CN106664495A - 耳塞式听力装置中的防水性声端口 - Google Patents

Abstract

本发明描述了防水性声端口和包括此类端口的电子听力保护装置。本发明具体地描述了如下的防水的声端口以及包括此类端口的听力保护装置，该防水的声端口通过提供透声入口为内部密封室提供水保护，所述透声入口由于它们与内部密封室的容积关系能够承受在给定深度处的外部水压。

Description

耳塞式听力装置中的防水性声端口

技术领域

本说明书涉及用于听力装置中的端口，并且更具体地涉及耳塞式听力装置中的防水透声端口。

背景技术

听力保护装置和噪音衰减装置的使用为人们所熟知，并且已考虑到各种类型的装置。此类装置包括可插入用户耳道中或放置在用户耳道上以阻碍声波传递到内耳的耳塞和半耳装置。某些听力装置可包括用于感测来自外部环境的声音并使用保护装置中的扬声器将声音重新传输到用户耳朵的麦克风。此系统的挑战是如何适当地接收来自外部环境的所有声音，同时保护麦克风及其周围环境免受水侵入。

发明内容

在一个方面，本说明书涉及防水性声端口。防水性声端口包括外壳、位于该外壳内的密封室、定位在外壳的壁中的入口微型管和覆盖入口微型管的壁的至少一部分的疏水性涂层。该密封室具有容积V_C。入口微型管将密封室流体地连接到外壳外部的环境并且具有入口微型管容积V_I。入口微型管容积的大小设定成大于或等于V_C和V_I的组合容积乘以量(1-(空气中的外部压力/淹没时的外部压力))。在一些实施方案中，防风雨的声端口还可包括定位在外壳的壁中的至少第二入口微型管。与第一入口微型管一样，第二入口微型管也可以将该密封室流体地连接到外壳外部的环境，并且也覆盖有疏水性涂层。第二入口微型管的容积也是入口微型管容积的一部分。

在另一方面，本说明书涉及防风雨的声端口，其包括外壳、位于外壳内的密封室、定位在外壳的壁中的入口微型管，以及在入口微型管上方定位在外壳的表面上的半透过性转向器。入口微型管将密封室流体地连接到外壳外部的环境并且具有入口微型管容积，并且能够抵抗淹没至少一米时来自周围环境水的水侵入。半透过性转向器还保护入口微型管免受由于冲击事件引起的水侵入。在一些实施方案中，入口微型管是多个入口微型管中的一个入口微型管，并且转向器定位在所有的入口微型管上方。

附图说明

图1是根据本说明书的声端口的剖视图。

图2是根据本说明书的声端口的剖视图。

图3是根据本说明书的电子听力保护装置的剖视图。

图4是根据本说明书的电子听力保护装置的剖视图。

附图未必按比例绘制。附图中使用的相似标号是指相似部件。然而，应当理解，在给定附图中使用标号指示部件并非旨在限制另一附图中用相同标号标记的部件。

具体实施方式

在以下优选实施方案的具体描述中参考了附图，这些附图示出了其中可实践本发明的具体实施方案。例示的实施方案并非旨在详尽列举根据本发明的所有实施方案。应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以利用其它实施方案，并且可以进行结构性或逻辑性的改变。因此不能认为以下的具体描述具有限制意义，并且本发明的范围由所附的权利要求限定。

除非另外指明，否则说明书和权利要求书中使用的所有表达特征尺寸、量和物理特性的数值在所有情况下均应理解成由术语“大约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在前述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员利用本文所公开的教导内容试图获得的期望特性而变化。

除非本文内容另外明确指明，否则如本说明书和所附权利要求中使用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”涵盖具有多个指代物的实施方案。除非本文内容另外明确指明，否则如在本说明书和所附权利要求书中使用的术语“或”一般以包括“和/或”的意义使用。

如果在本文中使用，那么空间相关的术语，包括但不限于“近侧”、“远侧”、“下部”、“上部”、“下面”、“下方”、“上方”和“在顶部上”用于便于描述以描述一个或多个元件相对于另一元件的空间关系。除了附图中示出的或本文所述的具体取向外，此类空间相关术语涵盖装置在使用或操作时的不同取向。例如，如果附图中所描绘的对象翻转或倒转，那么先前描述为在其它元件下方或下面的部分应当在那些其它元件上方。

