CN111656800B - 用于生成自然的定向耳廓提示的头戴式耳机装置 - Google Patents

Abstract

一种头戴式耳机装置，包括耳罩，所述耳罩被配置为布置成至少部分地围绕用户的耳部，由此在所述用户的所述耳部周围限定至少部分地包围的体积，其中所述耳罩包括至少部分中空的框架，所述至少部分中空的框架被配置为在所述耳罩被布置成围绕所述用户的所述耳部时至少部分地包围所述用户的所述耳部，并且其中所述框架包括第一空腔，所述第一空腔由所述框架的壁部形成。所述头戴式耳机装置还包括至少一个扬声器，所述至少一个扬声器被布置在所述第一空腔的壁部内，其中所述第一空腔的壁部形成第一波导，所述第一波导被配置为引导从所述扬声器辐射的声音通过所述第一波导的波导输出，并且其中所述第一波导的所述波导输出包括在所述第一空腔中的一个或多个开口。

Description

用于生成自然的定向耳廓提示的头戴式耳机装置

技术领域

本公开涉及用于受控生成自然的定向耳廓提示的头戴式耳机装置，具体地用于改善立体声的空间表示以及通过头戴式耳机的2D和3D围绕声内容的头戴式耳机装置。

背景技术

当今市场上可获得的大多数头戴式耳机在由以常规方式混合的立体声信号驱动时产生头内声像。在这个背景下，“头内声像”意味着声像的主要部分被感知为起源于收听者头部内部，通常在耳部之间的轴线上。如果通过合适的信号处理方法使声音外部化(在这个背景下，外部化意味着以使声像的主要部分被感知为起源于收听者头部外部的方式操纵空间表示)，则中央图像趋于主要向上移动，而不是朝向收听者的前面移动。虽然尤其基于头部相关传递函数(HRTF)滤波的双耳技术在使声像外部化甚至将虚拟声源定位在收听者头部周围的大多数位置上非常有效，但是这种技术通常无法将虚拟源正确定位在正中面的前部(在用户前面)。这意味着，通过市售头戴式耳机播放时，常规立体声系统的(虚幻)中央图像和常见围绕声格式的中置声道都不能在正确的位置处再现，但是这些位置可能被认为是围绕立体声呈现的最重要位置。

发明内容

一种头戴式耳机装置包括耳罩，所述耳罩被配置为布置成至少部分地围绕用户的耳部，由此在用户的耳部周围限定至少部分地包围的体积，其中所述耳罩包括至少部分中空的框架，所述至少部分中空的框架被配置为在所述耳罩被布置成围绕用户的耳部时至少部分地包围用户的耳部，并且其中所述框架包括第一空腔，所述第一空腔由所述框架的壁部形成。所述头戴式耳机装置还包括至少一个扬声器，所述至少一个扬声器被布置在所述第一空腔的壁部内，其中所述第一空腔的壁部形成第一波导，所述第一波导被配置为引导从所述扬声器辐射的声音通过所述第一波导的波导输出，并且其中所述第一波导的所述波导输出包括在所述第一空腔中的一个或多个开口。

本领域技术人员将在查阅以下具体实施方式和附图之后了解或更加明白其他系统、方法、特征和优点。意图使所有这种其他的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内，包括在本发明的范围内，并且由随附的权利要求来保护。

附图说明

参考以下描述和附图可以更好地理解所述方法。附图中的部件不一定是按比例的，而是着重示出本发明的原理。此外，附图中的相同附图标记指定遍及不同视图中的对应部分。

图1，包括图1A和图1B，示意性地示出了定位在用户头部周围的虚拟源的典型路径。

图2示意性地示出了定位在用户头部周围的虚拟源的可能路径。

图3示意性地示出了用于源定位的各种平面和角度。

图4示意性地示出了耳罩的示例。

图5示意性地示出了耳罩的又一示例。

图6，包括图6a)至图6g)，示意性地示出了常规声源装置以及具有前波导的声源装置的示例。

图7，包括图7a)至图7d)，示意性地示出了在不同声源装置和用户耳道的入口之间的平均距离。

图8示意性地示出了耳罩的又一示例。

图9示意性地示出了耳罩的又一示例。

图10示意性地示出了针对不同耳罩的声压测量与频率的示例。

图11，包括图11a)至图11f)，示意性地示出了具有前波导的声源装置的不同示例。

图12示意性地示出了具有或不具有后波导的不同声源装置。

图13，包括图13a)至图13d)，示意性地示出了在不同声源装置和用户耳道的入口之间的平均距离。

图14示意性地示出了针对不同耳罩的振幅响应与频率的示例。

图15，包括图15a)至图15h)，示意性地示出了在不同声源装置和用户耳道的入口之间的平均距离。

图16示意性地示出了针对不同耳罩的声压测量与频率的示例。

图17示意性地示出了被布置为双波导偶极子的声源的截面图。

图18，包括图18a)至图18e)，示意性地示出了被布置为双波导偶极子的不同声源。

图19，包括图19a)至图19e)，示意性地示出了不同声源装置的示例性组合。

图20，包括图20a)至图20e)，示意性地示出了被布置为具有附加的直接辐射扬声器的双波导偶极子的不同声源装置。

图21，包括图21a)至图21c)，示意性地示出了被布置为与具有前波导的声源装置结合的双波导偶极子的不同声源。

图22，包括图22a)至图22d)，示意性地示出了具有双波导偶极子和脉冲补偿的不同声源装置。

图23示意性地示出了耳罩的又一示例。

图24示意性地示出了具有波导的开放式头戴式耳机装置。

图25示意性地示出了具有集成声源的增强现实AR头戴式套件。

具体实施方式

当今市场上可获得的大多数头戴式耳机在由以常规方式混合的立体声信号驱动时产生头内声像。在这个背景下，“头内声像”意味着声像的主要部分被感知为起源于用户头部内部，通常在耳部之间的轴线上(贯穿左耳和右耳，见图3中的轴线x)。5.1围绕声系统通常使用五个扬声器声道，也就是左前和右前声道、中置声道和两个后方围绕声道。如果使用立体声或5.1扬声器系统代替头戴式耳机，则虚幻中央图像或中置声道图像会在用户前面产生。然而，当使用头戴式耳机时，通常在用户耳部之间的轴线的中间感知到这些中央图像。

可以借助方位角

(从左到右的位置)、仰角υ(上下位置)和距离测量(声源距用户的距离)来描述围绕用户的空间中的声源位置。方位角和仰角通常足以描述声源的方向。人类听觉系统使用多种提示进行声源定位，包括两耳时间差(ITD)、两耳水平差(ILD)以及耳廓共振和消除效应，这些都结合在头部相关传递函数(HRTF)中。图3示出了源定位平面，即大体上平行于地面并将用户的头部划分为上部和下部的水平面(也称为横切面)，垂直于水平面并大约在用户的耳部之间的中途与用户的头部交叉从而将头部划分为基本上镜像对称的左半侧和右半侧的正中面(也称为中矢面))，以及等分头部的前侧和后侧并处于与水平面和正中面都成直角的额状面(也称为冠状面)。方位角

和仰角υ以及三个轴线x、y、z也在图3中示出。在本文档中，将讨论不同的声源和声源装置，主要参考单只耳部(例如，右耳)。头戴式耳机通常被设计成关于声学特性对于两个耳部是相同的，并且相对于相应的耳部放置在两个耳部上的位置实际上类似。第一轴线x贯穿用户2的耳部。在下文中，将假定第一轴线x与用户的耳部的耳甲交叉。第一轴线x平行于额状面和水平面，并且垂直于正中面。第二轴线y竖直地贯穿用户的头部，垂直于第一轴线x。第二轴线y平行于正中面和额状面，并且垂直于水平面。第三轴线z 水平地贯穿用户的头部(从前到后)，垂直于第一轴线x和第二轴线y。第三轴线z平行于正中面和水平面，并且垂直于额状面。下面将更详细地描述不同平面x、y、z的位置。

如果通过合适的信号处理方法使常规头戴式耳机装置中的声音外部化 (在这个背景下，外部化意味着声像的至少主要部分被感知为起源于用户头部外部)，则中置声道图像趋于向上移动为主，而不是向前面移动。这在图 1A中示例性地示出，其中SR标识后方围绕图像位置，R标识右前方图像位置，并且C标识中置声道图像位置。如果将方位角

(见图3)从0°递增地移动到360°以用于双耳合成，基于来自水平面的广义的头部相关传递函数(HRTF)，虚拟声源可能位于例如如图1A所指示的可能的源位置的路径上的某处并沿着可能的源位置的路径行进。虽然尤其基于HRTF滤波的双耳技术在使声像外部化甚至将虚拟声源定位在用户头部周围的大多数位置上非常有效，但是这种技术通常无法将源正确定位在正中面的前部。如图1B所示，可能会出现的又一问题是所谓的前后混淆。前后混淆意味着用户2不能够将图像可靠地定位在其头部的前面，而是位于其头部上方或后面的任何位置。这意味着，通过市售头戴式耳机播放时，常规立体声系统的中央声像和常见围绕声格式的中置声道声像都不能在正确的位置处再现，但是这些位置是围绕立体声呈现的最重要位置。

布置在正中面中(方位角

)的声源缺少可以用于定位虚拟源的两耳时间差(ITD)和水平差(ILD)。如果声源位于正中面上，则对于右耳和左耳两者来说，在声源和耳部之间的距离以及通过头部的耳部阴影都相同。因此，声音从声源行进到右耳需要的时间与声音从声源行进到左耳需要的时间相同，并且由通过头部部分的耳部阴影引起的振幅响应改变对于两个耳部来说也相等。人类听觉系统分析由耳廓所产生的消除和共振放大效应，在下文中称为耳廓共振，以确定正中面上的仰角。每个源仰角和每个耳廓一般引起非常特定和不同的耳廓共振。

可以借助从HRTF测量得出的滤波器将耳廓共振应用于信号。然而，由于在个人耳廓之间的较大偏差，试图应用外来的(例如，来自另一个人类个体)、广义的(例如，在个体的代表性群组上求平均值)或简化的HRTF过滤器通常无法在前面实现稳定的源位置。如果结合个人的头戴式耳机均衡来应用，仅单独的HRTF滤波器通常能够在正中面上生成稳定的前面图像。然而，对于消费者大规模市场来说，这种程度的信号处理个体化几乎是不可能的。

已知头戴式耳机装置，其能够生成用于在用户头部2的前面的前半球的较强的定向耳廓提示和/或用于在用户头部2后面的后半球的适当提示。这些头戴式耳机装置中的一些支持生成经改善的居中前面声像，并且如果与适当的信号处理结合，一些头戴式耳机装置还能够将虚拟声源定位在用户头部2 周围任意处。这在图2中示例性地示出，其中中置声道图像C位于用户头部 2前面的期望位置处。如果可获得与前半球和后半球相关联的定向耳廓提示，并且可以个别地控制，例如它们是由单独的声源产生的情况下，如果另外还应用合适的信号处理，则有可能将虚拟源定位在用户头部周围任意处。另外，可以引起来自用户2上方和下方的定向耳廓提示以改善虚拟源在相应半中的放置。

已知信号处理方法，其将自然耳廓共振产生的定向提示与基于HRTF的信号处理结合以改善定向声像生成。可以将用于生成定向耳廓提示的头戴式耳机装置与这种信号处理方法结合。

头戴式耳机的空间特性通常不如诸如音调平衡、宽工作频率范围和低失真之类的总体音质属性重要。如果总体音质次于典型的头戴式耳机标准，则特别是立体声播放时，空间效果通常会被用户拒绝。因此，已知的开放式头戴式耳机装置的基本特性是，该装置在总体音质方面并不比当今可获得的其他典型头戴式耳机差很多，但是取决于具体的实现方式，低频输出可能比例如封闭式头戴式耳机更低。特别是低频的播放通常需要将相当大尺寸的物理结构定位在用户的耳部周围。减少这种结构对自然的定向耳廓提示的受控引发的负面影响是已知的头戴式耳机装置的主要方面之一。这些物理结构的任何进一步的尺寸减小都可以进一步减小这种负面影响。自然的定向耳廓提示的受控引发可以用于多种目的。如前所述，虚拟源在正中面上的定位精度可以通过引起合适的定向耳廓提示来提高。与基于广义HRTF的常规双耳合成相比，另一个优势是音调得到了改善，因为向用户呈现了其自己的谱形提示，与外来的谱形提示相比，这些自己的谱形提示不被感知为干扰音调变化。另一方面，也可以通过叠加如由已知的头戴式耳机装置中的一些所提供的多个实质上矛盾的定向提示，以受控的方式抑制定向耳廓提示。这为基于广义或个别HRTF的常规双耳合成提供了理想的基础，因为头戴式耳机装置不会生成干扰的定向耳廓提示。当前，基于广义或个别HRTF的常规双耳合成是虚拟和增强现实应用的事实上的标准，通常仅提供双耳(2声道)信号。因此，对此格式的兼容性是重要的特征，其由已知的头戴式耳机装置中的一些以及本文公开的头戴式耳机装置的实施方案所支持。最后，即使是没有任何空间处理的普通立体声播放，也可以从不会产生不受控的梳状滤波效果的头戴式耳机装置中受益，该梳状滤波效果可能是由于头戴式耳机结构内部的反射而引起并干扰再现声音的音调。除了经改善的空间成像和音调之外，已知的头戴式耳机装置还特别适合于增强现实应用，例如，因为自然声场几乎没有改变地到达用户的耳部。此外，已知的头戴式耳机装置中的一些解决了例如诸如对耳部的不想要的压力或在耳罩内部积累的热量之类的常规头戴式耳机的问题。这些问题可以通过本文公开的头戴式耳机装置的实施方案来解决。

特别是对于可听范围的低频端，由头戴式耳机装置产生的最大声压级与头戴式耳机的耳罩的尺寸来缩放，特别是在头戴式耳机装置包括开放式耳罩的情况下。在这种背景下，开放式耳罩是指在至少一个方向(例如，横向)上完全开放的耳罩。已知另一种耳罩作为后开口式头戴式耳机的一部分，其一般在视觉上看起来具有完全封闭的耳罩并且在另外封闭的耳罩中仅提供相对较小的通风路径。这些后开口式头戴式耳机将大型扬声器横向定位到耳廓，几乎完全覆盖耳廓。因此，后开口式头戴式耳机的耳罩与开放式耳罩有很大不同。一般来说，小尺寸的耳罩可能是头戴式耳机的重要设计因素。因此，期望的是，对于给定的一组扬声器和扬声器壳体体积，得到更多的声音输出到用户的耳部，而又不失去引起自然的定向耳廓提示的能力。此外，已知开放式头戴式耳机装置仅将声源分布在耳部周围，由此严重限制了耳罩的形状和尺寸选择。因此，本发明提出了开放式或封闭式头戴式耳机结构，其为给定的开放式耳罩尺寸提供了比先前尽可能更高的声压，并且同时允许具有一系列不同的机械和声学特性的各种各样的封闭式、开放式和通风式耳罩结构、形状和尺寸。所提出的耳罩结构特别关注对于具有改善的空间表示的 (完全)开放式或封闭式头戴式耳机以及具有典型立体声头戴式耳机声像的开放式头戴式耳机。

