CN101163351A - 耳机 - Google Patents

Abstract

一种耳机，具有由乐音信号驱动的扬声器部件(5)；检测周围的噪声的麦克风；通过根据由麦克风检测的噪声信号而生成的噪声消除信号，驱动扬声器部件(5)的框架(6)的压电元件(30)。在扬声器部件(5)的框架(6)和耳机外壳(20)之间配置压电元件(30)，压电元件(30)的两面与框架(6)和耳机外壳(20)结合。由此，得到噪声消除信号和乐音信号的电耦合弱，噪声消除信号给乐音信号带来的影响少，噪声消除信号的功率放大电路和乐音信号的功率放大电路彼此不成为负荷，音质良好，即使内置电池消耗而噪声消除电路不工作，也能听到基于乐音信号的再现音的耳机。

Description

耳机

技术领域

本发明涉及能降低外部噪声的耳机。

背景技术

伴随着便携式音乐播放器的普及，用于个人听音乐的耳机也广泛普及。便携式音乐播放器大多在噪声水平高的大街上、列车、公共汽车等交通工具中使用，与由播放器再现的音乐一起，外部噪声也通过耳机能听见。如果在噪声中听音乐，有时乐音被噪声淹没，所以用户要提高音量听音乐，音量过分提高，声音从耳机泄漏到外部，有时让周围的人们感到不快。此外，即使用耳机再现高音质的乐音，有时从外部进入的噪声打扰将影响乐音，使用户能听到的再现音的质量下降。

因此，消除从外部进入的噪声，在用户的耳中只能听到乐音的噪声消除式耳机正在普及。噪声消除式耳机的原理是用麦克风检测进入耳机的噪声，产生与检测出的噪声信号相反相位的消除噪声信号，用消除噪声信号来消除噪声。一般的噪声消除式耳机具有一个扬声器，因此，具有一个声音线圈。用麦克风集音后变换为电信号的噪声信号再通过滤波器或延迟电路，生成与噪声信号相反相位的噪声消除信号，把该噪声消除信号和所需要的乐音信号合成(相加)之后，进行功率放大，输入到所述一个扬声器的一个声音线圈。

从扬声器输出的声音是将噪声消除信号和乐音信号的合成信号变换为声音后的声音。噪声消除信号由扬声器变换后的声音消除进入耳机的外部噪声，进入用户的耳朵的声音变只有乐音信号变换后的声音。

或者，也有在对噪声消除信号和乐音信号单独进行功率放大后，在紧邻所述一个声音线圈之前，合成噪声消除信号和乐音信号的方法。可是，二个功率放大器与声音线圈串联或并联连接，所以存在一个功率放大器成为另一功率放大器的负荷的问题。

图3表示以往的噪声消除式耳机的例子。在图3中，在有底的筒型的耳机外壳1的开口端结合凸缘构件2，在凸缘构件2的外侧(在图3中，左侧)的面上固定头垫3。用户使用该耳机时，头垫3的外端面接触用户的头部侧面，用户的耳朵13位于由头垫3包围的空间内。凸缘构件2在中心具有孔，形成环状，在凸缘构件2的内方的面(在图4中，右面)，堵住所述孔，固定耳机部件5。耳机部件5具有扁平的壳状的基座6、嵌入在基座6的内底部的直径比基座6小的更扁平的壳状的轭7、固定在轭7的内底部中心的扁平的磁体8、固定在磁体8的端面的板状的极靴9、卷绕为圆筒状的声音线圈10、圆顶状的振动片12。

壳状的轭7的开放侧端面和极靴9的端面大致位于同一面，并且在极靴9的外周面和轭7的开放端侧内周面之间具有环状的间隙，在该间隙内放入所述声音线圈10。在所述环状的间隙形成把磁体8作为源的磁场，在该磁场中存在声音线圈10。所述振动片12包围中心部的圆顶部，形成截面形状为拱形的边缘部，边缘部的外周固定在基座6上，振动片12被可沿前后方向振动地支承着。在振动片12的所述中心圆顶部和边缘部的边界固定声音线圈10的一端，声音线圈10被支承着，不接触轭7，也不接触极靴9。从外部的播放器的功率放大器(驱动器)对声音线圈10输入乐音信号，声音线圈10按照乐音信号前后驱动，伴随于此，振动片12振动，从而从振动片12发出声音。该声音通过凸缘构件2的中心孔到达由头垫3包围的用户耳朵13。

