слуховой аппарат

Формула изобретения

1. Слуховой аппарат, содержащий пьезоэлектрический преобразователь и соединительное средство для присоединения преобразователя к ушной раковине пользователя, предназначенного для возбуждения вибраций в ушной раковине, чтобы побудить ее к передаче акустического сигнала от преобразователя во внутреннее ухо пользователя, отличающийся тем, что преобразователь встроен в оболочку из относительно мягкого материала, а оболочка прикреплена к корпусу из относительно твердого материала так, что между оболочкой и корпусом образована полость.

2. Слуховой аппарат по п.1, отличающийся тем, что преобразователь выполнен с возможностью связи с задней поверхностью ушной раковины пользователя, прилегающей к ушной раковине.

3. Слуховой аппарат по п.1, отличающийся тем, что связь между оболочкой и корпусом является минимальной для снижения передачи вибрации от преобразователя в корпус, при этом корпус соединен с оболочкой на участках оболочки, имеющих пониженную вибрацию.

4. Слуховой аппарат по п.3, отличающийся тем, что участки оболочки соприкасаются с участками преобразователя, на которых вибрация подавлена.

5. Слуховой аппарат по п.3, отличающийся тем, что участки оболочки находятся на противоположных концах оболочки.

6. Слуховой аппарат по п.1, отличающийся тем, что полость имеет механический импеданс (Z_{полости}), который ниже, чем выходной импеданс преобразователя.

7. Слуховой аппарат по п.1, отличающийся тем, что полость имеет более низкий механический импеданс по сравнению с импедансом ушной раковины (Z_{раковины} ).

8. Слуховой аппарат по п.1, отличающийся тем, что соединительное средство предназначено для обеспечения контактного давления между ушной раковиной и слуховым аппаратом, так что слуховой аппарат связан в полной мере с механическим импедансом ушной раковины.

9. Слуховой аппарат по п.1, отличающийся тем, что соединительное средство выполнено в виде крючка, верхний конец которого изгибается по верхней поверхности ушной раковины.

10. Слуховой аппарат по п.9, отличающийся тем, что нижний конец крючка изгибается под нижней поверхностью ушной раковины.

11. Слуховой аппарат по п.9, отличающийся тем, что корпус прикреплен к крючку, так что оболочка преобразователя соприкасается с нижней частью ушной раковины.

12. Способ изготовления слухового аппарата, заключающийся в том, что осуществляют механическую связь пьезоэлектрического преобразователя с ушной раковиной пользователя и возбуждают пьезоэлектрический преобразователь, при этом преобразователь возбуждает вибрацию в ушной раковине, чтобы побудить ее передать акустический сигнал от преобразователя во внутреннее ухо пользователя, отличающийся тем, что встраивают преобразователь в оболочку из относительно мягкого материала и прикрепляют оболочку к защитному корпусу из относительно твердого материала так, что между оболочкой и корпусом формируют полость.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что осуществляют выбор параметров одного или нескольких элементов, выбранных из группы, состоящей из полости, оболочки и корпуса, чтобы снизить нежелательное излучение, обеспечить защиту преобразователя и/или гарантировать хорошую чувствительность и диапазон рабочих частот.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что выбирают связь между оболочкой и корпусом и/или полостью так, чтобы уменьшить нежелательное излучение.

15. Способ по п.13, отличающийся тем, что механический импеданс полости выбирают меньшим, чем выходной импеданс преобразователя.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что механический импеданс полости выбирают меньшим, чем импеданс ушной раковины.

17. Способ по п.12, отличающийся тем, что осуществляют измерение акустической характеристики слухового аппарата для каждого пользователя и осуществляют регулирование местоположения преобразователя на ушной раковине индивидуально для каждого пользователя, чтобы оптимизировать акустическую характеристику.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что оптимальное положение слухового аппарата оценивают путем определения угла между горизонтальной осью, проходящей через входное отверстие в ушной канал, и радиальной линией, которая проходит через входное отверстие и которая соответствует центральной оси преобразователя.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к слуховому аппарату, а более конкретно к слуховому аппарату для личного пользования.

Уровень техники

Известны головные телефоны с ушным вкладышем, которые могут вставляться в ушную полость пользователя, или наушники, содержащие небольшой громкоговоритель, закрепленный на стяжке наушников и выполненный с возможностью размещения напротив или над ухом пользователя. Такие источники звука передают звук во внутреннее ухо пользователя через барабанную перепонку путем использования волн давления воздуха, проходящих по ушному каналу.

