CN101600478B - 一种用于呼吸面罩的声音传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适于覆盖在佩戴者脸上的呼吸面罩，其包含面罩主体，该面罩主体含有气体进气道，该气体进气道被配置在与佩戴者的呼吸通道相连的气流传送中，用于在该佩戴者吸入时使气体流以预定气流通过；安装于所述面罩主体上的通讯麦克风(30)以捕获(面罩)佩戴者的声音，通讯麦克风产生声音信号；衰减设备(34)以衰减声音信号；用于在预定频率范围内监听通讯麦克风附近的声音强度的声音监测器(36)，其连接到控制器设备(38)，以当所述声音监测器监测到的声音强度在预定强度范围内时激活所述衰减设备。

Description

一种用于呼吸面罩的声音传感器

技术领域

本发明涉及一种带有内置麦克风的呼吸面罩。

背景技术

大多数飞机都装有呼吸面罩系统以便在紧急情况下向机组成员供应氧气，例如在飞机减压期间的低氧环境(oxygen depletedenvironments)中。在这样的紧急飞机操作过程中，飞行员、导航员和其他飞行机组成员可能戴上包含了要求的呼吸调节器(breathingregulator)和麦克风系统的呼吸面罩。该呼吸面罩必须包含麦克风，以便在该紧急情况期间，能维持同其他机组成员或者同控制塔工作人员的通信。

在大部分麦克风系统中，所述佩戴者发出的声音激活麦克风，该麦克风将接收到的声音转换为音频信号用以传送。但不幸的是，所述麦克风接收到的声音不仅包含所述佩戴者的声音，也包含背景噪声。当所述佩戴者吸气时，气体流过所述面罩的呼吸调节器的声音常常特别地响，并且所述声音作为噪声被传送，该噪声很大一部分在频率和强度上与人说话时发出的声音类似。当两个或更多佩戴面罩的飞行机组成员中的一个正在讲话时，其他机组成员在吸气期间产生的噪声能严重地干扰对正在讲话的所述机组成员的倾听和理解。另外，当所述机组成员被暴露在重压紧急状态(stressful emergency conditions)中时，他们的呼吸速率的增加会大大增强噪声干扰的程度。这种干扰呈现出一个非常严重的问题，因为在如此紧急的时刻，所述机组成员和所述控制塔之间的有效通信极其必要。

现有技术已经尝试通过在所述麦克风系统中并入电子滤波器(electronic filters)和噪声减弱装置(noise dampening means)来克服所述噪声干扰。然而，已经发现这样的滤波器和减弱器也滤除了所述说话的声音。

现有技术已经提供了其麦克风包含噪声衰减构造或麦克风钝化(microphone deactivation)设备的呼吸面罩，以通过使麦克风在所述佩戴者吸气期间电动失效来减少产生自所述麦克风的音频信号的数量。

一种这样的钝化设备已经被提出，它包含一对装于弹簧片(leafspring)上的通常闭合的触头(contacts)，其与所述麦克风串联，并与配置在所述气体供应通道上的空气撞击薄片(air impingement tab)连接，以便进入的气体能相对弹簧偏向(spring bias)移动该薄片以打开所述触头并使所述麦克风失效。这样的设备遭遇到的缺点是激活所述开关的进入空气流可能会滞后于所述飞行员的吸气周期，因而在所述麦克风被切断前留下一个延时，在该延时内麦克风可能会拾取他的或她的吸入噪声。此外，用于克服连接弹簧片的偏置的空气流力量可能相当大并且可能干扰平稳和敏感的操作。

另一种这样的钝化设备在连接所述麦克风的电路中包含一个通常闭合的电磁簧片(electromagnetic reed)开关设备。一个可移动磁铁被配置在所述面罩的吸入空气气流中，以根据其运动打开所述簧片开关，从而使麦克风失效。因为这种簧片开关/磁铁设备可能相对较小，且只需要最小的力来操作，所以这种设备适合用在呼吸面罩应用中，以便使所述面罩的体积和重量最小化。在所述钝化设备中，所述磁铁通过一条弹簧被偏置于一个与所述开关隔开的正常位置，从而在所述飞行员讲话时的呼气期间，作用于所述簧片开关上的所述磁铁的磁场没有足够的力量来关闭该开关，以便所述麦克风的电路连通并且使声音传送得以维持。当所述佩戴者吸气时，所述空气气流集中地撞击在所述磁铁上，相对卷弹簧(coil spring)的偏向来移动该磁铁至与簧片开关毗连的位置，从而该磁场与该簧片开关相互作用以断开所述电路使所述麦克风失效。

然而，这种钝化设备对调节非常敏感。例如，所述弹簧的力量必须被调节以便在所述佩戴者的吸入期间通过所述磁铁断开所述开关。如本领域技术人员所知，随着时间的推移，所述弹簧的力量可能随之变化，因此，该弹簧必须有规律地在维护操作期间被调节。

