CN1756443B - 包含两个压差炭精盒的传声器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传声器，具体用于免持设备，在具备至少一个壳体开口(5)的壳体(1)中，包含两个压差炭精盒(6、7)，每个都具有振动膜，至少一个可选的被细分的声音进入口(6a、7a)以传声方式与振动膜前侧相连，且至少一个可选的被细分的声音进入口(6b、7b)以传声方式与振动膜后侧相连。以传声方式与振动膜前侧相连的声音进入口(6a、7a)及以传声方式与振动膜后侧相连的声音进入口(6b、7b)位于每个压差炭精盒(6、7)的入口面(6c、7c)，压差炭精盒(6、7)振动膜的方向基本相互平行，声音进入口(6a、6b、7a、7b)指向至少一个空间(8、8’)，其在垂直于入口面(6c、7c)的方向封闭并以传声方式与壳体开口(5)相连。

Description

包含两个压差炭精盒的传声器

技术领域

本发明涉及一种传声器，更具体地，用于免持设备，其中，在具备至少一个壳体开口的壳体中，包含两个压差炭精盒，其分别具有一个振动膜，其中，至少一个可能被细分的声音进入口以传声方式与振动膜的前侧相连接，以及至少一个可能被细分的声音进入口以传声方式与振动膜的后侧相连接。

背景技术

从现有技术中可了解所谓的重合式立体声(coincidental stereo)传声器，其具有一个炭精盒头(capsule head)，两个分离的传声器炭精盒相互独立地位于其中。为了达到所期望的方向特性，这两个炭精盒，一个布置于另一个之上，相对于彼此转变方向，以便其各自的振动膜轴线彼此间封闭成一个角度。炭精盒顶部相对于周围环境开放且基本上由金属丝网构成，其中形成了各个方向上的声音进入口。

小型的、节省空间的、不引人注意的、坚固耐用的传声器，其对机械影响(如，撞击、震动，等等)不敏感，但同时具有高品质，且其中，方向特性可同时进行有目的的调整并可能在操作过程中进行改变——例如，用于汽车、飞机等中的电话安装，或扣在衬衫衣领上的传声器，对此类传声器的不断提高的要求，不能或几乎不能由现有技术提供的传声器来实现。

因此，需要开发小型化的、重合式传声器，要考虑其灵敏度，还要具有改变方向特性的可能性，其不同于现有技术的节省空间的传声器，或甚至超越它们。

发明内容

按照本发明，这些目标通过本文开始提出的一类传声器得以实现，其中，以传声方式与振动膜的前侧相连接的声音进入口，及以传声方式与振动膜的后侧相连接的声音进入口，分别位于各自压差炭精盒的入口面，且其中，压差炭精盒的振动膜的方向相对于彼此至少基本上平行，并且其中，声音进入口指向至少一个空间，其在垂直于入口面的方向封闭并以传声方式与壳体开口相连接。垂直于入口面的空间的封闭边界阻止声音分别沿垂直于入口面及壳体开口的方向到达。

这样，产生了一种利用最小的空间要求建立方向特性及优选方向的可能性，其最适合用于汽车会议间，及驾驶员座舱。通过压差炭精盒相对于彼此平行布置和优选对齐排列布置，制造出具有非常好的声学特性的非常小的传声器不成问题。此类传声器只有钮扣大小，可不引人注意地配置于服务控制台如免持设备，衬衫衣领上，等等。这种传声器特别适合于安装在所谓的界面中，例如，在汽车的仪表板中、或墙壁中、桌面内，等等。通过这种界面传声器，直达声可优选地被采集，而回响及反射部分则保持很少。

