CN114071297A

CN114071297A - 头戴式耳机

Info

Publication number: CN114071297A
Application number: CN202110884962.8A
Authority: CN
Inventors: 土桥优
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2021-08-03
Publication date: 2022-02-18
Also published as: EP3952326A1; JP2022030760A; US11611823B2; US20220046354A1; JP7510112B2; EP3952326B1

Abstract

提供一种轻量并且能够抑制在与挡板相对的空间产生的驻波的头戴式耳机。具有：扬声器单元(1)；支承扬声器单元(1)的挡板(2)；以及耳垫(4)，安装于挡板(2)的前面(2f)，包围使用者的耳部，挡板(2)至少具有一个空腔的室(C)，室(C)的至少一部分在挡板(2)的前面(2f)或者挡板(2)中位于前面(2f)的相反侧的背面(2b)的至少一方具有与空腔相连的孔(21)。

Description

头戴式耳机

技术领域

本发明涉及头戴式耳机。

背景技术

在扬声器、头戴式耳机等音响装置中，利用挡板支承扬声器单元的构成较多。在这种音响装置中，挡板对声学特性带来较大的影响。因而，在这种音响装置的领域中，提出了通过挡板的改进来改善声学特性的各种技术。例如专利文献1公开了解决与扬声器的挡板相关的课题的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2020－5174号公报

发明内容

发明将要解决的课题

在头戴式耳机中，要求抑制在由挡板的前面、耳垫及使用者的头部包围的密闭空间中产生的驻波。另外，在头戴式耳机之中，有挡板的背面被壳体覆盖的密闭型头戴式耳机。在这种密闭型头戴式耳机中，要求抑制在由挡板的前面、耳垫及使用者的头部包围的密闭空间中产生的驻波和在由挡板的背面与壳体包围的密闭空间中产生的驻波这两方。

本发明鉴于以上说明的情况而完成，目的在于提供能够抑制在与挡板相对的空间产生的驻波的头戴式耳机。

用于解决课题的手段

本发明提供一种头戴式耳机，其特征在于，具有：扬声器单元；支承所述扬声器单元的挡板；以及耳垫，安装于所述挡板的前面，包围使用者的耳部，所述挡板至少具有一个空腔的室，所述室的至少一部分在所述挡板的前面或者所述挡板中位于所述前面的相反侧的背面的至少一方具有与所述空腔相连的孔。

附图说明

图1是表示作为本发明的一实施方式的头戴式耳机的构成的剖面图。

图2是表示该头戴式耳机的挡板的构成的透视图。

图3是表示设于该挡板的第一室的构成的剖面图。

图4是表示设于该挡板的第二室的构成的剖面图。

图5是表示设于该挡板的第三室的构成的剖面图。

图6是表示该实施方式中的第一室的效果的图。

图7是表示该实施方式中的第三室的效果的图。

图8是表示在该头戴式耳机的设计例中在前腔室以及后腔室产生的驻波的图。

图9是例示该设计例中的第一室以及第三室的配置的图。

图10是例示该设计例中的第二室以及第三室的配置的图。

附图标记说明

100……头戴式耳机，1……扬声器单元，11……振动板，12……音圈骨架，13……磁隙，14……磁路，2……挡板，2f……前面，2b……背面，C……室，C1……第一室，C2……第二室，C3……第三室，21、21f、21b……孔，3……耳垫，4……壳体，5f……前腔室，5b……后腔室。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示作为本发明的一实施方式的头戴式耳机100的构成的剖面立体图。在头戴式耳机100中，扬声器单元1在大致圆形的挡板2的大致中央被支承。这里，扬声器单元1是电磁型的扬声器单元，具有周边被固定的大致圆板状的振动板11、安装于振动板11的下表面的音圈骨架12、及具有供音圈骨架12插入的磁隙13的磁路14。在该扬声器单元1中，通过向音圈骨架12的通电，振动板11在附图上下方向上振动，声音被向附图上方以及附图下方辐射。

