DE3880965T2

DE3880965T2 - Passiver hoerschutz.

Info

Publication number: DE3880965T2
Application number: DE8888118564T
Authority: DE
Inventors: Elmer V Carlson
Original assignee: Knowles Electronics LLC
Current assignee: Knowles Electronics LLC
Priority date: 1987-11-09
Filing date: 1988-11-08
Publication date: 1993-08-26
Anticipated expiration: 2008-11-09
Also published as: DE3880965D1; EP0315942A1; US4807612A; DK625488A; EP0315942B1; CA1327021C; JPH0412977B2; ATE89153T1; JPH01155848A; DK625488D0

Description

Die Erfindung betrifft einen passiven Gehörschutz, der in den Gehörgang eines Ohrs von einem Benutzer einsetzbar ist, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein derartiger Gehörschutz ist aus US-A-4 540 063 bekannt. Dieses zum Stand der Technik gehörende Dokument beschreibt eine Vorrichtung, welche Schallwellen sowohl im hohen als auch im niedrigen Frequenzband zu dämpfen vermag. Auf das Einsetzen bezogene Nebenresonanzen werden nicht berücksichtigt.
Die meisten herkömmlichen Ohrpfropfen neigen dazu, den Empfang normalen Schalls zu verzerren. Bisher sind einige Versuche gemacht worden, Ohrpfropfen zum selektiven Dämpfen des eintretenden Schalls zu schaffen; es wird z.B. auf das US- Patent Nr. 3,565,069 an R.N. Miller auf einen Akustischen Filter und auf das US-Patent Nr. 3,637,040 an A.G. Gorman auf Kapselgehörschützer verwiesen. Im Miller-Patent Nr. 3,565,069 wird angegeben, daß das darin beschriebene Filter im wesentlichen alle Geräusche über einem vorbestimmten Pegel ausfiltert, dagegen Schall unter diesem Pegel ohne schädlichen Verlust durchläßt. Das Gorman-Patent Nr. 3,637,040 stellt fest, daß zum Ohr des Trägers dringender Schall innerhalb eines gewählten Frequenzbereiches im wesentlichen ungedämpft bleibt und nicht in den Frequenzbereich fallender Schall und Geräusche, die für die Übertragung verständlichen Sprechens notwendig sind, ausgeschieden werden.
In dem speziellen Fall der zum Einsetzen in den Gehörgang konstruierten Ohrpfropfen wird eine normale Gehörgang-Übertragungsresonanz von etwa 2,7 Kilohertz wirksam unterdrückt, wodurch ein bedeutender Anteil der 1 bis 3-Kilohertz-Information in größerem Maße unterdrückt wird. Außerdem ergibt sich aus dem Vorgang des Einsetzens eines solchen Ohrpfropfens in den Gehörgang normalerweise auch eine Neben-Preemphasisübertragung im 5 bis 8-Kilohertz-Bereich. Bei einem dämpfenden Ohrpfropfen ist es wünschenswert, die 2,7-Kilohertz-Resonanz wiederherzustellen und die 5 bis 8-Kilohertz-Nebenemphasis zu kompensieren.
Im US-Patent Nr. 3,985,960, erteilt an Wallace, wird ein elektrisch betriebener elektromechanischer Meßgrößenwandler beschrieben, der in einen Ohrpfropfen eingebaut ist und bei einer Ausführungsform verschiedene darin angeordnete akustische Bauteile aufweist, die am Trommelfell eine Frequenzempfindlichkeit erzeugen, die so abgestellt ist, daß sie jene des nicht verschlossenen Gehörganges darstellt. Es handelt sich dabei jedoch nicht um eine Dämpfungsvorrichtung, sondern um den Versuch, eine Form eines Ohrhörers mit hoher Wiedergabetreue zu schaffen. Somit beschreibt das Wallace-Patent eine Vorrichtung, die weder passiv, noch mit der Außenluft gekoppelt ist. Nach Kenntnis der Anmelderin existiert keine einfache passive Dämpfungsvorrichtung des Ohrpfropfen-Typs, die ausreichend so kompensiert ist, daß sie die Störung im Weiterleitungsverhalten des Gehörganges korrigiert, die sich aus dem Einsetzen eines Ohrpfropfens in das äußere Gehörgangende ergibt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen passiven Gehörschutz der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine im wesentlichen gleichmäßige Unterdrückung von Schallübertragung über dem einfallenden Spektrum erzielt wird, ohne daß störende Übertragungseigenschaften eingeführt werden. Gemäß der Erfindung soll gedämpfter, aber nicht verzerrter Schall durch den Gehörschutz erzeugt werden. Die Lösung dieser Aufgabe ist in Patentanspruch 1 beschrieben.
Bevorzugte Ausführungsformen des passiven Gehörschutzes gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung stellt das Dämpfungsnetzwerk die notwendige 2,7-Kilohertz-Preemphasis des offenen Gehörganges wieder her, damit die Verständlichkeit menschlicher Sprache verbessert wird.
