KR20180092958A

KR20180092958A - 헤드폰 장치

Info

Publication number: KR20180092958A
Application number: KR1020187015735A
Authority: KR
Inventors: 게르하르트 파핑거
Original assignee: 하만 베커 오토모티브 시스템즈 게엠베하
Priority date: 2015-12-14
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2018-08-20
Also published as: KR102507186B1; WO2017102253A1; EP3391661B1; US20180376231A1; CN108370465A; CN108370465B; US10425713B2; EP3391661A1

Abstract

예시적인 헤드폰 장치는 적어도 하나의 이어폰을 포함한다. 상기 적어도 하나의 이어폰은 개구, 그리고 길이방향 축을 갖는 튜브를 갖는 밀봉된 하우징을 포함한다. 상기 튜브는 길이방향 축을 따라 만곡되어 사용자의 귀를 전체적으로 또는 부분적으로 둘러싸도록 구성된 폐쇄된 또는 개방된 링을 형성한다. 스피커는 상기 개구에서 상기 하우징에 장착되어 상기 스피커와 연결된 상기 하우징이 폐쇄된 음향 볼륨을 에워싸도록 한다.

Description

헤드폰 장치

본 발명은 적어도 하나의 이어폰을 포함하는, 오디오를 재생하기 위한 헤드폰 장치에 관한 것이다.

전자적으로 생성된 오디오를 재생할 때 전자적으로 생성된 오디오뿐만 아니라 실제 오디오를 사용자의 귀에 전달하여 실제 소리(real sound) 환경(주변 소리)을 청취 가능하게 하고 접근 가능하게 하는 다양한 기술이 있다. 이를 위해 외이도(ear canal)를 차단하는 폐쇄된 이어폰이 일반적으로 사용된다. 그런 다음 실제 음원(sound source)을 검출하고 실제 음원을 사용자의 귀에 전달하기 위해 마이크로폰과 스피커를 사용하는 것에 의존한다. 이러한 장치의 단점은 사용자가 사용자의 신체에서 생성된 소리가 더 크게 들리게 하는 차단 효과(occlusion effect)를 겪는다는 것이다. 이러한 장치의 또 다른 단점은 이어폰을 통한 외부 소리의 누설 및 마이크로폰에 의한 소리의 검출과 스피커를 통한 재생 사이에 지연이 있다는 것이다. 누설 성분과 지연된 재생 성분이 결합하여 실제 소스에 의해 생성된 소리에 이 소리의 지연된 재생 성분이 더해져서, 가청 왜곡이 발생된다.

이러한 폐쇄형 이어폰의 예는 사용자의 외이 둘레에 장착되는 덮개형(circumaural) 헤드폰 또는 귀 내에 끼워지는 이어버드(ear-bud)를 포함한다. 이러한 물품은 귀로 가는 소리 경로를 상당히 차단하고 귀로 가는 외부 소리 입력을 상당히 왜곡하여서 "폐쇄된 이어폰"이라고 한다. 위에서 설명한 바와 같이 이러한 유형의 이어폰은 사용자에게 들리는 외부 소리의 품질을 상당히 저하시킬 수 있다. 또 다른 기술은 외이 둘레에 낮은 음향 임피던스 밀봉을 제공하여 폐쇄된 이어폰보다 외부 실제 소리를 덜 차단하는 "개방형" 이어폰을 포함한다. 그러나, 이러한 기술의 단점은 낮은 음향 임피던스 밀봉이 여전히 외이의 음향 필터링을 왜곡할 수 있다는 것이다. 따라서 실제 오디오뿐만 아니라 전자적으로 생성된, 왜곡되지 않은 오디오를 모두 전달할 수 있는 이어폰이 널리 요구된다.

예시적인 헤드폰 장치는 적어도 하나의 이어폰을 포함한다. 상기 적어도 하나의 이어폰은 개구(aperture)를 갖는 밀봉된 하우징, 및 길이방향 축을 갖는 튜브를 포함한다. 상기 튜브는 길이방향 축을 따라 만곡되어 사용자의 귀를 전체적으로 또는 부분적으로 둘러싸도록 구성된 폐쇄된 또는 개방된 링을 형성한다. 스피커는 상기 개구에서 상기 하우징에 장착되어 상기 스피커와 연결된 상기 하우징이 폐쇄된 음향 볼륨(acoustic volume)을 에워싸도록 한다.

