CN204377095U - 偶极高辐射抗型耳机 - Google Patents

Abstract

偶极高辐射抗型耳机（DXEp）——采用全开放式结构，耳机前腔扬声器加载一“声聚能管”，耳机后腔壳具有一导声孔，孔径Φ满足下述要求：100μm≤Φ≤200μm。“声聚能管”可以提升辐射声功率与声辐射效率（声学功率放大器）；导声孔通过调节声阻尼/声阻抗使声波延时而改变其相位（声学延时器）——从而减小“声短路”的模态密度，充分利用扬声器背面的辐射声能。全开放式设计可以获得一种“动态性气压平衡”——降低失真；并且避免传统封闭式耳机“听诊器效应”导致的听觉疲劳/听力损害；降低“头中效应”，增强“双耳效应”与“耳廓效应”，使声场宽阔自然。

Description

偶极高辐射抗型耳机

技术领域

本实用新型涉及一种耳机——具体说是一种前腔与后腔都开放(可以导声)的开放式耳机。

背景技术

随着“新媒体”移动终端(智能手机/平板电脑等)的飞速发展——耳机作为“移动式个人音响系统”，以其免提性/轻量级/便携性等优势，更适合与“新媒体”移动终端配合。相对于微型音响——耳机具有个人专属性，功率/体积小，便携性更好。耳机聆听属于“超近声场”——作为主流“新媒体音响”，更应该注重健康性。

“听诊器效应”(the Stethophone Effect)——封闭式耳机外耳道密闭，空气弹簧劲度Sa↑→声压Pa↑→声阻抗Za↑→声导纳Ya↑(与鼓膜的声阻抗更匹配)，耳机振膜可以通过外耳道空气柱与鼓膜形成“耦合振动”(类似于听诊器)——故其效率高/失真小，但是对于鼓膜的刺激大，易导致听觉疲劳/听力损害。

一般耳机为了获得高效率/低失真以及良好的低频响应，都采用封闭式结构——但其“头中效应”明显，无“双耳效应”/“耳廓效应”，声场效果不自然。开放式耳机可以避免上述问题——美国专利US8638971B2“Open-air earbuds and methods for making the same”采用开放式结构——有利于降低“听诊器效应”/“头中效应”，改善健康性与声场效果。

相对于音箱——耳机线度小，全开放式耳机前/后腔都可透声，中低频声波更容易发生“声短路”——故一般耳机并不采用全开放式，而是采用半开放式。半开放式耳机大多是“前腔封闭/后腔开放”，主要是为了改善低频响应——前腔(扬声器前侧声腔)封闭，则效率增加/失真减小(听诊器效应)；后腔开放，声顺Ca增加，则扬声器fo下降。虽然耳机的Hi-Fi性更好，但其健康性差——但同封闭式耳机一样，易导致听觉疲劳/听力损害。

一些耳机(如入耳式)前腔开设泄压孔，可以降低“听诊器效应”，改善健康性与音质——但扬声器声音泄漏很少，外界的声音也无法传入耳朵，声场效果与封闭式耳机相似(头中效应)。半开放式耳机(后腔开放)一般采用“导气孔”设计，为改善音质往往增加阻尼材料(如不同密度的调音纸)。如果导气孔的声阻抗/声阻尼过大，则后腔声波无法发生衍射——孔可能会“导气”，但不一定会“导声”，同样无法利用扬声器背面的辐射声能。

前腔/后腔具有导气孔(即泄压孔)或者前腔与后腔都具有导气孔的耳机——声波不一定能够传播出来，可能并非“开放式”耳机。一些后腔开放(可以导声)的入耳式耳机——前腔开设导气孔，由于外部声压小/内部声压大，且导气孔的声阻抗/声阻尼大，后腔的声波不能通过导气孔传入外耳道——因而无法构成“偶极双向辐射”。

一般认为“声短路”会导致辐射效率下降/低频响应变差——实际上，“声短路”还会影响到音质与音色(如结像力/解析度/声音质感/层次感/动态范围等方面)。作为“开放式耳塞”(Open-air earbuds)的代表，Apple耳机强调佩戴的舒适性与健康性，可以防止“听诊器效应”导致的听觉疲劳与听力损害。但是Apple耳机采用后腔具有导声孔的开放式设计，“声短路”会对音质产生影响——iPhone4Earbuds直白平淡的声音被形容为“白开水”。

