专利名称：一种挂颈式助听器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种助听器，特别是一种挂颈式助听器。
背景技术：
目前的助听器从佩戴模式来看，可分为单耳式和双耳式两种。单耳式助听器适于单耳佩戴，例如耳道式、耳内式、耳背式等，其缺陷在于难以对周边的声源进行立体(3D)定位分析及噪声消除。双耳式助听器适于双耳佩戴，通常将麦克风设置在一个小盒子上，而这个小盒子可挂在口袋、衣物或腰带上，类似人们使用MP3的情形，但是，这种设计也无法实现对声音的3D定位分析及噪声消除。为了解决声源定位的问题，名称为“应用波束成型技术的助听系统”的中国实用新型专利第200720143056.8号揭示了一种将两个麦克风分别配置于使用者左右耳两则，然后通过固定波束成型实现对前向声音的定向接收的方法，从而达到降低噪声并提高助听器信噪比的目的。名称为“一种眼镜数字助听器声源定位方法”的中国发明专利申请第200910028 636.6号揭示了一种包含有四个麦克风的眼镜助听器，所述麦克风分别设置于眼镜左右两侧的框架上并组成一个四元的麦克风方阵，通过对所述麦克风方阵各信号的时延计算出声源的实际位置，并由此实现定向语音信号的增强或噪声信号的抑制。上述通过对麦克风列阵的配置来增强有效声音并抑制噪声的方法是数字式助听器提高信噪比的一个有效方法。在实际应用中，麦克风的数量越多，间距越大，其声源定位的效果也就越好。然而受助听器佩戴模式的限制，要实现有效的麦克风列阵配置并不容易，例如上述第200720143056.8号专利采用2个麦克风配置只能实现声音的2D定位；而第200910028636.6号专利申请虽然可配置4个麦克风并实现3D定位，但这些麦克风都被配置在眼镜框上，在实际应用中是难以实现的。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于，针对上述现有产品技术上的不足，提供一种可有效实现对声源的定位，同时还具有易于设计及方便使用特点的挂颈式助听器。为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种挂颈式助听器，包括:挂颈装置，所述挂颈装置内置有数字音频处理单元；设置在所述挂颈装置左右两侧的第一、第二麦克风，和设置在所述挂颈装置后部的第三麦克风；以及与所述挂颈装置电气连接的第一耳机；所述第一、第二、第三麦克风及第一耳机分别与所述数字音频处理单元电气连接。[0011 ] 进一步地，所述第一耳机上设置第四麦克风，与所述数字音频处理单元电气连接，所述第一麦克风至第四麦克风共同组成四个麦克风的立体列阵。进一步地，还包括与所述挂颈装置电气连接的第二耳机，所述第二耳机上设置第五麦克风，与所述数字音频处理单元电气连接，所述第一麦克风至第五麦克风共同组成五个麦克风的立体列阵。进一步地，所述挂颈装置还内置有用于设置定向接收时纵向接收范围的纵向音频时延参数设置单元，在所述挂颈装置表面设置有与所述纵向音频时延参数设置单元电连接的定向接收纵向调整按钮。进一步地，所述挂颈装置还内置有用于设置定向接收时横向接收范围的横向音频时延参数设置单元，在所述挂颈装置表面设置有与所述横向音频时延参数设置单元电连接的定向接收横向调整按钮。进一步地，在所述挂颈装置表面设置有用于使能或屏蔽所述纵向音频时延参数设置单元的全向/定向选择开关，所述全向/定向选择开关分别与所述纵向音频时延参数设置单元和数字音频处理单元电气连接。进一步地，在所述挂颈装置表面设置有用于使能或屏蔽所述横向音频时延参数设置单元的全向/定向选择开关，所述全向/定向选择开关分别与所述横向音频时延参数设置单元和数字音频处理单元电气连接。