用于声学应用的检测装置制造方法
【专利摘要】描述了用于声学应用的检测装置，包括：保护罩，所述保护罩具有小于或等于另一个折射率的折射率，所述另一个折射率与处于光的频率的皮肤关联，光发射器和检测器，所述光发射器和检测器被耦接到所述保护罩，并且被配置为测量被所述保护罩的界面反射的光能的量，和数字信号处理器，所述数字信号处理器被配置为检测被所述界面反射的光能的所述量的变化。
【专利说明】用于声学应用的检测装置
【技术领域】
[0001]本公开在此通常涉及光学、通信，并且更具体地，涉及用于声学应用的基于光的检测。
【背景技术】
[0002]位于皮肤的振动转换器已经使用了一段时间。然而，传统的解决方案难以在具有不适当的或者不充足的皮肤接触的地方进行操作。同样，在不使语音失真的情况下，传统的解决方案对于通过他的或者她的皮肤直接地测量用户的语音以允许从语音彻底去除噪音来说不是有效的。因此，在没有传统的解决方案的限制的情况下，所需的是用于声学应用的基于光的检测。
实用新型内容
[0003]提供一种装置，包括:保护罩，所述保护罩具有小于或等于另一个折射率的折射率，所述另一个折射率与处于光的频率的皮肤关联；光发射器和检测器，所述光发射器和检测器被耦接到所述保护罩，并且被配置为测量被所述保护罩的界面反射的光能的量；和数字信号处理器，所述数字信号处理器被配置为检测被所述界面反射的光能的所述量的变化。
[0004]还提供一种方法，包括:当保护罩没有与皮肤接触时，使用光发射器和检测器来测量被界面反射的能量的量；当保护罩与皮肤接触时，使用所述光发射器和检测器来测量被另一个界面反射的另一个能量的量；通过使用数字信号处理器检测所述能量的量和所述另一个能量的量之间的变化来检测皮肤接触。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]图1描绘了利用入射光波的斯内尔定律，如现有技术中已知的，该入射光波以等于入射角的角度在H1At2边界被反射，并且以角度θ κ对于Θ工的某个值被传输(折射)。
[0006]图2显示根据实施例的接触式传感器，该接触式传感器对空气开放，以便ηΒ和Iici之间的大的差意味着许多的光能被反射回到保护罩(boot)。
[0007]图3显示根据实施例的接触式传感器，该接触式传感器邻近或者紧挨着用户的皮肤，使得&和1之间的小的差增加或者消除临界角，并且提高传输能量比，以使更多能量从保护罩泄漏到用户的皮肤中，减小保护罩中的能量。
[0008]图4是根据实施例的表格，该表格显示对于临界角、R、T和有效的T (假定随机的入射角)确定的不同用户的皮肤折射指数的效果。
[0009]图5是根据实施例的表格，该表格显示对于保护罩/空气界面所关心的变量。
[0010]图6是根据实施例的双传声器自适应噪音抑制系统。
[0011]图7是根据实施例的阵列和语音源(S)配置。传声器被分开近似等于2屯的距离，并且语音源位于以角度Θ远离阵列中点的距离ds。系统是轴向对称的，所以仅仅4和Θ需要被指定。
[0012]图8是根据实施例的使用两个全向元件O1和O2的一阶压差传声器的方框图。
[0013]图9是根据实施例的用于DOMA的方框图，DOMA包括配置为形成两个虚拟传声器V1和V2的两个物理传声器。
[0014]图10是根据实施例的用于DOMA的方框图，DOMA包括配置为形成N个虚拟传声器V1到Vn的两个物理传声器，其中N是大于I的任何数。
[0015]图11是根据实施例的包含在此描述的DOMA的头戴式耳机或者头戴式装置的实例。
[0016]图12是根据实施例的使用DOMA对声学信号进行降噪的流程图。
[0017]图13是根据实施例的用于形成DOMA的流程图。
[0018]图14是根据实施例的虚拟传声器V2相对于在0.1m的距离处的IkHz语音源的线性响应的图。零位是在O度，其中语音被正常定位。
[0019]图15是根据实施例的虚拟传声器V2相对于在1.0m的距离处的IkHz噪音源的线性响应的图。没有零位并且检测所有噪声源。
[0020]图16是根据实施例的，虚拟传声器V1相对于在0.1m的距离处的IkHz语音源的线性响应的图。没有零位，并且对于语音的响应大于图19所示的响应。
[0021]图17是根据实施例的，虚拟传声器V1相对于在1.0m的距离处的IkHz噪音源的线性响应的图。没有零位，并且响应非常类似于图20中所示的V2。
[0022]图18是根据实施例的，对于100、500、1000、2000、3000以及4000Hz的频率，虚拟传声器V1相对于在0.1m的距离处的语音源的线性响应的图。
[0023]图19是显示对于实施例的阵列以及对于传统的心形传声器，对于语音的频率响应的比较的图。
