CN116887157A - 一种声波迭加结合的助听耳机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种声波迭加结合的助听耳机，包括控制电路和左右两个耳机，每一个耳机均设置有一骨传导助听装置和一入耳式喇叭发音装置，控制电路分别电连接左右两个耳机的骨传导助听装置和入耳式喇叭发音装置，控制电路设置骨传导助听装置发出的振动波和入耳式喇叭发音装置发出的声波到达人体的耳蜗的声波的相位差等于0度。通过两个骨传导助听装置和两个入耳式喇叭发音装置组合传导声波，即四合一声波迭加结合，以较小的音量输出使耳蜗及听骨神经最终获得约2倍音量的大音量的响度感知效果，不但长期佩戴舒适且避免耳膜、耳蜗或颅骨等骨组织出现永久性损伤。
Description
技术领域
本发明涉及助听耳机技术领域，尤其是涉及一种声波迭加结合的助听耳机。
背景技术
使用骨传导技术的骨传导耳机和入耳式空气传导耳机是技术完全不同的两种耳机，分别适用于不同的听力存在问题的弱听人群。
入耳式空气传导耳机通过空气传导将喇叭发出的声波传导至人体的耳膜，而人体的耳膜有一个收音量上限，在传导到人体的耳膜的音量超过这个收音量的上限(声波的振幅)后会损伤耳膜，目前，所有的助听器都是通过助听器放大声音，使弱听都能够听到声音。
助听器为医疗用品，需要医生指导，且需要医生定期检查(听力相对稳定的平均12月/次)并根据使用者的听力情况调整助听器的音量。但是，由于助听器的音量不能够超过人体的耳膜的承受上限，并不是能够，如果助听器的音量过大则会损伤使用者的耳膜，对于耳膜存在一定退化、损伤或病变等情形的弱听人群，其耳膜所能承受的上限更低，因此，在助听器的音量接近用户的上限且使用者仍无法听清外界声音的情况下，目前的助听器无法解决。
骨传导助听器是以接触传导的方式通过人体的颅骨等骨组织直接传导振动波，骨传导的振动波绕过耳膜和耳蜗等组织并直达人体的耳蜗，相对入耳式空气传导耳机人体在保持舒适度的前提下所能接受的骨传导助听器的振动波的上限更低。另外，骨传导助听器存在漏音和失真度较大等问题，且不适用于颅骨等骨组织存在损伤、病变等使用者。
因此，目前没有一种能够适用于弱听相对严重的人群的助听耳机，也没有一种能够同时适用于耳膜等组织或颅骨等骨组织已存在一定程度的退化、损伤或病变的助听耳机。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种声波迭加结合的助听耳机，长期佩戴舒适且避免耳膜、耳蜗或颅骨等骨组织出现永久性损伤。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种声波迭加结合的助听耳机，包括控制电路和左右两个耳机，
每一个耳机均设置有一骨传导助听装置和一入耳式喇叭发音装置，控制电路分别电连接左右两个耳机的骨传导助听装置和入耳式喇叭发音装置，
控制电路设置骨传导助听装置发出的振动波和入耳式喇叭发音装置发出的声波到达人体的耳蜗的声波的相位差等于0度。
所述控制电路设置有控制单元、音量分配控制单元和四组音频输出控制单元，控制单元电连接音量分配控制单元，音量分配控制单元分别电连接四组音频输出控制单元，四组音频输出控制单元分别电连接左右两个耳机的骨传导助听装置和入耳式喇叭发音装置，
音量分配控制单元，用于分别控制两个骨传导助听装置发出的振动波的振幅和分别控制两个入耳式喇叭发音装置的发出的声波的振幅，
音频输出控制单元，用于分别控制左右两个耳机的骨传导助听装置发出的振动波的相位和分别控制左右两个耳机的入耳式喇叭发音装置发出的声波的相位的信号输出控制单元。
包括拾音器和用于接收拾音器的音频信号的音频处理单元，所述控制单元分别电连接拾音器和音频处理单元，所述音频输出控制单元分别输出由音频处理单元输出的音频电信号，音频输出控制单元输出至所述骨传导助听装置的音频电信号相对输出至入耳式喇叭发音装置的音频电信号的时间度延迟0.1-3ms。
包括一个主机，左右两个所述耳机分别通过耳机线有线连接主机或者通过蓝牙无线连接主机，所述控制电路设置于主机或左右两个所述耳机的其中一个。
