一种耳罩的制作方法

本发明实施例涉及噪声防护结构，特别涉及一种耳罩。

背景技术

工业现代化大幅度提高了生产效率，然而所伴随的机电噪声为产业工人带来了不可忽视的健康危害。减少噪声伤害的措施一般为佩戴耳罩或耳塞。这些产品通常分为有源和无源两大类。有源类噪声防护装置通过传感器采集噪声频谱信息，控制内置的微型扬声器生成与噪声反相位的声波形成能量抵消，从而达到降噪目的。但因其结构复杂、可靠性较低和造价较高的问题，限制了使用范围。无源类噪声防护装置在高频段(如1500hz以上)具备很好的防护效果，佩戴耳塞便可以满足此频段噪声的防护要求。但是，对于大部分机械设备产生的低频段(如500hz以下)噪声防护效果很不理想。现有技术为了提高低频段的噪声防护效果，不得不尽量增加耳杯的壳体壁厚，同时增大耳杯的纵深尺寸以填充更多的吸声材料，从而使得产品变得笨重，大大牺牲了佩戴舒适度。而且，由于过多削减了较高频率的噪声，同时也阻隔了该频段所携带的重要语音信息，使得工作者之间的语音沟通变得困难。

因此，针对低频段噪声防护的应用场景，需要一种结构简洁、轻薄的耳罩，能够大幅度降低传入人耳的低频噪声，同时不会影响语音交流。

技术实现要素：

本发明实施例解决的问题是如何提供一种结构简洁、轻薄的，针对低频噪声进行有效隔离和吸收的耳罩。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种耳罩，包括:至少一个耳杯，所述至少一个耳杯还包括壳体，所述壳体包括远离耳朵侧且与耳朵近似平行的准竖向端以及与耳朵近似垂直的准水平端；所述壳体具有容纳空腔；所述容纳空腔内设置有超材料隔片，所述超材料隔片包括边框和设置于边框内的薄片；所述超材料隔片的数量为至少一个。

具体的，所述壳体内填充有吸声材料，所述吸声材料包围所述超材料隔片设置于所述壳体内。

具体的，所述容纳空腔被所述超材料隔片分隔成至少两个空腔，至少一个空腔内填充有吸声材料。

具体的，所述超材料隔片通过连接结构与所述壳体相连。

具体的，所述连接结构为焊点、焊缝或铆钉件。

具体的，所述超材料隔片通过所述连接结构与所述壳体的准竖向端或准水平端的至少一个相连。

具体的，所述连接结构的一端连接所述超材料隔片的边框，另一端连接所述壳体。

具体的，所述连接结构为活页铰链、簧片铰链、过渡圈、以及支撑脚中的一种或多种的组合。

具体的，所述连接结构为柱状支撑脚，所述柱状支撑脚的一端连接所述超材料隔片的边框，另一端连接所述壳体，所述支撑脚的数量为至少两个。

具体的，所述连接结构为柱状支撑脚，所述柱状支撑脚的一端连接所述超材料隔片的薄片，另一端连接所述壳体。

具体的，所述连接结构为过渡圈，所述超材料隔片的边框嵌套于所述过渡圈的内缘，所述过渡圈的外缘连接所述壳体。

具体的，所述过渡圈的内缘包括阶梯台，所述超材料隔片的边框嵌套于所述阶梯台内。

具体的，所述过渡圈的内缘包括凹槽，所述超材料隔片的边框嵌套于所述凹槽内。

具体的，所述过渡圈采用吸声材料制作。

具体的，所述超材料隔片的外轮廓的形状与所述壳体的与之配合处的内轮廓截面的形状相同。

具体的，所述超材料隔片的外轮廓的形状与所述壳体的与之配合处的内轮廓的形状不同，所述超材料隔片的外轮廓的形状为椭圆形、圆形、三角形、矩形、五边形或六边形。

具体的，所述超材料隔片的外轮廓所围面积占所述壳体的与之配合处的内轮廓截面的面积的30％-100％。

具体的，所述超材料隔片具有多个，将所述壳体的容纳空腔分割为多个腔室。

具体的，所述多个腔室中至少一个填充有吸声材料。

具体的，所述多个超材料隔片中每个与所述壳体通过连接结构相连。

具体的，所述多个超材料隔片中至少一部分通过连接结构相互连接，所述相连的超材料隔片中至少一片与所述壳体通过连接结构相连。

如上任一所说的耳罩中，所述准竖向端和与之最接近的超材料隔片间形成第一腔室，所述壳体的所述准竖向端设有与所述第一腔室连通的至少一个开口，所述至少一个开口与所述第一腔室、所述超材料隔片以及连接结构构成至少一个亥姆霍兹共振器；所述超材料隔片的反共振频率与所述至少一个亥姆霍兹共振器的共振频率一致。

