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WO2011051469A1 - Elektromechanischer wandler - Google Patents

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WO2011051469A1
WO2011051469A1 PCT/EP2010/066509 EP2010066509W WO2011051469A1 WO 2011051469 A1 WO2011051469 A1 WO 2011051469A1 EP 2010066509 W EP2010066509 W EP 2010066509W WO 2011051469 A1 WO2011051469 A1 WO 2011051469A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electromechanical transducer
auditory canal
active elements
transducer according
ear
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2010/066509
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Sattel
Maria Gadyuchko
Martin Ptok
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Medizinische Hochschule Hannover
Technische Universitaet Ilmenau
Original Assignee
Medizinische Hochschule Hannover
Technische Universitaet Ilmenau
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Medizinische Hochschule Hannover, Technische Universitaet Ilmenau filed Critical Medizinische Hochschule Hannover
Priority to DE112010004169T priority Critical patent/DE112010004169A5/de
Publication of WO2011051469A1 publication Critical patent/WO2011051469A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R25/00—Deaf-aid sets, i.e. electro-acoustic or electro-mechanical hearing aids; Electric tinnitus maskers providing an auditory perception
    • H04R25/60—Mounting or interconnection of hearing aid parts, e.g. inside tips, housings or to ossicles
    • H04R25/604—Mounting or interconnection of hearing aid parts, e.g. inside tips, housings or to ossicles of acoustic or vibrational transducers
    • H04R25/606—Mounting or interconnection of hearing aid parts, e.g. inside tips, housings or to ossicles of acoustic or vibrational transducers acting directly on the eardrum, the ossicles or the skull, e.g. mastoid, tooth, maxillary or mandibular bone, or mechanically stimulating the cochlea, e.g. at the oval window
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2225/00—Details of deaf aids covered by H04R25/00, not provided for in any of its subgroups
    • H04R2225/023—Completely in the canal [CIC] hearing aids
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    • H04R2225/00—Details of deaf aids covered by H04R25/00, not provided for in any of its subgroups
    • H04R2225/025—In the ear hearing aids [ITE] hearing aids
    • H—ELECTRICITY
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2460/00—Details of hearing devices, i.e. of ear- or headphones covered by H04R1/10 or H04R5/033 but not provided for in any of their subgroups, or of hearing aids covered by H04R25/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2460/13—Hearing devices using bone conduction transducers

Definitions

  • the present invention relates to an electromechanical transducer which can be self-holding positioned in the human ear canal as in-ear bone conduction earphones.
  • the electromechanical transducer can be combined with sound pickups and airborne sounders.
  • Various hearing aids for the hearing impaired are known from the prior art. All hearing aids contain a microphone, a signal processing unit, batteries and an active element, the z. B. can be realized as air line headphones, mechanical direct drive or bone conduction.
  • conventional hearing aids are used with an air line handset. However, their frequency response has often proved unsatisfactory in everyday life. Although the bandwidths of the specified frequency responses to about 8 kHz, the effective gain is limited.
  • the use of conventional hearing aids for patients with conductive disorders is sometimes problematic. This problem should be addressed by the use of an electromagnetically driven floating mass transducer attached directly to the ossicular chain or round window (www.medel.com;
  • Bone conduction hearing aids have been developed for patients with middle ear deafness who apply the sound signal to the cranial bone (http://www.cochlear.de/PrOducts/1759.asp, accessed on 28.10.2009).
  • the disadvantage here is the formation of pressure points or the necessary surgical intervention with a corresponding risk of infection and the relatively large distance from the effector organ, the cochlea. Even with these bone conduction hearing aids that work with electromagnetic listeners, the bandwidth of the frequency response is unsatisfactory.
  • closed in-ear bone conduction hearing aids with vibrating elements or vibrators which are placed in the ear and basically consist of a passive, enveloping, open structure and one or more electromechanical transducers.
  • the described passive, enveloping structures can be individually adapted to the ear canal shape, for example by injection molding, in that the outer circumference of the passive structure is successively enlarged by new layers in order to achieve an interference fit in the auditory canal.
  • 4,150,262 represent a closed system, which means significant occlusion effects, ie closure of the auditory canal with altered perception of one's own voice, which is generally perceived as unpleasant, of chewing noise, etc , causes.
  • auditory canal occlusion causes an impairment of the sound transfer in the auditory canal to the eardrum.
  • vibration elements or oscillators used in these known in-ear bone conduction hearing aids are embodied with various ring-shaped, cylindrical, or cuboid piezoelectric active elements.
  • piezoelectric Substances such as piezoceramics or piezo films are described in US 2008/0159574.
  • Transducer which can be self-holding positioned in the human ear canal as in-ear bone conduction earphone, which is characterized by a high level of comfort and a more effective sound transmission, even in the high-frequency range.
