CN1217846A - 通话装置内部的话筒 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到诸如陆地移动无线电台,步话机,无绳电话或是移动电话(1)等等通话装置内部的一种声波导管(5)。为了在此类电话中获得良好的声音质量,通常是采用一个盖子(3)将话音反射到电话主体(2)内部的一个话筒(6)上。在翻盖上面设置一个作为声波导管(5)的气管,并且将其引导到电话主体和话筒上,就能明显地改善声音质量。为了避免由于形成共振而必然会在这种声波导管中产生不均匀的频率响应,在声波导管内部使用普通的消声材料并配合利用局部点上的最低压力来对话筒作声音衰减。

Description

通话装置内部的话筒

本发明涉及到装有话筒的电话/通话装置内部的拾音装置，并且涉及到话筒及其布置方式。

当今的诸如步话机，陆地移动无线电台，无绳电话等等移动电话和其它手持通话装置的电话主体内部通常装有话筒，并且装在靠近嘴的一端，以便获得最佳的拾音效果。由于话筒靠近嘴部，直接来自讲话人的声音与周围环境产生的噪声之比是很大的，这样就能获得高信号/噪声比(SNR)。由于现在的移动电话越来越小，这就意味着电话机会变得很小，如果保持在通话的位置时，即讲话人将电话压在耳朵上时，话筒很难“达到”嘴部。

EP0275996提出了一种带翻盖的电话，在通话时从电话主体上打开翻盖。这种翻盖被用来通过其中的一个声音入口把声音从嘴部引导到位于电话主体内部的话筒。声音入口是由翻盖内的一个缝隙和引向电话主体内的话筒的气管构成的，话筒设在电话主体的“讲话端”，也就是最靠近翻盖的一端。问题在于这种一端闭合而另一端开放的气管会产生共振现象，因此总是会产生谐波。根据上述文献，由于气管的一端以话筒为界，气管会产生许多谐波/共振频率，因此会产生具有相当数量峰值的非常不均匀的频率曲线。这种现象显然对通话质量具有不利影响。在气管内部放置消声材料可以衰减各种谐波。为了获得良好的衰减效果和均匀的频率响应，需要采用更多的消声材料，而这样又会降低声音的灵敏度。另一种可能的方式是把话筒装在翻盖的一端。在这种情况下不利于它的保护，并且很难在翻盖和电话主体之间保证可靠的电连接。另外，很难为话筒和连接部位提供防范射频干扰的保护。

在以下的说明中假设是把话筒放置在电话主体内部。

当今的移动电话可以做成很小，从嘴到话筒的距离很远，在将电话保持在通话位置时，往往不能获得理想的通话质量。这样会使得话筒所获得的话音成分很小，而环境噪声成分过大。利用一个可以从电话主体上翻开的盖可以在一定程度上解决这种问题。用这种翻盖将话音引导或是反射到话筒上。对于很小的电话机来说，这样做往往是不够的，还要用其它方法来捕捉话音。可以在翻盖上装设某种类型的声波导管，例如从翻盖的内部空腔引向电话主体的一个开口，话筒则装在电话主体中。按照这种方式就可以“收集”话音。其附带的优点是可以挡住一些环境噪声。

如果将上述的声波导管装在翻盖内的开口中，并且用一个气管/声波导管通到处在声波导管另一端的话筒上，按照物理学的定律，就会产生一个驻波，在频谱图中可以把它看成是一个基波成分和许多谐波。它们之间会相互干扰，并且会出现许多声音的最大值和最小值。这样就会出现不均匀的频率传输，这在频率响应的测量中可被显示出来。在话音频谱中将会出现共振峰值。如果采用各种方式来衰减声波导管(在声压的最小值处空气分子的粒子速度为最大)，就可以获得均匀的频率曲线。衰减少量的共振峰值(两三个)，就足以在话音频谱中获得可以接受的频率响应曲线。遗憾的是，在引导体中的若干位置上进行衰减是一种折衷，因为话音本身如衰减过多，话筒拾取的声音会变得很弱，不能达到足够的声学灵敏度。简而言之，问题就在于将开口设置在靠近讲话人的嘴部的情况下，如何借助于声音导管获得高SNR和均匀的频率曲线，同时又不能因为在声音导管内部采用了过多的衰减材料而影响到声学灵敏度。

