DE2261122A1

DE2261122A1 - Hoerteil eines fernsprechhandapparates

Info

Publication number: DE2261122A1
Application number: DE2261122A
Authority: DE
Inventors: Werner Baechtold
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-12-20
Filing date: 1972-12-14
Publication date: 1973-06-28
Also published as: CH528197A; CA971269A; DE2261122B2; AR199283A1; SE379913B; JPS4870527A; NL7217053A; ES408646A1; IT972509B; AU465715B2; US3819879A; BR7208943D0; GB1363550A; AU4972672A

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: SZ 971 007

Hörteil eines Fernsprechhandapparates

Die Erfindung betrifft eine Gehäuseanordnung mit einem elektroakustischen Wandler, insbesondere den Hörteil eines Fernsprechhandapparates , sowie einen Absorptionsresonator in der Gehäuseanordnung.

Bei der Nachrichtenübertragung benutzt man heute mehr und mehr die Pulsecodemodulation (PCM), weil sich hierbei eine Reihe von Vorteilen ergeben, so u.a. optimale Ausnutzung von Kanalkapazitäten, vermehrte Benutzung integrierter Schaltkreise, die sich in großen Mengen billig herstellen lassen, gute Eignung für Fehlerprüfung und -korrektur, einfachste Integrierung von Datenübertragung, Sprachübertragung, Bildübertragung.

Sprachsignale werden zur Umwandlung in PCM-Codierung abgetastet, und zwar mit einer Frequenz, die etwas mehr als das Doppelte der Frequenz beträgt, die man bei der übertragung als obere Grenzfrequenz bewahren möchte (f > 2f ). Jeder Abtastwert wird co-

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diert, übertragen und empfangsseitig wieder in einen Analogwert zurückverwaridelt. Das Empfänger-Sprachsignal wird also aus Teilsignalen zusammengesetzt, die auch mit der Abtastfrequenz anfallen. ."I..,

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Würde der Frequenzbereich des gesendeten und empfangenen Signals nicht beschnitten, dann wäre das gefaltete SprachSpektrum im Frequenzbereich bis zur Abtastfrequenz im Empfänger-Signal vertreten und würde sich als störendes Geräusch unangenehm bemerkbar machen.

Um diesen Effekt zu eliminieren, hat man bei Geräten für PCM-Sprachübertragung bisher sowohl für die Absende- als auch für die Empfängerfunktion elektrische Filter eingebaut, die einen Tiefpaß darstellen, dessen Grenzfrequenz zwischen der gewünschten Sprach-Grenzfreguenz von meist 3400 Hz und der halben Abtastfrequenz (z.B. f /2 - 4000 Hz) liegt. Hierdurch wird das durch die Faltung hervorgerufene Störgeräusch im Sprachsignal wirksam unterdrückt.

Die elektrische Filterung hat den großen Nachteil, daß sie relativ teuer ist, besonders wegen der Induktivitäten, die in integrierter Schaltungstechnxk ohnehin nicht herstellbar sind.

Ein Einbau von solchen Filtern in alle Fernsprechapparate ist deshalb nicht wirtschaftlich, so daß die PCM-Codierung auf die übertragung zwischen Zentralstellen (Knotenämtern) beschränkt würde.

Es ist bereits bekannt, den Frequenzgang bei Mikrotelefonen dadurch zu verändern, daß man den elektro-akustischen Wandlern (Mikrofon, Hörer) oder den sie umgebenden Hohlräumen im gesamten eine besondere Form gibt. Dies gilt vor allem für eine Ausdehnung oder Einschränkung des Frequenzbereichs, oder für eine Glättung des Frequenzverlaufs im gewünschten Übertragungsbereich, also Kompensation von Resonanzwirkungen.

Aus der schweizerischen Patentschrift 395 192 ist ein elektroakustischer Wandler bekannt, in dem zur Dämpfung von unerwünschten Resonanzspitzen im Frequenzbereich Absorptions-Resonatoren vorgesehen sind. Diese Resonatoren sind mit dem Schallraum hinter der Membrane gekoppelt. Zur Vermeidung von Resonanz-

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stellen am oberen Ende des Frequenzbereiches sind zwei akustische Pfeifen mit je einer Eintritts- und einer Austrittsöffnu'ng vorgesehen. Die Längen der beiden Pfeifen-Resonatoren sind so gewählt, daß sie der halben Wellenlänge von unerwünschten Resonanzfrequenzen des Wandlers entsprechen.

Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß nur ein Teil der Schallenergie vor der Membrane ■ in-"die beiden öffnungen der Pfeifen eingekoppelt wird. Aus diesem Grunde ist die beschriebene Anordnung nicht sehr wirkungsvoll. Außerdem sind die Konstruktionsmöglichkeiten dadurch begrenzt, daß die Länge der beiden Pfeifen vorgegeben ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Gehäuseanordnung mit einem elektroakustischen Wandler, insbesondere in einem Hörteil eines Fernsprechhandapparates einen wirkungsvollen und leicht herstellbaren akustischen Absorptionsresonator anzugeben.

Diese Aufgabe Wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die von der Membrane des Wandlers erzeugte Schallenergie über eine oder mehrere öffnungen in der Wandlerkapsel und einen schmalen Spalt zwischen Kapsel und Gehäusedeckel' mit einer kammerförmigen Vertiefung im Gehäusedeckel gekoppelt ist.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß"der gesamte Schallfluß durch den Resonator beeinflußt wirdi Außerdem ist der Gehäusedeckel nach der;vorliegenden Erfindung, insbesondere in der Form einer Hörmuschel .für einen Telefonhandapparat leicht herstellbar, wobei zur Erzeugung des Resonatorraumes kein eigener Fertigungsgang erforderlich ist, da bereits die Form ddes Gehäusedeckels den Resonatorraum enthält. .. '

Auch liegt ein Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, daß sie ohne weiteres bei· der Erzeugung von Gehäusedeckeln für'TYTikrofone und für Kopfhörer Verwendung-.-finden kann.

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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Fig. IA die schematische Darstellung einer herkömmlichen Hörer-Gehäuseanordnung mit einem elektroakustisehen Wandler in einem Fernsprech-Handapparat;

Fig. IB das elektrische Ersatzschaltbild der Gehäuseanordnung nach Fig. IA;

Fig. 2A eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Gehäuseanordnung mit einem elektroakustischen Wandler in einem Fernsprech-Handapparat;

Fig. 2B das elektrische Ersatzschaltbild der Gehäuseanordnung nach Fig. 2A;

Fig. 3A einen erfindungsgemäßen Hörteil;

Fig. 3B eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hörteils;

Fig. 4 den gemessenen Frequenzverlauf am Telefonhörer

für eine herkömmliche und für eine erfindungsgemäße HÖrteil-Gehäuseanordnung.

Ein Schnitt durch eine herkömmliche Gehäuseanordnung für eine
Telefon-Hörkapsel ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Die Membrane 11 befindet sich in einer Kapsel 13, welche ihrerseits
durch einen Gehäusedeckel 15 festgehalten und mechanisch geschützt wird. Vor der Membrane befindet sich eine Luftkammer 17, die durch die Wand 19 abgeschlossen wird. In dieser Wand befinden

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sich ein oder mehrere Durchtrittsöffnungen 21. Durch den Deckel 15 wird vor der Kapsel 13 eine weitere Luftkammer 23 gebildet, die durch eine oder mehrere öffnungen 25 mit der Außenluft in Verbindung steht.

Fig. IB ist das elektrische Ersatzschaltbild der eben beschriebenen Anordnung. Die Kammern 17 und 23 sind akustische Federungswiderstände, dargestellt durch die Kapazitäten 17' und 23'; die öffnungen 21 und 25 sind akustische Massen, dargestellt durch die Induktivitäten 21· und 25'.

Durch die geeignete Formgebung der Kammern hat man einen gleichmäßigen Frequenzgang im üblichen Bereich (O...34OO Hz) zu erreichen versucht. Im Bereich nahe oberhalb der Grenzfrequenz ist der Abfall der Kurve jedoch nicht beliebig steil. Infolgedessen wird von dem Störgeräusch im Frequenzbereich oberhalb der halben Abtastfrequenz bei den bisher benutzten Anordnungen ein erheblicher Teil wiedergegeben.

