-
Die vorliegende Erfindung betrifft
Nebengeräusche reduzierende Telefonhörer.
-
Hörer sind standardmäßige Geräte von
Telefonsprechstellen und anderen
Telekommunikationssprechstationen (z.B. zellularen Terminals) und
bestehen im Prinzip aus einer Hörerkapsel, die durch
einen Handgriff mit einem Sprechmikrofon verbunden ist.
Der Nutzen eines herkömmlichen Hörers in einer
geräuschvollen Umgebung wie zum Beispiel einer
Baustelle, einer Werkstatt, einem Flughafen, einer
Bushaltestelle oder einer Autotelefonstation wird
geschmälert, weil die Hörer einen großen Teil der
störenden Nebengeräusche zu dem Ohr des Benutzers
weiterleiten. Dementsprechend werden in Hörern des
Stands der Technik manchmal Mittel wie zum Beispiel
Lautstärkeregler verwendet, um die Verständlichkeit
ankommender Sprache zu verbessern, indem das ankommende
Tonsignal relativ zu dem Geräuschsignalpegel vergrößert
wird. Dieselben unerwünschten Nebengeräusche erreichen
jedoch weiterhin den Benutzer, und das sich ergebende
Signal-Rausch-Verhältnis beeinträchtigt die
Sprachverständlichkeit immer noch wesentlich.
-
Obwohl Hörer des Stands der Technik bisher
typischerweise keine Schaltungen zur Auslöschung von
Nebengeräuschen verwenden, sind solche Schaltungen zum
Beispiel in Kopfhörern des Stands der Technik für die
Verwendung in Flugzeugen zu finden. Eine Vorrichtung
des Stands der Technik, die eine aktive Auslöschung von
Nebengeräuschen verwendet und in das Ohr paßt, wird
durch das U.S.-Patent 4 945 925 dargestellt. Ein
Mikrofon für die Auslöschung von Nebengeräuschen ist in
einem Ohrhörergehäuse angebracht, das in das Ohr eines
Benutzers eingeführt wird, und befindet sich sehr nahe
bei einem Lautsprecher-Wandler. Eine weitere
Vorrichtung des Stands der Technik soll auf das Ohr
eines Benutzers oder in dieses passen und wird in der
Schrift EP-A-0 425 129 A2 dargestellt. In dieser
Vorrichtung können ein Mikrofon und ein Lautsprecher
für die Auslöschung von Nebengeräuschen zusammen in
einem Gehäuse angeordnet werden, das sich außerhalb des
Gehörgangs des Benutzers befindet. Als Alternative wird
ein kundenspezifisches Formteil für den Ohrhohlraum
gezeigt, bei dem sowohl das Mikrofon als auch der
Treiberlautsprecher nebeneinander angebracht sind.
-
Schaltungen zur aktiven Auslöschung von
Nebengeräuschen erfassen typischerweise das
Nebengeräuschsignal mit einem Mikrofon für die
Auslöschung von Nebengeräuschen und erzeugen eine
invertierte Version des unerwünschten Geräuschsignals.
Diese wird an den Hörerkanal angelegt und überlagert
sich dort subtrahierend mit dem Geräuschsignal. Die
Schwierigkeit der Entwicklung eines Hörers, der
elektronische Auslöschungsverfahren integriert, ist
jedoch teilweise auf die akustischen Eigenschaften
eines Hörers zurückzuführen, und insbesondere auf die
Anpassung der Phase und der Amplitude des Geräusch-
Auslöschungssignals an die Geräusche selbst. Der Hörer
muß so entworfen werden, daß er einen Amplituden- und
Phasengang aufweist, der mit einer praktischen
Steuerschaltung für den Geräusch-Auslöschungsbetrieb
kompatibel ist.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein
Nebengeräusche reduzierender Telefonhörer nach Anspruch
1 bereitgestellt.
