DE2809634C3

DE2809634C3 - Künstliches Ohr für Messungen an Ohrhörern

Info

Publication number: DE2809634C3
Application number: DE2809634A
Authority: DE
Inventors: Giulio Caselle Modena; Aldo Chieri Reolon
Original assignee: CSELT Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni SpA
Current assignee: Telecom Italia SpA
Priority date: 1977-03-09
Filing date: 1978-03-06
Publication date: 1980-07-31
Also published as: DK100978A; JPS58610B2; SE7802442L; IT1116715B; DE2809634B2; SE416373B; FR2383573A1; CA1100621A; FR2383573B1; DE2809634A1; US4152555A; JPS53110879A; GB1565927A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein künstliches Ohr nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und fällt damit allgemein in das Gebiet akustischer Meßgeräte.

Für telephonometrische Messungen werden, wo immer es möglich ist. Vorrichtungen verwendet, die den menschlichen Mund bzw. das menschliche Ohr ersetzen und die erhaltenen MeUcrgebnisse graphisch aufzeichnen. Diese Automation ist offensichtlich von besonderem Interesse, wenn ausgedehnte Messungen gefordert werden, beispielsweise zur Prüfung der Charakteristiken der Fernsprech-Mikrofon und -Hörkapseln. Es werden dann durch die Automation nicht nur Personalstunden eingespart, die zum Erhalten verläßlicher Ergebnisse sehr zahlreich sein müßten, sondern es können auch die Prüfgeräte standardisiert werden, so daß sie international festgelegten

ίο Normen entsprechen.

Im einzelnen werden zur Durchführung von Messungen der Empfindlichkeit-Frequenz-Kennlinie von Fernsprech-Hörkapseln sogenannte »künstliche Ohren« verwendet, wobei eine akustische Belastung, also

r5 eine Lastimpedanz, die so nah als möglich die vom menschlichen Ohr während eines Ferngesprächs dargebotene Last nachbildet, benötigt wird. Derartige Ohren realisieren diese Belastung und geben außerdem die Ansprechcharakteristik an ein Meßgerät weiter.

Ein von I.E.C. (International Electrotechnical Commission) vorgeschlagenes Ohr wurde von C.C.I.T.T. durch Beschluß der V. Vollversammlung zur Verwendung für telephonometrische Messungen vorläufig empfohlen (C.C.I.T.T.-Grünbuch, Band V, Empfehlung P. 51). Das künstliche Ohr nach I.E.C. war jedoch für audiometrische Messungen entworfen und gebaut worden. Bekanntlich dürfen für audiometrische Messungen keine akustischen Leckstellen zwi-

jo sehen dem äußeren Rand des Ohrs und der Schallquelle auftreten. Diese Bedingung des Nichtleckens ist jedoch ein Grenzzustand bei der Verwendung im Fernsprechwesen, der sehr selten vorliegt. Im allgemeinen entweicht zwischen dem äußeren Rand des Ohrs und dem Handapparat des Fernsprechers verhältnismäßig viel Schall, wodurch in erheblichem Maße die vom Ohr dargestellte akustische Belastung beeinflußt wird. Eine Hörkapsel, deren Ansprech-Kennlinie entsprechend dem künstlichen Ohr nach I.E.C. festgelegt ist und sich miU-Yequenzänderungen nicht ändert, führt also im gewöhnlichen Betrieb zu störenden Verzerrungen.

Künstliche Ohren zur Bestimmung der akustischen Eigenschaften von Kopfhörern oder Ohrhörern, die als Schallquellen in der Unterhaltungselektronik dienen, sind bekannt, und zwar zur dichten Anlage am Ohr oder auch auf ein freies Schallfeld arbeitend (Zeitschrift »radio mentor«, 1969, Heft 3, Seiten 158 bis 160). Es ist auch bekannt (Zeitschrift »Acustica«, 1971, Heft 1,Seiten 42 bis 49, insbesondere Fig. 12), für Messungen an Kopfhörern für Stereo-Wiedergabegeräte das von I.E.C. angegebene künstliche Ohr zu verwenden, bei dem Schall niedriger Frequenzen über eine künstliche Leckstelle entweichen kann, wo» durch das Entweichen von Schall zwischen dem äußeren Rand des Ohrs und der Schallquelle berücksichtigt wird. Für dieses Entweichen des Schalls wird eine Kommunikation zur umgebenden Atmosphäre freigelassen, was für die angegebene Verwendung, bei der

