CN110418680B - 可穿戴在身上的元件和可穿戴在身上的元件的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可穿戴在身上的元件(11)，所述元件具有至少一个压电元件，所述压电元件设计用于进行振动并且以这种方式产生声学信号的触觉印象。根据另一方面，本发明涉及元件(11)用于可在触觉上感知音乐的应用。

Description

可穿戴在身上的元件和可穿戴在身上的元件的应用

技术领域

本发明涉及一种可穿戴在身上的元件，所述元件实现触觉地感知声学信号。

背景技术

针对这种元件可考虑各种各样的应用可行性。所述元件能够用于，为无听觉的以及弱听的人实现旋律的感知。此外，所述元件能够以辅助的方式在用于重新学习听觉的治疗中使用。在虚拟现实应用的领域中也能够使用所述元件，以便通过产生触觉印象以可在触觉上感知的方式为元件的穿戴者塑造虚拟现实。

发明内容

从现在起，本发明的目的是，提出一种可穿戴在身上的元件，其实现，触觉地感知声学信号。在此，可穿戴在身上的元件优选应当设计为，使得其能够以尽可能短的反应时间再现声学信号的频率方面的快速改变。

所述目的通过根据本发明的可穿戴在身上的元件实现。

提出一种可穿戴在身上的元件，所述元件具有至少一个压电元件，所述压电元件设计用于进行振动并且以这种方式产生声学信号的触觉印象。

压电元件的特征在于快速的反应时间，并且与之相应地适合于，将音调的具有变化的频率的快速序列作为触觉信号来再现。在此，压电元件也能够适合于将旋律作为触觉印象再现。同样能够进入振动的机械元件，例如能够机械地或电地进入振荡的进行振动的精细马达或膜，在其能够达到其期望的振荡幅度之前，所述机械元件通常具有瞬态振荡时间。与之相反，压电元件的特征在于极其短的反应时间。

压电元件能够适合于，使声学信号的节奏以及旋律可在触觉上感知。在这种情况下，将节奏理解为声学信号的音调的时间顺序。旋律由声学信号的音调的不同音高中得出。压电元件能够设计用于，通过压电元件的不同的振动频率在触觉上再现声学信号的不同的音高或频率。节奏能够通过在压电元件的振动之间的间隔或暂停重现。此外，也能够经由压电元件的振荡幅度在触觉上再现声学信号的动态。

在这种情况下，能够将所有如下材料视为可穿戴在身上的元件，所述材料适合于作为人造外壳或多或少紧密地贴靠式包围人的身体。例如，在此也将胸带视为可穿戴在身上的元件。

可穿戴在身上的元件能够设置和设计用于，将已通过如下方式从声学信号中确定的信号施加到压电元件上：将声学信号的频率与比例因子相乘进而将声学信号转换为可在触觉上感知的信号。

替选地，可穿戴在身上的元件设置和设计用于，将已通过如下方式从声学信号中确定的等效信号施加到压电元件上：由声学信号借助于传输函数确定等效信号，其中等效信号的形式和强度与声学信号相关联，并且等效信号是可在触觉上感知的信号。传输函数能够是近似任意的函数，所述函数将声学信号变换为等效信号，所述等效信号的形式和强度与声学信号相关联。

可穿戴在身上的元件能够具有电子装置，所述电子装置设计用于，将声学信号的频率与比例因子相乘进而将声学信号转换为可在触觉上感知的信号。比例因子在此优选小于1，因为可在触觉上感知的频率小于可在声学上感知的频谱的频率。

通过将声学信号与固定的比例因子相乘能够将声学信号转换为可在触觉上感知的信号，使得继续保持在高音调和低音调之间的差别。例如，可在触觉上感知的信号的第一音调对应于声学信号的第一音调，所述声学信号的第一音调能够高于声学信号的第二音调，所述可在触觉上感知的信号的第一音调同样大于可在触觉上感知的信号的第二音调，所述可在触觉上感知的信号的第二音调又对应于声学信号的第二音调。

电子装置能够设计用于，将具有可在触觉上感知的信号的频率的交变电压施加到至少一个所述压电元件上。与之相应地，能够激励压电元件以相应的频率进行振荡。尤其，电子装置能够设计用于，将具有不同频率的交变电压施加到压电元件上。

