CN101785326A - 用于耳机设备的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种系统和方法提供一种耳机设备，其向用户提供完整动态范围的声音，包括低音。该耳机设备包括与管口和耳部固定配件耦联的换能器。耳机设备进一步包括音孔。音孔中的孔或振膜盖向管口提供对声音能量进行微调的手段。

Description

用于耳机设备的系统和方法

版权

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技术领域

本发明涉及一种耳机设备，更具体而言，本发明涉及一种高品质的耳机设备，其具有音频换能器(transducer)，该音频换能器带有相关联的过滤器为用户提供较大的低音频谱响应。

背景技术

稳定地制造高品质的音频换能器产品一直是音频器件制造商面临的问题。目前生产的换能器的显著缺陷中的主要问题在于不正确的低音响应或者没有低音响应。

目前，制造商没有足够的生产技术和/或完整换能器设计方面的能力以允许用在例如头戴/耳机中的小型换能器具有恰当的低音响应。制造商为了单位生产速度以及产品的经济成本而牺牲了音频回放的品质。为了获得低音响应的已有方法和设备仅限于提供高品质的线圈和磁体。与通常基于音频部件扬声器(即，非头戴耳机式扬声器)的大型扬声器系统相比，没有现有的配置可以用于使低音响应最大化。因此需要提供一种换能器，其生产起来经济合算，同时将会使得低音响应最大化。

生产换能器的经济成本源于两个原则，所使用的材料品质和个体单位的生产速度。制造商必须使得所生产单位的经济成本与该单位的生产速度相平衡。目前，还没有制造技术可以生产出结合有高品质响应的经济的换能器单元(即，具有高的单位生产速度)。因此需要提供一种换能器，其兼具有与恰当的低音响应相结合的高品质以及高生产速度。

换能器在各种不利条件下容易产生故障，所述不利条件包括外部引起的振动、温度变动和湿气侵入。外部物质侵入换能器是制造商尚待解决的特殊问题。行害物质，比如灰尘、泥土或者其他类似物质可渗入换能器的设计并阻止元件启动。这些外部物质，比如，会限制磁体相对线圈的移动并限制移动元件的效能。这些问题是换能器特有的并且是许多换能器单元无法工作的主要原因。因此，换能器的制造设备被保持在洁净的环境中以在生产的开始时限制这些物质的可能性，由此增加设备的生产率。因此需要提供一种换能器，其将会限制或者消除外部物质进入换能器本体。

因此需要提供一种换能器的构造，其将会消除物质侵入的问题。

常规的换能器还有其他的严重缺陷。聆听者希望听到播放的音乐或者音频的所有方面，这在当前通常必须诉诸于增加音频回放的总音量以便听到来自换能器的可闻听的低音水平。增加音频回放音量可能损伤聆听者的听力。因此换能器会导致耳鸣和听力小疾病。

目前可用的换能器包括一个有很多孔的筛网(screen)以及一个置于顶部以阻止污质的筛网。

因此需要提供一种换能器设计，其将会具有恰当的低音响应，从而使得正在收听音频回放的个人不需要增加音频回放的音量以便听到正确的回放响应。

附图说明

图1示出了根据本发明的示意性的音频换能器实施例的横截面；

图2示出了根据本发明的示意性的耳机实施例；

图3示出了根据本发明的示意性的耳机实施例的横截面；

图4示出了根据本发明的带有示例性耳部固定器的示意性的耳机实施例。

具体实施方式

本发明的示例性实施例提供一种可提供高品质音频体验的耳机设备。示例性的高品质音频体验可以包括提供高动态范围、低失真，和/或有所扩展的低音能力。示例性的高品质音频体验可以包括用户通过使用耳机设备接受到完整的低音。示例性的高品质音频体验可以包括用户能够用低于所需的标准的音量来收听唱片录音的回放，以便使得最佳化所接收到的较完整范围最大化。示例性的高品质音频体验包括一种耳机设备，其通过有效且的一流的解决方案来提供有所改善的声音品质。示例性的高品质音频体验包括一种耳机设备，由于其有效且的一流的解决方案则生产起来是经济的。

