CN1183800C - 多声道头戴耳机 - Google Patents

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Abstract

一种多声道头戴耳机，能在个人私秘氛围中提供高质量三维(3-D)声音。该耳机采用用于多声道的不同扬声器元件以精确相位确保高质量3-D声音的再现。该耳机包括：每耳侧至少有两个扬声器元件，每个扬声器元件产生来自多声道的不同声音；以及至少两个外罩，每个外罩内各装有该至少两个扬声器元件中的一个。该耳机在每个外罩中包括一个声导部分以将发自相应扬声器元件的声音引导至听者的耳内并可产生来自后部扬声器的声音的绕射效果。通过在听者耳朵的前后方向为每耳侧设置两个扬声器元件，该耳机可产生具有高清晰度、由广声场产生的立体特性和方向幻象的3-D声音。该耳机只用四个扬声器，即可有效地再现来自5.1声道系统的声音。

Description

多声道头戴耳机
技术领域
本发明涉及用于在个人私秘氛围中再现声音的多声道头戴耳机，尤其涉及每耳侧具有至少两只扬声器元件的、能够再现三维(3-D)声音的多声道头戴耳机。
背景技术
随着基于多媒体和数字通讯技术的个人电脑(PC)的发展，适用于娱乐如看电影和听音乐并能够提供改进的虚拟现实、博奕模拟、及聊天或网上电话服务的头戴耳机及耳塞的需求急剧增长。
为了实现更加怡人的基于虚拟现实模拟的3-D图像，3-D声音或几乎是3-D声音的制造就成为必需。在PC机所提供的一系列功能中，重要性正在增加的多媒体和数字通讯功能是基于图像和声音技术的。随着图像技术，例如与图形卡或显示器相关的图像技术的进步，已可以向顾客提供高质量的图像。同时，还有很多技术被用来提供更感人的3-D声音。上述努力的结果，出现了“环绕”声音系统，该声音系统能通过设置4只扬声器(比传统技术的立体声系统多了两个扬声器)以在前后两个方向上产生声场来提供立体效果；另外还有一种具6个扬声器元件的5.1声道系统：4个主扬声器设于听者的前左、前右、后左、后右方，1个中央信号扬声器用于产生一中央幻象，以及1个低音喇叭提供一个无方向性的低频声音以用低音加强来自主扬声器的声音。
声卡的性能已经有很大的改进，但是，声音技术的应用却远远落后于图像技术的应用。一个主要原因在于头戴耳机的尺寸太小。对于3-D声音的再现需要一个大的空间安置至少4个相互分开的扬声器。然而头戴耳机的扬声器外罩太小不能容纳两个或更多扬声器元件。
韩国发明专利公开78-399号及韩国实用新型专利公开1998-058453号中公开了头戴耳机的每耳侧中扬声器元件的多种设置，韩国发明专利124394号也公开了在隔板上使用多个活动支撑以提供高质量声音的多个扬声器元件的另选设置，其声音就好像使用了具有不同音质的5个以上的声道那样高质量。这些现有的多声道头戴耳机结构，均如传统立体声头戴耳机那样，采用一对双耳封闭型的扬声器外罩将听者的两耳完全包围，每个扬声器外罩容纳用于从不同声道发出声音的两个或更多扬声器元件。
听者的耳朵能通过声波相位差及声波强度差而感觉声音的方位，虽然现有的立体声头戴耳机可通过分开放置的左右声道的扬声器产生双耳效果，使听者能够感觉出声源的方位，但是其并不适合于再现3-D声音，其需在每耳侧设置多于两个的扬声器元件。
若两个或更多扬声器元件装在传统头戴耳机的一个小外壳内，则发自该独立的扬声器元件的声波就会从外壳内壁反射回来引起干扰，导致相位模糊并且立体效果变差。最具破坏力的影响是在该小外壳里因回声而产生噪音，因此，立体效果和双耳效果变差。在这种情形下，听者不能体验3D声音，甚至不能分辨出声音是从哪侧的扬声器元件发出的。
发明内容
为解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种开放型的多声道头戴耳机，其中每耳侧至少有两个外罩，在每个该外罩内至少装有两个扬声器元件，使得从每个独立声道发出的声音可以精确的相位完整无损地再现。
本发明的另一目的是提供一种多声道头戴耳机，其设计中考虑了3-D立体声效果所必须的混响与幻象。
本发明的再一目的是提供一种多声道头戴耳机，其能够有效地产生可被再现为具有5个或更多声道的3-D声音，而只用四个扬声器元件：两个左侧扬声器元件、两个右侧扬声器元件，其中每个扬声器元件的声音传送系统被优化。
为达到本发明的上述目的，提供一种多声道头戴耳机，包括：每耳侧至少有两个扬声器元件，每个扬声器元件用于产生来自多声道的不同声音；以及至少两个外罩，在每个外罩内各装有所述至少两个扬声器元件中的一个。该多声道头戴耳机可避免来自不同声道的声波间的干扰。
优选地，所述至少两个外罩被彼此分开地绕置于听者耳朵的前后，该多声道头戴耳机进一步包括：在该至少两个外罩中的每一个中设有一声导部分，该声导部分用于将发自相应扬声器元件的声音引导至听者的耳内。该多声道头戴耳机可在声波沿该声导部分行进期间提供足够的混响效果。在这种情形下，更优选的是：该至少两个外罩中的每一个进一步包括一个从相应声导部分的端部延伸的声音反射板，该声音反射板被斜置，使得由该声音反射板反射的声音去往听者的外耳。
优选地，该多声道头戴耳机进一步包括：在每一个声导部分的内表面上进一步包括多个导棱以产生多个声音通道。优选地，在声导部分及声音反射板的内表面上规则或不规则地形成多个突起，以扩散声音。
前外罩的声音反射板被绕置于听者耳朵的上部，后外罩的声音反射板被绕置于听者耳朵的下部，使得由声音反射板反射的声音去往听者的外耳。后外罩的声音反射板可使来自后部扬声器元件的声音发生绕射，而后外罩的谐振部分被扩张以放大声音。
附图说明
图1表示根据本发明的一优选实施例，戴于一听者头部的一副多声道头戴耳机的左耳侧；
图2表示根据本发明，把图1的多声道头戴耳机绕在听者头部后侧的另一种佩戴方式；
图3A为表示本发明的多声道头戴耳机的一个前外罩的内部结构的截面图；
图3B为表示本发明的多声道头戴耳机的一个后外罩的内部结构的截面图；
