DE2810716A1

DE2810716A1 - Speech transmission by piezoelectric acceleration pick=up - which is pressed to skull bone from which it acquires mechanical oscillations

Info

Publication number: DE2810716A1
Application number: DE19782810716
Authority: DE
Inventors: Hima Dipl Ing Gopalakrishnan
Original assignee: Vibro Meter GmbH
Current assignee: Meggitt GmbH
Priority date: 1978-03-11
Filing date: 1978-03-11
Publication date: 1979-09-13

Abstract

Mechanical oscillations in the skull bones generated by speaking are transmitted to a piezoelectric acceleration pick-up pressed to the skull. It converts them into electric voltages transmitted through two wires, an amplifier, cable or radio and loudspeaker to the other party. The skull bones are well suitable for the acquisition of mechanical oscillations, and the pick-up has following parameters; measurement range 0.1-2000 g; sensitivity 2.5 pc/g; frequency range 5-10,000 Hz with amplification in the 400-1500 Hz range; weight 3 grams. The device is useful to maintain conversation in loud noisy environments.

Description

Titel: Anwendungsverfahren zur Uber- Title: Application procedure for transfer

tragung der menschlichen Sprache durch einen piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer und zwei zu dessen Ausführung dienende Geräte Eigenes Zeichen: CA 103 Beschreibung: 1) Einleitung Die Erfindung bezieht sich auf ein Anwendungsverfahren, durch welches die menschliche Sprache, die in den Schädelknochen des Menschen mechanische Schwingungen erzeugt, mit Hilfe eines piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmers in elektrische Spannungen umgewandelt wird und damit mit Hilfe von Kabeln übertragen werden kann. Der piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer, der in eine konische Plastikhülle eingebaut wird, die passend für das menschliche Ohr gearbeitet ist, nimmt die Schwingungen des Schläfenbeines auf und verwandelt diese in elektrische Spannungen, die mit zwei Drähten nach außen weitergeleitet werden. Der piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer kann auch mit Hilfe eines Saugnapfes auf die Stirn, das Keilbein, das Scheitelbein, das Nasenbein oder auf einen anderen Schädelknochen aufgesetzt werden. Der piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer wirkt somit im Ergebnis als Mikrophon, wodurch die menschliche Sprache aufgenommen und übertragen wird. transmission of human speech through a piezoelectric accelerometer and two devices used for its execution. Own symbol: CA 103 Description: 1) Introduction The invention relates to an application method by which the human language, the mechanical vibrations in the skull bones of the human being generated, with the help of a piezoelectric accelerometer into electrical Voltages is converted and can thus be transmitted with the help of cables. The piezoelectric accelerometer enclosed in a conical plastic sleeve built in, which is worked to fit the human ear, absorbs the vibrations of the temporal bone and transforms them into electrical voltages with two Wires are forwarded to the outside. The piezoelectric accelerometer can also be done with the help of a suction cup on the forehead that Sphenoid bone, the parietal bone, the nasal bone or placed on another skull bone will. The piezoelectric accelerometer thus acts as a result Microphone, through which human speech is recorded and transmitted.

Piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer sind seit langem bekannt. Bisher sind diese Geräte jedoch nur zu Schwingungsmessungen verwendet worden, zum Beispiel sind sie auf.den Tragflächen der modernen Flugzeuge aufgeschweißt und geben mittels Kabelverbindung dem Piloten im Cockpit die Schwingungen der Tragflächen des Flugzeuges weiter, die der Pilot auf einem Zeigerinstrument ablesen kann. Der Pilot wird hierdurch darüber informiert, ob sich die Schwingungen der Tragflächen des Flugzeuges und auch des Rumpf es noch innerhalb der Grenzen der Festigkeitsbedingungen des Flugzeuges halten.Piezoelectric accelerometers have been known for a long time. So far, however, these devices have only been used for vibration measurements They are welded onto the wings of modern aircraft and give an example the vibrations of the wings are transmitted to the pilot in the cockpit by means of a cable connection of the aircraft, which the pilot can read on a pointer instrument. Of the This informs the pilot whether the wings are vibrating of the aircraft and also of the fuselage it is still within the limits of the strength conditions of the aircraft.

