DE112006003084T5

DE112006003084T5 - Knochenleitungs-Shaker mit ausgewogenem Anker

Info

Publication number: DE112006003084T5
Application number: DE112006003084T
Authority: DE
Inventors: Vingnesh Jayanth; Henry G. Nepomuceno
Original assignee: Knowles Electronics LLC
Current assignee: Knowles Electronics LLC
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2008-10-02
Also published as: US7869610B2; EP1994790A1; DK200800864A; CN101322435A; US20070121983A1; WO2007064356A1

Abstract

Akustischer Signalwandler, der umfasst:
ein Gehäuse für den Signalwandler, wobei das Gehäuse einen Innenraum und einen Außenraum definiert, wobei ein elektrischer Anschluss am Gehäuse angeordnet ist;
eine Motoreinheit, die im Gehäuse angeordnet ist und die mit dem elektrischen Anschluss verkoppelt ist, um ein elektrisches Signal zu empfangen, das ein Audiosignal, welches gewandelt werden soll, wiedergibt;
eine akustische Einheit, die im Gehäuse angeordnet ist und die über eine Kopplungseinheit mit der Motoreinheit verkoppelt ist; und
eine Endmasseneinheit, die im Gehäuse angeordnet ist und die mit der akustischen Einheit verkoppelt ist.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Dieses Patent betrifft allgemein Signalwandler bzw. Wandler, die sich für Hör-Vorrichtungen, wie Hörhilfen oder dergleichen, eignen, und genauer einen Knochenleitungsempfänger mit ausgewogenem Anker, mit dem ein Anwender in der Lage ist, Geräusche durch direkte Übertragung von Vibrationen auf die Skelettstruktur zu hören.
HINTERGRUND
Hörhilfen sind ein Typ von im Ohr zu tragenden akustischen Vorrichtungen, und die Technik der Implementierung von Hörhilfen und anderen Arten von im Ohr zu tragenden akustischen Vorrichtungen hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt. Die technische Entwicklung auf diesem Gebiet sorgt weiterhin für die Verbesserung der Miniaturisierung, des Empfangs, des Tragekomforts, der Haltbarkeit und des Stromverbrauchs dieser Vorrichtungen und ermöglicht auch eine wachsende Zahl von Modellen und Typen dieser Vorrichtungen. Beispielsweise gibt es mehrere unterschiedliche Arten von Hörhilfemodellen, die einschließen: solche, die hinter dem Ohr getragen werden (Behind the Ear, BTE), solche, die im Ohr oder vollständig im Ohr getragen werden (In the Ear oder All in the Ear, ITE), solche, die im Hörkanal getragen werden (In the Canal (ITC), und solche, die vollständig im Hörkanal getragen werden (Completely in the Canal, CIC). Mit dem wachsenden Fortschritt der Leistung der im Ohr getragenen akustischen Vorrichtungen und der Forderung nach neuen Typen oder Modellen für im Ohr getragene akustische Vorrichtungen werden an die Verbesserung der Leistung der verwendeten winzigen akustischen Signalwandler selbst immer höhere Anforderungen gestellt.
Im Allgemeinen weist ein Hörgerät, wie eine Hörhilfe oder dergleichen, eine Mikrophoneinheit, eine Verstärker- und eine Empfänger-(Lautsprecher-)Einheit auf. Die Mikrophoneinheit empfängt akustische Wellen und erzeugt ein elektronisches Signal, das diese Schallwellen darstellt bzw. wiedergibt. Der Verstärker nimmt das elektronische Signal auf, modifiziert das elektronische Signal und gibt das modifizierte elektronische Signal (z. B. ein verarbeitetes Signal) an die Empfängereinheit weiter. Die Empfängereinheit ihrerseits wandelt das verarbeitete elektronische Signal in akustische Energie um, die an einen Anwender übertragen wird.
