ITRE20120039A1 - Cuffie a sicurezza aumentata e triplice funzionalita' con equalizzazione adattiva - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Cuffie a sicurezza aumentata e triplice funzionalità con equalizzazione adattiva.

Le cuffie per l'ascolto di musica e per la comunicazione audio hanno raggiunto un notevole grado tecnologico, hanno un'ottima resa audio e sono leggere da indossare. Alcune di queste sono senza fili ed affidano la trasmissione dell'audio al protocollo Bluetooth od altro similare. Le cuffie possono essere indossate in una pluralità di ambienti, in casa per l'ascolto di musica o della televisione, al lavoro per la risposta alle telefonate mantenendo le mani libere, nel parco o in palestra per chi fa jogging o atletica, per indicare alcuni utilizzi. Infine possono essere indossate per strada, sia dai pedoni che dai ciclisti e dai motociclisti, non solo per ascoltare musica, ma anche per collegarsi con gli amici del gruppo. Può essere indossata in automobile per rispondere alle telefonate, e così via. A seconda della situazione d'uso può essere necessario, o semplicemente confortevole, che le cuffie isolino dal rumore dell'ambiente in modo netto, ad esempio in caso di ascolto di musica o di una telefonata in un ambiente rumoroso, come può essere una casa con bambini, un bar o una sala giochi. Al contrario, esistono condizioni in cui le cuffie non debbono ostacolare i rumori esterni, ad esempio in una strada trafficata in cui l'utente deve essere bene attento ai rumori del traffico, questo a garantire la massima sicurezza. I nfine, una condizione intermedia in cui i rumori ambientali siano solo parzialmente attenuati dalle cuffie, come ad esempio in ufficio, ove l'utente deve poter ascoltare le telefonate senza rumori eccessivi, ma deve altresì poter udire i colleghi che lo chiamano.

Per realizzare cuffie specifiche ad ognuna delle tre condizioni menzionate sopra si impiegano differenti tecnologie costruttive:

1 ) Conduzione ossea (bone conduction), per le cuffie che devono lasciare l'orecchio completamente libero. La trasmissione del suono avviene quindi attraverso la struttura ossea ed il trasduttore è posto a fianco dell'orecchio. L'accoppiamento acustico è poco efficiente, occorre una notevole potenza acustica per un livello d'ascolto adeguato, i bassi sono di solito attenuati perché fastidiosi (percepiti come una vibrazione alla testa). Rimanendo libero l'orecchio, l'isolamento acustico non è presente, permettendo a chi indossa le cuffie a conduzione ossea di percepire completamente i rumori intorno a lui.

2) Auricolare posto all'interno dell'orecchio per isolamento medio dall'ambiente circostante. La resa acustica è ottima, occorro potenze acustiche basse grazie all'accoppiamento acustico diretto con l'orecchio. Occorre limitare la potenza acustica accoppiata, perché altrimenti possono prodursi danneggiamenti all'orecchio.

3) Cuffie coprenti in modo totale il padiglione auricolare per avere un grado elevato di isolamento acustico. In questo caso l'accoppiamento acustico è buono e la potenza acustica necessaria è media rispetto ai due casi precedenti.

Le cuffie sono quindi diverse meccanicamente ed elettricamente per ottenere i risultati voluti nelle categorie elencate sopra.

L'utente che necessiti di ascoltare musica e/o parlato dovrà dotarsi di una differente cuffia a seconda della condizione operativa.

In passato non era un problema, in quanto le cuffie con il cavo erano conservate nell'abitazione e nel luogo di lavoro. Per l'uso portatile, invece, si usavano auricolari a filo. Con l'avvento della tecnologia Bluetooth le cuffie sono diventate interoperabili in casa (HI-FI), sul lavoro (computer) e all'esterno (palmare, navigatore, cellulare, MP3, interfono).

