Гарнитура для мобильного электронного устройства

Иллюстрации

Показать все

Изобретение относится к области вспомогательного оборудования для мобильных телефонов, такого, как носимые абонентом наушники. Техническим результатом является повышение надежности фиксации устройства на теле пользователя, исключение провисания, запутывания и цепляния проводов за окружающие предметы, а также ограничения свободы движений пользователя за счет устойчивого расположения дополнительного узла соединения проводов на голове пользователя. Для этого гарнитура для мобильного электронного устройства содержит нашейную петлю с электрическим соединителем, с которым соединены провода наушников, соединенных с нашейной петлей. Места соединения проводов с нашейной петлей находятся в непосредственной близости друг от друга и образуют дорсальный узел соединения проводов. Провода дополнительно механически соединены друг с другом в месте, расположенном на участках между наушниками и дорсальным узлом соединения проводов, с образованием в месте их соединения субокципитального узла соединения проводов. При ношении пользователем, в рабочем положении, дорсальный узел соединения проводов и субокципитальный узел соединения проводов предназначены для размещения на дорсальной поверхности шеи, а провода на участках между наушниками и субокципитальным узлом предназначены для размещения поверх ушной раковины и расположены на поверхности головы в натянутом состоянии. 2 н. и 28 з.п.ф-лы, 45 ил., 1 табл.

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройствам электросвязи, более конкретно, к гарнитуре для мобильного электронного устройства.

Уровень техники

Известные в настоящее время стерео гарнитуры, выполненные по типу колье, ожерелья или нашейной петли, имеют, преимущественно, два типа соединения наушников с нашейной петлей: гарнитуры с двумя боковыми узлами, в которых провода от наушников соединены с нашейной петлей и при этом не соединены между собой, и гарнитуры с одним задним узлом, в котором провода наушников соединены между собой и с нашейной петлей в одном указанном узле.

Известна гарнитура (US 7416099 B2, дата публикации 26.08.2008), которая содержит наушники, соединенные проводами с поддерживающей структурой, в которой расположен приемопередатчик сигналов и которая соединена с ожерельем - нашейной петлей.

Указанная гарнитура имеет большую длину незакрепленных участков проводов, соединяющих наушники с нашейной петлей, поскольку дополнительная длина необходима при поворотах и движении головы пользователя относительно туловища. Гарнитура имеет два узла и длина подвижной части проводов в данной гарнитуре составляет более 19 см. Провода свободно висят в воздухе над поверхностью тела на протяжении всей длины проводов, поэтому возникает провисание проводов, из-за чего провода могут спутываться, цепляться за окружающие предметы. Кроме того, указанную гарнитуру затруднительно носить под одеждой как в рабочем, так и в нерабочем состоянии, т.е. при снятых наушниках.

Также известно устройство для хранения наушников (US 7936895 В2, опубликован 03.05.2011), которое содержит ожерелье - аналог нашейной петли, два соединителя, расположенные на двух концах ожерелья, и стопорные элементы. При этом размеры соединителей меньше, чем размеры стопорных элементов и размеры наушников, что позволяет убирать наушники в нерабочем положении. Стопорные элементы фактически являются узлами соединения, и данное устройство относится к гарнитурам с двумя боковыми узлами. Данное устройство для хранения наушников имеет все недостатки, присущие предыдущему рассматриваемому устройству: провисание проводов, невозможность носить устройство под одеждой и управлять им поверх одежды.

Известен также вытяжной шнур в виде нашейной петли для носимого электронного устройства (US 7650007 B2, опубликован 19.01.2010), который включает два боковых узла соединения и обеспечивает возможность регулировки длины проводов наушников, но указанный вытяжной шнур не устраняет провисание проводов в рабочем положении.

Известно аудиоустройство по типу ожерелья (WO 2012/015257 A1, дата публикации 02.02.2012), в котором провода наушников образуют нашейную петлю, будучи прикрепленными своими концами к электрическому соединителю, расположенному на груди пользователя, и, пересекаясь между собой посредством двойной втулки, находящейся в задней части ожерелья - нашейной петли, причем втулка предназначена для регулирования длины нашейной петли и проводов наушников. В указанном устройстве длина проводов, соединяющих наушник с ожерельем - нашейной петлей, даже длиннее, чем у гарнитур в виде колье с двумя боковыми узлами, что способствует провисанию проводов, а особенности регулировки длин проводов в данной гарнитуре исключает возможность ее ношения под одеждой.

