CN102687528A

CN102687528A - 耳机

Info

Publication number: CN102687528A
Application number: CN2010800433898A
Authority: CN
Inventors: 山口文彦
Original assignee: Foster Electric Co Ltd
Current assignee: Foster Electric Co Ltd
Priority date: 2009-10-05
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2030-03-18
Also published as: WO2011043089A1; DE112010003928B4; US20120201406A1; JP2011082702A; CN102687528B; JP5666797B2; DE112010003928T5

Abstract

本发明提供一种耳机，具备根据输入的电信号生成声音的驱动单元、输出由所述驱动单元生成的声音的第一声道、以及将由所述驱动单元生成的声音在与所述第一声道不同的路径上传递，合成为所述第一声道的声音的第二声道。在驱动单元生成的声音作为直接音从第一声道向外耳道输出时，将驱动单元生成的声音经过与第一声道不同的路径的第二声道而传递并延迟的状态下的声音，合成为第一声道的直接音，从而成为相对于来自驱动单元的直接音附加了延迟音的状态。由此，不需要信号处理电路，就能以耳机单体实现头外声像定位。

Description

耳机

技术领域

本发明涉及一种立体声耳机，涉及一种消除一般的耳机所产生的在头内定位声像而产生不自然、及不快感的问题的技术。

背景技术

以往，耳机被制成通过位于壳（housing）所容纳的驱动单元中的振动板的振动而生成空气的压缩波（compression wave），产生与输入信号对应的声音。特别是，入耳式的耳机通过声导管和入耳式耳塞向外耳道入口传递直接音，所以具有效率高、外部音的影响少等优点。

但是，在这样的耳机中存在缺乏头外声像定位（out-of-head soundlocalization）的问题。即，声像不在收听者的头外定位，而是在收听者的头内定位，所以感觉听到的声音是从头的内侧传来，使人感到不自然及不快感这样的问题。

有人认为其主要原因在于，是由用于感知声音的方向感的室内外的空间的传递函数（反射·回响）信息的缺失，以及将耳机直接连接于外耳道而带来的外耳道的声响传递函数的变化所引起的。

声音的方向感，能够基于两耳的声压级差、相位差以及反射音信息而得到，但特别地是使用耳机的收听，缺失反射音信息。另一方面，由于将耳机直接连接于外耳道，将产生外耳道闭塞效应（The occlusioneffect in an external auditory canal）。即，由于塞住了外耳道入口进行收听，作为外耳道的管道的共鸣特性会发生变化。

例如，通常听声音S时，如图3（a）所示，外耳道Ex作为以外耳道入口为开放端OE并且以鼓膜ED为闭锁端CE的、一端开·一端闭的共鸣管而起作用。这时，外耳道的共鸣频率变为在3kHz附近具有峰值的频率特性。

但是，在佩戴耳机听声音S1时，如图3（b）所示，外耳道Ex作为以外耳道入口为闭锁端CE并以鼓膜ED为闭锁端CE的两端闭的共鸣管而起作用。由此，外耳道Ex的共鸣频率特性发生变化，变为不再产生3kHz附近的峰值，而是在6kHz附近具有峰值的频率特性。

由于这样的、佩戴耳机听声音S1时的特有的原因，在佩戴耳机的情况下，声像不在头外定位，而是在头内定位，产生让人感觉声音是从头脑中产生出来的问题。

另外，为了应对这样的头内声像定位的问题，曾有过以下的专利文献等各种提案。

现有技术

专利文献：例如，日本特开平5-252598号公报，日本特开平9-198056号公报，日本特开2008-177798号公报等中记载有相关技术。

发明内容

以上的各专利文献中，为了消除耳机使用时的外耳道闭塞效应，或实现头外声像定位，而具备数字信号处理电路，进行各种声信号处理。

使用这样的数字信号处理电路时，很难再将其内置于耳机中，而是需要另外设置专用的耳机扩大器（headphone amp）那样的装置。

因此，又会产生新的问题：例如在使用时信号处理电路的放置位置、电源的准备等很麻烦，通用性差等。此外，虽然是数字处理，但在信号处理时存在不能完全抑制劣化的问题。

本发明是为了解决以上这样的问题而开发的，其目的在于不需要信号处理电路，而是以耳机单体实现头外声像定位。

为了实现上述的目的的本发明的一个方式的耳机，如下：

将输入的电信号变换为声响的驱动单元、将所述驱动单元前面的放音侧所生成的声音向外耳道引导的第一声道（sound channel）、以及将所述驱动单元所生成的声音在与所述第一声道不同的路径上传递，合成为所述第一声道的声音的第二声道。

