CN106664475B - 耳机耳垫 - Google Patents

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Abstract

一种耳机设置有外壳和变换器。所述外壳具有其中形成有凹陷的挡板表面以及围绕所述挡板表面的周边形成的边缘。所述变换器设置在所述凹陷中并且由所述外壳支撑。所述耳机还设置有耳垫和薄片。所述耳垫具有以环形形状形成并且围绕所述边缘连接到所述外壳的基部以及与所述基部间隔开以便围绕外耳部接合用户头部的一部分的接触表面，其中所述耳垫限定空腔以便与所述用户头部共同形成声腔室。所述薄片设置在所述挡板表面之上，所述薄片具有穿过其形成并且与所述变换器对准的孔。另外，所述薄片由声音吸收材料形成以便抑制所述声腔室内的声音反射。

Description

耳机耳垫
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年9月4日提交的美国临时申请序列号62/045,920的权益，所述申请的公开内容以引用的方式整体并入本文。
技术领域
一个或多个实施方案涉及用于环耳式耳机的耳垫。
背景技术
环耳式(包围耳部式)耳机包括耳垫，所述耳垫用于将耳机变换器联接到用户的耳部，同时提供声密封以便形成在可听频带内(即，在20Hz至20kHz之间)具有平滑且扩展的频率响应的声压腔室。腔室内的声音反射和模式对感知到的频率响应具有不合期望的影响，在高于1kHz的高频下尤其如此。耳机变换器和耳垫的设计影响声音反射。
发明内容
在一个实施方案中，耳机设置有外壳和变换器。外壳具有其中形成有凹陷的挡板表面以及围绕挡板表面的周边形成的边缘。变换器设置在凹陷中并且由外壳支撑。耳机还设置有耳垫和薄片。耳垫具有以环形形状形成并且围绕边缘连接到外壳的基部，以及与基部间隔开以便围绕外耳部接合用户头部的一部分的接触表面。耳垫限定空腔并且与用户的头部共同形成声腔室。薄片设置在挡板表面之上，所述薄片具有穿过其形成并且与变换器对准的孔。薄片由声音吸收材料形成以便抑制声腔室内的声音反射。
在另一个实施方案中，耳机设置有具有包括周边边缘的挡板表面的外壳、围绕周边边缘连接到外壳的环形基部以及从基部纵向延伸的内壁。耳机还设置有接触表面和盖。接触表面从内壁横向延伸并且与基部间隔开以便围绕外耳部接合用户头部的一部分，从而与基部和内壁共同形成空腔。盖设置在内壁之上以便抑制声音反射。
在又一个实施方案中，耳垫设置有环形基部以及均从基部纵向延伸的内壁和外壁。耳垫还设置有接触表面和盖。接触表面在内壁与外壁之间延伸并且与基部间隔开以便围绕外耳部接合用户头部的一部分。盖设置在内壁之上并且由透声材料形成以便抑制声音反射。
附图说明
图1是示出根据一个或多个实施方案的包括具有耳垫的耳机的音响系统的示意图；
图2是根据另一个实施方案的图1的耳机的侧面透视图；
图3是沿截面线3-3截取的图2的耳机的水平截面图；
图4是沿截面线4-4截取的图2的耳垫的竖直截面图；
图5是代表图1的耳机中的一个的测试固定装置的侧视图，其中不含耳垫；
图6是安装到图5的测试固定装置并且设置在测试板上的图2的耳垫的另一个侧面透视图；
图7是示出使用图6的测试固定装置和测试板测量的现有卵形耳垫的频率响应的图；
图8是示出使用图6的测试固定装置和测试板测量的现有圆形耳垫的频率响应的图；
图9是根据另一个实施方案的图1的耳垫的侧视图；
图10是示出使用图6的测试固定装置和测试板测量的图9的耳垫的频率响应的图；
图11是示出使用图6的测试固定装置和测试板测量的图2的耳垫的频率响应的图；并且
图12是示出使用图6的测试固定装置和测试板测量的图2的耳垫的被动噪声衰减的图。
具体实施方式
按照需要，本文公开了本发明的详细实施方案；然而，应理解，所公开的实施方案仅仅是可以各种替代形式体现的本发明的示例。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以便示出特定部件的细节。因此，本文中公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域技术人员以不同方式采用本发明的代表性基础。
参考图1，示出根据一个或多个实施方案的音响系统并且总体上用数字100表示。音响系统包括从音频源104接收音频信号的耳机组件102。在一个或多个实施方案中，音响系统100包括连接在音频源104与耳机组件102之间的主动噪声消除(ANC)控制系统106，诸如在授予Horbach等人的国际专利申请号PCT/US2014/053509中描述的ANC控制系统。耳机组件102包括一对耳机108。
