CN105284125A - 具有压力均衡的耳机 - Google Patents
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Abstract
一种耳机，包括第一声室，第一声室包括用于声学地将第一声室与耳机外的环境耦合的声抗元件和声阻元件中的一个或多个。该耳机包括声换能器以及通过声换能器与第一声室分隔的第二声室。壳体从佩戴者的耳朵的外耳支持耳机，并且将第二声室至少延伸到佩戴者耳朵的耳道的入口。端口声学地将第一和第二声室耦合。
Description
技术领域
本描述涉及耳机。
背景技术
美国专利5,208,868公开了一种用于减小头戴式耳机内的压力的装置，其包括位于前腔和后腔之间的端口。优选地，具有声阻元件和高顺应膜片。
发明内容
可以以任何技术上可行的方式来组合下面提到的所有示例和特征。
在一个方面中，一种耳机包括第一声室，第一声室具有用于声学地将第一声室与耳机外的环境耦合的声抗元件和声阻元件中的一个或多个。耳机包括声换能器以及通过声换能器与第一声室分隔的第二声室。壳体从佩戴者的耳朵的外耳支持耳机，并且将第二声室至少延伸到佩戴者耳朵的耳道的入口。端口声学地将第一和第二声室耦合。
实施例可以包括以下特征中的一个或者任何它们的组合。除端口的入口外，在第二声室中仅具有单个开口，其声学地将第二声室耦合至佩戴者的耳朵的耳道。第二室不具有压力均衡端口来将第二室连接至耳机外的环境。第一声室具有大约0.1cm3至大约3cm3之间的体积。第二声室具有大约0.05cm3至大约3cm3之间的体积。声抗元件在1kHz处具有大约至大约的范围内的声绝对值阻抗。声阻元件具有大约至大约的范围内的特定声阻抗。端口具有大约0.25mm至大约3mm的范围内的直径。端口具有大约0.5mm的直径。端口具有大约0.25mm至大约10mm的范围内的长度。端口具有大约1mm的长度。端口在1kHz处具有大约至大约的范围内的声绝对值阻抗。本文描述了一对耳机。
在另一方面中，耳机包括第一声室，第一声室具有用于声学地将第一声室与耳机外的环境耦合的声抗元件和声阻元件的一个或多个。耳机还包括声换能器以及通过声换能器与第一声室隔开的第二声室。端口声学地耦合第一和第二声室。除端口的入口之外，在第二室中仅具有单个开口，其声学地将第二室耦合至佩戴者的耳朵的耳道。
实施例可以包括上面和/或下面的特征或者它们的组合。耳机还包括壳体以从佩戴者的耳朵的外耳支持耳机并将第二声室至少延伸到佩戴者的耳朵的耳道的入口。
在又一方面中，耳机包括第一声室，第一声室具有用于声学地将第一声室与耳机外的环境耦合的声抗元件和声阻元件的一个或多个。耳机还包括声换能器以及通过声换能器与第一声室隔开的第二声室。壳体从佩戴者的耳朵的外耳支持耳机并将第二声室至少延伸到佩戴者耳朵的耳道的入口。端口声学地耦合第一和第二声室。除端口的入口外，在第二室中仅具有单个开口，其声学地将第二室耦合至佩戴者的耳朵的耳道。
实施例可以包括一个或多个上述特征或它们的组合。其他特征和优势将根据说明书和权利要求变得显而易见。
附图说明
图1示出了人耳；
图2A是位于耳朵中的耳机的透视图；
图2B是耳机的等距视图；
图3是耳机的第一示例的示意性截面图；以及
图4是耳机的第二示例的一部分的示意性截面图。
具体实施方式
本文使用的“耳机”是指装配在耳朵周围、耳朵上或耳朵内并且向而耳道中辐射声能的设备。耳机可以包括将音频信号转换为声能的声学驱动器。耳周式耳机(aroundtheearearphone)使用与入耳式耳机(in-earearphone)相比相对更大声的声学驱动器。入耳式耳机充分小的驱动器通常由于气体容积排量的减小而具有低得多的声学输出能力。如此，对于入耳式耳机而言，由从驱动器的膜片两侧辐射的异相声能引起的声学消除相对于耳周式(或耳朵上)耳机更加引入关注。虽然以下附图和说明书使用单个耳机，但耳机可以是单个独立的单元或者一对耳机中的一个(一个耳机用于一个耳朵)。例如通过头带或者通过将音频信号引导至耳机中的声学驱动器的引线，一个耳机可以机械地连接至另一个耳机。耳机可以包括用于无线地接收音频信号的部件。除非另有指定，否则耳机可以包括主动降噪(ANR)系统的部件。
