CN110999315A - 利用电容技术的耳塞插入感测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耳塞，该耳塞包括电容传感器，该电容传感器包括至少一个导电线路和控制器，该控制器被配置为响应于检测到至少一个导电线路中的一个相对于接地或不同导电线路相对于彼此的电容变化来提供耳塞被插入到用户的耳朵中的指示。

Description

利用电容技术的耳塞插入感测方法

技术领域

本公开的各方面和具体实施整体涉及耳塞以及用于延长耳塞的电池寿命或控制音频回放的系统和方法。

背景技术

与消费者电子设备例如音频播放器和无线通信设备(例如，结合了手机功能的手机和个人数据辅助设备)一起使用的耳塞可经由有线连接或无线连接到电子设备。消费者通常更喜欢小型且重量轻并且佩戴舒适的耳塞。然而，小型和轻型耳塞可容纳仅具有有限尺寸并因此具有有限容量的电池。如果用户在耳塞不在用户的耳朵中时意外地开启并发送要播放的音频，或者从耳朵移除耳塞而不首先终止耳塞的音频呈现，则耳塞的电池寿命可被无意地浪费。此外，当耳塞被放置在用户的耳朵中或从用户的耳朵中取出时，可能有利的是自动控制音频回放的各个方面。

发明内容

根据本公开的一个方面，提供了耳塞。该耳塞包括电容传感器，电容传感器包括至少一个导电线路和控制器，控制器被配置成响应于检测至少一个导电线路中的一个相对于接地或不同导电线路相对于彼此的电容变化来提供耳塞被插入到用户的耳朵中的指示。

在一些具体实施中，耳塞还包括管口，管口被构造成插入到使用者耳道的至少一个入口中，并且至少一个导电线路设置在管口上。至少一个导电线路可包括至少部分地围绕管口的周边延伸的部分。耳塞还可包括设置在管口内的导电元件。控制器可被配置为检测导电元件和至少一个导电线路之间的电容变化。

在一些具体实施中，耳塞还包括设置在至少一个导电线路上的绝缘体。

耳塞还可包括冗余导电线路，并且控制器可被配置为基于冗余导电线路之间的电容来校准电容传感器。

在一些具体实施中，至少一个导电线路被构造和布置成表现出随着耳塞在使用者的耳朵中的插入深度而増大的电容。控制器还可被配置成提供耳塞在使用者的耳朵中的插入深度的指示。控制器还可被配置为向使用者提供耳塞是否被插入到用户的耳朵中的反馈。

在一些具体实施中，控制器还被配置为区分来自电容传感器的指示耳塞在用户的耳朵中的插入的信号和来自电容传感器的指示耳塞的手动操作的信号。

在一些具体实施中，控制器还被配置成响应于电容传感器提供指示耳塞从用户的耳朵移除的信号而使耳塞从激活状态转换到非激活状态。

在一些具体实施中，控制器还被配置为响应于电容传感器未能提供指示耳塞在耳塞激活之后的设定时间之后插入到用户的耳朵中的信号而使耳塞从激活状态转换到非激活状态。

根据另一个方面，提供了一种降低耳塞功耗的方法。该方法包括：基于设置在耳塞上的至少一个导电线路中的一个相对于接地或者设置在耳塞上的不同导线线路相对于彼此的电容测量来确定耳塞是否被插入用户的耳朵，并且响应于确定耳塞未插入到用户的耳朵超过阈值量的时间来使耳塞从激活状态转换到非激活状态。

在一些具体实施中，该方法还包括在耳塞被放置到激活状态之后的设定时间之后，响应于未能确定耳塞被插入到用户的耳朵中而使耳塞从激活状态转换到非激活状态。

在一些具体实施中，该方法还包括：响应于确定耳塞已从耳塞被插入到用户的耳朵中的状态转变到耳塞未插入到用户的耳朵中的状态，使耳塞从激活状态转变到非激活状态。

在一些具体实施中，该方法还包括通过测量电容来确定耳塞插入到用户的耳朵中的程度。该方法还可包括通过耳塞或与耳塞连通的设备中的一者向使用者提供关于耳塞插入到使用者的耳朵中的深度的反馈。

在一些具体实施中，该方法还包括根据电容测量确定耳塞在用户的耳朵中的密封程度。该方法还可包括指示使用者重新定位耳塞，以实现耳塞在使用者的耳朵中的更好的密封。该方法还可包括基于密封程度来修改耳塞的噪声消除功能。

在一些具体实施中，该方法还包括基于电容测量来检测耳塞在用户的耳朵内的移动。

在一些具体实施中，该方法还包括通过在设置在耳塞上的冗余线路之间检测到的电容处设置参考电容来校准与至少一个导电线路电连通的电容计。

在一些具体实施中，至少一个导电线路设置在耳塞的管口的外部，并且该方法包括通过测量至少一个导电线路与设置在管口内的导电元件之间的电容来获得电容读数的测量。

根据另一个方面，提供了一种检测耳塞插入到用户的耳朵中的方法。该方法包括测量设置在耳塞上的至少一个导电线路中的一个相对于接地或设置在耳塞上的不同导电线路相对于彼此的电容，并且响应于超过阈值电容值的电容来提供耳塞被插入到用户的耳朵中的指示。

