CN108781326A - 传感器模组和声音传递装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供传感器模组包括一个信号输入单元和至少一个传感器,其中信号输入单元接收音频信号,并将音频信号传输到至少一个传感器。至少一个传感器包括线圈用于基于音频信号生成可变磁场。一种声音传递装置,包括信号输入单元、信号处理单元、至少一个传感器和至少一个扬声器。信号输入单元接收音频信号,并将音频信号传输到信号处理单元。信号处理单元用于处理音频信号,并分别将处理后的音频信号传输到至少一个传感器和至少一个扬声器。至少一个传感器包括用于生成与所处理的音频信号对应的可变磁场的线圈,并且至少一个扬声器生成与所处理的音频信号相对应的声音。

Description

传感器模组和声音传递装置

相关参考文献的交叉引用

本申请要求在2015年10月20日提交的美国临时申请62/243956的优先利益,其全部内部通过引用合并在本申请中。

技术领域

本发明涉及助听技术，尤其涉及传感器模组和声音传递装置。

背景技术

听力损失影响生活质量。这可以是由于衰老,噪音暴露,感染,身体创伤,神经系统疾病,或发育缺陷。为了弥补听力的丧失,各种助听器装置或个人音响放大器已经开发出来。这种设备为用户放大声音,如耳后助听、耳内助听、部分或完全在耳道助听。然而,大多数传统助听器并没有在环境中提供信息的位置,所以鸡尾酒会的困难仍然存在。传统的设备也可能导致闭塞,由于声音振动传导通过骨骼并且回响填充在耳道的物体。

在一个世纪,科学家研究了可变磁场的神经生理学作用。众所周知,许多神经系统疾病,如抑郁症,精神分裂症,神经病理性疼痛,耳鸣可能被经颅磁刺激治疗。例如,美国食品和药物管理局批准了经颅磁刺激器以产品代码OBP通过510(k)过程。然而,一个具有可变磁场的声音传递装置的市场需求仍未得到满足。

上述问题的解决方案在本揭露下提供，并且将不被限制到描述的具体实施例。在目前的揭露范围内,本申请所能延伸的范围可能没有被穷尽描述。

附图说明

本发明将以实施例的方式结合附图进行说明。

图1A,图1B,和图1C是传感器模组的实施例的示意图。

图2A,图2B,图2C,图2D是目前揭露的传感器的示意图,体现为线圈。图2A是螺旋缠绕扁线圈的示意图；图2B是双线摆扁线圈的示意图；图2C是松弹簧线圈的示意图；图2D是一个张紧弹簧线圈的示意图。

图3A,图3B,和图3C是声音传递装置的实施例的示意图。

图4是一个声音传递装置的示意图,包括可穿戴的头带外壳。

图5是一个由可穿戴的眼镜架外壳组成的声音传递装置的示意图。

图6是一个声音传递装置的示意图说明,包括可穿戴的头盔外壳。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

可以理解的，为了简明清楚地进行说明，在适当的地方，相同的标号在不同图式中被重复地用于标示对应的或相类似的元件。此外，为了提供对本发明所描述的实施方式全面深入的理解，说明书中会提及许多特定的细节。然而，本领域技术人员可以理解的是本发明所描述的实施方式的实现并不需依照这些特定的细节。在其他的一些情况下，为了避免被描述的相关技术特征混淆不清，一些方法、流程及元件并未被详细地描述。附图并不一定需要与实物的尺寸等同。为了更好地说明细节及技术特征，附图中特定部分的展示比例可能会被放大。说明书中的描述不应被认为是对本发明所述实施方式范围的限定。

传感器模组接收代表环境声音的信号或音频信号并且产生可变磁场。参照图1A,传感器模组210可以包括信号输入单元212、传感器217和外壳220。传感器模组210可以收到信号输入单元212的音频信号。然后,接收到的音频信号可以直接传送到传感器217以产生可变磁场。外壳220用于容纳信号输入单元212和传感器217。外壳220可以是兼容耳机,耳机,或类似,使传感器模组210和普通耳机的组合,可以传递声音和可变磁场。

信号输入单元212用于接收信号并且传递信号到传感器模组210的其他电子元件。信号输入单元212可以是麦克风、音频端口或无线通信模块。麦克风可以体现为冷凝器麦克风、带状麦克风、压电麦克风或硅麦克风。音频端口可以是电话连接器、DIN连接器、BNC连接器、XLR连接器、RCA连接器或TOSLINK连接器。无线通信模块配置为接收无线信号,并将信号转换为适应连续组件的音频信号。无线通信模块可以是蓝牙模块、无线网络模块或一个物联网模块。

