CN211252320U - 一种高音质骨传导座椅头枕的结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高音质骨传导座椅头枕的结构，它由头枕蒙皮和该头枕蒙皮内的头枕内芯构成本头枕主体，在本头枕主体上相对人体头部的位置安装有电振动器件，该电振动器件与音频控制单元信号连接，其特征是：该音频控制单元还同时与至少一只气导式辅助喇叭信号连接，该音频控制单元把声源音频信号传输给电振动器件产生骨导主体听觉，同时向气导式辅助喇叭传输辅助音频信号升级骨导主体听觉的音质，由于气导式辅助喇叭与电振动器件同时从两个路径向使用者听觉系统发送信号，因此比传统单一骨导传输音质更完善，还由于辅助音频信号不能完整携带声源音频信号的完整内容，因此从气导路径播放出去也不会泄漏声源音频信号的内容，因此私密性不变。

Description

一种高音质骨传导座椅头枕的结构

技术领域

本实用新型涉及一种高音质骨传导座椅头枕的结构，主要用于交通工具上的驾乘人员接听车载免提电话和音乐、人机交互等应用领域。

背景技术

在先申请ZL201420259874.4已经公开了一种交通工具用个人听觉装置，该现有技术能够通过座椅头枕内安装的电振动器件把声波振动的机械波通过头骨传递给使用者的听觉系统，其他人由于头部不能与该座椅头枕的电振动器件接触，所以此声波振动的机械波无法传递给其他人，因此理论上其他人无法听见，从而解决了乘客各自收听不同音频时相互干扰的问题。该在先申请ZL201420259874.4的骨传导座椅头枕存在音质较差的不足。为了提高该现有骨传导座椅头枕的音质，目前人们只能通过改进骨传导座椅头枕里面安装的电振动器件本身结构使其具有更好频响性能的办法来实现，这是因为骨传导座椅头枕必须具有私密收听的特性，因此现有技术的骨传导座椅头枕上只能使用这种具有点对点私密传输特性的骨传导技术，所以人们一直都是在电振动器件频响特性上不断改进、目前已经生产出各种不同规格和性能的电振动器件，但问题是研发新型高音质电振动器件或改进电振动器件自身结构提高频响性能都存在极高的技术难度、实际音质提升也并不很明显，所以目前现有的骨传导座椅头枕产品普遍音质不佳，急需研发一种新型高音质骨传导座椅头枕。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种高音质骨传导座椅头枕的结构，它的音质比现有骨传导座椅头枕更好，同时还能保持骨传导座椅头枕的私密特性。

一种高音质骨传导座椅头枕的结构，它由头枕蒙皮和该头枕蒙皮内的头枕内芯构成本头枕主体，在本头枕主体上相对人体头部的位置安装有电振动器件，该电振动器件与音频控制单元信号连接，其特征是：该音频控制单元还同时与至少一只气导式辅助喇叭信号连接，该音频控制单元把声源音频信号传输给电振动器件产生骨导听觉作为听觉的主体、同时该音频控制单元还向气导式辅助喇叭传输辅助音频信号用于对该电振动器件产生的骨导主体听觉进行音质升级。

