CN109756830A - 用于听力设备的电子电路和内耳件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制听力设备的可控声阀的方法，可控声阀包括适合于置于至少两种基本稳定状态的一种中的可移动阀元件，其中可移动阀元件被配置为由保持力维持在基本稳定状态的每种中，并且其中基本上抵消保持力的中性点存在于至少两种基本稳定状态之间，该方法包括步骤：将第一驱动信号提供到可控声阀，以便克服第一基本稳定状态的保持力，从而发起可移动阀元件从第一基本稳定状态到第二基本稳定状态的移动，其中所提供的第一驱动信号能够将可移动阀元件带离第一基本稳定状态，并且越过第一基本稳定状态与第二基本稳定状态之间的中性点。

Description

用于听力设备的电子电路和内耳件
技术领域
本发明涉及用于听力设备的电子电路和内耳件。尤其，本发明涉及用于控制听力设备的电子电路和方法，以及包括扬声器和可控声阀的内耳件。本发明的电子电路和内耳件被配置为经由最多三个电线电气连接到听力设备的其他设备。
背景技术
听力设备可以以各种方式实现，包括听力仪器放置在耳朵后面，然而内耳件至少部分地放置在耳道内的实现方式。听力仪器和内耳件经由许多电线电气连接。
听力仪器与内耳件之间的导线数量由于各种原因而应当受到限制，包括：
-有限数量的导线可以隐藏在出于美观的原因而可以制造成几乎不可见的细缆线内，以及
-由于仅支持麦克风或者扬声器，内耳件的功能性到目前为止受到限制。
如果将一个或多个附加的组件添加到内耳件，那么相关联的听力仪器与内耳件之间的导线的数量将增加。这是不利的，因为它可能导致对于听力仪器与内耳件之间新的连接器的需求。这种新的连接器将典型地导致听力仪器与新的内耳件之间的向后兼容问题。
而且，听力仪器的处理器可能不一定具有附加的端口来控制或者监控内耳件的这种一个或多个附加的组件。甚至，通常专用于驱动内耳件的扬声器的听力仪器的处理器上的可用端口不一定与到这种一个或多个附加组件的接口兼容。
显然，听力设备制造趋向于避免上述情况，因为非常不利。
因此，对于有利于可以将诸如可控声阀这样的一个或多个附加的组件添加到听力设备的内耳件，而不增加听力仪器与内耳件之间的导线数量的解决方案，似乎存在需求。
因此，提供有利于一个或多个附加的组件可以在听力设备的内耳件中充分操作，而不增加听力仪器与内耳件之间的导线数量的布局 (arrangement)，可以看作本发明的实施例的目的。
发明内容
在第一方面，上述目的通过提供用于控制听力设备的可控声阀的方法而达成，可控声阀包括：
-可移动阀元件，适合于置于至少两种基本稳定状态的一种中，其中可移动阀元件被配置为由保持力维持在基本稳定状态的每种中，并且其中基本上抵消保持力的中性点存在于至少两种基本稳定状态之间，
方法包括步骤：
-将第一驱动信号提供到可控声阀，以便克服第一基本稳定状态的保持力，从而发起可移动阀元件从第一基本稳定状态到第二基本稳定状态的移动，其中所提供的第一驱动信号能够将可移动阀元件带离第一基本稳定状态，并且越过第一基本稳定状态与第二基本稳定状态之间的中性点。
在当前语境中，可控声阀可以是具有允许它适合放置在听力设备的内耳件内部的尺寸的微型声阀。可控声阀可以包括可移动阀元件形式的可移动部件，可移动阀元件适合于置于典型两种基本稳定状态的一种中。在可能是开态或者闭态的每种稳定状态处，可移动阀元件被配置为由保持力，诸如磁力、弹性力等维持在位置中。中性点可以存在于两种基本稳定状态之间，诸如两种基本稳定状态之间保持力基本上抵消的近似半途。
第一驱动信号可以是可以施加到例如可控声阀的驱动线圈的可控电气信号。
为了节能，方法还可以包括确定第一基本稳定状态的保持力，并且调整所提供的第一驱动信号使得超出第一基本稳定状态的保持力小于25％，诸如小于20％，诸如小于15％，诸如小于10％，诸如小于5％的步骤。
在作为替代的节能方法中，方法还可以包括确定用于将可移动阀元件带离第一基本稳定状态并且越过中性点所必需的能量，并且调整所提供的第一驱动信号的能量使得以小于25％，诸如小于20％，诸如小于15％，诸如小于10％，诸如小于5％的能量裕度(energymargin)带动可移动阀元件越过中心点的步骤。
在一个实施例中，所施加的第一驱动信号可以包括包含第一振幅、第一极性和第一持续时间的第一信号部分。所施加的第一驱动信号还可以包括包含第二振幅、第二极性和第二持续时间的第二信号部分。第一极性和第二极性可以是相反的极性，并且第一持续时间可以与第二持续时间不同。而且，第一极性可以是正的，并且第二极性可以是负的。甚至，第一持续时间可以长于第二持续时间。
驱动信号的第一部分和第二部分具有相反的极性是有利的，因为正极性可以适合于克服保持力并且带动可移动阀元件越过中性点，然而负极性可以使得可移动阀元件减慢或者减速度，并且因此可以确保可移动阀元件的无击打和无噪声着陆。
在另一个实施例中，所施加的第一驱动信号可以包括具有第一部分和第二部分的锯齿形脉冲，并且其中在第一部分期间，所施加的第一驱动信号包括正极性，并且其中在第二部分期间，所施加的第一驱动信号包括负极性。
再次，驱动信号的第一部分和第二部分具有相反的极性是有利的，因为正极性可以适合于克服保持力并且带动可移动阀元件越过中性点，然而负极性可以使得可移动阀元件减慢或者减速度，并且因此可以确保可移动阀元件的无击打和无噪声着陆。
在又一个实施例中，所施加的第一驱动信号可以包括多个脉冲，每个脉冲具有可变的持续时间。多个脉冲的一个或多个可以具有正极性，并且多个脉冲的一个或多个可以具有负极性。如下面将更加详细讨论的，包括多个脉冲的驱动信号是有利的，因为它可以用于校准目的。
