专利名称：折声学声音转换连接耦合器和耳塞的制作方法
技术领域：
本发明主要地涉及听音装置领域。
和降低听者疲劳的新颖的个人听音装置。
更具体地，本发明涉及具有增强的可辨别能力
背景技术：
人耳对12个数量级以上的声压水平敏感。可作为可辨别能力测量的这种宽的敏感度范围容易受到人为声响和存在于诸如助听器、耳塞、入耳式监听器和耳机之类的装置中的压力集中的覆盖和限制。这不同于对整个音量水平的轻微敏感性或易感性。可辨别能力取决于耳朵对声压级中处于不同音频的相互之间的可辨别差异的固有能力。 传统的耳内音频技术用耳模、插塞或装置的其它工具将耳道堵塞至更大或更小的程度，由此产生耳道本身之外的封闭空间，其中该装置包含换能器并将它连接至耳道。耳朵天生适合用作阻抗匹配扩音器或亥姆霍兹共鸣器，而不是封闭的声振动室。用音频换能器堵塞耳道降低了耳朵的可辨别能力。音频换能器包括机电机构，其具有比内耳的敏感元件更大的质量和惯量。通过在耳道之外产生封闭的声振动共振室而将它们直接连接至鼓膜使耳朵的可辨别能力明显退化，因为这迫使耳朵模仿与敞开的耳朵的自然声场激励相反的换能器振幅偏移。 音频共振，例如在诸如房间或室外之类的环境中发生的音频共振对未封闭的人耳是可辨别的。已知的是盲人通过基于耳朵外部的环境声源的变化的声音区别有效地判断他们靠近周围的障碍物，这是用敞开的非堵塞耳朵的固有共振感知的。封闭耳道将它的固有敞开共振环境(其由听觉系统进行补偿)改变至非正常的听力环境。 甚至在高于人类听力的痛的阈值的非常高的声压水平处，鼓膜的振动偏移在不采用非常大的放大倍数的条件下是不可见的。相反，常规磁铁移动线圈和移动电枢装置的振动膜偏移较大且容易由肉眼观察到。通过在耳道内产生封闭的声振动室而将这种装置直接连接至鼓膜迫使鼓膜模仿这些相同的总偏移，并且还迫使鼓膜除了响应声压之外还响应平均压力变化。这改变了鼓膜的固有振动模式和频率响应，并因此限制了它区分声音的能力。
个人听音装置在近年来已经变得广泛传播，同时医师、听觉病矫治专家和通讯社不断地警告由于它们的使用而导致听力伤害和老年耳聋。这些警告通常不能描述引起这种听力损失的具体机械因数，而是推断听者通常选择以过大的音量水平听这些装置，或者尽管合理使用这些装置仍然带来非确定的伤害。选择以过度的音量水平进行听而带来的潜在伤害不限于使用耳内或耳上装置。更确切地说，引起关注的实际原因可归因于这种事实，即个人听音装置阻塞耳道，由此抑制了鼓膜，并降低它对音频振动的敏感度，并且将音频换能器连接至鼓膜还产生了封闭的耳道压力，这迫使鼓膜非正常地承受大的偏移。这种反常的偏移扰乱了正常的鼓膜振动模式，由此造成耳朵敏感度更低，且不能自然地感知声音。自然听力的谐波和其它重要的音频细微差异由此丧失，并由人工隔膜激励代替，而人工隔膜激励的音频分辨率不足以使盲人用他们的未受损害的自然听力通过"看见"来辨别和通过他们周围的环境以正常地确定方向。为了试图补偿天生的音频可辨别能力的这种损失，听者
6常常采取更大的音量水平，仍不能充分地听见。这在移动电话和助听器用户中是尤其值得注意的。在常规使用中，长期暴露至这些环境可能导致敏感度和声音感觉的永久性降低。
通过简单地迫使空气重复地通过耳咽管进入中耳空间，会引起鼓膜的各种过度偏移。在这些环境下的听力被严重地妨碍了。仅仅因为听者在由常规装置引起的较少的鼓膜过度偏移期间还能够听见并不意味着他在进行最适宜地听。由于上述因素，假设平均音量水平相同，则来自个人听音装置的音频疲劳的出现通常比环境噪声产生的疲劳甚至由音乐会中的或电影院中的常规扩音器产生的疲劳要快很多。 此外，人类听觉系统结合有在音量级变得潜在损害时降低声音输入的机构。当高音剌激听觉系统时，中耳肌肉反射拉紧镫骨肌和鼓膜张肌。这降低了由中耳骨骼引导至耳蜗的振动的振幅。耳蜗本身呈现出阈值漂移，其在受到持续高音的激励时降低它的神经元输出，至少部分地是由于可用化学能量的耗尽。这些机构通过正常的听觉神经传导进行工作。降低耳道中的声压会减少剌激使声音的感知退化的这些保护机构的可能性。
骨骼传导提供了至听力系统的另一声音路径，从而使头骨振动的声音在没有鼓膜的作用下能够剌激耳蜗。可以看出，增加耳道中的平均或静态压力可以调整骨骼传导的效果，并由此改变所感知的声音。常规封闭耳道装置调整耳道中的静态压力，并可以对这种效果起作用。 虽然声音质量差，音频疲劳和耳道疼痛通常与常规耳内装置相关，已经按照惯例根据其相对于根据欧姆定律以声音欧姆测量的空气声音阻抗的性能评估了个人听音装置音频换能器。主要问题在于，一旦这些音频换能器部分地或全部密封在耳道中，则空气的声音阻抗不再可用，限定性因素现在为固定空间中的空气的可压縮性。这种封闭气团有效地将大振幅换能器偏移的能量传递至耳鼓。因此，上述鼓膜过度偏移、振动模式失常和闭塞在所有的现有个人听音装置和助听器中以更大或更小的程度出现。 助听器制造商已经努力凭借移植(porting)它们的耳模来克服闭塞效应和在它
们的装置形成耳道的声音密封时出现的时常压倒性的低音频。诸如耳塞之类的个人听音装
置采用各种不统一地密封的硅树脂、中空聚合体插塞或泡沫的方法，使音频性能受损，并且
用户试图听得更清楚而重复地推入不舒适的位置而引起组织疼痛。诸如入耳式舞台监听器
之类的特制模制装置都会在耳道本身中产生封闭室，并经受上述产生的音频退化。 前述助听器移植仅仅减轻小部分声音退化，伴随的是在耳道外产生了人为的封闭
共振室。助听器必须保持足够的耳道声音密封，以保持隔离，并防止痛苦反馈情形，在该情
形中，由于麦克风重复地放大打算包含在声学密封耳道中的声音，所述装置大声地尖叫。因
此，该装置主要保持密封，并且迫使耳道变成封闭的共振室。现有装置(它们是助听器、耳
塞、入耳式监听器)没有任何用于限制它们的主要有效声振动连接室远离鼓膜的规定，并
且在此程度上它们限定并使听者的耳朵的作用降级，而不管该装置的音频质量。除了抑制
听者自己固有的声音可辨别能力，它们引起的异常大的鼓膜偏移随着时间的过去可能会对
听者的听力造成物理损伤。 此外，当由常规音频装置阻塞耳道时，听者与外部环境的隔离形成令人讨厌的且经常危险的情形。当没有引起危险情形时，常规听音装置限制了听者和它们周围的人之间的自然交流。听音乐的人通常从外部谈话切断，并且常常被抱怨不能理解他人。
虽然突破性的音频技术时常出现，但它们限于应用于常规耳内技术实施例，并且不能补偿上述鼓膜振动失常。用于不舒服、阻塞、不充分的音频可辨别能力和环境定向的问题仍然存在。 因此，需要一种个人听音装置，其降低与耳道中的人为压力相关的疲劳和对听力的可能的损伤，并允许音乐或声音通信与外部声音的混合，以为听者提供足够的环境意识，同时改善音频信号的可辨别能力和保真度。
发明内容
所公开的方法和装置结合了一种新颖的可膨胀泡沫部分，其向听者提供了出色的保真度，同时使听者疲劳最小化。可膨胀泡沫部分可以通过低频音频信号的传递或向可膨胀泡沫部分泵送气体而膨胀。此外，声音装置的各实施例可以适合始终如一地、舒适地戴到任何耳朵上，为鼓膜和音频换能器分别提供了可变的阻抗匹配声学密封件，同时在驱动泡沫内隔离声音振动室。这降低了总的音频换能器振动偏移对鼓膜的影响，并以允许耳朵利用它的全部固有能力的方式传递音频内容。以下将描述该方法和装置的其它方法和优点。
在一个实施例中，一种声音装置包括声音换能器。声音换能器具有近表面和远表面。声音换能器还包括与声音换能器的近表面流体连通的可膨胀泡沫部分。可膨胀泡沫部分完全密封声音换能器的近表面。此外，可膨胀泡沫部分具有膨胀状态和縮回状态，其中可膨胀泡沫部分在膨胀状态填充有流体介质。可膨胀泡沫部分在膨胀状态适合与耳道相一致。 在另一个实施例中，一种声音装置包括可膨胀泡沫部分。该装置还包括设置为远离所述可膨胀泡沫部分的声音换能器。此外，该装置还包括连接至可膨胀泡沫部分和换能器的折声组件。折声组件具有单向出口阀和单向进口阀。当换能器向近端偏移时出口阀打开，并且其中当换能器向远端偏移时进口振动膜关闭。 在一个实施例中， 一种向耳朵传递声音的方法，包括提供声音装置，该声音装置包
括具有近表面和远表面的声音换能器以及与声音换能器的近表面流体连通的可膨胀泡沫
部分。可膨胀泡沫部分具有膨胀状态和縮回状态，其中在膨胀状态中可膨胀泡沫部分填充
流体介质。该方法还包括将可膨胀泡沫部分插入耳道。此外，该方法还包括使所述可膨胀
泡沫部分膨胀至所述膨胀状态，以在所述耳朵内形成密封。该方法还包括通过声音换能器
传递声音到所述可膨胀泡沫部分中，以使可膨胀泡沫部分共振并向耳朵传递声音。 该装置的实施例将允许听者在期望和安全时有选择性地和容易感知多或少的周
围环境声音，同时听音乐、通信、或其它音频内容。该装置的其它实施例可以允许用户将商
用的个人立体声系统或类似装置转换成适合受损听力的个人助听器，其比常规助听器提供
了更大的和用户更加可控的能力来听见环境以及流行音频媒体，同时还允许用户不出现残疾。 前面已经宽泛地概述了本发明的实施例的一些特征和技术优势，使得本发明的随后的详细描述可以更好地理解。随后将描述本发明的其它特征和优点，其形成本发明的权利要求的主题。本领域技术人员应当理解的是，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于完成本发明的相同的目的的其它结构。本领域技术人员还应当理解的是，这种等同结构不背离如在随附的权利要求中提出的本发明的精神和范围。
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为了详细地描述本发明的优选实施例，现在将参照附图，其中 图1为正面安装的音频换能器、折声组件和可膨胀泡沫部分组装部件的实施例的分解透视图； 图2为背面安装的折声阀组件和可膨胀泡沫部分组装部件的分解透视图； 图3为折声阀组件和可膨胀泡沫部分组装部件的正交正视图和可调节阈值安全
阀的截面图； 图4图示了具有位于保护套中的作为可横向收縮的折叠隔膜的可膨胀泡沫构件
的iPod⑧耳塞； 图5A-C图示了声音装置的可膨胀泡沫部分的折叠实施例的各个阶段； 图6为具有进出端孔图案的一种折声阀基板的正交正视图； 图7为具有进出端孔图案的另一种折声阀基板的正交正视图； 图8为具有进出端孔图案和折声阀隔膜壁中的多孔图案的正交正视图； 图9A-B示出了不具有和具有该声音装置的两种类型的助听器； 图10图示了具有中空插塞的手动泵的截面，包括与折声构件的实施例一起使用
的压力传送插塞的特写； 图11示出了媒体播放器、泵、中空顶端、环形套筒(TRS)插塞和安装阴音频插孔的底盘； 图12示出了媒体播放器、中空顶端、环形套筒(TRS)插塞、阴音频插孔、泵和压力传送管以及集成在媒体播放器中的0-环形泵机组； 图13图示了安装压力传送TRS插塞和插孔的底盘的特写，(垂直)具有泵和压力传送管以及O-环形组件； 图14为与外部泵一起使用的中空压力传送TRS插塞和插孔，以及压力传送管以及0-环形组件的特写图； 图15为数模转换(DAC)之前传送至音频换能器的20Hz至20kHz音频正弦波频率扫描发射的基波和谐波含量的图示； 图16为在iPod⑧音频换能器输入处测量的20Hz至20kHz音频正弦波频率扫描发射的图示； 图17为Crown CM-311A Differoid⑧电容式话筒制造商的频率响应的图示；