作为对上述结构的改进方案，其特征是：在本头枕主体的中垂面的左右两边至少各设有一只气导式辅助喇叭。

作为对上述结构的改进方案，其特征是：在本头枕主体的中垂面左右两边的本头枕主体上安装的气导式辅助喇叭位于头枕主体正面的耳朵投影区域之外。

作为对上述结构的改进方案，其特征是：在本头枕主体的中垂面上至少设有一只气导式辅助喇叭。

作为对上述结构的改进方案，其特征是：安装在本头枕主体上的气导式辅助喇叭由嵌入到弹性海绵层内的振动体和覆盖在弹性海绵层上的振动面层构成。

作为对上述结构的改进方案，其特征是：该气导式辅助喇叭是定向扬声器，其最佳安装位置在使用者头顶上方的车厢顶棚区域、其声发射方向指向下方使用者的耳朵。

本实用新型的有益效果是这样的：本高音质骨传导座椅头枕的结构彻底颠覆了此前骨传导座椅头枕的传统研发理念。现有技术的骨传导座椅头枕如果要提高音质都是沿袭改善电振动器件自身频响性能的传统技术路线，而本实用新型则是另辟蹊径走了与传统技术路线完全相反的新技术路线：也就是在本头枕产品中首次应用了可能破坏骨导私密传输优势的传统气导式喇叭，显然这种做法已经打破了现有骨导音频技术的传统和禁区。本方案区别于现有技术的特征在于：本方案虽然仍是以电振动器件产生的骨传导听觉作为听觉主体，但是本方案不再依赖电振动器件自身频响性能的提升改善音质和听觉感受，而是在电振动器件产生骨导主体听觉的同时启用气导式辅助喇叭经气导路径传输一些辅助音频信号来对骨导主体听觉音质升级，从而构成了一种在现有骨传导座椅头枕技术中前所未有的骨气复合路径主从混响结构的全新骨传导座椅头枕技术。由于气导式辅助喇叭发出的辅助音频信号与电振动器件产生的骨导主体听觉同时从两个路径向使用者听觉系统发送主体听觉信号和辅助音频信号，因此使用者能够获得比传统单一骨导传输更加丰富和完善的音频信息、音质提升；同时，又由于本专利从气导传输路径发出的辅助音频信号仅仅只是一些经过处理后的环境噪声信号、声像定位信号、频响曲线片段的音频分量等，显然这些辅助音频信号都不是声源音频信号、并且都与声源音频信号差别甚大、更不能完整地携带声源音频信号中的具体音频内容，因此这些辅助音频信号仅能起到帮助骨传导路径上由声源音频信号产生的主体听觉提升音质的修饰作用、并不能用来携带声源音频信号的完整音频内容，所以即使这些辅助音频信号被气导式辅助喇叭通过空气传导出去时被其他人听见了，其他人也仍然还是不知道另外一条骨传导路径里的声源音频信号的具体内容是什么，因为骨传导路径里传输的声源音频信号只有靠在本头枕的上的人自己才能听到，所以本专利技术在提高音质的同时还保持了骨传导座椅头枕产品的私密特性，实现了发明目的。

附图说明

图1是本专利的结构方案示意图；

图2是本专利的信号连接原理示意图；

图3是本专利的气导式辅助喇叭采用的蒙皮振动式气导音频单元的结构示意图；

图4是本专利的控制方法流程图。

附图标记如下：1.头枕蒙皮，2.头枕内芯，3.电振动器件，4.音频控制单元，5.气导式辅助喇叭，6.弹性海绵层，7.振动体，8.振动面层。

具体实施方式

一种高音质骨传导座椅头枕的结构如附图1所示，它由头枕蒙皮1和该头枕蒙皮1内的头枕内芯2构成本头枕主体，在本头枕主体上相对人体头部的位置安装有电振动器件3，该电振动器件3与音频控制单元4信号连接，其特征是：如附图2所示，该音频控制单元4还同时与至少一只气导式辅助喇叭5保持信号连接，该音频控制单元4把声源音频信号传输给电振动器件3产生骨导听觉作为听觉的主体、同时该音频控制单元4还向气导式辅助喇叭5传输辅助音频信号用于对该电振动器件3产生的骨导主体听觉进行音质升级。该音质升级指的是使用者听觉感受的提升。本结构方案需要匹配相应的控制方法，具体由音频控制单元4 内部的数字信号处理器按照下文所述控制方法进行控制。本结构方案中的气导式辅助喇叭5 可以是电视机或音响常用的普通喇叭，还可以是以空气为传导介质的其它种类的音频单元，如号角喇叭、阵列扬声器、超声波参量扬声器等各种定向扬声器以及蒙皮振动式气导音频单元等。在本方案中该气导式辅助喇叭5可以安装在头枕主体上或者座椅靠背上、也可以安装在座椅周围的车厢内壁、车顶等任意位置均可、安装数量至少一只，由具体设计决定。

