FI62920C - Mikrofonenhet - Google Patents

Description

ΓΓΤ.·_ -n .. /4.ν KU ULUTUSJULKAISU . _ B (11) utläcgni ncsskrift 62920 c i4S) Patentti evännet ly 10 03 1933 'Ss v—^ (51) Kv.iit/int.a^ *H 04- E 1/38 SUOMI—FINLAND (M) iwttOfkwnu»-r*m**»6to*t 30ii/ik (22) Htk»nilip*lvt — AmMwhp<n 21.10.7^ (23) AlkupMvl—GiMglMttdat 21.10,7I* (41) Tullut Julkiseksi — Mvlc off«Mllg 22.04. J6

PktanCtl· ja rskittsrihsllitua /m N Utti viiui panon |a kuuljulkakun pvm. —

Patent- och ragiitf«tyralaan AmMcm uttagd och utUkrlfcM publiesrad 30.11.82 (32)(33)(31) FyjMtey «uoUuim—l«|M priorttac (71) A.R.D. Anstalt, P.O. Box 34613, 9490 Vaduz, Liechtenstein(LI) (72) Saad Zaghloul Mohamed Gabr, Canterbury, Kent, Englanti-England(GB) (74) Oy Kolster Ab (54) Mikrofoniyksikkö - Mikrofonenhet

Keksintö liittyy mikrofoniyksiköihin ja varsinkin sellaisiin, jotka on suunniteltu toimimaan oleellisesti ilman kaikuja ja häiriöääniä, kuten ympäristön ja kentän häiriöääntä.

Lukuunottamatta suhteellisen harvinaisia olosuhteita on mikrofoniyksikkö käytössä altis ei vain tuleville äänivärähtelyil-le, jotka sen on muunnettava sähkölähtösignaaliksi, vaan myöskin sellaisille ääni- ja/tai mekaanisille värähtelyille, esim. sen ajoneuvon moottorista, johon yksikkö on asennettu, joiden ei tule muodostaa osaa tästä lähtösignaalista. Joissakin tapauksissa, kun mikrofoniyksikköä esim. käytetään ihmisjoukossa tai koneiden lähellä, on tärkeää poistaa oleellisesti kokonaan haitalliset ääniväräh-telyt, jotta yksikkö voisi antaa lähtösignaalin, jonka voi ymmärtää, kun se muunnetaan ääneksi kaiuttimen kautta.

Keksinnön tarkoituksena on täten kehittää mikrofoniyksikkö, jossa on sellaiset piirteet, joiden avulla eliminoidaan suuressa määrin tai jopa kokonaan ei-halutun tuloäänen - melun ja kaiun -vaikutukset sähkölähtösignaaliin.

Keksinnössä on kehitetty mikrofoniyksikkö, joka käsittää 2 62920 kotelon parin oleellisesti identtisiä säkhöakustisia muuttajia kiinnittämiseksi, joilla kummallakin on ääneen reagoiva elementti, jolloin kotelo muodostaa kaksi johtoa, jotka ulottuvat vastakkaisiin suuntiin kumpikin vastaavasta ääneen reagoivasta elementistä vastaavaan äänen pääsisääntuloaukkoon.

Keksinnön mukainen mikrofoniyksikkö on tunnettu äänen sisään-tuloaukko-osista ääneen reagoivien elementtien välissä ja kunkin ääneen reagoivan elementin ja siihen liittyvän äänen pääsisääntulo-aukon välissä.

Ei-halutut äänivärähtelyt saapuvat yhden tai kunkin muuttajan kalvon tai muun äänen reagoivan elementin kohdalle suoraan ilman kautta ja myös mikrofonirakenteen kautta, so. sen kotelon ja muuttajien tai muuttajien muiden asennusvälineiden kautta. Ilman siirtämän melun vaikutusta mikrofoniin pienennetään siten, että melu kohdistuu oleellisen tasaisesti kalvon molempiin puoliin, niin että summa näistä häiriöäänistä kalvon liikkeessä ja siten lähtösignaalissa on oleellisesti nolla.

Sellaisten häiriöäänien vaikutusta, jotka saapuvat kalvoon siihen yhdistetyn tuki- ja asennusrakenteen kautta, voidaan vähentää tekemällä rakenne useista osista, jotka koostuvat kolmesta tai useammasta eri aineesta ja mieluiten niin, että yhtä ainetta oleva osa ei ole samaa ainetta olevan osan vieressä, rakenne saadaan näin akustisesti oleellisen johtamattomaksi tai "kuolleeksi". Vaihtoehtoisesti tai tämän lisäksi voidaan kaksi samanlaista mikrofonia, jotka on sijoitettu kuvatulla tavalla suhteessa haluttuun tuloääneen, kytkeä sähkön osalta niin, että yhdistetty lähtösignaali on oleellisen vapaa näiden häiriöäänien aikaansaamista äänikomponenteista.

