МЕГАФОН ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СОТОВЫХ ТЕЛЕФОНАХ С ОТКИДНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ Российский патент 2002 года по МПК H04M1/02 H04R1/30 

Область техники
Настоящее изобретение относится в основном к подаче акустической энергии в электронные устройства и из них, более конкретно, шарнирно сочлененным пассивным акустическим элементам специальной формы, предпочтительно связанным с активными акустическими преобразователями для обеспечения улучшенного электроакустического режима и механической защиты для радиотелефонов, в которых использованы акустические элементы.

Предшествующий уровень техники
Акустические преобразователи различных типов для использования в системах аудиосвязи известны уже длительное время. Разработки акустических преобразователей были всегда связаны с усовершенствованием характеристик преобразователей и адаптацией электронных схем для оптимального сопряжения с любым заданным преобразователем. На смену микрофонам и динамикам, основанным главным образом на механических принципах, пришли устройства с переменным сопротивлением и регулируемым электромагнитом, более эффективные с точки зрения повышения усиления и улучшения амплитудно-частотной характеристики.

Типы и характеристики акустических преобразователей зачастую адаптировали для использования вновь появляющихся возможностей электронных устройств - малошумящих полевых транзисторов (высокий импеданс), цепей обратной связи (подстройка полосы пропускания) и зеркальных усилителей тока (низкий импеданс). С появлением очень сложных сотовых радиотелефонных систем с повышенными отношениями сигнал-шум акустическое качество их входных и выходных аудиоустройств стало объектом тщательного изучения. В связи с этим возросли и затраты. Сочетание недорогого пассивного акустического устройства, внутренне подключенного ко входному микрофону (или выходному динамику), и высококачественных радиотелефонных аппаратов, о которых идет речь в настоящем изобретении, обеспечивает значительно улучшенные технические и эксплуатационные характеристики системы радиосвязи.

Известные способы акустической связи для использования с электронными устройствами описаны в ряде патентов США. В патенте США 3748583 описано использование мегафона в качестве выходного устройства для портативного радиоприемника. В частности, в этом техническом решении описано применение складного гиперболического мегафона для направления звука к пользователю.

В Европейском патенте 0275966 раскрыто введение звуконесущей полой перемычки в подвижный элемент тангенты, используемый для закрывания вспомогательной управляющей клавиатуры микротелефонной трубки. Полая перемычка выполнена сужающейся для направления входной речи в микрофон внутри микротелефонной трубки через впускное отверстие, которое совмещено со входом микрофона только тогда, когда тангента раскрыта до своего максимума. Подробности конструкции звуконесущей полой перемычки не приведены.

В Патенте США 1818654 (1931) раскрыто использование воронкообразного мундштука, который подсоединен к телефонному микрофону посредством двух вращающихся соединений (шарниров). Эти два соединения обеспечивают возможность регулирования как по вертикали, так и по горизонтали круглого входного отверстия посредством нескольких сужающихся цилиндрических трубок.

Конструкции микрофонов и способы ввода/вывода входного звукового сигнала радиотелефона представлены в патентах США 5384844, 4171734, 3249873 и др.

Помимо патентной литературы, в опубликованной технической литературе также имеются сведения, касающиеся требуемых характеристик экспоненциальных мегафонов для обеспечения распространения звука. В частности, в статье C.R. Hanna и др., опубликованной Американским институтом инженеров-электриков в 1924 г. , содержатся теоретические соображения, касающиеся конструирования мегафонов для наилучшего распространения звука.

Сущность изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в создании усовершенствованных способов и устройств для подачи акустической энергии в электронные устройства и из них.

Другая задача настоящего изобретения заключается в создании способов и устройств для улучшения акустической связи с использованием шарнирно закрепленного акустического элемента двойного назначения.

Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании мегафона, выполненного в виде внутренней полости в шарнирном откидном элементе, предназначенном для использования в качестве входного или выходного элемента акустической связи, связанного с сотовым радиотелефонным аппаратом.

В предпочтительном варианте осуществления расширяющийся раструбом мегафон экспоненциального типа выполнен в виде внутренней полости в плоском планарном откидном элементе, связанном с сотовым радиотелефонным аппаратом. Откидной элемент имеет двойное назначение, выполняя, во-первых, свою обычную функцию защиты и закрывания задействуемых пользователем радиотелефона наборных/функциональных клавиш в первом, закрытом положении, и дополнительно являясь высокоэффективным входным устройством акустической связи за счет использования акустического вращающегося соединения. Обе эти функции совместно обеспечивают новый рабочий режим, сочетающий физическую защиту и эффективную акустическую связь, реализуемую экономичным способом, для получения усовершенствованного радиотелефонного аппарата.

