专利名称：头戴耳机的制作方法
技术领域：
本发明涉及头戴耳机或耳机的技术领域，具体地说，本发明涉及一种与不包括本发明的新的技术特征的头戴耳机或头戴耳机装置相比，改进头戴耳机或头戴耳机装置的频率响应的新的技术。
在音频和高保真工业领域内，头戴耳机或耳机通常被称为电声变换器，其由一个人使用用于对一个人或一个收听者进行音乐声音的再现。一般地说，耳机或耳机装置包括用于收听者的每个耳朵的单独的耳机元件。耳机装置的耳机元件可以构成要被设置在收听者的耳朵上或耳朵内的单独的元件，或者也可以包括通常被称为弹簧带的机械元件，用于互连两个耳机元件，并保持耳机元件在其和收听者的耳朵并列的预定的位置，因为弹簧带方便地使得能够调节各个耳机元件的位置，以便相对于收听者的头的大小和在收听者的头上的耳朵的位置调节耳机元件位置。按照不同的技术方法，耳机元件可以构成一个在声学上开放的元件，或者构成一个在声学上封闭的元件。声学上开放的元件使得一个或几个耳机元件的一个或几个变换器能够向周围环境辐射声音，而在声学上封闭的耳机元件被隐蔽在一个封闭的壳体内。
在这个技术领域内，被包括在壳体内的耳机是一种开放的或封闭的结构，在这种情况下，术语耳机元件被解释为在技术上包括等同的现象，例如耳机罩，耳机变换器，耳机组件等。在这个技术领域内，通常使用不同的术语，例如耳机、头戴耳机、头戴装置等，并且本发明涉及由上述术语覆盖的这些技术现象，并在本说明中被称为耳机技术。在这个技术领域内，研发了用于提供宽范围的再现的多种方法，包括从小的耳道插入技术到大的膜片敞开的耳朵扬声器技术。专利文献和技术文献包括大量的参考文献，这些文献描述了和上述有关的各种技术。
声学研发工程师的任务是提供包括一个或几个电声变换器的头戴耳机或耳机的宽的频率响应，尤其是当一个或几个电声变换器的尺寸受限制时。最经常的是，小的耳机的频率响应被限制于100Hz-10kHz(-3dB截止)，或者甚至是更受限制的。已经研发了用于朝向高频和低频增加频率响应的某些技术。
本发明的目的在于提供头戴耳机装置的改进的耳机元件，其使收听者能够佩戴包括一对耳机元件的头戴耳机装置，使得感觉到一个宽的频率响应的再现，其中利用一个或几个小直径的电声变换器，使得和现有技术相比，提供较宽的频率响应，并提供一个频率响应，范围从由本领域公知的最好的低频率再现技术可获得的较低频率的限制到由本领域公知的最好的高频再现技术可获得的高频限制范围。
本发明的具体优点在于这样的事实可以在包括一对耳机元件的头戴耳机装置中获得宽的频率响应，在所述耳机元件中使用小的电声变换器，从而按照本发明的技术，和按照现有技术借助于电声变换器元件本身可获得的低频再现相比，提供一种改进的低频范围再现。
一种头戴耳机元件，由佩戴所述头戴耳机元件或包括一对所述头戴耳机元件的头戴耳机装置的收听者使用，包括将与收听者的外耳并置地定位的头戴耳机元件支承件；第一变换器元件，其由所述支承件支承着，并包括一个管，用于传输由所述第一变换器元件产生的声音，以便从所述管的输出端辐射，多孔的耳件，用于把所述管的输出端定位在收听者的耳朵的耳道的入口，用于从所述管的输出端向耳道内辐射声音，所述多孔的耳件使得声音能够通过其中进行传输而没有声音传输的大的衰减，以及第二变换器元件，其由所述支承件支承着，并被定位用于使声音通过所述多孔耳件辐射到收听者的耳道的入口。
从下面的详细说明可以明显看出上述的目的和上述的优点以及许多其它的目的、优点和特征多孔的耳件借助于其声阻的特殊性能使得来自耳道外部的声音传输进入耳道内而没有声音传输的任何大的衰减，并同时通过其密封性能对于通过所述管进入耳道的声音提供在耳道内部建立的压力。
