WO2004017672A1 - Sound transducer comprising a small rear volume chamber - Google Patents

Sound transducer comprising a small rear volume chamber Download PDF

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WO2004017672A1
WO2004017672A1 PCT/DE2003/002382 DE0302382W WO2004017672A1 WO 2004017672 A1 WO2004017672 A1 WO 2004017672A1 DE 0302382 W DE0302382 W DE 0302382W WO 2004017672 A1 WO2004017672 A1 WO 2004017672A1
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Holger Petersen
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the present invention relates to a playback sound transducer for communication terminals.
  • playback sound converters are required for listening, open listening / hands-free speaking and for signaling functions.
  • a prerequisite for the miniaturization of the communication terminals is the reduction in the number of components and the miniaturization of each individual component.
  • the reduction in the number of components is all the more important if the manufacturing costs are also considered.
  • a summary of the wrestler and earpiece functions that are required in every communication terminal), hands-free calling and listening to entertainment functions (eg: radio, MP3 player) is thus an important volume and cost criterion, so that the use of several specialized converters is unfavorable.
  • the object of the present invention is therefore to implement a multiple function (earpiece, wrestler, hands-free loudspeaker) with only one sound transducer. Integration should also be made possible in those housing shapes that only provide small, leaky or undefined volumes behind the converter.
  • a sound transducer which is characterized by a mechanical transducer structure with a small closed back volume chamber in relation to the transducer, which is an integral part of the function of the sound transducer, the ratio between membrane mass and back volume being chosen such that a predetermined lower limit of a desired transmission range is reached, and the spring stiffness of the membrane clamping is chosen to be so low, that it is significantly below the spring stiffness of the enclosed back volume.
  • the required stable frequency characteristic is generated by a back volume chamber which is permanently assigned to the converter.
  • the air volume contained therein will be smaller than the total air chambers present in the communication terminal. If conventional converter technology were used, the resulting lower limit frequency of the transmission range would rise into unacceptable ranges.
  • the converter according to the invention is already designed for the stably coupled small back volume when it is dimensioned.
  • a prerequisite for a suitable adjustment is an extraordinary increase in the membrane mass, as well as a strong reduction in the rigidity of the membrane clamping (see page 4, line 24).
  • the air-spring stiffness of the back volume which causes undesired installation effects in known technology, becomes the main component of the mass-spring system in the converter according to the invention.
  • the spring stiffness of the diaphragm clamping which is decisive in conventional converters, is replaced in the converter according to the invention by the dominant air spring stiffness of the small converter back volume.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through a sound transducer, as is known from the prior art
  • FIG. 2 shows a schematic cross section through a sound transducer which is constructed in accordance with the present invention.
  • the sensitivity of a playback sound transducer (volume of the emitted sound in relation to the electrical power fed in) is primarily determined by the volume of the membrane. For a high sensitivity, as large a part of the membrane as possible must move with the highest possible amplitude.
  • thermoformed film as the membrane material, which due to its contour is rigid in the center (e.g. calotte) and elastic at the edge.
  • FIG. 1 Such a conventional converter is shown schematically in FIG. 1.
  • the membrane 1, 2 shown consists of a rigid region 1 and an elastic clamping region 2.
  • Membrane clamping is understood here to mean the structural property of region 2 of membrane 1, 2, which in the form of a spring function leads to a restoring force in the direction of the membrane resting position.
  • the rigid region 1 in the center is dynamically deflected by an electromagnetic coil 3 and a permanent magnet.
  • the amplitude of the membrane deflection decreases in the elastic region 2 with increasing diameter. From this, an effective membrane area can be calculated which, with the same volume as the said membrane, would achieve with a radially decreasing deflection.
  • the sound pressure levels required for open listening and signaling functions specify a minimum rigidity of the membrane to avoid partial vibrations (interference-free sound reproduction). If a lower lower limit of the transmission frequency range is desired, the rigidity of the clamping must be low and, in the case of one-piece membranes 1, 2, a wide strip must therefore be used for the elastic deformation. As a result, only the relatively small (inner) part of the membrane is deflected at full amplitude, which leads to a small effective membrane area.
  • the rapid volume of the diaphragm 1, 2 depends on the movement amplitude at the predetermined frequency in addition to the effective diaphragm area. This, in turn, is proportional to the rigidity of the clamping, as well as being anti-proportional to the mass of the membrane.