[0024]图20是根据实施例的，显示V1 (顶部，虚线)和V2 (底部，实线)对比尤被假定为
0.1m的B的语音响应的图。V2中的空间的零位是相对宽的。
[0025]图21是显示根据实施例的，图10中所示的V1ZiV2语音响应对比B的比率的图。对于所有0.8〈B〈1.1，该比率超过10dB。这意味着系统的物理β不需要为了良好性能而被准确模拟。
[0026]图22是根据实施例的，假定ds = IOcm以及Θ = O, B对比实际的ds的图。
[0027]图23是根据实施例的，ds = IOcm并且假定ds = 10cm, B对比Θ的图。
[0028]图24是根据实施例的，对于B = I并且D = -7.2微秒，N(S)的振幅(顶部)和相位(底部)响应的图。结果的相位差明显比低频更多地影响高频。
[0029]图25是根据实施例的，对于B = 1.2并且D =-7.2微秒，N(S)的振幅(顶部)和相位(底部)响应的图。非整数B影响整个频率范围。
[0030]图26是根据实施例的，归因于Θ I = O度以及Θ 2 = 30度的语音源的位置中的错误，影响V2中的语音消除的振幅(顶部)和相位(底部)响应的图。对于6kHz以下的频率，该消除保持_10dB以下。
[0031]图27是根据实施例的，归因于Θ 1 = 0度以及0 2 = 45度的语音源的位置中的错误，影响V2中的语音消除的振幅(顶部)和相位(底部)响应的图。仅仅对于大约2.SkHz以下的频率，该消除是-1OdB以下，并且性能减少是预期的。[0032]图28显示根据实施例的，在非常大声的(?85dBA)音乐/语音噪声环境中，在Bruel和Kjaer头部以及身体模拟器(HATS)上使用0.83的线性β，对于2d0 = 19毫米阵列的实验结果。噪声已经被减少大约25分贝，并且语音难以被影响，没有值得注意的失真。
[0033]图29是根据实施例的声学振动传感器的横截面视图。
[0034]图30A是根据图29的实施例的声学振动传感器的分解图。
[0035]图30B是根据图29的实施例的声学振动传感器的立体图。
[0036]图31A-C是根据图29的实施例的声学振动传感器的耦合器的示意图。
[0037]图32A是根据替换的实施例的声学振动传感器的分解图。
[0038]图32B是根据图32A的实施例的声学振动传感器的侧视图。
[0039]32C是根据图32A的实施例的声学振动传感器的横截面图。
[0040]图33A-B显示根据实施例的在适合于放置声学振动传感器的人的头部上的敏感性的示范区。
[0041]图34A-B显示根据实施例的通用头戴式耳机装置，该通用头戴式耳机装置包含放置在许多位置中的任何位置的声学振动传感器。
[0042]图35是根据实施例的用于声学振动传感器的制造方法的图。
【具体实施方式】
[0043]在此描述的系统和方法是使用凝胶体保护罩对于声学应用的检测(例如，检测皮肤接触)。在此描述的实施例包含保护罩，该保护罩被构造为使得它在希望的光的频率，具有接近(例如，小于)用户皮肤的折射率的折射率。光发射器和检测器(例如，红外线LED对)被放入保护罩的一侧。在皮肤接触之前，大量的能量被该保护罩/空气界面反射，并且检测器测量那个能量。一旦皮肤接触，临界角的增加或者消除以及保护罩/皮肤界面的更接近的反射率匹配使得由检测器检测的光能的量明显地下降。数字信号处理方法被用于检测保护罩之内的光能的变化。
[0044]在下面的描述中，介绍了很多具体细节，以便提供对于实施例的描述的彻底的了解，以及能够实现对于实施例的描述。然而，相关的领域中的一个技术人员可能承认，在没有一个以上的具体细节，或者利用其它部件、系统等等的情况下，可以实践这些实施例。在其它情况下，已知结构或操作未显示，或者没有详细地描述，以避免揭示的实施例的不清楚的方面。
[0045]除非另有说明，除它们可以传达给本领域的技术人员的意思或者理解之外，以下术语具有相应的含义。术语“红外线(IR)被理解为处于从近似0.7到300微米的波长范围的红外光。
[0046]振动转换器在军事以及消费者市场两者中都是非常有用的通信工具。通过他的或者她的皮肤直接地测量用户的语音的能力是非常有用的，允许适当配置的系统彻底地从语音去除噪音，而不使该语音失真；这种系统可从加利福尼亚州旧金山的艾利佛卡姆得到，并且在此以及在美国专利申请号12/139，333中被详细描述，为了所有目的，该美国专利申请通过引用被结合在此。
