CN113825054B - 头戴式语音通话装置 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例提出了一种头戴式语音通话装置，包括：头戴式框架；第一音频设备，其设置在头戴式框架上并与头戴式框架固定连接；第一骨传导振子和第二骨传导振子，分别设置在头戴式框架上并与头戴式框架固定连接；以及控制单元，其设置在头戴式框架上并与第一音频设备、第一骨传导振子、第二骨传导振子和第二音频设备电气耦合，其中，控制单元被配置为：接收来自第一音频设备的第一音频信号，并经由第一骨传导振子输出；以及接收来自第二音频设备的第二音频信号，并经由第二骨传导振子输出。通过上述方法，能够分别经由两个骨传导振子输出第一音频设备和第二音频设备的音频信号而无需切换。

Description

头戴式语音通话装置
技术领域
本公开涉及穿戴式音频附件，更具体地说，涉及一种头戴式语音通话装置。
背景技术
在户外运动、团体驾车、国际旅游等生活场景以及安保、特种等作业领域中，对讲机的使用已经逐渐普及。然而，传统的对讲机不便携带，在响应呼叫时需从固定位置(如腰带)取下而导致通话延时，并且，对讲机的扬声器受到环境噪声的影响而造成通话质量下降甚至听不到呼叫声导致无应答。
在现有技术中，为解决上述问题，提出了一种耳机、麦克风和对讲机发射按钮(PTT)一体式的音频附件。这种音频附件通过电缆线将耳机、麦克风、对讲机PTT和对讲机本体相连来实现对讲机语音通话。
还有些现有技术的方案采用蓝牙耳机或蓝牙PTT来连接对讲机，以避免使用较长的电缆线带来的勾绊、跌倒、割伤头颈气管、甚至颈动脉等意外致死性事件的安全隐患。另外一些现有技术的方案将对讲机嵌入头盔内部与头颅之间的空隙中来固定对讲机。
发明内容
尽管耳机、麦克风和PTT一体式的音频附件能实现对呼叫的及时响应，但是过长的电缆线及手指操作PTT会为使用者带来其他安全隐患。而且，耳机插入耳道后降低了对周围环境声音的感知度，从而构成了新的安全隐患。
另外，采用蓝牙耳机或蓝牙PTT的方案虽然能够避免使用电缆线，但是蓝牙适用于短距离的音频传输，跨障碍物且穿墙能力弱，在电磁环境复杂时易受干扰，频段阻塞或被窃听，其所需额外的供电系统会降低可靠性。而将对讲机固定在头盔内部上不仅降低了头盔的防护能力和对讲机天线的天线发射效率，还增加了使用者的非电离辐射的吸收暴露量(SAR，Specific Absorption Rate)。
本公开提出了一种头戴式语音通话装置。本公开的第一实施例提出了一种头戴式语音通话装置，包括：头戴式框架；第一音频设备，其设置在头戴式框架上并与头戴式框架固定连接；第一骨传导振子和第二骨传导振子，分别设置在头戴式框架上并与头戴式框架固定连接；以及控制单元，其设置在头戴式框架上并与第一音频设备、第一骨传导振子、第二骨传导振子和第二音频设备电气耦合，其中，控制单元被配置为：接收来自第一音频设备的第一音频信号，并经由第一骨传导振子输出；以及接收来自第二音频设备的第二音频信号，并经由第二骨传导振子输出。
在该实施例中，能够分别经由两个骨传导振子输出第一音频设备和第二音频设备的音频信号而无需切换(如同时实现对讲机通话和语音导航)，其充分利用了人类的左、右耳朵具有同时接收两种设备传输的音频信号的能力。并且，采用骨传导振子还能使使用者在收听音频信号的同时保持对周围环境声响的警觉，降低了安全隐患，并减少了传统对讲机的扬声器对周围环境的干扰。
在一个优选的示例中，控制单元还包括：音频放大器，其与第二音频设备的音频输出端电气耦合，以选择性地对第二音频信号进行放大；以及音频放大器开关，其被配置为：在处于第一位置时，使第二音频信号经音频放大器放大后，经由第二骨传导振子输出；以及在处于第二位置时，使第二音频信号直接经由第二骨传导振子输出。
在一个优选的示例中，控制单元还包括放大器控制模块，其被配置为：在音频放大器开关处于第一位置时，激活音频放大器，以对第二音频信号进行放大；以及在音频放大器开关处于第二位置时，去激活音频放大器。
在一个优选的示例中，控制单元还包括信号调整模块，其与第二音频设备的音频输出端电气耦合，并且被配置为在音频放大器开关处于第一位置时，在第二音频信号被放大之前，对第二音频信号中的低频信号进行补偿。
在一个优选的示例中，头戴式语音通话装置还包括第一麦克风和第二麦克风，分别固定地连接到头戴式框架，并与控制单元电气耦合，用于分别向第一音频设备和第二音频设备的音频输入端输入音频信号。
在一个优选的示例中，控制单元还包括音频转发开关，其被配置为：在处于第一位置时，使第一麦克风与第一音频设备的音频输入端电气耦合，并使第二麦克风与第二音频设备的音频输入端电气耦合；并且在处于第二位置时，使第一音频设备的音频输出端与第二音频设备的音频输入端电气耦合，并使第二音频设备的音频输出端与第一音频设备的音频输入端电气耦合。
在一个优选的示例中，第一麦克风和第二麦克风经由电缆线与控制单元电气耦合，并且，装置还包括与第一音频设备的接地端电气耦合的射频接地线，射频接地线与电缆线并行设置。
在一个优选的示例中，头戴式语音通话装置进一步包括至少一个可充电电池，用于对第一音频设备和控制单元进行供电，其中，第一音频设备包括充电模块，充电模块被配置为对所述至少一个可充电电池的充电进行控制。
在一个优选的示例中，第一音频设备为对讲机，并且第二音频设备为移动电话、对讲机或蓝牙适配器中的任一个。
在一个优选的示例中，头戴式框架包括头顶承重带和中空的半环形框架，其中，控制单元经由容纳在半环形框架内的电缆线与第一音频设备、第一骨传导振子、第二骨传导振子和第二音频设备电气耦合，并且，装置还包括套设在半环形框架上的铁氧磁环。
