CN113348680A - 具有增强阀冲程的声滤波器 - Google Patents

Abstract

一种声滤波器(100)，包括具有声通道(11)的滤波器壳体(10)和通道中的声阀(20)。声阀(20)可以沿着位置(P1、P2)之间的轨迹(S)移动。致动器(30)被配置为沿轨迹(S)致动声阀(20)。致动器(30)包括一个或多个机械元件(31、32)。机械元件可以使声阀(20)沿着轨迹的至少初始部分移动。致动器(30)包括一个或多个磁性元件(41、42)，磁性元件(41、42)具有磁场(M1、M2)，磁场(M1、M2)被配置为对声阀(20)施加磁力(Fm)。这可以帮助声阀(20)沿着轨迹的最后部分移动到第二位置(P2)，并且将声阀(20)保持在第二位置(P2)。因此，可以提高该阀的冲程。

Description

具有增强阀冲程的声滤波器

技术领域

本公开涉及一种用于过滤听力装置中的声音的声滤波器和方法，所述听力装置例如是听筒、听力保护装置、助听器、听力仪器、听力通信单元或其他与听力相关的可佩戴设备。

背景技术

如今，市场上有许多听力装置，例如形成为耳塞或耳机，被佩戴在耳朵里或耳朵上，并且对耳朵有声密封。佩戴这样的产品可能会使用户感到自己被遮挡并与周围环境隔绝。此外，由于耳朵不通风，长期使用可能会导致耳朵发炎。因此，在听筒、助听器和耳机等产品中存在声或周围环境通道的市场。声通道是通过这样产品的声路径，其侧面可以被声密封，在开头(外部或外耳侧)和结尾(耳鼓侧或内耳)都有开口。

可能期望该声通道可以提供不同的模式。在第一模式中，例如打开，其可以保持自然听力，在第二模式中，例如通过阀关闭，其可以提供从环境的密封和/或增强的声音质量(与打开模式声音相比)。该产品还可以包括环境滤波器以保持音频性能和/或达到更好的周围环境性能。此外，在打开模式下，闭塞效果可以降低，并且耳朵可以通风，这两者都可以提高佩戴者的舒适度。这种声通道概念可以与通信装置、听力保护、助听器和听筒/耳机(的任何组合)相结合。

例如，在WO2014030998、WO2007NL50078、US2016202529中描述了带有声阀/声滤波器的听力装置。声阀通常由小型致动器控制。不幸的是，鉴于致动器的小尺寸，这些致动器仅能够产生小的阀冲程。因此，仍然需要改进已知声滤波器的这些和其他方面。

发明内容

本公开的方面涉及一种声滤波器和相应的方法。声滤波器通常包括滤波器壳体。可以通过滤波器壳体提供用于传输声音的声通道。声阀可以布置在声通道中。该声阀可以沿轨迹移动，例如在第一位置和第二位置之间。这可能导致在各个阀位置之间改变通过声通道传输的声音的声特征。致动器可以被配置为沿轨迹致动声阀。优选地，该致动器包括一个或多个机械元件。机械元件中的至少一个被配置为通过对声阀施加接触力使声阀沿着轨迹的至少初始部分远离第一位置。最优选地，该致动器可包括一个或多个磁性元件，一个或多个磁性元件具有磁场，该磁场被配置为对声阀施加磁力，该磁力与机械元件施加的接触力共同作用。这可以帮助声阀沿着轨迹的至少最后部分移动到第二位置，并且将声阀保持在第二位置。因此，可以提高该阀的冲程。

附图说明

通过以下描述、所附权利要求书和附图，本公开的装置、系统和方法的这些和其他特征、方面和优点将得到更好的理解，其中：

图1A-图1C示出了在不同位置具有声阀的声滤波器；

图2A-图2E示出了由致动器中的机械元件提供的各种位置的示例；

图3A-图3E示出了通过在致动器中添加磁性元件而提供的可能改进；

图4A-图4E示出了由磁性元件提供的可能的进一步改进，该磁性元件有助于增强机械元件(例如SMA线)的有限冲程；

图5A-图5D示意性地示出了本文所使用的永磁体的各种属性和可能的应用；

图6A和6B示出了具有使用交替磁极的致动器的声滤波器；

图7A-图7E示出了可旋转阀中交替磁极的另一变化；

图8A和图8B示出了在听力装置中声滤波器的可能应用。

具体实施方式

用于描述特定实施方式的术语无意于限制本实用新型。本文所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一”、“一个”、“该”也旨在包括复数形式。术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。应当理解，术语“包括”和/或“包含”规定所述特征的存在，但不排除一个或多个其他特征的存在或增加。应当进一步理解，当方法的特定步骤被称为在另一步骤之后时，除非另外说明，否则其可直接在所述另一步骤之后，或者可以在执行该特定步骤之前执行一个或多个中间步骤。同样，应当理解，当描述结构或部件之间的连接时，除非另外说明，否则可直接或通过中间结构或部件建立该连接。

入耳式电子和声装置需要高度的小型化。在寻找需要打开和关闭的自动声阀时，可以考虑采用新颖的致动方式。智能致动器(其致动器是基于智能材料的)在小型化、简单化和功率效率方面具有非常有趣的特征。有关它们的特征、优点和缺点的信息可以在科学文献中找到。