Таким образом, известные устройства, во-первых, имеют избыточные по длине незакрепленные участки проводов, соединяющих головную часть гарнитуры с нашейной петлей (гарнитуры с одним узлом имеют длину свободновисящих проводов примерно 19 см, а гарнитуры с двумя боковыми узлами - примерно 25 см), и, во-вторых, незакрепленные части проводов в известных устройствах недостаточно плотно прилегают к поверхности тела. Слабина проводов не может быть полностью выбрана без ограничения свободы движений головы пользователя. Поэтому при использовании известных устройств провода либо провисают, запутываются и цепляются за окружающие предметы, либо ограничивают свободу движений.

Таким образом, до настоящего времени не создано устройство постоянного ношения с небольшой общей длиной свободновисящих проводов, близко прилегающих к телу, не ограничивающих движения головой. Создание подобного устройства могло бы повысить удобство использования, надежность фиксации на теле пользователя, могло бы предотвратить выход из строя при зацеплении проводов за окружающие предметы.

В общем случае провисание провода зависит от следующих факторов:

длины подвижной части проводов между фиксированными точками; во всех известных нашейных гарнитурах это длина провода от наушника до нашейной петли, поэтому, чем меньше длина подвижной части проводов, тем меньше провисание;

натяжения провода;

степени прилегания провода к поверхности тела;

расположения проводов; провода, расположенные на плоскости, не провисают, в отличие от проводов, висящих в воздухе или расположенных над естественными впадинами на поверхности тела пользователя.

Действие вышеуказанных факторов на примере известных устройств и устройства согласно изобретению проиллюстрировано на чертежах и поясняется ниже.

Обоснование предложенного конструктивного выполнения гарнитуры для мобильного электронного устройства

При ношении пользователем гарнитуры (фиг.1), выполненной в виде нашейной петли, узел соединения проводов 5 наушников с нашейной петлей 1 расположен на дорсальной поверхности шеи пользователя, в области седьмого шейного позвонка. Несколько ниже на теле человека располагается желобообразное углубление, лежащее между остистыми и поперечными отростками позвонков sulcus dorsalis, на уровне 2-3 грудных позвонков в межлопаточной области, где по месту прикрепления по медиальным краям обеих лопаток передней зубчатой мышцы - musculis serratus anterior, а также большой и малой ромбовидных мышц musculae rhomboidei major et minor, в зависимости от телосложения и развития подкожно-жировой клетчатки образуется разной степени выраженности ямка размером около 4х5 см. В этой ямке может располагаться механизм сматывания проводов и карман хранения наушников, не выступая над поверхностью тела и, таким образом, не доставляя неудобств пользователю.

От узла соединения проводов на нашейной петле провода проходят вверх к затылочной части головы по дорзальной поверхности шеи, по паравертебральному углублению sulcus costae vertebralis major, не достигая наружного затылочного бугра на уровне 1-2 шейных позвонков, где целесообразно расположить дополнительный узел соединения проводов - субокципитальный узел 6. Если от субокципитального узла провода направить V-образно в косом передне-верхнем направлении чуть выше или по линии роста волос, практически совпадающей с верхней затылочной линией черепа, через сосцевидные области regiones mastoideae шеи, выше сосцевидных отростков, через проекцию ligamentum auriculare superior, прикрепляющую верхнюю часть хряща ушной раковины к чешуйчатой части височной кости по верхнему отделу ушной раковины между передним завитком и козелком наружного уха к точке фиксации в наушнике 3 соответствующей стороны, то устойчивому положению субокципитального узла соединения проводов будет способствовать наличие фиксирующих анатомических образований в точке приведения сил, таких как наружный затылочный бугор и латеральные затылочные выступы, а плотное прилегание проводов на коже головы достигается благодаря натянутости их по дорсальной поверхности шеи и головы в местах проведения по типу подпруги за счет частичного крючкообразного перехлеста проводов наушников через ligamentum auriculare с дополнительным фиксированием наушников внутри ушной раковины.

При таком способе крепления подвижны только провода на участке 7 между узлами 5 и 6, и только данный участок может иметь провисание для компенсации длины проводов, которая изменяется при повороте головы в горизонтальной плоскости, отклонении головы назад, качание из стороны в сторону, а также при сочетании этих движений, то есть при всех возможных вариантах, возникающих в замкнутых кинематических цепях шеи.

