EP0755166B1 - Einrichtung mit aktiver Lärmkompensation - Google Patents

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EP0755166B1
EP0755166B1 EP96104591A EP96104591A EP0755166B1 EP 0755166 B1 EP0755166 B1 EP 0755166B1 EP 96104591 A EP96104591 A EP 96104591A EP 96104591 A EP96104591 A EP 96104591A EP 0755166 B1 EP0755166 B1 EP 0755166B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
diaphragm
transducer
volume
resilience
membrane
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP96104591A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0755166A3 (de
EP0755166A2 (de
Inventor
Volker Bartels
Burkhard Markmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Original Assignee
Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
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Publication date
Application filed by Sennheiser Electronic GmbH and Co KG filed Critical Sennheiser Electronic GmbH and Co KG
Publication of EP0755166A2 publication Critical patent/EP0755166A2/de
Publication of EP0755166A3 publication Critical patent/EP0755166A3/de
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Publication of EP0755166B1 publication Critical patent/EP0755166B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; ELECTRIC HEARING AIDS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers

Definitions

  • Noise is one of the worst environmental impacts and a serious one Stress factor. Research has shown that noise is vegetative Nervous system works. Fatigue, lack of concentration, nervousness and irritability are the consequence. In addition, constant exposure to noise leads to permanent damage to the Hearing.
  • the ear by means of a sound pickup in the form of a microphone, the sound wave hitting the ear and a filter at 180 ° Shift fed and the phase-shifted sound via a converter submitted.
  • US-A-5,181,252 discloses a highly complicated headphone converter which is used for an active noise compensation device.
  • the cavity in front of the transducer is separated from the closed cavity behind the transducer by the transducer membrane.
  • the transducer has a membrane that is considerably more flexible than the rear volume or, in other words, the rear volume is significantly stiffer than the rigidity of the membrane of the transducer.
  • Such a ratio of the membrane rigidity to the rigidity of the rear volume is achieved, for example, in the case of a converter membrane which consists of a 40 ⁇ m thick polycarbonate layer.
  • the noise compensation device known from US Pat. No.
  • the rear volume thus determines the overall rigidity of the arrangement comprising the transducer and the rear volume.
  • a known device has a relatively low resonance frequency and is not mechanically robust to environmental influences such as pressure and temperature fluctuations, which means that mechanical damage to the transducer is to be feared especially when the active noise compensation device is used under extreme environmental influences, which is precisely what is not uncommon in air traffic.
  • the membrane compliance is less than the compliance of the rear volume, i.e. the membrane is stiffer than the volume behind it, the resonance frequency of the system increases, but this is without negative Influences on the overall system and can be reduced by other measures compensate.
  • the behavior according to the inventive measure of the transducer overall through its own membrane rather than its volume determined behind her. This makes the transducer less sensitive to electro-acoustics but everything is mechanically robust against environmental influences such as pressure and Temperature fluctuations and is therefore better for use under extreme conditions suitable.
  • the measure according to the invention remains active noise compensation function as such largely unchanged, and by The higher resonance of the system is also the area without feedback critical Phase rotations increased.
  • One way of stiffening the membrane is to make the membrane successive To build up laminate layers, preferably from three layers, namely 60 ⁇ m polycarbonate, followed by a layer of 30 ⁇ m polyurethane, this again followed by another 60 ⁇ m layer of polycarbonate.
  • a damping resistor is provided below the membrane. This can be done mainly by the fact that below the membrane very close to it Damping means are arranged so that the volume between the bead area the membrane is reduced in relation to the rear volume.
  • the sensitivity can be optimized by optimizing the Raise the voice coil again as far as desired. This is maximization of the product of the specific conductivity and the wire cross-sectional area of the Suitable coil of the converter.
  • FIG. 1 shows a section of a headphone with active noise compensation according to the invention.
  • the headphones have a converter 1 with a converter housing 2 and a transducer membrane 50, one on the rear part of the Membrane attached coil 4 and a coil housing 5.
