CN108702561B - 耳机 - Google Patents

Abstract

一种耳机，该耳机具有适于放置在用户的头部上或者上部躯体上的支撑结构，该耳机具有由支撑结构承载的第一声学驱动器，以使第一声学驱动器被定位为离开用户的耳朵，其中第一声学驱动器具有前侧和后侧，并且声音从第一声学驱动器的两侧被辐射；并且该耳机具有结构，该结构将第一声学室限定在第一声学驱动器的前侧上并且在第一声学室中具有至少一个开口，并且该结构将第二声学室限定在第一声学驱动器的后侧上并且在第二声学室中具有至少一个开口。在低频率处，第一声学驱动器的极性图表现得近似像偶极子，并且在高频率处，第一声学驱动器的极性图展现较高阶定向图案。第二声学驱动器可以被包括。

Description

耳机

技术领域

本公开涉及耳机。

背景技术

耳机通常位于耳朵中、在耳朵上或者附在耳朵上。一个结果是外部的声音被堵塞。这对佩戴者参与对话的能力以及佩戴者的环境/情形的感知有影响。因此，至少在一些情形中允许外部的声音到达使用耳机的人的耳朵是所期望的。

耳机可以被设计为放置为离开耳朵，以便允许外部的声音到达佩戴者的耳朵。然而，在这种情况中，对于其他人，由耳机所产生的声音会变成听得见的。当耳机不位于耳朵上或者耳朵中时，最好是抑制耳机所产生的声音以免被其他人听见。

发明内容

本文所公开的耳机具有一个或者多个声学驱动器。声音是从驱动器隔膜的前侧和后侧两者辐射的。驱动器被定位为离开耳朵，以使佩戴者能听到对话和其它环境声音。在单驱动器实现中，驱动器被布置，以使该驱动器被对称地负载在前侧和后侧中。驱动器的对称负载导致该驱动器在低频率表现得近似像偶极子(dipole)，并且因此在远场声音相消。为了在高频率出实现较高阶定向图案，电阻网状网可以被对称地应用到驱动器上。然而，这会减少它的低频输出。在高频率处，被对称负载的驱动器展现较高阶定向图案(诸如心形线(cardioid)或者超心形线(hypercardioid))；因此在高频率处，单驱动器可以展现定向性。这可以在阻止声音被其他人听到的同时，允许用户听到声音。

在双驱动器配置中，高频率驱动器高频率驱动器被定位在比低频率驱动器低频率驱动器更靠近耳朵处，并且在交叉频率处，控制模块在低频率驱动器低频率驱动器和高频率驱动器高频率驱动器之间转换，该交叉频率是在期望的频率范围内基于用于平衡的足够输出和获得较高阶定向图案的目的的最优组合被选择的。在一个特别的非限制性示例中，该交叉频率是大约500Hz。低频率驱动器低频率驱动器表现得像偶极子，并且高频率驱动器高频率驱动器具有较高阶定向图案。因此，在维持低频率输出的同时，该配置有效地实现与单驱动器实现类似的效果。并且，与在单驱动器实现中，低频率驱动器和高频率驱动器高频率驱动器二者可以飘在耳朵附近，或者它们可以通过向耳朵引导声音的端口被定位在耳朵上面/后面。

下面提及的所有示例和特征可以以任何技术上可能的方式组合。

在一个方面，耳机包括适于放置在用户的头部上或者上部躯体上的支撑结构和由支撑结构承载的声学驱动器，以使声学驱动器被定位为离开用户的耳朵。声学驱动器具有前侧和后侧，声音从声学驱动器的两侧被辐射。存在结构，该结构将第一声学室限定在声学驱动器的前侧，并且将第二声学室限定在声学驱动器的后侧，其中第一声学室其中具有至少一个开口，并且第二声学室其中具有至少一个开口。在低频率处，声学驱动器的极性图(polar pattern)表现得近似像偶极子，并且在高频率处，声学驱动器的极性图展现较高阶定向图案。较高阶定向图案可以包括以下两项中的一项：心形线或者超心形线。

实施例可以包括以下特征中的一个，或者它们的任何组合。耳机可以进一步包括毗邻声学驱动器的挡板。耳机可以进一步包括用于声学驱动器的壳体，其中声学驱动器位于壳体内部。壳体可以位于用户的耳朵的上面或者后面。壳体可以包括被声学耦合到声学驱动器的前侧的第一端口以及被声学耦合到声学驱动器的后侧的第二端口。

实施例可以包括以下特征中的一个，或者它们的任何组合。驱动器的前侧、第一声学室以及第一声学室中的至少一个开口共同可以具有第一有效阻抗，并且驱动器的后侧、第二声学室以及第二声学室中的至少一个开口共同可以具有第二有效阻抗。在一个示例中，在从大约20Hz到大约2kHz的范围的频率，第一有效阻抗与第二有效阻抗的比率在从近似0.95到近似1.05的范围。在另一示例中，在大于大约2kHz的频率处，第一有效阻抗与第二有效阻抗的比率近似小于0.95。

