提供带有振动的动态声音的耳机装置及用于该装置的方法

专利名称：提供带有振动的动态声音的耳机装置及用于该装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于立体声音频系统的耳机装置。特别是，本发明涉及一种用于便携式立体声音频设备的耳机装置。并且，本发明涉及一种用于通过耳机装置提供复杂和动态声音的方法。
美国专利第5,867,582号以及其原始日本专利申请第7/288887号(这两个专利都被转让给本申请人)公开一种具有细长的大约半圆形结构的头带的耳机设备。如本领域内已知的那样，该头带分别在其相对端具有声音转换器。除此以外，振动器分别提供于该头带相对端的转换器附近。
通过该耳机设备，音频信号被传送到左和右声音转换器。该转换器响应音频信号产生立体声。另一方面，该音频信号的受限制频带(即，低频)被传送到该振动器。振动器响应该低频信号产生振动。所产生的声音和振动被同时提供给戴该耳机设备10的用户。这使得用户接收带有振动的动态立体声。
但是，该耳机设备包括左和右振动器，其不利地增加该耳机设备的重量。
因此，如本领域内已知的那样，为了把该耳机设备以稳定的状态支承的用户头部上，该头带被形成倒“U”形，使得它可以从一边耳朵跨过头部延伸到另一边耳朵。但是，该头带可能妨碍用户进行摘帽和戴帽的动作。例如，如果用户把耳机载在帽子上面，为了摘取帽子，用户必须在摘帽之前先摘取耳机。相反，如果用户把耳机戴在帽子之下，则为了摘取耳机，用户必须在摘取耳机之前先摘取帽子。
因此，本发明的一个目的是提供一种能够提供同时带有振动的动态立体声的耳机装置。
本发明的另一个目的是提供一种耳机装置，它允许用户不需要摘取帽子就可以戴上或摘取耳机，并且允许用户不需要摘取耳机就可以戴上或摘取帽子。
本发明的另一个方面是提供一种时髦、流行的耳机装置。
本发明的另一个目的是提供一种用于提供带有振动的立体声的方法，该方法最好用于该耳机装置中。
为此目的，根据本发明的耳机装置包括一对分别具有声音转换器的声音产生单元。该声音产生单元被设计为分别置于用户的左右耳附近。该耳机装置具有带有振动器的振动产生单元。该振动产生单元被设计为置于用户颈部背面。在操作中，电子转换器响应音频信号产生声音，并且振动器同时产生振动。该声音由用户的左右耳所感受。另一方面，该振动被在用户的颈背处感受。这使得用户同时感受声音和振动，这向用户提供声音的振动的复杂和动态的组合。
在本发明的耳机装置的另一个方面中，该耳机装置还包括具有相对端的“U”形带。并且，该带分别在相对端支承声音产生单元，并且在其中部支承振动产生单元。这使得用户可以在三个部位感受振动颈背部和左右耳。这意味着用户可以感受动态的音响效果。
在本发明的耳机装置的另一方面中，每个声音产生装置包括一个臂，该臂在其一端与该相对端的一个相连接，并且径向地从与该带的相对的相对端相交的轴向外延伸。并且，电子转换器提供于该臂的另一端。这使得所产生的振动通过该带和臂传送到用户的耳朵中。
在本发明的耳机装置的另一方面中，该臂绕该轴可旋转地与该相对的相对端相连接。这使得该耳机装置根据相应用户的尺寸(即，从耳到颈背的距离)调节声音产生单元和振动产生单元之间的距离。
在本发明的耳机装置的另一个方面中，每个臂具有使该臂绕该轴偏转向该带的弹簧，使得该振动产生单元被压在用户的颈背上。这使得振动产生单元定位在用户的颈背上，使得用户感受带有振动的动态立体声。
在本发明的耳机装置的另一个方面中，该臂包括用于容纳该声音转换器的壳体。并且，该壳体被确定尺寸和形状，使得它可以置于所述用户的外耳上。这使得该耳机装置可以具有小尺寸、轻重量、并且易于携带。
在本发明的耳机装置的另一个方面中，该振动器被固定在该带中。通过这种设计，使得振动被通过该带传送到用户的颈背和耳部。
在本发明的耳机装置的另一个方面中，该带具有左和右弹性部分，每个弹性部分从该振动产生单元和该一对声音产生单元延伸。通过这种设计，所产生的振动被增加，从而在该带的整个长度上传送，这使得用户感受更多的带有振动的动态声音。