如上任一所述的耳罩中，所述薄片的至少一个表面上放置至少一个质量片或至少一个约束体，用于调节所述超材料隔片的反共振频率。

具体的，所述薄片中、以及所述至少一个质量片中或者所述至少一个约束体中、形成有至少一个开口，所述至少一个开口贯穿所述薄片、以及所述至少一个质量片或所述至少一个约束体。

具体的，所述质量片为椭圆形、圆形、三角形、矩形、五边形或六边形。

具体的，所述约束体为椭圆形、圆形、三角形、矩形、五边形或六边形。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下优点：

所述耳罩采用所述超材料隔片，利用所述超材料隔片在低频段产生的反共振态有效隔声，进而降低了所述壳体的壁厚要求及所述耳杯的纵深尺度要求，使得所述耳罩结构轻薄，方便佩戴使用。而且超材料隔片在提高低频段隔声效果的同时，不会增加较高频段的隔声，确保较高频段包含的语音信息能够清晰地传入人耳。

进一步，所述超材料隔片通过所述连接结构与所述壳体连接，当所述连接结构为柔性连接时，使得所述超材料隔片包含两种“质量-弹簧”振动系统，即所述超材料隔片自身视为一种“质量-弹簧”振动系统，另外所述超材料隔片整体视为“质量”，柔性连接结构视为“弹簧”。一方面这两个“质量-弹簧”振动系统的反共振态对应频率通常不一致，因此能够拓宽所述耳罩的隔声带宽；另一方面，可以采用多样化的连接结构来调整和补充所述超材料隔片的机械阻抗，增加了设计自由度。

进一步，所述壳体的准竖向端设有至少一个与第一腔室连通的开口，且所述超材料隔片包含至少一个开口或通过所述连接结构引入至少一个开口。一方面，使得人耳承受的静压与耳罩外侧静压平衡，在避免佩戴不适感的同时减小压差对所述超材料隔片反共振频率的影响；另一方面，增加所述耳罩的散热能力，避免出现长期佩戴耳罩导致出汗的现象。

进一步，所述壳体的准竖向端设有至少一个与第一腔室连通的开口，所述开口与第一腔室及所述超材料隔片构成亥姆霍兹共振器。当所述超材料隔片的反共振频率与所述亥姆霍兹共振器的共振频率相一致时，所述亥姆霍兹共振器具有近乎完美吸声的特性。使得所述耳罩具备优良的低频吸声性能。

附图说明

图1是本发明一个实施例中耳罩的结构示意图；

图2是图1中的超材料隔片的结构分解示意图；

图3是本发明一个实施例中另一种耳罩的结构示意图；

图4是本发明一个实施例中超材料隔片与壳体相连的一种结构示意图；

图5是本发明一个实施例中超材料隔片与壳体相连的另一种结构示意图；

图6是本发明一个实施例中超材料隔片与壳体相连的另一种结构示意图；

图7是本发明一个实施例中超材料隔片与壳体相连的另一种结构示意图；

图8是本发明一个实施例中超材料隔片与壳体相连的另一种结构示意图；

图9是本发明一个实施例中超材料隔片与壳体相连的另一种结构示意图；

图10是本发明一个实施例中超材料隔片与壳体相连的另一种结构示意图；

图11是本发明一个实施例中一种壳体开口的结构示意图；

图12是本发明一个实施例中另一种壳体开口的结构示意图；

图13是本发明一个实施例中超材料隔片的结构示意图；

图14是本发明一个实施例中超材料隔片开口的结构示意图；

图15是本发明实施例中对耳罩进行声学性能测试的装置示意图；

图16是图15中所示的耳罩佩戴于人工头的人耳位置处的传声器声压级频谱。

具体实施方式

为了设计一种结构轻薄的低频噪声防护耳罩，本发明的实施例将超材料隔片与耳杯壳体相结合，通过统筹设计超材料隔片与壳体的机械阻抗配合关系，有效提高耳罩的低频隔声和吸声性能。为使本发明实施例的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明实施例的具体实施例做详细的说明。

在本发明的一些实施例中，所设计的耳罩，包括至少一个耳杯，前述耳杯还包括壳体；壳体包括远离耳朵侧且与耳朵近似平行的准竖向端以及与耳朵近似垂直的准水平端；壳体具有容纳空腔；容纳空腔内设置有超材料隔片；超材料隔片包括边框和设置于边框内的薄片；超材料隔片的数量为至少一个。

