一种基于扩张式消声器的止鼾装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种基于扩张式消声器的止鼾装置。


背景技术：

2.拫据人群随机调查的不完全统计，我国有30%以上的成年人打鼾，男性打鼾率占20%~25%，女性占5%~15%，男女比例约为3 :1。而且随着年龄增长，打鼾率也在增高。40~64岁男性打鼾率高达60%, 女性打鼾率达40%。
3.现有的止鼾器采用消除打鼾的因果关系的“因”的技术方案，即消除打鼾声源的技术方案，例如让打鼾者口含可以扩张气道的装置，使得悬雍垂产生的振动和涡流减小，从而减轻或消除鼾声；再例如先检测出打鼾声后，再刺激人体穴道，使得人体呼吸道肌肉收缩，以改变呼吸道截面积等声学特性；再例如使用绑带让打鼾者口腔闭合，但是因为打鼾的生理和机理是复杂多样的，所以现有技术难以适用所有打鼾者，即适用性差。
4.另外一方面，打鼾的声音频谱分布比较规律的，基本成高斯分布。因为人声频谱能量基本集中在[200，3500]hz频率范围内，其中的软颚部位的鼾声频率大多分布在 150-300hz 间，舌下部位之频率大多分布在 500-750hz 间，并且鼾声的频谱分布极大值在200hz和600hz附近，对于鼾声[20，5000]hz全频率范围进行分类，其中[20，1000]hz频率范围为中低频段，[1000，5000]hz频率范围为中高频段，其中鼾声能量主要集中在[20，1000]hz中低频段。
[0005]
主动降噪或主动消声是一种降噪技术，是应用在耳机降噪技术领域的方法之一，其使用次级声源产生与外界噪音幅度相等，并且相位相反的降噪声波，与噪音声波在空间上（例如腔体内）叠加中和，从而实现降噪的效果。它的原理是所有的声音都由一定的频谱组成，如果可以找到一种声音，其频谱与所要消除的噪声完全一样，只是相位刚好相反就可以将噪声完全抵消掉，换言之，主动降噪技术需要同时满足相频和幅频条件。
[0006]
首先，在满足幅频条件方面，如果在鼾声[20-5000]hz频率范围内使用主动降噪，为了满足幅频特性，将会导致对次级声源的性能指标要求极高，因为单一规格的次级声源难以在全频道提供足够带宽和增益的频率响应性能，需要（二路）二分频或（三路）三分频系统才能满足，因此导致整个主动降噪系统的体积和重量大，耗电量大。
[0007]
此外，在满足相频条件方面，降噪声波相位需要跟随噪音相位，而噪音声波相位和腔体的声学特性相关，如图7的划线所示，在[200，500]hz区间，腔体的噪声相位从-40度快速跳变到100度，降噪系统难以快速跟随噪声相位跳变实现消声功能，反而产生附加噪音，在实际应用中采取放弃相位匹配和减少降噪声波幅值的方法，而在本实用新型所涉及的止鼾器领域中，因为可穿戴性对止鼾器消声腔体的尺度限制，导致扩张室所固有的声学相位跳变频段与鼾声的频谱分布极大值频段交叠，因此在止鼾器领域使用现有主动降噪技术对大于500hz的噪音，其降噪能力严重下降，导致主动降噪技术在中高频段降噪能力不足，不适合应用于可穿戴性要求的止鼾器装置，下文中为表述方便，简称主动降噪技术为主动式。
[0008]
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公式1
[0009]
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公式2
[0010]
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公式3
[0011]
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公式4
[0012]
其中：
[0013]fs
表示高频失效频率；
[0014]
tl表示消声量或传输损耗；
[0015]
fe表示最大消声频率；
[0016]ft
表示通过频率；
[0017]
m表示扩张比；l表示扩张室长度；λ表示波长；
[0018]co
表示声速；d表示管的直径 ; n=1,2,3,4....。
[0019]
在工业无源消声器领域
[1]
