CN114342416A

CN114342416A - 用于再现声音的设备

Info

Publication number: CN114342416A
Application number: CN202080047259.5A
Authority: CN
Inventors: 罗科·乔凡诺尼
Original assignee: Luo KeQiaofannuoni
Current assignee: Luo KeQiaofannuoni
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2020-06-25
Publication date: 2022-04-12
Also published as: US11962967B2; IT201900010218A1; WO2021001733A1; EP3991448A1; US20220264217A1

Abstract

一种用于再现声音的设备(1、1’)，特别是旨在由使用所述设备的主体感知的声音，其包括罩壳元件(2)，其中容纳有换能器(4)，优选为电声学类型，所述换能器被配置为发射基本上与要再现的声音对应的振动，以及液体或凝胶状态介质(10)，其包含在所述罩壳元件(2)内，所述介质(10)被配置为将所述换能器(4)生成的声音振动传送至旨在与所述用户的身体区域直接接触的传输元件(12、12’)，从而将所述声音振动传送给所述身体区域，其中所述罩壳元件(2)由单个外壳腔室组成，并且所述换能器(4)全部或部分浸入到所述腔室内的介质(10)中。

Description

用于再现声音的设备

本发明涉及用于再现声音的设备，尤其是旨在由所述设备的用户感知的声音。

目前已知用于再现声音的各种设备。一般来说，用于再现声音的传统设备包括以下组件：

-声音发生器，其通常包括配置成将电信号转换为声波以传送给用户的换能器，

-耳廓，其基本上定义了换能器所包含的环境。

设备还必须使用声音介质，即换能器所生成的声波在其中传播的材料。在传统设备中，介质是大气。

然而，由于空气不是用于传送200Hz以下频率的最佳介质，因此此类设备需要使用额外的专用设备，诸如低音音箱(在立体声系统的示例中)或非常复杂的驱动器(在例如头戴式耳机驱动器的示例中)，其通常成本高或能耗高。

另外，目前已知利用骨传导的设备。特别是，这些设备涉及将振动从传感器直接传送到骨骼，通常传送到用户头骨的骨骼；更详细地说，通过骨骼，声音振动绕过外耳和中耳，而直接影响内耳。这些设备主要用于耳道畸形或功能障碍的患者，尤其与外耳或中耳有关的部分，而内耳部分(或至少一部分)必须功能正常。

还已经开发了一种设备，通过利用骨传导，该设备允许健康用户在不使用外耳的情况下感知设备本身所生成的声音，从而允许外耳听到来自外部环境的其他声音。

然而，这些传统设备也不是完全令人满意的，因为传感器和用户骨骼之间需要直接接触，因此它们对于佩戴和使用是不舒服的，还展示出声学弥散问题和频率限制。另外，可以创建多个外部和内部输入，从而对用户造成过度刺激。特别是，其中一些已知设备对乳突区域生成了显著的压力，因此对用户来说是不愉快的，并且因此是不希望的。

使用支架的骨传导设备(振动通过该支架传送给用户)也是已知的，并且可以定位在用户身体的不同部分中。如果使用刚性材料，则设备不具有与用户皮肤的最佳附着力，从而使振动传送给用户不令人满意。

作为示例，文档US 2004/247143 A1描述了一种用于经由骨骼传输收听人类声音和音乐信号的设备。该设备包括压电换能器，其位于两个单独的水密腔室之间，并且每个水密腔室填充有不可压缩的凝胶或流体。因此，这两个腔室分别代表与颅骨接触的前腔室和与换能器后部区域接触的后腔室。尽管与类似的骨传导设备相比，该设备的配置可改进用户使用的便利性，但与颅骨接触的腔室仅为前腔室的事实导致发送的声学信号的质量降低。