  • Conventional miniature transducers therefore use the lightest possible membranes 1, 2, which are driven by light coils 3, in order to realize large amplitudes of movement.
  • this housing changes the acoustic properties of the transducer.
  • the air volume enclosed behind the converter acts as an additional spring stiffness on the membrane. So that the lower limit of the
  • FIG. 2 An example of a sound transducer according to the invention, which is shown schematically in FIG. 2, will now be described below.
  • the structure of the sound transducer is characterized by the fact that a special transducer concept enables tuning which, despite a small back volume, enables broadband sound reproduction.
  • the transducer tuning is characterized by the fact that when the transducer is integrated into a normal back volume, a lower resonance frequency is achieved which is far below the lower limit of the transmission frequency response that is actually aimed for. Only after application of the small closed back volume 8 on the back of the converter, the desired lower limit of the transmission frequency response is set.
  • a soft membrane suspension can e.g. B. can be achieved by a two-part membrane.
  • a special bending-resistant material cardboard, plastic
  • a particularly soft material such as rubber or silicone ⁇ is used.
  • the elastic (radially less and less deflected) area can be reduced to a narrow edge and the effective membrane area can be maximized.
  • the large effective membrane area initially increases the transducer sensitivity.
  • this structure leads to the desired increase in membrane mass.
  • the transducer sensitivity is partially reduced.
  • this can also be compensated for by large coils 7 and magnet systems. Large coils contribute to a further increase in membrane mass.
  • a soft membrane suspension (with a large effective membrane area) can be achieved by multi-layer membrane structures or membrane structures that are greatly stretched at the edge.
  • a mechanical transducer structure is used, the tuning of which is primarily determined by the spring stiffness of a small closed air volume 8 on the back of the transducer.
  • the back volume 8 which is undersized in comparison to conventional technology, enables the use of a tight back volume chamber which is specifically assigned to the converter.
  • the coupled back volume must be largely sealed to prevent the acoustic short circuit.
  • the targeted introduction of small acoustically coordinated openings (hole, slot, channel, tube, or the like) with or without damping measures (flow, cotton wool, mechanical constrictions) enables both static pressure equalization (outside ⁇ -> inside) and additional targeted influencing of frequency characteristics and distortion. This creates a small acoustic module that realizes a stable frequency characteristic with a lower lower limit of the transmission range, without placing any demands on the design and tightness of the device volume.

Abstract

The invention relates to a sound transducer which is characterised by a mechanical transducer structure with a sealed rear volume chamber which is small in relation to the transducer and forms an essential functional component of the sound transducer. The relation between the membrane mass and the rear volume is selected in such a way that a pre-determined lower limit is obtained for a desired transmission range, and the elastic rigidity of the membrane restraint is selected in such a way that it is so low that it remains significantly below the elastic rigidity of the enclosed rear volume.

Description

Beschreibungdescription
Schallwandler mit kleiner RückvolumenkammerSound converter with a small back volume chamber
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wiedergabeschallwandler für Kommunikationsendgeräte.The present invention relates to a playback sound transducer for communication terminals.
Bei einem Kommunikationsendgerät werden Wiedergabeschallwandler zum Hören, Lauthören/Freisprechen und für Signalisie- rungsfunktionen benötigt.In a communication terminal, playback sound converters are required for listening, open listening / hands-free speaking and for signaling functions.
Zur Erfüllung dieser Aufgaben sind Lösungen bekannt, die jeweils spezialisierte Wandler verwenden: Hörkapsel, Ringer, Freisprechlautsprecher (Standardlösung) . Weiterhin sind zur Erfüllung dieser Aufgaben konventionelle Kombinationswandler bekannt, die die Anforderungen mehrerer Funktionen gleichzeitig erfüllen.To fulfill these tasks, solutions are known which each use specialized transducers: earpiece, wrestler, hands-free loudspeaker (standard solution). Furthermore, conventional combination converters are known to fulfill these tasks, which fulfill the requirements of several functions simultaneously.
Beide bekannten Lösungen sind bei den heutigen stark miniatu- riasierten Kommunikationsendgeräten nur bedingt anwendbar.Both known solutions can only be used to a limited extent in today's highly miniaturized communication terminals.
