JP2009177747A - 通話装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スピーカの振動板が分割振動している場合でも、スピーカ音のキャンセル量が低減することなく、ハウリングを防止することができる通話装置を提供する。
【解決手段】通話装置Ａは、振動板２３の前面側から外部へ音声を出力するスピーカＳＰと、振動板２３の前面に対向して配置され、音声を集音して音声信号を出力するマイクロホンＭ１，Ｍ２と、マイクロホンＭ１，Ｍ２が出力する音声信号に対して利得および遅延時間を調整した後、マイクロホンＭ２の音声信号からマイクロホンＭ１の音声信号を除去して外部へ伝達する音声処理部１０とを備え、マイクロホンＭ２は話者が発する音声をマイクロホンＭ１と同等以上の音圧レベルで集音し、スピーカＳＰが発する音声をマイクロホンＭ１より小さい音圧レベルで集音して音声信号を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、通話装置に関するものである。

従来、インターホンシステム等で屋内に設置される通話装置があり、他の場所に設置された通話装置からの音声を出力するスピーカや、他の通話装置へ伝達する音声を入力するマイクロホン等を備えている。そして、スピーカから発生した音声がマイクロホンに回り込むとハウリングが生じることになるから、様々なハウリング防止対策が採られている。

例えば、第１の従来例として、スピーカとマイクロホンを含むループ回路が通話装置内で形成され、このループゲインが１を越えるとハウリングが発生するから、ループ回路内に設けた可変損失回路での損失量を調節することにより、ループゲインが１以下となるようにしてハウリングを防止するものがある。ここで、送話信号と受話信号とのうち信号レベルが小さいほうは重要ではないとみなし、信号レベルが小さいほうの伝送路に挿入された可変損失回路の伝送損失を大きくするようにしている。

しかし、上記第１の従来例では、マイクロホンとスピーカとの距離が近いと、スピーカからマイクロホンに回り込む受話音声のレベルが大きくなり、受話信号よりも送話信号が大きくなり、スピーカから音声が出ている受話状態であるにもかかわらず制御回路は送話状態に切り換えてしまい、スピーカから出るべき音が出なくなるという状態が発生していた。

そこで、第２の従来例として、一対のマイクロホンと、両マイクロホンとスピーカとの距離の差に相当する音波の遅延時間だけスピーカに近いほうのマイクロホンの出力を遅延させる遅延回路と、両マイクロホンとスピーカとの距離の差に相当するレベル調整を行なってスピーカからの音声に対する両マイクロホンの出力レベルを一致させるレベル調整増幅回路と、遅延回路とレベル調整増幅回路とを通った両マイクロホンの出力を両入力とする差動増幅回路とを設け、差動増幅回路の出力を送話信号とする通話装置がある。

この通話装置では、一対のマイクロホンでスピーカからの音声を拾った後、遅延およびレベル調整を行なって両マイクロホンに入力されるスピーカ音を差動増幅回路で相殺するようにしているから、スピーカ音のみをキャンセルしてハウリングを防止し、さらには受話ブロッキングが生じない状態で送話音声を伝送することができる。（例えば、特許文献１参照）。
特許第２６０７２５７号公報（２頁左欄第１３行〜右欄第３行，４頁右欄第２６行〜第４９行、第１図，第５図）

スピーカの振動板は、通常、全面が同じ位相で振動するが、放射する音波がある周波数の場合には、互いに異なる位相となる複数の振動領域が生じる分割振動を発生する。分割振動の形態としては、振動板の径方向での分割や同心円状の分割があり、分割数も２分割や４分割等がある。

そして、上記特許文献１のように、両マイクロホンに入力されるスピーカ音を差動増幅回路で相殺し、スピーカ音のみをキャンセルしてハウリングを防止する構成では、分割振動時に振動板の分割された各振動領域から放射される音波の位相、振幅が互いに異なるため、両マイクロホンに入力されるスピーカ音を差動増幅回路でキャンセルすることが困難となり、ハウリング防止効果が低減していた。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、スピーカの振動板が分割振動している場合でも、スピーカ音のキャンセル量が低減することなく、ハウリングを防止することができる通話装置を提供することにある。

請求項１の発明は、ハウジングに取り付けられて振動板の一面側からハウジング外へ音声を出力するスピーカと、振動板の一面に対向して配置され、音声を集音して音声信号を出力する第１，第２のマイクロホンと、第１，第２のマイクロホンが出力する音声信号に対して利得および遅延時間を調整した後、第２のマイクロホンの音声信号から第１のマイクロホンの音声信号を除去して外部へ伝達する音声処理部とを備え、第２のマイクロホンは、スピーカが発する音声を第１のマイクロホンより小さい音圧レベルで集音し、話者が発する音声を第１のマイクロホンと同等以上の音圧レベルで集音して音声信号を出力することを特徴とする。

この発明によれば、第１，第２のマイクロホンがともに振動板の一面に対向して配置されており、振動板の複数の振動領域は第１，第２のマイクロホンに対して互いに略等距離となり、各振動領域から発せられて第１，第２のマイクロホンで集音された各音声信号に生じる振幅差および位相差は互いに略同じ値になるので、音声処理部の利得および遅延時間を調整することで、各振動領域から各々放射される音波をキャンセルすることができ、分割振動時においてもハウリング防止効果を得ることができる。すなわち、スピーカの振動板が分割振動している場合でも、スピーカ音のキャンセル量が低減することなく、ハウリングを防止することができるのである。

請求項２の発明は、請求項１において、前記第１のマイクロホンの集音面は前記振動板の一面に対向して設けられ、前記第２のマイクロホンの集音面は前記スピーカからの音声出力方向と同一方向に向かって設けられることを特徴とする。

この発明によれば、第２のマイクロホンは、スピーカ音を第１のマイクロホンより小さい音圧レベルで集音して、且つ話者が発する音声を第１のマイクロホンと同等以上の音圧レベルで集音して音声信号を出力するので、音声処理部によるスピーカ音のキャンセル量を確保しながら、話者の音声信号は十分なレベルを維持できる。

請求項３の発明は、請求項１または２において、前記スピーカの振動板の一面側に形成された空間である前気室をハウジング内に設け、当該前気室内に前記第１のマイクロホンの集音面を配置することを特徴とする。

