DE102020201533A1 - Vorrichtung zur schallwandlung mit einem akustischen filter - Google Patents

Vorrichtung zur schallwandlung mit einem akustischen filter Download PDF

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Abstract

Ausführungsbeispiele schaffen eine Vorrichtung zur Schallwandlung, wobei die Vorrichtung einen Schallkanal und einen Schallwandler aufweist, der mit dem Schallkanal gekoppelt ist, wobei die Vorrichtung einen akustischen Tiefpassfilter aufweist, der in dem Schallkanal angeordnet ist.

Description

  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Vorrichtung zur Schallwandlung, und im speziellen, auf eine Vorrichtung zur Schallwandlung mit einer Vorrichtung zur Anpassung der akustischen Impedanz (akustischer Filter). Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen akustischen Filter. Manche Ausführungsbeispiele beziehen sich auf akustische Filter durch spezielle Schallführungsdesigns.
  • Herkömmliche Kopfhörer, Hearables (dt. smarte Kopfhörer/Ohrhörer) oder Hörgeräte haben oft keinen für das Ohr optimalen Frequenzgang. Eine Anpassung des Frequenzgangs von Kopfhörern, Herabales oder Hörgeräten auf eine gewünschte Zielkurve hin ist oft technisch aufwendig.
  • Zudem hat jeder Schallwandler ein anderes elektroakustisches Verhalten und reagiert anders auf akustische Lasten, wie z.B. das menschliche Ohr. Besonders problematisch hierbei ist, dass Systeme mit einer hohen Güte, wie z.B. MEMS-Lautsprecher, (1) oft schwierig zu bedämpfen sind und bei einer falschen oder unzureichenden Bedämpfung Schäden am Schallwandler auftreten können, und (2) meist nur in einem schmalen Frequenzbereich effizient sind.
  • Des Weiteren wird herkömmlicherweise die Effizienz des Schallwandlers durch falsche oder unzureichende Schallführungsmaßnahmen nicht optimal ausgenutzt. Dies führt zu einem Verlust von Schalldruckpegel (engl. Sound Pressure Level, SPL) in bestimmten Frequenzbereichen und/oder zu einer Begrenzung der mechanischen Belastbarkeit.
  • Es sind schmalbandige Filter bekannt. Diese wirken sich meist negativ auf die Phase und den Klang aus. Zudem gehen diese mit einer aufwendigen Signalverarbeitung und/oder einer statischen Vorverzerrung einher.
  • Ferner sind externe akustische Filterelemente bekannt. Diese bestehen in der Regel aus mehreren, unterschiedlichen Materialen und müssen oft aufwendig hergestellt/integriert werden. Zudem wirken externe akustische Filterelemente in der Regel sehr breitbandig und sind daher nicht auf den eingesetzten Schallwandler abgestimmt.
  • In [1] wird ein Ohrhörer mit einem Ohrhörergehäuse und einem Element zur Schallbereitstellung beschrieben, das ein Schallführungsrohr und einen oder mehrere Treiber umfasst. Das Ohrhörergehäuse enthält einen oder mehrere Gehäuseanschlüsse, die das interne Gehäusevolumen mit dem Volumen außerhalb des Ohrhörers koppeln.
  • In [2] wird ein abgedichteter Kopfhörer beschrieben, wobei der Kopfhörer ein an der Vorderseite einer mit Schallöffnungen versehenen Aufbauplatte befestigten Abschirmungspolster, einen an der Rückseite der Aufbauplatte angebrachten elektroakustischen Wandler, ein den elektroakustischen Wandler bedeckendes Gehäuse, eine Kopplungsöffnung zum Koppeln eines Raums vor der Aufbauplatte mit einem Raum hinter der Aufbauplatte und einen Resonanzkreis eines akustisch-mechanischen Systems, bestehend aus den Volumenfederungen der Räume vor und hinter der Aufbauplatte und einer akustischen Massenreaktanz der Kopplungsöffnung, aufweist.
