BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kehlkopfmikrophon gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Klangfarbe der menschlichen Stimme lässt sich nicht nur nach ihren akustischen Komponenten, sondern auch nach dem Ort ihrer Ausprägung und nach den Entstehungsmodalitäten beschreiben. Im Kehlkopf wird ein Schall erzeugt, der sich auf dem Grundton aufbaut. Dieser primäre Kehlkopfklang, der aus gleichmässigen Frequenzen besteht, muss nun, je nach Sprachlaute, resonatorisch umformt werden, d.h. bestimmte Teiltöne des Primärklanges werden durch Resonanz verstärkt, andere in ihrer Intensität abgeschwächt. Die Bildung der Klangfarbe im Bereich des stimmbildenden Teils des Kehlkopfes (Glottis) hängt dabei vom Schwingungsverhalten der Stimmbänder ab. Konstitutionelle Eigenschaften wie Länge und Dicke der Stimmbänder, das Verhalten ihrer muskulären und bindgewebigen Anteile zueinander bilden hierfür die Grundläge.
Dabei ist selbstverständlich zu berücksichtigen, dass für die Physiologie bei der Bildung von Sprachlauten noch andere Organe oberhalb des stimmbildenden Teils des Kehlkopfes im Bereich der Mund-, Nasen- und Rachenhöhle daran beteiligt sind. Beispielsweise beim Aussprechen von Vokalen wird der im Kehlkopf erzeugte Primärklang resonatorisch überformt. Der zunächst indifferente Primärklang erfährt also vorweg eine an sich weichenstellende erste Differenzierung. Die eigentliche Klangfarbe ist indessen von der Einstellung der oralen Sprachorgane, vor allem von Zunge, Lippen, Unterkiefer und Gaumensegel abhängig, wodurch eine mikrophonische Wiedergabe solcher Sprachlänge ab Lippen von einer maximal strukturierten Phonetik ausgehen kann.
Anders verhält es sich, wenn die Wiedergabe der Laute aus irgendeinem Grund ab Kehlkopf geschehen muss. Bei stimmgesunden Personen entsprechen Schwingungen geringer Amplitude und kurzer Schlussphase einfacheren Klängen mit wenig hohen Frequenztönen, d.h., der mittlere Anteil der hohen Frequenztöne bei diesen Lauten ab Kehlkopf beträgt 20%; demgegenüber ist also der Anteil der tiefen Frequenztöne ca. 80%.
Kommt hinzu, dass die physiologischen Komponenten an Geräuschanteilen vom Kehlkopf aus bei normaler Sprachstärke relativ hoch sind.
Zwar lassen sich durch Steigerung der Stimmstärke anhand einer Erhöhung des aspiratorischen Druckes die Anteile der hohen Frequenzen bei den einzelnen Lauten erhöhen und die Geräuschanteile reduzieren. Allein ist eine solche Differenzierung der Sprachklangfarbe ab Kehlkopf sehr mühsam und nur ausnahmsweise dem Sprechenden zuzumuten.
Dort wo Sprechmikrophone, die in einem gewissen Abstand zu den Lippen optimale Wiedergabe ermöglichen, nicht einsatzfähig sind, sei es, dass sie die Bewegungsfreiheit des Sprechenden einschränken (vornehmlich bei Konferenzteilnehmern oder beispielsweise bei Piloten, insbesondere Luftwaffenpiloten etc.), sei es, dass durch äussere Einflüsse die Kommunikationsübertragung ungenügend erstellt werden kann, muss auf Mikrophone ausgewichen werden, welche die Laute ab Kehlkopf abzunehmen und wiedergeben vermögen. Herkömmliche Kehlkopfmikrophone sind konventionell aufgebaut, d.h., die Umwandlung der Schallenergie in elektrische Energie geschieht mittels bekannter Schallwandler, vornehmlich elektroakustischer Wandler, deren Tonwiedergabe alle Frequenzschattierungen enthält.