如图1所示，人耳10包括通向感觉器官(未示出)的耳道12。耳廓12(耳朵位于头外部的部分)包括外耳14，其是部分通过耳屏16和对耳屏18所限定的紧邻耳道12的中空部分。耳机通常被设计为佩戴在耳廓上方、外耳中或耳道中。
如图2A和图2B所示，耳机100具有壳体，其包括被设计为从佩戴者的耳朵10的外耳14支持耳机的第一区域106以及位于耳道12的入口处或耳道12中的第二区域104。区域102“浮置”在佩戴者的耳屏16和对耳屏18(图1)之间的耳朵外(图2A和图2B示出了佩戴者的左耳和对应的耳机100。互补耳机可以装配右耳(未示出)。在一些示例中，仅提供一个耳机。在一些示例中，左耳机和右耳机可以一起设置为一对)。垫106(即，耳尖)将耳机的声学部件耦合至佩戴者的耳朵的物理结构。插塞202将耳机连接至音频信号的源(诸如CD播放器、手机、MP3播放器或PDA(未示出))，或者可以具有多个插塞(未示出)来允许一次连接至多于一种类型的设备。电路壳体204可以包括用于修改音频信号(例如通过控制其音量或提供均衡)的电路。电路还可以向耳机提供噪音消除信号。壳体204还可以包括切换电路(手动或自动)，用于将由上述源中的一个或另一个输出的信号连接至耳机。线206将音频信号从源传输至耳机。在一些示例中，信号可以例如使用蓝牙协议无线传输，并且将不包括线206。可替换地或另外地，无线链接可以将电路与一个或多个源连接。
如图3所示，耳机100的第一区域102包括在驱动器(声音换能器)116的任一侧上分别通过壳体的壳113和115限定的后声室112和前声室114。在一些示例中，使用14.8mm直径的驱动器。例如可以根据耳机的期望频率响应来使用其他尺寸和类型的声音换能器。驱动器116将前声室和后声室114和112隔开。壳体的壳115将前室114至少延伸(126)到耳道12的入口，并且在一些实施例中通过垫106延伸到耳道12中，并终止于可包括声阻元件118的开口127处。在一些示例中，声阻元件118位于延伸部分126(即，嘴)内而不是位于端部处，如图所示的。声阻元件消散撞击到其上或穿过其中的一定比例的声能。在其他示例中，不包括声阻元件，而是可以在其位置中使用屏(screen)来防止碎片进入前室114。前室114不具有压力均衡(PEQ)端口来将室114连接至耳机外部的环境。PEQ端口可以是用于泄露的源，因此是用于声音噪声进入耳机的路径。
端口119声学地耦合前声室114和后声室112。端口119用于释放在(a)耳机100插入到耳朵10中或从耳朵10中移除、(b)佩戴耳机100的人经受冲击或振动、或(c)耳机100在佩戴时被敲击或重新定位时积聚在耳道12和前室114内的气压。端口119优选具有大约0.25mm至大约3mm的直径，更优选具有约0.5mm的直径。端口119优选具有大约0.25mm至大约10mm的长度，更优选具有大约1mm的长度。
通常利用通过该端口的声阻抗来限制可由带端口的耳机提供的被动衰减的量。通常，更多的阻抗是优选的。然而，通常需要特定端口的几何形状以具有适当的系统性能。端口用于提高声输出、均衡音频响应并在过压事件期间提供排放路径。可以以多种方式来改变阻抗，它们中的一些是相关的。阻抗是依赖于频率的，并且其可以优选在一个频率范围内增加阻抗和/或在另一频率范围内降低阻抗。阻抗具有两个分量：声阻分量(DC流阻R)和声抗或质量分量jωM，其中，ω是频率，M是声质量，l是端口的长度，A是端口的截面积，以及ρ是空气的密度(如果实际测量是困难或不可能的，则可以假设为1.2)。可以通过确定声阻抗|z|的绝对值或幅度，在感兴趣的特定频率处计算总阻抗。
