CN103686508A - 自动调节功率的耳机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于耳机的装置、系统和方法，用于检测所述装置是否处于使用状态，以及在使用所述装置时自动开启，或在不使用所述装置自动关闭，或同时包括这两种调节功能。

Description

自动调节功率的耳机

交叉引用

本申请针对2012年8月30日提交的、申请号为61/695,273、名称为《自动调节功率的耳机》的美国临时专利申请要求优先权，该在先申请被整体纳入本申请作为参考。

技术领域

本发明主要涉及与耳机有关的节能系统和方法，并具体的涉及在耳机未启用时减少或消除电量的消耗。

背景技术

现代耳机由于增加了大量的电子功能变得非常复杂。这些新增的功能包括如蓝牙或Wi-Fi连接、主动降噪、主动均衡和其他可能的电子功能。所有的这些功能都需要电力。由于这些装置的可移动性质，所以通常需要电池电力，而无需从外部电源获得电力。因此，延长电池使用时间对于满足这些装置的可用性期望度来说是很重要的。如果在长途航班结束前电池电量就已耗尽并且主动降噪的功能不复存在，用户对该装置的期望就无法实现。

延长电池使用时间需要减少或消除在未启用状态下不必要的电量损失。当耳机增加了这些装置之后，能够充分延长电池使用时间， 并阻止不必要的电量损失。这要求在用户不使用耳机时，如没有将耳机佩戴在头部时关闭耳机中的服务，如降噪和蓝牙连接等。

此外，耳机用户取下耳机之后，可能会忘记关闭耳机。因此，此时就需要一种方法、装置或者系统，在耳机不被使用的状态下，自动关闭耳机部分或全部耗电部件。单一的方法对于最大限度节省电量可能并非最优方法。所述的各个方法都有局限，因此最大限度延长电池使用时间需要对这些方法进行结合。

发明内容

开关与传感器组合使用以向装置提供电力，并在用户佩戴着耳机时闭合或打开。为了节省电量， 当该产品检测到用户没有使用耳机时，就会关闭。该产品也可以反向工作，当用户戴上耳机时打开。如果耳机和媒体源启动了无线连接功能，所述系统/装置也可以在与媒体设备（如蓝牙）配对时工作。

其它可以被用来检测耳机是否处于使用状态的技术包括监测耳机是否在播放内容，比如检测耳机是否在接收来自某个装置的输入。应当注意的是，此种来源内容缺失的情况下，优选的并不会关闭使用状态下的降噪功能，因为用户戴着耳机可能只是为了降低环境噪音。

其它可以用来检测耳机是否处于使用状态的方法包括检测耳机的位置，包括耳机腿（arm）是否伸长、耳机腿是否打开以及耳机是否通过扩展（已测定扩展）头带来固定在人的头部。 比如，用户关掉耳机后，喜欢耳机挂在脖子上。

本发明的其它技术特征还包括：

如果装置处于工作状态，而用户将该装置从他/她的头上移走，该系统在一小段时间（比如，通过计时器测定，大约2秒后）后将会进入待机状态； 当将该装置重新佩戴回用户的头部时，所述系统在1-2秒内重新回到开机状态； 如果该装置已关闭，则所述耳机功能以被动模式工作；

当铰链展开时，铰链下方的开关闭合以打开所述耳机；

当耳罩位于或环绕人耳时，耳罩（通过用户的耳朵）检测到电容的变化并开启所述设备；

用于播放/停止、调高音量、调低音量的按钮在蓝牙状态或无线状态，甚至电量耗尽的情况下都能工作；

当有线连接被使用时，该装置关闭耳机内部的无线功能， 如蓝牙。举例而言，位于有线耳机接口（如附图中的3.5 插孔）上的开关在所述接口被接入时，通过一个内置的开关能够自动关闭蓝牙功能。此功能减少了电量消耗，并对设备的性能没有消极影响。在有线连接实现时，它将自动关闭所述无线功能。所述装置还可以在飞机上进行有线连接时和/或不允许使用无线功能的情况下自动关闭无线功能。

