DE69531838T2

DE69531838T2 - Kommunikations-kopfhörer

Info

Publication number: DE69531838T2
Application number: DE69531838T
Authority: DE
Inventors: D. Robert EVANS; John Roeder; J. Michael BURKE; W. George TYE; J. William HOGE
Original assignee: NCT Group Inc
Current assignee: NCT Group Inc
Priority date: 1994-05-02
Filing date: 1995-05-02
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2015-05-03
Also published as: EP0801785A4; EP0801785A1; DE69531838D1; JPH09505677A; WO1995030221A1; CA2188533A1; US5604813A; CA2188533C; EP0801785B1

Description

Diese Erfindung betrifft einen Kommunikations-Kopfhörer, der eine aktive Schall- bzw. Geräuschunterdrückung (Active Noise Reduction; ANR) verwendet, um sowohl das Gehör eines Trägers zu schützen als auch gemeinsam beispielsweise mit Funkübertragungssystemen zu arbeiten.
Die Verwendung einer aktiven Schall- bzw. Geräuschunterdrückung in Kopfhörern wird seit einiger Zeit eingesetzt. Beispielsweise zeigt das US-Patent Nr. 4,644,581 die Verwendung eines Mikrofons und eines Treiberwandlers in einem Kopfhörer, der dazu ausgelegt ist, um einen übertragenen Schall durch einen Gegenschall abzuschwächen. Langberg zeigt in dem US-Patent Nr. 4,985,925 eine ANR in einem Ohrhörer mit mehreren Rückkopplungsschleifen.
Die vielleicht erste Verwendung eines Lautsprechers und eines Mikrofons in einem akustisch geschlossenen Volumen wurde in Chaplin, US-Patent Nr. 4,527,282, diskutiert und gezeigt.
Verschiedene andere Patente existieren, die sich auf die Verwendung einer aktiven Schall- bzw. Geräuschunterdrückung in Kopfhörern beziehen. Beispiele beinhalten die Patente Nrn. US 5,182,774 (Bourk), GB 2,234,882 (GEC-Marconi Ltd.) sowie EP 0 412 902 A2 (MNC Inc.). GB 2,234,882 offenbart einen Ohrhörer mit vorderen und hinteren Hohlräumen, die durch eine Trennwand getrennt sind und eine Luftdurchlassbohrung aufweisen. Dies schränkt die Wirkungen von großen externen Druckimpulsen ein. EP 0 412 902 offenbart einen Kopfhörer mit isolierten Eingabe- und Ausgabe-Messwandlern.
Gemäß einem Gesichtspunkt stellt die vorliegende Erfindung einen Kommunikations-Kopfhörer bereit, wie dieser in Patentanspruch 1 festgelegt ist.
Diese Anordnung erleichtert die Verwendung eines wechselseitigen Kommunikationssystems ohne den Verlust einer Gehörschutzfunktion oder einer Kommunikationsfunktion.
In der Anordnung gemäß der US 5,182,774 wird eine Unterdrückung bzw. Auslöschung durch die Verwendung von tiefen, hohen und Mittelbereichsfiltern erzielt und befindet sich das Mikrofon koaxial zu dem Treiber (das heißt zu dem Lautsprecher). Bevorzugte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung weichen von dieser Vorrichtung unter mehreren Gesichtspunkten ab. Als Erstes beinhaltet die Schaltung einen Tiefpassfilter und zwei Bandpassfilter anstelle von Mittelpass- und Hochpassfiltern. Als Zweites beinhalten bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung eine einzigartige Brückenschaltung, welche die Schallunterdrückungsschaltung überbrückt bzw. kurzschließt, wenn das aktive System ausgeschaltet ist. Als Drittes beinhalten bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung eine Treiber- bzw. Verstärkerschaltung, um niederfrequente Verluste zu kompensieren, wenn die aktive Schall- bzw. Geräuschunterdrückung betriebsbereit ist. Als Viertes erfordern oder realisieren bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung keine koaxiale Anordnung des Mikrofonelements und des Treibers.
Außerdem ermöglichen gewisse Merkmale einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung einschließlich deren Schaltung die Eigenschaft einer ununterbrochenen Kommunikation bzw. Datenübertragung mit einer ANR. Ein weiteres bevorzugtes Merkmal beinhaltet eine eingebaute, abnehmbare Spannungsversorgung, die für eine Schnellaufladung in einer Schnellaufladevorrichtung ausgelegt ist.
