DE4042315A1 - Acoustic coupling system for handsets - Google Patents
Acoustic coupling system for handsetsInfo
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Abstract
Description
Die bisher üblichen Funktionseinheiten für Mikrofon- und Hörseite sind im wesentlichen gekapselte Schallwandler, weisen aber fast ausschließlich für die schwingende Schallmembran die klassischen Einspannarten (Rand eingespannt oder Rand gelagert) auf. Damit ist verbunden, daß die größten Auslenkungen in der Mitte, d. h. beim piezoelektrischen System an der Stelle der größten Materialdicke auftreten.The previously common functional units for microphone and Listening side are essentially encapsulated sound transducers, but show almost exclusively for the swinging Sound membrane the classic types of clamping (edge clamped or edge stored). This means that the largest displacements in the middle, d. H. in piezoelectric System at the point of greatest material thickness occur.
Es wurde bereits vorgeschlagen, durch Mitteneinspannung und randseitig sehr weiche Lagerung den Übertragungsfaktor, die Ansteuerfähigkeit und die akustische Beeinflußbarkeit zu verbessern.It has already been suggested by center clamping and very soft storage on the edge the transmission factor, the controllability and the acoustic influence to improve.
Es ist ein Mangel der letztbeschriebenen Lösung, daß es noch nicht gelang, die störenden Resonanzspitzen außerhalb des Übertragungsbereiches, hervorgerufen durch mechanische Oberwellenschwingungen, zu beseitigen. Trotz der Minimierung der Anzahl der Einzelteile sind bei allen bekannten Lösungen die hör- bzw. mikrofonseitigen Wandlerelemente akustisch und konstruktiv getrennte Funktionseinheiten.It is a lack of the last solution described that it not yet managed to get the disturbing resonance peaks outside the transmission range, caused by mechanical Eliminate harmonic vibrations. Despite the Minimization of the number of individual parts are known in all Solutions the transducer elements on the hearing or microphone side acoustically and structurally separate functional units.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Vorteile der piezoelektrischen Flächenschwinger für Handapparate zu erschließen, ohne die Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Auf dem Gebiet der Fernsprechtechnik kann ein Trend zu einem Handapparat beobachtet werden, der im Laufe seiner Lebensdauer nicht repariert werden muß und sich durch Robustheit der technischen Lösung sowie durch die Eignung zum vollautomatischen technologischen Prozeß auszeichnet und eine Auswechslung des Handapparates durch den Benutzer erlaubt. The invention specified in claim 1 is the problem based on the advantages of piezoelectric surface oscillators open up for handsets without the disadvantages to have to put up with. In the field of telephone technology a trend towards a handset can be observed will not be repaired during its lifetime must be and by robustness of the technical Solution as well as the suitability for fully automatic technological process distinguished and a substitution of the handset allowed by the user.
Bestandteil dieses Trends ist ein Abgehen von gekapselten Schallwandlern. Die besten Möglichkeiten für die unerläßliche Automatisierung bieten die genannten piezoelektrischen Flächenschwinger, die sich durch hohe Streuungssicherheit, robuste Handhabbarkeit, eine hohe Lebensdauer und geringe Kosten auszeichnen. Trotz der offensichtlichen Einfachheit des Aufbaus piezoelektrischer Flächenschwinger erwies sich die Technologie der Herstellung und die Anwendung als problematisch. Lediglich mechanisch großflächige, materialintensive Systeme wurden mit ausgeglichenem Frequenzgang im Übertragungsbereich realisiert, wiesen allerdings exemplarbedingte Resonanzspitzen, hervorgerufen durch Oberwellenschwingungen außerhalb des Übertragungsbereiches auf. Bezogen auf Handapparate ist es das erklärte Ziel der Erfindung, die bei piezoelektrischen Flächenschwingern nachteiligen Resonanzspitzen weitestgehend zu beseitigen bzw. auf ein vertretbares Maß zu beschränken.Part of this trend is a move away from encapsulated Transducers. The best options for the indispensable Automation is provided by the piezoelectric mentioned Area transducers, which are characterized by high robust handling, long service life and low Mark up costs. Despite the obvious simplicity the construction of piezoelectric surface oscillators proved the technology of manufacture and application as problematic. Only mechanically extensive, material-intensive Systems were designed with a balanced frequency response Realized transmission range, however, have specimen-related Resonance peaks caused by harmonic vibrations outside the transmission range on. In relation to handsets, it is the declared aim of the Invention in piezoelectric surface vibrators to eliminate adverse resonance peaks as far as possible or to limit it to an acceptable level.