В типичном известном миниатюрном телефоне используется преобразователь типа слуховой катушки громкоговорителя, установленный в пластиковом корпусе. Звуковая катушка соединена с легкой диафрагмой, которая рассчитана на вставление во входное отверстие ушного канала. Звуковая катушка и диафрагма являются легкими и на другом конце ушного канала находятся в тесном контакте с барабанной перепонкой. Акустический импеданс барабанной перепонки и ушного канала, воспринимаемый преобразователем со слуховой катушкой, является относительно небольшим. Этот небольшой импеданс в сочетании с тесным контактом означает, что перемещение преобразователя со звуковой катушкой является относительно низким.

Для преобразователя со звуковой катушкой требуется магнитная цепь, которая обычно содержит металлические детали, например стальные или железные полюсные наконечники для формирования линий магнитного поля, необходимых для движения катушки. Эти детали создают относительно большую инерционную массу, которая в сочетании с низкой потребностью в движении означает, что в корпус проникает относительно небольшая вибрация.

Устройство имеет недостатки, касающиеся как наушников, так и миниатюрных телефонов, вставляемых в ушные раковины. Например, они могут мешать обычному процессу слухового восприятия при разговоре или не позволяют пользователю слышать полезную или важную внешнюю звуковую информацию, например предупреждающий сигнал. Кроме того, обычно они неудобны, а если громкость излучаемого звука слишком высокая, они могут вызвать перегрузку и повреждение слухового нерва.

Альтернативный способ подведения звука к внутреннему уху пользователя заключается в использовании костной проводимости, например, в слуховых аппаратах некоторых типов. В этом случае преобразователь устанавливают на сосцевидном отростке височной кости пользователя, чтобы обеспечить механическую связь с черепом пользователя. В этом случае звук передается от преобразователя через череп и прямо в улитку или во внутреннее ухо. Барабанная перепонка на таком пути передачи звука не подразумевается. Размещение преобразователя позади уха обеспечивает хорошую механическую связь.

Один недостаток заключается в том, что механический импеданс черепа в месте нахождения преобразователя является комплексной функцией частоты. Поэтому расчет преобразователя и необходимого электрического выравнивания частотной характеристики может быть дорогостоящим и трудным.

Альтернативные решения предложены в патентных документах JP56-089200 (Matsushita Electric Ind. Co. Ltd), WO 01/87007 (Temco Japan Co., Ltd) и WO 02/30151. В каждом из устройств преобразователь непосредственно связан с ушной раковиной пользователя, в частности, позади мочки уха пользователя для возбуждения вибрации в ней, в результате чего акустический сигнал передается во внутреннее ухо пользователя.

Как изложено в публикации WO 02/30151, преобразователь может быть пьезоэлектрическим. Подобно преобразователю типа слуховой катушки в известном миниатюрном телефоне, вставляемом в ушную раковину, для пьезоэлектрического преобразователя требуется защита от механического повреждения. Кроме того, пьезоэлектрический преобразователь должен быть механически связан с ушной раковиной, и эта связь должна быть защищена. Поэтому преобразователь может быть установлен в защитном корпусе.

Пьезоэлектрический преобразователь не находится в тесном контакте с барабанной перепонкой и осуществляет возбуждение через относительно высокий импеданс ушной раковины. Кроме того, звук передается к барабанной перепонке скорее посредством механической связи, а не слуховой связи. Поэтому требуется относительно высокий уровень энергии вибрации для поддержания того же самого уровня на барабанной перепонке, как в известном миниатюрном телефоне, вставляемом в ушную раковину.

В отличие от преобразователя типа звуковой катушки пьезоэлектрический преобразователь не имеет большой инерционной массы, к которой могут быть направлены вибрации. Поэтому корпус может вибрировать, создавая нежелательное внешнее акустическое излучение. Такая утечка акустического излучения может раздражать находящихся поблизости слушателей и может уменьшать приватность для пользователя и оказывает нежелательное влияние на характеристики слухового устройства. Технической задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованной конструкции корпуса слухового аппарата.