  • In [3] wird ein Headset beschreiben, welches es einem Benutzer ermöglicht, zwischen verschiedenen Frequenzantworten für das Headset umzuschalten durch Manipulation mechanischer akustischer Elemente des Headsets. Die akustischen Elemente ermöglichen die Einstellung der Übertragungswege zwischen einem Wandlerelement im Headset und dem Gehörgang des Benutzers sowie die Einstellung der Resonanzeigenschaften des Headset-Gehäuses selbst. Die Einstellung des Übertragungswegs erfolgt durch Manipulation von Öffnungen in und zwischen verschiedenen Volumina, die den Wandler und den Gehörgang enthalten, und durch die Verwendung verschiedener Widerstandselemente entlang solcher Übertragungswege.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die bestehende Situation zu verbessern.
  • Ausführungsbeispiele schaffen eine Vorrichtung zur Schallwandlung, wobei die Vorrichtung einen Schallkanal und einen Schallwandler aufweist, der mit dem Schallkanal gekoppelt ist, wobei die Vorrichtung einen akustischen Tiefpassfilter aufweist, der in dem Schallkanal angeordnet ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung eine mikroperforierte Platte aufweisen, die in dem Schallkanal zwischen dem Schallwandler und dem akustischen Tiefpassfilter angeordnet ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der akustische Tiefpassfilter ein von dem akustischen Tiefpassfilter eingenommenes Volumen des Schallkanals in ein erstes Teilvolumen und zumindest ein zweites Teilvolumen aufteilen, wobei das erste Teilvolumen und das zumindest eine zweite Teilvolumen über zumindest einen Schlitz gekoppelt sind.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das zumindest eine zweite Teilvolumen ausschließlich über das erste Teilvolumen mit dem Schallwandler gekoppelt sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das erste Teilvolumen konzentrisch von dem zumindest einen zweiten Teilvolumen umgeben sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann sich der zumindest eine Schlitz in Richtung des Schallkanals ausdehnen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann das erste Teilvolumen ein inneres Teilvolumen sein, wobei das zumindest eine zweite Teilvolumen zumindest ein äußeres Teilvolumen ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen können das innerer Teilvolumen und das zumindest eine äußere Teilvolumen über eine Mehrzahl von Schlitzen miteinander gekoppelt sein, wobei die Mehrzahl von Schlitzen symmetrisch in Bezug auf eine Rotationsachse des Schallkanals angeordnet sind.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die mikroperforierte Platte auf den Schallwandler abgestimmt ist.
  • Beispielsweise kann ein Lochdurchmesser, ein Lochabstand und/oder eine Dicke der mikroperforierten Platte auf den Schallwandler abgestimmt sein. Weiterhin kann die mikroperforierte Platte einen definierten Abstand zum Schallwandler aufweisen, der den Zielfrequenzbereich (z.B. bei 3kHz) bestimmt. Je näher die mikroperforierte Platte am Schallwandler angeordnet ist, desto höher verschiebt sich der Zielfrequenzbereich. Der Lochdurchmesser, der Lochabstand und/oder die Plattendicke bestimmen den Dämpfungsgrad.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die mikroperforierte Platte ausgebildet sein, um einen akustischen Hochmitteltonbereich zu dämpfen.
  • Der Hochmitteltonbereich ist dimensionierungsabhängig und kann beispielsweise im Bereich von 800 Hz bis 20 kHz liegen. Hierbei ist die mikroperforierte Platte jedoch nicht in der Lage die Resonanzfrequenz (z.B. bei 9 kHz) zu dämpfen, da der akustische Widerstand der mikroperforierten Platte hierzu nicht ausreichend genug ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die mikroperforierte Platte ausgebildet sein, um eine Schallenergie in einen Zielfrequenzbereich zu verschieben.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Schallkanal rotationssymmetrisch sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Schallkanal ein erster Schallkanal sein, der mit einer ersten Seite des Schallwandlers gekoppelt ist, wobei die Vorrichtung einen zweiten Schallkanal aufweist, der mit einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Schallwandlers gekoppelt ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der zweite Schallkanal zylinderförmig sein.
  • Beispielsweise kann der zweite Schallkanal ein Reflexkanal (z.B. Reflexrohr) sein. Dieses kann so dimensioniert sein, dass es die Resonanz bedämpft. Dabei wird der akustische Druck bei Resonanz auf den Schallwandler so groß, dass die Resonanz in Partialschwingungen der Schallwandler-Membran zerfällt und so gedämpft wird. So wird auch der Schallwandler mechanisch entlastet.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Schallwandler ein Lautsprecher oder ein Mikrofon sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung ein Gehörganghörer, ein smarter Kopfhörer/Ohrhörer, ein Hörgerät, ein Lautsprecher oder ein Mikrofon sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Schallwandler ein MEMS Schallwandler sein.
