DE3538615C2 - Hörkapsel - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Hörkapsel und ist insbesondere auf eine kompakte Hörkapsel gerichtet, die dazu bestimmt ist, im Betrieb in den Hohlraum des konkaven Abschnitts einer Ohrmuschel einzugreifen und in diesem festgehalten zu werden.

Die Wiedergabegrenze für den niedrigen Frequenzbereich einer im freien zu benutzenden Hörkapsel nach dem Stand der Tech­ nik ist im wesentlichen durch einen reziproken Steifig­ keitswert Cmd einer Steifigkeit S eines Schwingungssystems und einer äquivalenten Masse Md des Schwingungssystems bestimmt. In diesem Fall ist der Frequenzgang in dem nie­ drigen Frequenzbereich, in welchem die niedrigste Resonanz­ frequenz niedriger als f₀ ist, herabgesetzt. Im allgemeinen ist die Resonanzfrequenz f₀ im wesentlichen zu

gegeben.

Um die Resonanzfrequenz f₀ niedrig zu machen, muß die rezi­ proke Steifigkeit Cmd (cm/Dyn) des Schwingungssystems hoch gemacht werden, und/oder es muß die äquivalente Masse Md (Gramm) desselben erhöht werden. Es ist indessen eine Be­ grenzung beim Erhöhen der reziproken Steifigkeit Cmd gege­ ben. Desweiteren wird, wenn die äquivalente Masse Md des Schwingungssystems erhöht wird, die Hörempfindlichkeit nie­ drig, und die akustische Charakteristik oder der Frequenz­ gang in dem hohen Frequenzbereich wird verschlechtert usw. Dementsprechend besteht eine natürliche Grenze für das Er­ höhen der äquivalenten Masse Md.

Wie bekannt, wird - da eine Tendenz dahingehend besteht, daß die niedrigste Resonanzfrequenz f₀ höher wird, wenn der Durchmesser der elektroakustischen Wandlereinheit kleiner wird - festzustellen sein, daß der wiedergegebene Schall in einem niedrigen Frequenzbereich nicht von solchen Personen gehört werden wird, die eine Hörkapsel mit einem kleinen Durchmesser benutzen.

Beispielsweise ist in der Hörkapsel, die in der Europäischen Patentveröffentlichungsschrift Nr. 00 64 553 offenbart ist, ein magnetischer Kreis aus einem Magneten einer Scheiben­ form, einem zylindrischen Joch und einer Platte, die den Magneten umgibt, gebildet. Eine Membran ist mit einer Ton­ spule gekoppelt, die in den Luftspalt des Magnetkreises eingesetzt ist und in den vorderen Abschnitt desselben ein­ gebaut ist, um eine elektroakustische Wandlereinheit zu bilden. Der äußere Umfang der elektroakustischen Wandler­ einheit ist an einem Gehäuse befestigt. An der Rückseite von Durchgangslöchern, die durch den äußeren Umfang der elek­ troakustischen Wandlereinheit ausgebildet sind, ist eine Dämpfungsschicht vorgesehen, und es sind Durchgangslöcher durch das Gehäuse ausgebildet, um die Frequenzcharakteristik oder den Frequenzgang zu bestimmen.

In anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß der akustische Kreis dieser Konstruktion nach dem Stand der Technik durch eine Reihenschaltung, die aus einer äquivalenten Masse Md des Schwingungssystems, einer reziproken Steifigkeit Cmd desselben, einem akustischen Widerstand Rd, einer Signal­ quelle Vs und einem akustischen Widerstand Ra, der durch die Dämpfungsschicht oder dergl. gegeben ist, gebildet ist, und einer Parallelschaltung, die mit der Reihenschaltung ver­ bunden ist und aus einem akustischen Widerstand Rb durch das Durchgangsloch des Gehäuses und die reziproke Steifigkeit Cb durch einen rückseitigen Hohlraum gebildet ist, dargestellt ist.

