(57)【要約】閉塞デバイスを形成する閉塞デバイス、イヤホンデバイス、および方法が提供される。閉塞デバイスは、外耳道を閉塞するように構成される。閉塞デバイスは、挿入要素と、挿入要素上に配置される少なくとも１つの拡張可能要素とを含む。拡張可能要素は、挿入要素を介して、媒体を受容するように構成され、媒体に応じて拡張することにより、外耳道に接触するように構成される。閉塞デバイスの物理パラメータは、ある周波数帯域にわたって、所定の音減衰特性を生成するように選択され、それにより、音が、周波数帯域の第２の周波数範囲よりも周波数帯域の第１の周波数範囲においてより大きく減衰させられる。
2013534779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外耳道を閉塞するように構成される閉塞デバイスであって、
該閉鎖デバイスは、
挿入要素と、
該挿入要素上に配置される少なくとも１つの拡張可能要素であって、該少なくとも１つの拡張可能要素は、該挿入要素を介して媒体を受容するように構成され、該少なくとも１つの拡張可能要素は、該媒体に応じて拡張することにより、該外耳道に接触するように構成される、少なくとも１つの拡張可能要素と
を備え、
該閉塞デバイスの物理パラメータは、ある周波数帯域にわたって、所定の音減衰特性を生成するように選択され、それにより、音が、該周波数帯域の第２の周波数範囲におけるよりも該周波数帯域の第１の周波数範囲においてより大きく減衰させられる、閉塞デバイス。
【請求項２】
前記第１の周波数範囲は、前記第２の周波数範囲よりも高い、請求項１に記載の閉塞デバイス。
【請求項３】
前記第２の周波数範囲は、前記第１の周波数範囲よりも高い、請求項１に記載の閉塞デバイス。
【請求項４】
前記挿入要素に連結されるフランジをさらに備える、請求項１に記載の閉塞デバイス。
【請求項５】
前記少なくとも１つの拡張可能要素は、シリコーン、ゴム、またはポリウレタンエラストマーのうちの少なくとも１つを含む材料から形成される、請求項１に記載の閉塞デバイス。
【請求項６】
前記媒体は、液体、ゲル、または気体のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の閉塞デバイス。
【請求項７】
前記少なくとも１つの拡張可能要素は、障壁層を含み、該障壁層は、該少なくとも１つの拡張可能要素の透過性を低減するように構成される、請求項１に記載の閉塞デバイス。
【請求項８】
前記少なくとも１つの拡張可能要素は、前記挿入要素上に配置される２つの拡張可能要素を含む、請求項１に記載の閉塞デバイス。
【請求項９】
前記２つの拡張可能要素は、その間にチャネルを含み、該チャネルは、該２つの拡張可能要素の間で前記媒体の一部を移動させるように構成される、請求項８に記載の閉塞デバイス。
【請求項１０】
前記所定の音減衰特性は、前記外耳道の中の前記閉塞デバイスの電気音響回路モデルに基づいて選択される、請求項１に記載の閉塞デバイス。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの拡張可能要素の材料は、前記電気音響回路モデルの中の対応する拡張可能要素の音響キャパシタンスに基づいて選択される、請求項１０に記載の閉塞デバイス。
【請求項１２】
前記媒体は、気体を含み、該媒体は、前記電気音響回路モデルの媒体の音響キャパシタンスに基づいて選択される、請求項１０に記載の閉塞デバイス。
【請求項１３】
前記媒体は、液体を含み、該媒体は、前記電気音響回路モデルの中の媒体の音響キャパシタンスおよび音響インダクタンスに基づいて選択される、請求項１０に記載の閉塞デバイス。
【請求項１４】
外耳道を閉塞するように構成されるイヤホンデバイスであって、
該イヤホンデバイスは、
筐体ユニットと、
該外耳道の中に挿入されるように構成される閉塞区画であって、該閉塞区画は、
該筐体ユニットに連結される挿入要素と、
該挿入要素上に配置される少なくとも１つの拡張可能要素であって、該少なくとも１つの拡張可能要素は、媒体を受容するように構成され、該少なくとも１つの拡張可能要素は、該媒体に応じて拡張することにより、該外耳道に接触するように構成される、少なくとも１つの拡張可能要素と
を含む、閉塞区画と
を備え、
該閉塞区画の物理パラメータは、ある周波数帯域にわたって所定の音減衰特性を生成するように選択され、それにより、音が、該周波数帯域の第２の周波数範囲におけるよりも該周波数帯域の第１の周波数範囲においてより大きく減衰させられる、イヤホンデバイス。
【請求項１５】
前記第１の周波数範囲は、前記第２の周波数範囲よりも高い、請求項１４に記載のイヤホンデバイス。
【請求項１６】
前記第２の周波数範囲は、前記第１の周波数範囲よりも高い、請求項１４に記載のイヤホンデバイス。
【請求項１７】
前記所定の音減衰特性は、前記外耳道の中の前記閉塞区画の電気音響回路モデルに基づいて選択される、請求項１４に記載のイヤホンデバイス。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの拡張可能要素は、前記挿入要素上に配置される２つの拡張可能要素を含む、請求項１４に記載のイヤホンデバイス。
【請求項１９】
前記２つの拡張可能要素は、その間にチャネルを含み、該チャネルは、該２つの拡張可能要素の間で前記媒体の一部を移動させるように構成される、請求項１８に記載のイヤホンデバイス。
【請求項２０】
前記挿入要素に連結されるフランジをさらに備える、請求項１４に記載のイヤホンデバイス。
【請求項２１】
前記筐体ユニットは、膨張管理システムを含み、
前記挿入要素は、該膨張管理システムと前記少なくとも１つの拡張可能要素との間に連結される空気圧チャネルを含み、
前記媒体は、該膨張管理システムから、該空気圧チャネルを介して、該少なくとも１つの拡張可能要素に移動させられる、請求項１４に記載のイヤホンデバイス。
【請求項２２】
前記筐体ユニットは、少なくとも１つの変換器を含み、
前記挿入要素は、該少なくとも１つの変換器と前記外耳道との間に連結される少なくとも１つの音響チャネルを含む、請求項１４に記載のイヤホンデバイス。
【請求項２３】
前記筐体ユニットは、前記外耳道の外部の環境音を受信するように構成されるマイクロホンを含む、請求項１４に記載のイヤホンデバイス。
【請求項２４】
前記筐体ユニットは、前記イヤホンデバイスから遠隔にあるデバイスと通信するように構成される通信ユニットを含む、請求項１４に記載のイヤホンデバイス。
【請求項２５】
閉塞デバイスを形成する方法であって、
該方法は、
該閉塞デバイスの少なくとも１つの拡張可能要素および媒体の物理パラメータを選択することであって、該物理パラメータを選択することにより、該少なくとも１つの拡張可能要素の拡張された状態と関連付けられるある周波数帯域にわたって、所定の音減衰特性を生成する、ことと、
該少なくとも１つの拡張可能要素を挿入要素上に配置することであって、該配置することの結果、該少なくとも１つの拡張可能要素が、該挿入要素を介して該媒体を受容するように構成される、ことと
を備え、
該少なくとも１つの拡張可能要素は、該媒体に応じて、該拡張された状態に拡張することにより、外耳道に接触するように構成され、
該拡張された状態において、該所定の音減衰特性は、該周波数帯域の第２の周波数範囲におけるよりも該周波数帯域の第１の周波数範囲において音をより大きく減衰させるように構成される、方法。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの拡張可能要素は、２つの拡張可能要素を含み、前記方法は、
該２つの拡張可能要素の間にチャネルを形成することであって、該チャネルは、該２つの拡張可能要素の間で前記媒体の一部を移動させるように構成され、該チャネルの物理パラメータは、前記所定の音減衰特性の少なくとも一部を生成するように選択される、ことを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記所定の音減衰特性は、前記外耳道の中の前記閉塞デバイスの電気音響回路モデルに基づいて選択される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記物理パラメータを選択することは、前記電気音響回路モデルの中の対応する拡張可能要素の音響キャパシタンスに基づいて、前記少なくとも１つの拡張可能要素の材料を選択することを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記媒体は、気体を含み、前記物理パラメータを選択することは、前記電気音響回路モデルの媒体の音響キャパシタンスに基づいて、該媒体を選択することを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記媒体は、液体を含み、前記物理パラメータを選択することは、前記電気音響回路モデルの中の前記媒体の音響キャパシタンスおよび音響インダクタンスに基づいて、該媒体を選択することを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１の周波数範囲は、前記第２の周波数範囲よりも高い、請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
