降噪耳机的制作方法

本公开涉及一种降噪耳机。

如今，大量耳机都配备了降噪技术。例如，这种降噪技术称为主动降噪或环境降噪，两者都缩写为anc。anc通常利用记录已处理的环境噪声来产生补偿信号或抗噪信号，然后将其与要在耳机的扬声器上播放的有用音频信号组合。

各种anc方法利用反馈(fb)麦克风、前馈(ff)麦克风、或反馈麦克风和前馈麦克风的组合。

传统上，对反馈消除进行调整，以在反馈麦克风处产生最佳的降噪。之所以选择这种方法，是因为反馈系统依赖于监测被消除的信号来工作，因此可见它在这一点上是优化的。然而，人类在略微不同的点(即耳膜)听到信号。该点通常被称为耳膜参考点drp。不过，通常认为忽略fb麦克风和drp之间的任何降噪差异是可接受的。

要实现的目的是提供一种改进的构思，用于使用反馈麦克风的耳机中的降噪，以提高降噪性能。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求中限定了改进构思的实施例和发展。

已经发现，在非常低的频率下，当声音的波长远大于反馈麦克风和drp之间的距离时，反馈麦克风处的信号与drp处的信号相当。由于扬声器在反馈式降噪耳机中的响应，降噪通常限于低频，例如低于1khz。因此，常规方法认为能够忽略fb麦克风和drp之间的任何降噪差异。

然而，drp和反馈麦克风的位置不同。发明人已经发现，当来自扬声器的抗噪信号在反馈麦克风处产生优化的零位时，抗噪信号继续传播到drp。然后能够理解，来自扬声器的抗噪信号与耳朵处的噪声信号组合以产生不同的组合信号，具有可能较差的降噪性能。

改进的构思基于以下想法，即设置如麦克风、扬声器和通风孔之类的声学部件，使得在drp和反馈麦克风处的抗噪信号和噪声信号的叠加的差异最小化。特别地，这是通过将耳机前通风孔紧邻反馈麦克风设置在耳机的前板中来实现的。通过这样的设置，耳朵处的降噪将与反馈麦克风处的降噪非常相似。这与常规的耳机设计相反，在常规的耳机设计中，将反馈麦克风设置在靠近扬声器中心的位置，以最小化从扬声器到麦克风的传播延迟，因此不靠近前通风孔。因此，fb麦克风和耳朵处的反馈环境降噪fbanc是不同的。

在一些实现中，fb麦克风紧邻前通风孔的构思通过增加挡片来延迟环境到耳朵的路径而更进一步改进。特别地，挡片会延迟从在耳朵处被检测之前经由通风孔进入耳机的噪声。本质上，与在反馈麦克风处的反馈降噪相比，这改进了耳朵处的反馈降噪带宽。这种情况下，drp处的anc甚至能够优于fb麦克风处的anc。

根据改进构思的降噪耳机的实施例包括扬声器、用于支承扬声器的前板、布置在前板上或前板中的麦克风和布置在前板内并且紧邻麦克风的前通风孔。该麦克风可用作主动降噪的反馈麦克风。前通风孔允许可控的路径，通过该路径，来自耳机外侧的环境噪声能够到达耳机内侧，特别是反馈麦克风。

在一些实现中，麦克风布置成紧邻扬声器，例如靠近扬声器的边缘或扬声器的膜。

类似地，在一些实现中，前通风孔布置成紧邻扬声器，例如靠近扬声器的边缘或扬声器的膜。

在一些实现中，前通风孔布置成紧邻反馈麦克风。

例如，前通风孔是或提供了从前部容积(例如扬声器和用户耳朵之间的空气容积)到周围环境的具有或不具有声阻体的声学通路。其可以是从扬声器前面的前部容积到扬声器后面的后部容积再向外到周围环境，或者直接到周围环境。

因此，在一些实现中，前通风孔在扬声器前面的空气容积和周围环境之间产生声学耦合或声学通路。在其他实现中，前通风孔在扬声器前面的空气容积和扬声器后面的空气容积之间产生声学耦合。在这种情况下，扬声器后面的空气容积通过第二通风孔与周围环境进行声学耦合。

优选地，前通风孔提供从周围环境到扬声器前面的前部容积的唯一空气传播声学通路。空气传播特别地排除了通过扬声器或扬声器膜的通路。

因此，前通风孔提供主要的环境噪声源，特别是在anc的频带内的环境噪声源。

例如，前通风孔和麦克风之间的距离小于10mm，特别是小于5mm。然而，前通风孔(例如前通风孔的边缘)和麦克风(例如麦克风的入口)之间的距离被选择为尽可能小，并且只能通过将麦克风固定在前板中或前板上进行机械限制。