Die Erfindung schafft eine verbesserte akustische Dämpfungsvorrichtung mit einem Gehörschutz, der eine Kombination von akustischen Organen verwendet, die so zueinander in Beziehung und miteinander verbunden sind, daß über einem großen Bereich von Hörfrequenzen eine wesentliche Schalldämpfung erzeugt wird. Die Empfindlichkeit der Vorrichtung ist mit der der anatomischen Strukturen des menschlichen Ohrs vergleichbar, so daß der durch den Gehörschutz hindurch das innere Ohr erreichende gedämpfte Schall im wesentlichen dieselben Merkmale hat wie der Schall, der normalerweise vom Gehör des Benutzers empfangen würde, wenn kein Gehörschutz vorhanden wäre, aber einen reduzierten Amplitudenlevel hat. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird für den offenbarten passiven Gehörschutz ein Hilfsresonator geschaffen, um eine unerwünschte 8-Kilohertz-Übertragungsspitze zu beseitigen, die wegen des akustischen Verschlusses des Gehörganges durch den Gehörschutz auftritt.
Die folgenden bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt:
Fig. 1 eine isometrische Ansicht einer weiterentwickelten Ausführungsform des passiven Gehörschutzes,
Fig. 2 eine isometrische Ansicht der Struktur gemäß Fig. 1 nach einer Drehung um etwa 180º,
Fig. 3 einen relativ vergrößerten Schnitt durch eine einfache Ausführungsform des Gehörschutzes gemäß Fig.
Fig. 4A einen Schnitt durch die in Fig. 1 und 2 dargestellte weiterentwickelte Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 4B eine zum Teil weggeschnittene Rückansicht des Gehörschutzes gemäß Fig. 4A,
Fig. 5A und 5B Skizzen des Aufbaues eines menschlichen Ohrs zur Erläuterung der Merkmale des beschriebenen Gehörschutzes,
Fig. 6 eine Ersatzschaltung für den in den Gehörgang eingesetzten Gehörschutz gemäß Fig. 3,
Fig. 7 eine Ersatzschaltung für den in den Gehörgang eingesetzten Gehörschutz gemäß Fig. 4A und 4B, und
Fig. 8 einen Teilschnitt durch den an einer Ohrmuschel befestigten Gehörschutz.
Es hat sich herausgestellt, daß in vielen Situationen, in denen der Umgebungsschallpegel von genügender Intensität ist, um unangenehm oder für das Gehör einer Person schädlich zu sein, z.B. der in Industriefabriken oder infolge von Explosionsgeräusch erzeugte hohe Schall- oder Geräuschpegel, eine verträgliche oder unschädliche Situation durch Dämpfen des Schalls um einen mäßigen Betrag zwischen 10 und 30 dB geschaffen werden kann. Dementsprechend ist die Erfindung auf eine passive Vorrichtung gerichtet, die den ankommenden Schall ziemlich dämpft, dennoch den normalen, individuell ausreichenden Hörbereich beläßt, so daß der Benutzer, wenn er sich nicht in der Umgebung mit intensiver Beschallung aufhält, noch normale Gespräche führen kann und die für ihn in bezug auf Annehmlichkeit und Sicherheit wesentlichen normalen Umgebungsgeräusche wahrnehmen kann. Beispielsweise ist eine Geräuschumgebung mit einem Schalldruckpegel von 95 Db normalerweise akzeptabel, wenn das in das Ohr übertragene Geräusch nur auf einen Schalldruckpegel von 75 dB gedämpft werden kann. Folglich kann eine Person mit normalem Hörvermögen den erfindungsgemäßen Schutz in einer Umgebung mit einem Schalldruckpegel von 95 Db tragen, um den gewünschten Eingangspegel an seinem Ohr auf einen Schalldruckpegel von 75 dB unter angenehmen und sicheren Bedingungen zu senken. Verläßt diese Person die Umgebung mit hohem Geräuschpegel, wird ihr Hörvermögen unter den normaleren Umgebungsbedingungen durch den Gehörschutz nicht ernstlich beeinträchtigt.
Es wird nun auf Fig. 1 bis 8 verwiesen. Der passive Gehörschutz 10 gemäß der Erfindung ist so aufgebaut, ausgelegt und bemessen, daß er in einem Ohr des Benutzers getragen werden kann, und bei einer einfachen Ausführungsform ist das Gehäuse 11 des Gehörschutzes 10 (Fig. 3) etwa 10,7 mm im Durchmesser und 2,5 mm dick. Das Gehäuse 11 ist somit in Draufsicht kreisrund und in Seitenansicht rechteckig. Die außenliegende oder Eingangsseite einer weiterentwickelten Ausbildungsform des Gehörschutzes ist am deutlichsten in Fig. 1, die innenliegende oder Ausgangsseite des Schutzes am deutlichsten in Fig. 2 zu erkennen. An der außenliegenden Seite des Gehäuses 11 ist eine Eingangsschallöffnung 16 ausgebildet, und von der innenliegenden Seite des Schutzes geht ein Schallrohr 14 ab.