Dass eine solche Wiedergabe bei Kehlkopfmikrophonen sich als unbrauchbar erweist, hängt mit den grossen Anteilen an tiefen Frequenzen, welche die Membrane des Wandlers maximal dehnen und damit einen hohen Signalpegel an tiefen Frequenzklängen verursachen. Des weiteren muss man mit negativen Klanginterferenzen rechnen, die von den physiologischen Geräuschanteilen des Kehlkopfklanges ausgehen. Unbrauchbar muss demnach in dem Sinne verstanden werden, als die Rezeption des Gesprochenen ab Kehlkopf eine mühsame ist, gepaart mit den dort entstehenden physiologischen Geräuschanteilen kann die Verständigung bisweilen zum Erliegen kommen, insbesondere dann, wenn einzelne Laute durch einen kleinsten Anteil an hohen Frequenztönen charakterisiert sind.
Quantitativ betrachtet ist davon auszugehen, dass 80% der Kehlkopffrequenztöne im Bereich zwischen 20-500 Hz liegen, also an sich nicht a priori völlig unverständlich. Da aber diese tiefen Frequenztöne und die eben auch noch vorhandenen Geräuschanteile die verbliebenen hohen Frequenztöne bei der Umwandlung überlappen und verzerren, kommt es bis zu einem Frequenzbereich von vielleicht 1000 Hz zu einer unsauberen Wiedergabe, gekennzeichnet durch eine unterschwellige brummende Tonkulisse, welche eine qualitative Rezeption verunmöglicht.
Um Remedur hierfür zu schaffen, weicht man auf Hilfsvorrichtungen aus, welche die tiefen Frequenztöne zu umwandeln oder auszufiltern vermögen, oder Einfluss auf die wenigen hohen Frequenztöne ausüben, dergestalt, dass diese beispielsweise elektronisch akzentuiert werden.
Hierzu ist zum Beispiel aus der Druckschrift CH-607 524 ein elektroakustischer Tieftonumwandler bekannt, der vorzugsweise Töne im Frequenzbereich von 0-500 Hz wiedergeben vermag.
Der dort beschriebene elektroakustischer Tieftonumwandler weist mehrere, parallele, abwechselnd angeordnete feste und bewegliche Membranen, die zusammen mehrere Lufträume mit jeweils einer offenen Seite in entgegengesetzter Richtung zueinander bilden. Danebst sind Mittel, beispielsweise Schwingstäbe vorgesehen, um die beweglichen Membranen abwechselnd von und gegen die festen Membranen zu bewegen. Das Problem, die längsgerichtete Resonanz zu dämpfen, wird gelöst, indem Endstücke aus einem elastischen Material mit genügend viskoser Eigenschaft vorgesehen werden, welche zwischen den Enden der Schwingstäbe, der Peripherie der Schwingspule und der oberen Abschlussplatte plaziert sind.
Allein aus diesem Aufbau ist ersichtlich, dass eine solche Lösung für ein Kehlkopfmikrophon zu kompliziert, zu unförmig, um in ein Kehlkopf mikrophon integriert zu werden, und an sich für die spezifische Gebrauchsweise eines solchen Mikrophons zu anfällig ist, abgesehen davon, dass eine solche Lösung für die hier im Mittelpunkt stehende Anwendungsmöglichkeit unwirtschaftlich wäre.
Auch ein Eingreifen auf die hohen Frequenztöne durch Akzentuierung deren Spitzen bedarf eines grossen Aufwandes.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Kehlkopfmikrophon der eingangs genannten Art einen Resonator vorzusehen, der durch das natürliche Vermögen charakterisiert ist, die tiefen Frequenztöne und die Geräuschanteile auszufiltern, dergestalt, dass nur noch die hohen Frequenztöne unverfälscht und mit maximierter Spannungshöhe durchkommen.
Dies um eine Tonqualität zu erzielen, die sich mit den besten heute bekannten Mikrophonen für die Kommunikationsübertragung durch nichts mehr unterscheidet.
Diese Aufgabe wird gelöst dadurch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.
Die Vorteile der Erfindung sind augenfällig: Das erfindungsgemässe Kehlkopfmikrophon erfüllt endlich aufgrund seiner Miniaturisierung jene ergonomischen Erwartungen, die im Zusammenhang mit seinen Einsatzmöglichkeiten eine unabdingbare Voraussetzung bilden. Wegen seiner nun erzielbaren hohen Tonqualität eröffnen sich für die Erfindung unzählige Anwendungsmöglichkeiten. Des weiteren ist mit der erfindungsgemässen Lösung eine Verbilligung des Produktes zu erzielen, dessen langlebige Verfügbarkeit, auch wenn das Mikrophon bei den rauhesten Bedingungen zum Einsatz gelangt, ist gewährleistet.
