УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ СЛУХА Российский патент 2012 года по МПК H04R1/10 A61F11/14 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится устройствам для защиты органов слуха, снабженным громкоговорителями и включающим закрытый наушник, расположенный на каждом ухе пользователя и плотно прилегающий к его голове для создания в наушнике и вокруг уха пользователя закрытого объема, громкоговоритель, расположенный по меньшей мере в одном из наушников и содержащий звуковоспроизводящую мембрану, одна сторона которой обращена к уху пользователя, а противоположная сторона обращена к закрытому объему, ограниченному мембраной и корпусом, и блок управления громкоговорителем.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Устройства для защиты органов слуха, подобные упомянутым во введении, известны технике в виде различных модификаций и используются в зашумленных средах для защиты органов слуха пользователя. Устройства для защиты органов слуха, как правило, снабжены пассивным поглотителем шума, размещенным внутри наушников, которые входят в состав устройства для защиты органов слуха. Объем наушников и свойства поглотителя шума могут быть подобраны в соответствии с характеристиками шума, от которого должен быть защищен пользователь.

Громкоговорители, расположенные в устройствах для защиты органов слуха, могут быть частью системы связи, могут быть соединены с аппаратурой для воспроизведения музыки, но могут быть также соединены с микрофоном, расположенным вне устройства для защиты органов слуха, для передачи пользователю внешнего звука, такого как речь, а также команд или предупредительных сигналов от человека, находящегося поблизости.

Что касается разборчивости речи, то известные из уровня техники устройства для защиты органов слуха такого типа обеспечивают достаточную защиту, так как частотная полоса пропускания в пределах того диапазона, который охватывает большую часть человеческой речи, достаточно хорошая.

Громкоговоритель, который традиционно используется в этих практических применениях, может иметь диаметр порядка величины 20-30 мм. Чтобы избежать акустического короткого замыкания громкоговорителя, необходимо заключить тыльную сторону громкоговорителя в капсулу, которая предотвращает выравнивание давления между обеими сторонами мембраны. Однако объем этой капсулы является настолько небольшим, что частотная полоса пропускания, или кривая звукового давления, в основном диапазоне, то есть в диапазоне частот ниже приблизительно 300 Гц, будет искажена. При слушании музыки это является главным недостатком, который особенно проявляется при слушании популярной музыки, так что подъем частотной полосы пропускания в основном диапазоне часто желателен при таких обстоятельствах.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание такого устройства для защиты органов слуха, раскрытого во введении, которое будет по сравнению с известной техникой иметь улучшенную частотную полосу пропускания в основном диапазоне, имеющую подъем в частотном диапазоне 20-300 Гц. Задачей настоящего изобретения является также создание такого усовершенствованного устройства для защиты органов слуха, которое бы имело низкую стоимость изготовления и незначительное ухудшение демпфирования.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для защиты органов слуха, раскрытом во введении, внутренняя область корпуса посредством по меньшей мере одного отверстия или канала сообщается с окружающей средой вне закрытого пространства наушника.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Заявляемое изобретение будет описано ниже более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи и таблицы. На прилагаемых чертежах изображено:

на фиг.1 - упрощенное поперечное сечение наушника, входящего в состав устройства для защиты органов слуха согласно первому варианту воплощения заявляемого изобретения;

на фиг.2 - другой вариант воплощения заявляемого изобретения.

В таблице 1 показаны частотные полосы пропускания в относительно маленьком известном наушнике и в наушниках, воплощающих множество разновидностей настоящего изобретения.

В таблице 2 приведены частотные полосы пропускания в относительно большом наушнике известном наушнике и в наушниках, воплощающих множество разновидностей настоящего изобретения, показанных в таблице 1.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 показано вертикальное поперечное сечение наушника 1, входящего в устройство для защиты органов слуха согласно настоящему изобретению. Обычно в устройстве для защиты органов слуха используют два наушника, по одному для каждого уха пользователя. Наушники соединены посредством упругой или гибкой головной соединительной дужки или другими средствами, чтобы удерживать наушники на месте и прижимать их с достаточным усилием к голове пользователя. Наушники могут быть также размещены внутри шлемофона. Наушник 1 включает ушную секцию 2 и покрывающую секцию 3. Ушная секция 2 снабжена по периферии, обращенной к голове пользователя, уплотнительным кольцом (не показанным на чертежах), которое предназначено для эластичного плотного прилегания к голове пользователя вокруг уха. Это подразумевает, что ушная секция 2, уплотнительное кольцо и голова пользователя определяют закрытый объем, в котором расположены уши пользователя.