다른 시스템, 방법, 특징 및 장점은 이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면을 검토할 때 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 명백하거나 명백해질 것이다. 이러한 모든 추가적인 시스템, 방법, 특징 및 장점은 본 설명 내에 포함되고, 본 발명의 범위 내에 있으며, 첨부된 청구 범위에 의해 보호되도록 의도된다.

본 시스템은 다음의 도면 및 설명을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다. 도면의 구성 요소들은 반드시 축척에 맞게 그려진 것은 아니고, 대신 본 발명의 원리를 설명하는데 강조점을 두었다. 또한, 도면에서, 동일한 참조 부호는 상이한 도면 전반에 걸쳐 대응하는 부분을 나타낸다.
도 1은 만곡되어 개방된 링을 형성하는 밀봉된 튜브의 개구에 배치된 하나의 스피커를 갖는 예시적인 이어폰의 개략적인 측단면도이고;
도 2는 만곡되어 폐쇄된 링을 형성하는 밀봉된 튜브의 개구에 배치된 하나의 스피커를 갖는 예시적인 이어폰의 개략적인 측단면도이며;
도 3은 도 2에 도시된 이어폰의 개략적인 전방 단면도이고;
도 4는 만곡되어 개방된 링을 형성하는 밀봉된 튜브의 2개의 개구에 배치된 2개의 스피커를 갖는 예시적인 이어폰의 개략적인 측단면도이며;
도 5는 도 3에 도시된 이어폰과 관련하여 적용 가능한 예시적인 능동 잡음 제어 프로세서의 신호 흐름도이고; 및
도 6은 빔 성형 기능을 갖는 마이크로폰 어레이를 사용하여 도 3에 도시된 이어폰에 적용 가능한 예시적인 능동 잡음 제어 프로세서의 신호 흐름도이다.

도 1은 개구(102)를 갖는 밀봉된 중공 하우징(101)을 포함하는 예시적인 이어폰(100)의 개략적인 측단면도이다. 하우징(101)은, 길이방향 축(104)을 갖고 이 길이방향 축(104)을 따라 만곡되어 사용자의 귀(105)를 부분적으로 둘러싸도록 구성된 개방된 링을 형성하는 튜브(103)를 포함한다. 튜브(101)는 도시된 바와 같이 개구(102)를 포함할 수 있다. (예를 들어, 20Hz 내지 20kHz의 주파수 범위에서 동작 가능한) 광대역 스피커(106)가 개구(102)에서 하우징(101)에 장착되어 스피커(106)와 함께 하우징(103)이 폐쇄된 음향 볼륨(107)을 에워싸도록 한다. 스피커(106)의 위치는 스피커(106)가 사용자에 의해 전방 측(얼굴)으로 식별된 방향으로부터 귀(105), 예를 들어, 귀(105)의 갑개(concha)(108)로 방사(radiate)하도록 구성될 수 있다. 튜브(103)의 단면(미도시)은 타원형(예를 들어, 원형), 직사각형(예를 들어, 정사각형), 사다리꼴, 다면체 또는 임의의 다른 적절한 형상을 가질 수 있다. 만곡된 튜브(103) 및 선택적으로 하우징(101)의 추가적인 부분들에 의해 형성된 개방된 링의 형상은 타원형(예를 들어, 원형으로 도시됨), 직사각형(예를 들어, 정사각형), 사다리꼴, 다면체 또는 임의의 다른 적절한 형상을 가질 수 있다. 에워싸인 음향 볼륨(107)은 발포 고무(foam), 발포 플라스틱(expanded plastic), 암면 또는 임의의 다른 적절한 재료와 같은 댐핑 재료(도시되지 않음)로 채워질 수 있다. 밀봉된 중공 하우징(101)은 적절하다면 하나 이상의 통기구(vent) 또는 포트(미도시)를 더 포함할 수 있다.

