CN110495186A - 非阻塞双驱动器耳机 - Google Patents

Abstract

以左和右耳机的形式提供头戴式声音再现设备，其可以被夹到每只耳朵或安装在其他头带上。耳机以轻巧的形状因子从近耳范围向用户的耳膜传递高保真音频，其是完全“无阻塞”(允许耦合进入并自然听到环境声音)。每个耳机具有产生低音频率的低音扬声器组件和产生高音频率的高音扬声器组件。低音扬声器从靠近耳道的位置输出低音频率，而高音扬声器从靠近耳道或远离的位置输出高音频率。在某些实施例中，高音扬声器比低音扬声器离耳道明显更远，从而导致更宽广的感知“声场”，但是仍然具有“纯净”的收听体验。

Description

非阻塞双驱动器耳机

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2017年3月30日提交的美国临时专利申请No.62/478938的优先权。

技术领域

本发明涉及头戴式音频扬声器系统。

背景技术

头戴式(可头戴式)声音再现领域包括自从电子音频早期以来开发的多个不同类型的设备。最常见类型的头戴式声音再现设备包括：挂耳式(around-the-ear)头戴式耳机(headphone)，其是安装在包围耳朵并倚靠在头部上的耳杯上的扬声器；耳罩式(over-the-ear)头戴式耳机是带有压靠耳朵的耳垫的扬声器；配合于外耳中的通俗被称为耳塞的耳机(earphone)；以及插入耳道中的入耳式头戴式耳机或监听器。在一些情况下，头戴式声音再现设备包括越过头部的支撑带。在其他情况下，头戴式声音再现设备包括悬挂在每个耳朵上的夹子，而在其他情况下，头戴式声音再现设备由耳道本身保持就位。

最近，头戴式声音再现设备已经集成到虚拟现实和增强现实头盔中。这些设备，例如由Menlo Park、Ca和Meta的Oculus VR制造的Oculus Rift通常具有某种可穿戴式眼镜，其包括内置或附接的扬声器，例如耳罩式耳机或安装在眼镜臂部或框架中或其上的扬声器。

历史上，在头戴式声音再现领域中，存在两个推动产品开发的替代目标：(1)高保真设备，其目标是尽可能准确地再现正在播放的音频的全频谱；(2)“非阻塞”设备，其目标是允许来自周围环境的外部声音不受影响地被感知。这两个目标往往相互冲突(相互排斥)，导致行业内的功能鸿沟在数十年的音频技术发展过程中持续存在。

当高保真是目标，并且真正的非阻塞并不重要时，头戴式声音再现在提供有效产品方面长期优秀。例如，专业音响工程师在一个世纪的大部分时间里都使用全尺寸头戴式耳机。这些设备用提供高保真音频的挂耳式耳杯覆盖双耳，但是在非阻塞方面无效，也就是说它们损害了可以听到环境中的周围声音的保真度。同样地，部分或深入插入到耳道中的耳塞(近年来普遍存在)取决于耳道的“良好密封”，使得耳道可以充当共振低音的封闭腔室。挂耳式耳杯和密封耳塞阻塞周围环境和耳道之间的自由流动空气(即，中断“流体连通”)，并且这样做也基本上减少了听到周围声音。由位于加利福尼亚州库比蒂诺市(Cupertino)的苹果公司制造的耳塞是消费者耳塞的示例，而专业的“入耳式监听器”产品可从诸如位于伊利诺伊州奈尔斯市的舒尔(Shure)、位于德国汉诺威市的森海塞尔和位于科罗拉州科泉市的威士顿(Westone)等公司获得。像全尺寸头戴式耳机一样，这些设备音质好，但在无阻塞方面效果不佳。事实上，在许多情况下，目的是尽可能地阻塞外部声音，以便用户可以完全沉浸在内容中。

近年来，可能是为了应对越来越多的人在公共场合佩戴头戴式音频再现产品，他们无法听到周围环境会导致社交摩擦或对他们自己或他人造成危险，头戴式耳机和耳机公司都有一直在推销更多他们称之为“开放式”、“后开式”或“非闭塞”的产品。这些产品通常具有类似于它们的“闭塞”和“封闭空气”旁系的形状因子，但是包括穿过通道、开口或其他特征，使得更大量的声音能够从外部世界穿过。这些穿过通道、开口或其他特征提供了受限路径，这限制了可以听到周围声音的保真度。然而，尽管它们的营销术语，通常这些产品仍然在很大程度上阻塞或改变来自外部世界的传入声音。人们只需要比较佩戴或不佩戴这些设备中的一个设备的体验，不需要音频播放，以观察人们可以听到或“感觉”外部声音感知的差异的程度。

在过去的几年中，出现了一种新型的密封耳塞，其具有用于从邻近环境捕获外部声音的外部麦克风，然后将其与通过耳塞输出的其他音频混合，使得能够更清楚地听到外部声音。这种耳塞的一个示例已由加利福尼亚州旧金山的多普勒实验室(Doppler Labs)以“Here”的名称出售。虽然这种方法可以重新创造周围声音的要点，甚至非常准确，但是事实是它是再现的而非自然地消除了人类自然听到的大量细微差别和细微之处。

上述设备仍然远远不能再现与人们在耳朵未被阻塞时习惯于对其环境所听到和感知的相匹配的体验。简而言之，高保真“穿过”设备远远不足以真正地无阻塞，因为它们都会将传入的自然声音的感知改变到显著的程度。听众趋向于感觉到周围空间的“切断”，并在一个大大减弱的声场内聆听。

在高保真度/非阻塞鸿沟的另一方面，当音频保真度不是关键时，头戴式声音再现已经成功地无阻塞。

“开放式”助听器是普遍存在的示例。助听器有各种不同的形状因子，虽然并非所有这些都是非阻塞的，但随着时间的推移，越来越多的目标是让传入的自然声音进入耳道(同时捕获和放大的声音也是助听器的主要目的)。开放式助听器通常使用耳后形状因子，其中设备的大部分位于耳后，并且小管连接到耳模或听筒。一些耳模完全阻塞了耳道开口，而其他耳模则没有，因此这种形状因子涵盖了保真度与开放性权衡的范围。朝向开放侧的示例是安装在空心圆柱体中的“平衡电枢”驱动器，使得驱动器基本上“漂浮”在耳道的中间，使得耳道在外部声音的感知方面有效地不受阻挡。然而，这些设备的音频保真度远低于高保真度，特别是在高保真度低音方面。虽然这对于助听器来说可能不是一个重要的问题(因为听力损失经常影响高频而不是低音)，但这些设计作为电子源音频(诸如音乐、电影、游戏等)的传送系统远远不够。

实现非阻塞头戴式音频的另一种方法是由为调度员设计的头戴式耳机，或者最近设计用于在蜂窝电话上通话的某些头戴式耳机，其中仅一只耳朵被音频源覆盖，而另一只耳朵未被覆盖并且没有音频，基本上在保真度和开放性的竞争目标之间“分摊为50-50”(通过针对每个目标使用一只耳朵)。与助听器一样，这种方法对于某些情况是有效的，但作为一种真正的解决方案远远不够，因为它在任何一个目标中都没有真正成功。

声音再现系统的其他应用包括虚拟现实、增强现实和混合现实。在虚拟现实、增强现实和混合现实的情况下，音频的要求与视觉显示的要求平行。在虚拟现实的情况下，视觉显示阻挡来自外部世界的光，音频对声音的需求也是如此，因此耳罩式头戴式耳机和紧密密封的耳塞往往是有效的解决方案。然而，对于增强现实和混合现实，其中视觉显示允许来自外部世界的光进入，(至少大部分时间)音频对于声音的需求也是如此。因此，在增强现实设备的情况下，扬声器可以安装在设备的任一侧，并且用于将声音从远达几厘米的距离投射到用户的耳朵。预期这种配置在非阻塞方面表现优异，但在音频保真度方面还有很多不足之处。特别是低音频率的再现往往是一个特别薄弱的区域，这违背了暂停怀疑的总体目标。

“后开式”或“开放式”高保真头戴式耳机的问题之一是允许声音传入，它们也允许声音离开。这意味着无论听到什么音频都不是私密的，至少在某种程度上是投射到周围环境中。这通常是微弱且听起来很小的投射，但是当背景噪音很小时，附近的任何人仍然能听清楚。至少对于一些用户来说，这些产品所带来的获益(诸如更广泛的“声场”以及更少的“与世界阻塞”的感觉)足以抵消这种隐私损失。

以高保真音质产生低音频率的设备面临设备重量和密封耳道之间的权衡。这种权衡源于低音波形的大尺寸(声学低音的低音符接近9米)。这种权衡的本质是假定小而轻的设备(诸如重量小于一盎司的耳塞)只能通过阻塞耳道产生令人信服的低音。原因在于，一旦声源移出耳道外部，就更难以产生足够强大的空气波形以表示为高保真低音，并且这样做所需的硬件的尺寸和重量需要诸如全尺寸头戴式耳机的形状因子(重达一磅或更多)。

上面讨论的头戴式声音再现设备中均不能同时提供完全高保真的收听体验和完全无阻塞的收听体验；对于任何一方或另一方、或两者都存在重大妥协。然而近年来，个人收听设备和移动电话推动了头戴式音频再现的发展，越来越多的人在越来越多的地方在他们的耳朵部分或完全阻挡的情况下花费越来越多时间。结果，世界各地的人们越来越多地与周围环境隔绝，导致社交摩擦、安全风险以及听力损害。

所需要的是具有小巧轻便的形状因子的头戴式声音再现设备，其产生高保真收听体验(包括高保真低音)，同时也是非阻塞的，使得传入的声音和对于周围空间的感知基本上不受影响。还需要一种头戴式声音再现设备，与从头戴式收听设备通常可获得的相比，其提供更广泛且明确定义的“声场”，并因此提供改善的收听体验。

发明内容

一种头戴式(可头戴式)声音再现设备，包括左和右低音扬声器组件、左和右高音扬声器组件、用于将左和右低音扬声器和高音扬声器组件保持就位的一个或多个安装附件、以及输入电路组件。低音扬声器组件刚好安装在耳道外部，高音扬声器组件安装在耳道外部，并且两者都通过输入电路驱动，输入电路可以以各种方式配置以从外部源接收立体声输入信号。这些组件的设计和布置导致包括高保真低音的高保真听觉体验，同时也是非阻塞的，使得用户对环境声音和周围空间的感知基本上不减弱。

所公开的设备允许用户在收听诸如音乐、电影、游戏等高保真音频的同时在世界中移动，而不会通过物理阻塞来减少他们对周围空间的感知。这一结果中和了头戴式音频行业中自开始以来存在的长期功能权衡之一，即设备始终不得不在其高保真性能或非阻塞效率方面妥协。该设备在不妥协任一方的情况下同时满足两个目标。

另外，某些公开的设备可以配置有高音扬声器，其位于比低音扬声器更远离耳道的位置，从而提供意想不到的吸引人的“声场的扩展”。这种效果不仅仅是一个比耳机或耳塞定量地更大的声场，它也是定性上不同的。先前存在的耳机和耳塞使声音感觉它们来自你头部的内部或靠近你头部(“小声场”)-另一方面它们不会增加任何环境氛围，因此声音是“纯粹的”(仅是被传送的)。相比之下，传统的外部扬声器使声音感觉它们来自环境中的外部(“大声场”)，但声音“不纯”，因为它在到达耳朵的时刻还混合了环境氛围(反射、混响)。

