DE29921758U1

DE29921758U1 - Sprachgesteuerte Mundmikrofoneinheit

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Publication number: DE29921758U1
Application number: DE29921758U
Authority: DE
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Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2000-02-24
Anticipated expiration: 2009-12-11
Also published as: FR2814904A1; GB0021322D0; GB2366694A

Description

GLAWE, DELFS, MOLL & PARTNER: PATENTANWÄLTE

* * * * ZUGEÜA*SS*Eil£ VERTRETER BEMEUROPÄISCHEN PATENTAMT

RICHARD GLAWE, Dr.-Ing. (1952-1985)

KLAUS DELFS, Dipl.-Ing., Hamburg

WALTER MOLL, Dipl.-Phys. Dr. rer. nat., München

HEINRICH NIEBUHR, Dipl.-Phys. Dr. phil. habil., Hamburg

ULRICH GLAWE, Dipl.-Phys. Dr. rer. nat., München

BERNHARD MERKAU, Dipl.-Phys., München

CHRISTOF KEUSSEN, Dipl.-Chem. Dr. rer. nat., Hamburg

Yien Chen Wun, Taipei Hsien, Taiwan

Postfach 26 01 62 80058 München

Liebherrstraße 20 80538 München

Tel. (089) 22 46 65 Telefax (089) 22 39 38 (G3) Telex 5 22 505

HAMBURG,

Postfach 13 03 91 20103 Hamburg

Rothenbaumchaussee 58 20148 Hamburg

Tel.(040)4 10 20 08

Telefax (040) 45 89 84 (G4.G3)

CHEY021UDE N/Vy/at

Sprachgesteuerte Mundmikrofoneinheit

Die Erfindung betrifft eine externe sprachgesteuerte Mundmikrofoneinheit für ein Funksprechgerät.

Bei Funksprechgeräten muß üblicherweise zum Beginn des Sprechvorgangs eine Sprechtaste betätigt werden. Es ist bekannt, die manuelle Betätigung der Sprechtaste durch eine Sprachsteuerung zu ersetzen, bei welcher der einsetzende Schallpegel mit Hilfe eine Sprachsteuerungsschaltung erfaßt wird. Die Sprachsteuerung der Sprechübertragung ist vorteilhaft bei der Verwendung von tragbaren Funksprechgeräten bei Tätigkeiten, welche beide Hände erfordern, so daß keine Hand für die Betätigung der Sprechtaste frei ist. Dazu zählen Arbeiten in Flugzeugen, Schiffen, Fahrzeugen, Verkehrspolizei, Feuerbekämpfung, Fabriken und mechanische Fahrzeuge in Pro-

Dresdner Bank AG Hamburg^ 030^4*8 OfJ JßLZ* 200 80OjDO)J Poätbank HaCnbtfrg 1476p7-2J30 (BLZ 200 100 20)

duktionsanlagen. Für die Stromversorgung der Sprachsteuerungsschaltung sind üblicherweise Batterien in der Mundmikrofoneinheit vorgesehen. Batterien haben eine begrenzte Lebensdauer und müssen regelmäßig ersetzt oder wiederaufgeladen werden. Gelegentlich kann Batteriesäure aus alten Batterien austreten und die elektronische Schaltung beschädigen oder zerstören.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die durch den Einsatz von Batterien zur Stromversorgung der Sprachsteuerungsschaltung der Mundmikrofoneinheit eines Funksprechgerätes entstehenden Nachteile zu vermeiden.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, daß die Mundmikrofoneinheit ein piezoelektrisches Mikrofon ohne eigenen Stromverbrauch umfaßt und die Stromversorgung der wenig Strom verbrauchenden Sprachsteuerungsschaltung gegebenenfalls von einem separaten Versorgungsanschluß des Funksprechgeräts oder, falls ein solcher nicht vorgesehen ist, vom üblichen Versor-0 gungsanschluß für ein externes Widerstandsmikrofon aus erfolgt. Eine vorteilhafte Ausführungsform ist im Unteranspruch angegeben.