[0047]一个这种转换器是皮肤表面传声器(SSM)，可从加利福尼亚州旧金山的艾利佛卡姆得到，并且在此以及在美国专利申请号12/243，718中被详细描述，为了所有目的，该美国专利申请通过引用被结合在此。艾利佛卡姆SSM使用改良的声学传声器以及柔性的保护罩，以将用户的皮肤连接到传声器的内部。保护罩通常由医疗级硅橡胶或者为了与人的皮肤的长期低过敏性接触而设计的类似材料构造而成，但是并不局限于此。可以使得保护罩具有与人的皮肤的折射率接近的折射率(例如，对于红外光近似1.4)，因此当与从保护罩到空气的传输相比时，通过保护罩传输的光被优先传输到用户的皮肤中。这个传输中的差异可以被检测，并且用于形成接触/非接触信号，在语音检测和类似的科技中使用该接触/非接触信号。
[0048]在此描述的实施例包含使用基于光的方法来检测皮肤接触的方法。更具体地，这里的实施例包含检测皮肤与凝胶体保护罩(在此被称为“保护罩”)的接触的方法。实施例的保护罩在希望的光的频率，具有接近(例如，小于)用户皮肤的折射率的折射率。例如，实施例的保护罩在希望的光的频率，具有比用户皮肤的折射率小的折射率，但是实施例并不局限于此。
[0049]实施例的保护罩包括容纳在保护罩的一侧中或者放入保护罩的一侧的光发射器和检测器。实施例的光发射器和检测器包含红外线发射二极管(LED)对，但是实施例并不局限于此。在皮肤接触之前，大量的能量被该保护罩/空气界面反射，并且检测器测量那个能量。一旦皮肤接触，临界角的增加或者消除以及保护罩/皮肤界面的更接近的反射率匹配使得由检测器检测的光能的量明显地下降，而且传统的数字信号处理(DSP)方法可用于检测保护罩之内的光能的变化。
[0050]考虑在界面的反射和折射的理论，如现有技术中已知的，图1显示在具有折射率Ii1的第一物质和具有折射率n2的第二物质之内的光线的相互作用。认为边界线是平面的，并且垂直于边界线的线和入射光之间的角度被称为入射角并且使用91被标记。垂直于边界线的线和出射光之间 的相应的线被称为折射角，并且使用9,被标记。斯内尔定律指出，
【权利要求】
1.一种用于声学应用的检测装置，其特征在于，包括: 保护罩，所述保护罩具有小于或等于另一个折射率的折射率，所述另一个折射率与处于光的频率的皮肤关联； 光发射器和检测器，所述光发射器和检测器被耦接到所述保护罩，并且被配置为测量被所述保护罩的界面反射的光能的量；和 数字信号处理器，所述数字信号处理器被配置为检测被所述界面反射的光能的所述量的变化。
2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，进一步包含被配置为检测语音的传声器。
3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述光发射器和检测器被安装到所述保护罩的一侧。
4.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述保护罩包括能模制的材料。
5.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述保护罩包括医疗级硅橡胶。
6.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述保护罩包括光学透明的凝胶体。
7.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述保护罩包括低过敏性表面。
8.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，对于红外光，所述保护罩的所述折射率是 1.4。
9.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述光发射器和检测器包括红外线发光二极管对。
10.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，基于所述保护罩的形状和与所述保护罩交接的所述皮肤的移动，确定被所述保护罩的所述界面反射的所述光能的所述量。
11.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述光发射器和检测器被配置为检测所述保护罩和所述皮肤之间的接触。
12.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述光发射器和检测器被配置为相对于所述保护罩的所述形状和与所述保护罩交接的所述皮肤的移动检测在所述保护罩之内被反射的所述光能的所述量。
【文档编号】G01N21/17GK203811527SQ201290000519
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年3月15日 优先权日:2011年3月15日
【发明者】格雷戈里·C·伯内特 申请人:艾利佛公司