在本发明的一些实施例中，超材料隔片通过连接结构与壳体的准竖向端或准水平端的至少一个相连。

如图1所示，图1是本发明一个实施例中一种耳罩10的结构示意图。耳罩10包括两个耳杯11，耳杯11还包括壳体111；壳体111具有容纳空腔112；容纳空腔112内设置有超材料隔片12；壳体111包括远离耳朵侧且与耳朵近似平行的准竖向端1111及与耳朵近似垂直的准水平端1112。超材料隔片12将容纳空腔112分割为第一腔室1121和第二腔室1122。在一些实施例中，超材料隔片12通过连接结构13与耳杯11的壳体111相连。

为了将两个耳杯11连接在一起，图1中的耳罩10还包括连接耳杯11的头带14。为了增加佩戴者的舒适性，图1中的耳罩10还包括海绵垫圈15。

图1中，壳体111包括远离耳朵侧且与耳朵近似平行的准竖向端1111以及与耳朵近似垂直的准水平端1112。需要说明的是，为了使得准竖向端1111与准水平端1112所在的位置更容易理解，因此结合实际使用中人耳与准竖向端1111与准水平端1112的相对位置进行说明。对于耳罩10自身而言，显而易见，人耳并不属于其结构的一部分。

在具体实施中，超材料隔片12可以通过连接结构13与壳体111的准竖向端1111或准水平端1112的至少一个相连。图1中，超材料隔片12与壳体111的准水平端1112相连。

需要说明的是，超材料隔片12的数量可以为一个，也可以为多个，但是与准竖向端1111最接近的一个超材料隔片12与准竖向端1111间具有第一腔室。也就是说，当数量为一个时，该超材料隔片12为距离准竖向端1111最近的一个超材料隔片12，两者间具有第一腔室1121。当超材料隔片12的数量为多个时，距离准竖向端1111最近的一个与准竖向端1111间具有第一腔室1121。

在本发明的一些实施例中，容纳空腔可以被超材料隔片分隔成至少两个空腔，至少一个空腔内填充有吸声材料。在图1中，超材料隔片12通过连接结构13与壳体111的准水平端1112相连。第一腔室1121和第二腔室1122中均填充吸声材料，进而拓宽耳罩10的工作频率范围。当然，可以根据实际需要选择是否在第一腔室1121或第二腔室112中填充吸声材料，也可以选择在第一腔室1121或第二腔室112中均不填充吸声材料。这里，耳罩10的工作频率范围是指，在对于一定频率范围的声波，耳罩10均有较好的吸声或隔声作用。在其它实施例中所提到的工作频率范围的含义与此相同，之后将不再赘述。具体的，工作频率范围可以为0hz至500hz。这样，耳罩10在提高低频段隔声效果的同时，不会增加较高频段的隔声，确保较高频段包含的语音信息能够清晰地传入人耳。

需要说明的是，超材料隔片12在图1中未示出其具体结构，例如其中的边框121和薄片122可以参见图2的说明。

需要说明的是，耳罩10中耳杯11的数量可以为一个，也可以为多个。耳杯11为一个时，则可以省略用于连接多个耳杯的头戴。海绵垫圈15可以增加耳杯11佩戴时的舒适感，也可以根据实际需要选择其他的柔软结构，或者不使用海绵垫圈15也可。

如图2所示，图2是图1中的超材料隔片12的结构分解示意图。其中，图2a中示出的超材料隔片12包含一个边框121和贴合在边框121表面的一个薄片122，此为超材料隔片12的一种基本结构；图2b中示出的超材料隔片12包含两个边框，即边框121和边框123以及边框121和边框123中间贴合的一个薄片122。采用图2b所示超材料隔片12的结构形式不但可以增强薄片122的装配牢度，而且可以增加超材料隔片12的装配自由度，例如边框123和边框121可以采用铆接、热粘合等工艺与中间夹持的薄片122进行装配；图2c中示出的超材料隔片12包含一个边框121和贴合在边框121表面的两个薄片，即薄片122和薄片124。如果薄片122和薄片124的构成材料、厚薄尺寸等不同，则可以为超材料隔片12引入更加多的反共振态，从而能够拓宽耳罩的隔声频带。

具有超材料隔片12的耳罩10，能够利用超材料隔片在低频产生的反共振态，高效地隔声，因此耳杯11的壳体111壁厚可以进一步降低，同时还可以降低耳杯11的纵深尺寸，使得耳杯11结构更加轻薄。

在本发明的一些实施例中，超材料隔片通过连接结构与壳体相连。但是，超材料隔片也可以不使用连接结构，通过其它方式置于壳体内。

在本发明的一些实施例中，壳体内填充有吸声材料，吸声材料包围超材料隔片设置于所述壳体内。这样，超材料隔片不使用连接结构也可以置于耳罩的壳体的容纳空腔内。例如，图1中的超材料隔片12可以包裹于吸声材料中，而不需要使用前文所述的连接结构13。吸声材料可以拓宽耳罩10的工作频率。