实施例可以包括以下特征中的一个，或者它们的任何组合。耳机可以进一步包括邻近第一声学室和第二声学室中的一个或者多个或者所有开口的声阻材料。声阻材料可以包括以下中的至少一个：塑料、纺织品、金属、可渗透材料、编织材料、遮挡材料(screenmaterial)以及网状材料。声阻材料可以具有在从大约5MKS瑞利(Rayls)到大约500MKS瑞利的范围的声学阻抗。

实施例可以包括以下特征中的一个，或者它们的任何组合。限定第一声学室和第二声学室的结构可以包括围绕驱动器的前侧的第一设备和围绕驱动器的后侧的第二设备。第一设备和第二设备可以各包括筐。声学驱动器的前侧和后侧的声学阻抗近似相等。第一声学室和第二声学室其中每个具有多个开口。第一声学室中的开口和第二声学室中的开口可以被配置成具有近似相同的等效阻抗，以使声学驱动器被对称地负载。

在另一方面，耳机包括适于放置在用户的头部上或者上部躯体上的支撑结构；由支撑结构承载的声学驱动器，以使当在矢状平面中看时，声学驱动器被定位为离开用户的耳朵并且位于耳廓的外部；将第一声学室限定在第一声学驱动器的前侧的第一设备，第一设备其中具有至少一个开口；将第二声学室限定在第一声学驱动器的后侧的第二设备，第二设备其中具有至少一个开口；以及从第一设备延伸的主体，其中当从矢状平面看时，主体覆盖耳廓的一部分。

实施例可以包括以下特征中的一个，或者它们的任何组合。第一设备和第二设备中的开口可以被配置成具有近似相同的总声学阻抗。在低频率处，声学驱动器的极性图可以表现得近似像偶极子，并且在高频率处，声学驱动器的极性图可以展现较高阶定向图案；较高阶定向图案可以包括以下中的一个：心形线或者超心形线。

在另一方面，耳机包括适于放置在用户的头部上或者上部躯体上的支撑结构；由支撑结构承载的声学驱动器，以使声学驱动器被定位为离开用户的耳朵，其中声学驱动器具有前侧和后侧，并且声音从声学驱动器的两侧被辐射；结构，该结构将第一声学室限定在声学驱动器的前侧，并且将第二声学室限定在声学驱动器的后侧，其中第一声学室其中具有至少一个开口，并且第二声学室其中具有至少一个开口。存在用于声学驱动器的壳体，其中声学驱动器位于壳体的内部，并且其中壳体包括被声学耦合到声学驱动器的前侧的第一端口以及被声学耦合到声学驱动器的后侧的第二端口。驱动器的前侧、第一声学室以及第一声学室中的至少一个开口共同具有第一有效阻抗，并且驱动器的后侧、第二声学室以及第二声学室中的至少一个开口共同具有第二有效阻抗。在从大约20Hz到大约2kHz的范围的频率，第一有效阻抗对第二有效阻抗的比率在从近似0.95到近似1.05的范围。在低频率处，声学驱动器的极性图表现得近似像偶极子，并且在高频率处，声学驱动器的极性图展现较高阶定向图案。

在另一方面，耳机包括适于放置在用户的头部上或者上部躯体上的支撑结构；由支撑结构承载的低频率声学驱动器，以使低频率声学驱动器被定位为离开用户的耳朵，其中低频率声学驱动器具有前侧和后侧；由支撑结构承载的高频率声学驱动器，以使高频率声学驱动器被定位为离开用户的耳朵，并且位于比第一声学驱动器更靠近耳朵处，其中高频率驱动器高频率驱动器具有前侧和后侧；以及控制器，该控制器被配置成使低频率驱动器低频率驱动器能够声学输出在第一频率范围的声音，并且使高频率驱动器高频率驱动器能够声学输出在第二频率范围的声音，第二频率范围比第一频率范围高。

实施例可以包括以下特征中的一个，或者它们的任何组合。低频率声学驱动器的极性图可以表现得近似像偶极子。高频率声学驱动器的极性图可以展现较高阶定向图案，该较高阶定向图案可以包括以下两项中的一项：心形线或者超心形线。第一频率范围可以包括低于大约500Hz的频率，并且第二频率范围可以包括高于大约500Hz的频率。

实施例可以包括以下特征中的一个，或者它们的任何组合。高频率驱动器高频率驱动器可以被壳体封装，该壳体限定后室，该后室被声学耦合到高频率驱动器高频率驱动器的后侧。耳机可以进一步包括壳体的后侧中的端口，该端口将后室声学耦合到耳机外部的环境。耳机可以进一步包括邻近端口的声阻材料。声阻材料可以包括以下中的至少一个：塑料、纺织品、金属、可渗透材料、编织材料、遮挡材料以及网状材料。声阻材料可以具有在从大约5MKS瑞利到大约500MKS瑞利的范围的声学阻抗。

