CN101233782A - 与头戴设备的电子接口 - Google Patents
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Abstract
功率从头戴设备中的电源递送到耦合到该头戴设备的单独的附件。功率和信号在将头戴设备耦合到附件的公共导体上被递送。头戴设备和附件之一或二者基于信号被配置。可以在附件处通过专用功率导体从头戴设备接收功率。功率可以从便携附件中的电源被递送到头戴设备,其中该头戴设备耦合到该便携附件并且为向用户递送音频的头戴设备中的电路使用该功率。
Description
技术领域
本说明书涉及与头戴设备的电子接口。
背景技术
例如,音频信号典型地通过结束于适应播放器或收音机插孔的插头的多导体线缆被输送到头戴耳机。当麦克风被添加到头戴耳机以形成耳麦(headset)时,麦克风信号也可通过同一线缆被输送到使用该麦克风信号的设备,如电话机或录音机。在航空耳麦中,线缆在耳麦的插孔处可拆卸,允许在耳麦的使用中改变。
当用户仅使用减噪特征且不使用来自播放器或收音机的音频时,连接线缆也可从典型的减噪头戴耳机断开连接。作为减噪头戴耳机一部分的电路可由安装在头戴耳机中的电池供电。
在某些军用通信耳麦中,可拆卸的麦克风插头可向内部通信电路输送麦克风信号并给麦克风供电。
可插入蜂窝电话中用于免提的耳麦一般使用从蜂窝电话的电源接收偏置电压的驻极体(electret)麦克风。
便携式音乐播放器可供电以运行外部设备中的电子器件,如到例如汽车中的FM收音机的发送器。
在通用串行端口(USB)标准中,可由USB主机或集线器通过USB连接器向USB外设提供功率。主机和外设可交换关于相互的身份和操作参数的消息(使用USB标准的握手和功率管理特征)。消息可包括外设在不同操作状态中将使用多少功率或外设中可用的存储器量。USB耳麦可配置为与其他设备进行交互的外设。
发明内容
一般地,在一个方面,功率从头戴设备中的电源递送到耦合到该头戴设备的单独的附件。
一般地,在另一方面,功率和信号在将头戴设备耦合到附件的公共导体上递送。
一般地,在另一方面,信号在头戴设备和通过导体耦合到该头戴设备的附件之间来回传送,头戴设备和附件之一或二者基于信号被配置。
一般地,在另一方面,在附件处通过功率导体例如专用功率导体从头戴设备接收功率。
一般地,在另一方面,要安装在头部的音频设备包括将声音递送到耳朵的转换器和电源,以及导体从电源向耦合到该音频设备的附件递送功率。
一般地,在另一方面,安装在头部的音频设备包括将声音递送到耳朵的转换器、电源、以及信号输送设备,并且公共导体从音频设备向附件输送功率以及在音频设备和附件之间进行信号输送。
一般地,在另一方面,要安装在头部的音频设备包括将声音递送到耳部的转换器、与连接到音频设备的附件通信的信号传送设备,以及有线通道,其在头戴音频设备和附件之间来回输送配置信号。
一般地,在另一方面,要安装在头部的音频设备包括将声音递送到耳朵的转换器、电源、以及从电源向耦合到音频设备的附件递送功率的专用功率导体,以及有线通道,其在头戴音频设备和连接到该音频设备的附件之间来回输送配置信号。
一般地,在另一方面,要耦合到头戴设备的附件具有连接到设备的专用功率导体以为附件接收功率的导体。
一般地,在另一方面,具有信号传送设备的附件与头戴设备之间执行配置信号的有线通信。
一般地,在另一方面,具有公共导体的附件在附件和头戴设备之间输送功率和信号。
一般地,在另一方面,附件具有使用功率的设备,并且导体从头戴设备为设备接收功率。
一般地,在另一方面,功率从便携式附件中的电源被递送到耦合到该便携附件的头戴设备,并且为向用户递送音频的头戴设备中的电路使用功率。
实现可包括一个或多个以下特征。头戴设备包括头戴耳机和耳麦中的至少之一。头戴设备包括音频设备。头戴设备包括有源减噪电路、放大电路或音频处理电路中至少之一。附件包括音乐播放器、无线接收器、无线收发器或收音机中至少之一。使用包括导体的可拆卸线缆来耦合设备和附件。信号包括命令、控制或管理信号中至少之一。功率从头戴设备中的电源递送。电源包括电池。附件是头戴设备的外设。功率导体专用于递送功率。
