CN115171641A - 一种耳罩装置 - Google Patents

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CN115171641A CN202210777430.9A CN202210777430A CN115171641A CN 115171641 A CN115171641 A CN 115171641A CN 202210777430 A CN202210777430 A CN 202210777430A CN 115171641 A CN115171641 A CN 115171641A
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关乃齐
韩坤
廖昀
罗鹏
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Abstract

本申请涉及耳罩技术领域，公开了一种耳罩装置。该耳罩装置的第一腔体和透声通道所构成声学振动系统的共振频率处于预设频段中，且声学振动系统的品质因子大于预设值，使得自第一腔体传输至第二腔体的声波的振动方向与第二腔体中原有声波的振动方向相反。如此一来，自第一腔体传输至第二腔体的声波会与第二腔体中原有声波产生干涉而削弱第二腔体中原有的声波，使得第二腔体中的噪声减小，即传输至用户耳部的噪声得到减小，因此有利于提高耳罩装置的被动降噪效果。

Description

一种耳罩装置
技术领域
本申请涉及耳罩技术领域，特别是涉及一种耳罩装置。
背景技术
用户在嘈杂的环境中通常会佩戴耳罩来隔离噪声。目前的耳罩通常通过物理手段来隔离噪声。例如耳罩可以采用海绵等吸音材料制作耳套，以达到被动降噪效果。
然而，由于环境中的噪声会通过耳套透射且还会通过耳套和皮肤之间的狭缝进入用户的耳部，同时考虑到耳罩的佩戴舒适度，耳套皮质不能过硬，海绵密度也不能过大，以上种种因素导致目前耳罩的被动降噪效果较差，尤其是针对低频噪声的被动降噪效果较差。
发明内容
有鉴于此，本申请主要解决的技术问题是提供一种耳罩装置，能够提高耳罩装置的被动降噪效果。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种耳罩装置。该耳罩装置包括耳壳组件，耳壳组件内部设有第一腔体和透声通道，其中第一腔体通过透声通道连通至外部。该耳罩装置还包括耳套，耳套设于耳壳组件的外部，且耳套与耳壳组件配合围设形成第二腔体，其中第二腔体连通第一腔体，且当用户佩戴耳罩装置时用户的耳部处于第二腔体中。第一腔体和透声通道所构成声学振动系统的共振频率处于预设频段中，且声学振动系统的品质因子大于预设值，使得自第一腔体传输至第二腔体的声波的振动方向与第二腔体中原有声波的振动方向相反。
在本申请的一实施例中，自第一腔体传输至第二腔体的声波的相位与第二腔体中原有声波的相位相反。
在本申请的一实施例中，预设值为5。
在本申请的一实施例中，耳壳组件包括阻尼件，第一腔体通过阻尼件连通第二腔体；品质因子为阻尼因子、第一声容因子与第一声质量因子的融合，阻尼因子为阻尼件阻尼值与阻尼系数的乘积，第一声容因子为第一腔体容积与第一声容系数的乘积，第一声质量因子为透声通道参数与第一声质量系数的乘积，透声通道参数为透声通道长度与透声通道直径的平方的比值。
在本申请的一实施例中，耳壳组件包括阻尼件，第一腔体通过阻尼件连通第二腔体；第一腔体的容积为V，透声通道的长度为L，透声通道的直径为D，阻尼件的阻尼为R，品质因子为Q；
其中，
Figure BDA0003724735900000021
在本申请的一实施例中，预设频段中各频点的频率均小于300Hz。
在本申请的一实施例中，共振频率为第二声容因子与第二声质量因子的融合，第二声容因子为第一腔体容积与第二声容系数的乘积，第二声质量因子为透声通道参数与第二声质量系数的乘积，透声通道参数为透声通道长度与透声通道直径的平方的比值。
在本申请的一实施例中，第一腔体的容积为V，透声通道的长度为L，透声通道的直径为D，共振频率为F0；
其中，
Figure BDA0003724735900000022
