Récepteur téléphonique. L'invention se rapporte à un récepteur téléphonique et a pour but d'obtenir une réponse plus uniforme dans la gamme vo cale importante pour les récepteurs (200 3000 périodes) sans perte d'efficacité.
Le récepteur téléphonique suivant la pré sente invention est caractérisé en ce que le volume de l'espace enfermée entre la face du diaphragme et la coquille est compris entre 0,35 et 2,30<B>cm',</B> qu'un orifice ou des orifices prévus dans la coquille et reliant cet espace avec l'extérieur a une masse acoustique com prise entre 0,003 et 0,023 gr/cm4, que, dans le but d'obtenir une résonance supérieure à une fréquence inférieure à<B>3300</B> périodes, les valeurs du volume et de la masse acoustique sont reliées entre elles par la formule
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dans laquelle f, est la fréquence de réso nance, S.. l'élasticité mécanique équivalente de l'air entre le diaphragme et la coquille,
83 l'élasticité mécanique équivalente du vo lume d'air entre la coquille et le tympan et m.= la masse équivalente du bouchon d'air à l'orifice ou aux orifices de la coquille et que les parois dudit espace sont conformes de telle façon que des sections successives pa rallèles au diaphragme s'étendant d'une pa roi à l'autre, à travers lesquelles l'air est dé placé, sont proportionnelles aux volumes d'air déplacés à travers lesdites sections.
L'invention sera expliquée par la descrip tion suivante en relation avec le dessin an nexé, donné à titre d'exemple,. dans lequel: La fig. 1 montre le circuit électrique équivalent du système mécanique acousti que d'un récepteur appliqué contre l'oreille; La fig. 2 montre les caractéristiques de réponse en fréquence de récepteurs connus et de récepteurs établis suivant l'invention; La fig. 3, montre en coupe un récepteur à diaphragme serré avec la coquille modifiée suivant l'invention; La fig. 4 montre une coupe d'un récep- Leur du type à capsule, modifié d'une ma nière analogue;
La fig. 5 montre un autre type de ré cepteur à capsule, modifié d'une manière analogue; La fig. 6 montre une vue en plan d'une construction de coquille préconisée; La fig. 7 montre une vue en coupe sui vant la ligne A-B de la coquille montrée à la fig. 6; La fig. 8 montre une vue en coupe d'une troisième forme de récepteur à capsule sui vant l'invention, et enfin la fig. 9 montre en plan un organe du récepteur de la fig. 8.
Les récepteurs présentent un espace, d'ordinaire cylindrique, entre le diaphragme et la coquille (ou dans le cas de certains ré cepteurs du type à capsule, un espace entre le diaphragme et le bottier de la capsule) et un ou plusieurs orifices dans la coquille pour l'arrivée du son jusqu'à l'oreille: Cet espace constitue un élément d'élasticité acoustique et l'orifice ou les orifices de la coquille une masse acoustique.
Lorsque le récepteur est appliqué contre l'oreille, le système méca nique acoustique est représenté schématique ment par la fig. 1. Toutes les quantités qui y sont montrées et certaines autres quantités utilisées par la suite sont définies ci-dessous: f. = Force mécanique vibratoire agissant sur le diaphragme. v1 = Vitesse de vibration au centre du diaphragme.
ro = Résistance mécanique au mouvement du diaphragme.
m, = Masse équivalente du diaphragme considéré comme vibrant avec la vitesse au centre vx.
sa = Elasticité du diaphragme. p3 = Pression sur l'oreille.
A, = Surface effective du diaphragme ou surface du piston équivalent vibrant avec la vitesse au centre v1.
f = p3 Ae = Force mécanique équivalente sur l'oreille rapportée au mouvement du centre du diaphragme. I Vitesse linéaire équivalente de la vibration de l'air à l'oreille rapportée au
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mouvement du contre du diaphragme.
v'2 = Vitesse de volume de la vibration de l'air à l'oreille.
<I>r.. =</I> r'_ Aé Résistance mécanique équivalente au mouvement de l'air entre le dia phragme et l'oreille considérée comme agissant sur la surface Ae.
r'2 = Résistance acoustique de l'air entre le diaphragme et l'oreille.
m'2 <I>=</I> 7n <I>2</I> Ae2 Masse équivalente du bouchon d'air à l'orifice ou aux orifices de la Co quille, rapportée au mouvement du centre du diaphragme.
m'2 = p Masse équivalente du bouchon d'air à l'orifice ou aux orifices de la coquille. p = Pression de l'air.
k = Conductivité de l'orifice ou des orifices de la coquille.
