張靜 朱亮亮 萬德勝 王文暉

摘 要：噪音污染一直就困擾著人們的日常生活，影響人們的正常作息。隨著我國城市建設(shè)步伐的加快，車輛數(shù)目的不斷增加且人們?nèi)粘Ｗ飨r間差異的拉大，將會有更多的噪音產(chǎn)生。目前想要大規(guī)模將建筑安裝隔音層顯然是不現(xiàn)實的，且仍舊無法隔絕室內(nèi)噪音，因此佩戴耳塞是一個相對來說經(jīng)濟(jì)且有效的方法。

傳統(tǒng)硅膠耳塞具有無法真正隔絕聲音、舒適度低和不能自動從耳朵脫落易使耳道發(fā)炎等缺點，所以他無法真正幫助人們遠(yuǎn)離噪音污染，因此我們需要一款真正能夠幫助人們解決這些問題的耳塞設(shè)備，而智能耳塞正是基于這一點設(shè)計的，它的出現(xiàn)將為人們創(chuàng)造一個舒適、健康的寧靜世界。

1 外形結(jié)構(gòu)及使用材料

由于該設(shè)備工作于外耳道前段區(qū)域，因此該智能耳塞大小與傳統(tǒng)耳塞相近，主要包含兩個部分，即與外耳道前段相接觸的接觸部和尾端控制部，二者都為圓柱形且于同一軸線相接，接觸部相對控制部更細(xì)長。圓柱型接觸部內(nèi)部是真空的，外部共分3層，最內(nèi)端為記憶合金的金屬層，最外端為合成硅膠表面，中間為兩材料的粘合面（根據(jù)實際情況也可以有隔熱功能）。

該智能耳塞設(shè)備接觸部主要使用的材料有記憶合金，合成硅膠。由于記憶合金具有在特定溫度下變形的特性，其具有某一特定形變溫度，即變態(tài)溫度（例如鎳鈦記憶合金的變態(tài)溫度為32℃），而其記憶性主要體現(xiàn)為當(dāng)其受熱升溫時，記憶合金形變方向會按照其初始形狀變化，因此耳塞可以按照初始預(yù)定方向膨脹，而且記憶合金形變有較強恢復(fù)力，可抵消內(nèi)外空氣壓強不一而造成的壓力。合成硅膠與人體皮膚有較強接觸性，因此當(dāng)接觸部膨脹與外耳道接觸時，合成硅膠便會與外耳道內(nèi)壁充分接觸，阻斷聲波從接觸部入耳的途徑。且合成硅膠質(zhì)地柔軟，不會使外耳道有任何不舒適感。

2 尾端控制系統(tǒng)的設(shè)計

智能耳塞的尾端控制系統(tǒng)主要包含三個部分：內(nèi)置電源部分、時鐘部分、微控制器部分。其中，內(nèi)置電源部分主要有內(nèi)置微型鋰電池、穩(wěn)壓電路、電源充接口（與PC連接口共用）、開關(guān)式調(diào)節(jié)器。時鐘部分主要有時鐘發(fā)生器。微控制器主要部件有各傳感器、中斷控制器、計時器、及電流發(fā)生和變壓裝置。

由于設(shè)計該智能耳塞的初衷就是要制作一種能夠擁有傳統(tǒng)耳塞所不具備的諸多優(yōu)點，從而在市場上能取代傳統(tǒng)耳塞，而其舒適、健康、超強隔音效果等優(yōu)點的體現(xiàn)就需要綜合許多現(xiàn)代科技，接下來其設(shè)計方案和工作流程。

為使智能耳塞佩戴感舒適，使用合成硅膠作為其接觸部外表面（在前文材料選擇中已敘述這里不再重復(fù)），合成硅膠層和記憶合金層分別接有壓力傳感器和溫度傳感器，壓力傳感器采集耳塞接觸部和外耳道接觸面間的壓力系數(shù)，這些系數(shù)將會傳至微處理器，當(dāng)達(dá)到某一閥值（即會使人耳產(chǎn)生不適應(yīng)感的壓力值）時，微處理器立即控制中斷，因此耳塞與接觸部與外耳道間壓力始終不超過這個值；溫度傳感器主要作用在于當(dāng)微處理器對壓力做出反應(yīng)后，溫度傳感器采集溫度系數(shù)，微控制器對電流做出調(diào)整，使合金溫度固定于所需值，從而記憶合金不再發(fā)生形變。

智能耳塞之所以健康是因為它不需要傳統(tǒng)耳塞那樣整晚呆在耳朵里而使耳道發(fā)炎，其擁有自動關(guān)機的功能，在集成器件中裝有一時鐘發(fā)生器，外部連接一晶振，微控制器上連有一計時器且可以在PC端下載（連接口在微控制器部件中已介紹）計時器程序，通過改變程序可改變耳塞待機時長，當(dāng)耳塞開機后各計時部件即開始工作，計時器到時時微控制器十點使電源中斷，記憶合金因熱量來源消失開始降溫回縮，不久后將與外耳道脫離接觸從耳朵內(nèi)滑出。

智能耳塞的超強隔音效果來源于其全新的隔音方式——真空層隔音，由于接觸部內(nèi)部是完全真空的，而記憶合金變形時亦不會將任何氣體帶入，因此當(dāng)接觸部膨脹至與外耳道完全接觸后就會在外耳道前段形成一個真空層，整個設(shè)計的核心正是 “聲波無法在真空中傳播”這一基本物理定律。

工作流程簡要分以下四點

1.小型開關(guān)手動開啟后，計時器即開始按程序計時，同時集成器件中產(chǎn)生電流。

2.記憶合金升溫，開始膨脹變形，耳塞外部合成硅膠層與外耳道前段緊密接觸，同時溫度傳感器和壓力傳感器開始采集各系數(shù)于微控制器。

3.當(dāng)壓力達(dá)到某系數(shù)時，微控制器即控制中斷，產(chǎn)熱隨即減慢或停止，記憶合金溫度不再變化，保持與某一恒定形狀。

4.計時器到時，設(shè)備完全關(guān)閉，合金降溫回縮，耳塞與外耳道脫離從耳朵脫落。

較之傳統(tǒng)耳塞，智能耳塞在正常工作后是靜止與外耳道內(nèi)，因此它不會像傳統(tǒng)耳塞那樣對外耳道有一種持續(xù)的壓力因而智能耳塞佩戴感就更加舒適；其次，智能耳塞能夠?qū)崿F(xiàn)自動關(guān)機，因此，它不會想傳統(tǒng)耳塞那樣長時間停留在耳朵里造成耳道的發(fā)炎；最后，智能耳塞采用的是全新的隔音方式，能夠?qū)崿F(xiàn)最大限度的隔音，使人耳在其正常工作時幾乎無法聽到外界的任何聲音。