도 2는 개구(202)를 갖는 밀봉된 중공 하우징(201)을 포함하는 예시적인 이어폰(200)의 개략적인 측단면도이다. 하우징(201)은, 길이방향 축(204)을 갖고 이 길이방향 축(204)을 따라 만곡되어 사용자의 귀(205)를 완전히 둘러싸도록 구성된 폐쇄된 링을 형성하는 튜브(203)를 포함한다. 튜브(201)는 도시된 바와 같이 개구(202)를 포함할 수 있다. (예를 들어, 10Hz 내지 22kHz의 주파수 범위에서 동작 가능한) 광대역 스피커(206)가 개구(202)에서 하우징(201)에 장착되어 스피커(206)와 함께 하우징(203)이 폐쇄된 음향 볼륨(207)을 에워싸도록 한다. 스피커(206)의 위치는 스피커(206)가 사용자에 의해 하부 전방 측으로 식별되는 방향으로부터 귀(205), 예를 들어, 귀(205)의 갑개(208)로 방사하도록 구성될 수 있다. 튜브(203)의 단면(미도시)은 타원형(예를 들어, 원형), 직사각형(예를 들어, 정사각형), 사다리꼴, 다면체 또는 임의의 다른 적절한 형상을 가질 수 있다. 만곡된 튜브(203) 및 선택적으로 하우징(201)의 추가적인 부분들에 의해 형성된 폐쇄된 링의 형상은 타원형(예를 들어, 원형으로 도시됨), 직사각형(예를 들어, 정사각형), 사다리꼴, 다면체 또는 임의의 다른 적절한 형상을 가질 수 있다. 밀폐된 음향 볼륨(207)은 발포 고무, 발포 플라스틱, 암면 또는 임의의 다른 적절한 재료와 같은 댐핑 재료(도시되지 않음)로 채워질 수 있다. 밀봉된 중공 하우징(201)은 적절하다면 하나 이상의 통기구 또는 포트(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.

또한, 이어폰(200), 예를 들어, 그 튜브(203)는 다른 음향 볼륨(210)을 제공할 수 있는 헤드밴드(headband)(209)에 부착될 수 있다. 음향 볼륨(210)은 음향 볼륨(207)에 음향적으로 결합되어 결과적인 음향 볼륨이 두 개의 별개의 볼륨 각각보다 더 크도록 할 수 있다. 이를 위해, 헤드밴드(209)는 음향 볼륨(210)과 음향 볼륨(207)이 서로 음향적으로 결합되는 방식으로 튜브(203)에 이동 가능하게 부착되거나 또는 견고하게 부착된 다른 튜브(211)를 포함할 수 있다. 부착된 헤드밴드(209)를 갖는 이어폰(200)의 개략적인 전방 단면도가 도 3에 도시되어 있다. 이 예에서, 이어폰(200)은 일 단부에서 헤드밴드(209)에 부착되고, 이어폰(200)과 유사하거나 동일한 다른 이어폰(300)은 헤드밴드(209)의 타 단부에 부착된다. 이어폰(300)은, 이어폰(200)과 같이, 헤드밴드(209)의 음향 볼륨(210)에 음향적으로 결합된 음향 볼륨을 갖는다. 선택적으로, 헤드밴드(209)는 헤드밴드(209)의 (튜브(211)의) 음향 볼륨을 음향적으로 서로 분리된 두 개의 분리된 부분 볼륨으로 분할하는 분할기(301)를 가질 수 있다. 부분 볼륨들 중 하나의 부분 볼륨은 이어폰(200)의 볼륨에 음향적으로 결합되고, 다른 하나의 부분 볼륨은 이어폰(300)의 볼륨에 음향적으로 결합된다.