端口119优选在1kHz处具有大约至大约 之间的绝对值|z|声阻抗，并且更优选在1kHz处具有大约 的绝对值|z|声阻抗。端口119优选在10Hz处具有大约 至大约的绝对值|z|声阻抗，并且更优选在10Hz处具有大约的绝对值|z|声阻抗。
端口119的主要目的在于例如当耳机100插入到使用者的耳朵10中或从耳朵10中移除时或者在使用耳机期间避免过压状况。在前声室114中积聚的压力经由端口119逸散到后声室112，或者经由后腔端口122和124(主要是质量(mass)端口122(以下进行更详细的讨论))从那逸散到环境中。此外，端口119可用于提供固定量的泄露，其与可能存在的其他泄露并行作用。这有助于跨个体的标准化响应。添加端口119使得在低频率输出中的一些损耗以及可重复的整体性能之间进行折中。端口119提供与具有类似架构的完全阻挡典型前室PEQ端口基本相同的被动衰减。预计添加端口119将由于来自驱动器116的信号的前后自抵消而引起低频输出(例如，在大约20-100Hz的频带)中的损失，但出人意外地这并没有发生。与使用传统前室PEQ端口而不是端口119相比，端口119与后腔端口122和124的串联提供了较高阻抗的排放泄露路径。然而，出人意外的是，发现这种较大的阻抗在压力均衡事件期间产生更加线性的行为，这降低了较高阻抗的负效应。
后室112通过壳113围绕驱动器116的后侧密封，除了后室112包括声抗元件(诸如端口(也称为质量端口)122)和声阻元件(也可以形成为端口124)中的一个或两个。声抗元件122和声阻元件声学地将后声室112与耳机外的环境耦合，从而释放上面提到的气压。美国专利6,831,984描述了在耳机设备中使用并联的声抗和声阻端口，其内容结合于此作为参考。尽管将端口称为声抗或声阻的，但实际上任何端口都将具有声抗和声阻效果。用于描述给定端口的术语表示什么效应是主导的。如端口122的声抗端口例如为管状开口，否则在后室112的这种情况下可能为密封的声室。如端口124的声阻元件例如是声室壁中的小开口，该声室被提供声阻的材料(例如，允许一些空气和声能穿过室壁的线或纤维屏)覆盖。
声抗元件122优选在1kHz处具有大约至大约 的范围内的绝对值声阻抗|z|，更优选为大约 声抗元件122优选在10Hz处具有大约至大约的范围内的绝对值声阻抗|z|，更优选为大约 声抗元件124优选具有大约至大约 的范围内的特定声阻抗，更优选为大约声抗元件122优选具有大约0.5mm至大约2mm之间的直径，更优选具有大约1mm的直径。声抗元件122优选大约5mm至大约25mm之间的长度，更优选具有大约15mm的长度。声阻元件124优选具有大约1.7mm的直径和优选大约1mm的长度，其覆盖有260瑞利的声阻材料(例如，布)。这些尺寸提供了声抗端口122期望的声特性以及用于积聚在前室114中并通过端口119传输至后室112的压力的逸散路径。从前室114通过端口119以及离开后室端口122和124的总绝对值阻抗在10Hz处优选小于约端口122和124提供从后声室112到耳机外的环境的端口。此外，为了在带端口的系统中使用前-后端口119时接收被动衰减方面的有益效果，端口122和124的阻抗与端口119的阻抗的比率在1kHz处优选大约0.25，并且更优选在1.6左右。
对于ANR耳机来说，端口119、122和124的(许多功能中的)两个功能为增加系统的输出(提高主动降噪)和提供压力均衡。此外，期望在可提高总体系统降噪的频率处使这些端口的阻抗最大化。在特定频率(例如，低频)处，优选使阻抗为低来排放压力或增加低频输出，并且在特定其他频率处(例如，1kHz)，优选使阻抗为高以使被动衰减最大。端口允许这样的结果发生，因为端口可根据它们的设计具有声阻DC分量和声抗频率依赖分量。
