FI96069C - Menetelmä ja laite ulkoa tärykalvoon tulevan kohinan vaimentamiseksi - Google Patents

Description

- 96069 5

Menetelmä ja laite ulkoa tärykalvoon tulevan kohinan vaimentamiseksi - Förfarande och anordning för dämpning av brus som kommer utifrän pä trumhinnan

Esillä olevan keksinnön kohteena ovat menetelmät ja laitteet ulkoa tärykalvoon saapuvan kohinan vaimentamiseksi ja sähkö-akustisen viestinnän ymmärrettävyyden parantaminen.

10 Keksinnön tekninen ala on korvan kuulosuojien valmistaminen.

Ennestään tunnettuja ovat passiiviset äänenvaimennuskeinot kuten kypärät tai korvasuojat kovin meluisassa ympäristössä oleskelevien henkilöiden suojaamiseksi. Tällaisia keinoja 15 käyttävät esimerkiksi tietyissä työpajoissa työskentelevät henkilöt, meluisten ajoneuvojen kuljettajat (lentokoneet, trukit. ..), lentokenttähenkilökunta jne.

Nämä kypärät käsittävät yleensä absorboivaa ainetta olevan, 20 korvia ympäröivän suojan.

Tämäntyyppisessä ääneneristyksessä saapuvat ilmaääniaallot vaimentuvat heijastumalla ja absorboi tiimalla ainemassaan, joka toimii passiivisena suojana.

25 ' , Kokemus osoittaa, että passiiviset ääneneristyskeinot ovat tehottomia matalien äänien suhteen, erityisesti alle 500 Hz taajuuksien alueella. Ollakseen tehokkaita tällaisilla taajuuksilla kypärät vaatisivat aineen liiallisia tiheyksiä ja 30 paksuuksia.

Tunnetaan ääneneristyskypäriä, jotka lisäksi käsittävät kor-keaäänisen tai sähköakustisen transduktorin, joka on sisäänrakennettu kumpaankin suojaan, joiden avulla käyttäjä kuulee 35 sähköakustisesti hänelle välitettyjä viestejä.

Ratkaistava ongelma on kypärien ja muiden passiivisten ää-neneristyskeinojen tehokkuuden parantaminen lisäämällä niihin 96069 2 laite, jonka avulla parannetaan ulkoa tulevien äänten vaimentamista sillä taajuuskaistalla, jolla passiivinen laite ei ole tehokas.

5 Lisäksi tunnetaan ns. aktiivisia äänenvaimennuslaitteita, joiden avulla vaimennetaan tiettyjä ääniä interferoimalla muilla äänillä, jotka luodaan vaimennettaviin ääniin nähden vastakkaisessa vaiheessa.

10 Ensimmäisiä pyrkimyksiä, jotka tehtiin vuosina 1953-1956 ovat kuvanneet Olson ja May.

Näiden tekijöiden ehdottama aktiivinen äänenvaimentaja käsittää mikrofonin, joka on kytketty kaiuttimeen elektronisella 15 vahvistimella siten, että kaiutin tuottaa onteloon paineen, joka on vastakkainen mikrofonin vastaanottamaan interferoivaan aaltoon nähden. Siinä tapauksessa, että interferoiva aalto on satunnainen kohina, tällä menetelmällä saavutettu vaimennus ei ole kovin hyvä ja lisäksi menetelmä aiheuttaa tietyillä taa-20 juuksilla esiintyviä resonansseista johtuvia epävakaisuuksia (Larsen-ilmiö).

Olsonin innoittamia teoksia ovat julkaisseet Hawley ja Simshauer vuosina 1955-1956. Akustisesta vasta-reaktiosta joh-25 tuvien resonanssien välttämiseksi Hawley ehdottaa äänenvaimen-nuskypärien toteuttamista, jotka vaimentavat ainoastaan eräitä haittaavia meluääniä, jotka ovat joko puhtaita harmonisia ääniä tai hyvin kapean kaistan kohinaa. Tällaiset kypärät vaimentavat vain ennakolta määritettyjä meluääniä eikä niiden 30 avulla voi vaimentaa laajalla taajuusalueella olevaa kohinaa.

Inter Noise-julkaisussa 1983, sivut 399 ja 403, Chaplin et Smith esittävät melunestolaitetta, jonka avulla voidaan vaimentaa harmonisia ääniä saattamalla ne interferoimaan synk-35 ronista ääntä vastakkaisessa vaiheessa, joka tuotetaan numeerisella elektronilaitteella ohjatulla syntetisaattorilla. Nämä laitteet, jotka käyttävät vaimennettavan äänen synkronista ääntä, toimivat vain puhtaasta taajuudesta ja sen harmonisista 96069 3 äänistä koostuvan kohinan vaimentamiseen. Äänen taajuusvaihte-lun on oltava hidas, jotta numerokäsittely pystyisi korjaamaan vastareaktion signaalin taajuutta. Synkronointisignaalin tarpeellisuus vaatii vastakohinan toteuttamista kullekin meluläh-5 teelle. Numeerinen elektroniikka on monimutkainen ja raskas toteuttaa. Tätä menetelmää ei siis voi käyttää passiivisten äänenvaimennuskeinojen tehokkuuden parantamiseksi, jotka on tarkoitettu käytettäviksi hyvin meluisissa paikoissa, ääniken-tissä, jotka olennaisesti käsittävät satunnaista kohinaa.

10 FR-patenttijulkaisu 75/34024 (ANVAR) esittää aktiivisia ää-nenabsorbointilaitteita, joiden avulla voidaan vaimentaa akustisia pitkin johtoa leviäviä tasoaaltoja.

15 FR patentijulkaisussa 83/13502 esitetään sähköakustisen ketjun säätölaitetta, jonka mukaan liitetään lukuelimen ja kaiuttimen väliin suodatin, jolla on kammioiden ja kuuntelutilan muodostaman kokonaisuuden siirtofunktioon nähden vastakkainen siirtofunktio.

20 Käytetty suodatin on ei-rekursiivinen ohjelmoitava numerosuo-datin, joka on tulonäytteenottajalla varustettua konvoluutio-tyyppiä.

25 Julkaisussa kuvataan myös keinoja pitkin ohjauslaitetta leviävän kohinan vaimentamiseksi, jotka keinot käsittävät mikrofonin, joka on kytketty useampaan kaiuttimeen elektronisen ketjun avulla, joka käsittää konvoluutionumerosuodatintyyppiä olevan suodattimen, joka kohdistaa sähkösignaaleihin sopivan 30 suodatuksen melun minimoimiseksi.

’ ; Näissä aikaisemmissa julkaisuissa kuvatut keinot vaativat suu ria sovituksia, jotta niitä voitaisiin käyttää kannettavien passiivisten äänenvaimennuslaitteiden kanssa, kuten kypärien 35 tai korvatulppien.

Viimeksi mainittu viitejulkaisu esittää aktiivisia äänenvai-mennuslaitteita käsittäen numerosuodattimen, joka suorittaa 96069 4 kompleksisen siirtofunktion, joka on vastakkainen sähköakusti-sen ketjun siirtofunktioon nähden. Koska tällainen ratkaisu käsittää numerosuodattimen, se vaatii laskuyksikön käyttöä reaaliajassa ja muodostaa kalliin ratkaisun, jota on vaikea 5 käyttää siirrettävien passiivisten äänenvaimennuskeinojen kanssa.

US-patenttijulkaisu 4 494 074 (BOSE) esittää kuulolaitteita, jotka käsittävät mikrofonin ja sähköakustisen transduktorin 10 jotka on kytketty takaisinkytkentäpiirillä käsittäen esivah-vistimen, signaalien summauslaitteen, korvauspiirejä, joissa on suodattimia ja vahvistimen, joka syöttää transduktoria.

