DE112019003955T5

DE112019003955T5 - Integrierte unterbaugruppe für eine tragbare audiovorrichtung

Info

Publication number: DE112019003955T5
Application number: DE112019003955.5T
Authority: DE
Inventors: Johannes Lucas Schreuder
Original assignee: Dopple IP BV
Current assignee: Dopple IP BV
Priority date: 2018-08-06
Filing date: 2019-08-05
Publication date: 2021-05-06
Also published as: WO2020030576A1; US20210176557A1; KR102447696B1; KR20210041572A; US11601746B2

Abstract

Eine Audio-Headset-Unterbaugruppe (600, 700, 900, 1000, 1200, 1300, 1500), welche die betriebsfähige Funktionalität für echte drahtlose Kopfhörer/Headsets (100) bereitstellt, weist eine Schaltung, welche betriebsfähig eine drahtlose Kommunikation und Audiosignalverarbeitung bewirkt, und eine Batterie (212) auf. Diese Schaltungen und die Batterie (212) sind in einem abgedichteten Gehäuse (610, 710, 1210, 1310) enthalten. In einer Ausführungsform weist die Unterbaugruppe (600, 700, 900, 1000, 1200, 1300, 1500) alle elektronischen Komponenten für die drahtlose Kommunikation und die Audiosignalverarbeitung und eine Batterie (212) auf, weist aber keinen Lautsprecher auf. Ein Mikrofon (240) kann Teil der Unterbaugruppe (600, 700, 900, 1000, 1200, 1300, 1500) sein oder kann extern sein. In einer anderen Ausführungsform ist ein Lautsprecher (230) ebenfalls Teil der Unterbaugruppe (600, 700, 900, 1000, 1200, 1300, 1500). Die Unterbaugruppe (600, 700, 900, 1000, 1200, 1300, 1500) kann für eine optimale akustische Leistung mehrere Hohlräume (1254, 1252) und Lüftungsöffnungen (1264, 1262) vor und hinter dem Lautsprecher (230) aufweisen. Die Unterbaugruppe (600, 700, 900, 1000, 1200, 1300, 1500) und jegliche erforderlichen externen Audiokomponenten können in ein externes Gehäuse (104) eingesetzt werden, welches das optische Produkterscheinungsbild und das anthropometrische Komfort- und Passformdesign eines echten drahtlosen Kopfhörers oder Headsets (100) bildet.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beruft sich auf die vorläufige US-Patentanmeldung Nr. 62/714,788 , eingereicht am 6. August 2018, welche hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen elektronische Vorrichtungen, wie z.B. elektronische Vorrichtungen zur Sprachkommunikation und zum Musikhören. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Unterbaugruppe für drahtlose Audiovorrichtungen, welche am Körper getragen werden können.
HINTERGRUND
Die Verwendung von Audiovorrichtungen, wie z. B. Headsets und Kopfhörern, welche drahtlos mit Host-Vorrichtungen wie Smartphones, Laptops und Tablets verbunden sind, wird immer beliebter. Während Verbraucher es gewohnt waren, an ihre elektronischen Vorrichtungen mit kabelgebundenen Headsets angebunden zu sein, gewinnen kabellose Headsets aufgrund der verbesserten Benutzererfahrung immer mehr an Attraktivität, da sie dem Benutzer mehr Bewegungsfreiheit und eine einfache Verwendung bereitstellen. Kabellose Audiovorrichtungen ermöglichen dem Benutzer ungebundene Musikunterhaltung und Sprachkommunikation. Weiteren Schwung erhielten kabellose Headsets durch bestimmte Smartphone-Hersteller, welche die Implementierung der 3,5-mm-Audiobuchse im Smartphone für kabelgebundene Verbindungen einstellen und die Sprachkommunikation und das Musikhörens auf kabellose Weise, z. B. durch den Einsatz der Bluetooth®-Technologie, fördern.
Headsets und Kopfhörer gibt es in vielen Formen und mit vielen Merkmalen. Ohraufliegende Headsets ermöglichen ein eindringliches Hören in hoher Klangqualität. Im-Ohr-Headsets (Ohrhörer, welche in dem Gehörgang oder in der Ohrmuschel angeordnet werden) sind flexibler und stellen für den Benutzer weniger Präsenz dar. Die meisten dieser Im-Ohr-Headsets und Kopfhörer bestehen aus einem linken und einem rechten Ohrhörer, welche mit einem Kabel oder Nackenband verbunden sind. Neuere Designs bieten einen separaten linken und rechten Ohrhörer ohne Verbindung zwischen den Hörern. Beispiele für diese sogenannten wirklich drahtlosen Headsets sind die Apple AirPods und die Samsung IconX.
Aus Gründen der Benutzerfreundlichkeit und des Tragekomforts ist Miniaturisierung entscheidend für Im-Ohr-Headsets. Doch die Produktminiaturisierung steht vielen Herausforderungen hinsichtlich Robustheit und reproduzierbarer Fertigung gegenüber. Bei sehr kleinen Vorrichtungen wird die Anordnung von Komponenten sehr wichtig für die drahtlose Leistung, da die Wirksamkeit der Antenne durch ihre Umgebung beeinflusst wird. Kleine Veränderungen im Abstand zwischen der Funkantenne und leitenden Elementen in der Umgebung können zu großen Veränderungen in der Funkfrequenzleistung der Funkvorrichtung führen. Veränderungen treten nicht nur im Designprozess, sondern auch im Herstellungsprozess auf, insbesondere wenn die Stückzahlen dieser Produkte Millionen pro Monat übersteigen. Ein gutes Benutzererlebnis für alle diese Benutzer wird immer wichtiger.
Darüber hinaus wird die Leistung dieser kleinen Headsets durch Substanzen aus der Umwelt wie (Salz-)Wasser, Schweiß, Staub, Körperlotion, Sonnenöl und so weiter beeinträchtigt. Diese Substanzen können den ordnungsgemäße Betrieb der Elektronik im Inneren der Audiovorrichtung beeinträchtigen und leitende Leitungen und Kontakte, z. B. an der Batterie, erodieren lassen, mit der Gefahr eines Kurzschlusses. Beschichtungen (z. B. Parylene oder Nanobeschichtungen) erschweren den Herstellungsprozess und geben nicht immer ausreichenden Schutz. Zusätzlich verlangen neue Sicherheitsvorschriften (siehe z. B. IEC 62368-1, Sicherheitsanforderungen für Einrichtungen für Audio/Video-, Informations- und Kommunikationstechnik, 2014) von den Produktdesignern, Schutzvorrichtungen für fehlerhaft arbeitende Komponenten wie die Batterie einzubauen, um Feuer, Verletzung oder andere schädliche Auswirkungen zu verhindern, wenn das Produkt verwendet wird.
Bei jedem neuen Produktdesign stehen die Entwickler immer und immer wieder diesen Herausforderungen gegenüber. Widersprüchliche Anforderungen zwischen den Elektronikdesignern (welche sich mit Leistung und Sicherheit beschäftigen), den optischen Designern (welche sich mit Aussehen und Haptik, Ergonomie wie Benutzeroberfläche, Komfort und Passform beschäftigen und welche sich mit Farbe/Material/Finish oder CMF beschäftigen) und der Fertigung (welche sich mit Ausbeute, Reproduzierbarkeit, Toleranzen beschäftigt) verzögern häufig die Produkteinführung, beeinträchtigen die Markteinführungszeit und schließlich den Erfolg des Produkts auf dem Markt.
Es ist daher die Absicht der Erfinder, eine neues Verfahren und Konzept vorzustellen, welches es Produktentwicklern ermöglicht, vorgefertigte, miniaturisierte, abgedichtete Unterbaugruppen zu verwenden, welche eine vorhersagbare Leistung haben und in hohem Maße reproduzierbar sind.
Der Hintergrund-Abschnitt dieses Dokuments dient dazu, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in einen technologischen und betrieblichen Kontext zu stellen, um dem Fachmann zu helfen, ihren Umfang und Nutzen zu verstehen. Sofern nicht ausdrücklich als solche gekennzeichnet, wird keine Aussage in diesem Dokument allein durch ihre Aufnahme in den Hintergrund-Abschnitt als Stand der Technik anerkannt.
