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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Schwingungs-
und Echounterdrückung
und eine Mikrofon-Lautsprecher-Einheit,
welche für
die Verwendung in Zweiwegkommunikationseinrichtungen, beispielsweise
Mobiltelefonen, oder in Einwegkommunikationseinrichtungen, beispielsweise
Hörgeräten, bestimmt
sind. Die Schaltung und die Mikrofon-Lautsprecher-Einheit können in
verschiedenen Kommunikationseinrichtungen verwendet werden. Dazu
gehören
mobile Kommunikationseinrichtungen, wie beispielsweise Mobiltelefone und
PHS-Systeme, gewöhnliche
Telefone, Übersetzungsgeräte, Lautsprecher
für hör- oder
sprachbehinderte Personen oder Personen mit Stimmbandschädigung,
Kommunikationsgeräte
für Fremdenführer, Kommunikationsgeräte für Ansager,
Kommunikationsgeräte
für Zugführer, Headsets
für Telefonvermittlungspersonal
und Hörgeräte.
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Hintergrundtechnik
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Gegenwärtig sind
als Kommunikationseinrichtungen verdrahtete oder drahtlose Mobilgeräte, beispielsweise
Mobiltelefone und PHS-Systeme, bekannt. Es wurde ein Kommunika tionssystem
vorgeschlagen, in welchem jedes beliebige Mobilgerät mit dem
damit verknüpften
Festnetztelefon oder mit jeder beliebigen anderen Kommunikationseinrichtung über ein
Telefonnetz wechselseitig kommunizieren kann, einschließlich durch
NIT DoCoMo. Inc. installierte Telefon-Richtfunkanlagen oder dergleichen (siehe
beispielsweise japanische offengelegte Patentanmeldungsschrift Nr.
2002-300074).
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Bei
der oben beschriebenen Zweiwegkommunikation bildet sich aufgrund
der elektrischen Kopplung eine Schleife, einschließlich Schallwellen, die
sich im Raum zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit jeder
Kommunikationseinrichtung ausbreiten. Folglich können sich in einigen Fällen Schwingungen
oder Echoerscheinungen entwickeln. Die Schwingungen treten auf,
wenn die Schleifenverstärkung
der elektrischen Kopplung bei 1 oder darüber liegt. Aus diesem Grund
können
die Sendeeinheit und die Empfangseinheit nicht integriert oder kombiniert
werden. In der Praxis ist es kaum möglich, diese Einheiten nah
beieinander anzuordnen. Dies hätte große Probleme
bei der Rauschminderung und der Verringerung der Größe, des
Gewichts, der Herstellungskosten und dergleichen von Kommunikationseinrichtungen
zur Folge, unabhängig
davon, ob es sich um verdrahtete oder drahtlose Einrichtungen handelt.
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Angesichts
der obigen Ausführungen
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltung zur Schwingungs- und Echounterdrückung sowie eine
Mikrofon-Lautsprecher-Einheit
bereitzustellen, welche die Probleme der herkömmlichen Systeme lösen und
nicht nur Schwingungen, sondern auch Echoerscheinungen in Zweiwegkommunikationseinrichtungen
und Einwegkommunikationseinrichtungen unterdrücken kann und dadurch eine
stabile Kommunikation gewährleistet.
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Offenbarung
der Erfindung
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Zur
Lösung
der oben erwähnten
Aufgabe ist eine Schaltung zur Schwingungs- und Echounterdrückung gemäß der vorliegenden
Erfindung für
die Verwendung in Zweiwegkommunikationseinrichtungen, beispielsweise
Mobiltelefonen, oder Einwegkommunikationseinrichtungen, beispielsweise
Hörgeräten, bestimmt.
Die Schaltung umfasst eine Mikrofon-Lautsprecher-Einheit sowie eine Spannungsunterdrückungsschaltung
zur Unterdrückung
der Spannungen von Tonempfangssignalen. Die Mikrofon-Lautsprecher-Einheit
umfasst ein Hauptgehäuse
mit mindestens zwei Innenräumen,
die mit einem strömungsfähigen Medium,
beispielsweise Luft, gefüllt sind,
mit mindestens zwei Mikrofonen, die in dem Hauptgehäuse angeordnet
sind und den ersten Innenraum gegen den Außenraum sowie den ersten Innenraum
gegen den zweiten Innenraum abdichten, und mit einem Lautsprecher
oder einem Kopfhörer, der
den ersten Innenraum und den Außenraum
gegeneinander abdichtet. Die Mikrofone sind so ausgelegt, dass sie
gleichzeitig die durch ein Tonempfangssignal in dem ersten Innenraum
verursachten Vibrationen des strömungsfähigen Mediums
und die durch ein aus dem Außenraum
kommendes Tonsendesignal, beispielsweise Schall, verursachten Vibrationen des
strömungsfähigen Mediums
erkennen. Der Lautsprecher oder Kopfhörer ist so ausgelegt, dass
er gleichzeitig Schall in den ersten Innenraum und den Außenraum
leitet. Die Spannungsunterdrückungsschaltung
ist so ausgelegt, dass sie die von den Mikrofonen kommenden Spannungen
der Tonempfangssignale unterdrückt
und dadurch ein Ausgangssignal von minimaler Größe erzeugt.
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Durch
diese Auslegung kann die Schaltung zur Schwingungs- und Echounterdrückung in
Zweiwegkommunikationseinrichtun gen und Einwegkommunikationseinrichtungen
auftretende Schwingungen und Echoerscheinungen wirkungsvoll unterdrücken. Wird
die Schaltung in einer Zweiwegkommunikationseinrichtung verwendet,
können
die Sendeeinheit und die Empfangseinheit an gleicher Stelle oder nahe
beieinander angeordnet werden, weil die Schwingungen und Echoerscheinungen
unterdrückt werden
können.
