NL9401421A

NL9401421A - Capacitor microphone for installation in a helmet

Info

Publication number: NL9401421A
Application number: NL9401421A
Authority: NL
Inventors: Af Van Tenaamstelling. Ziet
Original assignee: Tech Handelsonderneming Theuni
Priority date: 1994-09-01
Filing date: 1994-09-01
Publication date: 1996-04-01

Abstract

Capacitor microphone for installation in a helmet, speech signals from the wearer via contact between the microphone and the head of the wearer being converted into an electrical signal. The microphone is switched on and off by the wearer. The microphone is fitted into the headband of a helmet and, when in use, lies against the forehead of the wearer. A maximum distortion of the signal of 6% and increased sensitivity in the voice frequency range are implemented by placing a weight on the membrane of the microphone with a weight of 95 - 190 μg/mm2 of membrane surface area and with a surface area of 6 - 14% of the surface area of the membrane.

Description

Condensator-mlcrofoon voor inbouw 1n een helmCondenser microphone for mounting 1n a helmet

De uitvinding heeft betrekking op een condensator-mlcrofoon voor Inbouw In een helm, die door spraak van de drager van de helm opgewekte bewegingen van het gedeelte van het hoofd van de drager waarmee h1j In contact 1s, omzet 1n een elektrisch signaal en die door de drager van de helm 1n- en ultgeschakeld kan worden.The invention relates to a condenser microphone for mounting in a helmet, which converts movements of the part of the head of the wearer with which h1j into contact 1s, which is generated by speech from the wearer of the helmet, and which is converted by an electrical signal. wearer of the helmet can be switched on and off.

Dergelijke microfoons en helmen waarin ze zijn Ingebouwd, zijn algemeen bekend. In het bijzonder worden dergelijke helmen gebruikt als brandweerhelmen. De microfoons zijn aangesloten op een communicatiesysteem, bijvoorbeeld een portofoon, Intercom, enz., zodat de dragers onderling en/of met een centrale contact kunnen onderhouden. Eisen die aan de microfoons en de helmen waarin ze zijn gemonteerd worden gesteld, zijn in het bijzonder: goede verstaanbaarheid van stem van de drager en draagcomfort.Such microphones and helmets in which they are incorporated are generally known. In particular, such helmets are used as fire helmets. The microphones are connected to a communication system, for example a walkie-talkie, Intercom, etc., so that the carriers can maintain mutual contact and / or with a central contact. Requirements for the microphones and helmets in which they are mounted are in particular: good intelligibility of the wearer's voice and wearing comfort.

De Ingebouwde microfoons nemen de spraaksignalen van de drager op door fysiek contact met het hoofd. Bijvoorbeeld ligt dan de microfoon binnen de helm aan tegen het achterhoofd van de drager, tegen diens kaak of tegen diens strottehoofd. Deze bekende microfoons en de wijze waarop ze in helmen zijn ingebouwd, hebben bepaalde nadelen.The built-in microphones record the wearer's speech signals through physical contact with the head. For example, the microphone within the helmet rests against the back of the wearer, against his jaw or against his larynx. These known microphones and the way in which they are built into helmets have certain drawbacks.

Een eerste nadeel is dat de frequentiekarakteristiek ervan niet optimaal is, waardoor de spraaksignalen van de drager onvoldoende duidelijk doorkomen.A first drawback is that its frequency characteristic is not optimal, as a result of which the wearer's speech signals do not come through clearly enough.

Een tweede nadeel is dat de genoemde sltuerlngen van de microfoon in de helm praktische problemen opleveren. Zo geeft een microfoon op het strottehoofd een knellend gevoel rond de keel, wat door de drager als zeer onprettig wordt ervaren. Een hoofdmicrofoon heeft de neiging tijdens het lopen het contact met het hoofd te verliezen, waardoor de drager niet meer te verstaan 1s.A second drawback is that the said slurling of the microphone in the helmet presents practical problems. For example, a microphone on the larynx gives a pinching feeling around the throat, which the wearer finds very unpleasant. A main microphone tends to lose contact with the head when walking, causing the wearer to no longer understand 1s.

Voor een kaakmlcrofoon geldt, dat deze altijd is ingebouwd in een hoofdtelefoon die niet onder Iedere helm past. Bovendien wordt deze als knellend en broeiend ervaren.A jaw microphone is always built into headphones that do not fit under any helmet. Moreover, it is experienced as pinching and scalding.