在一个优选的示例中，头戴式语音通话装置进一步包括一对软垫组件，每个软垫组件都包括卡槽、中空的支撑托盘和凝胶体，卡槽用于容纳第一骨传导振子或第二骨传导振子，支撑托盘与卡槽固定连接并用于容纳凝胶体，其中，当第一骨传导振子或第二骨传导振子被容纳在卡槽中时，凝胶体与第一骨传导振子或第二骨传导振子直接接触。
在一个优选的示例中，头戴式语音通话装置进一步包括偏导棱镜，并且第一音频设备包括照明设备，其中，偏导棱镜用于接收照明设备发射的光线并对光线进行偏转。
在一个优选的示例中，第二音频设备可拆卸地连接到头戴式语音通话装置。
附图说明
参考附图示出并阐明实施例。这些附图用于阐明基本原理，从而仅仅示出了对于理解基本原理必要的方面。这些附图不是按比例的。在附图中，相同的附图标记表示相似的特征。
图1示出了根据本公开的一个实施例的头戴式语音通话装置的一个角度的示例性结构图；
图2示出了图1中的头戴式语音通话装置的另一个角度的示例性结构图；
图3示出了图1中的头戴式语音通话装置的功能控制盒区域的示例性结构图；
图4示出了图1中的头戴式语音通话装置的音频放大器开关的一个示例性电路图；
图5示出了图1中的头戴式语音通话装置的音频放大器和信号调整模块的一个示例性电路图；
图6示出了图1中的头戴式语音通话装置的放大器控制模块的一个示例性电路图；
图7示出了图1中的头戴式语音通话装置的音频转发开关的一个示例性电路图；
图8示出了图1中的头戴式语音通话装置的麦克风安装方式的示例性结构图；
图9示出了图1中对讲机的充电模块的一个示例性电路图；
图10(a)-(c)示出了图1中的一对软垫组件的示例性结构图；以及
图11(a)-(b)分别示出了安装在图1中的对讲机上的偏导棱镜的两个示例。
具体实施方式
下面详细描述了具体实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本公开的特定方式，而非限制本公开的范围。在描述时，各个部件的结构位置例如上、下、顶部、底部等方向的表述不是绝对的，而是相对的。当各个部件如图中所示布置时，这些方向表述是恰当的，但图中各个部件的位置改变时，这些方向表述也相应改变。本文所使用的“连接”或者“耦合”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似的词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。
本文所使用的术语“包括”、“包含”及类似术语是开放性的术语，即“包括/包含但不限于”，表示还可以包括其它内容。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一个实施例”表示“至少一个另外的实施例”等等。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
如前面提及的，过长的电缆线、手指操作PTT和入耳式耳机都会给使用者造成安全隐患，采用蓝牙耳机或蓝牙PTT与对讲机连接会影响音频传输的距离和可靠性。另外，将对讲机固定在头盔内部不仅降低了头盔的防护能力和对讲机天线的天线发射效率，还增加了使用者的非电离辐射暴露量。
针对上述问题，本发明提出一种头戴式语音通话装置。下面以图1-图11为例详细说明本公开的各实施例。
首先参考图1和图2。图1示出了根据本公开的一个实施例的头戴式语音通话装置的一个角度的示例性结构图，图2示出了图1中的头戴式语音通话装置的另一个角度的示例性结构图。在本实施例中，头戴式语音通话装置100包括头戴式框架10、第一音频设备11、第一骨传导振子12、第二骨传导振子12’、功能控制盒13、第一电池盒14和第二电池盒14’、麦克风组件15、蓝牙音频适配器16、铁氧磁环17、一对软垫组件18和18’和偏导棱镜19。在本实施例中，第一音频设备11为VOX(语音激活发射)小型对讲机。在其它实施例中，第一音频设备11和第二音频设备16可以是能够输出音频信号的任何音频设备。为了便于解释，下文中将以第一音频设备11为对讲机为例具体说明本公开的头戴式语音通话装置。在其它实施例中，第一音频设备11可以是其它任何类型的音频设备。
如图1和图2中示出的，头戴式框架10由头顶承重带101和中空的半环形框架102组成。当使用者佩戴头戴式语音通话装置100时，半环形框架102位于使用者的头颅后部枕骨处，头顶承重带101绕过使用者的头顶而固定在半环形框架102的两侧。整个头戴式语音通话装置100的重量主要经由头顶承重带101分散到头顶处，也有部分通过半环形框架102形变后经第一骨传导振子12、第二骨传导振子12’的夹持力和摩擦力来承担。。本公开的头戴式语音通话装置可用于户外运动、团体驾车等生活场景及安保、特种作业等领域，当使用者佩戴半包裹式运动头盔、工人安全帽或战术头盔时，半环形框架102位于头盔或安全帽的下沿，不会影响头盔或安全帽的佩戴。
在本实施例中，头顶承重带101是宽度为20mm左右的自粘布带，其长度可以根据实际佩戴情况来调节，半环形框架102由直径为1mm左右的弹性钢丝作为主要支撑部件。在其它实施例中，头顶承重带101可以采用其它材料(如塑料)或其它宽度(如宽度在1-50mm之间)的布料制成，半环形框架102也可使用其它弹性结构件(如弹性塑料结构件)进行支撑或采用其它尺寸(如直径在0.5mm-3mm之间)的弹性钢丝。在其它实施例中，头戴式框架10也可以具有其它结构，只要能稳固地佩戴在使用者的头部即可。
通过使用头顶承重带101和半环形框架102，能够使得头戴式语音通话装置100独立而稳固地佩戴在使用者的头部，并能与半包裹式运动头盔、工人安全帽、战术头盔兼容。