图3是本发明一个实施例中另一种耳罩20的结构示意图。相比于图1所示的耳罩10，图3所示的耳罩20的典型特点便是结构轻薄。耳罩20包括左右两个耳杯21，耳杯21在使用中靠近人耳侧放置的海绵垫圈25以及连接耳杯21的头带24。其中，耳杯21包括壳体211、容纳空腔212和超材料隔片22。超材料隔片22置于容纳空腔212内，将容纳空腔212分割为第一腔室2121和第二腔室2122。壳体211包括使用中远离人耳侧且与人耳近似平行的准竖向端2111，以及与人耳近似垂直的准水平端2112。超材料隔片22通过连接结构23与壳体211的准水平端2112相连。第一腔室2121和第二腔室2122中未填充吸声材料。

需要说明的是，本发明实施例中所提及的超材料隔片置于壳体的容纳空腔中，与壳体构成一个整体声学系统，超材料隔片的声学特性在壳体内外情况下存在差异。因此，欲获得理想的噪声防护效果，需要针对预定的低频隔声和吸声频段及指标，统筹设计超材料隔片与壳体的机械阻抗配合关系。其中，超材料隔片的机械阻抗与超材料隔片自身机械阻抗以及连接结构的机械阻抗直接相关。具体而言，超材料隔片自身机械阻抗与其几何尺寸和采用薄片的厚度密切相关；连接结构的机械阻抗则与连接结构的几何尺寸、材料软硬度以及连接区域大小等因素息息相关。通常，超材料隔片的横截面积越大，所采用的薄片越薄则越容易在低频出现反共振态；连接结构的弯曲变形方向越薄或纵向变形方向越长，采用越软的材料以及连接区域面积越小则越容易在低频出现反共振态。为了保证外形刚度要求，壳体一般由硬质材料制成，而且其几何形状和尺寸还要顾忌人耳的几何形状和尺寸，导致其阻抗可设计余地极小，因此超材料隔片自身机械阻抗以及连接结构机械阻抗的设计便成为耳罩声学性能设计的关键。前述实施例与之后实施例中所提及的超材料隔片的设计思路均与此相同，之后将不再赘述。

本领域技术人员容易理解超材料隔片基本结构和各种变形，因此本发明的实施例中不再赘述。需要说明的是，连接结构的形式和具体结构可以有多种，不仅限于本实施例或其它实施例中所示出的形式。在具体实施中，连接结构的一端连接超材料隔片的边框，另一端连接壳体。例如，图1中连接结构13的一端可以连接超材料隔片12的边框121，另一端连接壳体111。

在本发明的一些实施例中，连接结构为活页铰链、簧片铰链、过渡圈、以及支撑脚中的一种或多种的组合。接下来将对连接结构13的具体结构进行说明。

如图4所示，图4是本发明一个实施例中超材料隔片12与壳体111相连的一种结构示意图。图4a为具有连接结构13的超材料隔片12的结构示意图，图4b为耳杯11结构的剖面示意图。其中，连接结构13为柱状支撑脚，柱状支撑脚的一端连接超材料隔片12的边框121，另一端连接壳体111，支撑脚的数量为四个。如图4所示，耳杯11包含超材料隔片12和连接结构13，其中的超材料隔片12又包含一个边框121和贴合在边框121表面的一个薄片122，连接结构13为柱状支撑脚，图4a中示出了4个柱状支撑脚以超材料隔片中心点呈对称分布，其一端连接边框121，另一端连接在壳体的准竖向端1111，见图4b。

需要说明的是，图4中柱状支撑脚的数量为至少两个，也就是说，超材料隔片12的边框121可以仅通过两个柱状支撑脚与壳体111相连。

在本发明的一些实施例中，柱状支撑脚的一端连接超材料隔片的薄片，另一端连接壳体。

如图5所示，图5是本发明一个实施例中超材料隔片12与壳体111相连的另一种结构示意图。图5a为具有连接结构13的超材料隔片12的结构示意图，图5b为耳杯11结构的剖面示意图。连接结构13为柱状支撑脚，柱状支撑脚的一端连接超材料隔片12的薄片122，另一端连接壳体111，柱状支撑脚的数量为至少一个；多个柱状支撑脚的位置关于超材料隔片12的中心点呈中心对称。如图5所示，耳杯11包括超材料隔片12和连接结构13，其中的超材料隔片12包括一个边框121和贴合在边框121表面的一个薄片122。连接结构13同样为柱状支撑脚，图5a中示出了一个柱状支撑脚，其一端连接在薄片122的中心位置，另一端连接在壳体的准竖向端1111，见图5b。当然，柱状支撑脚的数量为多个时，多个柱状支撑脚所处的位置关于超材料隔片12的中心点呈中心对称。