图18为来自轴向靠近Crown CM-311A Differoid⑧话筒碳精盒lmm安装的iPod⑧
音频换能器的由SPS-66DAC预放大的20Hz至20kHz音频正弦波频率扫描发射的图示；[OO41] 图19为来自轴向靠近Crown CM-311A话筒lmm声学密封的iPod⑧音频换能器的由SPS-66DAC预放大的20Hz至20kHz音频正弦波频率扫描发射的图示；
图20为来自与轴向靠近Crown CM-311A Differoid⑧话筒碳精盒lmm声学密封在13mm导管内的折声共振隔膜一起安装的iPod⑧音频换能器的由SPS-66DAC预放大的20Hz至20kHz音频正弦波频率扫描发射的图示； 图21为来自与轴向靠近Crown CM-311A Differoid⑧话筒碳精盒lmm可变加压并声学密封在13mm导管内的折声共振隔膜一起安装的iPod⑧音频换能器的由SPS-66DAC预放大的20Hz至20kHz音频正弦波频率扫描发射的图示；
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图22为来自具有和不具有可膨胀泡沫部分170的iPod⑧音频换能器的20Hz至20kHz音频正弦波频率扫描发射的四个测量值的图示。曲线(A):轴向靠近Crown CM-311A25mm的室外(无导管)iPod⑧音频换能器。曲线(B):轴向靠近Crown CM-311A 25mm的声学密封的iPod⑧音频换能器。曲线(C)和(D):安装至轴向靠近Crown CM-311A 25mm的iPod⑧音频换能器的声学密封的可变加压的泡沫部分。这两条曲线表示两个不同的泡沫部分压力水平，并因此表示两个不同的阻抗匹配情形。图线(E)表示在iPod⑧音频换能器输入处测量的20Hz至20kHz音频正弦波频率扫描发射；
图23示出用来测试该装置的实施例的实验性配置；以及 图24示出了与所公开的声音装置的实施例一起使用的助听器/泵组件的实施例。
符号和术语 在下文和权利要求中使用的某些术语涉及特定的系统部件。本文不是想要区分名字不同但功能相同的部件。 在下文讨论中和在权利要求中，术语"包括"以开放方式使用，且因此应当解释为
意思是"包括，当不限于......"。而且，术语"连接(couple)"想要表达的是间接或直接连
接。因此，如果第一装置连接至第二装置，这种连接可以通过直接连接，或者通过经由其它
装置和连接的间接连接。"连接的(Coupled)"也可以涉及部分或完全声密封。 如在此使用的那样，术语"声音变换器(acoustic transformer)"涉及根据其最佳
的自然音频性能在不同的阻抗处使音频换能器和听者的鼓膜进行最优阻抗匹配的能力。
如在此使用的那样，"声欧姆(acoustic ohm)"可以涉及测量声阻的几种单位中的任一种。给定介质中的表面上的声阻可以定义为声波在该表面处的压力除于体积速度。
如在此使用的那样，术语"声音换能器(acoustic transducer)"或"音频换能器(audio transducer)"可以涉及将电信号转换成声音的电的、电子的、机电的、电磁的、光的或光电的任何装置。例如，声音换能器可以为用在个人听音装置或助听器中的传统的音频扬声器。虽然麦克风也构成音频换能器，但在此将它们称为"麦克风(microphone)"，保留音频换能器用于指声音产生扬声器。 如在此使用的那样，术语"折声(di即honic)"可以描述装置或结构以最小的可辨别能力和音质损失通过、传递或传输声音的能力。例如，"折声阀(di即honic valve)"可以涉及具有以高可辨别能力通过声音的阀结构。 如在此使用的那样，术语"可辨别能力"可以涉及必需全面识别它的整个音频内容的声音的品质。"可辨别能力"还可以涉及根据耳朵未阻碍的固有能力的所有的独立的和彼此相关的声音内容变量(频率、音量、动态范围、音质、音调均衡、谐波含量等)的区别。
如在此使用的那样，术语"共振(resonant)"或"声学共振"可以涉及目标或元件响应于声能振动的特性。 如在此使用的那样，术语"泡沫"或"泡沫部分"可以涉及可以由流体介质填充的基本中空的、气球状结构。而且，需要理解的是"泡沫"或"泡沫部分"可以为任何形状的，并且不应当限于球形。
具体实施例方式
图1图示了声音装置101的实施例的分解透视图。通常，声音装置101包括连接至折声组件103的可膨胀泡沫部分170。声音装置101可拆卸地连接至音频换能器110。声 音装置101优选通过诸如外壳120之类的接合壳体保持连续的声密封和大气压力密封。如 下文将更详细地说明的那样，可膨胀泡沫部分170与声音换能器110流体连通，并且可以以 方便插入的收縮状态插入到耳道181中。声音换能器110具有近表面和远表面。如在此使 用的那样，"近(proximal)"涉及靠近鼓膜的结构和元件，而"远(distal)"涉及远离鼓膜 的结构和元件。折声组件103可以紧贴地戴在外耳上。 一旦插入耳朵191，可膨胀泡沫部分 170可以膨胀或充气为膨胀状态。可膨胀泡沫部分170可以通过分离的装置或音频换能器 110的将声音传输通过折声组件103的轻微动作而膨胀。当膨胀时，可膨胀泡沫部分170基 本上与耳道181的内部相配。虽然下文将更详细地描述可膨胀泡沫部分170的众多优点， 可膨胀泡沫部分170提供了将声音传输通过内耳道的实际组织(如，骨骼、皮肤)并到达鼓 膜的装置。而且，当与现有的耳机技术相比较时，可以制造可膨胀泡沫部分170的材料具有 出色的音质和保真度。
I.可膨胀泡沫部分 通常，可膨胀泡沫部分170为中空的囊状物，其在膨胀时由流体介质填充。如在此 使用的那样，"流体"可以涉及液体或气体。泡沫部分170的内室优选在声音装置101的运 行期间不包含除前述流体之外的任何物质。需要强调的是泡沫部分170是敞开的，并与声 音换能器110的近表面(如，声音换能器朝向鼓膜的一侧)流体连通。换句话说，由声音换 能器110推动的空气行进到可膨胀泡沫部分170中，填充可膨胀泡沫部分170并使可膨胀 泡沫部分170共振。因此，泡沫部分不仅仅用作衬垫或舒适功能，实际上也用作出色的声音 传输的附加装置(如，耳朵内的附加声音驱动装置)。如下文更详细地描述的那样，泡沫部 分170内的流体(g卩，空气)可以通过声音端口 160捕获来自换能器110的声音传输，并使 泡沫部分170跳动。听者的外耳道181中的空气由来自折声组件103的空气逐渐地、连续 地更新，所述空气可以通过可膨胀泡沫部分170中的小孔流出，并可以逐渐地传播通过可 膨胀泡沫部分170。 在它的膨胀状态中，可膨胀泡沫部分170可以呈现任何形状。理想的是，处于膨胀 状态的可膨胀泡沫部分170的形状被优化，以便使声音更出色，并使用户感到舒适。然而， 在典型的实施例中，可膨胀泡沫部分170可以包括基本球形的形状。此外，可膨胀泡沫部分 170可以以用户可调整的方式与听者的外耳道181的壁相配。耳道内空气温度和气压可以 持续与环境条件相同，以使佩戴者感到舒适。可膨胀泡沫部分170的这种可变化的构造还 可以帮助减轻排汗，并允许在飞机中的或陡峭下降的道路上的高度变化期间均衡压力。
在至少一个实施例中，可膨胀泡沫部分170为多孔的。换句话说，可膨胀泡沫部分 170可以具有多个小孔，允许可膨胀泡沫部分170对泡沫部分170内的流体介质是透气的或 半渗透性的。流过小孔171的空气还可以在可膨胀泡沫部分170和听者的外耳道181的壁 之间产生可变的气垫，帮助避免所述壁产生组织不适和发炎，同时保持可变的声密封。可膨 胀泡沫部分170中的加压和扩散速率的可调节的变化确定隔膜尺寸和刚度，由此独立地确 定内耳道阻抗及音频换能器阻抗，并构成用户可调节的声阻抗匹配变换器。音频内容可辨 别能力可以由可变声密封的所述用户调节极大地增强，所述用户调节提供了以对连接音频 换能器111和听者的鼓膜两者都是最优的单独的阻抗的耦接至音频换能器111和听者的鼓 膜的分离的压力。此外，可膨胀泡沫部分170通过小孔171的压力通风还可以控制大气团更
11新率和气垫缓冲，并且小孔尺寸的变化可以确定传输至或排出耳道181的环境声波量。在 另一个实施例中，可膨胀泡沫部分170为非多孔性的，或者对泡沫部分170内的流体介质为 非渗透性的。在这样的实施例中，泡沫部分170可以仅用作将声音驱动至鼓膜的驱动装置， 并且还可以用作将声音传导至头组织的传导介质。 壁中的小孔171的数量、尺寸、密度和位置决定了装置101和耳道壁181之间的界 面的不同方面。可膨胀泡沫部分170可以多微孔的(具有小于或等于l微米的平均直径的 小孔)或多纳米孔的(具有小于或等于100nm的平均直径的小孔)。然而，小孔可以具有任 何合适的直径。小孔171的图案还影响装置声响和可膨胀泡沫部分170的特性。此外，组 成可膨胀泡沫部分170的聚合材料的固有弹性提供了所述小孔171的潜在的随着振动期间 隔膜弯曲的伸縮。这允许进一步控制隔膜偏移，以及可控地提高声学动态范围和压力更新 率。泡沫部分170可容易更换和自由使用的，并且可以制造成满足不同用户关于尺寸(小、 中、大等)、压力负荷、更新率、气垫缓冲程度、隔膜刚度和其它参数的需求的实施例。
可膨胀泡沫部分170优选由具有最佳的用于将听觉信号传输至耳朵的声学和机 械特性的聚合体材料组成。然而，共振构件170可以包括任何合适的材料，如合成物、织物、 合金、纤维等。 在一个实施例中，聚合体为柔软的，具有不大于约10.0MPa、优选不大于约 5.0MPa、最优选不大于约l.OMPa的低初始杨氏模量。聚合体可以具有高延展性。在实施 例中，聚合体在破裂之前可以具有大于约500 %的应变，优选在破裂之前可以支撑大于约 1000%的应变，且最优选在破裂之前可以支撑大于约11200%的应变。聚合体可以具有大 于5. OMPa的极限抗张强度，可替换地具有大于10. OMPa的极限抗张强度，可替换地具有大 于12. OMPa的极限抗张强度。聚合体可以在机械拉紧至高变形并且随后释放之后经历最小 的永久变形。 在不受理论限制的情况下，低杨氏模量可以允许可膨胀泡沫部分用很小的气压膨 胀。降低的气压可以降低音频换能器和折声阀隔膜上的背压力，由此改善声音保真度，同时 还改善耳内舒适度和安全性。最后，较低的膨胀压力可以允许可膨胀泡沫部分由音频换能 器本身经由所述折声组件或其它装置产生的压力来膨胀。 再次在不受理论限制的情况下，聚合体的高延展性和高机械强度允许只需要很少 量的材料模制或吹成极其轻和薄的壁式可膨胀泡沫部分170，其大至足够填充耳道。聚合体 本身优选为具有约从将近0. lg/cm3至约2g/cm3范围内的密度的轻质材料。可膨胀泡沫部 分170对振动运动的惯性阻抗还可以帮助阻抗匹配音频换能器。然而，如果阻力太高，则可 能降低它的还音的保真度，并且因此可膨胀泡沫部分必须尽可能的薄，同时还保持机械完 整性和阻抗匹配特性。在聚合体隔膜中使用小孔可以缓解这些问题。高机械变形程度后的 低残余应变允许可膨胀泡沫部分170在使用期间在重复的伸縮循环过程中保持它们的形 状和功能性。 可膨胀泡沫部分170和折声组件的隔膜可以都由挠性的或弹性体聚合物材料制 成。适合的材料的种类包括嵌段共聚物、三嵌段共聚物、接枝共聚物、硅橡胶、天然橡胶、合 成橡胶、可塑性聚合物、乙烯基聚合物。合适的橡胶和弹性体的例子包括但不限于聚异戊二 烯(天然橡胶)、聚丁二烯、丁苯橡胶(SBR)、聚异丁烯、聚(异丁烯-联合-异戊二烯)(丁 基橡胶)、聚(丁二烯_联合_丙烯腈)(丁腈橡胶)、聚氯丁烯(氯丁橡胶)、丙烯腈_ 丁二