Indessen sind, da der akustische Widerstand Rb, der durch die Durchgangslöcher des Gehäuses gegeben ist, vernachläs­ sigbar klein verglichen mit dem akustischen Widerstand Ra der Dämpfungsschicht oder dergl. ist und die reziproke Steifigkeit Cb ebenfalls im wesentlichen vernachlässigt wer­ den kann, die Wirkungen des akustischen Widerstands Rb und der reziproken Steifigkeit Cb, die die Parallelschaltung bilden, klein, und demzufolge wird der akustische Kreis im wesentlichen zu einem Reihenresonanzkreis, der aus der äquivalenten Masse Md, der reziproken Steifigkeit Cmd und den akustischen Widerständen Rd u. Ra gebildet ist. Dement­ sprechend ist die niedrigste Resonanzfrequenz f₀ im wesent­ lichen zu

gegeben, und es wird schwierig, die Frequenz f₀ niedrig einzustellen.

Desweiteren wird, wenn der akustische Widerstand Ra klein ist, eine Spitze in der Kennlinie der akustischen Charakte­ ristik oder des Frequenzgangs nahe der niedrigsten Reso­ nanzfrequenz f₀ erzeugt, so daß nur der dieser Frequenz "nahe" Schall angehoben wird und zu einem Resonanzschall wird, wohingegen wenn der akustische Widerstand Ra groß ist, die akustische Charakteristik oder der Frequenzgang von der Frequenz aus herabgesetzt wird, die höher als die niedrigste Resonanzfrequenz f₀ ist, so daß die Wiedergabe des niedrigen Frequenzbereiches unbefriedigend wird.

In der DE-28 15 051 C2 ist ein Kopfhörer in geschlossener Bauweise, d. h., mit das gesamte Außenohr umgebenden, schallisolierenden und vergleichsweise voluminösen Ohrpolstern beschrieben, der einen Kanal von einer schmalen, sich hinter dem elektroakustischen Wandler befindlichen Luftkammer nach außen aufweist. Das in dem Kanal eingeschlossene Luftvolumen bildet in Form eines Luftstöpsels eine die Membran zusätzlich belastende Masse, wobei die Eigenresonanzfrequenz des elektroakustischen Wandlers vermindert wird.

Dementsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hörkapsel mit geringen räumlichen Abmessungen zu schaffen, in welcher ohne Modi­ fizierung einer elektroakustischen Wandlereinheit ein aku­ stischer Kreis an der Rückseite der elektroakustischen Wandlereinheit gebildet wird, um die Frequenzcharakteristik in dem unteren Frequenzbereich zu verbessern. Eine weitere Aufgabe für die vorliegende Erfindung besteht darin, eine Hörkapsel zu schaffen, in welcher als Mittel zum Verbessern der Wiedergabe des unteren Frequenzbereiches ein Kanal in Verbindung mit dem Gehäuse der Hörkapsel ausgebildet ist, der dazu benutzt wird, Schall, der von der Rückseite der elektroakustischen Wandlereinheit abgestrahlt wird, zu der Außenseite durchzulassen, und in der ein wasserabstoßendes Element innerhalb des Kanals vorgesehen ist, so daß selbst dann, wenn die Hörkapsel in Wasser eingetaucht wird, die ursprüngliche akustische Charakteristik der Hörkapsel schnell wiederhergestellt werden kann, nachdem diese aus dem Wasser herausgenommen worden ist. Desweiteren besteht die Aufgabe für die vorliegende Erfindung darin, eine Hörkapsel einer einfachen Konstruktion zu schaffen, in welcher die niedrigste Resonanzfrequenz bei einer niedrigen Frequenz festgelegt werden kann und welche für einen Allwetterkopf­ hörer für den Außenbetrieb verwendet werden kann.

Die genannten Aufgaben werden durch eine Hörkapsel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gelöst, die erfindungsgemäß durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ange­ gebenen Merkmale gekennzeichnet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet.