Покрывающая секция 3 не должна быть сильно уплотнена относительно окружающей среды, она просто предназначена для размещения электроники, радиоприемника, источника тока и т.п., которые требуются для управления громкоговорителем 4, расположенным внутри закрытого объема в ушной секции 2. Громкоговоритель, используемый в рассматриваемом здесь типе устройства для защиты органов слуха, может иметь диаметр порядка 2-3 см. Не будучи видимым на фиг.1, внутри закрытого объема ушной секции 2 размещен поглотитель шума для пассивного ослабления постороннего шума, предпочтительно состоящий из вспененного материала с открытой структурой пор. В области между громкоговорителем 4 и ушами пользователя имеется открытая область без демпфирующего материала, так чтобы звук из громкоговорителя 4 мог прямо поступать в уши пользователя, что обеспечивает оптимальное воспроизведение звука. Однако небольшое количество демпфирующего материала, или демпфирующего материала с более низким демпфированием, может быть размещено между громкоговорителем 4 и ухом пользователя. Поглотитель шума также оказывает благоприятный эффект на частотную полосу пропускания приблизительно в 2000 Гц, где иначе имело бы место отмеченное искажение полосы пропускания.

Количество демпфирующего материала, расположенного в ушной секции 2, и также размеры ушной секции 2, то есть закрытого объема, могут изменяться от случая к случаю в зависимости от того, какие демпфирующие характеристики предназначены для пассивного демпфирования шума.

Громкоговоритель 4 имеет звуковоспроизводящую мембрану 5, которая колеблется под действием магнитной системы 6 или других средств возбуждения колебаний типа пьезоэлектрического средства возбуждения колебаний. В этом случае звуковоспроизводящая мембрана 5 будет двигаться в направлении налево и направо на фиг.1, то есть к уху и от уха пользователя. Сторону звуковоспроизводящей мембраны 5, обращенную к уху пользователя, можно рассматривать как переднюю сторону мембраны, в то время как противолежащую сторону мембраны можно рассматривать как ее тыльную сторону. Чтобы предотвращать акустическое короткое замыкание громкоговорителя 4, тыльная сторона мембраны работает в закрытом объеме, который является, таким образом, изолированным и обособленным от области перед передней стороной звуковоспроизводящей мембраны 5. Этот закрытый объем определен с одной стороны мембраной, а с другой стороны корпусом. Корпус может быть выполнен в виде капсулы 7, выполненной в виде интегрированной части громкоговорителя 4, но может также быть отдельным модулем или полностью, или частично являться частью устройства для защиты органов слуха, преимущественно его ушной секции 2.

Воплощения громкоговорителя 4, показанные на чертежах, являются коммерчески доступным типом громкоговорителя. В таком громкоговорителе мембрана и магнитная система размещены в капсуле 7, передняя стенка 8 которой обращена к уху пользователя. Эта стенка снабжена отверстиями или перфорацией, чтобы звук, воспроизводимый мембраной, мог достигать уха пользователя. В определенных воплощениях изобретения передняя стенка 8 может быть заменена более или менее плотной сеткой или возможно звукопроницаемой частью защитного материала.

Тыльная (то есть расположенная справа на фиг.1) часть капсулы 7 окружает воздушный объем, который должен быть изолированным и обособленным от области, расположенной непосредственно перед звуковоспроизводящей мембраной 5, чтобы избежать акустического короткого замыкания громкоговорителя 4. Из-за маленьких размеров громкоговорителя 4 и капсулы этот обособленный воздушный объем будет небольшим, что негативно влияет на воспроизведение основной полосы частот.

Согласно настоящему изобретению капсула 7 имеет круговую периферийную стенку, которая соединяет тыльную стенку 13 капсулы 7 с передней стенкой 8 и имеет круговую канавку 9. Ушная секция 2 имеет тыльную стенку 10 с отверстием, в котором закреплена трубчатая манжета 11, направленная по направлению к ушам пользователя и имеющая на свободном конце направленный во внутрь круговой буртик 12, который размещен или зафиксирован в круговой канавке 9 капсулы 7. Соединение круговой периферийной стенки капсулы 7 соответственно с трубчатой манжетой 11 или с круговым буртиком 12 осуществляют путем тугой посадки, так что отсутствует воздушный поток между внутренней областью ушной секции 2 и окружающей средой.

