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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Audioausgabevorrichtung für allgemeine
Informationskommunikationsvorrichtungen, elektroakustische Vorrichtungen,
Messvorrichtungen und Systeme, welche sich mit Schall befassen,
und insbesondere einen digitalen elektroakustischen Wandler vom
geräuschdämpfenden
oder schalldichten Typ, welcher im Kommunikationsbereich eingesetzt
wird, dessen Energieumwandler ein Audiosignal von einer digitalisierten
Vorrichtung oder einem System unter geräuschvollen Umständen empfängt und
Schall erzeugt.
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Beschreibung
der verwandten Technik
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Wenn
Kommunikationsverkehr unter Verwendung von Tönen oder Sprachgeräuschen unter geräuschvollen
Umständen
betrieben wird, gibt es vordem ein Verfahren, bei welchem ein Mikrofon
vom Hand- oder geräuschunterdrückenden
Typ bei einer Übertragungsseite
verwendet wird. Andererseits wird auf einer Empfangsseite oft ein
Empfänger
vom geräuschfesten
Typ verwendet, wie im Architectural Acoustics Handbook, Gihodo,
1963, beschrieben wird. 5 zeigt eine
Struktur eines derartigen Empfängers.
In 5 bezeichnet Bezugszeichen 11 ein schalldichtes
Gehäuse, 12 einen
Empfängerkörper und 13 ein
Presskissen. Geräusch
von außen
wird durch das schalldichte Gehäuse 11 zum
Reduzieren des Pegels isoliert und erreicht ein Ohr.
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Das
schalldichte Gehäuse
des herkömmlichen
Empfängers
vom schalldichten Typ erfordert jedoch als Ganzes eine große Dicke
und ein hohes Gewicht, um eine zufriedenstellende schallisolierende Wirkung
zu erhalten. In diesem Fall ist es mühsam, den Empfänger einzuschalten
und zu betreiben. Wenn weiterhin der Empfänger eingeschaltet ist, wird das
Druckkissen an das Ohr gehalten, um die Ohrmuschel abzudecken. Wenn
hierbei der auf dem Ohr ausgeübte
Druck erhöht
wird, fühlt
sich irgendetwas am Kopf nicht richtig an, und es wird ein unangenehmes
Gefühl
vermittelt. Wenn weiterhin der Druck vermindert wird, dringt über das
Gehäuse
insbesondere Schall in einem niedrigen Frequenzbereich ein, und eine
ausreichende schallisolierende Wirkung kann nicht erhalten werden.
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Andererseits
offenbart JP-A-10-126886 eine digitale Hörkapsel, bei welcher Elektroden
eines elektroakustischen Wandlers vom elektrostatischen Typ 1:2:4:8:
... aufgeteilt und isoliert sind, um mehreren Bits eines digitalen
Signals zu entsprechen, und ein digitales Mikrofon unter Verwendung
der digitalen Hörkapsel.
Da jedoch gemäß der Literatur
eine Schwingungsplatte in der Hörkapsel
und im Mikrofon gemeinsam verwendet wird, müssen beide Elektroden der Hörkapsel
und des Mikrofons nahe der Schwingungsplatte angeordnet werden,
so dass ihre Struktur kompliziert ist.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, oben stehende Probleme
des Stands der Technik zu lösen,
indem ein schalldichter digitaler elektroakustischer Wandler mit
ausgezeichneter Passempfindung und befriedigender schallisolierender
Wirkung bereitgestellt wird. Weiterhin ist es eine andere Aufgabe
der vorliegenden Erfindung einen digitalen elektroakustischen Wandler
bereitzustellen, welcher einfach in der Struktur und leicht herzustellen
ist.