根据以下说明和权利要求,其他优点和特征将变得明显。
附图说明
图1是头戴耳机局部剖面的前视图。
图2是附件模块和头戴耳机的透视图。
图3和4是示意图。
图5是头戴耳机插孔的侧视图。
图6是框图。
具体实施方式
如图1的具体例子所示,音频头戴耳机100通过在头戴耳机和附件(未示出)之间提供接口的可拆卸附件线缆400连接,附件例如是立体声音响或MP3播放器、用于语音感测的麦克风、航空或直升机接口线缆、连接到USB主机的线缆、或直接连接到头戴耳机100的模块162(下面说明)。头戴耳机100是头戴设备的例子。耳麦(其包括麦克风)是另一个例子。短语“头戴设备”意欲包括安装在头部或头部的任何部分(例如耳朵或鼻子或头发)由佩戴者使用的各种可能类型的电子设备。
可拆卸的附件线缆400可允许针对各种平台而对头戴耳机100的功能进行重新配置。例如,用于头戴耳机100中的电子器件134和136(例如有源减噪ANR)供电的内部电池160也可用于给附件线缆400中或线缆连接的附件中的电子器件供电。
可拆卸的附件线缆400和头戴耳机100之间的连接可以通过3.5mm、0.25in或其他直径的插头或电话插头410。可使用其他类型的连接器,例如类似于一般在某些蜂窝电话中常见的平行触头的连接器。可从头戴耳机100通过插头410的4个金属触头之一向附件线缆400供电。由头戴耳机100向附件线缆400中的电子器件提供的功率可以是稳压功率、稳流功率、原始电池功率、直流、交流、燃料电池、或太阳能电池或任何其他电源。
除了供电,可拆卸的附件线缆400可用作在头戴耳机100和附件之间输送控制或管理信号的有线通道,例如,用在握手和配置中(下面说明)。
头戴耳机100包括连接到头带106的左耳罩102和右耳罩104,头带106包括通过连接器109固定到中央翼展112的左调节套108和通过连接器111固定到中央翼展112的右调节套110。在某些例子中,头带106可包括其他数目和配置的元件。左调节套108和右调节套110使佩戴者能调节左耳罩102和右耳罩104相对于中央翼展112的位置以适应不同佩戴者的尺寸要求和舒适喜好。
如图1所示的局部剖面,左耳罩102包括耳罩外壳114、耳罩盖118、耳罩音频密封(在图1中未示出)以及耳罩角度调节安装件126。
类似地,右耳罩104(如图1所示的局部剖面)包括耳罩外壳116、耳罩盖120、耳罩音频密封124以及耳罩角度调节安装件128。
耳罩盖118连接到耳罩外壳114以限定左耳罩腔130。耳罩盖120连接到耳罩外壳116以形成右耳罩腔132。左耳罩腔130和右耳罩腔132分别包含左部电子器件134和右部电子器件136。在图1的例子中,左部和右部电子器件134和136提供和控制头戴耳机100功能,其可以包括ANR、头戴耳机电源以及附件功率管理(如下所述)。
左耳罩102通过耳机调节安装件126可旋转地连接到左调节套108。耳罩调节安装件126可以包括一个或多个可旋转连接器142和146。此例中示出的耳罩调节安装件126可以包括可旋转管脚146和可旋转连接器142。可旋转管脚146使得左耳罩102能够绕着轴150进行旋转调节。可旋转连接器142使得左耳罩102能够绕着纵向轴138进行旋转调节。
类似地,右耳罩104通过耳机调节安装件128可旋转地连接到右调节套110。耳罩调节安装件128可以包括一个或多个可旋转连接器144和148。此例中示出的耳罩调节安装件128可以包括可旋转管脚148和可旋转连接器144。可旋转管脚148使得右耳罩104能够绕着轴152进行旋转调节。可旋转连接器144使得右耳罩104能够绕着纵向轴140进行旋转调节。
在图1中,音频头戴耳机100被示出为处于装载(stowage)位置。左耳罩102和右耳罩104已经分别绕着轴138和140进行旋转。在该装载位置处,左耳罩102的耳罩盖118和右耳罩104的耳罩盖120处于共同平面上。
耳罩盖118的剖面展示了附件插头410的附件插入通道153的开口。耳罩盖118的剖面还展示了可包含在左耳罩腔130内的电子器件134。电子器件134可包括与附件线缆400的插头410配套的插孔154,从而允许电子器件与附件功率管理电路、左耳罩扬声器以及左耳罩ANR电子器件进行接口连接。类似地,耳罩盖120的剖面展示了可包含在右耳罩腔132内的电子器件136。电子器件136包括ANR使能开关158、用于头戴耳机电源的电池160、头戴耳机电源电路、右耳罩扬声器以及右耳罩ANR电子器件。