Das Gehäuse 11, das aus einem Kunststoff, z.B. Celluloseacetobutyrat hergestellt sein kann, umfaßt einen Basisteil 12 und eine dazu passende Kappe 13. Die akustische Leitung oder der Schalldurchlaß 24, der das Rohr 14 umfaßt, erstreckt sich von der Basis 12, d.h. von der innenliegenden Seite des Gehäuses 11 aus nach außen und ist in den Gehörgang des Benutzers einführbar; sh. Fig. 5B. Fig. 8 zeigt eine alternative Ausführungsform, die in eine Ohrmuschel 30 einrastbar ist. Bei einer Ausführungsform ist das Rohr 14 etwa 12,7 mm lang und 3,15 mm im Durchmesser.
Gemäß Fig. 3 und 4A ist ein Einführrohr 15 aus zusammendrückbarem, biegsamen Werkstoff vorgesehen. Das Einführrohr 15 umfaßt einen Kern 15A, der ausreichend starr ist, damit das Einführrohr 15 seine Gestalt beibehalten kann, aber ausreichend biegsam, damit es sich, wie in Fig. 5B dargestellt, sich biegend an den Gehörgang anpassen kann. Der Kern 15A ist von solchem Durchmesser, daß er sich eng an das Schallrohr 14 anpaßt. Der äußere Abschnitt 15B des Rohres 15 ist aus einem nachgiebigen Werkstoff und paßt in den Gehörgang mit guter Gestaltanpassung, derart, daß eine abdichtende akustische Schnittstelle mit dem Gehörgang entsteht, um Außenschall am Durchgang an der Außenfläche des Gehäuses 11 in den Gehörgang zu hindern. In Fig. 5B ist der Schallausgangsabschnitt 16A als das offene oder innenliegende Ende des Rohres 15 dargestellt. Das Einführrohr 15 ist vom Schallrohr 14 bequem abnehmbar, z.B. zum Reinigen oder Auswechseln. Die Auswechselbarkeit des Einführrohres 15 erhöht beim Benutzer die Akzeptanz des Gehörschutzes aus hygienischer Sicht.
Die Schalleingangsöffnung 16, durch welche der Schall in den Gehörschutz 10 eintritt, ist in der Kappe 13, d.h. in der Außenseite des Gehäuses 11 ausgebildet. Ein Dämpfungselement oder -glied 17, z.B. ein Lochsieb oder Gewebe, erstreckt sich über die Eingangsöffnung 16 und bildet einen zweckdienlichen akustischen Widerstand gegen in den Gehörschutz 10 eindringenden Schall. Durch die Anordnung des Dämpfungsgliedes 17 zur Außenseite des Gehäuses 11 hin, wie in Fig. 3 dargestellt, schützt das Glied 17 gegen Verunreinigung durch Ohrsekretionen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß das Dämpfungsglied 17 auch in der Nähe des inneren Endes des Rohres 14 angeordnet sein kann. Über dem Schalldurchlaß oder -kanal 14 ist im Abstand vom Dämpfungsglied 17 eine biegsame Membrane 18 angeordnet.
Beim gezeigten Beispiel bilden die Eingangsöffnung 16 und der Durchlaß 24 eine Vertiefung 20 mit einem Einlaß von etwa 3,15 mm Durchmesser. Eine zweite Bohrung 21 von etwas größerem Durchmesser bildet eine zweite Vertiefung, und eine dritte Bohrung 22 von noch etwas größerem Durchmesser bildet eine dritte Vertiefung. Beim gezeigten Beispiel ist die biegsame Druckteiler-Membrane 18 an den die Bohrung 21 begrenzenden Schultern angeordnet. Die Bohrungen von verschiedenen Durchmessern bilden Stufen oder Schultern, und das Dämpfungsglied 17 und die Membrane 18 sind in zweckdienlicher Weise in Stellung gehalten, z.B. durch Ankleben an die zugehörigen Schultern. Die von den Bohrungen 21 und 22 gebildeten Vertiefungen sind ziemlich klein und haben keine bedeutsame akustische Wirkung auf die Arbeitsweise des Gehörschutzes 10.
Wie bekannt, schwingt oder bewegt sich die Membrane 18 im Betrieb als Reaktion auf das Auftreffen von externem Schalldruck. Die Membrane 18 leitet den Schalldruck über den Schalldurchlaß 24 und das Rohr 14 zu dem in Fig. 5B dargestellten Trommelfellraum.
Wie weiter oben angegeben, wird durch die natürliche Resonanz des Gehörganges die Frequenz-Amplituden-Charakteristik des zum Trommelfell geleiteten Schalldruckes geformt, und wenn das Ohr durch einen dämpfenden Pfropfen verschlossen ist, wird die natürliche Resonanz im Gehörgang beträchtlich verändert. Dementsprechend ist es ein Merkmal der Erfindung, ein akustisches Netzwerk zur Wiederherstellung dieser von der natürlichen Resonanz abhängigen Beziehung zu schaffen, wenn im Gehörgang des Benutzers ein Schutz angeordnet ist.
Es sind nun die folgenden Schalldruckbeziehungen zu berücksichtigen, und es wird insbesondere auf Fig. 5A und 5B verwiesen, in denen die folgenden Beziehungen dargestellt sind:
P&sub0; ist der Umgebungsschallwellendruck,
P&sub1; ist der Schalldruck am Trommelfell bei nicht verschlossenem Ohr,
P&sub2; ist der Schalldruck an der Außenseite eines Dämpfungspfropfens bei verschlossenem Ohr, d.h. bei einem in das Ohr eingeführten Ohrpfropfen, und
P&sub3; ist der Schalldruck am Trommelfell bei verschlossenem Ohr.
Zum Schutz der natürlichen Qualität des Schallwellendrucks P&sub0;, sollte die Beziehung P&sub3;/P&sub1; = a&sub1; bei allen nützlichen Frequenzen konstant sein. Der Betrag der Schalldämpfung ist durch die Beziehung A = 20 log&sub1;&sub0; (a&sub1;) Dezibel gegeben.
Damit "a&sub1;" eine Konstante wird, muß das Dämpfungsverhältnis des Pfropfens, also P&sub3;/P&sub2; = a&sub2;, einen speziellen Wert haben, der eine Funktion der Frequenz ist. Der eigentliche Wert wird empirisch durch die Messungen P&sub1;/P&sub0; = a&sub3; und P&sub2;/P&sub0; = a&sub4; und dann durch Ermitteln ihres Verhältnisses gefunden:
a&sub3;/a&sub4; = (P&sub1;/P&sub0;)/(P&sub2;/P&sub0;) = P&sub1;/P&sub2; = a&sub5;.
Wird das Dämpfungsverhältnis des Pfropfens "a&sub2;" als "a&sub5;" multipliziert mit einer Konstanten, "a&sub6;", gesetzt, d.h. wenn
a&sub2; = a&sub5; a&sub6;, dann
a&sub2; = (P&sub1;/P&sub2;) x a&sub6;, oder
(P&sub3;/P&sub2;) = (P&sub1;/P&sub2;) a&sub6;, und folglich
a&sub6; = (P&sub3;/P&sub1;) und a&sub1; = P&sub3;/P&sub1;.
Somit kann man sehen, daß
a&sub1; = a&sub6; = Trommelfell-Schalldruck, verschlossen/Trommelfell-Schalldruck, unverschlossen
ist.
Der Druck im mit Pfropfen versehenen oder verschlossenen Ohr ist somit der gleiche wie der Druck im offenen oder nicht verschlossenen Ohr, jedoch verringert um einen konstanten Faktor.
Durch Umschreiben der vorstehend genannten Beziehungen ergibt sich der eigentliche Wert des Dämpfungsverhältnisses als a&sub2; = a&sub5; a&sub1;.
Die Steifigkeit der Membrane 18 im erfindungsgemäßen passiven Gehörschutz 10 ist so gewählt, daß die Membrane 18 den an ihrer Innen- oder Ohrseite entstehenden Druck um den gewünschten Dämpfungsfaktor (a&sub2;) reduziert. Bei Frequenzen deutlich unter der Membranresonanz ist die Steifigkeit die Hauptbedingung der Membranbewegung; und bei diesen niedrigeren Frequenzen wirkt die Membrane in Verbindung mit der Steifigkeit der Luft im Gehörgang und in dem zum Gehörgang führenden Durchlaß 24 als Druckteiler. Durchmesser und Länge des Durchlasses 24, einschließlich des Rohrs 14, die Nachgiebigkeit und Masse der Membrane 18 und der Widerstand des Dämpfungsglieds 17 sind so gewählt, daß bei den Frequenzen, bei denen das Ohr normalerweise den Druck am Trommelfell in bezug auf den Druck im ankommenden Schall verstärkt, ein Maximum an Übertragung (Resonanz) entsteht.
Die Erfindung spricht zwei Hauptkonzepte an. Erstens, weil der schalldämpfende Pfropfen im allgemeinen einen akustischen kapazitiven Blindwiderstand, zumindest bei den niedrigeren Frequenzen, bildet, wird ein Dämpfungsorgan gebildet durch Anordnung einer Kapazität in der Nähe des Eingangs zum Gehörgang, um einen Druckteiler zu bilden. Zweitens, wenn das Ohr durch einen dämpfenden Pfropfen verschlossen ist, wird die natürliche Resonanz im Gehörgang, welche die Frequenz-Amplituden-Charakteristik des an das Trommelfell abgegebenen Schalldruckes formt, verändert. Die Erfindung schafft geeignete akustische Netzwerke zur Wiederherstellung der natürlichen, von der Frequenz abhängigen Beziehung des unverschlossenen menschlichen Ohrs.
Bei der erfindungsgemäßen Struktur bildet die Nachgiebigkeit der Membrane 18 in Verbindung mit dem abgeschlossenen Volumen des Durchlasses 24 ein Dämpfungsorgan mit der Nenndämpfung der Schutzvorrichtung. Länge und Durchmesser des Rohres 15, die Nachgiebigkeit der Membrane 18 und der Widerstand im Dämpfungsglied 17 sind so gewählt, daß bei der Frequenz, bei der das Ohr normalerweise den Druck am Trommelfell in bezug auf den Druck in der ankommenden Schallwelle vergrößert, ein Maximum an Weiterleitung (Resonanz) entsteht. Diese natürliche Resonanz wird durch das Einsetzen eines abdichtenden Pfropfens in den Gehörgang zerstört, wie weiter unten beschrieben wird. Der Wert des Dämpfungselementes 17 ist so gewählt, daß eine Verstärkung die Amplitude hat, welche die Frequenzcharakteristik (oder Resonanz) schützt, die beim Trommelfell normalerweise vorkommt. Somit ist der an das Trommelfell abgegebene Schall im wesentlichen jener, der am Trommelfell bei Abwesenheit des Dämpfungsorgans beobachtet worden wäre, aber er ist um einen konstanten Faktor, z.B. auf 10% des ungedämpften Trommelfell-Schalldruckes bei einem Pfropfen mit der Nenndämpfung von 20 dB verringert.
