高辐射抗型耳机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种耳机一一具体说是一种前腔开放的半开放式耳机。
【背景技术】
[0002]随着“新媒体”(智能手机/平板电脑等)移动终端的飞速发展一一耳机作为“移动式个人音响系统”，以其免提性/轻量级/便携性等优势，更适合与“新媒体”移动终端配合。相对于微型音响一一耳机具有“个人专属性”，且功率/体积小，便携性更好。
[0003]耳机聆听属于“超近声场”一一作为主流“新媒体音响”，更应该注重健康性。一般耳机往往只注重H1-Fi性(声学)/稳定性(力学)/卫生性(耳塞式)/安全性，一些耳机符合“人体工程学”原理，但只是注重舒适性一一而并未将健康性放在首位。
[0004]“听诊器效应”(the Stethophone Effect)——封闭式耳机外耳道密闭，“空气弹簧”劲度Sa丨一声压Pa丨一声阻抗Za丨一声导纳Ya丨(与鼓膜的声阻抗更匹配)，故其效率高/失真小一一耳机振膜通过外耳道空气柱与鼓膜形成“耦合振动”(类似于听诊器)。
[0005]“鱼与熊掌不可兼得” 一一一般耳机为了获得高效率/低失真以及良好的低频响应，都采用封闭式结构一一但对于鼓膜的刺激大，易导致听觉疲劳/听力损害。
[0006]相对于音箱，耳机线度小，全开放式耳机前/后腔都可透声，中低频声波更容易发生“声短路” 一一故一般耳机并不采用全开放式，而是采用半开放式。半开放式耳机大多是“前腔封闭/后腔开放”，主要是为了改善低频响应一一前腔(扬声器前侧声腔)封闭，则效率增加/失真减小(听诊器效应)；后腔(扬声器后侧声腔)开放，声顺Ca增加，则扬声器fo下降。虽然耳机的“H1-Fi性”更好，但其“健康性”差一一但同封闭式耳机一样，易导致听觉疲劳/听力损害。
[0007]耳机前腔容积一般都远小于后腔容积，即使加上导声管(入耳式)，前腔容积也比较小——前腔容积减小，有利于提升高频响应；后腔容积增加，有利于改善低频响应。
[0008]AKG半开放式耳机采用“前腔开放”结构——如US4158753 “Headphone ofcircumaural design”所披露的一一可以增强“耳廓效应”，减弱“头中效应”。耳机前腔设置“声学摩擦阻尼器”及无源辐射器一一 “声学摩擦阻尼器”开设通孔，内侧具有阻尼材料，可以衰减反射波并使其延时，模拟自然声场。无源辐射器可以改善低频响应一一但由于“声学摩擦阻尼器”通孔可能会使声顺Ca趋向于⑴(开路)，减弱“亥姆霍茨共鸣器效应”，实际上效果并不理想。
[0009]AIffA耳机经典“笛管”设计营造深沉的低频效果一一很多人都认为“笛管”是运用“亥姆霍兹共鸣器”原理，但实际上并非如此。声管体积远小于声腔体积，才能构成“亥姆霍兹共鸣器”，而采用“笛管”设计的耳机，声管(笛管)体积接近甚至大于声腔(耳机后腔)体积一一因而不可能构成“亥姆霍兹共鸣器”。
[0010]动铁耳机(Banlanced Armature) 一般为封闭式耳塞(入耳式)，而不采用半开放式/开放式与耳罩式设计一一主要是由于其结构限制，而且增加密封性可以提高效率及低频响应，但由于“听诊器效应”，健康性较差。
【发明内容】
[0011]本实用新型目的在于提供一种不易导致听觉疲劳与听力损害的健康耳机一一避免传统耳机的“听诊器效应”，提升辐射效率/改善音色。
[0012]本实用新型的技术方案一一采用前腔开放的高辐射抗型耳机，扬声器正面加载一“声聚能管”，扬声器背面与一声顺腔体耦合；“声聚能管”容积大于声顺腔体容积；“声聚能管”为刚性材料结构，包括反号筒以及多重套管式、蜗壳式与阿基米德螺旋线式折叠结构中任一种类型。
[0013]声顺腔体可以采用封闭式结构一一还可以设置无源辐射器，改善低频响应。
[0014]福射阻抗Zr包括福射阻Rr与福射抗Xr (Zr = Rr+jXr)--福射阻(Rr)表示声源向介质辐射声能量的能力；辐射抗(Xr)代表“无功声能”，储存于近场中，而不辐射出去。一般认为，辐射抗(Xr)为“质量抗”(Xm)，即“附加辐射质量”(Mr)—一实际上，辐射抗还包括“弹性抗”(Xe)。“质量抗”相当于感抗(\)，“弹性抗”相当于容抗(X。)。
[0015]“质量抗”(Xm)与扬声器系统振动的“排气量”(V)成正比一一 “排气量”(V)与体速度(U)相关--V t — u t — Wr t (Wr = U2Za)。
[0016]“空气弹簧”——声波为纵波，空气为弹性媒质，在空气中传播时，空气振动产生“容变”(压缩/膨胀)一一“空气弹簧”弹性系数Km丨一辐射阻Rr丨(势能一动能)，密部(Km ? )—疏部(Rr t )。Km t —弹性抗Xe (容抗Xg) ? —辐射阻Rr ?，则声压Pa ? (Pa=uRr) /辐射声功率Wr ? (Wr = u2Rr/2)，声辐射效率σ r增加——Xr (Xe/Xm)代表势能，Rr代表动能，势能可以转化为动能。