附图说明

图1为本发明一个具体实施方式的主视图。

图2为本发明一个具体实施方式的主视图。

图3为本发明一个具体实施方式的立体图。

图4为本发明一个具体实施方式的主视图。

图5为本发明一个具体实施方式的主视图。

图6为本发明一个具体实施方式的主视图。

图7为可用于本系统、装置、方法的各种元件的示意图。

具体实施方式

参照附图1-5，机械开关18与铰链28耦合，成为头带12的可折叠结构的一部分，所述可折叠结构用于使本装置在不使用时更加节能。所述开关18串联至主电池26，并在所述头带被折叠或者不使用时断开连接。在一个优选的具体实施方式中，在这种低能耗的状态下，只有传感器和控制系统被开启，消耗微量电量。耳机10可以长时间保持这种状态下而不会完全耗尽电量。然而，打开耳机10并不能保证它佩戴在用户身上并已完成使用准备。在一个具体实施方式中，打开耳机只会让耳机处于一种空闲、低电耗的状态，直到传感器16感应到耳机10已经佩戴在用户身上。

传感器16可以在不同情况下采用电容、热、压力或导电接触元件等方式来判断传感器是否在使用。当传感器16检测到一个用户时，它们会打开电源使系统进入全力工作状态。当耳机10被移开时，传感器16经检测到这个状态，并使系统进入低电耗状态。在一个具体实施方式中，每个耳罩14里的两个传感器16被用来确保每个耳罩14被完全戴在用户的耳朵或头上。如果所有4个传感器（每个耳罩都有两个）在系统全力工作前都能感应到用户，该系统的出错率就会降低。这样就可以防止在用手拿起耳机的一边时使耳机错误开启。另外，也可以通过采用动作感应技术（例如：动作传感器）来判断耳机是否被拿起而且被戴在用户身上。

本发明的一个具体实施方式通过感应头带的张力来检测耳机是否戴在用户身上。有可能出现希望耳机在没有被戴在用户身上时也会工作的情形，作为“个人扬声器”，这可以通过感应耳罩方向的开关来实现。

此外，检测装置如开关18和/或传感器可以通过耳机铰链28的机械运动，例如旋动或转动铰链28，来进行开启或关闭。所述开关可以位于可旋动的铰链上。在一个具体实施方式中，转动耳机10的一边时（如把耳机的一边从用户身上移开，但另一边仍然戴在用户的另一只耳朵上时），耳机不使用的一边（或频道）将会被关闭。

图1显示了本发明一个具体实施方式的视图，其显示了位于该实施例头带12中的开关18、电导元件和启动器30。该图所示耳机10代表了处于未使用状态的本装置。头带12处于未伸展位置，并优选的处于关闭状态或模式。开关18及启动器30互不接触，以关闭本装置。由于耳机10是戴在用户头上的，因此头带是向外伸展，以使启动器30与开关18接触通电并开启本装置。

图2显示了本发明戴在用户头上时处于伸展位置的主视图。在该图中，启动器30与开关18产生接触，完成了元件之间的电路连接。当头带被拉伸以适应用户头部时，头带的弯度发生了改变，使开关闭合（请见附图1-6）。开关16（如可以断开电路的电子元件，阻断电流或传导电流从一个导体至另一个导体）可以被用在这种自动开/关系统中。所述开关可以位于不同的位置，但优选的位于头带中，以利用佩戴或脱掉耳机时产生的机械弯曲运动。

在本应用中，一个手动操纵的电子机械开关可以与一套或多套连接至外部电路的电子接触元件一起使用。每一套接触元件都处于以下两种状态中的一种：“闭合”，意味着接触元件互相接触，因而电流可以在元件间流通，或者“打开”，意味着接触元件互相分离而且开关不能导电。使这两种状态（张开或闭合）发生转换的装置可以是“转换型（toggle type）”（扳动开关可以持续“开”或“关”），或者“瞬间开关型（momentary type）”（推向“开”或推向“关”）。

自动操作开关被用来控制机械的运动，例如，用来显示车库门已经全部打开或者机械工具处于可以接受另一个工件的位置。数个开关可以通过流程变量如：压力、温度、流量、电流、电压、力等，作为流程中的传感器以及用来自动控制系统。一个理想的开关在状态转换时应需要最少上升和下降时间，同时在转换状态时不需要在开和关的位置上“跳换（bouncing）”。