GB-patenttijulkaisu 2 160 070 (Plessey) esittää aktiivisia 15 kohinan valmentajia, jotka on yhdistetty kuulolaitteeseen. Valmentajat käsittävät mikrofonin, joka on kytketty sähköakus-tiseen transduktoriin takaisinkytkentäpiirin avulla, joka käsittää inversoivan vahvistimen.

20 DE-patenttijulkaisu 2 925 134 (Sennheiser Electronic K.G.) esittää aktiivisuojalaitteita ulkoista kohinaa vastaan käsittäen mikrofonin, joka on kytketty sähköakustiseen lähetin-transduktoriin kaavamaisesti esitetyllä takaisinkytkentäpiirillä, joka käsittää vahvistimen ja voi käsittää säädettävän 25 ylipäästö- tai alipäästösuodattimen.

Eräät näistä viitejulkaisuista mainitsevat suodattimen läsnäolon takaisinkytkentäpiirissä, mutta mikään niistä ei täsmennä, miten mainittu suodatin ja sen siirtofunktio valitaan mah-30 dollisimman hyvän vaimennuksen saavuttamiseksi.

: Esillä olevan keksinnön eräänä kohteena on tuottaa aktiivisia vaimennuskeinoja yhdistettyinä korvaa ympäröivää onteloa ra-jaaviin keinoihin, jotka käsittävät suodattimen, jonka siirto-35 funktio määrittyy mainitun ontelon avoimen piirin siirtofunktion mukaan hyvän aktiivisen vaimennuksen saavuttamiseksi laajalla taajuusalueella, kattaen nimenomaan matalat äänet, joiden suhteen pasiiviset äänenvaimennuslaitteet ovat tehottomia.

96069 5

Keksinnön mukaiset menetelmät ulkoa tulevan tärykalvoon saapuvan kohinan vaimentamiseksi ovat sellaisia, joissa liitetään kumpaankin korvaan passiivinen äänenvaimennuslaite, joka rajaa korvan kanssa onteloa ja mainitun ontelon sisälle sovitetaan 5 sähköakustinen transduktori ja mikrofoni, jotka ovat kytketyt keskenään takaisinkytkentäpiirillä käsittäen vakiovahvistuk-sella varustetun vahvistimen ja suodattimen, jotka muodostavat aktiivisen valmentajan.

10 Keksinnön kohde saavutetaan menetelmän avulla, jonka mukaan suodattimen siirtofunktio C(a>) on kompleksinen polynomifunktio ja ensin mitataan transduktorin, mikrofonin ja mainitun passiivisen äänenvaimennuslaitteen ja korvan rajaaman ontelon muodostaman kokonaisuuden avoimen piirin siirtofunktio Η(ω) ja 15 sitten lasketaan mainitun polynomisen funktion C(a)) kertoimet, jotta mainitun vahvistimen vakiovahvistuksen tulo mainitun avoimen piirin siirtofunktion itseisarvon |Η(ω)| ja mainitun suodattimen siirtofunktion itseisarvon |C(<o) | kanssa olisi paljon suurempi kuin 1 taajuusalueella, jolla mainittu passii-20 vinen äänenvaimennuslaite on tehoton, säilyttämällä samalla takaisinkytkentäjärjestelmän vakavuus.

Keksinnön mukainen laite ulkoa tulevan kohinan vaimentamiseksi käsittää passiivisia äänenvaimennuskeinoja, jotka rajaavat 25 onteloa kummankin korvan kanssa ja käsittää lisäksi sähköakus-tisen transduktorin ja mikrofonin, jotka on sovitettu mainitun ontelon sisälle ja kytketty toisiinsa takaisinkytkentäpiirin avulla, joka käsittää vakiovahvistuksella varustetun vahvistimen ja suodattimen, jonka kanssa ne muodostavat aktiivisen 3 0 äänenvaimentaj an.

Keksinnön kohde saavutetaan laitteen avulla, jossa mainitun suodattimen siirtofunktio (Co)) on kompleksinen polynomifunktio ja mainitun vahvistimen vakiovahvistuksen tulo mainitun suo-35 dattimen siirtofunktion itseisarvon |0(ω)| ja avoimen piirin siirtofunktion itseisarvon |Η(ω)| kanssa mitattuna mainitun transduktorin sisääntulon ja mainitun mikrofonin ulostulon •v välillä on selvästi suurempi kuin yksi koko vaimennettavien - 96069 6 matalien äänitaajuuksien alueella ja täyttää stabiliteettikri-teerin kaikkien kuultavien taajuuksien osalta.

Keksinnön tuloksena ovat keinot, joiden avulla parannetaan 5 kypärien ja muiden vastaavien passiivisten äänenvaimennuskei-nojen tehokkuutta liittämällä niihin aktiivinen äänenvaimentaja, joka käsittää takaisinkytkentäpiirissä suodattimen, jolla voidaan optimoida passiivisen äänenvaimennuskeinon tehokkuutta laajalla taajuusalueella.

10

Tiedetään, että passiiviset äänenvaimennuskeinot vaimentavat huonosti matalia ääniä, t.s. ääniä, joiden taajuus on alle 500 Hz, joita on paljon tietyissä meluäänissä, esim. moottoriajoneuvojen melussa.

15

Keksinnön mukaisilla laitteilla voidaan mm. parantaa äänien vaimennusta takaisinkytkentäpiirin avulla, käsittäen vakiovah-vistuksella varustetun vahvistimen ja suodattimen, joka on edullisesti polynominen analoginen suodatin, jonka komponentit 20 lasketaan siten, että ontelossa, siis tärykalvossa olevan akustisen kokonaispaineen ja passiivisen äänenvaimennuslait-teen läpi tulleen ulkoisen kohinan aiheuttaman akustisen paineen välinen suhde on alhainen koko vaimennettavalla taajuusalueella.

25

Polynomisten analogisten suodattimien toteutus on ammattilaiselle tunnettu menetelmä.

Keksinnön mukainen takaisinkytkentäpiirin kokonaissiirtofunk-30 tion itseisarvo on sama kuin vahvistimen vakiovahvistuksen (K) tulo suodattimen siirtofunktion itseisarvon |θ(ω)| ja avoimen piirin siirtofunktion itseisarvon |<ϋ(ω) | kanssa t.s. mitattuna transduktorin sisääntulon ja mikrofonin ulostulon välillä.

35 Siirtofunktion itseisarvo ja argumentti osataan mitata ja laatia avoimessa piirissä Η(ω) injektoimalla valkoisen kohinan signaali transduktorin sisääntuloon ja lähettämällä samanai- 96069 7 kaisesti spektrianalysaattorille mainittu signaali ja mikrofonin lähettämä signaali.

Kun tunnetaan sähköakustisella transduktorilla ja tietyllä 5 asettelulla olevalla mikrofonilla varustetun passiivisen vaimennus lait teen siirtofunktion itseisarvo ja argumentti avoimessa piirissä, on laskennan jälkeen mahdollista määrittää suodattimen passiivisten komponenttien arvot, jotta tämän siirtofunktion itseisarvo kehittyy määrätyn lain mukaisesti 10 vaimennettavalla taajuusalueella samalla kun täytetään stabi-liteettikriteeri siten, ettei synny resonanssia, joka johtuu tahdistumisesta tai Larsen-ilmiöstä.

Keksinnön mukaisilla järjestelyillä voidaan vaimentaa sekä 15 jatkuvaa kohinaa että impulssikohinaa, t.s. sellaista melua, joka syntyy iskusta tai räjähdyksistä, jonka amplitudi vaihte-lee hyvin nopeasti. Tämä on mahdollista koska käytetty elekt-ronikäsittely on reaaliajassa.

