DE3843292C2 - Hörvorrichtung für Kopfhörer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hörvorrichtung für Kopf­ hörer, bestehend aus mindestens einer Hörmuschel zur Aufnahme einer Hörkapsel mit einer schwingungsfähigen Membran zum Umwan­ deln eines elektrischen Eingangssignals in ein akustisches Aus­ gangssignal und aus einem außen an der Hörmuschel angeordneten Ohrpolster zur Begrenzung eines das Ohr dichtend umschließenden Vorraumes.

In der DE-OS 35 12 405 ist ein Kopfhörer beschrieben und darge­ stellt, der über ein elastisches Kissen an einem Ohr anliegt. Dieses Kissen wird von einer Platte getragen, die neben einem elektroakustischen Wandler und einer Hörkapsel auch ein druck­ empfindliches Meßmikrofon aufnimmt, welches dazu dient, ein Sig­ nal zu liefern, welches der Summe der externen Geräusche und des von der Hörkapsel im selben Hohlraum erzeugten Schalls ent­ spricht. Darüber hinaus sind hier Schaltungsmittel vorhanden, mittels denen dieses gewandelte Signal mit einem wiederzuge­ benden Eingangssignal kombiniert wird, so daß ein Fehlersignal entsteht, das für die Geräusche und die sonstigen Unterschiede zwischen dem wiederzugebenden Eingangssignal und dem Ausgangs­ signal der Hörkapsel in dem Hohlraum des Kissens repräsentativ ist. Schaltungselemente, die die Signale kombinieren, enthalten auch Elemente zum Kompensieren der Fehlersignale, so daß dem Ohr ein Ausgangssignal zugeführt wird, welches einen erheblich reduzierten, externen Geräuschanteil und erheblich verringerte Verzerrungen mit einem deutlich geraden Frequenzgang zwischen dem Eingang und dem Ohr aufweist. Über einen verhältnismäßig kleinen Hohlraum in dem Kissen sind die Hörkapsel und das Meß­ mikrofon an den Gehörgang angekoppelt. Dabei hängt die aku­ stische Wiedergabe von der genauen Plazierung des Kissens und damit dem Hohlraum auf der Ohrmuschel ab. Geringe Lageänderungen beeinträchtigen die Ankopplung an den Hörgang und somit den Fre­ quenzgang und die Wiedergabe. Darüber hinaus erzeugt diese Aus­ bildung bei längerem Tragen Beschwerden, weil das Kissen direkt auf der Ohrmuschel aufliegt. Ferner besteht bei dem bekannten Kopfhörer die Gefahr, daß die Hörkapsel und das Meßmikrofon mit dem Ohr in Berührung kommen können.

Aus DE 28 15 051 C2 ist ferner ein Kopfhörer in geschlossener Bauweise bekannt, bei dem die schallsendende Membran in der Gebrauchslage des Hörers mit ihrer Vorderseite dicht an das Ohr angeschlossen ist und circumaurale und supraaurale Ohrpolster den Kopplungsraum nach außen abdichten, und bei dem ferner eine niedere Luftkammer hinter der Membran über Reibungswiderstände mit mindestens einem nach außen akustisch dichten Hohlraum in Verbindung steht. Auch bei diesem Kopfhörer weist der Raum vor der Hörkapsel ein geringes Volumen auf. Eine Berührung der Hörkapsel mit dem Ohr ist dabei nicht ausgeschlossen. Außerdem stellt der hinter der Hörkapsel liegende Hohlraum bei niedrigen Frequenzen eine Belastung der Hörkapsel dar.

Gegenüber diesem bekannten Stand der Technik liegt deshalb der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hörvorrichtung für Kopf­ hörer zu schaffen, bei der eine gute akustische Wiedergabe nicht mehr von der genauen Plazierung der Hörvorrichtung abhän­ gig ist, kein Kontakt zwischen dem Ohr und der Hörkapsel und gegebenenfalls einem Meßmikrofon auftreten kann und bei der bei niedrigen Frequenzen eine Belastung der Hörkapsel durch den Raum zwischen Hörkapsel und Hörmuschel verhindert und sogleich eine Verschlechterung der passiven Geräuschdämpfung oberhalb einer Resonanzfrequenz vermieden wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Hörvorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung vorgeschlagen, daß in der Hörmuschel eine Resonanzwand angeordnet ist, die über einen Zwischenring mit Abstand von der Ohrseite der Hörmuschel an derselben befestigt ist, die die Hörkapsel trägt und zusammen mit dem Zwischenring und dem hinteren Teil der Hörmuschel einen luftundurchlässig vom Vorraum abgetrennten, hinteren Hohlraum bildet.

