DE69108090T2 - Hörgerätschallwandler mit doppeltem Schallaustrittrohr. - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Ein Hörgerät nutzt üblicherweise die Grundbestandteile, die in der Einrichtung 10 in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellt sind. Ein Mikrofon 11 fühlt Umgebungsschall 12 und entwickelt ein elektrisches Signal, das repräsentativ für diesen Schall ist. Das elektrische Signal wird in einem Verstärker 13 verstärkt und dann benutzt, um eine Schallwiedergabeeinrichtung bzw. einen Schallwandler 14 anzusteuern, der häufig als Empfänger bezeichnet wird. Der Empfänger 14 kann mit dem Gehörgang 15 des Benutzers des Hörgerätes über ein Schallübertragungsrohr (17) gekoppelt sein, welches ein Schallsignal 16 an die hörbehinderte Person sendet, welche das Gerät 10 benutzt. Die gesamte Einrichtung 10 einschließlich von in Fig. 1 nicht gezeigten Bestandteilen (z.B. ein Ein/Aus-Schalter, eine Batterie, ein Lautstärkeregler usw.) ist oft klein genug, um in das Ohr des Benutzers zu passen, obwohl auch andere Kompaktanordnungen existieren und verwendet werden.
• Die Hörverluste eines großen Teils der hörbehinderten Menschen liegen hauptsächlich am höherfrequenten Ende des Hörfrequenzspektrums. Diese Menschen haben häufig ein normales oder nahezu normales Gehör für niedrigere und mittlere Frequenzen. Daher sind Hörgeräte tendenziell so konstruiert, daß sie die Verstärkung der höheren Tonfrequenzen anheben. Am unteren Ende des Hörfrequenzspektrums werden sie, wenn überhaupt, nur wenig Verstärkung liefern.
• Ein beliebter Weg besteht darin, für einen Luftdurchlaß oder Kanal zu sorgen, der durch das Ohrpaßstück oder das Hörgerät selbst führt, falls es sich um ein Im-Ohr-Gerät handelt.
• Dieser Kanal ist so zu bemessen, daß niedrigfrequente Töne direkt ohne Verstärkung in das Ohr eintreten können, während hochfrequente Töne, die verstärkt werden, durch frequenzdiskriminierende Charakteristiken dieses Kanals innerhalb des Ohrs zurückgehalten werden. Diese Wirkungen können durch die Konstruktion des Verstärkers 13 und des Mikrofons 11 verstärkt werden. Es werden speziell zu diesem Zweck konstruierte Mikrofone hergestellt, die am meisten empfindlich bei höheren Frequenzen sind; vgl. die Kurve A in Fig. 2. Wie in der US-A-4 450 930 beschrieben ist, kann eine Bandpaß-Frequenzcharakteristik insbesondere zur Verwendung in Hörgeräten durch ein Mikrofon erhalten werden, das folgendes aufweist: ein Gehäuse, eine im Gehäuse angeordnete Membran zur Bildung zweier getrennter Schallhohlräume im Gehäuse; eine erste Durchlaßeinrichtung im Gehäuse zum Koppeln äußeren Schalles mit dem ersten Hohlraum; ein auf Schalldruck ansprechendes Element, das so angeordnet ist, daß es eine akustische Kammer im zweiten Schallhohlraum bildet und einen Federungswiderstand für Schall darstellt, der durch eine zweite Durchlaßeinrichtung zur Kammer gekoppelt wird; und einen gemeinsamen Schallkanal, der mit der ersten und der zweiten Durchlaßeinrichtung gekoppelt ist, um äußeren Schall zum ersten Hohlraum und zur akustischen Kammer zu koppeln, wobei der Schallkanal ausgewählte Dimensionen hat, um dem hindurchgehenden Schall einen Wirkwiderstand und eine Inertanz entgegenzusetzen, und wobei das auf Schalldruck ansprechende Element einen Federungswiderstand und eine Inertanz vorsieht, wodurch ein gewählter Druckausgleich in dem zweiten Hohlraum erhalten wird, um die Verstärkung von Tönen bei den niedrigeren Frequenzen zu begrenzen und gleichzeitig das Mikrofon zu befähigen, Schall bei den höheren Frequenzen anzuheben.