Zur Unterdrückung
von Schwingungen oder Echoerscheinungen ist es nicht erforderlich, die
Sendeeinheit und die Empfangseinheit beabstandet voneinander anzuordnen.
Es ist auch nicht erforderlich, einen komplizierten digitalen Vorgang
auszuführen,
um ein Echo zu unterdrücken.
Die Schaltung kann bahnbrechend sein, weil mit ihr eine stabile mündliche
Kommunikation erzielt werden kann, die nicht von einer Verschlechterung
der Tonqualität
begleitet wird. Da die Schaltung einfach in der Auslegung ist, kann
sie zu verhältnismäßig niedrigen
Kosten hergestellt werden. Außerdem
ist es möglich,
die Schaltung klein und leicht zu gestalten.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
das Blockdiagramm einer Schaltung zur Schwingungs- und Echounterdrückung, welche
eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung darstellt und
in einer zur Zweiwegkommunikation fähigen Funkverkehrseinrichtung
integriert ist.
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2 zeigt
die Mikrofon-Lautsprecher-Einheit zur Verwendung in der Schaltung
zur Schwingungs- und Echounterdrückung
in einer Schnittansicht.
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3 zeigt die Mikrofon-Lautsprecher-Einheit
in einer Schnittansicht, aus verschiedenen Winkeln gesehen.
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3A zeigt
eine Schnittansicht entlang Linie IIIA-IIIA von 2.
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3B zeigt
eine Schnittansicht entlang Linie IIIB-IIIB von 2.
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3C zeigt
eine Schnittansicht entlang Linie IIIC-IIIC von 2.
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3D zeigt
eine Schnittansicht entlang Linie IIID-IIID von 2.
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4 zeigt
eine modifizierte Mikrofon-Lautsprecher-Einheit in einer Schnittansicht.
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5 zeigt
eine weitere modifizierte Mikrofon-Lautsprecher-Einheit in einer
Schnittansicht.
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6 zeigt
noch eine weitere modifizierte Mikrofon-Lautsprecher-Einheit in einer Schnittansicht.
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7 zeigt
eine weitere modifizierte Mikrofon-Lautsprecher-Einheit in einer
Schnittansicht.
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8 zeigt
das Diagramm einer Addierschaltung.
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9 zeigt
das Blockdiagramm einer Schaltung zur Echounterdrückung in
einer zweiten Ausgestaltung.
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10 zeigt
das Blockdiagramm einer Spannungsveränderungsschaltung und einer
Steuerschaltung.
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11 zeigt
das Blockdiagramm einer in einer Funkverkehrseinrichtung integrierten
und zur Einwegkommunikation fähigen
Schaltung zur Schwingungs- und Echounterdrückung in einer dritten Ausgestaltung.
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12 zeigt
die in der Schaltung zur Schwingungs- und Echounterdrückung verwendete Mikrofon-Lautsprecher-Einheit
in einer Schnittansicht.
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13 zeigt
ein Blockdiagramm der in einer Funkverkehrseinrichtung integrierten
Schaltung zur Schwingungs- und
Echounterdrückung
in einer vierten Ausgestaltung, welche auch als Hörgerät betrieben
werden kann und zur Zweiwegkommunikation fähig ist.
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14 zeigt
die in einer Schaltung zur Schwingungs- und Echounterdrückung verwendete Mikrofon-Lautsprecher-Einheit
in einer Schnittansicht.
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15 zeigt
ein Diagramm der in der Schaltung zur Schwingungs- und Echounterdrückung verwendeten
Addierschaltung.
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Optimales
Verfahren für
die Ausführung
der Erfindung
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Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben.
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(Erste Ausgestaltung)
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Die
erste Ausgestaltung wird für
eine Funkverkehrseinrichtung (beispielsweise ein Mobiltelefon) verwendet,
die zur Zweiwegkommunikation fähig
ist. 1 zeigt das Blockdiagramm einer in einem Mobiltelefon
integrierten Schaltung zur Schwingungs- und Echounterdrückung. 1 zeigt
nicht die Komponenten, die keiner Erklärung bedürfen, wie beispielsweise die
Batterie.
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Die
Sendeeinheit 11 einer Kommunikationseinrichtung 1 umfasst
die Mikrofone MIC1 und MIC2 und eine Addierschaltung 13 sowie
eine Verstärkerschaltung
A1. Die Mikrofone MCI1 und MIC2 bilden eine Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 12.
Die Addierschaltung 13 wird als Spannungsunterdrückungsschaltung
zur Unterdrückung
der Spannung von Tonempfangssignalen verwendet. Die Empfangseinheit 15 der
Kommunikationseinrichtung 1 umfasst eine Verstärkerschaltung
A2 und einen Lautsprecher SP1. Der Lautsprecher SP1 bildet eine
Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 12. Die Sendeeinheit 21 einer
Kommunikationseinrichtung 2 umfasst Mikrofone MIC3 und
MCI4 und eine Addierschaltung 23 sowie eine Verstärkerschaltung
A3. Die Mikrofone MIC3 und MIC4 bilden eine Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 22.