Ein piezoelektrisches Mikrofon kann praktisch ohne eigenen Stromverbrauch betrieben werden. Ein solches piezoelektrisches Mikrofon ist aus dem US-Patent 5,778,079 bekannt. Falls am Funksprechgerät ein separater Versorgungsanschluß vorgesehen ist, kann die Sprachsteuerungsschaltung dadurch gespeist werden. Die Erfindung ist besonders gewinnbringend bei der Verwendung mit herkömmlichen Funksprechgeräten, bei welchen ein solcher separater Versorgungsanschluß nicht vorgesehen

• ·

ist. Bei diesen Ausführungen erfolgt die Versorgung üblicher externer kapazitativer Mikrofone über deren Anschluß am Funksprechgerät. Bei Verwendung eines piezoelektrischen Mikrofons ohne eigenen Stromverbrauch (im Gegensatz zu stromverbrauchenden kapazitativen Mikrofonen des Standes der Technik) steht die entsprechende Versorgungsleistung zur Versorgung der Sprachsteuerungsschaltung zur Verfügung, so daß auf den Einsatz von Batterien ganz verzichtet werden kann.

Zweckmäßigerweise ist die Sprachsteuerungsschaltung hinsichtlich eines minimalen Stromverbrauchs optimiert, so daß ihre Versorgung insbesondere mit Hilfe der von üblichen Funksprechgeräten für die Versorgung eines kapazitativen Mikrofons zur Verfügung gestellten Versorgungsleistungen erfolgen kann.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines geschlossenen, über Hautkontakt gesteuerten piezoelektrischen Mikrofons, wie beispielsweise das in der US-Schrift 5,778,079 beschriebene.

Ein solches geschlossenes Mikrofon kann direkt an Resonanzstellen des menschlichen Körpers wie der Kehle, der Backe oder der Brust befestigt werden, wodurch der zu übertragende Schall als Körperschall unmittelbar auf das piezoelektrische Element übertragen wird. Das Mikrofon ist dadurch vom Einfluß äußerer Störgeräusche weitestgehend abgeschirmt. Im Gegensatz dazu sind offene Mundmikrofone im Stand der Technik in gewisser Entfernung vor dem Mund frei gehalten und somit empfindlich für Störgeräusche aller Art. Durch die Verwendung eines geschlossenen, über Hautkontakt gesteuerten Mikrofons kann das Hintergrundrauschen dagegen auf ein Minimum reduziert werden. Dieses Merkmal ist besonders deshalb von Nutzen, da

tragbare Funksprechgeräte häufig im Freien verwendet werden, wo durch Windgeräusche, Verkehrslärm und andere Hintergrundgeräusche ein hoher Störpegel auftritt.

Das geschlossene, über Hautkontakt gesteuerte piezoelektrische Mikrofon weist weiterhin ein höhere Ausgangsspannung bei gleicher Sprechlautstärke auf als herkömmliche Mundmikrofone. Auch durch das höhere Signal wird das Signal/Rauschverhältnis verbessert und das Hintergrundrauschen wirksam unterdrückt.

Das beschriebene Mikrofon verfügt über eine sehr geringe Baugröße und ist damit leicht zu tragen. Es kann mit Hilfe eines elastischen Bandes am Hals oder an der Backe befestigt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm für ein Funksprechgerät

ohne separaten Versorgungsanschluß;

Fig. 2 ein weiteres Schaltungsdiagramm für ein Funksprechgerät, und
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Fig. 3 ein geschlossenes, über Hautkontakt gesteuertes piezoelektrisches Mikrofon nach US-Patent 5,778,079.

Der Anschluß A für die externe Mundmikrofoneinheit eines üblichen Funksprechgeräts 10 verbindet einen Lastwiderstand RA

mit einer internen Stromversorgungsquelle Vcc. Der gewöhnliche Zweck des Anschlusses A im Stand der Technik ist die Versorgung eines externen kapazitativen Mikrofons (Mundmikrofon) mit einem Betriebsstrom. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Versorgungsstrom vom Anschluß A über Verteilerwiderstände Rl, R2, R3,... zu den Stellen der Sprachsteuerungsschaltung geleitet, welche eine Stromversorgung benötigen. Weiterhin sind Kondensatoren als Filter für das Sprechsignal vorgesehen.