= Section des orifices divisées par la longueur, corrigée pour tenir compte du mou vement de l'air au delà des extrémités des orifices. Pour le cas de n orifices cir culaires de rayon<I>r,</I> de longueur<I>1,</I>
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c = Vitesse du son dans l'air.
Elasticité acoustique du volume V;; de l'air entre le diaphragme et la co- quille.
S2 <I>=</I> S'2 Ae2 Ela@sticité mécanique équivalente de l'air entre le diaphragme et la co quille, rapportée au mouvement au centre du diaphragme.
S3 = S'3 Ae2 Elasticité mécanique équivalente du volume d'air entre la coquille et le
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Elasticité acoustique du volume Vg d'air entre la coquille et le tympan. tympan rapportée au mouvement au centre du diaphragme.
<I>A =</I> mom.,.
<I>=</I> m2 (Sa + S j + Mo (S2. + S3)# c = S"SZ + 818, + SZS3.
<I>w = 2</I> n <I>f,</I> où<I>f</I> = fréquence de vibration. f i = Fréquence inférieure de résonance.
f s = Fréquence supérieure de résonance.
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Dans la détermination des fréquences auxquelles se produit la résonance d'un ré cepteur, il est permis de négliger les facteurs résistances qui sont faibles comparés aux réactances. Dans :ce cas, on peut voir aisé ment que la vitesse à l'oreille est:
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et la pression à l'oreille:
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En supposant que f m soit constant avec la fréquence, le maximum de la pression p a lieu lorsque le dénominateur de (1) est nul, c'est-à-dire lorsque:
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Bien que les résistances n'influent que très peu sur les fréquences de résonance, elles affectent néanmoins la forme des pointes de résonance.
Dans tout système contenant une résistance<I>r,</I> une masse<I>m,</I> et une :élasticité S, l'acuité de résonance S26 est définie par la relation
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En première approxi mation, la résonance supérieure en f 2 peut être considérée comme due au système rz, m2, (S2 + S3), si l'effet des constantes du diaph @ragme est négligé.
Dans oesi condi tions, pour la résonance supérieure en<B>f2,</B> l'acuité de résonance est donnée approxima tivement par le rapport:
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Egalement, la fréquence de résonance f2 est s5 donnée approximativement par:
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Pour les récepteurs commerciaux actuels, la gamme importante de fréquences est de 90 200 à 3000 périodes et il est désirable que la réponse ou efficatié du récepteur soit ren due approximativement uniforme dans cette gamme sans perte d'efficacité.
Dans la fis. 2 sont montrées sur la courbe (a) les caractéristiques de réponse en fonc tion de la fréquence d'un récepteur magné tique à diaphragme du type commercial ordinaire et sur la courbe (b) celles d'un ré cepteur amélioré suivant l'invention. Pour le récepteur commercial ordinaire, la fréquence de résonance supérieure f,,, a lieu habituelle ment à une certaine fréquence bien au- dessus de 3000 périodes, ce qui est en dehors de la gamme de fréquence utile et de plus la résonance est très floue. Elle est. habituel lement masquée par une résonance de dia phragme.
Dans le récepteur amélioré, les constantes m2 et s2 sont modifiées de manière à amener la fréquence supérieure dans la gamme utile, par exemple entre 2000 et 3300 périodes, de préférence au voisinage de 2900 périodes.
En outre, les constantes m2 et s, sont plus grandes que pour un récepteur ordinaire, avec seulement un léger accroissement de la résis tance r2; par suite, il résulte clairement de la relation 4 que l'acuité de résonance D, est augmentée. On obtient ainsi un accroisse ment marqué de la réponse du récepteur dans la gamme de fréquence utile; comme montré à la fis. 2, le gain est de l'ordre de 10 à 15 décibels au voisinage de 2900 pé riodes, avec des gains plus faibles aux autres fréquences comprises entre 1500 et 3000 pé riodes.
