DE2344554A1

DE2344554A1 - Richtmikrofonanordnung fuer hoergeraet

Info

Publication number: DE2344554A1
Application number: DE19732344554
Authority: DE
Inventors: Gustav Dipl Ing Renatus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-05-08
Filing date: 1973-09-04
Publication date: 1975-03-06

Description

Riehtmikrofonanordnung für Hörgerät

Die vorliegende Anmeldung betrifft Weiterbildungen und Verbesserungen an Hörbrillen und dgl. mit zwei Mikrofonen auf der Bügelseite, wie sie in der Anmeldung P 23 23 437.9 dargestellt und beschrieben sind.

Ausgegangen wird dabei von einer Riciitmikrofonanordnung ähnlich, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 4 der Anmeldung P 23 23 437 angegeben s&t. Dort liegt das hintere Mikrofon nicht direkt hinter der zugehörigen Schallöffnung. Es liegt mehr zum voraeren Mikrofon, derart, daß die äußere Luftstrecke von der Frontseite bis zur Schauöffnung um eine innere Schallleitung verlängert ist.

Im Falle der vorliegenden Anmeldung braucht die hintere Schallöffnung nicht am Ende des Brillenbügels und das vordere Mikrofon nicht am Anfang des Brillenbügels zu liegen. Es werden Richtlinien für günstige Lagen der Mikrofone und Schallaufnahmeöffnungen gegeben.

Bei Hörgeräten mit Richtmikrofonen sollen im J&aalfall folgende Bedingungen erfüllt werden :

1. Aus der Yorausrichtung (0 ) soll eine merkliche Anhebung von Frequenzen aus dem mittleren Sprachbereich ( 1000 - 2500 Hz ) erreicht werden.

2. Gleichzeitig soll bezüglich der Richtung 0° eine Verminderung der Amplituden der tiefen Frequenzen erreicht werden.

3. Aus der Seitenrichtung (90 ) sollen die Amplituden möglichst aller Frequenzen weitgehend verkleinert werden,, 4ο Aus der Rückwärtsrichtung ( 180° ) sollen die Amplituden möglichst aller Frequenzen weitgehend verkleinert werden.

Fur auf diese Weise kann das sog. G-rundgetöse, das den Schwerhörigen auf einer Party und dgl. peinigt, weitgehend vermindert werden. Die eigentliche Information liegt im mittleren bzw. mittelhohen Frequenzbereich der Sprache. Diese soll dem

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-A.

Schwerhörigen aus der Tor aus richtung "bevorzugt vermittelt werdea.

Mit Hilfe der rel. langen Brillenbügel als Basis für die Mikrofone lassen sich die Bedingungen 1-3 rel. leicht erfüllen. Die Bedingung 4, nämlich die Verminderung des Rückwärts empfange s erfordert meist zusätzliche Maßnahmen.

In der vorliegenden Anmeldung werden Mittel und Wege angegaben, mit denen alle vier Bedingungen allein durch die Anordnung bzw Zuordnung von Schallöffnung und/oder Mikrofon erfüllt werden können. Dies gelingt für die wichtigen, im Hauptsprachbereich liegenden .Frequenzen auf Grund folgender Überlegungen.

Um die Bedingungen 1 und 2 erfüllen zu können, müssen Wegunterschiede aus der Richtung 0° für den Schall zu den zusammen gehörenden Mikrofonen ermöglicht -werden, die A/2 einer im Sprachbereich und Übertragungsbereich des Gerätes liegenden Frequenz entsprechen.

Um die Bedingungen 3 und 4 erfüllen zu können, darf der Wegunterschied für zwei zusammen gehörende Mikrofone nicht so groß sein, daß ein A/2 für eine im Übertragnngsbereüch liegende !frequenz zustande kommt, da sonst bei der erforderlichen rel. starken Gegenkopplung statt einer Unterdrückung des Seiten— und Rückwärtsempfanges eine Anhebung wie aus der Richtung stattfinden würde.

Die Weguntersohiede beim Seiten- und Rückwärtsempfang ( 0° u_e180°) zwischen den zusammenarbeitenden Mikrofonen müssen also möglichst klein gehalten werden und dürfen im Höchstfall 4 cm betragen. (X= 8cm; f = 4120 Hz ) Zweckmässig ist ein Wegunterschied von 3,5 - 3,0 cm, der einem A/2 für die Frequenzen 4710 bis 5500 Hz entspricht, die außerhalb des Übertragungsbreiches des Gerätes liegen.