参考图2,使用安装在附件模块162上的附件插头410,而不是使用线缆,示例的附件模块162通过附件插入通道153直接连接。左耳罩102的耳罩盖118已被移除以展示安装在左耳罩腔130内的电子器件134。通过移除耳罩盖118展示的电子器件134可包括附件功率管理电子器件164、左耳罩扬声器166以及左耳罩ANR电子器件168。
示例的附件模块162包括为佩带者提供到蜂窝电话(未示出)的免提无线(例如蓝牙)连接的电子器件170。附件模块162还可包括可拾取佩带者语音声音的麦克风172。附件模块162和麦克风172从头戴耳机电池160接收功率。在某些实现中,附件模块可包括电子器件170,其例如为佩带者提供到立体声音响或MP3播放器音频源、航空或直升机接口、USB主机等等的无线连接。
可拆卸模块162可允许对头戴耳机100的功能进行重新配置以在各种平台上使用。例如,头戴耳机100可包含内部电池(未示出)以给头戴耳机100中的ANR电子器件168供电。内部电池可用于给可与头戴耳机100接口连接的附件模块162中的电子器件供电。可以通过插头410上的触头之一从头戴耳机100向附件模块162供电。由头戴耳机电池160向附件模块162中的电子器件170提供的功率可以是原始电池功率、由附件功率管理电子器件164(在图3和4中讨论)调整的电压或电流功率,或任何其他电源。
某些实现可包括头戴耳机100和附件模块162之间的信号输送能力。信号输送能力可用于多种目的和功能,包括握手、电源配置或头戴耳机100和附件模块162之间的信号配置。
如图3所示,可安装在头戴耳机中的示例电路200包括给ANR头戴耳机电子器件204供电的增压转换器(boost converter)202,以及附件功率管理电路206。电路200是头戴耳机右耳罩电子器件136的一部分或可替换地是左耳罩电子器件134的一部分或在头戴耳机中的某些其他位置。如果附件(例如,400和162)汲取(drawn)的电流超过最大预定供应阈值,则附件功率管理电路206可切断到附件(例如,400和162)的电源。
附件功率管理电路206的操作如下。当使用开关230首次打开头戴耳机100时,由于增压电路202的动作,Vcc 208增加到额定值2.8Vdc。当电容器Cto 214充电时,比较器Uc 212的+输入(+input)管脚210保持为低电压。比较器Uc 212的-输入(-input)管脚216通过Rb 218保持在较高电压,于是比较器Uc 212初始地将拉低其输出,接通MOSFET Qa 220。MOSFET Qa 220向附件(例如,400和162)供电Va 222。可选择时间常数约为R11*Cto(项224和214),因为R12通常远大于R11,使得Qa 220可被比较器Uc212的+输入管脚210保持,比较器Uc212的+输入管脚210在附件(例如,400和162)汲取的任何初始的高接通电流波峰持续期间保持足够低的电压。
接下来,如果由附件(例如,400和162)从Va 222中汲取的电流超过预定值,使得跨感应电阻器Rs 228的电压降超过跨R11/R12224/226分压器的压降,则比较器Uc 212输出将达到逻辑高电平,Qa 220将断开,且Va 222将下降到基本为0,锁定附件(例如,400和162)断开。佩带者将需要使用开关230对头戴耳机100断电并再接通以便再次向附件(例如,400和162)供电。这个例子仅是一种可能的实现。
附件功率管理电路206的某些实现可包括用无功率管理替代如图3所示的附件功率管理电路206。在这种例子中,Va 222可直接连接到Vcc 208,并且电源202中的限流可能是期望的。可能的限流实现可包括将电流箝位(clamp)在最大值的电阻器、电路、或器件(例如,连接的结场效应晶体管(JFET)将电流限制到其饱和值Idss)。另一例子可包括稳压器(或者切换或者线性的)以将Vcc 208调整到线缆或模块附件400和162所需的Va 222。在功率管理的某些实现中,头戴耳机电源202也可以是来自电池232的原始电源或较高电压(例如锂聚合物)和创建头戴耳机100所需Vcc 208的降压(buck)转换器。
