CN117956359A - 一种耳机 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及声学技术领域,特别涉及一种耳机,其包括发声部,包括换能器和容纳换能器的壳体;耳挂,耳挂包括第一部分和第二部分,第一部分挂设在用户的耳廓和头部之间,第二部分连接第一部分并向耳廓的前外侧面延伸并连接发声部,将发声部固定于耳道附近但不堵塞耳道口的位置,在至少部分频率范围内,在换能器的输入电压不超过0.6V的情况下,发声部能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB。
Description
交叉引用
本申请要求于2022年10月28日提交的申请号为202211336918.4的中国申请的优先权,于2022年12月1日提交的申请号为202223239628.6,以及于2022年12月30日提交的申请号PCT/CN2022/144339的PCT申请的优先权,其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请涉及声学技术领域,特别涉及一种耳机。
背景技术
随着声学输出技术的发展,声学输出装置(例如,耳机)已广泛地应用于人们的日常生活,其可以与手机、电脑等电子设备配合使用,以便于为用户提供听觉盛宴。按照用户佩戴的方式,声学装置一般可以分为头戴式、耳挂式和入耳式等。声学装置的输出性能对于用户的使用体验具有很大的影响。
因此,如何提高声学输出装置的输出性能成为亟待解决的问题。
发明内容
本说明书实施例之一提供一种耳机,包括:发声部,包括换能器和容纳所述换能器的壳体;耳挂,所述耳挂包括第一部分和第二部分,所述第一部分挂设在用户的耳廓和头部之间,所述第二部分连接所述第一部分并向耳廓的前外侧面延伸并连接所述发声部,将所述发声部固定于耳道附近但不堵塞耳道口的位置,在至少部分频率范围内,在所述换能器的输入电压不超过0.6V的情况下,所述发声部能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB。
本说明书实施例之一提供一种耳机,其包括:发声部,包括换能器和容纳所述换能器的壳体;耳挂,所述耳挂包括第一部分和第二部分,所述第一部分挂设在用户的耳廓和头部之间,所述第二部分连接所述第一部分并向耳廓的前外侧面延伸并连接所述发声部,将所述发声部固定于耳道附近但不堵塞耳道口的位置,在至少部分频率范围内,在所述换能器的输入电流不超过35.3mA的情况下,所述发声部能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB。
本说明书实施例之一提供一种耳机,其包括:发声部,包括换能器和容纳所述换能器的壳体;耳挂,所述耳挂包括第一部分和第二部分,所述第一部分挂设在用户的耳廓和头部之间,所述第二部分连接所述第一部分并向耳廓的前外侧面延伸并连接所述发声部,将所述发声部固定于耳道附近但不堵塞耳道口的位置,在至少部分频率范围内,在所述换能器的输入功率不超过21.1mW的情况下,所述发声部能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB。
本说明书实施例之一提供一种耳机,其包括:发声部,包括换能器和容纳所述换能器的壳体;耳挂,所述耳挂包括第一部分和第二部分,所述第一部分挂设在用户的耳廓和头部之间,所述第二部分连接所述第一部分并向耳廓的前外侧面延伸并连接所述发声部,将所述发声部固定于耳道附近但不堵塞耳道口的位置,在至少部分频率范围内,所述发声部的发声效率不小于100dB/V,所述发声部的发声效率为所述发声部向耳道内提供的声压和所述换能器的输入电压的比值。
附图说明
本申请将以示例性实施例的方式进一步说明,这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的,在这些实施例中,相同的编号表示相同的结构,其中:
图1是根据本说明书一些实施例所示的示例性耳部示意图;
图2是根据本说明书一些实施例所示的耳机的示例性佩戴示意图;
图3A是根据本说明书又一些实施例所示的耳机的示例性佩戴示意图;
图3B是根据本说明书一些实施例所示的非佩戴状态下的耳机的结构示意图;
图4是根据本说明书又一些实施例所示的耳机的示例性佩戴示意图;
图5A是根据本说明书一些实施例所示的耳机形成的声学模型示意图;
图5B是根据本说明书又一些实施例所示的耳机形成的声学模型示意图;
图6是根据本说明书一些实施例的发声部至少部分伸入耳甲腔内的佩戴方式下的耳道内的声压级曲线;
图7是与图6相对应的输入电压-频率曲线图;
图8是与图6相对应的输入功率-频率图;
图9是与图6相对应的发声效率-频率曲线图;
图10是根据本说明书又一些实施例所示的非佩戴状态下的耳机的结构示意图;
图11是根据本说明书又一些实施例所示的耳机的示例性佩戴示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图将本申请应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明,图中相同标号代表相同结构或操作。
图1是根据本说明书一些实施例所示的示例性耳部示意图。如图1所示,图1是根据本申请的一些实施例所示的示例性耳部的示意图。参见图1,耳部100可以包括外耳道101、耳甲腔102、耳甲艇103、三角窝104、对耳轮105、耳舟106、耳轮107、耳垂108,耳轮脚109,外轮廓1013和内轮廓1014。需要说明的是,为便于描述,本说明书实施例中将对耳轮上脚1011和对耳轮下脚1012以及对耳轮105统称为对耳轮区域。在一些实施例中,可以借助耳部100的一个或多个部位对声学装置的支撑,实现声学装置佩戴的稳定。在一些实施例中,外耳道101、耳甲腔102、耳甲艇103、三角窝104等部位在三维空间中具有一定的深度及容积,可以用于实现声学装置的佩戴需求。例如,声学装置(例如,入耳式耳机)可以佩戴于外耳道101中。在一些实施例中,可以借助耳部100中除外耳道101外的其他部位,实现声学装置的佩戴。例如,可以借助耳甲艇103、三角窝104、对耳轮105、耳舟106、或耳轮107等部位或其组合实现声学装置的佩戴。在一些实施例中,为了改善声学装置在佩戴方面的舒适度及可靠性,也可以进一步借助用户的耳垂108等部位。通过借助耳部100中除外耳道101之外的其他部位,实现声学装置的佩戴和声音的传播,可以“解放”用户的外耳道101。当用户佩戴声学装置(耳机)时,声学装置不会堵塞用户外耳道101,用户既可以接收来自声学装置的声音又可以接收来自环境中的声音(例如,鸣笛声、车铃声、周围人声、交通指挥声等),从而能够降低交通意外的发生概率。在一些实施例中,可以根据耳部100的构造,将声学装置设计成与耳部100适配的结构,以实现声学装置的发声部在耳部不同位置的佩戴。例如,声学装置为耳机时,耳机可以包括悬挂结构(例如,耳挂)和发声部,发声部与悬挂结构通过物理方式进行连接,悬挂结构可以与耳廓的形状相适配,以将耳部发声部的整体或者部分结构置于耳轮脚109的前侧(例如,图1中虚线围成的区域J)。又例如,在用户佩戴耳机时,发声部的整体或者部分结构可以与外耳道101的上部(例如,耳轮脚109、耳甲艇103、三角窝104、对耳轮105、耳舟106、耳轮107等一个或多个部位所在的位置)接触。再例如,在用户佩戴耳机时,发声部的整体或者部分结构可以位于耳部的一个或多个部位(例如,耳甲腔102、耳甲艇103、三角窝104等)所形成的腔体内(例如,图1中虚线围成的至少包含耳甲艇103、三角窝104的区域M1和与至少包含耳甲腔102的区域M2)。
不同的用户可能存在个体差异,导致耳部存在不同的形状、大小等尺寸差异。为了便于描述和理解,如果没有特别说明,本说明书将主要以具有“标准”形状和尺寸的耳部模型作为参考,进一步描述不同实施例中的声学装置在该耳部模型上的佩戴方式。例如,可以以基于ANSI:S3.36,S3.25和IEC:60318-7标准制得的含头部及其(左、右)耳部的模拟器,例如GRAS KEMAR、HEAD Acoustics、B&K4128系列或B&K 5128系列,作为佩戴声学装置的参照物,以此呈现出大多数用户正常佩戴声学装置的情景。以GRAS KEMAR作为示例,耳部的模拟器可以为GRAS 45AC、GRAS 45BC、GRAS 45CC或GRAS 43AG等中的任意一种。以HEADAcoustics作为示例,耳部的模拟器可以为HMS II.3、HMSII.3LN或HMS II.3LN HEC等中的任意一种。需要注意的是,本说明书实施例中测取的数据范围是在GRAS 45BC KEMAR的基础上测取的,但应当理解的是,不同头部模型及耳朵模型之间可能存在差异,在用其它模型是相关数据范围可能存在±10%的波动。耳廓在矢状面的投影是指耳廓的边缘在矢状面的投影。耳廓的边缘至少由耳轮的外轮廓、耳垂轮廓、耳屏轮廓、屏间切迹、对屏尖、轮屏切迹等组成。因此,本申请中,诸如“用户佩戴”、“处于佩戴状态”及“在佩戴状态下”等描述可以指本申请所述的声学装置佩戴于前述模拟器的耳部。当然,考虑到不同的用户存在个体差异,耳部100中一个或多个部位的结构、形状、大小、厚度等可以根据不同形状和尺寸的耳部进行差异化设计,这些差异化设计可以表现为声学装置中一个或多个部位(例如,下文中的发声部、耳挂等)的特征参数可以具有不同范围的数值,以此适应不同的耳部。
