CN100417305C - 电声通信装置 - Google Patents
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Abstract
具有位于外壳中的接收器转换器的电声通信装置。该通信装置具有分别从转换器的振动膜的正面及背面到通信装置的用于接合用户耳朵的接合面的内侧区域的声学连接,以及分别从转换器的振动膜的正面和背面到通信装置的用于接合用户耳朵的接合面的外侧区域的声学连接。在转换器作为发生器的情况下,这四个声学连接构成声平衡桥的四个支路。这种构造特别有利,因为借此能够把通信装置内,转换器振动膜后面的内部空气体积降低到实际上对电话机的尺寸不重要的大小。此外,通信装置与用户耳朵的接合紧密程度的变化将只对频率特性产生非常有限的影响。
Description
本发明涉及诸如移动电话,与用户耳朵接合的电话听筒及头戴式耳机之类的电声通信装置。
尤其在移动电话领域中,要求研制重量越来越轻,体积越来越小的通信装置。这对电子及电声元件的设计者和制造商提出了极高的要求,这里电子及电声元件包括麦克风及声发生器或者接收器转换器。现在也可得到尺寸比以前更小的这些转换器。
这里使用的电声接收器转换器具有用于以频率在可听范围内的声音的形式,产生声信号的振动膜。通常转换器被布置成紧贴着电话机外壳的内侧,那里存在呈小孔形式的声学连接,其形状被仔细地修整,以便产生与用户耳朵接合的正确声阻抗及频率特性。振动膜移动并从其正面发出声音,为了使转换器令人满意地工作,必须在振动膜的背面存在一定大小的空气体积,因为否则振动膜将被阻挡,不能移动。振动膜背面存在的空气体积太小,将降低转换器的灵敏性,并导致具有呈缺口形式的不适宜进程的频率特性曲线。于是,迄今为止,移动电话和电话听筒必须在外壳中具有这样的空间,并且到现在为止,该空间的大小一直是对于移动电话和电话听筒设计者和制造商的一个限制。
利用按照,例如IEC 318,IEC 711或相应标准标准化的耳朵模拟器测试移动电话和电话听筒,以了解它们的音质,所有测试都以用户使电话或听筒贴着用户耳朵的使用情形为基础。为了确保可再现的测量,这些标准提供了关于耳朵模拟器的机械结构及其声学功能的指南,以便尽可能最佳地模拟人耳,制定了如何进行测试,包括如何使电话与耳朵模拟器接合,尤其是电话相对于耳朵模拟器的精确位置及方向。对于给定电话机,并在这些标准的基础上,这意味着能够在标准化测试中,确定电话与耳朵模拟器的接合面,根据标准,该接合面将相应地与用户耳朵接合。下面,词句“与用户耳朵接合的接合面”于是将被用作通信装置与标准化耳朵模拟器的接合的同义词,因为根据上述内容,这些接合面是相同的。这种标准化的耳朵模拟器可以4157型,4185型及4195型从Brüel & Kjaer购得。接合面通过为直径25毫米的圆形区域,耳朵模拟器具有直径25毫米的环形接合面。在耳朵模拟器的环形接合面的内部,存在对应于人体外耳体积的空气体积。该空间是耳朵模拟器到麦克风的声音入口,借助麦克风,可显示出来自于电话机的声音。耳朵模拟器的声音入口中的空气体积的大小将影响通信装置的接收器转换器的声负载。相对于周围环境的任何泄漏会导致该体积显著增大,从而导致声负载显著改变。声负载的变化会导致测量结果不能正确地符号需要测量的通信装置的声学性能。为了获得正确并且可再现的测量结果,该测量结果为通信装置的特征,于是,根据上述标准,通信装置必须与耳朵模拟器的环形接合面呈密封联接的关系。
使用中,通信装置与用户耳朵的接合的紧密程度存在相当大的变化,这导致相对于周围环境的或多或少的声泄漏。这种变化影响接收器转换器的声负载,取决于通信装置相对于声负载阻抗的灵敏性,声负载的变化又会改变通信装置的声性能。用户以通信装置音质的变化的形式察觉到这种变化。这是不希望的。