本发明的目的是提出一种用于再现声音的设备，其部分或全部克服了现有技术的缺点，并且使得有效地再现低频和高频两者成为可能。

本发明的另一目的是提出一种用户能够舒适使用的设备。

本发明的另一目的是提出一种还可由具有耳道疾病，特别是外耳和/或中耳病变的受试者使用的设备。

本发明的另一目的是提出一种允许多感官和沉浸式体验的设备。

本发明的另一目的是提出一种允许全向聆听体验的设备。

本发明的另一目的是提出一种可由具有各种听力问题的用户使用并且特别地，可用于听力系统的康复治疗的设备。

本发明的另一目的是提出一种与传统设备或低音音箱相比，允许针对低频(<250Hz)节能的设备。

本发明的另一目的是提出一种改进和/或替代传统设备的设备。

本发明的另一目的是提出一种与传统设备相比在结构和功能方面具有替代特征的设备。

本发明的另一目的是提出一种能够以简单、快速和低成本的方式获得的设备。

根据本发明，通过如权利要求1中所定义的声音再现设备来实现单独地或以其任何组合来考虑的所有这些目的以及将由下面的描述产生的其他目的。

下面将参考附图，在纯粹通过非限制性示例给出的一些优选实施例中进一步阐明本发明，其中：

图1示出了根据本发明的设备的透视分解图，

图2a示出了本发明的第一实施例的照片，

图2b示出了本发明的第二实施例的照片，

图3在横截面中示出了根据本发明的设备的唯一罩壳(containment)元件，

图4在前透视图中示出了它，

图5a-c示出了包括根据本发明的设备的装置的各种实施例，

图6a-c示出了根据替代实施例的设备。

如图中所示，根据本发明的声音再现设备1被配置成基本上直接向用户传送声音，即不需要外部介质。有利的是，这允许在耳廓处/周围以及在用户身体的其他部分处应用该设备。

特别地，设备1包括罩壳元件2。优选地，罩壳元件2充当耳廓。

有利的是，罩壳元件2为杯形，优选基本上为半球形。适当地，罩壳元件2包裹并容纳换能器4，优选电声学换能器，其配置为发射基本上与要再现的声音对应的振动(压力波)。

适当地，外部罩壳元件可以具有基本上呈卵形、或基本上呈壳体或略呈圆锥形的形状、或在所选频率范围内优化声波反射的另一种形状。

适当地，插入件6从罩壳元件2向外突出，插入件被配置为允许设备和支撑元件(诸如举例而言，头带、头盔等)之间的机械连接或固定，以使设备的位置相对于用户耳朵保持不变。适当地，插入件可以基本上为T形，替换地，它可以基本上为管状或任何其他形状。

适当地，罩壳元件2包括孔或贯穿通道14，电缆可通过该孔或通道14，允许电信号从外部控制器馈送和/或传送给设备1。有利的是，一旦电缆已经被定位和/或穿过其中，通道或孔14就会填充硅胶，以防止罩壳元件内存在的介质泄漏，并保持电缆位置不变。

替换地，在罩壳元件2内，还可以容纳命令和控制单元(其包括无线连接装置，特别是经由无线电(例如，经由

或互联网连接)或者甚至红外，用于传送要再现的声音)、和/或电源单元(优选是锂电池，其允许设备1的电源供应)。

设备1还包括位于罩壳元件2的后部区域的环形支撑元件8。环形支撑元件8具有将换能器4的位置保持在悬挂在介质10内的罩壳元件中心的作用。

适当地，换能器4本身可以是不同类型的传统换能器，诸如举例而言：

-动态驱动器或包括扩展元件的换能器，例如由磁铁振动的圆锥体，

-平衡电枢驱动器，其中膜由插入到交流电流通过的线圈中的磁性元件振荡；这些换能器特别小，并且对高频的响应更好，但对低频的响应更差。

-压电传感器，其中膜通过施加到压电致动器的振动进行振动；这些特别适用于高频，甚至超声波(大于20000Hz)。然而，它们在低频率上很弱。

-声学激励器，其包括可附连至共振固体表面的无锥扬声器。

有利的是，根据本发明的换能器是动态类型的。

适当地，换能器4可包括基于输入中发送的电信号来振荡/振动的膜。

适当地，罩壳元件2由单个外壳腔室组成，并且换能器4至少部分浸入到介质10中，介质10被配置为传送换能器自身生成的振动。优选地，换能器4完全浸入到介质10内，以便换能器的所有表面仅与介质10接触。特别地，换能器4仅通过后部区域连接至罩壳元件2。为此目的，存在环形支撑元件8，其保证换能器4在罩壳元件2内的悬挂位置。应注意，该配置确定单个腔室的存在，用于以不同频率传播声音，该腔室包换能器4的后部区域和横向区域，并且可能还包括换能器的前部区域。