在一些具体实施中，测量电容包括测量设置在耳塞的管口上的一组导电线路之间的电容。

在一些具体实施中，测量电容包括测量设置在耳塞的管口上的导电线路与设置有管口的导电元件之间的电容。

根据另一方面，提供了一种耳塞。耳塞包括被构造成插入到使用者耳道的至少一个入口中的管口。管口的至少一部分包括一组堆叠垫圈。垫圈包括绝缘材料的芯和设置在垫圈的面上的导电材料。设置在垫圈的面上的导电材料形成一组导电线路。耳塞还包括控制器，该控制器被配置成响应于检测到至少一个导电线路中的一个相对于接地或不同导电线路相对于彼此的电容变化来提供耳塞被插入到用户的耳朵中的指示。

附图说明

附图并非旨在按比例绘制。在附图中，在各种图中示出的每个相同或几乎相同的部件以类似的数字表示。为清楚起见，并不在每个附图中对每个部件都注上标记。在附图中：

图1a为入耳式音频设备的示例的透视图；

图1b是图1a的入耳式音频设备的示例的另一透视图；

图2a是入耳式音频设备头戴式耳机的等轴视图；

图2b为另一入耳式音频设备头戴式耳机中的等轴视图；

图2c示出了一对无线入耳式音频设备中的示例；

图2d为示例性听筒的局部横截面的透视图；

图3a为包括电容式耳插入传感器的入耳式音频设备的示例的局部剖面图；

图3b为包括电容式耳插入传感器的入耳式音频设备的另一示例的局部剖面图；

图3c示出了设置在入耳式音频设备的管部分上的电容传感器的导电线路的示例；

图3d示出了设置在入耳式音频设备的管部分上的电容传感器的导电线路的另一示例；

图3e示出了设置在入耳式音频设备的管部分上的电容传感器的导电线路的另一示例；

图3f为由堆叠垫圈形成的入耳式音频设备的管部分的示例的横截面；

图4a为可与本文所公开的入耳式音频设备的各种示例一起使用的耳塞的示例；

图4b是可与本文所公开的入耳式音频设备的各种示例一起使用的耳塞的另一示例；

图5是用于入耳式音频设备的控制器的示例的框图；以及

图6为用于使用本文所公开的入耳式音频设备的示例的方法的流程图。

具体实施方式

本文所公开的方面和具体实施不限于以下描述中提及的或附图中示出的构造细节和部件布置。本文所公开的方面和具体实施能够以各种方式实践或实施。

本文所公开的各方面和具体实施可适用于被构造为至少部分地插入到用户的一个或两个耳朵中的多种音频设备(例如，所谓的“入耳式”音频设备或“耳内”音频设备)，下文也称为“无线耳塞”或简称“耳塞”和音频播放器。本文所讨论的示例主要涉及耳塞，其可为有线或无线的，但所公开的技术也可应用于包耳式耳机或其他音频设备上。应当指出的是，尽管主要服务于声学输出音频的目的的无线耳塞的特定具体实施以某种程度的细节呈现，但特定具体实施的此类呈现旨在通过提供示例来促进理解，并且不应视为限制本公开的范围或权利要求范围的范围。

本文所公开的方面和具体实施可适用于支持或不支持双向通信、以及支持或不支持主动降噪(ANR)的耳塞。对于确实支持双向通信或ANR的耳塞，旨在本文所公开和受权利要求书保护的可适用于结合了一个或多个设置在以下部分上的麦克风的耳塞：在使用时保持在耳朵外部的耳塞的一部分上(例如，前馈麦克风)、在使用时插入耳朵的一部分的部分上(例如后馈麦克风)、或布置在这些部分两者上。本文所公开的和本文所要求的适用的耳塞的其他具体实施对于本领域的技术人员将是显而易见的。

本文所公开的各种具体实施和示例可通过在不使用时自动引起耳塞关闭或停用来提供増加的无线耳塞中的电池寿命。此外，本文所公开的各种具体实施和示例可提供对有线或无线耳塞中的音频回放的自动控制，例如在使用时播放音频并在不使用时暂停音频。在一些具体实施中，无线耳塞具有一个或多个传感器，传感器可用于确定耳塞是否插入到用户的耳朵中。如果用户在不首先终止耳塞对音频的呈现的情况下从用户的耳朵移除耳塞，则耳塞可检测到其已从用户的耳朵中移除，并且可任选地在从用户的耳朵移除之后的设定时间之后自动暂停音频，或终止音频的呈现并关闭耳塞。在一些具体实施中，如果用户打开耳塞并且在设定的时间段内没有将耳塞插入到用户的耳朵中，则耳塞可自动关闭。

在各种具体实施中，耳塞可包括一个或多个电容传感器。一个或多个电容传感器可包括设置在无线耳塞的一个或多个部分上的导电线路。环境围绕导电线路的介电常数是影响导电线路对之间或导电线路与接地之间的电容的因素。人肌肉的介电常数不同于其它材料或空气的介电常数，因此，当耳塞上的导电线路接近使用者的耳朵时，导电线路对之间或导电线路与接地之间的电容发生变化。电容的这种变化可由与一个或多个电容传感器相关的电路来检测。耳塞插入到使用者的耳朵中的程度可由电容传感器的导电线路之间的电容或导电线路与接地之间的电容来确定。耳塞在使用者的耳朵内进入、移出或从一个位置移动到另一个位置可由电容传感器的导电线路之间或导电线路与接地之间的电容变化来确定。电容传感器可被校准以基于电容传感器的导电线路之间或导电线路与接地之间的电容测量来确定耳塞何时被完全插入到用户的耳朵中。可利用伪或冗余导电线路来确定基线电容，相对于基线电容，可比较导电线路之间或导电线路与用于检测插入到使用者的耳朵中的电容传感器的接地之间的电容，以考虑可能影响导电线路之间或导电线路与接地之间的电容的水分(例如汗液)、耳塞上的耳豆或其他环境因素。