Knochenleitungslautsprecher wurden in verschiedenen Typen entwickelt, um hörbare Töne über Knochenvibrationen zu erfassen und um die umgewandelten Vibrationen an die Innenohrschnecke zu übertragen. Der Knochenleitungslautsprecher kann ein Joch, eine Schwingspule, einen Magneten, eine Membran, eine Feder und einen Vibrationsblock, der in einem Gehäuse untergebracht ist, umfassen. Der Vibrationsblock ist mit seinem mittleren Abschnitt an der Innenfläche des Gehäuses befestigt, beispielsweise mit einer Vielzahl von Schrauben. Die Feder ist mit ihrem Außenumfangsabschnitt fest in einer Innenfläche des Gehäuses eingebettet, und ihr mittlerer Abschnitt ist fest an einer unteren Fläche eines Mittelabschnitts des Jochs befestigt. Diese Anordnung der Einheit weist verschiedene Nachteile auf. Herstellung und Zusammenbau des typischen Lautsprechers können komplexe, zeitintensive Arbeiten erfordern, insbesondere für die Zentrierung des Vibrationsblocks am Gehäuse. Ebenso beschränkt das physische Volumen des Materials die Größe des Lautsprechers, wodurch Verkleinerungen schwierig sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Für ein vollständigeres Verstehen der Offenbarung sei auf die folgende ausführliche Beschreibung und die begleitende Zeichnung verwiesen, worin:
1 eine perspektivische Darstellung einer beschriebenen Ausführungsform eines Knochenleitungs-Shakers mit ausgewogenem Anker ist;
2 eine Querschnittsdarstellung einer beschriebenen Ausführungsform eines Knochenleitungs-Shakers mit ausgewogenem Anker ist, der in 1 dargestellt ist; und
3 ein Graph ist, der die Vibrationsantwort des Knochenleitungs-Shakers mit ausgewogenem Anker darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Obwohl die vorliegende Offenbarung Ausführungsformen von Strukturen und Verfahren beschreibt, die verschiedenen Modifikationen und alternativen Ausbildungen unterliegen können, sind die in der Zeichnung als Beispiel dargestellten Ausführungsformen, die hierin ausführlich beschrieben sind, Beispiele. Es sei jedoch klargestellt, dass diese Offenbarung die Erfindung nicht auf die speziell beschriebenen Ausbildungen beschränken soll, sondern dass die Erfindung im Gegenteil alle Modifikationen, Alternativen und Äquivalente abdecken soll, die im Gedanken und Bereich der Erfindung liegen, der von den beigefügten Ansprüchen definiert wird.
Es sei auch klargestellt, dass, solange ein Ausdruck in diesem Patent nicht ausdrücklich anhand des Satzes „wie hierin verwendet, soll der Ausdruck „_" „_" bedeuten" oder eines ähnlichen Satzes definiert wird, die Bedeutung dieses Ausdrucks weder ausdrücklich noch implizit über dessen normale oder übliche Bedeutung hinaus beschränkt werden soll, und der Bereich dieses Ausdrucks nicht als auf der Basis irgendeiner Aussage, die in irgendeinem Teil dieses Patents gemacht wird, beschränkt aufgefasst werden soll (abgesehen von der Formulierung der Ansprüche). In dem Maß, in dem ein Ausdruck, der in den Ansprüchen, die am Ende des Patents stehen, genannt wird, in diesem Patent auf eine Weise gebraucht wird, die mit einer einzigen Bedeutung konsistent ist, geschieht dies nur um der Klarheit willen, um den Leser nicht zu verwirren, und soll nicht bedeuten, dass dieser Anspruch implizit oder auf andere Weise auf diese einzelne Bedeutung beschränkt sein soll. Solange ein Anspruchselement durch Nennung des Wortes „Mittel" und eine Funktion definiert wird, ohne irgendeine Struktur zu nennen, soll der Bereich eines Anspruchselements nicht auf der Basis der Anwendung von 35 U. S. C. § 112, sechster Abschnitt, interpretiert werden.