ZUSAMMENFASSUNG
Im Folgenden wird eine vereinfachte Zusammenfassung der Offenbarung dargestellt, um dem Fachmann ein grundlegendes Verständnis zu vermitteln. Diese Zusammenfassung ist kein umfassender Überblick über die Offenbarung und dient nicht dazu, wichtige/kritische Elemente von Ausführungsformen der Erfindung zu identifizieren oder den Umfang der Erfindung abzugrenzen. Der einzige Zweck dieser Zusammenfassung ist, einige hierin offenbarte Konzepte in vereinfachter Form als Einleitung zu der detaillierteren Beschreibung, welche später vorgestellt wird, darzustellen.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, welche hierin beschrieben und beansprucht werden, weist eine Unterbaugruppe einen Schaltkreis und eine Batterie auf, um drahtlose Kommunikation und Audiosignalverarbeitung zu bewirken. Diese Schaltungen und die Batterie sind in einem abgedichteten Gehäuse enthalten. Die Unterbaugruppe stellt die grundlegende Funktionalität für echte drahtlose Kopfhörer/Headsets bereit und kann in einer Vielzahl von drahtlosen Audiovorrichtungen vorgesehen werden, welche unterschiedliche Grade an Funktionalität und Raffinesse aufweisen.
In einer Ausführungsform weist die Unterbaugruppe alle elektronischen Komponenten für eine drahtlose Kommunikation und Audiosignalverarbeitung und eine Batterie auf. Ein Lautsprecher ist nicht Teil der Unterbaugruppe. Ein Mikrofon kann Teil der Unterbaugruppe sein oder kann extern sein. Die Audiokomponenten sind über einen Anschluss mit der Unterbaugruppe verbunden, um eine voll funktionsfähige drahtlose Audiovorrichtung bereitzustellen. Die Audiokomponenten und die Unterbaugruppe können anschließend in ein externes Gehäuse eingesetzt werden, welches das optische Produkterscheinungsbild und das anthropometrische Komfort- und Passformdesign bildet.
In einer anderen Ausführungsform ist auch ein Lautsprecher Teil der Unterbaugruppe. Die Unterbaugruppe enthält mehrere Hohlräume und Öffnungen vor und hinter dem Lautsprecher für eine optimale akustische Leistung. Diese in sich geschlossene Unterbaugruppe kann in ein externes Gehäuse eingesetzt werden, welches das optische Produkterscheinungsbild und das anthropometrische Komfort- und Passformdesign bildet.
Eine Ausführungsform betrifft eine Audio-Headset-Unterbaugruppe, welche eine Batterie und eine gefaltete Elektronikkonstruktion, welche flexible Teile enthält und um die Batterie herum gefaltet ist, umfasst, welche zusammen in einem geschlossenen Gehäuse angeordnet sind, wobei die gefaltete Elektronikkonstruktion Komponenten enthält, welche eine Funktionalität implementieren, welche aufweist: eine Antenne; eine Funk-Sende-/Empfangsvorrichtung; einen Mikrocontroller; einen Audiocodec; eine Energieverwaltungseinheit; und einen mit der Platine gekoppelten Anschluss. Das enthaltene Gehäuse ist gekennzeichnet durch einen ersten Hohlraum, welcher die Batterie und die gefaltete Platine aufweist, wobei der Hohlraum vollständig abgedichtet ist, um Substanzen aus der Umwelt abzuweisen; einen Luftraum, um der Batterie zu ermöglichen, im Falle einer Fehlfunktion anzuschwellen; und ein Loch in dem Gehäuse, in welchem der Anschluss abgedichtet ist.
Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Audio-Headset-Unterbaugruppe. Eine Elektronikkonstruktion wird bereitgestellt. Die Elektronikkonstruktion umfasst eine Antenne, welche auf einer ersten Seite einer ersten starren Leiterplatte ausgebildet ist, einen Mikrocontroller, welcher auf einer ersten Seite einer zweiten starren Leiterplatte angebracht ist, und eine erste flexible Leiterplatte, welche die erste und die zweite starre Leiterplatte so verbindet, dass die ersten Seiten der starren Leiterplatten in die gleiche Richtung weisen, wenn alle Leiterplatten koplanar sind. Die Elektronikkonstruktion wird durch Biegen der ersten flexiblen Leiterplatte gefaltet, sodass die erste starre Leiterplatte über der zweiten starren Leiterplatte liegt und von dieser beabstandet ist, wobei die ersten Seiten der ersten und zweiten starren Leiterplatten voneinander weg weisen. Die gefaltete Elektronikkonstruktion und eine Batterie werden in einem Gehäuse eingekapselt, welches vollständig abgedichtet ist, um Substanzen aus der Umwelt abzuweisen.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, welche mehrere Ausführungsformen der Erfindung zeigen, ausführlicher beschrieben. Die vorliegende Erfindung soll jedoch nicht als auf die hier dargestellten Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden. Vielmehr werden diese Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung umfassend und vollständig ist und Fachleuten den Umfang der Erfindung vollständig vermitteln wird. Gleiche Nummern beziehen sich durchgehend auf gleiche Elemente.

1(a) zeigt einen Querschnitt einer beispielhaften drahtlosen Audiovorrichtung.
1 (b) zeigt eine vorgesehene Verwendung der drahtlosen Audiovorrichtung der 1 mit einem Smartphone.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines beispielhaften drahtlosen Audiosystems gemäß Aspekten der Erfindung.
3 ist eine Seitenansicht einer gefalteten Elektronikkonstruktion, welche die Elektronik der 2 gemäß einer Ausführungsform implementiert.
4 ist die Draufsicht auf die Leiterplatten, wie sie in 3 gezeigt ist.
5 ist die Ansicht von unten der Leiterplatten, wie sie in 3 gezeigt ist.
6 ist ein erstes Beispiel der gefalteten Elektronikkonstruktion der 3 in einem abgedichteten Gehäuse.
7 ist ein zweites Beispiel der gefalteten Elektronikkonstruktion der 3 mit Einbettungsmaterial in einem abgedichteten Gehäuse.
8 ist ein Beispiel eines vollständig drahtlosen Audioprodukts, welches die Unterbaugruppe der 6 oder 7 verwendet.
9 ist ein drittes Beispiel der gefalteten Elektronikkonstruktion der 3 in einem abgedichteten Gehäuse, welches ein Mikrofon an einer ersten Stelle aufweist.
10 ist ein viertes Beispiel der gefalteten Elektronikkonstruktion der 3 in einem abgedichteten Gehäuse, welches ein Mikrofon an einer zweiten Stelle aufweist.
11 ist eine Seitenansicht einer gefalteten Elektronikkonstruktion, welche die Elektronik der 2 implementiert und einen Lautsprecher aufweist.
12 ist ein erstes Beispiel der gefalteten Elektronikkonstruktion der 11 in einem abgedichteten Gehäuse.
13 ist ein zweites Beispiel der gefalteten Elektronikkonstruktion der 11 mit Einbettungsmaterial in einem abgedichteten Gehäuse.
14 ist ein Beispiel eines vollständig drahtlosen Audioprodukts, welches die Unterbaugruppe der 12 oder 13 verwendet.
15 ist ein drittes Beispiel der gefalteten Elektronikkonstruktion der 11 in einem abgedichteten Gehäuse mit einem Mikrofon.
16 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Audio-Headset-Unterbaugruppe.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Aus Zwecken der Einfachheit und Veranschaulichung wird die vorliegende Erfindung hauptsächlich durch Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen davon beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Es wird jedoch für einen Fachmann leicht ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung ohne Beschränkung auf diese spezifischen Details ausgeführt werden kann. In dieser Beschreibung werden bekannte Verfahren und Strukturen nicht im Detail beschrieben, um die vorliegende Erfindung nicht unnötig zu verschleiern.