Vorteilhafte und zweckmässige Weiterbildungen der erfindungsgemässen Aufgabenlösung sind in den abhängigen Patentansprüchen umschrieben.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.
Es zeigt:
Fig. 1 ein Kehlkopfmikrophon,
Fig. 2 eine Explosionsdarstellung der Halsmikrophonzunge,
Fig. 3 eine Kontaktkapsel,
Fig. 4 eine Induktionsspule und
Fig. 5 eine graphische Abbildung des Tonverhaltens unter Verwendung eines piezoelektrischen Resonators.
Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind fortgelassen. In den verschiedenen Figuren sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ein Kehlkopfmikrophon, das aus einem rundartigen, zweiteilig ineinandergeschobenen Halsbügel 1, 3 besteht.
Dies ermöglicht eine individuelle Einstellung des Umfanges, je nach Kragengrösse des Anwenders. Der Halsbügel 1, 3 selbst besteht aus einem hautfreundlichen, sehr biegsamen Material, das vorzugsweise einen runden Querschnitt aufweist und nicht zu dünn sein darf, damit keine Druckstellen am Hals auftreten können, denn das Mikrophon wird dort anliegend getragen.
Das eine Ende des Halsbügelteils 1 ist leicht nach aussen abgekröpft, damit die Haut nicht verletzt wird. Darüber hinaus ist der Haisbügel 1, 3 inwendig hohl. Einerseits erreicht man damit, dass sein Gewicht minimiert wird, womit das ganze Kehlkopfmikrophon anwendungsfreundlicher wird, andererseits kann dort das Anschlusskabel 4, das die Spannung im piezoelektrischen Resonator 10 (vgl. Fig. 2) abnimmt, geschützt nach aussen überführt werden. Das Anschlusskabel 4 führt beispielsweise zu einem drahtgebundenen Übermittlungsgerät. Selbstverständlich kann das Übermittlungsgerät auch nicht drahtgebunden sein, wobei dann die ebenfalls in den Halsbügel 1, 3 integrierte Induktionsspule 2 hilfsweise herangezogen wird.
Wie schlussendlich die abgenommene Spannung aus der resonatorischen Wirkung der Piezoelektrika des Resonators 10 zu einem als Relaisstation dienenden Übermittlungsgerät geleitet wird, hängt mit dem spezifischen Anwendungsfall des Kehlkopfmikrophons zusammen. Das andere Ende des zusammengesetzten Halsbügels 1, 3 schliesst mit einer Halsmikrophonzunge 6 ab, wobei ein Übergangsstück 5 deren Halterung zum Halsbügelteil 3 übernimmt. Die Halsmikrophonzunge 6 ist an sich eine verdicktete Fortsetzung des Halsbügelteils 3, wobei deren Aufbau jene flankierenden Massnahmen aufweist, welche die Tonqualität des Mikrophons nachhaltig positiv zu beeinflussen vermögen.
Da ist einmal die äussere Hülle 7, welche aus einem schallabsorbierenden Material besteht, danebst weist die Halsmikrophonzunge 6 eine kantenlose und geschwungene Form auf, die eine reflektierende, schwingungsarme Wirkung abgibt. Halsseitig ist die Halsmikrophonzunge 6 schluss endlich durch einen Dämpfungsteil 8 abgedeckt. Darüber ragt einzig noch die Kontaktkapsel 9 hinaus. Mit dieser gegen aussen wirkenden Abschottung wird erreicht, dass alle Geräusche und Fremdtöne, welche die Tonqualität negativ beeinflussen könnten, ausgeschaltet werden, dergestalt, dass damit die Wirkung eines Nahmikrophons erzielt wird.
Insbesondere dann, wenn die von aussen ankommenden Schalleinwirkungen grosse Anteile an hohen Frequenztönen enthalten, so zum Beispiel im Flugverkehr, könnte dies zu einer Verschlechterung der primären Kehlkopftöne führen, weshalb die Halsmikrophonzunge 6 allgemein eine material- und ausführungsmässige hochstehende Konstruktion darstellen muss. Diametral entgegengesetzt sind demgegenüber die Anforderungen, welche an die Kontaktkapsel 9 gestellt werden: sie muss sehr vibrationsfreudig sein, damit der darunter liegende Resonator 10 optimal durch die vom Kehlkopf ausgehenden Töne beaufschlagt wird. Ganz negativ würde sich in diesen Zusammenhang auswirken, wenn die Kontaktkapsel 9 eine Restfähigkeit hätte, die hohen Frequenztöne zu schlucken.
