JP2014096732A - 収音装置及び電話機 - Google Patents

Abstract

【課題】 収音した音声信号の音質を高めることができる、簡易、小形の収音装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、骨伝導音声振動を電気信号に変換する骨伝導マイクからの音声信号と、空気音声振動を電気信号に変換する気導マイクからの音声信号とから出力する音声信号を形成する収音装置に関する。そして、骨伝導マイクからの音声信号が有するフラットでない周波数特性を等化し、フラットな周波数特性を有する音声信号に変換するイコライザ手段と、気導マイクからの音声信号から、骨伝導マイクからの音声信号が有する周波数成分を除外するように周波数成分を抽出する帯域制限手段と、イコライザ手段から出力された音声信号と、帯域制限手段から出力された音声信号とを混合するミックス手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は収音装置及び電話機に関し、例えば、高速道路脇に設置される高速道路用電話機に適用し得るものである。

例えば、交通雑音などの大きな雑音環境下においては、耐雑音特性が良好な骨伝導マイクロフォン（以下、マイクロフォンをマイクと呼ぶ）を収音に利用した電話機が設置される。

従来、このような骨伝導マイクを適用した電話機として特許文献１に記載のものがある。特許文献１の記載技術は、使用者の口からの空気音声振動と、骨伝導音声振動とを各々別のマイクによって捕捉し、これら２つのマイクからの音声信号を加算して合成音声信号を得るものであり、２つのマイクからの音声信号の混合比を利用者が自由に調整することができるようにしたものである。

しかしながら、特許文献１の記載技術において、混合比を調整しても、２つのマイクの周波数帯域が重なってしまっているために、合成音声信号における、空気音声振動を電気信号に変換するマイク（以下、気導マイクと呼ぶ）からの音声信号成分には周囲騒音が含まれ、周囲騒音を入力し難いという骨伝導マイクの特質が打ち消されてしまう。

特許文献２の記載技術は、このような不都合を解決している。特許文献２の記載技術は、気導マイクと骨伝導マイクを有し、気導マイク用の高域通過フィルタ及び低域通過フィルタと、骨伝導マイク用の低域通過フィルタとによって各周波数成分を抽出し、送話状態検出部で２つの低域通過フィルタの出力のレベルを比較することによって送話状態か否かを検出し、一方、気導マイクの出力から周囲騒音レベルを検出し、この結果に基づいて、気導マイクの音声信号の低域、高域周波数成分と、骨伝導マイクの音声信号の低域周波数成分の混合比を変化させ、２つの音声信号を混合回路で合成し、出力するものである。

特開平６−３０４９０号公報 特開平１０−２３１２２号公報

しかしながら、特許文献２の記載技術では、収音装置が多くの構成要素で構成されるため、装置が複雑、大型化し、高価になってしまい、商品化が難しかった。例えば、構成の複雑化を解消しようとして多くの構成要素をＬＳＩやＤＳＰで実現しようとした場合、通常の電話機が適用している送話器用電源（電源電圧）のほか、ＬＳＩやＤＳＰを動作させる電源電圧が必要となるため、電源部構成が複雑となり、ＬＳＩやＤＳＰを適用する意味がなくなってしまう。

そのため、収音した音声信号の音質を高めることができる、簡易、小形の収音装置及び電話機が望まれている。

第１の本発明は、骨伝導音声振動を電気信号に変換する骨伝導マイクからの音声信号と、空気音声振動を電気信号に変換する気導マイクからの音声信号とから出力する音声信号を形成する収音装置において、（１）上記骨伝導マイクからの音声信号が有するフラットでない周波数特性を等化し、フラットな周波数特性を有する音声信号に変換するイコライザ手段と、（２）上記気導マイクからの音声信号から、上記骨伝導マイクからの音声信号が有する周波数成分を除外するように周波数成分を抽出する帯域制限手段と、（３）上記イコライザ手段から出力された音声信号と、上記帯域制限手段から出力された音声信号とを混合するミックス手段とを備えることを特徴とする。

第２の本発明の電話機は、第１の本発明の収音装置を送話信号の形成部として適用していることを特徴とする。

本発明によれば、収音した音声信号の音質を高めることができる、簡易、小形の収音装置や電話機を実現できる。

実施形態の収音装置の構成を示すブロック図である。 実施形態の収音装置における骨伝導マイクの周波数特性を示す説明図である。 実施形態の収音装置におけるイコライザ回路の等価処理の説明図である。 実施形態の収音装置における気導マイクの周波数特性を示す説明図である。 実施形態の収音装置における帯域通過フィルタの周波数特性を示す説明図である。 実施形態の収音装置におけるミックス回路からの出力信号の周波数特性を示す説明図である。 実施形態の収音装置が対応できる混合比の説明図である。