根据方法方面，方法还可以包括生成并且接收包括关于在将第一驱动信号提供到可控声阀之后，可移动阀元件处于哪种基本稳定状态 (打开还是闭合)的信息的状态指示信号的步骤。方法还可以包括如果状态指示信号显示可移动阀元件处于不期望的状态，则将第二驱动信号提供到可控声阀的步骤。如果可移动阀元件没有按照对于第一驱动信号所预期的进行响应，则提供第二驱动信号。与第一驱动信号相比较，第二驱动信号可以包括更多能量。
在第二方面，本发明涉及用于控制听力设备的可控声阀的方法，可控声阀包括：
-可移动阀元件，适合于置于至少两种基本稳定状态的一种中，其中可移动阀元件被配置为由保持力维持在基本稳定状态的每种中，
方法包括步骤：
-将驱动信号提供到可控声阀，所述驱动信号包括第一部分和第二部分，其中在第一部分中，驱动信号适合于克服第一基本稳定状态的保持力，从而发起可移动阀元件从第一基本稳定状态到第二基本稳定状态的移动，以及其中在第二部分中，驱动信号适合于在可移动阀元件到达第二基本稳定状态之前，使得它的移动减速度，以便减少撞击噪声的生成。
因此，根据第二方面，所提供的驱动信号可以包括适合于克服第一基本稳定状态的保持力的第一部分，以及适合于在可移动阀元件到达它的目的地之前使得它减慢或者减速度以便减少诸如击打或者接触噪声这样的撞击噪声的生成的第二部分。
在第一部分期间，驱动信号可以具有第一振幅，并且在第二部分期间，它可以具有第二振幅。第二振幅可以小于第一振幅。事实上，在第一部分期间，驱动信号可以具有正极性，并且在第二部分期间，它可以具有负极性。
在第三方面，本发明涉及用于控制听力设备的可控声阀的方法，可控声阀包括：
-可移动阀元件，适合于置于至少两种基本稳定状态的一种中，其中可移动阀元件被配置为由保持力维持在基本稳定状态的每种中，
方法包括步骤：
-将第一驱动信号提供到可控声阀，以便克服第一基本稳定状态的保持力，从而发起可移动阀元件从第一基本稳定状态到第二基本稳定状态的移动，
-生成并且接收包括关于在将第一驱动信号提供到可控声阀之后，可移动阀元件处于哪种基本稳定状态中的信息的状态指示信号，以及
-如果状态指示信号显示可移动阀元件处于不期望的状态，则将第二驱动信号提供到可控声阀。
在第四方面，本发明涉及用于控制包括小型扬声器和可控非扬声器换能器的听力设备的电气电路，所述电气电路适合于
1)接收/提供用于驱动小型扬声器的第一驱动信号，以及
2)接收/提供用于驱动可控非扬声器换能器的第二驱动信号，和 /或发送/接收来自可控非扬声器换能器的一个或多个信息/传感信号，
其中，所接收/提供的第一驱动信号和第二驱动信号以及所发送/ 接收的一个或多个信息/传感信号经由最多三个连接路径提供到电子电路/从电子电路提供。
所控制的听力设备可以包括适合于放置在听力设备的用户耳朵后面的听力仪器，以及适合于至少部分地放置在用户的耳道内的内耳件。如果本发明的电气电路放置在耳件中，那么电气电路可以适合于接收用于驱动小型扬声器的第一驱动信号，并且接收驱动可控非扬声器换能器的第二驱动信号，和/或发送来自可控非扬声器换能器的一个或多个信息/传感信号。如果电子电路放置在听力仪器中，那么电气电路可以适合于提供用于驱动小型扬声器的第一驱动信号，并且提供驱动可控非扬声器换能器的第二驱动信号，和/或接收来自可控非扬声器换能器的一个或多个信息/传感信号。
在优选实施例中，所接收/提供的第一驱动信号和第二驱动信号，以及所发送/接收的一个或多个信息/传感信号经由最多两个连接路径，诸如经由单个双绞线提供到电子电路/从电子电路提供。
本发明的电子电路是有利的，因为由于它接受至多三个连接路径的通信接口，它与现有听力设备组件完全兼容。
电子电路还可以包括用于控制将小型扬声器连接到适当的驱动信号和/或将小型扬声器与适当的驱动信号断开，以及将可控非扬声器换能器连接到适当的功率供应线路和/或将可控非扬声器换能器与适当的功率供应线路断开的可控开关的布局的装置。
而且，电子电路还可以包括用于比较所接收的驱动信号的值与基准值的比较器，并且响应该比较控制小型扬声器和/或可控非扬声器换能器的操作。作为替代或者与其相组合，电子电路还可以包括用于检测所接收的驱动信号中的嵌入信号的检测器，并且响应该嵌入信号控制小型扬声器和/或可控非扬声器换能器的操作。而且，电子电路还可以包括用于控制小型扬声器和/或可控非扬声器换能器的操作的电压相关的导体电路系统。电压相关的导体电路系统可以包括一对反并联齐纳二极管。
在第五方面，本发明涉及包括听力仪器和内耳件的听力设备，内耳件包括小型扬声器、可控非扬声器换能器和根据第四方面所述的电子电路。听力设备还可以包括功率采集模块和功率存储单元，功率采集模块被配置为基于所接收的驱动信号生成功率供应信号。可控非扬声器换能器原则上可以是任何类型的非声音生成换能器。因此，可控非扬声器可以包括选自包含下面项的组中的换能器：温度传感器、湿度传感器、压力和/或声学传感器、声阀和充气气球圆顶。
在第六方面，本发明涉及用于控制包括小型扬声器和可控非扬声器换能器的听力设备的方法，所述方法包括步骤：
1)接收/提供用于驱动小型扬声器的第一驱动信号，以及
2)接收/提供用于驱动可控非扬声器换能器的第二驱动信号，和/或发送/接收来自可控非扬声器换能器的一个或多个信息/传感信号，
其中，所接收/提供的第一驱动信号和第二驱动信号以及所发送/ 接收的一个或多个信息/传感信号经由最多三个连接路径提供到电子电路/从电子电路提供。
与第四方面相类似，电气电路可以接收用于驱动小型扬声器的第一驱动信号，并且接收驱动可控非扬声器换能器的第二驱动信号，和 /或发送来自可控非扬声器换能器的一个或多个信息/传感信号。作为替代，电气电路可以提供用于驱动小型扬声器的第一驱动信号，并且提供驱动可控非扬声器换能器的第二驱动信号，和/或接收来自可控非扬声器换能器的一个或多个信息/传感信号。