继续参考图1和图2，第一骨传导振子12和第二骨传导振子12’分别固定安装在半环形框架102的左右两侧的末端。对讲机11与第一骨传导振子12经由螺丝之类的紧固件固定连接，因此对讲机11经由第一骨传导振子12固定地连接到头戴式框架10。功能控制盒13固定安装在半环形框架102上，其两边分别安装有第一电池盒14和第二电池盒14’。第一电池盒14和第二电池盒14’内均可放置一个或多个AA尺寸(标称直径14mm*长度50mm)的电池(如1.2V镍氢电池、1.5V碱性电池、3.7V/3.85V锂离子电池、3.2V磷酸铁锂电池等)，这些电池可以串联或并联，为头戴式语音通话装置100供电。在本实施例中，第一电池盒14和第二电池盒14’分别为单AA电池盒和双AA电池盒，并且三节AA电池串联供电。第一电池盒14、功能控制盒13和第二电池盒14’在半环形框架102上的安装位置被设置为使整个头戴式语音通话装置100的重心保持在使用者的舌根处附近，使得使用者头颈部肌肉所需的额外驱动力矩很小，从而提升使用者的佩戴体验。
另外，在寒冷季节，人类通常会穿着带有帽子的棉衣、雨衣、连帽衫之类的衣物，因此会在头颅后部会形成一个温暖、干燥的空腔。如上面提及的，半环形框架102在被使用者佩戴时位于头颅后部枕骨处，因此第一电池盒14、功能控制盒13和第二电池盒14’的位置位于这个空腔内，从而提高了第一电池盒14和第二电池盒14’内的电池组件以及因此整个头戴式语音通话装置100在寒冷、风雨等恶劣环境中的耐候性。
现在参考图3，图3示出了图1中的头戴式语音通话装置的功能控制盒区域的示例性结构图。如图3中示出的，功能控制盒13包括控制单元131、第一盒体132和第二盒体133三个部分。第一盒体132和第二盒体133的边缘分别设有半圆形卡槽，以便在卡合到一起时使得半环形框架102的弹性钢丝1021、电缆线1022和1024、电池盒导线21和22穿过卡槽并与控制单元131电气耦合。第一盒体132和第二盒体133可以由塑料制成。通过将对讲机11、第一骨传导振子12、第二骨传导振子12’和功能控制盒13固定在头戴式框架10上，能够将电缆线收纳在半环形框架102内，在避免电缆线外露带来的安全隐患的同时还保证了音频传输的效果，也不会给使用者带来额外的非电离辐射。控制单元131包括电路板1310、音频放大器开关1311、音频转发开关1312、内部音频插座1313、音频放大器、放大器控制模块及信号调整模块(图3中未示出，将在下文中详细描述)。
在本实施例中，电缆线1022为十二芯电缆线，由两根电源线(如26AWG导线)及10根信号线(如直径0.2-0.3mm的漆包线)组成，这些电源线和信号线紧贴着弹性钢丝1021放置。电缆线1022的10根信号线分别表示其一端与以下接线端子电气连接：(1)第一麦克风音频输出正极；(2)麦克风地；(3)第二麦克风音频输出正极；(4)电池温度传感器；(5)对讲机音频输入正极；(6)对讲机音频输入地；(7)对讲机音频输出正极；(8)对讲机音频输出负极；(9)第一骨传导振子音频输入正极；(10)第一骨传导振子音频输入负极。电缆线1022的两根电源线的一端分别与对讲机11的电源输入正极和负极电气连接。电缆线1022的信号线和电源线的另一端直接焊接至电路板1310。
在本实施例中，电缆线1024由两根信号线(如直径0.2-0.3mm的漆包线)组成，它们紧贴着弹性钢丝1021放置。电缆线1024的两根信号线的一端分别与以下接线端子电气连接：(1)第二骨传导振子12’音频输入正极；(2)第二骨传导振子12’音频输入负极。电缆线1024的两根信号线的另一端直接焊接在电路板1310上。在电缆线1022和1024的外部分别套设有两个护套管1023和1023’，其由阻燃绝缘塑胶材料制成(如规格为内径4.0-4.5mm的热缩护套管)。在护套管1023和1023’的外部分别设有两组电池盒导线21和22，其一端分别与第一电池盒14和第二电池盒14’内的可充电电池电气连接，另一端设有插拔式接头，通过设置在电路板1310上的插座与电路板1310电气连接。
第二盒体133上设有外部音频接口1331，其通过插拔式接头插入内部音频插座1313，以将外部音频信号传输至控制单元131的电路板1310，再经电缆线1024传输至第二骨传导振子12’。内部音频插座1313焊接在电路板1310上。外部音频接口1331可以通过不同的接口形式连接至第二音频设备，以将来自第二音频设备的音频信号经由内部音频插座1313传输至控制控制单元131的电路板1310。在本实施例中，内部音频插座1313经一个5针杜邦线插头连接至外部音频接口1331。外部音频接口1331为开孔6mm的5针航空插接头，其各个插针分别与第二音频设备的以下接线端子电气连接：(1)左声道音频输出；(2)右声道音频输出；(3)音频输出地；(4)第二音频设备音频输入；(5)音频输出地。
在本实施例中，如图1中示出的，头戴式语音通话装置100还包括设置在对讲机11与麦克风组件15之间的蓝牙音频适配器16。在将头戴式语音通话装置100作为对讲机11的音频附件的同时还作为蓝牙耳机时，可以使用3.5mm立体声音频线(三个电极定义为左声道音频输出、右声道音频输出、地)将蓝牙音频适配器16连接到外部音频接口1331(如图1和图2中示出的)。蓝牙音频适配器16经由蓝牙接收来自其它蓝牙设备的音频信号，并作为第二音频信号经由电缆线1024输出至第二骨传导振子12’。
