CN1992989B - 具有可变管道单元的耳机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种通气类型的耳机，该耳机具有管道，该管道连通所述耳机的内部和外部，并且将感抗分量施加在由电声转换器所产生的声信号上。所述耳机包括：将电信号转换成声信号的电声转换器；容纳所述电声转换器的壳体；以及可变管道单元，该管道单元从所述壳体向内延伸到以连通所述耳机和周围大气，并且调整由所述电声转换器所产生的声信号的感抗分量。其中，可变管道单元包括：从壳体的一侧延伸的延伸部；容纳在延伸部中的多个子管道；以及打开和关闭多个子管道中的一个或多个的开口单元。由于在所述壳体端部可以改变管道的长度或截面面积，所以根据使用者的爱好、音乐种类等可以容易地调整耳机的频率特征，特别是其低频率特性。

Description

具有可变管道单元的耳机

技术领域

本发明构思涉及一种耳机，并且更特别地涉及一种通气类型(open-airtype)耳机，该通气类型耳机具有使耳机内部与耳机外部连通的管道，并且该管道将感抗分量施加在由电声转换器所产生的声信号上。

背景技术

耳机是微小的扬声器，其配合在使用者的耳中并且具有将电信号转换成声信号的电声转换器。

耳机可以根据容纳电声转换器的壳体的形状分类成闭气类型耳机和通气类型耳机。闭气类型耳机构造成，壳体与周围大气被气密地封闭隔开，而通气类型耳机构造成，较小的后部孔沿壳体后部的边缘形成，以使壳体内部和外部之间连通。

在闭气类型耳机中，由于耳中声音压力随着耳机在耳中的紧密配合程度发生变化，所以声音质量也可能变化。然而，在通气类型耳机中，由于壳体的内部和外部相互连通，所以耳内的声音压力可以在从低频率到高频率的较宽频率范围内保持恒定。另外，例如聚氨酯泡沫的声阻材料可以嵌入在形成于通气类型耳机壳体中的后部孔中，以减小外部噪音。

根据后部孔的尺寸，通气类型耳机中的谐振发生在声信号中频率和高频率之间的频率处。该谐振在中频率和高频率之间导致声音压力的最大值，从而降低了通气类型耳机的频率特征。在努力解决这些问题时，美国专利No.4,742887描述了一种具有管道的通气类型耳机。

图1是剖视图，其示出了传统的通气类型耳机。

参照图1，传统通气类型耳机包括；电声转换器102，该电声转换器包括永久磁铁、音圈以及膜片；以及容纳所述电声转换器102的壳体104。后部孔106形成在壳体104的后部并且由例如非织物的声阻材料覆盖。管道108从壳体104的一侧延伸。

在传统的具有后部孔106的通气类型耳机中，由于在低于音圈和膜片构成的振动系统的谐振频率的频率下，频率响应减小，所以电声转换器102的谐振频率应当尽可能地小，以改善低频特征。

通过增加电声转换器102的柔度或等效质量，可以减小电声转换器102的谐振频率。在此，柔度为移动体柔韧度的测量值。例如，高柔度的扬声器在锥形支撑部处非常软。

特别地，为了增加电声转换器102的柔性，必须(1)为膜片选择具有高柔性的材料；或者(2)减小膜片的厚度。然而，可用于膜片的材料的柔性以及膜片厚度可以减小的程度是有限的。此外，增加电声转换器102的等效质量，会损坏耳机在高频范围内的敏感度和声学特征。

在传统的图1的通气类型耳机中，可以通过延伸壳体104的一部分以形成管道108来改善电声转换器102的柔性和等效质量。由于管道108在振动系统上增加了等效质量，所以振动系统的谐振频率减小了与所增加的等效质量相当的量。也就是说，不管振动系统的柔性和等效质量如何，实现了振动系统的谐振频率的减小。因此，传统通气类型耳机的低频率特征因管道1 08耳得以改善。

耳机的低频率特征基本上由管道108的等效质量和振动系统的谐振频率确定，也由耳机在耳中配合的紧密程度确定。也就是说，随着在耳机产生的声信号传输到耳中时发生声音泄漏，低频率特征发生变化。在发生大量声音泄漏时，声信号的低频率分量减小。