，扩张式消声器包括扩张室和管，利用噪音经过管和扩张室的连接处截面积突变，所导致的声阻抗不连续的特点，使管道内噪声得到衰减或反射回声源。特点为：其一，如前述的公式3所示，最大消声频率fe和扩张室的长度尺度l成反比，即第一最大消声频率越低，扩张室的长度尺度l越大。其二，如前述的公式2所示，扩张式消声器的传输损耗tl或消声量与扩张比m相关，即与扩张室和管的横截面之比相关，在扩张比m≥1的情况下，扩张比m越大，传输损耗tl越大，这个特性也是要求扩张室的横截面尺度大
[1]
。其三，必须满足欲消声波长远远小于扩张室尺度的前提条件，而又存在一个最高失效频率fs，这就导致在鼾声频谱不可改变的情况下，又要求扩张室尺度足够大，其四，当欲消声波长远远大于扩张室尺度的，又存在最低失效频率fb，当频率低于fb的时候，不能再采用分布式参数分析扩张式消声器，如前述的公式2、3和4不再成立，而应该采用集中参数分析，此时扩张式消声器蜕化为赫姆霍兹滤波消声器，只是此时的赫姆霍兹消声器和噪音路径的连接拓扑结构不再是旁路，而是串联。因此扩张式消声器理想的工作频段区间是[fb，fs]。
[0020]
根据前述的扩张式消声器的特点，导致工业消声器为消除低频率的噪音，例如100hz附近的噪声，按前述的公式3计算，其消音器的长度l需要85cm，这个尺度相对人头的20cm的尺度是巨大，而在止鼾器的可穿戴性要求所导致的微小型化体积尺度的限制之下，对于[20，1000] hz的中低频段噪音，其波长范围为[34，1700]cm，而根据成年人头面部尺寸
[2]
，适用于人头的可穿戴装置的尺度不大于10cm，此时低频段的欲消声波长远远大于可穿戴装置的尺度，因此鼾声噪音频谱中的[20，1000]hz的中低频段的分量，低于或接近扩张式消声器的最低失效频率fb，而失去扩张式消声器的消声能力或消声性能低。
[0021]
工业有源消声器领域
[3]
，例如汽车发动机排气管噪音有源消声技术领域，其特点，其一为噪音频谱宽广，例如燃烧噪音1～10khz、活塞敲击声2～8 khz、配气机构噪音0.5～2 khz、喷油泵噪音2 khz以上、齿轮噪音4 khz以下、进气噪音0.05～0.5 khz、排气噪音0.5～5 khz、风扇噪音0.2～2 khz，其中排气噪音为主要噪音，其降噪工作频段远远大于止鼾器
的工作频段；其二为扩张室尺度大，远远大于止鼾器的尺度。
[0022]
如图15、图16和图17所示，图中的划线为主动式的消声量特性曲线，点线为扩张式的消声量曲线，为分析方便假设消声特性均为理想特性，特性曲线分为水平段和单调的过渡段，其水平段和过渡段的拐点所对应的关键特征点频率分别为f0和f1，已知止鼾器的可穿戴性决定扩张室的尺度，而扩张室的尺度又决定了主动式和扩张式的声学特性的关键特征点f0和f1，又已知扩张式消声器的扩张室尺度越大，则f1越小，根据f0和f1之间的相对关系，决定了主动式和扩张式混合消声器的混合消声性能，图中的实线即为混合消声特性曲线，在前述的汽车有源消声领域中，因为其扩张室的尺度远远大于止鼾器的扩张室的尺度，因此其混合消声性能如图15所示，而止鼾器的混合消声性能如图16所示，由图15和图16的对比可知，对于汽车领域的消声器，因为f0大于f1，主动式与扩张式消声特性过渡频段不重合，导致无法发挥出混合消声器之间取长补短的优点，反而使得混合消声特性在工作频段出现明显的凸突，而且带宽窄。
[0023]
如图17所示，当f1远远大于的f0时候，例如在耳机有源消声降噪应用领域，其扩张室的尺度远远小于止鼾器的扩张室的尺度，主动式与扩张式消声特性过渡频段也不重合或重合部分更少，也导致无法发挥出混合消声器之间取长补短的优点，反而使得混合消声特性在工作频段出现明显的凹陷而消声性能严重下降，因此在耳机降噪领域对耳机腔体的扩张式降噪性能是忽略不计或者未见文献提及的。
[0024]
而对于在本实用新型所提供的的止鼾器，受限于可穿戴性所导致的对扩张室尺度的限制，使得f1大于而不远远大于f0，预料不到的使得混合消声特性如图16所示，主动式与扩张式的消声特性过渡频段重合，使得混合消声特性在工作频段均衡且带宽大，因此主动式与扩张式混合的技术方案，在止鼾器领域的应用中取得了预料不到的技术效果。
[0025]
综上所述，鼾声的特殊频谱分布和可穿戴性的尺度限制
[2]