进一步地,所述数字音频处理单元包括:顺序电气连接的模拟/数字转换器、数字音频存储器、数字音频处理器和数字/模拟转换器；所述模拟/数字转换器将从任一所述麦克风接收的音频信号经模数转换变为数字信号，并发送至所述数字音频存储器存储。进一步地,所述数字音频处理单元包括:顺序电气连接的计时单元、噪声特征分析单元和噪声特征存储器；所述计时单元与设置在所述挂颈装置表面的噪声消除按键电连接，用于对所述噪声消除按键按下的时间进行计时；所述噪声特征分析单元响应于所述噪声消除按键的按下动作，从所述数字音频存储器存储的数字音频信号中提取其噪声特征，并发送至所述噪声特征存储器存储；所述数字音频处理器从所述噪声特征存储器提取噪声特征，对所述数字音频存储器存储的数字音频信号进行噪音消除处理。进一步地，所述第一至第五麦克风均为全向麦克风。本实用新型具有的有益效果在于，易于设计，方便使用，可定向接收特定方位的声音信号，从而有效降低背景噪声，并显著提高助听器的信噪比。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本实用新型实施例一所提供的挂颈式助听器的正面外观示意图。图2是本实用新型实施例二所提供的挂颈式助听器的正面外观示意图。图3是本实用新型实施例二所提供的挂颈式助听器的侧面外观示意图。图4是本实用新型实施例二所提供的挂颈式助听器的声源定位及声音定向接收示意图。图5是本实用新型实施例二所提供的挂颈式助听器的声音定向接收及角度调整功能结构方框图。图6是本实用新型实施例二所提供的挂颈式助听器的整体结构方框图。图7是本实用新型实施例二所提供的挂颈式助听器的噪声消除功能结构方框图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的描述。请参照图1所示，为本实用新型实施例一所提供的一种挂颈式助听器100的正面外观示意图。该挂颈式助听器100包括挂颈装置101和电气连接在挂颈装置上的第一耳机102和第二耳机104。根据不同的应用场合，也可以只设置一个耳机，即单耳式。挂颈装置101采用半圆环形设计，前部具有开口，通过该开口挂颈装置101可方便挂在使用者脖子上，其内设置有数字音频处理单元(后面会详细介绍)，例如数字信号处理器(DSP)，或专用数字音频处理集成电路(ASIC)。挂颈装置101的左右两侧对称设置有两个麦克风:第一麦克风111和第二麦克风112。挂颈装置101的后部(正常使用时位于使用者的脖子背面)设有第三麦克风113。在挂颈装置101中还设有若干助听器控制按键或旋钮，其中包括音量调节按键(+/_按键)121，用于调节助听器音量；左右平衡调节按键(L/R按键)122，用于均衡左右耳机的音量，令输出至使用者双耳的音量一致；定向接收横向角度调整按键123，可调整前向声音的横向接收角度，令 助听器可选择性地接收横向特定角度范围内的声音；定向接收纵向调整按键124，可调整前向声音的纵向接收角度(可将接收范围向上或向下调整)，以进一步消除指定范围之外的噪声。除上述功能按键外，本实施例的挂颈装置101上还进一步设置有全向接收按键131,当该按键按下时,助听器的定向接收功能会被屏蔽,用者可听到360度全方位的声音；而要恢复定向接收功能时，则可按定向接收按键132。本实用新型实施例的助听器还具有无线蓝牙电话接听功能，当要接听电话时，可按下蓝牙控制按键133 ;此外本实施例还包括有一个噪声消除按键135，当用户希望消除接收到的某些特定的噪声时，可按下该按键来捕捉这些特定噪声，然后助听器就会自动将这些噪声过滤掉。第一耳机102通过第一耳机线103与挂颈装置101内的数字音频处理单元电连接，第二耳机104通过第二耳机线105与挂颈装置101内的数字音频处理单元电连接。可以理解的是，第一耳机线103和第二耳机线105仅是本实施例的一种示例，第一耳机102和第二耳机104可以通过其他有线方式或无线方式，分别与挂颈装置101内的数字音频处理单元电连接。