SE530105C2 - Förfarande för begränsning av den maximalt tillåtna ljudvolymen i en hörlur samt hörlur för genomförande av förfarandet - Google Patents

Description

530 '105 2 shunta en del av si gnalkällans utsignal förbi headsetet, hörluren eller högtalaren när den avkända storleken på utsignalen överstiger ett visst värde. Denna teknik funge- rar väl så länge utsignalen har en spänning överstigande ca 0,7 V, vilket är den spänning, som krävs för att konventionellt och kommersiellt tillgänglig kisel- baserad, elektronik av standardtyp skall kunna användas.

Vid vissa typer av signalkällor, såsom MP3-spelare, iPod etc kan utsignalen ha en spänning som avsevärt understiger 0,7 V. Detta innebär att den kända tekniken inte- kan tillämpas eftersom spänningen är för låg för att få kiselbaserad elektronik att fungera. Även om uteffekten från en signalkälla av ovan nämnt slag kan vara så liten som 50-100 mW redan vid spänningar klart understigande 0,7 V så kan denna tillfórda effekt i en hörlur av typen öronpropp, ge upphov till mycket höga ljudvolymer.

Speciellt besvärligt blir problemet om öronproppen förs in i hörselgången på ett sådant sätt att den tätar för att utestänga utifrån kommande ljud. I sådana situationer kan trots den låga, tillforda effekten ljudnivåer betydligt mer än 100 dB uppnås.

Vid signalkållor av den aktuella typen, alltså signalkällor där utspånníngen avsevärt kan understiga ca 0,7 V är det tidigare känt användningen av mjukvarubaserade ljudvolymsbegränsningar. En sådan begränsning är inbyggd i signalkällan och kräver för att den skall fungera en till ljudvolymbegränsningen och signalkällan speciellt anpassad hörlur, headset eller liknande. Om hörluren eller headsetet bytes ut fungerar inte ljudvolymbegränsningen eftersom den nytillkomna hörluren mycket väl kan ha en betydligt större känslighet än den med signalkällan hopmatchade, ur- sprungliga hörluren.

Vid den aktuella typen av signalkälla, dvs där utsignalens spänning klart kan under- stiga ca 0,7 V, är det också känt anordningar för begränsning av den maximalt tillåtna ljudvolymen. Sådana anordningar kräver dock en separat spänningskälla i 10 15 20 25 530 105 3 form av ett batteri. Eftersom ljudnivåbegränsningen måste sitta i hörluren om denna skall kunna användas till godtycklig signalkälla blir en sådan lösning opraktisk och kanske omöjlig om hörluren är av typen öronpropp. Dessutom måste regelbundna byten av batteri ske.

PROBLEMSTÄLLNING Den föreliggande uppfinningen har till ändamål att åstadkomma en ljudvolyms- begränsning som fungerar tillsammans med signalkällor där utsignalens spänning väsentligt kan understiga 0,7 V. Uppfmningen har vidare till ändamål att åstad- komma en ljudvolymsbegränsning som inte kräver någon hopmatchning mellan signalkälla och hörlur utan där en hörlur kan användas tillsammans med valfri signalkälla. Vidare har uppfinningen till ändamål att åstadkomma en ljudvolyms- begränsning som inte påverkar ljudkvaliteten och som inte laäver någon separat spänningskälla i fonn av ett batteri för sin funktion.

PROBLEMLÖSNING Den till grund för uppfinningen liggande målsättningen uppnås beträffande förfa- randet om detta kännetecknas därav att en andra del av drivsignalen avledes, att dess spänning ökas och att den avledda, andra delen av drivsignalen direkt eller in- direkt används för styrning av den shuntanordning, vari den första delen av driv- signalen shuntas förbi hörluren eller headsetet.

Den till grund för uppfinningen liggande målsättningen uppnås beträffande hörluren om denna kännetecknas därav att strömkällan är signalkällan. 10 15 20 25 30 530 '105 4 SAMMANSTÄLLNING ÖVER RITNINGSFIGURER Uppfinningen skall nu beskrivas närmre under hänvisning till bifogade ritningar. På dessa visar: fig 1 ett förenklat blockschema över en första utfóringsfonn av uppfinningen fig 2 en spänningshöjande krets ingående i utföringsformen enligt fig l fig 3 en altemativ, spänningshöjande krets ingående i utföringsfonnen enligt fig 1 tig 4 ett förenklat blockschema över en andra utfóringsfonn av uppfinningen och fig 5 en principskiss av en detalj i en MOS-transistor.