Bevorzugt ist ein Batteriemittel, das ausgelegt ist, um die elektronische Steuervorrichtung mit Strom zu versorgen, ausgelegt, um in eine Aussparung in einer Ohrmuschel des Kopfhörers zu passen, und weisen die Ohrmuscheln und das Batteriemittel zusammenwirkende Kerbungs- und Sperrklinkenmittel auf, um das Batteriemittel gegen eine unbeabsichtigte Entfernung auf dem Ohrmuschelmittel verriegelt zu halten.
Vorzugsweise ist das Batteriemittel eine schnell wieder aufladbare Nickel-Cadmium-Batterie.
Vorzugsweise ist ein Träger bzw. Ausleger, der das Kommunikations-Mikrofon trägt, schwenkbar auf bzw. an einer zweiten Ohrmuschel angebracht, so dass das Kommunikations-Mikrofon von einer Position vor dem Gesicht eines Trägers verrückt werden kann, wenn dieses nicht verwendet wird oder wenn der Träger eine Gesichtsmaske oder dergleichen trägt.
Vorzugsweise umfasst die elektronische Steuervorrichtung eine Brückenschaltung, um eine Überbrückung oder ein Außer-Kraft-Setzen des aktiven Schallunterdrückungsmittels ohne Beeinflussung des Betriebs des Kommunikationsmittels zu ermöglichen.
Vorzugsweise umfasst der Kopfhörer Ohrmuschelmittel, die auf dem Aufbaumittel schwenkbar angebracht sind, um so sowohl um eine vertikale Achse als auch um eine horizontale Achse einstellbar zu sein, um so genau und in einfacher Weise an die Gesichtsform eines Trägers angepasst werden zu können.
Die ununterbrochene Kommunikationsfunktion des Kopfhörers wird in bevorzugten Ausführungsformen durch die Realisierung einer Brückenschaltung bewerkstelligt, um einen direktionalen Koppler auszubilden, der eine Rückkopplung minimiert und ein direktes Treiben der Lautsprecher des Kommunikationssystems erlaubt. Eine Treiber- bzw. Verstärkungsschaltung ist in Reihe mit der Audio-Kommunikationsverbindung geschaltet, um jegliche Signalverluste, die von der Verwendung der aktiven Schall- bzw. Geräuschunterdrückung herrühren, zu versetzen.
Der Kopfhörer gemäß der vorliegenden Erfindung weist vorzugsweise auch das Merkmal einer eingebauten Spannungsversorgung auf, so dass die Schallunterdrückung des Kopfhörers unabhängig von dem Kommunikationssystem funktionieren kann.
In bevorzugten Ausführungsformen verwendet die vorliegende Erfindung ein elektronisches Design, das einfach und kostengünstig zu realisieren ist, was es zum ersten Mal ermöglicht, einen Kopfhörer mit einer aktiven Schallunterdrückung zu Endverbraucherpreisen bereitzustellen. Der Anwendungsbereich für ein solches System wird hauptsächlich in dem Bereich der Schwerindustrie und bei der Luftbeförderung (Piloten, Bodenbesatzungen, Luftverkehrskontrolle) liegen, obwohl einfachere Versionen mit geringem Gewicht augenblicklich entwickelt werden, die in Telefon- und Multimedia-Anwendungen verwendet werden könnten.
In einer bevorzugten Ausführungsform stellt die Erfindung einen ANR-Kopfhörer zur Verwendung in einem wechselseitigen Kommunikationssystem bereit.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt die Erfindung einen Kommunikations-Kopfhörer für die Luftfahrt bereit, der eine ANR einsetzt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt die Erfindung einen ANR-Kopfhörer mit einem innovativen Schaltungsdesign bereit, das eine Rückkopplung minimiert und ein direktes Treiben der Kopfhörer-Lautsprecher von bzw. durch ein Kommunikationssystem ermöglicht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt die Erfindung einen Kommunikations-Kopfhörer mit einer ANR bereit, wobei die ANR unabhängig von dem Kommunikationssystem arbeitet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt die Erfindung einen ANR-Kopfhörer für eine Kommunikation bzw. Datenübermittlung bereit, wobei eine Treiber- bzw. Verstärkungsschaltung in Reihe mit der Audioverbindung geschaltet ist, um Signalverluste auf Grund einer ANR zu versetzen.
