CN105706464A - 用于声音的综合感知的装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于声音的综合感知的装置，优选地为一种缓冲物，其中振动和声音利用衬垫(100)内包裹的机械器件所产生。器件通过直接向衬垫生成机械振动而辐射声音，振动能够在衬垫的外表面上被感觉和听到。器件通过衬垫辐射空气传播的声音。为了避免声学和机械谐振，衬垫包括在声学上密集且有损的层(110)以及在声学上不太密集且多孔的层(120)。器件包括至少一个板面(300)，并且板面的振动使用至少一个振动机械致动器(400)被生成。

Description

用于声音的综合感知的装置
技术领域
本发明是有关用于使用听觉和触觉的感知来收听音乐和声音内容的装置。本发明的解决方案(触觉缓冲物)连同触觉感官一起提供了水平与耳机收听相当的沉浸式收听体验。
背景技术
除了听觉之外，声音的感知还基于触觉的感知。触觉的感知主要是在背景中起作用的潜意识感官，其给出有关身体状况的实质性信息(例如痛感)并且指导肌肉运动的动作(皮肤感官告诉你何时对你所抓握的物体拥有良好掌控)。在收听时，注意力指向通过空气进入耳朵的声音或者空气承载的声音。然而，声音几乎始终都还在收听者的附近(例如在座位上、衣服中或者直接在皮肤上)导致一些机械振动。这种声音(作为触觉感知被感受到的结构承载的声音)使得收听体验更为紧密且更加深刻。该振动尤其使用低频声音来感受。而且能够感知到比低音频率稍高的声音。皮肤的触觉感知通常在50-300赫兹的频率范围内最为敏感，并且在一些皮肤部分中能够感知到几乎高达1000Hz的振动。通过触觉感知(在触觉上的)，听力受损的人士也能够感知到声音信息，例如讲话。
对于利用当前技术的现有声音再现系统而言，通常可能是远离器件(扬声器)或者接近于器件(耳机)进行收听。当前的现有技术并未提供用于以远距离以及通过耳朵接触两种方式进行收听的扬声器。
现有例如在枕头中使用的那些用于近距离收听的小型扬声器。然而，这种类型的现有技术的解决方案存在着以空气承载的声音辐射为基础的局限性；a)声音在扬声器部件旁最为尖利，b)声音在空间上被局限于扬声器部件的位置，以及c)没有适当的低音再现。
众所周知的是，有力的低频扬声器(低音炮)或者例如座椅或耳机中专门的机械振动器能够被用来向收听体验增加触觉感官。
因此，利用现有技术的解决方案，对收听体验进行补充的皮肤感官通常是由独立于收听器件本身的解决方案所产生的。
以下四份公开文献表示了现有技术。日本公开文献JP2004057261给出了一种其中具有扬声器的枕头。除了扬声器之外，枕头还包含衬垫。扬声器包括与在用户将头部放在该枕头上时与他们的颈部相接触的多个部分。在美国专利申请US20130228392中，扬声器被聚合物泡沫的防水层环绕。除了防水之外，该层也使得声音产生的振动有所提升。在美国专利申请US20120039057中，该衬垫意在用于对压电板进行绝缘。德国公开DE102011015747提出了一种意在用于墙壁安装式扬声器的面板。该板面包含陶瓷材料的泡沫并且该板面部分具有内衬。
发明内容
本发明的一个目标是当一个或多个声源被置于缓冲物(cushion)或者一些其它带有衬垫的产品之中时突出的声音再现和触觉感官，同时该缓冲物或带有衬垫的产品在其正常使用中意在直接与用户进行接触。换句话说，该声源或者其一部分通过衬垫间接接触用户，该声源所产生的声音的第一部分是通过空气传播的声音，其它部分则是通过接触的感觉而触觉体验到的声音。在本发明的一个实施例中，缓冲物或衬垫需要是用于高质量声音的具体类型，从而特别是低声具有高质量并且用户利用其头部、颈部和/或其它身体部分感觉到缓冲物的振动。在应用中，该衬垫被称之为包裹物。
