DD301685A9

DD301685A9 - ACOUSTIC COMPONENT SYSTEM FOR HAND APPARATES

Info

Publication number: DD301685A9
Application number: DD34295190A
Authority: DD
Inventors: Claus-Peter Dipl-Ing Kaufmann; Helmut Kammholz; Carsten Dipl-Ing Riewe
Original assignee: Nordhausen Fernmeldetech Gmbh
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1990-07-20
Publication date: 1993-06-24
Also published as: CS219491A3; WO1992002012A1; EP0540553A1; DE4042315A1

Abstract

Es ist das Ziel, die Vorteile piezoelektrischer Flächenschwinger für Handapparate zu nutzen, ohne deren Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Die vorgeschlagene, mit Leiterbahnen zwischen den Schallwandlern sowie mit Kontaktierungselementen ausgestattete Plastträgerfolie (12) weist in dem als Schallmembran (2) ausgebildeten Bereich die Besonderheit radialer Sicken (5) auf, die im randnahen Bereich zwischen Filterteil (1) und Kontaktteil (6) weich gelagert sind. Die so entstandenen Kanäle verbinden den inneren Hohlraum unter der Schallmembran (2) mit einem Randhohlraum (4) im Filterteil (1). Die akustistische Massewirkung dieser Kanäle bildet zusammen mit der akustischen Nachgiebigkeit des Randhohlraumes (4) eine Helmholtzresonanz. Über die in der Schallmembran (2) angeregten gegenphasigen Schwingungen werden störende Resonanzspitzen wirkungsvoll unterdrückt. Das neue akustische Verbundsystem eignet sich besonders für die Handapparate von Fernsprechgeräten. Als die Erfindung am deutlichsten wiedergebende Zeichnung wird die Figur 1 ausgewählt. Fig. 1It is the goal to take advantage of piezoelectric surface oscillators for handsets, without having to accept their disadvantages. The proposed, provided with conductor tracks between the transducers and contacting elements plastic carrier film (12) has in the sound membrane (2) formed area the peculiarity of radial beads (5) in the near-edge region between the filter part (1) and contact part (6) soft are stored. The resulting channels connect the inner cavity below the sound membrane (2) with an edge cavity (4) in the filter part (1). The acoustic mass effect of these channels together with the acoustic compliance of the edge cavity (4) forms a Helmholtz resonance. About the in the sound membrane (2) excited antiphase oscillations disturbing resonance peaks are effectively suppressed. The new acoustic composite system is particularly suitable for the handsets of telephone sets. As the invention most clearly reproducing drawing, Figure 1 is selected. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings

State of the art

Die bisher üblichen Funktionseinheiten für Mikrofon- und Hörseite sind im wesentlichen gekapselte Schallwandler, weisen aber fast ausschließlich für die schwingende Schallmembran die klassischen Einspannarten (Rand eingespannt oder Rand gelagert) auf. Damit ist verbunden, daß die größten Auslenkungen in der Mitte, d.h. beim piezoelektrischen System an der Stelleder größten Materialdicke, auftreten.The hitherto usual functional units for microphone and hearing side are essentially encapsulated sound transducers, but have almost exclusively for the vibrating sound membrane, the classic Einspannarten (edge clamped or edge mounted) on. This implies that the largest deflections in the middle, i. occur in the piezoelectric system at the position of the largest material thickness.

Es wurde bereits vorgeschlagen, durch Miueneinspannung und randseitig sehr weiche Lagerung den Übertragungsfaktor, die Ansteuerfähigkeit und die akustische Beeinflußbarkeit zu verbessern.It has already been proposed to improve the transmission factor, the control capability and the acoustic influenceability by Miueneinspannung and edge very soft storage.

Critique of the prior art

Es ist ein Mangel der letztbeschriebenen Lösung, daß es noch nicht gelang, die störenden Resonanzspitzen außerhalb des Übertragungsbereiches, hervorgerufen durch mechanische Oberschwellenschwingungen, zu beseitigen. Trotz der Minimierung der Anzahl der Einzelteile sind bei allen bekannten Lösungen die hör- bzw. mikrofonseitigen Wandlerelemente akustisch und konstruktiv getrennte Funktionseinheiten.It is a shortcoming of the last-described solution that it has not yet been possible to eliminate the disturbing resonance peaks outside the transmission range caused by mechanical upper threshold vibrations. Despite the minimization of the number of items are in all known solutions, the hearing or microphone-side transducer elements acoustically and structurally separate functional units.