在本申请的一实施例中，第一腔体的容积为50mL至80mL；透声通道的长度为10mm至25mm；透声通道的直径为1mm至3mm。
在本申请的一实施例中，耳壳组件包括耳壳、阻尼件及透声管；耳壳和阻尼件配合围设形成第一腔体，且阻尼件和耳套配合围设形成第二腔体，第一腔体通过阻尼件连通第二腔体；透声管设于耳壳，且透声管中设有透声通道。
在本申请的一实施例中，阻尼件在参考平面上的正投影覆盖第二腔体在参考平面上的正投影；其中，参考平面垂直于第一腔体和第二腔体的相对方向。
在本申请的一实施例中，透声管相对阻尼件远离第二腔体。
本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请提供一种耳罩装置。该耳罩装置的第一腔体和透声通道所构成声学振动系统的共振频率处于预设频段中，且声学振动系统的品质因子大于预设值，使得自第一腔体传输至第二腔体的声波的振动方向与第二腔体中原有声波的振动方向相反。如此一来，自第一腔体传输至第二腔体的声波会与第二腔体中原有声波产生干涉而削弱第二腔体中原有的声波，使得第二腔体中的噪声减小，即传输至用户耳部的噪声得到减小，因此有利于提高耳罩装置的被动降噪效果。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。此外，这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本申请构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本申请的概念。
图1是现有技术耳罩在各个频点的降噪深度示意图；
图2是本申请耳罩装置采用头戴式设计一实施例的结构示意图；
图3是本申请耳罩装置一实施例的结构示意图；
图4是本申请自第一腔体传输至第二腔体的声波在各个频点的相位示意图；
图5是本申请耳罩装置的被动降噪效果与现有技术耳罩的被动降噪效果的对比示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请的实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
为解决现有技术中耳罩被动降噪效果较差的技术问题，本申请的一实施例提供一种耳罩装置。该耳罩装置包括耳壳组件，耳壳组件内部设有第一腔体和透声通道，其中第一腔体通过透声通道连通至外部。该耳罩装置还包括耳套，耳套设于耳壳组件的外部，且耳套与耳壳组件配合围设形成第二腔体，其中第二腔体连通第一腔体，且当用户佩戴耳罩装置时用户的耳部处于第二腔体中。第一腔体和透声通道所构成声学振动系统的共振频率处于预设频段中，且声学振动系统的品质因子大于预设值，使得自第一腔体传输至第二腔体的声波的振动方向与第二腔体中原有声波的振动方向相反。以下进行详细阐述。
请参阅图1，图1是现有技术耳罩在各个频点的降噪深度示意图。
图1展示了现有技术中耳罩在各个频点的降噪深度。降噪深度应当理解为耳罩在各个频点的降噪效果。其中，降噪深度越深，则降噪效果越好，反之则反。当然，图1展示的是耳罩通过物理手段所达到的被动降噪效果。
可以看出，现有技术的耳罩在低频频段(200Hz附近及以下)的降噪深度接近0dB，意味着现有技术的耳罩在低频频段的被动降噪效果较差，导致现有技术的耳罩无法适用于飞机、地铁等低频噪声较多的环境。
请参阅图2和图3，图2是本申请耳罩装置采用头戴式设计一实施例的结构示意图，图3是本申请耳罩装置一实施例的结构示意图。
在一实施例中，耳罩装置10可以采用头戴式的设计，即两个耳罩装置10通过头戴支架20连接，头戴支架20佩戴于用户的头部，两个耳罩装置10分别覆盖用户的左、右耳，如图2所示。当然，在本申请的其它实施例中，耳罩装置10可以独立设计，用户可以直接将耳罩装置10佩戴于耳部，而不需要头戴支架20，在此不做限定。
具体地，耳罩装置10包括耳壳组件11。耳壳组件11为耳罩装置10的基础载体，起到承载及保护耳罩装置10的其它零部件的作用。耳壳组件11内部设有第一腔体12和透声通道13。第一腔体12通过透声通道13连通至外部。耳罩装置10外部的声波通过透声通道13进入第一腔体12。
