DE3538615A1 - Hoerkapsel - Google Patents
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Description
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Hörkapsel
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Hörkapsel und ist insbesondere auf eine kompakte Hörkapsel
gerichtet, die dazu bestimmt ist, im Betrieb in den Hohlraum des konkaven Abschnitts einer Ohrmuschel einzugreifen und in
diesem festgehalten zu werden.
Die Wiedergabegrenze für den niedrigen Frequenzbereich einer
im Freien zu benutzenden Hörkapsel nach dem Stand der Technik ist im wesentlichen durch einen reziproken Steifigkeitswert
Cmd einer Steifigkeit S eines Schwingungssystems und einer äquivalenten Masse Md des Schwingungssystems
bestimmt. In diesem Fall ist der Frequenzgang in dem niedrigen Frequenzbereich, in welchem die niedrigste Resonanzfrequenz
niedriger als f~ ist, herabgesetzt. Im allgemeinen
ist die Resonanzfrequenz fQ im wesentlichen zu
f0 = 1/2-ir / Md.Cmd
gegeben.
Um die Resonanzfrequenz f0 niedrig zu machen, muß die reziproke
Steifigkeit Cmd (cm/Dyn) des Schwingungssystems hoch gemacht werden, und/oder es muß die äquivalente Masse Md
(Gramm) desselben erhöht werden. Es ist indessen eine Begrenzung beim Erhöhen der reziproken Steifigkeit Cmd gegeben. Desweiteren wird, wenn die äquivalente Masse Md des
Schwingungssystems erhöht wird, die Hörempfindlichkeit niedrig,
und die akustische Charakteristik oder der Frequenzgang in dem hohen Frequenzbereich wird verschlechtert usw..
Dementsprechend besteht eine natürliche Grenze für das Erhöhen der äquivalenten Masse Md,
Wie bekannt, wird - da eine Tendenz dahingehend besteht, daß die niedrigste Resonanzfrequenz fQ höher wird, wenn der
Durchmesser der elektroakustischen Wandlereinheit kleiner
wird - festzustellen sein, daß der wiedergegebene Schall in einem niedrigen Frequenzbereich nicht von solchen Personen
gehört werden wird, die eine Hörkapsel mit einem kleinen Durchmesser benutzen.
Beispielsweise ist in der Hörkapsel, die in der Europäischen
Patentveröffentlichungsschrift Nr. 0064553 offenbart ist,
ein magnetischer Kreis aus einem Magneten einer Scheibenform, einem zylindrischen Joch und einer Platte, die den
Magneten umgibt, gebildet. Eine Membran ist mit einer Tonspule gekoppelt, die in den Luftspalt des Magnetkreises
eingesetzt ist und in den vorderen Abschnitt desselben eingebaut ist, um eine elektroakustische Wandlereinheit zu
bilden. Der äußere Umfang der elektroakustischen Wandlereinheit ist an einem Gehäuse befestigt. An der Rückseite von
Durchgangslöchern, die durch den äußeren Umfang der elektroakustischen Wandlereinheit ausgebildet sind, ist eine
Dämpfungsschicht vorgesehen, und es sind Durchgangs löcher
durch das Gehäuse ausgebildet, um die Frequenzcharakteristik oder den Frequenzgang zu bestimmen.
In anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß der akustische Kreis dieser Konstruktion nach dem Stand der Technik durch
eine Reihenschaltung, die aus einer äquivalenten Masse Md
des Schwingungssystems, einer reziproken Steifigkeit Cmd desselben, einem akustischen Widerstand Rd, einer Signalquelle
Vs und einem akustischen Widerstand Ra, der durch die Dämpfungsschicht oder dergl. gegeben ist, gebildet ist, und
einer Parallelschaltung, die mit der Reihenschaltung verbunden
ist und aus einem akustischen Widerstand Rb durch das Durchgangsloch des Gehäuses und die reziproke Steifigkeit Cb
durch einen rückseitigen Hohlraum gebildet ist, dargestellt ist.