  • the converter membrane 50 consists of a central part 6 - called a calotte - and one the calotte surrounding ring 7 - called bead - for sound generation.
  • the bead is also used for mechanical suspension of the calotte and ensures the deflectability of the Dome 6 and the coil 4 attached to it, which depending on one Noise compensation current immersed in the coil housing 5.
  • the converter housing 2 consists of three interconnected parts, namely resonator 70, which is based on is attached to a chassis 60, on the back of which a cover 120 or a protective cap is arranged.
  • the transducer membrane 50 separates the volume V 1 behind the membrane 50 from the volume V 2 in front of the membrane.
  • the rear volume V 1 is completely closed off by the closed transducer housing, while the front volume V 2 is that which lies between the transducer membrane 50 and the human ear and is different due to the different physiognomic configurations of the human ear or the human auditory canal.
  • the front volume V 2 is many times larger than the rear volume V 1 .
  • a resonator in front of the membrane for mechanical protection of the transducer membrane 30 preferably made of plastic and an acoustically transparent one above Fabric 40 is provided as a damping means, especially to prevent the penetration of Prevent dust in the area of the diaphragm of the converter.
  • damping means are arranged in the rear volume, around the To reduce the fundamental resonance of the transducer.
  • a damping disc is located below the bead at an average distance of about 2 mm 70 made of acoustic silk.
  • a damping felt ring 80 in the middle Part of the rear volume is provided at the passage to the bead area, and between the damping felt ring 80 and a protective cap 120 of the converter 2 is an acoustically transparent foam 90, a paper layer 100 and a Damping felt 110 arranged.
  • the transducer has a microphone holder 10 lying on the outside at the front, which records a microphone whose main axis MA is at an angle of approximately 45 ° to the main axis HA of the converter. In the area below the microphone the mechanical tissue protection 40 is omitted and the resonator 30 is pierced.
  • the microphone picks up the noise 15 in front of the transducer and converts it into one corresponding electrical signal, which is passed on to a circuit is, which generates a 180 ° phase-shifted converter signal, which the Coil 5 is supplied to a corresponding deflection of the voice coil 4 produce.
  • Membranes with laminates of different thicknesses are suitable for reducing ⁇ below 1, for example a membrane film composed of three layers with 60 ⁇ m PC, 30 ⁇ m PU, 60 ⁇ m PC.
  • the membrane is now stiffer than the volume V 1 behind it.
  • the structure of the membrane from different laminates has the advantage that the internal damping of the membrane is higher than in the case of a single-layer membrane, as a result of which natural resonances are avoided.
  • FIG. 3 shows various sound pressure frequency diagrams which show the conditions when different measures are taken.
  • FIG. 3a shows a sound pressure frequency diagram of a known noise compensation converter - see FIG. 4-, which has a resonance frequency f 0 , a sound pressure sensitivity P 01 below the resonance frequency and a sound pressure sensitivity P 02 above the resonance frequency.
  • the membrane compliance N M is less than the compliance N 1 of the rear volume V 1 , that is, ⁇ ⁇ 1
  • the resonance frequency increases to f 0 'and P 01 ', i.e. the sensitivity below the resonance frequency drops below P 01 , as shown in Figure 3b.
  • the dynamic mass of the transducer is now increased - see FIG. 3c - the resonance frequency drops to the old value, but there is a pronounced increase in the basic resonance, and the sensitivity above the resonance frequency drops, ie P 02 ' ⁇ P 02 .
  • the damping resistance can be below Membrane are enlarged, which is best done by making the first Damping agent in the form of acoustic silk below the bead relatively close to Bead is arranged, whereby the desired conditions - Figure 3d - readjust, but the entire membrane is more robust and is therefore more suitable for use under extreme conditions.
  • the above explanations show that as the membrane stiffness increases, so that ⁇ ⁇ 1, the resonance frequency of the transducer system increases and at the same time the sensitivity drops below the resonance frequency.