在本实施例中，外部音频接口1331还可以连接其它第二音频设备。除了蓝牙音频适配器16以外，图3中还示出了其它两种不同的第二音频设备，包括移动电话31和另一对讲机32。在连接移动电话31时，可以使用3.5mm四极音频线(四个电极定义为左声道音频输出、右声道音频输出、地和音频输入(如麦克风))将移动电话31连接到外部音频接口1331。来自移动电话31的第二音频信号能够经由电缆线1024输出至第二骨传导振子12’，从而使得头戴式语音通话装置100作为对讲机11的音频附件的同时还成为移动电话31的音频附件。在连接另一对讲机32时，可以使用对讲机音频线(如带有PTT按钮的对讲机音频线)连接到外部音频接口1331，并经由电缆线1024输出至第二骨传导振子12’，从而使得头戴式语音通话装置100同时作为对讲机11和另一对讲机32的音频附件。
如图3中示出的，第二盒体133上还开设有两个孔口1332和1332’，其用于在组装第一盒体132和第二盒体133时，使得控制单元132的音频放大器开关1311和音频转发开关1312穿过其中并暴露在第二盒体133外部，从而使用者能对其进行按压来对控制单元132的操作模式进行切换。音频放大器开关1311用于对外部音频接口1331所接收的第二音频设备的第二音频信号进行选择性地放大，从而使得头戴式语音通话装置100能同时兼容外部的普通数码产品(如移动电话31和蓝牙适配器16)及外部的对讲机32。音频转发开关1312能够使得对讲机11和第二音频设备之间形成中继，例如，在对讲机11与另一对讲机32之间或者在对讲机11与移动电话31之间实现语音转发，从而使得头戴式语音通话装置100能够作为中继设备(如在野外临时搭建中继时)。
现在参考图4-图6说明头戴式语音通话装置100的选择性音频放大功能。图4示出了图1中的头戴式语音通话装置的音频放大器开关的一个示例性电路图，图5示出了图1中的头戴式语音通话装置的音频放大器和信号调整模块的一个示例性电路图，图6示出了图1中的头戴式语音通话装置的放大器控制模块的一个示例性电路图。
如图4和图5中示出的，在本实施例中，音频放大器开关1311为一个双刀双掷的按钮开关，其具有6个接线端1-6，其中接线端1和6为公共端，接线端1可选择性地接通接线端5或接线端3，接线端6可选择性地接通接线端2或接线端4。来自外部音频接口1331的1331(3)的信号(连接至第二音频设备的音频输出地)经过C2电容器隔直耦合后输入接线端5。另外，来自外部音频接口1331的1331(2)(连接至第二音频设备的右声道音频输出端)的信号经过C1电容器隔直耦合后输入接线端2。同时，接线端2和接线端5连接至信号调整模块1315的两个输入端401和402。音频放大器1314的正向输出端403和负向输出端404分别与接线端4和接线端3连接。电缆线1024的信号线1024(1)将接线端6和第二骨传导振子12’的音频输入正极端相连接，电缆线1024(2)将接线端1和第二骨传导振子12’的音频输入负极端相连接。
因此，当接线端1接通接线端3，并且接线端6接通接线端4时，音频放大器开关1311处于第一位置，使音频放大器1314的正向输出端403和负向输出端404与第二骨传导振子12’电气耦合，向第二骨传导振子12’输出经放大的来自第二音频设备的第二音频信号。当接线端1接通接线端5，并且接线端6接通接线端2时，音频放大器开关1311处于第二位置，使第二音频设备的音频输出端与第二骨传导振子12’电气耦合，向第二骨传导振子12’输出经C1电容器和C2电容器耦合的来自第二音频设备的第二音频信号。
继续参考图4和图5，信号调整模块1315的正向输入端401和负向输入端402分别连接至音频放大器开关1311的接线端2和接线端5，因此信号调整模块1315接收来自第二音频设备的第二音频信号。信号调整模块1315的输出端分别连接至音频放大器1314的两个输入端。信号调整模块1315在音频放大器开关1311处于第一位置时，在第二音频信号被放大之前，对第二音频信号中的低频信号进行补偿。在本实施例中，信号调整模块1315为EQ调整电路(均衡调整电路)，其采用低通滤波器和加法器的结构，对来自第二音频设备的第二音频信号进行EQ调整，用于补偿骨传导振子在对音频信号进行骨传导的过程中所损失的低频信号，从而改善音质。在其它实施例中，信号调整模块可以是用于对音频信号进行处理的其它电路，或者可以省略该信号调整模块。
在本实施例中，音频放大器1314采用自动增益控制(AGC)的放大器芯片，型号为NS4145，由深圳纳芯威科技有限公司生产。在其它实施例中，可以使用任何其它类型或型号的放大器芯片。具有自动增益控制(AGC)功能的音频放大器1314可以根据输入的经调整的第二音频信号的电平大小来自动调整增益。当检测到由于第二音频信号被过于放大而出现过载削峰失真时，放大器芯片自动降低增益来减少失真，从而实现响亮和清晰的音频放大。然而在其它实施例中，也可以采用其它类型的放大器芯片或电路。
此外，音频放大器1314的控制端405通过图6示出的放大器控制模块进行控制。放大器控制模块1316在音频放大器开关1311处于第一位置时，激活音频放大器1314，以使音频放大器1314对来自第二音频设备的第二音频信号进行放大。放大器控制模块1316在音频放大器开关1311处于第二位置时，去激活所述音频放大器1314，以使音频放大器1314处于非工作状态。
在本实施例中，在放大器控制模块1316中，将由分压基准检测电路407提供的参考电压提供给电压比较器406的负向输入端，RC低通滤波器408的输入端连接信号调整模块1315的输入端401，将经低通滤波后的音频信号提供给电压比较器406的正向输入端。信号调整模块1315的输入端402连接至电阻R11后接地。当RC低通滤波器408的输出信号的电压大于分压基准检测电路407所提供的参考电压时，电压比较器406输出高电平，当RC低通滤波器408的输出信号的电压小于分压基准检测电路407所提供的参考电压时，电压比较器406输出低电平。电压比较器406的输出电平经过D1稳压管(如齐纳二极管或基准电压源)以及电阻R30和R31进行分压后提供给控制端405。在其它实施例中，也可采用其它形式的放大器控制模块，只要使其能控制音频放大器1314的激活并进入AGC工况和去激活即可。在本实施例中，电压比较器406采用由美国德州仪器(Texas Instruments)生产的型号为TLV3491AIDBVR的电压比较器芯片。在其它实施例中，可以使用任何其它型号的电压比较器芯片。
