DE2261122C3

DE2261122C3 -

Info

Publication number: DE2261122C3
Application number: DE19722261122
Authority: DE
Priority date: 1971-12-20
Filing date: 1972-12-14
Publication date: 1977-01-27

Description

60

Die Erfindung betrifft eine Gehäuseanordnung mit einem elektroakustischen Wandler, insbesondere Hörteil eines Fernsprechhandapparates, mit einem im Vorraum der Membran gelegenen Absorptionsresonator zum Absorbieren mittlerer oder hoher Frequenzen, der einen Schallkanal geringen Querschnitts und eine Erweiterung an dessen Ende aufweist.

Bei der Nachrichtenübertragung benutzt man heute mehr und mehr die Pulscodemodulation (PCM), weil sich hierbei eine Reihe von Vorteilen ergeben, wie z. B. die optimale Ausnutzung von Kanalkapazitäten, die vermehrt mögliche Benutzung integrierter Schaltkreise, die sich in großen Mengen billig herstellen lassen, die gute Eignung für Fehlerprüfung und -korrektur, die einfachste Integrierung von Datenübertragung, Sprachübertragung, Bildübertragung usw.

Sprachsignale werden zur Umwandlung in PCM-Codierung abgetastet, und zwar mit einer Frequenz ß\ die etwas mehr als das Doppelte der Frequenz (f_e) beträgt, die man bei der Übertragung als obere Grenzfrequenz bewahren möchte. Jeder Abtastwert wird codiert, übertragen und empfangsseitig wieder in einen Analogwert zurückverwandelt Das Empfänger-Sprachsignal wird also aus Teilsignalen zusammengesetzt, die auch mit der Abtastfrequenz anfallea Würde der Frequenzbereich des gesendeten und empfangenen Signals nicht beschnitten, dann wäre das gefaltete Sprachspektrum im Frequenzbereich bis zur Abtastfrequenz im Empfängersignal vertreten und würde sich störend bemerkbar machen.

Um diesen Effekt zu eliminieren, hat man bei Geräten für PCM-Sprachübertragung bisher sowohl an der Sende- als auch an der Empfangsseite Tiefpässe eingebaut, deren Grenzfrequenz zwischen der gewünschten Sprach-Grenzfrequenz von meist 3400Hz und der halben Abtastfrequenz (z.B. /i/2=4000Hz) liegt Hierdurch wird das durch die Faltung hervorgerufene Störgeräusch im Sprachsignal wirksam unterdrückt

Die elektrische Filterung hat den großen Nachteil, daß sie raltiv teuer ist und zwar besonders wegen der Induktivitäten, die in integrierter Schaltungstechnik ohnehin nicht herstellbar sind. Ein Einbau von solchen Filtern in alle Fernsprechapparate ist deshalb nicht wirtschaftlich, so daß die PCM-Codierung auf die Übertragung zwischen Vermittlungsämtern beschränkt wurde.

Es ist bereits bekannt, den Frequenzgang bei Mikrotelefonen (Femsprech-Handapparaten) dadurch zu verändern, daß man den elektroakustischen Wandlern (Mikrofon, Hörer) oder den sie umgebenden Hohlräumen im gesamten eine besondere Form gibt. Dies gilt vor allem für eine Ausdehnung oder Einschränkung des Frequenzbereichs, oder für eine Glättung des Frequenzverlaufs im gewünschten Übertragungsbereich, d.h. für eine Kompensation von Resonanzwirkungen.

Aus dem DT-Gbm 19 69 641 ist eine Hörmuschel für einen Handapparat bekanntgeworden, in der der Schallkanal geringen Querschnitts durch eine Bohrung in der Hörmuschel erhalten wird. Ein Absorptionsresonator wird dadurch erhalten, daß der gebohrte Schallkanal entweder mit dem gesamten äußeren Luftraum oder mit einer Aufbohrung am äußeren Ende des Schallkanals gekoppelt wird. Diese Aufbohrung wird an ihrem äußeren Ende durch einen Pfropfen abgeschlossen, um eine Kopplung mit dem äußeren Luftraum zu verhindern. Die bekannte Anordnung bezweckt bei Kopplung des Schallkanals mit dem gesamten äußeren Luftraum eine Anhebung im unteren Teil des Frequenzbandes und bei Ankopplung des Schallkanals mit der durch die Aufbohrung erhaltenen kleineren Kapazität die Dämpfung einer Resonanzspitze im mittleren oder oberen Teil des Übertragungsbereiches.