前記第２の周波数範囲は、前記第１の周波数範囲よりも高い、請求項２５に記載の方法。
【請求項３３】
前記少なくとも１つの拡張可能要素を拡張させるために、前記媒体の拡張圧力を選択することをさらに含み、該拡張圧力は、該少なくとも１つの拡張可能要素によって所定の量の減衰を生成するように選択される、請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６１／３５８，８８８号（名称「ＨＩＧＨ  ＰＡＳＳ  ＦＩＬＴＥＲ  ＥＡＲＰＩＥＣＥ」、２０１０年６月２６日出願）の利益を主張し、この出願の内容は、本明細書に参照によって援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、イヤホンデバイスに関し、より具体的には、ある周波数帯域に所定の音減衰特性を有する外耳道を閉塞するための方法およびデバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
人々は、その周囲環境（例えば、交通、建築現場、飛行機等）からの騒音公害に曝され得る。人々はまた、高い音レベル（例えば、携帯電話、ＭＰ３プレーヤ、ホームシアター機器、ロックコンサート等）に意図的に曝され得る。研究によって、恒久的聴覚障害につながり得る耳の損傷が、一般集団で増加しているだけではなく、より若年集団において有意により急速に増加している可能性があることが示されている。
【０００４】
聴覚損傷の潜在性は、音刺激に曝されているレベルおよび持続時間の両方の関数であり得る。研究によって、また、聴覚損傷は累積的現象であることが示されている。産業または環境騒音曝露による聴覚損傷は、より完全に理解されているが、また、ヘッドホンの使用等、意図的な過剰な騒音への曝露からの聴覚損傷の危険性も存在し得る。
【０００５】
直接、外耳道への音を減衰させるデバイスが知られている。従来のデバイスは、一般的には、耳の中、耳の周囲、および／または耳を越えて嵌合する。これらのデバイスの実施例として、ヘッドホン、ヘッドセット、イヤホン、および補聴器が挙げられる。外耳道を閉塞するイヤホンは、周囲環境の減衰増加を提供し、遮音の改善をもたらし得る。しかしながら、従来の耳内イヤホンは、ある集団の断面に対して適合され得る。従来の耳内イヤホンは、したがって、個々のユーザに適切に適合されず、かつ適度に密閉されず、そのため、周囲環境の音減衰の低減につながり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、外耳道を閉塞するように構成される閉塞デバイスにおいて具現化される。閉塞デバイスは、挿入要素と、挿入要素上に配置される少なくとも１つの拡張可能要素とを含む。少なくとも１つの拡張可能要素は、挿入要素を介して媒体を受容するように構成され、および媒体に応じて拡張し、外耳道に接触するように構成される。閉塞デバイスの物理パラメータは、ある周波数帯域にわたって所定の音減衰特性を生成するように選択され、その結果、音は、その周波数帯域の第２の周波数範囲よりもその周波数帯域の第１の周波数範囲においてより大きく減衰させられる。
【０００７】
本発明はまた、外耳道を閉塞するように構成されるイヤホンデバイスにおいて具現化される。イヤホンデバイスは、筐体ユニットと、外耳道の中に挿入されるように構成される閉塞区画とを含む。閉塞区画は、筐体ユニットに連結される挿入要素と、挿入要素上に配置される少なくとも１つの拡張可能要素とを含む。少なくとも１つの拡張可能要素は、媒体を受容するように構成され、および媒体に応じて拡張し、外耳道に接触するように構成される。閉塞区画の物理パラメータは、ある周波数帯域にわたって所定の音減衰特性を生成するように選択され、その結果、音は、その周波数帯域の第２の周波数範囲よりもその周波数帯域の第１の周波数範囲においてより大きく減衰させられる。
【０００８】
本発明はさらに、閉塞デバイスを形成する方法において具現化される。方法は、閉塞デバイスの少なくとも１つの拡張可能要素および媒体の物理パラメータを選択し、少なくとも１つの拡張可能要素の拡張された状態と関連付けられる、ある周波数帯域にわたる所定の音減衰特性を生成するステップと、少なくとも１つの拡張可能要素が、挿入要素を介して媒体を受容するように構成されるように、少なくとも１つの拡張可能要素を挿入要素上に配置するステップとを含む。少なくとも１つの拡張可能要素は、媒体に応じて、拡張された状態に拡張して、外耳道に接触するように構成される。拡張された状態において、所定の音減衰特性は、周波数帯域の第２の周波数範囲よりも周波数帯域の第１の周波数範囲においてより多く音を減衰するように構成される。
【０００９】
本発明は、添付図面と併せて熟読されると、以下の発明を実施するための形態から理解され得る。一般的な通例に従って、図面の種々の特徴は、正確な縮尺で描かれていない場合があることが強調される。対照的に、種々の特徴の寸法は、明確にするために、任意に拡大または縮小され得る。さらに、図面中、共通数参照は、同一特徴を表すために使用される。図面に含まれるのは、以下の図である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、耳の一般的生理機能を例示する、耳の断面図である。
【図２】図２は、本発明のある実施形態による、外耳道の中に挿入される、例示的イヤホンデバイスの断面図である。
【図３】図３は、本発明のある実施形態による、図２に示されるイヤホンデバイスの一部の断面図である。
【図４】図４Ａおよび４Ｂは、本発明の別の実施形態による、拡張された状態における例示的イヤホンデバイスの別個の斜視図および断面図である。図４Ｃおよび４Ｄは、収縮された状態における、図４Ａおよび４Ｂに示されるイヤホンデバイスの別個の斜視図および断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明のある実施形態による、静的圧力変化を例示する、管の中の例示的拡張可能要素の断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａに示される拡張可能要素の圧力差の関数としての体積のグラフである
【図６】図６Ａは、本発明のある実施形態による、例示的音響システムの断面図である。図６Ｂは、本発明のある実施形態による、図６Ａに示される音響システムを表す、電気音響回路図である。
【図７】図７は、拡張可能要素の種々のキャパシタンス値に対する、図６Ｂに示される電気音響回路図の周波数の関数としての透過率のグラフである。
【図８】図８Ａは、本発明の別の実施形態による、例示的音響システムの断面図である。図８Ｂは、本発明のある実施形態による、図８Ａに示される音響システムを表す、電気音響回路図である。
【図９】図９は、拡張可能要素の種々のキャパシタンス値に対する、図８Ｂに示される電気音響回路図の周波数の関数としての透過率のグラフである。
【図１０】図１０Ａは、本発明の別の実施形態による、例示的音響システムの断面図であるである。図１０Ｂは、本発明のある実施形態による、図１０Ａに示される音響システムを表す、電気音響回路図である。
【図１１】図１１は、拡張可能要素間の種々の漏れ口サイズに対する、図１０Ｂに示される電気音響回路図の周波数の関数としての透過率のグラフである。
【図１２】図１２Ａは、本発明の別の実施形態による、例示的音響システムの断面図である。図１２Ｂは、図１２Ａに示される音響システムと関連付けられた伝達ネットワークの回路図である。図１２Ｃは、本発明のある実施形態による、図１２Ａに示される音響システムを表す、電気音響回路図である。
【図１３】図１３は、拡張可能要素の種々のキャパシタンス値に対する、図１２Ｃに示される電気音響回路図の周波数の関数としての透過率のグラフである。
【図１４Ａ】図１４Ａは、拡張可能要素の種々の長さに対する、周波数の関数としての有効減衰のグラフである。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、拡張可能要素の中の種々のゲージ圧力に対する、周波数の関数としての有効減衰のグラフである。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、種々の管直径の拡張可能要素に対する、周波数の関数としての有効減衰のグラフである。
