JP3778295B2 - セルラーフリップ電話で使用される音響ホーン - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、電子装置へのおよび電子装置からの音響エネルギーを結合する技術に関し、より詳しくは、音響要素を具現化する無線電話のための改良された電気音響的操作および機械的保護を提供するために、能動的な音響トランスデューサに結合されるように特に形成され連結された受動音響要素に関するものである。
背景
音声通信システムにおいて使用されるすべてのタイプの音響トランスデューサは長い開発の歴史を有している。概略的には、トランデューサの特性と所定のトランスデューサに最適にインターフェースするために電気回路を適用する開発競争は事実上の長距離競争となって来ている。初期のマイクロホンとスピーカーは、増幅および周波数応答性能をより良く改良するのに役立つ可変抵抗／可変電磁式の主に機械式な原理に基づくものであった。電子装置の新規に利用可能な機能、低ノイズＦＥＴ（高インピーダンス）、フィードバックネットワーク（通過帯域裁断）、および電流ミラー増幅器（低インピーダンス）を開発するためにトランスデューサのタイプや特性を適合させることが頻繁に生じた。劇的に改良された信号対雑音比を備えた高性能セルラー無線電話機システムの出現により、それらの入力装置および出力装置の音声品質は監視の対象となっている。それらのコストも同様である。本発明において教示されているように高品質の無線電話ユニットを関連した入力マイクロホン（あるいは出力スピーカ）に密接に連結される安価な受動的な音響装置と組合せることでその関連する無線通信システムの技術的および操作性能が著しく改良される。
電子装置に使用するための音響結合技術への典型的な従来技術の手法の説明は多くの米国特許に見出だされる。ポータブルラジオのための出力装置として音響ホーンを組合せることの全体的な概念については、Ａｎｄｅｒｓｏｎ等に付与された米国特許第３，７４８，５８３を参照。特に、音声をユーザに向けるための折返し双曲線音響ホーンの使用を参照。
Ｓｃｈｏｅｎ等への欧州特許第０ ２７５ ９６６号は、電話のハンドセットの制御パッドを被覆するために使用される可動フラップ要素内に音声伝送導管を設けることが開示されている。この導管は入力された音声を、フラップが最大に開いた時だけにマイクロホンと位置合わせされる入力開口を経てハンドセット内のマイクロホンに送るために、テーパ付けされている。音声伝送導管の構造の詳細は示されていない。
Ｓｔｅｕａｒｔに付与された米国特許第１，８１８，６５４号には、２つの回転ジョイントを経て初期（１９３１）の電話のマイクロホンに連結された漏斗状の送話器口を使用することが開示されている。２つのジョイントによっていくつかのテーパ付けされた円筒状チューブを経て円状の入力開口の水平方向および垂直方向の両方の調節を行うことができる。
音響ホーンの構造あるいは無線電話ユニットの入力音声Ｉ／Ｏ技術の一般的に関連する事項を示した他の米国特許としては、Ｒｙｄｂｅｃｋに付与された米国特許第５，３８４，８４４号、Ｐｅｖｅｔｏ等に付与された米国特許第４，１７１，７３４号、およびＷｈｉｔｅｍｏｒｅ，Ｊｒ．等に付与された米国特許第３，２４９，８７３号がある。
特許公報以外では、出版された技術文書にも音声伝播のための指数ホーンの所望の属性に関する有用な記述がなされている。特に、Ｃ．Ｒ．Ｈａｎｎａなどにより著された１９２４ Ａ．Ｉ．Ｅ．Ｅ．論文は、最良の音声電播のための音響ホーンの設計に関する理論的な考察が教示されている点で関連がある。
発明の目的
よって、本発明の主要な目的は、電子装置へのあるいは電子装置からの音響エネルギーを結合するための改良された方法および装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、二重目的の枢転可能な音響要素を基にした改良された音響結合機能を実現するための方法および装置を提供することにある。
本発明のさらに別の目的は、無線電話機装置に関連する入力あるいは出力音響結合要素として使用するために構成される枢転可能なフリップ要素内に内部空洞として形成される音響ホーンを提供することにある。