Indessen sind, da der akustische Widerstand Rb, der durch die Duchgangslöcher des Gehäuses gegeben ist, vernachlässigbar
klein verglichen mit dem akustischen Widerstand Ra
der Dämpfungsschicht oder dergl. ist und die reziproke
Steifigkeit Cb ebenfalls im wesentlichen vernachlässigt werden kann, die Wirkungen des akustischen Widerstands Rb und
der reziproken Steifigkeit Cb, die die Parallelschaltung
bilden, klein, und demzufolge wird der akustische Kreis im wesentlichen zu einem Reihenresonanzkreis, der aus der
äquivalenten Masse Md, der reziproken Steifigkeit Cmd und den akustischen Widerständen Rd u. Ra gebildet ist. Dementsprechend
ist die niedrigste Resonanzfrequenz fg im wesent-1ichen
zu
f0 = 1/2 π /Md.Cmd
gegeben, und es wird schwierig, die Frequenz fg niedrig
einzustellen.
Desweiteren wird, wenn der akustische Widerstand Ra klein
ist, eine Spitze in der Kennlinie der akustischen Charakteristik oder des Frequenzgangs nahe der niedrigsten Resonanzfrequenz
fQ erzeugt, so daß nur der dieser Frequenz
"nahe" Schall angehoben wird und zu einem Resonanzschall
wird, wohingegen wenn der akustische Widerstand Ra groß ist, die akustische Charakteristik oder der Frequenzgang von der
Frequenz aus herabgesetzt wird, die höher als die niedrigste Resonanzfrequenz fQ ist, so daß die Wiedergabe des niedrigen
Frequenzbereiches unbefriedigend wird.
Dementsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hörkapsel zu schaffen, in welcher ohne Modifizierung
einer elektroakustischer! Wandlereinheit ein akustischer Kreis an der Rückseite der elektroakustischer!
Wandlereinheit gebildet wird, um die Frequenzcharakteristik in dem unteren Frequenzbereich zu verbessern. Eine weitere
Aufgabe für die vorliegende Erfindung besteht darin, eine Hörkapsel zu schaffen, in welcher als Mittel zum Verbessern
der Wiedergabe des unteren Frequenzbereiches ein Kanal in Verbindung mit dem Gehäuse der Hörkapsel ausgebildet ist,
-D-
der dazu benutzt wird, Schall, der von der Rückseite der elektroakustischen Wandlereinheit abgestrahlt wird, zu der
Außenseite durchzulassen, und in der ein wasserabstoßendes Element innerhalb des Kanals vorgesehen ist, so daß selbst
dann, wenn die Hörkapsel in Wasser eingetaucht wird, die ursprüngliche akustische Charakteristik der Hörkapsel
schnell wiederhergestellt werden kann, nachdem diese aus dem Wasser herausgenommen worden ist. Desweiteren besteht die
Aufgabe für die vorliegende Erfindung darin, eine Hörkapsel einer einfachen Konstruktion zu schaffen, in welcher die
niedrigste Resonanzfrequenz bei einer niedrigen Frequenz festgelegt werden kann und welche für einen Allwetterkopfhörer
für den Außenbetrieb verwendet werden kann.
Die genannten Aufgaben werden durch eine Hörkapsel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gelöst, die erfindungsgemäß
durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in
den Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet.
Die genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Hörkapsel gemäß der vorliegenden Erfindung werden aus .
der im folgenden im einzelnen anhand mehrerer Figuren gegebenen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
ersichtlich, wobei in den Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente und Teile bezeichnen.
Fig. 1 zeigt die Ansicht eines Zusammenbaus, die die Erfindung
in Anwendung auf ein Stereokopfhörersystem veranschaulicht .
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht, die ein Ausführungsbeispiel
für eine Hörkapsel gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Fig. 3 zeigt eine akustische Ersatzschaltung der Anordnung
gemäß Fig .2.
Fig. 4 bis Fig. 7 zeigen jeweils Frequenzgang-Diagramme, die zur Erläuterung des Wesens der vorliegenden Erfindung
dienen.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für
eine Hörkapsel gemäß der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren beschrieben.