电子装置能够集成到可穿戴在身上的元件中。替选地，可穿戴在身上的元件可与外部仪器连接，电子装置集成到所述外部仪器中。外部仪器例如能够是麦克风、表或外部操控装置。

电子装置能够有能力在信号处理的过程中由声学信号产生可在触觉上感知的信号。

声学信号能够是所记录的音频信号。可穿戴在身上的元件或电子装置能够具有存储器，在所述存储器中保存有所记录的音频信号。

声学信号能够出自实时传输的外部噪音源。可穿戴在身上的元件或电子装置能够具有麦克风，所述麦克风设计用于，接收外部噪音源的声学信号。

压电元件能够设计用于，以不同大小的幅度振动进而在触觉上再现声学信号的不同声强。强的振动能够与之相应地通过可穿戴在身上的元件的穿戴者与大声的信号结合。弱的振动能够通过可穿戴在身上的元件的穿戴者与小声的信号结合。

至少一个压电元件能够设计用于以不同的频率振动。优选地，压电元件设计为，使得压电元件进行振动以产生触觉印象的频率远离压电元件的共振频率。与之相应地，不会造成共振效应，所述共振效应可能与频率相关地改变振动幅度。如果压电元件设计用于，以不同频率振动，那么能够为可穿戴在身上的元件的穿戴者在触觉上再现声学信号的不同频率。

可穿戴在身上的元件能够具有存储器，在所述存储器中保存有声学信号。在存储器中还能够保存对应于声学信号的触觉信号，使得不必重新计算该触觉信号。在存储器中能够保存多个声学信号并且可能的话保存与所述声学信号关联的触觉信号。在存储器中存储的信号例如能够关于治疗辅助地用于声觉的重新学习。在此，触觉信号能够单次地或重复地展示给用户。

替选地或补充地，可穿戴在身上的元件能够具有麦克风，所述麦克风设计用于接收声学信号。与之相应地，当前在可穿戴在身上的元件的紧邻的环境中出现的声学信号成为对于可穿戴在身上的元件的穿戴者而言是可触觉上体验到的。这种可穿戴在身上的元件尤其是对于在触觉上再现音乐是可考虑的。例如能够在音乐会期间穿戴。

至少一个压电元件能够具有基体和增强单元。在基体中，内电极和压电层能够沿堆叠方向交替地彼此上下堆叠。增强单元能够设置在基体的上侧上。增强单元能够设计用于，将基体的沿着垂直于堆叠方向的方向长度改变变换为增强单元沿着堆叠方向的长度改变。尤其，增强单元能够设计用于，增强基体的振动并且在此尤其增强振动的幅度。增强单元能够固定在基体上，使得其增强基体的振荡幅度。为此，增强单元例如能够具有截锥形的板材。板材例如能够由钛构成。增强单元能够是纯机械的元件。与之相应地，增强单元也能够称作为机械的增强单元。

可穿戴在身上的元件能够具有多个压电元件，所述压电元件分别设计用于进行振动并且以这种方式产生声学信号的触觉印象。每个所述压电元件在此能够由电子装置操控。每个所述压电元件能够设计用于，在不同的频率中、在不同的时间间隔中并且以不同的幅度振动，以便以这种方式再现不同的音调频率、节奏和声强。

可穿戴在身上的元件例如能够是衣物或配饰。衣物能够是汗衫、袜子、用于VR应用的套装、潜水服、飞行服或运动服。配饰例如能够是戒指、表、首饰、治疗器具、皮带、耳机、眼镜、可粘贴的元件例如创可贴或医用仪器的电极、手套、胸带或袖套。优选地，压电元件设置在可穿戴在身上的元件的如下位置处，在该位置处所述压电元件位于穿戴者的触觉特别敏感的部位处。例如，指尖对于触觉信号是特别敏感的。太阳神经丛对于具有低频的信号是特别敏感的。

压电元件能够是陶瓷致动器、具有压电活性的聚合物材料的致动器或者具有压阻式聚合物材料的致动器。压电元件能够具有压电活性的材料，所述压电活性的材料织入可穿戴在身上的元件中。