在本发明的耳机装置的另一个方面中，该振动产生单元接收该音频信号中的频率的特定频带，并且响应该频率的特定频带产生振动。通过这种设计，该振动从频率的特定频带产生。
在本发明的耳机装置的另一个方面中，该频率的特定频带包括在音频信号中的较低频率成份。通过这种设计，特别在听音乐中，用户可以同时感受声音和低频的振动。即，用户可以感知真实的演奏，其中较低频率被增强。
在本发明的耳机装置的另一个方面中，该耳机装置包括控制要被振动产生单元所接收的特殊频率的控制器。这使得用户根据他的喜好控制振动的强度。
在本发明的耳机装置的另一个方面中，该控制器被提供于该带中。通过这种设计，用户可以在听音时控制振动的强度。
并且，一种用于同时提供声音和振动的方法，包括如下步骤提供音频信号；响应该音频信号驱动一对声音转换器以产生相应的声音，该一对声音转换器被置于用户的各耳朵的附近；响应该音频信号驱动一振动器以产生相应的振动，该振动器被置于用户的颈背。
在用于同时提供声音和振动的另一个方法中，包括如下步骤提供一音频信号；响应该音频信号向用户的左右耳提供声音；以及响应该音频信号的低频成份向用户的颈背提供振动。
从上文可以看出，耳机装置和用于该装置的方法可以同时提供声音和振动。并且，该耳机装置和用于该装置的方法可以使得用户带上和摘取耳机装置与他是否戴软帽或硬帽无关，并且使得用户戴上或摘取软帽或硬帽与它是否戴该耳机装置无关。


图1是根据本发明的优选实施例的耳机装置的平面视图；图2是用户戴图1中所示的耳机装置的透视图；图3是根据本发明的耳机装置的侧面正视图，其中示出一个臂的运动；图4是用户戴图1中所示的耳机装置的透视图；图5是图1中所示的耳机装置的部件分解透视图；图6是图1中所示的耳机装置的部件分解部分透视图；图7是图1中的耳机装置的臂的横剖面图；图8是图1中所示的耳机装置的部件分解部分透视图；图9是图1中所示的耳机装置的振动产生单元的横剖面图；图10A至10C示出该振动产生单元的部件，并且图10A是磁轭的平面视图，图10B是振动部件的部分切断侧面正视图，以及图10C是振动片的平面视图；图11是图1中所示的耳机装置的电路图；以及图12是根据本发明另一个实施例的耳机装置的部分透视图。
参照图1至5，在此示出根据本发明的实施例的耳机设备，其总体上由标号10所表示。耳机设备10具有约为“U”形的带，其总体上由标号12所表示。最好，带12由可弯曲材料所制成。该材料可以是象聚丙烯这样的合成树脂，或者是象铝、不锈钢、钛酸盐及其组合这样的金属。为了减轻耳机设备10的重量，该带12应当由合成树脂所制成，而不是用金属制成。为了进一步减轻重量，根据该实施例的带12由聚丙烯模制而成。但是，该带可以装配有由树脂、金属或其组合所制成的各种部件。
如图1中所示，该带12在其中间部位具有振动产生单元，其总体上由标号14所表示，并且其相对端分别具有总体上由标号16所表示的声音产生单元。最好，作为振动输出14的一部分的带12的中央部分18以及与该声音产生单元16相邻的带12的相对端部分20具有较大的厚度和刚度，使得它们可以经受一定的外部作用力。另一方面，延伸于中央部分18和相对端部分22之间的连接部分22可以较薄，以使其具有一定的弹性。其结果是，当用户戴上耳机设备10时，声音产生单元16能够以适当的压力配合在耳朵的对准位置，使得耳机设备10被定位支承在用户身上。如图2中所示，在本实施例中设计为耳机形式的声音产生单元16适当地配合在耳屏26和对耳屏28之间的外耳30上。
每个声音产生单元16具有从连接于带12的左端和右端部分之间的轴32(在图1中以假想线示出)径向地向外延伸的臂34。如图6中最佳地示出，臂34具有四个部分连接部分36、延伸部分38、支承部分40、和耳机壳体42。连接部分36被连接到带12的端部，使其可以绕轴32旋转。延伸部分38在其一端与连接部分36相连接，并且从轴32向外径向延伸。支承部分40从延伸部分38的相对端向着相对臂34向内延伸。确定耳机壳体42的形状和尺寸，使得它可以配合在耳屏26和对耳屏28之间的外耳30上，并且安装在支承部分40的末端。在该实施例中，臂34由几个部件所构成，但它可以被模制成单个部件。