Wie in Fig. 1 gezeigt, können Hörkapseln gemäß der vorliegenden
Erfindung beispielsweise dazu verwendet werden, einen
Stereokopfhörer zu bilden. .
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht, die den Hauptkörper einer derartigen Hörkapsel zeigt.
Anhand von Fig. 2 wird nun die Hörkapsel an sich beschrieben. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine elektroakustische
Wandlereinheit 1 in einem Gehäuse 2 einer im wesentlichen stumpfkegeligen Form untergebracht und an diesem
befestigt. Innerhalb dieses Gehäuses 2 ist auf der Rückseite dieser elektroakustischen Wandlereinheit 1 ein
vorbestimmter rückseitiger Hohlraum 8 ausgebildet. Ein Kanal 7, der akustisch mit dem rückseitigen Hohlraum 8 gekoppelt
ist und eine Öffnung 7a aufweist, ist in einem Stück mit dem Gehäuse 2 ausgebildet. Die Öffnung 7a des Kanals 7 ist mit
einer Kappe 9 abgedeckt, die ein Gittergewebeteil enthält, welches beispielsweise Y-förmig ist. Das Y-förmige Gittergewebeteil
versieht die Kappe 9 mit einer Öffnung in Form eines Durchgangslochs 9a (vergl. Fig. 1).
Auf der Innenseite der Kappe 9, die die Öffnung 7a des Kanals
7 abdeckt, ist ein Gittergewebe 10 aus rostfreiem Stahl mit 100 bis 200 Maschen je Zoll vorgesehen, das relativ gute
Belüftungseigenschaften hat und einer wasserabstoßenden Be-
handiung, beispielsweise einer Behandlung mit Fluorin oder
Silikon ausgesetzt worden ist. Es ist auch möglich, ein derartiges Gittergewebe 10 innerhalb des Kanals 7 anzuordnen.
Desweiteren sind durch das Gehäuse 2 in dessen Abschnitt, der mit dem äußeren Umfang des rückseitigen Hohlraums
8 korrespondiert, eine große Anzahl von Durchgangslöchern 4 ausgebildet, die dazu dienen, zwischen der Innenseite
und der Außenseite des Gehäuses 2 eine Verbindung herzustellen. In dem gezeigten Ausführungsbeipsiel ist auf
der Innenseite der Durchgangslöcher 4, die durch das GEhäuse 2 ausgebildet sind, ein Dämpfungsfilter 11 vorgesehen, das
beispielsweise aus einem wasserabstoßenden Nylon-Gewebe und
einem Material, in welches ein Urethan-Kunstharz als ein Dämpfungsmaterial polymerisiert ist, hergestellt ist.
Desweiteren ist an der Vorderseite der elektroakustischen Wandlereinheit 1 ein Gitter 12 vorgesehen, das aus einer
Metallplatte hergestellt ist, welche eine große Anzahl von Öffnungen hat, durch welche der Schall, der von der Membran
der elektroakustischen Wandlereinheit abgestrahlt wird, durchgelassen wird. An der Vorderseite dieses Gitters 12
sind eine wasserabstoßende Urethan-Kunstharzschicht 13, welche als ein Dämpfungsmaterial benutzt wird, und ein Gittergewebe
14 aufgebracht. In Fig. 2 bezeichnet das Bezugs-, zeichen 5 einen Schnurhalter und das Bezugszeichen 6 eine
Schnur, die durch den Schnurhalter 5 gehalten wird. Zur Benutzung wird das Gehäuse 2 der Hörkapsel in die Ohrmuschel
eingesetzt.