实施例可以包括以下特征中的一个，或者它们的任何组合。低频率驱动器低频率驱动器可以被壳体封装，该壳体限定被声学耦合到低频率驱动器低频率驱动器的前侧的前室以及被声学耦合到低频率驱动器低频率驱动器的后侧的后室。壳体可以包括被声学耦合到前室的第一端口以及被声学耦合到后室的第二端口。壳体可以进一步包括毗邻高频率声学驱动器的挡板。交叉频率可以是基于低频率驱动器低频率驱动器的输出和来自高频率驱动器高频率驱动器的较高阶定向图案的组合选择的。

实施例可以包括以下特征中的一个，或者它们的任何组合。当在矢状平面中看时，低频率驱动器低频率驱动器可以被定位为离开用户的耳朵并且位于耳廓的外部。当从矢状平面看时，耳机可以进一步包括覆盖耳廓的一部分的主体。高频率驱动器高频率驱动器可以被主体承载。主体可以是挡板。

在另一方面，耳机包括适于放置在用户的头部上或者上部躯体上的支撑结构；由支撑结构承载的低频率声学驱动器，以使低频率声学驱动器被定位为离开用户的耳朵，其中低频率声学驱动器的极性图表现得近似像偶极子；由支撑结构承载的高频率声学驱动器，以使高频率声学驱动器被定位为离开用户的耳朵，并且位于比第一声学驱动器更靠近耳朵处，其中高频率声学驱动器的极性图展现较高阶定向图案，较高阶定向图案包括以下中的一个：心形线或者超心形线。高频率驱动器高频率驱动器被壳体封装，壳体限定被声学耦合到高频率驱动器高频率驱动器的后侧的后室，并且壳体进一步包括壳体的后侧中的端口，该端口将后室声学耦合到耳机之外的环境。存在控制器，该控制器被配置成使低频率驱动器低频率驱动器能够声学输出在第一频率范围内的声音，并且使高频率驱动器高频率驱动器能够声学输出在第二频率范围内的声音，第二频率范围比第一频率范围高。耳机可以进一步包括邻近端口的声阻材料，其中声阻材料具有在从大约5MKS瑞利到大约500MKS瑞利的范围的声学阻抗。

在另一方面，耳机包括适于放置在用户的头部上或者上部躯体上支撑结构；由支撑结构承载的低频率声学驱动器，以使低频率声学驱动器被定位为离开用户的耳朵，其中低频率声学驱动器的极性图表现得近似像偶极子。低频率驱动器低频率驱动器被第一壳体封装，该第一壳体限定被声学耦合到低频率驱动器低频率驱动器的前侧的前室以及被声学耦合到低频率驱动器低频率驱动器的后侧的后室，并且第一壳体包括被声学耦合到前室的第一端口和被声学耦合到后室的第二端口。存在由支撑结构承载的高频率声学驱动器，以使高频率声学驱动器被定位为离开用户的耳朵，并且位于比第一声学驱动器更靠近耳朵处，其中高频率声学驱动器的极性图展现较高阶定向图案，该较高阶定向图案包括以下中的一个：心形线或者超心形线。高频率驱动器高频率驱动器被第二壳体封装，该第二壳体限定被声学耦合到高频率驱动器高频率驱动器的后侧的后室，并且第二壳体进一步包括第二壳体的后侧中的端口，该端口将后室声学耦合到耳机之外的环境。控制器被配置成使低频率驱动器低频率驱动器能够声学输出在第一频率范围内的声音，并且使高频率驱动器高频率驱动器能够声学输出在第二频率范围内的声音，第二频率范围比第一频率范围高。

实施例可以包括以下特征中的一个，或者它们的任何组合。当在矢状平面中看时，低频率驱动器低频率驱动器可以位于耳廓的外部。当从矢状平面看时，耳机进一步包括覆盖耳廓的一部分的主体。高频率驱动器高频率驱动器可以被主体承载。

附图说明

图1是耳机的示意性的部分截面图。

图2A是用于耳机的音频单元的仰视图。

图2B是沿着图2A的2B-2B线获得的截面图。

图3A是从现有技术声学驱动器的前辐射、后辐射和离轴辐射的图。

图3B图示了来自图2的音频单元的前辐射、后辐射和离轴辐射。

图4A和图4B是在两个不同频率处的图2的音频单元的驱动器的输出的极性图。

图5是另一耳机的示意性的部分截面图。

图6A是图示了图5的耳机的低频率驱动器低频率驱动器的偶极子行为的图。

图6B是图示了图5的耳机的高频率驱动器高频率驱动器的定向行为的图。

图7是针对图5的耳机的两种不同配置在耳朵处接收到的声音的图，并且图示可使用挡板增加低频率输出的优点。

图8是针对图5的耳机的控制系统的示意性框图。

具体实施方式

在本文中耳机可以具有一个或者多个声学驱动器。驱动器被定位为离开耳朵(通常，或者在头部外但是靠近耳朵处，或者在颈部/上部躯体上或者在其附近)。以使佩戴者能听到对话和其它环境声音。在本文中在一些示例中耳机适于播放宽带宽音频。在耳机被设计为仅聚焦在语音频带的情况中，可以不需要低频率驱动器低频率驱动器。在耳机的单驱动器实现中，在驱动器的前侧或者后侧存在结构。这些结构具有相同或者近似相同的等效声学阻抗，以使驱动器被对称地负载。驱动器的对称负载维持偶极子行为到较高频率，在该较高频以上驱动器展现较高阶定向图案(诸如心形线或者超心形线)。因此，在高频率处，单驱动器可以展现定向性。该设计允许用户听到由耳机产生的声音同时阻止该声音被其他人听到，并且仍然允许用户听到对话和环境声音。