  • Weitere Ausführungsbeispiele schaffen eine Vorrichtung zur Anpassung der akustischen Impedanz eines Schallwandlers, wobei die Vorrichtung zur Anpassung der akustischen Impedanz ausgebildet ist, um ein von der Vorrichtung zur Anpassung der akustischen Impedanz eingenommenes Volumen in ein erstes Teilvolumen und zumindest ein zweites Teilvolumen aufzuteilen, wobei das erste Teilvolumen und das zumindest eine zweite Teilvolumen über zumindest einen Schlitz gekoppelt sind, (z.B. so dass die Vorrichtung zur Anpassung der akustischen Impedanz einen Tiefpasscharakter aufweist).
  • Weitere Ausführungsbeispiele schaffen einen akustischen Tiefpassfilter für einen Schallwandler, wobei der akustische Tiefpassfilter ausgebildet ist, um ein von dem akustischen Tiefpassfilter eingenommenes Volumen eines mit einem Schallwandler gekoppelten Schallkanals in ein erstes Teilvolumen und zumindest ein zweites Teilvolumen aufzuteilen, wobei das erste Teilvolumen und das zumindest ein zweites Teilvolum über zumindest einen Schlitz gekoppelt sind.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
    • 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Schallwandlung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    • 2 zeigt eine schematische Schnittansicht in Längsrichtung des in 1 gezeigten akustischen Tiefpassfilters, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    • 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des in 1 gezeigten akustischen Tiefpassfilters, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    • 4 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Schallwandlung, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    • 5 eine dreidimensionale Querschnittsansicht eines akustischen Tiefpassfilters, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
    • 6 eine zweidimensionale Querschnittsansicht eines akustischen Tiefpassfilters, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
    • 7 in einem Diagramm einen Sollfrequenzgang, einen Frequenzgang eines herkömmlichen In-Ohr-Kopfhörers und einen Frequenzgang eines In-Ohr-Kopfhörers gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
  • In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, so dass deren Beschreibung untereinander austauschbar ist.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung 100 zur Schallwandlung, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 100 weist einen Schallkanal 102 und einen Schallwandler 104 auf, der mit dem Schallkanal 102 gekoppelt ist. Ferner weist die Vorrichtung 100 eine Vorrichtung 106 zur Anpassung der akustischen Impedanz auf, die in dem Schallkanal 102 angeordnet ist. Die Vorrichtung 106 zur Anpassung der akustischen Impedanz weist hierbei einen Tiefpasscharakter auf.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung 106 zur Anpassung der akustischen Impedanz ein akustischer Tiefpassfilter.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 100 optional eine mikroperforierte Platte 108 aufweisen, die in dem Schallkanal 102 zwischen dem Schallwandler 104 und dem akustischen Tiefpassfilter 106 angeordnet ist.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der Schallwandler beispielsweise ein MEMS Schallwandler oder ein Miniaturschalwandler sein. In der folgenden Beschreibung wird dabei beispielhaft davon ausgegangen, dass der Schallwandler ein MEMS Schallwandler ist. Die nachfolgende Beschreibung ist jedoch genauso auf andere Schallwandler, wie z.B. ein Miniaturschalwandler, anwendbar.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der akustische Tiefpassfilter 106 ein von dem akustischen Tiefpassfilter 106 eingenommenes Volumen 110 des Schallkanals 102 in ein erstes Teilvolumen (z.B. erstes Teilluftvolumen) und zumindest ein zweites Teilvolumen (z.B. zweites Teilluftvolumen) aufteilen, wobei das erste Teilvolumen und das zumindest ein zweites Teilvolum über zumindest einen Schlitz gekoppelt sind, wie dies nachfolgend anhand der 2 und 3 näher erläutert wird.
  • Hierbei wird in der nachfolgenden Beschreibung beispielhaft davon ausgegangen, dass der Schallkanal 102 zylinderförmig ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr kann der Schallkanal 102 auch jede andere geeignete Form aufweisen. So kann der Schallkanal bei Ausführungsbeispielen rotationssymmetrisch sein (z. B. in Bezug auf eine Rotationsachse 116, die sich entlang des Schallkanals bzw. in Schallausbreitungsrichtung ausdehnt). Ferner ist es möglich, dass der Schallkanal 102 gekrümmt ist. Eine Länge des Schallkanals 102 bestimmt hierbei den Dämpfungsgrad.