需要说明的是，图4和图5中给出的柱状支撑脚这种连接结构，其与边框121以及壳体111的连接方式可以为胶粘、螺钉、焊接、铆接等，如果柱状支撑脚与边框121或薄片122采用同种材料还可以采用一体成型工艺。

在具体实施中，连接结构13可以为焊点、焊缝或铆钉件。

连接结构13如果为焊点或焊缝，可以将超材料隔片12的边框121与壳体111直接焊接在一起完成连接。

连接结构13如果为铆钉件时，可以将超材料隔片12的边框121与壳体111直接铆接在一起完成连接。

在本发明的一些实施例中，连接结构为过渡圈，超材料隔片的边框嵌套于过渡圈的内缘，过渡圈的外缘连接壳体。

在具体实施中，过渡圈的内缘包括凹槽，超材料隔片的边框嵌套于凹槽内。

如图6所示，图6是本发明一个实施例中超材料隔片12与壳体111相连的另一种结构示意图。图6a为具有连接结构13的超材料隔片12的结构示意图，图6b为耳杯11结构的剖面示意图。图6中，连接结构13为过渡圈，过渡圈的内轮廓的形状与超材料隔片12的外轮廓的形状一致，过渡圈的内缘通过过盈配合嵌套于超材料隔片12的边框，过渡圈的外缘连接壳体。过渡圈的内缘可参见图6a中虚线a所指示部分，过渡圈的外缘可参见图6a中虚线b所指示的部分。

如图6所示，耳杯11包含超材料隔片12和连接结构13，其中的超材料隔片12包括一个边框121和贴合在边框121表面的一个薄片122。连接结构13为过渡圈。图6a中示出了一种内缘具有凹槽的过渡圈，使用时，将超材料隔片12嵌入过渡圈的内缘凹槽内，过渡圈的外缘连接在壳体的准水平端1112，见图6b。

需要说明的是，图6中给出的过渡圈这种连接结构，其与边框121的连接方式可以为过盈配合，而与壳体的连接方式可以为胶粘、螺钉、焊接、铆接、过盈配合等。

在本发明的一些实施例中，超材料隔片的边框嵌套于过渡圈的内缘，过渡圈的外缘连接壳体。

在本发明的一些实施例中，过渡圈也可以采用吸声材料制成。

在本发明的一些实施例中，超材料隔片的外轮廓的形状与壳体的与之配合处的内轮廓截面的形状可以相同。在本发明的一些实施例中，超材料隔片的外轮廓的形状与壳体的与之配合处的内轮廓的形状也可以不同，超材料隔片的外轮廓的形状可以为椭圆形、圆形、三角形、矩形、五边形或六边形。

在本发明的一些实施例中，耳杯的壳体可以为椭球半球壳、规则半球壳、矩形凹壳、半球矩形组合凹壳或符合人体工程学的异形凹壳。可以根据实际需要，选择形状合适的壳体。

在本发明的一些实施例中，超材料隔片的外轮廓所围面积占壳体的与之配合处的内轮廓截面的面积的30％-100％。

在本发明的一些实施例中，连接结构可以为活页铰链或簧片铰链。

图7是本发明一个实施例中超材料隔片12与壳体111相连的另一种结构示意图。如图7所示，耳杯11(图7中未示出)包含超材料隔片12和连接结构13，其中的超材料隔片12包括一个边框121和贴合在边框121表面的一个薄片122。连接结构13为活页铰链。使用时，将超材料隔片12的边框121钻孔，通过铆钉或螺钉连接活页铰链，活页铰链的另一端同样钻孔，通过铆钉或螺钉连接在壳体上(该部分连接未示出)。图7中仅对钻孔123进行了标注，但是容易理解，图7的边框121上有四个钻孔。

图8是本发明一个实施例中超材料隔片12与壳体111相连的另一种结构示意图。如图8所示，耳杯11(图8中未示出)包含超材料隔片12和连接结构13，其中的超材料隔片12包括一个边框121和贴合在边框121表面的一个薄片122。连接结构13为簧片铰链，是一种具有弯曲折叠结构的薄片。使用时，将超材料隔片12的边框121钻孔，通过铆钉或螺钉连接簧片铰链，簧片铰链的另一端同样钻孔，通过铆钉或螺钉连接在壳体上(该部分连接未示出)。