由于“声短路”问题，一般扬声器系统包括耳机都采用封闭式结构(相当于无限大障板)——虽然避免了“声短路”，但却无法利用扬声器背面的辐射声能，电声转换效率低。不同频率声波的指向特性不同，低频声波的有效辐射角度大，比中高频声波更容易发生“声短路”——“偶极辐射型”扬声器一般只用于中高频扬声器系统，而无法用于全频带与低频扬声器系统。

低频系统大多采用“亥姆霍兹共鸣器”(如倒相管/无源辐射器设计)或“波导驻波共鸣器”(如传输线型音箱)改善低频响应，同时利用扬声器背面的辐射声能——但声辐射效率提升的带宽很窄，仅限于共鸣频率fop附近。实际上，倒相箱共鸣频率fop之外——扬声器振膜前/后面辐射声波都可能会通过倒相管发生“声短路”。由于一般无源辐射器质量大于倒相管空气柱声质量，无源辐射器音箱的fop(fop＝1/2π√MaCa)比倒相箱的fop低(Ca相同)，而无源辐射器比倒相管体积小，增加Ma可以减小Ca(fop一定)，则可以减小声腔体积V——故无源辐射器更适于耳机改善低频响应。但是相对于音箱，耳机无论采用无源辐射器还是倒相管都更困难。

发明内容

本实用新型目的在于提供一种不易导致听觉疲劳与听力损害的健康耳机——避免传统耳机的“听诊器效应”，提升辐射效率与低频响应——解决开放式耳机(偶极辐射型)的“声短路”问题。

本实用新型的技术方案——采用开放式耳机结构，耳机前腔扬声器加载一“声聚能管”，“声聚能管”结构包括反号筒，以及蜗壳式/阿基米德螺旋线式折叠结构；耳机后腔壳具有至少一个导声孔，导声孔为通孔，位于后腔壳背面或侧面，孔径Φ满足下述要求：100μm≤Φ≤200μm，导声孔数量n≤4个——“声聚能管”与后腔壳均为刚性材料构造。参照图1。

“偶极高辐射抗型耳机”(the Dipolar large-Xr mode Earphone)——以下简称为DXEp，可以有效解决传统开放式耳机的“声短路”问题。

前腔开放——无论采用何种机械结构(如耳塞式/耳罩式)，DXEp耳机前腔都与外界空气保持连通状态，外耳道(耳孔)不被封闭，使外界声音包括后腔声波可以传入外耳道——可以避免“听诊器效应”，以及大动态时声压过大导致的扬声器振膜变形(失真)或损坏。后腔开放——耳机后腔通过导声孔与周围空气直接或间接耦合，可以改善低频响应，减小失真(动态性气压平衡)。

DXEp电-力-声类比图——扬声器的振动系统质量Mm/支撑系统Cm与后腔声顺Ca/声阻Ra(Rm/Rr)构成“串联谐振”；导声孔的质量抗Xm(空气柱质量Mm')/弹性抗Xe/声阻尼Da(Rm')与后腔声顺Ca可构成“串联共鸣”(亥姆霍兹共鸣器)——“声聚能管”的辐射阻Rr与附加辐射质量Mr/声顺Ce构成“并联共鸣”，耳外声场开放式结构与外耳道声顺Ca′形成“开路”。参照图2。

一般耳机壳壁厚度t≤1000μm(1mm)——故导声孔的长度L按照L≤1000μm计。耳机后腔壳壁厚度t↑→导声孔长度L↑/孔径Φ↓；t↓→导声孔长度L↓/孔径Φ↑。可以根据具体情况——设置导声孔的孔径与数量，调节声阻抗/声阻尼，获得不同的延时效果。

辐射阻抗Zr包括辐射阻Rr与辐射抗Xr(Zr＝Rr+jXr)——辐射阻(Rr)表示声源向介质辐射声能量的能力；辐射抗(Xr)代表“无功声能”，储存于近场中，而不辐射出去。一般认为，辐射抗(Xr)为“质量抗”(Xm)，即“附加辐射质量”(Mr)——实际上，辐射抗还包括“弹性抗”(Xe)。“质量抗”相当于感抗(X_L)，“弹性抗”相当于容抗(X_C)。

