CN1918890A - 便携式通信装置的电声换能器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电声通信单元(10)和便携式通信装置(20，30)，用于在提示方式和通话方式产生所需的频率特性，它包括：外壳，具有限定一定容积的内部和外部的壁(12)；声驱动器(14)，用于产生声信号，声驱动器(14)安装在所述壁(12)上；声端口(16，26)，具有长度和截面积，所述端口(16，26)穿过壁(12)并将外壳的内部和外壳的外部连接起来，其中与声驱动器(14)有关地确定所述容积、长度和截面积的尺寸，使得当电声通信单元的声端口的外部末端(22，32)与用户耳朵(18)接合时电声通信单元实现所需的频率特性。

Description

便携式通信装置的电声换能器

发明的技术领域

本发明涉及电声通信单元和便携式通信装置，用于在提示和通话方式中产生所需的频率特性。

相关技术说明

便携式通信单元，例如移动电话类型的便携式通信单元，应能够产生两种类型的声信号，即提示工作方式中的提示型(高电平)信号和通话工作方式中的通话型信号(低电平)，通话型信号通常是便携式通信装置的用户与其通话的那人的话音。为了产生这两种不同电平的声输出信号，传统上使用两个不同的换能器。但是，由于与多音振铃信号有关的提示信号的重发需求增长，而且由于小尺寸移动电话的重要性增长，已出现仅含有一个换能器的便携式通信单元。

为了产生两种电平的声信号，同一换能器用两种不同的电信号电平来激励。而且，在通话方式下，用户通常将移动电话拿在耳朵旁，而在提示方式下，移动电话通常不是拿在某人的耳朵旁，而是放置在某处，于是移动电话可将声信号发送到自由空间。换能器在通话方式和在提示方式所面临情况的这种差异意味着在各个系统的阻抗表示中，移动电话经历两种不同的阻抗。

授予Anderson的国际专利申请WO98/24214，WO0133904和WO00/21330，以及授予Backman的欧洲专利申请，都试图减小这种阻抗差异，其方法是在含有各换能器的外壳中引入各种开口，以实现所谓的”泄漏容许”系统，即容许在用户耳朵和拿在用户耳朵边的通信装置表面之间的空气泄漏。这些专利提出了将换能器连接到各个换能器周围的空气的各种途径。

但不论是换能器在提示方式被驱动或是在通话方式被使用，所述类型的途径都会产生失真。这是由于阻抗失配，而且为减少用户对通信装置性能影响的这种途径不足以在便携式通信装置的提示方式和通话方式中实现基本上无失真的性能。

所以需要提供一种电声通信单元，它能够在提示方式和通话方式产生声信号，具有所需频率性能且基本上没有失真。

发明概述

因此本发明针对解决以下问题：提供一种电声通信单元，它能提供所需频率性能，基本上没有失真，而不管所述单元在提示方式和通话方式中所经历的阻抗差异如何。

采用以下方法来实现的所述问题的解决方案：主动地利用将电声通信单元靠近用户耳朵所引起的声端口阻抗的变化。

本发明的第一目的是提供一种电声通信单元，它主动利用将电声通信单元靠近用户耳朵所引起的声端口阻抗的变化。

按照本发明的第一方面，所述目的是通过一种电声通信单元实现的，所述电声通信单元包括：外壳，它具有限定一定容积的内部和外部的壁；声驱动器，用于产生声信号，所述声驱动器安装在壁上；以及声端口，它具有长度和截面积，所述端口穿过壁并且将外壳的内部和外壳的外部连接起来，