Das piezoelektrische Mikrofon (siehe Fig. 3) umfaßt zwei Teile aus keramischen piezoelektrischen Platten 5, 6. Die beiden gegenüberliegenden Oberflächen sind mit dünnen Metallfilmen überzogen, welche die beiden Elektroden bilden. Eine der Oberflächen ist in Kontakt mit einer Metallplatte 3, welche einen Leitungsdraht aufweist; die andere Oberfläche ist in Kontakt mit einer Signal-Metalleiterplatte 7, welche einen Leitungsdraht aufweist. Die beiden keramischen piezoelektrischen Platten 5, 6 mit den von ihnen sich erstreckenden Leitungsdrähten sind in runden Behältern 1, 2 untergebracht. Die Vorderseite des runden Behälters ist mit einer Federplatte oder einer Feder 8 zum Halten der keramischen Platte versehen, während die Rückseite des Behälters mit einem Freiraum zur Aufnahme der Schaltungsplatine 4 versehen ist. Der sich 5 von der Elektrode der piezoelektrischen Platte erstreckende Leitungsdraht kann darauf angelötet werden zur Bildung eines Rückmeldungsdrahtes 9 zur Ausgabe der Sprechsignale. Auch Schaltungselemente zur Signalverstärkung oder Impedanzabstimmung können darauf angebracht sein. Die Oberseite des Mikrofons ist zur Berührung einer Resonanzstelle des menschlichen Körpers vorgesehen, wie der Kehle, der Backe oder der Brust.

Das Sprechsignal wird mit Hilfe des Mikrofons in eine Signalspannung umgesetzt und zum Funksprechgerät ausgegeben. Das Mikrofon benutzt piezoelektrische Elemente als Schallwandler, mit welchen maximale Sprechfrequenzausgabe ohne jeden Stromverbrauch erreicht werden kann.

Die Sprechsignale gelangen vom über Hautkontakt gesteuerten piezoelektrischen Mikrofon 12 zum Punkt C und werden dort in zwei separate Ströme geteilt. Einer geht durch den Kondensator Cl zum Eingang D der Sprechsignalausgabeschaltung 13 und wird weiter zum Mikrofonsignaleingang A des Funksprechgeräts ausgegeben; der andere geht durch den Kondensator C2 zum Punkt F des Sprechsteuerungssignalverstärkers 14 zur Ausgabe des verstärkten Signals zum Eingang G eines zweifach positiven Spannungsgleichrichters 15. VR-I ist ein variabler Widerstand zur Einstellung der Empfindlichkeit der Sprachsteuerungssignalübertragung. Er kann durch einen diskreten Schalter zur Umschaltung zwischen verschiedenen Widerstandswerten ersetzt werden. Der Ausgang des Gleichrichters 15 wird zum 0 Eingang H des Sprachsteuerungsfreischalters 16 zur Vervollständigung der Sprachsteuerungssignalübertragung über die Sprechsignalausgangsschaltung 13 weitergeleitet.

S-I ist eine Zeitverlängerungsschaltung zur Sprechsteuerung. Sie kann ebenfalls durch einen variablen Widerstand ersetzt werden.

Die Sprechfreischaltung kann auch manuell durch Betätigung des Mundmikrofonschalters S-2 erfolgen. Wenn die Sprechsteuerungschaltung manuell gesteuert wird, muß die Empfindlichkeit der Sprechsteuerungssignalübertragung auf das niedrigste Ni-

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veau eingestellt werden. Wenn die Sprechtaste S-2 betätigt wird, wird das Signal an diesem Punkt abgenommen und zur Modulierung der Trägerwelle verstärkt. Die an diesem Punkt erzeugte Potentialdifferenz wird zur einer Spannungsdifferenzumschaltungsschaltung zum Start der Emission von Funksignalen geleitet. Die Sendeschaltung im Funksprechgerät umfaßt den Differenzverstärker 17, den Emissionsschalter 18, den Sprechsignalverstärker 19 und die Trägerwellenmodulationsschaltung 20.

Wenn der serielle Widerstand zwischen Anschluß A und Punkt E (Masse) der Schaltung unterhalb eines kritischen Werts liegt, können Funksignale emittiert werden. Der kritische Widerstandswert variiert von Gerät zu Gerät im Bereich von 1OkQ

