CN111656802B - 自冷式耳机 - Google Patents

Abstract

在示例性实施方式中，自冷式耳机包括耳杯，以形成耳罩容积和控制容积。该耳机还包括：进气阀，当在该控制容积内产生负压时，该进气阀打开，并允许空气从该耳罩容积进入到该控制容积中；以及排气阀，当在该控制容积内产生正压时，该排气阀打开，并将空气从该控制容积释放到周围环境中。

Description

自冷式耳机

背景技术

音频耳机、头戴式耳机（headphones）和耳塞式耳机（earphones）通常包括安置在使用者的耳朵上的扬声器，以帮助将声音与周围环境中的噪声隔离。虽然术语“耳机”有时用于以一般的方式来表示所有这三种类型的头戴式音频设备，但它最常被认为表示耳戴式扬声器或与麦克风结合的扬声器，该麦克风允许使用者通过电信系统、内部通信系统、计算机系统、游戏系统等彼此交互。术语“头戴式耳机”可更具体地表示没有麦克风的一对耳戴式扬声器，该耳戴式扬声器允许单个使用者私下收听音频源。耳机和头戴式耳机通常包括耳杯，该耳杯在隔离的音频环境内完全地包围每个耳朵，而耳塞式耳机可抵靠耳朵的外部贴合或直接装配到耳道中。

附图说明

现在将参考附图来描述示例，附图中：

图1a示出了自冷式耳机的示例；

图1b更详细地示出了图1的自冷式耳机的示例；

图2示出了具有附加的细节的示例性自冷式耳机，以有助于进一步论述该耳机的示例性构造和操作；以及

图3a和图3b示出了处于不同操作阶段的自冷式耳机的耳杯。

贯穿附图，相同的附图标记标示相似但不一定相同的元件。

具体实施方式

术语“耳机”有时用于以一般的方式来表示几种类型的头戴式音频设备，包括例如耳机、头戴式耳机以及耳塞式耳机。然而，它最常被认为表示耳戴式扬声器或与麦克风结合的扬声器，该麦克风允许使用者通过电信系统、内部通信系统、计算机系统、游戏系统等来彼此交互。如本文所使用的，术语“耳机”意在表示具有和不具有麦克风的多种不同的头戴式音频设备中的任何一种。长时间佩戴耳机的使用者可能会体验到各种类型的不适。例如，使用者可能会体验到由不合适的耳杯引起的耳痛、由耳杯压靠眼镜引起的太阳穴疼痛、由过紧地压靠使用者的头部的耳杯引起的一般性头痛等。使用者经常抱怨的另一种不适是耳朵热。例如，游戏玩家经常长时间使用耳机，这可导致耳杯内和耳机垫压靠他们的头部的耳朵周围的温度升高。结果，许多游戏玩家和其他使用者经常抱怨他们的耳朵变热、出汗、发痒并且通常不舒服。

耳机通常被设计成使得耳垫足够牢固地压靠使用者的头部，以完全包围每个耳朵，并且提供有利于从输入音频信号产生高质量声音同时阻挡来自周围环境的不期望的噪声的音频环境。在提供这样的音频环境的同时维持使用者的舒适度可能是具有挑战性的，尤其是在长期使用期间。在一些示例中，耳机可包括有助于减轻不适的特征，所述不适例如与长期使用相关联的温度升高。在一些示例中，耳机被设计成包括一个或多个风扇，以主动地使空气移入到围绕使用者耳朵的封闭区域中并从该封闭区域中移出。在一些示例中，耳机被设计成包括开放式通气口，其使得空气能够被动地循环到围绕使用者耳朵的封闭区域中并从该封闭区域中向外循环。在一些示例中，耳机被设计成具有耳垫（ear cushion），其包括能够将热从使用者的耳朵引离的材料。在一些示例中，在使用者的耳朵周围维持凉爽的空气可依靠在耳杯垫与使用者的皮肤之间形成气密密封，该气密密封使得扬声器换能器能够产生导致耳朵周围的空气循环的压力状态。在这些类型的耳机中，该空气循环可能因有缺陷或有漏洞的密封而减弱或甚至停止。通常，这些现有设计可有助于减轻与长期使用耳机相关联的温度升高。然而，它们还可能会给产品增加可观的成本，同时提供对使用者而言可能不满意的不规则和/或不同程度的缓解。

