[0001] Die Erfindung betrifft einen In-Ear-ANC-Ohrhörer, der zumindest teilweise im äußeren
Gehörgang getragen wird, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1
[0002] Im Stand der Technik gibt es verschiedene Ansätze, dieses Ziel zu erreichen, so wird
auf das
EP 2 856 771 verwiesen, in der gefordert wird, dass die Passage, die den akustischen Treiber und
den Gehörkanal akustisch koppelt, einen offenen Querschnittsbereich von mindestens
10 mm
2 hat, und dass vom Ausgang dieser Passage, Düse genannt, gewisse Impedanzgrenzwerte
bei verschiedenen Frequenzen eingehalten werden. Weiters ist dort offenbart, dass
die Achse des akustischen Treibers mit der Mittenlinie der Passage einen Winkel einschließt,
der größer als 30° ist.
[0003] Weiters wird in der
US 9,082,388 B gefordert, dass der nominale Durchmesser des Wandlers größer als 10 mm ist. Diese
Druckschrift gehört zur selben Patentfamilie, wie die oben genannte, liegt aber Wert
auf einen anderen Schwerpunkt.
[0004] Aus der
EP 1 398 991 ist ein konventioneller ANC-Kopfhörer mit Muscheln, die über den Ohren getragen werden,
bekannt, wobei gefordert wird, dass das Innere Volumen und das Äußere Volumen der
Muschel über einen akustischen Widerstand miteinander in Verbindung stehen, und dass
innerhalb der Muschel, getrennt durch den Treiber und seine Membran ein vorderer Hohlraum,
dem Ohr zugewandt und ein hinterer Hohlraum auf der dem Ohr abgewandten Seite des
Benutzers vorgesehen ist, wobei der vordere Hohlraum ein deutlich größeres Volumen
als der hintere Hohlraum aufweist.
[0005] Aus der
US 7,995,782 ist es bekannt, bei einem In-Ohr-Hörgerät neben dem Mikrofon und seinem akustischen
Kanal einen zweiten Kanal vorzusehen, der bei eingesetztem Hörgerät den Gehörgang
des Ohres mit dem Äußeren (der Umgebung) verbindet, um den sogenannten "Okklusionseffekt"
zu verhindern.
[0006] In-Ear-ANC-Ohrhörer sind, wie schon erwähnt, für verschiedene Fälle auszulegen, insbesondere:
Wenn der Ohrhörer beim Tragen gegenüber dem Gehörgang undicht wird, somit ein Leck
entsteht, erfolgt als Resultat ein Bassabfall bis zur Grenzfrequenz der Lecköffhung.
[0007] Bei der Benutzung durch verschiedene Träger kommt es durch die unterschiedlichen
Geometrien der Ohrkanäle und damit den unterschiedlichen angekoppelten Ohrvolumina
zur unterschiedlichen Belastung des Wandlers, wodurch sich die Grenzfrequenz der Druckkammer
ändert.
[0008] In vielen Fällen wird der Ohrhörer aus dem Ohr genommen, wenn er noch in Betrieb
ist und wird somit im offenen Schallfeld betrieben. Da er für einen solchen Betrieb
nicht ausgelegt ist, sondern für den Betrieb mit geschlossenem Volumen konzipiert
ist, wird der Sekundärstreckenfrequenzgang (entspricht der Übertragungsfunktion zwischen
Lautsprecher und Mikrophon) durch einen starken Bassabfall gekennzeichnet. Nur für
höhere Frequenzen, bei denen die Ohrhöreraussprache anfängt, induktiv zu wirken, nähert
sich die Situation wieder an die der Sekundärstrecke im geschlossenen Volumen.
[0009] Es ist Ziel und Aufgabe der Erfindung diese Probleme passend zu lösen, und einen
In-Ear-ANC-Ohrhörer zu schaffen, bei dem der ANC-Kreis auch bei unterschiedlichen
Tragebedingungen stabil bleibt, wobei auf den geringen zur Verfügung stehenden Platz
äußerste Rücksicht genommen werden muss.