  • the electromechanical transducer according to the invention is placed self-holding in the human auditory canal with or without surgical intervention. It can consist of one or more active active elements and an acoustically passive, enveloping structure.
  • the outer surface contour of the transducer is individually and anatomically adapted to the ear canal. This is achieved by the shape and structure of the active elements and by a custom-made earmold, which takes the active elements ⁇ .
  • the active elements are made of a material which is capable of converting electrical signals into mechanical movement, and serve to generate vibrations for transmission to the auditory canal wall.
  • the enveloping structure protects the active elements and their electronic contacts from the effects of the environment (temperature, humidity, ear melt, etc.), and on the other hand it is biocompatible with the skin of the auditory canal.
  • the environment temperature, humidity, ear melt, etc.
  • enveloping structure of the earmold positively and / or positively connected to the ear canal wall and serves to transfer the o. g.
  • the converter is open in the central region and has an opening diameter of at least 2 mm.
  • the enveloping structure can be designed as a classic earmould and be surrounded by an outer shell layer, the z. B. a curing
  • the curing process, the z. B. is triggered by the body heat, then ensures the tightness of the electromechanical transducer in the ear canal without unpleasant pressure feelings during prolonged wear occur.
  • Figure 1 - an exemplary positioning of a
  • Figure 2 shows a first embodiment of a
  • FIG. 3 shows an embodiment of the invention
  • electromechanical transducer with a customized, but in a standard form made active element
  • Figure 4 shows a second embodiment of an inventive electromechanical transducer with several
  • Active elements a fourth embodiment of an electromechanical transducer according to the invention with a rod-shaped active element, a fifth embodiment of an inventive electromechanical transducer with an active element and a sensor element
  • the open electromagnetic transducer is designed such that it can be placed self-holding in the human auditory canal. Its shape and shape is anatomically adapted.
  • the electromechanical transducer according to the invention embodied as an in-ear bone conduction listener comprises one or more electromechanical active elements, which in one embodiment have an anatomically adapted shape and therefore serve the more effective excitation of bone acoustic vibrations.
  • the special, anatomical shape of the in-ear bone ⁇ chen effets facilitateers allows a significant reduction in the occlusion, effect, increases comfort, may contribute to more effective noise transmission and better use of the treble frequency range.
  • the in-ear bone conduction earphone of the present invention can be combined with airline handsets to increase the bandwidth of the useful frequency spectrum. The combination with an in-ear microphone is intended to improve the sound recording.
  • FIG. 1 shows a placed in the human ear canal 12 of electromechanical transducer is stimulate 17 in the form of an in-ear bone-conduction handset, bone ⁇ chen effetnnensmonyen, but can also detect by sensors, is shown. It can be placed both in the bony part and in the cartilaginous part of the ear canal. But it is also possible that he covers both auditory canal sections. Thus, a placement can be realized near the protagonistororgan.
  • the in-ear bone conduction earphone according to the invention can be used in particular as ear canal bone conduction hearing aid, but also, for example, in a measuring device for excitation and measurement of otoacoustic emissions. Further applications are conceivable, for example, in communications technology or for extinguishing or reducing airborne noise or for noise reduction in hearing protection devices.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the in-ear bone conduction tube according to the invention.
  • the inner part consists of a piezoceramic multilayer element 22 as the active element, the contour of which is largely made individually and anatomically adapted to the ear canal.
  • the advantage of using multilayer elements is that the electrical pickup voltage can be significantly reduced in order to achieve a certain deflection for a given size. This makes it possible to operate the device with batteries that are also used for hearing aids.
  • the auditory meatus in humans is very complex in shape and deviates significantly in cross-section from the ring shape and along the ear canal significantly from the cylindrical shape.
  • the enclosure is here designed as an outer shell 21 of the in-ear bone conduction tube according to the invention and can be made relatively thin.
  • the aim here is to optimize the acoustic contact and coupling surface. This increases the transition stiffness to the ear canal compared to the prior art.
  • this embodiment provides by the anatomically adapted manufactured, outer contour a more uniform surface pressure in the vibration excitation. Pressure peaks are avoided, so that the wearing comfort is increased.
  • the outer shell 21 may for example consist of an earmold material. However, it is also possible to produce the outer shell 21 with a 3-D printing process and stacking of micrometer-thick layers for non-positive tension in the ear canal, in the sense of a press fit.
  • FIG. 3 shows a further embodiment in which the
  • FIG. 4 shows a third embodiment of the in-ear bone conduction hearing aid according to the invention with a plurality of active elements 22 coupled in the electromechanical auditory canal longitudinal direction in the form of piezoceramic multilayer elements.
