CN1536929A - 定向传声器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种定向传声器(1，29)，其具有两个膜(5A，5B)和用于从该两个膜(5A，5B)之一的振动产生该定向传声器(1，29)的至少一个输出信号的装置(13，19A，19B)，其中，该两个膜(5A，5B)一方面分别通过空气空间(7A，7B)与两个空间上分离的声音进入口(9A，9B)之一声学连接，另一方面通过第三空气空间(11)相互声学耦合。

Description

定向传声器
技术领域
本发明涉及一种定向传声器。
背景技术
现代的助听器基于定向传声器装置，其通过其依赖于方向的传声器灵敏度可以限制从侧面和反向到来的干扰信号。其中，通过这种空间上的效果实现对有用信号与干扰噪声比值的改善，使得得到例如对有用信号的加强的语言理解。常规的定向传声器装置基于对至少在两个空间上分离的声音记录位置之间传播的声波产生的相位(传播时间)差的计算。
为此迄今在助听器中使用梯度传声器或者由多个全方向声压记录器组成的第一和更高阶的定向传声器装置。在首先由机械结构出发确定来自于两个声音进入口的声音信号的差期间，可以在组合多个声压记录器中通过适当的信号处理实现良好的静态甚至适应变化的定向效果。
但是，所有公知的方法以同样的方式对在声音进入口上出现的声音信号的区别进行处理。目前由于在助听器应用的结构条件下，声音进入口之间的距离非常小，这导致了在声波长度远比传声器进入口间的距离大的低频下，音频信号之间待确定的差别和由此待实现的定向效果是极其微小的。典型地，所有定向传声器装置都在低频下都具有明显减弱的定向效果，由多个压力记录器组成的装置在这方面对传声器的幅度和相位均衡提出了非常高的要求。
在US4974117中公开了一种差分压力变换器，其两个膜电容耦合。其中，对在两个膜之间空间中的压力和围绕这两个膜的空间中的压力之间的压差进行测量。
根据听觉器官“Ormia”-Fliege，其借助于两个听觉膜的机械耦合得到了独特的定向效果，实现了机械耦合的听觉膜在助听器中的不同应用。例如在一个基于硅微力学的定向传声器系统中将两个独立相临设置的传声器的可以振动的膜通过一个桥相互负机械耦合，见“Mechanically coupled earsfor directional hearing in the parasitoid fly Ormia ochracea”，R.N.Miles，D.Robert，R.R.Hoy，Journal of the Acoustical Society of America 98(1995)，3059页。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种定向传声器以及该定向传声器在助听器中的应用，其以尽可能小的结构形式实现良好的定向效果。
上述第一个技术问题是通过一种定向传声器解决的，其具有两个膜和用于从该两个膜之一的振动产生该定向传声器的至少一个输出信号的装置，其中，该两个膜一方面分别通过空气空间与两个空间上分离的声音进入口之一声学连接，另一方面通过第三空气空间相互声学耦合。
按照本发明的定向传声器，定向分辨率的提高是通过两个独立的膜的声学耦合得到的。该耦合通过在膜之间的很少的空气空间实现。如果声波低于一定的声音入射角抵达定向传声器，则该声波在不同的时刻到达两个传声器膜。该声波从膜继续传递至两个膜之间的空间。这影响到两个可以机械振动的膜的复杂的相互作用。根据不同的入射方向，由于在膜上作用的声波之间传播时间的不同形成幅度和相位差。在声波同时抵达两个膜的对称入射的情况下，在声学耦合中施加的声音压力大小相等，即其处于平衡。如果利用产生输出信号的装置、例如利用通常的传声器传感器对该振动进行测量，则在这种情况下两个传声器膜的输出信号在理想情况下大小相等。相反，在声波不对称的入射下它们不同。
本发明的一个优点在于，按照本发明定向传声器具有非常小和紧凑的结构。结构的尺寸主要取决于膜的大小和一方面构成至声音进入口的连接另一方面将两个膜相互耦合的空气空间的大小。声学耦合被理解为由在第三空气空间中构成的声波产生的耦合。另一个优点在于，由于声学耦合，出现在两个声音进入口上的声音压力产生依赖于声音入射方向的膜振动。