好ましい実施形態において、押し広げ加工された指数タイプの音響ホーンが、平坦な、平面のフリップ要素内の内部空洞として形成されている。フリップ要素は二つの目的をもつものであり、第１の、閉じられた位置では、無線電話機のユーザにより起動されるダイヤル／機能キーを保護し被覆し、そしてまた音響回転ジョイントを介して高度に効率的な入力音響結合装置を構成するというその便利な機能を提供する。これら２つの特長は新規な操作モードでの組み合わされた物理的な保護および低コストで、高度に効率的な入力音響結合を一緒に提供するように機能し、改良された無線電話機ユニットを与える。
【図面の簡単な説明】
本発明の別の目的および特長は添付図面を参照した以下の説明から当業者には自明となる。
図１は本発明による音響入力結合要素としての押し広げ加工された音響ホーンを具現化する携帯形のセルラー無線電話機の斜視図であり、
図２は無線電話機ユニットのフリップカバー内に形成されるために適合された極めて図式的な形式での例示的な、基本的な音響ホーンの平面図であり、
図２Ａは本発明で使用される別の音響ホーンの構成の要部の平面図であり、
図３は別の音響ホーンの構成の別の機械的および音響的な詳細を示したフリップカバー（一部仮想線）の斜視図であり、
図４は基本的なホーンのマウス（開口）の側面図による音響ホーン構造の他の実施形態を示したものである。
発明を実施する最良の形態
図１を参照すると、本発明による入力音響結合要素としての音響ホーンを具現化する携帯形セルラー電話機ユニットの斜視図が示されている。全体の電話機１０は、内部に据付けられたスピーカ（図示せず）からの音を放射するための開口１４を有するケーシング１２内に収容されている。ケーシング１２は、その下側が枢転可能に据付けられ、またケーシング１２内に配置されたトランシーバでマイクロホンとして使用するための入力エネルギー結合要素として機能する押し広げられた音響ホーンを含むように形成された二重目的のフリップカバー１６を支持している。電話機ユニット１０は、表示ユニット１８、ユーザにより起動されるキー面をキー平面に備えた制御キーセクション２０、およびアンテナ２２をさらに含んでおり、これらすべては公知のように従来のように構成される。本発明により提供される特異な特徴を組み込むために容易に適合されるセルラー電話機ユニットはＥｒｉｃｓｓｏｎ Ｉｎｃ．（Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ、Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｒｉａｎｇｌｅ Ｐａｒｋの）のＰｒｏｄｕｃｔ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ ＣＥＬ４０００（登録商標）１９９５およびＣＥＬ４００１（登録商標）１９９５に記載されている。フリップカバー１６は、ヒンジ１６Ｈおよび１６＠の対を介して展開位置に枢転可能なように、また入力マウスの開口２４を有するものとして示されている。電話機ユニットが使用中の時、フリップカバー１６はその閉じた位置に枢転されて制御キー２を密着してカバーして保護する。
図２は、フリップカバー１６内に形成されるように構成された、極めて図式的な形態の、例示的な、基本的な音響ホーンの平面図である。音声収集および伝送(channeling)用の音響ホーンはそれ自体でカバー１６内に押し広げられた空洞として形成され、マウスないし開口端２４、およびスロート端（喉部）２８を有している。ホーンの屈曲した中心軸３０に沿ったどの点においても、入射音圧はスロート端におけるその最大圧力とマウスにおけるその最小圧力との間の中間の値である。音圧が変化する態様はその断面領域の増加の割合に依存する。断面の増加はホーンが広がるルールにより決定される。好ましい実施形態においては、指数タイプとして実施される。指数装置として、ホーン２６は、そのマウスおよびスロートにおける入射音響エネルギー（あるいは音）源の間の非常に効率的なインピーダンスマッチング手段として機能する。スロート２８が適切な回転音響ジョイント１６＠を介してマイクロホン３２に経路を決められると、図１の電話機ユニット１０はそのセルラー電話ユーザに独特な利益を与えるために理想的に適合される。
動作する場合、基本的な指数ホーン２６は、３〜５ｋＨｚの範囲において高い周波数を遮断を示すために構成され、平らな応答曲線への立上がりが得られる。薄層あるいは発泡／エラストマー材料（図示せず）の不連続部分のような、適切に位置決めされた減衰要素を使用することにより、ホーン２６の実際の動作特性は理論的に予測された値に極めて接近する。