Краткое описание чертежей
Дополнительные задачи и преимущества изобретения поясняются в описании, иллюстрируемом чертежами, на которых представлено следующее:
фиг. 1 - вид в перспективе сотового радиотелефонного аппарата с микротелефонной трубкой, в котором расширяющийся раструбом мегафон выполнен в виде его акустического входного элемента связи, соответствующего настоящему изобретению;
фиг.2 - схематичное изображение вида сверху мегафона, встраиваемого внутрь откидной крышки радиотелефонного аппарата;
фиг. 2А - фрагмент вида сверху альтернативного варианта мегафонного устройства для использования с настоящим изобретением;
фиг. 3 - вид в перспективе откидной крышки (частично показан пунктирной линией), иллюстрирующий дополнительные механические и акустические детали еще одного альтернативного варианта мегафонного устройства, и
фиг. 4 - альтернативный вариант осуществления конструкции мегафона, иллюстрируемый вертикальной проекцией раструба основного мегафона.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения
На фиг.1 изображен вид в перспективе сотового телефонного аппарата с микротелефонной трубкой, в котором мегафон выполнен в виде входного элемента акустической связи, соответствующего настоящему изобретению. Весь телефонный аппарат 10 находится в корпусе 12, имеющем отверстия 14 для излучения звука из динамика, установленного внутри (не показан). Корпус 12 имеет откидную крышку 16 двойного назначения, шарнирно установленную на его нижнем конце и выполненную с возможностью включения в нее расходящегося раструбом мегафона, который служит в качестве входного элемента подачи энергии для микрофона, используемого с приемопередатчиком, расположенным в корпусе 12. Телефонный аппарат 10 также включает в себя индикаторный блок 18, секцию 20 управляющих клавиш с поверхностями клавиш, задействуемых пользователем, расположенными в плоскости поверхностей клавиш, и антенну 22. Все эти элементы известны и имеют традиционную конструкцию. Сотовые телефонные аппараты, легко адаптируемые к использованию уникальных признаков, обеспечиваемых настоящим изобретением, описаны в Бюллетенях CEL4000 © 1995 и CEL4001 © 1995 формы "Эрикссон Инк. " (Рисерч Триангл Парк, Северная Каролина). Откидная крышка 16 показана повернутой в ее развернутое положение с помощью пары шарниров 16Н и 16Н@ и имеющей входную апертуру 24 раструба. Когда телефонный аппарат не используется, откидную крышку 16 можно повернуть в ее закрытое положение для плотного закрытия и защиты управляющих клавиш.

На фиг. 2 схематично представлен вид сверху мегафона в базовом варианте, предназначенного для встраивания внутрь откидной крышки 16. Сам мегафон, принимающий звук и передающий его по каналу, выполнен в виде расширяющейся раструбом полости 26 внутри крышки 16, имеющей конец 24, соответствующий раструбу или апертуре, конец 28, соответствующий горловине. В любой точке вдоль криволинейной центральной оси 30 мегафона, между раструбом 24 и горловиной 28 давление падающего звука имеет некоторое промежуточное значение между его наибольшим давлением в горловине и его наименьшим давлением в раструбе. Фактический режим изменения давления звука зависит от скорости увеличения площади поперечного сечения мегафона (полости). Это увеличение поперечного сечения определяется законом расширения профиля мегафона. В предпочтительном варианте осуществления изобретения расширение соответствует экспоненциальному закону. При использовании экспоненциального расширения мегафон 26 служит в качестве высокоэффективного средства согласования импедансов между источником падающей акустической энергии (или звука) в его раструбе и его горловине. Если горловина 28 надлежащим образом сопряжена посредством подходящего вращающегося акустического соединения 16Н@ с микрофоном 32, телефонный аппарат 10, показанный на фиг. 1, идеально адаптирован к обеспечению его уникальных преимуществ для пользователя сотового телефона.

Базовый экспоненциальный мегафон 26 может быть выполнен с возможностью обеспечения высокой частоты отсечки в диапазоне 3-5 кГц и получения как возрастающих, так и плоских амплитудно-частотных характеристик. Путем использования надлежащим образом расположенных демпфирующих элементов, например тонких слоев или отдельных участков из пенопластовых эластомерных материалов (не показаны), реальные рабочие характеристики мегафона 26 можно приблизить к теоретически ожидаемым величинам.

Настоящее изобретение может быть осуществлено с использованием других типов мегафонов, в том числе мегафонов конического типа, параболического типа, гиперболического типа, а также других форм и типов.