耳罩装置10还包括耳套14。耳套14设于所述耳壳组件11的外部，且耳套14与耳壳组件11配合围设形成第二腔体15。当用户佩戴耳罩装置10时用户的耳部处于第二腔体15中。第二腔体15还连通第一腔体12，自透声通道13进入第一腔体12的声波会经过第一腔体12到达第二腔体15。耳罩装置10外部的声波还会通过耳套14透射及通过耳套14和皮肤之间的狭缝进入第二腔体15，该部分声波为第二腔体15中原有的声波。
第一腔体12和透声通道13构成一个声学振动系统。第一腔体12主要为该声学振动系统提供声容，透声通道13主要为该声学振动系统提供声质量。其中，该声学振动系统的共振频率处于预设频段中，且该声学振动系统的品质因子大于预设值。如此一来，使得自第一腔体12传输至第二腔体15的声波的振动方向与第二腔体15中原有声波的振动方向相反，自第一腔体12传输至第二腔体15的声波会与第二腔体15中原有声波产生干涉而削弱第二腔体15中原有的声波，使得第二腔体15中的噪声减小，即传输至用户耳部的噪声得到减小，因此有利于提高耳罩装置10的被动降噪效果。
进一步地，由于外部声波在通过透声通道13进入第一腔体12之前其相位与第二腔体15中原有声波的相位并无较大差异，本实施例通过上述声学振动系统，使得自第一腔体12传输至第二腔体15的声波的相位与第二腔体15中原有声波的相位趋近相反。理想状态下自第一腔体12传输至第二腔体15的声波的相位与第二腔体15中原有声波的相位能够相反。当自第一腔体12传输至第二腔体15的声波与第二腔体15中原有的声波产生干涉时，自第一腔体12传输至第二腔体15的声波能够尽可能抵消第二腔体15中原有的声波，最大限度地减小第二腔体15中的噪声，即能够最大限度地提高耳罩装置10的被动降噪效果。
下文基于自第一腔体12传输至第二腔体15的声波相位与第二腔体15中原有声波相位趋近相反的设计思路进行阐述。当然，在本申请的其它实施例中，自第一腔体12传输至第二腔体15的声波的振动方向与第二腔体15中原有声波的振动方向相反即可，在此不做限定。
在一实施例中，上述声学振动系统的品质因子大于预设值，其中预设值为5。如此一来，可以保证自透声通道13进入第一腔体12的声波相位在经过第一腔体12之后产生较大的变化，使得自第一腔体12传输至第二腔体15的声波的振动方向与第二腔体15中原有声波的振动方向相反。
可以理解的是，品质因子越大，则声波经过第一腔体12之后相位变化量越接近180°。
具体地，耳壳组件11包括阻尼件112，第一腔体12通过阻尼件112连通第二腔体15。第一腔体12中的声波通过阻尼件112到达第二腔体15。阻尼件112为该声学振动系统提供阻尼。
透声通道13的横截面可以呈圆形。透声通道13的横截面应当理解为垂直于其长度方向(即延伸方向)的截面。当然，在本申请的其它实施例中，透声通道13的横截面还可以呈方形、椭圆形、不规则多边形等，在此不做限定。下文以透声通道13的横截面呈圆形为例进行阐述，仅为论述需要，并非因此造成限定。
在一实施方式中，品质因子为阻尼因子、第一声容因子与第一声质量因子的融合，阻尼因子为阻尼件阻尼值与阻尼系数，第一声容因子为第一腔体容积与第一声容系数的乘积，第一声质量因子为透声通道参数与第一声质量系数的乘积，透声通道参数为透声通道长度与透声通道直径的平方的比值。其中，阻尼系数、第一声容系数与第一声质量系数可以根据需要设置。
具体地，第一腔体12的容积为V，透声通道13的长度为L，透声通道13的直径为D，阻尼件112提供的阻尼为R，品质因子为Q，该声学振动系统的声质量为Ma，声容为Ca。其中，
Figure BDA0003724735900000061
可以看出，该声学振动系统的品质因子与第一腔体12的容积、透声通道13的长度、透声通道13的直径及阻尼件112的阻尼有关。因此本实施例通过合理设置第一腔体12的容积、透声通道13的长度、透声通道13的直径及阻尼件112的阻尼，可以使得该声学振动系统的品质因子大于预设值，进而使得自透声通道13进入第一腔体12的声波相位在经过第一腔体12之后产生较大的变化。
在一实施例中，考虑到现有技术的耳罩在低频频段的被动降噪效果较差的情况，本实施例声学振动系统的共振频率处于预设频段中，其中预设频段中各频点的频率均小于300Hz，即预设频段为低频频段。