この発明によれば、スピーカが発する音声は前気室内で反射し、ハウジング外では発散するので、第１，第２のマイクロホンで集音されたスピーカ音の音圧レベル差がさらに大きくなり、音声処理部によるスピーカ音のキャンセル量を確保しながら、話者の音声信号は十分なレベルを維持できる効果が向上する。

請求項４の発明は、請求項１乃至３いずれかにおいて、前記第１，第２のマイクロホンは、前記スピーカの振動板の一面に対して鉛直方向に沿って並設されることを特徴とする。

この発明によれば、分割振動時におけるハウリング防止効果がさらに向上する。

請求項５の発明は、請求項１乃至４いずれかにおいて、前記スピーカの振動板の他面側に形成された空間である後気室をハウジング内に設け、当該後気室はハウジング外と空間的に絶縁されることを特徴とする。

この発明によれば、後気室は密閉度の高い空間であるので、スピーカの裏面から後気室へ放射される逆位相の音は後気室外へ漏れ難くなり、第１，第２のマイクロホンが逆位相の音を集音することによる音声処理部のハウリング防止処理への悪影響を抑えることができる。

請求項６の発明は、請求項１乃至５いずれかにおいて、前記第１，第２のマイクロホンは、配線パターンが形成された同一基板上に配置されることを特徴とする。

この発明によれば、第１，第２のマイクロホンの位置決めを効率よく行うことができる。

以上説明したように、本発明では、スピーカの振動板が分割振動している場合でも、スピーカ音のキャンセル量が低減することなく、ハウリングを防止することができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態）
本実施形態の通話装置Ａは図１〜図３に示され、通話スイッチＳＷ１、音声処理部１０を配置した矩形函状の装置本体Ａ２に通話モジュールＭＪを収納して構成される。なお、装置本体Ａ２は、例えば２つの樹脂成形部材を接合して形成され、通話スイッチＳＷ１、音声処理部１０、通話モジュールＭＪを収納した後、各接合部材を嵌合手段または接着剤等によって接合する。

通話モジュールＭＪは、後面に開口を形成したボディＡ１０と、ボディＡ１０の開口に覆設した平面状のカバーＡ１１とで幅４０ｍｍ×高さ３０ｍｍ×厚さ８ｍｍのハウジングＡ１を構成し、ハウジングＡ１に、スピーカＳＰ、マイクロホン基板ＭＢ１を備える。そして、スピーカＳＰの後述する振動板２３は、ハウジングＡ１の前面に穿設した複数の音孔１２、装置本体Ａ２の前面に穿設した複数の音孔６０に対向するように配置される。

音声処理部１０は、図３に示すように、通信部１０ａ、音声スイッチ部１０ｂ，１０ｃ、増幅部１０ｄ、信号処理部１０ｅを備えたＩＣで構成され、ハウジングＡ１内に配置される。他の部屋等に設置されている通話装置Ａから情報線Ｌｓを介して送信された音声信号は、通信部１０ａで受信され、音声スイッチ部１０ｂを介して増幅部１０ｄで増幅された後、スピーカＳＰから出力される。また、通話スイッチＳＷ１を操作することで通話可能状態となり、マイクロホン基板ＭＢ１上のマイクロホンＭ１（第１のマイクロホン），マイクロホンＭ２（第２のマイクロホン）から入力された各音声信号は信号処理部１０ｅで後述する信号処理を施された後、音声スイッチ部１０ｃを通過し、通信部１０ａから情報線Ｌｓを介して他の部屋等に設置されている通話装置Ａへ送信される。すなわち、部屋間で双方向の通話が可能なインターホンとして機能するものである。なお、通話装置Ａの電源は、設置場所の近傍に設けたコンセントから供給されるか、あるいは情報線Ｌｓを介して供給されてもよい。

スピーカＳＰは、図１に示すように、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ，ＳＰＣＥＮ）、電磁軟鉄（ＳＵＹ）等の厚み０．８ｍｍ程度の鉄系材料で形成されて一端を開口した円筒状のヨーク２０を具備し、ヨーク２０の開口端から外側に向かって円形の支持体２１が延設されている。

ヨーク２０の筒内にはネオジウムで形成された円柱型永久磁石２２（例えば、残留磁束密度１．３９Ｔ〜１．４３Ｔ）を配置し、ドーム型の振動板２３の外周側の縁部が支持体２１の縁端面に固定されている。

振動板２３は、ＰＥＴ（PolyEthyleneTerephthalate）またはＰＥＩ（Polyetherimide）等の熱可塑性プラスチック（例えば、厚み１２μｍ〜５０μｍ）で形成される。振動板２３の背面には筒状のボビン２４が固定されており、このボビン２４の後端にはクラフト紙の紙管にポリウレタン銅線（例えば、φ０．０５ｍｍ）を巻回することによって形成されたボイスコイル２５が設けられている。ボビン２４およびボイスコイル２５は、ボイスコイル２５がヨーク２０の開口端に位置するように設けられており、ヨーク２０の開口端近傍を前後方向に自在に移動する。

ボイスコイル２５は、一対のスピーカ配線Ｗを介して音声信号が入力されており、このスピーカ配線Ｗは、ボイスコイル２５側の一端を円状の振動板２３の背面に沿って半径方向に樹脂で固定され、他端側を音声処理部１０の増幅部１０ｄに接続する。

ボイスコイル２５のポリウレタン銅線に音声信号を入力すると、この音声信号の電流と永久磁石２２の磁界とにより、ボイスコイル２５に電磁力が発生するため、ボビン２４が振動板２３を伴なって前後方向に振動させられる。このとき、振動板２３から音声信号に応じた音が発せられる。すなわち、動電型のスピーカＳＰが構成される。

そして、スピーカＳＰの円形の支持体２１の外周端部が、振動板２３が対向するハウジングＡ１の前面内側に当接し、振動板２３がハウジングＡ１の前面に内側から対向する状態でスピーカＳＰが固定される。