Neu ist, daß nunmehr ein piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer als Mikrophon zur Aufnahme der menschlichen Sprache und zur Sprachübertragung verwendet wird. Ein an sich bekanntes Maschinenelement wird damit zu einem Zweck verwendet, zu welchem es bisher noch nicht verwendet worden ist. Diese neue Verwendung stellt einen wesentlichen technischen Fortschritt dar.What is new is that there is now a piezoelectric accelerometer Used as a microphone to pick up human speech and transmit speech will. A machine element known per se is thus used for a purpose for which it has not yet been used. This new use represents represents a significant technical advance.

Diese neue Verwendung des piezoelektrischen Beschleunigungs aufnehmers ist von großem praktischen Interesse, da hierdurch die menschliche Sprache frei von auch sehr lauten Nebengeräuschen klar und deutlich aufgenommen und übertragen wird. This new use of the piezoelectric acceleration sensor is of great practical interest as it frees human language of very loud background noises clearly picked up and transmitted will.

Durch den Einbau des piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmers in eine konische Plastikumhüllung, die dem menschlichen Ohr angepaßt ist, wird eine neue Raumform geschaffen, die dem neuen Zweck angepaßt und demgemäß neu gestaltet ist, sodaß zugleich ein schutzfähiges Gebrauchsmuster vorliegt. By installing the piezoelectric accelerometer into a conical plastic cover that is adapted to the human ear becomes a New spatial shape created, adapted to the new purpose and redesigned accordingly is, so that at the same time there is a protectable utility model.

Durch die Verbindung des piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmers, der in eine Plastikhülle eingebaut wird, mit einem Saugnapf zum Aufsetzen des Gerätes auf die Stirn oder einen anderen Schädelknochen wird ebenfalls eine neue Raumform geschaffen, die dem neuen Zweck angepaßt und demgemäß neu gestaltet ist, sodaß zugleich ein schutzfähiges Gebrauchsmuster vorliegt. By connecting the piezoelectric accelerometer, which is built into a plastic cover, with a suction cup for attaching the device on the forehead or another skull bone is also a new spatial shape created, which is adapted to the new purpose and redesigned accordingly, so that at the same time there is a protectable utility model.

2) Angabe des Standes der Technik zur Zeit der Anmeldung Bisher gibt es ein solches Verfahren zur Sprachübertragung und ein solches Sprachübertragungsgerät nicht. Es gibt nur Mikrophone, die vor den Mund gehalten, die Schallwellen in elektrische Ströme umsetzen und weiterleiten. Ferner gibt es Kehlkopfmikrophone, die die Bewegungen des Kehlkopfes beim Sprechen in elektrische Ströme umsetzen und weiterleiten.2) State of the art at the time of registration Until now there is such a method for voice transmission and such a voice transmission device not. There are only microphones that are held in front of your mouth and convert sound waves into electrical ones Converting and forwarding currents. There are also larynx microphones that control the movements convert the larynx into electrical currents and pass them on when speaking.

3)- Mängel des-bisherigen Standes Diebisheri-gen Mikrophone, die vor den Mund gehalten werden und die Schallwellen in elektrische Spannungen umsetzen, haben den ganz bedeutenden Nachteil, daß sie die Umgebungsgeräusche ganz oder -teilweise mitübertragen. In lärmender Umgebung, zum Beispiel in Flugzeugen, Panzern, Lastkraftwagen, auf Kriegsschiffen im Gefecht, aufdem Schlachtfeld usw. nehmen diese Mikrophone auch den Lärm-der Umgebung auf, sodaß man oftmals die Sprache nicht mehr richtig oder garnicht mehr verstehen kann.3) - Deficiencies of the previous status The previous microphones, which were before keep your mouth shut and convert the sound waves into electrical voltages, have the very significant disadvantage that they completely or partially reduce the ambient noise transferred. In noisy surroundings, for example in airplanes, tanks, trucks, on warships in action, on the battlefield, etc. use these microphones also the noise of the environment, so that one often no longer speaks correctly or can no longer understand.

