CN105722000B

CN105722000B - 听力装置

Info

Publication number: CN105722000B
Application number: CN201510970943.1A
Authority: CN
Inventors: R·索; J·托尔森
Original assignee: Oticon AS
Current assignee: Oticon AS
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2020-02-18
Anticipated expiration: 2035-12-22
Also published as: EP3038204B1; US9722306B2; US10219085B2; EP3038204A1; US20180255409A1; US9986348B2; EP3886248A1; CN105722000A; US20170303055A1; US20160183016A1; DK3038204T3

Abstract

本申请公开了一种听力装置，包括安排在配置成将佩戴在人耳处的壳体中的天线单元，所述壳体包括顶部和相应的左侧和右侧，所述天线单元包括：辐射天线结构和形成所述辐射天线结构的地的结构，其中另外的元件形成延伸的地平面，其安排在距所述辐射天线结构一定距离处，所述延伸的地平面电连接到形成所述地的所述结构；与所述辐射天线结构连接的通信单元，用于在无线链路上经所述辐射天线结构将数据传给外部单元和/或从其接收数据。

Description

听力装置

技术领域

本发明涉及天线单元。本发明还涉及听力装置如助听器或听力仪器中的天线单元。本发明还涉及听力装置中天线单元的使用。

背景技术

放在耳朵处的例如用于帮助具有听力损失的人或者用于因任何其它原因提供增强的听音体验的装置可有利地从其它单元无线接收信号和/或将信号传到其它单元。为建立无线通信，需要天线单元。

发明内容

在此所述的天线单元可有助于改善与头戴装置之间的无线通信。此外，本发明可提供现有技术的备选解决方案。

在一方面，用在将佩戴在人耳处的壳体中的天线单元可具有一个或多个下述特征。天线单元可包括辐射天线结构和形成辐射天线结构的接地的结构，其中延伸的地平面安排在距辐射天线结构一定距离处。天线单元还可包括与辐射天线结构连接的通信单元以在无线链路上经辐射天线结构将数据传给外部单元或从其接收数据。

在一方面，听力装置可包括安排在配置成佩戴在人耳处的壳体中的天线单元。该壳体可包括顶部和相应的左侧和右侧。壳体优选包围多个电子元件，包括天线单元。天线单元可包括辐射天线结构和形成辐射天线结构的接地的结构。另外的元件可形成延伸的地平面，其安排在距辐射天线结构一定距离处，延伸的地平面可电连接到形成接地的结构。此外，通信单元可与辐射天线结构连接以在无线链路上经辐射天线结构将数据传给外部单元或从其接收数据。

天线单元可用于与外部装置建立无线通信，如移动电话、TV/TV盒、远程传声器、编程单元、遥控器等，或者使用包括天线单元的装置建立到放在人的另一只耳朵处的另一装置的通信。这使能将数字化声音和/或控制信号传送如流传输给包括前述天线单元的可佩戴单元或从其接收数字化声音和/或控制信号。

天线单元可适于发射和/或接收无线电频率的电磁信号。无线电频率可在从50MHz到10GHz的范围中，如150MHz到750MHz，如1到6GHz，如2.4GHz，如5.5GHz。天线单元可在单一主工作频率或频率范围使用，或者具有多个频率或频率间隔。

用于发射RF电磁信号的天线优选设计成具有所发射信号的波长的至少四分之一的电尺寸，因为这通常使能高天线效率和宽带宽。然而，许多装置没有足够大的天线空间来满足该条件。对于具有如100MHz频率的RF信号，波长的四分之一等于0.75m。因而通常使用物理上远小于波长的四分之一的天线。这样的天线通常称为“电短”或“电小”天线。在此描述的天线单元优选为电短天线。

通常，提高的通信链路质量使给定链路性能的发射器和接收器的功耗降低。根据本发明的天线单元可用于无线听力装置，其中信息在两个听力装置之间或在无线配件和听力装置之间无线传输。便携尤其是可佩戴的单元受可从物理上小的电池获得的电量的限制通常具有有限的运行时间，因而降低功耗以延长电池寿命是这样的装置的主要问题。对于听力装置尤其如此，其中功耗的主要焦点是改善用户如听力受损人员的听力情形。