本实用新型实施例的助听器主要是通过上述第一至第三麦克风组成的麦克风列阵来实现所述声音的定位及噪声消除。图1中声源150位于助听器100的正前方，15Γ158为由声源150产生并于空气中传播的声波。从图1中可以看出，声波155同时到达第一麦克风111和第二麦克风112的位置，即第一麦克风111和第二麦克风112可同时接收到来自声源150的声波。但声波155到达第三麦克风113的时间则晚于其到达第一麦克风111和第二麦克风112的时间。由于本实施例的第一麦克风111、第二麦克风112和第三麦克风113组成的麦克风列阵呈三角形，对同一声源发来的声波均有至少一个麦克风会延迟接收到，利用这种对来自同一个声源的声音相位差(时延)进行分析的功能，可以判断声源的方位，例如根据第一麦克风111、第二麦克风112和第三麦克风113接收到声波155的时间差，即可判断出声源150位于使用者的正前方。同时，利用这种时延分析，可使接收到的声音的时延在一定范围内(可调节)的音频信号才会在耳机中播放，这样便可以将指定范围外的噪声过滤掉，从而令助听器的信噪比得以有效提升。再请参照图2所示，为本实用新型实施例二所提供的一种挂颈式助听器100的正面外观示意图。与实施例一的区别在于，本实施例的挂颈式助听器100在第一耳机102上设有第四麦克风114，在第二耳机104上设有第五麦克风115，由此与第一麦克风111、第二麦克风112和第三麦克风113共同组成5个麦克风的立体列阵，可以实现对声源的3D定位及噪声消除。图2中声源150也位于助听器100的正前方，15广158为由声源150产生并于空气中传播的声波。从图2中可以看出，声波155同时到达第一麦克风111和第二麦克风112的位置，延迟一段时间后也同时到达第四麦克风114和第五麦克风115，再延迟一段时间后则到达第三麦克风113。与实施例一一样，本实施例的助听器具有对来自同一个声源的声音相位差(时延)的进行分析功能，只有第一至第五麦克风接收到的声音的时延在一定范围内(可调节)的音频信号才会在耳机中播放，这样便可以将指定范围外的噪声过滤掉，从而令助听器的信噪比得以有效提升。下面请参照图3所示，为本实用新型实施例二所提供的挂颈式助听器的侧面外观示意图。第一耳机102 (包括第四麦克风114)、第二耳机104 (包括第五麦克风115)处于使用者(未图示)耳朵的位置上(由于侧视图关系，102与104重叠，114与115重叠)，而挂颈装置101则挂在使用者(未图示)脖子上。第一麦克风111和第二麦克风112设置于挂颈装置121上(由于侧视图关系，111与112重叠)，位于第四麦克风114和第五麦克风115的下方；第三麦克风113则位于图3中的左方(即处于使用者的后方)。声源150位于使用者正前方，与第一麦克风111、第二麦克风112的距离分别为rl、r2，与第四麦克风114、第五麦克风115的距离分别为r4、r5，与第三麦克风113的距离为r3。由于声源150位于助听器的正前方及中间水平位置，因此第一麦克风111、第二麦克风112、第四麦克风114、第五麦克风115这四个麦克风会同时接收到声源150发出的音频信号(相位差为零)，即有rl=r2=r4=r5，而第三麦克风113由于位于使用者的后方，因此其最迟接收到来自声源150的信号，从而可以判断声音是来自使用者的前方而非后方。本实用新型正是通过对第一至五麦克风声音时延的分析来计算声源105的位置，并对声源150的音频信号进行放大，以及将其它方位的噪声过滤或消除。请参照图4所示，为本实用新型实施例二所提供的挂颈式助听器的声源定位及声音定向接收示意图。