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Schallventil Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schallventil für
Gehörschutz, das aus einer oder zwei Vorrichtungen zum Schutzen der Trommelfell
einer Person vor Schällen störender oder schädlicher Schallstärke besteht, wobei
jede Vorrichtung um das Ohr in der Form einer hauptsächlich becherartigen, schallisolierenden
Kappe angebracht werden soll.
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He#utzutage# sind Gehörschäden wegen einer lärmenden Umwelt, z.B,
an Arbeitsplätzen in der Machinenindustrie oder im Forstbetrlebe, immer gewöhnlicher
geworden und werden somit meher als früher beachtet. Freilich versucht man das schlimmste
Geräusch #durch Abshirmung zu beseitigen, aber dies ist nicht immer möglich oder
ist mit allzu grossen Kosten verbunden. Es ist daher immer gewöhnlicher geworden,
dass diejenigen, die sich oft in lärmenden Umwelt aufhalten, Gehörschutz von verschiedener
Art tragen. Ein gewöhnlicher Typ von Gehörschutz besteht aus zwei wesentlich becherartigen,
schallisolierenden Kappen, die um jedes Ohr der zu schützenden Person angebracht
werden sollen und dicht an die Haut um de Ohren anschliessen, damit Geräusche in
der Umgebung bis zu den Trommelfellen der Person nicht dringen können. Die Kappen
sind mit einem Bügel mekanisch aneinander gekuppelt, der dazu dient, die Kappen
gegen die Haut um die Ohren zu drücken und also den Gehörschutz auf seinen Platz
zu halten.
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Der Gehörschutz wird leider oft vom Träger als beschwerlich erlebt.
Besonders wenn das beschwerliche Geräusch nur intermittent vorkommend ist, wird
er von allem Lautkontakt mit seiner Umgebung abgeschirmt, auch wenn Geräusch nicht
vorhanden ist, was ihn seher irritiert. Zuweilen kann auch seine Arbeit verlangen,
dass ein gewisser Informationsaustausch mit der Umgebung mit Hilfe des Gehörs aufrechterhalten
werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schallventil für
einen
Gehörschutz der oben erwähnten Art zustandezubringen, das zuverlässig in Funktion
treten kann und Geräusche störenden Charakters davon verhindern soll, innerhalb
der Kappen des Gehörschutzes zu kommen und die Trommelfelle zu erreichen, wenn das
Niveau der Schallstärke so hoch wird, dass Gehörbeschädigungen befürchtet werden
können, und gleichzeitig Laute informativen Charakters von grosser Schallstärke
unverhindert innerhalb der Kappe kommen zu lassen, sobald die Schallstärke ausserhalb
der Kappe auf unschädlichem Niveau ist. Dieser Zweck der Erfindung wird dadurch
erreicht, dass die Wand der Kappe eine Partie mit veränderbarer Schallisolierung
hat, da sie mit einem von einer elektronischen Spannvorrichtung spannbaren Organ
versehen ist, das abhängig vom Niveau der in ein Mikrophon einkommenden Laute die
Schallisolierung in der Partie derart regelt, dass es Laute durchlässt, wenn das
Organ eine erste, vorzugsweise nicht gespannte Lage einnimmt, und das es nich Laute
durchlässt, wenn das Organ eine zweite, vorzugsweise gespannte Lage einnimmt.
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Hierbei kann das spannbare Organ entweder aus einer Membran bestehen,
die in der Wand der Kappen des Gehörschutzes befestigt oder als integrierter Teil
der Wände der Kappen angeordnet ist, oder es kann aus einer Klappe bestehen, die
Uber einem Loch in der Wand jeder Kappe angeordnet ist, und in einer Richtung von
eine oder mehreren Feder gedrückt wird und die in einer anderen Richtung mit Hilfe
eines Elektromagnets gegen die Wirkung der Feder oder Federn geführt werden kann,
wenn der Magnet erregt ist, wobei die Klappe in ihrer einen Endlage angeordnet ist,
das Loch zu verstopfen, so dass in dieser Lage wesentlich kein Laut durch die Wand
der Kappe dringen kann.
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Gemäss einer speziellen Eigenschaft der Erfindung betätigt die Spannvorrichtung
automatisch das spannbare' Organ abhängig von einem via ein Mikrophon aufgenommenen
Niveau der Schallstärke.