在部分实施例中，例如当所述耳机被手持或移动时，我们并不希望所述耳机处于使用状态或被开启。为了减少无意中打开装置的可能性，优选的采用传感器16来确定所述耳机10是否佩戴于用户的头部或耳部。为此可以使用多种不同的传感器。

电容传感是一种基于将人体电容（human body capacitance）作为输入的电容耦合（capacitive coupling）的技术。电容传感可以用于许多不同类型的传感器，包括用于检测和测定距离（proximity）、位置或位移、湿度和加速的传感器。电容传感，作为一种人类交互装置（HID）技术，也可以用于本申请。电容触摸传感器已经被用于其它装置，如笔记本电脑、轨迹板、数码音频播放器、计算机显示器、手机、移动装置、平板电脑等。电容传感器是类型多样、性能可靠、坚固耐用的独特人机交互界面，相对于机械开关可以降低成本。

电容传感器可以检测任何导电的或具有与空气绝缘不同的绝缘的物体。电容传感器可以通过许多不同的介质来构建，例如铜、 氧化铟锡（ITO）和墨印（printed ink）。铜电容传感器可以用在标准FR4印刷电路板以及弹性材料上。所述电容传感器的尺寸和间隔（spacing）对于所述传感器的性能非常重要。除了所述传感器的尺寸以及其与接地面的间隔，所用的接地面的类型也非常重要。由于所述传感器的寄生电容（parasitic capacitance）与对地电场（e-field）相关，因此选择电场线密集程度受到限制同时没有导电体的接地面非常重要。

当目标（如耳朵）装载了所述传感器或提高了对地寄生电容时，可以使用自电容或绝对电容。电容一般通过间接方式测定，如用所述电容控制振荡器的频率，或将其用于改变交流信号的耦合（或衰减）的水平。简单电容计常常是基于张弛振荡器设计的。待感应电容形成所述振荡器电阻电容（RC）电路或电感电容（LC）电路的一部分。另一种测定技术为将固定频率交流电压信号用于电容分压器（capacitive divider）。

作为备选，位于所述头带12之内或之上的应变计（strain gauge）24可以感应所述头带的弯曲。举例说来，当用户佩戴上所述耳机后，所述应变计感应所述头带的弯曲并指示所述单元开启。

应变计24为用于测定目标张力的装置，其利用了电导的物理性质及其对导体几何形状的依赖。当电导体在其弹性界限范围内伸展从而避免损坏或永久变形，所述电导体会变得更细更长，这样的改变提高了两端之间的电阻。相反的，当导体被压缩而不再弯曲时，所述导体将变粗变短，这样的改变降低了两端之间的电阻。根据测定的所述应变计的电阻，可以推导出所施加的压力的量。典型的应变计将又长又细的导电条放置成平行线的锯齿形（zigzag）图案，使得在所述平行线的方向上的一小部分压力导致所述导体的有效长度上的张力相对于单一直线导线而言成倍增加，并因此导致电阻的成倍的发生变化。

箔应变计也可以纳入本发明。不同的应用对所述应变计具有不同的要求。在多数情况下，所述应变计的方向（orientation）是很重要的。应变计可以通过胶附着至所述头带。为了长久固定，优选的使用环氧胶。环氧胶通常需要高温固化（high temperature curing）（约80-100℃）。与所述应变计粘接的表面的制备很重要。所述表面应当用溶剂进行平滑和去油处理。然后移除所述溶剂的痕迹并在此之后立刻将所述应变计粘上，以防止已制备区域氧化或污染。如果不遵循这些步骤，粘接至所述表面的应变计可能会不稳固，并可能产生不可预知的测定误差。

基于应变计的技术一般用于压力传感器的制造。用在压力传感器本身的应变计一般由硅、多晶硅、金属膜、厚膜和粘接箔制成。所述耳机或头带内的电容传感器也可以用于所述自动开/关系统。所述电容传感器可以位于很多位置，包括头带中、耳机中、板/垫中或耳罩中。

