CN109040931B - 用于听力仪器的堵塞控制系统和听力仪器 - Google Patents

用于听力仪器的堵塞控制系统和听力仪器 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种用于听力仪器的装置，该听力仪器配置为至少部分地放置在听力仪器的佩戴者的耳道中，该装置包括：密封元件，其配置为在带有该装置的听力仪器至少部分地位于耳道中时密封耳道，其中，密封元件的操作由电控制信号控制，密封元件至少部分地由电活性材料制成，其中，密封元件的电活性材料的声阻抗作为所施加的电场的函数而变化，所施加的电场基于电控制信号的特征。

Description

用于听力仪器的堵塞控制系统和听力仪器
技术领域
本公开主要涉及一种用于听力仪器的堵塞控制系统以及设置有这种系统的听力仪器。
背景技术
本领域中已知许多不同种类的耳戴式设备。为了本申请的目的，传统助听器、耳鸣掩蔽器、智能耳戴式设备(hearables)、非处方助听器、耳塞式耳机、听力保护器等都包括在所采用的综合术语听力仪器中。
传统助听器代表性地概括示出所有听力仪器的结构和功能。在本文中，已知若干不同类型的助听器。可完全佩戴在耳内的小型助听器，例如耳内式助听器(ITE)或深耳道式助听器(CIC)适用于应对轻度听力损伤。为了应对更严重的听力损伤，通常需要戴在耳后的更大的设备，例如，耳后式助听器(BTE)或耳道内接收器助听器(RIE)。这些设备将音频数据作为声波或作为有线电信号传送到位于听力受损者的耳朵中的铃形助听器圆顶。
不管采用的听力仪器的类型如何，在使用听力仪器时，耳道都至少部分地与外部环境隔绝。结果，发展为堵塞效应。这表现为听力仪器佩戴者感觉到自己的声音是中空的和/或变得被不自然地放大。
通常，通过引入在耳道腔和外部环境之间建立流体连通的通气管(通气孔)来减少以上讨论的不期望的效应。正如技术人员所熟知的，这种解决方案仍然存在着显著缺陷。为了解决这些问题，EP2405674 公开了一种带有谐振器的通气孔。其谐振频率范围相当窄(10到100Hz)，并在工厂中永久性地预先设定。
结果，与本领域中可用的解决方案相关联的一些问题仍然存在。在复杂和/或快速变化的听音情况下尤其如此。
发明内容
当前的一个目的是至少缓解与现有技术相关联的缺陷。
上述目的主要通过根据独立权利要求的用于助听器的堵塞控制系统以及根据从属权利要求的实施例来实现。
更具体而言，本公开提供一种用于听力仪器的堵塞控制系统，该系统适于定位在听力仪器佩戴者的耳道中。所述系统包括：密封元件，其在所述系统位于耳道中时物理密封耳道。密封元件的操作由电控制信号控制，所述密封元件至少部分地由电活性材料制成。电活性材料的声阻抗作为所施加的由电控制信号的内容确定的电场的函数而变化。
在下文中，呈现一个或多个实施例的积极效果和优点。
所实现的是一种动态调整始终物理密封耳道腔的密封元件的声学特性的方法。在整个听力频带上调整声学特性。这是通过在组成密封元件的电活性材料上施加电场来实现的。所施加的力引起电活性材料的顺应性的改变，即改变其弹性特性。作为示例，当电活性材料在承受所施加的力时可以从柔软变为完全刚性。处于刚性状态的电活性材料隔绝声音，即声波不能穿过，而处于柔软状态的相同材料不隔绝声音，并且允许声波穿过。因此，通过改变电活性材料的顺应性，改变密封元件的声阻抗，即改变其对声波形状的声流的阻力。相应地并且根据密封元件的电活性材料的顺应性，不同量的声能可以穿过由密封元件表示的障碍物。配置为生成电控制信号的信号处理器可以控制密封元件的电活性材料的顺应性。电控制信号的内容(因此，电活性材料的弹性特性)对应于佩戴者外部环境(例如，嘈杂、安静、音乐会)和/或佩戴者的状态(例如，说话、吃东西、行走)所提出的要求。总之，可以获得对朝向或远离耳道腔传播的声波的主动控制，从而以最弱的堵塞效应实现对耳道的最大功能性密封。
这里，外部环境被视为包括从外部传到听力仪器的所有声音。举例来说，这种声学环境的一个特征是环境噪声能量的频谱分布。