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Wenn man das spannbare Organ ein Element aus ferromagnetischem Material
umfassen lässt, so kann die Spannvorrichtung einen nahe am ferromagnetischen Elemente
angebrachten Elektromagnet aufweisen, der von einem vom Mikrophon abgegebenen, von
einer Gleichrichtervorrichtung gleichgerichteten und von einer Verstärkervorrichtung
verstärkten Signal angetrieben ist, wodurch der Elektromagnet abhängig von der vom
Mikrophon aufgenommenen Lautstärke das ferromagnetische Element anzieht. Wenn es
erwUnscht ist, dass das spannbare Organ zwischen zwei deutlichen
Lagen
wechseln soll, d.h. ganz ungespannt bzw. ganz gespannt, ist es zweckmässig, dass
die Spannvorrichtung auch einen vor dem Elektromagnet gesehen von der Signalrichtung
geschalteten, das Signalniveau abtastenden Kreis umfasst, nur aber, wenn das vom
Mikrophon abgegebene Signal ein im voraus -bestimmtes Niveau überschreitet, und
dass dann die Betriebsspannung, wenn sie zum Elektromagnet gespeist wird, immer
hauptsächlich dasselbe Niveau hat.
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Die Erfindung wird unten im Anschluss an die anliegenden Zeichnungen
näher beschrieben, worin Fig. 1 einen Schnitt einer schematisch gezeichneten Kappe
eines Gehörschutzes mit einer Ausführungsform des Schallventils gemäss der Erfindung,
Fig. 2 ein Blockschema des Kreises, mit dessen Hilfe die Spannung der Membran in
Fig. 1 zustandegebracht wird, Fig. 3-ein Beispiel eines Schaltschemas des Kreises
gemäss Fig. 2, und Fig. 4 eine Kappe des Gehörschutzes mit einer anderen Aus führungs
form des Schallventils gemäss der Erfindung zeigen.
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Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Gehörschutzkappe 1, die rings
um das eine Ohr einer Person placiert ist. Die Kappe 1 umfasst eine Aussenwand 2,
binnen welcher eine Schicht 3 von schallisolierendem Material angebracht ist. Rings
um den Rand der Kappe beim Anliegen an der Haut des Gehörschutzträgers um das Ohr
läuft ein anliegendes Kissen 4, das ein gutes Anliegen zwischen der Kappe.l und
der Haut geben soll.
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In der Wand der Kappe auf demselben Niveau wie die Aussenwand 2 ist
eine Membran 5 angeordnet. Diese Membran kann entweder ein integriertes Teil der
Aussenwand der Kappa 1 sein und aus einer Partie von wenigerer Dicke als die übrige
Aussenwand der Kappe bestehen. Man kann auch eine Membran haben, die ein Loch in
der Kappenwand deckt und an der Wand der Kappe um das Loch befestigt ist und entweder
aus demselben oder anderem Material als dia Wand der Kappe bestehen kann. Die Membran
kann entweder einer Kunststoffmembran oder eine Metallmembran sein.
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Ein Loch ist in der schallisolierenden Schicht 3 gerade vor der Membran
angeordnet. Die Membran ist vorzugsweise an ihrer mittleren Teile mit einem festen,
auf der Membran angeordneten
Element 6 aus ferromagnetischem Material
versehen. Das Element 6 kann die Form einer Scheibe oder eines Belegs haben. Das
Element kann auch als eine Schicht mit Membranmaterial auf beiden Seiten dieses
angeordnet sein. Die Membran ist so lose, dass sie von aussen hereinkommende Geräusche
durchlässt.
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Gerade vor dem Element 6 ist ein Elektromagnet 7 placiert, der bei
Anregung dadurch dass Strom durch seine Wicklung 8 durchgelassen wird, das Element
6 mit solcher Kraft anzieht, dass die Membran so viel gaspannt wird, dass von aussen
hereinkommende Geräusche nicht länger durch die Gehörschutzkappe dringen können.
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Der Elektromagnet ist an der Kappe 1 fest angeordnet und kann entweder
an der Innenseite oder Aussenseite der Kappe placiert sein. Auf der Aussenseite
der Kappe gibt es auch ein Mikrophon 10, das den äusseren Schall aufnimmt und ihn
zu einem Elektronikteil umgewandelt in ein elektrisches Signal führt, das entscheidet,
ob die vom Mikrophon aufgenommene Lautstärke von schädlichem Charakter ist, und,
in diesem Falle, einen Strom durch die Wicklung 8 via die Leiter 8 a und 8 b speist,
sodass der Elektromagnet 7 erregt wird und das ferromagnetische Element 6 anzieht,
sodass die Membran 5 gespannt wird und keinen Laut durchlässt.
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Fig. 2 zeigt ein Blockschema des Elektronikteils 9 sowie das Mikrophon
10 und die Wicklung des Elektromagnets 8. Das Mikrophon 10 wandelt das Schallsignal,
das es trifft, in ein Elektrisches Signal um, das an ein Verstärker 11 gespeist
wird, und das Ausgangssignal des Verstärkers 11 wird an einen Gleichrichtervorrichtung
12 weltergespeist. Das Ausgangssignal von der Vorrichtung 12 wird zu einem niveauabtastenden
Kreis 13 weitergefUhrt. Der Kreis 13 dient zur Speisung eines Stroms durch die Wicklung
des Magnets 7 wenn das Signal von der Vorrichtung 12 einen gewissen Wert überschreitet,
und zum Unterbrechen des Strom durch die Wicklung, wenn das Signal von der Vorrichtung
12 unter dem erwähnten Wert ist.