Kun yksikköä käytetään yhden tai useamman kaiuttimen kanssa, kuten kaiutinpuhelimessa tai ääniköjelaitteissa julkisilla paikoilla, voidaan kahden mikrofonin lähtösignaalit sen sijaan haluttaessa analysoida oleellisesti puhtaan häiriöäänen tai ei-halutun komponentin erottamiseksi pois hylkäämistarkoituksessa. Keksinnössä käytetään tällöin yhdistettyjä akustisia ja elektronisia häiriön-poistomenetelmiä, joilla käsitellään sekä suoraa että epäsuoraa, ilman siirtämää häiriöääntä ja mekaanista värähtelytietä, jonka kautta satunnaiset ulkopuoliset häiriöäänet ja kaiku voivat vaikuttaa mikrofonista saatuun lähtösignaaliin.

Keksinnön ymmärtämistä helpottaa seuraava, valaiseva kuvaus, joka liittyy oheisiin piirustuksiin, joissa: kuvio 1 esittää kaaviomaista poikkileikkauskuvantoa sivulta keksinnön mukaisesta mikrofoniyksiköstä, 62920 kuvio 2 esittää läpileikkauksena kaaviomaista osakuvantoa kotelosta, jota käytetään kuvion 1 yksikössä, ja kuvio 3 esittää samanlaista kuvantoa toisenlaisesta kotelosta, jota käytetään yksikössä.

Kuviossa 1 on näytetty mikrofonilaite 10, joka sisältää putkimaisen kotelon 12, joka on avoin molemmissa päissä ja sisältää kaksi sähkö-akustista muuttajaa 14, 16, joita käytetään mikrofoneina. Muuttajat 14, 16 voivat olla kiertokäämi- tai muuta sopivaa tyyppiä. Näytetty muuttaja 14 on esimerkin muodossa kiertokäämimikrofoni, jossa on oleellisesti yhdessä tasossa oleva kalvo 18, kun sitä vastoin muuttaja 16 on tässä samaa yleistä tyyppiä mutta siinä on tavanomainen, kartiomainen kalso 20. On kuitenkin selvää, että keksinnön mukaisessa mikrofoniykslkössä käytännössä käytettävät kaksi mikrofonia ovat oleellisesti samanlaiset symmetrian takia. Sähkö-akustis-ten muuttajien kalvot ulottuvat suorissa kulmissa kotelon 12 akseliin nähden.

Kotelossa, jolla voi olla pyöreä tai muu haluttu poikkileikka-usmuoto, on kaksi rengasmaista väliseinää 22, joille muuttajat on asen asen-nettu, ja sisäpuolinen erotin 24, joka erottaa kaksi muuttajaa akustisesti. Erottimen 24 voi kuitenkin jättää pois. Jotta satunnainen ääni pääsisi muuttajan sisäpuoliin, on tehty yksi tai useampia aukkoja vastaavasti kotelon seinässä ja/tai väliseinissä 26 ja 28. Erottimen 24 voi myös varustaa yhdellä tai usealla aukolla, kuten kohdassa 30. Haluttaessa voidaan käyttää välineitä, joilla voidaan suorittaa aukkojen tehollisen alan selektiivinen säätö ja joita voi mieluiten käyttää helposti kotelon ulkopuolelta.

Mikrofoniyksikkö on tarkoitettu käytettäväksi niin, että sen toinen pää on suunnattu käyttäjän suuta kohti, ja tämän helpottamiseksi se voi lisäksi olla muodoiltu tai varustettu kädensijalla. Lähemmän mikrofonin toinen puoli on täten suoraan alttiina halutuille äänisignaaleille. Jotta toinen mikrofoni olisi mahdollisimman vähän altis tälle halutulle äänelle, voidaan kotelon päällä käyttää yhtä tai useampaa ulkopuolista erotinta 32. Kotelon 12 päät voivat ulottua ulospäin muuttajien ohi, jolloin haluttaessa muodostetaan muuttajille täyttökammiot, jotka voivat olla mutta joiden ei tarvitse olla samanlaiset.