本发明的一方面提出天线单元可用在听力装置中。前述听力装置优选为适于改善或增强用户的听觉能力的助听器，其通过从用户环境接收声信号、产生对应的音频信号、可能修改该音频信号、及将可能已修改的音频信号作为听得见的信号提供给用户的至少一只耳朵而实现。“听力装置”还可指适于以电子方式接收音频信号、可能修改该音频信号、及将可能已修改的音频信号作为听得见的信号提供给用户的至少一只耳朵的装置如头戴式耳机或耳麦。听得见的信号例如可以下述形式提供：辐射到用户外耳内的声信号、作为机械振动通过用户头部的骨结构和/或通过中耳的部分传到用户内耳的声信号、或直接或间接传到用户耳蜗神经和/或听觉皮层的电信号。

本发明的天线单元还在不可预测的环境条件下提供提高的天线单元性能稳定性，尤其在耳朵生理学/形态学变化、是否使用眼镜和佩戴者耳朵之上/之处的壳体位置变化时。这至少部分看作更恒定的天线匹配，此外，相对于其它耳朵佩戴装置中使用的其它类型的天线提高了效率。

附图说明

本发明的各个方面将从下面结合附图进行的详细描述得以最佳地理解。为清晰起见，这些附图均为示意性及简化的图，它们只给出了对于理解本发明所必要的细节，而省略其他细节。在整个说明书中，同样的附图标记用于同样或对应的部分。每一方面的各个特征可与其他方面的任何或所有特征组合。这些及其他方面、特征和/或技术效果将从下面的图示明显看出并结合其阐明，其中：

图1为天线结构的示意性图示。

图2-4为天线结构的示意性图示。

图5为位于用户耳后的听力装置的示意性图示。

图6为配置成位于用户耳后的听力装置的示意性图示，其中去掉了外壳。

图7为具有辐射结构和地平面的天线单元的示意图。

图8为地平面和延伸的地平面的示意图。

图9为天线单元的示意性图示。

图10示出了一种天线结构。

图11示出了一种天线结构。

附图标记说明

10 天线单元

12 辐射天线结构

14 地

16 间隙

18 延伸的地平面

20 馈电

22 听力装置

24 耳后部分

26 耳廓

28 耳内部分

30 天线单元

32 间隙

34 馈电

44 偶极子状结构

46 馈电

48 第一部分

50 第二部分

52 地

54 延伸的地

56 双臂单极子

58 延伸的地平面

具体实施方式

下面结合附图提出的具体描述用作多种不同配置的描述。具体描述包括用于提供多个不同概念的彻底理解的具体细节。然而，对本领域技术人员显而易见的是，这些概念可在没有这些具体细节的情形下实施。装置和方法的几个方面通过多个不同的块、功能单元、模块、元件、电路、步骤、处理、算法等(统称为“元素”)进行描述。根据特定应用、设计限制或其他原因，这些元素可使用电子硬件、计算机程序或其任何组合实施。

听力装置可包括适于改善或增强用户的听觉能力的助听器，其通过从用户环境接收声信号、产生对应的音频信号、可能修改该音频信号、及将可能已修改的音频信号作为听得见的信号提供给用户的至少一只耳朵而实现。“听力装置”还可指适于以电子方式接收音频信号、可能修改该音频信号、及将可能已修改的音频信号作为听得见的信号提供给用户的至少一只耳朵的装置如头戴式耳机或耳麦。听得见的信号例如可以下述形式提供：辐射到用户外耳内的声信号、作为机械振动通过用户头部的骨结构和/或通过中耳的部分传到用户内耳的声信号、或直接或间接传到用户耳蜗神经和/或听觉皮层的电信号。