Die vorstehende Beschreibung befaßte sich mit einer Ausführungsform der Erfindung für die Überwindung eines grundlegenden Problems, das einem in das Ohr eingesetzten Schallübertragungssystem natürlich anhaftet. Der menschliche Gehörgang ist ein am Ende offener Apparat und hat somit eine grundsätzliche Eigenschaft einer akustischen Offen-End-Struktur, nämlich die natürliche Eigenschaft der Erzeugung einer Übertragungsresonanz. Nimmt man dabei die Länge eines üblichen menschlichen Gehörganges mit etwa 2,5 bis 2,8 cm an, ergibt sich ohne weiteres aus der Theorie der geschlossenen Orgelpfeife, daß die Grundresonanzfrequenz etwa 3,2 Kilohertz betragen würde. Weil der Gehörgang am offenen Ende durch die Ohrmuschel verlängert ist und am anderen Ende an dem weniger als starren Trommelfell endet, liegt die beobachtete Resonanzfrequenz bei nahe 2,7 Kilohertz. Eine grundlegende Forderung einer treuen Hörreproduzierbarkeit ist es, daß bei in das Ohr eingesetztem Gehörschutz diese allgemeine Resonanz erhalten bleiben muß.
Andererseits hat das Einsetzen einer verschließenden Öffnung beliebiger Gestalt in den Gehörgang die allgemeine Wirkung einer Umwandlung des Gehörganges in einen im wesentlichen verschlossenen Resonator. Die zuvor genannte 2,7-Kilohertz- Resonanz ist eine natürliche Eigenschaft des unverschlossenen Gehörganges. Mit ganz elementaren Methoden kann gezeigt werden, daß das Anbringen einer beträchtlichen Verschlusses am äußeren Ende des Gehörganges diese Resonanz effektiv zerstört. Die zuvor beschriebene Ausführungsform fügt diese Resonanz den Übertragungseigenschaften des Systems wieder hinzu, wie sich unter Bezugnahme auf eine Ersatzschaltung des Ohres mit eingesetztem Gehörschutz gemäß Fig. 6 feststellen läßt.
Wie zuvor angegeben, hat die Anordnung des nachgiebigen Bauteils 18 in den Schallkanal die allgemeine Wirkung, daß in bezug auf den Gehörgang eine Druckteilung stattfindet. In Fig. 6 ist diese Druckteilwirkung in vereinfachter Form als Teilung zwischen Kondensatoren C1 und C2 dargestellt. C2 stellt hier die Nachgiebigkeit (in reziproker Beziehung zur "Steifigkeit") des Restvolumens des Gehörganges, und C1 die Nachgiebigkeit der Membrane 18 dar. Ein solcher Druckteiler dient als Dämpfungsorgan; er wird jedoch nicht die fehlende 2,7-Kilohertz-Resonanz wiederherstellen. Dies geschieht durch den Widerstand R1 des Dämpfungselementes 17, der einen Widerstand von 125 akustischen Ohm aufweist, und durch eine akustische Induktivität L1, abgeleitet aus der Gesamtbohrung, die sich von der nachgiebigen Membrane 18 zum vorderen Ende der Ohrmuschel 16A erstreckt. Die Parameter L1 und R1 sind in einem großen Bereich voneinander unabhängig einstellbar und dienen gemäß der Erfindung dazu, die 2,7-Kilohertz-Resonanz und deren zweckdienliche Breite wiederherzustellen.
Es ist gleichermaßen einleuchtend, daß der in Fig. 6 dargestellte Kondensator C1 und der Widerstand R1 miteinander vertauscht werden können, d.h. das Dämpfungselement 17 und die Membrane 18 können bei Bedarf die Plätze tauschen, ohne daß die allgemeinen Eigenschaften des vorstehend beschriebenen Systems beeinträchtigt werden. Die nachgiebige Membrane 18 hat einen akustischen kapazitiven Blindwiderstand von 0,25 akustische Mikrofarad, und die durch den Konduktor L1 dargestellte Gesamtbohrung ist etwa 12,8 mm lang und 3,6 mm im Durchmesser.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung bewahrt nicht nur das vorgenannte Merkmal, sondern handhabt auch die Nebenresonanz, die sich aus dem Abschließen des äußeren Endes des Gehörganges ergibt, nämlich daß die innerhalb der Membrane 18 gelegene Struktur dann sich einer geschlossenen Schallkammer nähert.