  • the spatial distribution of the active elements allows, for example, a spatially distributed impedance adaptation to the auditory canal wall and a frequency distribution of the electrical input signal to the various active elements.
  • ⁇ piezoelectric specific active elements reinforce better than at low frequencies at high frequencies.
  • FIG. 6 shows a fourth embodiment of the in-ear bone conduction hearing aid according to the invention with three rod-shaped piezoceramic multilayer elements 22, surrounded by the shell 21.
  • This variant is characterized by a lower production cost with regard to the actuators than for the embodiment shown in FIG.
  • the rod-shaped piezoceramic multilayer elements 22 according to the exemplary embodiment according to FIG. 6 are arranged within the enveloping shell 21 having a passage opening in such a way that an optimal transmission of the mechanical vibrations generated by the actuators is ensured with respect to the contact area with the auditory canal.
  • the arrangement of the relevant contact or transfer surface can be made individually, ie tailored to the particular patient.
  • the actuators are mechanically fixed and held by the earmold shell, without further attachment measures are required.
  • the respectively suitable ones for the patient in question can be selected from a group of quasi-standard actuators of different length produced and inserted or worked into an individual earmold.
  • FIGS. 7 and 8 show two further embodiments of the in-ear bone conduction tube according to the invention.
  • a piezoelectric actuator 22 with a classical cuboid design is installed according to FIG. 7 in an individually manufactured shell 21 and is connected by means of a passive plastic Fabric layer 61, for example in the form of a wedge attached.
  • the advantage of the embodiment shown in Figure 6 is the simple design and ease of manufacture.
  • a very effective sound transmission is achieved in the ear canal wall by the support on opposite wall parts of the ear canal.
  • the embodiment illustrated in FIG. 8 comprises a first and a second opposing actuator element, wherein the first actuator element 72 is provided for static deflection in order to ensure a certain static contact pressure, and sound transmission is realized with the second actuator element 22 (cuboid piezoactuator).
  • the two actuators are separated from each other by a passive plastic layer 71.
  • FIG. 9 shows a block diagram for the signal processing and signal distribution of a hybrid receiver.
  • a hybrid handset is a dual handset consisting of an airline handset and an in-ear bone conduction handset. The airline listener should listen to the low frequencies
  • Airline headphones are characterized by efficient sound transmission, especially in the low frequency range, whereas bone conduction headphones have special advantages in the high frequency range. This covers a very wide frequency range (the entire listening range, up to 13 kHz). It is thus possible to select depending on the situation and / or frequency between air and bone conduction listeners, as well as to make the transition from one listener to another variable or adaptive.
  • the acoustic signals from the environment are picked up by the microphone assembly and directed to the electronics module.
  • the preliminary amplified signals are split into two paths - for air conduction and bone conduction hearing ⁇ .
  • the division and processing of the signals can be individually adapted by each hearing aid wearer.
  • the converted The analog signals are transmitted to the listeners via a conduit into the ear canal.
  • the hybrid receiver in the combination of an in-ear bone conduction hearing aid with an air line handset according to FIG. 9 can also be used, for example, as a measuring device for measuring otoacoustic emissions.
  • FIG. 10 shows the associated block diagram for signal processing and signal division for an in-ear bone conduction listener combined with an airline handset and a microphone. This allows the signals to be recorded in "natural" form and thus with the corresponding frequency deviations caused by the auricle, allowing a natural, spatial perception of signals and thus a better local classification of the sound sources
  • ear bone conduction earphones with an airline handset and a microphone as shown in FIG. 10 may be used to measure otoacoustic emissions.

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Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung soll ein elektromechanischer Wandler, der immenschlichen Gehörgang als Im-Ohr-Knochenleitungshörer selbsthaltend positioniert werden kann, bereitgestellt werden, der sich durch einen hohen Tragekomfort und einer effektiveren Schallübertragung, auch im Hochton-Frequenzbereich, auszeichnet. Erfindungsgemäß weist der elektromechanische Wandler eine Form oder Gestalt auf, die dem Gehörgang individuell und anatomisch angepasst ist. Er umfasst eine passive, umhüllenden Struktur und mindestens ein Mittel, mit dem Schwingungen zur Übertragung auf die Gehörgangswand angeregt und/oder Bewegungen von der Gehörgangswand auf den Wandler empfangen und verarbeitet werden können. Der erfindungsgemäße Im-Ohr-Knochenleitungshörer kann insbesondere als Gehörgangs-Knochenleitungs-Hörgerät eingesetzt werden, aber auch beispielsweise in einem Messgerät zur Anregung und Messung von otoakustischen Emissionen.