-
Die Hörmuschel der Hörerkappe des Hörers weist
eine mittige Öffnung auf, in der ein Gehäuse angebracht
ist. Dieses Gehäuse enthält das Mikrofon für die
Auslöschung von Nebengeräuschen. Ein Teil des Gehäuses
erstreckt sich außerhalb der Hörmuschel und paßt in das
äußere Ohr eines Benutzers. Das Mikrofon erfaßt somit
direkt die Nebengeräusche in der unmittelbaren Umgebung
des Gehörgangs des Benutzers. Die Schaltungen für die
Auslöschung von Nebengeräuschen reagieren auf die
Nebengeräusche, indem sie ein
Geräuschverminderungssignal erzeugen, das in optimaler Phasenbeziehung zu
dem Nebengeräuschsignal steht.
Beschreibung der Zeichnungen
-
FIG. 1 ist eine schematische Seitenansicht
eines beispielhaften Hörers;
-
FIG. 2 ist eine schematische Seitendarstellung
der Einzelheiten der Hörerkappe des beispielhaften
Hörers in teilweisem Schnitt;
-
FIG. 3 ist eine Skizze einer Vorderansicht der
Einzelheiten der Hörerkappe;
-
FIG. 4 ist ein Graph einer Amplituden und
Phasenverzögerungsbeziehung zwischen der Eingangs-
Ansteuerspannung für den Hörer und der Ausgangsspannung
des Mikrofons für die Auslöschung von Nebengeräuschen;
und
-
FIG. 5 ist ein Graph, der die
Leistungsfähigkeit der aktiven Auslöschung von
Nebengeräuschen einer beispielhaften erfindungsgemäßen
Ausführungsform zeigt.
Ausführliche Beschreibung der beispielhaften
Ausführungsform
-
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung für
die Auslöschung von Nebengeräuschen wird in einem in
FIG. 1 mit 10 bezeichneten Telefonhörer illustriert.
Der Hörer 10 weist im Prinzip einen herkömmlichen
Entwurf auf und enthält eine Mikrofonkappe 11 und eine
Hörerkappe 12. In dem Handgriffteil 14 des Hörers 10
ist eine Menge akustischen Abblock-Schaumstoffs 13
angeordnet. Der Schaumstoff 13 kann aus einem Material
wie zum Beispiel offenzelligem Polyurethan mit großer
Verformbarkeit, guter Nachgiebigkeit und starken
akustischen Dämpfungseigenschaften bestehen. Der
Schaumstoff 13 ist ein notwendiger Bestandteil des
akustischen Kreises zur Reduktion eines möglichst
großen Teils der Übertragung der Schallenergie der
Sprache des Benutzers von dem Mikrofonteil des Hörers
zu dem Hörerteil. Der Schaumstoff unterdrückt außerdem
akustische Resonanz in dem Inneren des Hörers durch
effektive Regelung des hinter dem Hörerteil
befindlichen Luftvolumens.
-
In FIG. 2 und FIG. 3 ist zu sehen, daß die
Hörerkappe 12 eine Telefon-Hörerkapsel 15 enthält, die
durch einen Draht 16 über eine Steuerschaltung 40 für
die Auslöschung von Nebengeräuschen mit einer
Telefonleitung 9 eines Kommunikationsnetzes verbunden
ist. Die Hörerkapsel 15 ist in einer Lautsprecher-
Haltemuffe 17 enthalten, die genau in ein ringförmiges
Gehäuse 18 der Hörerkappe 12 paßt.
-
Die Hörerkappe 12 wird mit einer leicht
gewölbten Hörmuschel 19 auf der Außenfläche 20
gefertigt, die das Ohr des Benutzers berührt. Eine
Reihe von radialen Schlitzen 21, die in FIG. 3 zu sehen
sind, stellen ein akustisches Gitter bereit, durch das
hindurch das ankommende Signal aus der Hörerkapsel 15
zu dem Gehörgang des Benutzers weitergeleitet wird. Die
Schlitze 21 sind außerdem so konfiguriert und
positioniert, daß sie Schall über den kürzesten
möglichen Weg von der Hörerkapsel 15 zu einem
Fehlermikrofon 22 weiterleiten, das in dem
Mikrofongehäuse 23 angeordnet ist.
-
Das Mikrofongehäuse 23 enthält einen
Flanschteil 24 zur Positionierung des Gehäuses 23 auf
dem Äußeren 20 der Hörmuschel und eine Muffe 25, in der
das Mikrofon 22 fest angebracht ist. Das Gehäuse 23
enthält außerdem eine Reihe von Schällöchern 26, die in
einer Verlängerung 27 des Gehäuses 23 ausgebildet sind.