如本文所述，形状记忆合金(SMA)被认为是最适合其用途的致动器，尤其是以线的形式。SMA具有巨大的功率密度(其每单位体积所能产生的功率)，所产生的力和冲程的组合比任何其他已知的智能材料都要大。即便如此，给定SMA线的冲程是其长度的一个百分比(通常约为3％)，当致动器小型化时，制造可动阀的可用冲程是有限的。此外，如下文所述，SMA线也存在一些需要解决的问题。因此，需要借助于装置的智能设计来智能地使用如此小的可用行程。

如下面将进一步详细描述的，一些实施方式可提供借助于永磁体的吸引和排斥来增加可用冲程的方法。在其它或进一步实施方式中，机械致动器可以用于移动此类磁体。因此，可用于创建声阀的冲程可以明显大于致动器的冲程。

在一些实施方式中，需要双稳态致动器，即，可以在两个位置之间移动并且保持在其中任何位置而不消耗功率的致动器。这可以通过创建基于拮抗SMA导线的致动器来实现，其可能涉及使用至少两个相互作用的SMA导线。当一个收缩时，另一个拉长并准备收缩，所有这些都在机构(在本情况中为声阀)移动的同时发生。然后，只要有足够的电流穿过拉长的线，拉长的线就准备收缩，从而将致动器移到其侧面并且拉长另一个线。如下面将描述的，这种机构是双稳态的，并且可以循环使用。

在下文中，参照附图更全面地描述本实用新型，在附图中示出了本实用新型的实施方式。在附图中，为了清楚起见，可能会夸大系统、部件、层和区域的绝对和相对尺寸。可以参考本实用新型的可能理想化的实施方式和中间结构的示意图和/或横截面图示描述实施方式。在说明书和附图中，相似的数字始终表示相似的元件。相关术语及其派生词应解释为指当时描述的或讨论中的图纸所示的方向。这些相关术语是为了便于描述，除非另有说明，否则不要求系统以特定方向构造或操作。

图1A-图1C示意性地示出了分别在不同位置P1、Pi2、P2处具有声阀20的声滤波器100。具体地说，图1A示出了处于第一位置“P1”的阀，在这种情况下，该阀是关闭的；图1B示出了处于中间位置“Pi2”的阀，该中间位置在第一和第二位置P1、P2之间；图1C示出了处于第二位置“P2”的阀，在这种情况下，该阀是打开的。

在一个实施方式中，如图所示，声滤波器100包括滤波器壳体10。通常，声滤波器100包括通过滤波器壳体10的声通道11。在所示的实施方式中，声阀20布置在声通道11中。优选地，声阀20被配置为允许其沿着轨迹“S12”在第一个位置之间“P1”和第二个位置“P2”之间移动。这可能导致在各个阀位置P1、P2之间改变通过声通道11传输的声音的声特征A1、A2。例如，致动器30被配置为沿轨迹“S12”致动声阀20。

在一些优选实施方式中，致动器30包括一个或多个机械元件31、32。最优选地是，机械元件中的至少一个被配置为使声阀20沿着轨迹S1i的至少初始部分远离第一位置“P1”。例如，在这种情况下，机械元件32可例如通过拉动声阀20在声阀20上施加物理(接触)力“Fc”。

在其它或进一步优选实施方式中，致动器30包括一个或多个磁性元件41、42。磁性元件41、42可产生磁场M1、M2，磁场M1、M2被配置为在声阀20上施加磁力“Fm”。磁力“Fm”可与机械元件32施加的接触力“Fc”共同作用。这可能有助于将声阀20沿着轨迹Si2的至少最后部分移动到第二位置“P2”。附加地或可替代地，磁力可能有助于将声阀20保持在第二位置“P2”。

在一个实施方式中，机械元件32仅具有沿轨迹S1i的初始部分移动声阀20的有限冲程。例如，有限冲程可使声阀20从第一位置“P1”到达中间位置“Pi2”，中间位置在第一位置“P1”和第二位置“P2”之间。在另一或进一步实施方式中，磁场M1、M2被配置为通过声阀20上的磁力“Fm”沿着轨迹的最后部分Si2移动声阀20。因此，磁力“Fm”可以将声阀20从中间位置“Pi2”到达第二位置“P2”。因此，磁场可提供增强的冲程，以将声阀20移动到机械元件32的有限冲程之外。

在一些优选实施方式中，在被致动之后，可以控制阀20保持在多个受控状态P1、P2中的一个。优选地，致动器(例如机械元件31、32)在达到受控状态后不需要保持主动供电或致动，因此可以节省能量。例如，受控状态可以是相对稳定。例如，在机械元件的主动致动(例如，提供电和/或加热)停止后，稳定状态保持最短时间。在一些实施方式中，在致动至少一秒、至少十秒、至少一分钟或更长时间(例如，无限期)之后保持稳定状态。在没有主动供电的情况下可以保持状态的时间越长，在该状态上的控制就越稳定。

在一些实施方式中，致动器可被配置为在两个稳定状态之间控制系统。这也被称为双稳态系统。在其它或进一步的实施方式中，致动器可允许两个以上的稳定状态(未示出)。例如，一个或多个附加磁性元件可以布置在一个或多个中间位置(未示出)以提供一个或多个中间稳定状态。