在一个示例中，驱动器的对称负载是通过在驱动器的前侧和后侧布置筐实现的，以便限定前声学腔和后声学腔。在每个筐中存在一个或者多个开口。前开口和后开口可以被配置成具有近似相同的等效声学阻抗。例如，这可以通过修改开口的长度和截面积中的一个或者多个，和/或通过在开口中包括声阻材料来实现。只要在两侧的等效阻抗是匹配的，可以存在任何数目或者尺寸的开口。开口可以承载可选择的声阻材料，以便剪裁等效声阻。在该配置中，驱动器在低频频率处表现得像偶极子，并且在高频具有较高阶定向图案。

在一个示例中，在驱动器的前侧和后侧的壳体中可以存在端口。通过匹配端口的阻抗，可以促进对称负载。例如，这可以通过修改端口的长度和截面积中的一个或者多个，和/或通过在端口中包括声阻材料来实现。在该实现中，驱动器可以飘在耳朵附近或者通过端口被定位在耳朵上方/后面。

在具有两个驱动器的实现中，低频率驱动器低频率驱动器不需要与在单驱动器实现中一样具有在驱动器的前侧和后侧被匹配的声学阻抗。高频率驱动器高频率驱动器也可以是从驱动器隔膜的前表面和后表面二者辐射声音的标准驱动器。在壳体中，高频率驱动器高频率驱动器可以具有后腔端口；该端口通常但不一定需要被声学网状材料覆盖，以便调谐声学阻抗。高频率驱动器高频率驱动器可以被定位在比低频率驱动器低频率驱动器更靠近耳朵处。在该实现中，在交叉频率处，控制模块将在低频率驱动器低频率驱动器和高频率驱动器高频率驱动器之间转换，该交叉频率是在期望的频率范围内基于用于平衡的足够输出和获得较高阶定向图案的目的的最优组合被选择的。在一些情况中，存在与被设计的低频率驱动器低频率驱动器相关联的端口，以使在交叉频率以下，低频率驱动器低频率驱动器像偶极子一样辐射。在一个特别的非限制性示例中，交叉频率是大约500Hz。低频率驱动器低频率驱动器表现得像偶极子，并且高频率驱动器高频率驱动器具有较高阶定向图案。因此，在维持所期望的低频输出的同时，该配置有效地实现与单驱动器实现类似的声音辐射效应。并且，与在单驱动器实现中一样，高频率驱动器高频率驱动器和低频率驱动器低频率驱动器两者可以飘在耳朵附近，或者它们可以通过向耳朵引导声音的端口被定位在耳朵上方/后面。

图1的耳机10包括支撑结构12，支撑结构12适于放置在用户的头部20上或者备选地上部躯体或者颈部。在该非限制性示例中，支撑结构12包括头带14，头带14放置在头部20上，并且头带14承载音频单元30，音频单元30产生通过耳朵22和24中的一个或者二者被用户听到的声音。一个音频单元被示出，贴近一个耳朵，但是可以存在两个音频单元，一个音频单元靠近每个耳朵(通常在外面、在上方或者在后面)。音频单元30被承载，以使它不接触耳朵24。一个结果是即使也听到从音频单元30发出的声音的同时，用户仍然能听到对话和其它环境声音。靠垫和平衡物16和18是维持音频单元30的位置的一种非限制性装置，以使音频单元30在耳朵24外。能够被耦合到主体并且维持音频单元相对靠近但不接触耳朵的支撑结构12的其它构造对于本领域技术人员将是明显的，并且被包括被本公开的范围内。支撑结构的另一种类型的一个非限制性示例将是被构造并且布置以被佩戴在颈部/肩膀上的后颈带，具有向耳朵发射声音的音频单元。

音频单元30包括声学换能器(驱动器)32。驱动器32具有前侧和后侧，并且声音从驱动器32的两侧被辐射。驱动器32可以是能够从前侧和后侧辐射声音的现在已知的或者今后发展的驱动器的任何类型。驱动器32位于结构38内部。结构38足够敞开，以使它将第一声学室34限定在驱动器32的前侧上，并且将第二声学室36限定在驱动器32的后侧上。室34具有一个或者多个前开口40，声音可以从该前开口离开，室36具有一个或者多个后开口42，声音可以从该后开口离开。在低频率处(通常但不需要意味着频率高达大约500Hz或者可能大约1000Hz)，驱动器32的极性图展现较高阶定向图案。这种较高阶定向图案的示例包括心形线和超心形线图案，如下面进一步解释的。整个音频单元30可以被封装在壳体或者其它结构内。