Die Verlängerung 27 ist so ausgelegt, daß sie zum
äußeren Ohr des Benutzers paßt und ein wenig in dieses
hinein ragt, um die Positionierung des Hörers auf dem
Ohr des Benutzers zu erleichtern und um das Mikrofon 22
so nahe am Ohr wie möglich zu plazieren, so daß es
genau das Schallfeld erfaßt, das auf das Ohr des
Benutzers auftrifft. Diese Paßgenauigkeit wird
benötigt, damit eine optimale Leistungsfähigkeit der
Auslöschung von Nebengeräuschen über den
Bandbreitenbereich von ungefähr 100 Hz bis 1000 Hz
erzielt wird, dessen Regelung für eine verbesserte
Sprachverständlichkeit höchst kritisch ist.
-
Weiterhin ist in FIG. 2 und 3 zu sehen, daß die
Schallöcher 26 in Verbindung mit den akustischen
Gitterschlitzen 21 einen akustischen Weg zwischen der
Hörerkapsel 15 und dem Mikrofon 22 bilden, der kurz und
direkt ist und deshalb relativ wenig akustischen
Widerstand und Phasenverzögerung einführt. Minimieren
des akustischen Widerstands zwischen der Hörerkapsel 15
und dem Mikrofon 22 ist höchst wünschenswert, um
Phasenverzögerungen zwischen dem von dem Mikrofon 22
empfangenen Steuersignal und dem in der Schaltung 40
erzeugten Signal für die Auslöschung von
Nebengeräuschen zu minimieren. Diese Signale sollten so
wenig Phasendifferenz wie möglich aufweisen. Die in
FIG. 3 illustrierte Nebeneinanderstellung zeigt die
Schallöcher 26 und die länglichen akustischen
Gitterschlitze 21 als in der erforderlichen Nähe
zueinander angeordnet.
-
Die Mikrofondrähte 32, die das Mikrofon 22 mit
der Steuerschaltung 40 verbinden, können durch einen in
dem ringförmigen Gehäuse 18 ausgebildeten Durchgang 33
hindurch aus dem Hohlraum 29 heraus angesteuert werden.
Vorteilhafterweise wird zwischen dem Mikrofon 22 und
den Schallöchern 26 ein Filzpolster 28 plaziert, damit
Staubteilchen oder andere Partikel nicht durch die
Löcher 26 hindurch auf das Mikrofon 22 gelangen können.
Auf das Polster 28 kann ein Lage aus
schalldurchlässigem Material aufgelegt werden, um
weitere Absicherung gegen Staub- und
Feuchtigkeitseinführung bereitzustellen. Gleichermaßen
sollten die akustischen Schlitze 21 nicht so offen
sein, daß Staubteuchen durch sie hindurch eingeführt
werden können, oder daß Benutzer mit Büroklammern oder
ähnlichem in das Innere der Hörerkappe 12 eindringen
können. Vorteilhafterweise wird ein Schutzschirm 31
über der Hörerkapsel 15 angeordnet. Der Schirm 31 kann
eine gelochte Metallscheibe oder ein Metallgitter sein.
Akustisch gesehen dient der Schirm 31 dazu, den von der
Hörerkapsel 15 ausgestrahlten Schall ohne Verzerrung
oder Dämpfung durchzulassen.
-
In FIG. 2 ist zu sehen, daß die Hörerkappe 12
einen Hohlraum 29 enthält, in dem Schaumstoff 30
plaziert wird. Vorteilhafterweise weist der Schaumstoff
eine charakteristische offenzellige Struktur auf und
ist leichtgewichtig. Ein geeignetes Material ist
netzförmiger Polyurethanschaumstoff. Der Schaumstoff 30
verhindert, daß Schmutz auf die Hörerkapsel 15 gelangt,
und glättet außerdem den Phasengang, indem unerwünschte
resonante Eigenschwingungen und Reflextionen, die aus
dem Gehäuse und dem Ohr des Benutzers hervortreten,
gedämpft werden.
-
Die Rest-Phasenverzögerung zwischen dem Signal
für die Auslöschung von Nebengeräuschen, das die
Hörerkapsel 15 ansteuert, und dem Steuersignal, das
durch das Mikrofon 22 erzeugt wird, kann im voraus
bestimmt werden.