因此，在本文所述的一些示例中，自冷式耳机包括结合两个相邻的腔室或容积的耳杯，这两个相邻的腔室或容积配合扬声器换能器的运动和止回阀一起工作，以提供新鲜空气在使用者耳朵周围的连续移动。除控制容积之外，每个耳杯中的这两个腔室或容积还包括包围和围绕耳朵的耳杯容积或耳罩容积，该控制容积受到控制以抽吸新鲜空气通过该耳罩容积。每个耳机耳杯包括位于相邻容积之间的进气阀以及位于该控制容积与耳杯外部的周围环境之间的排气阀。

每个耳杯中的扬声器换能器沿正向和反向方向平移，以在耳罩容积内产生声音以及在控制容积内产生压力变化。扬声器换能器沿正向方向（即，朝向耳罩容积并远离控制容积）的平移会在控制容积内产生负压，该负压打开进气阀并将空气从耳罩容积吸入到控制容积中。扬声器换能器沿反向方向（即，远离耳罩容积并朝向控制容积）的平移会在控制容积内产生正压，该正压打开排气阀并将空气从控制容积中推出到周围环境中。从耳罩容积吸入到控制容积中的空气被从周围环境通过周围空气端口进入耳罩容积的新鲜空气取代。在一些示例中，周围空气端口可包括耳杯垫的不同轮廓，和/或处于这些垫和使用者的皮肤之间的交接面中的缺陷或间隙，该缺陷或间隙使得在这些垫和使用者的皮肤之间能够发生空气泄漏。因此，耳罩容积内的压力通常保持在环境压力，并且新鲜空气在耳罩容积内的循环不依赖于耳杯垫和使用者的皮肤之间的气密密封。耳罩容积中的空气的循环或交换会降低耳罩容积内的温度。

在特定示例中，自冷式耳机包括耳杯，以形成耳罩容积和控制容积。进气阀用于在控制容积内产生负压时打开并允许空气从耳罩容积进入到控制容积中。排气阀用于在控制容积内产生正压时打开并将空气从控制容积释放到周围环境中。扬声器换能器可沿正向和反向方向平移，以在耳罩容积内产生声音，并在控制容积内产生负压和正压。

在另一个示例中，自冷式耳机包括处于该耳机的耳杯容积与控制容积之间的进气阀，以及处于该控制容积与该耳机外部的周围环境之间的排气阀。该耳机包括扬声器换能器，以沿正向方向朝向耳杯容积以及沿反向方向朝向控制容积平移。沿正向方向的平移用于在控制容积内产生负压，以打开进气阀并将空气从耳杯容积吸入到控制容积中，并且沿反向方向的平移用于在控制容积内产生正压，以打开排气阀并迫使空气从控制容积进入到周围环境中。

在另一个示例中，自冷式耳机包括耳杯容积和控制容积。当进气阀被打开时，进气阀将该耳杯容积与该控制容积流体耦接，并且当排气阀被打开时，排气阀将该控制容积与外部周围环境流体耦接。扬声器换能器通过沿正向方向平移来打开该进气阀，并且通过沿反向方向平移来打开该排气阀。

图1a示出了包括两个耳杯102的自冷式耳机100的示例，每个耳杯具有带止回阀的两个相邻的腔室，该止回阀布置成使得空气能够通过这些腔室中的不同端口。图1b更详细地示出了自冷式耳机100的示例。在图1（即，图1a和图1b）中以及在本说明书各处的其他附图中，耳杯102被部分透明地示出，以便更好地图示耳杯102内的不同腔室和其他部件的细节。每个耳杯102包括两个相邻的腔室或容积。第一腔室104包括耳罩容积104，并且第二腔室106包括控制容积106。每个耳杯102包括至少两个止回阀，其包括位于耳罩容积104与控制容积106之间的进气端口109处的进气阀108，以及位于控制容积106与耳杯102外部的周围环境112之间的排气端口111处的排气阀110。例如进气端口109和排气端口111之类的端口包括空气端口，该空气端口使得能够实现流体耦接，或者允许空气在不同环境之间流动的流体空气连接。例如，耳罩容积104可通过进气端口109来与控制容积106流体耦接，并且控制容积106可通过排气端口111来与周围环境112流体耦接。