Die genannten Aufgaben und Vorteile der Hörkapsel gemäß der vorliegenden Erfindung werden aus der im folgenden im einzelnen anhand mehrerer Figuren gege­ benen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ersichtlich, wobei in den Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente und Teile bezeichnen.

Fig. 1 zeigt die Ansicht eines Zusammenbaus, die die Erfin­ dung in Anwendung auf ein Stereokopfhörersystem ver­ anschaulicht.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht, die ein Aus­ führungsbeispiel für eine Hörkapsel gemäß der vor­ liegenden Erfindung veranschaulicht.

Fig. 3 zeigt eine akustische Ersatzschaltung der Anordnung gemäß Fig. 2.

Fig. 4 bis Fig. 7 zeigen jeweils Frequenzgang-Diagramme, die zur Erläuterung des Wesens der vorliegenden Erfindung dienen.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Hörkapsel gemäß der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren beschrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt, können Hörkapseln gemäß der vorlie­ genden Erfindung beispielsweise dazu verwendet werden, einen Stereokopfhörer zu bilden.

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht, die den Hauptkörper einer derartigen Hörkapsel zeigt.

Anhand von Fig. 2 wird nun die Hörkapsel an sich beschrie­ ben. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine elektro­ akustische Wandlereinheit 1 in einem Gehäuse 2 einer im wesentlichen stumpfkegeligen Form untergebracht und an die­ sem befestigt. Innerhalb dieses Gehäuses 2 ist auf der Rückseite dieser elektroakustischen Wandlereinheit 1 ein vorbestimmter rückseitiger Hohlraum 8 ausgebildet. Ein Kanal 7, der akustisch mit dem rückseitigen Hohlraum 8 gekoppelt ist und eine Öffnung 7a aufweist, ist in einem Stück mit dem Gehäuse 2 ausgebildet. Die Öffnung 7a des Kanals 7 ist mit einer Kappe 9 abgedeckt, die ein Gittergewebeteil enthält, welches beispielsweise Y-förmig ist. Das Y-förmige Gitter­ gewebeteil versieht die Kappe 9 mit einer Öffnung in Form eines Durchgangslochs 9a (vergl. Fig. 1).

Auf der Innenseite der Kappe 9, die die Öffnung 7a des Ka­ nals 7 abdeckt, ist ein Gittergewebe 10 aus rostfreiem Stahl mit 100 bis 200 Maschen je Zoll vorgesehen, das relativ gute Belüftungseigenschaften hat und einer wasserabstoßenden Be­ handlung, beispielsweise einer Behandlung mit Fluorin oder Silikon ausgesetzt worden ist. Es ist auch möglich, ein derartiges Gittergewebe 10 innerhalb des Kanals 7 anzuord­ nen. Desweiteren sind durch das Gehäuse 2 in dessen Ab­ schnitt, der mit dem äußeren Umfang des rückseitigen Hohl­ raums 8 korrespondiert, eine große Anzahl von Durchgangslö­ chern 4 ausgebildet, die dazu dienen, zwischen der Innen­ seite und der Außenseite des Gehäuses 2 eine Verbindung herzustellen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist auf der Innenseite der Durchgangslöcher 4, die durch das Gehäuse 2 ausgebildet sind, ein Dämpfungsfilter 11 vorgesehen, das beispielsweise aus einem wasserabstoßenden Nylon-Gewebe und einem Material, in welches ein Urethan-Kunstharz als ein Dämpfungsmaterial polymerisiert ist, hergestellt ist.

Desweiteren ist an der Vorderseite der elektroakustischen Wandlereinheit 1 ein Gitter 12 vorgesehen, das aus einer Metallplatte hergestellt ist, welche eine große Anzahl von Öffnungen hat, durch welche der Schall, der von der Membran der elektroakustischen Wandlereinheit abgestrahlt wird, durchgelassen wird. An der Vorderseite dieses Gitters 12 sind eine wasserabstoßende Urethan-Kunstharzschicht 13, welche als ein Dämpfungsmaterial benutzt wird, und ein Git­ tergewebe 14 aufgebracht. In Fig. 2 bezeichnet das Bezugs­ zeichen 5 einen Schnurhalter und das Bezugszeichen 6 eine Schnur, die durch den Schnurhalter 5 gehalten wird. Zur Benutzung wird das Gehäuse 2 der Hörkapsel in die Ohrmuschel eingesetzt.