Ce résultat est obtenu en diminuant le volume VZ entre le diaphragme et la co quille à environ 0,9 à 1,25 cm' et en rédui sant le nombre et/ou la dimension des ori fices dans la coquille pour obtenir la masse acoustique convenable. Pour une coquille de 2 mm d'épaisseur au centre, un seul orifice central de 3, 4 mm de diamètre ou, par exemple, quatre orifices de<B>1,5</B> mm de dia mètre, chacun tout près du centre donneront la masse convenable. Un orifice central uni que est préférable parce qu'il donne la ré- sistance r,z minimum pour une masse donnée m2 avec, par suite, le gain maximum à la résonance supérieure<B>f,.</B>
Une gamme de valeurs utile pour des ré cepteurs du type décrit et montré est celle comportant des volumes de l'espace V.= au dessus du diaphragme allant de 0,35 cm' 5, 2,3 cm' et des masses acoustiques ne, de l'air dans l'orifice allant de 0,003 à 0,023 gr/em'; les valeurs de V, et m2 pour chaque cas par ticulier étant choisies d'après la formule (5) donnée plus haut.
On suppose, en calculant les fréquences de résonance <B>fi</B> et fa par les formules (2) et (3) données plus haut, que le volume V2 de l'air entre la coquille et le tympan est de 3 cm". Le déplacement vers le haut de la courbe de réponse du récepteur obtenue pair les moyens ci-dessus est de l'ordre de 10 à 15 décibels.
Habituellement, l'espace de coquille a la forme d'un cylindre plat limité par la partie en saillie de la coquille, qui constitue l'an neau de serrage du diaphragme, par la sur face intérieure de la coquille et par la sur face supérieure du diaphragme. Dans un ré cepteur avec diaphragme plat serré ou non serré, l'amplitude du mouvement du dia phragme varie depuis 0 î, la périphérie jus qu'à un maximum près du centre.
Pour cette raison, lorsque l'espace limité par la coquille est cylindrique, les changements de pression produits par le mouvement du diaphragme dans le cylindre d'air enfermé varient d'une manière correspondante sur la surface du diaphragme; par suite, des mouvements de circulation d'air se produisent dans cette chambre étroite, qui tendent à égaliser ces différences de pression.
Dans un récepteur ordinaire, cette perte n'est pas très grande, mais si dans le récepteur amélioré on tend à réduire le volume de la chambre en amenant la surface de la coquille plus près du dia phragme sur toute l'étendue de la surface, la résistance aux mouvements radiaux de l'air dans cet étroit espace devient appré ciable et les deus résonances <B>fie</B> et f,, sont amorties comme montré à la courbe c de la fig. ?.
Dans le récepteur amélioré, cette perte par circulation est presque entièrement. évitée par la conformation de la chambre, de manière que la distance entre les parois opposées augmente graduellement de la pé riphérie du diaphragme jusqu'au centre, de façon que des sections cylindriques succes sives s'étendant d'une paroi à l'autre, à tra vers lesquelles l'air est déplacé lorsque le diaphragme est en vibration, sont proportion nelles au volume d'air déplacé à travers les dites surfaces par la vibration du dia phragme. Dans la pratique, ce résultat est obtenu avec une exactitude suffisante en faisant la surface intérieure de la coquille de forme conique, tandis que le diaphragme est plan. Cette conformation de la chambre de coquillage donne un gain d'environ 2 à.
3 décibels dans toute la gamme de fréquences de 200 à 3000 périodes.
L'invention est applicable à tout récep teur muni d'un diaphragme en matière ma gnétique ou non magnétique, serré ou non serré, dans lequel on désire renforcer la ré ponse dans une certaine bande de fréquences au moyen de la résonance.
La fi-. 3 montre un récepteur à, dia phragme serré, comportant un boîtier 1, des pièces polaires 2, des enroulements 3, un dia phragme magnétique plan 4 et une co quille 5.
La coquille a un seul orifice central 6, et sa surface intérieure forme avec le dia phragme un espace conique 7. L'espace 7 et l'orifice 8 ont des dimensions qui ont été don nées plus haut.
Un récepteur analogue du type capsule est montré à la fig. 4, la seule différence étant que le diaphragme est serré d'une ma nière permanente sur le boîtier de capsule 9 au moyen de l'anneau 10 qui sert de portée pour les parties périphériques de la surface interne 7 de la coquille.