在优选实施例中，所接收/提供的第一驱动信号和第二驱动信号，以及所发送/接收的一个或多个信息/传感信号经由最多两个连接路径，诸如经由单个双绞线提供到电子电路/从电子电路提供。
方法还可以包括基于所接收的驱动信号生成功率供应信号，并且将所述生成的功率供应信号存储在功率存储单元中的步骤。而且，方法还可以包括控制用于将小型扬声器连接到适当的驱动信号和/或将小型扬声器与适当的驱动信号断开，以及将可控非扬声器换能器连接到适当的功率供应线路和/或将可控非扬声器换能器与适当的功率供应线路断开的可控开关的布局的步骤。
在控制小型扬声器和/或可控非扬声器换能器方面，方法还可以包括比较所接收的驱动信号的值与基准值，并且响应该比较控制小型扬声器和/或可控非扬声器换能器的操作的步骤。所接收的驱动信号的值可以包括扬声器驱动信号的平均值。
作为替代或者与其相组合，方法还可以包括检测所接收的驱动信号中的嵌入信号，并且响应该嵌入信号控制小型扬声器和/或可控非扬声器换能器的操作的步骤。而且，方法还可以包括提供用于控制小型扬声器和/或可控非扬声器换能器的操作的电压相关的导体电路系统的步骤，所述电压相关的导体电路系统包括一对反并联齐纳二极管。
在第七方面，本发明涉及用于听力设备的内耳件，所述内耳件包括：
1)扬声器，
2)声阀，以及
3)通信接口，用于经由最多三个连接路径接收一个或多个驱动信号和/或发送一个或多个信息信号，其中所述一个或多个接收的驱动信号用来驱动扬声器和/或控制声阀。
因此，根据本发明的第七方面，提供听力设备的内耳件，内耳件包括接受最多三个电气连接，诸如导线的通信接口，诸如端子或者插头。在优选实施例中，通信接口仅接受两个电气连接，诸如单个双绞线。
本发明的内耳件是有利的，因为由于它的接受至多三个连接路径的通信接口，它与现有听力设备组件，诸如放置在用户耳朵后面的听力仪器完全兼容。
本发明的内耳件还可以包括用于响应一个或多个接收的驱动信号控制扬声器和/或声阀的操作的控制模块。
而且，内耳件还包括它自己的功率供应。因此，内耳件还可以包括功率采集模块和功率存储单元，功率采集模块被配置为基于所接收的驱动信号生成功率供应信号。所接收的驱动信号可以是来自位于听力设备的听力仪器中的DSP的H桥的PWM信号。
内耳件还可以包括用于将扬声器连接到适当的驱动信号和/或将扬声器与适当的驱动信号断开，以及将声阀连接到适当的功率供应线路和/或将声阀从适当的功率供应线路断开的可控开关的布局。
内耳件的控制模块可以包括用于比较所接收的驱动信号的值与基准值的比较器，并且其中控制模块被配置为响应该比较控制扬声器和/或声阀的操作。所接收的信号的值可以是在预先设置的一段时间上确定的平均电压值。
作为替代或者与其相组合，内耳件的控制电路可以包括用于检测所接收的驱动信号中的嵌入信号的检测器，并且其中控制模块被配置为响应该嵌入信号控制扬声器和/或声阀的操作。嵌入或者编码的信号可以在频域、时域和/或振幅域内。
内耳件还可以包括用于控制扬声器和/或声阀的操作的电压相关的导体电路系统。电压相关的导体电路系统可以包括一对反并联齐纳二极管。
一个或多个信息信号可以用来得到关于各种参数的信息。作为示例，一个或多个信息信号可以用来得到关于声阀的信息，诸如关于声阀的状态的信息。声阀的状态可以涉及声阀是打开的还是闭合的。
本发明的内耳件可以包括附加的传感器/激励器。因此，内耳件还可以包括一个或多个附加的传感器，诸如温度、湿度、压力和/或声学传感器。在一个或多个附加传感器的情况下，一个或多个信息信号可以用来传递来自这种一个或多个传感器的信息。
在第八方面，本发明涉及包括听力仪器和根据第三方面所述的内耳件的听力设备，其中用于驱动扬声器和/或控制声阀的一个或多个驱动信号可以包括一个或多个PWM信号。PWM信号可以来源于位于听力设备的听力仪器内的DSP的H桥。
在第九方面，本发明涉及用于控制听力设备的内耳件的方法，所述内耳件包括扬声器、声阀以及用于经由最多三个连接路径接收一个或多个驱动信号和/或发送一个或多个信息信号的通信接口，该方法包括使用所述一个或多个接收的驱动信号驱动扬声器和/或控制声阀的步骤。
如上面讨论的，内耳件是有利的，因为由于它的接受至多三个连接路径的通信接口，它与现有听力设备组件，诸如放置在用户耳朵后面的听力仪器完全兼容。在优选实施例中，通信接口仅接受两个电气连接，诸如单个双绞线。
方法还可以包括提供一个或多个信息信号的步骤，所述一个或多个信息信号提供关于声阀，诸如声阀的状态的信息。声阀的状态可以涉及声阀是打开的还是闭合的。
如上面所讨论的，本发明的内耳件可以包括附加的传感器/激励器，诸如温度、湿度、压力和/或声学传感器。在一个或多个附加传感器的情况下，一个或多个信息信号可以用来传递来自这种一个或多个传感器的信息。
方法还可以包括基于所接收的驱动信号生成功率供应信号，并且将所述生成的功率供应信号存储在功率存储单元中的步骤。因此，内耳件具有它自己的功率供应，其中功率来源于所接收的驱动信号。
方法还可以包括控制用于将扬声器连接到适当的驱动信号和/或将扬声器与适当的驱动信号断开，以及将声阀连接到适当的功率供应线路和/或将声阀与适当的功率供应线路断开的可控开关的布局的步骤。
如上面所讨论的，本发明的方法使用一个或多个接收的驱动信号来驱动扬声器和/或控制声阀。在这方面，方法可以包括比较所接收的驱动信号的值与基准值，并且响应该比较控制扬声器和/或声阀的操作的步骤。所接收的驱动信号的值可以包括扬声器驱动信号的平均电压值。作为替代或者与其相组合，方法可以包括检测所接收的驱动信号中的嵌入信号，并且响应该嵌入信号控制扬声器和/或声阀的操作的步骤。嵌入或者编码的信号可以在频域、时域和/或振幅域中。作为替代或者与其相组合，方法可以包括提供用于控制扬声器和/或声阀的操作的电压相关的导体电路系统的步骤。电压相关的导体电路系统可以包括一对反并联齐纳二极管。