Fig. 3 zeigt die akustische Ersatzschaltung der Hörkapsel eines derartigen Aufbaus, die sich ergibt, wenn diese Hör­ kapsel in die Ohrmuschel eingesetzt ist. In Fig. 3 bezeich­ nen die Bezugszeichen Md, Cmd u. Rd eine äquivalente Masse, eine reziproke Steifigkeit und einen akustischen Widerstand des Schwingungssystems bzw. der elektroakustischen Wandler­ einheit 1. Das Bezugszeichen Ra bezeichnet einen akustischen Widerstand, der durch die Öffnungen oder dergl. gebildet ist, welche in dem äußeren Umfang der akustischen Wandler­ einheit 1 ausgebildet sind. Im vorliegenden Falle ist der akustische Widerstand Ra im wesentlichen zu Ra = 0 gegeben. Das Bezugszeichen Vs bezeichnet eine Signalquelle. Die Be­ zugszeichen Mcup, Ccup u. Rcup, die jeweils von einem Kreis G umgeben sind, bezeichnen eine äquivalente Masse, eine reziproke Steifigkeit und einen akustischen Widerstand eines Kopplers, der benutzt wird, wenn die Hörkapsel vermessen wird. Desweiteren bezeichnet das Bezugszeichen Cb eine re­ ziproke Steifigkeit, die durch den hinteren Hohlraum gebil­ det wird, wenn das Gehäuse 2 mit einer stumpfkegeligen Form ausgebildet ist. Das Bezugszeichen Rb bezeichnet einen aku­ stischen Widerstand, der durch die Urethan-Kunstharzschicht 13 gegeben ist, welche als Dämpfungsschicht benutzt wird. Die Bezugszeichen Ld u. R′d bezeichnen eine Induktanz (Mas­ se) bzw. einen akustischen Widerstand, der durch den Kanal 7 gegeben ist. Im vorliegenden Falle ist der akustische Wi­ derstand R′d sehr klein. Dementsprechend wird der Dämp­ fungskreis auf der Rückseite der Membran der Hörkapsel zu einem Parallelresonanzkreis, der aus dem akustischen Wider­ stand Ld, der reziproken Steifigkeit Cb und dem akustischen Widerstand Rb gebildet ist. Dieser Kreis ist dem Reihenre­ sonanzkreis zugeschaltet, der aus der äquivalenten Masse Md, der reziproken Steifigkeit Cmd und dem akustischen Wider­ stand Rd gebildet ist. Dementsprechend wird, wie in Fig. 4 gezeigt, die niedrigste Resonanzfrequenz des akustischen Kreises der Hörkapsel insgesamt durch die Induktanz (Masse) Ld des Kanals 7 erniedrigt, um so zu einer Frequenz f₀, zu werden, die niedriger als die niedrigste Resonanzfrequenz f₀ der akustischen Wandlereinheit 1 selbst ist. In ähnlicher Weise wird wie in Fig. 4 gezeigt, wenn der akustische Wider­ stand Rb, der parallel zu dem akustischen Widerstand Ld liegt, klein gemacht wird, die Frequenz f₀ hoch, wohingegen dann, wenn der akustische Widerstand Rb groß gemacht wird, der mittlere Frequenzbereich niedrig wird. Demzufolge ist es notwendig, den akustischen Widerstand Rb so auszuwählen, daß er einen genau passenden Wert relativ zu dem akustischen Widerstand Ld hat.

Mit Rücksicht auf den hohen Frequenzbereich kann, wenn der akustische Widerstand Rb groß gemacht wird, der Pegel in einem hohen Frequenzbereich, der notwendig für die Wieder­ gabe durch die Hörkapsel ist, im Hinblick auf die Gehöremp­ findung erhöht werden.