Die Erfinder haben erkannt, dass es für ein stabiles Design und einen Herstellungsprozess mit vorhersagbarem Ergebnis für ein miniaturisiertes Produktdesign vorteilhaft ist, das Produkt auf einen Innenbereich 109, wie in 1(a) gezeigt, welcher alle funktionalen Komponenten wie die Batterie, den Lautsprecher, das MIC, Funk und andere Elektronik enthält, und einen Außenbereich aufzuteilen. Der Außenbereich kann aus mehreren Elementen wie einem Gehäuse 104, einer oberen Kappe 102 und einem Ohrstück 106 bestehen. Der Außenbereich bestimmt das optische Design und die Ergonomie wie die Passform, Tragekomfort und die Benutzerschnittstelle (UI). Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der Innenbereich als eine Unterbaugruppe mit vorhersagbarer Leistung ausgestaltet. Dies ermöglicht es Produktdesignern, eine Vielzahl von Produkten mit eigenem optischen Design und eigener Markenbildung herzustellen, welche für das Erscheinungsbild der Marke charakteristisch sind. 1 (b) zeigt einen Anwendungsfall mit einer drahtlosen Audioverbindung zwischen einem Smartphone und der drahtlosen Audiovorrichtung der 1 (a), welche in einem Ohr eines Benutzers positioniert ist.
Eine übergeordnete funktionale schematische Darstellung der elektrischen und akustischen Komponenten innerhalb des Innenbereichs 109 ist in 2 dargestellt. Eine Antenne 201 ist dimensioniert, um Funksignale mit Trägerfrequenzen in dem GHz-Bereich zu empfangen und zu senden. Für ein drahtloses System wie Bluetooth® liegen die Trägerfrequenzen im 2,4-GHz-ISM-Band, welches von 2400 MHz bis 2483,5 MHz reicht. Ein Anpassungsschaltkreis 202 stellt die richtigen Impedanzwerte für die Signale bereit, um in die Funkeingangsschaltung FE 203 zu gelangen. Die FE 203 besteht typischerweise aus einem rauscharmen Verstärker (LNA, nicht abgebildet), um den Pegel des eingehenden Signals zu erhöhen, einem Leistungsverstärker (PA, nicht abgebildet) und möglicherweise einigen (nicht abgebildeten) Funkschaltern, um die eingehenden und ausgehenden Signale zu leiten. Eine Funk-Sende-/Empfangsvorrichtung 204 wandelt die Funksignale in digitale Nachrichten um (einschließlich Frequenzabwärtswandlung, Decodierung, Entschlüsselung und Entpaketierung).
Die digitalen Nachrichten werden dann für eine weitere Verarbeitung an einen Mikrocontroller 206 übertragen. Die Signale können dann in einem Audiocodec 208 verarbeitet werden, wo sie in den analogen Bereich umgewandelt werden. Das analoge Signal kann dann einen Lautsprecher 230 ansteuern, so dass der Benutzer Musik oder Sprachkommunikation erleben kann. In der umgekehrten Richtung kann ein Mikrofon 240 vorhanden sein, um die Sprache des Benutzers aufzunehmen. Dieses Sprachsignal wird dann in dem Audiocodec 208 und über den Mikrocontroller 206 digitalisiert. Die Funk-Sende-/Empfangsvorrichtung 204 legt es dann auf einen 2,4-GHz-Funkträger, um von der Antenne 201 übertragen zu werden. Für eine weitergehende Audioverarbeitung (Multi-MIC-Strahlenausbildung, aktive Rauschunterdrückung usw.) kann ein digitaler Signalprozessor (DSP) 216 hinzugefügt werden.
Der elektronische Schaltkreis muss von einer stabilen Stromquelle versorgt werden. Eine wiederaufladbare Batterie 212 stellt Energie für das gesamte System bereit. Ein Sicherheitsschaltkreis 213 überwacht die Batterie auf Fehlfunktion und kann die Stromversorgung abschalten, falls es erforderlich ist. Eine Energieverwaltungseinheit (PMU) 210 bereitet den Strom aus der Batterie auf, um stabile, störungsfreie Spannungen und Ströme für die verschiedenen elektronischen Komponenten bereitzustellen. Die PMU 210 dient ferner als Ladesteuerung, wenn die Batterie über eine externe Energiequelle, welche über einen Anschluss 250 eingespeist wird, (wieder-) aufgeladen wird. Damit der Benutzer das Produkt bedienen kann, ist eine Benutzerschnittstelle (UI) 214 vorhanden (z. B. Tasten-, Berühr- oder andere Bedienelemente), deren Signale in den Mikrocontroller 206 eingespeist werden. Sensoren 218 können hinzugefügt werden, um dem Produkt weitere Merkmale bereitzustellen. Die funktionalen Komponenten im Diagramm 200 sind als separate Einheiten dargestellt. Es ist jedoch für einen Fachmann leicht ersichtlich, dass bestimmte funktionale Komponenten auf demselben Siliziumchip (integrierter Schaltkreis oder IC) integriert sein können. Zum Beispiel können die Funk-Sende-/Empfangsvorrichtung 204 und der Mikrocontroller 206 Teil desselben ICs sein. In einigen Ausführungsformen können auch der Audiocodec 208 und/oder die PMU 210 Teil von diesem IC sein.
Um eine Verbindungsfähigkeit zu bereitzustellen, werden die Komponenten auf einem Träger oder einer Platine angeordnet, welcher/welche leitende Leitungen enthält, welche die verschiedenen Komponenten verbinden. Diese Platine kann eine starre gedruckte Leiterplatte (PCB) mit mehreren Lagen sein, d. h. mit abwechselnd isolierenden und (strukturierten) leitenden Lagen. Fortschrittliche PCBs können auch flexibel sein und können ebenfalls mehrlagig sein. Es ist auch möglich, eine Kombination aus flexiblen und starren PCBs herzustellen, sogenannte Flex-Rigid-PCBs. Eine Verwendung von (teilweise) flexiblen PCBs ermöglicht eine weitere Miniaturisierung aufgrund der Möglichkeit, die Leiterplatte in der richtigen Produktgröße zu falten und zu wickeln.
Eine physikalische Darstellung der in 2 gezeigten Komponenten und schematischen Darstellungen ist in 3 gezeigt. Diese physische Darstellung entspricht einer Ausführungsform und beinhaltet nicht den Lautsprecher 230 oder das Mikrofon 240. Eine gefalteter Platinenkonstruktion ist gezeigt, welche aus einer ersten starren Antennenplatine 310, einer ersten flexiblen PCB 320, einer zweiten starren Komponentenplatine 330, einer zweiten flexiblen PCB 340 und einer dritten starren Anschluss-/Sicherheitsplatine 350 besteht. In 3 ist eine Seitenansicht dargestellt. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Platinenkonstruktion von 3, bei welcher die starre und die flexible Leiterplatte aufgefaltet oder koplanar sind. 5 zeigt die Unterseiten der Platinen während sie ungefaltet sind. Da die Bezeichnungen „oben“ und „unten“ vertauscht sind und daher verwirrend sind, wenn die Platinen 310 und 330 wie in 3 umgefaltet sind, werden die Seiten der Platinen 310, 330, 350 hierin als „erste“ und „zweite“ Seiten bezeichnet. In 5 sind die ersten Seiten aller Platinen dargestellt, und 4 zeigt die zweiten Seiten. Die Bezeichnungen für die erste und zweite Seite bleiben unabhängig von der Ausrichtung der Platinen 310, 330, 350 bestehen.
Die Antennenplatine 310 befindet sich auf der Produktseite, welche am weitesten aus dem Ohr herausragt. Dieser Teil weist die Antenne 201 und die Ul-Funktion 214 für einen einfachen Benutzerzugriff auf. Die Antenne 201 wird durch ein Metallmuster in einer der Lagen auf oder in der Nähe der ersten Fläche der Platine 310 gebildet. Für die Wirksamkeit der Antenne ist es wichtig, dass andere leitende Elemente zumindest in einem Mindestabstand entfernt sind (einschließlich des menschlichen Körpers, dessen Vorhandensein eine Dämpfung des Antennengewinns verursacht). Daher gibt es einen Mindestluftzwischenraum 305 zwischen der Antennenplatine 310 und der Komponentenplatine 330. Auch die Ul-Funktion 214, welche sich ebenfalls auf der ersten Fläche der Platine 310 befindet, ist von der Antenne 201 beabstandet angeordnet, wie in 5 am besten zu sehen ist. Der Anpassungsschaltkreis 202 ist ebenfalls auf der ersten Fläche der Antennenplatine 310 angeordnet, so dass die Signale von der Antennenplatine 310 zu der Komponentenplatine 330 über eine 50-Ohm-Übertragungsleitung übertragen werden können, welche von der flexiblen PCB 320 gebildet wird.
