专利名称：防水声学元件封罩以及包括其的设备的利记博彩app
技术领域：
本发明大体上涉及用于诸如麦克风(扩音器)和扬声器的声学兀件的防水封罩(enclosure)，并且本发明针对与耳蜗植入系统的声音处理器一起使用的麦克风进行描述；然而，应当理解本发明可以用于包括诸如麦克风和扬声器的声学元件并且暴露于水的其它设备中。
背景技术：
多种声学器件对于水汽是固有敏感的，并且易于由水损害。任何需要麦克风、扬声器或其它声学元件的且必须耐水或防水的设备必须解决该不足。在声音处理器和麦克风的示意性领域中，提供防水保护的商业可售的麦克风大体上太大或者在患者有可能使用其声音处理器的情况下获得的性能很差。实现密封式声学腔的防水麦克风是体积大且复杂的，并且可以具有不期望的频响，使得其无法实际用于耳蜗植入。防止液态水进入但允许汽相运输并对声音品质具有最小化影响的疏水薄膜对于溅水保护是足够的，但是疏水薄膜无法提供水浸入的保护或者长期免受水蒸汽影响。现有设计中固有的其它问题包括充满水的并且长期干燥的孔、凹部以及容腔。采用硅树脂屏障的现有的设计具有这样的问题，即硅树脂非常缓慢地吸收水并且释放水，并且硅树脂将使得声音衰减。通过将麦克风浸没在聚合物内，麦克风能够被密封，但是这些设计在小规格的麦克风中并不是可行的，并且大体上具有差的声学性能。
发明内容
本发明提供声学元件(例如麦克风或扬声器)防水保护，其像无防水声学元件那样提供了同样的声学特性并且长期保护免受液体和汽相水的浸没影响，并且没有现有技术方案的不足。为了提供在恶劣环境中性能良好的声学元件，已经开发出新颖的封罩，以使得声学元件防水，这利用了薄膜来保护声学元件。本发明还提供了组装封罩的方法，以最小化性能变化。薄膜可以与麦克风壳体一体形成，并且壳体可以包括通气部。本发明解决了困扰当前的麦克风和其它声学元件的防水技术的问题。麦克风和其它声学元件采用容室来容纳声学元件，所述容室通过薄的、耐用的、不透水的、聚合物保护薄膜与周围环境密封。薄膜的机械与物理特性被选择成在诸如耳蜗植入器、助听器等的听力装置所关注的频谱内使得声学元件性能最佳，同时实现了麦克风针对长期浸没与汽相水分的彻底保护。机械结构设置成使用者能够定期地清洁薄膜，以不会损害薄膜地去除任何积聚的碎屑。本发明也是容易清洁的，并且因此能够保持没有耳屎(耳垢)和其它能够潜在损害或危害其它拾音装置性能的碎屑。这种密封后的声学元件消除了由于碎屑和其它环境因素导致的失效，允许患者使用他们的系统而无需担心环境对装置的影响。
本发明的上述以及其它方面、特征和优点将通过以下与附图结合的具体说明更加清楚，其中图I是根据本发明的一个实施例的耳蜗植入系统的视图；图2A是根据本发明的一个实施例的耳后声音处理器的视图；图2B是根据本发明的一个实施例的体佩声音处理器的视图；图3是根据本发明的一个实施例的麦克风组件的剖视图；·
图4是没有保护薄膜的图3的麦克风封罩的俯视图；图5是根据本发明的一个实施例的麦克风组件的剖视图；图6是根据本发明的一个实施例的麦克风组件的剖视图；图7A是根据本发明的一个实施例的助听器的框架图；图7B是根据本发明的一个实施例的扬声器组件的剖视图；图8示出了分别具有或没有保护薄膜的声音处理器麦克风的通常的频响；并且图9示出了用于制造防水封罩的示意性制造过程。在所有附图中，相应的附图标记表示相应的部件。