除了所提出的头戴式耳机装置所实现的经改善的空间成像之外，开放式耳罩实施方案还尤其适合用于增强现实应用，这是因为自然声场几乎没有改变地到达耳部。此外，通过开放式头戴式耳机结构还解决了已知来自传统头戴式耳机的舒适性问题，如耳部上的压力或头戴式耳机内部积聚的热量。最后，可以实施所提出的耳罩结构，使得对于不同的耳部和耳罩放置，存在低频响应变化，以及来自头戴式耳机的定向偏移可忽略不计。这使基于如由当前虚拟现实(VR)头戴式套件通常使用的广义HRTF数据的双耳合成具有更好的性能。

在本文档中，术语耳廓提示和耳廓共振用于表示耳廓以及可能还有耳道响应于声音的到达方向施加的频率和相位响应变化。本文档中的术语定向耳廓提示和定向耳廓共振与术语耳廓提示和耳廓共振具有相同的含义，但用于强调由耳廓产生的频率和相位响应变化的定向方面。此外，术语自然的耳廓提示、自然的定向耳廓提示和自然的耳廓共振用于指出这些共振实际上是由用户的耳廓响应于声场而产生成的，与模拟耳廓效果的信号处理相反。一般来说，如果耳廓经受来自期望方向的直接、近似单向声场，则会激发携带不同的定向提示的耳廓共振。这意味着从某个方向从源发出的声波击中耳廓，而不会增加来自不同方向的同一声源的非常早的反射声音。虽然人类一般能够在存在典型的较早的房间反射的情况下确定声源的方向，但是在直达声之后的太短时间窗口内到达的反射将改变所感知到的声音方向。因此，将直达声发送到耳廓同时抑制或至少减少来自靠近耳廓的表面的反射的头戴式耳机装置因此能够引起较强的定向提示。

已知的立体声头戴式耳机一般可以分组为入耳式、罩耳式和包耳式。包耳式通常可获得作为所谓的带封闭式背部的封闭式头戴式耳机或所谓的带通风背部的后开口式头戴式耳机。头戴式耳机可以包括单个或多个驱动器 (扬声器)。除了高质量的入耳式耳机外，还存在使用多个扬声器的特定多路围绕声头戴式耳机，这些扬声器旨在产生定向效果。

入耳式耳机一般无法生成自然的耳廓提示，这是由于声音根本不会经过耳廓而是直接发射到耳道中的事实。在相当大的频率范围内，具有封闭式背部的入耳式和包耳式头戴式耳机在耳部周围产生压力室，其通常完全避免耳廓共振或至少以不自然的方式改变它们。另外，该压力室直接联接到耳道，与开放的声场相比，它改变了耳道的共振，由此进一步模糊了自然的定向提示。在较高的频率下，耳罩的元件反射声音，由此产生部分扩散的声场，该声场不能引起与单个方向相关联的耳廓共振。在下文中，提出了关于可以如何控制(例如，减小或故意引起)声场扩散的解决方案。然而，封闭式头戴式耳机一般不太适合用于生成各个自然的定向耳廓提示。后开口式头戴式耳机可以避免其中一些缺点。然而，具有在耳部周围形成了基本上封闭的腔室的封闭式耳罩的头戴式耳机(例如)在扬声器灵敏度和频率响应扩展方面也提供若干优点。因此，可以提供用于开放式头戴式耳机的盖。盖可以被配置为可分离地安装/附接到开放式头戴式耳机结构，以在用户更喜欢封闭式头戴式耳机的情况下提供封闭式头戴式耳机。这允许用户基于其当前的偏好在开放式或封闭式的头戴式耳机之间进行选择。因此，安装和拆卸盖的过程可能很简单，并且可能不需要使用任何工具来允许由用户容易地进行安装和/或拆卸过程。头戴式耳机可以包括检测单元，该检测单元被配置为检测盖是否安装/ 附接到头戴式耳机。当检测到盖安装/附接到头戴式耳机时，这意味着在耳部周围提供了一个基本上封闭或通风的腔室，可以自动(例如，借助适配单元) 调整均衡，以补偿在开放式和封闭式或通风式耳罩之间的振幅响应差异。

例如，图23中示出了这种头戴式耳机装置。图23a)示意性地示出了封闭式耳罩14，而图23b)示出了开放式耳罩14。耳罩14包括框架15，该框架15被配置为布置在用户的耳部周围。针对每个耳部，可以提供一个耳罩 14。两个耳罩14一般可以由头戴式头带12保持在一起(例如，见图24)。然而，这仅是示例。两个耳罩14可以以任何其他合适的方式保持在一起。耳罩14还可以包括可分离地安装/附接在框架15上的盖80，以获得封闭式耳罩的头戴式耳机装置。可以从框架15上移除盖80，以获得开放式耳罩的头戴式耳机装置10。盖80可以是以任何合适的方式(例如，使用支架、磁体或夹具)可分离的去安装/附接在框架15上。图24中的装置示意性地示出了用户的头部，其中在用户的耳部周围布置有开放式耳罩14。在图24中，示意性地示出了头带12，其被配置为将耳罩14保持在适当的位置。可以在耳罩 14的框架15中布置一种或多种声源装置，以向用户的耳部提供声音。图23 进一步示出了这种声源装置的前波导输出42和后波导输出44。

当耳罩14在用户的耳部周围布置时，其可以至少部分地围绕用户的耳部。这意味着耳罩14在用户的耳部周围限定了开放或封闭的体积。例如，耳罩14可以包括框架15，但是不包括盖80。在这种情况下，当将耳罩14 布置在用户的耳部周围时，由耳罩14限定的在用户的耳部周围的体积至少在横向上(朝向用户的头部的侧面)开放。当将耳罩14在用户的耳部周围布置时，框架15可以完全或仅部分地围绕用户的耳部。例如，框架15可以在用户的耳部周围形成连续的框架。然而，框架15也可以包括间隙或凹口。例如，框架15可以布置在用户的耳部上方、前面和后面，但是可以包括间隙或凹口，使得省略了框架15在用户的耳部下方的部分。然而，这仅是示例。框架15可以在沿着其圆周的任何地方包括一个或多个间隙或凹口。因此，框架15可以包括可以以任何合适的方式彼此联接的一个或多个部分。如果框架15在其圆周内包括至少一个凹口，则即使耳罩14包括盖80，该盖80 在用户的耳部周围横向上(朝向用户头部的侧面)封闭体积，也不能完全包围在用户的耳部周围的体积。框架15可以是至少部分中空的。例如，框架15 可在其内部包括一个或多个空腔。这种空腔可以通过框架15的至少一个壁部与框架15的外部至少部分地分离。空腔可以由框架14的一个或多个部分形成。

当今市场上可获得的典型的后开口式头戴式耳机以及大多数封闭式包耳式和贴耳式头戴式耳机都使用大直径扬声器。这样的大直径扬声器通常几乎与耳廓本身一样大，由此从头部的侧面产生较大的平面声波，该平面声波不适用于生成如从来自前面的定向声场产生的一致的耳廓共振。另外，与耳廓相比，这种扬声器的尺寸相对较大，以及在扬声器和耳廓之间的距离较近，并且这种扬声器的反射面较大，因此会产生声学情况，其类似于中低频率的压力室和高频的反射环境。更进一步，这种装置的扬声器膜片是相对较大的反射表面，其将声音朝向耳廓反射。这可能会导致耳内频率响应中的峰值和谷值，类似于自然的耳廓共振造成的峰值和谷值。这样的情况不利于引起与单个方向相关联的自然的定向耳廓提示。

具有多个扬声器的围绕声头戴式耳机通常将耳廓侧面上的扬声器位置与压力室效应和反射环境结合在一起。这样的头戴式耳机通常不能够生成一致的定向耳廓提示，尤其是对于前半球而言。

一般来说，覆盖耳廓的所有种类的物体(诸如头戴式耳机的后盖或大型扬声器本身)都可能在耳部周围的腔室内造成多次反射，其生成扩散的声场，这不利于如由定向声场造成的自然耳廓效应。

因此，本发明的实施方案提供了优化的头戴式耳机装置，该头戴式耳机装置允许从所有期望的方向朝向耳廓发送直达声，同时使反射最小化，特别是击中用户耳廓的反射。虽然耳廓共振被广泛认为在大约2kHz的频率以上是有效的，但现实世界中的扬声器通常产生各种噪声和失真，即使在相当低的频率下，也将允许扬声器定位。用户还可能注意到在人类语音频谱内使用的不同扬声器之间的失真、时间特性(例如，衰减时间)和定向方面的差异。因此，可以为用于引起具有自然的耳廓共振的定向提示的扬声器选择大约 200Hz或更低的频率下限，而可以至少针对较高的频率(例如2-4kHz以上) 控制反射。

与从其他方向生成稳定图像相比，在正中面上生成稳定的前面图像提出了可假定的最高挑战。一般来说，各个定向耳廓提示的生成对于前半球(在用户前面)比对于后半球(在用户后面)更重要。然而，对于后半球而言，更容易引起有效的自然的定向耳廓提示，对于后半球，通常可以用广义提示进行替换，至少对于将扬声器置于耳廓侧面的标准头戴式耳机而言效果良好。因此，一些头戴式耳机装置集中于优化前半球提示，同时为后半球提供较弱但仍足够的定向提示。其他装置可以为前后方向中的每一个都提供同样好的定向提示。为了实现较强的自然的定向耳廓提示，头戴式耳机装置可以被配置使得由一个或多个扬声器发出的声波从期望的方向以可能从其他方向出现的减小能量的反射主要经过耳廓或至少耳甲一次。一些头戴式耳机装置集中于减少在耳罩的前部中的扬声器的反射，而其他头戴式耳机装置则使与扬声器位置无关的反射最小化。可以避免将耳部置入至少2kHz以上的压力室中，或者避免生成过多的反射，这些反射往往会导致扩散声场。为了避免反射，可以将至少一个扬声器定位在耳罩上，使得其产生声场的期望方向。可以布置支撑结构或头带以及耳罩的后部体积，使得避免或最小化反射。

在图4中示例性地示出了头戴式耳机装置。环形的耳罩14朝向两侧完全开放并布置在用户的耳部周围，包括朝向耳部引导声音的三个扬声器20、20'、22。当头戴式耳机装置被用户2佩戴时，耳罩14可以在用户2的耳部周围限定开放体积。耳罩14还可以包括布置在用户的耳部周围的框架15，由此在从横向于用户的头部观察时至少部分地包围耳部。特别地，由耳罩14 形成的开放体积可以基本上开放到背离用户2的头部的一侧。这已经在上面关于图23进行了描述。因此，在用户的耳部周围的开放空间可以包括空间中的每个点，该空间中的每个点至少可以被耳罩14的外表面上的两个点之间的一条直线相交，而该直线不与耳罩14的任何部分交叉。所有扬声器20、 20'、22都安装在环形框架15的内部，该环形框架15至少部分是中空的，以为通过框架15的至少一个壁部与外部分离的扬声器20、20'、22提供至少一个封闭的后腔室体积或至少一个空腔。在后腔室体积外部的所有扬声器膜片或振膜(在下文中一般称为膜片)直接面向或邻接耳罩14内的开放体积。框架15的内壁表面的面向耳罩14内的开放体积的的部分被阻尼材料覆盖(图4 的截面图中的阴影线区域)，以便减少朝向耳部的反射。

在图4中，沿平面A:A′截面中的阴影线区域可以包括例如吸声泡沫，其减少了进入耳廓的反射并进一步用作朝向用户头部的衬垫。在图4的示例中，扬声器声音传播的主要方向几乎平行于正中面，并且没有被引导远离耳廓。耳罩框架15的内壁的大部分面向耳廓。吸声材料可以例如被施加到围绕扬声器20、20'、22的表面或表面区段。基本上朝向耳廓取向的表面或表面区段的至少一部分可以包括吸声材料，而对于基本上背向耳廓取向的这种表面或表面区段，吸声材料的使用是任选的。吸声材料可以被配置为减小由耳罩 14的任何表面或表面区段朝向用户耳廓反射的声音的强度。这种反射的声音最初可能已经由至少一个扬声器20、20'、22发射。

在图5中示出了另一种头戴式耳机装置。在该示例中，框架15的形状更加复杂，其内部轮廓适于典型的耳部形状，并且外部轮廓遵循扬声器尺寸和放置所产生的要求。扬声器20、20'、22、22'、24、24'被倾斜，使得分别面向耳罩14内的开放体积的膜片的侧面和框架壁表面的大部分背向正中面，以便减少朝向用户耳部的反射。如图5所示，该第二头戴式耳机装置将扬声器的后侧容纳在至少部分中空的框架结构的至少一个空腔中，由此为每个扬声器20、20'、22、22'、24、24'提供单独的封闭的背部体积腔室。对于图4 的第一头戴式耳机装置，后腔室体积外部的所有扬声器膜片直接面向耳罩14 内的开放体积。此外，框架壁表面的面向耳罩14内的开放体积的的部分被阻尼材料覆盖(图5的截面图中的阴影线区域)，以便减少朝向耳部的反射。