与先前的方法不同，处于“扩展”配置的本设备产生声音从环境外部发出的感觉(“大声场”)，但是当声音到达耳朵时声音仍然是“纯净的”，原因在于它没有环境氛围的迹象。聆听体验不仅仅是耳机或外部扬声器上两种熟悉的音频聆听体验之间的篡改。听到“没有环境氛围”的“大声场”既不熟悉又出乎意料，但它的效果也非常令人愉悦且“自然产生的”，好像这种传递音频的方法比传统的耳机或外部扬声器更自然地适应人类听觉系统。

所公开的设备的其他变型包括但不限于：低音扬声器组件和高音扬声器组件的不同设计；输入电路的无源、有源和有源双放大配置；有源输入电路的模拟、USB和无线变化；和各种形式的安装附件。另外，公开了以各种方式结合音频设备的“混合现实”设备的实施例。

附图说明

附图示出了本发明的优选实施例的设计和实用性，其中类似的元件由共同的附图标记表示。为了更好地理解如何获得本发明的上述和其他优点和目的，将通过参考其特定实施例来呈现上面简要描述的本发明的更具体的描述，这些实施例在附图中示出。应理解，这些附图仅描绘了本发明的典型实施例，因此不应认为是对其范围的限制，将通过使用附图以附加的特征和细节来描述和解释本发明，附图中：

图1A示出了具有耳夹安装附件的头戴式(可头戴)声音再现设备，其中低音扬声器组件和高音扬声器组件都靠近耳道；

图1B示出了具有耳夹安装附件的头戴式(可头戴)声音再现设备，其中低音扬声器组件靠近耳道并且高音扬声器组件位于较远处；

图2A示出了头戴式(可头戴)声音再现设备，其具有头部跨越式安装附件，其中低音扬声器组件和高音扬声器组件都靠近耳道；

图2B示出了头戴式(可头戴)声音再现设备，其具有头部跨越式安装附件，其中低音扬声器组件靠近耳道并且高音扬声器组件位于较远处；

图3A至图3D示出了包括具有和没有后容积、以及具有和没有声音导向通道的可以用于图1A、图1B、图2A、图2B、图9A、图9B中所示的头戴式声音再现装置中的低音扬声器组件和高音扬声器组件的封闭驱动器设计；

图4A至图4D示出了包括具有和不具有后容积、以及具有和不具有声音反射表面或声音柔化漫射器的可以用于图1A、图1B、图2A、图2B、图9A、图9B中所示的头戴式声音再现设备中的低音扬声器组件和高音扬声器组件的直接辐射驱动器设计；

图5A至图5C示出了用于无源操作、有源操作和有源双放大操作的输入电路的不同配置，其可以包括在图1A、图1B、图2A、图2B、图9A、图9B中所示的头戴式声音再现装置中或与其一起使用；

图6A至图6C示出了用于模拟输入、USB输入和无线输入的图5B和图5C中所示的输入电路的输入接收器部分的不同配置；

图7A至图7B示出了图5A、图5B、图5C中所示的输入电路的高通滤波器和低通滤波器部分的适当且有益的频率响应曲线的示例；

图8A至图8B示出了具有安装附件的头戴式(可头戴)声音再现设备，该安装附件包括用户可调节地定位高音扬声器组件在距耳道的距离范围内；

图9A示出了包含图1A的声音再现设备的头戴式(可头戴)增强现实设备；

图9B示出了包含使用替代形式的安装附件的图1B的声音再现设备的头戴式(可头戴)增强现实设备；

图10示出了音频测试虚拟头部的顶部横截面图，其具有人造耳朵和耳道、以及位于每个耳朵旁边的低音扬声器；

图11A是第一集成低音扬声器和高音扬声器组件的横截面图，其可用作图1A、图2A和图9A中所示的声音再现装置中使用的低音扬声器和高音扬声器组件的替代物；

图11B是第二集成低音扬声器和高音扬声器组件的横截面图，其可用作图1A、图2A和图9A中所示的声音再现装置中使用的低音扬声器和高音扬声器组件的替代物。

图12A是第一对邻近的低音扬声器和高音扬声器组件的横截面图，其可用作图1A、图1B、图2A、图2B、图9A、图9B中所示的声音再现装置中使用的低音扬声器和高音扬声器组件的替代物；

图12B是第二对邻近的低音扬声器和高音扬声器组件的横截面图，其可用作图1A、图1B、图2A、图2B、图9A、图9B中所示的声音再现装置中使用的低音扬声器和高音扬声器组件的替代物；

图13A至图13B示出了头戴式(可头戴)声音再现设备，其具有(对于每个耳朵)低音扬声器组件和两个高音扬声器组件，后者中的一个比另一个更远离耳道，其中受到用户激活的控制以在较近和较高的高音扬声器组件之间切换。

具体实施方式

在下面的讨论和相关附图中，通常在单个附图内呈现物理设备和由框表示的电子组件两者。在两者都显示在单个附图内的情况下，物理设备显示在人耳或头部的背景上，以将其与电子组件的框图描述区分开。

电子组件的描绘应被理解为“示意图”。例如，以示意形式显示在两个物理听筒“下方”的电子组件实际上可以以各种方式来实现，这些方式可以包括：安装在任一听筒中或听筒上、在两个听筒之间分开、设置在音频电缆上的小面板中、作为无线系统中的单独控制提供、上述各项的任意组合等。此外，在软件处理器与硬件芯片之间进行的信号处理或数据处理方面，在一定程度上有所不同(显式或隐式)，这样的不同不是所公开的功能的要素，并且两种方法都可以是有效的。

同样，在附图中使用带有箭头的线表示“音频信号管道”，该“音频信号管道”在电子或物理组件之间或中间(among)传送音频信号。音频信号管道可以全部或部分以各种方式实现，这些方式可以包括：模拟音频电缆、数字音频电缆、无线音频信号、电路板上的走线、软件过程中的功能调用、自定义连接器、以上的组合等。

在整个本公开中，更一般地，呈现了所公开的设备的各种实现方式和配置选项。该描述并未详细说明这些选项的所有可能的排列，无论是针对给定组件可用的选项数量，还是通过交换不同组件的不同选项而提供的组合数量的方面。相反，由于篇幅所限，仅包括一组代表性的选项和组合。然而，该设备不仅限于所公开的那些排列，并且可以想到许多其他组合和排列。设备设计的意图是允许组件的不同选项和排列以不同方式组合以实现特定目标或目的。

图1A示出了头戴式声音再现设备100，其包括输入电路模块110、左耳机120、右耳机130以及音频信号管道112、114、116、118，音频信号管道112、114、116、118包括左低音扬声器音频信号管道112、左高音扬声器音频信号管道114、右低音扬声器音频信号管道116和右高音扬声器音频信号管道118。此外，可能不是设备100一部分的外部音频源102提供了经由左声道音频信号管道104和右声道音频管道106输出的立体声音频信号，作为头戴式声音再现设备100的输入。外部音频源102例如可以是用于生成和/或播放音频的多种类型设备中的任何一种，例如智能手机、音乐播放器、游戏机、平板电脑、计算机、虚拟现实设备、增强或混合现实设备等。

输入电路模块110可以以各种方式在内部配置(如下文进一步讨论的)。输入电路的功能是经由左声道音频信号管道104和右声道音频信号管道106从外部音频源102接收立体声音频信号，并将从立体声音频信号导出的信号耦合到音频信号管道112、114、116、118，音频信号管道112、114、116、118将信号耦合到左耳机120和右耳机130。

更仔细地观察左耳机120，它包括具有声音出口122a的低音扬声器组件122、具有声音出口124a的高音扬声器组件124和具有在左耳127后部示出的部分126a的左耳夹安装附件126。低音扬声器组件122和高音扬声器组件124安装到安装附件126，其位置使得低音扬声器组件122的声音出口122a和高音扬声器组件124的声音出口124a都在距用户的耳道开口128的中心大约厘米的范围内。用于实现低音扬声器组件122和高音扬声器组件124的各种不同的选择和构造方法在本设备的上下文中可能是有效的，并且这些选择中的一些在后面的附图中给出。

再次参考将音频信号从输入电路模块110传送到左耳机120的两个音频信号管道112和114，可以看到每个管道将其音频信号传送到左耳机120中的不同内部组件。具体来说，音频信号管道112将音频信号传输至低音扬声器组件122，以及音频信号管道114将音频信号传输至高音扬声器组件124。而音频信号管道112和114上的音频信号不一定固有地是不同的，在后面的附图中显示了一些选项，用于产生这些音频信号的不同版本，这些版本针对各自的低音扬声器和高音扬声器目的地进行了优化。图1A的右侧，其包括与刚才描述的基本相同的右耳机130和音频管道116和118，但用于另一只耳朵。与图1A的左侧中的元件相对应的图1A的右侧中的元件被标记为与相对应的左侧元件的附图标记不同的附图标记，在每个附图标记的第二个数字中的数字2被数字3代替。右低音扬声器管道116耦合到包括声音出口132a的右低音扬声器组件132。右高音扬声器信号管道118耦合到包括声音出口134a的右高音扬声器组件134。右耳夹安装附件136包括在右耳129后面延伸的部分136a。省略进一步的详细描述。

图1B示出了头戴式声音再现设备150，其包括输入电路模块160、左耳机170、右耳机180以及音频信号管道162、164、166、168，音频信号管道162、164、166、168包括左低音扬声器音频信号管道162、左高音扬声器音频信号管道164、右低音扬声器音频信号管道166和右高音扬声器音频信号管道168。此外，不是设备一部分的外部音频源102提供立体声音频信号作为通过左声道音频信号管道154和右声道音频信号管道156的输入。由于设备150的重要方面与图1中的设备100基本相似，因此不再重复多余的解释。设备150与设备100基本不相似的一个方面是高音扬声器组件的定位。

就左耳机170和右耳机180基本上彼此为镜像而言，为了简洁起见，将仅详细描述左耳机170。与图1B的左侧中的元件相对应的图1B的右侧中的元件被标记为与相对应的左侧元件的附图标记不同的附图标记，在每个附图标记的第二个数字中的数字7被数字8代替。现在参考左耳机170，高音扬声器组件174和它的声音出口174a比低音扬声器组件172及其声音出口172a更远离用户的耳道。耳夹安装附件176与耳夹126类似，但是在设备150中，安装附件176现在具有延伸部分178，该延伸部分178将高音扬声器组件174放置在距离用户的耳道开口约4cm处。安装附件176还包括位于左耳127后面的部分176a。图1B的右侧还示出了右耳机180的等效配置，其中安装附件186现在具有延伸部分188，该延伸部分188将高音扬声器组件184类似地定位成远离右侧耳道开口。

图2A示出了头戴式声音再现设备200，其包括输入电路模块210、左耳机220、右耳机230、包括左低音扬声器音频信号管道212、左高音扬声器音频信号管道214、右低音扬声器音频信号管道216和右高音扬声器音频信号管道218的音频信号管道212、214、216、218，以及头跨越式安装附件240。头戴式再现设备200显示为头部241上的安装位置，设备200的尺寸适当。另外，不是设备一部分的外部音频源102经由左声道信号管道204和右声道信号管道206提供立体声音频信号作为输入。就左耳机220和右耳机230基本上彼此为镜像而言，为了简洁起见，将仅详细描述左耳机220。与图2A的左侧中的元件相对应的图2A的右侧中的元件被标记为与相对应的左侧元件的附图标记不同的附图标记，在每个附图标记的第二个数字中的数字2被数字3代替。参照图2A的左侧，左耳机220包括：左低音扬声器组件222，其包括声音出口222a；以及右高音扬声器组件224，其包括声音出口224a。由于设备200的重要方面与图1A中的设备100基本相似，因此不再重复多余的解释。设备200与设备100基本不相似的一个方面是安装附件240的形式。

