CN107809706B - 声学传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种声学传感装置，其包含单体及音频系统。单体包含振膜、磁铁及音圈单元。振膜承受外力而产生振动。磁铁提供磁场。音圈单元根据振膜的振动而感应磁场的变化以产生感应电压。音频系统耦接音圈单元，还包含声音播放电路及唤醒电路。唤醒电路接收感应电压并在感应电压符合默认条件时开启声学传感装置的电源。

Description

声学传感装置

技术领域

本发明涉及一种传感装置，特别是涉及一种声学传感装置。

背景技术

由于可提供极大程度的使用便利性，无线耳机已然成为人们用于收听各式声音信号的主要选择之一。一般而言，为了让使用者能够开启无线耳机的电源，无线耳机上都需要设置特定的按键结构或是需要通电的感测组件(例如，接近传感器(proximity sensor)、霍尔效应传感器(Hall effect sensor)或麦克风等)，才能使无线耳机正确地根据使用者的操作而开启电源。

然而，上述方式有的需要设置特定的结构(例如开关按钮)，有的需要持续地对感测组件通电，因此可能造成空间上及电力上的浪费。因此，对于本领域技术人员而言，如何设计一种可节省空间及电力的无线耳机是一项重要的议题。

发明内容

基于此，本发明提出一种声学传感装置，其可根据振膜上的振动而产生感应电压，并基于此感应电压开启声学传感装置的电源。在此情况下，使用者可以通过任意方式(例如，拍击声学传感装置)来令振膜产生振动，进而开启声学传感装置的电源。借此，声学传感装置上就不再需要设置例如开关、感测组件等结构，也不需要持续地对感测组件通电，因而可达到节省空间及电力的效果。

本发明提出一种声学传感装置，其包含单体及音频系统。单体包含振膜、磁铁及音圈单元。振膜承受外力而产生振动。磁铁提供磁场。音圈单元根据振膜的振动而感应磁场的变化以产生感应电压。音频系统耦接音圈单元，还包含声音播放电路及唤醒电路。唤醒电路接收感应电压并在感应电压符合默认条件时开启声学传感装置的电源。借此，可达到节省空间及电力的效果。

在本发明的一个实施例中，唤醒电路在声学传感装置处于关机状态时被致能，且唤醒电路在声学传感装置处于开机状态时被禁能。

在本发明的一个实施例中，当声学传感装置处于关机状态时，音圈单元所产生的感应电压作用于唤醒电路，用以触发声学传感装置的电源。

在本发明的一个实施例中，声学传感装置还包含前腔室及后腔室，且外力为前腔室或后腔室受拍击后所产生的内部空气压力，借此可以令振膜产生振动。

在本发明的一个实施例中，声学传感装置还包含泄气孔及加压单元。泄气孔设置于声学传感装置的外壳上并贯穿外壳。加压单元贴附于声学传感装置的内壁上，并覆盖声学传感装置内的泄气孔，其中加压单元包含进气口以及出气口，其中进气口的口径是大于出气口的口径。借此，可使得使用者不需要使用太大的力道就可以令振膜上产生足够大的振动。

在本发明的一个实施例中，加压单元进一步包含环状斜面，其连接于进气口及出气口之间，且环状斜面的围度自进气口至出气口渐缩。借此，可加强前述内部空气压力。

在本发明的一个实施例中，声学传感装置还包含泄气孔，其设置于声学传感装置的外壳上并贯穿外壳，其中泄气孔包含进气口及出气口。进气口形成于外壳的外壁上。出气口形成于外壳的内壁上，且朝向振膜，其中进气口的口径大于出气口的口径。借此，可使得使用者不需要使用太大的力道就可以令振膜上产生够大的振动。

