具有磁场传感器的音频设备
背景技术
本公开涉及音频设备，诸如所有类型的耳机，包括但不限于支持音频的眼镜耳机。
音频设备(诸如支持音频的眼镜耳机和耳机(例如，耳塞或头戴式耳机))可包括取向跟踪系统，该取向跟踪系统使用磁力计来跟踪头部的运动和佩戴者正在观看的方向。磁力计需要准确检测地球的磁场。音频设备的电声换能器通常包括磁体。由于这些音频设备中的许多音频设备(诸如入耳式耳机(有时也称为耳塞)和镜腿件中内置有音频能力的眼镜(即，眼镜耳机))相当小，这是所期望的，因此磁力计必须靠近换能器的磁体。换能器磁体的磁场通常具有远大于地球磁场的磁场强度。因此，换能器的磁场可能压过磁力计并阻止该磁力计正常工作。
发明内容
下文提及的所有示例和特征均可以任何技术上可能的方式组合。
在一个方面，耳机包括：电声换能器，所述电声换能器用于产生音频输出，所述电声换能器包括换能器磁体，所述换能器磁体产生具有磁场强度的换能器磁场；外壳，所述外壳被构造和布置成被定位在佩戴者的耳朵处，以将所述音频输出传导到所述耳朵的耳道处；磁场传感器，所述磁场传感器定位在所述外壳中并且被构造和布置成感测地球的磁场；以及归零磁体，所述归零磁体定位在所述外壳中并且被构造和布置成产生归零磁场，所述归零磁场减小所述换能器磁场在所述磁场传感器处的强度。
实施方案可包括以下特征中的一个特征，或它们的任何组合。所述磁场传感器可包括三轴磁力计。所述归零磁体可包括永磁体。所述归零磁体可包括电磁体。
实施方案可包括上面和/或下面的特征中的一个，或它们的任何组合。所述电声换能器可包括磁结构，所述磁结构包括换能器磁体和引导所述换能器磁场的磁性材料。所述磁结构可跨越磁结构距离，并且所述磁场传感器可位于距所述磁结构不大于所述磁结构距离的距离内。所述耳机还可包括与所述磁结构间隔开磁体间距离的附加磁体。所述磁场传感器可位于距所述磁结构和所述附加磁体两者不大于所述磁体间距离的距离内。所述耳机可包括耳塞，并且所述外壳可包括耳塞主体，并且所述磁结构和所述附加磁体均可位于所述耳塞主体内。所述附加磁体可以包括用于将所述耳塞耦接至另一个结构的耦接磁体。
实施方案可包括上面和/或下面的特征中的一个，或它们的任何组合。所述耳机可包括耳塞，并且所述外壳可包括耳塞主体。所述磁场传感器可具有感测磁场范围，在所述感测磁场范围内所述磁场传感器线性地操作，并且所述归零磁场可减小所述换能器磁场在所述磁场传感器处的强度，使得所述感测磁场强度处于所述磁场传感器在其中线性操作的所述感测磁场范围内。所述磁场传感器位置处的所述换能器磁场强度可为至少100μT。所述磁场传感器可被定位成距所述电声换能器小于10mm。所述换能器磁体可具有约8mm的直径。
在另一方面，耳塞包括：电声换能器，所述电声换能器用于产生音频输出，所述电声换能器包括换能器磁体，所述换能器磁体产生具有磁场强度的换能器磁场；耳塞主体，所述耳塞主体被构造和布置成被定位在佩戴者的耳朵处，以将所述音频输出传导至所述耳朵的耳道处；三轴磁力计，所述三轴磁力计定位在所述耳塞主体中并且被构造和布置成感测地球的磁场；以及归零永磁体，所述归零永磁体定位在所述耳塞主体中并且被构造和布置成产生归零磁场，所述归零磁场减小所述换能器磁场在所述三轴磁力计处的强度。所述三轴磁力计具有感测磁场范围，在所述感测磁场范围内所述三轴磁力计线性地操作，并且所述归零磁场减小所述换能器磁场在所述三轴磁力计处的强度，使得所述感测磁场强度处于所述三轴磁力计在其中线性操作的所述感测磁场范围内。
实施方案可包括上面和/或下面的特征中的一个，或它们的任何组合。所述电声换能器可包括磁结构，所述磁结构包括所述换能器磁体和引导所述换能器磁场的磁性材料，其中所述磁结构跨越磁结构距离，并且其中所述三轴磁力计位于距所述磁结构不大于所述磁结构距离的距离内。所述换能器磁体可具有约8mm的直径，并且所述三轴磁力计可被定位成距所述电声换能器小于10mm。所述三轴磁力计位置处的所述换能器磁场强度可为至少100μT。所述耳塞还可以包括耦接磁体，所述耦接磁体定位在耳塞主体内并且适于将所述耳塞耦接到另一个结构，其中所述耦接磁体与所述磁结构间隔开磁体间距离，并且其中所述磁场传感器位于距所述磁结构和所述耦接磁体两者不大于所述磁体间距离的距离内。