12烯-苯乙烯共聚物(ABS橡胶)、氯磺化聚乙烯、聚氯乙烯、二元乙丙橡胶(EPDM)、氯醇橡胶、 乙烯基/丙烯酸酯橡胶、含氟弹性体、全氟弹性体、聚氨酯橡胶、聚酯弹性体(HYTREL)或它 们的组合。 可以使用的硅橡胶的例子包括但不限于聚二甲基硅氧烷(P匿S)和其它的其中甲 基侧基PDMS部分或全部用诸如乙基、苯基等之类的其它官能度代替的硅氧烷主链聚合体。 在实施例中，聚合体材料可以包括嵌段共聚物，如聚(苯乙烯-b-异戊二烯-b-苯乙烯)、聚 (苯乙烯-b-丁二烯-b-苯乙烯)、聚(苯乙烯-b-丁二烯)、聚(苯乙烯-b-异戊二烯)或 它们的组合。在某些实施例中，嵌段共聚物可以包括饱和的二烯嵌段。在一种实施例中，聚 合材料包括克拉通和K-树脂。 在其它实施例中，聚合材料可以包括AB、 ABA、 ABAB、 ABABA分子结构的嵌段共聚 物，其中A为玻璃质的或半晶质的聚合体嵌段，包括但不限于聚苯乙烯、聚(a-甲基苯乙 烯)、聚乙烯、聚氨酯硬质区域结构、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、 尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚(四氟乙烯)、其它刚性或玻璃质乙烯基聚合物，以 及它们的组合。B为弹性体嵌段材料，如聚异戊二烯、聚丁二烯、聚二甲基硅氧烷(P匿S)或 上述列出的其它橡胶和弹性体中的任何一种。在其它实施例中，嵌段共聚物可以为任何嵌 段共聚物。 聚合材料还可以包括基于具有橡胶主链和玻璃质侧分支的接枝共聚物的弹性体 材料。橡胶主链材料的例子包括但不限于上述列出的橡胶和弹性体中的任一种。玻璃质侧 分支材料包括但不限于聚苯乙烯、聚(a-甲基苯乙烯、聚乙烯、聚氨酯硬质区域结构、聚酯、 聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚氯乙烯、其它刚性或玻璃质乙烯基聚合物，或它们的组合。而 且，聚合材料可以包括在下述参考文献中描述的接枝共聚物材料，在此以各种目的通过引 用的方式将它们的全部都结合进来R， Weidisch、S. P. Gido，D. Uhrig、H， Iatrou、 J. Mays和 N，Hadjichristidis，"Tetrafunctional MultigraftCopolymers as Novel Thermoplastic Elastomers," 高分子(Macromolecules) 12001， 34， 6333-6337 ;J. W. Mays、 D. Ulirig、 S. P. Gido、 Y. Q. Thu、 R. Weidisch、 H. Iatrou、 N. Hadjichristidis、 K. Hong、 F. L Beyer、 R. Lach、 M. Buschnakowski，"Synthesis and structure-Property relationships forregular multigraft copolymers",大分子论文集(MacromolecularSymposia) 12004， 215，1111_126 ;Yuqing Thu、Engin Burgaz、Samuel P. Gido、Ulrike Staudinger禾口 Roland Weidisch、 David Ulirig禾口 Jimmy W. Mays,"Morphology and Tensile Properties of Multigraft Copolymers With RegularlySpaced Tri_， Tetra_and Hexa—functional Junction Points", 大分子(Macromolecular)12006，39，4428-4436 ;Staudinger U、 Weidisch R、 Thu Y、 Gido SP、 Uhrig D、 Mays JW、 Iatrou H、 Hadjichristidis N， "Mechanicalproperties and hysteresis behaviour of multigraft copolymers，，，大分 子论文集(Macromolecular Symposia) 12006， 233， 42-50。 聚合材料可以为填料弹性体，其中上述材料中的任一种可以与增强或填充材料或 诸如颜料或染料之类的着色剂混合。填充物和着色剂的例子包括但不限于炭黑、硅石、煅制 氧化硅、滑石、碳酸钙、二氧化钛、无机颜料、有机颜料、有机染料。 在另一个实施例中，可膨胀泡沫部分170可以包括具有有限的延展性或不具有延 展性(即，无弹性)的聚合材料。如在此使用的那样，有限的延展性或不具有延展性的材料可以涉及基本无弹性的材料。这些材料和可膨胀泡沫部分170可以穿有小(纳米、微米或毫 米尺寸)？L或者可以不穿孔。下述列出的材料可以以纯状态用来形成薄膜，或者它们可以 通过添加增塑剂或填充物来改质。薄膜或它们的表面可以进行化学处理或用热、辐射(电 晕放电、等离子体、电子束、可见或紫外光)、诸如碾压、轧制或拉伸、或一些其它方法或方法 的组合之类的机械方法进行处理，以改变它们的物理或化学结构，或者使它们的表面与大 部分薄膜在物理上或化学上是不同的。 可以使用任何合适的非延展性或有限延展性聚合体。然而，合适的非延展性或有 限延展性聚合体的例子包括聚烯烃、聚乙烯(PE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙 烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、超高密度聚乙烯(UHDPE)、聚丙烯(PP)、乙烯-丙烯共聚 物、聚(乙烯-乙酸乙烯酯)(EVA)、聚(乙烯-丙烯酸)(EAA)、诸如但不限于聚甲基丙烯酸 酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯和它们的共聚物或三元共聚物的聚丙烯酸酯。非延展性或 有限延展性聚合体的其它例子包括聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚偏二氟乙烯 (PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、膨胀的聚四氟乙烯(ePTFE)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚(甲基 丙烯酸甲酯)(PMMA)，聚乙烯醇、聚乙烯乙烯醇(polyethyle譜inylalchohol) (EVOH)。非 延展性或有限延展性聚合体可以包括聚酯，包括但限于聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)， 包括诸如尼龙_6、尼龙6， 6、尼龙6， 10等之类的聚酰胺、包括具有MDI或TDI硬质链段和聚 环氧乙烷或其它柔性链段的嵌段聚氨酯的聚氨酯。此外，非延展性或有限延展性聚合体可 以包括纤维素材料(甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、丙基纤维素、 羟基丙基纤维素等等)和涂层纤维素材料。薄膜形成材料还可以包括包含上述列出的单体 类型的各种组合的共聚物。薄膜形成材料可以由上述列出的类型的聚合体类型的不同组合 混合而成。聚合体混合物还可以由增塑剂或填充物改质。 组成折声隔膜的聚合体薄膜可以为包括任何数量的层压的、复合的或其它方式结 合在一起的聚合体薄膜材料的多层结构。这些多层薄膜还可以被穿孔或不穿孔。多层薄 膜材料中的某些层或所有层可以由聚合体混合物组成，并且可以包括添加的增塑剂或填充 物。 A.可膨胀泡沫部分的声学优点 可膨胀泡沫部分170提供耳道内声学可传输室，其灵活振动，并且不像传统的听 音装置那样具有固定的体积或几何形状。固定体积共振室具有导致波消除或增强的偏移和 几何形状，这种波消除或增强引起频率的消失，或者具有太突出且在音频换能器111处在 它们的实际想要的持续时间过去之后持续振动或"鸣"的偏移和几何形状。这导致不明确 的或"模糊的"低音响应，以及其它声频退化。 在不受理论限制的情况下，由于耳道在一端是敞开的，已经按照惯例根据其相对 于根据欧姆定律以声欧姆测量的空气的声抗的性能评估了个人听音装置音频换能器。 一旦 音频换能器部分地或全部密封在耳道中，则空气的声阻抗不再可用，确定的因素现在是固 定体积中的空气的可压縮能力和鼓膜的顺从性。封闭的气团将高振幅换能器偏移的位移有 效地传递至耳鼓。因此，上述鼓膜过偏移、振动模式失常和阻塞在所有的现有个人听音装置 和助听器中以更大或更小的程度呈现。捕获的空气的可压縮能力仅需要小于鼓膜的顺从性 (compliance)，使得换能器的所有偏移都作用在鼓膜上。 空气(B)的体积模量(它的可压縮能力的测量值)由下述等式给出
14CN B = _ A p/ ( A V/V) 其中Ap为压力变化，(AV/V)为体积变化百分比。对于常温下的空气，B足够接 近latm，使得体积变化与压力变化线性地反相关。鼓膜的位移由扬声器振动膜的由一个因 数按比例确定的位移给出，该因数为包括中耳或其它顺从性组织的鼓膜的顺从性体积(VT) 与该顺从性体积和耳道中的空气的体积(Vc)之和的比VT/(VT+Vc)。鼓膜和内耳的顺从性 体积(VT)已经测量为范围在O. 2到1. 4cn^之间。扬声器振动膜和鼓膜之间的耳道的体积范 围在0. 5和2. 0cm3之间。因此，使鼓膜的位移与扬声器振动膜的位移相关的比例因数范围 在0. 09至0. 73之间。作为例子，鼓膜的正常偏移约为400nm(在lOOdB声压级处2000Hz)。 相反，传统的密封在耳道中的产生lOOdB声压级的扬声器振动膜移动达25 m(l密耳)或 更大。因此，耳道中的密封扬声器可以鼓膜偏移范围在约2.3至18ym之间，或者和比鼓膜 在环境声音条件下的正常偏移大5. 6和46倍之间。鼓膜的这些过偏移导致立即的和长期 的听觉灵敏度的损失，并且导致听力损失。 装置101的实施例通过将扬声器的大振幅压力波包含在振动折声泡沫中而保护 听者避免出现过鼓膜的偏移。随后所述泡沫像脉动球体一样重新传播这种声音，波幅更适 于安全性，且可由鼓膜以更高的识别能力察觉到。从折声泡沫或耳朵透镜发出的能量或声 音振动的一部分直接通过可膨胀隔膜传导至耳道壁，产生了对声音的组织和骨骼传导感 知，这中感知旁路经过鼓膜且不调整鼓膜。由此产生的这种通过听者的头部至耳蜗的声音 传导模拟组织和骨骼传导，组织和骨骼传导是在听诸如以传导性的声音压力波环绕头部的 现场音乐会之类的外部声源时自然出现的。可替换地，这种声音传导方法还可以主动反相 为噪声消除波形，其提供了与环境或周围组织和骨骼的传导声音隔离的更大的声隔离。