在换能器4完全浸入到介质10内的情况下，由于膜的两个部分的回流效应，在低频上获得更高效的响应。特别地，根据本发明的设备1设法以平坦响应(最佳响应)达到20Hz，即人类听力的极限。当与换能器和耳朵之间的正确距离相关联时，该设备在高频下也具有好得多的声学响应。这对具有各种听力障碍的用户有相当大的帮助。

用于改进设备1的性能的基本参数是换能器4的尺寸和功率相对于周围介质10的体积之比。有利的是，对于直径约为6cm、阻抗约为8欧姆的换能器4，周围介质10必须具有100至150ml之间，即100cm³至150cm³之间的水。例如，换能器4的体积与介质10的体积之比范围可从1:4到1:6，即从0.25到0.167。已经注意到，对于这样的体积比，并且例如使用动态换能器，设备1的性能显著好于文献中已知的设备的性能，特别是关于低频和高频的再现。

有利的是，换能器4至少相对于侧面对称地被放置在介质10内。特别是，为了改进设备1的效率，换能器4的前部区域3和传输元件12之间的距离在6mm和8mm之间。特别地，设备1被配置成使得换能器4的前部区域3与用户的耳朵或头骨之间的距离在6mm到8mm之间。此外，有利的是，换能器4的后部区域5和罩壳元件2的后壁7之间的距离在4mm和6mm之间。另外，换能器4的前部区域3和后部区域5之间的距离在12和14mm之间。

适当地，介质10是液体或凝胶。优选地，介质10可以是油或水或超声凝胶。

优选地，所述液体或凝胶状态介质10被配置成允许速度至少是空气的三倍快的声音振动传输。

应注意，即使在介质10的低粘度的情况下(例如，当介质10由水形成时)，其密度同时在物理上是可感知的，并且允许换能器4的膜更容易振动。

有利的是，这允许为用户获得更完整和沉浸式的聆听体验。

另外，液体或凝胶状态介质10还可允许衰减来自外部的噪声，从而充当被动噪声消除系统。

优选地，液体或凝胶状态介质10是低致敏性且无毒的，从而避免在其扩散到环境情况下的任何风险。

有利的是，在使用动态换能器4的情况下，可以添加腔室(例如圆柱形或锥形)以容纳换能器4的前部，或者优选添加两个腔室，一个腔室配置为容纳换能器4的前部，而另一腔室配置为容纳所述换能器的后部。适当地，在这种情况下，容纳换能器4前部的腔室可被配置为经由第二介质(例如空气)与用户的外耳接触，以改进对高频的响应；相反，容纳换能器4后部的腔室可被完全浸入到液体或凝胶状态介质10中。

适当地，液体或凝胶状态介质10可通过关闭罩壳元件本身的传输元件12被保留在罩壳元件2内。适当地，传输元件12还充当从介质10到设备1外部的声波的发射器。

优选地，传输元件12具有层流或膜结构，但可由气球或衬垫限定。

适当地，罩壳元件2和传输元件12可以适当地接合，优选是防水的，以防止包含在由所述罩壳元件2界定并由盖元件12封闭的腔室内的液体或凝胶状态介质10泄漏。

适当地，传输元件12可被插入到罩壳元件2内，并随后通过环(优选是铁)的固定进行密封，该环由适当的固定装置(例如液体硅树脂)约束。替换地，可通过其他合适的固定装置将环拧至或连接至罩壳元件2。