根据另一方面，本发明涉及一种可穿戴在身上的元件用于可在触觉上感知音乐的应用。

下面描述有利的方面。为了简化参考，将这些方面编号。这些方面的特征不仅在于其所涉及的特殊的方面的组合中是重要的，而且单独来看也是重要的。

1.衣物，

其具有至少一个压电元件，所述压电元件设计用于进行振动并且以这种方式产生声学信号的触觉印象。

2.根据第一方面的衣物，

其中衣物具有电子装置，所述电子装置设计用于，将声学信号的频率与比例因子相乘进而将声学信号转换为可在触觉上感知的信号。

3.根据上一方面的衣物，

其中电子装置设计用于，将具有可在触觉上感知的信号的频率的交变电压施加到至少一个压电元件上。

4.根据上述方面中任一方面所述的衣物，

其中压电元件设计用于，以不同大小的幅度振动进而在触觉上再现声学信号的不同声强。

5.根据上述方面中任一方面所述的衣物，

其中至少一个压电元件设计用于，以不同的频率进行振动。

6.根据上述方面中任一方面所述的衣物，

其中衣物具有存储器，在所述存储器中保存声学信号，

和/或

其中衣物具有麦克风，所述麦克风设计用于记录音频信号。

7.根据上述方面中任一方面所述的衣物，

其中至少一个压电元件具有基体和增强单元，在所述基体中内电极和压电层沿着堆叠方向交替地彼此上下堆叠，其中增强单元设置在基体的上侧上并且设计用于，将基体的沿着垂直于堆叠方向的方向的长度改变变换为增强单元的沿着堆叠方向的长度改变。

8.根据上一方面所述的衣物，

其中增强单元具有截锥形的板材。

9.根据上述方面中任一方面所述的衣物，

其中衣物具有多个压电元件，所述压电元件分别设计用于进行振动并且以这种方式产生声学信号的触觉印象。

10.根据上述方面中任一方面所述的衣物，

其中衣物是手套、胸带、汗衫或袜子。

11.根据上述方面中任一方面所述的衣物用于可在触觉上感知音乐的应用。

附图说明

下面，根据附图进一步描述本发明。

图1示出压电元件的横截面。

图2示出衣物的第一实施例。

图3示出衣物的第二实施例。

图4示出衣物的第三实施例。

具体实施方式

图1示出压电元件1的横截面，所述压电元件能够在可穿戴在身上的元件中使用，以便产生触觉印象。

压电元件1具有基体2和机械的增强单元3。基体2具有沿着堆叠方向S交替地上下堆叠的第一内电极4和第二内电极5。内电极4、5能够由铜构成。此外，基体2具有第一外电极6，所述第一外电极与第一内电极4电连接。基体2还具有第二外电极7，其中第二内电极5与第二外电极7电接触。第一外电极6和第二外电极7设置在基体的彼此相对置的侧面上，其中侧面的面法线分别垂直于堆叠方向S。

此外，基体具有压电层8，其中在两个内电极4、5之间分别设置有压电层8。压电层8能够由锆钛酸铅陶瓷(PZT陶瓷)构成。压电层8沿着堆叠方向S极化。基体2设计用于，由于在内电极4、5之间所施加的电压而经受沿着垂直于堆叠方向S的方向的长度改变。在此，利用压电的d31效应。

基体2具有平坦的、立方体形的结构形状。所述基体能够具有方形的底面，其具有在0.2cm×0.2cm和2.0cm×2.0cm之间的范围中的尺寸和在0.2mm和1mm之间的高度。高度在此给出基体2沿着堆叠方向S的伸展。底面的面法线沿着堆叠方向S指向。

直接在基体2的上侧上设置有机械的增强单元3。机械的增强单元3具有由钛构成的板材。板材具有基本上截锥形的形状。板材设计用于，将基体2的沿着垂直于堆叠方向S的方向的长度改变变换为增强单元3的沿着堆叠方向S的长度改变。

