CN112788480A - 出声结构及可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种出声结构及可穿戴设备，所述出声结构包括：壳体；控制器，所述控制器设置于所述壳体内；至少两个相邻的出声方向相同的喇叭，所述喇叭设置于所述壳体内并与所述控制器电性连接，所述控制器控制至少两个相邻的所述喇叭输出幅度相同且相位相反的声波。本发明的具有提高用户听到所述出声结构播放的音频的清晰度，同时降低出声结构对其他人的噪声的优点。

Description

出声结构及可穿戴设备

技术领域

本发明涉及发声技术领域，特别涉及一种出声结构及检测方法。

背景技术

当前的可穿戴设备如智能手表，通常具有播放音频的功能，以使可穿戴设备的用户听到音频，但是可穿戴设备播放音频时，通常是向四周发声，在嘈杂环境中容易造成用户无法清晰听到音频，也容易给周围其他人员带来噪声。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种出声结构，旨在解决可穿戴设备向四周发声，在嘈杂环境中容易造成用户无法清晰听到音频，也容易给周围其他人员带来噪声的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种出声结构，所述出声结构包括：壳体；控制器，所述控制器设置于所述壳体内；至少两个相邻的出声方向相同的喇叭，所述喇叭设置于所述壳体内并与所述控制器电性连接，所述控制器控制至少两个相邻的所述喇叭输出幅度相同且相位相反的声波。

进一步地，所述控制器上设置有输出正极以及输出负极，每一所述喇叭设置有输入正极以及输入负极，其中一所述喇叭的输入正极以及输入负极分别连接至所述控制器的输出正极以及输出负极，另一所述所述输入正极以及输入负极分别连接至所述控制器的输出负极以及输出正极。

进一步地，所述控制器上设置有输出正极以及输出负极，每一所述喇叭设置有输入正极以及输入负极，每一所述喇叭的输入正极以及输入负极分别连接至所述控制器的输出正极以及输出负极，所述控制器分别向两个所述喇叭输入幅度相同且相位相反的声波信号，以使两个所述喇叭输出幅度相同且相位相反的声波。

进一步地，所述壳体上开设有多个出声孔，多个所述出声孔朝向相同，两个所述喇叭的出声口朝向所述出声孔设置，以使两个所述喇叭的出声方向相同。

为实现上述目的一种可穿戴设备，其特征在于，所述可穿戴设备包括如上任一项所述的出声结构，所述可穿戴设备为智能手表、智能手环、增强现实设备或者虚拟现实设备。

进一步地，在所述可穿戴设备为智能手表时，所述智能手表包括：

表盘，所述出声结构的壳体围设于所述表盘四周；表带，所述表带与所述壳体连接，两个所述喇叭的出声方向垂直于所述表带的长度延伸方向。

进一步地，所述表盘为矩形，对应的所述壳体为矩形，所述壳体具有两对平行侧边，所述表带的两端连接于其中一对所述平行侧边，另一对所述平行侧边中，至少一个侧边上设置有两个所述喇叭。

进一步地，所述表盘为圆形，对应的所述壳体为圆形，两个所述喇叭设置于所述壳体未连接所述表带的任一侧边上。

进一步地，所述智能手表还包括至少一个麦克风，所述麦克风设置于所述壳体异于所述喇叭的位置上。

本发明的技术方案中，通过将至少两个相邻的出声方向相同的喇叭与控制器连接，所述控制器控制至少两个相邻的所述喇叭输出幅度相同且相位相反的声波，利用偶极辐射声场的声波干涉原理改变所述喇叭的指向性，通过合理设置所述喇叭在所述可穿戴设备上的位置，使得用户可穿戴设备播放音频时，用户处于声音增强区内，从而提高用户听到的音频的清晰度，而其他人则处于声音衰减区内，减小可穿戴设备播放的音频对其他人产生的噪音。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明出声结构的一实施例的结构示意图；