Een oplossing kan worden gezocht 1n een andere situering van een microfoon in de helm. Dit bleek echter tot nu toe niet met succes uitvoerbaar. Een gunstigere situering van de microfoon zou bijvoorbeeld kunnen zijns op het voorhoofd van de drager, bijvoorbeeld in de hoofdband van de helm. Weliswaar leidt dit tot een verbeterd draagcomfort, maar het bleek dat de werking van de microfoon te zeer achteruit gingt in het spraakfrequentiegebied (400-4000 Hz), een te lage gevoeligheid en een te grote vervorming van het afgegeven signaal - e.e.a. mede een gevolg van het feit dat bij een dergelijke plaatsing het membraan van de microfoon 1n belangrijke mate in trilling wordt gebracht door luchttri Hingen en niet door beweging van het oppervlak van het voorhoofd.A solution can be found in a different location of a microphone in the helmet. However, this has so far proved unsuccessful. For example, a more favorable location of the microphone could be on the wearer's forehead, for example in the helmet's headband. Although this leads to an improved wearing comfort, it turned out that the operation of the microphone deteriorated too much in the speech frequency range (400-4000 Hz), too low sensitivity and too great a distortion of the output signal - partly due to the fact that in such an arrangement the diaphragm of the microphone 1n is vibrated to a significant degree by air triangulation and not by movement of the surface of the forehead.

Volgens de uitvinding is het mogelijk om bij plaatsing van de microfoon in de hoofdband, zodat deze tegen het voorhoofd aanligt, toch een voldoende gevoeligheid en een aanvaardbare mate van vervorming (< 6%) te realiseren.According to the invention, it is possible to realize a sufficient sensitivity and an acceptable degree of distortion (<6%) when the microphone is placed in the headband so that it rests against the forehead.

De condensator-microfoon volgens de uitvinding, vertoont daartoe het kenmerk dat hij in gebruik geplaatst is in de hoofdband van de helm, in het gedeelte ervan dat aanligt tegen het voorhoofd en dat het membraan ervan is verzwaard met een op het membraan aangebracht, plaatvor-mig gewichtje. Dit gewichtje wordt min of meer centraal op het in trilling te brengen membraan bevestigd. Het bleek dat zonder dat de frequen-tiekarakteristiek van de microfoon in het spraakfrequentiegebied significant wordt beïnvloed, de contactgevoeligheid daarvan aanzienlijk -bijvoorbeeld met een factor 3 - kan worden verhoogd. Weliswaar neemt de vervorming van het signaal toe met toenemend gewicht, maar deze toeneming is bij kleine gewichtje gering en derhalve aanvaardbaar wanneer kleine vervormingen op zichzelf aanvaardbaar zijn.The condenser microphone according to the invention, for this purpose, is characterized in that it is placed in use in the headband of the helmet, in the part thereof which rests on the forehead and that its membrane is weighted with a sheet metal plate mounted on the membrane. mig weight. This weight is attached more or less centrally to the membrane to be vibrated. It was found that without significantly influencing the frequency characteristic of the microphone in the speech frequency range, its contact sensitivity can be increased considerably, for example by a factor of 3. Although the distortion of the signal increases with increasing weight, this increase is small at small weights and therefore acceptable when small distortions are acceptable per se.

Wanneer een normaal gebruikelijke microfoon wordt gebruikt (bijvoorbeeld type Monacor MCE-201 met een frequentiebereik van 20 - 16.000 Hz met een uitgangsimpedantie van 1 - 2 ΚΩ en met een signaal/ruisver-houding van >40 Db) zal, bij een maximale vervorming van 6* in het gebied van de spraakfrequentie een gewicht op het membraan van tussen de ca. 95 en ca. 190 pg/mm2 goede resultaten opleveren. Het oppervlak van het gewichtje dient dan van 6-14 % van het oppervlak van het membraan te bedragen.When a normal usual microphone is used (for example type Monacor MCE-201 with a frequency range of 20 - 16,000 Hz with an output impedance of 1 - 2 ΚΩ and with a signal-to-noise ratio of> 40 Db), at a maximum distortion of 6 * in the area of the speech frequency, a weight on the membrane of between approx. 95 and approx. 190 pg / mm2 yields good results. The area of the weight should then be from 6-14% of the area of the membrane.