在定向传声器的一个特别优选的实施方式中，在两个膜中的一个上的导电层和该导电层的反电极构成电容变换元件。这种电容变换元件使得可以从膜振动产生一输出信号。这种电容变换元件具有这样的优点，即可以将这种所谓的电容传声器的技术传递到定向传声器中。
在一种优选的实施方式中，将反电极设置在两个相互平行安装的膜之间，其中，在两个膜中的一个和该反电极之间分别存在一个较小的空气间隙。为了保证两个膜的声学耦合，该反电极具有空气通道。这具有这样的优点，即可以借助于空气通道的大小调整耦合的强度。
在另一个特别优选的扩展中，将两个膜涂以导电层，并与反电极分别组成一个电容变换元件。其中，每个电容变换元件产生一个输出信号，该输出信号在其幅度和在其相位上根据声学信号的入射方向分别与另一输出信号区别开。根据该区别可以推出入射方向。
在一个特别优选的实施方式中，该定向传声器还具有一个信号处理单元和一个全方向传声器，其中，利用传声器信号借助于该信号处理单元产生对应于一定向特性的定向传声器输出信号。其中，可以将该全方向传声器与两个膜组装在一个外壳中，或者可以将该全方向传声器与膜分开构成单独的单元。该构成方式具有这样的优点，即利用该全方向传声器的传声器信号提供一个独立于方向的比较量，可以将该比较量借助于信号处理单元与基于一个或两个膜振动的输出信号进行组合。
附图说明
下面对照附图1至5对本发明的多个实施方式进行说明。图中，
图1示意地示出了按照本发明的具有两个膜的定向传声器的剖面结构，
图2示出了在以12.5°的角入射的声音场中两个膜产生的输出信号的绝对值和相位的模拟频率相关性，
图3示出了在300Hz下单个膜的输出信号的依赖于方向的灵敏度分布，
图4示出了在1600Hz下单个膜的输出信号的独立于方向的灵敏度分布，
图5示出了一个定向传声器系统的功能图解，该系统具有一个全方向传声器，一个具有两个膜的定向传声器和一个信号处理单元。
具体实施方式
图1示出了一个具有圆柱形状外壳3的定向传声器1沿圆柱轴4的剖面的示意性结构。在外壳3中有两个优选垂直于圆柱轴4设置的膜5A，5B，这两个膜通过支架6优选地密封固定在外壳3上。膜5A，5B与空气空间7A，7B接触。当声波到达声音进入口9A，9B时，则其到达空气空间7A，7B并通过由于声波改变的压力影响到膜5A，5B的偏转(振动)。在膜5A，5B之间有一个第三空气空间11和一个反电极13。空气空间11由两个处于反电极13和两个膜5A，5B之间的空气间隙14A，14B以及由安插有反电极13的空气通道15A，15B组成。空气通道15A，15B例如是圆的相互平行和基本上垂直于膜延伸的空气通道。空气空间11起到使两个膜5A，5B的声学耦合的作用，其造成负的反耦合，因为如果例如膜5A通过一个入射声音场从定向传声器1的中心向外侧振动，则由于该负耦合，使对面的膜5B向定向传声器1的中间运动。
膜5A具有一个穿透口17，该穿透口可以使空气空间11实现与和环境连接的空气空间7A的气压的压力平衡。
如果例如一个声波对应于标出的角度刻度270°抵达定向传声器1，则膜5A首先开始振动。由于膜5A的振动，空气空间11承受一个压力变化，并将其传送至膜5B，使得膜5B也开始振动。该振动与一个在较后时刻在空间7B中出现的声波叠加。在空间7B中声波的声压则通过膜5B的振动向空气空间11传送，这又影响了与膜5A的耦合。
膜5A、5B振动的声电转换例如可以借助于一个电容转换器系统实现。在这种系统中由反电极13和在膜5A，5B之一上的一个导电层19A，19B构成平板电容器。在这种电容传声器中该电容器借助于极化电压充电。由于声音信号，在膜5A，5B上的层和反电极13之间的距离改变并形成电容器的电容的改变，该电容的改变通过利用电子阻抗转换器被检测出并被转换为电压。另外，还可以采用一种永电体-电容器传声器，其中，在膜5A，5B或者在反电极13的表面上永久地存储电荷。也可以使用数字传声器或活动线圈传声器转换器技术用于进行声电转换。
图2示出了两个膜5A，5B的输出信号的绝对值A和相位Φ的模拟频率相关性。其中，采用了12.5°(在图1中表明)的声音入射角和4mm的传声器-进入口距离。在图的上半部分为关于频率f在10Hz至10kHz的频率范围上的两个膜振动的绝对值A5A，A5B。在图的下半部分示出了输出信号的相位Φ5A，Φ5B的对应变化。在12.5°的入射方向下，在两个膜5A，5B上的入射声波中产生一个2.5μs的传播时间差。在这种微小的差别之下也已经示出了当频率为300Hz时的可以明显识别的在两个传声器之间的绝对值A和相位Φ的差别。随着频率f的增加该差别更为突出。