例如，麦克风和前通风孔之间的距离等于或小于麦克风和扬声器中心，特别是扬声器线圈或扬声器驱动器的中心之间的距离。

在一些实现中，前通风孔具有的横截面积为0.1至100mm²，特别是5至50mm²。

在一些实现中，前通风孔具有为40至500000kg/m⁴，特别是40至9000kg/m⁴的声学质量。其中，声学质量ma定义如下：

其中ρ0是空气的环境密度，l是通风孔的长度，π是数学常数，a是通风孔的横截面积。

在一些实现中，通风孔由声阻网覆盖，该网具有30至300rayls，特别是为100至160rayls的声阻。其中rayls是声阻抗率[mks]。

前通风孔的大小还可取决于前板的大小，或取决于扬声器的特性和/或由耳机在扬声器前面形成的空气容积。特别地，较大的耳机或扬声器能够在较大的开孔下工作。

在改进构思的进一步实现中，耳机还包括挡片。例如，扬声器具有面向用户耳朵的前侧，特别是在耳机的操作期间，该前侧与扬声器的后侧相对。挡片布置在前通风孔上方，并且在前侧至少部分地覆盖扬声器。例如，挡片也布置在麦克风上方。

优选地，挡片由不透声材料制成。这种不透声材料确保声音不会通过挡片，而是必须沿着挡片周围的声学路径。挡片特别是沿其整个轮廓由不透声材料制成，即其表面没有间隙或孔。

根据改进的构思，挡片具有延迟环境信号通过前通风孔进入耳机到达用户耳朵的功能。然而，应该注意的是，从扬声器驱动器到耳朵以及从扬声器驱动器到麦克风的环境噪声信号到麦克风的声学路径不会改变。因此，特别地，扩展了反馈降噪的较高频率分量，因此改进了高频带中的anc性能。应该注意的是，在一些实现中，这对于高于约200hz的频率有效。

在一些实现中，挡片布置为平行或基本平行于扬声器的前侧和/或前板。因此，也包括与平行布置的微小偏差。

在一些实现中，挡片的形状至少部分地，特别是大部分地由椭圆的弧，特别是圆的弧框定。例如，具有不同形状的挡片形状的一部分可以由耳机的前板和/或壳体的形状限制。优选地，椭圆的中心或圆的中心位于或者基本上位于反馈麦克风上方。这促进反馈麦克风和挡片的边缘之间的距离几乎是恒定的。

在一些实现中，反馈麦克风和挡片的开口边缘之间的声学路径(例如声学路径的长度)在挡片的周边上是恒定的或基本恒定的。例如，这可以通过上述圆或椭圆的形状来实现。也包括提供相同功能的其他形状。

在一些实现中，挡片和前板之间的距离小于5mm，特别是小于2mm。可以在前板的主表面和挡片的主表面之间限定这样的距离。

在一些实现中，特别是在朝向前通风孔或者前板的一侧，挡片具有平面体。例如，挡片，特别是挡片的平面体利用基础元件固定到前板。优选地，挡片被设计和/或固定成使得其不会机械地共振，特别是在工作期间。例如，挡片的谐振频率在可听见频谱之外。

例如，基础元件在从反馈麦克风到挡片的边缘的距离小于从反馈麦克风到挡片的边缘的最大距离的所有点处沿着挡片的边缘延伸。优选地，在这种实现中，基础元件是不透声的。

在各种实现中，耳机设计为耳罩式耳机或耳环式耳机。然而，改进的构思也可以应用于使用反馈降噪的挂耳式耳机或入耳式耳机。

下面将借助于附图更详细地描述改进的构思。在所有附图中，具有相同或相似功能的元件使用相同的附图标记。因此，在以下附图中不必重复其描述。

在附图中：

图1示出了耳机的示意图；

图2示出了耳机的示例细节；

图3a和3b示出了耳机的另外的示例细节，和

图4示出了耳机细节中的声学路径示例。

图1示出了耳机hp的示意图，该耳机在该示例中设计为耳罩式或环耳式耳机。附图仅示出了耳机hp的对应于单个音频通道的一部分。然而，对于本领域技术人员来说，立体声耳机的扩展是显而易见的。耳机hp包括壳体hs，该壳体支承前板fp，前板本身支承扬声器sp和麦克风mic。麦克风mic设计为反馈噪声麦克风，用于记录环境噪声以进行主动降噪或降低技术。麦克风mic被特别地定向或布置成使得其记录环境噪声和在扬声器sp上播放的声音。优选地，麦克风mic布置为紧邻扬声器，例如靠近扬声器sp的边缘或扬声器的膜。此外，耳机hp包括布置在前板fp内并紧邻麦克风mic的前通风孔。由于图1中选择的角度，前通风孔在图1中不可见。