内耳件可以包括一个或多个附加的传感器，诸如温度、湿度、压力和/或声学传感器。在这种情况下，方法可以包括提供一个或多个信息信号以便传递来自一个或多个传感器的信息的步骤。
在第十方面，本发明涉及用于控制听力设备的内耳件的小型扬声器和可控声阀的电气电路，所述电气电路适合于
1)接收用于驱动小型扬声器的第一驱动信号，以及
2)接收用于激活可控声阀的第二驱动信号，
其中所接收的第一驱动信号和第二驱动信号经由最多两个电气连接路径提供到电子电路。
通常，本发明的各种方面可以按照本发明范围内可能的任何方式组合和结合。本发明的这些和其他方面、特征和/或优点将从下文中描述的实施例中显然并且参考下文中描述的实施例而阐明。
附图说明
现在将参考附图更加详细地描述本发明，其中
图1示出包括听力仪器和内耳件的听力设备，
图2示出本发明的基于采集器的实施例，
图3示出本发明的另一种基于采集器的实施例，
图4示出本发明的基于采集器和倍压器的实施例，
图5示出使用比较器的本发明的实施例，
图6示出使用嵌入输入信号的本发明的实施例，
图7示出使用电压控制的本发明的实施例，
图8示出声阀的状态信息布局，
图9示出声阀的状态检测的第一布局和第二布局，
图10a-10c示出声阀的状态检测的第三布局和第四布局，
图11示出声阀的状态检测的第五布局和第六布局，
图12示出声阀的状态检测的第七布局，
图13示出3导线激励方案，
图14例示两种状态之间的力，
图15示出驱动信号的示例，
图16示出具有减小脉冲长度的驱动信号的示例，
图17示出适合于软着陆的驱动信号的示例，
图18示出包括多个脉冲的驱动信号，以及
图19示出涉及状态指示信号的使用的控制方案的框图。
虽然本发明容易进行各种修改和作为替代的形式，但是已经在附图中通过示例示出具体的实施例，并且将在本文中详细地进行描述。然而，应当理解，本发明不打算局限于所公开的特定形式。而是，本发明将涵盖落在如由附加的权利要求书所定义的本发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代方案。
具体实施方式
现在参考图1a，描绘包括听力仪器101和内耳件102的听力设备。听力仪器101适合于放置在听力设备的用户的耳朵后面，然而内耳件102适合于至少部分地放置在听力设备的用户的耳道中。听力仪器101和内耳件102由许多电线103电气互连，使得一个或多个电气信号可以在听力仪器101与内耳件102之间交换。将听力仪器101与内耳件102互连的导线数量不超过三个电线，因此包括单个双绞线。
如图1b中所示，听力仪器104包括数字信号处理器(DSP)。内耳件105包括扬声器、声阀以及可选的麦克风。扬声器、声阀和麦克风传统地将每个需要听力仪器104与内耳件105之间的多个电线。然而，如图1c中所描绘的，可以使用现有的扬声器布线驱动，亦即打开和/或闭合声阀。这种功能性由能够在扬声器的激活和/或声阀的激活之间进行区分的检测器108提供。连接到听力仪器106的检测器 108的各种实现方式在下面更加详细地讨论。
图2示出包括在内耳件内的电子电路200的高级框图。如图2 中所看到的，电子电路200包括用于从经由两个导线提供到内耳件的输入信号Vin中生成供应电压Vdd的功率采集单元201。输入信号Vin是起源于相关联的听力仪器(未示出)中的D类DSP的H桥的脉冲宽度调制(PWM)信号。功率电压Vdd通过使用来自H桥的小电流对存储电容器202进行充电跨该存储电容器202而生成。
供应电压Vdd用于对声阀的线圈205的驱动器单元204，开关 207、208以及检测器单元203供电，检测器单元203确定输入信号 Vin打算用于扬声器206还是包含声阀的线圈205的触发信号。如果输入信号Vin打算用于扬声器206，亦即，作为扬声器206的驱动信号，那么检测器单元203促使开关207闭合，然而开关208打开。如果输入信号Vin包含声阀的线圈205的触发信号，亦即，用于打开或者闭合声阀，那么检测器单元203促使开关207打开，然而开关208 闭合。
图3示出包括在内耳件内的电子电路300的更加详细的框图。与图2相类似，内耳件包括用于从经由两个导线提供到内耳件的输入信号Vin中生成供应电压Vdd的功率采集单元301。如下面更加详细讨论的，两个导线支持下面三个功能性：驱动扬声器305，控制开关309-311，以及对声阀的线圈306供电。
跨存储电容器304生成的供应电压Vdd用于对检测器和控制单元 303以及开关309-311供电。检测器和控制单元303确定输入信号Vin打算用于扬声器305还是包含声阀的线圈306的触发信号。因此，检测器和控制单元303适合于检测来自H桥(未示出)的Vin中的触发信号，并且基于此，临时改变开关309-311的状态，使得声阀的线圈 306可以直接从H桥驱动。
如果输入信号Vin打算用于扬声器305，那么检测器和控制单元 303促使开关311闭合，然而开关309、310打开。
如果输入信号Vin包含用于闭合声阀的触发信号，那么开关309 闭合，由此将声阀的线圈306通过可选的二极管307连接到H桥。开关310、311打开。类似地，如果输入信号Vin包含用于打开声阀的触发信号，那么开关310闭合，由此将声阀的线圈306通过可选的二极管308连接到H桥。开关309、311打开。Vin中的触发信号可以具有不同的特性，诸如扬声器的正常频率范围之外的音调，频率、时域和 /或振幅域中的嵌入或者编码的信号。
