DE1938259C3

DE1938259C3 - Ohrenschützer

Info

Publication number: DE1938259C3
Application number: DE1938259A
Authority: DE
Inventors: Anthony Graham Ruislip Middlesex Gorman (Grossbritannien)
Original assignee: AMPLIVOX Ltd WEMBLEY MIDDLESEX (GROSSBRITANNIEN)
Current assignee: AMPLIVOX Ltd WEMBLEY MIDDLESEX (GROSSBRITANNIEN)
Priority date: 1968-08-01
Filing date: 1969-07-28
Publication date: 1974-06-06
Also published as: DE1938259B2; NL156042B; FR2014846A1; NL6911432A; CH496441A; SE352526B; US3637040A; DE1938259A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Ohrenschützer gegen Störgeräusche, mit einer das Ohr umgebenden und ein Luftvolumen einschließenden Muschel sowie mit einem an der Muschel angeoidnelen und Umwell mit Luftvolumen verbindenden Si-hallühcrlniger.

Aus der USA.-Patentschrift 2U7fi^lMK ist ein Ohrenschützer bekannt, der eine das Ohr einschließende Muschel, einen mit Luft gefüllten Kanal sowie einen Schallübertrager besitzt. Der Schalliihert rager besteht hei diesem Stand der Technik aus einem an der Außenseite der Muschel angeordneten Mikrofon, einer Überiragungsslange und einem Kopfhörer, der

>° innerhalb der Muschel angeordnet ist. Sinn dieser bekannien Anordnung ist es, akustische Nuizsigiiale gegenüber einem stärkeren Hintergrundgeräusch anzuiiehen. dabei aber die Nachteile elektrischer Signalvcr^ärkereinrichluiigen /u vermeiden. Das hierzu

• 5 verwendete Druckgradientenmikrofon mit mechanisch angekoppeltem Membranempfänger verstärk! selektiv nur die Schallwellen mit bestimmtem Druckverhalten und hebt diese dadurch gegenüber einem Hintergrundgeräusch hervor, welches c.:i _t.,iuerc>

2" Druckverhalten besitzt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde-, einen freqneiizabhängigen Ohrenschützer /u schaffen, der als Tiefpaßfilter wirkt und insbesondere Ger.aische mil hoher Frcqrenz sowie Windge-

²S rausche dampft, denen uer Ohrenschützer ausgesetzt ist. Ausgehend von einem Ohrenschützer der eingangs erwähnten Art wird div.se Aufgabe dadurch gelöst.

jß der Schallübertragcr mindestens einen, die Wand

der Muschel durchsetzenden Luftkanal und eine mit mindestens einer Horming versehene Scheibe aufweist, die aus einer ersten Stellung, in der Bohrung und Luftkanal fluchten, in eine /weile Stellung bewegbar ist. in der sie den Luftkanal verschließt und daß der aus Luftkanal und Bohrung gebildete Durchlaß an seiner umweltseiligen Öffnung mit einer Dämpfungseinrichtung überdeckt ist, die gemeinsam mit dem Luftvolumen ein akustisches Filter bildet.

Auf diese Weise wird die gcstellie A.ufgabe mit einfachen Mitteln gelöst und das Ohr in eier gewünschten

4" Weise entlastet. Von besonderem Vorteil ist darüber hinaus, daß die Lösung eine mechanische Umschaltung für zwei verschiedene Dämpfungsstuien besitzt: In dem Fall, in dem der Luftkanal mit der Bohrung außer Deckung ist, besitzt der Ohrenschützer seine volle Dämpfung; wenn Luftkanal und Bohrung fluchten, tritt die Wirkung des akustischen Filters ein. das einen Tiefpaß darstellt und dadurch die unerwünschte Schallenergie absenkt.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Dampfun^einrichtung eine mit Abstund von der Muschel angebrachte Membran auf. welche gegenüber der dem Luftvolumen entgegengesetzten Seitedes Durchlasses ein Zusa z-Luftvolumen eingrenzt, das einen zusätzlichen Teil des akustischen Filters bildet. Die Membran besteht vorzugsweise aus einem flexiblen, eine bestimmte Steifigkeit besitzenden Material und ist ohne Vorspannung so eingebaut, daß sie unter Einwirkung von durch explosive Geräusche erhöhtem Luftdruck einen gespannten Zustand einnimmt. Die Flexibilität des für die Membran verwandten Materials und der Einbau der Membran in einem schlaffen Zustand führt dazu, daß ein schneller Druckanstieg stark abgebaut wird. Versuche haben gezeigt, daß die Verwendung von elastischem Material für die Membran und ein Einbau unter Vorspannung zu einer geringeren Dämpfung führen würde.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher

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erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt einer Ausfuhrungsform des Ohrenschützers,

F i g. 2 eine Rückansicht des Ohrenschützer;» gemäß Fig. 1.