【図１４Ｄ】図１４Ｄは、異なる材料から形成される拡張可能要素に対する、周波数の関数としての有効減衰のグラフである。
【図１５】図１５は、１つおよび２つの拡張可能要素を有する例示的閉塞区画に対する、周波数の関数としての有効減衰のグラフである。
【図１６】図１６は、空気または水で充填された拡張可能要素に対する、周波数の関数としての有効減衰のグラフである。
【図１７】図１７は、フランジの有無による拡張可能要素に対する、周波数の関数としての有効減衰のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の側面は、ある周波数帯域にわたって所定の音減衰特性を提供することにより、音が、その周波数帯域の別の周波数範囲よりもある周波数範囲においてより大きく減衰させられる、外耳道を閉塞するための方法およびデバイスを含む。本発明の例示的なイヤホンデバイスは、拡張可能要素に連結される挿入要素を有する閉塞区画を含む。拡張可能要素は、媒体を受容し、拡張して、外耳道に接触および適合するように構成される。イヤホンデバイスの音減衰特性は、閉塞区画の物理パラメータに基づいて選択されてもよい。
【００１２】
図１を参照すると、耳１００の断面図が示されており、耳１００の一般的な生理機能を例示する。耳１００の外部部分は、耳介１０２および甲介１０４を含む。耳１００の内部部分は、外耳道１０８および鼓膜１１２を含む。
【００１３】
耳介１０２は、周囲環境からの音響情報を外耳道１０８に集束する耳１００の軟骨性領域である。甲介１０４は、破線１０６によって示される外耳道開口部に近接するボウル形の領域である。
【００１４】
外耳道１０８の壁１１０（また、本明細書では、外耳道壁１１０と称される）は、鼓膜１１２によって終端する音響チャンバを形成する。音は、外耳道１０８（破線１０６における）から進入し、続いて、鼓膜１１２によって受音される。鼓膜１１２は、内側耳の構成要素に連結する、中耳の中の可撓性膜である。一般に、外耳道１０８の中に存在している音響情報は、鼓膜１１２を振動させる。振動は、聴神経に提供される信号（音響情報に対応する）に変換される。
【００１５】
外耳道１０８は、一般的には、軟骨性領域１１６（破線１０６と１１４との間）および骨領域１１８（破線１１４と鼓膜１１２との間）を含む。軟骨性領域１１６は、皮膚層下に軟骨の層を含む。骨領域１１８は、骨が、外耳道壁１１０の下にある領域を表す。振動は、骨（骨領域１１８の中において）を通して伝導され、外耳道壁１１０を通過し、外耳道１０８の中に音として放射され得る。
【００１６】
骨領域１１８において、外耳道壁１１０の皮膚層は、圧力に敏感であり得る。一般に、骨領域１１８の中の皮膚層は、耳軟骨性領域１１６の中の皮膚層の厚さの約１０分の１である。したがって、骨領域１１８においては、皮膚を骨から分離している組織はほとんど存在しない。故に、骨領域１１８の中での物体（耳栓等）の留置は、神経を刺激し（皮膚が骨に押圧されるため）、不快感およびさらには有意な疼痛を誘発し得る。
【００１７】
骨領域１１８とは対照的に、軟骨性領域１１６は、実質的な剛性構造を有していない、非常に可撓性の領域である。したがって、軟骨性領域１１６は、力が外耳道壁１１０（軟骨性領域１１６内）に印加されると、より容易に変形させられ得る。一般に、軟骨性領域１１６は、骨領域１１８よりも遥かに圧力に対して鈍感である。
【００１８】
一般に、外耳道壁１１０への圧力の印加（外耳道１０８を閉塞する耳栓等による）は、外耳道壁１１０を変形させ得る。変形は、例えば、外耳道壁１１０を伸展させ、皮膚層を張力下に置き得る。故に、軟骨性領域１１６の中に挿入されるイヤホンデバイスを設計することが望ましいであろう。イヤホンデバイスは、不快感および疼痛を誘発することなく、軟骨性領域１１６の中に挿入（および、拡張）され得る。
【００１９】
一般に、外耳道１０８は、ヒトの集団にわたって、形状およびサイズが実質的に異なり得る。一般に、外耳道１０８は、直線または規則的な形状ではない。図１に図示されないが、外耳道１０８は、一般的には、約４５度の上方傾斜を含むことにより、鼓膜１１２は、外耳道１０８の開口部（すなわち、破線１０６）の上方にある。外耳道１０８は、一般的には、外耳道１０８への開口部近傍に第１の屈曲および鼓膜１１２に近接する第２の屈曲を含む。
【００２０】
外耳道１０８の体積、形状、および長さは、実質的に異なり得るので、効果的に耳１００を密閉し、騒音を減衰させ、閉塞の影響を緩和し、異なる環境条件下で動作し得、大部分の集団に適合し得るシステムを提供することは困難であった。例えば、補聴器製造業者は、一般的には、患者の外耳道の鋳型を含む、個人に対する完全カスタムイヤホンを作り出す。次いで、外耳道鋳型を使用して、補聴器筐体を形成する。外耳道鋳型を作製するための手順は、コストがかかり、煩雑であり、大量生産に容易に適応可能ではない。
【００２１】
次に、図２を参照すると、例示的イヤホンデバイス２００の断面図が示されている。イヤホンデバイス２００は、耳１００と関連して示されている。イヤホンデバイス２００は、閉塞区画２０２と、閉塞区画２０２に連結される筐体ユニット２０４とを含んでもよい。閉塞区画２０２は、外耳道１０８への入口と鼓膜１１２との間の場所において、外耳道１０８の中に挿入されるように構成されてもよい。前述のように、閉塞区画２０２を外耳道１０８の軟骨性領域１１６（図１）の中に設置することが望ましいであろう。筐体ユニット２０４は、外耳道１０８の外側に設置されてもよい。図２でにおいて、筐体ユニット２０４は、耳１００の中に配置されるように例示されている。筐体ユニット２０４はまた、耳１００の背後に留置されるように構成されてもよく、または部分的に耳１００の背後に、および部分的に耳１００の中に留置されてもよいことを理解されたい。
【００２２】
閉塞区画２０２は、挿入要素２０６と、拡張可能要素２０８とを含んでもよい。挿入要素２０６は、拡張可能要素２０８に連結されてもよく、外耳道１０８の中に拡張可能要素２０８を設置するために使用されてもよい。拡張可能要素２０８は、媒体２２８を介して拡張されるように構成される。一般に、拡張可能要素２０８は、外耳道壁１１０の一部との音響密閉を形成するように構成されてもよい。拡張可能要素２０８は、外耳道１０８を部分的または完全に閉塞し、鼓膜１１２における遮音（すなわち、環境音の１つ以上の周波数の減衰）の様々な程度を提供するように構成されてもよい。
【００２３】
動作時、拡張可能要素２０８は、収縮された状態で、外耳道１０８の中に挿入されてもよい。挿入後、拡張可能要素２０８は、続いて、拡張可能要素２０８が、外耳道１０８に適合し、外耳道１０８と少なくとも部分的な音響密閉を形成するように、拡張されてもよい（例えば、媒体２２８で充填されることによって）。イヤホンデバイス２００を除去するために、拡張可能要素２０８は、収縮された状態に戻るように収縮されてもよい（例えば、媒体２２８の少なくとも一部を除去することによって）。故に、イヤホンデバイス２００は、次いで、外耳道１０８から容易に除去され得る。
【００２４】
拡張可能要素２０８は、媒体２２８に対して低い透過性を有する任意の柔軟材料から形成されてもよい。拡張可能要素２０８の材料の例として、限定ではないが、シリコーン、ゴム（合成ゴムを含む）、およびポリウレタンエラストマー（Ｐｅｌｌｅｔｈａｎｅ（登録商標）およびＳａｎｔｏｐｒｅｎｅＴＭ等）等の任意の好適なエラストマー材料が挙げられる。拡張可能要素２０８の材料は、障壁層（例えば、ＳＡＲＡＮＥＸＴＭ等の障壁フィルム）と組み合わせて使用され、拡張可能要素２０８の透過性を低減させてもよい。一般に、拡張可能要素は、約５００％以上の伸びを有するショアＡ硬度約５Ａから約３０Ａまでの範囲を有する任意の好適な材料から形成されてもよい。
【００２５】
媒体２２８は、拡張可能要素２０８を拡張および収縮可能であって、イヤホンデバイス２００のユーザに対して、快適な圧力レベルを維持するであろう任意の好適な液体、気体、またはゲルを含んでもよい。媒体２２８の例として、例えば、シリコーン、非または低浸透性系ポリマー、ゲル、完全フッ素化された液体、エチレングリコール、イソプロピルアルコール、空気、または他の気体（例えば、六フッ化硫黄（ＳＦ６）または水素）が挙げられる。
【００２６】
挿入要素２０６は、例えば、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）材料、エラストマー特性を有する材料（シリコーン等）、または外耳道に適合可能な他の可鍛性材料から形成されてもよい。拡張可能要素２０８は、限定されないが、接合、接着剤による接着、熱接合、鋳造、および超音波接合等の任意の好適な取着方法を介して、挿入要素２０６に取着されてもよい。
【００２７】