在图3中所示的实施例中，用于声阀的线圈306的功率没有存储在存储电容器304中。代替地，用于线圈306的功率直接从H桥获取。来自H桥的功率可以作为充分振幅和持续时间的单音调突发(burst) 而传输，从而使得声阀的线圈306触变。单音调不一定必须在扬声器的正常频率范围之外，因为如上面公开的，在突发的持续时间期间，扬声器可以由打开的开关311断开。
现在参考图4，描绘包括在内耳件内的电子电路400的另一个框图。图4中所示的实施例同样采用来自H桥的两导线输入信号用于三个功能性-也就是驱动扬声器407、控制声阀的开关以及经由局部功率存储403间接地对声阀的线圈405供电。如图4中所示，电子电路400包括用于从H桥信号中采集低电流并且对存储电容器408进行充电的功率采集单元401。采集单元401和存储电容器408为检测器和控制器单元406提供内部功率供应。
检测器和控制器单元406适合于检测来自H桥的触发信号，并且基于该检测，控制将功率提供到声阀的线圈405的驱动器单元404。用于从H桥信号中采集低电流的倍压器单元402通过一连串的倍压器对存储电容器403进行充电。存储电容器403适合于将功率提供到声阀的线圈405的驱动器单元404。驱动器单元404可以包括能够将来自存储电容器403的电流通过线圈405在两个方向上馈送以便闭合或者打开声阀的H桥结构。
在图4中所示的实施例中，用于声阀的线圈405的功率局部地存储在存储电容器403中。使用倍压器单元402以便增加能量密度，使得可以使用相对小的存储电容器403。不需要来自H桥的功率突发来驱动声阀的线圈405。结果，扬声器407不需要被解耦，并且因此可以在同样操作声阀的同时仍然使用声学信号来驱动。
如前面所讨论的，Vin中的触发信号可以具有不同的特性，诸如扬声器的正常频率范围之外的音调，频率、时域和/或振幅域中的嵌入或者编码的信号。
在图5中，描绘本发明的又一种实施例。图5示出描绘包括在内耳件内的电子电路500的高级框图。图5中描绘的实施例经由两个导线从H桥接收它的输入信号Vin，并且提供下面的功能性：驱动扬声器504，控制开关503，以及直接地或者经由局部功率源(未示出) 间接地对声阀的线圈505供电。局部功率源可以是功率采集单元与存储电容器相组合。
高级框图500包括用于比较来自H桥的PWM信号的平均电压值与预先定义的阈值电压电平的比较器501。只要平均电压值低于被认为是“正常操作”的预先定义的阈值电压电平，比方说例如电压506，并且开关503将PWM信号直接转发到扬声器504。然而，如果在某个时间段期间平均电压值高于预先定义的阈值电压电平，比方说例如电压507，开关503从“正常操作”触变到“阀操作”。某个时间段的长度由集成定时器单元502设置。
如已经讨论的，开关503可以将H桥PWM信号直接引导至扬声器504，或者它可以将具有可逆极性的电压连接到声阀的线圈505。这个可逆电压不一定必须来自H桥，而是也可以使用功率采集单元与存储电容器相组合而得到。
如已经讨论的，集成定时器单元502确定由比较器501检测的“阀操作”事件的持续时间。如果事件超过某个时间段，那么开关503从“正常操作”触变到“阀操作”。在这种操作模式下，声阀或者顺序地触变它的状态，或者它可以通过立刻中断H桥PWM信号一次(打开)或者两次(闭合)而强制进入某种状态。
在图6中所示的实施例中，使用来自H桥的信号Vin中的嵌入信号控制声阀。来自H桥的信号经由两个导线提供并且帮助下面三个功能性：驱动扬声器605，控制开关604，以及直接地或者经由局部功率源(未示出)间接地对声阀的线圈606供电。局部功率源可以是功率采集单元与存储电容器相组合。
图6中所示的高级框图包括用于检测来自H桥的嵌入数字触发信号的检测器单元601，并且基于该检测，激活驱动器电路对声阀的线圈606供电。嵌入信号可以包括冗余线索以避免错误的开关。
Vin中的嵌入信号608的示例在图6中示出。图6中所示的Vin的序列610包括打算用于驱动扬声器605的两个部分607、609，以及打算用于控制声阀的一个部分608。嵌入信号部分608使用位提取单元602以及控制开关604的标记+消息检测单元603检测。开关604 可以包括上面提及的局部功率采集单元与存储电容器相组合。
在图6中所示的实施例中，H桥信号Vin被数字地监控，这有利于可以显著地减小检测电路系统的复杂度。实际的开关可以通过使用开关604将H桥功率转移到声阀的线圈606，或者通过利用局部采集和存储的能量对组合的存储/开关604供电来完成。
再次，Vin中的嵌入触发信号可以具有不同的特性。在一个实施例中，嵌入触发信号涉及位序列的长度，使得意外触发的机会很小，例如小于10e6分之1。
现在参考图7，描绘本发明的又一种实施例。与前面实施例的电路拓扑相比较，图7中所示的实施例的电路拓扑简单。再次，来自H 桥的信号经由两个导线提供并且帮助下面三个功能性：驱动扬声器 704和直接对线圈705供电。
图7中所示的图示出两个反并联二极管701、702形式的电压相关的导体，每个二极管具有一定的正向阈值电压Vf。当跨这些二极管的电压差高于Vf时，二极管并且由此电压相关的导体将开始导电。类似地，当跨这些二极管的电压差低于Vf时，将不导电。提供电容器703以便在激活声阀的同时减小流动通过扬声器704的DC电流的作用。