Wanneer het membraanoppervlak 50-90 mnr bedraagt, betekent dit een gewichtje van 6-12 mg met een diameter tussen 2-4 mm.When the membrane surface is 50-90 mnr, this means a weight of 6-12 mg with a diameter between 2-4 mm.

Bij een membraanoppervlak van 64 mm2 werden optimale resultaten bereikt met een gewicht van 8 mg en met een diameter van 2 mm.Optimal results were achieved with a membrane area of 64 mm2 with a weight of 8 mg and a diameter of 2 mm.

De uitvinding zal nader worden toegeiicht aan de hand van de figuren, waarvanThe invention will be further elucidated with reference to the figures, of which

Fig.l een hoofdband toont met ingebouwde microfoon;Fig. 1 shows a headband with built-in microphone;

Fig.2 schematisch een microfoon weergeeft, waarin op het membraan een gewichtje is bevestigd;Fig. 2 schematically represents a microphone in which a weight is mounted on the membrane;

Fig.3 aangeeft hoe de vervorming van het signaal van de microfoon verloopt als functie van het opgebrachte gewicht enFig. 3 shows how the distortion of the signal from the microphone works as a function of the applied weight and

Fig.4 dat zelfde aangeeft als functie van de diameter;Fig.4 indicates the same as a function of the diameter;

Fig.5 aangeeft hoe de contactgevoeligheid van de microfoon verloopt als functie van het opgebrachte gewicht enFig. 5 shows the contact sensitivity of the microphone as a function of the applied weight and

Fig.6 dat zelfde aangeeft als functie van de diameter.Fig.6 indicates the same as a function of the diameter.

In Fig.l is de hoofdband 1 die deel uitmaakt van een binnenhelm, voorzien van een uitsparing 2, waarin een microfoon kan worden bevestigd, bijvoorbeeld met behulp van een tule 3. Met het gedeelte van de band waarin zich de uitsparing 2 bevindt, ligt de band aan tegen het voorhoofd van de drager van de helm.In Fig. 1, the headband 1, which is part of an inner helmet, is provided with a recess 2, into which a microphone can be attached, for example with the aid of a tulle 3. With the part of the band in which the recess 2 is located, the strap against the forehead of the wearer of the helmet.

Fig.2 toont schematisch hoe het membraan 4 van een microfoon 5 is verzwaard met een gewichtje 6.Fig. 2 schematically shows how the membrane 4 of a microphone 5 is weighted with a weight 6.

Fig.3 toont het verband tussen het gewicht van het opgebrachte gewichtje en de vervorming van het signaal. Dit verband werd gemeten bij gebruikmaking van een gewichtje met een diameter van 2 mm. Uit de grafiek blijkt dat wanneer een vervorming van maximaal 6* toelaatbaar is, het gewicht niet meer dan 12 mg mag bedragen.Fig. 3 shows the relationship between the weight of the applied weight and the distortion of the signal. This relationship was measured using a 2 mm diameter weight. The graph shows that when a deformation of up to 6 * is permissible, the weight should not exceed 12 mg.

Fig.4 toont het verband tussen de signaal vervorming en de diameter van het gewichtje. Gemeten werd bij een gewicht van 8 mg. Uit deze grafiek blijkt dat bij een maximale vervorming van 6% de diameter minder dan 3 mm moet zijn.Fig.4 shows the relationship between the signal distortion and the diameter of the weight. Measurement was carried out at a weight of 8 mg. This graph shows that at a maximum deformation of 6%, the diameter should be less than 3 mm.

Fig.5 toont de contactgevoeligheid van de microfoon als functie van het opgebrachte gewicht. Die gevoeligheid blijkt met toenemend gewicht eerst toe te nemen tot een maximum en daarna weer af te nemen. Bij gewichten die liggen tussen ca. 6 en ca. 12 mg, blijkt een toeneming van de gevoeligheid te kunnen worden gerealiseerd van ca. een factor 3. De metingen werden gedaan bij gebruik van gewichtjes met een diameter van 2 mm.Fig. 5 shows the contact sensitivity of the microphone as a function of the applied weight. This sensitivity first appears to increase to a maximum with increasing weight and then to decrease again. For weights ranging from about 6 to about 12 mg, an increase in sensitivity of about a factor of 3 appears to be possible. The measurements were made using weights with a diameter of 2 mm.