在一些示例中，驱动器32的前侧和后侧的声学阻抗近似相等。在一些示例中，开口40和42被配置成具有近似相同的声学阻抗；优选地，第一开口和第二开口或者端口被配置成具有近似小于1.1的声学阻抗比率。开口40和室34具有“Zfront”有效阻抗，而开口42和室36连同驱动器32的后腔阻抗具有“Zback”有效阻抗。在一个非限制性示例中，在从大约20Hz到大约2kHz的频率范围中，声学阻抗比率Zfront/Zback在从近似0.95到近似1.05的范围；在大于大约2kHz的频率，Zfront/Zback近似小于0.95。从20-2000Hz的频率范围是所期望的，以维持偶极子行为并因此延伸远场相消的带宽。在较高频率处，减少从后侧的辐射并实现心形线/超心形线图案是所期望的，因为在这些频率处，辐射到环境的声音被感知到将会更加恼人。在一些示例中，存在邻近(例如，覆盖或者填充)开口40和42的每个的声阻材料。在非限制性示例中，声阻材料包括以下中的至少一种：塑料、纺织品、金属、可渗透材料、编织材料、遮挡材料以及网状材料。网状材料具有声学阻抗。声学阻抗应该是这样的，在高频率处提供高定向的同时，该声学阻抗对低频率输出具有最小的影响。在非限制性示例中，特别地针对单驱动器的使用，声阻材料具有在从大约5MKS瑞利到大约100MKS瑞利的范围的阻抗。匹配驱动器32的前侧和后侧的有效声学阻抗有助于最大化驱动器32的低频偶极子行为。

图2A是可以在耳机中使用的音频单元50的仰视图。图2B是沿着图2A的2B-2B线获得的截面图。音频单元50包括驱动器52，驱动器52包括隔膜/围绕物54、磁铁/线圈组件62以及结构或筐56。后声学室55位于隔膜54后面。开口58、60和81-86形成在筐56的后侧中。可以存在一个或者多个这种开口。每个开口的面积和开口的面积总计被选择，以在驱动器的后侧实现所期望的声学阻抗。开口也可以包括管，每个管的长度可以被选择，以在驱动器的后侧实现所期望的声学阻抗。在非限制性示例中，声阻材料59位于开口58内或者上方，并且声阻材料61位于开口60内或者上方。开口的每个通常弹不一定由声阻材料覆盖，以在驱动器的后侧发展特定的声学阻抗。

在一个示例中，在驱动器的后侧和前侧的声学阻抗近似相同，以实现远场相消的更宽带宽。这可以通过包括第二筐或者位于隔膜/围绕物54前面并且围绕隔膜/围绕物54的结构66来完成，以使声学室65在驱动器的前侧形成。筐66可以是但是不需要是与筐56相同的，并且可以包括相同的开口以及在开口内的相同的声阻材料，以使在驱动器的前侧和后侧产生相同的声学阻抗。为了示意性地图示该方面，示出了用声阻材料69填充的开口68和用声阻材料71填充的开口70。声阻材料有助于控制期望的声学阻抗，以在低频率处实现偶极子图案和在高频率处实现较高阶定向图案。然而，增加的阻抗可以导致降低的低频率输出。

图3A图示了来自示例性的驱动器(诸如图2A的驱动器52)的前辐射(曲线43)、后辐射(曲线44)和90度离轴辐射(曲线45)，其中后筐带具有由网状网覆盖的开口，但是在该情况中没有前筐66(这导致驱动器的前侧是敞开的)。在高频率处(在该情况中，大于大约1000Hz)，前侧和后侧的辐射在幅度上不匹配，并且在90度测量的离轴辐射具有相对大的幅度。在该情形中，对于没有佩戴声学驱动器但是位于声学驱动器的旁边或者周围的人，从声学驱动器辐射的声音将更可能变得听得见。

图3B图示了来自图2A和2B的音频单元30(即包括前筐66)的前辐射(曲线46)、后辐射(曲线47)和90度离轴辐射(曲线48)，但是其中前筐66和后筐56具有未被拦阻的开口(即，在前声学室和后声学室的开口内没有任何声阻材料)，这些开口具有近似相同的等效阻抗。前辐射和后辐射很好地匹配，直到高达大约4-5kHz，而离轴辐射具有更小的幅度。

图3A和3B的数据图示了在驱动器的前侧和后侧相匹配的声学阻抗有助于维持针对更宽带宽的偶极子图案和在较高频率处展现定向性，并且导致在远场声音输出减少。数据也图示了使用网状网的折中(低频率输出的损耗，但在高频率处较高定向性)。

