DK173789B1 - Elektroakustisk kommunikationsenhed - Google Patents

Description

i DK 173789 B1

Opfindelsen angår en elektroakustisk kommunikationsenhed såsom en mobiltelefon og et telefonhåndsæt til anlæg mod en brugers øref men også en hovedtelefon.

5 Især inden for mobiltelefoner er der sket en udvikling i retning af enheder, der både vejer og fylder mindre og mindre. Dette stiller store krav til designere og konstruktører af elektroniske og elektroakustiske komponenter, som her omfatter mikrofon og lydgiver eller receiver 10 transducere. Også disse transducere er i dag tilgængelige i mindre dimensioner end tidligere.

De her anvendte elektroakustiske receiver transducere har en membran til generering af akustiske signaler i form af 15 lyd med frekvenser i det hørbare område. Transduceren er typisk anbragt tæt op ad indersiden af telefonens hus, hvor der er akustiske forbindelser i form af åbninger, hvis form er nøje afstemt til at give den korrekte akustiske impedans og frekvenskarakteristik i anlæg mod bru-20 gerens øre. Membranen bevæger sig og afgiver lyd fra sin forside, og for at transduceren skal kunne fungere tilfredsstillende, er det nødvendigt, at der er et luftvolumen af en vis størrelse tilgængeligt for membranens bagside. Et for lille tilgængeligt luftvolumen for membra-25 nens bagside vil reducere transducerens følsomhed og vil resultere i en frekvenskarakteristik med et uheldigt forløb i form af et dyk (engelsk: notch). Derfor har mobiltelefoner og telefonhåndsæt hidtil nødvendigvis haft et sådant volumen i huset, og størrelsen af dette volumen 30 har hidtil været en begrænsning for deres designere og konstruktører.

Mobiltelefoner og telefonhåndsæt testes for deres akustiske kvalitet ved anvendelse af en øresimulator, der er 35 standardiseret, fx efter IEC 318, IEC 711 eller tilsvarende standarder, som alle tager udgangspunkt i brugssituationen, hvor en bruger holder telefonen eller håndsættet til sit øre. For at sikre reproducerbare målinger gi- DK 173789 B1 2 ver disse standarder forskrifter for øresimulatorens mekaniske struktur og dens akustiske funktion med henblik på bedst muligt at simulere et menneskeligt øre, og det foreskrives, hvordan en test skal gennemføres, herunder 5 hvordan telefonen skal lægges an mod øresimulatoren, og navnlig telefonens præcise placering og orientering i forhold til øresimulatoren. Dette betyder, at på baggrund af standarderne vil man for en given telefon kunne definere telefonens anlægsflade mod øresimulatoren i den 10 standardiserede test, hvilket ifølge standarden vil svare til anlæg mod en brugers øre. I det følgende benyttes udtrykket "flade til anlæg mod en brugers øre" derfor som synonym for kommunikationsenhedens flade til anlæg mod en standardiseret øresimulator, da disse flader ifølge oven-15 stående er identiske. Sådanne standardiserede øresimulatorer er kommercielt tilgængelige fx fra Briiel & Kjær som type 4157, type 4185 og type 4195. Anlægs fladen er typisk et cirkulært område med en diameter på 25 mm, hvor øresimulatoren har en ringformet anlægsflade med diameter 25 20 mm. Inden for øresimulatorens ringformede anlægsflade er der et luftvolumen svarende til volumenet af det menneskelige ydre øre. Dette volumen er øresimulatorens lydindgangsåbning til en mikrofon, hvormed lyden fra telefonen kan registreres.

25

Størrelsen af luftvolumenet i øresimulatorens lydindgang influerer i væsentlig grad på den akustiske belastning af kommunikationsenhedens receiver transducer. En eventuel læk eller utæthed til omgivelserne kan bevirke en betyde-30 lig forøgelse af dette volumen, hvilket giver en signifikant ændring af den akustiske belastning. Ændringer i den akustiske belastning kan være årsag til måleresultater, som ikke korrekt svarer til de akustiske egenskaber hos kommunikat ionsenheden, som, man ønsker at måle. For at 35 opnå korrekte og reproducerbare målinger, som er karakteristiske for kommunikationsenheden, skal kommunikations-enheden derfor slutte tæt til øresimulatorens ringformede anlægsflade.