图5的头戴式耳机装置包括扬声器20、20'、22、22'、24、24'，其声音传播的主要方向被引导远离耳廓。在该示例中，另外，大多数内壁区段倾斜远离耳廓。框架15可以包括基本上远离耳廓取向的外表面或表面区段(当由用户在通常的收听位置佩戴头戴式耳机时，这种外表面区段的竖直方向不指向耳廓)。其他表面或表面区段可以基本上朝向耳廓定向，其中竖直方向指向耳廓。基本上朝向耳廓取向的那些表面或表面区段的至少某些部分可以包括吸声材料。例如，朝向耳廓取向的表面区段的超过30％、超过50％或超过 80％可以用吸声材料覆盖。基本上远离耳廓取向的表面或表面区段一般将声音的任何反射主要引导远离耳廓，因此，这样的表面或表面区段可能不一定包括吸声材料。然而，基本上朝向耳廓的表面或表面区段一般将反射的主要部分引导朝向耳廓。因此，在这样的表面或表面区段上的吸声材料可以减少指向耳廓的反射。这在图5中被示意性地示出。此外，可能没有必要使基本上朝向耳廓取向的所有表面或表面区段都包括阻尼材料。虽然与扬声器相对布置的表面或表面区段可以包括吸声材料以减少反射，但是对于没有与扬声器相对布置的其他表面或表面区段，可以任选地使用吸声材料，因为这种表面或表面区段可能会收到较少的直达声，且因此导致较少的反射。然而，没有与扬声器相对的表面或表面区段可能会被吸声材料覆盖，以减少进入耳廓或耳甲区域的二阶反射。

图6示意性地示出了扬声器26的简化截面图。扬声器26布置在扬声器壳体30中。扬声器壳体可以由框架15内的空腔形成。扬声器壳体30可以是封闭的壳体，也就是说，在壳体30的内部和外部之间没有任何开口。包括扬声器26和壳体30的声源装置将声音辐射到壳体30的外部。壳体30可以由耳罩14的框架15的壁部形成，如上面已经参考图4和5所描述的。图6a)和图6c)示意性地示出了壳体30中的扬声器26的现有技术示例。图6b) 和图6d)示例性地示出了前波导装置中的扬声器26的示例，该前波导装置还包括扬声器26的前侧上的波导。前波导32可以由框架15内的空腔的壁部形成。尽管图6b)和图6d)中所示的示例在扬声器26的前侧的前面示出了前波导，但是前波导也可以布置在扬声器26的后侧处(图6中未示出)。波导一般包括输出42，声音可以通过该输出42离开波导32。如果这样的波导输出 42是声音可以从扬声器26朝向用户的耳部行进的唯一自由空气路径，则该波导一般被称为前波导。如果在扬声器26的前侧和后侧都布置波导，则其输出42更靠近用户的耳道的入口(自由空气路径)的波导32被称为前波导。替代地，当在框架15内包括波导装置的耳罩14布置在用户的耳部周围时，前波导可以由它们相对于用户的耳部的位置来限定。在这种情况下，前波导的波导输出邻接由耳罩14限定的在用户的耳部周围的开放体积。后波导的波导输出朝向耳罩14外部的自由空气打开。然而，在下文中，每当声源装置被描述为具有前波导时，前波导都布置在至少一个扬声器26的前侧的前面。

参考图6a)和图6c)，扬声器26的声音被整个扬声器膜片辐射到自由空气中。然而，由于图6中所示的扬声器26布置在封闭的壳体30中，因此没有声音从扬声器26的后侧辐射到自由空气中。参考图6b)和图6d)，在扬声器膜片的前面布置前波导32。前波导32包括至少一个壁，该壁布置在扬声器膜片的前面。前波导32可以由框架15的壁部形成。如图6e)中示意性地示出的，在壁和扬声器膜片之间的第一距离d1可以小于联接到波导32的至少一个扬声器26的膜片的最大直径或最大对角线。例如，第一距离d1可以小于15mm、小于5mm或小于3mm。第一距离d1可以是相应扬声器26的膜片的最大直径或最大对角线的小于60％、小于40％或小于30％。第一距离 d1还可以取决于扬声器26辐射的最高波长。例如，第一距离可以小于扬声器所辐射的声音的全波长、小于扬声器所辐射的声音的波长的五倍或小于扬声器所辐射的声音的波长的十倍。然而，第一距离d1或更一般地讲，波导室的横截面面积可以在波导室的尺寸上变化。例如，距离d1或横截面面积可以从远离波导输出42的点(例如，在波导的相对端处)朝向波导输出42线性或指数地增加。当包括波导装置的耳罩布置在用户的耳部周围时，波导32 的壁的部分可以与用户耳廓的部分重叠。波导32是由扬声器膜片前面的第二空腔34的壁部形成的，在下文中，该第二空腔34也将称为波导室34。波导32包括至少一个开口42，声音可以通过该开口42离开波导室34。开口 42的尺寸、形状和位置可以针对给定的应用适当地选择。

波导开口42或波导输出可以例如具有圆形、椭圆形、矩形、三角形或辐射形状。任何其他规则或不规则形状都是可能的。波导32或波导室34可以恰好包括形成波导输出42的一个开口。然而，一个波导32或波导室34 也可以包括两个或更多个开口，它们一起形成波导输出42，该波导输出42 具有组合的横截面面积并且具有相对于框架15或用户耳部的其他特征的平均位置。在下文中，如果参考波导输出42，则其是指仅包括一个开口的波导输出以及包括多于一个开口的组合输出。然而，可以布置波导输出42，使得当包括波导装置的框架15布置在用户的耳部周围时，其平均比至少一个扬声器26的膜片明显更接近用户的耳道入口。当包括波导装置的框架15布置在用户的耳部周围时，在波导输出42和用户的耳道之间的平均距离可以比在扬声器26的膜片和用户的耳道之间的平均距离短至少30％、至少40％或至少60％。当包括波导装置的框架15布置在用户的耳部周围时，单个或组合的波导输出相对于用户的耳部的耳甲区域的平均位置可以从至少一个扬声器26的膜片相对于用户的耳部的耳甲区域的平均位置偏离大于10°、大于 20°或大于30°。然而，前波导32的表面积可以是扬声器膜片的表面积的至少50％、至少70％或至少90％，由此覆盖扬声器膜片的至少50％、至少占 70％或至少90％。

波导32被配置为控制相对于用户的耳部的声音输出位置，以便使声源实际上更靠近耳部移动并控制耳部处的入射角。波导室34内的所包围的空气体积的一部分和靠近波导32的输出42的区域中的空气体积可以形成亥姆霍兹共振器。亥姆霍兹共振器的共振频率可能取决于波导室34的内部体积以及波导输出42的横截面面积。在亥姆霍兹共振频率以下，当波导室34由至少一个扬声器驱动时，波导室34内的空气可以基本上均匀地移动。作为有利的副作用，如果波导室34足够小，则波导室34内部的空气质量可能会增加扬声器26的总移动质量。这进而可以降低布置在波导室34内的扬声器 26的有效共振频率。在亥姆霍兹频率时，波导室34内的空气体积的一部分可以形成空气弹簧，该空气弹簧在共振期间收缩和扩展。部分在波导室34 的内部且部分在外部，靠近波导室34的输出42的另一空气体积可以形成与空气弹簧共振的质量。在亥姆霍兹共振频率或低于亥姆霍兹共振频率时，波导室输出的附近的空气颗粒可能基本上均匀地移动。与驱动波导32的至少一个扬声器26的膜片相比，这些均匀地移动的空气颗粒可以形成更靠近用户的耳道入口的声源。

声源到用户耳廓(或更具体地说，耳道入口)的距离的减小，对于开放式耳罩尤其重要，因为对于给定的扬声器26而言，它特别是在低频时提高了耳道入口处的最大声压级(SPL)。然而，波导32不应排他地理解为亥姆霍兹共振器。尽管可能发生根据亥姆霍兹共振器原理的共振，但是在本发明的上下文中共振对于基本的波导功能不是必需的。还可以理解，至少在某些情况下，波导32内以及波导32的输出42周围的体积的形状可能不允许对内部体积和将内部体积连接到外部的导管内体积的明确分配。因此，在波导32 内可能发生的共振可能不一定被归类为亥姆霍兹共振。在波导体积内发生的最低共振频率也可能取决于波导室34的最长内部尺寸。此外，在较高的频率下可能会发生附加的共振，这可能取决于较短的内部尺寸。波导32可以在任何频率用于将由至少一个扬声器26发射的声音引导到更靠近用户的耳道入口的位置或相对于用户的耳部布置在某个位置的位置或两者。因此，与没有波导32的情况相比，可以明显减小空气体积，由在波导室34内的至少一个扬声器26生成的声音扩展到该空气体积中直到其到达用户的耳道入口为止。这可能会导致耳道入口处的声压级增加。为了限制由在波导室34内的至少一个扬声器26生成的声音扩展到其中的空气体积直到该声音到达用户的耳道入口为止，波导32的单个或组合输出42可以如前所述的靠近耳道入口来定位。

此外，由波导32的单个波导输出42的面积或在包括波导32的组合的波导输出42的所有输出的最小轮廓内的总面积在波导室34内的至少一个扬声器26中的至少一者的膜片的几何或声学中心或波导室34的几何中心所对向的立体角Ω可以小于π球面度或小于π/2球面度。由波导输出42的面积或更一般而言第一表面积所对向的立体角Ω可以定义为单位球面的第二表面积，该单位球面的第二表面积是由第一表面积在从立体角Ω在其处对向该表面积的点(例如，在波导室34内的至少一个扬声器26中的至少一者的膜片的几何或声学中心)的方向上投影到单位球面上所覆盖的。换句话说，由在波导室34内的至少一个扬声器26中的至少一者生成的声音可以在其达到单个或组合波导输出42的点处基本上(除了辐射到波导室中的声音部分之外) 被辐射成小于π球面度或小于π/2球面度的立体角。在亥姆霍兹共振频率以上，与没有波导的情况相比，耳道入口处的声压级可能不会增加，或者最终甚至会降低，因为波导室34内的空气体积可能会导致低通或减弱波导的高搁架行为。通常，小型扬声器在高频时能够产生比在低频时更高的声压级。因此，充分的均衡可以补偿在高频时声压级的损失。独立于开放式或封闭式耳罩的实现方式，声音在耳廓处的入射角可以用于通过激励自然的耳廓共振来引起定向提示。为此目的，波导输出42可以定位成使得实现在耳廓处的期望的声音入射角。应当注意，图6a)和图6b)的装置之间以及图6c)和图6d) 的装置之间的尺寸增加可以通过任何种类的防护格栅来至少部分地补充，通常需要该防护格栅以保护在实际产品中图6a)和图6c)的装置的否则将开放的扬声器膜片。

为了精确地控制波导输出42相对于用户的耳部的位置并且为了靠近用户的耳道入口有效地聚焦扬声器输出，可以将波导输出42的横截面面积选择为相对较小。除了效果之外，这还可能具有波导室34内的亥姆霍兹共振，波导输出42太小会导致声压级降低和信号失真。对于波导32内的给定扬声器26，由波导输出42造成的以dB为单位的声压损失IL可以近似为IL＝0. 01 *(Vd/Aw)^2+0. 001*(Vd/Aw)，其中Vd是扬声器膜片的体积位移(例如最大体积位移)，并且Aw是波导输出42的横截面面积。例如，体积位移Vd 为200mm³，并且输出横截面面积Aw为40mm²，导致大约0. 25dB的声压损失。为了保持低失真，近似声压损失IL可能低于0. 5db或低于0. 75dB。

在图7中示例性地示出了上述内容，其中示意性地示出了对于图6a)和图6c)的示例的在扬声器26和用户的耳部的耳道入口之间的平均距离(d_F)以及对于在图6b)和图6d)的示例性扬声器或声源装置的在波导输出42和耳道入口之间的平均距离(dF_WG)。可以将在图6a)和图6c)的装置和包括图6b) 和图6d)的前波导32的示例之间的低频SPL增加近似为AWG＝20*log10(dF /dF_WG)，其对于b)对比a)来说等于+5. 3dB并且对于d)对比c)来说等于 +5. 7dB。该近似假定声源距离加倍时，SPL降低6dB，这对于接近源的位置 (例如，距离小于3cm)以及并入扬声器壳体和/或如图7所示的波导结构32 的任何完整的耳罩14可能都不准确。根据波导32的波导尺寸和形状，近似可以很好地工作直到几百赫兹或甚至几千赫兹。特别地，将图7a)的装置与图7b)的示例进行比较，还可以观察到由波导引入的在耳甲区域处的平均声音入射角的变化。

图8中示出了包含多个前波导的示例性耳罩实现方式，否则其对应于如图4所示的没有波导的装置。图8中所示的装置包括具有框架15和布置在框架15内的扬声器20、20′、22的耳罩14。在图8的示例中，两个扬声器 20、22布置在用户的耳部的前面，而一个扬声器20'布置在用户的耳部的后面。波导32布置在每个扬声器20、20'、22中的每一者的前面。也就是说，所有扬声器20、20'、22将声音辐射到它们的膜片前面的单独的波导室中。每个波导室都有一个单独的波导输出42。如在图8中示例性地示出的，波导输出42可以具有狭缝的形式，其在相应扬声器20、20'、22的完整宽度上延伸。当将开放式耳罩放置在用户2的耳部周围时，这些输出或狭缝42定位在距用户的头部的不同距离处。多个相邻的波导输出42可以形成连续的波导输出。

例如，耳廓前面的扬声器20、22的波导的声音输出42比耳廓后面的扬声器20'的波导的输出42更靠近头部。这样实现了朝向用户耳廓的耳甲区域的直达声传播，以进行前后波导输出。尤其对于后扬声器20'，波导输出42 的位置避免了由外耳的面向头部的部分辐射到耳甲的声音的阴影。

图9示例性地示出了集成在开放式耳罩14的框架15中的前波导32的另一示例。除了前波导32之外，该装置另外与图5中所示的装置相同。类似于包括前波导32的先前示例，图9中所示的所有六个扬声器20、20'、22、 22'、24、24'布置在各个封闭的后腔室30内并且在其膜片的前面包括单独的波导室。波导32的仅波导输出42允许与波导室外部的自由空气进行声压交换。波导32的波导输出42每个在相应的波导32中包括狭缝，其中该狭缝的宽度大约等于单独的扬声器20、20'、22、22'、24、24'的宽度。邻近的波导输出42可以彼此合并，使得它们分别沿着耳廓的前侧和/或后侧形成几乎连续的组合声音输出。如上所述，有目的地定位波导输出42，以避免在声音输出42和用户耳部的耳甲区域之间的声学阴影。

为了进一步说明所提出的前波导32可能进行的改进的示例，图10示例性地示出了实际振幅响应的测量结果，该实际振幅响应是使用没有耳廓的仿真头部和定位在用户耳甲区域的典型位置处的传声器进行测量的。实线表示用没有前波导的装置测量的振幅响应，并且虚线表示用带有前波导32的装置测量的振幅响应。用于测量的耳罩类似于如图5中所示的耳罩14以及如图9的具有前波导32的实施方案中所示的耳罩14。这两种测量都是在相等的激励信号下进行的，该激励信号包含用于均衡图5的装置的振幅响应的滤波器。在本示例中，SPL在50Hz和6kHz之间至少增加了6dB。在50Hz以下(图10中未示出)，观察到相同的SPL增加。为了通过扬声器调整来实现 SPL的该增加，将需要使扬声器膜片的空气体积位移增加一倍，例如，这可以通过使类似扬声器的数量增加一倍以及膜片面积增加一倍或将现有扬声器的偏移增加一倍来实现。