如在本文中论述、描述、说明、提及或以其他方式使用的，例如进气阀108和排气阀110之类的止回阀意在涵盖各种各样的阀、控制器、调节器、活栓、插口、旋塞或者能够起到止回型阀装置的作用的其他装置中的任何一种，该止回型阀装置可使得能够实现沿正向或第一方向的空气流，并且防止沿向后或第二方向的空气流。可能适合用作进气阀108和/或排气阀110的不同类型的阀的一些示例包括隔膜阀、伞型阀、球型阀、回转阀、升降止回阀、直列式止回阀以及它们的组合。在一些示例中，这样的阀可采用：例如滑动机构之类的交替打开机构，该滑动机构滑过孔口，以露出耳杯102中的端口或开口（例如，端口109、111）；在耳杯102中形成的提供静态开口的不同相交端口形状等。因此，虽然在本说明书中各处使用了术语“止回阀”或“阀”，但是所有类型的其他类似功能的装置都是可能的，并且在本文中被预期用作任何示例或在任何示例内使用。

图2以附加的细节示出了示例性自冷式耳机100，包括使用者的头部和耳朵的轮廓，以有助于进一步论述耳机100的示例性构造和操作。参考图1和图2，待佩戴在使用者的耳朵上的耳杯102可通过头部件114来连接。该头部件114可以是可调整的，以适应不同年龄和头部尺寸的使用者。头部件114可以是可调整的，以按照有助于将耳罩容积104与耳杯102外部的周围环境112隔离的方式，将每个耳杯102抵靠使用者的头部稳固地固定。耳罩容积104与周围环境112的更大隔离度可为使用者提供改善的音频体验。头部件114可以是可调整的，例如，利用可伸展和可缩回的端部件116，该端部件116从中央件118伸缩并且利用锁定机构120来锁定到不同的位置。耳垫122可被附接到每个耳杯102，以帮助为使用者提供舒适性，并且改善耳罩容积104与周围环境112的隔离。例如，垫122可由软橡胶、泡沫、泡沫橡胶等形成。

如图1中所示，每个耳杯102可包括处于耳罩容积104与周围环境112之间的周围空气端口124。在一些示例中，环境阀（ambient valve）（未示出）也可被定位在周围空气端口124处。尽管周围空气端口124在图1中被示出为朝向耳罩容积104的下部，但耳罩容积104周围的周围空气端口124的位置可处于耳罩容积104周围的趋于促进较冷的周围空气从周围环境112流入到耳罩容积104中的任何位置。从周围环境112进入到耳罩容积104中的新鲜空气流126在图1中例如可通过空气流箭头126来图示。本文下面更详细地论述进入到耳罩容积104中的新鲜周围空气流126。

如图2中所示，耳杯102可不包括标示的周围空气端口124。然而，因为垫122与使用者的皮肤之间的交接面可能不形成气密密封，所以能够出现从围绕的周围环境112进入到耳罩容积104中的新鲜空气流126。耳垫122与使用者的头部、脸部和/或皮肤之间的交接面中的缺陷可在垫122周围有效地提供泄漏点，该泄漏点使得空气流126能够出现在耳罩容积104与周围环境112之间。垫-皮肤交接面中的缺陷例如可能是垫122的表面上的轮廓以及那些轮廓与使用者的头部和脸部的特定形状接合的方式的结果。因此，周围空气端口124可包括天然周围空气端口124，其包括可能存在于垫122与使用者的头部、脸部和/或皮肤的交接面之间的各种泄漏部的总和。例如，如图2中所示，空气泄漏部124a可能朝向耳杯垫122的顶侧出现，在那里该垫与使用者头部的太阳穴区域接合，而另一空气泄漏部124b可能朝向耳杯垫122的底侧出现，在那里该垫与使用者头部的脸颊区域接合。当垫122与使用者头部的不同区域接合时，其他泄漏部可能出现在垫122的整个周界周围的区域中。这些泄漏部的总和可包括天然周围空气端口。