本发明解决这种折衷问题的方式不是将话筒放在声波导管的最内端，而是将其放在从开口开始算起的导体总长度的2/3距离位置上。计算表明，这样做是合适的，因为在该点上可以消除第二谐波的干扰，这样就不会产生第二谐波的共振峰值。第一谐波可以按照惯用的方式通过选择某种方法来衰减。用这种方法可以同时获得平直的频率响应，可以同时获得高声学灵敏度和高SNR，这是因为它不需要按照惯用的方式来衰减第二谐波。另外，计算的结果显示出，如果声波导管的长度是大约6厘米，还可以获得其他的有益效果。在这种情况下，第二谐波会出现在4KHz附近或是稍高一点。这种情况是非常理想的，因为数字电话系统的采样频率是8KHz，而按照耐奎斯特定律，如果要避免所谓的混淆失真，话音频谱不可能包含超过采用频率的一半也就是4KHz的频率成分。从目前来看，安装在移动电话内部的话筒到讲话人嘴部的距离大约是4厘米。如果采用长度为6厘米的引导体，并且让它从电话主体上伸出4厘米，话筒就仍然可以放置在电话本身的主体内部。因此剩下的2厘米引导体处在电话主体内部，或是将声波导管弯回翻盖的内部。

以下要参照附图来说明本发明的一个实施例，在附图中：

图1是一个现有技术的手持电话的侧视图，

图2a是本发明一个实施例的手持电话的侧视图，话筒被放在声波导管内，

图2b是本发明一个实施例的手持电话的侧视图，话筒被放在声波导管壁面上的一个空腔内，

图3a是本发明另一个实施例的手持电话的侧视图，在其中用一个管子代替了翻盖，

图3b是本发明的手持电话的一个侧视图，其结构与图3a相同，但是改变了话筒的位置，以及

图4表示在一种实验模型中记录到的声音的频率响应曲线。

按照一个最佳实施例，图2a表示了一个电话1，盖子3可以从电话主体2上翻开。在翻盖上有一个缝隙4，从那里有一个声波导管5也就是一个有孔的通道引向电话主体2。声波导管延续进入电话主体，并且作为话音进入话筒6的引导体。此处需要说明，声波导管没有必要如图中画出的外形。例如，它可以用塑料模压在翻盖顶部的一个升高部分，形成一个气管，或是沿着翻盖的一个边沿制成一个缝隙。因此，本发明并没有限制声波导管的形状，位置或是通路。它也可以采取图3a和3b的简单管状8的形式，管8从电话主体上伸出，在靠近讲话人嘴部的末端有一个开口9。

这样一来，翻盖就显得多余了。然而，各种实施例相同的是，声波导管5都是进入电话主体2的，并且将话筒6放在电话主体的内部。

另外，按照习惯的做法，如图2b和3b所示，可以将话筒埋入声波导管内的一个空腔7，或者是放在声波导管壁内合适的孔中。

按照物理学的定律，采用本发明的声波导管会在频响曲线的不同位置引起不同的共振频率，这取决于管子的长度。如果将声波导管的长度选择在40-60毫米左右，第一共振频率位于1430-2150Hz，第二频率位于4300-6450Hz，如图4所示，图中表示了用实验结构获得的频率响应曲线，其中采用的声波导管长度为60毫米，并且将其开口设在距模拟的嘴部30毫米处。在最上面用x标记的曲线12中，声波导管内部没有采用衰减材料，从图中可以看出，曲线是很不均匀的。这种不均匀性在实验结构中分两步用不同数量的衰减材料来衰减，如中间的两条曲线所示。上面第二条曲线显示了在声波导管内侧使用衰减材料的情况，而下面第二条曲线显示了在声波导管上使用了更多衰减材料的情况。第四和最下面的曲线显示出话筒距嘴部的距离相同但是没有使用声波导管时的频率响应。通过对引起压力最小点的管子长度的计算，可以将衰减材料准确地放在这些位置，这样就能去掉共振峰值。这样做的缺点是，为了获得均匀的频率曲线，必须在引导体内部的几个位置上作相当大的衰减。从图中可见，这样做会影响到声学灵敏度。使用的衰减材料越多，灵敏度越差，也就是曲线会在Y-轴上降低。

由于GSM中的理想话音频谱决不能包含高于4KHz的频率，按照耐奎斯特定律，采样频率至少应达到该频率的两倍，数字电话系统中的采样频率Fs是8KHz。这样就希望频率响应中尽可能少地包含4KHz以上的能量，以免在话音频谱中出现混淆失真的影响，否则会降低话音质量。如果将声波导管的长度选择在40-60毫米，如上所述，第二共振频率应该是4300-4650KHz。按照本发明，从声波导管的开口4算起，将话筒放在声波导管内侧总长度的2/3距离上就能起到消除它作用。图4显示出共振被完全消除了，并且下垂到曲线11以下，然后再次上升到第三共振峰值13。实际上需要衰减的频率是从4000Hz而不是4300Hz开始。按照上述的引导体尺寸，衰减会出现在4000Hz而不是理论计算的4300Hz，这是因为“从声学的观点来看”，如果沿途布置有衰减材料，声波导管会变长，即声音在声波导管内传播的距离会变长。因此，所有共振频率都会有所下降，从而达到理想的程度。按照以下的计算，在某一个点上，各种谐波将会相互抵销，在该位置上的第二谐波不会产生共振峰值。