以上说明是对一般耳机的说明，对于噪声消除式耳机，在所述的结构中附加检测周围噪声的麦克风、生成由该麦克风检测出的噪声的相反相位的噪声消除信号的电路、将生成的噪声消除信号与乐音信号合成(相加)并且对声音线圈10输入的合成电路等信号处理电路。在麦克风的位置和信号处理电路的结构上已进行各种研究。在图3中，M1～M4表示噪声检测用麦克风的配置位置的各种例子。M1是在耳机内部配置的例子，是在紧邻振动片12之前的空间面向外侧配置的例子。M2～M4是在耳机的外侧配置的例子，M2是配置在凸缘构件2的上部，M3是配置在凸缘构件2的下部，M4是配置在外壳1的外侧面的例子。

在噪声消除式耳机中，为了更有效地消除外部噪声，已进行各种研究。例如，专利文献1记载的耳机为了一边具有比较均匀的频率响应，一边降低噪声，在振动膜(扬声器的振动片)和外耳道之间设置小的空洞，在该空洞中，接近振动膜配置麦克风，在由耳机再现的输入电信号中耦合基于所述麦克风的输出的反馈信号，对该耦合信号进行功率放大，驱动振动膜。在图3所示的以往例中，是在用符号M1表示的位置配置麦克风的例子。

在专利文献2中记载涉及有效噪声消除器的发明，该有效噪声消除器为了提高噪声消除效果，用麦克风把外耳附近的合成音收音，把该合成音颠倒相位，用第一加法电路把该相位颠倒的声音信号和来自音源的乐音信号相加，用第二加法电路把该相加结果与来自音源的乐音信号相加，放大该计算结果，从扬声器对外耳道附近输出。

专利文献3记载为了提高噪声消除效果，在有源噪声控制用耳机中使用的耳机部件中隔着防振构件配置麦克风部件的耳机装置。

专利文献1、2记载的发明、专利文献3记载的发明都是为了提高噪声消除式耳机的性能，但是无法实现后面描述的本发明的目的。另外，技术思想也不同。

作为与本发明有关的公知发明，已提出噪声降低耳麦，其具有降低有效噪声的有效噪声降低信号处理路线、提供畅谈功能的畅谈信号处理路线、用于把有效噪声降低信号处理路线和畅谈信号处理路线的一方或双方变为不能使用的开关元件(参照专利文献4)。在该专利文献4中记载所述开关元件在对开关元件供给的电源不足以使噪声降低信号路线工作时，就使噪声降低信号路线变为不能使用。这一点，与后面描述的本发明的作用效果的一部分关联，但是课题的解决方法与本发明完全不同。

[专利文献1]特开平6-343195号公报

[专利文献2]特开平9-54592号公报

[专利文献3]特开平5-36991号公报

[专利文献4]特开2006-14307号公报

发明内容

本发明的目的在于，解决所述以往的噪声消除耳机的问题。即、以往的噪声消除耳机把用于消除噪声的信号和乐音信号电合成、耦合，通过信号处理电路，所以乐音信号受到噪声消除信号的影响，信号波形紊乱，音质恶化。此外，在严重的时候，使噪声消除动作进行和不进行都产生音质差的问题，有时给用户带来不舒适的感觉。

本发明的目的在于，提供尽可能降低噪声消除信号和乐音信号的包含磁耦合、静电耦合在内的电耦合关系，减少噪声消除信号给乐音信号带来的影响，噪声消除信号的功率放大电路和乐音信号的功率放大电路彼此不成为负荷，并且音质良好的噪声消除式耳机。

本发明的目的还在于，提供即使内置电池消耗而噪声消除电路不工作，也与没有噪声消除功能的一般耳机同样，能倾听基于乐音信号的再现音的噪声消除式耳机。

本发明的最主要特征在于，具有：由乐音信号驱动的扬声器部件；检测周围的噪声的麦克风；以及压电元件，根据噪声消除信号驱动所述扬声器部件的框架，该噪声消除信号基于由所述麦克风检测的噪声信号而生成。

在扬声器部件的框架和耳机外壳之间配置压电元件，所述压电元件的两面与所述框架和耳机外壳结合。

扬声器部件只再现从播放器等音源输入的乐音信号。对压电元件输入根据用检测周围噪声的麦克风检测的噪声信号而生成的噪声消除信号，用噪声消除信号驱动扬声器部件的框架，使其机械地振动。由扬声器部件的动作和压电元件的动作产生的声波，成为由压电元件的驱动产生的声波和由扬声器部件的驱动产生的声波之和。由压电元件的驱动产生的声波消除周围的噪声，只有乐音信号的再现音到达用户的耳朵。