增强单元3具有边缘区域9，所述边缘区域固定在基体2的上侧上。增强单元3还具有中间区域10，所述中间区域连接到边缘区域9上并且所述中间区域能够相对于边缘区域9运动。增强单元成形为，使得其在将边缘区域9收缩或彼此拉开时引起中间区域10的明显的升高或降低。在此，中间区域10与基体2的上侧的间距会改变。由此，如果基体2由于在内电极4、5之间所施加的电压而经受横向压缩，那么所述横向压缩通过机械的增强单元3转换为沿着堆叠方向S具有增大的幅度的振荡。

第二增强单元3设置在基体2的下侧上，所述下侧与基体的上侧相对置。第二增强单元3与上文所描述的增强单元3完全一样地构成。

在一个替选的实施方式中，压电元件1能够设计为不具有机械的增强单元3。在此情况下，压电元件1的机械振荡不通过增强单元3增强，尽管如此所述机械振荡仍能够具有如下幅度，其足以产生可在触觉感知的印象。

图2示出可穿戴在身上的元件11的第一实施例，所述元件具有在图1中示出的压电元件1。可穿戴在身上的元件11是衣物，尤其手套。手套具有五个压电元件1。每个压电元件1设置在手套的指尖上。可穿戴在身上的元件11还具有电子装置12，所述电子装置经由布线13与每个压电元件1连接。

电子装置12设计用于操控压电元件1并且尤其在内电极4、5之间施加电压。由此触发压电元件1的振动。所述振动能够由可穿戴在身上的元件11感知为触觉印象。通过将五个压电元件1设置在各一个指尖上，能够在穿戴者的每个手指上产生不同的触觉印象。

可穿戴在身上的元件11设计用于，产生声学信号的触觉印象。在此，电子装置12设计用于，将声学信号的频率与比例因子相乘进而将声学信号转换为如下频谱，所述频谱是可在触觉上感知的。可在触觉上感知的频率处于低于可声学地感知的频率的频谱中。

电子装置12能够设计用于，允许压电元件1以不同频率和不同幅度振荡。不同频率实现不同的音调高度进而使得旋律对于可穿戴在身上的元件11的穿戴者可在触觉上感知。不同的幅度实现在触觉上再现声学信号的不同的声强。

图3示出衣物的第二实施例，其具有在图1中示出的压电元件1。衣物是胸带。胸带具有唯一的压电元件1。压电元件1设置在衣物上，使得压电元件位于衣物的穿戴者的太阳神经丛的高度上。衣物能够特别好地适合于使得低音的低的音调可在触觉上感知。这种音调尤其能够经由太阳神经丛在触觉上感知。虽然声学信号的低频在不具有这种衣物的情况下也能够在触觉上感知，然而在此以一定的最小声强为前提，所述最小声强对于第三者可能是感觉不舒适的。衣物从现在起实现，将声学信号无噪音地转换为触觉印象。

图4示出衣物的第三实施例，其具有图1中的压电元件1。衣物是汗衫。在衣物上，八个压电元件1固定在不同位置处。每个所述压电元件1能够由电子装置12操控。

在图1中示出的压电元件1能够在每个任意的衣物中或每个任意的配饰中使用。例如，袜子也是可行的，其中织入有图1中示出的压电元件1。在此，所述压电元件尤其能够设置在袜子的穿戴者的脚下侧上，因为脚下侧特别敏感地对触觉印象作出反应。

附图标记列表

1 压电元件

2 基体

3 增强单元

4 第一内电极

5 第二内电极

6 第一外电极

7 第二外电极

8 压电层

9 边缘区域

10 中间区域

11 可穿戴在身上的元件

12 电子装置

13 布线

S 堆叠方向

Claims (20)

1.一种可穿戴在身上的元件（11），其特征在于，

所述元件具有至少一个压电元件（1），所述压电元件构成用于进行振动并且在无植入体的情况下在其所紧密贴靠的身体部位处产生声学信号的触觉印象，

其中所述压电元件（1）设计用于，以不同大小的幅度进行振动进而在触觉上再现所述声学信号的不同声强，并且

其中至少一个所述压电元件（1）设计用于，以不同的频率进行振动，所述元件设置和设计用于，将可在触觉上感知的信号施加到所述压电元件（1）上，所述可在触觉上感知的信号已由所述声学信号确定，其方式是：将所述声学信号的频率与比例因子相乘进而将所述声学信号转换为可在触觉上感知的信号，

