DE60030641T2 - Rauschunterdrückung - Google Patents
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Kopfhörerrauschunterdrückung, und insbesondere eine neue Vorrichtung und Techniken zum aktiven und/oder passiven Unterdrücken des vom Benutzer eines Kopfhörers wahrgenommenen Rauschens.
- Zum Hintergrund wird sich auf die US-Patente Nr. 5,305,387; 5,208,868; 5,181,252; 4,989,271; 4,922,542; 4,644,581 und 4,455,675 bezogen. Es wird sich auch auf die Kopfhörer mit aktiver Rauschunterdrückung von Bose bezogen, die von der Bose Corporation kommerziell erhältlich sind oder waren.
- EP-A-0 873 040 offenbart ein Modul, das zur Verwendung in einem Kopfhörer mit aktiver Rauschunterdrückung eingerichtet ist. EP-A-0 582 404 offenbart einen Aufbau für einen Telefonkopfhörer zum Unterdrücken des Umgebungsrauschens.
- Es ist ein vorrangiges Ziel der Erfindung, eine verbesserte Rauschunterdrückung für Kopfhörer bereitzustellen.
- Gemäß der Erfindung ist ein Kopfhörer geschaffen mit einer Ohrschale, die eine Vorderöffnung, die eingerichtet ist, an einem Ohr eines Benutzers anzuliegen, einem Treiber innerhalb der Ohrschale, einen mit einer Öffnung ausgebildeten Kissen um den Rand der Vorderöffnung herum, das zur Aufnahme des Ohrs des Benutzers ausgebildet und angeordnet ist, und dadurch gekennzeichnet ist, daß das Kissen mit mehreren Öffnungen um die Vorderöffnung herum ausgebildet ist, um Schaummaterial freizulegen, wodurch das Effektivvolumen der Ohrschale signifikant erhöht wird, um das vom Kissen besetzte Volumen einzubeziehen.
- Vorzugsweise umfaßt der Kopfhörer ein Mikrophon innerhalb der Ohrschale neben dem Treiber und eine aktive Rauschunterdrückungsschaltung, die zwischen das Mikrophon und den Treiber geschaltet ist und so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie eine aktive Rauschunterdrückung bereitstellt, wobei das Kissen mit den mehreren Öffnungen ferner so ausgebildet und angeordnet ist, daß es eine zusätzliche Dämpfung liefert, um den Tonverlauf am Ohr eines Benutzers glätten und die Stabilität mit vom Kopf abgenommenen Kopfhörer steuern zu helfen, wodurch eine passive Dämpfung erhöht wird.
- Die akustische Last kann ein Widerstandsmaschengitter und/oder Luft in einer Röhre sein.
- Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung deutlich, in der
-
1A eine perspektivische Ansicht einer Kopfhörerohrschalenanordnung ist, die die Erfindung verkörpert, wobei das in1B gezeigte Kissen gemäß der Erfindung entfernt ist, -
2 eine Schnittansicht einer Ohrschalenanordnung gemäß der Erfindung ist, -
3 eine schematische perspektivische Ansicht in die Kopfhöreranordnung ist, wobei das Mikrophon und die Widerstandsabdeckplatte entfernt sind, -
4 eine perspektivische Ansicht ist, die die Außenseite einer Ohrschale zeigt; und -
5 ein Blockdiagramm eines die Erfindung verkörpernden Systems ist. - Mit Bezug auf die Zeichnung und insbesondere
1A und1B , ist in1A eine perspektivische Ansicht einer Ohrschalenanordnung gemäß der Erfindung gezeigt, wobei das perforierte Kissen aus1B entfernt ist. Die Ohrschale11 ist hinten vom Ohr eines Benutzers entfernt geschlossen und trägt einen Treiber12 und eng daneben ein Mikrophon13 (in2 gezeigt), das von einem Widerstandsmaschenschirm13 bedeckt ist, der typischerweise mit einer Öffnung13A ausgebildet ist, die das Mikrophon freilegt, und eine akustische Last umfaßt. Eine elektronische Schaltung koppelt das Mikrophon und den Treiber12 miteinander, um eine aktive Rauschunterdrückung bereitzustellen und Audiosignale über das Kabel14 für eine Wandlung durch den Treiber12 in das gewünschte Schallsignal für den Kopfhörer tragenden Benutzer und durch das Mikrophon in ein rauschunterdrückendes Audiosignal auszutauschen. - Bezugnehmend auf