需要说明的是:在医学、解剖学等领域中,可以定义人体的矢状面(SagittalPlane)、冠状面(Coronal Plane)和水平面(Horizontal Plane)三个基本切面以及矢状轴(Sagittal Axis)、冠状轴(Coronal Axis)和垂直轴(Vertical Axis)三个基本轴。其中,矢状面是指沿身体前后方向所作的与地面垂直的切面,它将人体分为左右两部分;冠状面是指沿身体左右方向所作的与地面垂直的切面,它将人体分为前后两部分;水平面是指沿垂直于身体的上下方向所作的与地面平行的切面,它将人体分为上下两部分。相应地,矢状轴是指沿身体前后方向且垂直于冠状面的轴,冠状轴是指沿身体左右方向且垂直于矢状面的轴,垂直轴是指沿身体上下方向且垂直于水平面的轴。进一步地,本申请所述的耳部的前侧指沿着矢状轴方向且位于耳部朝向人体面部区域的一侧。其中,沿人体冠状轴所在方向观察上述模拟器的耳部,可以得到图1所示的耳部的前侧轮廓示意图。
关于上述耳部100的描述仅是出于阐述的目的,并不旨在限制本申请的范围。对于本领域的普通技术人员来说,可以根据本申请的描述,做出各种各样的变化和修改。例如,声学装置的部分结构可以遮蔽外耳道101的部分或者全部。这些变化和修改仍处于本申请的保护范围之内。
在一些实施例中,为了提高声学输出装置的输出性能,本说明书的一些实施例中提供了一种耳机,通过控制耳机发声部的佩戴方式,使得发声部的在较小的输入信号下,具有更高的发声效率。
图2是根据本说明书一些实施例所示的耳机的示例性佩戴示意图。如图2所示,耳机10可以包括发声部11和悬挂结构12。在一些实施例中,耳机10可以通过悬挂结构12将发声部11佩戴在用户身体上(例如,人体的头部、颈部或者上部躯干)。在一些实施例中,悬挂结构12可以为耳挂,发声部11与耳挂的一端连接,耳挂可以设置成与用户耳部相适配的形状。例如,耳挂可以为弧形结构。在一些实施例中,悬挂结构12也可以为与用户耳廓相适配的夹持结构,以使悬挂结构12可以夹持于用户耳廓处。在一些实施例中,悬挂结构12可以包括但不限于耳挂、弹性带等,使得耳机10可以更好地挂设在用户身上,防止用户在使用时发生掉落。
在一些实施例中,发声部11可以用于佩戴在用户的身体上,发声部11内可以设有换能器以产生声音输入用户耳部100。在一些实施例中,耳机10可以与眼镜、头戴式耳机、头戴式显示装置、AR/VR头盔等产品相结合,在这种情况下,发声部11可以采用悬挂或夹持的方式佩戴在用户的耳部100的附近。在一些实施例中,发声部11可以为圆环形、椭圆形、多边形(规则或不规则)、U型、V型、半圆形,以便发声部11可以直接挂靠在用户的耳部100处。
在一些实施例中,发声部11与悬挂结构12为可分离结构。发声部11与悬挂结构12可以通过卡接、焊接、胶水连接、螺纹连接或螺钉连接等方式连接,或者,发声部11与悬挂结构12可以通过连接结构(如转接壳体)实现连接。在前述设计下,可以将发声部11与悬挂结构12或连接结构进行分离,并对发声部11进行测量以获取尺寸或体积等数据。
在一些实施例中,发声部11的壳体可能与悬挂结构12一体成型。由于悬挂结构12用于将发声部11佩戴在用户,悬挂结构12与发声部11的壳体内侧(如图3B中内侧IS)不处于同一平面内,因此,可以将发声部11的壳体内侧(如图3B中内侧IS)所在的平面截断该一体成型结构的切面作为发声部11与悬挂结构12的一个分隔位置,将发声部11的壳体的上侧面(如图3B中上侧面US)所在的平面截断该一体成型结构的切面作为发声部11与悬挂结构12的另一分隔位置,基于前述两个分隔位置,区分出发声部11和悬挂结构12以进行进一步的测量等工作。
结合图1和图2,在一些实施例中,当用户佩戴耳机10时,发声部11的至少部分可以位于图1中示出用户耳部100中耳屏前侧的区域J或耳廓的前外侧面区域M1和区域M2。以下将结合发声部11的不同佩戴位置(11A、11B和11C)进行示例性说明。需要说明的是,本说明书实施例中提及的耳廓的前外侧面是指耳廓沿冠状轴方向背离头部的一侧,对应的,耳廓的后内侧面是指耳廓沿冠状轴方向朝向人头的一侧。在一些实施例中,发声部11A位于用户耳部100沿矢状轴方向朝向人体面部区域的一侧,即发声部11A位于耳部100的前侧的人体面部区域J。进一步地,发声部11A的壳体内部设置有换能器,发声部11A的壳体上可以设置有至少一个出声孔(图2中未示出),出声孔可以位于发声部的壳体上朝向或靠近用户外耳道101的侧壁上,换能器可以通过出声孔向用户外耳道101处输出声音。在一些实施例中,换能器可以包括振膜,发声部11的壳体内部的腔室被振膜至少分隔为前腔和后腔,出声孔与前腔声学耦合,振膜振动带动前腔的空气振动产生气导声音,前腔产生的气导声音通过出声孔向外界传播。在一些实施例中,发声部11的壳体上还可以包括一个或多个泄压孔,泄压孔可以位于壳体上与出声孔所在侧壁相邻或相对的侧壁上,泄压孔与后腔声学耦合,振膜振动的同时也会带动后腔的空气产生振动产生气导声音,后腔产生的气导声音可以通过泄压孔向外界传递。示例性地,在一些实施例中,发声部11A内的换能器可以通过出声孔和泄压孔输出具有相位差(例如,相位相反)的声音,出声孔可以位于发声部11A的壳体朝向用户外耳道101的侧壁上,泄压孔可以位于发声部11的壳体背离用户外耳道101的一侧,此时壳体可以起到挡板的作用,增大出声孔和泄压孔到外耳道101的声程差,以增大外耳道101处的声音强度,同时减小远场漏音的音量。在一些实施例中,发声部11可以具有垂直于厚度方向X且彼此正交的长轴方向Y和短轴方向Z。其中,长轴方向Y可以定义为发声部11的二维投影面(例如,发声部11在其外侧面所在平面上的投影,或在矢状面上的投影)的形状中具有最大延伸尺寸的方向(例如,当投影形状为长方形或近似长方形时,长轴方向即长方形或近似长方形的长度方向),短轴方向Z可以定义为在发声部11在矢状面上投影的形状中垂直于长轴方向Y的方向(例如,当投影形状为长方形或近似长方形时,短轴方向即长方形或近似长方形的宽度方向)。厚度方向X可以定义为垂直于二维投影面的方向,例如,与冠状轴的方向一致,均指向身体左右的方向。在一些实施例中,当佩戴状态下发声部11处于倾斜状态时,长轴方向Y与短轴方向Z仍平行或近似平行于矢状面,长轴方向Y可以与矢状轴的方向具有一定夹角,即长轴方向Y也相应倾斜设置,短轴方向Z可以与垂直轴的方向具有一定夹角,即短轴方向Z也倾斜设置,如图2所示的发声部11B的佩戴情况。在一些实施例中,发声部11B的整体或部分结构可以伸入耳甲腔中,也就是说,发声部11B在矢状面上的投影与耳甲腔在矢状面上的投影具有重叠的部分。关于发声部11B的具体内容可以参考本说明书其他地方的内容,例如,图3A及其对应的说明书内容。在一些实施例中,佩戴状态下发声部11也可以处于水平状态或近似水平状态,如图2的发声部11C所示,长轴方向Y可以与矢状轴的方向一致或近似一致,均指向身体的前后方向,短轴方向Z可以与垂直轴的方向一致或近似一致,均指向身体的上下方向。需要注意的是,佩戴状态下,发声部11C处于近似水平状态可以是指图2所示的发声部11C的长轴方向Y与矢状轴的夹角在特定范围(例如,不大于20°)内。此外,发声部11的佩戴位置不限于图2中所示的发声部11A、发声部11B和发声部11C,满足图1中示出的区域J、区域M1或区域M2即可。例如,发声部11整体或者部分结构可以位于图1中虚线围成的区域J。又例如,发声部的整体或者部分结构可以与耳部100的耳轮脚109、耳甲艇103、三角窝104、对耳轮105、耳舟106、耳轮107等一个或多个部位所在的位置接触。再例如,发声部11的整体或者部分结构可以位于耳部100的一个或多个部位(例如,耳甲腔102、耳甲艇103、三角窝104等)所形成的腔体内(例如,图1中虚线围成的至少包含耳甲艇103、三角窝104的区域M1和与至少包含耳甲腔102的区域M2)。