在低频率处，声学驱动器频繁展现偶极子辐射图案，其中声音在相反的方向(180度反相)被辐射。图4A和4B是诸如图2A的驱动器52的在后室开口上有声阻网状材料和没有声阻网状材料的情况下输出的极性图。图4A的图是在200Hz获得的，并且示出了没有网状网(曲线90)和有网状网(曲线91)的典型的偶极子辐射。图4B的图是从相同的驱动器在4000Hz获得的，并且在网状网情况(曲线93)下示出与180度(后侧)相比在0度(前侧)具有显著更大的辐射的超心形模式，导致更小的辐射到远场。在没有网状网的情况(曲线92)下，图案更接近偶极子。这图示了主体耳机的单驱动器实现的示例，其中在低频率处，声音在远场相消，并且在高频率处，声音能量的大部分被引导进入佩戴者的耳朵，而不是其它方向。

另一个示例性耳机在图5中被示出，图5图示了针对单驱动器耳机的配置和针对双驱动器耳机的配置二者。耳机100包括经由放置在头部102上的支撑结构106使与耳朵104保持一定距离的音频单元112。在另一示例中，支撑结构106可以被适于放置在用户的上部躯体或者颈部。音频单元112包括位于壳体111内的第一声学驱动器110。壳体111可以但不需要位于耳朵104上方或者后面。壳体111限定前声学室114和后声学室116。可以存在第一端口115，第一端口115被声学耦合到第一声学驱动器110的前侧，并且位于总体靠近耳朵104的这种位置并且因此向耳朵引导声音；以及第二端口117，第二端口117被声学耦合到第一声学驱动器110的后侧，并且位于比端口115更远离耳朵104的位置并且从端口115180度反相辐射声音。端口115和117可以但不需要被配置成具有近似相同的声学阻抗。例如，这可以通过修改端口的长度和截面积中的一个或者多个，和/或通过在开口中包括声阻材料来实现。端口115和117可以但不需要具有邻近端口的声阻材料。当这种材料被使用时，它可以是以下中的至少一种：塑料、纺织品、金属、可渗透材料、编织材料、遮挡材料以及网状材料。当这种材料被使用时，它可以具有在从大约5MKS瑞利到大约500MKS瑞利的范围的声学阻抗。

在该非限制性示例中，耳机100可以(但不需要)也包括主体或者挡板120，主体或者挡板120毗邻驱动器110并且从壳体111向下延伸到耳朵的横切面，但在最远离耳朵的端口115的侧面。在一个非限制性示例中，当从所述矢状平面看时，挡板120从壳体111延伸，以使它覆盖耳廓的一部分。挡板是不透声的。在这种情况中，挡板120位于毗邻端口115处。对于限制并重新引导辐射离开端口115，挡板120是有效的。对于引导更多辐射离开端口115到耳朵104，与没有挡板的耳机相比，挡板120可以是有效的。

在该非限制性示例中，耳机100可以(但不需要)也包括第二声学驱动器122。然而，耳机100可以被配置成在壳体111中仅具有驱动器110的单驱动耳机，壳体111具有端口115和117，并且可以(或者可以不)包括挡板120。当存在第二驱动器122时，第二驱动器122可以被支撑结构承载，以使第二声学驱动器122比第一声学驱动器110更靠近耳朵。实现该结果的一个非限制性方式是布置耳机，以使第二驱动器122被挡板120承载或者否则被机械耦合到挡板120。优选地，驱动器122被安装，以使它直接向耳朵104辐射。同样优选地，用于驱动器122的壳体123包括具有电阻网状网125的后端口124。当挡板120被布置，以覆盖大约耳朵104的一半(例如顶部一半，如图中所示)，驱动器122可以位于耳朵104的正前方但是与耳朵104隔开。

在一个示例中，第一声学驱动器110是展现偶极子辐射模式的低频率驱动器低频率驱动器，第二声学驱动器122是展现较高阶定向图案(诸如心形线或者超心形线)的高频率驱动器高频率驱动器。基于将要被耳机100输出的声音的频率，控制器或者处理器可以在两个驱动器110、122之间转换。例如，在低频率(例如，在近似500Hz或者低于近似500Hz的频率)处，控制器或者处理器可以选择低频率驱动器低频率驱动器110来声学输出声音。在这样低的频率处，低频率驱动器低频率驱动器110表现为偶极子，在相反的方向(180度反相)辐射声音，这导致远场声音相消。在高频率(例如，高于近似500Hz的频率)处，控制或者处理器可以选择高频率驱动器高频率驱动器122来声学输出声音。在这样高的频率，高频率驱动器高频率驱动器展现较高阶定向图案，这导致更多声音能量被引导向耳机100的用户的耳朵，而不是在其它(所不期望的)方向(诸如向没有佩戴耳机但是位于耳机的附近的人的方向)。

图6A图示从前端口115发出的声音(曲线152)、从后端口117发出的声音(曲线153)和在90度离轴测量的声音(曲线154)。在低频率处，偶极子行为是明显的。图6B图示从高频率驱动器高频率驱动器122的前侧发出的声音(曲线156)、从高频率驱动器高频率驱动器122的后端口124发出的声音(曲线157)和在90度离轴测量的离轴声音(曲线158)。高度定向行为是明显的。