Voraussetzung für die Miniaturisierung der Kommunikationsendgeräte (insbesondere bei Schnurlos- und Mobiltelefonen) ist die Reduktion der Komponentenanzahl und die Miniaturisierung jeder Einzelkomponente. Die Reduktion der Komponentenanzahl ist umso wichtiger, wenn zusätzlich die Herstellungskosten betrachtet werden. Eine Zusammenfassung von Ringer und Hörkapsel (Funktionen, die in jedem Kommunikationsendgerät benötigt werden) , Freisprechen, sowie Lauthören von Entertain- mentfunktionen (z.B.: Radio, MP3-Player) ist somit ein wichtiges Volumen- und Kostenkriterium, so daß die Verwendung mehrerer spezialisierter Wandler ungünstig ist.A prerequisite for the miniaturization of the communication terminals (especially for cordless and mobile phones) is the reduction in the number of components and the miniaturization of each individual component. The reduction in the number of components is all the more important if the manufacturing costs are also considered. A summary of the wrestler and earpiece (functions that are required in every communication terminal), hands-free calling and listening to entertainment functions (eg: radio, MP3 player) is thus an important volume and cost criterion, so that the use of several specialized converters is unfavorable.
Die Kombination der genannten Funktionen in einem Schallwand- 1er bekannter Technologie erfordert zur Erfüllung sämtlicherThe combination of the functions mentioned in a baffle known technology requires all to be fulfilled
Anforderungen ein relativ großes, abgeschlossenes Rückvolumen. Unter abgeschlossenem Rückvolumen wird das Volumen hin- ter dem Wandler verstanden, dessen Luftfüllung durch die dynamischen Membranbewegungen komprimiert und expandiert wird, ohne dass die Luft dabei aus dem Gehäuse entweichen oder sich mit Luftbewegungen vor der Membran ausgleichen kann. Besteht das Wandler-Rückvolumen aus den im Gehäuse des Kommunikationsendgerätes verbleibenden Luftkammern, läßt sich ein großes abgeschlossenes Rückvolumen nicht oder nur mit Einschränkungen realisieren. Zunächst wird durch die Vielzahl der vom Gerät benötigten Gehäuseöffnungen (Steckbuchsen, Batteriede- ekel) und die übliche Gehäusetechnik ohne aufwendige zusätzliche Maßnahmen in der Regel keine ausreichende Luftdichtigkeit erreicht. Darüber hinaus sind die vorhandenen Undichtigkeiten durch mechanische Toleranzen der Aufbautechnik nahezu bei jedem Kommunikationsendgerät unterschiedlich. Schließlich führt die Miniaturisierung der Kommunikationsendgeräte zu einer starken Verkleinerung des zwischen den Komponenten verbleibenden Luftraumes. Somit läßt sich das für den konventionellen Kombinationswandler benötigte große, luftdichte Rückvolumen nicht mit der Aufbautechnik moderner Kommunikati- onsendgeräte vereinbaren.Requires a relatively large, closed back volume. With the back volume closed, the volume is ter understood the converter, the air filling is compressed and expanded by the dynamic membrane movements, without the air escaping from the housing or equalizing with air movements in front of the membrane. If the converter back volume consists of the air chambers remaining in the housing of the communication terminal, a large closed back volume cannot be realized or can only be realized with restrictions. First of all, due to the large number of housing openings required by the device (sockets, battery drain) and the usual housing technology, sufficient airtightness is generally not achieved without complex additional measures. In addition, the existing leaks due to mechanical tolerances in the construction technology are different for almost every communication terminal. Finally, the miniaturization of the communication terminals leads to a large reduction in the air space remaining between the components. Thus, the large, airtight back volume required for the conventional combination converter cannot be reconciled with the structure of modern communication terminals.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Mehrfachfunktion (Hörkapsel, Ringer, Freisprechlautsprecher) mit nur einem Schallwandler zu realisieren. Dabei soll eine In- tegration auch in jene Gehäuseformen ermöglicht werden, die nur kleine, undichte oder bezüglich der Abdichtung Undefinierte Volumen hinter dem Wandler zur Verfügung stellen.The object of the present invention is therefore to implement a multiple function (earpiece, wrestler, hands-free loudspeaker) with only one sound transducer. Integration should also be made possible in those housing shapes that only provide small, leaky or undefined volumes behind the converter.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Schallwand- lers gelöst, welcher gekennzeichnet ist durch einen mechanischen Wandleraufbau mit einer in Relation zum Wandler kleinen abgeschlossenen Rückvolumenkammer, welche wesentlicher Bestandteil der Funktion des Schallwandlers ist, wobei das Verhältnis zwischen Membranmasse und Rückvolumen derart gewählt ist, dass eine vorgegebene untere Grenze eines gewünschten Übertragungsbereichs erreicht wird, und wobei die Federsteifigkeit der Membraneinspannung derart niedrig gewählt ist, dass sie deutlich unter der Federsteifigkeit des eingeschlossenen Rückvolumens liegt.This object is achieved according to the invention by means of a sound transducer, which is characterized by a mechanical transducer structure with a small closed back volume chamber in relation to the transducer, which is an integral part of the function of the sound transducer, the ratio between membrane mass and back volume being chosen such that a predetermined lower limit of a desired transmission range is reached, and the spring stiffness of the membrane clamping is chosen to be so low, that it is significantly below the spring stiffness of the enclosed back volume.