为了改善耳机10在佩戴状态下的稳定性,耳机10可以采用以下几种方式中的任何一种或其组合。其一,悬挂结构12的至少部分设置成与耳廓的后内侧面和头部中的至少一者贴合的仿形结构,以增加悬挂结构12与耳部和/或头部的接触面积,从而增加声学装置从耳部上脱落的阻力。其二,悬挂结构12的至少部分设置成弹性结构,使之在佩戴状态下具有一定的形变量,以增加悬挂结构12对耳部和/或头部的正压力,从而增加耳机10从耳部上脱落的阻力。其三,悬挂结构12至少部分设置成在佩戴状态下抵靠在耳部和/或头部上,使之形成压持耳部的反作用力,以使得发声部11压持在耳廓的前外侧面(例如,图1中示出的区域M1和区域M2),从而增加耳机10从耳部上脱落的阻力。其四,发声部11和悬挂结构12设置成在佩戴状态下从耳廓的前外侧面和后内侧面两侧夹持对耳轮区域、耳甲腔所在区域等,从而增加耳机10从耳部上脱落的阻力。其五,发声部11或者与之连接的结构设置成至少部分伸入耳甲腔102、耳甲艇103、三角窝104及耳舟106等腔体内,从而增加声耳机10从耳部上脱落的阻力。
示例性地,结合图3A,在佩戴状态下,发声部11的末端FE(也被称为自由端)可以伸入耳甲腔内。可选地,发声部11和悬挂结构12可以设置成从耳甲腔所对应的耳部区域的前后两侧共同夹持前述耳部区域,从而增加耳机10从耳部上脱落的阻力,进而改善耳机10在佩戴状态下的稳定性。例如,发声部的末端FE在厚度方向X上压持在耳甲腔内。再例如,末端FE在长轴方向Y和/或短轴方向Z上抵接在耳甲腔内(例如,与耳甲腔的相对末端FE的内壁相抵接)。需要说明的是,发声部11的末端FE是指发声部11中与悬挂结构12连接的固定端相对设置的端部,也被称为自由端。发声部11可以为规则或不规则的结构体,这里为了进一步说明发声部11的末端FE,进行示例性说明。例如,发声部11为长方体结构时,发声部11的端部壁面为平面,此时发声部11的末端FE为发声部11中与悬挂结构12连接的固定端相对设置的端部侧壁。又例如,发声部11为球体、椭球体或不规则的结构体时,发声部11的末端FE可以是指沿Y-Z平面(短轴方向Z和厚度方向X形成的平面)对发声部11进行切割,获取的远离固定端的特定区域,该特定区域沿长轴方向Y的尺寸与发声部沿长轴方向Y的尺寸的比值可以为0.05~0.2。
通过将发声部11至少部分伸入耳甲腔内,可以提高听音位置(例如,耳道口处)的听音音量,特别是中低频的听音音量,同时仍然保持较好的远场漏音相消的效果。仅作为示例性说明,发声部11的整体或部分结构伸入耳甲腔102内时,发声部11与耳甲腔102形成类似于腔体的结构(以下简称为类腔体),在说明书实施例中,类腔体结构可以理解为由发声部11的侧壁与耳甲腔102结构共同围成的半封闭结构,该半封闭结构使得听音位置(例如,耳道口处)与外部环境并非完全密闭隔绝,而是具有与外部环境声学联通的泄漏结构(例如,开口、缝隙、管道等)。用户在佩戴耳机10时,发声部11的壳体上靠近或朝向用户耳道的一侧可以设置一个或多个出声孔,发声部11的壳体的其它侧壁(例如,远离或背离用户耳道的侧壁)上设置一个或多个泄压孔,出声孔与耳机10的前腔声学耦合,泄压孔与耳机10的后腔声学耦合。以发声部11包括一个出声孔和泄压孔作为示例,出声孔输出的声音和泄压孔输出的声音可以近似视为两个声源,该两个声源的声音相位相反。发声部11和耳甲腔102对应的内壁形成类腔体结构,其中,出声孔对应的声源位于类腔体结构内,泄压孔对应的声源位于类腔体结构外,形成图5A所示的声学模型。
参照图3A和3B,这里以耳挂作为悬挂结构12的一个示例进行说明,在一些实施例中,耳挂可以包括依次连接的第一部分121和第二部分122,其中,第一部分121可以挂设在用户耳廓的后内侧面和头部之间,第二部分122可以向耳部的前外侧面(耳部沿冠状轴方向背离人体头部的一侧)延伸并连接发声部,从而将发声部固定于用户耳道附近但不堵塞耳道口的位置。在一些实施例中,出声孔可以开设在壳体朝向耳廓的侧壁上,从而将换能器产生的声音导出壳体后传向用户的耳道口。
在一些实施例中,发声部11可以包括换能器和用于容纳换能器的壳体111。壳体111可以与耳挂连接。换能器用于将电信号转换为相应的机械振动从而产生声音。在一些实施例中,壳体朝向耳廓的侧面上开设有出声孔112,出声孔112用于将换能器产生的声音导出壳体111后传向耳道,以便于用户能够听到声音。在一些实施例中,换能器(例如,振膜)可以将壳体111分隔形成耳机的前腔和后腔,出声孔112可以连通前腔,并将前腔产生的声音导出壳体111后传向耳道。在一些实施例中,经由出声孔112导出的声音,其一部分可以传播至耳道从而使用户听到声音,其另一部分可以与经耳道反射的声音一起经由发声部11与耳部之间的缝隙(例如耳甲腔未被发声部11覆盖的一部分)传播至耳机10及耳部的外部,从而在远场形成第一漏音;与此同时,壳体111的其他侧面(例如,远离或背离用户耳道的侧面)上一般会开设有一个或多个泄压孔。泄压孔相较于出声孔112更远离耳道,泄压孔传播出去的声音一般会在远场形成第二漏音,前述第一漏音的强度和前述第二漏音的强度相当,且前述第一漏音的相位和前述第二漏音的相位(接近)互为反相,使得两者能够在远场反相相消,有利于降低耳机10在远场的漏音。
如图3B所示,在一些实施例中,壳体111的内侧面IS上开设有与前腔连通的出声孔112,以将前腔产生的声音导出壳体111后传向耳道,以便于用户能够听到声音。壳体111的其他侧面上(例如,上侧面US或下侧面LS等)可以开设有与后腔连通的一个或多个泄压孔,以用于将后腔产生的声音导出壳体111后与出声孔112导出的声音在远场干涉相消。在一些实施例中,泄压孔相较于出声孔112更远离耳道,以减弱经泄压孔输出的声音与经出声孔112输出的声音之间在听音位置的反相相消。
通过将发声部11至少部分伸入耳甲腔内,可以提高听音位置(例如,耳道口处)的听音音量,特别是中低频的听音音量,同时仍然保持较好的远场漏音相消的效果。仅作为示例性说明,发声部11的整体或部分结构伸入耳甲腔102内时,发声部11与耳甲腔102形成类似于腔体的结构(以下简称为类腔体),在说明书实施例中,类腔体结构可以理解为由发声部11的侧壁与耳甲腔102结构共同围成的半封闭结构,该半封闭结构使得听音位置(例如,耳道口处)与外部环境并非完全密闭隔绝,而是具有与外部环境声学联通的泄漏结构(例如,开口、缝隙、管道等)。用户在佩戴耳机10时,发声部11的壳体上靠近或朝向用户耳道的一侧可以设置一个或多个出声孔,发声部11的壳体的其它侧壁(例如,远离或背离用户耳道的侧壁)上设置一个或多个泄压孔,出声孔与耳机10的前腔声学耦合,泄压孔与耳机10的后腔声学耦合。以发声部11包括一个出声孔和泄压孔作为示例,出声孔输出的声音和泄压孔输出的声音可以近似视为两个声源,该两个声源的声音相位相反,发声部11和耳甲腔102对应的内壁形成类腔体结构,其中,出声孔对应的声源位于类腔体结构内,泄压孔对应的声源位于类腔体结构外,形成图5A所示的声学模型。如图5A所示,类腔体结构402中可以包含听音位置和至少一个声源401A。这里的“包含”可以表示听音位置和声源401A至少有一者在类腔体结构402内部,也可以表示听音位置和声源401A至少有一者在类腔体结构402内部边缘处。听音位置可以等效为耳部耳道入口或耳道内,也可以是耳部声学参考点,如耳参考点(ear reference point,ERP)、鼓膜参考点(ear-drum reference point,DRP)等,也可以是导向听音者的入口结构等。声源401B位于类腔体结构402的外部,相位相反的声源401A和401B分别向周围空间辐射声音并发生声波的干涉相消现象,实现漏音相消效果。具体地,由于声源401A被类腔体结构402包裹,其辐射出来的声音大部分会通过直射或反射的方式到达听音位置。相对地,在没有类腔体结构402的情况,声源401A辐射出的声音大部分不会到达听音位置。因此,腔体结构的设置使得到达听音位置的声音音量得到显著提高。同时,类腔体结构402外的反相声源401B辐射出来的反相声音只有较少的一部分会通过类腔体结构402的泄漏结构403进入类腔体结构402中。这相当于在泄漏结构403处生成了一个次级声源401B’,其强度显著小于声源401B,亦显著小于声源401A。次级声源401B’产生的声音在腔体内对声源401A产生反相相消的效果微弱,使听音位置的听音音量显著提高。对于漏音来说,声源401A通过腔体的泄漏结构403向外界辐射声音相当于在泄漏结构403处生成了一个次级声源401A’,由于声源401A辐射的几乎所有声音均从泄漏结构403输出,且类腔体结构402尺度远小于评价漏音的空间尺度(相差至少一个数量级),因此可认为次级声源401A’的强度与声源401A相当,仍然保持了相当的降漏音效果。