Diese und andere Merkmale werden aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich werden, die nur in beispielhafter Weise Bezug nimmt auf die beigefügten Zeichnungen, worin:
1 eine Draufsicht des Kopfhörers dieser Erfindung ist, welcher auf verschiedenen Köpfen mit verschiedenen Größen dargestellt ist,
2 eine Seitenansicht des Kopfhörers ist, die das Batteriepack zeigt,
3 eine Seitenansicht von einer gegenüber liegenden Seite der 2 ist, welche die Befestigung des Mikrofon-Auslegers zeigt,
4 eine Rückansicht des Kopfhörers ist,
5 eine Unteransicht des Kopfhörers ist,
6 eine Draufsicht, Oberansicht und Seitenansicht des Batteriepacks ist,
7 eine Explosionsdarstellung des aktiven Schall- bzw. Geräuschunterdrückungs-Abschnittes von jeder Ohrmuschel ist,
8 eine Explosionsdarstellung der rechten Ohrmuschel zeigt, welche das herausnehmbare Batteriepack aufnimmt,
9 eine Explosionsdarstellung der linken Ohrmuschel zeigt, die eine Befestigung des Mikrofon-Auslegers zeigt,
10 eine Perspektivansicht des Kopfband-Abschnittes des Kopfhörers zeigt,
11 eine Perspektivansicht von unteren Abschnitten der Ohrmuschel des Kopfhörers mit einer Explosionsdarstellung der rechten Ohrmuschel zeigt,
12 ein Blockdiagramm der akustischen Rückkopplungsschaltung ist,
13 ein Blockdiagramm der Brückenschaltung ist, und
14 das Übersichts-Schaltungsdiagramm für die linke Seite des Kopfhörers ist, die identisch zu der rechten Seite des Kopfhörers ist.
Die 1 zeigt in einer Ansicht von oben nach unten den vorgeschlagenen Kopfhörer, wie dieser auf dem Kopf W eines Nutzers ruhen würde. Dieses Design weicht von vielen Kopfhörern dahingehend ab, dass der Mikrofon-Ausleger bzw. -Träger 4 kürzer ist und weniger aufdringlich als Einheiten, bei denen das Mikrofon unmittelbar vor dem Mund des Nutzers angeordnet ist. Dieser weist an seinem Ende ein Mikrofon 1 auf. Ein wiederaufladbares Batteriepack 2 zeichnet den vorgeschlagenen Kopfhörer auch im Vergleich zu anderen Designs aus, bei denen es erforderlich ist, dass der Träger eine Gürtel-Pack-Spannungsversorgung trägt. Die Position des Batteriepacks 2 ist in der rechten Ohrmuschel, wo dieses in einfacher Weise für eine Wiederaufladung entfernt und durch eine neu aufgeladene Einheit ausgetauscht werden kann. Dies ermöglicht es, dass der Träger Batteriepacks ohne Entfernen bzw. Abnehmen des Kopfhörers austauschen kann.
In der 2 ist eine Seitenansicht des Kopfhörers gezeigt, welche das austauschbare Batteriepack 2 darstellt. Dies ermöglicht es dem Nutzer, den Kopfhörer zu betreiben, ohne durch eine zusätzliche Verkabelung behindert zu werden. Die "tränenartige" Form der Ohrmuscheln ist ebenfalls gezeigt. Das Batteriepack wird von einem Sperrklinken-Abschnitt 6 der Ohrmuschel 59 gehalten, der verbogen werden kann, um ein Herausnehmen des Batteriepacks zu ermöglichen.
Die 3 stellt die linke Seite des Kopfhörers dar und zeigt die Bewegung über volle 45° des Mikrofon-Auslegers bzw. -Trägers 4. Ebenfalls ist die Position der Licht emittierenden Diode (LED) 43 dargestellt, die anzeigt, wann die aktive Schall- bzw. Geräuschunterdrückung betriebsbereit ist. Die "tränenartige" Form der Ohrmuscheln ist ebenfalls in der 3 dargestellt.