Konventionelle, bekannte Wandler werden ohne Berücksichtigung des Ziel-Einbau-Rückvolumens konstruiert und abgestimmt. Bei Ankopplung dieser Wandler an das im Gehäuse des Kommunikati- onsendgerätes vorhandene Luftvolumen werden die akustischen Eigenschaften stark verändert, insbesondere wird die untere Grenzfrequenz des Übertragungsbereiches angehoben. Die aus herkömmlicher Gehäusetechnik resultierende instabile Dichtigkeit des Rückvolumens erzeugt darüber hinaus unerwünschte Variationen der Frequenzcharakteristik.Conventional, known converters are designed and tuned without taking into account the target installation back volume. When these transducers are coupled to the air volume in the housing of the communication terminal, the acoustic properties are greatly changed, in particular the lower limit frequency of the transmission range is raised. The unstable tightness of the back volume resulting from conventional housing technology also creates undesirable variations in the frequency characteristic.
Die benötigte stabile Frequenzcharakteristik wird bei dem er- findungsgemäßen Wandler durch eine dem Wandler fest zugeordnete Rückvolumenkammer erzeugt . Bei vergleichbarer Aufbau- technik wird das darin enthaltene Luftvolumen kleiner sein als die in Summe im Kommunikationsendgerät vorhandenen Luftkammern. Bei Verwendung konventioneller Wandlertechnologie würde die daraus resultierende untere Grenzfrequenz des Übertragungsbereiches in nicht akzeptable Bereiche steigen.In the converter according to the invention, the required stable frequency characteristic is generated by a back volume chamber which is permanently assigned to the converter. With comparable construction technology, the air volume contained therein will be smaller than the total air chambers present in the communication terminal. If conventional converter technology were used, the resulting lower limit frequency of the transmission range would rise into unacceptable ranges.
Im Gegensatz hierzu wird der erfindungsgemäße Wandler schon bei seiner Dimensionierung für das stabil angekoppelte kleine Rückvolumen konstruiert. Voraussetzung für eine geeignete Abstimmung ist eine außergewöhnliche Anhebung der Membranmasse, sowie eine starke Reduktion der Steifigkeit der Membraneinspannung (siehe Seite 4, Zeile 24) . In Konsequenz wird die Luft-Federsteifigkeit des Rückvolumens, welche bei bekannter Technologie unerwünschte Einbaueffekte verursacht, bei dem erfindungsgemäßen Wandler Hauptbestandteil des Masse- Federsystems . Die bei konventionellen Wandlern maßgebliche Federsteifigkeit der Membraneinspannung wird bei dem erfindungsgemäßen Wandler durch die dominierende Luft- Federsteifigkeit des kleinen Wandler-Rückvolumens ersetzt. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sowie der physikalische Hintergrund der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung des Standes der Technik und eines Ausführungsbei- spiels anhand der Zeichnung. In contrast to this, the converter according to the invention is already designed for the stably coupled small back volume when it is dimensioned. A prerequisite for a suitable adjustment is an extraordinary increase in the membrane mass, as well as a strong reduction in the rigidity of the membrane clamping (see page 4, line 24). As a consequence, the air-spring stiffness of the back volume, which causes undesired installation effects in known technology, becomes the main component of the mass-spring system in the converter according to the invention. The spring stiffness of the diaphragm clamping, which is decisive in conventional converters, is replaced in the converter according to the invention by the dominant air spring stiffness of the small converter back volume. Further expedient refinements of the invention and the physical background of the present invention result from the subclaims and from the following description of the prior art and an exemplary embodiment based on the drawing.
