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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektroakustische Schallwandlereinheit und einen Hörer.
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Elektroakustische Schallwandler nach dem elektrodynamischen Prinzip weisen eine Membran und eine an der Membran befestigten Schwingspule auf, welche zusammen mit der Membran schwingen kann. Eine Impedanz eines elektroakustischen Wandlers wird im Wesentlichen durch die Schwingspule bestimmt. Für unterschiedliche Anwendungen sind unterschiedle Impedanzen vorgesehen. Insbesondere im stationären Betrieb der elektroakustischen Wandler, welche beispielsweise in Kopfhörern oder Headsets verwendet werden, wird eine hohe Impedanz benötigt, welche die Audioquelle wenig belastet und einen geringen Klirrfaktor produziert. Im stationären Bereich ist die Umgebung normalerweise ruhig, so dass auch keine hohen Lautstärken benötigt werden.
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Bei der Verwendung von mobilen Geräten, welche auch im Außeneinsatz verwendet werden, ist jedoch typischerweise lediglich eine geringe Versorgungsspannung für den Kopfhörer oder das Headset vorhanden. Damit ist auch die Ausgangsspannung der Verstärkerstufen begrenzt und somit auch die Eingangsspannung der elektroakustischen Schallwandler. Um trotzdem eine ausreichende hohe Lautstärke zur Verfügung stellen zu können, weisen diese eine niedrige Impedanz auf.
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Es sind auch Kopfhörer bekannt, welche sowohl für den professionellen stationären als auch für den professionellen mobilen Bereich verwendet werden können und eine umschaltbare Impedanz aufweisen. Um dies zu erreichen werden Widerstände oder ein Übertrager angepasst. Wenn jedoch zusätzliche Widerstände zur Anpassung der Impedanz in dem elektrodynamischen Schallwandler vorhanden sind, so führt dies zu hohen Leistungsverlusten, beispielsweise von über 80 %. Diese Leistungsverluste können unabhängig davon vorhanden sein, ob der elektroakustische Wandler durch eine Reihenoder Parallelschaltung von Widerständen auf eine höhere oder niedrigere Impedanz gebracht wird. Wenn Übertrager verwendet werden sollen, um die Impedanz eines Wiedergabewandlers anzupassen, dann können diese Bauteile sowohl groß als auch schwer sein, so dass sie nicht ohne weiteres in einem Kopfhörer verwendet werden können.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen elektroakustischen Wiedergabewandler vorzusehen, welcher flexible Einsatzmöglichkeiten ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch einen elektroakustischen Schallwandler nach Anspruch 1 gelöst.
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Die Erfindung betrifft den Gedanken, einen elektrodynamischen Schallwandler vorzusehen, welcher eine Membran und mindesten zwei mit der Membran gekoppelten Spulen aufweist. Durch einen Reihen- oder Parallelschaltung der mindestens zwei Spulen kann die Impedanz des elektrodynamischen Schallwandlers angepasst werden. Die Spulen können auch einzeln betrieben werden. Hierbei sei darauf hingewiesen, dass keine Leistungsverluste wie bei der Variante mit den zusätzlichen Widerständen vorhanden sind.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der elektrodynamische Schallwandler eine Membran mit einer ersten und zweiten Spule auf. Ferner weist der elektrodynamische Schallwandler eine Umschalteinheit auf, mittels welcher die beiden Spulen in einer Reihenschaltung oder in einer Parallelschaltung oder einzeln betrieben werden können.
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Wenn der elektrodynamische Schallwandler beispielsweise zwei Spulen mit jeweils 150 Ohm aufweist, dann kann eine Reihenschaltung der beiden Spulen einen Widerstand von 300 Ohm aufweisen. Eine Parallelschaltung der beiden Spulen kann einen Widerstand von 75 Ohm aufweisen. Da die beiden Spulen mit der Membran gekoppelt sind, ist stets die gesamte Schwingspule in Betrieb, so dass der Leistungsfaktor (der BI-Werte des magnetischen Antriebs) erhalten bleibt. Ferner treten keine Leistungsverluste durch das Umschalten auf. Desweiteren werden die akustischen Eigenschaften nicht beeinflusst, da sich der mechanische Aufbau nicht verändert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können die beiden Schwingspulen mit der gleichen Membran gekoppelt sein und jeweils eine Impedanz von 300 Ohm aufweisen, so dass durch Reihenschaltung eine Impedanz von 600 Ohm und durch Parallelschaltung eine Impedanz von 150 Ohm erreicht werden können.