同时参考图4-图6说明本实施例中的放大器控制模块1316对音频放大器1314进行自动激活/去激活的过程。
当需要对第二音频信号进行放大时，音频放大器开关1311处于第一位置，即接线端1接通接线端3，并且接线端6接通接线端4。信号调整模块1315的输入端401和402之间仅有电容C13相连，且两端被C1、C2、C17和C18隔离，因此信号调整模块1315的输入端401和402之间的直流电阻接近无穷大。相应地，RC低通滤波器408的输出信号的电压接近电源电压VDD，电压比较器406输出高电平并经分压后提供给音频放大器1314的控制端405，从而激活音频放大器1314对第二音频信号进行放大。
当不需要对第二音频信号进行放大时，音频放大器开关1311处于第二位置，即接线端1接通接线端5，并且接线端6接通接线端2。信号调整模块1315的输入端401和402之间连接有第二骨传导振子12’，而第二骨传导振子12’具有较小的直流电阻(如5Ω)，也即信号调整模块1315的输入端401和402之间的直流电阻较小。相应地，RC低通滤波器408的输出信号的电压小于分压基准检测电路407所提供的参考电压，电压比较器406输出低电平，并经分压后提供给音频放大器1314的控制端405，从而去激活音频放大器1314，使音频放大器1314处于非工作状态，也就是使第二骨传导振子12’处于被动、无源的工作状态以节省电力。
下面以图3中示出的三种不同的第二音频设备为例对图4-图6中的各模块的工作过程进行进一步说明。
当外部音频接口1331连接的第二音频设备为移动电话31或蓝牙适配器16时，第二音频信号为普通的立体声耳机音频信号，其输出功率较低，不足以直接驱动第二骨传导振子12’，因此需要进行对第二音频信号进行放大。使用者按压音频放大器开关1311，使其处于第一位置。如上面所描述的，音频放大器1314的正向输出端403和负向输出端404分别与接线端4和接线端3连接。此时，来自外部音频接口1331的插针1331(2)和1331(3)的信号(即，移动电话31或蓝牙适配器16输出的第二音频信号)分别经电容器C1和C2隔直耦合后，输入信号调整模块1315的输入端401和402，进行EQ调整。同时，如上面所描述的，电压比较器406输出高电平，并提供给音频放大器1314的控制端405，从而激活音频放大器1314对第二音频信号进行放大。对第二音频信号的动态放大增益可以设定在5-40dB之间。音频放大器1314的正向输出端403和负向输出端404将放大后的第二音频信号输入音频放大器开关1311的接线端4和接线端3，并经由接线端6和接线端1所连接的电缆线1024通过第二骨传导振子12’输出。
当外部音频接口1331连接的第二音频设备为另一对讲机32时，第二音频信号为单声道音频信号，其输出功率较高，足以驱动第二骨传导振子12’，因此不需要进行对第二音频信号进行放大。使用者按压音频放大器开关1311，使其处于第二位置。来自外部音频接口1331的插针1331(2)和1331(3)的信号分别经电容器C1和C2隔直耦合后，输入音频放大器开关1311的接线端2和接线端5，并经由接线端6和接线端1所连接的电缆线1024通过第二骨传导振子12’输出。同时，放大器控制模块1316中的电压比较器406输出低电平，并经分压后提供给音频放大器1314的控制端405，从而去激活音频放大器1314，使音频放大器1314处于非工作状态以节省电力。
通过在控制单元131中包括音频放大器开关1311、音频放大器1314、信号调整模块1315和放大器控制模块1316，解决了对讲机PTT耳机与普通数码产品的3.5mm耳机不能兼容或通用的问题。
现在参考图1-图2和图7-图8说明头戴式语音通话装置100的音频转发功能。图7示出了图1中的头戴式语音通话装置的音频转发开关的一个示例性电路图，图8示出了图1中的头戴式语音通话装置的麦克风安装方式的示例性结构图。
如图7中示出的，在本实施例中，音频转发开关1312也是一个双刀双掷的按钮开关。与音频放大器开关1311相同，其具有6个接线端1-6，其中接线端1和6为公共端，接线端1可选择性地接通接线端5或接线端3，接线端6可选择性地接通接线端2或接线端4。如图1、图2和图8中示出的，麦克风组件15包括两个麦克风(如驻极体话筒)：第一麦克风151和第二麦克风152。第一麦克风151连接信号线1022(1)和1022(2)，第二麦克风152连接信号线1022(3)和1022(2)。第一麦克风151和第二麦克风152共用一根接地信号线1022(2)。信号线1022(1)、1022(2)和1022(3)的外部套设悬挂式麦克风软管81，其一端安装在第一骨传导振子12的下方。悬挂式麦克风软管81为空心的可形变软管，例如为金属波纹材质的软管。
返回参考图7，第一麦克风151通过信号线1022(1)连接至音频转发开关1312的接线端2，第二麦克风152通过信号线1022(3)连接至音频转发开关1312的接线端5。信号线1022(7)连接至电位器R3的一端，电位器R3的另一端连接至信号线1022(6)(其连接至对讲机音频输入地)。电位器R3用于衰减来自对讲机11的音频信号，并通过电容器C4输入接线端3。外部音频接口1331的插针1331(2)经由内部音频插座1313连接至电位器R4的一端，电位器R4的另一端连接至信号线1022(6)。电位器R4用于衰减来自第二音频设备的右声道音频信号，并通过电容器C5输入接线端4。外部音频接口1331的插针1331(4)(其连接至第二音频设备的音频输入端)经由内部音频插座1313连接至接线端1，信号线1022(5)(其连接至对讲机音频输入正极)连接至接线端6。