以下的计算从理论上说明了话筒应该放在什么位置才能获得理想的效果。

假设：声波导管的一端开口，而另一端是闭合的。安装在声波导管闭合端的话筒可以接收到所有频率的声音。在某些所谓的共振频率上，声波导管会使声音明显地放大。这些共振频率出现在引导体内的四分之一波长(λ/4)的奇数倍的位置上，也就是管子的长度等于有奇数个四分之一波长的位置。具有这种性质的声波导管也被称为四分之一波导管。

在这种管子中，在波长λ处会出现共振：1)λ=4L/(2n+1)，其中的L=管子的长度(米)，n=0,1,2,…

产生共振的频率(f)是：2)f=v/λ=((2n+1)v)/4L，其中的v=声音在空气中的传播速度(即344m/s)。

在四分之一波导管中，会形成驻波，在这个驻波中，最大声压和空气分子最大速度彼此间相差180度。也就是说，在闭合的一端，由于固体的壁而使该运动速度等于零，声压就会达到最大值。从管子的开口开始测量，出现第一个最大运动速度值(最小声压值)的位置是用以下公式来确定的：3)x=L-(λ/4)，其中的x=从开口算起的距离，λ是从1)获得的。

因此，对于基频(n=0)来说，最小声压出现在x=0处，也就是管子的开口处，而第二共振频率(n=1)的最小声压出现在x=L-4L/12=2L/3处。

如果L=6cm，则x=2×6/3=4cm。

如果将话筒放在x=4处，就不会出现第二共振频率即4300Hz的声压。

图2b表示了放置话筒的原理：在本实施例中将从开口到声波导管的弯曲处的距离用a表示，从这里到话筒中间位置的距离是b，从话筒中间到声波导管端壁的距离是c，为了获得话筒的准确位置，应该满足等式a+b=2c。

剩下的工作就是要在最大运动速度的位置上用某种衰减材料衰减掉第一共振频率。可以用某种多孔材料或是阻声栅格来吸收声波导管内部的声学动能。可以采用一种烧结的栅格，它是一种用交叉的细钢丝构成的微孔栅格。或者是在声波导管内有关的区域使管道收缩。另一种方式是让声波导管变得很窄，从而用这种方式衰减掉共振峰值。所有这些实施例都是要在按照上述方式放置话筒的情况下实现的。

图2a,2b,3a和3b表示了引入电话主体内部的声波导管的各种实施例，话筒6放置在电话主体内。在翻盖或是管子被铰接折叠到电话主体上的那一点上需要采用某种形式的密封措施，这样才不会改变声波导管的声学特性。还应该注意在该点上不应有干扰声进入。

Claims (7)

1．在诸如陆地移动无线电台，步话机，移动电话或是无绳电话等通话装置(1)中用来接收声音的装置，它包括从电话主体(2)上翻开或是伸出的部分(3,8)，在上述部分中设有一个开口(4,9)，它确定了任意几何形状的一个声波导管(5)的一端，声波导管被引入到电话主体(2)，其特征是，话筒(6)被放置在电话主体(2)内与上述声波导管(5)相连接的这样一个位置，在该位置上可消除共振的声音。

2．按照权利要求1的在通话装置(1)中用来接收声音的装置，其特征是话筒(6)被放置在电话主体(2)内与上述声波导管(5)相连接的位置，该位置处在从声波导管的开口(4,9)端测量为声波导管总长度的约2/3距离上。

3．按照权利要求1或2的在通话装置(1)中用来接收声音的装置，其特征是话筒(6)被放置在声波导管内侧的一个空腔(7)中，或是装在声波导管的壁内，并且使话筒开口垂直于声波导管的对称轴线。

4．按照权利要求1-3之一的在通话装置(1)中用来接收声音的装置，其特征是通过在第一谐波的声压最小的位置上使管子收缩来衰减声波导管内的第一谐波(10)。

5．按照权利要求1-3之一的在通话装置(1)中用来接收声音的装置，其特征是在第一谐波的第一个声压最小的位置上放置一个声学衰减滤波器，用来衰减声波导管内的第一谐波(10)。

6．在诸如陆地移动无线电台，步话机，移动电话或是无绳电话等通话装置(1)中用来接收声音的方法，该通话装置包括从电话主体(2)上翻开或是伸出的部分(3,8)，在上述部分上设有一个开口(4,9)，它确定了任意几何形状的一个声波导管(5)的一端，声波导管被引入到电话主体，该方法的特征是将声音引入放置在与上述声波导管(5)相连接的电话主体内部的话筒(6)，其放置位置能在声波导管内消除共振的声音。

7．按照权利要求6的在通话装置(1)中用来接收声音的方法，其特征是话筒(6)被放置在电话主体(2)内的声波导管(5)内，其位置是在从声波导管的开口(4,9)端测量为声波导管总长度的约2/3距离上。

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