与图1A的左耳机120和右耳机130不同，分别具有各自的耳夹安装附件126、136，图2A中的左耳机220和右耳机230不具有耳夹安装附件作为耳机220、230的一部分。相反，整个头跨越式安装附件240遍布头部，并向下延伸到每侧的左耳机220、右耳机230。该安装附件240a的左侧可以在图2A的左侧看到，安装附件240b的右侧可以在图2A的右侧看到。除了安装附件的这种区别，以及低音扬声器和高音扬声器组件安装在该头跨越式附件上而不是耳夹上的事实之外，图2A所示的设备200的其他方面(包括低音扬声器和高音扬声器组件的放置)与图1A所示的设备100基本相似。

图2B示出了头戴式声音再现设备250，其包括输入电路模块260、左耳机270、右耳机280、包括左低音扬声器音频信号管道262、左高音扬声器音频信号管道264、右低音扬声器音频信号管道266和右高音扬声器音频信号管道268的音频信号管道262、264、266、268、以及头跨越式安装附件290。所示的头戴式再现设备250位于头部241上的安装位置，设备250的尺寸适当。就左耳机270和右耳机280基本上彼此为镜像而言，为了简洁起见，将仅详细描述左耳机270。与图2B的左侧中的元件相对应的图2B的右侧中的元件被标记为与相对应的左侧元件的附图标记不同的附图标记，在每个附图标记的第二个数字中的数字7被数字8代替。参考如图2B的左侧，左耳机包括：左低音扬声器组件272，其包括声音出口272a；左高音扬声器组件274，其包括声音出口274a。延伸臂278在这样的位置处支撑高音扬声器组件274，使得高音扬声器274的声音出口274a与低音扬声器272的声音出口272a之间的优选间隔开1/2至6厘米之间的距离，更优选地间隔开2至6厘米之间的距离。如图所示，高音扬声器的声音出口274a与低音扬声器的声音出口272a相比，定位为更靠近用户的头部的前部。当将设备250正确安装在用户的头部或用于音频虚拟测试头部的IEC 60318-7(设备250的尺寸适当，因为可以出售多种尺寸的设备250以适合不同大小的头部)时，低音扬声器组件272的声音出口272a优选地在耳道的开口的中心的1.5厘米之内，并且更优选地在1.2厘米之内，并且高音扬声器组件274的声音出口274a将在距耳道的开口的中心间隔开1/2至7.5厘米之间的距离。然而，优选地，高音扬声器的声音出口274a在用户的耳道的6厘米之内。将高音扬声器的声音出口274a放置在距用户的耳道至少1/2厘米的位置，有助于提高声音的音频空间化的真实感。高音扬声器的声音出口274a优选地从用户的耳道朝向用户的头部的前部间隔开。随着高音扬声器的声音出口274a到用户耳道的距离进一步增加到4厘米，现实感会显着增加，而当上述距离增加到6厘米时，现实感会进一步提高，但是通常不会明显增加当距离增加到超过6厘米时。虚拟声音的这种真实感对于增强现实和混合现实应用非常有益，这将在下文中进一步描述。然而，存在一定的权衡，即增加高音扬声器的声音出口274a与用户的耳道之间的距离需要增加由高音扬声器发出的音频的音量，这将增加附近人听到声音的距离，从而潜在地损害用户的隐私并给附近的人带来烦恼。因此，根据某些实施例，当将设备250正确地安装在用户的头部或用于音频虚拟测试头部的IEC 60318-7时(设备250的尺寸适当，因为可以出售多种尺寸的设备250以适合不同大小的头部)，将高音扬声器的声音出口274a放置在耳道的4厘米内是理想的。可能不是设备250的一部分的外部音频源102提供立体声音频信号(254、256)作为输入。由于设备250的重要方面与图1B中的设备150基本相似，因此不再重复多余的解释。设备250与设备150基本不相似的一个方面是安装附件290的形状因子。

与图1B的左耳机和右耳机不同，分别具有各自的耳夹安装附件176、186，图2B中的左耳机270和右耳机280不具有作为耳机270、280的一部分的耳夹安装附件。相反，整个头跨越式安装附件290遍布头部，并向下延伸到每侧上的左耳机270、右耳机280。安装附件290的左侧290a可以在图2B的左侧看到，安装附件290的右侧290b可以在右侧看到。除了安装附件的这种区别，以及低音扬声器272、282和高音扬声器274、284组件都安装在该头跨越式附件290上而不是在耳夹上的事实之外，图2B的其余部分(包括低音扬声器组件272、282和高音扬声器组件274、284以及安装附件延伸部分278和288的布置)与图1B所示和上文所述基本相似。

图3A、3B、3C、3D和4A、4B、4C、4D示出了用于实现包括在本文所述的头戴式声音再现设备中的低音扬声器组件和高音扬声器组件的不同设计选项。所描绘的设计选项并非旨在进行限制，而是展示一些如何使用诸如动态驱动器、后容积(volume)、前容积、通道(tunnel)和漏斗(funnel)以及反射器和漫射器之类的元件来实现低音扬声器和高音扬声器组件的方法。其他方法和设计对于实现本设备的低音扬声器和高音扬声器组件也可能是有效的。例如，可以从低音扬声器组件和高音扬声器组件中取出单独的声音出口，然后将它们合并到具有单个声音出口的共享腔室或声音通道中。在共享声音出口的这种情况下，低音扬声器和高音扬声器的声音出口将被视为共处于共享声音出口的位置处。共处的低音扬声器和高音扬声器的声音出口的示例在图11A和11B中示出。

在下面的讨论中，扬声器的设计大部分是“对低音扬声器-高音扬声器不可知的”，这意味着任何给定的设计(可以适当选择尺寸、重量、形状等)都可以用来实现低音扬声器组件或高音扬声器组件(有一些例外)。因此，以下讨论中的术语“扬声器组件”用作通用术语，表示低音扬声器组件或高音扬声器组件。在下面的每个示例中，扬声器组件的扬声器驱动器元件被说明为通常称为动态驱动器的一种类型的驱动器。然而，也可以使用其他类型的扬声器驱动器，例如压电驱动器、平衡电枢驱动器等。在以下附图中动态驱动器的使用仅是示例性的，而无意于进行限制。

图3A描绘了扬声器组件300的自顶向下的横截面，包括扬声器驱动器302、后壳体304和前壳体310。后壳体304封闭空气以产生“后容积”或腔室306，其用于提高声音再现硬件的性能。后壳体304具有一个或多个端口(port)308，其是允许空气一些运动的开口。前壳体310还封闭空气以产生“前容积”或腔室312。然而，在这种情况下，声音经由声音出口314进一步被引导(例如，朝向用户的耳道开口)，该声音出口被示为前壳体310的表面中的开口。

图3B描绘了扬声器组件320的自顶向下的横截面，其基本上类似于图3A的扬声器组件300，除了在图3A中看到的后壳体304在图3B的扬声器组件320中省略了之外。

图3C描绘了扬声器组件340的自顶向下的横截面，其包括扬声器驱动器342、后壳体344、前壳体350和声通道354。图3C的后壳体344基本上类似于图3A的后壳体304。前壳体350在很大程度上类似于图3A的前壳体310，除了后者具有形成声音出口314的开口的情况之外，前者连接到声音通道354，声音通道354在其端部是形成声音出口356的开口。前壳体350封闭前容积352。图示中的声音通道354图示为以扬声器驱动器为中心，并且在其整个长度上具有相等的宽度，在其他情况下，声音通道的特定锥度或形状可能会发生很大变化，因为声音通道的许多不同形式和形状可以有效地引导声音。

图3D描绘了扬声器组件360的自顶向下横截面，其与图3C的扬声器组件340相似，除了在图3C中看到的后壳体344在图3D的扬声器组件360中省略了之外。扬声器组件360包括面对着前壳体364的驱动器362。声音通道368相对于驱动器362、364的公共轴线偏离，并且与前述公共轴线成一定角度延伸。替代地，声音通道368也可以是锥形的。声音通道的不同形式和形状对于将声音从前壳体364引导出去可能是有效的。

图4A描绘了扬声器组件400的自顶向下的横截面，包括直接辐射扬声器驱动器402和后壳体404。图4A的后壳体404基本上类似于图3A的后壳体304。直接辐射扬声器驱动器402将声音直接从膜片的表面散布到空气中(尽管可能会覆盖扬声器以进行保护或装饰的任何“声学透明”材料)。这样，可以说直接辐射驱动器具有声音出口410，该声音出口410大约与膜片的表面的圆周共同延伸。

图4B描绘了扬声器组件420的自顶向下的横截面，其基本上类似于图4A的扬声器组件400，除了在图4A中看到的后壳体404在图4B的扬声器组件420中省略了之外。不建议低音扬声器组件使用此配置。

图4C描绘了扬声器组件440的自顶向下的横截面，其包括直接辐射扬声器驱动器442、后壳体444、声音反射表面450和声音柔化漫射器452。图4C的后壳体444基本上类似于图3A的后壳体304。在该示例中，与其他元件一样，在横截面中示出了声音反射表面450，因此无法清楚地看到它正在“加杯(cupping)”声音以沿特定方向行进(如果图4C三维绘制则很容易看到)。扬声器组件440的声音出口454位于反射该“加杯”的位置处；因此，如果从三维看，它位于扬声器驱动器442和附接的声音反射表面450将形成一种“开口”的位置处。另外，声音反射表面450的一部分用于安装可选的声柔化漫射器452，该声柔化漫射器452在某种程度上使输出的声波的方向性随机化(以使其听起来不那么“脆”而更“扩散”)。

图4D描绘了扬声器组件460的自顶向下的横截面，其与图4C的扬声器组件440基本相似，除了在图4C中看到的后壳体444在图4D的扬声器组件460中省略了之外。不建议低音扬声器组件使用此配置。

图5A是示出输入电路模块500的内部实施方式的示意图，该输入电路模块500可用于实施图1A-2B所示的任何输入电路模块110、160、210、260。输入电路模块500是“无源”输入电路模块，这意味着它没有自己的电源，而是取决于接收音频信号，该音频信号是“扬声器电平”(即足以驱动扬声器驱动器)。

如先前在图1A-2B中所见，外部音频源102经由左声道信号管道104和右声道音频信号管道106向输入电路模块500提供立体声音频信号，其中该信号由输入插头510(可以是任何类型的连接器，典型的形式是标准3.5毫米插头或1/4英寸插头)接收。从输入插头510，音频信号管道512a将音频信号的左声道传送到左高音扬声器音频信号管道520a和左低音扬声器音频信号管道522a两者。

在从音频信号管道512a到左高音扬声器音频信号管道520a的途中，音频信号可以可选地穿过无源无源高通滤波器516a。类似地，可以在左音频信号管道512a和左低音扬声器音频信号管道522a之间插入可选的无源低通滤波器514a。无源低通滤波器514a从音频信号中去除高频，以使低音扬声器组件的操作更加有效。无源高通滤波器516a从音频信号中去除低频以使高音扬声器组件的操作更加有效。输入电路模块500的右侧(涉及元件512b、514b、516b、520b、522b)的实施与左侧的基本相似。在功能上与左侧对应部分相对应的右侧元件在其参考编号中具有后缀字母b来代替其参考编号中的后缀a。