Durch Messungen der Veränderungen an den Schalldruck-Schwellenwerten des menschlichen Gehörs mit und ohne Vorrichtungen des soeben beschriebenen Typs, und auch durch Messungen an einem elektrischen Analog-Schaltkreis-Modell der Vorrichtung, einschließlich des Gehörganges, wurde festgestellt, daß eine Resonanz oder eine Übertragungsverstärkung bei etwa 8 Kilohertz auftritt. Wenn die Vorrichtung in das Ohr eingesetzt ist, entsteht am Ende des in das Ohr eingesetzten Vorrichtungsteils eine größere Diskontinuität im Schallübertragungsweg. Der übrige Teil des Gehörganges, der sich zwischen diesem Ende und dem Trommelfell befindet, ist eine akustische Übertragungsleitung mit einer charakteristischen Impedanz, die von der des Durchlasses 24 verschieden ist. Es wird angenommen, daß diese Unstetigkeit und die Längen der akustischen Übertragungswege für diese Störung der Weiterleitung verantwortlich sind. Somit wird durch das Einsetzen des Gehörschutzes in den Gehörgang eine die Übertragung vergrößernde 8-Kilohertz-Nebenresonanz eingeführt, die vorzugsweise beseitigt werden sollte.
Es wird nun auf Fig. 4A und 4B verwiesen, die eine alternative Ausführungsform des passiven Gehörschutzes 10A gemäß der Erfindung zeigen. Für Bauteile mit identischen Funktionen in bezug auf die bei den zuvor beschriebenen Ausführungsform dargestellten Bauteile sind gleiche Bezugszeichen verwendet. Der Gehörschutz 10A ist mit dem Gehörschutz 10 im wesentlichen gleich, weist aber Dämpfungsöffnungen oder -schlitze 26A auf, die Schall aus den Durchlässen 24 zu einer Nebenkammer 25A koppeln, derart, daß eine Nebenschalleitung gebildet ist. Die Öffnungen 26A bilden mit Widerstand und Induktivität behaftete Dämpfungselemente.
Wie vorstehend angegeben, hat der einfachere Gehörschutz 10 ein Dämpfungselement 17 und eine Membrane 18, die im Schalleitungsdurchlaß oder der Schalleitung 24 angeordnet sind, in der Weise, daß eine erste Korrektur der Übertragungscharakteristik der Vorrichtung vorgenommen wird. Zusätzlich hierzu erzeugt der verbesserte passive Gehörschutz 10A eine Verbesserung und Glättung des durch die Erfindung geschaffenen Ergebnisses. Insbesondere neigt die Impedanz der Schallnebenkammer 25A und der Öffnungen 26A dazu, den passiven Gehörschutz in die Lage zu versetzen, einen Ausgang zu liefern, der störende Amplitudenschwankungen oder -spitzen im Betriebsfrequenzbereich so klein wie möglich hält. Eine Theorie über die Arbeitsweise einer solchen Nebenleitung ist in dem US-Patent Nr. 4,006,321 an E.V. Carlson mit dem Titel "Transducer Coupling System" (Meßwandler-Kopplungssystem) beschrieben, das an denselben Rechtsnachfolger wie die vorliegende Erfindung übertragen ist.
Die Parameter der Öffnungen 26A und der Nebenkammer 25A sind so gewählt, daß die effektive Schallimpedanz im Frequenzbereich der Überschußübertragung eine Verminderung der übertragenen Schallmenge verursacht. Die Erfindung schafft somit Strukturen zur Dämpfung ankommenden Schalls um einen gewählten Betrag, wogegen die natürliche Qualität des Schalls im gesamten Betriebsfrequenzbereich beibehalten wird.
Dies ist am deutlichsten unter Bezugnahme auf die in Fig. 7 dargestellte Ersatzschaltung zu erkennen. Hier bildet die Zusatznebenleitung eine Serienresonanz-Parallelschaltung mit Bauteilen L2, R2, welche die Masse der Luft in den Durchlässen 26A und den Strömungswiderstand darin darstellen, der aus Viskositätswiderstand entsteht. Der Kondensator C2 stellt den Blindwiderstand der Vertiefung 25A dar, die ein Volumen von 0,01 cm³ hat. Jeder Durchlaß 26A ist in Strömungsrichtung 0,28 mm lang und hat einen Querschnitt von 0,36 mm x 0,08 mm. Unter Bezugnahme auf Fig. 7 ist deutlich, daß die Stärke dieser Nebenschlußwirkung und folglich die Unterdrückung der Weiterleitung der 8-Kilohertz-Information zum Gehörgang durch R2 gesetzt ist, und daß die Frequenz, bei der diese Nebenschlußwirkung einen maximalen Wert hat, in erster Linie eingestellt wird durch die Werte des Induktors L2 und des Kondensators C2. Auch hier sind diese Parameter im allgemeinen unabhängig voneinander einstellbar, derart, daß die gewünschte Korrektur herbeiführbar ist. Es versteht sich ferner, daß die Bauteile L2, R2, C2 gleichermaßen so verbunden werden können, daß sie im Nebenschluß zur Verbindungsleitung der Bauteile C1 und R1 liegen, vorausgesetzt, daß die Werte der Bauteile L2, R2 und C2 in zweckdienlicher Weise eingestellt sind.