1 ist eine perspektivische Darstellung eines Knochenleitungs-Signalwandlers 100 mit ausgeglichenem Anker. Der Signalwandler 100 kann als Empfänger, als Shaker oder eine andere derartige Vorrichtung ausgelegt sein und kann nützlich sein in Hörhilfen, in im Ohr getragenen Überwachungsgeräten, Kopfhörern, elektronischen Gehörschutzvorrichtungen und sehr kleinen akustischen Lautsprechern. Der Knochenleitungs-Shaker 100 weist ein Gehäuse 102 und einen elektrischen Anschluss 108 auf, der anhand eines geeigneten Mittels am Gehäuse 102 befestigt ist. Das Gehäuse 102 kann von rechteckiger Form sein mit einer Abdeckung 104 und einem Boden 106, der anhand eines geeigneten Mittels an der Abdeckung 104 befestigt ist. In alternativen Ausführungsformen kann das Gehäuse 102 in einer Reihe von Konfigurationen hergestellt werden, beispielsweise in Zylinderform, in D-Form, in Trapezoidform, in ungefähr quadratischer Form oder mit jeder anderen gewünschten Geometrie. Außerdem können Skala und Größe des Gehäuses 102 auf der Basis der vorgesehenen Einsatzbedingungen, der benötigten Bauteile usw. variieren. Die funktionalen Bauteile des Signalwandlers (wie in 2 dargestellt) sind im Gehäuse 102 eingeschlossen. Während des Gebrauchs ist der Signalwandler 100 in einer (nicht dargestellten) akustischen Vorrichtung angeordnet, so dass das Gehäuse 102 eng mit dem Skelett des Anwenders in Verbindung gebracht wird, d. h. mit dem Kopf des Anwenders nahe der Innenohrschnecke, um die Knochenleitung akustischer Signale zu erleichtern.
2 ist ein Querschnitt von funktionalen Bauteilen 150 des Signalwandlers 100. Die Bauteile 150 können eine Motoreinheit 110, eine Kopplungseinheit 120, eine akustische Einheit 122 und eine Endmasseneinheit 124 umfassen. Die Motoreinheit 110 kann einen Anker 112, eine Spule 114, ein Paar Magnete 116 und ein magnetisches Joch 118 umfassen. Die beiden Magnete 116, die als Antriebsmagnete dienen können, sind im magnetischen Joch 118 befestigt. Ein erster Luftspalt 130 kann zwischen dem Magnetpaar 116 ausgebildet sein, um den Anker 112 aufzunehmen. Die Spule 114 definiert einen zweiten Luftspalt 132 nahe dem ersten Luftspalt 130, um den Anker 112 aufzunehmen. Ein dritter Luftspalt 134 kann zwischen der Spule 114 und dem magnetischen Joch 118 ausgebildet sein, um die Kopplungseinheit 120 aufzunehmen. Um die Anfälligkeit für Stöße zu verringern, kann ein (nicht dargestellter) Stoßdämpfer vorgesehen sein, um möglicherweise zu Beschädigungen führende Verbiegungen, denen der Anker 112 ausgesetzt werden kann, zu verhindern, wie in der US-Patentanmeldung, Seriennummer 60/721,251 offenbart, deren Offenbarung durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird. Der Anker 112 kann einen im Allgemeinen U-förmigen Bügel mit einem feststehenden Ende 112a und einem beweglichen Ende 112b aufweisen. Das bewegliche Ankerende 112a verläuft durch die Luftspalte 130, 132, 134, die zwischen der Motoreinheit 110 ausgebildet sind. Der Fachmann weiß, dass die Grundlagen und Vorteile der hierin beschriebenen Ausführungsformen mit allen Arten von Signalwandlern nützlich sein können, beispielsweise mit denen, die einen E-förmigen Anker nutzen oder die eine andere Konfiguration aufweisen.