Das obere Ende des Übertragungsbereiches liegt bei den meisten Geräten bei ca 4000 Hz. Im Bedarfsfall könnte man es auf 3500 Hz legen, wie es im Telephonverkehr üblich ist.

Damit der lange Umweg für den Schall aus der Vorausrichtung nicht im gleichen Maße für den Rückwärtsempfang wirksam werden kan*y ist der Rückwärtsweg so zu legen, daß nur ein

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Teil des Vorwärtsweges dabei zur Wirkung kommt, obwohl es sich nur um eine Drehung d.h. einen Richtungswechsel um 180° handelt.

Mit dem Umweg TJ wird die Wegstrecke bezeichnet, die der Schall nach Erreichen des nächstgelegenen Mikrofons noch laufen muß, um zum anderen Mikrofon zu kommen, welches von der jeweiligen Schallquelle weiter entfernt liegt.

Die diesbesüglichen Erfordernisse und Möglichkeiten sollen an Hand einiger Beispiele erörtert werden.

In den Zeichnungen ist der Brillenbügel B zu einem Meßbalken von 10 Einheiten ( entspr. 10 cm Länge ) stilisiert.

Die Mikrofone sind in Form von kleinen Quadraten und die Schallöffnungem in Form von kleinen Kreisen, Ovalen oder Dreiecken angedeutet.

Die Fig. 1a - 1c zeigen im Prinzip eine Mikrofonanordnung, bei der das Mikrofon 1 am vorderen Ende eines Brillenbügels B und das hintere Mikrofon 3 etwa in der Mitte des Bügels angeordnet.

sind. Die Schallöffnung für das vordere Mikrofon 1 ist mit Ov und die für das hintere Mikrofon 3 mit Oh bezeichnet. Die hintere Öffnung Oh liegt fast am Ende des horizontalen Teiles des Bügels B

Für die Vorausrichtung 0° ( Fig. 1a ) setzt sich der Umweg Uv für den Schall bis zum Mikrofon 3 aus der Luftstrecke Sv und der Schalleitung L3 zusammen.

Uv = Sv + L3 = 8,5 + 3,5 * 12 cm = >v/2 fv = 1375 Hz Für die Seitenrichtung 90° ( Fig. 1b ) besteht der Umweg Us für den Schall bis zum hinteren Mikrofon 3 aus der ^Leitung L3. Us = L3 = 3,5 cm =As/2 fs = 4710 Hz

Für die Rückwärtsrichtung 180° ( Fig. 1c ) besteht der Umweg Ur für den Schall bis zum vorderen Mikrofon 1 aus der Entfernung zwischen den beiden Mikrofonen. Er sei zu 3,5 cm angesetzt. Ur = 3,5 cm . = Λ r/2 fr = 4710 Hz

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-ν.

Dir Fig. 2a - 2c zeigen eine Mikrofonanordnung , bei der das vordere Mikrofon 1 am Anfang des Bügels B und das hintere Mikrofon 3 direkt benachbart angeordnet ist. Die Öffnung Oh zur Schalleitung L3 für das hintere Mikrofon 3 liegt etwa in der Mitte des Bügels B.

Für die Vorausrichtung 0° ( Pig.2a ) setzt sich der Umweg Uv für den Schall bis zum Mikrofon 3 aus der Luftstrecke Sv und der ^eitung L3 zusammen.
Uv = Sv + L3 = 5,5 + 3,5 = 9 cm = A v/2 fν = 1835 Hz Pur die Seitenrichtung 90° ( Fig.2b ) besteht der Umweg Us bis zum Mikrofon 3 aus der leitung L3

Us = L3 = 3,5 cm = Λ s/2 is = 4710 Hz

Für die Rückwärtsrichtung 180° ( Fig. 2c ) besteht der Umweg Ur für den Schall bis zum Mikrofon 1 aus dem Abstand der Membranen der Mikrofone 1 und 3. Er beträgt etwa 2 cm. Ur = 2 cm = Ar/2 fr = 8240 Hz

Die Fig. 3a - 3c zeigen eine Mikrofonanordnung, bei der das vordere Mikrofon 1 um die Leitungslänge L1 ca 1cm eingerückt ist. Das hintere Mikrofon 3 liegt direkt benachbart.

Für die Yorausrichtung 0 ( Fig. 3a ) setzt sich der Umweh Uv für den Schall aus der Luftstrecke Sv und der leitung L3 zusammen.