Согласно настоящему изобретению воздушный объем, находящийся позади звуковоспроизводящей мембраны 5 внутри капсулы 7 или в вышеупомянутом корпусе, сообщается с окружающей средой вне закрытого объема ушной секции 2. Для этого в тыльной стенке 13 капсулы или в определенной стенке корпуса выполнено одно или более сквозных отверстий или щелей, которые открываются в покрывающую секцию 3, чей закрытый объем сообщается с окружающей средой вне наушников 1. Более или менее короткие трубчатые проходы или каналы могут быть также здесь рассмотрены.

Число отверстий в тыльной стенке 13, так же как размер каждого отверстия, может быть различным, но следует заметить, что единственное маленькое отверстие диаметром 0,3 мм не влияет на частотную полосу пропускания до такой степени, чтобы быть обнаруженным при измерении. С другой стороны, уже отверстие диаметром 0,5 мм плюс отверстие диаметром 0,3 мм позволяют достигнуть значительного подъема уровня в области низких частот. Это достигается независимо от того, выполнено ли измерение на наушнике небольшого объема или на наушнике большого объема (так как объем внутри ушной секции 2 изолирован и обособлен от окружающей среды). См. далее таблицы 1 и 2.

Различие в частотной полосе пропускания между наушником большого объема и наушником маленького объема является весьма незначительным, но подъем основного диапазона в области самых низких частот оказывается немного меньшим в большой наушнике. Как в большом, так и в маленьком наушнике очень большое отверстие (диаметр >2,5 мм) дает ненамного больший подъем основного диапазона на действительно низких частотах (20-40 Гц), чем три-четыре отверстия диаметром 0,5 мм. С другой стороны, подъем в объеме больше в частотном диапазоне от 50 до 300 Гц.

Выше было отмечено, что число и размер отверстий или щелей влияет на частотную полосу пропускания. После проведения измерений и испытательных прослушиваний было установлено, что чрезмерно больших общих площадей А (мм²) отверстий или щелей следует избегать, так как увеличение уровня происходит на слишком больших частотах, но в то же время наблюдается его падение в диапазоне непосредственно ниже 1000 Гц, то есть в более низкой части речевого частотного диапазона. К тому же, основная область преобладает и демпфирование ухудшается. Верхний предел, ограниченный приблизительно 5,5 мм², не должен быть превышен. Чрезвычайно хорошие результаты были достигнуты приблизительно при площади 0,2 мм².

Как было упомянуто выше, слишком маленькое отверстие не дает никакого эффекта или дает чрезмерно малый эффект, поэтому приблизительно 0,1 мм² является абсолютным минимумом, но более подходит площадь не меньше чем приблизительно 0,2 мм².

Испытательные прослушивания показали, что большинство людей, включенных в прослушивающую группу, думает, что "умеренно большой подъем основного интервала частот" достигается при использовании отверстия диаметром 0,3 мм вместе с отверстием диаметром 0,5 мм. Это соответствует общей площади отверстий А, приблизительно равной 0,27 мм².

С учетом вышеупомянутых пределов общей площади отверстий можно сделать вывод, что в громкоговорителях различных размеров с диаметрами в интервале между 20 и 30 мм общая площадь отверстий должна быть меньше, чем приблизительно 2% площади мембраны, но предпочтительно меньше, чем приблизительно 1% площади мембраны.

На фиг.2 показано немного измененное воплощение устройства для защиты органов слуха согласно настоящему изобретению. В этом воплощении в тыльной стенке 10 ушной секции 2 выполнено меньшее отверстие 14, в котором закреплен держатель 15, выполненный из упругого, возможно эластичного каучукоподобного материала. Держатель 15 по меньшей мере частично плотно охватывает и изолирует внешнюю поверхность капсулы громкоговорителя 4. В этом воплощении изобретения в передней стенке 8 капсулы перфорацией или иным путем выполнены отверстия для звука, который генерируется звуковоспроизводящей мембраной 5 громкоговорителя 4.