ハウジングＡ１内にスピーカＳＰが固定されると、ハウジングＡ１の前面内側とスピーカＳＰの表面側（振動板２３側）とで囲まれた空間である前気室Ｂｆ、ハウジングＡ１の後面内側および側面内側とスピーカＳＰの裏面側（ヨーク２０側）とで囲まれた空間である後気室Ｂｒが形成され、前気室Ｂｆは、ハウジングＡ１の音孔１２および装置本体Ａ２の音孔６０を介して外部に連通している。後気室Ｂｒは、スピーカＳＰの支持体２１の端部とハウジングＡ１の内面とが密着することで、前気室Ｂｆとは絶縁した（連通していない）空間となる。さらに、ハウジングＡ１のボディＡ１０とカバーＡ１１とが密着することによって、後気室Ｂｒは外気とも絶縁した空間になる。すなわち、後気室Ｂｒは密閉されており、他の空間とは絶縁されている。

そして、スピーカＳＰの裏面（振動板２３の裏面）から後気室Ｂｒへ放射される音は、スピーカＳＰの表面（振動板２３の表面）から前気室Ｂｆへ放射される音に対して位相が反転している（以降、スピーカＳＰの表面から放射される音の位相を正位相、スピーカＳＰの裏面から放射される音の位相を逆位相と称す）。しかし、上述のように後気室Ｂｒは密閉度の高い空間であるので、スピーカＳＰの裏面から後気室Ｂｒへ放射される逆位相の音は後気室Ｂｒ外へ漏れ難くなり、後気室Ｂｒから漏れた逆位相の音が前方に回り込んでスピーカＳＰの表面から放射される正位相の音を打ち消すことによる放射音圧低下を抑制し、前方にいる話者にはスピーカＳＰが発する音声が聞き易いものになる。

また、スピーカ配線Ｗの他端側は、ハウジングＡ１に穿設した挿通孔（図示なし）を通って通話モジュールＭＪ外に導出され、装置本体Ａ２内の音声処理部１０に接続される。この挿通孔は、スピーカ配線Ｗを通した後、後気室Ｂｒ内の密閉のために樹脂で塞がれる。

次に、マイクロホン基板ＭＢ１は、図４に示すように、後面２ａ，前面２ｂを有するモジュール基板２を備え、マイクロホンのベアチップＢＣ１とＩＣＫａ１との対をモジュール基板２の後面２ａに実装し、マイクロホンのベアチップＢＣ２とＩＣＫａ２との対をモジュール基板２の前面２ｂに実装し、ベアチップＢＣ１、ＩＣＫａ１、モジュール基板２上の配線パターン（図示無し）の各間、およびベアチップＢＣ２、ＩＣＫａ２、モジュール基板２上の配線パターン（図示無し）の各間をワイヤＷで各々接続（ワイヤボンティング）した後、ベアチップＢＣ１とＩＣＫａ１の対を覆うようにシールドケースＳＣ１を後面２ａに実装し、ベアチップＢＣ２とＩＣＫａ２の対を覆うように、シールドケースＳＣ２を前面２ｂに実装することで、ベアチップＢＣ１、ＩＣＫａ１、シールドケースＳＣ１で構成されるマイクロホンＭ１、ベアチップＢＣ２、ＩＣＫａ２、シールドケースＳＣ２で構成されるマイクロホンＭ２を備えている。

そして、マイクロホンＭ１は、音孔Ｆ１を穿設したシールドケースＳＣ１の底面側を集音面とし、マイクロホンＭ２は、音孔Ｆ２を穿設したシールドケースＳＣ２の底面側を集音面として、互いに逆方向となるモジュール基板２の両面方向に集音面を有するものになる。

ベアチップＢＣ（ベアチップＢＣ１またはＢＣ２）は、図５に示すように、シリコン基板１ｂに穿設した孔１ｃを塞ぐようにシリコン基板１ｂの一面側にＳｉ薄膜１ｄが形成され、このＳｉ薄膜１ｄとの間にエアーギャップ１ｅを介して電極１ｆが形成され、さらに音声信号を出力するパッド１ｇが設けられており、コンデンサ型のシリコンマイクロホンを構成している。そして、外部からの音響信号がＳｉ薄膜１ｄを振動させることで、Ｓｉ薄膜１ｄと電極１ｆとの間の静電容量が変化して電荷量が変化し、この電荷量の変化に伴ってパッド１ｇ，１ｇから音響信号に応じた電流が流れる。このベアチップＢＣは、シリコン基板１ｂをモジュール基板２上にダイボンディングされる。

図６（ａ）は、マイクロホン基板ＭＢ１を、モジュール基板２の後面２ａ側から見た平面図であり、モジュール基板２は矩形状に形成され、負電源パッドＰ１，正電源パッドＰ２，出力１パッドＰ３，出力２パッドＰ４がモジュール基板２の縁部に沿って設けられている。

そして、図６（ｂ）に示すように、負電源パッドＰ１には外部から供給される電源電圧の負側、正電源パッドＰ２には電源電圧の正側が接続されて、モジュール基板２上の配線パターンを介してマイクロホンＭ１，Ｍ２に電源を供給している。また、出力１パッドＰ３からは、マイクロホンＭ１が集音した音声信号がモジュール基板２上の配線パターンを介して出力され、出力２パッドＰ４からは、マイクロホンＭ２が集音した音声信号がモジュール基板２上の配線パターンを介して出力される。なお、出力パッドＰ３，Ｐ４から出力される音声信号のグランドは、負電源パッドＰ１で兼用される。

このように、マイクロホンＭ１，Ｍ２の電源を共通の負電源パッドＰ１、正電源パッドＰ２から供給し、さらにマイクロホンＭ１，Ｍ２の各出力のグランドを負電源パッドＰ１で兼用することで、パッドの数を減らすことができ、構成が簡単になる。そして、マイクロホン基板ＭＢ１は、上記のようにモジュール基板２上の配線パターンを介して信号伝達、給電を行うことで、信号線、給電線を効率よく構成できる
次に、マイクロホン基板ＭＢ１の動作について説明する。

まず、集音した音響信号に応じてベアチップＢＣ１，ＢＣ２から流れる各電流は、ＩＣＫａ１，Ｋａ２によってインピーダンス変換されるとともに電圧信号に変換され、音声信号として出力１パッドＰ３、出力２パッドＰ４から各々出力される。

