EP1142444B1 - Passives mikrofon mit drahtloser übertragung - Google Patents

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EP1142444B1
EP1142444B1 EP99952376A EP99952376A EP1142444B1 EP 1142444 B1 EP1142444 B1 EP 1142444B1 EP 99952376 A EP99952376 A EP 99952376A EP 99952376 A EP99952376 A EP 99952376A EP 1142444 B1 EP1142444 B1 EP 1142444B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
receiving unit
piezoelectric device
sound information
microphone
signals
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP99952376A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1142444A1 (de
Inventor
Jürgen MICHEL
Bernhard Raaf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1142444A1 publication Critical patent/EP1142444A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1142444B1 publication Critical patent/EP1142444B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/02—Microphones

Definitions

  • the present invention relates to a microphone for detection acoustic signals, conversion of the acoustic signals into electrical Signals and transmission of electrical signals to a receiving unit.
  • Known microphones of this type are usually via a Connecting cable or a cable through which the electrical Signals are transmitted to the receiving unit, with power supplied or have active electronic components and a own power supply in the form of a battery.
  • Microphones, where the electrical signals are wireless Transfer to a receiving unit For example, wireless microphones, have their own battery or have their own battery, the necessary energy for signal processing and signal transmission.
  • the receiving unit is, for example, a telephone base station connected to a landline network, but may also be a mobile station of a wireless telecommunications system.
  • a cable connection between the headset and the telephone base station is disadvantageous in many applications due to the restriction of freedom of movement.
  • DE 195 20 674 proposes a method and a device for continuous control of the tire pressure with a wireless transmission of the measuring signal, in which a piezoelectric transducer is provided.
  • a piezoelectric transducer is provided.
  • the microphone of a hands-free system in a motor vehicle should be as close to the mouth of the speaker in order to minimize noise caused by loud driving noises.
  • a throat microphone is proposed, which is effectively sealed off from external sound effects.
  • the resonator is formed here by piezoelectrics. The voltages that occur due to switching oscillations at the piezoelectric are tapped and sent by wire or wirelessly to a transmission unit.
  • the disadvantages of this realization are above all two things: On the one hand, it is generally more difficult to amplify the human voice on the basis of the sounds, as they are formed in the larynx, than the pronounced word.
  • a microphone for the transmission of sound information to a receiving unit to provide that is simple and easy to set up and at the same time a wireless transmission of the sound information to the receiving unit allows.
  • a piezoelectric Device which is a device for excitation of surface waves.
  • a piezoelectric device allows on the one hand the receiving and storing of excitation energy from the receiving unit and on the other hand a wireless transmission of acoustic information carrying electrical signals to the receiving unit, making a simpler and easier Structure of the microphone according to the invention is made possible.
  • the storage of excitation energy in the piezoelectric Device eliminates the need in the microphone one own power supply in the form of a battery or a To provide batteries.
  • the microphone according to the invention is a passive microphone, d. H. there is no dedicated power supply and the transmission of sound information carrying electrical Signals from the microphone to the receiving unit via continuous or discontinuous energy transfer in the form of an electromagnetic signal by the receiving unit.
  • the microphone according to the invention is thus lightweight and simple and yet allows a wireless Transmission of electrical signals.
  • the piezoelectric device stores the excitation energy from the receiving unit in the form of mechanical Vibrations. Furthermore, a particularly easy and simple construction can be achieved when the piezoelectric Device at the same time for storing the electromagnetic Excitation energy, to detect acoustic Signals and for converting detected acoustic signals in Sound information carrying electrical signals is used.
  • the invention passive microphone essentially comprises in this case only the piezoelectric device, creating a especially simple, lighter and cheaper construction possible is.
  • the piezoelectric device can therefore z. B. substantially consist of a piezoelectric membrane. The Excitation energy from the receiving unit is then transmitted via the Antenna of the microphone recorded and in mechanical vibrations the membrane converted.
  • the swinging Membrane detect acoustic signals, which also as mechanical vibrations due to the excitation energy caused vibrations of the membrane to be modulated.
  • the modulated vibrations are from the piezoelectric Membrane converted into electrical signals and to the receiving unit transfer.
  • the piezoelectric membrane can consist of quartz or lithium niobate. Especially Quartz has a very high quality as energy storage.
  • the piezoelectric Device essentially consisting of a surface acoustic wave delay line or consist of a resonator. Even in these embodiments serves so a single Device for storing the electromagnetic excitation energy, for detecting acoustic signals and for converting detected acoustic signals in sound information bearing electrical signals, allowing a simple construction possible is.
  • the piezoelectric Device for detecting Acoustic signals and a device for storing the electromagnetic excitation energy and for converting detected acoustic signals in sound information bearing include electrical signals.
  • the device for detecting the acoustic signals may for example consist essentially of a membrane, advantageously made of metal.
  • the decor for Saving the electromagnetic excitation energy and the Converting detected acoustic signals into sound information carrying electrical signals is advantageously from a piezoelectric element, such as. B. one Surface wave delay line or a resonator such as B. a piezoelectric membrane.