• Historisch sind, wenn überhaupt, nur wenig Mittel gefunden worden, um die Frequenzcharakteristiken des Empfängers (Ohrhörers) selbst zur Unterstützung dieser Frequenzselektivität zu nutzen. Es sind ältere und größere Ausführungsformen von Empfängern hergestellt und verkauft worden, welche die Methode nachahmen, die benutzt wird, um die Frequenzcharakteristik in Mikrofonen des in den Kurven B und C der Fig. 2 gezeigten Typs zu erhalten. Dies kann in einem Mikrofon dadurch geschehen, daß man einen Luftkanal oder ein Rohr vorsieht, das von einer Seite der Membran zur anderen führt und somit einen Druckausgleich bei niedrigen Frequenzen erlaubt. Bei den modernen, mehr miniaturisierten Empfängern gibt es verschiedene Schwierigkeiten mit dieser Lösung; ein Hauptproblem besteht darin, genügend Platz für einen akustisch ausreichenden Druckausgleichsweg zu finden. Außerdem tritt bei dieser Lösung ein beträchtlicher Verlust an Empfindlichkeit ein, wahrscheinlich wegen der Art und Weise, wie ein Empfänger mit dem Ohrhohlraum gekoppelt ist.
• Obwohl es in der Sache keinen Konsens gibt, nimmt eine Denkrichtung an, daß für hohe Frequenzen ein Durchlaßbereich von etwa einer Oktave vorteilhaft ist, beginnend etwa bei 3000 Hz (2500 bis 3500 Hz).
• Ein herkömmlicher Hörgeräte-Empfänger besteht aus einem elektromagnetischen Antriebsmechanismus, der eine Membran bewegt. Die von dieser Membran auf der einen Seite bewegte Luft wird durch ein Rohr in den Gehörgang geleitet, was den erwünschten Schall verursacht. Die auf der anderen Seite verschobene Luft wird gewöhnlich in dem durch das Empfängergehäuse umschlossenen Volumen zusammengedrückt. Wenn dieser Mechanismus mit einem verschlossenen (ungelüfteten) Gehörgang oder mit einer Testkammer verbunden ist, gewöhnlich als Koppler bezeichnet, liefert er eine Frequenzcharakteristik des mit der Kurve W in Fig. 3 gezeigten Typs. Die Hauptbestandteile, welche die Frequenz der ersten Resonanzspitze 21 einstellen, sind das mechanische System des Antriebs und des Kanals oder Rohrs, welches den Schall von der Membran in das Ohr leitet (Empfänger 14 und Rohr 17 in Fig. 1). Der zweite Resonanzpunkt 22 der Kurve W wird durch das notwendige Volumen der Luft innerhalb des Empfängers eingestellt, welches den Schall von der Membran weg sammelt, ferner durch den Kanal oder das Rohr, welches diesen Schall zum Gehörgang leitet, und durch den restlichen Teil des Gehörgangs.
Zusammenfassung der Erfindung
• Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen und verbesserten Hörgeräte-Empfängerwandler vorzusehen, der in einer besonders wirksamen Weise ohne Verlust an Empfindlichkeit eine erwünschte Bandpaßkennlinie für hohe Frequenzen liefert (in anderen Worten: ein Bandpaß mit einer Mittenfrequenz im oberen Teil des Hörfrequenzbereichs).
