專利名稱：一種用于呼吸面罩的聲音傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有內(nèi)置麥克風(fēng)的呼吸面罩。
技術(shù)背景 -
大多數(shù)飛機都裝有呼吸面罩系統(tǒng)以便在緊急情況下向機組成員
供應(yīng)氧氣，例如在飛機減壓期間的低氧環(huán)境(oxygen depleted environments)中。在這樣的緊急飛機操作過程中，飛行員、導(dǎo)航員和 其他飛行機組成員可能戴上包含了要求的呼吸調(diào)節(jié)器(breathing regulator)和麥克風(fēng)系統(tǒng)的呼吸面罩。該呼吸面罩必須包含麥克風(fēng)，以 便在該緊急情況期間，能維持同其他機組成員或者同控制塔工作人員 的通信。
在大部分麥克風(fēng)系統(tǒng)中，所述佩戴者發(fā)出的聲音激活麥克風(fēng)，該 麥克風(fēng)將接收到的聲音轉(zhuǎn)換為音頻信號用以傳送。但不幸的是，所述 麥克風(fēng)接收到的聲音不僅包含所述佩戴者的聲音，也包含背景噪聲。 當(dāng)所述佩戴者吸氣時，氣體流過所述面罩的呼吸調(diào)節(jié)器的聲音常常特 別地響，并且所述聲音作為噪聲被傳送，該噪聲很大一部分在頻率和 強度上與人說話時發(fā)出的聲音類似。當(dāng)兩個或更多佩戴面罩的飛行機 組成員中的一個正在講話時，其他機組成員在吸氣期間產(chǎn)生的噪聲能 嚴(yán)重地干擾對正在講話的所述機組成員的傾聽和理解。另外，當(dāng)所述 機組成員^皮暴露在重壓緊急狀態(tài)(stressful emergency conditions)中時， 他們的呼吸速率的增加會大大增強噪聲干擾的程度。這種干擾呈現(xiàn)出 一個非常嚴(yán)重的問題，因為在如此緊急的時刻，所述機組成員和所述 控制塔之間的有效通信極其必要。
現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)嘗試通過在所述麥克風(fēng)系統(tǒng)中并入電子濾波器 (electronic filters)和噪聲減弱裝置(noise dampening means)來克月良所述的聲音。
現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)提供了其麥克風(fēng)包含噪聲衰減構(gòu)造或麥克風(fēng)鈍化
(microphone deactivation)i殳備的。乎吸面罩，以通過4吏麥克風(fēng)在所述4風(fēng) 戴者吸氣期間電動失效來減少產(chǎn)生自所述麥克風(fēng)的音頻信號的數(shù)量。
一種這樣的鈍化設(shè)備已經(jīng)被提出，它包含 一 對裝于彈簧片(1 e a f spring)上的通常閉合的觸頭(contacts),其與所述麥克風(fēng)串聯(lián)，并與配 置在所述氣體供應(yīng)通道上的空氣撞擊薄片(air impingement tab)連接， 以便進入的氣體能相對彈簧偏向(spring bias)移動該薄片以打開所述 觸頭并使所述麥克風(fēng)失效。這樣的設(shè)備遭遇到的缺點是激活所述開關(guān) 的進入空氣流可能會滯后于所述飛行員的吸氣周期，因而在所述麥克 風(fēng)被切斷前留下一個延時，在該延時內(nèi)麥克風(fēng)可能會拾取他的或她的 吸入噪聲。此外，用于克服連接彈簧片的偏置的空氣流力量可能相當(dāng) 大并且可能干擾平穩(wěn)和敏感的操作。
另 一種這樣的鈍化設(shè)備在連接所述麥克風(fēng)的電路中包含一個通 常閉合的電磁簧片(electromagnetic reed)開關(guān)設(shè)備。 一個可移動磁鐵被 配置在所述面罩的吸入空氣氣流中，以根據(jù)其運動打開所述簧片開 關(guān)，從而使麥克風(fēng)失效。因為這種簧片開關(guān)/磁鐵設(shè)備可能相對較小， 且只需要最小的力來操作，所以這種設(shè)備適合用在呼吸面罩應(yīng)用中， 以便使所述面罩的體積和重量最小化。在所述鈍化設(shè)備中，所述磁鐵 通過一條彈簧被偏置于一個與所述開關(guān)隔開的正常位置，從而在所述 飛行員講話時的呼氣期間，作用于所述簧片開關(guān)上的所述磁鐵的磁場 沒有足夠的力量來關(guān)閉該開關(guān)，以便所述麥克風(fēng)的電路連通并且使聲 音傳送得以維持。當(dāng)所述佩戴者吸氣時，所述空氣氣流集中地撞擊在 所述f茲4失上，相對巻彈簧(coil spring)的偏向來移動該》茲《失至與簧片開 關(guān)毗連的位置，從而該磁場與該簧片開關(guān)相互作用以斷開所述電路使 所述麥克風(fēng)失效。