Die vorgesehenene Möglichkeit, nämlich die zwei Halsbügelteile 1 und 3 zueinander verschieben zu können, damit das Mikrophon den individuellen Bedürfnissen angepasst werden kann, bedingt, dass die innere Reibung der beiden Halsbügelteile 1, 3 im Bereich ihrer Überlappungslängen so ausgelegt ist, dass die Haftung einerseits durch Handkraft leicht zu überwinden ist, andererseits durch den Gebrauch keine Selbstlösung vonstatten gehen kann. Selbstverständlich können auch einheitliche Halsbügel vorgesehen werden.
Fig. 2 ist eine Explosionsdarstellung der Halsmikrophonzunge 6. Ersichtlich sind darin die dort eingebauten Bestandteile. Da ist einmal der Dämpfungsteil 8 ersichtlich, der die Halsmikrophonzunge 6 halsseitig der ganzen Länge nach abdeckt.
Die Halsmikrophonzunge 6 weist im Bereich der Kontaktkapsel 9 eine Vertiefung 12 auf, in welcher der Dämpfungsring 11 und der Resonator 10 Platz finden. Der Boden dieser Vertiefung 12 ist mit einem Dämpfungsmaterial belegt. Zur besseren Abdämpfung des Resonators 10 können auch mehrere Dämpfungsringe 11 vorgesehen werden, entweder als Unterlage oder indem der Resonator 10 von diesen Ringen sandwichartig eingefangen wird, wobei die Dämpfungsringe 11 höchstens die Breite der Randzone 10a des Resonators 10 aufweisen, welche auch nicht mit Piezoelektrika aufgetragen ist. Allein eine innere Zone 10b des als Rondelle ausgebildeten Resonators 10 ist mit dem piezoelektrischen Material aufgetragen. Piezoelektrische Werkstoffe haben die Fähigkeit Schallenergie in elektrische Energie umzuwandeln.
Als brauchbare Definition für die piezoelektrischen Eigenschaften wird das Mass der Änderung der Polarisation oder Dipolorientierung betrachtet, die von einer bestimmten mechanischen Spannung hervorgerufen wird. Dabei werden nicht alle dort ankommenden Töne gleich umgewandelt: Die tiefen Frequenztöne werden absorbiert resp. ausfiltriert, die hohen hingegen spannungsmässig unverfälscht umgewandelt, soweit, dass innerhalb dieses Durchlasses eine feine Differenzierung stattfindet, die zu einer unvermuteten breiten Klangfarbe führt, dies weil die Piezoelektrika des Resonators 10 in Resonanz gesetzt werden. Werden nun die Laute ab Kehl kopf mit einem piezoelektrischen Resonators 10 abgenommen, so weist eine solche Wiedergabe, wegen eben genannter Differenzierung, ein ähnliches Klangfarbenspektrum wie das gesprochene Wort.
Als Piezoelektrika werden heute vor allem Oxidkeramikwerkstoffe benutzt. Diese Substanzen sind mechanisch robuste Oxide, die preisgünstig hergestellt werden können. Als keramische Werkstoffe für die Piezoelektrika mit den besten Voraussetzungen kann Bariumtitanat und Bleizirkonattitanat genannt werden. Ab Resonator 10 wird die dort anfallende Spannung 13 abgenommen. Die Vertiefung 12 weist einen in der Figur nicht ersichtlichen seitlichen Durchbruch auf, damit das Anschlusskabel 4 in den Hohlraum des Halsbügels 1, 3 geführt werden kann. Die hier abgenommene Spannung 13 wird mittels Anschlusskabels 4 zum Übermittlungsgerät geleitet. Von der Form hergesehen kann gesagt werden, dass der Resonator 10 eine Rondelle ist, deren Durchmesser zwischen 1 und 30 mm liegt, und deren Dicke zwischen 0,01 und 1 mm variert, je nach Anwendungsfall und eingesetzter Piezoelektrika.
