CN101073288A - 用于电磁听觉设备的改进的发射机和换能器 - Google Patents

Abstract

一种用于产生可为个人所感知的音频信号的听觉系统。该听觉系统包括具有适于贴附到个人的中耳听觉器官的表面的换能器，其中换能器响应于由发射机发射的磁场的变化直接地振动该听觉器官。发射机被支承在个人的耳道内。发射机具有线圈和磁芯，所述磁芯被放置成使得磁芯的远端相对于换能器成预定的距离和朝向。

Description

用于电磁听觉设备的改进的发射机和换能器

发明背景

发明领域

本发明一般地涉及听觉系统和方法。尤其地，本发明针对依靠电磁场在人耳的一部分上产生振动的听觉系统和方法。这种系统可被用于增强正常或受损听觉的听觉过程。

当前，大多听觉系统分成至少三个类别：声学听觉系统；电磁驱动听觉系统；以及耳蜗植入。声学听觉系统依赖于产生放大的声波的声学换能器，这些声波进而将振动传递给鼓膜或耳鼓。电话听筒、收音机、电视机以及受损听觉者用的助听器都是使用声学驱动机制的系统的示例。例如电话听筒在生成声能的扬声器中将在电线上传送的信号转换成振动能量。该声能在耳道中传播并振动鼓膜。不同频率和振幅下的这些振动导致声音的感知。外科手术植入的耳蜗植入在具有严重听觉损失的患者体内电激励听觉神经节细胞或树突。

通过电磁换能器将音频信号传递到耳朵的听觉系统是众所周知的。这些换能器将被调制成含有音频信息的电磁场转换为振动，这些振动被传递到鼓膜或中耳的部分。电磁场使得通常为磁体的换能器位移以将振动运动传递给其所贴附的部分，由此使这种电磁驱动系统的佩带者产生声音感知。这种声音感知方法相比于声学驱动系统在质量、效率、以及最重要的“反馈”这种声学听觉系统常见的问题的显著减轻方面具有一些优势。

当声学输出能量返回或“反馈”到输入换能器(话筒)时声学听觉系统中产生反馈，由此引起自持振荡。反馈的电位一般与系统的放大程度成比例，因此许多声学驱动系统的输出增益不得不降低到小于所需的程度以防止反馈情况。在特别严重的情况下会导致输出不足以补偿听觉损失的这个问题，仍然是声学类助听器的主要问题。为了使向话筒的反馈最小化，许多声学听觉设备封闭耳道的通风或为耳道提供最小通风。虽然可以降低反馈，但是代价是“阻塞”，即对大多数助听器使用者都成问题的类隧道听觉效应。直接驱动耳鼓能够使反馈最小化，因为该驱动机制是机械的而不是声学的。由于机械地振动耳鼓，所以声音被耦合到耳道并且波传播在反方向上得到支持。然而这种机械到声学的耦合效率较低，并且这种低效率在耳道中声音降低的意义上被利用从而得到提高的系统增益。

Perkins等在通过引用包括于此的美国专利第5,259,032号中公开了一种将磁体非侵入性地耦合至鼓膜的系统。上述专利公开了一种用于产生电磁信号的设备，其具有通过表面附着力低强度但充分地贴附在佩带者的鼓膜上的换能器组合件。同样通过引用包括于此的美国专利第5,425,104号公开了一种用于产生电磁信号的设备，其包括外置于个人的声学通道的驱动装置。然而，由于磁场强度随着距离平方的倒数而下降，所以前面的用于产生承载磁场的音频的方法效率非常低，因此并不实用。当前，在传递足以高效地驱动耦合到人耳的听觉器官的换能器的电磁场方面有相当大的改善空间。

因为这些原因，需要提供一种将电磁场传递到一换能器改进的听觉系统，该换能器被充分地耦合到人耳的听觉器官从而可用最小的能量驱动该换能器。进一步需要提供一种在耳道中留有开放的通道以使阻塞最小化的听觉系统。此后描述的发明将实现这些目的中的至少一部分。

背景技术说明

以上已对美国专利第5,259,032号及第5,425,104号进行说明。其它相关专利包括：5,015,225；5,276,910；5,456,654；5,797,834；6,084,975；6,137,889；6,277,148；6,339,648；6,354,990；6,366,863；6,387,039；6,432,248；6,436,028；6,438,244；6,473,512；6,475,134；6,592,513；6,603,860；6,676,592；以及6,695,943。其它相关公开包括：美国专利第2002-0183587、第2001-0027342号公报；Decraemer等(1994)、Puria等(1997)、Moore(1998)、Puria和Allen(1998)、Fay等(2002)以及Hato等(2003)的期刊公开。