  • 2 zeigt eine schematische Schnittansicht in Längsrichtung des akustischen Tiefpassfilters 106 der in 1 gezeigten Vorrichtung 100, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des in 2 gezeigten akustischen Tiefpassfilters 106, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in den 2 und 3 zu erkennen ist, kann der akustische Tiefpassfilter 106 ausgebildet sein, um ein von dem akustischen Tiefpassfilter 106 eingenommenes Volumen 110 (siehe 1) des Schallkanals 102 in ein erstes Teilvolumen 112_1 und zumindest ein zweites Teilvolumen 112_2 aufzuteilen, wobei das erste Teilvolumen 112_1 und das zumindest eine zweite Teilvolumen 112_2 über zumindest einen Schlitz 114 gekoppelt sind. Der zumindest eine Schlitz 114 kann eine Breite von 50-100 µm aufweisen.
  • Das erste Teilvolumen 112_1 kann bei Ausführungsbeispielen ein inneres Teilvolumen sein, während das zumindest eine zweite Teilvolumen 112_2 zumindest ein äußeres Teilvolumen ist, dass das innere Teilvolumen (z. B. konzentrisch) umgibt.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist hierbei das zumindest eine zweite Teilvolumen 112_2 (z.B. äußeres Teilvolumen) ausschließlich über den zumindest einen Schlitz 114 mit dem ersten Teilvolumen 112_1 und damit mit dem MEMS Schallwandler 104 der Vorrichtung 100 gekoppelt. So kann der akustische Tiefpassfilter 106 ausgebildet sein, um das zumindest ein zweites Teilvolumen im Wesentlichen, d.h. bis auf den zumindest einen Schlitz 114, fest einzuschließen, um ein im Wesentlichen, d.h. bis auf den zumindest einen Schlitz 114, abgeschlossenes Teilvolumen zu erhalten.
  • Der zumindest eine Schlitz 114 kann sich hierbei entlang des Schallkanals 102 ausdehnen, z.B. in Schallausbreitungsrichtung, wie z. B. parallel zu der Achse 116 (siehe 1). Sofern der Schallkanal 102 und damit auch die Schallausbreitungsrichtung gekrümmt sind, kann natürlich auch der zumindest eine Schlitz 114 gekrümmt sein bzw. sich der Krümmung des Schallkanals bzw. der Schallausbreitungsrichtung anpassen.
  • In den 2 und 3 wird hierbei beispielhaft davon ausgegangen, dass der akustische Tiefpassfilter 106 ausgebildet ist, um das von dem akustischen Tiefpassfilter 106 eingenommene Volumen 110 in genau ein erstes Teilvolumen 112_1 (z.B. inneres Teilvolumen) und ein zweites Teilvolumen 112_2 (z.B. äußeres Teilvolumen), d.h. in zwei Teilvolumina, aufzuteilen. Bei Ausführungsbeispielen kann der akustische Tiefpassfilter 106 natürlich auch ausgebildet sein, um das von dem akustischen Tiefpassfilter 106 eingenommene Volumen 110 auch in mehr als zwei Teilvolumina aufzuteilen, wie z.B. in drei oder vier Teilvolumina. Hierbei kann das erste Teilvolumen 112_1 (z.B. innere Teilvolumen) mit jedem der anderen Teilvolumina (äußeren Teilvolumina) über jeweils zumindest einen Schlitz gekoppelt sein.
  • 4 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung 100 zur Schallwandlung, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Mit anderen Worten, 4 zeigt einen prinzipiellen Aufbau der Schallführung für einen MEMS Lautsprecher für In-Ohr-Applikationen.
  • Die Vorrichtung 100 weist einen ersten Schallkanal 102 und einen MEMS Schallwandler (z.B. MEMS Lautsprecher mit Kammer) 104 auf, wobei der erste Schallkanal 102 mit einer ersten Seite des MEMS Schallwandlers 104 gekoppelt ist. Ferner weist die Vorrichtung 100 einen akustischen Tiefpassfilter 106 auf, der in dem ersten Schallkanal 102 angeordnet ist. Des Weiteren kann die Vorrichtung 100 optional eine mikroperforierte Platte 108 aufweisen, die in dem ersten Schallkanal 102 zwischen dem MEMS Schallwandler 104 und dem akustischen Tiefpassfilter 106 angeordnet ist. Ferner kann die Vorrichtung 100 optional einen zweiten Schallkanal (z.B. Reflexrohr) 118 aufweisen, der mit einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des MEMS Schallwandlers 104 gekoppelt ist.