需要说明的是，图7和图8中给出的活页铰链和簧片铰链一般都只连接边框，而且使用时安装铰链的数量至少为两个以保证安装的稳定性。

在具体实施中，连接结构可以选用硬性材料，例如：木头、金属(铝、钢等)、各种树脂塑料(pc、abs、pvc、pp、亚克力)、复合材料(碳纤维、玻璃纤维)等；还可以选用弹性材料，例如：橡胶、硅胶、乳胶、eva等。也可以根据实际需要选择其它硬性或弹性材料。

需要说明的是，连接结构在动力学性能方面要求的柔性并不仅仅来源于构成材料。例如图7和图8中分别给出的活页铰链和簧片铰链，其构成材料可以选用硬性材料，但其动力学性能呈现的是柔性，即类似于弹簧的属性。在动力学范畴，与“柔性”相对应的为“刚性”。

在本发明的实施例中，连接结构呈现柔性动力学性能，则该连接结构具有如下作用：(1)柔性连接结构相比刚性连接结构而言可以进一步有利于超材料隔片在低频段出现反共振频率，并且可以放宽超材料隔片中所采用薄片的厚度要求，原因在于采用柔性连接结构使得超材料隔片的边界条件相对自由，即超材料隔片的边界约束越小，那么边界刚度就越小；(2)柔性连接结构可以与超材料隔片组合成一个附加的“质量-弹簧”系统。具体而言，超材料隔片自身视为一种“质量-弹簧”振动系统，另外超材料隔片整体视为“质量”，柔性连接结构视为“弹簧”，构成另一个“质量-弹簧”振动系统。一方面这两个“质量-弹簧”振动系统的反共振态对应频率通常不一致，因此能够拓宽耳罩的隔声带宽；另一方面，可以采用多样化的连接结构来调整和补充超材料隔片的机械阻抗，增加设计自由度。本发明实施例中的连接结构(如图1中的连接结构13或图3中的连接结构23)可以为柔性连接结构，也可以为刚性连接结构，其所涉及的原理与前文所述原理相同或相似，之后将不再赘述。

在本发明的一些实施例中，超材料隔片具有多个，将壳体的容纳空腔分割为多个腔室，多个腔室可进一步填充有吸声材料。多个超材料隔片可以与壳体单独连接，也可以相互依附连接。采用多个超材料隔片的主要目的在于增加耳罩的隔声量级和拓宽隔声带宽。

需要说明的是，可以根据实际需要选择是否填充吸声材料，也可以根据实际需要选择需要填充吸声材料的腔室的数量，即多个腔室中的至少一个填充有吸声材料。吸声材料可以用于拓宽耳罩的吸声带宽，而且质量较小的吸声材料可以减少耳罩的质量，增加耳罩的轻便性。

接下来，将对具有多个腔室的耳罩的结构进行详细说明。

在本发明的一些实施例中，多个超材料隔片中每个与壳体通过连接结构相连。在本发明的另一些实施例中，多个超材料隔片中至少一部分通过连接结构相连，相连的超材料隔片中至少一片与壳体通过连接结构相连。上述连接结构可以为上述任一实施例中所提到的连接结构，例如支撑脚、过渡圈、活页铰链、簧片铰链等，也可以根据实际需要选择其它形式的连接结构。

图9是本发明一个实施例中超材料隔片12与壳体111相连的另一种结构示意图。图9a为具有连接结构13的超材料隔片12的结构示意图，图9b为耳杯11结构的剖面示意图。图9中示出了两个超材料隔片，即超材料隔片12a和超材料隔片12b，图9中还示出了连接结构13a和13b，其中超材料隔片12a包含一个边框121a和贴合在边框121a表面的一个薄片122a，连接结构13a为柱状支撑脚；超材料隔片12b包含一个边框121b和贴合在边框121b表面的一个薄片122b，连接结构13b为过渡圈，如图9a所示。超材料隔片12b通过连接结构13b与壳体111的准水平端1112连接；超材料隔片12a通过连接结构13a与超材料隔片12b连接，其中连接结构13a的一端连接超材料隔片12a的薄片122a中心区域，另一端连接超材料隔片12b的薄片122b中心区域，如图9b所示。

图10是本发明一个实施例中超材料隔片12与壳体111相连的另一种结构示意图。图10中示出了耳杯11两个超材料隔片，即超材料隔片12a和超材料隔片12b。耳杯11的壳体111内还具有吸声材料16，具体可以为海绵、泡沫、纤维材料等。吸声材料16包裹超材料隔片12a和超材料隔片12b填充于壳体111中。在本实施例中，两个超材料隔片将壳体111的容纳空腔112分割为多个腔室，从壳体的准竖直端111开始依次为第一腔室1121、第二腔室1122和第三腔室1123。