参考图4,在电路300的某些例子中,功率管理和信号输送电子器件304使得能够在与提供给附件302的电压Va 318共享的导体上在头戴耳机100和通电的附件设备302之间进行信号输送。例如,电路300可以使得能够在头戴耳机100和通电的附件设备302之间进行电握手和配置信号输送。电子器件304可用在头戴耳机100和附件302之间实现示例性握手和配置协议的电路来替代功率管理电路206而与此同时还管理功率流。该协议可允许附件302在通电时向头戴耳机100传送二进制或整数值N。这个值N可用于识别附件302是否可兼容地与头戴耳机100一起使用,或用于以某种方式来配置头戴耳机100。
头戴耳机100配置的例子可包括通过线缆连接附件线缆400向典型的音频源(例如家用立体声音响)提出32欧姆负载以模拟传统的无源消费头戴耳机。另一例子可包括当连接到无线附件模块162时将头戴耳机100的左和右输入306和308切换到高阻抗状态以最小化电池310上的功耗和汲取。
在这种例子中,电路包括两个微控制器312和314。微控制器Uh 312是头戴耳机电子器件314的一部分。微控制器Ua 314是附件302电子器件的一部分。两个微控制器312和314可以是MicrochipTechnology公司的PIC-10F集成电路。某些实现可使用已出现在头戴耳机100或附件302的电子器件中的更复杂的控制器以实现类似的或附加的功能。微控制器312和314可具有闪存在存储器中的代码以允许实现以下握手和配置协议:当头戴耳机100功率开关352转到开的位置时,微控制器Uh 312周期性地(典型地每10毫秒)检查输入I 316,以查看电压Va 318是否低。这是要检测附件302的配套(或通电时的表现)。
当附件302配套时,电容器Cdd 320(典型地10μF)通过电阻器Rb 322(典型地2Kohm)充电直到电压高到足以使能微控制器Ua314。微控制器Ua 314然后等待几个时间常数Rb*Cdd 322和320,在将输出S 330拉到逻辑低电平之前,使由Cdd的电压馈送的Ua 314的电源输入接近小于跨肖特基二极管Ddd 328的压降的Vcc326。S330保持在逻辑低电平足够长(典型地15ms)用于使微控制器Uh 312检测附件302的存在。Rh 332的值足够小以保证Va 318被拉到微控制器Uh 312输入I 316的预定阈值以下。在唤醒时,以及在所有握手过程中,微控制器Ua 314管脚O 350保持为高以使MOSFET Qa336关断,防止附件302工作。在将输出S 330保持为逻辑低电平15ms(典型地)之后,微控制器Ua 314然后释放S 330使Cdd 320再次充电以保证具有足够电压来保持对微控制器Ua 314持续供电(典型地40ms)。当微控制器Uh 312检测到输入I 316(电压Va 318)已返回逻辑高状态时,它开始更频繁地(即,每100微秒)检查管脚I316。这开始了附件握手序列。在Cdd 320充电之后,微控制器Ua 314将S 330拉到逻辑低电平150微秒(典型地),保证微控制器Uh 312检测到输入I 316(电压Va 318)处于逻辑低电平。当微控制器Uh 312检测到Va 318处于逻辑低电平时,它将握手寄存器清零。微控制器Uh 312继续每100微秒检查输入I 316的状态。每检查四次(即,每400微秒),握手寄存器中的值递增1。
在管脚S 330的第一个150ms(典型地)选通之后,微控制器Ua 314等待400微秒的某个N倍,以选通输出S 330在另一150微秒(典型地)间隔内为低。N的值是附件302希望在握手过程中传送给头戴耳机100的信息。当微控制器Uh 312检测到微控制器Ua314已第二次将Va拉低时,100微秒检查周期和握手过程完成,其中握手寄存器现在包含从附件302传送的值N。在电路300中,如图所示,将N与头戴耳机100中存储的列表比较以确定附件是否兼容。如果附件是兼容的,则微控制器Uh 312拉低输出O 334,接通MOSFET Qh 338以给附件302供电。Qh 338的栅极已通过上拉电阻Rgh 340保持为逻辑高电平。输出O 334也可被传送到ANR电子器件336以完成某些其他配置,如之前提到的阻抗匹配。