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Optional kann ein Schalter derart an einem elektrodynamischen Schallwandler vorgesehen sein, dass der Benutzer die Umstellung selber vornehmen kann.
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Ferner sei darauf hingewiesen, dass die akustischen Eigenschaften durch ein Umschalten zwischen einer Reihen- und einer Parallelschaltung erhalten bleiben. Das Umschalten hat lediglich einen Einfluss auf den Schalldruckpegel, welcher sich bei gleicher Eingangsspannung um 6 dB ändern kann.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Kopfhörer mit zwei elektrodynamischen Schallwandlern vorgesehen werden, wobei jedem Schallwandler eine Umschalteinheit zugeordnet ist.
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Alternativ dazu kann den beiden elektrodynamischen Schallwandlern lediglich eine Umschalteinheit zum Umschalten beider elektrodynamischer Schallwandler zugeordnet sein.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Impedanz der ersten Spule von der Impedanz der zweiten Spule abweichen. Somit können andere Umschaltfaktoren als 0,5 und 2 erreicht werden.
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Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass der Bauraum für die Schwingspule im Luftspalt des Magnetantriebs begrenzt ist und vorzugsweise optimal ausgenutzt werden soll. Somit sind die Durchmesser der Drähte für die Schwingspulen nicht frei wählbar, sondern durch den zur Verfügung stehenden Wickelraum begrenzt. Somit kann die Belastbarkeit der niederimpedanten Spule sinken, wenn das Verhältnis nicht mehr 1:1 beträgt.
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Wenn beispielsweise ein Wandler mit einer ersten Schwingspule mit 75 Ohm und einer zweiten Schwingspule mit 225 Ohm verwendet wird, was einem Verhältnis von 1:3 entspricht, dann kann durch Reihenschaltung eine Impedanz von 300 Ohm und durch Parallelschaltung eine Impedanz von 56,25 Ohm erreicht werden.
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Im Parallelbetrieb ist die Leistung jedoch umgekehrt proportional zur Impedanz, so dass an der niederimpedanten Spule auch dreimal mehr Leistung umgesetzt wird. Somit sinkt auch die zuführbare Leistung und damit die erreichbare Lautstärke in einer Parallelschaltung (niedrige Impedanz). Je nach verwendetem Durchmesser der Drähte für die Schwingspule kann somit bei bestimmten Verhältnissen ein Punkt erreicht werden, an dem der Vorteil einer niedrigen Impedanz wegen der begrenzten Leistungsaufnahme keine Lautstärkeerhöhung mehr bringt.
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Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Hörer mit mindestens einem elektrodynamischen Schallwandler, welcher eine Membran und zwei mit der Membran verbundenen Spulen aufweist. Der Hörer kann eine aktive Lärmkompensationseinheit sowie ein Mikrofon aufweisen, um Außenschall für die aktive Lärmkompensation zu detektieren. Durch die aktive Lärmkompensation wird basierend auf dem erfassten Außenschall ein Kompensationssignal erzeugt, welches zusammen mit dem wiederzugebenen Audiosignal auf bzw. über die elektroakustischen Schallwandler wiedergegeben wird. Gemäß der Erfindung ist eine Spule zum Wiedergeben eines Audiosignals ausgestaltet, während die andere Spule zum Wiedergeben eines Kompensationssignals bzw. Kompensationsschalls vorgesehen, welches zur Reduzierung des erfassten Lärms dient.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteile und Ausführungsbeispiele werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektroakustischen Schallwandlereinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer elektroakustischen Schallwandlereinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektroakustischen Schallwandlereinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die elektroakustische Schallwandlereinheit 100 weist eine erste und zweite Spule 110, 120 auf, welche auf eine Membran 101 des Wandlers 100 wirkt. Die erste und zweite Spule 110, 120 sind unabhängig voneinander beide mit der Membran 101 gekoppelt, so dass sie synchron schwingen.