图2为本发明两个小球源A、B与观察点P的位置示意图；

图3为本发明两个小球源A、B的辐射范围示意图；

图4为本发明出声结构与用户的位置示意图；

图5为本发明出声结构的另一实施例的结构示意图；

图6为本发明两个所述喇叭沿出声方向的频率响应仿真曲线对比图；

图7为本发明智能手表的一实施例的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果所述特定姿态发生改变时，则所述方向性指示也相应地随之改变。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参照图1，本发明实施例的提供一种出声结构100，所述出声结构100包括：壳体10；控制器20，所述控制器20设置于所述壳体10内；至少两个相邻的出声方向相同的喇叭30，所述喇叭30设置于所述壳体10内并与所述控制器20电性连接，所述控制器20控制至少两个相邻的所述喇叭30输出幅度相同且相位相反的声波。

在本实施例中，所述出声结构100可设置于可穿戴设备如智能手环、智能手表、增强现实设备或者虚拟现实设备上，以用作所述可穿戴设备的发声元件，所述壳体10的结构可以根据所述可穿戴设备类型的不同而设置成不同，所述控制器20可以是所述可穿戴设备的主板，所述控制器20连接有与外围元件如喇叭30、麦克风40、触控屏幕、控制按键等连接的引脚或者连接点。

本实施例的重点在于：所述出声结构100包括至少两个相邻的所述喇叭30，至少两个所述喇叭30的型号与结构相同，以下以所述喇叭的数量为两个为例进行说明，可以理解，所述喇叭的数量为三个或者是三个以上时，其中两个相邻的喇叭同样能够实现本发明的技术方案以及技术效果，因此不在赘述，举例而言，在所述喇叭的数量为两个时，将两个所述喇叭30安装于可穿戴设备上后，两个所述喇叭30的出声方向A-A相同，且进一步地，由于所述控制器20与两个所述喇叭30连接，因此，通过所述控制器20控制两个所述喇叭30，可以使得出声方向A-A相同的两个所述喇叭30输出幅度相同且相位相反的声波，请结合图2-3，根据偶极辐射声场对振幅相等相位相反的两个小球源(图2中A点以及B点代表两个小球源，也即两个所述喇叭30形成的两个声源，)在空间辐射声压叠加的推导公式：

其中，P代表两个小球源在图2中观察点P点处的声压，A为待定常数(复数)，r+代表小球源A到观察点P的振幅，r-代表小球源B到观察点P的振幅，l代表小球源A与小球源B之间的距离，r代表l的中点到观察点P的距离，

的绝对值即为声压的振幅。

结合图2-3，离小球源A与小球源B较远处的声场，假设r＞＞l，则两个小球源A、B辐射的声波到达观察点P时，振幅的差别很小，可以把公式1中振幅部分r₊及r_-都近似地用r来代替，由上图1得到如下近似关系：

将公式2代入公式1的相位部分可得到：公式3：

两个小球源A、B相距很近，当频率不是很高时，可认为有kl<1，则公式3可以简化为：

从公式4可知，偶极辐射声场在离小球源A与小球源B较远处的声压随距离成反比地减小，与脉动球源辐射声场的区别是，偶极辐射声场与θ角有关，即在声场中同一距离，不同方向的位置上声压不一样，在θ＝±90°的方向上，从两个小球源A、B输出的声波恰好幅值相等，相位相反，因而全部抵消，合成声压为零；在θ＝0°，180°的方向上，从两个小球源A、B输出的声波幅值及相位都近似于相等，因而叠加加强，合成声压最大。为了描述声源辐射随方向而异的这种特性，定义任意θ方向的声压幅值与θ＝0°轴上的声压幅值之比为该声源的辐射指向特性，即：