FÖREDRAGEN UTFöRINGsFoRM I fig 1 avser hänvisningsbeteckningen l en signalkälla, som kan vara en iPod, en MP3-spelare eller något liknande. Exakt vilken signalkälla som används enligt uppfinningen är ointressant; dock gäller att signalkällan har en utsignal vilkens spänning vid nonnala signalnivåer kan understiga ca 0,7 V. Som alternativ till begreppet utsignal kommer också att användas begreppet drivsignal i den efter- följ ande beskrivningen och i patentkraven.

I fig l avser vidare hänvisningsbeteckningen 2 en hörlur, ett headset eller något liknande, dvs en anordning, som omvandlar signalkällans utsignal till ljud. För enkelhetens skull kommer begreppet hörlur att användas genomgående i beskriv- ningstexten. 10 15 20 25 30 530 105 5 Mellan signalkällan 1 och hörluren 2 sträcker sig en första och en andra signal- ledning 3 respektive 4, varvid det i den fórsta signalledningen 3 år anordnat ett motstånd 5 av skäl som kommer att anges nedan.

Enligt uppfinningen är ljudvolymsbegränsningen anordnad i eller tillsammans med hörluren efiersom hörlurens egenskaper, såsom känslighet, tätning i hörselgången, mellan örats trumhinna och hörlurens membran innesluten luftvolym etc, bestämmer de önskade egenskaperna hos ljudvolyrnsbegränsningen. I-lörluren och ljudvolymsbegränsningen är med andra ord anpassade till varandra.

Av fig 1 framgår vidare att det mellan de båda signalledningama 3 och 4 är anordnat en detektoranordning 6 och en shuntanordning 7. Såväl detektor- anordningen 6 som shuntanordningen 7 är kopplade mellan den första och den andra signalledningen 3 respektive 4. Noteras skall att shuntanordningen 7 är kopplad efter motståndet 5 så att den ström, som kan passera genom shuntanord- ningen 7 också passerar genom motståndet 5.

Detektoranordningen 6 känner direkt eller indirekt av spänningen på signalkällans 1 utsignal och skapar i proportion till denna en styrsignal vilken via en styrledning 8 tillföres shuntanordningen 7 for styming av denna. När spänningen på utsignalen understiger ett visst värde skapas ingen styrsignal men när utsignalens spänning överstiger ett visst värde avges en styrsignal, som i shuntanordningen åstadkommer att en del av utsignalen shuntas forbi hörluren 2 via en shuntledning 9. Det ovan nämnda motståndet 5 har till uppgift att hindra kortslutning eller överbelastning av signalkällan 1 när en stor del av utsignalen shuntas förbi hörluren 2 via shunt- ledningen 9.

Noteras skall att båda signalledningama 3 och 4 inte innefattar några komponenter, som har med ljudvolymsbegränsningen att göra varför ljudkvaliteten ej påverkas av ljudvolyrnsbegränsningen. 10 15 20 25 530 105 6 Såsom nämnts ovan har signalkällan 1 en utsignal vars spänning vid normala driftstillstånd avsevärt kan understiga ca 0,7 V. Detta innebär att om detektor- anordningen och shuntanordningen bygges med konventionella, kiselbaserade komponenter så kommer den tillgängliga spänningen som regel inte att vara till- räcklig fór att få detektoranordningen och shuntanordningen att fungera. Enligt uppfinningen är det mellan detektoranordningen 6 och signalkällan 1 anordnat en spänningsökande anordning eller krets 11. I blockschemat enligt fig 1 är den spänningsökande anordningen eller kretsen anordnad i en detektorledning 10 mellan signalledningarna 3 och 4.

I en Forsta variant av uppfinningen innefattar den spänningsökande anordningen en transformator, med ett omsättningstal 5 eller mer, företrädesvis 10 eller mer.

Användningen av den spänningsökande anordningen 11 innebär att detektor- anordningen även vid sådana driftstillstånd, då signalkällans 1 utspänning avsevärt understiger 0,7 V, får tillgång till en spänningsnivå som väl överstiger 0,7 V varför detektoranordningen och shuntanordningen kan vara framställda med kommersiellt tillgängliga, kiselbaserade och billiga standardkomponenter.

I en andra variant av uppfmningen är den spänningsökande kretsen 11 utformad såsom en switchad kondensatorkrets vilken principiellt visas i fig 2. I en tredje variant av uppfinningen är den spänningsökande kretsen 11 utformad som en switchad induktorkrets, vilken principiellt visas i fig 3.

