DE10201312A1

DE10201312A1 - Sound reception device for communications device e.g. free-speaking telephone, has sound entry passage coupling speech entry opening to relatively offset microphone

Info

Publication number: DE10201312A1
Application number: DE10201312A
Authority: DE
Inventors: Josef Lampl
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2003-02-06

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schallaufnahmevorrichtung, bei der Einspracheöffnung 2 und Mikrofon 5 derart räumlich versetzt angeordnet sind, dass eine Verzerrung des eintreffenden Schallsignals verhindert wird.The present invention relates to a sound recording device in which the speech opening 2 and the microphone 5 are arranged in such a way that they distort the incoming sound signal.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schallaufnahmevorrichtung, welche eine Schalleintrittsöffnung und einen dahinter liegenden Schalleintrittskanal aufweist, über welchen der Schall zu einem Mikrofon geführt wird. The present invention relates to a Sound recording device which has a sound inlet opening and a behind it has sound entry channel, via which the Sound is routed to a microphone.

Mikrofone zur Aufnahme von Schall, der aus verschiedenen Raumrichtungen kommt, werden beispielsweise in Freisprecheinrichtungen von Kommunikationsgeräten oder auch in Handapparaten, beispielsweise dem Hörer eines Telefons, einem Funkgerät, oder auch Mobilfunkendgeräten verwendet. Microphones for recording sound from various sources Spatial directions come, for example, in Hands-free devices of communication devices or in Handsets, for example the handset of a telephone, one Radio, or also mobile terminals used.

Ein hierbei auftretendes Problem ist eine Verzerrung oder Nichtlinearität des Schallsignals, das heißt eine Überhöhung beziehungsweise Erniedrigung des Schalldrucks bei bestimmten Frequenzen. Eine derartige Mikrofonvorrichtung ist in Fig. 1 gezeigt. Im Rahmen der Figurenbeschreibung wird dort genauer erläutert, wie es zu den Nichtlinearitäten kommt. A problem that arises here is a distortion or non-linearity of the sound signal, that is to say an increase or decrease in the sound pressure at certain frequencies. Such a microphone device is shown in FIG. 1. As part of the description of the figures, it explains in more detail how the nonlinearities occur.

Aufgrund dieser Nichtlinearitäten werden daher in derartigen Mikrofonen Filter, insbesondere Softwarefilter, nachgeschaltet, über welche eine Entzerrung oder Glättung des Mikrofonfrequenzganges vorgenommen wird. Insbesondere muss auch eine Anpassung dieser Filter an das Schallsignal erfolgen, welche nicht immer fehlerfrei abläuft. Dies alles erfordert zusätzlichen Aufwand, welcher natürlich zu weiteren Kosten führt. Because of these non-linearities, therefore, such Microphone filter, especially software filter, downstream, via which an equalization or smoothing of the Microphone frequency response is made. In particular, one These filters are adapted to the sound signal, which does not always run without errors. All of this requires additional effort, which naturally leads to additional costs.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schallaufnahmevorrichtung anzugeben, welche eine einfache und sichere Entzerrung des aufgenommenen Schallsignals gewährleistet. It is therefore an object of the present invention to Specify sound recording device, which is a simple and safe equalization of the recorded sound signal guaranteed.

Diese Aufgabe wird durch eine Schallaufnahmevorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst, Weiterbildungen dieser Schallaufnahmevorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. This task is accomplished by a sound recording device solved the features of the independent claim, Further developments of this sound recording device result from the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist der Schalleintrittskanal, welcher das Schallsignal von der Schalleintrittsöffnung zum Mikrofon leitet, derartig ausgebildet, dass die Schalleintrittsöffnung und das Mikrofon räumlich gegeneinander versetzt sind. Dadurch trifft durch die Schalleintrittsöffnung eintretender Schall nicht direkt auf das Mikrofon, sondern erfährt vor dem Auftreffen zumindest eine Reflexion an den Wänden des Schalleintrittskanals. Durch diese indirekte Ausbreitung wird vermieden, dass das Schallsignal verzerrt erfasst wird. According to the sound entry channel, which is the Sound signal from the sound entry opening to the microphone conducts such that the sound inlet opening and the microphone are spatially offset from each other. As a result, entering through the sound inlet opening Do not sound directly onto the microphone, but experience it in front of the Impact at least one reflection on the walls of the Sound entry channel. This indirect spread will avoided that the sound signal is detected distorted.

Beispielsweise sieht eine räumliche Anordnung dann so aus, dass von keinem Flächenelement der Schalleintrittsöffnung her eine direkte Verbindung zu einer Mikrofonmembran, welche sich auf der Kontaktfläche zwischen Mikrofon und Schalleintrittskanal befindet, eine geradlinige Verbindung oder Sichtlinie besteht, also keine direkte Schallausbreitung von der Schalleintrittsöffnung zum Mikrofon möglich ist. For example, a spatial arrangement looks like this that from no surface element of the sound inlet opening a direct connection to a microphone membrane, which on the contact surface between the microphone and Sound entry channel is a straight line or line of sight there is no direct sound propagation from the Sound entry opening to the microphone is possible.

Eine Ausgestaltung der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen: An embodiment of the invention is described below with reference to Drawings explained. Show it:

Fig. 1 eine Schallaufnahmevorrichtung nach dem Stand der Technik und Fig. 1 is a sound recording device according to the prior art and

Fig. 2 eine gemäß der Erfindung verbesserte Ausgestaltung einer Schallaufnahmevorrichtung Fig. 2 shows an improved embodiment of a sound recording device according to the invention

In Fig. 1 ist ein in bekannter Weise eingebautes Mikrofon in einer Querschnittsdarstellung zu sehen. Im Gehäuse 1 befindet sich eine Schalleintrittsöffnung oder Einspracheöffnung 2, welche eine zugehörige Querschnittsfläche aufweist. Hinter der Einspracheöffnung 2 befindet sich der Schalleintrittskanal 4, an welchen sich dann das Mikrofon 5 anschließt. Bei dem Schalleintrittskanal 4 handelt es sich um einen Hohlraum, durch welchen der Schall von der Einspracheöffnung 2 zum Mikrofon 5 geleitet wird. Im Übergangs- oder Kontaktbereich 6des Mikrofons 5 zum Schalleintrittskanal 4 befindet sich auch die Membran des Mikrofons 5. Das Mikrofon 5 kann von einer mechanischen, elastisch ausgebildeten Halterung, der Mikrofontülle 7, weitgehend umfasst werden, um beispielsweise eine Schallübertragung zwischen Gehäuse und Mikrofon zu vermeiden. In Fig. 1, a microphone installed in a known manner can be seen in a cross-sectional view. In the housing 1 there is a sound inlet opening or mouth opening 2 , which has an associated cross-sectional area. Behind the mouth 2 there is the sound inlet channel 4 , to which the microphone 5 is then connected. The sound inlet duct 4 is a cavity through which the sound is conducted from the mouth 2 to the microphone 5 . The membrane of the microphone 5 is also located in the transition or contact area 6 of the microphone 5 to the sound inlet channel 4 . The microphone 5 can be largely encompassed by a mechanical, elastically designed holder, the microphone grommet 7 , in order, for example, to avoid sound transmission between the housing and the microphone.

Bei diesem Einbau erfolgt zum einen eine direkte Beschallung vom Mikrofon 5 über die Einspracheöffung 2, zum anderen erfährt das Schallsignal Reflexionen im Schalleintrittskanal 4. Bei einer Reflexion tritt eine Phasendrehung auf, deren Größe unter anderem frequenzabhängig ist. Am Mikrofon kann also eine Überlagerung der direkt auf das Mikrofon treffenden Schallwellen und von diesem wieder reflektierten Schallwellen einerseits und der vorher bereits an den Wänden des Schalleintrittskanals reflektierten, also indirekt auf das Mikrofon treffenden Schallwellen andererseits erfolgen. Durch diese Überlagerung wird das Gesamtschallsignal, welches sich aus direkt und indirekt auftreffenden Schallwellen zusammensetzt, abgeschwächt. With this installation, on the one hand there is direct sound from the microphone 5 via the speech opening 2 , and on the other hand the sound signal experiences reflections in the sound entry channel 4 . During a reflection, a phase shift occurs, the size of which is, among other things, frequency-dependent. A superimposition of the sound waves directly incident on the microphone and sound waves reflected again by the microphone on the one hand and the sound waves previously reflected on the walls of the sound inlet channel, that is to say indirectly incident on the microphone, on the other hand can thus take place on the microphone. As a result of this superimposition, the overall sound signal, which is composed of sound waves that strike directly and indirectly, is weakened.