DK 173789 B1 3

Ved brug vil der være betydelige variationer i graden af tæthed for konununikationsenhedens anlæg mod brugerens øre, hvilket giver større eller mindre akustisk læk til 5 omgivelserne. Sådanne variationer opleves af brugeren som variationer i kommunikationsenhedens lydkvalitet. Dette er uønsket.

Der er følgelig et behov for kommunikationsenheder, der 10 er læktolerante, det vil sige enheder som både giver en oplevet lydkvalitet hos brugeren og måleresultater på en øresimulator, som i videst muligt omfang er uafhængig af utætheder eller lækager i enhedens anlæg mod brugerens øre og mod øresimulatoren.

15

Mobiltelefoner gøres stadig mindre, og telefoner med et meget lille indre luftvolumen vil ikke umiddelbart kunne bringes til at være læktolerante, idet læktolerance kræver, at transduceren har adgang til et vist luftvoluraen 20 bag transduceren. Et stort indre luftvolumen er uønsket, og man kunne alternativt etablere akustiske åbninger fra et lille indre volumen til luften uden for telefonen.

Derved ville transduceren få adgang via det lille indre volumen til et uendeligt stort luftvolumen, og en lækto-25 lerant funktion kunne opnås. En sådan konstruktion vil danne en akustisk resonanskreds bestående af disse akustiske åbningers akustiske induktans og den akustiske ka-pacitans af det lille indre luftvolumen. En sådan resonanskreds vil bevirke, at telefonens frekvensrespons vil 30 få et kraftigt dyk, som uheldigvis vil ligge midt i frekvensområdet og vil være bestemt af åbningernes geometri og det indre luftvolumen.

EP 364 935 beskriver et telefonhåndsæt med en receiver 35 transducer, hvor membranens forside har akustisk forbindelse gennem akustiske åbninger i håndsættet til brugerens øre, og endvidere har membranens forside akustisk forbindelse til det indre hulrum i håndsættet.

DK 173789 B1 4

De 2 815 051 og US 4 239 945 beskriver forskellige hovedtelefoner, hvor der er etableret en akustisk forbindelse mellem membranens forside og dens bagside, hvor denne 5 forbindelse inkluderer volumenet i brugerens ydre øre.

WO 98/24214 beskriver en mobiltelefon, hvor der inden for telefonens flade for anlæg mod en brugers øre er en akustisk forbindelse til membranens forside og en akustisk 10 forbindelse til membranens bagside, hvorved telefonen bliver læktolerant. Receiver transduceren er anbragt excentrisk i forhold til fladen for anlæg mod brugerens øre.

15 Alle de ovennævnte kendte konstruktioner har et betydeligt luftvolumen i huset bag membranen.

Med en kommunikationsenhed ifølge opfindelsen er der etableret fire akustiske forbindelser fra membranen til 20 husets yderside, idet der er to forbindelser fra membranens forside og to forbindelser fra dens bagside, og både forsiden og bagsiden af membranen er via respektive akustiske forbindelser forbundet roed såvel området inden for fladen til anlæg mod en brugers øre, det vil sige til 25 brugerens øre, og med området uden for denne anlægsflade, det vil sige til den omgivende luft. Disse fire akustiske forbindelser udgør de fire grene i en akustisk balancebro med transduceren som generator.

30 Ved at indføre en fjerde akustisk forbindelse mellem forsiden af transducerens membran og luften uden for kommunikationsenheden opnås, at enheden kan konstrueres med et lille indre luftvolumen, idet virkningen af den akustiske resonanskreds i vid udstrækning kan udbalanceres. Prin-35 cippet er, at en lækage i anlægget mod brugerens øre vil via forbindelsen til membranens forside bidrage til et dyk i frekvensresponsen, mens virkningen via forbindelsen til membranens bagside vil være en tilsvarende hævning af DK 173789 B1 5 frekvensresponsen ved samme frekvens. Denne kompensation vil i høj grad være uafhængig af lækagens størrelse.

Der er således etableret en akustisk balancebro. Dykket i 5 frekvensrespons kurven vil variere i frekvens fra telefon til telefon på grund af tolerancer i forbindelserne til luften uden for telefonen, men virkningen af den akustiske balancebro er, at lækagevariationer vil give ændringer i to af broens grene, og det er her samme akustiske 10 resonanskreds, der indgår i begge de grene af broen, som påvirkes, hvorved variationer i både frekvens og amplitude udbalanceres, og broen stadig vil være i balance.

