具有波束整形扬声器的音频系统和具有这样的音频系统的眼镜的制作方法

us2014/0270316a1公开了包括扬声器和声学声音引导元件的眼镜，借助于该眼镜，由扬声器产生的声音可被引导到用户的耳孔，使得用户可感知所述音频信息。此处的声音引导元件从眼镜的眼镜脚(earpiece)延伸到用户的耳孔中。该情形中的缺点在于声音引导元件在耳孔处的直接布置致使环境声音被抑制。另外，如果音频系统直接设置在耳孔处或耳孔中，则用户感到烦扰。

因此，本发明的目的是生产一种用于设置在耳朵的外部区域中的音频系统，借助于该音频系统可向用户传送音频信息，而所述信息不被存在于周围区域中的人员感知，使得相关环境声音不被抑制，并且/或者穿戴舒适度可被增加。

该目的通过一种用于设置在耳朵的外部区域中的音频系统以及通过用于输入和输出视觉和/或听觉信息且具有独立权利要求的特征的眼镜来实现。

本发明涉及一种用于设置在耳朵的外部区域中的音频系统。当音频系统如预期设置时，所述系统与耳朵间隔开，尤其与耳孔间隔开。该音频系统包括用于固定到用户头部的载体元件，并且包括具有主开口的至少一个中空空间。主开口设置在载体元件上，使得当载体元件如预期设置时所述开口被定向在朝向预期的耳朵的耳孔的方向上。相应地，主开口优选地与预期的耳朵间隔开和/或因而优选地存在于耳侧和/或在耳孔的方向上被对准。该音频系统进一步包括设置在中空空间中的至少一个扬声器。所述扬声器优选地是mems扬声器。扬声器的腔体至少部分地由该中空空间的第一中空空间区域形成。第一声波可以在与主开口间隔开的耳朵的方向上借助于扬声器来被发射通过所述主开口。

为了实现声束整形或“波束成形”——其中被发射到周围区域中的音频信号被降低到最小值和/或大体上被聚焦在用户的耳孔上——该中空空间包括设置在第一中空空间区域中的副开口，使得当载体元件如预期设置时所述开口远离耳朵朝向周围区域定向。相位上与第一声波偏移的第二声波可由此借助于扬声器被发射通过副开口。此处实现相位偏移，使得由音频系统发射进入周围区域内的声波的量可被降低。听觉信息可因此有利地由音频系统传送给用户，而所述信息不能够被在附近存在的人员感知。音频系统的非接触实现(即，与耳朵间隔开)以及相关联的高级别的穿戴舒适度还可实现非常高级别的顾客接受度。相应地，用户不需要在耳孔的紧邻区域中穿戴烦扰的元件，因为音频信号被以聚焦的方式从与耳朵间隔开的区域传送到耳孔。

如果主开口和副开口被设置在载体元件的两个不同侧和/或载体元件的彼此背离的侧面处，则将是有利的。所述两侧中的一侧在此被定向在预期的耳孔的方向上，而另一侧远离耳孔且朝向周围区域定向。为了能够通过副开口消除，声波也通过主开口被部分地发射到周围区域，如果主开口和副开口被定向在彼此旋转至少90°且不大于180°的方向上，则将是有利的。由此确保了副开口被引导得足够远离耳孔，以至于只有被发射到周围区域中的声波由此被消除。

如果副开口的开口表面区域在大小上略小于或等于主开口的开口表面区域，则将是有利的。

如果音频系统包括电连接到扬声器以用于声束整形的控制单元，则是更为有利的。所述控制单元优选地集成在载体元件中。由此可以确保扬声器被致动，使得相关音频信息被安排为专门对用户可用，并且存在于周围区域中的人员听不到任何声音。

在本发明的有利改进中，控制单元被实现为使得被该至少一个扬声器发射通过主开口的第一声波可被聚焦在耳孔的区域中。无意中被发射到周围区域的声波可由此被降低。附加地或替代地，如果控制单元被实现为使得第二声波包括大体上180°的相位偏移，则是更为有利的。通过主开口无意中被发射进入周围区域中的第一声被可由通过副开口的偏移180°的第二声波消除。存在于周围区域中的人员因此不能够感知与用户相关联的音频信息。

为了在扬声器的布置中具有更大的自由，如果扬声器包括通往主开口的声音引导通道，则将是有利的。所述通道优选地至少部分地由中空空间的第二中空空间区域形成。由扬声器产生的第一声波被相应地引导通过声音引导通道至主开口。