基本上，本发明基于在头戴耳机元件中组合插入的和非插入的电声变换器的构思。换句话说，本发明的技术使得在典型的头戴耳机元件中的插入的宽的低频再现能够和在例如非插入的头戴耳机的自由空气中能够获得的宽的高频再现组合。关于插入的和非插入的头戴耳机的两种不同的技术的组合的关键是提供多孔的耳件，所述组合分别提供有利的低频和高频再现特性。因为耳件是多孔的，其在很大程度上是声学通透的，从而使得辐射能够从第二变换器元件被传输进入收听者的耳道，并同时在第一变换器元件和收听者的耳道之间提供插入式的连接。
按照本发明的教导，所述第一和第二变换器元件可以由单独的变换器构成，此时第一变换器元件可以由低频再现变换器构成，第二变换器元件可以由高频再现变换器构成。在这种双通道的再现系统中，各个低频和高频再现变换器可被设计只用于低频和高频的再现，并分别对于低频再现和高频再现进行优化。
另外，在一种简单的成本更低的实施例中，第一和第二变换器元件由一个变换器构成，此时变换器的一侧构成第一变换器元件，变换器的另一侧构成第二变换器元件，在这个另外的实施例中，面向多孔耳件的变换器的前面构成高频再现的第二变换器元件，而和低频传输管相连的变换器的后面构成低频再现的第一变换器元件。
按照本发明的头戴耳机元件的变换器元件可以按照任何相关的电声原理来实现，例如，最好作为电动变换器实现。另外，在按照本发明的头戴耳机元件的变换器元件中可以主要使用电容式的、压电陶瓷的、磁动的、静电的等变换器。
来自构成低频再现变换器元件的第一变换器元件的声音传输最好借助于在一个密封的封装件内罩住由一个单独的变换器构成的第一变换器元件，或者罩住一个单独的变换器的一侧来建立，从而使得来自第一变换器元件的一侧的辐射能够通过所述管传输。
如果按照上述的实施例使用一个变换器，其中辐射来自被用作第一变换器元件的所述一个变换器，头戴耳机元件的支承件便是由所述封闭的封装件本身构成的简单的重量轻的结构。
当按照第一实施例的头戴耳机元件壳体可以构成一个封闭壳体，其中第一和第二变换器元件被支承着，并且壳体的内部被密封而和外部环境隔离时，头戴耳机元件可按照本领域熟知的技术，被构成封闭的或敞开的结构。
或者并且最好是，在一种敞开的头戴耳机元件的结构中，头戴耳机元件支承件构成一种在声学上敞开的结构，使得第二变换器元件在声学上能够与周围环境连通。按照另一个有利的实施例，一个多孔的插头被置于所述管内，并在其输出端终止所述的管，从而提供一个半敞开的管，借以阻尼管的低频谐振，和不包括多孔插头的实施例相比，能够提供低音响应。
在上述的具有构成第一变换器元件和第二变换器元件的单独的变换器的第一实施例中，上述的低频、高频再现变换器可被配置和设计，分别用于低频和高频的再现，并且第一变换器元件构成低频再现变换器，其具有一对电输入端子，可以有利地并且最好通过该第一组电输入端子与电的低通滤波器相连，类似地，具有第二对电输入端子的构成高频再现变换器的第二变换器元件可以通过该第二组电输入端子与电的高通滤波器相连，如在本领域内从设计扬声器交叉的技术公知的那样。和第一、第二变换器元件相连的电滤波器也是本领域熟知的，在实质上包括衰减器，音量控制器，阻抗均衡电路或网络，缺口滤波器，带通滤波器，频率整形网络等。
按照本发明的基本方面，本发明的多孔的耳件特征被设计在一方面用于把低频传输管定位在收听者耳朵的耳道的入口内或入口上，在另一方面，使得声音传输从高频再现的第二变换器元件到收听者耳朵的耳道没有任何大的衰减。按照本发明的基本教导，多孔耳件可被配置用于插入收听者耳朵的耳道的入口内，或者被配置用于把所述管的输出端定位在收听者的耳道的入口上。