因此,需要一种能够容许泄漏的通信装置,即尽可能最大程度地与通信装置和用户耳朵及和耳朵模拟器的接合中的泄漏无关地,为用户提供察觉的声音质量,以及关于耳朵模拟器的测量结果的通信装置。
移动电话越来越小,在现有技术的情况下,不易于生产能够容许泄漏的具有很小的内部空气体积的电话,因为泄漏耐受性要求转换器可以接触转换器后面的某些空气体积,一般为几立方厘米。很大的内部空气体积是不合乎需要的,因为这将增大通信装置的尺寸,并且作为较大的空气体积的替换物,可建立从较小的内部空气体积到电话机外的环境空气的声音开口。从而,转换器会经过较小的内部空气体积,接触无限大的空气体积,可获得能够容许泄漏的功能。具有较小内部空间的这种结构将形成由这些声音开口及较小的内部空气体积的声容组成的声谐振回路。这种谐振回路将使电话机的频率响应具有相当深并且相当尖锐的切口,遗憾的是,该切口位于有用的音频范围的中部,并将由开口的几何形状及内部空气体积所决定。
EP 364935描述了一种具有接收器转换器的电话听筒,振动膜的正面通过听筒中的声音开口与用户的耳朵声学相连,此外,振动膜的正面与听筒中的内腔声学相连。
DE 2815051和US 4239945描述了各种头戴式耳机,在振动膜的正面及其背面之间建立声学连接,所述连接包括用户外耳中的空间。
WO 98/24214描述了一种移动电话,在用于与用户耳朵接合的电话接合面的内侧,存在与振动膜的正面的声学连接,以及与振动膜的背面的声学连接,从而电话能够容许泄漏。相对于用于接合用户耳朵的接合面,偏心布置接收器转换器。
在外壳中,在振动膜后面,上面提及的所有结构都具有相当大的空气体积。
就本发明的通信装置来说,建立了从振动膜到外壳外部的四个声学连接,两个连接开始于振动膜的正向,两个连接开始于振动膜的背面,振动膜的正向和背面都经过相应的声学连接与位于用于接合用户耳朵的接合面内侧的区域,及位于该接合面外侧的区域相连,即与用户耳朵以及环境空气相连。在转换器作为发生器的情况下,这四个声学连接构成声平衡桥中的四个支路。
通过在转换器的振动膜的正向和通信装置外的空气之间引入第四声学连接,可确保利用较小的内部空气体积构成容许泄漏的通信装置,因为声谐振回路的影响被极大地消除了。原理在于借助与振动膜正面的声学连接,与用户耳朵接合方面的泄漏将导致频率响应中的一个切口,而借助与振动膜背面的声学连接,与用户耳朵接合方面的泄漏将导致频率响应中同一频率下的相应峰值。这种补偿基本上与泄漏的大小无关。
这样,建立了声平衡桥。在频率方面,由于与电话机外部的空气的声学连接中的容许限度的缘故,频率响应曲线中的切口将因电话机而不同,但是声平衡桥的效果在于泄漏变化将导致声平衡桥的两个支路的改变,这里正是包括在声平衡桥的这两个支路中的同一声谐振回路受到泄漏的影响,从而频率和振幅两方面的变化都被均衡,声平衡桥仍处于平衡。
振动膜的正面及背面均与用户耳朵及周围的空气声学连接的这种构造特别有利,因为借此能够把电话机中,转换器的振动膜后的内部空气体积降低到实际上对电话机的尺寸不再重要的大小。微小的空气体积不可避免地导致相当尖锐的谐振,同时伴随较窄频率范围内相当大的振幅变化,但是,根据上述说明,频率和振幅两方面的变化均被均衡。
使用中,存在通信装置与用户耳朵的接合的紧密程度的变化。对于单个用户来说,这些变化将因时间而异,同样,对于不同的用户来说,也存在相当大的变化。借助本发明,这些变化只能对频率特性产生很小的影响,因为振动膜的正面及背面与这种可变化的紧密程度相连,从而这种可变化的紧密程度被包括在声平衡桥的两个支路中。
这样,借助本发明,能够构造能够容许泄漏,并且具有相当小的内部空气体积的通信装置。
移动电话和电话听筒常常具有由沿着它们的边缘装配的两个壳体组成的外壳。这种组合件或多或少是紧密的,在任何情况下,使组合件完全密封将非常困难并且成本很高。根据本发明,对于这种组合件来说,可提供转换器振动膜的背面与周围空气之间的声学连接,甚至可以呈组合件壳体之一的边缘中的切口的形式的间断点的形式,形成这种声学连接。在间断点外的壳体之间,组合件中的泄漏,如果有的话,构成该声学连接的一部分,借助本发明,可在很大程度上补偿泄漏方面的变化。