Uv = Sv + L3 = 4,5 + 3,5 = 8 cm = ,X v/2 fv = 2060 Hz Für die Seitenrichtung 90° ( Fig. 3b ) besteht der Umweg Us aus L3 - 11 = 3,5-1,0 = 2,5 cm As/2 fs = 6600 Hz

Für die Rückwärtsrichtung 180° ( Fig. 3c ) besteht der Umweg Ur aus der Luftstrecke Sr und der leitung L1 Ur = 2,5 + 1,0 = 3,5 cm = Ar/2 fr = 4710 Hz

Bei den Anordnungen gemäß den Fig. 2 und 3 können statt zweier getrennter Mikrofone 1 und 3 ein Mikrofon mit beidseits beaufschlagbarer Membran verwendet werden, ähnlich wie es für HdO-Geräte bekannt ist. Dabei ist zu beachten, daß bei HdO-Geräten die Luftstecke Sv nur 2 cm höchstens 3 cm beträgt. Dies genügt nicht, um eine Anhebung von Frequenzen im mittleren Sprachbereich bzw im Übertragunsgbereich der Geräte zu erreichen, denn die Schalleitung L3 darf nicht beliebig lang gemacht werden.

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Die Pig. 4a - 4c zeigen eine Miicrofonanordnung, bei der die hintere Schauöffnung Oh bis an das Ende des wagreeilten Teiles des Bügels b gerückt ist. Das vordere Mikrofon 1 samt Öffnung Ov liegt etwa im ersten Drittel des Bügeis.

Pur die Yorausriciitung 0° ( Pig. 4a ) setzt sich der Umweg Uv für den Schall bis zum Mikrofon 3 aus der Luftstrecke Sv ( gerechnet ab Mikrofon 1 ) und der Leitung L3 zusammen. Uv = Sv + L3 = 7,0 + 3,5 = 10,5 cm Xv/2 £v = 1570 Hz Pur die Seitenrichtung 90°(Pig. 4b ) besteht der Umweg bis zum Mikrofon 3 aus der leitung L 3

Us = L3 = 3,5 cm Xs/2 fs = 4710 Hz

Pur die Rückwärtsrichtung 180° ( Pig, 4c ) errechnet sich

der Umweg Ur aus dem Abstand uer Mikrofone 1 und 3, der zu

3,5 cm angenommen wird.

Ur = 3,5 cm Ar/2 fr = 4710 Hz

Bei den Anordnungen gemäß den Pig 1 bis 3 kann man im Bedarfsfall zum Rundempfang dadurch übergehen, daß man eins der Mikrofone, zweckmässig das hintere , abschaltet und die Verstärkung entprechend verändert, d.h. anpasst.

Die Pig. 4 stellen den Übergang zu einer Anordnung gemäß Pig. aar, die gestatten den Kopfschatten auszunutzen. Bei den Anordnungen gemäß den Pig 4 und 5 kann eine Parallelschal .ung der Mikrofone ( Addition ) in Präge kommen, deren spezielle Einzelheiten später noch erörtert v/erden sollen.

Die Pig. 5a - 5d zeigen eine Mikrofonanordnung, bei der die hintere Schallöffnung Oh an das Ende des gekrümmten Teiles des Brillenbügeös hinter das Ohr gelegt ist und die vordere Schallöffnung etwas vor dem Ohr liegt. Der Brillenbügel kann dafür etwa.s verlängert werden, derart, daß er nicht direkt hinter der Ohrmuschel sondern etwas tiefer am unteren Ende des Ohres oder an einer Art Verlängerung nach hinten etwa in der Mitte des Ohres endet. Pig. 6

fi Anordnungen eigen sich besonders für Stereobetrieb und für einseitigen Betrieb, d.h. Besetzung nur eines Bügels mit Mikrofonen. Beide Schall-öffnungen einer Seite befinden sich in unmittelbarer Nähe des bzw der Ohren und zwafr vor und hinter dem Ohr $ nicht hinter der Ohrmuschel ) .

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Fig. 5a zeigt die räumliche Anordnung. Zur Verdeutlichung der Schallwege dienen die Fig. 5b - 5d

Pur die Vorausrichtung 0° ( Fig. 5t) ) setzt sich der Umweg Uv für den Schall bis zum hinteren Mikrofon 3 aus dem horizontalen 'feil der Luftstrecke Sv und der leitung L3 zusammen.

^er Abstand der Mikrofone betrage 3 cm .