发明概要

根据本发明，一种用于产生个人可感知的音频信号的听觉系统包括具有与个人的中耳听觉器官的外表面相适的表面的换能器，其中该换能器被动地响应于磁场的变化以直接地振动该听觉器官。该系统具有支撑于个人的耳道内的发射机，以用于向换能器发送磁场。发射机具有一个有开放的内部并且大小设计成适合放入耳道中的线圈，以及一个具有近端和远端的磁芯，磁芯的大小设计成适合放入线圈的开放内部内以使得磁芯的远端相对于换能器以预定的距离和朝向放置。该系统还包括为发射机的线圈提供电流的电源，该电流代表音频信号。

在一优选实施例中，换能器被可松开地贴附在个人的鼓膜上。或者，换能器可贴附在诸如个人的锤骨、砧骨或镫骨等中耳的另一听觉器官上。

在换能器被贴附到鼓膜的情况下，该系统一般具有用于将换能器保持在鼓膜上的支承装置。一般地，支承装置包括非反应性、预成型的生物相容材料，其具有足以将换能器可松开地支承在鼓膜的外表面上的面积和结构的接触表面。换能器一般包括磁体。

优选的是，磁芯和线圈的大小设计成使得发射机在耳道中形成开放的通道。在大多数结构中，该系统包括具有内表面和外表面的壳体，其中外表面成形为与个人的耳道的内壁相吻合。内表面的大小设计成可容发射机贴附同时在耳道中保持开放的通道以允许自然声传播到鼓膜。

在一些实施例中，线圈缠绕在磁芯上，而线圈/磁芯组合件被贴附在壳体的内表面上。或者，线圈被敷设于壳体的内表面上，而磁芯被贴附在线圈之内。

在一优选实施例中，磁芯的远端包括相对于磁芯轴倾斜的斜面。一般地，在发射机被置于耳道中时，该斜面被定向为基本平行于换能器。

磁芯的远端可以是锥形表面、锲形表面、或对于给定的磁芯直径使得磁芯远端的表面积最大同时使得远端表面相对于磁轴保持合适朝向的任何其它形状。磁芯至少部分地由铁、或任何其它合适的磁性材料构成。

在本发明的一个方面，磁芯被弯曲和/或缩窄以适应个人的耳道的几何形状。通常，磁芯的远端被置于离换能器1到8mm的范围之内。优选地，磁芯的远端被置于离换能器2到6mm的范围之内。

在本发明的另一方面，话筒通过用于模拟或数字的信号处理装置被耦合到发射机，以用于捕捉将由发射机发送的音频信息。话筒可位于耳道的内部，耳道入口处、或靠近外耳。优选地，话筒与发射机一起位于也被称作外耳的耳道入口处。

在本发明的又一方面，一种用于产生能为个人所感知的音频信号的听觉方法包括：将响应于磁场的换能器可松开地支承在中耳听觉器官的外表面上；将具有磁性线圈和磁芯的发射机置于个人的耳道内，其中磁芯具有伸进耳道中并与换能器成预定距离和朝向的远端表面；以及将代表音频信号电流递送给发射机以从远端表面发射磁场。

在一优选实施例中，将换能器可松开地支承在外表面上包括将换能器支承在个人的鼓膜上。或者，换能器被支撑在个人的锤骨上。

一般地，放置发射机包括放入支承发射机的壳体以与个人的耳道的内部轮廓相匹配。通常，通过首先测量个人的耳道和鼓膜的物理特性来放置发射机，其中根据所测得的特性将发射机贴附到壳体。在许多情况下，个人的耳道的物理特性通过制作个人的耳道和鼓膜的铸模来测量。或者，测量个人的耳道和鼓膜的物理特性包括生成三维CT、微CT、MRI、微MRI扫描、或其它任何对个人的耳道和鼓膜的光学扫描。

一般地，磁芯的大小依据于所测得的特性来定，并且磁芯的朝向依据于所测得的个人的耳道的特性来定。在一些实施例中，磁芯包括近端和远端，并且通过将磁芯的远端放置在离换能器预定距离处来放置发射机。一般地，磁芯被放置在离换能器1mm到8mm的范围内。优选地，磁芯的远端被放置在离换能器2mm到6mm的范围内。

在一些实施例中，还通过将磁芯远端的表面定向为基本平行于换能器来放置发射机。最优地，磁芯的远端是倾斜的以增加磁芯远端的表面积，并且磁芯的倾斜表面被定向为基本平行于换能器。磁芯的磁轴被放置成与换能器的磁轴最大程度地对准，这使得听觉器官在较佳方向上移动。还可将壳体、线圈和磁芯的大小设计成使得发射机与耳道形成的开放的通道。

附图简述

图1是包括外耳、中耳、以及内耳局部的人耳的剖面图。

图2示出了换能器耦合到鼓膜的本发明的一个实施例。

图3A和3B示出了换能器耦合到锤骨的替换实施例。

图4A示出了发射机安装在耳道中并且换能器安装在鼓膜上的本发明的一个实施例。

图4B示出了线圈沿壳体的内壁敷设的本发明的替换实施例。

图5A和5B是包括外部驱动器组合件的本发明的实施例的示意图。

图6是磁芯和线圈组合件相对于换能器的摆放的说明。

图7A和7B示出了本发明的发射机磁芯的替换实施例。

图8是测量在相对于磁芯处于不同位置和朝向时作用于磁体的磁力的测试装置。

图9是示出了在不同的间隙距离处(1000匝线圈)在磁体上所感生的磁力的测试结果的坐标图。

图10是示出了在磁芯尖端相对于磁体处于不同的朝向角度时(250匝线圈)在磁体上所感生的磁力的测试结果的坐标图。

定义

在本说明书和权利要求书中，将参照本技术领域的习语和术语，为了在此使用将其明确地定义如下：

如在此所使用的，高能量永磁体包括钐-钴(SmCo)、钕-铁-硼(NdFeB)或其它任何合适的稀土磁体材料。

如在此所使用的，支撑装置是生物相容结构，它具有适当面积以将换能器非侵入性地贴附到耳朵的一部分，而无需诸如胶水等硬化粘合剂，或如插入鼓膜、与锤骨夹片连接、或放置在中耳的骨头上等外科过程。相反，该支承装置能够毫不费力地由个人轻而易举地安装和卸下，并且具有用户可容易地戴上或拿下的元件。该支撑装置使用表面附着力现象将电磁换能器低强度但充分地贴附在鼓膜上并使其在受到振动、或在个人的头部或身体经受运动或振动时不会移位。

如在此所使用的，换能器是一种响应于适当的能量信号以产生包含音频信息的振动并在被振动地耦合到人耳的听觉器官时传送音频信息的设备。换能器可包括磁体、压电元件、离散及集成的无源或有源电子部件、或响应于适当地接收到的信号将振动传送给鼓膜或人体的其它部分的任何单一部件或部件的组合、或适于将信号转换成振动的任何其它装置。

如在此所使用的，发射机是将声音或其它有意义的信号电磁地发送给换能器的包括线圈或磁芯组合的任何设备。

如在此所使用的，听觉器官是人耳的一部分，其能够沿小骨链传播声波以激励内耳的听觉机构。听觉器官包括但不限于以下任何一种：鼓膜、锤骨、砧骨、以及镫骨。

发明的具体描述

本发明的听觉系统包括一种电磁听觉系统，该电磁听觉系统具有用于产生包含音频信息的电磁信号的发射机、以及用于接收这些信号并将振动传送给耳朵的换能器组合件。电磁听觉系统依靠电信号来产生电磁能而不是声能。该电磁能与驱动的电信号具有相同的振幅和频率变化特性。随后，这些电磁场引起贴附在耳道中某一位置的磁体的振动并产生与原始的源信号具有相同特性的可听声音。将参照附图对发射机和换能器组合件进行更为详细的描述。

参照图1，图中示出了外耳30、中耳32以及内耳34(局部)的横截面示图。外耳主要包括耳廓16以及耳道14。中耳在一侧以鼓膜(耳鼓)10为边界，并包含一系列三块微小的互联的骨头：锤骨(锤)18；砧骨(砧)20；以及镫骨(镫)22。这三块骨头被统称为小骨或小骨链。锤骨贴附在鼓膜22上，而小骨链中的最后一块骨头镫骨被耦合到内耳的耳蜗24。

在正常听觉中，通过外耳或耳道14传播的声波冲击鼓膜并引起其振动。连接到鼓膜的锤骨也因此与砧骨和镫骨一起被带动。小骨链中的这三块骨头对鼓膜所接收到的微小机械振动起到一组阻抗匹配杠杆的作用。鼓膜和这些骨头可起到将听觉器官的带宽最大化的传输线系统的作用(Puria和Allen，1998；Fay等，2002)。镫骨振动进而在被称为耳蜗24的螺旋结构的前庭中引起液压(Puria等，1997)。液压产生沿基膜的纵轴的行波。柯蒂氏器(Organ of Corti)位于包含感觉上皮的基膜之上，感觉上皮包括一行内毛细胞和三行外毛细胞。耳蜗中的内毛细胞(未示出)由基膜的运动来激励。在此，液压使内耳水移位，并且毛细胞中的机械能被转换成电脉冲，电脉冲被发送到神经通路以及大脑的听觉中心(颞叶)，从而引起声音的感知。外毛细胞据信放大和压缩对内毛细胞的输入。在有感觉神经听力损失时，一般是外毛细胞被损坏从而降低了对内毛细胞的输入，从而导致声音的感知度降低。由听觉设备进行的放大恢复了本该由外毛细胞提供的其它正常放大和压缩。

图2描绘了其中换能器26驻留于鼓膜的外表面上的本发明的一个实施例。驻留于其表面之上是指换能器26被放置成与鼓膜换能器相接触。换能器一般包括高能永磁体。如此放置换能器的一种优选方法是采用包括换能器26和支承装置28的接触换能器组合件。支承装置28在其反面被贴附到或浮置在鼓膜10的一部分上。支承装置是具有足以支承换能器的表面积的生物相容结构，并被振动地耦合到鼓膜。优选地，支承装置28被贴附到鼓膜的表面基本与鼓膜的相应表面的形状、尤其是鼓膜凸区域12的形状相符。优选使用诸如矿物油等表面润湿剂来增强支承装置28通过表面附着力与鼓膜形成低强度但充分的贴附的能力。在先前通过引用包括于此的美国专利第5,259,032号中描述了一种合适的接触换能器组合件。

图3A和3B示出了其中换能器被置于个人的锤骨之上的替换实施例。在图3A中，换能器磁体40被贴附到下锤骨柄的近中侧。优选地，磁体40包在钛或其它生物相容材料中。作为示例，在通过引用包括于此的美国专利第6,084,975号中公开了一种将磁体40贴附到锤骨的方法，其中通过在低锤骨柄的后骨膜中作一切口并将骨膜从锤骨柄抬起，从而在锤骨柄的侧表面和鼓膜10之间产生袋囊来将磁体40贴附到锤骨18的锤骨柄44的近中表面上。将不锈钢夹片器件的一个尖端置于袋囊中并为磁体40所贴附。夹片的内部具有合适的尺寸以使得夹片至此固定在锤骨柄上从而将磁体置于其近中表面上。

或者，图3B示出了一个实施例，其中夹片50被固定在锤骨18上位于锤骨柄44和锤骨头部46之间的颈部周围。在该实施例中，夹片50伸展以提供使磁体40朝向鼓膜10和耳道14的平台，从而使得磁体处于接收电磁信号的最优位置。

现在参照图4A，示出了安装在右耳道中并朝向换能器26的本发明的发射机组合件60(为了清晰起见将壳体66示为经横截的)。在本发明的一个优选实施例中，换能器组合件26正对鼓膜10放置在鼓膜凸区域12处。换能器20还可放置在中耳的其它听觉器官上，包括放在锤骨18(在图3A和3B中示出)、砧骨20、以及镫骨22上等位置。当放置在鼓膜10的鼓膜凸区域12中时，换能器26将相对于耳道14自然地倾斜。倾斜度因人而异，但是一般相对于耳道成大约60度角。

发射机组合件60具有配置成与个人耳道内壁的特性相匹配的壳体66。优选将壳体66匹配成紧密贴合个人的耳道从而使得发射机组合件60可重复地插入耳道或从耳道取下，并且在重新插入个人的耳道时仍能正确地对准。壳体66还被配置成支承线圈64和磁芯62以使得当发射机组合件被正确地安装在耳道中时磁芯62的尖端被放置在相对于换能器26合适的距离和朝向上。磁芯62一般包括铁氧体，但也可以是任何具有高磁导率的材料。

在一个优选实施例中，线圈64沿磁芯的部分或整个长度绕在磁芯62周围。一般地，线圈具有足够的圈数从而最优地驱使电磁场朝向换能器。圈数可根据线圈的直径、磁芯的直径、磁芯的长度、以及依据于个人的耳道大小的线圈和磁芯组合件的总的可接受的直径而变化。一般地，随着磁芯直径增大，磁场作用在磁体上的力将增强，从而由此提高了系统效率。然而，这些参数受到人耳的解剖结构限制的约束。如图4A所示，线圈64可仅绕在磁芯长度的一部分上，以允许磁芯的尖端更深地伸到一般在到达鼓膜10时会聚的耳道14中。

一种用于使壳体66匹配耳道的内部尺寸的方法是制作耳道腔室包括鼓膜的印模。然后从阴印模制作阳熔模。然后从复制印模外表面的阳熔模形成壳体的外表面。然后线圈64和磁芯62组合件可以根据所需的相对于换能器26的凸出放置的定向来放置和安装在根据耳道和鼓膜的阳熔模确定的壳体66中。在一替换实施例中，发射机组合件60还可包括具有微调能力的安装平台(未示出)用于定向线圈和磁芯组合件以使得磁芯能够相对于壳体和/或线圈进行定向和放置。在另一替换实施例中，可对个人执行CT、MRI或光学扫描以生成耳道和鼓膜的3D模型。然后可使用数字3D模型表示来构造壳体的外表面以及安装磁芯和线圈。

如图4A的实施例所示，发射机组合件60还可包括置于壳体66内部的数字信号处理(DSP)单元72、话筒74、以及电池78。壳体66的近端具有可暂时取下的面板80以提供通往壳体66的空腔86和包含在其中的发射机组合件部件的入口。例如，面板80可被取下以换出电池78或调整磁芯62的位置和朝向。面板80还可具有话筒端口82以允许声音被定向到话筒74。牵引线84也可插入在面板80的壳体66中以使得发射机组合件能够被更容易地从耳道取出。

在工作中，话筒74捕捉到进入耳廓16和耳道14的环境声音并将声波转换为模拟电信号供DSP单元72处理。DSP单元72可被耦合到输入放大器(未示出)以放大该信号并用本技术领域中常用的模数转换器将模拟信号转换为数字信号。然后数字信号由任意数目的本技术领域中常用的数字信号处理器来处理。处理可包括多频带压缩、噪声抑制以及降噪算法的任意组合。然后使用数模转换器将经数字处理的信号转回模拟信号。将该模拟信号整形、放大并发送至线圈64，线圈64生成包含代表音频信号的音频信息的已调制电磁场，并与磁芯62一起将电磁场定向到换能器磁体26。换能器磁体26响应于电磁场而振动，由此振动与其耦合的中耳听觉器官(例如，图4A中的鼓膜10或者图3A和3B中的锤骨18)。

在许多实施例中，面板80还有声音开口70以允许环境声音进入壳体的开放腔86。这允许环境声音沿发射机组合件的内舱穿过开放的空间86以及穿过壳体66的远端处的一个或多个开口68。由此，环境声波可到达并振动鼓膜10并分别将振动传送给鼓膜。这种开放的通道设计提供了许多重要益处。首先，开放的通道使在许多声学听觉系统中普遍的闭塞效应对耳道的阻塞降到最低。其次，进入耳道的自然环境声音允许被电磁驱动的有效声级输出被限制或截止在比阻塞耳道的设计低得多的声级。对于大多数听觉受损患者，在较高分贝范围的声音再现是没有必要的，因为他们的自然听觉机制仍能接收在该范围内的声音。对于熟悉本技术领域的人，这通常被称为复聪现象，即在音量很大时听觉受损患者的响度知觉能“赶上”正常听觉者的响度感知(Moore，1998)。因此，开放通道的装置可被配置成在自然听觉接替的声级切断或饱和。这能够大大降低驱动发射机所需的电流，从而允许更小的电池和/或更长的电池寿命。由于反馈的增加所以在声学助听器中大开口是不可能的，由此限制了设备的功能增益。在本发明的电磁驱动设备中，由于鼓膜被直接振动所以显著降低了声学反馈。这种直接振动最终导致在耳道中产生声音，因为鼓膜起到了扬声器纸盆的作用。然而，生成的声学能级大大低于在耳道中产生直接声能的常规助听器。这导致本发明的开放耳道电磁发射机和换能器比常规声学助听器具有大的多的功能增益。

