具有参数化音频单元的眼镜的制作方法

1.本发明涉及一种用于输出音频信息的眼镜，所述眼镜具有镜脚，所述镜脚包括至少一个扬声器，其中镜脚在正常布置在指定的耳朵上的情况下与耳朵的耳孔间隔一定距离，使得所述扬声器所产生的声波通过周围环境传递至所述间隔一定距离的耳孔。


背景技术：

2.美国专利us 2014/0268016 a1披露了一种用于输出音频信息的眼镜，其包括整合在镜脚中的扬声器，此扬声器发射处于可听波长谱内的声波。在将眼镜正常布置的情况下，扬声器与使用者的耳朵的耳孔间隔一定距离，故需要将扬声器所发射的可听的声波通过周围环境传递至间隔一定距离的耳孔。其缺点在于，传递的音频信息会被处于周围环境中的人听到。
3.美国专利us 2014/0270316 a1披露了一种眼镜，其具有扬声器和声学传声元件，此传声元件用于将扬声器所产生的声音传导至使用者的耳孔，使得仅使用者能够感知这些音频信息。在该专利中，声学传声元件从镜脚出发伸入使用者的耳孔。该专利的缺点在于，由于直接将传声元件布置在耳孔上，环境噪声被削弱。此外，将音频系统直接布置在耳孔上或耳孔中会使使用者感到不舒服。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中已知的缺点，特别是提供一种用于输出音频信息的眼镜，通过这种眼镜，音频信息可以在不被附近的人感知的情况下传输给用户，相关的环境噪音没有衰减，以及/或者穿着舒适度没有受到负面影响。
5.本发明用以达成上述目的的解决方案为具有独立权利要求1的特征的一种用于输出音频信息的眼镜。
6.本发明提供一种用于输出音频信息的眼镜，所述眼镜具有镜脚，所述镜脚包括至少一个扬声器。在正常布置在指定的耳朵上的情况下，镜脚与耳朵的耳孔间隔一定距离，使得扬声器所产生的声波通过周围环境传递至间隔一定距离的耳孔。“周围环境”概念是指将眼镜包围并且可供声音自由传播的气腔。据此，所述眼镜不包括从镜脚出发伸入使用者的耳孔的传声元件。取而代之地，音频信息是从眼镜间接地通过周围环境或环境空气传递至耳孔。
7.所述扬声器构建为超声扬声器。据此，借助这个扬声器能够发射处于超声波范围内、无法为人的听觉所感知的声波。优选地，所述超声扬声器如下构建：借助这个扬声器无法发射处于可听波长谱内的声波。此外，所述眼镜具有包括所述超声扬声器的参数化音频单元。所述参数化音频单元如下构建：借助这个音频单元能够产生指向耳朵、特别是指向耳孔的可听的声束。在此，所述可听的声束源自经所述超声扬声器产生的超声束。为此，所述参数化音频单元利用空气中的声音传播的非线性来产生可听声，特别是借助经调制的超声束、优选借助经调制的辐射压力。所述参数化音频单元所产生的高指向性声束基本上没有
副瓣。这样便能有利地通过参数化音频单元将音频信息针对性地传输给使用者，而附近的人则无法感知这些音频信息。同时，通过非接触式的、即与使用者的耳朵间隔一定距离的声音传递，以及随之而来的较高的佩戴舒适度，能够实现极高的客户接受度。据此，所述参数化音频单元适于进行非接触式声音传递。使用者无需在耳孔附近佩戴令人不安的元件，因为是从与耳朵间隔一定距离的区域通过周围环境将音频信息集中传递至耳朵、特别是传入耳孔。由于避免紧贴耳孔设置令人不安的元件、如传声元件，耳道畅通无阻，这样周围的声音就可以不受阻碍地进入耳道。
8.所述参数化音频单元优选如下构建：借助这个音频单元能够产生数个沿声束的声音传播方向相继布置的虚拟的可听声源。所述参数化音频单元优选构建成使得所述虚拟的可听声源沿声音传播方向在相位中叠加。因此，沿声音传播方向，随着与超声波-声音转换器的距离加大，虚拟的可听声源变得更响。在声束外部，所述虚拟的可听声源彼此处于相位外并且对彼此进行破坏性干涉。
9.此外，所述参数化音频单元优选如下构建：使得所述超声扬声器所产生的声束包括初波，特别是经调制的初波。所述初波优选为超声波。作为补充或替代方案，所述参数化音频单元优选如下构建：使得所述超声扬声器所产生的声束包括次波。优选地，所述次波沿声音传播方向与所述初波汇合。此外，所述次波优选为通过空气吸收解调的可听声波。“可听声”概念是指处于可为人类所听见的波长谱内的声音。优选地，所述次波是自随着与超声扬声器的距离增大，因空气吸收而被解调并转换成可听声的初波产生。因此，在与所述超声扬声器相邻的第一区域内，所述音频信息是不可听的，而在沿声音传播方向跟随该第一区域的第二区域内，这些音频信息则是可听的。