Allgemein treten hierbei durch die frequenzabhängige Phasendrehungen der reflektiertem Schallwellen am Mikrofon 5 unvermeidliche Nichtlinearitäten auf. Diese Nichtlinearitäten zeigen sich im Frequenzverlauf, bei dem der Schalldruck oder die Schallintensität gegenüber der Frequenz aufgetragen ist, durch Überhöhungen bzw. Einbrüche des Schalldrucks oder der Schallintensität bei bestimmten Frequenzen. Dies erfordert den Einsatz von einem oder mehreren Filtern. In general, the frequency-dependent phase rotations of the reflected sound waves on the microphone 5 inevitably result in nonlinearities. These non-linearities are shown in the frequency curve, in which the sound pressure or the sound intensity is plotted against the frequency, by increases or dips in the sound pressure or the sound intensity at certain frequencies. This requires the use of one or more filters.

Ein weiterer Nachteil eines derartigen Mikrofoneinbaus besteht darin, dass das Mikrofon 5, insbesondere seine Membran, von der Einspracheöffnung 2 her gut zugänglich ist. Dadurch besteht die Gefahr, dass das Mikrofon 5 mittels eines spitzen Gegenstandes von der Einspracheöffnung 2 aus zerstört werden kann. Another disadvantage of such a microphone installation is that the microphone 5 , in particular its membrane, is easily accessible from the speech opening 2 . As a result, there is a risk that the microphone 5 can be destroyed by means of a pointed object from the speech opening 2 .

Des Weiteren ist das Mikrofon 5 gegenüber elektrostatischer Entladung nicht gut geschützt, da der Schalleintrittskanal 4 nur eine geringe Länge aufweist, das heißt, dass der Abstand zwischen dem Kontaktbereich 6 des Mikrofons 5 und der Einspracheöffnung 2 relativ gering ist. Eine geringe Länge des Schalleintrittskanals 4 ist beispielsweise aufgrund ihres geringen Platzbedarfs wünschenswert. Dieses Problem des Platzbedarfs tritt im Rahmen der zunehmenden Miniaturisierung verstärkt auf. Andererseits kann die Schalleintrittskanallänge in dieser Geometrie nicht beliebig verlängert werden, da mit zunehmender Kanallänge immer mehr die störenden Eigenschaften eines Helmholtz-Resonators [I] in Erscheinung treten, welche sich zusätzlich in Form von resonanzbedingten Überhöhungen im Frequenzverlauf äußern und mittels Filtern korrigiert werden müssen. Unter einem Helmholtz-Resonator versteht man einen beliebig geformten, gasgefüllten Hohlraum, in dem sich in Abhängigkeit von der Dimensionierung des Hohlraumes sowie der Kompressibilität des Gases Resonanzfrequenzen ausbilden. Vereinfacht gesagt, treten bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel bei zunehmender Länge des Schalleintrittskanals auch Resonanzfrequenzen auf, die im Frequenzbereich des Schallsignals liegen. Dies impliziert beispielsweise, dass bei zunehmender Bandbreite des Schallsignals kürzere Schalleintrittskanäle 4 verwendet werden. Furthermore, the microphone 5 is not well protected against electrostatic discharge, since the sound inlet channel 4 is only a short length, that is to say that the distance between the contact area 6 of the microphone 5 and the speech opening 2 is relatively small. A short length of the sound inlet duct 4 is desirable, for example, because of its small space requirement. This problem of space requirements is increasing as miniaturization increases. On the other hand, the sound inlet channel length cannot be extended arbitrarily in this geometry, since with increasing channel length the disturbing properties of a Helmholtz resonator [I] appear, which are also expressed in the form of resonance-induced increases in the frequency response and must be corrected by means of filters. A Helmholtz resonator means an arbitrarily shaped, gas-filled cavity in which resonance frequencies are formed depending on the dimensioning of the cavity and the compressibility of the gas. Put simply, in the example shown in FIG. 1, as the length of the sound entry channel increases, resonance frequencies also occur which are in the frequency range of the sound signal. This implies, for example, that shorter sound entry channels 4 are used as the bandwidth of the sound signal increases.

In Fig. 2 ist eine beispielhafte Ausführung des im Rahmen dieser Erfindung verbesserten Mikrofoneinbaus zu sehen. Auch hier befindet sich im Gehäuse 1 eine Einspracheöffnung 2, an welche sich ein Schalleintrittskanal 4 anschließt. Der Schalleintrittskanal 4 setzt sich hier aus zwei Teilvolumina oder Hohlräumen zusammen, einem Vorraumvolumen 10 und einem räumlich versetzten Eintrittshalsvolumen 11, welche im Folgenden näher erklärt werden. Der Schalleintrittskanal 4 führt bis zum Mikrofon 5, welches weitgehend von einer Mikrofontülle 7 umgeben ist. Über den Kontaktbereich 6 des Mikrofons 5 mit dem Schalleintrittskanal 4 sowie dem Abstand 9 des Kontaktbereichs 6 zur verlängerten Wand des Eintrittshalsvolumen 4 - Hohlraums wird das Vorraumvolumen 10 definiert. Das Eintrittshalsvolumen 11 wird durch die Querschnittsfläche der Einspracheöffnung 2 sowie den Abstand zwischen der Einspracheöffnung 2 und der gegenüberliegenden Wand des Vorrauvolumens 11 definiert. FIG. 2 is shown the improved in this invention microphone installation an exemplary design. Here, too, there is a mouth opening 2 in the housing 1 , to which a sound inlet duct 4 connects. The sound inlet duct 4 here is composed of two partial volumes or cavities, a vestibule volume 10 and a spatially offset inlet neck volume 11 , which are explained in more detail below. The sound inlet channel 4 leads to the microphone 5 , which is largely surrounded by a microphone grommet 7 . The antechamber volume 10 is defined via the contact area 6 of the microphone 5 with the sound inlet channel 4 and the distance 9 of the contact area 6 from the extended wall of the inlet neck volume 4 - cavity. The inlet neck volume 11 is defined by the cross-sectional area of the sound inlet opening 2 and the distance between the sound inlet opening 2 and the opposite wall of Vorrauvolumens. 11

Bei einer derartigen Anordnung bestimmt das Eintrittshalsvolumen 11 im Wesentlichen die Eigenschaften des Helmholtz- Resonators [I], bei dem sich in Abhängigkeit von der Dimensionierung bestimmte Resonanzfrequenzen ausbilden. With such an arrangement, the inlet neck volume 11 essentially determines the properties of the Helmholtz resonator [I], in which certain resonance frequencies are formed as a function of the dimensions.

Hier sind die Volumina derart dimensioniert, dass keine Resonanzfrequenzen auftreten, die sich im Bereich des aufzunehmenden Schalls befinden. Der Zusammenhang zwischen den Dimensionen der einzelnen Volumina und entsprechenden Resonanzfrequenzen sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Here, the volumes are dimensioned such that none Resonance frequencies occur that are in the range of sound to be recorded. The connection between the Dimensions of the individual volumes and corresponding Resonance frequencies are well known to the person skilled in the art.

Die Senkrechte 8 zur Einspracheöffnung 2 beziehungsweise die Achse des sich daran anschließenden Eintrittshalsvolumen 11- Hohlraums und die Senkrechte 12 zur Kontaktfläche 6 des Mikrofons 5 beziehungsweise die Achse des Vorraumvolumens 10 - Hohlraums stehen in einem Winkel 13 aufeinander, der im gezeigten Beispiel 90° beträgt, jedoch in einem weiten Bereich um diesen variieren kann. The perpendicular 8 to the mouth 2 or the axis of the adjoining entry neck volume 11 - cavity and the perpendicular 12 to the contact surface 6 of the microphone 5 or the axis of the antechamber volume 10 - cavity are at an angle 13 to one another, which in the example shown is 90 °, however, can vary widely around this.