Fig. 3 eine der akustischen Schaltung des Ohrenschützer gemäß Fig. 1 äquivalente elektrische Ersatzschaltung.

Fi g. 4 eine Frequen/kennlinie des Ohrenschützer gemäß Fig. 1,

Fiμ. 5 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des Ohrenschützers,

Fig. Abis 10 mehrere den akustischen Schaltungen LJc> Orirenschüt/ers gemäß Fig. 5 äquivalente elektrische Ersatzschaliungen, und

Fig. 11 bis 15 Frequenzkennlinien der Eisat/ Nchaltbi'der gemäß den Fig. h bis 10.

F:ine aus einem steifen und dichten Material beste-

liLiide Muschel 1 umschließt ein heMimmtes Luf'.vuii.men um das Ohr des (nicht dargestellten) Trägers.

.' .im Abdichten der tiiigförmigen Snrnfl:· -hc der'Muv.hei 1 gegenüber der Kopfseite des Ί räge-rs dient ciu r Ji'--liti ing 2. der das Antreten von Likustischi.il Lecks , '. isehen dem in der Muschel cmiieNchlo-^.-iieti 1 utt-'ilumenund der Umwji verhindert. Dci Dxhtrini! 2 ' steht vorzugsweise aus einem mit Flüssigkeit jiefiili- :\\ Schlauch. Alternativ kann ti»·r Schlau ;h nut .-.i^rr·.

!.!•.tischen Material / [V Schaumsioli gefüllt -,ei'i.

!-κ- Muschel I und -ler Dichtriug 2 bcwuken ci'ie I).impfung der in d:-s Ohr gelangenden Si hailei.er-

Ander liickwiirtigep Stinifli'irh'.-djr Muschel 1 -Mid < )i!nungen 3 vorgesehen Ferner liegt :ir. -.!er .iuL'icren ι )hi-rfliiehe der rückwärtigen Stirnfläche der Mu-N^hi-I 1 eine Scheibe 4 mil Bohrungen 5 an. die mi; du¹ Muschel 1 dtireh.setzenden l.iifik.wr.len 3 i'lti^hten. wenn die Scheibe 4 emc bestimmte Siellung einiiimmi. Die Scheibe 4 M um cmc Athsi- 6 drehbar .in der Muschel 1 hefe-.!'!·! und kann dadurch aus einer Stellung, inderdie Luftkiin.'ile 3 mit den Bohrungen 5 'iuehten, in eine Stellung verdreht werden, in der der Durchgang von uca L.uftkan.ilen zu den Bohrungen unterbrochen ist. Die äußert Oberfläche der Scheibe 4 ist von einem Polster 7 aus porösem Material. z.B. Filz, oder vorzugsweise Schaumstoff überdeckt. Sofern die Scheibe 4 mit den in ihr befindlichen Bohrungen 5 sow ei·, gegenüber den I uftkanälen 3 verdroht ist, daß zwischen der Umwelt und dem eingeschlossenen Luftvolu.TK.-n kein Durchgang besteh!, besitzt der Ohrenschützer seine volle Schalidämpfwirkung.

In derjenigen Stellung der Scheibe 4. in der ihre Bohrungen 5 mit den I.uftkanälen 3 fluchten, besteht /wischen der Umwelt und dem von der Muschel 1 um sehlossenen Luftvolumen eine Verbindung durch das Polster 7, die Luftkaniile 3 und die Bohrungen 5. Das Polster 7 stellt einen akustischen Widerstand dar, dessen Autgabe es ist, die akustische Energie zu absorbieren, die von Luftströmungen. /.. B. Wind, erzeugt wird und anderenfalls das Ohr des Trägers erreichen würde. Der akustische Widerstand des Polsters 7. der direkt im Wege der Schallwellen von der Umwelt zum Ohr des Trägers liegt, ist ein Element eines Tiefpasses. Fin weiteres Element des Tiefpasses wird von dem in der Muschel 1 eingeschlossenen Luftvolumen 20 gebildet. In das elektrische Ersatzschaltbild gemäß Fig. 3 übertragen, wird erkennbar, daß das Luftvolumen ."iO das kapazitive Flamen! C und da¹ Polster 7