  • the membrane for Detecting acoustic signals for example, with the piezoelectric element, that is z. B. with the surface acoustic wave delay line or the resonator, glued be around the detected and converted into mechanical vibrations Sound signals directly from the excitation energy the receiving unit in the piezoelectric element caused Be able to modulate vibrations.
  • the modulated Vibrations are then from the piezoelectric Element converted into electrical signals and transmitted to the receiving unit.
  • one or more means for detecting provided by acoustic signals and arranged in such a way is that the detected acoustic signals are differential converted into acoustic information carrying electrical signals become.
  • the sensitivity of the invention Microphones are considerably increased.
  • a device for compensation of Disturbance is provided to, for example, the influence of To compensate for temperature fluctuations or the like.
  • the electromagnetic excitation energy from the receiving unit can be in the form of discontinuous or continuous Excitation signals to the piezoelectric device of the microphone according to the invention are transmitted.
  • the piezoelectric Device can be designed in this way be that they the electromagnetic excitation energy of the Received receiving unit in the form of short high-frequency signals.
  • the electromagnetic excitation signals from the receiving unit can also periodically repeated high-frequency signals be.
  • the piezoelectric device the electromagnetic excitation energy from the receiving unit in the form of excitation signals with a large bandwidth-time product receives.
  • FIG. 1 schematically shows a passive microphone 1 according to FIG present invention and a corresponding receiving unit 6 shown.
  • the passive microphone according to the invention 1 comprises a piezoelectric device 4 for receiving and storing excitation energy from the receiving unit 6 and for wirelessly transmitting from the detected acoustic Signals converted electrical signals to the Receiving unit 6.
  • the piezoelectric device comprises in illustrated embodiment, a device 2 for detecting of acoustic signals and a device 3 for Converting the detected acoustic signals into sound information carrying electrical signals.
  • the microphone 1 furthermore has one with the piezoelectric device 4 connected antenna 5 for receiving the excitation energy of the receiving unit 6 and to send the sound information carrying electrical signals to the receiving unit 6.
  • the receiving unit 6 also includes an antenna 7 for Emitting the excitation energy in the form of excitation signals and for receiving the electrical signals from the microphone 1.
  • the receiving unit transmits 6 the excitation energy, for example in the form of discontinuous Excitation pulses to the microphone 1.
  • the excitation pulses be via the antenna 5 of the piezoelectric Means 4 of the microphone 1 recorded and stored, z. B. as mechanical vibrations.
  • To this Purpose includes the piezoelectric device 4, for example a piezoelectric element as shown in FIG is.
  • the piezoelectric element consists of a piezoelectric membrane 8, on the example of applied metal strip existing reflectors 10 is provided are.
  • a converter 9 coupled to the antenna 5 is provided for converting the received excitation pulses into an acoustic one Surface wave provided on the membrane 8.
  • the converter 9 is connected to a ground. Similar to the reflectors 10, the converter 9 is made of the membrane. 8 applied metal structures, eg. B. aluminum.
  • the membrane Upon receiving a high-frequency excitation from the receiving unit 6, the membrane via the converter 9 by training a surface acoustic wave to vibrations stimulated. The vibrations widen on the top of the Membrane in both directions to the reflector fields 10 out from and is reflected by these, so that in the case of resonance forms a standing wave. In this way, the Excitation energy of the excitation pulse from the receiving unit 6 stored in the form of mechanical vibrations.
  • the piezoelectric Element reflects that as a mechanical vibration cached energy via the antenna 5 back to the receiving unit 6 in the form of a decaying vibration, as shown schematically in Figure 1. This evanescent Oscillation is in the receiving unit 6 via the antenna. 7 recorded, detected, demodulated and evaluated.
  • the resonant frequency of the piezoelectric element and thus the decaying vibration coming from the piezoelectric Element reflected back to the receiving unit 6 changes, under the influence of an elongation, because the propagation velocity of the surface wave and change the distances between the two electrodes of the converter 9.
  • the membrane 8 with the reflectors 10 serves in that in FIG. 1 illustrated embodiment as the means 3 for storing of excitation energy from the receiving unit 6 and the Converting the detected acoustic signals into sound information carrying electrical signals.
  • the device 2 For example, to detect acoustic signals by a membrane, not shown, advantageously from Metal, be formed, which is glued to the membrane 8.
  • the membrane serving as the detection means 2 decreases Sound waves and converts them into mechanical vibrations around.
  • the mechanical vibrations are thereby of the the acoustic signals detecting membrane on the piezoelectric Transfer membrane 8. It will be the acoustic Signals corresponding vibrations of the electromagnetic Excitation of the receiving unit 6 caused Oscillation of the piezoelectric membrane 8 aufmoduliert.
  • the modulated oscillation is via the converter 9 in electrical signals are converted back and via the antenna 5 as an electromagnetic signal back to the receiving unit 6 transfer.
  • Membrane 8 with the reflectors 10 and the converter 9 can be a Surface wave delay line as the device 3 for storing electromagnetic excitation energy of the receiving unit 6 and for converting the detected acoustic Signals in acoustic information carrying electrical Signals are used.
  • a surface wave delay line becomes electromagnetic excitation energy from the receiving unit 6 also as a mechanical vibration saved.