在本发明的一个实施例中，泄气孔进一步包含环状斜面，其连接于进气口及出气口之间，且环状斜面的围度自进气口至出气口渐缩。借此，可加强前述内部空气压力。

在本发明的一个实施例中，单体为扬声器。

在本发明的一个实施例中，感应电压的默认条件包含是否大于预设阈值。借此，可避免唤醒电路误动作。

在本发明的一个实施例中，感应电压的默认条件包含是否在预设时间区间内出现预设数量个大于默认阈值的感应电压。借此，可进一步避免唤醒电路误动作。

在本发明的一个实施例中，音频系统至少包含开机模式及侦测模式。

在本发明的一个实施例中，音频系统在声学传感装置处于关机状态下执行侦测模式，当声学传感装置的电源被开启时，音频系统则关闭该侦测模式并转换为开机模式。

在本发明的一个实施例中，唤醒电路具有第一电阻，声音播放电路具有第二电阻，单体具有第三电阻，当音频系统处于开机模式下，第一电阻大于第三电阻，当音频系统处于侦测模式下，该第二电阻大于第一电阻。借此，可避免逆电压损坏音频系统。

在本发明的一个实施例中，感应电压为暂时性且不连续性的脉冲。

附图说明

图1A是依据本发明的一个实施例绘制的声学传感装置示意图；

图1B是依据本发明的一个实施例绘制的单体的示意图；

图2是依据本发明的一个实施例绘制的声学传感装置使用情境示意图；

图3是依据本发明的一个实施例绘制的声学传感装置使用情境示意图；

图4A是依据本发明的一个实施例绘制的透过设置加压单元来加强内部空气压力的示意图；

图4B是依据图4A绘制的透过设置加压单元来加强内部空气压力的示意图；

图4C是依据本发明的一个实施例绘制的泄气孔示意图；

图5是依据本发明的一个实施例绘制的感应电压波型测量图。

其中，

100：声学传感装置 320：后腔室

110：单体 322：内部空气压力

120：音频系统 330：手指

112：振膜 340：手指

114：磁铁 350：泄气孔

116：音圈单元 405：泄气孔

120：音频系统 405a：进气口

122：唤醒电路 405b：出气口

124：声音播放电路 405c：环状斜面

190：外壳 410：加压单元

191：外壁 410a：加压单元

192：内壁 412：进气口

210：头戴式无线耳机 412a：进气口

212：泡棉 414：出气口

220：耳朵 414a：出气口

230：内部空气压力 416：环状斜面

240：力量 420：内部空气压力

250：内部空气压力 510：脉冲

310：前腔室 A1：音频信号

312：内部空气压力 V1：感应电压

具体实施方式

以下将参照附图说明本发明的若干个实施例。为了便于理解本发明，许多实施上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，这些实施上的细节不应该用来限制本发明。也就是说，在本发明部分实施例中，这些实施上的细节是非必要的。此外，为了简化附图，一些惯用的结构与组件在附图中将以简单的方式绘制；并且重复的组件将可能使用相同的编号表示。

请参照图1A及图1B，其中图1A是依据本发明的一个实施例绘制的声学传感装置100示意图，图1B是依据本发明的一个实施例绘制的单体110 的示意图。如图1A及图1B所示，声学传感装置100包含单体110及音频系统120。单体110可以是扬声器，其包含振膜112、磁铁114及音圈单元116。振膜112承受外力而产生振动。磁铁114提供磁场。音圈单元116根据振膜112 的振动而感应磁场的变化以产生感应电压V1。音频系统120耦接音圈单元116，还包含唤醒电路122及声音播放电路124。声音播放电路124输出音频信号A1 至音圈单元116。

在本实施例中，音频系统120可在开机模式及侦测模式之间切换。具体而言，在声学传感装置100处于关机状态(即，声学传感装置100处于未被提供工作电压的状态)时，音频系统120可执行侦测模式，而唤醒电路122将相应地被致能。另一方面，在声学传感装置100根据工作电压而运作，或是根据唤醒信号而被唤醒(即，声学传感装置100处于开机状态)时，音频系统120可执行开机模式，其中唤醒电路122将相应地被禁能。

在不同的实施例中，前述外力可以是因声学传感装置100的任一部位受力而在声学传感装置100中所产生的内部空气压力。

举例而言，假设声学传感装置100为一头戴式无线耳机的其中一个耳罩，其一般可设置有用于接触使用者耳朵的泡棉。当前述泡棉被使用者以拍击或点压等方式施力时，原本位于泡棉附近的空气将相应地被往耳罩内推，从而在声学传感装置100中形成内部空气压力，而此内部空气压力可相应地推动振膜112 以令振膜112产生振动。