20 Seuraava esitys viittaa oheisiin piirroksiin, jotka esittävät, olematta rajoittavia, keksinnön suoritusesimerkkejä.

Kuva 1 on keksinnön mukaisen äänenvaimennuslaitteen kaaviomai-nen kokonaiskuva.

25 Kuva 2 on keksinnön mukaisella laitteella varustetun korvan leikkaus.

Kuva 3 on keksinnön mukaisen laitteen komponenttien kaaviokuva.

Kuva 4 on käyrä, joka esittää äänispektrin itseisarvoa määrä-30 tyn passiivisen kypärän sisällä, ulkonaisen kohinan ollessa valkoinen kohina.

Kuva 5 on käyrä, joka osoittaa keksinnön mukaisella laitteella . saavutetun vaimennuksen.

Kuva 6 on keksinnön mukaisen laitteen komponenttien kaavioku-35 va, joka on tarkoitettu mahdollistamaan sähköakustisesti välitettyjen viestien kuunteleminen.

Kuva 7 on keksinnön mukaisella laitteella varustetun korvan leikkaus.

96069 8

Kuva 1 esittää kaaviomaisesti henkilön korville sijoitettua keksinnön mukaista laitetta henkilön havaitseman ulkoisen kohinan vaimentamiseksi.

5 Laite käsittää passiivisia äänenvaimennuskeinoja, jotka esimerkiksi muodostuvat kahdesta suojasta Id, lg, jotka ympäröivät kumpaakin korvaa ja jotka on kytketty keskenään kaarella 2 kypärän muodostamiseksi. Suojat Id, lg sovitetaan pään sivuja vastaan, joiden kanssa ne rajaavat kumpikin onteloa, johon 10 ulkokorva sisältyy. Tämä suljettu ontelo koostuu kahdesta ontelosta, joista ensimmäinen vastaa suojan sisäpuolta ja toinen ulkokorvan, korvakäytävän ja tärykalvon rajaamaa äänionteloa.

Suojat Id, lg muodostavat passiivisen äänenvaimennuslaitteen, 15 joka heijastaa ja absorboi osan ääniaalloista ja vaimentaa korvaan saapuvaa kohinaa. Suojat Id, lg voidaan korvata millä tahansa muulla passiivisella äänenvaimennuslaitteella, esim. tulpilla, jotka sijoitetaan korvakäytävien sisääntuloon. Tässä tapauksessa suljettu ontelo koostuu ensimmäisestä puoliavonai-20 sesta puoliontelosta, jonka muodostavat korvatulppa pienois-transduktoreineen, ja toisesta korvakäytävän ja tärykalvon muodostamasta puoliontelosta.

Kokemus osoittaa, että passiiviset äänenvaimennuslaitteet ei-25 vät vaimenna hyvin matalia ääniä.

•

Kuva 4 on käyrä, joka esittää abskissoina äänien taajuutta ja ordinaattöinä passiiviseen kypärään kuvan 1 mukaan sijoitetun mikrofonin ja ulkoisen valkoisen kohinan välisen siirtofunkti-30 on itseisarvoa.

Muistettakoon, että siirtofunktio Η(ω) on kompleksi funktio, joka ilmaisee laitteesta tulevan signaalin Fourier-muunnoksen S(ω) ja laitteen sisääntuloon sovelletun signaalin Fourier 35 Ε(ω) -muunnoksen välistä suhdetta: Η(ω) = S(ω) E (ω)

I· Ui t tilii t.t I M : ' I

96069 9

Kuva 4 siis osoittaa ulkoiseen kohinaan sisältyvän kunkin taajuuden osalta jommankumman suojan id tai lg rajaaman ontelon sisällä mitattua melutasoa suhteellisina desibeleinä. Huomataan, että alle 600 Hz taajuuksien osalta saavutettu vaimennus 5 on huonompi kuin suurempien taajuuksien osalta.

Ratkaistava ongelma on liittää passiiviseen äänenvaimennus-laitteeseen aktiivinen äänenvaimennuslaite, jonka avulla vaimennetaan pääasiassa taajuuksia, joita passiivinen äänenvai-10 mennus ei tavoita, jolloin aktiivisella laitteella voidaan myös parantaa suurempien taajuuksien vaimennusta, joita passiivinen laite jo vaimentaa.

Kuva 2 on korvan leikkaus, jossa nähdään korvakäytävä 3, täry-15 kalvo 16 ja ulkokorva 4, joka on eristyssuojan 1 sisällä, joka käsittää solumaista ainetta olevan tiivisteen 5, joka kohdistuu ihoa vastaan ulkokorvan ympärillä.

Kuva 2 esittää sähköakustista transduktoria 6, esimerkiksi 20 pientä kaiutinta, jota tukee eristyssuojaan 1 kiinnitetty väliseinä 7. Kaiuttimen 6 lähetyspinta on suunnattu korvaa kohti. Se sijaitsee olennaisesti korvakäytävän 3 sisääntuloa vastapäätä ja edullisesti lähellä tätä sisääntuloa, esimerkiksi muutaman senttimetrin päässä. Transduktori 6 on liitetty säh-25 köjohtimella liittimeen A.

Kuva 2 esittää lisäksi mikrofonia Θ, joka sijaitsee korvakäytävässä 3 tai kaiuttimen 6 ja korvakäytävän sisääntulon 3 välillä ja jota yhdistää johdin liittimeen B.

30

Kuva 1 esittää jakorasiaa 9, joka sisältää elektroniset kom-ponenttit ja piirit, jotka yhdistävät liittimen A liittimeen B toisen korvan osalta ja liittimen A' liittimeen B' toisen korvan osalta.

35

Kuva 3 on periaatteellinen kaaviokuva, jossa on esitetty leikkauksena suljettu ontelo 10, joka vastaa suojan avoimen onte-• lon kytkentää korvan avoimeen onteloon, johon on sijoitettu 10 96009 sähköakustinen transduktori 6 ja mikrofoni 8. Mikrofoni 8 on liitetty transduktoriin 6 elektronisella piirillä, joka käsittää vakiovahvistuksella K varustetun vahvistimen 11 ja analogisen suodattimen 12, joka on aktiivinen, ts. selektiivisistä, 5 passiivisiin komponentteihin (kapasitanssi tai vastukset) yhdistetyistä vahvistimista koostuva suodatin.

Kuvassa 3 toistetaan liittimet A ja B, joita esitetään kuvissa l ja 2.

10

Korvakäytävässä syntyy interferenssi kahden vastakkaisen ää-nenpaineen välillä.

Ensimmäinen paine johtuu ulkoa suojan 1 läpi tulevista meluää-15 nistä, joita on enemmän tai vähemmän vaimennettu taajuuksista riippuen. Fourier-muunnoksen jälkeen tätä äänenpainetta voidaan esittää kompleksifunktiolla Ρο(ω), jossa ω on kutakin taajuutta f(ω = 2 πί) vastaava kulmataajuus.

20 Toinen paine on se, jonka syntyy transduktorin 6 lähettämistä aalloista mikrofonin 8 lähettämien vahvistimen 11 vahvistamien ja suodattimen 12 muuntamien signaalien perusteella. Mikrofonista lähtevä, vahvistimen, suodattimen ja kaiuttimen kautta kulkeva ja mikrofonin sisääntuloon palaava piiri muodostaa 25 takaisinkytkentäpiirin, joka päättyy korvakäytävään.

Merkitään P(o)):llä kompleksifunktiota, joka esittää saadun paineen Fourier-muunnosta.

