TW201914317A - 在空間中定位聲音信號的揚聲器和耳機佈局 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種揚聲器裝置(1)，特別是用於放置在耳朵(2)和/或耳朵(2)上的耳掛式耳機，其具有一殼體(3)且內設一低音揚聲器(4)，該低音揚聲器(4)產生的低頻聲波沿著一低音聲軸(5)傳送聲向耳朵(2)，且至少一高音揚聲器(6)所產生的音頻聲波沿著一高音聲軸(7)傳送。根據本發明，該至少一高音揚聲器(6)是MEMS揚聲器。

Description

在空間中定位聲音信號的揚聲器和耳機佈局

本發明涉及一種揚聲器佈局，特別是耳掛式耳機，其殼體可置於耳朵及/或耳朵上，殼體中設有一低音揚聲器及至少一高音揚聲器，藉由該低音揚聲器可將低頻聲波沿著低音聲軸傳送到耳朵，藉由該高音揚聲器可將高頻聲波沿著高音聲軸傳送到耳朵。

在現代應用中，例如在虛擬實境或增強實境中，若能使耳機和耳機所產生的聲音在房間中得到人類聽覺方面的聲音信號定位是有利的。3D物體也應該伴隨著3D聲音，以便更逼真地再現風景或例如虛擬管弦樂。

由於房間中的聲波到兩個耳朵的傳送時間差，使得自然噪聲或例如鳥鳴聲的聲音信號可以定位到人類的耳朵。聲波到兩耳之間的相位差也扮演定位角色。傳統的立體聲耳機僅能部分地定位聲音信號的空間位置。然而，尤其是對於虛擬實境而言，例如，當觀看3D物體時，應該還能產生3D聲音，以便不僅獲得三維視覺體驗，而且還能獲得三維聽覺體驗。例如，當轉動頭部時，應該仍能識別出聲音信號的聲源的相同空間位置。

EP 1 071 309 B1專利案公開了一對耳機，其具有分配給使用者耳朵的左右兩個殼體，殼體中設有擋板供佈置動態聲音換能器，每個擋板包括一高音揚聲器和與其同軸佈置的中心/低音揚聲器。藉由聲波投影而可定位聲音信號。這樣做的缺點是這種換能器不適合產生3D聲音。

因此，本發明的目的是克服現有技術的缺點。

該目的通過具有申請專利範圍獨立項的特徵的揚聲器裝置和耳機予以實現。

本發明提出一種置於耳朵和/或耳朵上的揚聲器裝置。揚聲器裝置可用於例如耳掛式耳機。耳機可以例如具有耳機殼體，揚聲器裝置佈置在耳機殼體中。借助於揚聲器裝置，可以優選地產生3D聲音，使得可以由揚聲器裝置播放的虛擬聲音信號可以定位在用於人類聽覺的空間中。因此，耳朵可以定位虛擬聲音信號的空間原點。借助於揚聲器裝置，例如，耳朵可以識別出虛擬聲源佈置在佩戴者的頭部前方。結果，可以改善收聽體驗，特別是與虛擬和/或增強實境相結合的聽覺體驗。

揚聲器裝置具有殼體。在殼體中，佈設有低音揚聲器，低頻聲波可沿著低音聲軸傳送到耳朵。此外，至少一個高音揚聲器佈置在殼體中，通過該高音揚聲器可以將高頻聲波沿著高音聲軸傳送。低音揚聲器的低頻聲波可以是低頻的。該低頻可以包括人類聽覺的較低可聽頻譜的頻率範圍中。低頻聲波，例如20Hz的頻率，亦即從人類聽覺的較低聽力臨界值到包括1-2kHz的頻率。這些是低音揚聲器可以發送的頻率。

同樣，高音揚聲器可以發出相對較高的頻率。特別地，這包括大於低頻聲波頻率的頻率。高頻聲波的頻率可以在例如1至2kHz至15至20kHz的範圍內，也就是說大於人類耳朵的聽力臨界值。

例如，低音揚聲器可播放低音，而高音揚聲器可以播放高音。

因此，低音聲軸以及高音聲軸可以是低音揚聲器或高音揚聲器的輻射聲音具有最大強度的軸。低音聲軸或聲音聲軸可以例如與低音揚聲器或高音揚聲器的中心軸同軸地定向。低音揚聲器基本上沿著低音聲軸發出低頻聲波。大部份的聲音能量會沿著低音聲軸。

根據本發明，至少一個高音揚聲器是MEMS揚聲器。MEMS是微機電系統的縮寫。藉由MEMS揚聲器可以播放非常清晰的頻率。此外，MEMS揚聲器可以具有低諧波失真。MEMS揚聲器可以在與標稱頻率略有不同的頻率下播放聲波。MEMS揚聲器也具有低失真。由此可以簡化耳朵的虛擬聲音信號的定位。

此外，可以使用MEMS揚聲器播放寬頻譜。同時，MEMS揚聲器可以再現中頻的頻率，例如從1-2kHz到8-10kHz，例如高音範圍內的頻率。藉由單個MEMS揚聲器，可以實現中頻和高音揚聲器。通過MEMS揚聲器，還可以產生超過20kHz的聲波。