在另一个实施例中，假设声学传感装置100为入耳式无线耳机，则其一般可基于单体110的位置而在声学传感装置100中区隔出前腔室及后腔室。在此情况下，前述外力也可以是前腔室或后腔室受拍击后所产生的内部空气压力，而此内部空气压力同样可相应地推动振膜112以令振膜112产生振动。

此外，由于声学传感装置100上可能在其外壳上设置有贯穿外壳的泄气孔，因此当泄气孔被使用者从声学传感装置100的外部拍击或点压后，原本位于泄气孔处的空气将相应地被往声学传感装置100内推，从而在声学传感装置100 中形成内部空气压力。在不同的实施例中，还可通过调整泄气孔的结构，或是在泄气孔附近加装加压单元来加强前述内部空气压力，从而加剧振膜112上的振动，其细节将在之后详述。

由于磁铁114可提供磁场，且连接于振膜112的音圈单元116可随着振膜 112的振动而移动，因此音圈单元116将根据振膜112的振动而感应磁场的变化以产生感应电压V1。

详细而言，当声学传感装置100利用单体110播放声音(即，音频系统120 处于开机模式)时，一般是由声音播放电路124对音圈单元116输出音频信号 A1(可以是一交流电信号)，令音圈单元116随音频信号A1而变化磁场，而这个磁场会和原有的磁铁114的磁场发生相吸或相斥的作用下带动音圈单元116 而往复振动，从而带动振膜112推动空气以产生声音供人们收听。然而，当声学传感装置100处于关机状态(即，音频系统120处于侦测模式)时，本发明实施例可在振膜112受外力而振动时，反向地带动音圈单元116往复振动，从而令位于磁铁114的磁场中的音圈单元116可感应磁场而产生感应电压V1。当声学传感装置100处于关机状态时，音圈单元116所产生的感应电压V1作用于唤醒电路122，用来触发声学传感装置100的电源。

之后，唤醒电路122接收感应电压V1并在感应电压V1符合默认条件时开启声学传感装置100的电源，此时音频系统120关闭侦测模式并转换为开机模式。

在一个实施例中，前述默认条件可以是感应电压V1是否大于预设阈值。当感应电压V1大于默认阈值时，唤醒电路122就可以判定感应电压V1符合默认条件，从而开启声学传感装置100的电源。由于感应电压V1本质上与振膜112 振动的幅度正相关，而振膜112振动的幅度与前述外力的大小正相关，因此越大的外力可相应产生越大的感应电压V1。基于此，设计者可依经验将预设阈值设定为足够高的值(例如，200mV)。在此情况下，使用者需要相应地以一定的力道拍击或点压声学传感装置100上的泡棉、前腔室、后腔室、泄气孔或其他位置，才能令声学传感装置100的电源开启。另一方面，当预设阈值较高时，可避免唤醒电路122在外力较小的情况下发生误动作的情形。如此一来，当声学传感装置100被放置在口袋或包包等地方时，其电源则不会由于受到轻微的磨擦就意外地开启。

在另一个实施例中，预设条件也可以是感应电压V1是否在默认时间区间内出现预设数量个大于默认阈值的感应电压V1。举例而言，假设预设时间区间为 2秒，预设数量为3个，而预设阈值为200mV，当唤醒电路122判定感应电压 V1在2秒内出现3个以上大于200mV的值时，唤醒电路122可判定感应电压 V1符合默认条件，从而开启声学传感装置100的电源。也就是说，在前例中的使用者必须在2秒内以足够的力道拍击或点压声学传感装置100达3次以上，方能成功地开启声学传感装置100的电源。借此，可更进一步地降低声学传感装置100被无预期地开启的机率。

在不同的实施例中，唤醒电路122可耦接电源管理电路(图中未示出)，电源管理电路可提供工作电压给声学传感装置100来开启声学传感装置100的电源。或者，唤醒电路122也可通过发出唤醒信号的方式来开启声学传感装置100 的电源，但本发明可不限于此。也就是说，使用者可通过拍击或点压声学传感装置100的方式来开启声学传感装置100的电源。如此一来，声学传感装置100 上就可以不需要设置例如开关、感测组件等机构，也不需要持续地对感测组件通电，因而可达到节省空间及电力的效果。