30 Merkitään K:11a vahvistimen vakiovahvistusta.

Merkitään H(a>):lla pisteiden A ja B välistä siirtofunktiota avoimessa piirissä.

Merkitään C(co) :11a suodattimen 12 siirtofunktiota.

35 Ottaen huomioon, että kyseessä on suljettu takaisinkytkentä-piiri, voidaan kirjoittaa, käyttämällä Fourier-muunnoksia, että kokonaispaine Ρ(ω) on sama kuin häiriöpaineen Ρο(ω) ja 96069 11 takaisinkytkennästä johtuvan paineen summa, joka on K.H (ω) .<2(ω) .Ρ(ω) .

Saadaan siis kaksi yhtälöä: (1) P(ω) = Po(ω) + Κ.Η(ω).0(ω) Ρ(ω) 5 tai (2) Ρ (ω) 1

Po (ω) 1-ΚΗ (ω) . C (ω) 10 Tämä yhtälö osoittaa, että voidaan vaimentaa määrätyllä taajuusalueella korvaan tulevaa äänenpainetta Ρ(ω), jos pystytään vähentämään koko tällä alueella suhdetta P ts. saadaan

Po 15 kompleksi tul on K.H(co) . C(co) arvo, joka on paljon suurempi kuin 1, välttämällä samalla resonanssi-ilmiöitä tietyillä taajuuksilla. Ei olisi mitään hyötyä kohinan vaimentamisesta eräällä taajuusalueella jos muuten luodaan vielä pahempaa häiriökohi-naa Larsen-ilmiöllä.

20

Tutkimalla yhtälöä (2) huomataan, että jos voitaisiin tuottaa suodatin, jolla on siirtofunktio C(a>)=H‘1 (ω) koko tietyllä taajuusalueella, tarvitsee vain valita vahvistin, jolla on hyvin korkea vahvistus K hyvän kohinan vaimentamisen saavuttamiseksi 25 tällä taajuusalueella.

On mahdollista soveltaa avoimessa piirissä olevaan siirtofunktioon nähden vastakkaista siirtofunktiota käyttämällä laskuyk-sikköön liitettyjä numerosuodattimia, mutta tämä on hankala ja 30 kallis ratkaisu, joka ei mahdollista työskentelyä reaaliajassa kuten takaisinkytkentäjärjestely vaatii.

Kuvien 1-3 mukaisessa laitteessa käytetty suodatin 12 on ana-. . . loginen suodatin, joka vie vähemmän tilaa ja kustannuksia, ja 35 jolla ei voida toteuttaa avoimessa piirissä tapahtuvaan siirtofunktioon nähden vastakkaista siirtofunktiota.

Avoimen piirin siirtofunktiota Η(ω) voidaan mitata poistamalla kotelo 9, lähettämällä liittimeen A tulosähkösignaali, joka 96059 12 vastaa valkoista kohinaa ja ottamaan vastaan B:ssä mikrofonin 8 lähettämän lähtösähkösignaalin.

Tarvitsee vain lähettää samanaikaisesti tulo- ja lähtösähkö-5 signaalit spektrianalysaattorille, joka on ohjelmoitu kahden signaalin analogiadigitaalimuunnoksen suorittamiseksi ja eri taajuuksia vastaavan avoimen piirin siirtofunktion Η(ω) laskemiseksi .

10 Spektrianalysaattori käsittää näytön, jossa osoitetaan toisaalta siirtofunktion itseisarvon vaihtelut ja toisaalta vaihe taajuuden funktiona.

Spektrianalyysi osoittaa, että avoimen piirin siirtofunktio, 15 t.s. lähtösignaalin kohdassa B ja tulosignaalin kohdassa A Fourier-muunnosten välinen suhde riippuu paljolti ontelon 10 muodosta ja tilavuudesta ja myös transduktorin 6 ja mikrofonin 8 kustakin asennosta ja asennosta suhteessa onteloon.

20 Laboratoriotutkimukset ovat osoittaneet, että voitiin vähentää avoimen piirin siirtofunktion itseisarvon vaihteluja ja vai-hesiirtymiä.

Pikemminkin kuin että käytetään avoimen piirin siirtofunktiota 25 Η(ω) sellaisenaan, on mahdollista optimoida tätä siirtofunktiota ennen elektronista käsittelyä. Olemassa olevan siirto-funktion optimointi takaisinkytkentäpiirissä mahdollistaa suuremman aktiivisen äänenvaimennuksen saavuttamisen laajemmalla taajuusalueella. Avoimen piirin siirtofunktion optimointi mer-30 kitsee tämän näennäisen linearisoinnin suorittamista siten, että Η(ω):n itseisarvo ja vaihe ovat vakioita ja vaihesiirtymä .* pieni vaimennettavalla taajuusalueella keksinnön periaatteen mukaan. Mitä "lineaarisempi" siirtofunktio Η(ω) siten on, sitä yksinkertaistetumpi on elektroninen käsittely takaisinkytken-35 tää varten.

Esitetty menetelmä avoimen piirin siirtofunktion Η(ω) optimoimiseksi muodostuu vaihesarjasta. Ensin (vrt kuvat 2 & 3) jae- 13 960*59 taan ontelo 10 kahteen onteloon väliseinällä 7 (kaiuttimen tapauksessa kaikulevyllä tai ilman) jossa "etuontelo" vastaa elementtien 3, 4, 5, 6, 7, 16 muodostamaa kokonaisuutta ja "takaontelo" vastaa elementtien 1, 6, 7 muodostamaa koko- 5 naisuutta, ja sen jälkeen asennetaan mikrofoni 8 yllä esitettyyn etuonteloon joko kaiuttimen eteen ja korvakäytävän sisääntulon läheisyyteen tai tämän sisälle, ja sitten asetetaan mikrofoni pienen matkan päähän kaiuttimesta vaihesiirtymän rajoittamiseksi ja vähennetään mahdollisimman paljon ontelon 10 10 tilavuutta resonanssi- ja vastaresonanssi-ilmiöiden välttä miseksi .

Koska avoimen piirin siirtofunktio H(o>) voi olla suhteellisen erilainen riippuen tilan 10 geometrisestä muodosta ja trans-15 duktorin 6 ja mikrofonin 8 asennoista, on käytännössä määrätyn muotoisen ja luontoisen passiivisen suojan 1 äänenvaimennuksen parantamiseksi aloitettava määrittämällä transduktorin 6 ja mikrofonin 8 asento suojan 1 sisällä ja sitten mitataan spekt-rianalysaattorilla korvalle asetetun elementtikokonaisuuden 20 avoimen piirin oleva siirtofunktio Η(ω).

Kuva 7 esittää keksinnön mukaisen laitteen toisen suoritusmuodon kaavioleikkausta. Kuvaa 2 vastaavia osia esitetään samoilla viitteillä.

25

Kuvan 7 mukaisessa suoritusmuodossa asetetaan väliseinän 7 ja ulkokorvan 4 väliin ja tiivisteen 5 sisälle rengasmuotoinen kappale 15 joka rajaa välionteloa 15a. Tämä kappale 15 toimii edullisesti mikrofonin 15 tukena, joka voi sijaita kappaleen 30 15 laajennuksessa kuten kuvassa 7 tai rinnakkain mainitun kap paleen 15 kanssa.

Vaimennettavien taajuusalueiden mukaan voidaa·; optimoida avoimen piirin siirtofunktiota H(co) akustisella suodatuskeinolla.

35 Haluttaessa esimerkiksi vaimentaa matalia taajuuksia väliseinää 7 vastaan kiinnitetty rengasmainen kappale 15 tuottaa ää-nensuodatuksen ontelovaikutuksella. Kuvan 7 mukaisessa esimerkissä kaikulevyn 7 aukon, rengaskappaleen 15 ja korvakäytävän • 96069 14 3 halkaisijoiden, paksuuksien, suhteet määrittävät alipäästö-äänisuodattimen. Siten voidaan muotoilla siirtofunktiota Η(ω) laskemalla ja suorittamalla äänen ennakkosuodatus ennen elektronista käsittelyä.