在另一方面，音频设备包括：电声换能器，所述电声换能器用于产生音频输出，所述电声换能器包括换能器磁体，所述换能器磁体产生具有磁场强度的换能器磁场；结构，所述结构被构造和布置成被定位成将所述音频输出朝向佩戴者的耳朵传导；磁场传感器，所述磁场传感器被构造和布置成感测地球的磁场；以及归零磁体，所述归零磁体被构造和布置成产生归零磁场，所述归零磁场减小所述换能器磁场在所述磁场传感器处的强度。
实施方案可包括上面和/或下面的特征中的一个，或它们的任何组合。所述磁场传感器可包括三轴磁力计。所述归零磁体可包括永磁体。所述归零磁体可包括电磁体。所述电声换能器可包括磁结构，所述磁结构包括换能器磁体和引导所述换能器磁场的磁性材料。所述磁结构可跨越磁结构距离，并且所述磁场传感器可位于距所述磁结构不大于所述磁结构距离的距离内。所述音频设备还可包括与所述磁结构间隔开磁体间距离的附加磁体。所述磁场传感器可位于距所述磁结构和所述附加磁体两者不大于所述磁体间距离的距离内。
实施方案可包括上面和/或下面的特征中的一个，或它们的任何组合。所述磁场传感器可具有感测磁场范围，在所述感测磁场范围内所述磁场传感器线性地操作，并且所述归零磁场可减小所述换能器磁场在所述磁场传感器处的强度，使得所述感测磁场强度处于所述磁场传感器在其中线性操作的所述感测磁场范围内。所述磁场传感器位置处的所述换能器磁场强度可为至少100μT。所述磁场传感器可被定位成距所述电声换能器小于10mm。所述换能器磁体可具有约8mm的直径。所述结构可包括眼镜腿件，并且所述换能器、所述磁场传感器和所述归零磁体可全部由所述眼镜腿件承载。所述音频设备还可包括由所述眼镜腿件承载的外壳。所述换能器、所述磁场传感器和所述归零磁体可全部定位在所述外壳中。
在另一方面，眼镜耳机包括：电声换能器，所述电声换能器用于产生音频输出，所述电声换能器包括换能器磁体，所述换能器磁体产生具有磁场强度的换能器磁场；镜腿件，所述镜腿件被构造和布置成邻近佩戴者的耳朵定位并且将所述音频输出朝向所述耳朵传导；三轴磁力计，所述三轴磁力计由所述镜腿件承载并被构造和布置成感测地球的磁场；以及归零磁体，所述归零磁体由所述镜腿件承载并被构造和布置成产生归零磁场，所述归零磁场减小所述换能器磁场在所述三轴磁力计处的强度。所述三轴磁力计具有感测磁场范围，在所述感测磁场范围内所述三轴磁力计线性地操作，并且所述归零磁场减小所述换能器磁场在所述三轴磁力计处的强度，使得所述感测磁场强度处于所述三轴磁力计在其中线性操作的所述感测磁场范围内。
实施方案可包括上面和/或下面的特征中的一个，或它们的任何组合。所述电声换能器可包括磁结构，所述磁结构包括所述换能器磁体和引导所述换能器磁场的磁性材料，其中所述磁结构可跨越磁结构距离，并且其中所述三轴磁力计可位于距所述磁结构不大于所述磁结构距离的距离内。所述换能器磁体可具有约8mm的直径，并且所述三轴磁力计可被定位成距所述电声换能器小于10mm。所述三轴磁力计位置处的所述换能器磁场强度可为至少100μT。所述眼镜耳机还可包括由所述眼镜腿件承载的外壳。所述换能器、所述磁场传感器和所述归零磁体可全部定位在所述外壳中。
附图说明
图1是入耳式耳机的透视图。
图2是入耳式耳机的元件的局部剖视图。
图3是入耳式耳机的磁结构及其在磁场传感器的位置处的磁场的示意图。
图4为类似于图3的视图，但包括归零磁体。
图5是入耳式耳机的示意图。
图6是眼镜耳机的前透视图。
图7是眼镜耳机的右镜腿件的局部剖视示意图。
具体实施方式