“质量抗”(Xm)与扬声器系统振动的“排气量”(V)成正比——“排气量”(V)与体速度(u)相关——V↑→u↑→Wr↑(Wr＝u²Za)。

“空气弹簧”——声波为纵波，空气为弹性媒质，在空气中传播时，空气振动产生“容变”(压缩/膨胀)——“空气弹簧”弹性系数Km↑→辐射阻Rr↑(势能→动能)，密部(Km↑)—疏部(Rr↑)。Km↑→弹性抗Xe(容抗X_C)↑→辐射阻Rr↑，则声压Pa↑(Pa＝uRr)/辐射声功率Wr↑(Wr＝u²Rr/2)，声辐射效率σr增加——Xr(Xe/Xm)代表势能，Rr代表动能，势能可以转化为动能。

频率f↓→波数K↓→“空气弹簧”弹性系数Km↓→辐射阻Rr↓→Wr↓——故“低频比高频辐射更困难”。

号筒式扬声器(Horn loudspeakers)属于间接辐射式扬声器——“号筒”即截面积逐渐变化的声管，实质上就是通过增加辐射抗Xr(Xm/Xe)而提升声压Pa/辐射声功率Wr——故其效率高。

封闭式耳机——虽然外耳道截面积S↓(辐射阻Rr↓)，但辐射抗Xr(Xm/Xe)↑→声压Pa↑，故其Wr/σr↑。

DXEp采用“声聚能管”增加辐射抗Xr(Xm/Xe)——“声聚能管”(Acoustic Energy Gathered Pipe)是一种具有声能聚集作用的声管，可以增加声压Pa，将势能转化为动能；也可以将动能转化为势能储存起来。“声聚能管”可以采用号筒结构，包括正号筒与反号筒。“声聚能管”还能够改善低频响应——质量抗Xm↑→附加辐射质量Mr↑→扬声器谐振频率fo↓；低频声波弹性抗Xe↑→“空气弹簧”弹性系数Km↑→辐射阻Rr↑，使“低频辐射更容易”。

“声聚能管”实际上是一个“声压增益/压限器”——小信号时可以补偿声压，提升辐射声功率(节能)；信号电平提高时，则能够限制声压，降低能流密度(健康)——可以双向调节声压(蓄水池效应)。

“李代桃僵”——DXEp以“声聚能管”代替外耳道，与封闭式耳机异曲同工，同样效率高/失真小，低频响应好——但更具有健康性，可以有效解决音质/效率与健康之间的矛盾。

一般号筒式扬声器设计都采用正号筒——实际上，反号筒(Inverse-horn)的“声压控制性”优于正号筒的，扬声器辐射声压增加时，能够平抑声压，降低能流密度(声强I)，具有健康性。反号筒相对密闭空间/管壁反射，可以增加弹性抗Xe；声阻抗Za随截面积S逐渐减小而增加，Xe↑→辐射阻Rr↑——则声压Pa/声辐射效率σr增加，其“增压”效果与低频响应更好。故作为优选，“声聚能管”采用反号筒结构——可以采用指数线/双曲线/“郁金香”形等形状。

DXEp“声聚能管”还可以采用折叠结构——可以增加弹性抗Xe，提高辐射效率，视觉长度减小/实际长度增加，“造型性”提高。相同容积(质量抗Xm相同)，采用折叠结构，由于弹性抗Xe增加，总的辐射抗Xr更大，而且“λ/4”共鸣频率fop也不同(声管长度不同)——可采用蜗壳式/阿基米德螺旋线式折叠结构。

蜗壳式(立体对数螺旋线)折叠结构——大口端扩展成圆形加载扬声器，小口端为出声口——参照图3。

阿基米德螺旋线式(平面等速螺线)折叠结构——“耳塞式”的扬声器加载于小口端，大口端与导声管连通，“声聚能管”位于导声管的侧面；“头戴式”(耳罩式)的扬声器加载于大口端，小口端与出声口连通，参照图4。

无论正号筒还是反号筒，都不可避免地会产生“驻波共振”——会导致声染色，使某些频率的声压级SPL提高，频响曲线不平坦。由于DXEp耳机号筒线度小，可以减轻“驻波共鸣”声染色导致的音质劣化——从这种意义上，“声聚能管”更适于耳机。