Risulta difficile credere che l'utente acquisti tre diverse cuffie per i diversi usi; acquisterà generalmente un prodotto intermedio (caso 2) in grado di coprire in modo non ottimale tutte le soluzioni. Il problema maggiore è la sicurezza, perché in esterno (strade trafficate, stazioni, parcheggi), l'impiego di cuffie con isolamento acustico anche parziale è pericoloso. Scopo del presente trovato è la realizzazione di cuffie in grado di funzionare nelle tre modalità operative previste, con la semplice sostituzione della parte di interfaccia con l'orecchio. Un dispositivo collegato provvederà ad equalizzare l'audio come risposta in frequenza e come volume per avere il massimo comfort di ascolto nelle diverse condizioni di lavoro. Essendo le cuffie senza fili dotate di una batteria interna, si può migliorare ulteriormente la sicurezza intrinseca, utilizzando un'illuminazione a led, che si attivi nelle condizioni di pericolo per Γ ut i lizzatore. A titolo di esempio, l'utilizzatore potrà attivare una luce di riconoscimento in condizioni di buio, visibilità scarsa, eccetera. Inoltre, un ciclista, un pattinatore od un utilizzatore di Skateboard potranno attivare non solo questa luce di posizione, ma anche una luce di frenata (stop light) che si accenda in corrispondenza di una decelerazione dell'utente.

La luce di posizione e quella di stop potranno utilizzare lo stesso mezzo di illuminazione (ad esempio LED), acceso con due intensità diverse, in modo da dare la stessa indicazione di un' auto o moto veicolo, ma con l'impiego di un solo mezzo illuminante.

Dette opzioni di sicurezza potranno essere particolarmente utili quando l'utilizzatore indossa le cuffie a conduzione ossea, in quanto si presume che in questa condizione l'utilizzatore si trovi in un ambiente più pericoloso (strada, piazza, parcheggio, eccetera). L'uso preferenziale di detta illuminazione di sicurezza sarà quindi collegato aN'uso delle cuffie a conduzione ossea od, al più, agli auricolari ad isolamento medio. Questa illuminazione di sicurezza non sarà, in linea di massima, utile quando vengono inseriti nella cuffia gli auricolari coprenti, in quanto si presume che questo sia un utilizzo statico (divano, poltrona, abitazione, ufficio). L'attivazione della illuminazione di sicurezza sarà preferibilmente abbinata al tipo di auricolare connesso alle cuffie.

Descrizione dell'invenzione

In fig. 1 appare il disegno di cuffie a conduzione ossea senza fili, con trasmissione via radio, come reperibili in commercio. Il corpo 1 ) è costituito da materiale plastico, gli auricolari 2) sono alloggiati nelle rispettive nicchie plastiche, conformate in modo da appoggiarsi di fianco alle orecchie. La parte 3) sistemata nella zona posteriore della struttura si appoggia alla base del collo, in modo da non gravare con il suo peso sulle orecchie dell'utilizzatore. All'interno di 3), trovano posto una batteria e la scheda elettronica di comando, in grado di collegarsi via radio (ad esempio mediante Bluetooth) con i dispositivi audio da interconnettere. Solitamente, nella parte posteriore si troveranno uno o due tasti 4) per gestire l'accensione e la regolazione del volume. Uno o più led 5) indicherà 10 stato di funzionamento del prodotto (acceso, spento, batteria scarica).

11 trovato è illustrato in fig. 2, nella versione a conduzione ossea. La parte frontale della cuffia 13) è rimovibile, insieme con il circuito di equalizzazione 14), descritto in dettaglio più avanti nella figura 5. Detto circuito 14) si innesta sul connettore 10), contenuto nella parte fissa della cuffia, chiudendo il circuito dell'altoparlante 1 1 ). Alla parte frontale della cuffia 13) è solidale la membrana 12), che interfaccia il percorso dell'audio fra l'altoparlante 1 1 ) e la parte 13) a contatto con la testa dell'utilizzatore. La parte 13), unitamente al circuito 14) ed alla membrana 12) sono estraibili insieme, per essere sostituiti dalla versione con auricolare posto all'interno dell'orecchio, disegnato in fig. 3. In questo caso sulla cuffia 2) viene posto l'insieme 21 ) e 22), in grado di adattarsi al padiglione auricolare. Detto insieme sarà dotato di un circuito di equalizzazione 20), in grado di ottimizzare le prestazioni audio anche in questo tipo di applicazione. L'insieme 20), 21 ) e 22) costituisce l'adattatore completo estraibile per auricolare interno.

In fig. 4 invece si esemplifica la versione con copertura isolante del padiglione auricolare. In questa versione i particolari 31 ), 32), 33) e 34), così come il circuito di equalizzazione 30), vanno a costituire la cuffia completa, ove la parte 31 ) è l'interfaccia vera e propria con l'altoparlante 11 ), la membrana 32) e la copertura 33) interfacciano invece l'audio all'orecchio dell'utilizzatore e determinano assieme al circuito di equalizzazione 30) le caratteristiche di ascolto. La parte 34) realizzata in materiale morbido circonda il padiglione auricolare e realizza l'isolamento acustico.