Как и в раскрытом выше воплощении изобретения, капсула, изображенная на фиг.2, имеет тыльную стенку 13, которая расположена на расстоянии от соответствующей тыльной стенки 16 держателя 15 так, что между этими стенками образуется полость 17, в которую выходят вышеупомянутые отверстия, каналы или трубочки, выполненные в тыльной стенке 13. Полость 17 через канал в крепежной части 18 (закрепленной путем тугой посадки в отверстии 14) держателя 15 сообщается с внутренним объемом покрывающей секции 3, который, в свою очередь, сообщается с окружающей средой вне закрытого пространства ушной секции 2. Упомянутый выше канал в крепежной части 18 может, согласно настоящему изобретению, использоваться также для прокладки линий или проводников, которые требуются для управления магнитной системой 6 громкоговорителя.

Таблица 1 (Маленький наушник) Измеряемая частота (Гц) Площадь отверстия × число отверстий (⌀ min) 0 1×0,3 1×0,5+1×0,3 2×0,5+1×0,3 3×0,5+1×0,3 4×0,5+1×0,3 1×2,5+4×0,5+1×0,3 30 57 57 67 68 70 71 72 60 57 57 63 65 68 71 72 100 57 57 60 62 65 66 70 200 58 58 58 58 60 62 66

Таблица 2 (Большой наушник) Измеряемая частота (Гц) Площадь отверстия × число отверстий (⌀ min) 0 1×0,3 1×0,5+1×0,3 2×0,5+1×0,3 3×0,5+1×0,3 4×0,5+1×0,3 1×2,5+4×0,5+1×0,3 30 54 54 64 67 68 69 70 60 55 55 60 65 67 68 71 100 55 55 57 61 64 66 72 200 56 56 56 57 58 60 68

Устройство для защиты органов слуха имеет два закрытых наушника (2), располагаемые на каждом ухе пользователя и плотно прилегающие к его голове с образованием в каждом наушнике (2) и вокруг уха пользователя закрытого объема. Внутри наушника расположен громкоговоритель (4), содержащий звуковоспроизводящую мембрану (5), одна сторона которой обращена к уху пользователя, а противоположная сторона обращена к закрытому объему, ограниченному мембраной и корпусом. Для улучшения частотной полосы пропускания в основном диапазоне при прослушивании музыки внутренняя область корпуса посредством, по меньшей мере, одного отверстия или канала сообщается с окружающей средой вне закрытого объема наушника (2). В одном предпочтительном воплощении изобретения корпус включает капсулу, которая является встроенной частью громкоговорителя (4). Техническим результатом изобретения является улучшенная полоса пропускания в области 20-300 Гц. 24 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Устройство для защиты органов слуха, включающее закрытый наушник, располагаемый на каждом ухе пользователя и плотно прилегающий к его голове с образованием в наушнике и вокруг уха пользователя закрытого объема, один громкоговоритель, расположенный по меньшей мере в одном наушнике и содержащий звуковоспроизводящую мембрану, одна сторона которой обращена к уху пользователя, а противоположная сторона обращена к закрытому объему, ограниченному мембраной и корпусом, и блок управления громкоговорителем, отличающееся тем, что внутренняя область корпуса сообщается с окружающей средой вне закрытого объема наушника посредством по меньшей мере одного отверстия или канала в определенной стенке корпуса, общая площадь А которых удовлетворяет соотношению:
5,5 мм² >A>0,1 мм².

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде капсулы, которая является интегрированной частью громкоговорителя.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус является по меньшей мере частично частью наушника.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что внутри закрытого объема наушника размещен поглотитель шума, при этом область между громкоговорителем и ухом пользователя свободна от шумового абсорбента или содержит поглотитель шума с более низким демпфированием.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что площадь А удовлетворяет соотношению:
0,5 мм² >А>0,1 мм².

