DE2261122A1 - Hoerteil eines fernsprechhandapparates - Google Patents
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Description
Aktenzeichen der Anmelderin: SZ 971 007
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-
s g
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
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
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 PQ«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 (8)
- PATENTANSPRÜCHEGehäuseanordnung 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.309826/0842SZ 971 007
- 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.309826/0842
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