Muuttajien 14, 16 käämien lähtösignaalit on kytketty vähentävästi ja erivaiheisesti potentiometrien 34 kautta, niin että kunkin mikrofonin lähtösignaalin voi säätää selektiivisesti. Mikrofoni-yksikön lähtösignaali saadaan päätteistä 36, ja se on ero potentio- 62920 metreistä 34 otettujen mikrofonien lähtösignaalien välillä.

Mikrofoniyksikköön 10 osuvat äänet voidaan jakaa ääniksi, jotka ovat yhdensuuntaiset kalvojen 18, 20 tasojen kanssa ja joita voidaan pitää häiriö- tai ei-haluttuina ääninä, ja ääniksi, jotka ovat kohtisuorassa kalvoihin nähden ja joita voi pitää haluttuina ääninä. Edelliset äänet saavat kahdella kalvolla aikaan sykäykset, jotka ovat kaikilta osin samanlaiset, kun oletetaan, että kalvot ovat lähekkäin ja niiden välimakta on verrattavissa äänien aallonpituuteen. Käytännössä on todettu, että välimatkan ei tulisi olla suurempi kuin 1/4 ko. taajuuden aallonpituudesta tai 1/4 yksikön käsittelemän, suurimman taajuuden aallonpituudesta. Syntyvät voimat ovat tällöin oleellisesti yhtä suuret. Parhaiden tulosten saamiseksi olisi välimatka tietenkin pidettävä vielä pienempänä.

Yksikköön osuvat äänet, jotka kulkevat rinnakkain kalvojen kanssa, aikaansaavat tällöin kummankin kalvon liikkeen, joka on teoriassa nolla ja normaalisti on mitättömän pieni. Tällaisissa mitättömän pienestä liikkeestä syntyvät sähkösignaalit tulevat yhdistetyiksi epätahdissa, mikä johtaa niiden aiheuttaman sähkö-lähtösignaalin oleellisesti täydelliseen poistoon.

Tuloäänet, jotka on jaettu kohtisuorasti kalvoihin nähden, kohdistavat suurimman voimansa ensiksi kohtaamaansa kalvoon. Mikäli käytetään erotinta 24, ei tämä ääni tietenkään vaikuta toiseen kalvoon ja kalvoon nähden rinnakkain kulkeva ääni ei oleellisesti muuta lähtösignaalia kalvosta, joka vastaanottaa tämän halutun signaalin. Jos kahden kalvon välissä ei ole erotinta, niin toinen kalvo, joka ei vastaanota suoraan tulevaa haluttua ääntä, liikkuu ensiksimainitun kalvon myötä johtuen tämän värähtelyistä, jotka siirtyvät niiden välisen ilman kautta.

Mikrofoniyksikkö 10 on käytännössä tehokkaasti kaiunpoistava. Haluttu ääni esim. puhujasta, joka pitää yksikköä niin, että hän on suoraan kohti toista muuttajaa, tulee täysin toistetuksi sähkölähtö-signaalissa samoin kuin puhe toisesta puhujasta, joka on vastapäätä ensimmäistä. Potentiometreillä 34 voidaan säätää yksikköä niin, että tasoitetaan sen poikkeamiset tarkasta sähkö- tai rakennesymmetriasta kotelon 12 keskimmäisen poikittaistason ympäri. Vaikka kuvion 1 näyttämässä yksikössä on kaksi mikrofonin muuttajaa, voidaan keksintö toteuttaa yksikön muodossa, joka sisältää vain yhden muuttajan.

Tällainen yksinäinen mikrofoni voi olla kuvion 1 näyttämän muuttajan 16 muotoinen, mutta se on mieluiten muuttajan 14 muotoinen tarkempaa symmetriaa varten, jonka voi aikaansaada tai jäljentää tarkasti jäljentämällä mikrofoni, joka on tuettuna kalvon jommallakummalla 62920 puolella, tai lisäämällä valerakenne. Miulta osin yhden mikrofonin yksikkö saadaan mahdollisimman symmetriseksi, ei vain kalvon akselin ympärillä, kuten on kuvion 1 näyttämä yksikkö, vaan myös kalvon tason ympärillä, joka on tietenkin erottimen 30 keskitason asennossa kuvion 1 mukaisessa yksikössä.

Samoin kuin kuvion 1 yksikössä saa yhden muuttajan järjestely ympäristön äänen jakaantumaan oleellisen tasaisesti kalvon kahdelle puolelle sekä puheen tai muun halutun äänen tulemaan pääasiallisesti vain toiselle puolelle. Kummassalaan yksikössä ei ole kokoavia, ääntä ohjaavia tai heijastavia välineitä, kuten tunneleita tai este-seiniä, jotka voikuttavat kalvon paljaiden sivujen ja yksikön jatkeen välillä.