在具体应用场景中,通过将发声部11部分或整体结构伸入耳甲腔内,发声部11与耳甲腔的轮廓之间形成与外界连通的类腔体结构。进一步地,将出声孔112设置在发声部的壳体朝向用户耳道口和靠近耳甲腔边缘的位置可以构造图5A所示的声学模型,从而使得用户在佩戴耳机时能够听到更大的听音音量。换句话说,通过对发声部的结构以及佩戴方式等进行特别的设计,可以让发声部11具有较优的声音输出效率。这里所说的较优的声音输出效率可以理解为,即使向发声部11提供较小的输入信号(例如,向发声部11的换能器提供较小的输入电压或输入功率),发声部仍然可以向用户提供足够大的音量,即在用户耳道内可以产生超过特定阈值的声压。更多关于声音输出效率的描述参见下文。
在一些实施例中,发声部可以具有不同于图3A中伸入耳甲腔的其它佩戴方式,也可以实现较优的声音输出效率。以下以图4所示的耳机10为例进行详细说明。
在一些实施例中,耳机在佩戴状态下,发声部11的至少部分可以覆盖用户的对耳轮区域。此时,发声部11位于耳甲腔102及耳道口的上方,用户的耳道口处于开放状态。在一些实施例中,发声部11的壳体上可以包括至少一个出声孔和泄压孔,出声孔与耳机10的前腔声学耦合,泄压孔与耳机10的后腔声学耦合,其中,出声孔输出的声音和泄压孔输出的声音可以近似视为两个声源,该两个声源的声音具有相位相反。用户佩戴耳机时,出声孔位于发声部11朝向或靠近用户耳道口的侧壁上,泄压孔位于发声部11远离或背离用户耳道口的侧壁上。此时,发声部11与用户的耳廓可以形成类似于挡板的结构,其中,出声孔对应的声源位于挡板的一侧,泄压孔对应的声源绕过发声部11和用户的耳廓后,位于挡板的另一侧,形成图5B所示的声学模型。如图5B所示,当声源A1和声源A2之间设有挡板时,在近场,声源A2的声场需要绕过挡板才能与声源A1的声波在听音位置处产生干涉,相当于增加了声源A2到听音位置的声程。因此,假设声源A1和声源A2具有相同的幅值,则相比于没有设置挡板的情况,声源A1和声源A2在听音位置的声波的幅值差增大,从而两路声音在听音位置进行相消的程度减少,使得听音位置的音量增大。在远场,由于声源A1和声源A2产生的声波在较大的空间范围内都不需要绕过挡板就可以发生干涉(类似于无挡板情形),则相比于没有挡板的情况,远场的漏音不会明显增加。因此,在声源A1和声源A2的其中一个声源周围设置挡板结构,可以在远场漏音音量不显著增加的情况下,显著提升近场听音位置的音量。
在具体应用场景中,通过将发声部11的至少部分覆盖于用户的对耳轮区域,可以使得用户在佩戴耳机时能够听到更大的听音音量。这种方式也可以让发声部11具有较优的声音输出效率。
如前文,换能器产生的声波经由出声孔传播而出,以便于传入外耳道。换能器是一个可以接收电信号,并将其转换为声音信号进行输出的元件。在一些实施例中,换能器可以包括振膜、音圈和磁路组件。音圈的一端与振膜固定连接,另一端伸入磁路组件形成的磁间隙中。通过向音圈提供电流,可以让音圈在磁间隙中振动,从而带动振膜振动以产生声波。
相比于其他耳机(如入耳式耳机、耳罩式耳机等),环境声音更容易传入用户耳道,从而对耳机10的听音效果造成影响。在这种情况下,耳机10可能需要提供更大的音量,才能保证较好的听音效果。通过本说明书中其它地方所描述的对发声部11的结构和佩戴方式等进行特别的设计(例如,形成如图5A或5B的声学模型),能够在换能的输入功率(或输入电压)较小的情况下,依旧保证耳道内具有足够的声压。
为便于表述,下文中以听音位置位于耳道内为例进行说明。需要说明的是,在其他实施例中,同样可以是前文中提到的耳部声学参考点,如耳参考点(ERP)、鼓膜参考点(DRP)等,也可以是导向听音者的入口结构等,在上述位置对应的声压也应相应增减。
在一些实施例中,本说明书中所描述的耳道内的声压可以通过以下方式测得:采用前文描述的含头部及其耳部的模拟器,作为佩戴声学装置的参照物,进行测试以获取发声部11向耳道内提供的声压。例如,可以让具有播放功能的设备(如手机、DAP等)连接耳机10并控制耳机10播放扫频信号(如频率范围在20Hz~20000Hz的扫频信号)。播放设备可以产生对应不同音量等级的输出信号。例如,播放设备输出的信号可以包括多个音量等级,每个音量等级分别对应换能器输入信号的不同输入电压或输入电流。利用每个音量等级的输出信号控制耳机10播放扫频信号,并分别记录换能器在不同输入信号输入电压或输入电流下产生并传递到耳道内的声压。示例性,可以将播放设备的音量划分为8个音量等级,从最大音量至最小音量对应的音量等级可以是最大音量、负一格、负两格、负三格、……、负七格。需要说明的是,在一些其他实施例中,播放设备的最大音量与最小音量间还可以划分为其他数量的音量等级,如3个、5个、20个等。在一些实施例中,播放设备的输出信号可以是正弦信号。
含头部及其耳部的模拟器的耳道内设置有麦克风,可以将该麦克风与声音输入设备(如电脑声卡、模数转换器(ADC)等)连接。处理设备(如电脑)进一步接收经过麦克风转化后的电平信号,并进行录制或处理。
在一些实施例中,耳道内的声压还可以通过以下方式测得:获取非声学测量专用的仿真头部模型或仿真耳部模型,并将模型耳道末端封闭以构造成类似人耳的结构。在该模型耳道内设置声学测试麦克风,并采集经过麦克风转化后的电平信号,以替代前述含头部及其耳部的模拟器,实现耳道内声压的获取。
人耳的听觉频率范围大致在20Hz~20000Hz之间,但人耳的听觉对于一些频段,如低频(如300Hz以下)或高频(如5000Hz以上)不敏感。在一些实施例中,通过对发声部11的结构和佩戴方式等进行特别的设计,可以让发声部11在特定频率范围内具有更好的声音输出效率,即在换能器的输入信号的输入电压或输入功率一定的情况下,发声部11可以在特定频率范围内向用户提供足够大的音量,使得用户耳道内可以产生超过特定阈值的声压。例如,在换能器输入电压一定的条件下,在300Hz~5000Hz范围内提高发声部11向耳道内提供的声压,可以使得耳机10具有更好的听音效果。在一些实施例中,为了优先保证人耳听觉更敏感范围内的听音效果,在换能器输入电压一定的条件下,可以在600Hz~2000Hz范围内提高发声部11向耳道内提供的声压,可以使得耳机10具有更好的听音效果。
图6所示是发声部11至少部分伸入耳甲腔内的佩戴方式下的耳道内的声压级(SPL)曲线,其中,横坐标表示频率,单位为赫兹Hz;纵坐标表示声压,单位为分贝dB。图6中实线610表示播放设备输出最大音量等级的输出信号时耳机10在耳道内的声压级曲线,其他线段表示播放设备更小音量等级(负一格~负七格)时耳机10在耳道内的声压级曲线。
图7是与图6相对应的输入电压-频率曲线图,其中,横坐标表示频率,单位为赫兹Hz;纵坐标表示换能器输入信号的输入电压单位为伏特V。需要说明的是,由于换能器的输入信号为正弦信号时,输入信号的输入电压也可以理解为正弦信号对应的有效电压值(Vrms)。图7中实线710表示播放设备输出最大音量等级的输出信号时耳机10的换能器在不同频率下的输入电压,其他实线表示播放设备更小音量等级(负一格~负七格)时换能器在播放不同频率信号时的输入电压。为方便理解,换能器的输入电压可以通过测试仪获取换能器在播放扫频信号时,换能器接线端处(例如,音圈与外部导线的连接处)的电压得到。例如,可以在换能器接线端的焊点处引出导线,将导线连接至滤波器,然后连接滤波器和测试仪,并通过处理设备(如电脑)获取测试仪的电压数据。
在一些实施例中,还可以采用将换能器与电池或驱动电路间的导线切断并引出发声部11的壳体,并将引出的导线与声学测试仪器输出端连接,测试时通过设置声学测试仪器的输入信号确定上述输入信号的输入电压,可以根据实际测试需求设置不同的输入电压。在一些实施例中,声学测试仪器是可以选择性输出对应特定电压或电流的正弦波的设备。
通过采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,形成如图5A所示的类腔体结构,可以将类腔体内的出声孔112(即图5A中的声源401A)产生的声音更多导向耳道,而类腔体外的泄压孔(即5A中的声源401B)产生的声音较少能进入类腔体进行相消,由此使得发声部11能够向耳道内提供更大的声压。在一些实施例中,结合图6和图7可以看出,在至少部分频率范围内,在换能器的输入电压不超过0.6V的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB。
示例性的,以频率为1000Hz为例,由图6中的实线610可以看出,频率为1000Hz时发声部11向耳道内提供的最大声压为79dB,结合图7,频率为1000Hz时换能器输入电压为0.6V。也就是说,在频率为1000Hz时,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,在换能器的输入电压不超过0.6V的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB。
