НАУШНИК (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2004 года по МПК H04R1/10 H04R25/00 

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к наушникам, уменьшающим импульсный шум, способствуя защите от потери проводящего слуха что может предотвратить непрямую передачу направления звуковых волн громкоговорителя на тимпаническую мембрану, расположенную в самой внутренней части наружного слухового канала. Повышается защита среднего уха от потери проводящего слуха, вызванного прямым ударом давления воздуха.

Предпосылки изобретения

Общеизвестно, что звук определяется как физическая энергия и передается в форме энергии. Чем дальше распространяется звук, тем больше энергии он содержит (подобно грому или звуку выстрела). Поэтому энергия звука измеряется логарифмической шкалой, и в качестве единицы мощности звука часто используются децибелы. Однако “децибел” - это не абсолютная, но относительная величина, показывающая сравнительную силу двух звуков. Следовательно, если мы говорим, сколько децибел в том или ином звуке, это означает, во сколько раз его давление больше некоторого эталонного давления. Когда аудиометр, использующийся для измерения звука, показывает увеличение децибелов с 0 до 60, это означает, что энергия звука возрастает в 10⁶ раз. Однако даже давление звука в 60 децибел не является громким звуком, оно примерно равно сильному звуку, удаленному от нас на несколько футов, с которым мы сталкиваемся в повседневной жизни.

Человеческое ухо, как показано на Фиг.1-3, состоит из трех основных частей - наружного уха 10, среднего уха 20 и внутреннего уха 30. Наружное ухо 10 включает завиток 11, противозавиток 12, ушную раковину 13, улитку 14, противокозелок 15, козелок 16 и наружный слуховой канал 17, длина которого у взрослого человека составляет около 24 мм. Тимпаническая мембрана 171 расположена в самой внутренней части наружного слухового канала 17. Наружный слуховой канал 17 и среднее ухо 20 разделены тимпанической мембраной 171, тогда как среднее ухо 20 является барабанной перепонкой, образованной между наружным ухом 10 и внутренним ухом 30 и имеющей молоточек 21, наковальню 22 и стремечко 23, где конец молоточка 21 спрятан в тимпанической мембране 171, тогда как тело молоточка 21 и головка наковальни 22 соединены, образуя сустав. Кроме того, наковальня 22 имеет короткую ножку 221 и длинную ножку 222, где короткая ножка 221 опирается на стенку барабанной перепонки, а конец длинной ножки 222 связан с головкой стремечка 23. Конец стремечка 23 имеет форму стопы, как показано на Фиг.2.

Кроме того, внутреннее ухо 30 включает раковину улитки 31 и лабиринт 32, где раковина улитки 31 контролирует систему слуха человека, а лабиринт 32 поддерживает баланс в органе. Эти две точные части заключены в капсулу; дополнительно, некоторые перилимфы в самом внешнем ее слое покрывают улитку 31 и лабиринт 32. Эти перилимфы функционируют как воздушная подушка, обеспечивая отличную защиту от сильных сотрясений головы. Фактически раковина улитки 31 и лабиринт 32 плавают в жидкости лимф. Внутренность раковины улитки 31 состоит из трех частей - вестибулярная лестница, тимпаническая лестница и канал улитки, содержащий перилимфу. Нервные клетки в раковине улитки 31 содержат около 30000 волосообразных нервных окончаний. Кроме этого, овальное окошечко 33 и круглое окошечко 34 расположены около поверхности стенки барабанной перепонки, тогда как основание стремечка покоится на отверстии овального окошечка 33, а его внутренняя сторона прикреплена к вестибулярной лестнице 311 раковины улитки 31 так, что раковина улитки 31 может получать давление воздуха, передающееся от слуховых косточек, тогда как круглое окошечко 34 прикреплено к тимпанической лестнице 312 раковины улитки 31 для того, чтобы непосредственно принимать звук, передающийся из барабанной перепонки среднего уха 20.