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Um
die oben stehenden Aufgaben zu erzielen, umfasst der digitale elektroakustische
Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung
mehrere getrennte tonerzeugende Elemente zum Umwandeln elektrischer
Signale in Töne,
wobei jedes der mehreren getrennten tonerzeugenden Elemente einen
diskreten leitenden Schwingungsfilm und mindestens eine elektrostatische
Treiberelektrode umfasst, welche gegenüberliegend und im Wesentlichen
parallel zum leitenden Schwingungsfilm angeordnet ist, mindestens
ein tonempfangendes Element zum Erzeugen eines Ausgangssignals in Übereinstimmung
mit einem Schalldruck, welcher auf einen Schwingungsfilm ausgeübt wird,
ein Gehäuse
mit einem Hohlraum, in welchem mehrere tonerzeugende Elemente und
das mindestens eine tonempfangende Element im Wesentlichen auf der
gleichen Ebene untergebracht sind, Treibermittel zum Ansteuern der
mehreren tonerzeugenden Elemente auf der Grundlage eines Treibersignals,
Modulationsmittel zum Abtasten eines Ausgangssignals des mindestens
einen tonempfangenden Elements, um einen Impuls in Übereinstimmung
mit der Schwankung der Amplitude des Ausgangssignals zu erzeugen,
und Treibersignal-Vorbereitungsmittel zum Berechnen eines arithmetischen Signals,
welches die Amplitude des Ausgangssignals des mindestens einen tonempfangenden
Elements auf der Grundlage des Impulses verringert, welcher vom
Modulationsmittel zugeführt
wird, und zum Überlagern
eines extern zugeführten
digitalen Audiosignals auf dem arithmetischen Signal, um das an das
Treibermittel zuzuführende
Treibersignal vorzubereiten.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm, welches eine Schaltungskonfiguration eines elektroakustischen Wandlers
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2A und 2B sind
eine Vorderansicht bzw. eine Schnittdarstellung, welche einen Gehäuseabschnitt
des elektroakus tischen Wandlers gemäß der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigen;
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3A und 3B sind
eine Vorderansicht bzw. eine Schnittdarstellung, welche ein Element
A zeigen, welches im elektroakustischen Wandler gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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4A und 4B sind
eine Vorderansicht bzw. eine Schnittdarstellung, welche ein Element
B zeigen, welches im elektroakustischen Wandler gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
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5A und 5B sind
eine Vorderansicht und eine Schnittdarstellung, welche einen Gehäuseabschnitt
eines herkömmlichen
elektroakustischen Wandlers zeigen.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 illustriert
schematisch einen digitalen elektroakustischen Wandler gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In 1 bezeichnet
Bezugszeichen 21 ein schalldichtes Gehäuse, welches einen Hohlraum
ausbildet, 22 Elemente A, welche durch mehrere tonerzeugende
Körper
gebildet werden, 23 ein Element B, welches durch ein tonempfangendes-Mikrofon gebildet
wird, 24 einen Vorverstärker, 25 eine
Abtast-Halte-Schaltung, 26 eine Dreieckmodulationsschaltung, 27 eine
arithmetische Schaltung, 28 eine Signaleingangsklemme, 29 eine
Treibersignal-Speiseschaltung, 30 eine Elektrodentreiberschaltung
und 31 eine Stromversorgung für die Elektrodenansteuerung.
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2A und 2B zeigen
die Struktur des schalldichten Gehäuses des elektroakustischen Wandlers
gemäß der Ausführungsform, wobei
der Hohlraum durch das Gehäuse
und die Elements A und B ausgebildet wird, welche darin angeordnet sind.
In 2A und 2B bezeichnet
Bezugszeichen 33 die Elemente A, 34 das Element
B, 35 das Gehäuse, 36 ein
Ohrkissen und 37 ein Signalkabel. Die Strukturen des Elements
A 33 und des Elements B 34 werden in 3A und 3B bzw.
in 4A und 4B gezeigt.
In 3A und 3B bezeichnet
Bezugszeichen 40 ein Gehäuse, 41 einen Schwingungsfilm
und 42 eine Treiberelektrode. In 4A und 4B bezeichnet
Bezugszeichen 50 ein Gehäuse, 51 einen Schwingungsfilm, 52 eine Messelektrode
und 53 eine Impedanzwandlerschaltung. Die Elemente A sind
in Gruppen von einem Element A, zwei Elementen A, vier Elementen
A, acht Elementen A, ... aufgeteilt, was jeweils 20,
21, 22, 23, ... entspricht. Das Element B ist einfach.
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Bei
der Ausführungsform
sind elektrische Ladungen mittels eines Koronaschauers auf mindestens
einem Teil der jeweiligen Oberflächen
der Treiberelektroden der Elemente A 33 und der Messelektrode 52 des
Elements B 34 gebunden, um Fluorharzfilme oder Schichten
auszubilden, in welchen Elektrete ausgebildet sind.
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Weiterhin
umfasst jeder der leitenden Schwingungsfilme 41 und 51 eine
Oberfläche,
auf welcher eine leitende Substanz befestigt ist, und die andere
Oberfläche,
auf welcher elektrische Ladungen mittels eines Koronaschauers gebunden
sind, um einen Fluorharzfilm oder eine -Schicht auszubilden, in
welcher ein Elektret ausgebildet ist. Ersatzweise kann jeder der
leitenden Schwingungsfilme 41 und 51 aus zwei
Filmen zusammengesetzt sein, wobei jeder eine Oberfläche, auf
welcher eine leitende Substanz befestigt ist, und die andere Oberfläche aufweist,
auf welcher elektrische Ladungen gebunden sind, um ein Elektret
auszubilden, und die einen Oberflächen der beiden Filme stehen
einander gegenüber,
um verklebt zu wer den. Als eine Alternative kann jeder der leitenden
Schwingungsfilme 41 und 51 aus zwei Filmen zusammengesetzt
sein, wobei jeder eine Oberfläche
aufweist, auf welcher elektrische Ladungen gebunden sind, um ein
Elektret auszubilden, und die einen Oberflächen der beiden Filme stehen
einander gegenüber,
um verklebt zu werden.