[0017]频率f丨一波数K丨一“空气弹簧”弹性系数Km丨一辐射阻Rr丨一Wr丨一一故
“低频比高频辐射更困难”。
[0018]号筒式扬声器(Horn loudspeakers)属于间接福射式扬声器--“号筒”即截面积逐渐变化的声管，实质上就是通过增加辐射抗Xr (Xm/Xe)而提升声压Pa/辐射声功率Wr--故其效率高。
[0019]正号筒(Horn)——声波辐射方向为从小口端(喉部)到大口端(口部)；
[0020]反号筒(Inverse-horn)--声波福射方向为从大口端到小口端。
[0021]封闭式耳机一一虽然外耳道截面积S丨(辐射阻Rr丨)，但辐射抗Xr(Xm/Xe) ? —声压Pa ?，故其Wr/ σ r个。
[0022]AIWA “笛管”设计低频效果主要是由于笛管增加了耳机后腔的容积(延续)一一辐射抗Xr丨一Pa/Wr丨，低频辐射效率提高，量感增加一一Mr (附加辐射质量)增加，扬声器fo降低，低频响应改善。
[0023]“高福射抗型耳机”(the Large Xr mode Earphone)--以下简称为“LXEp”，可以采用“半开放式”设计，更适于“超近声场”聆听。参照图1。
[0024]LXEp采用“声聚能管”增加福射抗Xr (Xm/Xe)--“声聚能管” (Acoustic Energy
Gathered Pipe)是一种具有声能聚集作用的声管，可以增加声压Pa，将势能转化为动能；也可以将动能转化为势能储存起来。优选地，“声聚能管”采用号筒结构。“声聚能管”还能够改善低频响应--质量抗Xm t —附加福射质量Mr t —扬声器谐振频率fo丨；低频声波弹性抗Xe丨一“空气弹簧”弹性系数Km丨一辐射阻Rr丨，使“低频辐射更容易”。
[0025]“声聚能管”实际上是一个“声压增益/压限器” 一一小信号时可以补偿声压，提升辐射声功率(节能)；信号电平提高时，则能够限制声压，可以双向调节声压(蓄水池效应)。“声聚能管”属于“分布参数系统”，辐射阻Rr与附加辐射质量MHXm= ?Mr)/声顺Ce (Xe = I/?Ce)可以产生“并联共鸣” 一一类似于管乐器的λ/4或λ/2空气柱“驻波”共鸣。
[0026]“李代桃僵” 一一LXEp以“声聚能管”代替外耳道，与封闭式耳机(听诊器效应)异曲同工，同样效率高/失真小，低频响应好一一但更具有健康性，可以有效解决音质/效率与健康之间的矛盾。
[0027]LXEp “半开放式”声学结构设计(前腔开放)一一即无论采用何种机械结构(如耳塞式/耳罩式)，耳机前腔都与外界空气保持连通状态，以避免“听诊器效应”。
[0028]LXEp电-力-声类比图(参照图2)——扬声器的振动系统质量Mm/支撑系统Cm与后腔声顺Ca/声阻Ra(Rm/Rr)构成“串联谐振” 一一 “声聚能管”的辐射阻Rr与附加辐射质量Mr/声顺Ce构成“并联共鸣”，半开放式结构与外耳道声顺Ca'形成“开路”。
[0029]“耳内开放式声场”(the Open mode Sound field inside ear)--LXEp “半开放式”设计声场主要集中于耳廓/外耳道，并且可以扩展到耳朵外部空间；“双耳效应”/ “耳廓效应”显著，“头中效应”小，声场宽阔自然。
[0030]“耳内封闭式声场”(the Closed mode Sound field inside ear)--传统封闭式耳机声场则局限于耳朵内部(外耳道)，无“双耳效应”/ “耳廓效应”，“头中效应”明显，声场狭窄/不自然。
[0031]与一般半开放式耳机(前腔封闭/后腔开放)不同一一LXEp “半开放式”设计则采用“前腔开放”结构，可以避免“听诊器效应”，故其具有“绿色性”(健康)。可以适当增加后腔容积，或者开设导气孔，增加声顺Ca，减小声阻抗Za，降低扬声器fo，改善低频响应一一并且获得一种动态性“气压平衡”(振膜)，减少失真。
[0032]进一步地，作为优选--LXEp “声聚能管”采用反号筒(Inverse-horn)。一般而言，耳机前腔容积V增加，声阻抗Za/声劲度Sa减小，则扬声器高频上限fmax下降，高频响应差相对于正号筒，反号筒Za/Sa更大，fmax提尚，尚频响应好。
[0033]一般号筒式扬声器设计都采用正号筒一一实际上，反号筒的“声压控制性”优于正号筒的，扬声器福射声压增加时，能够平抑声压，降低能流密度(声强I)，具有健康性。反号筒相对密闭空间/管壁反射，可以增加弹性抗Xe ;声阻抗Za随截面积S逐渐减小而增加，Xe丨一辐射阻Rr丨一一则声压Pa/