  • 5 zeigt eine dreidimensionale Querschnittsansicht eines akustischen Tiefpassfilters (akustisches Filterelement mit Tiefpass-Charakteristik), gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 6 zeigt eine zweidimensionale Querschnittsansicht eines akustischen Tiefpassfilters (akustisches Filterelement mit Tiefpass-Charakteristik), gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in den 5 und 6 zu erkennen ist, kann der akustische Tiefpassfilter 106 ausgebildet sein, um ein von dem akustischen Tiefpassfilter 106 eingenommenes Volumen 110 (siehe 1) des Schallkanals 102 in ein erstes Teilvolumen 112_1 und ein zweites Teilvolumen 112_2 aufzuteilen, wobei das erste Teilvolumen 112_1 und das zweite Teilvolumen 112_2 über einen oder mehrere Schlitze 114, wie z.B. über vier Schlitze, gekoppelt sind.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der akustische Tiefpassfilter 106 somit ein Filter-Schallkanal 107 aufweisen, der das erste Teilvolumen 112_1 bildet (und z. B. den von dem MEMS Schallwandler 104 erzeugten Schall führt), wobei der Filter-Schallkanal 107 über zumindest einen Schlitz 114 mit einer ansonsten geschlossen Kammer des akustischen Tiefpassfilters 106, die den Filter-Schallkanal 107 (z.B. konzentrisch) umgibt und die das zweite Teilvolumen 112_2 bildet, verbunden ist. Die Schlitze 114 sorgen für eine Verringerung der akustischen Geschwindigkeit im Hochtonbereich aufgrund thermoviskoser Verluste im Filter-Schallkanal 107 (Tiefpasswirkung). Die Tiefpasswirkung ergibt sich dadurch, dass die tieferen Frequenzen den Filter-Schallkanal 107 ungefiltert passieren, da die Grenzschichtdicke für tiefere Frequenzen größer als die Schlitze 114 ist. Somit werden die tieferen Frequenzen ungehindert weitergeleitet.
  • 7 zeigt in einem Diagramm ein Sollfrequenzgang 200, einen Frequenzgang 202 eines herkömmlich In-Ohr-Kopfhörers und einen Frequenzgang 204 eines In-Ohr-Kopfhörers gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Dabei beschreibt die Ordinate den Schalldruckpegel in dB und die Abszisse die Frequenz.
  • Mit anderen Worten, 7 zeigt einen Schalldruckpegel-Vergleich zwischen einem herkömmlichen (nicht-optimierten) Schallführungsdesign und einem erfindungsgemäßen (optimierten) Schallführungsdesign eines In-Ohr-Kopfhörers auf eine Zielkurve für In-Ohr-Anwendungen.
  • Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 100 zur Schallwandlung beschrieben.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 100 (z. B. ein MEMS-In-Ohr-Kopfhörerdesign) auf den MEMS-Schallwandler 104 abgestimmte Filterelemente (z.B. akustischer Tiefpassfilter 106, mikroperforierte Platte 108, zweiter Schallkanal 118) mit einem gezielten Übertragungsfrequenzgang aufweisen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 100 eine mikroperforierte Platte (MPP) 108 aufweisen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die mikroperforierte Platte 108 einen definierten Abstand zum Schallwandler 104 und/oder definierte Abmessung aufweisen. Die mikroperforierte Platte 108 verschiebt Schallenergie zu tieferen Frequenzen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die mikroperforierte Platte 108 auf den Schallwandler 104 abgestimmt sein. Eine auf den Schallwandler 104 abgestimmte mikroperforierte Platte 108 sorgt für eine Dämpfung im Hochmittelton und einer Verschiebung der Schallenergie in einen Ziel-Frequenzbereich. Die mikroperforierte Platte 108 wirkt somit als akustischer Widerstand, der bestimmte Frequenzanteile mehr oder weniger durchlässt.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 100 einen definierten Schallkanal 118 (=zweiter Schallkanal) (z. B. kreisrund) an der Rückseite des Schallwandlers 104 aufweisen. Dieser Schallkanal dämpft eine Resonanz.