图5B是示出输入电路模块530的内部实施方式的示意图，该输入电路模块530可用于实施图1A-2B所示的任何输入电路模块110、160、210、260。为了简洁起见，以下对输入电路的描述将集中在左侧组件上，应理解，存在相应的右侧组件在结构和功能上基本上反映了左侧组件。相应的左侧和右侧组件标有参考数字，区别仅在于左侧参考数字带有字母“a”后缀，右侧组件具有字母“b”后缀。输入电路530包括输入接收器540，该输入接收器540通过左声道信号管道542-a耦合到左声道放大器544-a，并且通过右声道信号路径542-b耦合到右声道放大器544-b。左声道放大器544-a输出信号总线546-a耦合到可选的无源低通滤波器548-a和无源高通滤波器549-a。无源低通滤波器548输出到左低音扬声器音频信号管道522a，以及无源高通滤波器516-a输出到左高音扬声器音频信号管道520-a。

输入电路模块530是“有源”输入电路模块，这意味着它具有电源538(可以是内部的，例如可再充电电池，也可以是来自其他设备的外部)。在输入电路530中，电力的源538馈送消耗功率的有源元件，其至少包括左声道放大器544a和右声道放大器544b以及可能还包括输入接收器模块540。

在图5B中，如先前在图1A至图2B中所见，外部音频源102经由左声道音频信号管道104和右声道音频信号管道106向输入电路模块530提供立体声音频信号，其中该信号由输入接收器模块540接收。在有源系统中，输入接收器模块540可以以类似于图5A的输入插头510的方式以无源方式实现。更典型地，在有源系统中，输入接收器540将从电源538接收电力，从而其可以在内部实现，如后续附图所示。音频信号管道542a从输入接收器540将音频信号的左声道传送到左放大器声道544a。从那里，音频管道546a将音频信号的左声道传送到左高音扬声器音频管道550a和左低音扬声器音频管道552a。

在从音频信号管道542a到输出音频管道550a和552a的途中，音频信号可以可选地在到达左低音扬声器音频管道552a的路上穿过无源低通滤波器548a，并在到达左高音扬声器音频管道550a的路上穿过无源高通滤波器549a。这些滤波器(548a、549a)的实施方式基本上类似于图5A(514a、516a)所示的滤波器。

图5C是示出输入电路模块560的内部实施方式的示意图，该输入电路模块560可用于实施图1A-2B所示的任何输入电路模块110、160、210、260。为了简洁起见，对输入电路560的以下描述将集中在左侧组件上，应当理解，存在相应的右侧组件，它们在结构和功能上基本反映了左侧组件。相应的左侧和右侧组件标有参考数字，它们的区别仅在于左侧参考数字带有字母“a”后缀，而右侧组件具有字母“b”后缀。输入电路模块560是“有源双放大”输入电路模块，这意味着它具有电源568(可以是内部的，例如可再充电电池，也可以是来自其他设备的外部)。在图5C中，电力的源568馈送功率消耗元件，在该有源双放大配置中，功率消耗元件可以包括输入电路模块560内的所有其他电子组件。

使用有源双放大配置的好处在于，它不仅更可靠地产生更好的结果(因为选择了放大器以匹配扬声器)，而且还可以对相应的低音扬声器和高音扬声器信号执行更精确的“信号处理”，因为在“双放大”方案中，它们仍在“数字域”时在放大器“之前”被拆分并进行处理。这种改进的处理通常可以提高音频质量。注意，虽然图5C中所示的组件的特定顺序(即，在“信号链”中哪个在哪个之后)表示一种有效的选项，对于特定目的，其他顺序可能同等或更有效。

在图5C中，如先前在图1A-2B中所见，外部音频源102经由左声道音频信号管道104和右声道音频信号管道106向输入电路模块560提供立体声音频信号，在此该信号由输入接收器570接收。在诸如输入电路560的有源双放大配置之类的有源双放大配置中，输入接收器570通常如随后的图6A-6C中所示实现。左音频信号管道572a从输入接收器570将音频信号的左声道传送到左低音扬声器放大器586a和左高音扬声器放大器588a。从那里，左低音扬声器放大器586a的输出驱动(直接或间接)音频信号管道592a到左低音扬声器，左高音扬声器放大器588a的输出驱动(直接或间接)音频信号管道590a到左高音扬声器。

在从音频信号管道572a到左低音扬声器放大器586a和左高音扬声器放大器588a的相应输入的途中，音频信号可以可选地在到达左低音扬声器放大器586a的途中穿过有源低通滤波器574a，并且可以可选地在到达左高音扬声器放大器588a的途中穿过有源高通滤波器576a。有源低通滤波器574a和有源高通滤波器576a的实现不可能与先前图中所见的相同，因为在图5C中，滤波器不是无源而是有源的，即由电力568供电，并且在数字域中实现为数字信号处理(DSP)算法。不管它们的实现方式如何，包括图5A-5C中所示的可选滤波器514、516、548、549、574、576的主要目标用于应用滤波器响应曲线以使低音扬声器和高音扬声器更有效；在后面的图中示出了一些示例性的滤波器响应曲线。

同样，在从音频信号管道572a到左低音扬声器放大器586a的输入的途中，音频信号可以可选地穿过音频延迟模块580a，该音频延迟模块580a在时间上延迟低音扬声器信号。该延迟对于高音扬声器组件比低音扬声器组件距离用户的耳道开口更远(即，高达几厘米远)的配置有用。在这种情况下，考虑到声音在空气中的传播速度(～335米/秒)，距离的差异可能足够大，以至于来自低音扬声器的声波比来自高音扬声器的相应声波明显更快地到达耳朵。所产生的混音可能被称为“未对齐”或“异相”，对普通听众来说听起来可能有些“模糊”。音频延迟580a的目的是补偿到达时间的这种差异，因此现在延迟的低音扬声器声音与相应的高音扬声器声音同时(尽可能接近)到达耳道，并且声音保持清脆且纯净。

最后，在图5C中描述的进一步的可选优化是对四个声道中的两个声道(两个低音放大器586a和586b)使用“智能”放大。在“智能”放大中，放大器声道监视扬声器驱动器所驱动的各个方面，诸如其偏移(即，其范围内的位置)、温度等，以便放大器可以将驱动器驱动至其性能的极限(但绝不会超出，因为这会导致听得见的失真)。左低音扬声器放大器586a接收扬声器监视信号管道594a，指示该放大器声道是监视其附接的扬声器驱动器的“智能”放大器。同样，右低音扬声器放大器586b接收扬声器监视信号管道594b。

图6A是示出包括输入接收器模块610的输入电路模块600的示意图，该输入接收器模块610可以用于实现图5B-5C的输入接收器模块540、570中的任何一个。输入接收器610是“有源”模块，这意味着它接收电力以运行其组件，在这种情况下，其是从诸如图5B的电源538或图5C的电源568获取的。外部音频源102经由左声道音频信号管道104和右声道音频信号管道106向输入电路模块600提供立体声音频信号，在此信号由输入接收器610接收，更具体地由模拟插头612(可以是任何类型的连接器，典型的形式是标准3.5毫米插头或1/4英寸插头)接收。左音频信号管道614和右音频信号管道616从模拟插头612将左和右音频信号传送到数字-模拟转换器618，其将模拟音频信号转换成数字音频信号。从那里，左音频信号和右音频信号通过左数字输出音频信号管道620和右数字输出音频信号管道622传播到输入电路600的其余部分。

图6B是示出包括输入接收器模块640的输入电路模块630的示意图，该输入接收器模块640可以用于实现图5B-5C的输入接收器模块540、570中的任何一个。输入接收器640是“有源”模块，这意味着它接收电能以运行其组件，在这种情况下，其是从诸如图5B的电源538或图5C的电源568的电源获取电能。输入接收器640实现通用串行总线(USB)接口，并且包括USB插头642和USB处理模块648。外部音频源632通过USB插头642向USB处理模块648提供数字立体声音频信号634。USB接口可能符合包括最新USB-C在内的多种USB变体之一。从USB插头642，编码左和右音频声道的音频数字信号通过数字信号管道644耦合到USB处理模块648。USB处理模块648可以包括音频解码器。USB处理模块648生成左声道和右声道音频信号，其分别经由左音频信号输出650和右音频信号输出652输出到输入电路630的其余部分。

图6C是示出包括输入接收器模块680的输入电路模块670的示意图，该输入接收器模块680可以用于实现图5B-5C的输入接收器模块540、570中的任何一个。输入接收器680是“有源”模块，这意味着它接收电能以运行其组件，在这种情况下，其是从诸如图5B的电源538或图5C的电源568的电源获取电能。外部音频源672通过信号管道674(在这种情况下为无线信道)向输入电路模块670提供立体声音频信号，在此由输入接收器680接收信号，更具体地由无线接收器模块682接收(其可以是任何类型的无线接收器，典型形式是蓝牙芯片或NFMI芯片)。左音频信号和右音频信号从无线接收器682经由音频管道690和692从输入接收器680传播出去到输入电路670的其余部分。

图7A示出了具有频率响应曲线706-712的频率响应图表700，其可以有效地用作高通滤波器，应用于用于驱动高音扬声器组件的音频信号，如图5A-5C中所示的可选的高通滤波器模块516a、516b、549a、549b、576a、576b所完成的那样。在图表背景上显示了频率响应曲线706-712，其中垂直轴702指示相对音量水平(以分贝为单位，范围为+20分贝至-50分贝)，并且水平轴704指示频率(以为赫兹为单位，范围为20Hz至20KHz)。从该图表700可以很容易地看出高通滤波器的行为性能：1KHz 706-708以下的频率衰减超过50分贝；然后，频率从1.0KHz到1.4KHz 708-710的音量会逐渐增加，并且允许频率高于1.4KHz 710-712允许无影响的频率通过。该频率曲线或其他具有类似整体方法的频率曲线，可以成为帮助高音扬声器组件在设备内有效且最佳地工作的有效工具。

图7B示出了具有频率响应曲线756-766的频率响应图表750，其可以有效地用作低通滤波器，应用于去往低音扬声器组件的音频信号，如图5A-5C所示的可选的低通滤波器模块514a、514b、548a、548b，574a、574b所完成的那样。图表750具有：垂直轴752，其指示范围在+20分贝至-50分贝之间的相对信号电平；以及水平轴754，其指示范围在20Hz至20KHz之间的频率。从此图表750可以很容易地看出低通滤波器的行为：它从低的低音区域中的明显凸起758开始，以提升低音扬声器组件的低音性能最多可超过20分贝。响应曲线756-766向下倾斜至提升或截止在100Hz 760处。从100Hz到1Khz 760-762，频率提升或截止。然后，从频率1.0KHz到1.4KHz 762-764的音量逐渐减小，而频率高于1.4KHz具有超过-50dB 764-766的衰减。该频率曲线756-766或其他具有类似整体方法的频率曲线，可以帮助低音扬声器组件在设备内有效且最佳地工作是的有效工具。

低通滤波器514a、514b、548a、548b、574a、574b和高通滤波器516a、516b、549a、549b、576a、576b以低-高对的形式工作，它们一起形成交叉滤波器。根据附图7A-7B中所示的频率响应，交叉频率约为1250Hz。更一般地，可以基于低音扬声器组件和高音扬声器组件的频率响应来适当地选择交叉滤波器。根据图7B，与在低于交叉频率的范围内的其他频率相比，从大约20Hz延伸到基本上低于交叉频率的频率(例如，60Hz)的频率756-758的有限子范围被给予更高的增益。更一般地，与低于交叉频率的其他频率分量(频带)相比，至少一些低于100Hz的频率分量(频带)被基本上放大得多(例如，至少多于10dB)。尽管这里描述的低音扬声器的声音出口不是故意设计成密封地接合在用户的耳道中，以免妨碍听到环境声音(例如，来自现实世界的声源)，但这有助于提供强大的低端低音分量(例如，用于从虚拟对象发出的声音)。