Aus den zuvor beschriebenen Ergebnissen wird klar, daß es möglich ist, wenn die Länge des Kanals 7 und/oder des Ele­ ments 11, das aus Urethan-Kunstharz als Dämpfungsmaterial hergestellt ist, variiert werden, das akustische Verhalten optimal einzustellen.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, das vergleichend Ergebnisse von Messungen des Frequenzgangs a einer Hörkapsel nach dem Stand der Technik und des Frequenzgangs b der Hörkapsel, die einen Kanal von 2 mm (Durchmesser) ×6 mm (Länge) gemäß der vor­ liegenden Erfindung hat, darstellt. Aus diesem Diagramm gemäß Fig. 5 ist ersichtlich, daß die niedrigste Resonanz­ frequenz f₀ von 220 Hz auf 160 Hz herabgesetzt ist, und es ist ersichtlich, daß der Pegel in dem hohen Frequenzbereich von nahe 2 bis 6 kHz, der für eine Kopfhörerwiedergabe not­ wendig ist, erhöht ist. In diesem Fall weist die elektroa­ kustische Wandlereinheit 1 einen Durchmesser von 16 mm auf.

Desweiteren wurde die Hörkapsel in Wasser eingetaucht, bei­ spielsweise 15 cm tief für 1 Minute. Anschließend wurde das Wasser in der Hörkapsel mittels eines Tuches ausgewischt, und es wurde dann die akustische Charakteristik derselben gemessen. Die gemessenen Ergebnisse sind in dem Diagramm gemäß Fig. 6 gezeigt. Wie aus dem Diagramm gemäß Fig. 6 ersichtlich ist, wird der ursprüngliche Frequenzgang der Hörkapsel nach ungefähr 5 bis 10 Minuten folgend auf das Herausnehmen aus dem Wasser wiedergewonnen. In dem Diagramm gemäß Fig. 6 gibt eine Kurve b die akustische Charakteristik an, die vorlag, bevor die Hörkapsel in Wasser eingetaucht wurde, eine Kurve c gibt die akustische Charakteristik an, die vorlag, nachdem das Wasser in der Hörkapsel mittels eines Tuches ausgewischt wurde, eine Kurve d gibt die aku­ stische Charakteristik an, die 5 Minuten, nachdem das Wasser aus der Hörkapsel ausgewischt wurde, gegeben war, und eine Kurve e gibt die akustische Charakteristik an, die 10 Minu­ ten, nachdem das Wasser aus der Hörkapsel ausgewischt wurde, gegeben war.

Desweiteren wurde die Hörkapsel gemäß der vorliegenden Er­ findung in ein Ohrmodell eingesetzt und für 30 Sekunden einer Beregnung ausgesetzt. Dann wurde das Wasser in der Hörkapsel mittels des Tuches ausgewischt, und es wurde deren akustische Charakteristik gemessen. Die gemessenen Ergebnisse sind einem Diagramm gemäß Fig. 7 gezeigt. Wie Fig. 7 zeigt, wurde die akustische Charakteristik der Hörkapsel im we­ sentlichen nach ungefähr 30 Minuten bis zu einer Stunde vom Zeitpunkt des Auswischens des Wassers an wiederhergestellt. In dem Diagramm gemäß Fig. 7 stellt eine Kurve b die ur­ sprüngliche akustische Charakteristik und die akustische Charakteristik, die nach einer Stunde gegeben war, dar, eine Kurve f zeigt die Charakteristik, die gegeben war, nachdem das Wasser in der Hörkapsel mittels eines Tuches ausgewischt wurde, eine Kurve g die akustische Charakteristik, die nach 10 Minuten gegeben war, nachdem das Wasser aus der Hörkapsel ausgewischt wurde, und eine Kurve b die akustische Charak­ teristik, die nach 30 Minuten gegeben war, nachdem das Was­ ser in der Hörkapsel mittels des Tuches ausgewischt wurde.