Провода 4 сравнительно плотно прилегают к коже головы и неподвижны относительно головы пользователя, их длина не меняется при всех вышеописанных движениях или их длина меняется столь незначительно, что этими изменениями можно пренебречь.

Плотности прилегания и неподвижности проводов 4 между точками способствует также сотовое соединительнотканное строение подкожно-жировой клетчатки затылочной области, малое смещение кожных покровов в этой зоне, наличие идущих в поперечном направлении на коже, так называемых лангеровских линий, а также прохождение провода по ложбине заушной впадины, крючкообразный их перехлест и расположение наушников в наружном ухе.

В комплексе с субокципитальным узлом натяжение и отсутствие провисания также обеспечиваются конструкцией применяемого наушника, размещенного внутри ушной раковины, в большинстве случаев не имеющего дужки, но имеющего жесткую часть - ножку наушника, прикрепленную к корпусу наушника, лежащего в наружном ухе, и продолжающуюся вверх от ножки завитка ушной раковины по восходящей части завитка к ligamentum auriculare superior, месту прикрепления верхней части ушной раковины к височной кости. От жесткой ножки отходит гибкий провод, перегибаясь через вышеуказанный ligamentum auriculare superior под углом менее 45°, что способствует тому, что жесткая ножка наушника образует рычаг, где при случайном срывании проводов наушников, то есть при натяжении провода с вектором натяжения вниз и назад, возникающий момент силы упирает наушник в козелок, фиксируя таким образом наушник между козелком и наружным слуховым проходом.

С точки зрения биомеханики следует указать, что движения головы описываются исходя из замкнутых кинематических схем и экстраполяцию даже достаточно сложных комбинаций движений головы на созданные точки фиксации можно рассматривать только в одной описательной категории - удлинение-укорочение длины провода между дорсальным узлом соединения проводов на нашейной петле и субокципитальным узлом соединения проводов, который практически неподвижен относительно головы, располагаясь под наружным задним затылочным бугром.

Для построения замкнутой кинематической модели гарнитуру можно представить как состоящую из двух основных частей и их подвижного соединения (фиг.1).

Первая часть, головная, неподвижна относительно головы пользователя, состоит из двух наушников 3, двух проводов наушников 4, огибающих ушную раковину сверху, и субокципитального узла 6.

Вторая часть, неподвижная относительно тела пользователя, состоит из нашейной петли 1 и узла соединения проводов, размещенного на нашейной петле на дорсальной поверхности шеи - дорсального узла 5.

Положение узлов соединения проводов 5 - точка А (фиг.2) и 6 - точка В (фиг.2) выбрано, как показано на фиг.1. В этом случае длина свободно висящего провода 7 на участке между узлами должна быть минимальна.

Для того чтобы определить длину участка АВ, необходимо рассмотреть изменение расстояния между точками А и В при поворотах головы. В данном случае под расстоянием следует понимать длину геодезической линии, соединяющей точки A и B на поверхности шеи (фиг.2б). Определим сначала удлинение провода при вращении головой в сторону. Максимальный угол поворота головы 90°. Определим расстояние AB.

Для определения длины геодезической линии необходимо математически описать поверхность шеи и возможные движения головы и шеи. Поверхность шеи с достаточной точностью можно представить в виде цилиндра (фиг.2а). Голова и шея могут совершать следующие движения: сгибание-наклон вперед, разгибание-наклон назад, отведение и приведение-наклоны влево и вправо, повороты влево-вправо. Большая подвижность шейного отдела позвоночника объясняется его расчлененностью: при высоте около 13 см он содержит 7 некрупных позвонков и 6 высоких межпозвоночных дисков. Между I шейным позвонком и затылочной костью, в атланто-окципитальном суставе, происходят приведение/отведение и сгибание/разгибание головы, а между I и II шейным позвонком - повороты головы вправо и влево. Совместная работа этих суставов обеспечивает движение головы вокруг трех осей. Таким образом, совместные движения головы и шеи совершаются по отношению к туловищу, а самостоятельные движения головы - по отношению к шее. Это происходит потому, что шейный отдел позвоночника обладает большой гибкостью, а между первым и вторым шейным позвонком могут происходить самостоятельные движения.

