NO169210B

NO169210B - Elektrodynamisk lydgiver for hoereapparat.

Info

Publication number: NO169210B
Application number: NO892811A
Authority: NO
Inventors: Jarle Svean; Asbjoern Krokstad; Bjoern Sogn
Original assignee: Nha As
Priority date: 1989-07-06
Filing date: 1989-07-06
Publication date: 1992-02-10
Also published as: WO1991001075A1; US5243662A; BR9007508A; FI920025A0; HU206580B; CA2062796A1; AU5959690A; HUT59784A; NO892811D0; JPH05500438A; AU637384B2; NO892811L; EP0483185A1; NO169210C; HU9200031D0

Abstract

En miniatyrisert elektrodynamisk lydgiver omfatter en membran, en permanentmagnet med polstykker, et magnetåk og en spole.agnetåket er utfort slik at det utgjor lydgiverens hus eller kasse. Permanentmagneten og polstykkene er anordnet i en utsparing i kassen eller åket og omgitt av spolen- som er forbundet til membranen ved et omkretsparti av denne. Membranen er anordnet over magnetsystemet iusparingen og festet til utsiden av kassen. Lydgiverens dynamiske respons er bestemt av de magnetiske, elektriske, mekaniske og akustiske parametre som er benyttet i konstruksjonen av lydgiveren. Ved å variere enkelte av disse parametrene, kan frekvensen og amplituden til en resonans velges slik at lydgiveren kan rekonstruere den naturlige akustiske overf©ringsfunksjon i området 2-4 kHz i øregangen hos et menneske.Dette gjør lydgiveren særlig egnet til bruk i høreapparater.

Description

Oppfinnelsen angår en miniatyrisert elektrodynamisk lydgiver, spesielt for høreapparater, og med en hovedsakelig kulekalottformet membran, en permanentmagnet med polstykker, et magnetåk og en spole, anordnet som angitt i innledningen av krav 1. Lydgiveren i henhold til oppfinnelsen skal kunne plasseres inne i øregangen hos et voksent menneske.

En åpen elektrodynamisk lydgiver med små dimensjoner, egnet til bruk i hode- eller øretelefoner til f.eks. musikkgjengivelse, er kjent fra US-PS 4742887. Det er ved den i dette patent-skrift viste lydgiver lagt særlig vekt på å dempe resonanser i området 3-5 kHz for på denne måte å oppnå en bedre lydreproduk-sjonskvalitet. En annen elektrodynamisk lydgiver, spesielt i form av en liten høyttaler til bruk i hodetelefoner eller mikrofon er kjent fra DE-OS 3048779 og viser et magnetsystem som konsentrisk omgir en luftspalte hvor det er innsatt en svingespole festet til membranen. En miniatyrisert elektrodynamisk lydgiver for høreapparater er vist i US-PS 4380689. Miniatyriseringen er her oppnådd ved at magneten ikke omgir jernkjernen, men er plassert ved siden av den, om samme akse som kjernen. En miniatyrisert elektrodynamisk lydgiver til bruk i høreapparater er også utviklet av firma Westra Electronic GmbH i Forbundsrepublikken Tyskland. Denne lydgiveren har et frekvensområde på fra 20 til 20 000 Hz og meget små dimensjoner, nemlig en diameter på 5,5 mm og en høyde på 5,5 mm, men er likevel for stor til at den lett kan plasseres inne i øregangen hos et menneske.

Det er kjent at øregangen hos mennesker har en akustisk resonans som frembringer en topp i frekvensresponsen for den akustiske forsterkning av lydtrykket fra øreåpningen og til trommehinnen. Resonanstoppens frekvens og amplitude varierer individuelt, men vanligvis befinner den seg i området fra 2 kHz til 4 kHz og har en amplitude på 5-15 dB. En slik økning i forsterkningen i dette området er meget viktig for hvordan lyden oppfattes og individets opplevelse av lydkvalitet. Tettes øregangen igjen med en høreapparatplugg, mister individet som benytter høreapparatet resonansen i dette viktige frekvensområdet .

Det kan benyttes, elektrisk filtrering av inngangssignalet

til lydgiveren i et høreapparat for å gjenskape den ønskede frekvenrespons. Bruk av elektrisk filtrering er imidlertid forbundet med en rekke ulemper, da de nødvendige elektriske komponenter tar plass, forbruker elektrisk effekt og utgjør et fordyrende tillegg. Plassbehovet og effektforbruket er spesielt ugunstige for høreapparater som skal ha små dimensjoner og drives av et lite batteri.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe en elektrodynamisk lydgiver med meget små dimensjoner slik at den kan plasseres inne i øregangen og utført slik at dens hoved-resonans faller i det aktuelle frekvensområdet, f.eks. 2-4 kHz, og som dessuten har en slik akustisk dempning at den ønskede

øregangsresonans kan gjenskapes. En annen hensikt ved lydgiveren i henhold til oppfinnelsen er at den skal kunne anvendes i et høreapparat som ikke stenger øregangen, slik at det kan tas vare på eventuelle hørselsrester ved lave frekvenser.