在普通模式下，音频转发开关1312的接线端1接通接线端5，并且接线端6接通接线端2，音频转发开关1312处于第一位置。第一麦克风151经由信号线1022(1)和1022(5)与对讲机11的音频输入端电气耦合，第二麦克风152经由信号线1022(3)和插针1331(4)与第二音频设备的音频输入端电气耦合。因此，来自第一麦克风151的音频信号被传输至与信号线1022(5)连接的对讲机11的音频输入端，来自第二麦克风152的音频信号被传输至与插针1331(4)连接的第二音频设备的音频输入端。在这种模式下，第一麦克风151作为对讲机11的音频输入设备，第二麦克风152作为第二音频设备的音频输入设备。
在中继模式下，音频转发开关1312的接线端1接通接线端3，并且接线端6接通接线端4，音频转发开关1312处于第二位置。对讲机11的音频输出端经由信号线1022(7)和插针1331(4)与第二音频设备的音频输入端电气耦合，第二音频设备的音频输出端经由插针1331(2)和信号线1022(5)与对讲机11的音频输入端电气耦合。在这种模式下，对讲机11和第二音频设备输出的音频信号分别经衰减，C4电容器，C5电容器隔直耦合后进入对方的音频输入端，从而实现了音频信号的交叉互联，构成音频中继，而且使用者可以同时监听它们的通信内容。
在一些实施例中，还可以使用两个或以上的头戴式语音通话装置来实现多个音频设备之间的中继。例如，连接到第一头戴式语音通话装置的第一移动电话与该第一头戴式语音通话装置上的第一对讲机实现中继，该第一对讲机又与第二头戴式语音通话装置上的第二对讲机进行无线电传输，第二对讲机与连接到第二头戴式语音通话装置的第二移动电话实现中继，最终在第一移动电话和第二移动电话之间建立了无线电语音信号传输通道。
通过在控制单元中包括音频转发开关，能够在不同对讲机之间或对讲机与其它数码产品(如移动电话)之间临时搭建中继，例如，在无公共移动(蜂窝)通信网络的情况下(如野外)实现了语音通话。
在一些实施例中，在预装有SSTV、EasyPal、MultiPSK、RTTY等业余无线电常用的音频编码-解码软件的移动电话、计算机上，可以使用固定在头戴式语音通话装置上的第一对讲机和另一组对讲机+预装上述软件的移动电话、计算机组合体之间，实现基于对讲机信道的图像传真、二进制数据的低速率无线电传输功能。该图像传真、二进制数据的低速率传输方式无需使用WIFI、蓝牙、公共移动(蜂窝)通信网络的公共频段，用户可以在两个对讲机上设置通信频率、跳频、亚音、编码方式等参数，使其具有较高的保密性、抗干扰性、抗毁性。这可以在恶劣电磁环境下为用户提供局部通信安全、通信自由的保障。
继续参考图8，在本实施例中，头戴式语音通话装置100还包括射频接地线82，其上端与对讲机11的接地端(如散热铝板、电路板的GND平面或电池负极GND)相连，并与信号线1022(1)、1022(2)和1022(3)并行地设置在悬挂式麦克风软管中。在本实施例中，射频接地线82可以是直径在0.1-2mm之间、长度在1-50cm之间的导线(优选地，直径为0.6mm、长度为13cm的漆包铜线)，其与长度为7-10cm的对讲机11机身电路板组合在一起达到8-60cm左右的物理尺寸，在对讲机11的常用工作频段136-174MHz以及400-470MHz中可以调节到1/4波长左右的谐振尺寸。
通过设置射频接地线，能够在减少麦克风共模干扰的同时还延长了对讲机的地网，也就是增加了整个天线馈电系统的物理尺寸，经天线分析仪实地测试，这种技术改进可以降低对讲机天馈系统的电压驻波比(VSWR)，微调谐振频率，提高对讲机天馈系统的发射效率和工作带宽。本公开的实施效果证明了其具有益性。
返回参考图1，头戴式语音通话装置100还包括在第一骨传导振子12与第一电池盒14之间套设在半环形框架102上的铁氧磁环17。铁氧磁环17是由铁氧材料制成的空心磁性材料。由于在半环形框架102内容纳电缆线和钢丝导电材料，并形成近似半圆形的空间结构，为涡旋电场提供了一个短路条件，因此在半环形框架102内会产生较大的感应电流。同时，该半圆形结构可以参与天线馈电过程，形成向上的发射旁瓣，造成天线在水平方向上的发射增益下降和人体SAR值的增加。铁氧磁环17套设在容纳有电缆线的半环形框架102上后具有通低频阻高频的滤波特性，其增加了半环形框架102的射频电阻，破坏了涡旋电场的短路条件和馈电过程，因而避免电磁波能量旁瓣发射的耗散和人体SAR值的增加，使天线的水平发射增益基本不受影响，并且还消除了射频电流对麦克风音频信号的干扰。
接下来参考图1-图2和图9来说明对讲机11的充电模块，图9示出了图1中对讲机的充电模块的一个示例性电路图。如图1和图2中示出的，对讲机11的背面与第一骨传导振子12相连接，在对讲机11的本体中容纳充电模块111(如PCB电路板)。对讲机11上设有USB接口(如USB TYPE-C接口或USB Micro-B接口)，以经由该USB接口为充电模块111提供USB 5V电源，并对第一电池盒14和第二电池盒14’中的AA尺寸的可充电电池进行充电。
