Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verminderung von Störschall am menschlichen Ohr, mit einem den Störschall aufnehmendem Mikrofon und einem Wiedergabewandler, dem über eine mit dem Mikrofon verbundenen Kompensationsschaltung ein Signal zur Störschallkompensation zugeführt wird.
Aus dem Stand der Technik gemäß EP-A-0-590 869 ist eine gattungsgemäße Einrichtung zur Verminderung von Störschall am menschlichen Ohr bekannt. Die Einrichtung umfaßt einen Telefonhörer, dessen Hörmuschel ein zentral vor dem Lautsprecher liegendes Gehäuse aufweist. In dem Gehäuse ist das Mikrofon zur Aufnahme des Störschalls untergebracht. Ein Abschnitt des Gehäuses erstreckt sich nach außen, so daß es sich bei Benutzung des Telefonhörers in den äußeren Bereich des Gehörganges eines Benutzers erstreckt. In dieser Position nimmt das Mikrofon den Schall am Eingang des Gehörganges auf und erfaßt das genaue Schallfeld, welches auf das Ohr des Benutzers trifft. Das Gehäuse ist mit zahlreichen seitlichen Öffnungen versehen, die einen kurzen Weg vom Mikrofon zum Lautsprecher realisieren. Dadurch wird ein kleiner akustischer Widerstand und eine geringe Phasenverzögerung zwischen Lautsprecher und Mikrofon erzielt. Weil die Öffnungen in Verbindung mit dem Gehäuse einen Resonator darstellen, sind diese derart aufeinander abgestimmt, daß keine Resonanzen mit im hörbaren Bereich liegenden Frequenzwerten auftreten. Während das Mikrofon durch die Öffnungen möglichst ungehindert das vom Ohr eines Benutzers ausgehende Schallfeld aufnehmen soll, ist zwischen dem Lautsprecher und einem Abdeckgitter ein Stück Schaumstoff angeordnet, um vom Gehörgang eines Benutzers ausgehende Reflektionen zu dämpfen.
Aus dem U.S. Patent US-A-5 182 774 ist ein geschlossener Kopfhörer mit einer Störschallverminderungseinrichtung bekannt. Bei dieser Erfindung ist zwischen einem Lautsprecher und dem Ohr eines Nutzers ein Mikrofon zur Aufnahme des in dem vom Kopfhörer umschlossenen Raum herrschenden Schalldruckes vorgesehen. Dabei ist die Öffnung der Mikrofonkapsel dem Lautsprecher zugewandt montiert, um das Mikrofon akustisch direkt mit dem Lautsprecher zu koppeln. Das vorgelegte Dokument bedient sich einer gänzlich anderen Ausrichtung von Mikrofon und Lautsprecher, bei der Ihre Erfindung überhaupt nicht zu realisieren wäre. Eine Relevanz dieses Dokumentes kann nicht gesehen werden.
In der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 412 902 wird ein Kopfhörer beschrieben, der zwei unabhängige, voneinander akustisch getrennte Schallwandler enthält, deren Membrane in einer Ebene angeordnet sind, wobei der als Lautsprecher arbeitende erste Schallwandler eine ringförmige, dem Ohr eines Nutzers zugewandte Membran aufweist, und der als Mikrofon arbeitende zweite Schallwandler den von außen auftreffenden Schall auffängt. Bei dieser Erfindung wird vom Mikrofon lediglich der von außen auftreffende Störschall aufgefangen, welcher in ein elektrisches Signal umgewandelt, verstärkt und mit einer Phasenverschiebung von 180° zum Nutzsignal addiert wird, um den in den Gehörgang eintretenden Störschall zu kompensieren.
Das U.S. Patent US-A-4 494 074 beschreibt eine Regelungseinrichtung, um Störschall bei der Reproduktion von Musik oder Stimmen zu reduzieren. Die Regelungseinrichtung ist für eine Verwendung in einem Kopfhörer vorgesehen, der lediglich einen kleinen Hohlraum zwischen einer Lautsprechermembran und dem Ohr eines Nutzers aufweist. Ein Mikrofon zur Aufnahme eines Rückkopplungssignals ist nahe am Gehörgang des Nutzers angeordnet, um im wesentlichen die Druckverhältnisse aufzunehmen, die an der äußeren Mündung des Gehörgangs herrschen.