与由噪声消除信号驱动的压电元件和由乐音信号驱动的扬声器部件由扬声器部件的框架机械地串联等价。扬声器部件的振动片是极容易移动的结构，所以扬声器部件的声音机械阻抗低。而压电元件用压电陶瓷等制作，材料本身硬，难以移动，声音机械阻抗高。因此，是与声音机械阻抗高的压电元件和扬声器部件机械地串联等价的结构。

而扬声器部件的电驱动系统和压电元件的电驱动系统电分离，电耦合弱，所以乐音信号的波形不会由于噪声消除信号而紊乱，能以高的音质再现乐音信号。

如果提高耳机的遮音效果，则即使为了取消噪声而对压电元件输入的噪声消除信号的功率(power)小，也能取消噪声，所以能延长内置电池的寿命。即使内置电池消耗而压电元件不工作，由乐音信号驱动的声音线圈也与没有噪声消除功能的一般耳机的声音线圈同样地工作，所以能倾听基于乐音信号的声音。

附图说明

图1是表示本发明的耳机的实施例的纵剖视图。

图2是表示所述实施例的声音的等效电路的电路图。

图3是表示以往的耳机的例子的纵剖视图。

符号的说明：

5-扬声器部件；6-框架；10-声音线圈；12-振动片；20-耳机外壳；30-压电元件；35-支承体。

具体实施方式

以下，参照图1、图2，说明本发明的耳机的实施例。对于与图3所示的以往的耳机的例子相同的构成部分付与相同的符号。

在图1中，在有底的筒型的耳机外壳20的开口端形成凸缘部22，在凸缘部22的外侧(图1中，左侧)的面固定环状的头垫3。在用户使用该耳机时，头垫3的外端面接触用户的头部侧面，用户的耳朵13位于由头垫3包围的空间内。在耳机外壳20的内部通过环状的支承体35固定耳机部件5。耳机部件5具有扁平的壳状的框架6、嵌入框架6的内底部的直径比框架6小的更扁平的壳状的轭7、固定在轭7的内底部中心的扁平的磁体8、固定在磁体8的端面的片状的极靴9、卷绕成圆筒状的声音线圈10、圆顶状的振动片12。耳机部件5的框架6的外周侧前端(在图1中，左端)面成圆形，在该前端面，通过粘结等结合支承体35的内周侧后端面。支承体35的截面形状为拱形，支承体35的外周面用粘结等的适当方法固定在耳机外壳20的内周面上。

壳状的轭7的开放侧端面和极靴9的端面大致位于同一面，并且在极靴9的外周面和轭7的开放端侧内周面之间存在环状的间隙，在该间隙内放入所述声音线圈10。在所述环状的间隙形成把磁体8作为源的磁场，在该磁场中存在声音线圈10。所述振动片12包围中心部的圆顶部，形成截面为拱形的边缘部，边缘部的外周固定在框架6上，振动片12可在前后方向振动地被支承着。在振动片12的所述中心圆顶部和边缘部的边界悬臂地固定声音线圈10的一端，声音线圈10被支承着，不接触轭7，也不接触极靴9。从外部的播放器的功率放大器(驱动器)对声音线圈10输入乐音信号时，声音线圈10按照乐音信号前后驱动，伴随于此，振动片12振动，从振动片12发出声音。耳机部件5把该振动片12面向耳机外壳20的开放端侧配置，从而该声音到达由头垫3包围的用户的耳朵13。

在扬声器部件5的框架6和耳机外壳20的内方的底面之间配置压电元件30，压电元件30的两面由粘结等方法与所述框架6和耳机外壳20结合。具有所述压电元件30这一点是本发明的一个特征，对压电元件30输入根据用检测周围噪声的麦克风检测的噪声信号生成的噪声消除信号，压电元件30由噪声消除信号驱动。由于压电元件30由噪声消除信号驱动，按照噪声消除信号，前后(在图1中，左右)伸长、收缩地振动，驱动所述扬声器部件5的框架6。所述支承体35选择允许由于压电元件30被驱动而振动，导致扬声器部件5的框架6相对于耳机外壳20振动的材料，并且截面形成拱形。由于支承体35允许框架6的振动，扬声器部件5整体被压电元件30驱动而振动。此外，为了使压电元件30的振动音不到达前面侧，支承体35的材料希望是声波难以通过的材料。