  • the resonance frequency the transducer system is made up of the mass of the system consisting of membrane and voice coil and its spring stiffness determined. Due to the dynamic mass The transducer system can set the resonance frequency to the desired value be set, increasing the dynamic mass of the transducer system leads to a reduction in the resonance frequency. As a result there is a pronounced increase in the fundamental resonance of the transducer system and a decrease in sensitivity above the resonance frequency.
  • the damping resistance can be below Membrane can be enlarged, as shown in Figure 1 by the damping disc 70 can take place below the bead 7.
  • the sensitivity can finally below and above the resonance frequency to the required value - Figure 3e - can be set.
  • FIG. 4 shows a converter arrangement as has been available on the market for several years.
  • the same parts of the converter shown in Figure 4 in comparison to the converter shown in Figure 1 are given the same reference numerals.
  • the structural differences between the known converter according to FIG. 4 and the converter according to FIG. 1 are obvious to the person skilled in the art.

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Description

Lärm ist eine der schlimmsten Umweltbelastungen und ein ernstzunehmender Streßfaktor. Untersuchungen haben gezeigt, daß Lärm auf das vegetative Nervensystem wirkt. Müdigkeit, Konzentrationsmangel, Nervosität und Gereiztheit sind die Folge. Darüberhinaus führt ständige Lärmeinwirkung zu Dauerschäden des Gehörs.
Um diesen Problemen entgegenzuwirken sind bereits Einrichtungen mit aktiver Lärmkompensation bekannt, die auf dem Prinzip des phaseninversen Schalls basieren.
Dazu wird am Schalleinwirkungsort, z. B. dem Ohr mittels eines Schallaufnehmers in Form eines Mikrofons die am Ohr auftreffende Schallwelle einem Filter zur 180° Schiebung zugeführt und der phasenverschobene Schall über einen Wandler abgegeben.
Mit einer solchen aktiven Lärmkompensationseinrichtung, kombiniert mit passivem Gehörschutz bzw. geschlossenem Kopfhörer, kann im unteren Frequenzbereich eine Lärmreduzierung von mehr als 15 dB erreicht werden. Eine Lärmreduzierung um 10 dB wird subjektiv als Halbierung der Lautstärke wahrgenommen.
Solche Kopfhörer mit aktiver Lärmkompensation sind seit einigen Jahren auf dem Markt erhältlich, z. B. unter der Bezeichnung "NoiseGard ® " (Marke von Sennheiser electronic KG) mit der Typenbezeichnung HDC 200 "NoiseGard ® mobile". Das Prinzip der aktiven Lärmkompensation ist beispielsweise auch aus den Dokumentationen DE-A-95134, DE-B-305391, DE-C-71754, DE-C-71534, DE-C-655508, DE-A-3719963, DE-C-40153, DE-U-881597, EP-A-008389, GB-A-147166, GB-A-16074, GB-A-160070, GB-A-09769, GB-C-1530814, DE-A-33498, DE-A-3137747, DE-151717, EP-A-0461801, US-A-4,736,431, US-A-4,6, 69, US-A-4,494,074, US-4,05,734, US-A-4,017,797, US-A-3,95,158, US-A-3,637,040, US-A-,97,018 oder US-A-,043,416, GB-21,87,361, US-A-3,637,040, US-A-4,922,542, US-A-4,399,334, US-RE-260,030 und US-A-1,807,225 bekannt.
