EP0737022A2 - Einrichtung zur Verminderung von Störschall - Google Patents

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EP0737022A2
EP0737022A2 EP96104496A EP96104496A EP0737022A2 EP 0737022 A2 EP0737022 A2 EP 0737022A2 EP 96104496 A EP96104496 A EP 96104496A EP 96104496 A EP96104496 A EP 96104496A EP 0737022 A2 EP0737022 A2 EP 0737022A2
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headphones
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ear
compensating element
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones

Definitions

  • the invention relates to a device for reducing noise at the human ear, with a microphone picking up the noise and a reproduction transducer, to which a signal for noise compensation is fed via a compensation circuit connected to the microphone.
  • Such a device is known from DE-42 00 811-C2.
  • the known device has headphones with acoustically closed ear-enclosing shells.
  • the microphone for recording the noise is arranged in front of the playback transducer offset from the main central axis of the playback transducer.
  • the disturbing sound picked up by the microphone is first fed to an amplifier, then filtered and then again fed to the reproduction transducer, which excites a disturbing sound signal which is in phase opposition to the disturbing sound.
  • the known device does not always work satisfactorily under certain conditions.
  • the circumferential shape of the headphones thus results in poor ventilation of the ear, as a result of which the formation of sweat in the area covered by the headphones is supported, especially since the headphones lie on with relatively high pressure. This leads to the fact that the known device is reluctantly worn for comfort reasons and its use is uncomfortable.
  • each human ear and in particular the area of the auricle, like the human fingerprint, is individually shaped. This results in different conditions of sound reflection and different sound volumes for each human ear.
  • the result of this is that a compensation control circuit which has been tuned once and which is matched to average ear reflection behavior and sound volume often works in a suboptimal state when used.
  • the object is achieved with a device for reducing noise in the human ear, which has a microphone which picks up the noise and a playback transducer which is supplied with signals compensating for the noise via a compensation circuit connected to the microphone and in which the microphone has a compensating element, which is arranged in front of the sound inlet opening of the microphone.
  • Such a compensation element compensates for the individually different auricle reflections, thus defining a quasi-constant sound reflection and thereby reducing the individual reflection effects in the compensation circuit and improving the use of the entire device and increasing the effectiveness of the overall noise compensation.
  • the circuit gain of the compensation circuit increases less than in the case of a device without a reflector and The stability of the control loop is ensured even when the headphones are pressed down.
  • the microphone and the compensation transducer are also aligned with the ear and preferably centered on an axis of symmetry, e.g. the axis of rotational symmetry, as shown in FIG. 1.
  • the compensating element is formed by a circular plate which has projections directed towards the transducer for receiving the microphone. This allows the microphone to be fixed with respect to the compensating element.
  • the headphones are not fitted around the ear, but rather on the ear, so that a smaller size and a considerably lower weight of the headphones result and despite less pressure on the headphones than in the known one Device that noise reduction is sufficiently good compared to the known device and is even improved.
  • the wearing comfort of headphones / hearing protection designed in this way is greatly improved compared to the known device, especially since the weight of the headphones can be reduced by approximately 50% compared to the known headphones.
  • Fig. 1 shows part of an on-ear headphone 1 with an acoustically closed ear pad 2 and shell 3.
  • the noise 4 coming to the ear is picked up by a microphone 5, which transmits the recording signal to a compensation circuit 6, which in turn transmits a signal to one for noise compensation Playback converter 7 outputs, which excites the noise-compensating signal.
  • the microphone 5 has a sound inlet opening 8, which is covered by a compensating element 9. Both the playback transducer 7 and the microphone 5 are aligned in the direction of the human ear 10, so that the compensating element 9, the microphone 5 and the playback transducer 7 have a common axis of symmetry, which is preferably the axis of rotation.
  • the compensating element 9, as shown in FIGS. 1b and 1c, consists of a plate 10 which has projections 11 directed towards the playback transducer.
  • the distance between the plate 10 of the compensating element and the sound inlet opening of the microphone is approximately 1 to 3 mm.