Die Funk-Sende-/Empfangsvorrichtung 204, der Mikrocontroller 206 und die PMU 210 sind auf der ersten Seite der Komponentenplatine 330 platziert, um den Abstand weg von der Antenne 201 zu maximieren, wenn die Platinen, wie in 3 dargestellt, zusammengefaltet sind. Die Funk-Sende-/Empfangsvorrichtung 204, der Mikrocontroller 206 und die PMU 210 können aufgrund von Taktflanken und anderem Rauschen Störsignale aussenden, welche die von der Antenne 201 aufgenommenen Funksignale stören können. Zur weiteren Trennung dient eine der Lagen in der Platine 330 (und/oder der Platine 310) als eine Masseebene, wodurch verhindert wird, dass irgendwelche Emissionen von den Komponenten auf der ersten Fläche der Platine 330 die Antenne 201 erreichen. Die Eingangsschaltung 203 und der Audiocodec 208 sind weniger schädlich für die Antenne 201 und können daher auf der zweiten Seite der Komponentenplatine 330 angeordnet werden, wo sie der Antennenplatine 310 zugewandt sind, wenn sie gefaltet sind. Die Batterie 212 ist zwischen der Komponentenplatine 330 und der Anschluss-/Sicherheitsplatine 350 angeordnet, und eine flexible PCB 340 wird um die Batterie 212 herum gefaltet, um die Platinen 330 und 350 zu verbinden. Die Anschluss-/Sicherheitsplatine 350 enthält den Anschluss 250 und die Batteriesicherheitsschaltung 213. Die Anschluss-/Sicherheitsplatine 350 kann einen Kontakt aufweisen, um eine Polaritätsseite der Batterie 212 anzuschließen. Die Komponentenplatine 330 kann einen Kontakt aufweisen, um die entgegengesetzte Polaritätsseite der Batterie 212 anzuschließen. Alternativ kann die Batterie 212 auf die Anschluss-/Sicherheitsplatine 350 geklippt werden, wobei beide Batteriepolaritätsseiten mit der Anschluss-/Sicherheitsplatine 350 verbunden sind. Die Antennenplatine 310 kann, wie in 4 und 5 dargestellt, ein Loch enthalten, in welches ein Mikrofon eingepasst werden kann, wie später noch erläutert wird.
Die in 3 dargestellte gefaltete Platinenkonstruktion mit der Batterie 212 und allen Elektronikkomponenten wird anschließend in einem geschlossenen Gehäuse 600 angeordnet, wie in 6 gezeigt. In dieser Ausführungsform sind der Lautsprecher 230 und das Mikrofon 240 nicht vorhanden und müssen später hinzugefügt werden. Das geschlossene Gehäuse besteht aus einem (nicht leitenden, z. B. Kunststoff-) Gehäuse 610. Der Hohlraum 650 innerhalb dieses Gehäuses 610 passt zu der gefalteten Konstruktion 300 von 3. Im Inneren des Gehäuses können zusätzliche Stützen vorhanden sein, welche entweder einen integralen Bestandteil des Gehäuses bilden oder separate mechanische (Kunststoff-) Komponenten sind, welche der gefalteten Konstruktion 300 der 3 Halt geben, die verschiedenen Teile der gefalteten Konstruktion 300 an einer Bewegung hindern und einen bestimmten Abstand zwischen den verschiedenen Teilen beibehalten. Als ein Beispiel sind die Säulen 675a und 675b gezeigt, welche die Platinen 310 und 330 in einem festen Abstand halten. Das Gehäuse wird mit einem Deckel 620 hermetisch verschlossen. Dadurch bleibt der Hohlraum 650 frei von Substanzen aus der Umwelt wie Wasser, Schweiß, Staub und so weiter. Die Schnittstelle zwischen dem Innenbereich und dem Außenbereich wird durch den Anschluss 250 gebildet. Dies ist das einzige Loch, welches in dem Gehäuse 610 benötigt wird. Es muss darauf geachtet werden, dass der Hohlraum 650 trotz dieses Lochs hermetisch geschlossen bleibt. Dies wird durch geeignetes (hydrophobes) Klebematerial oder andere Dichtungsmittel 680 erreicht. Der Hohlraum 650 lässt der Batterie 212 ausreichend Platz, um im Falle einer Fehlfunktion anzuschwellen, so dass alle Sicherheitsspezifikationen der Batterie 212 erfüllt werden.
In 7 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei der 3D-Druck-, Formgebungs- oder ähnliche Techniken verwendet werden, welche direkt ein (abgedichtetes) Gehäuse um ein physisches Objekt herum erzeugen können. Der Deckel 620 ist nicht mehr vorhanden. Die gefaltete Konstruktion 300 (möglicherweise mit einigen stützenden Kunststoffkomponenten, um die gefaltete Konstruktion 300 in Position zu halten) wird in eine 3D-Druckmaschine gelegt und das Gehäuse 710 wird um sie herum gebaut, einschließlich der oberen Abdeckung. Die Innenbereiche 750 des geschlossenen Gehäuses 700 können Hohlräume, Stützen oder andere mechanische Konstruktionen aufweisen, um eine stabile und reproduzierbare Unterbaugruppe zu erhalten. Zusätzliche Lufträume, z. B. der Luftraum 730 unterhalb der Batterie, werden vorgesehen, um der Batterie zu ermöglichen, sich im Falle einer Fehlfunktion auszudehnen.
Das Gehäuse 610 mit dem Deckel 620 bzw. das komplette Gehäuse 710 mit der darin befindlichen gefalteten Konstruktion 300 bildet eine Unterbaugruppe 600, 700, um welche herum ein drahtloses Audioprodukt hergestellt werden kann. Ein Beispiel für ein solches drahtloses Audioprodukt 800 ist in 8 dargestellt. Diese Unterbaugruppe kann in einem Gehäuse 104 angeordnet werden, welches ein geeignetes optisches Design, Platz für einen Lautsprecher 230 und ein Mikrofon 240 aufweist und die Verwendung eines Ohrstücks 106 für optimale Passform und Komfort ermöglicht. Eine Kappe 102 verschließt das Gehäuse 104 und kann das Markenerscheinungsbild durch die Verwendung von Markenlogos etc. weiter verbessern. Das Gehäuse 104 muss nicht hermetisch dicht sein, dient aber zumindest als erste Barriere gegenüber der empfindlichen Elektronik im Inneren der Unterbaugruppe 600, 700. Der Anschluss 250 verbindet die internen Komponenten im Inneren der Unterbaugruppe 600, 700 mit externen Komponenten, wie dem Lautsprecher 230 über einer Verbindung 822 (welche ein Flexleiter sein kann), dem Mikrofon 240 über eine Verbindung 823 und dem Ladekontakt 831 über eine Verbindung 821.
In der in 8 gezeigten Ausführungsform ist das Mikrofon 240 nicht Teil der Unterbaugruppe 600, 700. Die Mikrofonsignale erreichen die Elektronik (Audiocodec 208) über den Anschluss 250. Eine andere Ausführungsform enthält ein oder mehrere Mikrofone 240 in der Unterbaugruppe. Ein Beispiel ist in 9 dargestellt, welches der Unterbaugruppe 600 entspricht. Das Mikrofon 240 ist auf der Antennenplatine 310 angebracht. Ein Loch ist in dem Deckel 620 für die Luftwellen angefertigt, um das Mikrofon 240 erreichen können.
Dieses Loch ist zu dem Loch auf der Antennenplatine 310 ausgerichtet, wie in 4 und 5 gezeigt wurde. Das Dichtungsmittel 820 wird angewendet, um zu verhindern, dass Stoffe aus der Umgebung in den Innenbereich der Unterbaugruppe eindringen. Eine Dämpfungseinrichtung 950 ist in dem Loch angebracht, um den Luftstrom zu dem Mikrofon zu steuern und um zu verhindern, dass Schmutz und Fett das Mikrofon 240 erreichen.