Die Kehlkopfmikrophone geben die menschliche Sprache nur undeutlich und eingeschränkt wieder, sie bestimmte Laute und Frequenzen ganz oder teilweise völlig unterdrücken. Die Sprache wird -dadurch verstümmelt weitergegeben. The larynx microphones give the human speech only indistinctly and again, restricted to certain sounds and frequencies in whole or in part completely suppress. The language is passed on in a mutilated manner.

4) Die sich daraus ergebende Aufgabe Die Erfindung dient dem Zweck, die Nachteile der bisherigen Mikrophone zu vermeiden.4) The resulting task The invention serves the purpose of avoid the disadvantages of previous microphones.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die menschliche Sprache frei von allen Nebengeräuschen aufzunehmen und weiterzuübertragen. The invention is based on the object of human language Record and transmit free of all background noises.

5) Die Lösung der Aufgabe Die Erfindung besteht darin, die beim menschlichen Sprechen entstehenden mechanischen Schwingungen der Schädelknochen, nämlich des Schläfenbeines, des Scheitelbeines, des Stirnbeines, des Nasenbeines oder der anderen Schädelknochen, mit einem piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer aufzunehmen und in elektrische Spannungen umzuwandeln, die mit zwei Drähten nach außen geleitet werden.5) The solution to the problem The invention consists in the human Speak resulting mechanical vibrations of the skull bones, namely the Temporal bone, parietal bone, frontal bone, nasal bone or the other Cranial bones, recorded with a piezoelectric accelerometer and to convert it into electrical voltages, which are conducted with two wires to the outside will.

Vorzugsweise eignet sich zur Aufnahme der mechanischen Schwingungen der Schädelknochen und zur Umwandlung in elektrische Ströme ein piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer mit folgenden Werten: Neßbereich:- 0,1 - 2000 g Empfindlichkeit: 2,5 pc/g Frequenzgang: 5 - 10000 Hz mit Verstärkung im Bereich von 400-1500 Hz Gewicht: 3 Gramm -Der piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer wird in eine konische Plastikhülle eingebaut, die passend für den äußeren Gehörgang des menschlichen Ohres gearbeitet ist. Diese Plastikhülle enthält vorn kein Loch, sondern ist rundum völlig geschlossen. Die beim Sprechen entstehenden mechanischen Schwingungen des Schläfenbeines werden über die Plastikhülle -auf das Kristall des piezoelektrischen Besc-hleuni6ungsaufnehmers übertragen, welches diese Schwingungen in elektrische Spannungen umwandelt, die mit zwei Drähten nach außen geleitet werden und unter Zwischenschaltung eines Verstärkers mit Hilfe von Kabeln in einen Lautsprecher weitergeleitet werden, der sich im Ohrhörer des Gesprächspartners befindet. Die aus dem Kristall kommenden Spannungen können auch unter Verwendung eines Verstärkers über Punk an den Gesprächspartner weitergegeben werden. It is preferably suitable for absorbing the mechanical vibrations the cranial bone and a piezoelectric to convert it into electrical currents Accelerometers with the following values: Wet range: - 0.1 - 2000 g sensitivity: 2.5 pc / g frequency response: 5 - 10000 Hz with amplification im Range from 400-1500 Hz Weight: 3 grams -The piezoelectric accelerometer is built into a conical plastic sleeve that fits the outer ear canal of the human ear is worked. This plastic cover does not contain a hole in the front, but is completely closed all around. The mechanical ones that arise when speaking Vibrations of the temporal bone are transmitted via the plastic cover to the crystal of the piezoelectric acceleration transducer, which these vibrations converted into electrical voltages, which are conducted to the outside with two wires and with the interposition of an amplifier with the help of cables in a loudspeaker that is in the other party's earphone. the Voltages coming from the crystal can also be measured using an amplifier can be passed on to the interlocutor via punk.

Zu dem gleichen Zweck kann der piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer, der in eine Plastikhülle eingebaut-wird, auch mit Hilfe eines Saugnapf-es auf die Stirn, das Keilbein, das Scheitelbein, das Nasenbein oder auf einen anderen Schädelknochen aufgesetzt werden. Die beim Sprechen entstehenden mechanischen Schwingungen werden mit Hilfe eines im Saugnapf befindlichen Stiftes auf das Kristall des piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmers übertragen und von diesem in elektrische Spannungen umgewandelt, die mit zwei Drähten nach außen geleitet werden.For the same purpose, the piezoelectric accelerometer, which is built into a plastic cover, also with the help of a suction cup on the Forehead, sphenoid, parietal bone, nasal bone or another skull bone put on will. The mechanical vibrations that arise when speaking are assisted a pen located in the suction cup on the crystal of the piezoelectric accelerometer transmitted and converted by this into electrical voltages with two wires be directed to the outside.