当膜为柔软膜时，低频声波通过。因此，通过调整膜的声阻抗来控制耳道内的低频能量--刚性膜提供更大的声阻抗并增加耳朵中的低频能量，而柔软/柔性膜提供更小的声阻抗并降低低频能量(通过使能量消散)。由于柔性膜使低频能量消散，所以可以使堵塞效应最小化。通过这种方式，用户的声音(以及咀嚼声、脚步声等)在低频时不会被放大。在同样的情况下，佩戴者可以从音乐收听甚至声音信号放大的改善的低音响应中获益，以解决低频听力损失。
同时，处于刚性状态的膜防止环境噪声泄漏到耳道中，从而提供改善信噪比的信号处理机会(例如，降噪、波束形成等)。
一种用于听力仪器的装置，该听力仪器配置为至少部分地放置在听力仪器佩戴者的耳道中，该装置包括：密封元件，配置为在带有该装置的听力仪器至少部分地位于耳道中时密封耳道，其中，密封元件的操作由电控制信号控制，密封元件至少部分地由电活性材料制成，其中，密封元件的电活性材料的声阻抗作为所施加的电场的函数而变化，所施加的电场基于电控制信号的特征。
可选地，电活性材料包含弹性体。
可选地，电活性材料成形为膜。
可选地，该装置还包括至少部分地与膜状电活性材料重叠的聚合物层。
可选地，聚合物层由硅树脂制成。
可选地，当听力仪器至少部分地位于耳道中时，聚合物层布置为面向耳道。
可选地，膜状电活性材料和聚合物层中的至少一个具有至少一个穿孔。
可选地，至少一个穿孔的总声质量(acoustic mass)超过5000kg/m4。
可选地，电活性材料包含碳纳米管。
可选地，施加的电场的电压在任何地方都为0V至1.5V。
可选地，处于第一状态的电活性材料具有第一声阻抗，并且处于第二状态的电活性材料具有第二声阻抗，第一声阻抗高于第二声阻抗。
可选地，用于控制密封元件的操作以调整电活性材料的声阻抗的电控制信号基于包括关于外部声音的信息的第一电信号。
可选地，用于控制密封元件的操作以调整电活性材料的声阻抗的电控制信号基于包括关于在耳道的密封部分中生成的声音的信息的第二电信号。
可选地，该装置还包括检测器，配置为检测听力仪器的佩戴者是否在说话，其中，检测器配置为响应于检测到的语音而输出检测器电信号，并且其中，用于控制密封元件的操作以调整电活性材料的声阻抗的电控制信号基于检测器电信号。
一种听力仪器包括该装置。
可选地，听力仪器包括配置为提供电控制信号的信号处理器。
可选地，听力仪器包括听筒，其中，密封元件是听筒的一部分。
可选地，听筒包括一个或多个孔，并且密封元件覆盖一个或多个孔。
可选地，该装置还包括配置成提供电控制信号的信号处理器。
当结合附图阅读以下详细描述时，实施例的其他优点和特征将变得显而易见。
附图说明
图1是根据一个实施例的包括堵塞控制系统的BTE型助听器的透视图。
图2是图1所示的堵塞控制系统的实施例的近视图。
图3是根据另一实施例的包括堵塞控制系统4的ITE型助听器2的透视图。
图4是当将所述助听器插入佩戴者耳朵中时，图3所示的ITE型助听器的结构视图。
图5是根据一个实施例的包括堵塞控制系统的听力保护设备的透视图。
具体实施方式
现在将参照附图在下文中更全面地描述实施例。然而，要求保护的发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于在此阐述的实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
图1是根据一个实施例的包括堵塞控制系统4的BTE型助听器2的透视图。
BTE设备具有：主体6，其包括大部分部件并且在使用助听器时放置在耳后；和听筒8，其用于插入佩戴者的耳道中。因此，包括圆顶结构10的BTE设备的听筒与助听器的主体分离并且其紧贴地配合在佩戴者的耳道中。在本实施例中，堵塞控制系统是圆顶结构的一部分。将结合图2更详细地讨论本实施例。