具体实施例方式实现本发明的最佳实施模式的以下说明并非认为是限制性的，而是仅仅出于描述本发明的一般原理的目的。本发明的范围应当根据权利要求书确定。还应当注意，尽管本发明以下主要针对麦克风与耳蜗植入系统讨论，但是本发明并非限于此。例如但不限于，本发明可以应用于扬声器和其它声学元件以及助听器(例如内耳助听器)和其它听觉设备。需要保护免受水分影响的声学元件的一个实例是麦克风，并且耳蜗植入系统是可以包括麦克风以及还包括或采用至少一些本发明的听觉设备的一个实例。为此目的，图I示出了耳蜗植入系统1000，其包括内部件200以及外部件100。内部件200包括天线线圈210以及植入式电子器件220，以及引线230，其具有在耳蜗内植入的电极阵列。外部件100包括头戴受话器110以及声音处理器140。图2A和2B示出了外部件100和100'，分别具有耳后和体佩声音处理器140和140'以及电池120和120'。这些处理器具有不同的控制装置例如灵敏度控制装置、音量控制装置以及程序开关，并且可以包括各种不同的附加结构例如内置式LED状态指示器160以及辅助端口 170。防水封罩10可以被用于保护处于耳蜗植入系统1000内的任何多个部位的麦克风，包括头戴受话器110 (如图2B所示)、耳后处理器140或者体佩声音处理器140'或耳挂130 (例如，T-micK'内耳麦克风)。图3是防水封罩的第一实施例的剖视图，其中所述防水封罩大体上由附图标记10表示，包括不透水的、聚合物保护薄膜20，其安装在外壳体30上。薄膜20示出处于未承压状态。防水封罩10包括内支承件40，其中所述内支承件支承麦克风70，以限定防水麦克风组件。如图3所示，内支承件40可以与外壳体30 —体形成；作为替代地，内支承件40可以由在外壳30内安装的单独的部件形成，如图5和6所示和所述。图4是没有保护薄膜20的防水封罩，其包括在内支承件40中安装的麦克风70。为了完成制造防水封罩10 (图3)，保护薄膜20将被粘合或焊接至外壳体30的顶表面36，例如通过压敏粘着剂或超声焊接的方式实现。作为替代地或附加地，保护薄膜20可以附着在外壳体30的顶部被平滑化并且向下延伸到外壳体30的侧部，并且由金属或硬塑料环箍捕获，其可以像鼓面那样被张紧。附加的粘合剂可以被用于将外壳体30的侧壁粘合至延展的保护薄膜20。在一些实施例中，所使用的粘合剂并不是弹性的和/或保持薄以避免声衰减。例如，压敏粘合剂可以被用于将薄膜20连接至壳体30，同时施加大的力以压缩粘合剂；由此所形成的连接然后可以由环氧树脂密封。作为替代地，薄膜20可以包括能够热学粘合至热塑性或金属壳体的材料。壳体材料被选择成无论对何种连接机制被使用都提供良好的粘合。作为另一替代地，模制成型的塑料外壳30可以与薄的保护薄膜20 —体形成，参照图5和6所示和所述。图5是防水封罩的另一实施例的剖视图，其中所述防水封罩大体上由附图标记IOa表不。防水封罩IOa类似于封罩10,并且相同的兀件由相同的附图标记表不。然而,在·此，内支承件40a包括在外壳体30a内安装的单独的支承部件。外壳体30a可以大体上是圆柱形的，具有弯曲的侧壁31，其中该弯曲的侧壁与平坦的端面一体形成。平坦的端面形成了保护薄膜20a，其中所述保护薄膜示出处于未承压状态。平坦的端面(即，保护薄膜20a)与弯曲的侧壁31相比是非常薄的。这种结构可以由诸如聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯的聚合物或具有用于施加与处理的合适特性的其它材料被微模制成型。外壳体30a在其中形成有外通气孔32，向大气通气，使得麦克风容腔内外压力平衡。在外壳体30a内形成的凹部34为诸如网(未示出)的保护盖提供了空间，其中所述保护盖防止微粒物质进入通气系统中。麦克风70在外壳体30a的内支承件40a中安装，从而形成防水麦克风组件。