Fig. 3 zeigt eine Kontaktkapsel 9, in welcher eine hochempfindliche Membrane 14 plaziert ist. Die Hochempfindlichkeit der Membrane 14 erweist sich für die Weitergabe der Signale an den Resonator 10 nicht als nachteilig, denn die eigentliche Ausfilterung der Frequenzen findet in der Piezoelektrika statt. Die Kontaktkapsel 9 ist halsseitig leicht bombiert, so dass sie bereits durch eine leichte Vorspannung des Halsbügels 1, 3 optimal am Hals anliegt und eine vortreffliche Wiedergabe der Laute ab Kehlkopf ermöglicht. Wird die Kontaktkapsel 9 ausschliesslich als Träger der Membrane 14 ausgelegt, so ist sie sowohl von der Form her als auch hinsichtlich des gewählten Materials, bezüglich des Schwingungsverhaltens, neutral auszulegen. Anders verhält es sich, wenn die Kontaktkapsel 9 selbst Membranaufgaben übernehmen muss: Dann muss sie schwingungsfreundlich ausgelegt werden.
Fig. 4 zeigt einen Teil einer Induktionsspule 2. Diese besteht aus zwei Plättchen 2a, 2b, welche einen gewissen Abstand zueinander haben und durch einen ca. 2 11 dicken Draht gewickelt sind. Vornehmlich kommt die Induktionsspule zum tragen, wenn eine induktive Übertragung zum Ohrhörer angestrebt wird.
Fig. 5 zeigt anhand einer Koordinatenabbildung das Verhalten der Frequenztöne ab Kehlkopf bei ihrer elektrischen Umwandlung mittels eines piezoelektrischen Resonators 10. Auf der Abszisse ist die Frequenz aufgetragen, auf der Ordinate die Spannung, die schlussendlich für die elektrische Übertragung zur Verfügung steht. Die Kurve 16 ist die bildliche Darstellung der Höhe der Tonfrequenzen ab Kehlkopf. Es ist in diesem Zusammenhang die grossen Anteile an tiefen Frequenztöne nicht zu übersehen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass eine Übermittlung von Kehlkopflauten bis zu Frequenzen von ca. 500 Hz, wie bereits vorne erläutert, recht problematisch sein kann. Der optimale Verständigungsbereich liegt zwischen 1000 bis 3000 Hz. Die Kurve 17 will die Wirkung eines piezoelektrischen Resonators 10 versinnbildlichen.
Während die tiefen Frequenztöne ausgefiltert werden, womit dort die Spannung dann niedrigste Werte aufweist, wird der übrige kleine Anteil an hohen Frequenztönen spannungsmässig maximiert. Die beste Wiedergabe wird schlussendlich erzielt, wenn die Kontaktkapsel 9 die vom Kehlkopf stammenden Töne im Bereich der Thyreohyoidens Muskeln abnimmt, die etwa seitlich zum halszentralen Sternohyoidens-Muskel liegen. Da die Thyreohyoidens-Muskeln symmetrisch zum halszentralen Sternohyoidens-Muskel verlaufen, ist es ohne weiteres denkbar, ein Kehlkopfmikrophon mit zwei endseitigen Halsmikrophonzungen 6 vorzusehen, demgemäss also auch mit zwei Resonatoren 10.
Wegen der mit einem solchen Mikrophon erzielbaren Tonqualität eröffnen sich für die Erfindung die mannigfaltigsten Anwendungsmöglichkeiten: Nur als Beispiel sei hier die Einsatzmöglichkeit im Luftverkehr genannt, dies sowohl beim fliegenden Personal als auch beim Bodenpersonal; oder die Möglichkeit das Mikrophon bei Rettungseinsätzen einzusetzen, bei welchen die Mannschaft untereinander kommunizieren muss, immer unter Beibehaltung der hierzu notwendigen 100% Bewegungsfreiheit; oder die Möglichkeit das Mikrophon bei Rettungsaktionen einzusetzen, welche nur unter Zuhilfenahme von Schutzmasken durchgeführt werden können, gleichwohl und gleichzeitig aber eine sprachliche Verständigung der Mannschaft unter sich und zu einem Einsatzkommando gewährleistet sein muss.
Ein tragbarer Lautsprecher angemessener Dimensionen auf Mann ermöglicht eine solche Verständigung ohne weiteres.
DESCRIPTION
The present invention relates to a larynx microphone according to the preamble of claim 1.