拡張可能要素２０８は、環状円盤形状であるように例示されているが、拡張可能要素２０８は、円錐形状またはドーナツ形状等、他の形状から形成されてもよいことを理解されたい。図２は、単一の拡張可能要素２０８を例示しているが、閉塞区画２０２は、同じ場所に位置している複数の拡張可能要素２０８を含んでもよい（外側拡張可能要素の中の内側拡張可能要素等、各拡張可能要素２０８は、異なる媒体２２８で充填されてもよい）。図２は、単一拡張可能要素２０８を例示するが、閉塞区画２０２は、２つ以上の拡張可能要素２０８を含んでもよく（例えば、図８Ａに示されるように）、各拡張可能要素２０８は、同一媒体２２８または異なる媒体２２８で充填されてもよいことを理解されたい。
【００２８】
図５−１３に関連してさらに後述されるように、閉塞区画２０２の物理パラメータは、ある周波数帯域にわたって所定の音減衰特性を提供するように選択されてもよい。例えば、拡張可能要素２０８の弾性コンプライアンス、媒体２２８のタイプ、および拡張可能要素２０８の数を使用して、特定の音減衰特性（高域フィルタまたは低域フィルタ等）を有する閉塞区画２０２を設計してもよい。本発明のある実施形態によると、拡張可能要素２０８が拡張される（媒体２２８の）拡張圧力量もまた、周波数帯域にわたって全体の音減衰量および閉塞量を制御するように選択されてもよい。一般に、拡張圧力は、大気圧の中で、約１５％から約６０％の上昇をもたらし得る。
【００２９】
例えば、睡眠時無呼吸は、聴取者の健康に影響を及ぼし得る騒音環境の例である。いびきは、一般的には、音響範囲内のより低い周波数にそのパワーの大部分を有するので、いびきに曝される聴取者は、より高い周波数の音響信号をイヤホンを通して透過させる一方、より低い周波数を減衰させる高域フィルタイヤホンから恩恵を享受し得る。
【００３０】
筐体ユニット２０４は、拡張可能要素２０８を拡張および収縮させるために、閉塞区画２０２へのおよびそこからの媒体２２８の移動を制御するための膨張管理システム２１０を含んでもよい。筐体ユニット２０４はまた、膨張管理システム２１０に連結されるユーザインターフェース２１２を含んでもよい。膨張管理システム２１０は、拡張可能要素２０８を拡張および収縮させるために、ユーザインターフェース２１２に応じて、作動させられてもよい。筐体ユニット２０４はまた、さらなる電気構成要素を含んでもよい。膨張管理システムは、拡張可能要素２０８へおよびそこから媒体２２８を移動可能な任意の好適なシステムを含んでもよい。例えば、膨張管理システムは、ポンプアクチュエータおよび弁筐体（図示せず）を含んでもよい。
【００３１】
一実施形態によると、イヤホンデバイス２００は、任意の電気音響要素を伴わずに、膨張管理システム２１０およびユーザインターフェース２１２を含んでもよい。本例示的実施形態では、イヤホンデバイス２００は、単に、閉塞区画２０２の物理パラメータに従って選択される所定の音減衰特性を有する遮音デバイスとして構成されてもよい。
【００３２】
別の実施形態によると、筐体ユニット２０４は、電気構成要素ならびに１つ以上の電気音響構成要素を含んでもよい。例えば、筐体ユニット２０４は、スピーカ２１４、コントローラ２２０、メモリ２２２、バッテリ２２４、および通信ユニット２２６を含んでもよい。
【００３３】
スピーカ２１４、メモリ２２２、通信ユニット２２６、ユーザインターフェース２１２、および膨張管理システム２１０は、コントローラ２２０によって制御されてもよい。コントローラ２２０は、例えば、論理回路、デジタル信号プロセッサ、またはマイクロプロセッサを含んでもよい。
【００３４】
通信ユニット２２６は、イヤホンデバイス２００から信号を受信およびそこに信号を透過するように構成されてもよい。通信ユニット２２６は、外部デバイス（例えば、ＭＰＥＧプレーヤまたは携帯電話）との有線および／または無線通信のために構成されてもよい。
【００３５】
バッテリ２２４は、筐体ユニット２０４の中の電気および電気音響構成要素に給電してもよい。バッテリ２２４は、再充電可能または交換可能バッテリを含んでもよい。
【００３６】
閉塞区画２０２によって提供される音響密閉は、入口における環境音場から外耳道１０８まで、鼓膜１１２における音圧レベルを有意に低減させ得る（遮音を提供するために）。例えば、高域フィルタ特性を有する閉塞区画２０２は、実質的に、より低い周波数を減衰し得る。閉塞区画２０２の遮音のために、スピーカ２１４は、イヤホンデバイス２００において音を再生するときに、全範囲の低音域応答時間を生成し得る。
【００３７】
別の実施形態によると、筐体ユニット２０４は、同様に、外耳道１０８に音響的に連結され得る、スピーカ２１４に隣接して位置する外耳道（ＥＣ）マイクロホン２１６を含んでもよい。ＥＣマイクロホン２１６は、外耳道１０８の中の音圧レベルを測定するように構成されてもよい。外耳道１０８の中の音圧レベルを使用して、例えば、ユーザの聴力を試験し、音響密閉の完全性を確認し、および／またはＥＣマイクロホン２１６およびスピーカ２１４の動作を確認してもよい。
【００３８】
別の実施形態によると、筐体ユニット２０４は、周囲マイクロホン２１８ならびに、ＥＣマイクロホン２１６およびスピーカ２１４を含んでもよい。周囲マイクロホン２１８は、耳１００への入口における周囲環境の音圧をモニタリングするように構成されてもよい。少なくとも１つの例示的実施形態では、イヤホンデバイス２００は、外耳道１０８の内側および外側の両方の音圧レベルを能動的にモニタリングしてもよく、空間的および音色的な音質を向上させる一方、監視を維持して、安全な音再生レベルを保証してもよい。イヤホンデバイス２００は、種々の実施形態において、聞き取り試験を行い、環境内の音をフィルタリングし、環境内の音をモニタリングし、モニタリングされた音に基づいて、通知を提示し、一定のオーディオコンテンツを環境音レベルに対して維持し、および／または個人化された聴力レベルに従って、音をフィルタリングしてもよい。
【００３９】
イヤホンデバイス２００は、モデル外耳道１０８をモデル化するための外耳道伝達関数（ＥＣＴＦ）（スピーカ２１４およびＥＣマイクロホン２１６を介して）、ならびに外部外耳道伝達関数（ＯＥＴＦ）（周囲マイクロホン２１８を介して）を生成するように構成されてもよい。イヤホンデバイス２００は、耳１００との密閉プロファイルを決定し、任意の音響漏出を補償するように構成されてもよい。イヤホンデバイス２００は、外耳道１０８への音曝露（例えば、マイクロホン２１８を介して、スピーカ２１４および周囲から測定される騒音）をモニタリングするように構成されてもよい。
【００４０】
図３を参照すると、イヤホンデバイス２００の断面図が示されており、挿入要素２０６のさらなる構成要素を例示している。図３において、便宜上、筐体ユニット２０４の構成要素のいくつかのみが示されている。例示的実施形態によると、挿入要素２０６は、空気圧チャネル３０２を含んでもよい。空気圧チャネルは、拡張可能要素２０８および膨張管理システム２１０に連結されてもよい。空気圧チャネル３０２を使用して、ポート３０８を介して、拡張可能要素２０８へおよびそこから媒体２２８を移動してもよい（両矢印Ａによって例示される）。
【００４１】
少なくとも１つの例示的実施形態では、挿入要素２０６は、オーディオコンテンツを受信または配信するための少なくとも１つの音響チャネル（例えば、音響チャネル３０４および／または音響チャネル３０６）を含んでもよい。例えば、筐体ユニット２０４は、スピーカ２１４を含んでもよい。したがって、挿入要素２０６、スピーカ２１４から外耳道１０８に音を配信するための音響チャネル３０４を含んでもよい。別の実施例として、筐体ユニット２０４は、スピーカ２１４およびＥＣマイクロホン２１６を含んでもよい。本実施例では、挿入要素２０６は、それぞれ、スピーカ２１４およびＥＣマイクロホン２１６に連結される音響チャネル３０４、３０６を含んでもよい。音響チャネル３０６は、外耳道１０８からＥＣマイクロホン２１６に音を配信してもよい。
【００４２】
前述のように、拡張可能要素２０８は、外耳道１０８への入口と鼓膜１１２との間の場所において、外耳道壁１１０と音響密閉を形成してもよい。拡張可能要素２０８による音響密閉は、実質的に、外耳道１０８の中の音を周囲環境から減衰させ得る（したがって、遮音を外耳道１０８に提供する）。挿入要素２０６はまた、外耳道１０８と１つ以上の別個の変換器（例えば、スピーカ２１４および／またはＥＣマイクロホン２１６）との間で音を音響的に連結するために、１つ以上の音響チャネル（例えば、音響チャネル３０４および／または音響チャネル３０６）を含んでもよい。故に、音響チャネル３０４（および／または３０６）を介して、外耳道１０８へおよび／またはそこから透過される音は、実質的に、周囲環境から遮音され得る。
【００４３】