Kotelon rakenne tai yksikön eri osien luonne ja mitat eivät teoriassa vaikuta yksikön suoritukseen, mutta ne valitaan mieluiten niin, että ne auttavat mahdollisimman paljon häiriöäänien ja kaikujen vaikutuksen poistossa. Kotelo rakennetaan näin ollen mieluiten kuvion 2 esittämällä tavalla, jossa nähdään putkimainen kotelo, joka on tehty useista renkaista tms. joiden sisä- ja ulkohalkaisijät on järjestetty koaksiaalisesti suunnattuina putken muodostamiseksi. Renkaat on tehty eri aineista A, B, C joista jokaisella on eri äänen-johtamisominaisuudet. Yhden renkaan voi tehdä metallista, seuraavan lasikuiduista ja kolmannen kumista tai kovasta tai pehmeästä muovi-aineesta. Jonkin renkaan läpi siirtyvä ääni tulee oleellisesti heikennetyksi jakopinnan kohdalla ja koko rakenne on tehokkaasti "kuollut" tai ei-mikrofoninen akustisesti.

Sen sijaan, että toistettaisiin esim. järjestys, metallilasi-kuidut ja muovirenkaat, pidetään parempana, että seuraavissa kolmessa renkaassa käytetään samoja kolmea ainetta, mutta eri järjestyksessä, jälleen kuvion 2 mukaisesti. Seuraavat kolme rengasta voi sitten taas järjestää eri järjestykseen. Tällä tavoin jokaisen renkaan kummallakin puolella on muuta ainetta oleva rengas. Keksinnön tämä aspekti ei tietenkään rajoitu vain kolmen aineen käyttöön, edellä mainittujen aineiden käyttöön tai renkaiden johonkin määrättyyn järjestykseen.

Ilmeistä on, että kerrotulla tavalla rakennetulla, putkimaisella mikrofonikotelolla on miltei ääretön vastus aksiaalisesti johdetun äänen suhteen. Kussakin renkaassa säteittäisesti kotelossa johdettu ääni ei sitä vastoin tule pienennetyksi lainkaan enemmän kuin jos kotelo olisi tehty rengasaineen yhdestä kappaleesta. Jotta saavutettaisiin myös säteissuunnassa suotavat äänenheikennysominaisuudet, voidaan kotelo muodostaa, ei ainoastaah aksiaalisesti vierekkäisistä yksittäisrenkaista, vaan aksiaalisesti vierekkäisistä, 6 62920 samankeskisistä renkaista, joiden lukumäärä on mieluiten vähintään kolme ja jotka ovat jälleen eri aineita, kuvion 3 mukaisesti.

On selvää, että mikrofonikotelon kohdalla kuvatun rakenteen voi soveltaa helposti minkä tahansa muodon omaavien koteloiden kanssa ja muiden laitteiden kuin kuvatun mikrofoniyksikön koteloiden ja alakoteloiden kanssa. Litteät paneelit voi esim. muodostaa eri aineiden useista kerroksista, jotka itse koostuvat eri aineen osasta. Kuvatun kotelon eri komponentit voi kytkeä yhteen jollakin sopivalla tavalla, esim. sideainekerroksilla tai keskinäisillä näppäyskytken-nöillä, jolloin käytetään hyväksi joidenkin käytettyjen aineiden ominaista juostavuutta.

Keksinnön voi tietenkin soveltaa kuulolaitteissa epävakavuuden ja epätyydyttävän toiminnan eliminoimiseksi, jotka johtuvat akustisesta takaisinsyötöstä, joka tapahtuu näissä laitteissa lähinnä mikrofonirakenteen ja mekaanisten värähtelyjen kautta.

Keksinnön voi tietenkin toteuttaa eri tavoin ja toisin kuin edellä on kuvattu sen suojapiirin asettamissa puitteissa.