  • a detection device 2 for detecting of acoustic signals transmitted by the surface acoustic wave delay line coupled converts received-acoustic Signals, d. H. Sound waves, into mechanical vibrations which transmit to the surface acoustic wave delay line become. This causes runtime effects in the the excitation energy caused by the receiving unit 6 caused mechanical vibration, causing the acoustic Signals of this mechanical vibration modulated become.
  • the detected by the device 2 acoustic signals are thus supported by the device 3 in sound information implemented electrical signals and the piezoelectric Element modulated so that the back-reflected evanescent harmonic vibration the modulated sound information wearing.
  • This modulated sound information can be found in the Receiving unit 6 detected and evaluated.
  • the piezoelectric device 4 unites the devices 2 and 3 in one element, that detects both the acoustic signals as also the detected acoustic signals in sound information converts carrying electrical signals.
  • the in Figure 2 shown piezoelectric membrane 8 with the surface acoustic wave resonance structure serves as the only device 4 forming element.
  • the detected piezoelectric membrane 8 incoming acoustic signals after Type of pressure sensor.
  • the by an excitation pulse of the Receiving unit 6 excited standing wave in the piezoelectric Element is modulated by the acoustic signals, so that after the end of the excitation pulse to the Reception unit 6 reflected back decaying vibration carries the corresponding sound information.
  • a very sturdy passive microphone for provide wireless transmission of sound information, which has a simple and lightweight construction.
  • the microphone 1 according to the invention is designed as a passive component, d. H. without own energy supply in the form of a Battery or the like, because the energy of the excitation pulses from the receiving unit 6 through the piezoelectric element recorded, stored and transmitted to the sound information is used.
  • the piezoelectric element becomes discontinuous, for example, by a pulsed excitation signal stimulated. It is also possible for a favorable continuous To find excitation signals.
  • the Membrane 8 is a quartz membrane, which is a very high quality has a very long impulse response in the time domain generated in the form of a decaying vibration and transferred back to the receiving unit 6.
  • the piezoelectric membrane 8 may further substantially consist of lithium niobate.
  • the piezoelectric membrane shown in FIG 8 with the surface acoustic wave resonance structure can also a surface acoustic wave delay line as a single element the device 4 are used.
  • the surface wave delay line can be both the acoustic Detect signals as well as the detected acoustic signals implement electrical signals carrying sound information.
  • the piezoelectric device 4 for detecting the Acoustic signals may be a second piezoelectric Device to be provided for differential processing and implementation of the detected acoustic signals to allow and thus increase the sensitivity, for example to compensate for temperature fluctuations. If a separate device 2 for detecting acoustic Signals is provided, a second device 2 for Detecting acoustic signals should be provided to one differential conversion of the detected acoustic signals to enable electrical signals for the same purpose. Additionally or alternatively, a device for Compensation of other disturbances may be present.
  • the electromagnetic Excitation energy from discontinuous excitation pulses exist, which emitted by the receiving unit 6 and according to the microphone 1 according to the invention be received.
  • the excitation pulses from the receiving unit 6, for example, short high-frequency signals be repeated periodically if necessary become. It is advantageous if the excitation signal from the receiving unit 6, a large bandwidth time product having. Another possibility is continuous to use frequency modulated excitation signals.
  • the passive microphone 1 according to the invention is very light and it can be designed to be robust, for example Eyeglass frame can be attached.
  • the Microphone can thereby at the transition between serving as an antenna Be attached bracket and the spectacle frame.
  • the microphone according to the invention can be connected to a on the Eyeglass frame releasably fastened holder may be attached to the from the eyeglass frame down to the mouth the carrier extends.
  • the holder can in this case as the Antenna 5 of the microphone 1 may be formed.
  • the passive microphone 1 according to the invention is also used suitable in a wireless headset, with the voice signals to a telephone base station or a telephone mobile station be transmitted.
  • the microphone according to the invention can be built very light and sturdy, which is versatile and specialized applications.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikrofon zur Detektion akustischer Signale, Umsetzung der akustischen Signale in elektrische Signale und Übertragung der elektrischen Signale an eine Empfangseinheit.
Bekannte Mikrofone dieser Art werden üblicherweise über eine Verbindungsleitung bzw. ein Kabel, über das die elektrischen Signale an die Empfangseinheit übertragen werden, mit Energie versorgt oder weisen aktive elektronische Bauelemente und eine eigene Energieversorgung in Form einer Batterie auf. Mikrofone, bei denen die elektrischen Signale über eine drahtlose Übertragung an eine Empfangseinheit übertragen werden, beispielsweise Funkmikrofone, müssen eine eigene Batterie oder einen eigenen Akku aufweisen, der die notwendige Energie für die Signalverarbeitung und Signalübertragung bereitstellt.
Die Empfangseinheit ist beispielsweise eine Telefonbasisstation, die mit einem Festleitungsnetz verbunden ist, kann aber auch eine Mobilstation eines drahtlosen Telekommunikationssystems sein. Wenn das Mikrofon in ein Kopfset integriert ist, ist eine Kabelverbindung zwischen dem Kopfset und der Telefonbasisstation bei vielen Anwendungen infolge der Einschränkung der Bewegungsfreiheit nachteilig. In DE 195 20 674 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Kontrolle des Reifendrucks mit einer drahtlosen Übertragung des Messsignals vorgeschlagen, bei der ein piezoelektrischer Wandler vorgesehen ist.