Diese Ausbildung verhindert jeglichen Kontakt zwischen dem Ohr und der Hörkapsel und gegebenenfalls einem Meßmikrofon, stellt eine gute akustische Wiedergabe sicher und schließt bei niedri­ gen Frequenzen eine Belastung der Hörkapsel durch die Hörmuschel sowie eine Verschlechterung der passiven Geräuschdämpfung ober­ halb einer Resonanzfrequenz aus.

Weitere Merkmale einer Hörvorrichtung gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 2-17 offenbart.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in einer Zeichnung darge­ stellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild, in dessen Schaltkreis eine Hör­ vorrichtung gemäß der Erfindung angeordnet ist,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Hörvorrichtung gemäß der Er­ findung und

Fig. 3 eine weitere Ausbildung einer Hörvorrichtung.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Blockschaltbild wird das an einer Klemme 24 anliegende und über einen nur angedeuteten Vorraum 12 von der Hörvorrichtung wiederzugebende Eingangssignal einer Zu­ sammenschalteinrichtung 30 zugeführt, in der das Eingangssignal mit einem von einem Mikrofonverstärker 35 gelieferten Gegenkopp­ lungssignal algebraisch kombiniert wird. Die Zusammenschaltein­ richtung 30 liefert das kombinierte Signal an einen Kompressor 31, in dem der Pegel der Hochpegelsignale begrenzt wird. Das Ausgangssignal des Kompressors 31 wird einem Kompensator 31A zu­ geführt. Der Kompensator 31A enthält Kompensationsschaltungen, die sicherstellen, daß die Verstärkung bei offener Regelschleife die Nyquist-Stabilitätskriterien erfüllen, damit das System bei geschlossener Regelschleife nicht in Schwingungen gerät. Diese Anordnung ist zweifach, einmal für das linke Ohr und einmal für das rechte Ohr, vorhanden.

Das vom Kompensator 31A kommende Signal wird in einem Leistungs­ verstärker 32 verstärkt, der eine Hörkapsel 17 speist, die in der weiter unten erläuterten Hörvorrichtung vorhanden ist. Da­ durch wird im Vorraum 12 der Hörvorrichtung ein Schallsignal erzeugt, welches mit einem externen Geräuschsignal kombiniert wird, das in den Vorraum 12 der Hörvorrichtung aus einem Be­ reich eintritt, der in diesem Blockschaltbild als akustischer Eingangsanschluß 25 dargestellt ist. Damit wird im Vorraum 12 ein als Kreis 36 dargestelltes, zusammengesetztes Schalldruck­ signal geliefert, das dem Meßmikrofon 11 zugeführt und von die­ sem in ein elektrisches Signal gewandelt wird. Der Mikrofon­ verstärker 35 verstärkt das so gewandelte Signal und liefert es, wie bereits erwähnt, an die Zusammenschalteinrichtung 30.

In der Fig. 2 der Zeichnung ist nun die Hörvorrichtung darge­ stellt, die den bereits erwähnten Vorraum 12, die Hörkapsel 17 und das Meßmikrofon 11 aufweist. Diese Hörvorrichtung besitzt zunächst ein Ohrpolster 14, welches als Doppelring ausgebildet ist, ganz um ein angedeutetes Ohr 18 herumläuft und aus einem sehr nachgiebigen Schaumstoff besteht. Dieser Schaumstoff be­ sitzt entweder eine integrierte Außenhaut oder ist mit einer dünnen Kunststoffolie überzogen. Dieses Ohrpolster 14 ist - im Querschnitt gesehen - an den Schenkeln einer Hörermuschel 16 befestigt.

In der Hörermuschel 16 befindet sich eine Resonanzwand 20, die parallel zu dem in den Vorraum 12 ragenden Ohr 18 verläuft. Diese Resonanzwand 20 ist über einen Zwischenring 22 mit Ab­ stand von der Ohrseite der Hörermuschel 16 an der Innenseite derselben befestigt. Der Zwischenring 22 besteht aus Schaumstoff mit geschlossenen Zellen und trennt somit mechanisch die Reso­ nanzwand 20 von der Hörermuschel 16. Durch die Resonanzwand 20 und den Zwischenring 22 wird in der Hörermuschel 16 ein hinterer Hohlraum 26 gebildet. Die Hörermuschel 16 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel in ihrem unteren Bereich eine Öffnung 28 auf, die einen Luftaustausch im hinteren Hohlraum 26 gestattet. Die Resonanzwand 20 ist hier als starre Leiterplatte 40 ausge­ bildet, auf der eine Hörkapsel 42 in einer mittigen Öffnung in der Nähe des Gehörganges 44 des Ohres 18 sitzt. Zusätzlich trägt die Leiterplatte 40 eine Pufferschaltung 50 sowie ein Meßmikrofon 46, welches sich neben der Membran 48 der Hörkap­ sel 42 befindet. Das Meßmikrofon 46 besitzt ebenfalls eine schwingungsfähige Membran, die sich in einem Abstand zur Achse der Hörkapselmembran 48 befindet, wobei ihre Ebene gewöhnlich parallel zur Hörkapselmembran 48 und meist senkrecht zur Achse der Membran 48 verläuft.

