DE69820623T2 - Verbessertes künstliches ohr und ohrkanalsystem und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R29/00Monitoring arrangements; Testing arrangements

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  • Prostheses (AREA)
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges künstliches Ohr und eine neuartiges Ohrkanalsystem sowie Mittel zum Herstellen derselben.
  • Die Erfindung ist insbesondere anwendbar im Bereich binauraler, dreidimensionaler Tonaufzeichnung und damit zusammenhängenden Techniken sowie in den Bereichen Geräuschmessung und Entwicklung von Hörprothesen.
  • Kunstkopf-Aufzeichnungssysteme sind bereits gut bekannt (vgl. zum Beispiel US-Patent 1,855,149). Ein typisches Kunstkopfsystem umfasst ein Paar Mikrophone, die an den Seiten einer Kunstkopfanordnung angebracht sind, wo der Ohrkanal wäre, eingesetzt in ein Paar künstlicher Ohrmuscheln (die sichtbaren Ohrmuscheln). Eine mit einem Kunstkopf gemachte Aufzeichnung beinhaltet viele der „Merkmale" dreidimensionaler Klänge, welche von unserem Gehirn dazu benutzt werden, die Positionen von Schallquellen im dreidimensionalen Raum zu interpretieren, und daher bieten derartige Aufzeichnungen recht dramatische 3D-Effekte, wenn sie über Kopfhörer abgehört werden. Kürzlich ist es möglich geworden, akustische Messungen an Kunstköpfen durchzuführen (die Messung von kopfbezogenen Transferfunktionen Head-Response Transfer Functions – HRTFs) und die Effekte des Kopfes und der Ohren elektronisch mittels digitaler Signalverarbeitung zu synthetisieren. Obwohl allerdings diese Effekte zunächst als recht dramatisch empfunden werden, insbesondere, wenn man sie zum ersten Mal hört, so werden verschiedene gravierende Nachteile an derzeitigen Kunstköpfen ersichtlich, wenn sie strenger getestet werden.
  • Die beiden hauptsächlichen Nachteile sind (a) schwache „Höhen"-Effekte und (b) schlechte Unterscheidung vorne-hinten. In Bezug auf (a) bezogen bedeutet dies zum Beispiel, dass, wenn eine Schallquelle aufgenommen wird, die sich über den Kopf hinweg bewegt (zum Beispiel von einer Position nahe dem linken Ohr über den Kopf zu einer Position nahe dem rechten Ohr), es so klingt, als bewege sich die Klangquelle direkt durch den Kopf anstatt über ihn hinweg. Bezogen auf (b) würde man eine Klangquelle aufnehmen, die sich in der Horizontalebene um den Kunstkopf kreisförmig mit einem konstanten Abstand (zum Beispiel 1 Meter) herum bewegt, so würde es so klingen, als bewege sich die aufgezeichnete Klangquelle vor und zurück in Bögen vom linken Ohr zum rechten, immer vor dem Hörer und niemals dahinter. Diese räumlichen Fehler werden für Aufzeichnungszwecke häufig übersehen oder ignoriert, wo die meisten Klangquellen im wirklichen Leben vor dem Kunstkopf/Hörer liegen und nicht in diesen extremeren Positionen. Nichts desto trotz verhindert die schlechte räumliche Genauigkeit der gegenwärtig verfügbaren Kunstköpfe die Synthese eines adäquaten 360°-Klangfeldes, wie es für Anwendungen wie Computerspiele, immersive Virtuality, Simulatoren und dergl. erforderlich ist.
  • Vielen Forschern war es ein Rätsel, warum ihre Kunstkopfsysteme auf die oben genannten Weisen unzulänglich arbeiten. Einige sind dazu übergegangen, Messungen an echten Kopf-Ohr-Systemen durchzuführen, indem Miniatur-Mikrophone in die Ohrmuscheln oder Ohrkanäle von freiwilligen Testpersonen eingebettet wurden. Andere haben ihre eigenen Kunstkopfsysteme gebaut, wobei sie die Produkte kommerzieller Anbieter zu verbessern suchten, und haben in einigen Fällen Abdrücke von den Ohren Freiwilliger zur Replizierung und Benutzung abgenommen. In einem extremen Beispiel US-Patent 4,680,856 (Zuccarelli), wurde versucht, die gesamte Anatomie des Schädels einschließlich der Knochen, zweifach gedrehten ovalen Ohrkanäle, Eustachschen Röhren, Zähne und Haut zu replizieren oder zu simulieren, um die Realität so genau wie möglich zu kopieren. Zuccarelli erklärte sogar, dass eine Perücke erforderlich sei, um eine gute Unterscheidung vorne-hinten zu ermöglichen! Dieser letztgenannte Ansatz ist ersichtlich absolut ungeeignet für ein industriell hergestelltes Produkt aufgrund der Kosten und betrieblichen Faktoren (Gewicht, Volumen uns Aussehen). Außerdem erlaubt dieser Ansatz nicht die Erzeugung eines Systems mit adäquater Links-Rechts-Erkennung, weil sehr geringe L-R-Unterschiede, die während der Fertigung entstehen, in der Größe, der Form oder der Position irgendeiner der akustischen Hohlräume in der Struktur signifikante Unterschiede in den Gesamteigenschaften und HRTFs erzeugen.
  • Es ist überliefert, dass die erste Demonstration eines Stereophonie-Effekts in den 1890er Jahren in Paris stattgefunden hat, wobei eine Mehrzahl von Mikrophonen, die in einer Anordnung an der Vorderseite einer Bühne angeordnet waren, jeweils mit einzelnen Ohrhörern in einem Nachbarraum verbunden waren und die Hörer feststellen konnten, dass die Verwendung von benachbarten Paaren von Ohrhörern (und damit Mikrophonen) eine sehr realistische Klangwiedergabe mit einem räumlichen Eindruck ergaben. Die erste ausdrückliche Erwähnung eines Klangwiedergabeverfahrens vom Kunstkopf-Typ findet sich in der US-A-1,855,149 aus dem Jahre 1927, wobei es der Zweck war, Schall so aufzuzeichnen, dass die natürlichen kopfbezogenen Unterschiede in der Eintreffenszeit und Amplitude zwischen L- und R-Signalen akustisch in die Klänge Eingang fanden und die Wiedergabe dann mittels entweder Kopfhörer-Wiedergabeeinrichtungen oder direkt zur Linken und Rechten des Hörers in gleichen Abständen platzierte Lautsprecher erreicht wurde, so dass „die virtuellen Herkunftsorte der Klänge sicher wiedergegeben wurden". Die GB-A-394325, 1931 durch Blumlein angemeldet, betrifft herkömmliche, heutige Stereophonie, bei der die Verwendung von zwei oder mehr Mikrophonen und entsprechenden Elementen in der Übertra gungsschaltung dazu benutzt wurden, eine richtungsabhängige Lautstärke der Lautsprecher zu erreichen, gemeinsam mit Mitteln zum Schneiden von Platten und damit Aufzeichnen der Signale. Erst in den 50er Jahren kam es zur kommerziellen Verwertung von stereophoner Klangaufzeichnung und -wiedergabe. Gegenwärtig sind die folgenden Formen von Stereophonie am weitesten verbreitet.
  • Derzeit ist die herkömmliche Stereophonie weitgehend die amplitudenbasierte Stereophonie nach Blumlein, wobei eine Anzahl von einzelnen, monophonen Aufzeichnungen effektiv räumlich auf einer Klangbühne zwischen den Lautsprechern des Hörers mittels ihrer L-R-Lautstärkedifferenzen „platziert" werden. Dies wird durch Einstellen des Panorama-Reglers erreicht. Es ist möglich, künstlichen Hall und andere Effekte hinzuzufügen, um die räumlichen Aspekte (Raumakustik, Abstand) dieser Aufzeichnungen zu verbessern.
  • Bei Live-Aufzeichnungen ist es üblich, Stereomikrophonpaare zu verwenden, derart, dass sie entweder (a) koinzident oder (b) voneinander beabstandet sind, um ungefähr eine Kopfbreite oder ähnlich. Das letztgenannte Verfahren erreicht teilweise eine Wiedergabe des natürlichen akustischen Bildes einer Darbietung, jedoch gab es seit den 50ger Jahren mehrere abwechselnde Perioden, wo mit dem Einsatz des Kunstkopf-Aufzeichnungsverfahrens zur Erstellung von binauralen Signalen zur Verbesserung der Qualität des Stereobildes experimentiert wurde.
  • Historisch wurde in den 1950er Jahren der Begriff stereophon geprägt, und zwar mit Bezug auf Tonwiedergabe über zwei oder mehr Übertragungskanäle. In den 70er Jahren stieg das Interesse an Aufzeichnungen mittels Kunstkopfmikrophon-Techniken, und es entstand der Begriff „binaural" ausschließlich für mit derartigen Mitteln gemachte Aufzeichnungen. Später wurde der Begriff „binaural" auch für elektronische Äquivalente verwendet, bei denen die Wirkungen der akustischen Verarbeitung des menschlichen Kopfes und des äußeren Ohres synthetisiert werden.