如本文所用，例如当元件、部件或层描述为与另一元件、部件或层形成“一致接合部”、或“在其上”、“连接到其”、“联接到其”、“叠堆在其上”或“与其接触”，则所述元件、部件或层可直接在例如特定元件、部件或层上直接连接到其、直接联接到其、直接叠堆在其上或直接与其接触，或者居间的元件、部件或层可在其上、连接到其、联接到其或与其接触。例如当元件、部件或层被称为“直接在另一元件上”、“直接连接到另一元件”、“直接联接到另一元件”或“直接与另一元件接触”时，则没有例如居间的元件、部件或层。

图1示出根据本说明书的防水性声端口100的剖视图。防水性声端口100包括外壳102和位于外壳内的密封室104。外壳102可以由任意数目的适当材料制成，该材料允许外壳被模制成适当形状，并且能够在例如塑性材料诸如ABS或聚丙烯等内实现潜在空密封室。外壳可由热成形或热固性聚合物制成。另外，外壳102可以由复合物、合金或其它材料形成。在一些实施方案中，外壳可由多种不同的材料构成，使得例如围绕入口微型管的材料不同于外壳的其余部分中的材料。密封室104将被理解为具有给定容积V_C。在一些实施方案中，密封室的容积可介于约5mm³和约10mm³之间，但更小或更大的容积也可以是适当的。防水性声端口还包括定位在外壳的壁108中的入口微型管106。入口微型管106将密封室104流体地连接到外壳外部的环境110。出于本说明书的目的，“密封室”意指密封室被完全密封，除了将其连接到外部环境的入口微型管。由于声端口通常将是可穿戴电子听力保护装置的一部分，所以外部环境将是其中围绕用户的环境。因此，有时，外部环境可以是空气。其它时候，外部环境可以是水，例如，当佩戴听力保护装置的用户碰巧被淹没时。入口微型管还具有给定容积V_I。在一个实施方案中，入口微型管容积V_I大于密封室容积V_C的10％。通常，入口微型管容积将介于约0.5mm³和约1.0mm³之间，但同样，在某些实施方案中V_I可以更大或更小。

另外，疏水性涂层112可以覆盖入口微型管106的壁的至少一部分。在一些实施方案中，该疏水性涂层112可以是3M Novec^TM涂层，诸如3M Novec^TM1720(来自明尼苏达州圣保罗市的3M公司((3M Company,St.Paul,MN))，但其它低表面能涂层也可以是适当的。疏水性涂层用于防止入口微型管中的来自入口微型管外部或部分填充入口微型管的水的毛细作用。当水与管壁之间的粘合力超过水与分子本身之间的内聚力时，发生毛细作用。水对于材料的亲和力越大，水将行进到管中的距离越大。水在毛细管中上升和下降的高度由Jurin定律给出。液柱的高度h由公式1给出：

方程式1：

其中γ是液体表面张力，θ是液体在管壁上的接触角，ρ是液体的密度，g是由于重力引起的局部加速度，并且r是管的半径。

cos(θ)项可以取-1和+1之间的任何值，并且因此显著地影响水将迁移到管中的程度。具有θ>90度的角度的材料被认为是疏水性的。当接触角超过150度时，材料被认为是超疏水性的。用于声端口外壳的一些实施方案中的塑性材料具有小于90度的与水的接触角。这可实现毛细作用，毛细作用可以用于用一些水预填充入口微型管或微型管，在这种情况下，声端口随后浸入水中可导致密封室的溢流，或者入口微型管的“桥接”。已经发现，用疏水性涂层处理入口微型管确保接触角升至100度以上，并且避免毛细作用的这些问题。

提到的入口微型管容积以及疏水性涂层的使用的组合允许声端口基本上耐水达到一定深度。在本文所述的至少一些实施方案中，在多个入口微型管的情况下(如下所讨论)，一个或多个入口微型管能够承受在1m的淹没深度下水侵入密封室中。本领域技术人员将理解这意味着防水性声端口能够符合IP-67标准。尽管其能够禁止水侵入，但本说明书的防水性声端口是透声的，即，空气的压缩波能够基本上不受限制地行进通过端口。