[0010] Erfindungsgemäß geschieht dies durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1
angegebenen Merkmale; mit anderen Worten, der akustische Kanal des Lautsprechers,
unter Umständen auch dieser, und ein akustischer Verbindungskanal (Röhrchen) liegen
im in das Ohr einzuführenden Stöpselteil nebeneinander vor, die vom Ohr abgewandte
Seite des Lautsprechers ist mittels einer Verbindungsöffnung mit der Umgebung verbunden;
der akustische Verbindungskanal führt nicht ins Freie, sondern zu einem Zusatzvolumen,
das im Abstand von der Aussprache bevorzugt in Nähe des Lautsprechers und gegebenenfalls
um ihn herum angeordnet ist. Der Zusatzkanal ist sowohl im Ohrhörer wie auch im Stöpselteil
nebeneinander möglichst schallisoliert voneinander zu führen. Der Stöpselteil hat
dabei die Aufgabe, beide Kanäle möglichst gedichtet mit dem Ohrhörer zu verbinden.
[0011] Durch diese Maßnahmen wird der Einfluss ungleich großer Vorvolumina bei unterschiedlichen
Trägern weitgehend ausgeschaltet oder zumindest merklich reduziert, weil das Zusatzvolumen
diese Unterschiede relativiert. Da das undichte Tragen de facto einer Änderung des
Vorvolumens (Ohrvolumens) gleichkommt, tritt auch hier eine die Auswirkung reduzierende
Tendenz auf. Darüber hinaus ist es vorteilhaft möglich, das ANC-Mikrofon nicht im
Bereich der Aussprache des Ohrhörers (Eartip - Ende) sondern im Zusatzvolumen vorzusehen,
wo ausreichend Platz ist, wodurch die mechanische Robustheit gesteigert wird und es
zu einer Tiefpasscharakteristik kommt, was die Stabilität des Betriebes des ANC-Systems
fördert.
[0012] Man kommt durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen de facto zu einer Linearisierung
der Sekundärstrecke im Hinblick auf die Tragesituation; weiters hat man durch die
erfindungsgemäßen Maßnahmen mit dem zweiten Kanal, dem Verbindungskanal, der darin
vorsehbaren akustischen Reibung und dem Zusatzvolumen eine Stabilisierung für hohe
Frequenzen über etwa 1 kHz geschaffen, da Frequenzanteile über einem kHz in der Sekundärstrecke
im allgemeinen die Stabilität beeinträchtigen, was durch die akustische Tiefpasswirkung
unterdrückt wird.
[0013] Wird wie bei einer marktüblichen Ausformung mit kleinen Volumina vor dem Lautsprecher
die Ohrhöreraussprache blockiert, erhöht sich in dem nunmehr kleineren Vorvolumen
der resultierende Schallpegel und der Wirkungsbereich der entstehenden Druckkammer
nach oben hin. Dieser Zustand führt im Falle eines ANC Systems in der Regel zu Instabilitäten,
die sich durch akustisches Übersteuern äußern. In einer Ausgestaltung der Erfindung
kann zur Sicherheit gegen mutwilliges Blockieren der Ohrhöreraussprache das zweite
Röhrchen so ausgelegt werden, dass bei einer solchen Blockierung der Feedbackkreis
unterbrochen wird, sodass auch in diesem Extremfall keine Instabilität auftritt.
[0014] Die Erfindung wird im Folgenden Anhand der Zeichnung näher erläutert, dabei zeigt
die Fig. 1, rein schematisch einen erfindungsgemäßen In-Ear-ANC-Ohrhörer im Schnitt,
die Fig. 2 Beispiele der Frequenzgangänderung mit bzw. ohne erfindungsgemäßes Zusatzvolumen,
die Fig. 3 die Darstellung gemäß Fig. 2 zusätzlich mit dem Mikrofon im Zusatzvolumen
positioniert,
die Fig. 4 ein Ersatzschaltbild und
die Fig. 5 den Frequenzgang für verschiedene Situationen zum Vergleich.