此外，MEMS揚聲器可以做得非常小，因此它可以產生高頻聲波，這些聲波來自耳朵的小立體角。因此，耳朵可以非常精確地定位高頻聲波的原點。

藉由設計成MEMS揚聲器的高音揚聲器可以除了低音揚聲器的低頻聲波之外，額外產生高頻聲波，藉此可以人類耳朵得以定位該虛擬聲音信號的原點。如此不一定要由位在耳朵上方的高音揚聲器產生可使人類聽覺產生聲音信號發生在耳朵或佩戴者頭部上方的印象。借助於高音揚聲器和形成的聲波場，可以基本上佈置在揚聲器裝置的任何地方，使得人類聽到的印象是聲音信號好像是發生在耳朵上方。 聲波場可以附加地或替代地由低音揚聲器的低音揚聲器聲波形成。聲波場也可以通過低音揚聲器聲波和高頻聲波的干擾形成。

此外，至少一個設計為來自低音揚聲器的MEMS揚聲器高音揚聲器，特別是相對於低音聲軸，佈置成徑向間隔開。這允許高音揚聲器用於模擬來自特定方向的噪聲。此外，可以在大空間中形成聲波場。

在一個有利的改良方案中，至少一個高音揚聲器可以相對於低音揚聲器佈置，使得其高音聲軸在側視圖中與低音聲軸相交。因此，高音聲軸和低音聲軸可以具有共同的夾角。高音聲軸和低音聲軸在側視圖中呈交叉，兩者也可以彼此間呈一夾角而傾斜地佈置。如果兩個軸線彼此傾斜，則可以將兩個軸線投影在一個平面中。然後兩個軸線相交並且可以形成夾角。

如上所述，低音揚聲器沿著低音聲軸向耳朵輻射低頻聲波。由於低音揚聲器聲波具有相對低的頻率，因此它們具有相對高的波長。波長在幾十公分到幾公尺的範圍內。在這些波長下，人類聽覺無法良好地定位聲波的來源。也就是說，低音揚聲器聲波基本上不適合於聲音信號的定位。

相反地，耳朵可以很好地定位具有高頻的聲波的原點。將高音揚聲器佈置成使其高音聲軸在側視圖中與低音聲軸相交，使得它們具有共同的夾角，而使耳朵對高頻聲波的聲音信號的空間予以定位。通過夾角，例如，可以產生沿著高音聲軸的高頻聲波在低音揚聲器上方運行，然後從上方傾斜地送到耳朵。然後，聽者會感受到聲音信號發生在他頭頂某個高度。

在本發明的另一有利實施例中，低音聲軸係與低音揚聲器的軸向係同軸地佈置。

同樣地，如果低音聲軸和至少一個高音揚聲器的聲音軸線彼此平行定向則是有利的。結果，低頻和高頻聲波可以輻射向耳朵。由此可以減少聲波的反射、折射和/或衍射。

此外，至少一個高音揚聲器傾斜於低音揚聲器是有利的。例如，高音聲軸可以與高音揚聲器的軸向同軸地佈置。如果高音聲軸與高音揚聲器的軸向同軸，則高音揚聲器向低音揚聲器的傾斜可以形成夾角。

有利的是，殼體在一個端面處係呈開放。結果，例如，即可將低音揚聲器和/或至少一個高音揚聲器安裝在殼體中。

附加地或替代地，有利的是，殼體設有一蓋板，該蓋板與殼體形成腔體。蓋板可以例如設置在開放端，由該蓋板封閉該開放端。在腔體中，優選地，可以佈置低音揚聲器。腔體可以例如用作低音揚聲器的諧振腔體，使得低音揚聲器聲波可以通過腔體放大。腔體也可以作為低音揚聲器的後部空間。

如果蓋板具有開槽也是有利的，低音揚聲器的低音聲波可以通過該開槽從腔體中傳送出。開槽可以是例如格狀。通過該開槽，低頻聲波可以從腔體中傳送出。腔體仍然提供一定程度的阻制。低音聲軸延伸穿過開槽是有利的。開槽也可以是彎曲的。開槽也可以凸出遠離腔體。結果，例如，高頻聲波可以在開槽處被反射，從而被重定向到耳朵。高音揚聲器的高音聲軸可以指向例如開槽部分。

此外，有利的是，蓋板具有至少一個出口通道，至少一個高音揚聲器的高頻聲波可以通過該出口通道傳送出。如果揚聲器裝置包括多個高音揚聲器，則蓋板也可以設置多個出口通道，使得每個高音揚聲器可以被分配一個出口通道。至少一個高音揚聲器的高音聲軸可以通過出口通道。

附加地或替代地，至少一個高音揚聲器也可以佈置在腔體中。結果，例如，腔體也可以用作高音揚聲器的共振腔。

此外，如果揚聲器裝置包括多個高音揚聲器是有利的。優選地，這些高音揚聲器相對於低音聲軸在圓周方向上圍繞特別是設置在中間處的低音揚聲器。

如果高音揚聲器在圓周方向上彼此間隔開，特別是相同或不同尺寸的圓周角也是有利的。高音揚聲器可以圍繞低音聲軸排列。結果，各個高音揚聲器的多個高音聲軸可以從數個方向指向佩戴者的耳朵。結果，可以產生來自多個方向的3D聲音。