通过上述方式，使得自第一腔体12传输至第二腔体15的低频声波的振动方向与第二腔体15中原有低频声波的振动方向相反，以削弱第二腔体15中原有的低频声波，使得第二腔体15中的低频噪声减小，即传输至用户耳部的低频噪声得到减小，因此有利于提高耳罩装置10在低频频段的被动降噪效果，即本实施例耳罩装置10能够适用于飞机、地铁等低频噪声较多的环境。
当然，在本申请的其它实施例中，预设频段可以为除低频频段之外的其它频段，例如中频、高频等，即本申请实施例可以应用于提高耳罩装置10在其它频段的被动降噪效果。
其中，共振频率为第二声容因子与第二声质量因子的融合，第二声容因子为第一腔体容积与第二声容系数的乘积，第二声质量因子为透声通道参数与第二声质量系数的乘积，透声通道参数为透声通道长度与透声通道直径的平方的比值。其中，第二声容系数与第二声质量系数可以根据需要设置。
具体地，第一腔体12的容积为V，透声通道13的长度为L，透声通道13的直径为D，共振频率为F0，该声学振动系统的声质量为Ma，声容为Ca。其中，
Figure BDA0003724735900000071
可以看出，该声学振动系统的共振频率与第一腔体12的容积、透声通道13的长度及透声通道13的直径有关。由于在共振频率位置降噪深度达到最深，因此本实施例通过合理设置第一腔体12的容积、透声通道13的长度及透声通道13的直径，能够调整降噪深度达到最深时的共振频率位置。
在一实施例中，综合上述实施例所阐述声学振动系统的共振频率及品质因子的决定因素，本实施例优选地设置第一腔体12的容积为50mL至80mL，设置透声通道13的长度为10mm至25mm，设置透声通道13的直径为1mm至3mm。
通过上述方式，能够保证自第一腔体12传输至第二腔体15的低频声波相位与第二腔体15中原有低频声波的相位趋近相反，最大限度地削弱第二腔体15中原有的低频声波，使得第二腔体15中的低频噪声最大限度地减小，即传输至用户耳部的低频噪声最大限度地得到减小，最大限度地提高耳罩装置10在低频频段的被动降噪效果。
在一示例性实施例中，设置第一腔体12的容积为80mL，设置透声通道13的长度为20mm，设置透声通道13的直径为1mm，且合理设置阻尼件112的阻尼，使得本实施例耳罩装置10在200Hz附近的最深降噪深度达到-29dB，能够满足绝大多数低频噪声较多的环境使用。
在另一示例性实施例中，设置第一腔体12的容积为50mL，设置透声通道13的长度为25mm，设置透声通道13的直径为1mm，且合理设置阻尼件112的阻尼，同样可以使得本实施例耳罩装置10在200Hz附近的最深降噪深度达到-29dB，能够满足绝大多数低频噪声较多的环境使用。
可选地，阻尼件112可以为具有透气孔的网布等，通过选择阻尼件112的透气量设置阻尼件112提供的阻尼，在此不做限定。
本申请实施例采用一阶低通滤波器拟合耳罩的被动降噪效果。其中，设置上述声学振动系统的共振频率处于低频频段，且品质因子较大，使得自透声通道13进入第一腔体12的声波相位在经过第一腔体12之后产生较大的变化。图4展示了自第一腔体12传输至第二腔体15的声波在各个频点的相位。其中，明显可以看出自第一腔体12传输至第二腔体15的声波在200Hz附近产生接近180°的相位变化。
图5展示了本申请实施例耳罩装置10的被动降噪效果与现有技术耳罩的被动降噪效果的对比情况。其中，曲线Ⅰ展示了本申请实施例耳罩装置10在各频点的降噪深度，曲线Ⅱ展示了现有技术耳罩在各频点的降噪深度。显然，本申请实施例的耳罩装置10在各频点具有更深的降噪深度，即降噪效果较好，其中本申请实施例的耳罩装置10在200Hz附近的最深降噪深度达到-29dB。
请继续参阅图3，在一实施例中，耳壳组件11包括耳壳111、阻尼件112及透声管113。耳壳111和阻尼件112配合围设形成第一腔体12，且阻尼件112和耳套14配合围设形成第二腔体15，第一腔体12通过阻尼件112连通第二腔体15。透声管113设于耳壳111，且透声管113中设有透声通道13。
本实施例耳罩装置10的产品形态区别于现有技术中的耳罩式耳机，具体是本实施例的耳罩装置10不具备扬声器。用户通过佩戴本实施例的耳罩装置10隔离噪声，本实施例的耳罩装置10作为一种隔离噪声的物理手段，达到被动隔离噪声的效果。