在一些具体实施中，可将至少一个导电线路放置在耳塞的被设计成在使用期间插入到使用者的耳朵中的部分上，例如耳塞的耳道或管口部分。与电容传感器相关联的电路可测量一个或多个导电线路对之间或至少一个导电线路和接地之间的电容，以确定(例如)耳塞是否被插入到用户的耳朵中，如果耳塞完全插入到用户的耳朵中，如果耳塞与用户的耳朵形成可接受的密封等。在一些具体实施中，除了耳机的外部上的一对或多对导电线路之间的电容或至少一个导线线路和接地之间的电容或作为其替代，在耳塞的管部分内或内部设置的导电元件和设置在耳塞的外部上(例如管部分)的导线路线之间测量电容，。

在一些具体实施中，与耳塞相关联的声学处理电路可至少部分地基于由电容传感器所进行的电容测量确定的耳塞插入到用户耳朵中的适配度或程度来修改通过耳塞提供的音频的一个或多个参数。例如，声学处理电路可修改通过耳塞提供的音频的一个或多个参数，以考虑与在用户的耳朵中具有小于最佳适配或插入程度的耳塞相关联的声音泄漏。音频的一个或多个参数可包括例如应用于由耳塞呈现的不同频率的音频的音量或不同均衡。

本文所公开的耳塞中的电容传感器可用于管理电池寿命。传感器可提供关于耳塞在使用者耳道中放置的良好程度的反馈，并相应地调节音频校准。

传感器输出具体地有利于入耳式耳塞，在该耳塞中，其检测在耳道内的插入而不是仅仅接近耳朵。检测耳塞插入到使用者的耳朵中而不是简单地接近使用者的耳朵是有利的，因为它显著降低了检测所需的脉冲速率以进一步改善电池寿命。插入检测方法是可很少进行的绝对阈值测量。

图1a和图1b合在一起提供了耳塞100的一个具体实施的两个视图。图1a和图1b是一种可能的耳塞构型的示意图。本文所述的构思适用于其他构型(例如，如本文所包括的附加附图所示)，只要有空间(例如，管/管口部分)来放置至少一个导电线路即可。图1a和图1b的耳塞100具有外壳，外壳由至少旨在定位在使用者的耳朵的耳道的至少一个入口内的管部分110(本文也称为管口部分)和旨在定位在使用者的耳甲的至少一部分内的壳(concha)部分120组成。更具体地讲，并且如图所示，壳部分120具有弯曲形状以适配在使用者的耳甲内，同时适应由耳朵的耳廓的耳屏、对耳屏和对耳轮的部分限定的壳的形状。该弯曲构型具有一对延伸部122并且限定内周边123。管部分110具有大致管状的形状，该形状从其中管部分110的一个端部在与其中耳道的入口通常相对于由耳屏和对耳屏的一部分限定的壳的部分定位的位置重合的位置处耦接到壳部分120的位置延伸。在管部分110的另一端中形成孔118，以使得当耳塞100在操作期间正确地定位在使用者的耳朵中时，声音能够由定位在耳塞100的壳体内的声学驱动器(例如，图3a所示的元件190)声学输出通过孔118并进入耳道。

图1a至图1b所示的耳塞100的具体实施可为能够执行各种音频功能中的任一种的多种类型的耳塞中的任一种，包括但不限于用于声音输出音频的入耳式耳机、用于通过抗噪音声音的声学输出来提供用户所遇到的环境噪声声音的降低的入耳式ANR设备，和/或使用通过骨传导和/或连接至入耳式音频设备100插入其中的耳朵的部分的耳咽管来检测用户的语音声音的双路通信音频设备。此外，应当指出的是，虽然壳部分120已被示出并描述为具有弯曲形状以适配在壳内，但其他具体实施也是可能的，具体实施具有一定程度上不同形状的壳部分120，该壳部分不会完全填充耳甲，或多于耳甲。

耳塞100可通过与另一设备的有线或无线耦接来接收音频。因此，电气部件和电子部件诸如但不限于无线接收器和/或发射器、处理器(任选地包括ANR电路)、电池、麦克风和声学驱动器可被包括在耳塞100的壳部分120和/或管部分110内。作为另外一种选择，此类部件可被包括在耦接到耳塞的外壳或壳体内。

本文所公开的耳塞100的示例不限于图1a和1b中示出的形成因数。耳塞的形成因数的其他示例在图2a-2d中示出。耳塞可通过布线来耦接，如图2a和2b形成头戴式耳机或可机械地分离，如图2c所示。在各种示例中，管部分110或耳塞可与壳部分120分离，或者可包括由例如软有机硅制成的可移除的覆盖件以増强使用者的舒适性。例如，在图2c中，部分100A可包括刚性壳体外壳电子器件诸如声学驱动器、无线通信电路、电池等，而部分100B可为由柔性柔顺材料例如医疗级有机硅形成的可移除耳塞。