[0015] Die
Fig. 1 stellt, rein schematisch, einen erfindungsgemäßen In-Ear-Hörer, im Folgenden oft
nur Hörer genannt, dar. Dabei ist ein Lautsprecher 1 im Außenteil des Hörers mittels
eines Vorvolumens 2 und einem Lausprecherkanal 10, großteils im Stöpselteil liegend,
akustisch mit dem Eartip 5 verbunden. An seiner Rückseite ist er über eine Entlüftung
4 mit der Umgebung verbunden. Ein Röhrchen 7 verbindet erfindungsgemäß im Tipbereich
6 das Vorvolumen 2 zusammen mit dem Lautsprecherkanal 10 mit einem Zusatzvolumen 3,
das einen merklichen bis großen Teil des Hörers einnimmt. Damit ist das Vorvolumen
gegenüber dem Stand der Technik deutlich vergrößert, was zu den eingangs angeführten
erfindungsgemäßen Vorteilen führt. Als bestimmungsgemäße Orientierung wird ein waagrechter
Verlauf des Röhrchens angenommen, der in Fig. 1 links außen strichliert dargestellte
Teil weist nach unten. In Fig. 1 nicht dargestellt ist das Ohrvolumen des Benutzers,
entsprechend dem Ankoppelvolumen 12 Fig. 2 und 4).
[0016] Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Röhrchen 7 gegenüber dem Kanal vom Lautsprecher
möglichst schallisoliert ist.
[0017] Üblicherweise ist im Stand der Technik das Mikrofon 11 des ANC Kreises im Bereich
des Eartips 5 in einem Tipbereich 6 oder im Standard-Vorvolumen 2 angeordnet. In einer
Ausgestaltung der Erfindung wird nun dieses Mikrofon 11 im Zusatzvolumen 3 im Innenbereich
8 angeordnet, was zu überraschend günstigen Ergebnissen führt.
[0018] Dazu wird auf die
Fig. 2 verwiesen, die die Sekundärstreckenänderungen bei einem Hörer entsprechend der Fig.
1 mit dem Mikrophon 11 schematisch an der Position Tipbereich 6 entsprechend dem Stand
der Technik im Bereich des Eartips 5 darstellt. Hierbei tritt der sich ergebende Helmholtz-Resonator,
welcher sich durch Röhrchen 7 mit Zusatzvolumen 3 ergibt, bei den dünnen Kennlinien
im Bereich 400-1000Hz in Erscheinung.
[0019] Dabei zeigt (zur Vereinfachung stehen die Bezugszeichen für den Begriff):
Die durchgängige Linie, fett: ein kleines Vorvolumen 2, ohne Ankoppelvolumen 12 (blockiert),
Die durchgängige Linie, dünn: ein großes Vorvolumen 2+3, ohne Ankoppelvolumen 12 (blockiert),
Die strichlierte Linie, fett: ein kleines Vorvolumen 2 an einem kleinen Ankoppelvolumen
12 (1cm3),
Die strichlierte Linie, dünn: ein großes Vorvolumen 2+3 an einem kleinen Ankoppelvolumen
12 (1cm3),
Die punktierte Linie, fett: ein kleines Vorvolumen 2 an einem mittleren Ankoppelvolumen
12 (2cm3),
Die punktierte Linie, dünn: ein großes Vorvolumen 2+3 an einem mittleren Ankoppelvolumen
12 (2cm3),
Die strich-punktierte Linie, fett: ein kleines Vorvolumen 2 an einem großen Ankoppelvolumen
12 (3cm3) und
Die strich-punktierte Linie, dünn: ein großes Vorvolumen 2+3 an einem großen Ankoppelvolumen
12 (3cm3).
[0020] Deutlich zu sehen ist, dass die dünnen Linien, Versionen mit dem erfindungsgemäßen
Zusatzvolumen 3 darstellend, einen günstigen Verlauf nehmen.