此外,结合图6和图7可以看出,当频率为500Hz时,发声部11向耳道内提供的最大声压为80dB、换能器输入电压为0.58V。也就是说,在频率为500Hz时,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,在换能器的输入电压不超过0.59V的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于80dB。同样基于图6和图7还可以确定:在频率为800Hz时,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,在换能器的输入电压不超过0.58V的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于79dB;在频率为2000Hz时,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,在换能器的输入电压不超过0.55V的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于83dB。
继续参考图6和图7,图中可以看出在频率300Hz~4000Hz范围内,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,换能器输入电压不超过0.6V的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于79dB;在频率700Hz~1500Hz范围内,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,换能器输入电压不超过0.6V的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB;在2500Hz~4000Hz范围内,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,换能器输入电压不超过0.55V的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB。
可以看出,发声部11至少部分伸入耳甲腔内的佩戴方式下,在至少部分频率范围内(如300Hz~4000Hz),在换能器的输入电压不超过0.6V的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB。在一些实施例中,通过对发声部11和电池仓13的体积、质量和尺寸的优化,可以进一步提高发声部11的声音输出效率,使得在换能器的输入电压不超过0.6V的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于78dB。关于对发声部11和电池仓13的体积、质量和尺寸的描述,可以参考后文中图10和图11相关描述。
在一些实施例中,根据供电情况不同(如播放设备音量等级不同、耳机10的型号不同、电池的规格不同等),换能器的输入电压不超过0.4V,在至少部分频率范围(如100Hz~3000Hz),采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于72dB。
再次参考图6和图7,当频率为400Hz时,当播放设备音量等级为负一格时,换能器输入电压为0.39V,发声部11向耳道内提供的最大声压为76dB。当频率为1500Hz时,当播放设备音量等级为负两格时,换能器输入电压为0.3V,发声部11向耳道内提供的最大声压为78dB。当频率为200Hz~3000Hz范围内,换能器输入最高电压不超过0.3V,发声部11向耳道内提供的声压不低于74dB。可以看出,在换能器输入电压降低的情况下,发声部11依旧能够向耳道内提供的较大的声压,保证耳机10良好的听音效果。
在一些实施例中,对于图4所示的发声部11至少部分位于对耳轮处的佩戴方式,采用将发声部11至少部分位于对耳轮处的设计,可以使得对耳轮和发声部11的壳体构成相当于如图5B所示的挡板,减弱了从泄压孔传递到耳道的声音(如图5B中的声源A2),所以耳道处声音相消的程度减弱,用户听到的声音(如图5B中的声源A1)音量也更大,也就是说,使得发声部11能够向耳道内提供更大的声压。在一些实施例中,在至少部分频率范围内,在换能器的输入电压不超过0.6V的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于70dB。
示例性的,在频率为1000Hz时,采用将发声部11至少部分位于对耳轮处的设计,发声部11至少部分位于对耳轮处的佩戴方式下,在换能器的输入电压不超过0.6V的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于72dB,在换能器的输入电压不超过0.6V的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于70dB。在频率300Hz~4000Hz范围内,采用将的发声部11至少部分位于对耳轮处的设计,换能器输入电压不超过0.6V的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于73dB;在频率700Hz~1500Hz范围内,采用将的发声部11至少部分位于对耳轮处的设计,使得换能器输入电压不超过0.6V的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于71dB。
当换能器的输入电压降低时,发声部11能够向耳道内提供的声压也随之降低。通过对发声部11和电池仓13的体积、质量和尺寸的优化,可以使得即使降低换能器的输入电压也能在耳道内产生合适的声压。
在一些实施例中,换能器的输入功率与耳道内声压的关系也能反映发声部11的声音输出效率。例如,较优的声音输出效率可以理解为,即使向换能器提供较小的输入功率,发声部11仍然可以向用户提供足够大的音量,即在用户耳道内可以产生超过特定阈值的声压。图8是与图6对应的输入功率-频率图。图8中实线810表示播放设备输出最大音量等级的输出信号时耳机10的声压级曲线,其他实线表示播放设备更小音量等级(负一格~负七格)时耳机10的声压级曲线。在一些实施例中,输入功率可以根据换能器接线端处的输入电压和/或输入电流确定。
结合图6和图8可以看出,在至少部分频率范围内,在换能器的输入功率不超过21.1mW的情况下,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,可以使得发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB。
示例性的,以频率为1000Hz为例,由图6中可知频率为1000Hz时发声部11向耳道内提供的最大声压为79dB,结合图8,频率为1000Hz时换能器的输入功率为21.1mW。也就是说,在频率为1000Hz时,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,在换能器的输入功率不超过21.1mW的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB。
此外,结合图6和图8可以看出,当频率为500Hz时,发声部11向耳道内提供的最大声压为80dB、换能器的输入功率为19.8mW。也就是说,在频率为500Hz时,在换能器的输入功率不超过19.8mW的情况下,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于80dB。基于图6和图8还可以确定:在频率为800Hz时,在换能器的输入功率不超过19.8mW的情况下,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于79dB;在频率为2000Hz时,在换能器的输入功率不超过17.8mW的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于83dB。
继续参考图6和图8,可以看出在频率300Hz~4000Hz范围内,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,换能器输入电压不超过21.1mW的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于79dB;在频率700Hz~1500Hz范围内,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,换能器输入电压不超过21.1mW的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB;在2500Hz~4000Hz范围内,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,换能器输入电压不超过17.8mW的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB。