另外，由于不同使用者的听觉敏感度基于耳结构而不同，所以耳机的低频率特征还受到耳结构和管道108的等效质量以及振动系统的谐振频率的影响。

使用者还需要根据音乐种类调整耳机的低频特征。此外，低频率在20到200Hz的范围内，并且可以分成从20至40Hz范围内的深度低音(deepbass)、从40到400Hz范围内的中低音(middle bass)以及从100至200Hz范围内的高低音(upper bass)。例如，在听古典音乐时，深度低音特别地重要，而在听hip-hop或舞蹈音乐时高低音特别地重要。

因此，应当根据使用者的物理特征(例如耳结构)、爱好以及音乐种类来调整低频率特征。

发明内容

本发明构思提供一种具有低频特征的通气类型耳机，所述低频率特征可以根据使用者的物理特征、爱好以及音乐种类来调整。

本发明构思的另外方面将在接下来的说明中部分地阐明，并且将从该说明中部分地显而易见，或可以通过本发明构思的实施来习得。

本发明构思的前述和其他方面通过如下来实现，即，提供一种耳机，该耳机包括将电信号转换成声信号的电声转换器；容纳所述电声转换器的壳体；以及可变管道单元，该可变管道单元从所述壳体向内延伸以将所述转换器与周围大气连通，并且调整所述电声转换器所产生的声信号的感抗分量。

所述可变管道单元可以包括从所述壳体的一侧延伸的延伸部；以及安装在所述延伸部中并且沿所述壳体的纵向可滑动的管道。

所述可变管道单元可以包括从所述壳体的一侧延伸的延伸部；安装在所述延伸部中的多个子管道；以及打开和关闭所述多个子管道中的一个或多个的开口单元。

本发明构思的上述和/其他方面通过如下来实现，即提供一种耳机，其包括：圆形壳体，该圆形壳体具有设置在其中的转换器；从所述壳体的一侧向外延伸的延伸部；以及管道，该管道设置在所述延伸部中，并且具有可调整的截面面积和可调整的长度中的至少一个。

本发明构思的上述和/其他方面通过如下来实现，即提供一种耳机，其包括：圆形壳体，该圆形壳体具有带有扬声器单元的第一侧，以及第二侧，该第二侧具有延伸穿过其中的后部孔；从所述壳体的圆形侧延伸的细长部，以及可移动管道，其设置在所述细长部中，并且相对于所述壳体在至少第一和第二位置之间可移动，以使得可以通过移动所述管道来调整频率特征。

附图说明

结合附图，通过对实施例的如下说明，本发明构思的这些和/和其他方面将变得显而易见并且可以得以更加容易地理解，其中：

图1是剖视图，其示出了传统的通气类型的耳机；

图2是透视图，其示出了通气类型的耳机；

图3是电路图，其示出了图2的通气类型耳机的声学分析模型；

图4是示出了图2中通气类型耳机包括泡沫材料盖时相对于所述通气类型耳机不包括泡沫材料盖时的响应特性的曲线；

图5是曲线示出了图2中的通气类型耳机紧密地配合在耳中时相对于所述通气类型耳机松散地配合在耳中时的响应特性的曲线；

图6是透视图，其示出了根据本发明构思的实施例的耳机，该耳机的管道与壳体之间的距离可以调整；

图7是平面图，其示出了图6的耳机；

图8示出了通气类型耳机的赫尔姆霍茨谐振器模型、声学模型以及模拟电路；

图9是示出了对应于耳机的管道和壳体之间的距离如图6所示调整的状态的频率特征的曲线；

图10是透视图，其示出了根据本发明构思的另一实施例的耳机；

图11是平面图，其示出了图10的耳机，该耳机具有利用移动的狭缝可选择的子管道；以及

图12是平面图，其示出了根据本发明构思的又一实施例的耳机。

具体实施方式

现在详细地参照本发明构思的实施例，在附图中示出了本发明构思的实例，其中类似的附图标记在全文中指示类似的部件。以下对各实施例进行说明，以通过参照附图来说明本发明构思。

图2是透视图，其示出了通气类型的耳机。

参照图2，通气类型的耳机包括：壳体202，该壳体具有形成在其中的预定长度为L后部孔且总截面面积为∑S后部孔的后部孔；以及容纳在其中的管道206，该管道具有预定的截面面积S管道和预定的长度L管道。