1B bedeckt das Kissen15 die freigelegte Vorderöffnung anliegend am Ohr des Kopfhörer tragenden Benutzers und ist mit einer Ohröffnung15A zur Aufnahme des Ohres des Kopfhörer tragenden Benutzers ausgebildet. Ein ringförmiger Rand16 um die Ohröffnung15A ist mit mehreren Öffnungen, wie16a , ausgebildet, durch die hindurch eine kreisförmiger Schaumring sichtbar wird, der im zusammengebauten Zustand am Treiber12 anliegt. - Bezugnehmend auf
2 ist eine schematische Schnittansicht durch eine zusammengebaute Ohrschale gezeigt. Der Treiber12 sitzt in der Ohrschale11 , wobei sich die Treiberplatte12A nach hinten von einer Lippe11A der Ohrschale11 zu einem Rand11B erstreckt. Das Mikrophon17 ist am Treiber12 anliegend angeordnet und von der Drahtmaschenwiderstandsabdeckung13 bedeckt. Das Kissen15 bedeckt die Vorderöffnung der Ohrschale11 und enthält einen Schaum15B . - Bezugnehmend auf
3 ist eine schematische perspektivische Ansicht in die Ohrschale11 gezeigt, wobei das Kissen15 , das Mikrophon17 und die Drahtmaschenwiderstandsabdeckung13 entfernt sind, um bestimmte Strukturdetails darzustellen. Die Ohrschale11 ist mit einem Kabeleingang11C zur Aufnahme eines Kabels14 (in1A gezeigt) zum Empfang von Audiosignalen für die Wandlung durch den Treiber12 und zur Verschaltung einer externen elektronischen Schaltung mit dem Treiber und Mikrophon ausgebildet. Die Treiberplatte12A trägt Widerstandsabdeckungshalter21A und21B zum Tragen der Drahtmaschenwiderstandsabdeckung13 . Der Mikrophonhalter22 erstreckt sich von der Rückwand der Rohrschale11 zum Tragen des Mikrophons17 und schließt Luft ein, die die akustische Last umfaßt. Treiberplatte-Montagenaben12B und12C bilden ein Mittel zum Anbringen des Treibers12 an der Ohrschale11 . Der Treiber12 teilt die Ohrschale11 in ein Vordervolumen, typischerweise etwa 50 ccm, neben der Vorderöffnung, und ein Hintervolumen, typischerweise etwa 15 ccm, das vom geschlossenen Ende der Ohrschale11 umgeben ist. - Bezugnehmend auf
4 ist eine Rückansicht der Ohrschale11 gezeigt, die einen Masseport11E und einen von einem Maschendraht bedeckten Widerstandsport11D zeigt. - Bezugnehmend auf
5 ist ein Blockdiagramm gezeigt, das die logische Anordnung eines Systems darstellt, das die Erfindung entsprechend im wesentlichen1 ausUS 4,644,581 beinhaltet. Ein Signalkombinierer30 kombiniert das vom Kopfhörer wiederzugebende Signal am Eingangsanschluß24 algebraisch mit einem vom Mikrophonvorverstärker35 bereitgestellten Rückkopplungssignal. Der Signalkombinierer30 liefert das kombinierte Signal an einen Kompressor31 , der den Pegel des hochpegeligen Signals begrenzt. Die Ausgabe des Kompressors31 wird an einen Kompensator31A angelegt. Der Kompensator31A enthält Kompensationsschaltungen, um sicherzustellen, daß die Regelverstärkung das Nyquist-Stabilitätskriterium einhält, damit das System nicht zu oszillieren beginnt, wenn die Schleife geschlossen ist. Das System ist einmal sowohl für das linke als auch rechte Ohr dupliziert. - Ein Leistungsverstärker
32 verstärkt das Signal vom Kompensator31A und regt den Kopfhörertreiber12 an, ein akustisches Signal in der vorderen Kavität zu erzeugen, das mit einem externen Rauschsignal kombiniert ist, das in die vordere Kavität aus einem Bereich eintritt, der als akustischer Eingangsanschluß25 dargestellt ist, um ein kombiniertes akustisches Drucksignal in der vorderen Kavität zu erzeugen, das als Kreis36 dargestellt ist, um ein kombiniertes akustisches Drucksignal zu liefern, das an das Mikrophon17 angelegt wird und von diesem umgewandelt wird. Der Mikrophonverstärker35 verstärkt das umgewandelte Signal und liefert es an den Signalkombinierer30 . - Nachdem die strukturelle Anordnung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung beschrieben worden ist, werden nunmehr die Betriebsprinzipien beschrieben. Ein Problem bei der aktiven Rauschunterdrückung in Ohrschalenkopfhörern rührt von Ohrschalenresonanzen her, die einen unebenen Schallverlauf verursachen, der eine Funktion des Kopfes des Benutzers ist, was eine elektronische Kompensation schwierig macht.