Problemproblem

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Vorteile der piezoelektrischen Flächenschwinger für Handapparate zu erschließen, ohne die Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Auf dem Gebiet der Fernsprechtechnik kann ein Trend zu einem Handapparat beobachtet werden, der im Laufe seiner Lebensdauer nicht repariert werden muß und sich durch Robustheit der technischen Lösung sowie durch die Eignung zum vollautomatischen technologischen Prozeß auszeichnet und eine Auswechslung des Handapparates durch den Benutzer erlaubt.The invention specified in claim 1 is based on the problem to develop the advantages of the piezoelectric surface oscillator for handsets, without having to accept the disadvantages. In the field of telephone technology, a trend can be observed to a handset, which must not be repaired in the course of its life and is characterized by robustness of the technical solution as well as the suitability for fully automatic technological process and allows replacement of the handset by the user.

Bestandteil dieses Trends ist ein Abgehen von gekapselten Schallwandlern. Die besten Möglichkeiten für die unerläßliche Automatisierung bieten die genannten piezoelektrischen Flächenschwinger, die sich durch hohe Streuungssicherheit, robuste Handhabbarkeit, eine hohe Lebensdauer und geringe Kosten auszeichnen. Trotz der offensichtlichen Einfachheit des Aufbaus piezoelektrischer Flächenschwinger erwiesen sich die Technologie der Herstellung und die Anwendung als problematisch. Lediglich mechanisch großflächige, materialintensive Systeme wurden mit ausgeglichenem Frequenzgang im Übertragungsbereich realisiert, wiesen allerdings exemplarbedingte Resonanzspitzen, hervorgerufen durch Oberwellenschwingungen außerhalb des Übertragungsbereiches, auf. Bezogen auf Handapparate ist es das erklärte Ziel der Erfindung, die bei piezoelektrischen Flächenschwingern nachteiligen Resonanzspitzen weitestgehend zu beseitigen bzw. auf ein vertretbares Maß zu beschränken.Part of this trend is a departure from encapsulated sound transducers. The best options for indispensable automation are the aforementioned piezoelectric surface oscillators, which are characterized by high diffusion safety, robust handling, a long service life and low costs. Despite the obvious simplicity of piezoelectric surface transducer architecture, manufacturing technology and application have proven problematic. Only mechanically large-scale, material-intensive systems were realized with a balanced frequency response in the transmission range, however, had sample-related resonance peaks, caused by harmonic vibrations outside the transmission range on. With respect to handsets, it is the stated aim of the invention to eliminate as far as possible the resonance peaks which are disadvantageous in the case of piezoelectric surface oscillators or to limit them to an acceptable level.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen vor allem darin, daß durch einen besonderen konstruktiven Aufbau ein akustisches Zusammenwirken der Schallmembran mit der Hohlraumanordnung unter der Schallmembran und der im Mittelpunkt wirkenden Körperschalltrennung bestimmt wird. Diese kommt dadurch zustande, daß durch die Zwischenschaltung der Plastträgerfolie die Ausbildung einer Körperschallbrücke im mittigen Einspannpunkt vermieden wird. Das Arbeitsprinzip der Erfindung wird deutlich am Schwingungsvorhalten der Schallmembran als Bestandteil der Verbundeinheit. Letztere besteht aus einer sc!i*vingungsfähigen akustischen Plastträgerfolie, die im Bereich zwischen Filterteil und Kontaktteil die Schallmembran bildet, und zwar unter Einbeziehung einer aufgebrachten Aluminiumträgerfolie und eines piezoelektrischen Flächenelements. Weiterhin ist die Verbundeinheit Träger von Leitorbahnen und Kontaktierungselementen.The achievable with the present invention consist in particular that is determined by a special structural design, an acoustic interaction of the sound membrane with the cavity arrangement under the sound membrane and acting in the center body sound separation. This is due to the fact that the formation of a structure-borne sound bridge in the central clamping point is avoided by the interposition of the plastic carrier film. The working principle of the invention is clear from the oscillation behavior of the sound membrane as part of the composite unit. The latter consists of a scannable acoustic plastic carrier film which forms the sound membrane in the area between the filter part and the contact part, including an applied aluminum carrier foil and a piezoelectric surface element. Furthermore, the composite unit carrier of conductor tracks and contacting elements.