在自冷式耳机100的耳杯102内并通过该耳杯102的空气流可通过扬声器换能器128沿正向和反向方向的平移来产生。扬声器换能器128也可被称为扬声器振膜和扬声器音盆。图3a和图3b示出了处于其中扬声器换能器128沿正向和反向方向移动的不同操作阶段的自冷式耳机100的耳杯102。在操作期间，扬声器换能器128可沿正向方向130（即，朝向耳罩容积104或向耳罩容积104中，并且远离或离开控制容积106）平移，如图3a中所示，以及沿反向方向132（即，远离或离开耳罩容积104，并且朝向控制容积106或向控制容积106中）平移，如图3b中所示。产生扬声器换能器128的正向运动130和反向运动132的部件包括音圈缠绕的圆柱134和固定磁体136。在操作期间，行进通过线圈134的输入电信号将该线圈转变成电磁体，该电磁体吸引和排斥固定磁体136。根据该输入电信号，线圈134对磁体136的吸引和排斥引起线圈134和扬声器换能器128沿正向和反向方向的移动。

在不同的示例中，用于驱动扬声器换能器128的电信号能够通过与耳机100的有线或无线连接来接收。在一些示例中，输入电信号包括音频信号，该音频信号驱动扬声器换能器128以在耳罩容积104内产生可闻声音。在一些示例中，输入电信号可沿正向和反向方向驱动扬声器换能器128，而不在耳罩容积104内产生可闻声音。因此，本发明无意限制可驱动扬声器换能器128的输入电信号的性质。无论是否在耳罩容积104内产生可闻声音，输入电信号都可驱动扬声器换能器128沿正向方向130和反向方向132平移。

总体上仍然参考图3a和图3b，扬声器换能器128的平移产生处于自冷式耳机100的耳杯102内并通过该耳杯102的空气流，这是通过在控制容积106内产生交替的正压和负压。在图3a和图3b中，移入到控制容积106中和从控制容积106中移出的空气138被图示为成对的短波浪箭头138a和138b。移入到控制容积106中的空气通过图3a中所示的波浪箭头138a图示，而从该控制容积中移出的空气通过图3b中所示的波浪箭头138b图示。如图3a中所示，扬声器换能器128沿正向方向130的平移在控制容积106内产生负压，该负压打开进气阀108并将空气138a从耳罩容积104吸入到控制容积106中。在控制容积106内产生的负压打开进气阀108，而同时会拉动关闭排气阀110。从耳罩容积104吸入到控制容积106中的空气138a通常是温暖的空气，该空气已通过与使用者皮肤的紧密接触而被加热。从耳罩容积104移除的该温暖的空气138a可被通过周围空气端口124进入耳罩容积104的较冷的新鲜空气126取代，如下文参考图3b论述的。

如图3b中所示，扬声器换能器128沿反向方向132的平移在控制容积106内产生正压，该正压打开排气阀110，并且将空气138b从控制容积106中推出并推入到围绕的周围环境112中。在控制容积106内产生的正压打开排气阀110，而同时会拉动关闭进气阀108。除了在控制容积106内产生正压之外，扬声器换能器128沿反向方向132的平移还会将较冷的新鲜空气126从周围环境通过周围空气端口124吸入到耳罩容积104中。要注意的是，在耳机100的使用期间，耳罩容积104大部分被使用者的头部和耳朵封闭，如图2中所示。如上面参考图2所述，周围空气端口124可包括天然周围空气端口124，其包括可能存在于垫122与使用者的头部、脸部和/或皮肤的交接面之间的各种泄漏部（例如，124a、124b）的总和。

因此，如刚刚参考图3a和图3b所论述的，扬声器换能器128沿正向和反向方向的平移在控制容积106内交替地产生负压和正压，该负压和正压控制空气138a移入到控制容积106中和空气138b从控制容积106中移出，以及控制新鲜空气126移入到耳罩容积104中。耳罩容积104中的空气的这种循环或交换会降低耳罩容积104内的温度。

Claims (14)

1.一种自冷式耳机，包括：

耳杯，其形成耳罩容积和控制容积，当置于使用者的耳朵上时，所述耳杯限定处于所述耳罩容积与所述控制容积之间的进气端口，来自所述耳罩容积的空气能够通过所述进气端口进入到所述控制容积中，并且限定处于所述控制容积与周围环境之间的排气端口，来自所述控制容积的空气能够通过所述排气端口进入到所述周围环境中；