На фиг. 2А показан альтернативный вариант мегафона и его акустическое входное устройство, которое можно с выгодой использовать в настоящем изобретении. Модифицированный мегафон 26' выполнен, как описано выше, внутри откидной крышки 16', но его акустический вход в раструб или апертурный конец смещен к верхней поверхности откидной крышки 16' и выполнен в виде множества отверстий 24' надлежащих размеров и форм. Следовательно, мегафон 26' оканчивается на небольшом расстоянии от конца откидной крышки 16', и входная акустическая энергия подается в мегафон через верхние отверстия 24' вместо краевого отверстия 24, показанного на фиг. 2. Ряд структур типа перегородок могут проходить между верхней и нижней поверхностями откидной крышки для обеспечения упрочнения мегафона в непосредственной близости от отверстий 24', причем все они обеспечивают улучшенную входную конфигурацию для этого альтернативного варианта осуществления. Дополнительное описание этих структур типа перегородок будет приведено ниже при описании фиг. 4.

На фиг. 3 представлены дополнительные механические и акустические детали еще одного варианта осуществления откидной крышки и ее модифицированного внутреннего мегафона. Крышка 16* в основном плоская по форме и выполнена в виде тонкого плоского элемента с парой шарнирных элементов на одном конце. Пара осевых шарнирных пальцев 34 и 36 направляет поворот крышки 16*, причем в пальце 36 выполнено внутреннее соосное отверстие или канал 38 для направления давления звука из горловины к микрофону (не показан), установленному в корпусе телефонного аппарата 10. В данном варианте осуществления расширяющийся раструбом мегафон 26* является (как и расширяющийся раструбом мегафон 26' на фиг. 2А) прямоугольным в поперечном сечении и может иметь длину L до 60 мм от горловины до раструба, исключая короткий переходный канал, соединяющий горловину 28 с каналом 38. Ширина W апертуры или раструба может составлять 40 мм, а высота Н апертуры или раструба может составлять 1-2 мм. Физическая протяженность и форма мегафона 26* по существу такие же, как у мегафона 26' на фиг. 2А. Пунктирные линии обозначают общий контур мегафона 26*, а также тонкий прямоугольный элемент 29 крышки. Одно или более входных отверстий 24* (для иллюстрации показаны два) служат для подачи падающей акустической энергии в раструб мегафона 26*. Отверстие(я) 24* выполнено(ы) в верхней поверхности откидной крышки 16* таким образом, что выходит (ят) несколько за край крышки 29.

Для надлежащего механического действия, зоны шарнирных осевых пальцев могут включать в себя подходящие стопорящие средства, взаимодействующие ответными конструктивными элементами, встроенными в корпус 12. Для передачи акустического давления без потерь из мегафонов 26, 26' или 26* к микрофону 32, требуются надлежащие уплотняющие средства. В целях простоты представления, стопорящие и уплотняющие средства не показаны, так как их конструкции хорошо известны.

Откидные крышки 16, 16' и 16* могут быть выполнены из любой из множества ударопрочных пластмасс. Конкретным необходимым признаком этих пластмасс является их способность к прецизионному формованию с использованием известных экономичных способов изготовления. Так, внутренней полости, образующей внешние границы мегафона 26 в различных вариантах осуществления, можно придать точную и плавную форму, получая таким образом высокоэффективные структуры для реализации акустической связи.

В некоторых условиях функционирования можно получить дополнительную эффективность эксплуатации путем использования вспомогательных мегафонных структур, предложенных на фиг. 4. Множество тонких перегородок 42, введенных в раструб 24 мегафона и простирающихся вдоль значительной части длины мегафона, разделяют входную область мегафона на некоторое количество меньших элементарных участков. Длина этих перегородок показана пунктирными линиями 30Р' на фиг. 2А. Функция перегородок 42 заключается как в придании направленности мегафонам 26 путем уменьшения их чувствительности к акустической энергии, поступающей под углами, существенно отличающихся от прямых, а также для физического упрощения откидных крышек 16. При использовании преимущественно для упрочнения, как в варианте осуществления, показанном на фиг. 3, можно несколько уменьшить их физическую длину.

Хотя изобретение было описано на примере выбранных предпочтительных вариантов осуществления, изобретение не ограничивается ими, поскольку для специалистов в данной области техники очевидны другие варианты осуществления и модификации. Например, в приведенном здесь описании упомянуто использование мегафона для ввода падающего звука в микрофон, прикрепленный к корпусу радиотелефонного устройства посредством вращающегося акустического соединения. Очевидно, что принцип взаимности для акустической связи означает применимость способов и устройств, соответствующих изобретению, к передаче выходного звука от установленных внутри электромагнитных преобразователей через вращающееся акустическое соединение в выходной мегафон. То есть, преобразователь и мегафон совместно, с использованием вращающегося соединения, должны образовывать акустическую систему, воспроизводящую и направляющую звук. Кроме того, хотя микрофон 32, изображенный на фиг.2, показан установленным в непосредственной близости к горловине мегафона 26, это не является необходимым. Так, микрофон может быть установлен в любом удобном месте внутри радиотелефонного аппарата путем простого изменения местоположения и/или удлинения взаимосвязывающего акустического тракта, при этом размер, форму и места расположения входных отверстий на верхней поверхности откидной крышки можно изменять для достижения оптимальных рабочих характеристик, внешнего вида и удобства пользователя.