图4B示出了发射机组合件100的一个替换实施例，其中线圈102被敷设于壳体66的内壁上。磁芯62被放置于线圈102的内径之内，并且可贴附到壳体66或线圈102。在该实施例中，环境声音仍可进入耳道并通过开放腔86并从端口80出来以振动鼓膜。

现在参照示出了一个替换实施例的图5A和5B，其中DSP单元、电池、或话筒中的一个或多个位于在耳道的外面的驱动器单元90中。驱动器单元可通过耳钩94钩在耳廓16的顶端上。这种结构为壳体66的开放腔86(图4B)提供了额外的空隙，还允许包含其它本不能容纳在个人的耳道中的部件。虽然话筒74可与驱动器单元90一同位于外耳的外部，但是优选使话筒位于耳道14中或其开口处以从耳廓16获得高带宽定位线索的益处。如图5A和5B所示，话筒74通过话筒端口82捕捉进入耳道14的声音。然后信号通过连接到面板80上的插孔98的电缆98中的输入线被发送到位于驱动器单元90中的DSP供处理。一旦信号经过DSP处理，该信号就通过往回穿过电缆92的输出线被递送给线圈64。

图6示出了磁芯62相对于换能器26的位置的示图。磁芯62可根据个人耳道的尺寸来个别地设计大小。例如，可将磁芯切为使得磁芯能沿耳道14向下延伸从而使得磁芯62的尖端靠近所安装的换能器的位置的长度，同时又提供足够的长度以使线圈能够靠磁芯的近端缠绕，并且在磁芯的近端，耳道开口更大以适应更大的线圈直径。磁芯62还可弯曲角度γ_c，其中角度γ_c对应于个人的耳道几何形状，从而使得磁芯尖端能够正确地靠近换能器26放置而不与耳道内壁相干扰。

在一个优选实施例中，磁芯尖端的表面S_c可相对于磁芯轴歪斜或倾斜角度γ_b。倾斜的表面不仅增加了磁芯尖端的面积，还有助于将表面S_c定向为基本平行于换能器磁体的侧表面S_m，从而使得磁芯62的磁轴A_c与磁体表面S_m正交，并且与磁体26的磁轴A_m共线。最大激励内耳的方向是镫骨22的活塞式运动(Hato等，2002)。镫骨的这种运动在垂直于鼓膜10的鼓膜凸的运动与沿其它方向的运动相比最大时达到最大(Decraemer等，1994)。因此，在由定向成垂直于鼓膜凸的磁芯产生的磁场作用在磁体26上的力达到最大并且磁体26平行于鼓膜凸的平面放置(或者贴附到鼓膜或诸如锤骨等其它听觉器官)的情况下，系统效率最高。另外，与磁轴A_m对准的磁芯磁轴A_c还在磁体支承装置28与鼓膜10之间的接触表面上传送最小剪切力，由此使换能器组合件与鼓膜不正常地分离的可能性降到最低。

如图7A和7B所示，磁芯尖端可以有多种替换表面以用于改变发射机发射的磁场。磁芯尖端104可以是圆锥形、球形、凹面或凸面，由此增加磁芯尖端的表面积。对于这些替换表面，为了正确地接收磁场，磁体一般要匹配磁芯尖端的形状。对于耳道的一部分，磁芯可以具有缩小的尺寸以适应耳道解剖结构中的狭缩。正交方向上的尺寸相应地增加以维持磁芯面积。

理想地，磁芯尖端表面S_c将被放置在离换能器外表面S_m距离G处以产生系统所可能的最高增益，同时距离换能器26足够远以使得磁体与磁芯之间的引力不会使换能器26从鼓膜(在如此贴附的情况下)脱离。磁场密度一般随磁芯尖端表面与磁体表面之间的间隙距离G的平方而降低。因此线圈越接近磁体，磁体上的磁力就越强，并且系统效率越高。一般地，1mm与8mm之间的距离被认为对于电磁场的传输是有效的，优选在2mm与6mm之间。