耳机壳体42容纳声音转换器44。可以使用任何类型的常规声音转换器，只要该转换器能够把电信号转换为相应的声音即可。转换器44被通过导线136和138(参见图11)与耳机电路120电连接。为了露出和保护该导线，臂34包括一个用于接受导线136和138(还参见图11)的通道46(参见图7)。并且，如图5和8中所示，耳机壳体42在其前壁部分48包括多个小孔50，当耳机壳体配合到耳朵上时，该前壁部分48面向用户24的外耳道。在这种情况下，所再现的声音被从孔50送出。另外，该壁部分48可以由合适的金属网所制成。
再次参见图6，臂34在其连接部分36与带12相连接，使得它可以绕轴32旋转。为此目的，用于支承臂34的带12的端部被整体地绕轴32以同心结构形成有内和外圆筒形接收部分52和54。另一方面，臂34的连接部分36被整体形成有环状的盘片56以及同心的内和外圆筒形部分58和60。圆筒形部分58和60从盘56的内和外圆周在相对方向并与轴32。应当指出，内圆筒形部分58的外径略小于外圆筒形接收部分的内径，并且外圆筒形部分60的外径基本上等于外圆筒形接收部分54的外径。因此，在组装时，臂34的内圆筒形部分58可以插入在带12的内圆筒形接收部分52中，并且外圆筒形部分60的端面与外圆柱形接收部分54的相对端表面相对。这使得臂34相对于带12绕轴32旋转。
再次参照图3，提供一个总体上由标号66所表示的限制机构，以限制臂34在抵着带12的第一部位62和臂34成角度地远离带12的第二部位64之间的运动范围或角度。如图6中最佳地示出，限制机构16包括销68，其整体地形成在内和外圆筒形接收部分52和54之间的盘56的中间部位上，并从该部位向着连接部分36并与轴32相平行的方向凸起。连接部分36的盘56由在内和外圆筒形部分58和60之间绕轴32周围延伸的细长开孔或狭缝70限定。当把臂34与带12相装配时，销68置于狭缝36中。狭缝36的相对端对应于上述的第一和第二部位62和64。这意味着臂34相对于带12旋转，其中销68可以沿着狭缝70运动，即，在第一和第二部位62和64之间运动。
当与带12相组装时，臂34被从第二部位64向着第一部位62用力推。为此目的，如图6中所示，螺旋状弹簧72被连接在内圆筒形部分58周围与盘56的外表面邻接。该螺旋状弹簧72在其相对端形成有弯曲部分或钩子74。一个钩子74与从槽70凸起的销68的末端相啮合，并且另一个钩子74与从外圆筒形部分60的内表面凸起的部位76相啮合，使得臂34被强制从第二部位64向第一部位62推。
再次参照图6，连接部分36的外圆筒形部分60在其与圆筒形接收部分54相对的端部形成有一切口78。该切口78用于把与转换器44相连接并延伸到延伸部位38的近端之外的导线136和138(参见图11)导向到限定在带12的端部外侧上的腔体80中。如图中所示，切口78沿着外圆筒形部分60的外围延伸到一定的程度，使得，当臂34相对于带12在第一和第二部位62和64之间旋转时，没有破坏张力或剪切应力作用在导线136或138上。为了安全，当然要用适当的盖子82(参见图5)盖住腔体80。
参照图5，振动输出14具有与带12的中央部分相整合并在中央部分的宽度方向上延伸的椭圆部分83。椭圆部分83向内凹，以限定一个凹腔84，其中固定地容纳振动器86。该凹腔84在其开口处被盖住，使得振动器86不可见。
如图9中所示，振动器86包括基片90和圆筒形盖92，使得它们限定一个具有一定体积的腔体。并且，振动器86被用多个适当的螺丝钉94固定在凹腔84中。在基片90与圆筒形盖92之间的腔体内，支承一个金属制成的薄电路板。在该实施例中，片96的周围部分被基片90和圆筒形盖92所支承。并且，如图10C中所示，片96具有几个细长的切口，使得它具有适当的弹性。
