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Hinter-dem-Ohr-Gerät mit Richtmikrofon Bei Hörgeräten besteht eine
wesentliche Aufgabe auch darin, von dem Schwerhörigen unerwünschte bzw. unnötige
Schalleindrücke fern zu halten, vor allem diejenigen, die von rückwärts ( 1800 )
auf sein Mikrofon fallen.
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Zu diesem Zweck hat man Hörgeräte mit Cardioiden-Mikrofonen entwickelt,
die aber den Belangen der Schwerhörigen nur zum Teil gerecht werden0 Fig. 1 zeigt
das Diagramm eines solchen Mikrofons.
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Für die Frequenzen 5 r 6 kHz hat es fast Kreisform. Für die Frequenzen
3 und 4 kHz verläuft es bezüglich der Richtung 1800 etwas flacher. Ab 2 kHz beginnt
es einzubeulen und für die Frequenzen 1,5 und 1,0 kHz hat es eine deutliche Einschnürung.
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Da die hohen Frequenzen nicht mehr von den tiefen verdeckt werden
treten die hohen dann besonders unangenehm in Erscheinung und werden als lästig
empfunden, zumal sie Schalleindrücke aus unerwünschter Richtung darstellen.
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Die tiefen Frequenzen unterhalb 1000 Hz z.B. 500 Hz tragen nur wenig
zum Sprachverständnis bei. Sie verdecken die wichtigen höheren Frequenzen, in denen
die für die Verständgung wichtigen ForAmanten enthalten sind0 Dies gilt bes. für
Innenohrgeschädigte, die Frequenzen unterhalb 1000 Hz noch rel. gut hören, aber
über 1000 Hz nur noch wenig aufnehmen, so daß ihnen in diesem Bereich und bezüglich
der erwünschten Empfangsrichtung geholfen werden sollte.
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Mit den vorliegenden Vorschlägen sollen zwei Aufgaben gelöst werden0
1. Es soll aus der Richtung 1800 der Empfang für alle Frequenzen auf ein Minimum
herabgesetzt werden.
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2. Aus den Richtungen 0° , 900 und 2700 sollen die IkE Amplituden
der tiefen Frequenzen vermindert und die Amplituden der mittleren und hohen Frequenzen
etwas angehoben werden.
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Fig. 4 zeigt ein Diagramm einer später noch zu beschreibenden Mikrofonanordnung,
das eine Minimumstelle für alle Frequenzen bei 1800 aufweist. Die Darstellung ist
schematisch.
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Der Verlauf dieser Kurven lässt sich mit einem HdO-Gerät erreichen,
das nur wenig größer gegenüber einer üblichen Ausführung ist.
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Fig. 2 zeigt die reine Schaltung, Fig 3 im Prinzip den Aufbau.
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In den Fig. stellt Sv den horizontalen Teil der Luftstrecke zwischen
den beiden Schallaufnahmeöffnungen Ov und Oh dar, L1 ist die Rohrleitung von der
vorderen Öffnung Ov bis zum Mikrofon 1 bzw der Membran 1 . L3 ist die Rohrleitung
von der hinteren Öffnung Oh bis zum Mikrofon 3 bzw der Membran 3 Die Robrleitungen
wird man gewunden ausführen, um sie besser unterbringen zu können, Man ist daher
in gewissen Grenzen frei, Die Luftstrecke Sv steht nur in begrenztem Maße zur Verfügung.
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Die Werte : Sv = 3,0 ; 3,5 und 4,0 cm sind konstruktiv möglich, da
die Schallöffnung Ov sehr weit nach vorn gelegt werden kann.
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Das ist möglich bis zur Umbiegung des Schallrohres in das Ohr, evtl
sogar darüber hinaus.
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Wichtig ist, daß in den später angegebenen und auch in ähnlzehen Fällen
die Schallwege von rückwärts ( 1800 ) zu den beiden Mikrofonen bzw Membranen gleichlang
gemacht werden, so daß die Schwingungen gleichzeitig ankommen und sich infolge der
Gegenschaltung unabhängig von der Frequenz, im Maß der Gegenkopplung, die wählbar
ist, aufheben.