现在参考图2，示出了具有扬声器sp和麦克风mic的前板fp的示意性透视图。此外，前通风孔vo在图2中是可见的，其布置为紧邻麦克风mic。图2特别地示出了扬声器sp的前侧，或在耳机工作期间面向用户耳朵的一侧的前板fp。

前通风孔vo通常具有以下基本功能，即允许释放耳机前部容积中积聚的压力，该压力可能是由于将耳机戴在头上造成的。如果没有这样的通风孔，扬声器就有损坏的危险。

根据改进的构思，前通风孔vo紧邻麦克风mic的定位或设置会确保来自耳机后侧或来自耳机外部的环境声音或噪声在传播到耳朵时通过反馈麦克风。通过该路径引导噪声减小了反馈麦克风处的补偿结果与用户耳膜处的鼓参考点drp处的补偿结果之间的差异。特别地，麦克风相对于前通风孔的设置实现了进入耳朵的噪声源以与来自扬声器的信号相同或相似的方式经由反馈麦克风传播。在这样的配置中，在耳朵处或在drp处以及在反馈麦克风mic处的降噪几乎是相同的。

例如，前通风孔vo是或提供了从前部容积(例如扬声器sp和用户耳朵之间的空气容积)到周围环境的具有或不具有声阻体的声学通路。这可以是从扬声器前面的前部容积到扬声器后面的后部容积再到周围环境，或者直接到周围环境。

优选地，前通风孔vo提供从周围环境到扬声器前面的前部容积的唯一空气传播声学通路。因此，前通风孔提供主要的环境噪声源，特别是在anc的频带内。

图3a和3b示出了图2的实施例的发展。图3a示出了该装置的进一步的立体图，而图3b示出了该装置的进一步的示意图。除图2的装置外，在前通风孔vo上方还布置有挡片baf，并且在前侧至少部分地覆盖在扬声器sp上。挡片baf示出为透明构件，只是为了更好的可见性。在实际的实现中，挡片的透光度不具有任何功能，因此挡片baf也能够不透光。然而，优选地，挡片由不透声材料制成，使得通过前通风孔vo进入的声音不能直接通过挡片baf，而是必须沿着其主表面到达挡片baf的开口边缘。

挡片baf的形状大部分由椭圆或圆的弧构成。圆或椭圆的中心布置在或基本上布置在反馈麦克风mic上方。因此，从前通风孔vo到挡片baf的开口边缘或周边的声学路径在挡片baf的周边上是恒定的或基本恒定的。应注意的是，如果挡片baf的外部形状不是完美的形状，而是由波、齿或其他改变总体椭圆或圆的小形状构成，则可以实现相同或类似的功能。

从图3a和3b能够看出，挡片baf至少在面向麦克风且面向前通风孔vo的一侧具有平面体。在该示例中，挡片baf利用基础元件bas固定到前板fp。然而，可以使用挡片baf到前板fp的其他固定方式。此外，挡片baf和基础元件bas可以形成为单件。重要的是要注意，在从麦克风到基础元件bas的距离小于从麦克风到挡片baf周边的距离的情况下，基础元件bas是不透声的，因此声音不能传播到基础元件bas之外。

现在参考图4，示出了图3a和3b的装置的立体侧视图以及用于更详细解释挡片baf的功能的各信号路径。

特别地，图4中示出了四条不同的信号路径，其中两条源于环境噪声或声源，两条源于扬声器驱动器。例如，声音路径ae表示从环境到耳朵的声音路径，其从来自前板fp后侧的环境噪声源通过前通风孔vo、挡片baf下方到其开口边缘，最后到用户耳膜。能够清楚地看到，与没有挡片baf的可能布置相比，挡片baf延迟了声音路径ae。

声音路径am表示从环境噪声源到麦克风mic的声音路径，并且从前板fp的后侧通过通风孔vo直接到达麦克风mic。

声音路径dm从扬声器驱动器直接到达布置在扬声器驱动器上方的麦克风mic。声音路径de表示从驱动器到用户耳膜的路径。

挡片为信号路径ae引入的附加延迟助于改进环境降噪的性能，或在用户耳朵或耳膜参考点drp处降低环境噪声。

特别地，ae信号路径的延迟扩展了drp在较高频率下的反馈降噪性能。

已经结合耳罩式或环耳式耳机描述了改进的构思。然而，将前通风孔相对于反馈麦克风的建议设置以及可选的挡片设置也能够用于其他类型的耳机，如耳罩式耳机或入耳式耳机，并在必要时调整空间尺寸。