其中与声驱动器有关地确定容积、长度、和截面积的尺寸，使得当通信单元的声端口的外部末端与用户耳朵接合时电声通信单元实现所需的频率特性。

本发明的第二方面针对包括第一方面的特征的电声通信单元，其中由所述壁形成的外壳是紧密密封的。

本发明的第三方面针对包括第一方面的特征的电声通信单元，其中声驱动器具有相对于所述壁的内侧和外侧，并且声驱动器的内侧将声信号驱动到外壳的内部。

本发明的第四方面针对包括第三方面的特征的电声通信单元，其中声端口使用被驱动到外壳内部的声信号。

本发明的第五方面针对包括第三方面的特征的电声通信单元，其中引导由驱动器外侧产生的声信号以便将其消散而不被用户利用。

本发明的第六方面针对包括第一方面的特征的电声通信单元，其中所述容积大约在0.5立方厘米和10立方厘米(cm³)之间，声端口的长度大约在0.5厘米和20厘米(cm)之间，而所述截面积大约在1平方毫米和120平方毫米(mm²)之间。

本发明的第二个目的是提供一种便携式通信装置，它主动利用因将该便携式通信装置靠近耳朵而引起的声端口阻抗的变化。

按照本发明的第七方面，所述目的是通过一种便携式通信装置实现的，所述便携式通信装置包括电声通信单元，所述电声通信单元具有：外壳，它具有限定一定容积的内部以及外部的壁；声驱动器，用于产生声信号，所述声驱动器安装在壁上；以及声端口，它具有长度和截面积，所述声端口穿过壁并将所述外壳的内部和所述外壳的外部连接起来，

其中与声驱动器有关地确定容积、长度、和截面积的尺寸，使得当通信单元的所述声端口的外部末端与用户耳朵接合时所述电声通信单元实现所需的频率特性。

本发明的第八方面针对包括第七方面的特征的便携式通信装置，其中所述装置是移动电话。

本发明的第九方面针对包括第七方面的特征的便携式通信装置，其中由相对于外壳壁而言的驱动器外侧产生的声信号由所述装置衰减。

本发明具有以下优点：

首先，其主要的优点在于既可以在提示方式下又可以在通话方式下把电信号重放为声信号，基本上没有失真。

第二，由于上述重放仅使用一个换能器来实现，故节省了包含所述电声通信单元的任何装置中的空间。而且，由于声端口的直径通常小于换能器自身的直径，且有用的声信号由所述端口转发，所以节省了通常由换能器面积占用的外部面积空间。

第三，由于可以使用一个换能器而不是两个换能器，所以可以减少换能器的费用。

值得注意的是，将两种功能组合在同一通信单元中常导致两种功能都受到影响。本发明优选实施例的奇异之处在于：与单个独立配置的情况相比，两种方式都得到改进。

附图简要说明

结合附图阅读对本发明优选实施例的以下说明，就可清楚地理解本发明，附图中：

图1示出按照本发明优选实施例的电声通信单元。

图2示出按照本发明优选实施例的移动电话形式的便携式通信装置的侧视图。

图3示出按照本发明优选实施例的移动电话形式的便携式通信装置的正视图。

实施例的详细说明

本发明涉及电声通信单元以及便携式通信装置，用于在提示方式和通话方式中产生所需的频率特性。本发明的目的还于在解决以下问题：提供具有所需频率特性的电声通信单元和便携式通信装置，不管由所述单元本身或在装置内所经历的提示方式和通话方式的阻抗差异如何。

参阅图1，图中示出按照本发明优选实施例的通信单元，现更详细地说明所述发明。

如图1中所示，电声通信单元10包括由壁12形成的外壳、声换能器14、以及声端口16，所述声端口将外壳的内部连接到外壳的外部。在图1中还示意地给出位于靠近声端口的外部末端位置的人耳18。

电声通信单元10的由壁12形成的外壳是密封外壳，其内部的容积为V。但外壳上设计有两个孔，其中声端口16通过所述两个孔之一穿过壁12，并且其中另一个孔由安装在壁12上的声换能器14覆盖。按照本发明的优选实施例，由壁12形成的外壳最好是紧密密封的，即气密密封的，以便实现电声通信单元的所需频率特性和最高灵敏度。