Eine Rückansicht des Kopfhörers ist in der 4 gezeigt. Die gestrichelten Linien stellen einen Gleit-Aufbau dar, der eine Einstellung des Kopfhörers ermöglicht. Die Verlängerungen 7, 8 werden reibschlüssig in dem Kopfband 51 gehalten, um so die Einstellung zu ermöglichen.
Die 5 ist eine Ansicht von unten des Kopfhörers, welche die Anordnung des "An/Aus"-Schalters 10 auf der Unterseite der linken Ohrmuschel 58 darstellt. Eine Lippe 11, welche die Batterie am Ort hält, ist ebenfalls dargestellt.
Die 6 stellt die Oberseite 12, die Seite 13 und die Vorderseite 14 des wiederaufladbaren Batteriepacks 2 dar. Die Seite des Batteriepacks ist aufgeraut 15, um für einen Griff zu sorgen, um das Pack von dem Kopfhörer zu entfernen. Wie man erkennen kann, ist dieses insgesamt rechteckförmig. Eine Einkerbung bzw. Vertiefung 15a wirkt mit der Sperrklinke 6 zusammen, um das Batteriepack am Ort zu halten.
Einzelheiten des Aufbaus des Kopfhörers sind in den 7 bis 11 dargestellt.
Die 7 stellt Einzelheiten des Aufbaus des aktiven Abschnittes von jeder Ohrmuschel dar. Der aktive Aufbau umfasst ein omnidirektionales bzw. multidirektionales Breitband-Mikrofon 16, beispielsweise ein Elektret-Mikrofon oder ein Mikrofon aus mikrostrukturiertem Silizium. Die Wahl eines omnidirektionalen Mikrofons ermöglicht eine beliebige Orientierung des Mikrofons relativ zu dem Lautsprecherelement 17, mit der Ausnahme bzw. Einschränkung, dass der Abstand zwischen dem Mikrofon und dem Lautsprecher minimal sein sollte, um die relative Phasendifferenz zwischen dem Mikrofon und dem Lautsprecher zu verringern. In der vorliegenden Erfindung ist das Mikrofon vorzugsweise unter einem Winkel von 15° bis 20° relativ zu der Senkrechten auf die Schwingungsrichtung einer Treiber- bzw. Lautsprechermembran angeordnet. Das Mikrofon ist auch so gewählt, um eine sehr breite Frequenzantwort (50 Hz bis 20 kHz) aufzuweisen. Dies wird sicherstellen, dass die Phasenantwort des Mikrofons über das Frequenzband linear ist, wo Schall bzw. Geräusche unterdrückt werden sollen. Ein Stück aus einem Schaum 18 von geringer Dichte ist über dem Lautsprecher angeordnet, um die aktiven Elemente zu verdecken. Der Lautsprecher ist von einem Schaum-Abschnitt 19 abgestützt, um für eine akustische Dämpfung zu sorgen. Alternativ könnte jedoch der Band-Hohlraum leer oder mit einem Dämpfungsfluid gefüllt sein. Eine hohle und geöffnete Abdeckung 20 wird dann über dem Lautsprecher angeordnet, mit Formen eines akustischen hinteren Hohlraums. Die Kombination aus dem Schaum 19 und der Abdeckung 20 sorgt für ein Mittel bzw. eine Maßnahme, um die Antwort des Lautsprechers im Frequenzraum linearer zu machen. Die Lautsprecher-Treiberschaltung befindet sich auf einer kleinen gedruckten Schaltungsplatine 21 und ist für die linke und rechte Ohrmuschel identisch. Bohrungen 22 sind in die obere Ebene 23 des aktiven Aufbaus geschnitten, um Kupplungsverluste zwischen dem Mikrofon und dem Lautsprecher zu minimieren. Der untere Ebenenabschnitt 24 stellt eine Oberfläche zum Anbringen von Ohrmuschel-Dichtungen bereit und stützt die Trennhülsen bzw. -buchsen 25, 26 ab, die zur gesicherten Befestigung der gedruckten Leitungsplatinen und für ein mechanisches Zusammenfügen der Ohrmuscheln verwendet werden.
