DE10002567C1 - Elektrisch-akustischer Miniaturwandler - Google Patents

Abstract

Bei einem elektrisch-akustischen Miniaturwandler (8) mit wenigstens einem Antrieb (6) und einer Membran ist die Membran in mehrere Membranbereiche (1, 4) unterteilt. Zur Verbindung zweier benachbarter Membranbereiche (1, 4) ist zwischen diesen ein elastisches Element (5) angeordnet. Durch diesen Wandler-Aufbau wird eine Erweiterung des Übertragungsverhaltens des Miniaturwandlers (8) zu hohen Frequenzen hin erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrisch-akustischen Miniatur­ wandler.

Elektrisch-akustische Miniaturwandler werden zur Wandlung elektrischer in akustische Signale verwendet. In zahlreichen Anwendungsbereichen, wie beispielsweise bei Hörhilfegeräten, werden durch elektrisch-akustische Wandler kleiner Bauform, den sogenannten Hörern, akustische Ausgangssignale erzeugt. Dabei spielen neben der möglichst kleinen Bauform auch der Wirkungsgrad, minimale, nicht lineare Verzerrungen und vor allem das Übertragungsverhalten der Wandler eine große Rolle. So ist beispielsweise bei Hörhilfegeräten eine ausgeglichene und an die Anwendung angepasste Frequenzcharakteristik von großer Bedeutung. Die Grenzen des Übertragungsverhaltens bekannter elektrisch-akustischer Miniaturwandler sind zu ho­ hen Frequenzen hin durch den konstruktiven Wandleraufbau gegeben und stellen im allgemeinen eine obere Begrenzung des übertragbaren Frequenzbereiches dar.

Aus der DE 199 14 235 A1 ist ein Miniaturwandler für ein Hörgerät bekannt, welches zur vollständigen Unterbringung im Ohrkanal konstruiert ist. Der Wandler umfasst ein Gehäuse, welches einen Innenraum von einem Außenraum abgrenzt, sowie einen Motor mit einer Spule, einem Stapel und einer Armatur, die sich im wesentlichen innerhalb des Gehäuses befinden. Das Gehäuse besteht aus einer oberen Wanne, die mit einer unteren Wanne verbunden ist und weist eine Öffnung auf. Der Stapel erstreckt sich durch die Öffnung nach außen. Es ist vorgesehen, dass der Stapel mit dem Gehäuse anschließt. Es ist ferner vorgesehen, dass das Gehäuse eine Grundfläche hat und die Öffnung an dieser Grundfläche angeordnet ist.

Die dem Stand der Technik entsprechenden und kommerziell er­ hältlichen elektrisch-akustischen Miniaturwandler basieren meist auf dem elektromagnetischen Prinzip. Eine magnetische Kraft wirkt auf einen Anker, der in Bewegung versetzt wird und über eine mechanische Verbindung eine Membran treibt. Dieser Wandlermechanismus wird in ein kleines Gehäuse einge­ baut. Durch die Wahl der eingeschlossenen Luftvolumina, der Verbindungskanäle sowie der Massen und der Federnachgiebig­ keiten der mechanischen Bauteile entsteht ein Resonanzsystem, durch dessen Resonanzen die Übertragungscharakteristik des Miniaturwandlers maßgeblich festgelegt ist (I. Veit, Techni­ sche Akustik, Vogel Verlag Würzburg, 1978).

Oberhalb der obersten Resonanzfrequenz verhält sich das Wand­ lersystem massenbestimmt und das Übertragungsverhalten zeigt einen starken Abfall der abgestrahlten Schallsignale zu hohen Frequenzen hin.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Übertragungs­ verhalten eines elektrisch-akustischen Miniaturwandlers zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einem elektrisch-akustischen Miniatur­ wandler mit wenigstens einem Antrieb und einer Membran da­ durch gelöst, dass die Membran in wenigstens zwei schaller­ zeugende Membranbereiche unterteilt ist, deren Übertra­ gungsverhalten frequenzabhängig ist.

Die vorgestellte Erfindung beschreibt einen elektrisch-aku­ stischen Miniaturwandler, der einen zu hohen Frequenzen hin erweiterten Übertragungsbereich bietet. Somit kann ein natür­ liches Spektrum der akustischen Signale übertragen und eine verbesserte Klangqualität geboten werden. Hierzu weist der elektrisch-akustische Miniaturwandler gemäß der Erfindung an­ statt einer relativ großen einstückigen Membran vorteilhaft eine in wenigstens zwei kleinere Membranbereiche unterteilte Membran auf. Zur Unterteilung der Membran befindet sich zwi­ schen je zwei benachbarten Membranbereichen beispielsweise wenigstens ein elastisches Element, das mit den Membranbe­ reichen verbunden ist. Die Gesamtfläche der Membranbereiche und elastischen Elemente kann dabei der Membranfläche eines herkömmlichen Miniaturwandlers entsprechen. Zum Antrieb der Membran ist vorzugsweise ein Membranbereich mit einem An­ triebsstift verbunden. Der Antrieb erfolgt dabei dem Stand der Technik entsprechend über einen elektromagnetischen, elektrodynamischen oder piezoelektrischen Antrieb. Hohe Fre­ quenzen werden im wesentlichen nur durch den direkt angetrie­ benen Membranbereich abgestrahlt. Durch die relativ kleine schallerzeugende Membranfläche und die damit verbundene, ge­ ringe angetriebene Masse bei hohen Frequenzen ist die Membran gemäß der Erfindung sehr viel weniger massengehemmt als die Membran bekannter Miniaturwandler. Bei tieferen Frequenzen wird gemäß der Erfindung über das elastische Element auch der dem angetriebenen Membranbereich benachbarte Membranbereich so angeregt, dass auch dieser zur Schallerzeugung wirksam ist. Die schallerzeugende Membranfläche entspricht daher im wesentlichen bei tiefen Frequenzen der Membranfläche eines herkömmlichen Miniaturwandlers. Somit bewirkt die Untertei­ lung der Wandlermembran eine dynamische Reduktion der beweg­ ten Massen im Membranbereich und sorgt somit für eine verrin­ gerte Massenhemmung bei höheren Frequenzen. Das Übertra­ gungsverhalten des Miniaturwandlers nach der Erfindung ist daher bei tiefen und mittleren Frequenzen dem Übertragungs­ verhalten bekannter Miniaturwandler vergleichbar, wogegen der Übertragungsbereich hin zu hohen Frequenzen bei dem Miniatur­ wandler gemäß der Erfindung vorteilhaft erweitert ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprü­ chen gekennzeichnet und werden nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die Membran eines Miniaturwandlers gemäß der Erfin­ dung,