[0021] Die
Fig. 3 zeigt die Situation der Fig. 2 mit dem Unterschied, dass hier das Mikrofon 11 im
Zusatzvolumen 3 schematisch an einer Innenposition 8 positioniert ist. Die Beschreibung
der Linien ist die Gleiche wie die der Fig. 2. Hier erkennt man die sprunghafte Verbesserung
auch gegenüber der in Fig. 2 dargestellten Grundlage der Erfindung, die völlig unerwartet
eintritt.
[0022] Die
Fig. 4 stellt das Ersatzschaltbild dar, die eingezeichneten Bezugszeichen entsprechen denen
der Fig. 1.
[0023] Die
Fig. 5 schließlich zeigt den Frequenzgang für die folgenden Situationen: Diese Darstellung
zeigt die Sekundärstrecken-Unterschiede zwischen Aufbau mit/ohne Anbindung des Mikrophons
11 an der Innenposition 8 durch das Röhrchen 7. Anders gesagt: Standard-Aufbau vs.
Aufbau mit Röhrchen, immer bei gleichen Hörer-Volumina 3+2.
[0024] Die durchgehende Linie zeigt die Sekundärstrecke OHNE Kanal/Röhrchen für die Position
Innenbereich 8 des Mikrophons 11, sondern direkte Verbindung zum Seitenvolumen, in
dem das ANC Mikrophon 11 sitzt, für den blockierten Fall (Ohrhörer wird an seiner
Aussprache blockiert).
[0025] Die strichlierte Linie zeigt für diese Situation (OHNE Kanal/Röhrchen) die Sekundärstrecke
in der Tragesituation im Ohr.
[0026] Die strich-punktierte Linie zeigt die Sekundärstrecke OHNE Kanal/Röhrchen für die
Position Innenbereich 8 des Mikrophons 11, sondern die direkte Verbindung zum Seitenvolumen,
in dem das ANC Mikrophon 11 sitzt. Der Hörer spielt hierbei "offen" d.h. wird nicht
getragen und auch nicht blockiert.
[0027] Die punktierte Linie zeigt die analoge Situation zur strich-punktierten Linie, jedoch
mit dem maßgeblichen Unterschied, dass hier die erfindungsgemäße Ankopplung des im
Zusatzvolumens 3 sitzenden Mikrophons 11 (Position Innenbereich 8) mithilfe des Röhrchens
7 umgesetzt wird. Dadurch verschiebt sich die Position des Mikrophons virtuell zum
ohrseitigen Ende des Röhrchens 7 (entspricht je nach Ausführung in der Regel dem Tipbereich
6), natürlich mit einem vorgeschalteten akustischen Tiefpass, der mechanoakustischer
Natur ist. Diese virtuelle Position im Tipbereich 6 hat den großen Vorteil, dass man
für den offenen Fall zusätzlichen Pegel-Abstand für das ANC System generiert. Im vorliegenden
Fall beträgt der zusätzliche Pegel-Abstand z.B. 16dB im Bereich 300-2000Hz.
[0028] Im dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Lautsprecher in einem
Außenteil des Hörers vorgesehen, die fortschreitende Miniaturisierung erlaubt es bereits,
auch diesen in den Bereich des äußeren Gehörgangs zu bringen. Auch in diesem Fall
sind die erfindungsgemäßen Merkmale vorteilhaft anzuwenden, und in Kenntnis der Erfindung
kann der Fachmann dies ohne weiteres tun.
[0029] Es soll noch kurz auf einige der in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten
Bezeichnungen eingegangen werden, auch wenn die meisten für den Fachmann prinzipiell
klar sind:
Vorvolumen 2 ist das in Schallausbreitung des Lautsprechers 1 vor ihm befindliche Volumen (Standard
- Vorvolumen 2 und Lausprecherkanal 10), mit dem jeweiligen Ohrvolumen des Benutzers
(Ankoppelvolumen 12) und, je nach Ausbildung des Hörers, mit oder ohne Zusatzvolumen
3 sowie dem Röhrchen 7 zur Ankopplung des Zusatzvolumens 3.