Denne konfiguration, hvor både membranens forside og dens 15 bagside har akustisk forbindelse både til brugerens øre og til den omgivende luft, er særlig hensigtsmæssig, idet det herved bliver muligt at reducere det indre luftvolumen i telefonen bag transducerens membran til en størrelse, der i praksis er uden betydning for telefonens stør-20 relse. Det lille volumen bevirker uundgåeligt en relativt skarp resonans, det vil sige med relativt stor amplitudevariation i et relativt snævert frekvensområde, men ifølge ovenstående vil variationer i både frekvens og amplitude være udbalanceret.

25

Ved brug vil der være variationer i graden af tæthed for kommunikationsenhedens anlæg mod brugerens øre. Disse variationer opstår hos den enkelte bruger fra gang til gang, og der vil også kunne være betydelige variationer 30 fra den ene bruger til den anden. Med opfindelsen får disse variationer kun i ringe grad få indflydelse på frekvenskarakteristikken, fordi både membranens forside og dens bagside har forbindelse med denne variable grad af tæthed, som derved indgår i to grene af den akustiske 35 bro.

DK 173789 B1 6

Med opfindelsen er det altså muligt at konstruere en kommunikationsenhed, som både er læktolerant, og som kun har et ganske lille indre luftvolumen.

5 Mobiltelefoner og telefonhåndsæt har oftest et hus bestående af to skaller, der er samlede langs deres kanter.

Denne samling vil være mere eller mindre tæt, og det vil under alle omstændigheder være vanskeligt og bekosteligt at gøre den helt tæt. Ifølge opfindelsen kan den akusti-10 ske forbindelse mellem transducermembranens bagside og den omgivende luft med fordel udføres i relation til denne samling, og den kan endda være udformet som en diskontinuitet i form af et hak i en af skallernes kanter ved samlingen. Eventuelle utætheder i samlingen mellem skal-15 lerne uden for denne diskontinuitet indgår som en del af denne akustiske forbindelse, og variationer i utætheden bliver i vid udstrækning kompenseret ved opfindelsen.

I det følgende beskrives en foretrukken udførelsesform 20 for opfindelsen med henvisning til tegningen, hvor figur 1 viser et tværsnit af en kommunikationsenhed ifølge opfindelsen, 25 figur 2 viser et simplificeret elektrisk ækvivalensdiagram for den akustiske konstruktion i figur 1, figur 3 viser skematisk placeringen af en forholdsvis stor receiver transducer i en kommunikationsenhed ifølge 30 opfindelsen, og figur 4 viser skematisk placeringen af en forholdsvis lille receiver transducer i en kommunikationsenhed ifølge opfindelsen.

Figur 1 viser et tværsnit af en mobiltelefon, der har et hus bestående af to skaller, en forreste skal 10 og en bagerste skal 11. I huset er der et trykt kredsløbskort 35 DK 173789 B1 7 12, hvorpå der er monteret elektroniske komponenter, som er antydet med skravering. En skematisk vist receiver transducer 20 er monteret på indersiden af den forreste skal 10, fx ved hjælp af dobbeltsidigt klæbende tape 13, 5 som giver et akustisk tæt forsegling. Transduceren har en skematisk vist membran 21 med en forside 22 og en bagside 23, hvorpå der er monteret en spole, som på kendt måde bærer en spole i et magnetfelt, så membranen på kendt måde kan omsætte elektriske signaler til akustiske signa-10 ler. Membranens forside 22 vender mod den forreste skal 10, og membranens bagside vende ind mod det indre af te-, lefonen. I figur 1 er der vist et volumen C omkring transduceren 20 bag skallen 10.

15 I figur 1 er der med punkteret streg antydet en øresimulator 30, og telefonen er her vist skematisk i en standardiseret testposition i forhold til øresimulatoren. Telefonen ligger herved an mod øresiroulatoren med en anlægsflade 33, der afgrænser et område 31 inden for an-20 lægsfladen 33 og et område 32 uden for anlægsfladen 3, således at disse to områder er adskilt fra hinanden.