图8A-8B示出了头戴式声音再现设备800，其包括输入电路模块810、左耳机820、右耳机830以及音频信号管道812、814、816、818。另外，并非设备的一部分的外部音频源802提供立体声音频信号(804、806)作为输入。外部音频源802通过左音频信号管道804和右音频信号管道806耦合到输入电路810。为了简洁起见，将主要参考左耳机820进行描述，可以理解，右耳机830具有基本反映左耳机的结构和功能。右耳机830的元件的参考数字与左耳机的元件的参考数字的不同之处在于，用数字3代替第二数字中的数字2。左低音扬声器信号管道812将输入电路810耦合到低音扬声器组件822。(存在相应的右低音扬声器信号管道816)。左高音扬声器信号管道814将输入电路810耦合到左高音扬声器组件824。(存在相应的右高音扬声器信号管道818)。当将头戴式再现设备800正确地安装在用户的头部上时，左低音扬声器组件822包括声音出口822a，该声音出口822a定位在耳道的开口的中心的1.5厘米内，优选地在1.2厘米内。用户的头部被认为是由IEC 60318-7音频测试虚拟头部表示的，用于IEC 60318-7音频测试虚拟头部的头戴式设备的尺寸适当(应理解，该设备可以提供多种尺寸)。低音扬声器组件的声音出口822a的紧密接近与低频附加提升相结合，例如由图7B中所示的低通滤波器频率响应的部分756-758表示，尽管声音出口822a没有密封地接合在耳道内(与某些耳机的情况一样)，但是仍产生强而有效的低音声学。因此，用户可以享受强效的低音声学，而不会损害用户听到环境声音的能力。听到环境声音和通过头戴式声音再现设备输出的声音的能力对于混合或增强现实设备非常有益。

左高音扬声器组件824可滑动地接合在左高音扬声器支撑轨道828上。设备800允许用户手动更改高音扬声器组件824和834的位置。设备800最初在图8A中示出，其中在高音扬声器组件824和834位于靠近用户的耳道开口的状态下。在图8B中，示出了处于另一状态的设备800，其中，高音扬声器组件824和834已经从用户的耳道开口进一步移动。回忆一下，在图1A和1B中，示出了两个不同的设备100、150，每个设备具有耳夹安装附件126、136、176、178、186、188，该耳夹安装附件将低音扬声器和高音扬声器保持在固定位置：在图1A中，高音扬声器组件124、134位于靠近耳道开口处，在图1B中，高音扬声器组件174、184位于更远处。

在图8A-8B所示的设备800的情况下，用户可以通过沿其各自的高音扬声器支撑轨道828、838手动滑动高音扬声器组件(824、834)来选择改变高音扬声器位置“在飞行”。这些高音扬声器支撑轨道828和838的长度提供了用于放置高音扬声器组件的距离选择的范围，目前考虑的范围是距耳道开口0到4厘米。这允许用户进行小的物理调整，以反映明显的音频差异。较近的距离可提供更高的私密性，泄漏或“渗出”更少，但由于靠近高音扬声器组件的耳朵，因此其“声场”不足于最大化。较远的距离提供较小的隐私，泄漏或“渗出”更多，但与此同时，由于高音扬声器组件的较大距离，“声场”也会扩大，并且与落地式或壁挂式扬声器不同，声音保持“纯净”并且没有环境气氛。后一种结果组合的感官效果以前未知，并且不是预期的，但相当令人满意。

为了设想更精确地滑动的高音扬声器组件824和834，以及它们在其上滑动的高音扬声器支撑轨道828和838，可以设想一种典型的轨中滑块结构，其中高音扬声器附接到扩展凸缘上，扩展凸缘在由高音扬声器支撑轨道提供的部分封闭的通道内坐住“锁定”。用户可以通过手指的轻触轻松地将高音扬声器组件在通道内向前或向后滑动。当高音扬声器到达通道的近端或远端时，它会停止并保持在那里，直到将其向相反的方向推回。这样，用户只需简单的触摸，就可以访问各种高音扬声器位置，并获得各种不同种类的收听体验。

在可选的(但有益的)增强中，设备800进一步包括左和右传感器组件826b，836b，以及它们各自的传感器目标(target)824b，834b。传感器组件826b和836b被附接到耳夹安装附件826和836，并且它们保持固定在空间中。传感器目标824b和834b安装在高音扬声器组件824、834上，并且它们随高音扬声器组件824、834移动而移动。传感器组件持续地测量到它们各自的传感器目标的距离，并且经由信息管道826c和836c将该信息报告回输入电路模块810。这种感测的要求是精确到大约毫米，如果可能的话，甚至可以更好，这可以通过多种接近感测设备来实现，例如检测反射表面的光学距离传感器或以电为目标导电物质的电容式传感器。传感器目标824b和834b的实现遵循传感器组件826b和836b的实施。也可以使用电位计或其他类型的位置传感器。

在输入电路模块810内，处理模块811和813接收左侧高音扬声器距离，处理模块815和817接收右侧高音扬声器距离。仅检查左侧(右侧基本上是相似的)，处理模块811是音频延迟，其在作用和功能上与图5C中的音频延迟580a相似。回想一下，在那种情况下，可以将音频延迟580a可选地引入到低音扬声器信号链中，以校正声波到达时间差异，否则当高音扬声器比低音扬声器离耳道更远时，会发生声波到达时间差异。在设备800中，音频延迟811的“延迟时间”参数根据从左传感器826b报告的距离而变化。对该映射进行编程，以便无论高音扬声器的位置如何，时间补偿量始终是正确的。当前优选的“延迟时间”从当高音扬声器的声音出口与低音扬声器的声音出口共处时(如图8A所示)的0微秒开始，直到高音扬声器完全延伸时(如图8B所示)的大约100微秒。

除了实时延迟控制之外，输入电路810包括处理模块813，其是音频音量(增益)控制，一种标准音频处理特征，在这种情况下应用在图5C中被处理模块582a占用的高音扬声器信号链内的某个位置处。该处理模块813基于正在进行的距离报告来提供自动音量(增益)调节，以补偿高音扬声器移近或远离耳道。这确保了高音扬声器的感知音量在用户来回推动时将保持恒定。标准的“距离与响度”计算可用于确定音量和扬声器位置之间的映射。当前优选的“音量调节”从当高音扬声器的声音出口与低音扬声器的声音出口共处时(如图8A所示)的0dB开始，直到当高音扬声器完全伸展时(如图8B所示)的最大约15dB提升。

通过在时域和音量域中的上述(可选)实时补偿处理，可以享受将高音扬声器移至不同位置所获得的收听益处，而不会降低音频保真度。

替代高音扬声器支撑轨道828、838可以使用替代机构，以允许高音扬声器组件的位置相对于用户的耳道开口改变。例如，高音扬声器组件可以支撑在摇臂的端部上，该摇臂具有头跨越式安装附件上的枢轴点。

图9A示出了头戴式增强现实设备900。参照图9A，包括左部分924-a和右部分924-b的眼镜框架支撑左透明显示目镜926-a和右透明显示目镜926-b。左眼投影仪936-a和右眼投影仪936-b分别光学耦合到左和右透明显示目镜926-a、926-b。左和右透明显示器目镜中的每一个可以例如包括一个或多个透明波导显示器平面。尽管以框图的形式示出，左眼投影仪936-a和右眼投影仪936-b被适当地安装在眼睛框架924-a、924-b上。透明显示器目镜926-a、926-b包括具有光学特征(例如，形成在表面涂层中的表面浮雕衍射光学元件)的波导，用于内耦合、分布和外耦合由眼睛投影仪936a、936-b产生的成影像的调制光，并将这种成影像的调制光引导到用户的眼睛。内耦合光学特征用于将入射在每个波导上的成影像的调制光偏转到高于临界角的角度，以使每个波导内发生全内反射。分布光学特征用于将光重定向到适当的出射点，而外耦合特征用于将成影像的调制光从每个光导的平面向用户的眼睛偏转。左眼投影仪936-a和右眼投影仪936-b通过定位在内耦合光学特征上并对准内耦合光学特征，光学地耦合到相应的透明目镜926-a、926-b。每个目镜926可包括多个波导的堆叠，用于处理不同颜色通道并且包括将不同的场曲率赋予到成影像的调制光的光学特征，以便模拟相对于用户的不同虚拟对象距离。惯性测量单元(IMU)928附接到眼睛框架924-a、924-b。

提供了左增强现实耳机920和右增强现实耳机922。如图9所示，左和右增强现实耳机920、922符合图1A所示的设计，但是可替代地，可以使用根据本文提供的教导的其他设计来代替用于增强现实设备900的图1A所示的设计。音频输入电路910可以具有内部设计，该内部设计符合例如参考图5A、5B、5C、6A、6B、6C的上述教导，通过左低音扬声器音频信号管道912和左高音扬声器音频信号管道914耦合到左增强现实耳机920；并通过右低音扬声器音频信号管道916和右高音扬声器音频信号管道918耦合到右增强现实耳机922。此外，应注意，可以在该增强现实设备900的上下文中增强和配置这些音频再现组件，如本公开中其他地方所述。

视频和音频处理系统930生成视觉和音频内容，并驱动投影仪936-a、936-b和增强现实耳机920、922以输出3D虚拟内容，该3D虚拟内容增强了用户感测到的真实世界的视觉和音频内容。处理系统930包括头部姿势跟踪器934，头部姿势跟踪器934从惯性测量单元928接收传感器数据。惯性测量单元928可以包括例如测量围绕三个正交轴的旋转速率的三个陀螺仪和测量沿三个正交轴的重力和加速度的三个加速度计。惯性测量单元可以补充有一个或多个相机和图像处理系统，该图像处理系统通过执行视觉测距法对头部姿势估计有贡献。头部姿势跟踪器934过滤(例如，卡尔曼过滤器)并积分(integrate)传感器数据以确定眼镜框架924-a、924-b的至少取向以及可选的位置坐标。头部姿势跟踪器934耦合到图形处理器932并将头部坐标信息提供给图形处理器932。图形处理器932分别通过左视觉信号管道932-a和右视觉信号管道932-b耦合到左眼投影仪936-a和右眼投影仪936-b。图形处理器渲染3D虚拟内容以生成用于驱动投影仪936-a、936-b的左眼和右眼图像信息。尽管眼镜框架924-a、924-b(随着用户的头部)移动，但是由头部姿势跟踪器934生成的坐标仍被图形处理器932用来维持虚拟内容相对于真实世界的位置。因此，如果将虚拟角色定位成站在用户房间的门口中，则如果用户将其头部向左旋转30度，则虚拟角色将保持站在门口中。