然而，图10中所示的测量仅表示一个可能的示例。根据波导32的确切实现方式，更高的SPL增加和/或在SPL持续增加的情况下频率区域的更宽带宽是可能的。SPL一般会随着到波导输出42距离的减小而增加。因此，对于用户来说，波导输出42越靠近他的耳道布置且可以相应地设计波导， SPL将增加。

图11示例性地示出了前波导32的几个示例，其从扬声器26的前面进一步朝向耳道入口延伸，以便在该位置处增加SPL。图11a)示例性地示出了波导32的示例，其中波导32基本上覆盖扬声器膜片。在图11b)至图11d) 所示的示例中，波导被延伸，也就是说，波导32在用户的耳部方向上延伸超出扬声器膜片的表面积。如图11a)和图11b)所示，波导32可以是基本上平坦的。在图11c)和图11d)的示例中，波导32包括第一部分321和第二部分322，其中第二部分322与第一部分321成角度ε布置，其中ε<180°。第二部分322联接到第一部分321的第一端。在图11e)所示的示例中，波导 32包括突出部323。突出部323在波导出口42上方形成一种顶板。类似于图11c)和图11d)的装置，突出部323与波导32形成角度ε，其中ε<180°。突出部323布置在波导32的第一端和第二端之间。由突出部323形成的顶板减小了来自波导输出42的声波扩展到其中的体积直到该声波到达耳道入口为止。由此，降低了距波导输出42的每距离的SPL减小。图11e)中所示的突出部323包括薄板。图11f)中所示的示例中，突出部323包括较厚的板或楔形件。图11f)的突出部323包括吸声材料。例如，吸声材料的楔形件可以安装到图11e)中所示的板的底侧。吸声材料有助于减少否则从反射表面到耳甲中的反射。

波导32的振幅响应的平坦度取决于波导32的几何特征。如前所述，波导室内的所包围空气的一部分和靠近波导32的输出42的区域中的空气可以形成共振器(例如，亥姆霍兹共振器)，该共振器的共振频率以及品质因数(除其他选项之外)可以通过调整波导室的内部体积以及通过调整波导输出42的横截面面积来调节。典型的亥姆霍兹共振器包含内部体积和具有经限定的横截面和长度的空气管。在图6的波导示例中，其包括大部分一致的高度(在波导壁和扬声器挡板之间的距离)的内部体积，深度的大约四分之一(在波导输出42和后波导壁之间)可以考虑用于导管，并且深度的大约四分之三可以考虑用于内部体积，以大致计算出众所周知的亥姆霍兹共振频率和Q因子。这假定波导室的宽度以及因此的横截面面积在完整的腔室深度上大部分一致，并且等于输出端42的宽度。

对于内部波导室34的不同的更复杂的形状，在几何特征和亥姆霍兹共振参数之间可以应用其他关系。在任何情况下，都可以通过测量来评估不同的波导形状。一般来说，可以说内部波导体积越小且输出横截面面积越大，亥姆霍兹共振频率越高且共振的品质因数越小。品质因数越低，波导输出振幅的共振放大率越好，这可以通过影响扬声器信号的滤波器来均衡。共振频率越高，可以用阻尼材料进行的阻尼越有效并且可听得越少。由于在大多数情况下，通常期望保持波导尺寸，由此使整个耳罩14尽可能小，因此在内部波导体积和共振频率之间的关系一般是有利的，因为它允许波导32的尺寸与通常需要以保护否则会开放的扬声器膜片的典型防护格栅的尺寸相当。在一些实施方案中，前波导32的内部体积可以小于布置在波导内的全部的至少一个扬声器26的扬声器膜片的最大体积位移的两倍、四倍或八倍。减小品质因数的另一种选项是引入阻尼材料或对波导室或出口42提供声阻的材料。依据阻尼材料的密度，波导的亥姆霍兹共振可能会被减弱，而低频信号几乎保持不变。

由于内部反射和共振(波导结构内部的内部含义)通常在相对较高的频率发生(取决于波导尺寸)，尤其是对于覆盖较低频率区域的扬声器26，因此对应的波导输出42可能会远离至少一个驱动扬声器26来布置。将前波导输出 42放置在耳道入口附近可能是有益的，以获得最大可能的SPL。耳廓周围最靠近耳道入口的位置在耳廓的前面。因此，对于涉及低频播放的前波导32 而言，这是良好的输出位置。例如，一个或多个扬声器26可以用单个前波导32布置在耳廓周围，并且波导32的输出42可以不在一个或所有扬声器 26的前面，而是从扬声器26横向地设置在扬声器的前面。

波导室34内部的反射构成了振幅变化的另一来源。波导室34内部的这种反射可能会在波导室34内或波导输出42处干扰直接扬声器信号(在击中墙壁之前由扬声器26辐射的声音)，并且可能取决于两个信号之间的相对声相(直接信号和反射信号)，积极地与直接信号求和或将其消除。对于至少一半波长适合于波导室34的至少一个尺寸(例如，高度d1、深度d2或宽度)的频率，通常会发生这些效应。可以通过避免指向中心区域(例如，波导室34的几何中心C_W)或指向波导室34的输出42的反射表面来减少波导室34内部的反射。通过在内部波导壁和几何波导中心之间的距离变化以及波导输出，基于反射的求和及消除效应也可以有意分布在较大的频率范围内。这在图6f)和图6g)中示意性地示出。在图6f)中，示意性地示出了波导室34的几何中心C_W。在波导室34的第一壁和几何中心C_W之间的距离d_CW1与在波导室34的另一壁和几何中心C_W之间的距离d_CW2不同。此外，如在图6g)中示意性地示出的，在波导室34的第一壁和输出42之间的示例性距离d_输出1大于在波导室34的第二壁和输出42之间的距离d_输出2。例如，可以将这些距离设计为在最大内部尺寸和感兴趣的最高频率(例如15-20kHz)的波长的一半之间的范围内变化。距离变化例如可以通过波导壁的分布来实现。也可以在波导室34内直接引入几何对象，这些几何对象在通过波导室34的不同方向上改变畅通路径的距离。小于感兴趣的最高频率的波长的一半的任何距离 (例如，波导壁到扬声器挡板和/或膜片的距离)在给定的背景下通常不需要关注。另外，可以利用波导室34内部的阻尼材料来减少内部反射。

上述示例不应限制本发明的范围。特别是每个耳罩的扬声器数量、扬声器放置或波导和耳罩的几何形状可能与上述示例有所不同。示例仅旨在说明前波导的基本概念。

生成低频声信号的一个普遍问题是，对于给定的声压级，所需的空气体积位移朝向降低的频率增加。对于扬声器，可以通过增加膜片偏移或膜片尺寸来升高空气体积位移。膜片和音圈运动的稳定性通常会限制针对给定扬声器尺寸的偏移。给定扬声器的膜片面积的增加导致壳体内的系统共振增加。如果将具有给定的自由空气共振频率的扬声器安装在封闭的盒子中，则扬声器可能会表现出朝向自由空气共振倍数的共振频移。扬声器26以低于共振频率的频率操作通常需要高驱动信号电平，由于驱动硬件或扬声器本身的限制，这可能是不可行的。

因此，由扬声器膜片的后侧生成的声压可以被释放到自由空气中。当扬声器26被内置在壳体30中时，这可以避免扬声器的共振频率的增加或者甚至降低。打开后壳体30导致偶极子配置或布置，其中来自扬声器膜片的正面和背面的极性相反的声音被辐射到自由空气中。在低频时，由声音会穿过耳罩的典型尺寸行进的距离造成的附加相移可以忽略不计，使得如果信号振幅相等，则前后信号彼此消除。对于开放式耳罩，这可能成为问题，因为后部声音自由地朝向用户的耳部传播，这可能会导致声压损失，在下文中称为偶极子损失。为了解决这个问题，提出了一种后偶极子波导，该后偶极子波导控制向自由空气中的后部声音辐射的位置，以便减少由扬声器26的后部在用户耳道入口位置处发射的声音对前置扬声器声音的衰减。

在图12中，图12a)和图12d)示意性地示出了没有前波导并布置在完全封闭的后壳体30中的扬声器26。在图12b)和图12e)所示的示例中，已移除了后壳体壁，以获得简单的偶极子扬声器。参考图12c)和图12f)，示意性地示出了后(偶极子)波导36。在本文中，术语“偶极子波导”应强调的是所得的声源装置包括至少一个扬声器26，该扬声器26被后波导的壁部围绕并且后波导36表现出类似于偶极子扬声器的辐射图，但是前后辐射波瓣可能不对称。与上面描述的前波导32类似，后波导36布置在扬声器26的后面，但是也可以布置在扬声器的前面。后波导36可以由耳罩14的框架15的壁部形成。后波导36由围绕扬声器26后面处的开放腔39的壁部形成。后波导 36包括至少一个波导输出44，声音可以通过该波导输出44离开波导36。为了简单起见，图12a)和图12d)的对应示例的后壁的部分用作图12c)和图12f) 的后偶极子波导36的壁部。也就是说，为图12a)和图12d)的壳体30提供了波导输出44。换句话说，后壁在衬垫(图12中的阴影线区域)正上方包含波导输出44。壳体30可以由例如耳罩14的中空框架15内的空腔39形成。然而，重要的是要注意，图12a)和图12d)的装置的封闭盒30的内部空气体积对于图12c)和图12f)的装置的后偶极子波导36不是必需的。对于后面的示例，波导壁也可以紧紧地遵循扬声器后部轮廓，仅在扬声器和波导壁之间具有狭窄缝隙用于空气交换。这是所提出的后偶极子波导的优点之一，因为耳罩的总体尺寸可能比已知解决方案小得多。

为了说明后偶极子波导36的优点，图13示例性地示出了在扬声器26 的前部和用户耳道的入口之间的平均距离(dF)以及在扬声器26的后部和用户耳道的入口之间的平均距离(dR)。如之前所述，如果两个声音的振幅相等并且它们的相位相反，则扬声器26的前部发射的声音可以被扬声器26的后部发射的声音消除。后者通常是低频的情况，低频的波长比典型耳罩的任何距离长得多。为了减少声音在用户耳道的入口处的消除，后偶极子波导36 可以包括波导输出44，其位于远离用户耳道的入口。因此，图13b)和图13d) 中所示的示例的波导输出44位于衬垫正上方的框架15的外侧(不面向耳部)。应当注意，后波导输出44一般可以位于耳罩的外圆周周围的任何位置处，以便使在输出44和用户的耳道的入口之间的距离最大化。例如，远离的后波导输出可以位于耳廓上方以用于位于耳廓周围的不同位置(例如，在耳廓前面)处的一个或多个扬声器。一般不需要将输出44定位在靠近扬声器26和/或在扬声器26后面。然而，较长的波导长度可能会导致内部共振和反射效应，这可能对前面声音不利。然而，远离的后波导输出44可以应用于多路系统的低频分支以及全频扬声器，以便使低频声压级最大化。与封闭盒(图 12a)和图12d))相比，图13中的示例的声消除可以近似为ADP＝20*log10(1– dF/dR)。通过近似假定在扬声器26和用户耳道的入口之间的距离每增加一倍，SPL减小6dB，这在接近扬声器的情况下以及在如图13中所示的包含扬声器和壳体组件的完整耳罩结构内可能不是很准确。对于图13的示例性距离，对于图13a)的示例，该近似等于-3. 9dB的偶极子损失，对于图13b) 的示例的对应后偶极子波导36，该近似等于-2. 4dB。对于图13c)的示例，该近似的结果为-4. 9dB，而对于图13d)的示例为-4dB。可以看出，在两个给定的示例中，后偶极子波导36都减少了耳道入口处的声消除，但是改善一般很小，其对于其他扬声器取向(例如平行于正中面的膜片)可能有所不同。

例如，如图12c)和图12f)所示，与封闭盒实现方式相比，偶极子配置或布置可以在相同的耳罩尺寸内实现更大的扬声器膜片面积。在实际设备中，可用于驱动扬声器26的电压、电流或功率可能受到限制。此外，扬声器26 的功率处理可能会限制可以安全施加的功率。因此，对于封闭盒实现方式，最大的膜片尺寸可能会受到限制，因为较大的膜片需要增加壳体的体积，这继而会增加耳罩的尺寸。只要由偶极子配置或布置中的膜片面积的增加造成的SPL的增加与封闭盒配置或布置相比超出声消除损失，则偶极子将提供总体SPL的增加。另外，具有小空气体积的封闭盒趋于生成高互调失真，这可以通过所提出的具有后波导36的偶极子配置或布置来改善。

图14示出了类似于图12a)的装置(实线)的封闭盒装置以及如图12c)中示例性所示的偶极子扬声器装置(虚线)的在频率上的振幅响应的示例性测量结果。如在图14中可以清楚地看到的，当用相同的测试信号并在相同的传声器位置(假定用户佩戴了耳罩的情况下通常在耳甲的位置处)测量时，包括后波导36的偶极子布置在低频(例如低于250Hz)可以比封闭盒装置提供更多的 SPL。

偶极子一般趋于在低频时生成较高的谐波失真。如上所述，这是由于声短路引起的声音的部分消除(扬声器26的后部输出的180°相移声音消除了扬声器26的前部输出的声音)。如已经描述的，可以通过控制在扬声器26的后部处到自由空气中的声音输出和感兴趣的位置(例如，用户的耳道入口)之间的距离来局部地减小消除的程度。尽管如此，在某个SPL(低频灵敏度)所需的功率和扬声器失真之间仍可能有权衡取舍。波导输出44和/或后腔室39 可以填充阻尼材料，以控制后侧处的声音输出，且因此将系统调整到偶极子和封闭盒之间的最佳折衷。通过不同程度的后波导室阻尼，可以选择在偶极子和单极子之间的任何折衷。阻尼材料也可能有益于减少高频输出，否则可能导致相加并导致耳部位置处的消除效果，其中频率响应中的对应峰值和谷值可能难以均衡(例如，图14中的2.5kHz)。一般来说，相对于较低的频率(例如，低于200Hz)，较高的频率(例如，高于1kHz)对典型的基于纤维或泡沫的阻尼材料显示出更强的阻尼效果。因此，可以抑制较高频率范围内的负面影响，同时在较低频率下保持优势。

