NO328311B1 - Skrivebordterminalfot og skrivebordsystem - Google Patents

Description

Område for oppfinnelsen

Oppfinnelsen vedrører en skrivebordterminalfot for understøttelse av en telekommunikasjonsterminal på et skrivebord, samt et skrivebordsystem som integrerer en mikrofon, et display, én eller flere høyttalere og en codec, i et hus understøttet av en fot,

Bakgrunn for oppfinnelsen

Et konvensjonelt videokonferanseendepunkt innbefatter en codec, et videodisplay, en høyttaler og en mikrofon, integrert i et chassis eller et rack. I større endepunkter for bruk i møte- og konferanserom, er audioutstyret installert separat. Mikrofonen er ofte plassert på møtebordet for derved å bringe audioopptakeren nærmere audiokilden.

Imidlertid blir personlige videokonferanseendepunkter, ofte omtalt som skrivebordsystemer (eng.: desktop systems), nå mer alminnelige i kontorer som erstatning eller supplement til større endepunkter eller til tradisjonell telefoni. Personlig utstyr er mer portabelt, og vil sannsynligvis bli plassert nær brukeren på et bord. Således er alt utstyr som hører til et endepunkt, innbefattende mikrofonen, integrert i én innretning.

Mikrofoner for skrivebordsystemer plasseres normalt der det er praktisk løsbart, og fullstendig integrert i systemsammenstillingen. I konvensjonelle skrivebordsystemer er mikrofonen derfor ofte posisjonert i innkapslingen av skrivebordsystemet, ved en viss høyde over bordplaten. Dette medfører flere audioproblemer, noe som vil bli drøftet i det følgende.

I nær sagt alle innendørs omgivelser fremtrer degradering av audiokvalitet på grunn av refleksjoner forårsaket av interiør, vegger, gulv og tak. I audio innfanget av en mikrofon i et konvensjonelt skrivebordsystem er dette et betraktelig problem, fordi bordplaten vil forårsake et sterkt reflektert audiosignal fra audiokilden som bidrar til det direkte signalet med en relativt kort forsinkelse. Situasjonen er illustrert i fig. 1. Refleksjoner som når mikrofonen etter en direkte lyd forårsaker et fenomen kjent som kamfiltrering. Fremtoningen av en enkeltrefleksjon i en frekvensrespons ligner tennene i en hårkam. Kamfiltrering på grunn av en enkelt 2 ms refleksjon er illustrert i fig. 2.

Det øvre diagrammet viser den resulterende impulsrespons fra en audiokilde til mikrofonen når bare den direkte veien og en enkelt 2 ms refleksjonsvei er betraktet. Det nedre diagrammet i fig. 2 viser den korresponderende impulsrespons i frekvensdomenet. Slik det kan sees, vil nuller i kamfiltreringsfrekvensresponsen som skyldes en 2 ms refleksjon være anbrakt med avstand 1/0,002 = 500 Hz. Den første null vil fremstå ved 500/2 = 250 Hz. Nullene i frekvensresponsen demper visse frekvenser, og degraderer lydkvaliteten.

Ved å plassere mikrofonen nærmere bordflaten, vil frekvensen for den første null, så vel som avstanden mellom de ytterligere nuller, bli økt.

I høykvalitets skrivebordsystemer er det ofte behov for full båndbredde i det hørbare området. For å unngå uønskede nuller i den overførte båndbredde, må mikrofonen være posisjonert nærmere bordflaten enn det som kan oppnås ved å posisjonere mikrofonen i innkapslingen for skrivebordenheten. Det er kjent fra tidligere kjent teknikk at plassering av mikrofonen så nær som mulig den reflekterende overflate uten å berøre den, kan redusere effekten av refleksjonen, fordi det reflekterte signal og det direkte signal vil smelte sammen i hverandre idet avstanden mellom overflaten og mikrofonen nærmer seg null. Dette utnyttes i eksterne bordmikrofoner, som utbredt forbindes til større konferanse-endepunkter.

I skrivebordsystemer skal imidlertid mikrofonen være fullstendig integrert, men dette medfører flere problemer relatert til installering nær bordflaten på en kontrollert og mekanisk robust måte der man fortsatt oppnår de lydmessige fordeler.

Ett problem er at en mikrofon plassert ved undersiden av skrivebordsystemet utsettes for mekaniske ødeleggelser, og en mikrofon er særlig følsom overfor dette.

Videre, dersom skrivebordsystemet inneholder høyttalere anvendt for toveiskommunikasjon, er det en sterk mulighet for overføring av strukturbåret lyd og vibrasjoner eksitert av høyttalerne til mikrofonen. Slike vibrasjoner vil også redusere kvaliteten av lyd oppfanget av mikrofonen, og de kan være forstyrrende for den akustiske ekkokontroll.

Videre er en fullstendig integrert mikrofonløsning spesifikk for systemdesign, og kan ikke enkelt anvendes som en modul i nye eller forskjellige systemer.

Kravene til lydkvalitet er økende, idet lydopptak gjøres ved bruk av høyere audiobåndbredde. I tillegg anvendes ofte skrivebordsystemer for toveiskommunikasjon, noe som gjør akustisk ekko og tilbakekoblingskontroll til viktige anliggender. Mikrofondesign, plassering og sammenstilling er derfor kritiske faktorer for optimalisering av lydkvalitet.

US-5 896 461 vedrører en høyttalende telefon, omfattende bl.a. en mikrofon og en høyttaler. Høyttaleren og mikrofonen er anordnet slik at mikrofonens retningskarakteristikk minimaliserer tilbakekobling fra høyttaleren. Et mikrofonelement er anordnet i en boring i et skumelement i øvre del av den høyttalende telefonen.

Sammenfatning av oppfinnelsen

Det er en hensikt ved den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe en anordning som eliminerer ulempene beskrevet ovenfor. Trekkene definert i de vedføyde selvstendige krav kjennetegner oppfinnelsen.

Kort beskrivelse av tegningene

For å lette forståelsen av oppfinnelsen vil den følgende drøfting vise til de vedføyde tegninger. Fig. 1 viser audiosituasjonen i et tradisjonelt konferanseskrivebordsystem (eng.: a traditional conference desktop), Fig. 2 er diagrammer for audiosituasjonen i henholdsvis tids- og frekvensdomenet, Fig. 3-6 er skisser av en skrivebordsystemfot i samsvar med en foretrukket utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen.

Foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen

I det følgende vil den foreliggende oppfinnelsen bli drøftet ved henvisning til en foretrukket utførelsesform, og ved henvisning til de vedføyde tegninger. Imidlertid vil fagfolk innse andre anvendelser og modifikasjoner innenfor rekkevidden av oppfinnelsen slik den er definert i de vedføyde selvstendige krav.

Den foreliggende oppfinnelsen fremlegger en oppfinnerisk mikrofonsammenstilling for skrivebordkommunikasjonssystemer. Den utnytter fordelene ved å plassere mikrofonen i et skrivebordkonferansesystem så nær som mulig bordplateoverflaten, uten å eksponere mikrofonen for ufordelaktig mekanisk eller akustisk påvirkning. Dette oppnås ved å bygge den inn i foten i fronten av systemet, på en mekanisk kontrollert og robust måte. På denne måten kan høyfrekvensresponsen bli kontrollert for å optimalisere lydkvaliteten, og samtidig kan mikrofonsammenstillingen konfigureres som en fleksibel enhet som enkelt kan gjenbrukes i andre systemer.

Fig. 3-6 er illustrasjoner av mikrofonelementet innebygget i en sammenstilling/innkapsling/hus i samsvar med en foretrukket utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen. Her er mikrofonen innkapslet i en skrivebordsystemfot som støtter skrivebordsystemet på bordet. En liten lydinngangskanal forløper fra én av fotens flater til mikrofonens membran, idet mikrofonen er tett innkapslet av skrivebordsystemfotens materiale.

Slik det er angitt i fig. 3, er lydinngangskanalen skråstilt nedover fra mikrofoninngangen. Dette skyldes den fysiske størrelsen av mikrofonen. En liten mikrofon som typisk anvendes for integrert audioinnhenting i skrivebordsystemer har en diameter på om lag 6 mm, mens inngangen har en diameter på 2 mm. For å unngå de ovenfor drøftede kamfiltereffektene, og for å oppnå et forsterket signal på grunn av nærhetsrefleksjon på best mulig måte, skal lydinngangen plasseres så nær bordplaten som mulig. Imidlertid skal denne inngangen verken influere bærekapasiteten for foten eller eksponeres for støv og forurensningslaget på bordet. Derfor er lydinngangskanalen i den foretrukkede utførelsesform av oppfinnelsen skråttstilt nedover slik at inngangen er posisjonert 1 mm over bordnivået.