在图9所示的电路图中，F1为自恢复保险丝，并联的二极管D2和D3和电容器C41用于减少电源纹波，吸收浪涌脉冲，防止短路及电源反极、倒流等意外。电阻器R41为充电管理芯片1110设定最大充电电流。在本实施例中，充电管理芯片1110为由上海如韵电子有限公司生产的型号为CN3085的镍氢充电管理芯片。在其它实施例中，可以使用任何其它型号的充电管理芯片。电阻器R46与电容器C42形成RC延时续流充电。电阻器R42和R43形成分压器以判断充电饱和电压。电阻器R42和R43的一端相连，另一端分别连接电缆线1022的两根电源线，以对对讲机11进行供电。电阻器R44和R45相连并与信号线1022(4)连接(其连接至第二电池盒14’中的热敏电阻，如负温度系数的热敏电阻)，用于感测第二电池盒14’中的充电温度，使充电温度处于0-40℃之间。电阻器R47与发光二极管D2相连，用于对充电状态进行指示。
接下来参考图1-图2和图10(a)-(c)来说明头戴式语音通话装置的一对软垫组件18和18’。图10(a)和(b)分别示出了第一软垫组件18的两个角度的侧视图。如图10(a)和(b)示出的，第一软垫组件18包括第一卡槽181、第一支撑托盘182和第一凝胶体183。第一卡槽181用于容纳第一骨传导振子12，其尺寸被设计为略大于第一骨传导振子12的外部尺寸，并且其形状与第一骨传导振子12匹配，以与第一骨传导振子12形成嵌套的过渡配合。
中空的第一支撑托盘182与第一卡槽181固定连接，并用于限定第一凝胶体183的形态。具体来说，第一支撑托盘182为一圈中空的薄壁连续体，内壁为光滑的中空形状，外壁的边缘位置处设有不少于两道的褶皱圈样的沟槽结构，用于涂布胶水粘贴塑料薄膜以固定第一凝胶体183的边缘，使第一凝胶体183被限定在第一支撑托盘182中。第一支撑托盘182可以由热塑性塑料或金属制成，第一凝胶体183可以是硅凝胶、D30凝胶或水性凝胶之类的弹性高分子材料。当第一骨传导振子12被容纳在第一卡槽181中时，第一骨传导振子12与第一凝胶体183直接接触。在本实施例中，在第一凝胶体183背面施以少量胶水或双面带胶的导电金属薄膜，将第一凝胶体183与第一骨传导振子12粘合在一起，从而填充第一凝胶体183与第一骨传导振子12之间的间隙，提高传声效率。
在图10(a)和(b)中，第一卡槽181上还设有一对卡孔184和184’，相应地，在对讲机11的背面对应位置处设置一对卡扣。当已与第一骨传导振子12固定连接的对讲机11和第一软垫组件18进行安装时，第一骨传导振子12被容纳在第一卡槽181中，对讲机11上的一对卡扣与第一卡槽181上的一对卡孔184和184’卡合，从而进一步加强了第一骨传导振子12与第一软垫组件18之间的机械连接的强度。在其它实施例中，也可以使第一卡槽181和第一骨传导振子12通过胶水或热熔方式粘结在一起来增加机械连接的强度。
类似地，图10(c)示出了第二软垫组件18’的侧视图。第二软垫组件18’包括第二卡槽181’、第二支撑托盘182’和第二凝胶体183’。第二卡槽181’用于容纳第二骨传导振子12’，其尺寸被设计为略大于第二骨传导振子12’的外部尺寸，并且其形状与第二骨传导振子12’匹配，以与第二骨传导振子12’形成嵌套的过渡配合。
第二支撑托盘182’与第二卡槽181’固定连接，并用于限定第二凝胶体183’的形态。第二卡槽181’和第二支撑托盘182’的结构、以及第二凝胶体183’和第二骨传导振子12’的安装方式与第一软垫组件18’类似，因此将不再赘述。在本实施例中，第二卡槽181’和第二骨传导振子12’通过胶水或热熔方式粘结在一起。
通过在骨传导振子上设置软垫组件，能够分散半环形框架产生的压持力，并通过柔软的凝胶体与人体皮肤接触而降低对皮肤的压强，增加骨传导振子的长期佩戴舒适度，减少压疮的风险。并且，由于增加了与人体皮肤接触的面积，因此能够进一步降低皮肤软组织所受到的压强。另外，凝胶体的密度类似于人体软组织的密度，具有良好的声学、振动传递性能，有利于传递骨传导振子发出的振动能量。此外，软垫组件位于对讲机与人体之间，增大了天线与头部之间的距离，形成良好的电容耦合条件，在减少人体SAR值的同时还充分利用人体作为天馈系统的地网部分参与馈电，进一步提高了天线系统的收发效率。支撑托盘边缘设置的沟槽结构能够使凝胶体牢固地贴合在其上，还能形成类似于纸盆扬声器的结构，也能提高传递振动能量的效率。
现在参考图1和图11(a)-(b)来说明本公开的头戴式语音通话装置100的偏导棱镜19。图11(a)-(b)分别示出了安装在图1中的对讲机上的偏导棱镜的两个示例。如图1中示出的，偏导棱镜19安装在对讲机11的顶部，用于将对讲机11顶部的照明设备(如照明灯)发射出的光线引导至使用者前方。如图11(a)中示出的，偏导棱镜19包括偏转部190和导光条191。偏转部190具有45度斜面，用于将从A方向入射的竖直光线(即，由安装在对讲机11的顶部的照明灯所发射的光线)偏转为水平光线。导光条191呈圆弧状，用于将偏转后的水平光线引导至B方向射出。导光条191的轮廓可以是光滑弧线和/或多个平面转角的组合。在本实施例中，偏导棱镜19由透明树脂或玻璃制成，并且其折光率大于1.414。图11(b)示出另一个偏导棱镜19’的示例，与偏导棱镜19的不同之处在于其形状和对光线的引导方向。可以根据具体需要来设置不同形状的偏导棱镜，只要使其能将对讲机11上的照明灯的光线偏转到适合方向即可。
通过在对讲机顶部设置偏导棱镜，能够使得对讲机天线处于垂直极化工况(即具有最大通信覆盖范围工况)时，其照明灯的光线能够水平射向使用者前方。该技术改进使对讲机在使用照明功能时无需转为水平极化状态而减少通信覆盖范围。因此，本实施例可以避免照明功能和通信功能的互斥性，这两种功能可以同时使用。
本公开的头戴式语音通话装置能够使得安装在头戴式框架上的第一音频设备(如对讲机)的音频信号经由第一骨传导振子输出，并能够外接第二音频设备(如移动电话)，使其音频信号经由第二骨传导振子输出，这两路信号相互独立。因此，本公开充分利用了人类的左右耳朵具有同时接收和分辨两种设备传来的音频信号的能力，同时保持对周围环境声音的警觉，消除了安全隐患并减少对周围环境的干扰。