Hier bringt die in Fig. 2A schematisch gezeigte erfindungsgemäße Gehäuseanordnung eine erhebliche Verbesserung. Der Wandler hat eine Membrane 27, und ist in einer Kapsel 29 eingeschlossen. Die Hörkapsel in Fig. 2A ist praktisch gleich der in Fig. IA gezeigten. Die Kapsel wird von einem Gehäusedeckel 31 gehalten und geschützt, dessen äußere Form auch praktisch gleich derjenigen des Deckels 15 von Fig. IA ist.

Zwischen Membran 27 und Wand 35 befindet sich eine Kammer 33, und die Wand 35 weist Durchtrittsöffnungen 37 auf. Auch dies entspricht der in Fig. IA gezeigten Anordnung, wobei in Fig. 2A die Anordnung der Durchtrittsöffnungen anders ist,, als in Fig. IA.

Der wesentliche Unterschied besteht in der Gestaltung der Innenseite des Deckels 31. Es wird zwar auch hier eine Kammer 43 und eine oder mehrere Austrittsöffnungen 45 vorgesehen, durch welche

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die Verbindung zur Außenluft besteht. Zusätzlich aber ist eine oder mehrere geschlossene Kammern 49 vorgesehen, die über eine schmale Öffnung 47 mit der allgemeinen Kammer 43 in Verbindung stehen. Die Kammer 49 stellt einen Helmholtz-Resonator dar, der gerade so dimensioniert ist, daß seine Resonanzfrequenz der halben PCM-Abtastfreguenz entspricht. Helmholtz-Resonatoren können eine hohe Güte aufweisen, was hier besonders vorteilhaft ist, weil der Abfall des Frequenzganges bei der oberen Grenzfrequenz sehr steil sein muß, um den Durchlaßbereich möglichst nicht zu beeinflussen.

Das elektrische Ersatzschaltbild des Ausführungsbeispiels der Erfindung ist in Fig. 2B dargestellt. Den Kammern 33, 43, 49, welche als akustische Federungswiderstände wirken, entsprechen die Kapazitäten 33', 43' und 49', und die Öffnungen 37", 41, 45, 47 sind wegen ihrer Massenwirkung als Induktivitäten 37', 41', 45' und 47' gezeigt. In Fig. 2B sieht man deutlich, daß der Helmholtz-Resonator als Saugkreis oder Nebenschluß für eine bestimmte Frequenz wirkt.

Der Helmholtz-Resonator kann in den üblichen, den oben beschriebenen Deckeln 15 bzw. 31 entsprechenden Kunststoffhörmuscheln von Hörkapseln sehr einfach verwirklicht werden. Ein Beispiel ist in Fig. 3A gezeigt. Die Hörkapsel ist mit 51, die Hörmuschel mit 53 bezeichnet. Von der Hörkapsel ist hier nur noch das Kapselgehäuse, nicht mehr der Inhalt (Membrane etc.) gezeigt. Die Hörkapsel hat eine obere Abschlußwand 55 mit Öffnungen 57 entsprechend Wand 35 und Öffnungen 37 in der Schemadarstellung der Fig. 2A. Der Schallfluß gelangt durch den Hohlraum 61 (entsprechend Kammer 43 in Fig. 2A) und die Öffnungen 63 des Kunststoffdeckels (entsprechend Öffnung 45 in Fig. 2A) an das Ohr.

Durch die ringförmige Erhöhung 59 wird ein schmaler Spalt 65 und eine damit verbundene, durch eine andere ringförmige Erhöhung 69 abgeschlossene ringförmige, kammerartige Vertiefung 67 gebildet, die zusammen als Helmholtz-Resonator wirken (entsprechend

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den Teilen 47 und 49 in Fig. 2A). Es liegt auf der Hand, daß solche erfindungsgemäße Hörmuscheln mit dem gleichen Aufwand wie die bisher benutzten Deckel in großen Mengen einfach hergestellt werden körinen. Es ist lediglich eine einmalige Änderung der Abmessungen, evtl. auch für die benutzten Hörkapseln nötig.

Fig. 3B zeigt eine andere Ausfuhrungsform des Hörteils. Die den Raumelementen in Fig. 3Ä entsprechenden Elemente wurden in Fig. 3B mit den gleichen, jedoch mit einem Strich versehenen Bezugszeichen bezeichnet.

Der Querschnitt der ringförmigen Vertiefung 67' der Hörmuschel ist nicht rechteckig wie in Fig. 3A, sondern trapezoidförmig. Der Spalt 65' reicht sowohl in die Vertiefung 67' hinein als auch unter die Schallaustrittsöffnung 63".