The timbre of the human voice can be described not only according to its acoustic components, but also according to the location of its expression and the modalities of its creation. A sound is generated in the larynx that builds up on the fundamental tone. This primary larynx sound, which consists of uniform frequencies, must now be reshaped, depending on the speech, i.e. certain partials of the primary sound are amplified by resonance, others are weakened in their intensity. The formation of the timbre in the area of the voice-forming part of the larynx (glottis) depends on the vibration behavior of the vocal cords. Constitutional characteristics such as length and thickness of the vocal cords, the behavior of their muscular and connective tissue parts to each other form the basis for this.
It should of course be borne in mind that for the formation of speech sounds, other organs above the voice-forming part of the larynx in the area of the mouth, nose and throat are also involved. For example, when pronouncing vowels, the primary sound generated in the larynx is reshaped. The initially indifferent primary sound is thus initially given a differentiation that is inherently soft. The actual timbre, however, depends on the setting of the oral organs, especially the tongue, lips, lower jaw and soft palate, which means that a microphonic reproduction of such speech length from the lips can be based on a maximally structured phonetics.
The situation is different when, for some reason, the lute must be reproduced from the larynx. In healthy voices, vibrations of low amplitude and a short final phase correspond to simpler sounds with few high frequency tones, i.e. the average proportion of high frequency tones in these sounds from the larynx is 20%; in contrast, the proportion of low frequency tones is approximately 80%.
In addition, the physiological components of noise from the larynx are relatively high with normal speech strength.
By increasing the vocal strength by increasing the aspiration pressure, the proportions of the high frequencies in the individual sounds can be increased and the noise components reduced. Such a differentiation of the speech timbre from the larynx is very laborious and can only be expected of the speaker in exceptional cases.
Where speech microphones that allow optimal reproduction at a certain distance from the lips are not usable, be it that they restrict the freedom of movement of the speaker (primarily for conference participants or, for example, for pilots, especially air force pilots, etc.), or that External influences, the communication transmission can be created insufficient, must be switched to microphones, which can pick up and reproduce the sounds from the larynx. Conventional larynx microphones are constructed conventionally, i.e. the sound energy is converted into electrical energy by means of known sound transducers, primarily electroacoustic transducers, the sound reproduction of which contains all frequency shades.
The fact that such a reproduction in larynx microphones proves to be unusable depends on the large proportions of low frequencies, which stretch the membrane of the transducer to the maximum and thus cause a high signal level at low frequency sounds. Furthermore, one has to reckon with negative sound interference, which emanate from the physiological noise components of the larynx sound. Useless must therefore be understood in the sense that the reception of the spoken word from the larynx is tedious, coupled with the physiological noise components that arise there, communication can sometimes come to a standstill, especially when individual sounds are characterized by a small proportion of high frequency tones .
From a quantitative point of view, it can be assumed that 80% of the larynx frequency tones are in the range between 20-500 Hz, i.e. not a priori completely incomprehensible. However, since these low frequency tones and the still existing noise components overlap and distort the remaining high frequency tones during conversion, there is an unclean reproduction up to a frequency range of perhaps 1000 Hz, characterized by a subliminal buzzing soundscape, which makes a qualitative reception impossible .
In order to create remedies for this, one switches to auxiliary devices which are able to convert or filter out the low frequency tones, or exert an influence on the few high frequency tones, in such a way that they are electronically accented, for example.
For this purpose, for example, an electroacoustic low-frequency converter is known from the publication CH-607 524, which can preferably reproduce tones in the frequency range from 0-500 Hz.
The electroacoustic low-frequency converter described there has a plurality of parallel, alternately arranged fixed and movable membranes which together form a plurality of air spaces, each with an open side in the opposite direction to one another. In addition, means, for example vibrating rods, are provided in order to move the movable membranes alternately from and against the fixed membranes. The problem of damping the longitudinal resonance is solved by providing end pieces made of an elastic material with a sufficiently viscous property, which are placed between the ends of the vibrating rods, the periphery of the voice coil and the upper end plate.
From this construction alone it can be seen that such a solution for a larynx microphone is too complicated, too bulky to be integrated into a larynx microphone, and per se is too susceptible to the specific use of such a microphone, apart from the fact that such a solution would be uneconomical for the possible application here.
Intervening in the high frequency tones by accenting their peaks requires a lot of effort.
The invention seeks to remedy this.
The invention has for its object to provide in a larynx microphone of the type mentioned, a resonator, which is characterized by the natural ability to filter out the low frequency tones and the noise components in such a way that only the high frequency tones can pass unadulterated and with a maximized voltage level.