在本发明的一些实施例中，准竖向端和与之最接近的超材料隔片间形成第一腔室，壳体的准竖向端设有与第一腔室连通的至少一个开口，该至少一个开口与第一腔室、超材料隔片以及连接结构构成至少一个亥姆霍兹共振器；超材料隔片的反共振频率与至少一个亥姆霍兹共振器的共振频率一致。

需要说明的是，即使只有一个超材料隔片，也可以在壳体的准垂向端上设置至少一个与第一腔室连通的开口，开口与第一腔室及超材料隔片构成亥姆霍兹共振器。超材料隔片的反共振频率与亥姆霍兹共振器的共振频率一致。

图11是本发明一个实施例中一种壳体111开口的结构示意图。图11a为耳杯11的剖面结构示意图，图11b为耳杯11的侧向结构示意图。图11中，耳杯11包含超材料隔片12和连接结构13，其中连接结构13可以根据实际需要选择前述实施例中任一所述的连接结构，或者其他结构形式的连接结构。如图11a和图11b所示，壳体111的准垂向端1111(图11中未示出，可参见图1)上设有一个与第一腔室1121(图11中未示出，可参见图1)连通的开口17，开口17与第一腔室1121及超材料隔片12构成一个亥姆霍兹共振器。第一腔室1121内部可进一步填充吸声材料16，提高亥姆霍兹共振器的吸声性能。开口17还可以安装一层网片171作为防手指误触、防吸声材料16泄漏的保护结构。

具有图11所示结构的耳罩10，其中的超材料隔片12处于反共振态时，可以视为一个近乎全反射面，隔声性能较好。并且，该结构中还包括一个亥姆霍兹共振器；如果该亥姆霍兹共振器的共振频率与超材料隔片12的反共振频率相一致，亥姆霍兹共振器会具有近乎完美吸声的特性。使得耳罩10又具备优良的低频吸声性能。同时，壳体111中开口17的存在，一方面，使得人耳承受的静压与耳罩10外侧的静压平衡，在避免佩戴不适感的同时减小压差对超材料隔片12反共振频率的影响；另一方面，增加耳罩10的散热能力，避免出现长期佩戴耳罩导致出汗的现象。

图12是本发明一个实施例中另一种壳体111的开口的结构示意图。图12a为耳杯11的剖面结构示意图，图12b为耳杯11的侧向结构示意图。图12中，耳杯11包含超材料隔片12和连接结构13，其中连接结构13可以根据实际需要选择上述实施例中任一所述的连接结构，或者其他结构形式的连接结构。如图12a和图12b所示，壳体111的准垂向端1111(图11中未示出，可参见图1)上设有多个与第一腔室1121(图11中未示出，可参见图1)连通的开口17，多个开口17与第一腔室1121及超材料隔片12构成多个亥姆霍兹共振器。多个开口17的大小可以不一，而且第一腔室1121内部可进一步填充吸声材料16，提高亥姆霍兹共振器的吸声性能。多个开口17还可以安装一层网片171作为防手指误触、防吸声材料16泄漏的保护结构。

与图11相比，图12中的壳体111具有多个开口17，能够与第一腔室1121及超材料隔片12构成多个亥姆霍兹共振器，当开口17的大小不一时，导致这些亥姆霍兹共振器的共振频率不一，因此能够产生更宽频带的吸声效果。

在本发明的一些实施例中，超材料隔片包括边框和与边框相连的薄片，薄片的至少一个表面上放置至少一个质量片或至少一个约束体，用于调节超材料隔片的反共振频率。

在具体实施中，薄片中、至少一个质量片中、或者至少一个约束体中形成有至少一个开口，至少一个开口贯穿薄片、以及至少一个质量片和至少一个约束体。

在本发明的实施例中，超材料隔片的结构形式具有多种，而不仅限于前述实例中所提到的结构。例如，超材料隔片的薄片的至少一个表面上可以放置至少一个质量片或至少一个约束体，用于调节超材料隔片的反共振频率。又如，还可以包括至少一个开口，至少一个开口位于超材料隔片的薄片上。或者，超材料隔片还包括至少一个开口，至少一个开口位于至少一个质量片中或者至少一个约束体中，且至少一个开口贯穿超材料隔片。在具体实施中，质量片和约束体为椭圆形、圆形、三角形、矩形、五边形或六边形。当然，质量片和约束体的形状不限于此，可以根据实际需要进行选择。