bo der eventuelle Spalt zwischen dem Köpf hörerrand und dem Ohrrand nur sehr klein ist, noch möglich sein mag. Die Nachbildung des weiteren Spalts zwischen dem Rand des Ohrs und einer Fcrnsprech-Hörkapsel läßt sich indessen nach dieser Technik nicht mehr ohne

b^ry weiteres darstellen, darüber hinaus würde ein entsprechend großer in der Atmosphäre mündender Schallaustritt-Kanal zum Eintritt von allerlei Störgeräuschen führen, die das Meßergebnis verfälschen

würden,

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das von. l,E,C, vorgeschlagene Ohr so weiterzuentwickeln, daß es auch für telephonometrische Messungen an Fernsprech-Hörkapseln geeignet ist, indem es speziell den Zustand der während eines üblichen Ferngesprächs herrschenden akustischen Belastung genau reproduziert und dabei die Charakteristiken der von einem Fernsprechempfänger erzeugten Geräusche beachtet. Durch den entsprechenden Entwurf der internen akustischen Schaltung entsprechen in an sich bekannter Zuordnung die internen akustischen Impedanzen diesen Schallentwicklungsmöglichkeiten, ohne daß während der Messung eine Verbindung zur äußeren Atmosphäre hergestellt ist, so daß die Messung auch bei geräuschvoller Umwelt stattfinden kann. Beim Zusammenwirken des erfindungsgemäßen künstlichen Ohrs mit einer Fernsprech-Hörkapsel, die vollkommen dicht miteinander verbunden werden, wird der Zustand der während eines üblichen Ferngesprächs herrschenden akustischen Belastung genau reproduziert und können auch die Charakteristiken einer Schallquelle berücksichtigt werden, die von einem Mikrofernsprecher dargestellt wird.

Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Vergleich zum Stand der Technik unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch ein künstliches Ohr nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine elektrische Äquivalentschaltung zum künstlichen Ohr nach Fig. I,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Impedanz des Ohrs unter für audiometrische Messungen (Kurve A) und unter für telephonometrische Messung (Kurve B) geeigneten Bedingungen,

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes künstliches Ohr,

Fig. 5 eine elektrische Äquivalentschaltung zum künstlichen Ohr nach Fig. 4,

Fig. 6 die im einzelnen dargestellte elektrische Schaltung eines Zweigs der Schaltung nach Fig. 5.

Das bekannte künstliche Ohr nach Fig. 1 umfaßt einen Körper 1, der im wesentlichen die in der Figur im Querschnitt gezeigte Form hai und in seinem Inneren eine Anordnung von akustischen Räumen, die später beschrieben werden, und ein Mikrofon 2 für audiometrische und/oder telephonometrische Messungen aufweist. Das Mikrofon ist mittels in der Zeichnung nicht dargestellter Einrichtungen mit einer die erhaltenen Messungen aufzeichnenden Aufzeichnungsvorrichtung verbunden. Die Verbindung läuft über einen Leiter 2a.

Die durch die Hohlräume gebildete »akustische Schaltung« des künstlichen Ohrs umfaßt drei akustisch miteinander gekoppelte Räume CO, Cl, C2. Der Raum CO ist mit der Schallquelle zu koppeln und hat kcgelstumpfförmige Gestalt mit einer offenen Außenseite an der größeren Grundfläche und eine durch das Mikrofon 2 verschlossenen Seite an der kleineren Grundfläche.