In der Zeichnung zeigenShow in the drawing
FIG 1 einen schematischen Querschnitt durch einen Schallwandler, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, und1 shows a schematic cross section through a sound transducer, as is known from the prior art, and
FIG 2 einen schematischen Querschnitt durch einen Schallwandler, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.2 shows a schematic cross section through a sound transducer which is constructed in accordance with the present invention.
Die Empfindlichkeit eines Wiedergabeschallwandlers (Lautstär- ke des abgestrahlten Schalls in Bezug auf die eingespeiste elektrische Leistung) wird vor allem durch die Volumenschnelle der Membran bestimmt. Für eine hohe Empfindlichkeit muß sich ein möglichst großer Teil der Membran mit möglichst hoher Amplitude bewegen.The sensitivity of a playback sound transducer (volume of the emitted sound in relation to the electrical power fed in) is primarily determined by the volume of the membrane. For a high sensitivity, as large a part of the membrane as possible must move with the highest possible amplitude.
Konventionelle elektrodynamische Miniatur-Wandler (z.B. für Kommunikationsendgeräte) verwenden als Membranmaterial eine tiefgezogene Folie, die durch ihre Kontour im Zentrum biegesteif (z.B. Kalotte) und am Rand elastisch ausgeformt ist.Conventional miniature electrodynamic converters (e.g. for communication terminals) use a thermoformed film as the membrane material, which due to its contour is rigid in the center (e.g. calotte) and elastic at the edge.
Ein derartiger konventioneller Wandler ist schematisch in FIG 1 dargestellt. Die dargestellte Membran 1, 2 besteht aus einem biegesteifen Bereich 1 und einem elastischen Einspannbereich 2. Unter Membraneinspannung wird hier die strukturelle Eigenschaft des Bereiches 2 der Membran 1, 2 verstanden, die in Form einer Federfunktion zu einer Rückstellkraft in Richtung der Membranruhelage führt .Such a conventional converter is shown schematically in FIG. 1. The membrane 1, 2 shown consists of a rigid region 1 and an elastic clamping region 2. Membrane clamping is understood here to mean the structural property of region 2 of membrane 1, 2, which in the form of a spring function leads to a restoring force in the direction of the membrane resting position.
Der biegesteife Bereich 1 im Zentrum wird durch eine elektro- magnetische Spule 3 und einen Permanentmagneten dynamisch ausgelenkt. Die Amplitude der Membranauslenkung verringert sich im elastischen Bereich 2 mit zunehmenden Durchmesser. Hieraus läßt sich eine effektive Membranfläche berechnen, die bei gleiche Volumenschnelle wie besagte Membran mit radial abnehmender Auslenkung erzielen würde. Die für Lauthören und Signalisierungsfunktionen benötigten Schalldruckpegel geben eine Mindeststeifigkeit der Membran zur Vermeidung von Partialschwingungen vor (störungsfreie Schallwiedergabe) . Wird eine niedrigere untere Grenze des ü- bertragungsfrequenzbereichs gewünscht, muß die Steifigkeit der Einspannung niedrig und bei einteiligen Membranen 1, 2 deshalb ein breiter Streifen für die elastische Verformung verwendet werden. Dadurch wird nur der relativ kleine (innere) Teil der Membran mit voller Amplitude ausgelenkt, was zu einer kleinen effektiven Membranfläche führt.The rigid region 1 in the center is dynamically deflected by an electromagnetic coil 3 and a permanent magnet. The amplitude of the membrane deflection decreases in the elastic region 2 with increasing diameter. From this, an effective membrane area can be calculated which, with the same volume as the said membrane, would achieve with a radially decreasing deflection. The sound pressure levels required for open listening and signaling functions specify a minimum rigidity of the membrane to avoid partial vibrations (interference-free sound reproduction). If a lower lower limit of the transmission frequency range is desired, the rigidity of the clamping must be low and, in the case of one-piece membranes 1, 2, a wide strip must therefore be used for the elastic deformation. As a result, only the relatively small (inner) part of the membrane is deflected at full amplitude, which leads to a small effective membrane area.
Die Volumenschnelle der Membran 1, 2 hängt bei vorgegebener Frequenz neben der effektiven Membranfläche von der Bewegungsamplitude ab. Diese ist wiederum proportional zur Stei- figkeit der Einspannung, sowie antiproportional zur Masse der Membran. Konventionelle Miniaturwandler verwenden zur Realisation großer Bewegungsamplituden deshalb möglichst leichte Membranen 1, 2, die durch leichte Spulen 3 angetrieben werden.The rapid volume of the diaphragm 1, 2 depends on the movement amplitude at the predetermined frequency in addition to the effective diaphragm area. This, in turn, is proportional to the rigidity of the clamping, as well as being anti-proportional to the mass of the membrane. Conventional miniature transducers therefore use the lightest possible membranes 1, 2, which are driven by light coils 3, in order to realize large amplitudes of movement.