10.优选地，所述初波的吸收长度对应于与所述超声扬声器的一个距离，在该距离内，声束的初波和/或超声波被空气吸收。由于分子摩擦以及其他分子特性，声束的声能的一部分在途中被空气吸收。与诸如可听声的较低频率相比，诸如超声波的较高频率的被吸收程度要高得多。据此，在声音沿声音传播方向传播过程中，声束的初波和/或超声波被空气吸收长度范围内不间断地并且基本完全地吸收，而次波和/或可听声则具有超越吸收长度的更大的作用距离(reichweite)。
11.就此而言优选地，在镜脚正常布置的情况下，所述初波的吸收长度小于或等于所述超声扬声器与耳孔之间的距离，其中所述吸收长度特别是小于或等于6cm、5.5cm、5cm、4.5cm、4cm、3.5cm、3cm、2.5cm、2cm、1.5cm或1cm。借此能够确保在耳孔所处于的距离处，经调制的初波和/或经调制的超声波被足够程度地解调成可听声，使得在耳孔的区域内存在经解调的可听声，且其可被使用者感知。
12.优选地，所述参数化音频单元包括调制器、特别是音频信号调制器，其用于为所述超声扬声器产生经调制的超声信号。
13.优选地，所述经调制的超声信号是以可产生所述初波、所述虚拟的可听声源和/或所述次波的方式被调制。作为补充或替代方案，所述经调制的超声信号是以一定方式被调制，使得通过所述超声扬声器借助经调制的超声信号产生和发射的经调制的超声波随着与超声扬声器的距离增大以及/或者因空气吸收而被解调成可听声。
14.此外，所述经调制的超声信号优选是以一定方式构建，使得这个超声信号或通过此超声信号产生的声波沿声音传播方向随着与超声扬声器的距离的增大，因空气中的声音
传播的非线性以及/或者因空气吸收而被解调成可听声。
15.同样优选地，所述调制器是以根据音频信号对超声载波信号、特别是超声载波信号的振幅进行调制的方式构建。所述音频信号为可听声信号以及/或者待传递至使用者的音频信息。
16.此外优选地，所述参数化音频单元包括信号源，所述信号源将所述音频信号提供给所述调制器，以及/或者包括振荡器，所述振荡器将所述超声载波信号提供给所述调制器。
17.同样优选地，所述参数化音频单元具有至少一个用于对所述音频信号进行滤波的滤波器，特别是高通滤波器和/或低通滤波器。
18.此外优选地，所述参数化音频单元具有至少一个动态压缩器，用于减少所述音频信号的波动幅度，特别是经滤波的音频信号的波动幅度。
19.此外，在一个有利的进一步方案中，所述参数化音频单元优选包括用于将所述经调制的超声信号增强的放大器。
20.同样优选地，所述超声扬声器为用于产生超声波的mems音频转换器，优选为用于产生超声波的压电的mems音频转换器。
21.此外优选地，所述超声扬声器具有声轴，声束是可沿该声轴沿声音传播方向发射。此外优选地，所述超声扬声器是以一定方式布置在镜脚上，使得在镜脚正常布置的情况下，超声扬声器的沿所述声轴传播的声束指向耳孔。借此确保超声扬声器直接辐射入耳孔，从而使得音频信息大体上无法被处于周围环境中的人听见。
22.同样优选地，所述超声扬声器包括至少一个可在升降轴的方向上偏移的用于产生超声波的发声元件。所述发声元件优选为悬臂，特别是压电的悬臂，所述悬臂优选借助其两端中的仅一个固定在载体衬底上，故另一端可以自由摆动。作为补充或替代方案，所述发声元件是构建为刚性升降板，其能够相对垂直的升降轴偏移。
23.在本发明的一个有利的进一步方案中，所述发声元件的升降轴是以与所述超声扬声器的声轴平行和/或同心的方式布置。
24.优选地，所述超声扬声器具有若干个并排布置的发声元件。这些发声元件优选形成超声扬声器的一个共同的发声面。
25.优选地，所述超声扬声器、特别是其发声元件是布置在镜脚的外侧上，特别是布置在外侧上或者外侧的外侧凹槽中。作为补充或替代方案，所述超声扬声器、特别是其发声元件优选是以相对所述外侧平整或齐平的方式布置。