处理系统900还包括虚拟声源940、940-1、940-2，在图9A所示的实施例中，作为非限制性示例，包括第一虚拟声源940、第二虚拟声源940-1和第三虚拟声源940-2，可以理解的是，虚拟声源的数量可以任意设置。在存在多于一个的虚拟声源940、940-1、940-2的典型情况下，它们都耦合到音频混合器902。音频混合器902包括耦合到输入电路910的左混合器输出904和右混合器输出906。第一虚拟声源940的内部细节在图9中被突出显示，其余的虚拟声源940-1、940-2可以具有相应的设计，或者如果某些特殊应用的需要可以不同。如图所示，第一虚拟声源940包括单声道声源942，其经由音频信号管道944-a将单声道音频流和经由3D位置信息信号管道944-b将相关联的3D虚拟声源位置耦合至3D音频声场定位器946。3D音频声场定位器946使用的第三输入是用户的当前头部姿势(位置和方向)，它通过头部姿势信号管道934-2从头部姿势跟踪器934接收。3D音频声场定位器946组合3D虚拟声源位置和用户的头部姿势确定虚拟声源在固定于用户头部的坐标系中的坐标。这是通过坐标变换来完成的。注意，在增强现实系统中，虚拟声源的坐标是在固定于使用设备900的物理环境的坐标系中定义。例如，可以将虚拟卡通人物放在用户的物理房间中的真实椅子上。将虚拟声源的坐标转换为固定在用户头部上的坐标系的目的是，可以基于虚拟声源相对于用户头部的坐标来选择适当的“头部相关传递函数”(HRTF)。HRTF建模人的头和上躯干对声音的影响，并且取决于仰角、方位角和距离。HRTF包括一对传递函数，每个耳朵一个。如果声源未位于人的头部的矢状平面上，则头部和躯干的存在以及特定的几何形状会导致到达人的两只耳朵的声音的时间延迟、相位和振幅差异。时间延迟、相位和振幅差异为人的听觉系统提供了线索，大脑可以使用这些线索来感知到声源的方向。每个耳朵的HRTF中包括时间延迟、相位和振幅差异。因此，通过将所选择的HRTF应用于声音，可以使声音被感知为是从相对于与所选择的HRTF相关联的人的头部的特定位置发出的。由声场定位器946生成的立体声音频流通过一对立体声音频信号管道948a、948b耦合到音频混合器902，音频混合器902将存在的尽可能多的声源混合成组合的立体声输出，组合的立体声输出通过左混合器输出904和右混音器输出906耦合到输入电路910。

作为增强现实设备的设备900包括安装在眼睛框架924a、924b中的组件926-a、926-b、936-a、936-b，其向用户呈现数字内容，同时仍然允许用户看到对现实世界的显示。类似地，设备900的音频系统允许用户以高保真度听到生成的内容，同时还听到设备900的音频系统不受阻碍的高保真度的真实世界声音。因此，前述附图中详细描述的无阻塞的高保真度音频再现能力非常适合900之类的设备，这些设备需要同时显示音频和视频，而又不影响真实世界的视线或声音。(相反，“虚拟现实”设备在设计上相似，但是它们可以阻挡现实世界的光，因此不需要无阻挡的音频)。

设备900的视频和音频处理系统930可以包括：硬连线电子设备(例如专用集成电路(ASIC)，例如音频编码器/解码器集成电路(CODEC IC)、视频CODEC、显示驱动器IC)；现场可编程门阵列(FPGA)；耦合到存储器的处理器，该存储器存储由处理器执行的程序代码，或者前述的两个或更多个的组合。

在设备900中，视频和音频处理系统930生成虚拟视觉内容，该虚拟视觉内容通过左眼视觉信号管道932a和右眼视觉信号管道932b输出。设备900的左眼视觉输出和右眼视觉输出之间的差异类似于从人的左眼和右眼看到的现实世界中的相应差异。从3D透视图来看，它们都包含相同的视觉内容，但是每只眼睛的观看位置略有不同。用于左眼936-a的视觉投影仪和用于右眼936-b的视觉投影仪从处理系统930接收稍微偏移的图形图像，并经由左和右显示器926a、926b输出它们。

图9B示出了根据另一实施例的头戴式增强现实设备950。设备950的许多方面与图9A所示的设备900公共，并参考以上描述以解释这些方面。头戴式增强现实设备950包括眼睛框架974-a、974-b，其包括左部分974-a和右部分974-b。设备950还包括左增强现实耳机970和右增强现实耳机972。然而，与图9A的更紧密地集成的耳机920、922不同，对于耳机970、972，低音扬声器组件的安装是与高音扬声器组件的安装分开处理。当眼睛框架974-a、974-b定位在佩戴适当尺寸的设备950的典型用户上时(可以以不同的尺寸提供设备950以适合不同的用户)，左耳夹安装附件970c支撑左低音扬声器组件970a，以使左低音扬声器组件970a的声音出口976位于左耳道的开口的中心的1.5厘米以内，优选是1.2厘米以内。提供了等效的右侧组件，包括右耳夹安装附件972-c、右低音扬声器组件972a和右低音扬声器的声音出口978，并且当将眼镜框架974-a、974-b定位在对于头戴式设备950尺寸适合的典型用户的头部(由IEC 60318-7音频测试虚拟头部表示)上时，右低音扬声器声音出口978位于右耳道开口的中心的1.5厘米之内，优选在1.2厘米之内。

附接到眼镜框架974-a、974-b的左部分974-a的单独的左高音扬声器支撑结构970-d在与用户的耳道的开口间隔开的位置处支撑左高音扬声器组件970-b。左高音扬声器组件970-b包括左高音扬声器声音出口980。当高音扬声器组件声音出口980与用户的耳道的开口间隔开时，可以获得更大的声场效果。当眼睛框架974-a、974-b放置在佩戴适当尺寸设备的典型用户头部上时，左高音扬声器的声音出口980与左耳道的开口中心适当地间隔开1/2至6厘米之间的距离，更优选地在2至6厘米之间。还提供了等效的右侧组件，包括右高音扬声器支撑结构972-d、右高音扬声器组件972b和右高音扬声器声音出口982。

参考图9B中的左耳机970，在功能上它基本上类似于图1B中的耳机170。实际上，人们可以容易地想到一种设备，该设备与设备950非常相似，但是其中与图1B的耳机170基本相似的耳机可以使用。实际上，这种配置被认为是本发明的有效形式。然而，在设备950的情况下，高音扬声器组件970b未安装在安装附件970c上(或从其延伸)，如先前的配置所示。相反，高音扬声器970b安装在安装附件延伸部分970d上，安装附件延伸部分970d本身附接到在形成整个增强现实设备的框架的头跨越式安装附件974。

图10示出了具有人工耳朵和耳道的音频测试虚拟头部1000的截面图，并且根据本教导的头戴式声音再现设备的扬声器组件位于音频测试虚拟头部1000的每个耳朵旁边。该视图显示了图1A(和其他图)中某些组件的不同透视图，特别是低音扬声器组件122和132。与图10对应的截面平面指示在图1A中。另外，图3D的扬声器组件360示出了图10中所示的扬声器组件的详细视图。图10描绘了音频测试虚拟头部1000，其包括左人工耳廓1002和右人工耳廓1004，左人工耳屏1006和右人工耳屏1008，以及左人工耳道1010和右人工耳道1012。一对左和右扬声器组件360以横截面图示出，它们的声音通道368的声音出口370仅部分地在每个耳道1010、1012的开口上方延伸。从耳道1014、1016的开口的中心可以看出，耳道仍然对外界具有显着的“开放性”，如两个突出显示的立体角1018、1020所指示。根据某些实施例，当将头戴式声音再现设备正确安装在用户的头部上或用于音频虚拟测试头部的IEC60318-7(设备的尺寸适当，因为该设备可能以多种尺寸出售以适合不同尺寸的头部)时，相对于耳道的开口的中心点，设备的不透气部分将围绕不被音频虚拟测试头部对着的中心点，对着4π立体角的部分的20％到80％之间。因此，假设用户的头发被拉开，并且没有例如帽子或其它可能妨碍听力的障碍物的覆盖耳朵的头部覆盖，围绕着不被音频测试虚拟头部(用户的替代物)本身对着的耳道的开口的中心至少20％的立体角，随周围环境将有清晰的视线。因此，源自包括本文所教的头戴式声音再现设备的混合现实设备的用户的现实世界环境中的声音将具有进入用户耳朵的足够低的阻抗路径，从而不会妨碍听到这种现实世界的声音，并且混合或增强现实体验的真实世界音频分量不会降低；同时，声音出口370靠近用户的耳道允许混合或增强现实体验的虚拟音频分量的强低频部分。发明人已经确定，可以在不使相关的高音扬声器组件(图10中未示出)的声音出口与耳道的开口紧密接近的情况下，可以获得虚拟音频组件的高频部分的有效耦合，已经表明，当高音扬声器组件的声音出口与耳道的开口间隔开时，音频空间化会更有效。

尽管图10仅示出了单个2D横截面，但是通过使图10的图示与图1A的图示相关联，可以容易地理解扬声器组件360相对于虚拟头部1000的3D布置。还应注意，图10中所示的扬声器组件布置，和所使用的扬声器组件的类型仅代表可以为外界提供相似或更高水平的开放性的许多可能配置中的一种，从而可以以很少或没有感知着色来听到来自外界的声音。

图11A是第一集成低音扬声器和高音扬声器组件1100(在下文中称为第一集成组件)的剖视图，其可以用作图1A、2A和9A1所示的声音再现装置中的低音扬声器和高音扬声器组件的替代品。第一集成组件1100包括低音驱动器1102，该低音驱动器1102具有面向由低音扬声器后壳体1111限定的低音扬声器后容积1114的后侧1103和面向由低音扬声器前壳体1113限定的低音扬声器前容积1106的前侧1105。后壳体1111包括到周围环境的端口1118。高音扬声器组件1104包括面向由高音扬声器后壳体1115限定的高音扬声器后容积1116的后侧1107和面向由高音扬声器前壳体1117限定的高音扬声器前容积1108的前侧1109。低音扬声器前容积1106和高音扬声器前容积1108邻近并邻接由公共壳体1119限定的公共前容积1110。低音扬声器前端口1121形成在低音扬声器前壳体1113和公共壳体1119之间。高音扬声器前端口1123形成在高音扬声器前壳体1117和公共壳体1119之间。公共壳体1119包括声音出口1112，其开口到用于向用户的耳朵发出声音的周围环境。

图11B是第二集成低音扬声器和高音扬声器组件(在下文中称为第二集成组件)1150的截面图，其可以用作图1A、2A和9A所示的声音再现设备中使用的低音扬声器和高音扬声器组件的替代物。第二集成组件1150包括低音扬声器驱动器1152，该低音扬声器驱动器1152具有面向由后壳体1165限定的后容积1160的后侧1166。后壳体1165包括到周围环境的端口1162。低音扬声器组件1152的前侧1167面向由前壳体1168限定的前容积1164。高音扬声器驱动器1154被支撑在低音扬声器驱动器1152前面的前容积1164中。声音通道1156具有连接到前壳体1168的近端和用作声音出口1158的远开口端。

图12A是耳机1200的截面图，可以用作图1A、1B、2A、2B、9A、9B所示的声音再现设备中使用的低音扬声器和高音扬声器组件的替代。耳机1200包括被实现为低音扬声器和高音扬声器1202的扬声器组件340(图3C)。图12A中高音扬声器1202的在许多方面与扬声器组件340相似，但是包括声通道1204的延伸长度，该延伸长度合适地为至少1.5厘米长，并且优选地为至少2厘米长，例如3厘米长。高音扬声器1202包括位于声音通道1204的第一端部附近的扬声器驱动器1206。声音通道1204的第二开口端部用作高音扬声器1202的声音出口1208。结果，高音扬声器声音出口1208与在先前示例中所见的相比，与高音扬声器驱动器120 6间隔开更远。具有更长的声音通道1204的优点是获得了将高音扬声器1206与耳道间隔开的一些“扩展声场”的好处，同时还获得了将声音出口1208靠近耳道定位的一些私密性好处。