Beispielsweise bei Freisprechanlagen in Kraftfahrzeugen tritt das Problem auf, dass einerseits eine Kabelverbindung zwischen Mikrofon und Telefon die Bewegungs- und Sichtfreiheit des Fahrers einschränkt und andererseits ein längeres Tragen eines schweren Mikrofons beim Autofahren störend ist. Andererseits sollte jedoch das Mikrofon einer Freisprechanlage in einem Kraftfahrzeug möglichst nahe am Mund des Sprechers sein, um durch laute Fahrgeräusche hervorgerufene Störungen möglichst gering zu halten. In der Patentschrift CH 664 659 wird daher ein Kehlkopfmikrofon vorgeschlagen, welches wirksam gegen fremde Schalleinwirkungen abgeschottet ist. Der Resonator wird hier durch Piezoelektrika gebildet. Die aufgrund von Schaltschwingungen am Piezoelektrikum auftretenden Spannungen wer-den abgegriffen und drahtgebunden oder drahtlos an eine Übermittlungseinheit gesendet. Nachteilig an dieser Realisation sind vor allem zwei Dinge: Zum Einen ist es generell schwieriger, die menschliche Stimme anhand der Laute, wie sie im Kehlkopf gebildet werden, zu verstärken, als das ausgesprochene Wort. Zum Anderen würden bei einer drahtlosen Übertragung der niederfrequenten Sprachsignale die Schwierigkeiten auftreten, die gewöhnlichten bei nichtmodulierten Signalen vorkommen. Es sei hier nur beispielsweise Ausbreitungseigenschaften oder Bandbreite genannt. Sobald ein moduliertes Signal verwendet wird, benötigt das Kehlkopfmikrofon wieder eine eigene Energieversorgung mit all den bereits oben genannten Nachteilen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die objektive technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Mikrofon zur Übertragung von Schallinformation an eine Empfangseinheit bereitzustellen, das einfach und leicht aufgebaut ist und gleichzeitig eine drahtlose Übertragung der Schallinformation an die Empfangseinheit ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein passives Mikrofon gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst, Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Wesentlich für die Erfindung ist, dass eine piezoelektrische Einrichtung vorgesehen ist, welche eine Vorrichtung zur Anregung von Oberflächenwellen umfasst.
Die Verwendung einer piezoelektrischen Einrichtung ermöglicht einerseits das Empfangen und Speichern von Anregungsenergie von der Empfangseinheit und andererseits eine drahtlose Übertragung von Schallinformation tragenden elektrischen Signalen an die Empfangseinheit, wodurch ein einfacher und leichter Aufbau des erfindungsgemäßen Mikrofons ermöglicht wird. Durch die Speicherung von Anregungsenergie in der piezoelektrischen Einrichtung entfällt die Notwendigkeit, in dem Mikrofon eine eigene Energieversorgung in Form einer Batterie oder eines Akkus vorzusehen.
Das erfindungsgemäße Mikrofon ist ein passives Mikrofon, d. h. es ist keine eigene Energieversorgung vorgesehen und die Übertragung von Schallinformation tragenden elektrischen Signalen vom Mikrofon an die Empfangseinheit erfolgt mittels kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Energieübertragung in Form eines elektromagnetischen Signals durch die Empfangseinheit. Das erfindungsgemäße Mikrofon ist somit leicht und einfach aufgebaut und ermöglicht trotzdem eine drahtlose Übertragung von elektrischen Signalen.
Vorteilhafterweise speichert die piezoelektrische Einrichtung die Anregungsenergie von der Empfangseinheit in Form von mechanischen Schwingungen. Weiterhin kann ein besonders leichter und einfacher Aufbau erzielt werden, wenn die piezoelektrische Einrichtung gleichzeitig zum Speichern der elektromagnetischen Anregungsenergie, zum Detektieren akustischer Signale und zum Umsetzen detektierter akustischer Signale in Schallinformation tragende elektrische Signale dient. Das erfindungsgemäße passive Mikrofon umfaßt in diesem Fall im wesentlichen nur die piezoelektrische Einrichtung, wodurch ein besonders einfacher, leichter und billiger Aufbau möglich ist. Die piezoelektrische Einrichtung kann daher z. B. im wesentlichen aus einer piezoelektrischen Membran bestehen. Die Anregungsenergie von der Empfangseinheit wird dann über die Antenne des Mikrofons aufgenommen und in mechanische Schwingungen der Membran umgewandelt. Gleichzeitig kann die schwingende Membran akustische Signale detektieren, die ebenfalls als mechanische Schwingungen den durch die Anregungsenergie hervorgerufenen Schwingungen der Membran aufmoduliert werden. Die modulierten Schwingungen werden von der piezoelektrischen Membran in elektrische Signale umgewandelt und an die Empfangseinheit übertragen. Die piezoelektrische Membran kann dabei aus Quarz oder aus Lithiumniobat bestehen. Insbesondere Quarz weist eine sehr hohe Güte als Energiespeicher auf. A1-ternativ zu der piezoelektrischen Membran kann die piezoelektrische Einrichtung im wesentlichen aus einer Oberflächenwellen-Verzögerungsleitung oder auch aus einem Resonator bestehen. Auch in diesen Ausgestaltungen dient damit eine einzige Einrichtung zum Speichern der elektromagnetischen Anregungsenergie, zum Detektieren akustischer Signale und zum Umsetzen detektierter akustischer Signale in Schallinformation tragende elektrische Signale, wodurch ein einfacher Aufbau möglich ist.