This is to achieve a sound quality that is no different from the best microphones for communication transmission known today.
This object is achieved by the features of the characterizing part of patent claim 1.
The advantages of the invention are striking: due to its miniaturization, the larynx microphone according to the invention finally fulfills those ergonomic expectations which form an essential requirement in connection with its possible uses. Because of the high sound quality that can now be achieved, there are innumerable possible uses for the invention. Furthermore, the solution according to the invention makes the product less expensive, and its long-term availability is ensured, even when the microphone is used in the harshest conditions.
Advantageous and expedient developments of the task solution according to the invention are described in the dependent claims.
Exemplary embodiments of the invention are shown schematically in the drawing.
It shows:
1 is a larynx microphone,
2 is an exploded view of the neck microphone tongue,
3 shows a contact capsule,
Fig. 4 is an induction coil and
Fig. 5 is a graphic representation of the tone behavior using a piezoelectric resonator.
All elements not necessary for the immediate understanding of the invention have been omitted. The same elements are provided with the same reference symbols in the various figures.
Fig. 1 shows a larynx microphone, which consists of a round, two-part nested neck bracket 1, 3.
This enables an individual adjustment of the circumference, depending on the collar size of the user. The neck bracket 1, 3 itself consists of a skin-friendly, very flexible material, which preferably has a round cross-section and must not be too thin, so that no pressure points can occur on the neck, because the microphone is worn there against the neck.
One end of the neck strap part 1 is slightly bent outwards so that the skin is not injured. In addition, the shark bracket 1, 3 is hollow inside. On the one hand, its weight is minimized, which makes the whole larynx microphone more user-friendly, on the other hand, the connecting cable 4, which decreases the voltage in the piezoelectric resonator 10 (cf. FIG. 2), can be transferred to the outside in a protected manner. The connecting cable 4 leads, for example, to a wired transmission device. Of course, the transmission device can also not be wired, in which case the induction coil 2, which is likewise integrated in the neck bracket 1, 3, is used as an alternative.
How in the end the voltage taken from the resonator effect of the piezoelectrics of the resonator 10 is passed to a transmission device serving as a relay station depends on the specific application of the larynx microphone. The other end of the assembled neckband 1, 3 closes with a neck microphone tongue 6, a transition piece 5 taking over its mounting to the neckband part 3. The neck microphone tongue 6 is in itself a thickened extension of the neck strap part 3, the structure of which has those flanking measures which are capable of having a lasting positive influence on the sound quality of the microphone.
There is the outer shell 7, which is made of a sound-absorbing material, and the neck microphone tongue 6 also has an edgeless and curved shape, which gives off a reflective, low-vibration effect. On the neck side, the neck microphone tongue 6 is finally covered by a damping part 8. Only the contact capsule 9 protrudes beyond this. With this foreclosure, which acts against the outside, it is achieved that all noises and external sounds, which could negatively influence the sound quality, are switched off in such a way that the effect of a close-up microphone is achieved.
In particular, if the sound coming from outside contains large proportions of high frequency tones, for example in aviation, this could lead to a deterioration of the primary larynx tones, which is why the neck microphone tongue 6 must generally represent a high-quality construction in terms of material and design. In contrast, the requirements placed on the contact capsule 9 are diametrically opposed: it must be very vibratory so that the resonator 10 underneath is optimally acted upon by the sounds emanating from the larynx. This would have a very negative effect if the contact capsule 9 had a residual ability to swallow the high frequency tones.
The proposed possibility, namely to be able to move the two neckband parts 1 and 3 to each other so that the microphone can be adapted to individual needs, requires that the internal friction of the two neckband parts 1, 3 in the area of their overlap lengths is designed such that the adhesion on the one hand can be easily overcome by hand, on the other hand can not be solved by using. Of course, uniform neck brackets can also be provided.
FIG. 2 is an exploded view of the neck microphone tongue 6. The components built in there can be seen. One can see the damping part 8, which covers the neck microphone tongue 6 on the neck side along the entire length.