Далее, после того, как давление воздуха передается от козелка 17 к тимпанической мембране 171, часть давления звука частично отражается на козелок 16, тогда как другая часть давления звука проходит через тимпаническую мембрану 171 в среднее ухо 20. Та часть давления звука, которая прошла в среднее ухо 20, до некоторой степени проходит через молоточек 21 и наковальню 22 в стопообразный конец стремечка 23 (то, что состоит из молоточка 21, наковальни 22 и стремечка 23, в дальнейшем называется слуховыми косточками) и затем через овальное окошечко 33 в раковину улитки 31 внутреннего уха 30. Остаток давления воздуха передается воздушной средой в барабанной перепонке в раковину улитки 31 внутреннего уха 30.

Следовательно, давление воздуха, передающееся в человеческое ухо, разделяется на две части, входящие во внутреннее ухо 30; однако звук, передающийся через слуховые косточки в овальное окошечко 33, более эффективен и важен, чем тот, который передается воздушной средой в барабанной перепонке в круглое окошечко 34. Причина в том, что 99,9% давления звука, передающегося в барабанную перепонку среднего уха 20 и проходящего сквозь воздушную среду через круглое окошечко 34 в перилимфу раковины улитки 31, поглощается или отражается назад жидкой поверхностью. Лишь 0,1% этой энергии может проходить через перилимфу в раковину улитки 31.

Соответственно, самый эффективный способ передачи звука - с тимпанической мембраны 171 через слуховые косточки в овальное окошечко 33. Однако, когда давление воздуха передается на конец стремечка 23 и ударяется в овальное окошечко 33, оно напрямую проходит через несжимаемую перилимфу в раковину улитки 31, причем давление воздуха не поглощается и не отражается назад жидкой поверхностью. Таким образом, перилимфа, содержащая давление звука, стимулирует волосообразные нервные окончания в раковине улитки 31 производить смещение или сгиб, и это движение может превращать механическую силу давления звука в электрохимические импульсы, которые передаются по акустическому нерву в слуховую кору мозга. Наконец, звук становится тем, что мы можем понимать.

Вследствие вышеизложенного мы видим, что восприятие слуха человеческим ухом создается движением волосообразных нервных окончаний, так что даже небольшое смещение волосообразных нервных окончаний создает восприятие слуха. Поэтому звук воспринимается человеческим ухом очень остро, а диапазон восприятия также очень широк. Обычно диапазон воспринимаемых человеческим ухом частот составляет около 20-20000 Гц, диапазон интенсивности - 10^-12-10² В/м², а давления звука - до 180 дБ. Однако не все воспринимаемые звуки подходят для приема человеческим ухом. Высота в неприемлемом диапазоне (давление звука свыше 90 дБ - это так называемый шум) легко вызывает повреждения слуховой части уха. Фабричные рабочие, подвергающиеся длительному воздействию промышленного шума, без ношения защитных приспособлений (затычек для ушей или наушников) могут через несколько лет потерять до 25% слуха.

Причина лежит в том, что давление звука промышленного шума стимулирует волосообразные нервные окончания в ухе смещаться или изгибаться. После прекращения шума они через некоторое время возвращаются в первоначальное состояние. Со временем способность волосообразных нервных окончаний к восстановлению все более и более ухудшается, и это вызывает потерю слуха во внутреннем ухе. Этот вид потери слуха большей частью касается порога восприятия слуха, тогда как другой вид в основном вызывается прямым ударом по голове или мгновенным звуковым импульсом, что приводит к повреждению ушной мембраны или слуховых косточек таким образом, что давление звука, передающееся в среднем ухе 20, одновременно входит в овальное окошечко 33 и круглое окошечко 34 в преддверии 33, и эти части давления противодействуют друг другу. Соответственно, возникает потеря слуха. Этот вид потери проводящей функции называется потерей проводящего слуха.