Den i fig 2 visade, spänningsökande kretsen har en ingång 12 och en utgång 13. In- gången 12 är ansluten till signalkällan 1 och har därför tillgång till den låga spän- ning, som signalkällan ofta avger. Utgången 13 är ansluten till detektoranordningen 6 och tillhandahåller till denna en spänning som åtminstone överstiger 0,7 V. 10 15 20 25 530 105 7 Den switchade, kondensatorkretsen enligt fig 2 innefattar en första switch A och en andra switch B. Under drift öppnas och sluts dessa båda switchar växelvis så att en kondensator 14 växelvis ansluts till signalkällan och till jord så att dess lagrade spänning adderas till den inkommande spänningen, vilket, utan förluster, skulle ge upphov till en fördubbling av spänningen. Om exempelvis spänningen på ingången 12 är 0,5 V så finns teoretiskt på utgången 13 en spärming på 1,0 V. Om förlusterna i kretsen uppgår till 0,4 V så blir den verkliga spänningen över utgången 13 0,6 V.

Om denna spänning på 0,6 V tillföres en likadan krets eller åtminstone en princi- piellt likadan krets som den i fig 2 visade så fördubblas spänningen till 1,2 V på utgången av denna andra krets varifrån skall dragas förlusterna på 0,4 V i den andra kretsen, varvid den verkliga utspänningen på den andra kretsen blir 0,8 V. Ytter- ligare steg kan kopplas efter varandra om förlusterna är större eller om en större spänningsökning krävs.

Den i fig 3 visade, switchade induktorlrretsen hari likhet med den ovan beskrivna kretsen enligt fig 2 en ingång 12 och en utgång 13. Även här är ingången 12 ansluten till signalkällan och utgången 13 ansluten till detektoranordningen 6.

Kretsen innefattar en induktor 15 och en switch 16 vilken växelvis öppnas och slutes. Genom en lämplig dimensionering av induktom 5, det tidsmässiga förhållan- det mellan switchens 16 öppna och slutna tillstånd samt öppnings- och slutnings- frekvensen för switchen är det möjligt att få en spänningsförstärkning med en faktor 5 eller mer.

Iutföringsfonnen enligt fig 1 är den spänningsökande anordningen eller kretsen 11 skild från detektoranordningen 6. Åtminstone i situationer då den spänningsökande kretsen 11 är utförd enligt fig 2 eller 3 kan emellertid den spänningsökande kretsen i sig utgöra eller ingå i en detektoranordning vilken på utgången 13 tillhandahåller en styrsignal 8 vilken leds till shuntanordningen 7 för styming av denna. 10 15 20 530 105 8 I utfóringsforrnen enligt fig 4 används ingen spärmingsökande anordning eller krets.

Istället har detektoranordningen 6 och/eller shuntanordningen 7 givits en ökad känslighet så att de utformats för att även kunna arbeta vid spänningar avsevärt mindre än ca 0,7 V.

I fig 5 visas en detalj ur en MOS-transistor, som ingår i detektoranordningen 6 och/eller shuntanordningen 7. I fig 5 avser hänvisningsbeteckningen 17 transistoms source, 18 dess gate och 19 dess drain. Hänvisningsbeteckningen 20 avser ett kisel- baserat substrat ingående i transistom.

Mellan det kiselbaserade substratet 20 och transistoms gate 18 är det anordnat ett ytterst tunt skikt 21, ofta bestående av kiseldioxid. Den kapacitans, som bildas mellan transistoms gate och det kiselbaserade substratet 20 påverkar i betydande grad den spänning, som transistom kräver för att fungera. Om denna kapacitans ökas minskar den spänning, som krävs för transistoms funktion. Enligt upp- finningen har skiktet 21 givits en mindre skikttjocklek än vad som gäller i standard- komponenter. Alternativt kan skiktets 21 dielektricitetskonstant ökas genom att helt eller delvis byta ut kiseldioxiden (SiO2) mot något ämne med högre dielektricitets- konstant t ex något eller några av materialen CeOz, Gd2O3, ZrOz, Y2O3, BaTí03 eller BaO/SrO vilka samtliga är ämnen med högre dielektricitetskonstant än SiO2.

Enligt uppfinningen minskas tjockleken på skiktet 21 antingen ensamt eller också tillsammans med en ökning av dielektricitetskonstanten hos skiktet 21 vilket, såsom nämnts, kan ske genom helt eller delvis utbyte av materialet i skiktet 21.