Die 8 stellt den Aufbau der rechten Ohrmuschel dar, welche das herausnehmbare, wiederaufladbare Batteriepack 2 aufnimmt. Ein Sperrklinkenaufbau 11 und ein Federaufbau 29 halten das Batteriepack auf Grund des Zusammenwirkens der Lippe 28 mit der Sperrklinke 11 am Ort. Die rechte Ohrmuschel beinhaltet die gedruckte Leitungsplatine 30, welche das Batterie-Managementsystem und den Spannungs-Vervielfacher enthält. Diese gedruckte Leitungsplatine ist auf der Rückseite des aktiven Aufbaus 33 mit einem Abschnitt 24 mit zwei Schrauben 31 angebracht. Eine O-Ring-Dichtung 32 ist auf der Vorderseite des Batteriepacks vorgesehen, um ein Eindringen von Feuchtigkeit in die Ohrmuschel oder auf die Batterie-Anschlüsse zu verhindern. Die Sperrklinke 11 ist ebenfalls durch eine Kunststoffabdeckung 34 abgedichtet, die mittels Ultraschall auf die Innenseite der Ohrmuschel 59 geschweißt ist. Schrauben 35 werden dazu verwendet, um den aktiven Aufbau gesichert in die Ohr muschelhülle 36 einzubauen, die aus ABS spritzgegossen ist. Einsätze 37 werden mit Hilfe von Ultraschall in den vervollständigten Aufbau eingesetzt. Eine Ohrdichtung 37 ist auf dem Ende der Abdeckung angeordnet, um ein Eindringen von Geräuschen bzw. Schall in das Ohr über die Grenzfläche zwischen der Abdeckung bzw. Schale und der Seite des Benutzerkopfes zu minimieren. Diese Dichtung kann aus einem Silikon-Gel oder einem anderen geeigneten Dämpfungsmittel hergestellt sein, um für eine Dichtung um das Ohr herum zu sorgen.
Die 9 stellt den Aufbau der linken Ohrmuschel 58 dar, welcher den Mikrofon-Ausleger 4 und die gedruckte Hauptschaltungsplatine (PCB) 40 beinhaltet, welche die Schallunterdrückungsschaltung für beide Ohrmuscheln und die Eingangsbuchse von dem Mikrofon-Ausleger enthält. Eine schwenkbewegliche Befestigungsvorrichtung 39 ermöglicht es, dass der Ausleger bzw. Träger 4 um 45° geschwenkt werden kann. Diese PCB ist mit Hilfe von vier Schrauben 42 auf den aktiven Aufbau 33 geschraubt. Eine Licht emittierende Diode (LED) 43 ist auf die PCB montiert, um anzuzeigen, wann die Spannungsversorgung angeschaltet ist. Dies ist auch in der 3 gezeigt. Die Spannung wird mit Hilfe eines Druckknopfschalters 10 kontrolliert, der auf die PCB montiert ist. Eine Druckknopfabdeckung 45 ist von der Außenseite der Ohrmuschel 58 her über dem Schalter angeordnet, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass Feuchtigkeit in die Ohrmuschel gelangt. Eine Anschlussabdeckung 46 ist über der Eingangsbuchse zu dem Mikrofon-Ausleger angeordnet, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern. Der aktive Aufbau ist mit Hilfe von Schrauben 48 an der Ohrmuschelschale 47 angebracht. Einsätze 49 werden mit Hilfe von Ultraschall in den vervollständigten Aufbau eingesetzt. Eine Ohrdichtung 37 ist auf dem Ende der Muschel angeordnet, um das Eindringen von Schall bzw. Geräuschen über die Grenzfläche zwischen der Muschel und der Seite des Benutzerkopfes zu minimieren.
In der 10 ist der Aufbau des Kopfbands 51 dargestellt, der Drähte 52 aufweist, die auf der Unterseite des Kopfbandes hinter dem Schaum-Kopfpolster 53 verdeckt sind, sowie die Befestigung des Kopfpolsters und des oberen Abschnittes und der Jo che 54, welche die Ohrmuscheln tragen bzw. abstützen. Das Kopfpolster ist aus hygienischen Gründen austauschbar gestaltet.
