Защитные наушники с бинауральным звуком

Полезная модель относится к защитным наушникам, содержащим правый и левый корпус с пассивным звукопоглощением, микрофон, расположенный снаружи защитных наушников, громкоговоритель, расположенный внутри акустической камеры корпуса, усилитель звуковых сигналов, формируемых микрофоном, и для передачи сигналов в громкоговоритель, а также фильтр шума.
Защитные наушники широко используются для защиты слуха как в шумной обстановке, например на производстве, в аэропортах, так и в военной где помимо звукоизоляции важную роль выполняет функция усиления тихих внешних звуков, не слышимых при обычном восприятии человеком. Внешний корпус правой и левой части выполнен как правило из твёрдого материала, например из пластмассы. Обе части плотно прилегают к уху пользователя и механически соединены между собой с помощью оголовья или ремешков для возможности ношения на голове. Снаружи корпуса устанавливается микрофон, передающий звуковые колебания на динамик, установленный в акустической камере, находящейся во внутренней части корпуса.
Для снижения давления звуковых волн, превышающих по амплитуде 120 дБ и представляющих угрозу потери слуха, используется система пассивного звукопоглощения, в виде мягкого пористого материала заполняющего внутреннее пространство акустической камеры, а также толщины стенок внешнего корпуса и плотности его материала.
Для усиления восприятия колебаний от тихих источников звука, поступающих на мембрану внешнего микрофона, используется модуль усиления, как правило с функцией автоматической регулировки АРУ.
Для усиления громкости поступающих с микрофона сигналов на излучатели применяются платы усиления НЧ.
Часто, для обеспечения радиосвязи, в корпус наушников встраиваются модули приема радиоканалов.
Для фильтрации внешнего шума и возможности вести речевой диалог используются модули электроники, активизирующиеся по достижении определённого внешнего звукового давления и фильтрующие определённый диапазон частот.
В итоге, получается устройство виде накладных наушников, обеспечивающих передачу внешних источников  с усилением тихих и подавлением громких звуков с возможностью ведения переговоров в условиях постоянного шума и защитой органов слуха от опасных звуковых волн, превышающих по своей амплитуде болевой порог.
В качестве примеров реализации можно отнести модели от различных производителей:
MSA Supreme Pro-X, 3M Peltor Sport Tactical 500, MSA Sordin Supreme Pro-XL Haki, Shooting headset Y line, Z-TAC Z 136 MH180-V, Z-TAC Element Airsoft Z, ГСШ-01, Veber Медведь-2 camo.
Одним из наиболее близких технических решений можно считать метод приема внешних акустических сигналов, раскрытый в RU 2363433 C2 от 23.11.2004.
К основным недостаткам модели можно отнести отсутствие возможности кругового позиционирования источников звука или пространственной бинауральной локализации. Это обусловлено тем, что внешние микрофоны, передающие звуковые колебания внешних от источников на излучатели, находятся в открытом пространстве, и звуковые волны не проходят стадию дифракции о геометрию ушных раковин, таким образом передаточная функция головы задействована не полностью.  Еще одним недостатком является неполная изоляция внутренней камеры от громких звуков, что может стать причиной  плохой слышимости звуковых сигналов с внутренних излучателей.
Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании простой, технологичной в производстве и использовании конструкции устройства в виде накладных наушников. Достигаемый при этом технический результат заключается в обеспечении возможности локализации внешних звуковых объектов приближенной к человеческому  пространственному бинауральному восприятию.
Технический результат достигается за счет того, что предлагаемое устройство включает систему микрофонов, расположенных снаружи корпуса, систему излучателей, размещенную внутри акустической камеры и аппаратную часть в виде платы управления с установленными модулями усиления, фильтрации шума и радиосвязи. Новым, согласно предлагаемому изобретению, является применение бинауральных микрофонов, в виде реплик ушных раковин человека, с установленными в слуховых каналах микрофонными капсюлями  круговой направленности. Бинауральные микрофоны расположены на внешней боковой стороне корпуса в соответствии с положением уха к голове человека. Звуковые колебания от внешних источников проходят дифракцию о геометрию головы, реплик ушных раковин, далее поступают на микрофон, после чего усиливаются и передаются на излучатель в виде внутриканального наушника.  Такая форма передачи звуков наиболее близка к человеческому бинауральному восприятию и функции HRTF, что позволяет точно позиционировать внешний источник с любого направления. Примерами эффективности данного метода могут быть фонограммы, записанные с помощью бинаурального микрофона, в виде головы с ушными раковинами (dummy head).