次に、図４Ａ−４Ｄを参照すると、例示的イヤホンデバイス２００’が示される。特に、図４Ａは、拡張された状態における拡張可能要素２０８を有する、イヤホンデバイス２００’の斜視図であって、図４Ｂは、拡張された状態における拡張可能要素２０８を有する、イヤホンデバイス２００’の断面図であって、図４Ｃは、収縮された状態における拡張可能要素２０８を有するイヤホンデバイス２００’の斜視図であって、図４Ｄは、収縮された状態における拡張可能要素２０８を有するイヤホンデバイス２００’の断面図である。
【００４４】
イヤホンデバイス２００’は、イヤホンデバイス２００に相似するが、イヤホンデバイス２００’は、閉塞区画２０２の挿入要素２０６に連結されるフランジ４０２を含む。フランジ４０２は、音減衰を提供し得る（拡張可能要素２０８による音減衰に加え）。フランジ４０２はまた、閉塞区画２０２（図２）を外耳道１０８の中に着座させる支援をし得る。フランジ４０２は、拡張可能要素２０８に相似する材料から形成されてもよい。
【００４５】
所定の音減衰特性を提供するための閉塞区画２０２（図２）の物理パラメータの選択は、後述される。
【００４６】
多くの場合、電気回路に相似する音響回路等の集中型要素モデルを有する音響システムを表すことが可能かつ便宜的である。例えば、音響システムは、音響インピーダンス（または、音響流動性）として表されてもよい。音響インピーダンス相似体において、例えば、音圧および体積速度は、それぞれ、電圧および電流に対応する。例えば、外耳道１０８の中の閉塞区画２０２（図２）は、音響インピーダンス回路によってモデル化されてもよい。
【００４７】
図５Ａおよび５Ｂを参照すると、管５０４の中が媒体５１０で充填されたバルーン５０２（拡張可能要素の実施例）の等価な音響要素表現が記載されている。特に、図５Ａは、管５０４の中のバルーン５０２の断面図であって、図５Ｂは、圧力差とバルーン５０２のある面（例えば、面５０８）の体積との例である。
【００４８】
バルーン５０２および媒体５１０は、それぞれ、音響要素として表されてもよい。バルーン５０２は管５０４の中にあるので、管壁５０６と接触するバルーン材料の帯は動かない。これは、バルーン５０２を２つの部品、すなわち、上流面５０８および下流面５１２に効果的に分離する。下流面５１２の音響要素表現は、上流面５０８のものと同一であることを理解されたい。したがって、上流面５０８のみが後述される。
【００４９】
バルーン５０２（媒体５１０で充填された）の面５０８は、外側に静的ＤＣ圧力
【００５０】
【化１】
2013534779.tif 000003
および静的内圧
【００５１】
【化２】
2013534779.tif 000004
を含む。外圧が、
【００５２】
【化３】
2013534779.tif 000005
に変化させられると、バルーンの静的平衡に変化が生じる。面５０８は、新しい位置に動き、異なる形状（面５０８’として表される）を有し、体積
【００５３】
【化４】
2013534779.tif 000006
を排除し得る。したがって、内圧は、新しい値
【００５４】
【化５】
2013534779.tif 000007
に変化するであろう。バルーン面５０８の形状は、材料を横断する圧力差によって制御され、すなわち、
【００５５】
【化６】
2013534779.tif 000008
である。
【００５６】
圧力変化とバルーン５０２の体積との間の一般的な関係は、複雑であり得るが、音響挙動の場合、バルーン５０２の単純な音響表現が決定され得るように、これらの変化は非常に小さいと仮定される。
【００５７】
図５Ｂは、材料を横断する圧力差の変化によるバルーン５０２の面５０８の体積変化の例を例示する。圧力差
【００５８】
【化７】
2013534779.tif 000009
における僅かな変化にわたって、曲線は略直線であり、体積変化
【００５９】
【化８】
2013534779.tif 000010
は、
【００６０】
【数１】
2013534779.tif 000011
のように表され得る。
【００６１】
音圧の場合、面５０８に作用する圧力は、その静的値に対して、時間的に正弦波的に変動すると見なされ、以下のように、複素表示によって表され得る。
【００６２】
【数２】
2013534779.tif 000012
ここで、
【００６３】
【化９】
2013534779.tif 000013
は、バルーン区画の両側における（複素）音圧であって、したがって、以下となる。
【００６４】
【数３】
2013534779.tif 000014
同様に、体積は、以下のように、調和的に変化する。
【００６５】
【数４】
2013534779.tif 000015
ここで、
【００６６】
【化９−１】
2013534779.tif 000016
は、バルーンの面５０８によって封入される静的体積である。したがって、体積速度
【００６７】
【化９−２】
2013534779.tif 000017
（すなわち、経時的体積の率変化）は、
【００６８】
【数５】
2013534779.tif 000018
のように表され得る。
【００６９】
故に、音圧差は、以下のように、複素体積速度
【００７０】
【化１０】
2013534779.tif 000019
【００７１】
【数６】
2013534779.tif 000020
に関連し、ここで、
【００７２】
【化１１】
2013534779.tif 000021
は、バルーン５０２の片側（例えば、面５０８）の音響キャパシタンスである。キャパシタンス
【００７３】
【化１２】
2013534779.tif 000022
の値は、図５Ｂにおける接線の勾配によって決定され得る。
【００７４】
媒体５１０は、例えば、気体または液体を含んでもよい。媒体５１０の音響要素表現は、媒体５１０が、気体または液体であるか否かに応じて異なり得る。液体としての媒体５１０の検討は、図１２に関連して論じられる。気体を含む媒体５１０の音響表現は、以下で検討される。故に、媒体５１０は、以下において、気体５１０と呼ばれる。
【００７５】
気体の封入された体積は、その圧縮において、エネルギーを貯蔵し得る。したがって、バルーン５０２の中の気体５１０（例えば、空気）は、また、音響キャパシタンスとして表され得る。体積速度
【００７６】
【化１３】
2013534779.tif 000023
は、定義されるように、バルーン５０２の中に含有される気体５１０を圧縮するように作用する。バルーン５０２の面５１２に対応する体積速度は、体積速度
【００７７】
【化１４】
2013534779.tif 000024
が空気を圧縮前の状態に戻すように作用するように、反対の意味に定義され得る。正味の体積速度
【００７８】
【化１５】
2013534779.tif 000025
は、以下の
【００７９】
【数７】
2013534779.tif 000026
によって、バルーン内側の音圧
【００８０】
【化１６】
2013534779.tif 000027
に関連し、ここで、キャパシタンス
【００８１】
【化１７】
2013534779.tif 000028
は、
【００８２】
【数８】
2013534779.tif 000029
によって求められ、ここで、
【００８３】
【化１８】
2013534779.tif 000030
は、封入された体積であり、
【００８４】
【化１９】
2013534779.tif 000031
は、バルーン５０２内側の静的圧力であり、
【００８５】
【化２０】
2013534779.tif 000032
は、比熱比である。
【００８６】
図６Ａおよび６Ｂを参照すると、外耳道の中の拡張可能要素を表す音響システム６００が示されている。特に、図６Ａは、非反響性終端６０２を有する管５０４の中にバルーン５０２を含む音響システム６００の断面図であって、図６Ｂは、音響システム６００の電気音響回路図である。音響システム６００は、鼓膜（非反響性終端６０２）を有する外耳道（管５０４）の中の拡張可能要素（バルーン５０２）を表す。例示されないが、バルーン５０２は、挿入要素（図２に示される挿入要素２０６等）上に形成されてもよい。
【００８７】
管５０４の横方向寸法が音の波長未満である場合、音波は、長手方向の前方および後方の両方沿って伝搬し得る。管５０４は、非反響性終端６０２を含むので、音波は反射されず、前方にだけ波を伝搬する。
【００８８】
管５０４内のある位置における圧力
【００８９】
【化２１】
2013534779.tif 000033
および体積速度
【００９０】
【化２２】
2013534779.tif 000034
を考える。単一方向に進行する平面波の場合、圧力と体積速度とは、同期しており、
【００９１】
【数９】
2013534779.tif 000035
のように関連し、ここで、管５０４の特性音響抵抗（非反響性終端６０２における）は、
【００９２】
【数１０】
2013534779.tif 000036
である。
ここで、
【００９３】
【化２３】
2013534779.tif 000037