可膨胀泡沫部分170的机械特性允许在装置工作期间连续地改变声音振动室体 积和几何形状，其中将导致驻波(共振条件)或相位消除的具体的内波反射几何形状并不 总是存在，因此降低或消除了前述使固定密封室的频率响应退化的波消除和增强。这增强 了所有音频的声学重现品质，且在"低音响应"更明确或更"严格"的低频中是特别引人注 意的。 声振动室的由可膨胀泡沫部分170形成的平均位移也比由用在常规实际中的耳 塞或听音装置塑料外壳共振室(图1中的110的背面)提供的体积大，这带来了更深、更丰 富的低声音应。 在可膨胀泡沫部分170中在整个音频频谱(低音频、中音频和高音频)范围实现 了共振，而不存在固定体积壳体中发现的能量损耗。诸如常规扬声器的背侧上的木质格子 的固定壳体由于其刚性的相对厚重的结构而容易吸收和耗散中音频和高音频。常规共振室 中的不成比例的共振增强通常出现在低音频区域。相反，可膨胀泡沫部分170的结构允许 渗透低、在所述频谱的中音频和高音频的更高频率的共振增强。与常规振动膜和固定壳体 结构(常规箱体扬声器以及个人听音装置的耳塞)不同，可膨胀泡沫部分170同时用作音 频换能器的可变阻抗匹配共振室以及振动扩展，且因此在整体元件中同时实现声学信号的 共振和输出。因为可膨胀泡沫部分170还靠近听者的鼓膜182共振，则供给至该装置的每 单位电功率以适合的方式产生了比常规耳塞结构更可感知的音量。这对其中电池功率受限 的所有耳内应用是重要的，但对其中连续使用该装置的诸如助听器之类的应用是特别重要 的。
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B.共振封闭 可膨胀泡沫部分170还可以用来包含耳道内的代表现有耳塞装置的过共振。音频 换能器共振封闭在阻抗匹配可膨胀泡沫部分170允许耳朵听其它共振的东西。这更靠近 地复制了自然环境声音的特性，所有的自然环境声音的共振取决于听者耳朵外部的物件或 室。可膨胀泡沫部分170将从音频换能器111发出的共振包含并限制在泡沫部分本身内， 而不是将它们传递到如传统技术那样在耳道的前面不恰当地产生的人工封闭的共振室。由 此，这种共振封闭模仿了自然环境声音的特性，并向听者提供了更大音频内容的可辨别能 力。当通过部分地压縮可膨胀泡沫部分170而使耳道通风时，通过使靠近鼓膜182的泡沫 部分170内的低音频共振，减轻了通常与常规耳朵装置相关的低音频率响应的损失。
C.耳内佩戴 当设置在耳道中时，由于可膨胀泡沫部分170的上述特性，在聚合体可膨胀泡沫 部分170中实现的共振不产生剌激耳朵的振动。膨胀隔膜能够以极低的压力水平(其在 工作期间也是可由听者调节的)在耳道内加压，这可以在敏感的耳道组织上产生最小的冲 击，并且因此实现可变的声密封，同时保持最佳的舒适性，并顺从于在听者的下巴打开和关 闭时在耳道中出现的正常变形。如果采用以引起疼痛和损失它们的声密封出名的常规耳 模或耳塞并非不可能，这也是困难的，导致耳塞中的保真度和助听器中的反馈的损失。通过 使耳道中的共振动膜170膨胀而提供的可变的声密封不仅更好地发声，而且由于舒适的佩 戴，则能够在不引起伴随常规装置的疼痛或组织发炎的情况下进行佩戴。在一个实施例中， 共振动膜为低变应原性的。如上所述，气团可以从可膨胀泡沫部分壁71中的小孔连续地扩 散为可膨胀泡沫部分170提供了可变的气垫，用来用环境条件来均衡耳内气压和温度，并 且允许用户可调节的声密封和用户可调节的阻抗匹配。
D.可膨胀洵j未部分的耳内操作和波的传播 可膨胀泡沫部分170呈现出比简单的换能器111更大的用于将振动声能耦合到听 者的耳朵中或耦合到周围空气中的表面积。在以全部相同的电传导动力进行操作时，这产 生了比在所述振动膜111处出现的偏移更小的隔膜偏移。此外，可膨胀泡沫部分170不仅 沿着耳道耦合声振动，而且根据听者的喜好通过耳道壁处的潜在接触耦合声振动。这产生 了骨骼和组织音频传导，其改善了收听体验。 由可膨胀泡沫部分170在听者的耳道中产生声音的方式及其重要和新颖。当连接 至耳道时，除了可感知的声音之外，常规助听器、耳塞和耳机换能器还在鼓膜产生不自然的 振动模式。这些改变对听者鼓膜182的正常工作具有不利的影响，且显著地降低了声音的 清楚性和可辨识性。正如在飞行或山间旅行时在耳咽管和耳道之间出现的压力差保持耳鼓 安静和降低听者听见的能力(直到耳朵"砰地一声响") 一样，由连接至耳道的常规换能器 引入的前述振动改变同样以直接与引入的音量水平成比例的方式抑制耳鼓的细微振动运 动。换句话说，当音量增加时，将引入更大的振动变化，其明显地导致了保真度和可辨别能 力的降低。存在于可膨胀泡沫部分170中的共振室包含这些振动，并以耳鼓更适应和更敏 感的方式传输声音。如上所述，人耳极容易接纳在周围环境中的振动体中出现的共振，所述 振动示例如为吉它和所有其它声音设备上的声音"箱子"或振动柱、"喉头"(其在嘴中、咽 和胸腔中共振)、包括我们生活的室内或室外区域的"室"等。将换能器直接连接至耳道的 常规惯例相当于吉它的弦振动直接引导至由耳道本身制成的音箱，而不是经由音板桥接引
16导到吉它自己的音箱耳鼓的细微操作被淹没了，且最佳辨别力所必需的空间被消除和旁 路了。耳朵的细微机构降低为音频换能器的总机械偏移。
在实施例中，声学上产生的紊乱包含在可膨胀泡沫部分170内，并且它的被动振
动辐射并从比由音频换能器111正常提供的面积大的表面积上分配。传输来自可膨胀泡沫
部分170的声音的表面振动包括明显比振动膜111处出现的偏移小的隔膜偏移，且因此由
可膨胀泡沫部分170传输的声音产生了更小的鼓膜偏移。这带来更小的听者耳朵疲劳和更
大的音频辨别能力。与在短时间后引起明显的听力或音频疲劳的典型耳塞换能器不同，可
膨胀泡沫部分170可以听更大的周期，或者不确定地、取决于个人，以没有疲劳的正常水平
听，且因此适合助听器佩戴者以及包括其职业涉及广泛使用个人听音装置的人。 与常规耳模、耳朵插塞、耳塞和耳机不同，可膨胀泡沫部分176可以容许来自环境
的环境声音。由泡沫部分170形成的可变声密封和制成泡沫部分170的薄的顺从性的隔膜
允许听者听见并与他的环境中的人、车辆、机器、交通等安全地相互作用，同时还听见由换
能器传输的音频信息。而且，在较高的换能器音量水平，由可膨胀泡沫部分(如，声音囊)
提供的声密封隔离音频换能器的传输，以足以允许在换能器外壳的外部放置高品质的立体
麦克风，允许环境声音的放大和与由该装置播放的音乐或通信音频合适地电混合和放置在
一起。当电反相时，这些相同的环境声音允许细微的可膨胀隔膜在噪声消除模式中起作用，
该噪声消除模式提供了程度变化的有效的声音隔离，而不使用重的隔离物质。这种噪声消
除可以从脉动的泡沫有效地传导通过耳道壁并直接传导至耳蜗，由此消除了周围环境骨骼
传导的声音。 E.其它实施例 可以预想的是可膨胀声震动驱动的隔膜的实施例还可以包括可透膜和非渗透或 非穿孔隔膜，其将提供用于不同目的的用处。非渗透隔膜可以特别适合预膨胀、预加压共振 动膜实施例，如也可以用来连接或隔离音频声音的减轻声音的或水封耳塞，根据结构参数， 其结合了前述各种优点。 附加的实施例可以包括放置在相对于隔膜的不同位置上的多个加压的可膨胀泡
沫部分，其可以由单个或多个音频换能器驱动，以在耳内或耳朵周围的提供三维声音意象。
结合多个加压室还可以在声音传输/传导和声音消除应用两方面有用处。 可膨胀泡沫部分的声学和机械特性使它适合通过使用长的、有延展性的声音和压
力导管160而从远的位置上被驱动、加压和膨胀。与其中音频直接与插入的导管的长度成
比例地耗散和退化的常规耳模或耳朵插塞实施例不同，可膨胀泡沫部分170在较长的导管
距离内使全范围的音频折射。这可以在耳朵后面的位置处、设置在音频连接塞塞绳或通信
或音频媒体播放装置上放置换能器，并大致减轻了耳内或耳上部分的质量和重量。 可膨胀泡沫部分170可以包括任何合适的形状或几何尺寸。例如，可膨胀泡沫部
分170可以包括三维形状，包括但不限于球形、长椭球形(足球形)、扁球形、环形、平截头
体、圆锥体、沙漏以及上述组合。这种形状可以分别和一起在耳内和外耳上。其它的形状
实施例包括不定型装置；管状的、耳道形的；外耳形的；浮雕一般的外耳形的；螺旋管形的
(油炸圈饼形的，使音频换能器110直接呈现给耳道，并加压和振动可膨胀泡沫部分)。 虽然在可膨胀泡沫部分中具有一个或多个孔，还可以期望的是进出空气和声音的
周围环境的使用可以是耳道的外部。对其中要求最小的耳道阻塞的特定频率的听力损伤或应用，如军用或与环境相关的工作，泡沫部分170可以为环形(油炸圈饼)形状或具有可变 尺寸的单个或多个进出孔的其它膨胀形状。 在涉及骨骼和组织音频传导以及声音传输的音频传导/传输实施例中，可膨胀泡
沫部分170可以放置在延长或细长声音和压力导管的端部。可替换地，可膨胀泡沫部分170
可以部分地或全部围绕音频换能器，具有和不具有进出口。在另一个实施例中，共振导管可
以以帽圈(或多个导管、音频信号的多通道传输)的形式围绕用户的头部。 可替换地，共振导管可以以项链或项圈(或多个导管、音频信号的多通道传输)的
形式围绕颈部。在其它实施例中，共振导管可以以眼镜框架镜腿或面罩带(或多个导管，音
频信号的多通道传输)的形式围绕外耳的全部或部分。 可膨胀泡沫部分可以以类似于肩垫的方式覆盖或围绕肩部。在其它实施例中，耳 内和外耳上的可膨胀泡沫部分可以与围绕用户身体的可膨胀泡沫部分的实施例结合在一 起。 在一个实施例中，可膨胀泡沫部分170可以在使用期间经由具有或不具有贮存器 的压力管由用户的呼吸进行预加压。而且，可以通过呼入面罩(水上和水下)来产生压力。 在另一个实施例中，可以通过化学反应产生预加压。加压的声学传导气体或液体的贮存器 可以与可膨胀泡沫部分170流体连通。可膨胀泡沫部分170 —起膨胀的介质可以为依赖于 温度的膨胀气体或共振气体或流体的任何组合。 在其它实施例中，具有有限或非延展性(如，无弹性)的弹性聚合体薄膜材料通过 各种机械打褶、折叠和起皱配置而可以适合用作泡沫部分170的材料。材料缺少延展性而 呈现的高变形模量可以通过使用聚合体材料薄膜的弯曲模量而减轻，对于对折声隔膜有用 的薄膜来说，弯曲模量是很低的。正如非延展性降落伞以允许储存、打开和在经历足够的气 流时容易"膨胀"的方式折叠和打包那样，折声透镜隔膜可以以类似的或其它方式打褶、折 叠和/或起皱，如图5A-C所示，从而为了储存和容易插入耳道而限制初始尺寸。 一旦插入， 泡沫部分170允许膨胀至舒适且可变的声密封以及上述阻抗匹配和换能功能所必需的尺 寸和表面特性。 聚合体薄膜的膨胀阻抗由它的弯曲模量和所采用的打褶、折叠和/或起铍配置的
设计外形一起确定。除了允许折声耳朵透镜适应不同尺寸的耳道，这种结构还确定其频率
传输特性、扬声器的阻抗匹配或"负载"和耳鼓性能，以及它的声音分配和折射或通道特性。
此外，它还决定隔膜的硬度或表面张力以及它的舒适性和保持想要的和可变的声密封的能
力，由此允许它容易弯曲，并在耳道通过颚的运动而弯曲或扭曲时保持适当的变形。 隔膜壁中的小孔的尺寸、图案和布置决定了各种期望的声学透明度或声阻抗，并
且它们的适合的结构与应用中的各种打褶、折叠和/或起皱配置相互依赖。另外所描述的
和通过使用弹性隔膜和材料可用的声传导(骨骼传导)特性通过最优化这些因素也是可实
现的。采用本发明的这些和其它参数，基于对用户听力和生理的恰当的医疗诊断，可以构造