  • the plate 10 is circular and has a diameter of about 0.5 to 3 cm, preferably about 1.5 cm and is made of plastic.
  • the microphone is received by a sleeve with a circumferential bead and the sleeve fits with its front part in the area between the projections 11 of the compensating element 9 until the circumferential bead rests on the projections. The position of the microphone with respect to the compensating element 9 is thus completely defined.
  • the compensating element Through the compensating element, reflections from the human auricle, which are different for each person due to the individually designed human auricle shape, reach the microphone in a defined size by converting them into a corresponding electrical signal. Due to the sound reflection defined by the compensating element, the loop gain of the compensation circuit shown in FIG. 3 increases less than without the reflector when the pressure is increased. By means of the compensating element, the stability of the control loop of the compensation circuit is ensured even when the headphones are pressed on.
  • the same components as in Fig. 1 are designated by the same reference number.
  • the microphone 5 is arranged in the known device offset by 90 ° to the main axis of the playback converter in front of the playback converter.
  • the sound inlet opening is not covered in the microphone shown in FIG. 2.
  • the headphone shown in FIG. 2 is a headphone that surrounds the ear, whose contact pressure must be about 10 Newtons and thus about 3 times that of the headphones according to the invention shown in FIG. 1.
  • the headphone shown in FIG. 2 is about twice as heavy as the headphone shown in FIG. 1, which weighs about 180 g.
  • the compensation circuit for the device according to the invention has the structure shown in FIG. 3, which is essentially known from DE-4200811.
  • the output signal 17 generated by the microphone 5 is preamplified by a first amplifier 14, evaluated in a filter 16 and amplified in a further amplifier 18 in such a way that excitation of the reproduction transducer 7 in opposite phase results.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verminderung von Störschall am menschlichen Ohr, mit einem den Störschall aufnehmendem Mikrofon und einem Wiedergabewandler, dem über eine mit dem Mikrofon verbundene Kompensationsschaltung ein Signal zur Störschallkompensation zugeführt wird. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung einer solchen bekannten Einrichtung. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Mikrofon (5) ein Ausgleichselement (9) aufweist, welches vor der Schalleintrittsöffnung (8) des Mikrofons (5) angeordnet ist. Das Ausgleichselement definiert eine quasi gleichbleibende Schallreflexion und vermindert dadurch die individuellen Reflexionsauswirkungen aufgrund der grundsätzlichen Verschiedenheit menschlicher Ohrmuscheln und verbessert den Einsatz der gesamten Einrichtung und erhöht die Wirksamkeit der gesamten Störschallkompensation. Auf diese Art und Weise können auch Kopfhörer/Gehörschützer als akustisch geschlossene Systeme in ohraufliegender Form aufgebaut werden. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verminderung von Störschall am menschlichen Ohr, mit einem den Störschall aufnehmendem Mikrofon und einem Wiedergabewandler, dem über eine mit dem Mikrofon verbundenen Kompensationsschaltung ein Signal zur Störschallkompensation zugeführt wird.
  • Eine solche Einrichtung ist aus DE-42 00 811-C2 bekannt. Die bekannte Einrichtung weist einen Kopfhörer mit akustisch geschlossenen ohrumschließenden Muscheln auf. Das Mikrofon zur Aufnahme des Störschalls ist vor dem Wiedergabewandler versetzt zur Hauptmittenachse des Wiedergabewandlers angeordnet. Der vom Mikrofon aufgenommene Störschall wird zunächst einem Verstärker zugeführt, dann gefiltert und dann wiederum verstärkt dem Wiedergabewandler zugeführt, der ein zum Störschall gegenphasiges Störschallsignal erregt.
  • Die bekannte Einrichtung arbeitet jedoch unter bestimmten Bedingungen nicht immer zufriedenstellend. So bewirkt die ohrumschließende Form des Kopfhörers eine schlechte Belüftung des Ohres, wodurch Schweißbildung des von dem Kopfhörer überdeckten Bereichs unterstützt wird, zumal der Kopfhörer mit relativ hohem Andruck aufliegt. Dies führt dazu, daß die bekannte Einrichtung aus Komfortgründen ungern getragen wird und ihr Einsatz unbequem ist.