The neck microphone tongue 6 has a depression 12 in the area of the contact capsule 9, in which the damping ring 11 and the resonator 10 are accommodated. The bottom of this recess 12 is covered with a damping material. For better damping of the resonator 10, several damping rings 11 can also be provided, either as a base or by sandwiching the resonator 10 by these rings, the damping rings 11 having at most the width of the edge zone 10a of the resonator 10, which are also not applied with piezoelectrics is. Only an inner zone 10b of the resonator 10 designed as a rondelle is applied with the piezoelectric material. Piezoelectric materials have the ability to convert sound energy into electrical energy.
A useful definition for the piezoelectric properties is the degree of change in polarization or dipole orientation that is caused by a certain mechanical stress. Not all tones arriving there are converted equally: the low frequency tones are absorbed or filtered out, the high, on the other hand, converted in terms of voltage, to the extent that a fine differentiation takes place within this passage, which leads to an unexpectedly wide timbre, because the piezoelectric elements of the resonator 10 are set in resonance. If the sounds are now removed from the larynx with a piezoelectric resonator 10, such a reproduction, because of the aforementioned differentiation, has a similar timbre spectrum as the spoken word.
Oxide ceramic materials are mainly used today as piezoelectric materials. These substances are mechanically robust oxides that can be manufactured inexpensively. Barium titanate and lead zirconate titanate can be named as ceramic materials for the piezoelectrics with the best conditions. The voltage 13 occurring there is taken off from resonator 10. The recess 12 has a lateral opening, not shown in the figure, so that the connecting cable 4 can be guided into the cavity of the neck bracket 1, 3. The voltage 13 taken off here is conducted to the transmission device by means of connection cable 4. From the shape, it can be said that the resonator 10 is a rondelle, the diameter of which is between 1 and 30 mm, and the thickness of which varies between 0.01 and 1 mm, depending on the application and the piezoelectric used.
Fig. 3 shows a contact capsule 9, in which a highly sensitive membrane 14 is placed. The high sensitivity of the membrane 14 does not prove to be disadvantageous for the transmission of the signals to the resonator 10, because the actual filtering out of the frequencies takes place in the piezoelectric. The contact capsule 9 is slightly cambered on the neck side, so that it already lies optimally against the neck due to a slight pretensioning of the neck strap 1, 3 and enables an excellent reproduction of the sounds from the larynx. If the contact capsule 9 is designed exclusively as a carrier for the membrane 14, it must be designed neutrally both in terms of its shape and in terms of the material selected, in terms of the vibration behavior. It is different if the contact capsule 9 itself has to take on membrane tasks: Then it must be designed to be vibration-friendly.
Fig. 4 shows part of an induction coil 2. This consists of two plates 2a, 2b, which are at a certain distance from each other and are wound by an approximately 2 11 thick wire. The induction coil is primarily used when inductive transmission to the earphone is desired.
5 shows the behavior of the frequency tones from the larynx in their electrical conversion by means of a piezoelectric resonator 10 on the basis of a coordinate map. The frequency is plotted on the abscissa, and the voltage that is ultimately available for the electrical transmission is plotted on the ordinate. Curve 16 is a graphic representation of the height of the tone frequencies from the larynx. In this context, the large proportions of low frequency tones cannot be overlooked. It should be borne in mind that transmitting larynx sounds up to frequencies of approx. 500 Hz, as already explained above, can be quite problematic. The optimal communication range is between 1000 and 3000 Hz. The curve 17 wants to symbolize the effect of a piezoelectric resonator 10.
While the low frequency tones are filtered out, so that the voltage there has the lowest values, the remaining small proportion of high frequency tones is maximized in terms of voltage. Ultimately, the best reproduction is achieved if the contact capsule 9 decreases the tones originating from the larynx in the area of the thyro-hyoid muscles, which lie approximately to the side of the neck-central sternohyoid muscle. Since the thyrohyoid muscles are symmetrical to the central central sternohyoid muscle, it is readily conceivable to provide a larynx microphone with two neck microphone tongues 6 at the end, and accordingly also with two resonators 10.
Because of the sound quality that can be achieved with such a microphone, the most varied application possibilities open up for the invention: the possible use in air traffic should be mentioned here only as an example, both for flying personnel and for ground personnel; or the possibility of using the microphone in rescue operations, in which the team has to communicate with each other, always while maintaining the necessary 100% freedom of movement; or the possibility of using the microphone for rescue operations, which can only be carried out with the help of protective masks, but at the same time, however, the team must be able to communicate with each other and with a task force.
A portable loudspeaker of appropriate dimensions on man enables such communication without further ado.