，对止鼾器的声学系统设计构成彼此相反的矛盾，决定本实用新型提出的用于可穿戴场景的止鼾器的技术方案的难点在于微小型化，因微小型化的可穿戴性要求，而导致扩张式消声器在鼾声噪音的[20，1000]hz中低频段分量的消音失效或不良，另一方面，因为主动式消声器在中高频段相位匹配困难，导致主动式消声器在[1000，5000]hz中高频段消声性能下降，因此有必要从消除打鼾的因果关系的“果”的角度，在止鼾器技术领域，提出一种结合主动式和扩张式消声器的各自优点的新型止鼾器的技术方案，即在鼾声的[20，1000]hz中低频段，同时使用主动式和扩张式两种消声方式，即混合式消声，在[1000，5000]hz中高频段使用扩张式为主，主动式可选用为辅的消声方式，在止鼾器领域的应用中取得了预料不到的技术效果，而提出一种基于扩张式消声器的止鼾装置。
[0026]
可以理解的是，这里中高频段的分界点1000hz是一个受扩张室的长度尺度l控制的参数，扩张室的长度l越长，中高频段的分界点越偏向高频端，此处分界点1000hz对应扩张室长度尺度的等效值为5cm，为表述方便，下文均采用1000hz为中低频和中高频的分界点。


技术实现要素：

[0027]
本实用新型的目的在于提供一种基于扩张式消声器的止鼾装置，针对现有技术适用性差、消声性能低、体积大、重量大、耗能高等不足，从消除打鼾的因果关系的“果”的角度
提出技术方案，提出一种结合主动式和扩张式消声器的各自优点的新型止鼾器的技术方案，即在鼾声的中低频段，同时使用主动式和扩张式两种消声方式，即混合式消声，在中高频段使用扩张式为主，主动式可选用为辅的消声方式，以实现一种基于扩张式消声器的止鼾装置。
[0028]
本实用新型是这样实现的，一种基于扩张式消声器的止鼾装置，扩张式消声器包括扩张室和管，其特征在于，还包括可穿戴模块和主动消声模块，所述的扩张室分别连接到可穿戴模块和主动消声模块，所述的主动消声模块又包括次级声源、传声器和控制模块；其中：控制模块分别连接到传声器和次级声源，而扩张室在气路上分别连通到次级声源和传声器，控制模块驱动次级声源发出反相的声波；所述的可穿戴模块分别连接人的打鼾器官和扩张室，所述的扩张室连接到管，所述的管为呼吸的气流通道，其为声阻抗不同于扩张室的声学装置。
[0029]
本实用新型的进一步的技术方案是，所述的主动消声模块和所述的扩张室之间的连接可拆卸。
[0030]
本实用新型的进一步的技术方案是，还包括隔离室，其为在气路上分别连通连接到所述的可穿戴模块与扩张室之间的腔体，隔开了可穿戴模块和扩张室之间的直接连接。
[0031]
本实用新型的进一步的技术方案是，鼾声噪音先经所述的隔离室消除中高频成分，再经所述的扩张室消除中低频成分。
[0032]
本实用新型的进一步的技术方案是，所述的控制模块还包括音频旁路模块，通过旁路模块输入的音频经次级声源在扩张室产生声波，并且所述的声波不被主动消声，所述的声波通过所述的可穿戴模块进入鼻腔，再经过咽鼓管和中耳腔传播到耳膜内侧，引起耳膜的振动而使人产生听觉。
[0033]
本实用新型的进一步的技术方案是，还包括蓝牙模块，分别连接到所述的音频旁路模块和外部无线设备，所述的蓝牙模块从外部无线设备输入音频信号，再输出所述的音频信号到所述的音频旁路模块，所述的外部无线设备包括手机、计算机、平板电脑。
[0034]
本实用新型的进一步的技术方案是，还包括语音拾取传声器，连接到所述的蓝牙模块，拾取人声音频信号，再经所述的蓝牙模块输出所述的人声音频信号到外部无线设备。
[0035]
本实用新型的进一步的技术方案是，所述的可穿戴模块包括鼻塞、鼻罩、口罩、口鼻罩的任一或组合。
[0036]
本实用新型的进一步的技术方案是，所述的主动消声模块可关闭对鼾声噪音的高频分量的消声。
[0037]
本实用新型的进一步的技术方案是，所述的传声器和控制模块的拓扑结构包括前馈式、反馈式和混合式。
[0038]
本实用新型的进一步的技术方案是，所述的传声器连接到扩张室、管和可穿戴模块之一或组合。
[0039]
有益效果
[0040]
本实用新型提供的一种基于扩张式消声器的止鼾装置，首先，从消除打鼾的因果关系的“果”的角度提出技术方案，采用扩张式和主动式两者混合的消声方式，弥补了主动式在中高频段，而扩张式在中低频段的消声性能下降和带宽不足的技术缺陷，使得本实用新型的止鼾装置获得了适用性广、消声量大、消声带宽广、体积小、重量轻和电能耗低的多