如本文所述，声通道11被配置为在耳道Xa和外部环境Xe之间形成声路径P的至少一部分。在一些实施方式中，例如如图所示，致动器被配置为至少在相对打开和相对关闭状态之间控制阀。阀的状态可确定通过声通道11传输的声音的声特征A1、A2。声特征可包括在一个或多个频率处的衰减程度或对传输的声音的其它影响，例如，与外部提供的声音A0或声滤波器或听力装置中的内部产生的声音(这里未示出)相比。例如，当声阀20关闭时(这里是第一位置“P1”)，声滤波器100可提供比阀打开时(这里是第二位置“P2”)更多的衰减。

该阀可提供屏障，以在关闭状态下基本上阻断传输的声音，例如在进入声通道11的声音A0和进入耳道的声音A1之间提供衰减，其中，在关闭状态下(至少在可听见的频率范围内)的衰减或降噪等级大于10分贝，优选地大于20分贝，最优选地大于30分贝或更高。可替代地，或者除了阀阻断声音之外，阀还可以包括声元件，例如网格或膜(未示出)，其可以以其他方式影响传输的声音，例如取决于阀的状态可控地塑造声特征。例如，一个或多个网格可以可控地从声音通道(未示出)插入或移除。

在一些实施方式中，声阀20包括磁体或可磁化材料，以允许磁场M1、M2直接对声阀20施加磁力“Fm”。例如，声阀20可包括由磁性材料制成或以其他方式包括磁性材料的活门或门。可替代地或另外，可磁化材料可间接地附接到声阀(未示出)，使得施加在材料上的磁力引起阀的移动和/或保持阀。

例如，从图1A中所示的情况开始，当例如包括可磁化材料或第三磁体(未示出)的阀20沿轨迹“S12”在两个固定磁体41，42之间移动时，(磁体41的)磁场M1、M2可首先引起磁力“Fm”，该磁力试图拉回移动物体。然后，如图1B所示，一旦穿过固定磁体41、42之间的阈值“C”，磁力“Fm”可与机械元件32施加的接触力“Fc”共同作用，以帮助声阀20沿着轨迹的最后部分Si2移动到第二位置“P2”。如图1C所示，一旦声阀20到达第二位置“P2”，磁力也有助于将其保持在第二位置“P2”。可注意到，轨迹的最后部分可能主要受到磁力的影响，例如由于机械元件32(这里显示为线)的有限冲程。

在一些实施方式中，磁场M1、M2被配置为在声阀20被至少一个机械元件32移动到远离第一位置“P1”的阈值位置“C”之后，仅有效地施加磁力“Fm”以将声阀20移动到第二位置“P2”。例如，中间位置“Pi2”在阈值位置“C”和第二个位置“P2”之间。尽管磁体的磁场理论上可延伸很长的距离，但如果磁力“Fm”实际上可以有助于沿所需方向的(阀的)运动，则可以认为该磁力是有效的。通常，各个磁体41、42的磁场M1、M2在靠近各个磁体的位置处更强。此外，其中一个磁性元件42的磁场M2可(部分地)在中间位置被另一个磁性元件41的磁场M1抵消。例如，所示的两个固定磁体41、42可以在它们之间产生磁场M1、M2，该磁场在靠近相应磁体的位置处相对较强，并且在两者之间相对较弱。因此，将阀移动到第二位置的磁力“Fm”可能是有效的，例如超过阈值C，相对靠近磁性元件42。

如本文所述，一个或多个机械元件31、32可直接或间接连接以形成或保持与声阀20的接触以施加接触力“Fc”。如将理解的，由作用者施加在物体上的接触力“Fc”是由作用者和物体之间的直接或间接接触介导的力。通常，这可能包括物理推动或拉动该物体。如本文所述，可通过机械元件推动或拉动声阀来施加接触力。例如，如图所示，可以通过拉动连接到声阀20的线在声阀20上施加接触力“Fc”。可替代地，或另外，阀可由其他机械元件推动或拉动，例如由压电材料、压电堆、弯曲器、电磁致动器和形状记忆合金(例如形状记忆合金线)构成。

接触力可与“远距离作用力”区分开来，最显著的是磁力“Fm”，其可以作用在物体上，而无需依靠作用者(例如，磁体)和物体(例如，阀)之间的物理接触来调节作用力。如本文所述，一个或多个磁性元件41、42可被配置为产生磁场M1、M2，以磁性地吸引或排斥声阀20。当然，不排除诸如磁体和阀之类的部分可以间接连接，例如经由滤波器外壳和线，但是磁力并不依赖于该接触来调节其效果，即移动阀20，因此存在概念上的差异。

在一个实施方式中，如图所示，机械元件31、32包括线，以通过将声阀20拉离相应位置“P1”、P2而施加接触力“Fc”。例如，可以由诸如(微型)电机的机械控制元件31a、31b拉动线。可替代地，或另外，优选的是，线本身被致动，例如如下将要描述收缩。例如，在这种情况下，机械控制元件31a、31b可包括致动线的器件，例如加热、冷却和/或电气装置，以引起线或其他成形材料的收缩(或膨胀)。

图2A-图2E示出了由致动器30中的机械元件提供的各种位置的示例。

在优选实施方式中，致动器30包括至少一个SMA线31w，作为致动声阀20的机械元件31。SMA线包括形状记忆合金(SMA)。在一些实施方式中，致动器30包括温度控制器31a，例如用于控制SMA线31w的温度的加热和/或冷却元件。例如，SMA线31w被配置为取决于其温度而收缩或延伸，以通过其与声阀20的连接来施加接触力“Fc”。