根据本实施例，Vin的输入电平确定激活扬声器704还是声阀的线圈705。如果来自H桥Vin的电压电平保持低于二极管701、702的阈值电压Vf，则将不激活声阀，然而扬声器将操作。如果来自H桥 Vin的电压电平增加高于Vf，二极管701、702的一个(取决于Vin的极性)将导电，由此牵引电流通过声阀的线圈705。关于声阀的激活， Vin应当从典型D类PWM信号变成具有定义极性和充分长的工作周期(duty cycle)的短的低频脉冲，以激活声阀并且定义它的状态(打开/闭合)。在作为替代的实施例中，二极管701、702可以由使用允许多种开关状态的多个阈值电平的ASIC或者电路而取代。
图8a涉及信息信号803从内耳件802提供到听力设备800的听力仪器801的实施例。信息信号803可以用来提供关于阀的状态的信息，或者它可以用来将来自内耳件内的其他传感器(未示出)的信号提供到听力仪器。这种其他传感器例如可以涉及温度、湿度、压力和/或声学传感器。
在传感声阀状态，或者将任何其他信号从内耳件反馈到听力仪器的情况下，例如可以通过使用最多三个导线的一个而实现，如图8a 中所例示的，其中开关804位于浮动状态。在这种状态中，来自内耳件的信息信号提供到适当的信号处理器用于进一步处理。开关804可以作为替代地处于高状态(+)，在这种状态下，功率可以供给到内耳件。而且，在低状态(gnd)中，来自内耳件的电流可以接地。
图8b示出图8a中描绘的布局的高级框图。在图8b中，除了诸如处理器这样的其他组件之外，听力仪器806包括与内耳件807中的数字接收器和解释器单元804通信的数字输出接口808。数字输出接口808以及数字接收器和解释器单元804都能够接收和发送信号，包括扬声器814的驱动信号和/或声阀812的控制信号以及与例如声阀 812的状态有关的信息/传感信号，诸如数据信号。应当注意，信息/ 传感信号可以提供关于/来自任何类型的可控非扬声器换能器的信息。功率采集单元810基于进入到内耳件的驱动信号，亦即接收的驱动信号生成并且可选地存储功率。所生成的功率用于对分别驱动/控制扬声器814和声阀812的扬声器驱动器813和阀驱动器811供电。
图9-12示出用于确定声阀状态的各种检测布局的横截面描绘。
现在参考图9a，描绘利用电气接触907、908和接触垫909的布局。在图9a中，外部结构901、904是静止的，然而内部结构902、 903以及固定到那里的磁体905、906是可移动的。如图9a中看到的，接触垫909固定到内部结构902。当典型地电流脉冲或者突发形式的驱动电流施加到声阀的驱动线圈(未示出)时，接触垫909适应于在电气接触907与接触908之间移动。如果接触垫909与电气接触907 对齐，这些接触短路并且允许电流流动通过这些接触。类似地，如果接触垫909与电气接触908对齐，由于其短路而允许电流流动通过这些接触。因此，通过确定允许电流流动通过哪个接触(907或者908)，可以确定声阀的状态，亦即打开或者闭合。
现在参考图9b，描绘利用电极916、917与电荷载体918之间的电容耦合的布局。在图9b中，外部结构910、913是静止的，然而内部结构911、912以及固定到那里的磁体914、915是可移动的。如图 9b中所描绘的，电极916、917固定到外部结构910，然而电荷载体918固定到内部结构911。当典型地电流脉冲或者突发形式的驱动电流施加到声阀的驱动线圈(未示出)时，电荷载体918适应于在电极 916与917之间移动。如果电荷载体918与电极916对齐，其间的可测量的电容耦合建立。类似地，如果电荷载体918与电极917对齐，其间的可测量的电容耦合建立。因此，通过确定与哪个电极(916或者917)建立电容耦合，可以确定声阀的状态，亦即打开或者闭合。
现在参考图10a，描绘利用线圈1007、1008与磁体1009，以及线圈1010、1011与磁体1012之间的电感耦合的布局。在图10a中，外部结构1001、1004是静止的，然而内部结构1002、1003以及固定到那里的磁体1005、1006是可移动的。如图10a中描绘的，线圈1007、1008固定到外部结构1001，然而磁体1009固定到内部结构1002。类似地，线圈1010、1011固定到外部结构1004，然而磁体1012固定到内部结构1003。当典型地电流脉冲或者突发形式的驱动电流施加到声阀的驱动线圈(未示出)时，磁体1009、1012适应于分别在线圈1007、1008与1010、1011之间移动。如果磁体1009朝向线圈1007移动(并且磁体1012朝向线圈1010移动)，线圈1007、1010的可测量的电感变化建立。类似地，如果磁体1009、1012朝向各自的线圈1008、 1011移动，线圈1008、1011的可测量的电感变化建立。因此，通过确定电感变化关联到哪个线圈(1007、1010或者1008、1011)，可以确定声阀的状态，亦即打开或者闭合。
如果磁体1009和1012由具有高磁导率的金属取代，那么它们的位置可以从线圈1007和1010相对于1008和1011的阻抗中得出。
在图10b中描绘磁性耦合方法(反EMF)的简化实现方式。再次，外部结构1013、1016是静止的，然而内部结构1014、1015以及固定到那里的磁体1017、1018是可移动的。当典型地电流脉冲或者突发形式的驱动电流施加到声阀的驱动线圈(未示出)时，磁体1017、 1018适应于与各自的线圈1019、1020对齐或者不对齐。如果磁体 1017、1018与各自的线圈1019、1020对齐，那么当磁体1017、1018 相对于各自的线圈1019、1020移动时提供可测量的反EMF。在未对齐的情境下，基本上不提供反EMF。因此，通过确定线圈1019、1020 中感应的电流的存在，可以确定声阀的状态，亦即打开或者闭合。