在本发明的示例性实施例中，提供一种换能器系统，其同时允许高品质和高生产速度，且结合有优于现有技术的有所改善的低音响应。

在本发明的示例性实施例中，提供一种换能器系统，通过使用其方案，能阻止外部物质进入换能器系统，并且使内部元件损坏最小化。

在本发明的示例性实施例中，提供一种换能器系统，其所需的音频回放的音量最小，从而可以检测到有所扩展的低音响应。

在本发明的示例性实施例中，提供一种换能器系统，其所需的音频回放的音量最小，从而可以检测到期望的回放频谱响应。

在本发明的示例性实施例中，提供一种耳机设备，其外壳是一个单独的构造。也就是说，外壳是单独成型的实体。

换能器可以装配入听筒(earpiece)中，比如头戴耳机或者耳机。过滤器材料通过粘合剂与磁体连接。

过滤器材料可被置于磁体中的洞的外部，通过磁体主体的洞可以是圆的。

在一个实施例中，换能器的阻抗约为32ohms，频率响应在20Hz与20KHz之间，噪声隔离能力为正负25db，阻抗约为32ohms。

在实施例中，换能器可具有例如泡沫这样的物质，其置于空心铆钉的内部或由磁体结构形成的洞里。该物质可以是网状泡沫。

图1示出了一种根据本发明实施例的示例性的管口(nozzle)100的横截面以及换能器101。换能器101提供一种结构，以向换能器101提供来自例如光盘播放器、数字音乐回放装置、电视机、电话或者其他可以使用头戴耳机的装置的电脉冲信号的音频回放。换能器101以最小的失真提供对所提供的电学输入信号的非常高品质的音频再现。换能器101具有框架111、音圈104、极片105、磁体107、环绕安装环103、振膜109、空心铆钉108、印刷电路板106、减音器(damper)或声学过滤器110以及音孔或振膜盖102。

与音孔102相耦联的框架111允许容纳换能器101的剩余元件，并保护其不受结构加载以及物质侵入的损害。框架111配置为，在意外冲击加载的情况下，例如换能器101掉落的情况下，给换能器101提供抗冲击性。框架111用例如钢制成。框架111定型为允许框架111被合并到外部壳体内以用在音频头戴耳机、耳塞(ear bud)或其他音频回放装置中。因而，框架111的外表面可以有凹陷或凸出以允许框架111可以连接至其他设备。换能器框架111还有无损端口以使得电线能向换能器101提供电信号。

与音圈104相耦联的磁体107提供磁场，以使得当电线与换能器101的其它元件相耦联时将该电线所提供的电信号转换为音频信号。磁体107具有孔112，其延伸贯穿过磁体107的主体。在示例性实施例中，在构型方面，孔112的外形可以是圆的或者其他任何形状。剩余磁体与框架111、极片105以及音圈104相邻接。

示例性实施例中的磁体107可以是永磁体。然而，其他配置也是有可能的，包括电磁体以及圆形、方形、矩形或其他形状的磁体。

可以给音圈104提供一个或多个的电连接。电连接允许接收电信号，或者电连接通过使用印刷电路板106而给出。提供给音圈104的电信号使得振膜能相对于磁体向内或者向外移动。在一个实施例中，音圈相对于磁体移动。在一个实施例中，音圈104由铝制成。还可使用其它导电材料。音圈104的绕组单位长度可以是任何圈，只要使得音圈104足以致动所述振膜109。

极片105被设置为与磁体107和音圈104邻接，以允许产生电磁效应从而使得振膜109能被致动。在一个实施例中，通过使用与空心铆钉108的一个末端相连的印刷电路板106来对极片105以及音圈104和磁体结构供电。

在一个实施例中，在框架111中的开口112上方提供振膜109，该振膜为聚酯或者其他轻质刚性材料。例如，振膜可以是金属。并且，振膜的形状可以是圆形、方形、矩形等等。