形状记忆合金(SMA)也被称为智能金属、记忆金属、记忆合金、肌肉线，智能合金是“记忆”其原始形状的合金，并且当施加适当的刺激(例如热)时，变形时可以恢复其预变形的形状。SMA材料可提供轻量的固态致动器，作为传统致动器的替代品，例如压电、液压、气动和基于电机的系统。

SMA致动器通常是电动致动，其中电流导致焦耳加热。失活通常通过对流向周围环境的自由对流传热而发生。因此，SMA致动通常是不对称的，其致动时间相对较快，去致动时间较慢。可选地，SMA失活时间可以通过诸如强制对流和用导电材料滞后SMA的特征来减少，以便控制热传递速率。例如，传导“滞后”可包括使用导热膏通过传导从SMA快速传递热量。由于外半径和传热面积明显大于裸线，因此，该热量更容易通过对流传递到环境中。这可能导致失活时间的减少和更对称的激活曲线。在某些情况下，SMA材料可能表现出滞后，即系统状态与其历史的依赖性。传统上，这可能会阻碍材料在致动器中的某些应用。然而，发明人发现，滞后特征对于本文所述的某些应用实际上是有用的，例如有助于双稳态行为。

在一些实施方式中，机械元件31、32(例如，SMA线)受温度影响。例如，相对较高的温度“TH”可能导致机械元件或线收缩。当该元件冷却时，可能会达到相对较低的稳定温度TS，例如在周围环境温度下。在某些情况下，这可能导致线长度部分或完全延长。因此，机械元件31、32的长度可能与其温度有关。

在优选实施方式中，致动器10包括至少两个SMA线31w、32w，其各自的温度控制器被配置为选择性地加热SMA线31w、32w中的任何一个。这可能导致加热的线的收缩。此外，取决于加热哪个线而沿至少两个不同方向中的一个向第一位置“P1”或第一位置“P2”拉动声阀20，收缩(Lch/Les)可引起接触力“Fc”。

继续参考图2A-图2E，两个SMA线31w、32w可在其之间提供阀连接点20c，以根据收缩哪个线而将阀(未示出)拉向任一方向。

现在具体参考图2A，线可在相同的稳定温度TS下开始。或者，初始温度也可能不同(此处未显示)。在稳定的情况下，其中一个线31w可具有稳定的收缩长度“Lcs”，另一个线32w具有稳定的延伸长度“Les”。例如，由于滞后或先前的历史，长度“Lcs”可以小于长度“Les”。因此，可以将阀连接点20c移动到一个位置。

现在具体参考图2B，根据一些实施方式，SMA线31w可提供有热量“H”。热量“H”可例如由电流或其他加热元件(此处未显示)提供。这可能导致线32w达到加热温度“TH”。加热温度“TH”可导致线收缩到热收缩长度“Lch”，例如，例如在先前延伸之后恢复其原始(“记忆”)形状。因此，可以向阀连接点20c提供沿轨迹“S12”到另一位置的机械运动。阀连接点20c可在阀(此处未显示)上施加相应的接触力。

在优选实施方式中，致动器30中使用的SMA线31w、32w的加热收缩长度“Lch”比其稳定延伸长度“Les”短至少百分之一、至少百分之二或至少百分之三或更多。相对收缩越大，可以提供的机械冲程限制就越小。绝对收缩也可通过加长SMA导线来改善。在一些实施方式中，SMA线长度和相对收缩的组合提供至少百微米、优选至少半毫米或甚至超过一毫米的机械冲程。有利地，如本文所述，可以通过磁力来增强机械冲程中的限制。

现在具体参考图2C，先前加热的线32w可能损失至少一部分热量“H”，因此其可冷却至稳定温度TS，该温度TS可与初始温度相同或不同。在任何情况下，冷却可能会导致线重新延伸，因此阀连接点20c可能会部分移回中心位置。基本上，现在将图2A的情况颠倒过来。注意，在所示的实施方式中，线31w、32w是相同的，这是优选的，但不一定是其他实施方式的情况。例如，在一些实施方式中，线可具有不同的(默认)长度(未示出)。因此，如果需要，与相对较短的第二线相比，相对较长的第一线可以用来为相同的相对收缩提供相对较长的机械冲程。

现在具体参考图2D，第一线31w被加热到温度“TH”，这使得该线收缩并且沿着轨迹S21在另一方向上移动阀连接点20c。这与图2B基本相反。

具体参考图2E，热量“H”可再次从第一线移除，例如通过辐射、对流或传导，类似于参考图2C所述，其可引起收缩的部分松弛。因此，恢复了图2A的情况。总体上，可以观察到，即使与由线的相对收缩长度可以提供的最大冲程“Smax”相比，由图2A-图2E的致动器提供的双稳态冲程“Sbs”也可以受到相当的限制。如图所示，这可能是由于例如冷却时线长度的部分重新延伸引起的。因此，希望改善优选实施方式中的情况。

图3A-图3E示出了通过在致动器30中添加磁性元件41、42而提供的可能改进。在一个实施方式中，如图所示，磁性元件41、42被布置成在机械元件31、32被致动之后将声阀20保持在第一位置“P1”或第二位置“P2”中的至少一个。