另外，所述第二声道生成与由空间的边界上的反射生成的反射音相当的声音。

此外，所述第二声道具备将相位调整为与由空间的边界上的反射所生成的反射音的到达时间差相当的衰减材料而构成。

此外，所述第二声道具备调整为与由空间的边界上的反射所生成的反射音的声压级相当的衰减材料而构成。

此外，在所述第一声道具备衰减材料，该衰减材料具有能够选择为消除外耳道闭塞效应引起的频率特性变化的衰减特性。

此外，在所述驱动单元前后面侧分别具有多个与开放端相当的开口部，以消除外耳道闭塞效应引起的频率特性变化。

进而，在所述开口部具备衰减材料，该衰减材料具有为了消除外耳道闭塞效应引起的频率特性变化而能够进行选择的衰减特性。

根据以上的耳机，在由驱动单元生成的声音作为直接音从第一声道向外耳道输出时，将由驱动单元生成的声音在与第一声道不同的路径的、第二声道上传递而延迟的状态的声音合成到第一声道的直接音上。

由此，相对于来自驱动单元的直接音，能以附加了延迟音的状态进行输出。

另外，第二声道，通过具备进行调整为与由于空间的边界上的反射而生成的反射音的相位延迟、或声压级相当的衰减材料，从而生成与更恰当地相位、声压级的空间反射音相当的声音。

其结果，不需要信号处理电路，就能以耳机单体感知空间内的方向感，实现头外声像定位。

此外，通过将衰减材料设于第一声道，并调整为消除外耳道闭塞效应带来的频率特性变化，不需要信号处理电路，就能以耳机单体抑制外耳道闭塞效应，实现头外声像定位。

此外，为了消除外耳道闭塞效应带来的频率特性变化，在驱动单元前后面侧分别具备多个相当于开放端的开口部，从而不需要信号处理电路，以耳机单体就能抑制外耳道闭塞效应，实现头外声像定位。

此外，通过将具有所选择出的衰减特性的衰减材料设于开口部，调整为消除外耳道闭塞效应带来的频率特性变化，不需要信号处理电路，以耳机单体就能抑制外耳道闭塞效应，实现头外声像定位。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的耳机的构成的构成图。

图2是本发明的实施方式的耳机的框图。

图3是示出外耳道闭塞效应的模型的说明图。

（附图标记说明）

100：耳机；101：驱动单元；101a：背面衰减材料；110M：金属网；110F：前壳；110B：后壳；110C：电缆壳；120：入耳式耳塞；130：第一声道；130a：声道衰减材料；140：第二声道（反射分量生成声道）；140a：反射分量衰减材料；150，105’，150”：开放端生成开口部；150a，150a’，150a”：开放端衰减材料；160：端口（port）；CE：闭锁端；ED：鼓膜；Ex：外耳道；F1：第一过滤部；F2：第二过滤部；G1：反射音生成部；OE：开放端。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明用于实施本发明的实施方式。

〔实施方式的构成〕

图1是示出本发明的实施方式的耳机100的剖面结构的结构图。

在该图1中，以对应于输入的电信号使振动板振动而产生声音的驱动单元101为中心，在其外侧具备：作为声音的出口的第一声道和作为正面侧壳体的前壳110F，在确保背面空间的同时作为背面侧的壳体的后壳110B，以及用于确保背面空间和电缆取出的电缆壳110C。另外，在驱动单元101的振动板背面侧，为了使振动板的共振峰值衰减，而具备背面衰减材料101a。