下面将参考附图说明本发明的一个优选实施例,其中
图1表示了根据本发明的通信装置的横截面,
图2表示了图1的声学结构的简化等效图,
图3示意地表示了根据本发明的通信装置中相对较大的接收器转换器的位置,
图4示意地表示了根据本发明的通信装置中相对较小的接收器转换器的位置。
图1表示了移动电话的横截面,该移动电话具有由两个壳体,前壳体10和后壳体11组成的外壳。外壳容纳印刷电路板12,由影线表示的电子元件安装在印刷电路板12上。示意表示的接收器转换器20借助双面胶粘带13被安装在前壳体10的内侧,双面胶粘带13赋予声学密封。转换器具有示意表示的振动膜21,振动膜21具有正面22和背面23,背面23具有安装于其上的线圈,振动膜以已知的方式在磁场中运送线圈,从而振动膜可以已知的方式把电信号转换为声信号。振动膜的正面22向内朝着前壳体10,振动膜的背面朝向电话机的内部。在图1中,空间C位于壳体10之后转换器20的周围。
在图1中,以虚线的形式表示了耳朵模拟器30,这里电话被示意地表示为处于相对于耳机模拟器的标准化测试位置。据此,电话使耳朵模拟器与接合面33接合,接合面33确定在接合面33内侧的区域31及在接合面33外面的区域32,从而这两个区域相互分离。
从转换器的振动膜的正面22到在接合面内侧的区域31,存在第一声学连接41。第一声学连接41是从振动膜21到用户耳朵的主要声学连接。在振动膜的正面22与壳体10之间存在被设计成尽可能小的较小空间,以致所述较小空间与声阻一起产生位于电话的有效频率范围之外的共振频率,从而不会影响音质,而只是用作到用户耳朵的简短传输线路。
从转换器的振动膜的背面23经过空间C到位于接合面33内侧的区域31,存在第二声学连接42。这样,第一和第二声学连接41和42分别使振动膜的正面22及其背面23分别与区域31相连,区域31代表到耳朵模拟器的入口及到用户耳朵的入口。
电话具有从转换器的振动膜的背面23,经过空间C到达位于接合面33外侧的区域32的第三声学连接43。在所示实施例中,该连接穿过电话的两个壳体10和11之间的开口,不过也可只在其中一个壳体中,以独立开口的形式形成该连接。
第四声学连接44使转换器的振动膜的正面22与位于接合面33外侧的区域32相连。类似于第一连接41,第四连接44同样被设计成使得它和振动膜的正面22与壳体10之间的微小空间一起,提供位于电话的有效频率范围外的共振频率。
图1把转换器20表示为布置在不对称电话机的外壳一侧的较小器件,第一和第二连接一起被布置在电话机的中心。这里所示的结构同时也适用于较大的接收器转换器,不过在使用较小的转换器的情况下,该结构特别有利,因为就外壳中转换器的位置来说,可得到较大的自由度,并且如图所示,可相对于接合面33偏移布置转换器,甚至可相对于外壳倾斜布置转换器。
图2表示了上面提及的图1中的声学结构的简化电学等效图。这里转换器20被表示为具有内部声阻RG的发生器,这里内部声阻RG被表示为纯电阻。这里,四个声学连接41,42,43和44分别被表示为由分别串联连接的电阻R1和电感L1,电阻R2和电感L2,电阻R3和电感L3,及电阻R4和电感L4组成。电感代表相应声学连接中的气团,电阻代表相应连接中的摩擦损失。在位于接合面33内侧的区域31中,用户耳朵具有相对于电话机的声负载阻抗,在电学等效图中,声负载阻抗由电阻RL表示。在等效图中,位于壳体10之后,转换器20周围的空间C由电容C代表。
