ВНУТРИКАНАЛЬНЫЙ НАУШНИК
IN-EAR HEADPHONE

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.
Известен патент KR 101539064, публикация 23.07.2015, МПК H04R 1/10, в котором раскрыта конструкция наушников с двумя электроакустическими преобразователями. Преобразователи установлены в корпусе не соосно. Перед каждым преобразователем в корпусе выполнена камера с объемом, который создает эффект эхо-пространства.
Известно техническое решение по заявке US 20140140565, публикация 22.05.2014, МПК H04R 1/10. Наушник в ухо включает в себя корпус оболочки, первый электроэлектроакустический преобразователь с первой акустической камерой и второй электроэлектроакустический преобразователь со второй акустической камерой. Преобразователи установлены в корпусе не соосно. При этом вторая акустическая камера имеет акустическое выходное отверстие, расположенное далеко от первой акустической камеры.
Известен патент CN 105763989, публикация 13.0.2016, МПК H04R 1/10. Наушники включают в себя низкочастотный динамик, высокочастотный динамик и выходную трубку для звука. Выходная трубка снабжена перегородкой. Звук двух громкоговорителей регулируется посредством изменения положения перегородки.
Аналогом также является решение, раскрытое в патенте US 9055366, публикация 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.
Наиболее близким аналогом является изобретение по патенту RU 2621362, публикация 02.06.2017, МПК H04R 1/10. 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 уплотняющая насадка выполнена из силикона и развернута вверх относительно оси
Несмотря на акустические достоинства данного изобретения, ощущается необходимость в упрощении конструкции с целью достижения большей технологичности.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение технологичности изготовления наушника, упрощением конструкции, с сохранением высокой отдачи электроакустических преобразователей, небольших нелинейных искажений, а также небольших 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, при этом выходы упомянутых электроакустических преобразователей введены в общий акустический канал, выход которого расположен в передней части корпуса. Передняя часть корпуса 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 общим акустическим каналом. Наличие общего акустического канала, по сравнению с множеством каналов, позволяет снизить габариты наушников, при сохранении всех преимуществ, которые по качеству звучания дает эта схема. Небольшие нелинейные искажения и низкочастотные резонансы обеспечиваются тем, что один преобразователь расположен прямо в передней части корпуса, что сдвигает резонансы в более высокочастотную область. Другие преобразователи соединены с общим акустическим каналом. Распространение звуковых фронтов в общем акустическом канале создает общую, для всех преобразователей, диаграмму направленности. Находясь «на оси», все преобразователи проявляют свои лучшие свойства, соответственно, и их совокупность дает необходимый эффект повышения качества звука. 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 в районе второго поворота наружного слухового прохода. Это позволяет озвучивать минимальный объем воздуха перед барабанной перепонкой, а значит повысить акустическую отдачу электроакустических преобразователей. Использование общего акустического канала позволяет снизить габариты наушников, сделать изготовление более технологичным, при этом сохранить и даже улучшить качество звучания.
Электроакустические преобразователи, по меньшей мере, частично, расположены в упомянутом общем акустическом канале. Это позволяет снизить габариты наушника, без заметного ухудшения акустических характеристик, ввиду того, что канал имеет достаточно большое поперечное сечение.
Электроакустические преобразователи, как правило, установлены в корпусе примерно параллельно друг другу.
Каждый из преобразователей может быть выполнен в виде преобразователей с уравновешенным якорем.
Акустическая ось акустического канала может быть расположена в процессе эксплуатации наушника примерно перпендикулярно барабанной перепонке. Такое расположение оси 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.
Кроме того, передняя часть корпуса может быть выполнена каплевидной формы, что позволяет более точно ориентировать наушник относительно барабанной перепонки.
На корпус наушника может быть нанесена внешняя оболочка, выполненная из термоусадочного материала. Это позволяет изолировать отдельные элементы наушника, а также делает наушник пригодным для ремонта.
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.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Внутриканальный наушник (Фиг. 2, Фиг. 3) содержит корпус 4, установленные в корпусе электроакустические преобразователи (динамики). В приведенном примере применено пять преобразователей 6, 7, 8, 9, 10 с общим акустическим каналом 11. Выход электроакустического преобразователя 6 расположен в передней части корпуса 4. 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 акустического эффекта.
В лучшем варианте конструкции наушников, использовались различные преобразователи с уравновешенным якорем от производителя соответствующих компонентов, например, фирмы Knowles. 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. При этом, преобразователи могут быть, как это показано на рисунках (Фиг. 2 - Фиг. 4), по меньшей мере, частично, расположены в упомянутом общем акустическом канале 11. Выбор поперечного сечения общего звукового канала подчиняется обычным закономерностям, для того, чтобы искажения частотной характеристики были минимальны. Звуковой канал может быть выполнен в виде трубки, в том числе в виде гибкой трубки. 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, направленной перпендикулярно барабанной перепонке, проявляются оптимальные свойства преобразователей, особенно в высокочастотной области, в том числе при использовании нескольких электроакустических преобразователей.
На корпус наушника может быть нанесена внешняя оболочка, выполненная из термоусадочного материала. Такая оболочка изолирует элементы наушника от внешней среды. При этом эта внешняя оболочка делает конструкцию наушника пригодной для ремонта. Например, при выходе из строя одного из преобразователей, появляется возможность заменить его, снять оболочку, а затем снова изолировать новой термоусадочной оболочкой корпус наушника после замены преобразователя.
Передняя часть корпуса 4 снабжена гибкой уплотняющей насадкой 5 (Фиг. 2 - Фиг. 5). Насадка 5 выполнена из силикона и установлена перед передней частью корпуса 4 (Фиг. 2, Фиг. 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 данная конструкция расширяет число пользователей, которым можно рекомендовать данный тип наушников. Поперечное сечение корпуса наушников может быть меньше, чем у известной конструкции, благодаря наличию общего звукового канала. Снижение габаритов может быть достигнуто и за счет размещения преобразователей полностью или частично в общем звуковом канале.
Данная конструкция наушников обеспечивает максимально глубокую "посадку" в наружном слуховом проходе, при этом, большое число электроакустических преобразователей озвучивает минимальный объем воздуха перед барабанной перепонкой.
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. Обеспечивается сдвиг результирующего спектра резонансов «рабочего» объема в более высокочастотную область, и снижение негативного влияния эффекта «закупорки» уха.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Данная конструкция наушников обеспечивает высокое качество прослушивания, объемность, ясность и сочность звучания, в силу минимального количества паразитных резонансов и нелинейных искажений, близкому соответствию во всем слышимом диапазоне типичным характеристикам «открытого уха», а также ровной фазовой характеристики. Все это обеспечивается всей совокупностью конструктивных признаков наушника. Конструкция может быть применена большим числом потребителей, ввиду снижения габаритов. Она технологична в изготовлении.