Alternativ zum Aufbau der piezoelektrischen Einrichtung im wesentlichen aus einem einzigen Element kann die piezoelektrische Einrichtung eine Einrichtung zum Detektieren von akustischen Signalen und eine Einrichtung zum Speichern der elektromagnetischen Anregungsenergie und zum Umsetzen von detektierten akustischen Signalen in Schallinformation tragende elektrische Signale umfassen. Durch diese Trennung der Funktionen in zwei verschiedene Elemente kann eine größere Empfindlichkeit bzw. eine bessere Übertragungsqualität erreicht werden. Die Einrichtung zum Detektieren der akustischen Signale kann beispielsweise im wesentlichen aus einer Membran, vorteilhafterweise aus Metall, bestehen. Die Einrichtung zum Speichern der elektromagnetischen Anregungsenergie und zum Umsetzen von detektierten akustischen Signalen in Schallinformation tragende elektrische Signale besteht vorteilhafterweise aus einem piezoelektrischen Element, wie z. B. einer Oberflächenwellen-Verzögerungsleitung oder einem Resonator wie z. B. einer piezoelektrischen Membran. Die Membran zum Detektieren akustischer Signale kann beispielsweise mit dem piezoelektrischen Element, das heißt z. B. mit der Oberflächenwellen-Verzögerungsleitung oder dem Resonator, verklebt sein, um die detektierten und in mechanische Schwingungen umgewandelten Schallsignale direkt den von der Anregungsenergie der Empfangseinheit in dem piezoelektrischen Element hervorgerufenen Schwingungen aufmodulieren zu können. Die modulierten Schwingungen werden daraufhin von dem piezoelektrischen Element in elektrische Signale umgewandelt und an die Empfangseinheit übertragen.
Weiterhin ist es bei beiden obigen Ausgestaltungen von Vorteil, wenn eine bzw. eine weitere Einrichtung zum Detektieren von akustischen Signalen vorgesehen und dergestalt angeordnet ist, daß die detektierten akustischen Signale differentiell in Schallinformation tragende elektrische Signale umgesetzt werden. Hierdurch kann die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Mikrofons beträchtlich gesteigert werden. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn eine Einrichtung zur Kompensation von Störgrößen vorgesehen ist, um beispielsweise den Einfluß von Temperaturschwankungen oder dergleichen auszugleichen.
Die elektromagnetische Anregungsenergie von der Empfangseinheit kann in Form von diskontinuierlichen oder kontinuierlichen Anregungssignalen an die piezoelektrische Einrichtung des erfindungsgemäßen Mikrofons übertragen werden. Die piezoelektrische Einrichtung kann dabei dergestalt ausgebildet sein, daß sie die elektromagnetische Anregungsenergie von der Empfangseinheit in Form von kurzen Hochfrequenzsignalen empfangt. Die elektromagnetischen Anregungssignale von der Empfangseinheit können dabei auch periodisch wiederholte Hochfrequenzsignale sein. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die piezoelektrische Einrichtung die elektromagnetische Anregungsenergie von der Empfangseinheit in Form von Anregungssignalen mit einem großen Bandbreite-Zeit-Produkt empfängt. Alternativ kann es von Vorteil sein, wenn die piezoelektrische Einrichtung die magnetische Anregungsenergie von der Empfangseinheit in Form eines kontinuierlichen frequenzmodulierten Anregungssignales empfängt.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen
  • Figur 1 eine schematische Darstellung eines Mikrofons gemäß der vorliegenden Erfindung und einer zugeordneten Empfangseinheit, und
  • Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen piezoelektrischen Einrichtung zeigt.
    • In Figur 1 ist schematisch ein passives Mikrofon 1 gemäß der vorliegenden Erfindung sowie eine entsprechende Empfangseinheit 6 dargestellt. Das erfindungsgemäße passive Mikrofon 1 umfaßt eine piezoelektrische Einrichtung 4 zum Empfangen und Speichern von Anregungsenergie von der Empfangseinheit 6 und zum drahtlosen Übertragen von aus den detektierten akustischen Signalen umgesetzten elektrischen Signalen an die Empfangseinheit 6. Die piezoelektrische Einrichtung umfaßt im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Einrichtung 2 zum Detektieren von akustischen Signalen und eine Einrichtung 3 zum Umsetzen der detektierten akustischen Signale in Schallinformation tragende elektrische Signale. Das Mikrofon 1 weist weiterhin eine mit der piezoelektrischen Einrichtung 4 verbundene Antenne 5 zum Empfangen der Anregungsenergie von der Empfangseinheit 6 und zum Aussenden der Schallinformation tragenden elektrischen Signale an die Empfangseinheit 6 auf.