Die Kopplungseinheit 120 kann ein Antriebsstab, eine Verbindungseinheit, eine Vielzahl von Verbindungseinheiten oder dergleichen sein und kann aus einem elektrisch leitenden Material gefertigt sein. Ein Ende der Kopplungseinheit 120 kann mit der akustischen Einheit 122 verbunden sein, und das andere Ende der Kopplungseinheit 120 kann mit dem beweglichen Ankerende 122b verbunden sein, um die akustische Einheit 122 anzusteuern. Ein (nicht dargestelltes) Positionierungselement kann zwischen der Spule 114 und dem magnetischen Joch 118 vorgesehen sein, um die Kopplungseinheit 120 zurückzuhalten, wie in der oben genannten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 60/721,251 offenbart. Alternativ dazu können der Stoßdämpfer, das Positionierungselement und die Spule 114 einstückig geformt sein, um den Zusammenbau während der Massenfertigung zu vereinfachen. Die akustische Einheit 122 kann ein Paddel bzw. einen Flügel 126 und eine dünne flexible Folie 128, die anhand eines geeigneten Mittels am Paddel 126 befestigt ist, aufweisen. Jedoch kann die akustische Einheit 122 mehrere Paddelschichten verwenden, wie in den US-Patentanmeldungen mit den Seriennummern 60/665,700, 10/719,809 und 09/755,664 offenbart, deren Offenbarungen durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden. Die Bewegung der akustischen Einheit 122 und somit ihre Leistung kann von den Materialien, die für die Fertigung der akustischen Einheit 122 verwendet werden, und von ihrer resultierender Steifigkeit beeinflusst werden.
In einer Ausführungsform ist die Endmasseneinheit 124 anhand eines geeigneten Mittels an der Oberseite der akustischen Einheit 122 befestigt, beispielsweise mittels Bondens. Die Befestigung der Endmasseneinheit 124 an der akustischen Einheit 122 kann die Steuerung der Steifigkeit der akustischen Einheit 122 über einen festgelegten Frequenzbereich unabhängig von der sich bewegenden Endmasse erleichtern. Die Endmasseneinheit 124 kann aus einem sehr harten Material, wie Tantal, gefertigt werden, oder ein anderes ähnliches Material mit einer Dichte von etwa 13.000 kg/m³–19.500 kg/m³ oder einem Elastizitätsmodul von etwa 70 GPa–420 GPa kann verwendet werden, um die Resonanzfrequenz der gesamten akustischen Einheit 122 oder der sich bewegenden Masse der akustischen Einheit 122 zu beeinflussen. Eine Masse aus Klebstoff 138 kann an einem gelenkigen Abschnitt 136 der akustischen Einheit 122 angebracht werden, um die Starrheit um das Gelenk 136 herum zu verstärken und um die Steuerung der Bewegung der akustischen Einheit 122 zu verbessern. Die Drehbewegung um das Gelenk 136 ermöglicht eine Steuerung der Bewegung der akustischen Einheit 122, während sie gleichzeitig akustischen Ausgangsschalldruck liefert.
Alternativ dazu kann die Endmasseneinheit 124 eine Hybrid- oder Verbundstruktur sein. Eine solche Struktur kann ein Metallsubstrat, wie ein Stahlsubstrat mit einer Dichte von etwa 7850 kg/m³, sein, an dem mittels Bondens, Schweißens, Plasma/Metall-Abscheidung oder irgendeiner geeigneten Technik eine zweite Masse oder Struktur, wie eine Niobmasse mit einer Dichte von 8570 kg/m³, befestigt ist, die dann kombiniert wird, um eine Dichte und Steifigkeit innerhalb des angestrebten Bereichs zu erhalten. Ferner kann ein Teil der Masse der Endmasseneinheit in die Membran einbezogen werden, indem man deren Abmessungen ändert, beispielsweise durch Verdicken. Die geänderte Membran kann die gewünschte Masse und Steifigkeit liefern, und/oder eine solche geänderte Membran kann mit einer Endmasseneinheit kombiniert werden, die so spezifiziert ist, dass sie die gewünschte Masse und Steifigkeit erreicht.
Im Betrieb wird ein Strom, der ein Eingangs-Audiosignal vom elektrischen Anschluss 108 darstellt, an die Spule 114 angelegt, ein entsprechender Wechselstrom(AC)-Magnetfluss wird von der Spule 114 über den Anker 112, den Antriebsmagneten 116 und das Magnetjoch 118 erzeugt. Ferner wird ein entsprechender Gleichstrom(DC)-Magnetflussweg über dem Luftspalt erzeugt. Das bewegliche Ankerende 112b vibriert in Reaktion auf die elektromagnetischen Kräfte, die vom Magnetfluss erzeugt werden, der von der Motoreinheit 110 erzeugt wird, was wiederum zur Bewegung der Kopplungseinheit 120 führt. Die akustische Einheit 122 und die Endmasseneinheit 124 bewegen sich in Reaktion auf die Bewegung des beweglichen Ankerendes 112b, das von der Spule 114 angetrieben wird. Der Signalwandler 100 nutzt die entsprechende Bewegung des beweglichen Ankerendes 112b, der akustischen Einheit 122 und der Endmasseneinheit 124, um akustische Ausgangssignale zu erzeugen, so dass die Vibration der Endmasseneinheit 124 auf die Skelettstruktur des Anwenders übertragen wird, wodurch es möglich ist, dass der Anwender den Ton versteht.