Es ist für einen Fachmann leicht ersichtlich, dass ein Mikrofon auch in der Unterbaugruppe 700 enthalten sein kann. In diesem (nicht dargestellten) Fall ist ein Loch in dem Gehäuse 710 ausgebildet und eine geeignete Dichtung muss angebracht werden, um das Gehäuse hermetisch abgedichtet zu halten. In einer anderen Ausführungsform ist das Mikrofon nicht auf einer Platine angeordnet, sondern über einen Draht, vorzugsweise unter Verwendung einer flexiblen PCB, mit der Platine verbunden. Dies ermöglicht eine flexiblere Anordnung des Mikrofons, z. B. an der Seite der Unterbaugruppe, siehe 10. Das Mikrofon 240 wird an dem Gehäuse 610 angeordnet, wobei Dichtungsmittel 1020 verwendet werden, um das Gehäuse hermetisch geschlossen zu halten. Eine Dämpfungseinrichtung 1050 wird angewendet, um den Luftstrom zum Mikrofon zu steuern und zu verhindern, dass Schmutz und Fett das Mikrofon 240 erreichen. Das Mikrofon 240 ist über eine flexible PBC 1040 mit der Komponentenplatine 330 verbunden, auf welcher sich der Audiocodec 208 befindet. In einem anderen Beispiel wird das Mikrofon an eine tiefere Position in der Unterbaugruppe 700 verlegt und könnte auf der flexiblen PCB 340 angeordnet werden. In diesem Fall wird keine separate flexible PCB 1040 benötigt.
Wenn die Unterbaugruppe 600 in das Endprodukt eingebettet wird, muss das äußere Gehäuse die richtigen Löcher aufweisen, damit die Luftwellen das Mikrofon erreichen können. Die in 10 gezeigte Ausführungsform könnte z. B. in dem in 8 gezeigten Gehäuse 104 angeordnet werden, wobei das Loch in dem Gehäuse 104 zu dem Loch in dem Gehäuse 610 in der Unterbaugruppe 1000 passt.
In einer anderen Ausführungsform der Unterbaugruppe ist der Lautsprecher 230 ebenfalls integriert. Dies ist insbesondere für sogenannte „offene Lautsprecher“-Konstruktionen relevant, bei denen der Lautsprecher nicht in den Gehörgang des Benutzers geschoben wird. Diese offenen Lautsprecher haben üblicherweise einen größeren Durchmesser. Die Seitenansicht einer gefalteten Konstruktion, gemäß einer Ausführungsform, um die elektronischen Komponenten einzupassen, ist in 11 dargestellt. Grundsätzlich sind die gleichen elektronischen Komponenten, wie sie in 3 verwendet wurden, vorhanden, obwohl sie unterschiedliche Positionen auf den Platinen 310, 330 haben können. Gleiche Bezugszeichen entsprechen gleichen strukturellen Elementen. Die Anschluss-/Sicherheitsplatine 350 ist weggelassen. Stattdessen sind der Anschluss 250 und die Sicherheitsschaltung 213 auf der Komponentenplatine 330 angeordnet. Weiterhin ist die Batterie 212 so verschoben, dass sie sich zwischen der Antennenplatine 310 und der Komponentenplatine 330 befindet. Um die Wechselwirkung zwischen der Antenne 201 und der Batterie 211 zu minimieren, wird die Antenne 201 zu der Seite verschoben und nutzt nicht die gesamte Länge der Antennenplatine 310. Der Luftzwischenraum 305 wird beibehalten, um einen ausreichenden Abstand zu den Masseebenen in der Platine 330 zu halten. Der Lautsprecher 230 ist über einen Anschluss 1110 mit der Komponentenplatine 330 verbunden. In einer Ausführungsform ist der Anschluss 1110 eine flexible PCB, welche sowohl mit der Komponentenplatine 330 als auch mit dem Lautsprecher 230 verlötet ist. In einer anderen Ausführungsform ist der Anschluss 1110 ein interner (weiblicher oder männlicher) Anschluss, welcher auf die Komponentenplatine 330 gelötet ist. An dem Lautsprecher 230 ist ein entsprechender (männlicher oder weiblicher) Anschluss angelötet. Im zusammengesetzten Zustand ist der Lautsprecheranschlussteil in den Platinenanschlussteil geschoben, um eine physikalische und elektrische Verbindung zwischen dem Lautsprecher 230 und der Platine 330 herzustellen.
Die in 11 dargestellte gefaltete Platinenkonstruktion mit Batterie 212, Lautsprecher 230 und allen elektronischen Bauteilen wird anschließend in einem geschlossenen Gehäuse 1200 angeordnet, wie in 12 gezeigt. In dieser Ausführungsform ist das Mikrofon 240 noch nicht vorhanden und muss später hinzugefügt werden. Das geschlossene Gehäuse besteht aus einem (nicht leitenden, z. B. Kunststoff-) Gehäuse 1210. Das Gehäuse 1210 besteht aus einem oberen Teil 1211a mit einem einzigen Hohlraum 1250 und einem unteren Teil 1211b mit einem Hohlraum 1252 und einem Hohlraum 1254. In den Hohlraum 1250 passt die in 11 gezeigte gefaltete Konstruktion einschließlich der Platinen 310 und 330 mit allen elektronischen Komponenten und der Batterie 212. Im Inneren des Gehäuses 1210 können zusätzliche (Kunststoff-)Stützen vorhanden sein, welche entweder einen integralen Bestandteil des Gehäuses bilden oder separate mechanische (Kunststoff-) Komponenten sind, welche der gefalteten Konstruktion Halt geben, die verschiedenen Teile an einer Bewegung hindern und einen bestimmten Abstand zwischen den verschiedenen Teilen halten. Als ein Beispiel ist eine Säule 1276 dargestellt, welche die Platten 310 und 330 in einem festen Abstand hält. Der obere Gehäuseteil 1211a ist mit einem Deckel 1220 hermetisch verschlossen. Dadurch bleibt der Hohlraum 1250 frei von Substanzen aus der Umwelt wie Wasser, Schweiß, Staub und so weiter. Die Schnittstelle zwischen dem Innenbereich und dem Außenbereich wird durch den Anschluss 250 gebildet. Dies ist das einzige erforderliche Loch in dem oberen Gehäuseteil 1211a. Es muss darauf geachtet werden, dass der Hohlraum 1250 trotz dieses Lochs hermetisch verschlossen bleibt. Dies wird durch geeignetes (hydrophobes) Klebematerial oder andere Dichtmittel erreicht. Der Hohlraum 1250 bietet ausreichend Platz für die Batterie 212, um im Falle einer Fehlfunktion anzuschwellen, so dass alle Sicherheitsspezifikationen der Batterie 212 erfüllt sind.
Das untere Gehäuseteil 1211b besteht aus zwei Hohlräumen 1252 und 1254, welche die hintere bzw. vordere akustische Kammer bilden. Der Lautsprecher 230 ist so in dem unteren Gehäuseteil 1211b angeordnet, dass keine Luftströmung von der Kammer 1252 zu der Kammer 1254 und umgekehrt stattfindet, d.h. sie sind durch (Kunststoff-)Dichtungen 1257a und 1257b akustisch getrennt. Der Lautsprecher wird von oben in das untere Gehäuseteil 1211b eingesetzt, bevor die gefalteten Konstruktionsplatinen 310/330 in dem Hohlraum 1250 angeordnet werden und bevor der Deckel 1220 angeordnet wird. Nachdem der Lautsprecher 230 in Position angeordnet wurde, wird der Deckel 1222 geschlossen, um den Hohlraum 1250 von dem Hohlraum 1252 akustisch zu trennen. Ein Loch im Deckel 1222 wird benötigt, um den Anschluss 1110 zu montieren, welcher den Lautsprecher 230 mit der Komponentenplatine 330 verbindet. Eine zusätzliche (Kunststoff-)Dichtung 1255 kann hinzugefügt werden, um einen Luftundichtigkeit zwischen Hohlraum 1250 und Hohlraum 1252 zu verhindern.