F1g.6geeft de contactgevoeligheid als functie van de diameter van het gewichtje. Bij diameters van tussen de 2 en 4 mm blijken de hoogste waarden voor de gevoeligheid te worden gerealiseerd. Gemeten werd met gewichtjes van 8 mg. De gegevens als weergegeven in de grafieken 3 t/m 6 combinerend, blijkt dus dat optimale resultaten worden bereikt bij een gewicht van tussen 6 en 12 mg en een diameter van tussen 2 en 3 mm.F1g.6 gives the contact sensitivity as a function of the diameter of the weight. With diameters between 2 and 4 mm, the highest sensitivity values appear to be realized. Measurements were made with 8 mg weights. Thus, combining the data shown in Graphs 3 through 6, it appears that optimal results are achieved at a weight of between 6 and 12 mg and a diameter of between 2 and 3 mm.

Alle metingen, waaruit de grafieken volgens de figuren 3 t/m 6 resulteerden, werden uitgevoerd met behulp van een microfoon met een membraanoppervlak van 64 mm^ en bij diverse frequenties tussen 500 en 4000 Hz, het z.g. spraakgebied. Bij metingen, verricht met behulp van microfoons met andere membraanoppervlakken, bleek dat er een vrijwel lineair verband bestaat tussen de grootte van het membraanoppervlak en de gemeten grootheden, zodat voor optimalisering van de vervorming en van de gevoeligheid door het opbrengen van een gewichtje op het micro-foonmembraan voor microfoons met verschillende membraanoppervlakken voor gewicht en diameter van het gewichtje de in conclusie 2 genoemde grenzen gelden.All measurements, from which the graphs according to figures 3 to 6 resulted, were carried out with the aid of a microphone with a membrane surface of 64 mm and at various frequencies between 500 and 4000 Hz, the so-called speech area. Measurements made using microphones with other membrane surfaces showed that there is an almost linear relationship between the size of the membrane surface and the measured magnitudes, so as to optimize the distortion and sensitivity by applying a weight to the micro Phone membrane for microphones with different membrane surfaces for weight and diameter of the weight, the limits stated in claim 2 apply.

Bij het verrichten van de diverse metingen bleek dat verzwaring van het membraan met gewichten binnen het genoemde gebied - tussen de 6 en 12 mg - de f requentiekarakteri stiek van de microfoon in het spraakgebied niet beïnvloedt.During the various measurements it was found that weighting of the membrane with weights within the mentioned range - between 6 and 12 mg - does not influence the frequency characteristic of the microphone in the speech area.

Als bijkomend voordeel van de verzwaring van het membraan volgens de uitvinding blijkt dat die constructie er toe leidt dat de microfoon aan de achterzijde minder gevoelig is voor achtergrondgeluid, waarmee een winst van ca. 10 dB behaald wordt.As an additional advantage of the weighting of the membrane according to the invention, it appears that this construction means that the microphone at the rear is less sensitive to background noise, with a gain of about 10 dB.

Claims

1. Condenser microphone for installation in a helmet, which converts movements of the part of the head of the wearer with which it comes into contact, which is generated by speech from the wearer of the helmet, and which is converted by an electric signal and transmitted by the wearer of the helmet Can be switched on and off, characterized in that it is placed in use 1s 1n the headband of the helmet, 1n the part of it that rests against the forehead and that its membrane is weighted 1s with a plate-shaped weight placed on the membrane.

Condenser microphone according to claim 1, characterized in that when using an electret microphone with a frequency range of 20-16000 Hz, with an output impedance of 1 to 2 ΚΩ, and with a signal-to-noise ratio of> 40 Db, at a maximum distortion of 6% in the region of the speech frequency, the weight on the membrane has a weight of between about 95 and about 190 pg / mnr and its surface is 6 to 14% of the surface of the membrane.

Condenser microphone according to claim 2, characterized in that with a membrane surface of 50-90 mm the weight has a weight of 6-12 mg and its diameter is between 2 and 4 mm.

Condenser microphone according to claim 3, characterized in that the surface of the membrane is 64 mm, the weight has a weight of 8 mg and the diameter is 2 mm.

5. Helmet provided with a headband with a condenser microphone in the portion thereof which abuts the forehead, according to any one of claims 1-4.