  • Kunstkopf- (binaurale) Aufzeichnungssysteme umfassen einen künstlichen, lebensgroßen Kopf, sowie manchmal auch Torso, bei welchem ein Paar qualitativ hochwertiger Mikrophone in den Positionen der Ohrkanäle eingebaut sind. Die Teile des äußeren Ohrs sind entsprechend durchschnittlichen menschlichen Maßen nachgebildet und aus Siliziumgummi oder ähnlichem Material hergestellt, so dass die von den Mikrophonen aufgezeichneten Klänge von dem Kunstkopf und dessen Ohren akustisch so eingefangen werden, dass sie sämtliche natürlichen, vom Gehirn benutzten Anhaltspunkte für die Klanglokalisierung besitzen.
  • Auf der Grundlage der Entwicklung der noch groben und einfachen Kunstköpfe für die binaurale Tonaufzeichnung in den 1930gern und 40ziger Jahren wurde Akustikern klar, dass diese Kopfstrukturen ideale Plattformen zum Testen und Bewerten von Hörhilfen und anderen Einrichtungen wie Gehörschutz-Einrichtungen (Ohrstöpseln) waren. Demzufolge entwickelte sich ein akademischeres Interesse an der Entwicklung von Kunstköpfen, wobei ihrer Konstruktion und Herstellung größere Aufmerksamkeit zuteil wurde. So stellen zum Beispiel die Aufsätze von Torick (An electronic dummy for accoustical testing (ein elektronischer Dummy für akustische Tests), E. L. Torick et al., J. Audio Eng. Soc., Oktober 1988, 16, (4), Seiten 397–402) und Burkhardt und Sachs (Anthropometric manikin for acoustic research (anthropometrische Modellpuppe für akustische Forschungen) M. D. Burkhardt und R. M. Sachs, J. Acoust. Soc., Am., Juli 1975, 58, (1), Seiten 214–222) zwei ausgezeichnete Aufsätze des Studiums weiterer Informationen über Kunstköpfe dar. Es wurde rasch klar, dass, obgleich die einfachen, frühesten Kopfstrukturen für binaurale Aufzeichnungen adäquat waren, diese jedoch schlechte Abbildungen der menschlichen Anatomie waren. Der Hauptgrund hierfür ist, dass die früheren Aufzeichnungsköpfe mit Mikrophonen ausges tattet waren, in welchen das Mikrophongitter planar mit dem Talboden der Concha (siehe 1 für die Terminologie des Ohres) angebracht war, anstatt am Ende eines simulierten Ohrkanals. Obgleich dies kein Problem für die Tonaufzeichnung darstellt, ist es eindeutig nicht geeignet für die Entwicklung von im Ohr zu tragenden Hörhilfen, wo das tatsächliche Vorhandensein und die akustische Impedanz des Ohrkanals selbst zu einem wichtigen Merkmal wird. Um diese Unterlassung zu beseitigen, entwickelte Professor Zwislocky von der Syracuse University einen Akustik-Koppler zur Nachahmung der Eigenschaften des Ohrkanals. Dieser wurde in verschiedenen internen Berichten der Universität beschrieben und später kommerziell entwickelt zur Verwendung in der Modellpuppe KEMAR der Firma Knowles Electronics, (U.S. Patent 5,033,086), welche die Originalstruktur aus fertigungstechnischer Sicht verbesserte. Der Zwislocky-Koppler ist eine kubusförmige Edelstahlstruktur der Ausmaße 21,5 × 21,5 × 15 mm mit einer Eingangsöffnung an einer Seite zum Koppeln mit einem künstlichen Ohr und einem 12 mm-Mikrophoneingang an der gegenüberliegenden Fläche. An jeder der verbleibenden vier Flächen ist eine kleine, gestimmte akustische Nebenschaltung gekoppelt. Jede Nebenschaltung besitzt eine bestimmte spezifische Trägheit, Widerstand und Nachgiebigkeit, so dass die Gesamt-Charakteristik-Impedanz gegenüber Frequenz des Kopplers derjenigen des durchschnittlichen erwachsenen Menschen mit hoher Genauigkeit bis zu etwa 8 kHz entspricht. Darüber hinaus wurde davon ausgegangen, dass die reflektierende Oberfläche der Mikrophonmembran zu unähnlich zum Trommelfell wird, als dass dies noch dargestellt werden könnte.
  • Im Bereich der akustischen Forschung wurde diese Form eines Ohrkopplers zusammen mit von verschiedenen Herstellern gefertigten ähnlichen Produkten für Anwendungen verwendet, wo eine sehr hohe Genauigkeit der Ohrkanal-Simulation erforderlich war. Für die Tonaufzeichnung jedoch stellt der Ohrkanal ein gewichtiges praktisches Problem dar, indem die primäre Viertelwellen-Resonanz des Ohrkanal-Simulators eine sehr starke Anhebung – häufig 10 bis 15 dB – im Bereich von etwa 3,9 kHz erzeugt und diese zur gleichermaßen starken Resonanz der Concha-Kavität im Bereich von etwa 2,8 kHz hinzukommt. Die Folge ist, dass um 3 kHz herum eine hohe Resonanz-Spitze von 25 bis 30 dB auftritt, die kompensiert werden muss, sollen nicht die Aufzeichnungen tonal sehr unkorrekt sein. Die Korrektur einer solchen starken Anomalie ist möglich. Sie ist schwer mit Hilfe von analogen Verfahren zu erreichen, jedoch mittels digitaler Filterung möglich. Jedoch ist selbst wenn dies erreicht ist, noch immer ein Preis in Bezug auf den Störspannungsabstand zu bezahlen, da die Resonanzanhebung die nichtresonanten Bereiche des Frequenzgangs um 30 dB nach unten in Richtung des Hintergrundgeräusches des Systems gedrückt hat. Zusätzlich bedingt die Benutzung von 12 mm-Mikrophonen die Verwendung von nichtstudiogeeigneten Mikrophonen mit schwächerem Rauschverhalten. Aus diesen Gründen wird bei Studioaufzeichnungen, wo bestmögliche Störspannungsverhältnisse verlangt werden, noch immer Kopfsystemen ohne Ohrkanal der Vorzug gegeben. Forschungen von Shaw und Teranshi (Aufsatz mit dem Titel „Sound Pressure Generated In An External-Ear Replica and Real Human Ears By a Nearby Point Source (Schalldruck erzeugt in der Replikation eines Außenohres und in echten menschlichen Ohren durch eine nahegelegene punktförmige Schallquelle) von E. A. G. Shaw und R. Teranshi, J. Acoust. Soc. Am., 1968, 44 (1), Seiten 240–249) konnten zeigen, dass die Schaldruckpegel (sound pressure levels SPL) linear vom Eingang des Ohrkanals zum Trommelfell skalieren, so dass die Verwendung von Kunstköpfen ohne Ohrkanal-Simulatoren als gültig angesehen werden konnte. Dieses Resultat ist jedoch aufgrund der verwendeten Experimentalverfahren mit Vorsicht anzusehen, da das Einbringen selbst des kleinsten Messwandlers entweder in die Ohrmuschel oder den Ohrkanal die akustischen Gesamteigenschaften des Ohres wesentlich beeinflussen kann.
  • Gegenwärtig sind verschiedene Arten von Kunstköpfen handelsüblich. Die folgenden vier, die nachstehend beschrieben werden, sind die am meis ten verwendeten Typen, wenngleich man von verschiedenen anderen japanischen und amerikanischen Typen von kleineren Herstellern gehört hat. Die Haupteigenschaften sind nachstehend aufgezählt.
  • Ein bekannter Kunstkopf (B&K, Typ 4100) von Bruel & Kjaer besteht aus einem auf einem Torso-Simulator angebrachten Kunstkopf, ausgestattet mit einem schalldämpfenden Stoff, welcher den Hals der Modellpuppe bedeckt. Der Kopf ist eine hohle „Hülle", wobei die Mikrophone direkt auf Metallplatten an den Seiten der Hüllenstruktur angebracht sind. Der Hals kann eingestellt werden, so dass er nach vorne geneigt ist, bis zu einem Winkel von 17°. Die Ohrmuschel-Simulatoren sind aus Silikongummi mit Dimensionen entsprechend IEC 959 und CCITT P. 58 mit Ausnahme der Ohrkanal-Extensionen, wobei in der Concha-Kavität Mikrophone vom Typ B&K 4165 angebracht sind. Das Gesamtgewicht beträgt 7,9 kg.
  • Ein anderer bekannter Kunstkopf, der Ku100, ist der Nachfolger der bekannten Serien Ku80 und Ku81 Kunstköpfe, welche von der Georg Neumann GmbH hergestellt wurden und seit den späten 1970ger Jahren in Gebrauch sind. 1981 wurde der KU80 verbessert und in KU81 umbenannt, und es gab verschiedene Varianten mit der Zusatzbezeichnung „i", die eine verbesserte Lautsprecher-Kompatibilität für sich in Anspruch nahmen (dies könnte sich auf Änderungen in den EQ-Filtern beziehen). Der Kopf ist ein festes, mit Gummi gefülltes Element, welches von vorne nach hinten ausgeschüttet werden kann, um Zugang zu den Mikrophonen und dem Batteriefach zu erhalten. Der Kopf ist mit künstlichen auditiven Mikrophon-Kopplern vom Kanaltyp ausgestattet und verwendet Kondensator-Mikrophone der Serie Neumann 21 mm KM 100 mit eingebauten FET-Vorverstärkern. Der Kopf ist mit elektronischer Entzerrung, vermutlich analogen Filtern, ausgestattet, welche mit Batteriebetrieb und im Kopf selbst angeordnet ist. Der Kopf ist geeignet für Aufhängung oder Anbringung auf einem Stativ und besitzt keine Schultern. Er wiegt 2,7 kg und ist mattschwarz.