在挡板2的前面2f的周边安装有大致圆环状的耳垫3。该耳垫3是在使用头戴式耳机100时与使用者的头部接触的部件。

在挡板2中，前面2f的相反侧成为背面2b。头戴式耳机100具有将该挡板2的背面2b覆盖的中空盖状的壳体4。

在使用头戴式耳机100时，产生由挡板2的前面2f、耳垫3的内侧壁面3d、及使用者的头部包围的前腔室5f。另外，在挡板2的背面2b侧有作为被背面2b与壳体4的内壁面包围的密闭空间的后腔室5b。即，壳体4是在与挡板2的背面2b之间形成密闭的空间的背面部件。

在头戴式耳机100中，从扬声器单元1的振动板11向挡板2的前面2f侧辐射的声音传递到前腔室5f内。另外，从扬声器单元1的振动板11向挡板2的背面2b侧辐射的声音传递到后腔室5b内。

图2是表示挡板2的构成的透视图。在本实施方式中，在与挡板2的板面平行的平面内的互不相同的位置形成有多个正六棱柱形状的空腔的室C。若更详细叙述，各室C以呈正六棱柱的六个侧面的各个与相邻的室C的六个侧面之中的一个平行、并且保持一定距离的方式形成于挡板2内。在本实施方式中，所有室C具有相同的形状以及容积。

在挡板2内的多个室C之中，有在挡板2的前面2f或者背面2b具有与该室C的空腔相连的孔21的室C。这种室C作为亥姆霍兹共鸣器发挥功能。在将孔21的截面面积设为S，将孔21的深度设为L，将孔21所相连的室C的空腔的容积设为V，将声速设为c的情况下，该亥姆霍兹共鸣器的共鸣频率fr通过下式给出。

fr＝(c/2π)√(S/(V·L))……(1)

例如在将孔21的截面面积S设为0.79mm²(相当于直径1mm的圆的面积)，将孔21的深度L设为2mm，将孔21所相连的室C的空腔的容积V设为65mm³的情况下，亥姆霍兹共鸣频率fr成为4.2kHz附近的值。

图3是表示形成于挡板2内的第一室C1的剖面图，图4是表示形成于挡板2内的第二室C2的剖面图，图5是表示形成于挡板2内的第三室C3的剖面图。

图3所示的第一室C1的空腔与设于挡板2的前面2f的孔21f相连。该第一室C1用作抑制在前腔室5f产生的驻波的单元。

该第一室C1以孔21f与在前腔室5f内产生的抑制对象的驻波的声压的波腹的位置对置的方式设置较有效。另外，该第一室C1需要适当地确定空腔的容积S、孔21f的深度L以及面积S的至少一个，以便在孔21f所对置的位置使产生声压的波腹的驻波的频率成为亥姆霍兹共鸣频率fr。

图4所示的第二室C2的空腔与设于挡板2的背面2b的孔21b相连。该第二室C2用作抑制在后腔室5b产生的驻波的单元。

该第二室C2被设为孔21b与在后腔室5b内产生的抑制对象的驻波的声压的波腹的位置对置较为有效。另外，该第二室C2需要适当地确定空腔的容积S、孔21b的深度L以及面积S的至少一个，以便在孔21b所对置的位置使产生声压的波腹的驻波的频率成为亥姆霍兹共鸣频率fr。

图5所示的第三室C3的空腔与设于挡板2的前面2f的孔21f与设于背面2b的孔21b这两方相连。该第三室C3将前腔室5f与后腔室5b相连。

若如该第三室C3那样设置使挡板2的前面2f的空气层与背面2b的空气层连结的室，则与前腔室5f内的声压相反相位的后腔室5b内的声压向前腔室5f泄漏。特别是在波长较长的低频带中，其影响显著。因此，通过增加第三室C3的数量，能够使低频的辐射声压级降低。

本申请的发明人为了确认本实施方式的效果，试制将具有4～5kHz附近的亥姆霍兹共鸣频率的第一室C1设于挡板2的头戴式耳机100，并测定了其声学特性。

图6是表示从该试制品的扬声器单元1发出声音并在前腔室5f内的规定的位置测定到的声压的频率特性的图。在图6中，横轴是频率，纵轴是声压。而且，P1是在挡板2不设置第一室C1的比较例中的声压的频率特性，P2是在挡板2设有第一室C1的试制品中的声压的频率特性。

