ВНУТРИКАНАЛЬНЫЙ НАУШНИК Российский патент 2017 года по МПК H04R1/10 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к конструкциям устройств для излучения звука, точнее к конструкциям наушников, устанавливаемых в наружный слуховой проход.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Наушники, устанавливаемые в ухо, принято называть наушниками-вкладышами, или вставными наушниками. Большинство из них вставляются в самом начале наружного слухового прохода. Наушники, вставляемые глубже, внутри слухового прохода встречаются редко и их принято называть внутриканальными наушниками.

Конструкции с расположением электроакустических преобразователей в наружном звуковом проходе применяются и в слуховых аппаратах. В комплектацию этих приборов входят не только электроакустические преобразователи, но и микрофоны. Эти устройства решают медицинскую задачу - повысить качество звучания среды, находящейся вокруг пользователя, прежде всего громкость и разборчивость речи.

Наушники, предназначенные, прежде всего, для прослушивания музыкальных произведений, имеют другое назначение и, следовательно, отличную от слуховых аппаратов конструкцию.

Известна конструкция наушника-вкладыша по патенту CN 201928413, опубл. 10.08.2011, МПК H04R 1/10, которая содержит два электроакустических преобразователя, низкочастотный и высокочастотный, расположенные параллельно. Преобразователи при эксплуатации наушников располагаются в самом начале слухового прохода.

Известен патент KR 101539064, опубл. 23.07.2015, МПК H04R 1/10, в котором раскрыта конструкция наушников с двумя электроакустическими преобразователями. Преобразователи установлены в корпусе несоосно. Перед каждым преобразователем в корпусе выполнена камера с объемом, который создает эффект эхо-пространства.

Известно техническое решение по заявке US 20140140565, опубл. 22.05.2014, МПК H04R 1/10. Наушник в ухо включает в себя корпус оболочки, первый электро-электроакустический преобразователь с первой акустической камерой и второй электро-электроакустический преобразователь со второй акустической камерой. Преобразователи установлены в корпусе несоосно. При этом вторая акустическая камера имеет акустическое выходное отверстие, расположенное далеко от первой акустической камеры.

Наиболее близким аналогом является решение, раскрытое в патенте US 9055366, опубл. 09.06.2015, МПК H04R 25/00, в котором раскрыта конструкция наушника-вкладыша. Данный наушник содержит два электроакустических преобразователя: один низкочастотный, другой высокочастотный, которые расположены параллельно. Выходы электроакустических преобразователей в корпусе наушника имеют свои звуковые каналы. В качестве электроакустических преобразователей используются преобразователи с уравновешенным якорем.

Несмотря на очевидные достижения в конструировании наушников с двумя электроакустическими преобразователями, остается потребность в совершенствовании конструкций наушников для достижения более высокого качества звука.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение качества звука за счет повышения отдачи электроакустических преобразователей, снижения нелинейных искажений, а также продольных низкочастотных резонансов.

Внутриканальный наушник содержит не менее трех электроакустических преобразователей, установленных в корпусе. Корпус выполнен с возможностью расположения в наружном слуховом проходе, при этом передняя часть корпуса, при эксплуатации наушника, расположена в районе второго поворота наружного слухового прохода. Первый электроакустический преобразователь установлен в передней части корпуса, остальные электроакустические преобразователи установлены по длине корпуса и снабжены соосными акустическими каналами, выходы которых расположены в передней части корпуса. Передняя часть корпуса выполнена каплевидной формы, с соответствующим типичному слуховому проходу расширением в верхней части и снабжена гибкой уплотняющей насадкой.

Внутриканальный наушник располагается достаточно глубоко в наружном слуховом проходе, передняя часть его корпуса - в районе второго поворота наружного слухового прохода. Глубокое расположение наушника позволяет, с помощью гибкой уплотняющей насадки, образовать перед барабанной перепонкой небольшую, изолированную воздушную камеру. Это способствует эффективной отдаче электроакустических преобразователей, а изоляция камеры от внешних шумов, благодаря глубокой посадке, обеспечивает высокое качество звучания.