发明内容

因此，优选地是实现一种带有内置麦克风的呼吸面罩，其含有对所述噪声敏感的钝化设备以便该噪声不被所述麦克风拾取，该钝化设备可靠且不易受干扰。

为了更好地讲清一个或多个问题，在本发明的第一方面中，一种适于覆盖在佩戴者脸上的呼吸面罩，其包含：

-面罩主体，其含有气体进气道(inlet port)，该气体进气道被配置在与所述佩戴者的呼吸道相连的气流通路中，用于在该佩戴者吸入时使气体流以预定气流通过；

-通讯麦克风，其安装于所述面罩主体上以捕获所述佩戴者的声音，并产生声音信号；

-衰减设备(attenuation device)，用于衰减所述声音信号；

-声音监测器，用于在预定频率范围内监测所述通讯麦克风附近的声音的强度，其连接到

-控制器，用于当声音监测器监测到的声音强度在预定强度范围内时，激活所述衰减设备。

不带有用于衰减吸气噪音的机械部分的呼吸面罩具有非常稳定的运转，并且在维护操作期间不需要调节。

在一个具体实施例中，所述呼吸面罩包含第二声音监测器以监测含有话语频率的声音。如果这样的声音被监测到，则其被认为是佩戴者的语音，并且即使所述第一声音监测器监测到了其它声音，所述声音信号也不被衰减。该具体实施例在所有环境中传送声音都有优势，即使可呼吸的空气正流入所述面罩。

在另一个具体实施例中，所述声音监测器监测由所述通讯麦克风产生的声音信号。该具体实施例在通过最小化所述呼吸面罩的部件数量来降低成本的方面上有优势。

附图说明

通过下文所述具体实施例，本发明的这些和其他方面将变得明显并得到阐述，其中：

图1是戴于飞行机组成员面上的飞机呼吸面罩的概略侧视图，根据本发明，其内部包含麦克风配件和噪声衰减设备；

图2是图1所示呼吸面罩的麦克风部件的第一具体实施例的示意图；

图3是图2所示麦克风部件的操作流程图；

图4是图1所示呼吸面罩的麦克风部件的第二具体实施例的示意图；以及

图5是图1所示呼吸面罩的麦克风部件的第三具体实施例的示意图。

在下文描述中，同样的标识号在不同附图中代表相同或相应的元件。

具体实施方式

参照图1，提供了飞行机组成员使用的全脸面罩(full facemask)10，其包含一个被密封安装进面罩主体14的透镜12以密封所述佩戴者的脸。所述面罩主体安装有突出的调节器防护罩(regulatorhousing)16，其内为一个常规要求的调节器部件(图中未示出)提供空间用于在合适的传送压力下传送可吸入空气，例如氧气或氧气/空气混合气体。

所述调节器防护罩通过连接到其上的进口软管18和接头(fitting)20，在来自增压气源的压力下接收可吸入气体。此外，该调节器防护罩安装到一个总体上表示为22的麦克风部件上，该麦克风部件嵌套在所述面罩主体内以把接收自所述佩戴者的声音转换成音频信号从而传送给其他机组成员和控制塔。

可调节系带24被连接到所述面罩和面罩主体上，以在使用时方便地在所述佩戴者头上将所述面罩调节舒适。

参照图2，所述麦克风部件22包含连接到发射器32上的麦克风30，该发射器32用于把音频信号发送给其他机组成员和控制塔。

在所述麦克风30和所述发射器32之间，连接有衰减设备34，以便将被发送的音频信号可以被衰减。

衰减设备34至少包含两种操作模式。第一种模式是“通过”模式，在这种模式下，其不修改来自麦克风30的声音信号。第二种模式是“衰减”模式，在这种模式下，衰减来自所述麦克风的声音信号。

所述衰减设备可能是开关，并且所述衰减模式在于关闭声音信号。或者所述衰减设备可能是电子零部件或被设计成在衰减模式下降低所述声音信号强度的软件。

声音监测器36被连接在所述麦克风30的输出口，与衰减设备34平行。

声音监测器36的输出被指向控制衰减器34的控制器38的输入。

参照图3，所述麦克风部件工作如下。在步骤40中，麦克风30捕获所述呼吸面罩内的声音。该声音可能是佩戴者的语音，吸气期间来自可吸入气体调节器的噪声或来自周围环境的任何噪声。

浊语语音(Voiced Speech)的频率带宽大约是从300Hz到3000Hz。比如，在语音通信中，可用声音频带范围大约是从300Hz到3400Hz。

浊语语音中99％的能量在3000Hz以下。因此，可以认为任何强度的频率范围在3000Hz以上的声音不是浊语语音的部分，而是增音(parasitic sound)或噪音。