图3是电路图，其示出了图2的通气类型耳机的声学分析模型。

参照图3，下标“a”表示声学参数，“Ca_box”表示壳体202的电容量，“Ma_duct”表示管道206的电感，“Ra_loss”表示壳体202、管道206以及其他系列部件的阻抗之和，“R_hole”表示覆盖后部孔204的例如非织物的材料的气流阻力，以及“Ma_Hole”表示后部孔204的电感。

这些变量计算如下：

Ca_box＝V_box/ρ.c²

Ma_duct＝ρ.c²/S_管道

R_hole；通过测量得到数值

Ma_Hole＝ρ.L_后部孔/∑S_后部孔

其中，“V_box”表示壳体202的体积，“ρ”表示空气密度，“c”表述空气中的声速(345m/s)，“Ravc”表示音圈的阻力，“Ras”表示悬挂阻力，“Gas”表示悬挂柔度，以及“Mad”表示膜片的质量。

这些参数可以通过如下的Thiele & Small Parameter来获得。

i＝Eg/Revc；音圈中的电流

F＝BL·I＝EG·BL/Revc·Sd；由线圈产生的作用力

Pag＝F/Sd＝EG·BL/Revc·Sd；膜片产生的压力

$R_{\mathrm{avc}}=\frac{1}{R_{\mathrm{evc}}}\·{\left(\frac{\mathrm{BL}}{\mathrm{Sd}}\right)}^2;$ 音圈的阻力

Mad＝Mmd/Sd²；膜片的质量

Mas(w)＝Mad+Mar(ω)；膜片质量加上辐射质量

Mas_～＝Mad+Mar_～；Mas(ω)的近似值

Cas＝Cms·Sd²；悬挂柔度

$\mathrm{Ras}=\frac{\mathrm{Rms}}{{\mathrm{Sd}}^2}\≅\frac{\sqrt{\mathrm{Mas}\left(0\right)/\mathrm{Cas}}}{\mathrm{Qms}};$ 悬挂阻力

如上所述，所述Ra_loss为壳体202、管道206以及其他系列部件的阻抗之和，并且通过如下给出：

$\mathrm{Ra}\_\mathrm{loss}=\frac{Q_{\mathrm{loss}}}{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{box}}\·\mathrm{Ca}\_\mathrm{box}}$

其中，“Q_loss”表示壳体202的总的盒子损失(box loss)，并且根据壳体202的减振程度位于3至7的范围内，而“ω_Box”表示管道206的谐振频率2*∏*。

图4是曲线图，其示出了图2中通气类型耳机包括泡沫盖时相对于所述通气类型耳机不包括泡沫盖时的响应特性。图5是曲线图，其示出了图2中的通气类型耳机紧密地配合在耳中时相对于所述通气类型耳机松散地配合在耳中时的响应特性。所述泡沫盖可以是由海绵制成的耳机盖，其用来增加图2的通气类型耳机与耳之间的紧密性。图4的曲线图示出了采用头和躯干系统所测量的图2中通气类型耳机的频率响应特征曲线。

由图4的粗实线所指示的曲线402示出了图2中通气类型耳机不包括泡沫盖时的频率响应特性，而由图4的细虚线所指示的曲线404示出了图2中通气类型耳机包括泡沫盖时的频率响应特性。

由图5的粗实线所指示的曲线502示出了图2中通气类型耳机松散地配合在耳中时的频率响应特性。图5的细虚线所指示的曲线504示出了图2中通气类型耳机紧密地配合在耳中时的频率响应特性。

参照图4和5，通气类型耳机的低频率特性与其他频率特性相比，其基本上随着泡沫材料盖的存在以及耳机是否紧密地配合在耳中而变化。

换句话讲，频率响应特性随耳机的状态以及耳机的使用状态而变化。因此，使用者应当根据耳机的状态、耳机的使用状态以及所再现的音乐类型来调整低频率特征。

回来参照图2，根据本发明构思的实施例的通气类型耳机使使用者能够根据耳机的状态、耳机的使用状态、使用者的偏爱喜好或者所听的音乐通过改变安装在壳体202中的管道206的长度L_管道以及截面面积S_管道来调整低频特征。