图中ml、m2为位于使用者(未图示)左右两边的第一、第二(或第四、第五)两个麦克风，d为所述两个麦克风的间距(相当于使用者的脸部宽度)，m3为位于使用者后部的第三麦克风，S为声源，声源S离左右两个麦克风的距离分别为rl及r2，离第三麦克风的距离为r3，与左边麦克风形成的夹角为α，与使用者中间轴线的夹角为β。假设声音于空气中的传播速度为V (15° C时为340m/s),时延设置为τ (即假设声源S发出的声音在ml、m2接收端产生的时延刚好是τ)，时延τ对应的距离X= τ v (x〈=d),即有计算公式:X = rl~r2 及[0046]cos α = (d+w) /rl经过分解运算可得到:cos α = χ/d + (d2_x2) / 2dr I当声源S离使用者很远时，rl相对于d及X接近无限大，则有:cos a ^ x/d = τ v/dβ ^ 90。- α = 90。- arccos ( τ v/d)当τ ν=0时(ml、m2接收到的来自声源S的信号时延为0，时延产生的距离也为0)，有β=0°，这时助听器只接收正前方0°范围的声音；而当τν在(Td/2范围时(时延产生的距离不超过半个脸部宽度)，β对应(Γ30°范围，这时助听器可接收前方正负30°的声音；而当τν在(Td范围时(时延产生的距离在一个脸部宽度内)，β对应(Γ90°范围，助听器可接收前方180° (正负90° )的声音。这样在本实用新型实施例中，一方面可以根据不同麦克风的时延τ来计算声源S的方位，另一方面也可以通过对时延τ的设置来选择性接收位于使用者正前方一定角度范围内的声音信号，并将此范围外的噪声衰减或消除，从而提高助听器的信噪比。再如图5所示，是本实用新型实施例二所提供的挂颈式助听器的声音定向接收及角度调整功能结构方框图。本实施例中，挂颈式助听器包括上下/左右四个麦克风及一个后置麦克风(第一至第五麦克风)，以及左右两个耳机(第一、第二耳机)，其中耳机的输出受数字音频处理单元的控制。在控制电路2 00 (位于挂颈装置101的内部)中，还包括有纵向音频时延参数设置单元和横向音频时延参数设置单元。在使用时，第一、第二麦克风通常位于使用者脖子处，而第四、第五麦克风则位于使用者的耳朵处，即四个麦克风的位置在纵向上存在高度差，由此会使纵向上的声波到达第一、第二麦克风和第四、第五麦克风时存在时延，例如从使用者上方传来的声波会先到达第四、第五麦克风，才再到达第一、第二麦克风，所以通过纵向音频时延参数设置单元对时延参数τ进行设置(请参考图4所示，τ的设置范围为(Td/v，对应于(Tl80°的接收范围)，可以设置定向接收时纵向接收范围。同理，在使用时，第一、第二麦克风通常位于使用者脖子的左右两侧，而第四、第五麦克风也位于使用者的左右耳朵处，即第一、第二麦克风的位置在横向上存在位置差(第四、第五麦克风的位置在横向上也存在位置差)。当声源在使用者正前方时，呈左右设置的第一、第二麦克风可同时接收到声波(此时前述位置差为零)。但如果声源稍微偏移，第一、第二麦克风存在的位置差便会导致接收到声波的时间出现时延，声源靠右，右边的麦克风就会先接收到信号，反之左边的麦克风就会先接收到信号。所以通过横向音频时延参数设置单元对时延参数τ进行设置(具体参照图4所示，τ的设置范围为(Td/v，对应于(Γ180°的接收范围)，可以设置定向接收时横向接收范围。为便于使用者设置操作，在挂颈装置101表面设置有定向接收纵向调整按钮(或旋钮)，与纵向音频时延参数设置单元电连接；在挂颈装置101表面设置有定向接收横向调整按钮(或旋钮)，与横向音频时延参数设置单元电连接。至于声音的前后位置则是通过后置麦克风(第三麦克风)来判别的。图5中还包括有全向/定向选择开关(可为两个独立开关或一个切换开关)，可控制上述的时延参数设置单元，即可使能所述的时延参数设置单元或屏蔽所述的时延参数设置单元，通过所述的控制令助听器的定向接收功能及全向接收功能得以选择或切换。