图12B是耳机1210的截面图，其可以用作图1A、1B、2A、2B、9A、9B所示的声音再现装置中使用的低音扬声器和高音扬声器组件的替代物。耳机1210包括被实现为低音扬声器和单独的高音扬声器1212的扬声器组件340(图3C)。图12B中的高音扬声器1212在许多方面与扬声器组件340相似，但是包括具有声音反射表面1214，其中，可选的声音柔化漫射器1216附接在声音通道354的端部处。声音反射表面1214和声音柔化漫射器1216与图4C所示的相似，然而，耳机1210的声音反射表面1214比图4C所示的更长，并且长度合适地为2-3厘米。尽管在图12B的剖视图中没有清楚地看到，声音反射表面1214可以具有复合凹曲率。该形状可以是弯曲的半管形状、部分环形形状或具有圆锥形截面母线的旋转表面的一部分。后者的一个示例是半椭圆形，其在声音出口处具有一个焦点，而在用户耳道开口位置处具有一个焦点。另外，一部分声音反射表面1214用于安装可选的声音柔化漫射器1216，其在某种程度上使输出声波的方向性随机化(以使它们听起来不那么“脆”，而更多地“散射”)。具有延伸的声音反射表面的优点是获得了将高音扬声器与耳道间隔开的一些“扩展声场”优点，同时还获得了将声音出口靠近耳道放置的一些私密性好处。声音反射表面可以以多种方式(例如，如图12B所示的声音通道)，附接到如图4C-4D所示的扬声器驱动器，和/或附接到扬声器组件的其他部分(例如，前容积)以及附接到其他类型的安装附件。

图13A-13B示出了头戴式声音再现设备1300，其包括输入电路模块1310、左耳机1320、右耳机1330以及音频信号管道1312、1314-a，1314-b，1316、1318-a、1318-b。另外，可能不是设备1300的一部分的外部音频源1302提供立体声音频信号(1304、1306)作为输入。外部音频源1302通过左音频信号管道1304和右音频信号管道1306耦合到输入电路1310。为了简洁起见，将主要参考左耳机1320进行描述，可以理解，右耳机1330具有实质上与左耳机1320相似的结构和功能。除非另外指出，否则右耳机1330的元件的参考标号与左耳机1320的元件的参考标号不同之处在于，数字3代替第三位数字中的数字2。左低音扬声器信号管道1312将输入电路1310耦合到低音扬声器组件1322。(存在对应的右低音扬声器信号管道1316)。与之前的示例不同，设备1300每只耳朵包括两个高音扬声器。第一左高音扬声器信号管道1314-a将输入电路1310耦合到位于靠近用户耳道的第一左高音扬声器组件1324。(存在相应的第一右高音扬声器信号管道1318-a)。第二左高音扬声器信号管道1314-b将输入电路1310耦合到与用户的耳道间隔开的第二左高音扬声器组件1325。(存在相应的第二右高音扬声器信号管道1318-b)。

在图13A中，与用户的耳道间隔开的高音扬声器对1325、1335当前是不活动(inactive)的，如虚线的高音扬声器信号管道1314-b、1318-b所示。对于靠近用户耳道的高音扬声器对1324、1334，其各自的高音扬声器信号管道1314-a、1318-a的实线表示这些高音扬声器当前是活动(active)的。在输入电路模块1310中还可以看到，启用近的高音扬声器和禁用远的高音扬声器，其中在左侧，音频开关1319-a连接到近的高音扬声器信号管道1314-a，并使远的高音扬声器信号管道1314-b断开。音频开关1319-a的音频源是来自外部音频源1302的左声道输入1304(由于空间限制，未显示输入电路模块1310的内部路由)。同样，右侧音频开关1319-b起到类似的作用，将右声道输入1306连接到近的高音扬声器信号管道1318-a。两个音频开关1319-a、1319-b的设置由来自左耳机1320的控制线1329-b控制，更具体地说，由安装在左耳夹1326上的用户激活按钮1329-a控制(许多形式的用户激活的开关控件都可以有效)。在图13A中，在“向上”位置看到用户激活的按钮1329-a，其对应于设备1300的状态，在该状态中，其音频性能与图1A、2A和9A所示的设备的音频性能基本相似。

在图13B中，用户激活的按钮1329-a已被用户按下，如其“向下”位置所见。控制线1329-b将此新设置传送到音频开关1319-a、1319-b，音频开关1319-a、1319-b现在(分别)连接到远的高音扬声器信号管道1314-b和1318-b，以实线表示表明远的高音扬声器1325、1335当前是活动的。相应地，音频开关1319-a、1319-b不再(分别)连接到近的高音扬声器信号管道1314-a和1318-a，并且这些现在用虚线示出，指示近的高音扬声器1324、1334当前是不活动的。因此，通过按下用户激活的按钮1329-a，用户已经将设备1300切换到其音频性能与图1B、2B和9B所示的设备的音频性能基本相似的状态。通过再次按下按钮1329-a以使其回到“向上”位置，用户可以使设备1300返回到图13A所示的状态，从而使用户能够在两种状态之间随意切换。此功能使用户可以在隐私与扩展的“声场”的冲突目标之间快速轻松地进行选择。较近的距离(图13A)提供了更高的私密性，泄漏或“渗出”更少，但由于靠近高音扬声器组件的耳朵，因此“声场”不足于最大化。更远的距离(图13B)提供了较少的私密性，更多的泄漏或“渗出”，但与此同时，由于高音扬声器组件的更大距离，“声场”变得扩展。

左低音扬声器组件1322包括声音出口1322a，当将头戴式再现设备1300正确安装在用户头部上时，该声音出口1322a位于耳道的开口的中心的1.5厘米内，并且优选地位于1.2厘米内，用户头部由IEC 60318-7音频测试虚拟头部，对于IEC 60318-7音频测试虚拟头部，头戴式设备的尺寸适当(应理解，该设备可以提供多种尺寸)。低音扬声器组件的声音出口1322a的紧密接近与低频附加提升相结合，例如由图7B中所示的低通滤波器频率响应的部分756-758表示，尽管声音出口1322a没有密封地接合在耳道内(与某些耳机的情况一样)，但仍产生强而有效的低音声学。因此，用户可以享受强效的低音声学，而不会损害用户听到环境声音的能力。听到环境声音和通过头戴式声音再现设备1300输出的声音的能力对于混合或增强现实设备非常有益。

在输入电路模块1310内的可选的(但有益的)增强中，控制线1329-b由左侧的处理模块1311和1313接收，并且也由右侧的处理模块1315和1317接收。仅检查左侧(和右侧基本相似)，处理模块1311是音频延迟，其作用和功能类似于图5C中的音频延迟580a。回想一下，在那种情况下，可以将音频延迟580a可选地引入到低音扬声器信号链中，以校正声波到达时间差异，否则当高音扬声器比低音扬声器离耳道更远时，会发生声波到达时间差异。在设备1300中，基于经由控制线1329-b传送的用户激活按钮1329-a的设置来改变音频延迟1311的“延迟时间”参数。对该映射进行编程，以使时间补偿量始终是正确的，而不管近的或远的高音扬声器是否处于活动状态。当前优选的“延迟时间”从当近的高音扬声器1324、1334是活动时(如图13A所示)的0微秒，到远的高音扬声器1325、1335是活动时(如图13B所示)的约100微秒。

除了实时延迟控制之外，输入电路1310包括处理模块1313，其是音频音量(增益)控制。该处理模块1313基于用户激活的按钮1329-a的设置来提供自动音量(增益)调节，以补偿当前离耳道更近或更远的活动的高音扬声器。这样可以确保高音扬声器输出的感知音量将保持恒定，在它在近的高音扬声器和远的高音扬声器之间切换时。距离与响度的计算可用于确定在音量和扬声器位置之间的映射。当前优选的“音量调节”从当近的高音扬声器1324、1334是活动时(如图13A所示)的0dB开始，到当远的高音扬声器1325、1335是活动时(如图13B所示)的约15dB提升。

更一般地，本公开中详细描述的头戴式设备提供了益处的独特组合，即，即使在低频下也保持高保真度的头戴式声音再现，并排地听到与基本无阻塞的对于耳朵是清楚的现实世界声音。尽管音频行业一直在努力解决这两个目标之间的鸿沟，但事实证明，解决方案是难以捉摸的。在本公开中提出的设备是成功地完全消除这一鸿沟的第一设备，这一结果既新颖又有用，特别是对于增强现实中的应用以及一般来说用于无阻塞收听的场合，简单地说，音频的黄金标准是复制的声音和现实世界的声音都应该听起来“正确”。

在前述说明书中，已经参照本发明的具体实施方式描述了本发明。然而，将显而易见的是，在不脱离本发明的更广泛精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变。例如，参考处理动作的特定顺序来描述上述处理流程。然而，在不影响本发明的范围或操作的情况下，可以改变许多所述处理动作的顺序。因此，说明书和附图应被认为是说明性而非限制性的。

Claims (23)

1.一种声音再现系统，包括：

头戴式设备，包括：

左低音扬声器组件，其包括左低音扬声器的声音出口；

左高音扬声器组件，其包括左高音扬声器的声音出口；

左支撑结构，其用于支撑所述左低音扬声器组件和所述左高音扬声器组件，以使所述左低音扬声器的声音出口与所述左高音扬声器的声音出口间隔开至少1/2厘米；

右低音扬声器组件，其包括右低音扬声器的声音出口；

右高音扬声器组件，其包括右高音扬声器的声音出口；以及

右支撑结构，其用于支撑所述右低音扬声器组件和所述右高音扬声器组件，以使所述右低音扬声器的声音出口与所述右高音扬声器的声音出口间隔开至少1/2厘米。

2.根据权利要求1所述的声音再现系统，其中：

所述左低音扬声器的声音出口与所述左高音扬声器的声音出口间隔开至少2厘米；以及

右低音扬声器的声音出口与所述右高音扬声器的声音出口间隔开至少2厘米。

3.根据权利要求1所述的声音再现系统，其中：

所述头戴式设备被配置为在安装位置中安装在头部上；

其中，所述左支撑结构和所述右支撑结构被成形为支撑所述左低音扬声器组件和所述右低音扬声器组件，使得当所述头戴式设备位于对于所述头戴式设备的尺寸适当的IEC60318-7音频测试虚拟头部上的所述安装位置中时，所述左低音扬声器的声音出口和所述右低音扬声器的声音出口分别位于所述IEC 60318-7音频测试虚拟头部的分别左耳廓和右耳廓的左耳道的开口和右耳道的开口的1.5厘米内；

所述头戴式设备包括不透气材料，所述不透气材料至少包括以下部分：所述左低音扬声器组件和所述右低音扬声器组件，所述左高音扬声器组件和所述右高音扬声器组件以及所述左支撑结构和所述右支撑结构；

其中，当所述头戴式设备位于对于所述头戴式设备的尺寸适当的所述IEC 60318-7音频测试虚拟头部上的所述安装位置中时，相对于所述音频测试虚拟头部的左耳道的开口的中心，不透气部分围绕不由所述IEC 60318-7音频测试虚拟头部本身对着的所述左耳道的开口的中心点，对着小于4π立体角的一部分的80％，以及相对于所述音频测试虚拟头部的右耳道的开口的中心点，所述不透气部分围绕不由所述IEC 60318-7音频测试虚拟头部本身对着的所述右耳道的开口的中心点，对着小于4π立体角的一部分的80％。

4.根据权利要求3所述的声音再现系统，其中：

用于支撑所述右低音扬声器组件和所述右高音扬声器组件的所述右支撑结构被配置为使得所述右低音扬声器的声音出口与所述右高音扬声器的声音出口间隔开小于6厘米；以及

用于支撑所述左低音扬声器组件和所述左高音扬声器组件的所述左支撑结构被配置为使得所述左低音扬声器的声音出口与所述左高音扬声器的声音出口间隔开小于6厘米。

5.根据权利要求3所述的声音再现系统，进一步包括具有用于接收音频信号的至少一个输入的输入电路，耦合到所述左低音扬声器组件的左低音扬声器输出，耦合到所述左高音扬声器组件的左高音扬声器输出，在所述至少一个输入和所述左低音扬声器输出之间的左低音扬声器声道延迟，耦合到所述右低音扬声器组件的右低音扬声器输出，耦合到所述右高音扬声器组件的右高音扬声器输出，以及在所述至少一个输入和所述右低音扬声器输出之间的右声道延迟。