图10c中描绘的方案与图10a中所示相类似，除了磁性材料的元件1021、1022已经增加到可移动结构，以便增加灵敏度。磁性材料可以是例如具有非常高磁导率的镍铁软铁磁合金形式的磁性合金。元件1021、1022优选地放置为使得它们不影响磁性激励。如图10c中所描绘的，这可以通过将小环放置在磁体1005、1006上实现。在图 11a中所示的实现方式中，霍尔传感器1107用于磁体1105的位置的直接传感。因此，通过确定磁体1105(和磁体1106)相对于霍尔传感器1107的位置，可以确定相对于内部结构1102、1103的位置的外部结构1101、1004的位置。如此，可以确定声阀的状态，亦即打开或者闭合。
在图11b中所示的实现方式中，使用发光阵列1114和光检测阵列1115经由简单遮蔽直接传感磁体1112、1113的位置。因此，通过确定磁体1112、1113的位置，可以确定相对于内部结构1109、1110 的位置的外部结构1108、1111的位置。如此，可以确定声阀的状态，亦即打开或者闭合。
在图12中所示的实现方式中，应用振簧继电器(reed relay)1207、 1208分别经由磁性相互作用1209、1210直接传感磁体1205、1206的位置。因此，通过直接确定磁体1205、1206相对于振簧继电器1207、 1208的位置，可以确定相对于内部结构1202、1203的位置的外部结构1201、1204的位置。如此，可以确定声阀的状态，亦即打开或者闭合。
参考图13，描绘听力仪器与内耳件之间的3导线激励方案。如图13中所看到的，扬声器连接到H桥的2个导线，并且声阀的线圈连接在H桥的一个接脚与第3个连接之间。声阀的激活现在仅取决于 H桥的信号和第3个连接的适宜组合。
1)第3个连接是浮动的：声阀绝不开关而不管H桥上的信号。
2)如果H桥设置为极端值达充分长的时间段，并且相反的电压施加到第3个连接，则将激活声阀。
术语“充分长”可以是DC或者具有足够长以开关声阀的周期时间的非常低频率的信号。扬声器和/或用户不受这个阻碍，因为它将不会给出低音频频率的输出。
现在参考图14，净保持力对比两个稳定状态(状态1和状态2) 之间的位移由曲线1401例示。如图14中所描绘的，净保持力在两个稳定状态处具有最大值，然而在中性点1402，净保持力等于零，因为来自两个稳定状态的保持力理想地彼此抵消。中性点1402典型地在两个稳定状态，状态1和状态2之间的中间。如下面更加详细地讨论的，可控声阀包括适应于在两个稳定状态之间移动的可移动阀元件。取决于可移动阀元件的位置，可控声阀将打开或者闭合。
现在转到图15，描绘用于控制可控声阀，以及由此控制可移动阀元件的位置的驱动信号。驱动信号包括用于在第一方向上移动可移动阀元件的正脉冲1501，以及用于在第二并且相反方向上移动可移动阀元件的负脉冲1502。第一移动方向可以是从打开状态到闭合状态，然而第二移动方向可以是从闭合状态到打开状态。正脉冲和负脉冲具有各自的持续时间T1和T3，并且脉冲之间的距离是T2。典型地，时间持续时间T1和T3相同，但是它们可能不同。正脉冲和负脉冲的能量应当足够克服各自稳定状态处的保持力，并且使得可移动阀元件移动越过中心点1402，参考图14。
图16a示出具有持续时间T2的缩短的正脉冲1601的驱动信号的部分。正脉冲1601的正常持续时间是T1，如由虚线指示以及如在图 15中所示。在图16a中，正脉冲1601以时间持续时间T2缩短，以便仅施加刚刚足够的能量移动可移动阀元件越过中性点。因此，与移动可移动阀元件远离稳定状态(克服保持力)并且越过中性点所必需的能量相比较，正脉冲1601的能量仅略大一点。在当前语境中，略大一点理解为几个百分点，诸如低于25％，诸如低于20％，诸如低于 15％，诸如低于10％，诸如低于5％。缩短正脉冲1601，并且由此减少脉冲的能量，从节能的角度来看是有利的。
在作为替代的节能方法中，驱动信号可以包括起源于对电容器放电的正脉冲。如图16b中所描绘的，这种脉冲包括陡峭的凸缘1602，紧跟着衰变速率1603。其他的可能性可以是改变所施加脉冲的斜升和 /或斜降。
可控声阀应当尽可能得安静，从而不打扰布置在附近的声音生成接收器的总体声画。因此，击打和/或接触噪声以及起源于可控声阀的操作的其他类型的干扰噪声的确应当避免或者至少减少。
现在转到图17a，描绘具有两个部分1701、1702的脉冲的驱动信号的部分。脉冲的总体持续时间是T1。通常，具有持续时间T2的正脉冲1701适合于克服保持力并且带动可移动阀元件越过中性点，然而具有持续时间T3的负脉冲1702适合于使得可移动阀元件减慢或者减速度从而确保可移动阀元件的软和无噪声着陆。持续时间T2和 T3都是可变的，以便确保最佳性能。而且，脉冲1701、1702的振幅是可变的。
在图17b中，描绘包括锯齿形脉冲1704的驱动信号。与图17a 相类似，具有持续时间T2的正脉冲1703适合于克服保持力并且带动可移动阀元件越过中性点，然而具有持续时间T3的负脉冲1705适合于使得可移动阀元件减慢或者减速度从而确保可移动阀元件的软和无噪声着陆。T2和T3(二者皆可改变)的总和等于T1。而且，脉冲 1701、1702的振幅是可变的。其他脉冲形状，诸如例如正弦形状，也可以是适用的。
如图18中所描绘的，可以施加多个正脉冲和负脉冲，代替单个脉冲。正脉冲和负脉冲具有正的净功率。使用多个脉冲的结果在于可移动阀元件移动得较慢，这导致对于系统的较少突然改变并且也导致较低的击打和接触噪声级别。