然而，這種鈍化設(shè)備對調(diào)節(jié)非常敏感。例如，所述彈簧的力量必 須被調(diào)節(jié)以便在所述佩戴者的吸入期間通過所述磁鐵斷開所述開關(guān)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，隨著時間的推移，所述彈簧的力量可能隨之 變化，因此，該彈簧必須有規(guī)律地在維護操作期間被調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，優(yōu)選地是實現(xiàn)一種帶有內(nèi)置麥克風(fēng)的呼吸面罩，其含有對 所述噪聲敏感的鈍化設(shè)備以便該噪聲不被所述麥克風(fēng)拾取，該鈍化設(shè) 備可靠且不易受干擾。
為了更好地講清一個或多個問題，在本發(fā)明的第一方面中， 一種
適于覆蓋在佩戴者臉上的呼吸面罩，其包含
-面罩主體，其含有氣體進氣道(inlet port)，該氣體進氣道被配置 在與所述佩戴者的呼吸道相連的氣流通路中，用于在該佩戴者吸入時 使氣體流以預(yù)定氣流通過；
-通訊麥克風(fēng)，其安裝于所述面罩主體上以捕獲所述佩戴者的聲 音，并產(chǎn)生聲音信號；
-衰減i殳備(attenuation device),用于衰減所述聲音信號；
-聲音監(jiān)測器，用于在預(yù)定頻率范圍內(nèi)監(jiān)測所述通訊麥克風(fēng)附近 的聲音的強度，其連接到
-控制器，用于當(dāng)聲音監(jiān)測器監(jiān)測到的聲音強度在預(yù)定強度范圍 內(nèi)時，激活所述衰減設(shè)備。
不帶有用于衰減吸氣噪音的機械部分的呼吸面罩具有非常穩(wěn)定 的運轉(zhuǎn)，并且在維護操作期間不需要調(diào)節(jié)。
在一個具體實施例中，所述呼吸面罩包含第二聲音監(jiān)測器以監(jiān)測 含有話語頻率的聲音。如果這樣的聲音被監(jiān)測到，則其被認為是佩戴 者的語音，并且即使所述第一聲音監(jiān)測器監(jiān)測到了其它聲音，所迷聲 音信號也不被衰減。該具體實施例在所有環(huán)境中傳送聲音都有優(yōu)勢， 即使可呼吸的空氣正流入所述面罩。
在另一個具體實施例中，所述聲音監(jiān)測器監(jiān)測由所述通訊麥克風(fēng) 產(chǎn)生的聲音信號。該具體實施例在通過最小化所述呼吸面罩的部件數(shù) 量來降低成本的方面上有優(yōu)勢。


通過下文所述具體實施例，本發(fā)明的這些和其他方面將變得明顯
并得到闡述，其中
圖1是戴于飛行機組成員面上的飛機呼吸面罩的概略側(cè)視圖，根
據(jù)本發(fā)明，其內(nèi)部包含麥克風(fēng)配件和噪聲衰減設(shè)備；
圖2是圖1所示呼吸面罩的麥克風(fēng)部件的第一具體實施例的示意
圖3是圖2所示麥克風(fēng)部件的操作流程圖； 圖4是圖1所示呼吸面罩的麥克風(fēng)部件的第二具體實施例的示意 圖；以及
圖5是圖1所示呼吸面罩的麥克風(fēng)部件的第三具體實施例的示意圖。
在下文描述中，同樣的標(biāo)識號在不同附圖中代表相同或相應(yīng)的元件。
具體實施例方式
參照圖1,提供了飛行機組成員使用的全臉面罩(full face mask)10，其包含一個被密封安裝進面罩主體14的透鏡12以密封所 述佩戴者的臉。所述面罩主體安裝有突出的調(diào)節(jié)器防護罩(regulator housing)16,其內(nèi)為一個常規(guī)要求的調(diào)節(jié)器部件(圖中未示出)提供 空間用于在合適的傳送壓力下傳送可吸入空氣，例如氧氣或氧氣/空氣 混合氣體。
所述調(diào)節(jié)器防護罩通過連接到其上的進口軟管18和接頭 (fitting)20,在來自增壓氣源的壓力下接收可吸入氣體。此外，該調(diào)節(jié) 器防護罩安裝到一個總體上表示為22的麥克風(fēng)部件上，該麥克風(fēng)部
件嵌套在所述面罩主體內(nèi)以把接收自所述佩戴者的聲音轉(zhuǎn)換成音頻 信號從而傳送給其他機組成員和控制塔。
可調(diào)節(jié)系帶24被連接到所述面罩和面罩主體上，以在使用時方 便地在所述佩戴者頭上將所述面罩調(diào)節(jié)舒適。參照圖2,所述麥克風(fēng)部件22包含連接到發(fā)射器32上的麥克風(fēng) 30，該發(fā)射器32用于把音頻信號發(fā)送給其他機組成員和控制塔。
