Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Kopfhörerrauschunterdrückung, und insbesondere eine neue Vorrichtung und Techniken zum aktiven und/oder passiven Unterdrücken des vom Benutzer eines Kopfhörers wahrgenommenen Rauschens.

Zum Hintergrund wird sich auf die US-Patente Nr. 5,305,387; 5,208,868; 5,181,252; 4,989,271; 4,922,542; 4,644,581 und 4,455,675 bezogen. Es wird sich auch auf die Kopfhörer mit aktiver Rauschunterdrückung von Bose bezogen, die von der Bose Corporation kommerziell erhältlich sind oder waren.

EP-A-0 873 040 offenbart ein Modul, das zur Verwendung in einem Kopfhörer mit aktiver Rauschunterdrückung eingerichtet ist. EP-A-0 582 404 offenbart einen Aufbau für einen Telefonkopfhörer zum Unterdrücken des Umgebungsrauschens.

Es ist ein vorrangiges Ziel der Erfindung, eine verbesserte Rauschunterdrückung für Kopfhörer bereitzustellen.

Gemäß der Erfindung ist ein Kopfhörer geschaffen mit einer Ohrschale, die eine Vorderöffnung, die eingerichtet ist, an einem Ohr eines Benutzers anzuliegen, einem Treiber innerhalb der Ohrschale, einen mit einer Öffnung ausgebildeten Kissen um den Rand der Vorderöffnung herum, das zur Aufnahme des Ohrs des Benutzers ausgebildet und angeordnet ist, und dadurch gekennzeichnet ist, daß das Kissen mit mehreren Öffnungen um die Vorderöffnung herum ausgebildet ist, um Schaummaterial freizulegen, wodurch das Effektivvolumen der Ohrschale signifikant erhöht wird, um das vom Kissen besetzte Volumen einzubeziehen.

Vorzugsweise umfaßt der Kopfhörer ein Mikrophon innerhalb der Ohrschale neben dem Treiber und eine aktive Rauschunterdrückungsschaltung, die zwischen das Mikrophon und den Treiber geschaltet ist und so ausgebildet und angeordnet ist, daß sie eine aktive Rauschunterdrückung bereitstellt, wobei das Kissen mit den mehreren Öffnungen ferner so ausgebildet und angeordnet ist, daß es eine zusätzliche Dämpfung liefert, um den Tonverlauf am Ohr eines Benutzers glätten und die Stabilität mit vom Kopf abgenommenen Kopfhörer steuern zu helfen, wodurch eine passive Dämpfung erhöht wird.

Die akustische Last kann ein Widerstandsmaschengitter und/oder Luft in einer Röhre sein.

Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung deutlich, in der

1A eine perspektivische Ansicht einer Kopfhörerohrschalenanordnung ist, die die Erfindung verkörpert, wobei das in 1B gezeigte Kissen gemäß der Erfindung entfernt ist,

2 eine Schnittansicht einer Ohrschalenanordnung gemäß der Erfindung ist,

3 eine schematische perspektivische Ansicht in die Kopfhöreranordnung ist, wobei das Mikrophon und die Widerstandsabdeckplatte entfernt sind,

4 eine perspektivische Ansicht ist, die die Außenseite einer Ohrschale zeigt; und

5 ein Blockdiagramm eines die Erfindung verkörpernden Systems ist.

Mit Bezug auf die Zeichnung und insbesondere 1A und 1B, ist in 1A eine perspektivische Ansicht einer Ohrschalenanordnung gemäß der Erfindung gezeigt, wobei das perforierte Kissen aus 1B entfernt ist. Die Ohrschale 11 ist hinten vom Ohr eines Benutzers entfernt geschlossen und trägt einen Treiber 12 und eng daneben ein Mikrophon 13 (in 2gezeigt), das von einem Widerstandsmaschenschirm 13 bedeckt ist, der typischerweise mit einer Öffnung 13A ausgebildet ist, die das Mikrophon freilegt, und eine akustische Last umfaßt. Eine elektronische Schaltung koppelt das Mikrophon und den Treiber 12 miteinander, um eine aktive Rauschunterdrückung bereitzustellen und Audiosignale über das Kabel 14 für eine Wandlung durch den Treiber 12 in das gewünschte Schallsignal für den Kopfhörer tragenden Benutzer und durch das Mikrophon in ein rauschunterdrückendes Audiosignal auszutauschen.

Bezugnehmend auf 1B bedeckt das Kissen 15 die freigelegte Vorderöffnung anliegend am Ohr des Kopfhörer tragenden Benutzers und ist mit einer Ohröffnung 15A zur Aufnahme des Ohres des Kopfhörer tragenden Benutzers ausgebildet. Ein ringförmiger Rand 16 um die Ohröffnung 15A ist mit mehreren Öffnungen, wie 16a, ausgebildet, durch die hindurch eine kreisförmiger Schaumring sichtbar wird, der im zusammengebauten Zustand am Treiber 12 anliegt.

Bezugnehmend auf 2 ist eine schematische Schnittansicht durch eine zusammengebaute Ohrschale gezeigt. Der Treiber 12 sitzt in der Ohrschale 11, wobei sich die Treiberplatte 12A nach hinten von einer Lippe 11A der Ohrschale 11 zu einem Rand 11B erstreckt. Das Mikrophon 17 ist am Treiber 12 anliegend angeordnet und von der Drahtmaschenwiderstandsabdeckung 13 bedeckt. Das Kissen 15 bedeckt die Vorderöffnung der Ohrschale 11 und enthält einen Schaum 15B.

Bezugnehmend auf 3 ist eine schematische perspektivische Ansicht in die Ohrschale 11 gezeigt, wobei das Kissen 15, das Mikrophon 17 und die Drahtmaschenwiderstandsabdeckung 13 entfernt sind, um bestimmte Strukturdetails darzustellen. Die Ohrschale 11 ist mit einem Kabeleingang 11C zur Aufnahme eines Kabels 14 (in 1A gezeigt) zum Empfang von Audiosignalen für die Wandlung durch den Treiber 12 und zur Verschaltung einer externen elektronischen Schaltung mit dem Treiber und Mikrophon ausgebildet. Die Treiberplatte 12Aträgt Widerstandsabdeckungshalter 21A und 21B zum Tragen der Drahtmaschenwiderstandsabdeckung 13. Der Mikrophonhalter 22 erstreckt sich von der Rückwand der Rohrschale 11 zum Tragen des Mikrophons 17 und schließt Luft ein, die die akustische Last umfaßt. Treiberplatte-Montagenaben 12B und 12C bilden ein Mittel zum Anbringen des Treibers 12 an der Ohrschale 11. Der Treiber 12 teilt die Ohrschale 11 in ein Vordervolumen, typischerweise etwa 50 ccm, neben der Vorderöffnung, und ein Hintervolumen, typischerweise etwa 15 ccm, das vom geschlossenen Ende der Ohrschale 11 umgeben ist.

Bezugnehmend auf 4 ist eine Rückansicht der Ohrschale 11 gezeigt, die einen Masseport 11E und einen von einem Maschendraht bedeckten Widerstandsport 11D zeigt.

Bezugnehmend auf 5 ist ein Blockdiagramm gezeigt, das die logische Anordnung eines Systems darstellt, das die Erfindung entsprechend im wesentlichen 1 aus US 4,644,581 beinhaltet. Ein Signalkombinierer 30 kombiniert das vom Kopfhörer wiederzugebende Signal am Eingangsanschluß 24 algebraisch mit einem vom Mikrophonvorverstärker 35 bereitgestellten Rückkopplungssignal. Der Signalkombinierer 30 liefert das kombinierte Signal an einen Kompressor 31, der den Pegel des hochpegeligen Signals begrenzt. Die Ausgabe des Kompressors 31 wird an einen Kompensator 31A angelegt. Der Kompensator 31A enthält Kompensationsschaltungen, um sicherzustellen, daß die Regelverstärkung das Nyquist-Stabilitätskriterium einhält, damit das System nicht zu oszillieren beginnt, wenn die Schleife geschlossen ist. Das System ist einmal sowohl für das linke als auch rechte Ohr dupliziert.