Zwei zum Ausführen des Verfahrens verwendbare Geräte zeigen die beiden Zeichnungen. Die beiden abgebildeten Geräte sind zweckmäßige Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens.Two devices that can be used to carry out the method show the two Drawings. The two devices shown are practical configurations of the Inventive idea.

Abbildung 1 zeigt einen piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer, der in eine konische Plastikhülle eingebaut ist, die passend für das menschliche Ohr gearbeitet ist. Das piezoelektrische Kristall 1 mit dazugehöriger Resonanzmasse bestehend beispielsweise aus gesintertem Wolfram 2 befindet sich in einer aus zwei Teilen aus Metall zusammengeschraubten Hülle 3 und 4. An das Kristall sind die Kabel 5 und 6 angeschlossen, die die Spannungen nach außen leiten, welche durch die Schwingungen von dem Kristall erzeugt werden. Das Kristall 1, die Resonanzmasse 2, die metallischen Hüllen 3 und 4 und die Kabel 5 und 6 sind in den Plastikkörper 7 eingebaut, der zum Ohr hin keine Öffnung hat und rundum geschlossen ist.Figure 1 shows a piezoelectric accelerometer, which is built into a conical plastic sleeve that fits the human Ear is worked. The piezoelectric crystal 1 with the associated resonance mass consisting for example of sintered tungsten 2 is in one of two Parts of metal screwed together sheath 3 and 4. The cables are attached to the crystal 5 and 6 connected, which conduct the voltages to the outside, which are caused by the vibrations generated by the crystal. The crystal 1, the resonance mass 2, the metallic ones Sheaths 3 and 4 and the cables 5 and 6 are built into the plastic body 7, the has no opening towards the ear and is closed all around.

Abbildung 2 zeigt ein Gerät, bei welchem der piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer vorn mittels eines Stiftes mit einem Saugnapf verbunden ist und wiederum in eine Plastikhülle eingebaut ist-. Mit Hilfe des Saugnapfes kann das Gerät auf die Stirn, das Keilbein, das Seheitelbein, das Nasenbein oder auf andere Schädelknochen aufgesetzt werden. Das piezoelektrische Kristall 1 mit dazugehöriger Resonanzmasse bestehend beispielsweise aus gesintertem Wolfram 2 befindet sich in den beiden zusammengeschraubten Metallhüllen 3 und 4. Die durch die Schwingungen von dem Kristall erzeugten Spannungen werden durch die Kabel 5 und 6 nach außen geleitet. Der Saugnapf 7 ist durch den Stift 8 mit der metallischen Hülle 3 verbunden, wodurch die Schwingungen der Schädelknochen auf das Eristall 1-. übertragen werden Der piezoelektrische -Beschleunigungsaufnehmer ist in den Plastikkörper 9 fest eingebaut. Figure 2 shows a device in which the piezoelectric accelerometer is connected at the front by means of a pin with a suction cup and in turn into a Plastic cover is built-in. With the help of the suction cup, the device can be placed on the forehead, the sphenoid bone, the sacrum, the nasal bone or other skull bones will. The piezoelectric crystal 1 with the associated resonance mass for example made of sintered tungsten 2 is located in the two screwed together Metal shells 3 and 4. The stresses generated by the vibrations of the crystal are routed through cables 5 and 6 to the outside. The suction cup 7 is through the Pin 8 is connected to the metallic shell 3, which causes the vibrations of the skull bones on the Eristall 1-. The piezoelectric accelerometer is permanently built into the plastic body 9.