对于偶极声源，由公式5可得其指向特性为：

D(θ)＝|cosθ| 公式6

根据公式6可知，在θ＝90°时，cosθ＝0，也即，沿着两个所述喇叭30的出声方向A-A，指向性最小，声压也最小，结合图4，两个所述喇叭30会在出声方向A-A上形成声音衰减区A；在θ＝0°时，cosθ＝1，在与两个所述喇叭30沿出声方向A-A垂直的方向B-B上，指向性最大，声压也最大，结合图4，两个所述喇叭30会在与出声方向A-A垂直的方向B-B上形成声音增强区B；因此，通过合理设置两个所述喇叭30在所述可穿戴设备上的位置，使得用户在使用可穿戴设备播放音频时，用户处于声音增强区B内，从而提高用户听到的声音的清晰度，而其他人则处于声音衰减区A内，减小可穿戴设备播放的音频对其他人产生的噪音，而处在另一个声音增强区B(远离用户的声音增强区B)的人由于距离出声结构100的距离较远，也不会受到过大的噪声影响。

综上所述，本实施例中，通过将至少两个相邻的出声方向A-A相同的喇叭30与控制器20连接，所述控制器20控制至少两个相邻的所述喇叭30输出幅度相同且相位相反的声波，利用偶极辐射声场的声波干涉原理改变所述喇叭30的指向性，通过合理设置所述喇叭30在所述可穿戴设备上的位置，使得用户可穿戴设备播放音频时，用户处于声音增强区B内，从而提高用户听到的音频的清晰度，而其他人则处于声音衰减区A内，减小可穿戴设备播放的音频对其他人产生的噪音。

请参阅图1-4，在一实施例中，所述控制器20上设置有输出正极+以及输出负极-，每一所述喇叭30设置有输入正极+以及输入负极-，其中一所述喇叭30的输入正极+以及输入负极-分别连接至所述控制器20的输出正极+以及输出负极-，另一所述所述输入正极+以及输入负极-分别连接至所述控制器20的输出负极-以及输出正极+。

在本实施例中，所述控制器20的输出正极+以及输出负极-用于输出声波信号，以驱动两个所述喇叭30发声，其中一所述喇叭30与所述控制器20正接，也即，其中一所述喇叭30的输入正极+以及输入负极-分别连接至所述控制器20的输出正极+以及输出负极-；另一所述喇叭30与所述控制器20反接，也即，另一所述所述输入正极+以及输入负极-分别连接至所述控制器20的输出负极-以及输出正极+，如此，实现通过所述控制器20向两个所述喇叭30分别输入幅度相等相位相反的声波信号，在两个所述喇叭30的型号与结构均相同时，两个所述喇叭30输出幅度相等且相位相反的声波，从而能够改变叠加后的两路声波的指向性。

请参阅图5，在另一实施例中，所述控制器20上设置有输出正极+以及输出负极-，每一所述喇叭30设置有输入正极+以及输入负极-，每一所述喇叭30的输入正极+以及输入负极-分别连接至所述控制器20的输出正极+以及输出负极-，所述控制器20分别向两个所述喇叭30输入幅度相同且相位相反的声波信号，以使两个所述喇叭30输出幅度相同且相位相反的声波。

在本实施例中，所述控制器20上设置有输出正极+以及输出负极-，每一所述喇叭30与所述控制器20正接，也即，每一所述喇叭30的输入正极+以及输入负极-分别连接至所述控制器20的输出正极+以及输出负极-，所述控制器20内置有DSP(Digital SignalProcessing，简称DSP，数字信号处理)芯片，或者所述控制器20连接有DSP芯片，通过所述DSP芯片对所述控制器20输出的声波信号进行处理，使得声波信号形成幅度相等且相位相反的两路声波信号，并分别驱动两个所述喇叭30，从而两个所述喇叭30输出幅度相同且相位相反的声波，从而能够改变叠加后的两路声波的指向性。

请参阅图1、5，进一步地，所述壳体10上开设有多个出声孔11，多个所述出声孔11朝向相同，两个所述喇叭30的出声口(图未示)朝向所述出声孔11设置，以使两个所述喇叭30的出声方向A-A相同。