在比较例中，由于在前腔室5f内产生的驻波的影响，在4～5kHz附近，在频率特性P1中产生凹陷(dip)。与此相对，在试制品的声压的频率特性P2中，4～5kHz附近的声压上升3～4dB左右，能够确认到凹陷消失。认为这是由于通过第一室C1的亥姆霍兹共鸣抑制了4～5kHz附近的频率的驻波。

另外，本申请的发明人试制挡板2中的第三室C3的数量不同的多种头戴式耳机100，测定了其声学特性。在试制品中，设于第三室C3的两个孔各自的面积为1.57mm²左右。

图7是表示通过测定获得的声压的频率特性的图。在图7中，P11是设于挡板2的第三室C3的数量为N1个的情况下的声压的频率特性，P12是设于挡板2的第三室C3的数量为N2(＞N1)个的情况下的声压的频率特性，P13是设于挡板2的第三室C3的数量为N3(＞N2)个的情况下的声压的频率特性。

如图7所示，通过使第三室C3的个数进行各种变化并增加，能够使低频的辐射声的声压降低。另外，通过调整第三室C3的个数，例如也能够如图7的频率特性P12那样调整低频的量感，以使声压的频率特性变得平坦。

以下，对本实施方式的具体的设计例进行说明。

图8是例示在在设计例中前腔室5f以及后腔室5b产生的驻波的图。在图8中，形成有由挡板2的前面2f、使用者的头部(省略图示)、及耳垫3的内侧面包围的圆筒形状的前腔室5f。

在该设计例中，使用了由反射声音的原材料构成的耳垫3。因此，在耳垫3的内侧壁面3d产生声音的反射，在前腔室5f中产生以呈大致圆筒形状的前腔室5f的内侧壁面的直径D1为半波长的驻波W0a、以直径D1为1波长的驻波W1a、以直径D1为2波长的驻波W2a、和比其高阶的驻波(省略图示)。在使声速c为347m/s，使直径D1为4cm的情况下，驻波W0a的频率f0a如下式那样。

f0a＝c/λ

＝c/(2D1)

＝4.3kHz……(2)

如上述那样，在第一室C1中，在将孔21的截面面积S设为0.79mm²(相当于直径1mm的圆的面积)，将孔21的深度L设为2mm，将孔21所相连的室C的空腔的容积V设为65mm²的情况下，第一室C1的亥姆霍兹共鸣频率fr成为4.2kHz，因此能够使亥姆霍兹共鸣频率fr成为接近该驻波W0a的频率f0a的频率。

另外，在设计例中，将后腔室5b包覆于内的壳体4也由反射声音的原材料构成。因此，在壳体4的内侧壁面产生声音的反射，在后腔室5b产生以呈大致圆筒形状的后腔室5b的直径D2为半波长的驻波W0b、以直径D2为1波长的驻波W1b、以直径D2为2波长的驻波W2b、和比其高阶的驻波(省略图示)。

如图8所示，在前腔室5f中，在耳垫3的内侧壁面3d的位置产生驻波W0a、W1a以及W2a的声压的波腹。因此，在设计例中，如图9所示，将挡板2内的所有室C中的最接近耳垫3的内侧壁面3d的多个室C设为第一室C1。这种多个第一室C1在挡板2中描绘成圆而排列。在设计例中，沿该圆依次设置共鸣频率为驻波W0a的频率f0a的第一室C1、共鸣频率为驻波W1a的频率f1a的第一室C1、及共鸣频率为驻波W2a的频率f2a的第一室C1设。

另外，如图8所示，在后腔室5b中，在壳体4的内侧壁面的位置产生驻波W0b、W1b以及W2b的声压的波腹。因此，在设计例中，如图10所示，将挡板2内的所有室C中的最接近壳体4的内侧壁面的多个室C设为第二室C2。这种多个第二室C2在挡板2中描绘成圆而排列。在设计例中，沿该圆依次设置共鸣频率为驻波W0b的频率f0b的第二室C2、共鸣频率为驻波W1b的频率f1b的第二室C2、及共鸣频率为驻波W2b的频率f2b的第二室C2。