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen vor allem darin, daß durch einen besonderen konstruktiven Aufbau ein akustisches Zusammenwirken der Schallmembran mit der Hohlraumanordnung unter der Schallmembran und der im Mittelpunkt wirkenden Körperschalltrennung bestimmt wird. Diese kommt dadurch zustande, daß durch die Zwischenschaltung der Plastträgerfolie die Ausbildung einer Köperschallbrücke im mittigen Einspannpunkt vermieden wird. Das Arbeitsprinzip der Erfindung wird deutlich am Schwingungsverhalten der Schallmembran als Bestandteil der Verbundeinheit. Letztere besteht aus einer schwingungsfähigen akustischen Plastträgerfolie, die im Bereich zwischen Filterteil und Kontaktteil die Schallmembran bildet, und zwar unter Einbeziehung einer aufgebrachten Aluminiumträgerfolie und eines piezoelektrischen Flächenelements. Weiterhin ist die Verbundeinheit Träger von Leiterbahnen und Kontaktierungselementen. The advantages that can be achieved with the invention exist all in that through a special constructive Building an acoustic interaction of the sound membrane with the cavity arrangement under the sound membrane and the structure-borne sound separation determined in the center becomes. This comes about because of the interposition the formation of a plastic carrier film Body sound bridge avoided in the central clamping point becomes. The principle of operation of the invention becomes clear on Vibration behavior of the sound membrane as a component the compound unit. The latter consists of a vibratory acoustic plastic backing film in the area the sound membrane between the filter part and the contact part forms, including an angry one Aluminum carrier foil and a piezoelectric surface element. Furthermore, the composite unit is the carrier of Conductor tracks and contacting elements.
Die Schallmembranen besitzen im randnahen Raum radiale Sicken. Diese erfüllen eine Doppelfunktion. Dadurch, daß die Sickenhöhe geringfügig höher ist als der auf diesem Durchmesser liegende Abstand zwischen Kontaktteil und Filterteil, wird die Schallmembran neben der mittigen und randseitigen festen Einspannung auf einem bestimmten Durchmesser noch einmal weich gelagert. Zum zweiten aber geben diese Sicken unter der Schallmembran Kanäle sowohl zu dem Hohlraum unter der Schallmembran als auch zu dem umlaufenden Randhohlraum des Filterteils frei. Die akustische Massewirkung dieser Kanäle bildet zusammen mit der akustischen Nachgiebigkeit des Randhohlraumes eine Helmholtzresonanz, die außerhalb des Übertragungsbereiches im Wirkungsbereich der ausgeprägtesten Oberwellenschwingungen liegt. Da eine Begrenzung des Randhohlraumes durch die Schallmembran gegeben ist, regt die Helmholtzschwingung im Randhohlraum (etwa auf dem doppelten Durchmesser zum Durchmesser der Maximalauslenkung der durch die Oberwellenschwingung gegebenen Schwingungsfigur) die Schallmembran zu gegenphasigen Schwingungen an. Auf diese Art und Weise werden die störenden Resonanzspitzen der Oberwellenschwingung im Bereich bis zur doppelten oberen Grenzfrequenz wirkungsvoll unterdrückt. Durch eine hohe strömungsabhängige und mechanische Dämpfung wird auch die Eigenresonanz weitestgehend gedämpft, so daß mit weniger aufwendigen akustischen Maßnahmen ein Frequenzgang mit sehr geringer Welligkeit erreicht wird. The sound membranes have radial ones near the edge Beads. These have a double function. As a result of that the bead height is slightly higher than that on this Diameter distance between the contact part and Filter part, the sound membrane is next to the center and fixed clamping on the edge on a certain Diameter stored soft again. But secondly give these beads under the sound membrane both channels to the cavity under the sound membrane as well as to the circumferential edge cavity of the filter part free. The acoustic Mass effect of these channels forms together with the acoustic compliance of the edge cavity a Helmholtz resonance, those outside the transmission range in the range of the most pronounced harmonic vibrations lies. Because of a boundary of the edge cavity the sound membrane is given, the Helmholtz vibration stimulates in the marginal cavity (about twice the diameter to the diameter of the maximum deflection caused by the harmonic oscillation given vibration figure) the sound membrane to phase oscillations. In this manner and way the disturbing resonance peaks of the harmonic oscillation in the range up to the double top Cutoff frequency effectively suppressed. By a high flow-dependent and mechanical damping will also the natural resonance largely dampened, so that with a less expensive acoustic measures a frequency response is achieved with very little ripple.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is in the drawing shown and is described in more detail below.
Es zeigtIt shows
Fig. 1 den vergrößerten Querschnitt durch das mikrofon- bzw. hörseitige Wandlerteil der erfindungsgemäßen Verbundeinheit und Fig. 1 shows the enlarged cross section through the microphone or hearing transducer part of the composite unit according to the invention and
Fig. 2 eine schematisch-vereinfachte, etwas weniger vergrößerte Darstellung der Verbundeinheit ohne konstruktive Einzelheiten. Fig. 2 is a schematic-simplified, somewhat less enlarged representation of the composite unit without structural details.