Sv errechnet sich zu 3,0 + horizontaler '^eml von L3 , das ergibt 3,0 + 2,5 cm = 5,5 cm für Sv Uv = 5,5 + 3,5 = 9 cm = )\ v/2 fv = 1835 Hz Für die Seitenrichtung 90° ( Fig. 5c ) besteht der Umweg Us zul: Mikrofon 3 aus der Leitung L3. ( Die Mikrofone 1 und 3 sowie die Öffnungen Ov und Oh sollen in einer Ebene liegen ) Us = 13=3,5 cm = )v s/2 fs = 4710 Hz Für die ßückwärtsricntung 180° ( Fig. 5d ) besteht der Umweg Ur bis zum Mikrofon 1 aus dem horizontalen Teil der Entfernung zwischen Ov und Oh, von dem noch der Leitungsweg L3 abzuziehen

Ur = Sv- 3,5 = 5,5 - 3,5 = 2,0 cm* Xr/2 fr = 8240 Hz

Dia Anordnungen gemäß Fig. 5 eigenen sich - wie schon erwähnt bes. für Stereobetrieb und einseitigen Betrieb. Bei gegensinniger Schaltung der Mikrofonausgänge ermöglichen sie einen Richtempfang aus der Vorausrichtung und bei gleichsinniger Schaltung der Mikrofonausgänge ermöglichen sie einen guten Stereobetrieb, bzw Vorzugsempfang aus der Seitenrichtung.

Die Verhältnisse bezüglich des Empfanges aus der Vorausrichtung sind hinreichend erörtert worden.

¥enn man die Ausgänge der Mikrofone 1 und 3 gleichsinnig zusammenfasst, dann ist folgendes zu beachten. In der Vorausrichtung entsteht dann für die Frequenz entspr. /\v/2 eine Verminderung der Amplituden und in der Seiten- und Rückwärtsrichtung eine Erhöhung für alle i'req.uenzen. Es dürfte sich also empfehlen die Schallöffnungen bezüglich des Rückwärtsempfanges so auszubilden, daß von rückwärts nicht zuviel Schall aufgenommen wird.
Für den flicht empfang aus der Vorausrichtung dürfte es sich

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empfehlen den Spannungsanteil des gegengesohalteten Mikrofons (3) 12.B. zu 50 - 90 °/o der Spannung vom anderen Mikrofon (1) zu "bemessen.

Fpr den Stereoempfang erscheint es zweckmässig den Anteil des parallel geschalteten Mkrofons z.B. 3 auf 30 - 50 $ der Spannung des anderen Mikrofons zu bemessen. Dies würde nach den Seiten eine Erhöung der Amplituden aller Frequenzen auf den Wert 1,3 bis 1,5 bedueten. In der Vorausrichtung würde eine Verminderung auf 70 - 50 ⁰Jo eintreten und zwar nur für die Frequenz ( und deren Nachbarfrequenzen ) deren Wegunterschied bezüglich der Vorausrichtung etwa /t/2 beträgt.

Die Erhöhung nach den Seiten und die Verminderung in Vorausrichtung würde den Stereoempfang unterstützen und auch einen Rundempfang ermöglichen.

Bemerkt soll noch werden, daß die Amplitudenbilanz, d.h. die Größe der Wechselspannungen der einzelnen Mikrofone durch Amplitudenvariatoren in den Ausgängen der Mikrofone - in Form von Verstärkern oder Abschwächern - auf die Werte gebracht werden kann, die zweckmässig und erwünscht sind. Die den Vorschlägen zu Grund liegende reit starke Gegenkopplung bringt eine Erhöhung ( Addition ) der Amplituden für Frequenzen im mittleren Sprachbereich und deren Nachbarfrequenzen bis zum theoretischen Wert von 2, 0 Dies allein bringt noch nicht viel, da aber gleichzeitig die Spannungen der tiefen Frequenzen rel. stark herabgesetzt werden, so resultiert für die erwünschten Frequenzen eine erhebliche Bevorzugung. Die verfügbare Verstärkung kann somit für die bevorzugten Frequenzen voll zur Wirkung gebracht werden.

Es wird also im Gegensatz zu den bekannten Geräten mit Richtmiknfon und Gegenkopplung im Falle der Vorschläge eine rel. starke Gegenkopplung angewendet, was ein Vergleich mit den Diagrammen der bekannten Geräte ohne weiteres zu erkennen i . erlaubt.

Wenn man beide Seiten des Brillenbügels mit Mikrofonen besetzt und die vorderen Mikrofone an die Frontseite der Brille setzt, dann kann man die von rechts auf das linke Mikrofon und die

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von links auf das rechte Mikrofon gelangenden Schwingungen kompe stieren.