  • Zum anderen ist jedes menschliche Ohr und insbesondere der Ohrmuschelbereich wie der menschliche Fingerabdruck individuell geformt. Dadurch ergeben sich bei jedem menschlichen Ohr unterschiedliche Bedingungen der Schallreflexion und unterschiedliche Schallvolumina. Dies hat zur Folge, daß eine einmal abgestimmte Kompensationsregelschaltung, die aufeindurchschnittliches Ohrreflexionsverhalten und Schallvolumen abgestimmt ist, beim Einsatz häufig in einem suboptimalen Zustand arbeitet.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die bekannte Einrichtung zu verbessern.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Einrichtung zur Verminderung vom Störschall im menschlichen Ohr gelöst, die ein den Störschall aufnehmendes Mikrofon und einen Wiedergabewandler aufweist, der über ein mit dem Mikrofon verbundene Kompensationsschaltung den Störschall kompensierende Signale zugeführt werden und bei der das Mikrofon ein Ausgleichselement aufweist, welches vor der Schalleintrittsöffnung des Mikrofons angeordnet ist.
  • Ein solches Ausgleichselement gleicht die individuell unterschiedlichen Ohrmuschelreflexionen aus, definiert so eine quasi gleichbleibende Schallreflexion und vermindert dadurch die individuellen Reflexionsauswirkungen in der Kompensationsschaltung und verbessert den Einsatz der gesamten Einrichtung und erhöht die Wirksamkeit der gesamten Störschallkompensation. Dadurch steigt auch bei erhöhtem Andruck der erfindungsgemäßen Einrichtung die Kreisverstärkung der Kompensationsschaltung weniger an als bei einer Einrichtung ohne Reflektor und die Stabilität des Regelkreises ist auch bei erhöhtem Andruck des Kopfhörers sichergestellt.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den unteren Ansprüchen beschrieben.
  • Es hat sich herausgestellt, daß die Verminderung der Reflexionswirkungen zufriedenstellend erreicht wird, wenn das Mikrofon und der Kompensationswandler gleichfalls auf das Ohr ausgerichtet sind und vorzugsweise mittig auf einer Symetrieachse, z.B. der Rotationssymetrieachse, liegen, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.
  • Es ist zweckmäßig, wenn das Ausgleichselement durch eine kreisförmige Platte gebildet wird, welche auf den Wandler gerichtete Vorsprünge zur Aufnahme des Mikrofons aufweist. Dadurch ist eine Fixierung des Mikrofons bezüglich des Ausgleichselements möglich.
  • Bei einem Kopfhörer/Gehörschutz mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung ist es darüber hinaus vorteilhaft, wenn der Kopfhörer nicht ohrumschließend, sondern ohraufliegend ausgestaltet ist, so daß sich eine geringere Baugröße und ein erheblich geringeres Gewicht des Kopfhörers ergibt und trotz geringerem Andruck des Kopfhörers als bei der bekannten Einrichtung, die Störschallverminderung gegenüber der bekannten Einrichtung ausreichend gut ist und sogar verbessert wird. Der Tragekomfort eines so ausgestalteten Kopfhörers/Gehörschutzes ist gegenüber der bekannten Einrichtung stark verbessert, zumal das Gewicht des Kopfhörers gegenüber dem bekannten Kopfhörer um ca. 50 % vermindert werden kann.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:
    • Fig. 1
    zeigteinen Querschnitt eines ohraufliegenden Kopfhörers mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Verminderung von Störschall am menschlichen Ohr.
    Fig. 2
    zeigt einen Querschitt eines Kopfhörers mit einer bekannten Einrichtung zur Verminderung von Störschall.
    Fig. 3
    zeigen Blockschaltdiagramme der elektrischen Teile der Einrichtung zur Verminderung von Störschall am menschlichen Ohr.