Рассмотрим поведение кинематической модели гарнитуры при поворотах головы в горизонтальной плоскости.

При повороте головы в горизонтальной плоскости происходит скручивание шеи в основном в области между первым и вторым позвонком. При этом, поскольку шейный отдел позвоночника располагается ближе к задней поверхности шеи, ось скручивания также близка к задней поверхности цилиндра. Так как скручивание осуществляется только в верхней части цилиндра вокруг нецентральной оси, поверхность цилиндра искажается. Искажение это наиболее сильно в области первого-второго шейного позвонка, где и располагается точка В. Основная же часть геодезической линии проходит ниже искажения, поэтому в расчете мы будем полагать поверхность цилиндрической. Важным вопросом является определение положения точки В при скручивании верхней части цилиндра на максимальный угол α=π/2. Поскольку уши расположены симметрично относительно оси скручивания, т.е. оси позвоночника, а точка В закреплена натянутыми проводами также в симметричном положении, следует ожидать положение точки В при следующем центральном угле φ (фиг.2б).

ϕ = arcsin ( R − D R ) (1)

Высота точки В также не изменится при повороте из-за фиксации ее натянутыми проводами наушников.

Рассмотрим задачу о геодезической линии цилиндра с радиусом основания R и высотой h (фиг.2б). Линия проходит через две диаметрально противоположные точки на разных основаниях.

Ее длина:

Поскольку кривая лежит на поверхности цилиндра, удобно использовать цилиндрические координаты, при этом dx2+dy2=R22, где φ - полярный угол (фиг.2б). В полярных координатах задача сводится к нахождению зависимости z(φ), при которой длина кривой минимальна или минимален функционал:

S = ∫ 0 ϕ 0 R 2 + z ′ 2 d ϕ (2)

Из вариационного исчисления известно, что минимум достигается для кривой, удовлетворяющей уравнению Эйлера, в данном случае:

( z ′ R 2 + z ′ 2 ) ′ = 0 (3)

Отсюда следует, что z'(φ)=а, где a - постоянный коэффициент, тогда z(φ)=а×φ+b. Коэффициенты определяются через граничные точки А (R,0,0) - точка крепления нижнего зажима, и В (R,φ0,h) при этом полярный угол φ=0 в точке A и равен φ0 в точке B. Тогда коэффициенты имеют следующий вид a=h/φ0, b=0. Тогда z(φ)=φ×h/φ0. А длина кривой равна значению функционала, т.е.:

S = ∫ 0 ϕ 0 R 2 + h 2 / ϕ 0 2 d ϕ = ϕ 0 2 R 2 + h 2 (4)

Таким образом, изменение расстояния АВ или подвижность проводов ΔS составляет следующую величину:

Δ S = h 2 + R 2 ϕ 0 2 − h (5)

где R - радиус цилиндра, φ0 - угол поворота узла B, определенный относительно центральной оси цилиндра, h - высота узла. С учетом выражения 1 получаем выражение для подвижности проводов:

Δ S t = h 2 + R 2 arcsin 2 ( R − D R ) − h (6)

Рассмотрим теперь для сравнения изменение длины проводов при горизонтальном повороте головы в гарнитурах-аналогах. На фиг.3a приведен один из примеров такой гарнитуры. В данном случае провода зафиксированы зажимом в точке А и подвижной частью является весь провод от точки A до наушников, расположенных в точках С и D. Условно обозначим ее как гарнитуру с одним узлом. Таким образом, подвижность проводов можно определить по разности расстояний от точки А и D при повороте головы на угол 90° в одну сторону и в другую сторону, поскольку если в одну сторону расстояние или длина геодезической линии увеличивается, то в другую уменьшается. Эти два расстояния можно определить на фиг.3б, при этом минимальное расстояние есть длина линии AC, а максимальное расстояние соответствует линии AD. В результате подвижность проводов может быть найдена из выражения 5, полагая h=H и φ0= π, и имеет вид:

Δ S t 1 = H 2 + R 2 π 2 − H (7)

Рассмотрим еще один вид гарнитуры, который условно назовем гарнитурой с двумя боковыми узлами (фиг.4а). В этом случае будем считать, что провод гарнитуры при повороте все время проходит через точки у основания цилиндра, т.е. точки А и В - узлы соединения проводов. Тогда минимальное расстояние между точками A и C или B и D есть Н. А максимальное расстояние при повороте головы на 90° показано геодезическими линиями AC и BD (фиг.4б). В результате подвижность проводов также находится из выражения 5, полагая h=H и φ0= π/2, и определяется следующим выражением:

Δ S t 2 = H 2 + R 2 π 2 / 4 − H (8)

Далее рассмотрим поведение кинематической модели при наклонах головы вперед-назад в вертикальной плоскости.