Description

Elektromechanischer Wandler
Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Wandler, der im menschlichen Gehörgang als Im-Ohr-Knochenleitungshörer selbsthaltend positioniert werden kann. Der elektromechanische Wandler kann mit Schallaufnehmern und Luftschall-Hörern kombiniert werden. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Hörhilfen für Hörbehinderte bekannt. Alle Hörgeräte enthalten ein Mikrofon, eine Signalverarbeitungseinheit, Batterien und ein Wirkelement, das z. B. als Luftleitungshörer, mechanischer Direktantrieb oder Knochenleitungshörer realisiert werden kann. Traditionell werden konventionelle Hörgeräte mit einem Luftleitungs- hörer eingesetzt. Ihr Frequenzgang hat sich aber im Alltag häufig als unbefriedigend erwiesen. Zwar reichen die Bandbreiten der angegebenen Frequenzgänge bis ca. 8 kHz, die wirksame Verstärkung ist allerdings begrenzt. Weiterhin ist die Anwendung von konventionellen Hörgeräten für Patienten mit Schallleitungsstörungen zuweilen problematisch. Dieses Problem sollte durch die Anwendung eines elektromagnetisch betriebenen Floating mass Transducer, der direkt an der Gehörknöchelchenkette oder am runden Fenster befestigt wird (www.medel.com; aufgerufen am
28.10.2009), oder eines knochenverankerten Hörgerätes gelöst werden (http://www.cochlear.de/Products/1759.asp; aufgerufen am 28.10.2009). In diesen Fällen ist aber eine Operation erforderlich und die Frequenzvorteile von implantierbaren Geräten gegenüber konventionellen können bisher nicht zweifelsfrei nachgewiesen werden.
Zur Verbesserung des Frequenzganges wurde in der DE 10 2007 003 248 AI eine duale Luftleitungshörer - Anordnung vorgeschlagen. Die prinzi- piellen Bedenken bezüglich des begrenzten Frequenzganges bleiben aber auch bei Verwendung mehrerer Luftleitungshörer bestehen. Für die Patienten mit einer Mittelohrschwerhörigkeit wurden Knochenleitungshörgeräte entwickelt, die das Schallsignal auf den Schädelknochen applizieren (http://www.cochlear.de/PrOducts/1759.asp; aufgerufen am 28.10.2009). Es sind verschiedene Formen von solchen Hörgeräten bekannt, wie z. B. mit Stirnband oder knochenverankerte Geräte. Nachteilig hierbei sind die Bildung von Druckstellen bzw. der notwendige operative Eingriff mit entsprechender Infektionsgefahr und die relativ große Entfernung vom Effektororgan, der Cochlea. Auch bei diesen Knochenleitungshörgeräten, die mit elektromagnetischen Hörern arbeiten, ist die Bandbreite des Frequenzgangs unbefriedigend.
Aus der US 6,643,378 und der US 4,150,262 sind geschlossene Im-Ohr- Knochenleitungshörgeräte mit Vibrationselementen bzw. Schwingern bekannt, die im Ohr platziert werden und grundsätzlich aus einer passiven, umhüllenden, auch offenen Struktur und einem oder mehreren elektrome- chanischen Wandlern bestehen. Die beschriebenen passiven, umhüllenden Strukturen können dabei der Gehörgangsform individuell angepasst sein, beispielsweise durch Spritzgießtechnik, indem der äußere Umfang der passiven Struktur sukzessive durch neue Schichten vergrößert wird, um eine Presspassung im Gehörgang zu erreichen. Die in der US 6,643,378 und der US 4,150,262 vorgestellten Im-Ohr-Knochenleitungshörgeräte stellen jedoch ein abgeschlossenes System dar, was signifikante Okklusionsef- fekte, also den Verschluss des Gehörgangs mit veränderter, in der Regel als unangenehm empfundener Wahrnehmung der eigenen Stimme, von Kaugeräuschen u.s.w., hervorruft. Zusätzlich verursacht eine Gehörgang- sokklusion eine Beeinträchtigung des Schalltransfers im Gehörgang zum Trommelfell.
Daneben sind aus der WO 2008/014498 und US 2008/0159574 auch offene Im-Ohr-Knochenleitungshörer mit Vibratoren bekannt, um diese Nachteile zu vermeiden.
Die in diesen bekannten Im-Ohr-Knochenleitungshörgeräten verwendeten Vibrationselemente bzw. Schwinger sind mit verschiedenen ringförmigen, zylinderförmigen, oder auch quaderförmigen piezoelektrischen Wirkelementen ausgeführt. Ebenso werden verschieden piezoelektrische Werk- Stoffe wie Piezokeramiken oder Piezofolien in der US 2008/0159574 beschrieben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile aus dem bekann- ten Stand der Technik zu überwinden und einen elektromechanischen
Wandler, der im menschlichen Gehörgang als Im-Ohr-Knochenleitungshörer selbsthaltend positioniert werden kann, bereitzustellen, welcher sich durch einen hohen Tragekomfort und einer effektiveren Schallübertragung, auch im Hochton-Frequenzbereich, auszeichnet.
Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungs¬ gemäßen elektromechanischen Wandlers sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße elektromechanischer Wandler wird im menschlichen Gehörgang selbsthaltend mit oder ohne operativen Eingriff platziert. Er kann aus einem oder mehreren aktiven Wirkelementen und einer akustisch passiven, umhüllenden Struktur bestehen. Die äußere Oberflächenkontur des Wandlers ist dem Gehörgang individuell und anatomisch angepasst. Dies wird durch die Form und den Aufbau der Wirkelemente sowie durch ein individuell angefertigtes Ohrpassstück, welches die Wirkelemente auf¬ nimmt, erreicht. Die Wirkelemente werden aus einem Material, welches in der Lage ist, elektrische Signale in mechanische Bewegung umzusetzen, hergestellt und dienen der Erzeugung von Schwingungen zur Übertragung auf die Gehörgangwand. Die umhüllende Struktur schützt einerseits die Wirkelemente und derer elektronische Kontakte von der Wirkung der Umgebung (Temperatur, Feuchte, Ohrschmelz, etc.), und ist andererseits mit der Haut des Gehörganges biokompatibel. Außerdem ist die
umhüllende Struktur des Ohrpassstückes kraft- und/oder formschlüssig mit der Gehörgangwand verbunden und dient der Übertragung der o. g.
Schwingungen. Weiterhin ist der Wandler im mittleren Bereich offen und weist einen Öffnungsdurchmesser von mind. 2 mm auf. Die umhüllende Struktur kann als klassische Otoplastik ausgeführt und mit einer äußeren Hüllschicht umgeben sein, die z. B. ein aushärtendes
Material enthält oder aus einem solchen Material besteht. Es kann damit die individuell angefertigte Otoplastik, die der Form des Gehörganges entspricht, leicht eingesetzt werden, wobei es durch die aushärtende Umhüllung möglich wird, dieses Einsetzen für den jeweiligen Patienten in angenehmer Weise zu realisieren. Der Aushärtvorgang, der z. B. durch die Körperwärme auslösbar ist, sichert dann den festen Sitz des elektromechanischen Wandlers im Gehörgang, ohne dass unangenehme Druckgefühle beim längeren Tragen auftreten.
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem nachfolgenden Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen dieselben Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile in den gesamten Figuren bezeichnen, näher erläutert wird. Es zeigen:
Figur 1 - eine beispielhafte Positionierung eines
Im-Ohr-Knochenleitungshörers im menschlichen
Gehörgang
Figur 2 eine erste Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen elektromechanischen Wandlers mit einem individuell nach Form des Gehörganges
anatomisch angepasstem Wirkelement
Figur 3 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
elektromechanischen Wandlers mit einem angepassten, aber in einer Standartform angefertigten Wirkelement
Figur 4 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Wandlers mit mehreren
Wirkelementen Blockdiagramm zur Signalverarbeitung und
Signalaufteilung (Frequenzaufteilung) bei einem erfindungsgemäßen elektromechanischen Wandlers mit mehreren Wirkelementen eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Wandlers mit mehreren
Wirkelementen eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Wandlers mit einem stabförmigen Wirkelement eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Wandlers mit einem Wirkelement und einem Sensorelement
Blockdiagramm zur Signalverarbeitung und
Signalaufteilung (Frequenzaufteilung) bei einem erfindungsgemäßen elektromechanischen Wandler, kombiniert mit einem Luftleitungs-Hörer
Blockdiagramm zur Signalverarbeitung und
Signalaufteilung (Frequenzaufteilung) bei einem erfindungsgemäßen elektromechanischen Wandler, kombiniert mit einem Luftleitungs-Hörer und einem Mikrofon
Erfindungsgemäß ist der offene elektromagnetische Wandler derart ausgebildet, dass er im menschlichen Gehörgang selbsthaltend platziert werden kann. Seine Form und Gestalt ist anatomisch angepasst. Der erfindungsgemäße elektromechanische Wandler ausgebildet als Im-Ohr-Knochenlei- tungshörer, umfasst ein oder mehrere elektromechanische Wirkelemente, die bei einer Ausführungsform eine anatomisch angepasste Form aufweisen und deshalb der effektiveren Anregung von Knochenschallschwingungen dienen. Die besondere, anatomisch angepasste Form des Im-Ohr-Kno¬ chenleitungshörers erlaubt eine signifikante Verringerung des Okklusions- effektes, erhöht den Tragekomfort, kann zu einer effektiveren Schallüber- tragung beitragen und den Hochton-Frequenzbereich besser ausschöpfen. Der erfindungsgemäße Im-Ohr-Knochenleitungshörer kann mit Luftleitungs- Hörern kombiniert werden, um die Bandbreite des nutzbaren Frequenzspektrums zu erhöhen. Auch die Kombination mit einem Im-Ohr-Mikrofon ist zur Verbesserung der Schallaufnahme vorgesehen.