可以看出,发声部11至少部分伸入耳甲腔内的佩戴方式下,在至少部分频率范围内(如300Hz~4000Hz),在换能器的输入功率不超过21.1mW的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB。在一些实施例中,通过对发声部11和电池仓13的体积、质量和尺寸的优化,可以进一步提高发声部11的声音输出效率,使得在换能器的输入功率不超过21.1mW的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于78dB。
在一些实施例中,基于与图7和图8中电压、输入功率类似的方式,还可以确定反映换能器的输入电流与频率之间关系的输入电流-频率图(未示出)。在一些实施例中,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,在至少部分频率范围内,在换能器的输入电流不超过35.3mA的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB。
示例性的,以频率为1000Hz为例,由图6中可知频率为1000Hz时发声部11向耳道内提供的最大声压为79dB,频率为1000Hz时换能器输入电流为35.3mA。也就是说,在频率为1000Hz时,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,在换能器的输入电流不超过35.3mA的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB。
此外,当频率为500Hz时,发声部11向耳道内提供的最大声压为80dB,换能器输入电流为34.1mA。也就是说,在频率为500Hz时,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,在换能器的输入电流不超过34.1mA的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于80dB。在频率为800Hz时,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,在换能器的输入电流不超过34.1mA的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于79dB;在频率为2000Hz时,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,在换能器的输入电流不超过17.8mW的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于83dB。此外,在频率300Hz~4000Hz范围内,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,在换能器的输入电流不超过35.3mA的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于79dB;在频率700Hz~1500Hz范围内,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,换能器输入电压不超过35.3mA的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB;在2500Hz~4000Hz范围内,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,换能器输入电压不超过32.4mA的情况下,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB。
在一些实施例中,发声部11向耳道内提供的声压和换能器的输入电压的比值(也称为发声部11的发声效率),也能反映发声部11的声音输出效率。图9是与图6相对应的发声效率-频率曲线图,其中,横坐标表示频率,单位为赫兹Hz;纵坐标表示发声部11的发声效率,单位为分贝伏特dB/V。图9中实线910表示播放设备输出最大音量等级的输出信号时耳机10的发声部11的发声效率,其他实线表示播放设备更小音量等级(负一格~负七格)时换能器在播放不同频率信号时发声部11的发声效率。
由图9可以看出,在至少部分频率范围内,通过采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,发声部11的发声效率不小于100dB/V。
示例性的,以频率为1000Hz为例,由图9中的实线910可以看出,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,频率为1000Hz时发声部11的发声效率为128dB/V。此外,当频率为500Hz时,发声部11的发声效率为140dB/V。在频率为800Hz时,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,发声部11的发声效率为130dB/V;在频率为2000Hz时,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,发声部11的发声效率为141dB/V。
继续参考图6和图7,图中可以看出在频率500Hz~2000Hz范围内,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,发声部11的发声效率不小于120dB/V;参考其他音量等级对应的实线可以看出,发声部11在频率500Hz~2000Hz范围内,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,发声效率在100~250dB/V之间。在频率为10000Hz时,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计,发声效率不小于100dB/V。由图6和图7,可以看出,采用将发声部11部分伸入耳甲腔的设计时,在频率3000Hz~5000Hz内,在较低的输入电压情况下发声部11也能在耳道内产生较高的声压。
可以看出,发声部11至少部分伸入耳甲腔内的佩戴方式下,在至少部分频率范围内(如500Hz~4000Hz),发声部11可以得到更高的发声效率。
在一些实施例中,更高的发声效率有助于减小优化发声部11和电池仓13的体积、质量,在保证听音效果的同时,能够为用户提供更舒适的佩戴感。
具体来说,发声部11向耳道内提供的声压过低则会导致听音效果下降,如用户听到的音量较小且更易受到环境声音的影响。为了获取更大的声压,通常需要增加换能器的尺寸或提高换能器的输入电压。而增加了换能器的尺寸可能导致发声部11的结构笨重,提高换能器的输入电压则会导致在不增大电池体积的情况下耳机10的续航时间缩短。如果为了保证续航而增大电池体积,又会进一步导致电池仓13体积和质量以及耳机10的体积和质量的增加,影响耳机佩戴感。在一些实施例中,采用将发声部11部分伸入耳甲腔或发声部11至少部分位于对耳轮处的设计,可以提高发声部11的声音输出效率。在此基础上,可以对发声部11和电池仓13的体积、质量等相关参数进行优化(例如,减小电池质量和/或发声部11质量),在保证听音效果的同时,也能够为用户提供更舒适的佩戴感。
结合图3A和图10,耳机10在佩戴时,电池仓13与发声部11会以耳挂上某个位置为支点形成类似“杠杆”的结构。发声部11的质量过大或过小,都会导致形成类似杠杆结构不稳定,导致耳机10佩戴不稳。发声部11的质量过大会影响电池仓13与耳廓的贴合,影响发声部11与耳甲腔形成的类腔体结构,进而导致耳道内的听音音量降低。在提高发声部11的声音输出效率的基础上,可以降低换能器的质量,以此降低发声部11的质量。可以理解地,尽管降低换能器的质量会减小磁路组件的质量,由此降低换能器输出的声压,但将发声部11部分伸入耳甲腔或发声部11至少部分位于对耳轮处的佩戴方式可以增加耳道内的声压,以此补偿减小换能器质量对声压的影响。当然,过小的发声部11质量会导致换能器不足以输出足够的声压。因此,为了兼顾耳机10佩戴的稳定性和听音效果,在一些实施例中,发声部11的质量可以在在3g~6g之间。