每个耳机108包括支撑变换器112或驱动器的外壳110和至少一个麦克风114。根据示出的实施方案，外壳110形成为杯形形状。外壳110包括挡板表面116，所述挡板表面116具有形成于其中以用于接收变换器112的凹陷117(图3和图4示出)。变换器112使声音远离耳机108传播。
参考图2至图3，每个耳机108还包括用于围绕耳部120接触用户头部以便形成声密封的耳垫118。耳垫118包括以环形形状形成并且连接到外壳110的挡板表面116的周边边缘的基部122。耳垫118还包括接触表面124、内壁126和外壁128。接触表面124与基部122间隔开并且围绕耳部120接合用户头部的一部分(图1示出)。内壁126和外壁128在基部122与接触表面124之间延伸。在一个或多个实施方案中，基部122、接触表面124、内壁126和外壁128形成为由弹性材料(诸如皮革或蛋白皮革)形成并且限定空腔130的一体结构。耳垫118包括设置在空腔130内的柔顺材料132。根据一个或多个实施方案，柔顺材料是聚合物材料，诸如记忆泡沫。在一个实施方案中，柔顺材料132包含45％的环氧丙烷和环氧乙烷的聚合物、40％甲苯二异氰酸酯、10％三亚乙基二胺和5％其他材料。耳垫118提供用于接合头部的柔软的接触表面、声密封，并且控制整个音频频带内的频率响应和噪声隔离。
每个耳机包括薄片134，所述薄片134设置在挡板表面116之上用于抑制由挡板表面116、耳垫118和人头部限定的声腔室136内的声音反射。凹陷138形成于耳垫118的内壁126的下部部分中，所述凹陷138的大小被设定用于接收薄片134的周边部分。薄片134包括与变换器112对准以允许声音传播的孔洞140。薄片134由声音吸收泡沫材料形成。在一个实施方案中，薄片134由包含大致65％聚醚多元醇(polyether polyol)、30％甲苯二异氰酸酯(toluene diisocyanate)和5％其他材料的泡沫形成。薄片的材料被选择成在高频(例如，高于1-2kHz)下有效地减弱声波。另外，根据一个或多个实施方案，薄片134由具有比选择用于吸收声音的外部柔顺材料132的密度更低的密度的材料形成。
每个耳机包括设置在薄片134与耳垫118之间的刚性材料142，所述刚性材料142遵循用于将薄片134紧固到耳垫118的界面的形状。
耳机108还包括由透声材料形成的盖144。盖144附接到耳垫118的内壁126。盖144保护耳垫118免于机械损伤，并且避免声腔室136内的任何坚硬的反射表面。
参考图3和图4，根据示出的实施方案，耳机108的外壳110以围绕中心纵向轴线(A)的椭圆形形状形成，所述形状具有大于水平宽度的竖直长度。变换器112和薄片134的孔洞140围绕沿竖直长度从轴线A偏移的轴线(B)取向，如图4所示。外耳(耳道的入口)相对外耳部120(图1示出)的周边不居中。因此，变换器112和离心的孔洞140被定位成使得变换器112在外耳处居中。
变换器112被非对称地安装以便进一步抑制声腔室136内的反射和模式。变换器112安装到挡板表面116，所述挡板表面116以不垂直于轴线A的角度(α)取向(图3示出)。在示出的实施方案中，挡板表面116以七度的角度(α)形成。挡板表面116使变换器112平行于用户耳部(耳廓)或稍微在其前方定位。另外，将非平行表面引入设计有助于进一步减少不想要的反射。耳机108还包括设置在薄片134之上以覆盖孔洞140的织物146。
图5至图12示出测试样本和测量结果以便比较耳垫118与现有耳垫(未示出)的有效性。
图5示出代表耳机108的测试固定装置200。测试固定装置200包括支撑变换器204和麦克风阵列206的壳体202。变换器204是具有刚性(活塞运动型)隔膜的高质量耳机驱动器。壳体202包括最佳后部体积和声孔口208(对挡板和后部壳体具有声阻的孔)。此外，麦克风阵列206安装在变换器204的正上方，以捕获空间上平均的频率响应。
图6示出包括测试固定装置200和板212的测试设备210。耳垫118安装到测试固定装置200。板212包括可用来测量耳机的频率响应的内置麦克风(未示出)。板212使耳垫118终止。可替代地，耳垫118可终止于人头部。关于此方法的其他细节在授予Horbach的标题为“Headphone Response Measurement and Equalization”的美国专利申请号14/319,936中进行公开。