者兼顾的有益效果；其次，主动消声模块和扩张室之间的连接可拆卸，解决了清洗扩张室因呼吸所产生异味的难题；再者，控制模块还包括音频旁路模块，将音频转换出的声波通过鼻腔、咽鼓管、中耳腔传播到耳膜内侧，引起耳膜的振动而使人产生听觉，解决了睡眠卧姿下佩戴耳机容易掉落的难题；最后，采用增加隔离室构成串联双腔体声学结构，解决了嘴巴开闭行为和空气泄漏所导致的消声性能的稳定性难题。
附图说明
[0041]
图1是原理示意图；
[0042]
图2是传输损耗对比图；
[0043]
图3是主动消声模块可拆卸的示意图；
[0044]
图4是第一实施例的示意图；
[0045]
图5是第一实施例的穿戴示意图；
[0046]
图6是第二实施例的穿戴示意图；
[0047]
图7是扩张式消声器的声学相频特性图；
[0048]
图8是第三实施例示意图；
[0049]
图9是第四实施例示意图；
[0050]
图10是无隔离室的声学系统模型图；
[0051]
图11是无隔离室的张嘴声电类比线路图；
[0052]
图12是无隔离室的闭嘴声电类比线路图；
[0053]
图13是具有隔离室的声学系统模型图；
[0054]
图14是具有隔离室的张嘴声电类比线路图；
[0055]
图15是f1小于f0的混合消声特性图；
[0056]
图16是f1大于而不远远大于f0的混合消声特性图；
[0057]
图17是f1远远大于f0的混合消声特性图 ；
[0058]
附图标记：
[0059]
可穿戴模块-10；
[0060]
左鼻塞-101；
[0061]
右鼻塞-102；
[0062]
绷带-103；
[0063]
扩张式消声器-20；
[0064]
扩张室-201；
[0065]
管-202；
[0066]
主动消声模块-30；
[0067]
次级声源-301；
[0068]
传声器-302；
[0069]
控制模块-303；
[0070]
音频旁路模块-3031；
[0071]
按键模块-3032；
[0072]
打鼾器官-40；
[0073]
隔离室-50；
[0074]
分隔板-501；
[0075]
原理
[0076]
本实用新型止鼾装置的可穿戴使用状态如图5所示，其原理如图1所示，并且按图4所述的结构参数，其扩张室-201的内腔体积为125cm3，鼻塞（左鼻塞-101、右鼻塞-102）为内径8mm的进气管，管-202为内径10mm的出气管，经有限元分别仿真扩张式、主动式和混合式，计算出3种传输损耗曲线，其中扩张式是指仅仅用扩张式消声器消声，而不同时使用主动消声模块-30的工况，其传输损耗tl（即消声量），如图2的实线所示，鼾声噪音传输损耗带宽窄，例如其在[20-500]hz中低频段的传输损耗tl∈[5-16]db，而在第一最大消声点2410hz处的的消声量为50db，表明在可穿戴的尺度受限的条件下，不能象其他技术领域的消声器一样，通过增加扩张室体积尺度，以降低第一最大消声点的频率和提高小于该消声点频段的传输损耗带宽和消声量。
[0077]
于是在扩张式消声器失效或不良的中低频段，采用扩张式消声器与主动消声模块同时工作，例如传声器和控制模块采用前馈式的拓扑结构，使用传声器采集到鼾声噪音信号，经控制模块处理后，再驱动次级声源发出反相的声波，在扩张室腔体内与鼾声噪音信号相互抵消以达到止鼾消声的目的，经仿真计算出其传输损耗如图2中的划虚线所示，在[100hz，1460] hz区间内，主动消声模块和扩张式消声器的声学效应叠加，传输损耗也即消声量性能单调上升，而单一的主动消声模块的如图2中的点划线所示，其在大于500hhz的频段的传输损耗（消声量）是明显下降的，而单一的扩张式消声的损耗曲线如图2实线所示，传输损耗在中低频段偏低，尤其在[20，100]hz区间，传输损耗接近或低于人类的最低可分辨听力，即3db的差异。
[0078]
如图2的点线所示，为扩张式消声器按前述的公式2计算的消声量理论值，和图2的实线所示的扩张式消声器的有限元仿真值相比，在≤200hz的低频段，理论值低于仿真值，表明扩张式消声器开始逐渐蜕变为赫姆霍兹滤波消声器。因此可以把鼾声[20，5000]hz的全频段，按抗式消声器的构型分为[20，200]hz的赫姆霍兹滤波器阶段，[200，1460]hz的扩张式消声器前阶段，和[1460，5000]hz的扩张式消声器后阶段，这里的1460hz是在具体的应用中，与扩张式消声器的长度l参数相关的中低频段和中高频段的分界点，但是为表述方便，并且也因为80%的鼾声频谱能量集中在[20，1000]hz，依然以1000hz为中高频的分界点。