도 4는 개구(402)를 갖는 밀봉된 중공 하우징(401)을 포함하는 예시적인 이어폰(400)의 개략적인 측단면도이다. 하우징(201)은, 길이방향 축(404)을 갖고 이 길이방향 축(404)을 따라 만곡되어 사용자의 귀(405)를 부분적으로 둘러싸도록 구성된 개방된 링을 형성하는 튜브(203)를 포함한다. 튜브(401)는 도시된 바와 같이 개구(402)를 포함할 수 있다. 저주파 스피커(406)(예를 들어, 200Hz, 500Hz 또는 1000Hz 이하의 저주파 범위)가 개구(402)에서 하우징(401)에 장착되어 스피커(406)와 함께 하우징(403)이 폐쇄된 음향 볼륨(407)을 에워싸도록 한다. 스피커(406)의 위치는 스피커(406)가 사용자에 의해 후방 측(후두부)으로 식별되는 방향으로부터 귀(405), 예를 들어, 귀(405)의 대이주(anti-tragus)(408)로 방사하도록 구성될 수 있다. 튜브(403)의 단면(미도시)은 타원형(예를 들어, 원형), 직사각형(예를 들어, 정사각형), 사다리꼴, 다면체 또는 임의의 다른 적절한 형상을 가질 수 있다. 만곡된 튜브(403) 및 선택적으로 하우징(401)의 추가적인 부분들에 의해 형성된 개방된 링의 형상은 타원형(예를 들어, 원형 또는 도시된 원형), 직사각형, (예를 들어, 정사각형), 사다리꼴, 다면체 또는 임의의 다른 적절한 형상을 가질 수 있다. 에워싸인 음향 볼륨(407)은 발포 고무, 발포 플라스틱, 암면 또는 임의의 다른 적절한 재료와 같은 댐핑 재료(도시되지 않음)로 채워질 수 있다. 밀봉된 중공 하우징(401)은 적절하다면 하나 이상의 통기구 또는 포트(미도시)를 더 포함할 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 이어폰(400)은 (예를 들어, 200Hz, 500Hz 또는 1000Hz 이상의 저주파 범위에 대한) 고주파 스피커(409)를 포함한다. 스피커(409)는 튜브(403)의 다른 개구(410)에 장착되고, 기밀 밀봉 분할기(412)에 의해 음향 볼륨(407)으로부터 음향적으로 분리된 구획에 의해 제공되는 다른 음향 볼륨(411)에 음향적으로 결합된다. 스피커(406)의 위치는 사용자에 의해 전방 측(얼굴)으로 식별된 방향으로부터 귀(405), 예를 들어, 귀(405)의 갑개(413)로 방사하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 스틱형 캐리어(415)를 통해 튜브(403)에 부착된 마이크로폰(414)이 갑개(413)에 가까이에 배치되고 이 갑개를 향할 수 있다. 마이크로폰(414)은 예를 들어 능동 잡음 제어(active noise control: ANC) 시스템과 관련하여 사용될 수 있다. 선택적으로, (다수의 개별 마이크로폰을 포함하는) 마이크로폰 어레이(416)가 갑개(413)에 가까운 위치에서 튜브(403)에 부착되고, 전방 측으로부터 입사하는 소리를 픽업하기 위해 전방 측을 향할 수 있다.

도 1 내지 도 4와 관련하여 전술한 이어폰은 링의 내부 영역이 개방되어 있을 때 실제 음원과 사용자의 귀 사이에 음향 장벽이 본질적으로 존재하지 않는다는 특징을 갖는다. 따라서 실제 음원으로부터 오는 소리는 본질적으로 이어폰에 의해 왜곡되지 않는다. 동시에, 전자적으로 생성된 오디오가 이어폰의 스피커(들)를 통해 재생되어 두 개의 소리가 음향적으로 혼합될 수 있다. 그러나 일부 상황에서는 두 소리를 함께 듣는 대신 전자적으로 생성된 오디오만을 듣는 것이 바람직할 수 있다. 도 5 및 도 6과 관련하여 아래에서 설명된 예에서, ANC 시스템은, 만약 활성인 경우, 실제 음원으로부터 오는 소리를 소거(cancel out)하는데 사용된다. 이것은, 만약 ANC 시스템이 활성인 경우, 이어폰이 폐쇄된 이어폰인 것처럼 거동하고, 만약 ANC 시스템이 활성이 아닌 경우, 완전히 개방된 이어폰인 것처럼 거동하거나 또는 이어폰이 전혀 없는 것처럼 거동한다는 것을 의미한다.

도 5를 참조하면, 도 3에 도시된 장치에서 적용될 피드백 구조 또는 결합된 피드포워드/피드백 구조의 일부를 형성하는데 사용될 수 있는 피드백 유형의 ANC 프로세서(500)에서, 실제 소리(d[n])는 1차 경로(501)를 통해 사용자의 귀(405)로 방사된다. 1차 경로(501)는 P(z)의 전달 특성을 갖는다. 추가적으로, 출력 신호(v[n])는 소리로 변환되어, 라우드스피커, 예를 들어, 라우드스피커(406)(또는 409)에 의해 2차 경로(502)를 통해 청취 부위로 방사된다. 2차 경로(502)는 S(z)의 전달 특성을 갖는다. 도 4에 도시된 마이크로폰(414)과 같은 마이크로폰은 청취 부위에 위치되고, 라우드스피커(406)(또는 409) 및 실제 소리(d[n])로부터 발생되는 소리를 수신한다. 마이크로폰(414)은 이들 수신된 소리의 합을 나타내는 마이크로폰 출력 신호(y[n])를 제공한다. 마이크로폰 출력 신호(y[n])는 필터 입력 신호(u[n])로서 피드백 ANC 필터(503)에 공급되고, 이 필터는 에러 신호(e[n])를 가산기(504)에 출력한다.