Die 11 zeigt den unteren Aufbau des Kopfhörers und stellt außerdem die Technik dar, um die Drähte 55 zu verdecken, wobei die Drähte durch die Joche 56, 57 und nach unten innerhalb der Ohrmuscheln 58, 59 verlaufen. Die 11 zeigt Einzelheiten des Aufbaus der rechten Ohrmuschel, des aktiven Schallunterdrückungsaufbaus 60 (der derselbe wie der der linken Ohrmuschel) und der Befestigung an dem Kopfband 51 über das Joch 57. Ebenfalls ist die Befestigung der Ohrdichtung 61 gezeigt, die durch einen mechanischen Verriegelungsmechanismus erzielt wird, und zwar an der Innenseite der Ohrmuschelschale 59. Die Ohrdichtungen 37, 61 und ebenso das Kopfpolster 53 sind aus hygienischen Gründen austauschbar gestaltet. Die Ohrdichtungen weisen eine ringförmige Eingriffsvertiefung 62 auf.
Die elektronischen Schaltungen für den vorgeschlagenen Kopfhörer sind in den 12 und 13 dargestellt.
Ein Blockdiagramm des elektronischen Designs ist in der 12 dargestellt. Diese Figur stellt die Kaskade aus Tiefpass- 63 und Bandpassstufen 64, 65 der Signalkonditionierungs-Segmente des Schall- bzw. Geräuschunterdrückungssystems dar. Der Tiefpassfilter ist im Wesentlichen ein einziger Operationsverstärker mit den geeigneten Widerständen und Kondensatoren. Die Bandpassfilter sind Filter mit variablen Zuständen, die aus vier Operationsverstärkern sowie den geeigneten Widerständen und Kondensatoren bestehen. Die Treiber- bzw. Verstärkungsschaltung 26, die für eine Kompensation des Kommunikations- bzw. Datenübertragungssignals 67 sorgt, ist ebenfalls gezeigt. Die Treiber- bzw. Verstärkungsschaltung besteht aus zwei Operationsverstärkern und geeigneten Widerständen und Kondensatoren, die jeglichen Signalverlust kompensieren, der aus dem Hinzufügen von Gegenschall in dem Kommunikationsband resultiert. Das Mikrofon 68 und der Lautsprecher 69 bilden die wesentlichen Elemente der elektroakustischen Rückkopplungsschleife. Die Wahl eines omnidi rektionalen Mikrofons ermöglicht eine beliebige Anordnung des Mikrofons 68, mit der Ausnahme, dass das Mikrofon so nahe wie möglich bei dem Sprecher angeordnet werden sollte, um die Phasendifferenz zwischen dem Mikrofon 68 und dem Sprecher bzw. Lautsprecher 69 zu minimieren, weil diese Phasendifferenz eine unvermeidliche Zeitverzögerung in der System-Transferfunktion widerspiegelt. Durch Wahl eines sehr breitbandigen Mikrofons, um eine Linearität in der Phase zu gewährleisten, und durch Anordnen des mit einem Schaum angefüllten Hohlraums hinter dem Sprecher bzw. Lautsprecher, um die Linearität des Lautsprechers zu verbessern, werden die verbleibenden Nichtlinearitäten in den Systemen durch Einstellen der Eigenschaften des Tiefpassfilters 63 und der Bandpassfilter 64, 65 kompensiert. Die Eigenschaften des Tiefpassfilters und der Bandpassfilter werden durch Verändern der Werte von Widerständen und Kondensatoren in jedem der Filter eingestellt.
Die 13 stellt die Brückenschaltung dar, die dazu verwendet wird, um die Lautsprecher ohne Unterbrechung zu treiben. Der Audio-Eingang von dem Kommunikationssystem 67 wird in ein Abstimmungs- bzw. Anpassungsnetzwerk 71 getrieben und dann in eine Brückenschaltung, die aus dem Lautsprecher 69 und den Brückenausgleichs-Widerständen 73, 74 und 74 besteht. Das endgültige Ausgangssignal wird in die Treiber- bzw. Verstärkungsschaltung 66 gespeist, die in der 12 allgemein dargestellt ist. Die Schaltung ermöglicht es, dass das Kommunikationssystem betrieben werden kann, wenn die aktive Schallunterdrückungsschaltung 76 ausgeschaltet ist, und dass die aktive Schallunterdrückungsschaltung ausgeschaltet werden kann, wenn die Schallunterdrückung betriebsbereit ist.