他の音響ホーンタイプが本発明の実施における使用のために考えられる。これらには円錐タイプ、パラボラタイプ、双曲線タイプ、およびその他のタイプのホーンが含まれる。
図２Ａは本発明において好適に使用される音響ホーンおよびその音響入力構成の他の実施形態を示したものである。変更されたホーン２６′は先に説明したようにフリップカバー１６′内に形成されているが、フリップカバー１６′の上表面に移動され適切な寸法および形状をもった複数の開口２４′の形態をした、マウスあるいは開口への音響入力を有している。よって、ホーン２６′の長さはフリップ１６′の端に僅かに足りないところで止まっており、また入力音響エネルギーは、図２に示された端開口２４の代わりに、上部開口２４′を介してホーン内に結合される。フリップ上面および下面の間に多数の小さな仕切り状の構造が延在しており、これにより開口２４′の付近においてホーンが補強され、これら全てによってこの実施形態の入力構成が改善される。仕切り状構造の説明はさらに図４を参照して以下に説明する。
図３を簡単に参照して、フリップカバーおよびその変形した内部音響ホーンの他の実施形態の機械的および音響的詳細事項がさらに提供されている。カバー１６＊は形状が略平らであり、薄い、一側に一対のヒンジ要素を有する平らな部材で形成されている。一対の軸方向のヒンジピン３４および３６はカバー１６＊の回転をガイドし、スロートの音圧を電話機ユニット１０の本体内に据付けられたマイクロホン（図示せず）への経路をつけるためにピン３６は内側の同軸の開口あるいはチャンネル３８を支持している。特に好ましい実施形態においては、押し広げられたホーン２６＊は（図２Ａの押し広げられたホーン２６′のように）断面が長方形であり、スロートからマウスに至る最長６０ｍｍ（約２．３インチ）の長さＬだけ延在しており、この長さはチャネル３８へスロート２８を接続する短い伝送チャネルを含んでない。その開口あるいはマウスの幅Ｗは４０ｍｍ（約１．６インチ）であり、またその開口あるいはマウスの高さＨは１〜２ｍｍである。ホーン２６＊の物理的な範囲および形状は図２Ａの２６′のものと実質的に同じであり、図示を明確にするために多くの識別用の符号は省略した。仮想線はホーン２６＊および薄い、長方形のカバー要素２９の概要を示している。１以上の入力開口２４＊（図示の例では２つを示した）は入射する音響エネルギーをホーン２６＊のマウスに結合するように機能する。開口２４＊はフリップ１６＊の上面内に形成されており、カバー２９の端を僅かに越えて延在している。
機械な動きをより積極的にするには、ケーシング１２内に形成された嵌合構造と組合せて機能する適切な戻り止め手段をヒンジのピボットピン領域に設けることができる。ホーン２６、２６′、あるいは２６＊からマイクロホン３２への音圧の結合のロスをなくすため、適切な密封手段が必要となる。図示を簡単にするため、戻り止めおよび密封手段は図示していない。これらの設計および構造は周知である。
フリップカバー１６、１６′、あるいは１６＊はいずれかの高衝撃性のプラスチック材料で作られる。これらのプラスチックに特に求められる特性は既存の低コストの製造技術を使用して精度良く形成できることである。よって、種々のホーン２６の実施形態の外側の境界を形成する空洞は正確で極めて平らに形成され、これにより高い効率の音響結合構造を達成できる。
図４に示した補助的なホーン構造を使用することで特定の動作環境においてさらに動作効率を上げることができる。ホーンのマウス内に挿入されるとともにホーンの長さの大部分に亘って延在する複数の薄い仕切り４２によりホーンの入力領域が多くのより小さい基本セクションに分割される。これらの例示的な仕切りの長さは図２の破線３０Ｐの範囲まで示されている。仕切り４２の機能は非常に傾いた角度で到達する音響エネルギーへの感度を減らすことによりホーン２６の指向性を形成するとともに、フリップカバー１６を物理的に補強することにある。図３の実施形態のように、主に補強のために使用した場合、それらの物理的な長さはやや少なくされる。