可以注意到，除了在致动器30的两端提供磁体以吸引附接到线31w、32w的阀20之外，图3A-图3E分别示出了与图2A-图2E类似的步骤。图3A示出了声阀20被吸引到第一磁性元件41的初始情况。如图所示，尽管线31w可能松弛，但吸引力仍可以将阀20保持在原位。图3B示出第二线32w被加热，以其接触力“Fc”将阀20拉离第一磁性元件41，该接触力最初抵抗第一磁性元件41的磁力“Fm”。第二磁性元件42的磁力也可有助于将阀20至少拉过轨迹的最后部分“S12”。如图3C所示，在第二线32w冷却并且松弛后，磁性元件41、42也可有助于将阀20保持在原位。图3D和图3D示出第一线31w被加热并且随后冷却以返回到图3A的情况。将理解的是，与图2A-图2E相比，阀的稳定最大冲程“Sbs”因此得到改善。

尽管这些和其他图显示了磁性元件41、42吸引具有磁性材料的阀20，当然也可以设想具有类似功能的其他配置。例如，附加或替代磁性元件41、42，声阀20还可包括磁性元件，例如永磁体。例如，元件41、42可以替代诸如铁块之类的可磁化元件，其中，声阀20包括吸引到任一元件的永磁体。然而，使用静态磁体和可移动可磁化阀所示实施方式的优点可以是，该阀不会无意中被其他(例如金属)元件吸引，这些元件也可能包括在听力装置(未示出)中。

图4A-图4E示出了由磁性元件41、42提供的可能的进一步改进，该磁性元件41、42也有助于增强诸如SMA线31w、32w等的机械元件的有限冲程S1i、S2i。

如图4A-图4C所示，致动器30可包括配置为加热至温度“TH”的SMA线32w。这可能导致从初始延伸长度Le收缩到加热收缩长度“Lch”。反过来，收缩可导致将声阀20从第一位置“P1”移动到中间位置“Pi2”。中间位置优选地超过阈值位置“C”。同时，如本实施方式所示，由于SMA线的有限冲程“Sbs”，中间位置可能短于第二位置“P2”。磁力“Fm”可以配置为使声阀20进一步超越阈值位置“C”，从中间位置“Pi2”移动到第二位置“P2”尽管SMA线32w上有松弛(通过摆动线示出)。

如图4D所示，根据一些优选实施方式，线32w上的松弛可随着其冷却而进一步发展，但是磁性元件42仍然可将声阀20保持锁定在第二位置“P2”。接下来，图4E示出图4B的相反面，其中，另一线31w被加热以使阀20部分地移回阈值位置“C”的另一侧上靠近第一位置“P1”的另一中间位置S2i。随后，阀可被吸引到磁性元件41并且被锁定在第一位置“P1”(未示出)。

磁体42提供的绝对冲程增强可以表示为，例如，加热收缩长度“Lch”和较短长度Lc之间的相对长度差(Lch–Lc)，其中线将必须自行完成冲程至第二位置“P2”(无磁体)。例如，加热使线32w收缩到长度“Lch”＝10mm，而磁体使其进一步收缩到Lc＝8mm，这将是2mm的绝对冲程改进。优选地，由磁性元件提供的绝对冲程增强(Lch-Lc)是至少一毫米、至少两毫米或更多，例如在三毫米和十毫米之间。

增强也可以相对表示为例如(Lch-Lc)/(Le-Lch)，其中，Lch-Lc再次是磁体提供的将其带到第二位置“P2”的进一步距离，而Le是导线32w的初始长度(当阀20处于相反的第一位置“P1”时)。例如，加热使线32w最初为12mm，并且通过加热收缩到长度“Lch”＝10mm，而磁体使其进一步达到Lc＝8mm，这将是(10-8)/(12-10)＝100％的相对冲程改善，即两倍的效果。优选地，由磁性元件提供的相对冲程增强(Lch-Lc)/(Le Lch)至少为10％、20％、50％或更多，例如100％。

图5A-图5D示意性地示出了永磁体40p和可磁化材料40m的各种特征以及本文所使用的可能应用。图5A示出了具有交替极“N”、“S”的永磁体40p；图5B示出了吸引可磁化物体40m的永磁体40p；图5C示出了两个相对极“N”、“S”相互吸引的永磁体40p；图5D示出了可移动顶部磁体被接触力“Fc”侧向拉动或推动，由于各个磁极与固定底部磁体的磁极的排斥和吸引而产生的轨迹“S”。

通常认为，永磁体是由被磁化的材料制成的物体，并产生自身的持久磁场。这可以与电磁体形成对比，后者只有在施加电流时才产生磁场。原则上，任一类型的磁体均可用于本文所述的应用，但在一些实施方式中，使用永磁体可能是优选的，例如，因为其不需要电力来维持磁场。

通常，磁体可吸引其他极性相反的磁体，因此一个磁体的北极“N”可吸引另一个磁体的南极“S”，反之亦然。相反，相同极性的磁极也可相互排斥，因此一个磁体的北极“N”可排斥另一个磁体的北极“N”，并且两个南极“S”的情况类似。磁体也可吸引其他(非永久性)磁性或可磁化材料。最值得注意的是，铁磁性材料，诸如铁、镍、钴及其大多数合金，可对附近的磁体有较强的吸引力。这种材料可被吸引而不考虑极性，其中，磁力“Fm”例如在磁场最高的方向上。