Die auf der Leiterplatte 40 befestigten Bauteile, die Hörkapsel 42 mit Membran 48 und das Meßmikrofon 46, werden von einer Dämp­ fungsschicht 49 abgedeckt, die aus Schaumstoff mit offenen Zel­ len besteht. Diese Dämpfungsschicht 49 liegt in einer umlaufen­ den Ausnehmung des Zwischenringes 22, trennt das Ohr 18 von den erwähnten Bauteilen und sorgt für eine Dämpfung innerhalb des Vorraumes 12. Zur aktiven Geräuschreduzierung muß die Hörkapsel 42 in der Lage sein, mindestens Schalldruckpegel der auszulö­ schenden Umgebungsgeräusche zu erzeugen, die in den Vorraum 12 eindringen. Bei einem gegebenen Hörkapselmembranversatz ver­ bessert ein kleiner Vorraum 12 und ein großer hinterer Hohlraum 26 die Erzeugung von hohen Schalldruckpegeln in dem Vorraum 12. Durch die akustische Trennung des Vorraumes 12 und des hinteren Hohlraumes 26 wird vermieden, daß die rückwärtige Abstrahlung von der Hörkapsel 42 die vordere Abstrahlung bei niedrigen Fre­ quenzen auslöscht.

Es ist wichtig, daß sich das Meßmikrofon 46 so nahe wie möglich am Gehörgang 44 befindet, damit der vom Meßmikrofon 46 bewirkte Auslöschungseffekt in hohem Maße gleich dem am Trommelfell ist. Die Zeitverzögerung zwischen dem Meßmikrofon 46 und der Hörkap­ sel 42 sollte so gering gehalten werden, wie dies aus Stabili­ tätsgründen möglich ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Hörkapsel 42 und das Meßmikrofon 46 so nahe wie möglich ne­ beneinander angeordnet werden und der Durchmesser der Membran 48 ziemlich klein gewählt wird.

Wie bereits oben erwähnt, sind bei dieser Hörvorrichtung die Hörkapsel 42 und das Meßmikrofon 46 in unmittelbarer Nähe zum Gehörgang angeordnet, ohne jedoch auf dem Ohr 18 aufzuliegen. Der Zwischenring 22 aus Schaumstoff mit geschlossenen Zellen hält zusammen mit der Resonanzwand 20 die Trennung zwischen dem Vorraum 12 und dem hinteren Hohlraum 26 aufrecht und ver­ hindert so die Auslöschung der tiefen Frequenzen in dem von der Membran 48 beaufschlagten Vorraum 12. Bei dieser Hörvor­ richtung ist der Vorraum 12 so groß ausgebildet, daß er nicht exakt auf die Eingangsöffnung des Gehörganges 44 ausgerichtet werden muß. Außerdem sorgt das Ohrpolster 14 für eine gute Ab­ dichtung zum Kopf hin und begrenzt somit den Vorraum 12 für den Empfang der Abstrahlung von der Hörkapsel 42. Dadurch wird, un­ abhängig von der Person, die den Kopfhörer trägt, ein gleich­ bleibender Frequenzgang und folglich eine gleichmäßigere Gegen­ kopplungswirkung erreicht.

Obwohl bei der Hörvorrichtung ein größerer Vorraum 12 als bei den bekannten Anordnungen vorhanden ist, können ausreichend große Schalldruckpegel durch die Verwendung einer geringfügig größeren Hörkapsel 42 aufgebaut werden. Die Hörkapsel 42 ist jedoch immer noch so klein, daß die Zeitverzögerung für die Schallsignale, die sich zwischen der Membran 48 und dem Meß­ mikrofon 46 bewegen, keine bedeutende Bandbreitenverringerung in der Gegenkopplungsschleife verursacht. Durch die gleich­ zeitige Verwendung der Leiterplatte 40, die die Pufferschal­ tung 50, das Meßmikrofon 46 und die Hörkapsel 42 mit Membran 48 aufnimmt, als Resonanzwand 20 wird der Platzbedarf in der Hörkapsel 42 verringert.