Ein Leistungsverstärker 32 verstärkt das Signal vom Kompensator 31A und regt den Kopfhörertreiber 12 an, ein akustisches Signal in der vorderen Kavität zu erzeugen, das mit einem externen Rauschsignal kombiniert ist, das in die vordere Kavität aus einem Bereich eintritt, der als akustischer Eingangsanschluß 25 dargestellt ist, um ein kombiniertes akustisches Drucksignal in der vorderen Kavität zu erzeugen, das als Kreis 36 dargestellt ist, um ein kombiniertes akustisches Drucksignal zu liefern, das an das Mikrophon 17 angelegt wird und von diesem umgewandelt wird. Der Mikrophonverstärker 35 verstärkt das umgewandelte Signal und liefert es an den Signalkombinierer 30.

Nachdem die strukturelle Anordnung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung beschrieben worden ist, werden nunmehr die Betriebsprinzipien beschrieben. Ein Problem bei der aktiven Rauschunterdrückung in Ohrschalenkopfhörern rührt von Ohrschalenresonanzen her, die einen unebenen Schallverlauf verursachen, der eine Funktion des Kopfes des Benutzers ist, was eine elektronische Kompensation schwierig macht.

Ein Ansatz zum Glätten des Schallverlaufes liegt darin, ein Dämpfungsmaterial, typischerweise einen hochabsorptiven Schaum, um die Wände der Ohrschale herum anzuordnen. Dieser Ansatz erfordert typischerweise eine erhebliche Schaumdicke, um eine ausreichende Dämpfung bereitzustellen, und erfordert relativ großvolumige Ohrschalen zur Aufnahme des dicken Schaums. Ferner ist die Dämpfung des hochabsorptiven Schaums eine empfindliche Funktion der physikalischen Abmessungen des Schaums und der atmosphärischen Bedingungen, was einen uneinheitlichen Schallverlauf hervorruft.

Eine Resonanz in der Ohrschale kann eine Instabilität erzeugen, indem Oszillationen bei bestimmten Frequenzen hervorgerufen werden, was typischerweise den Rückkopplungsbetrag für die aktive Rauschunterdrückung begrenzt. Durch das akustische Laden des Mikrophons und Treibers mit der Drahtmaschenwiderstandsabdeckung 13 und/oder der eingeschlossenen Luft werden Resonanzen signifikant unterdrückt, was zu einem erhöhten Verstärkungsfaktor in der Rückkopplungsschleife und einer signifikant verbesserten aktiven Rauschunterdrückung in einer relativ kleinvolumigen Ohrschale führt. Durch Ausbilden von Öffnungen im kreisförmigen Rand 16 des Kissens 15 zum Freilegen von Schaummaterial 15B wird das Effektivvolumen der Ohrschale signifikant erhöht, um das vom Kissen 15 belegte Volumen einzubeziehen, und eine zusätzliche Dämpfung geliefert, die den Tonverlauf am Ohr zu glätten und die Stabilität bei vom Kopf abgenommenen Kopfhörer zu steuern hilft und dabei die passive Dämpfung erhöht.

Die Erfindung hat zahlreiche Vorteile. Die Schalengröße ist relativ gering, und es gibt weiterhin ein erhebliches Effektivvolumen mit dem zusätzlichen Effektivvolumen, das durch das Kissen 15 geliefert wird, das über Öffnungen wie 16A zugänglich ist. Der Resonanzeffekt innerhalb der Ohrschale 11 wird signifikant reduziert mit der Drahtmaschenwiderstandsabdeckung 13 und/oder der eingeschlossenen Luft, wodurch ein signifikanter Anstieg im Regelverstärkungsfaktor des aktiven Rauschunterdrückungssystems ermöglicht wird.