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Der Kreis 13 dient dazu, einen konstanten Strom durch die Wicklung
8 bei Erregung zu speisen, d.h. der Magnet wird dazu gebracht, mit swei Zuständen
zu arbeiten, entweder ganz aktiviert oder ganz inaktiviert abhängig davon, ob der
vom Mikrophon aufgenommene Schall ein bestimmtes Niveau der Lautstärke übersteigt
oder darunter kommt,
worüber ein Risiko.Gehörschäden vorliegt. Durch
den Kreis 13 wird die Kraftwirkung des Elektromagnets auf das ferromagnetische Element
6 beim Aktivieren des Magnets somit konstant und deutlich, und die Amperewindungen
der Wicklung wird derart angepasst, dass eine genügende Kraftwirkung bei Erregung
vom Elektromagnet auf das Element 6 erhalten wird, damit die Membran genug gespannt
werden soll, um die Membran treffenden Schallwellen effektiv davon zu verhindern,
duch die Membran zu dringen. Der Kreis 13 kann eventuell weggelassen werden.
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Eine Aus führungs form einer Schaltung des im Blockschema in Fig.
2 gezeigten Kreises wird in Fig. 3 gezeigt. Das elektrische Ausgangssignal vom Mikrophon
10, das in diesem Falle aus einem Kristallmikrophon besteht, wird zu einem zweistufigen,
gegengekuppelten Verstärker 11 gespeist. Hierbei wird das Signal zur Base eines
Impedanzumwandlertransistors T1 von NPN-Typ gespeist.
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Der Kollektor des Transistors 11 ist an die positive Speisespanning
direkt gekuppelt. Ein Widerstand R1 ist zwischen der Basis «und dem Kollektor des
Transistors T1 gekuppelt, um einen wohl definierten Arbeitspunkt zu erhalten und
wegen Temperaturstabilisierung. Das zwischen dem Emitter des Transistors T1 und
dem Emitterwiderstand R2 entnommene Ausgangssignal wird zum Emitter eines NPN-Transistors
T2 mit wechselstromgeerdeter Base geführt. Ein Widerstand R3 ist zur Rückkupplung
für den'Transistor T2 angeordnet und dient auch dazu, einen stabilen und wohl definierten
Arbeitspunkt zu geben. Der Kollektor des Transistor T2 ist via einen Kollektorwiderstand
R4 an die positive Speisung des Verstärkers 11 gekuppelt. Der zwischen der positiven
Speisungsstelle des Kreises 11 und dem positiven Pol der Batterie geschalteten Widerstand
R5 dient zusammen mit dem zwischen der positiven Speisung und dem negativen Pol
geschalteten Kondensator C2 als ein Filter, um keine Rückschaltung via die Speisung
zu erhalten. Der Kondensator C2 kann gegebenenfalls durch. enge oder mehrere in
Reihe geschaltete Zenerdioden ersetzt werden.
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Das zwischen dem Kollektor des Transistor T2 und dem Kollektorwiderstand
genommene Ausgangssignal wird via einen Kondensator C3 weiter gespeist, um die Gleichstromkomponente
im Signal zur Gleichrichterschaltung 12 zu entfernen die im gezeigten AusfUhrungsbeispiel
eine spannungsverdroppiende Schaltung
konventionellen Typs ist,
dieaus einer ersten Diode D1 zwischen dem Kondensator C3 und dem negativen Pol der
Batterie mit der dem Kondensator C3 zugewandten Kathode bestehen kann. Die Anode
einer zweiten Diode D2 ist auch dem Kondensator C3 angeschlossen und mit der Diode
D1 in Reihe geschaltet. Zwischen der Kathode der Diode D2 und der negativen Polklemme
der Batterie, d.h.
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parallel zu den beiden in Reihe geschalteten Dioden D1 und D2, gibt
es eine Parallelschaltung eines Kondensators C4 und eines Widerstands in der Form
von einem Potentiometer P.