而且，在设计例中，将在挡板2的前面2f侧被耳垫3与扬声器单元1夹着的区域内所在的室C中的、未成为第一室C1或者第二室C2中的任一个室C设为第三室C3。在图9以及图10所示的例子中，在挡板2中，位于配置有第一室C1的区域的内侧、并且配置有第二室C2的区域的外侧的区域内的室C成为第三室C3。这里，即使存在未成为第一室C1或者第二室C2中的任一个的室C，在该室位于C耳垫3所占据的区域内的情况下也不能成为第三室C3。因此，在图9以及图10所示的例子中，产生了未成为第一室C1、第二室C2以及第三室C3中的任一个的室C。

第一室C1的孔21f与第二室C2的孔21b也可以设于各室的底面的中心，但在重视声学特性的情况下，使孔21f以及21b尽量接近驻波的声压的波腹的位置较好。

例如在图9中示出了耳垫3的内侧壁面3d描绘的圆所横穿的第一室C1和从耳垫3的内侧壁面向内侧(扬声器单元1侧)离开而配置的第一室C1，但关于这些第一室C1，在挡板2中形成该室的底面的区域内，在最接近耳垫3的内侧壁面的位置设置孔21f。

另外，在图8中示出了从壳体4的内侧壁面向内侧(扬声器单元1侧)离开而配置的第二室C2，但关于这种第二室C2，在挡板2中形成该室的底面的区域内，在最接近壳体4的内侧壁面的位置设置孔21b。

如以上那样，在该设计例中，将在前腔室5f内所产生的驻波的声压的波腹的位置具有孔的第一室C1和在后腔室5b内所产生的驻波的声压的波腹的位置具有孔的第二室C2设于挡板2，在该挡板2中，在未配置有第一室C1以及第二室C2的区域设置第三室C3。根据该设计例，能够充分地抑制在前腔室5f内产生的驻波以及在后腔室5b内产生的驻波，并且能够抑制从扬声器单元1发出的声音中的低频的声音。

接着，对本实施方式的效果进行说明。

在以往的头戴式耳机中，存在如下问题：在由耳垫与使用者的头部形成的前腔室中，产生声音的驻波(声学模式)，使得在辐射声的频率特性中产生峰值凹陷，导致音质恶化。

在这种情况下，大多是通过将吸音材料等设于前腔室内而采取声学模式对策，但若设置吸音材料等，则导致成本上升。另外，若将吸音材料设于前腔室内，则给包含高频频带的全部频带带来影响，因此不必要地产生吸收辐射声的另一问题。

根据本实施方式，设于挡板2的第一室C1作为亥姆霍兹共鸣器发挥作用，抑制在前腔室5f产生的驻波，因此能够防止音质的恶化。此时，在本实施方式中，由于不利用吸音材料等，因此不会导致成本上升，另外，也不会不必要地产生吸收辐射声这一问题。

另外，在头戴式耳机之中，虽然也有挡板的背面被壳体覆盖的密闭型头戴式耳机，但在这种密闭型头戴式耳机中，存在如下问题：在由挡板的背面与壳体包围的后腔室中产生声音的驻波(声学模式)，使得辐射声的频率特性产生峰值凹陷，导致音质恶化。

根据本实施方式，设于挡板2的第二室C2作为亥姆霍兹共鸣器发挥作用，抑制在后腔室5b产生的驻波，因此能够防止音质的恶化。在这种情况下，也由于在本实施方式中不利用吸音材料等，因此不会导致成本上升，另外，也不会产生不必要地吸收辐射声这一问题。

另外，一般来说，在头戴式耳机中，需要用于调整低频的量感的构造。因此，在以往的头戴式耳机中，例如在挡板的背面设置设有孔的壳(Inner Case)，通过调整背面的空气弹簧而调整了从扬声器单元辐射的低频的量感。但是，在采用这种构造的情况下，虽然能够调整低频的量感，但由于追加了部件，所以成本上升。