Die bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß der Absorptionsresonator für hohe Frequenzen schwer hersteilbar ist Das Anbringen einer Bohrung kleinen Durchmessers in der Hörmuschel wird durch die Schwierigkeiten bei der Einspannung der runden S Hörmuschel erschwert, und das Anbringen der Aufboh- ning zur Erzeugung der Kapazität des Absorptionsreso nators erfordert einen zusätzlichen Arbeitsgang. In einem weiteren Arbeitsgang muß außerdem noch der Pfropfen angebracht werden, der die Autbohrunj nach außen abdeckt

Ein wertere«· Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, daß der Schallkanal geringen Durchmessers nur an eine einzige der Schallaustrittsöffnungen der Hörmuschel angekoppelt ist und somit nur ein geringer Wirkungsgrad erzielt wird.

In der DT-AS 15 12 702 ist ein elektroakustischer Wandler beschrieben, in dem mit Hilfe einer gegenüber der Umgebungsatmosphäre vollständig abgeschlossenen Druck- oder Fluidkammer die Empfindlichkeit der niederen Frequenzen verbessert werden solL Die Kammer hat dabei ringscheibenförmige Form, ist von geringer axialer Höhe und hat eine große radiale Ausdehnung.

Der in dieser Auslegeschrift beschriebene elektroakustische Telefonhörer weist ein zur Rückladung dienendes akustisches Rückführungsnetzwerk auf, welches zwei zusammenwirkende kreisförmige Platten umfaßt, die eine erste Kammer begrenzen, die unmittelbar benachbart und hinter der Membran angeordnet ist sowie eine ringförmige zur Rückführung des Druckes dienende Kammer, welche eine zweite oder entferntliegende Kammer zwischen den Platten bildet. Beide Kammern stehen miteinander über eine radial verlaufende ringförmige Verbindungsleitung zwischen den Platten in Verbindung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Gehäuseanoronung mit einem elektroakustischen Wandler, insbesondere in einem Hörteil eines Fernsprechapparates, einen wirkungsvollen und leicht herstellbaren akustischen Absorptionsresonator anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches beschriebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß der Gehäusedek- _4ä kel (Hörmuschel) in einem einzigen Arbeitsgang ζ. Β. als Preßteil hergestellt werden kann. Eine Nachbearbeitung, z. B. das Herstellen eines Schallkanals durch Bohren, ist nach der Erfindung unnötig. Die Form des Gehäusedeckels ergibt zusammen mit der Wand des Wandlers (Hörkapsel) automatisch den Absorptionsresonator. Durch die Lage des Schallkanals unmittelbar an der Wand des Wandlers wird eine gute Ankopplung des Resonators an den Schallstrom erzielt. Die Ausbildung der Kapazität des Resonators als kammerartige Vertiefung ergibt weitere technologische Vorteile.

Die Anbringung des Resonators im Vorraum der Membran und nicht an deren Rückseite hat den Vorteil, daß gebräuchliche Hörkapseln verwendet werden können, da der Resonator durch die Formgebung der ^ Hörmuschel erzielt wird. Außerdem können mit der Erfindung die bei Verwendung eines Fluidums entstehenden Abdichtungsprobleme vermieden werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung ringförmig und der Spalt ringscheibenförmig ausgebildet sind. Es leuchtet ein, daß diese Formgebung bei der Herstellung durch ihre Einfachheit große Vorteile ergibt. Außerdem wird durch diese vorteilhafte Ausbildung der Vertiefung und des Spaltes die Ankopplung des Resonators an den Schallstrom noch verbessert

Nach einer weiteren vorteilhaften Formgebung der Hörmuschel wird der Schallkanal durch eine ringförmi ge Erhöhung der Hörmuschel gebildet die in einer weiteren Ausgestaltung gegenüber den Durchtrittsöffnungen in der Wand des Kapselgehäuses des elektroakustischen Wandlers liegen kann. Hierdurch wird automatisch eine weitere akustische Masse erhalten, die zusammen mit dem Außenraum der Hörmuschel einen weiteren Resonator bildet der zu weiteren Beeinflussungen des Frequenzganges des Wandlers verwendet werden kann.