每一个所述耳机包括骨传导外壳笔空气传导外壳；骨传导外壳的内腔安装有一所述骨传导助听装置，骨传导外壳的内表面设置有用于抵贴在人体皮肤并向颅骨传导振动波的骨传导面；空气传导外壳的内腔安装有喇叭，空气传导外壳的外端部安装有入耳式耳塞；骨传导外壳和空气传导外壳一体成型或固定成一体。
左右两个所述耳机分别设置有一个所述拾音器。
所述控制电路设置有音频分频电路，音频分频电路分别电连接四组所述音频输出控制单元，音频分频电路仅向骨传导模块发送中频和/或高频的中高音频信号，分频电路仅向骨传导模块发送中频和/或低频的中低音频信号。
本发明和现有技术相比所具有的优点是：本发明的每一个耳机均设置有一个骨传导助听装置和一个入耳式喇叭发音装置，通过两个骨传导助听装置和两个入耳式喇叭发音装置组合传导声波，即四合一声波迭加结合，以较小的音量输出使耳蜗及听骨神经最终获得约2倍音量的大音量的响度感知效果，不但长期佩戴舒适且避免耳膜、耳蜗或颅骨等骨组织出现永久性损伤。
附图说明
图1是本发明的助听耳机的结构示意图。
图2是本发明的助听耳机的佩戴示意图。
图3是本发明的振动波和声波的组合传导路径示意图。
图4是本发明的声波结合迭加的波形示意图。
具体实施方式
一种声波迭加结合的助听耳机，图1至4所示，包括控制电路和左右两个耳机，每一个耳机均设置有一个骨传导助听装置1和一个入耳式喇叭发音装置2，控制电路设置有控制单元、音量分配控制单元和四组音频输出控制单元，控制单元电连接音量分配控制单元，音量分配控制单元分别电连接四组音频输出控制单元，四组音频输出控制单元分别电连接左右两个耳机的骨传导助听装置1和入耳式喇叭发音装置2，音量分配控制单元，用于分别控制两个骨传导助听装置1发出的振动波的振幅和分别控制两个入耳式喇叭发音装置2的发出的声波的振幅，音频输出控制单元，用于分别控制左右两个耳机的骨传导助听装置1发出的振动波的相位和分别控制左右两个耳机的入耳式喇叭发音装置2发出的声波的相位的信号输出控制单元，骨传导助听装置1发出的振动波和入耳式喇叭发音装置2发出的声波到达人体的耳蜗的声波的相位差等于0度。
本发明设置有控制电路和左右两个耳机，每一个耳机均设置有一个骨传导助听装置1和一个入耳式喇叭发音装置2，即四个发音装置组合传导声波，使用者的每一个耳朵的耳蜗均接收到由对应侧的骨传导助听装置1的骨传导振动波和入耳式喇叭发音装置2的声波，即每一个耳朵的耳蜗都接收到迭加两个声音的声波，且两个声音的声波到达耳蜗的相位相同，两个声音的声波得以完美迭加，两个声音的声波的振幅迭加。
控制电路还设置有音频分频电路，音频分频电路分别电连接四组音频输出控制单元，音频分频电路仅向骨传导模块发送中频和/或高频的中高音频信号，分频电路仅向骨传导模块发送中频和/或低频的中低音频信号。
助听耳机设置有拾音器和用于接收拾音器的音频信号的音频处理单元，控制单元分别电连接拾音器和音频处理单元，音频输出控制单元分别输出由音频处理单元输出的音频电信号，音频输出控制单元输出至骨传导助听装置1的音频电信号相对输出至入耳式喇叭发音装置2的音频电信号的时间度延迟0.1-3ms。音频输出控制单元输出至骨传导助听装置1的音频电信号相对输出至入耳式喇叭发音装置2的音频电信号的时间度延迟0.1-1ms。
可选的实施方式中，左右两个耳机的其中一个或两个的内腔中安装有电池，左右两个耳机的其中一个的内腔安装有控制电路，左右两个耳机之间通过有线连接或蓝牙连接。
可选的实施方式，助听耳机设置有一个主机，主机设置有电连接于控制单元的触控屏或控制按钮，主机内还安装有电连接于控制单元的电池，左右两个耳机分别通过耳机线有线连接主机，控制电路设置于主机的内腔中，左右两个耳机分别设置有一个拾音器。
可选的实施方式中，助听耳机设置有一个主机，主机和左右两个耳机的内腔分别安装有电池，左右两个耳机分别通过蓝牙无线连接主机。
每一个耳机包括骨传导外壳笔空气传导外壳；骨传导外壳的内腔安装有一骨传导助听装置1，骨传导外壳的内表面设置有用于抵贴在人体皮肤并向颅骨传导振动波的骨传导面；空气传导外壳的内腔安装有喇叭，空气传导外壳的外端部安装有入耳式耳塞；骨传导外壳和空气传导外壳一体成型或固定成一体。