实际上，声染色虽然不符合传统“Hi-Fi标准”——但是处理得当，就能够“化腐朽为神奇”，使声音更动听——“声聚能管”的谐波能量随谐波次数增加而逐渐减弱(类似于胆机)，可以获得醇厚/柔和/清新的音色。

相位主要与时间相关，一般认为相位与空间无关——但声辐射的指向特性可以影响“声短路”的模态——通过调整辐射方向，避免轴向声波发生“声短路”，从而减小其模态密度(尤其是中高频)。

反射(f↑/λ↓)可以改变相位，降低“声短路”；衍射(f↓/λ↑)会产生延时而改变相位，即使不能改变相位——也可以改变声辐射方向，改变声波的指向特性，减小“声短路”的模态密度。导声孔衍射会将原来的平面波变为球面波——改变声辐射方向(指向特性)。

“声聚能管”具有“波导”作用，可以改变扬声器声波的指向特性；还具有延时作用，可以改变相位(障板反射/衍射)——有利于降低“声短路”。耳机后腔“半封闭”结构具有障板/波导作用——通过反射/衍射改变声波传播途径，从而改变扬声器背面声波的指向特性，也有利于降低“声短路”。

DXEp采用独特的导声孔(Acoustic Transmissible Vent)设计——降低“声短路”的模态密度，实现偶极双向辐射。

导声孔的声阻抗Za包括质量抗Xm与弹性抗Xe——以弹性抗Xe为主，Xe具有电容性质(容抗X_C)，相当于“高通滤波器”(高通/低阻)；声阻尼Da主要为摩擦力阻Rm。对于低频，导声孔的作用主要表现为声阻抗Za；对于高频，导声孔的作用主要表现为声阻尼Da——f↓，Da↓/Za↑；f↑，Za↓/Da↑。频率f↓，弹性抗Xe↑；f↑→Rm↑→Da↑，吸声系数增加。

声阻尼Da/声阻抗Za都可以使声传播延时(Δt)，改变相位(ΔP)——降低“声短路”模态密度。

根据延时公式可以确定时间差与相位差的函数关系——φ＝ωTd(φ为相位角即相位差ΔP，ω为角频率，Td为延时时间即时间差Δt)，ω＝2πf＝360°f，则φ＝360°fTd。若延时1ms——f＝50Hz，ΔP＝18°；f＝100Hz，ΔP＝36°；f＝150Hz，ΔP＝54°；f＝200Hz，ΔP＝72°；f＝500Hz，ΔP＝180°；f＝1000Hz，ΔP＝360°；f＝5000Hz，ΔP＝1800°。

当声波遇到小孔时，若小孔的线度比波长小会发生衍射，但如果考虑声阻抗与声阻尼，则声波可能无法通过孔——故孔可能会“导气”，但不一定会“导声”。孔径Φ↓——质量抗Xm↓，但弹性抗Xe↑(体积V↓→压强P↑)，则声阻抗Za↑，反射增加，可能会发生“全反射”(低频)；声阻尼Da增加，吸声系数增加(高频)。若导声孔孔径Φ＜1mm，则可形成“微孔板”，具有阻尼吸声特性(尤其对中高频)，降低辐射效率。根据微孔板吸声理论——微孔板(孔径Φ＜1mm)声阻尼随孔径的平方反比增加；频率提高(f↑)，空气振动速度增加，则摩擦阻尼增加，吸声系数增加。

f↑→声强I↑(I＝2π²A²f²ρu)，高频比低频更容易通过孔——低频只有形成“亥姆霍兹共鸣器”时才容易通过之，但导声孔气流速度小于声速，属于“不可压缩流体”(Ma＜0.3)，根据流体力学——Φ↓→P↓→v↑，则Rm↑→Da↑，孔径减小，气流速度反而降低——相当于“交通堵塞”，流阻R可以使流体流速减慢/流量减小，起到阻尼作用。