Die Schallmembranen besitzen im randnahen flaum radiale Sicken. Diese erfüllen eine Doppelfunktion. Dadurch, daß die Sickenhöhe geringfügig höher ist als der auf diesem Durchmossor liegende Abstand zwischen Kontaktteil und Filterteil, wird die Schallmembran neben der mittigen und randseitigen festen Einspannung auf einem bestimmten Durchmesser noch einmal weich gelagert. Zum zweiten aber geben diese Sicken unter der Schallmembran Kanäle sowohl zu dem Hohlraum unter der Schallmembran als auch zu dem umlaufenden Randhohlraum des Filterteiles frei. Die akustische Massewirkung dieser Kanäle bildet zusammen mit der akustischen Nachgiebigkeit des Randhohlraumes eine Helmholtzresonanz, die außerhalb des Übertragungsbereiches im Wirkungsbereich der ausgeprägtesten Oborwellenschwingungen liegt. Da eine Begrenzung des Randhohlraumes durch die Schallmembran gegeben ist, regt die Helmholtzschwingung im Randhohlraum (etwa auf dem doppelten Durchmesser zum Durchmesser der Maximalauslenkung der durch die Oberwellenschwingung gegebenen Schwingungsfigur) die Schallmembran zu gegenphasigen Schwingungen an. Auf diese Art und Weise werden die störenden Resonanzspitzen der Oberwellenschwingung im Bereich bis zur doppelten oberen Grenzfrequenz wirkungsvoll unterdrückt. Durch eine hohe strömungsabhängige und mechanische Dämpfung wird auch die Eigenrosonanz weitestgehend gedämpft, so daß mit weniger aufwendigen akustischen Maßnahmon ein Frequenzgang mit sehr geringer Welligkeit erreicht wird.The sound membranes have radial beads in the near-fluff. These fulfill a double function. Characterized in that the bead height is slightly higher than the lying on this Durchmossor distance between the contact part and the filter part, the sound membrane is again stored soft next to the central and edge-side fixed restraint on a certain diameter. Secondly, however, these beads under the sound membrane release channels both to the cavity below the sound membrane and to the peripheral edge cavity of the filter part. The acoustic mass action of these channels together with the acoustic compliance of the edge cavity a Helmholtz resonance, which is outside the transmission range in the range of the most pronounced Oborwellenschwingungen. Since a boundary of the edge cavity is given by the sound membrane, the Helmholtz vibration in the edge cavity (about twice the diameter of the diameter of the maximum deflection of the given by the harmonic vibration figure) stimulates the sound membrane to antiphase oscillations. In this way, the disturbing resonance peaks of the harmonic oscillation in the range up to twice the upper limit frequency are effectively suppressed. Due to a high flow-dependent and mechanical damping and the intrinsic rosin is largely attenuated, so that with less expensive acoustic Maßnahmon a frequency response with very low ripple is achieved.

Beschreibung elnos AusführungsbeispielesDescription of elnos embodiment

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigenAn embodiment of the invention is illustrated in the drawing and will be described in more detail below. Show it

Fig. 1: den vergrößerten Querschnitt durch das mikrofon- bzw. hörseitige Wandlerteil der erfindungsgemäßen VerbundenheitFig. 1: the enlarged cross-section through the microphone or the hearing-side converter part of the invention connectedness

und Fig. 2: eine schematisch-vereinfachte, etwas weniger vergrößerte Darstellung der Verbundeinheit ohne konstruktive Einzelheiten.and FIG. 2 shows a schematically simplified, slightly less enlarged representation of the composite unit without structural details.