Das in Fig. 1 dargestellte Filterteil 1 ist in einem Handapparategrundkörper (nicht gezeigt), vorzugsweise in die Unterschale eines Zweischalen-Handapparates über die Lochbilder am Rand akustisch dichtend eingelegt. Auf Grund der unterschiedlichen Anpaßverhältnisse zwischen der Anpassung der Mikrofoneinheit an das freie Schallfeld bzw. der Höreinheit an die Ohrdruckkammer unterscheiden sich die beiden Filterteile zwar in den Lochbildern, nicht aber in den erfindungswesentlichen konstruktiven Details. Ohne funktionsbeeinträchtigenden Mittenversatz werden der Mittelpunkt des Filterteils 1 sowie der Mittelpunkt der zur Verbundeinheit gehörenden Schallmembran 2 zur Deckung gebracht. Als Schallmembran 2 wird der Teil der Verbundeinheit verstanden, der zwischen Filterteil 1 und Kontaktteil 6 eingespannt ist. Das Filterteil 1 weist Schalleintritts- bzw. -austrittsöffnungen 3 auf, die in ihrer Gesamtheit die erwähnten Lochbilder ergeben. Im Filterteil 1 befindet sich randnah ein Randhohlraum 4, welcher in Verbindung mit radialen Sicken 5 der Schallmembran 2 für die Unterdrückung von Resonanzspitzen außerhalb des Übertragungsbereichs verantwortlich ist. Die mechanische Fixierung und Einspannung der Schallmembran 2 gegenüber dem Filterteil 1 erfolgt durch ein metallisches Kontaktteil 6, dessen Außenring 7 der randseitigen Einspannung und Kontaktierung und dessen mittlerer Ring 8 der Lagefixierung sowie Lagerung der radialen Sicken 5 dient, während dessen mittlerer Einspannpunkt 9 eine kraftbegrenzte Einspannung sowie die Kontaktierung übernimmt. Die Umwandlung der Schallenergie in elektrische Energie und umgekehrt erfolgt durch den auf der Schallmembran 2 befestigten Flächenschwinger, der aus der scheibenförmigen Aluminiumträgerfolie 10 sowie dem ebenfalls scheibenförmigen piezoelektrischen Flächenelement 11 besteht. Alle Bestandteile der Schallmembran 2 sind bezüglich Dicke und Durchmesser akustisch abgestimmt. Bei der konstruktiven Verwirklichung wird das Kontaktteil 6 so gestaltet, daß Schalldichtigkeit zum Rückraum erreicht wird. Um mechanische Verspannungen zu vermeiden, empfiehlt es sich, die Schallmembran 2 zusätzlich mit einer konzentrisch umlaufenden Sickung zu versehen.The filter section 1 illustrated in Fig. 1 (not shown) in a handset body, preferably acoustically inserted sealingly into the lower shell of a clamshell handset over the hole patterns at the edge. Due to the different adaptation ratios between the adaptation of the microphone unit to the free sound field or the hearing unit to the ear pressure chamber, the two filter parts differ in the hole patterns, but not in the structural details essential to the invention. The center of the filter part 1 and the center of the sound membrane 2 belonging to the composite unit are made to coincide without a function-impairing center offset. The sound membrane 2 is understood to be the part of the composite unit that is clamped between the filter part 1 and the contact part 6 . The filter part 1 has sound inlet or outlet openings 3 , which in their entirety result in the hole patterns mentioned. In the filter part 1 there is an edge cavity 4 near the edge, which in connection with radial beads 5 of the sound membrane 2 is responsible for the suppression of resonance peaks outside the transmission range. The mechanical fixation and clamping of the sound membrane 2 with respect to the filter part 1 takes place by means of a metallic contact part 6 , the outer ring 7 of which is used for the edge-side clamping and contacting and the middle ring 8 of which is used for fixing the position and supporting the radial beads 5 , while its central clamping point 9 is a force-limited clamping as well as contacting. The conversion of the sound energy into electrical energy and vice versa takes place through the surface oscillator attached to the sound membrane 2 , which consists of the disc-shaped aluminum carrier foil 10 and the likewise disc-shaped piezoelectric surface element 11 . All components of the sound membrane 2 are acoustically coordinated with regard to thickness and diameter. In the constructional implementation, the contact part 6 is designed so that soundproofing to the rear space is achieved. In order to avoid mechanical tension, it is advisable to provide the sound membrane 2 with a concentrically surrounding bead.