Снижение нелинейных искажений, а также продольных низкочастотных резонансов происходит потому, что воздушная камера, которую озвучивают преобразователи, - небольшая, а также потому, что преобразователей больше трех, они установлены по длине корпуса и снабжены соосными акустическими каналами. Нелинейные искажения и низкочастотные резонансы снижаются также потому, что один преобразователь расположен прямо в передней части корпуса, что сдвигает резонансы в более высокочастотную область. Другие преобразователи соединены с камерой соосными каналами. Параллельное распространение звуковых фронтов из соосных каналов, сохраняет общую, для всех динамиков, диаграмму направленности. Находясь «на оси», все динамики проявляют свои лучшие свойства, соответственно, и их совокупность проявляет свои наилучшие свойства. Важным фактором является наличие достаточно большого числа электроакустических преобразователей, - больше трех. Это позволяет подобрать электроакустические преобразователи таким образом, чтобы они давали объемный, наполненный звук на всех частотах. Важную роль в улучшении качества звука играет установка такого наушника в наружном слуховом проходе вблизи перехода хрящевой ткани в костную, в районе второго поворота наружного слухового прохода. Это позволяет озвучивать минимальный объем воздуха перед барабанной перепонкой, а значит повысить акустическую отдачу электроакустических преобразователей. Выполнение передней части корпуса каплевидной формы позволяет правильно ориентировать наушник в слуховом проходе, чтобы добиться перпендикулярности барабанной перепонке акустических каналов преобразователей.

Электроакустические преобразователи, как правило, установлены в корпусе примерно параллельно друг другу.

Параллельность электроакустических преобразователей и акустических каналов обычному «общему» вектору распространения звука в наружном слуховом проходе, который находится «на оси» с барабанной перепонкой, также способствует качеству звучания.

Каждый из преобразователей может быть выполнен в виде преобразователей с уравновешенным якорем.

Акустическая ось первого электроакустического преобразователя и упомянутые соосные акустические каналы остальных преобразователей могут быть расположены в процессе эксплуатации наушника примерно перпендикулярно барабанной перепонке. Такое расположение оси первого электроакустического преобразователя и осей акустических каналов остальных преобразователей позволяет добиться соответствия распространению звука в типичном наружном слуховом проходе.

В частности, гибкая уплотняющая насадка может быть развернута вверх относительно оси корпуса на угол 5-20°. Такая установка насадки позволяет достичь необходимой степени изоляции объема перед барабанной перепонкой с учетом геометрии в районе второго поворота наружного слухового прохода. При этом состояние акустической изоляции наступает при установке наушника в соответствующем, по отношении к типичному «общему» вектору распространению звука, направлении. Гибкая уплотняющая насадка может быть выполнена из силикона.

В частности, электроакустические преобразователи по электрической цепи включены параллельно.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг. 1 показано расположение внутриканального наушника в наружном слуховом проходе.

На Фиг. 2 приведена конструкция внутриканального наушника на виде сбоку.

На Фиг. 3 приведена конструкция внутриканального наушника на виде сверху.

На Фиг. 4 показан один вариант выполнения наушника на виде спереди.

На Фиг. 5 приведен общий вид наушников, в одном из возможных вариантов исполнения.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Внутриканальный наушник (Фиг. 2, 3) содержит корпус 4, установленные в корпусе электроакустические преобразователи (динамики). В приведенном примере применено пять преобразователей 6, 7, 8, 9,10 с акустическими каналами 11, 12, 13, 14 от преобразователей 7, 8, 9, 10, выходы которых расположены в передней части корпуса. Выход электроакустического преобразователя 6 расположен в передней части корпуса 4 непосредственно, без какого-либо акустического канала (звуковода). В данном варианте выполнения преобразователи выполнены в виде преобразователей с уравновешенным якорем. Эти преобразователи используются, прежде всего, для портативных слуховых аппаратов, ввиду их малого размера и точности воспроизведения звука. В данной конструкции, благодаря наличию значительного числа преобразователей, появилась возможность повышения качества звука за счет подбора разных типов преобразователей с уравновешенным якорем для достижения необходимого сверхсуммарного эффекта.

В лучшем варианте конструкции наушников использовались различные преобразователи с уравновешенным якорем от производителя соответствующих компонентов, например фирмы Knowles, от больших до маленьких. Применение преобразователей различных серий, каждый из которых работает в оптимальном режиме, дает результирующий полноценный звук.

При появлении других типов электроакустических преобразователей малого размера они также могут быть использованы в предлагаемой конструкции.