Eine ausführliche Realisierung dieses elektronischen Designs für die linke Seite des Kopfhörers ist in der 14 dargestellt. Die rechte Seite ist im Wesentlichen identisch zu der linken Seite. Der Stereo-/Mono-Kommunikationseingang 67 ist so dargestellt, dass dieser direkt in die Lautsprecher-Treiberschaltung 83 und in die Treiber- bzw. Verstärkungsschaltung 66 geführt ist. Das Mikrofon-Eingangssignal wird unmittelbar in den Tiefpassfilter 63 gespeist, wo dieses dann den beiden Bandpassfiltern 64 und 65 zugeführt wird. Die Verwendung der Filter mit variablen Zuständen ermöglicht eine unabhängige Feinabstimmung der Verstärkung, Bandbreite und Mittenfrequenz der beiden Bandpassfilter. Eine Abstimmung wird durch Verändern der Werte der diskreten Elemente in jeder Stufe der Schaltung erzielt. Jede Stufe wird in einer charakteristischen Weise abgestimmt, um den verschiedenen akustischen Eigenschaften des Kopfhörer-Aufbaus, der Lautsprecher und der Mikrofone Rechnung zu tragen, welche das endgültige Kopfhörer-Design ausmachen. Die Treiber- bzw. Verstärkungsschaltung 66 und die Lautsprecher-Treiberschaltung 83 sind in der 14 ebenfalls dargestellt.
Nachdem die Erfindung mit ihren innovativen Merkmalen beschrieben wurde, wird dem Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich sein, dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der beigefigten Patentansprüche zu verlassen.

Claims

Kommunikations-Kopfhörer, welcher eine aktive Schall-Unterdrückung zur Verfügung stellen kann, welche eine elektro-akustische Rückkopplung verwendet ohne das Unterbrechen einer normalen Kommunilcations-Funktion, wobei der Kopfhörer aufweist: eine Tragevorrichtung (51, 57), um es einen Benutzer zu ermöglichen, den Kopfhörer auf seinem Kopf zu tragen; eine Lautsprechervorrichtung (17; 69) auf der Tragevorrichtung; eine Kommunikations-Eingabevorrichtung zum Empfangen einer Kommunikationseingabe (67); eine aktive Schall-Unterdrückungsvorrichtung (76) auf der Tragevorrichtung, einschließlich einer Mikrofonvorrichtung (16; 68), welche mit der Lautsprechervorrichtung akustisch gekoppelt ist, wobei die aktive Schall-Unterdrückungsvorrichtung eine elelektro-akustische Rückkopplung verwendet, um einen Gegenschall von der Lautsprechervorrichtung zu erzeugen; und eine elektronische Steuervorrichtung auf der Tragevorrichtung, welche es dem Benutzer ermöglicht, die Kommunikationseingabe (67) über die Lautsprechervorrichtung zu empfangen, mit oder ohne der aktiven Schall-Unterdrückungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuervorrichtung eine Brückenschaltungsvorrichtung (69, 73, 74, 75) aufweist, welche eine Überbrückung der aktiven Schall-Unterdrückungsvorrichtung (76) ermöglicht, ohne die Arbeitsweise der Kommunikationseingabevorrichtung zu Beeinflussen und um die aktive Schall-Unterdrückungsvorrichtung auszuschalten, wenn sie in Betrieb ist.
Kopfhörer nach Anspruch 1, wobei die elektronische Steuervorrichtung eine Verstärkerschaltvorrichtung (66) aufweist, um irgendwelche Niederfrequenzverluste in der Kommunikationseingabe aufgrund des Betriebs der aktiven Schall-Unterdrückungsvorrichtung (76) zu kompensieren.
Kopfhörer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektronische Steuervorrichtung Tiefpass- und Bandpass-Filter (63, 64, 65) aufweist.
Kopfhörer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lautsprechervorrichtung (69) mit beiden verbunden ist, der Kommunikationseingabevorrichtung und der aktiven Schall-Unterdrückungsvorrichtung (76).
Kopfhörer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lautsprechervorrichtung (69) eine schwingfähige Membran (17) und einen akustischen Hohlraum (20) aufweist, angeordnet hinter der Membran, welcher mit einem akustisch dämpfenden Schaum (19) gefüllt ist für eine verbesserte Schall-Unterdrückung.
Kopfhörer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mikrofonvorrichtung (16) eine omni-direktionale Mikrofonvorrichtung ist.
Kopfhörer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektronische Steuervorrichtung eine Filtervorrichtung (64, 65) aufweist, welche geeignet ist, um eine Bandbreite, eine Mittenfrequenz und eine Verstärkung zu steuern, um eine Feinabstimmung der aktiven Schall-Unterdrückungsvorrichtung (76) zu ermöglichen.
