专利名称：高方向性界面传声器的制作方法
高方向性界面传声器
背景技术：
所说话语的放大在很多情况下是需要的，并且应该易于使用且几乎不易于失败或失真。通常，这通过将传声器置于杆上以收集声音来解決。尤其是在外行人不得不独立使用传声器的情况下，证明难以获得无干扰的放大。克服这样的障碍的ー种方法是通过使用固定式传声器，例如，界面传声器。大多数界面传声器遵循电容器元件安装到界面板并覆盖有保护屏的形式。传声器以不引人注意的方式安装并平放在桌子或地板上。例如，与现有技术水平类似的ー个界面传声器是US 2009/0097686A1。该美国专利申请是来自日本东京的Audio Technical公司的最新的界面传声器系列。虽然那些传声器具有讲话人不必为了良好的声音接收而十分靠近的优点，但是它 们的方向性特征不充足。仅仅少数界面传声器从该平面传声器的基本原理变化。US 6，158,902公开了ー种具有一个响应的主方向的界面层传声器，其中，传声器配备有在板表面下方行进的至少ー个声道。与前述类型的其他界面层传声器相比，这样的构造增加了方向性特征，但是由于传声器的几何尺寸导致声学接收为最优的区域受到限制。US 6，408，080B1涉及ー种将界面层技术与凹入式反射器连接以提供増加的灵敏度的传声器。凹入式反射器可相对于界面层产生表面布置，使得声波集中在界面层产生表面。因此，致密压缩层形成为靠近界面层产生表面。虽然与US 6，158，902相比声学接收为最优的区域的尺寸増加，但是该传声器具有复杂的结构，这不允许快速且容易地装配或改变。
发明内容
本发明将界面传声器的优势特性像良好的声音环绕效果和无梳状滤波器效应与普通单向传声器的心形线方向性行为及高信噪比相结合。已经研发了 ー些方法，用于在通常受到来自构成房间的ー个或多个表面(界面)过度反射的较为不理想的声学空间中有效地使用传声器。在任何房间中，声音通过两个路径行进到传声器通过直接路径到达传声器和由于被在房间中的任何坚硬表面反射的结果到达传声器。当用户在传声器前面说话时，在说话区域内，声波直接到达传声器元件，而且将在它前面的平坦平面上反射并重新引导到传声器元件。反射行进更长的路径而到达传声器，从而稍后及时到达，这可以是多相位相互作用的原因。直接和延迟声音两者在传声器处结合。在直接和延迟声音处于同相(连续)的频率处，信号相加在一起，声压变为两倍并使幅度增加6dB SPL0在整个频率响应中这导致一系列的骤升。在直接和延迟信号处于异相的频率处，信号将彼此抵消，在响应中产生骤降或凹谷。在整个频率响应中这导致一系列的骤降，产生梳状滤波器效应，生成不自然的声音。
为了解决在整个频率响应中的骤升和骤降的问题，需要缩短反射声音的延迟，使得它大致在与直接声音到达传声器的同时到达传声器。在本发明中，这通过将传声器元件放置为极其接近(毫米范围，明显短于由最高频率给出的波长)反射平面解決。为此目的，传声器元件必须足够小(半英寸或更小)。传声器元件与反射平面的这种接近布置及收集直接和反射声音提供6dB的増益。简单地说，与具有相同传声器元件的普通传声器相比，一个人可在相同信噪比的距离的两倍距离处说话。
根据本发明，具有心形线方向性行为的普通的小的单向传声器元件放置为邻近平面例如桌子，使得传声器元件面对该平面。传声器元件和该平面之间的角度优选为35°。通过使用单向传声器元件并将它放置在对齐的保持器中，将改善元件的方向特性，这是因为传声器元件收集直接声音。另外，可获得界面层技术的益处，这是因为传声器元件还收集反射声音。正好在传声器元件之下的表面对高方向性界面传声器的整体性能具有关键影响。当表面不光滑、坚硬时，不可能获得反射及足够大的额外增益。由此产生的声音也可通过在频率范围内吸收和反射的特定部件被畸变。与普通传声器相比，由于额外的増益，一个人可在更大距离内使用高方向性传声器，而不减小信噪比。当用户在更大距离内说话时，他具有更大的运动灵活性，而不会直接听见传声器信号。由此将产生更小的幅度变化。与紧靠传声器的讲话人相比，讲话人相对于传声器在更大距离内的运动较少。另外，通过使用高方向性界面传声器，不会在更大距离内产生邻近效应。此外，本发明不会对讲话人的面部形成遮挡。更小的幅度变化及无邻近效应这两个因素对语音清晰度作出大贡献。