本発明を選択された好ましい実施形態について説明したが、当業者には他の実施形態および変更例は自明であるので、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本明細書では入射する音を無線電話装置のハウジングに固定されたマイクロホンに、回転式の音響ジョイントを介して結合するために音響ホーンを使用することについて説明した。音響的な相互性から見れば、本発明により教示される方法および装置は、内部に設けられた電磁的なトランスデューサからの音出力を回転式のジョイントを介して音響ホーンへ経路をつけることに同様に適用できることは明らかである。よって、トランスデューサとホーンは一緒に、回転式のジョイントを通して音生成および指向性のスピーカを構成する。また、図２のマイクロホン３２はホーン２６のスロートに近接して据付けられるものとして示したが、これは必ずしも必要ではない。よって、単に再位置決めおよび／または音響経路を相互接続することで、マイクロホンは無線電話機内のいずれかの都合の良い場所に据付けることができ、またフリップカバーの上面上の入力開口の大きさ、形状、および位置は最適な性能、外観、およびユーザ採用のために適宜変更できる。

Claims (9)

1. 主要な本体部（１２）、その主要な本体部内に配置されたマイクロホン（３２）、および前記主要な本体部に枢転可能に接続されたフリップ（１６）を備える無線電話機と、
   前記フリップの内部において形状付けされた空洞として形成されマウス（２４）およびスロート（２８）セクションを備える音響ホーン（２６）とを有する無線電話機であって、
   前記無線電話機の主要な本体部にフリップを枢転可能に結合するためおよび無線電話機内部に設けられたマイクロホンに音が向けられた時に音響ホーンのスロートセクションからの音エネルギーを無線電話機の主要な本体部内に伝えるための音響カプラを有し、
   前記音響カプラはフリップの一部を無線電話機の主要な本体部の一部に物理的にヒンジで取付けるための少なくとも１つのヒンジピン（３４、３６）を含み、またヒンジピンが前記無線電話機の主要な本体内の音響ホーンからの音を伝えるために音響ホーンのスロートセクションに連絡可能に接続された軸方向の音チャンネル（３８）を含んでおり、前記音響ホーンのスロートセクションから出た音はヒンジピンを通って軸方向に向かうことを特徴とする、無線電話機。
2. キー平面内に位置決めされたユーザ起動のキー（２０）をさらに含み、また前記フリップが前記キーをカバーし保護するために前記キー平面に隣接し平行に配置されるように枢転可能である、請求の範囲第１項記載の無線電話機。
3. フリップが１８０度より小さい角度で連続的に枢転可能であり、フリップの回転の角度において音響カプラが音響ホーンからの音を無線電話機の主要な本体内に伝えるために機能する、請求の範囲第１項記載の無線電話機。
4. 前記音響ホーンの横断面領域が屈曲した中央のホーンの軸（３０）に沿ってスロートからマウスに指数的に広がる、請求の範囲第１項記載の無線電話機。
5. 前記フリップが、入射音響エネルギーを前記音響ホーン内に結合するために、その上面内に形成された１以上の開口（２４）を含む、請求の範囲第４項記載の無線電話機。
6. 前記音響ホーンのマウスがホーンの入力の指向性を変更するための手段をさらに含む、請求の範囲第４項記載の無線電話機。
7. 変更するための手段が、前記屈曲した中央のホーンの軸と略整列した少なくとも１つの線に沿ってホーンのマウス内に延在する少なくとも１つの仕切られた要素（４２）を有する請求の範囲第６項記載の無線電話機。
8. 無線電話機（１０）の主要な本体（１２）の一部を枢転可能に接続するヒンジピン（３４、３６）を介してフリップ（１６）の一部に音を軸方向に伝えるための方法であって、
   前記フリップが前記ヒンジピンの軸の回りで前後に枢転可能なように無線電話機の主要な本体の一部を前記ヒンジピンを介して前記フリップの一部に枢転可能に接続するステップと、
   前記フリップ内に形成された音響ホーン（２６）のマウスセクション（２４）からの音を前記ホーンのスロートセクション（２８）へ経路づけするステップと、
   前記音響ホーンのスロートセクションからの音を前記ヒンジピン内に形成された音チャンネル内を軸方向に通って無線電話機内に伝えるステップとを有し、前記音を前記無線電話機内に配置されたマイクロホン（３２）内に向けることができ、および
   ヒンジピンおよび内部に形成された軸方向の音チャンネルは、前記無線電話機の主要な本体に対するフリップの移動の枢転可能な範囲においてそれらを通る音を伝えるように機能する、ことを特徴とする結合方法。
9. 軸方向の音チャンネルはヒンジピン内で内部に形成されるとともに完全にヒンジピンを通って延在している、請求の範囲第８項記載の方法。

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