Das in Fig. 1 dargestellte Filterteil 1 ist in einem Handapparategrundkörper (nicht gezeigt), vorzugsweise in die Unterschale eines Zweischalen-Handapparates über die Lochbilder am Rand akustisch dichtend eingelegt. Auf Grund der unterschiedlichen Anpaßverhältnisse zwischen der Anpassung der Mikrofoneinheit an das freie Schallfeld bzw. der Höreinheit an die Ohrdruckkammer, unterscheiden sich die beiden Filterteile zwar in den Lochbildern, nicht aber in den erfindungswesentlichen konstruktiven Details. Ohne funktionsbeeinträchtigenden Mittenversatz werden der Mittelpunkt des Filterteils 1 sowie der Mittelpunkt der zur Verbundeinheit gehörenden Schallmembran 2 zur Deckung gebracht. Als Schallmembran 2 wird der Teil der Verbundeinheit verstanden, der zwischen Filterteil 1 und Kontaktteil 6 eingespannt ist. Das Filterteil 1 weist Schalleintritts- bzw. -austrittsöffnungen 3 auf, die in ihrer Gesamtheit die erwähnten Lochbilder ergeben. Im Filterteil 1 befindet sich randnah ein Randhohlraum 4, welcher in Verbindung mit radialen Sicken 5 der Schallmembran 2 für die U 'terdrückung von Resonanzspitzen außerhalb des Übertragungsbereichs verantwortlich ist. Die mechanische Fixierung und Einspannung der Schallmembran 2 gegenüber dem Filterteil I erfolgt durch ein metallisches Kontaktteil 6, dessen Außenring 7 der randseitigen Einspannung und Kontaktierung und dessen mittlerer Ring 8 der Lagefixierung sowie Lagerung der radialen Sicken 5 dienen, während dessen mittlerer Einspannpunkt 9 eine kraftbegrenzte Einspannung sowie die Kontaktierung übernimmt. Die Umwandlung der Schallenergie in elektrische Energie und umgekehrt erfolgt durch den auf der Schallmembran 2 befestigten Flächenschwinger, der aus der scheibenförmigen Aluminiumträgerfolie 10 sowie dem ebenfalls scheibenförmigen piezoelektrischen Flächenelement 11 besteht. Alle Bestandteile der Schallmembran 2 sind bezüglich Dicke und Durchmesser akustisch abgestimmt. Bei der konstruktiven Verwirklichung wird das Kontaktteil 6 so gestaltet, daß Schalldichtigkeit zum Rückraum erreicht wird. Um mechanische Verspannungen zu vermeiden, empfiehlt es sich, die Schallmembran 2 zusätzlich mit einer konzentrisch umlaufenden Sickung zu versehen.The filter part 1 shown in Fig. 1 is inserted acoustically sealing in a handset body (not shown), preferably in the lower shell of a two-shell handset on the hole patterns on the edge. Due to the different matching conditions between the adaptation of the microphone unit to the free sound field or the hearing unit to the ear pressure chamber, the two filter parts differ in the hole patterns, but not in the constructive details essential to the invention. Without detrimental center offset the center of the filter part 1 and the center of belonging to the composite unit sonic membrane 2 are brought into line. As the sound membrane 2, the part of the composite unit is understood, which is clamped between the filter part 1 and contact part 6. The filter part 1 has sound inlet or outlet openings 3, which result in the entirety of the mentioned hole patterns. In the filter part 1 is located near the edge of an edge cavity 4, which is responsible in conjunction with radial beads 5 of the sound membrane 2 for the U 'suppression of resonance peaks outside the transmission range. The mechanical fixation and clamping of the sound membrane 2 with respect to the filter part I is effected by a metallic contact part 6, the outer ring 7 of the marginal clamping and contacting and the middle ring 8 of the positional fixing and storage of the radial beads 5 serve, while its central clamping point 9 is a force-limited clamping as well as the contact takes over. The conversion of the sound energy into electrical energy and vice versa is carried out by the attached to the acoustic membrane 2 surface oscillator, which consists of the disc-shaped aluminum carrier foil 10 and also the disc-shaped piezoelectric surface element 11. All components of the sound membrane 2 are acoustically matched in terms of thickness and diameter. In the constructive realization, the contact part 6 is designed so that soundproofing is achieved to the rear space. In order to avoid mechanical tension, it is recommended to provide the sound membrane 2 additionally with a concentric surrounding beading.

Als Verbundeinheit gemäß Fig. 2 wird eine durchgängige Plastträgerfolie 12, vorzugsweise Polycarbonat- bzw. Polyesterfolie, verstünden, die hör- und mikrofonseitig als Schallmembran 2 ausgebildet ist und im übrigen Leiterbahnen sowie Kontaktierungselemente aufweist. Die um die erwähnten konstruktiven Elemente ergänzte Verbundeinheit wird als Verbundsystem bezeichnet.As composite unit according to FIG. 2, a continuous plastic carrier film 12, preferably polycarbonate or polyester film, is understood, which is designed as a sound membrane 2 on the hearing and microphone side and otherwise has conductor tracks and contacting elements. The composite unit supplemented with the mentioned structural elements is called a composite system.

Claims

1. Acoustic composite system for handsets, in which a center clamping and marginal soft storage of the sound membrane carried out, characterized by the unit of the following features:

- The microphone as well as the auditory sound membrane (2) is part of a continuous, provided with conductor tracks and contacting elements, acoustically effective plastic carrier film (12),

each sound membrane (2) has radial beads (5) which extend in the region between an edge cavity (4) in the filter part (1) and the outer periphery of an aluminum carrier foil (10) connected to the sound membrane (2),

on the aluminum carrier foil (10) is a piezoelectric surface element (11),

- The height of the radial beads (5) is slightly larger than the existing in this diameter range distance between the filter part (1) and contact part (6),

the cavity between the radial beads (5) and the central clamping point (9) below the sound membrane (2) has a height which is less than 0.5 mm in the acoustic attenuation range and is equal to or less than the height of the radial beads ( 5)

- The channels formed by the radial beads (5), the cavity below the sound membrane (2) with the edge cavity (4) channels are dimensioned so that their acoustic mass with the acoustic compliance of the edge cavity (4) forms a Helmholtz resonance, the outside of the transmission range lies within the range of the most pronounced harmonic vibrations,

- The average diameter of the edge cavity (4) is about twice as large as the diameter on which the maximum deflections lie in the suppressed harmonic oscillations.

2. Acoustic composite system according to claim 1, characterized in that the plastic carrier film (12) conductor tracks, contacting and connecting elements.