听力保护耳的制造方法
【专利摘要】本发明涉及听力保护耳机，其包括根据使用者的外耳(52)和耳道(54)的个人形状成形的壳体(14)，并且具有被插入到使用者的外耳中以符合使用者的外耳的开放的中空侧部(68)和被插入到使用者的耳道的至少外部中的中间部(70)，其中，壳体的中间部轴向邻接壳体的侧部，其中，壳体的侧部形成耳机的开放部分(60)，并且壳体的中间部形成耳机(10、12、110)的封闭部分(62、162)的一部分，其中，耳机被设计成提供在可听频率范围上平均至少10dB的机械声衰减，并且，其中壳体的侧部具有不大于3mm的壁厚，并且被成形为用于覆盖外耳区域的至少一半。
【专利说明】听力保护耳机
【技术领域】
[0001]本发明涉及包括定制化壳体的听力保护耳机。
【背景技术】
[0002]定制化耳机是包括硬壳体的耳机，该硬壳体具有根据使用者的外耳朵和耳道的测量的内部形状单独形成的外部表面。例如通过对使用者的耳朵进行直接地激光扫描，或者通过形成印模然后激光扫描所述印模，来完成这种形状测量。通过附加步骤，例如通过粉末材料的逐层激光烧结，可以生产定制化硬壳体。例如在W002/071794A1、US2003/0133583A1或者US6，533，062B1中说明了这种类型的定制化耳机。
[0003]通常，听力保护装置可以是无源的或者有源的，即动态的。无源的听力保护耳机典型地包括无源声过滤器，其允许声衰减的一些频率调节。动态听力保护耳机包括用于从环境声中捕获音频信号的话筒和用于向耳道中发出声音的扩音器；此外，设置了音频信号处理单元，用于处理由话筒捕获的音频信号并且用于向扩音器供应已经处理的音频信号，其可作为耳机的一部分，或者作为单独的身体佩戴的单元。采用有源听力保护装置，实现了声音的根据等级的衰减，由此能够实现保护免受高噪音等级，同时在低噪音等级时，能察觉到有用声音的感知，不需要移除听力保护装置。例如，在EP1674061A1、W02007/082579A2、W02009/050306A2和W02010/133701A2中发现了有源听力保护耳机的例子。
[0004]听力保护装置遇到的一个问题是使用者在佩戴该听力保护装置时大大地恶化了声源定位的能力。这特别适用于高程上的定位和前-后鉴别上。但是，特别是对于军事或者公安应用或者在某些产业工作应用上，声源的精确定位对于听力保护装置的使用者具有很大的重要性。在紧急状态下，这可能导致使用者决定不佩戴听力保护装置的问题。
[0005]US4, 677，678涉及到一种听力保护耳罩，其包括外部话筒、包括自动增益控制(AGC)电路的音频信号处理单元和扩音器。因为这种配置在声学上使得耳廓迂回，所以部分地失去或者很大地修改了定位信息。
[0006]W02011/033136A2涉及一种动态听力保护装置，其完全地戴在耳道内，由此定位信息可以被保留到很高的程度。
[0007]EP1322268B1涉及到一种动态听力保护耳塞，其包括用于获取环境声音的外部话筒和朝向耳道定位用于获取使用者的声音的内部话筒两者。该耳塞被设置成用于填充外耳的部分，并且可以与音频通信装置组合，用于能够与其他人进行无线通信。
[0008]从Phonak Communicat1ns AG, Murten,瑞士的产品名称“Serenity”可购买到使得定制化壳体填充外耳的全外耳类型的动态听力保护耳机。
[0009]US5, 742，689，US6, 002，775，W020 10/092307A1, W02007/123788A2 和W02010/048157A1说明了声源的位置已知的各种方法，其通过使用头部关联传递函数(HRTF)将多种音频来源结合进供应到戴头式耳机/耳机的两个立体声通道中。
[0010]US2011/0130786A1涉及一种用于治疗头痛的装置，其被设计为耳内装置，包括设置有向环境开放的带有圆齿凹痕的硬壳体。
【发明内容】
[0011]本发明的目的是提供一种听力保护耳机，其允许尤其关于高程和前-后辨音的好的声音定位。
[0012]根据本发明，该目的通过根据权利要求1限定的听力保护耳机来实现。
[0013]本发明的益处在于:通过提供这样的耳机:其具有覆盖外耳区域的至少一半、优选基本为整个外耳区域的中空侧部，并且具有不大于3_，优选不大于2_的壳体的壁厚，壳体的中间部形成耳机的封闭部分的一部分，获得了耳机在使用者的耳朵中的好的保持力，同时，由于相对高的保留了耳廓的原来形状，所以仅有相对少量的定位信息损失，所以能够实现好的声源定位。特别是，由于通过覆盖外耳区域的壳体的部分的小的壁厚保证了耳廓的原来形状的相对小的干扰，所以对于声音定位，特别是对于在高程上的定位以及对于前-后辨音特别重要的各HRTF基本上被保留(作为对比，当戴着具有完全填充外耳的壳体的完整外耳型的耳机时，各HRTF可能被大量损失)。