传统的助听器通过三部分***放大声音来工作：麦克风接收声音并将其转换为数字信号，通过数字放大电路增强了数字信号的强度，再输送给耳塞扬声器，利用耳塞扬声器将声波将放大的声音传入耳道，空气传导声波传播路径4为：耳道→耳膜→中耳→内耳→耳蜗。
骨传导耳机并不位于耳朵内，而是位于颌骨上，骨传导耳机的工作原理是将声音振动穿过下巴和颅骨，绕过耳膜等耳朵等其他结构并直接传递到耳蜗，骨传导的声音是从耳朵内部听到而不是外部听到的，其工作原理是利用发声单元上的振动器将声音信号转变为机械振动，引起骨共振，通过骨组织的共振将声音直接传导至内耳的耳蜗，从而达到“骨传导”聆听的效果。骨传导声波传播路径3为：颅骨等骨组织→耳蜗。
根据香港环境保护局的说法，将噪声暴露保持在最大70分贝以下有助于预防终生听力损失。70分贝及以下的声音通常被认为是安全的，而85分贝及以上的任何声音都会随着作用时间的推移而更有可能损害听力，长期暴露在85分贝或更高噪音水平的人听力损失的风险要大得多，大概率出现永久性损伤。
对于中度听力损失以及重度听力损失的人群(助听器使用者)，空气振动助听器可能需要调至高于70分贝及以上。然而，如果声音没有放大到70分贝及以上，助听器使用者大部分无法感知声音的响度，但长时间暴露在70分贝及以上这种水平的声音中最终会损害助听器使用者的耳膜并导致耳聋，即出现永久性损伤。
另一方面，如果使用骨传导助听器，在骨传导助听器调到较高功率，以使输出的骨传导声音输出达到中度听力损失以及重度听力损失所能感知声音的响度，则存在由噪声导致的耳蜗听力损失的风险。
为了解决这个问题，我们发明了一种结合骨传导和空气振动的助听器，利用相长干涉将声波强度低于70分贝的骨传导振动波和声波强度低于70分贝的空气振动结合起来，由于两个声波的强度都低于70分贝，任何一个骨传导助听装置1发出的振动波都低于耳蜗能够承受的且舒适的上限值以下，任何一个入耳式喇叭发音装置2发出的声波都低于耳蜗能够承受的且舒适的上限值以下，避免损伤人体的耳膜及耳蜗出现永久性损伤，由于两者到达耳蜗时的相位相同，当它们组合在一起时，耳蜗的接收效果相当于两者迭加的效果。
当来自两个不同源的相同声音格式的两个声波同时到达内耳时，它们会相互干扰，如果两个声波同相，波峰(或波谷)相同，它们将产生相长干涉，导致振幅和响度增加，这称为相长干涉。
例如，对于入耳声音需达到85以上分贝才能感知声音响度的助听器使用者，使用传统的单一的入耳式喇叭发音耳机或单一的骨传导助听耳机，在长时间使用后都不可避免出现不同程度的永久性损伤。本发明在音频信号的处理和分配上作出处理，使其形成相长干涉，例如，对于其中的一个耳机，由该耳机的入耳式喇叭发音装置2发出一个45分贝的第一声波的同时由该耳机的骨传导助听装置1发出一个45分贝的声波的第二声波，第一声和第二声波传导至耳蜗后迭加，单耳的耳蜗接收到的声波相当于85分贝以上(理论可以达到90分贝)，助听器使用者可以轻松地感知声音，双耳的耳蜗共同接收相位相同的声波，助听器使用者对声音的响度、方向、距离的感知效果更好，但同时，助听器使用者的单耳的耳膜仅承受45分贝的声音、单耳一侧的颅骨等骨组织也仅承受45分贝的声波振动，助听器使用者的耳膜、颅骨等骨组织的感觉非常轻松，长期佩戴具有极好的舒适感，且有效避免因单一传导过大分贝的声波而出现的永久性损伤。
听力损伤的严重程度是用听力损失的程度来描述，包括：轻度、中度、中重度、重度和极重度。
正常听力，25dB HL或更高的听力阈值通常被认为是成人的正常听力。
26–40dB HL的听力阈值通常被认为是轻度听力损失，
41–55dB HL的听力阈值通常被认为是中度听力损失，
56–70dB HL的听力阈值通常被认为是中重度听力损失
71–90dB HL的听力阈值通常被认为是重度听力损失，
>90dB HL的听力阈值通常被认为是深刻性听力损失(极重度听力损失)。
例如，本发明通过控制电路设置并分配音频信号，当一个耳机的入耳式喇叭发音装置2发出一个令使用者感觉舒适的50分贝的第一声波的同时由该耳机的骨传导助听装置1发出一个令使用者感觉舒适的50分贝的声波的第二声波，使用者单耳的耳蜗接收到的声波相当于95分贝以上(理论可以达到100分贝)，轻松解决极重度听力损失的人群在佩戴助听器后仍无法很好地感知声音的响度的问题，不但长期佩戴舒适且避免耳膜、耳蜗或颅骨等骨组织出现永久性损伤。