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Für die Vorausrichtung ( 0° ) sind dagegen rel. lange Umwege erwünscht,
die eine Anhebung im Bereich der mittleren Frequenzen von z.B. 1500 - 3500 Hz ermöglichen.
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Für die Seitenrichtung kommen aus konstruktiven Gründen kleinere Umwege
in Frage, die eine Anhebung im mittelhohen Bereich von z.B. 4000 - 5000 Hz gestatten.
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Aus allen Richtungen sollen aber die ganz tiefen Frequenzen weitgehend
unterdrückt werden, da sie nichts zur Infor0Btion beitragen und nur den Verstärker
belasten.
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Es soll nun erörtert werden, welche Wirkungen bezüglich der resultierenden
Ausgangsspannung beim Zusammenwirken von Gegenkopplung in Verbindung mit der Laufzeitverzögerung
infolge der Umwege eintreten.
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Wenn für eine bestimmte Frequenz fmax der Umweg die Größe von zu erreicht,
dann bedeutet dies, daß der Schall am anderen Mikrofon gegenphasig ankommt. Da aber
die Spannungen beider Mikrofone gegeneinander geschaltet sind, so ergibt sich eine
Addition der Wechselspannungen, die sich um maximal 6 db erhöht.
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Die Fig. 5a - 5c veranschaulichen keine Amplitudenkurven, sondern
sie sollen die Phasenlagen für verschiedenen Frequenzen bei gleicher Verzögerungszeit
tu bzw. gleichem Umweg U darstellen.
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Es ist ein Umweg von 7 cm zugrunde gelegt, der einer Verzögerunigzeit
von 212 Xs entspricht. Es wird gezeigt, weiche Phasenlagen diese Verzögerung bei
den Frequenzen 2350 Hz, 1175 Hz und 587,5 Hz zur Folge hat.
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Daraus ist ersichtlich, ob eine Addition oder Subtraktion der Ausgangspannungen
zustande kommt.
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Eine Anhebung der Ausgangspannung setzt schon früher ein und zwar
dann, wenn der Wert t/4 von Fmax überschritten wird.
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Unterhalb des Wertes t/4 und oberhalb des Wertes 3/4 ts wirkt sich
die Gegenkopplung subtraktiv aus. Unter 1/8 ts und über 7/8 ts ist die Gegenkopplung
merklich und erreicht ihren höchsten Wert bei 4/4 ts.
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Die zugehörige Frequenz rechnet man aus dem Umweg aus.
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Beträgt der Umweg bezüglich der Vorausrichtung ( Oo ) z.B.
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7 cm, so errechnet man für >/2 = 7 cm maximale Anhebung.
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A= ist dann 14 cm ç Die Verzögerungszeit tu für 7 cm beträgt 0,14
m : 330 ms = 0,000424 s.
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fmax = 330 m8' : o,14 m = 2350 Hz Die Anhebung beginnt bei 1175 Hz
und endet bei 3525 Hz.
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Unterhalb des Wertes >/8 = 7 cm ist mit merklicher Verminderung
zu rechnen ; oberhalb 7/8 # = 7 cm ebenfalls. Die zugehörigen Frequenzen sind fmin
= 590 Hz bzw fmin = 4120 Hz.
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Für den Empfang von der Seite ( 900 ) soll der Wert U90 zu 3,5 cm
angenommen werden. tu = 212 ps, fmax = 4720 Hz Bereich der Anhebung von 2360 - 7080
Hz.
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fmin = 1180 Hz. Unterhalb dieser Frequenz ist mit Verminderung zu
rechnen.
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Das Grundprinzip ist darin zu sehen, daß bei einem HdO-Gerät mit zwei
Schallöffnungen und zwei gegengekoppelten Mikrofonen oder einem Mikrofon mit beidseits
beaufschlagbarer Membran die Anordnung derart aufgebaut ist, daß für von rückwärts
kommende Schwingungen ein möglichst geringer Laufzeitunterschied - praktisch der
Wert Null - zwischen den Mikrofonen bzw Membranen entsteht, derart, daß für alle
Frequenzen des Übertragungsbreiches eine gleichgroße Amplitudenverminderung eintritt.