Aus dem U.S. Patent US-A-5 375 174 ist ein schnurloser Kopfhörer bekannt, der zusammen mit einer Störschallverminderungseinrichtung eingesetzt werden kann. Die Erfindung befaßt sich mit der Übertragungseinrichtung für die Übermittlung von Signalen zwischen dem Kopfhörer und einem Basisgerät. Der vorgeschlagene Kopfhörer umfaßt eine Kopfbefestigung mit Lautsprechern und Mikrofonen, die entsprechend mit der Übertragungs- und Empfangseinrichtung verbunden sind.
Eine aus der DE-C-4 200 811 bekannte Einrichtung weist einen Kopfhörer mit akustisch geschlossenen ohrumschließenden Muscheln auf. Das Mikrofon zur Aufnahme des Störschalls ist vor dem Wiedergabewandler versetzt zur Hauptmittenachse des Wiedergabewandlers angeordnet. Der vom Mikrofon aufgenommene Störschall wird zunächst einem Verstärker zugeführt, dann gefiltert und dann wiederum verstärkt dem Wiedergabewandler zugeführt, der ein zum Störschall gegenphasiges Störschallsignal erregt.
Die bekannten Einrichtungen arbeiten jedoch unter bestimmten Bedingungen nicht immer zufriedenstellend. So bewirkt die ohrumschließende Form des Kopfhörers eine schlechte Belüftung des Ohres, wodurch Schweißbildung des von dem Kopfhörer überdeckten Bereichs unterstützt wird, zumal der Kopfhörer mit relativ hohem Andruck aufliegt. Dies führt dazu, daß die bekannte Einrichtung aus Komfortgründen ungern getragen wird und ihr Einsatz unbequem ist.
Zum anderen ist jedes menschliche Ohr und insbesondere der Ohrmuschelbereich wie der menschliche Fingerabdruck individuell geformt. Dadurch ergeben sich bei jedem menschlichen Ohr unterschiedliche Bedingungen der Schallreflexion und unterschiedliche Schallvolumina. Dies hat zur Folge, daß eine einmal abgestimmte Kompensationsregelschaltung, die auf ein durchschnittliches Ohrreflexionsverhalten und Schallvolumen abgestimmt ist, beim Einsatz häufig in einem suboptimalen Zustand arbeitet.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die bekannte Einrichtung zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Mikrofon so angeordnet ist, daß es mit dem Mikrofon-Schalleinlaß im Einsatz der Einrichtung zum Ohr beabstandet und auf das Ohr ausgerichtet ist, daß das Mikrofon ein Ausgleichselement zur Verminderung der Wirkung von Reflexionen am Ohr aufweist, daß das Ausgleichselement die Schalleintrittsöffnung des Mikrofons überdeckt und daß die Einrichtung eine geschlossene Muschel aufweist, welche die äußere Öffnung des Gehörganges des Ohres im wesentlichen dicht umschließt.
Eine solche geschlossene Muschel wird auf dem Ohr aufliegend getragen, um die äußere Öffnung des Gehörganges im wesentlichen dicht zu umschließen. Dies gewährleistet gleichzeitig, daß sich das den Störschall aufnehmende Mikrofon in einer im wesentlichen gleichbleibenden vorgegebenen Position relativ zum Gehörgang des Ohres eines Benutzers befindet. Auf die in dieser Position herrschenden akustischen Bedingungen läßt sich die Kompensationsschaltung abstimmen. Des weiteren ist dadurch vorteilhafterweise der Bereich in der Nähe der äußeren Öffnung des Gehörganges im wesentlichen akustisch von dem den Benutzer umgebenden Raum getrennt. Dies gewährleistet im wesentlichen gleichbleibende akustische Bedingungen zwischen Ohr und Muschel, auch bei Änderung äußerer Gegebenheiten.