如果揚聲器裝置包括控制單元則是有利的。控制單元優選地設計成使得至少高音揚聲器可在正常模式和/或環繞聲模式下操作。在正常模式下，使用者不可能進行聲音信號的空間定位。因此，正常模式適用於普通應用，例如聽音樂。特別是在圖像支援的應用程序中，例如計算機遊戲、電影或音樂會錄音，可以使用環繞聲模式。因此，可允許使用者對聲音信號的方向和/或基於空間的感知，特別是3D環繞聲。

有利的是，控制單元設計成使其在正常模式下同時控制所有高音揚聲器。結果，可以產生來自所有方向的聲音體驗。

有利的是，同時在環繞聲模式中藉助於控制單元可以僅控制高音揚聲器中的一個和/或僅高音揚聲器的一部分，從而可以產生在空間上可由使用者定位的聲音信號。有利地，用於此目的的控制單元可至少控制位於與圓周方向的聲音方向相對應間隔角度的高音揚聲器。附加地或替代地，如果幾個或所有高音揚聲器可由控制單元在環繞聲模式下控制，使得來自不同高音揚聲器的聲波彼此干擾，使得它們彼此抵消和/或放大，則是有利的。

如果揚聲器裝置包括耦合到控制單元的慣性感測單元，特別是陀螺儀和/或加速度傳感器，則也是有利的。這優選地設計成藉此可以檢測揚聲器裝置的空間定向和/或空間位置。有利地，控制單元被設計成使得借助於後者，可以根據該慣性感測單元所檢測到的感測值調整使用者在空間上可定位的聲音信號。

附加地或替代地，至少一部分高音揚聲器可以徑向地鄰近開槽。結果，使揚聲器裝置得以小型化。

有利地，夾角可以在90°和170°之間。夾角也可以在100°和150°之間。如此，即可在一房間中產生任一原點的聲音信號。例如，低音聲軸可作為參考線。此外，例如，如果揚聲器裝置設置在頭戴式耳機中並由人佩戴，則低音聲軸可以垂直定向於耳朵。此外，預期耳機在攜帶時，低音聲軸也可以是水平定向。例如，如果夾角為90°，則高音聲軸垂直於低音聲軸。如此，低頻聲波可以是來自發生在佩戴者的頭部上方的聲音信號，或者在虛擬實境中對應於發生在頭部上方的聲音信號。

然而，夾角也可以是170°，這對應於在佩戴者的耳朵旁邊產生更大距離(幾公尺)的聲音信號。然後高音揚聲器以低角度切割低音聲軸。在這樣的夾角下，高頻聲波大致垂直地指向耳朵。

如果圓周角在15°和90°之間也是有利的。兩個高音揚聲器之間的圓周角不必相同。例如，兩個相鄰的高音揚聲器可以以30°的圓周角分開。另一對高音揚聲器可以以45°的圓周角分開。另一對高音揚聲器可以以90°的圓周角分開。兩個高音揚聲器之間的圓周角越小，聲音信號的方向分辨率越高。也就是說，聲音信號可以更準確地定位在空間中。

如果低音揚聲器是電動揚聲器也是有利的。結果，可以以簡單的方式產生低頻聲波。此外，如果電動揚聲器只需播放低音，則可針對相應的頻譜進行優化。

此外，提出了一種用於在耳朵和/或耳朵上設置至少一個揚聲器裝置的耳機。在耳機的幫助下，可以優選地產生3D聲音，使得耳朵可以定位虛擬聲音信號的音源。例如，耳機可用於虛擬實境或“增強實境”。

在這種情況下，耳機可以具有兩個揚聲器裝置，一個揚聲器裝置分配給左耳，另一個揚聲器裝置分配給右耳。例如，揚聲器裝置可以佈置在佩戴耳機時佈置在耳朵上方和/或耳朵上的耳機殼體中。因此，揚聲器裝置可以位於耳朵附近的小距離(幾公分)處。

根據本發明，揚聲器裝置根據前述和/或下述的至少一個特徵來設計。

在本發明的一個有利的改良方案中，耳機包括控制單元，該控制單元可以控制揚聲器裝置的低音揚聲器，使得由耳機再現的聲音信號可以在空間上定位。控制單元可以附加地或替代地還控制至少一個高音揚聲器，使得由揚聲器裝置再現的聲音信號可以在空間上定位。

藉由耳機，例如，在虛擬實境的情況下，可以產生給出空間印象的相應聲音。因此，耳機可以是例如用於虛擬實境的設備的一部分。例如，藉由虛擬實境，可以參與虛擬管弦樂音樂會。通過耳機，相關的音樂可以在空間上進行定位。音樂不再簡單地播放，但是耳機的佩戴者可以給人一種音樂從房間中的某個位置到達的印象。

控制單元可以控制低音揚聲器和/或高音揚聲器，使得聲音信號可以在空間上定位。在這種情況下，控制單元例如相對於低音揚聲器的信號將信號延遲到高音揚聲器，從而產生聲音的空間印象。揚聲器裝置還可包括多個高音揚聲器。然後，控制單元還可以不同地控制高音揚聲器，從而產生空間印象。例如，控制單元還可以相對於其他揚聲器佈置中的另一個低音揚聲器延遲揚聲器佈置中的低音揚聲器的聲音的再現，使得例如對於耳朵可以確定聲音信號是發生在其左側還是右側。