Es wird nur dann Schall abgestrahlt, wenn sich der Schalloberdruck auf der Membranvorderseite nicht mit gleichzeitig auftretendem Unterdruck auf der Membranrückseite auslöschen kann (akustischer Kurzschluß) . Ohne Veränderung der unteren Wandler-Resonanzfrequenz kann dies nur durch Einbau in eineSound is only emitted if the upper sound pressure on the front of the membrane cannot be extinguished with the simultaneous negative pressure on the back of the membrane (acoustic short circuit). Without changing the lower transducer resonance frequency, this can only be done by installing it in a
Schallwand mit großen Abmessungen gegenüber der Schallwellenlänge erreicht werden. Da dies für die in Frage kommenden Endgeräte nicht möglich ist, wird man den Wandler zur Vermeidung des akustischen Kurzschlusses in ein geschlossenes Ge- häuse einbauen müssen.Baffle with large dimensions compared to the sound wavelength can be achieved. Since this is not possible for the terminal devices in question, the converter will have to be installed in a closed housing to avoid the acoustic short circuit.
Die Eigenschaften dieses Gehäuses verändern aber die akustischen Eigenschaften des Wandlers . Insbesondere das hinter dem Wandler eingeschlossene Luftvolumen wirkt als zusätzliche Fe- dersteifigkeit auf die Membran. Damit die untere Grenze desHowever, the properties of this housing change the acoustic properties of the transducer. In particular, the air volume enclosed behind the converter acts as an additional spring stiffness on the membrane. So that the lower limit of the
Übertragungsfrequenzganges nicht deutlich ansteigt, benötigen konventionelle Miniaturwandler eine geringe Luftvolumenstei- figkeit und damit ein großes Rückvolumen 4. Spielt die Abmessung der Endgeräte eine Rolle, ist ein großes Rückvolumen 4 nur bedingt und nicht in Form einer für den Wandler reservierten Box realisierbar. Vielmehr können im Gerät nur ohne- hin verbleibende Luftkammern (integrierte Antenne, Raum neben den elektronischen Komponenten) verwendet werden.Transmission frequency response does not increase significantly, conventional miniature converters require a low air volume ability and thus a large back volume 4. If the dimensions of the end devices play a role, a large back volume 4 can only be realized to a limited extent and not in the form of a box reserved for the converter. Rather, only air chambers (integrated antenna, space next to the electronic components) remaining in the device can be used.
Ist das eingeschlossene Luftvolumen des Rückvolumens 4 in kleinere Kammern aufgeteilt oder partiell undicht, (womöglich Undefiniert, siehe Lecköffnung 5 in FIG 1) , sind unkontrollierbare Resonanzen und Schwankungen im akustischen Übertragungsfrequenzgang die Folge. Diese treten nicht nur beim Lauthören oder im Ringer-Mode, sondern bei Kombinationswandlern auch im Hörkapselmodus auf .If the enclosed air volume of the rear volume 4 is divided into smaller chambers or is partially leaky (possibly undefined, see leak opening 5 in FIG. 1), uncontrollable resonances and fluctuations in the acoustic transmission frequency response are the result. These occur not only when listening to the loudspeaker or in the Ringer mode, but also in combination transducers in the earphone mode.
Die Telekommunikationsbranche schreibt aber die akustischen Eigenschaften der Geräte in Form von Standards insbesondere im Hörkapselmodus im Detail fest (Lautstärke, FrequenzCharakteristik, u.s.w.) . Aus diesem Grund kommen Kombinationswand- 1er mit den oben beschriebenen Eigenschaften für moderne Kommunikationsendgeräte nicht oder nur sehr eingeschränkt in Frage .However, the telecommunications industry specifies the acoustic properties of the devices in detail in the form of standards, especially in the earpiece mode (volume, frequency characteristics, etc.). For this reason, combination transformers with the properties described above are of little or no use for modern communication terminals.
Nachfolgend wird nun ein Beispiel eines erfindungεgemäßen Schallwandlers, welcher schematisch in FIG 2 dargestellt ist, beschrieben.An example of a sound transducer according to the invention, which is shown schematically in FIG. 2, will now be described below.