Claims

1. Passiver Gehörschutz (10; 10A), der in den Gehörgang eines Ohrs von einem Benutzer einsetzbar ist, um eintretenden Schall zu dämpfen, wobei der Schutz in Verbindung miteinander umfaßt: Schall-Eingangs- und -Ausgangsöffnungen (16, 16A) und einen die Öffnungen miteinander koppelnden Schalldurchlaß (24), eine erste Dämpfungs-Korrektur-Einrichtung (17, 18, 24) mit einer nachgiebigen Membrane (18), die über dem Durchlaß (24) angeordnet ist, um auf eintretenden Schall zu reagieren und über den Durchlaß (24) mit dem Ohr des Benutzers eine Verbindung für gedämpften Schalldruck herzustellen, wobei die Membrane (18) so konfigurert ist, daß sie mit dem okkludierten Volumen des Gehörganges als Druckteiler arbeitet, und ein über dem Schalldurchlaß (24) angeordnetes Dämpfungsglied (17), dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungs-Korrektur-Einrichtung (18, 17, 24) ein Übertragungsmaximum bei einer gegebenen Frequenz von 2,7 Kilohertz erzeugt, bei welcher der freie Gehörgang normalerweise den Druck am Trommelfell vergrößert und bei welcher das Vorhandensein eines Gehörschutzes (10; 10A) im Gehörgang die genannte Übertragung wesentlich verringert, derart, daß ein über den Gehörschutz (10; 10A) mit dem Ohr des Benutzers gekoppeltes Schallspektrum erzeugt wird, das bei der gegebenen Frequenz im wesentlichen gleich ist mit dem, das bei Fehlen des passiven Gehörschutzes am Ohr des Benutzers wirksam wäre, aber verringert um einen in wesentlichen konstanten Faktor.

2. Passiver Gehörschutz (10; 10A) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachgiebigkeit der Membrane (18), die Querschnittsabmessungen und die Länge des Schalldurchlasses (24) und der Widerstand des Dämpfungsgliedes (17) so gewählt sind, daß eine frequenzkorrigierte Dämpfungseinrichtung gebildet ist, die bei den niedrigeren Hörfrequenzen eine Reaktion am Trommelfell erzeugt, die im allgemeinen dieselbe Frequenzcharakteristik wie das nicht okkludierte Ohr des Benutzers hat.

3. Passiver Gehörschutz (10; 10A) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalldurchlaß (24) ein relativ langgestrecktes Rohr (15) umfaßt, und bei dem die Länge des Rohres (15) und die Nachgiebigkeit der Membrane (18) so gewählt sind, daß sie bei der gegebenen Frequenz in Resonanz kommen.

4. Passiver Gehörschutz (10A) nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine zweite Dämpfungs-Korrektur-Einrichtung (25A, 26A) zum Erzeugen einer selektiv erhöhten Dämpfung bei der Frequenz einer schallverstärkenden Resonanz bei einer Frequenz im Bereich von 5 bis 8 Kilohertz, die durch das Vorhandensein eines Gehörschutzes (10A) im Gehörgang hervorgerufen wird, wobei die zweite Dämpfungs-Korrektur-Einrichtung eine Nebenschalleitung umfaßt mit einer Nebenschallkammer (25A) und wenigstens einem Schallimpedanz-Glied (26A), das Schall vom Schalldurchlaß (24) mit der Nebenkammer (25A) koppelt, wobei die Nebenleitung so konfiguriert ist, daß bei der genannten schallverstärkenden Resonanzfrequenz ein in Resonanz tretender energieabsorbierender Vorgang entsteht.