为了简化音频系统的制造及后续的更换，如果载体元件包括在其间实现中空空间的联结在一起的两个壳体部分，则将是有利的。壳体部分可以可释放地或永久地彼此联结。第一和/或第二中空空间区域优选地被部分地实现在壳体的第一和第二部分中。因此，壳体部分在该情形中均包括朝向内部凹入地弯曲的且在被组装时形成中空空间的凹部。

为了音频系统的更简单的组装，如果扬声器被设置和/或支撑在壳体的这两个部分之间，则将是有利的。为此，壳体的这两个部分中的至少一个部分优选地包括扬声器被可靠地保持在其中的安装凹部。在该情形中，扬声器具体而言在其两个端面中的一个端面的一侧处和/或边缘区域处接触该安装凹部。

在本发明的有利改进中，这两个中空空间区域通过设置在所述区域之间的扬声器和/或借助于密封元件彼此分隔开。由此可以避免被发射进入第一中空空间区域中的第一声波可能透入到第二中空空间区域中。以相同的方式，密封元件还防止由扬声器发射进入第二中空空间区域中的第二声波透入到第一中空空间区域中。非常高的音频质量可由此被确保。

为了确保完全密封，如果密封元件被实现为框架和/或被压在扬声器(尤其在其背离安装凹部的端面上)和这两个壳体部分中的一个壳体部分之间，则将是有利的。

对于音频系统的紧凑设计，如果扬声器是mems扬声器，则将是有利的。所述扬声器优选地是压电mems扬声器。所述扬声器包括膜和压电致动器层或致动器。mems扬声器的膜可以与致动器或致动器层间隔开并且/或者可借助于被设置在这两者之间的行程结构(strokestructure)而被耦合。

扬声器有利地包括能沿行程轴移位的膜，其中主开口和/或副开口优选地以一角度(尤其大体上以90°成角度)被对准到行程轴。音频系统的非常紧凑的设计可由此被实现。

如果音频系统包括至少一个低音扬声器和/或至少两个高音扬声器，则将是有利的。对于波束整形，如果这两个高音扬声器的主开口彼此间隔开，尤其在1cm和5cm之间，尤其优选地为2cm，则将是有利的。就这一点而言，如果控制单元被实现用于声束整形，使得这两个高音扬声器可以以取决于距离的相位偏移来被致动，则是更为有利的。被发射到周围区域的第一声波可由此被聚焦在耳孔上，并且被发射到周围区域的声波可被降低。如果高音扬声器不具有副开口，则将是有利的。

如果低音扬声器被设置在这两个高音扬声器之间，则是更为有利的。由此，音频系统可按非常节省空间的方式来被实现。此外，这两个高音扬声器之间的距离可被增加，进而对波束整形具有有利的影响。然而，替代地，如果低音扬声器被设置在扬声器阵列的边缘区域处，则也将是有利的，因为其腔体可因此在背离毗邻扬声器的一侧上被扩大。

为了能够将音频系统的扬声器最优地设置在耳轮廓之后的区域中，如果扬声器的主开口被设置在载体元件的弯曲的外表面上，则将是有利的。由此可有利地确保当载体元件如预期布置时所有主开口大体上与耳孔相等地间隔开。声束整形的质量可因此有利地被优化。

如果音频系统包括话筒，尤其是mems话筒，并且/或者控制单元被实现为使得由该话筒捕捉到的背景噪声可通过对应地致动至少一个扬声器而被抑制，则是更为有利的。

如果载体元件被集成在眼镜的眼镜脚中，则将是有利的。然而，替代地，载体元件也可被实现为眼镜的眼镜脚。在该情形中，扬声器的主开口优选地设置在底侧的区域中，而副开口设置在眼镜的眼镜脚的侧表面和/或顶侧的区域中。被设置在底侧上的主开口可因此被对准到耳孔，尤其是在底侧具有弯曲的设计的情况下，而扬声器的副开口同时远离其定向并且进入到周围区域中。

进一步提出了一种用于输入和输出视觉和/或听觉信息的眼镜，尤其是数据眼镜。该眼镜包括音频系统。该音频系统根据前面的描述来实现，其中所指出的特征可单独存在或以任何任意组合存在。因此，具有音频系统且由非常高的穿戴舒适度表征的眼镜可被生产，因为无音频系统的组件需要被设置在耳孔的紧邻区域中或者甚至需要被设置在耳孔本身中。相反，音频系统可按非接触方式(即，与耳孔完全间隔开)来被穿戴。此外，音频信息可借助于所述眼镜而被安排为专门对用户可用，而不会使存在于周围区域中的人员同样能够听到。