听力装置适于以任何已知的方式进行佩戴。这可包括：i)将听力装置的单元布置在耳后(具有将空传声信号导入耳道内的管或者具有安排成靠近耳道或位于耳道中的接收器/扬声器)，如耳后型助听器中；和/或ii)将听力装置整个或部分安排在用户的耳廓和/或耳道中，如耳内式助听器或耳道式/深耳道式助听器中；或iii)将听力装置的单元安排成连到植入在颅骨内的固定结构，如骨锚式助听器或耳蜗植入物中；或者iv)将听力装置的单元安排为整个或部分植入的单元，如骨锚式助听器或耳蜗植入物中。然而，预期天线单元最适合用在耳后型听力装置中。

“听力系统”指包括一个或两个听力装置的系统，及“双耳听力系统”指包括两个听力装置并适于协同地向用户的两只耳朵提供听得见的信号的系统。听力系统或双耳听力系统还可包括辅助装置，其与至少一听力装置通信，辅助装置影响听力装置的运行和/或受益于听力装置的功能。至少一听力装置和辅助装置之间建立有线或无线通信链路，其使能在至少一听力装置和辅助装置之间交换信息(如控制和状态信号，可能音频信号)。辅助装置可包括至少下述之一：遥控器、远程传声器、音频网关设备、移动电话、广播系统、汽车音频系统或音乐播放器或其组合。音频网关适于例如从娱乐装置如TV或音乐播放器、从电话装置如移动电话、或从计算机如PC接收多个音频信号。音频网关还适于选择和/或组合所接收的音频信号(或信号组合)中的适当信号以传给至少一听力装置。遥控器适于控制至少一听力装置的功能和运行。遥控器的功能可实施在智能电话或其它电子装置中，智能电话/电子装置可能运行控制至少一听力装置的功能的应用。

一般地，听力装置包括：i)用于从用户环境接收声信号并提供对应的输入音频信号的输入单元如传声器；和/或ii)用于以电子方式接收输入音频信号的接收单元；听力装置还包括用于处理输入音频信号的信号处理单元和用于根据处理后的音频信号将听得见的信号提供给用户的输出单元。

输入单元可包括多个输入传声器，例如用于提供随方向而变的音频信号处理。这样的定向传声器系统适于增强用户环境中的多个声源之中的目标声源。一方面，该定向系统适于检测(如自适应检测)传声器信号的特定部分源自哪一方向。这可通过使用传统已知的方法实现。信号处理单元可包括适于将随频率而变的增益应用于输入音频信号的放大器。信号处理单元还可适于提供其它适宜的功能如压缩、降噪等。输出单元可包括输出变换器，例如用于将空传声信号经皮或由皮提供给颅骨的扬声器/接收器或用于提供结构或液体传播的声信号的振动器。在一些听力装置中，输出单元可包括一个或多个用于提供电信号的输出电极如耳蜗植入物中的输出电极。

在下面，按说明的方式使用术语偶极子和单极子以说明实际天线单元类似的基本、理论上的天线结构。

图1示意性地示出了用在将如图5中所示佩戴在人耳处的壳体中的天线单元10的截面图。天线单元10包括辐射天线结构12和为辐射天线结构12形成地14的结构，另外，延伸的地平面18安排在距辐射天线结构12一定距离处。此外，当使用在听力装置中时，通信单元与辐射天线结构12电连接以在无线链路上经天线单元10从外部单元接收数据和/或将数据传给外部单元。经天线单元10，通信单元可与外部装置建立无线通信，如移动电话、TV、遥控器、远程传声器等，或者放在不太远地方的单元如放在人头部对侧耳朵处的可佩戴装置。

通常，延伸的地平面可至少部分通过天线结构处的金属结构形成，如金属片、承载金属涂层或层的衬底、柔性电路，或者至少部分通过听力装置的外部壳体部分上的涂层形成。延伸的地平面可通过元件的组合形成。

图2、3和4示意性地示出了天线单元10’、10”和10”’的截面图。在图2中，提供间隙16。在图2中，间隙16安排在天线单元10’的顶部。馈电20安排在间隙16中。