6) Die sich-aus der Lösung ergebenden Vorteile Durch-die beschriebene Verwendung des piezoelektischen Beschleunigungsaufnehmers als Mikrophon zur~Ubertragung der menschlichen Sprache ergibt sich der Vorteil, daß mehr oder minder laute Umgebungsgeräusche nicht mitübertragen werden Der piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer nimmt lediglich die beim Sprechen entstehenden Schwingungen der Schädelknochen auf und setzt diese in elektrische Spannungen um, er nimmt jedoch nicht Schallwellen auf, sodaß diese nicht als Nebengeräusche in Erscheinung treten können.6) The advantages resulting from the solution by the described Use of the piezoelectric accelerometer as a microphone for transmission The advantage of human language is that ambient noises are more or less loud are not also transmitted. The piezoelectric accelerometer only takes the vibrations that arise when speaking the skull bone and converts these into electrical voltages, but it does not take sound waves so that they cannot appear as background noises.

Die Erfindung bringt ganz erhebliche Vorteile bei der Ubertragung der menschlichen Sprache in lärmender Umgebung, zum Beispiel in Fabriken, in Flugzeugen, Panzern, Lastkraftwagen, auf Eriegsschiffen im Gefecht, auf dem Schlachtfeld usw.The invention brings very considerable advantages in terms of transmission of human language in noisy surroundings, for example in factories, on airplanes, Tanks, trucks, on battle ships, on the battlefield, etc.

Die Verständigungsmöglichkeit wird durch die Ubertragung der menschlichen Sprache frei von Nebengeräuschen in ganz entscheidendem Maße verbessert.The possibility of communication becomes human through the transference Speech free from background noise improved to a very decisive extent.

Gegenüber den Kehlkopfmikrophonen bringt die Erfindung den Vorteil, daß die menschliche Sprache voll mit allen Lauten übertragen wird und nicht einzelne Frequenzbereiche wie beim Kehlkopfmikrophon unterdrückt werden.Compared to the larynx microphones, the invention has the advantage that human language is transmitted in full with all sounds and not individual ones Frequency ranges as with the larynx microphone are suppressed.

Durch diesen piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer werden gerade die Frequenzen, die im Sprachbereich liegen, nämlich 400-1500 Hz, besonders betont. Dieses wird erreicht durch die Resonanzmasse, bestehend beispielsweise aus gesintertem Wolfram.This piezoelectric accelerometer will be straight the frequencies that are in the speech range, namely 400-1500 Hz, are particularly emphasized. This is achieved by the resonance mass, consisting for example of sintered Tungsten.

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Claims

Title: Method of application for the transmission of human speech by a piezoelectric accelerometer and two for its implementation Serving devices Own mark: CA 103 Claims: 9 Method of transmission human speech through a piezoelectric accelerometer, characterized in that the resulting mechanical vibrations when speaking into the human skull by pressing a piezoelectric accelerometer to the skull bones on the crystal of the piezoelectric accelerometer transmitted and converted by this into electrical voltages, which with two wires are routed to the outside and via amplifier, cable or punk and loudspeakers are reproduced as human language to the interlocutor. Preferably suitable to absorb the mechanical vibrations the cranial bone and a piezoelectric to convert it into electrical currents Accelerometer with the following values: Measuring range: 0.1 - 2000 g Sensitivity: 2.5 pc / g Frequency response: 5 - 10000 Hz with amplification in the range of 400 - 1500 Hz Weight: 3 grams

2. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized by a piezoelectric Eristall (1) with associated resonance mass (2), the in a shell (3) and (4) screwed together from two parts made of metal is located and to which the cables (5) and (6) are connected, the through conduct the vibrations generated by the crystal to the outside. The crystal (1) and the associated resonance mass (2) and the metallic shells (3) and (4) and the cables (5) and (6) are in the conical, adapted to the human ear Plastic body (7) built in, which has no opening towards the ear and is closed all around is.

3. Apparatus for carrying out the method according to claim 1, characterized by a piezoelectric Eristall (1) with associated resonance mass (2), the in a shell (3) and (4) screwed together from two parts made of metal is located and on which cables (5) and (6) are connected, the external stresses generated by the vibrations of the crystal conduct. The suction cup (7) is through-the pin (8) with the metallic groove (3) connected, whereby the vibrations of the skull bones are transmitted to the crystal (1) will. The piezoelectric acceleration sensor is in the plastic body (9) permanently installed.