In Fig. 5 si dettagliano invece i circuiti di equalizzazione, ove nel caso di fig. 5A verrà inserito un condensatore nel circuito 14) per il taglio dei bassi nel caso della conduzione ossea, un resistore nel circuito 20) per abbassare la potenza disponibile nel caso di auricolare interno all'orecchio (per equalizzare il volume e per proteggere l'orecchio da potenze troppo elevate), ed un cavallotto di collegamento diretto nel circuito 30) nel caso di cuffia coprente il padiglione auricolare, che potrà così usufruire della massima dinamica e della banda completa dell'audio.

In fig. 5B si esemplifica una differente realizzazione del sistema di equalizzazione ove il connettore 10) è eliminato, sostituito da 2 interruttori magnetici 43) e 44), in parallelo agli elementi di equalizzazione 14) e 20) descritti in precedenza. Alloggiando nelle parti rimovibili delle cuffie (al posto dei circuiti di equalizzazione) dei piccoli magneti, è possibile codificare le differenti equalizzazioni come nel circuito di fig. 5A. Inserendo un solo magnete in posizione tale da chiudere l'interruttore 44), ma non il 43), otterremo l'inserzione del condensatore 14) in grado di tagliare i bassi per la versione a conduzione ossea.

Inserendo invece un magnete in posizione tale da azionare l'interruttore 43), otterremo il circuito equivalente al caso deM'auricolare posizionato all'interno dell'orecchio, con il resistore 20) che limita la potenza audio. Infine se entrambi gli interruttori 43) e 44) sono chiusi il circuito sarà identico a quello necessario per la cuffia coprente il padiglione auricolare.

I circuiti fin qui esemplificati con un solo componente potranno assumere forme più complesse, caratterizzate da componenti R, L e C connessi in serie ed in parallelo, corrispondenti a circuiti di equalizzazione noti ed impiegabili in caso di affinamento ulteriore della risposta audio, senza per questo uscire daM'ambito dell'invenzione.

In fig. 5C si ipotizza di avere a disposizione un sistema di equalizzazione esterno alle cuffie, particolarmente un sistema a DSP o suo equivalente analogico o digitale. In questo caso non sarà necessario equalizzare il segnale audio direttamente sulle cuffie, ma sarà sufficiente notificare al DSP il tipo di cuffia inserito. A titolo di esempio il connettore 10) di fig. 5C potrà interfacciarsi con un resistore 45) di un valore noto, oppure con un resistore 46) di valore diverso, od ancora con un collegamento diretto 42). II circuito di equalizzazione sarà in grado di leggere il valore inserito e di generare la risposta audio corrispondente. Il metodo di comunicazione fra il DSP e la cuffia potrà essere diverso da quanto fin qui esemplificato, ma senza uscire daN'ambito del trovato. A titolo di esempio si potranno usare altri componenti passivi per codificare le parti mobili delle cuffie, quali condensatori od induttori. E' possibile anche usare elementi attivi, quali circuiti integrati per comunicazione seriale, memorie digitali, eccetera. Anche il numero di fili impiegati nella comunicazione potrà variare da zero (impiegando gli stessi fili che veicolano l'audio) fino ad un numero elevato, ad esempio 8 o 16 per realizzare una comunicazione parallela.

Sarà possibile in alternativa programmare manualmente l'equalizzazione preferita in base al tipo di auricolare o cuffia selezionato. A titolo di esempio i tasti aggiuntivi 51 ) di fig. 6 potranno servire anche a questo scopo.

In fig. 6 si evidenzia inoltre il led 50) di segnalazione, di illuminazione e di stop. La funzione principale è di segnalare aM'utente lo stato delle cuffie (acceso, spento stand-by) e queste segnalazioni vengono realizzate a bassa luminosità del led, mediante il resistore 60) che fa scorrere una corrente di basso valore, tipicamente da 2 a 5 mA, che il processore 65) applica direttamente al led 50). La funzione ausiliaria di luce di stop viene ottenuta inviando al led 50) la massima corrente di esercizio (ad esempio 150 mA), accendendolo alla massima luminosità. Il transistor 62) riceve il comando di stop, che viene inviato da un sensore di decelerazione (interruttore inerziale o accelerometro MEMS ad esempio) di tecnica nota e qui non descritti nel dettaglio. Detto transistor 62) aziona il resistore 61 ) che fa scorrere nel led 50) la massima corrente ammissibile.