[0014]本发明的优选的实施例被限定在从属权利要求中。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]下文中，通过参考附图来说明本发明的例子，其中:
[0016]图1是人的外耳朵的示意截面图；
[0017]图2是根据本发明的听力保护耳机的第一实施例当被插入到耳中时的示意横截面图；
[0018]图3是根据本发明的耳机的一个例子的立体图；
[0019]图4是类似于图2的视图，其中示出了根据本发明的耳机的另一实施例；和
[0020]图5是使用了两个在图2和图3中示出的类型的耳机的动态听力保护系统的一个例子的示意图。
【具体实施方式】
[0021]在图1中，示出了外耳朵的示意图像，其包括耳廓50、外耳52、耳道54和耳膜56。
[0022]在图2中，示出了根据本发明的听力保护耳机10在被插入到外耳朵中的第一示例。该耳机10包括开放的侧部60和封闭的中间部62( “侧”意味着远离耳膜56，并且“中间”意味着朝向耳膜56)，并且包括壳体14和电子组件16。壳体14包括被插入到外耳52中的开放的中空侧部68和与所述侧部68轴向相邻并且用于被插入到耳道54的至少外部中的中间部70。所述侧壳体部分68成形为用于覆盖外耳区域的至少一半(并且优选为全部)，以与外耳52符合,并且具有不大于3mm,优选不大于2mm的壁厚。
[0023]中间壳体部分70包括轴向延伸进入或者穿过中间壳体部分70的插孔或者通道，电子组件16以这样的方式被插入:中间壳体部分70和被插入的电子组件16—起形成耳机10的封闭部分62，用于提供在可听频率范围内平均为至少1dB的耳机的机械声衰减。电子组件16可以可替换或者固定的方式被插入到中间壳体部分中。侧壳体部分68主要用于保持耳机10在使用者的耳朵中的合适位置，由此耳机10能够关于环境噪声提供可靠的听力保护功能，但是此外也有助于耳机的机械声衰减。通常，耳机10对中间频率会提供约25dB的(无源)声衰减(对于较高的频率衰减通常较高，例如，从低频率时的约20dB增加到对于高频率的约30dB)。优选地，侧壳体部分68形成连续的无孔壁，即，它不具有延伸进入或者穿过壁的实质上的开孔或者孔，因此在两侧上具有本质上光滑的表面。采用这种连续的无孔壁的原因是实现了使得侧面壳体部分68更高地贡献于由耳机提供的总的机械衰减。
[0024]壳体14是定制化的壳体，即，硬的或者软的但是牢固的壳体，具有根据使用者的外耳朵和耳道的内部形状单独成形的外表面，使用者的外耳朵和耳道例如可通过直接激光扫描或者通过形成印模然后进行激光扫描来测量。定制化壳体可以通过附加的步骤，例如，粉末材料的逐层激光烧结来生产。例如在US2003/0133583A1中说明了定制化的壳体。优选地，壳体14由尼龙制成。
[0025]在图3中，示出了图2中示出的类型的耳机10的一个例子的立体图。
[0026]在图5中，示出了动态听力保护系统的一个例子，其也可包括无线通信性能，并且利用了图2和3中示出的类型的耳机10的两个耳机10、12。每个耳机10、12设置有电子组件16，用于调节由每个耳机10、12提供的声衰减的频率从属性和声衰减的程度。在图5的例子中，电子组件16被插入到在壳体14的中间部70上形成的对应的插孔中，并且通过对应的锁定装置(未示出)以可释放方式被锁定在那里，由此，例如如果被损害或者为了清洁的目的，壳体14可容易地被更换。
[0027]中间壳体部分70设置有声音通道18，通过该声音通道，电子组件16可声学地被连接到耳道54上。
[0028]电子组件16包括用于从环境声音获取音频信号的向外定向的话筒20和用于通过声音通道18将声波输送到使用者的耳道54中的向内定向的扩音器22。
[0029]该系统也包括外部单元24，其例如通过围绕使用者的脖子的线圈26被戴在使用者的身体上在使用者的脖子下，并且其包括用于处理由话筒20获取的音频信号的音频信号处理单元28，用于向扩音器22供应对使用者的听力进行再生了的音频信号。至此，电子组件16通过缆线连接件30被连接到外部单元24上。另外，连接可以是无线的，例如可以通过感应联接(未示出)进行。外部单元24可以设置有用户界面32，其包括例如按钮或者轮，用于使得使用者能够手动控制音频信号处理单元28的功能。该缆线连接件30用于电连接各话筒20和音频信号处理单元28的输入以及各扩音器22和音频信号处理单元28的输出。