La fig. 5 montre un récepteur du type à capsule de forme analogue, sauf que la chambre 8 se trouve formée entre le dia- phragme 4 et un couvercle de capsule conique 11 faisant corps avec l'anneau de serrage 10. Le couvercle 11 a un seul orifice central de même axe que l'orifice 6 de la coquille et les parties centrales du couvercle 11 et la surface intérieure 7 de la coquille sont en contact autour des orifices 6 et 12. Si désiré, un joint étanche à l'air peut être établi entre le couvercle 11 et la surface 7 au moyen d'une rondelle de serrage molle.
Afin d'obvier au danger que l'orifice unique ne se trouve fermé par le cartilage de l'oreille, des encoches telles que 13 (fig. 6 et 7), ou une seule encoche circulaire com muniquant avec l'orifice 6 peuvent être pré vues à la surface extérieure de la coquille.
La fig. 8 montre un autre récepteur à capsule dans lequel l'espace conique est formé entre la surface intérieure 7 de la co quille et le diaphragme 4. Une plaque 15 comme montré en plan à la fig. 9 entoure exactement les extrémités supérieures des bo bines 3 et définit sous le diaphragme une chambre étroite de 2 mm d'épaisseur. La pla que 15 sera de préférence scellée en place. Un orifice d'environ 2,,3 mm de diamètre est pratiqué dans la plaque 15 à 13 mm de son centre et est couvert par un tissu de soie 16 pour former une résistance acoustique entre la chambre immédiatement au-dessous du diaphragme et la chambre située derrière la plaque 15.
Une plaque telle que 15 pourrait naturel lement être introduite dans la réalisation des fig. 3, 4 et 5 si désiré.
Telephone receiver. The invention relates to a telephone receiver and aims to obtain a more uniform response in the voice range important for receivers (200 to 3000 periods) without loss of efficiency.
The telephone receiver according to the present invention is characterized in that the volume of the space enclosed between the face of the diaphragm and the shell is between 0.35 and 2.30 <B> cm ', </B> that an orifice or orifices provided in the shell and connecting this space with the outside has an acoustic mass comprised between 0.003 and 0.023 gr / cm4, which, in order to obtain a resonance greater than a frequency lower than <B> 3300 </B> periods, the values of the volume and of the acoustic mass are related to each other by the formula
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where f, is the resonance frequency, S .. the equivalent mechanical elasticity of the air between the diaphragm and the shell,
83 the equivalent mechanical elasticity of the air volume between the shell and the eardrum and m. = The equivalent mass of the air plug at the orifice or orifices of the shell and that the walls of said space conform to such so that successive sections parallel to the diaphragm extending from one pa king to another, through which the air is displaced, are proportional to the volumes of air displaced through said sections.
The invention will be explained by the following description in relation to the appended drawing, given by way of example. in which: FIG. 1 shows the equivalent electrical circuit of the acoustic mechanical system of a receiver applied against the ear; Fig. 2 shows the frequency response characteristics of known receivers and receivers established according to the invention; Fig. 3, shows in section a clamped diaphragm receiver with the shell modified according to the invention; Fig. 4 shows a sectional view of a capsule type receptor, modified in a similar manner;
Fig. 5 shows another type of capsule receiver, modified in a similar manner; Fig. 6 shows a plan view of a preferred shell construction; Fig. 7 shows a sectional view along line A-B of the shell shown in fig. 6; Fig. 8 shows a sectional view of a third form of capsule receiver according to the invention, and finally FIG. 9 shows in plan a member of the receiver of FIG. 8.
Receivers have a space, usually cylindrical, between the diaphragm and the shell (or in the case of some capsule-type receptors, a space between the diaphragm and the capsule housing) and one or more orifices in the shell. shell for the arrival of sound to the ear: This space constitutes an element of acoustic elasticity and the orifice or orifices of the shell an acoustic mass.
When the receiver is applied against the ear, the mechanical acoustic system is shown schematically in FIG. 1. All quantities shown therein and certain other quantities used hereafter are defined below: f. = Vibratory mechanical force acting on the diaphragm. v1 = Vibration speed at the center of the diaphragm.
ro = Mechanical resistance to diaphragm movement.
m, = Equivalent mass of the diaphragm considered as vibrating with the speed at the center vx.
sa = Elasticity of the diaphragm. p3 = Pressure on the ear.