Se necessaria invece una luce di posizione o di evidenza che dir si voglia, il led 50) sarà acceso in modo continuativo ad una corrente intermedia fra la minima (5mA) e la massima (150mA). A titolo di esempio 30mA potrebbe essere il valore ottimale, che renda il led 50) visibile da lontano, ma che possegga ancora una buona riserva di luminosità per la funzione di stop. Questa ulteriore corrente intermedia è ottenuta tramite il resistore 63), azionato dal transistor 64) a sua volta azionato dal segnale "luce di posizione" proveniente dal processore presente sulla scheda o da un comando manuale inviato ad esempio tramite i tasti 51 ) di fig. 6.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1 ) Cuffie a sicurezza aumentata, come da fig. 6, costituite da due auricolari 2) con interfaccia verso le orecchie intercambiabile a piacere dell'utente, composta da tre interfacce differenti per ogni orecchio, da impiegare a seconda delle differenti condizioni operative, ove sia necessario un isolamento acustico nullo nel caso dell'interfaccia a conduzione ossea, medio nel caso dell'interfaccia al condotto auricolare, alto nel caso dell'interfaccia coprente il padiglione auricolare. Un'interfaccia a conduzione ossea (fig. 2) comprendente una struttura esterna 13) che integra un circuito 14) in grado di connettersi al connettore 10) e da una membrana 12) per adattare l'impedenza acustica della cuffia all'altoparlante 11 ). Detto circuito 14) illustrato in fig. 5A è in grado di equalizzare l'audio ascoltato, in fattispecie eliminando i toni grevi, particolarmente fastidiosi nell'ascolto a conduzione ossea diretta. Il blocco composto dagli elementi 12), 13) e 14), fissati in modo solidale fra loro, è sfilabile dal resto delle cuffie per una rapida sostituzione. Una seconda interfaccia al condotto auricolare (fig. 3), comprendente una struttura esterna 21 ), che integra un circuito 20) in grado di connettersi al connettore 10), e da un adattatore 22) costituito in materiale morbido, in grado di adattarsi al condotto auricolare. Detto circuito 20) illustrato in f ig .5 A, è in grado di ridurre il livello audio in uscita a valori sicuri per l'incolumità dell'orecchio. Il blocco composto da 20), 21 ) e 22), fissati in modo solidale fra loro, è sfilabile dal resto delle cuffie per una rapida sostituzione. Una terza interfaccia coprente il padiglione auricolare (fig. 4), comprende una struttura esterna 34) realizzata in materiale morbido, in grado di appoggiasi al padiglione auricolare, una struttura rigida 31 ) in grado di incastrarsi nella cuffia, una membrana 32) ed un coperchio 33). Il circuito 30) è in grado di connettersi al connettore 10) ed equalizza l'audio per questa configurazione, come indicato in fig. 5A. Il blocco composto dagli elementi 30), 31 ), 32), 33) e 34), fissati in modo solidale fra loro, è sfilabile dal resto delle cuffie per una rapida sostituzione.
2. 2) Cuffie a sicurezza aumentata come da rivendicazione N°1 , in cui il led 5) in fig. 1 , di segnalazione generica di funzionamento delle cuffie, è usato anche come luce di posizione e come luce di stop, impiegando un led ad alta luminosità 50) di fig. 6, ed un componente 60) connesso direttamente al processore 65) per indicare gli stati di funzionamento del sistema impiegando una luminosità minore rispetto agli altri impieghi. Per utilizzare il led 50) come luce di posizione gli elementi 63) e 64), sempre connessi al processore 65) inducono una diversa luminosità sul led 50), maggiore della luminosità di segnalazione, ma inferiore alla luce di stop. Infine i componenti 61 ) e 62), utilizzati per impiegare il led 50) come luce di stop, sono connessi al processore 65), che tramite un misuratore di accelerazione regolabile dall'utente, decide l'accensione del led 50) alla massima luminosità rispetto alle condizioni precedenti.
3. 3) Cuffie a sicurezza aumentata, come da rivendicazioni N°1 e N°2 in grado di svolgere le tre funzioni del led 50) di segnalazione, luce di posizione e luce di stop mediante circuiti funzionalmente equivalenti a quelli presentati ma in grado di produrre l'illuminazione del led 50) a tre livelli diversi per gli scopi rivendicati sopra.
4. 4) Cuffie a sicurezza aumentata come da rivendicazioni da N°1 a N°3 caratterizzata dal fatto che la luminosità del led 50) è funzione della luce ambiente, ed il processore 65) regola le tre soglie di segnalazione, posizione e stop in rapporto all'illuminazione ambiente. Il processore 65) si fa carico di accendere automaticamente la luce di posizione quando la luce ambiente scende al disotto di un certo livello impostato dall'utente mediante i tasti 51 ) di fig. 6.
5. 5) Cuffie a sicurezza aumentata, come da rivendicazioni da N°1 a N°4 caratterizzata dal fatto che il circuito di equalizzazione facente capo al connettore 10) ed esemplificato dagli elementi 14), 20) e 30) nei tre casi considerati, sia costituito da una connessione serie-parallelo di elementi noti (condensatori, induttori e resistori) atti a realizzare lo scopo della presente invenzione.
6. 6) Cuffie a sicurezza aumentata, come da rivendicazioni da N°1 a N°4 caratterizzata dal fatto che il circuito di equalizzazione 14), 20) o 30) di fig. 5A è realizzato tramite due interruttori magnetici (reed switch) 43) e 44), che inseriscono i componenti 14) o 20) in base alla posizione dei magneti inseriti nella parte mobile della cuffia. In particolare in fig. 5B si evidenzia che posizionando il magnete in prossimità dell'interruttore 44) quando si inserisce la interfaccia per conduzione ossea si avrà inserito il componente 14), mentre il componente 20) sarà cortocircuitato dall'interruttore 44), realizzando lo stesso circuito del caso precedente in fig. 5A. Nel caso dell' interfaccia auricolare si avrà il magnete posizionato vicino all'interruttore 43) ed il circuito equivalente avrà inserito l'elemento 20), come nella realizzazione precedente di fig. 5A. Nel caso dell'interfaccia coprente, entrambi i magneti saranno presenti ed entrambi gli interruttori 43) e 44) saranno chiusi, realizzando un cortocircuito proprio come nel circuito 30) utilizzato in questa applicazione in fig. 5A.
7. 7) Cuffie a sicurezza aumentata, come da rivendicazioni da N°1 a N°4 in cui l'equalizzazione non è realizzata direttamente dai componenti 14), 20) e 30), ma è demandata al processore audio presente, inviando un segnale di controllo tramite il connettore 10) mediante il resistore 45) che può assumere valori più alti o più bassi, da zero Ohm come nel circuito 42) fino a valori intermedi come nel circuito 46) o a valori limite di 10 Mega Ohm nel circuito 45).
8. 8) Cuffie a sicurezza aumentata, come da rivendicazioni da N°1 a N°4 e N°7 in cui l'equalizzazione è realizzata dal processore audio presente, ed il segnale di controllo è inviato mediante un dispositivo logico, impiegato al posto del circuito 45) connesso al connettore 10).
9. 9) Cuffie a sicurezza aumentata, come da rivendicazione N°8 caratterizzata dal fatto che il dispositivo logico si connette al processore audio usando gli stessi fili che veicolano l'audio all'altoparlante.
10. 10) Cuffie a sicurezza aumentata, come da rivendicazioni da N°1 a N°9 caratterizzata dal fatto che una delle tre interfacce utente è eliminata, ed il sistema funziona solo sulle due differenti alternative disponibili.
11. 11 ) Cuffie a sicurezza aumentata, come da rivendicazioni da N°1 a N°10 caratterizzata dal fatto che la parte intercambiabile comprende anche l'altoparlante 1 1 ), che diventa solidale con le parti 12), 13) e 14) nel caso di cuffie a conduzione ossea. La connessione elettrica avviene tramite il connettore 10) sulla cuffia e la controparte 14), a cui sono connessi i fili dell'altoparlante. Nel caso dell'interfaccia auricolare l'altoparlante 11 ) sarà solidale con le parti 20), 21 ) e 22), con le stesse modalità del caso precedente. Nel caso dell'interfaccia coprente il padiglione auricolare l'altoparlante sarà reso solidale con le parti 30), 31 ), 32), 33) e 34), connesso come nei casi precedenti.