在具有电声换能器磁体和位于换能器附近的磁力计的音频设备中，该换能器的磁场可能压过磁力计并阻止力计正确地检测地球磁场的强度。可以利用附加的归零磁体将磁力计带到稳定操作的区域，该归零磁体被定位成使得其磁场在磁力计的位置处部分或完全地归零换能器磁场，从而足以使得磁力计可以在其线性操作区域中操作，在该区域中杂散磁场不会压过地球磁场。
图1是入耳式耳机或耳塞10的透视图。入耳式耳机仅是主题音频设备的一个非限制性示例。其它示例在本文其它地方有所描述。耳塞10包括容纳耳塞的有源部件的主体12。部分14耦接到主体12并且是柔韧的，使得其可插入耳道中。声音通过开口15传递。保持环16被构造和布置成定位在外耳中，例如定位在对耳轮中，以帮助将耳塞保持在耳朵中。耳塞是本领域熟知的(例如，如美国专利9,854,345中所公开的，该专利的公开内容以引用方式并入本文)，因此在本文中不进一步描述耳塞的某些细节。耳塞是根据本公开的耳机的示例，但并不限制本公开的范围，耳机也可位于耳朵上或耳朵上方，或甚至位于耳朵附近的头部上。
图2是可用于更好地理解本公开的入耳式耳机20的仅某些元件的局部剖视图。耳机20包括包封电声换能器30的外壳21。外壳21包括前外壳部分50以及后外壳部分60和62。换能器30具有振动膜32，该振动膜被驱动以便在前腔52中产生声压。声压经由开口54被引导出前外壳部分50。当耳机20是耳塞时，如图1中的耳塞10所示，通常存在与外壳部分50的颈部51接合的柔韧尖端，以将声音传导到耳道中。入耳式耳机外壳21还包括后壳体，该后壳体由后外壳部分60和62以及格栅64制成。
换能器30还包括磁结构34。如电声换能器领域中所熟知的，磁结构34包括换能器磁体38和用于限制和引导来自磁体38的磁场的磁性材料，使得磁场与线圈33适当地相互作用以驱动振动膜32。磁性材料包括杯36和前板35，这两者优选地由具有相对高的磁化率的材料制成，这也是本领域已知的。换能器印刷电路板(PCB)40承载涉及驱动换能器的电气和电子部件。焊盘41和42是导线(未示出)可耦合到PCB40的位置。
三轴磁力计72安装在PCB70上，并且被布置成在磁力计的位置处感测三个轴的磁场强度，如本领域中已知的那样。磁力计72被配置为检测地球磁场。磁力计72的输出可用于确定佩戴者头部指向的方向，如2018年2月6日提交的美国专利申请62/626967中所述，该专利申请的全部公开内容以引用方式并入本文。
由于磁力计72靠近换能器磁体38，因此换能器的磁场可压过磁力计并阻止其正确地检测地球磁场的强度。可利用附加的归零磁体74使磁力计进入其指定的测量范围(其中杂散磁场不偏斜期望的测量)。归零磁体74被定位成使得其磁场在磁力计72的位置处部分地或完全地归零换能器磁场。该磁场归零应在需要磁力计稳定操作的三个轴中的任一个、两个或三个中发生。在这种情况下，在所有三个轴上都需要稳定的磁力计结果，因此归零磁体被配置为在所有三个轴上充分地归零地球磁场。应当理解，图2中的归零磁体74的位置是代表性的，并且磁体74实际上可位于外壳21中的其他位置。还应当理解，磁体74可以是永磁体或电磁体，只需要正确地放置和定向归零磁场，如本文其他地方所述。该归零应当足够使得磁力计72可在其线性操作区域中操作，在该区域中杂散磁场不会压过地球的磁场。磁力计的线性操作(其中存在杂散磁场，这些杂散磁场没有强到可以破坏对期望磁场的感测或检测)在本技术领域中是已知的，因此在本文中不再进一步描述。
图3和图4示出了入耳式耳机的各方面。入耳式耳机的电声换能器80包括磁体82，以及包括杯86和前部构件84的磁结构85。磁体82具有磁场，该磁场由大致垂直的场力线代表83表示。在一个例示性非限制示例中，磁体82具有至多约3000μT的磁场强度。磁场和场力线代表在本领域中是熟知的，因此本文不再进一步描述。磁结构85跨越距离“d”。磁力计90与磁结构85间隔开距离“d'”。来自磁力计90附近的磁体83的磁场由场力线92表示。在该示例中，来自磁力计90附近的磁体82的磁场的磁场强度为约500μT；这小于3000μT，部分是由于磁力计与磁体的距离，部分是由于磁结构85对磁场的部分屏蔽。相比之下，地球磁场的强度通常约为50μT，或为来自磁体82的磁场的约十分之一。由于像这样的杂散磁场压过了要感测的磁场，磁力计90将是不准确的。因此，涉及磁力计90的观看方向感测将是不准确的。应当理解，电声磁体换能器可具有不同的形状、尺寸、位置和磁场强度，并且示例中阐述的例示性值不限制本公开的范围。
图4示意性地示出了归零磁体94的效果。归零磁体94具有磁场，该磁场由大致垂直的场力线代表95表示。归零磁体94的尺寸、形状、磁性取向、磁场强度和位置相对于换能器80和磁力计90而定，使得其磁场充分叠加在来自换能器磁体82的场上，以在磁力计90的位置处沿三个轴完全或部分地归零换能器磁场。在该非限制性示例中，磁场归零由场力线代表92a表示，其示出磁力计90处的磁场归零(即，没有场力线与磁力计90相交)。应当理解，磁场不需要通过归零磁体94来被完全归零。相反，如上所述，需要充分减小磁场的强度，使得磁力计可感测地球的磁场。需要用归零磁体实现的磁力计处换能器磁场的减小将部分地取决于所使用的特定磁力计，这对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。另外，应当理解，磁场是三维的，而图3和图4是二维的。本领域的技术人员将了解，为了实现针对地球磁场传感器的特定应用以足够的精度来完成对地球磁场的感测，在三维中换能器磁场需要被归零的程度，并且本领域的技术人员可以对上述归零磁体参数进行适当的选择以实现这样的结果。
在一个非限制性示例中，换能器磁体82可以是直径为约8mm的大致圆柱形磁体，并且杯86可具有约10mm的直径d。在一个非限制性示例中，传感器90可被定位成与换能器80相距小于约10mm(距离d')。在一个非限制性示例中，传感器90处的换能器磁体的磁场强度为至少约100μT。
图5是入耳式耳机100的示意图，其部分地示出了磁场传感器108相对于换能器104和附加磁体106的示例性放置。电池114向受电部件提供电力。处理器112部分地用于驱动换能器104并且部分地使用磁场传感器108的输出来确定佩戴者的观看方向。应当理解，入耳式耳机将具有比图5所示的那些部件更多的部件并且可具有与图5所示的部件不同的部件。一些入耳式耳机包括除换能器磁体之外的磁体。在该非限制性示例中，该另一个或附加磁体通过耦接磁体106来表示。耦接磁体106可用于将耳机100耦接到另一个结构。作为一个非限制性示例，磁体106可用于将耳塞对接或“停放”到颈带或电池充电器。停放磁体的其他用途在本领域中是已知的并且包括在本公开的范围内。
耳机100的耳塞主体102中的所有磁体产生磁场，如上所述，这些磁场可不利地影响传感器108感测地球磁场的准确性。在一个示例中，耳机的磁结构103(包括电声换能器104中的所有磁体和磁性材料以及附加(耦接)磁体106)跨越的距离被定义为d”。D”可另选地被定义为磁体间距离。据信，当传感器108(其位于距磁结构103距离为d”’的位置)与磁结构103的距离小于d”时，传感器108有被来自磁结构103的杂散磁场压过的危险。换句话讲，如果d”’小于或等于d”，则存在潜在的问题。另选地，可通过测量磁力计的位置处的杂散磁场来确定潜在问题。如果杂散磁场对于磁力计来说太大而不能处理，则如上所述，使用归零磁体110充分地归零杂散磁场。
图5的元件在框图中示出并描述为分立元件。这些元件可以实现为模拟电路或数字电路中的一者或多者。作为另外一种选择或除此之外，它们可用执行软件指令的一个或多个微处理器来实现。软件指令可包括数字信号处理指令。操作可由模拟电路或由执行软件的微处理器执行，该软件执行等效模拟操作。信号线可被实现为离散的模拟或数字信号线，具有能够处理单独信号的适当信号处理的离散数字信号线，和/或无线通信系统的元件。