图4A为沿图3A中的A-A线的前外罩的截面图；
图4B为沿图3B中的B-B线的后外罩的截面图。
具体实施方式
以下将参照附图对本发明做详细描述，其中示出本发明的具体实施例。但是，本发明还可以以很多不同形式实施，而不应认为局限于这里的实施例。
在图1、2中示出被戴于听者的头部的根据本发明的多声道头戴耳机的示例，图1、2仅示出该多声道头戴耳机的左耳侧，右耳侧也与左耳侧对称地戴于听者的右侧，因此，这里不再说明多声道头戴耳机的右耳侧。
参见图1，本发明的多声道头戴耳机的左耳侧包括两个外罩10a、10b，它们分别相互分离地置于听者左耳1的前后，前后外罩10a、10b被一条普通的头带20a戴于听者的头部，标号30表示一适当弯曲以稳定地置于听者头部上并将两个外罩10a、10b连接到头带20a的端部的连接支撑元件。在图2中示出该多声道头戴耳机的另一种佩戴方式。如图2所示，前后外罩10a、10b可直接连接于头带20b，头带20b被定形以便舒适地围绕听者头部的后下部安装，头带20b的端部稳定地接于听者耳朵后。虽然这里没有完全示出支撑及连接两个或更多外罩的连接元件的变化，但是该连接元件可以以很多不同形式改变。
两个前、后外罩10a、10b，其形状很象贝壳，被相互分开置于听者耳朵1前后，扬声器元件40a、40b分别安装于该两个外罩10a、10b内，并离耳朵较远，两个前、后外罩10a、10b分别包括声导部分11a、11b，用于将发自扬声器元件40a、40b的声音引导向听者外耳的上、下部2a、2b。
前后外罩10a、10b的内部结构如图3A、3B所示。前后外罩10a、10b分别包括各自基座上的扬声器接纳元件12a、12b，其被安装以分别容纳扬声器元件40a、40b，扬声器接纳元件12a、12b开口朝向声导部分11a、11b的内壁。安装振动膜42a、42b以覆盖扬声器接纳元件12a、12b。前后外罩10a、10b的基座封闭并与听者的脸部接触。发声线圈41a、41b属已知技术，安装于扬声器元件40a、40b内。发声线圈41a、41b振动覆盖扬声器接纳元件12a、12b的振动膜42a、42b，由此再现声音。
在声导部分11a、11b的内表面上，有多个沿纵向相互分开延伸的平行导棱50a、50b以构成声音通道60a、60b，声音反射板70a、70b自声导部分11a、11b的端部，即：声音通道60a、60b的声音输出端延伸。还有，在声导部分11a、11b及声音反射板70a、70b的内表面上形成有大量的小突起80a、80b。
特别是，声音反射板70a、70b以对应于声导部分11a、11b的预设角度弯曲，以使得沿声音通道60a、60b传送的声音被反射并绕射至听者耳朵的上、下部2a、2b。突起80a、80b在传送期间将声音扩散于前后外罩10a、10b内，突起80a、80b的高度和间距可根据声音扩散条件而规则或不规则地变化，突起80a、80b可以用弹性材料构成，以使其扩散和衰减声音而不引起不必要的回响及振颤。
从图3A、3B可以看出，前后外罩10a、10b在靠近扬声器接纳元件12a、12b处进一步包含谐振部分13a、13b。后外罩12b的谐振部分13b被设置为稍稍离开听者的耳垂，正如图2所示。
使用时，当由一通用的3-D声音处理器(未图示)处理过的声音信号通过多声道施加于安装在扬声器元件40a、40b内的发声线圈41a、41b时，发声线圈41a、41b、然后是振动膜42a、42b振动，由此从每个声道产生不同的声音，它们具有相互不同的波长、相位和音调。
在本发明的多声道头戴耳机中，扬声器元件40a、40b中的每一个分离地安装于前后外罩10a、10b内，以便于来自多声道的不同的声音可被再现而不受来自其它声道的声音的干扰。另外，因从声导部分11a、11b延伸的声音反射板70a、70b被设置在听者外耳的上、下部2a、2b的附近，声波可几乎没有干扰地抵达听者的耳鼓。
发自扬声器元件40a、40b的声音作为直接声音传播至声导部分11a、11b的内表面。直接声音沿声音通道60a、60b行进，然后反复地被从声导部分60a、60b延伸的反射板70a、70b反射并绕射，从而抵达耳鼓。在声音在外罩10a、10b内的行进期间，来自扬声器元件40a、40b的直接声音、以及被声导部分11a、11b的内壁和导棱50a、50b的壁反射的声音都能够被听者感觉。换句话说，直接的和反射的声音都能够抵达听者的耳鼓，这使得听者能感受到立体特性，正如他或她坐在音乐厅内一样。
与声音反射板70a、7110b紧邻的突起80a、80b通过扩散将声音广为分散，从而通过扩展的声场而增强立体效果。结果，使得本发明的多声道头戴耳机可实现有效的3-D声音再现。
位于前后外罩10a、10b的端部并远离听者外耳的谐振部分13a、13b放大来自扬声器元件40a、40b的直接声音。后外罩10b的谐振部分13b被置于稍稍离开听者的耳垂2的后部方向。虽然上述实施例以左耳侧为例进行了描述，应该理解右耳侧也以相同的方式设置。通过本发明的多声道头戴耳机，由于双耳效果及来自后部扬声器元件的声音的绕射效果，听者可体验几乎是3-D的声音，该声音具有方向幻象。
如上所述，在本发明的多声道头戴耳机中，在分离的外罩中为多声道安装独立的扬声器元件，使得听者可感受到发自不同声道并具有精确相位的清晰声音。由于在外罩中传送的期间声音发生反射和扩散，可以产生具有3-D声音的必须要素的高质量声音，即具有高清晰度、由广声场所产生的立体特性、及方向幻象的声音。
本发明的多声道头戴耳机只用四个扬声器元件：在听者的每耳侧的前后以预定距离分开设置两个扬声器元件，即能提供所有的立体声要素。因此，该多声道头戴耳机可有效地再现来自5.1声道系统的声音，本发明的多声道头戴耳机可有效地产生感人的3-D声音。
随着以计算机为基础的多媒体和数字通讯技术的发展，本发明的多声道头戴耳机将更加有用。例如，该多声道头戴耳机可用于观看基于虚拟现实博弈模拟的3-D图像，或可用于在模拟战斗条件下的军事或飞行训练。