Durch die Ausrichtung des Mikrofons im Einsatz der Einrichtung auf das Ohr des Benutzers und den Einsatz eines erfindungsgemäßen Ausgleichselements werden die individuell unterschiedlichen Ohrmuschelreflektionen ausgeglichen. Durch die Anordnung des Ausgleichselements vor dem Schalleinlaß des Mikrofons wird eine quasi gleichbleibende Schallreflektion definiert. Dies vermindert wesentlich die Auswirkung der individuellen Reflektionen in der Kompensationsschaltung und verbessert dadurch erheblich die Wirksamkeit der gesamten Störschallkompensation. Des weiteren steigt auch bei erhöhtem Andruck der erfindungsgemäßen Einrichtung die Kreisverstärkung der Kompensationsschaltung weniger an als bei einer Einrichtung ohne Reflektor und die Stabilität des Regelkreises ist auch bei erhöhtem Andruck des Kopfhörers sichergestellt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den unteren Ansprüchen beschrieben.
Es hat sich herausgestellt, daß die Verminderung der Reflexionswirkungen zufriedenstellend erreicht wird, wenn das Mikrofon und der Kompensationswandler gleichfalls auf das Ohr ausgerichtet sind und vorzugsweise mittig auf einer Symetrieachse, z.B. der Rotationssymetrieachse, liegen, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.
Es ist zweckmäßig, wenn das Ausgleichselement durch eine kreisförmige Platte gebildet wird, welche auf den Wandler gerichtete Vorsprünge zur Aufnahme des Mikrofons aufweist. Dadurch ist eine Fixierung des Mikrofons bezüglich des Ausgleichselements möglich.
Bei einem Kopfhörer/Gehörschutz mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung ist es darüber hinaus vorteilhaft, wenn der Kopfhörer nicht ohrumschließend, sondern ohraufliegend ausgestaltet ist, so daß sich eine geringere Baugröße und ein erheblich geringeres Gewicht des Kopfhörers ergibt und trotz geringerem Andruck des Kopfhörers als bei der bekannten Einrichtung, die Störschallverminderung gegenüber der bekannten Einrichtung ausreichend gut ist und sogar verbessert wird. Der Tragekomfort eines so ausgestalteten Kopfhörers/Gehörschutzes ist gegenüber der bekannten Einrichtung stark verbessert, zumal das Gewicht des Kopfhörers gegenüber dem bekannten Kopfhörer um ca. 50 % vermindert werden kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:
Fig. 1 zeigt einen Teil eines ohraufliegenden Kopfhörers 1 mit akustisch geschlossenem Ohrpolster 2 und Muschel 3. Der zum Ohr gelangende Störschall 4 wird von einem Mikrofon 5 aufgenommen, welche das aufnehmende Signal an eine Kompensationsschaltung 6 überträgt, welche ihrerseits zur Störschallkompensation ein Signal an einen Wiedergabewandler 7 abgibt, welcher das störschallkompensierende Signal erregt.
Das Mikrofon 5 weist eine Schalleintrittsöffnung 8 auf, welcher von einem Ausgleichselement 9 überdeckt ist. Sowohl der Wiedergabewandler 7, als auch das Mikrofon 5 sind in Richtung des menschlichen Ohres 12 ausgerichtet, so daß das Ausgleichselement 9, das Mikrofon 5 als auch der Wiedergabewandler 7 eine gemeinsame Symetrieachse, welche vorzugsweise die Rotationsachse ist, aufweisen.
Das Ausgleichselement 9 besteht, wie in Fig. 1b und 1c dargestellt, aus einer Platte 10, welche auf den Wiedergabewandler gerichtete Vorsprünge 11 aufweist. Der Abstand zwischen der Platte 10 des Ausgleichselements und der Schalleintrittsöffnung des Mikrofons beträgt etwa 1 bis 3 mm. Die Platte 10 ist kreisförmig ausgebildet und weist einen Durchmesser von etwa 0,5 bis 3 cm, vorzugsweise etwa 1,5 cm auf und besteht aus Kunststoff.
Das Mikrofon wird von einer Hülse mit einer umlaufenden Wulst aufgenommen und die Hülse paßt mit ihrem vorderen Teil in den Bereich zwischen den Vorsprüngen 11 des Ausgleichselements 9 bis zur Anlage der umlaufenden Wulst an den Vorsprüngen. Somit ist die Lage des Mikrofons bezüglich des Ausgleichselements 9 vollständig definiert.