（Ａ）主たる実施形態
以下、本発明に係る収音装置及び電話機を、道路用電話機に適用した一実施形態を、図面を参照しながら詳述する。

（Ａ−１）実施形態の構成
図１は、実施形態の収音装置の構成を示すブロック図である。

図１において、実施形態の収音装置１０は、骨伝導マイク１、気導マイク２、骨伝導マイク用アンプ３、気導マイク用アンプ４、イコライザ回路５、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）６、ミックス回路（ミキサ）７、送話信号出力端子８及び混合比可変スイッチ９を有する。なお、収音装置１０は、電話機のハンドセット（形の送受話器）１１に組み込まれている。ハンドセット１１は、図１では省略しているが受話信号の処理構成をも有する。

骨伝導マイク１は、例えば、ハンドセット１１の受話信号用スピーカ部（図示せず）の近傍位置に設けられている。利用者が受話信号用スピーカ部を右耳若しくは左耳に押し当てると共に、ハンドセット１１の気導マイク２を口元に位置させるようにハンドセット１１を位置させたときに、骨伝導マイク１が皮膚などを介して頬骨に接するように、骨伝導マイク１がハンドセット１１に設けられている。利用者が音声を発すると声帯が振動し、この音声振動が頭蓋骨を伝導する。骨伝導マイク１は、この骨伝導音声振動を捕捉して電気信号に変換するものである。例えば、市販されている骨伝導マイク１が捕捉可能な周波数成分は、３００Ｈｚ〜２ｋＨｚである。周囲騒音（の空気振動）によって頭蓋骨が振動することはほとんどなく、骨伝導マイク１は、周囲騒音が仮に３００Ｈｚ〜２ｋＨｚの周波数成分を有していても、周囲騒音を捕捉し難いという特質を有している。

骨伝導マイク用アンプ３は、骨伝導マイク１からの音声信号を増幅してイコライザ回路５に与えるものである。骨伝導マイク用アンプ３は、骨伝導マイク１の周波数特性曲線を維持させるように増幅するものである。

イコライザ回路５は、骨伝導マイク用アンプ３から与えられた音声信号に対して等化処理を施し、等化処理後の音声信号Ｓ１をミックス回路７に与えるものである。

図２は、骨伝導マイク１の周波数特性を示す特性曲線図である。骨伝導マイク１は、上述したように、３００Ｈｚ〜２ｋＨｚを捕捉可能な帯域としているものであり、この帯域の高域側（例えば、１ｋＨｚ〜２ｋＨｚ）において、図２に示すように右下がりの特性を有する。イコライザ回路５は、聞き取り易いように、高域を持ち上げて、図３に示すように、周波数特性をフラットにするものである。

因みに、高域側が右下がりの特性のまま送話信号に含めた場合には、明瞭度の低い、こもるような音質となり感覚的にも会話の了解度が悪いものとなるが、イコライザ回路５を介挿したことにより、このような課題を未然に防止することができる。

気導マイク２は、利用者が音声を発することで生じた空気音声振動を電気信号に変換するものである。気導マイク２は、空気振動を捕捉するため、周囲騒音の空気振動をも捕捉してしまう。一般に、気導マイク２が捕捉可能な帯域は、音声に限らず音響の捕捉も可能なように、１００Ｈｚ〜８ｋＨｚと広範囲になっている。それだけ、周囲騒音を捕捉し易いものとなっている。図４は、気導マイク２の周波数特性を示している。

気導マイク用アンプ４は、気導マイク２からの音声信号を増幅して帯域通過フィルタ６に与えるものである。気導マイク用アンプ４は、例えば、少なくとも帯域２ｋＨｚ〜３．４ｋＨｚの範囲に対して同じゲインで増幅するものである。

骨伝導マイク用アンプ３のゲインと、骨伝導マイク用アンプ３のゲインとの間には、後述するミックス回路７における混合比が１０：１０の場合において、ミックス回路７による混合後の信号の周波数特性がフラット（後述する図６や、後述する図７のＲ１参照）になるような関係に定められている。