Schließlich ist aus US-A-5,181,252 ein hochkomplianter Kopfhörerwandler bekannt, der für eine aktive Lärmkompensationseinrichtung eingesetzt wird. Bei dieser bekannten Einrichtung wird der Hohlraum vor dem Wandler von dem geschlossenen Hohlraum hinter dem Wandler durch die Wandlermembran getrennt. Ferner weist der Wandler eine Membran auf, die erheblich nachgiebiger als das hintere Volumen ist oder anders ausgedrückt, das hintere Volumen ist deutlich steifer als die Steifigkeit der Membran des Wandlers. Ein solches Verhältnis der Membransteifigkeit zur Steifigkeit des hinteren Volumens wird beispielsweise bei einer Wandlermembran erreicht, die aus einer 40µm dicken Polycarbonatschicht besteht. Bei der aus der US-A-5,181,252 bekannten Lärmkompensationseinrichtung bestimmt somit das hintere Volumen die Gesamtsteifigkeit der Anordnung aus Wandler und hinterem Volumen. Eine solche bekannte Einrichtung weist eine relativ geringe Resonanzfrequenz auf und ist gegenüber Umwelteinflüssen wie Druck und Temperaturschwankungen wenig mechanisch robust, was dazu führt, daß mechanische Schäden am Wandler vor allem dann zu befürchten sind, wenn die aktive Lärmkompensationseinrichtung unter extremen Umwelteinflüssen eingesetzt wird, was gerade im Flugverkehr nicht selten ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung den Wandler für eine Lärmkompensationseinrichtung zu verbessern und die im Stand der Technik auftretenden Nachteile zu vermeiden.
Die gestellte Aufgabe wird durch eine Einrichtung mit aktiver Lärmkompensation gelöst gemäß dem Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Wenn die Membrannachgiebigkeit erfindungsgemäß geringer ist als die Nachgiebigkeit des hinteren Volumens, also die Membran steifer ist als das Volumen hinter ihr, steigt zwar die Resonanzfrequenz des Systems an, dies ist jedoch ohne negative Einflüsse auf das Gesamtsystem und läßt sich durch andere Maßnahmen wieder ausgleichen. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird jedoch das Verhalten des Wandlers insgesamt mehr durch seine eigene Membran als durch das Volumen hinter ihr bestimmt. Damit wird der Wandler elektroakustisch unempfindlicher, vor allem wird er aber mechanisch robuster gegen Umwelteinflüsse wie Druck- und Temperaturschwankungen und ist somit besser für einen Einsatz unter Extrembedingungen geeignet. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme bleibt die aktive Lärmkompensationsfunktion als solche weitgehend unverändert, und durch die höhere Resonanz des Systems wird auch der Bereich ohne rückkopplungskritische Phasendrehungen vergrößert.
Eine Möglichkeit zur Versteifung der Membran ist die, die Membran aus aufeinanderfolgenden Laminatschichten aufzubauen, vorzugsweise aus drei Schichten, nämlich 60 µm Polycarbonat, gefolgt von einer Schicht 30 µm Polyuretan, diese wiederum gefolgt von einer weiteren 60 µm dicken Schicht Polycarbonat.
Es ist im übrigen sehr zweckmäßig, wenn zur Bedämpfung der Grundresonanz der Membran ein Dämpfungswiderstand unterhalb der Membran vorgesehen ist. Dies kann vor allem dadurch erfolgen, daß unterhalb der Membran sehr nahe zu ihr Dämpfungsmittel angeordnet sind, so daß das Volumen zwischen dem Sickenbereich der Membran im Verhältnis zum rückwärtigen Volumen verringert wird.
Auch wenn durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen der Wandler zunächst unempfindlicher wird, so läßt sich die Empfindlichkeit durch Optimieren der Schwingspule wieder so weit wie gewünscht erhöhen. Hierfür ist eine Maximierung des Produktes aus spefizischer Leitfähigkeit und der Drahtquerschnittsfläche der Spule des Wandlers geeignet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:
Figur 1
Querschnitt durch einen Kopfhörerwandler mit aktiver Lärmkompensation gemäß der Erfindung;
Figur 2
ein akustisches Ersatzschaltbild für den Wandler nach Figur 1;
Figur 3
Schalldruck-Frequenz-Diagramme für verschiedene Auswirkungen von Maßnahmen bei dem Wandler nach Figur 1 und 2; und
Figur 4
Querschnitt durch einen bekannten Kopfhörer mit aktiver Lärmkompensation.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Kopfhörer mit aktiver Lärmkompensation gemäß der Erfindung. Der Kopfhörer weist einen Wandler 1 mit einem Wandlergehäuse 2 sowie eine Wandlermembran 50, eine am rückwärtigen Teil der Membran befestigten Spule 4 als auch ein Spulengehäuse 5 auf. Die Wandlermembran 50 besteht aus einem Zentralteil 6 - Kalotte genannt - und einem die Kalotte umgebenden Ring 7 - Sicke genannt - zur Schallerzeugung. Die Sicke dient auch zur mechanischen Aufhängung der Kalotte und gewährleistet die Auslenkbarkeit des Kalotte 6 als auch der daran befestigten Spule 4, welche in Abhängigkeit von einem Lärmkompensationsstrom in das Spulengehäuse 5 eintaucht. Das Wandlergehäuse 2 besteht aus drei miteinander verbundenen Teilen, nämlich Resonator 70, der auf einem Chassis 60 befestigt ist, an dessen Rückseite wiederum ein Deckel 120 bzw. eine Schutzkappe angeordnet.