图I是平面上的高方向性界面传声器及需要的保持器的侧视图，图2是声波如何行进到传声器元件的简图，图3是当从用户的角度观察时布置在保持器上的高方向性界面传声器的主视图，图4是放置在保护盖之下的保持器及高方向性界面传声器的一个可行的实际方案。
具体实施例方式在图I中描绘了根据本发明的高方向性界面传声器10。传声器元件12放置在保持器板14中，传声器元件12的隔膜16面对包括保持器板14和保持器支座22的保持器20被置于其上的平面18。方向性界面传声器10的隔膜齐平地布置在保持器板14中，以使方向性界面传声器10和保持器板14 一起形成一个等同的表面。保持器20、保持器板14及保持器支座22可由包括金属和塑料的各种材料制成。保持器20确保传声器元件12相对于平面18以优选为35°的角度24对准。在该位置，传声器元件12可检测在限定的语音区域28A(图I)和28B(图3)中的直接声音26 (图2)以及在传声器元件12下方的平面18处反射的延迟声音30 (图2)。
35°的角度24对于声学性能是最优的。在更大的角度24，出现在对于不同的竖直语音角度的频率响应中的幅度变化以及减小的方向性，在更小的角度24，心形线行为将抵消低频，且还可能抵消中频。在两种方情况下，将增加声音的畸变。具有心形线方向性行为的传声器元件12是单向的，它是两种传声器类型的组合，即压カ传声器和速度传声器的组合。速度部分负责高的低沉音灵敏度。由于传声器元件12紧靠平面18，所以低频的低沉噪声位于传声器元件12的两侧，前侧32和后侧34，并彼此抵消。传声器元件12中的压カ部分确保未消除全部的低频响应。优选地，保持器板14具有3mm的厚度36，在传声器元件12和保持器板14的边缘42之间的尺寸42也优选为3mm。那些值选择为増加小的传声器元件12的方向性能。通过保持器板14的这个边缘42和厚度36，声音将在它从前侧行进到后侧时延迟。现在，可改善小的传声器元件12的通常来说弱的方向性。传声器元件12放置为尽可能靠近保持器20的拐角40，因为这将減少 在高频的干扰行为。保持器板14的边缘42使传声器元件12的前侧32和后侧34之间的距离更长。这增加了传声器元件12从心形线到超心形线的方向性。设计良好的心形线传声器元件在90度轴上与在0度轴上相比具有_6dB的SPL减小。理论上来说，在180度轴上它根本不收集声音。你可通过增加从前侧到后侧的路径来减少在90度轴上的声音收集。在90度轴上的灵敏度将小于-6dB。这种类型的传声器的示例是超心形线传声器。你不得不付出的代价是这样的传声器在后侧更加灵敏。由于本发明的传声器元件12和保持器板14的特定尺寸，在90度轴上的灵敏度小于-6dB，在后侧的灵敏度保持为尽可能低。它的行为变到超心形线传声器的方向。这种总体设计加上界面给予传声器高的方向性行为。本发明的高方向性的益处是它在语音区域28A、28B中具有高灵敏度，且在语音区域28A、28B之外具有低得多的灵敏度。它收集期望的所说话语及极少的周围干扰噪声。这导致更好的语音清晰度。它还帮助減少在整个系统中的声学反馈的时间。整个系统是传声器、放大器及扩音器。声学反馈是传声器放大从扩音器收集的它本身的信号的时刻。原因在于高方向性界面传声器10与相同元件的普通传声器相比具有更高的方向性。带有传声器元件12的保持器20放置于其上的平面18对于高方向性界面传声器的性能是关键的。平面18必须具有尤其是正好在传声器元件12的下方和前面的光滑平坦的表面，从而不会产生声音的吸收或漫反射。为了相同的原因，平面必须延续至少20cm,没有大的平面中断。当平面将声音反射并引导到传声器元件12吋，中断或短平面将使声音畸变。图3示出了传声器元件12的一个示例性实施例的附图的主视图。附着到保持器20的传声器元件12由优选为半圆柱形的保持器板14围绕，保持器板14保持传声器元件12处于合适位置并用于保护件以使其免受机械影响。图4描述了放置在保护盖48之下的保持器20和高方向性界面传声器10的ー种可能的实际方案。传声器元件12放置在保持器板14上，这如前所述。