DXEp耳机后腔壳导声孔孔径Φ满足下述要求——100μm≤Φ≤200μm。

导声孔Φ↓/长度L↑→Za/Da↑→Δt↑→ΔP↑，则“声短路”↓，但声能损耗↑；

导声孔Φ↑/长度L↓→Za/Da↓→Δt↓→ΔP↓，则声能损耗↓，但“声短路”↑。

导声孔Φ↓/长度L↑——声阻抗Za/声阻尼Da↑，但同时耳机后腔声阻抗Za↑(弹性抗Xe↑)→声压Pa↑→声辐射效率σr↑，“驱动力”增加(势能→动能)。

导声孔孔径Φ↑/长度L↓——声波更容易通过孔发生衍射，但耳机后腔声阻抗Za↓(弹性抗Xe↓)→声压Pa↓→声辐射效率σr↓，“驱动力”减小。

通过调节孔径Φ/孔长度L，调整声阻抗Za/声阻尼Da——可以使声波既发生衍射，又获得适当的延时效果，改变相位，降低“声短路”。调节导声孔Φ/孔长度L，还可以获得不同的频率响应效果。当声波波长λ大于导声孔孔径Φ时，发生衍射，形成以导声孔为中心的“环形波”——Φ≤1mm，则可闻频率都可以通过导声孔衍射传播出来(f＝20kHz/λ＝17.7mm)。

DXEp“双向偶极辐射”设计还有利于改善低频响应——后腔“相对开放空间”(导声孔)，可以增加声顺Ca，使扬声器谐振频率fo下降；扬声器正/背面“声短路”的模态密度降低，则低频声辐射效率增加。

DXEp后腔半封闭结构实质上为“变阻抗”(Acoustical Impedance Variable)结构——设耳机后腔容积为V，后腔通过导声孔与周围空气耦合，相当于容积增加(变为V')——从V到V'有一个“时间差”(Δt)，可以兼顾瞬态响应与低频响应。声腔容积V↓→声阻抗Za↑→“空气弹簧”弹性系数Km↑→瞬态响应IR↑，低频更纯净；V↑→Za↓→Km↓→扬声器fo↓，频响范围扩大。DXEp兼具传统封闭式耳机与开放式耳机的声音优势。因此可以减小耳机体积，有利于增强可佩戴性与便携性——而采用无源辐射器结构的耳机则需要保持一定的容积(声顺Ca)降低“亥姆霍兹共鸣器”共鸣频率fop(fop＝1/2π√MaCa)。

扬声器谐振频率为fo，装配到耳机上变为fo'——由于耳机后腔“空气弹簧”的存在，一般fo'＞fo(声阻抗Za↑→声顺Ca↓)。对于DXEp“变阻抗”结构而言，实际上fo'并非单一固定值，而是随Za变化从高到低的一系列变量——这有利于扩大低频提升的频响范围。

“气压平衡理论”——扬声器的很多失真都与振膜前后气压不平衡有关。DXEp双向偶极辐射，相对于封闭式耳机，可以获得一种“动态性气压平衡”，有利于降低失真。

一般认为，耳机后腔声辐射产生驻波以及多次反射，会导致“声染色”，使音质劣化。但是从另一角度看——DXEp声音经过“酝酿”，变得醇厚/有弹性/有韵味(余音缭绕)，虽然有“声染色”，但是更动听，类似于号筒式扬声器，与“胆机”也异曲同工。DXEp由于耳机前腔/后腔声辐射产生“时间差”——虽然可能会使瞬态响应下降，但同时可以使声场层次更丰富(类似于多次反射的空间效果)，可以避免“头中效应”。

不同于传统半开放式耳机导气孔——导声孔不采用任何阻尼吸声材料(而且后腔壳为刚性材料构造)，有利于简化制造工艺。DXEp主要通过调整导声孔的孔径与孔长度，调节声阻抗/声阻尼，使声波延时而改变其相位以降低“声短路”——而非为了消耗声能。

耳机后腔声顺Ca与导声孔声质量Ma可以构成“亥姆霍兹共鸣器”——会产生声染色，使频响曲线不平坦。但由于共振峰出现高频段，而高频声波的有效辐射角度小，非轴向声压级SPL下降；“共鸣”发生在后腔/而非前腔，故其声染色导致的音质劣化并不明显；而且导声孔声阻尼Da(Rm)大，可以降低共鸣品质因数Q与气流速度v，减小因“湍流”导致的失真——因此DXEp导声孔设计可以不采用阻尼吸声材料。