bis 22OkD. Wenn die Versorgungsspannung für die Sprachsteuerungsschaltung über den üblichen Versorgungsanschluß A für ein externes kapazitatives Mikrofon aus erfolgen soll, darf der Gesamtwiderstand der Schaltung den kritischen Widerstandswert, ab welchem Emission beginnt, nicht unterschreiten. Bei einem üblichen Funksprechgerät beträgt der zwischen Anschluß A und Masse (Punkt E der Schaltung) geschaltete kritische Emissionswiderstand &zgr;. B. 82kQ. Demnach darf der Gesamtwiderstand der Sprachsteuerungsschaltung der externen Mundmikrofoneinheit nicht kleiner als 82kQ sein. Zur Sicherheit sollte der Gesamtwiderstand nicht geringer als 10OkQ sein. Wenn der zwischen den Anschlüssen A und E geschaltete Widerstand 10OkQ beträgt, ist der Spannungsabfall zwischen den beiden Anschlüssen 4,2V und der Stromfluß durch den Gesamtwiderstand 42&mgr;&Agr;. Wenn also die Stromversorgung der Sprachsteuerungsschaltung einer externen Mundmikrofoneinheit

über den üblichen Versorgungsanschluß für ein externes Mikrofon aus erfolgen soll, muß im vorliegenden Beispiel der Stromverbrauch unterhalb von 42uA liegen. Dieser sehr geringe Versorgungsstrom erfordert einen Schaltungsentwurf mit extrem niedrigen Stromverbrauch. Sämtliche Verstärkerbauteile der Schaltung sind daher mit einem möglichst hohen seriellen Lastwiderstandswert versehen, um den Stromverbrauch zu senken. Die bedeutendste Stromersparnis rührt jedoch vom beschriebenen piezoelektrischen Mikrofon her, welches praktisch keinen Strom verbraucht.

Das Signal von einem Anschluß B für einen externen Ohrhörer am Funksprechgerät zu einem Punkt B der Sprechsteuerungsschaltung wird in zwei Ströme geteilt. Einer wird über den Ausgang J-2 des Ohrhörers 23 direkt in den Ohrhörer 23 und von diesem auf Masse (Punkt E) gegeben. Der andere verbindet einen Widerstand R-3 und einen Kondensator C3 seriell und ist mit Anschluß L eines Verstärkers 21 für die Partnersprechfreischaltung verbunden und wird dann in den Anschluß M eines doppelt negativen Spannungsgleichrichters 22 zur Partnersprechfreischaltung eingegeben. Die negative umgepolte Spannung wird vom Ausgang N zum Punkt H der Sprechsteuerungsfreischalterschaltung 16 zum Abfangen der Signalübertragung von der Sprechsteuerungsschaltung eingegeben. Die Funktion dieser Schaltung liegt darin, daß der Partner seine Spracheingabe vor dem Beginn der Sprechsteuerungsschaltung beenden kann, so daß das Sprechvorrecht zum anderen Partner abgeben wird. Diese Schaltung kann über den Schalter S-3 manuell ein- und ausgeschaltet werden.

Ein Stereokopfhörer kann an den Anschlüssen J-I (Eingang der Mundmikrofoneinheit) und J-2 (Ausgang des Ohrhörers) verwendet werden.

Eine Sprachausgangsimpendanzschaltung verbindet die Sprachsteuerungsfreischalterschaltung 16, 13 in Serie (Punkte K und I), um eine Stromersparnis zu erreichen. Eine Minderheit von Geräten weist einen geringeren internen Widerstand auf und muß parallel geschaltet werden. Der in Figur 2 durch die gestrichelte Linie eingeschlossene Bereich a weist einen Anschluß zur Erleichterung der Schaltung in Serie oder parallel auf. Einige wenige Geräte weisen einen unabhängigen separaten Versorgungsanschluß auf, welcher mit Anschluß Al verbunden wird (Bereich b umschlossen durch eine gestrichelte Linie).

Um die Sprechsteuerung zu minimieren kann der erste Sprechverstärker im Bereich c auf die Schaltungsplatine des piezoelektrischen Mikrofons versetzt werden.

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Claims

1. Externe sprachgesteuerte Mundmikrofoneinheit für ein Funksprechgerät, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein piezoelektrisches Mikrofon ohne eigenen Stromverbrauch umfaßt und die Stromversorgung der wenig Strom verbrauchenden Sprachsteuerungsschaltung gegebenenfalls von einem separaten Versorgungsanschluß des Funksprechgeräts oder, falls ein solcher nicht vorgesehen ist, vom üblichen Versorgungsanschluß für ein externes kapazitives Mikrofon aus erfolgt.

2. Mundmikrofoneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß piezoelektrisches Mikrofon zur Aufnahme von Körperschall im Hautkontakt ausgebildet ist.