TW202023287A - 聽力保護裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

揭示一種聽力保護裝置，其包括具有一第一音訊信號頻率濾波器(F1 )及一第一音訊信號壓縮器(C1 )之至少一第一音訊信號處理器(P1 )，及具有一第二音訊信號頻率濾波器(Fn )及一第二音訊信號壓縮器(Cn )之一第二音訊信號處理器(Pn )，該第一音訊信號處理器及該第二音訊信號處理器彼此並聯地配置，該第一音訊信號處理器適於傳遞一第一頻率範圍內之音訊信號，並在該第一頻率範圍內之該等音訊信號的音量高於一第一臨限音量時壓縮該第一頻率範圍內之該等音訊信號，且該第二音訊信號處理器適於傳遞一第二頻率範圍內之音訊信號，並在該第二頻率範圍內之該等音訊信號的音量高於一第二臨限音量時壓縮該第二頻率範圍內之該等音訊信號。

Description

聽力保護裝置及方法
發明領域 本發明涉及聽力保護裝置及聽力保護方法，特定言之適於降低使用者聽到之雜訊位準的此裝置及方法。
發明背景 圖8示出通常指示為10的先前技術聽力保護裝置之電路的示意圖。聽力保護裝置10之麥克風14拾取外部聲音，並經由延遲模組16將聲音饋送至濾波器18以用於濾除不合需要之雜訊。接著將因此濾波之聲音饋送至輸出壓縮限制單元20以用於壓縮目的。接著將經壓縮聲音信號饋送至揚聲器22以供輸出。經壓縮聲音之部分經由自適應濾波器24饋送回至聽力保護裝置10之電路。由揚聲器22輸出之聲音的部分亦經由聲學回饋單元12饋送回至麥克風14。
與此先前技術聽力保護裝置10相關聯之缺點在於由聽力保護裝置10接收到的所有頻率之聲音皆經歷同一過程。然而，眾所周知不同的人具有不同的雜訊降低要求，此取決於其常見的生活環境、工作環境或娛樂環境之雜訊位準。另外，甚至對於特定個體，雜訊降低要求可能會根據其所處之特定環境而不同。此外，健康個體可能在人類可聽範圍之不同頻率範圍(其亦可被稱為「頻帶」)內具有不同的雜訊降低偏好/要求。
因此，本發明之目標為提供減輕前述缺點或至少為行業及公眾提供有用替代方案之保護聽力裝置及聽力保護方法。
發明概要 根據本發明之第一態樣，提供一種聽力保護裝置，其包括彼此並聯配置之至少第一音訊信號處理器及第二音訊信號處理器，其中該第一音訊信號處理器適於傳遞第一頻率範圍內之音訊信號，並在該第一頻率範圍內之該等音訊信號的音量高於第一臨限音量時壓縮該第一頻率範圍內之該等音訊信號，且其中該第二音訊信號處理器適於傳遞第二頻率範圍內之音訊信號，並在該第二頻率範圍內之該等音訊信號的音量高於第二臨限音量時壓縮該第二頻率範圍內之該等音訊信號。
根據本發明之第二態樣，提供一種聽力保護方法，其包括以下步驟：(a)將傳入音訊信號至少分成第一頻率範圍內之音訊信號及第二頻率範圍內之音訊信號，(b)當該第一頻率範圍內之該等音訊信號的音量高於第一臨限音量時壓縮該第一頻率範圍內之該等音訊信號，及(c)當該第二頻率範圍內之該等音訊信號的音量高於第二臨限音量時壓縮該第二頻率範圍內之該等音訊信號。
較佳實施例之詳細說明 圖1至圖4中示出根據本發明之實施例的聽力保護裝置且其通常指示為100。裝置100具有彼此連接之外殼102及揚聲器104。外殼102具有由與外殼102可釋放地嚙合之蓋108覆蓋的內部空間106。空間106含有裝置100之各種電子及電氣組件，例如與揚聲器104電氣連接之一或多個可充電電池、微控制器及/或積體電路。揚聲器104由形成耳掛式耳機之部分的耳塞110包圍。儘管耳塞110在圖1及圖3中示出為透明的以較佳地示出揚聲器104之形狀，但耳塞110可為不透明或半透明的。
如圖1及圖4中較清晰地示出，提供穿過裝置100之外殼102的壁112的三個插口114，其延伸至裝置100之外殼102的空間106中。插口114充當多用途連接件，從而分別允許，(i)經由電纜與資料處理設備連接，從而允許規劃空間106中之微控制器及/或積體電路以用於調節裝置100之參數及操作模式，(ii)經由連接線與行動裝置(例如，智慧型電話)連接以用於自其接收音訊信號(例如，音樂)，及(iii)與充電電纜連接以用於充電空間106中之一或多個可充電電池。
為使裝置100適於每一特定使用者，設計定製耳模以供使用者在無專業輔助情況下進行家庭裝配。耳塞110包括(a)褶狀耳塞及(b)兩個部分之「快速」固化聚矽氧。在使用之前將兩個部分之聚矽氧很好地混合，且接著在3分鐘內在使用者之耳朵中進行模製。堵塞耳塞110之中心管道(桿)以防止聚矽氧擋住聲音。接著在褶狀耳塞110之外壁處注射預混聚矽氧。當在耳朵內部模製且固化經填充耳塞110時，將在約5分鐘內形成耳道之形狀。圖5A示出模製之前的耳塞110，且圖5B示出模製之後的耳塞110。圖6示出在模製之前的如附接至裝置100之耳塞110，且圖7示出在模製之後的如附接至裝置100之耳塞110。
圖9示出聽力保護裝置100之電路的示意圖。裝置100包括彼此並聯地配置之數個音訊信號處理器P1 ……Pn-1 、Pn 。每一此音訊信號處理器P1 ……Pn-1 、Pn 因此充當聲道。每一音訊信號處理器(因此每一聲道)包括傳遞特定頻率範圍內之音訊信號的各別音訊信號頻率濾波器F1 ……Fn-1 、Fn ，及與各別音訊信號頻率濾波器F1 ……Fn-1 、Fn 串聯配置之各別音訊信號壓縮器C1 ……Cn-1 、Cn 。當特定頻率範圍內之音訊信號的音量高於某一預定臨限音量時，音訊信號壓縮器C1 ……Cn-1 、Cn 壓縮各別頻率範圍內之音訊信號。可將預定臨限音量調節至介於40 dB至70 dB之間的聲音壓力輸入，且各聲道可預設有相同預定臨限音量或不同預定臨限音量。藉助於此配置，裝置100將傳入音訊信號分成數個頻率範圍，且每一音訊信號處理器P1 ……Pn-1 、Pn 適於處理特定頻率範圍內之音訊信號。
在一實施例中，傳入音訊信號被分成以下八個頻率範圍(頻帶)： 範圍1： > 250 Hz 範圍2： 250 Hz - 750 Hz 範圍3： 750Hz - 1,250 Hz 範圍4： 1,250 Hz - 1,750 Hz 範圍5： 1,750 Hz - 2,750 Hz 範圍6： 2,750 Hz - 3,750 Hz 範圍7： 3,750 Hz - 5,500 Hz 範圍8： > 5,500 Hz 出於此目的，裝置100具有彼此並聯配置之八個音訊信號處理器P1 ……P7 、P8 。每一音訊信號處理器P1 ……P7 、P8 包括串聯配置之各別音訊信號頻率濾波器F1 ……F7 、F8 及各別音訊信號壓縮器C1 ……C7 、C8 。因而，音訊信號頻率濾波器F1 為低通濾波器，音訊信號頻率濾波器F2 至F7 為帶通濾波器，且音訊信號頻率濾波器F8 為高通濾波器。
重新組合因此由裝置100之音訊信號頻率濾波器F1 ……F7 、F8 及音訊信號壓縮器C1 ……C7 、C8 處理的音訊信號，以供後續由裝置100之揚聲器104輸出。
圖10為示出根據聽力保護裝置100之稱為「加保護模式」的第一操作模式壓縮傳入音訊信號之例示性方案的圖。在此操作模式中，當穿過信號頻率濾波器F1 ……F7 、F8 中之一者，比如音訊信號頻率濾波器F1 的音訊信號之音量超過80 dB時，對應音訊信號壓縮器C1 ……C7 、C8 ，比如音訊信號壓縮器C1 根據圖10中示出之方案壓縮由音訊信號頻率濾波器F1 傳遞之音訊信號。特定言之，可看到，在此加保護模式中，且將在由音訊信號處理器P1 (用濾波器F1 及音訊信號壓縮器C1 )處理的頻率範圍內之音訊信號作為實例： (a)    當穿過信號頻率濾波器F1 之音訊信號的音量高於80 dB時，由音訊信號壓縮器C1 進行壓縮， (b)    當音量介於90 dB至120 dB之間時，將穿過信號頻率濾波器F1 之音訊信號的音量自開耳音量壓縮15 dB， (c)    當音量介於120 dB至140 dB之間時，將穿過信號頻率濾波器F1 之音訊信號的音量壓縮至約105 dB，及 (d)    當音量高於140 dB時，將音訊信號之音量自開耳音量壓縮35 dB。 「加保護模式」試圖提供通常適用於極嘈雜環境之高度聽力保護。
圖11為示出根據聽力保護裝置100之稱為「柔聲保護模式」的第二操作模式壓縮傳入音訊信號之例示性方案的圖。在此操作模式中，當穿過信號頻率濾波器F1 ……F7 、F8 中之一者,比如音訊信號頻率濾波器F1 的音訊信號之音量超過80 dB時，對應音訊信號壓縮器C1 ……C7 、C8 ,比如音訊信號壓縮器C1 根據圖11中示出之方案壓縮由音訊信號頻率濾波器F1 傳遞之音訊信號；且當穿過信號頻率濾波器F1 ……F7 、F8 中之一者,比如音訊信號頻率濾波器F1 的音訊信號之音量低於80 dB時，對應音訊信號壓縮器C1 ……C7 、C8 ,比如音訊信號壓縮器C1 添加增益至音訊信號。特定言之，可看到，在此柔聲保護模式中，且將在由音訊信號處理器P1 (用濾波器F1 及音訊信號壓縮器C1 )處理的頻率範圍內之音訊信號作為實例： (a)    當穿過信號頻率濾波器F1 之音訊信號的音量低於70 dB時，由壓縮器C1 添加6 dB之增益， (b)    當穿過信號頻率濾波器F1 之音訊信號的音量介於70 dB與90 dB之間時，將輸出音量大致維持為80 dB， (c)    當穿過信號頻率濾波器F1 之音訊信號的音量介於90 dB與120 dB之間時，將音量自開耳音量壓縮9 dB， (d)    當穿過信號頻率濾波器F1 之音訊信號的音量介於120 dB與140 dB之間時，將音量壓縮為110 dB，及 (e)    當穿過信號頻率濾波器F1 之音訊信號的音量高於140 dB時，將音量自開耳音量壓縮35 dB。 「柔聲保護模式」使得使用者能夠注意到周圍環境，如別針掉落及鳥兒鳴叫。此特徵有用於諸如獵人之使用者，其需要保護耳朵免受槍支射擊雜訊之影響，但失去聲音感知可能係危險的。當輸入雜訊之音量增大時，將逐漸進行耳朵保護。當輸入聲音之音量達到相對高位準,例如120 dB時，裝置100將即刻將音量壓縮至安全位準。
上文僅說明可壓縮每一所分頻率範圍之音訊信號的可能壓縮比之實例。可如下調節每一所分頻率範圍之壓縮比：1:1、1.05:1、1.11:1、1.18:1、1.25:1、1.33:1、1.43:1、1.54:1、1.67:1、1.82:1、2:1、2.22:1、2.5:1、2.86:1、3.33:1、4:1。
每一聲道之瞬態響應將根據每數百微秒計算出的每一聲道中之平均功率而進行反應。裝置100在正常模式與快速模式之間自動地切換以便用適當壓縮要求進行反應。
在正常模式中，藉由壓縮聲音信號之峰值來降低整體音量。當聲音之音量高於某一臨限音量時進行壓縮，此時將僅壓縮超越量。藉由將信號之峰值下推並降低音量波動來保護使用者之耳朵。此正常模式之典型使用包括忙碌的街道、餐館及遊樂場。雖然整體聲音位準被降低，但原始聲音品質及完整性得到維持。
在快速模式中，當聲音超越音量臨限值時，壓縮器並不即刻對超越信號施加全壓縮。實際上，壓縮比在稱為「侵襲時間」之時間週期內自1:1增大至最大值。類似地，當聲音之音量回降為低於臨限值時，壓縮器並不即刻停止壓縮聲音信號。實際上，壓縮比同樣在稱為「釋放時間」之時間週期內自該壓縮比逐漸降低直至其達到1:1為止。當位準超越臨限音量時，以極其短之侵襲時間施加壓縮將致使幾乎即刻用最大比率壓縮信號。快速模式將保護耳朵免受極其響亮且突然之聲音，諸如鼓、低音吉他、槍支射擊、錘子、搖滾音樂會之聲音。裝置100可經規劃用於不同市場及使用者之特定應用。對於低音吉他，壓縮式「快速模式」將在擊打下一結點之前施加短侵襲時間(例如，~10-20 ms)但長釋放時間，從而因此創建良好的持續情緒。