    Die Empfangseinheit 6 umfaßt ebenfalls eine Antenne 7 zum Aussenden der Anregungsenergie in Form von Anregungssignalen und zum Empfangen der elektrischen Signale von dem Mikrofon 1.
    Wie-in Figur 1 dargestellt ist, überträgt die Empfangseinheit 6 die Anregungsenergie beispielsweise in Form von diskontinuierlichen Anregungspulsen an das Mikrofon 1. Die Anregungspulse werden über die Antenne 5 von der piezoelektrischen Einrichtung 4 des Mikrofons 1 aufgenommen und gespeichert, z. B. als mechanische Schwingungen. Zu diesem Zweck umfaßt die piezoelektrische Einrichtung 4 beispielsweise ein piezoelektrisches Element, wie es in Figur 2 dargestellt ist. Das piezoelektrische Element besteht dabei aus einer piezoelektrischen Membran 8, auf der beispielsweise aus aufgebrachten Metallstreifen bestehende Reflektoren 10 vorgesehen sind.
    Weiterhin ist ein mit der Antenne 5 gekoppelter Umsetzer 9 zum Umsetzen der empfangenen Anregungspulse in eine akustische Oberflächenwelle auf der Membran 8 vorgesehen. Der Umsetzer 9 ist mit einer Masse verbunden. Ähnlich wie die Reflektoren 10 besteht der Umsetzer 9 aus auf die Membran 8 aufgebrachten Metallstrukturen, z. B. aus Aluminium.
    Bei Empfang einer Hochfrequenz-Anregung von der Empfangseinheit 6 wird die Membran über den Umsetzer 9 durch Ausbildung einer akustischen Oberflächenwelle zu Schwingungen angeregt. Die Schwingungen weiten sich auf der Oberseite der Membran in beide Richtungen zu den Reflektorenfeldern 10 hin aus und wird von diesen reflektiert, so daß sich im Resonanzfall eine stehende Welle ausbildet. Auf diese Weise wird die Anregungsenergie des Anregungspulses von der Empfangseinheit 6 in Form von mechanischen Schwingungen gespeichert. Das piezoelektrische Element reflektiert die als mechanische Schwingung zwischengespeicherte Energie über die Antenne 5 zurück zur Empfangseinheit 6 in Form einer abklingenden Schwingung, wie in Figur 1 schematisch dargestellt ist. Diese abklingende Schwingung wird in der Empfangseinheit 6 über die Antenne 7 aufgenommen, detektiert, demoduliert und ausgewertet.
    Die Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Elementes und somit der abklingenden Schwingung, die von dem piezoelektrischen Element zurück an die Empfangseinheit 6 reflektiert wird, ändert sich unter dem Einfluß einer Dehnung, weil sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Oberflächenwelle und die Abstände der beiden Elektroden des Umsetzers 9 ändern. Die Membran 8 mit den Reflektoren 10 dient in der in Figur 1 dargestellten Ausgestaltung als die Einrichtung 3 zum Speichern von Anregungsenergie von der Empfangseinheit 6 und zum Umsetzen der detektierten akustischen Signale in Schallinformation tragende elektrische Signale. Die Einrichtung 2 zum Detektieren von akustischen Signalen kann beispielsweise durch eine nicht dargestellte Membran, vorteilhafterweise aus Metall, gebildet sein, die mit der Membran 8 verklebt ist. Die als die Detektionseinrichtung 2 dienende Membran nimmt dabei Schallwellen auf und wandelt sie in mechanische Schwingungen um. Die mechanischen Schwingungen werden dabei von der die akustischen Signale detektierenden Membran auf die piezoelektrische Membran 8 übertragen. Dabei werden den akustischen Signalen entsprechende Schwingungen der durch die elektromagnetische Anregung von der Empfangseinheit 6 hervorgerufenen Schwingung der piezoelektrischen Membran 8 aufmoduliert. Die modulierte Schwingung wird über den Umsetzer 9 in elektrische Signale zurück umgesetzt und über die Antenne 5 als elektromagnetisches Signal zurück zur Empfangseinheit 6 übertragen.
    Alternativ zu der in Figur 2 dargestellten piezoelektrischen Membran 8 mit den Reflektoren 10 und dem Umsetzer 9 kann eine Oberflächenwellen-Verzögerungsleitung als die Einrichtung 3 zum Speichern von elektromagnetischer Anregungsenergie von der Empfangseinheit 6 und zum Umsetzen der detektierten akustischen Signale in Schallinformation tragende elektrische Signale verwendet werden. In einer Oberflächenwellen-Verzögerungsleitung wird elektromagnetische Anregungsenergie von der Empfangseinheit 6 ebenfalls als mechanische Schwingung gespeichert. Eine Detektionseinrichtung 2 zum Detektieren von akustischen Signalen, die mit der Oberflächenwellen-Verzögerungsleitung gekoppelt ist, wandelt empfangene-akustische Signale, d. h. Schallwellen, in mechanische Schwingungen um, die auf die Oberflächenwellen-Verzögerungsleitung übertragen werden. Hierdurch werden Laufzeiteffekte in der durch die Anregungsenergie von der Empfangseinheit 6 hervorgerufenen mechanischen Schwingung hervorgerufen, wodurch die akustischen Signale dieser mechanischen Schwingung aufmoduliert werden.