并且其中由于可在触觉上感知的频率小于可在声学上感知的频谱的频率，所述比例因子小于1。

2.根据权利要求1所述的可穿戴在身上的元件（11），其特征在于，

所述元件设置和设计用于，将等效信号施加到所述压电元件（1）上，所述等效信号已由所述声学信号确定，其方式是：由所述声学信号借助于传输函数确定所述等效信号，其中所述等效信号的形式和强度与所述声学信号相关联，并且所述等效信号是可在触觉上感知的信号。

3.根据权利要求1所述的可穿戴在身上的元件（11），

其中电子装置（12）设计用于，将具有所述可在触觉上感知的信号的频率的交变电压施加到至少一个所述压电元件（1）上。

4.根据权利要求2所述的可穿戴在身上的元件（11），

其中电子装置（12）设计用于，将具有所述可在触觉上感知的信号的或所述等效信号的频率的交变电压施加到至少一个所述压电元件（1）上。

5.根据权利要求4所述的可穿戴在身上的元件（11），

其中所述电子装置集成到所述可穿戴在身上的元件（11）中，

或者

其中所述可穿戴在身上的元件（11）能够与外部仪器连接，所述电子装置集成到所述外部仪器中。

6.根据权利要求5所述的可穿戴在身上的元件（11），

其中所述电子装置能够在信号处理的过程中从所述声学信号中产生所述可在触觉上感知的信号或所述等效信号。

7.根据权利要求1所述的可穿戴在身上的元件（11），

其中所述声学信号是所记录的音频信号。

8.根据权利要求3或4所述的可穿戴在身上的元件（11），

其中所述可穿戴在身上的元件（11）或所述电子装置具有存储器，在所述存储器中保存有所记录的音频信号。

9.根据权利要求1所述的可穿戴在身上的元件（11），

其中所述声学信号来自实时传输的外部的噪音源。

10.根据权利要求3或4所述的可穿戴在身上的元件（11），

其中所述可穿戴在身上的元件（11）或所述电子装置具有麦克风，所述麦克风设计用于，接收外部的噪音源的所述声学信号。

11.根据权利要求1或2所述的可穿戴在身上的元件（11），

其中至少一个所述压电元件（1）具有基体（2）和增强单元（3），在所述基体中内电极（4，5）和压电层（8）沿着堆叠方向（S）交替地彼此上下堆叠，其中所述增强单元（3）设置在所述基体（2）的上侧上并且设计用于，将所述基体（2）的沿着垂直于所述堆叠方向（S）的方向的长度改变变换为所述增强单元（3）的沿着堆叠方向（S）的长度改变。

12.根据权利要求11所述的可穿戴在身上的元件（11），

其中所述增强单元（3）具有截锥形的板材。

13.根据权利要求1或2所述的可穿戴在身上的元件（11），

其中所述可穿戴在身上的元件（11）具有多个压电元件（1），所述压电元件分别设计用于进行振动并且以这种方式产生声学信号的触觉印象。

14.根据权利要求1或2所述的可穿戴在身上的元件（11），

其中所述可穿戴在身上的元件是衣物，

或者

其中所述可穿戴在身上的元件是配饰。

15.根据权利要求14所述的可穿戴在身上的元件（11），

其中所述衣物是汗衫、袜子、用于VR应用的套装、潜水服、飞行服或运动服。

16.根据权利要求14所述的可穿戴在身上的元件（11），

其中所述配饰是戒指、表、首饰、治疗器具、皮带、耳机、眼镜、可粘贴的元件、手套、胸带或袖套。

17.根据权利要求14所述的可穿戴在身上的元件（11），

其中所述可粘贴的元件是创可贴或医用仪器的电极。

18.根据权利要求1或2所述的可穿戴在身上的元件（11），

其中所述压电元件是陶瓷致动器、具有压电活性的聚合物材料的致动器或者具有压阻式聚合物材料的致动器。

19.根据权利要求1或2所述的可穿戴在身上的元件（11），

其中所述压电元件具有压电活性的材料，所述压电活性的材料织入可穿戴在身上的元件中。

20.一种将根据上述权利要求中任一项所述的可穿戴在身上的元件（11）用于可在触觉上感知音乐的应用。

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