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Es soll für die Richtung 1800 folgende Forderung erfüllt sein: L 3
- Sv-- L 1 = 0 Dabei soll gleichzeitig für die Vorausrichtung 0° gelten Sv + L 3
- L 1 = für eine im mittleren Sprachbereich bzw. im mittleren Übertragungsbereich
des Gerätes liegende Frequenz.
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Weiterhin soll der Laufzeitunterschied zwischen den zusammen gehörigen
Mikrofonen bzw Membranen bezüglich der Seitenrichtung ( 900 ) so groß sein, daß
lediglich für die tiefen Frequenzen eine Verminderung und für die mittelhohen eine
Anhebung stattfindet.
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Dies bedeutet, daß für die Seite ( 900 ) gelten soll 13-11 = und zwar
für eine Frequenz im mittelhohen Sprach~bzw Übertragungsbereichc o Aus allen Richtungen
sollen dabei die tiefen Frequenzen in der Amplitude vermindert dem Verstärker zugeführt
werden.
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Die Rohrleitungen L1 und L3 vor den Mikrofonen 1 und 3 sollen resonanzfrei
sein, d.h. aperiodisch wirken, Vorzugsweise sollen sie größer als die - horozontale
-Luftstrecke Sv zwischen den beiden Schallaufnahmeöffnungen Ov und Oh sein.
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Im Folgenden soll untersucht werden, welche Umwege U bei den verschiedenen
möglichen Bemessungen brauchbare Werte für die Hörverbesserung ergeben.
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Wie schon erwähnt, sind Werte für die luftstrecke Sv von 3,0 ; 3,5
und 4,0 cm konstruktiv möglich, da die Schallöffnung Ov ohne weiteres rel. weit
nach vorn gelegt werden kann. Mit Rücksicht auf Brillenträger usw ergibt sich die
Notwendigkeit das Mikrofon 1 in den weiten Weil des Gehäuses - also nach unten -
zu legen, damit die Höhe über der Ohrmuschel nicht unnötig vergrößert wird0 Dieser
Zwang stört hier nicht und kann sogar vortemlhaft genutzt werden, da eine Rohrleitung
L1 vor dem Mikrfon 1 aus physikalischen Gründen erforderlich ist.
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Im folgenden werden mehrere Bemessungen für die luftstrecke Sv und
für die vor den Mikrofonen liegenden Rohrleitungen L 1 und L 3 nebeneinander gestellt.
Anschließend werden die daraus sich ergebenden Umwege U von vorn U0 , von der Seite
U90 und von rückwärts U180 errechnet.
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Aus den Laufzeitunterschieden werden wiederum die Frequenzen bzw Beginn
und Ende der Bereiche ermittelt, in denen sich Anhebung ( Addition ) oder Verminderung
( Subtraktion ) ergibt.
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Für das Größenpaar : Sv = 2,0 cm L1 = 4,0 cm 13 = 6,0 cm ergeben sich
folgende Verzögerungswege U UO = Sv + L3 - L1 = 2 + 6 - 4 = 4cm Ug0 = L 3 - L 1
= 6 - 4 = 2 cm U180= 13 - L1 - Sv = 0 Für das Größenpaar : Sv = 2,5 cm L1 = 2,5
cm L3 = 5 cm ergeben sich folgende Verzögerungswege U UO = 5 cm UgO = 2,5 cm U180
= 0 Für das Größenpaar : Sv = 3 cm L1 = 5 cm L3 = 8 cm ergeben sich folgende Verzögerungswege
U U0 = 6 cm U90 = 3 cm U180 = 0 Für das Größenpaar : Sv = 3,5 cm L1 = 4,5 cm L3
= 8 cm ergeben sich folgende Umwge U U0 = 7 cm UgO = 3,5 cm U180 = 0 Für das Größenpaar
: Sv = 4 cm L1 = 5 cm 13 = 9 cm ergehen sich folgende Umwege U U0 = 8 cm Ug0 = 4
cm U180 = 0
Es soll nun untersucht werden 1. welche Frequenz fmax
um maximal 6 db bzw welche Frequenz bereiche eine Anhebung für Empfang aus der Richtung
0° infolge des >/2 - Effektes erfahren und 2. von welchen Frequenzen fmin an
mit einer merklichen Reduzierung der Amplitude infolge der dann wirksamen Gegenkopplung
zu rechnen ist.
