本发明属于耳机装置技术领域，涉及一种头戴式耳机，具体地说，是涉及一种应用于头戴式耳机产品中用于隔离外界噪声的降噪结构设计。
背景技术
现有的耳机产品，特别是头戴式耳机，往往采用厚重的耳罩壳体形成大尺寸的耳罩腔体。耳罩壳体和耳罩腔体可以形成低通滤波器，以大幅度地隔离外界的高频噪声，使得穿过耳罩壳体进入到耳罩腔体的噪声主要来自于外界噪声中低于低通滤波器的转折频率的低频部分，从而实现良好的高频噪声隔离效果。
但是，被动的噪声隔离难以隔绝波长大、穿透能力强的低频段噪声，要取得更好的低频噪声隔离性能，需要更厚重的耳罩壳体、更大尺寸的耳罩腔体，才能使得通过耳罩壳体和耳罩腔体形成的低通滤波器的转折频率更低，继而将更多频段的噪声过滤掉，提升耳机的噪声隔离效果。耳机产品的这种传统的降噪设计，不仅使得耳罩的体积庞大、外形不美观，而且笨重、佩戴不舒适，严重影响了佩戴者的使用体验，难以大范围推广应用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种可以提升低频隔声性能的耳机产品，通过在耳机产品中安装导向管，并将导向管从耳罩壳体的外部延伸至耳罩内部的喇叭中，从而可以在提升耳机低频噪声隔离性能的同时，有效控制耳罩的体积，减轻耳机的重量。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种可提升低频隔声性能的耳机，包括耳罩壳体、喇叭和导向管；所述耳罩壳体形成耳罩腔体；所述喇叭位于所述耳罩腔体内；所述导向管的两端开口，一端伸入到所述喇叭中，且位于喇叭的振膜的下方，另一端穿过所述耳罩壳体与外界连通。
进一步的，所述喇叭的振膜包括位于中间位置的振膜球顶和环绕在所述振膜球顶外周的振膜花环，所述导向管的一端位于所述振膜球顶的下方或者位于所述振膜花环的下方。
作为所述导向管的其中一种安装方式，所述振膜花环安装在喇叭的骨架上，在所述振膜花环与骨架之间形成有空气腔，在所述骨架上开设有连通所述空气腔的开孔，所述导向管的一端穿过所述开孔位于所述振膜花环的下方。
作为所述导向管的另外一种安装方式，所述振膜花环安装在喇叭的骨架上，在所述骨架上安装有喇叭的磁路组件，所述磁路组件位于所述振膜球顶的下方，在所述振膜球顶与磁路组件之间形成有空气腔，在所述磁路组件上开设有连通所述空气腔的开孔，所述导向管的一端穿过所述开孔位于所述振膜球顶的下方。
进一步的，所述磁路组件包括u铁、磁铁和华斯，所述u铁与喇叭的骨架装配固定，所述磁铁安装在u铁上，所述华斯安装在磁铁上，所述空气腔形成在所述华斯与振膜球顶之间。
优选的，所述导向管优选采用直径为1.5mm、长度为10mm的圆形直管。
为了进一步提升耳机产品的低频噪声隔离性能，本发明优选设计所述耳罩腔体仅由耳罩前腔和喇叭后腔两部分组成，将所述喇叭安装在所述喇叭后腔中，并使所述导向管仅在喇叭后腔中延伸，由此可以通过增大耳机前腔的容积，来进一步降低耳罩所形成的低通滤波器的转折频率，隔离掉外界更多频段的噪声。
优选的，所述喇叭后腔的容积小于等于整个耳罩腔体的容积的1/5，以获得尽可能大的耳罩前腔。
为了提高耳机佩戴的舒适性，并进一步起到降低耳罩所形成的低通滤波器的转折频率的作用，优选在所述耳罩壳体朝向人耳的一侧形成的开口处安装耳套，以进一步提升耳机产品的低频噪声隔离性能。