附图说明

以下将借助附图对本发明进行详细说明。

图1显示了根据现有技术给出的压差炭精盒，其中通向振动膜的前侧及后侧的声音进入口位于炭精盒的同一侧；

图2显示了根据本发明给出的传声器，其中两个炭精盒的声音进入口的方向彼此相向；

图3显示了根据本发明给出的传声器的一个实施方式，其中两个炭精盒的声音进入口的方向彼此相背；及

图4图解显示了根据本发明给出的传声器的一个可能的应用框图。

具体实施方式

图1显示了一个根据现有技术给出的静电压差炭精盒6，炭精盒6包括安装在振动膜环14上的振动膜13。振动膜13通过隔离环15进行安装以便与电极16保持距离，优选地电极16提供有通孔。在电极16背离振动膜13的一侧提供有一个所谓的声摩擦器(acoustic friction)17，以便对传声器炭精盒6进行声学调整。前侧6c具有至少两个开口，其中一个开口6a允许声波进入到振动膜13的前侧，而第二开口6b允许声波通过传声道18进入到振动膜13的后侧，传声道18由区段部分18a、18b和18c组成，延伸经过炭精盒的组件。然而，炭精盒6的基本特征是两个开口6a、6b均提供于炭精盒6的同一侧，而上述的其他特征可以不同的方式进行开发。这样的压差炭精盒公开于，例如，EP1351549 A2或相应的US 2003 165 251中。在此结合这两个文件以作参照。此炭精盒可以一种节省空间和吸引视觉的方式，无传声障碍地、基本平齐地安装于特别平整的安装表面或其后。

图2和3显示了根据本发明给出的一种传声器，其具有两个压差炭精盒6、7。其相对于彼此基本平行地且优选地呈对齐排列设置，以便其各自的入口面6c、7c及其振动膜13也分别相互平行。入口面为声音进入口开口的表面。可以发现，这些压差炭精盒的基本特征在于——图1详细显示了这种炭精盒的一个可能的实施方式，而在图2和3中，为了更加清楚，仅示出了炭精盒上的声音进入口——通向振动膜13的前侧的声音进入口6a、7a，及通向振动膜的后侧的声音进入口6b、7b，均位于炭精盒的入口面。如图1所示，振动膜与入口面基本上平行。在此情况下，指定入口面为前表面。在本发明给出的一个实施方式中，入口面也可能与振动膜向垂直。

同时，通过将所有声音进入口布置在入口面上，会获得不对称于振动膜轴线19(图1)的方向特性。通过使用例如在EP 1351 549 A2或相应的US 2003 165 251中所描述的此特殊的炭精盒类型，并通过两个炭精盒平行同时对齐排列的布置，也就是，通过此体现最节省空间且因此小型化传声器绝对需要的布置，与传统的双炭精盒传声器相比，能够产生一种不对称的方向特性，而无需承受品质上的损失。在根据本发明给出的传声器中，使用了在EP 1 351 549 A2或相应的US 2003165 251中所描述的特殊的炭精盒类型。

可以发现，根据本发明给出的传声器的一个基本特征在于压差炭精盒的声音进入口指向一个狭缝形的空间8或两个狭缝形的空间8’，其在垂直于入口面6c、7c的方向封闭。在图2的实施例中，此封闭的界限或边界为相邻的压差炭精盒的入口面，而在图3的实施例中，声音进入口指向以传声方式相互连通的两个狭缝形的空间8’，其在垂直于入口面的方向由例如与壳体内壁为一整体或由其形成的板或壁封闭。因此每个炭精盒的入口面指向一个附属的空间8’(图3)。空间8、8’的延展在平行于入口面的方向比在垂直于入口面的方向大，优选地至少超过两倍。在一个优选实施方式中，平行于入口面的延展为至少五倍，在一个特别优选的实施方式中至少是狭缝形空间8、8’在垂直于入口面方向的宽度的十倍大。这实质上成为一道缝隙或狭缝。上述实施方式不仅节省空间，而且由于空间8、8’的宽度较小，两个炭精盒的信号间的差别可得以增加。

例如，对圆形的炭精盒，空间8、8’为圆盘形；对长方形的炭精盒，其为长方体的形状。进入空间8、8’的横向声音入口可被连续构造，也可提供在某些确定的位置，从而产生对整个传声器的方向特性的影响。

