CN1337140A - 耳机 - Google Patents

Abstract

一种耳机(1)包括一耳机头环(2),该头环具有头载式扬声器(3),每个扬声器包括一坚硬且质量轻的板(5)形式的声源及一激励器(6),该激励器将弯曲波发射至板中,产生一声输出。

Description

耳机

本发明涉及的是耳机，尤其是包括弯曲波板式扬声器的耳机，这种弯曲波板式扬声器例如为国际专利申请WO 97/09842说明的一般类型的分布模式声辐射器。

传统耳机采用基本上是相干的活塞式声源。这些耳机具有显著的近场效应，而且换能器在耳管进口的放置非常重要。且难以预测并控制耳朵听到的实际频率响应。已知的带式及静电型的平面耳机设计笨重而且昂贵。

根据本发明所提供的耳机包括：一谐振板形式的声源；及换能器装置，向板中发射弯曲波，而产生一声输出。该声源可为一分布模式声辐射器。耳机最好包括一对分布模式声辐射器。

一对或每一分布模式声辐射器可包括一坚硬且质量轻的板，其中，蜂窝状芯体夹于对置的蒙皮间。

将弯曲波发射至板中的换能器装置为电动惯性器件形式的。

以分布模式声板制造的耳机，除具有成本低的潜力及轻巧结构外，还在更大的辐射区域提供了更扩散的辐射图形，因而减少了对头部的驻波效果，同时也减少了近场问题。头部的方位对良好声音品质而言远不重要了。

为了实施本发明，采用了一个薄板，该报薄板设计成使分布模式能够在宽频率范围内很好地工作。薄板安装于一弹性悬承上，与确定的最低弯曲模式一同有利于建立一通常为30Hz至20kHz近场音频范围。这是利用一低线圈电感的小型电动换能器实现的。

为了降低成本，甚至是一次性的应用，可以用卡片基的加强结构来制造分布模式声板，并用适当的机械耦合的低成本压电换能器驱动。相似结构材料可用于耳机头环以使其重量最轻。

在下面的附图中，以举例的方式对本发明进行了图解说明。在附图中：

图1是耳机装置透视图；

图2是图1所示耳机装置的部分截面图；

图3是另一实例的耳机装置与图2相似的截面图；

图4是另一实例的耳机装置与图2相似的截面图；

图5是另一实例的耳机装置与图2相似的截面图；

图6是另一实例的耳机装置与图2相似的截面图；

图7是耳机装置另一实例的平面图；

图8是振动激励器在弯曲波板上的可能位置图；及

图9是一优选耳机的频率响应曲线图。

如图1及图2所示，一耳机装置(以下简称“耳机”)1包括一倒U字形状的弹性垫构件2，该构件形成一耳机头环，并基本按传统配置，将头载式扬声器3支撑于耳机头环支脚自由端。导线4也是基本按传统配置连接至一声放大器(未示出)输出端。根据本发明，每一头载式扬声器包括一谐振声辐射器，该辐射器具有一坚硬轻质的膜板5及一振动激励器6。振动激励器6固定于该膜板，向板内发射弯曲波，使该板谐振而产生声输出。国际专利申请WO 97/09842说明了优选的分布模式谐振弯曲波声辐射器。

按照这种实施方式，如图1所示范例，该对耳机的每一个可以是自由支撑谐振板，其物理参数选择成使模式频率与一适合的小型激励器交错，该小型激励器位于一预定偏心位置而驱动该板，以满意地与模式分布耦合。

用耳机头环将耳机组件戴在头部上。还使用了一电缆，将音频信号供给每一声道的激励器，一般有两个声道，以产生立体声。为了产生最佳效果，板的大小通常为50mm×70mm或50mm×56mm，但也可以依据价格、尺寸、品质及频宽等设计限制，使板大些或小些。板大致居中地位于耳朵上。

从图2可以看到，板5通过一弹性周边悬承8支撑于一塑料模制的外壳或罩7之中，并构成了一空腔9，其中填充有声阻尼材料10。该外壳形成有一个凸出部或延伸部11以容纳激励器6。优选地，板5可以用透音的的盖或格栅遮盖。为改善使用者的舒适性，可以在板5的周边配置软垫12。所示外壳或罩7是背面闭合的，但也可以是背面开口的。

图3中示出了一头载式扬声器3的实例，其中图1及图2实例所示的罩或外壳7被开放的框架14替代，将板5支承于弹性周边悬承8之上，板5的两侧都用透音的盖或格栅13遮盖，盖或格栅13支撑于该框架14上。在图4所示耳机1的配置中，每一头载式扬声器3包括一罩或外壳17，用来支撑一谐振板5及激励器6。外壳17基本上类似于图2所示的外壳，但其内侧15向内延伸，围着板5并构成了一个可对正使用者耳管的输出口16。因此，外壳延伸部15与板5内侧面形成一通道18，通过该通道，整个板的声能被送到输出口。关于这一点，应记住弯曲波板的输出是不相干的，与活塞式头载式扬声器的相干输出不一样，因此，避免了把相干声音送至耳管的问题。