此外，如先前所提及的，唤醒电路122在音频系统120的开机模式及侦测模式中将分别被禁能及致能，因此唤醒电路122的电阻(以下称为第一电阻)、声音播放电路124的电阻(以下称为第二电阻)与单体110的电阻(以下称为第三电阻)之间的大小关系也将随着音频系统120的模式的改变而改变。

具体而言，当音频系统120处于开机模式时，唤醒电路122因被禁能而使其第一电阻变为无限大(即，开路)。因此，当音频系统120处于开机模式时，第一电阻将大于第三电阻。借此，声音播放电路124所输出的音频信号A1则会由于第一电阻过大而导致大部分电流会流向单体110，因而不至于形成反向作用于音频系统120的逆电压而损坏音频系统120。

另一方面，当音频系统120处于侦测模式时，唤醒电路122的第一电阻因唤醒电路122被致能而变得小于第二电阻。借此，音圈单元116所产生的感应电压V1即大部分作用于唤醒电路122，小部分漏至声音播放电路124的感应电压V1则会被第二电阻挡掉。

请参照图2，其是依据本发明的一个实施例绘制的声学传感装置100使用情境示意图。在本实施例中，声学传感装置100可以是一头戴式无线耳机210 的其中一个耳罩，其可设置有用于接触使用者耳朵220的泡棉212。当使用者佩戴头戴式无线耳机210时，由于耳朵220可能会在使用者戴上头戴式无线耳机 210的一瞬间对泡棉212施加力量，因此原本位于泡棉212附近的空气将相应地被往耳罩内推，从而在声学传感装置100中形成内部空气压力230，而此内部空气压力230可相应地推动振膜112以令振膜112产生振动。

如先前所提及的，当声学传感装置100中的振膜(图中未标示)上的振动幅度够大时，可令音圈单元(图中未标示)产生足够的感应电压，从而令唤醒电路(图中未标示)相应地开启声学传感装置100的电源。也就是说，使用者不需要另外进行例如按压开关等操作，声学传感装置100的电源就可以在使用者将其戴上后开启，提供了相当程度的便利性。

另外，若使用者戴上头戴式无线耳机210时未成功透过上述方式开启声学传感装置100的电源，则使用者可透过拍击或点压等方式来对声学传感装置100 的外壳190施加力量240，借以在声学传感装置100内形成内部空气压力250。当力量240足够大时，内部空气压力250就足以在声学传感装置100中的振膜上产生足够大的振动，从而可基于前述介绍开启声学传感装置100的电源。

请参照图3，其是依据本发明的一个实施例绘制的声学传感装置100使用情境示意图。在本实施例中，声学传感装置100可以是入耳式无线耳机，且其中的单体110可在声学传感装置100区隔出前腔室310及后腔室320。如图3所示，当使用者欲开启声学传感装置100的电源时，使用者可用手指330拍击前腔室310的出音口，借以产生内部空气压力312而相应地推动声学传感装置100的振膜(图中未示出)以令振膜产生振动。或者，使用者也可用手指340 拍击后腔室320的泄气孔350，借以产生内部空气压力322而相应地推动振膜以令振膜产生振动。当内部空气压力312或内部空气压力322足够大时，就足以在声学传感装置100中的振膜上产生足够大的振动，从而可基于前述介绍开启声学传感装置100的电源。

请参照图4A，其是依据本发明的一个实施例绘制的透过设置加压单元 410来加强内部空气压力420的示意图。在本实施例中，声学传感装置100还包含泄气孔405及加压单元410。泄气孔405设置于声学传感装置100的外壳190 上并贯穿外壳190。加压单元410贴附于声学传感装置100的内壁192上，并覆盖声学传感装置100内的泄气孔405。