적응형 필터일 수 있는 ANC 필터(503)는 W(z)의 전달 특성을 갖는다. 가산기(504)는 전자 메모리에 저장된 음악 또는 음성 신호와 같은 전자적으로 생성된 오디오 신호를 나타내는 입력 신호(x[n])를 더 수신하고, 라우드스피커(406)(또는 409)에 출력 신호(v[n])를 제공한다. 또한, 감산기(505)는 마이크로폰 출력 신호(y[n])로부터 입력 신호(x[n])를 감산하여 피드백 ANC 필터 입력 신호(u[n])를 형성한다. 선택적으로, 입력 신호(x[n])는 가산기(504)를 통해 또는 감산기(505)를 통해 또는 도시된 바와 같이 가산기(504)와 감산기(505)를 통해 피드백 루프에 주입될 수 있다. 선택적으로, 입력 신호(x[n])는 감산기(505)에 공급되기 전에 저역 통과 필터 특성 또는 전달 함수(S(z))를 모델링하는 전달 함수와 같은 전달 함수(H(z))를 갖는 추가적인 필터(506)에 의해 필터링될 수 있다.

신호(X(z), Y(z), V(z), E(z), U(z))는, 스펙트럼 도메인(z-도메인)에서, (이산적인) 시간 도메인 신호(x[n], y[n], v[n], e[n], 및 u[n])를 나타내어서, 도 5에 도시된 시스템을 나타내는 미분 방정식은 다음과 같다:

Y(z) = S(z)

V(z) = S(z)

(E(z) + X(z)),

E(z) = W(z)

U(z) = W(z)

(Y(z) - H(z)

X(z)), 및 여기서 H(z)

S(z)라고 가정하면,

E(z) = W(z)

U(z)

W(z)

(Y(z) - S(z)

X(z)).

도 6을 참조하면, 헤드폰 장치(600)는 사용자의 좌측 귀(603) 및 사용자의 우측 귀(604) 위에 각각 배치된 (예를 들어, 도 4에 도시된 이어폰(400)과 각각 유사한) 2개의 동일한 이어폰(601 및 602), 및 이어폰(601 및 602)을 위한 적절한 제어 회로부를 포함한다. 제어 회로부에서, 좌측 오디오 입력(605)은 사용자의 좌측 귀(603)에 제공되고, 우측 오디오 입력(606)은 사용자의 우측 귀(604)에 제공된다. 좌측 이어폰(601)은 도 4에 도시된 어레이(416)와 같은 (예를 들어, 4개의) 마이크로폰의 어레이(607), 및 도 4에 도시된 라우드스피커(406 및 409)와 같은 다수의 (예를 들어, 2개의) 스피커(611, 613)를 포함한다. 또한, 좌측 헤드폰(601)은 도 4에 도시된 마이크로폰(413)과 같은 마이크로폰(609)을 포함한다. 우측 이어폰(602)은 도 4에 도시된 어레이(416)와 같은 (예를 들어, 4개의) 마이크로폰의 어레이(608), 및 도 4에 도시된 라우드스피커(406 및 409)와 같은 다수의 (예를 들어, 2개의) 스피커(612, 614)를 포함한다. 또한, 우측 헤드폰(602)은 도 4에 도시된 마이크로폰(413)과 같은 마이크로폰(610)을 포함한다.

좌측 이어폰(601)은, 제어 가능한 등화 블록(615), 증폭기 블록(617), ANC 필터(619), 고역 통과/저역 통과 필터 블록(621), 및 빔 성형 블록(623)을 포함할 수 있는 제어 회로부를 포함하거나 이 제어 회로부에 연결된다. 우측 이어폰(602)은, 제어 가능한 등화 블록(616), 증폭기 블록(618), ANC 필터(620), 고역 통과/저역 통과 필터 블록(622), 및 빔 성형 블록(624)을 포함하거나 이에 연결된다. 동작 시에 좌측 오디오 입력(605)은, 좌측 오디오 입력(605) 내 주파수 성분들 간을 등화하는, 즉 밸런스를 조절하기 위해 등화 블록(56)에 제공된다. 증폭기 블록(617)은 등화된 좌측 오디오 입력(605)을 증폭하고 이를 스피커(611 및 613)에 제공한다. 스피커(613)는 증폭된 등화된 좌측 오디오 입력(605)의 주(main) (고주파) 오디오 부분을 사용자의 좌측 귀(603)에 제공한다. 역으로, 스피커(611)는 증폭된 등화된 좌측 오디오 입력(605)의 저음 (저주파) 부분을 사용자의 좌측 귀(603)에 제공한다.