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen neuen und verbesserten Hörgeräte-Empfängerwandler zu schaffen, der den höheren Teil des für Hörverständlichkeit benötigten Tonfrequenzspektrums anhebt, und zwar ohne wesentliche Kostensteigerung und mit nur wenig oder überhaupt keinem Verlust an Zuverlässigkeit, Lebensdauer oder Miniaturisierung.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese Aufgaben durch einen Empfängerwandlers gelöst, wie er im Patentanspruch 1 beschrieben ist. Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2-7 beschrieben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der Hauptbestandteile eines Hörgerätes und veranschaulicht den Stand der Technik, sowie den Hintergrund der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 2 zeigt Mikrofon-Betriebskennlinien;
• Fig. 3 zeigt Empfängerwandler-Betriebskennlinien;
• Fig. 4 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Längsschnitt durch einen Hörgeräte-Empfängerwandler, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, und
• Fig. 5 ist eine Detaildarstellung einer anderen Form der Schmutzsperre für den Hörgeräte-Empfänger.
• Eine herkömmliche Maßnahme zur Erzielung einer erweiterten Ansprache auf hohe Frequenzen in einem Hörgeräte-Empfängerwandler wie etwa dem oben erwähnten Empfänger 14 bestände darin, die Frequenz des ersten Resonanzpunktes 21 in Fig. 3 zur Mitte eines Durchlaßbereichs von etwa 3,3 bis 5,5 Kilohertz zu erhöhen. Ein solches Bemühen führt zu einer Betriebskennlinie ähnlich der Kurve X in Fig. 3 mit einer scharfen Resonanz 23, einer etwas verschobenen zweiten Resonanz 24 und einem relativ schmalen Durchlaßband. Eine Hinzufügung akustischer Dämpfung zur Verbreiterung dieses Durchlaßbandes vermindert die Empfindlichkeit des Wandlers. Die Kurve X in Fig. 3 veranschaulicht den Effekt des Erhöhens der Resonanzfrequenz beim kleinsten verfügbaren Hörgeräte- Empfänger, der bereits die höchste Resonanzfrequenz derzeit verfügbarer kommerzieller Einrichtungen hat. Ein Dämpfen dieser Resonanz würde einen großen Verlust an Empfindlichkeit und eine nur wenig signifikante Verbesserung des Unterschiedes zwischen der Empfindlichkeit gegenüber hohen Frequenzen und der Empfindlichkeit gegenüber niedrigen Frequenzen bedeuten.
• Viel von der der gewünschten Hochfrequenzanhebung kann jedoch ohne Verlust an Empfindlichkeit erreicht werden, indem man einen zweiten Kanal oder ein zweites Rohr hinzufügt, das aus dem Luftvolumen auf der zweiten Seite der Empfängermembran zum Gehörgang des Benutzers des Hörgerätes führt. Dies ist durch die Kurve Y in Fig. 3 veranschaulicht.
• Mit zwei koppelnden Rohren, die direkt von gegenüberliegenden Seiten einer Membran eines Höhrgeräteempfängers zum Gehörgang des Benutzers führen, wie es nachstehend beschrieben wird, werden mehrere Vorteile erzielt. Erstens ergibt sich eine auslöschende Wirkung bei den niedrigeren Frequenzen. Das heißt, während eine Seite der Empfängermembran einen positiven Druck im Gehörgang schafft, verursacht die andere Seite derselben Membran einen negativen Druck im Gehörgang des Benutzers. Dies vermindert wesentlich den im Gehörgang erzeugten Niedrigfrequenz-Schalldruck.
• Zweitens kann durch Justierung der Abmessungen des zweiten Rohrs vom Empfänger zum Gehörgang des Benutzers eine dritte Resonanz eingeführt werden, wie sie am Punkt 25 der Kurve Y in Fig. 3 gezeigt ist, wodurch das Durchlaßband des Empfängers wirksam verbreitert wird, falls die Frequenz dieser Resonanz etwas niedriger liegt als diejenige der Resonanz 23. Somit ergeben die Resonanzen 23-25 eine Bandpaßfilterwirkung, die der gewünschten Wirkung angenähert ist; das Durchlaßband bei der neuen Herangehensweise ist, wie die Kurve Y in Fig. 3 zeigt, wesentlich breiter als bei dem herkömmlicheren System mit der Kurve X.