检测成为驱动压电元件30的噪声消除信号的源的周边噪声的麦克风，根据耳机的设计思想适当选择即可。在图1中，M1～M4表示噪声检测用麦克风的配置位置的各种例子。M1是在耳机内部配置的例子，是在振动片12之前的空间面向外侧配置的例子。M2～M4是在耳机的外侧配置的例子，M2是配置在耳机外壳20的凸缘部22的上部，M3是配置在所述凸缘部22的下部，M4是配置在耳机外壳20的后侧外侧面的例子。

根据以上说明的实施例，扬声器部件5由从播放器等输入的乐音信号驱动，再现乐音，压电元件30由基于由麦克风检测的噪声信号的噪声消除信号驱动。噪声消除信号是对于周围的噪声，相反相位的信号，所以通过驱动压电元件30而产生的振动消除噪声，只有乐音到达用户的耳朵，听不到噪声。

由噪声消除信号驱动的压电元件30和由乐音信号驱动的扬声器部件5，与用扬声器部件5的框架6机械地串联的结构等价。扬声器部件5的振动片12为极容易移动的结构，所以扬声器部件5的声音机械阻抗低。而压电元件30用压电陶瓷等制作，材料本身硬，难以移动，声音机械阻抗高。因此，成为与扬声器部件5机械地串联在声音机械阻抗高的压电元件30上的结构等价的结构，从耳机外壳20观察的振动片12的运动在基于乐音信号的振动的方向和基于压电元件30的振动的方向一致的瞬间，振幅大，如果所述双方的振动方向彼此相反，振幅就减小。即基于压电元件30的扬声器部件5的振动片12的运动和基于扬声器部件5的驱动的振动片12的运动机械地叠加，用由于压电元件30的驱动而生成的声音成分来消除噪声。

图2表示所述实施例的声音的等效电路。在图1所示的实施例中，把各部的声阻抗、空气的刚度、质量等定义如下。

P1：噪声成分的声压

P₁’：进入耳机内部的噪声成分的声压

P₀：进入耳朵的声音的声压

Z_e：耳朵的声阻抗

sf：前室(扬声器部件5的前侧的室)的空气的刚度

sb：后室的空气的刚度

m₀：振动片的声音质量

s₀：振动片的刚度

r₀：振动片的声阻

mu：扬声器部件5的质量

sp：压电元件30的刚度

e₁：基于乐音信号的输入的扬声器部件5的驱动力

e₂：基于噪声消除信号的输入的压电元件30的驱动力

如图2所示，所述实施例的声音的等效电路成为把Ze、e₁、m₀、s₀、r₀、mu、sb、e₂串联，Ze和sf并联，在r₀、mu的连接点和Ze、e₂的连接点之间连接sb的形式。因此，变为基于乐音信号的输入的扬声器部件5的驱动力e₁和基于噪声消除信号的输入的压电元件30的驱动力e₂串联的形式，在声音上，乐音信号和噪声消除信号合成(相加)，变化为声音。声音通过耳机进入用户的耳朵，因此，外部噪声P₁通过延迟电阻r₁进入，外部噪声P₁被压电元件30的驱动力e₂生成的消除音所消除，只有乐音信号到达用户的耳朵。

如上所述，根据本发明的实施例，扬声器部件5的电驱动系统和压电元件30的电驱动系统电分离，电耦合弱，所以乐音信号受到噪声消除信号的影响小，能以乐音信号波形紊乱少的高音质再现乐音信号。

如果提高耳机的遮音效果，则即使对用于消除噪声的压电元件30输入的噪声消除信号的功率(power)小，也能消除噪声，所以能延长内置电池的寿命。即使内置电池消耗，压电元件30不工作，由乐音信号驱动的声音线圈12也能与没有噪声消除功能的一般耳机的声音线圈同样地工作，所以能听到基于乐音信号的声音。

Claims (5)

1.一种耳机，具有：

扬声器部件，由乐音信号驱动；

麦克风，检测周围的噪声；以及

压电元件，根据噪声消除信号驱动所述扬声器部件的框架，该噪声消除信号基于由所述麦克风检测的噪声信号而生成。

2.根据权利要求1所述的耳机，其中：

上述扬声器部件，其框架与耳机外壳结合。

3.根据权利要求2所述的耳机，其中：

在扬声器部件的框架和耳机外壳之间配置压电元件，压电元件的两面与所述框架和耳机外壳结合。

4.根据权利要求2或3所述的耳机，其中：

扬声器部件的框架用声波难以通过的支承体与耳机外壳结合。

5.根据权利要求4所述的耳机，其中：

支承体允许由于压电元件的驱动，扬声器部件的框架相对于耳机外壳的振动。

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