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UO = 4 cm fmax = 4130 Hz Anhebungsbereich 2065 - 6195 Hz fmin = 1030
Hz U0 = 5 cm fmax = 3300 Hz Anhebungsbereich 1650 - 4950 Hz fmin = 825 llz sowie
5725 Hz U0 = 6 cm fmax = 2750 llz Bereich 1375 - 4125 Hz fmin = 690 llz sole 4830
Hz U0 = 7 cm fmax = 2350 Hz Bereich 1175 - 3525 Hz fmin = 590 Hz sowie 4130 Hz U0
= 8 cm fmax = 2060 liz Beraich 1030 - 3090 Hz fmin = 515 Hz sowie 3600 Hz Für die
Seite ( 900 ) gilt folgendes UgO = 2,0 cm fmax = 8260 Hz fmin = 2060 Hz UgO = 2,5
cm fmax = 6600 Hz Bereich 3300 - 9900 Hz fmin = 1650 Hz U90 = 3,0 cm fmax = 5500
Hz Bereich 2750 - 8250 Hz fmin-= 1375 Hz U90 = 3,5 cm fmax = 4720 Hz Bereich 2350
- 7050 Hz fmin = 1180 Hz U90 = 4,0 cm fmax = 4120 Hz Bereich 2060 - 6180 Hz fmin
= 1030 Hz Die Zusammenstellung der Werte lässt erkennen, daß man mit verschiedenen
Bemessungen folgendes erreichen kann 1. Eine für alle Frequenzen wirksame Verminderung
des Empfanges aus der Richtung 1800 ( U180 = o cm ) 2. Eine Anhebung von mittleren
und mittelhohen Frequenzen
im Formantenbereich der Sprache aus den
Richtungen 0° und 900 ( UO = >6 2 S Ug0 = #'/2 ) 3. Eine Verminderung des Anteils
der tiefen Frequenzen aus allen Richtungene Der Schall aus der Vorausrichtung 0°
braucht nicht zur gleichen Zeit an der Öffnung Oh und am Mikrofon 1 anzukommen.
Dies würde bedeuten, daß lil = Sv ist0 Es ist zweckmässiger und konstruktiv einfacher
wenn Sv kleiner als L1 ist. Nur die Summe aus Sv und L1 soll praktisch der Länge
von L3 entsprechen, damit der rückwärtige Schall ( 1800.) frequenzunabhängig vermindert
werden kanne Die rel. langen Leitungen Iii und L3 dürfen aber nicht tesonatoren
wirkenD da dann die AmBlitudenverteilung je nach Frequenz an den Steilen der Mikrofone
terschieden sein würde.
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Die Leitungen sollen so ausgebildet werden daß sie als aperiodische
Leitungen wikken, damit die Gegenkopplung nur von der Laufzeit doh in gleichem Maße
für alle Frequenzen wirksam wird.
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Aus diesem Grunde sollen die teitungen 11 und vor allem L3 z.B. durch
akustische Wirkwiderstande am offenen Ende der Leitung, durch verteilte Widerstgände
oder Querschnittsveränderungen etwa gemäß der deutschen Ps 1 198 861 oder der öster.
Ps. 186 688 resonanzfrei gemacht werden.
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Man kann auch eine andere Lösung gemäß Fig. 6 wählen.
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Dort werden die Leitungen etwas länger,gemacht, als für die gewünschte
Laufzeit erforderlich ist. Am Ende der Leitung wird ein Wirkwiderstand Rw vorgesehen,
der so bemessen ist, daß er ganz oder nahezu dem Wellenwiderstand der eitung angepasst
ist. Die Mikrofone sind dann etwas vor dem Ende bzw.
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dem Wirkwiderstand Rw seitlich an die Leitung angekopplet.
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In die Ausgänge der Mikrofone können Amplitudenvariatoren A in Form
von Verstärkern oder hbschwächern eingefügt sein, mit denen der gewünschte Grad
der Gegenkopplung eingestellt werden kann.
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Wenn ein Mikrofon mit beidseits beaufschlagbarer Membran verwendet
wird, dann kann die Amplitudeneinstellung durch die
Beschaffenheit
der Leitungen oder durch einen - verstellbaren -Nebenschluß zwischen L1 und L3 insbes.
kurz vor dem Mikrofon vorgenommen werden.