Наклоны головы осуществляются вращением головы вокруг оси, проходящей между первым шейным позвонком и затылочной костью. При этом наклон зачастую сопровождается наклоном всего шейного отдела позвоночника. Для гарнитуры с двумя узлами наклон шеи незначительно влияет на расстояние AB, а поворот головы оказывает значительное влияние, поскольку узел B расположен непосредственно на затылочной части. Таким образом, смещение узла В можно оценить, зная расстояние от В до оси поворота r и угол поворота α (фиг.5a), как

ВВ0=r α (9)

Получим выражение для длины отрезка АВ при произвольном угле наклона α, из треугольника АОВ получаем (фиг.5б):

AB2=AO2+r2-2AO r cos(α+β) (10)

Расстояние до оси r можно определить через расстояние от задней поверхности шеи до центра шейного отдела позвоночника, т.е. R-D и разницу высот точки B и оси поворота головы h0:

r = ( R − D ) 2 + h 0 2 (11)

Из треугольника OO1A получаем следующее выражение:

A O = ( R − D ) 2 + ( h + h 0 ) 2 (12)

Выражение для угла β можно получить из выражений 10, 11 и 12, подставив туда α=0, AB=h.

β = arccos ( R − D ) 2 ​ + h h 0 + h 0 2 ( ( R − D ) 2 + ( h + h 0 ) 2 ) ( ( R − D ) 2 + h 0 2 ) (13)

Таким образом, выражение для АВ имеет вид:

A В ( α ) = 2 ( R − D ) 2 + ( h + h 0 ) 2 + h 0 2 − 2 ( ( R − D ) 2 + ( h + h 0 ) 2 ) ( ( R − D ) 2 + h 0 2 ) cos ( α + β ) (14)

Необходимо отметить, что в случае наклона головы назад выражение 14 перестает быть верным, поскольку отсутствует натяжение кожи и мягких тканей дорсальной части шеи. В этом случае уместно оценивать расстояние ВВ0 как разницу высот точек В и В0.

Δh=r (cos(γ0+α)-cosγ0) (15)

В результате подвижность проводов вычисляется из выражения 14, подставляя α=αm - максимальный угол наклона, и 15, подставляя α=-αm:

Δ S с = A B ( α m ) − ( R − D ) 2 + h 0 2 ( cos ( γ 0 − α m ) − cos γ 0 ) (16)

Очевидно, что αm не может превысить γ0 в силу ограничения на деформацию шеи. Для оценки подвижности проводов можно положить αm0, тогда с учетом выражения 14 получим:

Δ S с = A B ( γ 0 ) − ( R − D ) 2 + h 0 2 ( 1 − cos γ 0 ) (17)

В случае гарнитур с одним узлом или с двумя боковыми узлами поворот в вертикальной плоскости влияет на высоты точек С и D. Изменение последних Δh0 можно определить, зная относительное расстояние r0 между осью CD и осью поворота, а также угловое положение этих осей α0 (фиг.6а):

Δh0=r0 (cosα0-cos(α0+α)) (18)

В результате изменение расстояния или подвижность проводов для гарнитуры с одним узлом можно получить из формулы 4, полагая вместо h величину H-Δh0 и φ= π/2. В этом случае угол α меняется от в пределах - αm<α<αm, а высота в пределах:

Δh01=r0 (cosα0-cos(α0m))<Δh0<r0 (cosα0-cos(α0m))=Δh02 (19)

Δ S с 1 = ( H − Δ h 01 ) 2 + R 2 π 2 / 4 − ( H − Δ h 02 ) 2 + R 2 π 2 / 4 (20)

Случай гарнитуры с двумя боковыми узлами рассмотрен на фиг.6б. При этом подвижность проводов можно оценить через изменение высот точек С и D. Тогда из выражения 14 получаем подвижность проводов в следующем виде:

ΔSc1=Δh02-Δh01 (21)

Как и в случае гарнитуры с двумя узлами, справедливы оценки αm00. Тогда получим следующие оценки для подвижности проводов:

Δ S с 1 = ( H + r 0 ( 1 − cos γ 0 ) ) 2 + R 2 π 2 / 4 − ( H − r 0 ( cos γ 0 − cos 2 γ 0 ) ) 2 + R 2 π 2 / 4 (22)

ΔSc2=r0(1-cos2γ0) (23)

Также рассмотрим поведение кинематической модели при наклонах головы в вертикальной плоскости вбок.