根据本实施方式，由于设于挡板2的第三室C3将前腔室5f内的空气层与后腔室5b内的空气层连结，因此与前腔室5f内的声压相反相位的后腔室5b内的声压向前腔室5f侧泄漏。因而，通过设置该第三室C3，能够不进行新部件的追加地调整低频的量感。

另外，由于头戴式耳机安装于头部，因此期望的是具备所需充分的刚性并且实现轻量化。根据本实施方式，在挡板2中，在前面2f的互不相同的位置设置多个空腔的室C，因此能够在维持所需充分的刚性的同时使头戴式耳机100轻量化。

＜其他实施方式＞

以上，说明了本发明的实施方式，但也可以对本发明考虑其他实施方式。例如如下所述。

(1)在上述实施方式中，在挡板2设有第一室C1、第二室C2、与第三室C3。但是，也可以不设置第三室C3，而仅将第一室C1以及第二室C2设于挡板。

(2)在上述实施方式中，在挡板2设有第一室C1、第二室C2、及第三室C3。但是，例如在重视前腔室5f内的驻波的抑制的情况下，也可以在挡板2中将能够配置第一室C1的区域(耳垫3的内侧壁面与扬声器单元1之间的区域)内的所有室C设为在挡板2的前面2f具有孔21f的第一室C1。

(3)在上述实施方式中，在挡板2设有第一室C1、第二室C2、及第三室C3。但是，例如在重视后腔室5b内的驻波的抑制的情况下，也可以在挡板2中将能够配置第二室C2的区域(壳体4的内侧壁面内的区域)内的所有室C设为在挡板2的背面2b具有孔21b的第二室C2。

(4)在上述实施方式中，设于挡板2的所有室C为彼此相同的大小，但也可以将多种大小的室C设于挡板2。根据该方式，通过在希望大小的室C开设孔21f或者21b，能够构成具有所希望的亥姆霍兹共鸣频率的第一室C1或者第二室C2。

(5)在上述实施方式中，也可以对于多个室C设置长度L或者面积S不同的多种孔21f或者21b，构成具有所希望的亥姆霍兹共鸣频率的多种第一室C1或者第二室2。

(6)在上述实施方式中，将正六棱柱状的空腔的室C设于挡板2，但室C的形状并不限定于正六棱柱。可以将多棱柱形状、圆柱形状等任意形状的室C设于挡板2。

Claims

1.一种头戴式耳机，其特征在于，具有：

扬声器单元；

挡板，其支承所述扬声器单元；以及

耳垫，其安装于所述挡板的前面，

所述挡板至少具有一个空腔的室，

所述室的至少一部分在所述挡板的前面或者所述挡板中位于所述前面的相反侧的背面的至少一方具有与所述空腔相连的孔。

2.根据权利要求1所述的头戴式耳机，其特征在于，

所述挡板在所述前面的互不相同的位置具有多个所述室。

3.根据权利要求2头戴式耳机所述的，其特征在于，

还具有壳体，该壳体覆盖所述挡板的背面，与所述背面一起围起空间。

4.根据权利要求3所述的头戴式耳机，其特征在于，

所述多个室包含在所述挡板的前面具有所述孔的第一室和在所述挡板的背面具有所述孔的第二室。

5.根据权利要求4所述的头戴式耳机，其特征在于，

所述多个室包含在所述挡板的前面以及背面这两方具有所述孔的第三室。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的头戴式耳机，其特征在于，

在所述挡板中，在位于在所述挡板所相对的空间产生的驻波的波腹的位置的所述室设有所述孔。

7.根据权利要求2所述的头戴式耳机，其特征在于，

具有与所述空腔相连的孔的室全部在所述挡板的前面具有所述孔。

8.根据权利要求2所述的头戴式耳机，其特征在于，

具有与所述空腔相连的孔的室全部在所述挡板的背面具有所述孔。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的头戴式耳机，其特征在于，

所述多个室的大小彼此相同。

10.根据权利要求2至8中任一项所述的头戴式耳机，其特征在于，

所述多个室的大小具有多种大小。