在磁体107的端口孔之上方的位置提供减音器或声学过滤器，比如滤纸110。过滤器110使得换能器101能在被电信号输入激活时产生恰当的频率响应。过滤器110被置于磁体107的孔112上方以允许对马达结构谐振的平衡。

图1中，提供了一个空心铆钉108。空心铆钉108从振膜109延伸穿过整个换能器的长度方向而到达远端。空心铆钉108设有内部腔体112，所述内部腔体可以延伸铆钉108的长度。

在本发明的一个实施例中，换能器可以是10毫米的单元，输入灵敏度为+/-112dB@30Hz/1mW。电缆长度可以是43.3英寸。也可以提供连接件为3.5毫米(1/8”)的标准立体声小型插头。在示例性的实施例中，连接件可以有90度角。换能器具有正负25db的噪声隔离能力。阻抗可以是32ohms，频率响应可在20Hz和20KHz之间。其他的连接件也是可以的。

印刷电路板106使得换能器的音圈能连接至其他电学设备，从而使得可以将电脉冲输入到换能器内。印刷电路板106可以是任何能使产生的电脉冲连至换能器101的工业上使用的单元。

本发明中提供的示例性实施例也可以具有泡沫装置，其置于空心铆钉108的一段、或端口孔112、或由磁体结构所形成的空隙内。该泡沫装置提供阻抗，并且可在安装期间通过从空心铆钉108内部增加或减少泡沫而加以调节。泡沫可以压合或者粘合在空间中。

图2中，提供了一种耳机设备的示例性实施例。特别地，图2提供根据本发明的耳机设备实施例的分解视图。耳机设备的分解视图示出了磁体结构300，包括有框架208，该框架208轴向连接着磁体207和极片206。提供印刷电路板209以促成一种方便的放置，以将音圈204的线连接至一条线缆，所述线缆将听筒连接至外部声源。端口孔或空隙被设置用于贯穿磁体结构300以在马达结构400与由后盖212提供的后腔体之间相互作用。在图示的实施例中，磁体结构300通过使用铆钉210而被机械地装配在一起。在其他实施例中，可以使用粘合或其他连接手段或者机构而将磁体结构300保持在一起。减音器205装在磁体结构300的端口孔上。

马达结构400包括装在磁体结构300的框架208上的振膜202以及音圈204二者。安装环203在构造和使用期间提供结构强度或对振膜202的支持。安装环203进一步将马达结构400以机械方式安放在框架208里。

振膜盖201或音孔以机械方式将马达结构400保持至磁体结构300。振膜盖201上的孔向管口200提供了对声音能量进行微调的手段。装配了固定安装环211以将换能器保持至管口200，并且还将后盖212装配好。

在一个实施例中，后盖212可以附连至线缆的应变释放件(strain relief)，比如，通往声音设备的电缆。

图3示出了一种示例性的听筒，可以接纳本发明的换能器。如果安装该换能器，则换能器能够产生具有最小失真的高品质音质。

图3中，通风口500置于换能器中，从而可以使得通风是在换能器中穿过置于换能器内部的过滤介质而发生的。在一个实施例中，声学过滤器可以用来滤除物质以及阻止物质进入换能器内部。声音端口506位于通往换能器通风口的间隔的远端处，从而使得换能器中产生的声音可以逸出以供稍后使用。在示例性实施例中，声音端口具有拉长的出口，可以调整换能器得到需要的声音特性。声音出口506可使用备选配置。尽管所示为圆形出口，声音端口506根据需要的听觉特征可以是其他几何形状。声音端口506的管口505可以缩短或者拉长。

图4示出了一种带有示例性耳部固定装置或配件600的示例性的耳机。

根据本发明示例性的换能器，与可用的换能器型号相比，允许有更好的低音生成效果。

本发明的实施例还解决了长期以来工业上对于提供一种具备高品质低音响应以及能够大批量生产的换能器的需求。常规型号的换能器在允许用于产生声音的同时并不具备这种提供高品质声音再现的能力。