Fig. 2 die Übertragungscharakteristiken zweier Miniaturwand­ ler und

Fig. 3 das Blockschaltbild eines Hörhilfegeräts mit einem Miniaturwandler gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist beispielhaft die unterteilte Membran eines Mi­ niaturwandlers gemäß der Erfindung dargestellt. Ein Membran­ bereich 1 ist über eine Sicke 2 mit einem Rahmenelement am Gehäuse 3 des Miniaturwandlers verbunden. Ein zweiter, klei­ nerer Membranbereich 4 ist über ein elastisches Element 5 mit sickenähnlicher Konsistenz in den größeren Membranbereich 1 eingebettet. Im Zentrum der Membran befindet sich der direkt mit dem kleineren Membranbereich 4 verbundene Antrieb 6. Die­ ser kann beispielsweise als Stößel ausgeführt sein, auf den der Anker eines elektromagnetischen Wandlersystems wirkt. Bei entsprechender Abstimmung des mechanischen Resonanzsystems, das im wesentlichen aus der Federwirkung des elastischen Ele­ ments 5, der Sicke 2 und der Massen der Membranbereiche 1 und 4 besteht, ergibt sich im tieferen und mittleren Frequenzbe­ reich eine gleichförmige Bewegung der gesamten Membranfläche. Im höheren Frequenzbereich wird der Membranbereich 1 durch seine Masse bedämpft, während der Membranbereich 4 eine Ab­ strahlung aufrecht erhält. Die so erreichbare dynamische Re­ duktion der bewegten Massen im Membranbereich sorgt bei dem Miniaturwandler gemäß der Erfindung für eine verringerte Mas­ senhemmung bei höheren Frequenzen. Die hochfrequenten Über­ tragungseigenschaften des Miniaturwandlers sind damit gegen­ über bekannten Miniaturwandlern wesentlich verbessert. Die Membrananordnung wird in an sich bekannter Weise in ein mit verschiedenen Volumina und Kanälen ausgestattetes Gehäuse eingebaut, die die Gesamtübertragungscharakteristik in weiten Teilen vorgeben.

Den durch die Erfindung zu erreichenden Vorteil verdeutlicht Fig. 2. Die Darstellung vergleicht die Übertragungscharakte­ ristik eines bekannten Hörgerätehörers (Kennlinie b, gepunk­ tet) mit einem Miniaturwandler gleicher Bauart, der jedoch eine in zwei schallerzeugende Membranbereiche unterteilte Membran gemäß Fig. 1 besitzt (Kennlinie a, gestrichelt). Deutlich tritt bei der Betrachtung der Übertragungscharakte­ ristiken bei dem Miniaturwandler gemäß der Erfindung (Kennli­ nie a) die Erweiterung des Übertragungsbereiches bei höheren Frequenzen hervor. Der Miniaturwandler kann, wie in Fig. 3 dargestellt, insbesondere in einem Hörhilfegerät 7 verwendet werden, welches außer dem Miniaturwandler 8 wenigstens ein Mikrofon 9 sowie eine Signalverarbeitungseinheit 10 umfasst.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbei­ spiel beschränkt, sondern kann, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen, um eine Vielzahl an Varianten erwei­ tert werden. Beispielsweise ist es möglich, die Membran in mehr als zwei Bereiche zu unterteilen. Auch eine rechteckige Membranstruktur ist denkbar, bei der die Membranbereiche an­ einander gereiht angeordnet sind. Auch hier erfolgt die Ver­ bindung benachbarter Membranbereiche über jeweils ein zwi­ schen diesen liegendes elastisches Element. Die Anregung der Membran kann auch außerhalb des Zentrums, beispielsweise am Rand, erfolgen.

Claims (6)

1. Elektrisch-akustischer Miniaturwandler mit wenigstens ei­ nem Antrieb und einer Membran, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Membran in wenigstens zwei schallerzeugende Membranbereiche (1, 4) unterteilt ist, deren Übertragungsverhalten frequenzabhängig ist.

4. Elektrisch-akustischer Miniaturwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Membranbereiche (1, 4) ringförmig um eine gemeinsame Symmetrieachse angeordnet sind.

6. Elektrisch-akustischer Miniaturwandler (8) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch die Anordnung in einem Hörhilfegerät (7).

2. Elektrisch-akustischer Miniaturwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei benachbarten Membranbereichen (1, 4) ein elas­ tisches Element (5) angeordnet ist.

3. Elektrisch-akustischer Miniaturwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranbereiche (1, 4) und das elastische Element (5) ein mechanisches Resonanzsystem bilden.

5. Elektrisch-akustischer Miniaturwandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der im Zentrum liegende Membranbereich (4) mit dem Antrieb (6) mechanisch verbunden ist.