控制單元還可以藉助於至少一個高音揚聲器和/或低音揚聲器執行波場合成。借助於高音揚聲器，控制單元可以形成與真實聲音信號的聲波場接近或甚至相同的聲波場。結果，可以再現逼真的空間聲音信號。此外，例如，利用多個高音揚聲器，可以產生彼此相互干擾的高頻聲波。各個高頻聲波相互抵消和/或放大，從而形成幾乎逼真的聲波場。耳機的佩戴者會感覺到聲音信號發生在房間的某個點上。

此外，如果耳機包括慣性感測單元是有利的，借助慣性感測單元可以確定耳機的空間定向。附加地或替代地，可以確定耳機的空間位置。慣性感測單元可包括例如陀螺儀和/或加速度傳感器。慣性感測單元還可以耦合到控制單元以傳輸感測值。借助於控制單元，可以確定耳機的方向和/或位置。

例如，可以藉助於陀螺儀確定耳機的旋轉。例如，如果耳機的佩戴者將頭轉向左側，因此頭戴式耳機也轉向左側，則控制單元可以確定頭部的新方向。然後，控制單元可以控制低音揚聲器和/或至少一個高音揚聲器，從而產生聲音信號在空間中固定並且不旋轉的印象。例如，當頭部旋轉時，聲音信號可以從頭部後面行進到頭部後面，給佩戴者一種印象，即在頭部轉過頭部並且最後在他身後，聲音信號在他面前。

借助於加速度傳感器，還可以檢測房間中的位置。例如，如果佩戴者通過虛擬聲音信號，則聲音信號的來源首先接近佩戴者然後移開。因此，控制單元可以例如根據增加的距離來減小再現聲音信號的音量。控制單元還可以改變聲音信號的位置。

在以下示例性實施例中描述了本發明的其他優點。在圖中：

圖1顯示佩戴者的耳朵2的剖視圖和揚聲器裝置1的側視圖，由於其是作為實施例說明，故這裡未示出佈置在耳機中的圖式。揚聲器裝置1可以設置在例如耳機的耳機殼體中。例如，耳機殼體可以圍繞耳朵2以抑制環境噪聲。

如圖1所示，揚聲器裝置1可以與耳朵2之間具有一定距離，該距離在耳機的預期用途中可以是幾公分。揚聲器裝置1可以進一步面向耳朵2。這裡未示出的低音揚聲器4可以佈置在揚聲器裝置1中。低音揚聲器4的低音聲軸5可以指向耳朵2。在耳機的預期用途中，低音聲軸5面向耳朵2是有利的，以使沿著低音聲軸5傳送的低頻聲波得進入耳朵2。由此可以減少低頻聲波的反射，衍射或折射。此外，低音揚聲器4的性能可以保持較低要求。

低頻聲波的頻率相對較低。例如，可以是介於20Hz至1-2kHz範圍內的頻率。由於高頻與低頻相關聯，故佩戴者不能或僅僅錯誤地定位於該低頻聲波的原點位置。

為了能夠定位(虛擬)聲音信號的原點，例如管弦樂器中的樂器，揚聲器裝置1具有至少一個高音揚聲器6，圖2中未示。藉由高音揚聲器6可以產生頻率為例如1-2kHz至20-30kHz的高頻聲波。在該頻率範圍內，耳機的佩戴者可以定位聲音信號的原點。

由於圖1中顯示耳朵2，為了便於描述附圖及有助於解釋本發明，會使用上方、下方、右側、左側、前側和後側的方位標記。耳朵2可以如此方式位在空間中，因為它位在站立或直立的佩戴者身上。此外，圖1顯示的水平線H可以用作參考平面。在耳機的預期用途中，當佩戴者站立或坐直時，水平線H可以平行於環境的水平線。對環境的這種引用方式目的在幫助對本發明的說明。

高音揚聲器6可以沿著高音聲軸7輻射高頻聲波。根據圖1所示的實施例，高音揚聲器6位在耳朵2上方。因此，佩戴者可以感覺到聲音信號在他上方的印象。附加地或替代地，至少一個另外的高音揚聲器6可以位在耳朵2下方。結果，聲音信號可以定位在佩戴者耳朵2的下方。此外，當然甚至可以在揚聲器裝置1中佈置更多的高音揚聲器6，以便將產生的聲音信號呈現於佩戴者之前和/或之後。

高音揚聲器6佈置成與低音揚聲器4徑向間隔開。高音聲軸7也可以平行定向於低音聲軸5。

圖2顯示具有低音揚聲器4和至少一個高音揚聲器6的揚聲器裝置1的平面圖。在圖2的實施例中，揚聲器裝置1具有七個高音揚聲器6a-6g。

以揚聲器裝置1為中心，佈置低音揚聲器4。低音聲軸5未在圖2中示出，因為它是指向圖平面之外。附加地或替代地，相應的高音揚聲器6a-6g的高音聲軸7(這裡未示出)也是指向圖平面之外。