[0079]
在[500，5000]hz中高频段，传输损耗或消声量主要由扩张式消声器贡献，如图2所示，当噪音频率大于1610hz时，主动消声模块对中高频段的传输损耗曲线影响很小，因此对于鼾声噪音中大于1610hz的分量，本实用新型的止鼾装置的主动消声模块可以停止消声工作，可以节省20%的耗电量，因此相比于单一的主动式消声器，本实用新型的止鼾装置具有功耗低、对次级声源的电声性能参数要求低、结构重量轻的优点。需要特别声明的是，在中高频段可以关闭主动消声模块属于最优节能解决方案，并不等同于必须关闭主动消声模块，因此在中高频段依然使用主动消声模块，也视为在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
[0080]
可以理解的是，扩张室的尺度为125
1/3
=5cm，远远小于中低频段[20，1000]hz的噪音波长（34-1700cm），扩张式消声器在[20，1000]hz中低频段消声量和带宽性能下降，而随频率的降低，逐步蜕变为赫姆霍兹声滤波器。在该中低频段，扩张室内声场分析不符合分布
参数的条件，应该采用集中参数分析，在集中参数下可以认为声场中的波动方程是时间的单变量函数，而和空间位置无关，因此次级声源与传声器的安装位置和主动降噪性能无关，那么传声器和次级声源可以安装在相近的位置而设计为一个模组，为主动消声模块的可拆卸的安装要求提供了可能性，因为作为人类呼吸的消声器，在多次使用的情况下，扩张室内会产生异味，而主动消声模块属于必须避免浸水的电子装置，如图3所示，在主动消声模块-30和扩张室-201拆卸分离后，扩张室-201既可以用水清洗。
[0081]
可以理解的是，扩张室的体积尺度对止鼾装置的性能至关重要，如果扩张式体积尺度大，虽然可以获得更好的消音量和带宽性能，但是会导致可穿戴性的下降。扩张式体积尺度小，虽然提高了可穿戴性，但是止鼾装置的消音量和带宽品质会下降，在极限情况下缩小扩张室的体积，因为管的直径受限于鼻孔或者面部
[2]
的尺度而不能大幅度变化，最终缩小扩张室体积而表现为扩张式消声器的扩张比m≤1，也视为在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
[0082]
可以理解的是，在m》1的情况下，为了提高可穿戴性，进一步的缩小扩张室体积，扩张比持续减小，扩张式消声量相比于主动式消声量对止鼾器的贡献较小，而近视的认为止鼾器蜕变为主动式消声器，也视为在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
[0083]
如图15、图16和图17所示，图中的划线为主动式的消声量特性曲线，点线为扩张式的消声量曲线，为分析方便假设消声特性均为理想特性，特性曲线分为水平段和单调的过渡段，其水平段和过渡段的拐点所对应的关键特征点频率分别为f0和f1，已知止鼾器的可穿戴性决定扩张室的尺度，而扩张室的尺度又决定了主动式和扩张式的声学特性的关键特征点f0和f1，又已知扩张式消声器的扩张室尺度越大，则f1越小，根据f0和f1之间的相对关系，决定了主动式和扩张式混合消声器的混合消声性能，图中的实线即为混合消声特性曲线，在前述的汽车有源消声领域中，因为其扩张室的尺度远远大于止鼾器的扩张室的尺度，因此其混合消声性能如图15所示，而止鼾器的混合消声性能如图16所示，由图15和图16的对比可知，对于汽车领域的消声器，因为f0大于f1，主动式与扩张式消声特性过渡频段不重合，导致无法发挥出混合消声器之间取长补短的优点，反而使得混合消声特性在工作频段出现明显的凸突，而且带宽小。
[0084]
如图17所示，当f1远远大于的f0时候，例如在耳机有源消声降噪应用领域，主动式与扩张式消声特性过渡频段也不重合或重合部分更少，也导致无法发挥出混合消声器之间取长补短的优点，反而使得混合消声特性在工作频段出现明显的凹陷而消声性能严重下降，因此在耳机降噪领域对耳机腔体的扩张式降噪性能是忽略不计或者未见文献提及的。
[0085]
而对于在本实用新型所提供的的止鼾器，受限于可穿戴性所导致的对扩张室尺度的限制，使得f1大于而不远远大于f0，预料不到的使得混合消声特性如图16所示，主动式与扩张式的消声特性过渡频段重合，使得混合消声特性在工作频段均衡且带宽大，因此主动式与扩张式混合的技术方案，在止鼾器领域的应用中取得了预料不到的技术效果。