-
Der Hörerentwurf der vorliegenden Erfindung
erzeugt eine elektroakustische Übertragungsfunktion von
der Lautsprecher-Eingangsspannung zu der Mikrofon-
Ausgangsspannung, die in der geschlossenen Schleife
zusammen mit einer zusätzlichen Kompensationsschaltung
geringer Komplexität eine ausgezeichnete
Auslöschungsleistung im Bereich von 100 Hz bis 1100 Hz
bereitstellt. Diese Übertragungsfunktion, die in FIG. 4
gezeigt ist, stellt mehrere wertvolle Eigenschaften
bereit. Erstens ändert sie sich sanft und ohne
sprunghaftes oder spitzenartiges Ansprechverhalten mit
der Frequenz. Weiterhin fällt der Amplitudengang bei
Frequenzen oberhalb von etwa 1000 Hz ab, so daß im
wesentlichen alle Resonanzspitzen oberhalb von etwa
2000 Hz um mehr als 20 dB unterhalb der maximalen
Amplitude liegen. Außerdem liegt die Phase im Bereich
von etwa 100 Hz bis über 3000 Hz zwischen 0 und 360
Grad, so wie es in der unteren Kurve von FIG. 4 zu
sehen ist. Die physikalischen Entwurfskonzepte der
vorliegenden Erfindung helfen bei der Erzielung dieser
Ergebnisse.
-
Wichtig ist, daß die Größe und Form der
Schlitze 21 und der Löcher 26 so ausgelegt werden, daß
eine akustische Resonanz des Mikrofons 22 und des
Gehäuses der Hörerkapsel des Hörers vermieden wird. Die
durch das Mikrofongehäuse 23 mit den zugeordneten
Löchern 26 und dem Mikrofon 22 eingeschlossenen
Rauminhalte umfassen eine potentiell resonante
akustische Kammer. Ein resonantes Ansprechverhalten
dieser Kammer führt bei Frequenzen innerhalb des
hörbaren Frequenzbereichs zu Verzerrungen des
Amplituden- und Phasengangs der akustischen Reduktion
von Nebengeräuschen, die die Leistung herabsetzen. Die
Konfiguration, sowie der Durchmesser und die Länge der
Löcher 26 werden so gewählt, daß dieser Effekt
vermindert wird. In dem Gehäuse der Hörerkapsel des
Hörers werden ähnliche unerwünschte Resonanzeffekte
durch die Konfiguration der Schlitze 21 vermieden, die
den Schalldurchgang ermöglichen und gleichzeitig den
Zugang zu dem Lautsprecher verhindern.
-
Der Nutzen der vorliegenden Erfindung wird
weiter durch eine Betrachtung von FIG. 5 ersichtlich,
in der Daten bezüglich der Beziehung zwischen der
Auslöschung von Nebengeräuschen und der Frequenz aus
einem Experiment mit einer einzelnen Versuchsperson für
den Fall einer Verwendung der Erfindung zusammen mit
einer ergänzenden Schaltung für die Auslöschung von
Nebengeräuschen aufgetragen sind. Die Auslöschung von
Nebengeräuschen kann als der in dB gemessene Quotient
des Rauschleistungsspektrums am Ohr des Benutzers mit
ausgeschalteter Schaltung für die Auslöschung von
Nebengeräuschen und des Rauschleistungsspektrums mit
eingeschalteter Schaltung definiert werden. Die
Messungen wurden unter Verwendung einer Ohrsonde von
Etymotic am Trommelfell der Versuchsperson zusammen mit
einem Spektrumanalysator durchgeführt. FIG. 5 zeigt die
Auslöschungsleistung im Bereich von 100 Hz bis 1100 Hz,
nämlich einen Betrag über 10 dB zwischen 130 Hz und
700 Hz; und bis zu 15 dB bei 400 Hz. Dieses
Frequenzband der Auslöschung ist in den oben erwähnten
typischen geräuschvollen Umgebungen sehr wirksam. Der
Grad der Auslöschung reicht aus, um ansonsten
unverständliche ankommende Sprache verständlich zu
machen.