轉向圖12，其示出根據本發明之聽力保護裝置的例示性充電電路的電路圖。在聽力保護裝置100中，不存在電源開關(或所謂的「接通/斷開式開關」)，以便簡化使用者操作，並減少電氣及/或電子組件所需之空間。更重要的，不存在適用於聽力保護裝置100之市售可得接通/斷開式開關。
在具有三個插口114之聽力保護裝置100中，聽力保護裝置100在再充電期間係斷開的，且裝置100在正常使用及規劃期間係接通的。在正常使用期間，電路之金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)閘極Q1將拉高以提供接地路徑，從而使得聽力保護裝置100中之電池將供應電流(例如，電力)至聽力保護裝置100。在再充電期間，MOSFET閘極Q1將拉低以移除至聽力保護裝置100之接地路徑。聽力保護裝置100因此斷電。在規劃期間，聽力保護裝置100保持接通係重要的。MOSFET閘極電容器C1足夠大以濾波規劃信號脈衝且因此維持正閘極電壓，從而因此確保聽力保護裝置100保持接通。
應理解，上文僅說明可藉此進行本發明之實例，且可在不脫離本發明之精神的情況下進行各種修改及/或更改。
亦應理解，為清楚起見描述於單獨實施例之上下文中的本發明之某些特徵可組合提供於單個實施例中。相反，為簡潔起見描述於單個實施例之上下文中的本發明之各種特徵亦可單獨地提供或以任何適當子組合提供。
10:先前技術聽力保護裝置 12:聲學回饋單元 14:麥克風 16:延遲模組 18:濾波器 20:輸出壓縮限制單元 22/104:揚聲器 24:自適應濾波器 100:聽力保護裝置 102:外殼 106:內部空間 108:蓋 110:耳塞 112:壁 114:插口 C1:MOSFET閘極電容器 C1……Cn-1、Cn:音訊信號壓縮器 F1……Fn-1、Fn:音訊信號頻率濾波器 P1……Pn-1、Pn:音訊信號處理器 Q1:金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)閘極
現將參考附圖僅作為實例描述根據本發明之實施例的聽力保護裝置及聽力保護方法，其中： 圖1為根據本發明之實施例的聽力保護裝置之透視圖； 圖2為圖1中示出之聽力保護裝置的部分分解透視圖； 圖3為圖1中示出之聽力保護裝置的另一透視圖； 圖4為移除蓋的圖1中示出之聽力保護裝置的透視圖； 圖5A示出在模製之前的可附接至圖1中示出之聽力保護裝置的耳塞； 圖5B示出在模製之後的圖5A中示出之耳塞； 圖6示出在模製之前的附接至圖1中示出之聽力保護裝置的圖5A之耳塞； 圖7示出在模製之後的附接至圖1中示出之聽力保護裝置的圖5A之耳塞； 圖8示出先前技術聽力保護裝置之電路的示意圖； 圖9示出根據本發明之實施例的聽力保護裝置之電路的示意圖； 圖10示出說明根據根據本發明之實施例的聽力保護裝置之第一操作模式壓縮傳入音訊信號之例示性方案的圖； 圖11示出說明根據根據本發明之實施例的聽力保護裝置之第二操作模式壓縮傳入音訊信號之例示性方案的圖；及 圖12為根據本發明之聽力保護裝置的例示性充電電路之電路圖。
100:聽力保護裝置
C1……Cn-1、Cn:音訊信號壓縮器
F1……Fn-1、Fn:音訊信號頻率濾波器
P1……Pn-1、Pn:音訊信號處理器

Claims (22)

  1. 一種聽力保護裝置，其包括： 至少一第一音訊信號處理器及一第二音訊信號處理器，其彼此並聯配置， 其中該第一音訊信號處理器適於傳遞一第一頻率範圍內之音訊信號，並在該第一頻率範圍內之該等音訊信號的音量高於一第一臨限音量時，壓縮該第一頻率範圍內之該等音訊信號，且 其中該第二音訊信號處理器適於傳遞一第二頻率範圍內之音訊信號，並在該第二頻率範圍內之該等音訊信號的音量高於一第二臨限音量時，壓縮該第二頻率範圍內之該等音訊信號。
  2. 如請求項1之裝置，其中該第一臨限音量及該第二臨限音量不同。