由于边界是封闭的，声音横向地——即，基本上平行于振动膜或入口面——到达空间8、8’。借助图2，将对根据本发明给出的传声器的运行方式进行更详细的说明。从左侧到达空间8的声波首先到达声音进入口7a，其通向炭精盒7的振动膜的前侧。几乎同时，声波到达声音进入口6b，其通向炭精盒6的振动膜的后侧。经过一个延迟，声波随后到达声音进入口7b，其通向炭精盒7的振动膜的后侧，以及声音进入口6a，其通向炭精盒6的振动膜的前侧。在此直径方向相反的布置中，两个压差炭精盒因此产生具有不同信息的信号，这使得对信号的继续处理及合并成为可能。

与此相反，声音进入口6a与7a和声音进入口6b与7b直接彼此相对的布置(未示出)提供基本上相同的信号，其只能进行迭加而无法由其中过滤出任何附加信息。然而，只要将炭精盒相对于彼此稍微进行转向，即可产生两个不同的信号。因此，两个类似于时钟指针的优选方向相对于彼此及相对于壳体进行转向。可以将炭精盒支撑在壳体内，使之可以为此目的而转动。这可通过例如伸出壳体外的螺钉或杠杆来实现。

在图2和图3中，均描绘了优选的布置，其特征在于两个炭精盒的前表面不是彼此相向(图2)就是转为彼此相背(图3)。由此布置产生的特殊效果将在以下进行描述：作用于传声器上且垂直于振动膜发生的震动、撞击等使得振动膜由于其惯性相对于炭精盒壳体产生偏转。在机动车辆中，振动主要发生于垂直方向。传统的传声器在振动膜的水平布置时，例如，在一个用作界面的控制台中，存在有不良干扰噪音。对于根据本发明给出的传声器，由振动膜的惯性引发的干扰信号在将单独的信号进行合并时可得以消除。其原因在于两个振动膜在同一方向上发生偏转，但是一个炭精盒相对于另一个炭精盒位于顶部，这样形成了一个180°的相移。然而，这一补偿只涉及壳体声音，而不涉及由周围环境横向到达空间8或，在图3的实例中，到达两个空间8’的声音。

根据本发明，存在有三个影响或调整传声器特性的可能性。

首先，在前侧的声音进入口相对于彼此的布置决定了炭精盒各自的方向特性，且因此必然地决定了组合信号的方向特性。一个炭精盒上的声音进入口的布置并非绝对必须与第二个炭精盒上的声音进入口的布置完全一致；因此方向特性可有所不同。每个传声器炭精盒的声学配位(肾形、过肾形)决定了组合信号的方向特性。不需要将两个炭精盒以相同的声学方式调配为肾形或过肾形；在一个传声器中进行肾形和过肾形的组合也是可行的。

其次，所形成的信号受到两个炭精盒相对于彼此的位置的影响。两个炭精盒可在垂直于振动膜轴线的平面内，相对于彼此并相对于壳体进行转向，而无需放弃平行度的要求，因此两个炭精盒的声音进入口的方向相对于彼此及相对于壳体可进行改变。这样，可以产生一个优选方向，其可类似于时钟的两个指针而进行调整。因此，例如，在机动车辆中使用根据本发明给出的传声器时，一个声束可集中于驾驶员的方向，而另一个声束可集中于乘客的方向。通过转动炭精盒，也可将两道声束进行叠加，因而只有来自驾驶员方向的声音可被收听到。

最后，两个炭精盒的分别分离出的信号在由信号处理对其进行合并前可经过加权和滤波，其中，例如，为了衰减干扰信号和/或给某一确定声源以优先选择，可对方向特性进行影响，且可将灵敏度最优化。

图2显示了根据本发明给出的传声器的一个实施方式，其带有壳体1，并包括封闭的壳体前部2及由壳体前部2的外圆周向壳体底部3的方向伸出的壁4。在所示的实施例中，壳体前部2稍微呈弯曲形；平面的、或在其边缘区域产生弯曲的壳体前部2也是可行的。最重要的是壳体前部2是封闭的——即，其不具有开口、狭缝，等等——且传声器内部被完全覆盖。这确保优选沉积于壳体前部2之上的污垢和灰尘远离传声器系统的内部，且给予系统明显的更好的免受机械影响的保护。