5 Välikappaleen 15 ja sen rajaaman väliontelon 15a mitat lasketaan siten, että mainitun väliontelon ja väliseinän 7 erottamien etuja takaonteloiden mittojen välinen suhde johtaa äänen-suodatukseen, jonka päästokaista vastaa vaimennettavaa taa-10 juusaluetta.

Mikrofonin aktiivinen pinta on edullisesti suunnattu kaiutti-men lähetyspintaa kohti avoimen piirin siirtofunktion Η(ω) optimoimiseksi.

15

Kun siirtofunktio Η(ω) on laadittu, lasketaan suodatin 12, jotta se toteuttaisi sellaisen siirtofunktion C(uj) , että vahvistimen 11 vakiovahvistuksen K tulo avoimen piirin siirto-funktion H(o>) itseisarvon ja suodattimen 12 siirtofunktion 20 0(ω) itseisarvon kanssa on paljon suurempi kuin 1 sillä taa juusalueella, jolla halutaan parantaa ulkokohinan vaimentamista. Tämä ehto ei ole riittävä. On lisäksi täytettävä stabili-teettikriteeri "äänikytkentä"- ilmiöiden välttämiseksi, jotka johtaisivat kohinan syntymiseen tietyillä taajuuksilla olevien 25 resonanssien seurauksena (Larsen-ilmiö).

Resonansseista johtuvan Larsen-ilmiön välttämiseksi on täytettävä Nyquistin stabiliteettikriteeri, jonka sähkömiehet tuntevat hyvin.

30

Muistutamme lyhyesti, että Nyquistin kriteeri käsittää tarkis-tamisen ns. Nyquist-käyrällä, että järjestelmän kaikkien ele-menttien kokonaissiirtofunktio F(oj) ei leikkaa reaaliosien akselia abskissan kohdassa, joka on yli 1 kaikkien kuulospekt-35 rin taajuuksien osalta.

• · 96059 15

Nyquistin käyrän piirtäminen käsittää siirtofunktion reaaliosan saattamisen abskissoiksi ja imaginaariosan saattamisen ordinaatoiksi.

5 Oletetaan, että F(u)) on järjestelmän kokonaissiirtofunktio avoimessa piirissä.

Oletetaan, että |F(o>)| on tämän funktion itseisarvo ja φ (ω) sen vaihe.

10

Oletetaan, että Αφ on vaiheen stabiliteettivara ja Ap itseisarvon stabiliteettivara.

Vaiheen stabiliteettivara Αφ vastaa siirtofunktion F(a>) vai-15 heen radiaanivaihteluja, jotka johtuvat ennalta arvaamattomista häiriöviiveistä, joita voi esiintyä vaiheessa ilman että järjestelmä tulee epävakaaksi.

Itseisarvon stabiliteettivara Ap vastaa siirtofunktion F(o>) 20 itseisarvon ennalta arvaamattomia vaihteluita, joita takaisinkytkentä järjestelmään voi kohdistua sen tulematta epästabiiliksi .

Osoitetaan, että sähköakustisen takaisinkytkentäpiirin avulla 25 saavutetaan aktiivinen äänenvaimennus taajuusalueella ωί, ai-. heuttamatta resonanssilla epävakaata järjestelmää, jos ja ainoastaan jos | F (ω) | > 1 - Ap 30 ja 2Κ7Γ + Αφ < Αφ φ(ωϊ) < 2Κπ - Αφ, jolloin K = 0,1,2...

Jos IF (ωϊ) I s 1 - Ap järjestelmä ei tuota mitään aktiivista vaimennusta ja tässä tapauksessa järjestelmä on vakaa, riippumatta vaiheen φ(ω) 35 arvosta.

Jos nämä kaksi ehtoa on täytetty, ääniaallot, joita passiivi-• nen ääneväimennuslaite 1 ei ole pysäyttänyt ja jotka saapuvat 96059 16 korvakäytävän sisääntuloon, interferoivat kaiuttimen 6 lähettämien ääniaaltojen kanssa ja tämä interferointi johtaa syntyvän ääniaallon itseisarvon P ja satunnaisen ääniaallon itseisarvon Po välisen suhteen P minimisointiin koko taajuus 5 Po alueella, jolla tulo K. |Η(ω)| . |C(ω)| on paljon suurempi kuin l. Lisäksi ei esiinny mitään Larsen-ilmiöstä johtuvaa häiriöääntä.

10 Käytännössä käytettävä suodatin 12 on edullisesti aktiivinen analoginen suodatin, joka esimerkiksi koostuu yhdestä tai useammasta suodattimesta integroitujen piirien muodossa, joista kullakin on seuraavan muotoinen polynominen siirtofunktio: 15 C (<d) = ai (o?) 2 + a2 (to) + a3 bl(oj)2 + b2 (ω) + b3 .

Tämä suodatin käsittää vastuksia ja/tai kapasitansseja, jotka 20 voi olla liitetty integroidun piirin liittimiin ja joiden arvoja voidaan säätää funktion 0(ω) reaalisten vakiokertoimien ai, a2, a3, bl, b2, b3 määrättyjen arvojen saamiseksi.

Elektroniikan ammattimiehet tuntevat hyvin laskelmat, joilla 25 rakennetaan polynomisia suodattimia sekä näiden suodattimien siirtofunktioiden muodot.

Yleensä nimittäjän kertoimet bl, b2, b3 määrätään ennakolta ja ne määrittävät rajataajuuden ja suodattimen ylijännitekertoi-30 men Q ja nimittäjän kertoimia ai, a2, a3 vaihdellaan suodattimen luonteen määrittämiseksi.

Jos ai ja a2 ovat yhtä kuin nolla ja a3 on eri kuin nolla, toteutetaan alipäästösuodatin, joka on edullinen koska se 35 tuottaa siirtofunktion, jolla on korkea itseisarvo matalien taajuuksien suhteen. Kuitenkin tällainen suodatin tuottaa vaiheen kierron joka siirtyy samanaikaisesti 0° ja + 180° raja-taajuutta matalamman taajuuden osalta, jossa itseisarvo C(oj) 96059 17 on > 1, mikä johtaa Larsen-ilmiöön, joka meidän tapauksessamme esiintyy 0°, jos K on positiivinen.

Jos a2 ja a3 ovat yhtä kuin nolla ja ai eri kuin nolla, to-5 teutetaan ylipäästösuodatin, joka ei ole edullinen koska vaimennettavat äänet ovat etupäässä matalia ja keskiääniä.

Jos ai ja a3 ovat yhtä kuin nolla ja a2 on eri kuin nolla, saadaan kaistanpäästösuodatin, joka aiheuttaa vaiheen kierron, 10 esimerkiksi +90° - +90° kulkematta 0° kautta, ja + 180° kautta kun suodattimen itseisarvo, s.o. |<Γ(ω) | on suurin , mikä on edullista koska järjestelmällemme ei ole Larsen-ilmiön syntymis vaaraa.

15 Haluttaessa käytännössä vaimentaa pääasiassa matalia ääniä käytetään edullisesti sekasuodattimia, jossa yhdistyvät kais-tanpäästö- ja alipäästösuodattimen vaikutukset. Voidaan myös liittää rinnakkain useita sekatyyppisiä polynomisia piirejä (yhdistämällä ylipäästö, alipäästö ja kaistanpäästö) tai vain 20 kaistanpäästöt.

Kuva 5 on käyrä, joka esittää logaritmisina abskissoina ja koordinaatteina äänitaajuudet ja ordinaattoina desibeleinä ilmaistun äänenpaineiden tason. Täysiviivalla esitetty käyrä 25 Po esittää äänenpaineen spektriä Po mitattuna siinä tapauksessa, jossa käytetään vain passiivista äänenvaimennuskypärää, joka vaimentaa huonosti alle 1500 Hz taajuuksia. Katkoviiva-käyrä P esittää äänenpaineen spektriä mitattuna saman kypärän ollessa liitetty keksinnön mukaiseen aktiiviseen valmentajaan.

30 Tässä tapuksessa käytetty elektroniikka on yksinkertainen kaistanpäästötyyppiä oleva aktiivinen analogisuodatin.

Äänenpaineet on mitattu valkoisen kohinan läsnäollessa, jonka kaiutin on lähettänyt kaistalla välillä 20-20000 Hz. Äänenpai-35 neet mitataan pienen mikrofonin avulla, joka asetetaan korvakäytävään mahdollisimman lähelle tärykalvoa ja ne edustavat siis korvan havaitsemia ääniä. Spektrit Po ja P saadaan spekt- 96059 18 rianalysaattorin avulla, joka soveltaa mittauksiin Fourier-muunnosta.

Kuvan 5 käyrä esittää hyvin monen kokeen aikana mitatut keskimääräiset tulokset. Käyrä osoittaa, että saadaan vaimennus 5 välillä Odb - 8db taajuuskaistalla välillä 20-55 Hz, erittäin hyvä vai-mennus välillä 0db-50db taajuuskaistalla välillä 65-2000 Hz ja lievä vaimennus välillä 3800-20 000 Hz.

55-65 Hz ja 2000-3800 Hz välillä on kaksi kapeaa taajuuskais-10 taa ilman vaimennusta, joilla on jopa lievä melutason korotus, joka on alle 6db.

Asetetaan edullisesti rinnakkain takaisinkytkentäpiiriin useampia kaistanpäästösuodattimia, esimerkiksi toista tai 15 kolmatta kertalukua olevia suodattimia, joilla on vierekkäisiä päästökaistoja, jotka kattavat suurimman osan alueesta, jolla avoimessa piirissä olevan suodattimet käsittävän järjestelmän vaihekierto täyttää Nyquistin stabiliteettikriteerin.

20 Usean suodattimen rinnakkaisasennuksella on se etu, että sillä voidaan laskea yhteen yksittäisten suodattimien päästökaistoja tuottamaan vaihekierto, joka on yksittäisten suodattimien vai-hekierron keskiarvo ja on siis välillä -90° - -270° toisen kertaluvun suodattimien osalta ja välillä -45° - -315° kolman-25 nen kertaluvun suodattimien osalta, siis alueilla, jotka täyt-' tävät Nyquistin stabiliteettikriteerin.

Edullisen esimerkin mukaan käytetään kaistanpäästösuodatinta ylipäästösuodattimen kanssa, jolla on sama rajataajuus ja sama 30 ylijännitekerroin.

. Tämä tulos saadaan käyttämällä integroitua piiriä, joka on yhdistetty muunneltaviin vastuksiin, joiden säätäminen mahdollistaa polynomisen siirtofunktion nimittäjän kolmen kertoimen 35 ai, a2, a3 säätämisen.

Tapauksesta riippuen voidaan näin saada joko ensisijaisesti kaistanpäästösuodatin suosimalla kerrointa a2 suhteessa kah- 96069 19 teen kertoimeen ai ja a3 tai ensisijaisesti alipäästösuodatin suosimalla kerrointa a3.

Tällaiseen yhdistelmäsuodattimeen sisältyvä ylipäästösuodatin 5 vähentää vaihekiertoa ja kohdistaa sitä nollaa kohti korkeiden taajuuksien osalta muuttamatta olennaisesti itseisarvon ulkonäköä, jolloin voidaan laajentaa vaimennuksen päästökaistaa suuria taajuuksia kohti aiheuttamatta epävakaisuutta ja siis lisätä vaimennustasoa ja vaimennetun kaistan leveyttä.

10

Sen sijaan, että yhdistetään kolme suodatinta, joilla on sama rajataajuus ja sama ylijännitekerroin, voidaan myös asentaa rinnakkain useita alipäästö-, kaistanpäästö- ja ylipääs-tösuodattimia, joilla on eri rajataajuudet, siten että matalin 15 rajataajuus on ylipäästösuodattimella ja korkein on alipääs-tösuodattimella ja joilla on erilaiset ylijännitekertoimet.

Tällä yhdistelmällä saadaan päästökaistoja, joilla on jyrkempi siirtymäalue kuin edellisillä ja joiden vaihekierto pyrkii 20 nollaan päästökaistan ulkopuolella sekä suurilla taajuuksilla että matalilla taajuuksilla.

Kaikki nämä säädöt voidaan suorittaa suorittamalla ensin numeerinen simulointi mitatun avoimen piirin siirtofunktion Η(ω) 25 perusteella ja tarvittaessa säätämällä käsin muutettavia vastuksia, joilla voidaan määritellä suodattimen optimaalinen siirtofunktio C(w).

Kaikki nämä esimerkit osoittavat selvästi keksinnön mukaisten 30 menetelmien hyvin laajat mahdollisuudet, joilla saadaan hyvin suorituskykyisiä aktiivisia äänenvaimentajia, jotka voidaan asentaa olemassaoleviin äänenvaimennuskypäriin tai tällaisia valmentajia varten erikoissuunniteltuihin kypäriin.

35 Kuvan 5 käyrä P1 esittää vaimennuskäyrän esimerkkiä, joka on saatu yhdistämällä rinnakkain useampia toista kertalukua olevia analogisia suodattimia, jotka ovat alipäästö-, kaistanpäästö- ja ylipäästötyyppiä, joilla on erilaiset rajataajuudet 96069 20 ja ylijännitekertoimet. Huomataan, että saadaan vaimennus laajemmalla kaistalla kuin käyrässä P esitetty ja että poistetaan melutason kasvuhuiput.

5 Hyvin usein ännenvaimennuskypärät käsittävät sisäänrakennetun kaiuttimen viestien välittämiseksi käyttäjälle sähköakustises-ti.

Jos varustetaan keksinnön mukainen kypärä, joka käsittää ak-10 tiivisen valmentajan ja toisen takaisinkytkentäpiiriin kuulumattoman ja viestien välitykseen tarkoitetun kaiuttimen, tämän toisen kaiuttimen lähettämiä ääniä pidetään ulkoa tulleina ääninä, jotka siis mikrofoni ja takaisinkytkentäpiiri ottavat ja niitä vaimennetaan, joten tätä ratkaisua on vältettävä.

15

Toinen ratkaisu käsittää viestin kuljettavien sähkösignaalien lähettämisen suoraan kaiuttimeen 6, joka kuuluu aktiiviseen valmentajaan.

20 Yhtälöt ja kokemus osoittavat, että tällä asennuksella voidaan levittää viestiä vaikkakin se muuttuu takaisinkytkennällä. On kuitenkin olemassa parempi asennus.

Kuva 6 on analogikaavio suhteessa kuvan 3 kaavioon, joka esit-25 tää tätä asennusta. Kuvaa 3 vastaavat osat on merkitty samoil-: la viitteillä.

Jakorasia 9 sisältää vakiovahvistuksella varustetun vahvistimen 11 ja suodattimen 12 lisäksi summauspiirin 13, joka toi-30 saalta ottaa vastaan mikrofonin 8 lähettämät signaalit ja toisaalta sähkösignaalit, jotka tulevat ulkoisesta transduktoris-ta 14 ja jotka kuljettavat viestiä.