在殼體3中，還設置有蓋板8。蓋板8具有開槽9，低音揚聲器4的低頻聲波可以通過殼體3的開槽9。低音揚聲器4可以與開槽9同軸佈置。特別地，低音聲軸5可以與開槽9同軸佈置。

相應的高音揚聲器6a-6g的高音聲軸7可以垂直於蓋板8佈置。附加地或替代地，低音聲軸5可以垂直於蓋板8佈置。

蓋板8還具有至少一個出口通道10。在圖2的實施例中，蓋板8具有多個出口通道10，其中為了簡單起見，僅一個出口通道10設有附圖標記。根據本實施例，每一個高音揚聲器6a-6g與出口通道10相連通。通過出口通道10，高音揚聲器6a-6g的高頻聲波穿過殼體3的蓋板8由殼體3出來。

此外，蓋板8具有多個開口11，其中為了簡單起見，僅一個開口11設有附圖標記。在開口11的幫助下，例如，殼體3中的腔體12與環境之間壓力得以平衡。

在低音揚聲器4周圍的圓周方向上，高音揚聲器6a-6g彼此間隔開。高音揚聲器6a-6g以圓周角α，β，γ間隔開。根據圖1和圖2，揚聲器裝置1具有水平線H作為參考平面。水平線H可以例如位在耳機中，使得耳機作為預期用途，水平線H也水平線地定向到環境。因此，高音揚聲器6g可以位在例如耳朵2上方。

例如，圓周角α可以形成在高音揚聲器6g和6f之間。此外，圓周角β可以形成在高音揚聲器6a和6e之間。此外，圓周角γ可以形成在高音揚聲器6d和6f之間。圓周角α，β，γ可以在15°和90°之間的範圍內。圓周角α，β，γ越小，聲音信號的方向就越準確。

此外，高音揚聲器6a-6g可以具有到低音揚聲器4的徑向距離R，特別是低音聲軸5。為簡單起見，只有高音揚聲器6g具有徑向距離R。例如，高音揚聲器6a-6d具有比高音揚聲器6g更小的徑向距離R。根據本實施例，高音揚聲器6a-6d佈置成與開槽9相鄰。特別地，高音揚聲器6a-6d的出口通道10可以鄰接開槽9。

這裡未示出的控制單元14以不同方式驅動高音揚聲器6a-6g，以產生3D聲音。因此，高音揚聲器6a-6g可以由控制單元14以圖8所示的正常模式和圖8所示的環繞聲模式操作。在環繞聲模式中，控制單元14僅控制一個或幾個高音揚聲器6a-6g，使得高頻聲波僅從一個方向到達耳朵2。這已經給出了聲音信號的某種可定位性。控制單元14還可以根據波場合成來控制高音揚聲器6a-6g。借助於波場合成，可以創建虛擬聲學環境。為了這個目的，控制單元14可以控制幾個高音揚聲器6a-6g，使得由高音揚聲器6a-6g形成聲波場，其對應於或至少接近真實聲音信號的聲波場。在這種情況下，來自不同的高音揚聲器6a-6g的聲波可能彼此干擾，使得它們彼此抵消和/或放大。它可以由聲波場產生，這給人的印像是聲音信號從某個方向到達耳朵2。

此外，根據圖2的實施例，高音揚聲器6e和6f可以位於水平線H上。當戴著具有揚聲器裝置1的耳機時，可以藉助於例如在耳朵2之前和/或之後產生的兩個高音揚聲器6e、6f來定位聲音信號。

例如，在高音揚聲器6g的幫助下，可以定位聲音信號，該聲音信號發生在耳朵2上。在高音揚聲器6c的幫助下，可以呈現聲音信號，該聲音信號例如在斜下方發生。在高音揚聲器6d的幫助下，可以呈現聲音信號，該聲音信號例如在斜上方發生。在兩個高音揚聲器6a、6b的幫助下，可以呈現聲音信號，其發生在斜上方和/或斜下方。

圖3，圖4，圖5，圖6分別顯示圖2的剖面線的揚聲器裝置1的剖視圖。

圖3，4，5，6顯示殼體3的前端面13開放時的剖視圖。殼體3的前端面13可以以蓋板8予以封閉。殼體3和蓋板8在殼體3中定義出一腔體12。在腔體12中，可以佈置低音揚聲器4。腔體12可以例如用作低音揚聲器4的諧振腔。腔體12還可以形成低音揚聲器4的後部空間。附加地或替代地，至少一個高音揚聲器6也可以佈置在腔體12中。

蓋板8在中心區域具有開槽9。開槽9和低音揚聲器4可以彼此同軸地佈置。開槽9也可以與低音聲軸5同軸佈置。開槽9可以在低音揚聲器4的區域中向外彎曲，遠離腔體12。

根據圖3，圖4，圖5，圖6中所示的低音揚聲器4，它可以設計為電磁動力學揚聲器。

高音揚聲器6也可以是MEMS揚聲器。MEMS揚聲器的一個優點是它們可以做得很小。此外，MEMS揚聲器具有低諧波失真。借助於MEMS揚聲器，可以再現具有低失真的聲波。此外，MEMS揚聲器可以覆蓋寬頻譜。