不是将保持器20直接放置在平面18上，而是将保持器20放置在光滑且固定设计的反射平面52的上侧50上。反射平面52配备有至少ー个振动吸收器56，并且放置在底侧54上而非放置在平面18例如桌子58上。振动吸收器56由弾性材料例如橡胶、合成弾性体或泡沫/凝胶填充物制成，并提供解耦效果，这減少了低沉音和振动噪声。由于声音仅仅是压カ波，所以消除不是由需要放大的源产生的振动对于良好的信噪比是关键。单向传声器元件的使用及它在反射平面52上的布置对低频部分进行消除。它对低沉音噪声是积极的贡献。而且语音频率范围的最低部分也将少量地減少。频率范围的小部分的放大可固定这样的減少。该实际方案的声音质量可通过使用以200Hz为中心频率的低频程带宽滤波器被改善。为了使该低频程増加几个dB，语音信号回到它的受抑制的低频。在増加的200Hz低频程之下，低频抵消再次起作用。由于该小的均衡调整，它同时获得低频的语音信号和低沉音噪声的抵消。保持器20和传声器元件12以及例如用于信号转换和电カ供应的任何连接线60放置在优选为半球形的保护盖48下方。保护盖必须为了正确的声学性能而尽可能敞开并且足够强硬以保护传声器。·由与那些材料一祥的具有非常光滑、坚硬及非吸收表面的材料制成的反射平面52可反射声波。此外，如果频率被吸收或衰减，则上面描述的6dBSPL增加将不会产生。优选地选择铁，这是因为该金属额外地极具成本效益且容易加工。如在图4中看出的，根据本发明的高方向性界面传声器10可配备有反射平面52，反射平面52使还在具有更小的理想表面的平面像地毯或平面中的缝隙上使用高方向性界面传声器10成为可能，这是因为反射平面52假设具有平面18的功能。
权利要求
1.ー种高方向性界面传声器(10),包括布置在保持器板(14)上的至少ー个单向传声器元件(12)，其中，保持器板(14)与包括保持器板(14)和保持器支座(22)的保持器(20)布置于其上的平面(18)之间的角度(24)在30°和40°之间。
2.根据权利要求I所述的高方向性界面传声器(10)，其特征在于，所述至少一个传声器元件(12)面对保持器(20)布置于其上的平面(18)。
3.根据前述权利要求中的一个或多个权利要求所述的高方向性界面传声器(10)，其特征在于，保持器板(14)与平面(18)之间的角度(24)是35°。
4.根据前述权利要求中的一个或多个权利要求所述的高方向性界面传声器(10)，其特征在于，所述至少一个传声器元件(12)和保持器(20)布置在反射平面(52)上。
5.根据前述权利要求中的一个或多个权利要求所述的高方向性界面传声器(10)，其特征在于，反射平面(52)配备有由包括橡胶、合成弾性体或泡沫/凝胶填充物的弾性材料制成的至少ー个振动吸收器(56)。
6.根据前述权利要求中的一个或多个权利要求所述的高方向性界面传声器(10)，其特征在于，所述至少一个传声器元件(12)和保持器(20)由保护盖(48)围绕。
7.根据前述权利要求中的一个或多个权利要求所述的高方向性界面传声器(10)，其特征在于，反射平面(52)和保护盖(48)由铁制成。
8.根据前述权利要求中的一个或多个权利要求所述的高方向性界面传声器(10)，其特征在于，保持器板(14)利用它的特定尺寸増加所述至少一个传声器元件(12)的方向性。
全文摘要
公开了一种高方向性界面传声器(10)，其由具有心形线方向性行为的普通的单向传声器元件(12)构成。传声器元件(12)放置在保持器板(14)上，使得传声器元件(12)的隔膜(16)面对包括保持器板(14)和保持器支座(22)的保持器(20)布置于其上的平面(18)。保持器(20)确保传声器元件(12)相对于平面(18)以优选为35°的角度(24)布置。在该位置，传声器元件(12)可检测在限定的语音区域(28A、28B)中的直接声音(26)以及在传声器元件(12)下方的平面(18)处反射的延迟声音(30)。在限定的语音区域(28A，28B)之外，灵敏度显著降低。
文档编号H04R1/34GK102771140SQ201080063577
公开日2012年11月7日 申请日期2010年2月8日 优先权日2010年2月8日
发明者A·范戴克 申请人:罗伯特·博世有限公司