Второй важной особенностью модели является использование в качестве излучателей внутриканальных вкладышей, вместо динамиков. Это позволит увеличить полезный объем внутри корпуса. Кроме того, амбушюры из вспененного материала в совокупностью с закрытым типом корпуса внутриканальных наушников выполняют функцию берушей, что  позволит дополнительно повысить уровень шумоизоляции и детализации внешних источников звука.
Таким образом, предложенная совокупность существенных признаков является необходимой и достаточной для реализации заявляемым устройством своего назначения (усиление тихих и подавление громких звуков, защита органов слуха) и достижения заявленного технического результата - локализации внешних звуковых объектов приближенной к человеческому  пространственному бинауральному восприятию.
Далее предлагаемое изобретение будет раскрыто более подробно, со ссылкой на графические материалы, на которых:
- на фиг.1 - графическое изображение модели вид спереди;
- на фиг.2 - графическое изображение модели вид сбоку;
- на фиг.3 - графическое изображение тыловой части в изометрии;
- на фиг.4 - графическое изображение тыловой части в изометрии без отображения шумоизол. материала;
- на фиг.5 - графическое изображение боковой проекции модели в разрезе.
Обозначения:
1- реплика ушной раковины человека
2- корпус наушника
3 - капсюльный электретный микрофон с круговой направленностью
4 - микрофонное гнездо
5 - внутриканальный излучатель
6 - провода от микрофона и внутриканальных наушников
7 - амбушюры
8 - противошумный вкладыш из мягкого пористого материала
9 - элементы питания PCB платы управления
10 - PCB плата управления
Корпуса (2) левой и правой части наушников наушников выполнены из лёгкого и ударопрочного материала, механически соединяются между собой с помощью оголовья или системы ремешков (не показано), для ношения на голове. Амбушюры (7) обеспечивают плотное прилегание к голове, внешняя оболочка амбушюр выполнена из воздухо- и водонепроницаемого материала, внутренний наполнитель - из ППУ с эффектом памяти.
Реплика ушной раковины человека (1) выполнена из силикона либо другого близкого по акустическим свойствам уха человека материала, и механически соединена с корпусом (2) таким образом, чтобы была возможность быстрой замены в случае механического повреждения. Оси наклона реплики совпадают с осями наклона уха человека по отношению к голове.
В месте наружного слухового канала размещено микрофонное гнездо (4), в виде цилиндрического углубления с отверстием по центру, для вывода проводов (6) от микрофона (3) внутрь корпуса к плате управления (10). Микрофон (3) представляет собой электретный капсюль цилиндрической формы с круговой диаграммой направленности, устанавливается в соответствующее гнездо (4) с расположением мембраны наружу. Для обеспечения виброразвязки, между микрофоном и корпусом, на стенках гнезда укладывается слой мягкого пористого материала.
Сигналы с микрофона (3) поступают по проводу на плату управления (10), размещенную внутри корпуса (2). В функционал платы могут входить: модули усиления микрофонного сигнала с активной регулировкой, модули шумоподавления, усилители громкости для излучателей, модуль обеспечения радиосвязи (не показано). Питание платы управления осуществляется гальваническими или аккумуляторными элементами (9), находящимися внутри корпуса под слоем шумоизоляционного материала  в виде съемного вкладыша (8). Элементы управления могут выводиться с платы (10) наружу корпуса (2), в виде клавиш или иных элементов регулировки (не показано) .
Вывод звука к уху слушателя осуществляется при помощи внутриканальных излучателей (5), подключенных проводами (6) к плате управления (10). Причём амбушюры излучателей выполнены из вспененного материала, что положительно сказывается на комфорте ношения и звукоизоляции. После установки внутриканального излучателя в слуховой канал пользователя, оставшаяся часть провода (6) заправляется внутрь корпуса (2).