当在框图中表示或暗示过程时，步骤可以由一个元件或多个元件执行。步骤可一起执行或在不同时间执行。执行活动的元件可在物理上彼此相同或靠近，或者可在物理上分开。一个元件可执行不止一个框的动作。音频信号可被编码或不编码，并且可以以数字或模拟形式发射。在一些情况下，从图中省略了常规音频信号处理设备和操作。
图5的示例包括处理器，该处理器被配置为使用计算机实现的步骤，这些步骤对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。例如，本领域技术人员应当理解，计算机实现的步骤可以作为计算机可执行指令存储在计算机可读介质上，诸如，例如，软盘、硬盘、光盘、闪存ROM、非易失性ROM和RAM。此外，本领域技术人员应当理解，计算机可执行指令可以在各种处理器上执行，诸如，例如，微处理器、数字信号处理器、门阵列等。为了便于说明，上述系统和方法并不是每一个步骤或元件在本文中都被描述为计算机系统的一部分，但是本领域技术人员将认识到每个步骤或元件可以具有对应的计算机系统或软件部件。因此，通过描述其对应的步骤或元件(即，它们的功能)来实现此类计算机系统和/或软件部件在本公开的范围内。
耳外耳机使用与耳朵间隔开的声驱动器产生声音。此类耳机应理想地将高质量声音以期望的音量传递到耳朵，而不会使太多声音溢出到环境中。眼镜耳机可利用内置于眼镜框架中的一个或多个偶极子扬声器来实现。偶极子扬声器从扬声器的声驱动器的相对侧产生异相声音。声音可从眼镜框架中的开口或通气孔发出。如果一个通气孔靠近耳朵并且另一通气孔远离耳朵，则质量声音可以最少的溢出传递到耳朵。2018年1月31日提交的美国专利申请15/884，924中公开了一种眼镜耳机，该专利申请的全部公开内容以引用方式并入本文。
图6是眼镜耳机120的前透视图，该眼镜耳机是具有磁场传感器的音频设备的另一个非限制性示例，该磁场传感器可被来自换能器的磁体/磁性材料的杂散磁场压过，而没有如上所述被配置为减少杂散磁场的归零磁体。在该非限制性示例中，存在被构造并布置成安置在鼻部上的眼镜桥接件134，其中镜片136和138在眼睛的前面。右镜腿件122耦接到桥接件134并且延伸越过右耳。左镜腿件132耦接到桥接件134并且延伸越过左耳。每个镜腿件承载偶极子扬声器。右偶极子扬声器被承载在镜腿件122的节段124中。在该视图中可见后部高频偶极子开口126、后部低频偶极子开口130和后部谐振阻尼开口128。这三个开口中的任何一个或全部都可以被筛覆盖。覆盖开口128的筛优选地为具有电阻性，以实现波导谐振阻尼。需注意，在该示例中，左镜腿件132具有与本文针对右镜腿件所公开的偶极子换能器相同的偶极子换能器。
图7是眼镜耳机150的镜腿件156的示意性横截面。眼镜耳机150是具有磁场传感器的音频设备的另一个非限制性示例，该磁场传感器可被来自换能器的磁体/磁性材料的杂散磁场压过，而没有如上所述被配置为减少杂散磁场的归零磁体。电声换能器160位于具有前腔170的外壳174中。换能器160具有产生磁场的换能器磁体(在该视图中未示出)。外壳174被定位成使得外壳174的声学出口172被布置成将声音朝向耳朵E传导，使得声音可由佩戴者的耳朵E的耳道152接收。磁场传感器180由镜腿件156承载；传感器180可位于或可不位于外壳174中。归零磁体190由镜腿件156承载，并且可位于或可不位于外壳174中。控制、放大、电力和无线通信模块162也由眼镜耳机150承载，并且可由镜腿件156承载或可不由镜腿件156承载。
已描述了多个具体实施。然而，应当理解在不脱离本文所述发明构思的范围的情况下可进行附加修改，并且因此，其他实施方案在以下权利要求书的范围内。