根據圖3，高音揚聲器6佈置成使其高音聲軸7平行於低音揚聲器4的低音聲軸5。結果，高頻聲波沿著高音聲軸7傳送到耳朵2。人類耳朵會感受到聲音信號2是發生在耳朵上的印象。

根據圖4，圖5，圖6，至少一個高音揚聲器6相對於低音揚聲器4佈置，使得其高音聲軸7在這裡示出的剖視圖中與低音聲軸5相交。高音聲軸7對於低音聲軸5具有夾角δ，ε，ζ。

圖3顯示沿著圖2的A-A斷面的剖視圖。根據圖3，夾角δ可以是90°。因此，高音聲軸7垂直於低音聲軸5。例如，高音揚聲器可以在開槽9的彎曲表面上反射到耳朵2。然而，高音揚聲器6的高頻聲波也可能干擾其他高頻聲波而形成聲波場。在高音揚聲器6的幫助下，可以產生聲音信號，該聲音信號位在耳朵2上方。

圖4顯示沿著圖2的B-B斷面的剖視圖。根據圖4，夾角ε可以位於大約110°的範圍內。然後，高音揚聲器可以沿著高音聲軸7的方向傳送到耳朵2。

圖5顯示沿著圖2的C-C斷面的剖視圖。根據圖5，夾角ζ也可以在120°的範圍內。然後，高音揚聲器可以沿著高音聲軸7的方向傳送到耳朵2。

圖4，圖5，圖6中所示的高音聲軸7與低音聲軸5的交叉點不必然位在耳朵2的前方。交叉點也可以位在耳朵2的後面，即在頭部內。

圖7顯示揚聲器裝置1的透視圖。這些特徵從前面的附圖中已知，因此省略了對圖7的說明。

圖8和9顯示具有上述控制單元14的揚聲器裝置1。揚聲器單元1可以根據前述實施例中的一個或多個形成，其中所述特徵可以單獨存在或以任何組合存在。特別地，揚聲器裝置可以具有多個設計為MEMS揚聲器的高音揚聲器6a-6g。這些可以全部或單獨地具有圖3至圖6中描述的夾角δ，ε，ζ。

控制單元14在所有上述實施例中以這樣的方式實施，即它可以在正常模式(參見圖8)和/或環繞聲模式下操作高音揚聲器6a-6g(參見圖4)。在正常模式下，使用者不可能進行聲音信號的空間定位。因此，正常模式適用於普通應用，例如聽音樂。特別是在支援圖像的應用程式中，例如計算機遊戲、電影或音樂會錄音，可以使用環繞聲模式。因此，這允許使用者具有對特別是3D環繞聲的聲音信號的方向和/或基於空間的感知。

為此目的，控制單元14設計成在正常模式下同時驅動所有的高音揚聲器6a-6g。因此，可以產生來自所有方向的大量聲音體驗。

在圖9所示的環繞聲模式中，只有一個高音揚聲器6a-6g和/或僅一部分高音揚聲器6a-6g可以由控制單元14控制，從而使用者可以感受到聲音信號在如圖中箭頭所示空間上的定位。有利地，這是由控制單元14控制至少位在與聲音方向相對應的圓周方向上的角度間隔中的高音揚聲器6a-6g，如圖示中所示高音揚聲器6a-6g中位於右下方的其中兩個高音揚聲器。附加地或替代地，有利的是，如果控制單元14於環繞聲模式中，可以此一方式控制幾個或所有高音揚聲器，則可使得來自不同高音揚聲器6a-6g的聲波彼此干擾，使得它們相互抵消和/或增強，從而產生環繞聲音體驗。

在此未示出的實施例中，揚聲器裝置1包括耦合到控制單元14的慣性感測單元，特別是陀螺儀和/或加速度傳感器。藉由此一優選的設計，使得揚聲器裝置1的空間定向和/或空間位置可以被檢測。有利地，控制單元14可以後者(加速度傳感器)的方式予以實施，即根據慣性感測單元所感測到的感測值可用來調整由使用者在空間上所定位的聲音信號。

圖10顯示揚聲器裝置1到耳朵2的定位示意圖。根據本實施例，其係顯示耳朵2的外部，而揚聲器裝置1位在耳朵2上方位置。因此，圖10顯示揚聲器裝置1相對於收聽者的耳朵2的定位示例。觀察方向是從外部到揚聲器裝置1和耳朵2。在圖10中，亦顯示水平線H。

根據本實施例，揚聲器裝置1包括多個低音揚聲器4a，4b。第一低音揚聲器4a在圖10中以虛線圓圈示出，並且當揚聲器裝置1根據預期用途定位時，第一低音揚聲器4a位在耳朵2上方。當揚聲器裝置1按預期使用時，低音揚聲器4a與耳朵2同軸地佈置或者與耳朵2的耳道同軸。結果，低音聲軸與耳朵2或耳道同軸對齊。此處未顯示低音聲軸，其係垂直進入圖10的繪圖平面。因此，低音揚聲器4a所產生的低頻聲波特別地直接到達耳道並因此到達耳膜。