声端口耐水能力部分是由于在密封室和外部环境之间产生压力差，这有助于禁止水从外部环境侵入密封室中。图2示出根据本说明书的在水的外部环境110中的防水性声端口的剖视图。当水沿入口微型管106向下移动时，其置换入口中的空气V_DIS，这导致密封室容积V_C中的空气的压缩。该压缩使内部容积的空气压力P_INT升高。一旦外部水压P_EXT(由淹没深度确定)由内部空气压力平衡，系统就将达到平衡。只要水压的增加不迫使水通过整个入口微型管并进入密封室中，则当声端口返回到空气的外部环境时，存在于入口微型管中的水就将被排出。我们可以将装置的总内部容积称为V，其由入口的容积(V_I)和密封室的容积(V_C)组成(V＝V_I+V_C)。如果我们进一步定义水上方的外部压力为P_a且被淹没的外部压力为P_s，并且进一步定义水上方的空气的总容积V被理解为V_a且被淹没的空气的总容积为V_s，则理想气体定律告诉我们以下公式(假设温度保持恒定)：

方程式2：

为防止水进入密封室，容积的总体减小(V_a–V_s)必须小于入口微型管容积V_I。因此，为确保水不进入密封室：

方程式3：V_I≥V_a-V_s

针对V_s求解方程式1得到方程式4：

方程式4：

将V_s的值从方程式3代入方程式2中得到以下公式：

方程5：

因此，入口微型管或微型管的聚集容积V_I必须大于或等于入口和密封室在水上方条件下的容积乘以量(1-空气中的外部压力除以淹没时的外部压力)。满足该条件将导致水不穿过一个或多个整个入口微型管，并且因此不进入密封室。换句话讲，声端口基本上“耐水”。本发明中的入口微型管或微型管的容积根据公式5中的关系来选择。

图3中提供了声端口以及可以在其中实现其的装置的不同实施方案。电子听力保护装置200包括声端口201。在该实施方案中，防风雨的声端口包括各自定位在外壳202的壁208中的第一入口微型管206a以及第二入口微型管206b。在一些实施方案中，如图所示，声端口可包括第三入口微型管206c，或任何其它适当数目的入口微型管，诸如4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个或潜在更多个。第二入口微型管将密封室204流体地连接到外壳外部的环境。与图1中的实施方案一样，类似于第一入口微型管的第二入口微型管覆盖有疏水性涂层212。在存在多于一个入口微型管的该实施方案中，添加每个微型管的总容积以提供总V_I。换句话讲，入口微型管容积V_I是入口206a、入口206b和入口206c的容积的总和。入口微型管的长度L通常将基本上类似。在一个实施方案中，第一入口微型管和第二入口微型管(以及第三入口微型管)将具有介于约0.9mm和1.25mm之间的长度。可期望入口微型管或微型管不过长。过长可导致管中的共振，以及过度的声阻抗。这两个问题均将影响密封室中的声场的保真性，如图3中所讨论的，保真性可以由麦克风捕获。

图3提供声端口201的进一步的潜在细节。密封室204部分地由外壳202以及入口微型管206a、入口微型管206b和入口微型管206c围绕。然而，该密封室可以进一步被附加元件围绕，例如，如图3所示的印刷电路板214。另外，密封室204可以部分地由将外壳202和电路板214分开的密封件216围绕。电路板214可以是电子印刷电路板组件(PCBA)。在一个实施方案中，密封件216可以是O形环。也可以利用其它适当的密封件，诸如其它垫圈材料。另外，该密封室可以部分地由定位在电路板214下面并连接到电路板214的麦克风围绕。在一个实施方案中，麦克风可为MEMS型麦克风，并且可以通过将电路板的底侧面焊接到麦克风来连接到电路板。该麦克风可用来采集进入声端口201的声音。然后，声音可以通过扬声器从定位在用户耳道内的单独的声音发射开口(未示出)重新传输出去。

图4提供本发明的某些实施方案的进一步例证。在此，声端口还包括第一入口微型管406a，并且还可以包括第二入口微型管406b和潜在的第三入口微型管406c以及潜在的另外的入口微型管。在该实施方案中，入口微型管可以在入口微型管的壁上不具有疏水性涂层。如前所述，入口微型管或管将密封室404与外部环境410分开。然而，在该实施方案中，防水性声端口还包括半透过性转向器420，其在入口微型管406a或管406a、管406b、管406c上方定位在壳体402的表面上，使得半透过性转向器420消除通向入口微型管的视线路径。转向器包括定位在转向器的侧面上的小开口422。由此仅撞击端口的顶部的水将不能够无阻碍地用力行进到声端口中。当声端口被淹没时，转向器将可能仅经受渗透。该半透过性转向器提供进一步的保护，以保护密封室免受不是由于淹没而是由于冲击事件，诸如以高速与水接触而引起的水侵入。此类冲击事件可例如在1m的深度处产生比水的峰值力更大的峰值力，并且在不存在转向器的情况下可使到达密封室的入口微型管浸没。