[0030] Tipbereich 6 ist, ganz allgemein, der Bereich am Ohrseitigen Ende des Hörers (Ohrhörer Gehäuse
inklusive Eartip 5), wozu noch 25 % des Abstandes vom physischen Ende (Aussprache)
des Hörers zur Membran des Lautsprechers 1 gezählt werden.
[0031] Die Position
Innenbereich 8 ist in der Fig. 1 nur prinzipiell angedeutet, sie kann überall im Zusatzvolumen 3
liegen, das am tipfernen Ende des Röhrchens 7 beginnt. Dabei bedeutet "im Innenbereich"
bzw. "im Zusatzvolumen" selbstverständlich eine Wand des oder eine Wand im Zusatzvolumens,
in der bzw. an der das Mikrofon 11 angebracht ist.
[0032] Das erfindungsgemäß vorgesehene
Zusatzvolumen 3 kann ohne besondere Einschränkung in seiner Form einen beliebigen Bereich des Hörers
einnehmen, soweit dies die darin untergebrachten Bauteile zulassen; es kann dabei
auch um die Entlüftung 4 herum reichen.
[0033] Das "zumindest teilweise im äußeren Gehörgang Tragen" und die darauf bezogenen Erläuterungen
in der Beschreibung und den Ansprüchen gilt mutatis mutandis auch für zur Gänze im
Gehörgang befindliche Hörer, die Bezeichnung "
Außenteil" des Hörers ist dann sinngemäß der "äußere Teil" des Hörers, etc., in dem sich dann
bevorzugt der Lautsprecher 1 und/oder das Zusatzvolumen 3 befindet.
[0034] Das erfindungsgemäß vorgesehene Röhrchen 7 reicht, wie in Fig. 1 angedeutet, vom
ohrseitigen Endes des Hörers, aus den oben genannten Gründen je nach Ausführung auch
in geringem Abstand von einigen Millimetern davon, bis zum Zusatzvolumen. Es kann
einen an das Innere des Hörers angepasste Querschnittsform aufweisen, die über seine
Länge weder in der Form noch in der Fläche konstant sein muss. Die angestrebte akustische
Isolierung gegenüber dem direkt benachbarten Vorvolumen 2, Lausprecherkanal 10 und
zum Lautsprecher 1 wird beispielsweise durch luftdichte und im besten Fall möglichst
schallharter Trennung durch geeignete Materialstärken und hohen Materialdichten erreicht.
[0035] Falls die schallharte Trennung zwischen Vorvolumen 2 mit Lautsprecherkanal 10 und
Röhrchen 7 nicht bis zum Tipbereich 6 möglich ist kann auch der Eartip 5 selbst aus
zwei getrennten Kanalführungen bestehen, welche den zweikanaligen Aufbau (Röhrchen
7 und Lautsprecherkanal 10), unter vorgenannten Bedingungen, des Ohrhörer Gehäuseteils
aufnimmt und bis in den Tipbereich 6 weiterführt/verlängert. In dieser zuletzt genannten
Ausführung besteht das Röhrchen 7 also nicht lediglich aus einem durchgängigen Teil,
sondern wird gegliedert durch zwei oder mehrfache Segmente, in diesem speziellen Fall
Ohrhörer-Gehäuse und Schallführungen (Röhrchen oder Kanäle) im oder als Teil des Eartips
5, aufgebaut.
[0036] Die
Lautsprecher-Entlüftung 4 ist gegenüber dem Zusatzvolumen 3 ebenfalls in der Regel akustisch isoliert und
weist darüber hinaus in ihrem Inneren in den meisten Fällen eine akustische Reibung
auf, die der Fachmann in Kenntnis der Erfindung und der Auslegung des Hörers leicht
ermitteln kann. Eine mögliche Ausgestaltung bei welcher eine hoch-induktive, also
nur für sehr niederfrequente Signale (<20Hz) wirksame, Verbindung zwischen Lautsprecher-Entlüftung
4 und Zusatzvolumen 3 hergestellt wird ist jedoch in manchen Fällen sinnvoll um einen
isobarischen Druckausgleich zwischen Vorvolumen und Außenbereich zu gewährleisten.