从图2可看出代表四个声学连接的阻抗构成与四个支路耦接,并与作为发生器的转换器20耦接的电桥。空间C和声学连接42及43,尤其是它们的电感L2及L3一起构成两个谐振电路,这两个谐振电路从振动膜的背面23接入,并且在等效图中与声负载RL的相应端部相连。显然,通过适当地确定声学连接42和43的大小,使谐振频率和谐振宽度基本相同,则这些谐振对于声负载RL的影响将相互抵消。其结果是,声输出信号基本上与电话机中的空间C无关。这意味着,例如移动电话不再必须使声学上有效的内部空气体积能够容许泄漏,从而,可以把这些通信装置做得越来越小。
图3示意地表示了移动电话的前壳体10的内侧。这里表示了内径为25毫米的,用于与用户耳朵接合的接合面33。外径为20毫米的接收器转换器20a相对于接合面33被偏移布置。第一和第二声学连接41和42分别位于接合面33的中央,而第四声学连接44被布置在接合面的外侧,但是位于转换器的边缘的内侧。
图4同样示意地表示了具有和图3中相同的,直径为25毫米的接合面33的移动电话的前壳体10的内侧。这里,接收器转换器20b是直径为15毫米的小型转换器,从而图4对应于图1.和图3中同样的方式,第二和第二声学连接41和42分别被布置在接合面33的中央,这里,第四声学连接44也被布置在接合面的外侧,同时位于转换器的边缘的外侧。类似于图1,五壳体10中的开口的连接被加工成位于壳体内侧的凹槽,所述凹槽在双面胶粘带13的下方延伸。
Claims (6)
1. 一种用于个人通信的电声装置,它包括:
外壳,它具有确定所述外壳的内部和外部的壳壁(10,11),
外壳内容纳的,用于产生声信号的电声转换器(20),转换器(20)具有振动膜(21),所述振动膜(21)具有正面(22)和背面(23),所述转换器(20)具有中心,并被布置在壳壁(10)的内部,同时振动膜的正面(22)面对壳壁(10),
其中在外壳的内部和外部之间形成声学连接(41,42,43,44),在外壳的外侧面上,所述声学连接均具有一个开口,并且至少相对于其中一些开口,在外壳的外侧面上,确定用于接合通信装置和用户耳朵(30)的接合面(33),其中声学连接包括:
开始于振动膜的正面(22),并使其开口位于接合面(33)的界限内的第一声学连接(41,L1,R1),
开始于振动膜的背面(23),并使其开口位于接合面(33)的界限内的第二声学连接(42,L2,R2),
开始于振动膜的背面(23),并使其开口位于接合面(33)的界限外的第三声学连接(43,L3,R3),
其特征在于还有
开始于振动膜的正面(22),并使其开口位于接合面(33)的界限外的第四声学连接(44,L4,R4)。
2. 按照权利要求1所述的电声通信装置,其特征在于第一,第二,第三及第四声学连接构成具有四个支路的声桥;其中,
第一(L1,R1)和第四(L4,R4)声学连接分别形成第一和第四阻抗支路,该二者在振动膜的正面(22)连接;
第二(L2,R2)和第三(L3,R3)声学连接分别形成第二和第三阻抗支路,该二者在振动膜的背面(23)连接;
第一(L1,R1)和第二(L2,R2)声学阻抗支路二者在结合面(33)的内侧进行连接;
第三(L3,R3)和第四(L4,R4)声学阻抗支路二者在结合面(33)的外侧进行连接。
3. 按照权利要求1或2所述的电声通信装置,其特征在于转换器的中心相对于用于接合用户耳朵(30)的通信装置接合面的中心,在壳壁(10)的平面中偏移。
4. 按照权利要求1或2所述的电声通信装置,其特征在于外壳包括沿着它们的边缘装配的壳体(10,11),并在这些边缘处形成第三声学连接(43,L3,R3)。
5. 按照权利要求4所述的电声通信装置,其特征在于第三声学连接(43,L3,R3)包括壳体(10,11)之一的边缘中的间断点。
6. 按照权利要求1、2、5中任一项所述的电声通信装置,其特征在于通信装置中的空间(C)构成第二声学连接(42)的一部分,并构成第三声学连接(43)的一部分,第二声学连接(42)和第三声学连接(43)被调整到基本相同的谐振频率和谐振宽度。
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