[0086]
可以理解的是，传声器-302和控制模块-303之间的拓扑结构包括前馈式和反馈式，以及两者方式共用的混合式。
[0087]
可以理解的是，所述的可穿戴模块-10包括鼻塞、鼻罩、口罩、口鼻罩，其中的鼻塞插入鼻孔，鼻罩遮蔽鼻孔，口罩或口鼻罩遮蔽口腔和鼻腔，所述的鼻塞具有中空的通气结
构，使用的时候插入鼻孔。
[0088]
可以理解的是，所述的“管-202”为声阻抗不同于扩张室的声学装置，在“管-202”和扩张室-201的连接处产生阻抗不连续，因此“管-202”的形状不限于管子的结构形状概念，换言之，“管-202”可以是任何声阻抗与扩张室-201不连续的声学装置，包括孔状的结构装置。如图4所示，左鼻塞-101的声阻抗和扩张室-201的声阻抗不连续，因此左鼻塞-101在声学概念上是一种“管-202”，而在功能性上是一种可穿戴模块-10的实现形式。再例如图6所示，可穿戴模块-10为口罩，密封且遮蔽口鼻器官，与所遮蔽的面部皮肤一起构成扩张室-201，其与鼻孔的交接面的截面突变，声阻抗不连续，此时的鼻孔的结构是“管-202”。
[0089]
综上所述，本实用新型所提供的止鼾装置，综合了扩张式消声器和主动式消声器的优势，避免二者的缺点，并且因为受限于可穿戴性所导致的对扩张室尺度的限制，预料不到的使得混合消声特性如图16所示，主动式与扩张式的消声特性过渡频段重合，使得混合消声特性在工作频段均衡，因此主动式与扩张式混合的技术方案，在止鼾器领域的应用中取得了预料不到的技术效果，获得了消声量大、带宽高、体积小、重量轻和电能耗低的多者兼顾的性能提升，此外，本实用新型所提供的止鼾装置的主动消声模块和扩张室之间的连接可拆卸，解决了清洗扩张室的呼吸异味的难题。
[0090]
另一方面，打鼾器官包括鼻子和嘴巴，对于前者可采用鼻塞或者鼻罩为可穿戴模块，对于后者可采用口罩作为可穿戴模块，因为嘴巴在打呼噜时的周期性张开和闭合，其声学系统模型如图10所示，当嘴巴闭合的时候，主动消声模块-30的工作环境主要由扩张室的声容ca1、管-202的声质量ma1和声阻ra1组成声学阻抗网络，其电声类比如图12所示；当嘴巴张来的时候，口腔的声容ca2、嘴唇的声质量ma2和声阻ra2、扩张室的声容ca1、管-202的声质量ma1和声阻ra1组成声学阻抗网络，其电声类比如图11所示，通过图12与图11的对比可知，嘴巴张开或闭合状态，在声学上对应于口腔的声容ca2并联或断开到扩张室消声器的声容ca1上，同时对应嘴唇的声质量ma2串联或断开到扩张室消声器的声质量ma1上，导致嘴巴张开或闭合状态对主动消声模块-30的工作环境影响巨大，难以保持稳定的降噪性能，而在工业消声器、汽车有源消声和耳机降噪等应用领域中，其扩张室的声学参数不因人的行为而改变，因此是恒定不变的。
[0091]
同时在佩戴口罩的时候，如图10所示，由于口罩和皮肤之间存在空气泄露，其声学特性可以用声质量ma4和声阻ra4等效，其电声类比线路如图11所示，声质量ma4和声阻ra4串联后，再并联到扩张室的声容ca1上，直接影响到主动消声模块-30的工作环境。
[0092]
为了解决上述嘴巴开闭行为和空气泄漏所导致的问题，而采用双腔体声学结构，即增加隔离室-50并使其与扩张室-201串联，其声学系统如图13所示，电声类比线路如图14所示，由图14可知通过调整ma8和ca8的参数，既可以在设定的降噪工作频段内，减弱嘴巴开或闭状态和和空气泄漏对主动消声模块-30的工作环境影响巨大，保持稳定的降噪性能，例如调整隔离室声质量ma8，可以减弱嘴唇的声质量ma2的参数变化对扩张室-201声学特性的影响，因为隔离室-50的声质量ma8与分隔板-501上的通气孔的孔径或通气管的管径成反比，而与通气孔的厚度或通气管的管长成正比，通过减小通气孔的孔径或通气管的管径，或者增加通气孔的厚度或通气管的长度，既可以增加ma8，使得ma8相对性的远大于ma2、ma4等叠加等效声质量，从而使得因嘴巴开闭行为和空气泄漏所导致的等效声质量的变化对扩张室的声学特性参数的影响减弱或可以忽略不计。
[0093]
由前述双腔体声学结构的讨论，进一步的改进方案为双腔体声学结构根据不同的鼾声噪音频谱及其消声原理的特点，而分频段降噪消音，其中鼾声噪音先经过隔离室-50消除中高频噪音，再经过扩张室-201和主动消声器消除中低频噪音，因此扩张室的容积尺度可以相对做的更小，而隔离室的容积尺度可以相对做的更大。