传感器217被配置为转换电力为磁场。传感器217可以体现为线圈。线圈可以是不同缠绕方式的不同形状的绝缘线。绝缘线可以是绝缘铜线、或绝缘银线。如图2A,2B,2C和2D,传感器217可以是一个螺旋形的扁平线圈(图2A)或以双线摆形式(图2B),或作为松散的转弯的弹簧线圈(图2C),或一个张紧的转弯的弹簧线圈(图2D)。虽然线圈的实施例基本是圆形的,线圈绕组的形状也可以是三角形、长方形、多边形或椭圆形。在一些实施例中,传感器217中每一个转弯形成的平面可以近似平行,这样磁场就可以在没有额外电流的情况下积聚。在一个实施例中,线圈包括300个转弯。在一些实施例中,线圈的直径为1-5厘米。最好的是,线圈的直径是3厘米。在一些实施例中,线圈所携带的工作电流的范围为0-0.25毫安。在一个实施例中,线圈的电阻约为1800欧姆。传感器产生的磁场大约在0微特斯拉到0.02微特斯拉之间。

此外，传感器217可以包括一个左传感器217L和一个右传感器217R。信号输入单元212可以将音频信号以交叉形式传递给一对传感器,从而使左传感器217L可以从右声道接收音频信号,而右传感器217R可以从左声道接收音频信号。

参阅图1B,传感器模组210可以包括信号输入单元212,耦合电路216,左传感器217L,右传感器217R,和外壳220。耦合电路216与信号输入单元212电连接,并配置为对传感器217的电气特性与其他电子元件进行耦合。例如,当传感器模组210与耳机一起工作时,耦合电路216可对传感器217和耳机扬声器之间的电气特性进行耦合。耦合电路216可体现为电阻-电容电路(RC电路)、电阻电感电路(RL电路)或RLC电路。在一些实施例中,耦合电路216可以是一种复杂的电路结构,能够满足频率响应的特定要求。在一些实施例中,耦合电路216的电容为400微微法拉。因此,传感器产生的磁场大约比扬声器产生的声音晚0.001秒到0.05秒。此外,耦合电路216可配置为使输入音频信号相移,使传感器217接收到的音频信号可以具有指定的相位延迟。传感器模组210的其他功能可以引用或产生于上述段落,这里没有详细描述。

参阅图IC,传感器模组210可以包括声音接收器100,信号输入单元212,信号切换单元231,信号处理单元230,耦合电路216,左传感器217L,右传感器217R,和外壳220。外壳220配置为容纳声音接收器100、信号输入单元212、信号切换单元231、信号处理单元230、耦合电路216、左传感器217L和右传感器217R。外壳220可以是可穿戴的。在上述段落中可以找到信号输入单元212、耦合电路216和传感器模组210的传感器217的描述,这里没有详细描述。

声音接收器100被配置用于接受环境声音并且转换声音成音频信号。音频信号可以从声音接收器100传输到信号处理单元230。声音接收器100可以包括一个声音收集结构,用于从声源收集声音,以及将收集到的声音转换为音频信号的麦克风。如图6所示,声音接收器100R包括声音收集结构110和麦克风150。声音接收器100的麦克风可以体现为冷凝器麦克风、带状麦克风、压电麦克风或硅麦克风。

信号处理单元230被配置从声音接收器100和/或信号输入单元212接收电信号。信号处理单元230可以执行适当的声音传递质量的功能,如混合、放大、过滤、噪声消除、相移或增强。的信号处理单元230包括模拟处理元件,例如运算放大器,或者可以包括数字处理组件,例如音频处理集成电路。电信号可以是模拟电信号或数字电信号。信号处理单元230可以是由运算放大器、电容器和晶体管组成的电路,或者可以集成为封装中的单个芯片。此外,信号处理单元230可以具有混合功能,以充分混合音频信号,例如,从音频端口和声音接收器。此外,信号处理单元230可以翻转音频信号并传输到双边传感器217。

信号切换单元231配置为改变信号输入源或改变信号输入模式。例如,用户可以选择某种模式以接收主要来自音频端口的音频信号,或者主要从麦克风接收音频信号。信号切换单元231可体现为电磁继电器或光继电器。另外,信号切换单元231可以集成到信号处理单元230中。

被处理的信号可以被传送到耦合电路216,然后传输到左传感器217L和右传感器217R。变化的磁场可以由左传感器217L和右传感器217R生成,对应于信号处理单元230处理的信号。