In Figur 1 ist ein im menschlichen Gehörgang 12 platzierter elektromecha- nischer Wandler 17 in Form eines Im-Ohr-Knochenleitungshörers, der Kno¬ chenleitungsbewegungen anregen, aber auch sensorisch erfassen kann, dargestellt. Er kann dabei sowohl im knöchernen Teil als auch im knorpeli- gen Teil des Gehörgangs platziert werden. Es ist aber auch möglich, dass er beide Gehörgangsabschnitte überdeckt. Damit kann eine Platzierung nahe dem Effektororgan realisiert werden.
Der erfindungsgemäße Im-Ohr-Knochenleitungshörer kann insbesondere als Gehörgangs-Knochenleitungs-Hörgerät eingesetzt werden, aber auch beispielsweise in einem Messgerät zur Anregung und Messung von otoakustischen Emissionen. Weitere Einsatzgebiete sind beispielsweise in der Kommunikationstechnik denkbar oder zur Auslöschung bzw. Verringerung von Luftschallstörgeräuschen oder zur Lärmminderung in Gehörschutzvorrichtungen.
In Figur 2 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Im-Ohr- Knochenleitungshörers dargestellt. Der innere Teil besteht aus einem piezokeramischen Vielschicht-Element 22 als dem Wirkelement, dessen Kontur weitgehend individuell und anatomisch dem Gehörgang angepasst gefertigt ist. Der Vorteil der Verwendung von Vielschicht-Elementen besteht darin, dass die elektrische Anregespannung signifikant reduziert werden kann, um bei gegebener Baugröße eine bestimmte Auslenkung erzielen zu können. Dadurch ist es möglich das Gerät mit Batterien, die auch für Hörgeräte verwendet werden, zu betreiben. Der Gehörgang beim Menschen ist sehr komplex geformt und weicht im Querschnitt signifikant von der Ringform und entlang des Gehörganges signifikant von der Zylinderform ab. Durch die anatomisch angepasste (zirkuläre), offene Form, wird im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten ringförmigen oder zylindrischen Piezokeramik-Elemen- ten eine größere Öffnung 23 im Gehörgang ermöglicht, wodurch der Okklusionseffekt nahezu vermieden werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass dadurch eine bessere akustische
Ankopplung an die Gehörgangswand erfolgt (symbolisiert durch die
Pfeildarstellungen). Die Umhüllung ist hier als äußere Schale 21 des erfindungsgemäßen Im-Ohr-Knochenleitungshörers ausgebildet und kann relativ dünn ausgeführt werden. Ziel ist es hier, die akustische Kontakt- und Koppelfläche zu optimieren. Dadurch erhöht sich die Übergangssteifigkeit zum Gehörgang im Vergleich zum Stand der Technik. Weiterhin liefert diese Ausführungsform durch die anatomisch angepasst gefertigte, äußere Kontur eine gleichmäßigere Flächenpressung bei der Schwingungsanregung. Druckspitzen werden vermieden, so dass der Tragekomfort erhöht wird. Die äußere Schale 21 kann beispielsweise aus einem Otoplastik-Material bestehen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die äußere Schale 21 mit einem 3-D Druckverfahren und Aufschichtung von nur Mikrometer-dicken Schichten zur kraftschlüssigen Verspannung im Gehörgang zu fertigen, im Sinne einer Presspassung.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, in dem das
Wirkelement 22 dem Gehörgangsquerschnitt lediglich approximiert ist. In diesem Fall kann durch die individualisierende äußere Schale 21 dennoch eine gute Anpassung erreicht werden ohne das eigentliche Wirkelement nach individuellen Muster kostenaufwendig zu fertigen. In Figur 4 ist eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Im-Ohr- Knochenleitungshörers mit mehreren, in elektromechanischen Gehörgangslängsrichtung gekoppelten Wirkelementen 22 in Form von piezokerami- schen Vielschicht-Elementen dargestellt. Die räumliche Verteilung der Wirkelemente ermöglicht beispielsweise eine räumlich verteilte Impedanz- anpassung an die Gehörgangswand und eine Frequenzaufteilung des elektrischen Eingangssignals auf die verschiedenen Wirkelemente. Piezoelektri¬ sche Wirkelemente verstärken im Hochtonbereich besser als im Tieftonbereich. Daher sind im Tieftonbereich höhere elektrische Anregespannungen bzw. größere Schwingungsamplituden notwendig als im Hochtonbereich, um die gleiche Lautstärke wahrnehmen zu können. Durch eine räumliche Trennung von Frequenzbereichen kann eine angepasste Verstärkung erzielt werden. In Figur 5 ist dazu ein Beispiel zum elektrischen Signalfluss skizziert.