作为对上述结构方案的进一步改进，本改进方案中的头枕主体与气导式辅助喇叭5的结构特征是：在本头枕主体中垂面的左右两边至少各设有一只气导式辅助喇叭5。例如，把两只气导式辅助喇叭5分别安装在头枕主体正面的左右边缘，这是最佳方案；当然，该气导式辅助喇叭5还可以安装到头枕主体的左右侧面位置或者与头枕主体分开安装，例如把成对数量的气导式辅助喇叭5分别对称安装在座椅靠背左右边缘也可以；当然还可以把气导式辅助喇叭5通过信号线与音频控制单元4信号连接后分别布置在座椅两侧的车厢内壁上，具体安装位置包括左右车门的内侧、车身的左右A柱、左右B柱、左右C柱内侧等部位，这就相当于把气导式辅助喇叭5安装在头枕主体的左前右前、左中右中、左后右后等细分位置，此时还可以直接共用汽车现有音响系统在A柱、B柱等部位已经安装好的喇叭，这样可以降低硬件成本。总之，具体安装结构还可以有多种变形，只要符合本改进方案所述在头枕主体中垂面的左右两边至少各设有一只气导式辅助喇叭5的技术特征即可。

作为对上述结构方案的更进一步改进方案，在本头枕主体的中垂面左右两边的本头枕主体上安装的气导式辅助喇叭5位于头枕主体正面的耳朵投影区域之外，这样对提升音质效果更好。也就是说此时被安装在头枕主体上的气导式辅助喇叭5的最佳安装位置是位于头枕主体正面耳朵投影区域之外的位置，其意思指的是此时的气导式辅助喇叭5的安装位置不能被耳廓遮挡。

作为对上述结构方案的另一种更低成本的改进方案，本方案中的头枕主体与气导式辅助喇叭5的结构特征是：在本头枕主体中垂面上至少设置一只气导式辅助喇叭5。该中垂面所指的具体安装位置包括：本头枕主体正前方的仪表台、正上方的车顶以及正上方车顶偏前或偏后的位置、本头枕主体正下方的座椅靠背中间位置等等均可。

作为对上述结构方案的另一种更低成本的改进方案，如附图3所示，安装在本头枕主体上的气导式辅助喇叭5由嵌入到弹性海绵层6内的振动体7和覆盖在弹性海绵层6上的振动面层8构成，这就是上述结构方案所述的蒙皮振动式气导音频单元。其中，弹性海绵层6可以是单独嵌入头枕内芯2的海绵层中的一块乳胶海绵，也可以直接采用构成头枕内芯2的海绵填料层来充当弹性海绵层6把振动体7嵌入其中即可。振动体7一般采用市售喇叭的电磁振动音圈单元或压电陶瓷、振动电机等均可。振动面层8可以是单独的一层纺织面料、皮革面料、复合材料振膜等均可，还可以直接借用本头枕主体的头枕内芯2外面覆盖的头枕蒙皮 1或者直接利用头枕内芯2的海绵层在发泡加工时自然生成的海绵表皮层均可。该弹性海绵层6起到弹性固定振动面层8的作用，振动体7起到驱动振动面层8进行音频振动的作用，振动面层8带动空气振动产生气导听觉；当然，由于振动面层8位于本头枕正面的一部分表面也会与头部直接接触，从而直接把一部分音频振动传导至头骨，因此振动面层8也会产生一部分骨导听觉，使本头枕音质更有层次感。

作为对上述结构方案的更进一步改进方案，为了进一步提高本产品的私密特性，该气导式辅助喇叭5采用定向扬声器，如阵列扬声器、号角喇叭和超声波参量扬声器等，其最佳安装位置在使用者头顶上方的车厢顶棚区域、其声发射方向指向下方使用者的耳朵，这样可以最大程度减少汽车玻璃引起的反射和对其他乘客的影响；当然，如果不追求最佳极致效果，该定向扬声器也可以安装在其它位置、其指向也可以适当偏离使用者的耳朵，具体由设计决定。在该方案中定向扬声器发出的声音显然指向性比普通喇叭更好，因此泄漏到周边环境中的声辐射能量更小，所以进一步提高了本产品的私密特性。

一种高音质骨传导座椅头枕的结构配套控制方法如附图4所示，其特征是：

步骤S1：音频控制单元4获取外部音频信号，该外部音频信号至少包含声源音频信号；

步骤S2：音频控制单元4把声源音频信号传输给电振动器件3；同时

步骤S3：音频控制单元4对获取的外部音频信号进行相应处理生成从气导路径升级骨导主体听觉所需的相应辅助音频信号；

步骤S4：音频控制单元4把辅助音频信号传输给相应位置的气导式辅助喇叭5；

步骤S5：气导式辅助喇叭5发出的辅助音频信号通过气导路径同步传输给正在聆听电振动器件3产生的骨导主体听觉的使用者，从而实现对骨导主体听觉的音质升级。

该控制方法中所述音质升级指的是使用者听觉感受的提升，也就是说本专利可以让使用者听到更好的声音，例如声音的信噪比更高、立体感更强、还原度更高、临场感更好等等。

作为对上述控制方法的进一步改进，提高声音信噪比的控制方法是：步骤S3所述的音频控制单元4获取的外部音频信号除了包含声源音频信号外，还包括来自与该音频控制单元4 信号连接的麦克风或拾音器等音频采集装置采集的环境噪声信号。该音频控制单元4对获取的环境噪声信号采样后通过傅里叶变换进行反相处理，生成与该环境噪声波形相同、相位相反的辅助音频信号，该辅助音频信号传输给气导式辅助喇叭5播放出去的声波在空气中传播时与环境噪声波形叠加，由于这两个声波的波形相同、相位相反其矢量和趋近于零，也就是说环境噪声被抵消削弱了，因此人耳听到的环境噪声减小了；同时由于音频控制单元4还通过电振动器件3正在骨传导路径上播放着声源音频信号，该骨传导路径与空气的气导路径因传输路径不同所以互不影响，因此骨传导路径里传输的声源音频信号不会变小，也就是说使用者听到的声源音频信号大小不变、只有环境噪声信号降低，那么信噪比必然会提高，信噪比提高代表清晰度提高、音质提升，所以使用者的听觉感受得到了升级。为了达到上述反相声波抵消环境噪声信号最优效果，音频控制单元4还需要按照环境噪声信号声源方向把该辅助音频信号输送给相应位置的气导式辅助喇叭5，例如把该辅助音频信号输送给相同或相近方向安装的气导式辅助喇叭5。另外，该音频控制单元4获取的外部音频信号除了包括声源音频信号、环境噪声信号以外，还可以包括来自其它音频播放设备播放的音频信号，例如来自本车的传统车载音响、来自本车的车载多媒体系统的其它播放通道、来自本车的另外几个骨传导座椅头枕泄漏的声音等等，这些声音对本高音质骨传导座椅头枕的使用者来说也属于环境噪音信号，也一样会降低自己的信噪比，因此本高音质骨传导座椅头枕的音频控制单元 4也把这些音频信号同样视为环境噪声信号一起进行处理，并且音频控制单元4可以通过信号线直接连接获取上述其它音频播放设备的此类音频信号，其信号质量显然比麦克风采集的更好，因此提高信噪比的效果也会更好。