Um den Luftstrom in der hinteren akustischen Kammer 1252 zu steuern, ist eine Lüftungsöffnung 1262 vorhanden, deren Luftstrom mit einer Dämpfungseinrichtung 1268a reguliert werden kann. Die Dämpfungseinrichtung 1268a weist eine bestimmte Luftdurchlässigkeit auf, welche das Strömen von Luft in die hintere akustische Kammer 1252 und aus der hinteren akustischen Kammer 1252 mehr oder weniger behindert. Weiterhin bestimmt die Position der Dämpfungseinrichtung 1268a die effektive akustische Größe der hinteren akustischen Kammer 1252. In gleicher Art und Weise, um den Luftstrom in der vorderen akustischen Kammer 1254 zu steuern, ist eine Lüftungsöffnung 1264 vorhanden, deren Luftstrom mit der Dämpfungseinrichtung 1268b reguliert werden kann. Die Dämpfungseinrichtung 1268b hat eine bestimmte Luftdurchlässigkeit, welche das Strömen von Luft, in die vordere akustische Kammer 1254 und aus der vorderen akustischen Kammer 1254 mehr oder weniger behindert. Außerdem bestimmt die Position der Dämpfungseinrichtung 1268b die effektive akustische Größe der vorderen akustischen Kammer 1252. Schließlich ist eine Düse 1270 die akustische Last und leitet den Luftstrom zum Ohr des Benutzers.
Der Lautsprecher 230, die vorderen und hinteren akustischen Kammern 1254 und 1252, die Lüftungsöffnungen 1264 und 1262, die Dämpfungseinrichtung 1268b und 1268a und die Düse 1270 bilden zusammen ein akustisches System. Der Frequenzgang dieses akustischen Systems kann durch die Größe der akustischen Hohlräume, den Durchmesser der Düse, den Durchmesser der Öffnungen und durch die Luftmenge, die pro Zeiteinheit in die Öffnungen ein- und ausströmen kann, bestimmt werden. Letzteres hängt von dem Durchmesser der Öffnungen, der Materialwahl (Luftdurchlässigkeitseigenschaften) der Dämpfungseinrichtungen und der Position der Dämpfungseinrichtungen innerhalb der Öffnungen ab. Bis zu einem gewissen Grad kann die akustische Feinabstimmung durch die Positionierung der Dämpfungseinrichtungen innerhalb der Lüftungsöffnungen erreicht werden, da dies die akustische Größe der Kammern verändert. Die Düse 1270 kann ein Schutzmittel 1269 enthalten, um das Eindringen von Staub und Fett in die vordere akustische Kammer 1254 zu verhindern. Dieses Schutzmittel sollte den Luftstrom in das Ohr des Benutzers so wenig wie möglich dämpfen. Dennoch kann es einen gewissen Einfluss auf den endgültigen Frequenzgang des akustischen Systems haben.
In 13 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, bei der 3D-Druck-, Guss- oder ähnliche Techniken verwendet werden, mit denen direkt ein (abgedichtetes) Gehäuse um ein physisches Objekt herum erstellt werden kann. Die Deckel 1220 und 1222 sind nicht mehr vorhanden. Die gefaltete Konstruktion 1100 (möglicherweise mit einigen stützenden Kunststoffkomponenten, um die gefaltete Konstruktion in Position zu halten) wird in eine 3D-Druckmaschine gelegt und das Gehäuse 1310 wird um sie herum gebaut, einschließlich der oberen Abdeckung. Der Innenraum 1350 des geschlossenen Gehäuses 1300 kann Hohlräume, Stützen oder andere mechanische Konstruktionen enthalten, um eine stabile und reproduzierbare Baugruppe zu erhalten. Zusätzliche Lufträume, z. B. der Luftraum 1330 unterhalb der Batterie 212, sind vorgesehen, damit die Batterie 212 im Falle einer Störung anschwellen kann. Die Lufträume in dem unteren Gehäuseteil 1311b, welche die hintere akustische Kammer 1252 und die vordere akustische Kammer 1254 bilden, bleiben während des 3D-Druckverfahrens ebenfalls erhalten.
Die Unterbaugruppen 1200 und 1300 können problemlos in ein drahtloses Audioprodukt eingebettet werden. Ein Beispiel für ein solches drahtloses Audioprodukt ist in 14 dargestellt. Die Unterbaugruppe ist in einem Gehäuse 104 untergebracht, welches ein geeignetes optisches Design aufweist und die Verwendung eines Ohrstücks 106 für optimalen Sitz und Komfort ermöglicht. Eine Kappe 102 verschließt das Gehäuse 104 und kann das Erscheinungsbild durch die Verwendung von Markenlogos etc. weiter verbessern. Das Gehäuse 104 muss nicht hermetisch dicht sein, dient aber zumindest als erste Barriere gegenüber der empfindlichen Elektronik im Inneren der Unterbaugruppe 1200 (1300). Der Stecker 250 verbindet die internen Komponenten im Inneren der Baugruppe 1200 (1300) über die Verbindung 821 mit dem Ladekontakt 831. Die richtig positionierten Löcher 1410, 1420 im Gehäuse 104 müssen zur hinteren Lüftungsöffnung 1262 und vorderen Lüftungsöffnung 1264 passen. Das Ohrenstück 106 sollte um den Stutzen 1270 passen
In den 12-14 sind keine Mikrofone dargestellt. Das Mikrofon kann Teil der Unterbaugruppe 1200 oder 1300 sein, wie es bei den Unterbaugruppen 900 und 1000 der Fall war, oder es kann sich außerhalb der Unterbaugruppe befinden und in das Gehäuse 104 des Endprodukts eingesetzt werden, wie es in 8 gezeigt wurde. Im letzteren Fall muss das Mikrofon mit dem Anschluss 250 verkabelt werden, um den Audiocodec zu erreichen. In jedem Fall sind geeignete Löcher im Gehäuse 104 erforderlich, um die Luftwellen zu dem/den Mikrofonen) zu leiten. In 15 wird die in 12 gezeigte Ausführungsform mit Mikrofonen erweitert. Das Mikrofon 240a, welches auf der Antennenplatine 310 angebracht ist, und das Mikrofon 240b, welches auf der flexiblen Platine 320 angebracht ist, werden hinzugefügt, um die Stimme aufzunehmen. Mehrere MICs sind so angeordnet, dass sie die gewünschte Stimme von den Hintergrundgeräuschen trennen können. Dichtungsmittel 1520a und 1520b werden eingesetzt, um den Hohlraum 1250 hermetisch geschlossen zu halten. Die Dämpfungseinrichtungen 1550a und 1550b werden eingesetzt, um den Luftstrom zu den Mikrofonen zu steuern und um zu verhindern, dass Schmutz und Fett zu den Mikrofonen gelangen.
Das Mikrofon 240c kann hinzugefügt werden, um den Druck in der vorderen akustischen Kammer 1254 zu messen. Ein interner akustischer Durchgang, z. B. ein Rohr 1530, verbindet die untere akustische Kammer 1254 mit dem Mikrofon 240c. Optional können Dämpfungseinrichtungen 1540 hinzugefügt werden, um den Luftstrom zum Mikrofon 240c zu steuern. Das Mikrofon 240c kann für die akustische Abstimmung, aber auch für aktive Geräuschunterdrückungstechniken verwendet werden. Der vom Mikrofon 240c in der vorderen Kammer gemessene Schall wird in ein elektrisches Signal umgewandelt und an den Audiocodec zurückgeführt, wo er mit dem ursprünglichen Audiosignal (z. B. Musik) verglichen wird. Eventuelle Unterschiede werden elektronisch minimiert und kompensiert.
Zu den oben beschriebenen Baugruppen können mehrere Sensoren hinzugefügt werden. Ein Sensor kann einer Benutzeroberfläche (UI) hinzugefügt werden, z. B. zur Steuerung von Funktionen wie Lautstärke erhöhen / Lautstärke verringern, nächster Titel, Start/Stopp, Ein/Aus. Andere Sensorfunktionen können eine Im-Ohr-Erkennung, eine Erkennung von Umgebungsbedingungen und menschlichen Körperfunktionen wie Herzfrequenz, Sauerstoffsättigung, Temperatur usw. sein.