类似的，在所述装置内部或上面也可以使用其它传感器，包括但不限于光（包括红外线）、触摸、热、射频、动作、压力、电感应、导电、湿气传感器，以及任何其它对佩戴了所述耳机的人进行感应的技术。

图3显示了所述头带12中的所述开关18的一个具体实施方式的立体图。所述头带12的两端互相耦合，并与开关18耦合。所述开关18可以被用于确定所述耳机10是否位于用户头部。

图4显示了根据本发明的一个具体实施方式的主视图，其中所述耳机处于未使用状态。在该情况下，所述头带12具有很大的弧度，因此铰链28和启动器30的角度使得所述启动器30不接触所述开关18。如上文所述，这导致该装置在未使用状态中关闭。

图5为图4装置的主视图，其中所述耳机处于使用状态。在该情况下，所述头带12向外伸展以适应用户的头部，这导致所述启动器30与所述开关18接触，使电路闭合并开启所述装置。

图6是根据本发明的一个具体实施方式的主视图，该装置包括位于所述头带12中的应变计24。该图同时展示了所述头带的未伸展状态和已伸展状态。由于所述头带向外伸展，所述应变计24检测到所述头带的张力增加。在理想状态下，当所述传感器16确认用户头部位于所述耳罩14之间时，所述系统将开启。

图7显示了可用于本系统/装置/方法的各种元件的示意图。当所述耳机被打开使用时，所述开关18闭合，告知所述片上系统9（SOC）操作装置开启。它然后使主电源26（电池）通过开关装置13（晶体管控制开关）利用控制信号32提供主电流。

一旦所述主系统开启，其将等待所述传感器微控单元（MCU）（3、6）提示用于各耳34，36的所述传感器板（1、2用于右耳，4、5用于左耳）因人耳（34、36）处于所述耳罩（15、17）中而具有足够电容。当所述MCU（3、6）提示耳朵就位时，其将开启所述耳机系统的其余部分并激活音频。如果来自所述开关18或传感器（1、2、4、5）的信号因任何原因暂时中断，将有一个一般为15秒的暂停期来防止所述系统关闭。

Claims (15)

1.一种自动调节功率的耳机，具有可处于开启和关闭状态的电子元件，还包括：

电池；

头带；

与所述头带相连的至少一个耳罩；

导电开关结构，所述导电开关结构位于所述头带内部，在所述头带向外伸展时启动；

其中，所述开关结构在启动时开启所述耳机；

并且，所述开关结构在未启动时关闭所述耳机。

2.根据权利要求1所述的耳机，其特征在于还包括：

至少一个传感器，所述传感器位于至少一个耳罩中，其中所述传感器检测所述耳机是否已佩戴在人的头部；

在所述开关结构启动并且所述至少一个传感器检测到所述耳机已佩戴在人的头部时，所述耳机自动开启；

在所述开关结构未启动并且所述至少一个传感器未检测到所述耳机已佩戴在人的头部时，所述耳机自动关闭。

3.根据权利要求1所述的耳机，其特征在于：所述开关结构包括铰链结构和启动器结构。

4.根据权利要求2所述的耳机，其特征在于：所述传感器包括光传感器。

5.根据权利要求2所述的耳机，其特征在于：所述传感器包括红外线光传感器。

6.根据权利要求2所述的耳机，其特征在于：所述传感器包括触摸传感器。

7.根据权利要求2所述的耳机，其特征在于：所述传感器包括热传感器。

8.根据权利要求2所述的耳机，其特征在于：所述传感器包括射频传感器。

9.根据权利要求2所述的耳机，其特征在于：所述传感器包括动作传感器。

10.根据权利要求2所述的耳机，其特征在于：所述传感器包括压力传感器。

11.根据权利要求2所述的耳机，其特征在于：所述传感器包括电感应传感器。

12.根据权利要求2所述的耳机，其特征在于：所述传感器包括导电传感器。

13.根据权利要求2所述的耳机，其特征在于：所述传感器包括光传感器。

14.根据权利要求2所述的耳机，其特征在于：所述传感器包括湿气传感器。

15.根据权利要求2所述的耳机，其特征在于：所述传感器包括应变计。

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