마이크로폰(609)은 소리를 픽업하고, 이 소리는 전기적 신호로 변환된 후 ANC 필터(619) 및 필터 블록(621)을 통해 증폭기 블록(617)으로 전송된다. 마이크로폰(609)은 또한 전기 신호를 등화 블록(615)으로도 전송할 수 있다. 유사하게, 마이크로폰(610)은 소리를 픽업하고, 이 소리는 전기 신호로 변환된 후 ANC 필터(620) 및 필터 블록(622)을 통해 증폭기 블록(618)으로 전송된다. 마이크로폰(610)은 또한 전기 신호를 등화 블록(616)으로도 전송할 수 있다. 마이크로폰의 어레이(607)는 또한 사용자의 좌측 귀(603)에서 소리를 픽업하거나 수신하고, 이 소리는 전기 신호로 변환된 후 (이어폰(602)에 대응하는) 빔 성형 블록(624)으로 전송될 수 있다. 역으로, 마이크로폰의 어레이(608)는 또한 사용자의 우측 귀(604)에서 소리를 픽업하거나 수신하고, 이 소리는 전기 신호로 변환된 후 (이어폰(602)에 대응하는) 빔 성형 블록(623)으로 전송될 수 있다. 이어폰(602)에 대응하는 블록들은 이어폰(601)과 관련하여 전술한 블록들과 유사한 방식으로 동작한다.

선택적으로, 증폭 블록(617 및 618)은 사용자의 귀에 과도한 음량(loudness)을 피하기 위해 제한기 또는 압축기 기능을 포함할 수 있다. 또한, 빔 성형 블록(623 및 624)은 피드백을 회피하기 위하여 전방 측으로 (모노) 빔 성형하고 좌측 및 우측 오디오 채널들 사이에 교차 결합(cross-coupling)을 수행하는데 사용될 수 있다. 선택적으로, 마이크로폰의 어레이(607 및 608)와 관련하여 빔 성형 블록(623 및 624)은 정면(frontal) 방향으로부터 유래하는 (스테레오) 소리를 픽업하고 픽업된 소리를 처리하여, 귀(예를 들어, 스피커(613 및 614))의 전방에 배치된 스피커를 통해, 이 정면 방향으로부터 유래하는 증폭된 소리를 재생함으로써 소리 효과(sound impression)를 사용자의 전방으로 확대하는데 사용될 수 있다. 대응하는 마이크로폰(609 및 610)과 관련된 등화 블록(615 및 616)은 라우드스피커(611 내지 614)에 의해 마이크로폰(609 및 610)에 제공된 소리를 타깃(target) 소리(627 및 628)로 조절하는 자동 (스테레오) 등화기를 형성할 수 있다. 자동 등화기는 각각의 이어폰(601 및 602)의 라우드스피커(611 내지 614)에 각각의 전기적 소리 신호를 공급하고, 라우드스피커(611 내지 614)에 의해 제공된 음향 소리가 타깃 소리(627 및 628)로부터 벗어나는 편차를 연속적으로 또는 순차적으로 평가할 수 있으며, 라우드스피커(611 내지 614)에 공급되는 전기 신호들을 등화시킴으로써 라우드스피커를 조절하여 타깃 소리(627 및 628)로부터 벗어나는 편차를 비교적 작은 값, 예를 들어, 최소 값으로 할 수 있다. 필터 블록(621, 622)은 ANC 기능이 활성인 주파수 범위를 제한할 수 있는 전달 함수를 가질 수 있다. 경우에 따라, 필터 블록(621 및 622)은 ANC 필터의 일부를 형성할 수도 있고 또는 심지어 ANC 필터일 수도 있다.