Claims (11)

10 15 20 25 30 530 105 9 PATENTKRAV

1. Förfarande for begränsning av den maximalt tillåtna ljudvolymen i en hörlur, ett headset eller liknande, när en drivsignal för drivning av hörluren eller headsetet har en spänning, som är mindre än ca 0,7 V, innefattande stegen: att driv- signalens storlek avkännes och att vid drivsignaler överstigande en viss nivå en del av drivsignalen shuntas forbi hörluren eller headsetet, k ä n n e t e c k n at därav, att en andra del av drivsignalen avledes, att dess spärming ökas och att den avledda andra delen av drivsignalen direkt eller indirekt används fór styming av den shunt- anordning, vari den forsta delen av drivsignalen shuntas förbi hörluren eller head- setet.

2. Förfarande enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den andra delen av drivsignalen leds till en detektoranordning, där det genereras en styrsignal men en högre spärming än drivsignalen och att styrsignalen leds till shunt- anordningen.

3. Förfarande för begränsning av den maximalt tillåtna ljudvolymen i en hörlur, ett headset eller liknande, när en drivsignal för drivning av hörluren eller headsetet har en spänning, som är mindre än ca 0,7 V, innefattande stegen: att driv- signalens storlek avkännes och att vid drivsignaler överstigande en viss nivå en del av drivsignalen shuntas förbi hörluren eller headsetet, k ä n n e t e c k n at därav, att en andra del av drivsignalen avleds och tillfóres en enhet innefattande en detektoranordning och en shuntanordning, vari shuntningen av drivsignalens forsta del sker, och att enheten ges en känslighet for att arbeta vid spänningar mindre än ca 0,7 V.

4. Förfarande enligt kravet 3, k ä n n et e c k n at därav, att i en i enheten ingående MOS-transistor ges ett isoleringsskikt mellan dess gate och kiselbaserade substrat minskad tjocklek och/eller högre dielektricitetskonstant. 10 15 20 25 30 530 '105 10

5. Hörlur eller headset med begränsning av den maximalt tillåtna ljud- volymen när en signalkälla (1) har en utsignal med en spänning, som är mindre än ca 0,7 V innefattande: en detektoranordning(6) för avkänning av utsignalens storlek och för skapande av en styrsignal (8), som avspeglar utsignalens storlek, en shunt- anordning (7), till vilken styrsignalen är ansluten och vilken är anordnad att, vid utsignaler överstigande ett visst värde, shunta en del av utsignalen förbi hörluren (2) eller headsetet och en strömkälla för drivning av detektoranordningen och/eller shuntanordningen, k ä n n e t e c k n a d därav, att strömkällan är signalkällan (1).

6. Hörlur eller headset enligt kravet 5, k ä n n e t e c k n at därav, att enheten detektoranordning/shuntanordning (6, 7) är utformad för att arbeta vid spärmingar mindre än ca 0,7 V.

7. Hörlur eller headset enligt kravet 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att mellan signalkällan (1) och enheten detektoranordning/shuntanordning (6, 7) är anordnat en spänningsökande enhet (11).

8. Hörlur eller headset enligt kravet 7, k ä n n e t e c k n at därav, att den spänningsökande enheten (11) innefattar en transformator.

9. Hörlur eller headset enligt kravet 7, k ä n n e t e c k n a t n därav, att den spänningsökande enheten innefattar minst en switchad (A, B) kondensatorkrets (14).

10. Hörlur eller headset enligt kravet 7, k ä n n e t e c k n a t därav, att den spänningsökande enheten (11) innefattar minst en switchad (16) induktorkrets (15).

11. Hörlur eller headset med begränsning av den maximalt tillåtna ljud- volymen, när en signalkälla (1) har en utsignal med en spänning, som understiger ca 0,7 V innefattande en detektoranordning (6) fór avkärming av utsignalens storlek 530 105 ll och for skapande av en styrsignal (8), som avspeglar utsignalens storlek, en shunt- anordning (7), till vilken styrsignalen är ansluten och vilken är anordnad att, vid utsignaler överstigande ett visst värde, shunta en del av utsignalen förbi hörluren (2) eller headsetet, k ä n n e t e c k n a d därav, att detektoms (6) och/eller shunt- anordningens (7) ljudvolymsbegränsande egenskaper är avpassade till hörtelefonens (2) eller headsetets ljudåtergivande egenskaper, nämligen känslighet, tätning i hörselgången, mellan örats trumhinna och hörlurens eller headsetets membran inne- sluten luftvolym etc, och att en strömkâlla för drivning av detektoranordningen (6) och/eller shuntanordningen (7) är signalkällan (1).