Die Addierschaltung 23 wird als Spannungsunterdrückungsschaltung
zur Unterdrückung
der Spannung von Tonempfangssignalen verwendet. Die Empfangseinheit 25 der
Kommunikationseinrichtung 2 umfasst eine Verstärkerschaltung A4
und einen Lautsprecher SP2. Der Lautsprecher SP2 bildet eine Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 22. Das
Bezugszeichen 30 bezeichnet ein Telefonnetz, welches die
Kommunikationseinrichtungen 1 und 2 verbindet.
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Die
Mikrofon-Lautsprecher-Einheiten 12 und 22 sind
in ihrer Auslegung identisch. Daher wird lediglich die Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 12 unter Bezugnahme
auf 2 und 3 beschrieben.
Die Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 12 besitzt ein kastenförmiges hohles
Hauptgehäuse 41 aus
Kunstharz. Das Hauptgehäuse 41 legt
einen großen
Innenraum 42 und einen kleinen Innenraum 43 fest,
welche abgeschlossen und abgedichtet sind. Jeder Raum ist mit einem
strömungsfähigen Medium,
beispielsweise Luft, gefüllt.
Das Mikrofon MIC1 ist auf dem Hauptgehäuse 41 angeordnet
und trennt den ersten Innenraum 42 von dem Außenraum 44.
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Das
Mikrofon MIC2 ist auf dem Hauptgehäuse 41 angeordnet
und trennt den ersten Innenraum 42 und den zweiten Innenraum 43 voneinander
ab. Die Mikrofone MIC1 und MIC2 können gleichzeitig die Vibrationen
des strömungsfähigen Mediums
in dem ersten Innenraum 42, welche durch den von dem Lautsprecher
SP1 aus einem Tonempfangssignal erzeugten Schall verursacht werden,
und die Vibrationen des strömungsfähigen Mediums,
welche durch den aus einem aus dem Außenraum 44 kommenden
Tonsendesignal, beispielsweise Schall, erzeugten Schall verursacht
wird, erkennen. Der Lautsprecher SP1 ist auf dem Hauptgehäuse 41 vorgesehen
und trennt den ersten Innenraum 42 und den Außenraum 44 voneinander
ab und kann daher gleichzeitig den Schall in den ersten Innenraum 42 und
den Außenraum 44 leiten.
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Die
Anordnung der Mikrofone MIC1 und MIC2 und des Lautsprechers SP1
und die Form und Größe derselben
sowie die Größe der Innenräume 42 und 43 oder
dergleichen, die in der Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 12 vorgesehen
sind, sind nicht auf die in 2 gezeigten
begrenzt. Es sind selbstverständlich
andere Anordnungen möglich.
Unter Bezugnahme auf 4 ff. werden Modifizierungen
beschrieben. Wie in 4 gezeigt, kann das Mikrofon MIC1
in der gleichen Richtung wie der Lautsprecher SP1 angeordnet sein.
Wie in 5 gezeigt, kann das Mikrofon MIC1 auch gegenüberliegend
von dem Lautsprecher SP1 angeordnet sein. Wie in 6 und 7 gezeigt,
kann das Mikrofon MIC2 in der gleichen Richtung wie das Mikrofon
MIC1 und der Lautsprecher SP1 angeordnet sein. Wie in 7 und 6 gezeigt,
können
das Mikrofon MIC1 und der Lautsprecher SP1 außerdem die Position tauschen. Es
kann jede der hier beispielhaft veranschaulichten Mikrofon-Lautsprecher-Einheiten
genutzt werden.
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Die
Addierschaltungen 13 und 23 sind in ihrer Auslegung
identisch. Daher wird lediglich die Addierschaltung 13 unter
Bezugnahme auf 8 beschrieben. Wie 8 zeigt,
umfasst die Addierschaltung 13 die Widerstände R1,
R2 und R3. Die Schaltung 13 kehrt die Polung der Ausgangssignale
der Mikrofone MIC1 und MIC2 um und unterdrückt damit die Spannung eines
Tonempfangssignals. Das heißt, dass
die Schaltung 13 geeignet ist, die Spannungen von Eingangssignalen
zu addieren, so dass die sich ergebende Summe minimal sein kann,
wenn die Mikrofone MIC1 und MIC2 die Vibrationen des strömungsfähigen Mediums,
beispielsweise Luft, in dem ersten Innenraum 42 erkennen,
welche durch den Tonempfangssignalausgang von Lautsprecher SP1 verursacht
wird. Die Schaltung 13 ist außerdem geeignet, die Spannungen
der Eingangssignale zu addieren, so dass nur die Komponente des
Tonsendesignals aus dem Außenraum
vollständig
bleiben kann, wenn die Mikrofone MIC1 und MIC2 die Vibrationen des
strömungsfähigen Mediums
erkennen, die durch das Tonsendesignal, beispielsweise Schall, verursacht
werden, welches aus dem Außenraum 44 und
nicht aus dem Innenraum 42 kommt. Der Unterschied zwischen
den Ausgangssignalen der Mikrofone MIC1 und MIC2 wird durch die
Einstellung der Werte der Widerstände R1 und R2 gesteuert, um
dadurch die Ausgangsspannung der Addierschaltung 13 so
klein wie möglich
zu setzen.
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Die
Verstärkerschaltung
A2 verstärkt
das Tonempfangssignal, welches über
das Telefonnetz 30 von der Kommunikationseinrichtung 2 geliefert wird.
Das verstärkte
Signal wird von dem Lautsprecher SP1 der Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 12 in den
Außenraum 44 und
den ersten Innenraum 42 ausgegeben. Die Mikrofone MIC1
und MIC2 der Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 12 erkennen
die Signalausgabe des Lautsprechers SP1. Wie oben angegeben, ist
die Addierschaltung 13 geeignet, die Spannungen der von
den beiden Mikrofonen MIC1 und MIC2 stammenden Tonempfangssignale
zu unterdrücken,
so dass die sich ergebende Summe minimal werden kann. Daher wird
die Addierschaltung 13 die Tonempfangssignale nicht ausgeben.