在所述麥克風(fēng)30和所述發(fā)射器32之間，連接有衰減設(shè)備34,以 便將被發(fā)送的音頻信號可以被衰減。
衰減設(shè)備34至少包含兩種操作模式。第一種模式是"通過"模 式，在這種模式下，其不修改來自麥克風(fēng)30的聲音信號。第二種模 式是"衰減"模式，在這種模式下，衰減來自所述麥克風(fēng)的聲音信號。
所述衰減設(shè)備可能是開關(guān)，并且所述衰減模式在于關(guān)閉聲音信 號?；蛘咚鏊p設(shè)備可能是電子零部件或被設(shè)計成在衰減模式下降 低所述聲音信號強度的軟件。
聲音監(jiān)測器36被連接在所述麥克風(fēng)30的輸出口 ，與衰減設(shè)備34 平行。
聲音監(jiān)測器36的輸出被指向控制衰減器34的控制器38的輸入。
參照圖3,所述麥克風(fēng)部件工作如下。在步驟40中，麥克風(fēng)30 捕獲所述呼吸面罩內(nèi)的聲音。該聲音可能是佩戴者的語音，吸氣期間 來自可吸入氣體調(diào)節(jié)器的噪聲或來自周圍環(huán)境的任何噪聲。
濁語語音(Voiced Speech )的頻率帶寬大約是從300Hz到3000Hz。 比如，在語音通信中，可用聲音頻帶范圍大約是從300Hz到3400Hz。
濁語語音中99%的能量在3000Hz以下。因此，可以認為任何強 度的頻率范圍在3000Hz以上的聲音不是濁語語音的部分，而是增音 (parasitic sound)或噪音。
因此，在步驟42中，聲音監(jiān)測器36分析由所述麥克風(fēng)捕獲的聲 音，其預(yù)定的頻率范圍在所述濁語語音頻率范圍之外。例如，聲音監(jiān) 測器36分析10kHz以上的頻率范圍。
在所述預(yù)定頻率范圍中，如果聲音被監(jiān)測到為某個強度，即在預(yù) 定強度以上，例如60dBa (調(diào)整分貝)以上，可以認為所述麥克風(fēng)捕 獲到了增音。
在呼吸面罩中所述吸入氣體產(chǎn)生的噪聲的頻鐠分析表明這種噪 聲近似于白噪聲(white noise),即它沿著一 大頻率范圍有近似相同的強度。分析尤其表明了 10kHz以上的高強度成分。
因此，如果聲音監(jiān)測器監(jiān)測到頻率10kHz以上且在該頻率范圍內(nèi) 強度60dBa以上的聲音，則可以推斷所述聲音來自吸入氣體。
當(dāng)聲音監(jiān)測器監(jiān)測到這樣的聲音時，執(zhí)行步驟44,它發(fā)送信號給 控制器38。當(dāng)接收到該信號時，執(zhí)行步驟46,控制器38激活所述衰 減設(shè)備導(dǎo)致所述被發(fā)送的聲音信號在監(jiān)測到來自吸入氣體的噪聲期 間被衰減。
如果沒有監(jiān)測到在所述頻率范圍內(nèi)的聲音，執(zhí)行步驟48，聲音監(jiān) 測器44發(fā)送第二種信號給所述控制器38,然后執(zhí)行步驟49，該控制 器38鈍化所述衰減設(shè)備，即把所述衰減設(shè)備置于"通過"模式。
如圖4所示，在第二具體實施例中，第二聲音監(jiān)測器50與聲音 監(jiān)測器36平行，并被連接到麥克風(fēng)30的輸出口。
該第二監(jiān)測器50被設(shè)置為監(jiān)測頻率范圍被用于說話的聲音。例 如，它監(jiān)測范圍低于500Hz的聲音。如果在該頻率范圍內(nèi)的聲音被監(jiān) 測到，且其強度在第二預(yù)定強度，例如60dBa之上，可以推斷所述佩 戴者正在講話。因此，即使聲音監(jiān)測器36監(jiān)測到了來自所述吸入氣 體的噪聲，即在所述第一預(yù)定頻率范圍，控制器38被設(shè)置為不激活 所述衰減設(shè)備。
如圖5所示，在第三具體實施例中，濾波器60被安裝在所述衰 減設(shè)備和所述發(fā)射器32之間。該濾波器60是帶通濾波器(bandpass filter),其帶寬在所述濁語語音帶寬之內(nèi)，即從300Hz到3000Hz。 因此，即使當(dāng)所述衰減設(shè)備位于"通過"模式時，增音被所述濾波器 60濾除。
盡管附圖和上述描述對本發(fā)明進行了詳細的闡釋和說明，但這樣 的闡釋和說明被認為是解說性的或示范性的，且不是限制性的；本發(fā)
明不局限于所公布的具體實施方式
。
例如，所述聲音監(jiān)測器可能被連接到第二麥克風(fēng)，其音頻響應(yīng)不 同于麥克風(fēng)30。