在图3中，间隙16’安排在天线单元10”的一侧。馈电20’安排在间隙16’处。

在图4中，间隙16”安排在构成辐射结构的两片14”’和12”’之间的角落或接线处，其中两片14”’和12”’安排成使得它们之间具有约90度的角度。馈电20”安排在间隙16”中。

通常，提供馈电以激发天线结构辐射。馈电连接到发射器单元以传输计划的信号。

图5示意性地示出了具有两个部分的听力装置22，即放在用户耳廓26的顶部的耳后部分24和部分位于用户耳道中的耳内部分28。

图6示意性地示出了天线单元30的两侧。如该图的右方所示，天线单元30在仪器的左方包括双臂单极子56，如该图的左方所示，延伸的地平面58位于该仪器的右方。壳体构造成与用户的耳廓接触，未示出。在间隙32处，存在馈电34。馈电34电连接到信号发生器，其产生将变换为计划的辐射电磁信号的馈电信号。任何适当类型的编码方案可用于将数据传给听力装置和从其接收数据。

已发现向仪器的没有主动辐射部分的那一侧(即在该例子中，与双臂单极子相对的那一侧)增加延伸的地平面提高运行稳定性。这可从包括前述天线单元的听力装置在不同条件下均实质上一样地表现看出，例如壳体的非最佳定位，例如由于耳朵并非一般耳朵的形状，或者例如壳体相较之前不同地倾斜。这些未对准引起不同的天线单元负载条件，如果不对其进行补偿，天线单元的性能将改变。

图7示意性地示出了偶极子状的结构44，其在电学上等效于在此所示的结构。馈电46连接在两个部分之间，即第一较小部分48和第二较大部分50之间。第二部分在此视为辐射结构的地平面。

图8示意性地示出了地52和部分连接的延伸的地54。地52可使用听力装置中的电池建立，延伸的地可使用放在听力装置壳体内的不同结构建立。图9为包围形成地14的电池的天线单元10的示意性图示。辐射天线结构12位于右方，将延伸的地平面18形成在天线单元的顶部和左方。图10为具有天线单元顶部处的辐射天线结构12和形成天线单元10的地14的电池的天线结构，此外，延伸的地18位于天线单元的左方。作为备选，延伸的地可位于右方。图11为具有天线单元顶部处的辐射天线结构12和形成天线单元10的地14的电池的天线结构，此外，延伸的地18位于天线单元的左方和右方。左方和右方的延伸的地电连接。

与在此公开的天线结构有关，已发现当天线因头部的存在负载时，辐射天线结构12的地14和延伸的地平面18的结合增强天线单元10的性能。这通过天线本身表明其对相对于身体部分如耳朵的预期定向的变化或未对准不太敏感。同样，其它因素如用户佩戴眼镜已被发现不影响该天线单元的性能。

天线的性能通常相对于众所周知的参考如标准化人体进行测量。壳体实际放在真人耳朵上将表示独一无二的环境，因此辐射图不太可预测，天线单元10的性能不太可预测。因而，延伸的地平面18使天线单元10的性能更鲁棒，并使天线单元10在更多条件下更好地表现。

在此公开的天线单元用于使能将数字化声音和/或控制信号传送如流传输给包括前述天线单元10的可佩戴单元和从其接收数字化声音和/或控制信号。

连接到通信单元的处理器之后进行数据处理。通信单元处理经天线单元传给外部装置或从外部装置接收的数据通信，但也可处理去往或来自系统中的处理器如声音处理器等的通信。

天线单元10在此用在具有将佩戴在人耳处的壳体的可佩戴装置中。这对前述壳体中的天线单元10的大小和形状因而其性能有一些限制。许多天线在天线的电波长接近波长的至少1/4时具有最佳性能。作为例子，在2.4GHz时，其为用于蓝牙和蓝牙低功率协议的频率之一，1/4波长在自由空间中将为3.125cm，当壳体放在耳朵之上、之处或之中时这是不可行的。通过不仅向辐射天线结构12提供地平面14，而且提供延伸的地平面18，使该天线单元10相较于用于类似目的的其它天线结构表现更好。至于地平面14，使用电池是有利的，因为这是听力装置中的最大导电结构之一。至于延伸的地平面18，可使用相对大的金属、导电结构，如导电材料板或片。