上述的本发明的教导使得能够利用小尺寸的电声变换器例如10-30mm直径的电动变换器在高的声压下再现宽范围的频带。从第一和第二变换器元件输出的声音的组合使得第一和第二变换器元件或与构成这些元件的单独的变换器相连的电子电路能够在收听者的耳道内提供从100Hz以下延伸到10kHz以上(-3dB频率)的音频响应，更好从50Hz以下，最好从30Hz以下，到更好15kHz以上，最好20kHz以上。
本发明还涉及一种头戴耳机装置，即包括一对头戴耳机元件的头戴耳机，每个元件用于一个耳朵，所述元件按照上述的本发明的教导来实现。
下面结合附图详细说明本发明，其中
图1是按照本发明的头戴耳机元件的第一实施例的示意的纵剖面图，还表示和收听者的耳道的连接；图2是按照本发明的头戴耳机元件的第二实施例的和图1类似的示意的纵剖面图；
图3是按照本发明的头戴耳机元件的第三实施例的示意的纵剖面图；图4是用于说明按照本发明的头戴耳机元件的原型实施例或第四实施例的示意的纵剖面图；以及图5是用于说明按照本发明的头戴耳机元件的另一个原型实施例或第五实施例的示意的纵剖面图。
在本说明中，改进头戴耳机或耳机的变换器的低频响应的技术将参照示例的实施例以及另外的一个典型的实施例进行说明。
在图1中，示出了在整体上用标号10表示的头戴耳机或头戴耳机元件，其构成一对头戴耳机的一个头戴耳机元件。元件10包括两个壳体部分，即环形的壳体部分12和圆顶形的壳体部分14，其和环形壳体部分12的一侧或外侧相连。如图1所示的圆顶形的壳体部分14具有多个孔15，用于提供声学上敞开的结构，其中建立从壳体部分14内到周围环境的声音连通。从环形壳体部分12的相对侧或内侧，弹性材料的环形本体18朝向收听者的头部凸出，并和软密封环20相连，从而建立和收听者的头的连接，以便改善佩戴耳机装置的人或收听者的舒适度。
图1中示意地示出了收听者的头部，在整体上其用标号30表示，并包括外耳32，被接收在环形本体18和密封环20的内部，还包括耳道34。
为了建立声音再现，提供一对变换器40和46，其分别构成低频再现变换器和高频再现变换器，即构成两路声音再现系统。低频再现变换器40被包括在泡形的封装件42中，所述封装件把来自变换器一侧的辐射和来自变换器的相对侧上的辐射分开。
泡形的封装件42和一个细长的管44相连，当借助于泡沫材料制成的多孔的耳件50将泡44固定到耳道34的入口时，来自变换器40的低频辐射通过所述管被传递到收听者的耳道34，所述耳件允许来自高频变换器46的高频辐射的声音传输，高频变换器的后侧由圆顶形封壳48密封。来自高频变换器46的高频辐射被引向多孔耳件50，使得高频辐射通过多孔耳件传输到耳道34。在声学上敞开的头戴耳机结构中，来自高频变换器46的辐射也通过壳体部分14的孔15向周围环境辐射。在图1所示的实施例中的多孔的耳件50借助于连续的壁元件或由两个或多个壁部分构成的分段的壁部分被固定到环形的壳体部分12上，其中的一个壁部分用标号52表示，一道沿圆周方向围绕着多孔耳件50。图2中未详细示出在壁部分52和环形壳体部分12之间的机械连接，因为提供用于在壁部分52和环形壳体部分12之间的机械连接的附加的壳体元件是本领域技术人员容易想到的。
本发明的声学原理的基本教导是组合利用用于低频再现的声管耳机和高频再现变换器。用于使低频再现的声管耳机和使用不同的变换器的高频再现组合而提供元件的关键是使用多孔的耳件。
为了在低频声音传输管44内通过衰减或阻尼低频谐振来提供更平坦的低音响应，可以在管44的输出端设置一个多孔的插头，从而提供一个半敞开的管。此外，如图1所示，可以省略多孔插头，允许低频再现变换器40通过所述的管自由地向耳道34辐射。