は、管５０４の内部断面積であり、
【００９４】
【化２４】
2013534779.tif 000038
は、気体（例えば、空気）の密度であり、
【００９５】
【化２５】
2013534779.tif 000039
は、気体（例えば、空気）中の音速である。
【００９６】
前述のように、バルーン５０２の面５０８、５１２は、それぞれ、音響弾性コンプライアンス
【００９７】
【化２６】
2013534779.tif 000040
として表され得る。バルーン５０２内の気体５１０は、音響弾性コンプライアンス
【００９８】
【化２７】
2013534779.tif 000041
として表され得る。最後に、非反響性終端６０２を有する管５０４は、抵抗
【００９９】
【化２８】
2013534779.tif 000042
として表され得る。
【０１００】
バルーン５０２、気体５１０、および管５０４を表す、音響要素に基づいて、音響システム６００は、図６Ｂに示されるように、相当する電気音響回路（すなわち、音響インピーダンス相似物）として表され得る。したがって、面５０８のキャパシタンス
【０１０１】
【化２９】
2013534779.tif 000043
は、圧力ｐ２を受ける。キャパシタンス
【０１０２】
【化３０】
2013534779.tif 000044
は、気体５１０のキャパシタンス
【０１０３】
【化３１】
2013534779.tif 000045
および面５１２のキャパシタンス
【０１０４】
【化３２】
2013534779.tif 000046
に連結される。面５１２のキャパシタンス
【０１０５】
【化３３】
2013534779.tif 000047
は、管５０４の終端の抵抗
【０１０６】
【化３４】
2013534779.tif 000048
に連結される。したがって、圧力ｐ２は、回路の出力端子に提供される。電気音響回路は、バルーン５０２が搭載され得る挿入要素２０６（図２）の有限サイズを考慮して、修正されてもよいことを理解されたい。
【０１０７】
ネットワーク手法が、種々の回路要素に対する値が利用不可能である場合、音響要素の種々の数量を計算するために適用されてもよい。
【０１０８】
【化３５】
2013534779.tif 000049
は両方とも、前述の式から決定され得る。
【０１０９】
サンプル計算の場合、管５０４は、内径９．５３ｍｍ（０．３７５”）を有し、バルーン５０２は、膨張圧力３００ｍｂａｒにおいて、体積０．７１３ｃｍ３を含有すると仮定される。バルーン５０２の各面に対応するキャパシタンス
【０１１０】
【化３６】
2013534779.tif 000050
は、例えば、Ｍｏｏｎｅｙ−Ｒｉｖｌｉｎ型の応力−歪み関係を考慮して、バルーン材料の膨張動態の計算に基づいて、決定されてもよい。サンプル計算では、
【０１１１】
【化３７】
2013534779.tif 000051
を含む、キャパシタンスのいくつかの異なる値が選択される。音響エネルギーの透過係数は、
【０１１２】
【数１１】
2013534779.tif 000052
のように決定され得る。
【０１１３】
図７を参照すると、キャパシタンス
【０１１４】
【化３８】
2013534779.tif 000053
のこれらの３つの値に対して計算された透過係数が示される。曲線７０２、７０４、および７０６は、それぞれ、キャパシタンス値
【０１１５】
【化３９】
2013534779.tif 000054
を表す。全ての曲線は、より低い周波数において、オクターブあたり約６デシベル（ｄＢ）の降下を示す。故に、バルーン５０２は、一次高域フィルタとして作用する。
【０１１６】
次に、図８Ａおよび８Ｂを参照すると、音響システム８００が示されており、外耳道の中に２つの拡張可能要素を表す。特に、図８Ａは、非反響性終端６０２を有する管５０４の中にバルーン８０２−Ａ、８０２−Ｂを含む音響システム８００の断面図であって、図８Ｂは、音響システム８００の電気音響回路図である。バルーン８０２−Ａ、８０２−Ｂは、気体８０８−Ａ、８０８−Ｂで充填される。
【０１１７】
音響システム８００は、音響システム６００（図６Ａおよび６Ｂ）に相似するが、音響システム８００は、２つのバルーン８０２−Ａ、８０２−Ｂ（すなわち、２つの拡張可能要素）を含み、バルーン８０２−Ａ、８０２−Ｂは、挿入要素８０４上に搭載されるように例示される。２つのバルーン８０２−Ａ、８０２−Ｂは、例えば、取着点８０５および８０６において、挿入要素８０４に取着される単一バルーン材料から形成されてもよい。例示的実施形態では、取着点８０６は、単一バルーンの長さに沿って、略中央のＯリングを表す。別の実施例として、バルーン８０２−Ａ、８０２−Ｂは、別個の取着点８０５、８０６において取着される異なるバルーン材料から形成されてもよい。気体８０８−Ｂは、気体８０８−Ａと同一であってもよく、または気体８０８−Ａと異なってもよい。
【０１１８】
バルーン８０２−Ａ、８０２−Ｂは、
個別の体積
【０１１９】
【化４０】
2013534779.tif 000055
を有し、個別の音圧
【０１２０】
【化４１】
2013534779.tif 000056
を有する。バルーン８０２−Ａ、８０２−Ｂの間の間隙８１０（取着点８０６における）は、体積
【０１２１】
【化４２】
2013534779.tif 000057
および音圧
【０１２２】
【化４３】
2013534779.tif 000058
を有する。バルーン８０２−Ａの右側面の運動は、体積速度
【０１２３】
【化４４】
2013534779.tif 000059
を含む。同様に、バルーン８０２−Ｂの左側面の運動は、体積速度
【０１２４】
【化４５】
2013534779.tif 000060
を含む。
【０１２５】
バルーン５０２（図６Ａおよび６Ｂ）、気体５１０、および管５０４に関して前述の音響要素に基づいて、音響システム８００はまた、図８Ｂに示されるように、相当する電気音響回路（すなわち、音響インピーダンス相似物）として表され得る。したがって、キャパシタンス
【０１２６】
【化４６】
2013534779.tif 000061
は、それぞれ、バルーン８０２−Ａの左面、気体８０８−Ａ、およびバルーン８０２−Ａの右面と関連付けられる。キャパシタンス
【０１２７】
【化４７】
2013534779.tif 000062
は、間隙８１０と関連付けられる。キャパシタンス
【０１２８】
【化４８】
2013534779.tif 000063
は、それぞれ、バルーン８０２−Ｂの左面、気体８０８−Ｂ、およびバルーン８０２−Ｂの右面と関連付けられる。図示されないが、図８Ｂに示される電気音響回路は、挿入要素８０４を考慮するように修正されてもよいことを理解されたい。
【０１２９】
図９を参照すると、いくつかの異なる値のキャパシタンスを使用して、図８Ｂに示される電気音響回路に対する例示的な透過係数が示される。本実施例では、バルーン８０２−Ａ、８０２−Ｂは両方とも、
【０１３０】
【化４９】
2013534779.tif 000064
となるように、体積０．２２２ｃｍ３および膨張圧力３００ｍｂａｒを有する。バルーン８０２−Ａ、８０２−Ｂの間の間隙８１０は、大気圧におけるものであって、体積０．０９５ｃｍ３を有する。バルーンキャパシタンスの３つの異なる選択が使用される。曲線９０２の場合、キャパシタンスは、
【０１３１】
【化５０】
2013534779.tif 000065
である。曲線９０４の場合、キャパシタンスは、
【０１３２】
【化５１】
2013534779.tif 000066
である。曲線９０４の場合、キャパシタンスは、
【０１３３】
【化５２】
2013534779.tif 000067
である。
【０１３４】
図９に示されるように、２つのバルーン８０２−Ａ、８０２−Ｂに対する音響透過は、単一のバルーン（図７に示される）の音響透過に相似する。したがって、単一のバルーン（図７）同様に、２つのバルーン８０２−Ａ、８０２−Ｂの組み合わせもまた、低い周波数において約６ｄＢ／オクターブ勾配を有する一次高域フィルタのように作用する。
【０１３５】
図８Ａは、挿入要素８０４の長さに沿って（すなわち、図８Ｂに例示されるように、直列配列に）配置される２つのバルーン８０２−Ａ、８０２−Ｂを含む音響システム８００を例示する。別の実施形態によると、バルーン８０２−Ａ、８０２−Ｂは、挿入要素８０４上の同じ場所に位置してもよい。バルーン８０２−Ａ、８０２−Ｂは、したがって、並列配列に形成されてもよい。
【０１３６】
しかしながら、いくつかの二重バルーン上の測定は、周波数によって、より複雑な変動を呈した。この変動は、バルーン８０２−Ａ、８０２−Ｂの間の小さい漏れ口に起因し得る。
【０１３７】