Durch eine derartige räumliche Versetzung von Einspracheöffnung 2 und Mikrofon 5 wird eine Reihe von Vorteilen erzielt:

1. Unabhängig vom Eintrittswinkel 14 des Schalls ist es nicht möglich, dass Schallwellen ohne vorherige Reflexion an den Wänden des Schalleintrittskanals 4 auf die Kontaktfläche 6 zwischen Mikrofon 5 und Schalleintrittskanal 4 treffen. Somit ist eine Überlagerung von direkt und indirekt auf das Mikrofon treffenden Schallwellen, welche entgegengesetzt verlaufen, nicht mehr möglich, wodurch es nicht zu der in Fig. 1 beschriebenen Abschwächung des Gesamtschallsignals kommt. Dadurch werden Verzerrungen im vom Mikrofon 5 aufgenommenen Schaltsignal vermieden.
Weiterhin ist aufgrund dieser indirekten Beschallung des Mikrofons 5 in Verbindung mit den optimalen Abmessungen des Eintrittshalsvolumens 11 ein linearer Frequenzverlauf über das gesamte Frequenzspektrum gewährleistet und man benötigt keinerlei Korrekturfilter.
2. Die Kontaktfläche 6, in der sich auch beispielsweise die Membran des Mikrofons 5 befindet, ist von der Einspracheöffnung 2 her nur schwer zugänglich. Dadurch wird ein Zerstören der Membran mittels eines spitzen Gegenstandes, der durch die Einspracheöffnung 2 gesteckt wird, verhindert.
3. Durch die, bei dieser Geometrie weitgehende Festlegung der akustischen Eigenschaften durch das Eintrittshalsvolumen 11, ist man bei der Gestaltung des Vorraumvolumens 10 weitgehend frei. Somit kann die Länge des gesamten Schalleintrittskanals 4, welcher sich aus Eintrittshalsvolumen 11 und Vorraumvolumen 10 zusammensetzt, so gestaltet werden, dass der gesamte Mikrofoneinbau besser gegenüber Spannungen geschützt ist als bisherige Mikrofoneinbauten. Luft isoliert unter Normalbedingungen bis zu einer gewissen Feldstärke, deren Wert in der Größenordnung von 1 KV/mm liegt. Das heißt, dass durch entsprechende Verlängerung des Schalleintrittskanals 4 auch die Durchbruchsfeldstärke erhöht werden kann, wodurch das Mikrofon 5 sehr gut gegen statische Entladungen geschützt ist. Eine Verlängerung des Schalleintrittskanals ist - wie bereits erläutert - bei dem in der Fig. 1 gezeigten Aufbau nicht möglich, da dies die akustischen Eigenschaften beeinflussen würde.

Such a spatial offset of the speech opening 2 and the microphone 5 achieves a number of advantages:

1. Regardless of the entry angle 14 of the sound, it is not possible for sound waves to strike the contact surface 6 between the microphone 5 and the sound entry channel 4 without prior reflection on the walls of the sound entry channel 4 . It is therefore no longer possible to superimpose sound waves directly and indirectly on the microphone, which run in opposite directions, which does not lead to the attenuation of the overall sound signal described in FIG. 1. This avoids distortions in the switching signal picked up by the microphone 5 .
Furthermore, due to this indirect sonication of the microphone 5 in connection with the optimal dimensions of the entry neck volume 11, a linear frequency curve is guaranteed over the entire frequency spectrum and no correction filter is required.
2. The contact surface 6 , in which the membrane of the microphone 5 is also located, is difficult to access from the mouth 2 . This prevents the membrane from being destroyed by means of a pointed object which is inserted through the mouth opening 2 .
3. Because the acoustic properties are largely determined in this geometry by the inlet neck volume 11 , the design of the antechamber volume 10 is largely free. The length of the entire sound inlet channel 4 , which is composed of the inlet neck volume 11 and the vestibule volume 10 , can thus be designed in such a way that the entire microphone installation is better protected against voltages than previous microphone installations. Air isolates under normal conditions up to a certain field strength, the value of which is of the order of 1 KV / mm. This means that the breakthrough field strength can also be increased by correspondingly extending the sound inlet channel 4, as a result of which the microphone 5 is very well protected against static discharges. An extension of the sound entry channel is - as already explained - not possible with the construction shown in FIG. 1, since this would influence the acoustic properties.