并且，磁轭100同轴地设置于弹性片96上。磁轭100在其中部具有圆筒形凹陷，其中容纳圆柱形永磁体102和金属片104。最好，磁轭100、永磁体102和金属104被以同心的方式置于弹性片96的中轴98周围，并且由沿着轴98延伸的固定部件108固定在弹性片96上，从而构成一个振动组件99。
另外，螺旋线圈110位于腔体中。线圈110在其一端固定在盖92的顶壁内表面上，并且延伸到限定于永磁体104和与该磁体相分离的磁轭100的一部分之间的圆筒形空间中。因此，当螺旋线圈110被随时间变化的电信号或可变电压(例如，音频信号)所偏置时，它产生随时间变化的磁场。这使得永磁体102以及振动组件99振动或平行于轴98往复运动。然后，该振动传送到带12的中间部分18。应当指出，该振动的幅度与施加到线圈110上的电压成比例地增加。
振动组件99的共振频率由其质量和弹性片96的弹性所确定。在该实施例中，通过进行多次听音试验使该共振频率设为约40Hz。为此目的，该弹性片96由例如具有10μm厚度的不锈钢片所制成，其表面涂有薄的硅橡胶(未示出)，因此获得适当的Q值(Q dump)。
在振动器86中的线圈110与导线144电连接(参见图11)。该导线144通过限定在连接部分22中的通道112延伸到带12的左腔体80中。在其一端与安装在右臂34中的声音转换器44相连接的导线138通过在右连接部位22中的一个通道112、该振动输出14的凹腔84、以及在带12的左中部22中的另一通道112到达左腔体80。
如图1中所示，带有声音转换器44和振动器86的耳机设备10具有延伸出带12的左端部22并通过适当的插头和插座与音频设备130相连接的电线126。该电线126捆扎上述电线136、138和144，使得音频信号从音频设备130通过该导线传送到耳机设备10，以同时产生相应的声音和振动。电线126具有遥控器128，通过该遥控器可以控制音频设备130的操作(例如，播放和停止操作)以及耳机设备的操作(例如，音量控制)。该音频设备130可以是任何类型的常规设备，例如磁带设备、压缩光盘(CD)播放机或者磁盘(MD)播放机，并且可以是固定式或便携式设备。并且，该设备130可以由单个或组合设备所构成。
参照图11，其中示出耳机设备10、遥控器128和音频设备130的电路图。在该电路中，提供在电线126中的遥控器128包括具有用于音频设备130的操作的多个开关的控制器128a，以及用于控制来自耳机设备10的输出电平的音量调节器128b。因此，通过插头和插座127与音频设备130相连接的电线126总共包括6条线，但是这不是对本发明的限制。
并且，该音频设备130包括耳机驱动电路120、用于播放磁带或CD的重放设备131、遥控信号输入电路133。并且，该耳机驱动电路120具有分别连接到重放设备131的左(L)和右(R)声道信号的两个输入端122和124。端子122和124通过在主音量调节器146中的可变电阻146a和146b、放大器132和134、导线136和138分别与左和右转换器44相连接。另外，遥控器128的音量调节器128b提供在导线136和138中，用于控制对耳机设备10的输出。
放大器132和134被在其输出端与滤波器电路140相连接。滤波器电路140过滤从放大器馈送的输入信号的具有特定较低频带的信号成分。该滤波器电路140还连接到能够进一步放大从滤波器电路140馈送的低频带的BTL驱动放大器142。另外，该放大器142通过导线144与振动器86相连接。
在这种方案中，振动器86的输出电平由主音量调节器146所控制；但是，它还可以由位于遥控器128上的音量开关128b所调节。在这种情况中，用户可以容易地控制振动的强度而不用接触该音频设备130。