Die Wandlermembran 50 trennt das Volumen V1 hinter der Membran 50 von dem Volumen V2 vor der Membran. Das hintere Volumen V1 ist durch das geschlossene Wandlergehäuse vollständig abgeschlossen, während das vordere Volumen V2 dasjenige ist, welches zwischen der Wandlermembran 50 und dem menschlichen Ohr liegt und aufgrund der unterschiedlich physiognomischen Ausgestaltungen des menschlichen Ohrs bzw. des menschlichen Gehörgangs verschieden ist. In jeden Fall ist das vordere Volumen V2 um ein vielfaches größer als das hintere Volumen V1.
Zum mechanischen Schutz der Wandlermembran ist vor der Membran ein Resonator 30 aus vorzugsweise Kunststoff und darüberliegend ein akustisch transparentes Gewebe 40 als Dämpfungsmittel vorgesehen, um vor allem das Eindringen von Staub in den Bereich der Membran des Wandlers zu verhindern.
Im hinteren Volumen sind verschiedene Dämpfungsmittel angeordnet, um die Grundresonanz des Wandlers zu verringern. Als erstes Dämpfungsmittel liegt unterhalb der Sicke im mittleren Abstand von etwa 2 mm dazu eine Dämpfungsscheibe 70 aus akustischer Seide. Ferner ist ein Dämpfungsfilzring 80 im mittleren Teil des hinteren Volumens am Durchgang zum Sickenbereich vorgesehen, und zwischen dem Dämpfungsfilzring 80 und einer Schutzkappe 120 des Wandlers 2 ist ein akustisch transparenter Schaum 90, eine Papierschicht 100 sowie ein Dämpfungsfilz 110 angeordnet. Darüber hinaus ist unterhalb der Kalotte eine Rohrniet 101 zum Zusammenhalten des Spulenmagneten 102 der Schwingspule 5 vorgesehen und ein akustisch offener Schaum 85 zur Rohrnietbedämpfung. Ferner weist der Wandler außen vorne aufliegend eine Mikrofonhalterung 10 auf, welche ein Mikrofon aufnimmt, dessen Mikrofonhauptachse MA in einem Winkel von etwa 45° zur Wandlerhauptachse HA geneigt ist. In dem Bereich unterhalb des Mikrofons ist der mechanische Gewebeschutz 40 weggelassen und der Resonator 30 durchbohrt.
Das Mikrofon nimmt den Störschall 15 vor dem Wandler auf und wandelt ihn in ein entsprechendes elektrisches Signal um, welches an eine Schaltung weitergeführt wird, welche ein um 180° phasenverschobenes Wandlersignal erzeugt, welches der Spule 5 zugeführt wird, um eine entsprechende Auslenkung der Schwingspule 4 zu erzeugen.
Figur 2 zeigt ein vereinfachtes akustisches Ersatzschaltbild der Anordnung des Wandlers nach Figur 1. In dem Ersatzschaltbild bedeuten:
V1:
hinteres Volumen
V2:
vorderes Volumen
N1:
Nachgiebigkeit des Volumens hinter der Membran
N2:
Nachgiebigkeit des Volumens vor der Membran
MM:
Membranmasse
NM:
Membrannachgiebigkeit
DM:
mechanische Dämpfung der Membran
ω0, ω0':
Resonanzfrequenzen = 2πf0 bzw. 2πf0'
Ist der Kopfhörer nicht aufgesetzt, wird das Volumen V2 vor der Membran sehr groß, und für Vereinfachungszwecke ist nachfolgend N → ∞ angenommen und wird deshalb nicht mehr berücksichtigt.