En slik presis posisjonering av lydinngangspunktet svært nær bordoverflaten er sikret i gjennom anvendelsen av en smal kanal fra utsiden av fronten for mikrofonelementet, mens tilvirkningen av monteringsslissen for elementet er så tett at dets posisjon er fast.

Videre, i samsvar med den foretrukkede utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen, er mekanisk beskyttelse av mikrofonelementet sikret ved utforming av huset solid og kraftig, av et hardt materiale.

Videre, ved å forlenge huset og ved å gjøre det bredere enn mikrofonelementet, tilveiebringes noe akustisk skjerming fra refleksjoner fra nærliggende overflater, hvilket frembringer en mer jevn høyfrekvensrespons. Utbredelsen vil også tilveiebringe noe trykkoppbygging og forsterket høyfrekvensrespons. Dette kan være en akustisk fordel kombinert med skjermingen, særlig i en kompleks omgivelse slik som ved støttedelen for et skrivebordapparat.

Mikrofonhuset kan utformes for å anvendes som en fot som skrivebordsystemet hviler på. Dette reduserer signifikant graden av integrering, hvilket derved avstedkommer en uavhengig mikrofonmodul som enkelt kan gjenbrukes i nye systemer.

En kavitet slik som kanalen i fronten av mikrofonelementet har en resonant oppførsel, som også vil resultere i en forsterket høyfrekvensrespons. Dersom resonansfrekvensen for kaviteten er innenfor eller nær det hørbare frekvensområdet, kan graden av forsterkning være forstyrrende. For å kontrollere resonansen for kaviteten, bør derfor kanallengden og -bredden minimaliseres. Dette vil plassere resonansfrekvensen så høyt som mulig.

Et problem som kan være mer dominerende når mikrofonen er plassert så nær bordplaten, er den interfererende strukturbårede støy og de strukturbårede vibrasjoner som kan opptre i bordmaterialet, som stammer fra banking og dunking i bordet. For å minimalisere innhenting av lyd og vibrasjoner fra systemsammenstillingen eller bordoverflaten, bør mikrofonmembranen derfor være orientert vertikalt.

Når de ovenstående aspekter betraktes, bør de følgende praktiske dimensjoner anvendes: en kanalbredde på 2 mm, hvilket samsvarer med lydinngangshull i et typisk elektret-mikrofonelement med 6 mm diameter. Minimalisering av lengden av kanalen, med samtidig opprettholdelse av robusthet og lydinngang nær bordet, gir en praktisk lengde på 5 mm. Inngangspunktet for kanalen kan plasseres innenfor 1 mm fra bordoverflaten, for derved å annullere kamfiltereffekten i den fulle audiorekkevidden opp til og over 20 kHz. I stedet vil den reflekterte bølge fra bordet være i fase med den direkte bølge, hvilket øker audiotrykket (dette er velkjent i akustisk teori som en trykkdobling nær overflater) og derfor styrken av det innfangede signal. Mikrofonens egenstøy er ikke økt, og derfor er signal-til-

(egen)-støy-forholdet økt (med 6 dB forutsatt et stort bord med en hard overflate). Idet et hvilket som helst romklangssignal som ankommer fra undersiden av bordet hindres fra å treffe mikrofonen, blir også signal-til-romklangsnivået også forbedret (teoretisk opptil 3 dB).

Videre, ved en anvendelse som fot for et system, inå midler for passende posisjonering og gjennomgang av en signalkabel til elektronikken i systemet anvises.

Materialet for huset skal være nokså hardt for stivhet og beskyttelse, og noe elastisk for å motstå varierende påvirkninger fra systemet på oversiden, og for å holde mikrofonen i fast posisjon.

Huset skal utstå temporært å bære vekten av hele systemet uten at inngangskanalen deformeres permanent eller lukkes.

Materialet skal være ikke-porøst for derved å minimalisere lydabsorpsjon. Erfaring har vist at en elastomerstøp med hardhet minst shore 35 er et fungerende kompromiss.

Den totale frifeltsresponsen for mikrofonen, inneholdt i sitt hus, er en folding av mikrofonresponsen, inngangskanalvolumresponsen og trykkoppbyggingseffekten på fronten av sammenstillingen. En høyfrekvensresponstopp utformet med størrelse og form av den mekaniske design vil alltid oppstå.

Denne effekten er i de fleste tilfeller ønskelig. Den ligner karakteristikkene for et forbetoningsfilter (eng.: pre-emphasis filter) som alminnelig benyttes for lydinnhenting av tale. Det optimaliserer klarhet og forbedrer signal-til-støyforholdet i den etterfølgende analog-til-digital omformer dersom systemet er digitalt.