图15a)和图15e)示例性地示出了没有前波导的已知的封闭壳体扬声器装置。图15b)和图15f)示例性地示出了具有前波导32的封闭壳体扬声器装置。图15c)和图15g)示例性地示出了包括后波导36的扬声器装置。如上所述的前波导装置和后偶极子波导装置也可以彼此组合，由此得到双波导偶极子装置。这在图15d)和图15h)中示例性地示出。图15d)和图15h)的装置包括布置在扬声器26前面的前波导32以及布置在扬声器26后面的后波导36。为了可比性和简单性，图15中所示的装置的壳体尺寸和形状在很大程度上类似于已知的前波导和后偶极子波导装置。

如上所述，与没有前波导的封闭盒装置相比，前波导32的声压级的增加可以近似为AWG＝20*log10(dF/dF_WG)，与图15a)的装置相比，对于图 15b)的装置等于+5. 3dB，并且与图15e)的装置相比，对于图15f)的装置等于 +5. 7dB。与没有波导的封闭盒装置相比，在后偶极子波导装置中的声压级的衰减可以近似为ADP＝20*log10(1–dF/dR)，与图15a)的装置相比，对于图 15c)的装置得到-2. 4dB，并且与图15e)的装置相比，对于图15g)的装置得到 -4dB。如图15d)和图15h)所示的双波导装置的偶极子损失可以用相同的公式来近似得到，即ADP＝20*log10(1–dF/dR)，因此，与图15a)和图15e)的装置相比，SPL的总变化可以近似计算为ADWG＝AWG+ADP，其中AWG 是分别相对于图15b)或图15f)所述的AWG。与图15a)的装置相比，对于图 15d)的双波导装置，计算得出SPL的近似增加为+4. 2dB。与图15e)的装置相比，对于图15h)的双波导装置，通过近似得到SPL的几乎等于+3. 9dB的增加。

与对于图15c)的装置为-2. 4dB相比，双波导偶极子装置的近似偶极子损失一般比对应的后偶极子示例要低得多(对于图15d)的装置为-1. 1dB)，并且对于图15g)的装置为-4dB相比，对于图15h)的装置为-1. 8dB)。因此，偶极子在双波导装置中可以被认为是有利的，这是因为偶极子损失变得非常小。测量结果证实了包含类似于图15h)中所示的装置的双波导偶极子装置的实际耳罩的波导损失近似值。图16示例性地示出了耳罩的测得的振幅响应，该耳罩类似于如图9中所示的耳罩14(框架15没有盖)，但是具有与图15h)(实线)的后波导36类似的附加的后偶极子波导36。图16进一步示例性地示出了具有远离的偶极子波导输出44(虚线)的同一耳罩的振幅响应。对于远离的偶极子输出测量，通过在后波导出口44的正上方安装并密封在耳罩外部轮廓周围的稳定板，可以大幅增加在后波导出口44和测量位置(没有耳部的仿真头部上的耳道入口的典型位置)之间的距离。由此，在后波导输出44和用于测量的传声器之间的距离大约增加了三倍，其中相应地降低了偶极子损失。测量结果表明，宽带偶极子损失大约为-2dB，气接近于上述-1. 8dB的近似值。上面的近似以及图16中所示的测量仅包括沿着框架15的未朝向用户头部的外表面从后波导出口朝向耳道入口的声音路径。换句话说，未包括通过在用户的头部和框架15之间的衬垫的潜在声音泄漏。这样的声音泄漏可能存在并且可以通过合适的方法减小，以便减少对应的偶极子损失。

应当注意，以上关于图15的所有近似都涉及具有相同扬声器26和很大程度上相同的壳体尺寸的声学特性。既没有考虑到扬声器膜片尺寸的潜在增加，也没有考虑到任何低频效率的改善，这两者都由偶极子装置支持。因此，与没有波导的封闭盒装置相比，在同等尺寸的耳罩中，最大低频SPL的总体增加可能大大高于双波导偶极子装置的4dB。例如，如果在不增加耳罩尺寸的情况下将膜片面积增加一倍，则总的最大低频增加可能会在10dB的范围内。

图17示例性地示出了双波导偶极子装置的示例。图17的装置示意性地示出了可能的产品实现方式，并且包括如可以在示例性波导装置中使用的常见微型扬声器。

如上所述，前波导32以及后偶极子波导36可以单独使用或组合使用以形成双波导偶极子。尽管以下示例均示出了双波导偶极子(包括前波导32和后波导36)，但应注意，可以通过关闭后波导输出44，将这种装置简单地转换为前波导装置，以及通过移除前波导32简单地转换为后偶极子波导装置。另外，应当注意，如果相应的应用需要，则波导输出42、44可以布置在不同的位置处。尽管图18的示例每个仅包括单个(不多于一个)扬声器26，但是也可以将多个扬声器彼此相邻地布置，两个或更多个扬声器共享公共前波导32和/或后波导36。

如果在完全的音频频率范围内使用扬声器装置，则动态扬声器可以布置在双波导偶极子装置内，如图18中所示，使得扬声器的前侧将声音发射到前波导室34中。在本文中，扬声器的前侧是容纳膜片(例如，没有马达组件) 的那一侧。在本文中，前波导是指波导32，其输出44朝向用户的耳部取向。然而，存在不同的扬声器装置，其将马达分布在膜片的两侧上。对于所提出的波导，关于扬声器的哪一侧将声音发射到前波导室34中和后波导室39中没有一般限制。尽管如此，前波导室34中的空气体积一般对波导共振和反射行为具有很大的影响。因此，在某些情况下，可能期望控制哪些对象位于前波导室34中，而不是在前波导腔34内部具有任意扬声器马达部件。对于该装置的低频使用，扬声器的马达侧也可能易于产生空气噪声或音圈摩擦噪声的产生。然而，仍然可以用扬声器的马达侧将声音提供给前波导室34。现存并且将来可能会出现不同的扬声器技术。本发明的波导装置不限于任何特定的扬声器技术。

图18示意性地示出了双偶极子波导装置的其他示例。图18a)至图18e) 示意性地示出了示例性装置的简化横截面，并且仅用于描述基本概念。应当注意，其他实施方案可以具有不同的形状、尺寸和/或扬声器取向。所示的波导装置可以包括在(较大的)耳罩装置中(见例如图9或图19)，该耳罩装置包括一个或多个波导装置。耳罩14也可以包括没有波导的附加扬声器。图18a) 和图18b)示出了扬声器26，其中如果用户2佩戴了耳罩14，则扬声器26的膜片大致平行于正中面布置(见图3)。图18a)中的扬声器膜片面向前波导32，其中前波导32包括横向波导输出42。在扬声器26的马达侧(后侧)，后波导 36将声音引导到波导装置的相对侧，由此在前波导输出42和后波导输出44 之间提供最大自由空气距离，而与不具有波导32、36的封闭盒装置相比，没有增加壳体尺寸(波导室尺寸)。在图18b)所示的装置中，扬声器侧相对于正中面反向。当声源装置被集成在由用户佩戴的头戴式耳机装置的耳罩14的框架15中时，这导致前波导输出42的位置远离衬垫，由此远离衬垫与用户的头部的接触区域。这对于耳廓后面的扬声器位置可能是有益的。在图18c) 的装置中，当用户佩戴耳罩14时，扬声器26被定位成使得其膜片面向大致平行于正中面的方向(膜片大致垂直于正中面，见图3)。此外，选择波导输出42、44的位置，使得在两个波导输出42、44之间的自由空气距离最大化。在图18d)和图18e)的装置中，扬声器26相对于正中面以任意角度定位。当图18d)的装置中的扬声器膜片被引导远离正中面(见图3)时，图e)的装置中的扬声器指向正中面。如上所述，与类似的封闭盒设计相比，借助于出口的放置，在前波导输出42和后波导输出44之间的自由空气距离最大化，而壳体尺寸没有增加。

在图18中的示例中，该装置包括衬垫50(阴影区域)。衬垫50可以是头戴式耳机装置中通常使用的任何衬垫。当用户佩戴头戴式耳机装置时，衬垫 50一般布置在用户的头部和耳罩14的框架15内的扬声器装置之间。也就是说，尽管图18中的衬垫50被示出为处于水平位置，但是当用户佩戴时，这通常不是衬垫50的取向。例如，当用户佩戴头戴式耳机时，衬垫50的取向如图8和图9所示。

如图18或任何其他附图中所示的波导装置可以理解为可以布置在开放式或封闭式耳罩中并且可以彼此组合的构建块。如上所述的波导装置可以例如被集成到如图19中示例性示出的开放式耳罩14(没有盖80)中。图19的不同装置示出了用户的耳部和围绕的开放式耳罩14的简化的水平截面图。图 19中的装置每个均包括具有双波导(包括后波导36和前波导32)的至少两个声源装置。图19中未示出任何任选的其他声源装置或扬声器。一般来说，图19中所示的耳罩的形状可以与图8中所示的耳罩14的形状大部分类似。然而，图19中所示的装置旨在描述本发明的基本原理，而不是表示特定的实施细节，并且不限制可用于并入如上所述的波导原理的耳罩14的形状。如之前关于图18所描述的，双波导装置可以容易地转换为单波导装置(例如，前波导或后偶极子波导)。图19中的箭头指示波导输出42、44以及可能的声音路径，特别是在前波导输出42和用户的耳道之间的声音路径。

图19a)示出了耳罩14的截面图。耳罩在框架15内包括至少两个扬声器 26。当用户佩戴时，耳罩14被布置在用户的耳部周围。以这种方式，耳罩 14在用户的耳部周围形成开放体积，该开放体积由用户的头部和耳罩14限定。前波导42的输出通常朝向在用户耳部周围的该开放体积取向。由此，前波导输出42邻接在用户耳部周围的开放体积。由扬声器26发射的声音可以借助前波导32指向用户的耳道。由前波导32形成的腔室34具有输出42。声音可以通过该输出42离开波导室34，并被引导朝向用户的耳道。扬声器 26还布置在由后波导36形成的后波导室39中。后波导室39还具有输出44，其允许由扬声器26的后部发射的声音离开后波导室39。在图19b)至图19e) 的装置中的扬声器26以不同角度布置。在一些示例中，扬声器26的膜片基本上彼此平行地布置。在一些装置中，如果装置布置在用户的耳部周围，则扬声器26的膜片基本上平行于正中面或水平面布置。在其他示例中，扬声器26的膜片相对于正中面以0°至180°之间的角度布置。

图19的主要目的是说明基于先前描述的波导装置，可能有多种耳罩或框架形状。所得的耳罩或框架可以具有不同的特性，包括耳罩14或框架15 的深度、高度和宽度，朝向自由空气(远离用户的头部)的耳罩开口的尺寸，以及耳罩内部的空气体积(在耳部周围)。另外，在前波导输出42/后波导输出 44和用户的耳道入口之间的自由空气距离可以不同。此外，由前波导输出 42发射的声音在用户耳部处的入射角在不同装置之间可以不同。此外，所描述的特性可能对空间表示有影响，这对于装置和最大SPL而言尤其是在低频时是可能的。

根据产品要求，可以选择合适的耳罩结构，该结构包括图18的双波导偶极子装置中的一个或多个，并且任选地，任意数量的附加扬声器。可以通过来自图19的示例中的趋势直接评估上面提到的大多数特性，因为扬声器的尺寸以及在扬声器和用户耳部周围的开放空间对于不同的装置几乎是相同的。关于最大低频SPL，图19c)的装置是最有前途的，因为所有后波导输出44到耳道入口的距离相当大，并且在耳部周围的内部体积较小。前者提供较低的偶极子损失，而后者导致在前波导输出42和用户的耳道之间的距离上的较低的SPL降低。图19b)和图19e)的装置的最大低频SPL具有低于图19c)的装置的最大低频SPL的趋势。与图19b)和图19e)的装置相比，图 19a)和图19d)的装置趋于提供更少的低音SPL。

与图18中所示的装置相比，波导输出位置与在图19中所示的装置中部分不同。所提出的波导装置的基本特征是波导输出42、44的可变位置。前波导出口的位置例如可以从布置成与靠近用户头部的衬垫50直接相邻移位到布置在扬声器装置的与衬垫50相对的一侧(远离衬垫50)处。前波导输出 42的位置可以取决于其在用户耳部周围的框架15中的位置，以便遵循在头部和耳廓之间的典型的横向距离轮廓。在图19的所有示例中，有意地将位于耳廓后面的前波导输出42定位成更远离用户的头部或远离衬垫50，以避免耳廓的更多暴露部分遮蔽朝向耳甲的直达声。相反，耳廓前面的前波导输出42被定位成靠近头部，以便定位成靠近耳道入口，并模拟耳甲处的前面声源入射角。

如果提供盖80以用于耳罩14朝向自由空气的侧向开口，则图19的所有开放式耳罩装置都可以转换为封闭式耳罩。盖可以永久地固定在耳罩14 的框架15上，或者可以是可移除的。由前波导32提供的外表面支持这种盖 80的永久或可移除的安装，而在盖和扬声器膜片之间没有任何碰撞或阻挡波导输出42、44。可以理解的是，没有侧盖的在其框架15内包括布置成偶极子的一个或多个声源的开放式耳罩可以产生包含多个辐射波瓣的声音辐射图。例如，在低频时，布置成具有双波导的偶极子的单个声源可能会产生具有相反的相对声相的两个主辐射波瓣的辐射图。这些辐射波瓣相对于用户的耳部的范围可以例如由前后波导输出的位置以及这些输出之间的声学路径来控制。布置在耳部的基本上相对侧上的布置成具有双波导的偶极子的两个声源可能会产生具有三个主辐射波瓣的辐射图，与其他两个辐射波瓣相比，其中一个表现出相反的相对声相，并且位于其他两个波瓣之间。布置在用户的耳部周围的布置成具有双波导的偶极子的多个声源可能会产生两个反相的主辐射波瓣。覆盖耳部的第一波瓣和围绕第一波瓣并呈现环状的第二波瓣。如果在耳罩上附接了部分或完全封闭耳罩的盖，则辐射波瓣也会受到影响。还值得注意的是，由布置为双波导偶极子的声源生成的声压级可能会随着到前波导输出的距离增加而减小。因此，在耳道入口的位置处接收的声压级可以变化，以用于相对于耳道入口的波导输出的变化的放置。在耳部的相对侧处增加其他波导输出可以至少部分地补偿这些变化。随着耳道移动远离第一波导输出，它可能更靠近第二相对的波导输出，这可以补偿由于与第一波导输出的距离增加而导致的SPL损失。