垫106、腔112和114、驱动器116、阻尼器118、端口119以及元件122和124中的每一个都具有可影响耳机100的性能的声特性。这些特性可以被调整以实现耳机的期望频率响应。附加元件(诸如主动或被动均衡电路)还可以用于调整频率响应。后室112优选具有大约0.1cm3至大约3.0cm3之间的体积，更优选具有约0.5cm3的体积(该体积包括驱动器116(换能器内)的膜片后面的体积，但是不包括被金属、pcb、塑料或焊料占据的体积)。不包括驱动器，前室114优选具有大约0.05cm3至大约3cm3之间的体积，更优选具有大约0.25cm3的体积。
声抗端口122与后室体积共振。在一些示例中，声抗端口122和声阻端口124提供并联的声抗和声阻，意味着它们均独立地将后室112耦合至自由空间。相反，可以在单个路径中串联地提供声抗和阻抗，例如通过在声抗端口的管中布置诸如线网屏(wiremeshscree)的声抗元件。在一些示例中，并联的声阻端口由80x700荷兰斜纹线布制成(其例如可从OH，Cleveland的ClevelandWire得到)，并且具有大约1.7mm的直径。并联的声抗和声阻元件(具体化为并联的声抗端口和声阻端口)与使用串联的声抗和声阻元件的实施例相比提供了增加的低频响应。并联声阻不会大幅衰减低频输出，而串联声阻会。使用具有并联端口的小后腔使得耳机具有改进的低频输出以及低频和高频输出之间的期望平衡。
上面描述的一些或所有元件可组合使用来实现特定的频率响应(非电子)。在一些示例中，附加频率响应整形可用于进一步调谐耳机的声音再现。实现其的一种方式是使用电路以具有被动电均衡。这些电路可根据耳机而容纳，例如在电路壳体204(图2A)中。如果存在主动降噪电路或无线音频电路，则这种供电电路可用于提供主动均衡。
在图4中，耳机300的另一示例包括在驱动器(声换能器)316的任一侧上分别由壳体的壳313和315限定的后声室312和前声室314。在一些示例中，使用16mm直径的驱动器。例如，根据耳机的期望频率响应可使用其他尺寸和类型的声换能器。驱动器316将前声室和后声室314和312隔开。前室314不具有压力均衡端口，以将室314直接连接至耳机外的环境。
端口318声学地耦合前室314和后声室312。端口319用于释放可在过压事件期间(例如，当耳机300插入到耳朵中)在耳道和前室314内积聚的气压。如上所述，压力随后通过声抗端口从后室314释放到环境中。端口319优选具有与上述相同的尺寸和特性。后室312通过壳313围绕驱动器316的背侧密封，除了后室312包括声抗元件(诸如端口(也称为质量端口))和声阻元件(也可以形成为端口(在该截面图中未示出)中的一个或两个。声抗元件和声阻元件声学地将后声室312与耳机外的环境耦合。声抗元件和声阻元件优选具有与上述相同的尺寸和特性。前室314包括嘴和耳尖(该截面图中未示出)，其将前室314耦合至使用者的耳朵(未示出)。
已经描述了多个实施方式。然而，应该理解，在不背离本文描述的发明概念的范围的情况下可以进行附加修改，因此其他实施例也包括在以下权利要求的范围内。
Claims (31)
1.一种耳机，包括：
第一声室，包括用于将所述第一声室与所述耳机外的环境声学地耦合的声抗元件和声阻元件中的一个或多个；
声换能器；
第二声室，通过所述声换能器与所述第一声室隔开；
壳体，用于从佩戴者的耳朵的外耳支持所述耳机并且将所述第二声室至少延伸到所述佩戴者的耳朵的耳道的入口；以及
端口，声学地耦合所述第一声室和所述第二声室。
2.根据权利要求1所述的耳机，其中除所述端口的入口外，在所述第二室中仅存在有单个开口，所述单个开口将所述第二室声学地耦合至所述佩戴者的耳朵的所述耳道。
3.根据权利要求1所述的耳机，其中所述第二室不具有用于将所述第二室连接至所述耳机外的所述环境的压力均衡端口。
4.根据权利要求1所述的耳机，其中所述第一声室具有大约0.1cm3至大约3cm3之间的体积。