在使用图8中所采用的装置的一个实验室研究中，执行了各种测试来比较诸如磁芯长度和直径、线圈匝数、磁芯材料、间隙距离、以及朝向等线圈/磁芯特性。一般地，增大磁芯直径、减小磁芯长度、增加线圈匝数将使磁场强度成比例的增大。然而，与间隙距离和磁芯尖端相对于磁体的朝向相比，这些参数所显示的对性能的影响可以忽略不计。

图9示出了用以测量负载传感器(图8)在两个不同的间隙距离2.5mm和1.5mm、以及在水平“x”方向上改变磁体与磁芯的对准的情况下的磁力的测试。示出了来自两组不同运行的重复测量结果。在1.5mm间隙与2.5mm间隙相对照的读数之间，磁力变化最高达到三倍，并且当磁体和磁芯在x轴上互成直线(0mm)时达到最高变化量。磁力还一定程度地受到磁芯和磁体在x方向上的对准的影响。然而，该测试显示在-.5mm和.5mm之间损耗是可忽略不计的。

图10示出了用于测量在磁芯磁轴A_c相对于磁体表面处于不同角度时的磁力的另一测试。该测试显示在都是正方形末端的情况下，磁芯磁轴A_c与磁体表面成90°定向与成40°倾斜角定向相比，磁体上的力几乎加倍。然而，使用40°倾斜角的倾斜末端磁芯，可以达到近似于90°角度情况下的增益。倾斜尖端比90°角度情况下稍高的增益是源于由倾斜引起的表面积的增加。

示出本发明优选实施例的以上描述是为了说明和描述的作用。并不试图穷举或将本发明限定于所公开的精确形式。显然，许多修改和变更对本领域的技术人员将是显而易见的。本发明的范围旨在由所附权利要求和其等效方案所定义。

Claims (43)

1.一种用于产生可为个人所感知的音频信号的听觉系统，所述听觉系统包括：

具有适于贴附到所述个人的听觉器官的表面的换能器，所述换能器响应于能量场的变化直接地振动所述听觉器官；

被支承在所述个人的耳道内对着所述换能器的发射机，所述发射机包括：

i.具有开放的内部的能量发射器，所述发射器的大小被设计成适合放入所述耳道或外耳中；以及

ii.具有近端和远端的传输元件，所述元件的大小被设计成适合放入所述发射器的所述开放的内部之内以使得所述发射器的所述远端被定位成相对于所述换能器成预定的距离和朝向；

以及

用于向所述发射机的所述线圈提供电流的电源，所述电流代表所述音频信号。

2.如权利要求1所述的听觉系统，其特征在于，所述能量场包括磁场，所述发射器包括线圈，并且所述传输元件包括磁芯。

3.如权利要求1所述的听觉系统，其特征在于，所述换能器被贴附到所述个人的鼓膜上。

4.如权利要求1所述的听觉系统，其特征在于，所述换能器被贴附到所述个人的锤骨上。

5.如权利要求3所述的听觉系统，其特征在于，还包括用于将所述换能器保持在所述鼓膜上的支承装置。

6.如权利要求5所述的听觉系统，其特征在于，所述支承装置包括非反应性预成型的生物相容材料，其具有足以将所述换能器可松开地支承在所述鼓膜的外表面上的面积和结构的接触表面。

7.如权利要求1所述的听觉系统，其特征在于，所述换能器包括磁体。

8.如权利要求1所述的听觉系统，其特征在于，所述磁芯和所述线圈的大小被设计成使得所述发射机在所述耳道中形成开放的通道。

9.如权利要求8所述的听觉系统，其特征在于，还包括具有内表面和外表面的壳体，所述外表面成形为与所述个人的耳道的内壁相吻合，所述内表面的大小设计成可容所述发射机贴附同时在所述耳道中保持开放的通道以允许自然声传到所述鼓膜。