Als Verbundeinheit gemäß Fig. 2 wird eine durchgängige Plastträgerfolie 12, vorzugsweise Polycarbonat- bzw. Polyesterfolie, verstanden, die hör- und mikrofonseitig als Schallmembran 2 ausgebildet ist und im übrigen Leiterbahnen sowie Kontaktierungselemente aufweist. Die um die erwähnten konstruktiven Elemente ergänzte Verbundeinheit wird als Verbundsystem bezeichnet. A composite plastic support film 12 , preferably polycarbonate or polyester film, is understood as a composite unit according to FIG. 2, which is designed as a sound membrane 2 on the hearing and microphone side and also has conductor tracks and contacting elements. The composite unit supplemented by the aforementioned structural elements is referred to as a composite system.
Bezugszeichenübersicht:Reference symbol overview:
1 Filterteil
2 Schallmembran
3 Schallein- bzw. -austrittsöffnung
4 Randhohlraum
5 radiale Sicke
6 Kontaktteil
7 Außenring
8 mittlerer Ring
9 mittlerer Einspannpunkt
10 scheibenförmige Aluminiumträgerfolie
11 piezoelektrisches Flächenelement
12 Plastträgerfolie 1 filter part
2 sound membrane
3 sound entry and exit openings
4 edge cavity
5 radial beads
6 contact part
7 outer ring
8 middle ring
9 middle clamping point
10 disc-shaped aluminum carrier foil
11 piezoelectric surface element
12 plastic carrier film
Claims (2)
- - die mikrofon- wie auch die hörseitige Schallmembran (2) ist Bestandteil einer durchgängigen, mit Leiterbahnen und Kontaktierungselementen versehenen, akustisch wirksamen Plastträgerfolie (12),
- - jede Schallmembran (2) weist radiale Sicken (5) auf, die sich im Bereich zwischen einem Randhohlraum (4) im Filterteil (1) sowie dem Außenumfang einer mit der Schallmembran (2) verbundenen Aluminiumträgerfolie (10) erstrecken.
- - auf der Aluminiumträgerfolie (10) befindet sich ein piezoelektrisches Flächenelement (11),
- - die Höhe der radialen Sicken (5) ist geringfügig größer als der in diesem Durchmesserbereich bestehende Abstand zwischen Filterteil (1) und Kontaktteil (6),
- - der sich zwischen radialen Sicken (5) und zentralen Einspannpunkt (9) befindende Hohlraum unter der Schallmembran (2) hat eine Höhe, die im akustischen Dämpfungsbereich kleiner als 0,5 mm liegt, und ist gleich oder kleiner als die Höhe der radialen Sicken (5),
- - die durch die radialen Sicken (5) gebildeten, den Hohlraum unter der Schallmembran (2) mit dem Randhohlraum (4) verbindenden Kanäle sind so bemessen, daß ihre akustische Masse mit der akustischen Nachgiebigkeit des Randhohlraumes (4) eine Helmholtzresonanz bildet, die außerhalb des Übertragungsbereiches im Wirkungsbereich der ausgeprägtesten Oberwellenschwingungen liegt,
- - der durchschnittliche Durchmesser des Randhohlraumes (4) ist etwa doppelt so groß wie der Durchmesser, auf dem die Maximalauslenkungen bei den zu unterdrückenden Oberwellenschwingungen liegen.
- - The microphone as well as the acoustic diaphragm ( 2 ) is part of a continuous, acoustically effective plastic carrier film ( 12 ) provided with conductor tracks and contacting elements,
- - Each sound membrane ( 2 ) has radial beads ( 5 ) which extend in the area between an edge cavity ( 4 ) in the filter part ( 1 ) and the outer circumference of an aluminum carrier film ( 10 ) connected to the sound membrane ( 2 ).
- - On the aluminum carrier film ( 10 ) there is a piezoelectric surface element ( 11 ),
- - The height of the radial beads ( 5 ) is slightly larger than the existing distance in this diameter range between the filter part ( 1 ) and the contact part ( 6 ),
- - The cavity between the radial beads ( 5 ) and the central clamping point ( 9 ) under the sound membrane ( 2 ) has a height that is less than 0.5 mm in the acoustic damping area, and is equal to or less than the height of the radial beads ( 5 ),
- - The channels formed by the radial beads ( 5 ), the cavity under the sound membrane ( 2 ) with the edge cavity ( 4 ) connecting channels are dimensioned so that their acoustic mass with the acoustic compliance of the edge cavity ( 4 ) forms a Helmholtz resonance that outside the transmission range is in the effective range of the most pronounced harmonic vibrations,
- - The average diameter of the edge cavity ( 4 ) is about twice as large as the diameter on which the maximum deflections are in the harmonic vibrations to be suppressed.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |