KR100274913B1 - 주변 잡음 감소 전화 송수화기 - Google Patents

Abstract

통상의 송화기단 및 수화기단과 이들을 연결하는 손잡이부를 갖는 무선 또는 전화 송수화기는 잡음 상쇄 회로를 보완하기 위해 음향 특성에 적합한 물리적 특성을 갖도록 설계된다. 수화기 스피커는 수화기 캡내에 탑재되고, 이 캡은 구멍이 뚫린 둥근 형상의 이어피스와 함께 형성되며, 이 이어피스는 수화기 캡의 외부 표면으로부터 연장된다. 이어피스의 둥근 형상은 사용자의 외이에 끼워져 사용자의 귀에 대한 수화기의 위치 설정을 돕는다. 수화기 캡 외부 표면상에 반경 방향으로 배치되고, 상기 이어피스를 에워싸는 개구들은 수화기 스키커로부터의 신호가 직접 사용자의 귀구멍으로 실질적으로 전달되는 음성 그릴을 규정한다. 잡음 흡수 재료는 수화기내의 적절한 위치에 배치된다.

Description

주변 잡음 감소 전화 송수화기

제1도는 송수화기의 측면도.

제2도는 본 발명의 송수화기의 수화기 캡의 부분 측단면도.

제3도는 수화기 캡의 정면도.

제4도는 수화기 입력 구동 전압과 잡음 상쇄 마이크로폰의 출력 전압간의 크기 및 위상 지연 관계를 도시하는 그래프.

제5도는 본 발명의 실시예의 능동 잡음 상쇄 특성을 도시하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

9 : 전화선 10 : 송수화기

11 : 송화기 캡 12 : 수화기 캡

13, 30 : 발포체 14 : 손잡이 부분

15 : 수화기 16 : 와이어

17, 25 : 슬리브 18, 23 : 하우징

19 : 이어피스 20 : 외부 표면

21 : 슬롯 22 : 마이크로폰

24 : 플랜지 26 : 포트

27 : 연장부 28 : 패드

29 : 공동부 31 : 스크린

33 : 통로 40 : 제어 회로

본 발명은 전화 송수화기 장치에 관한 것으로서, 특히 인입 음성 신호의 명료성(intelligibility)에 간섭을 일으키는 주변 잡음의 에너지를 감소시키는 잡음 상쇄 회로의 성능이 향상되게 구성한 수화기에 관한 것이다.

전화 및 기타 다른 통신 스테이션, 예로서, 셀룰러 터미날(cellular terminals)에서의 표준 장비인 송수화기는, 기본적으로 손잡이 부분에 의해 연결된 수화기 및 송화기 마이크로폰(microphone)으로 구성된다. 건설 현장, 기계 상점, 공항, 버스 터미날, 또는 카폰 스테이션(car telephone station)과 같은 잡음이 많은 환경에서 통상적인 수화기를 사용하면, 많은 주변 잡음이 사용자의 청력을 방해하므로 그 효용이 감소한다. 따라서, 음량 제어와 같은 방책을 종래 기술의 송화기에 사용하여, 잡음 신호 레벨에 대해 인입 음성 신호를 증가시킴으로써 인입 음성의 명료성을 향상시킨다. 그러나, 상기한 원하지 않는 잡음이 여전히 사용자에게로 흘러 들어가서, 그 결과의 신호 대 잡음비는 여전히 음성의 명료성에 상당한 갖섭을 초래한다.

종래 기술의 송수화기는 전형적으로 잡음 상쇄 회로를 사용하지는 않았지만, 이러한 회로는, 예를 들면 항공기용으로 사용하는 종래 기술의 송수화기에서 찾아볼 수 있다. 능동 잡음 상쇄 회로는 전형적으로 잡음 상쇄 마이크로폰으로 주변 잡음 신호를 선별하여 원하지 않는 잡음 신호를 역변환한다. 이것을 수신 채널에 인가되어 잡음 신호와 감산적으로 간섭된다. 그러나, 전자적인 상쇄 기법을 내장한 송수화기 설계의 어려움은, 부분적으로는 송수화기의 음향 특성, 구체적으로는 잡음 자체에 대한 잡음 상쇄 신호의 위상 및 진폭의 정합게 관련된다. 송수화기는 잡음 상쇄 작용을 위한 실제의 제어 회로와 일치하는 진폭 및 위상 응답을 가지도록 설계되어야 한다.