图7是示出使用测试设备210(图6示出)得到的现有卵形耳垫(未示出)的三条频率响应曲线的图300。图300包括：示出当耳垫终止于板212时，由测试固定装置200的麦克风阵列206捕获的测试数据的第一曲线302；示出当耳垫终止于板212时，由测量板212的麦克风捕获的测试数据的第二曲线304；以及示出当耳垫终止于人头部(耳机正常使用)时，由麦克风阵列206捕获的测试数据的第三曲线306。
图7中示出的曲线示出由封闭体积导致的现有卵形耳垫的声低通滤波器效应，同时根据耳垫的终止和测量麦克风位置，具有10-20dB的陡峭截止和1.5-3kHz的不同截止频率。曲线还指示在截止频率以上发生非常不均匀的响应，同时具有难以均衡的陡峭凹口。这种频率响应伴随着在时域内扩展(拖尾)的脉冲响应。这两个问题将可能对感知到的声音质量具有负面影响，即使是在均衡之后。
图8是示出使用测试设备210(图6示出)得到的现有圆形耳垫(未示出)的三条频率响应曲线的图400。图400包括：示出当耳垫终止于板212时，由测试固定装置200的麦克风阵列206捕获的测试数据的第一曲线402；示出当耳垫终止于板212时，由测量板212的麦克风捕获的测试数据的第二曲线404；以及示出当耳垫终止于人头部时，由麦克风阵列206捕获的测试数据的第三曲线406。效果与图300所示的效果同样显著。测量板212见证了在响应上升回到正常水平之前从1-7kHz的区间内超过20dB的下降。
参考图9，示出根据一个或多个实施方案的耳垫并且总体上用数字518表示。耳垫518类似于以上参考图2至图4描述的耳垫118，并且所述耳垫518包括延伸超过挡板表面(未示出)的薄片(未示出)。然而，耳垫518并不包括设置在耳垫518的内壁之上的透声盖。
图10至图12示出从根据图1的耳垫的一个或多个实施方案(即，耳垫118和耳垫518)的耳垫获得的结果，其示出耳垫118、518相对于现有耳垫(如图300和400所示)的改进。高频问题几乎完全消失。总频率响应是平滑的并且扩展1kHz以上，没有低通效应，并且在三种捕获方法之间具有大大改善的一致性。(100-200)Hz之间的步长可通过均衡处理，同时逼近规定的目标函数。
图10是示出使用测试设备210(图6示出)得到的耳垫518(图9示出)的三条频率响应曲线的图600。图600包括：示出当耳垫518终止于板212时，由测试固定装置200的麦克风阵列206捕获的测试数据的第一曲线602；示出当耳垫518终止于板212时，由测量板212的麦克风捕获的测试数据的第二曲线604；以及示出当耳垫518终止于人头部时，由麦克风阵列206捕获的测试数据的第三曲线606。
具体地，图11包括示出使用测试设备210(图6示出)得到的耳垫118的三条频率响应曲线的图700。耳垫118与耳垫518的不同之处在于其包括附接到内壁126(图2-4示出)的透声盖144。图700包括：示出当耳垫118终止于板212时，由测试固定装置200的麦克风阵列206捕获的测试数据的第一曲线702；示出当耳垫118终止于板212时，由测量板212的麦克风捕获的测试数据的第二曲线704；以及示出当耳垫118终止于人头部时，由麦克风阵列206捕获的测试数据的第三曲线706。
图700示出当耳垫118由板终止时，使用麦克风阵列(第一曲线702)和使用板麦克风(第二曲线704)捕获的频率响应在两个麦克风位置处非常接近地匹配。这使得耳机在被佩戴时能够通过内置阵列麦克风对感知到的响应进行准确地预测。第三曲线706中示出的感知到的响应可针对每个人单独地进行均衡。在噪声消除应用中，相同阵列可用来提供声误差反馈。由于不存在陡峭的高频滚降和其相关联的相移，反馈回路的稳定性和带宽被增强。
图12是示出基于不同柔顺材料的耳垫118(图2-4)的被动降噪能力的对比的图800。图800包括：示出当耳垫118终止于板212并且包括由坚硬记忆泡沫形成的柔顺材料时，由板麦克风206从外部噪声源捕获的测试数据的第一曲线802；以及示出当耳垫118终止于板212并且包括由选定的柔软泡沫形成的柔顺材料时，以如上方式捕获的测试数据的第二曲线804。图800示出在1kHz下可以达到超过20dB的衰减，这对于高质量噪声消除耳机来说是非常合乎期望的。根据所选择的泡沫材料，被动噪声衰减可在低至100Hz的频率下开始。