Краткое изложение существа изобретения

В соответствии с первым аспектом изобретения предложен слуховой аппарат, содержащий пьезоэлектрический преобразователь и соединительное средство для присоединения преобразователя к ушной раковине пользователя, при этом преобразователь возбуждает вибрацию в ушной раковине, чтобы побудить ее к передаче акустического сигнала от преобразователя во внутреннее ухо пользователя, аппарат характеризуется тем, что преобразователь встроен в оболочку из относительно мягкого материала, а оболочка прикреплена к корпусу из относительно твердого материала так, что между оболочкой и корпусом образуется полость.

Ушная раковина является всем наружным ухом пользователя. Преобразователь может быть связан с задней поверхностью ушной раковины пользователя.

Оболочка и корпус совместно образуют разъемную структуру, которая защищает преобразователь. Использование разъемной структуры обеспечивает большую гибкость конструкции, позволяя получать устройство, которое создает минимальное нежелательное излучение и имеет преобразователь, который наряду с хорошей чувствительностью является в достаточной степени защищенным. В противоположность этому установка пьезоэлектрического преобразователя в единый корпус обеспечивает меньшую гибкость. Если использовать относительно твердый материал, это может неблагоприятно сказаться на чувствительности и диапазоне рабочих частот устройства и может привести к нежелательному излучению. Однако, если использовать относительно мягкий материал, устройство может быть недостаточно устойчивым.

Оболочка может быть формованной. Относительно мягкий материал может иметь число твердости по Шору в диапазоне от 10 до 100, возможно от 20 до 80 и может быть, например, резиной, силиконом или полиуретаном. Кроме того, материал может быть непроводящим, неаллергическим и/или водонепроницаемым. Предпочтительно, чтобы материал оказывал минимальное влияние на характеристики преобразователя, то есть не ограничивал перемещение преобразователя и мог обеспечивать некоторую защиту, например, от несильных ударов и окружающей среды, особенно от влажности.

Предпочтительно, чтобы корпус был выполнен из жесткого материала, чтобы обеспечивалась дополнительная защита преобразователя, особенно во время его использования. Относительно твердый материал может иметь модуль Юнга 1 ГПа или выше и может быть, например, металлом (алюминием или сталью, которые имеют модули Юнга 70 ГПа и 207 ГПа соответственно), твердым пластиком (например, плексигласом, сополимером акрилонитрила, бутадиена и стирола или стеклопластиком, имеющим модуль Юнга 20 ГПа) или мягким пластиком, имеющим модуль Юнга 1 ГПа.

Как оболочка, так и корпус могут быть сформированы, например, в процессе двухэтапной формовки. В качестве альтернативы корпус может быть отлит или отштампован. Для упрощения изготовления оболочка может защелкиваться в корпус.

Для снижения передачи вибрации от преобразователя к корпусу предпочтительно, чтобы связь между оболочкой и корпусом была минимальной. Корпус может быть соединен с оболочкой на участках, имеющих пониженную вибрацию. Эти участки могут касаться участков преобразователя, на которых вибрация подавляется, например, с помощью присоединенных масс. Эти участки могут быть на противоположных концах оболочки.

Минимальная связь между оболочкой и корпусом может обеспечиваться посредством полости. Кроме того, полость может быть предназначена для снижения излучения с тыльной стороны преобразователя, посредством чего можно уменьшить нежелательное излучение из аппарата. Полость может иметь механический импеданс (Z_{полости} ), который ниже, чем выходной импеданс преобразователя, а более предпочтительно, чтобы он был ниже, чем импеданс (Z_{раковины} ) ушной раковины. При этом предпочтительно рассчитывать механический импеданс полости так, чтобы он не ограничивал имеющуюся силу. Поэтому полость не будет существенно влиять на движение преобразователя и имеющуюся силу. Следовательно, полость не окажет вредного влияния на чувствительность устройства. В случае, когда импеданс полости меньше, чем импеданс ушной раковины, вся имеющаяся сила может быть передана к ушной раковине, и полость будет оказывать минимальное влияние на работу слухового аппарата. В таком случае влияние полости ограничивается желаемой функцией механической защиты и снижением нежелательного внешнего акустического излучения.

Механические свойства, в особенности механический импеданс, преобразователя могут быть выбраны из условия согласования с механическими свойствами типичной ушной раковины. Путем согласования механических свойств, в особенности механического импеданса, можно получить повышенную эффективность и расширенный диапазон рабочих частот. В качестве альтернативы механические свойства могут быть выбраны из условия соответствия требованиям применения. Например, если согласованный преобразователь является слишком тонким, чтобы быть прочным, механический импеданс преобразователя должен быть повышен для обеспечения более высокой прочности. Такой преобразователь может иметь пониженную эффективность, но все же может использоваться.