Denne påvirkning på frekvensresponsen er dominerende sammenlignet med effekten av refleksjon og diffraksjon fra nært liggende objekter, og kan derfor tilveiebringe en respons med mindre variasjon for endret vinkel fra lydkilden, hvilket er fordelaktig.

Et equalizer-filter, analogt eller digitalt, vil motvirke høyfrekvenstoppen og skreddersy den totale respons til designmålet for anvendelsen.

Et hvilket som helst mikrofonelement som krever lydbølgeinngang fra en enkelt retning kan anvendes. Et typisk valg er en omnidireksjonal elektret-kondensatormikrofon. Størrelsen av elementet er i prinsippet ikke avgjørende, men jo mindre radius for elementet, desto kortere kan lydinngangskanalen gjøres.

Hovedfordelen ved den foreliggende oppfinnelsen er at huset plasserer mikrofonen svært nær skrivebordoverflaten eller bordplaten i fronten av systemet på en mekanisk kontrollert måte, for derved å fjerne kamfiltereffekter, forsterke det innfangede signal, og å skjerme deler av romklangslydfeltet mens mikrofonen holdes beskyttet. Dette øker lydkvaliteten også for lydopptak i det fulle audiobåndet.

Videre blir en kort kanal for lydinngang og en lett forlenget frontoverflate innstilt for å optimalisere den akustiske respons. Passende utformet kan dette anvendes som et akustisk forbetoningsfilter.

I tillegg vil orientering av mikrofonmembranen vertikalt minimalisere opptak av strukturbåret støy og strukturbårede vibrasjoner fra systemhøyttalerne og bordet.

Endelig ender sammenstillingen opp som en generell mikrofonmodul som enkelt kan tilpasses ulike systemkonstruksjoner og anvendelser.

Claims (12)

1. Skrivebordterminalfot for understøttelse av en telekommunikasjonsterminal på et skrivebord, karakterisert ved et mikrofonelement innkapslet i foten, og en smal lydinngangskanal som forløper fra en første inngang i nevnte mikrofonelement ved mikrofonelementets front, til en andre inngang i en ikke-horisontal flate av foten.

2. Skrivebordterminalfot i samsvar med krav 1, karakterisert ved at mikrofonelementet er en omnidireksjonal elektret-kondensatormikrofon forbundet til telekommunikasjonsterminal en som hovedaudioinngang.

3. Skrivebordterminalfot i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at en membran for mikrofonelementet er orientert vertikalt.

4. Skrivebordterminalfot i samsvar med krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at den smale lydinngangskanal har en bredde på 2 mm, en lengde på 5 mm, og at nevnte andre inngang er posisjonert på nevnte ikke-horisontale flate 1 mm ovenfor den nedre kant av foten.

5. Skrivebordterminalfot i samsvar med et av de ovenstående krav, karakterisert ved at den er tilvirket av en elastomerstøp med hardhet minst 35 shore. .

6. Skrivebordterminalfot i samsvar med et av de ovenstående krav, karakterisert ved at den er konfigurert som en løsbar komponent av telekommunikasjonsterminal en.

7. Skrivebordterminalfot i samsvar med et av de ovenstående krav, karakterisert ved at telekommunikasjonsterminalen er et høyttalende videokonferanseendepunkt.

8. Skrivebordsystem som integrerer en mikrofon, et display, én eller flere høyttalere og en codec, i et hus understøttet av en fot, karakterisert ved at mikrofonen er innkapslet i foten, og at en smal lydinngangskanal forløper fra en første inngang i nevnte mikrofon ved mikrofonelementets front, til en andre inngang i en ikke-horisontal flate av frontsiden av foten, nærmest mulig bunnsiden.

9. Skrivebordsystem i samsvar med krav 8, karakterisert ved at mikrofonen er en omnidireksjonal elektret-kondensatormikrofon.

10. Skrivebordsystem i samsvar med krav 8 eller 9, karakterisert ved at en membran for mikrofonen er orientert vertikalt.

11. Skrivebordsystem i samsvar med krav 8, 9 eller 10, karakterisert ved at den smale lydinngangskanal har en bredde på 2 mm, en lengde på 5 mm, og at nevnte andre inngang er posisjonert på nevnte ikke-horisontale flate 1 mm ovenfor kanten av foten.

12. Skrivebordsystem i samsvar med et av kravene 9-11, karakterisert ved at foten er tilvirket av en elastomerstøp med hardhet minst 35 shore.