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Die elektroakustische Schallwandlereinheit 100 weist ferner eine Schalteinheit 130 auf, mittels welcher nur die erste Spule 110, nur die zweite Spule 120, eine Reihenschaltung aus erster und zweiter Spule 110, 120 oder eine Parallelschaltung der ersten und zweiten Spule 110, 120 vorgesehen werden kann. Die Umschalteinheit 130 kann zur Impedanzumschaltung verwendet werden. Wenn die beiden Spulen 110, 120 in Reihe geschaltet sind, (beide Umschalter in Position „hoch“,) dann entspricht die Ausgangsimpedanz 140 der Summe der Impedanz der ersten und zweiten Spule 110, 120. Wenn die erste und zweite Spule parallel geschaltet sind, (beide Umschalter in Position „niedrig“,) dann entspricht die Ausgangsimpedanz 140 eine 0,5 Impedanz der ersten und zweiten Spule 110, 120, soweit die erste und zweite Spule dieselbe Impedanz aufweisen. Gemäß der Erfindung kann somit durch die Umschalteinheit 130 eine Impedanzanpassung der elektroakustischen Schallwandlereinheit 100 erreicht werden.
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In den Fällen, in denen beide Spulen aktiv sind (Reihen- und Parallelschaltung) sind beide Spulen so gepolt, dass der Wickelsinn gleichphasig ist. Dies ist in 1 durch die beiden schwarzen Punkte an der Schallwandlereinheit 100 angedeutet. Dadurch wird bewirkt, dass beide Spulen 110 und 120 im Magnetfeld in derselben Richtung vom Strom durchflossen werden und sich somit die Antriebskraft auf die Membran 101 addiert.
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Die gestrichelte Linie in 1 zwischen den beiden Teilen der Umschalteinheit 130 (jeweils ein Umschalter) verweist darauf, dass beide Teile gekoppelt sind. Beide Umschalter stehen also entweder in der oberen oder in der unteren Position. Man kann also nur zwischen den beiden Einstellungen „Reihenschaltung“ und „Parallelschaltung“ auswählen.
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Bleiben beide Umschalter der Schalteinheit 130 dagegen ungekoppelt und sind demgemäß auch einzeln zu betätigen, so lassen sich zwei weitere Einstellungen vornehmen: Steht der obere Umschalter in der oberen Stellung, der untere in der unteren, so ist lediglich die zweite Spule 120 in Betrieb. Die Impedanz des Hörers ergibt sich aus dem Wert, die die Spule 120 allein besitzt. Steht der obere Schalter dagegen in der unteren Stellung, der untere dagegen in der oberen, so ist lediglich die erste Spule 110 in Betrieb. Die Impedanz des Hörers ergibt sich aus dem Wert, die die Spule 110 allein besitzt. In beiden Fällen treibt nur eine Spule die Membran an; der Wirkungsgrad des Hörers ist in diesen Fällen geringer, da die nicht aktive Spule von der Antriebskraft der anderen mit bewegt werden muss (bewegte Masse steigt an). Wenn jedoch eine bestimmte Impedanz des Hörers gewünscht wird, kann es jedoch sein, dass man diesen geringen Nachteil dafür in Kauf nimmt. Obwohl im ersten Ausführungsbeispiel zwei Spulen beschrieben worden sind, ist es gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung auch möglich, dass mehr als zwei Spulen derart mit der Membran 101 des Wandlers gekoppelt sind, dass sie gemeinsam schwingen.