发声部11在短轴方向Z上的尺寸和发声部11在长轴方向Y上的尺寸过大会导致耳道口被一定程度上堵塞,无法实现耳道口与外界环境之间的连通,起不到耳机10自身的设计初衷。在提高发声部11的声音输出效率的基础上,可以减小换能器的体积,以此减小发声部11的尺寸。可以理解地,尽管减小换能器的尺寸会降低换能器输出的声压,但将发声部11部分伸入耳甲腔或发声部11至少部分位于对耳轮处的佩戴方式可以增加耳道内的声压,以此补偿减小换能器体积对声压的影响。当然,过小的发声部11体积会导致换能器不足以输出足够的声压,尤其是换能器不足以在中低频范围内推动空气产生足够的声压。在一些实施例中,为了兼顾耳道口与外界环境的连通以及听音效果,将发声部11部分伸入耳甲腔的设计时,发声部11在短轴方向Z上的尺寸在9mm~18mm之间,发声部11在长轴方向Y上的尺寸在15mm~35mm之间。在一些实施例中,发声部11在短轴方向Z上的尺寸在11mm~16mm之间,发声部11在长轴方向Y上的尺寸在20mm~31mm之间。采用发声部11至少部分位于对耳轮处时,发声部11在短轴方向Z上的尺寸在9mm~18mm之间,发声部11在长轴方向Y上的尺寸在16mm~34mm之间。在一些实施例中,发声部11在短轴方向Z上的尺寸在12mm~17mm之间,发声部11在长轴方向Y上的尺寸在17mm~30mm之间。
,在一些实施例中,发声部11在长轴方向Y的尺寸可以通过如下方式获得:获取磁路组件的短轴中心面,其中,短轴中心面可以是过磁路组件的中轴线且垂直于发声部11的长轴方向Y的平面;确定与发声部的末端FE相切并且与上述短轴中心面平行的切面;将短轴中心面到上述切面的距离视为发声部11在长轴方向Y的尺寸的一半。需要说明的是,发声部11在短轴方向Z的尺寸可以基于类似方式确定。
在一些实施例中,发声部11厚度会影响发声部11的质心位置,而发声部11的质心位置会影响耳机10佩戴的稳定性,例如,当发声部11厚度过大,发声部11的质心会向远离耳部方向移动,进而影响发声部11与耳甲腔的贴合。在提高发声部11的声音输出效率的基础上,可以减小换能器的厚度,以此减小发声部11的厚度。可以理解地,尽管减小换能器的厚度会降低磁路组件提供的磁场强度,从而影响换能器输出的声压,但将发声部11部分伸入耳甲腔或发声部11至少部分位于对耳轮处的佩戴方式可以增加耳道内的声压,以此补偿减小换能器厚度对声压的影响。当然,发声部11厚度过小,也会导致换能器中磁路组件的厚度过小,无法提供足够的磁场强度。此外,在发声部11体积不变的情况下,增加发声部11的厚度,会导致发声部11在长轴方向Y和/或短轴方向Z上尺寸减少,进而导致换能器振膜尺寸或音圈尺寸下降,进而影响换能器的输出声压。在一些实施例中,为了兼顾耳机10佩戴的稳定性和听音效果,发声部11在厚度方向上的尺寸在8mm~17mm之间。
在一些实施例中,发声部11在厚度方向上的尺寸还影响发声部11内部如前腔、后腔在厚度方向上的尺寸,以前腔为例,增加前腔在厚度方向上的尺寸可以提高前腔的谐振频率。为了使得发声部11向耳道内提供声音的谐振峰位于换能器发声效率更高的位置(如在频率1000Hz以上),以获取更好的听音效果,在一些实施例中,发声部11在厚度方向上的尺寸在9mm~14mm之间。
在一些实施例中,发声部11的体积与换能器的体积存在较大关联,若发声部11的体积相对较小,使得其内部设置的换能器体积也相对较小,导致换能器的振膜推动发声部11的壳体内部空气产生声音的效率低,影响耳机10的声学输出效果,进而导致发声部11向耳道内提供的声压降低,而发声部11的体积过大时,使得发声部11超出耳甲腔的范围,无法伸入耳甲腔,并无法形成类腔体结构,或者发声部11与耳甲腔之间形成的缝隙的总尺寸很大,影响用户佩戴耳机10在耳道口的听音音量以及远场的漏音效果。在一些实施例中,发声部11的体积在3500mm2~5200mm2之间。
在一些实施例中,发声部11的体积可以通过其在参考平面(如人体的矢状面)上的投影乘以发声部11在厚度方向上的最大尺寸确定。或者,考虑到发声部11可能具有不规则的外轮廓,可以通过分别获取发声部11在长轴方向Y、短轴方向X和厚度方向Z上的最大尺寸,并基于该尺寸构建第一长方体。此外,可以通过分别获取发声部11在长轴方向Y、短轴方向X和厚度方向Z上的最小尺寸,并基于该尺寸构建第二长方体。可以理解的是发声部的实际体积小于第一长方体的体积,但大于第二长方体的体积,通过计算第一长方体的体积和第二长方体的体积即可确定发声部11的实际体积的范围。例如,在一些实施例中,第一长方体的体积为5500mm2,第二长方体的体积为2800mm2,则可以知道发声部11的体积在2800mm2~5500mm2之间。
在一些实施例中,可以通过排水法获取更准确的发声部11体积。具体的,可以通过密封材料将发声部11各开口处封闭(例如,发声部11与耳挂连接处的开口),使其内部形成密闭空间,再将发声部11放入水内,基于排出水的体积(或近似方式)确定发声部11体积。需要说明的是,考虑到密封材料可能具有一定体积,在通过排水法获取发声部11体积时,可以基于经验略微减少实际体积测量值,以排除密封材料对体积数据的干扰。
在一些实施例中,在提高发声部11的声音输出效率的基础上,可以减小发声部11的体积。可以理解地,尽管减小发声部11的体积会降低换能器输出的声压,但将发声部11部分伸入耳甲腔或发声部11至少部分位于对耳轮处的佩戴方式可以增加耳道内的声压,以此补偿减小发声部11体积对声压的影响。为了使换能器能够在较低电压(如不超过0.6V)的情况下,在至少部分频率范围内,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB,在一些实施例中,发声部11的体积可以在3300mm2~4800mm2之间。
电池仓13内设置有与发声部11电性连接的电池,在一些实施例中,电池仓13位于第一部分121上远离发声部11的一端。需要说明的是,电池仓13的质量主要来自于电池的质量,在说明书中“电池仓的质量”是指电池仓仓体的质量与电池的质量之和。如前文,耳机10在佩戴时,电池仓13与发声部11会以耳挂上某个位置为支点形成类似“杠杆”的结构,因此电池仓13质量过大或过小,会导致形成的杠杆结构不稳定,进而导致耳机10佩戴不稳。具体的,电池仓13的质量过大,耳机10在佩戴时往耳廓后侧倾斜,会影响发声部11与耳甲腔的贴合。在提高发声部11的声音输出效率的基础上,可以减小电池的输出功率,以此减小电池的质量。可以理解地,尽管降低电池的质量会减小电池的输出功率,但将发声部11部分伸入耳甲腔的佩戴方式可以增加耳道内的声压,以此补偿减小电池质量对声压的影响。当然,如果电池仓13的质量过小,则会导致耳机10在佩戴时往耳廓前侧倾斜,也会导致电池不足以驱动换能器。在一些实施例中,为了兼顾耳机10佩戴的稳定性和听音效果,电池仓13的质量在1.2g~3.1g之间。
在一些实施例中,电池的质量与电池的电量成正比。在一些实施例中,电池仓13的质量过小会影响耳机10的续航时间。由于换能器能够在较低输入电压或输入功率的情况下,在至少部分频率范围内,发声部11能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB,也就是说,在续航时间不变的前提下,换能器对电池电量的需求降低。因此,在一些实施例中,可以降低电池的质量,使得电池仓13的质量在1.1g~2.3g之间。
发声部11至少部分位于对耳轮处也可以增加耳道内的声压,以此补偿减小电池质量对声压的影响。在一些实施例中,将发声部11至少部分位于对耳轮处的佩戴方式下,电池仓13的质量在1.1g~3.0g之间。
基于前文中关于发声部11和电池仓13的质量的描述,当发声部11和电池仓13的质量保持在某一比例范围内时,可以使得耳机10具有良好的佩戴感和听音效果,在一些实施例中,将发声部11部分伸入耳甲腔的佩戴方式下,电池仓13的质量与发声部11的质量的比值在0.16~0.7之间。在一些实施例中,耳机10稳定的佩戴可以使出声孔112与用户耳道的相对位置不易发生偏移,以使发声部11向用户耳道提供更高声压,因此,在一些实施例中,为了进一步提高佩戴的稳定性,将发声部11部分伸入耳甲腔的佩戴方式下,电池仓13的质量与发声部11的质量的比值在0.2~0.6之间。
参考图11,为了使得耳机10的发声部11至少部分位于对耳轮处的佩戴方式下,具有良好的佩戴感和听音效果,在一些实施例中,电池仓13的质量与发声部11的质量的比值在0.15~0.66之间。在一些实施例中,耳机10稳定的佩戴可以使出声孔与用户耳道的相对位置不易发生偏移,使发声部11和耳廓形成如图5B所示的挡板结构,以使发声部11向用户耳道提供更高声压。在一些实施例中,为了进一步提高佩戴的稳定性,将发声部11至少部分位于对耳轮处的佩戴方式下,电池仓13的质量与发声部11的质量的比值在0.2~0.52之间。