Преобразователи 6, 7, 8, 9, 10 установлены в корпусе по длине наушника, чтобы обеспечить возможность сохранить необходимую подходящую и минимальную по размеру форму корпуса для помещения в наружный слуховой проход. Выходы преобразователей 7, 8, 9, 10 соединены с соосными акустическими каналами 11, 12, 13, 14, диаметры которых зависят от частотной характеристики преобразователя. Из чертежей (Фиг. 2-4) видно, что диаметры каналов 11 и 14 больше, ввиду того, что они соединены с низкочастотными динамиками 7 и 10. Выбор диаметра каналов подчиняется обычным закономерностям для того, чтобы искажения частотной характеристики, вносимые звуковыми каналами, были бы более приемлемы на слух, необходимы возможно большие диаметры каналов и наименьшая их длина. Электрически преобразователи 6, 7, 8, 9, 10 соединены между собой параллельно, что обеспечивает сопротивление чуть более 2 Ом. Общее сопротивление полностью собранного наушника составляет примерно 17 Ом, и образуется за счет резисторов, включенных последовательно. Конструктивно, данные сопротивления находятся в разъеме для подключения к источнику звука. Эти резисторы влияют на частотную характеристику готового изделия и поэтому подбираются в процессе общей разработки конструкции.

Электроакустические преобразователи 6, 7, 8, 9, 10 по электрической цепи могут быть сгруппированы в отдельные секции, каждая из которых, с целью дальнейшего улучшения качества звука, может работать от отдельного усилителя.

Передняя часть корпуса 4 может быть выполнена «каплевидной» формы с расширением в верхней части и сужением в нижней части (Фиг. 4). Такая форма лучше подходит к типичной форме наружного слухового прохода при установке наушника и позволяет установить наушник наиболее оптимально, с ориентацией осей акустических каналов 11, 12, 13, 14 примерно перпендикулярно барабанной перепонке 2 (Фиг. 1). Это связано с тем, что именно на оси диаграммы направленности излучателей, направленной перпендикулярно барабанной перепонке, наблюдаются наименьшие искажения звука, особенно в высокочастотной области, в том числе при использовании нескольких электроакустических преобразователей.

Передняя часть корпуса 4 снабжена гибкой уплотняющей насадкой 5 (Фиг. 2-5). Насадка 5 выполнена из силикона и установлена перед передней частью корпуса 4 (Фиг. 2, 3). Насадка 5 установлена под углом α (Фиг. 2), находящимся в диапазоне 5-20° вверх от оси корпуса 4. Понятие вверх от оси корпуса 4 связано с расположением наушника в наружном слуховом проходе. Направление наружного слухового прохода индивидуально изменчиво, но в принципе вначале он направляется кзади и кверху, а затем поворачивает книзу и вперед. О направлении вверх от оси корпуса возможно говорить в том смысле, что корпус наушника ориентируется определенным образом благодаря каплевидной форме передней части корпуса и типичному анатомическому строению наружного слухового прохода у барабанной перепонки. Насадка 5, как правило, выполняется круглой формы, вид спереди (Фиг. 4). Однако ей может придаваться и другая форма, способствующая образованию изолированной камеры у барабанной перепонки 2.

Внутриканальные наушники устанавливаются в наружном слуховом проходе 1 (Фиг. 1). Передняя часть корпуса 4 располагается в районе второго поворота слухового прохода 1 и благодаря каплевидной форме передней части корпуса (Фиг. 4) и развороту вверх насадки 5 на угол α, обеспечивается акустическая изоляция объема перед барабанной перепонкой 3 и правильная ориентация корпуса 4 наушника. Каплевидная форма передней части корпуса 4 обеспечивает также комфортность установки наушников. Этому способствует типичная анатомическая особенность наружного слухового прохода, наличие достаточно резкого ребра жесткости (intertragal notch), идущего вдоль всего слухового прохода. После второго поворота слуховой проход, в типичном случае, имеет каплевидной форму в поперечном сечении.

Необходимо отметить, что не всем пользователям можно рекомендовать данный тип наушников. Кроме индивидуальных предпочтений, имеется ограничение, связанное с диаметром наружного слухового прохода, а также его формой.