ＩＣＫａ（ＩＣＫａ１またはＫａ２）は、図７の回路構成を備えており、電源パッドＰ１，Ｐ２から供給される電源電圧＋Ｖ（例えば５Ｖ）を定電圧Ｖｒ（例えば１２Ｖ）に変換するチップＩＣからなる定電圧回路Ｋｂを備えており、抵抗Ｒ１１とベアチップＢＣとの直列回路に定電圧Ｖｒが印加され、抵抗Ｒ１１とベアチップＢＣとの接続中点はコンデンサＣ１１を介してジャンクション型のＪ−ＦＥＴ素子Ｓ１１のゲート端子に接続される。Ｊ−ＦＥＴ素子Ｓ１１のドレイン端子は動作電源＋Ｖに接続され、ソース端子は抵抗Ｒ１２を介して電源電圧の負側に接続される。ここで、Ｊ−ＦＥＴ素子Ｓ１１は電気インピーダンスの変換用であり、このＪ−ＦＥＴ素子Ｓ１１のソース端子の電圧が音声信号として出力される。なお、ＩＣＫａのインピーダンスの変換回路は、上記構成に限定されるものではなく、例えばオペアンプによるソースフォロワ回路の機能を有する回路であってもよく、または必要に応じてＩＣＫａ内に音声信号の増幅回路を設けてもよい。

本実施形態では、モジュール基板２をハウジングＡ１の前壁内に組み込み、マイクロホンＭ１はハウジングＡ１前面の開口を挿通してその集音面が前気室Ｂｆ内に位置し、シールドケースＳＣ１の底面に穿設したマイクロホンＭ１の音孔Ｆ１はスピーカＳＰの振動板２３の中心に対向し、音孔Ｆ１を介してスピーカＳＰが発する音声を確実に集音することができる。

また、マイクロホンＭ２は、ハウジングＡ１前面の開口を挿通して集音面をハウジングＡ１外に向けており、シールドケースＳＣ２の底面に穿設したマイクロホンＭ２の音孔Ｆ２は装置本体Ａ２の前面に穿設した音孔６１に対向するように、スピーカＳＰの出力方向と同一方向に向かってハウジングＡ１の外部（前方）に面しているので、音孔Ｆ２を介して伝達される、通話装置Ａの前方に位置する話者からの音声を確実に集音することができる。

また、マイクロホンＭ１，Ｍ２を実装したモジュール基板２をハウジングＡ１に組み込むことで、マイクロホンＭ１，Ｍ２が配置されるので、マイクロホンＭ１，Ｍ２の位置決めを効率よく行うことができる。

そして、スピーカＳＰの振動板２３の中心から各マイクロホンＭ１，Ｍ２の音孔Ｆ１，Ｆ２までの距離をそれぞれＸ１，Ｘ２とすると、Ｘ１＜Ｘ２となり、本実施形態では、スピーカＳＰの音声出力をマイクロホンＭ１，Ｍ２が拾うことで発生するハウリングを防止するために、以下の構成を備えている。

まず、音声処理部１０に収納されている信号処理部１０ｅは、図８に示すように、マイクロホンＭ１の出力を非反転増幅する増幅回路３０と、増幅回路３０の出力から音声帯域（４００〜３０００Ｈｚ）以外の周波数のノイズを除去するバンドパスフィルター３１と、バンドパスフィルター３１の出力を遅延させる遅延回路３２と、マイクロホンＭ２の出力を反転増幅する増幅回路３３と、増幅回路３３の出力から音声帯域（４００〜３０００Ｈｚ）以外の周波数のノイズを除去するバンドパスフィルター３４と、遅延回路３２とバンドパスフィルター３４の各出力を加算する加算回路３５とを備える。

図９〜図１２は、スピーカからの音声をマイクロホンＭ１，Ｍ２で各々集音した場合における信号処理部１０の各部の音声信号波形を示す。まず、スピーカＳＰの振動板２３の中心から各マイクロホンＭ１，Ｍ２の音孔Ｆ１，Ｆ２までの距離をそれぞれＸ１，Ｘ２とすると、Ｘ１＜Ｘ２となる。したがって、スピーカＳＰからの音声をマイクロホンＭ１，Ｍ２で拾った場合、スピーカＳＰとマイクロホンＭ１，Ｍ２との距離、およびマイクロホンＭ１，Ｍ２の感度によってマイクロホンＭ２の出力Ｙ２１のほうがマイクロホンＭ１の出力Ｙ１１よりも振幅が小さく、さらに両マイクロホンＭ１，Ｍ２とスピーカＳＰとの距離の差（Ｘ２−Ｘ１）に相当する音波の遅延時間［Ｔｄ＝（Ｘ２−Ｘ１）／Ｃｖ］（Ｃｖは音速）だけマイクロホンＭ２の出力Ｙ２１の位相が遅れている（図９（ａ）（ｂ）参照）。

そして、増幅回路３０が出力Ｙ１１を非反転増幅した出力Ｙ１２を生成し、増幅回路３３が出力Ｙ２１を反転増幅して位相を１８０°反転させた出力Ｙ２２を生成する。このとき、両マイクロホンＭ１，Ｍ２とスピーカＳＰとの距離の差（Ｘ２−Ｘ１）に相当するレベル調整を行ない、スピーカＳＰからの音声に対する両マイクロホンＭ１，Ｍ２の出力レベルを一致させる（図１０（ａ）（ｂ）参照）。なお、本実施形態では、増幅回路３０の増幅率は１未満とし、増幅回路３３の増幅率は略１としており、増幅回路３３は省略してもよい。

そして、バンドパスフィルター３１，３４は、出力Ｙ１２，Ｙ２２から音声帯域以外の周波数のノイズを除去した出力Ｙ１３，Ｙ２３を生成する（図１１（ａ）（ｂ）参照）。

次に、遅延回路３２は、時間遅延素子またはＣＲ位相遅延回路で構成されており、上記遅延時間ＴｄだけスピーカＳＰに近いほうのマイクロホンＭ１の出力を遅延させることで、遅延回路３２の出力Ｙ１４とバンドパスフィルター３４の出力Ｙ２３との位相を一致させ、伝達する音声信号にのるノイズを低減させる。

そして、出力Ｙ１４に含まれるスピーカＳＰからの音声成分と、出力Ｙ２３に含まれるスピーカＳＰからの音声成分とは、上記増幅処理，遅延処理によって同一振幅、同一位相となり、加算回路３５において出力Ｙ１４とＹ２３とを加算することで、スピーカＳＰからの音声に対応する音声信号が打ち消された出力Ｙａが生成される（図１２（ａ）〜（ｃ）参照）。すなわち、出力Ｙａでは、スピーカＳＰからの音声成分が低減しているのである。