图2是图1所示的堵塞控制系统4的近视图。这里，堵塞控制系统是圆顶结构10的一部分。圆顶结构包括圆顶基部12和圆顶顶部14。它们通过弯曲的、周向延伸的筋(rib)16物理连接。堵塞控制系统的密封元件18覆盖圆顶结构中的孔。因此，当系统位于耳道中时，耳道被物理密封。密封元件包括电活性材料。正如可以看到的，电活性材料成形为膜。在优选实施例中，电活性材料是聚合物，更确切地说是弹性体。替代地(未示出)，可以省去周边的筋，使得电活性材料沿圆顶结构的整个周边在圆顶基部和圆顶顶部之间延伸。密封元件的操作由电控制信号控制。电控制信号通常由信号处理器生成，其通常容纳于图1所示的主要部件中。密封元件的操作意味着电活性材料的声阻抗作为所施加的电场的函数而变化。在一些实施例中，可以将生成电控制信号的信号处理器中的电路和/或模块认为是堵塞控制系统4的一部分。在其他实施例中，可以将生成电控制信号的信号处理器中的电路和/或模块认为不是堵塞控制系统4的一部分。
由此，可以动态调整始终物理密封耳道腔的密封元件的声学特性。这是通过在组成密封元件的电活性材料上施加电场来实现的。所施加场的大小由电控制信号的内容确定，其通常包括根据预定义的标准或合适的算法的控制数据。施加的力引起电活性材料的顺应性的改变，即改变其弹性特性。作为示例，当电活性材料承受施加的力时可以从柔软(即，具有低声阻抗)变为完全刚性(即，具有高声阻抗)。处于刚性状态的电活性材料隔绝声音，即声波不能穿过，而处于柔软状态的相同材料不隔绝声音，并且允许声波穿过。因此，通过改变电活性材料的顺应性，改变密封元件的声阻抗，即改变其对声波形状的声流的阻力。相应地并且根据密封元件的电活性材料的顺应性，不同量的声能可以穿过由密封元件表示的障碍物。配置为生成电控制信号的信号处理器可以控制密封元件的电活性材料的顺应性。
如上所述，上述系统也适用于集成在RIE设备中，即接收器/扬声器单元作为圆顶结构的一部分的设备。同样可以设想将系统集成到双圆顶结构中。
该系统还可以包括硅树脂制聚合物层(未示出)，其被布置为使得至少部分地与膜状电活性材料重叠。优选地，当系统位于耳道中时，聚合物层布置为面向耳道，即其覆盖电活性聚合物。
在一个实施例中(未示出)，膜状电活性材料和聚合物层中的至少一个设置有至少一个具有排气效果的穿孔。无论制作的穿孔的数量如何，总声质量优选超过5000kg/m4。
在另一实施例中，电活性材料包括碳纳米管。在那种情况下，所施加的电场的电压可以在0V和1.5V之间的范围内，即需要相当低的电压以确保系统的操作符合要求。
图3是根据另一实施例的包括堵塞控制系统4的ITE型助听器2的透视图。正如可以看到的那样，堵塞控制系统集成在可以完全容纳在耳内的听力仪器中。应该注意的是，堵塞控制系统4不限于应用于ITE设备(耳内式)或BTE设备。例如，在其他实施例中，堵塞控制系统4可以用于CIC设备(深耳道式)或其他类型的听力仪器。所示堵塞控制系统的密封元件18是布置在穿过听力仪器并连接耳道腔26和外部环境28的通气管24的入口部分处的平面结构。通常，电活性材料悬置于周向延伸的支撑结构(不可见)上，其形状与通气管的截面形状一致。密封元件的其他特性和操作与结合图2所讨论的那些一致。
图4是当将所述助听器插入佩戴者的耳朵30中时，图3所示的ITE型助听器2的结构视图。可以看到由助听器、耳组织和耳鼓32限定的位于耳道中的剩余体积/腔体26。关于堵塞控制系统4的密封元件18的操作，除了结合图2所述之外，还可以根据当前声学情况的需要提供在声学上关闭或打开密封元件18的动态的、时变控制，即改变其状态。总体而言，这使得佩戴者的听力舒适度得到改善。下面列出属于这种情况的一些非限制性示例：
关于自身声音的存在，在声学上打开密封元件(创建低声阻抗)；
当经受低频音乐时，在声学上关闭密封元件(创建高声阻抗)；
在安静的环境中，在声学上打开密封元件(创建低声阻抗)；
在一个非限制性实施例(未示出)中，堵塞控制系统可以包括麦克风，其被布置为拾取外部声音并且输出第一电信号，其中，当生成用于控制密封元件的操作以调整电活性材料的声阻抗的电控制信号时，信号处理器使用第一电信号。麦克风可以是堵塞控制系统的一部分，但是也可以使用助听器的任何麦克风。