    Die von der Einrichtung 2 detektierten akustischen Signale werden somit von der Einrichtung 3 in Schallinformation tragende elektrische Signale umgesetzt und dem piezoelektrischen Element aufmoduliert, so daß die zurückreflektierte abklingende harmonische Schwingung die aufmodulierte Schallinformation trägt. Diese aufmodulierte Schallinformation kann in der Empfangseinheit 6 detektiert und ausgewertet werden.
    Besonders vorteilhaft ist es, wenn die piezoelektrische Einrichtung 4 die Einrichtungen 2 und 3 in einem Element vereinigt, das sowohl die akustischen Signale detektiert als auch die detektierten akustischen Signale in Schallinformation tragende elektrische Signale umsetzt. Die in Figur 2 dargestellte piezoelektrische Membran 8 mit der Oberflächenwellen-Resonanzstruktur dient dabei als einziges die Einrichtung 4 bildendes Element. In diesem Fall detektiert die piezoelektrische Membran 8 ankommende akustische Signale nach Art eines Drucksensors. Die durch einen Anregungspuls von der Empfangseinheit 6 angeregte stehende Welle in dem piezoelektrischen Element wird dabei durch die akustischen Signale moduliert, so daß die nach dem Ende des Anregungspulses an die Empfangseinheit 6 zurückreflektierte abklingende Schwingung die entsprechende Schallinformation trägt. Auf diese Weise ist es möglich, ein sehr robustes passives Mikrofon zur drahtlosen Übertragung von Schallinformation bereitzustellen, das einen einfachen und leichten Aufbau aufweist.
    Das erfindungsgemäße Mikrofon 1 ist als passives Bauteil ausgebildet, d. h. ohne eigene Energieversorgung in Form einer Batterie oder dergleichen, da die Energie der Anregungspulse von der Empfangseinheit 6 durch das piezoelektrische Element aufgenommen, gespeichert und zur Übertragung der Schallinformation verwendet wird.
    Zur Vermeidung von Überlagerungen der Anregungssignale mit den von dem Mikrofon 1 übersendeten die Schallinformation tragenden Signalen wird das piezoelektrische Element diskontinuierlich, beispielsweise durch ein gepulstes Anregungssignal angeregt. Es ist aber auch möglich günstige kontinuierliche Anregungssignale zu finden. Insbesondere wenn die Membran 8 eine Quarzmembran ist, welche eine sehr hohe Güte aufweist, wird eine im Zeitbereich sehr lang ausgedehnte Impulsantwort in Form einer abklingenden Schwingung erzeugt und zurück an die Empfangseinheit 6 übertragen.
    Die piezoelektrische Membran 8 kann weiterhin im wesentlichen aus Lithiumniobat bestehen.
    Anstelle der in Figur 2 dargestellten piezoelektrischen Membran 8 mit der Oberflächenwellen-Resonanzstruktur kann auch eine Oberflächenwellen-Verzögerungsleitung als einziges Element der Einrichtung 4 verwendet werden. Die Oberflächenwellen-Verzögerungsleitung kann dabei sowohl die akustischen Signale detektieren als auch die detektierten akustischen Signale in Schallinformation tragende elektrische Signale umsetzen.
    Falls die piezoelektrische Einrichtung 4 zum Detektieren der akustischen Signale dient, kann eine zweite piezoelektrische Einrichtung vorgesehen werden, um eine differentielle Verarbeitung und Umsetzung der detektierten akustischen Signale zu ermöglichen und somit die Empfindlichkeit zu erhöhen, beispielsweise um Temperaturschwankungen auszugleichen. Falls eine separate Einrichtung 2 zum Detektieren von akustischen Signalen vorgesehen ist, kann eine zweite Einrichtung 2 zum Detektieren von akustischen Signalen vorgesehen sein, um ein differentielles Umsetzen der detektierten akustischen Signale in elektrische Signale zu dem gleichen Zweck zu ermöglichen. Zusätzlich oder alternativ kann außerdem eine Einrichtung zur Kompensation weiterer Störgrößen vorhanden sein.
    Wie in Figur 1 schematisch dargestellt ist, kann die elektromagnetische Anregungsenergie aus diskontinuierlichen Anregungspulsen bestehen, die von der Empfangseinheit 6 ausgesendet und von dem erfindungsgemäßen Mikrofon 1 entsprechend empfangen werden. Die Anregungspulse von der Empfangseinheit 6 können dabei beispielsweise kurze Hochfrequenzsignale sein, die gegebenenfalls periodisch wiederholt werden. Es ist dabei von Vorteil, wenn das Anregungssignal von der Empfangseinheit 6 ein großes Bandbreite-Zeitprodukt aufweist. Eine andere Möglichkeit ist, kontinuierliche frequenzmodulierte Anregungssignale zu verwenden.