Очевидно, что потеря слуха, получающаяся в результате вышеупомянутого рода потери проводящей функции в среднем ухе, возрастает в последние годы, и большинство таковых случаев относятся к молодым людям, слушающим плееры. Хорошо известно, что громкоговоритель обычного стереофонического устройства или наушников работает от тока, подводящегося по электрическому кабелю, таким образом, что коническая бумажная коробочка спереди и вибрирующая мембрана создают вибрацию переменного направления, передающую звук и музыку. Это простое возвратное движение создает сложное физическое явление: когда коническая бумажная коробочка спереди и вибрирующая мембрана двигаются вперед, воздух сжимается и его молекулы становятся более плотно расположенными, что придает воздуху высокое давление; когда же коническая бумажная коробочка спереди и вибрирующая мембрана двигаются назад, молекулы воздуха становятся менее плотно расположенными, что придает воздуху низкое давление.

Однако молекулы воздуха, также как и мы сами, имеют то свойство, что препятствуют сжатию и сдавливанию, так что сжатый воздух создает упругость, которая передает энергию, создаваемую громкоговорителем, в более удаленное место. Когда громкоговоритель совершает возвратное движение, прилегающий воздух толкает энергию вперед от громкоговорителя. Эта энергия, создающая распространение звука, называется “давлением звука”.

Соответственно, передача энергии звука - это постоянное взаимодействие между областью низкого давления и областью высокого давления. Такая область давления, как волна, включает пик волны и ложбину волны, которые непрерывно движутся вперед, так что направление движения звука, создаваемого громкоговорителем, полностью определяется давлением звука, и люди, находящиеся на удалении, также могут слышать звуки музыки, создаваемые громкоговорителем.

Кроме этого, путь передачи и состояние распределения звука, создаваемого громкоговорителем, зависят от частоты громкоговорителя. Например, низкий тон звука сам по себе не имеет направления. Когда он звучит, он медленно распространяется во всех направлениях. Поэтому место восприятия для сверхнизких тонов не очень важно для обычного громкоговорителя, в то время как путь распространения высоких тонов звука подобен лазерным лучам, направление следования которых почти прямое, так что поверхности, возникающие при отражении, должны быть защищены для направления восприятия массива высоких тонов от противодействия звукового качества и разрушения звукового поля. Иными словами, давление звука одинаково во всех направлениях, когда звучит громкоговоритель. Однако фронтальному от громкоговорителя направлению приходится сталкиваться с постоянным двойным воздействием давления звука и высоких тонов. Таким образом, создаются сильные ощущения и очевидная вибрация, когда мы слушаем музыку рок-н-ролла, тяжелого металла или быструю ритмическую музыку.

Громкоговоритель использует вибрацию для распространения преобразованного звука или музыкального сигнала в пространстве в виде звукового поля. Таким образом, мы имеем сильное ощущение вибрации, когда получаем сильное давление звука в звуковом поле; мы не имеем сильного ощущения вибрации, когда мы находимся под слабым давлением звука. Однако мы все же находимся в области колебаний звукового поля. Мы воспринимаем ударные вибрации звукового давления, когда мы в звуковом поле, неважно, какая музыка или звуки воспроизводятся, и даже маленький громкоговоритель, установленный в наушниках, имеет свою область звукового поля. Различие только в разной интенсивности.

Существуют два типа обычных наушников. Они либо вставляются в ухо, либо надеваются на него. Какой бы тип наушников ни использовался, их громкоговоритель располагается возле наружного отверстия наружного слухового канала таким образом, что нужная сторона громкоговорителя находится напротив тимпанической мембраны внутри наружного слухового канала уха, чтобы оно могло напрямую получать звук или музыку от громкоговорителя. Хотя таким способом можно обеспечить восприятие ухом звука отличного качества, благодаря тому, что ухо находится внутри области звукового поля громкоговорителя, и давление звука колеблется между громкоговорителем и мембраной уха. Более того, давление звука от наушников примерно на 10 дБ выше, чем давление от обычного громкоговорителя, по отношению к одинаковому звуку, получаемому ухом. В дополнение, давление звука, создаваемого наушниками плеера, всегда выше 90 дБ; поэтому таким сильным давлением звука и непрекращающимся ударным шумом легко вызывается потеря проводящего слуха в среднем ухе.