在另一未示出的非限制性实施例中，堵塞控制系统还包括麦克风，其被布置为拾取在耳道的物理密封部分中生成的声音，即麦克风面向耳道腔。响应于拾取的声音，麦克风输出第二电信号，其中，当生成用于控制密封元件的操作以调整电活性材料的声阻抗的电控制信号时，信号处理器使用第二电信号。同样，麦克风可以是堵塞控制系统的一部分，但也可以使用属于助听器的麦克风。
在相关的实施例中，该系统可以具有一对麦克风，一个用于拾取外部声音，另一个用于拾取在腔体中生成的声音。即使在非常复杂的声学情况下，这也可以进一步改善电活性材料的转变并且使堵塞效应最小化。
在另一相关实施例中，振动传感器可以用于拾取在腔体中生成的声音。即使在非常嘈杂的声学环境中，这也可以进一步改善电活性材料的转变并且使堵塞效应最小化。
在又一实施例中，堵塞控制系统或助听器本身还可以包括检测器，其用于检测助听器的佩戴者是否正在说话，并且所述检测器配置为响应于检测到的语音而输出检测器电信号，其中，当生成用于控制密封元件的操作以调整电活性材料的声阻抗的电控制信号时，信号处理器使用检测器电信号。在其基本实施方式中，响应于检测到的来自佩戴者的语音，密封元件将变为最大程度地透声(最小声阻抗的状态)以便最大程度地衰减有害的堵塞效应。
图5是根据一个实施例的包括带有密封元件18的阻塞控制系统4的听力保护设备34的透视图。如清楚地看见的，当阻塞控制系统包括在听力保护设备中时，与用于ITE型助听器(如图3和图4所示)的解决方案具有显著的结构相似性。另外，其功能特性与所述ITE设备的功能特性基本相同。
还公开了根据以下任何项目的装置和听力仪器。
项目1.一种用于听力仪器的装置，该听力仪器配置为至少部分地放置在听力仪器佩戴者的耳道中，该装置包括：
密封元件，其配置为在带有该装置的听力仪器至少部分地位于耳道中时密封耳道，其中，密封元件的操作由电控制信号控制，密封元件至少部分地由电活性材料制成，其中，密封元件的电活性材料的声阻抗作为所施加的电场的函数而变化，所施加的电场基于电控制信号的特征。
项目2.根据项目1所述的装置，其中，电活性材料包括弹性体。
项目3.根据项目1或项目2所述的装置，其中，电活性材料成形为膜。
项目4.根据项目3所述的装置，还包括至少部分地与膜状电活性材料重叠的聚合物层。
项目5.根据项目4所述的装置，其中，聚合物层由硅树脂制成。
项目6.根据项目4或项目5所述的装置，其中，当听力仪器至少部分地位于耳道中时，聚合物层布置为面向耳道。
项目7.根据项目4至项目6中任一项所述的装置，其中，膜状电活性材料和聚合物层中的至少一个具有至少一个穿孔。
项目8.根据项目7所述的装置，其中，至少一个穿孔的总声质量超过5000kg/m4。
项目9.根据项目1至项目8中任一项所述的装置，其中，电活性材料包括碳纳米管。
项目10.根据项目9所述的装置，其中，所施加的电场的电压在任何地方都为0V至1.5V。
项目11.根据项目1至项目10中任一项所述的装置，其中，处于第一状态的电活性材料具有第一声阻抗，并且处于第二状态的电活性材料具有第二声阻抗，第一声阻抗高于第二声阻抗。
项目12.根据项目1至项目11中任一项所述的装置，其中，用于控制密封元件的操作以调整电活性材料的声阻抗的电控制信号基于包括关于外部声音的信息的第一电信号。
项目13.根据项目1至项目12中任一项所述的装置，其中，用于控制密封元件的操作以调整电活性材料的声阻抗的电控制信号基于包括关于在耳道的密封部分中生成的声音的信息的第二电信号。
项目14.根据项目1至项目13中任一项所述的装置，还包括检测器，其配置为检测听力仪器佩戴者是否正在说话，其中，检测器配置为响应于检测到的语音输出检测器电信号，并且其中，用于控制密封元件的操作以调整电活性材料的声阻抗的电控制信号基于检测器电信号。
项目15.一种听力仪器，包括根据项目1至项目14中任一项所述的装置。