图5所示耳机包括一头载式扬声器3，该扬声器具有一罩27，该罩带有一框架14，将板5支承于一弹性悬承8上。激励器安装在该板上，将弯曲波输进该板而产生声输出，与前面所述的非常相似。但是，在本例中，罩27与板5的外表面形成一通道18，该通道的一端为与大气相通的输出口19。该通道的作用是将板5的整个外表面的声输出再加载到该板上，这样，自该板5的内表面至使用者耳的声输出即可得到加强。

在图6所示耳机实例中，该头载式扬声器3具有一相当大的罩37，该罩要通过一软垫12对使用者的耳进行密封，而形成闭合***。

在图7所示耳机中，成对的头载式扬声器3，例如前述的类型，通过支撑构件20安装在耳机头环2的末端，该支撑构件20相对该耳机头环的姿态是可调整的。在该对头载式扬声器3中，每一头载式扬声器3安装于铰链构件21上，而该绞链构件又安装于构件20上，这样，该头戴式耳机可根据使用者的耳朵来调整位置与姿态，使收听到的音质最佳。同时，该头载式扬声器可沿该支撑构件20滑动，以改变该头载式扬声器的姿态。为此目的，该构件21是可在构件20上滑动的。

图8示出了激励器6在板5的可能的安装位置，基本上如WO 97/09842所教导的那样。以A所示的接近中心位置是最有效的，但C所示的接近边缘位置如WO 99/37121所教导的，表现出良好的感觉到的音质。

研究显示，两种公知的驱动耳部局部听音方法是压力驱动及速度驱动，该速度方法的优点是感觉自然和减少耳部疲劳，即长期耳机收听的特征。商业中普遍使用的“开放”(open air)耳机，如德国Sennheiser制造的耳机，求助于速度设计，与需牢固密封的传统类型耳机相比，不需要通过压力牢固密封耳部。对一弯曲波板的接近中心驱动可在耳部进口处获得压力与速度音能的结合。当目的是获得更高的音质时，效率就不那么重要，因为更多的预算用于放大器功率及磁力强度，在任何情况中，耳机所需功率大小比扬声器所需功率大小低几个数量级，因此，如果要感觉到扬声器的声音大小需要1瓦特功率，那么，耳机仅需10mW。本发明的一个特征是对于模式交错的谐振板，使压力成分最小，而速度成分最大。激励器用于边缘或接近边缘位置，该位置的选择是为了具有良好的模式耦合，但这是，位置的选择或平衡有利于平均而不是绝对效率。这样，激励板时，主要是弯曲波横贯板，几乎没有或者没有平面(波)分量。弯曲波顺利通过耳管，因此，对于耳部的音场提供了等效的所需速度驱动。

由于在板的整个区域上具有复杂、近乎随机的模式谐振，音场大大地自然扩散，所以，板与耳部的声耦合可大大避免常见的空腔及周边谐振效应，该效应是因耳机中使用的传统相干活塞式扬声器元件的放置引起的。一的位移所引起。与传统技艺相较，相干源驱动的驻波模式不能在新型的耳机与耳部间的区域发展。

虽然用顺应性聚合物泡沫悬承在整个或者部分周边上可以实现板的尺寸小型化以及方便的安装/边界条件，但是，也可以使用多种其他的板材料与结构。使用单件式及复合板结构已经取得了良好的效果，而且由于边界条件能够供相当小的板操作，因此可使用0.15mm至0.8mm厚的铝合金、铜锡合金或锌等金属。除各种聚合物，聚炭酸酯、聚苯乙烯及诸如此类者外，碳纤维树脂粘合的单件也可使用，且厚度自0.8mm降至0.1mm。效率要求不高时，根据所需的带宽和响度，可以使用自9mm至19mm极直径的各种激励器。

当激励器安装在C位置时，可以提供板的局部质量阻尼，如WO99/37121所教导的。实验证明角位置B的效果差。

图9是优选的示例性耳机的频率响应曲线图。其中，板是用铝片做的，激励器装在图8所示的位置C，并具有质量阻尼，如WO 99/37121所教导的那样。

本发明提供了一种新型耳机，该耳机避免了活塞器件带来的缺点，也没有静电式耳机高成本的缺点。

Claims (9)

1.一种耳机，包括一坚硬且质量轻的板形式的声源及一激励器，激励器将弯曲波发射至板中，产生一声输出。

2.根据权利要求1所述的耳机，包括一对对置的头载式扬声器。

3.根据权利要求1或2所述的耳机，其中该坚硬且质量轻的板为铝板。

4.根据前述任一权利要求所述的耳机，其中该激励器是一种电动惯性器件形式的激励器。

5.根据权利要求2到4中任一项所述的耳机，其中该头载式扬声器包括一个构成了声导管的罩。

6.根据权利要求5所述的耳机，其中该声导管具有一与使用者耳管对正的输出口。

7.根据权利要求5或6所述的耳机，其中该声导管把源自该板的声能加载到该板。

8.根据权利要求2到7中任一项所述的耳机，包括一耳机头环，其中该头载式扬声器安装于该耳机头环上，其姿态相对于使用者耳部是可调整的。

9.根据权利要求1所述的耳机，其中，坚硬且质量轻的板是WO97/09842或者WO99/37121中所教导的那种分布模式声辐射器。

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