[0094]
综上所述，本实用新型所提供的止鼾装置，嘴巴的周期性行为和空气泄漏是止鼾器设计的另一个难点，采用增加隔离室构成双腔体声学结构的技术方案，通过调整隔离室的声质量和声容等参数，既可以在设定的降噪工作频段内，减弱嘴巴开或闭状态和和空气泄漏对主动消声模块-30的工作环境影响，保持稳定的降噪性能和提高对用户群的个体差异的适配性，并且进一步的改进方案为根据不同的鼾声噪音频谱及其消声原理的特点，针对性的对双腔体的工作频段、消声声学和电子学功能模块进行分工协作而提高止鼾器的降噪和适配性能。
[0095]
此外，当睡眠姿态为卧姿时，如果有听音乐或者接听电话的需要，传统的方式是使用耳机，但是耳机在卧姿下容易掉落，当使用本实用新型的止鼾器装置的时候，所述的控制模块还包括音频旁路模块，通过旁路模块输入的音频经次级声源在扩张室产生声波，并且所述的声波不被主动消声，该声波通过所述的可穿戴模块进入鼻腔，再经过咽鼓管和中耳腔传播到耳膜内侧，引起耳膜的振动而使人产生听觉，换言之，本实用新型所提供的止鼾装置可以卧姿下替代耳机的功能。
具体实施方式
[0096]
具体地，如图4和图5所示，本实用新型对一种基于扩张式消声器的止鼾装置提出第一实施例，包括可穿戴模块-10、扩张式消声器-20和主动消声模块-30，其中可穿戴模块-10又包括内径8mm的左鼻塞-101和右鼻塞-102，其采用医学等级的软硅胶材料，分别插入人的左右鼻孔，管-202作为呼吸的进出气管内径10mm，扩张室体积125cm3，扩张室长度≈5cm，扩张比m≈32。
[0097]
扩张式消声器-20为亚克力材质的空腔体，其所包括扩张室-201的空腔体积为125cm3，其与人面部贴合匹配，分别与左鼻塞-101、右鼻塞-102和管-202在气路上连通，并且在连接处具有截面积的突变，形成了声阻抗的不连续，导致鼾声噪音的反射和吸收。
[0098]
主动消声模块-30又包括次级声源-301、传声器-302、控制模块-303，其中传声器-302和主动消声模块-30采用反馈式拓扑结构，传声器-302采集偏差信号并发送到控制模块-303，控制模块-303可以但不限于是一个滤波器，偏差信号经该滤波器后输出与鼾声噪音信号反相的驱动信号，驱动次级声源-301发出反相声波，在扩张室-201内与鼾声噪音叠加以实现了消声功能，即可实现本实用新型实施，即是一种基于扩张式消声器的止鼾装置的技术方案。
[0099]
可以理解的是，所述的可穿戴模块-10包括鼻塞（左鼻塞-101和右鼻塞-102），其中鼻塞具有通孔，在气路上连通到扩张室-201，这里的左右鼻塞的相当于短管，在连接处的管截面积远小于扩张室-201的横截面，因此在该连接处声阻抗不连续。
[0100]
可以理解的是，左鼻塞-101、右鼻塞-102和管-202作为呼吸的进出气管道，可以插入扩张室-201内以提高扩张式消声器-20的性能，例如鼻塞（101、102）和管-202分别插入扩张室-201内二分之一和四分之一
[1]
，并且管-202可以全部插入扩张室-201，以使得管-202
不外漏而外形美观。
[0101]
可以理解的是，控制模块-303还包括音频旁路模块-3031（又名音乐补偿模块），通过旁路模块-3031输入的音频在扩张室中不被主动消声，并且该音频经次级声源-301进行电声换能而输出声波，所述的声波再通过所述的可穿戴模块进入鼻腔，因为鼻腔和人的耳膜内侧通过咽鼓管、中耳腔连通，所以引起耳膜的振动而使人产生听觉，因此使用本实用新型所提供的止鼾装置的人，在使用中可以听催眠曲或者听到电话呼入铃声，而避免了达到相同功能而使用耳机所导致的不便，因为所佩戴的耳机在睡眠的姿势下容易掉落。
[0102]
此外，主动消声模块-30还包括按键模块-3032，例如用于控制主动消声模块-30的电源开关，此时按键音效输入音频旁路模块-3031，使得次级声源-301发出按键特效音，提高操控的体验感。
[0103]
可以理解的是，在本实施例中扩张室-201为封闭式腔体，其声学特性稳定而易于主动消声模块-30的降噪性能稳定，提高对不同人群的差异性的适用性，但是没有遮蔽嘴巴这个打鼾器官，而是使用外部绷带固定嘴巴为闭合的状态。
[0104]