Содержание изобретения

Заявитель является аттестованным врачом, имеющим многолетний клинический опыт. Так как пациентами, обращающимися за медицинской помощью в связи с потерей слуха, становятся все более и более молодые люди, заявитель обнаружил, что причина этого лежит в использовании плееров, приводящем к ущербу проводящей функции среднего уха. Кроме того, импульсный шум является главной причиной повреждений тимпанической мембраны и слуховых косточек.

Соответственно, основной целью настоящего изобретения является создание наушников, с помощью которых прекрасную музыку можно было бы слышать так же, как с помощью обычных, но с повышенной защитой проводящей функции среднего уха от повреждений, вызываемых импульсным шумом. Другой целью настоящего изобретения явилось создание наушников, в которых как звук, испускаемый громкоговорителем наушников, так и наружные звуки воспринимались бы ухом, чтобы внешние события могли осознаваться без необходимости снимать наушники.

Краткое описание фигур

Фиг.1 - вид человеческого уха в разрезе.

Фиг.2 - общий вид молоточка, наковальни и стремечка в среднем ухе.

Фиг.3 - обзорный вид наружного уха.

Фиг.4 - обзорный вид настоящего изобретения, подвешенного между козелком и противокозелком.

Фиг.5 - вид сверху наушника, соответствующего предпочтительному конструктивному варианту настоящего изобретения.

Фиг.6 - вид в частичном разрезе наушника, соответствующего вышеуказанному предпочтительному конструктивному варианту настоящего изобретения.

Фиг.7 - вид в разрезе корпуса наушника, соответствующего второму предпочтительному конструктивному варианту настоящего изобретения.

Фиг.8А-8С - виды спереди, сзади и сбоку крепежного кольца ушного микрофона, соответствующего второму предпочтительному конструктивному варианту настоящего изобретения.

Фиг.9 - схематический вид наушника, соединенного с крепежным кольцом ушного микрофона, соответствующим второму предпочтительному конструктивному варианту настоящего изобретения.

Подробное описание предпочтительных вариантов конструкции

Как изображено на Фиг.4-6, предлагаемый наушник в соответствии с первым предпочтительным вариантом конструкции настоящего изобретения содержит корпус наушника 40, громкоговоритель 50, установленный внутри корпуса наушника 40, и проводящий кабель 60, соединенный с громкоговорителем 50.

Передняя часть корпуса наушника 40 имеет ушную вставку 41, адаптированную так, что она подвешивается между козелком 16 и противокозелком 15 наружного уха 10. Задняя часть корпуса наушника 40 имеет крышку 42, которая ограничивает собой полую звуковую камеру 43. Проводящий кабель 60 соединен с нижним концом корпуса наушника 40, передавая электрический ток на громкоговоритель 50. По поверхности крышки 42 распределено множество звуковых отверстий 44, обеспечивая проникновение в корпус наушника 40 внешних звуков.