Dies kann naeh der Zusammenfassung der Differenzspannungen 1 - 3 ( linKs ) "bzw 2 - 4 ( rechts ) erfolgen. Man kann aber auch schon anfangs die Spannungen der vorderen Mikrofone ( 1 und 2 ) zusammenfassen und dafür die von 3 und gegen zu koppelnde Spannung entsprechend bemessen. Diese Möglichkeiten sind für monorales Hären mit einem Ohrtelephon zweokmässig.

Oftmals kann es zweckmässig sein, auf den beiden Bügelseiten die Lage der Schallöffnungen und/oder Mikrofone verschieden zu wählen, um für zwei verschiedene Frequenzen in Vorausrichtung eine Anhebung zu erzielen.

Die in den Anordnungen gewählten Frequenzen sowie die Lage der Schallöffnungen und Mikrofone stellen lediglich Beispiele dar. diejim Bed^afsfalle im Rahmen der Vorschläge abgeändert werden können. Kombinationen der dargestellten und beschriebenen Einzelmaßnahmen liegen durchaus .im Rahmen dieser Anmeldung.

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Claims

Ansprüche

qy Richtmifcirofonanordnung für Hörgerät unter Verwendung von mindestens zwei im Abstand zueinander angeordneten Mikrofonen nach Anmeldung P 23 23 437» insbes. deren Anspruch 4, bei dem zwei Mikrofone am Seitenbügel einer Brille vorgesehen sind, deren Ausgangsspannungen gegeneinä&er geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplung zwischen den beiden Mikrofonen 50 - 90 ^cfi> des aus der Yorausrichtung aufgenommenen Schalles beträgt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dad. gek., daß für das hintere Mikrofon eine Laufzeitverzögerung bezüglich der Vorausrichtung eintritt, die λ/2 einer ( bzw Zweier ) im mittleren Sprachgebiet und im Übertragungsteeich des Gerätes liegenden Frequenz ( Frequenzen ) entspricht.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dad. gek., daß die Leitungen

zu einem oder beiden Mikrofonen derart bemessen und gelegt sind, daß eine Laufzeitverzögerung für von der Seite oder von rückwärts ankommende Schwingungen kleiner ist als der Wert von A/2 einer im mittleren Sprachbereich bzw übertragungsbereich des Gerätes liegenden frequenz.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dad,gek., daß zwischen dem hinteren Mikrofon und der zugehörigen Sohallaufnahmeoffnung eine Rohrleitung eingefügt ist, deren Länge höchstens 4 cm vorzugsweise 3,5 cm beträgt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dad. gek.₅ daß das hintere Mikrofon räumlich vor der zugehörigen Schallöffnung liegt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dad. gek., daß die hintere Schauöffnung annähernd am Ende des wagreohten Seiles des Brillenbügels liegt.

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7. Anordnung nach. Anspruch 5 dad. gek., daß die hintere Schauöffnung etwa am Ende des gekrümmten feiles des Bügels, gegebenenfalls an einer Verlängerung desselben liegt.

8. Anordnung nach Anspruch 6 bzw 7, dad. gek. daß beide Schallöffnungen in Ohrnähe und zwar eine vor dem Ohr und die andere hinter bzw nach dem Ohr liegt.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dad. gek. daß bei Stereobetrieb die Ausgänge der beiden Mikrofone auf einer Bügelseite je einem Ohrtelephon zugeführt werden»

10. Anordnung nach Anspruch 1, dad, gek. daß in die Leitungen zumindest einzelner Mikrofone Amplitudenvariatoren in Form γόη Verstärkern oder Abschwächern eingefügt und so bemessen sind, daß die Unterdrückung unerwünsenter Schwingungen eintritt.

11. Anordnung nach Anspruch 1 daa. gek. daß ein Schalter

zum Abschalten bzw Umschalten einzelner Mikrofone vorgesehen ist«

12. Anordnung nach Abspruch 11 , dad. gek., daß mit dem Schalter weitere Mittel zur Veränderung der Verstärkung verbunden sind.

15. Anordnung nach Anspruch 1, dad« gek., daß nur ein Bügel der Brille mit Mikrofonen besetzt ist.

14. Anordnung nach Anspruch 1 in vereinfachter Form, aad. ,gek. daß statt zv/eier Mikrofone auf einer Bügelseite ein Mikrofon mit beidseits beu&fschlagbar er Membran vorgesehen ist ο

15. Anordnung nach Anspruch 2, aad, gek. daß die äußere Luftstrecke von der vox-deren Schall-Öffnung bis zur hinteren Schauöffnung mindestens 4,5 cm beträgt.

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