TW201911879A

TW201911879A - 耳機系統

Info

Publication number: TW201911879A
Application number: TW106125011A
Authority: TW
Inventors: 曾登崧; 張啟維
Original assignee: 統音電子股份有限公司
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2019-03-16
Also published as: TWI629906B; EP3435684A1; CN109309886A; US10057674B1

Abstract

耳機系統包含耳機本體及訊號源裝置。耳機本體包含連接套件、第一耳罩模組、第二耳罩模組、連接埠及處理器。第一耳罩模組連接於連接套件之第一端。第一耳罩模組包含至少一個第一壓力感測器及第一揚聲器。第二耳罩模組連接於該連接套件之第二端。第二耳罩模組包含至少一個第二壓力感測器及第二揚聲器。連接埠用於接收來自訊號源裝置的音源訊號。處理器接收至少一個第一壓力感測器及至少一個第二壓力感測器所偵測到的複數個壓力值。處理器根據該些壓力值設定第一揚聲器及第二揚聲器的至少一組等化器增益。

Description

耳機系統

本發明描述一種耳機系統，尤指一種具有最佳化揚聲器輸出聲音的等化器增益之耳機系統。

由於科技日新月異，各式各樣的耳機也被應用於個人電腦、筆記型電腦、智慧型手機、平板電腦、以及音樂播放器中，以提供優質的聽覺體驗。依據使用者的不同需求，耳機也發展出了多種形式。例如，罩耳式耳機、貼耳式耳機、耳塞式耳機以及耳道式耳機。

罩耳式耳機一般而言體積較大，且因發聲單元可以將整個耳廓(Pinna)蓋住，所以配戴時相對舒適。並且，由於體積較大的原因，罩耳式耳機多半用於室內，例如錄音室。貼耳式耳機相較於罩耳式耳機的體積要小，發聲單元緊壓著耳廓。貼耳式耳機相較於罩耳式耳機，具有更高的便攜性。耳塞式耳機是將發聲單元塞在耳孔之外。且由於體積較小、輕便、製作簡單且造價便宜，是最廣泛被使用的耳機。然而，耳塞式耳機對外在的環境隔音能力有限，且音場較為不足，故輸出音質較差。耳道式耳機也具有體積較小且輕便的特性，且發聲單元深入耳道之內，因此輸出的音源比耳塞式耳機更接近耳鼓。

在現今，由於使用者對於耳機高音質的需求，罩耳式耳機及貼耳式耳機漸漸地成為主流。然而，由於每一個人的頭形以及耳形的差異性，導致上述的罩耳式耳機及貼耳式耳機在貼合人耳時，等效的氣密式空間或是共振腔也會產生差異。換句話說，即便罩耳式耳機及貼耳式耳機的揚聲器輸出符合標準等化器增益曲線的聲音，由於每一個人的頭形以及耳形的差異性，不同使用者實際所聽到的聲音也會不同。因此，目前的罩耳式耳機及貼耳式耳機無法針對不同使用者的頭形以及耳形，讓使用者有最佳化的聽覺體驗。

本發明一實施例提出一種耳機系統，包含耳機本體及訊號源裝置。耳機本體包含連接套件、第一耳罩模組、第二耳罩模組、連接埠及處理器。連接套件為帶體結構。第一耳罩模組連接於連接套件之第一端。第一耳罩模組包含至少一個第一壓力感測器及第一揚聲器。第二耳罩模組連接於該連接套件之第二端。第二耳罩模組包含至少一個第二壓力感測器及第二揚聲器。連接埠用於接收音源訊號。處理器耦接於至少一個第一壓力感測器、至少一個第二壓力感測器、第一揚聲器、第二揚聲器及連接埠，用於控制第一揚聲器及第二揚聲器。訊號源裝置耦接於耳機本體之連接埠，用以產生音源訊號。處理器接收至少一個第一壓力感測器及至少一個第二壓力感測器所偵測到的複數個壓力值。處理器根據該些壓力值設定第一揚聲器及第二揚聲器的至少一組等化器增益。