并出售符合规范的医疗实例。 根据其它实施例，可膨胀泡沫部分170可以连接至如图9A-B所示的现有技术熟知 的现有声音装置上。可膨胀泡沫部分170例如可以被制造以连接至诸如商业上可用的耳内 助听器之类的装置上。 具有或不具有小孔的弹性和无弹性隔膜的组合可以用于各种应用，包括但不限于隔膜膨胀耳内伸縮配置、多室/多声道音频传输和传导配置、隔膜保护配置、扬声器或环境 声音透过或隔膜配置、耳垢减轻配置、压力/温度均衡配置、以及设计为适合将扬声器完全 放置在延展性隔膜内或靠近延展性隔膜放置的配置。
II.折声组件 参照图l-2，折声组件103包括外壳120，外壳封装阀的子组件102并通过密封件 122以刚性的、声学上和气压上密封的状态保持它，密封件构造在所述外壳120的最远内壁 上。在一种实施例中，外壳120为项圈形或环形。在图1中，外壳120设置为远离阀子组件 102。可替换地，如图2所示，外壳120可以设置为靠近阀子组件102。阀的子组件102以刚 性的但优选可拆卸的方式由围绕所述音频换能器110外围的弹性密封件121连接在耳塞音 频换能器振动膜111的表面附近。合适的音频换能器110的例子在St印hen D. Ambrose于 1989年7月25日提交的、名称为"高保真度耳机和助听器(High Fidelity Earphone and Hearing Aid)"的美国专利No. 4， 852， 177中描述了 ，在此以各种目的将它的全部内容结合 进来。 作为折声组件103的一部分的阀子组件102可以由包括功能元件的成特定排列方 式的一层或多层横向堆叠的基板组成。在一个实施例中，基板组件102可以包括至少三层 基板。基板可以包括远端基板130、中间基板140和近端基板150。远端和近端基板130、 150都可以用作声音和压力端口基板。如图所示，中间基板140可以设置在远端和近端基板 130、150之间。基板可以在音乐会中工作，以折射和传递声频振动。此外，基板可以压縮、 泵送和引导由音频换能器IIO产生的升高的压力，沿着声音和压力导管160进入可膨胀和 可渗透的折声共振耳内隔膜170。这允许由换能器振动膜111产生的压力对可膨胀泡沫部 分170进行加压，并以单独地与换能器振动膜111和听者的鼓膜182进行阻抗匹配的方式 对它进行声学上的调节。这种对换能器振动膜111和鼓膜182都匹配的阻抗最适宜的是每 次以不同的水平出现，通过换能器111产生的产生波形的附加膨胀压力的电子调节器和可 调节阈值安全阀162(如图3所示)可容易地由用户在佩戴和使用该装置时进行调节。安 全阀162可以包括本领域技术人员熟知的任何合适的阀。例如，如图3所示，安全阀162可 以弹簧解压阀。安全阀162可以连接至折声组件103或音频换能器110。产生波形的膨胀 压力可以为亚声频的，并且可以同时附加在音乐、声音或由音频换能器IOI播放的其它节 目素材。当由外壳120封闭时，基板组件101形成折声组件103。 如上所述，阀的子组件102包括一层或多层基板。所述一层或多层基板一起形成 进口阀和出口阀。在实施例中，进口阀和出口阀每个都分别包括振动隔膜147、阀座152， 133和端口 132，151(以及端口 131,153)。这些阀中的每一个部件都设置在基板上。进口 阀和出口阀的操作将在下文详细地描述。 远端基板130(即，声音和压力进出基板)可以包括拥有环境空气、进入压力、折声 阀、单声道端口 131、用于解除出口压力的端口或孔132的内部阵列、以及用于解除出口压 力的端口或孔133的外部阵列的基板圆片。图1示出了基板130的透视图。该装置不限于 这些例子，图6-8还示出了可以使用的用于基板130的其它可行的端口和阀结构。孔或端 口 131、132和133可以由外壳120保持密封并靠近音频换能器111，并且位于由音频换能 器110的振动膜111产生的声振动和压力变化的范围内。这些压力和振动经由基板端口孔 131和132传递至折声阀振动膜框架和隔膜基板140。
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图6中更详细地示出了中间基板140，其可以包括具有一个或多个振动膜142、 145 的基板圆片。在一个实施例中，进口振动膜142固定到轮缘141上。在振动隔膜142的中间 是入口压力端口 143。中间基板40还可以包括固定到轮缘144上的出口压力振动膜145。 在振动隔膜147中间的是出口端口 146。振动膜142、145每个都可以具有一个或多个端口。 振动隔膜147中的小孔可以围绕端口 143、146，并且设置成图6-8中所示的图案，这增加了 声学折射、振动、动态范围和产生的压力。大范围的微型穿孔图案在这种应用是有用处的。 根据预期设计和想要的特性，这些小孔147还可以改变数量、尺寸、密度和位置。图7中示 出了这些图案的例子，但不限于这些例子。 中间基板140可以与近端基板150轴向对准，并连接到近端基板150。近端基板 150可以包括端口或孔阵列151，其提供了环境气压可以进入的路径以及入口压力、折声阀 座152，通向环境气压的该路径可以由该阀座隔断。基板150还可以具有将压力传向可膨胀 泡沫部分170的出口压力端口 153。图23-25示出了基板150的正交视图。该装置不限于 这些例子，图6-8还示出了已经发现有用的用于基板150的其它可行的端口和阀结构。图 6示出了多个不同的可以覆盖中间基板的振动膜142U45的栅格642的例子。栅格642可 以改变传输至可膨胀泡沫部分170的声音。具体地，每个栅格642可以成星形图案，具有2 至8个从中间部667延伸的臂644。栅格642可以由任何合适的材料制成，并且可以包括与 可膨胀泡沫部分170相同的材料。 振动膜142和145可以分别与邻接的基板端口孔131和132、以及151和153对 准。这些振动隔膜142和145传递并折射由音频换能器111产生的声振动。此外，振动隔 膜142和145可以由具有如下所述的特性的弹性聚合材料制造。经由端口孔131和132传 递的声振动和压力变化撞击在折声阀振动隔膜145和47时，使它们振动和共振地移动，有 效地折射和传递声音和压力通过后部的基板150上的端口孔151和153。孔或开口 130和 150(131、132、151和153)可以设置成增强折射、振动、动态范围和产生的压力的图案。宽范 围的图案在这种应用中有用处。根据预期设计和想要的特性，这些图案还可以改变孔的数 量、尺寸、密度和位置。图7和8图示了用于板130和150的这些孔图案的例子，但不限于 此。 折声组件103可以提供几种操作模式来使声振动隔膜170膨胀，这将在下文中描
述。所述模式可以同时或顺序进行。
A.折声压力充气j草式: 在这种模式中，由(特别是处于低频的)音频换能器lll的偏移产生的压力由所 述折声组件传递，以加压和膨胀可膨胀泡沫部分170。可膨胀泡沫部分170的经由阀组件 103的充气模式的可变加压可以允许控制各自的阻抗匹配、耳内更新率和空气缓冲、耳内气 团压力和温度均衡、可变声密封以及音频传输特性。与常规振动膜阀不同，所述折声组件连 续地传递声振动，而不管端口 131、 132、 143、 146、 151和153的密封或敞开状态。
通过捕获音频换能器111的正压或推动，折声组件103的充气操作进行工作，以使 可膨胀泡沫部分170膨胀，同时部分地排出环境气压191，以减轻音频换能器111的负压或 推动。伴随着在换能器111中出现的动作，振动膜142和145可以承受一前一后的或同相 的进入和偏移。在来自音频换能器111的偏移或推动期间，振动膜145被推动离开它的阀 座133，因此打开了通过路径132、 146和153，并允许来自音频换能器的压力行进通过声音
20和压力导管160，通向可膨胀泡沫部分170，该导管160由声音和压力导管轴环固定在153 的出口。泡沫部分170中的压力被调整，并且可以通过可膨胀泡沫部分壁中的小孔171和 可调节阈值安全阀162进行释放(图3所示)。同时，在来自音频换能器的偏移或推动期 间，进口振动隔膜142被推动与阀座152接触，因而防止压力向外部环境空气的损失。在来 自音频换能器的侵入或拉动期间，进口振动隔膜142被拉动离开阀座152，因此允许外部空 气通过151、143和131进入，由此部分地释放音频换能器111振动的拉动侧的负压。同时， 在来自音频换能器111的侵入或拉动期间，出口振动隔膜145被拉动与阀座33接触，防止 可膨胀泡沫部分170中的压力逃逸。 通过产生波形的附加膨胀压力，实现了可膨胀泡沫部分170的用户可控的膨胀、 加压和阻抗匹配，所述波形混合到将经由所述耳塞音频换能器110听的音乐、通信或节目 素材中，并根据用于期望的结果调整波形、振幅和频率。感应所述耳塞音频换能器110的阻 抗负载的反馈电路也可以用来根据可编程的预设参数自动控制振幅和频率。充气期间的波 形、频率和振幅可以为声频的或根据所述期望的结果也可以为亚声频的。听不见的较低的 频率、低的振幅波形导致可膨胀泡沫部分170的加压和膨胀较慢，并且当听缺少足够频率 内容的节目素材时可以用来保持膨胀和阻抗匹配水平以及更新率(新气团在隔膜170和耳 道内的循环)，以有效地操作折声泵。 虽然更容易听得见，较高的频率和振幅波形产生了更有效的充气，当需要时，影响 可膨胀泡沫部分170的快速加压。附加在由音频换能器110和振动膜111播放的音频节 目素材上的所述电波形允许控制折声泵。这种外部的和用户可获得的控制与可膨胀泡沫 部分壁171中的小孔和可调节阈值安全阀162 —起相互合作工作，从而在使用期间容易匹 配他们自己的鼓膜阻抗，以控制耳内佩戴和舒适性、耳内气团更新率(控制耳内压力和温 度)、周围环境声音隔离或透过、大气压均衡、可膨胀泡沫部分170的振动位移的振幅以及 音频振动膜111的阻抗匹配。改进的波形可以用来增加产生波形的附加膨胀压力的效率和 操作，所述波形不限于正弦波形或低频谱。施加在以期望的方式操作折声泵的音频振动膜 lll上的任何波形(方形、三角形、锯齿形，它们的组合或其它)可以认为是该装置的一部 分。影响将要使用的波形的选择的因素包括用户体验(音频内容和可膨胀泡沫部分加压和 膨胀速率)以及充气效率，其影响该装置的用来区域音频换能器110的电池寿命。在一个 实施例中，调号或者商标声音、话语、歌曲或音乐节拍可以以数字形式储存在电存储器中或 其它(如Microsoft Windows⑧或Apple⑧计算机启动声或Dolby Digital , THX⑧或 DSS⑧电影院声音系统演示声音)，其快速膨胀和准备可膨胀泡沫部分170，以令人高兴的 且商业上公认的方式用于使用。
折声传输樽式: 在这种模式中，声振动(S卩，语音、音乐、音乐或其它节目素材)如上所述被折射并 传递，并且可以同时或独立于前述充气操作，并起几种作用。首先，折声组件103可以具有 围绕板140的中心点的反对称性。元件151U52、141、142、143和131在这种反对称周围与 元件132、 133、 144、 145、 146和153是对称的。进口阀和出口阀、端口和振动膜的这种偏移 配置的对称性允许折声隔膜142和145的声振动在阀座接触和隔膜固定区域的中间区域的 外面。这使所述142和145对音频换能器111的声振动发射是可透过的，并能够传送所述 声振动发射，而不管每个阀和端口组件的敞开或关闭状态。