Jas Widerstandselement R eines RC-Tiefpasses darstellt. Mit /' sind der Eingangs- bzw. Ausgan;>sdruck des Svstems bezeichnet. Die Frequcnzkennlinic dieses Tiefpasses zeigt Fig. 4. Der Effektivwert des akustisl her. Widerstandes im Wege der eintreffenden Schallwellen wird nicht nur durch sorgfältige Wahl des Materials und der Abmessungen des Polsters 7 fesigelegt, sondern au<_h durch Größe und Zahl der Luftkanäle .3 und Bohrungen 5. Wegen der bekannten Eigensehafien von RC-Tiefpässen ist es möglich, den effektiven akustischen Widerstand des Polsters 7 so festzulegen, daß die Übertragung der Schallwellen bis zu einer vorgegebenen Frequenz /, weitgehend ungedämpft erfolgt, während oberhalb dieser Frequenz. /, eine Dämpfung von ungefähr 6 dB pro Oktave eintritt. Wird die Frequenz/, so gewählt, daß sie der maximal gewünschten Übertragungsirequenz von z. B. 3OHi)FIz ist, so führt die erläuterte Ausbildung des Ohrcnv.chützcrs dazu,<Jaß di>, oberhalb von 3000 ti/, d. b. oberhalb der üblichen -,prachfrequenzen liegende Signale weitgehend elimiriert werden.

Auf Grund seines Aufhaus benötigt das Polster 7 Line ai:-> einem feinen Netz bestehende Schutzk;:pp·: 8. Als Material für das Netz, kommt insbesondeic zur Vermeidung von Feuchtigkeitseinflüssen ein Pohätinlcn oder ein anderes feuchtigkeitsabweisendes Material in Frage. Die akustische Impedanz eines ■»eichen Kunststotfnetzes kann im Vergleich /u den anderen im System wirksamen akustischen Impedan-/cn relativ klein gehalten werden.

Die Liizelnen Elemente werden vein einem außen tinjiOwi.lneteu Gehäuse 9 zusammengernhen. das gleichzeitig einen Griffring für die Ve.-stellung der Scheibe 4 darstellt. Mit Hilfe einer Feder 10 wird erreich¹. .IaB die Scheibe 4 dicht an der rückwärtigen Stirnfläche der Muschel 1 anliegt, so daß jeder unerwünschte Schalleintritt durch Spaltbildiing zwischen der Scheibe 4 und der Muschel 1 unterbunden wird.

Weiterhin ist in tier Muschel 1 ein Kopfhörer 11 zum Empfang von Informationen über eine nicht dargestellte Anschliißleitimg angeordnet. Der Kopfhörer 11 ist dabei so eingesetzt, daß er die Cichallübertragung von der Umwelt zum Ohr nient behindert.

In der Muschel 1 befindet sich weiterhin eine he stimmte Menge eines Absorptionsmaterials 12. das der Reduktion oder Beseitigung akustischer Resonanzen innerhalb der Muschel 1 dient.

Beider in Fig. 5 gezeigten weiteren Ausführungsform i'n-s Ohrenschützer sind mit dem ersten Aiisführu.ngsbcispiel vergleichbare Teile mit dense'ben Bezugszeichen verschen. Die beiden Ausführungsbeispiele stimmen hinsichtlich der Konstruktion von Muschel 1. Dichtring 2. I.uftkanälen 3. Scheiben 4 und Bohruni>en 5 überein.

Das weitere Ausführungsbeispiel besitzt eine aus einem rclat'v flexiblen Material bestehende Membran 14, die ein zusätzlich eingeschlossenes Luftvolumen 13 begrenzt. Alternativ kann bevorzugt werden, die Membran 14 mechanisch steif und träge sowie elastisch auszuführen. Die Scheibe 4 ist mit Hilfe eines Hebels 15 verdrehbar; andere Verstellmittel, beispielsweise ein axial angeordneter Knopf können vorgesehen sein.

Die Wirkungsweise der zweiten Ausführungsform ist nachstehend an Hand der akustischen Elemente des Systems erläutert, wobei zur Vereinfachung der Darstellung elektrische Ersatzschaltbilder der Beschreibun« zi'jri'nde p-il· ■·' 'ind. Das eingeschlossene

Luft volumen 20 entspricht der Parallel-Kapazitäl f.',: mil /'„ und P_mil sind der Eingangs- bzw. Ausgangsdruck bezeichnet. Wenn die Qucllimpedanz der Eingangsenergie klein im Verhältnis zur Impedanz der Kapazität C₁ ist. ist die Dämpfung in einem solchen System null; dies ist bei der Schallausbreitung in der freien Luft der FaIi. Die Frcquen/kennlinie eines solchen Systems zeigt Fig. 11.