第1圖係為本發明之耳機系統100之實施例的架構圖。第2圖係為耳機系統100中，以側視角觀之的示意圖。第3圖係為耳機系統100中，將第一耳罩模組13a拆解的示意圖。耳機系統100包含耳機本體10以及訊號源裝置11。耳機本體10可為罩耳式耳機或貼耳式耳機。訊號源裝置11可為任何具有發出音源訊號的裝置，例如個人電腦、平板電腦、智慧型手機或隨身聽等等。耳機本體10和訊號源裝置11之間可利用連接線12，透過連接埠P以有線方式連結。然而，耳機本體10和訊號源裝置11之間亦可利用無線的方式連結，例如使用藍芽(Bluetooth)無線協定或無線保真(Wi-Fi)無線協定進行連結。耳機本體10包含連接套件18、第一耳罩模組13a、第二耳罩模組13b、連接埠P以及處理器16。在此，連接埠P以及處理器16於第1圖中雖置於第二耳罩模組13b內，但本發明不以此為限制，連接埠P以及處理器16可置於耳機本體10的任何區域。連接套件18可為帶體結構，例如一個具有弧度的金屬或塑膠體。第一耳罩模組13a連接於連接套件18之第一端(例如右端)，用以發出聲音至使用者的右耳。第一耳罩模組13a包含複數個第一壓力感測器PS1至PS3(如第3圖及第4A圖所示)及第一揚聲器20a(如第3圖所示)。第一壓力感測器PS1至PS3可用於感測耳後、耳上、及/或耳下與第一耳罩模組13a貼合時的壓力值。並且，第一耳罩模組13a可為氣密式的耳罩模組。氣密式的耳罩模組之定義為當使用者戴上耳機本體10時，第一耳罩模組13a與耳廓間具有很高的密合度，可阻絕外在環境的介質以及聲音。第一耳罩模組13a與耳廓間可形成一個封閉式的共振腔。第一耳罩模組13a另包含第一支撐背蓋14a以及第一耳套部件15a。第一支撐背蓋14a可為硬性材質的背蓋，樞接於連接套件18。換句話說，連接套件18的第一端可包含第一樞接部19a(如第2圖所示)。第一支撐背蓋14a可以第一樞接部19a為支點旋轉。第一耳套部件15a套設於第一支撐背蓋14a上。第一耳套部件15a可為具有軟性材質的部件，例如泡棉部件。

類似地，第二耳罩模組13b連接於連接套件18之第二端(例如左端)，用以發出聲音至使用者的左耳。第二耳罩模組13b包含複數個第二壓力感測器PS4至PS6(如第4B圖所示)及第二揚聲器20b(如第二圖所示)。第二壓力感測器PS4至PS6可用於感測耳後、耳上、及/或耳下與第二耳罩模組13b貼合時的壓力值。並且，第二耳罩模組13b可為氣密式的耳罩模組，具有阻絕外在環境的介質以及聲音之能力。第二耳罩模組13b與耳廓間也可形成一個封閉式的共振腔。第二耳罩模組13b另包含第二支撐背蓋14b以及第二耳套部件15b。第二支撐背蓋14b可為硬性材質的背蓋，樞接於連接套件18。換句話說，連接套件18的第二端可包含第二樞接部19b(如第2圖所示)。第二支撐背蓋14b可以第二樞接部19b為支點旋轉。第二耳套部件15b套設於第二支撐背蓋14b上。第二耳套部件15b可為具有軟性材質的部件，例如泡棉部件。

在耳機本體10中，處理器16耦接於複數個第一壓力感測器PS1至PS3、複數個第二壓力感測器PS4至PS6、第一揚聲器20a、第二揚聲器20b及連接埠P，用於控制第一揚聲器20a及第二揚聲器20b。處理器16可接收複數個第一壓力感測器PS1至PS3及複數個第二壓力感測器PS4至PS6所偵測到的複數個壓力值，並根據該些壓力值設定該第一揚聲器20a及該第二揚聲器的一組等化器增益20b，使人耳聽到的等化器增益為標準化的等化器增益。