Claims (7)

1、一种多声道头戴耳机，包括：每耳侧至少有两个扬声器元件，每个扬声器元件用于产生来自多声道的不同声音；以及至少两个外罩，在每个外罩内装有所述至少两个扬声器元件中的每一个，其特征在于，
所述至少两个外罩被彼此分开地绕置在听者耳朵的前后，并且该多声道头戴耳机进一步包括：为所述至少两个外罩中的每一个设有一声导部分，该声导部分用于将发自相应扬声器元件的声音引导至听者的耳内。
2、如权利要求1所述的多声道头戴耳机，其特征在于，所述外罩中的至少一个外罩包括一个谐振部分，用于放大发自相应扬声器元件的声音以产生幻象。
3、如权利要求1所述的多声道头戴耳机，其特征在于，设置在听者耳朵后的所述至少两个外罩中的一个外罩稍稍远离于听者的耳垂，以确保发自相应扬声器元件的声音被缓和地绕射。
4、如权利要求1所述的多声道头戴耳机，其特征在于，每一个所述声导部分的内表面上进一步包括多个导棱，用于产生多个声音通道。
5、如权利要求1或4所述的多声道头戴耳机，其特征在于，所述至少两个外罩中的每个外罩进一步包括一个从相应声导部分的端部延伸的声音反射板，该声音反射板被斜置，使得由该声音反射板反射的声音去往听者的外耳。
6、如权利要求5所述的多声道头戴耳机，其特征在于，在所述声导部分及声音反射板的内表面上进一步包括多个突起，以扩散声音。
7、如权利要求5所述的多声道头戴耳机，其特征在于，设置从声导部分的端部延伸的所述声音反射板，使得由该声音反射板反射的声音去往听者外耳的下部和上部。
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