举例来说，磁力线“Mf”可以从磁北极“N”到磁南极“S”绘制。磁力线的方向可能与磁场的方向有关，这里用方框箭头“My”表示。磁力线的密度(磁力线的紧密程度)可能与磁场强度有关，这里用灰度“Ms”表示，其中，较暗的区域表示较高的磁场强度。尽管图中示出了仅包括北极和南极的交变磁体，但在一些实施方式中，也可能包括具有其他(例如，中间)方向的磁极，例如离散或连续旋转磁化方向的Halbach阵列。例如，Halback阵列可以在阵列的一侧(阀的一侧)提供与另一侧相比相对强的磁场的优势。

在一些实施方式中，如图5B所示，由可磁化材料40m制成的声阀是有利的，因此其与极性无关地被磁体吸引。在其他或进一步的实施方式中，如图5C和图5D所示，在声阀中包括一个或多个磁极40p是有利的，因此该阀可取决于其他磁性元件的相对极性显示选择性吸引或排斥。例如，图5C中磁体的磁极被排列成(可移动的)顶部磁体上的磁北极“N”面向(固定的)底部磁体上的磁南极“S”的磁北极“N”，反之亦然。当顶部磁体移动时，例如通过物理力，即接触介导力“Fc”向右移动，磁极可能会错位，导致类似极的排斥。结果，顶部磁体可首先被横向于侧向接触力“Fc”的向上方向上的(非接触的)磁力“Fm”推开。然后，当极性相反的磁体重新排列时，磁体可再次相互吸引。将理解的是，例如在轨迹S的初始部分，由于磁力“Fm”的排斥而引起的向上位移Sy可以大于由接触力“Fc”引起的横向侧向位移Sx。在一些实施方式中，如下文所讨论的，可以利用这些和其他效果来进一步增强冲程。

图6A和图6B示出了具有使用交替磁极的致动器30的声滤波器100。

在图6A中，声阀20示关闭的，基本上防止声音通过声通道11传播，以及在图6B中，声阀20是打开的，允许声音传播。也可以使用其他或附加阀。在所示的实施方式中，还包括可选的声音产生器51，例如在声阀20和耳道Xa之间的声通道11的部分中，以便可以阻断外部声音，同时可以听到内部产生的声音。

在一些优选实施方式中，机械元件31、32被配置为通过接触力“Fc”使声阀20在横向于第一位置“P1”和第二位置“P2”之间的直接路径的方向上移动。最优选地，磁场M1、M2被成形为在横向运动时向第二位置“P2”推动和/或拉动声阀。例如，如图所示，机械装置32被配置为在第一方向(这里是左侧的侧面)上拉动声阀20，其导致第一磁性元件41在横向于第一方向(这里通常向上)的第二方向上对声阀20施加排斥磁力。然后，声阀20可被吸引到第二磁性元件42并且被锁定在第二位置“P2”。例如，接触力“Fc”的第一和第二方向与第一位置“P1”和第二位置“P2”之间的直线之间的角度大于40度，大于60度，直到90度(平面角)。

在一些实施方式中，磁性元件41、42中的至少一个包括以交替方向排列的两个、三个或更多个磁极N、S。例如，如图所示，这些方向可在南-北方向之间交替，或者在其他或进一步的方向上交替。为了提供与声阀20的排斥力，优选地，该阀还包括一个或多个磁性元件。例如，与可动阀20连接或结合的交变磁极可匹配固定磁性元件41和/或42的相应交变磁极。例如，声阀20中的交变磁极可具有与磁性元件41、42中相同的周期距离Mp。

在一些实施方式中，磁性元件41、42包括磁极N、S，磁极N、S沿第一方向在周期距离或角度Mp上周期性地交替极性，在其他或进一步实施方式中，机械元件31、32被配置为通过接触力“Fc”使附接到声阀20的相应磁极N，S至少在第一方向上在小于磁极的周期距离Mp的位移距离Sx，Sr上位移。例如，可以将重复磁极的周期距离Mp选择为比机械元件31、32所提供的位移距离Sx大至少倍数为1.2、1.5、2、2.5、3或更多。例如，周期距离Mp为2mm，这意味着每个极为1mm。当磁体被移动超过一个磁极距离时，或者甚至在之前，吸引力可变成排斥力。这也可取决于附近的其他磁体，例如第二磁性元件42，其可以接管并且将阀向上拉，以实现较小的侧向位移。因此，与单独由机械元件31、32提供的侧向冲程Sx相比，磁体提供的向上冲程Sy或总冲程，例如√Sx²+Sy²，可以增强。

图7A-图7E示出了交替磁极但现在在可旋转阀20中的另一变化。图7A和图7C分别示出了第一磁性元件41和第二磁性元件42的俯视图；图7B示出了声阀20的俯视图；图7D和图7E分别示出了阀在关闭和打开位置的侧视图，其可以通过旋转阀来实现。

在一个实施方式中，例如如图所示，机械元件31、32被配置为旋转声阀20。例如，声阀20的旋转可引起沿旋转轴的平移Sy。为了限制声阀20在期望方向上的运动，如果需要，可以提供阀引导件21。在本实施方式中，阀引导件可包括杆，而声阀20包括相应的孔以沿着杆滑动同时还允许旋转。也可以为其他实施方式提供类似或其他引导件，例如，如先前参考图6A和6B所描述的(在此未示出)。