上述的耳機系統100中，各元件的相對位置和形狀不被第1圖至第3圖所侷限。舉例而言，耳機系統100中，耳機本體10的處理器16可以設置於任何位置。耳機本體10的第一支撐背蓋14a、第二支撐背蓋14b、第一耳套部件15a以及第二耳套部件15b也未必要設計為圓形的形狀(如第2圖)。例如，這些元件可為多邊形的形狀。第一耳罩模組13a內也可只包含一個壓力感測器，且第二耳罩模組13b內也可只包含一個壓力感測器。任何合理的元件材質變更、形狀或功能變更都屬於本發明所揭露的範疇。

第3圖係為耳機系統100中，將第一耳罩模組13a拆解的示意圖。如前述提及，第一耳罩模組13a包含第一支撐背蓋14a以及第一耳套部件15a。如第3圖所示，第一支撐背蓋14a可為硬性材質的包覆型背蓋，可用於包覆第一揚聲器20a。而第一支撐背蓋14a(硬性材質)與第一耳套部件15a(軟性材質)之間可另包含一個第一支撐隔板21a。如第3圖所示，第一支撐隔板21a可為硬性材質的支撐隔板，例如塑膠隔板或是壓克力隔板。第一耳套部件15a可套設於第一支撐隔板21a的周緣。第一支撐隔板21a的一側可設置複數個第一壓力感測器PS1至PS3。如前述提及，當第一耳罩模組13a與人耳貼合時，由於第一耳套部件15a為軟性材質，第一壓力感測器PS1至PS3可以感測到不同位置的壓力值。應當理解的是，由於第一耳套部件15a為軟性材質，當第一耳套部件15a與人耳貼合時，不同位置會對應不同的壓力值，而使第一耳套部件15a產生形變。舉例而言，第一壓力感測器PS1可設置於對應而人耳的上方，當第一耳套部件15a因壓力而產生形變時，可以感測對應於人耳的上方位置的壓力值。第一壓力感測器PS2可設置於對應而人耳的後方，當第一耳套部件15a因壓力而產生形變時，可以感測對應於人耳的後方位置的壓力值。第一壓力感測器PS3可設置於對應而人耳的下方，當第一耳套部件15a因壓力而產生形變時，可以感測對應於人耳的下方位置的壓力值。然而，應當理解的是，第一耳罩模組13a內包含越多的壓力感測器時，具有估測更多位置壓力值的能力。第一耳罩模組13a內包含較少的壓力感測器時，僅能估測較少位置的壓力。並且，本發明的壓力感測器的分佈位置不侷限於第3圖所示的位置，壓力感測器可以採取均勻式分佈或是集中式分佈的方式設置，任何合理的技術變更都屬於本發明所揭露的範疇。並且，第二耳罩模組13b所拆解的態樣類似於第一耳罩模組13a。第二耳罩模組13b內各元件的功能也類似於第一耳罩模組13a，故於此將不再贅述。

第4A圖係為耳機系統100中，第一耳罩模組13a之第一種結構的示意圖。第4B圖係為耳機系統100中，第二耳罩模組13b之第一種結構的示意圖。如第4A圖所示，第一壓力感測器PS1至PS3設置在第一支撐背蓋14a以及第一支撐隔板21a之間。當具有軟性材質的第一耳套部件15a與人耳貼合時，第一壓力感測器會偵測對應位置產生的壓力值。例如，第一壓力感測器PS1可以偵測耳上位置的壓力值。然而，應當理解的是，由於第一支撐隔板21a可為硬性材質，因此第一支撐隔板21a也會將第一耳套部件15a之每個位置的壓力平均後往第一壓力感測器PS1至PS3傳遞。換句話說，以第一壓力感測器PS1而言，除了可以感測到耳上位置的壓力值之外，也可以感測到第一耳套部件15a之每個位置的壓力平均值。類似地，第一壓力感測器PS2以及第一壓力感測器PS3也可以偵測到對應位置的壓力值，以及第一耳套部件15a之每個位置的壓力平均值。而第4B圖之第二耳罩模組13b的結構對應於第一耳罩模組13a的結構。各元件的運作方式和功能類似於第一耳罩模組13a，故於此將不再贅述。