其次，隔膜142和145优选比保持它们的框架要薄。然而，隔膜142和145可以为 任何厚度。在其中板或基板130、 140和150都横向堆叠接触的实施例中，隔膜142和145优 选还具有在机械振动期间经历横向位移的空间。隔膜单声道端口和孔轮缘之间的距离、基 于聚合体隔膜的固有弹性的隔膜偏移位移、和隔膜142和145与多端口阵列151和132之 间的小的间接还允许隔膜波动，这使得整个组件103对音频换能器111的声振动发射是可 透过的，并能够传送所述声振动发射。 隔膜142和145在声振动中的运动还可以带来进口和出口组件在同时充气期间的 仅部分就座。因此，节目素材(即，声振动)与充气机构的重叠导致充气效率的降低，同时 允许更大的声振动传递。然而，所产生的压力还足以用于膨胀和操作目的，但要考虑对来自 音频换能器111的不具有听觉音量或频率的音频波动的声音传输的折声隔膜的透过性，其 中所述音频波动是由阀压力充气操作产生的。 可膨胀泡沫部分壁171中的小孔和折声阀振动隔膜壁147中的小孔可以用来释放 过呀并增强音频传输。三个小孔171允许释放背压，否则其可能影响端口和阀组件的完全 固定，且因此影响端口和阀组件的完全关闭，这又会导致音频信号的中断或波动。另一个实 施例取消了隔膜单声道端口 143和146，代替的是仅靠在折声隔膜147中的小孔上以实现 充气、声音传输和过压释放的功能。该实施例依赖于操作期间小孔147的随着隔膜142和 145弯曲的打开和关闭，且因此不要求使用阀座133和152，代替的是采用可调节的限制栅。 这些可调节的栅允许阀根据它们的横向定位操作膨胀和放气模式。 在一个实施例中，参照图1，该装置可以设计为与宽范围的现有的、商用的、个人听 音装置耳塞或其它类似装置(如参见图9A-B)连接在一起。其它实施例包括其中折声阀组 件101的充气和音频传输功能直接建立在音频换能器外壳(在换能器111的正面或在它的 背面)的装置。小型助听器换能器还可以与类似的获得并根据合适的电信号产生膨胀压力 的阀或充气设备安装在一起。这些实施例范围包括独立阀结构，其可以固定到其设计包括 与装置一体的阀设备的现有换能器或常规换能器上。图24示出了可以与声音装置101的 助听器实施例一起使用的这种泵组件的例子。施加至输入端子301的直流电压使电流流入 围绕电枢结构306的线圈302，导致磁极性交替改变。极性变化使电枢306顶部由于上下磁 铁305的交替吸引而上下移动，这又在密封壳体310的捕获空间(tr即ped volume)311中 上下移动传动销303和连接的振动膜304。 振动膜304的向下运动降低了在捕获空间311中的压力，使得进气阀307打开，将 空气吸入空间311中。振动膜304的向上运动使捕获空气空间311中的压力增加，推动排 气阀308打开，并且空气流入膨胀/放气管309。同时使进气阀307和排气阀308的位置相 反，从膨胀/放气管309吸入空气。在另一个实施例中，这些阀307、308中的每一个都可以 由两用阀代替，所述两用阀可以在进口和出口功能之间电切换。实现这种两重性的一个过 程是通过使用微机电系统(MEMS)技术制造的阀的使用。 在某些实施例中，该组件可以为从背面安装的，其中从音频换能器110背面获得 压力，将通过低音频压力隔音板和压力导管(未示出)将所述压力经由声音和压力导管160 弓I导至可膨胀泡沫部分170。在这个实施例中，优选地仅是膨胀压力而不是音频振动由折声 组件103传递通过低通隔音板到达可膨胀泡沫部分170。 现在参照图10-14，装置101的其它实施例可以使充气和音频传输功能分离，并
22且不使用来自音频换能器110的压力来加压或膨胀可膨胀泡沫部分170。更确切说，如图 10-14所示，可膨胀泡沫部分170可以由从用于使可膨胀泡沫部分170膨胀的另一装置单独 产生的压力膨胀，所述另一装置包括但不限于电动泵或机械泵(如，风箱、注射器等)。例 如，用来加压和膨胀可膨胀泡沫部分170的压力可以由泵265供给，所述泵265连接至如图 13-14所示的诸如中空的TRS(尖端环、套筒)插塞的加压音频连接塞绳适配器267。连接 适配器267优选与现有的用在音频设备和/或个人头戴耳机中的阴连接相兼容。连接适配 器267的目的是提供一个导管，泵265可以通过该导管将空气泵送到可膨胀泡沫部分170 中。而且，连接适配器267可以在媒体装置269和声传导装置101之间提供电连接。
如图11所示，泵265可以与媒体播放装置本体269连接，并与其通信，从而在可膨 胀泡沫部分170和/或媒体播放装置之间，或者在所公开的装置111的实施例和包含音频 换能器110的个人听音装置耳机之间的加压电连接塞绳258上，或者在某个其它位置产生 加压通信。其它实施例可以结合小型手动膜盒式泵或手动注射泵与止回阀和压力调节器控 制装置一起的使用，并且可以或不可以存储在外部压力贮存器中。用来加压和膨胀耳朵内 或耳朵上的可膨胀泡沫部分170的压力可以经由包括音频换能器接线的远程加压管来传 递，所述接线可以从任何压力产生源265延伸到包括音频换能器110的个人听音装置耳机。 在图12中所示的实施例中，压力产生源265包含在通信和/或媒体播放装置的本体中，由 此产生加压通信和/或媒体播放装置269，或者包含在加压电连接塞绳258中。传递压力的 导管可以单独在与将音频装置269电连接至个人听音装置耳机的塞绳相同的外壳旁边或 内部延伸。在一个实施例中，中空音频连接插塞267除了在音频换能器110和所述音频装 置269之间进行电接触之外还传递膨胀和加压压力。 该装置的众多新颖特征中的一个是可膨胀的声学共振泡沫部分170可以由用户
在操作期间进行控制，用于优化耳朵上或耳内音频传输并连接至鼓膜。 在另一个实施例中，折声组件103可以为这样的一种装置，在对已经出售的或制
造的现有听音装置进行改进时，通过该装置，可以容易地产生用于隔膜膨胀、加压和用户控
制的压力。此外，通过考虑仅依靠用于膨胀、加压和控制目的的音频换能器110的实施例的
设计和制造，由此降低了材料和制造成本，它可以提供重要的用处。产生波形的膨胀压力允
许不采用外部压力产生源266而激励和控制所述折声组件的装置，并且可以通过包括电连
接塞绳、塞绳适配器或音频装置269中的电波形产生装置(未示出)而提供，或者预记录在
将要听的媒体内容上。 该装置的附加特征包括远程膨胀、加压和控制方法，其涉及所述手动膜盒式泵或 手动注射泵、外部压力贮存器、所述加压通信和/或媒体播放装置269、所述加压音频连接 插塞267、包含音频换能器所述压力传递中空音量连接塞绳258或用于单声道或多声道的 音频换能器的接线的使用，所述换能器为扬声器或麦克风。 不管装置(阀组件103等、外部手动泵，或外部机械泵或风扇)的类型和用来膨胀
和控制可膨胀泡沫部分压力的该装置的实施例的配置(如图1中那样在耳塞换能器的前
面，或如图2中那样在耳塞换能器的后面或外面)，各种实施例可以包含控制阻抗匹配、可
膨胀隔膜的声学特性、耳道空气更新率和空气缓冲、对耳朵的声密封、用户舒适性和佩戴、
诸如振动膜111之类的声学元件上的背压、以及其它前述参数和特性的功能。 如同所描述的那样，可膨胀泡沫部分可以在操作期间由用户控制而膨胀和放气。这种控制不仅对该装置插入耳朵或从耳朵上取下有用，而且允许可膨胀隔膜压力的微调， 由此提供了用于精确调节双重阻抗匹配、声学特性、耳道空气更新率和空气缓冲、对耳朵的 声密封、用户舒适性和佩戴、背压、温度以及环境生硬的透过和隔离的装置。用户控制适当 地感知或阻塞环境声音对所有的个人听音装置的安全操作尤其重要，并且现有装置一般没 有提供这种控制。此外，放气提供了 一种重要方法，用于在不用时将可膨胀泡沫部分和声音 和压力导管160收回保护罩。这种罩可以为围绕压力导管160的保护套或外壳。
图1的自膨胀实施例中的放气或减压受用户的影响，通过调节产生波形的膨胀压 力或将它关闭，由此减弱103的充气机构的操作。当充气降低时，从可膨胀泡沫部分壁中的 小孔171释放的气压允许空气比它补充时更快的速度逃逸，并且隔膜放气。此外，可调节的 压力释放阀162允许用户手动释放压力和共振隔膜放气，由此调节阻抗匹配和其它前述相 互作用的操作参数。在可膨胀泡沫部分经由内部或外部手动或电动/机械泵或风扇膨胀的 实施例中，可膨胀泡沫部分还可以通过反转这些外部压力产生装置而放气和縮回。在由非 延展性、非弹性材料制成的可膨胀打褶或折叠实施例中，利用放气折叠形式的材料存储器 允许音频换能器具有合适的负载或阻抗匹配，并且还排除放气真空泵送动作的需求。与采 用延展性或弹性隔膜(如气球) 一样，该装置可以通过简单地降低正的膨胀泵送压力而放 气。 如上所述，在可替换的实施例中，折声阀和泵送机构206(如图2所示)可以放置 在音频换能器lll的背面。与之前的图l所示的实施例(其允许对已经出售给消费者的数 百万耳塞型音频装置进行改进)不同，该实施例可以要求将所公开的装置结合在新的耳塞 产品设计和结构中。它的优点包括从音频换能器111到可膨胀泡沫部分170的直接声音传 输，其旁路折声阀设备的任何插入。用来膨胀和控制可膨胀泡沫部分170的压力经由背部 安装的折声阀组件206产生，这与图l所示的类似，并且其以与先前描述的图1中示出的实 施例类似的方式被驱动，但是通过在音频振动膜111的相反侧出现的压力驱动。
由于仅膨胀压力而不是声音内容要求来自背部安装的折声阀206(声音内容按照 惯例从音频换能器111的前面传递到可膨胀泡沫部分170中)，该阀206的折声方面仅涉及 它的将声波转换成膨胀压力的能力，并且不需要将音频内容折射或传递到可膨胀泡沫部分 170中。正相反，背部安装折声阀组件206的设计和结构包括用于抑制声响内容的装置，否 则将用振动膜111的正面产生的音频内容引起不期望的频率消除/或增强。这是通过在压 力导管160中附加声学低通过滤隔音板(未示出)来完成的，所述隔音板经由声音和压力 导管将所述背部安装折声阀组件206连接至可膨胀泡沫部分170。在其他方面，这种装置的 操作和结构与先前在图1中所示的实施例103 —致。 另一个实施例结合使用附加换能器(未示出)，或结合使用多个相同的、与音频换 能器110串联或并联电连接的附加换能器，所述附加换能器仅或主要地用于膨胀目的。在 换能器仅用于膨胀并(在相同的电路中)串联连接的情况中，折声阀再次仅在它将声波转 换成膨胀压力的方面中是折声的。在这种配置中，诸如低音频压力隔音板之类的滤声器可 以仅对由附加换能器的物理配置或产生的导致使音频内容退化的声频消除或增强的压力 是必要的。通过专用电路，可以在最佳频率波形处直接处理单独接线的这种膨胀换能器，而 不管音频内容退化。在其中附加的换能器用于膨胀和诸如低音增强之类的音频目的的实施 例中，结构和设计必须考虑所采用的配置、隔音和频率复用方法中的声相位消除和增强。结合电跨接在每个耳朵具有两个或多个换能器的实施例中也是可以期望的。 不采用阀、折声或其它装置来加压和控制所述折声可膨胀泡沫部分170的各种前
述和其它参数的任何机构可以与该装置的实施例结合，包括但不限于预加压贮存器、风扇、
化学压力产生装置或任何类型的无阀泵，不论是否远离所述音频换能器或结合在所述音频