一个声音传递装置被配置用于接收音频信号并且传递声音和可变磁场至个体。在图3a所示的一个实施例中,一个声音传递装置200包括一个声音接收器100、一个信号输入单元212、一个信号切换单元231、一个信号处理单元230、一个耦合电路216、一个传感器217、一个扬声器240和一个外壳220。

声音接收器100被配置用于接受环境声音并且转换声音为音频信号。声音接收器100可以包括声音收集结构用于从所有来源和麦克风收集声音用于转换声音成电信号。如图6所示,声音接收器100R包括声音收集结构110和麦克风150。麦克风可以体现为冷凝器麦克风,带状麦克风,压电麦克风,或硅麦克风。

信号输入单元212被配置接收信号并且传递信号到声音传递装置200的其他电子元件。信号输入单元212可以是麦克风、音频端口或无线通信模块。麦克风可以体现为冷凝器麦克风,功能区麦克风,压电麦克风或硅麦克风。音频端口可以是电话连接器、DIN连接器、BNC连接器、XLR连接器、RCA连接器或TOSLINK连接器。无线通信模块配置为接收无线信号,并将信号转换为适应连续组件的音频信号。无线通信模块可以是蓝牙模块、无线网络模块或一个物联网模块。

信号切换单元231配置为改变信号输入源或改变信号输入模式。例如,用户可以选择某种模式以接收主要来自音频端口的音频信号,或者主要从麦克风接收音频信号。信号切换单元231可以是电磁继电器或光继电器。此外,信号切换单元可以集成在信号处理单元230中。

信号处理单元230被配置从声音接收器100和/或信号输入单元212接收电信号,并且信号处理单元230可以为适当的声音传递质量执行作用,例如混合,放大、过滤、噪声消除、相移或增强。信号处理单元230可以包括模拟处理元件,例如运算放大器,或者可以包括数字处理元件,例如,音频加工集成电路。电信号可以是模拟电信号或数字电信号。信号处理单元230可以是由运算放大器、电容器和晶体管组成的电路,或者可以集成为封装中的单个芯片。此外,信号处理单元230可以有混合功能,以充分混合音频信号,例如,从声音接收器100和音频端口的信号输入单元212。此外,当传感器217包括左传感器217L和右传感器217R,扬声器240包括左扬声器240L和右扬声器240R,信号处理单元230可以翻转音频信号并传输到双边的传感器217。左传感器217L可以因此收到与右扬声器240R相同的信号,右传感器217R可以收到与左扬声器240L相同的信号,如图3B所示。

耦合电路216电连接到信号处理单元230和传感器217,并且耦合电路216被配置为耦合传感器217电子特征与其他元件之间如扬声器240的电子特征。耦合电路216可以体现为电阻电容电路(RC电路),电阻电感电路(RL电路),或RLC电路。在一些实施例中,耦合电路216可以是一个复杂的电路结构,以满足频率响应的特定要求。在一些实施例中,耦合电路216的电容为400微微法拉。因此,传感器产生的磁场大约比扬声器产生的声音晚0001秒到0.05秒。另外,耦合电路216可配置为进行相移,以便传感器217接收的音频信号与扬声器240接收到的音频信号相比,可以具有指定的相位延迟。

传感器217配置为将电力转换为磁场。传感器217可以体现为线圈。线圈可以是绝缘钢丝缠绕不同形式的绕组类型。绝缘导线可以是绝缘铜线、绝缘铜线或绝缘银线。线圈可以是圆形的,也可以是三角形的、长方形的、多边形的或椭圆形的。如图2A、2B、2C和2D所示,传感器217可以是螺旋形(如2A)或双线摆形式(如2B)的扁平线圈缠绕,或者是松的弹簧线圈(如2C),或紧的弹簧线圈(图2D)。在一些实施例中,传感器217中每一个转弯的平面可以近似平行,这样磁场就可以在没有额外电流的情况下积聚。在一个实施例中,线圈包括300个转弯。在一些实施例中,线圈的直径为1-5厘米。最好的是,线圈的直径是3厘米。在一些实施例中,工作线圈所携带的电流在0-0.25毫安的范围内。在一个实施例中,线圈的电阻约为1800欧姆。传感器产生的磁场大约在0微特斯拉到0.02微特斯拉之间。另外,传感器217可以体现为一个直径大于扬声器240的线圈直径的线圈,较大的传感器217产生更大的有效面积。

