NO316560B1 - Mikrofon med avstandsmåler - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en mikrofon som omfatter et mikrofonhus, en akustoelektnsk transduser i en fremre del av huset for mottaking av lyd fra en lydavgiver, samt utstyr for overføring av lydrepresenterende signaler fra transduseren, ut av mikrofonen og til eksternt lydsignal-bearbeidingsutstyr, og hvor mikrofonen er utstyrt med et element for måling av avstand til lydavgiveren Fra tysk publikasjon DE 36 38 480 C2 er kjent en mikrofon som inneholder et element for måling av avstand til en lydavgiver Denne kjente mikrofonen synes imidlertid å være et relativt stort apparat med separat anordnet mikrofontransduser og avstandsmåleelement, og angår fortrinnsvis måling av avstand til en person for eksempel på en scene, i forhold til en fast plassert mikrofon

Mikrofoner, særlig sangmikrofoner, har ofte det problem at avstanden fra mikrofonen til selve lydavgiveren, for eksempel en artists munn, influerer på den lyd som resulterer fra mikrofonopptaket Mikrofoner har forskjelllige typer retmngskarakteristikker og forskjellige typer avstandsrespons, og det foretas gjerne en optimalisering med hensyn på spesielle parametere når en mikrofon produseres Således vil det for eksempel være meningen at en spesiell mikrofon skal benyttes svært nære, mens en annen mikrofon kan være laget for å oppfange lyd fra større avstand En mikrofon som er optimalisert for en viss type bruk, vil kunne gi dårlig resultat når bruken avviker noe fra den opprinnelig påtenkte bruk, og resultatet kan være overdrevne S-lyder, feilaktig frekvensrespons osv

Det foreligger derfor et behov for en mikrofon av mer fleksibel type, dvs en mikrofon som med letthet kan justere seg til optimalisering av parametere for forskjellige avstander til en lydavgiver Foreliggende oppfinnelse tar sikte på å løse dette problemet, og ifølge oppfinnelsen er det således frembrakt en mikrofon som innledningsvis angitt, og som kjennetegnes ved at elementet for måling av avstand er innbefattet i den akustoelektriske transduseren

I en viktig utførelsesform av oppfinnelsen utgjøres transduseren av elastiske, piezoelektnske folier opphengt i en omgivende ramme og med et massivt senterlegeme, idet senterlegemet inneholder det avstandsmålende elementet

Det avstandsmålende elementet kan være en ultralyd-ekkomåler Utralyd-ekkomåleren kan omfatte to piezoelektnske elemernter, ett for utsendelse av en smal utralyd-stråle fremover mot lydavgiveren, og ett for mottaking av ultralyd-ekko fra lydavgiveren

Alternativt kan elementet for måling av avstand være en laser-avstandsmåler

Mikrofonhusets indre rom kan inneholde kretser for generering, hhv tolkning, av signaler til, hhv fra, elementet for måling av avstand Deler av disse kretsene kan være innrettet for generering av ultralydsvingninger for eksitenng av et piezoelektrisk ultralyd-senderelement, og andre deler av kretsene kan være innrettet for mottaking og tolkning av mottatte signaler fra et piezoelektrisk ultralyd-mottakerelement

Alternativt kan deler av kretsene være innrettet for generering av styringssignaler for utsendelse av lys fra et laserelement i avstandsmåleren, og andre deler av kretsene kan være innrettet for mottaking og tolkning av mottatte refleks-signaler fra en lysdetektor i avstandsmåleren 1 en utførelsesform av mikrofonen ifølge oppfinnelsen innbefatter mikrofonen en kretsanordnmg for utnyttelse av målt avstand, hvilken kretsanordning har minst en funksjon i en gruppe funksjoner som innbefatter avstengning av overføringen av lydrepresenterende signaler fra mikrofonen,

justering av en forsterkningsfaktor som funksjon av den målte avstanden, og

justenng av en equalizer-innstillmg som funksjon av den målte avstanden

I en ytterligere utførelsesform av mikrofonen ifølge oppfinnelsen, er avstandsmålerelementet og kretser tilknyttet dette, også innrettet for lyddeteksjon ved demodulasjon av et refleks-signal fra lydavgiveren, hvilket refleks-signal, som er høyfrekvent, får overlagret lydmodulasjon fra lydavgiveren og fra omgivelsesstøy