图6是透视图，其示出了根据本发明构思的实施例的耳机。图6示出了壳体602和管道606之间的距离得以调整的情况。参照图6，延伸部604从壳体602的一侧沿纵向延伸。延伸部604包含管道606。管道606可以在延伸部604内部沿纵向延伸。管道606具有预定的长度，并且具有朝向壳体602形成的第一孔以及垂直于纵向形成的第二孔。壳体602的内部和外部经由所述第一和第二孔相互连通。

固定槽606a以恒定的间隔形成在管道606的外表面上。固定突起604a形成在延伸部604的内表面上，以相应于管道606的固定槽606a并啮合于后者。管道606可以由固定槽606a和固定突起604a固定。

管道606具有突起606b，该突起具有第二孔。突起606b从延伸部604的表面突出穿过延伸部604的开口，以使得使用者可以用手容易地移动管道606。管道606的下侧封闭，从而管道606经由第二孔与周围大气连通。

参照图6，管道606可以调整到三个位置。根据管道606的位置来调整管道606和壳体602之间的距离。例如，图6中的上、中和下透视图分别示出了管道606的突起606b和壳体602与延伸部604相交处的壳体602的一部分之间的距离调整为12mm、8mm以及4mm的情况。所述距离通过从突起606b的自由端经由管道606的内部至壳体606与延伸部604相交处的壳体602的部分之间测得。

图7是图6的耳机的平面图。图7的左、中和右平面图分别与图6中的上、中和下透视图对应。

参照图6和7，通过调整管道606和壳体602之间的距离来改变耳机的频率特征。

图8示出了图6中耳机的赫尔姆霍茨谐振器模型、声学模型以及模拟电路。所述通气类型的耳机可以作为如图8所示的赫尔姆霍茨谐振器802(左)建模。

图8中的赫尔姆霍茨谐振器802包括容积为V的盒子802a；以及长度为L且截面面积为S的管道802b，所述管道802b连接在盒子802b上。赫尔姆霍茨谐振器802的盒子802a与通气类型耳机的壳体602相应，而管道802b与通气类型耳机的管道606相应。

赫尔姆霍茨谐振器802可以表示为声学模型(中)以及声学模拟电路(右)，所述声学模拟电路具有声阻抗Z(即，电阻R、电感M以及电容C)。参照图8，“P”表示赫尔姆霍茨谐振器802的声音压力输入，而“U”表示赫尔姆霍茨谐振器802中的体积速率。

$Z=\frac{P}{U}=R+\mathrm{jw}\·M+\frac{1}{\mathrm{jw}\·C}$

其中， $M=\frac{\mathrm{\ρ}\·L\′}{S},C=\frac{V}{\mathrm{\ρ}\·c^2},$ L’为有效长度，并且因空气辐射的影响和质量负载而增加。

L′＝L+0.85·d；管道入口处带凸缘

L′＝L+0.725·d；管道入口处不带凸缘

其中，“d”表示管道802b的直径。

也就是说，当管道802b的截面面积S增加或管道802b的长度L减小时，赫尔姆霍茨谐振器802的电感M减小，反之亦然。也就是说，可以通过调整管道802b的截面面积S和长度L来调整通气类型耳机的频率特性。

图9为曲线图，其示出了如图6所示调整管道606和壳体602之间的距离时的频率特性。特别地，图9示出了当耳机安装在无限反射板中时的频率响应特性。

参照图9，曲线902、904以及906分别与图9的上、中和下透视图对应，图9的上、中和下透视图示出了管道606和壳体602之间的距离调整到12mm、8mm以及4mm的状态。该距离通过测量管道606的近侧端和壳体602与延伸部604相交处的壳体的一部分之间的距离来得到。曲线906适于采用较强比特(bit)的hip-hop、舞蹈音乐等，而曲线902适于需要深度低音而不是强低音的大古典音乐、摇滚乐、爵士乐等。

参照图9，通过调整管道606和壳体602之间的距离来显著地改变耳机的频率特性，特别是低频特性。

图10是透视图，其示出了根据本发明构思的实施例的耳机。参照图10，耳机包括三个具有不同长度的固定的子管道102a、102b和102c，并且所述子管道102a、102b和102c通过使用移动的狭缝打开和关闭。