作为对上述控制方法的进一步改进，提高声音立体感的控制方法是：步骤S3所述的音频控制单元4提取声源音频信号中的环绕声道里的音频信号作为辅助音频信号中的声像定位信号，并按照该声像定位信号原来所在声道的位置定义传输给对应位置的气导式辅助喇叭5，由该气导式辅助喇叭5通过气导路径播放该声像定位信号使电振动器件3产生的骨导主体听觉的立体感更强，使骨导主体听觉音质得到升级。该声源音频信号来自音乐或者电影的音频部分，由于它们都是按照现行环绕立体声行业标准制作的，例如“杜比定向逻辑II”和“杜比数字”等行业标准都是通过独立的左环绕声道和右环绕声道来传输环绕声信号，所以在本控制方案中音频控制单元4可以把上述两个环绕声道里的音频信号分别提取后作为本控制方法所述辅助音频信号中的声像定位信号并传输给对应位置的气导式辅助喇叭5，此时本头枕主体中垂面的左右两侧位置至少要各设置一只气导式辅助喇叭5，这样就可以让上述左右环绕声道提取出来的左右两组声像定位信号分别可以传输给左右侧对应的气导式辅助喇叭5，这就是本方法所述声像定位信号与气导式辅助喇叭5的对应位置关系；再例如，该声源音频信号如果采用的是“杜比环绕声”这一行业标准制作，那么按该“杜比环绕声”标准规定该声源音频信号将只包含一个单环绕声道，此时音频控制单元4只能从该单环绕声道中提取出一组声像定位信号，此时与该声像定位信号位置对应的气导式辅助喇叭5指的是前述结构方案中所述的安装在本头枕主体中垂面上的气导式辅助喇叭5。以上两个实施例都是声像定位信号与气导式辅助喇叭5位置关系物理对应的情况、也是最理想情况；但是，如果当声源音频信号采用只有单环绕声道的“杜比环绕声”标准制作，但匹配的本头枕物理结构却采用的是在本头枕主体中垂面左右两侧安装气导式辅助喇叭5的方案时，那么该音频控制单元4的控制方法将相应调整为把这仅有的一组声像定位信号同时传输给设置在本头枕主体中垂面左右两侧的气导式辅助喇叭5，从而使中垂面左右两侧的气导式辅助喇叭5发出一样的声音，这样就可以模拟出与在本头枕主体中垂面上设置气导式辅助喇叭5相同的位置效果，可见此时的控制方法的实质是利用其它物理位置的气导式辅助喇叭5来模拟出虚拟位置的气导式辅助喇叭5的声像定位信号播放效果，显然其本质仍然是本实施例所述的声像定位信号传输给对应位置的气导式辅助喇叭5播放后增强本产品声音立体感的技术方案，因此上述三个例子都属于本控制方法的保护范围内。

另一种提高本产品声音立体感的控制方法：步骤S3所述的音频控制单元4按照声源音频信号中左声道与右声道的声音信号的时间差把它们的差值部分作提取出来作为辅助音频信号中的声像定位信号，并且把该声像定位信号传输给对应位置的气导式辅助喇叭5。此时需要在本头枕主体中垂面左右两侧分别至少各设置一只气导式辅助喇叭5。音频控制单元4按照左声道与右声道信号的时间差把在先发出的那段音频信号提取出来作为辅助音频信号并传递给同侧的气导式辅助喇叭5，从而实现声像定位信号与气导式辅助喇叭5的位置对应。当该声像定位信号通过气导式辅助喇叭5播放的时候，播放时间被控制在50ms之内效果最好，当然也可以根据具体设计要求延长或缩短该播放时间。上述辅助音频信中的声像定位信号通过气导路径传输给正在同步聆听骨导主体听觉的使用者时使声音更有立体感。

作为对上述控制方法的进一步改进，提高声音还原度的控制方法是：步骤S3所述的音频控制单元4提取声源音频信号中超出电振动器件3频响特性范围的频谱片段所包含的音频分量和声源音频信号中对应电振动器件3频响曲线谷段的频谱片段所包含的音频分量，这两部分音频分量都作为辅助音频信号并按照该辅助音频信号原来所在声道的位置定义传输给对应位置的气导式辅助喇叭5。也就是说该控制方法是通过气导式辅助喇叭5从气导路径对电振动器件3骨导路径传输音频时的频响性能不足和超出部分进行信号补偿，从而让本高音质骨传导座椅头枕对声源音频信号具有更高的还原度，使音质更好。在该控制方法中，当音频控制单元4提取辅助音频信号后传输给气导式辅助喇叭5的时候，仍然需要按照该辅助音频信号原来所在声道的位置定义传输给对应位置的气导式辅助喇叭5，例如从声源音频信号的左声道提取出来的该辅助音频信号仍然要传给安装在左侧的那只气导式辅助喇叭5，这样效果最好；当然，如果声源音频信号左右声道里的音频信号完全相同，就不再需要按照该位置对应关系了。