本文所公开的耳塞100的示例可具有类似于图2d所示的横截面的横截面。在图2d所示的示例中，类似于图1a和1b的壳部分120，外腿30可从耳塞的主体延伸，以将耳塞保持在使用者的耳朵中。提供了密封结构34以接合使用者耳道的入口并限定输出孔52。在声学驱动器50的近侧可设置通向具有内部体积58的声学管口57的入口腔体69。驱动器50被包封在驱动器腔体65中，驱动器腔体包括具有第一体积的前腔体63和具有第二体积的后腔体67。入口腔体69可形成在驱动器腔体63的前面，该驱动器腔体过渡到管口57的入口孔51。在图2d所示的具体实施中，管口57的输出孔55显著大于入口孔51。第一声学网片54设置在靠近声学驱动器50的声学管口的入口孔51处，并且第二声学网片56设置在远离声学驱动器50的声学管口57的输出孔处。

图3a和图3b示出了耳塞100的两个不同变型的部分剖视图，该耳塞包括用于确定耳塞100是否插入到用户的耳朵中的传感器系统。应当理解，图3a至图3b所示的形成因数不是限制性的，并且耳塞100可另选地具有图1a-2d所示的形成因数或本领域已知的其他形成因数中的任一者。传感器系统可包括设置在耳塞100的一部分(例如，管部分110的外部)上的至少一个导电线路112。如图3c所示，导电线路112可至少部分地或基本上完全地围绕管部分110的外表面的周边延伸。连接线路114提供耳塞100的导电线路112和控制/监测电路180之间的电连通。导电线路112可具有约10密耳(0.254mm)的宽度、介于约1密耳(0.0254mm)和10密耳之间的厚度，并且可被分离约10密耳，但这些尺寸为非限制性示例。连接线路114可具有与导电线路112类似的尺寸。导电线路112和/或连接线路114可由(例如)金属薄膜或其他导电材料形成，并且可使用本领域已知的方法例如使用与在印刷电路板上沉积导电线路的方法类似的方法沉积在耳塞100上。

比管部分110的孔118更靠近耳塞100的壳部分120的导电线路112可围绕管部分110的周边延伸比更靠近管部分110的孔118定位的导电线路112更少的程度，以允许与每个单独的导电线路112相关联的连接线路114沿管部分110的长度延伸的空间。在所有导电线路112中，最靠近管部分110的孔118的导电线路112可围绕管部分110的周边完全延伸。作为另外一种选择或除此之外，绝缘材料例如绝缘塑料薄膜111可设置在导电线路112之上和/或连接线路114之间以防止导电线路112和/或连接线路114之间的短路或提供给连接线路114以重叠，使得导电线路112可各自基本上或完全围绕耳塞100的管部分110的周边延伸。

如下文更详细地描述，耳塞100的控制/监视器电路180被配置成测量不同对的导电线路112之间或至少一个导电线路112和接地之间的电容，以确定耳塞是否正确插入到用户的耳朵中和/或在用户的耳朵中提供可接受的适配性和密封。在其他示例中，图3b至图3d所示的一个或多个内部导电线路或导电涂层122可设置在耳塞100的管部分110的至少一部分内，例如设置在耳塞100的管部分110的内表面上。在其中存在此类内部导电线路或导电涂层122的具体实施中，耳塞100的控制电路或监视器电路180可另外地或作为另外一种选择被配置为测量至少一个或不同导电线路112与内部导电线路或导电涂层122之间的电容，以确定耳塞是否正确插入到使用者的耳朵中和/或在使用者的耳朵中提供良好的适配性和密封。在图3e所示的另一个示例中，导电线路112可与连接线路114组合并且可沿着基本上平行于管部分110的轴线A的管部分110的外侧(和/或内侧)延伸。技术人员将认识到，导电线路112和/或连接线路114的其他构型和布置可以在其他示例中实现。例如，导电线路112和/或连接线路114可在耳塞100的管部分110周围或内部螺旋延伸。所示的导电线路112和连接线路114的数目并非旨在进行限制，并且耳塞的其他示例可包括比图示更少或更多数量的导电线路112和/或连接线路114。

在图3f所示的另一个具体实施中，耳塞100的管部分110A可由多个堆叠垫圈117形成。垫圈117的主体可由非有利材料形成，例如通常用于形成耳塞的主体或管部分的一种塑料。导电材料119(例如，设置在垫圈117的表面之上或之内的金属膜)可执行参考本文所公开的其他示例所述的导电线路112的功能。连接线路114可提供导电材料119的不同层与耳塞的监视器或控制电路之间的电连接，类似于连接线路114如何提供到电路180的电连接，如例如图3a和3c。

在一些具体实施中，可利用一对或多对导电线路112(其可称为伪或冗余导电线路)来测量基线电容，相对于基线电容，其他导电线路112之间或至少一个导电线路112与接地之间(和/或至少一个导电线路112和内部导电线路或导电涂层122之间)的电容可被比较以获得用于确定耳塞是否正确地插入到使用者的耳朵中和/或在使用者的耳朵中提供可接受的适配性和密封的电容测量。该基线电容可基于对使用者的耳朵所发生的变化而变化，例如，在锻炼之后，当耳朵的血管可更开放并且耳的内部可包括汗液或在寒冷的天气期间，耳中的血管可收缩。如果用户在耳塞100的管部分上的不同类型的可移除耳塞之间切换，则基线电容也可变化。用户的身体状况的其他变化也可导致耳道的尺寸和/或形状的微小改变，这可改变导电线路112之间的基线电容。有源(非伪或冗余)导电线路112之间或至少一个导电线路112和接地之间(或至少一个导电线路112与内部导电线路或导电涂层122之间)的电容可与基线电容进行比较，使得基线电容的变化不会导致耳塞的监测电路180基于有源导电线路112之间或者在至少一个导电线路112和接地之间的未补偿电容测量而得出关于耳塞在用户的耳朵中的插入或适配程度的不正确结论。在一些示例中，伪或冗余导电线路112专用于证实基线电容测量，但在其他示例中，耳塞的控制电路可周期性地将伪或冗余导电线路112的功能性从提供基线电容测量切换为用于确定耳塞在用户的耳朵中的插入或适配程度度的电容测量。