また、スピーカＳＰからの音声に対しては、集音面をスピーカＳＰの振動板２３に対向させて配置したマイクロホンＭ１の出力Ｙ１１の振幅が、集音面を話者Ｈに向かって配置したマイクロホンＭ２の出力Ｙ２１の振幅に比べて大きくなり、一方、マイクロホンＭ１，Ｍ２前方の話者Ｈが発する音声に対しては、マイクロホンＭ２の出力Ｙ２１の振幅が、マイクロホンＭ１の出力Ｙ１１の振幅よりも大きくなる。さらに、増幅回路３３の増幅率は増幅回路３０の増幅率よりも大きいので、出力Ｙ２３に含まれる話者Ｈからの音声成分は、出力Ｙ１４に含まれる話者Ｈからの音声成分よりさらに大きくなる。すなわち、出力Ｙ１４に含まれる話者Ｈからの音声成分と、出力Ｙ２３に含まれる話者Ｈからの音声成分との振幅差は大きくなり、加算回路３５で上記加算処理を施しても、出力Ｙａには、話者Ｈが発する音声に応じた信号が十分な振幅を維持した状態で残る。

以上のようにして加算回路３５の出力ＹａではスピーカＳＰからの音声成分が低減されて、通話装置Ａ前方の話者Ｈからマイクロホン基板ＭＢ１に向って発した音声成分は残っており、出力Ｙａでは、残したい話者Ｈからの音声成分と、低減したいスピーカＳＰからの音声成分との相対的な差が大きくなる。すなわち、話者Ｈからの音声とスピーカＳＰからの音声とが同時に発生している場合でも、話者Ｈからの音声成分は十分な振幅を維持しながらスピーカＳＰからの音声成分のみが低減されるので、スピーカＳＰの音声出力をマイクロホンＭ１，Ｍ２が拾うことで発生するハウリングを防止することができるのである。

上記信号処理部１０ｅがスピーカ音のキャンセル処理を行う際には、同時に話者Ｈからの音声もキャンセルされるのであるが、このとき話者Ｈからの音声のキャンセル量を３ｄＢ以下にするためには、マイクロホンＭ１，Ｍ２で各々集音するスピーカ音の音圧差が１０ｄＢ以上必要となる（図１３参照）。そして、両マイクロホンＭ１，Ｍ２とスピーカＳＰとの距離の差（Ｘ２−Ｘ１）で上記音圧差を１０ｄＢ以上とするためには、スピーカＳＰの振動板２３を点音源と考えると、振動板２３の中心からマイクロホンＭ１の音孔Ｆ１までの距離Ｘ１が１ｍｍのときに、振動板２３の中心からマイクロホンＭ２の音孔Ｆ２までの距離Ｘ２は約３．５ｍｍ以上必要になる。

また、マイクロホンＭ１はスピーカＳＰが発する音声を確実に集音するので、上記信号処理部１０ｅによるハウリング防止処理を確実に行うことができる。さらにマイクロホンＭ２は集音面とスピーカＳＰの振動板とが同一方向に向いているので、スピーカＳＰとマイクロホンＭ２との音響結合は低減し、マイクロホンＭ２はスピーカＳＰの発する音声を集音し難くなる。

さらに、後気室Ｂｒは密閉度の高い空間であるので、スピーカＳＰの裏面から後気室Ｂｒへ放射される逆位相の音は後気室Ｂｒ外へ漏れ難くなり、マイクロホンＭ１，Ｍ２が逆位相の音を集音することによる上記信号処理部１０ｅのハウリング防止処理への悪影響を抑えることができる。

次に、信号処理部１０ｅが出力する音声信号は音声スイッチ部１０ｃに出力され、音声スイッチ部１０ｂ，１０ｃ（図３参照）では、以下の処理を行うことでさらなるハウリング防止を図っている。

まず、音声スイッチ部１０ｃは、音声スイッチ部１０ｂの出力を参照信号として取り込み、信号処理部１０ｅの出力に対して演算を施すことにより、スピーカＳＰからマイクロホンＭ１，Ｍ２に回り込んだ音声信号をさらにキャンセリングする。一方、音声スイッチ部１０ｂも、音声スイッチ部１０ｃの出力を参照信号として取り込み、通信部１０ａの出力に対して演算を施すことにより、通話先の相手側でのスピーカからマイクロホンへの音声信号の回り込みをキャンセリングする。

具体的には、音声スイッチ部１０ｂ，１０ｃは、スピーカＳＰ−マイクロホンＭ１，Ｍ２−信号処理部１０ｅ−音声スイッチ部１０ｃ−通信部１０ａ−音声スイッチ部１０ｂ−増幅部１０ｄ−スピーカＳＰで構成されるループ回路内に設けた可変損失手段（図示無し）での損失量を調節することにより、ループゲインが１以下となるようにしてハウリングを防止するのである。ここで、送話信号と受話信号とのうち信号レベルが小さいほうは重要ではないとみなし、信号レベルが小さいほうの伝送路に挿入された可変損失回路の伝送損失を大きくするようにしている。

ここで、スピーカＳＰは、放射する音波がある周波数ｆ１より低ければ、図１４の振幅速度分布に示すように、振動板２３の全面が同じ位相で振動するピストン運動を行う。しかし、放射する音波がある周波数ｆ１以上の場合には、互いに異なる位相となる複数の振動領域が振動板２３に生じる分割振動を発生する。

図１６は、ＪＩＳ Ｃ５５３２に規定されている標準バッフルにスピーカＳＰを取り付けた場合の音圧特性を示しており、本実施形態では、最低共振周波数ｆｏの範囲が５００〜６００Ｈｚ、分割振動が発生し始める最低周波数ｆ１の範囲が８００〜９００Ｈｚとなり、周波数ｆ１より高い周波数で分割振動が発生する。上記ＪＩＳ Ｃ５５３２に規定されている標準バッフルを用いれば、無限大の大きさを有するバッフル板（理想的なバッフル板）にスピーカＳＰを取り付けた場合と等価な最低共振周波数を測定することができる。さらには、このようにして測定された最低共振周波数ｆｏは、スピーカＳＰ単体での特性と同じ理想的な特性であるともいえる。なお、本実施形態では、ＪＩＳ Ｃ５５３２に規定されている標準バッフルを用いたが、ＪＩＳ Ｃ５５３２に規定されている標準密閉箱を用いても、無限大の大きさを有するバッフル板（理想的なバッフル板）にスピーカＳＰを取り付けた場合と等価な最低共振周波数を測定することができる。