图7图示针对耳机(诸如图5的耳机100，在仅具有但驱动器110(即，不具有驱动器122)的情况下)的两种不同的配置发出的声音。一个配置具有挡板120，并且另一配置不具有挡板120。曲线127是针对具有挡板120的配置的声音压力水平相对于频率的图。如所示，挡板显著增加声音输出的幅度，特别是在高达大约1000Hz到2000Hz的频率处。

图8是针对图5的耳机的控制系统的示意性框图，包括针对两个驱动器的交叉系统。音频输入被提供到控制器132。在交叉频率处，控制器132在低频率驱动器低频率驱动器110和高频率驱动器高频率驱动器122之间转换。在期望的频率范围内，基于用于平衡的足够输出和实现较高阶定向图案的目标的最优组合，可以选择交叉频率。通过放大器134和138放大信号，并将信号提供到驱动器110和122。在一个非限制性示例中，交叉频率在大约500Hz。在高达大约500Hz的频率，低频率驱动器低频率驱动器110表现得像偶极子，因此在远场声音相消。在大于大约500Hz的频率驱动器122具有较高阶定向图案(例如，心形线或者超心形线)，以使声音能量的大部分被引导进耳朵104中，而不是其它方向。双驱动器系统实现针对宽频带音频的期望的低频输出，并且在高频维持高定向性。

图8的控制系统可以利用分立电子学，通过运行在耳机内的或者与耳机通信的数字信号处理器(DSP)或者任何其它适当的处理器上的软件代码来实现。

在框图中，附图的元件被示出并且被描述为分立的元件。这些可以作为模拟电路或者数字电路中的一个或者多个来实现。备选地，或者附加地，它们可以通过执行软件指令的一个或者多个微处理器来实现。软件指令可以包括数字信号处理指令。操作可以通过模拟电路或者通过执行运行模拟操作的等价的软件的微处理器来运行。信号线可以作为分立的模拟或者数字信号线，作为具有能够处理分立的信号的合适的信号处理分立的数字信号线，和/或作为无线通讯系统的元件来实现。当在框图中表示或者暗示过程时，步骤可以通过一个元件或者多个元件来运行。步骤可以同时运行，或者在不同的时间运行。运行活动的元件可以是在物理上相同的或者近似另一个，或者可以是在物理上分离的。一个元件可以运行多于一个框的行动。音频信号可以被编码或者不被编码，并且可以以或者数字或者模拟的形式被传送。在一些情况中，传统音频信号处理装备和操作被从附图中省略。

上面描述的系统和方法的实施例包括计算机部件和计算机实现的步骤，对于本领域技术人员，这将是明显的。例如，本领域技术人员应当理解的是，计算机实现的步骤可以被存储为计算机可读媒介(诸如例如为软盘、硬盘、光盘、闪速ROMS、非易失性ROM以及RAM)上的计算机可执行的指令。此外，本领域技术人员应当理解的是，可以在各种处理器(诸如例如为微处理器、数字信号处理器、门阵列等)上执行计算机可执行的指令。为便于阐述，上文描述的系统和方法的不是每个步骤或者元件在本文中都作为计算机系统的一部分来描述，但是本领域技术人员将识别每个步骤或者元件可以具有相应的计算机系统或者软件部件。因此，这种计算机系统和/或软件部件通过描述它们的相应步骤或者元件(即，它们的功能性)被启用，并且它们在本公开的范围内。

已描述了多个实现。然而，应该理解的是，在不脱离本文描述的发明概念的范围的情况下，可以进行附加的修改，并且相应地，其它实施例在下面的权利要求的范围内。

Claims (22)

1.一种耳机，包括：

支撑结构，适于放置在用户的头部上或者上部躯体上；

低频率声学驱动器，由所述支撑结构承载，使得所述低频率声学驱动器被定位为离开所述用户的耳朵，其中所述低频率声学驱动器具有前侧和后侧；

高频率声学驱动器，由所述支撑结构承载，使得所述高频率声学驱动器被定位为离开所述用户的所述耳朵，并且比第一声学驱动器更靠近所述耳朵而定位，其中所述高频率驱动器具有前侧和后侧；以及

控制器，被配置成使所述低频率驱动器能够声学输出在第一频率范围的声音，并且使所述高频率驱动器能够声学输出在第二频率范围的声音，所述第二频率范围比所述第一频率范围高，