6.根据权利要求3所述的声音再现系统，还包括：输入电路，所述输入电路具有：

用于接收音频信号的至少一个输入，耦合到所述左低音扬声器组件的左低音扬声器输出，耦合到所述左低音扬声器组件的左高音扬声器输出，耦合到所述右低音扬声器组件的右低音扬声器输出，耦合到所述右高音扬声器组件的右高音扬声器输出；

左音频信号滤波器，其耦合到所述至少一个输入并通过所述左低音扬声器输出驱动地耦合到所述左低音扬声器组件，所述左音频信号滤波器被配置为将第一增益施加到从20Hz扩展到100Hz的第一频率范围中的至少第一频带，并且将第二增益施加到从100Hz向上扩展的第二频率范围中的至少第二频带，其中，所述第一增益基本上超过所述第二增益；以及

右音频信号滤波器，其耦合到所述至少一个输入并通过所述右低音扬声器输出驱动地耦合到所述右低音扬声器组件，所述右音频信号滤波器被配置为将所述第一增益施加到至少所述第一频带并将所述第二增益施加到至少所述第二频带。

7.根据权利要求6所述的声音再现系统，其中，所述第一增益超过所述第二增益至少10dB。

8.根据权利要求2所述的声音再现系统，其中，所述支撑结构包括耳夹安装结构。

9.根据权利要求3所述的声音再现系统，其中，所述支撑结构包括头跨越式安装附件。

10.一种增强现实装置，其包括根据权利要求2所述的声音再现系统，并且还包括：

左透明显示目镜；

右透明显示目镜；

左眼投影仪，其光学耦合到所述左透明显示目镜；

右眼投影仪，其光学耦合到所述右透明显示目镜，

视频和音频处理系统，其被配置用于生成耦合到以下的虚拟视频和音频内容：所述左眼投影仪、所述右眼投影仪、所述左低音扬声器组件、所述左高音扬声器组件、所述右低音扬声器组件和所述右高音扬声器组件。

11.根据权利要求2所述的声音再现系统，其中：

不透气部分围绕不由所述IEC 60318-7音频测试虚拟头部本身对着的所述左耳道的开口的中心点，对着4π立体角的一部分的至少20％，以及相对于所述音频测试虚拟头部的右耳道的开口的中心点，所述不透气部分围绕不由所述IEC 60318-7音频测试虚拟头部本身对着的所述右耳道的开口的中心点，对着4π立体角的一部分的至少20％。

12.一种声音再现系统，包括：

头戴式设备，包括：

左低音扬声器组件，其包括未配置成密封地接合在左耳道中的左低音扬声器的声音出口；

左高音扬声器组件，其包括左高音扬声器的声音出口；

左支撑结构，其用于支撑所述左低音扬声器组件和所述左高音扬声器组件，以使所述左低音扬声器的声音出口与所述左高音扬声器的声音出口间隔开至少2厘米；

右低音扬声器组件，其包括未配置成密封地接合在右耳道中的右低音扬声器的声音出口；

右高音扬声器组件，其包括右高音扬声器的声音出口；以及

右支撑结构，其用于支撑所述右低音扬声器组件和所述右高音扬声器组件，以使所述右低音扬声器的声音出口与所述右高音扬声器的声音出口间隔开至少2厘米。

13.根据权利要求12所述的声音再现系统，进一步包括具有用于接收音频信号的至少一个输入的输入电路，耦合到所述左低音扬声器组件的左低音扬声器输出，耦合到所述左高音扬声器组件的左高音扬声器输出，在所述至少一个输入和所述左低音扬声器输出之间的左低音扬声器声道延迟，耦合到所述右低音扬声器组件的右低音扬声器输出，耦合到所述右高音扬声器组件的右高音扬声器输出，以及在所述至少一个输入和所述右低音扬声器输出之间的右低音扬声器声道延迟。

14.根据权利要求12所述的声音再现设备，其中，所述左支撑结构和所述右支撑结构被成形为支撑所述左低音扬声器组件和所述右低音扬声器组件，使得当所述头戴式设备位于对于所述头戴式设备的尺寸适当的IEC 60318-7音频测试虚拟头部上的所述安装位置中时，所述左低音扬声器的声音出口和所述右低音扬声器的声音出口分别位于所述IEC60318-7音频测试虚拟头部的左耳道的开口的中心和右耳道的开口的中心的1.5厘米内。

15.根据权利要求14所述的声音再现系统，还包括：输入电路，所述输入电路具有：

用于接收音频信号的至少一个输入，耦合到所述左低音扬声器组件的左低音扬声器输出，耦合到所述左高音扬声器组件的左高音扬声器输出，耦合到所述右低音扬声器组件的右低音扬声器输出，耦合到所述右高音扬声器组件的右高音扬声器输出；

左音频信号滤波器，其耦合到所述至少一个输入并通过所述左低音扬声器输出驱动地耦合到所述左低音扬声器组件，所述左音频信号过滤器被配置为将第一增益施加到从20Hz扩展到100Hz的第一频率范围中的至少第一频带，并且将第二增益施加到从100Hz扩展的第二频率范围中的至少第二频带，其中，所述第一增益基本上超过所述第二增益；以及

右音频信号过滤器，其耦合到所述至少一个输入并通过所述右低音扬声器输出驱动地耦合到所述右低音扬声器组件，所述右音频信号滤波器被配置为将所述第一增益施加到至少所述第一频带并将所述第二增益施加到至少所述第二频带。

16.根据权利要求15所述的声音再现设备，还包括：

具有交叉频率的左交叉滤波器，并且其中，所述左音频信号滤波器是包括在所述左交叉滤波器中的低通滤波器，并且所述第二频率范围从100Hz向上扩展到所述交叉频率；以及

右交叉滤波器，其中，所述右音频信号滤波器包括在所属右交叉滤波器中。

17.一种增强现实装置，包括根据权利要求12所述的声音再现系统，并且还包括：

左透明显示目镜；

右透明显示目镜；

左眼投影仪，其光学耦合到所述左透明显示目镜；

右眼投影仪，其光学耦合到所述右透明显示目镜，

视频和音频处理系统，其被配置用于生成耦合到以下的虚拟视频和音频内容：所述左眼投影仪、所述右眼投影仪、所述左低音扬声器组件、所述左高音扬声器组件、所述右低音扬声器组件和所述右高音扬声器组件。

18.一种声音再现系统，包括

头戴式设备，包括：

第一扬声器组件；

第二扬声器组件；

支撑结构，其被配置为用于在用户的耳朵附近支撑所述第一扬声器组件并用于可移动地支撑所述第二扬声器组件，使得所述第二扬声器组件可以从与所述第一扬声器组件间隔开第一距离的至少第一位置移动到与所述第二扬声器组件间隔开第二距离的第二位置，其中，所述第二距离超过所述第一距离；

传感器，用于感测所述扬声器的所述位置并输出位置指示信号；以及

具有用于接收输入音频信号的至少一个输入的输入电路，耦合到所述第一扬声器组件的第一输出，耦合到所述第二扬声器组件的第二输出，所述输入电路被配置为在所述第一输出处提供第一输出音频信号以及在所述第二输出处提供第二输出信号，介于所述至少一个输入与所述第二输出之间的信号处理电路，用于处理所述输入音频信号以产生所述第二输出信号，所述信号处理电路驱动地耦合到第二扬声器组件并耦合到所述传感器，其中，所述信号处理电路被配置为将所述第二输出信号相对于所述第一输出信号延迟取决于所述位置指示信号的延迟量。

19.根据权利要求18所述的声音再现系统，其中，所述信号处理电路被配置为当所述第二扬声器组件处于所述第一位置中时向所述第二输出信号施加第一增益，并且当所述第二扬声器组件处于所述第二位置时向所述第二输出信号施加第二增益，其中，所述第二增益超过所述第一增益。

20.一种增强现实装置，包括根据权利要求18所述的声音再现系统，并且还包括：

左透明显示目镜；

右透明显示目镜；

左眼投影仪，其光学耦合到所述左透明显示目镜；

右眼投影仪，其光学耦合到所述右透明显示目镜，

视频和音频处理系统，其被配置用于生成耦合到以下的虚拟视频和音频内容：所述左眼投影仪、所述右眼投影仪、所述第一扬声器组件和所述第二扬声器组件。

21.一种声音再现系统，包括：

头戴式设备，包括：

左低音扬声器组件；

左高音扬声器组件；

用于所述左低音扬声器组件和所述左高音扬声器组件的至少一个左声音出口；

右低音扬声器组件；

右高音扬声器组件；

用于所述右低音扬声器组件和所述右高音扬声器组件的至少一个右声音出口；

至少一个支撑结构，用于支撑所述左低音扬声器组件、所述左高音扬声器组件、所述右低音扬声器组件和所述右高音扬声器组件；

所述头戴式设备被配置为在安装位置中安装在头部上；

所述至少一个支撑结构被成形为支撑所述左低音扬声器组件、所述左高音扬声器组件、所述右低音扬声器组件和所述右高音扬声器组件，使得当所述头戴式设备位于对于所述头戴式设备的尺寸适当的IEC 60318-7音频测试虚拟头部上的所述安装位置中时，所述至少一个左声音出口位于所述IEC 60318-7音频测试虚拟头部的左耳道的开口的中心的1.5厘米内以及所述至少一个右声音出口位于所述IEC 60318-7音频测试虚拟的右耳道的开口的中心的1.5厘米内；

所述头戴式设备包括不透气材料，所述不透气材料至少包括以下部分：所述左低音扬声器组件和所述右低音扬声器组件，所述左高音扬声器组件和所述右高音扬声器组件以及所述左支撑结构和所述右支撑结构；

其中，当所述头戴式设备位于对于所述头戴式设备的尺寸适当的所述IEC 60318-7音频测试虚拟头部上的所述安装位置中时，相对于所述左耳道的开口的中心，不透气部分围绕不由所述IEC 60318-7音频测试虚拟头部本身对着的所述左耳道的开口的中心，对着小于4π立体角的一部分的80％，以及

相对于所述音频测试虚拟头部的所述右耳道的开口的中心点，所述不透气部分围绕不由所述IEC 60318-7音频测试虚拟头部本身对着的所述右耳道的开口的中心，对着小于4π立体角的一部分的80％。

22.根据权利要求21所述的声音再现系统，其中：

所述不透气部分围绕不由所述IEC 60318-7音频测试虚拟头部本身对着的所述左耳道的开口的中心点，对着4π立体角的一部分的至少20％，以及相对于所述音频测试虚拟头部的右耳道的开口的中心点，所述不透气部分围绕不由所述IEC 60318-7音频测试虚拟头部本身对着的所述右耳道的开口的中心点，对着4π立体角的一部分的至少20％。

23.一种增强现实装置，包括根据权利要求21所述的声音再现系统，还包括：

左透明显示目镜；

右透明显示目镜；

左眼投影仪，其光学耦合到所述左透明显示目镜；

右眼投影仪，其光学耦合到所述右透明显示目镜，

视频和音频处理系统，其被配置用于生成耦合到以下的虚拟视频和音频内容：所述左眼投影仪、所述右眼投影仪、所述左低音扬声器组件、所述左高音扬声器组件、所述右低音扬声器组件和所述右高音扬声器组件。