Изобретение предназначено для использования в радиотелефонных аппаратах с микротелефонными трубками с шарнирным откидным элементом и обеспечения высокоэффективной подачи акустической энергии в радиотелефон и из него посредством мегафона, выполненного с высокой точностью в виде внутренней полости плоского шарнирного откидного элемента. Микрофон неподвижно прикреплен к корпусу радиотелефона. Падающий звук направляется от раструба мегафона в его участок горловины, а затем через вращающееся акустическое соединение - во входной канал к микрофону. Непрерывно поворачиваемое поворотное соединение обеспечивает поворот откидного элемента, реализуя защиту и закрывание клавиатуры радиотелефона в нерабочем положении и эффективную подачу входного звука при использовании радиотелефона. 2 с. и 7 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Радиотелефон (10), содержащий основную корпусную часть (12), микрофон (32), размещенный в основной корпусной части, крышку (16), шарнирно соединенную с основной корпусной частью, и мегафон (26), выполненный в виде профилированной полости внутри откидной крышки, причем мегафон имеет участок раструба (24) и участок горловины (28), отличающийся тем, что содержит элемент акустической связи для шарнирного соединения откидной крышки с основной корпусной частью радиотелефона и для передачи звуковой энергии от участка горловины мегафона в основную корпусную часть радиотелефона, где звук может быть направлен в микрофон, расположенный в ней, и элемент акустической связи включает в себя, по меньшей мере, один шарнирный палец (34, 36) для шарнирного прикрепления откидной крышки к основному корпусу радиотелефона, в котором шарнирный палец включает в себя осевой звуковой канал (38), соединенный с возможностью сообщения с участком горловины мегафона для передачи звука от мегафона в основной корпус радиотелефона таким образом, чтобы звук от участка горловины мегафона направлялся вдоль оси через шарнирный палец. 2. Радиотелефон по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит задействуемые пользователем клавиши (20), расположенные в плоскости клавиш, при этом указанная откидная крышка выполнена с возможностью поворота в положение, примыкающее к указанной плоскости клавиш и параллельное ей, для закрывания и защиты указанных клавиш. 3. Радиотелефон по п. 1, отличающийся тем, что откидная крышка выполнена с возможностью непрерывного поворота на углы меньше 180^o, при этом элемент акустической связи обеспечивает передачу звука от мегафона в основной корпус радиотелефона при любом угле поворота откидной крышки. 4. Радиотелефон по п. 1, отличающийся тем, что площадь поперечного сечения мегафона увеличивается экспоненциально от горловины к раструбу вдоль криволинейной центральной оси (30) мегафона. 5. Радиотелефон по п. 4, отличающийся тем, что указанная откидная крышка имеет одно или более отверстий (24) в ее верхней поверхности для подачи падающей акустической энергии в мегафон. 6. Радиотелефон по п. 4, отличающийся тем, что раструб мегафона дополнительно имеет средство для изменения направленности входа мегафона. 7. Радиотелефон по п. 6, отличающийся тем, что средство для изменения направленности содержит, по меньшей мере, один перегородочный элемент (42), проходящий в раструб мегафона, по меньшей мере, вдоль одной линии, в основном совмещенной с указанной криволинейной центральной осью мегафона. 8. Способ передачи звука вдоль оси по каналу через центральный палец (34, 36), который шарнирно соединяет часть основного корпуса (12) радиотелефона (10) с частью основной крышки (16), отличающийся тем, что шарнирно соединяют часть основного корпуса радиотелефона с частью основной крышки посредством шарнирного пальца так, что откидная крышка может поворачиваться назад и вперед вокруг оси шарнирного пальца, направляют звук от участка раструба (24) мегафона (26), выполненного в откидной крышке, в участок горловины (28) мегафона, направляют звук от участка горловины мегафона в звуковой канал (38), выполненный в шарнирном пальце вдоль оси указанного канала, и в радиотелефон для направления звука в микрофон (32), расположенный внутри радиотелефона, при этом шарнирный палец и выполненный в нем осевой звуковой канал обеспечивает передачу звука по каналу во всем диапазоне перемещений откидной крышки относительно основного корпуса радиотелефона. 9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что осевой звуковой канал формируют внутри шарнирного пальца с возможностью прохода через весь шарнирный палец.