5. Passiver Gehörschutz (10A) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schallimpedanz-Glieder Schlitze (16A) umfassen, die zwischen der Nebenkammer (25A) und dem Schalldurchlaß (24) ausgebildet sind.

6. Passiver Gehörschutz inach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß erste Schalldämpfungs- Modifizier-Einrichtungen mit den Öffnungen (16, 16A) akustisch verbunden sind, um die genannte Dämpfung durch beträchtliche Verminderung gegenüber jener von benachbarten Teilen des genannten Spektrums in der Nähe von 2,7 Kilohertz in ausreichendem Maße so herabzusetzen, daß zur Übertragung in den Gehörgang insbesondere ein Schallspektrum reproduziert wird, das die normale, die Übertragung vergrößernde Anhebung von 2,7 Kilohertz eines freien Gehörganges hat.

7. Passiver Gehörschutz (10; 10A) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch zweite Schalldämpfungs-Modifizier-Einrichtungen, die mit den Öffnungen (16, 16A) akustisch verbunden sind, um die genannte Dämpfung bei der Frequenz einer schallverstärkenden Resonanz bei einer Frequenz im Bereich von 5 bis 8 Kilohertz selektiv zu vergrößern, die bei Verschluß eines Gehörganges durch Einsetzen einer Dämpfungseinrichtung entsteht.

8. Passiver Gehörschutz (10; 10A) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen umfassen: eine Eingangsöffnung (16), die so angeordnet ist, daß sie bei so eingesetzter Dämpfungseinrichtung Umgebungsschall auffängt, eine Ausgangsöffnung (16A), die so angeordnet ist, daß sie mit dem Innenraum des Gehörganges direkt verbunden ist, und einen Hauptdurchlaß (24), der eine akustische Verbindung zwischen der Eingangs- und Ausgangsöffnung herstellt, wobei die Dämpfungseinrichtung eine nachgiebige Membrane (18) und ein erstes Schalldämpfungs-Glied (17) aufweist, das über dem Hauptdurchlaß (24) angeordnet ist, dabei der Hauptdurchlaß (24) eine langgestreckte Leitung (15) umfaßt, die eine akustische Verbindung zwischen der Ausgangsöffnung (16) und einem Bauteil aus der Gruppe mit Membrane (18) und erstem Dämpfungsglied (17) herstellt, wobei die erste Dämpfungs-Modifizier- Einrichtung den Widerstand des Dämpfungsgliedes (17), die Nachgiebigkeit der Membrane (18) und die durch die Abmessungen der langgestreckten Leitung (15) bestimmte Inertanz umfaßt, die so gewählt sind, daß bei 2,7 Kilohertz eine die Übertragung vergrößernde Resonanz entsteht.

9. Passiver Gehörschutz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dämpfungs-Modifizier-Einrichtung eine akustische Resonanzeinrichtung (25A) und Nebenleitungsöffnungen (26A) aufweist, die eine akustische Verbindung zwischen der akustischen Resonanzeinrichtung (25a) und dem Hauptdurchlaß (24) herstellen.

10. Passiver Gehörschutz (10A) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dämpfungs-Modifizier-Einrichtung wenigstens eine Schallkammer (25A) von gegebenem Volumen und wenigstens einen schallumleitenden Nebendurchlaß (26A) von gegebener Länge und gegebenem Querschnitt aufweist, die eine akustische Verbindung zwischen dem Hauptdurchlaß (24) und der Kammer (25A) herstellen, und das Volumen der Kammer (25A) und die Länge und die Querschnittsgestalt des Nebendurchlasses (26A) umfaßt, die so gewählt sind, daß ein akustisches Netzwerk von frequenzbezogener Resonanz gebildet ist, das Schallenergie vom Hauptdurchlaß (24) umleitet, derart, daß die selektiv erhöhte Dämpfung der schallverstärkenden Resonanzfrequenz entsteht.

11. Passiver Gehörschutz nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (18) zwischen dem ersten Schalldämpfungs-Glied (17) und der Ausgangsöffnung (16A) angeordnet ist.

12. Passiver Gehörschutz nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebendurchlaß (16A) mit dem Hauptdurchlaß (24) an einer Stelle zwischen der Membrane (18) und dem größeren Abschnitt des langgestreckten Durchlasses (24) akustisch gekoppelt ist.

13. Passiver Gehörschutz nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die selektiv erhöhte Dämpfung bei einer Frequenz von 8 Kilohertz erzeugt wird.

14. Passiver Gehörschutz nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Nebendurchlaß eine Vielzahl von Schlitzen (26A) aufweist, die eine akustische Verbindung zwischen dem Hauptdurchlaß (24) und der Kammer (25) herstellen.