Данная конструкция наушников обеспечивает максимально глубокую "посадку" в наружном слуховом проходе, при этом большое число электроакустических преобразователей озвучивает минимальный объем воздуха перед барабанной перепонкой. При этом один из преобразователей совсем не имеет акустического канала, а другие преобразователи имеют соосные акустические каналы.

Вследствие достижения всей вышеуказанной совокупностью конструктивных признаков наушника частотной характеристики, соответствующей типичной характеристике открытого слухового прохода, обеспечивается впечатление, что музыка не играет "внутри головы", а "чуть снаружи". У слушателей нет ощущения того, что уши у них заткнуты, а музыка играет внутри закрытого пространства.

Продольные низкочастотные резонансы снижаются за счет уменьшения физических габаритов «рабочего объема», ограниченного, с одной стороны, насадкой 5 и передней частью корпуса 4, а, с другой, - барабанной перепонкой. Одной из особенностей данной конструкции является то, что силиконовая насадка 5 не очень плотно закупоривает ухо, и при использовании наушников добротности резонансов значительно ниже, чем при очень плотной закупорке. При этом, за счет параллельного расположения электроакустических преобразователей и акустических каналов, обеспечивается сдвиг результирующего спектра резонансов «рабочего» объема в более высокочастотную область и снижение негативного влияния эффекта «закупорки» уха на слышимость этих низкочастотных резонансов.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Данная конструкция наушников обеспечивает высокое качество прослушивания, объемность, ясность и сочность звучания, в силу минимального количества паразитных резонансов и нелинейных искажений, близкое соответствию во всем слышимом диапазоне типичным характеристикам «открытого уха», а также ровной фазовой характеристики. Все это обеспечивается всей совокупностью конструктивных признаков наушника. При этом данная конструкция может выпускаться промышленным способом.

Изобретение относится к акустике, в частности к конструкциям наушников, устанавливаемых в наружный слуховой проход. Внутриканальный наушник содержит не менее трех электроакустических преобразователей, установленных в корпусе. Корпус выполнен с возможностью расположения в наружном слуховом проходе, при этом передняя часть корпуса, при эксплуатации наушника, расположена в районе второго поворота наружного слухового прохода. Первый электроакустический преобразователь установлен в передней части корпуса, остальные электроакустические преобразователи установлены по длине корпуса и снабжены соосными акустическими каналами, выходы которых расположены в передней части корпуса. Передняя часть корпуса выполнена каплевидной формы с соответствующим типичному слуховому проходу расширением и снабжена гибкой уплотняющей насадкой. Электроакустические преобразователи имеют уравновешенный якорь, гибкая уплотнящая насадка выполнена из силикона и развернута вверх относительно оси корпуса на угол 5-20°. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Внутриканальный наушник, содержащий не менее трех электроакустических преобразователей, установленных в корпусе, корпус выполнен с возможностью расположения в наружном слуховом проходе, при этом передняя часть корпуса, при эксплуатации наушника, расположена в районе второго поворота наружного слухового прохода, первый электроакустический преобразователь установлен в передней части корпуса, остальные электроакустические преобразователи установлены по длине корпуса и снабжены соосными акустическими каналами, выходы которых расположены в передней части корпуса, а передняя часть корпуса выполнена каплевидной формы с расширением в верхней части и снабжена гибкой уплотняющей насадкой.

2. Внутриканальный наушник по п. 1, характеризующийся тем, что электроакустические преобразователи установлены в корпусе примерно параллельно друг другу.

3. Внутриканальный наушник по п. 1, характеризующийся тем, что каждый из электроакустических преобразователей выполнен в виде преобразователей с уравновешенным якорем.

4. Внутриканальный наушник по п. 1, характеризующийся тем, что акустическая ось первого преобразователя и упомянутые соосные акустические каналы остальных преобразователей расположены в процессе эксплуатации наушника примерно перпендикулярно барабанной перепонке.

5. Внутриканальный наушник по п. 1, характеризующийся тем, что упомянутая гибкая уплотняющая насадка развернута вверх относительно оси корпуса на угол 5-20°.

6. Внутриканальный наушник по п. 1, характеризующийся тем, что упомянутая гибкая уплотняющая насадка выполнена из силикона.

7. Внутриканальный наушник по п. 1, характеризующийся тем, что электроакустические преобразователи по электрической цепи включены параллельно.