第5A圖係為耳機系統100中，第一耳罩模組13a之第二種結構的示意圖。第5B圖係為耳機系統100中，第二耳罩模組13b之第二種結構的示意圖。如第5A圖所示，第一壓力感測器PS1至PS3設置在第一支撐背蓋14a面對第一耳套部件15a之一側，且第一耳套部件15a可包覆第一壓力感測器PS1至PS3。當具有軟性材質的第一耳套部件15a與人耳貼合時，第一壓力感測器會偵測對應位置產生的壓力值。例如，第一壓力感測器PS1可以偵測耳上位置的壓力值。並且，由於第一壓力感測器PS1可以直接依據第一耳套部件15a在對應位置的形變程度而偵測到對應位置的壓力值，因此，第一壓力感測器PS1將會有非常高的準確率。類似地，第一壓力感測器PS2以及第一壓力感測器PS3也可以準確地偵測到對應位置的壓力值。而第5B圖之第二耳罩模組13b的結構對應於第一耳罩模組13a的結構。各元件的運作方式和功能類似於第一耳罩模組13a，故於此將不再贅述。

第6圖係為耳機系統100中，尚未利用壓力感測器的偵測結果調整等化器增益的示意圖。如前述提及，耳機系統100中的耳機本體10之第一耳罩模組13a以及第二耳罩模組13b可為氣密式的耳罩模組，具有很高的密合度且可阻絕外在環境的介質以及聲音。並且，第一耳罩模組13a以及第二耳罩模組13b與兩個耳廓間可分別形成兩封閉式的共振腔。以第一耳罩模組13a而言，當第一耳罩模組13a與使用者的右耳貼合時，第一耳罩模組13a與右耳耳廓間之共振腔會受到耳形大小而有所差異。因此，不同形狀的右耳或頭形將會影響聽到之聲音的頻率增益。為了描述的一致性，聲音的”頻率增益”於後文將通稱為”等化器增益”。廣義地說，等化器增益即為聲音的頻譜在某個頻率上對應的放大倍率(增益)值。如第6圖所示，第一耳罩模組13a中的第一揚聲器20a可發出符合虛線之等化器增益曲線的聲音。然而，即便虛線之等化器增益曲線為標準等化器增益曲線C1，第一揚聲器20a所發出的聲音仍會受到不同右耳之耳形的影響而改變。換句話說，由於氣密式的共振腔會受到耳形大小而有所差異，因此聲音的頻率響應將會發生改變。亦即，聲音的高頻區域或是低頻區域的增益可能會受到共振腔的差異，而發生增益變大或是增益縮小的情況。因此，第6圖所示的等化器增益曲線僅是一個實施例而已。等化器增益曲線C1以及C1’的差異性並不被第6圖所侷限。在本實施例中，使用者的右耳所聽到的實際聲音會符合實線的等化器增益曲線C1’。換句話說，等化器增益曲線C1’可視為一種頻率響應已經改變的等化器增益曲線。舉例而言，在第6圖中，與標準等化器增益曲線C1相比，聽到的實際聲音對應的等化器增益曲線C1’之高頻部份的增益過大。因此使用者可以會聽到過於尖銳的聲音，影響聽覺體驗。因此，本發明的耳機系統100必須要執行等化器增益曲線的調整機制，將頻率響應發生改變的等化器增益曲線C1’還原成標準等化器增益曲線C1。