• Drittens bewirken mechanische Justierungen im magnetischen Antriebs des Empfängers zur Erzielung der gewünschten höheren Resonanzfrequenz, daß er eine höhere mechanische Impedanz hat, und zwar in einem solchen Ausmaß, daß sich durch die Wechselwirkung mit den akustischen Parametern der beiden akustischen Kanäle keine wesentliche Beeinträchtigung ergibt. Wegen der Phasenumkehr, die in der betreffenden Komponente des Signals bei der Resonanz 25 auftritt, sind die Resonanzverstärkungen im Bereich zwischen den Resonanzen 25 und 24 additiv und erhöhen somit durch gegenseitige Verstärkung die Empfindlichkeit in diesem Bereich. Eine ähnliche Wechselwirkung findet zwischen den Resonanzen 24 und 23 statt.
• Die Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines Empfängerwandlers 30, der eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß konstruierten Hörgeräte-Empfängers bildet. Der Wandler 30 hat ein Gehäuse 29, in dessen einer Wand 32 sich zwei Auslaßöffnungen 31 und 32 befinden. Der Empfänger 30 ist in einem Hauptgehäuse eines Hörgerätes oder eines Ohrpaßstückes montiert, von welchem in Fig. 4 nur eine Wand 63 zu sehen is. Eine Membran 34 erstreckt sich quer durch das Innere des Gehäuses 29 und teilt es in eine erste akustische Kammer 41 und eine größere zweite akustische Kammer 42. In der Kammer 42 im Gehäuse 29 ist ein elektromagnetischer Antriebsmotor 44 montiert, dessen Anker 43 mit der Membran 34 durch einen Antriebsstift 44 verbunden ist. Der Motor 40 kann eine Spule 45, Permanentmagnete 46 und ein Joch 47 enthalten. Elektrische Anschlüsse 48 bilden eine Einrichtung, um an die Spule 45 Ansteuersignale von einem Hörgeräte-Verstärker anzulegen, siehe den Verstärker 13 in Fig. 1. Die erste Auslaßöffnung 31 ist mit einem kurzen Rohr 51 verbunden, das wirklich ein Teil des Gehäuses 29 ist; ein ähnliches kurzes Auslaßrohr 52 dient als der andere Anschluß 32. Zwei längere Leitungen, die langgestreckten Schallübertragungsrohre 61 und 62, führen von den Gehäuserohren 51 bzw. 52 durch die Schallauslaßwand 63 des Hörgeräte-Hauptgehäuses in den Gehörgang 64 des Benutzers des Hörgerätes. Die dargestellten mechanischen Kopplungen für die Rohre 61 und 62, insbesondere die kurzen Rohre 51 und 52, sind nur als Beispiel anzusehen, es können auch andere Anordnungen verwendet werden.
• Innerhalb des Empfängergehäuses 29 befindet sich zwischen der zweiten Auslaßöffnung 32 und der Kammer 42 eine Schmutzsperre 65. Diese Schmutzsperre kann von praktisch jeder beliebigen Konstruktion sein, solange sie akustisch transparent ist, aber verhindert, daß Verunreinigungen den Motor 40 in der Kammer 42 erreichen. So kann die Schmutzsperre 65 eine sehr dünne Membran aus Kunststoff-Film sein, z.B. aus einem Polyurethanfilm mit einer Dicke von ungefähr 0,0005 Zoll. Die Sperre 65 kann auch ein Gitter oder Sieb aus Kunststoff oder kororionsbeständigem Metall sein, das kleine Öffnungen aufweist, um so einen ausreichenden Schutz für den Motor 40 gegenüber die meisten festen Schmutzstoffen wie insbesondere Ohrenschmalz zu bringen, ohne die akustische Qualität zu stören. Die Schmutzsperre kann auch aus einer Reihe von Barrieren 68 bestehen, die einen freien aber gewundenen Weg zwischen der Öffnung 32 und der Kammer 42 lassen, um Fremdstoffe zurückzuhalten und gleichzeitig einen ungehinderten Durchgang akustischer Wellen erlauben, vgl. Fig. 5.