另外，位于电线126中的六条导线145被用于连接在转换器44和遥控器128a中的地129之间。输入电路133被用于接收来自控制器128的遥控器128a的遥控信号，用于控制重放设备131的控制电路(未示出)的操作。根据来自遥控器的遥控信号，该重放设备131运转，以把音频信号发送到耳机驱动电路120的输入端122和124。遥控器128a包括多个按键或开关PB1、PB2和PB3、以及电阻R1、R2和R3，使得总电阻随着开关的打开而变化，从而将执行由按键所选择的操作。
当戴上如此构成的耳机设备10时，如图2和4中所示，用户24把声音产生单元16的左和右耳机42置于他的左和右外耳30上，使振动输出14置于他的颈背处。在这种状态中，声音产生单元16的臂34被弹簧72强制向各个第一部位62偏转，使得振动器14与用户的颈背紧密接触。
同时，如上文所述，常规的耳机设备具有几个缺点。例如，左和右振动器分别位于转换器附近，使得常规的耳机设备加重。并且，该设备被支承在左和右耳附近。这需要头带被设计为使得声音产生单元以约200g的压力置于各个耳朵上。
与此相反，本发明的耳机设备10由三个部位所支承，即左和右耳和颈背。这使得带12被设计为仅对各耳朵施加约50g的压力。并且，由于该耳机设备10由三个部位所支承定位，因此即使当它可能受到在象慢跑这样的运动中产生的震动时，也可以用减小的压力来保持在规定位置上。另外，该耳机设备10从一个耳朵跨过颈背延伸到另一个耳朵，即，在头顶上不存在任何东西，这使得用户可以毫无困难地戴上或摘取软帽或硬帽。
在耳机设备10的操作中，重放设备130例如产生音乐的音频信号。该再现的信号被传送到耳机驱动电路120的输入端122和124。利用音量调节器146，该信号可以被在放大器132和134放大。然后，所放大的信号被分别通过导线136和138传送到左和右转换器44。转换器44再现对应于所放大信号的声音。并且，该信号被在滤波器电路140滤波，该滤波器电路通过200Hz以下的频率，最好通过150Hz以下的频率，并且截止剩余的频率。然后，从滤波器电路140馈送出的包括低频成分的信号被在放大器142放大，并且进一步通过导线144传送到振动器86的线圈110。这使得永磁体102和振动部件99根据该低频成分振动，该振动被从弹性片96传送到带12。
这使得耳机设备10的振动输出14通过带12向用户的颈背提供所产生的振动。一部分振动还通过带12的连接部分22和端部20，然后通过耳机42传送到用户24的外耳30。这使得用户24在3个部位感受该振动，即，主要在颈的背部，以及另外在左右耳处。
另外，尽管常规的耳机设备在有限部位(即，仅仅在耳部)向用户提供振动，但是根据本发明的耳机设备在从一个耳朵环绕着颈的背部到另一个耳朵的扩展区域上向用户提供振动。这意味着，尽管本发明的耳机设备10仅仅具有一个振动器，从而产生比常规带有两个振动器的耳机设备更小的振动，即，该振动是常规设备的一半，但是在本发明的耳机设备中产生的振动能量更加有效地被用户所感受。
尽管耳机设备10是通过遥控器128与音频设备130相连接的，但是遥控器128可以被取消。在这种情况中，耳机设备10直接连接到音频设备130。并且在这种情况中，耳机设备10可以具有用于控制音量等等的各种开关。例如，参见图12，带12具有三个按键150、152和154以及一个音量调节器156。如果重放设备是磁带设备，则该按键150被用作为开启/关闭开关，按键152作为反转开关，并且按键154作为正转开关。另一方面，如果该重放设备是收音机，则按键150被用作为调幅/调频选择开关，并且按键152和154被分别用作为上调和下调开关。并且，音量调节器156可以被用于改变来自转换器44的声音质量和/或来自振动器86的振动强度。
并且，尽管位于臂34的末端的耳机42是所谓的内耳型耳机，其被确定尺寸和形状以支承在外耳30上，但是它还可以是任何类型的常规耳机，包括覆盖在耳朵上的所谓的外耳型耳机。