所述全向/定向选择开关亦可直接控制数字音频处理单元，使能定向接收(由参数τ设定)或屏蔽定向接收，当定向接收被屏蔽时，助听器可以接收全向360°的声音。下面再请参照图6所示，为本实用新型实施例二所提供的挂颈式助听器的整体结构方框图。图中Micf Mic5为第一至第五麦克风，在图中这5个麦克风先经过一个Α/D转换器(模拟/数字转换器)，然后再输送到数字信号处理器(DSP，内包含有数字音频处理单元)300 (位于挂颈装置101内部，300也可以是其它专用的数字集成电路芯片)，由数字信号处理器300将麦克风信号处理后再送到左右两个耳机(第一、第二耳机)进行播放。在图6中包括了图5所示的所有功能，除定向接收纵向调整装置、定向接收横向调整装置、全向接收按键、定向接收按键之外，还包括有音量调节装置、左右平衡调节装置，以及一个蓝牙模块，这个蓝牙模块可以与关联的手机通信，使助听器同时具有无线蓝牙耳机的功能。为了配合上述的这些功能，在本实用新型实施例中还包括有电话接听按键、充电池及充电接口等。为了提升助听器的性能，本实施例的助听器还包括有一个用户编程/设置接口，可以通过外部设备(例如电脑或专用编程器等)对助听器进行编程设置，例如设置助听器每个耳朵输出的频率补偿曲线，或进行其它个性化的功能设置。除此之外，助听器还设置有一个独特的噪声消除按键，可捕捉及消除用户听到的具有某些明显特征的噪声，例如办公室的空调声、马路汽车/火车声、喇叭声，以及工地噪声、地盘打桩声等。上述噪声消除按键的功能将会在下面作进一步的说明，请参照图7所示，是本实用新型实施例二所提供的挂颈式助听器的噪声消除功能结构方框图。图中400可以是数字信号处理器DSP，也可以是其它数字处理单元(例如专用数字集成电路芯片)，其位于挂颈装置101内部。麦克风接收的音频信号先经过模拟/数字转换变为数字信号，然后数字音频信号会先存储到数字音频存储器内，这些数字音频信号经数字音频处理器(单元)处理之后再经数字/模拟转换器转换成模拟音频信号送耳机输出。图中噪声消除按键被连接到400内的一个计时单元上，当按键按下后，噪声特征分析单元开始工作，从数字音频信号中提取其噪声特征，并将有关数据存储到噪声特征存储器上。进一步地，计时单元会对按键按下的时间进行计时，并将特定时间段(例如按键释放前的最后2秒)的噪声特征保留下来，作为数字音频处理器在随后的信号处理工作中消除噪声的依据，这种作法较为方便用户捕捉一些随机发生的声音(例如马路的喇叭声或地盘的打桩声等)，用户可先按下按键等待噪声的出现，当听到所述的噪声后放手即可。除此之夕卜，这个计时单元也可以令噪声消除按钮作为一个复合按键使用，例如短按此键(时间小于
0.5s)用于噪声消除/恢复的切换，而长按此键(时间大于Is)则用于捕捉噪声并进入消噪工作模式。应当说明的是，前述图3-图7虽以实施例二为例进行描述，但其原理及结构同样可应用于实施例一。另外，实施例二包括了第一耳机102和第二耳机104两个耳机，即双耳式，两个耳机上分别设置麦克风，与第一至第三麦克风共同组成五个麦克风的立体列阵；同理也可以只设置一个耳机，即单耳式，在该耳机上设置麦克风，与第一至第三麦克风共同组成四个麦克风的立体列阵，原理及结构均相似，为叙述简洁，不再分别详述。前述本实用新型的各优选实施例，在实际应用中亦可以有一些不同的变化，例如可以根据功能要求设置不同位置及数量的麦克风；挂颈装置101内也可以增加其他不同的功能，例如增加收音机功能、MP3功能、Flash内存功能等。为了使用上的方便，在挂颈装置101上也可以设置LED指示灯，以及IXD液晶显示屏等。上述本实用新型实施例中的麦克风为全向麦克风，在实际应用中也可以选用其他麦克风(例如定向麦克风)，以达到不同的声音接收及降噪效果。另外，本实用新型的挂颈式结构提供了一个非常适合及易于固定的空间来安放声源定位所需的麦克风装置，以及相关的控制线路及电池装置等，优于背景技术所提到的结构。以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