A, = Effective area of the diaphragm or area of the equivalent piston vibrating with the speed at the center v1.
f = p3 Ae = Equivalent mechanical force on the ear related to the movement of the center of the diaphragm. I Equivalent linear velocity of the air vibration at the ear referred to the
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movement against the diaphragm.
v'2 = Volume velocity of the air vibration at the ear.
<I> r .. = </I> r'_ Aé Mechanical resistance equivalent to the movement of air between the diaphragm and the ear considered to act on the Ae surface.
r'2 = Acoustic resistance of the air between the diaphragm and the ear.
m'2 <I> = </I> 7n <I> 2 </I> Ae2 Equivalent mass of the air plug at the orifice or orifices of the shell, referred to the movement of the center of the diaphragm.
m'2 = p Equivalent mass of the air plug at the orifice (s) in the shell. p = Air pressure.
k = Conductivity of the orifice or orifices of the shell.
= Section of the orifices divided by the length, corrected to take account of the movement of the air beyond the ends of the orifices. For the case of n circular holes of radius <I> r, </I> of length <I> 1, </I>
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c = Speed of sound in air.
Acoustic elasticity of volume V ;; air between the diaphragm and the shell.
S2 <I> = </I> S'2 Ae2 Equivalent mechanical sticity of the air between the diaphragm and the shell, related to the movement at the center of the diaphragm.
S3 = S'3 Ae2 Equivalent mechanical elasticity of the volume of air between the shell and the
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Acoustic elasticity of the volume Vg of air between the shell and the eardrum. eardrum related to movement in the center of the diaphragm.
<I> A = </I> mom.,.
<I> = </I> m2 (Sa + S j + Mo (S2. + S3) # c = S "SZ + 818, + SZS3.
<I> w = 2 </I> n <I> f, </I> where <I> f </I> = frequency of vibration. f i = Lower resonant frequency.
f s = Higher resonant frequency.
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In determining the frequencies at which the resonance of a receiver occurs, it is permissible to neglect the resistance factors which are low compared to the reactances. In this case, we can easily see that the ear speed is:
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and ear pressure:
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Assuming that f m is constant with frequency, the maximum of the pressure p occurs when the denominator of (1) is zero, that is, when:
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Although the resistances have very little influence on the resonant frequencies, they do affect the shape of the resonant peaks.
In any system containing a resistance <I> r, </I> a mass <I> m, </I> and an: elasticity S, the resonance acuity S26 is defined by the relation
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As a first approximation, the higher resonance at f 2 can be considered to be due to the rz, m2, (S2 + S3) system, if the effect of the diaphragm constants is neglected.
Under these conditions, for the higher resonance at <B> f2, </B> the resonance acuity is given approximately by the ratio:
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Also, the resonance frequency f2 is s5 given approximately by:
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For present-day commercial receivers the wide frequency range is 90,200-3,000 periods and it is desirable that the response or efficiency of the receiver be made approximately uniform over this range without loss of efficiency.
In the fis. 2 are shown in curve (a) the frequency response characteristics of an ordinary commercial type diaphragm magnetic receiver and in curve (b) those of an improved receiver according to the invention. For the ordinary commercial receiver, the higher resonant frequency f ,,, usually occurs at some frequency well above 3000 periods, which is outside the useful frequency range and furthermore the resonance is very fuzzy. . She is. usually masked by a diaphragm resonance.
In the improved receiver, the constants m2 and s2 are modified so as to bring the higher frequency into the useful range, for example between 2000 and 3300 periods, preferably in the neighborhood of 2900 periods.
In addition, the constants m2 and s are greater than for an ordinary receiver, with only a slight increase in resistance r2; hence, it clearly follows from relation 4 that the acuity of resonance D i is increased. A marked increase in the response of the receiver is thus obtained in the useful frequency range; as shown in fis. 2, the gain is of the order of 10 to 15 decibels in the vicinity of 2900 periods, with lower gains at other frequencies between 1500 and 3000 periods.