第7圖係為耳機系統100中，利用壓力感測器PS1至PS6的偵測結果調整等化器增益的示意圖。如前述提及，以第一耳罩模組13a而言，即便第一揚聲器20a可發出符合標準等化器增益曲線的聲音。然而，由於人耳形狀的不同或是頭形不同，最後人耳實際聽到聲音的等效之等化器增益曲線所對應之頻響應仍會改變。因此，耳機系統100必須要設定或調整第一耳罩模組13a內之第一揚聲器20a的等化器增益曲線C2，以使人耳實際聽到聲音的等效之等化器增益曲線趨近於標準等化器增益曲線C2’。一種實施方式將描述於下。耳機本體10可另包含記憶體17。記憶體17可耦接於處理器16，用以儲存不同組壓力值對應之等化器增益曲線。於此說明，等化器增益曲線可為複數個聲音頻率與對應的複數個增益之連接線段。因此，文中提及之”等化器增益曲線”可包含一組等化器增益。如第7圖所述，處理器16可依據壓力感測器所偵測到的複數個壓力值，設定第一揚聲器20a及第二揚聲器20b的等化器增益曲線，以使人耳實際聽到聲音的等效之等化器增益曲線趨近於標準等化器增益曲線C2’。然而，本發明不侷限於使用記憶體17或類似查詢表的方法，依據複數個壓力值產生合適的等化器增益曲線。舉例而言，耳機系統100亦可使用數值化的分析方式，透過處理器16產生合適的等化器增益曲線。任何產生符合人耳所聽到聲音之對應標準等化器增益曲線的方式都屬於本發明所揭露的範疇。

第8圖係為耳機系統100中，人耳實際接收到的聲音之等化器增益被優化的示意圖。如前述提及，耳機系統100可以依據複數個壓力值，將原本人耳實際聽到聲音的等化器增益曲線C1’調整至標準等化器增益曲線C2’。因此，對於不同耳形或是頭形的使用者而言，最終聽到的聲音都會符合(趨近於)標準等化器增益曲線C2’。換句話說，本發明的耳機系統100對於不同的使用者皆能提供良好的聽覺體驗。

上述提及之”標準等化器增益曲線”可為系統內定的預設參數或是使用者自定的客製化參數。舉例而言，使用者可依自己的偏好，自訂各種不同的場景模式對應的標準等化器增益曲線，也可以客製化的定義標準等化器增益曲線上的每一個頻率響應值。因此，當耳機系統被另一個使用者使用時，若先前的使用者設定之標準等化器增益曲線不被另一個使用者採用，另一個使用者可以重新定義屬於自己的標準等化器增益曲線，以達到最佳的聽覺體驗。

綜上所述，本發明描述了一種耳機系統。耳機系統中的耳機本體可為罩耳式耳機或貼耳式耳機。由於耳罩模組與耳廓之間會形成一個密閉式的空間，此密閉式的空間會隨著每個人的耳形或頭形有所差異。為了補償不同使用者之密閉式的空間所造成的聲音之頻率響應發生改變的問題，本發明的耳機系統利用了至少一個壓力感測器來偵測人耳周圍之不同位置的壓力值。並依據這些壓力值設定左右耳的揚聲器中之等化器增益曲線，以使不同耳形或是頭形的使用者最終聽到的聲音都會符合(趨近於)標準等化器增益曲線。因此，本發明的耳機系統對於不同的使用者皆能提供良好的聽覺體驗。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100‧‧‧耳機系統

10‧‧‧耳機本體

11‧‧‧訊號源裝置

12‧‧‧連接線

13a‧‧‧第一耳罩模組

13b‧‧‧第二耳罩模組

14a‧‧‧第一支撐背蓋

14b‧‧‧第二支撐背蓋

15a‧‧‧第一耳套部件

15b‧‧‧第二耳套部件

16‧‧‧處理器

17‧‧‧記憶體

P‧‧‧連接埠

18‧‧‧連接套件

19a‧‧‧第一樞接部

19b‧‧‧第二樞接部

20a‧‧‧第一揚聲器

20b‧‧‧第二揚聲器

PS1至PS3‧‧‧第一壓力感測器

PS4至PS6‧‧‧第二壓力感測器

21a‧‧‧第一支撐隔板

21b‧‧‧第二支撐隔板

C1、C1’、C2、C2’‧‧‧等化器增益曲線

第1圖係為本發明之耳機系統之實施例的架構圖。第2圖係為第1圖之耳機系統中，以側視角觀之的示意圖。第3圖係為第1圖之耳機系統中，將第一耳罩模組拆解的示意圖。第4A圖係為第1圖之耳機系統中，第一耳罩模組之第一種結構的示意圖。第4B圖係為第1圖之耳機系統中，第二耳罩模組之第一種結構的示意圖。第5A圖係為第1圖之耳機系統中，第一耳罩模組之第二種結構的示意圖。第5B圖係為第1圖之耳機系統中，第二耳罩模組之第二種結構的示意圖。第6圖係為第1圖之耳機系統中，尚未利用壓力感測器的偵測結果調整等化器增益的示意圖。第7圖係為第1圖之耳機系統中，利用壓力感測器的偵測結果調整等化器增益的示意圖。第8圖係為第1圖之耳機系統中，人耳實際接收到的聲音之等化器增益被優化的示意圖。

Claims

一種耳機系統，包含：一耳機本體，包含：一連接套件，該連接套件係為一帶體結構；一第一耳罩模組，連接於該連接套件之一第一端，該第一耳罩模組包含至少一個第一壓力感測器及一第一揚聲器；一第二耳罩模組，連接於該連接套件之一第二端，該第二耳罩模組包含至少一個第二壓力感測器及一第二揚聲器；一連接埠，用於接收一音源訊號；及一處理器，耦接於該至少一個第一壓力感測器、該至少一個第二壓力感測器、該第一揚聲器、該第二揚聲器及該連接埠，用於控制該第一揚聲器及該第二揚聲器；及一訊號源裝置，耦接於該耳機本體之該連接埠，用以產生該音源訊號；其中該處理器接收該至少一個第一壓力感測器及該至少一個第二壓力感測器所偵測到的複數個壓力值，並根據該些壓力值設定該第一揚聲器及該第二揚聲器的至少一組等化器增益。
如請求項1所述之耳機系統，其中該第一耳罩模組另包含：一第一支撐背蓋，樞接於該連接套件；及一第一耳套部件，套設於該第一支撐背蓋上；其中該至少一個第一壓力感測器設置於該第一支撐背蓋與該第一耳套部件之間，且該第一耳套部件具有一軟性材質。
如請求項2所述之耳機系統，其中該第一耳罩模組係為一氣密式耳罩模組，且該第一耳罩模組另包含一第一支撐隔板，該第一支撐隔板設置於該第一支撐背蓋與該第一耳套部件之間，且該至少一個第一壓力感測器設置於該第一支撐隔板上。
如請求項2所述之耳機系統，其中該第二耳罩模組另包含：一第二支撐背蓋，樞接於該連接套件；及一第二耳套部件，套設於該第二支撐背蓋上；其中該至少一個第二壓力感測器設置於該第二支撐背蓋與該第二耳套部件之間，且該第二耳套部件具有一軟性材質。
如請求項4所述之耳機系統，其中該第二耳罩模組係為一氣密式耳罩模組，且該第二耳罩模組另包含一第二支撐隔板，該第二支撐隔板設置於該第二支撐背蓋與該第二耳套部件之間，該至少一個第二壓力感測器設置於該第二支撐隔板上。
如請求項1所述之耳機系統，其中該連接套件包含：一第一樞接部，設置於該連接套件之該第一端，該第一支撐背蓋係以該第一樞接部為支點旋轉。
如請求項6所述之耳機系統，其中該連接套件包含：一第二樞接部，設置於該連接套件之該第二端，該第二支撐背蓋係以該第二樞接部為支點旋轉。
如請求項1所述之耳機系統，其中該至少一個第一壓力感測器用於感測一耳後、一耳上、及/或一耳下與該第一耳罩模組貼合時的壓力值。
如請求項8所述之耳機系統，其中該至少一個第二壓力感測器用於感測一耳後、一耳上、及/或一耳下與該第二耳罩模組貼合時的壓力值。
如請求項1所述之耳機系統，其中該耳機本體另包含：一記憶體，耦接於該處理器，用以儲存對應於該些壓力值對應之該組等化器增益。