26.优选地，所述参数化音频单元具有电子芯片、特别是asic，其包括所述调制器、滤波器、动态压缩器和/或放大器。
27.优选地，所述电子芯片是嵌入在所述mems音频转换器的载体衬底中。“嵌入”概念是指所述电子芯片被载体衬底完全地、即从四面八方包围。
28.本发明提供一种用于应用在前述眼镜中的参数化音频单元，其中所述特征可以单独应用或以任何组合存在。
附图说明
29.本发明的更多优点参阅下文对实施例的描述。其中：
30.图1为具有参数化音频单元的用于输出音频信息的眼镜的示意性侧视图，以及
31.图2为参数化音频单元的详图。
具体实施方式
32.图1为用于输出音频信息的眼镜1的侧视图。眼镜1包括两个镜脚2，其布置在针对镜片4的承载支架3上。在如图1所示的侧视图中仅能看出这两个镜脚2中的一个。眼镜1构建为音频眼镜。在正常布置在使用者的指定耳朵上的情况下，镜脚2是与耳孔7间隔一定距离。因此，音频信息必须通过外界环境传递至间隔一定距离的耳孔7。
33.为了输出音频信息，眼镜1包括在图1中示意性示出的参数化音频单元5。“参数化”概念特别是表示：音频单元5从音频信号20获取参数、特别是信号的振幅，以及/或者被用于产生可听的声束6。如同下文还将详细描述的那样，参数化音频单元5是以能够产生可听的声束6的方式构建。如图1所示，在眼镜1正常布置在使用者的头部上的情况下，这个声束6指向使用者的耳朵。在图1中示意性示出耳朵的耳孔7。在眼镜1正常布置的情况下，声束6指向耳朵的这个耳孔7。因此，将音频信息针对性地传输至耳朵，使得处于周围环境中的人无法听见这些音频信息。此外，参数化音频单元5采用非接触式构建方案，据此，在参数化音频单元5与耳朵之间不设实体传声元件。取而代之地，将音频信息自由地通过周围环境传递。“周围环境”概念是指将眼镜1和耳朵包围的、以及位于参数化音频单元5外部的空气。眼镜1的有利特征在于较高的佩戴舒适度，因为不将实体的传声元件布置在耳廓上或者布置在耳孔7中。实际的另一优点是，耳孔7未被堵塞，故能够以听觉感知外部噪声，如在使用者身边驶过的车辆。
34.根据图1，参数化音频单元5包括超声扬声器8，其产生声束6。图2再次以详图示出超声扬声器8以及通过这个超声扬声器产生的声束6。
35.超声扬声器8包括声轴9。沿这个声轴9，超声扬声器8能够沿背离镜脚2的发声方向10发射超声波。如图1所示，超声扬声器8是以一定方式布置在镜脚2上，使得在镜脚2正常布置的情况下，沿声轴9沿发声方向10传播的声束6指向耳孔7。
36.为了产生超声波，超声扬声器8包括至少一个发声元件11，其可沿升降轴12偏移。在本实施例中，发声元件11构建为刚性板件，升降轴12垂直于该板件延伸。发声元件11的升降轴12是以与超声扬声器8的声轴9平行和/或同心的方式布置。根据本实施例，超声扬声器8和/或其发声元件11是以一定方式布置在镜脚2上，使得发声元件11能够将其声波直接传递至周围环境。为此，超声扬声器8、特别是其发声元件11是布置在镜脚2的外侧13上。在此，超声扬声器8、特别是其发声元件11可以直接布置在镜脚2的外侧13上和/或外侧凹槽14中。就此而言，超声扬声器8、特别是其发声元件11优选是以相对镜脚2的外侧13平整或齐平的方式布置。
37.在此，超声扬声器8构建为用于产生超声波的mems音频转换器。它包括载体衬底15，发声元件11能够相对该载体衬底沿升降轴12偏移。所述mems音频转换器优选包括在此未示出的压电致动器，其构建为发声元件11、整合在此发声元件中或者与此发声元件耦合。
38.根据图1，参数化音频单元5包括调制器16。借助这个调制器，参数化音频单元5能够产生经调制的超声信号17，其用于对超声扬声器8进行控制，以产生超声波23。调制器16优选构建为芯片28。如图2所示，这个芯片28优选嵌入载体衬底15。
39.经调制的超声信号17是以一定方式调制，使得超声扬声器8所产生的超声波23(沿声音传播方向10与超声扬声器8的距离越远便越)被空气吸收，借此转换或解调成可听声18。据此，参数化音频单元5利用空气中的声音传播的非线性来借助所述经调制的超声束产生可听声。