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что площадь А меньше 2% площади звуковоспроизводящей мембраны громкоговорителя, предпочтительно меньше 1% площади звуковоспроизводящей мембраны громкоговорителя.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что наушник имеет тыльную стенку, обращенную в противоположную от уха пользователя сторону и имеющую отверстие, в котором путем тугой посадки закреплена капсула громкоговорителя.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в отверстии тыльной стенки закреплена трубчатая манжета, выступающая по направлению к ушам пользователя и имеющая на свободном конце направленный во внутрь круговой буртик, который размещен или зафиксирован в круговой канавке по периферии капсулы.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что наушник имеет тыльную стенку, обращенную в противоположную от уха пользователя сторону и имеющую отверстие, в котором путем тугой посадки закреплена крепежная часть держателя, в котором плотно закреплена капсула громкоговорителя с образованием полости, сообщающейся с капсулой посредством выполненных в ней сквозных отверстий или каналов, а через отверстие или канал в крепежной части держателя сообщающейся с окружающей средой вне закрытого объема наушника.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что держатель выполнен из упругого, эластичного каучукоподобного материала.

11. Устройство по п.9 или 10, отличающееся тем, что держатель имеет часть в форме гильзы, которая охватывает и изолирует периферийную круговую область капсулы.

12. Устройство по п.2, отличающееся тем, что наушник имеет тыльную стенку, обращенную в противоположную от уха пользователя сторону и имеющую отверстие, в котором путем тугой посадки закреплена капсула громкоговорителя.

13. Устройство по п.5, отличающееся тем, что наушник имеет тыльную стенку, обращенную в противоположную от уха пользователя сторону и имеющую отверстие, в котором путем тугой посадки закреплена капсула громкоговорителя.

14. Устройство по п.6, отличающееся тем, что наушник имеет тыльную стенку, обращенную в противоположную от уха пользователя сторону и имеющую отверстие, в котором путем тугой посадки закреплена капсула громкоговорителя.

15. Устройство по п.2, отличающееся тем, что наушник имеет тыльную стенку, обращенную в противоположную от уха пользователя сторону и имеющую отверстие, в котором путем тугой посадки закреплена крепежная часть держателя, в котором плотно закреплена капсула громкоговорителя с образованием полости, сообщающейся с капсулой посредством выполненных в ней сквозных отверстий или каналов, а через отверстие или канал в крепежной части держателя сообщающейся с окружающей средой вне закрытого объема наушника.

16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что держатель выполнен из упругого, эластичного каучукоподобного материала.

17. Устройство по п.3, отличающееся тем, что наушник имеет тыльную стенку, обращенную в противоположную от уха пользователя сторону и имеющую отверстие, в котором путем тугой посадки закреплена крепежная часть держателя, в котором плотно закреплена капсула громкоговорителя с образованием полости, сообщающейся с капсулой посредством выполненных в ней сквозных отверстий или каналов, а через отверстие или канал в крепежной части держателя сообщающейся с окружающей средой вне закрытого объема наушника.

18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что держатель выполнен из упругого, эластичного каучукоподобного материала.

19. Устройство по п.17 или 18, отличающееся тем, что держатель имеет часть в форме гильзы, которая охватывает и изолирует периферийную круговую область капсулы.

20. Устройство по п.4, отличающееся тем, что наушник имеет тыльную стенку, обращенную в противоположную от уха пользователя сторону и имеющую отверстие, в котором путем тугой посадки закреплена крепежная часть держателя, в котором плотно закреплена капсула громкоговорителя с образованием полости, сообщающейся с капсулой посредством выполненных в ней сквозных отверстий или каналов, а через отверстие или канал в крепежной части держателя сообщающейся с окружающей средой вне закрытого объема наушника.

21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что держатель выполнен из упругого, эластичного каучукоподобного материала.

22. Устройство по п.20 или 21, отличающееся тем, что держатель имеет часть в форме гильзы, которая охватывает и изолирует периферийную круговую область капсулы.

23. Устройство по п.5, отличающееся тем, что наушник имеет тыльную стенку, обращенную в противоположную от уха пользователя сторону и имеющую отверстие, в котором путем тугой посадки закреплена крепежная часть держателя, в котором плотно закреплена капсула громкоговорителя с образованием полости, сообщающейся с капсулой посредством выполненных в ней сквозных отверстий или каналов, а через отверстие или канал в крепежной части держателя сообщающейся с окружающей средой вне закрытого объема наушника.

24. Устройство по п.23, отличающееся тем, что держатель выполнен из упругого, эластичного каучукоподобного материала.

25. Устройство по п.23 или 24, отличающееся тем, что держатель имеет часть в форме гильзы, которая охватывает и изолирует периферийную круговую область капсулы.