• Im Betrieb veranlassen elektrische Signale, die der Spule 45 des Motors 40 angelegt werden, den Motor zu Antreiben der Membran 34. Dies führt zur Hinein- und Herausbewegung der Luft in der Kammer 41, durch die Öffnung 31 und die Rohre 51 und 61 in den Gehörgang 64. Die Luft in der zweiten Kammer 42 im Gehäuse 29 reagiert ebenfalls auf den Betrieb der Membran 34; sie bewegt sich bei niedrigen Frequenzen aus der Kammer durch die Schmutzsperre 65, die Öffnung 32 und die Rohre 52 und 62 in den Gehörgang 64, weil der Druck in der Kammer 41 zunimmt, wenn der Druck in der Kammer 62 abnimmt, und umgekehrt. Da auf gegenüberliegenden Seiten der Membran gleiche Mengen an Luft verschoben werden, tendieren bei niedrigen Frequenzen die beiden Ausgangssignale, die durch die Rohre 61 und 62 in den Gehörgang laufen, zur gegenseitigen Auslöschung. Dies ist der Grund dafür, daß bei niedrigen Frequenzen in der Kurve Y nach Fig. 3 praktisch keine Verstärkung stattfindet.
• Bei höheren Frequenzen jedoch ist der Betrieb des mit zwei Auslässen versehenen Empfängerwandlers 30 ganz anders. Wenn sich die Schallfrequenz über die akustische Resonanzfrequenz des zweiten Auslasses für den Empfänger 30 erhöht, genauer gesagt des durch die Kammer 42, die Öffnung 32 und deren Auslaßrohr 52 und das Schallübertragungsrohr 62 gebildeten Systems, findet eine Phasenverschiebung von 180 in der diesen Teil des Gerätes durchlaufenden Schallenergie statt. Infolgedessen ergibt sich eine additive Wirkung der aus den beiden Rohren 61 und 62 in den Gehörgang 64 gelangenden Schallausgangssignale, statt daß sich diese Signale wie beim niederfrequenten Betrieb gegenseitig auslöschen. Wenn die Resonanzfrequenz der ersten Kammer 41 und ihres Auslasses 31, 51, 61 erreicht wird, findet eine weitere Phasenumkehr statt, und die in den Gehörgang 64 tretenden Ausgangssignale sind wiederum außer Phase. Dies bestimmt das obere Ende des Durchlaßbandes für den Empfänger 30, vgl. Fig. 3. Der bevorzugte Bereich für die erste Resonanzfrequenz (Elemente 31, 41, 51, 61) geht ungefähr von fünf bis sieben kHz. Der bevorzugte Bereich für die zweite Resonanz geht ungefähr von 2,5 bis 3,5 kHz.
• Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, erfordert der wirksame Betrieb des Empfängers 30 zur Erzielung der erwünschten Betriebskennlinie (Kurve Y in Fig. 3), daß die zweite Auslaßöffnung 32 akustisch direkt mit der zweiten Kammer 42 im Empfängergehäuse 29 gekoppelt ist. Jedoch erhöht die Hinzufügung der zweiten Öffnung zum Empfänger die Gefahren für den magnetischen Motor 40, der Teile mit engen mechanischen Toleranzen hat. Wenn es möglich ist, daß Material in die den Motor 40 enthaltende Kammer 42 eindringt, kann es die Bewegung dieser Teile behindern, so daß die Betriebsqualität leidet. Daher ist die Schmutzsperre 65 für einen Langzeitbetrieb vorteilhaft, insbesondere wenn der Motor 40 eine elektromagnetische Einrichtung ist. Für manche anderen Membran-Antriebseinrichtungen, wie etwa piezoelektrische Wandler mag die Sperre weniger wichtig sein.