  • Bei Ausführungsbeispielen können die mikroperforierte Platte 108 und der Schallkanal 118 (=zweiter Schallkanal) aufeinander angepasst oder abgestimmt sein (interagieren zusammen).
  • Bei Ausführungsbeispielen kann ein Rückvolumen des Schallwandlers 104 definiert sein. Beispielsweise kann je kleiner das Rückvolumen des Schallwandlers 104 ist, desto kleiner der Schallkanal 118 (=zweiter Schallkanal) sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der definierte Schallkanal 118 (= zweiter Schallkanal) an der Rückseite des Schallwandlers 104 für eine gezielte Dämpfung der Resonanzfrequenz des Schallwandlers (z. B. MEMS Lautsprechers) sorgen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann die Vorrichtung 100 einen akustischen Tiefpassfilter 106 aufweisen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der akustische Tiefpassfilter 106 speziell dimensionierte Schlitze aufweisen, die im Verbund mit einem geschlossenen Luftvolumen (= zweites Teilvolumen) für eine Verringerung der akustischen Geschwindigkeit im Hochtonbereich aufgrund thermoviskoser Verluste im Schallkanal sorgen, was wie ein Tiefpass wirkt.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der akustische Tiefpassfilter 106 einen symmetrischen Querschnitt aufweisen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der akustische Tiefpassfilter 106 ein abgeschlossenes Luftvolumen 112_2 (= zumindest eine zweite Teilvolumen) aufweisen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann dieses Luftvolumen 112_2 (= zumindest eine zweite Teilvolumen) mit schmalen definierten Schlitzen 114 mit dem Schallkanal 106 (= erster Schallkanal) verbunden sein.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der akustische Tiefpassfilter 106 einen Schallkanal im Inneren des Filters 106 und Schlitze 114 und Luftvolumen 112_2 am äußeren Rand des Filters 106 aufweisen.
  • Bei Ausführungsbeispielen kann der akustische Tiefpassfilter 106 vier oder mehr Schlitze 114 aufweisen.
  • Bei Ausführungsbeispielen können die Schlitze 114 eine Breite von 50-100 µm Breite aufweisen.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist eine Länge der Filtergeometrie variabel.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen einen oder mehrere der im Folgenden beschriebenen Vorteile.
  • Ausführungsbeispiele ermöglichen das Erreichen einer Zielkurve.
  • Ausführungsbeispiele ermöglichen es die Schallführung komplett dreidimensional zu drucken (z.B. mit einem 3D Drucker). Es sind keine Einzelelemente mehr notwendig.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist der akustische Filter 106 anpassbar. Eine Längenänderung bestimmt den Dämpfungsgrad.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist der akustische Filter 106 unabhängig vom Volumen. Die Dimension der Schlitze entscheidet über den Dämpfungsgrad.
  • Ausführungsbeispiele ermöglichen es die Zielkurve zuverlässig zu erreichen, auch bei Abweichungen zwischen Schallwandlern gleichen Typs.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist kaum bis keine Signalverarbeitung mehr nötig, um die Zielkurve zu erreichen.
  • Bei Ausführungsbeispielen sind keine schmalbandigen Filter mehr notwendig, was positive Auswirkungen auf Phase und Klangqualität hat.
  • Ausführungsbeispiele ermöglichen eine mechanische Entlastung des Schallwandlers und dadurch eine bessere Performance bzw. größere Belastbarkeit.
  • Hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele können für eine Schallführung/Filterung für In-Ohr-Kopfhörer, Hearables, Hörgeräte, Mikromaschinen, MEMS-Mikrofone, MEMS-Lautsprecher, Smartphone-Lautsprecher (Micro-Lautsprecher) angewendet werden.
  • Ausführungsbeispiele schaffen eine Vorrichtung 100 (z. B. ein MEMS-In-Ohr-Kopfhörerdesign) mit auf den MEMS-Schallwandler 104 abgestimmte Filterelementen (z.B. akustischer Tiefpassfilter 106, mikroperforierte Platte 108, zweiter Schallkanal 118) mit einem gezielten Übertragungsfrequenzgang.
  • Ausführungsbeispiele nutzen den thermoviskosen Effekt zur Filterung hoher Frequenzen, sowie mehrere genau dimensionierte Filterelemente.