在所示的实施方式中，第二磁性元件42可包括垫圈，该垫圈也可作为用于邻接声阀20的阀座。可替代地，第二磁性元件42也可例如与滤波器壳体10齐平地集成。与图6A和图6B的先前实施方式相似，磁性元件41、42包括磁极N、S，但是磁极N、S现在沿旋转方向超过周期角度Mp周期性地交替极性，其中，机械元件31、32被配置为通过接触力“Fc”使附接到声阀20的相应磁极N，S在旋转方向上在小于磁极的周期角度Mp的位移距离Sr上位移。

图8A和图8B示出了在听力装置200中声滤波器100的可能应用。在所示的实施方式中，听力装置200包括耳塞，但是该滤波器也可在其他听力装置中找到应用。

在一个实施方式中，如左侧的图8A所示，过滤器壳体10布置在耳塞的壳体201内部。在一些实施方式中，如右侧的图8A所示，壳体201被配置为至少部分地进入耳道。优选地，耳塞，例如其外部形状和/或材料，被配置为密封地装配到耳道中。在优选实施方式中，听力装置200，例如耳塞或耳机(未示出)，被配置为除了经由声滤波器100之外，基本上阻止所有声音进入耳道。在其他或进一步的实施方式中，听力装置200包括空腔202，以在例如穿过听力装置200的通道中将声滤波器100的滤波器壳体10装配在内部。

为了清楚和简明描述的目的，本文将特征描述为相同或单独实施方式的一部分，然而，应当理解，本实用新型的范围可能包括具有所描述的全部或部分特征组合的实施方式。例如，尽管示出了用于通过SMA线的组合和通过磁性元件来增强冲程并且保持阀的位置移动的实施方式，同样，受益于本公开的本领域技术人员可以设想替代方式，以实现类似的功能和结果。例如，具有有限冲程的其他致动器，例如压电元件，可以以类似的方式与磁体组合。如所讨论和示出的实施方式的各种元件提供了某些优点，例如提高了位置的可靠性。当然，应当理解，以上实施方式或过程中的任何一个可与一个或多个其他实施方式或过程相结合，以在寻找和匹配设计和优点方面提供甚至进一步的改进。应当理解，本公开为听力装置提供了具体的优点，并且通常可以应用于使用有限或不稳定行程的致动器的任何应用。

在解释所附权利要求时，应当理解，“包括”一词不排除存在除了在给定权利要求中列出的那些之外的其他元件或行为；在元件之前的“一”或“一个”用词不排除存在多个这样的元件；权利要求中的任何参考符号不限制其范围；一些“方式”可由相同或不同的项目或实现的结构或功能来表示；除非另有特别说明，否则所公开的装置或其部分中的任何一个可以组合在一起或分离成进一步的部分。在一项权利要求涉及另一项权利要求的情况下，这可以表示通过其各自特征的组合实现的协同优势。但是，仅仅是在相互不同的权利要求中叙述了某些措施这一事实并不表明不能同时使用这些措施的组合。因此，本实施方式可以包括权利要求的所有工作组合，其中，除非上下文明确排除，否则每个权利要求原则上可以引用任何前面的权利要求。

Claims (15)

1.一种声滤波器(100)，包括：

滤波器壳体(10)；

声通道(11)，所述声通道(11)穿过所述滤波器壳体(10)；

声阀(20)，所述声阀(20)布置在所述声通道(11)中并且被配置为能够沿第一位置(P1)和第二位置(P2)之间的轨迹(S12)移动，以在各个阀位置(P1、P2)之间改变通过所述声通道(11)传输的声音的声特征(A1、A2)；以及

致动器(30)，被配置为沿所述轨迹(S12)致动所述声阀(20)，

其中，所述致动器(30)包括一个或多个机械元件(31、32)，其中至少一个机械元件被配置为通过对所述声阀(20)施加接触力(Fc)使所述声阀(20)沿着所述轨迹的至少初始部分(S1i)远离所述第一位置(P1)；

其中，所述致动器(30)包括一个或多个磁性元件(41、42)，所述一个或多个磁性元件(41、42)具有磁场(M1、M2)，所述磁场(M1、M2)被配置为对所述声阀(20)施加磁力(Fm)，所述磁力(Fm)与所述机械元件(32)施加的所述接触力(Fc)共同作用，以帮助所述声阀(20)沿着所述轨迹的至少最后部分(Si2)移动到所述第二位置(P2)，并且将所述声阀(20)保持在所述第二位置(P2)。

2.根据权利要求1所述的声滤波器(100)，其中

所述机械元件(32)仅具有有限冲程，以沿着所述轨迹的所述初始部分(S1i)将所述声阀(20)从所述第一位置(P1)移动到中间位置(Pi2)，所述中间位置在所述第一位置(P1)和所述第二位置(P2)之间，以及

所述磁场(M1，M2)被配置为通过所述声阀(20)上的所述磁力(Fm)沿着所述轨迹的所述最后部分(Si2)将所述声阀(20)从所述中间位置(Pi2)移动到所述第二位置(P2)，从而提供增强的冲程，以使所述声阀(20)移动超过所述机械元件(32)的所述有限冲程。

3.根据权利要求2所述的声滤波器(100)，其中，所述磁场(M1，M2)被配置为在所述声阀(20)被所述至少一个机械元件(32)移动到远离所述第一位置(P1)的阈值位置(C)外之后，仅有效地施加用于将所述声阀(20)移动到所述第二位置(P2)的所述磁力(Fm)。