作为对上述控制方法的进一步改进，提高临场感的控制方法是：步骤S3所述的音频控制单元4提取声源音频信号进行滤波、延时、衰减、嵌套处理后生成辅助音频信号，并传输给对应位置的气导式辅助喇叭5。该音频控制单元4提取声源音频信号进行处理的时候，可以只对该声源音频信号中的某个声道进行提取和处理，也可以对该声源音频信号的所有声道都进行上述信号处理；当然还可以再增加例如信号反相、左右声道换位等处理内容，具体由设计决定。经过上述处理的辅助音频信号通过气导式辅助喇叭5播放可以提升骨导主体听觉的临场感，使听觉感受更好。

作为对上述控制方法的进一步改进，提高本产品对噪音环境适应能力的控制方法是：步骤S3所述的音频控制单元4对气导式辅助喇叭5输出的辅助音频信号的响度和对电振动器件 3输出的声源音频信号的响度都按环境噪声响度变化正比调节。例如当环境噪音响度变大时，音频控制单元4也正比增加对气导式辅助喇叭5和电振动器件3的输出功率提高响度，从而使人听到的音频信号不会被突然变大的环境噪音遮盖导致听不清；再例如，当环境噪音降低后，音频控制单元4也会跟着降低气导式辅助喇叭5和电振动器件3的输出功率使响度降低，从而避免引起耳朵不适，同时还减少了漏音、降低了私密音频内容被旁边的人听到的可能性。音频控制单元4获取环境噪声响度数据的渠道可以来自于其它环境噪声响度检测设备，也可以来自与音频控制单元4信号连接的麦克风或拾音器等渠道。

以上控制方法即可以单独使用也可以组合使用，具体由设计决定。

尽管本说明书中使用了一些特定术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制，根据本说明书的揭示和描述，本领域技术人员显然还可以对上述实施方案进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上述揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的其它修改和变更也属于本实用新型的保护范围；并且，除了本专利文件例举的实施例外，本专利还有其它音质提升的控制方法受篇幅所限在此不再赘述，但是只要建立在本专利所述的骨气复合路径主从混响结构基础之上的音质提升控制方法显然也都属于本专利的保护范围。

Claims (6)

1.一种高音质骨传导座椅头枕的结构，它由头枕蒙皮(1)和该头枕蒙皮(1)内的头枕内芯(2)构成本头枕主体，在本头枕主体上相对人体头部的位置安装有电振动器件(3)，该电振动器件(3)与音频控制单元(4)信号连接，其特征是：该音频控制单元(4)还同时与至少一只气导式辅助喇叭(5)信号连接，该音频控制单元(4)把声源音频信号传输给电振动器件(3)产生骨导听觉作为听觉的主体、同时该音频控制单元(4)还向气导式辅助喇叭(5)传输辅助音频信号用于对该电振动器件(3)产生的骨导主体听觉进行音质升级。

2.根据权利要求1所述的高音质骨传导座椅头枕的结构，其特征是：在本头枕主体的中垂面的左右两边至少各设有一只气导式辅助喇叭(5)。

3.根据权利要求2所述的高音质骨传导座椅头枕的结构，其特征是：在本头枕主体的中垂面左右两边的本头枕主体上安装的气导式辅助喇叭(5)位于头枕主体正面的耳朵投影区域之外。

4.根据权利要求1所述的高音质骨传导座椅头枕的结构，其特征是：在本头枕主体的中垂面上至少设有一只气导式辅助喇叭(5)。

5.根据权利要求1所述的高音质骨传导座椅头枕的结构，其特征是：安装在本头枕主体上的气导式辅助喇叭(5)由嵌入到弹性海绵层(6)内的振动体(7)和覆盖在弹性海绵层(6)上的振动面层(8)构成。

6.根据权利要求1所述的高音质骨传导座椅头枕的结构，其特征是：该气导式辅助喇叭(5)是定向扬声器，其最佳安装位置在使用者头顶上方的车厢顶棚区域、其声发射方向指向下方使用者的耳朵。

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