换能器中。 在其中压力产生装置产生的压力不是电或其它控制的实施例中，用户可调节的输 入阀或压力调整装置可以设置在压力产生源265和折声可膨胀泡沫部分170之间。
III.析声声咅装置的实施例的其它应用 当声音振动行进通过音频换能器111和所述折声组件之间的空气传导介质、或膨 胀或加压泡沫部分170中的空气传导介质时，它们由于传导通过上述由聚合材料组成的移 动或振动透镜而被折射。除了使所述声波折射或弯向垂直于隔膜表面的平面外，弹性聚合 体隔膜构成移动透镜。与固定透镜(如光波中的棱镜)不同，移动或振动声透镜产生负的 和正的折射(凸凹)，其中声波以辐射图案更有效地分散。由声透镜提供的分散导致耳内和 耳上音频应用中的音频内容的可辨别能力更大。该分散还可以允许放大的环境声音、声乐、 特技效果(即，计算机或视频游戏中的)、个人摄影棚、噪声消除、卡拉OK录音、电动听诊器 的电混合。 由于前述描述的可变声密封和噪声消除隔离方法，该装置的实施例在音频换能器 110上或其它耳上位置上提供了立体配置单声道或立体麦克风。这在环境声音在周围出现 的位置上提供了电混合的环境声音，所述环境声音为反射到听者的音频。这不仅在用户遇 到要求立即响应的救护车警报或剌激时为用户提供了更安全的环境交互，它还允许用户利 用常规数字信号处理设备向他的听音体验增加混响、回声、均衡、压縮和其它录音棚效果， 并且允许使用诸如专业舞台监听器或个人卡拉OK设备之类的装置。 在特定的实施例中，可以结合耳内用户接口，其中源自用户的牙齿碰撞、咽喉声音 或任何计算机可识别的非用言语的通信可以由耳道中的声共振感测到，并用作音频用户接 口，以用户专用的命令控制电子或机械装置。此外，并且由于同样感测到这种耳内共振，该 装置的实施例能够提供一种计算机，在由多人说话时，其可以明确地辨认其将跟随或忽略 的语言或非用语言命令。 A.通过经由耳道的头部组织的音频传导 头部组织(如，皮肤、头骨、大脑液体等)的传导特性使它对由与存在与声学共振
室或隔膜中的振动的直接接触引起的振动特别敏感。这与周围的外耳或肌肉组织或人体组
织的任何其它外露部分相反。也直接传导到耳道壁中的音频振动由耳蜗以比产生可感知的
声压级的但不与包括耳道壁的皮肤接触的音频振动大的音量级感知到。这种声传导称为组
织传导，是一种用来描述所有的由耳蜗经由通过人体的骨骼、组织、器官或流体共振的振动
感知到的声音的技术术语。仅次于鼓膜，耳道壁对外部声换能有非常大的传导性。 泡沫部分170不仅将声波通过包含在耳道中的空气传递到鼓膜，它还将这些振动
直接传导到包括耳道壁的皮肤和组织。当听者体验包括现场音乐会的外部声源时，这通过
交替传导路径的一部分剌激耳蜗，通过眼睛、鼻子、咽、窦室、覆盖面部和头部的组织等进入
头部的声振动通过所述路径行进。因此，由可膨胀泡沫部分170提供的听觉体验带来提高
的和增强的保真度，其更紧密地接近自然外部声音的在常规个人听音装置中不能实现的声
25音效果。 而且，由多个换能器分别振动的多室可膨胀泡沫部分170实施例可以用来剌激至 耳蜗的各种不同的骨骼传导路径。这些室在象限内的各种可能的物理配置带来了沿着明显 不同的耳蜗路径传导的声音的各种可能的组合，这可以提供现有音频装置中不存在的虚拟 的三维听觉体验。 由于与经由可膨胀泡沫部分170阻抗匹配并连接至所述组织的音频换能器的声 传导效率非常大，骨骼传导方法可以用于私人通信、视频游戏或听力受损的听者，其中至耳 蜗的声传导路径由与通常的与耳朵不相关的身体部分的直接接触来激励。例如，放在或采 用外科手术植入嘴或颊中的可膨胀泡沫部分170将声音有效地传导至耳蜗。在涉及患病或 受损的耳朵解剖组织的情况中，共振构件可以轻轻地膨胀，与鼓膜或内耳的一部分直接接 触，以有效地将声音传导至耳蜗。假牙可以安装有可膨胀泡沫部分170，用于直接的声音传 导。声音装置IOI的外科植入可以在永久的和更轻便的实施例中提供这些好处，特别是对 于，但不限于听力受损。而且，声音装置IOI实施例的医疗植入可以用在其中可以要求恒定 的无线电输入的应用中，如在军事人员中。
B.噪声消除 该装置的实施例可以用在噪声消除应用中。当听者体验外部声源时，通过眼睛、鼻 子、咽、窦室、覆盖面部和头部的组织等进入头部的声振动行径通过的交替传导路径可以有
效地由这些相同的振动的传导抑制，所述相同的振动是从可膨胀泡沫部分170直接异相地 发出的，并处于合适的噪声消除必需的音量水平和音频上。这提供了有效的听力保护和隔 离配置，其在之前从来是不可行的。当耳塞或套筒可以抑制沿着耳道行进的过多的噪声污 染时，OSHA仍对通过至耳蜗的交替传导路径出现的听力损伤发出警告。除了厚重的封闭头 盔，不存在减轻这些危险的任何便携技术。通过经由传导配置的噪声消除，该声音装置的实 施例可以提供许多独特的和必需的声音隔离和噪声保护应用。
C.防止耳垢累积的方法 在另一个实施例中，通过将扬声器和听音装置部件包含在可随意使用的或可改变 的封闭隔膜内，所公开的声音装置可以用来防止耳垢累积。膨胀的共振泡沫部分有效地保 护扬声器和听音装置部件不受耳垢的影响。由空气的轻微有效的流动加压的可渗透的隔膜 或环形物产生了正压环境，其保持装置部件免受外部污染，并且还更新包含在耳道中的空 气，使它持续地与外部环境空气进行通风。充满耳垢的蒸汽不再允许积聚，耳内温度被有效 地降低了。环形物实施例可以具有通过它的中心并沿着隔膜表面充分起皱和隆起的加压声 学路径，以允许持续和平缓地排出耳内蒸汽。 为了进一步图示本发明的不同方面和特征，提供了下述实例
实例 所采用的测li式方法 在人类解剖组织中，在耳道之间测量的听道或耳道的长度大约平均为头部宽度的 1/6。在成人中，这对每个耳道转化为约18至30mm，并将中耳与鼻子、嘴、窦和其它腔一起放 在眼睛的后面，眼睛将声波传导到它包含的声腔中。为了进行这些测试，25mm的人造耳道由 具有8mm的内径的长的顺从性的聚合体管形材料构造。人造耳道一端设置了用于放置并声 学密封Crown⑧CM-311A话筒碳精盒的装置，而另一端设置了用于支撑或声学密封耳塞外壳的人造外耳或外部耳机。这种人造耳道用在试验测量中，其中目标是评估将由听者的鼓 膜体验的装置(耳塞换能器或可膨胀泡沫部分170)的声学性能。为了比较，在敞开的空气 中进行了其它测量。当放在人造耳道的一端上时，CM-311A话筒碳精盒在压力特性和它的 隔膜后面的室的压力可调节性方面都相当好地接近鼓膜，这非常接近中耳的特性。所有的 测试都采用设置有Apple⑧iPod Nano(制造商的包装部件恥03-7455)的耳塞进行。
基于计算机的信号产生装置用来产生用于测试的频率范围。这些频率由数模换能 器(DAC)转换成声音，并传递至产生用于测试的原始声音的耳塞换能器。
测试结果 图15示出了在传递至DAC之前由计算机软件产生的20Hz至20kHz音频正弦波频 扫的基波和谐波含量。上面的曲线图示出了对数分度上的这种频谱。下面的图线图示出 线性比例上的相同的频谱，其中实际信噪比更明显，且在-100dB或更好分贝处示出了噪声 层。在这两个曲线图中的每一个中，下面的灰色曲线是实际波形，上面的黑色曲线是峰值频 率振幅的包络线。 图16示出了在通过DAC之后，在iPod⑧音频换能器输入端发现它们时的峰值频率 振幅的20Hz至20kHz的包络线，类似与图35中的黑色曲线。因此用于测试的驱动信号在 整个频率范围内很均匀。 图17中的连续线示出了用于用在该测试中的Crown⑧CM-311A电容式话筒的制 造商的频率响应曲线的线性曲线。虚线表示应用麦克风敏感性补偿公式之后的响应。该补 偿公式还应用于用该麦克风记录的所有的后续声频频谱。 图18示出了当放在户外离iPod⑧音频换能器lmm的距离时，由Crown⑧CM-311A 检测到的频率响应，该换能器通过由大虚线表示的20Hz至20kHz音频正弦波频率扫描来驱 动。上面的实曲线表示由麦克风检测到的未加工的信号，下面的虚线曲线表示应用麦克风 敏感性补偿公式之后的信号。仅呈现了已经用于麦克风敏感性补偿的扫描。
图19示出了当由声学密封的lmm长的导管连接至Crown⑧CM-311A时，来自 iPod⑧音频换能器的20Hz至20kHz音频正弦波频扫信号发射的测量值。将驱动换能器和 麦克风与导管密封在一起具有下述效果，即产生了由频谱中的较高频率覆盖的低音占支配 地位的响应。大虚线示出了来自用在图18中的麦克风的削弱了 -lOdB的20Hz至20kHz输 入水平振幅，以防止低音响应的增加描述使麦克风前置放大器饱和(限幅)的影响。理想 地，好的耳内装置应当在最大可能的频率范围内产生最平坦的可能的频率响应，这种平坦 性对音乐和通信频率范围，即通常从300Hz至3. 4kHz范围变化的语音范围是非常重要的。 所述响应的平坦性比整个分贝水平更重要，所述分贝水平随后在没有限制的情况下可以被 增加，因为低音不再占支配地位。 图20中的实线示出了来自与折声共振隔膜安装在一起的iPod⑧音频换能器的 20Hz至20kHz音频正弦波频扫信号发射的测量值。泡沫部分170密封在13mm长的导管中， 所述导管的另一端由CrOWn⑧CM-311A麦克风密封。膨胀泡沫的端部离麦克风lmm，因此 提供与图19中的测试调节的对照。与图19中的结果相反，折声隔膜泡沫的存在带来中间 范围和高音响应的极大改善。为了比较，小虚线示出了图19的曲线。大虚线示出了削弱 了 -lOdB的20Hz至20kHz输入水平振幅，以允许由声密封产生麦克风前置放大器的限幅。 这种测试显示处了改进，即，采用折声共振泡沫平坦化响应曲线。该装置的实施例的另一特
27征是通过调节泡沫中的内部压力使泡沫响应与耳道进行阻抗匹配的能力，如在图21中表 示的测试所进行的那样。 图21示出了来自iPod⑧音频换能器的20Hz至20kHz音频正弦波频扫信号发射的 三个分离的测量值，所述iPod⑧音频换能器与折声共振隔膜一起安装在13mm导管内，另一 端远离Crown CM-311A麦克风lmm密封。在这种情况中，折声隔膜泡沫中的可变压力带来与 iPod⑧音频换能器和麦克风不同程度的阻抗匹配。与图40中的实线曲线相同的实线曲线 示出初始的高隔膜压力结果。大虚线示出了削弱了 -10dB的20Hz至20kHz输入水平振幅， 以允许由声密封产生麦克风前置放大器的限幅。这两条虚线曲线示出了两种不同的低压水 平的响应，其更好地与该系统进行阻抗匹配，并在整个频率范围内产生更平坦的响应。这种 响应对耳内声音装置是理想的，在输入音量增加的情况下，允许听者体验更大的整体音量， 而没有失真或重低音支配。 图22示出了四个不同的测试结果(20Hz至20kHz音频正弦波频扫信号发射的测 量值)，iPod⑧音频换能器和Crown⑧CM-311A麦克风之间都分开25mm的距离，即，成人的 平均耳道长度。曲线(A)示出麦克风放在离换能器的前面25mm的户外空气(无导管)时 的结果。曲线(B)示出麦克风和换能器密封在25mm导管的相对端部，不采用泡沫部分170 时的结果。曲线(C)和(D)示出在将换能器连接到麦克风的25mm导管中应用折声隔膜泡 沫部分时的结果。这两条曲线表示不同的泡沫压力水平和这两个不同的阻抗匹配条件。曲 线(E)表示在iPod⑧音频换能器输入端测量的20Hz至20kHz音频正弦波频扫信号发射。