另外，可以制备不同尺寸的耳机，即大尺寸耳机和小尺寸耳机。例如，大尺寸耳机用于成年人，如图2中所示，耳机42和转换器86之间的水平距离可以约为85mm，并且连接耳机42和转换器86的线与横过转换器86的垂直线之间的角度可以是约75°。
另外，在上述实施例中，安装在臂34和带12的连接部上的弹簧72被用作为强制臂34转向其第一部位的偏转装置。但是，该偏转装置不限于此，并且可以是一个形成该臂的延伸部位38或其部件的螺旋线圈弹簧。在这种情况中，臂34可以整体地与带12相连接。
因此，在此公开了一种改进的耳机设备。尽管已经示出并描述本发明的实施例和应用，并且已经描述由本发明人当前所考虑到的最佳模式，但是应当知道对于本领域内的专业人员来说，还可以有更多的改进而不脱离本发明的思想。另外，本发明可以被扩展，并且仅受到所附权利要求及其合理的等价表述所限制。
权利要求
1.一种耳机装置，其特征在于，它包括一对分别具有声音转换器的声音产生单元，所述声音产生单元被分别置于用户的左右耳附近；以及一个带有振动器的振动产生单元，所述振动产生单元被置于用户颈部背面；以及其中，所述电子转换器响应音频信号产生声音，并且所述振动器同时产生振动。
2.根据权利要求1所述的耳机装置，其特征在于，还包括具有相对端的“U”形带，所述带分别在相对端支承所述声音产生单元，并且所述振动产生单元在其中部。
3.根据权利要求2所述的耳机装置，其特征在于，每个所述声音产生装置包括一个臂，所述臂在其一端与所述相对端中的一个相连接，并且径向地从与所述带的所述相对的相对端相交的轴向外延伸，并且所述电子转换器提供于所述臂的另一端。
4.根据权利要求3所述的耳机装置，其特征在于，所述臂绕所述轴可旋转地与所述相对的相对端相连接。
5.根据权利要求3所述的耳机装置，其特征在于，所述每个臂具有使所述臂绕所述轴偏转向所述带的弹簧，使得所述振动产生单元被压在所述用户的所述颈背上。
6.根据权利要求1所述的耳机装置，其特征在于，所述臂包括用于容纳所述声音转换器的壳体，所述壳体被确定尺寸和形状，使得它可以置于所述用户的外耳上。
7.根据权利要求1所述的耳机装置，其特征在于，所述振动器被固定在所述带中。
8.根据权利要求1所述的耳机装置，其特征在于，所述带具有左和右弹性部分，每个所述弹性部分从所述振动产生单元和所述一对声音产生单元延伸。
9.根据权利要求1所述的耳机装置，其特征在于，所述振动产生单元接收所述音频信号中的频率的特定频带，并且响应所述频率的特定频带产生振动。
10.根据权利要求9所述的耳机装置，其特征在于，所述频率的特定频带包括在所述音频信号中的较低频率成份。
11.根据权利要求10所述的耳机装置，其特征在于，还包括控制要被所述振动产生单元所接收的所述特定频率的控制器。
12.根据权利要求11所述的耳机装置，其特征在于，所述控制器被提供于所述带中。
13.一种用于同时提供声音和振动的方法，其特征在于，包括如下步骤提供一音频信号；响应所述音频信号驱动一对声音转换器以产生相应的声音，所述一对声音转换器被置于用户的各个耳朵的附近；响应所述音频信号驱动一振动器以产生相应的振动，所述振动器被置于所述用户的颈背。
14.一种用于同时提供声音和振动的方法，其特征在于，包括如下步骤提供一音频信号；响应所述音频信号向一用户的左右耳提供声音；以及响应所述音频信号的低频成份向所述用户的颈背提供振动。
全文摘要
一种耳机10具有一对被设计为置于用户的耳朵附近的声音产生单元16和被设计为置于该用户的颈背的振动产生单元14。响应一音频信号,该声音产生单元16产生声音并提供到人耳。与此同时,响应该音频信号,该振动产生单元产生要被提供到用户的颈背的振动。然后,该用户将通过耳朵感受该声音,并同时通过颈背感受振动。这向用户提供一种动态的音响效果。
文档编号H04R5/033GK1259005SQ99126658
公开日2000年7月5日 申请日期1999年12月23日 优先权日1998年12月25日
发明者永吉厚 申请人:松下电器产业株式会社