图3a和图3b所示的耳塞100的耳豆由元素150表示。可为可与本文所公开的耳塞的示例一起使用的可移除耳豆的耳豆的替代示例在图4a和4b中示出，通常在101处示出。这些耳豆101具有包括置于壳的至少一部分中的主体102、抵靠在对耳轮上并向其施加压力的保持腿部103以及适配在耳道中的至少一个入口内的出口104的配置。图4b中所示的耳豆101还包括围绕出口的柔性阀瓣106。图4a和图4b所示的可移除耳豆101的构造和配置更详细地描述于共同拥有的美国专利8,311,253和8,737,669，这些专利全文以引用方式并入本文。

图3a和图3b所示的耳塞100的两种变型可结合电路180和电耦接到电路180的声学驱动器190。在管部分110内，形成通道116，该通道从孔118延伸至壳部分120的内部部分125。在壳部分120内，内部部分125由壁结构和声学驱动器190与另一个内部部分126分开，电路180示出为被设置在内部部分中(但应当指出的是，电路180可设置在耳塞100的壳体内或其外部的多种位置中的任一个处)。耳塞100还包括电池185以为构建到电路180中的各种部件和无线通信电路或者为单独的电路元件(尽管该单独的电路元件也可位于与耳塞100分开的外壳中)供电。耳塞100还可包括麦克风170，该麦克风声学地耦接到通道116和/或内部部分125并且电耦接到电路180，以通过耳塞100或基于反馈的ANR提供双向通信。任选地，耳塞100可使用手动操作的电源开关105来激活或停用。

图3a和图3b的变型中的两者被示出为具有在内部部分126和使用者的耳朵外部的环境之间形成的孔128。孔128中的一个或多个可用作声学端口以调谐声学驱动器190的频率响应和/或可用于使耳道与外部环境之间的空气压力平衡。孔128可具有选定的尺寸和/或其他物理特性，以将耳塞100的壳体内的部分在选定频率范围内声学耦接到彼此和/或外部环境。此外，一个或多个阻尼元件(未示出)，例如筛网或泡沫插入件可设置在孔128中的一个或多个内，以与声学驱动器190的特性配合以改变频率响应。

除此之外或作为另外一种选择，孔128中的一个或多个可形成在壳部分120(和/或壳体的其他部分)中，以在耳道和外部环境之间提供受控的声学泄漏，以便控制随时间推移可出现的适配性的变化的影响。如本领域的技术人员将认识到的，随着时间的推移，使用者的身体状况的健康状况或其他方面的变化可导致耳道的尺寸和/或形状发生微小的改变，使得耳塞100对耳朵的每个插入能够形成的密封的质量可随着时间的推移而改变。因此，在一些具体实施中，可选择形成于壳体中的一个或多个孔128的尺寸和/或其他特性，以通过提供控制特性的预先存在的泄漏来帮助减轻密封质量稍微劣化的影响，该泄漏可减轻在耳塞100的壳体与耳朵的部分之间的密封中未来出现的其他渗漏的声学效应。例如，一个或多个孔128的尺寸可被选择成足够大以在耳道和外部环境之间提供远大于通过密封中可能在稍后时间出现的渗漏的任何其它耦接的耦接。

导电线路112和/或内部导电线路或导电涂层122可电耦接到电路180。各种导电线路112和/或内部导电线路或导电涂层122可从电路180接收驱动信号。导电线路112的对之间或至少一个导电线路112和接地(和/或内部导电线路或导电涂层122)之间的电容测量可由电路180从非驱动导电线路112获取的电测量(例如，电压电势)获得。在各种具体实施中，专用控制器或片上系统集成电路的一部分可用于确定导电线路112的对(和/或内部导电线路或导电涂层122)之间的电容。可用于确定导电线路112的对(和/或内部导电线路或导电涂层122)之间的电容以确定感测电极相对于耳道的相对位置的控制器的一个示例是具有内置电容感测的Cypress PSoC 4000S系列控制器。