如图4A所示，加压单元410包含进气口412、出气口414及环状斜面416。进气口412贴附于声学传感装置100的内壁192上并覆盖泄气孔405。出气口 414形成在泄气孔405上相对于进气口414的另一侧并朝向振膜(图中未标示)。环状斜面416连接于进气口412及出气口414之间，且环状斜面416的围度自进气口412至出气口414渐缩。如先前所提及的，当泄气孔405被使用者从声学传感装置100的外部用手指430拍击或点压后，原本位于泄气孔405处的空气将相应地被往声学传感装置100内推，从而在声学传感装置100中形成内部空气压力420。然而，在设置加压单元410的情况下，由于加压单元410具有围度渐缩的环状斜面416(即，具有进气口412的口径大于出气口414的口径设计)，因此可进一步加强内部空气压力420，使得使用者不需要使用太大的力道就可以令振膜上产生够大的振动，进而达到开启声学传感装置100电源的效果。

请参照图4B，其是依据图4A绘制的透过设置加压单元410a来加强内部空气压力420的示意图。在本实施例中，图4A中的加压单元410可替换为图4B所示的加压单元410a，其中加压单元410a可贴附于声学传感装置100 的内壁192上，并覆盖声学传感装置100内的泄气孔405。

如图4B所示，加压单元410a包含进气口412a及出气口414a。进气口 412a贴附于声学传感装置100的内壁192上并覆盖泄气孔405。出气口414a形成在泄气孔405上相对于进气口414a的另一侧并朝向振膜(图中未标示)，其中，进气口412a的口径大于出气口414a的口径。如先前所提及的，当泄气孔 405被使用者从声学传感装置100的外部用手指430拍击或点压后，原本位于泄气孔405处的空气将相应地被往声学传感装置100内推，从而在声学传感装置 100中形成内部空气压力420。然而，在设置加压单元410a的情况下，由于加压单元410a的进气口412a的口径大于出气口414a的口径，因此可进一步加强内部空气压力420，使得使用者不需要使用太大的力道就可以令振膜上产生够大的振动，进而达到开启声学传感装置100电源的效果。

请参照图4C，其是依据本发明的一个实施例绘制的泄气孔405示意图。在本实施例中，泄气孔405可包含进气口405a、出气口405b及环状斜面405c。进气口405a形成于外壳190的外壁191上。出气口405b形成于外壳190的内壁192上，且朝向声学传感装置100的振膜(图中未示出)。环状斜面405c连接于进气口105a及出气口405b之间，且环状斜面405c的围度自进气口105a 至出气口405b渐缩。当泄气孔405被使用者从声学传感装置100的外部用手指430拍击或点压后，原本位于泄气孔405处的空气将相应地被往声学传感装置 100内推，从而在声学传感装置100中形成内部空气压力420。然而，由于本实施例的泄气孔405本身具有围度渐缩的环状斜面405c(即，泄气孔405的进气口405a的口径大于出气口405b的口径设计)，因此可进一步加强内部空气压力 420，使得使用者不需要使用太大的力道就可以令振膜上产生够大的振动，进而达到开启声学传感装置100电源的效果。

请参照图5，其是依据本发明的一个实施例绘制的感应电压波型测量图。在本实施例中，本发明的开发人员实际对声学传感装置(图中未示出)进行若干次拍击，并测量此声学传感装置的音圈单元(图中未示出)根据前述各拍击而产生的感应电压。从图5可看出，根据前述各拍击，感应电压明显出现若干个暂时性且不连续性的脉冲510，而当这些脉冲510满足先前介绍的预设条件 (比如是否大于预设阈值，或者是否在预设时间区间内出现预设数量个大于默认阈值的感应电压等)时，就可以开启声学传感装置的电源，其细节可参考先前各实施例的说明，在此不再赘述。

综上所述，本发明提出的声学传感装置可根据振膜上的振动而产生感应电压，并基于此感应电压开启声学传感装置的电源。在此情况下，使用者可通过拍击声学传感装置等方式来令振膜产生振动，进而开启声学传感装置的电源。借此，声学传感装置上就可以不需要设置例如开关等机构，也不需要持续地对感测组件通电，因而可达到节省空间及电力的效果。并且，声学传感装置中还可设置有加压单元，或是将泄气孔调整为具有加压效果的结构，借以加剧振膜上的振动，从而让使用者不需要使用太大的力道就能开启声学传感装置的电源。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种声学传感装置，所述的声学传感装置包括：