본 발명에 따르면, 제1항에 청구된 바와 같은 주변 잡음 감소 전화 송수화기가 제공된다. 수화기 캡의 이어피스(earpiece)는 하우징(housing)이 설치되는 중앙 개구부로서 형성하였다. 이 하우징은 잡음 상쇄 마이크로폰을 포함한다. 이 하우징의 일부분은 사용자의 외이(外耳, outer ear)에 끼위질 수 있도록 이어피스의 외부로 확장된다. 따라서, 마이크로폰은 사용자의 귀구멍 바로 근처의 주변 잡음을 직접 샘플링한다. 잡음 상쇄 회로는 주변 잡음 신호에 최적으로 위상 관련된 잡음 감소 신호를 발생함으로써 주변 잡음에 응답한다.

본 발명의 잡음 상쇄 장치는 제1도에서 전화 송수화기(10)내에 도시되어 있다. 송수화기(10)는 기본적으로 통상적인 구성으로 되어 있으며, 송화기 캡(11) 및 수화기 캡(12)을 포함한다. 음향 차단 발포체(acoustic blocking foam)(13)는 송수화기(10)의 손잡이 부분(14)에 배치된다. 발포체(13)는 상당한 탄성, 우수한 컴플라이언스(compliance) 및 높은 음향 감쇠(damping) 특성을 갖는 발포성 폴리우레탄(open pore polyurethane)과 같은 재료로 구성될 수 있다. 발포체(13)는 송수화기의 송화기로부터 수화기로 전달되는 사용자 자신의 음성 에너지를 가능한 많이 감소시키기 위해 음향 회로에서 필수적인 부분이다. 발포체(13)는 또한 수신기 뒤의 공간을 효과적으로 제어함으로써 송수화기내의 음향 공명을 억제한다.

제2 및 제3도에 도시된 바와 같이, 수화기 캡(12)은 잡음 상쇄 제어 회로(40)를 통해 와이어(wire)(16)에 의해 통신 네트워크의 전화선(9)에 연결되는 전화수화기(15)를 포함한다. 수화기(15)는 수신기 캡(12)의 환형 하우징(annular housing)(18)내에 적절하게 끼워진 스피커 탑재 슬리브(speaker mounting sleeve)(17)내에 수용된다.

수화기 캡(12)은 사용자의 귀와 접촉하는 외부 표면(20)상에서 약간 둥근 형상이 이어피스(earpiece)(19)와 함께 제조된다 제3도에 도시된 일련의 방사형 슬롯(slots)(21)은 음향 그릴(grill)을 제공하며, 이를 통해 수화기(15)로부터의 인입 신호가 사용자의 귀구멍에 도달하게 된다. 슬롯(21)은 또한 수화기(15)로부터 마이크로폰 하우징(23)내에 배치된 마이크로폰(22)까지 최단의 가능한 경로를 따라 음성이 통과하도록 구성되고 배치된다.

마이크로폰 하우징(23)은 외부 표면(20)상에 하우징(23)을 위치시키기 위한 플랜지(flange)(24) 및 내부에 마이크로폰(22)이 고정 설치되는 슬리브(sleeve)(25)를 포함한다. 하우징(23)은 또한 하우징(23)의 연장부(27)를 통해 형성되는 일련의 음성 포트(port)(26)를 포함한다. 연장부(27)는 사용자의 외이에 약간 들어가 사용자의 귀에 대한 수화기의 위치 설정을 보조하며, 마이크로폰(22)을 가능한 한 귀에 가깝도록 위치시켜 사용자의 귀에 들리는 정확한 음성 분포를 감지하게 한다. 음성의 명료성을 향상시키기 위한 제어에 가장 중요한 약 100Hz 내지 1000Hz의 대역폭에 걸친 최적의 잡음 상쇄 성능을 얻는데는 이러한 정합도가 필요하다.

또한, 제2 및 제3도에 도시된 바와 같이, 음성 포트(26)는 음향 그릴 슬롯(21)과 결합하여 짧고 직접적인 마이크로폰(22)과 수화기(15)간의 음성 경로를 형성하여, 비교적 음향 저항 및 위상 지연이 거의 없게 한다. 마이크로폰(22)에 의해 수신된 제어 신호와 회로(40)에서 발생되는 잡음 상쇄 신호간의 위상 지연을 최소화하기 위해서는 수화기(15)와 마이크로폰(22)간의 음향 저항을 최소화하는 것이 매우 바람직하다. 이들 제어 신호와 잡음 상쇄 신호는 가능한 한 위상차가 거의 없어야 한다. 제3도는 필수적으로 서로 근접하게 배치된 음성 포트(26)와 가능고 긴 음성 그릴 슬롯(21)을 도시한다.