如图1清楚地示出的，声换能器14安装在壁12上，覆盖了所述两个孔之一，使得由声换能器一侧产生的声信号被发送到外壳的容积内。但是，由声换能器对侧所产生的不发送到容积V中的声信号没有用，因此在本发明中不使用。

这些声信号例如可以通过衰减装置或通过其中设置有电声通信单元10的通信装置的外壳来衰减。

在图1中，穿过壁12的声端口16安装在壁12的一侧，所述侧与换能器14的壁12的一侧相对。但端口16可以安装在壁12的任一侧，只要声端口16穿过所述壁12即可。

按照本发明，上述阻抗差异被主动考虑并代表提供既在提示方式下又在通话方式下实现基本上无失真性能的电声通信单元这个问题的解决方案的关键。

通过按照本发明的优选实施例适当设计电声通信单元，就可对所述单元进行调谐以实现声端口输出声信号的所需频率特性。

电声通信单元的设计改进了提示方式和通话方式的性能。提示方式的改进使在没有会引起失真的巨大纸盆振幅(cone excursion)的情况下高声信号声压成为可能。在提示方式下，照原来样子使用声端口16，即，使用声端口本身的阻抗。利用由用户耳朵靠近声端口引起的对靠近耳朵的通信装置的阻抗影响而实现的通话方式的改进是相对于单是通信单元的性能而言，提高了高频(高达大约3kHz)性能水平。

而且，通话方式的改进由改进的低频特性所构成，即，低频电平性能的提高。例如，对于所选声换能器，声信号强度降低例如3dB的低截止频率从约750Hz降低到约300Hz。

图2和3分别示出按照本发明优选实施例的形式为移动电话的便携式通信装置的侧视图和正视图。图2的移动电话20包括电声通信单元，图中示出其中的外壳24和声端口26。还以22示出截面积A。图3中清楚地示出移动电话30的截面积32。

按照本发明的电声通信单元的调谐是通过使用用于倒相式音箱扬声器系统的开孔音箱解决方案的方法来进行的。

本说明书具有关于如何调谐具有反射端口的扬声器外壳的基本正常程序，但对当一个或多个反射端口拟用作耳机波导端口时如何考虑作了一些修改。

因此以下各段将更详细地说明这种调谐。在选择声换能器时须考虑两个参数。它们是声换能器的自由场谐振频率f₀及其声顺C_a。具有过高谐振f₀的换能器不会获得所需结果。如果将声顺C_a选择得过高，就会违反动力学，而不可能用来在波导端口获得所需的结果。决定了这两个参数之后，就可实现具有适当容积V_box的外壳。

声换能器安装到外壳中后就会有谐振频率f_box，对该谐振频率要进行评估，这样就可计算波导端口，以创建具有适当的谐振频率f_H的亥姆霍兹(Helmholtz)谐振器。

亥姆霍兹谐振频率f_H需在换能器的自由场谐振频率f₀和外壳的谐振频率f_box之间的区间内选择。如果这个区间非常狭窄，则外壳的容积可能太大和/或换能器具有的声顺C_a太低。

此外，必须选择亥姆霍兹谐振器的谐振频率f_H和阻尼1/Q_H，使得在安装之后换能器仍能重放低于谐振频率f_H的低频。如果波导端口拟作为耳机馈线工作，则这一点是很重要的。如果声换能器不能非常好地产生这些频率，则换能器选择不当。

端口的截面积A和长度L之间的比例用亥姆霍兹方程确定。假定按照亥姆霍兹方程来调节截面积A，那么可以对波导端口的长度L进行调节以适合所需应用。因此这就意味着可以相对自由地选择端口的长度。

在耳机模型的第一实例中，按照本发明，使用直径约为15mm的声换能器。适当的外壳的容积确定为约2cm³，声端口的长度和直径分别确定为15mm和3mm。在使用相同声换能器以及相同容积外壳的第二实例中，声端口的长度和直径分别确定为约110mm和约8mm。