至少包括前波导32或后波导36的扬声器装置也可以与不具有波导的直接辐射扬声器组合。图20中示出了直接辐射扬声器与波导装置的这种组合的示例。波导32、36对于例如低频SPL增强可能是有利的。然而，高频扬声器(例如2-4kHz以上)不一定需要借助波导来提高SPL。这种不具有波导的高频扬声器可以相当小。因此，如上所述，这些类型的扬声器可以容易地集成到波导装置中。

高频扬声器261在图20中示意性地示出为简单的矩形。高频扬声器261 的一侧与包括扬声器26的扬声器装置的外壁重合。因此，高频扬声器261 类似于嵌装的扬声器。扬声器装置的壁可以是例如后腔室30的侧壁或前腔室34的侧壁。例如，高频扬声器261可以集成在后波导36或前波导32中，或者可以形成后波导36或前波导32。这种直接辐射的扬声器261可以避免波导室32、30的内部共振和反射效应，且因此通常非常适合于生成对于引起自然的耳廓共振重要的频率范围(例如4kHz以上)。可以将两个扬声器26、 261组合在一起用于类似于已知的双向扬声器的声音信号播放，其有助于与各个扬声器的不重叠的频率范围以支持系统的完整频率范围。显然，任何其他附加的直接辐射扬声器也可以布置在耳罩14的其他部分上，例如在耳罩 14的面向用户耳部的部分内。

如上所述，可以将多个波导装置组合在单个耳罩14内。这些波导装置可以支持耳罩14的整个频率范围，或者如将在下面描述的图21的示例所预期的那样，仅支持整个系统的频率范围的一部分。高频扬声器261也可以安装在较小的前波导室321中，其中波导开口421靠近较大的波导装置的前面输出42，其支持较低的频率范围。

高频扬声器261在图21中示例性地示出为简单的矩形，其中高频扬声器261的一侧与所示的波导装置的壁重合。图21中所示的示例每个都包括低频扬声器26和高频扬声器261。高频扬声器261的尺寸小于低频扬声器 26的尺寸。低频扬声器26具有安装在扬声器膜片前面的第一前波导32，如上所述。低频扬声器26还可以具有安装在扬声器26后面的后波导36，如上所述。高频扬声器261可以具有安装在其膜片的前面的第二前波导321。高频扬声器261和第二前波导321的基本结构与低频扬声器26和第一前波导 32的结构相同。第一前波导室的第一输出42可以布置成与由第二前波导32 形成的第二前波导室的第二输出421相邻。因此，两个输出42、421可以在基本上相同的方向上引导声音。提供接近的出口42、421可以改善关于声源位置、辐射特性和耳罩14的其他部分的反射的一致性，由此支持用户将组合声源感知为单个声源。用于低频和高频范围的单独的前波导的优点是高频波导321的潜在较小的尺寸。由于仅支持例如2kHz以上的频率范围的扬声器261可以非常小，因此用于那些小型扬声器的前波导321也可以相对于较大的低频扬声器26而言显着更小，由此使内部共振和反射效应在频率上向上移位，并且潜在地移出用于定位提示的敏感范围(例如，15kHz以上)。

在图22中示出了在单个波导32内组合多个扬声器的示例。在图22的不同装置中，两个扬声器26与波导室34共用单个前波导32。每个扬声器 26的后偶极子波导36可以是个别用于具有个别的后波导室39的每个扬声器 26(见图22a))，或者可以是组合用于具有单个后波导室的两个扬声器26(见图 22b)至d))。两个扬声器26的膜片可以面向彼此，并且可以以距彼此小于1cm、小于0. 5cm或者甚至小于0. 3cm的距离布置。即，前波导的宽度d1(见图6e)) 可以小于1cm、小于0. 5cm或甚至小于0. 3cm。扬声器26的后部可以布置在具有单个输出44的同一后波导室39内。因此，由扬声器26的后部发射的声音通过同一输出44离开后波导室39。这种布置的一个优点是消除了脉冲 (定向力)，由此扬声器一般可以耦合到耳罩14的框架15中。面对面安装且彼此同相播放的两个相等的扬声器26可能会产生力相等且方向相反的脉冲，如果扬声器通过刚性结构机械地连接，则这些脉冲可能会相互消除。

另外，与包括单个(不多于一个)较大扬声器的装置相比，多个任选地较小扬声器的组合可以允许不同的形状因数。在完整的耳罩14内，如借助图 22(以及图18、图20和图21)所示的多个波导装置可以并排布置，可能在整个耳部周围(沿着框架15的整个周边)。这些单独的波导装置可以借助于某种机械分隔器彼此机械地分离，使得只有两个扬声器(或分别地一个扬声器)播放到单个前波导室34中。多个波导组件也可以组合成一个较大的前面或后面偶极子波导32、36，每个波导32、36包括两个以上的扬声器。图22d)中示例性地示出了示例性的耳罩14，其包括布置在耳廓的前面和后面的两个扬声器。

如上所述，可以将一个或多个波导装置以及可能的附加的直接辐射扬声器组合在单个耳罩14中。波导装置可以覆盖将由耳罩14支撑的整个频率范围，或者仅覆盖该频率范围的部分。一般来说，对于耳廓前面的给定波导装置，用户耳道入口处的SPL高于耳廓后面的波导装置。因此，例如，仅支持整个耳罩的最低频率范围的前波导32的输出可以放置在耳廓的前面。

另一个重要方面是由相应的扬声器或波导装置引起的定向耳廓提示，其取决于前波导输出44相对于耳甲的位置。对于布置在耳廓的前面或后面以及上方或下方的各个声源(例如，扬声器)，可以将通过自然的耳廓共振引起的定向耳廓提示与正中面内的对应方向相关联。因此，如果期望引起与特定方向相关联的定向提示，则可以将波导输出44放置在耳廓周围的对应位置处。一般来说，正中面内的方向最难与头戴式耳机上的双耳合成虚拟源相遇。因此，如果与靠近正中面的方向相关联，则可用的定向提示最为有益。在这方面，前波导输出42或直接辐射扬声器的放置优选地应靠近通过耳道的入口的平面，该平面平行于正中面。由于耳廓的后侧可能会阻挡来自其正后方的声音，因此在耳廓后面的声音输出42可能会放置在该平面的更外部，以避免由于阴影效应而导致的主要振幅响应变化。

为了能够通过控制多个扬声器之间的信号分布来控制所感知到的声源方向，波导输出42和/或直接辐射扬声器可以布置在耳廓周围的多个位置处。扬声器可以被配置为以在至少4kHz和16kHz之间的频率输出声音。例如，一个或多个声源可以布置在耳廓的前面和后面，靠近穿过用户耳道入口的水平面(例如，图3中所示的水平面，或平行于图3的水平面的另一平面)。这样的声源可以被配置为在水平面内的整个头部周围或者甚至在用户的头部周围的3D空间中合成虚拟源。一般来说，耳罩14内的声源相对于各个人耳的定位精度非常低。因此，在耳廓的前面和后面具有多个波导输出42或一般声源可能是有益的，如果简单地并行播放，则可以提供更稳定的定向提示。声源还可以通过将声音信号分布在相邻的扬声器上来允许调节所感知到的声像高度。考虑到通常优选在较小的耳罩内的扬声器可用的狭窄空间，以及产生具有足够SPL的低频的挑战，扬声器分布类似于图9，其中每个在耳廓的前面(20、22、24)和后面(20'、22'，24')的多个扬声器和附近的前波导输出 42是可行的选项。附加的高频声源，无论是直接辐射还是装载在耳廓上方的波导，都可以允许从上面改善虚拟源的空间感和真实感。然而，也可以合成在整个头部周围的声源，而无需在耳部上方的e附加声源。

一般来说，在许多情况下，来自很大程度上相反的方向上(例如，前面和后面、顶部和底部等)的声源可能是有益的。如果可用方向之一位于耳廓的前面(用户将声音感知为来自前方)，则这可能有助于减少前后混淆。对于正常的立体声播放以及例如由已知的虚拟现实头戴式耳机套件提供的基于标准HRTF的双耳合成，可能不期望定向偏差。对于这种情况，通过多个叠加声源从很大程度上相反的方向进行的并行播放可以近似耳廓处的定向中立(高度扩散)的声场。对于空间增强的立体声播放，头部周围的多个虚拟源已经是有益的。对于这种情况以及音频声道和/或音频对象的任何更加增强的设置，可以将信号从相反的方向分布在源上，以实现虚拟源合成。如果仅从单个方向得到较强的定向指示，则其他方向的合成通常具有较低的真实感 (如果有可能有真实感的话)。

所提出的头戴式耳机装置的实施方案可以包括可以由各个电信号单独地控制的多个扬声器。此外，音圈阻抗和/或扬声器的效率可能与标准的头戴式耳机放大器(例如，当今许多智能手机中提供的头戴式耳机放大器)不兼容。因此，头戴式耳机装置可以包括至少一个电子驱动单元，该电子驱动单元被配置为接收输入信号并将经调节的输入信号作为驱动信号施加到单个或多个扬声器。此外，在某些应用中可能需要处理电声信号，以便实现某些音质或空间声音特性。因此，头戴式耳机装置可以包括至少一个信号处理单元，该至少一个信号处理单元被配置为接收至少一个输入信号，以处理至少一个输入信号并且向至少一个电子驱动单元发射至少一个处理后的输入信号。

封闭式耳罩一般在几个方面与开放式耳罩不同。例如，视觉外观、空气通风、环境声音抑制、内部声音在设备外部的可听性、所感知到的声像的大小和位置以及最大低频SPL是一些重要的区别特征。

如上面已经讨论的，，可以在其中使用本发明的耳罩可以是开放的(包括框架15)或封闭的(包括框架15和盖80)，与用于扬声器26的波导实现方式的类型(例如，前波导、后偶极子波导或双波导偶极子)无关。如果在框架 15和用户的头部之间的衬垫50围绕用户的整个耳部，则盖或帽80可以永久地安装在框架15上，或者可以作为可移除的零部件提供，该可移除的零部件可以附接到框架15上或从框架15移除。如果需要，盖80可以被配置为提供合理的密封以防止空气泄漏。然而，应当注意，衬垫50以及框架15和开放式耳罩14通常可以仅部分地围绕耳部。例如，框架15可以在其圆周上包括凹口、断裂或缝隙。然而，盖80还可以与由于各种原因不具有连续圆周的框架15组合。这些原因将在下面给出。相对于完全包围耳部的框架15，涉及盖80的大多数方面类似地适用于仅部分包围耳部的框架(在其圆周上包括凹口、断裂或缝隙)。图23示意性地示出了用于耳罩14的盖80的示例。耳罩14包括在耳廓的前面布置为三个双波导偶极子的三个扬声器20、22、 24，以及在耳廓后面布置为三个双波导偶极子的三个扬声器20'、22'、24'。该附图示出了框架15，其上安装有盖80(图23a)，以及盖80从框架15移除 (图23b)。盖80可以永久地联接到框架15或者可以是可拆卸的。具有永久封闭的后部的耳罩14(盖80永久地联接到框架15)，其中耳罩14包括至少一个根据本发明的波导装置，与已知的封闭后部的耳罩相比，该耳罩14的优点是耳廓处的声音的定向入射，其可以引起自然的定向耳廓提示。然而，由于用户可以基于情况和环境选择打开或关闭耳罩14，因此可拆卸的盖80一般提供多得多的功能性。

盖或帽80可以包括柔软或固体材料。盖80的材料可以任选地以任何方式打孔以形成半开耳罩，其可以例如完全或部分地阻挡用户的耳部上的视线，但仍可以允许穿过盖80进行换气。盖或帽80也可以仅部分地封闭框架 15的侧向开口。因此，盖80可以包括任何尺寸和/或形状的开口。例如，在框架15的上端和/或下端的区域中的较大开口可以基于堆叠效应提供空气通风，同时提供一些低频增强。这样的包括开口的盖80可以在视觉上看起来与没有任何开口的盖80相同或相似。这些种类的开放式盖80可以例如在框架15的壁部上或在盖80的内部上与耳罩14内部的吸声表面组合。以这种方式，与已知的开放式头戴式耳机相比，盖80可以进一步提供一定程度的环境噪声降低。此外，盖80可被配置为仅阻挡光而不是声音(例如，透声的织物)，由此仅防止耳部的视觉暴露，但仍允许感知声环境。由于盖对耳罩的声学特性的影响，它们可以用于按品味调整声音特征(例如，频率响应、声像外部化)。例如，声像外部化将随着从盖朝向耳廓的反射声能的量减少而降低。因此，涉及内部盖表面的尺寸、形状和吸声系数的盖的不同配置可以用于在某种程度上控制外部化。最后，可更换的盖80可以是可定制的视觉设计的一部分，在许多任选可用的盖上具有不同颜色、图案、表面和材料的任何组合。盖80可以例如作为售后产品出售。

根据盖80的特性，当将可拆卸的盖80安装在框架15上时，耳罩14的声学特性会显着改变。尤其是，对于完全封闭的盖80，可以在低至中频增强振幅响应。半开盖80可以生成任何中间振幅增强。由于可能不期望出现这种振幅响应变化，因此可以通过头戴式耳机进行主动补偿。为此，一个或多个传感器和/或开关可以集成到框架15和/或盖80，以检测盖80的存在并潜在地区分不同的盖类型(例如，具有开口的盖、不具有开口的盖等)。电子控制单元可以包括在头戴式耳机中，该电子控制单元评估传感器输出或开关状态并相应地控制耳罩14的振幅响应。例如，这可以借助合适的数字或模拟滤波器来实现，这些滤波器会影响馈送到扬声器的音频信号。

根据本发明的头戴式耳机装置的一个目的是自然的耳廓共振的受控引发，以便在需要时向音频信号添加个人定向提示。为此，声音可以从优选的独特方向到达耳廓，最重要的是到达耳部的耳甲，而不会受到附近表面的较强反射。然而，反射也可能不利于耳罩14的总体音调，这是重要的但与耳廓共振的生成无关。反射在耳罩14的振幅响应中致使峰值和谷值，其在耳罩14内的位置上变化。因此，通常仅通过应用过滤器不能在耳罩14内的较大区域上使它们均衡。结果，振幅响应可能针对不同的佩戴位置和针对不同的用户而变化。例如，这不利于例如利用单独的头部相关传递函数和头戴式耳机校准的定向音频的精确双耳合成，因为如果每次用户戴上头戴式耳机时振幅响应发生变化，则后者无效。然而，涉及如上所述的反射的问题仅涉及 1-4kHz以上的频率区域。在此频率范围以下，由于较低频率的较大波长，典型的耳罩尺寸内均不会发生耳廓共振或局部消除效应。