权利要求1.一种挂颈式助听器，其特征在于，包括: 挂颈装置，所述挂颈装置内置有数字音频处理单元； 设置在所述挂颈装置左右两侧的第一、第二麦克风，和设置在所述挂颈装置后部的第三麦克风；以及 与所述挂颈装置电气连接的第一耳机； 所述第一、第二、第三麦克风及第一耳机分别与所述数字音频处理单元电气连接。
2.根据权利要求1所述的挂颈式助听器，其特征在于，所述第一耳机上设置第四麦克风，与所述数字音频处理单元电气连接，所述第一麦克风至第四麦克风共同组成四个麦克风的立体列阵。
3.根据权利要求2所述的挂颈式助听器，其特征在于，还包括与所述挂颈装置电气连接的第二耳机，所述第二耳机上设置第五麦克风，与所述数字音频处理单元电气连接，所述第一麦克风至第五麦克风共同组成五个麦克风的立体列阵。
4.根据权利要求1-3任一项所述的挂颈式助听器，其特征在于，所述挂颈装置还内置有用于设置定向接收时纵向接收范围的纵向音频时延参数设置单元，在所述挂颈装置表面设置有与所述纵向音频时延参数设置单元电连接的定向接收纵向调整按钮。
5.根据权利要求1-3任一项所述的挂颈式助听器，其特征在于，所述挂颈装置还内置有用于设置定向接收时横向接收范围的横向音频时延参数设置单元，在所述挂颈装置表面设置有与所述横向音频时延参数设置单元电连接的定向接收横向调整按钮。
6.根据权利要求4所述的挂颈式助听器，其特征在于，在所述挂颈装置表面设置有用于使能或屏蔽所述纵向音频时延参数设置单元的全向/定向选择开关，所述全向/定向选择开关分别与所述纵向音频时延参数设置单元和数字音频处理单元电气连接。
7.根据权利要求5所述的挂颈式助听器，其特征在于，在所述挂颈装置表面设置有用于使能或屏蔽所述横向音频时延参数设置单元的全向/定向选择开关，所述全向/定向选择开关分别与所述横向音频时延参数设置单元和数字音频处理单元电气连接。
8.根据权利要求1所述的挂颈式助听器，其特征在于，所述数字音频处理单元包括: 顺序电气连接的模拟/数字转换器、数字音频存储器、数字音频处理器和数字/模拟转换器； 所述模拟/数字转换器将从任一所述麦克风接收的音频信号经模数转换变为数字信号，并发送至所述数字音频存储器存储。
9.根据权利要求8所述的挂颈式助听器，其特征在于，所述数字音频处理单元包括: 顺序电气连接的计时单元、噪声特征分析单元和噪声特征存储器； 所述计时单元与设置在所述挂颈装置表面的噪声消除按键电连接，用于对所述噪声消除按键按下的时间进行计时； 所述噪声特征分析单元响应于所述噪声消除按键的按下动作，从所述数字音频存储器存储的数字音频信号中提取其噪声特征，并发送至所述噪声特征存储器存储； 所述数字音频处理器从所述噪声特征存储器提取噪声特征，对所述数字音频存储器存储的数字音频信号进行噪音消除处理。
10.根据权利要求3所述的挂颈式助听器，其特征在于，所述第一至第五麦克风均为全向麦克风。
专利摘要本实用新型提供一种挂颈式助听器，包括挂颈装置，所述挂颈装置内置有数字音频处理单元；设置在所述挂颈装置左右两侧的第一、第二麦克风，和设置在所述挂颈装置后部的第三麦克风；以及与所述挂颈装置电气连接的第一耳机；所述第一、第二、第三麦克风及第一耳机分别与所述数字音频处理单元电气连接。本实用新型的挂颈式助听器易于设计，方便使用，可定向接收特定方位的声音信号，从而有效降低背景噪声，并显著提高助听器的信噪比。
文档编号H04R25/00GK202998463SQ20122067896
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者黄新凯, 林建平 申请人:启通科技有限公司