次に、振動板２３のピストン運動および分割振動が、スピーカ音のキャンセル処理に与える影響について説明する。なお、分割振動は、図１５（ａ）（ｂ）に示すように振動板２３の直径方向に形成された位相反転軸Ｚａを境界にして、互いに逆位相となる２つの振動領域Ｇ１，Ｇ２が振動板２３に生じる２分割振動を例示する。

図１７、図１８においては、マイクロホンＭ１，Ｍ２の配置として本願発明とは異なる構成を示しており、マイクロホンＭ１，Ｍ２をスピーカＳＰの側方に並設している。但し、スピーカＳＰの振動板２３の中心から各マイクロホンＭ１，Ｍ２の音孔Ｆ１，Ｆ２までの各距離Ｘ１，Ｘ２の関係は、Ｘ１＜Ｘ２とする。

まず、図１７の振幅速度分布は、振動板２３が最低共振周波数ｆｏ近傍でピストン運動する場合を示す。振動板２３は全方向に同位相、同振幅で振動しており、振動板２３から放射される音波は、振動板２３とマイクロホンＭ１，Ｍ２との位置関係において音響的に方向性がないと考えることができる。振動板２３から放射された音波は、マイクロホンＭ１に到達した後、両マイクロホンＭ１，Ｍ２間の距離差Ｘ１０（＝Ｘ２−Ｘ１）だけ遅れてマイクロホンＭ２に到達する。したがって、信号処理部１０ｅは、両マイクロホンＭ１，Ｍ２で各々集音したスピーカ音の振幅差、位相差をゼロにするためには、両マイクロホンＭ１，Ｍ２間の距離差Ｘ１０（＝Ｘ２−Ｘ１）に基づいて利得および遅延時間を調整すればよい。

次に、図１８の振幅速度分布は、振動板２３が周波数ｆ１近傍で２分割振動する場合を示す。振動板２３は、位相反転軸Ｚａを境界にして２つの振動領域Ｇ１，Ｇ２で分割振動し、振動領域Ｇ１では＋方向に変位し、振動領域Ｇ２では−方向に変位しており、２つの振動領域Ｇ１，Ｇ２から各々放射される音波には初期位相差が生じるとともに、振動領域Ｇ１，Ｇ２とマイクロホンＭ１，Ｍ２との間には音響的な方向性が生じる。図１８では、マイクロホンＭ１，Ｍ２の配設方向Ｚｂを位相反転軸Ｚａに直交させており、マイクロホンＭ１，Ｍ２に対して振動領域Ｇ１，Ｇ２には距離差Ｘ２０が生じ、マイクロホンＭ１，Ｍ２で集音されるスピーカ音には、上述の初期位相差に加えて、距離差Ｘ２０に起因する振幅差、位相差が発生する。

そして、振動領域Ｇ１から発せられてマイクロホンＭ１，Ｍ２で集音された各音声信号に生じる振幅差および位相差と、振動領域Ｇ２から発せられてマイクロホンＭ１，Ｍ２で集音された各音声信号に生じる振幅差および位相差とは、互いに異なる値になり、信号処理部１０ｅの利得および遅延時間を調整しても、振動領域Ｇ１，Ｇ２から各々放射される音波を両方ともキャンセルすることは難しく、ハウリング防止効果が低減してしまう。

図１９（ａ）〜（ｃ）は、図１７に示すピストン運動時、図１８に示す２分割振動時において、２ＫＨｚでスピーカ音のキャンセル量が略ゼロとなるように信号処理部１０ｅの利得および遅延時間を調整した際に、加算回路３５に入力される信号Ｙ１４，−Ｙ２３の位相差（図１９（ａ））、振幅差（図１９（ｂ））、加算回路３５から出力される信号Ｙａにおけるスピーカ音のキャンセル量（図１９（ｃ））の各特性を示している（Ｙａ１〜Ｙａ３がピストン運動時の特性、Ｙｂ１〜Ｙｂ３が２分割振動時の特性）。そして、２分割振動時にはピストン運動時に比べて、加算回路３５に入力される信号Ｙ１４，−Ｙ２３の位相差、振幅差が増大して（特に３０００Ｈｚ〜４０００Ｈｚ付近）、スピーカ音のキャンセル量が広い周波数帯域に亘って減少しており、ハウリング防止に悪影響を与えている。

そこで本実施形態では、スピーカＳＰの振動板２３の前面に対向して、マイクロホンＭ１，Ｍ２をスピーカＳＰの振動板２３に対して鉛直方向（前後方向）に沿って並設することで、図２０の振幅速度分布に示すようにマイクロホンＭ１，Ｍ２に対して振動領域Ｇ１，Ｇ２は互いに略等距離となり、振動領域Ｇ１，Ｇ２の距離差Ｘ２０に起因して発生する加算回路３５の入力信号Ｙ１４，−Ｙ２３の振幅差、位相差を無くしている。而して、振動領域Ｇ１から発せられてマイクロホンＭ１，Ｍ２で集音された各音声信号に生じる振幅差および位相差と、振動領域Ｇ２から発せられてマイクロホンＭ１，Ｍ２で集音された各音声信号に生じる振幅差および位相差とは、略同じ値になり、信号処理部１０ｅの利得および遅延時間を調整することで、振動領域Ｇ１，Ｇ２から各々放射される音波を両方ともキャンセルすることができ、分割振動時においてもハウリング防止効果を得ることができる。