Die beiden Räume Cl, C2 sind ringförmige Hohlräume, die mit dem Raum CO über Kanäle RlLl bzw. R2L2 kommunizieren. Weiterhin kommuniziert einer der drei Räume, beispielsweise der Raum O), mit der Außenseite 'über einen weiteren Kanal RO.

der der Sieherstellung der Vergleichmäßigung des statischen Drucks dient. Das Volumen der drei Räume und der Querschnitt der Kanäle sind durch die Vorschriften der CCI.T.T.-Empfehlung festgelegt,

Wie angegeben, zeigt Fig. 2 eine elektrische Äquivalentschaltung der Anordnung der akustischen Räume des künstlichen Ohrs nach Fig. I. Zur Verdeutlichung der Äquivalenz sind die verschiedenen Elemente der Schaltung mit den gleichen Bezugszei-

chen versehen, wie die sie im künstlichen Ohr darstellenden Teile, Die Äquivalenz zwischen akustischen und elektrischen Schaltungen ist in der Fachwelt durchaus bekannt.

Wie dargestellt, besteht die Schaltung aus vier par-

allelen Zweigsn, von denen zwei eine Schaltungsgruppe aus einer Induktivität, einem ohmschen Widerstand und einer Kapazität darstellen und den beiden Hohlräumen Cl, C2 mit den zum Raum CO führenden jeweiligen Kanälen RlLl bzw. /?2L2ent-

sprechen. Der dritte Zweig ist rein kapazitiv und entspricht dem Raum CO, während .'i:r vierte Zweig rein resistiv ist und dem Kanal RQ zur Drnckvergleichrnäßigung entspricht.

Die Schaltung nach Fig. 2 weist eine Gesamtimpe-

danz auf, die von der Frequenz in der durch die Kurve. A in Fig. 3 dargestellten Weise abhängt, wobei der in dB (20 logZ) dargestellte Wert der Impedanz sich auf IN· s/m⁵ bezieht.

Eine derartige Kurve reproduziert die vom Ohi an

^J0 einer Schallquelle aufgewiesene Impedanz ohne Schalleckverluste zwischen der Quelle und dem äußeren Rand des Ohrs. Im Fernsprechbetrieb entspricht dies nahezu dem Zustand, daß der Hörer in unmittelbarer Berührung mit dem äußeren Rand des Ohrs ge-

j5 halten wird. Wie erwähnt, stellt dies einen Grenzzustand dar, der verhältnismäßig selten tatsächlich vorliegt, nur beispielsweise bei Gesprächen auf Leitungen mit starken Störungen oder in lauten Räumen. Gewöhnlich wird indes der Hörer mit einen kleinen Abstand vom äußeren Rand des Ohrs gehalten, wodurch ein erhebliches Schallentweichen bewirkt wird. Untersuchungen, die zur Erfindung geführt haben, haben für die Impedanz unter Normalbedingungen die Kurve ß(Fig. 3) ergeben, deren Verlauf sich also von derjenigen für audiometrische Messungen erheblich unterscheidet.

Diese Untersuchungen haben zum in Fig. 4 dargestellten erfindungsgemäßen Ohr geführt. Dieses künstliche Ohr weist einen Körper 10 und ein Mikrofön 20 auf, das in bekannter Weise über eine als Leiter 20a schematisch dargestellte Verbindung an Verstärkungs- und Mebvorrichtungen angeschlossen ist. Die akustische Schaltung des künstlichen Ohrs bestehi aus fünf Räumen CO', C3, C4, CS und C6.

Der erste Raum CO' bewirkt die Kopplung mit der Schallquelle und ist kegelstumpfförmig, vergleichbar dem Raum CO (Fig. 1) des bekannten künstlichen Ohrs, jedoch mit einer kleineren öffnung. Die Ausmaße der Eingangsöffnung und die Neigung der Außenwände gleichen denen des Ohrs nach I.E.C, da sie es ermöglichen müssen, daß ein Mikrofernsprecher in Kontakt mit dem Rand der größeren Rasisfläche von CO' gebracht wird.

Ein Kanal ÄO' dient der Vergleichmüßigung des

h5 statischen Drucks und hat die gleiche Charakteristik wie der Kanal Ri) nach Fig. 1.