单体，包含：

振膜，其承受外力而产生振动；

磁铁，其提供磁场；以及

音圈单元，根据所述振膜的所述振动而感应所述磁场的变化以产生感应电压；以及

音频系统，耦接所述音圈单元，包含：

声音播放电路，输出音频信号至所述音圈单元；以及

唤醒电路，接收所述感应电压并在所述感应电压符合默认条件时开启所述声学传感装置的电源；

其中所述声学传感装置还包含前腔室及后腔室，且所述外力为所述前腔室或所述后腔室受拍击后所产生的内部空气压力；

其中所述声学传感装置还包含：

泄气孔，其设置于所述声学传感装置的外壳上并贯穿所述外壳；以及

加压单元，其贴附于所述声学传感装置的内壁上，并覆盖所述声学传感装置内的所述泄气孔，其中所述加压单元包含进气口以及出气口，其中所述进气口的口径是大于所述出气口的口径。

2.根据权利要求1所述的声学传感装置，其特征在于，其中所述唤醒电路在所述声学传感装置处于关机状态时被致能，且所述唤醒电路在所述声学传感装置处于开机状态时被禁能。

3.根据权利要求2所述的声学传感装置，其特征在于，其中当所述声学传感装置处于所述关机状态时，所述音圈单元所产生的感应电压作用于所述唤醒电路，用以触发所述声学传感装置的电源。

4.根据权利要求1所述的声学传感装置，其特征在于，其中所述加压单元进一步包含环状斜面，其连接于所述进气口及所述出气口之间，且所述环状斜面的围度自所述进气口至所述出气口渐缩。

5.根据权利要求1所述的声学传感装置，其特征在于，其中所述单体为扬声器。

6.根据权利要求1所述的声学传感装置，其特征在于，其中所述感应电压的所述默认条件包含是否大于预设阈值。

7.根据权利要求1所述的声学传感装置，其特征在于，其中所述感应电压的所述默认条件包含是否在预设时间区间内出现预设数量个大于预设阈值的所述感应电压。

8.根据权利要求1所述的声学传感装置，其特征在于，其中所述音频系统至少包含开机模式及侦测模式。

9.根据权利要求8所述的声学传感装置，其特征在于，音频系统在声学传感装置处于关机状态下执行所述侦测模式，当所述声学传感装置的电源被开启时，所述音频系统则关闭所述侦测模式并转换为开机模式。

10.根据权利要求8所述的声学传感装置，其特征在于，其中所述唤醒电路具有第一电阻，所述声音播放电路具有第二电阻，所述单体具有第三电阻，当所述音频系统处于所述开机模式下，所述第一电阻大于所述第三电阻，当所述音频系统处于所述侦测模式下，所述第二电阻大于所述第一电阻。

11.根据权利要求1所述的声学传感装置，其特征在于，其中所述感应电压为暂时性且不连续性的脉冲。

12.一种声学传感装置，所述的声学传感装置包括：

单体，包含：

振膜，其承受外力而产生振动；

磁铁，其提供磁场；以及

音圈单元，根据所述振膜的所述振动而感应所述磁场的变化以产生感应电压；以及

音频系统，耦接所述音圈单元，包含：

声音播放电路，输出音频信号至所述音圈单元；以及

唤醒电路，接收所述感应电压并在所述感应电压符合默认条件时开启所述声学传感装置的电源；

其中所述声学传感装置还包含前腔室及后腔室，且所述外力为所述前腔室或所述后腔室受拍击后所产生的内部空气压力；

其中所述声学传感装置还包括泄气孔，其设置于所述声学传感装置的外壳上并贯穿所述外壳，其中所述泄气孔包含：

进气口，其形成于所述外壳的外壁上；以及

出气口，其形成于所述外壳的内壁上，且朝向所述振膜，其中所述进气口的口径是大于所述出气口的口径。

13.根据权利要求12所述的声学传感装置，其特征在于，其中所述泄气孔进一步包含环状斜面，其连接于所述进气口及所述出气口之间，且所述环状斜面的围度自所述进气口至所述出气口渐缩。

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