I det følgende skal oppfinnelsen belyses i mer detalj med omtale av utførelseseksempler, og det vises i denne sammenheng til de vedføyde tegningene, hvor

Fig 1 viser en mikrofon ifølge oppfinnelsen, i en utførelsesform med ledning, Fig 2 viser en mikrofon ifølge oppfinnelsen med trådløst overføringssystem, Fig 3 viser samme mikrofon som i fig 1, men uten omgivende mikrofonhus, Fig 4 viser de øverste delene som fremgår i fig 3 i nærmere detalj, og

Fig 5 viser mikrofonens lydtransduser

Det skal først påpekes at de utførelsesformer som omtales i det følgende, bare er ment som eksempler på hvordan mikrofonen ifølge oppfinnelsen kan realiseres, idet begrensningene bare fremgår av det vedføyde selvstendige patentkravet Således er mikrofonen ifølge oppfinnelsen ikke spesifisert med hensyn til hvordan oppfanget lyd bearbeides i selve mikrofonen eller av utstyr til behandling av signaler som overføres fra mikrofonen, og heller ikke med hensyn på hvordan elektriske, lydrepresenterende signaler overføres fra mikrofonen, for eksempel via tilknyttet ledning eller via et trådløst overføringssystem Således er det i fig 1 og fig 2 vist to utgaver av mikrofonen 1 ifølge oppfinnelsen, med overføring gjennom signalledning 2 (fig 1) hhv via radiosender 3 og antenne 4 (fig 2) For øvrig fremgår bare ytre detaljer av fig 1 og 2, mens de detaljer som er avgjørende for foreliggende oppfinnelse, fremgår av de følgende figurer 3, 4 og 5

I fig 3 sees en tilsvarende mikrofon som i fig 1, men uten ytre mikrofonhus 5 (fig 1, fig 2) Samme mikrofon-topp 6 som i fig 1 og fig 2 fremgår også i fig 3 og fig 4, men i disse figurene fremgår også en akustoelektnsk transduser 7, som vises i mer detalj i fig 5 Den primære funksjonen for transduseren 7 er selvfølgelig å oppfange lydsvingninger overført gjennom luften fra en lydavgiver, for eksempel en artists munn, og gjennom den gitter-formede mikrofontoppen 6 Den viste transduseren 7 har en ytre ramme 8, og stivt opphengt i denne via bjelker 9, en indre ramme 10 Inne i rammen 10 befinner det seg et antall piezoelektnske membranfolier med sektor-form og små radiale spalter 12 mellom sektorene Sentralt er foliebitene 11 festet i et senterlegeme 13 Når lydbølger treffer de sektorformede foliemembranene, settes de i svingninger, og bevegelsene fører til at det genereres spenninger i de piezoelektnske foliene Disse spenningene føres ut på ledninger 14, idet hver enkelt foliebit 11 er forsynt med separate signalledninger En slik transduser som i en foretrukket utførelsesform er tenkt benyttet i mikrofonen ifølge oppfinnelsen, finnes omtalt i søkerens tidligere US-patentsøknad med serienummer 09/788,607, inngitt 21 februar 2001 I den nevnte US-søknaden fremgår følgende varianter som det kreves prioritet for i herværende oppfinnelse

I selve senterlegemet 13 er det innlagt piezoelementer 15,16, dvs et piezoelement 15 for utsendelse av vibrasjoner, og et piezoelement 16 for mottaking av reflekterte vibrasjoner Sig na I led ere til/fra senterlegemets piezoelementer vises ikke i fig 5, men de følger baner på sektorene 11 fra senterlegemet 16 og ut til viste signalledninger 17 Piezoelementene 15 og 16 er her innstøpte "halvmåner" av piezomatenale Virkemåten vil f eks være at senterlegemets piezoelement 15 sender ut høyfrekvente vibrasjoner, gjeme i området 5-10 MHz (men ikke begrenset til dette området), for å foreta en ekko-avstandsmåling, eventuelt en ekko-Doppler-undersøkelse for nøyaktigere undersøkelse av lydavgiverens bevegelsesmodus

Reflekterte vibrasjoner oppfanges med elementet 16 En slik ultralyd-stråle som utsendes fra senterlegemet, kan være svært smal og rettet, og vil for eksempel passere sentralt ut gjennom mikrofontoppen 6, dvs gjennom et særskilt senterhull De to "halvmåneformede" piezoelementene 15 og 16 kan for øvrig gis parabolsk eller tilnærmet parabolsk krumning for å oppnå utsendelse av en smal stråle og for tilsvarende retningsvirkende mottaking