次に、図１０Ａおよび１０Ｂを参照すると、音響システム１０００が示されており、外耳道の中の２つの拡張可能要素を表す。特に、図１０Ａは非反響性終端６０２を有する管５０４の中にバルーン８０２−Ａ、８０２−Ｂを含む音響システム１０００の断面図であって、図１０Ｂは、音響システム１０００の電気音響回路図である。音響システム１０００は、音響システム８００（図８Ａおよび８Ｂ）に相似するが、音響システム１０００は、取着点８０６において、漏れ口１００２を含む。
【０１３８】
漏れ口１００２は、バルーン８０２−Ａ、８０２−Ｂの間の短い円形通路としてモデル化され得る。漏れ口１００２に流入する体積速度は、
【０１３９】
【化５３】
2013534779.tif 000068
として表され、漏れ口１００２から流出する体積速度は、
【０１４０】
【化５４】
2013534779.tif 000069
として表される。ある波長以下の長さ（または、粘性境界層厚以下の半径）を有する流体（気体または液体）の体積は、単純な体積として処理可能でない場合がある。故に、一般的な理論は、円形通路（すなわち、漏れ口１００２）に沿った音響伝播に関して後述される。
【０１４１】
漏れ口１００２は、半径
【０１４２】
【化５５】
2013534779.tif 000070
および長さ
【０１４３】
【化５６】
2013534779.tif 000071
の中空の円形通路であるとする。漏れ口１００２の一端には、圧力
【０１４４】
【化５７】
2013534779.tif 000072
および体積速度
【０１４５】
【化５８】
2013534779.tif 000073
が存在し、他端には、圧力
【０１４６】
【化５９】
2013534779.tif 000074
および体積速度
【０１４７】
【化６０】
2013534779.tif 000075
が存在する。これらの数量は、概して、
【０１４８】
【数１２】
2013534779.tif 000076
のように、伝達マトリクス
【０１４９】
【化６１】
2013534779.tif 000077
を介して関連し、ここで、
【０１５０】
【数１３】
2013534779.tif 000078
であり、各値については、
【０１５１】
【数１４】
2013534779.tif 000079
であり、ここで、
【０１５２】
【化６２】
2013534779.tif 000080
は、気体（例えば、空気）の粘性係数を表し、
【０１５３】
【化６３】
2013534779.tif 000081
は、比熱比を表し、
【０１５４】
【化６４】
2013534779.tif 000082
は、プラントル数を表し、
【０１５５】
【化６５】
2013534779.tif 000083
は、別個の整数次数０および１に対する第１種ベッセル関数を表す。
【０１５６】
円形管である漏れ口１００２は、一般に、単純集中型要素表現を有していない。しかしながら、漏れ口１００２は、電気音響回路の中のネットワークブロックとして表され得る。故に、前述の音響要素に基づいて、漏れ口１００２を有する音響システム１０００はまた、図１０Ｂに示されるように、相当する電気音響回路（すなわち、音響インピーダンス相似物）として表され得る。図１０Ｂにおいて、伝達マトリクス
【０１５７】
【化６６】
2013534779.tif 000084
を有するネットワークブロック１００４は、漏れ口１００２を表す。図１０Ｂに示される回路は、図８Ｂに示される回路に相似するが、ネットワークブロック１００４を含有する。ネットワークブロック１００４は、バルーン８０２−Ａ、８０２−Ｂを表す回路要素のいくつかに並列に作用し得る。
【０１５８】
図１１を参照すると、いくつかの異なる漏れ口サイズ（および、伝達マトリクス
【０１５９】
【化６７】
2013534779.tif 000085
に対する式（１３））を使用して、図１０Ｂに示される電気音響回路に対する例示的な透過係数が示される。漏れ口サイズは、半径０ｃｍ（すなわち、漏れ口無し）、０．０１７ｃｍ、０．０５ｃｍ、および０．１ｃｍを含む。特に、曲線１１０２、１１０４、１１０６、および１１０８は、それぞれの漏れ口サイズ０ｃｍ、０．０１７ｃｍ、０．０５ｃｍ、および０．１ｃｍを表す。図１１に示されるように、漏れ口サイズによる、あるタイプの挙動から別のタイプの挙動への遷移が存在する。大きな半径の漏れ口（曲線１１０８）の場合、音響システム１０００は、効果的に、低周波数において６ｄＢ／オクターブ降下を有する単一の大型バルーンを表す。ゼロ漏れ口（曲線１１０２）の場合、音響システム１０００は、同様に、６ｄＢ／オクターブの低周波数挙動を有する二重バルーンシステムを表す。中間サイズの漏れ口（曲線１１０４および１１０６）において、音響システム１０００は、低周波数における単一のバルーンモードから、高周波数における二重バルーンモードに遷移し、したがって、約２００Ｈｚ−２０００Ｈｚ範囲にわたって、より複雑な周波数変動をもたらす。図１１に示される実施例では、減衰は、０．０１７ｃｍ漏れ口（曲線１１０４）の場合、比較的に平坦である。故に、選択的に、ある範囲の周波数にわたって、所望の応答に透過（および、減衰）を形成するように、バルーン８０２−Ａ、８０２−Ｂの間の漏れ口を設計可能であり得る。
【０１６０】
次に、図１２Ａ−１２Ｃを参照すると、音響システム１２００が示されており、外耳道の中に液体で充填された拡張可能要素を表す。特に、図１２Ａは、非反響性終端６０２を有する管５０４の中に液体１２０２で充填されたバルーン５０２を含む音響システム１２００の断面図であって、図１２Ｂは、液体１２０２で充填されたバルーン５０２と関連付けられた伝達ネットワークの回路図であって、図１２Ｃは、音響システム１２００の電気音響回路図である。
【０１６１】
音響システム１２００は、音響システム６００（図６Ａおよび６Ｂ）に相似するが、音響システム１２００は、液体１２０２で充填されたバルーン５０２を含む。バルーン５０２を液体１２０２（例えば、空気の代わりに水）で充填することによって、バルーン５０２の音響挙動を変化させ得る。バルーン５０２が、十分に短い長さである場合、微小体積として処理されてもよい（前述のように、気体の体積を保持することに相似する）。ある波長に匹敵する長さを有するバルーン５０２の場合、バルーン５０２は、透過線として処理されてもよい。これは、液体中の音速は、空気中よりもかなり速く、それにより、波長はそれに対応してより長いので、液体１２０２の場合に当てはまり得る。
【０１６２】
バルーン５０２の面５０８のすぐ内側の圧力は、
【０１６３】
【化６８】
2013534779.tif 000086
として表され、面５１２のすぐ内側の圧力は、
【０１６４】
【化６９】
2013534779.tif 000087
として表される。
【０１６５】
【化６９−１】
2013534779.tif 000088
をバルーンの長さとし、
【０１６６】
【化６９−２】
2013534779.tif 000089
を拘束管の内径とする。音圧
【０１６７】
【化７０】
2013534779.tif 000090
および体積速度
【０１６８】
【化７１】
2013534779.tif 000091
は、
【０１６９】
【数１５】
2013534779.tif 000092
によって、伝達マトリクス
【０１７０】
【化７２】
2013534779.tif 000093
を介して関連し得る。
【０１７１】
【化７２−１】
2013534779.tif 000094
が十分に大きい場合、粘性および熱境界層の影響は、無視され得、その結果、独立変数
【０１７２】
【化７３】
2013534779.tif 000095
もまた、大きく、
【０１７３】
【化７４】
2013534779.tif 000096
となる。したがって、
【０１７４】
【数１６】
2013534779.tif 000097
となり、ここで、
【０１７５】
【化７５】
2013534779.tif 000098
は、波数であり、
【０１７６】
【化７６】
2013534779.tif 000099
は、
【０１７７】
【数１７】
2013534779.tif 000100
のように求められる液体の特性インピーダンスである。
【０１７８】
図１２Ｂに示されるように、式（２１）は、伝達ネットワークとして表され得る。伝達ネットワークの場合、
【０１７９】
【数１８】
2013534779.tif 000101
である。
【０１８０】
さらに、
【０１８１】
【化７６−１】
2013534779.tif 000102
が小さいと仮定される場合、式は、さらに簡略化されて、
【０１８２】
【数１９】
2013534779.tif 000103
である。式（２５）および（２６）において、それぞれ、
【０１８３】
【化７７】
2013534779.tif 000104
は、インダクタンスを表し、
【０１８４】
【化７８】
2013534779.tif 000105
は、キャパシタンスを表し、