Fig. 7 enthält eine zusätzliche Kapazität C₇, mit deren Impedanz, das System eine von der Frequenz unabhängige Dämpfung mit einem Wert erhält, der in bekannter Weise von dem Verhältnis C, zu C, abhängig ist. In dem Ausführungsbcispicl entspricht die Kapazität C₂ der Steifheit der in Fig. 5 gezeigten Membran 14. Die Frequenzkcnnlinie eines solchen Systems ist in Fig. 12 dargestellt.

Wenn die Masse M₁ der Membran 14 in das System eingeführt wird (Fig. H), besitzt das System eine Frcquenzkcnnlinic gemäß Fig. 13, deren Maximum bei einer durch die Impedanzen M₁. C₁, C₂ festgelegten Frequenz liegt. Es ist erkennbar, daß die Dämpfung nur in einem schmalen Frequenzband null oder kleiner als null ist.

Wenn, in das System gemäß Fig. 9 ein Widerstand R₁ eingeführt wird, der - wenn auch nicht notwendigerweise - durch eine Eigenschaft der Membran 14 verwirklicht werden kann, läßt sich die unerwünschte Verstärkung des Systems nach Fig. 8 bzw. 13 reduzieren. Eine Frequenzkennlinie für eine Anordnung gemäß Fig. 9 zeigt Fig. 14. Es ist erkennbar, daß diese Frequenzkennlinie einem Bandpaß angenähert ist. Wählt man die Elastizität der Membran 14so, daß sie niedrigere Frequenzen bedämpft, und wählt man die Masse M₁ der Membran so, daß sie die Dämpfung bei einer gewünschten Frequenz, reduziert, resultiert normalerweise eine Filterung der höheren Frequenzen bei unerwünscht niedrigen Werten.

Das Ersatzschaltbild gemäß Fig. K) enthält drei zusätzliche Elemente: Die Kapazität C₃ entspricht der Wirkung des eingeschlossenen Volumens 13, M₂ entspricht der akustischen Trägheit der Luftkanäle 3 und Bohrungen 5, und der Widerstand R₂ entspricht dem akustischen Widerstand des Absorptionsmaterials, das außerdem Resonanzen im Bereich des Luftvolumens 20 dämpft. Durch Abstimmung der im System gemäß Fig. 10 enthaltenen Elemente läßt sich die Übertragbarkeit höhf-rer Frequenzen noch etwas ausdehnen, so daß sich eine Gesamt-Frequenzlinie A ergibt, wie sie in Fig. 15 dargestellt ist. Das Verhältnis P₀U₁ZP₀, ist bei der Frequenzkennlinie A in einem bestimmten Frequenzband 1 oder nahezu 1. Das bedeutet, daß in diesem Frequenzband im wesentlichen keine Dämpfung auftritt, während bei niedrigeren oder höheren Frequenzen eine ausgeprägte Dämpfung vorhanden ist.

Der weitgehend dämpfungslos übertragene Dämpfungsbereich wird so gewählt, daß er im Bereich der Sprachfrequenzen von beispielsweise K)(M) bis 3001) Mz liegt. Hierdurch und durch die Dämpfung der niedrigeren und höheren Frequenzen wird bewirkt.

daß eine wünschenswerte Verbesserung des Signal ClcTÜuschverhällnisses und eine Verbesserung der Hmpfangsklarlieit eintritt.

Wenn die Impedanz der Kapaziliil C, durch eine Erhöhung dos Luftdruckes in der Umgehung erhöht

ίο wird, besitzt das System eine Frequenzkennlinie U gemäß Fig. 15. Ein Vergleich der Kennlinien A und Ii zeigt, daß dadurch eine beträchtliche Zusatzdämpfung im unteren Frequenzbereich eintritt, durch die die Ohren des Trägers gegen Explosivgct ansehe ge-

'5 schlitzt werden, die eine solche Erhöhung des Luftdruckes hervorrufen.

Die Membran 14 besteht vorzugsv/cisc. wenn auch nicht notwendigerweise, aus Kunststoff. Sie hat darüber hinaus den Zweck, den Schallübcrtrager gegen das Eindringen von Feuchtigkeit zu schützen, und sie verhindert I 'nbequcmlichkcitcn für den Träger, wenn er den Ohrenschützer in einer windigen Umgebung benutzt.