本发明的目标是避免现有技术的声音再现系统中所存在的局限性和缺陷：可能在各种情形下收听音乐，并且还享受到触觉感官所带来的沉浸式体验。特别地，可能在非常接近于声源甚至耳朵直接与之接触的情况下拥有良好的收听体验。这就是本发明为何使得能够在并未将破坏性的有力低音声音扩散得到处都是的情况下具有非常平衡的收听体验。同样有利的是，聆听将兼顾到来自周围的任何声音。
现有技术例如针对汽车和家庭声源提出了座椅摇晃效果的振动器以及单独的低音扬声器(低音炮)。本发明的器件则以更小的规模产生振动效果和低音再现。向其增加触觉感官还使其具有被拥抱的感觉，这对于每个人都是令人愉悦的，并且对于一些特殊群体而言是必不可少的。通过触觉感官所传递的低声还产生了如放松体验的按摩。
本发明包括振动装置(板面)及其包裹物。它们的目标是利用良好的效率和平衡传递声音和振动而使得用户经由表面接触同时进行聆听和感觉。
该板面具有使得其发生振动的声源，优选为机械致动器。致动器可以是任意机械振动器或以足够宽的工作频率范围产生形变的部分。板面必须充分刚性，从而在近距离收听的期间，将声源进行分布从而能够在比扬声器部件单独所允许的更大区域内被听到。另外，对于板面而言，在机械上具有充分阻尼(具有能量消散或损耗)是有利的。板面中的机械损耗带来以下有益特征：a)没有使得频率响应失真的尖利谐振，以及b)致动器所导致的振动并非由驻波单独构成而且还由传播的具有空间相位差的波构成。
衬底必须：
-比板面更宽，因此将声音分布得更远并且在近距离收听期间增加空间感；
-在机械上是有损的，因此增加板面的机械损耗或阻尼；
-在声音上是有损的，因此减弱头部和板面之间的声音谐振；
-在表面上是充分柔性的并且在声音上是充分透明的。
衬垫的这些优选特性有助于在与耳朵直接接触的表面中避免机械或声音谐振的形成，而后者可能会使得所感知到的声音质量有所下降。另外，板面和衬垫的这些优选特性有助于在器件和头部之间实现振动发声阻抗匹配的条件，从而使得从触觉缓冲物向耳朵进行的声音能量传输能够具有良好的总体效率。
附图说明
接下来，参考附图对本发明进行更为详细的解释。
图1：根据本发明进行构造的触觉缓冲物。
图2：本发明的一个实施例的实施方式。
图3：本发明的可替换实施例的实施方式。
图4：使用中的器件，用来收听单声道内容。
图5：收听立体声声音内容及其使用。
图6：具有柔性结构的实施例。
图7：器件使用材料、丝网或薄膜进行扩展的实施例。
具体实施方式
图1-图7中给出了本发明的一些优选实施例。所给出的实施例作为示例，并且即使描述特定实施例的文字可能涉及到另一个实施例，其通常也仅是涉及一种可能的选项。不同实施例的特征能够进行组合并且因此形成新的实施例。
图1是基于封闭式惯性质量块致动器的触觉缓冲物(1)的实施例。器件(200)由致动器(400)和板面(300)组成。致动器(400)在柔性悬挂的惯性质量块(410)和板面(300)之间产生振动力，这使得板面(300)发生振动。振动通过直接在包裹物(100)上导致机械振动而发出声音，声音能够在包裹物的表面被感觉和听见，而且还作为通过包裹物(100)而经由空气传播的声音。
板面(300)的振动以两种方式发出机械能。首先，其使得包裹物(100)发生振动，这将振动能量指向包裹物的表面。其次，其通过包裹物(100)发出经由空气传播的声音。每一种机制共同起作用而在表面上形成能够通过接触感官被感觉到的振动以及能够利用耳朵听到的通过空气传播的声音。因此，振动能量作为结构承载以及空气承载的声音的平衡组合而被传送至用户。
一种实施致动器(400)的方式是使用其内核机械地接合至板面(300)的扬声器部件，这使得扬声器部件的其余质量用作惯性质量块(410)。板面(300)还能够被制作为利用其它类型的致动器进行振动，包括其中直接将外部振动力机械地引向板面(300)的解决方案以及使得板面(300)发生惯性机械形变的解决方案。