  • Ein weiterer bekannter Kunstkopf, das Aachen (Head Acoustics)-System 15 der Head Acoustics GmbH (vgl. US 4,631,962 ) ist anders als die anderen Kunstköpfe, indem es auf einer stark vereinfachten Struktur basiert, welche, wie der Erfinder angibt, die wichtigen Merkmale des menschlichen Hörens repräsentiert. Die Form der Ohren und die Dimensionen des Kopfes entsprechen einem Satz Gleichungen, welche die Konstruktion des Kopfes vereinfachen. Er wurde zunächst entwickelt für die Geräuschmessung in der Automobilindustrie. Der Kopf kann auf einem Stativ angebracht werden und besitzt Schultern, die angebracht werden können, wenn dies gewünscht ist. Er wiegt 7 kg und ist matt schwarz. Eine Entzerrer-Vorverstärker-Einheit wird gewöhnlich mit dem Kopf geliefert.
  • Ein weiteres bekanntes Kunstkopfsystem ist der KEMAR der Knowles Electronics Inc., [Knowles Electronics Manikin for Acoustic Research (elektronische Modellpuppe von Knowles für akustische Forschungen)]. Dieses Modellpuppen-System wurde in den 1970ger Jahren entwickelt und wurde weithin verwendet für die Forschung und Entwicklung von Hörhilfen. Das System ist in modularer Form verfügbar einschließlich eines optionalen Torsos. Der Kopf ist hohl mit einer Teilung um die Peripherie des oberen Schädels, und die inneren Oberflächen sind mit bleigefülltem Epoxidharz überzogen, um Resonanzen zu dämpfen und die Übertragung von Schall durch die Hülle selbst zu vermindern. An der Hülle sind mittels Zwislocky-Kopplern 12 mm B&K-Mikrophone angebracht, und die Koppler-Eingänge sind direkt mit Öffnungen in den Ohrmuscheln aus Silikongummi verbunden. Das Gummi der Ohrmuscheln ist eine Mischung zweier unterschiedlicher Typen, um die mechanischen Eigenschaften des menschlichen Ohres so gut wie möglich zu simulieren. Es sind verschiedene Halseinheiten mit unterschiedlichen Höhen erhältlich. Auch sind verschiedene Ohrtypen für unterschiedliche Anwendungen verfügbar.
  • In Duda, R. O., ,Modeling Head Related Transfer Functions' (Modellierung von kopfbezogenen Transferfunktionen), Proceedings Of The Asilomar Conference, Pacific Grove, Nov., 1–3, 1993, Bd. 2, 1. November 1993, Institute Of Electrical And Electronics Engineers, S. 996–1000 XP000438445, ist offenbart, dass kopfbezogene Transferfunktionen (HRTFs) die Transformation einer Schallquelle zu den die Trommelfelle erreichenden Klängen beschreiben und für das binaurale Hören von zentraler Bedeutung sind. Da sie das Resultat von Propagierung und Brechung von Wellen sind, kann man sie mittels finit parametrisierten Filtern nur annähernd erreichen. In dem Aufsatz wird die funktionale Abhängigkeit der HRTF von Azimut und Höhe beschrieben, und es werden verschiedene Kunstkopfmodelle beschrieben. Viele der beschriebenen Modelle, einschließlich das der US 4,631,962 (Genuit), replizieren die Geometrie der menschlichen Ohrmuschel mit ausreichender Genauigkeit zum Erzeugen präziser HRFTs. Daher ist es selbst mit finit parametrisierten Filtern schwierig, eine akzeptable HRTF zu erzeugen.
  • Keiner der zuvor genannten handelsüblichen Kunstköpfe bietet adäquate „Höhen"-Anzeichen, und sie bieten auch nur schwache Unterscheidung vorne-hinten, aufgrund der relativen Ineffizienz der künstlichen Ohren, die bislang Verwendung fanden.
  • Einige Forscher haben Ohren repliziert, indem sie Abdrücke von echten Ohren oder von modellierten Nachbildungen echter Ohren genommen haben. Aus den folgenden Gründen ist dies jedoch nicht zufrieden stellend.
    • (a) Die Übereinstimmung links-rechts ist sehr schlecht und kann nicht korrigiert oder angepasst werden.
    • (b) Es treten Abdruckfehler auf, die zu Schrumpfungen und Verzerrungen führen.
    • (c) Man hat keine Kontrolle über die Dimensionen, und so kann man keine bestimmten Werte spezifizieren.
    • (d) Die Anbringung der Ohr-Einheit am Ohrkanal oder an der Mikrofon-Befestigung ist nicht ausreichend definiert. Wir konnten zeigen, dass die Anbringung und der Ohrkanal oder die Mikrofon-Befestigung ein kritisches Parameter darstellen.
  • Aufgrund von Schrumpfungen der gegossenen Teile ist es sehr schwierig, künstliche Ohren genau zu gießen. Aufgrund der tiefen Unterschnitte ist es zudem schwierig, eine Maschine zur Herstellung einer dreidimensionalen Struktur – wie der eines Ohres – zu verwenden. Man könnte es unter Umständen erreichen, indem man mehrere 3D-„Blöcke" herstellt und diese dann zusammensetzt, aber dies wäre schwierig zu arrangieren und würde ineinander greifende Ausrichtungsführungen in dreidimensionalem Format erfordern.
  • In der Literatur gibt es viele Darstellungen, die wir als nicht zutreffend festgestellt haben. So ist es beispielsweise üblich zu behaupten, dass die Art der Materialien, die für die Ohrmuschel, die Haut und andere Bestandteile verwendet werden, wichtig sind, und dass künstliche Ohren aus Materialien wie Latex oder Gummi hergestellt werden müssen, die eine ähnliche Textur wie menschliche Ohren haben oder sich ähnlich anfühlen. Durch Experimente und Messungen haben wir herausgefunden, dass das Material, aus dem die Ohrmuschel hergestellt ist, aus akustischer Sicht relativ unwichtig ist und dass die Simulation von Haut nicht erforderlich ist.
  • Dem Stand der Technik nach sind harte Materialien ungeeignet für die Herstellung von künstlichen Ohren für akustische Messungen, da ihre Eigenschaften der Haut sehr unähnlich sind. Wir haben jedoch durch Vergleiche von HRTF-Messungen herausgefunden, dass im Gegenteil hierzu die Wahl des Materials nicht signifikant ist. Tatsächlich bevorzugen wir harte Materialien wegen ihre Konstanz bezüglich ihrer physischen Dimensionen (Gummi-Ohren können nachgeben und sich verdrehen, wodurch die Form und Di mensionen ihrer akustischen Hohlräume verzerrt werden, was zu einer signifikanten Änderung der damit zusammenhängenden HRTFs führt).
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine akkurat dimensionierte künstliche Ohrmuschel und Gehörkanal anzugeben, die verbesserte Anzeichen hinsichtlich der Höhe von Schallquellen und eine verbesserte Unterscheidbarkeit vorne-hinten ermöglicht, unter Verwendung von Materialien, die konventionell üblicherweise nicht als geeignet für künstliche Ohrmuscheln angesehen werden und die auf eine kontrollierte, reproduzierbare Weise, vorzugsweise computergesteuert, hergestellt werden können.
  • Es gibt bekannte Verfahren zum Konstruieren dreidimensionaler Gegenstände durch Aufbau des Gegenstandes aus Laminaten. Beispiele hierfür finden sich in den Internationalen Patentanmeldungen WO 91/12957 und WO 87/07538, den Europäischen Patentanmeldungen 0633129 A1 und 0667227 A2, dem US-Patent 5031,483 und der Britischen Patentanmeldung 2,297516 A.
  • Insbesondere das US-Patent 5031,483 offenbart eine Technik zum Anfertigen von Güssen durch Aufeinanderschichten einer Mehrzahl von Platten, aus denen jeweils maschinell eine Form herausgearbeitet wurde. Durch Aufeinanderschichten dieser Platten erhält man den fertigen Gegenstand.
  • Für einen Fachmann auf dem Gebiet der Herstellung künstlicher Ohrmuscheln wäre es normalerweise wegen der entstehenden multi-facettierten oder treppenartigen Kanten nicht angebracht oder wünschenswert, eine nachgebildete menschliche Ohrmuschel mittels einer laminierten Konstruktion zu rekonstruieren. Man vermutet zunächst, das solche bei jedem Übergang der Laminierungen gebildeten Stufen oder Unregelmäßigkeiten die akustischen Gesamteigenschaften des künstlichen Ohres verschlechtern würden. Wir haben im Gegensatz hierzu herausgefunden, dass es möglich ist, die Profile der Laminierungen „einzustellen" (ohne notwendigerweise treppenartige Übergänge von einer Laminierung zur nächsten zu entfernen) und dabei die akustischen Gesamteigenschaften des künstlichen Ohres noch zu optimieren.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Mittel zum Zurverfügungstellen adäquater Richtungsinformationen anzugeben, die für Aufnahmezwecke und zum Zurverfügungstellen geeigneter Daten für die Synthese von 3D-Ton geeignet sind.
  • Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer künstlichen Ohrmuschel vorgesehen, umfassend die folgenden Schritte:
    • (a) Ausformen eines dreidimensionalen Modells einer menschlichen Ohrmuschel aus einem ersten Material,
    • (b) Einkapseln des Modells in ein Gießmaterial,
    • (c) Entfernen des gekapselten Modells, um eine Schnittform des Modells zu erhalten,
    • (d) Erzeugen eines Abbildes der durch Schritt (c) erhaltenen Schnittform,
    • (e) schrittweises Wiederholen des Schritts (c), um Schnittformen des Modells in beabstandeten parallelen Ebenen zu erhalten, und Wiederholen von Schritt (d),
    • (f) Zurverfügungstellen einer Mehrzahl von selbsttragenden Roh-Platten eines Materials von einer Dicke entsprechend dem Abstand zwischen den beabstandeten parallelen Ebenen und Verwenden des durch Schritt (d) erzeugten Abbildes zum Erzeugen einer Nachbildung der Schnittform des Ohrmuschel-Modells, gehalten von jeder der Material-Platten durch Überbrückungen,
    • (g) Wiederholen des Schritts (f) für jede durch Schritt (c) erzeugte Form, und
    • (h) Zusammensetzen und Verkleben eines Stapels der Platten zum Erzeugen einer laminierten Nachbildung des Modells.
  • Vorzugsweise umfasst der Schritt (d) den Schritt des Ableitens von Daten zum Steuern der Bewegungsrichtung eines Schneidewerkzeugs aus dem Abbild und Schritt (f) das Bearbeiten jeder Material-Platte mit einem zum Bewegen gemäß der Steuerung durch die durch Schritt (d) erlangten Daten programmierten Schneidewerkzeug.
  • Vorzugsweise umfasst der Schritt (f) den Schritt des Verwendens des durch Schritt (d) erzeugten Abbildes zum Erzeugen einer dem Abbild entsprechenden Maske und Schritt (f) den Schritt des Entfernens unmaskierten Materials.
  • Die Material-Platten sind fotosensitiv, und das unmaskierte Material wird durch Belichten der maskierten Platten und Entwickeln entfernt.
  • Vorzugsweise wird an die laminierte Nachbildung des Modells ein künstlicher Ohrkanal angefügt.
  • Das Modell kann aus festem Kunststoff-Material hergestellt werden, und das Gießmaterial ist ein festes Kunststoff-Material von anderer Farbe als dasjenige des Modells.
  • Das Abbild kann durch elektronisches Scannen eines Schnittes des gekapselten Modells oder durch Fotokopieren eines Schnittes des gekapselten Modells erzeugt werden.
  • Vorzugsweise wird das Abbild in ein digitalisiertes elektronisches Bild umgewandelt.
  • Das elektronische Abbild kann zum Ableiten eines binären Computer-Steuer-Codes zum Steuern der Bewegungsrichtung eines Schneidewerkzeugs vom Typ einer CNC-Fräse verwendet werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine laminierte künstliche Ohrmuschel vorgesehen, die gemäß dem vorgenannten Verfahren hergestellt ist.
  • Vorzugsweise umfasst die künstliche Ohrmuschel eine laminierte künstliche Ohrmuschel nach Anspruch 12, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die künstliche Ohrmuschel eine Concha, eine Fossa und einen Ohrkanal umfasst und dass der Ohrkanal so aufgebaut und relativ zur Concha angeordnet ist, dass der Abstand ((A) nach 7) von der Mitte des Eingangs des Ohrkanals 23 zur Rückwand der Concha 12 innerhalb eines Bereichs von 15 mm bis 20 mm liegt, der Abstand ((B) nach 8) von der Mitte des Eingangs des Ohrkanals zum Boden der Concha innerhalb eines Bereichs von 9 mm bis 15 mm liegt und die Ausrichtung des Drehpunktes ((C) nach 9) mit der Mitte des Eingangs des Ohrkanals im wesentlichen horizontal ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst bei einer künstliche Ohrmuschel nach Anspruch 14 die Bohrung 27 des Ohrkanals 23 eine rechte kreisförmig-zylindrische Bohrung 27 mit einem Radius und einer Länge ((a) nach 13), gemessen von einem offenen Ende der Bohrung 27 entlang der Mittenachse der Bohrung 27 zu der Ebene 29 der drucksensitiven Fläche 34 des Mikrophons 33, die so bemessen ist, dass sie einen Resonanzraum mit einer funktionalen Resonanz von 3,9 KHz definiert.
  • Die Bohrung kann so dimensioniert sein, dass die Dimension der Summe der Länge ((a) nach 13) und der Radius der Bohrung 22 mm beträgt. Zum Beispiel beträgt der Durchmesser der Bohrung 7 mm, der Winkel der Ebene der drucksensitiven Fläche des Mikrophons 45° zur Längsachse der Bohrung und die Länge der Bohrung 18,5 mm.
  • Vorzugsweise beträgt der durchschnittliche Abstand von der Mittelachse der Bohrung des Ohrkanals zur Rückwand der Concha 16,6 mm und der durchschnittliche Abstand von der Kanalachse zum Boden der Concha 11,3 mm.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren angegeben zur Ton-Aufzeichnen mittels künstlicher Ohren mit Ohrmuscheln, die nach dem in Anspruch 1 beanspruchten Verfahren hergestellt sind, wobei von den künstlichen Ohren empfangene Schallwellen in ein elektrisches Signalumgewandelt und von einem Signalprozessor mit Signalfiltern aufbereitet werden, deren kopfbezogene Transfer-Funktionen aus Signalverarbeitungs-Algorithmen auf der Grundlage von Abmessungen abgeleitet werden, die den Abmessungen der künstlichen Ohrmuschel und Ohrkanäle der künstlichen Ohren entsprechen, mit denen die Aufzeichnung gemacht wird.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:
  • 1 ein Schema der Hauptbestandteile einer menschlichen Ohrmuschel;
  • 25 verschiedene Stufen bei der Herstellung einer erfindungsgemäß konstruierten künstlichen Ohrmuschel zur Verwendung an einem künstlichen Ohr;
  • 6 ein Computer-generiertes „Drahtgitter" eines erfindungsgemäß konstruierten künstlichen Ohrs;
  • 79 Computer-generierte Diagramme verschiedener Querschnitt-Topografien eines erfindungsgemäß konstruierten künstlichen Ohres, die wesentliche Merkmale der Konstruktion des künstlichen Ohres zeigen;
  • 1013 schematische Diagramme, die die Berechnung geeigneter Dimensionen eines erfindungsgemäß konstruierten Ohrkanals illustrieren;
  • 14 das Schema eines erfindungsgemäß konstruierten künstlichen Ohrkanals nebst Mikrofonanordnung; sowie
  • 15 das Schema eines Endaufrisses eines erfindungsgemäß konstruierten künstlichen Ohres.
  • Bezug nehmend auf 1 umfassen die wesentlichen Bestandteile einer menschlichen Ohrmuschel 10 (die äußere Ohrenklappe) eine Scapha 9 genannte fleischige periphere Hautfalte, einen Fossa 11 genannten Resonanzraum in einer obersten Region der Ohrmuschel sowie die Concha 12, welche ein Resonanzraum ist, welcher zum (nicht gezeigten) Ohrkanal führt, wo sich die Mittelohrmembran (das Trommelfell) befindet. Die Fossa 11 spricht besonders gut auf hochfrequente Klänge im Bereich von 15 kHz an, und es ist dieser Teil der Ohrmuschel, welcher zur Bildung der Anzeichen beiträgt, die es dem Gehirn des Hörers ermöglichen, zwischen Klängen zu unterscheiden, die von vorne oder von hinten in Bezug zum Kopf sowie auch hinsichtlich der Höhe der Klangquelle zu unterscheiden. Einzelheiten des Ohrkanals und der Bestandteile des inneren Ohres sind in 1 nicht gezeigt.
  • Bezug nehmen auf 2 wird eine „Referenz"-Ohrmuschel erzeugt, üblicherweise in einem harten Kunststoffmaterial wie etwa Polyurethan. Dies erreicht man durch Ausformen einer künstlichen Ohrmuschel 10 durch Ausschneiden und Formen des Polyurethans und mittels einer Reihe von reitarativen Experimenten, mit denen sukzessive die physikalischen Eigenschaften der ausgeformten Ohrmuschel modifiziert werden. Jede Form wird Hörtests unterzogen, um die räumlichen Eigenschaften und die vorgenommenen Änderungen der Form und der Dimensionen zu erfassen. Zum Beispiel kann man die Tiefe der Fossa-Kavität 11 verändern und mittels Mikrofonen, die dort angeordnet sind, wo das Trommelfell wäre, hören, welchen Effekt dies auf die räumlichen Eigenschaften des Paars Ohrmuscheln hat. Hat man schließlich eine zufrieden stellende Ohrmuschel – geeignet für eine breite Anzahl von Hörern – erlangt, so wird jede Ohrmuschel 10 in eine Gießform 14 wie in 2 gezeigt eingebracht und vollständig mit einem Gießepoxid oder Harz 15 umgeben, das von anderer Farbe als die ausgeformte Ohrmuschel ist. Die Gießform 14 ist mit einer Spindel 16 versehen, die von der unteren Seite emporragt, so dass sie auf einer (nicht gezeigten) Drehbank befestigt werden kann. Alternativ könnte die Gießform 14 zum Fräsen an einer Fräsmaschine befestigt werden. Die Gießform 14 weist zusätzlich drei schmale Stangen oder Röhren 17 auf, die sich in Normalrichtung zur Basis der Gießform 14 erstrecken. Diese Stäbe 17 sind um die Ohrmuschel 10 herum platziert und bieten ein Mittel zur Ausrichtung und räumliche Referenzmessungen.