与寄生元件不同，延伸的地平面完全或者至少很大程度上连接到地平面。此外，延伸的地平面按波长计小，这意味着延伸的地平面优选小于天线单元的工作波长的四分之一，而寄生元件的电波长与天线即辐射结构的电气长度相当或比其大。延伸的地平面优选在工作波长的25％到5％的范围中，如低于25％，如在20％到10％的范围中。

辐射天线结构12可按多种定向安排在壳体中，包括当天线单元由人(也称为用户)佩戴时的定向，使得辐射场的电场分量实质上平行于用户的耳-耳轴。使用该结构，当壳体由用户佩戴时，天线发射的电磁场沿用户头部的表面传播，其电场实质上直交于用户头部的表面，沿其通路到达另一只耳朵。使辐射场的电场分量定向成垂直于头部表面在目标是将信号从一只耳朵传到另一只耳朵时提供增强的性能，因为这降低从一只耳朵到另一只耳朵的通路中的传导损失，这是由于信号沿头部的皮肤表面传播。当提及电场分量时，其可视为占主导地位的场分量，因为辐射场在实践中可包括几个定向，但一个方向可能占优势，该方向正是本说明书中所指的方向。在其他情形下，电场分量可导控成实质上垂直于耳-耳轴，这在通信目标是外部装置时有利，例如放在用户前面的外部装置，最常见的情形是与TV或移动电话通信。

辐射天线结构可以是单极子天线、偶极子天线或其组合。此外，该天线结构可形成为多臂单极子天线、双臂单极子天线、三臂单极子天线、多臂折叠单极子天线、槽缝天线、贴片天线、环路天线、挠性天线、陶瓷芯片天线、具有集成电子电路迹线的注模热塑件、印刷天线或其任何组合。

用于实施辐射天线结构的几何结构和技术可根据计划用途和/或空间考虑进行选择。在一些情形下，配置成在不同频率下运行的两个以上辐射天线几何结构可结合以提供两种不同种类的辐射图，例如一个用于与放在头部另一侧的装置通信，另一个用于从放在耳朵处的装置到用户手拿的装置的通信。辐射天线结构可形成为柔性印刷板上的结构或者一串材料，例如按多个绕组卷绕在电池周围，或完全或部分。也可使用其它适当的形状。此外，如果使用一串材料，该串的末端可连到壳体中的一些元件，或者末端可简单地自由垂下。该串可具有实质上圆形的截面、扁平、或具有任何其它适当的截面。

延伸的地平面可在实质上直交于辐射天线结构的平面中延伸，或者延伸的地平面在实质上平行于辐射天线结构的平面中延伸。从一端看，构成天线单元的主要部分的三个部分可安排成U形，但优选具有平底，其中两个平行侧为辐射天线结构和地平面延伸，及使这两个部分互连的部分为地平面。在电池用作地平面的情形下，两个其它部分即辐射天线结构和地平面延伸可放在两侧，如电池的上下侧。

为进一步优化将佩戴在人耳处的壳体中的空间耗用，辐射天线结构可包括构造成接收电池和/或音频转换器和/或输入装置的开口。例如，输入装置可以是按钮或其它机械输入装置。

上面公开的天线单元可用在听力装置中，其包括用于接收声信号并将所接收的声信号转换为对应的电音频信号的音频转换器、用于将电音频信号处理为处理后的音频信号以补偿听力装置用户的听力损失的信号处理器、连接到信号处理器的输出以将处理后的音频信号转换为输出信号的变换器、及用于无线数据通信的收发器，其中该收发器连接到适于电磁发射和/或电磁场接收的天线单元。