  3. 如請求項1或2之裝置， 其中該第一音訊信號處理器適於在該第一頻率範圍內之該等音訊信號的該音量高於該第一臨限音量時，以一第一比率壓縮該第一頻率範圍內之該等音訊信號，且 其中該第二音訊信號處理器適於在該第二頻率範圍內之該等音訊信號的該音量高於該第二臨限音量時，以不同於該第一比率之一第二比率壓縮該第二頻率範圍內之該等音訊信號。
  4. 如請求項1至3中任一項之裝置，其中該第一音訊信號處理器適於在該第一頻率範圍內之該等音訊信號的音量位準低於不同於該第一臨限音量之一第三臨限音量時，以一第三比率放大該第一頻率範圍內之該等音訊信號。
  5. 如請求項1至3中任一項之裝置，其中該第一音訊信號處理器適於在該第一頻率範圍內之該等音訊信號的音量位準低於該第一臨限音量時，以一第三比率放大該第一頻率範圍內之該等音訊信號。
  6. 如前述請求項1至5中任一項之裝置，其包括彼此並聯配置地連接之八個該等音訊信號處理器。
  7. 如前述請求項1至6中任一項之裝置，其進一步包括用於再組合由該至少第一音訊信號處理器及該第二音訊信號處理器所處理之音訊信號的構件。
  8. 如前述請求項1至7中任一項之裝置，其中至少該第一音訊信號處理器之一侵襲階段的一持續時間係可調節的。
  9. 如前述請求項1至8中任一項之裝置，其中至少該第一音訊信號處理器之一釋放階段的一持續時間係可調節的。
  10. 如前述請求項1至9中任一項之裝置，其進一步包括用於與一行動裝置可拆卸地連接之一第一插口。
  11. 如前述請求項1至10中任一項之裝置，其進一步包括與一內部電池連接之一第二插口。
  12. 如前述請求項1至11中任一項之裝置，其進一步包括與一中央處理單元連接之一第三插口。
  13. 如前述請求項1至12中任一項之裝置，其進一步包括適於確保該裝置在充電期間保持接通的一充電電路。
  14. 如請求項13之裝置，其中該充電電路包括與一電容器連接之一金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)閘極。
  15. 一種聽力保護方法，其包括以下步驟： (a)將傳入音訊信號至少分成一第一頻率範圍內之音訊信號及一第二頻率範圍內之音訊信號， (b)當該第一頻率範圍內之該等音訊信號的音量高於一第一臨限音量時，壓縮該第一頻率範圍內之該等音訊信號，以及 (c)當該第二頻率範圍內之該等音訊信號的音量高於一第二臨限音量時，壓縮該第二頻率範圍內之該等音訊信號。
  16. 如請求項15之方法， 其中當該第一頻率範圍內之該等音訊信號的該音量高於該第一臨限音量時，在該步驟(b)中以一第一比率壓縮該第一頻率範圍內之該等音訊信號， 其中當該第二頻率範圍內之該等音訊信號的該音量高於該第二臨限音量時，在該步驟(c)中以不同於該第一比率之一第二比率壓縮該第二頻率範圍內之該等音訊信號，且 其中該第一比率不同於該第二比率。
  17. 如請求項15或16之方法，其進一步包括一步驟(d)：當該第一頻率範圍內之該等音訊信號的該音量低於不同於該第一臨限音量之一第三臨限音量時，以一第三比率放大該第一頻率範圍內之該等音訊信號。
  18. 如請求項15或16之方法，其進一步包括一步驟(e)：當該第一頻率範圍內之該等音訊信號的該音量低於該第一臨限音量時，以一第三比率放大該第一頻率範圍內之該等音訊信號。
  19. 如請求項15至18中任一項之方法，其中在該步驟(a)中，傳入音訊信號被分成八個頻率範圍內之音訊信號。
  20. 如請求項15至19中任一項之方法，其進一步包括在該步驟(d)之後，再組合該等音訊信號之一步驟(f)。
  21. 如請求項15至20中任一項之方法，其進一步包括調節至少該步驟(b)之一侵襲時間的一步驟(g)。
  22. 如請求項15至21中任一項之方法，其進一步包括調節至少該步驟(b)之一釋放階段的一步驟(h)。
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