Die Gestalt des Schalleintrittskanals 4 ist natürlich nicht auf die in der Figur gezeigte Form beschränkt. Vielmehr sind in Abhängigkeit vom Frequenzbereich sowie der Dimensionierung der gesamten Anordnung eine Vielzahl von geometrischen Formen möglich. Des Weiteren ist der Querschnitt des Schalleintrittskanals 4 auch nicht auf eine kreisförmige Form beschränkt, sondern auch hier sind eine Vielzahl von Varianten möglich, welche sich beispielsweise auch nach dem vorhandenen Platz für die gesamte Anordnung richten. Die Einspracheöffnung muss weiterhin nicht notwendigerweise nach oben sondern kann in beliebige Richtungen weisen.
[I] Bergmann Schäfer, Lehrbuch der Experimentalphysik Band 1, Mechanik, Akustik, Wärme Bezugszeichenliste 1 Gehäuse
2 Einspracheöffnung, Schalleintrittsöffnung
4 Schalleintrittskanal
5 Mikrofon
6 Kontaktbereich
7 Mikrofontülle
8 Senkrechte zur Einspracheöffnung
9 Abstand
10 Vorraumvolumen
11 Eintrittshalsvolumen
12 Senkrechte zur Kontaktfläche
13 Winkel zwischen Senkrechter zur Einspracheöffnung und Senkrechter zur Kontaktfläche
The shape of the sound inlet duct 4 is of course not limited to the shape shown in the figure. Rather, a large number of geometric shapes are possible, depending on the frequency range and the dimensioning of the entire arrangement. Furthermore, the cross section of the sound inlet duct 4 is also not limited to a circular shape, but here too a large number of variants are possible, which for example also depend on the available space for the entire arrangement. The opening of the speech does not necessarily have to face upwards but can point in any direction.
[I] Bergmann Schäfer, Textbook of Experimental Physics Volume 1, Mechanics, Acoustics, Heat List of Reference Numbers 1 Housing
2 speech opening, sound entry opening
4 sound entry channel
5 microphone
6 contact area
7 microphone grommet
8 Vertical for opening the speech
9 distance
10 anteroom volume
11 neck entry volume
12 perpendicular to the contact surface
13 Angle between the perpendicular to the mouth and the perpendicular to the contact surface

Claims

1. Sound recording device with a between a sound inlet opening ( 2 ) and a sound inlet duct ( 4 ) arranged behind it, which leads to a microphone ( 5 ), characterized in that the sound inlet duct ( 4 ) is designed such that sound inlet opening ( 2 ) and microphone ( 5 ) are spatially offset from each other.

2. Sound recording device according to claim 1, in which the sound inlet channel ( 4 ) is designed such that sound entering through the sound inlet opening ( 2 ) on a wall of the sound inlet channel ( 4 ) experiences at least one reflection before it hits the microphone ( 5 ).

3. Sound recording device according to claim 1 or 2, characterized in that the sound inlet channel ( 4 ) consists of two sections ( 10 , 11 ), a tubular first inlet neck volume ( 11 ) - cavity facing the sound inlet opening and a vestibule volume facing the microphone ( 5 ) ( 10 ) - cavity.

4. Sound recording device according to claim 3, characterized in that the axes of the two cavities ( 10 , 11 ) are substantially perpendicular to each other.

5. Sound recording device according to one of the preceding claims, characterized in that the microphone ( 5 ) has a microphone opening facing the sound inlet channel ( 4 ), the area of which together with a length dimension, the direction of which is determined by the surface normal of the microphone opening and the length of which the distance between the microphone opening and the wall of the sound entry channel is defined, a microphone vestibule volume ( 11 ) is defined which is dimensioned such that its at least one resonance frequency is outside the frequency range of the sound to be recorded.

6. Sound recording device according to one of the preceding Claims, characterized in that Speech opening area and microphone area essentially vertical are attached to each other.