Für das in Figur 2 dargestellte Ersatzschaltbild wird das Verhältnis von NM : N1 = ε gesucht.
  • Ist ε < 1, d.h. NM < N1, so ist die Membran steifer als das hintere Volumen;
  • ist ε= 1, d.h. NM = N1, so ist die Membran ebenso steif wie das hintere Volumen; und
  • ist ε > 1, d.h. NM > N1, so ist die Membran nachgiebiger als das hintere Volumen. Letzterer Fall ist in US-A-5,181,252 beschrieben, wo die Gesamtsteifigkeit des Wandlers durch das hintere Volumen bestimmt wird.
    • Ohne das hintere Volumen V1 (V1 → ∞) gilt für das Ersatzschaltbild nach Figur 2: ω0 = 1MM·NM
    Mit dem hinteren Volumen V1 (N1 ≠ ∞) gilt: ω'0 = 1MM · N' mit N' = NM · N1 NM + N1 so daß sich ergibt: ω'0 = NM + N1 MM · NM · N1
    Durch Umformung ergibt sich:
    Figure 00070001
    Werden die Gleichungen (1) und (4) über 1MM gleichgesetzt, so ergibt sich: f2 0 f'2 0 · NM = NM · N1 MM + N1
    Durch weitere Umformung ergibt sich: NM + N1 = N1 f'2 0 f2 0 also NM = N1 (f'2 0 f2 0 - 1) und schließlich NM N1 = (f'2 0 f2 0 - 1) = ε
    Wurden bisher einschichtige Membranen, bestehend aus einer Polycarbonatschicht von 40 µm Dicke verwendet, so ergibt sich: f0 = 180 Hz; f'0 = 790 Hz und somit ε = 7902 1802 - 1 = 18,3; d.h. die Membran ist um einen Faktor 18,3 nachgiebiger als das Volumen hinter ihr bzw. das Volumen hinter der Membran ist um einen Faktor 18,3 steifer als die Membran.
    Zur Verringerung von ∈ unter 1 sind Membranen mit Laminaten verschiedener Dicke geeignet, so z.B. eine aus drei Schichten aufgebaute Membranfolie mit 60 µm PC, 30 µm PU, 60 µm PC.
    Dann ergibt sich: f0 = 675 Hz, f'0 = 918 Hz und somit ε = 9182 6752 - 1 = 0,85 also: NM = 0,85 · N1
    D.h. die Membran ist nun steifer als das Volumen V1 hinter ihr. Der Aufbau der Membran aus verschiedenen Laminaten hat den Vorteil, daß die innere Dämpfung der Membran höher ist als bei einer einschichtigen Membran, wodurch Eigenresonanzen vermieden werden.
    Es ist zu beachten, daß die Messungen der Resonanzfrequenz bei unbedämpfter Membran vorgenommen wurden, d.h. ohne Dämpfung der Sicke. Bei Bedämpfung verschieben sich die Resonanzfrequenzen wieder zu tieferen Werten hin. Dies führt zu einer Vergrößerung von ε, was natürlich nicht bedeutet, daß sich an den Verhältnissen der Steifigkeiten zueinander etwas ändert. Es ist vielmehr darauf zurückzuführen, daß obiges Ersatzschaltbild nach Figur 2 nicht mehr gilt.
    Figur 3 zeigt verschiedene Schalldruckfrequenzdiagramme, welche die Verhältnisse aufzeigen, wenn verschiedene Maßnahmen getroffen werden. Figur 3a zeigt ein Schalldruckfrequenzdiagramm eines bekannten Lärmkompensationswandlers - siehe Figur 4-, welcher eine Resonanzfrequenz f0, unterhalb der Resonanzfrequenz eine Schalldruckempfindlichkeit P01 und oberhalb der Resonanzfrequenz eine Schaldruckempfindlichkeit P02 aufweist.