Claims (22)

62920 7

1. Mikrofoniyksikkö (10), joka käsittää kotelon (12) parin oleellisesti identtisiä sähköakustisia muuttajia (14, 16) kiinnittämiseksi, joilla kummallakin on ääneen reagoiva elementti (18, 20), jolloin kotelo (12) muodostaa kaksi johtoa, jotka ulottuvat vastakkaisiin suuntiin kumpikin vastaavasta ääneen reagoivasta elementistä (18, 20) vastaavaan äänen pääsisääntuloaukkoon, tunnettu äänen sisääntuloaukko-osista (26) ääneen reagoivien elementtien (18, 20) välissä ja kunkin ääneen reagoivan elementin (18, 20) ja siihen liittyvän äänen pääsisääntuloaukon välissä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mikrofoniyksikkö, tunnettu siitä, että muuttajien (14, 16) kalvot (18, 20) ovat koak-siaalisia.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mikrofoniyksikkö, tunnettu siitä, että kunkin johdon dimensio on siihen liittyvän kalvon (18, 20) aksiaalisuunnassa pienempi kuin johdon pienin dimensio kalvon poikittaissuunnassa.

4. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen mikrofoni-yksikkö, t u n n e t t um siitä, että kotelossa (12) on suuntaus-levy (24) muuttajien (14, 16) välissä, jolloin yksi äänen lisä-sisääntuloaukoista (26) on muodostettu kunkin muuttajien (14, 16) ja suuntauslevyn (24) väliin.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen mikrofoniyksikkö, tunnettu siitä, että suuntauslevy (24) eristää akustisesti muuttajat (14, 16).

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen mikrofoniyksikkö, tunnettu siitä, että suuntauslevy (24) on varustettu aukoilla (30)/

7. Jonkin patenttivaatimuksen 4-6 mukainen mikrofoniyksikkö/ tunnettu siitä, että yksikkö (10) on oleellisesti symmetrinen suuntauslevyn (24) suhteen.

8. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen mikrofoni-yksikkö, tunnettu siitä, että kotelo (12) on putkimainen kotelo, jossa on äänen pääsisääntuloaukot päissään ja äänen lisä-sisääntuloaukot (26) putkimaisessa kotelon seinässä. 8 62920

9. Patenttivaatimuksen 4 mukainen mikrofoniyksikkö, tunnettu siitä, että kotelon (12) poikkileikkaus on rengasmainen.

10. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen mikrofoni-yksikkö, tunnettu siitä, että muuttajat (14, 16) on kiinnitetty rengasmaisiin väliseiniin (22) kotelon (12) sisään.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen mikrofoniyksikkö, tunnettu siitä, että kussakin väliseinässä (22) on yksi tai useampia aukkoja (28), jotka muodostavat akustisen yhteyden.

12. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen mikrofoni-yksikkö, tunnettu siitä, että aukot (26, 28) on valinnaisesti aseteltavissa.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen mikrofoniyksikkö, tunnettu siitä, että aukot (26, 28, 30) on valinnaisesti aseteltavissa kotelon (12) ulkopuolelta.

14. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen mikrofoni-yksikkö, tunnettu siitä, että muuttajien sähköiset ulostulot on liitetty yhteen siten, että muodostuu niiden välinen erotus.

15. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen mikrofoni-yksikkö, tunnettu säädettävistä resistanssiosista (34) muuttajien (14, 16) ja yksikön (10) ulostuloliittimien (36) välillä yksittäisten muuttajien ulostulojen vaikutuksen valinnaiseksi säätämiseksi yksikön (10) ulostuloksi.

16. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen mikrofoni-yksikkö, tunnettu ainakin yhdestä kotelon (12) ulkopuolelle kiinnitetystä suuntauslevystä (32).

17. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen mikrofoni-yksikkö, tunnettu siitä, että ääneen reagoivat elementit (18, 20) on sijoitettu erilleen etäisyydelle, joka ei ole suurempi kuin oleellisesti yksikön (10) kumoaman korkeimman taajuuden aallonpituuden neljännes.

18. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen mikrofoni-yksikkö, tunnettu siitä, että johdot on koottu osista, joista kukin on valmistettu yhdestä kolmen tai useamman eri aineen (A,B,C) joukosta.

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen mikrofoniyksikkö, tunnettu siitä, että osat sisältävät kerroksia ja/tai renkaita. 62920

20. Patenttivaatimuksen 18 tai 19 mukainen mikrofoniyksikkö, tunnettu siitä, että mainitut kolme tai useammat aineet (A,B,C) on valittu aineista: puu, kumi, muovit, lasikuitu ja metalli.

21. Patenttivaatimuksen 18, 19 tai 20 mukainen mikrofoni-yksikkö, tunnettu siitä, että osat on kiinnitetty yhteen niiden yhteensopivien muodostelmien ja/tai liiman avulla.

22. Jonkin patenttivaatimuksen 18-21 mukainen mikrofoni-yksikkö, tunnettu siitä, että yksikään osa yhtä ainetta ei ole suoraan rinnakkain saman aineen toisen osan kanssa.