3 ist ein Graph, der die Vibrationsantwort des Signalwandlers 100 mit dem ausgeglichenen Anker zeigt. Der Graph zeigt an, dass die Vibrationsantwort verbessert (z. B. reduziert) wird. Der Signalwandler 100 weist eine Spitzenfrequenz bei 500 Hz innerhalb des Frequenzbereichs für die Wahrnehmung nicht-modifizierter Sprache auf.
Alle Literaturstellen, einschließlich von Veröffentlichungen, Patentanmeldungen und Patenten, die hierin genannt werden, sind durch Bezugnahme in ihrem gesamten Umfang aufgenommen, so als würde jede einzelne Literaturstelle einzeln und spezifisch als durch Bezugnahme aufgenommen bezeichnet und in ihrer Gesamtheit hierin aufgeführt.
Die Verwendung der Ausdrücke „ein", „eine" und „der, die, das" und ähnliche Verweise im Kontext der Beschreibung der Erfindung (insbesondere im Kontext der folgenden Ansprüche) sollen sowohl den Singular als auch den Plural umfassen, solange hierin nichts anderes angegeben ist oder der Kontext dem klar entgegensteht. Die Nennung von Wertebereichen hierin soll nur verkürzt für jede eigene Nennung jedes einzelnen Wertes, der in den Bereich fällt, stehen, solange hierin nichts anderes angegeben ist, und jeder einzelne Wert ist in die Patentschrift aufgenommen als wäre er einzeln hierin genannt. Alle hierin beschriebenen Verfahren können in jeder geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden, solange hierin nichts anderes angegeben ist oder der Kontext dem klar entgegensteht. Die Verwendung eines Beispiels und aller Beispiele, oder einer beispielsmäßigen Formulierung (z. B. „wie beispielsweise"), die hierin verwendet wird, soll nur dazu dienen, die Erfindung besser verständlich zu machen und soll keine Beschränkung des Bereichs der Erfindung darstellen, solange nichts anderes beansprucht wird. Keine Formulierung in der Patentschrift sollte so aufgefasst werden, als würde sie ein nicht-beanspruchtes Element, das für die Durchführung der Erfindung wesentlich ist, anzeigen.
Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung sind hierin beschrieben, einschließlich der besten Weise zur Ausführung der Erfindung, die den Erfindern bekannt ist. Es sei klargestellt, dass die dargestellten Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht als Beschränkungen der Erfindung aufgefasst werden sollten.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Knochenleitungs-Signalwandler geeignet zur Verwendung in einer Hör-Vorrichtung, wie Hörhilfen, Im-Ohr-Geräten, Kopfhörern, elektronischen Hör-Schutz-Vorrichtungen, und sehr kleinen akustischen Lautsprechern, weist eine Endmasseneinheit auf, die in einem Gehäuse angeordnet ist. Die Endmasseneinheit ist an der akustischen Einheit befestigt, und über eine Kopplungseinheit mit der Motoreinheit verkoppelt.

Claims

Akustischer Signalwandler, der umfasst: ein Gehäuse für den Signalwandler, wobei das Gehäuse einen Innenraum und einen Außenraum definiert, wobei ein elektrischer Anschluss am Gehäuse angeordnet ist; eine Motoreinheit, die im Gehäuse angeordnet ist und die mit dem elektrischen Anschluss verkoppelt ist, um ein elektrisches Signal zu empfangen, das ein Audiosignal, welches gewandelt werden soll, wiedergibt; eine akustische Einheit, die im Gehäuse angeordnet ist und die über eine Kopplungseinheit mit der Motoreinheit verkoppelt ist; und eine Endmasseneinheit, die im Gehäuse angeordnet ist und die mit der akustischen Einheit verkoppelt ist.