Механические свойства преобразователя могут быть согласованы для оптимизации контактного усилия между преобразователем и ушной раковиной, например, путем учета одного или нескольких параметров, выбранных из сглаженности частотной характеристики, диапазона рабочих частот и/или уровня в полосе частотной характеристики, определенных каждым субъективным пользователем, а также физического комфорта пользователя как в статическом состоянии, так и при наличии слухового сигнала. Механические свойства преобразователя могут быть выбраны для оптимизации частотного диапазона преобразователя.

Механические свойства могут включать в себя место закрепления, присоединенные массы, число пьезоэлектрических слоев. Преобразователь может иметь нецентральное крепление, в результате чего скручивающая сила используется для обеспечения хорошего контакта с ушной раковиной. Массы могут быть присоединены, например, к концам пьезоэлектрического элемента для расширения полосы пропускания в области низких частот. Преобразователь может иметь несколько слоев пьезоэлектрического материала, в результате чего может быть повышена чувствительность по напряжению, а требования к усилителю в части напряжения могут быть снижены. Эти слои или каждый слой пьезоэлектрического материала можно уплотнить путем сжатия.

Предпочтительно, чтобы соединительное средство обеспечивало контактное давление между ушной раковиной и аппаратом, чтобы слуховой аппарат был связан в полной мере с механическим импедансом ушной раковины. Если контактное давление слишком мало, импеданс, подведенный к слуховому аппарату, также является небольшим, и передача энергии может быть существенно занижена. Соединительное средство может быть в виде крючка, верхний конец которого изгибается по верхней поверхности ушной раковины. Нижний конец может изгибаться под нижней поверхностью ушной раковины или опускаться прямо вниз позади ушной раковины. Крючок, имеющий оба конца, изогнутых по ушной раковине, может обеспечить более надежное крепление и будет поддерживать контактное давление, достаточное для эффективной передачи энергии.

Корпус прикреплен к крючку так, что оболочка преобразователя соприкасается с нижней частью ушной раковины, например с мочкой уха. Крючок может быть выполнен из металла, пластика или прорезиненного материала.

Как указано в публикации заявки WO 02/30151, слуховой аппарат может содержать встроенное средство для обнаружения оптимального местоположения преобразователя на ушной раковине для каждого индивидуального пользователя. Слуховой аппарат может содержать эквалайзер для выравнивания частотной характеристики с целью улучшения акустической характеристики слухового аппарата.

Слуховой аппарат может иметь упрощенную форму, то есть может быть предназначен для использования на обоих ушах. Поэтому производство может быть проще и дешевле, поскольку затраты на технологическую оснастку уменьшаются. Кроме того, слуховой аппарат может быть более удобным для пользователя, поскольку, если пользователь не сможет помещать слуховой аппарат на то ухо, которое не слышит, легче произвести замену. Пользователь может использовать два слуховых аппарата, закрепляя по одному на каждом ухе. Входные сигналы могут быть различными для каждого слухового аппарата, например, чтобы создавать коррелированную пространственную картину, или могут быть одинаковыми для обоих слуховых аппаратов.

Слуховой аппарат может содержать миниатюрный встроенный микрофон, например, для телефонии при свободных руках, и/или может содержать, например, встроенный микроприемник для беспроводной связи с локальным источником, например с устройством для воспроизведения компакт-дисков или с телефоном, или с удаленным источником радиовещательных передач.

В соответствии со вторым аспектом изобретения предложен способ изготовления слухового аппарата, заключающийся в том, что осуществляют механическое соединение пьезоэлектрического преобразователя с ушной раковиной пользователя и возбуждают пьезоэлектрический преобразователь так, что преобразователь возбуждает вибрацию в ушной раковине, чтобы побудить ее передать акустический сигнал от преобразователя во внутреннее ухо пользователя, способ характеризуется тем, что встраивают преобразователь в оболочку из относительно мягкого материала и прикрепляют оболочку к защитному корпусу из относительно твердого материала так, что между оболочкой и корпусом образуется полость.