对于中度听力损失以上的使用者，本发明通过控制电路的设置，使每个单一的骨传导助听装置1或入耳式喇叭发音装置2产生的声音的音量都小于其所能感知的响度，即使用者对其中任一个单一骨传导助听装置1或入耳式喇叭发音装置2都是感知不明显(听不清)甚至无法感知得到的(无法听到)，但，最终作用于耳蜗及听骨神经的震动波却能得以迭加起来，得到接近2倍音量的总音量的传导效果，使用者能够清楚地感知到所传导的声音，使得听骨神经退化严重的患者，也能清晰听到外界声音，避免因长期使用助听器的患者的骨组织退化或进一步损伤，同时避免过大的音量损伤耳膜，同时避免过大的震动波损伤骨组织。
另外，由于骨传导助听装置1的声波频率或入耳式喇叭发音装置2产生的声波的频率是不相同的，通过控制单元和音频输出控制单元控制这个频率差，骨传导加空气传导一起入耳，除了加大声音量，还做了一个叫Binaural beat的音乐疗效。
Binaural Beats是指使用耳机播放带有频率差的音频，比如左耳播放频率200hz，右耳播放频率240hz就形成了一个40hz的Gamma波频率差。
目前有多个研究表明Binaural Beats可以提升工作记忆和专注力，它的基本原理是同时在左右两个耳机播放带有频率差的音频来诱使大脑产生更多和频率差相同的脑波。
Claims (7)
1.一种声波迭加结合的助听耳机，包括控制电路和左右两个耳机，其特征在于：
每一个耳机均设置有一骨传导助听装置和一入耳式喇叭发音装置，控制电路分别电连接左右两个耳机的骨传导助听装置和入耳式喇叭发音装置，
控制电路设置骨传导助听装置发出的振动波和入耳式喇叭发音装置发出的声波到达人体的耳蜗的声波的相位差等于0度。
2.根据权利要求1所述的一种声波迭加结合的助听耳机，其特征在于：所述控制电路设置有控制单元、音量分配控制单元和四组音频输出控制单元，控制单元电连接音量分配控制单元，音量分配控制单元分别电连接四组音频输出控制单元，四组音频输出控制单元分别电连接左右两个耳机的骨传导助听装置和入耳式喇叭发音装置，
音量分配控制单元，用于分别控制两个骨传导助听装置发出的振动波的振幅和分别控制两个入耳式喇叭发音装置的发出的声波的振幅，
音频输出控制单元，用于分别控制左右两个耳机的骨传导助听装置发出的振动波的相位和分别控制左右两个耳机的入耳式喇叭发音装置发出的声波的相位的信号输出控制单元。
3.根据权利要求2所述的一种声波迭加结合的助听耳机，其特征在于：包括拾音器和用于接收拾音器的音频信号的音频处理单元，所述控制单元分别电连接拾音器和音频处理单元，所述音频输出控制单元分别输出由音频处理单元输出的音频电信号，音频输出控制单元输出至所述骨传导助听装置的音频电信号相对输出至入耳式喇叭发音装置的音频电信号的时间度延迟0.1-3ms。
4.根据权利要求3所述的一种声波迭加结合的助听耳机，其特征在于：包括一个主机，左右两个所述耳机分别通过耳机线有线连接主机或者通过蓝牙无线连接主机，所述控制电路设置于主机或左右两个所述耳机的其中一个。
5.根据权利要求4所述的一种声波迭加结合的助听耳机，其特征在于：每一个所述耳机包括骨传导外壳笔空气传导外壳；骨传导外壳的内腔安装有一所述骨传导助听装置，骨传导外壳的内表面设置有用于抵贴在人体皮肤并向颅骨传导振动波的骨传导面；空气传导外壳的内腔安装有喇叭，空气传导外壳的外端部安装有入耳式耳塞；骨传导外壳和空气传导外壳一体成型或固定成一体。
6.根据权利要求5所述的一种声波迭加结合的助听耳机，其特征在于：左右两个所述耳机分别设置有一个所述拾音器。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种声波迭加结合的助听耳机，其特征在于：所述控制电路设置有音频分频电路，音频分频电路分别电连接四组所述音频输出控制单元，音频分频电路仅向骨传导模块发送中频和/或高频的中高音频信号，分频电路仅向骨传导模块发送中频和/或低频的中低音频信号。
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