由于本实施例的耳罩装置10不具备扬声器，因此阻尼件112可以整面设置。具体地，阻尼件112在参考平面(如图3中平面α所示，下同)上的正投影覆盖第二腔体15在参考平面上的正投影。其中，参考平面垂直于第一腔体12和第二腔体15的相对方向(如图3中箭头X所示)。
并且，本实施例透声管113相对阻尼件112远离第二腔体15。如此一来，自透声管113进入的声波会经过整个第一腔体12，而后才会传输至第二腔体15，有利于提高第一腔体12的空间利用率，使得第一腔体12能够提供更大的声容。如若透声管113紧挨第二腔体15，自透声管113进入的声波很可能会直接通过阻尼件112传输至第二腔体15，导致该部分声波的相位变化不明显，无法起到降噪的效果。
综上所述，本申请提供的耳罩装置，其第一腔体和透声通道所构成声学振动系统的共振频率处于预设频段中，且声学振动系统的品质因子大于预设值，使得自第一腔体传输至第二腔体的声波的振动方向与第二腔体中原有声波的振动方向相反。如此一来，自第一腔体传输至第二腔体的声波会与第二腔体中原有声波产生干涉而削弱第二腔体中原有的声波，使得第二腔体中的噪声减小，即传输至用户耳部的噪声得到减小，因此有利于提高耳罩装置的被动降噪效果，且本申请耳罩装置的降噪效果受佩戴紧密性的影响较小。
并且，本申请的耳罩装置结构简易，其结构件数量也较少，整体重量也较现有技术的耳罩更加轻质。
此外，在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“层叠”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种耳罩装置，其特征在于，包括：
耳壳组件，内部设有第一腔体和透声通道，其中所述第一腔体通过所述透声通道连通至外部；
耳套，设于所述耳壳组件的外部，且所述耳套与所述耳壳组件配合围设形成第二腔体，其中所述第二腔体连通所述第一腔体，且当用户佩戴所述耳罩装置时用户的耳部处于所述第二腔体中；
所述第一腔体和所述透声通道所构成声学振动系统的共振频率处于预设频段中，且所述声学振动系统的品质因子大于预设值，使得自所述第一腔体传输至所述第二腔体的声波的振动方向与所述第二腔体中原有声波的振动方向相反。
2.根据权利要求1所述的耳罩装置，其特征在于，
自所述第一腔体传输至所述第二腔体的声波的相位与所述第二腔体中原有声波的相位相反。
3.根据权利要求1所述的耳罩装置，其特征在于，所述预设值为5。
4.根据权利要求3所述的耳罩装置，其特征在于，所述耳壳组件包括阻尼件，所述第一腔体通过所述阻尼件连通所述第二腔体；
所述品质因子为阻尼因子、第一声容因子与第一声质量因子的融合，所述阻尼因子为阻尼件阻尼值与阻尼系数的乘积，所述第一声容因子为第一腔体容积与第一声容系数的乘积，所述第一声质量因子为透声通道参数与第一声质量系数的乘积，所述透声通道参数为透声通道长度与透声通道直径的平方的比值。
5.根据权利要求1所述的耳罩装置，其特征在于，所述预设频段中各频点的频率均小于300Hz。
6.根据权利要求5所述的耳罩装置，其特征在于，
所述共振频率为第二声容因子与第二声质量因子的融合，所述第二声容因子为第一腔体容积与第二声容系数的乘积，所述第二声质量因子为透声通道参数与第二声质量系数的乘积，所述透声通道参数为透声通道长度与透声通道直径的平方的比值。
7.根据权利要求4或6所述的耳罩装置，其特征在于，
所述第一腔体的容积为50mL至80mL；
所述透声通道的长度为10mm至25mm；
所述透声通道的直径为1mm至3mm。
8.根据权利要求1所述的耳罩装置，其特征在于，
所述耳壳组件包括耳壳、阻尼件及透声管；
所述耳壳和所述阻尼件配合围设形成所述第一腔体，且所述阻尼件和所述耳套配合围设形成所述第二腔体，所述第一腔体通过所述阻尼件连通所述第二腔体；
所述透声管设于所述耳壳，且所述透声管中设有所述透声通道。
9.根据权利要求8所述的耳罩装置，其特征在于，
所述阻尼件在参考平面上的正投影覆盖所述第二腔体在所述参考平面上的正投影；
其中，所述参考平面垂直于所述第一腔体和所述第二腔体的相对方向。
10.根据权利要求8所述的耳罩装置，其特征在于，所述透声管相对所述阻尼件远离所述第二腔体。
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