如上所示，将外壳容积和频率保持固定，可以改变长度和截面积的各个数值，只要二者之间的比值保持固定。

一项有趣的观察结果是，通过使用空气容积为外壳容积V的2.5倍的波导端口，就可产生所需的频率效应。

应强调，可以以多种方式改变本发明，以下的备选实施例仅是少数几个实例。因此这些不同的实施例不是限制性实例。但本发明的范围仅受以下权利要求书的限制。

按照本发明的另一实施例，多个声驱动器安装在外壳中，用于产生声信号。显然，在确定电声通信单元的尺寸及调谐时必须考虑有多个声换能器。

按照本发明的另一实施例，在外壳的内部和外部之间设置多个声端口，它们都穿过壁。这意味着，在确定电声通信单元的尺寸及调谐时要考虑到来自这些端口外部末端的声信号，以及要考虑来自两种端口的声信号。

按照本发明的又一实施例，外壳是密封的但不是紧密密封的。这对通信单元的特性至少有两种影响。一种影响是引入有用声信号的泄漏，而降低了电声通信单元的效率(输出电平)。另一种影响是系统的调谐更成问题，因为泄漏也影响单元的频率特性。如果泄漏已知并受控，则此效应可以计算，否则就不能计算。

Claims (9)

1.一种电声通信单元(10)，它包括：

-外壳，它具有限定一定容积(V)的内部和外部的壁(12)，

-声驱动器(14)，用于产生声信号，所述声驱动器(14)安装在所述壁(12)上，

-声端口(16，26)，它具有长度(L)和截面积(A)，所述端口(16，26)穿过所述壁(12)并将所述外壳的内部和所述外壳的外部连接起来，

其中与所述声驱动器(14)有关地确定所述容积(V)、长度(L)和截面积(A)的尺寸，使得当所述通信单元(10)的所述声端口(16，26)的外部末端(22，32)与用户耳朵(18)接合时所述电声通信单元(10)实现所需的频率特性。

2.如权利要求1所述的电声通信单元(10)，其中由所述壁(12)形成的外壳是紧密密封的。

3.如权利要求1所述的电声通信单元(10)，其中所述声驱动器(14)具有相对于所述壁(12)的内侧和外侧，并且所述驱动器的所述内侧将声信号驱动到所述外壳的内部。

4.如权利要求3所述的电声通信单元(10)，其中所述声端口(16，26)使用被驱动到所述外壳的所述内部的声信号。

5.如权利要求3所述的电声通信单元(10)，其中引导由所述驱动器(14)的所述外侧产生的声信号以便将其消散，不由所述用户使用。

6.如权利要求1所述的电声通信单元(10)，其中所述外壳的所述容积(V)大约在0.5立方厘米和10立方厘米(cm³)之间，所述声端口(16，26)的长度(L)在大约0.5厘米和20厘米(cm)之间，以及所述声端口(16，26)的所述截面积在大约1平方毫米和120平方毫米(mm²)之间。

7.一种包括电声通信单元(10)的便携式通信装置(20，30)，所述电声通信单元(10)包括：

-外壳，它具有定义一定容积(V)的内部以及外部的壁(12)；

-声驱动器(14)，用于产生声信号，所述声驱动器(14)安装到所述壁(12)上；

-声端口(16，26)，它具有长度(L)和截面积(A)，所述端口(16，26)穿过所述壁(12)并将所述外壳的内部和所述外壳的外部连接起来。

其中与所述声驱动器(14)有关地确定所述容积(V)、长度(L)、和截面积(A)的尺寸，使得当所述通信单元(10)的所述声端口(16，26)的外部末端(22，32)与用户耳朵(18)接合时所述便携式通信装置(20，30)实现所需的频率特性。

8.如权利要求7所述的便携式通信装置(20，30)，其中所述装置是移动电话。

9.如权利要求7或8中任何一个所述的便携式通信装置(20，30)，其中由所述驱动器(14)的相对于所述壁(12)的外侧产生的声信号被所述装置(20，30)衰减。

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