また、マイクロホンＭ１はその集音面が前気室Ｂｆ内に位置し、音孔Ｆ１をスピーカＳＰの振動板２３の中心に対向させ、マイクロホンＭ２はその集音面をハウジングＡ１外に向けて、音孔Ｆ２はスピーカＳＰの出力方向と同一方向に向かってハウジングＡ１の外部（前方）に面している。そして、スピーカＳＰが発する音声は前気室Ｂｆ内で反射し、ハウジングＡ１外では発散するので、マイクロホンＭ２は、スピーカ音をマイクロホンＭ１より小さい音圧レベルで集音して（例えば１０ｄＢ以上の音圧差）、且つ話者が発する音声をマイクロホンＭ１以上の音圧レベルで集音して音声信号を出力する。したがって、上記信号処理部１０ｅでは、残したい話者Ｈからの音声成分と、低減したいスピーカＳＰからの音声成分との相対的な差が大きくなり、スピーカ音のキャンセル量を確保しながら、話者の音声信号は十分なレベルを維持できる。

マイクロホンＭ１，Ｍ２の配置は、上記のようにスピーカＳＰの振動板２３の中心に対向させてマイクロホンＭ１，Ｍ２を前後方向に並設する構成に限定されず、マイクロホンＭ１，Ｍ２ともに振動板２３の前面に対向して配置し、マイクロホンＭ２は、話者が発する音声をマイクロホンＭ１と同等以上の音圧レベルで集音し、スピーカ音をマイクロホンＭ１より小さい音圧レベルで集音して音声信号を出力する配置であればよい。

例えば、図２１に示すように、振動板２３の前面で前後方向に直交する方向（横方向）にマイクロホンＭ１，Ｍ２を並設する構成でもよく、この場合のマイクロホン基板ＭＢ２は、モジュール基板２の後面２ａにマイクロホンＭ１，Ｍ２を実装して、当該後面２ａをハウジングＡ１の前面外側に沿って配置する。そして、マイクロホンＭ１はハウジングＡ１前面の開口を挿通して集音面が前気室Ｂｆ内に位置し、音孔Ｆ１はスピーカＳＰの振動板２３の中心に対向する。また、マイクロホンＭ２は、ハウジングＡ１の前面に設けた凹部に嵌合し、モジュール基板２に穿設したマイクロホンＭ２の音孔Ｆ２は装置本体Ａ２の前面に穿設した音孔６１に対向するように、スピーカＳＰの出力方向と同一方向に向かってハウジングＡ１の外部（前方）に面している。すなわち、振動板２３の中心に対向して配置されたマイクロホンＭ１に対して、マイクロホンＭ２は振動板２３の前面で横方向に偏倚して配置されている。

図２２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の通話装置Ａの２分割振動時において、２ＫＨｚでスピーカ音のキャンセル量が略ゼロとなるように信号処理部１０ｅの利得および遅延時間を調整した際に、加算回路３５に入力される信号Ｙ１４，−Ｙ２３の位相差（図２２（ａ））、振幅差（図２２（ｂ））、加算回路３５から出力される信号Ｙａにおけるスピーカ音のキャンセル量（図２２（ｃ））の各特性を示している。

スピーカＳＰの振動板２３の半径を１３ｍｍとし、この半径方向における両マイクロホンＭ１，Ｍ２間の距離差Ｘ１０とした場合、図２２（ａ）〜（ｃ）において、Ｙｃ１〜Ｙｃ３はＸ１０＝０ｍｍ（すなわち、図１に示すマイクロホン基板ＭＢ１を用いた場合）、Ｙｄ１〜Ｙｄ３はＸ１０＝１６ｍｍ（すなわち、図２１の通話装置ＡにおいてマイクロホンＭ１が振動板２３に対向していない場合）、Ｙｅ３はＸ１０＝８ｍｍ、Ｙｆ３はＸ４０＝１２ｍｍ（すなわち、図２１の通話装置ＡにおいてマイクロホンＭ１が振動板２３に対向している場合）の各特性を示す。そして、距離差Ｘ１０が小さいほど、加算回路３５に入力される信号Ｙ１４，−Ｙ２３の位相差、振幅差は小さくなり、加算回路３５から出力される信号Ｙａにおけるスピーカ音のキャンセル量が広い周波数帯域に亘って増大している。

そして、距離差Ｘ１０が、振動板２３の半径よりも小さければ（すなわち、マイクロホンＭ１，Ｍ２ともに振動板２３の前面に対向して配置されている状態）、分割振動時においてもスピーカ音のキャンセル量が十分維持されており、このことから振動板２３の中心に対向して配置されたマイクロホンＭ１に対して、マイクロホンＭ２が振動板２３の前面に対向する領域Ｄ内（図２１参照）に配置されていれば、マイクロホンＭ１，Ｍ２に対して振動領域Ｇ１，Ｇ２は互いに略等距離になるといえ、振動領域Ｇ１，Ｇ２の距離差Ｘ２０に起因して発生する加算回路３５の入力信号Ｙ１４，−Ｙ２３の振幅差、位相差を無くすことができ、上記信号処理部１０ｅによるスピーカ音のキャンセル量を十分確保できるといえる。

さらに、マイクロホンＭ１の位置も領域Ｄ内で移動させ、両マイクロホンＭ１，Ｍ２の位置を振動板２３の前面に対向する領域Ｄ内で任意に配置した場合も検証すると、マイクロホンＭ１，Ｍ２がともに領域Ｄ内に配置されてさえいれば、マイクロホンＭ１，Ｍ２に対して振動領域Ｇ１，Ｇ２は互いに略等距離になるといえ、２分割振動時における振動領域Ｇ１，Ｇ２の距離差Ｘ２０に起因して発生する加算回路３５の入力信号Ｙ１４，−Ｙ２３の振幅差、位相差を無くすことができるといえる。

なお、分割振動の形態としては上記２分割振動以外に、図２３に示すように４つの振動領域Ｇ１１〜Ｇ１４が振動板２３に生じる４分割振動や、図２４に示すように同心円状に複数の振動領域Ｇ２１，Ｇ２２が振動板２３に生じる円分割振動等があるが、上記２分割振動時と同様にマイクロホンＭ１，Ｍ２がともに振動板２３の前面に対向する領域Ｄ内に配置されてさえいれば、マイクロホンＭ１，Ｍ２に対して複数の振動領域は互いに略等距離となり、各振動領域から発せられてマイクロホンＭ１，Ｍ２で集音された各音声信号に生じる振幅差および位相差は略同じ値になり、信号処理部１０ｅの利得および遅延時間を調整することで、複数の振動領域から各々放射される音波をキャンセルすることができ、分割振動時においてもハウリング防止効果を得ることができる。