Akustische Einheit nach Anspruch 1, wobei die Endmasseneinheit mit der akustischen Einheit verbunden ist.
Akustischer Signalwandler nach Anspruch 1, wobei die akustische Einheit eine Oberfläche aufweist, wobei die Endmasseneinheit mit der Oberfläche verkoppelt ist.
Akustischer Signalwandler nach Anspruch 2, wobei die Endmasseneinheit mit der Oberfläche verkoppelt ist.
Akustischer Signalwandler nach Anspruch 3, wobei die Endmasseneinheit eine mechanische Eigenschaft der akustischen Einheit beeinflusst.
Akustischer Signalwandler nach Anspruch 5, wobei die akustische Eigenschaft die Steifigkeit über einem gegebenen Frequenzbereich ist.
Akustischer Signalwandler nach Anspruch 1, wobei die Endmasseneinheit eine Dichte von etwa 13.000 kg/m³ bis etwa 19.500 kg/m³ aufweist.
Akustische Einheit nach Anspruch 1, wobei die Endmasseneinheit eine Dichte von etwa 16.650 kg/m³ aufweist.
Akustischer Signalwandler nach Anspruch 1, wobei die Endmasseneinheit einen Elastizitätsmodul von etwa 70 GPa bis etwa 420 GPa aufweist.
Akustischer Signalwandler nach Anspruch 8, wobei der Elastizitätsmodul etwa 184 GPa beträgt.
Akustischer Signalwandler nach Anspruch 1, wobei ein Gelenk die akustische Einheit innerhalb des Gehäuses für eine Bewegung um das Gelenk innerhalb des Gehäuses verkoppelt, wobei eine Masse mit dem Gelenk verkoppelt ist und eine Starrheit des Gelenks beeinflusst.
Akustischer Signalwandler nach Anspruch 9, wobei die Masse eine Klebstoffmasse umfasst.
Akustischer Signalwandler nach Anspruch 1, wobei die Endmasseneinheit eine Kombination aus einem ersten Material und einem zweiten Material umfasst.
Akustischer Signalwandler nach Anspruch 1, wobei die Endmasseneinheit ein Substrat und eine Materialmasse, die auf dem Substrat ausgebildet ist, umfasst.
Akustischer Signalwandler nach Anspruch 1, wobei die Endmasseneinheit die Membran umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines akustischen Signalwandlers, das umfasst: Bereitstellen eines Gehäuses für den Signalwandler, wobei das Gehäuse einen Innenraum und einen Außenraum definiert und einen elektrischen Anschluss einschließt, der am Gehäuse angeordnet ist; Bereitstellen einer Motoreinheit und Anordnen der Motoreinheit im Gehäuse; Verkoppeln der Motoreinheit mit dem elektrischen Anschluss, um ein elektrisches Signal zu empfangen, das für eine Audiosignal steht, das gewandelt werden soll; Bereitstellen einer akustischen Einheit und Anordnen der akustischen Einheit im Gehäuse; Verkoppeln der Motoreinheit mit der akustischen Einheit; Bereitstellen einer Endmasseneinheit; und Verkoppeln der Endmasseneinheit direkt mit der akustischen Einheit.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Verkoppeln der Endmasseneinheit das Bonden der Endmasseneinheit an der akustischen Einheit umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die akustische Einheit ein Substrat aufweist und das Verkoppeln der Endmasseneinheit das Verkoppeln der Endmasseneinheit mit dem Substrat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Verkoppeln der Endmasseneinheit mit dem Substrat entweder das Bonden oder Anschweißen der Endmasseneinheit am Substrat oder das Metallabscheiden der Endmasseneinheit auf dem Substrat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, das die Bereitstellung eines Gelenks, welches die akustische Einheit im Gehäuse verkoppelt, so dass diese sich innerhalb des Gehäuses um das Gelenk drehen kann, und das Verkoppeln einer Masse mit dem Gelenk, um eine Starrheit des Gelenks zu beeinflussen, umfasst.