This is achieved by reducing the volume VZ between the diaphragm and the shell to about 0.9 to 1.25 cm 'and reducing the number and / or size of the holes in the shell to obtain the correct acoustic mass. . For a shell 2 mm thick in the center, a single central hole 3.4 mm in diameter or, for example, four holes <B> 1.5 </B> mm in diameter, each close to the center will give the proper mass. A united central orifice is preferable because it gives the minimum resistance r, z for a given mass m2 with, therefore, the maximum gain at the upper resonance <B> f ,. </B>
A useful range of values for receivers of the type described and shown is that comprising volumes of the space V. = above the diaphragm ranging from 0.35 cm '5, 2.3 cm' and acoustic masses ne, air in the orifice ranging from 0.003 to 0.023 gr / em '; the values of V, and m2 for each particular case being chosen according to formula (5) given above.
We assume, by calculating the resonance frequencies <B> fi </B> and fa by formulas (2) and (3) given above, that the volume V2 of the air between the shell and the eardrum is 3 cm ". The upward displacement of the response curve of the receiver obtained by the above means is of the order of 10 to 15 decibels.
Usually, the shell space has the shape of a flat cylinder limited by the protruding part of the shell, which constitutes the clamping ring of the diaphragm, by the inner surface of the shell and by the upper surface. of the diaphragm. In a tight or loose flat diaphragm receiver, the amplitude of diaphragm movement varies from 0% at the periphery to a maximum near the center.
For this reason, when the space limited by the shell is cylindrical, the pressure changes produced by the movement of the diaphragm in the enclosed air cylinder vary correspondingly on the surface of the diaphragm; as a result, air circulation movements take place in this narrow chamber, which tend to equalize these pressure differences.
In an ordinary receiver, this loss is not very great, but if in the improved receiver one tends to reduce the volume of the chamber by bringing the surface of the shell closer to the diaphragm over the entire extent of the surface, the resistance to the radial movements of the air in this narrow space becomes appreciable and the two resonances <B> fie </B> and f ,, are damped as shown in curve c in fig. ?.
In the improved receiver, this circulation loss is almost entirely. avoided by the conformation of the chamber, so that the distance between the opposing walls increases gradually from the periphery of the diaphragm to the center, so that successive cylindrical sections extending from one wall to the other, through which air is moved when the diaphragm is in vibration, are proportional to the volume of air moved through said surfaces by the vibration of the diaphragm. In practice, this result is obtained with sufficient accuracy by making the inner surface of the shell conical, while the diaphragm is plane. This conformation of the shell chamber gives a gain of about 2%.
3 decibels in the entire frequency range from 200 to 3000 periods.
The invention is applicable to any receiver provided with a diaphragm made of magnetic or non-magnetic material, tight or loose, in which it is desired to strengthen the response in a certain frequency band by means of resonance.
The fi-. 3 shows a tight diaphragm receiver comprising a housing 1, pole pieces 2, windings 3, a plane magnetic diaphragm 4 and a shell 5.
The shell has a single central orifice 6, and its inner surface forms with the diaphragm a conical space 7. The space 7 and the orifice 8 have dimensions which have been given above.
A similar capsule-type receptor is shown in fig. 4, the only difference being that the diaphragm is permanently clamped to the capsule housing 9 by means of the ring 10 which serves as a bearing for the peripheral parts of the inner surface 7 of the shell.
Fig. 5 shows a capsule-type receiver of similar shape, except that the chamber 8 is formed between the diaphragm 4 and a conical capsule cover 11 integral with the clamping ring 10. The cover 11 has a single orifice. center of the same axis as the hole 6 of the shell and the central parts of the cover 11 and the inner surface 7 of the shell are in contact around the holes 6 and 12. If desired, an airtight seal can be established between the cover 11 and the surface 7 by means of a soft clamping washer.
In order to avoid the danger of the single orifice being closed by the ear cartilage, notches such as 13 (fig. 6 and 7), or a single circular notch communicating with the orifice 6 can be pre views to the outer surface of the shell.
Fig. 8 shows another capsule receiver in which the conical space is formed between the inner surface 7 of the shell and the diaphragm 4. A plate 15 as shown in plan in FIG. 9 exactly surrounds the upper ends of the coils 3 and defines under the diaphragm a narrow chamber 2 mm thick. The plate 15 will preferably be sealed in place. An orifice of about 2.3 mm in diameter is made in the plate 15 to 13 mm from its center and is covered by a silk cloth 16 to form an acoustic resistance between the chamber immediately below the diaphragm and the chamber located behind plate 15.
A plate such as 15 could naturally be introduced into the embodiment of FIGS. 3, 4 and 5 if desired.