Die Räume C3 und C4 sind Hohlräume, die an bczüelich der Schnittebene eeeenüberlicgcnden Sei-

fen des Raums CO' angeordnet sind und mit dem Raum CO' über einen Schlitz 30 bzw. ein Loch kommunizieren. Der Raum CS ist wesentlich kleiner als die Räume C3 und C4 und kommuniziert mit CO' über einen Kanal 50, der zweckmäßigerweise zur > Grundfläche von CO' führt und durch ein reines Widerstandselement Sl abgeschlossen ist, das von einer Scheibe 70 an Ort und Stelle gehalten wird. Der fünfte Hohlraum C6 ist rohrförmig und kommuniziert unmittelbar mit dem Raum CO', wenn auch der Eingang von C6 durch ein reines Widerstandselement 61 geschlossen wird, das ebenfalls von der Scheibe 70 an OrI und Stelle gehalten wird. Die Länge und der Querschnitt von C"6 sind so gewählt, daß dieser Raum die Charakteristiken einer Leitung hat. was bedeutet. > · daß C6 eine Schaltung mit verteilten Parametern bildet. Das Volumen des Raums C6 ist um etwa eine Größenordnung niedriger als das Volumen der Räume CI bis CA. Mit Gewinden versehene Röcke 52. 62 ermöglichen die Einstellung der Volumina der :<> Räume C5bzw. C6zum Zweck der Eichung der Vorrichtung.

Das Mikrofon 20 steht in der in der Zeichnung dargestellten Weise in den Raum CO' vor _utKj endet im wesentlichen in Übereinstimmung mit dem Rand die- rses Raums

Die Anordnung berücksichtigt, daß bei hohen Frequenzen etwa in der Größenordnung von 2 bis 4 kHz der Raum CO' als Rohr wirkt und sich somii: die Empfindlichkeit-Frequenz-Kennlinie, die vom Meßmi- in krofon erhalten wird, sich erheblich in Abhängigkeit vom Meßpunkt ändern kann, da bei diesen Frequenzen die Wellenlänge des akustischen Signals mit der Tiefe des Raums CO', nämlich etwa I cm. vereleichbar ist. - j--,

Mit der erfindungsgemäß verwendeten Anordnung ist die erhaltene Empfindlichkeit-Frequenz-Kennlinie diejenige, die sich am Eingang des äußeren Rands des Ohrs im Fall des menschlichen Ohrs ergeben würde.

Fig. 5 zeigt die elektrische Äquivalentschaltung der -in akustischen Anordnung des künstlichen Ohrs nach Fig. 4. Wie gezeigt, umfaßt die Schaltung sechs paralieie zweige, vuii ueneii zwei vuii einem Widerstand und einem Kondensator gebildet werden und dem den Druck ausgleichenden Kanal RO' bzw. dem Eingangs- i-> raum CO' des künstlichen Ohrs entsprechen, während drei andere Zweige jeweils aus einer Serienschaltung einer Induktivität, eines Widerstands und einer Kapazität bestehen. In diesen Zweigen entsprechen die Kondensatoren C3. CA und CS den mit gleichen Be- so zugszeichen versehenen Hohlräumen nach Fig. 3. Die beiden Induktivitäten und Widerstände L3. R3 und L4, A4 werden durch den Schlitz 30 bzw. das Loch 40 dargestellt, die den Raum CO' mit dem Raum C3 bzw. C4 verbinden. Die Induktivität LS und der Widerstand ÄS werden vom gesamten Kanal 50, der die Induktivität LS und einen Teil des Widerstands RS ergibt, und vom Widerstandselement 51 dargestellt. Der verbleibende durch einen Block /_h dargestellte Zweig entspricht dem Raum C6 und dem Widerstandselement 61 und hat die Charakteristik einer Leitung.

Dieses Leitungsverhalten ist klar durch die Schallung nach Fig. 6 bestimmt, aus der ersichtlich ist. daß der Block /,, aus einer Mehrzahl son Zellen besteht, von denen jede aus einer Induktivität l.ft, einem Widerstand /?6 und einer Kapazität C6' besteht.

Bei der dargestellten Schaltung stellen die beiden Zweige /.3. «3. (3 und /.4. RA, CA, die den Hohlräumen (3. ("4 und den entsprechenden zum Raum CO' führenden Kanälen entsprechen, den Ohrabschnitt dar. der vorwiegend durch niedrige Frequenzen angesprochen wird, und simulieren den akustischen Schallverlust, der dadurch entsteht, daß die Hörkapsel sich beim normalen Gebrauch nicht in dichtem Kontakt mit dem äußeren Rand des Ohrs befindet.