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Da
keine Tonempfangssignale ausgegeben werden, führt die in der Sendeeinheit 11 vorgesehene Verstärkerschaltung
A1 eine Verstärkung
aus. Somit werden über
das Telefonnetz 30 Signale an die Kommunikationseinrichtung 2 übertragen.
Aber dennoch werden keine Tonempfangssignale geliefert.
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Die
an den Lautsprecher SP1 ausgegebenen Tonempfangssignale werden in
Schall umgewandelt, welcher sich ebenfalls in den Außenraum 44 hinein
verbreitet. Aus diesem Grund kann der Benutzer den aus dem Tonempfangssignal
erzeugten Schall hören.
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Das
Mikrofon MIC1, welches zu dem Außenraum 44 der Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 12 hin
offen ist, fängt
das Tonsendesignal, das die Kommunikationseinrichtung 1 über das
Telefonnetz 30 an die Kommunikationseinrichtung 2 übertragen
soll, ab. Zu diesem Zeitpunkt kann das Mikrofon MIC2 keinen Schall
abfangen. Somit hört
ein Tonsendesignal, beispielsweise Schall, zu keiner Zeit auf zu
existieren, selbst wenn die Addierschaltung 13 die Spannungen der
von den beiden Mikrofonen MIC1 und MIC2 erzeugten Tonempfangssignale
unterdrückt.
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Die
Verstärkerschaltung
A1 verstärkt
das Tonsendesignal. Das verstärkte
Signal kann über
das Telefonnetz 30 zu der Kommunikationseinrichtung 2 übertragen
werden.
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Die
empfangenen Signale, beispielsweise Schall, werden in dem ersten
Innenraum 42 der Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 12 gesammelt.
Zwischen den Tonempfangssignalen besteht kein Phasenunterschied,
weil die Einwirkung von außen
unterdrückt
ist. Die Addierschaltung 13 unterdrückt die Spannungen dieser Signale,
und ein Signal wird zu der Kommunikationseinrichtung 2 übertragen.
Aus diesem Grund finden weder Schwingungen noch Echoerscheinungen
zwischen den Kommunikationseinrichtungen 1 und 2 statt.
Schwingungen und Echoerscheinungen können ebenfalls durch die Kommunikationseinrichtung 2 unterdrückt werden. Ist
die Schaltung zur Schwingungs- und Echounterdrückung in beiden Kommunikationseinrichtungen 1 und 2 integriert,
werden bessere Ergebnisse erzielt.
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In
der ersten Ausgestaltung unterdrücken
die Addierschaltungen 13 und 23 die Spannungen
der Tonempfangssignale. Hierbei handelt es sich nur um ein bevorzugtes
Beispiel. Es können
auch andere Schaltungen verwendet werden, welche ähnliche
Arbeitsschritte durchführen.
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(Zweite Ausgestaltung)
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9 und 10 zeigen
die zweite Ausgestaltung. In der ersten Ausgestaltung erkennen die beiden
Mikrofone MIC1 und MIC2 der Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 12 ein
Ausgangssignal des Lautsprechers SP1 und die beiden Mikrofone MIC3
und MIC4 der Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 22 erkennen
ein Ausgangssignal des Lautsprechers SP2. Die Addierschaltung 13 muss
die Spannungen der beiden von den Mikrofonen MIC1 und MIC2 erzeugten Signale
unterdrücken,
um ein Signal minimaler Größe zu erzeugen.
Auf ähnliche
Weise muss auch die Addierschaltung 23 die Spannungen der
beiden von den Mikrofonen MIC3 und MIC4 erzeugten Signale unterdrücken, um
ein Signal minimaler Größe zu erzeugen.
Die Addierschaltungen 13 und 23 können die
Spannungen der beiden Signale nicht vollständig unterdrücken, weil
die Lautsprecher (SP1 usw.) und die Mikrofone (MIC1, MIC2 usw.),
d.h. die Komponenten der Mikrofon-Lautsprecher-Einheiten 12 und 22,
bei wechselnder Umgebung einer Temperaturänderung und Alterung unterliegen.
In diesem Fall können
Steuerschaltungen verwendet werden, welche die Schwankungen automatisch
regulieren. 9 und 10 zeigen
die Ausgestaltung, die mit derartigen Steuerschaltungen versehen
ist.
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Genauer
gesagt besitzt die zweite Ausgestaltung Spannungsveränderungsschaltungen 51 und 61 sowie
Steuerschaltungen 52 und 62. Die Schaltungen 52 und 62 umfassen
jeweils Feldeffekttransistoren FET1 und FET2. Die Schaltung 51 ist zwischen
den Mikrofonen MIC1 und MIC2 vorgesehen und verbreitet Signalspannungen
auf elektronischem Wege. Die Schaltung 61 ist zwischen
den Mikrofonen MIC3 und MIC4 vorgesehen und verbreitet die Signalspannungen
auf elektronischem Wege. Die Steuerschaltung 52 ist zwischen
dem Ausgang der Addierschaltung 13 und der Spannungsveränderungsschaltung 51 vorgesehen
und steuert die Spannungsveränderungsschaltung 51.
Die Steuerschaltung 62 ist zwischen dem Ausgang der Addierschaltung 23 und
der Spannungsveränderungsschaltung 61 vorgesehen
und steuert die Spannungsveränderungsschaltung 61.