In 8 und 14 ist der Ladekontakt 831 in dem äußeren Gehäuse 104 für eine galvanische Verbindung (über den Anschluss 250) zwischen einer (nicht gezeigten) externen Ladestation und der PMU 210 vorhanden. Anstelle einer galvanischen Verbindung wird in einer Ausführungsform jedoch eine drahtlose Verbindung verwendet, was zu einem drahtlosen Aufladen führt. Magnetische Induktion kann eingesetzt werden, um die Energie von der Station zu der Batterie 212 zu übertragen. Für eine magnetische Induktion wird eine Sendespule in der Station in unmittelbarer Nähe (und richtig ausgerichtet) zu einer Empfangsspule, welche in dem Produkt 800 oder 1400 vorhanden ist, angeordnet. Die Empfangsspule kann sich an der Innenseite des Gehäuses 104 befinden und den Kontakt 831 ersetzen. Alternativ kann sich die Empfangsspule im Inneren der Unterbaugruppe 600/700 oder 1200/1300 befinden.
16 zeigt die Schritte eines Verfahrens 1600 zur Herstellung einer Audio-Headset-Unterbaugruppe gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Eine Elektronikkonstruktion 300 wird bereitgestellt (Block 1610). Die Elektronikkonstruktion 300 umfasst eine Antenne 201, welche auf einer ersten Seite einer ersten starren PCB 310 ausgebildet ist, einen Mikrocontroller 206, welcher auf einer ersten Seite einer zweiten starren PCB 330 angebracht ist, und eine erste flexible PCB 320, welche die erste 310 und die zweite starre PCB 330 so verbindet, dass die ersten Seiten der starren PCBs 310, 330 in die gleiche Richtung weisen, wenn alle Platinen 310, 320, 330 koplanar sind. Die Elektronikkonstruktion 300 wird gefaltet, indem die erste flexible PCB 320 so gebogen wird, dass die erste starre PCB 310 über der zweiten starren PCB 330 liegt und von dieser beabstandet ist, wobei die ersten Seiten der ersten 310 und zweiten 330 starren PCBs voneinander weg weisen (Block 1620). Die gefaltete Elektronikkonstruktion 300 und eine Batterie 212 werden in ein Gehäuse 610, 710, 1210, 1310 eingekapselt, welches vollständig abgedichtet ist, um Umgebungssubstanzen abzuweisen (Block 1630). Der Verkapselungsschritt 1630 kann ein Anordnen der gefalteten Elektronikkonstruktion 300 und der Batterie 212 in einem geformten Gehäusekörper und ein Abdichten des Körpers mit einem Deckel 620, 1220 umfassen. Alternativ kann der Verkapselungsschritt 1630 ein Aufbauen des Gehäuses 610, 710, 1210, 1310 um die gefaltete Elektronikkonstruktion 300 und die Batterie 212 unter Verwendung eines 3D-Druck- oder Formgebungsverfahrens umfassen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen zahlreiche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik dar. Die Ausführungsformen stellen ein voll funktionsfähiges, in sich geschlossenes Audiosystem bereit, welches leicht in eine Vielzahl von „wirklich drahtlosen“-Kopfhörern eingebaut werden kann. Ausführungsformen ohne Mikrofon sind für Musikwiedergabeanwendungen optimiert; Ausführungsformen mit integriertem Mikrofon (integrierten Mikrofonen) sind für Telefon- oder Funkkopfhörer geeignet. Die Designs sind kompakt und zeichnen sich durch eine neuartige Kombination von starren und flexiblen PCB-Platinen aus, welche „faltbar“ sind, um die volumetrische Größe und Anordnung zu optimieren. Die Komponentenkonfigurationen sind optimiert, um Beeinflussungen zwischen Verarbeitungsschaltkreis und Funkschaltungen zu minimieren. Die Module sind für Beständigkeit und eine lange Lebensdauer hermetisch abgedichtet und erfüllen Sicherheitsvorschriften, wie z. B. die Ausdehnung der Batterie bei Fehlfunktion. Einige Ausführungsformen mit integrierten Lautsprechern bieten erweiterte Eigenschaften und Möglichkeiten zur Audioabstimmung, wie z. B. getrennte und portierte akustische Kammern und ein internes Mikrofon für Rückkopplungsanwendungen, wie z. B. Rauschunterdrückung.
Die vorliegende Erfindung kann natürlich auch auf andere Arten und Weisen als die hierin spezifisch dargelegten konstruiert werden, ohne von wesentlichen Merkmalen der Erfindung abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht einschränkend zu betrachten, und alle Änderungen, welche in den Bedeutungs- und Äquivalenzbereich der beigefügten Ansprüche fallen, sollen darin eingeschlossen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62714788 [0001]

Claims

Audio-Headset-Unterbaugruppe (600, 700, 900, 1000, 1200, 1300, 1500), welche eine Batterie (212) und eine gefaltete Elektronikkonstruktion (300), welche flexible Teile (320, 340) aufweist und um die Batterie (212) herum gefaltet ist, umfasst, welche zusammen in einem geschlossene Gehäuse (610, 710, 1210, 1310) angeordnet sind, wobei die gefaltete Elektronikkonstruktion (300) Komponenten aufweist, welche eine Funktionalität implementieren, welche aufweist eine Antenne (201); eine Funk-Sende-/Empfangsvorrichtung (204); einen Mikrocontroller (206); einen Audiocodec (208); eine Energieverwaltungseinheit (210); und einen Anschluss (250), welcher mit der Platine (350) gekoppelt ist; wobei das geschlossene Gehäuse (610, 710, 1210, 1310) gekennzeichnet ist durch: einen ersten Hohlraum (650, 1250, 1350), welcher die Batterie (212) und die gefaltete Platine (310, 330, 350) aufweist, wobei der Hohlraum (650, 1250, 1350) vollständig abgedichtet ist, um Substanzen aus der Umwelt abzuweisen; einen Luftraum (730, 1330), um der Batterie (212) zu ermöglichen, im Falle einer Fehlfunktion anzuschwellen; und ein Loch in dem Gehäuse (610, 710, 1210, 1310), in welchem der Anschluss (250) abgedichtet ist.
Unterbaugruppe (600, 700, 900, 1000, 1200, 1300, 1500) nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch mindestens ein Mikrofon (240, 240a, 240b), welches mit dem Audiocodec (208) für eine Sprachaufnahme verbunden ist.
Unterbaugruppe (600, 700, 900, 1000, 1200, 1300, 1500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner gekennzeichnet durch eine Empfangsspule, um ein drahtloses Laden zu ermöglichen.
Unterbaugruppe (600, 700, 900, 1000, 1200, 1300, 1500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das geschlossene Gehäuse (610, 710, 1210, 1310) zuerst in einem Formgebungsverfahren hergestellt wird und die Batterie (212) und die gefaltete Platine (310, 330, 350), welche elektronische Komponenten enthält, danach in das Gehäuse (610, 710, 1210, 1310) eingesetzt werden, wonach das Gehäuse (610, 710, 1210, 1310) abgedichtet wird.
Unterbaugruppe (600, 700, 900, 1000, 1200, 1300, 1500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das geschlossene Gehäuse (610, 710, 1210, 1310) um die Batterie (212) und die gefaltete Platine (310, 330, 350), welche elektronische Komponenten enthält, unter Verwendung eines 3D-Druck- oder Formgebungsverfahrens aufgebaut ist.
Unterbaugruppe (1200, 1300, 1500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das geschlossene Gehäuse (1210, 1310) ferner gekennzeichnet ist durch: einen zweiten Hohlraum (1211b), welcher einen Lautsprecher (230) aufweist, wobei der zweite Hohlraum (1211b) einen ersten Luftraum, welcher eine hintere akustische Kammer (1252) an dem hinteren Ende des Lautsprechers (230) bildet, und einen zweiten Luftraum, welcher eine vordere akustische Kammer (1254) an dem vorderen Ende des Lautsprechers (230) bildet, umfasst; und eine Lüftungsöffnung (1262) in Luftströmungsbeziehung mit der hinteren akustischen Kammer (1252);
Unterbaugruppe (1200, 1300, 1500) nach Anspruch 6, ferner gekennzeichnet durch eine oder mehrere Lüftungsöffnungen (1264) in Luftströmungsbeziehung mit der vorderen akustischen Kammer (1254).
Unterbaugruppe (1200, 1300, 1500) nach einem der Ansprüche 6-7, ferner gekennzeichnet durch mindestens ein Geräuschunterdrückungsmikrofon (240c), welches vorgesehen ist, um einen Luftdruck in der vorderen akustischen Kammer (1254) zu messen.