Способ может включать в себя выбор параметров одного или нескольких компонентов из полости, оболочки и корпуса, чтобы снизить нежелательное излучение, обеспечить защиту преобразователя и/или чтобы гарантировать хорошую чувствительность и диапазон рабочих частот. В частности, связь между оболочкой и корпусом и/или полостью может быть выбрана так, чтобы нежелательное излучение уменьшалось. Материал оболочки может быть выбран так, чтобы гарантировались хорошая чувствительность и диапазон рабочих частот и/или обеспечивалась некоторая защита преобразователя. Материал корпуса может быть выбран так, чтобы обеспечивалась дополнительная защита. Механический импеданс полости может быть ниже, чем выходной импеданс преобразователя, а более предпочтительно, чтобы он был ниже, чем импеданс ушной раковины.

Способ может включать в себя измерение акустической характеристики слухового аппарата для каждого пользователя и регулировку местоположения преобразователя на ушной раковине для каждого индивидуального пользователя, чтобы оптимизировать акустическую характеристику, например, чтобы обеспечить оптимальный тональный баланс. Оптимальное положение может быть оценено путем определения угла между горизонтальной осью, проходящей через входное отверстие в ушной канал, и радиальной линией, которая проходит через входное отверстие и которая соответствует центральной оси преобразователя. Отклонение угла может быть в пределах от 9 до 41°.

Способ может включать в себя применение выравнивания частотной характеристики для улучшения акустической характеристики слухового аппарата. Способ может включать в себя применение компрессии к сигналу, подаваемому на преобразователь, особенно в случае, если преобразователь является пьезоэлектрическим преобразователем. Способ может включать в себя оптимизацию контактной силы между преобразователем и ушной раковиной. Контактная сила может быть оптимизирована путем учета таких параметров, как сглаженность частотной характеристики, диапазон рабочих частот и/или уровень в полосе частотной характеристики, определенных каждым субъективным пользователем, а также физического комфорта пользователя как в статическом состоянии, так и при наличии звукового сигнала.

Слуховые аппараты и способы, описанные выше, могут быть использованы во многих областях, например в мобильных телефонах, оставляющих руки свободными, при виртуальных конференциях, в системах развлечений, таких как игры на борту самолета и компьютерные игры, в системах связи для аварийных служб и служб безопасности, при подводных работах, в слуховых аппаратах с активным подавлением шума, участниками шумного бала-маскарада, в телефонных информационных центрах и секретариатах, в домашнем театре и кинотеатре, в расширенных и коллективных «реалити шоу», включающих в себя сопряжение данных и информации, при обучении, в музеях, в старинных замках, представляющих исторический интерес (в туристических поездках), в тематических парках и для развлечения в автомобиле. Кроме того, слуховой аппарат может быть использован во всех областях, когда должен сохраняться естественный и беспрепятственный слух, например, для повышенной безопасности пешеходов и велосипедистов, которые также являются слушателями программного материала с помощью персональных наушников.

Частично глухой человек может иметь хороший или адекватный слух в части частотного диапазона и плохой слух в остальной части частотного диапазона. Слуховой аппарат может быть использован для восполнения части частотного диапазона, в котором частично глухой человек имеет плохой слух, без помехи слуху глуховатого человека в остальном частотном диапазоне. Например, звуковое устройство может быть использовано для восполнения верхнего частотного диапазона для частично глухого человека, который имеет хороший или адекватный слух в более низком диапазоне частотного спектра, или наоборот. Низкочастотный диапазон может быть ниже 500 Гц, а высокочастотный диапазон выше 1 кГц.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания изобретения ниже приводится описание конкретных вариантов осуществления изобретения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг.1 - общий вид варианта осуществления слухового аппарата, закрепленного на ушной раковине, согласно изобретению;

фиг.2 - общий вид сбоку с частичным разрезом слухового аппарата, при этом часть деталей удалена для ясности, согласно изобретению;

фиг.3 - поперечный разрез слухового аппарата согласно изобретению;

фиг.4а-4с - виды сбоку вариантов выполнения пьезоэлектрических преобразователей согласно изобретению;

фиг.5 - диаграмма зависимости мощности от частоты при использовании преобразователя, показанного на фиг.4b, когда он прикреплен к ушной раковине согласно изобретению;

фиг.6 - схематическое представление механического импеданса элементов слухового аппарата согласно изобретению;

фиг.7а - диаграмма зависимости механических импедансов элементов от частоты согласно изобретению;

фиг.7b - упрощенная версия диаграммы из фиг.7а согласно изобретению;

фиг.8 - вид сбоку слухового аппарата, закрепленного на ухе пользователя в предпочтительном положении согласно изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения

На фиг.1 показан слуховой аппарат 30 согласно настоящему изобретению, закрепленный на ушной раковине 32. Аппарат 30 содержит защитный наружный корпус 34, к которому прикреплено соединительное средство 54, имеющее верхний и нижний крючки 36, 38. Для обеспечения хорошего контакта между аппаратом и ушной раковиной крючки 36, 38 заведены петлей по верхней и нижней частям ушной раковины 32. Для подключения к внешнему источнику звука провода 40 вытянуты из корпуса 34.