在板面(300)上形成有弯曲的波场，其从致动器(400)导向板面边缘并且部分从边缘反射回来。反射回导致尖利的机械谐振，这会对所感知到的声音和触觉频率响应造成不利影响。反射可以在20-1000Hz频带中对频率响应导致不同的谐振峰值。为了避免那些不希望出现的谐振，在器件(200)和包裹物(100)中包括有损特性会是有用的。
例如，能够直接通过板面(300)的有损材料选择或者通过不同构造来实现机械损耗。板面(300)中的构造可以具有局部刚性以及阻尼集中性，或者例如在最低振动模式中消散能量的复合部分发生形变。例如，致动器(400)和板面(300)之间的接触部位的形变能够被用作局部阻尼部署。
一种有损构造类型是利用接合至板面(300)的包裹物(100)的有损阻尼特征。包裹物可以包含自然纤维、人造纤维或者其二者。包裹物例如可以包含棉花、纤维胶或泡沫塑料。
包裹物(100)可以由在声学上有所不同的两个或更多个分层组成。一个优选实施例使用多孔但是更为密集且厚重的内部分层(110)以及具有低流阻并且良好地传送空气承载的声音的外部分层(120)。分层结构还能够是多孔材料的逐级分布，其具有不同的流阻和密度。优选部署形式提供了阻抗匹配，其中板面(300)的(复杂)辐射阻抗在衬垫(100)内部逐渐变化并且接近于400Pas/m的数值，数值是空气在自由场中的特征声音阻抗。具有高流阻的密集、多孔分层的示例是密集的泡沫塑料或毛毡。良好地传送声音并且具有低流阻的分层的示例是棉毛、毛或轻质纤维。
图2给出了器件的一个实施例。器件(200)由声音上开放的致动器(420)和有损构造(350)组成，后者则由两层板面(310和320)组成，它们之间具有弹性层(330)以便增加损耗。弹性层例如可以是双面胶带、粘性薄膜或粘弹性胶水。板面例如由木头、塑料或金属组成。弹性层可以与相同材料的两个板面互相接合，或者两个板面由不同材料制成。亚克力板、金属层压板或胶合板是能够使用的板面材料。板面(310和320)可以为相同形状，包括平坦或曲面的表面，并且可以具有波纹轮廓和/或非各项同性的刚性属性。
作为图1中给出的封闭致动器(400)的替换形式，能够使用图2中所给出的在声音上开放的致动器(420)。因此致动器的惯性质量块(410)的运动也通过空气而在局部发出更大的声音。虽然包裹物弱化了通过空气传播的直接声音，但是在该实施例中，其还是能够被采用并且使得触觉缓冲物的另外一侧更像扬声器，这一侧能够在远距离更好地被听到。
图3给出了器件(200)的可替换实施例，其中有损构造(350)包含一个穿孔板面。穿孔(340)带来了以下有用特征：
-连同包裹物的声音损耗一起为结构带来有用的阻尼；而且
-它们减少了致动器(410)附近的声音的剧烈局部化，尤其是在近距离收听的情况下，这是因为它们利用声音短路而使得板面中部发出的更为有力的声音有所弱化。
板面上的小型穿孔(优选的开孔直径小于4mm)由于空气黏度以及衬垫(100)的流阻而导致阻尼。也能够使用大于此的穿孔。大的开孔提供了在需要的情况下对频率响应和声音局部化进行调节的途径。穿孔能够在板面(300)或惯性质量块(410)或者其二者中使用。穿孔的一种使用是微型穿孔，其使用接近于多孔材料的表现的非常小的开孔。
穿孔在软质衬垫中的另一种使用允许材料由于压缩所导致的适应性表现。例如，当用户的头枕在触觉枕头上时，衬垫的压缩导致一些穿孔变得部分闭合。此外，穿孔能够被用来增加声音透明度(减少流阻)从而以其它方式收紧并致密包裹材料。