用于声音入口的壳体开口5位于由壳体前部2向壳体底部3的方向伸出的壳壁4中。在所示的实施例中，壳体开口5基本上与壳体底部3或相对的壳体前部2平行地布置；与其倾斜或垂直的开口当然也是可能的。这一横向布置壳体开口5的措施确保即将转换的声音未受干扰地到达传声器的内部，而同时建立了阻挡空气中存在的杂质的屏障，这些杂质如果不受干扰地到达传声器的内部，将损害传声器的特性甚或使之无法使用。

在壳体1之中，有两个压差炭精盒6、7，一个布置于另一个之上。炭精盒6、7的设计方式使得每个炭精盒的两个声音进入口6a、6b，或7a、7b位于炭精盒壳体的同一侧，前表面6c或7c。两个声音进入口中的一个以传声方式与振动膜的后侧相连接，而另一个以传声方式与振动膜的前侧相连接。这样的压差炭精盒在例如EP 1 351 549 A2或相应的US 2003 165 251中进行了描述，将其结合在本说明书中以作参照。由于两个声音进入口相互间有距离地布置，产生了一种不对称于振动膜轴线的方向特性。尽管具有不对称方向特性的优势，其可随两个声音进入口的方向而变化，但这样的炭精盒只占用很小的体积。由于每个传声器炭精盒的声学配位的可行性，在球形与八面体形之间的所有方向特性都是可行的。

在图3的实施例中，两个炭精盒的前表面转为彼此相背且分别指向一个空间8’。两个同样地呈狭缝形的空间8’，在垂直于各自的前表面6c或7c的方向，由与壳体为一整体或为壳体的一部分的封闭板或壁确定界限。两个空间8’以传声方式与壳体开口5相连通，优选地经由一个声音通道，其中提供有放置用于声摩擦或用作集尘器的泡沫材料等的空间。

在所示的实施例中，为各个炭精盒的前侧及后侧声音入口6a、6b、7a、7b只提供一个开口。然而，还可想象的是，提供布置成一组的多个、可能较小的开口用于前部声音入口，以及布置成一组的多个、可能较小的开口用于后部声音入口。

在两个压差炭精盒6、7之间，设计有一个缝隙状的空间8(图2)。炭精盒的布置方式使得两个炭精盒的声音进入口指向此空间8。空间8通过声音通道9以传声方式与壳体开口5相连通。在声音通道9中，可设置用于声摩擦的泡沫材料等。对于图2和图3的实施例，还可想象，壳体开口直接位于壳体的横向入口处，或靠近其安装。在图2中，壳体开口5由一根肋片进行再分割，该肋片在壳壁4上围绕传声器布置，并在多个部位通过横向连接10与壳体前部2及网状机构12相连接，网状机构12紧密地装配在与壳体底部相连接的边缘11上。在此情况下，壳体制造为两个部分，其中包括壳体前部2和壁4的壳盖，与壳壁开口5一起，可由壳体衬底上拆除。任何其他可能的壳盖与壳体衬底的再划分都是可以想象的。通过拆除壳盖，建立了一个炭精盒的便捷通路，例如，在其装配或更换过程中。

炭精盒6、7依靠支撑部件固定在壳体1上，其仅在图2和3中示意性地示出。支撑部件的种类，如，锁定装置、胶、炭精盒间的隔片、夹紧装置、等，对本发明并不是至关重要的，可由本行业技术人员进行实施。

连接壳体开口5与缝隙状空间8的声音通道9在其行程中可具有台阶、肋片等。这些结构，一方面，用于声摩擦；另一方面，其阻止灰尘侵入到传声器的内部。为此目的，声音通道9也可填充泡沫材料等。

当然，壳体开口5无需围绕壳体的外圆周均匀分布，且无需形成一个单一连续的壳体开口，然而，后者具有将风或其他空气运动引起的干扰最小化的优点。例如，可设置一个单一不连续的壳体开口，或可设置多个，然而不均匀分布的壳体开口，用以产生已由壳体确定的方向特性。