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Die
Steuerschaltungen 52 und 62 ähneln sich in ihrer Auslegung.
Wie in 10 gezeigt, umfasst die Steuerschaltung 52 oder
eine der Steuerschaltungen eine Gleichrichterschaltung 53,
eine Integrierschaltung 54, eine Speicherschaltung 55,
eine Vergleichsschaltung 57 sowie Invertierverstärkerschaltungen 58 und 59.
Die Gleichrichterschaltung 53 ist so geschaltet, dass sie
einen Teil des von der Addierschaltung 13 kommenden Tonempfangssignals
empfängt,
und wandelt die Spannung des Tonempfangssignals in einen Welligkeitsstrom
um. Die Integrierschaltung 54 ist mit der Gleichrichterschaltung
verbunden und erzeugt eine Spannung des Gleichstromsignals. Die
Speicherschaltung 55 ist mit der Integrierschaltung verbunden
und speichert die die Spannung des Gleichstromsignals darstellenden Daten
nur, wenn diese Spannung ein Tonempfangssignal enthält. Die
Vergleichsschaltung 57 ist mit der Speicherschaltung 55 verbunden
und vergleicht die Ausgangsspannung der Speicherschaltung 55 mit
einer Referenzspannung 56. Die Invertierverstärkerschaltungen 58 und 59 sind
mit der Vergleichsschaltung 57 verbunden und geben ein
Steuersignal an die Spannungsveränderungsschaltung 51 aus.
Das Steuersignal bewirkt, dass die Schaltung 51 ein Signal
ausgibt, welches das Ausgangssignal des einen Mikrofons verringert,
wenn das Ausgangssignal des anderen Mikrofons groß ist, und
das Ausgangssignal des einen Mikrofons vergrößert, wenn das Ausgangssignal
des anderen Mikrofons klein ist.
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Die
zweite Ausgestaltung kann in der gleichen Weise arbeiten wie die
erste Ausgestaltung. Darüber
hinaus wirken die Spannungsveränderungsschaltung 51 und 61 sowie
die Steuerschaltungen 52 und 62 zusammen und regulieren
die Spannungen der Tonempfangssignale automatisch, wenn diese Spannungen
nicht auf einen minimalen Wert gesetzt werden, weil Schwankungen
stattfinden, wenn die Lautsprecher (SP1 usw.) und Mikrofone (MIC1,
MIC2 usw.), d.h. die Komponenten der Mikrofon-Lautsprecher-Einheiten 12 und 22,
bei wechselnder Umgebung Temperaturänderungen und Alterung unterliegen.
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Die
in 2 bis 7 gezeigten Mikrofon-Lautsprecher-Einheiten 12 und 22 umfassen
jeweils einen Lautsprecher SP1 und zwei Mikrofone MIC1 und MIC2.
Der Lautsprecher SP1 und die Mikrofone MIC1 und MIC2 sind in dem
Hauptgehäuse 41 vorgesehen
und sind nach außen
hin abgedichtet. 2 bis 7 zeigen
eine schematische Darstellung der Grundkonstruktion, welche das
Hauptgehäuse 41 zur
Ausführung
seiner Funktion haben kann. Die Konstruktion des Hauptgehäuses 41 kann beliebig
sein, solange in dem Hauptgehäuse 41 ein Raum,
wie beispielsweise der erste Innenraum 42, welcher durch
den Lautsprecher SP1 und das Mikrofon MIC1 gegen den Außenraum 44 abgedichtet
ist, und ein Raum, wie beispielsweise der zweite Innenraum 43,
welcher durch das Mikrofon MIC2 gegen den Außenraum 44 abgedichtet
ist, vorgesehen sind.
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In
den Mikrofon-Lautsprecher-Einheiten 12 und 22 sind
die Innenräume 42 und 43 abgeschlossen,
so dass ein strömungsfähiges Medium,
beispielsweise Luft, nicht von einem Raum in den anderen strömt. Dennoch
müssen
die Räume 42 und 43 keine
perfekt abgeschlossenen Räume
sein, solange die Vibrationen der Vibrationsmembran des Lautsprechers
SP1 vollständig
zu den Vibrationsmembranen der Mikrofone MIC1 und MIC2 übertragen
werden und daher die von den Addierschaltungen 13 und 23 gebildete
Summe der Geräusche
in den Ausgangssignalen der Mikrofone vernachlässigbar klein ist. In dem ersten
Innenraum 42 und dem zweiten Innenraum 43 strömt ein strömungsfähiges Medium, wie
beispielsweise Luft. Statt dessen kann auch jedes beliebige andere
strömungsfähige Medium,
wie beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid, in diesen Räumen strömen. Die
Spannungsveränderungsschaltungen 51 und 61 umfassen
jeweils Feldeffekttransistoren FET1 und FET2 und regulieren die Spannung
der Signale. Solange sie in der Lage sind, die Spannung der Signale
zu regulieren, können
sie auf jede beliebige andere Weise ausgelegt sein.
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(Dritte Ausgestaltung)
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Die
dritte Ausgestaltung wird für
eine Kommunikationseinrichtung (z.B. ein Hörgerät) verwendet, das zur Einweg kommunikation
fähig ist. 11 zeigt
ein Blockdiagramm der in dem Hörgerät integrierten
Schaltung zur Schwingungs- und Echounterdrückung. Die Komponenten, wie
beispielsweise die Batterie, die für den Antrieb der Schaltung
bestimmt sind und keiner Erklärung
bedürfen,
sind in dieser Figur nicht abgebildet.