扬声器240被配置为转换音频信号成为声音。扬声器240可以是移动线圈扬声器、静电扬声器、驻极体扬声器或等磁式(orthodynamic)扬声器。扬声器240的电阻可以大约50欧姆。在一些实施例中,在声音传递装置200中显示一对扬声器240,每个扬声器240可以集成到外壳220的耳部221中。

在一个实施例中,如图3C所示,一个声音传递装置200包括声音接收器100、信号输入单元212、信号处理单元230、耦合电路216、左传感器217L、右传感器217R、左扬声器240L和右扬声器240R。数字信号由信号输入单元212输入,然后由数字信号处理器(DSP)和数字音频转换器(DAC)进行处理。与输入数字信号相对应的DAC转换后的音频信号可以由信号处理230单元与由声音接收器100提供的第二个音频信号混合。信号处理单元230还可以通过其他方式处理DAC转换后的音频信号和第二音频信号,如放大、滤波、噪声消除、相移或增强。处理后的音频信号可以通过主动降噪(ANC)单元降噪,然后传输到耦合电路216。左侧的音频信号传递给左扬声器240L生成一个声音和右传感器217R产生一个可变磁场,而右侧的音频信号传递给右扬声器240R以产生另一个声音和左传感器217L生成另一个可变磁场。

在一些实施例中,耦合电路216做被处理的音频信号的相移,因而传感器217接受的音频信号可以与扬声器240接收的音频信号相比有一个指定的相位延迟。即,对于信号处理单元230处理的音频信号,由与音频信号对应的传感器217产生的可变磁场可以比扬声器240对应于同一音频信号的声音晚。在一些实施例中,可变磁场的生成时间比声音的生成时间晚0.001-0.05秒。在一些实施例中,可变磁场的生成时间比声音的生成时间晚0.0125秒。

外壳220容纳上述声音传递装置200的元件并且提供在用户的头或耳朵穿戴的安装。外壳220可以包括至少一个耳部221和可穿戴部件222。可穿戴部件222稳定了用户头上的声音传递装置200。在一些实施例中,传感器217可以包括左传感器217L和右传感器217R,扬声器240可以包括左扬声器240L和右扬声器240R。在这种情况下,外壳220可以包括左耳部221L,右耳部221R,和可穿戴部件222。例如,外壳220的可穿戴部件222可以是头带(图4),一个眼镜框(图5),或头盔(图6)。在一些实施例中,左声音接收器可以接收周围的声音作为左音频信号,然后音频信号传递给左扬声器240L和右传感器217R,而右声音接收器100R可以接收周围的声音作为右音频信号,然后右音频信号传递给右扬声器240R和左传感器217L。

在一实施例中,可以将声音传递装置200配置为处理音频信号和传递声音和可变磁场。声音传递装置200可以包括声音接收器100、信号输入单元212、信号处理单元230、扬声器240、传感器217和外壳220。音频信号可以从声音接收器100收集的环境声音转换,也可以直接从信号输入单元212(如音频端口或无线通信模块)输入。音频信号可以处理,如被信号处理单元230放大或过滤,然后传送到扬声器240和传感器217。在一个实施例中,传感器217可以生成与信号处理单元230所处理的音频信号对应的可变磁场。扬声器240可以根据相同的音频信号生成声音。另外,传感器217可以放在外壳220的耳部221或外壳220的可穿戴部件222上。在一个实施例中,传感器217可以配置在可穿戴部件222上,以便传感器217可以与用户的头皮接近,在三厘米以内或更少。另外,传感器217的平面可以与可穿戴部件222相当平行,因此传感器217产生的可变磁场可以与用户的头皮基本垂直。在一个实施例中,声音传递装置200可以包括声音接收器100,信号输入单元212,信号处理单元230,左扬声器240L,右扬声器240R,左传感器217L,右传感器217R,和外壳220。声音传递装置200可以接收声音接收器100和信号输入单元212的音频信号的环境声音。然后,信号处理单元230可以混合信号从声音接收器100和信号输入单元212。随后,信号处理单元230传达混合音频信号至扬声器240和传感器217。具体地说,由右传感器217R接收的音频信号可以与左扬声器240L接收到的音频信号相同,而左传感器217L接收的音频信号可以与右扬声器240R接收到的音频信号相同。此外,传感器217可以设置于耳部221的外壳220或在可穿戴部件222的外壳220。此外,传感器217接收到的音频信号可以具有指定的相位延迟,使传感器217产生的可变磁场可以比扬声器240对应于同一音频信号的声音晚。在一些实施例中,可变磁场的生成时间比声音的生成时间晚0.0001-0.05秒。在一些实施例中,可变磁场的生成时间比声音的生成时间晚0.0125秒。