- Ein Ansatz zum Glätten des Schallverlaufes liegt darin, ein Dämpfungsmaterial, typischerweise einen hochabsorptiven Schaum, um die Wände der Ohrschale herum anzuordnen. Dieser Ansatz erfordert typischerweise eine erhebliche Schaumdicke, um eine ausreichende Dämpfung bereitzustellen, und erfordert relativ großvolumige Ohrschalen zur Aufnahme des dicken Schaums. Ferner ist die Dämpfung des hochabsorptiven Schaums eine empfindliche Funktion der physikalischen Abmessungen des Schaums und der atmosphärischen Bedingungen, was einen uneinheitlichen Schallverlauf hervorruft.
- Eine Resonanz in der Ohrschale kann eine Instabilität erzeugen, indem Oszillationen bei bestimmten Frequenzen hervorgerufen werden, was typischerweise den Rückkopplungsbetrag für die aktive Rauschunterdrückung begrenzt. Durch das akustische Laden des Mikrophons und Treibers mit der Drahtmaschenwiderstandsabdeckung
13 und/oder der eingeschlossenen Luft werden Resonanzen signifikant unterdrückt, was zu einem erhöhten Verstärkungsfaktor in der Rückkopplungsschleife und einer signifikant verbesserten aktiven Rauschunterdrückung in einer relativ kleinvolumigen Ohrschale führt. Durch Ausbilden von Öffnungen im kreisförmigen Rand16 des Kissens15 zum Freilegen von Schaummaterial15B wird das Effektivvolumen der Ohrschale signifikant erhöht, um das vom Kissen15 belegte Volumen einzubeziehen, und eine zusätzliche Dämpfung geliefert, die den Tonverlauf am Ohr zu glätten und die Stabilität bei vom Kopf abgenommenen Kopfhörer zu steuern hilft und dabei die passive Dämpfung erhöht. - Die Erfindung hat zahlreiche Vorteile. Die Schalengröße ist relativ gering, und es gibt weiterhin ein erhebliches Effektivvolumen mit dem zusätzlichen Effektivvolumen, das durch das Kissen
15 geliefert wird, das über Öffnungen wie16A zugänglich ist. Der Resonanzeffekt innerhalb der Ohrschale11 wird signifikant reduziert mit der Drahtmaschenwiderstandsabdeckung13 und/oder der eingeschlossenen Luft, wodurch ein signifikanter Anstieg im Regelverstärkungsfaktor des aktiven Rauschunterdrückungssystems ermöglicht wird.
Claims (6)
- Kopfhörer mit: einer Ohrschale (
11 ) mit einer Vorderöffnung, die so eingerichtet ist, daß sie an einem Ohr eines Benutzers anliegt, einem Treiber (12 ) innerhalb der Ohrschale, einem Kissen (15 ) um den Außenrand der Vorderöffnung, die mit einer Ohröffnung ausgebildet ist, das so eingerichtet und angeordnet ist, daß es das Ohr des Benutzers aufnimmt, und dadurch gekennzeichnet, daß das Kissen mit mehreren Öffnungen (16A ) um die Vorderöffnung herum ausgebildet ist, um Schaummaterial (15B ) freizulegen, wodurch das Effektivvolumen der Ohrschale (11 ) signifikant erhöht wird, um das vom Kissen belegte Volumen einzubeziehen. - Kopfhörer nach Anspruch 1, der ferner ein Mikrophon (
17 ) innerhalb der Ohrschale11 neben dem Treiber (12 ) umfaßt, und eine aktive Rauschunterdrückungsschaltung (31A ), die zwischen das Mikrophon und den Treiber geschaltet ist und so eingerichtet und angeordnet ist, daß sie eine aktive Rauschunterdrückung liefert, wobei das Kissen mit den mehreren Öffnungen (16A ) ferner so eingerichtet und angeordnet ist, daß es eine zusätzliche Dämpfung liefert, die den Tonverlauf am Ohr eines Benutzers zu glätten und die Stabilität des vom Kopf abgenommenen Kopfhörers zu steuern hilft, wodurch die passive Dämpfung erhöht wird. - Kopfhörer nach Anspruch 2, der ferner eine akustische Last eng neben dem Mikrophon (
17 ) umfaßt, die so eingerichtet und angeordnet ist, daß sie die Resonanzeffekte in der Ohrschale (11 ) reduziert. - Kopfhörer nach Anspruch 3, bei dem die akustische Last eine Drahtmaschenwiderstandsabdeckung (
13 ) umfaßt. - Kopfhörer nach Anspruch 4, bei dem die Drahtmaschenwiderstandsabdeckung (
13 ) mit einer Öffnung (13A ) nahe dem Mikrophon (17 ) ausgebildet ist. - Kopfhörer nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei die Drahtmaschenwiderstandsabdeckung (
13 ) mit dem Treiber (12 ) zusammenarbeitet, um das Mikrophon (17 ) im wesentlichen einzuschließen.
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