如图6所示，本实用新型对一种基于扩张式消声器的止鼾装置提出第二实施例，不同于第一实施例的是可穿戴模块-10为口罩，其与脸部曲面接触的部分使用软硅胶制作，以密封遮蔽口鼻器官，与面部皮肤一起构成扩张室-201，即可实现本实用新型实施，即是一种基于扩张式消声器的止鼾装置的技术方案。
[0105]
可以理解的是，在本实施例的扩张室-201由口罩所构成的半封闭式腔体与脸部皮肤组织共同形成封闭式腔体，因为皮肤具有力学弹性和组织摩擦力，所以等效增加了扩张室-201的声容和被动吸收噪音的声阻，也相当于增加了扩张室-201的容积和吸声材料。
[0106]
可理解的是，在本实施例的扩张室-201由口罩所构成的半封闭式腔体与脸部皮肤组织共同形成封闭式腔体，人打呼噜的时候，嘴巴会周期性的张开和关闭，而嘴巴的张开导致口腔和扩张室-201腔体连为一体，因此随着嘴巴周期性的张开和关闭，扩张室-201的声学特性也周期性改变，对于主动消声模块-30的降噪性能产生不良的影响，另一方面，鼻腔和口腔容积因人而异，因此本实施例对人群和人类行为的适用性不佳。
[0107]
如图8所示，针对第二实施例的技术不足，本实用新型对一种基于扩张式消声器的止鼾装置提出第三实施例，不同于第二实施例的是在扩张室-201和口罩（可穿戴模块-10）之间增加隔离室-50，使得隔离室-50的腔体与扩张室-201腔体通过分隔板-501相互连通，设计参数ma8取值相对较大，用以减弱或者消除，因嘴巴的周期性开闭而导致的口腔声质量ma2和声容ca2对扩张室-201声学特性的影响，有利于主动消声模块-30的降噪性能保持稳定，同时也屏蔽了不同人的口腔和鼻腔的差异对降噪性能的影响，从而提高了本实用新型所提供的止鼾装置对人群和人类行为的适用性，即可实现本实用新型实施，即是一种基于扩张式消声器的止鼾装置的技术方案。
[0108]
可以理解的是，隔离室-50和扩张室-201构成双腔体声学结构，即隔离室和扩张室串联，其中鼾声噪音先经过隔离室-50消除中高频噪音，再经过扩张室和主动消声器消除中低频噪音，因此扩张室的容积尺度可以相对做的更小，而隔离室的容积尺度可以相对做的更大。
[0109]
如图9所示，本实用新型对一种基于扩张式消声器的止鼾装置提出第四实施例，不同于第一实施例的是管-202是孔状的结构装置，其声阻抗和扩张室-201不连续，即可实现
本实用新型实施，即是一种基于扩张式消声器的止鼾装置的技术方案。
[0110]
综上所述，本实用新型提供的一种基于扩张式消声器的止鼾装置，扩张式消声器包括扩张室和管，其特征在于，还包括可穿戴模块和主动消声模块，所述的扩张室分别连接到可穿戴模块和主动消声模块，所述的主动消声模块又包括次级声源、传声器和控制模块；其中：控制模块分别连接到传声器和次级声源，而扩张室在气路上分别连通到次级声源和传声器，控制模块驱动次级声源发出反相的声波；所述的可穿戴模块分别连接人的打鼾器官和扩张室，所述的扩张室连接到管，所述的管为呼吸的气流通道，其为声阻抗不同于扩张室的声学装置。本实用新型提供的一种基于扩张式消声器的止鼾装置，首先，从消除打鼾的因果关系的“果”的角度提出技术方案，采用扩张式和主动式两者混合的消声方式，弥补了主动式在中高频段，而扩张式在中低频段的消声性能下降和带宽不足的技术缺陷，使得本实用新型的止鼾装置获得了适用性广、消声量大、消声带宽广、体积小、重量轻和电能耗低的多者兼顾的有益效果；其次，主动消声模块和扩张室之间的连接可拆卸，解决了清洗扩张室因呼吸所产生异味的难题；再者，控制模块还包括音频旁路模块，将音频转换出的声波通过鼻腔、咽鼓管、中耳腔传播到耳膜内侧，引起耳膜的振动而使人产生听觉，解决了睡眠卧姿下佩戴耳机容易掉落的难题；最后，采用增加隔离室构成串联双腔体声学结构，解决了嘴巴开闭行为和空气泄漏所导致的消声性能的稳定性难题。
[0111]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
[0112]
参考文献
[0113]
[1]结构参数对扩张式消声器消声性能影响的数值分析徐磊;刘正士;毕嵘汽车科技2010-01-25
[0114]
[2]《成年人头面部尺寸(gb/t2428-1998)》由国家质量技术监督局发布
[0115]
[3]单室扩张式复合有源消声器的阻抗控制模型伊善贞;费仁元;吴斌车用发动机2005-06-30。