  • Ausführungsbeispiele bedämpfen den Frequenzgang nach oben.
  • Bei Ausführungsbeispielen ist der Filter unabhängig von seinem umschlossenen Volumen, viel mehr ist die Dimensionierung der Schlitze entscheidend.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
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Claims (18)

  1. Vorrichtung (100) zur Schallwandlung, wobei die Vorrichtung (100) einen Schallkanal (102) und einen Schallwandler (104) aufweist, der mit dem Schallkanal (102) gekoppelt ist, wobei die Vorrichtung (100) einen akustischen Tiefpassfilter (106) aufweist, der in dem Schallkanal (102) angeordnet ist.
  2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (100) eine mikroperforierte Platte (108) aufweist, die in dem Schallkanal (102) zwischen dem Schallwandler (104) und dem akustischen Tiefpassfilter angeordnet ist.
  3. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der akustische Tiefpassfilter (106) ein von dem akustischen Tiefpassfilter (106) eingenommenes Volumen (110) des Schallkanals (102) in ein erstes Teilvolumen (112_1) und zumindest ein zweites Teilvolumen (112_2) aufteilt, wobei das erste Teilvolumen (112_1) und das zumindest eine zweite Teilvolumen (112_2) über zumindest einen Schlitz (114) gekoppelt sind.
  4. Vorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei das zumindest eine zweite Teilvolumen (112_2) ausschließlich über das erste Teilvolumen (112_1) mit dem Schallwandler (104) gekoppelt ist.
  5. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei das erste Teilvolumen (112_1) konzentrisch von dem zumindest einen zweiten Teilvolumen (112_2) umgeben ist.
  6. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei sich der zumindest eine Schlitz (114) in Richtung des Schallkanals (102) ausdehnt.
  7. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei das erste Teilvolumen (112_1) ein inneres Teilvolumen ist, wobei das zumindest eine zweite Teilvolumen (112_2) zumindest ein äußeres Teilvolumen ist.
  8. Vorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei das innerer Teilvolumen (112_1) und das zumindest eine äußere Teilvolumen (112_2) über eine Mehrzahl von Schlitzen (114) miteinander gekoppelt sind, wobei die Mehrzahl von Schlitzen (114) symmetrisch in Bezug auf eine Rotationsachse des Schallkanals (102) angeordnet sind.
  9. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die mikroperforierte Platte (108) auf den Schallwandler (104) abgestimmt ist.
  10. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die mikroperforierte Platte (108) ausgebildet ist, um einen akustischen Hochmitteltonbereich zu dämpfen.
  11. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die mikroperforierte Platte (108) ausgebildet ist, um eine Schallenergie in einen Zielfrequenzbereich zu verschieben.
  12. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Schallkanal (102) rotationssymmetrisch ist.
  13. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Schallkanal (102) ein erster Schallkanal (102) ist, der mit einer ersten Seite des Schallwandlers (104) gekoppelt ist, wobei die Vorrichtung (100) einen zweiten Schallkanal (118) aufweist, der mit einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Schallwandlers (104) gekoppelt ist.
  14. Vorrichtung (100) nach Anspruch 13, wobei der zweite Schallkanal (118) zylinderförmig ist.
  15. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Schallwandler (104) ein Lautsprecher oder ein Mikrofon ist.
  16. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Vorrichtung (100) ein Gehörganghörer, ein smarter Kopfhörer/Ohrhörer, ein Hörgerät, ein Lautsprecher oder ein Mikrofon ist.
  17. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Schallwandler ein MEMS Schallwandler ist.
  18. Vorrichtung (106) zur Anpassung der akustischen Impedanz eines Schallwandlers (104), wobei die Vorrichtung (106) zur Anpassung der akustischen Impedanz ausgebildet ist, um ein von der Vorrichtung (106) zur Anpassung der akustischen Impedanz eingenommenes Volumen (110) in ein erstes Teilvolumen (112_1) und zumindest ein zweites Teilvolumen (112_2) aufzuteilen, wobei das erste Teilvolumen (112_1) und das zumindest eine zweite Teilvolumen (112_2) über zumindest einen Schlitz (114) gekoppelt sind, so dass die Vorrichtung (106) zur Anpassung der akustischen Impedanz einen Tiefpasscharakter aufweist.
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