优选的，所述耳机优选为头戴式耳机，包括两个所述的耳罩壳体，两个耳罩壳体通过头条连接。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明在解决耳机隔离外界噪声的问题上，摒弃传统采用加厚耳罩壳体、增大耳罩腔体的结构设计，改用在耳罩壳体上安装导向管，并将导向管伸入到喇叭振膜下方的方式，来降低耳罩所形成的低通滤波器的转折频率，继而可以阻隔更多频段的外界噪声穿过耳罩壳体进入到耳罩腔体中，实现了耳机低频噪声隔离性能的有效提升。同时，通过将导向管伸出到耳罩壳体的外侧，从而无需在耳罩壳体上开设声孔，即可满足喇叭的音频输出要求。由于耳罩壳体上没有开设连通外界的声孔，因此外界噪声无法通过声孔进入到喇叭后腔，由此便可以进一步提升耳机产品的隔声降噪能力，提高耳机的音频呈现质量。并且，在保证耳机产品降噪效果的情况下，还可以通过减小耳罩的整体尺寸，提高使用者佩戴的舒适性。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是传统耳机产品的耳罩部分的一种实施例的结构示意图；
图2为图1所示的耳机产品佩戴后的等效电路原理图；
图3是传统耳机产品为实现低频噪声隔离性能而提出的降噪结构示意图；
图4是本发明所提出的可提升低频隔声性能的耳机的一种实施例的耳罩部分的结构示意图；
图5是导向管在喇叭中的一种实施例的安装结构示意图；
图6是导向管在喇叭中的另外一种实施例的安装结构示意图；
图7是被动隔声在图3和图4所示的耳罩腔体内的衰减曲线对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细地说明。
现有的有源降噪耳机，一般都设计成头戴式结构，如图1所示，包括头条101、耳罩壳体102、喇叭107、耳套111等部分。其中，耳罩壳体102包括两个，通过头条101连接在一起，分别用于佩戴在人体的左耳和右耳上，通过内置于耳罩壳体102中的喇叭107向人耳播放左声道和右声道音频信号，实现耳机的声音输出功能。在图1所示的耳机产品中，每一个耳罩壳体102形成一个耳罩腔体103，耳罩腔体103中设置有一个耳罩隔板104，通过耳罩隔板104将耳罩腔体103分割成前后两个腔体。其中，朝向人耳的腔体可以称之为耳罩前腔105，另外一个腔体则可称之为耳罩后腔106。在耳罩壳体102朝向人耳的一侧形成开口112，佩戴者的外耳廓113通过所述开口112可以伸入到耳罩前腔105中，利用耳罩壳体102阻隔外界噪声。为了提高耳机佩戴的舒适性，在耳罩壳体102上形成开口112的位置处往往加装有耳套111，耳套111优选采用比肌肉更加柔软的高顺性材料制成，通过耳套111贴合人脸肌肉114，可以消除坚硬的耳罩壳体102直接接触肌肤给佩戴者带来的不适感。
在现有的有源降噪耳机中，喇叭107可以直接安装在耳罩后腔106中，也可以在耳罩后腔106中增设后腔隔板109，利用后腔隔板109、耳罩隔板104和耳罩壳体102可以在耳罩后腔106中单独围出一个独立的空间——喇叭后腔108，以专用于容纳和安装所述的喇叭107。在耳罩壳体102上还需要开设至少一个后腔声孔110，喇叭后腔108通过后腔声孔110与外界连通，以满足喇叭107的声音输出要求。
图2为图1所示的耳机产品佩戴后的等效电路原理图。其中，m1为耳罩壳体102等效的声质量，相当于电学上的电感；c1为耳套111等效的声顺，相当于电学上的电容；r1为耳套111等效的声阻，相当于电学上的电阻；c2和r2分别为人脸肌肉114等效的声顺和声阻；c3为耳罩前腔105等效的声顺。由图2可见，声质量m1和声顺c1、c2、c3构成了一个低通滤波电路，其转折频率f0可以由以下公式计算获得：
其中，c为低通滤波电路的等效电容，由耳套111等效的声顺c1、人脸肌肉114等效的声顺c2以及耳罩前腔105等效的声顺c3共同决定，等效声顺c1与c2并联后，再与耳罩前腔105等效的声顺c3串联。考虑到人脸肌肉114等效的声顺c2相比耳罩前腔105等效的声顺c3小很多，在等效电容c中所起的作用非常小，因此，可以仅由耳套111和耳罩前腔105等效的声顺c1、c3来决定等效电容c的大小。l为低通滤波电路的等效电感，可以由耳罩壳体102等效的声质量m1决定。