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Das
Hörgerät umfasst
Mikrofone MIC1 und MIC2, einen Lautsprecher SP1, eine Addierschaltung 71,
eine Verstärkerschaltung
A1, einen Bandpassfilter BPF und eine Verstärkerschaltung A2. Die Mikrofone
MIC1 und MIC2 bilden die Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 70.
Die Addierschaltung 71 wird als Schaltung für die Gewinnung
eines Tonempfangssignals aus dem Lautsprecher SP1 verwendet.
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12 zeigt
die Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 70. Die Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 70 besitzt ein
kastenförmiges
hohles Hauptgehäuse 72 aus Kunstharz.
Ein kleines zylinderförmiges
Teil 73 ist einstückig
mit dem Hauptgehäuse 72 ausgeführt und befindet
sich bei dem Lautsprecher SP1. Das zylinderförmige Teil 73 kann
in den Hörkanal
eingeführt werden.
Das Hauptgehäuse 72 besitzt
zwei abgeschlossene Innenräume,
d.h. einen großen
Raum 74 und einen kleinen Raum 75. Die Räume 74 und 75 sind
mit einem strömungsfähigen Medium,
beispielsweise Luft, gefüllt.
In dem Hauptgehäuse 72 ist
sowohl das Mikrofon MIC1 angeordnet, welches den ersten Innenraum 74 gegen
den Außenraum 76 abdichtet,
als auch das Mikrofon MIC2, welches den ersten Innenraum 74 und
den zweiten Innenraum 75 gegeneinander abdichtet. Die Mikrofone
MIC1 und MIC2 können
gleichzeitig die Vibrationen des strömungsfähigen Mediums in dem ersten
Innenraum 74, welche durch den von dem Lautsprecher SP1
aus einem Tonempfangssignal erzeugten Schall verursacht werden,
und die Vibrationen des strömungsfähigen Mediums,
welche durch den aus einem aus dem Außenraum 76 kommenden
Tonsendesignal, beispielsweise Schall, erzeugten Schall verursacht werden,
erkennen. Der Lautsprecher SP1 ist auf dem Hauptgehäuse 72 vorgesehen
und trennt den ersten Innenraum 74 und den Außenraum 76 voneinander ab
und kann daher gleichzeitig den Schall in den ersten Innenraum 74 und
den Außenraum 76 (d.h.
den Hörkanal)
leiten.
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In
der Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 70 sind, wie im Fall
der Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 12, die Anordnung der
Mikrofone MIC1 und MIC2 und des Lautsprechers SP1 und die Form und
Größe derselben
sowie die Größe der Innenräume 74 und 75 oder
dergleichen nicht auf die veranschaulichten beschränkt. Die
Innenräume 74 und 75 können neben den
gezeigten auch jede beliebige andere Größe und Auslegung haben. Darüber hinaus
können,
wie im Fall der Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 12,
die Innenräume 74 und 75 mit
jedem beliebigen anderen strömungsfähigen Medium
gefüllt
sein, wenn die gleiche Wirkung erzielt wird. Außerdem ist es möglich, dass die
Räume 74 und 75 nicht
abgeschlossen sind. Die Auslegung und die Funktion der Addierschaltung 71 sind
identisch mit denen der Addierschaltung 13.
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Der
Bandpassfilter BPF ist zur Stabilisierung des Betriebs der Schaltung
zur Schwingungs- und Echounterdrückung
bestimmt. Ob der Bandpassfilter BPF verwendet wird, kann abhängig von
dem Frequenzband für
die Tonsignale festgelegt werden. Der Bandpassfilter BPF kann auch
entfallen. Solange der Betrieb des Hörgeräts stabil bleibt, muss der
Filter nicht verwendet werden.
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In
dem Hörgerät mit der
oben beschriebenen Auslegung erkennt das Mikrofon MIC1 ein von dem Außenraum 76 übertragenes
Tonsignal. Bei seinem Weg durch die Addierschaltung 71,
den Bandpassfilter BPF und die Verstärkerschaltung A2 wird das Signal
verstärkt.
Aus dem Signal erzeugt der Lautsprecher SP1 Schall, welcher in den
Hörkanal,
d.h. den Außenraum 76,
und in den ersten Innenraum 74 geleitet wird. In dem ersten
Innenraum 74 fangen die Mikrofone MIC1 und MIC2 den Schall
ab und erzeugen Signale. Die Addierschaltung 71 erzeugt
ein Signal von ausreichend kleiner Größe. Somit finden keine Schwingungen
und Echoerscheinungen statt oder sie können wirkungsvoll unterdrückt werden.
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(Vierte Ausgestaltung)
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Die
vierte Ausgestaltung wird für
eine Kommunikationseinrichtung (z.B. ein Mobiltelefon) verwendet,
welches zur Zweiwegkommunikation fähig ist und auch als Hörgerät betrieben
werden kann. 13 zeigt das Blockdiagramm einer
Hörgerät-Mobiltelefon-Vorrichtung,
die eine Schaltung zur Schwingungs- und Echounterdrückung und
eine Mikrofon-Lautsprecher-Einheit
umfasst. Die Komponenten, wie beispielsweise die Batterie, die für den Antrieb
der Schaltung bestimmt sind und keiner Erklärung bedürfen, sind in dieser Figur
nicht abgebildet.
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Die
Hörgerät-Mobiltelefon-Vorrichtung
umfasst Mikrofone MIC1, MIC2 und MIC3, einen Lautsprecher SP1, eine
Addierschaltung 81, einen Bandpassfilter BPF, eine Verstärkerschaltung
A1, Umschalter 82, 83 und 84 sowie eine
Verstärkerschaltung
A2. Die Mikrofone MIC1, MIC2 und MIC3 und der Lautsprecher SP1 bilden
eine Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 80.