Kokemus osoittaa, että tällaisella asennukselle sekä vaimenne-35 taan tärykalvoon saapuvia meluääniä vaimentamatta viestin tasoa ja lisäksi voidaan vapautua kaiuttimen 6 ja ontelon 10 siirtofunktiosta kyseisellä taajuusalueella.

96069 21

Seuraavissa kaavoissa K, 0(ω), Ρο(ω) Pt(oj) ja Η(ω):η merkitys on sama kuin kaavoissa (1) ja (2).

Avoimen piirin siirtofunktio Η(ω) pisteiden A ja B välillä 5 voidaan hajottaa tuloksi, jossa on ensimmäinen siirtofunktio Hl (ω) pisteen A ja mikrofonin tulon välillä ja toinen siirto-funktio H2(ω), joka on sama kuin mikrofonin. Käytännössä mikrofonin siirtofunktion itseisarvo voi olla olennaisesti vakio laajalla taajuuskaistalla jos mikrofoni on hyvää laatua.

10

Ulkoisen transduktorin 14 lähettämän ja viestiä kuljettavan sähkösignaalin Fourier-muunnos merkitään SP(co):lla.

Voidaan tehdä seuraava yhtälö: 15

Pt (ω) = K.Hl(u). Ω(ω) . Sv(u) + Ρο(ω) Ι-Κ.Η(ω) .C (ω)

Jos vahvistimen vahvistus K on hyvin suuri, voidaan kirjoit-20 taa:

Pt(o)) — Hl (ω) . Sp(aj) + € = H2(a>).Sp(a>) + fi.

H (ω) 25 Tämä yhtälö (4) osoittaa, että kuvan 4 mukainen asennus sallii samalla ulkoa tulevan kohinan vaimentamisen takaisinkytkentä-; piirin ansiosta, mutta myös viestin kuulemisen parantamisen, joka ei enää ole siirtofunktion Η1{ω) alainen, joka edustaa ontelon ja kaiuttimen muodostaman kokonaisuuden siirtofunk-30 tiota.

Kuvan 6 mukaisella asennuksella voidaan toteuttaa ulkoiseen kohinaan sekoitetun viestin eräänlainen suodatus takaisinkyt-kentäpiirin avulla.

Jos mikrofonin vastetta 8 pidetään ihanteellisena, eli Hl(ω) Η(ω) saadaan yhtälö (4):

Pt (ω) s Sp (ω) + ε.

35 22 96009

Esitetty asennus ei vähennä viestin Sp(aj) tasoa, joka säilyy muuttumattomana ja lisäksi vailla kaikkia siirtofunktioita, mikä ei tapahtuisi jos transduktorista 14 tuleva signaali lä-hettettäisiin suoraan kaiuttimeen 6.

5

Huomataan siis, että kuvan 6 mukainen ratkaisu mahdollistaa viestin kuulemisen, joka lähetetään sähköakustisin keinoin ja jonka välittää sama transduktori 6, joka palvelee aktiivista valmentajaa, nostettuaan sen tasoa ulkokohinaan nähden ja pa-10 rantaen sitä siten, että poistetaan siirtofunktio Hl(ω) joka välttämättä esiintyy kaikissa muissa asennuksissa.

Koeyhtälöt ja -toimenpiteet osoittavat, että summauslaitteen jokaisella muulla asennolla takaisinkytkentäpiirissä ei voida 15 parantaa viestin ymmärrettävyyttä "takaisinkytkentäsuodatuk-sella" ja ne johtavat toisinaan hyvin suureen mainitun välitetyn viestin ymmärrettävyyden muutokseen. Kuvan 6 mukaisen asennuksen viestin ymmärrettävyyttä voidaan vielä parantaa keskittämällä vaimennettavien taajuuksien aluetta 20 puhespektriin välillä 300-3000 Hz. Tämä taajuusalue vastaa itseasiassa ihmisen korvan herkintä vyöhykettä, ja siten viestin ymmärrettävyyden parantamiseksi käytetyn aktiivisen vaimentamisen tapauksessa ei enää tarvitse vaimentaa voimakkaasti matalia taajuuksia, kuten puhtaan suojauksen 25 tapauksessa ilman viestintäyhteyksiä, vaan sitävastoin on parannettava passiivista vaimennusta 300 Hz:sta lähtien . laajentammalla maksimiin vaimennettujen taajuuksien aluetta 2000 ja jopa 3000 Hz:n saavuttamiseksi, vaikkakin menetetään jonkin verran kohinan puhtaan vaimennuksen tehoa.

30

Yllä esitetyt kuvaukset koskevat nimenomaan pien- ja keskitaa-juuksien alueita. Tässä tapauksessa yhtälöt osoittavat, että äänivaimennuksen ja välitetyn viestin "takaisinkytkentäsuoda-tuksen" yhdistelmä parantaa henkilöiden työolosuhteita ja 35 viestin ymmärrettävyyttä. Kuitenkin yllä olevasta huomataan, että jos taajuuksien aktiivinen vaimennusalue keskitetään puhespektriin välillä 300-3000 Hz, niin vaikkakaan vaimennus ei ole kovin voimakasta kimeiden taajuuksien vyöhykkeellä, väli- 96069 23 tetyn viestin ymmärrettävyys on sitä parempi mitä enemmän vaimennettujen taajuuksien alue lähestyy kimeitä taajuuksia välillä 2000-3000 Hz.

5 Yhtälö (3) osoittaa myös, että Ρο(ω):η ollessa hyvin pieni, viestin suodatusilmiö takaisinkytkennällä säilyy, koska yhtälön toinen jäsen on riippumaton paineesta Po(ti))ja siten yhtälön (4), jossa vahvistus K on suuri verrattuna yhteen, tulos täytetään edelleen, toisin sanoen viesti 3ρ(ω) on vapaa kai-10 kista siirtofunktioista. Aktiivista äänenabsorptiojärjestelmää voidaan siis käyttää pelkästään viestin parantamiseen suodattamalla takaisinkytkentäpiirissä, vaikkakaan ulkoinen kohina ei ole häiritsevä.

15 Yllä esitetty kuvaus viittaa edullisiin suoritusmuotoihin, joissa suodatin 12 on analoginen suodatin. Huomattakoon, että myös digitaalisuodatinta voitaisiin käyttää yksinään tai liitettynä laskuyksikköön, yhdistettynä ajoneuvossa käytettyyn passiiviseen äänenvaimennuslaitteeseen.

20

Erään suoritusmuodon mukaan keksinnön mukainen aktiivinen laite käsittää pienen mikrofonin, joka on sijoitettu korvakäytävään ja pienoistransduktorin, jonka takapinnassa on päällyste, joka muodostaa korvakäytävään asetettavan tulpan. Tässä ta-25 pauksessa ontelo rajoittuu tilavuuteen, jota rajaa korvakäytä-: vä, tärykalvo ja transduktorin käsittävä tulppa ja siirtofunk tio avoimessa piirissä Η(ω) on hyvin lineaarinen, siten että helposti saadaan elektronisella suodatuksella hyvä vaimennus-taso laajalla taajuuskaistalla.