图11是平面图，其示出了在采用移动的狭缝104a来选择子管道102a、102b和102c中的一个时的图10中的耳机。移动的狭缝104a形成在转动把手104上，并且可以通过旋转转动把手104来选择子管道102a、102b和102c中的一个。从图11中可以看出，可以将移动的狭缝104a定位成与子管道102a相应，以调整深度低音频率特性；定位成与子管道102b相应，以调整中低音频率特性；定位成与子管道102c相应，以调整高低音频率特性。因此，通过移动的狭缝104a的位置，可以加重深度低音、中低音以及高低音频率特性。

图12是平面图，其示出了根据本发明构思的又一实施例的耳机。参照图12，该耳机包括三个具有相同长度的子管道122a、122b、122c；以及具有狭缝124a的转动盖124，该转动盖打开和关闭所述的子管道122a、122b和122c。通过旋转转动盖124可以选择子管道122a、122b和122c的组合。也就是说，通过旋转转动盖124可以打开/关闭多根子管道122a、122b和122c。因此，空气可以在壳体和多根子管道122a、122b和122c之间流动，从而调整了耳机的频率特性。从图12中可以看出，转动盖124可以移动到狭缝124a与一根子管道相对应的位置，以调整深度低音频率特征；移动到狭缝124a与两根子管道相对应的位置，以调整中低音频率特征；移动到狭缝124a与三根子管道相应的位置，以调整高低音频率特征。

如上所述，由于管道从壳体的一侧延伸并且该管道的长度和截面面积可以改变，所以本发明构思实施例的通气类型耳机的频率特性，特别是低频特性可以根据使用者的爱好、音乐种类、泡沫盖的存在或者耳机与使用者耳朵之间的距离得到容易地调整。

由于可以采用机械部件来改变声学感抗，所以可以简单而有效地调整本发明构思实施例的通气类型耳机的频率特征。

虽然示出和描述了本发明构思的几个实施例，但本领域技术人员可以理解的是，在不脱离总发明构思的原理和实质的情况下，可以对这些实施例进行改变，所述总发明构思的原理和实质的范围限定在所述权利要求书以及它们的等价物中。

Claims (10)

1.一种耳机，包括：

将电信号转换成声信号的电声转换器；

将所述电声转换器容纳在其中的壳体；

可变管道单元，其从所述壳体向内延伸以使所述电声转换器与周围大气之间连通，并且调整由所述电声转换器所产生的声信号的感抗分量，

其中，所述可变管道单元包括：

从所述壳体的一侧延伸的延伸部；

容纳在所述延伸部中的多个子管道；以及

打开和关闭所述多个子管道中的一个或多个的开口单元。

2.如权利要求1所述的耳机，其中，各所述子管道具有不同的长度。

3.如权利要求2所述的耳机，其中，所述开口单元为转动把手，该转动把手围绕带有孔的各所述子管道形成，以打开和关闭所述子管道中的一个或多个，并且以各所述子管道的纵向方向为轴转动。

4.如权利要求3所述的耳机，其中，所述转动把手具有相对于所述延伸部的纵向倾斜形成的狭缝。

5.如权利要求1所述的耳机，其中，各所述子管道具有相同的长度。

6.如权利要求5所述的耳机，其中，所述开口单元为转动盖，用于打开和关闭所述多个子管道的组合。

7.一种耳机，其包括：

圆形壳体，该圆形壳体具有设置在其中的转换器；

从所述壳体的一侧向外延伸的延伸部；以及

管道，该管道设置在所述延伸部中，并且具有可调整的截面面积和可调整的长度中的至少一个，

所述管道包括具有不同长度的多个子管道；并且

所述延伸部包括设置在所述延伸部表面上的可移动狭缝，该可移动狭缝在与所述多个子管道相对应的多个不同位置之间可移动。

8.如权利要求7所述的耳机，还包括：

多个后部孔，其设置在与所述壳体的前侧相对的所述壳体的后侧。

9.如权利要求8所述的耳机，其中，所述各后部孔包括插入其中的泡沫盖。

10.如权利要求7所述的耳机，其中，各所述子管道中的每一个具有L形，其具有第一部分和第二部分，所述第一部分沿平行于所述延伸部主轴的方向延伸，而所述第二部分垂直于所述延伸部主轴朝向所述延伸部表面延伸。

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