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Über die ferminderung des Rückwärtsempfanges hinaus kann auf einfache
Weise noch ein weiterer Vorteil erreicht werden, Es kann unter Umständen wünschenswert
sein, den Empfang von der Seite ( 900 ) nebenbei oder allein stärker zu vermindern
oder einen Rundempfang zu ermöglichen0 Dies ist ohne großen Aufwand möglich, wenn
man die Leistung L3 vor dem hinteren Mikrofon 3 unterteilt, Mit Öffnungen Oh'und
Oh' versieht und z.B. einen Schieber Sch anfügt, der es gestattet, in der Mittelstellung
beide Öffnungen zu verschließen ( Rundefang ) oder in einer Endstellung eine der
beiden Öffnungen frei zu geben. ( Verminderung aus 900 und/oder 1800 ) Fig. 7 zeigt
eine solche Anordnung im Prinzip.
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Die Leitung L3 ist in zwei Abschnitte L3'und L3''unterteilt.
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Folgende Abmessungen sollen beispielsweise genannt werden Sv = 2 cm
Ll = 3 cm L35 = 4 cm L3 = 1 cm Beim Schließen der unteren Öffnung Oh'ergibt sich
U0 = L3 + Sv - L1 = 5 + 2 - 3 = 4 cm U90 = L3 - L1 = 5 - 3 = 2 cm U180 = L3 - Sv
- L1 = 5 - 2 - 3 = 0 Wenn die obere Öffnung Oh" geschlossen ist gilt U0 = L3'+ Sv
- L1 = 4 + 2 - 3 = 3 cm Ug0 = L3' - L 1 = 4 - 1 = 1 cm U180 = L3' - Sv - L1 = 4
- 2 - 3 = 1 cm U0 = 3 cm ergibt Anhebungsbeginn bei 2750 Hz und Maximum bei 5500
Hz U90 und U180 = 1 cm bedeuten Verminderung aller Frequenzen unterhalb 4120 Hz
Seiten- und Rückwärtsempfang sind also stark vermindert.
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Es sollen noch weitere Bemessungen untersucht werden Sv = 3 L1 = 5;L3'
= 6 L3'' = 2 Untere Öffnung zu heißt L3 = 8 cm U0 = 6 U90 = 3 U180 = 0 Obere Öffnung
zu heißt : L3' = 6 cm U0 = 4 Ugg = 1 U180 = 2
Sv = 2,5 L1 = 4,5
L3 = 6 L3'' = 1 Untere Öffnung zu heißt L3 = 7 cm UO = 5 Ug0 = 2,5 U180 = 0 Obere
Öffnung zu heißt L3 = 6 cm UO = 4 U90 = 1,5 U180 = 1 Sv = 3 L1 = 5 L3' = 5 L3''
= 3 Untere Öffnung zu heißt L3 = 8 cm U0 = 6 90 3 U180 = 0 Obere Öffnung zu heißt
: L3' = 5 cm UO = 3 U90 ° 0 U180 - 3 Bei dieser Bemessung wird der Seitenempfang
unterdrückt.
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Für die Mikrofone, deren Ausgangsspannungen gegeneinander geschaltet
werden sollen, ist zu beachten, daß sie|zumindest zwischen 800 und 5000 Hz in der
Amplitudenkurve möglichst weitgehend übereinstimmen, vor allem keine mechanischen
oder elektrischen Resonanzen aufweisen, da diese meist unkontrollierbare Phasenwinkel
mit sich bringen.
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Das obere Ende des Übertragungsbereiches ist im vorliegenden Falle
keinen Grenzen unterworfen. Für Kleinstgeräte ist eine obere Grenze von 5000 - 6000
Hz empfehlenswert0 Die in den dargettellten und beschriebenen Anordnungen gewählten
Bemessungen sowie die Lage der Schallöffnungen und Mikrofone stellen lediglich Beispiele
dar, die im Bedfsfalle im Rahmen der Vorschläge abgeändert werden können.
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Kombinationen der dargestellten und beschriebenen Einzelmaßnahmen
liegen durchaus im Rahmen dieser Anmeldung.