Claims (20)

1.一种防水性声端口，所述防水性声端口包括：

外壳，

密封室，所述密封室位于所述外壳内，所述密封室具有容积(V_C)，和

入口微型管，所述入口微型管定位在所述外壳的壁中并将所述密封室流体地连接到所述外壳外部的环境，所述入口微型管具有入口微型管容积(V_I)；

疏水性涂层，所述疏水性涂层覆盖所述入口微型管的壁的至少一部分；

其中所述入口微型管容积大于或等于V_C和V_I的组合容积乘以量(1-(空气中的外部压力/淹没时的外部压力))。

2.根据权利要求1所述的防水性声端口，还包括定位在所述外壳的所述壁中的至少第二入口微型管，所述第二入口微型管也将所述密封室连接到所述外壳外部的所述环境并且也覆盖有疏水性涂层，其中所述第二入口微型管的容积也是所述入口微型管容积V_I的一部分。

3.根据权利要求2所述的防水性声端口，其中所述入口和第二入口具有介于约0.9mm和约1.25mm之间的长度。

4.根据权利要求1所述的防水性声端口，其中V_I介于约0.5mm³和约1.0mm³之间。

5.根据权利要求1所述的防水性声端口，其中V_C介于约5mm³和约10mm³之间。

6.根据权利要求1所述的防水性声端口，还包括在所述入口微型管上方定位在所述外壳的表面上的半透过性转向器，从而消除通向所述入口微型管的视线路径。

7.根据权利要求6所述的防水性声端口，其中所述半透过性转向器包括位于所述转向器的侧面上的小开口。

8.根据权利要求6所述的防水性声端口，其中所述半透过性转向器保护所述入口微型管免受由于冲击事件引起的水侵入。

9.根据权利要求1所述的防水性声端口，其中所述疏水性涂层包括3M Novec涂层。

10.根据权利要求1所述的防水性声端口，其中所述防水性声端口是透声的。

11.根据权利要求1所述的防水性声端口，其中所述入口微型管能够承受处于至少1m的淹没深度时腔中的水侵入。

12.根据权利要求1所述的防水性声端口，其中所述疏水性涂层防止所述入口微型管中的毛细作用。

13.根据权利要求1所述的防水性声端口，其中所述密封室和外部环境之间的压力差有助于禁止水从所述外部环境挤入到所述密封室中。

14.根据权利要求1所述的防水性声端口，其中所述密封室被所述外壳、入口微型管、印刷电路板、将所述外壳和电路板分开的密封件以及定位在所述电路板下方的麦克风围绕。

15.一种电子听力保护装置，所述电子听力保护装置包括听筒和根据权利要求15所述的防水性声端口，所述听筒包括能够定位在用户的耳道内的声音发射开口。

16.根据权利要求1所述的防水性声端口，其中V_I为V_C的至少10％。

17.一种防水性声端口，所述防水性声端口包括：

外壳；

密封室，所述密封室位于所述外壳内；

入口微型管，所述入口微型管定位在所述外壳的壁中并将所述密封室连接到所述外壳外部的环境，所述入口微型管通常能够抵抗淹没至少一米时来自周围环境水的水侵入；和

半透过性转向器，所述半透过性转向器在所述入口微型管上方定位在所述外壳的表面上，其中，所述半透过性转向器还保护所述入口微型管免受由于冲击事件引起的水侵入。

18.根据权利要求18所述的防水性声端口，其中所述入口微型管是多个入口微型管中的一个入口微型管，并且所述转向器定位在所有所述入口微型管上方。

19.根据权利要求19所述的防水性声端口，其中所述多个入口微型管的总容积V_I为位于所述外壳内的所述密封室的容积V_C的至少10％。

20.根据权利要求18所述的防水性声端口，其中所述入口微型管还包括位于所述管的内表面上的疏水性涂层以减少毛细效应。