Claims (15)

1. 96069 24
2. 1. Menetelmä ulkoa tärykalvoon tulevan kohinan vaimentamiseksi, jossa kumpaankin korvaan liitetään passiivinen äänen-vaimennuslaite (lg, Id) , joka korvan kanssa rajaa onteloa (10) 5 ja mainittuun onteloon sovitetaan sähköakustinen transduktori (6) ja mikrofoni (8) , jotka ovat keskenään yhdistetyt ta-kaisinkytkentäpiirillä, käsittäen vakiovahvistuksella varustetun vahvistimen (11) ja suodattimen (12), jotka muodostavat aktiivisen äänenvaimentajan, tunnettu siitä, että mainitun 10 suodattimen (12) siirtofunktio 0(ω) on kompleksinen polynomi-nen funktio ja että mitataan ensin transduktorin (6), mikrofonin (8) ja mainitun passiivisen äänenvaimennuslaitteen sekä korvan rajaaman ontelon (10) muodostaman kokonaisuuden avoimen piirin siirtofunktio Η(ω) ja sen jälkeen lasketaan mainitun 15 polynomisen funktion C(a>) kertoimet, jotta mainitun vahvistimen (11) vakiovahvistuksen (K) tulo mainitun avoimen piirin siirtofunktion itseisarvon |Η(ω)| ja mainitun suodattimen siirtofunktion itseisarvon |C(a>) | kanssa olisi paljon yli 1 taajuusalueella, jolla mainittu passiivinen äänenvaimennuslai-2 0 te on tehoton säilyttämällä samalla takaisinkytkentä järjestelmän vakavuus.
3. 2. Patenttivaatimuksen l mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun avoimen piirin siirtofunktion Η(ω) mittaamiseksi 25 kytketään irti mainittu vahvistin (11) ja mainittu suodatin : (12) , lähetetään valkoista kohinaa vastaava sähkösignaali mai nitun transduktorin tuloon (A) ja mainittu siirtofunktio mitataan spektrianalysaattorilla, joka ottaa vastaan samanaikaisesti mainitun sähkösignaalin ja mainitun mikrofonin (8) lä-30 hettämän signaalin.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, t että muutetaan mainittu avoimen piirin siirtofunktio Η(ω) jakamalla mainittu ontelo (10) väliseinällä (7) kahteen puolion-35 teloon, joista toinen on etuontelo, jota rajaavat ulkokorva (4), korvakäytävä (3), tärykalvo (16) ja mainittu väliseinä (7) ja toinen takaontelo, jota rajaavat mainittu passiivinen äänenvaimennuslaite (1) ja mainittu väliseinä (7) , ja mainittu 96069 25 väliseinä (7) käsittää mainitun transduktorin (6) ja mainittu mikrofoni (8) sijoitetaan mainittuun etuonteloon, mahdollisimman lähelle mainitun transduktorin (6) lähetyspintaa.
5. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rajoitetaan mahdollisimman paljon mainitun ontelon (10) tilavuutta mainitun avoimen piirin siirtofunktion Η(ω) "li-nearisoimiseksi".
6. 5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että asetetaan mainitun väliseinän (7) ja ulkokorvan (4) väliin rengasmainen kappale (15), joka rajaa välionteloa (15a) ja lasketaan mainitun rengasmaisen kappaleen (15) muoto ja mitat, jotta se suorittaisi akustisen suodatuksen, jolla saa-15 daan mainitulle avoimen piirin siirtofunktiolle Η(ω) alipäästö tai kaistanpäästösuodatinfunktio vaimennettavan taajuuskaistan mukaan.
7. 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä ulkoa tulevan 20 kohinan vaimentamiseksi aktiivisella äänenvaimennuslaitteella, joka on sijoitettu korvien sisääntuloon mahdollistaen samalla sähköakustisesti välitetyn viestin kuulemisen, jossa sekoitetaan mainittuja viestejä kuljettavat sähkösignaalit mainitun mikrofonin lähettämiin signaaleihin, ja lähetetään mainitut 25 sekoitetut signaalit mainittuun transduktoriin (6) mainitun • vahvistimen (11) kautta, tunnettu siitä, että mainitut sekoitetut signaalit kulkevat myös mainitun suodattimen (12) kautta .
8. 7. Laite ulkoa tärykalvoon tulevan kohinan vaimentamiseksi, joka käsittää passiiviset äämenvaimennuslaitteet (Id, lg), jotka rajaavat onteloa (10) kummankin korvan kanssa ja käsittävät lisäksi sähköakustisen transduktorin (6) ja mikrofonin (8), jotka on sijoitettu mainitun ontelon sisään, ja on kyt-35 ketty toisiinsa takaisinkytkentäpiirillä, joka käsittää vakio-vahvistuksella varustetun vahvistimen (11) ja suodattimen (12) joiden kanssa ne muodostavat aktiivisen äänenvaimentajan, tunnettu siitä, että mainitun suodattimen siirtofunktio (Cco) on 96059 26 kompleksinen polynomifunktio ja mainitun vahvistimen (11) va-kiovahvistuksen (K) tulo mainitun suodattimen siirtofunktion itseisarvon |C(oo) | ja avoimen piirin siirtofunktion itseisarvon |Η(ω)| kanssa mitattuna mainitun transduktorin (6) sisään-5 tulon (A) ja mainitun mikrofonin (8) ulostulon (B) välillä on selvästi suurempi kuin yksi koko vaimennettavien matalien äänitaajuuksien alueella ja täyttää stabiliteettikriteerin kaikkien kuultavien taajuuksien osalta.
9. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu suodatin (12) käsittää yhden tai useamman analogisen suodattimen, joka on kaistanpäästö- tai kaistanpäästö-ja alipäästötyyppiä ja asennettu rinnakkain ja tuottaa siirto-funktion, jolla vältetään epävakavuuksia vyöhykkeessä, jossa 15 itseisarvo on suurimmillaan.
10. 9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu suodatin käsittää useita analogisia suodattimia, joka on alipäästö-, kaistanpäästö- ja ylipäästötyyppiä, jotka 20 ovat asennetut rinnakkain ja joilla on sama rajataajuus ja sama ylijännitekerroin.
11. 10. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitun vahvistimen (11) vahvistus (K) on positiivinen 25 ja mainitun suodattimen siirtofunktio 0(ω) määräytyy siten, : että mainitun siirtofunktion vaihe (φ) ei laske nollaan maini tun suodattimen päästökaistalla.
12. 11. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, jossa kumpikin mai-30 nituista onteloista käsittää poikkiseinän (7), joka jakaa sen kahteen puolionteloon, etu- ja takaonteloon, ja käsittää mainitun äänitransduktorin ja jossa mainittu mikrofoni (8) on sijoitettu mainittuun etuonteloon, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää rengasmaisen kappaleen (15), joka on sijoi-35 tettu mainitun väliseinän (7) ja ulkokorvan (4) väliin ja rajaa välionteloa (15a) ja mainitun rengasmaisen kappaleen (15) mitat lasketaan siten, että mainitun väliontelon ja mainitun etummaisen ja takimmaisen puoliontelon mittojen välinen suhde 96059 27 johtaa äänisuodokseen, jonka päästökaista vastaa vaimennettavaa taajuusaluetta.
13. 12. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, 5 että mainittu mikrofoni (8) on sijoitettu korvakäytävään (3) ja mainittu transduktori (6) on pienoistransduktori, jonka takapuolen suojus muodosstaa tulpan, joka on asetettu korvakäytävän (3) sisääntuloon siten, että mainittu ontelo rajoittuu korvakäytävän (3), tärykalvon (16) ja mainitun transdukto-10 rin (6) rajaamaan tilaan ja että avoimen piirin siirtofunktio Η(ω) on hyvin lineaarinen ja mahdollistaa hyvän vaimennustason saavuttamisen elektronisella suodatuksella laajalla taajuuskaistalla.
14. 13. Pantenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu sii tä, että mainittu suodatin käsittää lisäksi yhden tai useamman ylipäästösuodattimen, joka on asennettu rinnakkain mainittuihin alipäästö- ja kaistanpäästösuodattimiin nähden.
15. 20 Patentkrav