按照本发明的教导，在收听者的耳道中的低频辐射和高频辐射的组合可以通过使用单独的低频再现与高频再现变换器按照上面参照图1进行的说明来实现，其中的低频辐射通过低频传输管输入到耳道，高频辐射通过支承着低频变换器的低频传输管的多孔的耳件输入。或者，如图2所示，可以使用一个变换器用于低频和高频再现。
在图2中，示出了图1所示的头戴耳机元件的一种改进的实施例，其中头戴耳机元件用标号10表示。在本说明中，和前述的元件相同的元件用与前述元件相同的标号表示，而和前述元件的功能相同但结构不同的元件则在与前述元件相同的标号上加一标记，一方面示出与前述元件的功能相对应性，另一方面示出形状或几何结构不同。在图2和图3所示的实施例中包括的以及参照图1在前面说明的元件仅仅说明到这样的程度，使得能够理解图2和图3的实施例的说明。
在图2所示的第二实施例10’中，除去把图1所示的两个变换器40和46进行组合成一个变换器40’之外，和上述的第一实施例的区别在于，省略了壳体部分14的孔15。因而，图2所示的头戴耳机元件构成一种封闭的头戴耳机元件。
在图2中，图1所示的变换器40和46被组合成一个变换器40’，其前侧提供通过多孔耳件50传输的高频辐射，而变换器40’的后侧通过一个锥形封装件42’和一个细长的弯曲的管44’相连。本领域技术人员能够理解，建立从低频辐射变换器到收听者的耳道的声学连通的管的长度决定通过传输管的传输的低通截止频率。
在图3中，示出了按照本发明的一对头戴耳机的头戴耳机元件的另一个或第三个实施例，其在整体上用标号10”表示。和上述的图1所示的第一实施例10类似，图3所示的第三实施例包括单独的用于低频和高频再现的变换器，并构成一种在声学上敞开的结构，这是因为头戴耳机元件10”的壳体部分14”由限定大的开口15”的开口的网状结构构成。第三实施例还包括，作为和上述的第一和第二实施例的区别之处，一个扩大的多孔耳件52’，其填满在环形壳体部分12和收听者30的外耳32之间限定的封闭空间的主要部分。加大的多孔耳件52’本身提供耳件对壳体部分12和环形本体18的机械支承。
图3所示的第三实施例10”和上述第一实施例的不同之处还在于，管44”和图1所示的管44的长度相比具有较大的长度，并被构成一个管线圈，其建立被包括在泡形封装件42内的低频再现变换器40的低频传输通路。
在图4中，示出了按照本发明的头戴耳机元件或耳机元件的第一个典型的实施例或第四实施例。头戴耳机元件或耳机元件的第一个典型的实施例或第四实施例具有一种简单的结构，其中上面参照图1-3所述的外壳体部分被省略了，这是因为一个变换器元件40”’被容纳在封壳42”’内，使得来自变换器的前侧的辐射能够通过多孔耳插头50”’传输，而来自变换器40”’的后侧的辐射通过管44”’传输，管44”’通过耳插头50”’延伸，并且其本身构成唯一的支承结构，用于把头戴耳机元件支承在收听者的耳内。在图4中，也示出了从变换器40”’延伸的电缆41”’。
在图5中，示出了按照本发明的头戴耳机元件或耳机元件的第二个典型的实施例或第五实施例。其和上述第一个典型的实施例的微小的区别在于，耳插头50IV具有比图4所示的耳插头50”’较小的尺寸，这使得变换器40IV能够处在收听者的外耳内，而不使变换器自由地悬挂在收听者的耳朵外部，如图4所示。
在上述的第一和第二典型的实施例中，使用下述的元件变换器是一种圆顶形/锥形结构的驱动器，具有15mm直径的膜片，16欧姆的阻抗和230Hz的自由空气谐振频率。变换器在无限障板中的灵敏度是75dB/1Watt/1m。管的尺寸是长30mm，内径2mm。