所述麥克風(fēng)30可能被選擇為對濁語語音信號特別敏感且在所述法語語音帶寬內(nèi)極少失真。并且所述第二麥克風(fēng)可能被選擇為獲得一 個寬帶響應(yīng)而對失真沒有任何要求。
麥克風(fēng)部件可能發(fā)展為電子印制電路板(electronic printed board)，其使用離散模擬零部件例如濾波器、運算放大器以及邏輯零 部件，其中，運算放大器用于放大所述信號并將它們與預(yù)定強度進行 比較，邏輯零部件用于控制所述電路板特性。
它也可能發(fā)展為數(shù)字電路板或模擬/數(shù)字混合電路板，其使用軟件 和數(shù)字信號處理器(Digital signal processor, DSP )來實現(xiàn)上述功能。
例如，模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以將所述麥克風(fēng)30輸出的信號轉(zhuǎn)換為 代表被捕獲聲音的整數(shù)流(flow of integer)。
該整數(shù)流由受軟件管理的處理器進行處理以分析所述被捕獲聲 音的特征并如上文所述那樣決定應(yīng)用所述衰減。
權(quán)利要求
1.一種適于覆蓋在佩戴者臉上的呼吸面罩，包含-面罩主體(14)，所述面罩主體(14)包括氣體進氣道(18、20)，其中，所述進氣道(18、20)被配置在與所述佩戴者的呼吸通道相連的氣流通路中，用于在該佩戴者吸氣時使氣體流以預(yù)定氣流通過；-通訊麥克風(fēng)(30)，其被安裝于所述面罩主體上以捕獲所述佩戴者的聲音，并用于產(chǎn)生聲音信號；-衰減設(shè)備(34)，用于衰減所述聲音信號；-聲音監(jiān)測器(36)，用于在預(yù)定頻率范圍內(nèi)監(jiān)測所述通訊麥克風(fēng)附近的聲音強度，其連接到-控制器(38)，用于當(dāng)所述聲音監(jiān)測器監(jiān)測到的所述聲音強度在預(yù)定強度范圍內(nèi)時，激活所述衰減設(shè)備。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸面罩，其特征在于，所述預(yù)定頻率 范圍大約在10kHz以上且所述預(yù)定強度范圍大約在60dBa以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的呼吸面罩，其特征在于，還包括第二聲 音監(jiān)測器(50)，用于在第二預(yù)定頻率范圍內(nèi)監(jiān)測所述通訊麥克風(fēng)附 近的聲音強度，其中，所述第二預(yù)定頻率范圍大約在500Hz以下，并 且當(dāng)所述第二聲音監(jiān)聽器監(jiān)測到的聲音強度高于60dBa時，所述控制 器(38)不激活所述衰減設(shè)備。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的呼吸面罩，其特征在于，所 述第 一和第二聲音監(jiān)測器監(jiān)測由所述通訊麥克風(fēng)產(chǎn)生的聲音信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的呼吸面罩，其特征在于，所述呼吸面罩 包含濾波器(60)，用于濾除頻率超出語音頻帶的聲音信號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種適于覆蓋在佩戴者臉上的呼吸面罩，其包含面罩主體，該面罩主體含有氣體進氣道，該氣體進氣道被配置在與佩戴者的呼吸通道相連的氣流傳送中，用于在該佩戴者吸入時使氣體流以預(yù)定氣流通過；安裝于所述面罩主體上的通訊麥克風(fēng)(30)以捕獲(面罩)佩戴者的聲音，通訊麥克風(fēng)產(chǎn)生聲音信號；衰減設(shè)備(34)以衰減聲音信號；用于在預(yù)定頻率范圍內(nèi)監(jiān)聽通訊麥克風(fēng)附近的聲音強度的聲音監(jiān)測器(36)，其連接到控制器設(shè)備(38)，以當(dāng)所述聲音監(jiān)測器監(jiān)測到的聲音強度在預(yù)定強度范圍內(nèi)時激活所述衰減設(shè)備。
文檔編號G10L25/93GK101600478SQ200780051026
公開日2009年12月9日 申請日期2007年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月4日
發(fā)明者樂普戴·巴什拉爾, 保羅·齊默爾曼, 普熱梅斯瓦夫·高斯卡威茲 申請人:聯(lián)合技術(shù)公司