    Da das erfindungsgemäße passive Mikrofon 1 sehr leicht und robust ausgestaltet ist, kann es beispielsweise an einem Brillengestell befestigt werden. Die Antenne 5 des Mikrofons 1 kann beispielsweise durch einen der Bügel der Brille oder durch den Rahmen eines der Brillengläser gebildet sein. Das Mikrofon kann dabei am Übergang zwischen dem als Antenne dienenden Bügel und dem Brillenglasrahmen angebracht sein. Alternativ kann das erfindungsgemäße Mikrofon an einem an dem Brillengestell lösbar befestigten Halter angebracht sein, der sich von dem Brillengiasrahmen nach unten in Richtung Mund des Trägers erstreckt. Der Halter kann in diesem Fall als die Antenne 5 des Mikrofons 1 ausgebildet sein.
    Das erfindungsgemäße passive Mikrofon 1 ist auch zur Anwendung in einem drahtlosen Kopfset geeignet, mit dem Sprachsignale an eine Telefon-Basisstation oder eine Telefon-Mobilstation übertragen werden. Das erfindungsgemäße Mikrofon kann sehr leicht und robust gebaut werden, wodurch sich vielseitige und spezialisierte Anwendungsmöglichkeiten ergeben.

    Claims (14)

    1. Passives Mikrofon (1) zur drahtlosen Übertragung von Schallinformation an eine Empfangseinheit (6) , umfassend
      eine Antenne (5) zum Empfangen elektromagnetischer Anregungsenergie von der Empfangseinheit (6) und zum drahtlosen Übertragen von die Schallinformation tragenden elektrischen Signalen an die Empfangseinheit (6) und
      eine piezoelektrische Einrichtung (4), die derart gestaltet ist, dass elektromagnetische Anregungsenergie gespeichert werden kann und detektierte akustische Signale in Schallinformation tragende elektrische Signale umgesetzt werden und
      welche derart mit der Antenne verbunden ist, dass die von der Antenne (5) empfangene elektromagnetische Anregungsenergie auf die piezoelektrische Einrichtung (4) übertragen wird, und dass die Schallinformation tragenden elektrischen Signale an die Antenne übertragen werden
      dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Einrichtung (4) eine Einrichtung zur Anregung von Oberflächenwellen (9) aufweist, um die elektromagnetische Anregungsenergie in der piezoelektrischen Einrichtung (4) zu speichern, wobei auf die Oberflächenwellen detektierte akustische Signale aufmodulierbar sind.
    2. Passives Mikrofon (1) nach Anspruch 1,
      bei dem die piezoelektrische Einrichtung (4) im Wesentlichen aus einer piezoelektrischen Membran (8) mit einer Oberflächenwellenresonanzstruktur besteht.
    3. Passives Mikrofon (1) nach Anspruch 1,
      bei dem die piezoelektrische Einrichtung (4) im wesentlichen aus einer Oberflächenwellenverzögerungsleitung besteht.
    4. Passives Mikrofon (1) zur drahtlosen Übertragung von Schallinformation an eine Empfangseinheit (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Einrichtung (4) derart ausgebildet ist, dass die Anregungsenergie von der Empfangseinheit (6) in Form von mechanischen Schwingungen speicherbar ist.
    5. Passives Mikrofon (1) nach Anspruch 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) aus Quarz besteht.
    6. Passives Mikrofon (1) nach Anspruch 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (8) aus Lithiumniobat besteht.
    7. Passives Mikrofon (1) gemäß Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Einrichtung (4) eine Einrichtung (2) zum Detektieren der akustischen Signale aufweist, die im wesentlichen aus einer Membran besteht.
    8. Passives Mikrofon (1) nach Anspruch 7,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Membran aus Metall besteht.
    9. Passives Mikrofon (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8,
      dadurch gekennzeichnet, dass eine bzw. eine weitere Einrichtung zum Detektieren von akustischen Signalen vorgesehen und dergestalt angeordnet ist, dass die detektierten akustischen Signale differentiell in Schallinformation tragende elektrische Signale umgesetzt werden.
    10. Passives Mikrofon (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9.
      dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Störgrößenkompensation vorgesehen ist.
    11. Passives Mikrofon (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
      dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Einrichtung (4) die elektromagnetische Anregungsenergie von der Empfangseinheit in Form von kurzen Hochfrequenzsignalen empfängt.
    12. Passives Mikrofon (1) zur drahtlosen Übertragung von Schallinformation an eine Empfangseinheit (6) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11,
      dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Einrichtung (4) die elektromagnetische Anregungsenergie von der Empfangseinheit in Form von periodisch wiederholten Hochfrequenzsignalen empfängt.
    13. Passives Mikrofon (1) zur drahtlosen Übertragung von Schallinformation an eine Empfangseinheit (6) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.
      dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Einrichtung (4) die elektromagnetische Anregungsenergie von der Empfangseinheit in Form von Anregungssignalen mit einem großen Bandbreite-Zeit-Produkt empfängt.
    14. Passives Mikrofon (1) zur drahtlosen Übertragung von Schallinformation an eine Empfangseinheit (6) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
      dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrische Einrichtung (4) die elektromagnetische Anregungsenergie von der Empfangseinheit in Form eines kontinuierlichen frequenzmodulierten Anregungssignales empfängt.
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