    Wird nun wie erfindungsgemäß vorgeschlagen die Membrannachgiebigkeit NM geringer als die Nachgiebigkeit N1 des hinteren Volumens V1, also ε < 1, so erhöht sich die Resonanzfrequenz auf f0' und P01', also die Empfindlichkeit unterhalb der Resonanzfrequenz sinkt unterhalb von P01, wie in Figur 3b dargestellt. Wird nun die dynamische Masse des Wandlers erhöht - siehe Figur 3c - so sinkt die Resonanzfrequenz auf den alten Wert, aber es stellt sich eine ausgeprägte Überhöhung der Grundresonanz ein, und die Empfindlichkeit oberhalb der Resonanzfrequenz sinkt, d.h. P02' < P02.
    Zur Bedämpfung der Grundresonanz kann der Dämpfungswiderstand unterhalb der Membran vergrößert werden, was am besten dadurch geschieht, daß das erste Dämpfungsmittel in Form von akustischer Seide unterhalb der Sicke relativ nah zur Sicke angeordnet wird, wodurch die gewünschten Verhältnisse - Figur 3d - wiedereinstellen, jedoch die gesamte Membran eine erhöhte Robustheit aufweist und somit für einen Einsatz unter extremen Bedingungen besser geeignet ist.
    Die vorstehenden Erläuterungen zeigen, daß mit Erhöhung der Membransteife, so daß ε < 1 wird, die Resonanzfrequenz des Wandlersystems steigt und gleichzeitig die Empfindlichkeit unterhalb der Resonanzfrequenz sinkt. Die Resonanzfrequenz des Wandlersystems wird durch die Masse des Systems bestehend aus Membran und Schwingspule und dessen Federsteife bestimmt. Durch die dynamische Masse des Wandlersystems kann die Resonanzfrequenz auf den gewünschten Wert festgelegt werden, wobei eine Erhöhung der dynamischen Masse des Wandlersystems zu einer Reduzierung der Resonanzfrequenz führt. Als Folge daraus entsteht eine ausgeprägte Überhöhung der Grundresonanz des Wandlersystems und ein Sinken der Empfindlichkeit oberhalb der Resonanzfrequenz.
    Zur Bedämpfung der Grundresonanz kann der Dämpfungswiderstand unterhalb der Membran vergrößert werden, was wie in Figur 1 gezeigt durch die Dämpfungsscheibe 70 unterhalb der Sicke 7 erfolgen kann.
    Durch eine Optimierung der Schwingspule 4 kann schließlich die Empfindlichkeit unterhalb und oberhalb der Resonanzfrequenz auf den geforderten Wert - Figur 3e - eingestellt werden.
    Dazu folgende Überlegungen:
    Für die Auslenkungskraft des Wandlers (Magnet/Spule) gilt: F = (B · ℓ) · I wobei B der magnetischen Induktion, ℓ der Drahtlänge im Magnetfeld und I dem Spulenstrom entspricht. Durch Umformung ergibt sich: F =(B · ℓ) · UR wobei U die Quellenspannung und R den Drahtwiderstand angibt.
    Durch weitere Umformulierung ergibt sich: F = (B · ℓ) · U · A · σℓ = B · U · σ · A wobei σ der spezifischen Leitfähigkeit der Spule und A der Drahtquerschnittsfläche des Spulendrahtes entspricht.
    Da B und U praktisch nicht zu beeinflussen sind, kann durch Maximierung des Ausdrucks σ · A die Empfindlichkeit der Spule und somit des gesamten Wandlers auf den geforderten Wert eingestellt werden.