根據本實施例，揚聲器裝置1包括第二低音揚聲器4b。該低音揚聲器4b的位置是根據揚聲器裝置1定位或佈置在耳朵2前方來佈置。這意味著低音揚聲器4b的位置是通常在一個人的前後方向。低音聲軸5b平行於水平線H。附加地或替代地，第一低音揚聲器4a的低音聲軸和第二低音揚聲器4b的低音聲軸5b可以彼此垂直定向。然而，第二低音揚聲器4b也可以佈置在揚聲器裝置1中，使得第二低音揚聲器4b的低音聲軸5b傾斜地朝向耳朵2，使得低頻聲波從前面傾斜地傳遞到耳朵2中。

附加地或替代地，這裡未示出的低音揚聲器4可以佈置在耳朵2的後面。在這種情況下，該低音揚聲器4可以在耳朵2的後面鏡像到這裡所示的第二低音揚聲器4b，在揚聲器裝置1的中心線處。這裡未示出的低音揚聲器4可以以與第二低音揚聲器4b相同的方式佈置在揚聲器裝置1中，但是不在耳朵2的前面而是在耳朵2的後面。

此外，圖10的揚聲器裝置1具有多個高音揚聲器6a-6f。根據本實施例，特別地，所有高音揚聲器6a-6f與水平線H隔開。高音揚聲器6a-6f還彼此成一角度佈置。

有利地，至少部分高音聲軸7和/或低音聲軸5可以在交叉點K處相交。交叉點K也可以是交叉線。結果，至少部分高音聲軸7和/或低音聲軸5通過交叉線K。

根據本示例性實施例，高音揚聲器6a-6f的高音聲軸7a-7f在交叉點K處相交。另外或替代地，第二低音揚聲器4b的低音聲軸5b和/或此處未示出的第一低音揚聲器4a的低音聲軸也可以穿過交叉點K。因此，根據本實施例，所有聲音軸線，無論是低音揚聲器聲軸5還是高音揚聲器聲軸7，在交叉點K處相交。聲音換能器，無論是低音揚聲器4還是高音揚聲器6，都可以以揚聲器裝置1按預期使用時交叉點K1位於耳朵2上方的方式佈置在揚聲器裝置1中。結果，例如，可以產生不失真或僅略微失真的環繞聲。

根據本實施例，四個高音揚聲器6a-6d佈置在耳朵2的前面，兩個高音揚聲器6e，6f佈置在耳朵2的後面。如果更多的高音揚聲器6佈置在耳朵2的前面而不是耳朵2的後面是有利的。由於正常使用揚聲器裝置1時，大多數虛擬聲音信號會發生在使用者的前面，如果在耳朵2前面有更多的高音揚聲器6和/或低音揚聲器4則是有利的(例如當使用者在觀看虛擬實境時，其虛擬聲音信號的產生通常會在使用者的前面)。

根據本實施例，高音揚聲器6a-6f和第二低音揚聲器4b佈置在圖2中所示半徑為R的虛線圓上。也就是說，高音揚聲器6a-6f和第二低音揚聲器4b都與位於中心的第一低音揚聲器4a具有相同的距離。由於第一低音揚聲器4a位於耳朵2的正上方，因此高音揚聲器6a-6f和第二低音揚聲器4b都與耳朵2的距離相同。該距離恰是圓的半徑R。該距離也是徑向距離R。結果，高音揚聲器6a-6f和第二低音揚聲器4b的聲波到耳朵2的傳送時間彼此相等。附加地或替代地，第一低音揚聲器4a到耳朵2具有半徑R或徑向距離R。結果，所有換能器，無論是低音揚聲器4還是高音揚聲器6，相對於耳朵2具有彼此相同的距離。因此，所有換能器，無論是低音揚聲器4還是高音揚聲器6，都可以在揚聲器裝置1中以杯形佈置，特別是球形殼的形式佈置。這意味著，所有的聲音換能器到耳朵2都有相同的距離，使得所有的聲波同時或具有相同的傳送時間到達耳朵2。

本發明不限於圖示和描述的實施例。申請專利範圍內的變化與特徵的組合一樣可能，即使它們在不同實施例中示出和描述。

1‧‧‧揚聲器裝置

2‧‧‧耳朵

3‧‧‧高音揚聲器

4‧‧‧低音揚聲器

4a-4f‧‧‧低音揚聲器

5‧‧‧低音聲軸

6‧‧‧高音揚聲器

6a-6f‧‧‧高音揚聲器

7‧‧‧高音聲軸

7a-7f‧‧‧高音聲軸

8‧‧‧蓋板

9‧‧‧開槽

10‧‧‧出口通道

11‧‧‧開口

12‧‧‧腔體

13‧‧‧前端面

14‧‧‧控制單元

α、β、γ‧‧‧圓周角

δ、ε、ζ‧‧‧夾角

H‧‧‧水平線

R‧‧‧徑向距離

K‧‧‧交叉點

圖1顯示佩戴者的耳朵的剖視圖和揚聲器裝置的側視圖。 圖2顯示具有低音揚聲器和至少一個高音揚聲器的揚聲器裝置平面圖。 圖3是揚聲器裝置的剖視圖。 圖4顯示圖2的A-A斷面的剖視圖。 圖5顯示圖2的B-B斷面的剖視圖。 圖6顯示圖2的C-C斷面的剖視圖。 圖7顯示具有低音揚聲器和多個高音揚聲器的揚聲器裝置立體圖。 圖8顯示正常模式下的揚聲器裝置的示意圖。 圖9顯示處於環繞聲模式的揚聲器裝置的示意圖。 圖10顯示揚聲器裝置定位到耳朵的示意圖。