[0030]音频信号处理单元28典型地被设计成用于使得应用到音频信号上的增益减少到给定的阈值信号输入电平以上，以采用电平压缩(level compress1n)和/或电平限制来提供动态声衰减。例如，由音频信号处理单元28应用的增益可以在这样的阈值信号输入电平之下恒定，并且当信号输入电平高于阈值信号输入电平时随着信号输入电平的增加而单调地减少。例如，这种增益模式可以被选择，以使得在阈值信号输入电平以上，在耳道54中的输出声压级是恒定的，不考虑信号输入电平。在W02007/082579A2中说明了这种增益模式的一个例子。
[0031]优选地，耳机10的封闭部分62具有4至12mm的轴向长度。
[0032] 耳机10的封闭部分62用于提供所需的声衰减功能，而耳机的开放部分60，虽然提供一些声衰减，但是主要用于提供耳机10在外耳52中的好的保持力。由于开放部分60的开放特性由不大于3mm的小的壁厚实现，所以避免了定位信息的大量损失，因为基本上保留了耳廓56的原始形状。
[0033]话筒20可以位于封闭的耳机部分62的外端，在耳道54的入口处，但是也可能位于耳道的更深处。由此，使用者的个人的HRTF可以基本被保留在被获取和再生的声音中。
[0034]因为声源的高程信息和前/后信息的波长与耳廓50的物理尺寸相关，所以该系统，即，话筒20、音频信号处理单元28和扩音器22应该具有至少为14kHz的带宽。
[0035]除了到目前为止所讨论的部件以外，听力保护系统能具有通信功能，其中，会设置至少一个附加话筒，用于获取使用者的声音。这样的附加话筒可以是附接到一个耳塞(在图5中以虚线在44处指示)上的悬挂式话筒(boom microphone),或者每个耳塞可设置有面向耳道的附加话筒，以通过使用盲源分离算法获得使用者的声音(参见，例如W02007/073818A1)。包括悬挂式话筒的系统的例子在W02007/082579A2中进行了说明。在这两个例子中，音频信号处理单元可连接到通信装置上，例如为FM收发器(在图5中以46指示)，以向另一个人发送与使用者的获取声音对应的音频信号，或者，通过扩音器22从外部源，例如另一个人，接收存在的音频信号。
[0036]根据另一实施例，用户界面32可被实现为远程控制(在图5中以48指示)，而不是被设置作为中央单元24的一部分。
[0037]根据另一实施例，耳机可被设置作为无源听力保护装置，其中，耳机包括无源声过滤器，而不是有源电子组件16。这种无源的耳机110的一个例子在图4中示意性地示出，其中，中间壳体部分70被设计成用于接收轴向延伸进入或者穿过中间壳体部分70的无源的声过滤器80。优选地，该声过滤器80可更换地被插入到延伸进入中间壳体部分70的插孔中或者被插入到轴向延伸穿过中间壳体部分70的通道中。当被设计作为无源的听力保护装置时，耳机10的封闭部分162可具有比动态听力保护装置的例子中更短的轴向长度，例如短到Imm或者更小。该无源的声过滤器80可以是非线性脉冲噪声过滤器，即，与较低等级的连续声音相比，设置用于在较高等级的声音脉冲下增加声衰减的过滤器。这样的过滤器可以用作用于军事或者搜索用途的镜头过滤器(shot filter) 0
[0038]无源的声过滤器可以是多孔元件、阻抗网、隔膜或者这些元件的组合。
【权利要求】
1.一种听力保护耳机，包括根据使用者的外耳(52)和耳道(54)的个人形状成形的壳体(14)，并且具有被插入到使用者的外耳中以符合使用者的外耳的开放的中空侧部(68)和被插入到使用者的耳道的至少外部中的中间部(70)，其中，所述壳体的所述中间部轴向邻接所述壳体的所述侧部，其中，所述壳体的所述侧部形成耳机的开放部分(60)，并且所述壳体的所述中间部形成耳机(10、12、110)的封闭部分(62、162)的一部分，其中，所述耳机被设计成提供在可听频率范围上平均至少1dB的机械声衰减，并且，其中所述壳体的所述侧部具有不大于3mm的壁厚，并且被成形为用于覆盖所述外耳区域的至少一半。
2.根据权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述耳机(110)的所述封闭部分(162)包括轴向延伸进入或者穿过所述壳体(14)的所述中间部(70)的无源声过滤器(80)。
3.根据权利要求2所述的耳机，其特征在于，所述无源声过滤器(80)是非线性脉冲噪声过滤器，其提供与较低等级的连续声音相比更高等级的声音脉冲的增加的声衰减。