In Figur 6 ist eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Im-Ohr- Knochenleitungshörers mit drei stabförmigen piezokeramischen Vielschicht- Elementen 22, umgeben von der Schale 21, dargestellt. Diese Variante zeichnet sich durch einen geringeren Fertigungsaufwand hinsichtlich der Aktoren als für die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform aus.
Die stabförmigen piezokeramischen Vielschicht-Elemente 22 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 sind innerhalb der eine Durchgangsöff¬ nung aufweisenden umhüllenden Schale 21 so angeordnet, dass hinsicht- lieh des Kontaktbereiches zum Gehörgang eine optimale Übertragung der von den Aktoren erzeugten mechanischen Schwingungen sichergestellt ist. Die Anordnung der diesbezüglichen Kontakt- oder Übertragungsfläche kann individuell, d. h. abgestimmt auf den jeweiligen Patienten, vorgenommen werden. Die Aktoren werden durch die Otoplastik-Schale mechanisch fixiert und gehalten, ohne dass weitere Befestigungsmaßnahmen erforderlich werden. Bei einer solchen erfindungsgemäßen Lösung können aus einer Gruppe von längenmäßig unterschiedlich hergestellten quasi Standard- Aktoren die jeweils geeigneten für den betreffenden Patienten ausgewählt und in eine individuelle Otoplastik eingesetzt oder eingearbeitet werden.
In den Figuren 7 und 8 sind zwei weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Im-Ohr-Knochenleitungshörers dargestellt. Ein Piezoaktor 22 mit klassischer quaderförmiger Bauform wird gemäß Fig. 7 in eine individuell gefertigte Schale 21 eingebaut und mittels einer passiven Kunst- Stoffschicht 61, z.B. in Form eines Keils, befestigt. Der Vorteil der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform ist die einfache Bauweise und die einfache Fertigung. Zudem wird durch die Abstützung an gegenüberliegenden Wandteilen des Gehörgangs eine sehr effektive Schallübertragung in die Gehörgangswand erreicht.
Die in Figur 8 dargestellte Ausführungsform umfasst ein erstes und ein zweites, gegenüberliegendes Aktorelement, wobei das erste Aktorelement 72 zur statischen Auslenkung vorgesehen ist, um einen bestimmten statischen Anpressdruck zu gewährleisten, und mit dem zweiten Aktorelement 22 (quaderförmiger Piezoaktor) die Schallübertragung realisiert wird.
Damit ist es möglich, die Effizienz der Schallübertragung in Abhängigkeit des Anpressdruckes an die Gehörgangswand zu bestimmen. Die zwei Aktoren sind voneinander durch eine passive Kunststoffschicht 71 getrennt.
In Figur 9 ist ein Blockdiagramm zur Signalvberarbeitung Und Signalaufteilung eines Hybridhörers dargestellt. Ein Hybridhörer ist ein dualer Hörer, bestehend aus einem Luftleitungshörer und einem Im-Ohr-Knochenleitungshörer. Der Luftleitungshörer soll die niedrigen Frequenzen
(Tieftonbereich) abdecken, wogegen der Im-Ohr-Knochenleitungshörer den Mittel- und Hochtonbereich abdeckt. Damit werden die Vorteile beider Hörer vereint. Luftleitungshörer zeichnen sich besonders im Tieftonbereich durch eine effiziente Schallübertragung aus, während hingegen Knochenleitungshörer besondere Vorteile im Hochtonbereich aufweisen. Dadurch wird ein sehr breiter Frequenzbereich abgedeckt (der komplette Hörbereich, bis 13 kHz). Es wird somit möglich, situationsabhängig und/oder frequenzabhängig zwischen Luft- und Knochenleitungshörer auszuwählen, sowie den Übergang von einem zu anderem Hörer variabel bzw. adaptiv zu gestalten. Die akustischen Signale aus der Umgebung werden von der Mikrofonanordnung aufgenommen und zum Elektronikmodul geleitet. Die vorläufig verstärkten Signale werden in 2 Wege geteilt - für Luftleitungs¬ und Knochenleitungshörer. Die Teilung und Bearbeitung der Signale kann individuell von jedem Hörgeräteträger angepasst werden. Die umgewan- delten Analogsignale kommen über ein Leitungsrohr in den Gehörgang zu den Hörern.