Fra forsiden 22 af transducerens membran er der en første akustisk forbindelse 41 til området 31 inden for anlægs-25 fladen 33. Denne første forbindelse 41 er den primære akustiske forbindelse fra membranen 21 til brugerens øre.

Mellem membranens forside 22 og skallen 10 er der et lille volumen, som er designet til at være så lille som muligt, så det sammen med den akustiske induktans i giver 30 en resonansfrekvens, der ligger uden for telefonens aktive frekvensområde og derved ikke influerer på lydkvaliteten men blot fungerer som en kort transmissionslinie til brugerens øre.

35 Fra bagsiden 23 af transducerens membran er der gennem volumenet C en anden akustisk forbindelse 42 til området 31 inden for anlægsfladen 33. Den første og den anden akustiske forbindelse 41 henholdsvis 42 forbinder altså DK 173789 B1 8 henholdsvis membranens forside 22 og dens bagside 23 med området 31, der repræsenterer indgangsåbningen til en øresimulator og indgangsåbningen til en brugers øre.

5 Telefonen har en tredje akustisk forbindelse 43 fra bagsiden 23 af transducerens membran og der gennem volumenet C til området 32 uden for anlægsfladen 33. Denne forbindelse går i den viste udførelsesform gennem en åbning mellem telefonens to skaller 10 og 11, men den kan også 10 være udformet som en separat åbning i blot den ene af skallerne.

En fjerde akustisk forbindelse 44 forbinder forsiden 22 af transducerens membran med området 32 uden for anlægs-15 fladen 33. Også den fjerde forbindelse 44 er designet sådan, at den - ligesom den første forbindelse 41 - sammen med det lille volumen mellem membranens forside 22 og skallen 10 giver en resonansfrekvens, der ligger uden for telefonens aktive frekvensområde.

20

Figur 1 viser transduceren 20 som en forholdsvis lille enhed anbragt i den ene side af telefonens hus, det vil sige asymmetrisk, hvor den første og den anden forbindelse tilsammen er arrangeret ved midten af telefonen. Den 25 her viste konstruktion er også anvendelig sammen med forholdsvis store receiver transducere, men især ved anvendelse af små transducere er konstruktionen hensigtsmæssig, idet der opnås stor frihed ved transducerens placering i huset, og transduceren kan som vist anbringes for-30 skudt i forhold til anlægsfladen 33, og den kan endog anbringes skråtstillet i forhold til huset.

I figur 2 er der vist et simplificeret elektrisk ækvivalensdiagram for den ovenfor omtalte akustiske konstrukti-35 on i figur 1. Transduceren 20 er her vist som en generator med en indre akustisk impedans RG, der her er vist som en ren resistans. Hver af de fire akustiske forbindelser 41, 42, 43 og 44 er her vist bestående af en in- DK 173789 B1 9 duktans LI, L2, L3 henholdsvis L4 i serie med en resistans RI, R2, R3 henholdsvis R4. Induktanserne repræsenterer luftmasser i de respektive akustiske forbindelser, og resistanserne repræsenterer friktionstab i forbindel-5 seme. I området 31 inden for anlægs fladen 33 har brugerens øre en akustisk belastningsimpedans for telefonen, der i det elektriske ækvivalensdiagram er repræsenteret ved en resistans RL. Volumenet C omkring transduceren 20 bag skallen 10 er i ækvivalensdiagrammet repræsenteret 10 ved en kapacitans C.

Det ses af figur 2, at impedanserne, der repræsenterer de fire akustiske forbindelser, udgør en brokobling med fire grene og med transduceren 20 som generator. Volumenet c 15 danner sammen med de akustiske forbindelser 42 og 43 og især disses induktanser L2 og L3 to resonanskredse, som begge fødes fra membranens bagside 23, og i ækvivalensdi-agrammet er forbundet til hver sin ende af den akustiske belastning RL. Det er klart, at ved passende dimensione-20 ring af de akustiske forbindelser 42 og 43 til hovedsagelig samme resonansfrekvens og resonansbredde vil disse resonansers virkning på af den akustiske belastning RL ophæve hinanden. Der opnås herved, at det akustiske udgangssignal i det væsentlige bliver uafhængigt af volume-25 net C i telefonen. Dette betyder, at fx mobiltelefoner ikke længere behøver have et akustisk virksomt indre luftvolumen for at være læktolerante, og hermed kan disse kommunikationsenheder gøres endnu mindre.