当耳塞100未插入到用户的耳朵中时，不同的导电线路112的对之间或至少一个导电线路112与接地(和/或内部导电线路或导电涂层122)之间的电容可处于由诸如导电线路的几何形状和围绕导电线路例如空气的介质的介电常数限定的第一水平。当耳塞100插入到用户的耳朵中时，耳道的肌肉的介电常数使得导电线路112的对之间或至少一个导电线路112和接地之间的电容发生变化，例如増加，从而提供耳塞100被插入到用户的耳朵中的指示。当使用者将耳塞100插入使用者的耳朵中时，更靠近管部分110的孔118端的导电线路112之间的电容在更靠近管部分110的壳120端的导电线路112之间的电容变化之前发生变化。电路180可检测该电容变化模式以确定耳塞100正被插入到用户的耳朵中。不同的导电线路112的对之间的电容变化的程度可提供耳塞插入到用户的耳朵中的程度的指示。在一些示例中，耳塞可例如通过使声学驱动器190发出声音脉冲或音调的电路180向用户提供耳塞在用户的耳朵中的插入深度的指示，，该声音脉冲或音调根据耳塞插入到用户的耳朵中的程度而变化。在其他示例中，耳塞可在插入达到最佳点(例如耳塞被完全插入到用户的耳朵中的点)时发出信号。当耳塞从使用者的耳朵移除时，可观察到相反的模式—例如，在更靠近管部分110的壳120端的导电线路112之间的电容在更靠近管部分110的孔118端的导电线路112之间的电容变化之前发生变化。电路180可检测该电容变化的模式，以确定耳塞100正在从用户的耳朵中移除，并且在一些示例中可例如通过由声学驱动器190提供音频音调或模式来向用户提供耳塞正在从用户的耳朵中移除的指示，该音频音调或模式根据耳塞插入到用户的耳朵中的程度而变化。也可经由在无线地连接到耳塞的设备上运行的应用程序的用户界面来提供指示。在一些示例中，耳塞可响应于检测到指示耳塞已从用户的耳朵移除的电容变化的模式而自动关闭。

在一些具体实施中，电路180可被配置为将当插入或从用户的耳朵中移除耳塞100时将观察到的导电线路112的对之间或至少一个导电线路112和接地之间的电容变化的模式与当用户手动处理耳塞100时将观察到的导电线路112的对之间或至少一个导电线路112和接地之间的电容变化的模式进行区分。例如，如上所述，当耳塞100插入使用者的耳朵或从使用者的耳朵移除时，导电线路112的对之间或至少一个导电线路112和接地之间的电容可以可预测的模式变化。导电线路112的对之间或至少一个导电线路112和接地之间的电容的观察到的变化的不同模式可被电路180识别为指示耳塞100的手动处理，并且可对于确定耳塞100在使用者的耳朵中的插入程度而被忽略。

在一些示例中，一旦耳塞100已完全插入到使用者的耳朵中，则不同导电线路之间或至少一个导电线路和接地之间的测量的电容可提供耳塞在使用者的耳朵中的适配程度的指示。例如，如果特定的导电线路112的对之间或至少一个导电线路112和接地之间的电容不同，例如，未如所预期的实现适当的适配，则电路可确定耳塞未正确插入，并且可例如通过发出音调或其他声音模式，或经由在无线地连接到耳塞的设备上运行的应用程序的用户界面来向用户提供耳塞未正确插入的指示。此类音调、声音模式或用户界面输出可被视为来自电路给用户的指令，以将耳塞100重新定位到用户的耳朵中更合适的位置。如果测量的电容水平与正确地插入到用户的耳朵中的耳塞100一致，则电路180可导致耳塞发出声调或蜂鸣，或向用户提供正确插入的另一指示。在这两种情况下，耳塞可另外或作为另外一种选择发射音频消息，诸如“耳塞未完全插入”或“耳塞被正确插入”。又如，如果不同的导电线路112的对之间或至少一个导电线路112和接地之间的测量的电容不是稳定的，这可指示耳塞100在使用者的耳朵中松动。电路可向使用者提供耳塞100松动的指示，使得使用者可例如重新插入耳塞或尝试可在使用者的耳朵中提供更好程度的适配性的不同可移除耳塞。

图5提供了控制器200的框图，其中可检测到本文所公开的耳塞在用户的耳朵内的插入。控制器200可被包括在耳塞的主体内，例如在电路180内。控制器可形成在电路板300上。一对耳塞中的每个耳塞可包括控制器200，或者单个控制器200可控制一对的两个耳塞的操作，并且可经由该对中的两个耳塞之间的有线或无线连接进行通信。

控制器200结合了电压控制器252以可控地向设置在耳塞100的管部分110上或中的一个或多个导电线路112提供驱动电压。控制器200还结合了用户界面230、存储器220和处理设备210，该用户界面可与外部系统(例如，手机或计算机)无线通信以接收编程或提供记录的信息，该存储器存储控制例程225，该处理设备210耦接至存储器220以访问和执行控制例程225的指令序列。处理设备210还耦接到电压控制器252以操作电压控制器252以实现对导电线路112中的一个或多个施加受控电压，并且还耦接至接收器界面255，该接收器界面接收来自设置在耳塞100的管部分上或中的一个或多个接收导电线路112的信号。控制器200还结合了至少听筒界面290，以使得控制器200能够耦接到内置麦克风170和要被驱动的声学驱动器190，以声学输出各种测试声音，该各种测试声音可用于帮助校准控制器200对在用户的耳朵中插入耳塞的确定。在一些具体实施中，为耳塞或耳塞对中的每个驱动导电线路112提供单独的电压控制器252，并且在其他具体实施中，单个电压控制器252与耳塞或耳塞对中的每个驱动导电线路一起使用。类似地，在一些具体实施中，为耳塞或耳塞对中的每个接收导电线路112提供单独的接收器界面255，并且在其他具体实施中，单个接收器界面255与耳塞或耳塞对中的每个接收导电线路112一起使用。