Наружный корпус 34 (фиг.2, 3) представляет собой полую деталь, которая содержит оболочку 42, в которую помещен пьезоэлектрический преобразователь 44. Полость 48 образована между внутренней поверхностью наружного корпуса 34 и внешней поверхностью оболочки 42. Оболочка 42 является в основном прямоугольной в сечении с вогнутым участком 46 и имеет определенную форму, чтобы обеспечивалась точная подгонка к ушной раковине пользователя. Оболочку 42 выполняют из материала, который намного мягче, чем материал, используемый для корпуса 34.

Наружный корпус 34 соединен с противоположными концами оболочки 42 посредством соединительных элементов 50, которые минимизируют передачу вибрации от оболочки 42 к корпусу 34. Корпус 34 сформирован со скобами 52, которыми к нему прикреплено соединительное средство 54.

Оболочка 42 содержит выступающую часть 57 вдоль короткой оси, посредством которой обеспечиваются выступы 56 (фиг.3) на каждой стороне оболочки 42. Выступы 56 входят в соответствующие канавки 58 на внутренней поверхности наружного корпуса 34. При нормальной работе выступы 56 не находятся в контакте с корпусом 34, но предотвращают отделение оболочки от корпуса, например, в случае, если оболочку вытягивают вертикально вверх. Соединительное средство 54 прикреплено к внешней поверхности наружного корпуса 34.

На фиг.4а-4с показаны альтернативные варианты выполнения пьезоэлектрических преобразователей, которые могут быть использованы в настоящем изобретении. На фиг.4а преобразователь 10 является криволинейным и содержит два криволинейных пьезоэлектрических слоя 12, между которыми размещен криволинейный прокладочный слой 14. На фиг.4b и 4с преобразователи не криволинейные, а прямоугольные длиной 28 мм и шириной 6 мм.

На фиг.4b преобразователь 80 содержит два слоя 82 пьезоэлектрического материала, толщина каждого из которых составляет 100 мкм. Каждый пьезоэлектрический слой 82 отделен прокладочным слоем 84 из латуни, толщина которого 80 мкм. Массы 86 прикреплены к концам преобразователя, например, для подавления вибрации в преобразователе на этих участках. Преобразователь имеет выходной импеданс 3,3 Н·с/м. На фиг.4 с преобразователь содержит три слоя 16 пьезоэлектрического материала (например, цирконата-титаната свинца), чередующихся с четырьмя электродными слоями 18 (обычно серебряно-палладиевыми). Полярность каждого пьезоэлектрического слоя 16 показана стрелкой. Слои размещены поочередно с образованием стопки, при этом верхний и нижний слои являются электродными слоями 18. Преобразователь установлен на прокладке 17, изготовленной из сплава, и закреплен с помощью клеевого слоя 19.

На фиг.5 показаны результаты измерения мощности, рассеиваемой в преобразователе (фиг.4b) в случае, когда он прикреплен к ушной раковине (пунктирная линия), и в случае, когда он не прикреплен к ушной раковине (сплошная линия). В случае, когда преобразователь прикреплен к ушной раковине, мощность, отбираемая от преобразователя, повышается, поскольку нагрузка в виде ушной раковины существенно повышает действительную часть электрического импеданса преобразователя. Как правило, электрический импеданс пьезоэлектрического элемента является преимущественно емкостным.

Полость может быть рассчитана так, как изложено ниже со ссылками на фиг.6-7b. На фиг.6 схематически показаны импедансы системы, а именно импедансы ушной раковины 32, преобразователя 70, полости 72 и наружного корпуса 74. Полость имеет жесткость или механический импеданс, определяемый ее площадью и глубиной. Вибрация наружного корпуса 74 или оболочки вокруг преобразователя приводит к уменьшению этой жесткости, и поэтому корпус и оболочка могут считаться связанными с полостью. Механический импеданс полости может быть оценен путем вычисления податливости воздушной нагрузки, которая сама может быть оценена (в предположении небольших смещений) согласно уравнению:

,

где: Р₀ - атмосферное давление (101 кПа).