图3示出了在300Hz下“左”膜5A的输出信号的模拟的依赖于方向的灵敏度分布215A。该所谓的方向特性以0°声入射角的灵敏度进行了标准化，在0°入射角的灵敏度标准化为值1并用园N说明。角度分配对应于图1。可以看出，在膜5A的一侧有明显更高的灵敏度而在另一侧有较低的灵敏度。此外，在两个膜5A，5B的输出信号之间还具有强烈的相位差别。
图4示出了在1600Hz下“左”膜5A的输出信号的相应灵敏度分布235A。该方向特性的结构由两个增强的灵敏度区域所主导，它们分别在90°和270°上。同样，在膜5A一侧的灵敏度更高，且在输出信号之间出现强相位差别。
图5示出了定向传声器系统25的功能图解，该系统具有一个全方向传声器27，一个具有两个膜的定向传声器29和一个信号处理单元31。定向传声器29膜的一个或者两个信号连同全方向传声器27的信号在信号处理单元31中被合并成出现在输出32上的具有方向特性33的输出信号。该信号处理单元此外还可以对该混合这样地控制，使得方向作用适应性地与声音场相匹配。
在一个简单的实施方式中只使用了一个膜的信号，该信号单独就已经表示出了相对于梯度传声器的方向灵敏度的改善，以及可能与一个全方向传声器在一个外壳中或者在分离的外壳中一同运行。

Claims (12)

1.一种定向传声器(1，29)，其具有两个膜(5A，5B)和用于从该两个膜(5A，5B)之一的振动产生该定向传声器(1，29)的至少一个输出信号的装置(13，19A，19B)，其中，该两个膜(5A，5B)一方面分别通过空气空间(7A，7B)与两个空间上分离的声音进入口(9A，9B)之一声学连接，另一方面通过第三空气空间(11)相互声学耦合。
2.根据权利要求1所述的定向传声器(1，29)，其特征在于，所述用于产生输出信号的装置(13，19A，19B)包括在两个膜(5A，5B)之一上的导电层(19A，19B)。
3.根据权利要求1所述的定向传声器(1，29)，其特征在于，所述用于产生输出信号的装置(13，19A，19B)包括一个对所述导电层(19A，19B)的反电极(13)。
4.根据权利要求2或3所述的定向传声器(1，29)，其特征在于，所述导电层(19A，19B)和所述反电极(13)构成一个电容变换元件。
5.根据权利要求3或4所述的定向传声器(1，29)，其特征在于，所述两个膜(5A，5B)被涂以导电层，并与所述反电极(13)分别构成电容变换元件。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的定向传声器(1，29)，其特征在于，所述两个膜(5A，5B)相互平行地设置。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的定向传声器(1，29)，其特征在于，所述反电极(13)设置在所述两个膜(5A，5B)之间，其中，在该两个膜(5A，5B)和该反电极(13)之间分别存在一个空气间隙(14A，14B)。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的定向传声器(1，29)，其特征在于，所述反电极(13)具有用于进行声学耦合的空气通道(15A，15B)。
9.根据权利要求8所述的定向传声器(1，29)，其特征在于，所述空气通道(15A，15B)相互平行地和垂直于所述膜(5A，5B)延伸地设置。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的定向传声器(1，29)，其特征在于，所述两个膜(5A，5B)之一具有一个穿透口(17)，用于气压的压力平衡。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的定向传声器(1，29)，其特征在于，还具有一个信号处理单元(31)和一个全方向传声器(27)，其中，使用所述全方向传声器(27)的传声器信号借助于所述信号处理单元(31)产生对应于定向特性(33)的定向传声器(1，29)的输出信号。
12.一种应用，在助听器中使用根据权利要求1至10中任一项所述的定向传声器(1，29)。
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