一种利用如图3a所示的电容耳塞插入传感器操作耳塞100的方法的具体实施在图6的流程图中示出，一般在600处示出。在动作605中，用户激活耳塞。用户可通过按压电源开关来激活耳塞。除此之外或作为另外一种选择，耳塞可包括加速度计，例如内置到耳塞电路中的微机电加速度计，加速度计检测耳塞的移动并且可在用户拾取耳塞时激活耳塞。另外，耳塞可在电容传感器检测到导电线路之间或至少一个导电线路与接地之间的指示耳塞的手动处理的电容变化时激活。耳塞的激活可导致定时器开始倒计时(动作610，615)。在定时器(动作615)到期时，耳塞控制器可确定在接收导电线路处接收的来自被驱动的电容线路的信号或至少一个导电线路和接地之间的电容是否与位于用户耳道中的至少一个导电线路或多个导电线路一致，以确定耳塞是否插入到用户的耳朵中(操作620)。在一些实施方案中，如果来自接收导电线路或至少一个导电线路和接地之间的信号指示被驱动和接收导电线路之间或至少一个导电线路和接地之间的电容在从第一时间到第二时间的一段时间内増加，则耳塞控制器确定耳塞被插入到用户的耳朵中。可设置电容变化的阈值量，例如，与预期电容变化相比较，电容的至少约90％或至少约75％的变化，以确定耳塞是否插入到用户的耳朵中。

如果在决定操作620中确定耳塞被正确地插入到用户的耳朵中，则耳塞可任选地例如通过发出咔哒声或音调来提供检测到正确插入的指示(动作625)，并且耳塞可开始呈现音频内容(动作630)。在一些实施方案中，耳塞无需等待定时器到期，但可在耳塞被激活之后连续检查耳塞的正确插入，并且可提供检测到正确插入的指示并且在定时器到期之前的任何时间开始呈现音频。

如果在决定操作620中或在定时器到期之前未确定耳塞被正确地插入到用户的耳朵中，则耳塞可任选地提供不正确插入的指示(动作635)，例如，与用于提供耳塞在用户的耳朵中正确插入的指示不同的咔哒声或音调的模式。耳塞然后可开始并等待第二定时器的到期(动作640，645)，并且如果耳塞在第二定时器到期之前或在第二定时器到期时未被确定正确插入到用户的耳朵中(动作650)，则耳塞控制器可停用耳塞(动作655)。然而，如果在决定动作650中，耳塞控制器确定耳塞被正确地插入到用户的耳朵中，则其可任选地例如通过发出咔哒声或音调来提供检测到正确插入的指示(动作625)，并且耳塞可开始呈现音频内容(动作630)。

例如，周期性地，在介于约1秒、5秒、10秒、30秒、1分钟或5分钟之间的速率下，耳塞可重新检查其是否仍插入到用户的耳朵中(动作660)。除此之外或作为另外一种选择，在检测到事件时，例如，经由构建到耳塞中的加速度计来检测耳塞的移动，耳塞可重新检查其是否仍被插入到用户的耳朵中(动作660)。如果耳塞仍被插入到用户的耳朵中，则耳塞可继续呈现音频内容。如果在决定动作660中，耳塞控制器，例如通过确定一个或多个导电线路的对之间的电容减小到与设置在用户耳道中的耳塞不一致的水平，来确定耳塞仍未插入到用户的耳朵中，则该方法可前进到动作635，并且耳塞可提供不正确插入的指示并且在第二定时器到期之前未确定耳塞插入到用户的耳朵中时被停用(动作640-655)。

应当理解，图6中所示的方法也可适用于在耳塞的管部分内部具有导电线路或导电涂层的耳塞，例如，在如图3b所示的耳塞中。图6中所示的方法也可适用于检测一对耳塞中的两个耳塞的正确插入。例如，在决定行动620、650和660中，耳塞控制器可确定如果一对耳塞中的一个或两个耳塞被正确地插入到用户的耳朵中，可导致通过动作630中的一个或两个耳塞呈现音频内容，并且可在动作655中停用该对中的一个或两个耳塞。

已经这样描述了至少一个实施方式的若干方面，应当理解，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。此类改变、修改和改进旨在成为本公开的一部分，并且旨在落入本公开的实质和范围内。本文所公开的方法的操作可以与所示出的不同的顺序来执行，并且可省略、代替或添加一种或多种操作。本文所公开的任何一个示例的一个或多个特征可结合或取代所公开的任何其他示例的一个或多个特征。因此，上述说明书和附图仅以举例的方式进行。

本文所用的措辞和术语是出于描述的目的，而不应被视为限制。如本文所用，术语“多个”是指两个或更多个项目或部件。如本文所用，被描述为“基本上类似”的尺寸应被视为在彼此的约25％内。无论在书面描述中还是在权利要求等中，术语“包括”、“包含”、“带有”、“具有”、“包含”和“涉及”均为开放式术语，即，是指“包括但不限于”。因此，此类术语的使用旨在涵盖其后列出的项目和它们的等同物，以及另外的项目。对于权利要求，仅连接短语“由…组成”和“基本上由…组成”分别为封闭的或半封闭的连接短语。在权利要求中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”之类的序数术语来修饰权利要求元素本身并不意味着一个权利要求元素超过另一个权利要求元素的任何优先权、优先级或顺序，或者执行方法动作的时间顺序，而是仅用作用以区分具有某个名称的一个权利要求元素与具有相同名称的另一个元素(但用于使用序数术语)以区分权利要求元素的标签。