DXEp可以采用多个导声孔——导声孔总的截面积(S)相同，单孔与多孔的延时效果不同。数量n↑/孔径Φ↓→声阻尼Da/声阻抗Za↑→Δt↑(延时)/ΔP↑(相位差)→“声短路”模态密度↓。如1个Φ200μm的导声孔与2个Φ100μm的导声孔延时效果不同，后者效果优于前者。但是并非“多多益善”，导声孔过多(开孔率↑)，声阻尼Da/声阻抗Za减小，延时效果变差；而且后腔弹性抗Xe/辐射声功率Wr减小——故综合考虑，导声孔数量n≤4个。

后腔“相对封闭结构”(导声孔)可以增加弹性抗Xe以及质量抗Xm，提升辐射声功率Wr。一方面增加导声孔的声阻抗Za/声阻尼Da——使声波延时/改变相位以降低“声短路”；另一方面增加后腔的弹性抗Xe/质量抗Xm，提高辐射声压(势能→动能)——使声波(尤其是低频)能够通过导声孔衍射出来，不至于发生“全反射”或者完全被“阻尼掉”；辐射抗Xr(Xe/Xm)增加，则不必形成“驻波共振”也能通过导声孔。后腔相对封闭结构可以增加弹性抗Xe以及质量抗Xm，提升辐射声功率Wr。

导声孔通过调节声阻尼/声阻抗使声波延时并改变其相位；“声聚能管”也具有一定的障板(反射/衍射)与波导作用，改变声波的指向特性——DXEp可以有效降低“声短路”的模态密度，因而能够采用“双向偶极辐射”设计——从而突破传统偶极辐射型扬声器系统无法用于全频带与低频系统的瓶颈。

本实用新型具有以下有益效果——

DXEp可以在效率/音质与健康之间取得一种平衡——既可以获得较高效率/低失真以及良好的低频响应——又能够避免传统封闭式耳机“听诊器效应”导致的听觉疲劳/听力损害。“双向偶极辐射”可以提高辐射效率，并且有利于改善低频响应。

“声学延时器”(Acoustical Time Delayer)——DXEp导声孔通过调节声阻尼/声阻抗，使声波延时并改变其相位，从而降低“声短路”。电子系统延时器只能使扬声器正/背面的声辐射同时延时——DXEp则可以使扬声器两面的声辐射产生时间差。

DXEp双向偶极辐射——可以获得一种“动态性气压平衡”，降低失真。

“声学功率放大器”(Acoustical Power Amplifier)——DXEp可以提升辐射声功率与声辐射效率，充分利用扬声器背面的辐射声能——相对于电子系统功率放大器，更“绿色低碳”。

从“点”到“线”——相对于无源辐射器结构，DXEp声辐射效率提升的带宽更大，从扬声器的频率下限fmin可以一直延伸至频率上限fmax——而且能够避免倒相管结构fop以外频率的“声短路”问题。

DXEp前腔与后腔都开放的“开放式”设计——可以避免传统封闭式耳机的“头中效应”，增强“双耳效应”/“耳廓效应”，使声场更宽阔自然。

“让声音更动听”——DXEp前腔设计采用号筒结构声聚能管，具有传统号筒式扬声器的声音优势，声场深度/层次增加，解析力/结像力/临场感好；降低声短路的模态密度——可以解决声短路导致的音质与音色劣化问题。

附图说明——

图1为DXEp结构示意图

图2为DXEp电-力-声类比图(图2A/图2B)

图3为蜗壳式“声聚能管”示意图(图3A/图3B剖面图)

图4为阿基米德螺旋线式“声聚能管”示意图(图4A/图4B剖面图)

图5为耳挂式DXEp示意图(图5A/图5B剖面图)

图6为头戴式DXEp示意图

图7为DXEp结构示意图(前/后腔耦合)

其中——

1-“声聚能管”，2-扬声器，3-导声孔，4-头垫

具体实施方式

导声孔可以设置于耳机后腔壳的底部(不易落入灰尘)以及后腔壳的凹部——使用者手指触摸不到，则手上的汗液/油污等不易堵塞导声孔。采用多个导声孔的好处之一还在于——即使其中一个不慎被堵塞，DXEp仍然能够继续工作(偶极辐射)。