在前壳110F中，设有管状的第一声道130作为声音的出口。进而，在第一声道130的前端附近外侧，安装有为了嵌入外耳道入口而由硅胶等构成的入耳式耳塞120。另外，在第一声道130的前端附近，设有用于防止异物混入的金属网110M。此外，在第一声道130的中间附近，设置具有后述的衰减特性的声道衰减材料130a。

进而，为了将驱动单元101的背面侧的声音的一部分，作为空间反射音（反射音或回响音），以加入了规定的延迟时间的状态，合流进通过第一声道130的声音（直接音），而设置第二声道140作为反射分量生成声道。并且，在该第二声道140中，为了反射音的相位以及声压级调整，而设有反射分量衰减材料140a。

此外，构成为：在前壳110F的一部分的某一位置，设有开放端生成开口部150，利用耳机100防止外耳道变为闭锁端CE（图3b），而成为开放端OE（参照图3c）。另外，在该开放端生成开口部150，为了使规定的频率区域衰减，或进行声压级调整，或者为了管道的开口部的效率调整，而设有开放端衰减材料150a。此外，同样地，在某一位置设有开放端生成开口部150’和开放端衰减材料150a’、以及开放端生成开口部150”和开放端衰减材料150a”。

此外，在后壳110B中设有端口160，以实现作为低音反射端口的作用，或者经由第二声道140，而作为管道的开放端OE也能实现作用。

在以上的结构中，作为各部的衰减材料，能够使用各种的氨基钾酸酯（urethane），或各种的无纺布等。

此外，图2是将通过耳机100的上述结构而得到的作用效果，即反射音分量的生成与合成以及消除外耳道闭塞效应的动作作为功能框图而示出的说明图。此外，图3c是本实施方式的通过管道的共鸣来说明耳机100的说明图。

〔实施方式的动作〕

在以上的构成中，与供给到驱动单元101的电信号对应地，振动板发生振动，产生声音。

来自驱动单元101的正面的声音S1，通过作为第一过滤部F1起作用的声道衰减材料130a，并且经由第一声道130，从外耳道Ex到达鼓膜ED。

这时，通过作为第一过滤部F1（参照图2）的声道衰减材料130a，使由于外耳道闭塞效应所产生的峰值的频率区域（6kHz附近）衰减。

此外，同时地，作为第二过滤部F2（参照图2），通过开放端生成开口部150和开放端衰减材料150a，如图3c所示地开放端生成开口部150作为外耳道Ex的开放端OE而起作用，从而使其调整为由于外耳道闭塞效应而衰减的频率区域（3kHz附近）不发生衰减。这种情况下，通过选择开放端衰减材料150a的材质、厚度，能够确保衰减/不衰减的频率区域以及衰减量在所期望的状态。

进而，经由第一声道130和第二声道140的端口160也能够作为如图3c所示的外耳道Ex的开放端OE而起作用。这种情况下，在开放端生成开口部150、150’、150”和端口160中，作为管道的长度不同，所以能够有效地消除外耳道闭塞效应。

进而，来自驱动单元101的背面的声音，由于通过作为反射分量生成部G1（参照图2）的第二声道140和反射分量衰减材料140a，而成为相对于直接音具有规定的延迟时间的声音，变为与空间反射音（反射音或回响音）相等同的状态，与第一声道130的声音合成而输出。这种情况下，通过选择第二声道140的直径及长度，能够生成与所期望的延迟时间的空间反射音相当的振动。进而，在这种情况下，通过选择反射分量衰减材料140a的材质及厚度，能够确保衰减量为所期望的状态。

另外，经由第二声道140的声音，是在该图1中在声道衰减材料130a之前（上游侧）与直接音合成的，但并不限定于此，也可以设为在声道衰减材料130a的下游侧与直接音合成。

如上所述，由驱动单元101所生成的声音S1作为直接音从第一声道130向外耳道输出时，将驱动单元101所生成的声音以在与第一声道130不同的路径的第二声道140中传递而延迟了状态合成到第一声道的声音中，从而成为虚拟地对于来自驱动单元的直接音附加了空间反射音的状态下的声音S2。其结果，不需要信号处理电路，就能修正头内声像定位，以耳机单体实现头外声像定位。