Claims (27)

1.一种耳塞，包括：

电容传感器，所述电容传感器包括至少一个导电线路；和

控制器，所述控制器被配置为响应于检测到所述至少一个导电线路中的一个相对于接地或不同导电线路相对于彼此的电容变化来提供耳塞被插入到用户的耳朵中的指示。

2.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述耳塞还包括管口，所述管口被配置为插入到所述使用者的耳道的至少一个入口中，并且所述至少一个导电线路设置在所述管口上。

3.根据权利要求2所述的耳塞，其中所述至少一个导电线路包括至少部分地围绕所述管口的周边延伸的部分。

4.根据权利要求2所述的耳塞，还包括设置在所述管口内的导电元件，所述控制器被配置为检测所述导电元件和所述至少一个导电线路之间的电容变化。

5.根据权利要求1所述的耳塞，还包括设置在所述至少一个导电线路上的绝缘体。

6.根据权利要求1所述的耳塞，还包括冗余导电线路，所述控制器被配置为基于所述冗余导电线路之间的电容来校准所述电容传感器。

7.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述至少一个导电线路被构造和布置成表现出随着所述耳塞在所述用户的耳朵中的插入深度而増大的电容。

8.根据权利要求7所述的耳塞，其中所述控制器还被配置为提供所述耳塞在所述用户的耳朵中的插入深度的指示。

9.根据权利要求7所述的耳塞，其中所述控制器还被配置为向所述用户提供所述耳塞是否插入到所述用户的耳朵中的反馈。

10.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述控制器还被配置为区分来自所述电容传感器的指示所述耳塞插入到所述用户的耳朵中的信号和来自所述电容传感器的指示所述耳塞的手动处理的信号。

11.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述控制器还被配置为响应于所述电容传感器提供指示所述耳塞从所述用户的耳朵移除的信号而使所述耳塞从激活状态转换到非激活状态。

12.根据权利要求1所述的耳塞，其中所述控制器还被配置为响应于所述电容传感器未能提供指示所述耳塞在所述耳塞启动后的设定时间之后被插入到所述用户的耳朵中的信号而使所述耳塞从激活状态转换到非激活状态。

13.一种降低耳塞的功耗的方法，所述方法包括：

基于设置在所述耳塞上的至少一个导电线路中的一个相对于接地或设置在所述耳塞上的不同导电线路相对于彼此的电容测量，确定所述耳塞是否插入到用户的耳朵中；以及

响应于确定所述耳塞未插入到所述用户的耳朵中超过阈值量的时间，使所述耳塞从激活状态转换到非激活状态。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括响应于在所述耳塞被置于所述激活状态之后的设定时间之后，未能确定所述耳塞被插入到所述用户的耳朵中，而使所述耳塞从所述激活状态转换到所述非激活状态。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括响应于确定所述耳塞已从所述耳塞被插入到所述用户的耳朵中的状态转变到所述耳塞未插入到所述用户的耳朵中的状态，使所述耳塞从所述激活状态转换到所述非激活状态。

16.根据权利要求13所述的方法，还包括根据所述电容测量确定所述耳塞插入到所述用户的耳朵中的程度。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括通过所述耳塞或与所述耳塞通信的设备中的一者向所述用户提供关于所述耳塞插入到所述用户的耳朵中的深度的反馈。

18.根据权利要求13所述的方法，还包括根据所述电容测量确定所述耳塞在所述用户的耳朵中的密封程度。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括指示所述用户重新定位所述耳塞以实现所述耳塞在所述用户的耳朵中的更好密封。

20.根据权利要求18所述的方法，还包括基于所述密封程度来修改所述耳塞的噪声消除功能。

21.根据权利要求13所述的方法，还包括基于所述电容测量来检测所述耳塞在所述用户的耳朵内的移动。

22.根据权利要求13所述的方法，还包括通过在设置在所述耳塞上的冗余线路之间检测到的电容处设置参考电容来校准与所述至少一个导电线路电连通的电容仪。

23.根据权利要求13所述的方法，其中所述至少一个导电线路设置在所述耳塞的管口的外部，并且所述方法包括通过测量所述至少一个导电线路与设置在所述管口内的导电元件之间的电容来获得电容读数的测量。

24.一种检测耳塞插入到用户的耳朵中的方法，所述方法包括：

测量设置在所述耳塞上的至少一个导电线路中的一个相对于接地或设置在所述耳塞上的不同导电线路相对于彼此的电容；以及

响应于所述电容超过阈值电容值，提供耳塞被插入到所述用户的耳朵中的指示。

25.根据权利要求24所述的方法，其中测量所述电容包括测量设置在所述耳塞的管口上的一组导电线路之间的电容。

26.根据权利要求24所述的方法，其中测量所述电容包括测量设置在所述耳塞的管口上的导电线路与设置有所述管口的导电元件之间的电容。

27.一种耳塞，包括：

管口，所述管口被配置为插入到所述用户的耳道的至少一个入口中，所述管口的至少一部分包括一组堆叠垫圈，所述垫圈包括设置在所述垫圈的面上的绝缘材料和导电材料的芯，所述导电材料设置在所述垫圈的面上，从而形成一组导电线路；和

控制器，所述控制器被配置为响应于检测到至少一个导电线路中的一个相对于接地或不同导电线路相对于彼此的电容变化来提供耳塞被插入到用户的耳朵中的指示。

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