Claims (7)

1. Empfängerwandler (30) für ein Hörgerät derjenigen Gattung, die ein Hauptgehäuse aufweist, welches in das Ohr des Benutzers des Hörgerätes einsetzbar ist, mit folgenden Bestandteilen:

einem Empfängergehäuse (29), das innerhalb des Hauptgehäuses im Abstand zu einer Schallauslaßwand (63) des Hauptgehäuses angeordnet ist, welche in den Gehörgang (64) eines Benutzers des Hörgerätes weist;

einer Membraneinrichtung (34), die innerhalb des Empfängergehäuses (29) angeordnet ist und das Empfängergehäuse (29) in eine erste (41) und eine zweite (42) akustische Kammer unterteilt;

einem elektromagnetischen Motor (40), der im Empfängergehäuse (29) angeordnet und mechanisch mit der Membran (34) verbunden ist, um die Membran (34) bei Frequenzen innerhalb eines gegebenen Hörbereichs entsprechend einem dem Motor (40) angelegten elektrischen Signal zu bewegen;

einer ersten (31) und einer zweiten (32) Auslaßöffnung als Durchlässe am Empfängergehäuse (29), jeweils eine für jede Kammer (41, 42);

ein erstes (61) und ein zweites (62) langgestrecktes Schallübertragungsrohr, jeweils eines für jede Auslaßöffnung (31, 32), deren jedes (61, 62) unabhängig vom jeweils anderen Rohr (62, 61) die ihm zugeordnete Auslaßöffnung (31, 32) durch die Schallauslaßwand (63) des Hauptgehäuses hindurch mit dem Gehörgang (64) des Benutzers verbindet,

wobei die erste Kammer (41) und das erste Rohr (61) eine erste Resonanzfrequenz nahe dem oberen Ende des Hörbereichs haben und

die zweite Kammer (42) und das zweite Rohr (62) eine zweite Resonanzfrequenz im oberen Teil des Hörbereichs, aber unterhalb der ersten Resonanzfrequenz haben,

so daß das Ausgangssignal des Empfängerwandlers (30) eine Bandpaßcharakteristik mit einer Mittenfrequenz im oberen Teil des Hörbereichs und einer Bandbreite zwischen 1,5 und 4,5 kHz hat, wobei die obere Grenze des Bandes durch die erste Resonanzfrequenz und die untere Grenze des Bandes durch die zweite Resonanzfrequenz bestimmt ist.

2. Wandler (30) nach Anspruch 1, bei welchem der Motor (40) innerhalb der zweiten akustischen Kammer (42) angeordnet ist und der Empfängerwandler (30) ferner eine Schmutzsperre (65) zwischen dem Motor (40) und dem äußeren Ende des zweiten Schallübertragungsrohrs (62) aufweist, welche den Zugang von Verunreinigungen aus dem Gehörgang (64) des Benutzers zum Motor (40) verhindert, ohne die Schalleigenschaften der zweiten Kammer (42) und des zweiten Rohrs (62) wesentlich zu verändern.

3. Wandler (30) nach Anspruch 2, in welchem die Schmutzsperre (65) innerhalb des Empfängergehäuses (29) zwischen dem Motor (40) und der zweiten Auslaßöffnung (32) angeordnet ist.

4. Wandler (30) nach Anspruch 3, bei welchem die Schmutzsperre (65) ein Maschensieb aufweist.

5. Wandler (30) nach Anspruch 3, bei welchem die Schmutzsperre (65) aus einer Reihe von Umlenkplatten (68) besteht.

6. Wandler (30) nach Anspruch 3, in welchem die Schmutzsperre (65) ein dünner, biegsamer, im wesentlichen tontransparenter Film ist.

7. Wandler (30) nach einem der Ansprüche 1-6, worin:

der Gesamt-Hörbereich ungefähr von 100 Hz bis 10 kHz geht,

die erste Resonanzfrequenz im Bereich von 5 bis 7 kHz liegt, und

die zweite Resonanzfrequenz im Bereich von 2,5 bis 3,5 kHz liegt.