  • Die Gießform 14 mit der eingekapselten Ohrmuschel 10 wird auf einer Drehbank (oder Fräse) angebracht, und der Abguss wird vorsichtig Schicht für Schicht von der äußersten Schicht her abgetragen, bis der erste Bereich der Ohrmuschel 10 (die Spitze der Scapha 9) zum Vorschein kommt. Ein weiterer Bereich von 1 mm wird entfernt, indem man das Schneidewerkzeug der Drehbank über 1 mm vorschiebt, und der resultierende freigelegte Bereich des Abgusses einschließlich der Referenzstangen 17 wird mittels eines Scanners oder eines Fotokopierers abgebildet. Danach wird ein weiterer Bereich von 1 mm abgetragen und ein weiteres Abbild des nunmehr freigeleg ten Bereichs wird mittels eines Scanners oder Fotokopierers angefertigt. Ein typischer Querschnitt ist in 3 gezeigt. Dieser Prozess wird wiederholt, bis man die Basis der Ohrmuschel 10 erreicht hat und der gesamte Korpus der eingekapselten Ohrmuschel 10 abgetragen wurde. Typischerweise umfasst der gesamte Prozess fünfundzwanzig Querschnittsbilder in parallelen Ebenen mit Abständen von 1 mm voneinander.
  • Die Bilder der Querschnitte der Ohrmuschel 10 werden sodann einzeln mittels eines Computer-Tabletts digitalisiert, und die digitalisierten Schnitte werden nachbearbeitet, um Fehler zu entfernen und alle erforderlichen Interpolationen oder Glättungen zwischen benachbarten Bildern zu erlangen. Die digitalisierten Bilder werden dazu verwendet, die Koordinaten zu erzeugen, mit denen die Richtung der Bewegung des Schneidwerkzeugs einer CNC-Fräse gesteuert wird, wie nachstehend erläutert werden wird.
  • Als nächstes, Bezug nehmend auf 4, werden Stützkragen 18 um jede Schicht des digitalisierten Ohres konstruiert und mit letzteren über schmale, 2 mm dicke Gewebeelemente 12 verbunden, um ein nachfolgendes Zusammensetzen zu ermöglichen. Schablonen-Montagelöcher 19 werden ebenso zu jeder Schicht der Konstruktion hinzugefügt. Danach wird jedes Laminierungselement (4) aus 1 mm dicken harten Polystyrol-Platten ausgeschnitten. Jedes Laminierungselement einschließlich der Querschnittsform der Ohrmuschel 10 wird unter der Steuerung der CNC-Befehle ausgeschnitten, die von jedem der digitalisierten Bilder abgeleitet sind. Das Schneidwerkzeug ist dazu programmiert, die Form der Ohrmuschel 10 auszuschneiden, jedoch Überbrückungs-Halterungen 12 stehen zu lassen, die zwischen dem Ohrmuschelabschnitt und der Peripherie des Stützkragens 18 verlaufen.
  • Bei einem alternativen Verfahren zum Ausformen der Laminierungen können anstelle der Erzeugung eines digitalisierten Bildes und des Aus schneidens der Formen mittels einer CNC-Fräse die Formen mittels eines Foto-Ätzverfahrens oder einer chemischen Ätztechnik erzeugt werden.
  • Zum Beispiel könnten die Stützkragen 18 aus einem fotoempfindlichen Polymer wie etwa Poloyimid hergestellt werden, das als Brewers T1059 bekannt ist. Die von jeder Querschnittsform der gegossenen Ohrmuschel 10 angefertigten Abbilder können dazu verwendet werden, eine fotoresistente Maske herzustellen, welche auf die Oberfläche eines Stützkragens 18 aufgebracht wird. Das ungewünschte Material wird dann auf übliche Weise entfernt, indem die maskierten Stützkragen ultraviolettem Licht und einem Entwickler ausgesetzt werden.
  • Es wäre auch möglich, die Stützkragen 18 aus einem chemisch ätzbaren Metall herzustellen und geeignete maskierte Stützkragen chemisch auszuätzen.
  • Wenn alle Laminierungselemente ausgeschnitten wurden, werden sie Schicht für Schicht aufeinander gestapelt, und zwar in einer Schablone 21, wie in 5 gezeigt, welche Führungsstäbe 22 aufweist, die gleich beabstandet um die Schablone 21 herum angeordnet sind. Zu diesem Zeitpunkt ähnelt der Stapel Laminierungen einer quantisierten Reproduktion der ursprünglichen, ausgedrehten Referenz-Ohrmuschel 10. Die ersten paar Schichten umfassen eine rechteckige Montagebasis, die über Brückenhalterungen 12 mit den Stützkragen 18 verbunden sind. Die rechteckige Montagebasis und die Brückenhalterungen 12 der ersten paar Schichten 18 sind miteinander mittels eines geeigneten Klebers (wie etwa Lösemittelleim im Falle von Polystyrol) verklebt. Da jedes nachfolgende Laminierungselement auf die Führungsstäbe 22 der Montage-Schablone 21 aufgeschoben wird, werden nur die Ohrmuschel-Schnittformen 10 miteinander verklebt, während die Brückenhalterungen 12 unverklebt bleiben und abgetragen werden, nachdem jede einzelne Schicht verklebt wird. Dementsprechend sind die o beren Schichten, etwa Schichten 6 bis 25, jeweils nur mit der vorherigen Schicht verbunden, durch die verklebten Ohrmuschel-Schnitte 10, während die Schichten 1 bis 5 auch mit dem Kragen 18 über die Brückenhalterungen 20 verbunden sind. Auf diese Weise verbleibt der Stapel verklebter Scheiben 18 in Registern mit den Führungsstäben 22 der Schablone 21 während des Zusammensetzens der künstlichen Ohrmuschel. Wenn der Kleber abgebunden hat, wird die fertige Ohrmuschel 10 von den Kragen 18 befreit, indem die wenigen verbleibenden Brückenhalterungen 20 der unteren Schichten weggeschnitten werden.
  • Ein Computer-generiertes „Drahtgitter"-Diagramm einer fertigen Ohrmuschel 10 ist in 6 gezeigt.
  • Beim Herstellen der künstlichen Ohrmuschel 10 – wie oben beschrieben – ist es von wesentlicher Bedeutung sicherzustellen, dass verschiedene kritische Dimensionen und physikalische Anordnungen korrekt sind. Die Merkmale, die wir als kritisch festgestellt haben und die im Stand der Technik nicht vorhanden sind, sind wie folgt:
    • (a) Die Fossa 11 muss angemessen tief sein. Dies ist schwierig zu beschreiben oder zu quantifizieren, außer dass uns bekannt ist, dass bestimmte vorbekannte künstliche Ohrmuscheln inadäquat sind und dass eine erfindungsgemäß konstruierte Ohrmuschel mit einem Volumen zwischen 0,2 cc und 0,7 cc, vorzugsweise 0,5 cc, adäquat war.
    • (b) Der Abstand von der Mitte des Ohrkanal-Eingangs zur Rückwand der Concha (siehe 7) ist kritisch. Wir haben herausgefunden, dass ein Abstand zwischen 16 mm und 20 mm geeignet und ein Durchschnittswert von 16,6 mm bevorzugt wird (obgleich unsere Prototypen einen etwas größeren Abstand (18,5 mm) aufweisen und dennoch recht gut funktionieren).
    • (c) Der Abstand von der Mitte des Kanal-Eingangs zur Concha-Unterseite (siehe 8) ist kritisch, Wir haben herausgefunden, dass der Mittelwert 11,3 mm betragen sollte.
    • (d) Die Ausrichtung des Beugungspunktes der Concha-Rückwand im wesentlichen horizontal mit der Mitte des Ohrkanal-Eingangs ist sehr wichtig, wie in 9 gezeigt.
  • Die Konstruktionsmaterialien haben sich als nicht wichtig herausgestellt (im Gegensatz zu Darstellungen in dem US-Patent von Zuccarelli ( US 4,680,856 ). Wir haben keine signifikanten Unterschiede zwischen sehr weichen Elastomeren und harten festen Kunststoffen feststellen können. Entscheidend sind die Dimensionen, und man verwendet vorzugsweise harte Kunststoffe, da diese leichter zu handhaben und in ihren Dimensionen stabil sind.
  • Man könnte meinen, es sei entschieden nicht der korrekte Ansatz, ein künstliches Ohr aus einem Stapel von Laminierungen mit einer Dicke von 1 mm herzustellen (wobei diese Dicke einen vernünftigen Kompromiss zwischen der endgültigen Auflösung der laminierten Struktur und der Komplexität der Herstellung darstellt), da akustische Interferenzprobleme auftreten könnten, die durch die diskrete Natur der einzelnen Laminierungen erzeugt werden, die „treppenartige" Kanten erzeugt. Dies ist jedoch nicht der Fall, da die 1 mm-Quantenschritte in der Z-Ebene (Stapelrichtung) sehr hohen Frequenzen entsprechen – weit oberhalb des Bereichs des normalen Gehörs, welches typischerweise 20 Hz bis 20 kHz beträgt.
  • Es ist wichtig, die Rolle des Ohrkanals bei der Kunstkopf-Technologie zu verstehen. Die ersten vorbekannten Kunstköpfe verfügten nicht über künstliche Ohrkanäle, sondern hatten lediglich die Aufzeichndungs-Mikrofone in die Ohrmuschel eingesetzt, wobei die Mikrofon-Membranen ungefähr dort angeordnet waren, wo die Ohrkanal-Eingänge sich befunden hätten. Hierfür gibt es verschiedene Gründe. Erstens sind die Durchmesser von Mikrofonen, insbesondere solcher von Studioqualität, viel größer (20 mm und mehr) als der Ohrkanal-Durchmesser (7 oder 8 mm), und so wäre es physikalisch schwierig, ein derartiges Mikrofon in einer simulierten Ohrkanal-Struktur anzubringen. Zweitens würde das Mikrofon in einen Hohlraum eingesetzt und daher weniger empfindlich, und der Hohlraum würde über eine Resonanz verfügen und damit unerwünschte Kammfiltereffekte erzeugen.
  • Zudem wurde in der Vergangenheit davon ausgegangen, dass der Gehörkanal selbst nicht zu den räumlichen Effekten beiträgt, dass diese vielmehr nur durch die Anwesenheit des Kopfes und die Form der Ohrmuschel zustande kämen. Fast ausnahmslos, wo immer die Anwesenheit eines Ohrkanals in der Vergangenheit als wichtig angesehen wurde, wurde gesagt, dass dies nur für Impedanz-Anpassungseigenschaften oder aus physikalischen Gründen notwendig sei und NICHT notwendigerweise für die räumlichen Eigenschaften des Systems. Tatsächlich gibt es publizierte Aufsätze, die besagen, dass die Anwesenheit eines Gehörkanals für räumliche Eigenschaften unnötig ist. Es ist klar, dass man die Konstruktion des Ohrkanals berücksichtigen muss, wenn man Hörgeräte-Prothesen testet, welche in den Ohrkanal hineinragen, oder Ohrstöpsel („Ohrenschützer"), da man hier keine bündig angebrachten Mikrofone verwenden kann. Unter diesen Umständen spielte jedoch die Relevanz der Leistung auf die räumlichen Effekte keine Rolle. Einer der ersten Berichte einer Kunstkopf-Anordnung mit Ohrkanal-Simulatoren ist in dem Aufsatz von Bauer et al. von 1966 (mit dem Titel External ear replica for acoustical testing (Nachbildung des äußeren Ohrs für akustische Tests), V. B. Bauer, A. J. Rosenheck und A. Abbagnaro, J. Acoust. Soc. Am., 1967, 42, (1), Seiten 204–207), wo die Dimensionen des Ohrkanals auf die Daten von Olson („Acoustical Engineering"), Olson, (D. Van Nostrand Co., Inc., Princeton, N. J., 1960), Seite 559) zurückführten, namentlich 22 mm lang und 7,6 mm Durchmesser. Es erscheint klar, dass die Längendimension aus akustischen Resonanzmessungen rückberechnet wurde; es ist unwahrscheinlich, dass tatsächliche physikalische Messungen gemacht wurden, angesichts der potentiellen Gefahren für Testsubjekte. Entspricht dies der Wahrheit, so wurde die gemessene Resonanz von 3,9 kHz dazu verwendet, eine Ohrkanal-Länge von 21,99 mm zu berechnen – dies setzt jedoch ein rechtwinkliges Ende des Ohrkanals voraus, was unkorrekt ist, wie nachstehend beschrieben werden wird. Geht man auf dieser Grundlage vor, um einen simulierten Ohrkanals von 22 mm mit einem Ende von 90° anzufertigen, so erlangt man in der Tat die „korrekte" Resonanz von 3,9 kHz, und man könnte zu der Ansicht gelangen, dass die Simulation validiert wurde. Unsere nachstehende Feststellung geht jedoch davon aus, dass man ein Ende von 45° benötigt für ein korrektes räumliches Ansprechverhalten, und die Länge muss anders berechnet werden, um die korrekte natürliche Resonanzfrequenz von 3,9 kHz zu erhalten.
  • Die elementaren Resonanzeigenschaften des Ohrkanals sind diejenigen einer an einem Ende geschlossenen Röhre, und damit stellt sich die Grundresonanz ein, wenn ein Viertel einer Wellenlänge λ der Länge der Röhre L entspricht, und damit beträgt λ = 4L. Ausgehend von der Schallgeschwindigkeit in der Luft von 343 ms–1 lässt sich die Resonanzfrequenz fr (kHz) als gleich 343/4L berechnen (wobei L in mm angegeben ist). Der oben zitierte Ohrkanal von Bauer und Kollegen, ähnlich zu dem von Torick et al., wie nachstehend beschrieben, ging von einer publizierten Ansprech-Charakteristik aus, welche die Grundresonanz bei etwa 3,9 kHz zeigte, welches entsprechend dieser Formel einer Länge von 22 mm entspricht.
  • Bei dem Kunstkopfsystem von E. L. Torick et al. von 1968, das für akustische Prüfungen persönlicher Kommunikationseinrichtungen konstruiert wurde, wurde gleichfalls eine Ohrkanalanordnung inkorporiert. Hierdurch sollte sichergestellt werden, dass die akustische Last des Mess-Systems für eine Situation im wirklichen Leben repräsentativ war, wobei dies den „6 cc"-und „2 cc"-Akustik-Kopplern überlegen war, die damals bekannt waren. To rick et al. versuchten, die akustischen Konstanten des Ohrkanals und des Mittelohres nachzubilden, indem sie eine nahezu zylindrische Röhre von ungefäht 2,2 cm Länge und 0,76 cm Durchmesser mit einem Volumen von 1 cc konstruierten. Torick et al. war bekannt, dass Zwislocki ein effektives Volumen von ungefähr 1,6 cc für die Kombination des Ohrkanals und des Trommelfells berichtet hatte, was zu dem Schluss führte, dass der äquivalente Volumenbeitrag durch das Trommelfell (und möglicherweise die Nachgiebigkeit der Umgebung) etwa 0,6 cc beträgt.
  • Torick und Kollegen erzeugten sodann ein Transmissionslinien-Modell mit konzentrierten Elementen des Gehörkanals und brachten ein B&K 4132-Mikrofon (mit angebrachtem Grill) axial in das Ende einer Stufenröhre ein, das einen Dämpfungswiderstand vor dem Mikrofongriff aufwies. Der Widerstand wurde so eingestellt, dass die Gesamt-Impedanz des Systems aus Ohrkanal und Mikrofon dem Ohrkanal eines echten Ohres ähnelte. Obgleich die Autoren versuchten, die Geometrie der menschlichen Anordnung nachzuahmen, wurde das Mikrofon axial angebracht (d. h. in Ausrichtung mit dem Ohrkanalelement). In der Realität existiert jedoch das Trommelfell in einem Winkel von etwa 45° nach unten gerichtet (und ganz leicht nach vorn geneigt).
  • Betrachtet man jedoch die Ohrstruktur (siehe 1) genauer, so erkennt man, dass diese durch zwei Haupt-Resonanzelemente repräsentiert werden kann; die Concha-Kavität 12 und den (in 1 nicht gezeigten) Ohrkanal. Diese sind rechtwinklig miteinander verkoppelt (wo sich der Eingang des Ohrkanals in die innerste Wand der Concha 12 öffnet), und sie bilden einen seriellen Weg von der Außenwelt zum (in 1 nicht gezeigten) Trommelfell. Es erscheint uns wichtig, dass beide diese Resonanzräume ebenso wie die Art ihres Übergangs kritische Elemente sind, welche akkurat reproduziert werden müssen, wenn man ein räumlich akkurates Kunstkopfsystem konstruiert. Nicht nur die Ohrmuschel und der Ohrkanal müssen kor rekt reproduziert werden, sondern auch die Schnittstelle zwischen den beiden ist von eben solcher kritischer Relevanz, insbesondere was ihre geometrische Position anbelangt.
  • Wie bereits oben nachgewiesen wurde und wie üblicherweise in der Literatur angegeben, ähnelt der menschliche Gehörkanal ungefähr einer geschlossenen zylindrischen Röhre mit einer Länge von 22 mm und einem Durchmesser von etwa 7 bis 8 mm. Diese Länge entspricht einer Grund-(Lambda-Viertel)-Resonanzfrequenz von etwa 3,89 kHz für einen Endabschluss von 90°. Da jedoch das Trommelfell tatsächlich mit einem Winkel von 45° nach unten geneigt angeordnet ist, stellt sich die Frage, was der Ausdruck „Länge des Gehörkanals" exakt eigentlich bezeichnen soll. Bezug nehmend auf 10, welche ein Schnitt-Diagramm einer Röhre mit einem Endabschluss von 45° zeigt, bedeutet dies die den abstand der Mittellinie (b), die maximale Länge (c) oder die minimale Länge (a) ? Vernünftigerweise kann man davon ausgehen, dass die oft genannte Länge des Gehörkanals von 22 mm der Dimension der Mittellinie (b) entspricht. Konstruiert man jedoch einen künstlichen Ohrkanal mit einem Abschluss von 45° und einer Länge in der Mittellinie von 22 mm, so lässt sich die Resonanzfrequenz – in der Praxis – bei etwa 3 kHz messen (im Gegensatz zu den vorausgesetzten 3,9 kHz – ein Unterschied von 23%). Warum ist dies der Fall? Die Antwort liegt in der Art und Weise, auf welche Wellenfronten durch den Endabschluss von 45° reflektieren werden; im einzelnen:
    Man betrachte eine Wellenfront, die entlang der Mittellinie (11) in den Ohrkanal 23 eintritt. Sie wandert die Mittellinie (a) entlang, bis sie zu dem Abschluss kommt, wo sie einer Reflektion unterzogen wird, die die Wellenfront nach unten sendet, in diesem Fall, entlang des Weges (b). Trifft die Wellenfront auf den Boden des Ohrkanals, wird sie exakt zurück entlang ihres Weges reflektiert, nach oben zum Abschluss und danach nach außen entlang der Länge und aus dem Eingang heraus. Damit entspricht die effektive Länge des Ohrkanals Leff der dem Mittellinienabstand (a) plus der Hälfte des Ohrkanal-Durchmessers (b); damit ist Leff = (a + d/2).
  • Man betrachte nun die Wellenfront, die entlang eines Weges an der oberen Kante des Gehörkanals 23 (12) eintritt und sich fortbewegt. Da der Abschluss einen Winkel von 45° aufweist, entspricht die Länge des ersten Weges c = (a – d/2) und die Länge des zweiten Weges ist gleich d, dem Durchmesser der Röhre. Damit ist die effektive Weglänge in diesem Fall gleich (a – d/2) + d. Dies entspricht (a + d/2) und ist damit exakt dasselbe wie im vorherigen Fall, wo der Weg der Wellenfront mittig war. Augenscheinlich kann man auch sehen, dass, wenn der Weg entlang der unteren Kante des Ohrkanals verlaufen würde, die effektive Länge des Weges wäre gleichfalls; Leff = (a + d/2).
  • Zusammengefasst ist die effektive Resonanzlänge einer Röhre mit einem offenen Ende abgeschlossen durch eine reflektierende Begrenzung mit einem Winkel von 45° gleich der Summe der Länge der Mittellinie zwischen dem Eingang und der Begrenzung plus der Hälfte des Durchmessers der Röhre. Mittels dieses Verfahrens lassen sich nun die Dimensionen eines 45°-Ohrkanals berechnen, welcher die erforderliche physiologische Resonanz von 3,9 kHz aufweist. Die effektive muss 22 mm betragen, wie zuvor, so dass der Abstand an der Mittellinie 22 mm minus der Hälfte des Durchmessers betragen muss. Soll die Röhre einen Durchmesser von 7 mm aufweisen, so beträgt der Abstand an der Mittellinie 18,5 mm. Damit besitzt ein Ohrkanal 23, welcher den korrekten Abschlusswinkel von 45° und auch die korrekte physiologische Grundresonanz von 3,9 kHz aufweist, die in 13 gezeigten Dimensionen.
  • Bezüglich 13 sei darauf hingewiesen, dass es wichtig ist, dass der obere Bereich der Röhre ziemlich kurz ist (nur zwei Durchmesser lang). In der Literatur wird häufig gesagt, dass sich der Ohrkanal wie ein eindimensionaler Wellenleiter verhält, da die Wellenlängen des Schalls im hörbaren Spektrum größer sind als der Durchmesser des Ohrkanals und damit laterale Ausbreitungs-Modi nicht möglich sind, sondern nur eine Ausbreitung in Längsrichtung. Das Wellenleiter-Phenomen bei anderen begrenzten Strukturen ist gut bekannt, zum Beispiel bei Mikrowellen-Kanälen, optischen Fasern und integriert optischen Vorrichtungen. Es kann jedoch gezeigt werden, dass, wenngleich bei Abständen von mehr als einigen Wellenlängen von den Enden des Leiters (dem Eingang und dem Ausgang) einmodale Ausbreitungsbedingungen in dem Wellenleiter vorherrschen, diese jedoch nicht nahe den Enden vorherrschen. Dementsprechend wäre es falsch, die physikalischen Eigenschaften des Ohrkanals als unwichtig abzutun, weil sich der Ohrkanal „wie ein eindimensionaler Wellenleiter verhält"; das Trommelfell (oder die Mikrofon-Membran) ist nahe genug am Eingang, um diese Ansicht zu disqualifizieren. Daher ist die im Stand der Technik bekannte Begrenzung des Ohrkanals mit einem in einem Winkel von 90° angebrachten Mikrofon nicht korrekt, wenn zulässige und effektive räumliche Attribute erforderlich sind, wie etwa bei dreidimensionaler Tonaufzeichnung oder HRTF-Messungen.
  • Man könnte meinen, dass Probleme aufträten, wenn man Material für die Herstellung der Ohrkanal-Struktur einsetzt, die nicht fleischähnlich sind, doch wir konnten zeigen, dass dies definitiv nicht den Tatsachen entspricht. Bei früheren Versuchen zur Herstellung von künstlichen Ohrkanal-Anordnungen war es üblich, Metall oder ähnliche harte Materialien zu verwenden, wenngleich das US-Patent 4,680,856 (Zuccarelli) es so darstellt, dass es wesentlich sei, die Material-Eigenschaften des menschlichen Ohrkanals nachzuahmen. Im US-Patent 4,680,856 wird daher ausgeführt:
    „... die ersten 8 mm des äußeren Gehörgangs (Länge 24 mm) sind vorzugsweise aus Gummi, während die verbleibenden 16 mm eine Innenschicht von Gips oder einem ähnlichen Material aufweisen, um entsprechend die fibrös knorpelartigen und knochigen Teile des Mittelohrs zu simulieren".
  • Wie wir herausfinden konnten, ist diese Anforderung nicht wesentlich.
  • Man könnte meinen, dass für akkurate räumliche Eigenschaften eine sehr detaillierte Nachahmung des Ohrkanals (oder „äußeren Gehörgangs") notwendig sei. Tatsächlich gibt das US-Patent 4,680,856 (Zuccarelli) folgendes als wichtig an:
    „... das erfindungsgemäße System besitzt im Gehörgang eine scharfe Dilatation, die wie ein Schalldämpfer bei einem Verbrennungsmotor wirkt", und:
    „Kavität ..., die als Gehörgang fungiert, besitzt einen Abschnitt eines elliptischen Abschnitt-Zylinders mit einer Torsion um seine Achse, derart, dass die Wand, die mit der externen Öffnung korrespondiert, antereor liegt, die sich graduell neigt, so dass sie zur unteren Vorderseite wird, während die posteriore Wand die obere Rückseite wird. Je flacher die erstere, desto konvexer ist die letztere".
  • Im Gegensatz zu diesen komplexen Beschreibungen haben wir herausgefunden, dass ein einfacher metallener (oder Kunststoff)-Ohrkanal 23 mit den oben genannten dimensionalen Eigenschaften (13) exzellente räumliche Eigenschaften bietet, wenn er im Zusammenwirken mit einer effektiven Ohrmuschel 10 benutzt wird (und korrekt mit dieser gekoppelt ist). Zudem sorgt die Verwendung von Metall (oder Kunststoff) für eine leichte Herstellbarkeit und bietet effektive akustische Isolation des Ohrkanals bezügliche geleiteter Schallabnahme („Mikrofonie") von der Struktur, auf welcher sie angebracht ist. Man könnte meinen, es gäbe Probleme, wenn ein akustisch reflektierendes Mikrofon verwendet wird anstelle einer Struktur eines Materials, das mehr wie ein Trommelfell ist, doch wir konnten herausfinden, dass auch dieses nicht den Tatsachen dieses nicht den Tatsachen entspricht. In der Realität besitzt das Trommelfell eine Reflektion von etwa 0,6, während die Membranen und Gitter der meisten Mikrofone einen erheblich größeren Wert aufweisen – wahrscheinlich etwa bei 0,95 oder größer. Dementsprechend weisen sie Eigenschaften eines Systems mit einem Mikrofon als Abschluss einen größeren „Q"-Faktor auf, als dies einem menschlichen Ohrkanal entsprechen würde, und so haben wir es als praktisch empfunden, einen leichten, offenporigen Schaumstoff-Dämpfungsstöpsel 24 in den gesamten Ohrkanal 23 einzubringen. Dies hat den Effekt, dass die Höhe der Resonanzspitze um etwa 5 dB vermindert wird, und es hat keinen Einfluss auf andere Teile des spektralen Ansprechverhaltens oder der räumlichen Eigenschaften auf die Anordnung insgesamt.
  • Ein Schnitt-Diagramm ist in 14 gezeigt, das ein 12 mm-Studiomikrofon zeigt, das erfindungsgemäß an einer Ohrkanal-Anordnung angebracht ist; und in 15 ist eine komplette Anordnung von Ohr/Ohrkanal/Mikrofon gezeigt.
  • Bezug nehmend auf 14 umfasst der künstliche Ohrkanal einen metallischen oder Kunststoffblock 26 mit einer rechten kreisförmigen zylindrischen Bohrung 27 von 8 mm Durchmesser. Eine Messingröhre 28 mit einem Innendurchmesser von 7 mm ist in der Bohrung 27 von Block 26 angebracht. Der Block 26 besitzt eine Seite 29, welche in einem Winkel von 45° zur Längsachse der Bohrung 27 geneigt ist. Entsprechend endet ein Ende der Röhre 28 in derselben abgewinkelten Ebene wie die Seite 29. Die Röhre 28 verläuft durch eine 2 mm dicke Grundplatte 30, welche es ermöglicht, den künstlichen Ohrkanal an der Basis der künstlichen Ohrmuschel 10 zu befestigen. Die Röhre 28 erstreckt sich über einen Abstand von 3 mm von der Platte 30.
  • Ein zweiter Block 31 mit einer mittigen rechten kreisförmigen zylindrischen Ausnehmung 32 von 12 mm Durchmesser ist an dem Block 24 ange bracht, wobei die Mittenachse der Ausnehmung 32 die Längsachse der Bohrung 27 schneidet. Ein Mikrofon 33 von 12 mm Durchmesser ist in der Ausnehmung 32 angebracht, wobei der Grill 34 des Mikrofons in der Ebene der konfrontierenden Oberflächen der Blöcke 24 und 31 liegt.
  • Bezug nehmend auf 15 erkennt man eine Seitenansicht einer laminierten Ohrmuschel 10, die wie oben beschrieben hergestellt wurde, zusammengesetzt als eine integrierte Struktur und ausgestattet mit einer künstlichen Ohrkanal-Struktur 23, die entsprechend 14 konstruiert ist. Der künstliche Ohrkanal 23 ist mittels der Platte 30 an der künstlichen Ohrmuschel 10 angebracht, wobei beide Strukturen verschraubt sind. Die Schraubenlöcher in der Ohrmuschel-Struktur sind gezeigt (6), doch aus Gründen der Einfachheit halber wurden diejenigen des Kanals weggelassen. Ein Abstandsglied 35 von 2 mm Dicke ist hier gezeigt für experimentelle Arbeit; dies kann an die Basis der Ohrmuschel 10 angeklebt sein.
  • Die erfindungsgemäß hergestellte laminierte Ohrmuschel kann in einem Kunstkopf-Aufzeichnungssystem verwendet werden. Angesichts der Tatsache, dass jede laminierte Ohrmuschel mit einem Master-Satz von Bildern identisch ist (die linke und die rechte Ohrmuschel werden aufgebaut, indem ein Satz Halterungen 18 in umgekehrter Reihenfolge in die Schablone eingebracht werden), können sehr präzise Aufzeichnungen getätigt werden, da die von jeder Ohrmuschel empfangenen Schallwellen durch die Mikrofone in elektrische Signale umgewandelt werden, welche (digital) durch einen Signalprozessor aufbereitet werden können, welcher Algorithmen und Filter mit kopfbezogenen Transferfunktionen verwendet, die aus Messungen abgeleitet sind, die exakt den Messungen der tatsächlichen laminierten Ohren stammen, die zur Anfertigung der Aufzeichnung verwendet wurden. Es ist ersichtlich, dass identische passende Paare laminierter Ohrmuscheln an einem Kunstkopf-Aufzeichnungssystem verwendet werden können, um die geeigneten Signal-Aufbereitungsfilter zur Verwendung an anderen Kunstkopf- Aufzeichnungssystemen zu erzeugen, welche mit erfindungsgemäß hergestellten Ohrmuscheln ausgestattet sind oder auch nicht.

Claims (23)

  1. Verfahren zum Herstellen einer künstlichen Ohrmuschel, umfassend die folgenden Schritte: (a) Ausformen eines dreidimensionalen Modells einer menschlichen Ohrmuschel aus einem ersten Material, (b) Einkapseln des Modells in ein Gießmaterial, (c) Entfernen des gekapselten Modells, um eine Schnittform des Modells zu erhalten, (d) Erzeugen eines Abbildes der durch Schritt (c) erhaltenen Schnittform, (e) schrittweises Wiederholen des Schritts (c), um Schnittformen des Modells in beabstandeten parallelen Ebenen zu erhalten, und Wiederholen von Schritt (d), (f) Zurverfügungstellen einer Mehrzahl von selbsttragenden Roh-Platten eines Materials von einer Dicke entsprechend dem Abstand zwischen den beabstandeten parallelen Ebenen und Verwenden des durch Schritt (d) erzeugten Abbildes zum Erzeugen einer Nachbildung der Schnittform des Ohrmuschel-Modells, gehalten von jeder der Material-Platten durch Überbrückungen, (g) Wiederholen des Schritts (f) für jede durch Schritt (c) erzeugte Form, und (h) Zusammensetzen und Verkleben eines Stapels der Platten zum Erzeugen einer laminierten Nachbildung des Modells.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (d) den Schritt des Ableitens von Daten zum Steuern der Bewegungsrichtung eines Schneidewerkzeugs aus dem Abbild umfasst und Schritt (f) das Bearbeiten jeder Material-Platte mit einem zum Bewegen gemäß der Steuerung durch die durch Schritt (d) erlangten Daten programmierten Schneidewerkzeug umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (f) den Schritt des Verwendens des durch Schritt (d) erzeugten Abbildes zum Erzeugen einer dem Abbild entsprechenden Maske umfasst und Schritt (f) den Schritt des Entfernens unmaskierten Materials umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Material-Platten fotosensitiv sind und das unmaskierte Material durch Belichten der maskierten Platten und Entwickeln entfernt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei an die laminierte Nachbildung des Modells ein künstlicher Ohrkanal angefügt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Modell aus festem Kunststoff-Material hergestellt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gießmaterial ein festes Kunststoff-Material von anderer Farbe als dasjenige des Modells ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Abbild durch elektronisches Scannen eines Schnittes des gekapselten Modells erzeugt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Abbild durch Fotokopieren eines Schnittes des gekapselten Modells erzeugt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Abbild in ein digitalisiertes elektronisches Bild umgewandelt wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei das elektronische Abbild zum Ableiten eines binären Computer-Steuer-Codes zum Steuern der Bewegungsrichtung eines Schneidewerkzeugs vom Typ einer CNC-Fräse verwendet wird.
  12. Laminierte künstliche Ohrmuschel, hergestellt gemäß dem Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 11.
  13. Laminierte künstliche Ohrmuschel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die künstliche Ohrmuschel eine Concha, eine Fossa und einen Ohrkanal umfasst und dass der Ohrkanal so aufgebaut und relativ zur Concha angeordnet ist, dass der Abstand (A) nach 7) von der Mitte des Eingangs des Ohrkanals (23) zur Rückwand der Concha (12) innerhalb eines Bereichs von 15 mm bis 20 mm liegt, der Abstand (B) nach 8) von der Mitte des Eingangs des Ohrkanals zum Boden der Concha innerhalb eines Bereichs von 9 mm bis 15 mm liegt und die Ausrichtung des Drehpunktes (C) nach 9) mit der Mitte des Eingangs des Ohrkanals im wesentlichen horizontal ist.
  14. Künstliche Ohrmuschel nach Anspruch 13, wobei der künstliche Ohrkanal (23) einen Block (26) mit einer Bohrung (27), die durch den Block hindurch verläuft und in einer Ebene (29) mit einem Winkel von 45° zur Längsachse der Bohrung endet, und ein in dieser Ebene liegendes Mikrophon (33) mit einer drucksensitiven Fläche (34) umfasst.
  15. Künstliche Ohrmuschel nach Anspruch 13, wobei die Bohrung (27) des Ohrkanals (23) eine kreisförmig-zylindrische Bohrung umfasst, mit einem Radius und einer Länge ((a) nach 13), gemessen von einem offenen Ende der Bohrung entlang der Mittenachse der Bohrung zu der Ebene (29) der drucksensitiven Fläche (34) des Mikrofons (33), die so bemessen ist, dass sie einen Resonanzraum mit einer funktionalen Resonanz von 3,9 KHz definiert.
  16. Künstliche Ohrmuschel nach Anspruch 13, wobei die Dimension der Summe der Länge ((a) nach 13) der Bohrung und der Radius der Bohrung innerhalb eines Bereichs von 20 mm bis 23 mm liegt.
  17. Künstliche Ohrmuschel nach Anspruch 13, wobei der Durchmesser der Bohrung (27) 7 mm, der Winkel der Ebene (29) 45° und die Länge ((a) nach 13) 18,5 mm beträgt.
  18. Künstliche Ohrmuschel nach Anspruch 13, wobei der durchschnittliche Abstand (A) von der Mittelachse der Bohrung des Ohrkanals zur Rückwand der Concha 16,6 mm beträgt.
  19. Künstliche Ohrmuschel nach Anspruch 13, wobei der durchschnittliche Abstand (B) von der Kanalachse zum Boden der Concha 11,3 mm beträgt.
  20. Künstliche Ohrmuschel nach Anspruch 13, wobei die Fossa ein Volumen von zwischen 0,2 cm3 und 0,7 cm3 aufweist.
  21. Künstliche Ohrmuschel nach Anspruch 20, wobei das durchschnittliche Volumen der Fossa 0,6 cm3 beträgt.
  22. Künstlicher Kopf mit einem Paar laminierter Ohrmuscheln, hergestellt nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 11.
  23. Verfahren zur Ton-Aufzeichnen mittels künstlicher Ohren mit Ohrmuscheln, die nach dem in einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 11 beanspruchten Verfahren hergestellt sind, wobei von den künstlichen Ohren empfangene Schallwellen in ein elektrisches Signal umgewandelt und von einem Signalprozessor mit Signalfiltern aufbereitet werden, deren kopfbezogene Transfer-Funktionen aus Signalverarbeitungs-Algorithmen auf der Grundlage von Abmessungen abgeleitet werden, die den Abmessungen der künstlichen Ohrmuschel und Ohrkanäle der künstlichen Ohren entsprechen, mit denen die Aufzeichnung gemacht wird.
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