通过图2不难看出，由于耳罩壳体102、耳套111和耳罩前腔105可以形成一个低通滤波器(对于没有耳套111的耳机产品，其耳罩壳体102和耳罩前腔105即可形成一个低通滤波器)，因此，可以使耳机具备良好的高频噪声隔离效果。但是，这种有源降噪耳机，其耳罩壳体102和耳罩前腔105所形成的低通滤波器的转折频率f0较高，因此，其低频噪声的隔离性能较差。
为了改善有源降噪耳机的低频噪声隔离效果，某些有源降噪耳机在耳罩壳体102上安装后腔低频管115，如图3所示。所述后腔低频管115穿过所述耳罩壳体102和后腔隔板109伸入到喇叭后腔108中，使喇叭后腔108通过后腔低频管115与外界连通。增加后腔低频管115虽然可以在一定程度上增大低通滤波器中等效电感l的值，但是，外界噪声p0却可以经由后腔声孔110和后腔低频管115进入到喇叭后腔108中。由于喇叭后腔108中没有气体对进入其内的外界噪声p0产生反抗力，噪声p0激励喇叭107的振动膜片振动，进而二次传导更低频的能量至耳罩前腔105，造成噪声抬升放大现象，如图7中虚线表示的被动隔声衰减曲线，因此存在低频隔声差的问题。此外，受耳罩隔板104的影响，耳罩前腔105的容积大幅减小，最多只能占到整个耳罩腔体103的容积的3/5，因此，导致耳罩壳体102和耳罩前腔105所形成的低通滤波器的等效电容c较小，转折频率f0较高，噪声隔离能力减弱。
为了提升耳机产品的低频降噪能力，本发明提出了一种全新的耳机降噪结构设计，通过在耳机的耳罩壳体上安装导向管，并将导向管的一端伸入到喇叭的振膜下方，另一端与外界连通，从而在保证喇叭音频输出性能的同时，进一步提升耳机的低频隔声效果。
下面通过一个具体的实施例，对本发明的耳机产品的具体结构设计进行详细阐述。
如图4所示，本实施例的耳机产品包括头条401以及分置于头条401两端的左右两个耳罩壳体402。每一个耳罩壳体402环绕形成一个耳罩腔体403，每一个耳罩腔体403中分别内置一个喇叭407，喇叭407中插装有导向管406。所述导向管406为两端开口的连通管，其一端412伸入到喇叭407的内部，且位于喇叭407的振膜的下方；另一端411穿过耳罩壳体402，与外界连通。在本实施例中，所述导向管的另一端411可以伸出耳罩壳体402一段距离，也可以与耳罩壳体402的外表面平齐或者内缩。喇叭407通过导向管406与外界连通，无需在耳罩壳体402上开设声孔，即可保证喇叭407的声音输出质量。由于耳罩壳体402上没有开设声孔，因此在用户佩戴上所述耳机后，外界噪声没有直接进入耳罩腔体403的通路，只能穿透耳罩壳体402进入到耳罩腔体403中，因此，噪声隔离效果可以得到明显提升。
为了便于喇叭407在耳罩腔体403内的安装固定，本实施例优选在耳罩腔体403内设置后腔隔板409，固定在耳罩壳体402上，以形成喇叭后腔408，耳罩腔体403的其余部分形成耳罩前腔405。由于所述喇叭后腔408专用于容纳和安装喇叭407，因此容积可以设计得尽量小，优选设计喇叭后腔408的容积占整个耳罩腔体403的容积的1/5甚至更小，以尽可能地扩大耳罩前腔405的容积。对于设计有喇叭后腔408的耳机产品，所述导向管406穿过耳罩壳体402后，伸入到喇叭后腔408中，并进一步插入到喇叭407内，且延伸至喇叭407的振膜的下方，以使振膜下方的空气腔能够通过导向管406与外界连通。
图5为喇叭407的内部结构示意图，包括骨架501、磁路组件、振膜、线圈506等主要组成部分。其中，骨架501上安装有电极端子502和调音纸503；振膜包括位于中间位置的振膜球顶504和环绕在振膜球顶504外周的振膜花环505，将振膜花环505安装在骨架501上，并在振膜花环505的下方与骨架501的上方形成空气腔507。将磁路组件安装在骨架501上，且位于振膜球顶504的正下方。在本实施例中，所述磁路组件包括u铁509、磁铁510和华斯511。其中，u铁509作为下导磁盘，与骨架501装配固定，用于将磁铁510的磁性引导至线圈506处的磁间隙513。在u铁509上开设有散热孔512，磁铁510安装在u铁509上，磁铁510上方安装华斯511。华斯511作为上导磁盘，用于导磁。在华斯511的上方与振膜球顶504的下方形成空气腔508。