Громкоговоритель 50 закреплен в полой звуковой камере 43 крышки 42. Громкоговоритель 50 имеет отверстие для выхода звука, обращенное к крышке 42, т.е. задней части корпуса наушника 40, тогда как другой задний конец громкоговорителя 50 обращен к ушной вставке 41 корпуса наушника 40. Иными словами, отверстие для выхода звука громкоговорителя 50 должно быть направлено противоположно задней части ушной вставки корпуса наушника 40. Как упомянуто выше, корпус наушника 40 носится на ухе пользователя таким образом, что ушная вставка 41 подвешивается между козелком 16 и противокозелком 15 наружного уха 10, а крышка 42 корпуса наушника 40 помещается снаружи наружного слухового канала 17. В виду вышеизложенного получается, что, когда громкоговоритель 50 внутри корпуса наушника 40 испускает звук через звуковые отверстия 44 напротив противокозелка 15, звуковое давление поглощается и отражается от противокозелка 15, так что все ухо оказывается в диапазоне звукового поля громкоговорителя 50. Соответственно, качество тона, полученного от наушника, составляющего предмет настоящего изобретения, то же самое, что и у обычного наушника; однако давление звука не воздействует напрямую на тимпаническую мембрану 171 наружного слухового канала 17, так что можно избежать мгновенного импульсного шума в процессе воспроизведения музыки, и проводящей функции среднего уха 20 не будет нанесен вред, воздействующий на проводящий слух.

Фиг.7 иллюстрирует второй предпочтительный вариант конструкции наушника в соответствии с настоящим изобретением, который также содержит корпус наушника 70 и громкоговоритель 50, установленные в нем. Передняя часть корпуса наушника 70 подвешивается между козелком 16 и противокозелком 15 уха и крепится к улитке 14. Корпус наушника 70 имеет полую звуковую камеру 71 для приема, содержащую громкоговоритель 50.

По поверхности вокруг передней части корпуса наушника распределено множество звуковых отверстий 72, а проводящий кабель 60 соединен с нижним концом для передачи электрического тока на громкоговоритель 50. Громкоговоритель 70 имеет также отверстие для выхода звука, обращенное лицевой стороной к задней части корпуса наушника.

Как показано на Фиг.7, изображающем второй предпочтительный вариант конструкции, когда громкоговоритель 50 внутри корпуса наушника 70 испускает звук, давление звука идет по направлению к задней стенке корпуса наушника 70 и отражается внутренней стенкой задней части корпуса наушника 70, так что все ухо оказывается в диапазоне звукового поля громкоговорителя 50. Поэтому качество тона то же самое, что и у обычного наушника; однако давление звука не воздействует напрямую на тимпаническую мембрану 171 наружного слухового канала 17, так что можно избежать мгновенного импульсного шума в процессе воспроизведения музыки, и проводящей функции среднего уха 20 не будет нанесен вред, воздействующий на проводящий слух.

Как показано на Фиг.8 и 9, иллюстрирующих третий предпочтительный вариант конструкции согласно настоящему изобретению, последний является альтернативным вариантом вышеуказанного первого варианта конструкции, заключающимся в том, что ушная вставка 41 первого варианта конструкции сконструирована в этом третьем варианте как независимая составная часть, причем корпус ушной вставки 80 устанавливается на нижнем конце корпуса наушника 40. Корпус вставки 80 имеет крючок вставки 81, отходящий вниз от ее верхней части, приспособленный таким образом, что он висит между козелком 16 и противокозелком 15, и гнездо кольца 82, соединенное с ее нижним концом для крепления корпуса ушной вставки 80 к заднему концу корпуса наушника 40. Также возможна регулировка положения корпуса наушника 40 вверх или вниз по отношению к гнезду кольца 82 для подгонки под размер уха пользователя.

Как следует из вышеизложенного, настоящее изобретение обладает следующими преимуществами:

1. По отношению к звуку той же частоты давление звука на человеческое ухо может быть уменьшено до наименьшей степени, тогда как достижимо такое же качество тона, что и у обычного наушника.

2. Наружный слуховой канал человеческого уха может быть защищен от ударов импульсного шума, так что можно, таким образом, избежать ущерба для передающей функции в среднем ухе. Поэтому для людей, носящих наушники в течение долгого периода времени, увеличится защита от потери проводящего слуха.

В случае использования настоящего изобретения ухо может воспринимать как звук, издаваемый громкоговорителем в наушнике, так и внешние звуки, так что любые происходящие внешние события могут быть сразу осознаны, и предприняты нужные действия.