Unterbaugruppe (1200, 1300, 1500) nach Anspruch 8, ferner gekennzeichnet durch einen akustischen Durchgang (1530), welcher das Geräuschunterdrückungsmikrofon (240c) mit der vorderen akustischen Kammer (1254) verbindet.
Unterbaugruppe (1200, 1300, 1500) nach Anspruch 8, wobei das Signal des Geräuschunterdrückungsmikrofons (240c) für eine aktive Geräuschunterdrückung verwendet wird.
Unterbaugruppe (1200, 1300, 1500) nach einem der Ansprüche 6-10, wobei der erste Hohlraum (1250) akustisch von dem zweiten Hohlraum (1211b) getrennt ist.
Unterbaugruppe (600, 700, 900, 1000, 1200, 1300, 1500) nach Anspruch 1, wobei die gefaltete Elektronikkonstruktion (300) umfasst: die Antenne (201), welche auf einer ersten Seite einer ersten gedruckten Leiterplatte, PCB (310), ausgebildet ist; den Mikrocontroller (206), welcher auf einer ersten Seite einer zweiten PCB (330) ausgebildet ist; eine erste flexible PCB (320), welche die erste (310) und die zweite (330) PCB derart verbindet, dass die ersten Seiten der PCBs (310, 330) in die gleiche Richtung weisen, wenn alle Leiterplatten (310, 320, 330) koplanar sind; wobei die erste flexible PCB (320) derart gebogen ist, dass die erste PCB (310) über der zweiten PCB (330) liegt und von dieser beabstandet angeordnet ist, wobei die ersten Seiten der ersten (310) und zweiten (330) PCB voneinander weg weisen.
Unterbaugruppe (600, 700, 900, 1000, 1200, 1300, 1500) nach Anspruch 12, wobei mindestens eine von der ersten (310) und zweiten (330) PCB eine Masseebene enthält, und wobei die Masseebene zwischen der ersten Seite der ersten PCB (310) und der ersten Seite der zweiten PCB (330) angeordnet ist und ausgestaltet ist, eine Funkabschirmung zwischen der Antenne (201) und dem Mikrocontroller (206) bereitzustellen.
Unterbaugruppe (600, 700, 900, 1000, 1200, 1300, 1500) nach einem der Ansprüche 12-13, wobei die Batterie (212) zwischen der ersten (310) und der zweiten (330) PCB angeordnet ist.
Unterbaugruppe (600, 700, 900, 1000, 1200, 1300, 1500) nach Anspruch 14 ferner gekennzeichnet durch einen Lautsprecher (230), welcher mit der ersten Seite der zweiten PCB (330) verbunden ist.
Unterbaugruppe (600, 700, 900, 1000, 1200, 1300, 1500) nach einem der Ansprüche 12-13, wobei die gefaltete Elektronikkonstruktion (300) ferner umfasst: eine dritte PCB (350); eine zweite flexible PCB (340), welche die zweite (330) und die dritte (350) PCB so verbindet, dass die ersten Seiten der PCBs (330, 350) in die gleiche Richtung weisen, wenn alle Leiterplatten (330, 340, 350) koplanar sind; wobei die zweite flexible PCB (340) derart gebogen ist, dass die dritte PCB (350) unter der zweiten PCB (330) liegt und von dieser beabstandet angeordnet ist, wobei die ersten Seiten der zweiten (330) und dritten (350) PCB einander zugewandt sind; und die Batterie (212) zwischen der zweiten (330) und dritten (350) PCB angeordnet ist.
Unterbaugruppe (600, 700, 900, 1000, 1200, 1300, 1500) nach Anspruch 16, wobei der Anschluss (250) an einer zweiten Seite der dritten PCB (350) angebracht ist.
Verfahren (1600) zur Herstellung einer Audio-Headset-Unterbaugruppe (600, 700, 900, 1000, 1200, 1300, 1500), gekennzeichnet durch: Bereitstellen einer Elektronikkonstruktion (300) umfassend eine Antenne (201), welche auf einer ersten Seite einer ersten starren gedruckten Leiterplatte, PCB (310) ausgebildet ist, einen Mikrocontroller (206), welcher auf einer ersten Seite einer zweiten PCB (330) angebracht ist, und eine erste flexible PCB (320), welche die erste (310) und die zweite (330) PCB so verbindet, dass die ersten Seiten der PCBs (310, 330) in die gleiche Richtung weisen, wenn alle Leiterplatten (310, 320, 330) koplanar sind; Falten der Elektronikkonstruktion (300) durch Biegen der ersten flexiblen PCB (320) derart, dass die erste PCB (310) über der zweiten PCB (330) liegt und von dieser beabstandet angeordnet ist, wobei die ersten Seiten der ersten (310) und zweiten (330) PCB voneinander weg weisen; und Einkapseln der gefalteten Elektronikkonstruktion (300) und einer Batterie (212) in einem ersten Hohlraum (650, 1250, 1350) eines Gehäuses (610, 710, 1210, 1310), welches vollständig abgedichtet ist, um Substanzen aus der Umwelt abzuweisen.
Verfahren (1600) nach Anspruch 18 ferner umfassend ein Anordnen der Batterie (212) zwischen der ersten (310) und der zweiten (330) PCB vor dem Einkapselungsschritt.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner gekennzeichnet durch: Bereitstellen eines Lautsprechers (230), welcher betriebsfähig mit der Elektronikkonstruktion (300) verbunden ist; und Einkapseln des Lautsprechers (230) in einem zweiten Hohlraum (1211b), welcher einen ersten Luftraum, welcher eine hintere akustische Kammer (1252) an dem hinteren Ende des Lautsprechers (230) bildet, und einen zweiten Luftraum, welcher eine vordere akustische Kammer (1254) an dem vorderen Ende des Lautsprechers (230) bildet, umfasst; und wobei die hintere akustische Kammer (1252) eine Lüftungsöffnung (1262) in Luftströmungsbeziehung mit einer Außenseite des Gehäuses (610, 710, 1210, 1310) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18-20, wobei das Einkapseln der gefalteten Elektronikkonstruktion (300) und der Batterie (212) in dem ersten Hohlraum (650, 1250, 1350) des Gehäuses (610, 710, 1210, 1310) umfasst: Bereitstellen eines Körpers des Gehäuses (610, 710, 1210, 1310); Anordnen der gefalteten Elektronikkonstruktion (300) und der Batterie (212) in dem Körper des Gehäuses (610, 710, 1210, 1310); und Verschließen des Körpers des Gehäuses (610, 710, 1210, 1310) mit einem Deckel.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Bereitstellen eines Körpers des Gehäuses (610, 710, 1210, 1310) ein Ausbilden des Gehäuses (610, 710, 1210, 1310) in einem Formgebungsverfahren umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18-20, wobei das Einkapseln der gefalteten Elektronikkonstruktion (300) und der Batterie (212) in dem ersten Hohlraum (650, 1250, 1350) des Gehäuses (610, 710, 1210, 1310) ein Aufbauen des Gehäuses (610, 710, 1210, 1310) um die gefaltete Elektronikkonstruktion (300) und die Batterie (212) herum unter Verwendung eines 3D-Druck- oder Formgebungsverfahrens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 23, ferner gekennzeichnet durch: Bereitstellen eines Mikrofons (240), welches betriebsfähig mit der Elektronikkonstruktion (300) verbunden ist; und Ausbilden eines oder mehrerer Luftdurchgänge in dem Gehäuse (610, 710, 1210, 1310), welche das Äußere des Gehäuses (610, 710, 1210, 1310) in Luftströmungsbeziehung mit dem Mikrofon (240) verbinden.
Verfahren nach Anspruch 23, ferner gekennzeichnet durch: Bereitstellen mindestens eines Geräuschunterdrückungsmikrofons (240c), welches betriebsfähig mit der Elektronikkonstruktion (300) verbunden ist und betriebsfähig ist, um Luftdruck in der vorderen akustischen Kammer (1254) zu messen; und Ausbilden eines akustischen Durchgangs (1530), welcher das Geräuschunterdrückungsmikrofon (240c) mit der vorderen akustischen Kammer (1254) verbindet; wobei das Signal des Geräuschunterdrückungsmikrofons (240c) für eine aktive Geräuschunterdrückung verwendet wird.