【０１８５】
【数２０】
2013534779.tif 000106
である。インダクタンス
【０１８６】
【化７９】
2013534779.tif 000107
は、体積中に含有される液体の質量に直接的に関連する。キャパシタンス
【０１８７】
【化８０】
2013534779.tif 000108
は、液体の弾性コンプライアンスに関連する。
【０１８８】
故に、前述の音響要素および図１２Ｂに示される伝達ネットワークに基づいて、音響システム１２００は、図１２Ｃに示されるように、相当する電気音響回路（すなわち、音響インピーダンス相似物）として表され得る。図１２Ｃに示される回路は、インダクタンス
【０１８９】
【化８１】
2013534779.tif 000109
を含有し、キャパシタンス
【０１９０】
【化８２】
2013534779.tif 000110
をキャパシタンス
【０１９１】
【化８３】
2013534779.tif 000111
と置換することを除いて、図６Ｂに示される回路に類似している。
【０１９２】
図１３を参照すると、水で充填されたバルーンに対していくつかの値のキャパシタンスを使用して、図１２Ｃに示される電気音響回路の例示的な透過係数が示される。本実施例の場合、バルーン体積は、０．７１３ｃｍ３であり、拘束管は、内径０．９５３ｃｍを有する。面５０８、５１２のキャパシタンス
【０１９３】
【化８４】
2013534779.tif 000112
は、以下の論拠に従って推定され得る。膨張しているバルーン５０２の形状は、主に、膜を横断する圧力差に依存し、バルーン５０２が含有する液体１２０２（例えば、水）には、依存しないであろう。水で充填されたバルーン５０２が、空気で充填されたバルーンに匹敵する体積まで膨らまされる場合、匹敵する膨張圧力が存在し得る。本実施例では、膨張圧力は、３００ｍｂａｒに選択される。キャパシタンス
【０１９４】
【化８５】
2013534779.tif 000113
は、
【０１９５】
【化８６】
2013534779.tif 000114
を含む。特に、曲線１３０２は、
【０１９６】
【化８７】
2013534779.tif 000115
を表し、曲線１３０４は、
【０１９７】
【化８８】
2013534779.tif 000116
を表し、曲線１３０６は、
【０１９８】
【化８９】
2013534779.tif 000117
を表す。図１３に示されるように、透過は、約２または３ｋＨｚまで非常に低い。曲線１３０２および１３０４は、水の質量およびバルーン材料の剛性に起因して、低周波数の共振を含んでいる。一般に、バルーン５０２を液体１２０２で充填することによって、システム１２００は、低域フィルタとして作用し得る。
【０１９９】
概して、図２および６Ａ−１３を参照すると、本発明の例示的な閉塞区画２０２は、１つ以上の拡張可能要素２０８の拡張された状態に対して、ある周波数帯域にわたって、所定の音減衰特性をもたらすように形成され得る。所定の音減衰特性は、外耳道１０８の中の閉塞区画２０２の電気音響回路モデルに従って、閉塞区画２０２の物理パラメータ（拡張可能要素２０８の材料、媒体２２８、ならびに挿入要素２０６の影響等）を選択することによってもたらされ得る。したがって、適切な材料および媒体は、実質的に、拡張可能要素２０８および媒体２２８の音響要素特性に整合し、所定の音減衰特性をもたらすように選択され得る。所定の音減衰特性は、一般に、音が実質的に減衰させられる第１の周波数範囲と、音が実質的に通過される第２の周波数範囲とを含んでもよい。
【０２００】
所定の音減衰特性は、また、異なる媒体２２８で充填された複数の拡張可能要素２０８（相似または異なる材料を有する）を組み合わせることによってもたらされ得ることを理解されたい。例えば、気体で充填された第１の拡張可能要素２０８（高域フィルタを生成するため）は、液体で充填された第２の拡張可能要素２０８（低域フィルタを生成するため）と組み合わされてもよい。異なる媒体２２８を有する２つの拡張可能要素２０８の組み合わせは、帯域通過フィルタを生成し得る。
【０２０１】
次に、図１４Ａ−１４Ｄを参照すると、管内の単一の拡張可能要素の種々のパラメータに対する例示的な減衰特性が示される。図１４Ａは、拡張可能要素の種々の長さに対する、周波数の関数としての有効減衰のグラフである。図１４Ａにおいて、長さ４ｍｍ、５ｍｍ、および９ｍｍの場合の結果が例示される。図１４Ｂは、拡張可能要素の中の種々のゲージ圧力に対する、周波数の関数としての有効減衰のグラフである。図１４Ｂにおいて、水平曲線は、閉塞されていない管を例示する。残りの曲線は、拡張可能要素の中における種々のゲージ圧力を例示する。図１４Ｃは、種々の管直径の拡張可能要素に対する、周波数の関数としての有効減衰のグラフである。図１４Ｃにおいて、管直径６．３５ｍｍ、９．５３ｍｍ、および１２．７ｍｍの場合の結果が示される。図１４Ｄは、異なる材料から形成される拡張可能要素に対する、周波数の関数としての有効減衰のグラフである。
【０２０２】
図１４Ａ−１４Ｄは、例示的な拡張可能要素の高域フィルタ特性を例示する。図１４Ｂは、より低い周波数における減衰量が、ゲージ圧力に依存し得ることを例示する。図１４Ｄは、フィルタ特性に及ぼす拡張可能要素の材料の影響を例示する。
【０２０３】
次に、図１５−１７を参照すると、管内の異なる閉塞区画についての例示的な減衰特性が示されている。図１５は、１つおよび２つの拡張可能要素を有する例示的な閉塞区画に対する、周波数の関数としての有効減衰のグラフである。図１５では、曲線１５０２は、閉塞されていない管を表し、曲線１５０４は、単一バルーンを表し、曲線１５０６は、二重バルーンを表す。図１６は、空気または水で充填された単一バルーンに対する、周波数の関数としての有効減衰のグラフである。図１６では、曲線１６０２は、閉塞されていない管を表し、曲線１６０４は、空気で充填されたバルーンを表し、曲線１６０６は、水で充填されたバルーンを表す。図１７は、フランジ（図４Ａ−４Ｄに示されるように）の有無に関して、例示的な拡張可能要素に対する、周波数の関数としての有効減衰のグラフである。図１７において、曲線１７０２は、閉塞されていない管を表し、曲線１７０４は、単一バルーンを表し、曲線１７０６は、フランジを有する単一バルーンを表す。
【０２０４】
図１５は、単一および二重バルーンは両方とも、高域フィルタ特性を有することを例示する。図１６は、水で充填されたバルーンの中における低周波数の共振の存在を例示する（曲線１６０６）。図１７は、フランジが、バルーン単独と比較して、周波数範囲にわたって減衰の増加を提供することを例示する。
【０２０５】
本発明は、具体的実施形態を参照して、本明細書に例示および説明されるが、本発明は、図示される詳細に限定されることを意図しない。むしろ、種々の修正は、請求項の範囲および均等物の範囲の中において、本発明から逸脱することなく、細部に関して行なわれてもよい。
【図１】
2013534779.tif 000118
【図２】
2013534779.tif 000119
【図３】
2013534779.tif 000120
【図４Ａ】
2013534779.tif 000121
【図４Ｂ】
2013534779.tif 000122
【図４Ｃ】
2013534779.tif 000123
【図４Ｄ】
2013534779.tif 000124
【図５Ａ】
2013534779.tif 000125
【図６Ａ】
2013534779.tif 000126
【図６Ｂ】
2013534779.tif 000127
【図８Ａ】
2013534779.tif 000128
【図８Ｂ】
2013534779.tif 000129
【図１０Ａ】
2013534779.tif 000130
【図１０Ｂ】
2013534779.tif 000131
【図１２Ａ】
2013534779.tif 000132
【図１２Ｂ】
2013534779.tif 000133
【図１２Ｃ】
2013534779.tif 000134
【図５Ｂ】
2013534779.tif 000135
【図７】
2013534779.tif 000136
【図９】
2013534779.tif 000137
【図１１】
2013534779.tif 000138
【図１３】
2013534779.tif 000139
【図１４Ａ】
2013534779.tif 000140
【図１４Ｂ】
2013534779.tif 000141
【図１４Ｃ】
2013534779.tif 000142
【図１４Ｄ】
2013534779.tif 000143
【図１５】
2013534779.tif 000144
【図１６】
2013534779.tif 000145
【図１７】
2013534779.tif 000146
【国際調査報告】
2013534779.tif 000147