4.根据权利要求2和3中的一个所述的耳机，其特征在于，所述无源声过滤器(80)可更换地插入到轴向延伸进入或者穿过所述壳体(14)的所述中间部(162)的通道中。
5.根据权利要求2至4中的一个所述的耳机，其特征在于，所述无源声过滤器(80)是多孔元件、阻抗网、隔膜或者其组合。
6.根据权利要求1所述的耳机，其特征在于，所述耳机(10、12)的所述封闭部分(62)包括用于从环境声音获取音频信号的话筒(20)和用于向耳道(54)内发送声音的扩音器(22)。
7.根据权利要求6所述的耳机，其特征在于，所述耳机(10、12)的所述封闭部分(62)包括用于电连接所述话筒 (20)和所述音频信号处理单元(28)的输入的装置(30)和用于电连接所述扩音器(22)和所述音频信号处理单元的输出的装置(30)。
8.根据权利要求7所述的耳机，其特征在于，所述音频信号处理单元(28)形成要戴在使用者的身体上使用者的脖子之下的外部单元(24)的一部分。
9.根据权利要求7和8中的一个所述的耳机，其特征在于，所述话筒(20)、所述扩音器(22)和所述音频信号处理单元(28)被设计成提供至少14kHz的音频带宽。
10.根据权利要求7至9中的一个所述的耳机，其特征在于，所述音频信号处理单元(28)被设计成用于使得应用到高于给定的阈值信号输入电平的输入音频信号上的增益减少，以采用电平压缩和/或电平限制提供动态声衰减。
11.根据权利要求10所述的耳机，其特征在于，由所述音频信号处理单元(28)应用的增益在所述阈值信号输入电平之下是恒定的，并且在所述阈值信号输入电平之上随着信号输入电平的增加而单调地减少。
12.根据权利要求6至11中的一个所述的耳机，其特征在于，所述话筒(20)和所述扩音器(22)形成组件(16)的一部分，所述组件(16)的一部分被设计成用于可更换地被插入到轴向延伸进入或者穿过所述壳体(14)的所述中间部(70)的开口中。
13.根据权利要求6至12中的一个所述的耳机，其特征在于，所述耳机(10、12、110)的所述封闭部分(62、162)具有I至12mm的轴向长度。
14.根据前述权利要求中的一个所述的耳机，其特征在于，所述壳体(14)由尼龙制成。
15.根据前述权利要求中的一个所述的耳机，其特征在于，所述壳体(14)的所述侧部(68)成形为用于覆盖整个外耳区域。
16.根据前述权利要求中的一个所述的耳机，其特征在于，所述壳体(14)的所述侧部(68)的壁是无孔的。
17.一种听力保护系统，包括两个如权利要求7所述的听力保护耳机(10、12)和外部单元(24)ο
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，还包括用于连接所述音频信号处理单元(28)和无线通信装置(46)的装置。
19.一种用于制造根据权利要求1至16中的一个所述的听力保护耳机(10、12、110)的方法，包括:测量使用者的耳朵(50、52、54)的形状；并且根据测量的使用者的耳朵的形状通过逐层构建加工形成壳体(14)。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述逐层构建加工是选择性激光烧结(SLS)加工或者数字光处理(DLP)加工。
21.根据权利要求19和20中的一个所述的方法，其特征在于，所述壳体(14)的所述中间部(70)设置有无源声过滤器(80)。
22.根据权利要求19和20中的一个所述的方法，其特征在于，所述壳体的所述中间部(70)设置有组件(16)，组件(16)包括用于从环境声音获取音频信号的话筒(20)、用于使得声音发射进入耳道(54)中的扩音器(22)、用于电连接所述话筒和音频信号处理单元 (28)的输入的装置(30)和用于电连接所述扩音器和所述音频信号处理单元的输出的装置(30)。
23.根据权利要求19至22中的一个所述的方法，其特征在于，通过取得使用者的耳朵的印模并且例如通过激光扫描光学地确定所述印模的形状来测量所述使用者的耳朵(50、52、54)的形状。
24.根据权利要求19至21中的一个所述的方法，其特征在于，通过激光扫描使用者的耳朵来测量所述使用者的耳朵(50、52、54)的形状。
【文档编号】A61F11/08GK104080426SQ201180074988
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2011年11月23日 优先权日:2011年11月23日
【发明者】S·哈施 申请人:峰力公司