일반적으로, 귀에, 귀 위에 및 귀 내에 장착되는 헤드폰은 사용자의 귀에 통증을 유발하거나 귀를 자극하는 경향이 있을 수 있다. 이것은 헤드폰이 장시간 동안 사용자의 귀 위에 위치하는 경우이거나 및/또는 사용자가 헤드폰을 착용하고 운동하는 동안 땀을 흘리는 경우에 특히 두드러질 수 있다. 이러한 유형의 헤드폰에서는 주변 소리가 인위적인 것으로 들릴 수 있다. 본 명세서에 개시된 헤드폰 장치는 본질적으로 오디오 재생 동안 내내 어떤 유형의 헤드폰도 착용하지 않는 것과 같은 진정한 환경 인식을 제공할 수 있다. 헤드폰 장치는 수동 감쇠 없이 능동 잡음 제어를 통합하여 주변 소리를 소거하여 외이도에 가까이에 또는 외이도 내에 소리 장벽이 있지 않도록 할 수 있다. 능동 잡음 제어는 전자적으로 생성된 오디오 신호의 주파수 특성을 전혀 변화시킴이 없이 일정한 이득 및 가변 이득을 갖는 능동 잡음 제어 댐핑을 가질 수 있다. 헤드폰 장치는 적어도 하나의 마이크로폰을 이용하여 "참 음표(true note)"를 등화하여 사용자의 귀에 높은 수준의 소리 충실도(예를 들어, 선형화) 및 개인화(예를 들어, 개인적인 타깃 기능)를 제공할 수 있고, 고주파가 귀의 전방에서 제공되는 경우 머리 밖에 음상이 맺히는 것(out-of-head localization)을 개선할 수 있다. 헤드폰 장치는 사용자의 전방에 배치된 스피커를 통해 정면 방향으로부터 유래하는 증폭된 소리를 재생함으로써 사용자 전방에서 소리를 확대하는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 제한 또는 압축 기능이 전자적 소리 경로에 사용되어 가청 소리가 너무 크게 되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전방 측으로 (모노) 빔 성형을 사용하여 2개의 이어폰의 마이크로폰들과 라우드스피커들 사이에 빔 성형 블록들을 교차 결합시키는 것에 의해 피드백을 피할 수 있다.

제어 회로부의 일부 또는 전부는 프로세서 또는 프로그래밍 가능한 디지털 회로에 의해 실행되는 소프트웨어 및/또는 펌웨어로서 구현될 수 있다. 본 명세서에 개시된 임의의 제어 회로는 임의의 수의 마이크로 프로세서, 집적 회로, 메모리 장치(예를 들어, 플래시(FLASH), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 전기적으로 프로그래밍 가능한 판독 전용 메모리(EPROM), 전기적으로 소거 가능한 프로그래밍 가능한 판독 전용 메모리(EEPROM), 또는 다른 적절한 변형예들) 및 본 명세서에 개시된 동작(들)을 수행하기 위해 서로 협력하는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 또한, 개시된 임의의 제어 회로는 개시된 임의의 수의 기능을 수행하도록 프로그래밍된 비-일시적인 컴퓨터 판독 가능한 매체에 구현된 컴퓨터 프로그램을 실행하기 위해 임의의 하나 이상의 마이크로 프로세서를 사용한다.

본 실시예의 설명은 예시 및 설명을 위한 목적으로 제공되었다. 본 실시예들에 대한 적절한 수정들 및 변형들은 상기 설명에 비추어 수행될 수 있거나 상기 방법들을 실시함으로써 획득될 수 있다. 예를 들어, 달리 언급하지 않는 한, 설명된 방법들 중 하나 이상은 적절한 장치 및/또는 장치들의 조합에 의해 수행될 수 있다. 설명된 방법들 및 관련 동작들은 또한 본 명세서에 설명된 순서에 더하여 다양한 순서로, 병렬로 및/또는 동시에 수행될 수 있다. 설명된 시스템은 본질적으로 예시적인 것이며, 추가적인 요소를 포함하거나 및/또는 요소를 생략할 수 있다.

본 명세서에 사용된 바와 같이 단수 형태로 언급되는 요소 또는 단계는, 복수를 배제하는 것으로 언급되지 않는 한, 상기 요소 또는 단계를 복수 개 포함하는 것을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명의 "일 실시예" 또는 "일례"라는 언급은 언급된 특징을 더 포함하는 추가적인 실시예의 존재를 배제하는 것으로 해석되는 것으로 의도된 것이 아니다. "제1", "제2", 및 "제3" 등의 용어는 단순히 레이블로 사용된 것일 뿐, 수치적 요구조건이나 특정 위치 순서를 그 대상에 부과하려고 의도된 것이 아니다.

본 발명의 다양한 실시예가 설명되었지만, 본 발명의 범위 내에서 많은 추가적인 실시예 및 구현이 가능하다는 것은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다. 특히, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 상이한 실시예로부터 다양한 특징들이 상호 교환 가능하다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 이들 기술 및 시스템이 특정 실시예 및 예와 관련하여 개시되었지만, 이들 기술 및 시스템은 구체적으로 개시된 실시예를 넘어서 다른 실시예 및/또는 사용예 및 명백한 변형예로 확장될 수 있는 것으로 이해된다.