处于所述进气端口处的进气阀，响应于所述控制容积内的相对于所述耳罩容积的负压，所述进气阀打开，并允许空气通过所述进气端口从所述耳罩容积进入到所述控制容积中；以及

处于所述排气端口处的排气阀，响应于所述控制容积内的相对于所述周围环境的正压，所述排气阀打开，并将空气从所述控制容积释放到所述周围环境中。

2.如权利要求1所述的自冷式耳机，还包括：

扬声器换能器，其沿正向方向平移，以在所述控制容积内产生负压，以打开所述进气阀，以及沿反向方向平移，以在所述控制容积内产生正压，以打开所述排气阀。

3.如权利要求2所述的自冷式耳机，其特征在于，所述扬声器换能器沿正向和反向方向平移，以在所述耳罩容积内产生可闻声音。

4.如权利要求1所述的自冷式耳机，还包括：

周围空气端口，其使得来自所述周围环境的新鲜空气能够进入所述耳罩容积，并取代从耳罩环境吸入到所述控制容积中的空气。

5.如权利要求4所述的自冷式耳机，还包括：

耳垫，其待压靠使用者的头部，以在所述耳杯与所述使用者的头部之间产生垫-皮肤交接面；

其中，所述周围空气端口包括在所述耳垫周围的所述垫-皮肤交接面处的泄漏部的总合。

6.如权利要求2所述的自冷式耳机，其特征在于，所述扬声器换能器沿所述正向方向的平移包括所述扬声器换能器沿从所述控制容积中离开和进入到所述耳罩容积中的方向的移动，并且所述扬声器换能器沿所述反向方向的平移包括所述扬声器换能器沿进入到所述控制容积中和从所述耳罩容积中离开的方向的移动。

7.一种自冷式耳机，包括：

处于耳机耳杯的耳罩容积与控制容积之间的进气阀，其中，当所述耳杯被置于使用者的耳朵上时，所述耳罩容积包围并围绕所述耳朵；

处于所述控制容积与所述耳杯外部的周围环境之间的排气阀；以及

扬声器换能器，其沿正向方向朝向所述耳罩容积平移，以在所述控制容积中产生负压，以便打开所述进气阀，并将空气从所述耳罩容积吸入到所述控制容积中，以及沿反向方向朝向所述控制容积平移，以在所述控制容积中产生正压，以便打开所述排气阀，并将空气从所述控制容积推入到所述周围环境中。

8.如权利要求7所述的自冷式耳机，还包括：

周围空气端口，其处于所述耳罩容积与所述周围环境之间，以使得来自所述周围环境的新鲜空气能够取代从所述耳罩容积吸入到所述控制容积中的空气。

9.如权利要求7所述的自冷式耳机，还包括：

耳垫，其在所述耳机耳杯与使用者的头部之间提供交接面；以及

处于所述交接面处的泄漏部的总合，所述泄漏部的总合提供周围空气端口，以使得来自所述周围环境的新鲜空气能够取代从所述耳罩容积吸入到所述控制容积中的空气。

10.一种自冷式耳机，包括：

扬声器换能器；

通过进气端口流体耦接在一起的耳罩腔室和控制腔室，所述控制腔室还通过排气端口流体耦接到周围环境，其中，所述耳罩腔室包围并围绕使用者的耳朵；

处于所述进气端口处的进气阀，所述进气阀通过所述扬声器换能器的操作而打开，并允许空气从所述耳罩腔室进入到所述控制腔室中；以及

处于所述排气端口处的排气阀，所述排气阀通过所述扬声器换能器的操作而打开，并允许空气从控制容积传递到所述周围环境。

11.如权利要求10所述的自冷式耳机，其特征在于：

所述控制腔室包括当所述扬声器换能器沿正向方向平移时处于负压下的控制腔室，所述负压使所述进气阀打开并使所述排气阀关闭；以及

所述控制腔室包括当所述扬声器换能器沿反向方向平移时处于正压下的控制腔室，所述正压使所述进气阀关闭并使所述排气阀打开。

12.如权利要求10所述的自冷式耳机，还包括：

周围空气端口，其允许来自所述周围环境的周围空气进入到所述耳罩腔室中，并取代已从所述耳罩腔室进入到所述控制腔室中的空气。

13.如权利要求12所述的自冷式耳机，其特征在于，所述周围空气端口包括处于耳垫与使用者的头部之间的交接面中的空气泄漏部的总合。

14.如权利要求10所述的自冷式耳机，还包括：

通过头部件耦接在一起的两个耳杯；

其中，每个耳杯包括在所述耳杯中彼此相邻定位的耳罩腔室和控制腔室。

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