其中所述高频率驱动器被壳体封装，所述壳体限定后室，所述后室被声学耦合到所述高频率驱动器的所述后侧，并且

所述耳机进一步包括所述壳体的所述后侧中的端口，所述端口将所述后室声学耦合到所述耳机之外的环境。

2.根据权利要求1所述的耳机，其中所述低频率声学驱动器的极性图表现为偶极子。

3.根据权利要求1所述的耳机，其中所述高频率声学驱动器的极性图展现较高阶定向图案。

4.根据权利要求3所述的耳机，其中所述较高阶定向图案包括以下之一：心形线或者超心形线。

5.根据权利要求1所述的耳机，其中所述第一频率范围包括低于500Hz的频率，并且所述第二频率范围包括高于500Hz的频率。

6.根据权利要求1所述的耳机，进一步包括：邻近所述端口的声阻材料。

7.根据权利要求6所述的耳机，其中所述声阻材料包括以下之一：塑料、纺织品、金属以及遮挡材料。

8.根据权利要求7所述的耳机，其中所述纺织品包括以下之一：可渗透材料、编织材料以及网状材料。

9.根据权利要求7所述的耳机，其中所述声阻材料具有声学阻抗，所述声学阻抗的范围从5MKS瑞利到500MKS瑞利。

10.根据权利要求1所述的耳机，其中所述低频率驱动器被壳体封装，所述壳体限定：

被声学耦合到所述低频率驱动器的所述前侧的前室；以及

被声学耦合到所述低频率驱动器的所述后侧的后室；

其中所述壳体包括被声学耦合到所述前室的第一端口以及被声学耦合到所述后室的第二端口。

11.根据权利要求1所述的耳机，进一步包括邻近所述高频率声学驱动器的挡板。

12.根据权利要求1所述的耳机，其中交叉频率基于所述低频率驱动器的输出和来自所述高频率驱动器的较高阶定向图案的组合而被选择。

13.根据权利要求1所述的耳机，其中当在矢状平面中观看时，所述低频率驱动器被定位为离开所述用户的耳朵并且位于耳廓的外部。

14.根据权利要求13所述的耳机，进一步包括：主体，当从所述矢状平面观看时，所述主体覆盖所述耳廓的一部分。

15.根据权利要求14所述的耳机，其中所述高频率驱动器由所述主体承载。

16.根据权利要求15所述的耳机，其中所述主体包括挡板。

17.一种耳机，包括：

支撑结构，适于放置在用户的头部上或者上部躯体上；

低频率声学驱动器，由所述支撑结构承载，使所述低频率声学驱动器被定位为离开所述用户的耳朵，其中所述低频率声学驱动器的极性图表现得近似像偶极子；

高频率声学驱动器，由所述支撑结构承载，使得所述高频率声学驱动器被定位为离开用户的耳朵，并且比第一声学驱动器更靠近所述耳朵而定位，其中所述高频率声学驱动器的极性图展现较高阶定向图案，所述较高阶定向图案包括以下之一：心形线或者超心形线；

其中所述高频率驱动器被壳体封装，所述壳体限定被声学耦合到所述高频率驱动器的后侧的后室，并且所述壳体进一步包括所述壳体的所述后侧中的端口，所述端口将所述后室声学耦合到所述耳机之外的环境；以及

控制器，所述控制器被配置成使所述低频率驱动器能够声学输出在第一频率范围内的声音，并且使所述高频率驱动器能够声学输出在第二频率范围内的声音，所述第二频率范围比所述第一频率范围高。

18.根据权利要求17所述的耳机，进一步包括邻近所述端口的声阻材料，其中所述声阻材料具有声学阻抗，所述声学阻抗的范围从5MKS到500MKS瑞利。

19.一种耳机，包括：

支撑结构，适于放置在用户的头部上或者上部躯体上；

低频率声学驱动器，由所述支撑结构承载，以使所述低频率声学驱动器被定位为离开所述用户的耳朵，其中所述低频率声学驱动器的极性图表现得近似像偶极子；

其中所述低频率驱动器被第一壳体封装，所述第一壳体限定被声学耦合到所述低频率驱动器的前侧的前室以及被声学耦合到所述低频率驱动器的后侧的后室，并且其中所述第一壳体包括被声学耦合到所述前室的第一端口和被声学耦合到所述后室的第二端口；

高频率声学驱动器，由所述支撑结构承载，以使所述高频率声学驱动器被定位为离开所述用户的所述耳朵，并且位于比第一声学驱动器更靠近所述耳朵处，其中所述高频率声学驱动器的极性图展现较高阶定向图案，所述较高阶定向图案包括以下两项中的一项：心形线或者超心形线；

其中所述高频率驱动器被第二壳体封装，所述第二壳体限定被声学耦合到所述高频率驱动器的后侧的后室，并且所述第二壳体进一步包括所述第二壳体的所述后侧中的端口，所述端口将所述后室声学耦合到所述耳机之外的环境；以及

控制器，所述控制器被配置成使所述低频率驱动器能够声学输出在第一频率范围内的声音，并且使所述高频率驱动器能够声学输出在第二频率范围内的声音，所述第二频率范围比所述第一频率范围高。

20.根据权利要求19所述的耳机，其中当在矢状平面中观看时，所述低频率驱动器位于耳廓的外部。

21.根据权利要求20所述的耳机，进一步包括当从所述矢状平面观看时覆盖所述耳廓的一部分的主体。

22.根据权利要求21所述的耳机，其中所述高频率驱动器由所述主体承载。

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