Wie zuvor ausgeführt, ergibt sich bei der Hörkapsel gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Öffnung 7a des Kanals 7, das Dämpfungsfilter 11, die Urethan-Kunstharzschicht 13, die in dem vorderen Teil des Gitters 12 angeordnet ist, und das Gittergewebe 14 einer wasserabstoßenden Behandlung ausge­ setzt wurden, ein Vorteil dahingehend, daß wenn die Hörkapsel gemäß der vorliegenden Erfindung in Wasser eingetaucht wird, deren ursprüngliche akustische Charakteristik schnell wiederhergestellt wird.

Wie zuvor beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfin­ dung, da der Kanal 7 in Verbindung mit dem Gehäuse 2 vorge­ sehen ist, um durch diesen den Schall durchtreten zu lassen, der von der hinteren Seite der elektroakustischen Wandler­ einheit 1 abgestrahlt wird, die niedrigste Resonanzfrequenz der akustischen Ersatzschaltung insgesamt um die Induktanz (Masse) des Kanals auf eine Frequenz erniedrigt, die nie­ driger als die niedrigste Resonanzfrequenz der elektroaku­ stischen Wandlereinheit 1 selbst ist, während im Hinblick auf den hohen Frequenzbereich der Pegel in dem hohen Fre­ quenzbereich durch die Resonanz der reziproken Steifigkeit durch den rückseitigen Hohlraum 8 und die äquivalente Masse des Schwingungssystems erhöht wird, so daß sowohl der Fre­ quenzgang in dem niedrigen Frequenzbereich als auch der Frequenzgang in dem hohen Frequenzbereich verbessert werden können.

Desweiteren kann, da der Kanal 7 und dergl. einer wasserab­ stoßenden Behandlung ausgesetzt wurden, das Wasser daran gehindert werden, in den Kanal 7 und dergl. einzudringen, so daß selbst dann, wenn diese Hörkapsel in Wasser eingetaucht wird, die ursprüngliche akustische Charakteristik der Hör­ kapsel schnell wiederhergestellt wird.

Die zuvor gegebene Beschreibung bezieht sich auf ein bevor­ zugtes Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung. Es ist ersichtlich, daß zahlreiche Modifikationen und Variati­ onen durch den Fachmann ausgeführt werden können, ohne daß dazu der allgemeine Erfindungsgedanke oder der Schutzumfang, wie er durch die Ansprüche bestimmt ist, verlassen werden müßte.

Claims (5)

1. Hörkapsel mit

• - einem Gehäuse (2),
• - einer elektroakustischen Wandlereinheit (1) innerhalb des Gehäuses (2),
• - einem rückseitigen Hohlraum (8), der zwischen einem rückseitigen Abschnitt der elektroakustischen Wandlereinheit (I) und dem Gehäuse (2) ausgebildet ist und
• - einem Kanal (7) mit einer Öffnung (7a), durch welche Öffnung (7a) der rückseitige Hohlraum (8) und die Außenseite des Gehäuses (2) miteinander in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (7) in einem Stück mit dem Gehäuse (2) ausgebildet ist und mit einem Gittergewebe (10) versehen ist, das einer Behandlung ausgesetzt worden ist, um es wasserabstoßend zu machen.

2. Hörkapsel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (7a) des Kanals (7) mit einer Kappe (9) abgeschlossen ist, die ein Durchgangsloch (9a) aufweist.

3. Hörkapsel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gittergewebe (10), welches der Behandlung ausgesetzt worden ist, um es wasserabstoßend zu machen, in der Kappe (9) untergebracht ist.

4. Hörkapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gittergewebe (10) 100 bis 200 Maschen aufweist.

5. Hörkapsel nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Gehäuse (2) Durchgangslöcher (4) ausgebildet sind, in denen Dämpfungsfilter (11) aus einem wasserabstoßenden Material ausgebildet sind.