    Figur 4 zeigt eine Wandleranordnung, wie sie bereits seit mehreren Jahren auf dem Markt erhältlich ist. Gleiche Teile des in Figur 4 gezeigten Wandlers im Vergleich zu dem in Figur 1 dargestellten Wandler sind mit gleichen Bezugszeichen benannt. Die konstruktiven Unterschiede zwischen dem bekannten Wandler nach Figur 4 und dem Wandler nach Figur 1 sind für den Fachmann offensichtlich. Wesentliche Unterschiede bestehen in der Anordnung des Mikrofons bezüglich der Wandlerhauptachse HA, in der Dämpfung unterhalb der Sicke 7 als auch im Membranaufbau der Membran 50, welche bei dem bekannten Wandler aus einer 40 µm dicken Polycarbonatschicht steht.

    Claims (11)

    1. Einrichtung mit aktiver Lärmkompensation, wobei die Einrichtung einen Wandler (1) mit einer Wandlermembran (50) aufweist, welche ein Volumen (V2) vor der Membran von einem Volumen (V1) hinter der Membran trennt und wobei die Wandlermembran (50) als auch das hintere Volumen (V1) eine bestimmte Nachgiebigkeit aufweisen,
      dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen (V1) hinter der Membran vollständig abgeschlossen ist und
      die Membran-Nachgiebigkeit (NM) geringer ist als die Nachgiebigkeit (N1) des hinteren Volumens (V1).
    2. Einrichtung nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis (ε) von Membran-Nachgiebigkeit zur Nachgiebigkeit des hinteren Volumen (V1) etwa 0,85 ist.
    3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (50) aus einer Vielzahl von Schichten besteht.
    4. Einrichtung nach Anspruch 3,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus drei aufeinander geschichteten Laminatschichten besteht, wobei die erste und dritte Schicht aus Polycarbonat (PC) und die zweite Schicht aus Polyuretan (PU) besteht.
    5. Einrichtung nach Anspruch 4,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Polycarbonatschichten eine Dicke von 60 µm und die Polyuretanschicht eine Dicke von 30 µm aufweisen.
    6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß Dämpfungsmittel (70) vorgesehen sind, die sehr nahe auf der Rückseite der Membran (50; 7) in einem mittleren Abstand von etwa 1-2 mm angeordnet sind.
    7. Einrichtung nach Anspruch 6,
      dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmittel (70) eine Dämpfungsscheibe aus akustischer Seide ist.
    8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (2) eine Schwingspule (4) aufweist, die einen Draht mit einer Drahtquerschnittsfläche (A) und einer spezifischen Drahtleitfähigkeit (σ) versehen ist, wobei das Produkt der Drahtquerschnittsfläche und der spezifischen Drahtleitfähigkeit (σ) maximiert ist.
    9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
      dadurch gekennzeichnet, daß dem Wiedergabewandler ein Mikrofon (11) zur Schallaufnahme des Störschalls (15) zugeordnet ist und daß die zentrale Wandlerachse (HA) und die zentrale Mikrofonachse (MA) in einem Winkel von etwa 45° zueinander angeordnet sind.
    10. Verwendung eines Wandlers für eine Einrichtung mit aktiver Lärmkompensation, wobei der Wandler eine Wandlermembran (50) aufweist, welche das Volumen (V2) vor der Membran von dem Volumen (V1) hinter der Membran trennt und wobei sowohl die Wandlermembran (50) als auch das hintere Volumen (V1) eine bestimmte Nachgiebigkeit aufweisen, das Volumen (V1) hinter der Membran vollständig abgeschlossen ist und die Membrannachgiebigkeit NM geringer ist als die Nachgiebigkeit (N1) des hinteren Volumens (V1).
    11. Elektroakustischer Wandlereinrichtung, die einen Wandler (1) mit einer Wandlermembran (50) aufweist, welche das Volumen (V2) vor der Membran von dem Volumen (V1) hinter der Membran trennt und wobei sowohl die Wandlermembran (50) als auch das hintere Volumen (V1) eine bestimmte Nachgiebigkeit aufweisen,
      dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen (V1) hinter der Membran vollständig abgeschlossen ist und die Membran-Nachgiebigkeit (NM) geringer ist als die Nachgiebigkeit (N1) des hinteren Volumens (V1).
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