同时,在管脚S 330的第二握手完成选通之后,微控制器Ua 314等待微控制器Uh 312完成握手过程并配置头戴耳机100。然后它拉低输出O 350,接通MOSFET Qa 336,向附件302电子器件供电。微控制器Uh 314接通Qh 338之后,微控制器Uh 312然后开始监控比较器输入C+342和C-324。如果C-324落在C+342的值之下,则附件302汲取超过设计限制的电流,并且晶体管Qh 338被微控制器Uh 312输出O 334断开。电流限制由电流感应电阻器Rcl 344(典型地lohm)以及限制设置电阻器Rl1 346和Rl2 348确定。
参考图5,附件插头410的主体470可包含嵌入式或线内(in-line)的电子器件以执行各种功能,如音频和语音水平控制或对附件的无源配置。主体470,如图所示,还可包含开关480,可配置用作开/关功率开关、音频衰减开关、静音开关等。可替换地,主体470可以放大为如图2所示以容纳所有附件电子器件。
插头410可通过头戴耳机100中的附件插入通道153与插孔154配套。附件插头410可包含应力缓解件490并耦合到附件的单、双或多导体线缆420连接。线缆420和插头410可为头戴耳机100提供与例如下列进行接口连接的物理能力:来自立体声音响或MP3播放器的音频输出、到蜂窝电话的免提连接(有线或无线)、用于语音感知的麦克风、航空或直升飞机、到USB主机的连接等。为此,线缆的另一端可与插头、插槽或另一类型的连接器配合或直接连线到附件。或者如上所述,附件可直接附接在插头上而不用任何线缆。
附件线缆400的插头410包括允许头戴耳机连接到附件的4个单独的触头。在此例中,触头可用于服务电源电路430、左音频通道440、右音频通道450以及公共或接地电路460。在某些实现中,电源电路430可配置为握手、配置控制或头戴耳机100和附件之间的通信接口线(例如,Va 318,如上所述)。线缆中的导体分别连接到每一触头。
在某些实现中,触头和线缆导体中的一个或多个可专用于且仅输送功率,其他一个或多个可专用于且仅输送音频信号,其他一个或多个可专用于仅输送控制、管理或命令信号,或者一个或多个触头和线缆导体可通过适当的复用技术输送功率、音频信号和控制/命令/管理信号的任何组合。在某些实现中,不同于同轴多触头电话插头的连接器可用于将头戴耳机连接到附件。在某些实现中,线缆永久附接于头戴设备,以及附件连接到线缆的自由端。
在某些实现中,例如,如图6所示,附件600如便携音乐播放器、收音机、蜂窝电话或其他音频通信设备可具有其自己的内部电源604,以及来自该电源的功率可被导体605输送以给涉及在头戴设备608中向用户提供音频的电子电路606供电,例如,ANR电路、放大电路或头戴耳机中其他音频处理电路。
其他实施例也在所附权利要求的范围内。
Claims (43)
1.一种方法,包括:
从头戴设备中的电源向耦合到所述头戴设备的单独附件递送功率。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述头戴设备包括头戴耳机和耳麦中至少之一。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述头戴设备包括音频设备。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述附件包括音乐播放器、无线接收器、无线收发器或收音机中至少之一。
5.根据权利要求1所述的方法,其中所述设备和所述附件使用可拆卸线缆耦合。
6.根据权利要求1所述的方法,还包括:在将所述头戴设备耦合到所述附件的公共导体上递送功率和信号。
7.根据权利要求1所述的方法还包括:
在所述头戴设备和所述附件之间来回传送信号,以及
基于所述信号来配置所述头戴设备和所述附件之一或二者。
8.一种方法,包括:
在附件处通过功率导体从头戴设备中的电源接收功率。
9.根据权利要求8所述的方法,其中所述头戴设备包括头戴耳机和耳麦中至少之一。
10.根据权利要求8所述的方法,其中所述头戴设备包括音频设备。
11.根据权利要求10所述的方法,其中所述电源包括电池。
12.根据权利要求8所述的方法,其中所述附件在所述头戴设备外围。
13.根据权利要求8所述的方法,其中所述附件包括音乐播放器、无线接收器、无线收发器或收音机中至少之一。
14.根据权利要求8所述的方法,其中所述设备和所述附件使用包括功率导体的可拆卸线缆耦合。
15.一种装置,包括:
要安装在头部的音频设备,且包括将声音递送到耳部的转换器和电源,以及
导体,从所述电源向耦合到所述音频设备的单独附件递送功率。
16.根据权利要求15所述的装置,其中所述头戴设备包括头戴耳机和耳麦中至少之一。
17.根据权利要求15所述的装置,其中所述头戴设备包括音频设备。
18.根据权利要求15所述的装置,其中所述功率从所述头戴设备中的电源递送。
19.根据权利要求18所述的装置,其中所述电源包括电池。
20.根据权利要求15所述的装置,其中所述附件包括音乐播放器、无线接收器、无线收发器或收音机中至少之一。
21.根据权利要求15所述的装置,其中所述设备和所述附件使用包括所述导体的可拆卸线缆耦合。
22.根据权利要求15所述的装置,其中所述导体专用于递送功率。
23.根据权利要求15所述的装置,其中所述附件在所述头戴设备外围。
24.根据权利要求15所述的装置还包括:
信号输送设备,其与连接到所述音频设备的附件通信,以及
公共导体,其从所述音频设备向所述单独附件输送功率以在所述音频设备和所述附件之间输送信号。
25.根据权利要求15所述的装置,还包括:
信号输送设备,其与连接到所述音频设备的附件通信,以及
有线通道,其在所述头戴音频设备和所述附件之间来回输送配置信号。
26.根据权利要求25所述的装置,其中所述信号包括命令、控制或管理信号中至少之一。
27.一种装置,包括:
要耦合到头戴设备的附件,所述附件具有连接到所述设备的功率导体以为所述附件接收功率的导体。
28.根据权利要求27所述的装置,其中所述头戴设备包括头戴耳机和耳麦中至少之一。
29.根据权利要求27所述的装置,其中所述头戴设备包括音频设备。
30.根据权利要求27所述的装置,其中功率从所述头戴设备中的电源递送到所述附件。
31.根据权利要求30所述的装置,其中所述电源包括电池。
32.根据权利要求27所述的装置,其中所述附件在所述头戴设备外围。
33.根据权利要求27所述的装置,其中所述附件包括音乐播放器、无线接收器、无线收发器或收音机中至少之一。
34.根据权利要求27所述的装置,其中所述设备和所述附件使用包括所述导体的可拆卸线缆耦合。
35.根据权利要求27所述的装置,其中
所述附件包括信号输送设备,以与所述头戴设备进行配置信号的有线通信。
36.根据权利要求27所述的装置,其中
所述附件包括在所述附件和所述头戴设备之间输送功率和信号的公共导体。
37.根据权利要求27所述的装置,其中
所述附件包括使用功率的设备以及从头戴设备为所述设备接收功率的导体。
38.一种方法,包括
从便携式附件中的电源向头戴设备递送功率,其中所述头戴设备耦合到所述便携式附件并且为向用户递送音频的头戴设备中的电路而使用功率。
39.根据权利要求38所述的方法,其中所述头戴设备包括有源减噪电路、放大电路或音频处理电路中至少之一。
40.根据权利要求38所述的方法,其中所述附件包括音乐播放器、收音机、蜂窝电话或通信设备中至少之一。
41.一种装置,包括:
头戴设备的便携式附件,所述附件包括电源,所述附件通过导体被连接到所述头戴设备,其中该导体从所述电源向使用功率以向用户递送音频的所述头戴设备中的电路输送该功率。
42.根据权利要求41所述的装置,还包括所述头戴设备以及其中,所述头戴设备包括有源减噪电路、放大电路或音频处理电路中至少之一。
43.根据权利要求41所述的装置,其中所述附件包括音乐播放器、收音机、蜂窝电话或通信设备中至少之一。
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