Изобретение относится к наушникам, уменьшающим импульсный шум, способствуя защите от потери проводящего слуха, что может предотвратить непрямую передачу направления звуковых волн громкоговорителя на тимпаническую мембрану, расположенную в самой внутренней части наружного слухового канала. Повышается защита среднего уха от потери проводящего слуха, вызванного прямым ударом давления воздуха. В одном из вариантов предложен наушник, содержащий корпус наушника, включающий ушную вставку, приспособленную для подвешивания между козелком и противокозелком наружного уха. Задняя часть корпуса наушника является крышкой, ограничивающей собой полую звуковую камеру. Множество звуковых отверстий распределены по поверхности крышки. Также включает громкоговоритель, который крепится в полой звуковой камере крышки. Причем громкоговоритель имеет сторону выхода звука, обращенную к крышке и задней части корпуса наушника. Сторона выхода звука громкоговорителя расположена противонаправленно к задней части ушной вставки наушника. Также содержит проводящий кабель, который присоединен к нижнему концу корпуса наушника для подачи электрического тока на громкоговоритель. Согласно второму варианту предложен наушник, включающий корпус наушника, имеющий переднюю часть, размещаемую между козелком и противокозелком наружного уха. Причем корпус наушника содержит полую звуковую камеру и множество звуковых отверстий, распределенных по поверхности передней части наушника. Также содержит громкоговоритель, который крепится в полой звуковой камере корпуса наушника. Причем громкоговоритель имеет сторону выхода звука, обращенную к задней части корпуса наушника, и заднюю сторону, обращенную к передней части корпуса наушника. Сторона выхода звука громкоговорителя расположена противонаправленно к передней части корпуса наушника. Также содержит проводящий кабель, который присоединен к нижнему концу корпуса наушника для подачи электрического тока на громкоговоритель. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Наушник, содержащий корпус наушника, включающий ушную вставку, приспособленную для подвешивания между козелком и противокозелком наружного уха, в котором задняя часть корпуса наушника является крышкой, ограничивающей собой полую звуковую камеру, и множество звуковых отверстий, распределенных по поверхности крышки, громкоговоритель, который крепится в полой звуковой камере крышки, причем громкоговоритель имеет сторону выхода звука, обращенную к крышке и задней части корпуса наушника, где сторона выхода звука громкоговорителя расположена противонаправленно к задней части ушной вставки наушника, и проводящий кабель, который присоединен к нижнему концу корпуса наушника для подачи электрического тока на громкоговоритель.2. Наушник по п.1, в котором ушная вставка является неотъемлемой составной частью передней части корпуса наушника.3. Наушник по п.1, в котором ушная вставка содержит независимый корпус ушной вставки, который устанавливается на нижней части корпуса наушника, причем корпус является крюком вставки, отходящим вниз от ее верхней части, приспособленным для подвешивания между козелком и противокозелком, и гнездо кольца, соединенное с ее нижним концом для крепления корпуса ушной вставки к заднему концу корпуса наушника таким образом, что возможна регулировка положения его корпуса вверх или вниз по отношению к гнезду кольца.4. Наушник, содержащий корпус наушника, имеющий переднюю часть, размещаемую между козелком и противокозелком наружного уха, причем корпус наушника содержит полую звуковую камеру, и множество звуковых отверстий, распределенных по поверхности передней части наушника, громкоговоритель, который крепится в полой звуковой камере корпуса наушника, причем громкоговоритель имеет сторону выхода звука, обращенную к задней части корпуса наушника, и заднюю сторону, обращенную к передней части корпуса наушника, где сторона выхода звука громкоговорителя расположена противонаправленно к передней части корпуса наушника, и проводящий кабель, который присоединен к нижнему концу корпуса наушника для подачи электрического тока на громкоговоритель.