Claims

적어도 하나의 이어폰을 포함하는 헤드폰 장치로서,
상기 적어도 하나의 이어폰은 :
개구, 및 길이방향 축을 갖는 튜브를 포함하는 밀봉된 하우징으로서, 상기 튜브는 상기 길이방향 축을 따라 만곡되어 사용자의 귀를 전체적으로 또는 부분적으로 둘러싸도록 구성된 폐쇄된 또는 개방된 링을 형성하는, 상기 밀봉된 하우징; 및
스피커와 연결된 상기 하우징이 폐쇄된 음향 볼륨(closed acoustic volume)을 에워싸도록 상기 개구에서 상기 하우징에 장착된 상기 스피커를 포함하는, 헤드폰 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 하우징에 이동 가능하게 연결되거나 또는 견고하게 연결된 헤드밴드(headband)를 더 포함하되, 상기 헤드밴드는 또 다른 음향 볼륨을 에워싸고, 상기 헤드밴드의 음향 볼륨은 상기 튜브의 음향 볼륨에 음향적으로 결합된, 헤드폰 장치.
청구항 1에 있어서,
추가적인 라우드스피커(loudspeaker)를 더 포함하되,
상기 개구 내에 장착된 라우드스피커는 저주파 라우드스피커이고, 상기 추가적인 라우드스피커는 고주파 스피커이고,
상기 고주파 스피커는 상기 저주파 라우드스피커의 최고 주파수보다 더 높은 최고 주파수를 갖고, 상기 사용자의 귀의 전방 측에 대응하는 위치에서 상기 튜브 내에 배치되며; 그리고
상기 저주파 라우드스피커는 상기 고주파 라우드스피커의 최저 주파수보다 더 낮은 최저 주파수를 갖고, 상기 전방 측이 아닌 상기 사용자의 귀의 측면에 대응하는 위치에서 상기 튜브 내에 배치된, 헤드폰 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 고주파 라우드스피커는 상기 음향 볼륨으로부터 음향적으로 분리된, 헤드폰 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 개구에 장착된 라우드스피커에 적어도 전기적으로 연결된 능동 잡음 소거 시스템을 더 포함하되, 상기 능동 잡음 소거 시스템은 상기 사용자의 귀에서 상기 하우징의 외부로부터 유래하는 주변 소리를 감소시키도록 구성된, 헤드폰 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 능동 잡음 소거 시스템은 마이크로폰을 포함하되, 상기 마이크로폰은 상기 하우징에 부착되고, 상기 사용자의 귀의 갑개(concha)에 가까운 위치에 배치되는, 헤드폰 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 이어폰의 상류에 연결된 제어 가능한 등화기를 더 포함하는, 헤드폰 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 등화기는 상기 사용자의 귀의 갑개에 가까운 위치에서 픽업된 소리 및 타깃 기능에 따라 제어되도록 구성된, 헤드폰 장치.
청구항 1에 있어서,
마이크로폰의 어레이 및 빔 성형 시스템을 더 포함하되, 상기 마이크로폰의 어레이는 상기 하우징에 부착되고, 상기 마이크로폰의 어레이 및 상기 빔 성형 시스템은 조합하여 상기 빔 성형 시스템을 통해 제어 가능한 지향성 특성을 갖는, 헤드폰 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 마이크로폰의 어레이 및 상기 빔 성형 시스템이 조합하여 갖는 지향성 특성은 상기 전방 측으로 최대 지향성을 갖도록 제어 가능한, 헤드폰 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 사용자의 다른 귀를 전체적으로 또는 부분적으로 둘러싸도록 구성된 추가적인 이어폰, 마이크로폰의 추가적인 어레이, 및 추가적인 빔 성형 시스템을 더 포함하는, 헤드폰 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 마이크로폰의 어레이, 상기 추가적인 마이크로폰의 어레이, 상기 빔 성형 시스템, 및 상기 추가적인 빔 성형 시스템은 상기 전방 측으로부터 발생하는 소리를 나타내는 제1 빔 성형기 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 제1 빔 성형기 신호는 상기 사용자의 귀에서 상기 전방 측으로부터 발생하는 소리를 확대하는데 사용되는, 헤드폰 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 마이크로폰의 어레이, 상기 추가적인 마이크로폰의 어레이, 상기 빔 성형 시스템, 및 상기 추가적인 빔 성형 시스템은 상기 전방 측으로부터 발생하는 소리를 나타내는 제2 빔 성형기 신호를 생성하도록 구성되고, 상기 제2 빔 성형기 신호는 상기 추가적인 이어폰 및 상기 이어폰에 교차 공급되는, 헤드폰 장치.