上述超材料隔片的结构均可运用于本发明的实施例所提到的耳罩结构中，根据不同的超材料隔片的结构，可以选择合适的连接结构将其与耳罩的壳体相连。接下来将对此进行说明。在本发明的一些实施例中，上述任一实施中的中的超材料隔片还包括在薄片的至少一个表面上放置的至少一个质量片或约束体，用以调节所述超材料隔片的反共振频率。下面将对超材料隔片及其中的质量片和约束体的结构进行详细描述。

如图13所示，图13是本发明一个实施例中超材料隔片12的结构示意图。超材料隔片12至少包括边框121，薄片122，薄片122覆盖边框121的至少一侧。如图13a所示，超材料隔片12还可以包括质量片123；如图13b所示，超材料隔片12还可以包括约束体124。具体而言，质量片123可以通过胶粘、铆接、一体成型等工艺与薄片122连接，图13a中示出了两个质量片123。约束体124可以通过胶粘、铆接、一体成型等工艺与边框121刚性连接并贴合在薄片122之上约束这部分薄片的运动，图13b中示出了两个约束体124。

在本发明的一些实施例中，上述任一实施中的中的超材料隔片12还包括在薄片122、质量片123和约束体124上的至少一个开口。一方面，这种在超材料隔片12上开口的结构形式进一步有利于散热；另一方面，也有利于减小超材料隔片12与壳体111的准垂向端1111之前的空气弹簧效应，因而可以使得第一腔室1121的纵深尺寸进一步降低，有利于制作结构更加轻薄的耳罩。下面将对超材料隔片12上的开口结构进行详细描述。

如图14所示，图14是本发明一个实施例中超材料隔片12开口的结构示意图。超材料隔片12至少包括边框121，薄片122，薄片122覆盖边框121的至少一侧。如图14a所示，超材料隔片12还可以包括位于薄片122中心区域的开口125；如图14b所示，超材料隔片12还可以包括质量片123，以及贯穿质量片123和薄片122的开口125；如图14c所示，超材料隔片12还可以包括约束体124，以及贯穿质约束体124和薄片122的开口125。

需要说明的是，本发明一些实施例中的超材料隔片12包含的连接结构13也具有一定程度的开口，这种通过连接结构13开口导致超材料隔片12开口的结构形式同样有利于耳罩散热。

需要说明的是，图13及图14中任意一种超材料隔片12的结构均可应用到本发明其它实施中所提到的耳罩中。

在本发明的一些实施例中，质量片的形状可以为椭圆形、圆形、三角形、矩形、五边形或六边形，可以根据实际需要选择质量片的形状。

在本发明的一些实施例中，约束体为椭圆形、圆形、三角形、矩形、五边形或六边形，可以根据实际需要选择约束体的形状。

图15是本发明实施例中对耳罩30进行声学性能测试的装置示意图。图中耳罩30佩戴于人工头e02，扬声器e01产生0hz-1000hz的宽频白噪声，位于人工头e02的人耳位置处的传声器(图15中未示出)采集声压级频谱信息。所采集的声压级越低表明耳罩的噪声防护效果越好。

本实施例中耳罩30所采用的壳体厚度为10mm，材料为abs；壳体内部放置的超材料隔片的边框厚度2mm，材料为abs，椭圆形状，内缘长轴8mm，短轴5mm，边框宽度3mm；超材料隔片的薄片厚度0.125mm，材料为pc，轮廓形状及尺寸同超材料隔片的边框。超材料隔片通过壳体内部阶梯台与壳体刚性连接，阶梯台宽度为3mm。

图16是图15中所示的耳罩30佩戴于人工头e02的人耳位置处的传声器声压级频谱。图中a01代表未放置超材料隔片；a02代表放置超材料隔片。通过对比发现，在200hz-600hz，放置超材料隔片的耳罩使得人耳听到的噪声下降5db-10db，而600hz以上频段则变化较小。这表明佩戴放置超材料隔片的耳罩30在防护有害低频噪声的同时，不影响分布在较高频率的语音交流。

在本发明的一些实施例中，耳罩10的壳体111还具有隔声作用，壳体111可以使用具有隔声作用的材料制成，这样壳体111可以隔离一部分频率的声波，剩余的穿透壳体111的声波可以被壳体111内的其它结构吸收或反射，进而增加耳罩10对声音的吸收或隔离效果。当然，即使壳体111不具有隔声作用，壳体111内的其它结构，例如超材料隔片或亥姆霍兹共振器也可以对穿透壳体111的声波进行隔离或吸收。

需要说明的是，上述任一实施中，可以根据实际需要选择是否填充吸声材料，也可以根据实施需要选择填充吸声材料的腔室的数量。吸声材料可以拓宽耳罩的工作频率范围。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于以计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：rom、ram、磁盘或光盘等。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。