また、マイクロホンＭ１はその集音面が前気室Ｂｆ内に位置し、音孔Ｆ１をスピーカＳＰの振動板２３に対向させ、マイクロホンＭ２はその集音面をハウジングＡ１外に向けて、音孔Ｆ２はスピーカＳＰの出力方向と同一方向に向かってハウジングＡ１の外部（前方）に面するように配置すれば、スピーカＳＰが発する音声は前気室Ｂｆ内で反射し、ハウジングＡ１外では発散するので、マイクロホンＭ２は、スピーカ音をマイクロホンＭ１より小さい音圧レベルで集音し（例えば１０ｄＢ以上の音圧差）、且つ話者が発する音声をマイクロホンＭ１以上の音圧レベルで集音して音声信号を出力することができる。したがって、上記信号処理部１０ｅによるスピーカ音のキャンセル量を確保しながら、話者の音声信号は十分なレベルを維持できる。

また、マイクロホンＭ１，Ｍ２の相対位置は、スピーカＳＰの振動板２３の中心から各マイクロホンＭ１，Ｍ２の音孔Ｆ１，Ｆ２までの距離をそれぞれＸ１，Ｘ２とすると、上記形態ではＸ１＜Ｘ２に設定しているが、Ｘ１≧Ｘ２の関係であっても、図２５に示すようにマイクロホンＭ１がその集音面を前気室Ｂｆ内に位置させて、音孔Ｆ１をスピーカＳＰの振動板２３に対向させ、マイクロホンＭ２はその集音面をハウジングＡ１外に向けて、音孔Ｆ２がスピーカＳＰの出力方向と同一方向に向かってハウジングＡ１の外部（前方）に面するように配置すれば、上記同様に信号処理部１０ｅによるスピーカ音のキャンセル量を確保しながら、話者の音声信号は十分なレベルを維持できる。

また、マイクロホンＭ１，Ｍ２ともにその集音面をハウジングＡ１内に向けて、音孔Ｆ１，Ｆ２をともにスピーカＳＰの振動板２３の中心に向かって配置した場合は、図２６に示すようにマイクロホンＭ１がマイクロホンＭ２よりスピーカＳＰの振動板２３に近い位置に配置されれば（Ｘ１＜Ｘ２）、マイクロホンＭ２は、スピーカ音をマイクロホンＭ１より小さい音圧レベルで集音し（例えば１０ｄＢ以上の音圧差）、且つ話者が発する音声をマイクロホンＭ１以上の音圧レベルで集音して音声信号を出力することができる。したがって、上記信号処理部１０ｅによるスピーカ音のキャンセル量を確保しながら、話者の音声信号は十分なレベルを維持できる。

実施形態の通話装置の構成を示す側面断面図である。 （ａ）（ｂ）同上の構成を示す斜視図である。 同上の音声処理部の構成を示す回路図である。 同上のマイクロホン基板の構成を示す側面断面図である。 同上のベアチップの構成を示す側面断面図である。 同上のマイクロホン基板の構成を示す（ａ）簡略化した平面図、（ｂ）簡略化した回路図である。 同上のインピーダンス変換回路の回路図である。 同上の信号処理部の回路構成図である。 （ａ）（ｂ）同上の信号処理部の信号波形図である。 （ａ）（ｂ）同上の信号処理部の信号波形図である。 （ａ）（ｂ）同上の信号処理部の信号波形図である。 （ａ）〜（ｃ）同上の信号処理部の信号波形図である。 同上の話者音のキャンセル特性を示す図である。 同上のピストン運動による振動板の動きを示す斜視図である。 （ａ）（ｂ）同上の２分割振動による振動板の動きを示す斜視図である。 同上のバッフル板に取り付けたスピーカの音圧特性を示す図である。 本願発明とは異なる構成においてピストン運動時の音波の伝播を示す図である。 本願発明とは異なる構成において分割振動時の音波の伝播を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）同上のピストン運動時および分割振動時の各特性を示す図である。 実施形態の分割振動時の音波の伝播を示す図である。 実施形態の通話装置の別の構成を示す側面断面図である。 （ａ）〜（ｃ）同上の分割振動時の各特性を示す図である。 同上の４分割振動による振動板の動きを示す斜視図である。 同上の円分割振動による振動板の動きを示す斜視図である。 同上のマイクロホンの別の配置を示す概略図である。 同上のマイクロホンの別の配置を示す概略図である。

符号の説明

Ａ 通話装置
ＭＪ 通話モジュール
Ａ１ ハウジング
Ｍ１，Ｍ２ マイクロホン
ＳＰ スピーカ
２３ 振動板
１０ 音声処理部

Claims (6)

1. ハウジングに取り付けられて振動板の一面側からハウジング外へ音声を出力するスピーカと、
   振動板の一面に対向して配置され、音声を集音して音声信号を出力する第１，第２のマイクロホンと、
   第１，第２のマイクロホンが出力する音声信号に対して利得および遅延時間を調整した後、第２のマイクロホンの音声信号から第１のマイクロホンの音声信号を除去して外部へ伝達する音声処理部とを備え、
   第２のマイクロホンは、スピーカが発する音声を第１のマイクロホンより小さい音圧レベルで集音し、話者が発する音声を第１のマイクロホンと同等以上の音圧レベルで集音して音声信号を出力する
   ことを特徴とする通話装置。
2. 前記第１のマイクロホンの集音面は前記振動板の一面に対向して設けられ、前記第２のマイクロホンの集音面は前記スピーカからの音声出力方向と同一方向に向かって設けられることを特徴とする請求項１記載の通話装置。
3. 前記スピーカの振動板の一面側に形成された空間である前気室をハウジング内に設け、当該前気室内に前記第１のマイクロホンの集音面を配置することを特徴とする請求項１または２記載の通話装置。
4. 前記第１，第２のマイクロホンは、前記スピーカの振動板の一面に対して鉛直方向に沿って並設されることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の通話装置。
5. 前記スピーカの振動板の他面側に形成された空間である後気室をハウジング内に設け、当該後気室はハウジング外と空間的に絶縁されることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の通話装置。
6. 前記第１，第２のマイクロホンは、配線パターンが形成された同一基板上に配置されることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の通話装置。

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