有利的是，传输元件12由低过敏性、柔软、弹性的硅胶制成，以适当且舒适地适应各种形状和尺寸的身体区域，并且同时确保更高质量的声音传输。

适当地，由换能器4生成的振动(声波)经由液体或凝胶状态介质10传送到传输元件12，并且传输元件12被配置为在受骨骼和/或体液影响的用户身体区域直接向用户传送此类振动(声波)。特别地，该传输在不使用附加介质的情况下发生，除了存在于设备1中的液体或凝胶状态介质10。适当地，不仅获得听觉刺激，而且还刺激振动感觉，即，对在身体的最坚硬的组织之间传送的振动的敏感性，以及可能还有“流体传导”，因为该过程可以允许振动通过体液的传输至少部分地被刺激。适当地，这与液体或凝胶状态介质10以及骨骼和/或体液中较高的声音传播速率相结合，允许声音失去方向性，从而使氛围更具沉浸感。

有利的是，传动元件12、12'和/或罩壳元件2可设置有一个或多个排水元件(图中未示出)，例如带有一个或多个盖的一个或多个孔，其允许从设备内部移除介质10，例如更换介质，并允许添加介质本身，例如补充任何损失。

有利的是，由于底层介质10的温度，传输元件12使相应的身体接触/应用区域保持冷却，从而避免所述身体区域过热。

有利的是，设备1可包括温度控制单元，其允许加热和/或冷却液体或凝胶状态介质10，以便改进用户的舒适性和/或介质本身的声学传输特性。适当地，温度控制单元可位于罩壳元件2的外部，或最好插入到罩壳元件2的内部。

有利的是，设备1可以包括所述介质10的照明单元，优选地配置为在所述介质10中发射紫外光辐射。适当地，这种单元的存在允许介质10保持消毒，并且这在使用水作为介质10时尤其有利。优选地，所述照明单元位于罩壳元件2的内部，或者，也可以位于罩壳元件2的外部，以便使罩壳元件本身发光。适当地，以此方式，可以生成可见的蓝/紫光，这是由于水与传输元件12、12'和/或罩壳元件2的壁交互(定义介质10)导致的，这对于用户来说是特别放松的。

适当地，根据本发明的设备1可以与根据本发明的至少一个另外的设备1相关联，和/或与一个或多个传统音频扬声器(例如耳机)相关联，以形成用于声音再现的装置20。装置20被配置成至少部分地与用户身体接触。

特别地，在这种情况下，流体传导的使用是特别有利的，因为装置20可以有利的是具有配置成位于用户耳廓处的一对传统音频扬声器以及基本上可定位在用户自身的任何身体区域的根据本发明的一个或多个设备1。

替代实施在图6a-6c中示出。特别地，图6a示出了从侧面观察的设备1'，图6b示出了设备1'的透视图，而图6c示出了分解配置中的设备1'。设备1’包括与根据先前实施例的设备1相同的元件。然而，与此不同的是，换能器4被容纳在圆环形罩壳元件2中，并且换能器4的前部区域与外部空气接触，并面向用户的耳朵。另外，传输元件12'由三个元件组成，即，罩壳元件121的固定套圈、部分与用户耳朵接触的环形表面122、以及位于环形表面122和换能器4(特别是换能器的前部区域)之间的间隔构件123。换能器4的主体和后部区域完全浸入到介质10内。有利的是，罩壳元件2由硅胶膜形成。借助于这种配置，设备1’的密封腔室与耳朵直接接触，从而提高设备1’在高频下的性能。低频性能由换能器10后部区域中存在的介质10保证。应注意，介质10还确保相对于周围环境更好的隔音效果。