Disse hensikter oppnås ved en elektrodynamisk lydgiver i henhold til den foreliggende oppfinnelse og med de kjennetegn som fremgår av de vedføyde krav.

Den elektrodynamiske lydgiver i henhold til oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i tilknytning til et utførel-seseksempel tatt i samband med den ledsagende tegning.

Fig. 1 viser en elektrodynamisk lydgiver i henhold til

oppfinnelsen.

Fig. 2a viser et skjematisk planriss av kassen eller magnetåket til lydgiveren på fig. 1, sett fra undersiden. Fig. 2b viser et diametralt snitt gjennom kassen eller

åket.

Fig. 3 viser grafen for lydgiverens frekvensrespons. Fig. 4 viser skjematisk lydgiveren på fig. 1 implemen-,

tert i et akustisk filter inne i øregangen.

Fig. 1 viser en lydgiver med en permanentmagnet 1 av "Vacodym 335 HR". Magneten er plassert i en kasse eller et hus av "Vacofer S2" som utgjor magnetens'åk 2. Aket 2 er her utført som en sylinderformet kasse og magneten 1 er anbragt sentrert 1 en sylindrisk utsparing 3 i denne kassen. Utsparingen 3 har større diameter enn magneten slik at det dannes en konsentrisk klaring 5 mellom magneten og utsparingens vegg, som på sin side er en del av sideveggen i kassen eller magnetåket. Bunnen av utsparingen 3 og dermed åket 2"utgjør et første polstykke for magneten 1, mens det på motsatt side av magneten er anordnet et annet polstykke 4 av "Vacofer S2" og med samme diameter som magneten. Permanentmagneten 1 har typisk en diameter på 2,9 mm og en høyde på 1,5 mm. I den øvre del av klaringen 5 og omkring det annet polstykke 4 og eventuelt den øvre del av magneten 1 er det anordnet en spole 6, f.eks. av 35 mikrometers kobbertråd med en lengde på ca. 0,87 m med i alt 84 vindinger fordelt i 4 lag av 21 vindinger. Spolens diameter er 3,2 mm og lengden er 1 mm, mens tykkelsen av spolen er ca. 0,2 mm. Den er således anordnet i den øvre del av klaringen 5 mellom magnetsysternet og utsparingens vegg. Spolen 6 hvis resistans er 17Q, er koblet elektrisk med ikke nærmere viste ledninger. Videre er spolen 6 festet til randen av en membran 7 som over det annet polstykke 4 danner en tilnærmet kulekalott, slik at mellom det annet polstykke og membranen innesluttes et tilnærmet halvkuleformet volum VI. Membranen 7 er fremstilt ved varmluftforming av en 40 mikrometer tykk film av polykarbonat og er tynnest nær randen og på toppen av kalotten, hvor tykkelsen er ca. 20 mikrometer. Den kalottfor-mede del av membranen 7 er festet til spolen 6 øverst i klaringen 5 og på utsiden av spolen bøyes membranen opp og over en øvre endeside av åkveggen slik at den danner en sirkulær kanal 8 med tilnærmet halvsirkelformet tverrsnitt over åkveggens sideflate. På utsiden av åket 2 er membranen 7 bøyet ned og festet til åkets yttervegg. Som vist på fig. 2a, er utsparingen 3 forbundet med undersiden av kassen eller åket 2 ved i dette tilfelle 6 gjennomgående åpninger i form av hull

9 med sirkulært tverrsnitt. På undersiden eller om man vil, baksiden av kassen eller åket, kan det være tilordnet lydgiveren et bakvolum V4 som i en strengt tatt konstruktiv forstand ikke er en del av lydgiveren, men som anordnet på denne måte allikevel inngår i lydgiverens akustiske utførelse. Dette bakvolum V4 kan enklest frembringes når lydgiveren anbringes i et høreapparat for innsetting i øregangen, idet forbindelsen mellom høreapparatets øvrige partier og lydgiveren er utført slik at det dannes et bakvolum av den viste art, f.eks. med et volum på 56 mm<3>. Hullene 9 som ventilerer et volum V3 av klaringen under spolen 6, har en diameter på 0,4 mm.