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Nun
wird ein Betrieb des digitalen elektroakustischen Wandlers der Ausführungsform
unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Die Elemente
A 22, welche elektrostatische elektroakustische Wandler
sind, und das Element B 23, welches ein elektrostatischer
akustoelektrischer Wandler ist, werden durch Kondensatorlautsprecher
bzw. ein Kondensatormikrofon gebildet. Das Kondensatormikrofon und die
Kondensatorlautsprecher sind wohlbekannt. Es ist bekannt, dass eine
Ausgangsspannung des Mikrofons proportional zu einem Versatz eines
Schwingungsfilms durch einen Schalldruck auf dem Schwingungsfilm
und einem Oberflächenpotenzial
(oder einer Polarisierungsspannung) eines Elektrets ist. Ein Ausgangsschalldruck
eines Kondensatorlautsprechers ist proportional zur Antriebskraft,
welche elektrostatisch auf einen Schwingungsfilm ausgeübt wird, und
seine Größenordnung
wird durch ein Produkt eines Oberflächenpotenzials (oder einer
Polarisierungsspannung) eines Elektrets und einer extern angelegten
Signalspannung und einer Größe einer
Fläche
einer Treiberelektrode gegenüber
eines Schwingungsfilms festgelegt, wie wohlbekannt ist.
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Folglich
wird die Anzahl von Elementen A in den jeweiligen Gruppen gemäß Ziffernpositionen
der Bits eines digitalen Signals mit der folgenden Rate festgelegt:
20:21:22:23:24: ... = 1:2:4:8:16:
...
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Wenn
ein Bit vorliegt, werden die Elemente A in der entsprechenden Elementegruppe
mit der Stromversorgung für
die Elektrodenansteuerung verbunden, welche eine Festspannung aufweist,
so dass eine Antriebskraft darauf ausgeübt wird. Folglich wird ein
Ton, welcher einen Schalldruck von einer Größenordnung aufweist, welche
einem numerischen Wert des digitalen Signals entspricht, innerhalb
des Hohlraums abgegeben. Eine Größenordnung
des Schalldrucks im Hohlraum, welcher durch das gesamte Signal erzeugt
wird, ist gegeben durch:
b0·2° + b1·21 + b2·22 + ...
wobei b0,
b1, b2, ... 0 oder ±1 sind.
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Insbesondere
werden die elektroakustische Umwandlung und die Digital/Analog-Wandlung
mittels der Elemente A gleichzeitig durchgeführt. Wenn hierbei angenommen
wird, dass die anzulegenden digitalen elektrischen Signale eine
Festspannung für alle
Ziffernpositionen aufweisen und eine ausreichend hohe Taktfrequenz
aufweisen, kann die Frequenzcharakteristik der Antriebskraft als
flach angesehen werden. Weiterhin kann, sogar wenn Produkte von
Versorgungsspannungen an individuellen Zifferpositionen und die
Anzahl von Elementen A in den jeweiligen Gruppen auf die oben stehend
beschriebene Rate eingestellt werden, der gleiche Betrieb erhalten
werden. Da die Größe des Hohlraums
kleiner ist als die Wellenlänge
innerhalb eines verwendeten Frequenzbereichs, kann der Schalldruck
innerhalb des Hohlraums als an allen Orten gleichmäßig betrachtet
werden.
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Der
Ton, welcher innerhalb des Hohlraums, wie oben stehend beschrieben,
abgegeben wird, wird durch die Schwingungsmesselektrode des Elements B
erfasst. Die Messelektrode ist mit einer Anschlussklemme verbunden,
und ein Schwingungsversatzsignal des Schwingungsfilms wird an dieser
Anschlussklemme erhalten. Das erfasste Schwingungsversatzsignal
wird durch den Vorverstärker 24 verstärkt und wird
dann durch ein Hochgeschwindigkeitstaktsignal in der Abtast-Halte-Schaltung 25 abgetastet
(Eingangsabtastung). Ein Wert des abgetasteten Signals wird mit
einem Wert des Signals verglichen, welches unmittelbar zuvor in
der Dreieckmodulationsschaltung 26 abgetastet wurde, um
eine Differenz dazwischen zu erzeugen. Wenn die Differenz größer ist
als ein vorbestimmter Schwellenpegel, erzeugt die Dreieckmodulationsschaltung 26 einen
Ausgangsimpuls von +1, und wenn die Differenz kleiner als die Schwelle
ist, erzeugt die Schaltung 26 einen Ausgangsimpuls von –1. Wenn
die Differenz innerhalb des Schwellenbereichs liegt, wird kein Ausgangsimpuls
erzeugt. Das bedeutet, dass eine Dreieckmodulationsoperation durchgeführt wird.