内支承件40a具有周向凹槽50以及窄通道51，以允许气流经过通气部32。组件的后部可以被封装处理(potted)(未示出)，以防止水侵入。图6不出了防水封罩的另一可行实施例,该防水封罩大体上由附图标记IOb表不，并且与如图5所示的实施例类似但是在外壳体内没有外通气系统。同样，该示意性封罩IOb具有模制成型的塑料外壳体30a，其中所述模制成型的塑料外壳体30a与保护薄膜20a—体形成，其中所述保护薄膜示出处于未承压状态。内支承件40b捕获麦克风70，因而限定了防水麦克风组件，并且被成形为防止由使用者按压或磨损保护薄膜20a而造成的保护薄膜的损害性大移位。需要防止水分的另一声学元件是扬声器，并且可以包括扬声器并包括或采用至少一些本发明的听觉设备的一个实例是内耳助听器。转到图7A和7B，示意性内耳助听器100"包括麦克风组件，其具有位于防水封罩I内的麦克风70 ;电池120";声路140";以及扬声器组件，其具有位于另一防水封罩10内的扬声器71。在其它实施例中，封罩IOa和IOb可以与麦克风70和/或扬声器71结合使用。保护薄膜20 (或20a)保护声学元件免受水分影响，但是本身暴露于环境。因此，封罩IO-IOb的形状、结构和材料被选择成封罩能够被规则地且保护薄膜未受损地被清洁，正如以下详细说明那样。因为保护薄膜没有屏障附着在其上地被暴露，所以保护薄膜能够利用软刷或湿毛巾被容易地清洁，并且位于上方的网不会阻塞。
示意性保护薄膜20 (或20a)是薄的、坚强的、柔性的且不透水的，并且可以由诸如液晶聚合物(LCP)的聚合物、聚酯例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(例如，Mylar PET膜)、聚酰亚胺(例如，KaptoiViH1I酰亚胺膜)或聚丙烯制成。聚合物被选择成是坚固的、防刺穿的、且热学、化学和机械稳定的。膜材料还被选择成足够防止水输送经过薄膜，从而薄膜之后的麦克风、扬声器或其它声学元件不会受损。聚合物保护薄膜20 (或20a)的外部可以被等离子体处理并且涂覆有金属或非金属材料例如二氧化钛，以防止水经过薄膜输送。涂层还可以防止来自紫外线(UV)辐射的损害，使得组件美学上更令人喜欢并且提供用于疏水性涂层的基底。薄膜20 (或20a)尽可能地薄，例如小于5mil (毫英寸)(O. 005英寸、O. 18毫米)厚的Mylar :PET膜或尼龙或小于5mil (O. 005英寸、0.18毫米)厚的Kapton 聚酰亚胺膜。无论保护薄膜是否与外壳体(例如薄膜20a)或与单独的部件(例如薄膜20)—体形成，保护薄膜都可以在附属的过程中被减薄、例如通过激光消融、选择性溶解或机械减 薄来实现，以提高防水封罩10 (或IOa或IOb)内的麦克风、扬声器或其它声学元件的灵敏度。容腔60由内支承件40 (或40a)以及保护薄膜20 (或20a)形成并且可以具有这样的几何形状，其中该几何形状被选择成最小化不期望的声学影响例如共振。保护薄膜20(或20a)的直径大到足够确保足够的麦克风灵敏度，而容腔60具有足够小的容积，以抑制空腔声学效应(例如衰减)。在一些实施例中，保护薄膜直径与声学元件薄膜直径之比可以是I. 5或更大。声学元件薄膜(图5中的薄膜72)的直径可以大约等于声学元件本身的直径。支承构件40的表面41 (或41a)是凹形的，并且可以是圆锥形的、抛物面形的或否者被锥形化以朝向外壳体30的内部缩窄。支承构件表面41 (或41a)的形状设置成在形成容腔60的壁的部分中没有尖锐的过渡并且在支承构件与麦克风70、扬声器71或其它声学元件之间没有过渡，因而最小化不想要的反射。在例如清洁保护薄膜的过程中，保护薄膜20 (或20a)在受压时将偏转。保护薄膜20 (或20a)以及支承构件40 (或40a或40b)的各种不同的属性被选择成防止保护薄膜失效。支承构件的表面41 (或41a或41b)的朝向薄膜的形状例如被设计成没有应力集中，从而避免保护薄膜20 (或20a)的损害。例如，表面的形状可以与保护薄膜在均匀载荷作用下的弯曲外形相同。薄膜材料、形状和尺寸以及容腔60的尺寸被选择成当外应力在清洁或使用的过程中被施加至薄膜时，薄膜将伸展但不会永久变形或撕裂。在薄膜材料达到其弹性极限(或屈服应力)之前，薄膜20 (或20a)接触支承构件表面41 (或41a)以及麦克风70、扬声器71或其它用作为的止挡件的声学元件。换句话说，保护薄膜与声学元件之间的距离必须小于将导致保护薄膜永久变形或撕裂的偏转距离。保护薄膜的形状、厚度和模量以及保护薄膜与声学元件之间的距离设置成在保护薄膜受压而与声学元件接触时，保护薄膜上的应力小于屈服应力。另外，薄膜与声学元件之间的距离限定了薄膜能够从其静止(at rest)状态(见图3)偏转的最大距离￥_。距离Ymax小于这样的偏转距离，其中，在该偏转距离，具有特定形状、厚度和模量的薄膜在缺少由支承构件表面和声学元件所提供的止挡的情况下达到其弹性极限。在保护薄膜为圆盘形状的那些实施例中，将导致薄膜材料达到其弹性极限的偏转距离Y。可以利用下列公式被计算，即
7)1=Tif(TT)和
Γ π TZ (jxr4 (5 +V)Yc 二 —-X 4-(
64 X/)1 (1 + 1/)其中E=薄膜材料的模量，t =薄膜材料的厚度，·
V =泊松比，q=载荷/面积=均布的载荷,并且r=薄膜半径(没有偏转的部分)。相应地，Y。可以针对给定的封罩被计算，以确定是否Ymax〈Y。，如以下数值实例所论证的那样。如果声学元件组件内的保护薄膜是PET膜，其中该PET膜具有2X IO9Pa的模量、O. 127mm的厚度以及3. 175mm的半径并且其中v =0. 35且在清洁的过程中由手指所施加的载荷是O. 5N (即对于3. 175mm半径为63. 2kPa)，则Ye=l。在这些状况下所预测的应力是49. 5MPa，其是在屈服应力的级别上。然而，因为薄膜的偏转由薄膜下方的容腔的尺寸约束，所以最大应力将相对于自由的状况而减小，并且薄膜中的应力将明显小于屈服应力。因而，只要Y_小于1mm，则可以认为组件所容许的最大薄膜偏转将小于导致失效的情况。与Y。相比，Ymax可以被进一步减小合适的安全因数(例如20%)。在一些实施例中，并且取决于保护薄膜的材料类型和厚度，Yfflax与薄膜直径之比将小于O. 25、或小于O. 10、或小于O. 05、或小于O. 025。考虑到与声学和保护薄膜维护有关的上述问题，薄膜的与容腔60共延的且在一些实施例中无偏转的部分可以例如直径是O. 125至O. 300英寸(3. 18毫米至7. 62毫米)，或者直径是O. 180至O. 260英寸(4. 57毫米至6. 60毫米)，或者直径是O. 250至O. 260英寸(6. 35毫米至6. 60毫米)。保护薄膜与麦克风、扬声器或其它声学元件的顶部之间的距离可以小于O. 05英寸(I. 27毫米)，或者是在O. 005至O. 010英寸(O. 13毫米至O. 25毫米)的级别上，或者更小。防水封罩可以与各种其他防水技术结合，以对麦克风、扬声器或其它声学兀件提供进一步防水。图8示出了具有或不具有本发明的保护薄膜20的装置的频响。大体上，期望的是麦克风仍在可听频率(例如100至8500Hz或甚至100至10000Hz)的宽广范围内是灵敏的。在如图8所示的实例中，在100至10000Hz的频率范围内，增加保护薄膜使得灵敏度减小小于10dB。在该实例中，壳体由快速成型材料、E壳粉红色光反应丙烯酸(E shell pinkphoto-reactive acrylic)制成，并且薄膜为大约0. 001英寸厚的MylarK: PET膜。图9示出了制造防水封罩的方法800，其中所述防水封罩具有单独模制成型的内支承件40a和外支承件30a，它们分别如图5或6所示。该方法针对麦克风进行说明，但是也可以应用于扬声器和其它声学元件。在步骤810中，具有不透水的聚合物保护薄膜的外支承件被模制成型。外支承件可以被模制成型到穿孔的膜上，或者在模制成型过程中，该膜可以在相同时间被形成为结构支承件。在步骤820中，麦克风被插入到内支承件中。在步骤830中，麦克风被锚固至内支承件例如通过压配、粘合剂粘结或灌封的方式实现锚固。该锚固步骤用于连续地限定麦克风70与薄膜20之间的距离(图5)。这可以通过采用确保麦克风正确定位和定向的捕获结构来实现。在步骤840中，内支承件被插入到外支承件中。在步骤850中，内支承件例如通过粘合剂粘结的方式被锚固至外支承件。尽管在此所公开的本发明借助于具体实施例及其应用被说明，但是在不脱离由权利要求书所限定的本发明的保护范围的前提下本领域技术人员可以对此作出大量的调整 和改型。
权利要求
1.一种声学元件组件，其包括 限定内部的外壳体； 位于所述外壳体的内部中的内支承件； 由所述内支承件支承的声学元件；以及 不透水的聚合物保护薄膜，该不透水的聚合物保护薄膜密封所述外壳体的内部防止水侵入并且在处于未承压的状态时与所述声学元件隔开一预定的距离，所述保护薄膜限定形状、厚度、模量以及屈服应力； 其中，所述预定的距离以及所述保护薄膜的形状、厚度和模量设置成在所述保护薄膜受压而与所述声学元件接触时，所述保护薄膜上的应力将小于所述屈服应力。
2.根据权利要求I所述的声学元件组件，其特征在于，所述声学元件包括麦克风。
3.根据权利要求I所述的声学元件组件，其特征在于，所述声学元件包括扬声器。
4.根据权利要求I至3所述的声学元件组件，其特征在于，所述内支承件与所述壳体是一体形成的单元。
5.根据权利要求I至3所述的声学元件组件，其特征在于，所述内支承件和所述外壳体是单独的结构元件。
6.根据权利要求I至5所述的声学元件组件，其特征在于，所述内支承件是朝向所述保护薄膜的锥形化表面。
7.根据权利要求I至6所述的声学元件组件，其特征在于，所述保护薄膜是由选自液晶聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚酰亚胺、聚丙烯和聚酰胺的材料形成。
8.根据权利要求I至7所述的声学元件组件，其特征在于，所述保护薄膜和所述外壳体是一体形成的单元。
9.根据权利要求I至7所述的声学元件组件，其特征在于，所述保护薄膜和所述外壳体是单独的结构元件，并且所述保护薄膜在所述外壳体的表面上安装。
10.根据权利要求9所述的声学元件组件，其特征在于，所述保护薄膜利用无弹性粘合剂形成接头而结合至所述外壳体的表面。
11.根据权利要求10所述的声学元件组件，其特征在于，所述无弹性粘合剂包括压敏粘合剂。
12.根据权利要求10和11所述的声学元件组件，其特征在于，所述接头由环氧树脂密封。
13.根据权利要求I至12所述的声学元件组件，其特征在于，所述声学元件组件还包括位于所述外壳体与所述内支承件之间的周向通气部。