权利要求
1.一种头戴耳机元件，由佩戴所述头戴耳机元件或佩戴包括一对所述头戴耳机元件的头戴耳机装置的收听者使用，并且其包括i)将与收听者的外耳并置地定位的头戴耳机元件支承件；ii)第一变换器元件，其由所述支承件支承着，并包括一管，用于通过其中传输由所述第一变换器元件产生的声音，以便从所述管的输出端辐射，iii)多孔的耳件，用于把所述管的输出端定位在收听者的耳朵的耳道的入口，用于从所述管的输出端向耳道内辐射声音，所述多孔的耳件使得声音能够通过其中进行传输而没有声音传输的大的衰减，以及iv)第二变换器元件，其由所述支承件支承着，并被定位成使得声音通过所述多孔耳件辐射到收听者的耳道的入口。
2.如权利要求1所述的头戴耳机元件，其特征在于，所述第一变换器元件由低频再现变换器构成，所述第二变换器元件由高频再现变换器构成。
3.如权利要求1所述的头戴耳机元件，其特征在于，所述第一和第二变换器元件由一个变换器构成，所述变换器的一侧构成第一变换器元件，所述变换器的另一侧构成第二变换器元件。
4.如权利要求1-3中任何一项所述的头戴耳机元件，其特征在于，所述第一变换器元件被容纳在密封的封装件内，使得来自所述第一变换器元件的一侧的辐射能够通过所述管传输。
5.如权利要求4所述的头戴耳机元件，其特征在于，所述头戴耳机元件支承件由所述密封的封装件构成。
6.如权利要求1-4中任何一项所述的头戴耳机元件，其特征在于，所述头戴耳机元件支承件构成一种在声学上敞开的结构，使得所述第二变换器元件能够在声学上与周围环境连通。
7.如权利要求1-4中任何一项所述的头戴耳机元件，其特征在于，所述头戴耳机元件构成一封闭的壳体，其中第一和第二变换器元件被支承着，并使壳体的内部与周围环境隔离。
8.如权利要求1-7中任何一项所述的头戴耳机元件，其特征在于，还包括多孔的插头，该插头在管的输出端使该管终止，从而提供半敞开的管。
9.如权利要求1，2，4-8中任何一项所述的头戴耳机元件，其特征在于，所述第一变换器元件具有第一对电输入端子，该元件通过第一组电输入端子与电低通滤波器相连，以及所述第二变换器元件具有第二对电输入端子，该元件通过第二组电输入端子与电高通滤波器相连。
10.如权利要求1-9中任何一项所述的头戴耳机元件，其特征在于，所述多孔耳件被构成用于插入收听者的耳朵的耳道的入口。
11.如权利要求1-9中任何一项所述的头戴耳机元件，其特征在于，所述多孔耳件被构成用于把管的输出端定位在收听者的耳道的入口。
12.如权利要求1-11中任何一项所述的头戴耳机元件，其特征在于，所述第一变换器元件和第二变换器元件在收听者的耳道内共同提供一音频响应，其从100Hz以下延伸到10kHz(-3dB频率)以上，优选地从50Hz以下，更优选地从30Hz以下延伸到优选的15kHz以上，到更优选的20kHz以上。
13.一种头戴耳机装置，包括一对具有权利要求1-12的特征中的任何一项的头戴耳机元件。
全文摘要
头戴耳机或耳机通常被称为由一个收听者使用的电声转换器。本发明涉及在头戴耳机元件中组合插入的和非插入的电声变换器。用这种方式可以获得宽的低频再现(插入型的)和宽的高频再现(非插入型的)组合。
文档编号H04R1/10GK1640185SQ03805304
公开日2005年7月13日 申请日期2003年2月7日 优先权日2002年3月6日
发明者J·L·伯格雷 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司