因此，在步骤42中，声音监测器36分析由所述麦克风捕获的声音，其预定的频率范围在所述浊语语音频率范围之外。例如，声音监测器36分析10kHz以上的频率范围。

在所述预定频率范围中，如果声音被监测到为某个强度，即在预定强度以上，例如60dBa(调整分贝)以上，可以认为所述麦克风捕获到了增音。

在呼吸面罩中所述吸入气体产生的噪声的频谱分析表明这种噪声近似于白噪声(white noise)，即它沿着一大频率范围有近似相同的强度。分析尤其表明了10kHz以上的高强度成分。

因此，如果声音监测器监测到频率10kHz以上且在该频率范围内强度60dBa以上的声音，则可以推断所述声音来自吸入气体。

当声音监测器监测到这样的声音时，执行步骤44，它发送信号给控制器38。当接收到该信号时，执行步骤46，控制器38激活所述衰减设备导致所述被发送的声音信号在监测到来自吸入气体的噪声期间被衰减。

如果没有监测到在所述频率范围内的声音，执行步骤48，声音监测器44发送第二种信号给所述控制器38，然后执行步骤49，该控制器38钝化所述衰减设备，即把所述衰减设备置于“通过”模式。

如图4所示，在第二具体实施例中，第二声音监测器50与声音监测器36平行，并被连接到麦克风30的输出口。

该第二监测器50被设置为监测频率范围被用于说话的声音。例如，它监测范围低于500Hz的声音。如果在该频率范围内的声音被监测到，且其强度在第二预定强度，例如60dBa之上，可以推断所述佩戴者正在讲话。因此，即使声音监测器36监测到了来自所述吸入气体的噪声，即在所述第一预定频率范围，控制器38被设置为不激活所述衰减设备。

如图5所示，在第三具体实施例中，滤波器60被安装在所述衰减设备和所述发射器32之间。该滤波器60是带通滤波器(band passfilter)，其带宽在所述浊语语音带宽之内，即从300Hz到3000Hz。因此，即使当所述衰减设备位于“通过”模式时，增音被所述滤波器60滤除。

尽管附图和上述描述对本发明进行了详细的阐释和说明，但这样的阐释和说明被认为是解说性的或示范性的，且不是限制性的；本发明不局限于所公布的具体实施方式。

例如，所述声音监测器可能被连接到第二麦克风，其音频响应不同于麦克风30。

所述麦克风30可能被选择为对浊语语音信号特别敏感且在所述浊语语音带宽内极少失真。并且所述第二麦克风可能被选择为获得一个宽带响应而对失真没有任何要求。

麦克风部件可能发展为电子印制电路板(electronic printedboard)，其使用离散模拟零部件例如滤波器、运算放大器以及逻辑零部件，其中，运算放大器用于放大所述信号并将它们与预定强度进行比较，逻辑零部件用于控制所述电路板特性。

它也可能发展为数字电路板或模拟/数字混合电路板，其使用软件和数字信号处理器(Digital signal processor，DSP)来实现上述功能。

例如，模拟-数字转换器可以将所述麦克风30输出的信号转换为代表被捕获声音的整数流(flow of integer)。

该整数流由受软件管理的处理器进行处理以分析所述被捕获声音的特征并如上文所述那样决定应用所述衰减。

Claims (5)

1.一种适于覆盖在佩戴者脸上的呼吸面罩，包含：

-面罩主体(14)，所述面罩主体(14)包括气体进气道(18、20)，其中，所述进气道(18、20)被配置在与所述佩戴者的呼吸通道相连的气流通路中，用于在该佩戴者吸气时使气体流以预定气流通过；

-通讯麦克风(30)，其被安装于所述面罩主体上以捕获所述佩戴者的声音，并用于产生声音信号；

-衰减设备(34)，用于衰减所述声音信号；

-第一声音监测器(36)，用于在预定频率范围内监测所述通讯麦克风附近的声音强度，其连接到

-控制器(38)，用于当所述声音监测器监测到的所述声音强度在预定强度范围内时，激活所述衰减设备。

2.根据权利要求1所述的呼吸面罩，其特征在于，所述预定频率范围在10kHz以上且所述预定强度范围在60dBa以上。

3.根据权利要求2所述的呼吸面罩，其特征在于，还包括第二声音监测器(50)，用于在第二预定频率范围内监测所述通讯麦克风附近的声音强度，其中，所述第二预定频率范围在500Hz以下，并且当所述第二声音监听器监测到的声音强度高于60dBa时，所述控制器(38)不激活所述衰减设备。

4.根据权利要求3所述的呼吸面罩，其特征在于，所述第一和第二声音监测器监测由所述通讯麦克风产生的声音信号。

5.根据权利要求4所述的呼吸面罩，其特征在于，所述呼吸面罩包含滤波器(60)，用于滤除频率超出语音频带的声音信号。

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