本发明的进一步优点在以下实施例示例中进行描述。附图中：

图1具有集成在眼镜的眼镜脚中的示意性示出的音频系统的眼镜的侧视图，

图2一种具有设置在底侧上的多个主开口和设置在顶侧上的多个副开口的眼镜的眼镜脚的透视后视图，

图3通过眼镜的眼镜脚的纵向截面，以及

图4在音频系统的扬声器的区域中通过眼镜的眼镜脚的横截面。

图1示出了具有集成的音频系统2的眼镜1。眼镜1被实现为数据眼镜，借助于该数据眼镜可以向用户显示视觉信息，尤其是ar信息(增强现实)。所述眼镜包括此处未示出的存储器单元和接口，借助于该接口，眼镜1可以与其他系统通信，尤其无线地进行通信。

眼镜1还可通过音频系统2将音频信息传达给它的用户。根据本发明的实施例示例，音频系统2被集成在眼镜1的眼镜的眼镜脚3中。然而，替代地，还可以设想，音频系统2的至少各部分被可释放地安装在眼镜1上。音频系统2包括载体元件4，其中集成了音频系统2的更多组件。此处，眼镜的眼镜脚3形成载体元件4。然而，替代地，载体元件4也可以是被可释放地安装在眼镜的眼镜脚3上的分开的组件。

音频系统2包括多个扬声器5、6、7。所述扬声器在此被实现为mems扬声器。扬声器5、6、7各自包括一个声音引导通道8、9、10，每个声音引导通道8、9、10在其背离扬声器5、6、7的端部处具有一个主开口11、12、13。扬声器5、6、7中的每一者进一步包括腔体14、15、16。腔体14、15、16各自设置在对应的扬声器5、6、7的背离主开口11、12、13的一侧上。扬声器5、6、7的腔体14、15、16各自包括一个副开口17、18、19。副开口17、18、19在载体元件4的背离相应地相关联的主开口11、12、13的一侧上被设置在载体元件4上。

如图1和2所暗含的，当载体元件4和眼镜的眼镜脚3如预期设置时，主开口11、12、13被设置在载体元件4的底侧20上。相比而言，副开口17、18、19被定位在载体元件4的相对的顶侧21上。主开口11、12、13和对应的副开口17、18、19被相应地定位成彼此背离和/或被定位在载体元件4的不同侧上。

根据图1，主开口11、12、13被设置在底侧20上和/或被对准，使得当眼镜1如预期设置时所述开口被朝向用户的耳孔22对准。主开口11、12、13进一步具有距耳孔22大体上相同的距离。为此，载体元件4的底侧20包括对应地弯曲的外表面23。该外表面23为此被凹入地弯曲，使得眼镜的眼镜脚3的高度在朝向透镜24的方向上增加。由此，扬声器阵列的至少最前面的扬声器7在朝向耳孔22的方向上被向后对准。

根据图1的音频系统2进一步包括控制单元25。根据本发明的实施例示例，控制单元25被电连接到扬声器5、6、7并且被集成在载体元件4或眼镜的眼镜脚3中。控制单元25被进一步实现为使得音频信号的波束成形可借助于该控制单元来被执行。在该情形中，由扬声器5、6、7发射的声波被聚焦在用户的耳孔22上，并且/或者被发射进入周围区域中的声波被降低。由此可以有利地确保由音频系统2发射的音频信息被安排为专门对眼镜1的佩戴者可用，并且不能够被处于紧邻区域中的其他人员感知。

如图1和3中所暗含的，根据本发明的实施例示例的音频系统2包括三个扬声器5、6、7。第一扬声器5和第二扬声器6在此被实现为高音扬声器。相比而言，第三扬声器7被实现为低音扬声器。与第一和第二扬声器5、6相比，所述扬声器7相应地包括更大的腔体16。根据图1，这两个高音扬声器5、6彼此直接毗邻。所述扬声器阵列中的低音扬声器形成最前面的扬声器7。然而，替代地，还设想了低音扬声器7被设置在两个高音扬声器5、6之间。第一和第二扬声器5、6的主开口11、12之间的距离可由此被增加。

图3示出了通过载体元件4和眼镜的眼镜脚3的纵向截面。由此显而易见的是，载体元件4包括被壁(还参见图4)彼此分隔开的多个中空空间26、27、28。中空空间26、27、28各自与扬声器5、6、7中的一者相关联。根据图3，扬声器5、6、7被设置在对应相关联的中空空间26、27、28中，使得第一中空空间区域29至少部分地形成相关联的扬声器7的腔体16。对应的扬声器7进一步使相关联的中空空间28分开，使得第二中空空间区域30被实现。所述第二中空空间区域30形成对应的扬声器7的声音引导通道10。出于清楚的原因，所述中空空间26、27、28中仅一个中空空间在图2中具有对应的附图标记。