本发明提供传感器模组和声音传递装置以产生可变磁场和对应于音频信号的声音，可以应用在助听器中。使用者穿这些助听器可以感受改善的声音敏感度。虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明之精神和范围内，当可作些许之更动与润饰，故本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界。

Claims (21)

1.一种传感器模组,包括：

信号输入单元；和

至少一个传感器,

其中该信号输入单元接收音频信号并将音频信号传输到该至少一个传感器；该至少一个传感器包括一个线圈,其用于基于音频信号产生可变磁场。

2.如权利要求1所述的传感器模组，其特征在于该线圈的直径是在1-5厘米范围内。

3.如权利要求1所述的传感器模组，其特征在于线圈的电阻为1800欧姆,和线圈所负载的工作电流为0-0.2毫安。

4.如权利要求1所述的传感器模组，其特征在于线圈的每个转弯所形成的平面基本互相平行。

5.如权利要求1所述的传感器模组，其特征在于该信号输入单元包括麦克风、音频端口或无线通信模块。

6.如权利要求1所述的传感器模组，其特征在于进一步包括一个耦合电路电连接到信号输入单元和至少一个传感器。

7.如权利要求1所述的传感器模组，其特征在于进一步包括一个外壳,以容纳至少一个传感器和信号输入单元,并且用于耦合传感器模组至一可穿戴的耳机。

8.一种声音传递装置，包括：信号输入单元、信号处理单元、至少一个传感器和至少一个扬声器,其中

该信号输入单元用于接收音频信号并将音频信号传输到信号处理单元；

该信号处理单元配置为处理音频信号,并分别将处理后的音频信号传输到至少一个传感器和至少一个扬声器；

该至少一个传感器包括一个线圈用于生成与处理过的音频信号相对应的可变磁场；和

至少一个扬声器用于生成与所处理的音频信号相对应的声音。

9.如权利要求8所述的声音传递装置，其中线圈的电阻是1800欧姆,并且由线圈负载的工作电流在0-0.25毫安范围。

10.如权利要求8所述的声音传递装置，其特征在于其中至少一个传感器线圈的直径大于至少一个扬声器中线圈的直径。

11.如权利要求8所述的声音传递装置，其特征在于进一步包括电连接到信号处理单元和至少一个传感器的耦合电路,其中耦合电路耦合至少一个传感器电气特性与至少一个扬声器的电气特性。

12.如权利要求11所述的声音传递装置，其特征在于耦合电路提供被处理的音频信号以预定的相位延迟。

13.如权利要求12所述的声音传递装置，其特征在于对应于处理过的音频信号,由至少一个传感器产生的可变磁场比至少一个扬声器产生的声音晚0.001-0.05秒。

14.如权利要求8所述的声音传递装置，其特征在于进一步包括声音接收器,其中声音接收器被配置为接收环境声音并将声音转换为输入音频信号。

15.如权利要求14所述的声音传递装置，其特征在于进一步包括电连接到声音接收器的信号切换单元、信号输入单元和信号处理单元,其中信号切换单元配置为选择信号输入源或模式从声音接收器和信号输入单元输入信号,并将所选音频信号传输到信号处理单元。

16.如权利要求14所述的声音传递装置，其特征在于信号处理单元配置为将来自声音接收器的输入音频信号和来自信号输入单元的音频信号混合。

17.如权利要求8所述的声音传递装置，其特征在于进一步包括外壳容纳信号输入单元、信号处理单元、至少一个传感器和至少一个扬声器,其中外壳包括至少一个耳部和一个头部可穿戴部件,至少一个扬声器是集成在外壳的至少一个耳部。

18.如权利要求17所述的声音传递装置，其特征在于该传感器配置在外壳的至少一个耳部或该传感器配置在外壳的可穿戴部件上。

19.如权利要求8所述的声音传递装置，其特征在于该至少一个传感器包括一个左传感器和一个右传感器,该至少一个扬声器包括一个左扬声器和一个右扬声器。

20.如权利要求19所述的声音传递装置，其特征在于该信号处理单元翻转由左传感器和右传感器接收的经过处理的音频信号。

21.如权利要求19所述的声音传递装置，其特征在于其中由右传感器接收的处理后的音频信号与左扬声器接收的处理后的音频信号相同,且由左传感器接收的处理后的音频信号与由右扬声器接收的处理后的音频信号相同。