在本实施例中，两个所述喇叭30设置于所述壳体10内，通过在所述壳体10上开设有多个朝向相同的出声孔11，两个所述喇叭30的出声口(或者说出声面)朝向所述出声孔11设置，从而在两个所述喇叭30出声时，使得两个所述喇叭30的出声方向A-A相同，从而能够改变叠加后的两路声波的指向性。

请参阅图6，图6为两个所述喇叭30沿出声方向A-A发声时，频率响应仿真曲线对比图，实验表明，相比于一个正相位喇叭，两个相位相反的所述喇叭在100Hz-3.8KHz频段内，沿所述喇叭的出声方向A-A，声压级明显降低，可以减小所述出声结构沿出声方向对外界的影响，同时，沿所述喇叭的出声方向A-A声压级明显降低，那么，在与出声方向A-A垂直的方向B-B上，声压级必然增大，因此，可以提高用户听到的音频的清晰度。

为实现上述目的一种可穿戴设备，所述可穿戴设备包括如上所述的出声结构100，所述可穿戴设备为智能手表、智能手环、增强现实设备或者虚拟现实设备。

在本实施例中，所述可穿戴设备包括如上所述的出声结构，所述可穿戴设备为智能手表、智能手环、增强现实设备或者虚拟现实设备，通过合理设置所述喇叭30在所述可穿戴设备上的位置，使得用户在使用可穿戴设备播放音频时，用户处于声音增强区B内，从而提高用户听到的音频的清晰度，而其他人则处于声音衰减区A内，减小可穿戴设备播放的音频对其他人产生的噪音。可以理解，所述出声结构100也可以应用于其他对声音指向性有要求的电子设备。

请参阅图4、7，进一步地，在所述可穿戴设备为智能手表时，所述智能手表包括：表盘101，所述出声结构100的壳体10围设于所述表盘101四周；表带102，所述表带102与所述壳体10连接，两个所述喇叭30的出声方向A-A垂直于所述表带102的长度延伸方向。

在本实施例中，所述表盘101用于显示时间、步数、卡路里、视频通话界面等信息，所述壳体10围设于所述表盘101周围，以对表盘101进行固定和保护，所述表带102与所述壳体10连接，以供用户通过所述表带102佩戴所述智能手表于手腕上，两个所述喇叭30的出声方向A-A垂直于所述表带102的长度延伸方向，在所述智能手表进行音频播放如用户通过智能手表进行语音通话或者视频通话时，用户通常将智能手表聚到嘴部前方进行说话，此时，由于两个所述喇叭30的出声方向A-A垂直于所述表带102的长度延伸方向，也即，两个所述喇叭30的出声方向A-A为所述手臂的长度延伸方向，此时，根据前述出声结构100的原理可知，两个所述喇叭30在出声方向A-A上指向性最小，形成声音衰减区A，避免对声音衰减区A内的其他人产生噪声污染；两个所述喇叭30在与出声方向A-A垂直的方向B-B上指向性最大，形成声音增强区B，而佩戴所述智能手表的用户头部正处于声音增强区B，从而可以提高用户听到的音频的清晰度。

请参阅图4、7，进一步地，所述表盘101为矩形，对应的所述壳体10为矩形，所述壳体10具有两对平行侧边，所述表带102的两端连接于其中一对所述平行侧边，另一对所述平行侧边中，至少一个侧边上设置有两个所述喇叭30。

在本实施例中，在所述表盘101为矩形时，对应的所述壳体10设置为矩形，将所述表带102的两端连接于其中一对所述平行侧边，以实现所述表带102与所述壳体10之间的相互固定，另一对所述平行侧边中，至少一个侧边上设置有两个所述喇叭30，从而使得两个所述喇叭30的出声方向A-A相同，并在智能手表播放音频时，使得用户头部位于所述声音增强区B内。可以理解，可以在另一对所述平行侧边的两个侧边均设置两个所述喇叭30，从而进一步增大声压，进一步提高用户听到的音频的清晰度。可以理解，在所述表盘101为其他任意形成时，所述壳体10均可以设置成矩形。