5.根据权利要求1所述的耳机，其中所述第二声室具有大约0.05cm3至大约3cm3之间的体积。
6.根据权利要求1所述的耳机，其中所述声抗元件在1kHz处具有从大约到大约的范围内的声绝对值阻抗。
7.根据权利要求1所述的耳机，其中所述声阻元件具有从大约3到大约的范围内的特定声阻抗。
8.根据权利要求1所述的耳机，其中所述端口具有从大约0.25mm到大约3mm的范围内的直径。
9.根据权利要求8所述的耳机，其中所述端口具有大约0.5mm的直径。
10.根据权利要求1所述的耳机，其中所述端口具有从大约0.25mm到大约10mm的范围内的长度。
11.根据权利要求10所述的耳机，其中所述端口具有大约1mm的长度。
12.根据权利要求1所述的耳机，其中所述端口在1kHz处具有从大约到大约的范围内的绝对值声阻抗。
13.一对根据权利要求1所述的耳机。
14.一种耳机，包括：
第一声室，包括用于将所述第一声室与所述耳机外的环境声学地耦合的声抗元件和声阻元件中的一个或多个；
声换能器；
第二声室，通过所述声换能器与所述第一声室隔开；以及
端口，声学地耦合所述第一声室和所述第二声室，其中除所述端口的入口外，在所述第二室中仅存在有单个开口，所述单个开口将所述第二室声学地耦合至佩戴者的耳朵的耳道。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述第二室不具有将所述第二室连接至所述耳机外的所述环境的压力均衡端口。
16.根据权利要求14所述的装置，还包括壳体，所述壳体用于从佩戴者的耳朵的外耳支持所述耳机并且将所述第二声室至少延伸到所述佩戴者的耳朵的耳道的入口。
17.根据权利要求14所述的耳机，其中所述第一声室具有大约0.1cm3至大约3cm3之间的体积。
18.根据权利要求14所述的耳机，其中所述第二声室具有大约0.05cm3至大约3cm3之间的体积。
19.根据权利要求14所述的耳机，其中所述声抗元件在1kHz处具有从大约到大约的范围内的绝对值声阻抗。
20.根据权利要求14所述的耳机，其中所述声阻元件具有从大约到大约的范围内的特定声阻抗。
21.根据权利要求14所述的耳机，其中所述端口具有从大约0.25mm到大约3mm的范围内的直径。
22.根据权利要求21所述的耳机，其中所述端口具有大约0.5mm的直径。
23.根据权利要求1所述的耳机，其中所述端口具有从大约0.25mm到大约10mm的范围内的长度。
24.根据权利要求23所述的耳机，其中所述端口具有大约1mm的长度。
25.根据权利要求14所述的耳机，其中所述端口在1kHz处具有从大约到大约的范围内的绝对值声阻抗。
26.一对根据权利要求14所述的耳机。
27.一种耳机，包括：
第一声室，包括用于将所述第一声室与所述耳机外的环境声学地耦合的声抗元件和声阻元件中的一个或多个；
声换能器；
第二声室，通过所述声换能器与所述第一声室隔开；
壳体，用于从佩戴者的耳朵的外耳支持所述耳机并且将所述第二声室至少延伸到所述佩戴者的耳朵的耳道的入口；以及
端口，声学地耦合所述第一声室和所述第二声室，其中除了所述端口的入口，在所述第二室中仅存在有单个开口，所述单个开口将所述第二室声学地耦合至所述佩戴者的耳朵的所述耳道。
28.根据权利要求27所述的耳机，其中所述端口具有从大约0.25mm到大约3mm的范围内的直径。
29.根据权利要求1所述的耳机，其中所述端口具有从大约0.25mm到大约10mm的范围内的长度。
30.根据权利要求1所述的耳机，其中从所述第二声室通过所述端口并且离开所述声抗元件和所述声阻元件中的所述一个或多个的所述绝对值声阻抗在10Hz处小于约
31.根据权利要求1所述的耳机，其中所述第一声室到所述环境的输出的阻抗与所述端口的阻抗的比率在1kHz处大于约0.25。
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