마이크로폰(22)을 제어 회로(40)에 연결하는 마이크로폰 와이어(32)는 공동부(cavity)(29)로부터 환형 하우징(18)내에 형성된 통로(33)를 통해 밖으로 나올 수 있다. 바람직하게, 펠트 패드(felt pad)(28)는 마이크로폰(22) 및 음성 포트(26) 사이에 배치되어 포트(26)를 통해 마이크로폰(22)상으로 먼지 및 다른 입자들이 들어오지 못하게 한다. 먼지 및 습기의 침입을 더 확실히 방지하기 위해 음향적 투과가능 재료층을 패드(2)의 상부에 부가할 수도 있다. 음향 슬롯(21)도 마찬가지로 미립자가 내부로 들어오거나 페이퍼 클립 등이 수화기 캡의 내부로 들어올 수 있게 개방되어서는 안된다. 보호 스크린(31)은 수화기(15)위에 배치하는 것이 바람직하다. 스크린(31)은 구멍이 뚫린 금속 디스크 또는 그릴일 수도 있다. 음향적으로, 스크린(31)은 수화기(15)에서 나오는 음성을 왜곡이나 감소없이 전달하는 역할을 한다.

제2도에 도시된 바와 같이, 수화기 캡(12)은 발포체(30)가 내부에 위치되는 공동부(29)를 포함한다. 발포체(30)는 특성적으로 열린 셀(open cell) 구조를 가지며 중량이 가벼운 것이 바람직하다. 그물 형상의 폴리우레탄 발포체가 적합한 재료중의 하나이다. 발포체(30)는 수화기(15)내로 들어오는 이물질을 막고, 바람직하지 않은 공명 모드 및 포위제 또는 사용자의 귀로부터 나오는 반사 성분을 감쇠시킴으로써 위상 응답도를 평활화한다.

잡음 상쇄 신호 구동 수화기(15)와 마이크로폰(22)에서 발생하는 제어 신호간의 잔류 위상 지연은 사전결정될 수도 있다.

본 발명의 송수화기 설계는, 스피커 입력 전압으로부터 마이크로폰 출력 전압으로의 전기음향적 전달 함수를 생성하며, 복잡도가 낮은 보상 회로를 부가하여 100Hz 내지 1100Hz의 범위에서 탁월한 폐루프 상쇄 성능을 제공한다. 제4도에 도시된 이러한 전달 함수는 몇가지의 중요한 특징을 제공한다. 먼저, 그 전달 함수는 불규칙하거나 피크 응답 부분없이 주파수에 따라 점차적으로 변한다. 또한, 그 전달 함수의 크기는 약 1000Hz 보다 높은 주파수에서 급격히 하락하여 약 2000Hz 이상의 거의 모든 공명 피크가 실질적으로 최대 진폭으로부터 20dB 이상 떨어지게 된다. 또한, 전달 함수의 위상은 제4도의 하측에 도시된 곡선으로부터 볼 수 있는 바와 같이 약 100Hz으로부터의 범위 및 3000Hz를 초과하는 범위에서 0°내지 360°사이의 범위에 있다. 본 발명의 물리적인 설계 개념은 이들 결과를 성취하는데 도움을 준다.

중요한 것은 슬롯(21) 및 포트(26)의 크기와 형상이 마이크로폰(22)과 수화기 포위제의 음향 공명을 방지하도록 제어되어야 한다는 것이다. 포트(26) 및 마이크로폰(22)과 관련된 마이크로폰 하우징(23)으로 둘러싸인 공간은 잠재적 공명 음향 챔버(chamber)를 포함한다. 가청 주파수 범위내의 주파수에서 이러한 챔버의 공명 응답은 음향 잡음 감소 성능을 저하시키는 진폭 및 위상 응답 왜곡이 생기게 할 것이다. 포트(26)의 구성, 직경 및 길이는 상기한 왜곡 효과를 감소시키도록 선택되었다. 마찬가지의 바람직하지 않은 공명 효과는, 음성을 통과시키면서 스피커에 대한 접근을 방지하는 슬롯(21)의 형성에 의해 수화기 포위체내에서 배제된다.