帯域通過フィルタ６は、気導マイク用アンプ４から出力された音声信号の周波数成分のうち、帯域２ｋＨｚ〜３．４ｋＨｚに属する周波数成分を通過させ（濾波し）、濾波後の音声信号Ｓ２をミックス回路７に与えるものである。帯域２ｋＨｚ〜３．４ｋＨｚは、レガシィな電話機に係る通過帯域３００Ｈｚ〜３．４ｋＨｚから、イコライザ回路５から出力された骨伝導に係る音声信号の帯域３００Ｈｚ〜２ｋＨｚを除外した帯域である。気導マイク２の捕捉可能な帯域１００Ｈｚ〜８ｋＨｚは、電話機としての必要帯域から見れば広過ぎ、周囲騒音が多く混入してしまう。そのため、帯域通過フィルタ６によって、骨伝導に係る音声信号の帯域３００Ｈｚ〜２ｋＨｚをも考慮しつつ、帯域制限することとした。

なお、実施形態の収音装置１０がＩＰ電話機などの広帯域電話機に適用される場合であれば、帯域通過フィルタ６に代え、カットオフ周波数を２ｋＨｚとする高域通過フィルタを適用するようにしても良い。

ミックス回路７は、イコライザ回路５から出力された骨伝導に係る音声信号Ｓ１と、帯域通過フィルタ６から出力された空気中伝導に係る音声信号Ｓ２とを混合（合成）し、送話信号出力端子８に与えるものである。上述したように、また、図６に示すように、イコライザ回路５から出力された骨伝導に係る音声信号Ｓ１は概ね帯域３００Ｈｚ〜２ｋＨｚを有し、帯域通過フィルタ６から出力された空気中伝導に係る音声信号Ｓ２は概ね帯域２ｋＨｚ〜３．４ｋＨｚを有するので、ミックス回路７から出力される合成音声信号は帯域３００Ｈｚ〜３．４ｋＨｚを有するものとなる。

送話信号出力端子８は、ハンドセット１１における送話信号の出力端子であり、当該送話信号出力端子８から出力された音声信号（合成音声信号）は、電話機本体に与えられる。例えば、ソフトフォンの場合であれば、当該送話信号出力端子８から出力された音声信号（合成音声信号）は、パソコンに与えられる。

混合比可変スイッチ９は、イコライザ回路５から出力された骨伝導に係る音声信号Ｓ１と、帯域通過フィルタ６から出力された空気中伝導に係る音声信号Ｓ２との混合比を切り替えるためのスイッチ（若しくはスイッチ群）であり、ミックス回路７は、混合比可変スイッチ９によって指示された混合比で２つの音声信号Ｓ１及びＳ２を混合（合成）する。

図７は、実施形態の収音装置１０が対応できる混合比の説明図である。図７は、３種類の混合比Ｒ１〜Ｒ３に対応できる場合を示しており、混合比可変スイッチ９の操作によりいずれかの混合比Ｒ１〜Ｒ３が有効となる。例えば、混合比Ｒ１は音声信号Ｓ１及びＳ２を１０：１０で混合する場合の混合比であり、混合比Ｒ２は音声信号Ｓ１及びＳ２を１０：９で混合する場合の混合比であり、混合比Ｒ３は音声信号Ｓ１及びＳ２を１０：８で混合する場合の混合比である。音声信号Ｓ２には周囲騒音の成分も含まれているため、周囲騒音が大きい場合には、利用者は音声信号Ｓ２の比率が音声信号Ｓ１の比率より相対的に小さい混合比を選択し、合成音声信号に混入されている周囲騒音の成分を相対的に少なくするようにすれば良い。

ミックス回路７の具体的回路は限定されるものではないが、例えば、オペアンプを利用した２入力の加算回路構成を適用できる。この場合において、音声信号Ｓ２を、入力抵抗を介してオペアンプに入力する際に、スイッチのオンオフにより入力抵抗が変化するようにしておくことにより、混合比可変スイッチ９によって混合比を切り替えることができる。

（Ａ−２）実施形態の動作
次に、実施形態の収音装置１０の動作を、既述した図面を参照しながら説明する。

実施形態の収音装置１０の利用者がハンドセット１１を通話時用の位置に位置させて発音すると、その発音による音声振動が頭蓋骨を伝導すると共に、空気振動として空気中を伝導していく。頭蓋骨を伝導する音声振動は、骨伝導マイク１によって捕捉されて電気信号（音声信号）に変換され、一方、空気中を伝導していく空気音声振動は、気導マイク２によって捕捉されて電気信号（音声信号）に変換される。