Fig. 3 zeigt die akustische Ersatzschaltung der Hörkapsel
eines derartigen Aufbaus, die sich ergibt, wenn diese Hörkapsel in die Ohrmuschel eingesetzt ist. In Fig. 3 bezeichnen
die Bezugszeichen Md, Cmd u. Rd eine äquivalente Masse, eine reziproke Steifigkeit und einen akustischen Widerstand
des Schwingungssystems bzw. der elektroakustischen Wandlereinheit T. Das Bezugszeichen Ra bezeichnet einen akustischen
Widerstand, der durch die Öffnungen oder dergl. gebildet
ist, welche in dem äußeren Umfang der akustischen Wandlereinheit
1 ausgebildet sind. Im vorliegenden Falle ist der akustische Widerstand Ra im wesentlichen zu Ra = 0 gegeben.
Das Bezugszeichen Vs bezeichnet eine Signalquelle. Die Bezugszeichen
Mcup, Ccup u. Rcup, die jeweils von einem Kreis 6 umgeben sind, bezeichnen eine äquivalente Masse, eine
reziproke Steifigkeit und einen akustischen Widerstand eines Kopplers, der benutzt wird, wenn die Hörkapsel vermessen
wird. Desweiteren bezeichnet das Bezugszeichen Cb eine reziproke Steifigkeit, die durch den hinteren Hohlraum gebildet
wird, wenn das Gehäuse 2 mit einer stumpfkegel igen Form
ausgebildet ist. Das Bezugszeichen Rb bezeichnet einen akustischen Widerstand, der durch die Urethan-Kunstharzschicht
13 gegeben ist, welche als Dämpfungsschicht benutzt wird.
Die Bezugszeichen Ld u. R'd bezeichnen eine Induktanz (Masse) bzw. einen akustischen'Widerstand, der durch den Kanal 7
gegeben ist. Im vorliegenden Falle ist der akustische Widerstand R'd sehr klein. Dementsprechend wird der Dämpfungskreis
auf der Rückseite der Membran der Hörkapsel zu einem Parallelresonanzkreis, der aus dem akustischen Widerstand
Ld, der reziproken Steifigkeit Cb und dem akustischen Widerstand Rb gebildet ist. Dieser Kreis ist dem Reihenresonanzkreis
zugeschaltet, der aus der äquivalenten Masse Md, der reziproken Steifigkeit Cmd und dem akustischen Wider- .
stand Rd gebildet ist. Dementsprechend wird, wie in Fig. 4 gezeigt, die niedrigste Resonanzfrequenz des akustischen
Kreises der Hörkapsel insgesamt durch die Induktanz (Masse) Ld des Kanals 7 erniedrigt, um so zu einer Frequenz fg' zu
werden, die niedriger als die niedrigste Resonanzfrequenz fQ
der akustischen Wandlereinheit 1 selbst ist. In ähnlicher Weise wird wie in Fig. 4 gezeigt, wenn der akustische Widerstand
Rb, der parallel zu dem akustischen Widerstand Ld liegt, klein gemacht wird, die Frequenz fg hoch, wohingegen
dann, wenn der akustische Widerstand Rb groß gemacht wird, der mittlere Frequenzbereich niedrig wird. Demzufolge ist es
notwendig, den akustischen Widerstand Rb so auszuwählen, daß
er einen genau passenden Wert relativ zu dem akustischen
-10-Widerstand Ld hat.
Mit Rücksicht auf den hohen Frequenzbereich kann, wenn der akustische Widerstand Rb groß gemacht wird, der Pegel in
einem hohen Frequenzbereich, der notwendig für die Wiedergäbe durch die Hörkapsel ist, im Hinblick auf die Gehörempfindung
erhöht werden.
Aus den zuvor beschriebenen Ergebnissen wird klar, daß es möglich ist, wenn die Länge des Kanals 7 und/oder des Elements
11, das aus Urethan-Kunstharz als Dämpfungsmaterial
hergestellt ist, variiert werden, das akustische Verhalten optimal einzustellen.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das vergleichend Ergebnisse von Messungen des Frequenzgangs a_ einer Hörkapsel nach dem Stand
der Technik und des Frequenzgangs j) der Hörkapsel, die einen
Kanal von 2 mm (Durchmesser) χ 6 mm (Länge) gemäß der vorliegenden Erfindung hat, darstellt. Aus diesem Diagramm
gemäß Fig. 5 ist ersichtlich, daß die niedrigste Resonanzfrequenz fQ von 220 Hz auf 160 Hz herabgesetzt ist, und es
ist ersichtlich, daß der Pegel in dem hohen Frequenzbereich von nahe 2 bis 6 kHz, der für eine Kopfhörerwiedergabe notwendig
ist, erhöht ist. In diesem Fall weist die elektroakustische Wandlereinheit 1 einen Durchmesser von 16 mm auf.
Desweiteren wurde die Hörkapsel in Wasser eingetaucht, beispielsweise
15 cm tief für 1 Minute. Anschließend wurde das Wasser in der Hörkapsel mittels eines Tuches ausgewischt,
und es wurde dann die akustische Charakteristik derselben gemessen. Die gemessenen Ergebnisse sind in dem Diagramm
gemäß Fig. 6 gezeigt. Wie aus dem Diagramm gemäß Fig. 6 ersichtlich ist, wird der ursprüngliche Frequenzgang der
Hörkapsel nach ungefähr 5 bis 10 Minuten folgend auf das Herausnehmen aus dem Wasser wiedergewonnen. In dem Diagramm
gemäß Fig. 6 gibt eine Kurve ji die akustische Charakteristik
an, die vorlag, bevor die Hörkapsel in Wasser eingetaucht
wurde, eine Kurve £ gibt die akustische Charakteristik an,
die vorlag, nachdem das Wasser in der Hörkapsel mittels
eines Tuches ausgewischt wurde, eine Kurve d_ gibt die akustische
Charakteristik an, die 5 Minuten, nachdem das Wasser aus der Hörkapsel ausgewischt wurde, gegeben war, und eine
Kurve e gibt die akustische Charakteristik an, die 10 Minuten,
nachdem das Wasser aus der Hörkapsel ausgewischt wurde, gegeben war.
Desweiteren wurde die Hörkapsel gemäß der vorliegenden Erfindung
in ein Ohrmodell eingesetzt und für 30 Sekunden
einer Beregnung ausgesetzt. Dann wurde das Wasser in der Hörkapsel mittels des Tuches ausgewischt, und es wurde deren
akustische Carakteristik gemessen. Die gemessenen Ergebnisse sind einem Diagramm gemäß Fig. 7 gezeigt. Wie Fig. 7 zeigt,
wurde die akustische Charakteristik der Hörkapsel im wesentlichen nach ungefähr 30 Minuten bis zu einer Stunde vom
Zeitpunkt des Auswischens des Wassers an wiederhergestellt.
In dem Diagramm gemäß Fig. 7 stellt eine Kurve b^ die ursprüngliche
akustische Charakteristik und die akustische Charakteristik, die nach einer Stunde gegeben war, dar, eine
Kurve f zeigt die Charakteristik, die gegeben war, nachdem das Wasser in der Hörkapsel mittels eines Tuches ausgewischt
wurde, eine Kurve £ die akustische Charakteristik, die nach
10 Minuten gegeben war, nachdem das Wasser aus der Hörkapsel
ausgewischt wurde, und eine Kurve b^ die akustische Charakteristik,
die nach 30 Minuten gegeben war, nachdem das Wasser in der Hörkapsel mittels des Tuches ausgewischt wurde.
Wie zuvor ausgeführt, ergibt sich bei der Hörkapsel gemäß
der vorliegenden Erfindung, da die Öffnung 7a des Kanals 7, das Dämpfungsfilter 11, die Urethan-Kunstharzschicht 13, die
in dem vorderen Teil des Gitters 12 angeordnet ist, und das Gittergewebe 14 einer wasserabstoßenden Behandlung ausgesetzt wurden, ein Vorteil dahingehend, daß wenn die Hörkapsel
gemäß der vorliegenden Erfindung in Wasser eingetaucht wird, deren ursprüngliche akustische Charakteristik schnell
wiederhergestellt wird.