14.根据权利要求13所述的声学元件组件，其特征在于，所述声学元件组件还包括在所述外壳体内与所述周向通气部连通的外通气部。
15.根据权利要求I至14所述的声学元件组件，其特征在于，所述保护薄膜未由网状结构覆盖。
16.根据权利要求I至15所述的声学元件，其特征在于，所述保护元件是圆盘形的。
17.根据权利要求16所述的声学元件组件，其特征在于，所述保护薄膜限定一直径；所述声学元件包括限定直径的薄膜；并且保护薄膜直径与声学元件薄膜直径之比为I. 5或更大。
18 根据权利要求17所述的声学元件组件，其特征在于，预定的距离与保护薄膜直径之比为O. 25或更小。
19.根据权利要求18所述的声学元件组件，其特征在于，所述保护薄膜具有O.125至·O. 300英寸(3. 18毫米至7. 62毫米)的直径，并且所述麦克风与所述保护薄膜之间的距离小于O. 050英寸(O. 127毫米)。
20.根据权利要求16所述的声学元件组件，其特征在于，所述预定的距离小于将导致所述保护薄膜达到其弹性极限的偏转距离Y。，其中所述偏转距离由下列公式计算
21.—种助听装置，其选自耳蜗植入声音处理器、头戴受话器、耳挂以及助听器并且包括声学元件，其特征在于 所述声学元件是根据权利要求I至19任一所述的组件的一部分。
22 —种对声学元件防水的方法，其包括以下步骤 模制成型具有不透水的聚合物保护薄膜的外支承件； 将声学元件插入到内支承件中； 将所述声学元件锚固到所述内支承件中； 将所述内支承件插入到所述外支承件中；并且 将所述内支承件锚固至所述外支承件。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，利用压配的方式实现将所述声学元件锚固至所述内支承件。
24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，模制成型所述外支承件的步骤包括利用聚合物膜嵌件的嵌件模制成型，以形成所述保护薄膜。
25.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，模制成型所述外支承件的步骤形成所述保护薄膜。
26.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法还包括减薄所述保护薄膜的步骤。
27.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法还包括为了防止水透过所述薄膜运送而对所述保护薄膜进行涂层的步骤。
28.根据权利要求22至27所述的方法，其特征在于，所述声学元件包括麦克风。
全文摘要
一种用于耳蜗诸如系统或其它助听装置的防水封罩，其包括外壳体、位于所述外壳体内部中的内支承件、由所述内支承件支承的声学元件、以及使得所述外壳体的内部密封防水侵入的不透水的聚合物保护薄膜。诸如耳蜗诸如声音处理器、头戴受话器、耳挂或助听器的听力装置包括外壳体、位于所述外壳体的内部中的内支承件、由内支承件支承的麦克风、以及使得所述外壳体的内部密封防水侵入的不透水的聚合物保护薄膜。一种用于对声学元件防水的方法，包括模制成型具有不透水的聚合物保护薄膜的外支承件；将声学元件插至内支承件；将声学元件锚固至内支承件；将内支承件插到外支承件中；并且将内支承件锚固至外支承件。
文档编号H04R25/00GK102939770SQ201180014745
公开日2013年2月20日 申请日期2011年3月17日 优先权日2010年3月19日
发明者K·J·克斯特, S·A·克劳福德, G·齐谢韦斯科夫 申请人:领先仿生公司