图4示出了在第三扬声器7的区域中通过载体元件4的横截面。如先前所阐述，所述扬声器被实现为低音扬声器。如图4所暗含的，载体元件4或根据本发明的实施例示例的眼镜的眼镜脚3包括第一和第二壳体部分。这两个壳体部分31、32在眼镜的眼镜脚3的整个高度上延伸。作为结果，主开口13和副开口19各自被实现在所述两个壳体部分31、32之间。这两个壳体部分31、32优选地可释放地彼此联结，使得音频系统2的被损坏的组件可被更换。

根据本发明的实施例示例，扬声器7被完全地嵌入在第一壳体部分31中。为此，第一壳体部分31包括扬声器7的边缘区域被可靠地保持在其中的安装凹部33。扬声器7因而被设置在中空空间28的第一和第二中空空间区域29、30之间。作为结果，如先前所阐述，第一中空空间区域29形成扬声器7的腔体16，并且第二中空空间区域30形成扬声器7的声音引导通道10。

密封元件34被进一步设置在中空空间28中。由扬声器7发射进入第二中空空间区域30中的第一声波35可由此被阻止透入到第一中空空间区域29中。由扬声器7发射进入第一中空空间区域29中的第二声波36也可借助于密封元件34来被阻止透入到第二中空空间区域30中。作为结果，中空空间区域29、30借助于密封元件34在声学上彼此分离和/或封闭。

根据图4，扬声器7包括行程轴37，在该行程轴37的方向上，扬声器7的膜(此处未详细示出)可被移位。根据本发明的实施例示例，扬声器7被设置在眼镜的眼镜脚3中，使得其行程轴37在眼镜的眼镜脚3的横向方向上延伸。作为结果，主开口13和副开口19大体上以90°角被对准到扬声器7的行程轴37。

尤其从图4中显而易见的是，第一声波35可通过对应地致动扬声器7而穿过声音引导通道10或第二中空空间区域30被引导到主开口13。第一声波35通过主开口13离开载体元件4的中空空间28并到达耳孔22(参见图1)。

归因于副开口19，音频系统2也被实现为使得第二声波36可发射到周围区域。由扬声器7产生的第二声波36相应地通过腔体16或第一中空空间区域29到达副开口19，其中所述波36可离开载体元件4。在该情形中，控制单元25致动扬声器7，使得第二声波36与第一声波35相比是相位偏移的，具体而言，相位偏移了180°。所发射的第一声波35的不朝向耳孔22而是无意中进入到周围区域中的部分由此被发射进入该周围区域中的第二声波36消除，使得第一声波35大体上只在耳孔22的区域中可听到。

副开口19优选地与相关联的主开口13的大小基本相同。替代地，副开口19在大小上被实现为较小的，其中所述开口优选地比主开口13小不多于5％、10％、20％、25％或30％。

被实现为高音扬声器的扬声器5、6可根据本发明的实施例示例以完全相同的方式来被实现。然而，替代地，还可能的是被实现为高音扬声器的扬声器5、6不包括任何副开口17、18，相反仅被实现为低音扬声器的扬声器7包括副开口17、18。附加地或替代地，控制单元25可被实现用于声束整形，使得被实现为高音扬声器的这两个扬声器5、6可以以相对于彼此的相位偏移来被致动。所述相位偏移由控制单元25根据所述两个扬声器5、6之间的距离且具体而言是其两个主开口11、12之间的距离来限定。

听觉信息(第一声波35)可因此有利地借助于以上所描述的音频系统2被传送给用户，而所述信息不能够被在附近的人员感知。音频系统2的非接触实现(即，与耳朵间隔开)以及相关联的高级别的穿戴舒适度还可实现非常高级别的顾客接受度。

本发明不限于所示出和描述的实施例示例。即使在不同的实施例示例中示出和描述，也可以在权利要求的上下文中进行修改，特征的组合也是如此。

附图标记列表：

1眼镜

2音频系统

3眼镜的眼镜脚

4载体元件

5第一扬声器

6第二扬声器

7第三扬声器

8第一声音引导通道

9第二声音引导通道

10第三声音引导通道

11第一主开口

12第二主开口

13第三主开口

14第一腔体

15第二腔体

16第三腔体

17第一副开口

18第二副开口

19第三副开口

20底侧

21顶侧

22耳孔

23弯曲的外表面

24透镜

25控制单元

26第一中空空间

27第二中空空间

28第三中空空间

29第一中空空间区域

30第二中空空间区域

31壳体的第一部分

32壳体的第二部分

33安装凹部

34密封元件

35第一声波

36第二声波

37行程轴