Die Dimensionierung des Helmholtz-Resonators erfolgt nach bekannten Regeln, die im folgenden kurz wiedergegeben sind:

Resonanzfrequenz: f

'' ' ni-i ι ■ ι "¹I mi ι ri' ■ 3TÖ S

Akustische Masse: #L =.^—k—

wobei

Luftdichte g ·= 1.18 kg/m

Länge der öffnung SL = wählbar Querschnitt der öffnung F = wählbar

Akustischer Federungswiderstand:

Ή γ · P

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wobei

Volumen der Kammer V= wählbar Verhältnis der spezifischen Wärme des Gases bei konstantem Druck zur spezifischen Wärme bei konstantem Volumen γ = 1,4 (für Luft) Luftdruck P_Q«1O⁵ N/m²

um dem Helmholtz-Resonator eine Resonanzfrequenz von zu geben, kann man folgende Abmessungen wählen:

2 Querschnitt der öffnung F = 25 mm

Länge der öffnung Jl = 2 mm

2 Kammer-Volurneη V= 2,4 cm

In Fig. 4 ist der Freguenzverlauf eines Telefonhörers für zwei verschiedene Gehäuseanordnungen gezeigt:

A = mit einer der bisher benutzten Hörmuscheln; B = mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Hörmuschel.

Die Kurven wurden mit Hilfe eines künstlichen Ohres gemessen. Der Unterschied zwischen dem Wert bei der Grenzfrequenz (ca. 3400 Hz) und dem Wert bei einer um 1 KHz höheren Frequenz kann mit Hilfe der Erfindung um ca. 15 dB vergrößert werden.

Die Erfindung ermöglicht es also, mit sehr einfachen Mitteln durch akustische Filterung das bei PCM-Übertragung infolge der Faltung entstehende Störgeräusch stark zu vermindern. Durch Wegfall der elektrischen Filter wird der gerätemäßige Aufwand für eine PCM-Übertragung, die möglichst bis zu den Endgeräten, d.h. auch bis zu den Fernsprechapparaten gehen soll, verkleinert.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Gehäuseanordnung mit einem elektroaktustischen Wandler, insbesondere Hörteil eines Fernsprechhandapparates, sowie Absorptionsresonator in der Gehäuseanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Membrane des Wandlers erzeugte Schallenergie über eine oder mehrere öffnungen (57, 57") in der Wandlerkapsel (51) und einen schmalen. Spalt (65, 65') zwischen Kapsel und Gehäusedeckel (53) mit einer kammerförmigen Tiefung (67, 67¹) im Gehäusedeckel gekoppelt ist.
2. Gehäuseanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (67, 67').und der Spalt (65) des, Resonators ringförmig ausgebildet sind.
3. Gehäuseanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (67, 67') und der Spalt (65) des Helmholtz-Resonators als konzentrische Ringe ausgebildet sind.
4. Gehäuseanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator in einem kreisrunden Deckel (53), welcher die Kapsel (51) mit dem elektroakustischen Wandler in ihrer Lage festhält, durch zwei ringförmige Erhöhungen (59, 69) und eine dazwischenliegende ringförmige Nut (67, 67') gebildet wird, wobei die äußere ringförmige Erhöhung (69) so ausgebildet ist, daß sie auf der Wandlerkapsel (51) fest aufliegt, derart, daß zwischen der inneren ringförmigen Erhöhung (59) und der Kapsel (51) ein schmaler ringförmiger Kanal (65) freibleibt, der die öffnung des Resonators bildet, und durch die ringförmige Nut (67) eine Hohlraumkammer für den Resonator gebildet wird.

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5. Gehäuseanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innere ringförmige Erhöhung (59) so ausgebildet ist, daß sie gegenüber den Durchtrittsöffnungen (57, 57') des Kapselgehäuses (55) des elektroaktustischen Wandlers zu liegen kommt.
6. Gehäuseanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Vertiefung (67, Fig. 3A) rechteckig ausgebildet ist.
7. Gehäuseanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Vertiefung (67¹, Fig. 3B) trapezoidförmig ausgebildet ist.
8. Gehäuseanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (57, 57') in unmittelbarer Nähe der Vertiefung, (67, 67') angebracht sind.

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