Die äußere Kapazität kann dabei nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung durch eine weitere Wand im Deckel erhalten werden, die zusammen mit einem scheibenförmigen, in unmittelbarer Nähe der Wand des Wandlers liegenden Teil der Hörmuschel einen gut definierten akustischen Raum bildet

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den restlichen Unteransprüchen zu entnehmen, wobei noch hinzugefügt werden kann, daß durch die erfindungsgemäßen Möglichkeiten der Formgebung der Hörmuschel in allen Fällen eine gegenüber den bekannten Einrichtungen verbesserte akustische Ankopplung erzielt wird.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand von Zeichnungen erläutert Es zeigt

Fig. IA die schematische Darstellung einer herkömmlichen Hörer-Gehäuseanordnung mit einem elektroakustischen Wandler in einem Fernsprech-Handap-

parat

F i g. 1B das elektrische Ersatzschaltbild der Gehäuseanordnung nach Fig. IA,

F i g. 2A eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Gehäuseanordnung mit einem elektroakustischen Wandler in einem Fernsprech-Handapparat

F i g. 2B das elektrische Ersatzschaltbild der Gehäuseanordnung nach F i g. 2A,

F i g. 3A einen erfindungsgemäßen Hörteil,

Fig.3B eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hörteils,

F i g. 4 den gemessenen Frequenzverlauf am Telefonhörer für eine herkömmliche und für eine erfindungsgemäße Hörteil-Gehäuseanordnung.

Ein Schnitt durch eine herkömmliche Gehäuseanordnung für eine Telefon-Hörkapsel ist in F i g. 1 schematisch dargestellt Die Membrane 11 befindet sich in einer Kapsel 13, welche ihrerseits durch einen Gehäusedeckel 15 festgehalten und mechanisch geschützt wird. Vor der Membrane befindet sich eine Luftkammer 17, die durch die Wand 19 abgeschlossen wird. In dieser Wand befinden sich ein oder mehrere Durchtrittsöffnungen 21. Durch den Deckel 15 wird vor der Kapsel 13 eine weitere Luftkammer 23 gebildet, die durch eine oder mehrere Öffnungen 25 mit der Außenluft in Verbindung steht

F i g. 1B ist das elektrische Ersatzschaltbild der eben beschriebenen Anordnung. Die Kammern 17 und 23 sind akustische Federungswiderstände, dargestellt durch die Kapazitäten 17' und 23'; die Öffnungen 21 und 25 sind akustische Massen, dargestellt durch die Induktivitäten 21' und 25'.

Durch die geeignete Formgebung der Kammern hat man einen gleichmäßigen Frequenzgang im üblichen Bereich (0 ... 3400 Hz) zu erreichen versucht Im

Bereich nahe oberhalb der Grenzfrequenz ist der Abfall der Kurve jedoch nicht beliebig steil. Infolgedessen wird von dem Störgeräusch im Frequenzbereich oberhalb der halben Abtastfrequenz bei den bisher benutzten Anordnungen ein erheblicher Teil wiedergegeben.

Hier bringt die in Fig.2A schematisch angezeigte erfindungsgemäße Gehäuseanordnung eine erhebliche Verbesserung. Der Wandler hat eine Membrane 27 und ist in einer Kapsel 29 eingeschlossen. Die Hörkapsel in Fig.2A ist praktisch gleich der in Fig. IA gezeigtea Die Kapsel wird von einem Gehäusedeckel 31 gehalten und geschützt dessen äußere Form auch praktisch gleich derjenigen des Deckels 15 von F i g. 1A ist

Zwischen Membrane 27 und Wand 35 befindet sich eine Kammer 33, und die Wand 35 weist Durchtrittsöffnungen 37 auf. Auch dies entspricht der in Fig. IA gezeigten Anordnung, wobei in Fig. 2A die Anordnung der Durchtrittsöffnungen anders ist als in F i g. 1A.