При наклоне головы вбок движение головы можно представить как вращение верхней части цилиндра вокруг оси s, которая проходит приблизительно через точку O пересечения осей t и с.

В случае гарнитуры с двумя узлами такой поворот сопровождается смещением точки B, которое можно оценить через расстояние до оси поворота O1B0 (фиг.7a). Как видно из фиг.7б: O1B0=h0. Для определения длины AB необходимо определить смещение точки В по горизонтали Δs и вертикали Δh, так как A B = ( h + Δ h ) 2 + Δ s 2 . В этом случае Δh=h0(1-cosα) и Δs=h0sinα. Тогда подвижность участка АВ при боковом наклоне головы изменится на максимальный угол αm:

Δ S s = ( h + h 0 ( 1 − cos α m ) ) 2 + h 0 2 sin 2 α m − h (24)

Рассмотрим теперь случай гарнитуры с боковыми узлами. В этом случае изменение отрезков AC и BD можно учесть, рассмотрев смещение точек С и D по дугам окружностей из точек С0 и D0. Длину AC в случае наклона головы, изображенного на фиг.7б, можно найти как:

АС=АС0+Rsα=H+Rsα (25)

Здесь Rs радиус вращения вокруг оси s, который можно найти из треугольника COO2, в котором OO2 можно найти, учитывая что высота точки O равна h+h0 (фиг.5б), тогда OO2=H-h-h0, а CO2=R, отсюда получаем:

СО= R s = ( H − h − h 0 ) 2 + R 2 (26)

Для определения BD необходимо учитывать только изменение высоты точки D ΔH=Rssinα, поскольку провод на этом участке не натянут:

BD=Н-ΔH=H-R sinα (27)

Рассматривая максимальный угол отклонения αm=45°, можно получить следующее выражение для подвижности проводов:

ΔSs2=Rsαm+Rsinαm (28)

Рассмотрим теперь случай гарнитуры с одним узлом (фиг.8). В этом случае расчет более сложный и требует отдельного рассмотрения для длины геодезической линии AC. В этой задаче поверхность шеи можно описать как поверхность наклонного цилиндра. Для этого необходимо найти угол наклона поверхности цилиндра β. Из треугольников ВСС0 и OCC0 находим СС0=2Rs sin(α/2);

BC= H 2 + 4 R s 2 sin 2 ( α / 2 ) − 4 H R s sin ( α / 2 ) sin ( α / 2 − γ ) (29)

Из треугольника ВСС0 получаем:

BC/sin(π/2-α/2+γ)=2Rssin(α/2)/sinβ

так получаем:

β=arcsin(2Rssin(α/2)cos(α/2-γ)/BC) (30)

Здесь

γ=arctg(R/(H-h -h0)) (31)

Таким образом,

AC= ( B С ( 1 − sin β ) ) 2 + π 2 R 2 cos 2 β / 4 (32)

Необходимо отметить, что учитывая зависимости ВС и β от угла α из уравнений 29, 30 можно ожидать немонотонную зависимость длины линии АС(α). На фиг.9 эта зависимость представлена в случае параметров, указанных в таблице 1. Видно, что AC достигает максимума ACmax=16,6 см при угле α0= 8,6°.

Теперь найдем длину AD, поскольку эта линия описывает минимальную длину провода. В этом случае можно рассматривать, что высота цилиндра изменилась на ΔH=Rs sinα, тогда используя выражение 27 получаем:

AD= ( H − R s sin α ) 2 + π 2 R 2 / 4 (33)

В результате подвижность проводов ΔSs1 определяется как разница длин линий ACmax и AD при максимальном угле наклона αm:

Δ S s 1 = A C max − ( H − R sin α m ) 2 + π 2 R 2 / 4 (34)