Mit Hilfe eines Bügels läßt sich der Ohrenschützer auf dem Kopf oder in einem Schutzhelm tragen, wie er von Ftug/eugbesatzungcn oder den Besatzungen von Kampf fahrzeugen benutzt wird.

Reduziert man die Impedanz der Kapazität C. durch Verwendung eines flexiblen Materials für die Membran 14, beispielsweise durch Verwendung einer Polyäthylenplatte und befestigt man die Membran 14 in einem schlaffen, d. h. nicht gespannten Zustand, so wird ihre Impedanz vernachlässigbar klein im Verhältnis zu den Impedanzen der anderen akustischen Elemente des Systems, dann nimmt das System die Eigenschaften eines Tiefpaßfilters an, die jenen der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ähnlich sind. Wenn die Membran jedoch durch Explosionsgeräusche straff gespannt wird, ist die Dämpfung größer, da anfänglirh e^;ne kleine Dämpfung der niedrigen Frequenzen vorherrschte. Der gleiche E.ffekt läßt sich bei einer Modifizierung der Ausführungsform gemäß Fig. 1 erreichen, wenn die Schutzkappe 8 von einer schlaff eingespannten Polyäthylenplatte gebildet wird.

Sie hat eine gegenüber den anderen Elementen des Systems geringe Impedanz und bev/irkt dadurch fast keine Dämpfung. Wenn der Luftdruck jede h auf Grund von Explosionsgeräuschen ansteigt, wird die Platte gespannt, so daß ihre Impedanz mit dem Ergeb-

5» nis einer wesentlich erhöhten Dämpfung wächst. Wenn die Platte in beiden Ausfühningsbeispielen gespannt ist, stellt sich eine Gesamtdämpfung ein, die der Dämpfung bei geschlossenem Schallübertragei entspricht, d. h. in einer Stellung der Scheibe 4, in dei deren Bohrungen nicht mit den Luftkanälen 3 fluchten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Ohrenschützer gegen Störgeräusche, mit einer das Ohr umgebenden und ein Luftvolumen einschließenden Muschel sowie mit einem an der Muschel angeordneten und Umwelt mil Luftvolumen verbindenden Schallübertrager, dadurch gekennzeichnet, daß der Schallübertrager mindestens einen, die Wand der Muschel (1) durchsetzenden Luftkanal (3) und eine mit mindestens einer Bohrung (5) versehene Scheibe (4) aufweist, die aus einer ersten Stellung, in der Bohrung (5) und Luftkanal (3) fluchten, in eine zweite Stellung bewegbar ist, in der sie den Luftkanal (3) verschließt und daß der^aus Luftkanal (3) und Bohrung (5) gebildete Durchlaß an seiner umweltseitigen Öffnung mit einer Dämpfungseinrichtung (7: 14) überdeckt ist, die gemeinsam mit dem Luft\olumen 120) ein akustisches Filter bildet.
2. Ohrenschützer nach Anspruch i, dadurch gekenn/eichnei. daß die Scheibe (4) mittels einer Feder (10) abdichtend an die Muschel (1) angedruckt ist.
3. Ohrenschützer nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfungseinrichtung (7: 14) cine mil Absland ν (in der Muschel

(1) angebrachte Membran (14) aufweist, welche gegenüber der der Luftvolumen (20) entgegengesetzten Seite des Durchlasses (3, 5) ein Zusatz-Luftvoiumen (13) eingrenzt, das , ^:nen zusätzlichen Teil des akustischen Fii'.ers bildet.
4. Ohrenschützer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit seinem einen Ende an der Scheibe (4) befestigtes Betätigungselement (15) durch eine Öffnung der Membran (14) und durch das Zusatz-Luftvolumen (13) hindurchgeführt isi.
5. Ohrenschülzer nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung ein poröses Kissen (7) aufweist.
6. Ohrenschützer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (14) aus flexiblem, eine bestimmte Steifigkeit besitzendem Material besteht und ohne Vorspannung so eingebaut ist, daß sie unter Einwirkung von durch explosive Geräusche erhöhtem Luftdruck einen gespannten Zustand einnimmt.
7. Ohrenschülzer nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Kante der Muschel (1) - wie an sich bekannt - zu deren Abdichtung gegenüber dem Kopf eines Benutzers mit einem Dichtring

(2) aus einem flexiblen Material besetzt ist.
8. Ohrenschützer nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Muschel (1) eine Schicht aus schallabsorbierendem Material (12) trägt.