因此，可以通过采取合适的措施避免上述不利影响来减少反射。例如，这可以通过反射表面相对于耳廓或耳甲的系统取向来实现。反射表面也可以覆盖吸声材料。图23示意性地示出了两种措施的示例。在图23的示例中，前波导20、22、24的外表面倾斜使得它们背对耳廓，这避免了从耳部周围的总表面积的大部分朝向耳廓的反射。这些表面可以另外用吸声材料覆盖 (图23中的阴影区域)。在这方面，包括前波导20、22、24的头戴式耳机装置可以提供益处，即，由于没有开放的扬声器膜片，因此耳罩14的围绕用户耳部的几乎整个表面可以用吸声材料覆盖。暴露的扬声器膜片本身会反射，但不能用阻尼材料覆盖。朝向耳廓取向并且因此可能会朝向耳廓反射声音的表面可能会用吸声材料覆盖(图23的横截面图中的阴影线区域)。例如，开孔泡沫可以用于衬垫50，其可以由在衬垫50的内侧(面向耳部侧)上的透声织物包裹。如果如图23中所示那样附接这种材料，则可以使用相对较薄的泡沫层大大减少从壳体边缘朝向耳廓的反射。然而，应注意使声音在衬垫50中的某处衰减。否则，来自任何后波导出口的声音可能会朝向耳道入口穿过衬垫50行进相对的捷径，并导致过多的偶极子损失。例如，外侧(至少部分地由耳罩14所包围的体积之外)和衬垫50的与用户的头部接触的一侧可以被包裹在具有低透气性的材料(例如人造皮革)中，以阻挡朝向耳道入口的捷径。替代地或另外，衬垫的至少一部分可以包括体积重量相对较高的柔软的弹性或柔性材料(例如，开孔或闭孔泡沫、凝胶)。具有低透气性的包装材料可以任选地粘结到该柔软的弹性或柔性材料。例如，已知凝胶垫和闭孔泡沫垫在耳套中提供良好的声学密封。可以将这种材料施加到整个衬垫上或仅施加到衬垫的紧靠后波导出口定位的一部分上(围绕框架15的周边)。朝向耳罩内部取向的衬垫的一部分仍可以包括具有高吸声系数的材料(例如开孔泡沫)，以便减少内部反射。朝向耳罩内部取向的衬垫的一部分还可以包裹在透声材料中。在图23中还示出了吸声材料，该吸声材料附接到可任选地移除的盖上。这可以进一步减少内部反射的不利影响，并且即使没有附加的信号处理也可以提供部分外部化的声像。

反馈传声器可以定位在前波导室30或后波导室34中的一个或多个内部，以通过提供一个或多个反馈回路来提供对一个或多个扬声器的失真补偿。如果采用多个相同的扬声器26并且由相同的信号驱动，至少在一定频率范围(例如，低频范围)内，可以组合地补偿这些扬声器26。扬声器可以共用单个反馈回路，或可以至少由单独反馈回路输出的补偿信号来驱动。如果扬声器26共用单个波导32、36，则一个或多个传声器可以用于感测组合后的扬声器输出。如果使用多个传声器，则它们的输出信号可以彼此组合以馈入单个反馈回路。如果扬声器26安装在单独的波导室30、34内，则传声器可以放置在一个或多个波导室30、34内，其中传声器的输出信号可以彼此组合并馈入单个反馈回路中。补偿后的扬声器驱动信号也可以被施加到类似的波导装置内的其他类似的扬声器，该类似的波导装置在波导室39、34内部不具有传声器，且因此对反馈回路没有贡献。

还可以提供主动噪声消除(ANC)。为了主动噪声消除，可以将一个或多个反馈传声器定位成靠近ANC目标位置(例如，耳道的入口)的位置，或者替代地，靠近一个或多个前波导出口42。如果提供了多个传声器来提供ANC，则它们的输出可以彼此组合，并且可以被馈入单个反馈回路中，其中单个反馈回路包括驱动波导的所有扬声器，并且传声器定位在其输出处。

如果如上所述将永久或可移除的后盖80应用于头戴式耳机结构，则传声器可以在使其靠近耳道入口的位置处附接到该盖80。杆可以附接到盖，其中传声器附接到杆的另一端，使传声器尽可能靠近耳道的入口，而不会有传声器和耳部碰撞的风险。如上所述，此传声器还可以与一个或多个扬声器一起用于反馈回路中，以促进主动噪声和失真消除。可移除的盖80上的传声器可能需要到耳罩14的电子连接以进行信号传输。ANC反馈回路是众所周知的，且因此本文中将不再详细讨论。

如果将可移除的或永久的后盖80应用于头戴式耳机结构，则可以将传声器放置在耳罩14的外部，以基于前馈技术来进行主动噪声消除并支持用于环境中的声音事件的感知模式。前者允许改善噪声消除性能，尤其是对于由于稳定性问题而无法包括在反馈回路内的频率范围。例如，如果用户在城市交通中穿行并且需要注意交通噪声，或者如果用户想与某人交谈，则后者可能很有用。可移除的盖80上的传声器可能需要到框架15的电子连接以进行信号传输。前馈主动噪声消除技术是众所周知的，且因此本文中将不再详细描述。

图24示意性地示出了包括本文所述的波导装置的耳罩的示例。两个耳罩14可以通过典型的头带12彼此连接，以将头戴式耳机装置固定在用户的头部上。头带12可以连接到框架15，或在耳罩14包括这样的永久固定的盖 80的情况下可以连接到永久附接的盖80。在头部、颈部或躯干上的任何其他固定方法也是可能的。此外，可以将包括一个或多个波导装置的耳罩14 或框架15集成到如图25中示例性地所示的虚拟或增强现实头戴式耳机套件中。虚拟或增强现实头戴式耳机套件可以包括用于每个耳部的耳罩14或框架15以及可以布置在用户的眼睛前面的显示器16。显示器16和耳罩14或框架15可以通过适当的头带结构保持在用户的头部上。图24和图25的示例中的耳罩14被示出为没有盖的开放式耳罩14。因此，前波导输出42可以是可见的，对于图24的示例，在耳廓后面的前波导输出42就是这种情况。

在下文中，将描述头戴式耳机装置的几个示例。

示例1：根据第一示例，一种头戴式耳机装置包括耳罩14，所述耳罩14 被配置为布置成至少部分地围绕用户2的耳部，由此在所述用户2的所述耳部周围限定至少部分地包围的体积，其中所述耳罩14包括至少部分中空的框架15，所述至少部分中空的框架15被配置为在所述耳罩14被布置成围绕所述用户的所述耳部时至少部分地包围所述用户的所述耳部，并且其中所述框架15包括第一空腔34、39，所述第一空腔由所述框架15的壁部形成。所述装置还包括至少一个扬声器26，所述至少一个扬声器26被布置在所述第一空腔34、39的壁部内，其中所述第一空腔34、39的壁部形成第一波导32、 36，所述第一波导32、36被配置为引导从所述扬声器26辐射的声音通过所述第一波导32、36的波导输出42、44，并且其中所述第一波导32、36的所述波导输出42、44包括在所述第一空腔34、39中的一个或多个开口。

示例2：如示例1所述的头戴式耳机装置，其中在所述耳罩14被布置成围绕所述用户2的所述耳部时，所述框架15在正中面上的虚拟垂直投影至少部分地包围所述用户的外耳在所述正中面上的虚拟垂直投影的至少中心部分，其中所述正中面在所述耳部之间的中途穿过所述用户的头部，由此将所述用户的头部划分为基本上镜像对称的左半侧和右半侧。

示例3：如示例2所述的头戴式耳机装置，其中所述用户的外耳在所述正中面上的所述虚拟垂直投影的中心部分，由所述框架15在所述正中面上的所述虚拟垂直投影至少部分地包围，包括以下各项中的至少一者在所述正中面上的虚拟垂直投影：所述用户的耳部的耳甲的一部分、所述用户的耳部的完整耳甲、所述用户的耳部的耳甲艇的一部分、所述用户的耳部的完整耳甲艇，以及完整耳廓的至少30％、至少45％或至少60％。

例4：如前述示例中任一个所述的头戴式耳机装置，其中所述第一空腔 39的壁部和所述至少一个扬声器26形成第一声源装置，所述至少一个扬声器26包括具有第一侧和第二侧的膜片，所述膜片的所述第一侧邻接在所述用户2的所述耳部周围的所述至少部分地包围的体积，所述第一空腔39的壁部围绕所述至少一个扬声器26的所述膜片的所述第二侧，并且所述第一空腔39所述波导输出44朝向所述耳罩14外部的自由空气开放，所述第一空腔39的壁部由此形成后波导36。

示例5：如示例1至3中任一个所述的头戴式耳机装置，其还包括所述框架15内的第二空腔34，其中所述第一空腔39的壁部、所述第二空腔34 的壁部和至少一个扬声器26形成第一声源装置，所述至少一个扬声器26包括具有第一侧和第二侧的膜片，所述至少一个扬声器26布置在所述第一空腔39和所述第二空腔34的共同壁部内，所述第二空腔34的壁部围绕所述至少一个扬声器26的所述膜片的所述第一侧，邻接所述至少一个扬声器26 的所述膜片的所述第二侧的体积由所述第一空腔39的壁部和所述至少一个扬声器26的部分完全包围，并且所述第二空腔34的所述波导输出42朝向在所述用户2的所述耳部周围的所述至少部分地包围的体积开放，所述第二空腔34的壁部由此形成前波导32。

示例6：如示例1至3中任一个所述的头戴式耳机装置，其还包括所述框架15内的第二空腔34，其中所述第一空腔39的壁部、所述第二空腔34 的壁部和至少一个扬声器26形成第一声源装置，所述至少一个扬声器26包括具有第一侧和第二侧的膜片，所述至少一个扬声器26布置在所述第一空腔39和所述第二空腔34的共同壁部内，所述第二空腔34的壁部围绕所述至少一个扬声器26的所述膜片的所述第一侧，所述第二空腔34的壁部被配置为将从所述至少一个扬声器26的所述膜片的所述第一侧辐射的声音通过所述第二空腔34的至少一个输出42引导到所述框架15的外部，所述第二空腔34的壁部形成所述第二波导32的波导输出42，并且当所述耳罩14被布置成围绕所述用户2的所述耳部时，所述第二波导32的所述波导输出42 朝向在所述用户2的所述耳部周围的所述至少部分地包围的体积开放，并且所述第一波导36的所述波导输出44朝向所述耳罩14外部的自由空气开放，所述第一空腔39的壁部由此形成后波导36，并且所述第二空腔34的壁部由此形成前波导32。

示例7：如前述示例中任一个所述的头戴式耳机装置，其中由包围所述第一波导32、36的所述波导输出42、44的最小轮廓内的总面积由至少所述第一波导32、36的壁部围绕的在一个扬声器26的所述膜片的几何或声学中心所对向的立体角Ω小于π球面度或小于π/2球面度。

示例8：如前述示例中任一个所述的头戴式耳机装置，其中在所述至少一个波导内的所述空气体积小于被所述波导的壁部围绕的所有扬声器膜片的最大体积位移的2倍、5倍或10倍。

示例9：如前述示例中任一个所述的头戴式耳机装置，其中至少一个波导的所述波导输出的面积比被所述波导的壁部围绕的所有扬声器膜片的面积小至少30％、至少50％或至少70％。

示例10：如示例5至9中任一个所述的头戴式耳机装置，其中在所述耳罩14被布置成围绕所述用户2的所述耳部时，从至少一个前波导32的所述波导输出42到所述用户的耳道入口的平均距离比从布置在所述前波导32内的至少一个扬声器26的所述膜片到所述用户2的所述耳道入口的平均距离短至少30％、至少40％或至少60％。

示例11：如示例5至10中任一个所述的头戴式耳机装置，其中至少一个前波导的至少一个输出被布置成使得当所述耳罩14被布置成围绕所述用户2的所述耳部时，从所述前波导到达所述用户的耳部的所述耳甲区域的声音的平均方向与从所述前波导内的扬声器26的扬声器膜片的所述几何或声学中心朝向所述用户的耳部的所述耳甲区域的平均方向不同。

示例12：如示例4至示例11中任一个所述的头戴式耳机装置，其还包括在所述框架15内的至少一个附加声源装置，所述附加声源装置被配置为使得在所述耳罩14被布置成围绕所述用户2的所述耳部时由所述附加声源装置所辐射的声音指向所述用户的耳部的所述耳甲。

示例13：如示例4至12中任一个所述的头戴式耳机装置，其还包括在所述框架15内的至少一个附加声源装置，其中当所述耳罩14被布置成围绕所述用户2的所述耳部时，由至少一个声源装置辐射的声音从额状面前面的前方方向指向所述用户的耳部的所述耳甲，并且由至少一个声源装置辐射的声音从所述额状面后面的后方方向指向所述用户的耳部的所述耳甲，其中所述额状面垂直于所述正中面并穿过所述用户的两个耳部，由此将所述用户的头部划分为前部和后部。

示例14：如示例5至13中任一个所述的头戴式耳机装置，其包括布置在所述框架15内的至少两个前波导32，其中至少一个波导输出42被配置为从所述额状面前面的前方方向朝向所述用户的耳部的所述耳甲辐射声音，并且至少一个波导输出42被配置为从所述额状面后面的后方方向朝向所述用户的耳部的所述耳甲辐射声音。

示例15：如示例5至14中任一个所述的头戴式耳机装置，其中至少一个前波导32的波导输出42还包括至少一个突出部，当所述耳罩14被布置成围绕所述用户2的所述耳部时，所述至少一个突出部在朝向所述用户2的所述耳部的方向上突出，所述突出部由此减小了来自所述波导输出42的声音扩展到其中的体积直到所述声音到达所述用户2的所述耳道入口为止。

示例16：如前述示例中任一个所述的头戴式耳机装置，其包括布置在所述框架15内的至少两个波导32、36，其中所述两个波导的所述波导输出42、 44彼此相邻布置以形成沿着框架15的部分的基本上连续的组合的波导输出。