본 발명의 효용성은, 제5도를 참조하면, 더욱 확실할 수 있다. 단일 대상자에 대한 실험으로부터 얻은 잡음 상쇄 대 주파수에 대한 데이타는 본 발명이 상보형 잡음 상쇄 보상 회로와 함께 사용한 경우에 대한 것이다. 잡음 상쇄는 사용자의 귀에서 dB로 측정된 상쇄 회로가 "오프(off)"일 때의 잡음 파워 스펙트럼(noise power spectrum)과 상쇄 회로가 "온(on)"일 때의 잡음 파워 스펙트럼의 비로서 규정될 수도 있다. 이같은 측정은 대상자의 고막에서 에티모틱 이어 프로브(Etymotic ear probe)를 스펙트럼 분석기와 함게 사용하여 행해졌다. 제5도는 100Hz 내지 1100Hz 범위에 걸친 잡음 상쇄 성능을 도시한 것으로서, 잡음 상쇄 성능은 130Hz 내지 700Hz의 범위에서 10dB 이상으로, 그리고 400Hz에서는 15dB까지 이르렀다. 이러한 상쇄 주파수 대역은 앞서 언급한 전형적인 잡음이 많은 환경에서 매우 효과적이다. 이 잡음 상쇄 레벨은 다른 불명료한 인입 음성을 알아들을 수 있도록 하는데 충분하다.

Claims (8)

1. 송화기단과, 수화기단과, 상기 송화기단 및 수화기단상에 각각 배치된 송화기 및 수화기 캡(11, 12)과, 상기 수화기 캡(12)내에 탑재된 수화기(15)와, 잡음 상쇄 마이크로폰(22)과, 잡음 상쇄 제어 회로(40)와, 상기 회로(40)에 상기 마이크로폰(22)을 연결하는 수단(32)을 포함하는 주변 잡음 감소 전화 송수화기(10)에 있어서,

   상기 수화기 캡(12)은 외부 표면(20)상에 중앙 개구가 형성된 이어피스(19)를 포함하고,

   상기 개구를 통해 탑재되고 상기 수화기(15)쪽을 향해 상기 캡(12)의 내부로 연장되는 하우징(23)은 상기 마이크로폰(22)을 수용하며,

   상기 하우징은 외측으로 돌출하는 연장부(27)를 더 포함하며, 이 연장부는 사용자의 외이(外耳, outer ear)에 끼워져 상기 마이크로폰(22)이 사용자의 귀구멍에 가장 근접한 곳의 주변 잡음을 직접 샘플링할 수 있도록 상기 마이크로폰(22)을 위치 결정하는 것을 특징으로 하는 주변 잡음 감소 전화송수화기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 이어피스(19)를 통해 상기 개구 주위에 배치되어, 상기 수화기(15)로부터의 신호가 직접 사용자의 귀구멍에 실질적으로 전달되는 음성그릴(accoustic grill)을 규정하는 다수의 방사형 슬롯(21)을 더 포함하는 주변 잡음 감소 전화 송수화기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 하우징 연장부(27)는 다수의 음성 포트(26)를 포함하며, 상기 포트(26)는 상기 마이크로폰 하우징(23)의 공명 응답 특성을 감소시키도록 구성되고 크기가 설정되는 주변 잡음 감소 전화 송수화기.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 마이크로폰(22)과 상기 포트(26) 사이에 배치되어, 상기 포트(26)를 통해 상기 수화기 캡 내부로 들어오는 미립자를 차단하는 음향적 투과가능 패드(28)를 더 포함하는 주변 잡음 감소 전화 송수화기.
5. 제4항에 있어서,

   상기 패드(28)의 외부 대향 표면위에 배치된 음향적 투과기가능 먼지층 및 습기 불투과성(moisture-impermeable) 재료층을 더 포함하는 주변 잡음 감소 전화 송수화기.
6. 제5항에 있어서, 상기 수신기(15)의 외부 대향면위에 배치되어, 최소의 왜곡 및 에너지 손실로 상기 수화기(15)로부터의 음성을 통과시키는 음향적 비왜곡 보호 스크린(31)을 더 포함하는 주변 잡음 감소 전화 송수화기.
7. 제6항에 있어서,

   상기 수화기 캡(12)은 상기 수화기(15) 및 상기 마이크로폰(22) 사이의 공간내에 수용되는 열린 셀 발포체(30)를 더 포함하며, 상기 발포체(30)는 상기 캡(12)의 내부 공간과 사용자의 귀로부터 나오는 공명 모드 및 반사 성분을 감쇠시키는데 적합한 주변 잡음 감소 전화 송수화기.
8. 제6항에 있어서,

   상기 스크린(31)은 구멍이 뚫린 형상의 금속 디스크를 포함하는 주변 잡음 감소 전화 송수화기.