Claims (15)

1. 一種在空間中定位聲音信號的揚聲器裝置佈局，特別是用於放置在耳朵(2)和/或耳朵(2)上的耳掛式耳機，該揚聲器裝置(1)具有一殼體(3)，一低音揚聲器(4)沿著一低音聲軸(5)傳送聲至耳朵(2)，並且至少一高音揚聲器(6)沿著一高音聲軸(7)傳送高頻聲波，其特徵在於：該至少一高音揚聲器(6)是MEMS揚聲器，並且與該低音揚聲器(4)徑向間隔開，特別是與該低音聲軸(5)間隔開。
2. 如前述申請專利範圍第1項的在空間中定位聲音信號的揚聲器裝置佈局，其特徵在於，該至少一高音揚聲器(6)相對於該低音揚聲器(4)係佈置成該高音聲軸(7)在側視時係與該低音聲軸(5)相交，使得它們具有共同夾角(δ、ε、ζ)。
3. 如前述申請專利範圍任一項的在空間中定位聲音信號的揚聲器裝置佈局，其特徵在於，該至少一高音揚聲器(6)的該低音聲軸(5)和該高音聲軸(7)係彼此平行定向。
4. 如前述申請專利範圍任一項的在空間中定位聲音信號的揚聲器裝置佈局，其特徵在於，該高音揚聲器(6)到該低音揚聲器(4)是傾斜的。
5. 如前述申請專利範圍任一項的在空間中定位聲音信號的揚聲器裝置佈局，其特徵在於，該殼體(3)的前端面(13)是開放的和/或一蓋板(8)設置在該殼體(3)中和/或該殼體(3)上，特別是在該前端面(13)上，該蓋板(8)與該殼體(3)形成一腔體(12)，優選地該低音揚聲器(4)和/或該高音揚聲器(6)係設置在該腔體(12)中。
6. 如前述申請專利範圍任一項的在空間中定位聲音信號的揚聲器裝置佈局，其特徵在於，該蓋板(8)具有特別是格狀的開槽(9)，該低音揚聲器(4)的該低頻聲波從該腔體(12)中通過該開槽傳送出。
7. 如前述申請專利範圍任一項的在空間中定位聲音信號的揚聲器裝置佈局，其特徵在於，該蓋板(8)具有至少一出口通道(10)，該至少一高音揚聲器(6)可以通過該出口通道傳送出。
8. 如前述申請專利範圍任一項的在空間中定位聲音信號的揚聲器裝置佈局，其特徵在於，圍繞該低音揚聲器(4)在圓周方向上相對於該低音聲軸(5)佈置有多個高音揚聲器(6a-6g)。
9. 如前述申請專利範圍任一項的在空間中定位聲音信號的揚聲器裝置佈局，其特徵在於，該高音揚聲器(6a-6g)在該圓周方向上彼此相對，特別是相同或不同的圓周角(α、β、γ)彼此間隔開。
10. 如前述申請專利範圍任一項的在空間中定位聲音信號的揚聲器裝置佈局，其特徵在於，該揚聲器裝置(1)包括一控制單元，利用該控制單元控制該高頻揚聲器(6a-6g)處於一正常模式和/或一環繞聲模式。
11. 如前述申請專利範圍任一項的在空間中定位聲音信號的揚聲器裝置佈局，其特徵在於，該控制單元在該正常模式下係同時控制所有該高音揚聲器(6a-6g)和/或在該環繞聲模式下係控制一個或數個該高音揚聲器(6a-6g)和/或控制數個或所有該高頻揚聲器(6a-6g)，使來自不同的該高音揚聲器 (6a-6g)的聲波相互干擾，使彼此抵消和/或放大。
12. 如前述申請專利範圍任一項的在空間中定位聲音信號的揚聲器裝置佈局，其特徵在於，耦合到該控制單元的特別是陀螺儀和/或加速度傳感器的慣性感測單元可檢測該揚聲器裝置(1)的空間定向和/或空間位置，和/或由於該控制單元係設計成藉由該加速度傳感器，可以根據該慣性感測單元所檢測到的感測值調整使用者在空間上可定位的聲音信號。
13. 如前述申請專利範圍任一項的在空間中定位聲音信號的揚聲器裝置佈局，其特徵在於，該夾角(δ、ε、ζ)在90°和170°之間，特別是在100°和150°之間，和/或該圓周角(α、β、γ)在15°和90°之間。
14. 如前述申請專利範圍任一項的在空間中定位聲音信號的揚聲器裝置佈局，其特徵在於，該低音揚聲器(4)是電磁動力學揚聲器。
15. 一種耳機佈局，特別是用於放置在耳朵(2)和/或耳朵上的耳機，具有至少一揚聲器裝置(1)，其特徵在於該揚聲器裝置(1)是根據前述申請專利範圍中一項或多項的該在空間中定位聲音信號的揚聲器裝置所設計。