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Das von dem Abgrift des Potentiometers P abgenommene, gleichgerichtete
Signal wird an den niveauabtastenden Kreis 13 gespeist. Das Signal wird da zuerst
zur Basis eines NPN-Transistors T3 mit geerdetem Emitter gespeist. Der Kollektor
des Transistors T3 ist via einen Kollektorwiderstand R6 an den positiven Pol der
Batterie angeschlossen. Zwischen dem Kollektor des Transistors T3 und dem Kollektorwiderstand
R6 ist die Basis eines zusätzlichen NPN-Transistors T4 gekuppelt. Der Emitter des
Transistors T4 ist an den negativen Pol der Batterie direkt angeschlossen und dessen
Kollektor ist via einen Kollektorwiderstand R7 an den positiven Pol der Batterie
angeschlossen. Das zwischen dem Kollektor des Transistors T4 und dem Kollektorwiderstand
R7 heraus genommene Ausgangssignal wird an die Basis eines zusätzlichen Transistors
T5 gespeist, dessen Kollektor an den positiven Pol der Batterie direkt gekuppelt
ist und dessen Kollektor an den negativen Pol der Batterie via eine parallelschaltung
bestehend aus der Magnetwicklung 8 und einer parallel zu dieser geschalteten, rückvorgespannten
Diode D3 angeschlossen ist.
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Der Kreis 13 funktioniert in der folgenden Weise: Wenn die Spannung
zwischen dem negativen Pol und dem Abgriff des Potentiometers P niedriger als die
Basis-Emitterspannung ube des Transistors T3 ist ist der Transistor T3 gesperrt,
und sein Kollektor liegt dann auf hohem Potential, was zur Folge hat, dass der Transistor
T4 völlig leitend ist. Da der Kollektor des Transistors T4 dann auf niedrigem Potential
liegt, ist der Transistors T5 gesperrt und wesentlich kein Strom wird durch die
Wicklung 8 gespeist, wodurch der Elektromagnet nicht erregt ist.
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Wenn stattdessen die Spannung zwischen dem negativen Pol der Batterie
und dem Abgriff des Potentiometers P höher als die Basis-Emitterspannung des Transistors
T3 ist, leitet der Transistor T3> wodurch sein Kollektorpotential niedrig wird.
Dies hat zur Folge, dass der Transistor T4 dazu gebracht wird, weniger zu leiten,
wodurch sein Kollektorpotential erhöht wird und der Transistor T5 deswegen leitet,
so dass Strom durch die Wicklung 8 gespeist und der Elektromagnet 7 also erregt
wird. Um eine sichere Funktion zu erhalten, kann gegebenenfalls eine Diode zwischen
dem Emitter des Transistors Th und der negativen Polklemme der Batterie geschaltet
werden.
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Fig. 4 seigt eine Gehörschutzkappe desselben Typs wie die in Fig.
1 gezeigte mit einer auf Federn 14 aufgehängten Klappe 15 mit einer Scheibe 16 aus
ferromagnetischem Material, welche Scheibe angeordnet ist, vom Elektromagnet 7 angezogen
zu werden, wenn dieser in derselben Weise erregt wird, wie im Anschluss an die Fig.
1 - 3 beschrieben worden ist. Die Klappe kann wie im gezeigten Falle angeordnet
sein, vor das Loch 17 in der Wand der Gehörschutzkappe mit Hilfe des Elektromagnets
gegen die Wirkung der Federn gesetzt zu werden, sodass das Loch verstopft wird und
kein Laut in die Gehörschutzkappe dringen kann, wenn die Schallstärke ein gewisses
Niveau Uberschritten ist. Der Kreis, der den Elektromagnet steuert, stimmt mit dem
in Fig. 3 gezeigten Kreis ganz Überein.
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Man kan sich auch leicht vorstellen, stattdessen die Federung der
Klappe 15 derart anzuordnen, dass die Klappe vor dem Loch gehalten wird, wenn der
Magnet inaktiviert ist und dass der Magnet, wenn er erregt . ist, danach strebt,
die Klappe dazu anzuziehen, das Loch 17 nicht zu verstopfen. Hierbei muss der niveauabtastende
Kreis solcher Beschaffenheit sein, dass er Strom durch die Wicklung 8 speist, wenn
die Spannung zwischen dem Minuspol und dem Abgrift des Potentiometers nicht unter
ein bestimmtes Niveau herunterkommt und kein Strom durch die Spule speist, wenn
die erwähnte Spannung dieses Niveau überschreitet, d.h. der Gegenteil von früher.
Der Vorteil dieses ist, dass die Klappe immer geschlossen gehalten wird, wenn der
Elektromagnet nicht erregt #wird, so dass wenn ein Teil des Erregung kreises des
Elektromagnets aufhören würde zu funktionieren, das einzige, das dann geschehen
würde, wäre, dass die Person, die
den Gehörschutz tragt, nicht mit
ihrer Umgebung kommunizieren könnte, wenn der Lärm einen nicht schädlichen Niveau
annimmt.
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Ihr Gehör würde die ganze Zeit geschützt sein.
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Viele verschieden Modifizierungen sind im Rahmen des Erfindungsgedanken
möglich.