4.根据上述任一权利要求所述的声滤波器(100)，其中，所述致动器(30)包括至少一个SMA线(31w)，所述SMA线作为用于致动所述声阀(20)的机械元件(31)，其中，所述SMA线包括形状记忆合金(SMA)；其中，所述致动器(30)包括用于控制所述SMA线(31w)的温度的温度控制器(31a)，其中，所述SMA线(31w)被配置为根据其温度收缩或延伸以通过其与所述声阀(20)的连接来施加接触力(Fc)。

5.根据上述任一权利要求所述的声滤波器(100)，其中，所述致动器(10)包括至少两个SMA线(31w、32w)，所述SMA线(31w、32w)具有各自的温度控制器，所述温度控制器被配置为选择性地加热所述SMA线(31w、32w)中的任意一个以引起加热线中的收缩，其中，所述收缩(Lch/Les)通过取决于加热哪个线而沿至少两个不同方向中的一个向所述第一位置(P1)或所述第二位置(P2)拉动所述声阀(20)而产生所述接触力(Fc)。

6.根据上述任一权利要求所述的声滤波器(100)，其中，所述声阀(20)包括磁体或磁化材料，以允许所述磁场(M1，M2)直接对所述声阀(20)施加所述磁力(Fm)。

7.根据上述任一权利要求所述的声滤波器(100)，其中，所述磁性元件(41、42)被布置成在所述机械元件(31、32)的致动之后将所述声阀(20)保持在所述第一位置(P1)或所述第二位置(P2)中的至少一个。

8.根据上述任一权利要求所述的声滤波器(100)，其中，所述致动器(30)包括SMA线(32w)，所述SMA线(32w)被配置为被加热到温度(TH)，导致所述SMA线从初始延伸长度(Le)收缩到加热收缩长度(Lch)，其中，所述收缩导致所述声阀(20)从所述第一位置(P1)移动到超过阈值位置(C)的中间位置(Pi2)，但由于所述SMA线的有限冲程(Sbs)而短于所述第二位置(P2)，其中，所述磁力(Fm)被配置为使所述声阀(20)从所述中间位置(Pi2)进一步超出所述阈值位置(C)移动到所述第二位置(P2)，尽管所述SMA线(32w)上出现松弛。

9.根据上述任一权利要求所述的声滤波器(100)，其中，所述机械元件(31、32)被配置为通过所述接触力(Fc)使所述声阀(20)在横向于所述第一位置(P1)和所述第二位置(P2)之间的直接路径的方向上移动，其中，所述磁场(M1，M2)被成形为在横向移动时向所述第二位置(P2)推动和/或拉动所述声阀(20)。

10.根据上述任一权利要求所述的声滤波器(100)，其中，所述磁性元件(41、42)包括磁极(N、S)，所述磁极(N、S)沿第一方向在周期距离或角度(Mp)上周期性地交替极性，其中，所述机械元件(31、32)被配置为通过所述接触力(Fc)使附接到所述声阀(20)的相应磁极(N，S)至少在所述第一方向上在小于所述磁极的所述周期距离(Mp)的位移距离(Sx，Sr)上位移。

11.根据上述任一权利要求所述的声滤波器(100)，其中，所述机械元件(31、32)被配置为旋转所述声阀(20)。

12.根据权利要求11所述的声滤波器(100)，其中，通过所述接触力(Fc)的所述旋转导致通过所述磁力(Fm)沿旋转轴的平移。

13.一种听力装置(200)，包括根据前述权利要求中任一权利要求所述的声滤波器(100)。

14.一种用于声滤波的方法，包括：

提供滤波器外壳(10)、穿过所述滤波器外壳的声通道(11)以及声阀(20)，所述声阀(20)布置在所述声通道(11)中并且被配置为允许沿第一位置(P1)和第二位置(P2)之间的轨迹(S12)移动，以在各个阀位置(P1、P2)之间改变通过所述声通道(11)传输的声音的声特征(A1、A2)；以及

使用致动器(30)沿所述轨迹(S12)致动所述声阀(20)，

其中，所述致动器(30)包括一个或多个机械元件(31、32)，其中至少一个机械元件通过对所述声阀(20)施加接触力(Fc)使所述声阀(20)沿着所述轨迹的至少初始部分(S1i)远离所述第一位置(P1)；

其中，所述致动器(30)包括一个或多个磁性元件(41、42)，所述一个或多个磁性元件(41、42)具有磁场(M1、M2)，所述磁场(M1、M2)在所述声阀(20)上施加磁力(Fm)，所述磁力(Fm)与所述机械元件(32)施加的所述接触力(Fc)共同作用，以帮助所述声阀(20)沿着所述轨迹的至少最后部分(Si2)移动到所述第二位置(P2)，并且将所述声阀(20)保持在所述第二位置(P2)。

15.根据权利要求14所述的方法，其中：

所述机械元件(32)仅具有有限冲程，以沿着所述轨迹的所述初始部分(S1i)将所述声阀(20)从所述第一位置(P1)移动到中间位置(Pi2)，所述中间位置在所述第一位置(P1)和所述第二位置(P2)之间，以及

所述磁场(M1，M2)通过所述声阀(20)上的所述磁力(Fm)沿着所述轨迹的所述最后部分(Si2)将所述声阀(20)从所述中间位置(Pi2)移动到所述第二位置(P2)，从而提供增强的冲程，以使所述声阀(20)移动超过所述机械元件(32)的所述有限冲程。

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