Der wesentliche Unterschied besteht in der Gestaltung der Innenseite des Deckels 31. Es wird zwar auch hier eine Kammer 43 und eine oder mehrere Austrittsöffnungen 45 vorgesehen, durch welche die Verbindung zur Außenluft besteht. Zusätzlich aber ist eine oder mehrere geschlossene Kammern 49 vorgesehen, die über eine schmale Öffnung 47 mit der allgemeinen Kammer 43 in Verbindung stehen. Die Kammer 49 stellt einen Helmholtz-Resonator dar, der gerade so dimensioniert ist daß seine Resonanzfrequenz der halben PCM-Abtastfrequenz entspricht. Helmholtz-Resonatoren können eine hohe Güte aufweisen, was hier besonders vorteilhaft ist weil der Abfall des Frequenzganges bei der oberen Grenzfrequenz sehr steil sein muß, um den Durchlaßbereich möglichst nicht zu beeinflussen.

Das elektrische Ersatzschaltbild des Ausführungsbeispiels der Erfindung ist in Fig.2B dargestellt Den Kammern 33, 43, 49, welche als akustische Federungswiderstände wirken, entsprechen die Kapazitäten 33', 43' und 49', und die Öffnungen 37,41,45,47 sind wegen ihrer Massenwirkung als Induktivitäten 37', 41', 45' und 47' gezeigt In Fig.2B sieht man deutlich, daß der Helmholtz-Resonator als Saugkreis oder Nebenschluß für eine bestimmte Frequenz wirkt

Der Helmholtz-Resonator kann in den üblichen, den oben beschriebenen Deckeln 15 bzw. 31 entsprechenden Kunststoffhörmuscheln von Hörkapseln sehr einfach verwirklicht werden. Ein Beispiel ist in Fig. 3A gezeigt Die Hörkapsel ist mit 51, die Hörmuschel mit 53 bezeichnet Von der Hörkapsel ist hier nur noch das Kapselgehäuse, nicht mehr der Inhalt (Membrane usw) gezeigt Die Hörkapsel hat eine obere Abschlußwand 55 mit Öffnungen 57 entsprechend Wand 35 und Öffnungen 37 in der Schemadarstellung der F i g. 2A. Der Schaüfluß gelangt durch den Hohlraum 61 (entsprechend Kammer 43 in Fig.2A) und die Öffnungen 63 des Kunststoffdeckels (entsprechend Öffnung 45 in F i g. 2A) an das Ohr.

Durch die ringförmige Erhöhung 59wird ein schmaler Spalt 65 und eine damit verbundene, durch eine andere ringförmige Erhöhung 69 abgeschlossene ringförmige, kammerartige Vertiefung 67 gebildet, die zusammen als Helmholtz-Resonator wirken (entsprechend den Teilen 47 und 49 in Fi g. 2 A). Es liegt auf der Hand, daß solche erfindungsgemäße Hörmuscheln mit dem gleichen Aufwand wie die bisher benutzten Deckel in großen 6s Mengen einfach hergestellt werden können. Es ist lediglich eine einmalige Änderung der Abmessungen, eventuell auch für die benutzten Hörkapseln nötig.

Fig.3B zeigt eine andere Ausführungsform des Hörteils. Die den Raumelementen in Fig.3A entsprechenden Elemente wurden in F i g. 3B mit den gleichen, jedoch mit einem Strich versehenen Bezugszeichen bezeichnet.

Der Querschnitt der ringförmigen Vertiefung 67' der Hörmuschel ist nicht rechteckig wie in Fig.3A, sondern trapezoidförmig. Der Spalt 65' reicht sowohl in die Vertiefung 67' hinein als auch unter die Schallaustrittsöffnung63'.

Die Dimensionierung des Helmholtz-Resonators erfolgt nach bekannten Regeln, die im folgenden kurz wiedergegeben sind:

Resonanzfrequenz:	wobei	wobei	= 1,18 kg/m³.
i. —!—	Luftdichte g =	Volumen der Kammer	= wählbar,
	Länge der Öffnung / =	Verhältnis der spezifischen Wärme	- wählbar.
Akustische Masse:	Querschnitt der Öffnung F =	des Gases bei konstantem Druck
**M₁₁ = ^- ,**	Akustischer Federungswiderstand:	zur spezifischen Wärme bei
*_r v*	konstantem Volumen
" r-Po'	Luftdruck
	V= wählbar,
	γ = 1,4 (für Luft),



	A« 105 N/m².