Kopfhörer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trägervorrichtung mindestens eine erste Ohrmuschelvorrichtung (58) aufweist, wobei die erste Ohrmuschelvorrichtung die Lautsprechervorrichtung (69), die aktive Schall-Unterdrückungsvorrichtung (76) und die elektronische Steuervorrichtung aufweist und auch eine abnehmbare Batterievorrichtung (2) aufweist, welche angepasst ist, um die elektronische Steuervorrichtung mit Energie zu versorgen bzw. zu speisen.
Kopfhörer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter aufweisend ein an einem Ausleger befestigtes Kommunikationsmikrofon (1), welches so angeordnet ist, um es dem Benutzer zu ermöglichen eine Fernkommunikation durchzuführen.
Kopfhörer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektronische Steuervorrichtung geeignet ist, irgendwelche Verluste in dem Kommunikationssignal aufgrund des Betriebs der aktiven Schall-Unterdrückung zu kompensieren.
Kopfhörer nach Anspruch 10, wobei die elektronische Steuervorrichtung eine einstellbare bzw. abstimmbare Filtervorrichtung mit variablem Modus mit Schaltkondensatoren für die Feinabstimmung aufweist.
Kopfhörer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lautsprechervorrichtung (69) mindestens eine Piezo-Ansteuervorrichtung aufweist und wobei die Trägervorrichtung mindestens eine Ohrmuschelvorrichtung (58, 59) mit einer Muschel (39, 47) aufweist, wobei die Piezo-Ansteuervorrichtung in Verbindung mit der Muschel so wirkt, um als ein Lautsprecherelement für beide zu wirken, die Kommunikationseingabevorrichtung und die aktive Schall-Unterdrückungsvorrichtung (76).
Lautsprecher nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit mindestens einer Ohrmuschelvorrichtung (58, 59), welche einen vorderen Hohlraum bzw. Aufnehmer auf der Trägervorrichtung aufweist und angepasst ist, um über einem Ohr des Trägers zu liegen, und einen rückseitigen Hohlraum bzw. Wandlervorrichtung (20) aufweist, benachbart zu der Lautsprechervorrichtung und angepasst bzw. geeignet, um die Lautsprechervorrichtung linearer bezüglich der Frequenz zu machen, um eine aktive Schall-Unterdrückung über einen breiteren Bereich an Frequenzen zur Verfügung zu stellen.
Kopfhörer nach Anspruch 13, wobei die Mikrofonvorrichtung akustisch eng gekoppelt ist innerhalb des vorderen Hohlraums bzw. Aufnehmers, um so die Phasendifferenz zwischen der Lautsprechervomchtung und der Mikrofonvorrichtung zu minimieren, wobei die Mikrofonvorrichtung adaptiert bzw. angepasst ist, ein verbleiben des Signal rückzukoppeln, welches die Summation des nicht gewünschten Schalls und des Gegenschalls für die aktive Schall-Unterdrückungsvorrichtung darstellt.
Kopfhörer nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, wobei die Lautsprechervorrichtung (69) benachbart zu dem vorderen Hohlraum bzw. Wandler angebracht ist und geeignet bzw. adaptiert ist, um angesteuert zu werden, um ungewünschten Schall zu unterdrücken, und die aktive Schall-Unterdrückungsvorrichtung und die elektronische Steuervorrichtung sind innerhalb der Trägervorrichtung positioniert und adaptiert bzw. angepasst, um die Lautsprechervomchtung anzusteuern, um einen Gegenschall zu erzeugen.
Kopfhörer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kopfhörer zusätzlich aufweist ein Zwei-Wege Kommunikationssystem (1) und die aktive Schall-Unterdrückungsvorrichtung und die elektronische Steuervorrichtung und die Lautsprechervorrichtung (69) sind adaptiert bzw. angepasst, um beides handzuhaben, Kommunikationssignale und Gegenschallsignale.
Kopfhörer nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Ohrmuschelvorrichtungen (58, 59) doppelwandig sind.
Kopfhörer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine digitale Verarbeitungsvorrichtung, welche so angeordnet ist, um die aktive Schall-Unterdrückungsvorrichtung und die elektronische Steuervorrichtung fein abzustimmen.