В таком случае механический импеданс полости можно выразить в пределах частотного диапазона, используя:

.

Параметры (то есть размер и состав) пьезоэлектрического преобразователя выбирают из условия эффективной передачи энергии к механическому импедансу ушной раковины в пределах заданной полосы частот. Преобразователь одной приемлемой конструкции, который работает от 500 Гц до 10 кГц, содержит пять пьезоэлектрических слоев и имеет размер 28 мм×6 мм. Такой преобразователь имеет механический выходной импеданс 4,47 кг/с. Полость с той же самой площадью, что и преобразователь, и глубиной 2,5 мм имеет податливость воздушной нагрузке 1,47·10^-4 м/Н.

На фиг.7а показаны импедансы полости (Z_{полости}), ушной раковины (Z_{раковины}) и преобразователя (Z_пьезо ) в зависимости от частоты. На частотах ниже 1 кГц импеданс ушной раковины является примерно постоянным и имеет значение Z _{раковины}=2,7 кг/с. Поэтому, как показано на фиг.7b, импеданс каждого компонента может быть упрощен. На частоте f₁ (около 420 Гц) механический импеданс полости равен механическому импедансу преобразователя. Ниже этой частоты выходная мощность преобразователя будет ограничиваться действием полости, и поэтому f₁ должна быть задана в качестве минимальной рабочей частоты устройства. Частота f₁ может быть снижена путем увеличения размера (в частности глубины) полости, чтобы исключить точку пересечения, находящуюся в рабочем диапазоне устройства. При выполнении полости достаточно глубокой минимизируется связь между оболочкой и/или корпусом и полостью в полосе частот, представляющей интерес.

На низшей рабочей частоте, а именно 500 Гц, Z_{полости}=2,17 кг/с и поэтому Z _{полости}<Z_пьезо и Z_{полости}<Z _{раковины}. Это условие также соблюдается для всех рабочих частот, то есть до 10 кГц, поскольку Z_пьезо является постоянным, Z_{раковины} является постоянным до 1 кГц, а затем возрастает, тогда как Z_{полости} уменьшается с увеличением частоты.

На фиг.8 показано каким образом можно регулировать местоположение преобразователя на ушной раковине каждого индивидуального пользователя, чтобы обеспечивать оптимальный тональный баланс или чтобы оптимизировать другие особенности акустической характеристики. При оптимизации местоположения преобразователя ушная раковина и преобразователь могут фактически образовывать комбинированный возбудитель, который является уникальным для индивидуального пользователя. Оптимальное положение оценивают путем определения угла между центральной радиальной линией 62 и горизонтальной осью 66, при этом обе проходят через входное отверстие 60 в ушной канал. Центральная радиальная линия 62 соответствует центральной оси преобразователя и определяет оптимальное положение преобразователя для первого пользователя.

Верхняя и нижняя радиальные линии 64, 65, находящиеся под углом к центральной радиальной линии 62, показывают степень возможного отклонения от центральной радиальной линии 62, которая может привести к оптимальному положению для второго пользователя. Были проведены испытания, которые дали значение 25° для и 16° для . Звуковое устройство может содержать встроенное средство для обнаружения оптимального положения. Регулировка угла может быть осуществлена путем совместного перемещения преобразователя и верхнего конца крючка. В качестве альтернативы использованию горизонтальной оси угол может быть измерен относительно вертикальной оси 68, проходящей через входное отверстие 60 в ушной канал.

При закреплении преобразователя позади уха звуковое устройство кажется ненавязчивым, скромным и не деформирует или не искажает форму ушной раковины. Преобразователь находится на расстоянии от входного отверстия в ушной канал и поэтому не блокирует его и, следовательно, не влияет на обычный слух. Кроме того, уменьшается закрытие внешнего уха, и поэтому уменьшаются или отсутствуют ошибки локализации по сравнению с обычными наушниками, которые в различной степени закрывают ухо.

Звуковое устройство может быть изготовлено из дешевых легких материалов и поэтому может быть одноразового использования. Одноразовость использования может быть преимуществом, когда гигиена является первостепенной, например, при использовании на конференции. С другой стороны, поскольку слуховое устройство не вводится в ухо, оно может быть более удобным и поэтому более пригодным для длительного ношения.