虽然以上描述示例性实施方案，但并不意味着这些实施方案描述了本发明的所有可能形式。实际上，在说明书中使用的措词是用于描述而非限制性的措辞，并且应理解，可在不背离本发明的精神和范围的情况下做出各种改变。另外，各种执行的实施方案的特征可加以组合来形成本发明的其他实施方案。

Claims (14)

1.一种耳机，其包括：
外壳，所述外壳具有其中形成有凹陷的挡板表面以及围绕所述挡板表面的周边形成的边缘；
变换器，所述变换器设置在所述凹陷中并且由所述外壳支撑；
耳垫，所述耳垫具有以环形形状形成并且围绕所述边缘连接到所述外壳的基部以及与所述基部间隔开以便围绕外耳部接合用户头部的一部分的接触表面，其中所述耳垫限定空腔并且与所述用户头部共同形成声腔室，并且其中所述挡板被定向成不与所述接触表面平行以将所述变换器定位成平行于用户的耳朵以减少所述声腔室内的声音反射；以及
薄片，所述薄片设置在所述挡板表面之上，所述薄片具有穿过其形成并且与所述变换器对准的孔，所述薄片由声音吸收材料形成以便抑制所述声腔室内的声音反射，其中所述薄片形成为具有非均匀厚度，具有定向成平行于所述耳垫的所述接触表面的外表面，
其中所述耳垫还包括：
内壁，所述内壁在所述基部与所述接触表面之间延伸；以及
盖，所述盖设置在所述内壁之上以便进一步抑制所述声腔室内的声音反射。
2.如权利要求1所述的耳机，其中所述盖由透声材料形成。
3.如权利要求1所述的耳机，其中所述薄片由泡沫材料形成。
4.如权利要求1所述的耳机，其还包括设置在所述耳垫的所述空腔中的柔顺材料，其中所述柔顺材料的硬度小于所述薄片的硬度。
5.一种耳机，其包括：
外壳，所述外壳具有包括其中形成有凹陷和周边边缘的挡板表面；
变换器，所述变换器设置在所述凹陷中并且由所述外壳支撑；
环形基部，所述环形基部围绕所述周边边缘连接到所述外壳；
内壁，所述内壁从所述环形基部纵向延伸；
接触表面，所述接触表面从所述内壁横向延伸并且与所述环形基部间隔开以便围绕外耳部接合用户头部的一部分，并且与所述环形基部和所述内壁共同形成空腔，其中所述挡板被定向成不与所述接触表面平行以将所述变换器定位成平行于用户的耳朵以减少声音反射；
薄片，所述薄片设置在所述挡板表面之上，所述薄片具有穿过其形成并且与所述变换器对准的孔，所述薄片由声音吸收材料形成以便抑制声音反射，其中所述薄片形成为具有非均匀厚度，具有定向成平行于所述接触表面的外表面；以及
盖，所述盖设置在所述内壁之上以便抑制声音反射。
6.如权利要求5所述的耳机，其中所述盖由透声材料形成。
7.如权利要求5所述的耳机，其中所述薄片由包含聚醚多元醇和甲苯二异氰酸酯的泡沫材料形成。
8.如权利要求5所述的耳机，其还包括设置在所述空腔中的柔顺材料，并且其中所述柔顺材料的硬度小于所述薄片的硬度。
9.如权利要求5所述的耳机，其中所述外壳的所述凹陷的中心轴线从所述外壳的中心纵向轴线偏移。
10.如权利要求5所述的耳机，其中所述挡板表面以不与所述外壳的中心纵向轴线垂直的角度取向。
11.一种耳机，其包括：
外壳，所述外壳具有其中形成有凹陷的挡板表面以及围绕所述挡板表面的周边形成的边缘；
变换器，所述变换器设置在所述凹陷中并且由所述外壳支撑；以及
耳垫，所述耳垫包括：
环形基部，其围绕所述边缘连接到所述外壳；
从所述环形基部纵向延伸的内壁和外壁；
接触表面，所述接触表面在所述内壁和所述外壁之间延伸并且与所述环形基部间隔开以便围绕外耳部接合用户头部的一部分，其中所述环形基部、所述内壁和所述接触表面形成一体结构，其中所述挡板表面被定向成不与所述接触表面平行以将所述变换器定位成平行于用户的耳朵以减少声音反射；以及
盖，所述盖附接至并且设置在所述内壁之上并且由透声材料形成以便抑制声音反射；以及
薄片，所述薄片设置在所述挡板表面之上，所述薄片具有穿过其形成并且与所述变换器对准的孔，所述薄片由声音吸收材料形成以便抑制声音反射，其中所述薄片形成为具有非均匀厚度，具有定向成平行于所述耳垫的所述接触表面的外表面。
12.如权利要求11所述的耳机，其中所述外壳的所述凹陷的中心轴线从所述外壳的中心纵向轴线偏移。
13.如权利要求11所述的耳机，其中所述挡板表面以不与所述外壳的中心纵向轴线垂直的角度取向。
14.如权利要求11所述的耳机，其中所述耳垫限定空腔并且其中所述耳机还包括设置在所述空腔中的柔顺材料，并且其中所述柔顺材料的硬度小于所述薄片的硬度。
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