电池仓13的体积与电池的体积正相关。在一些实施例中,为了保证耳机10的续航时间,将发声部11部分伸入耳甲腔的佩戴方式下,电池仓13的体积在850mm2~1900mm2之间。在一些实施例中,在提高发声部11的声音输出效率的基础上,换能器对电池电量的需求降低,因此,将发声部11部分伸入耳甲腔的佩戴方式下,电池仓13的体积可以做的更小,电池仓13的体积可以在750mm2~1600mm2之间。
在一些实施例中,为了保证耳机10的续航时间,将发声部11至少部分位于对耳轮处的佩戴方式下,电池仓13的体积在600mm2~2200mm2之间。由于发声部11至少部分位于对耳轮处也可以增加耳道内的声压,以此补偿减小电池质量对声压的影响。因此,在一些实施例中,将发声部11部分伸入耳甲腔的佩戴方式下,电池仓13的体积可以在750mm2~2000mm2之间。
上文已对基本概念做了描述,显然,对于本领域技术人员来说,上述详细披露仅仅作为示例,而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明,本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议,所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
本申请记载的具体实施方式仅为示例性的,具体实施方式中的一个或者多个技术特征是可选的或者附加的,并非构成本申请发明构思的必要技术特征。换言之,本申请的保护范围涵盖并远大于具体实施方式。
同时,本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此,应强调并注意的是,本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外,本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
同理,应当注意的是,为了简化本申请披露的表述,从而帮助对一个或多个发明实施例的理解,前文对本申请实施例的描述中,有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是,这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上,实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
最后,应当理解的是,本申请中实施例仅用以说明本申请实施例的原则。其他的变形也可能属于本申请的范围。因此,作为示例而非限制,本申请实施例的替代配置可视为与本申请的教导一致。相应地,本申请的实施例不仅限于本申请明确介绍和描述的实施例。
Claims (25)
1.一种耳机,其特征在于,包括:
发声部,包括换能器和容纳所述换能器的壳体;
耳挂,所述耳挂包括第一部分和第二部分,所述第一部分挂设在用户的耳廓和头部之间,所述第二部分连接所述第一部分并向耳廓的前外侧面延伸并连接所述发声部,将所述发声部固定于耳道附近但不堵塞耳道口的位置,在至少部分频率范围内,在所述换能器的输入电压不超过0.6V的情况下,所述发声部能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB。
2.如权利要求1所述的耳机,其特征在于:所述至少部分频率范围包括1000Hz。
3.如权利要求2所述的耳机,其特征在于:所述壳体的至少部分插入耳甲腔,所述壳体的朝向所述耳廓的内侧面上开设有出声孔。
4.如权利要求3所述的耳机,其特征在于:在所述至少部分频率范围内,在所述换能器的输入电压不超过0.4V的情况下,所述发声部能够向耳道内提供的最大声压不小于72dB。
5.如权利要求3所述的耳机,其特征在于:在所述至少部分频率范围内,在所述换能器的输入电流不超过35.3mA的情况下,所述发声部能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB。
6.如权利要求3所述的耳机,其特征在于:在所述至少部分频率范围内,在所述换能器的输入功率不超过21.1mW的情况下,所述发声部能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB。
7.如权利要求3所述的耳机,其特征在于:在所述至少部分频率范围内,所述发声部的发声效率不小于100dB/V,所述发声部的发声效率为所述发声部向耳道内提供的声压和所述换能器的输入电压的比值。
8.如权利要求7所述的耳机,其特征在于:在所述至少部分频率范围内,所述发声部的发声效率在100~250dB/V之间。
9.如权利要求3所述的耳机,其特征在于:所述发声部的质量在3g~6g之间。
10.如权利要求9所述的耳机,其特征在于:所述发声部在短轴方向上的尺寸在11mm~16mm之间;或者,所述发声部在长轴方向上的尺寸在20mm~31mm之间;或者,所述发声部在厚度方向上的尺寸在9mm~14mm之间。
11.如权利要求9所述的耳机,其特征在于:所述发声部的体积在3300mm2~4800mm2之间。
12.如权利要求3所述的耳机,其特征在于:所述耳挂的所述第一部分远离所述第二部分的一端包括电池仓;所述电池仓的质量在1.1g~2.3g之间。
13.如权利要求12所述的耳机,其特征在于:所述电池仓的质量与所述发声部的质量的比值在0.25~0.54之间。
14.如权利要求12所述的耳机,其特征在于:所述电池仓的横截面径向尺寸范围在8mm~12mm之间;或者,所述电池仓的在轴向上的长度在12mm~20mm之间。
15.如权利要求2所述的耳机,其特征在于:所述壳体的至少部分位于对耳轮处,所述壳体朝向所述耳廓的内侧面上开设有出声孔。
16.如权利要求15所述的耳机,其特征在于:在所述至少部分频率范围内,在所述换能器的输入电压不超过0.6V的情况下,所述发声部能够向耳道内提供的最大声压不小于70dB。
17.如权利要求15所述的耳机,其特征在于:所述发声部的质量在3g~6g之间。
18.如权利要求17所述的耳机,其特征在于:所述发声部在长轴方向上的尺寸在16~34mm之间;或者,所述发声部在短轴方向上的尺寸在7mm~14mm之间。
19.如权利要求17所述的耳机,其特征在于:所述耳挂的所述第一部分远离所述第二部分的一端包括电池仓;所述电池仓的质量在1.1g~3.0g之间。
20.如权利要求19所述的耳机,其特征在于:所述电池仓的质量与所述发声部的质量的比值在0.2~0.52之间。
21.一种耳机,其特征在于,包括:
发声部,包括换能器和容纳所述换能器的壳体;
耳挂,所述耳挂包括第一部分和第二部分,所述第一部分挂设在用户的耳廓和头部之间,所述第二部分连接所述第一部分并向耳廓的前外侧面延伸并连接所述发声部,将所述发声部固定于耳道附近但不堵塞耳道口的位置,在至少部分频率范围内,在所述换能器的输入电流不超过35.3mA的情况下,所述发声部能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB。
22.如权利要求21所述的耳机,其特征在于:在至少部分频率范围内,在所述换能器的输入电流不超过23.5mA的情况下,所述发声部能够向耳道内提供的最大声压不小于72dB。
23.一种耳机,其特征在于,包括:
发声部,包括换能器和容纳所述换能器的壳体;
耳挂,所述耳挂包括第一部分和第二部分,所述第一部分挂设在用户的耳廓和头部之间,所述第二部分连接所述第一部分并向耳廓的前外侧面延伸并连接所述发声部,将所述发声部固定于耳道附近但不堵塞耳道口的位置,在至少部分频率范围内,在所述换能器的输入功率不超过21.1mW的情况下,所述发声部能够向耳道内提供的最大声压不小于75dB。
24.如权利要求23所述的耳机,其特征在于:在至少部分频率范围内,在所述换能器的输入功率不超过9.41mW的情况下,所述发声部能够向耳道内提供的最大声压不小于72dB。
25.一种耳机,其特征在于,包括:
发声部,包括换能器和容纳所述换能器的壳体;
耳挂,所述耳挂包括第一部分和第二部分,所述第一部分挂设在用户的耳廓和头部之间,所述第二部分连接所述第一部分并向耳廓的前外侧面延伸并连接所述发声部,将所述发声部固定于耳道附近但不堵塞耳道口的位置,在至少部分频率范围内,所述发声部的发声效率不小于100dB/V,所述发声部的发声效率为所述发声部向耳道内提供的声压和所述换能器的输入电压的比值。
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