本发明还提供一种优等换能器，可以阻止外部物质进入换能器主体，由此使得内部元件损坏最小化。同常规的单元相比，这可以导致换能器10的较高品质的声音重现、以及有所扩展的使用能力。

另外，本发明提供一种具有恰当低音响应的换能器设计，聆听者在收听回放的同时将不必增加音量，由此防止聆听者受到例如耳鸣这样的听觉损害。

在一个实施例中，换能器在20Hz至20kHz的整个可闻听频段提供频率响应，灵敏度为112dB@30Hz/1mW。换能器包括同样的32ohms的阻抗等级。

在一个实施例中，环架减少了所提供的腔体。在当前实施例中，气腔因子，即振膜前的气腔，影响着声音品质。

在一个实施例中，过滤器的尺寸和材料的选择取决于换能器的尺寸。过滤器可以使用任何种类的可用的材料。比如，过滤器可以由纸、细筛机织聚酯、钢织物等制成。

在制造中，过滤器附着于端口孔的前面，从而使得处理时过滤器不会被工人或者机器干扰。

部件之间的固定配件可以是闩、螺钉或者其他可用的连接器械、材料或者机构。

耳机设备实施例提供一种听筒以适配到使用者耳朵的耳道内。在进一步的实施例中，耳机设备适配着外部开口，基本封住了使用者的耳道或开口，从而使得外部的声音是未必能听见的或是可闻听地分散的。耳朵外边的耳机设备就不是那么有用的。替代地，目的是使声音进入耳道，而不是耳朵的外面开口。

在本发明的一个实施例中，听筒外壳的尖端包括一个通孔以允许传送声音至外耳道。在一个实施例中，听筒外壳的尖端包括一个通孔以允许可附着、可代替和/或可互换的耳部配件。例如，这样的耳部配件可以是模切泡沫件，类似于医疗设备中所使用的。其他这样的耳部配件可以是注射成型泡沫或者塑胶件。耳部配件可以装配在从听筒外壳延伸的杆件上。在本发明的实施例中，耳部配件和/或可互换的尖端可以是多层法兰软塑性、慢恢复性泡沫或定制模制的尖端或耳部配件。定制模制尖端或耳部配件可以由各种可用的材料制成。

在一个实施例中，耳机设备包括换能器。该换能器带有铆钉，铆钉可以将磁体结构的各部分机械地紧固在一起。在一个实施例中，换能器带有铆钉，这形成了一个端口，在该端口上装配减音器以控制例如振膜的谐振峰值。在一个实施例中，换能器被封在前面和后面的腔体中间。在一个实施例中，换能器与电缆连接，该电缆连至外部电学声源，例如，标准头戴耳机放大器、媒体播放器、调音台或其他合适的声源。在实施例中，换能器还可以与提供的麦克风一起使用以为电话和/或其他目的提供音频。

在一个示例性的实施例中，换能器被制造以包括通过极片轴向中心的铆钉、磁体、印刷电路板和安装结构。该换能器的制造使得耳机设备的部件固定牢固可靠。换能器的制造提供空间端口(dimensional port)，其可影响减音系统。相应地，在本发明的一个实施例中，为了能够制造更可靠的产品，开发了更合适的减音器材料以及安装方法。减音器的材料需要是可以实现多个功能的材料，包括作为过滤器和作为阻抗。在一个实施例中，提供减音器材料，其具有特殊的声音阻抗以匹配安装在耳机听筒里的换能器所需要的谐振峰值。在实施例中，减音器材料可作为物质过滤器，将污质排除在音圈后部的外面，而不会随着时间的过去而阻碍空气通道。

在一个实施例中，动态换能器被用于提供比电枢式驱动器更大的动态范围、更小的相位消弱和/或更小的瞬态失真。在一个实施例中，提供动态换能器，其可在由磁体、极片和动态换能器外部的支架壳所提供的磁隙中提供音圈。例如，音圈被外部音源驱动。音圈作用于振膜，使得振膜相应于外部源提供的电能而移动。从而振膜产生声音能量。