骨伝導マイク１から出力された音声信号は、骨伝導マイク用アンプ３によって増幅されてイコライザ回路５に与えられる。骨伝導マイク用アンプ３から出力された音声信号は、骨伝導マイク１の周波数特性により、３００Ｈｚ〜２ｋＨｚの周波数成分を有しているが、その周波数特性は、図２に示すように、１ｋＨｚ〜２ｋＨｚの高域側で右下がりの特性を有している。骨伝導マイク用アンプ３から出力された音声信号は、イコライザ回路５によって、図３に示すように、３００Ｈｚ〜２ｋＨｚの範囲で周波数特性がフラットになるように等化され、等化後の音声信号Ｓ１がミックス回路７に与えられる。

気導マイク２から出力された音声信号は、気導マイク用アンプ４によって増幅されて帯域通過フィルタ６に与えられる。気導マイク用アンプ４から出力された音声信号は、気導マイク２の周波数特性により、１００Ｈｚ〜８ｋＨｚの周波数成分を有しているが、帯域通過フィルタ６を通過することにより、帯域２ｋＨｚ〜３．４ｋＨｚだけが濾波され、濾波後の音声信号Ｓ２がミックス回路７に与えられる。

イコライザ回路５から出力された骨伝導に係る音声信号Ｓ１と、帯域通過フィルタ６から出力された空気中伝導に係る音声信号Ｓ２とは、ミックス回路７において、混合比可変スイッチ９を介して指示されている混合比で混合（合成）され、得られた合成音声信号が送話信号出力端子８に与えられる。

（Ａ−３）実施形態の効果
上記実施形態によれば、収音した音声信号（合成音声信号）の音質を高めることができる、簡易、小形の収音装置や電話機を実現できる。以下、この効果について詳述する。

出力する合成音声信号において、帯域３００Ｈｚ〜２ｋＨｚは骨伝導マイク１が捕捉した音声信号の情報だけが含まれているので（気導マイク２が捕捉した音声信号の情報が含まれていないので）、周囲騒音の影響を排除でき、合成音声信号の音質を高めることができる。また、骨伝導マイク１の周波数特性はフラットではないが、イコライザ回路５によって、そのフラットではない周波数特性を補償するようにしているので、この点でも、合成音声信号の音質を高めることができ、聞き取りやすい合成音声信号を実現できる。

因みに、実施形態の収音装置１０を、高速道路のトンネル内用の非常用電話機に適用した場合、トンネル内騒音のピーク周波数が７００Ｈｚ〜１ｋＨｚであるため、骨伝導マイク１の耐騒音特性が最も有効に活かされる。

気導マイク２の周波数特性は１００Ｈｚ〜８ｋＨｚと電話機としては広過ぎ、それだけ周囲騒音が混入し易いが、帯域通過フィルタ４によって、帯域を２ｋＨｚ〜３．４ｋＨｚに制限しているので、周囲騒音の影響を最少限に抑えることができ、合成音声信号の音質を高めることができる。

帯域を２ｋＨｚ〜３．４ｋＨｚに制限して周囲騒音の影響を最少限に抑えても、周囲騒音が気になる場合には、混合比を選定することにより、周囲騒音の影響を一段と抑えることができ、合成音声信号の音質を高めることができる。

実施形態の収音装置１０に含まれる回路は、骨伝導マイク用アンプ３、気導マイク用アンプ４、イコライザ回路５、帯域通過フィルタ６、ミックス回路７などであるので、収音装置１０を簡易、小形のものとすることができる。すなわち、装置を安価にできて商品化に適する。

アンプ３、４、イコライザ回路５、帯域通過フィルタ６、ミックス回路７などは、アナログオペアンプ技術で構成できるため、収音装置１０を簡易で安価な回路にて小型に実現できる。アナログオペアンプ技術で構成した場合には、低消費電力で動作でき、しかも、通常の電話機の送話信号用電源で動作できる（ＬＳＩやＤＳＰで構成した場合には専用電源を必要とする）。従って、この面でも商品化が容易である。

（Ｂ）他の実施形態
上記実施形態の説明においても変形実施形態に言及したが、さらに、以下に例示するような変形実施形態を挙げることができる。

上記実施形態では、収音装置を、交通騒音が激しい道路用電話機のハンドセットに適用した場合を示したが、他の騒音（例えば、工場騒音、船舶騒音、離着陸騒音）が問題となる環境下の電話機に、本発明の収音装置を適用することができる。

また、本発明の収音装置が適用可能な装置は電話機に限定されない。音声の捕捉機能を有する通信装置（例えば、トランシーバー）に対し、本発明の収音装置を適用することができる。