在本实施例中，所述导向管406可以伸入到振膜球顶504的下方，如图6所示；也可以伸入到振膜花环505的下方，如图5所示。
在将导向管406伸入到振膜花环505的下方时，可以在喇叭407的骨架501上开设一条与振膜花环505下方的空气腔507相连通的开孔514，如图5所示，将导向管406穿过所述开孔514伸入到振膜花环505下方的空气腔507中，使振膜花环505下方的空气腔507通过导向管406与外界连通。
在将导向管406伸入到振膜球顶504的下方时，可以在磁路组件上开设一条与振膜球顶504下方的空气腔508相连通的开孔515，如图6所示，即，在u铁509、磁铁510和华斯511上开设一条上下贯通的开孔515，将导向管406穿过所述开孔515伸入到振膜球顶504下方的空气腔508中，使振膜球顶504下方的空气腔508通过导向管406与外界连通。
当振膜(振膜球顶504和振膜花环505)振动的时候，会有一部分空气通过导向管406排到外界。同样，根据互易原理，外界的噪声通过导向管406也可以进入到振膜下方的空气腔507或508中。振膜下方的空气腔507、508非常小，外界气体进入后会对振膜产生较大的影响，当外界噪声音量很大时，进入到振膜下方的空气腔507或508中的声音能量较多，使得空气腔507或508内的气体在短时间内被大幅度压缩，振膜下方的空气腔507或508会对外界进入的噪声产生反抗力，在一定程度上阻碍外界声音能量进入，进而减少外界噪声能量通过振膜向耳罩前腔405辐射，并且即便是振膜振动，发出的声音能量也主要集中在高频部分。考虑到耳罩的被动隔声可以隔开绝大部分的高频噪声，即便是二次辐射出的高频噪声，整体的噪声隔离效果还是很好。
采用本实施例的耳机结构，其构成的低通滤波器的转折频率f1可以由以下公式表示：
其中，c'为图4所示耳机所形成的低通滤波器的等效电容，其值由耳罩前腔405、耳套404和振膜504、505等效的声顺决定；l'为图4所示耳机所形成的低通滤波器的等效电感，其值由耳罩壳体402和导向管406等效的声质量决定。
相比传统耳机所形成的低通滤波器，在等效电容部分，本实施例的耳机由于不在耳罩壳体402内设置耳罩隔板104，因此耳罩前腔405的容积更大，耳罩前腔405容积的增大可以使等效电容c'升高。同时，由于导向管406直接伸入到喇叭407的振膜的下方，因此，振膜的弹性也会引起等效电容c'的变化，且振膜的弹性越好，等效电容c'的数值越高。在等效电感部分，本实施例的耳机由于增设了导向管406，因此，等效电感l'的数值相比传统耳机的等效电感l也会有所升高，且导向管406越长、越细，等效电感l'的数值越大。由于改进后的耳机相比传统耳机，在等效电感和等效电容上都有所提升，因此，改进后的耳机所形成的低通滤波器的转折频率f1将明显低于传统耳机的转折频率f0，从而可以滤除掉更多低频段的外界噪声，提升耳机产品的低频噪声隔离性能。图7中实线表示改进后的耳机被动隔声衰减曲线，相比传统耳机的被动隔声衰减曲线(虚线)，改进后的耳机的低频隔声改善明显。
在本实施例中，所述导向管406可以选择软管、硬管等各种能够产生声质量的空气管道，其形态可以是直管、弯管，截面形状可以是圆形、方形或其他形状。作为本实施例的一种优选设计，所述导向管406可以选用直径为1.5mm、长度为10mm的圆形直管。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。