Der Hybridhörer in der Kombination eines Im-Ohr-Knochenleitungshörers mit einem Luftleitungshörer gemäß Figur 9 kann beispielsweise auch als Messgerät zur Messung von otoakustischen Emissionen eingesetzt werden.
Für eine verbesserte Signalaufnahme kann eine Mikrofonanordnung in den erfindungsgemäßen Im-Ohr-Knochenleitungshörer integriert werden. In Figur 10 ist das dazugehörige Blockdiagramm zur Siganlverarbeitung und Signalaufteilung für einen Im-Ohr-Knochenleitungshörer, kombiniert mit einem Luftleitungshörer und einem Mikrofon dargestellt. Dadurch werden die Signale in„natürlicher" Form und somit mit den entsprechenden Frequenzabweichungen, welche von der Ohrmuschel verursacht werden, aufgenommen. Dies erlaubt eine natürliche, räumliche Wahrnehmung von Signalen und dadurch eine bessere örtliche Einordnung der Schallquellen. Der Hybridhörer in der Kombination eines Im-Ohr-Knochenleitungshörer mit einem Luftleitungshörer und einem Mikrofon gemäß Fig. 10 kann beispielsweise zur Messung von otoakustischen Emissionen eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
Elektromechanischer Wandler, der im menschlichen Gehörgang selbsthaltend platzierbar ist und einen oder mehrere Wirkelemente sowie eine passive mechanische Struktur enthält, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die mechanische Struktur oberflächen- seitig dem jeweiligen Gehörgang individuell und anatomisch ange- passt ist, wobei die Wirkelemente als aktive Schwinger in ihrer Anordnung und/oder Oberflächenstruktur die Form des Gehörganges approximieren, um mittels elektrischer Anregung mechanische Schwingungen zur Übertragung auf die Gehörgangwand zu erzeugen und/oder Bewegungen von der Gehörgangwand auf den Wandler zu empfangen und elektrisch zu verarbeiten.
Elektromechanischer Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weder die Wirkelemente noch die mechanische Struktur vollständig den Gehörgang verschließen, wobei die mechanische Struktur eine hautfreundliche, nicht allergierende Oberfläche aufweist, die für eine akustische Ankopplung mit der Gehörgangwand in kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssiger Weise geeignet ist.
Elektromechanischer Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Wirkelemente kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig mit der passiven mechanischen Struktur verbunden und von dieser umgeben sind.
Elektromechanischer Wandler nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkelemente Funktionswerkstoffe enthalten, die elektrische Signale in mechanische Bewegungen umwandeln und/oder umgekehrt. Elektromechanischer Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkelemente piezoelektrische Aktoren sind, die aus piezokeramischem Material oder aus gestapelten und mit
Zwischenelektroden versehenen Piezoelementen, aus Piezofolien oder aus piezokeramischen Vielschicht-Elementen aufgebaut sind und mindestens einen der aktorisch und/oder sensorisch nutzbaren Piezoeffekte (d33-Effekt, d31-Effekt, dl5-Effekt) durch geeignete Elektrodisierung und leitende Schichten nutzen.
Elektromechanischer Wandler nach einem der vorangegangenen Anspürche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wirkelemente räumlich längs des Gehörgangs, beginnend vom knorpeligen Teil bis zum knöchernen Teil desselben verteilt, in der mechanischen
Struktur angeordnet sind.
Elektromechanischer Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wirkelemente räumlich längs Gehörgangs, beginnend vom knorpeligen Teil bis zum knöchernen Teil desselben, verteilt in der mechanischen Struktur angeordnet sind, wobei mit Hilfe einer Frequenzweiche verschiedene Frequenzanteile des Eingangssignals gesplittet und bestimmte Frequenzen oder Frequenzbereiche ausgewählten Wirkelementen zugeleitet werden.
Elektromechanischer Wandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Sensorelemente zur Erfassung von Dehnungen/Stauchungen oder sonstigen mechanischen Spannungen vorgesehen sind, die kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig mit der umhüllenden Struktur verbunden und räumlich über den Umfang und die Ausdehnung längs des Gehörgangs verteilt angeordnet sind, wobei die mit den Sensoren gewonnenen Daten der Bestimmung und der Optimierung der Anordnung und/oder Ansteuerung der elektromechanischen Wandler hinsichtlich der akustischen Übertragungseigenschaften und des Tragekomforts dienen. Elektromechanischer Wandler nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, mit denen eine kraft- und/oder formschlüssige mechanische Wirkverbindung zur Gehörgangswand realisierbar ist.
Elektromechanischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieser einen Luftleitungshörer umfasst.
Elektromechanischer Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Mikrofon zur Aufnahme von akustischen Luftschallsignalen aus der Umgebung umfasst.
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