30 I figur 3 er skematisk vist indersiden af den forreste skal 10 af en mobiltelefon. Fladen 33 for anlæg mod en brugers øre er her vist med sin indre diameter 25 mm. En receiver transducer 20a med ydre diameter 20 mm er anbragt forskudt i forhold til anlægsfladen 33. Den første 35 og den anden akustiske forbindelse 41 henholdsvis 42 er vist beliggende omkring centrum for anlægsfladen 33, mens den fjerde akustiske forbindelse 44 ligger uden for anlægsfladen men inden for transducerens periferi.

DK 173789 B1 10 I figur 4 er ligeledes skematisk vist indersiden af den forreste skal 10 af en mobiltelefon med samme anlægsflade 33 med diameter 25 mm som i figur 3. Receiver transduce-5 ren 20b er her en mindre model med diameter 15 mm, som således svarer til figur 1. Den første og den anden aku stiske forbindelse 41 henholdsvis 42 er på samme måde som i figur 3 vist beliggende omkring centrum for anlægsfladen 33, ligesom den fjerde akustiske forbindelse 44 også 10 her ligger uden for anlægsfladen men her uden for trans ducerens periferi. Forbindelsen til åbningen i skallen 10 er som i figur 1 udformet som en fordybning eller rille i indersiden af skallen 10, hvor rillen fører under den dobbeltsidigt klæbende tape 13.

15

Claims (7)

1. Elektroakustisk kommunikationsenhed omfattende 5 et hus med en væg (10, 11), der definerer en inderside og en yderside af huset, og en elektroakustisk transducer (20), som til generering af akustiske signaler har en membran (21) med en 10 forside (22) og en bagside (23), hvor transduceren (20) har et midtpunkt og er anbragt på indersiden af væggen (10) og med membranens forside (22) vendende mod væggen (10), 15 hvor der er akustiske forbindelser (41, 42, 43, 44) mellem husets inderside og yderside, og i relation til de akustiske forbindelser på husets yderside er defineret en flade (33) til anlæg af kommunikationsenheden mod en brugers øre (30), og hvor de akustiske forbindelser omfatter 20 en første akustisk forbindelse (41, LI, RI) mellem membranens forside (22) og et område (31) inden for anlægsfladen (33), 25. en anden akustisk forbindelse (42, L2, R2) mellem membranens bagside (23) og området (31) inden for anlægsfladen (33), en tredje akustisk forbindelse (43, L3, R3) mellem 30 membranens bagside (23) og et område (32) uden for anlægsfladen (33), DK 173789 B1 kendetegnet ved, at der endvidere er en fjerde akustisk forbindelse (44, L4, R4) mellem membranens forside (22) og området (32) uden for an-5 lægsfladen (33).

2. Kommunikationsenhed ifølge krav 1 kende tegnet ved, at den første, anden, tredje og fjerde akustiske forbindelse danner en akustisk bro med fire 10 grene.

3. Kommunikationsenhed ifølge krav 1-2 kendetegnet ved, at den første, anden, tredje og fjerde akustiske forbindelse har akustiske impedanser (LI,

15 RI; L2, R2; L3, R3; L4, R4), der er tilpasset til opnåelse af en ønsket frekvenskarakteristik for kommunikations-enheden i anlæg mod brugerens øre (30).

4. Kommunikationsenhed ifølge krav 3 kende- 20 tegnet ved, at de akustiske impedanser er tilpasset således, at frekvenskarakteristikken i det væsentlige er uafhængig af graden af tæthed for kommunikationsenheden i anlæg mod brugerens øre (30).

5. Kommunikationsenhed ifølge krav 1-4 kendetegnet ved, at transducerens midtpunkt er for skudt i væggens (10) plan i forhold til midtpunktet for kommunikationsenhedens flade (33) for anlæg mod brugerens øre (30). 1 30 Kommunikationsenhed ifølge krav 1-5 kendetegnet ved, at huset omfatter to skaller (10, DK 173789 B1 11), der er samlede langs deres kanter, og at den tredje akustiske forbindelse (43, L3, R3) er udført ved disse kanter.

7. Kommunikationsenhed ifølge krav 6 kende tegnet ved, at den tredje akustiske forbindelse (43, L3, R3) omfatter en diskontinuitet i en kant af en af skallerne (10, 11) . 10