为清晰起见，这些附图均为示意性及简化的图，它们只给出了对于理解本发明所必要的细节，而省略其他细节。在整个说明书中，同样的附图标记用于同样或对应的部分。

当由对应的过程适当代替时，上面描述的、具体实施方式中详细描述的和/或权利要求中限定的装置的结构特征可与本发明方法的步骤结合。

除非另行明确指出，在此所用的单数形式“一”、“该”的含义均包括复数形式(即具有“至少一”的意思)。应当进一步理解，说明书中使用的术语“具有”、“包括”和/或“包含”表明存在所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。应当理解，除非另行明确指出，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，可以是直接连接或耦合到其他元件，也可以存在中间插入元件。此外，在此使用的“连接”或“耦合”可包括无线连接或耦合。如在此所用的，术语“和/或”包括一个或多个列举的相关项目的任何及所有组合。除非另行明确指出，在此公开的任何方法的步骤不限于所陈述的精确顺序。

应意识到，本说明书中提及“一实施例”或“实施例”或“方面”或者“可”包括的特征意为结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一实施方式中。此外，特定特征、结构或特性可在本发明的一个或多个实施方式中适当组合。提供前面的描述是为了使本领域技术人员能够实施在此描述的各个方面。各种修改对本领域技术人员将显而易见，及在此定义的一般原理可应用于其他方面。

权利要求不限于在此所示的各个方面，而是包含与权利要求语言一致的全部范围，其中除非另行明确指出，以单数形式提及的元件不意指“一个及只有一个”，而是指“一个或多个”。除非另行明确指出，术语“一些”指一个或多个。

因而，本发明的范围应依据权利要求进行判断。

Claims

1.一种听力装置，包括：

耳内部分，配置成适于将声音传到用户的耳道；

耳后壳体，配置成适于佩戴在用户耳朵后面；所述耳后壳体连接到所述耳内部分并包括顶部和相应的第一侧和第二侧；及

位于所述耳后壳体中的天线单元，所述天线单元包括：

设置在所述耳后壳体的第一侧处的辐射天线结构；

形成所述辐射天线结构的地的结构；及

延伸的地平面，其设置在所述耳后壳体的第二侧处以与所述辐射天线结构分开一距离，所述延伸的地平面电连接到形成所述地的所述结构；所述延伸的地平面在包括电池的耳后部分中与所述辐射天线结构分隔一空间；及

与所述辐射天线结构连接的通信单元，用于在无线链路上经所述辐射天线结构将数据传给外部单元和/或从其接收数据。

2.根据权利要求1所述的听力装置，其中所述辐射天线结构定位成比形成所述地的结构更靠近所述耳后壳体。

3.根据权利要求1或2所述的听力装置，其中形成所述地的结构包括所述电池。

4.根据权利要求1所述的听力装置，其中所述辐射天线结构安排成使得当包括所述天线单元的所述耳后壳体由用户佩戴时，辐射场的电场分量平行于该用户的耳-耳轴。

5.根据权利要求1所述的听力装置，其中所述辐射天线结构包括槽缝天线、多臂单极子天线、双臂单极子天线、三臂单极子天线、多臂折叠单极子天线、贴片天线、环路天线、挠性天线、陶瓷芯片天线、具有集成电子电路迹线的注模热塑件、印刷天线或其任何组合。

6.根据权利要求1所述的听力装置，其中所述延伸的地平面具有小于所述天线单元的工作波长的四分之一的延伸。

7.根据权利要求1所述的听力装置，其中所述延伸的地平面至少部分由金属结构形成。

8.根据权利要求1所述的听力装置，包括：

输入变换器、信号处理器和输出变换器，所述信号处理器配置成处理来自所述输入变换器的声音以补偿用户的听力损失，所述输出变换器配置成输出来自所述信号处理器的处理后的信号。

9.根据权利要求1所述的听力装置，其中所述听力装置为助听器。

10.根据权利要求1所述的听力装置，其中所述耳内部分包括用于将声音传到用户的耳道的扬声器。

11.一种听力系统，包括根据权利要求1所述的听力装置，及包括配置成与所述听力装置通信的便携装置。

12.根据权利要求11所述的听力系统，其中所述便携装置为移动电话。

13.根据权利要求11所述的听力系统，其中所述听力装置和所述便携装置配置成在其间经所述天线单元使用数据协议流传输声音。