10.如权利要求9所述的听觉系统，其特征在于，所述线圈被敷设于所述壳体的所述内表面上，并且所述磁芯被贴附在所述线圈上。

11.如权利要求9所述的听觉系统，其特征在于，所述线圈被缠绕在所述磁芯上，并且所述线圈/磁芯组合件被贴附在所述壳体的所述内表面上。

12.如权利要求1所述的听觉系统，其特征在于，所述磁芯的远端包括倾斜表面。

13.如权利要求12所述的听觉系统，其特征在于，当所述发射机被放置在所述耳道中时，所述倾斜表面被定向成基本平行于所述换能器。

14.如权利要求12所述的听觉系统，其特征在于，所述磁芯的磁轴与所述换能器的磁轴对准。

15.如权利要求1所述的听觉系统，其特征在于，所述磁芯的所述远端包括锥形表面。

16.如权利要求1所述的听觉系统，其特征在于，所述磁芯的所述远端包括锲形表面。

17.如权利要求1所述的听觉系统，其特征在于，所述磁芯由任意导磁材料构成。

18.如权利要求1所述的听觉系统，其特征在于，所述磁芯被弯曲以适应所述耳道的几何形状。

19.如权利要求1所述的听觉系统，其特征在于，所述磁芯被缩窄以适应所述耳道的几何形状。

20.如权利要求1所述的听觉系统，其特征在于，所述磁芯的所述远端被放置在离所述换能器1到8mm的范围内。

21.如权利要求20所述的听觉系统，其特征在于，所述磁芯的所述远端被放置在离所述换能器2到6mm的范围内。

22.如权利要求1所述的听觉系统，其特征在于，还包括通过模拟或数字的信号处理装置耦合到所述发射机的话筒。

23.如权利要求22所述的听觉系统，其特征在于，所述话筒与所述发射机一起位于所述耳道的内部。

24.如权利要求22所述的听觉系统，其特征在于，所述话筒位于所述外耳中。

25.如权利要求22所述的听觉系统，其特征在于，所述话筒位于所述外耳的外部。

26.一种用于产生可为个人所感知的音频信号的听觉方法，所述方法包括：

将换能器可松开地支承在耳朵的听觉器官的外表面上，所述换能器被动地响应于磁场；

将发射机放置在所述个人的耳道内，所述发射机具有磁线圈和磁芯，其中所述磁芯具有伸进所述耳道中并与所述换能器成预定距离和朝向的远端表面；以及

向所述发射机递送电流以从所述远端表面发射磁场，所述电流代表所述音频信号。

27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，将换能器可松开地支承在外表面上包括将所述换能器支撑在所述个人的鼓膜上。

28.如权利要求26所述的方法，其特征在于，将换能器可松开地支承在外表面上包括将所述换能器支承在所述个人的锤骨上。

29.如权利要求26所述的方法，其特征在于，放置发射机包括放入匹配所述个人的耳道的内部轮廓的壳体，并且所述壳体支承所述发射机。

30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，放置发射机包括测量所述个人的耳道的物理特性，并且所述发射机根据所测得的特性被贴附到所述壳体上。

31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，测量所述个人的耳道的物理特性包括制作所述个人的耳道的铸模。

32.如权利要求30所述的方法，其特征在于，测量所述个人的耳道的物理特性包括生成所述个人的耳道的CT、微CT、MRI、微MRI、或者光学扫描。

33.如权利要求30所述的方法，其特征在于，放置发射机包括根据所测得的特性来确定所述磁芯的大小。

34.如权利要求30所述的方法，其特征在于，放置发射机包括根据所测得的特性来确定所述磁芯的朝向。

35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述磁芯包括近端和远端，并放置发射机包括将所述磁芯的所述远端放置在离所述换能器预定距离处。

36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，所述磁芯的所述远端被放置在离所述换能器1mm到8mm的范围内。

37.如权利要求36所述的方法，其特征在于，所述磁芯的所述远端被放置在离所述换能器2mm到6mm的范围内。

38.如权利要求35所述的方法，其特征在于，放置发射机包括将所述磁芯的所述远端的表面定向为基本平行于所述换能器。

39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，还包括倾斜所述磁芯的所述远端以增加所述磁芯的所述远端的表面积，并且放置发射机包括将所述磁芯的倾斜表面定向为基本平行于所述换能器。

40.如权利要求35所述的方法，其特征在于，放置发射机包括将所述磁芯的所述远端的磁轴定向为与所述换能器的磁轴对准。

41.如权利要求29所述的方法，其特征在于，放置发射机包括设计所述壳体、线圈以及磁芯的大小以使得所述发射机与所述耳道形成开放的通道。

42.如权利要求29所述的方法，其特征在于，放置发射机包括将所述线圈敷设在所述壳体的内表面上，并且将所述磁芯贴附到所述线圈。

43.如权利要求29所述的方法，其特征在于，放置发射机包括在所述磁芯上缠绕所述线圈，并且将所述线圈/磁芯组合件贴附到所述壳体的内表面。

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