此外，第二声道140通过具备以相当于由于空间的边界上的反射而生成的反射音的相位、声压级的方式进行调整的反射分量衰减材料140a，能够生成与恰当的相位、声压级的空间反射音相当的声音。

此外，将声道衰减材料130a设于第一声道130，进行调整以消除外耳道闭塞效应引起的频率特性变化，从而不需要信号处理电路，就能够以耳机单体抑制外耳道闭塞效应，修正头内声像定位，实现头外声像定位。

此外，通过在第一声道130近旁的某个位置具备与管道的开放端OE相当的开放端生成开口部150，能降低外耳道闭塞效应引起的频率特性变化，所以不需要信号处理电路，就能以耳机单体抑制外耳道闭塞效应，实现头外声像定位。另外，同样地，通过具备开放端生成开口部150’以及开放端生成开口部150”，同样地能以耳机单体抑制外耳道闭塞效应，实现头外声像定位。

此外，如上所述，在第一声道130近旁的某个位置具备与管道的开放端OE相当的开放端生成开口部150，并且具备开放端衰减材料150a，从而能够降低外耳道闭塞效应引起的频率特性变化，所以不需要信号处理电路，以耳机单体就能抑制外耳道闭塞效应，实现头外声像定位。另外，同样地，通过具备开放端生成开口部150’和开放端衰减材料150a’、以及开放端生成开口部150”和开放端衰减材料150a”，同样地能够降低外耳道闭塞效应引起的频率特性变化，所以不需要信号处理电路，就能以耳机单体抑制外耳道闭塞效应，实现头外声像定位。

〔变形例（1）〕

另外，以上的图1所示的各部的结构，是作为实施方式中的具体例的一个例子，能够进行各种的变形。

例如，对于第二声道140，设置多个第二声道，能够生成多个延迟时间不同的与空间反射音相当的声音。

这种情况下，通过遮板（shutter）等有选择、可开闭地切换多个第二声道，从而切换延迟时间的长短、延迟的大小，如小厅回响、大厅回响、音乐会会场回响等那样，使用者能够选择反射音。

〔变形例（2）〕

此外，通过构成为使用者能够更换声道衰减材料130a，从而能够自由地进行外耳道闭塞效应的消除状况的调整（衰减量、频率的调整）、头外声像定位的宽/窄状况的选择。此外，同样地，关于其他的衰减材料，也构成为使用者能够更换，从而能够自由地进行外耳道闭塞效应的消除状况的调整、头外声像定位的宽/窄状况的选择。

〔变形例（3）〕

此外，通过在第二声道140途中、或开放端生成开口部150设置如膜片（iris diaphragm）那样的可以调整孔径的缩扩机构，能够进行空间反射音的级（level）调整、外耳道闭塞效应的抑制程度的调整，能够以使用者期望的状态使用。

Claims

1.一种耳机，其特征在于具备：

将输入的电信号变换为声响的驱动单元、

将所述驱动单元前面的放音侧所生成的声音向外耳道引导的第一声道、以及

将所述驱动单元所生成的声音在与所述第一声道不同的路径上传递而合成为所述第一声道的声音的第二声道。

2.如权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述第二声道生成与由空间的边界上的反射所生成的反射音相当的声音。

3.如权利要求2所述的耳机，其特征在于，所述第二声道具备衰减材料，该衰减材料将相位调整为与由空间的边界上的反射所生成的反射音的到达时间差相当。

4.如权利要求2所述的耳机，其特征在于，所述第二声道具备衰减材料，该衰减材料进行调整，以与由空间的边界上的反射所生成的反射音的声压级相当。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的耳机，其特征在于，在所述第一声道具备衰减材料，该衰减材料具有为了消除外耳道闭塞效应引起的频率特性变化而进行选择的衰减特性。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的耳机，其特征在于，在所述驱动单元前后面侧分别具有多个与开放端相当的开口部，以消除外耳道闭塞效应引起的频率特性变化。

7.如权利要求6所述的耳机，其特征在于，在所述开口部具备衰减材料，该衰减材料具有为了消除外耳道闭塞效应引起的频率特性变化而进行选择的衰减特性。