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Die Umschalteinheit muss dann entsprechend angepasst werden, um eine Reihen- oder Parallelschaltung der Mehrzahl der Spulen realisieren zu können.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer elektroakustischen Schallwandlereinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die elektroakustische Schallwandlereinheit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist eine Membran 101 sowie mindestens zwei Spulen 110, 120 auf, welche derart mit der Membran gekoppelt sind, dass sie mit der Membran schwingen können. Die elektroakustische Schallwandlereinheit bzw. ein Hörer gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist eine aktive Lärmkompensationseinheit 150 auf, welche mittels eines Mikrofons 151 Störschall erfasst und ein Kompensationssignal erzeugt, welches beispielsweise an die erste Spule 110 ausgegeben wird, so dass die erste Spule 110, die Membran 101 entsprechend anregt. Zusätzlich dazu kann ein wiederzugebendes Audiosignal über den Eingang 140 von dem Hörer empfangen werden und der zweiten Spule 120 zugeführt werden, so dass die zweite Spule 120 die Membran 101 entsprechend anregt. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weist die erste Spule 110 eine niedrige Impedanz auf, um auch hohe Störpegel verlustfrei kompensieren zu können. Die Impedanz der ersten Spule 110 weist daher zwischen 150 und 600 Ohm auf. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt eine Aufsummierung des Eingangssignals sowie des Kompensationssignals von der aktiven Lärmkompensationseinheit 150 (nicht wie bislang elektronisch), sondern akustisch über die Membran 101. Dies hat den Vorteil, dass die Impedanz der ersten Spule 110 auf die Anforderungen der aktiven Lärmkompensationseinheit und die Impedanz der zweiten Spule 120 auf die Anforderungen der Wiedergabe des wiederzugebenden Audiosignals angepasst werden kann.
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Derartige lärmkompensierte Hörer (beziehungsweise mit einem Mikrofon erweitert als Headsets) werden zahlreich eingesetzt, sowohl im Consumer- als auch im professionellen Bereich. So wird z.B. die Eigenschaft der Lärmminderung gerade von Piloten sehr geschätzt. In diesem Fall muss die Funktion des eigentlichen Hörers durchgängig garantiert werden (Sprechfunk). Dies gerade auch für den Ausfall der Lärmkompensation (beispielsweise aufgrund unzureichender Stromversorgung derselben): Die normale Funktion des Kopfhörers darf dadurch nicht beeinträchtigt werden (sog. „fail save“ – Verhalten).
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In bisher bekannten Schaltungen wird dazu in der Lärmkompensationseinheit das durch das Mikrofon aufgenommene Umweltgeräusch als auch das wiederzugebende Audiosignal für den Kopfhörer gemeinsam verarbeitet und auf eine einzige Spule des Kopfhörers gegeben. Beim Ausfall der Lärmkompensation muss das wiederzugebende Audiosignal direkt an die einzige Spule des Kopfhörers weitergeleitet werden. Es ist hier also eine Umschaltung erforderlich, die ohne ausreichende Spannungsversorgung der Lärmkompensationseinheit den Kopfhörer mit dem Original-Eingangssignal versorgt, beim Funktionieren der Lärmkompensation jedoch mit dem Ausgangssignal der Lärmkompensationseinheit. Für dieses Umschalten werden heute üblicherweise sog. FET-Schalter (= Feldeffekttransistoren) eingesetzt. Früher gab es auch Ausfertigungen mit Relais.
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Verwendet man dagegen eine erfindungsgemäße Anordnung nach 2, treten verschiedene Probleme gar nicht auf: Da die Lautstärkekompensation und das wiederzugebende Audiosignal getrennt auf je eine eigene Spule gegeben werden, können die FETs zum Umschalten entfallen. Fehler, die durch das Umschalten passieren könnten, sind somit ausgeschlossen. Die Umschalteinheit selbst kann komplett gespart werden (Kosten) und die Umschalteinheit braucht keinen Strom mehr. Letzteres erweist sich gerade in den Fällen als positiv, in denen diese Einheit batteriegespeist ist, da es die Batterielebensdauer verlängert.