Der Zweig /,5. R5. CS stellt den Abschnitt des künstlichen Ohrs dar. der auf die mittleren Frequenzen empfindlicher ist. und der Zweig /_h wird insbesondere durch hohe Frequenzen aktiviert.

Ein Studium der grafischen Darstellung nach Fig. 3 zeigt klar die Wirkung auf Grund des Vorhandenseins des zweiten Hohlraums, der bei niedrigen Frequenzen wirksam ist. und des Hohlraums, der die gleichen Charakteristiken hat wie eine akustische Leitung und bei hohen Frequenzen wirksam wird.

Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, daß die Gesamtimpedanz der Schaltung nach Fig. 5 die Kurve B nach Fig. 3 gut annähert, wenn die folgenden Bedingungen für die Räume ( 3 bis C6 erfüllt sind:

- der Raum C3 entspricht einer Kapazität von wenigstens 12 (iF. vorzugsweise von 12 bis 15 iiF:

- liei Raum C4 enispi ιιίιί cnici Γναμα/,ιίοί mim

mindestens 9 (iF. vorzugsweise zwischen 9 und 12 nF:

- der Raum C5 entspricht einer Kapazität von wenigstens 0.5 |iF. vorzugsweise zwischen 0.5 und 0,6 nF;

- der Raum C6 hat einen Durchmesser von mindestens 7.5 mm. vorzugsweise zwischen 7.5 und 8 mm. sowie eine Höhe von höchstens '2 mm. vorzugsweise zwischen 12 und 11 mm.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Künstliches Ohr für Messungen an Ohrhörern, mit einem Mikrofon und einer akustischen Schaltung aus einem Eingangsraum, der das Mikrofon enthält, sowie einem ersten und einem zweiten inneren Hohlraum, die mit dem Eingangsraum kommunizieren, wobei am Eingang des Mikrofons die vom menschlichen Ohr an einem Ohrhörer mit einem Schallaustritt zwischen dem äußeren Rand des Ohrs und dem Ohrhörer dargebotene akustische Impedanz reproduziert ist, dadurch gekennzeichnet, daß für telephonometrische Messungen an Fernsprech-Hörkapseln der erste und der zweite Hohlraum (C3, C4) hauptsächlich bei niedrigen Frequenzen wirksam sind und zusammen mit ihren jeweiligen zum Eingangsraum ( CO') führenden Kanälen (30, 40) den .Schallaustritt simulieren, daß ein weiterer, dritter Hohlraum (CS) hauptsächlich bei mittleren Frequenzen wirksam ist und mit dem Eingangsraum (CO') über einen Kanal (50) kommuniziert, der am Boden des Eingangsraums endet, und daß ein vierter Hohlraum (C6) hauptsächlich bei hohen Frequenzen, und zwar als akustische Leitung (/₆), wirksam wird und unmittelbar mit dem Boden des Eingangsraums (CO') kommuniziert.

2. Künstliches Ohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrofon (20) in den Eingangsraum (CO') mit einer Länge vorsteht, die im weseniiichen gleich der Tiefe dieses Eingangsraums ist.

3. Künstliches Ohr nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Element (51, 61) mit reiner Widerstandscharakteristik, die den vom Eingangsraum (CO') zum dritten Hohlraum (CS) führenden Kanal (50) sowie den Eingang des vierten Hohlraums (C6) schließen.

4. Künstliches Ohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Hohlraum (C3) einer Kapazität von wenigstens 12 μΡ, vorzugsweise zwischen 12 und 15 μΡ, entspricht, der zweite Hohlraum (C4) einer Kapazität von mindestens 9 μΡ, vorzugsweise zwischen 9 und 12 μΡ, entspricht und der dritte Hohlraum (C5) einer Kapazität von wenigstens 0,5 μΡ, vorzugsweise zwischen 0,5 und 0,6 μΡ entspricht.

5. Künstliches Ohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der als akustische Leitung (Z_n) wirkende vierte Hohlraum (C6) rohrförmig mit einem Durchmesser von wenigstens 7,5 mm, vorzugsweise zwischen 7,5 und 8 mm, und einer Höhe von höchstens 12 mm, vor zugsweise zwischen 12 und 11 mm, ist.