以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用于限制本公开的实施例，对于本领域的技术人员来说，本公开的实施例可以有各种更改和变化。凡在本公开的实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等效替换、改进等，均应包含在本公开的实施例的保护范围之内。
虽然已经参考若干具体实施例描述了本公开的实施例，但是应当理解，本公开的实施例并不限于所公开的具体实施例。本公开的实施例旨在涵盖在所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。权利要求的范围符合最宽泛的解释，从而包含所有这样的修改及等同结构和功能。

Claims (11)

1.一种头戴式语音通话装置，包括：
头戴式框架；
第一音频设备，其设置在所述头戴式框架上并与所述头戴式框架固定连接；
第一骨传导振子和第二骨传导振子，分别设置在所述头戴式框架上并与所述头戴式框架固定连接；以及
控制单元，其设置在所述头戴式框架上并与所述第一音频设备、所述第一骨传导振子、所述第二骨传导振子和第二音频设备电气耦合，其中，所述控制单元被配置为：
接收来自所述第一音频设备的第一音频信号，并经由所述第一骨传导振子输出；以及
接收来自所述第二音频设备的第二音频信号，并经由所述第二骨传导振子输出，其中，
所述控制单元包括：
音频放大器开关，其能够在第一位置与第二位置之间切换；
音频放大器，其与所述第二音频设备的音频输出端电气耦合，以选择性地对所述第二音频信号进行放大；以及
放大器控制模块，其被配置为：
在所述音频放大器开关处于所述第一位置时，激活所述音频放大器，以对所述第二音频信号进行放大；以及
在所述音频放大器开关处于所述第二位置时，去激活所述音频放大器，其中，
当所述第二音频信号为立体声耳机音频信号且所述音频放大器开关处于所述第一位置时，所述音频放大器对所述立体声耳机音频信号进行放大，放大后的所述立体声耳机音频信号经由所述第二骨传导振子输出；
当所述第二音频信号为单声道音频信号且所述音频放大器开关处于所述第二位置时，所述单声道音频信号直接经由所述第二骨传导振子输出，
其中，所述立体声耳机音频信号具有第一输出功率，所述单声道音频信号具有第二输出功率，所述第一输出功率小于所述第二输出功率。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制单元还包括信号调整模块，其与所述第二音频设备的音频输出端电气耦合，并且被配置为在所述音频放大器开关处于所述第一位置时，在所述第二音频信号被放大之前，对所述第二音频信号中的低频信号进行补偿。
3.根据权利要求1所述的装置，进一步包括第一麦克风和第二麦克风，分别固定地连接到所述头戴式框架，并与所述控制单元电气耦合，用于分别向所述第一音频设备和所述第二音频设备的音频输入端输入音频信号。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述控制单元还包括音频转发开关，其被配置为：
在处于第一位置时，使所述第一麦克风与所述第一音频设备的音频输入端电气耦合，并使所述第二麦克风与所述第二音频设备的音频输入端电气耦合；并且
在处于第二位置时，使所述第一音频设备的所述音频输出端与所述第二音频设备的所述音频输入端电气耦合，并使所述第二音频设备的所述音频输出端与所述第一音频设备的所述音频输入端电气耦合。
5.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第一麦克风和所述第二麦克风经由电缆线与所述控制单元电气耦合，并且，所述装置还包括与所述第一音频设备的接地端电气耦合的射频接地线，所述射频接地线与所述电缆线并行设置。
6.根据权利要求1所述的装置，进一步包括至少一个可充电电池，用于对所述第一音频设备和所述控制单元进行供电，其中，所述第一音频设备包括充电模块，所述充电模块被配置为对所述至少一个可充电电池的充电进行控制。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一音频设备为对讲机，并且所述第二音频设备为移动电话、对讲机或蓝牙适配器中的任一个。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述头戴式框架包括头顶承重带和中空的半环形框架，其中，所述控制单元经由容纳在所述半环形框架内的电缆线与所述第一音频设备、所述第一骨传导振子、所述第二骨传导振子和所述第二音频设备电气耦合，并且，所述装置还包括套设在所述半环形框架上的铁氧磁环。
9.根据权利要求1所述的装置，进一步包括一对软垫组件，每个软垫组件都包括卡槽、中空的支撑托盘和凝胶体，所述卡槽用于容纳所述第一骨传导振子或所述第二骨传导振子，所述支撑托盘与所述卡槽固定连接并用于容纳所述凝胶体，其中，当所述第一骨传导振子或所述第二骨传导振子被容纳在所述卡槽中时，所述凝胶体与所述第一骨传导振子或所述第二骨传导振子直接接触。
10.根据权利要求1所述的装置，进一步包括偏导棱镜，并且所述第一音频设备包括照明设备，其中，所述偏导棱镜用于接收所述照明设备发射的光线并对所述光线进行偏转。
11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二音频设备可拆卸地连接到所述头戴式语音通话装置。
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