De forskjellige sektorene av lydmottakings-elementet med piezofolier 11, kan også benyttes både til utsendelse og mottaking, men dette er av noe mindre interesse i en mikrofon-utførelsesform Hovedsakelig gir de separate sektorene muligheter for kombinenng av signaler elektronisk for å kunne kansellere støy

Et annet trekk ved transduserelementet er oppspenmngs-systemet på undersiden av senterrammen 10 Et system av stag 18 gir hold for en strammeskrue 19 som ved betjening kan trekke senterlegemet 13 noe nedover, slik at fohesektorene 11 innenfor senterrammen 10 gis en nedoverskrånende stilling mot senterlegemet 13, slik at hele den aktive delen av transduseren får en noe mer "parabolsk" fasong, og dermed blir mer retningsvirkende Dersom senterskruen 19 utgjør en stiv kobling hele veien opp til senterlegemet 13 på undersiden, bare med mulighet for opptak av rotasjon, låses senterlegemet 13 mot vibrasjon i vertikal retning, og fohesektorene 11 vil da bare kunne vibrere mellom et slikt fastholdt senterlegeme 13 og en fastholdt mnerramme 10, men hvis en overgang mellom oppstrammingsskruen 19 og senterlegemet 13 er forsynt med et elastisk ledd, vil fortsatt hele systemet av foliesektorer og senterlegemet ha en vibrasjonsmodus i vertikal retning, men modifisert med den elastiske koblingens påvirkning

Signaler til/fra de aktive elementene 11,15,16 i transduseren føres som nevnt langs signalledninger 14, 17 (fig 5) og videre til/fra bunnenheten 20 som vises i fig 3 Denne bunnenheten 20 kan inneholde signalbearbeidelses-utstyr, eksempelvis A/D-omformer, styrbar/programmerbar equalizer, forsterker og annet På den annen side er det også mulig å føre signalene til/fra de aktive elementene direkte ut på ledning 2 dersom mikrofonen er av en type med ledningstilknytning Men med hensyn på avstandsmåle-systemet som mikrofonen er utstyrt med, er det av spesiell interesse med interne kretser, inneholdt i bunndelen 20, for generering av ultralydsignal til piezoelementet 15, og kretser for mottak og tolkning av mottatte refleks-signaler fra piezoelement 16 Bunndelen 20 vil fortrinnsvis inneholde en kraftkilde i form av et batteri, som også er nødvendig for drift av eventuelle andre kretser som nevnt ovenfor, og i tilfellet med trådløs overføring til eksternt utstyr (fig 2), også er for drift av radiosender/mottaker i enheten 3 (fig 2) Kretsene for tolkning av avstandsmålings-signaler vil for øvrig være innrettet for utnyttelse av måleresultatet, for eksempel ved å avstenge overføring av lydrepresenterende signaler fra mikrofonen dersom avstanden til lydavgiveren overskrider en viss forhåndsinnstilt grense Tilsvarende vil avstandsmåler-resultatet kunne benyttes til justering av en forsterkningsfaktor for forsterkeren som er innebygd, eventuelt for en forsterker i det eksterne utstyret, og da slik at en kort avstand vil kunne medføre dempning, mens en lengre målt avstand vil medføre øket forsterkning I tillegg kan man påvirke en frekvenskurve, altså en equalizer-innstilling, som funksjon av den målte avstanden, for eksempel ut fra kjente forhold mellom avstand til lydavgiver og forekomst av spesielle, uønskede frekvenshevmnger eller frekvens-dip i lyd-resultatet

Når det gjelder fjerning av støy, har også senterlegemet med avstandsmåle-system en dobbeltfunksjon Det er nemlig slik at det høyfrekvente ultralyd-signalet som utsendes fra elementet 15 og reflekteres fra lydavgiveren, etter refleksjonen også vil få overlagret en langsommere vibrasjon, nemlig den aktuelle lyden fra lydavgiveren, eventuelt også støy fra omgivelsene Disse langsomme lydvibrasjonene (altså langsomme i forhold til den høye frekvensen som benyttes ved selve avstandsmålingen) kan ved signalbehandling skilles ut fra de høyfrekvente svingningene, og benyttes som basis for signalbearbeidelse for lydsvingningene som for øvrig opptas gjennom fohesektorene 11, særlig da med hensyn på fjerning av støy og uønskede lyder fra lydsignalene Kretsene i bunnelementet 20 kan altså også være innrettet for slik funksjon