示例17：如示例16所述的头戴式耳机装置，其中至少一个连续的组合的波导输出布置在所述框架15的部分上，使得当所述耳罩14被布置成围绕所述用户2的所述耳部时所述至少一个连续的组合的波导输出大致平行于所述用户的耳廓的周边的横向轮廓的至少一部分而行进。

示例18：如前述示例中任一个所述的头戴式耳机装置，其中所述框架 15还包括保持固定件，所述保持固定件使得能够附接和移除可移除的盖80，以便当所述耳罩14被布置成围绕所述用户2的所述耳部时至少部分地横向覆盖所述耳部。

示例19：如示例18所述的头戴式耳机装置，其还包括检测单元，所述检测单元被配置为检测以下各项中的至少一者：可移除的盖80是否附接到所述框架15，以及至少两种不同类型的所述可移除的盖80中的哪一种附接到框所述架15。

示例20：如前述示例中任一个所述的头戴式耳机装置，其中所述耳罩 14还包括盖80，所述盖80附接到所述框架15并且当所述耳罩14被布置成围绕所述用户2的所述耳部时至少部分地横向覆盖所述耳部，由此形成部分开放或完全封闭的耳罩14。

示例21：如前述示例中任一个所述的头戴式耳机装置，其还包括衬垫 50，当所述耳罩14被布置成围绕所述用户2的所述耳部时，所述衬垫50被布置在所述框架15和所述用户的头部之间，所述衬垫50被配置为衰减在所述框架14和所述用户2的所述头部之间传播的低频声音，所述衬垫50包括以下各项中的至少一者：闭孔泡沫、闭孔泡沫和开孔泡沫、至少部分地由具有低透气性的材料覆盖的开孔泡沫、至少部分地粘结到具有低透气性的材料的开孔泡沫、体积重量大于50kg/m3的柔软材料以及包含流体的凝胶。

示例22：如前述示例中任一个所述的头戴式耳机装置，其还包括衬垫 50，当所述耳罩14被布置成围绕所述用户2的所述耳部时，所述衬垫50被布置在所述框架15和所述用户的头部之间，其中所述衬垫50被配置为减少指向所述用户50的所述耳部的声反射，并且其中所述衬垫包括以下各项中的至少一者：吸声材料、至少部分地由具有高透气性的材料覆盖的吸声材料、至少部分地由具有高透气性的材料覆盖的开孔泡沫、吸声织物以及吸声纤维。

示例23：如前述示例中任一个所述的头戴式耳机装置，其中由横截面面积小于所述第一波导内的所述至少一个扬声器26的所述膜片面积的至少一个波导输出导致的近似声压损失IL小于0. 5dB或小于0. 75dB，其中所述声压损失IL近似为IL＝0. 01*(Vd/Aw)^2+0. 001*(Vd/Aw)，其中Vd是所述至少一个扬声器(26)的所述膜片的最大体积位移，并且Aw是所述波导输出的所述横截面面积。

示例24：如前述示例中任一个所述的头戴式耳机装置，其还包括布置在至少一个波导内的至少一个传声器。

虽然已经描述了本发明的各种实施方案，但是对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在本发明的范围内可以做出很多实施方案及实施。因此，除了按照所附权利要求和其等效物以外，本发明不受限制。

Claims (23)

1.一种头戴式耳机装置，其包括：

耳罩(14)，所述耳罩(14)被配置为布置成至少部分地围绕用户(2)的耳部，由此在所述用户(2)的所述耳部周围限定至少部分地包围的体积，其中所述耳罩(14)包括至少部分中空的框架(15)，所述至少部分中空的框架(15)被配置为在所述耳罩(14)被布置成围绕所述用户的所述耳部时至少部分地包围所述用户的所述耳部周围的所述至少部分地包围的体积，从而在所述耳罩（14）被布置成至少部分地包围所述用户的所述耳部时从横向方向观察所述框架至少部分地围绕所述用户的所述耳部的至少一部分，并且其中所述框架(15)包括第一空腔(39)，所述第一空腔由所述框架(15)的壁部形成；

至少一个扬声器(26)，包括具有第一侧和第二侧的膜片，所述至少一个扬声器(26)被布置在所述第一空腔(39)的壁部内，其中

所述第一空腔(39)的壁部形成第一波导(32、36)，所述第一波导(32、36)包括前波导（32）和后波导（36）并被配置为引导从所述膜片的所述第一侧或第二侧辐射的声音通过所述第一波导(32、36)的波导输出(42、44)，

所述第一波导(32、36)的所述波导输出(42、44)包括在所述第一空腔(39)中的一个或多个开口，以及

从所述模片的所述第一侧辐射的声音或从所述模片的所述第二侧辐射的声音指向所述用户(2)的所述耳部周围的所述至少部分地包围的体积；

在所述框架(15)内的第二空腔(34)，其中

所述第一空腔(39)的壁部、所述第二空腔(34)的壁部和至少一个扬声器(26)形成第一声源装置；

所述至少一个扬声器(26)布置在所述第一空腔(39)和所述第二空腔(34)的共同壁部内；以及

所述第二空腔(34)的壁部围绕所述至少一个扬声器(26)的所述膜片的所述第一侧；以及

邻接所述至少一个扬声器(26)的所述膜片的所述第二侧的体积被所述第一空腔(39)的壁部和所述至少一个扬声器(26)的部分完全包围；并且

所述第二空腔(34)的所述波导输出(42)朝向在所述用户(2)的所述耳部周围的所述至少部分地包围的体积开放，所述第二空腔(34)的壁部由此形成前波导(32)。

2.如权利要求1所述的头戴式耳机装置，其中在所述耳罩(14)被布置成围绕所述用户(2)的所述耳部时，所述框架(15)在正中面上的虚拟垂直投影至少部分地包围所述用户的外耳在所述正中面上的虚拟垂直投影的至少中心部分，其中所述正中面在所述耳部之间的中途穿过所述用户的头部，由此将所述用户的头部划分为基本上镜像对称的左半侧和右半侧。

3.如权利要求2所述的头戴式耳机装置，其中所述用户的外耳在所述正中面上的所述虚拟垂直投影的中心部分，由所述框架(15)在所述正中面上的所述虚拟垂直投影至少部分地包围，包括以下各项中的至少一者在所述正中面上的虚拟垂直投影：

所述用户的耳部的耳甲的一部分；

所述用户的耳部的完整耳甲；

所述用户的耳部的耳甲艇的一部分；

所述用户的耳部的完整耳甲艇；以及

完整耳廓的至少30%、至少45%或至少60%。

4.如权利要求1所述的头戴式耳机装置，其中

所述第一空腔(39)的壁部和所述至少一个扬声器(26)形成第一声源装置；

所述至少一个扬声器(26)的所述膜片的所述第一侧邻接在所述用户(2)的所述耳部周围的所述至少部分地包围的体积；

所述第一空腔(39)的壁部围绕所述至少一个扬声器(26)的所述膜片的所述第二侧；并且

所述第一空腔(39)所述波导输出(44)朝向所述耳罩(14)外部的自由空气开放，所述第一空腔(39)的壁部由此形成后波导(36)。

5.如权利要求1所述的头戴式耳机装置，其中

所述第二空腔(34)的壁部被配置为将从所述至少一个扬声器(26)的所述膜片的所述第一侧辐射的声音通过所述第二空腔(34)的至少一个输出(42)引导到所述框架(15)的外部；

所述第二空腔(34)的壁部形成前波导(32)，并且在所述第二空腔(34)中的所述至少一个输出(42)形成所述前波导(32)的波导输出(42)；并且

当所述耳罩(14)被布置成围绕所述用户(2)的所述耳部时，所述前波导(32)的所述波导输出(42)朝向在所述用户(2)的所述耳部周围的所述至少部分地包围的体积开放，并且所述后波导(36)的所述波导输出(44)朝向所述耳罩(14)外部的自由空气开放，所述第一空腔(39)的壁部由此形成后波导(36)，并且所述第二空腔(34)的壁部由此形成前波导(32)。

6.如权利要求4所述的头戴式耳机装置，其中

由包围所述第一波导(32、36)的所述波导输出(42、44)的最小轮廓内的总面积由至少所述第一波导(32、36)的壁部围绕的在一个扬声器(26)的所述膜片的几何或声学中心所对向的立体角(Ω)小于π球面度或小于π/2球面度。

7.如权利要求1所述的头戴式耳机装置，其中在所述至少一个波导内的空气体积小于被所述波导的壁部围绕的所有扬声器的膜片的最大体积位移的2倍、5倍或10倍。

8.如权利要求1所述的头戴式耳机装置，其中至少一个波导的所述波导输出的面积比被所述波导的壁部围绕的所有扬声器的膜片的面积小至少30%、至少50%或至少70%。

9.如权利要求1所述的头戴式耳机装置，其中在所述耳罩(14)被布置成围绕所述用户(2)的所述耳部时，从至少一个前波导(32)的所述波导输出(42)到所述用户的耳道入口的平均距离比从布置在所述前波导(32)内的至少一个扬声器(26)的所述膜片到所述用户(2)的所述耳道入口的平均距离短至少30%、至少40%或至少60%。

10.如权利要求1所述的头戴式耳机装置，其中至少一个前波导的至少一个输出被布置成使得当所述耳罩(14)被布置成围绕所述用户(2)的所述耳部时，从所述前波导到达所述用户的耳部的耳甲区域的声音的平均方向与从所述前波导内的扬声器(26)的扬声器的膜片的几何或声学中心朝向所述用户的耳部的所述耳甲区域的平均方向不同。

11.如权利要求1所述的头戴式耳机装置，其还包括在所述框架(15)内的至少一个附加声源装置，所述附加声源装置被配置为使得在所述耳罩(14)被布置成围绕所述用户(2)的所述耳部时由所述附加声源装置所辐射的声音指向所述用户的耳部的耳甲。

12.如权利要求1所述的头戴式耳机装置，其还包括在所述框架(15)内的至少一个附加声源装置，其中当所述耳罩(14)被布置成围绕所述用户(2)的所述耳部时，由至少一个声源装置辐射的声音从额状面前面的前方方向指向所述用户的耳部的耳甲，并且由至少一个声源装置辐射的声音从所述额状面后面的后方方向指向所述用户的耳部的所述耳甲，其中所述额状面垂直于正中面并穿过所述用户的两个耳部，由此将所述用户的头部划分为前部和后部。

13.如权利要求1所述的头戴式耳机装置，其包括布置在所述框架(15)内的至少两个前波导(32)，其中至少一个波导输出(42)被配置为从额状面前面的前方方向朝向所述用户的耳部的耳甲辐射声音，并且至少一个波导输出(42)被配置为从所述额状面后面的后方方向朝向所述用户的耳部的所述耳甲辐射声音。

14.如权利要求1所述的头戴式耳机装置，其中至少一个前波导(32)的波导输出(42)还包括至少一个突出部，当所述耳罩(14)被布置成围绕所述用户(2)的所述耳部时，所述至少一个突出部在朝向所述用户(2)的所述耳部的方向上突出，所述突出部由此减小了来自所述波导输出(42)的声音扩展到其中直到所述声音到达所述用户(2)的耳道入口为止的体积。

15.如权利要求1所述的头戴式耳机装置，其包括布置在所述框架(15)内的至少两个波导(32、36)，其中所述两个波导的所述波导输出(42、44)彼此相邻布置以形成沿着框架(15)的部分的基本上连续的组合的波导输出。

16.如权利要求15所述的头戴式耳机装置，其中至少一个连续的组合的波导输出布置在所述框架(15)的部分上，使得当所述耳罩(14)被布置成围绕所述用户(2)的所述耳部时所述至少一个连续的组合的波导输出大致平行于所述用户的耳廓的周边的横向轮廓的至少一部分而行进。

17.如权利要求1所述的头戴式耳机装置，其中所述框架(15)还包括保持固定件，所述保持固定件使得能够附接和移除可移除的盖(80)，以便当所述耳罩(14)被布置成围绕所述用户(2)的所述耳部时至少部分地横向覆盖所述耳部。

18.如权利要求17所述的头戴式耳机装置，其还包括：检测单元，所述检测单元被配置为检测以下各项中的至少一者：

可移除的盖(80)是否附接到所述框架(15)；以及

至少两种不同类型的所述可移除的盖(80)中的哪一种附接到框所述架(15)。

19.如权利要求1所述的头戴式耳机装置，其中所述耳罩(14)还包括盖(80)，所述盖(80)附接到所述框架(15)并且当所述耳罩(14)被布置成围绕所述用户(2)的所述耳部时至少部分地横向覆盖所述耳部，由此形成部分开放或完全封闭的耳罩(14)。

20.如权利要求1所述的头戴式耳机装置，其还包括衬垫(50)，当所述耳罩(14)被布置成围绕所述用户(2)的所述耳部时，所述衬垫(50)被布置在所述框架(15)和所述用户的头部之间，所述衬垫(50)被配置为衰减在所述框架(15)和所述用户(2)的所述头部之间传播的低频声音，所述衬垫(50)包括以下各项中的至少一者：

闭孔泡沫；

闭孔泡沫和开孔泡沫；

至少部分地由具有低透气性的材料覆盖的开孔泡沫；

至少部分地粘结到具有低透气性的材料的开孔泡沫；

体积重量大于50kg/m3的柔软材料；以及

包含流体的凝胶。

21.如权利要求1所述的头戴式耳机装置，其还包括衬垫(50)，当所述耳罩(14)被布置成围绕所述用户(2)的所述耳部时，所述衬垫(50)被布置在所述框架(15)和所述用户的头部之间，其中所述衬垫(50)被配置为减少指向所述用户(50)的所述耳部的声反射，并且其中所述衬垫包括以下各项中的至少一者：

吸声材料；

至少部分地由具有高透气性的材料覆盖的吸声材料；

至少部分地由具有高透气性的材料覆盖的开孔泡沫；

吸声织物；以及

吸声纤维。

22.如权利要求1所述的头戴式耳机装置，其中由横截面面积小于所述第一波导内的所述至少一个扬声器(26)的所述膜片面积的至少一个波导输出导致的近似声压损失IL小于0. 5dB或小于0. 75dB，其中所述声压损失IL近似为IL= 0. 01 * (Vd/Aw)^2 + 0. 001 *(Vd/Aw)，其中Vd是所述至少一个扬声器(26)的所述膜片的最大体积位移，并且Aw是所述波导输出的所述横截面面积。

23.如权利要求1所述的头戴式耳机装置，其还包括布置在至少一个波导内的至少一个传声器。

Images