Um dem Helmholtz-Resonator eine Resonanzfrequenz von 4 kHz zu geben, kann man folgende Abmessungen wählen:

Querschnitt der Öffnung Länge der öffnung Kammer-Volumen

F = 25 mm², 1=2 mm, V =2,4 cm².

In F i g. 4 ist der Frequenzverlauf eines Telefonhören für zwei verschiedene Gehäuseanordnungen gezeigt:

A = mit einer der bisher benutzten Hörmuscheln; B = mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung dei Hörmuschel

Die Kurven wurden mit Höfe eines künstlichen Ohre: gemessen. Der Unterschied zwischen dem Wert bei de: Grenzfrequenz (etwa 3400 Hz) und dem Wert bei eine um 1 kHz höheren Frequenz kann mh Hilfe de Erfindung um etwa 15 dB vergrößert werden.

Die Erfindung ermöglicht es also, nrit sehr einfache] Mitteln durch akustische Filterung das bei PCM-Ober tragung infolge der Faltung entstehende StörgeräuscJ stark zu vermindern. Durch Wegfall der elektrische! Filter wird der gerätemäßige Aufwand für ein PCM-Ubertragung. die möglichst bis zu den Endgerä ten, d. h. auch bis zu den Frehapparaten, gehe soll, verkleinert.

Mit r/u 3 Blatt Zcichnunci-n

Claims

Patentansprüche:

1. Gehäuseanordnung mit einem elektroakustischen Wandler, insbesondere Hörteil eines Fern-Sprechhandapparates, mit einem im Vorraum der Membran gelegenen Absorptionsresonator zum Absorbieren mittlerer oder hoher Frequenzen, der einen Schallkanal geringen Querschnitts und eine Erweiterung an dessen Ende aufweist, dadurch jo gekennzeichnet, daß der Schallkanal durch einen Spalt (65, 65') zwischen dem Deckel (Hörmuschel 53) des Gehäuses und der .Wand (55) des Wandlers (Hörkapsel 51), zum Außenraüin und die Erweiterung durch eine kammerartige Vertiefung (67,67') in der Hörmuschel (53) gebildet wird.

2. Gehäuseanordnung nach Ansoruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Vertiefung (67, 67') ringförmig und der Spalt (65, 65') ringscheibenförmig ausgebildet sind.

3. Gehäuseanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator in der kreisrunden Hörmuschel (53), welche die Kapsel (51) mit dem elektroakustischen Wandler in ihrer Lage festhält, durch zwei ringförmige Erhöhungen (59, 69) und eine dazwischenliegende ringförmige Nut (67, 67') gebildet wird, wobei die äußere ringförmige Erhöhung (69) so ausgebildet ist, daß sie auf der Wandlerkapsel (51) fest aufliegt, derart, daß zwischen der inneren ringförmigen Erhöhung (59) und der Kapsel (51) ein schmaler ringförmiger Kanal (65) gebildet wird, der die öffnung des Resonators bildet, und daß durch die ringförmige Nut (67) eine Hohlraumkammer für den Resonator gebildet wird.

4. Gehäuseanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere ringförmige Erhöhung (59) so ausgebildet ist, daß sie gegenüber den Durchtrittsöffnungen (57, 57') in d:r Wand (55) des Kapselgehäuses des elektroakustischen Wandlers zu liegen kommt

5. Gehäuseanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Vertiefung (67, F i g. 3A) rechteckig ausgebildet ist

6. Gehäuseanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Vertiefung (67', F i g. 3B) trapezoidförmig ausgebildet ist

7. Gehäuseanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innere ringförmige Erhöhung (71) Scheibenform hat und daß als Verbindung zum Außenraum eine weitere Wand (73) im Deckel (53) vorgesehen ist, derart, daß zwischen der Erhöhung (71) und der weiteren Wand (73) eine weitere Kammer (75) gebildet wird.

8. Gehäuseanordnung nach Anspruch 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (57,57') in unmittelbarer Nähe der Vertiefung (67, 67') angebracht sind.