进一步地，所述表盘101为圆形，对应的所述壳体10为圆形，两个所述喇叭30设置于所述壳体10未连接所述表带102的任一侧边上。

在本实施例中，在所述表盘101为圆形时，对应的所述壳体10设置为圆形，将所述表带102的两端连接于所述壳体10的相对两侧，以实现所述表带102与所述壳体10之间的相互固定，两个所述喇叭30设置于所述壳体10未连接所述表带102的任一侧边上，从而使得两个所述喇叭30的出声方向A-A相同，并在智能手表播放音频时，使得用户头部位于所述声音增强区B内。可以理解，在所述表盘101为其他任意形成时，所述壳体10均可以设置成圆形。

请参阅图7，进一步地，所述智能手表还包括至少一个麦克风40，所述麦克风40设置于所述壳体10异于所述喇叭30的位置上。

在本实施例中，通过将所述麦克风40设置于所述壳体10异于所述喇叭30的位置上，通过麦克风40采集用户的语音，进而实现音频通话或者视频通话，具体地，所述麦克风40设置于所述壳体10内，所述壳体10上开设有供所述麦克风40采集音频的采集孔，所述麦克风40与所述采集孔对应设置，优选地，所述采集孔开设于所述壳体10连接有表带102的侧边，从而增大所述麦克风40与所述喇叭30的距离，避免喇叭30对所述麦克风40的音频采集过程的影响。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种出声结构，其特征在于，所述出声结构包括：

壳体；

控制器，所述控制器设置于所述壳体内；

至少两个相邻的出声方向相同的喇叭，所述喇叭设置于所述壳体内并与所述控制器电性连接，所述控制器控制至少两个相邻的所述喇叭输出幅度相同且相位相反的声波。

2.根据权利要求1所述的出声结构，其特征在于，所述控制器上设置有输出正极以及输出负极，每一所述喇叭设置有输入正极以及输入负极，其中一所述喇叭的输入正极以及输入负极分别连接至所述控制器的输出正极以及输出负极，另一所述所述输入正极以及输入负极分别连接至所述控制器的输出负极以及输出正极。

3.根据权利要求1所述的出声结构，其特征在于，所述控制器上设置有输出正极以及输出负极，每一所述喇叭设置有输入正极以及输入负极，每一所述喇叭的输入正极以及输入负极分别连接至所述控制器的输出正极以及输出负极，所述控制器分别向两个所述喇叭输入幅度相同且相位相反的声波信号，以使两个所述喇叭输出幅度相同且相位相反的声波。

4.根据权利要求1所述的出声结构，其特征在于，所述壳体上开设有多个出声孔，多个所述出声孔朝向相同，两个所述喇叭的出声口朝向所述出声孔设置，以使两个所述喇叭的出声方向相同。

5.一种可穿戴设备，其特征在于，所述可穿戴设备包括如权利要求1-4任一项所述的出声结构，所述可穿戴设备为智能手表、智能手环、增强现实设备或者虚拟现实设备。

6.根据权利要求5所述的可穿戴设备，其特征在于，在所述可穿戴设备为智能手表时，所述智能手表包括：

表盘，所述出声结构的壳体围设于所述表盘四周；

表带，所述表带与所述壳体连接，两个所述喇叭的出声方向垂直于所述表带的长度延伸方向。

7.根据权利要求6所述的可穿戴设备，其特征在于，所述表盘为矩形，对应的所述壳体为矩形，所述壳体具有两对平行侧边，所述表带的两端连接于其中一对所述平行侧边，另一对所述平行侧边中，至少一个侧边上设置有两个所述喇叭。

8.根据权利要求6所述的可穿戴设备，其特征在于，所述表盘为圆形，对应的所述壳体为圆形，两个所述喇叭设置于所述壳体未连接所述表带的任一侧边上。

9.根据权利要求7或8所述的可穿戴设备，其特征在于，所述智能手表还包括至少一个麦克风，所述麦克风设置于所述壳体异于所述喇叭的位置上。

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