项目16.根据项目15所述的听力仪器，还包括配置为提供电控制信号的信号处理器。
项目17.根据项目15或项目16所述的听力仪器，包括听筒，其中，密封元件是听筒的一部分。
项目18.根据项目17所述的听力仪器，其中，听筒包括一个或多个孔，并且密封元件覆盖一个或多个孔。
项目19.根据项目1至项目14中任一项所述的装置，还包括配置成提供电控制信号的信号处理器。
在附图和说明书中，已经公开了典型的优选实施例，尽管采用了特定的术语，但它们仅以一般性和描述性的意义使用，而不是出于限制的目的，本发明的范围在所附权利要求中进行阐述。

Claims (14)

1.一种用于听力仪器的装置，所述听力仪器配置为至少部分地放置在所述听力仪器的佩戴者的耳道中，所述装置包括：
信号处理器，配置为提供电控制信号；
密封元件，配置为在带有所述装置的听力仪器至少部分地位于所述耳道中时密封所述耳道，其中，所述密封元件的操作由所述电控制信号来控制，所述密封元件至少部分地由电活性材料制成，所述电活性材料包括弹性体并且成形为膜，
其中，所述密封元件的电活性材料的声阻抗配置为：作为在所述电活性材料上的所施加的电场的函数而变化，所施加的电场基于所述电控制信号的特征；
其中当所述成形为膜的电活性材料承受所施加的电场的施加的力时，所述成形为膜的电活性材料从处于柔软状态的柔软膜变为处于刚性状态的完全刚性膜；
并且其中，处于刚性状态的成形为膜的电活性材料具有高声阻抗且隔绝声音，以及处于柔软状态的成形为膜的电活性材料具有低声阻抗且不隔绝声音。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括至少部分地与膜状电活性材料重叠的聚合物层。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述聚合物层由硅树脂制成。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述聚合物层具有至少一个穿孔。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述成形为膜的电活性材料具有至少一个穿孔。
6.根据权利要求4或5所述的装置，所述至少一个穿孔的总声质量超过5000kg/m4。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电活性材料包括碳纳米管。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，处于第一状态的电活性材料具有第一声阻抗，并且处于第二状态的电活性材料具有第二声阻抗，所述第一声阻抗高于所述第二声阻抗。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，用于控制所述密封元件的操作以调整所述电活性材料的声阻抗的电控制信号基于包括关于外部声音的信息的第一电信号。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，用于控制所述密封元件的操作以调整所述电活性材料的声阻抗的电控制信号基于包括关于在所述耳道的密封部分中生成的声音的信息的第二电信号。
11.根据权利要求1所述的装置，还包括检测器，配置为检测所述听力仪器的佩戴者是否正在说话，其中，所述检测器配置为响应于检测到的语音输出检测器电信号，并且其中，用于控制所述密封元件的操作以调整所述电活性材料的声阻抗的电控制信号基于所述检测器电信号。
12.一种听力仪器，包括根据权利要求1至11中任一项所述的装置。
13.根据权利要求12所述的听力仪器，包括听筒，其中，所述密封元件是所述听筒的一部分。
14.根据权利要求13所述的听力仪器，其中，所述听筒包括一个或多个孔，并且所述密封元件覆盖所述一个或多个孔。
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