DE102005059270A1 - Elektroakustische Wandlereinrichtung mit Kohlenstoffröhrchen und damit ausgestattete Hörvorrichtung - Google Patents

Abstract

Hörvorrichtungen und insbesondere Hörgeräte sollen weiter verkleinert werden. Dazu ist vorgesehen, als elektroakustischen Wandler einen CNT-Wandler (3) einzusetzen, der aus Kohlenstoffröhrchen (Carbon Nanotubes) besteht. Dieser arbeitet nach dem elektrostriktiven Prinzip und hat einen deutlich höheren Wirkungsgrad als piezokeramische Wandler. Er ist außerdem magnetisch unempfindlich, so dass auf spezielle magnetische Abschirmungen verzichtet werden kann. Dadurch und aufgrund seiner eigenen Kompaktheit kann der zur Verfügung zu stellende Bauraum in Hörvorrichtungen reduziert werden.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektroakustische Wandlervorrichtung insbesondere für Hörhilfegeräte mit einem elektromechanischen Wandler zur Wandlung elektrischer Signale in akustische oder umgekehrt. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung Hörvorrichtungen, insbesondere Hörgeräte, die mit derartigen elektroakustischen Wandlervorrichtungen ausgestattet sind.
• Hörhilfegeräte besitzen in der Regel elektromagnetische Wandler zur Schallerzeugung. Diese Wandler haben jedoch mehrere Nachteile. Zum einen sind sie in der Regel verhältnismäßig voluminös, zum anderen gehen von ihnen aufgrund des elektromagnetischen Wandlerprinzips magnetische Felder aus, die die übrigen elektrischen Komponenten eines Hörhilfegeräts stören können. Aus diesem Grund sind die elektromagnetischen Schallwandler abzuschirmen, was nicht nur deren Volumen weiter erhöht, sondern auch deren Einbau- bzw. Herstellungskosten anhebt.
• Aus dem Artikel „Winzige Muskeln aus Ruß" von Ivica Kolaric, erschienen in ke06/2005, Neue Technologien, Mikrosystemtechnik, Seiten 10 und 11, sind Kohlenstoffröhrchen (Carbon Nanotubes) zum Einsatz in der Mikrosystemtechnik bekannt. Diese Kühlenstoffröhrchen sind nanoskopisch klein. In Sedimentationsverfahren werden sie zu so genannten Carbon Nanaotube-Sheets abgeschieden, so dass sich papierähnliche Bögen aus vielen Schichten von Nanotubes ergeben. Aus diesem Material lassen sich dann Mikroaktoren herstellen. Es wird von Anwendungsgebieten im Bereich der minimalinvasiven Medizin und für Miniroboter gesprochen. Im Vergleich zu piezokeramischen Aktoren schaffen die Kohlenstoff-Nanoröhrchen eine Ausdehnung, die etwa um den Faktor 30 größer ist. Dies gelingt bereits bei einer Versorgungsspannung, die lediglich im einstelligen Volt-Bereich liegt, während Piezoaktoren durchaus im Kilo-Volt-Bereich betrieben werden.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Hörvorrichtungen und insbesondere Hörhilfegeräte in ihrer Größe weiter zu reduzieren.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine elektroakustischen Wandlervorrichtung insbesondere für Hörhilfegeräte mit einem elektromechanischen Wandler zur Wandlung elektrischer Signale in akustische oder umgekehrt, wobei der elektromechanische Wandler zumindest teilweise aus einem Material aus Kohlenstoffröhrchen besteht.
• In vorteilhafter Weise werden somit die Vorzüge von Mikroaktoren aus einem Material aus Kohlenstoffröhrchen für die elektroakustische Wandlung genutzt. Vorteile ergeben sich insbesondere aufgrund des hohen Wandlerwirkungsgrads gegenüber elektromagnetischen und piezokeramischen Wandlern.
• Der CTN-Wandler (Carbon Nanotubes) kann zur Ausbildung eines Hörers oder Mikrofons an eine Membran gekoppelt werden. Auf diese Weise lässt sich Luftschall mit hohem Wirkungsgrad erzeugen bzw. in elektrische Signale wandeln.
• Wie bereits angedeutet, werden vorzugsweise Hörvorrichtungen mit derartigen CNT-Wandlern ausgestattet. Somit lässt sich gegenüber elektromagnetischen Wandlern deutlich Bauraum einsparen, was nicht nur aus kosmetischer Sicht für Hörvorrichtungen von großer Bedeutung ist.
• Besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines CNT-Wandlers in einem Hörgerät oder Headset. Hier stellt sich die Bauraumproblematik besonders.
• Günstigerweise werden auch Hörgeräteimplantate mit CNT-Wandlern ausgestattet. Dabei dient der elektromechanische CNT-Wandler als Körperschallgeber. Hier kommt besonders der Vorteil zum Tragen, dass die Kohlenstoffröhrchen einen relativ geringen Energieverbrauch besitzen.
• Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die schematisch einen erfindungsgemäßen CNT-Wandler wiedergibt.
• Das nachfolgend näher geschilderte Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
• Der in der FIG wiedergegebene Hörer für ein Hörgerät besitzt ein Hörergehäuse 1. In ihm ist eine Membran 2 aufgespannt. An die Membran 2 ist ein CNT-Wandler bzw. CNT-Motor 3 gekoppelt. Es ist in der Lage die Membran 2 gemäß den eingezeichneten Doppelpfeilen in Schwingungen zu versetzen. Über Zuleitungen 4 ist der CNT-Motor 3 mit elektrischen Anschlüssen 5 verbunden, über die der Hörer von außen ansteuerbar ist.
• Der CNT-Motor 3 versetzt die Luft in der Umgebung der Membran 2 gemäß dem elektrischen Ansteuersignal in Schwingungen. Der daraus resultierende Schall kann an einer speziell vorgesehenen Schallaustrittsöffnung 6 aus dem Hörergehäuse 1 austreten.
• Das in der FIG dargestellte Beispiel zeigt einen elektroakustischen Wandler in Form eines Schallgebers, der mit einem Carbon-Nanotube-Aktor ausgestattet ist. Der gleiche oder ein ähnlicher Aufbau kann auch für einen Schallaufnehmer (Mikrofon) in Hörhilfegeräten Verwendung finden.
• Implantierbare Hörhilfegeräte erzeugen in der Regel Körperschall. Daher kann bei diesen Implantaten auf eine Membran, die großflächig in Schwingungen versetzt wird, verzichtet werden. Der CNT-Wandler wird hier zur direkten Kopplung seiner mechanischen Bewegung (Körperschall) unmittelbar mit dem Gewebe oder Knochen des Implantatträgers verbunden. Gegebenenfalls befindet sich zwischen CNT-Wandler und Gewe be/Knochen eine Schutzschicht bzw. ein Schutzfilm. Auf ein spezielles Gehäuse für den Wandler an sich kann bei dem Körperschallgeber jedoch verzichtet werden.
• Die Verwendung eines CNT-Wandlers, der auf dem Prinzip des elektrostriktiven Effekts beruht, für die elektroakustische Wandlung bei Hörvorrichtungen und insbesondere bei Hörhilfegeräten hat zahlreiche Vorteile. Zunächst ergeben sich aus dem einfachen Aufbau des CNT-Wandlers gegenüber einem elektromagnetischen Wandler eine Verringerung der Herstellungskosten. Der einfache Aufbau führt aber auch zu einer hohen mechanischen Robustheit.
• Der CNT-Wandler ist ferner magnetisch unempfindlich, so dass die Hörvorrichtung starken Magnetfeldern ausgesetzt werden kann. Umgekehrt sendet dieser Wandler keine magnetischen Störfelder aus, so dass auch keine spezielle magnetische Abschirmung notwendig ist. Speziell bedeutet dies, dass das Hörergehäuse aus Kunststoff gefertigt werden kann, wodurch die Herstellungskosten wiederum sinken.
• Ein weiterer Vorteil des CNT-Wandlers besteht darin, dass bei der Wandlung nur geringe harmonische Verzerrungen auftreten, da der Aktor lineare Längenänderungen ausführt. Diese Längenänderungen des CNT-Wandlers sind wie erwähnt um etwa den Faktor 30 größer als bei einem piezoelektrischen Wandler. Ebenfalls bereits erwähnt wurde der Vorteil, dass die Ansteuerspannung im Gegensatz zu piezoelektrischen Wandlern typischerweise unter 10 V liegt.
• Schließlich lässt sich der CNT-Wandler sowohl zur Realisierung eines Lautsprechers bzw. Hörers als auch zur Realisierung eines Mikrofons nach dem Umkehrprinzip nutzen. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass der Begriff „elektroakustischer Wandler" im vorliegenden Dokument für Hörer, Mikrofone und Körperschallgeber bzw. -aufnehmer gleichermaßen verwendet wird.

Claims (5)

1. Elektroakustische Wandlervorrichtung insbesondere für Hörhilfegeräte mit – einem elektromechanischen Wandler (3) zur Wandlung elektrischer Signale in akustische oder umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, dass – der elektromechanische Wandler (3) zumindest teilweise aus einem Material aus Kohlenstoffröhrchen besteht.
2. Elektroakustische Wandlervorrichtung nach Anspruch 1, die eine Membran (2) aufweist, an die der elektromechanische Wandler (3) gekoppelt ist.
3. Hörvorrichtung mit einer elektroakustischen Wandlervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2.
4. Hörvorrichtung nach Anspruch 3, die als Hörgerät oder Headset ausgestaltet ist.
5. Hörvorrichtung nach Anspruch 3, die als Hörgeräteimplantat ausgestaltet ist, wobei der elektromechanische Wandler (3) als Körperschallgeber dient.