另外，穿孔的另一种可替换使用可能是通过器件的长度尺寸有所延长的开孔或管路。例如，具有10-40mm范围内的长度的开孔，其用作用于进行声音或触觉频率响应的振幅和/或相位调节的管道共振器(或Helmholtz共振器)。
除了使用利用小型开孔的穿孔之外，穿孔部件还可以具有复杂的形状(如小提琴声板上的f开孔)。这种开孔部署形式例如可以被用于调节机械振动模式形状，或者用于调节来自板面的声音辐射的空间属性。
图4给出了触觉缓冲物的一种使用形式，其中收听者的头部(5)停留在缓冲物(1)上并且感觉到包裹物表面的振动。声音质量很好，这是因为耳朵停留在衬垫(120)上，而后者是柔性的并且能够进行呼吸(具有低流阻)，并且对于耳朵而言，该情形接近于在自由场中感受声音。而且，所感知到的声音并未在致动器处发生局部化，而且能够在板面的不同部分被均匀地听到和感觉到。这些组合的方面使得能够得到感觉自然的体验。
图4中给出的使用情形还能够被进行而使得另一只耳朵或双耳与缓冲物(1)的表面相接触而实际上并不损失声音的任何感知质量。
在图5的实施例中，相同的板面(300)具有至少两个组合的致动器(400)，这使得能够形成具有立体声或多声道声音内容的空间的感觉。
图6的实施例使用为每个致动器使用其自己的板面(300和301)，这使得可能将其弯曲，例如弯曲为头枕。
在图7的实施例中，板面(300)和(301)已经被接合至更大的织物、网眼或薄膜(360)，后者能够被用作来自悬停部分(370)的支撑部件并且还扩充了板面的声音面积。

Claims (9)

1.一种用于声音的综合感知的装置，优选地为一种缓冲物，其中振动和声音利用衬垫(100)内包裹的机械器件(200)所产生，其中：
(a)所述器件(200)通过直接向所述衬垫(100)生成机械振动而辐射声波，所述振动能够在所述衬垫的外表面上被感觉和听到，并且
(b)所述器件(200)通过所述衬垫(100)辐射空气传播的声音，
(c)为了避免声学和机械谐振，所述衬垫(100)包括在声学上密集且有损的层(110)以及在声学上不太密集且多孔的层(120)，
(d)所述器件(200)包括至少一个板面(300)，并且所述板面(300)的振动使用至少一个振动机械致动器(400)被生成。
2.根据权利要求1所述的装置，其中板面(300)体现为有损构造(350)，其用于对在20Hz至1000Hz频率范围内的声音和触觉频率响应进行调节。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述有损构造(350)包括互相弹性接合的至少两个平板。
4.根据权利要求2所述的装置，其中所述有损构造(350)包括至少一个穿孔板面。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括具有以下至少一个组件的致动器(400)：穿孔的惯性质量块(410)、穿孔盖板(420)。
6.根据权利要求1所述的装置，其中板面(300)体现为开孔或空腔，所述开孔或所述空腔用作共振器并且具有5mm和100mm之间的长度。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述器件(200)中的所述板面(300)的活动功能区在边缘上被延伸。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述致动器使用扬声器内核元件被实施，所述扬声器内核元件被机械连接至所述器件(200)的所述板面(300)。
9.一种用于通过将音频源连接至根据权利要求1所述的装置而提供收听体验的方法，所述装置对所录制或合成的音频信号进行转换，以便以综合方式通过触觉和听觉感官被感知。
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