Die Addierschaltung 81 wird als eine Schaltung zur Unterdrückung der
Spannung der von dem Lautsprecher SP1 kommenden Tonempfangssignale
eingesetzt. Die Umschalter 82, 83 und 84 werden
so betrieben, dass mit ihnen ein Umschalten zwischen dem Hörgerät und dem
Mobiltelefon erreicht wird. Der Umschalter 84, die Ver stärkerschaltung
A2 und der Lautsprecher SP1 bilden die Empfangseinheit 15 des
Mobiltelefons. Die anderen Komponenten bilden die Sendeeinheit 11.
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14 zeigt
beispielhaft die in der Hörgerät-Mobiltelefon-Vorrichtung
integrierte Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 80. Die Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 80 besitzt
ein kastenförmiges
hohles Hauptgehäuse 86 aus
Kunstharz. Ein kleines zylinderförmiges
Teil 87 ist einstückig
mit dem Hauptgehäuse 86 ausgeführt und
befindet sich bei dem Mikrofon MIC1. Das zylinderförmige Teil 87 kann
in den Hörkanal
eingeführt
werden. Das Hauptgehäuse 86 besitzt
zwei abgeschlossene Innenräume,
d.h. einen großen
Raum 88 und einen kleinen Raum 89. Die Räume 88 und 89 sind
mit einem strömungsfähigen Medium,
beispielsweise Luft, gefüllt.
In dem Hauptgehäuse 86 ist
sowohl das Mikrofon MIC1 angeordnet, welches den ersten Innenraum 88 gegen
den Außenraum 90 (d.h.
den Hörkanal)
abdichtet, als auch das Mikrofon MIC3, welches den ersten Innenraum 88 und
den Außenraum 90 gegeneinander
abdichtet. Das Mikrofon MIC2 ist so angeordnet, dass es den ersten
Innenraum 88 und den zweiten Innenraum 89 gegeneinander
abdichtet. Die Mikrofone MIC1, MIC2 und MIC3 können gleichzeitig die Vibrationen
des strömungsfähigen Mediums
in dem ersten Innenraum 88, welche durch den von dem Lautsprecher
SP1 aus einem Tonempfangssignal erzeugten Schall verursacht werden,
und die Vibrationen des strömungsfähigen Mediums,
welche durch den aus einem aus dem Außenraum 90 kommenden
Tonsendesignal, beispielsweise Schall, erzeugten Schall verursacht
werden, erkennen. Der Lautsprecher SP1 ist auf dem Hauptgehäuse 86 vorgesehen
und trennt den ersten Innenraum 88 und den Außenraum 90 voneinander
ab und kann daher gleichzeitig den Schall in den ersten Innenraum 88 und
den Außenraum 90 leiten.
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In
der Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 80 sind, wie im Fall
der Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 12, die Anordnung der
Mikrofone MIC1, MIC2 und MIC3 und des Lautsprechers SP1 und die
Form und Größe derselben
sowie die Größe der Innenräume 88 und 89 oder
dergleichen nicht auf die veranschaulichten beschränkt. Andere
Auslegungen sind ebenfalls möglich.
Darüber
hinaus können,
wie im Fall der Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 12, die Innenräume 88 und 89 mit
jedem beliebigen anderen strömungsfähigen Medium
gefüllt
sein, wenn die gleiche Wirkung erzielt wird. Jedoch dürfen die
Räume 88 und 89 nicht
abgeschlossen sein.
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Wie 15 zeigt,
umfasst die Addierschaltung 81 die Widerstände R1,
R2, R3 und dergleichen. Sie kehrt die Polaritäten der von den Mikrofonen MIC1
und MIC2 kommenden Ausgangssignale oder der von den Mikrofonen MIC2
und MIC3 kommenden Ausgangssignale um und unterdrückt damit
die Ausgangssignale. Das bedeutet, dass die Addierschaltung 81 für folgenden
Betrieb eingestellt ist. Erstens addiert sie die empfangenen Tonsignale,
die die Mikrofone MIC1 und MIC2 oder die Mikrofone MIC2 und MIC3
aus den Vibrationen des strömungsfähigen Mediums
(z.B. Luft), welche durch die von dem Lautsprecher SP1 kommenden
Tonempfangssignale verursacht und in den ersten Innenraum 88 geleitet
werden, erzeugen, so auf, dass die Summe der Spannungen der empfangenen
Tonsignale auf einen minimalen Wert sinken. Zweitens addiert die
Addierschaltung 81 die Ausgangssignale so auf, dass die
Summe der Spannungen der empfangenen Signale nur die Tonsignalkomponente
aufrechterhält.
Hier ist zu beachten, dass die Summe erzeugt wird, wenn die Mikrofone
MIC1 und MIC2 oder die Mikrofone MIC2 und MIC3 die Vibrationen des
strömungsfähigen Mediums,
beispielsweise Luft, welche durch das aus dem Raum 90 außerhalb
des ersten Innenraums 88 kommenden Tonempfangssignal, beispielsweise Schall,
verursacht werden, erkennen. Der Unterschied zwischen den Ausgangssignalen
der Mikrofone MIC1 und MIC2 oder zwischen den Ausgangssignalen der
Mikrofone MIC2 und MIC3 wird minimiert, indem die Mikrofone MIC1
und MIC3 mit denselben Eigenschaften ausgestattet werden; dies wird
erreicht, indem ein Widerstand (ohne Abbildung) mit den Mikrofonen
MIC1 und MIC3 parallelgeschaltet wird oder indem die Werte der Widerstände R1 und R2
entsprechend eingestellt werden.