[0037] Die Elektronik für den Betrieb des Lautsprechers und des Mikrofons sind wie im Stand
der Technik und bedürfen, ebenso wie die Energieversorgung und die Verkabelung keiner
Erläuterung, das Gleiche gilt für die verwendbaren Materialien.
[0038] In der Beschreibung und den Ansprüchen werden die Begriffe "vorne", "hinten", "oben",
"unten" und so weiter in der landläufigen Form und unter Bezugnahme auf den Gegenstand
in seiner üblichen Gebrauchslage, gebraucht. Das heißt, dass bei einer Waffe die Mündung
des Laufes "vorne" ist, dass der Verschluss bzw. Schlitten durch die Explosionsgase
nach "hinten" bewegt wird, etc.. Bei einer Hängebahn bezieht sich Laufrichtung, da
es um das Gehänge und nicht um die Laufschiene(n) geht, auf diese Richtung am Gehänge,
Quer dazu meint im Wesentlichen eine um 90° dazu gedrehte und im Wesentlichen waagrecht
verlaufende Richtung.
[0039] Es soll noch darauf hingewiesen werden, dass in der Beschreibung und den Ansprüchen
Angaben wie "unterer Bereich" eines Gehänges, Reaktors, Filters, Bauwerks, oder einer
Vorrichtung oder, ganz allgemein, eines Gegenstandes, die untere Hälfte und insbesondere
das untere Viertel der Gesamthöhe bedeutet, "vorderster Bereich" das vorderste Viertel
und insbesondere einen noch kleineren Teil; während "mittlerer Bereich" das mittlere
Drittel der Gesamthöhe (Breite - Länge) meint. All diese Angaben haben ihre landläufige
Bedeutung, angewandt auf die bestimmungsgemäße Position des betrachteten Gegenstandes.
[0040] In der Beschreibung und den Ansprüchen bedeutet "im Wesentlichen" eine Abweichung
von bis zu 10 % des angegebenen Wertes, wenn es physikalisch möglich ist, sowohl nach
unten als auch nach oben, ansonsten nur in die sinnvolle Richtung, bei Gradangaben
(Winkel und Temperatur) sind damit ± 10° gemeint.
[0041] Alle Mengenangaben und Anteilsangaben, insbesondere solche zur Abgrenzung der Erfindung,
soweit sie nicht die konkreten Beispiele betreffen, sind mit ± 10 % Toleranz zu verstehen,
somit beispielsweise: 11 % bedeutet: von 9,9 % bis 12,1 %. Bei Bezeichnungen wie bei:
"ein Mikrofon" ist das Wort "ein" nicht als Zahlwort, sondern als unbestimmter Artikel
oder als Fürwort anzusehen, wenn nicht aus dem Zusammenhang etwas anderes hervorgeht.
[0042] Der Begriff: "Kombination" bzw. "Kombinationen" steht, soferne nichts anderes angegeben,
für alle Arten von Kombinationen, ausgehend von zwei der betreffenden Bestandteile
bis zu einer Vielzahl oder aller derartiger Bestandteile, der Begriff: "enthaltend"
steht auch für "bestehend aus".
[0043] Die in den einzelnen Ausgestaltungen und Beispielen angegebenen Merkmale und Varianten
können mit denen der anderen Beispiele und Ausgestaltungen frei kombiniert und insbesondere
zur Kennzeichnung der Erfindung in den Ansprüchen ohne zwangläufige Mitnahme der anderen
Details der jeweiligen Ausgestaltung bzw. des jeweiligen Beispiels verwendet werden
Bezugszeichenliste:
[0044]
- 1: Lautsprecher
- 2: Standard - Vorvolumen ("State of the Art")
- 3: Zusatzvolumen
- 4: Lautsprecher-Entlüftung
- 5: Eartip
- 6: Tipbereich
- 7: Röhrchen zur Ankopplung des Zusatzvolumens
- 8: Innenbereich
- 9: Parametermodell
- 10: Lautsprecherkanal
- 11: Mikrophon
- 12: Ankoppelvolumen