Der Aufbau des Schallwandlers ist dadurch gekennzeichnet, dass durch ein spezielles Wandlerkonzept eine Abstimmung er- reicht wird, die trotz eines kleinen Rückvolumens eine breit- bandige Schallwiedergabe ermöglicht.The structure of the sound transducer is characterized by the fact that a special transducer concept enables tuning which, despite a small back volume, enables broadband sound reproduction.
Die Wandlerabstimmung zeichnet sich dadurch aus, dass bei der Integration des Wandlers in ein übliches Rückvolumen eine un- tere Resonanzfrequenz erzielt wird, die weit unterhalb der tatsächlich angestrebten unteren Grenze des Übertragungsfrequenzganges liegt. Erst nach Applikation des kleinen abge- schlossenen Rückvolumens 8 an die Wandlerrückseite stellt sich die gewünschte untere Grenze des Übertragungsfrequenz- ganges ein.The transducer tuning is characterized by the fact that when the transducer is integrated into a normal back volume, a lower resonance frequency is achieved which is far below the lower limit of the transmission frequency response that is actually aimed for. Only after application of the small closed back volume 8 on the back of the converter, the desired lower limit of the transmission frequency response is set.
Dies wird erreicht, indem die Aufhängung der Membran 5, 6 ungewöhnlich weich, sowie die Membranmasse außergewöhnlich hoch gewählt wird.This is achieved in that the suspension of the membrane 5, 6 is unusually soft and the membrane mass is selected to be exceptionally high.
Eine weiche Membranaufhängung kann z. B. durch eine zweitei- lige Membran erreicht werden. Wie bei großen Tieftonlautspre- chern der Unterhaitungselektronik wird für die homogen bewegte innere Membranfläche 5 ein spezielles biegesteifes Material (Pappe, Kunststoff) und für die äußere Sicke 6 ein besonders weiches Material wie Gummi oder^ Silikon verwendet. Da- durch kann der elastische (radial immer geringer ausgelenkte) Bereich auf einen schmalen Rand reduziert und dami die effektive Membranfläche maximiert werden. Durch die große effektive Membranfläche erhöht sich zunächst die Wandlerempfindlichkeit.A soft membrane suspension can e.g. B. can be achieved by a two-part membrane. As with the large Tieftonlautspre- Unterhaitungselektronik manuals for the homogeneously moving inner membrane surface 5 a special bending-resistant material (cardboard, plastic) and for the outer bead 6 a particularly soft material such as rubber or silicone ^ is used. As a result, the elastic (radially less and less deflected) area can be reduced to a narrow edge and the effective membrane area can be maximized. The large effective membrane area initially increases the transducer sensitivity.
Außerdem führt dieser Aufbau zu der gewünschten Erhöhung der Membranmasse. Durch die Erhöhung der Membranmasse sinkt die Wandler-Empfindlichkeit aber wieder zum Teil. Dies kann darüber hinaus im Unterschied zu konventionellen Miniaturwand- lern durch große Spulen 7 und Magnetsysteme ausgeglichen werden. Große Spulen tragen zu einer weiteren Erhöhung der Membranmasse bei . Alternativ kann eine weiche Membranaufhängung (mit großer effektiver Membranfläche) durch mehrlagige oder am Rand stark gedehnte Membranstrukturen erreicht werden.In addition, this structure leads to the desired increase in membrane mass. By increasing the membrane mass, however, the transducer sensitivity is partially reduced. In contrast to conventional miniature converters, this can also be compensated for by large coils 7 and magnet systems. Large coils contribute to a further increase in membrane mass. Alternatively, a soft membrane suspension (with a large effective membrane area) can be achieved by multi-layer membrane structures or membrane structures that are greatly stretched at the edge.