Wie zuvor beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung, da der Kanal 7 in Verbindung mit dem Gehäuse 2 vorgesehen
ist, um durch diesen den Schall durchtreten zu lassen, der von der hinteren Seite der elektroakustischen Wandlereinheit
1 abgestrahlt wird, die niedrigste Resonanzfrequenz der akustischen Ersatzschaltung insgesamt um die Induktanz
(Masse) des Kanals auf eine Frequenz erniedrigt, die niedriger als die niedrigste Resonanzfrequenz der elektroakustischen
Wandlereinheit 1 selbst ist, während im Hinblick auf den hohen Frequenzbereich der Pegel in dem hohen Frequenzbereich
durch die Resonanz der reziproken Steifigkeit durch den rückseitigen Hohlraum 8 und die äquivalente Masse
des Schwingungssystems erhöht wird, so daß sowohl der Frequenzgang in dem niedrigen Frequenzbereich als auch der
Frequenzgang in dem hohen Frequenzbereich verbessert werden können.
Desweiteren kann, da der Kanal 7 und dergl. einer wasserabstoßenden
Behandlung ausgesetzt wurden, das Wasser daran gehindert werden, in den Kanal 7 und dergl. einzudringen, so
daß selbst dann, wenn diese Hörkapsel in Wasser eingetaucht wird, die ursprüngliche akustische Charakteristik der Hörkapsels
schnell wiederhergestellt wird.
Die zuvor gegebene Beschreibung bezieht sich auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung. Es
ist ersichtlich, daß zahlreiche Modifikationen und Variationen durch den Fachmann ausgeführt werden können, ohne daß
dazu der allgemeine Erfindungsgedanke oder der Schutzumfang,
wie er durch die Ansprüche bestimmt ist, verlassen werden 30. müßte.
Claims (7)
- PATENTANWÄLTE
Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH Dipl.- Ing. K. GUNSCHMANN Dipl-Ing.Dr.rer.nat W. KÖRBER Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS Dipl.-Ing. W. MELZER EUROPEAN PATENT ATTORNEYSSONY CORPORATION7-35, Kitashinagawa 6-chomeSh in ag awa -kuTokyo / JAPANTelefon (089) 29 66 84-86 Telex 523 155mitshd Telegramme Patentpaap Telecopier (089) 29 39 63 Psch-Kto. Mchn. 195 75-803 EPA-Kto. 28 000 206Steinsdorfstraße 10 D-8000 München 2230. Oktober 198 5Ansprüche:Hörkapsel mit- einem Gehäuse,- einer elektroakustischen Wandlereinheit innerhalb des Gehäuses und- einem rückseitigen Hohlraum, der zwischen einem rückseitigen Abschnitt der elektroakustischen Wandlereinheit und dem Gehäuse ausgebildet ist,ekennzeichnet durch- einen Kanal (7), der akustisch derart mit dem rückseitigen Hohlraum (8) gekoppelt ist, daß sich eine Verbesserung der untersten Resonanzfrequenz (fQ) ergibt. - 2. Hörkapsel nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η 15 ze i c h η e t , daß der Kanal (7) eine Öffnung (7a) ent-hält, durch die der rückseitige Hohlraum (8) und die Außenseite des Gehäuses (2) miteinander in Verbindung stehen.
- 3. Hörkapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (7) in einem Stück mit dem Gehäuse (2) ausgebildet ist.
- 4. Hörkapsel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (7) mit einem Gittergewebe (10) versehen ist, das einer Behandlung ausgesetzt worden ist, um es wasserabstoßend zu machen.
- 5. Hörkapsel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (7) eine Öffnung (7a) hat und daß diese Öffnung (7a) mit einer Kappe (9) abgeschlossen ist, die ein Durchgangs loch (9a) aufweist.
- 6. Hörkapsel nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η -ζ e i c h η e t , daß das Gittergewebe (10), welches der Behandlung ausgesetzt worden ist, um es wasserabstoßend zu machen, in der Kappe (9) untergebracht ist.
- 7. Hörkapsel nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gittergewebe (10) 100 bis 200 Maschen aufweist.
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