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In
der Hörgerät-Mobiltelefon-Vorrichtung
mit der oben beschriebenen Auslegung werden das Hörgerät und das
Mobiltelefon umgeschaltet, wenn der Benutzer die Umschalter 82, 83 und 84 betätigt. Das Hörgerät wird aktiviert,
wenn die Schalter 82, 83 und 84 so geschaltet
werden, dass sie den in 13 gezeigten
Punkt a kontaktieren. Das Mobiltelefon wird aktiviert, wenn die
Schalter 82, 83 und 84 so geschaltet
werden, dass sie den in 13 gezeigten
Punkt b kontaktieren.
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Um
die Hörgerät-Mobiltelefon-Vorrichtung als
Hörgerät zu benutzen,
muss der Benutzer die Schalter 82, 83 und 84 mit
Kontakt a verbinden. Damit wird das Mikrofon MIC3 der Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 80 mit
der Addierschaltung 81 verbunden, und die Mikrofone MIC2
und MIC3 führen
die Hörgerätfunktion
aus. Das bedeutet, dass das Mikrofon MIC3 ein Tonsendesignal, beispielsweise
Schall, aus dem Außenraum 90 empfängt. Das
empfangene Tonsignal wird über
die Addierschaltung 81 zu dem Bandpassfilter BPF geleitet,
welcher unnötige
Frequenzkomponenten aus dem Signal entfernt. Die Verstärkerschaltungen
A1 und A4 verstärken
das Signal. Das so verstärkte
Signal wird zu dem Lautsprecher SP1 geleitet. Der Lautsprecher SP1
erzeugt einen verstärkten
Schall. Daher kann der Benutzer den Schall hören. Das von dem Lautsprecher
SP1 kommende Empfangssignal wird gleichzeitig in die Mikrofone MIC2
und MIC3 ein gespeist. Dennoch werden Schwingungen und Echoerscheinungen
wirkungsvoll unterdrückt,
weil die Addierschaltung 81 die von den Mikrofonen MIC2
und MIC3 kommenden Ausgangssignale vollständig unterdrückt hat.
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Um
die Hörgerät-Mobiltelefon-Vorrichtung als
Mobiltelefon zu benutzen, muss der Benutzer die Schalter 82, 83 und 84 mit
dem Kontakt b verbinden. In diesem Fall wird das Mikrofon MIC1 der
Mikrofon-Lautsprecher-Einheit 80 mit der Addierschaltung 81 verbunden,
und die Mikrofone MIC1 und MIC2 führen eine Mobiltelefonfunktion
aus. Das bedeutet, dass die Mikrofone MIC1 und MIC2 über die
Verstärkerschaltung
A2 und den Lautsprecher SP1 ein Tonempfangssignal aus dem Telefonnetz 30 empfangen. Das
Tonempfangssignal wird gleichzeitig in die Mikrofone MIC1 und MIC2
eingespeist. Dennoch wird es in der Addierschaltung 81 ausreichend
unterdrückt
und wird nicht an die Person am anderen Ende der Leitung übertragen.
Außerdem
werden Schwingungen und Echoerscheinungen wirkungsvoll unterdrückt. Das
Mikrofon MIC1 erkennt zwar ein Tonempfangssignal, wie beispielsweise
Schall. Das Mikrofon MIC2 erkennt dieses Signal jedoch nicht. Demzufolge
wird das Tonsendesignal durch die Addierschaltung 81 geleitet
und in keiner Weise unterdrückt.
Der Bandpassfilter BPF entfernt unnötige Frequenzkomponenten aus
dem Tonsendesignal. Die Verstärkerschaltung
A1 verstärkt
das Signal, welches über
das Telefonnetz 30 an die Person am anderen Ende der Leitung
geleitet wird.
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In
den oben beschriebenen Ausgestaltungen umfasst die Empfangseinheit 15 oder 25 die
Lautsprecher SP1. und SP2. Neben den Lautsprechern kann sie auch
einen Kopfhörer
umfassen. Indem die vorliegende Erfindung auf die Praxis beschränkt wird, kann
die Ausführung
auf verschiedene Weise verändert
werden, ohne den in den im Anhang aufgeführten Ansprüchen festgelegten Umfang zu
verlassen.
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Zusammenfassung
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Eine
Schaltung zur Schwingungs- und Echounterdrückung nach der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Mikrofon-Lautsprecher-Einheit
(12) und eine Spannungsunterdrückungsschaltung (13)
zur Unterdrückung
der Spannungen von Tonempfangssignalen. Die Mikrofon-Lautsprecher-Einheit
(12) umfasst ein Hauptgehäuse, mindestens zwei Mikrofone MIC1
und MIC2 sowie einen Lautsprecher SP1 oder einen Kopfhörer. Das
Mikrofon MIC1 dichtet einen ersten Innenraum gegen einen Außenraum
ab. Das Mikrofon MIC2 dichtet den ersten Innenraum gegen einen zweiten
Innenraum ab. Der Lautsprecher SP1 oder der Kopfhörer dichtet
den ersten Innenraum gegen den Außenraum ab. Die Spannungsunterdrückungsschaltung
(13) unterdrückt
die Spannungen der von den jeweiligen Mikrofonen kommenden Tonempfangssignale
und erzeugt ein Ausgangssignal von minimaler Größe. Somit kann die Schaltung Schwingungen
und Echoerscheinungen ausreichend unterdrücken.