上記実施形態では、収音装置の全体をハンドセットに組み込んだものを示したが、ハンドセットに一部だけを組み込むようにしても良い。例えば、骨伝導マイク１、気導マイク２、骨伝導マイク用アンプ３及び気導マイク用アンプ４をハンドセットに組み込み、イコライザ回路５、帯域通過フィルタ６、ミックス回路７及び混合比可変スイッチ９を電話機本体側に組み込むようにしても良い。

また、本発明の収音装置をハンドセットではなく、マイク及びスピーカを取り付けている他の取付体に適用するようにしても良い。例えば、ヘッドセットに骨伝導マイク１や骨伝導マイク用アンプ３を追加し、処理回路を電話機本体に設けるようにしても良い
上記実施形態では、混合比を段階的に変化し得るものを示したが、ボリューム（可変抵抗）を利用して混合比を連続的に変化し得るようにしても良い。

上記実施形態では、骨伝導に係る音声信号と空気中伝導に係る音声信号との混合比の変化機能をミックス回路７が実現するものを示したが、他の方法によって、骨伝導に係る音声信号と空気中伝導に係る音声信号との混合比を変化させるようにしても良い。例えば、混合比の可変機能を備えないミックス回路を適用すると共に、外部のスイッチなどからの指令によりゲインを変化できる気導マイク用アンプを適用して、骨伝導に係る音声信号と空気中伝導に係る音声信号との混合比を変化させるようにしても良い。

上記説明では、アンプ３、４、イコライザ回路５、帯域通過フィルタ６、ミックス回路７などをアナログオペアンプ技術で構成する例に言及したが、他の技術によって構成しても良いことは勿論である。また、いずれかの位置にアナログ／デジタル変換回路を介挿し、それ以降の処理段ではデジタル回路によって所望の回路を構成するようにしても良い。さらに、デジタル回路に代え、ソフトウェア処理によって所望の回路の機能を実現するようにしても良い。

上記実施形態の説明で言及した種々の帯域は例示であって、本発明は上記帯域に限定されるものではない。例えば、適用する骨伝導マイク１が捕捉可能な周波数成分が３００Ｈｚ〜２．２ｋＨｚであれば、帯域通過フィルタ６の通過帯域を２．２ｋＨｚ〜３．４ｋＨｚに選定すれば良い。また例えば、合成音声信号に、骨伝導マイク１からの音声信号の帯域より低い周波数成分を混合するようにしても良い。例えば、帯域通過フィルタ６に加え、気導マイク用アンプ４からの音声信号の１００Ｈｚ〜３００Ｈｚの帯域を抽出する帯域通過フィルタを設け、新たに設けた帯域通過フィルタからの出力音声信号をも混合するようにしても良い。

１…骨伝導マイク、２…気導マイク、３…骨伝導マイク用アンプ、４…気導マイク用アンプ、５…イコライザ回路、６…帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）、７…ミックス回路、８…送話信号出力端子、９…混合比可変スイッチ、１０…収音装置。

Claims (6)

1. 骨伝導音声振動を電気信号に変換する骨伝導マイクからの音声信号と、空気音声振動を電気信号に変換する気導マイクからの音声信号とから出力する音声信号を形成する収音装置において、
   上記骨伝導マイクからの音声信号が有するフラットでない周波数特性を等化し、フラットな周波数特性を有する音声信号に変換するイコライザ手段と、
   上記気導マイクからの音声信号から、上記骨伝導マイクからの音声信号が有する周波数成分を除外するように周波数成分を抽出する帯域制限手段と、
   上記イコライザ手段から出力された音声信号と、上記帯域制限手段から出力された音声信号とを混合するミックス手段と
   を備えることを特徴とする収音装置。
2. 上記イコライザ手段から出力された音声信号と上記帯域制限手段から出力された音声信号との混合比を切り替える混合比切替手段を有することを特徴とする請求項１に記載の収音装置。
3. 上記帯域制限手段は、上記骨伝導マイクからの音声信号が有する上限の周波数成分を通過帯域の下限とし、電話帯域の上限を通過帯域の上限とした帯域通過フィルタでなることを特徴とする請求項１又は２に記載の収音装置。
4. 上記イコライザ手段、上記帯域制限手段及び上記ミックス手段がそれぞれ、オペアンプを適用したアナログ信号の処理回路で構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の収音装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の収音装置を送話信号の形成部として適用していることを特徴とする電話機。
6. 上記収音装置がハンドセットに組み込まれていることを特徴とする請求項５に記載の電話機。

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