I henhold til oppfinnelsen er lydgiverens resonans bestemt av spolens 6 effektive masse, membranens 7 effektive masse, membranopphengningens stivhet, en effektiv inertans R]_ av luften i klaringen 5 mellom spolen 6 og innsiden av utsparingens 3 vegg samt en effektiv inertans R2 av luften i klaringen 5 mellom spolen 6 og det annet polstykke 4 resp. magneten 1, en effektiv inertans R3 av hullene 9, og de effektive inertanser av volumet VI under membrankalotten, volumet V2 i kanalen 8 som membranen 7 danner over den øvre endeside av åkveggen, volumet V3 av hulrommet eller klaringen under spolen samt volumet V4 av det eventuelle bakvolum. Ved å justere verdiene for disse parametrene innbyrdes er det mulig å få resonansen til å falle i f.eks. det ønskede frekvensområde mellom 2kHz og 4kHz.

Fig. 3 viser frekvensresponsen til lydgiveren på fig. 1 målt i tett kobler med et volum på 430 mm<3>. Som det kan ses på fig. 3, har lydgiveren en praktisk talt rettlinjet frekvensgang fra under 10 Hz og opptil 1 kHz. Følsomheten ved 1 kHz var 26 dB referert til 1 Pa/V og det maksimale lydtrykk ved 1 kHz var over 115 dB SPL. Den totale harmoniske forvrengning var mindre enn 1 % ved et lydtrykknivå på 100 dB. Lydgiveren hadde en resonanstopp ved 2,6 kHz, altså i det for hørselen så fordelak-tige område. Den udempede resonansamplitude utgjorde i det foreliggende tilfelle nærmere 25 dB, men er ved målingen akustisk dempet til et mer passende nivå på 13 dB.

Slik det fremgår av fig. 3, virker lydgiveren som et lav-passfilter, dvs. at den hovedsakelig eliminerer frekvenskom-ponentene i området fra 3-4 kHz og oppover. I realiteten er dette lite ønskelig, fordi talelyd også omfatter viktige frekvenskomponenter i det påfølgende oktavbånd. Resonansav-rulling vil imidlertid normalt følge etter en resonanstopp i en lydgiver, men kan i allefall i noen grad kompenseres med en diskantkontroll i et høreapparat hvor lydgiveren inngår.

Som nevnt er det ønskelig å dempe resonanstoppen noe og det er ved den foreliggende oppfinnelse" oppnådd ved at det er lagt en duk av finmasket nylon over åpningene på undersiden av lydgiveren. Det er imidlertid også mulig å oppnå en tilsvarende dempning av resonanstoppen ved f.eks. å anbringe ferrofluid i magnetens luftgap eller benytte et monodisperse partikler ("Ugelstadkuler") i hulrommene VI og V3 og/eller V4. Da slike monodisperse partikler har nøyaktig samme størrelse og form, vil en gitt mengde partikler anordnet i en gitt geometriske konfigurasjon gi en nøyaktig spesifiserbar og reproduserbar akustisk dempning.

Lydgiveren i henhold til oppfinnelsen har i utførelseseksem-pelet en diameter på 4,5 mm og vil følgelig ikke lukke øregangen som har en effektiv diameter på ca. 7 mm. På fig. 4 er lydgiveren vist anordnet i f.eks. et høreapparat og innsatt i øregangen ca. 10 mm fra trommehinnen som befinner seg til høyre. Høreapparatet tetter ikke øregangen, men er ventilert med en åpning med f.eks. en ekvivalent diameter på 3 mm inn til trommehinnen, noe som er mulig på grunn av lydgiverens lille diameter. Dermed blir det mulig å benytte lydgiveren i et høreapparat som utnytter en eventuell lavfrekvent hørselrest hos brukeren. I konfigurasjonen på fig. 4 fungerer samtidig lydgiveren i forbindelse med åpningen gjennom høreapparatet og volumet ved trommehinnen som en kombinert transduser og akustisk filter inne i øregangen.

Det skal forstås at omtalte utførelseseksempel ikke på noen måte er begrensende for oppfinnelsens omfang og ramme, men at lydgiveren i henhold til oppfinnelsen kan være utført med andre materialer enn de her angitte og likeledes innrettet slik at responskurven kan ha et annet forløp enn det her viste.

Fagfolk vil lett innse at en miniatyrisert lydgiver av denne art også kan anvendes til andre formål enn i høreapparater og eventuelt med en mer eller mindre dempet resonansamplitude, samtidig som de resonansbestemmende parametre naturligvis også kan velges slik at resonanstoppen får en annen frekvens enn den som er mest aktuell når lydgiveren bare skal benyttes i et høreapparat.