由于空间的限制，炭精盒优选地与壳体底部3及壳体前部2平行地布置。两个炭精盒的前表面6c、7c基本上相互平行。此紧凑的结构节省了空间，而同时使用两个具有其各自方向特性的传声器炭精盒，提供了关于信号处理的广谱的可能性。每个炭精盒的信号必然互不相同，在将其通过自适应信号处理算法进行合并或组合为一个总的信号之前，可相互独立地对其实行处理、加权或滤波。这样，可产生期望的方向特性及优选方向；而且，也促进了干扰信号的消除。可以发现，一个重要的优点在于通过分别评定各自的频率范围，可以获得一个基本上独立于频率的方向特性。还可能通过数字自适应信号处理，实时地调整小型化重合式传声器的使用环境的周围干扰噪音，因此进一步改善传话的质量。

在两个实例中(图2和图3)，均可发现布置炭精盒的优选实施方式，以便使指向振动膜后侧的声音进入口6b、7b与指向振动膜前侧的声音进入口7a、6a，基本上相对。因此，可获得两个独立的信号，其加权、滤波等，以及后续的合并可产生整个传声器系统的期望方向特性和灵敏度。

这样，方向特性的改变——由球形特性，经八面体形特性、肾形特性、及过肾形特性，到超肾形特性，可以旋转到所期望的方向。方向特性的改变可以使用信号处理算法，通过炭精盒的简单转动，连续地且适应性地实时进行。

在本发明的一个开发方式中，其中撞击和振动不起主要作用，炭精盒6、7紧靠彼此布置，且其入口面共同形成了狭缝8的下限。狭缝的上壁则由壳体2的内侧或与其连接的板形成。与图1给出的传声器相比，在此实施方式中，壳体底部3与壳体前部2之间的距离稍微宽一些。另一方面，需要一个在其尺寸上更扩展一些的底面。取决于需要和可利用的空间，可在这两种形式中进行选择。

本发明不受以上描述的任何限制。因此，可提供多于两个的压差炭精盒用于产生多个优选方向。壳体中的炭精盒的安装装置及壳体形状本身并不是至关重要的，而是可以不同的方式进行变化。

图4图解显示了根据本发明给出的传声器的一个可能的应用框图。每个炭精盒6、7产生一个独立的信号。为了实现信号的数字信号处理，每个信号由A/D转换器20、21进行转换。在之后的步骤中，信号在自适应滤波器22中进行处理。最后，合成信号由D/A转换器23进行转换。图4中的实线表示具有声音信息的信号，而虚线则表示用以改变自适应滤波器22的特性的控制信号(如，滤波器系数、算法等)。一方面，控制信号通过在控制部件24中进行的对两个独立的炭精盒信号的处理和分析而产生，控制信号用于控制滤波器22，另一方面，控制信号由自适应滤波器22作为反馈产生并发送给控制部件24，以执行所实现的功能性。

以下详细描述两个实施例。在两个实例中，传声器的第一炭精盒指向如轿车、火车等的驾驶员，而传声器的第二炭精盒则指向副驾驶员。

实施例1：

控制部件24包括一个“语音活动”算法，且可识别两个炭精盒中的哪一个提供语音及干扰信号以及哪一个只提供干扰信号。自适应滤波器22抑制不期望的炭精盒输入(只有干扰信号)并均衡期望的信号(语音)，如，通过一个非立体声滤波器增加语音的易懂性。此应用的主要的益处产生于使用两个定向炭精盒，允许只采集来自期望的方向的声音而抑制来自所有其他方向的干扰声音，然而传声器所需要的空间与单一炭精盒传声器的相同，但具有显著提高的信噪比。

实施例2：

控制部件24还包括一个抑制干扰噪音算法。第一炭精盒仍然指向驾驶员，而第二炭精盒指向副驾驶员。在第一步中控制部件检测两人中谁此时正在讲话。不具有语音的信号在控制部件24中用于估计在轿车、火车等中漫射的干扰噪音的特性，这比使用除干扰信号外还包括语音的信号所能实现的更准确。对干扰信号的估计仅用作微调，而不再只作为可能的信号源。除语音信号的处理外，实行参考干扰信号的处理的算法为现有技术。然而，根据本发明给出的传声器使得在同一位置采集两个信号(期望的信号及干扰信号)成为可能，因此显著提高了对干扰信号的估计及因此对其进行抑制的准确性。