Bei dem Schallwandler gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein mechanischer Wandleraufbau verwendet, dessen Abstimmung vor allem durch die Federsteifigkeit eines kleinen abgeschlossenen Luftvolumens 8 auf der Wandlerrückseite bestimmt wird. Das im Vergleich zu konventioneller Technik unterdimensionierte Rückvolumen 8 ermöglicht die Verwendung einer dichten speziell dem Wandler zugeordneten Rückvolumenkammer. Das angekoppelte Rückvolumen muß zur Verhinderung des akustischen Kurzschlusses weitgehend abgedichtet werden. Darüber hinaus ermöglicht das gezielte Einbringen kleiner akustisch abgestimmter Öffnungen (Loch, Schlitz, Kanal, Röhre, oder ähnliches) mit oder ohne Dämpfungsmaßnahmen (Fließ, Watte, mechanische Verengungen) sowohl den statischen Druckausgleich (au- ßen<->innen) , als auch eine zusätzliche gezielte Beeinflussung von Frequenzcharakteristik und Verzerrung. Damit entsteht ein kleines Akustikmodul, das eine stabile Frequenzcharakteristik mit tiefer unterer Grenze des Übertragungsbereiches realisiert, ohne Anforderungen an die Gestaltung und Dichtigkeit des Gerätevolumens zu stellen.In the sound transducer according to the present invention, a mechanical transducer structure is used, the tuning of which is primarily determined by the spring stiffness of a small closed air volume 8 on the back of the transducer. The back volume 8, which is undersized in comparison to conventional technology, enables the use of a tight back volume chamber which is specifically assigned to the converter. The coupled back volume must be largely sealed to prevent the acoustic short circuit. In addition, the targeted introduction of small acoustically coordinated openings (hole, slot, channel, tube, or the like) with or without damping measures (flow, cotton wool, mechanical constrictions) enables both static pressure equalization (outside <-> inside) and additional targeted influencing of frequency characteristics and distortion. This creates a small acoustic module that realizes a stable frequency characteristic with a lower lower limit of the transmission range, without placing any demands on the design and tightness of the device volume.
Somit ergeben sich bei dem erfindungsgemäßen Schallwandler die folgenden Vorteile:This results in the following advantages in the sound transducer according to the invention:
* Kosten- und Volumeneinsparung durch Verwendung eines Kombinationswandlers* Cost and volume savings by using a combination converter
* Volumeneinsparung durch Verwendung eines im Verhältnis zum Wandler kleinen, dichten Rückvolumens* Volume saving by using a small, dense back volume in relation to the converter
* Keine geometrischen Anforderungen an die Einbauumgebung (zur Erreichung kontrollierbarer Frequenzcharakteristik) durch eine dem Wandler zugeordnete Rückvolumenkammer * No geometric requirements for the installation environment (to achieve controllable frequency characteristics) due to a back volume chamber assigned to the converter

Claims

Patentansprüche claims
1. Schallwandler für Kommunikationsendgeräte, gekennzeichnet durch einen mechanischen Wandleraufbau mit ei- ner in Relation zum Wandler kleinen abgeschlossenen Rückvolumenkammer, welche wesentlicher Bestandteil der Funktion des Schallwandlers ist, wobei das Verhältnis zwischen Membranmasse und Rückvolumen derart gewählt ist, dass eine vorgegebene untere Grenze eines gewünschten Übertragungsbereichs erreicht wird, und wobei die Federsteifigkeit der Membraneinspannung derart niedrig gewählt ist, dass sie deutlich unter der Federsteifigkeit des eingeschlossenen Rückvolumens liegt.1. Sound transducer for communication terminals, characterized by a mechanical transducer structure with a small closed back volume chamber in relation to the transducer, which is an integral part of the function of the sound transducer, the ratio between membrane mass and back volume being chosen such that a predetermined lower limit of a desired one Transmission range is reached, and the spring stiffness of the diaphragm clamping is chosen so low that it is significantly below the spring stiffness of the enclosed back volume.
2. Schallwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran des Lautsprechers aus einem großen biegesteifen inneren Bereich und einem diesen inneren Bereich umgebenden schmalen sehr weichen äußeren Bereich besteht.2. Sound transducer according to claim 1, characterized in that the membrane of the loudspeaker consists of a large rigid inner area and a narrow, very soft outer area surrounding this inner area.
3. Schallwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückvolumenkammer ein eigenständiges mit dem Schallwandler fest verbundenes Modul ist.3. Sound transducer according to claim 1 or 2, characterized in that the back volume chamber is an independent module firmly connected to the sound transducer.
4. Schallwandler nach Anspruch 1, 2 oder 3,4. Sound transducer according to claim 1, 2 or 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Rückvolumenkammer durch akustisch geeignete Öffnungen für den statischen Druckausgleich und zur Beeinflussung der akustischen Eigenschaften des Lautsprechers mit der umgebenden Luft verbunden ist. characterized in that the back volume chamber is connected to the surrounding air by acoustically suitable openings for the static pressure equalization and for influencing the acoustic properties of the loudspeaker.
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