En annen type avstandsmåler som er i og for seg kjent, er en anordning som benytter seg av en laserstråle, og det er mulig å bygge en liten laserdiode, eventuelt med mikro-optikk, inn på samme sted som den viste enheten i fig 5, nemlig i selve senterlegemet 13 En laserstråle, fortrinnsvis med infrarødt lys, sendes da ut gjennom en tilsvarende åpning i mikrofontoppen 6, for å reflekteres fra lydavgiveren og tilbake til en lysdetektor anbrakt sammen med laseren

Avslutningsvis skal det nevnes at foreliggende oppfinnelse er en av flere oppfinnelser vedrørende en komplett mikrofon, som alle patentsøkes samtidig, og det vises til norsk patentsøknad nr 2001 5983 vedr "sangmikrofon med signalprosessor-utstyr", norsk patentsøknad nr 2001 5982 vedr "mikrofon med variabel lufting", og norsk patentsøknad nr 2001 5984 vedr "mikrofon med utskiftbare detaljer"

Claims (10)

1 Mikrofon, omfattende et mikrofonhus, en akustoelektnsk transduser i en fremre del av huset for mottaking av lyd fra en lydavgiver, samt utstyr for overføring av lydrepresenterende signaler fra transduseren, ut av mikrofonen og til eksternt lydsignal-bearbeidmgsutstyr, og hvor mikrofonen er utstyrt med et element for måling av avstand til lydavgiveren, karakterisert ved at elementet for måling av avstand er innbefattet i den akustoelektriske transduseren

2 Mikrofon ifølge krav 1, karakterisert ved at transduseren utgjøres av elastiske, piezoelektnske folier opphengt i en omgivende ramme og med et massivt senterlegeme, hvor senterlegemet inneholder det avstandsmålende elementet

3 Mikrofon ifølge krav 1, eller 2, karakterisert ved at det avstandsmålende elementet er en ultralyd-ekkomåler

4 Mikrofon ifølge krav 3, karakterisert ved at ultralyd-ekkomåleren omfatter to piezoelektnske elementer, ett for utsendelse av en smal ultralyd-stråle fremover mot lydavgiveren, og ett for mottaking av ultralyd-ekko fra lydavgiveren

5 Mikrofon ifølge krav 1, karakterisert ved at elementet for måling av avstand er en laser-avstandsmåler

6 Mikrofon ifølge krav 1, karakterisert ved at husets indre rom inneholder kretser for generering henholdsvis tolkning av signaler til henholdsvis fra elementet for måling av avstand

7 Mikrofon ifølge krav 6, karakterisert ved at deler av kretsene er innrettet for generering av ultralydsvingnmger for eksitering av et piezoelektrisk ultralyd-senderelement, og andre deler av kretsene er innrettet for mottaking og tolkning av mottatte signaler fra et piezoelektrisk ultralyd-mottakerelement

8 Mikrofon ifølge krav 6, karakterisert ved at deler av kretsene er innrettet for generering av styringssignaler for utsendelse av lys fra et laserelement i avstandsmåleren, og andre deler av kretsene er innrettet for mottaking og tolkning av mottatte refleks-signaler fra en lysdetektor i avstandsmåleren

9 Mikrofon ifølge krav 1, karakterisert ved at den innbefatter en kretsanordning for utnyttelse av målt avstand, hvilken kretsanordning har minst en funksjon i en gruppe funksjoner som innbefatter avstengning av overføringen av lydrepresenterende signaler fra mikrofonen, justering av en forsterkningsfaktor som funksjon av den målte avstanden, og justering av en equalizer-innstilling som funksjon av den målte avstanden

10 Mikrofon ifølge krav 1, karakterisert ved at elementet for måling av avstand og kretser tilknyttet dette også er innrettet for lyddeteksjon ved demodulasjon av et refleks-signal fra lydavgiveren, hvilket refleks-signal, som er høyfrekvent, får overlagret lydmodulasjon fra lydavgiveren og fra omgivelsesstøy