Claims (15)

1.传声器，具体用于免持设备，其中，在具备至少一个壳体开口(5)的壳体(1)中，包含两个压差炭精盒(6、7)，其每个都具有振动膜(13)，其中至少一个可选的被细分的声音进入口(6a、7a)以传声方式与振动膜(13)的前侧相连接，并且至少一个可能被细分的声音进入口(6b、7b)以传声方式与振动膜(13)的后侧相连接，其特征在于，以传声方式与振动膜(13)的前侧相连接的声音进入口(6a、7a)以及以传声方式与振动膜(13)的后侧相连接的声音进入口(6b、7b)位于每个压差炭精盒(6、7)的入口面(6c、7c)，且压差炭精盒(6、7)的振动膜(13)的方向基本上相互平行，并且声音进入口(6a、6b、7a、7b)指向至少一个空间(8、8’)，所述至少一个空间在垂直于入口面(6c、7c)的方向封闭，并以传声方式与壳体开口(5)相连接。

2.根据权利要求1所述的传声器，其特征在于，压差炭精盒(6、7)相对于彼此对齐排列，其中，指定为前表面的入口面(6c、7c)平行于振动膜表面布置。

3.根据权利要求1所述的传声器，其特征在于，两个压差炭精盒(6、7)的入口面(6c、7c)彼此相向，其中在压差炭精盒(6、7)之间形成有空间(8)。

4.根据权利要求1所述的传声器，其特征在于，两个压差炭精盒(6、7)的入口面(6c、7c)转为彼此相背，且其每个都指向附属空间(8’)。

5.根据权利要求3所述的传声器，其特征在于，以传声方式与振动膜(13)的前侧相连接的声音进入口(6a、7a)和以传声方式与振动膜(13)的后侧相连接的声音进入口(7b、6b)基本上彼此相对。

6.根据权利要求4所述的传声器，其特征在于，以传声方式与振动膜(13)的前侧相连接的声音进入口(6a、7a)和以传声方式与振动膜(13)的后侧相连接的声音进入口(7b、6b)基本上彼此相背。

7.根据权利要求1或2所述的传声器，其特征在于，至少一个压差炭精盒(6、7)在壳体(1)中进行支撑的方式使得其可在振动膜(13)的平面内发生转动。

8.根据权利要求1或2所述的传声器，其特征在于，压差炭精盒(6、7)布置于壳体底部(3)与封闭且稍微弯曲的、且基本上与壳体底部(3)平行的壳体前部(2)之间，并基本上与壳体底部(3)平行地布置，其中壳体开口(5)位于从壳体前部(2)伸向壳体底部(3)的壁(4)中。

9.根据权利要求8所述的传声器，其特征在于，壳体开口(5)基本上与壳体前部(2)平行地布置。

10.根据权利要求2所述的传声器，其特征在于，在空间(8)与壳体开口(5)之间或两个附属空间(8’)与壳体开口(5)之间提供有声音通道(9)。

11.根据权利要求10所述的传声器，其特征在于，声音通道(9)和/或空间(8)，或声音通道(9)和/或两个附属空间(8’)中至少部分地填充有泡沫、纤维或毛绒。

12.根据权利要求10或11所述的传声器，其特征在于，声音通道(9)在其行程中具有台阶或肋片。

13.根据权利要求1或2所述的传声器，其特征在于，所述至少一个空间(8、8’)平行于入口面(6c、7c)的延展范围为所述至少一个空间(8、8’)宽度的至少两倍大。

14.根据权利要求1或2所述的传声器，其特征在于，所述至少一个空间(8、8’)平行于入口面(6c、7c)的延展范围为所述至少一个空间(8、8’)宽度的至少五倍大。

15.根据权利要求1或2所述的传声器，其特征在于，所述至少一个空间(8、8’)平行于入口面(6c、7c)的延展范围为所述至少一个空间(8、8’)宽度的至少十倍大。

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