Durch das Ausgleichselement gelangen Reflexionen von der menschlichen Ohrmuschel, welche aufgrund der individuell ausgestalteten menschlichen Ohrmuschelform bei jedem Menschen anders sind, in einer definierten Größe zum Mikrofon, in dem sie zu einem entsprechenden elektrischen Signal umgewandelt werden. Durch die mittels des Ausgleichselements definierte Schallreflexion steigt die Kreisverstärkung der in Fig. 3 dargestellten Kompensationsschaltung weniger an als ohne den Reflektor, wenn der Andruck erhöht wird. Mittels des Ausgleichselements wird also die Stabilität des Regelkreises der Kompensationsschaltung auch bei erhöhtem Andruck des Kopfhörers sichergestellt.
Durch die ohraufliegende Form des erfindungsgemäßen Kopfhörers/Gehörschutzes wird eine erheblich geringere Fläche des menschlichen Ohres bedeckt als bei einer ohrumschließenden Form, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Dadurch wird die Schweißbildung gegenüber der in Fig. 2 dargestellten Kopfhörerform erheblich vermindert und die geringere Baugröße bei der ohraufliegenden Form vermindert insgesamt auch das Gewicht des Kopfhörers/Gehörschutzes drastisch und trägt somit insgesamt zum erhöhten Tragekomfort bei. Darüber hinaus kommt man bei der in Fig. 1 dargestellten ohraufliegenden Form mit einer relativ geringen Anpresskraft von etwa 3,5 Newton aus, was weiter den Tragekomfort gegenüber der in Fig. 2 dargestellten bekannten Einrichtung, bei der die Anpresskraft etwa 10 Newton beträgt, erhöht.
In Fig. 2 sind gleiche Bauteile wie in Fig. 1 mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet. Das Mikrofon 5 ist in der bekannten Einrichtung um 90° versetzt zur Hauptachse des Wiedergabewandlers vor dem Wiedergabewandler angeordnet. Die Schalleintrittsöffnung wird bei dem in Fig. 2 dargestellten Mikrofon nicht verdeckt. Darüber hinaus ist der in Fig. 2 dargestellte Kopfhörer ein ohrumschließender Kopfhörer, dessen Anpresskraft etwa 10 Newton und somit etwa das 3fache gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Kopfhöhrer betragen muß. Außerdem ist der in Fig. 2 dargestellte Kopfhörer etwa doppelt so schwer wie der in Fig. 1 dargestellte Kopfhörer, der etwa 180 g wiegt.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung liegen sehr definierte Verhältnisse aufgrund des definierten Kopfhörervolumes vor. Die individuellen Ohr-Muschelausformungen haben auf das gesamte Regelverhalten kaum Einfluß.
Hingegen liegen bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung zur Störschallkompensation aufgrund des erheblich geringeren Anpressdruckes und der ohraufliegenden Form gegenüber der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung relativ undefinierte Schallvolumina vor, auf die die Ohrmuschelform relativ großen Einfluß hat. Würde man bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung das Ausgleichselement weglassen, so ist eine wirksame Störschallverminderung kaum mehr möglich, weil der Regelkreis der Störschallkompensationsschaltung kaum stabil zu halten ist. Erst das Ausgleichselement als Reflexionselement stellt für die Kompensationsschaltung die notwendigen stabilen Verhältnisse her. Das Ausgleichselement sorgt dabei für eine so starke, aber definierte Störung, daß die unterschiedlichen Ohrmuschelformen keine Rolle mehr für die Kreisverstärkung spielen können.
Die Kompensationsschaltung für die erfindungsgemäße Einrichtung hat prinzipiell den in Fig. 3 dargestellten Aufbau, welcher aus DE-4200811 im wesentlichen bekannt ist. Das vom Mikrofon 5 erzeugte Ausgangssignal 17 wird von einem ersten Verstärker 14 vorverstärkt, in einem Filter 16 bewertet und in einem weiteren Verstärker 18 derart verstärkt, daß sich eine gegenphasige Erregung des Wiedergabewandlers 7 ergibt.