Endelig skal det bemerkes at den naturlige øregangsresonans har en frekvens og en amplitude som varierer fra person til person. Når lydgiveren skal brukes i et høreapparat, er det derfor naturligvis en fordel at lydgiverens frekvensrespons i størst mulig grad er tilpasset den naturlige akustiske overførings-funksjon for brukerens øregang. Det er imidlertid ikke noe absolutt krav at lydgiveren må være fullstendig individuelt tilpasset, da det har vist seg tilstrekkelig at den har en frekvensrespons som bare tilnærmet behøver å svare til øregangens naturlige overføringsfunksjon. Det er selvsagt ingenting i veien for at det ved produksjon kan fremstilles en rekke serier av lydgiveren med noe varierende responskarak-teristikker, men det vil for fagfolk også være mulig å tenke seg forskjellige fremgangsmåter for å implementere en eller annen form for resonansavstemning. Her skal bare påpekes muligheten av å regulere membranens opphengningsstivhet eller f.eks. regulere størrelsen av et eller flere av volumene VI, V3 eller V4.

Claims

1. Miniatyrisert elektrodynamisk lydgiver, spesielt for høreapparater, og med en hovedsakelig kulekalottformet membran (7), en permanentmagnet (1) med polstykker (2,4), et magnetåk (4) og en spole (6) hvor det under permanentmagneten (1) den kulekalottformede membran (7) er anordnet i åket (4),hvor åket (4) er dannet som en fortrinnsvis -sylinderformet kasse med en sylindrisk utsparing (3) for anordning av magneten (1), hvor bunnen av utsparingen (3) danner et første polstykke (4) på en underside av magneten (1) og utsparingen (3) har en diameter som er større enn magnetens, slik at det fås en konsentrisk klaring (5) omkring magneten (1) mellom denne og utsparingens (3) vegg, hvor det på en overside av magneten (1) og mellom denne og membrankalotten er anordnet et annet polstykke (2) omgitt av spolen (6) som er anbragt i et øvre parti av klaringen og forbundet med membranen (7) langs randen av kalotten, karakterisert ved at membranen (7) er ført videre over klaringen (5) og bøyd over en øvre endeside av utsparingens (3) vegg for opphengning på yttersiden av åket (2) slik at membranen (7) danner en om kalotten konsentrisk kanal (8) med tilnærmet halvsirkelformet tverrsnitt over den nevnte øvre endeside, at det mellom klaringen (5) og en underside av åket (2) er anordnet minst en gjennomgående .åpning (9), idet åpningen eller åpningene (9) skaffer en fri passasje mellom klaringen (5) og et på undersiden av åket (2) valgfritt anordnet bakre rom eller bakvolum V4, og at lydgiveren er gitt en resonans som hovedsakelig, som i og for seg kjent, er bestemt ved verdiene av de følgende parametre: a) spolens effektive masse, b) membranens effektive masse, c) membranopphengningens stivhet, d) effektiv inertans R^ av luften i klaringen mellom spolen (6) og innsiden av utsparingens (3) vegg samt effektiv inertans R2 av luften i klaringen mellom spolen (6) og det annet polstykke (4) resp. magneten (1), idet nevnte klaringer utgjør magnetens luftgap, e) effektiv inertans R3 av luften i åpningen eller åpningene (9) mellom klaringen (5) og åkets (2) underside, f) de effektive inertanser av volumet VI mellom det annet polstykke (4) og membrankalotten, volumet V2 i kanalen (8) som membranen (7) danner over den øvre endeside av utsparingens (3) vegg, volumet V3 av klaringen (5) under spolen (6) samt volumet V4 av det eventuelle bakvolum, idet disse parametre er gitt slike verdier at resonansen ligger mellom 2 kHz og 4 kHz og dermed svarer til resonansen i et voksent menneskes åpne øregang.

2. Lydgiver i henhold til krav 1, karakterisert ved at det over åpningen eller åpningene (9) mellom klaringen (5) og åkets (2) underside er anordnet en finmasket duk av tekstil.

3. Lydgiver i henhold til krav 1, karakterisert ved at det i klaringen (5) på begge sider av spolen (6) er anordnet et ferrofluid.

4. Lydgiver i henhold til krav 1, karakterisert ved at det i volumene VI og V3 og eventuelt bakvolumet V4 er anordnet monodisperse partikler.

5. Lydgiver i henhold til et av de foregående krav, karakterisert ved at diameteren høyst er 4,5 mm og lengden eksklusive det eventuelle bakvolum V4 høyst er 4,75 mm.