В таблице 1 проведено сравнение подвижности проводов гарнитур разного типа. Как видно из таблицы, гарнитура с двумя узлами, то есть гарнитура, в которой два провода наушников соединены с нашейной петлей посредством дорсального узла соединения проводов в непосредственной близости друг от друга и имеют дополнительную точку фиксации между собой - субокципитальный узел, провода имеют наименьшую подвижность проводов по сравнению с гарнитурами-аналогами. Это преимущество распространяется на все виды движений головы. Удобное ношение гарнитуры определяется величиной максимально возможной подвижности проводов, соответственно, разницей между минимальной и максимально возможной длиной ненатянутого провода, возникающей при различных положениях головы. В случае гарнитуры с двумя узлами максимальная длина определяется максимальным расстоянием между узлами AB, то есть это длина АВ, определяемая выражением 14. В случае гарнитуры с одним узлом максимальная длина провода достигается при повороте головы на 90°:

L max 1 = H 2 + R 2 π 2 (35)

Для гарнитуры с двумя боковыми узлами получаем максимальную длину при наклоне головы в бок:

L max 2 = Н + R s α m (36)

Численные оценки представлены в таблице 1, из которых следует, что гарнитура с двумя узлами обладает минимальной длиной максимально вытянутого, но ненатянутого участка провода. Стоит также отметить, что оценки, полученные для гарнитуры с двумя боковыми узлами, заведомо занижены, поскольку не учитываются провода, идущие от точек А и В к радиоприемнику-передатчику, и их учет существенно бы увеличил Lmax2.

Таким образом, наличие двух оптимально расположенных узлов А и В способствует не только минимизации провисания проводов, но и организует натяжение проводов, отходящих от узла В к наушникам. Поскольку провода эти находятся на искривленной поверхности шеи, данное натяжение создает давление на кожу (фиг.10). В результате этого давления возникает сила трения провода о кожу и сила давления субокципитального узла соединения проводов - узла B на мягкие ткани, а разность векторов этих сил приводит к фиксации проводов на коже головы и дополнительно закрепляет наушники в ушной раковине. Таким образом, закрепляющее усилие сосредотачивается не только на ушных раковинах и не только за счет закрепления наушников в наружном слуховом проходе, а еще и равномерно распределено по всей длине провода, что существенно облегчает ношение наушников. Узел В, т.е. субокципитальный узел соединения проводов, удерживается в стабильном положении вследствие равномерного распределения различных сил, возникающих в окципитальной области при данной геометрии расположения проводов и их взаимного сочленения, учитывающее анатомические особенности человека.

На фиг.10 показана векторная диаграмма проекций сил, действующих на субокципитальный узел соединения проводов - узел В. Фиксация узла В осуществляется вследствие натяжения проводов. Тонкие стрелки указывают силы натяжения проводов, сумма которых создает давление на кожу. В результате узел В испытывает силу реакции кожи и окружающих тканей, обозначенную широкой стрелкой, которая стремиться сдвинуть узел вниз, а возникающие силы трения о провод, обозначенные широкой сплошной стрелкой, фиксируют положение узла В. В данной модели мы пренебрегли натяжением проводов ниже узла, поскольку длина его подобрана оптимальным образом и он не натянут, имеет избыточную длину около 9,8 см для обеспечения подвижности проводов при движениях головы и шеи.

Полученные результаты сравнения подвижности проводов и максимальной длины проводов гарнитур различной геометрии суммированы в Таблице 1.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание гарнитуры для мобильного электронного устройства, в которой каждый провод, соединяющий наушник с нашейной петлей, содержит подвижную часть и неподвижную часть, при этом уменьшение длины подвижной части проводов, расположение подвижных частей на плоскости и прилегание неподвижных частей проводов к поверхности тела пользователя и фиксирования этих неподвижных частей посредством натяжения позволит обеспечить меньшее провисание проводов наушников и, соответственно, уменьшит вероятность провода зацепиться и вырвать наушник из ушной раковины, обеспечит возможность постоянного ношения гарнитуры пользователем в рабочем положении и со снятыми наушниками, улучшит возможность сматывания проводов наушников.

Поставленная задача решена путем создания гарнитуры для мобильного электронного устройства, которая содержит нашейную петлю с закрепленным на ней, по меньшей мере, одним электрическим соединителем, два наушника, два провода, каждый из которых соединен одним своим концом с одним из наушников, а другим своим концом с электрическим соединителем, указанные два провода механически соединены с нашейной петлей, причем места соединения проводо