导声孔加工可以采用激光打孔技术——其效率高/速度快/光洁度高/精度高(微米级)，适用于多种材料(如塑料/金属/木材等)。由于导声孔孔径小，加工过程中很容易被粘合剂/涂料等堵塞——采用激光打孔技术，可以在其它工序完成后进行，则能够避免上述问题。激光钻出的孔为圆锥形的，而非是机械钻孔的圆柱形——可以通过软件编程控制图形输出获得圆柱孔。实际上，圆锥孔作为导声孔也有其优越性——圆锥孔相当于正号筒(从外侧打孔)，内侧Φ↓→声阻抗Za/声阻尼Da↑→Δt↑→ΔP↑，则“声短路”↓；外侧Φ↑→Za/Da↓→声导纳Ya↑，有利于提高辐射效率。导声孔孔径以外侧Φ为标准，可适当增加孔径(Φ≤200μm)。

DXEp折叠结构“声聚能管”可以采用3D打印机(3D Printers)技术——3D打印带来了颠覆性的制造业革命，无需机械加工或模具——其成本/速度与精度优于传统制造方式。

DXEp可以采用全频带扬声器或者多单元分频扬声器系统——扬声器可采用动圈式扬声器/弯曲波模式扬声器/静电式扬声器/压电式扬声器与平衡电枢式扬声器等类型。

DXEp支撑/定位结构可以采用耳挂式/头戴式等。耳挂式DXEp(耳塞式)为“非入耳开放式”设计——采用硬质塑料，卡在耳廓内/而非塞入外耳道，可避免“听诊器效应”，提高健康性。参照图5。头戴式DXEp可以采用“头垫”设计——头垫由为塑料/橡胶等材料制成，与耳朵上方头部接触(支撑/定位)，使耳机与耳廓保持一定距离——以保证前腔开放，使耳机后腔壳导声孔的声音传播到耳朵里。耳机出声口轴心(“声聚能管”出声口所在平面与其轴线交点)与耳屏顶端(外耳道入口)的距离为6-15mm。参照图6。

DXEp耳机后腔还可以通过导声孔与耳机前腔“声聚能管”直接耦合——导声孔位于耳机内部前腔与后腔之间的壳壁上，导声孔孔径Φ满足下述要求：50μm≤Φ≤150μm，导声孔数量n≤2个。参照图2/图7。

由于高频声波的有效辐射角度小，具有“指向性”。导声孔位于后腔壳背面或侧面时，高频声波可能不会被听到——因此导声孔还可以设置于前腔与后腔之间的壳壁上，耳机内部高频声波经过反射，再通过导声孔传播出来。但是低频声波容易发生“声短路”，减小导声孔Φ与数量n，降低“声短路”——可以取得一种平衡。耳机前腔“声聚能管”与耳机后腔耦合——相当于一个“信号混合器”，使扬声器正面/背面的声波耦合，则声压Pa↑→声辐射效率σr↑。

这种设计对于支撑/定位方式的要求比较宽容——耳机即使采用封闭式结构也能使后腔声音传播到耳朵里——但仍然建议采用开放式结构，以避免“听诊器效应”。虽然耳机后腔壳为封闭式结构，但后腔通过导声孔/前腔“声聚能管”与周围空气间接耦合——因此也属于“全开放式”耳机。

Claims (4)

1.一种偶极高辐射抗型耳机，其特征在于

耳机前腔扬声器加载一“声聚能管”，

所述“声聚能管”结构包括反号筒，以及

蜗壳式/阿基米德螺旋线式折叠结构；

耳机后腔壳具有至少一个导声孔，

所述导声孔为通孔，位于后腔壳背面或侧面，

孔径Φ满足下述要求：100μm≤Φ≤200μm，

导声孔数量n≤4个；

所述“声聚能管”与后腔壳为刚性材料构造。

2.根据权利要求1所述的偶极高辐射抗型耳机，其特征在于

其支撑定位结构包括耳挂式/头戴式结构。

3.根据权利要求2所述的偶极高辐射抗型耳机，其特征在于

所述头戴式结构具有两个支撑头垫，分别与耳朵上方左右头部接触，

使耳机出声口与外耳道入口保持一定距离。

4.根据权利要求1所述的偶极高辐射抗型耳机，其特征还包括

所述导声孔位于耳机内部前腔与后腔之间壳壁上，

耳机后腔通过导声孔与耳机前腔“声聚能管”耦合，

所述导声孔孔径Φ满足下述要求：50μm≤Φ≤150μm，

导声孔数量n≤2个。