在一个实施例中，使用动态换能器提供耳机设备，其可以传送声音而没有使用多个驱动器的缺点和/或分频网络形成相位消弱的问题。在一个实施例中，使用动态换能器提供了对声音的再现，这是通过具有较小的互调失真产生的换能器而实现的。

在本发明一个实施例中，安装在邻近振膜处的减音器可用于保持污物在音圈之外。进一步地，减音器提供声音过滤器。

在本发明的一个实施例中，耳机设备各部分之间的连接可包括胶水、粘合剂、超声焊接、闩、螺钉、卡扣紧固或其他可用的结合手段、材料或装置。例如，附接包括非金属部分，例如，塑料部分，其可以使用超声焊接来实现。例如，连接包括金属部分，例如电路板，可以使用胶水或粘合剂来实现。换能器被紧密地密封。例如，换能器被用环氧树脂密封。

在早前的实施例中，换能器里，孔道开口里面的过滤器材料可以是，例如，网状泡沫或者细筛材料。然而，这样的插入是耗时的，而且不能产生稳定的结果。在本发明的一个实施例中，细筛材料被固定于换能器孔道开口的前部。例如，细筛材料可以附着地固定于腔体开口的前部。通过在耳机设备换能器的磁体装置的孔道开口(即，孔道开口的前侧和/或后侧)附着地固定合适的细筛材料，提供较为稳定的过滤器。

为了制造工艺，可以将材料(例如细筛材料)附于孔道开口，这可以在孔道的任意开口上进行。该材料可以附于孔或端口的前部或后部，和/或附于磁体的前部或后部。

在本发明的一个实施例中，铆钉或者其他空心装置可以被用来限定空隙。马达结构和磁体结构可围绕着铆钉、或由换能器其他部分所提供或所形成的空心结构。

在本发明的一个实施例中，在先前的实施例中描述过的单独的端口孔不仅提供一种产生低频带的过滤器，而且还将梳状过滤器设置在由于缺少耳朵的柔软组织通常会出现振幅损失的频带附近。在耳朵里耳道附近、或者耳朵的外部使用耳机，其都会影响声音。

本发明的一个实施例允许通过改变音孔的开口尺寸来改变声音。在实施例中，此处的音孔是指振膜盖具有开口。本发明的实施例当使用一个空气被推送经过其中的中心孔时，提供一种独特的声音和范围响应。通过中心孔向外挤压出振膜之间的气腔。在本发明的一个实施例中，音孔是中心有孔的金属固体件。声音受到振膜的气腔量的影响、以及受到其中空气被推入具有较多气隙的面板的位置的影响。

一个实施例中的音孔可以改变声音。音孔将振膜保持在马达结构的里面或者之间。这导致换能器有附着力。其进一步保护振膜不会被压皱变形。音孔里的单一孔改变了声音。进一步地，保持着所述振膜的胶水随着时间的过去不再有用，但是金属盖或者音孔对振膜施加压力从而能使音频响应更为稳定。

本发明的实施例提供一种在较低音量具有较大范围的耳机。实施例对较低音量提供较大的动态范围。本发明的实施例提供较好的听觉体验。本发明的实施例通过使用比先前的实施例更低的音量等级而提供更宽广的动态范围。本发明的实施例提供对低音响应换能器的控制。

在前面的说明书中，描述了本发明的各种实施例。在各种变型中，这些实施例可以互相结合或不相互结合而使用。另外，可以对上述示例的实施例做各种修改和改变，而不背离本发明的较为广义的宗旨和范畴。提供说明书和附图是出于示例性的目的，且并非意在限制发明的范畴。

Claims (1)

1.一种设备，包括：

管口；和

换能器，包括：

磁体结构；

马达结构；

音孔；和

声学过滤器，

其中音孔安装在马达结构上，该马达结构与磁体结构耦联，其中声学过滤器附着至磁体结构。

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