从以上清楚的是，根据本发明的设备的优点在于：

-允许以低频和高频两者以及低成本进行最佳再现；

-对于有各种听力问题的人来说，它是一种很有价值的帮助，因为它可以利用用户的振动灵敏度(振动感觉)来改进其声音性能；

-允许感觉到来自各个方向的再现，从而给用户浸入式感觉；

-允许高舒适度；

-特别符合人体工程学，并且更详细地，适用于各种身体区域，包括不同用户的身体区域；以及

-允许去除外部噪音。

应注意，对于如上所述的设备的特定配置，所有这些和其他可能的优点都是可以实现的。特别地，通过结合以下方面获得最大优势：

-换能器完全浸入到介质内的可能性，从而确定换能器自身周围的单个腔室；

-介质和换能器体积的比率以及换能器与罩壳元件的壁之间的距离值、或换能器与用户耳朵之间的距离值，如上所述；以及

-动态换能器的使用。

根据本发明的设备1、1′的有效性已通过一系列定量试验证明，这些试验执行声学响应分析以及定性试验，从而验证设备1、1′对100多个不同用户的样本的影响。

本发明已在其优选实施例中示出和描述，但其意图是在不脱离本行业发明专利的保护范围的情况下，在实践中可以对其进行实施例变型。

Claims

1.一种用于再现声音的设备(1、1’)，尤其是旨在由所述设备的用户感知的声音，包括：

罩壳元件(2)，其中容纳有换能器(4)，优选为电声类型，所述换能器被配置为发射基本上与要再现的声音相对应的振动，

包含在所述罩壳元件(2)内的液体或凝胶状态介质(10)，所述介质(10)被配置为将所述换能器(4)生成的声音振动传送到旨在与所述用户的身体区域直接接触的传输元件(12、12’)，从而将所述声音振动传送给所述身体区域

其特征在于，

所述罩壳元件(2)由单个外壳腔室组成，并且所述换能器(4)全部或部分浸入到所述腔室内的介质(10)中。

2.如权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述传输元件(12)关闭所述罩壳元件(2)，从而限定所述介质(10)以液体或凝胶状态包含在其中的所述外壳腔室，所述换能器(4)完全浸入到所述液体或凝胶状态介质(10)中。

3.如权利要求1所述的设备(1')，其特征在于，所述罩壳元件(2)具有圆环形形状，并且所述换能器(4)的前部区域(3)与外部空气接触并面向所述用户的耳朵。

4.如前述权利要求中的一项或多项所述的设备(1、1’)，其特征在于，还包括温度控制单元，其被配置成加热和/或冷却所述液体或凝胶状态介质(10)。

5.如前述权利要求中的一项或多项所述的设备(1、1’)，其特征在于，所述液体或凝胶状态介质(10)适配成允许所述声音振动的传输至少是空气的三倍快。

6.如前述权利要求中的一项或多项所述的设备(1、1’)，其特征在于，还包括所述介质(10)的照明单元，其优选被配置成在所述介质(10)中发射紫外光辐射。

7.如前述权利要求中的一项或多项所述的设备(1、1’)，其特征在于，还包括环形支撑元件(8)，其位于所述罩壳元件(2)的后部区域以将所述换能器(4)的位置保持在悬挂在所述介质(10)内的所述罩壳元件中心。

8.如前述权利要求中的一项或多项所述的设备(1、1’)，其特征在于，所述换能器(4)是动态类型的，并且所述介质(10)是水或超声凝胶。

9.如前述权利要求中的一项或多项所述的设备(1、1’)，其特征在于，所述换能器(4)的体积与包含在所述罩壳元件(2)中的所述介质(10)的体积之比在1:4到1:6之间。

10.如前述权利要求中的一项或多项所述的设备(1)，其特征在于，所述换能器(4)的前部区域(3)和所述传输元件(12、12’)之间的距离在6mm到8mm之间。

11.如前述权利要求中的一项或多项所述的设备(1、1’)，其特征在于，所述换能器(4)的后部区域(5)和所述罩壳元件(2)的后壁之间的距离在4mm到6mm之间。

12.如前述权利要求中的一项或多项所述的设备(1、1’)，其特征在于，所述换能器(4)仅通过所述后部区域(5)被连接到所述罩壳元件(2)。

13.一种用于再现声音的装置(20)，包括如前述权利要求中的一项或多项所述的一个或多个设备(1、1’)，所述至少一个设备(1)被配置成被应用于与所述用户的身体接触。

14.如权利要求13所述的装置(20)，其特征在于，还包括至少一个声学扬声器。

15.如权利要求1到11中一项所述的设备(1、1’)的用途，其特征在于，所述传输元件(12、12’)被应用于完全与所述用户的身体区域直接接触，所述区域相对于耳廓在外部，并且受至少一个身体骨骼和/或体液所限定。