Über die Öffnung 28 in der Hörermuschel 16 wird eine Masse zur Verfügung gestellt, die mit der nachgebenden Luft in dem hin­ teren Hohlraum 26 in Resonanz tritt. Bei Frequenzen oberhalb dieser Resonanz wirkt der hintere Hohlraum 26 so, als ob er vollständig abgedichtet wäre. Unterhalb dieser Resonanzfre­ quenz wirkt der hintere Hohlraum 26 so, als ob er zur Umgebung hin offen wäre und stellt damit für die Hörkapsel 42 bei Fre­ quenzen unterhalb dieser Resonanz einen rückwärtigen Hohlraum mit effektiv unendlich großem Volumen zur Verfügung. Für viele Verwendungszwecke kann das Volumen des hinteren Hohlraumes 26 ausreichend groß sein, so daß die Öffnung 28 überhaupt nicht erforderlich ist. Um eine Verminderung der passiven Dämpfung zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, die Öffnung 28 wegzu­ lassen.

In der Fig. 3 der Zeichnung ist eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer Hörvorrichtung gezeigt. Entsprechende Teile der Hörvorrichtung der Fig. 2 und 3 sind deshalb mit den glei­ chen Bezugszahlen versehen. Anhand der Fig. 2 bereits erläu­ terte Teile werden daher nicht weiter angesprochen. Der Unter­ schied der Hörvorrichtung der Fig. 3 gegenüber der Hörvorrich­ tung der Fig. 2 besteht lediglich darin, daß die Resonanz­ wand 20 mit einem Vorsprung 20A versehen ist, der vorzugs­ weise umlaufend ausgebildet ist. Über diesen Vorsprung 20A ist die Resonanzwand fest mit der Hörermuschel 16 verbunden. Zusätzlich ist hier eine Schutzplatte 51 vorgesehen, die sich über die Membran 48 erstreckt, den Hub derselben begrenzt und verhindert, daß eine Beschädigung desselben eintreten kann. Die Membran 48 könnte beispielsweise dann beschädigt werden, wenn der Kopfhörer zum Beseitigen der von der eingeschlossenen Luft gebildeten Rückstellkraft abgenommen wird.

Claims (17)

1. Hörvorrichtung für Kopfhörer, bestehend aus mindestens einer Hörmuschel zur Aufnahme einer Hörkapsel mit einer schwin­ gungsfähigen Membran zum Umwandeln eines elektrischen Ein­ gangssignals in ein akustisches Ausgangssignal und aus ei­ nem außen an der Hörmuschel angeordneten Ohrpolster zur Be­ grenzung eines das Ohr dichtend umschließenden Vorraumes, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hörmuschel (16) eine Resonanzwand (20) angeordnet ist, die über einen Zwischenring (22) mit Abstand von der Ohrseite der Hörmuschel (16) an derselben befestigt ist, die die Hörkapsel (42) trägt und zusammen mit dem Zwischenring (22) und dem hinteren Teil der Hörmuschel (16) einen luftun­ durchlässig vom Vorraum (12) abgetrennten, hinteren Hohlraum (26) bildet.

2. Hörvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (22) aus Schaumstoff gebildet ist.

3. Hörvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (22) aus elastischem Schaumstoff ge­ bildet ist.

4. Hörvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenring (22) aus einem Werkstoff mit einem hohen akustischen Scheinwiderstand bei niedrigen Frequen­ zen und einem niedrigen akustischen Scheinwiderstand bei hohen Frequenzen gebildet ist.

5. Hörvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hörmuschel (16) in ihrem hinteren Teil eine nach außen gerichtete Öffnung (28) aufweist, durch die die Luft außerhalb der Hörmuschel (16) mit der nachgebenden Luft im hinteren Hohlraum (26) zwecks Resonanz kommunizieren kann.

6. Hörvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzwand (20) als Leiterplatte (40) ausgebildet ist.

7. Hörvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzwand (20) einen in Richtung auf den Vorraum (12) verlaufenden Vorsprung (20A) aufweist.

8. Hörvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzwand (20) über den Vorsprung (20A) mit der Hörmuschel (16) verbunden ist.

9. Hörvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ohrpolster (14) als Doppelringpolster ausgebildet ist.

10. Hörvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ohrpolster (14) aus einem stark nachgiebigen Schaumstoff mit einer integrierten Haut gebildet ist.

11. Hörvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ohrpolster (14) aus einem stark nachgiebigen Schaumstoff mit einer äußeren dünnen Kunststoffolie gebil­ det ist.

12. Hörvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzwand (20) nahe der Hörkapsel (42) einen elektroakustischen Signalwandler trägt.

13. Hörvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der elektroakustische Signalwandler durch ein Meß­ mikrofon (46) gebildet ist.

14. Hörvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalwandler durch eine Schutzplatte (51) abge­ deckt ist.

15. Hörvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hörkapsel (42) und dem Vorraum (12) eine Dämpfungsschicht (49) angeordnet ist.

16. Hörvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dämpfungsschicht (49) in einer umlaufenden Ausnehmung des Zwischenringes (22) abstützt.

17. Hörvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsschicht (49) aus Schaumstoff gebildet ist.