在户外曲线(A)中的25mm的距离处，所述响应的音量极大地降低。此外，在约7kHz 处存在陡峭的下降。当增加25mm导管但没有折声隔膜泡沫时，产生了的极低音占支配地位 的非平坦响应曲线(B)。这与图19中示出的响应非常类似，图19中示出的响应也用于没 有折声隔膜泡沫的密封导管结构。接近密封到耳朵上的常规装置的这种响应是非常不期望 的。采用折声隔膜泡沫部分170的曲线(C)和(D)示出了整个较平坦的响应，同时保持较 好的音量。曲线(C)示出了低声音应增强的响应，同时曲线(C)示出了去除(降低)低频 的能力。除了可膨胀泡沫部分其它优势，该装置的另一个重要方式是，通过调节隔膜或泡沫 压力，曲线(C)和(D)以及在它们之外或之间的连续范围的曲线可以实现为适合听者的信 号。这是该独创性装置的实施例对鼓膜和耳道的阻抗匹配应用。通过改变可调节阈值安全 阀，以及隔膜壁厚度和穿孔参数，也可以独立地和同时为音频换能器提供阻抗匹配。这些单 独阻抗匹配因素的组合带来了听者音频体验的极大增强。 虽然已经示出和描述了本发明的各实施例，当在不背离本发明的精神和教导的前 提下，可以由本领域技术人员对其进行修改。在此所描述的实施例和所提供的例子仅仅是 示例性的，且不是用于限制。本发明在此公开的各种变形和修改也是可行的，并且在本发明 的范围之内。因此，保护范围不是由上述描述限定，而是仅由随后的权利要求限定，保护范 围包括权利要求的主题的所有等同物。 参考文献的讨论不是承认它是本发明的现有技术，尤其是具有在本申请优先权日 之后的
公开日的任何参考文献。因此，在此参照它们的全部，将所引用的所用专利、专利申 请和公开的披露内容结合进来，达到它们提供示例性的、程序上的或对在此提出的那些进 行其它细节补充的程度。
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权利要求
一种声音装置，包括声音换能器，具有近表面和远表面；可膨胀泡沫部分，与所述声音换能器的所述近表面流体连通，所述可膨胀泡沫部分完全密封所述声音换能器的所述近表面，其中所述可膨胀泡沫部分具有膨胀状态和缩回状态，其中所述可膨胀泡沫部分在所述膨胀状态填充有流体介质，并且所述可膨胀泡沫部分在所述膨胀状态适合与耳道相一致。
2. 根据权利要求l所述的声音装置，其中所述可膨胀泡沫部分连接到折声组件，其中所述折声组件设置在所述可膨胀泡沫部分和所述声音换能器之间。
3. 根据权利要求2所述的声音装置，其中所述折声组件包括一层或多层基板。
4. 根据权利要求3所述的声音装置，其中所述一层或多层基板包括一个或多个进口阀和一个或多个出口阀。
5. 根据权利要求4所述的声音装置，其中所述进口阀和所述出口阀包括一个或多个端口和至少一个振动隔膜。
6. 根据权利要求2所述的声音装置，其中所述可膨胀泡沫部分通过由所述声音换能器产生的压力由所述折声组件膨胀。
7. 根据权利要求2所述的声音装置，其中所述折声组件设置为远离所述声音换能器。
8. 根据权利要求2所述的声音装置，其中所述折声组件设置为靠近所述声音换能器。
9. 根据权利要求1所述的声音装置，还包括连接到所述可膨胀气泡部分的用于使所述可膨胀气泡部分膨胀的装置。
10. 根据权利要求l所述的声音装置，其中所述用于使所述可膨胀泡沫部分膨胀的装置包括电动泵、机械泵或电动泵和机械泵的组合。
11. 根据权利要求l所述的声音装置，其中所述用于使所述可膨胀泡沫部分膨胀的装置包括所述声音换能器。
12. 根据权利要求1所述的声音装置，还包括压力释放阀、泵或压力释放阀和泵的组合，用于释放所述可膨胀泡沫部分内的压力。
13. 根据权利要求l所述的声音装置，其中所述声音换能器包括扬声器、振动膜换能器、驱动装置、个人听音装置耳塞、助听器或它们的组合。
14. 根据权利要求1所述的声音装置，其中所述可膨胀泡沫部分包括聚合材料。
15. 根据权利要求14所述的声音装置，其中所述聚合材料为弹性聚合体。
16. 根据权利要求14所述的声音装置，其中所述聚合材料包括嵌段共聚物、三嵌段共聚物、接枝共聚物、硅橡胶、天然橡胶、合成橡胶、可塑性聚合物、乙烯基聚合物或它们的组合。
17. 根据权利要求14所述的声音装置，其中所述嵌段共聚物具有包括AB、ABA、ABAB、ABABA的分子结构，其中A为玻璃质的或半晶质的聚合体，B为弹性体或橡胶。
18. 根据权利要求14所述的声音装置，其中所述聚合材料为具有橡胶主链和多个玻璃质侧分支的接枝共聚物。
19. 根据权利要求1所述的声音装置，其中所述可膨胀泡沫部分包括无弹性材料。
20. 根据权利要求l所述的声音装置，其中所述无弹性材料包括聚烯烃、聚乙烯(PE)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、超高密度聚乙烯(UHDPE)、聚丙烯(PP)、乙烯-丙烯共聚物、聚(乙烯-乙酸乙烯酯)(EVA)、聚(乙烯_丙烯酸)(EAA)、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、膨胀的聚四氟乙烯(ePTFE)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚乙烯醇、聚乙烯乙烯醇(EV0H)、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、具有MDI或TDI硬质链段的嵌段聚氨酯、聚环氧乙烷、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、丙基纤维素、羟基丙基纤维素或它们的组合。
21. 根据权利要求l所述的声音装置，其中所述可膨胀泡沫部分与所述声音换能器阻抗匹配。
22. 根据权利要求l所述的声音装置，其中所述可膨胀泡沫部分与耳道、鼓膜或外耳阻抗匹配。
23. 根据权利要求l所述的声音装置，其中所述可膨胀泡沫部分通过端口或导管与所述声音换能器流体连通。
24. 根据权利要求l所述的声音装置，其中所述可膨胀泡沫部分的至少一部分是多孔性的。
25. 根据权利要求24所述的声音装置，其中所述可膨胀泡沫部分具有小孔，所述小孔具有小于约1微米的平均直径。
26. 根据权利要求l所述的声音装置，其中所述可膨胀泡沫部分围绕所述声音换能器，并且所述声音换能器的背部与均衡压力源流体连通。
27. 根据权利要求26所述的声音装置，其中所述均衡压力源为环境气压。
28. 根据权利要求1所述的声音装置，还包括连接至所述声音装置的一个或多个麦克风。
29. 根据权利要求1所述的声音装置，还包括便携媒体播放器、移动电话、个人数字助理或它们的组合。
30. 根据权利要求l所述的声音装置，其中所述可膨胀泡沫部分包括两个或多个内部室。
31. 根据权利要求l所述的声音装置，其中所述可膨胀泡沫部分的内部压力是可调节的。
32. 根据权利要求l所述的声音装置，其中多孔性的可膨胀泡沫部分在所述縮回状态中是打褶或折叠的。
33. 根据权利要求l所述的声音装置，其中所述多孔性的可膨胀泡沫部分在所述膨胀状态中基本上为球形的。
34. 根据权利要求l所述的声音装置，其中所述膨胀状态中的所述可膨胀泡沫部分包括螺旋管形。
35. 根据权利要求1所述的声音装置，其中所述可膨胀泡沫部分为声学共振的。
36. 根据权利要求l所述的声音装置，其中所述流体介质为气体、液体或它们的组合。
37. —种声音装置，包括可膨胀泡沫部分；声音换能器，设置为远离所述可膨胀泡沫部分；折声组件，连接至所述可膨胀泡沫部分和所述换能器，所述折声组件具有单向出口阀和单向进口阀，其中当所述换能器向近端偏移时所述出口阀打开，并且其中当所述换能器向远端偏移时所述进口振动膜关闭。
38. 根据权利要求37所述的声音装置，其中所述出口阀和所述进口阀包括阀座、一个或多个端口以及一个或多个振动隔膜。
39. 根据权利要求37所述的声音装置，其中所述折声组件在加压所述可膨胀泡沫部分的同时传递音频振动。
40. 根据权利要求37所述的声音装置，其中所述折声组件包括远端基板、中间基板和近端基板。
41. 根据权利要求37所述的声音装置，其中所述远端基板包括进口端口和出口阀座，所述中间基板包括出口振动膜和进口振动膜，并且所述近端基板包括出口端口和进口阀座。
42. 根据权利要求37所述的声音装置，其中所述可膨胀泡沫部分包括球形或长椭球形。
43. 根据权利要求37所述的声音装置，还包括连接至所述声音装置的泵，用于使所述可膨胀泡沫部分膨胀。
44. 一种防止在耳道中积聚耳垢的方法，包括将权利要求1的所述声音装置的所述可膨胀泡沫部分插入耳道；用流体介质使所述可膨胀泡沫部分膨胀以密封所述耳道；以及允许来自所述耳道的蒸汽通过所述可膨胀泡沫部分，以干燥所述耳道并防止在所述耳道中积聚耳垢。
45. —种噪声消除方法，包括将权利要求1的所述声音装置的所述可膨胀泡沫部分插入耳道；从所述声音换能器到所述可膨胀泡沫部分传输与环境噪声异相的振动，以消除外部噪声，其中所述可膨胀泡沫部分通过所述耳道传导所述振动。
46. —种用于通过头部组织传导声音的耳机，所述传导包括将权利要求1的所述声音装置的所述可膨胀泡沫部分插入耳道；用流体介质使所述可膨胀泡沫部分膨胀，以使所述可膨胀泡沫部分与所述耳道接触；以及经由所述声音换能器使与所述耳道接触的所述可膨胀泡沫部分共振，以通过头部组织传导声音。
47. —种向耳朵传递声音的方法，包括下述步骤提供声音装置，所述声音装置包括具有近表面和远表面的声音换能器，禾口与所述声音换能器的所述近表面流体连通的可膨胀泡沫部分，其中所述可膨胀泡沫部分具有膨胀状态和縮回状态，其中在所述膨胀状态中所述可膨胀泡沫部分填充流体介质；将所述可膨胀泡沫部分插入耳道；使所述可膨胀泡沫部分膨胀至所述膨胀状态，以在所述耳朵内形成密封；以及通过所述声音换能器传递声音到所述可膨胀泡沫部分中，以使所述可膨胀泡沫部分共振，并传递声音到所述耳朵。
48. 根据权利要求47所述的方法，其中使所述可膨胀泡沫部分膨胀的步骤包括通过所述声音换能器传递声音。
49. 根据权利要求47所述的方法，还包括通过耳道壁传导来自所述可膨胀泡沫部分的声音的步骤。
50. 根据权利要求47所述的方法，其中所述可膨胀泡沫部分为多孔性的。
51. 根据权利要求50所述的方法，还包括通过所述可膨胀泡沫部分持续地更新耳道内的空气的步骤。
全文摘要
本发明公开一种折声学声音换能耦合器和耳塞，所公开的方法和装置结合了一种新颖的可膨胀泡沫部分，其向听者提供了出色的保真度，同时使听者疲劳最小化。可膨胀泡沫部分可以通过低频音频信号的传输或气体向可膨胀泡沫部分的泵送而膨胀。此外，声音装置的实施例可以适合相容地和舒适地配到任何耳朵上，为鼓膜和音频换能器分别提供了可变的阻抗匹配声音密封，同时将声振动室隔离在被驱动的泡沫中。这减少了总的音频换能器振动偏移在鼓膜上的影响，并以允许耳朵利用它的全部固有能力的方式传递音频内容。
文档编号H04R25/00GK101785327SQ200880100048
公开日2010年7月21日 申请日期2008年7月23日 优先权日2007年7月23日
发明者吉米·W·梅斯, 塞缪尔·P·基多, 斯蒂芬·D·安布罗斯, 罗伯特·B·舒勒, 罗兰·魏迪施 申请人:艾瑟斯技术有限责任公司