Die so erzeugten Ausgangsimpulse von +1, –1 oder 0 werden als ein binäres Signal
betrachtet, welches an die arithmetische Schaltung 27 angelegt
wird. Die arithmetische Schaltung 27 addiert die Werte
der Ausgangsimpulse kumulativ und erzeugt immer ein neues Betriebssignal.
Dieser Betrieb wird in JP-A-10-126886
ausführlich
beschrieben, und sein gesamter Inhalt, wird hiermit durch Verweis
aufgenommen.
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Wenn
es kein digitales Audiosignal gibt, welches von außen an die
Signaleingangsanschlussklemme 28 angelegt wird, wird nur
das Signal, welches durch die Antriebskraft durch den Schalldruck erzeugt
wird, welcher auf den Schwingungsfilm des Elements B ausgeübt wird,
an die arithmetische Schaltung 27 angelegt. Die Versorgungsschaltung für das Treibersignal 29 tastet
das binäre
Signal, welches durch die arithmetische Schaltung 27 erzeugt wird,
durch den Takt ab (Ausgangsabtastung), welcher mit einer Verbindungsschnittstelle
des elektroakustischen Wandlers und dem Äußeren übereinstimmt, und legt den
abgetasteten Ausgang im vorbestimmten Format als ein Elektrodentreibersignal
an der Elektrodentreiberschaltung 30 an. Eine elektrische
Leistung von der Treiberstromversorgung 31 wird an der
Elektrodentreiberschaltung 30 angelegt.
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Die
Frequenz des Taktsignals, welches von der Eingangsabtastung für die kumulative
Addition verwendet wird, kann auf das zwei- oder mehrfache derjenigen
des Taktsignals nach der Ausgangsabtastung eingestellt werden, um
dadurch eine unmittelbare Umwandlung zwischen dem Ton des analogen
Signals und des elektrischen digitalen Signals zu erhalten. Weiterhin
werden ein Schalldruck auf der Schwingungsfilmoberfläche des
Elements B, welcher durch Geräusche
erzeugt wird, welche von außen
in den Hohlraum gelangen, und der zusammengesetzte Schalldruck,
welcher von den Elementen A als Reaktion auf das von der arithmetischen
Schaltung 27 durch die Versorgungsschaltung für das Treibersignal 29 und
die Elektrodentreiberschaltung 30 daran angelegte Signal
abgegeben wird, innerhalb eines Fehlerbereichs ausgeglichen, so
dass Töne
innerhalb des Hohlraums ausgelöscht
werden. Der Ausgang des Elements B wird immer in der arithmetischen
Schaltung 27 gesteuert, so dass er minimiert wird und der
Fehler dementsprechend idealerweise innerhalb eines Bereichs des
niedrigstwertigen Bits des digitalen Signals liegt. Weiterhin wird
ein digitales Audiosignal an der Signaleinganganschlussklemme 28 zum Überlagern
auf dem arithmetischen Signal in der arithmetischen Schaltung 27 angelegt,
um dadurch eine Aufgabe der Kommunikation unter Verwendung von Schallübertragung
zu erzielen.
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Wie
oben stehend beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung
Schalldruck innerhalb des Hohlraums, welcher zur Abdeckung der Ohrmuschel
ausgebildet ist, erfasst und ein Schalldruck in den Hohlraum abgegeben,
um den erfassten Ton auszulöschen,
so dass Geräusche,
welche das Ohr erreichen, reduziert werden. Ein Audiosignal, welches übertragen
werden soll, wird dem Schalldruck, welcher in den Hohlraum abgegeben
werden soll, überlagert,
so dass die Aufgabe der Kommunikation unter Verwendung von Schallübertragung
erzielt wird. Da angenommen wird, dass bis zu einem bestimmten Grad
Geräusche
in den Hohlraum eindringen, kann sogar dann eine ausreichende schallisolierende
Wirkung erhalten werden, wenn der Empfänger relativ leicht ist und
sein Andruck schwach ist, so dass der schalldichte digitale elektroakustische Wandler
mit ausgezeichneter Passempfindung und ausgezeichneter schallisolierender
Wirkung verwirklicht werden kann. Wenn kein Signal empfangen wird,
kann er weiterhin als ein sogenannter Gehörschutz verwendet werden.