  • Fig. 1 zeigt einen Teil eines ohraufliegenden Kopfhörers 1 mit akustisch geschlossenem Ohrpolster 2 und Muschel 3. Der zum Ohr gelangende Störschall 4 wird von einem Mikrofon 5 aufgenommen, welche das aufnehmende Signal an eine Kompensationsschaltung 6 überträgt, welche ihrerseits zur Störschallkompensation ein Signal an einen Wiedergabewandler 7 abgibt, welcher das störschallkompensierende Signal erregt.
  • Das Mikrofon 5 weist eine Schalleintrittsöffnung 8 auf, welcher von einem Ausgleichselement 9 überdeckt ist. Sowohl der Wiedergabewandler 7, als auch das Mikrofon 5 sind in Richtung des menschlichen Ohres 10 ausgerichtet, so daß das Ausgleichselement 9, das Mikrofon 5 als auch der Wiedergabewandler 7 eine gemeinsame Symetrieachse, welche vorzugsweise die Rotationsachse ist, aufweisen.
  • Das Ausgleichselement 9 besteht, wie in Fig. 1b und 1c dargestellt, aus einer Platte 10, welche auf den Wiedergabewandler gerichtete Vorsprünge 11 aufweist. Der Abstand zwischen der Platte 10 des Ausgleichselements und der Schalleintrittsöffnung des Mikrofons beträgt etwa 1 bis 3 mm. Die Platte 10 ist kreisförmig ausgebildet und weist einen Durchmesser von etwa 0,5 bis 3 cm, vorzugsweise etwa 1,5 cm auf und besteht aus Kunststoff.
  • Das Mikrofon wird von einer Hülse mit einer umlaufenden Wulst aufgenommen und die Hülse paßt mit ihrem vorderen Teil in den Bereich zwischen den Vorsprüngen 11 des Ausgleichselements 9 bis zur Anlage der umlaufenden Wulst an den Vorsprüngen. Somit ist die Lage des Mikrofons bezüglich des Ausgleichselements 9 vollständig definiert.
  • Durch das Ausgleichselement gelangen Reflexionen von der menschlichen Ohrmuschel, welche aufgrund der individuell ausgestalteten menschlichen Ohrmuschelform bei jedem Menschen anders sind, in einer definierten Größe zum Mikrofon, in dem sie zu einem entsprechenden elektrischen Signal umgewandelt werden. Durch die mittels des Ausgleichselements definierte Schallreflexion steigt die Kreisverstärkung der in Fig. 3 dargestellten Kompensationsschaltung weniger an als ohne den Reflektor, wenn der Andruck erhöht wird. Mittels des Ausgleichselements wird also die Stabilität des Regelkreises der Kompensationsschaltung auch bei erhöhtem Andruck des Kopfhörers sichergestellt.
  • Durch die ohraufliegende Form des erfindungsgemäßen Kopfhörers/Gehörschutzes wird eine erheblich geringere Fläche des menschlichen Ohres bedeckt als bei einer ohrumschließenden Form, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Dadurch wird die Schweißbildung gegenüber der in Fig. 2 dargestellten Kopfhörerform erheblich vermindert und die geringere Baugröße bei der ohraufliegenden Form vermindert insgesamt auch das Gewicht des Kopfhörers/Gehörschutzes drastisch und trägt somit insgesamt zum erhöhten Tragekomfort bei. Darüber hinaus kommt man bei der in Fig. 1 dargestellten ohraufliegenden Form mit einer relativ geringen Anpresskraft von etwa 3,5 Newton aus, was weiter den Tragekomfort gegenüber der in Fig. 2 dargestellten bekannten Einrichtung, bei der die Anpresskraft etwa 10 Newton beträgt, erhöht.
  • In Fig. 2 sind gleiche Bauteile wie in Fig. 1 mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet. Das Mikrofon 5 ist in der bekannten Einrichtung um 90° versetzt zur Hauptachse des Wiedergabewandlers vor dem Wiedergabewandler angeordnet. Die Schalleintrittsöffnung wird bei dem in Fig. 2 dargestellten Mikrofon nicht verdeckt. Darüber hinaus ist der in Fig. 2 dargestellte Kopfhörer ein ohrumschließender Kopfhörer, dessen Anpresskraft etwa 10 Newton und somit etwa das 3fache gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Kopfhöhrer betragen muß. Außerdem ist der in Fig. 2 dargestellte Kopfhörer etwa doppelt so schwer wie der in Fig. 1 dargestellte Kopfhörer, der etwa 180 g wiegt.
  • Bei der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung liegen sehr definierte Verhältnisse aufgrund des definierten Kopfhörervolumes vor. Die individuellen Ohr-Muschelausformungen haben auf das gesamte Regelverhalten kaum Einfluß.
  • Hingegen liegen bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung zur Störschallkompensation aufgrund des erheblich geringeren Anpressdruckes und der ohraufliegenden Form gegenüber der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung relativ undefinierte Schallvolumina vor, auf die die Ohrmuschelform relativ großen Einfluß hat. Würde man bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung das Ausgleichselement weglassen, so ist eine wirksame Störschallverminderung kaum mehr möglich, weil der Regelkreis der Störschallkompensationsschaltung kaum stabil zu halten ist. Erst das Ausgleichselement als Reflexionselement stellt für die Kompensationsschaltung die notwendigen stabilen Verhältnisse her. Das Ausgleichselement sorgt dabei für eine so starke, aber definierte Störung, daß die unterschiedlichen Ohrmuschelformen keine Rolle mehr für die Kreisverstärkung spielen können.
  • Die Kompensationsschaltung für die erfindungsgemäße Einrichtung hat prinzipiell den in Fig. 3 dargestellten Aufbau, welcher aus DE-4200811 im wesentlichen bekannt ist. Das vom Mikrofon 5 erzeugte Ausgangssignal 17 wird von einem ersten Verstärker 14 vorverstärkt, in einem Filter 16 bewertet und in einem weiteren Verstärker 18 derart verstärkt, daß sich eine gegenphasige Erregung des Wiedergabewandlers 7 ergibt.

Claims (8)

  1. Einrichtung zur Verminderung von Störschall am menschlichen Ohr, mit einem den Störschall aufnehmendem Mikrofon (5) und einem Wiedergabewandler (7), dem von einer mit dem Mikrofon (5) verbundenen Kompensationsschaltung (6) ein Signal zur Störschallkompensation zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrofon (5) ein Ausgleichselement (9) zur Verminderung der Wirkung von Reflexionen am Ohr aufweist und das Ausgleichselement (9) die Schalleintrittsöffnung (11) des Mikrofons (5) überdeckt.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Mikrofon (5) und der Wiedergabewandler (7) in der gleichen Richtung ausgerichtet sind und vorzugsweise auf einer Rotationsachse (HA) liegen, welche die Mittelachse des Wandlers (7), des Mikrofons (5) als auch des Ausgleichselements (9) bildet.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichselement (9) eine Platte (10) ist, die auf das Mikrofon (5) gerichtete Vorsprünge (11) zur Aufnahme des Mikrofons (5) aufweist.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (10) kreisförmig ausgebildet ist und einen Durchmesser von etwa 0,5 cm bis 3 cm, vorzugsweise etwa 1,5 cm aufweist.
  5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichselement (9) bzw. die Platte (10) aus Kunststoff besteht.
  6. Kopfhörer/Gehörschutz mit einer Einrichtung zur Verminderung von Störschall nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß der oder Kopfhörer/Gehörschutz ein akustisch geschlossenes System in ohraufiegender Form aufweist.
  7. Kopfhörer/ Gehörschutz nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfhörer/ Gehörschutz eine Hör-/Sprechgarnitur mit einem Sprechmikrofon aufweist.
  8. Kopfhörer/ Gehörschutz nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfhörer/ Gehörschutz Mittel zur drahtlosen Kommunikation mit einer Sende- und/oder Empfangsanlage aufweist.
EP96104496A 1995-04-07 1996-03-21 Einrichtung zur Verminderung von Störschall Expired - Lifetime EP0737022B1 (de)

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