40.根据图1，调制器16使用超声载波信号19和包括音频信息的音频信号20来产生经调制的超声信号17。通过振荡器21将超声载波信号19提供给调制器16。参数化音频单元5还包括信号源22，其将音频信号20提供给调制器16。
41.调制器16构建成根据音频信号20以一定方式对超声载波信号19进行调制，使得特别是在将空气吸收和/或空气中的声音传播的非线性考虑在内的情况下，超声扬声器8所发射的超声波(优选以定义的与超声扬声器8的距离)解调成可听声18或可听声源，该可听声源将音频信号20的音频信息再现。为此，调制器16通过音频信号20特别是对超声载波信号19的振幅进行调制。
42.如图1和图2所示，被经调制的超声信号17控制的超声扬声器8产生声束6。声束6包括初波24和次波25。初波24是具有非线性相互作用的超声束。次波25是可听声束。声束6包括数个(特别是根据初波24形成的以及/或者沿声音传播方向10相继布置的)虚拟的可听声源26。这些虚拟的可听声源沿声音传播方向10在相位中叠加，使得随着与超声扬声器8的距离的增大，虚拟可听声源26变得更响。据此，超声波和通过这些超声波激励的可听声源以相同的声速传播，使得在声音传播方向10上，所有元波均处于相位中，这又导致各音频元波在声音传播方向10上的结构性叠加。在所有其他方向上均无此相位关系，故元波破坏性叠加。借此实现次波25或可听声波的强烈的定向效应。
43.特别是如图2所示，初波24具有吸收长度27。吸收长度27在此描述在初波24或初级超声束的传播方向上的非线性交互段的长度。在这个吸收长度27内，初波24被空气吸收以及/或者借此生成次波25或可听声18。优选地，特别是如图1所示，初波24的吸收长度27小于或等于超声扬声器8与耳孔7之间的距离。借此能够确保在超声波23到达耳孔7前，超声波转换成可听声18。
44.在图2中，结合波形的时间特性曲线，针对三个不同的距离x1、x2和x3，示例性地展示单个经调制的振荡的随与超声扬声器8的距离的变化而进展的自解调。在第一距离x1中，超声扬声器8所产生的声波的特点是经调制的超声信号17。尚且能够明显地识别出超声载波信号19的经调制的载波。随着距离增大，在更大的第二距离x2中，吸收长度27内的自解调导致经调制的超声信号或超声载波信号19与音频信号20的叠加。随着距离进一步增大，超声波或超声载波信号19最终经历比可听声波大得多的削弱，并且最终在超出吸收长度27时消失，使得在距离x3中仅可检测到音频信号20。
45.本发明不局限于所示和描述的实施例。可以采用处于权利要求书范围内的变体，以及将特征加以组合，即便这些特征是在不同的实施例中揭示和描述。
46.附图标记表
[0047]1ꢀꢀꢀꢀ
眼镜
[0048]2ꢀꢀꢀꢀ
镜脚
[0049]3ꢀꢀꢀꢀ
承载支架
[0050]4ꢀꢀꢀꢀ
镜片
[0051]5ꢀꢀꢀꢀ
参数化音频单元
[0052]6ꢀꢀꢀꢀ
声束
[0053]7ꢀꢀꢀꢀ
耳孔
[0054]8ꢀꢀꢀꢀ
超声扬声器
[0055]9ꢀꢀꢀꢀ
声轴
[0056]
10
ꢀꢀꢀ
发声方向
[0057]
11
ꢀꢀꢀ
发声元件
[0058]
12
ꢀꢀꢀ
升降轴
[0059]
13
ꢀꢀꢀ
外侧
[0060]
14
ꢀꢀꢀ
外侧凹槽
[0061]
15
ꢀꢀꢀ
载体衬底
[0062]
16
ꢀꢀꢀ
调制器
[0063]
17
ꢀꢀꢀ
经调制的超声信号
[0064]
18
ꢀꢀꢀ
可听声
[0065]
19
ꢀꢀꢀ
超声载波信号
[0066]
20
ꢀꢀꢀ
音频信号
[0067]
21
ꢀꢀꢀ
振荡器
[0068]
22
ꢀꢀꢀ
信号源
[0069]
23
ꢀꢀꢀ
超声波
[0070]
24
ꢀꢀꢀ
初波
[0071]
25
ꢀꢀꢀ
次波
[0072]
26
ꢀꢀꢀ
虚拟的可听声源
[0073]
27
ꢀꢀꢀ
吸收长度
[0074]
28
ꢀꢀꢀ
芯片
[0075]
x1
ꢀꢀꢀ
第一距离
[0076]
x2
ꢀꢀꢀ
第二距离
[0077]
x3
ꢀꢀꢀ
第三距离