正脉冲1801和负脉冲180的各自持续时间T2和T3都是可变的并且因此可以被改变。例如，当可移动阀元件越过中性点时可以改变 T2与T3之间的比例。脉冲的总体持续时间是T1。多个脉冲也可以用于校准目的，因为在每个小脉冲之后，可以传感或者验证可控声阀是否处于声学上充分的打开或者闭合状态，例如，在传递或者不传递预先确定频率的状态中。在校准序列之后，一定量的必需的小脉冲可以存储在存储器中供将来使用用于打开或者闭合可控声阀。作为替代，可以增加小脉冲以生成更长的脉冲。
图19示出能够验证可控声阀的状态，亦即验证可控声阀是否处于预期状态的布局的框图。如图19中所描绘的，第一驱动/开关信号初始地施加到可控声阀。状态指示信号然后提供关于可移动阀元件处于哪种稳定状态的信息。如果状态指示信号显示可移动阀元件处于不期望的状态，那么第二并且经调整的驱动/开关信号施加到可控声阀。典型地，与第一驱动/开关信号相比较，第二驱动/开关信号包含更多的能量。重复这个序列，直到可移动阀元件处于期望的状态。可以存储与一个或多个经调整的驱动/开关信号相关联的值供随后使用。

Claims (16)

1.一种用于控制听力设备的可控声阀的方法，所述可控声阀包括：
-可移动阀元件，适合于被置于至少两种基本稳定状态中的一种中，其中所述可移动阀元件被配置为由保持力维持在所述基本稳定状态中的每一种中，并且其中基本上抵消保持力的中性点存在于所述至少两种基本稳定状态之间，
所述方法包括步骤：
-将第一驱动信号提供到所述可控声阀，以便克服第一基本稳定状态的保持力，从而发起所述可移动阀元件从所述第一基本稳定状态到第二基本稳定状态的移动，其中所提供的第一驱动信号能够将所述可移动阀元件带离所述第一基本稳定状态并且越过所述第一基本稳定状态与所述第二基本稳定状态之间的中性点。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括如下的步骤：确定所述第一基本稳定状态的所述保持力，并且调整所提供的第一驱动信号使得所述第一基本稳定状态的所述保持力被超出小于25％，诸如小于20％，诸如小于15％，诸如小于10％，诸如小于5％。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括如下的步骤：确定用于将所述可移动阀元件带离所述第一基本稳定状态并且越过所述中性点所必需的能量，并且调整所提供的第一驱动信号的能量使得所述可移动阀元件被以小于25％，诸如小于20％，诸如小于15％，诸如小于10％，诸如小于5％的能量裕度被带离越过所述中心点。
4.根据权利要求1-3的任何一个所述的方法，其中所施加的第一驱动信号包括含有第一振幅、第一极性和第一持续时间的第一信号部分。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所施加的第一驱动信号还包括含有第二振幅、第二极性和第二持续时间的第二信号部分。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一极性和所述第二极性是相反的极性，并且其中所述第一持续时间与所述第二持续时间不同。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一极性是正的，并且其中所述第二极性是负的，以及其中所述第一持续时间长于所述第二持续时间。
8.根据权利要求1-3的任何一个所述的方法，其中所施加的第一驱动信号包括具有第一部分和第二部分的锯齿形脉冲，并且其中在所述第一部分期间，所施加的第一驱动信号包括正极性，并且其中在所述第二部分期间，所施加的第一驱动信号包括负极性。
9.根据权利要求1-3的任何一个所述的方法，其中所施加的第一驱动信号包括每个具有可变持续时间的多个脉冲。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述多个脉冲中的一个或多个具有正极性，并且其中所述多个脉冲中的一个或多个具有负极性。
11.根据前面权利要求的任何一个所述的方法，还包括如下的步骤：生成并且接收状态指示信号，所述状态指示信号包括关于在将所述第一驱动信号提供到所述可控声阀之后所述可移动阀元件处于哪种基本稳定状态的信息。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括如下的步骤：如果所述状态指示信号显示所述可移动阀元件处于不期望的状态，则将第二驱动信号提供到所述可控声阀。
13.根据权利要求12所述的方法，其中与所述第一驱动信号相比较，所述第二驱动信号包含更多能量。
14.一种用于控制听力设备的可控声阀的方法，所述可控声阀包括：
-可移动阀元件，适合于被置于至少两种基本稳定状态中的一种中，其中所述可移动阀元件被配置为由保持力维持在所述基本稳定状态中的每一种中，
所述方法包括步骤：
-将驱动信号提供到所述可控声阀，所述驱动信号包括第一部分和第二部分，其中在所述第一部分中，所述驱动信号适合于克服第一基本稳定状态的保持力，从而发起所述可移动阀元件从所述第一基本稳定状态到第二基本稳定状态的移动，以及其中在所述第二部分中，所述驱动信号适合于在所述可移动阀元件到达所述第二基本稳定状态之前使它的移动减速度，以便减少撞击噪声的生成。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在所述第一部分中，所述驱动信号具有第一振幅，并且其中在所述第二部分中，所述驱动信号具有第二振幅，所述第二振幅小于所述第一振幅。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中在所述第一部分中，所述驱动信号具有正极性，并且其中在所述第二部分中，所述驱动信号具有负极性。
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