JP2023501911A - 雑音を低減するための電気装置 - Google Patents

Abstract

雑音を低減するための電気装置は、音源から音波を受信し、音波を雑音成分を含む第１電気信号に変換するように構成された第１マイクロホン（１１０）と、周囲環境から環境雑音を受信し、環境雑音を第２電気信号に変換するように構成された第２マイクロホン（１１２）とを備える。第２電気信号は、第１電気信号と極性が逆である。電気装置は、第１マイクロホン（１１０）と第２マイクロホン（１１２）とを接続する回路（１１３）を更に備える。回路（１１３）は、極性が逆の第２電気信号を用いて第１電気信号における雑音成分を低減すべく、第１電気信号と第２電気信号とを合成するように構成される。【選択図】図１

Description

本開示は、一般的には、雑音除去技術及び雑音低減技術に関し、具体的には、雑音を低減するための電気装置に関する。

雑音制御又は雑音除去は、多くの場合、個人的な快適性、環境上の配慮、又は法令遵守のための所望されない音を低減する手段として長く用いられ、携帯電話、双方向ラジオ／トランシーバ（ｗａｌｋｉｅ ｔａｌｋｉｅ）、マイクロホン、ヘッドセット、スピーカなどの多数の電子装置及び通信装置において実装されている。当該技術の主目的は、（環境雑音などの）所望されない雑音を除去又は低減して、人間の声などの所望の音のみが聞こえるようにすることである。

通信中又は音声録音中の、周囲における環境雑音は、通信又は録音の妨害を引き起こし、音の効果的な伝送を不可能にする。例えば、トランシーバを介したユーザ間の通信中において、環境雑音はユーザの声よりも大きい場合、又は、通信を妨害する程度に大きい場合がある。結果として、ユーザは双方ともに明確に聞こえなくなる。

したがって、当該技術分野においては、上記の欠点のない雑音を低減するための電気装置を開発する必要があり、少なくとも、有効的かつ効果的な代替物を提供する必要がある。

本開示は、様々な実施形態によって後述される。しかしながら、本開示は、多数の異なる形態で具現化でき、本明細書において説明した実施形態に限定されるものとして解釈すべきではない。

雑音を低減するための電気装置が提供される。電気装置は、音源からの音波を受信し、音波を雑音成分を含む第１電気信号に変換するように構成された第１マイクロホンと、周囲環境から環境雑音を受信し、環境雑音を第１電気信号と極性が逆の第２電気信号に変換するように構成された第２マイクロホンと、第１マイクロホンと第２マイクロホンとを接続し、極性が逆の第２電気信号を用いて第１電気信号における雑音成分を低減すべく、第１電気信号と第２電気信号とを合成するように構成された回路とを備える。

環境雑音を表す第２電気信号は、極性が逆であり、第１電気信号と合成されることが利点である。上述によれば、第１電気信号における雑音成分は、顕著に低減し、合成した信号の信号対雑音比（ＳＮ比）は、更に高くなる。結果、合成した信号に基づいて受信装置で生成される音は、受信装置を用いるユーザに更に明確となる。

第１マイクロホンは、第１正端子と、回路の接地に接続された第１負端子とを含む単一指向性エレクトレットマイクロホンである。

第２マイクロホンは、回路の接地に接続された第２正端子と、第２負端子を含む全指向性エレクトレットマイクロホンである。

回路は、第１電気信号における高周波電流をフィルタ除去すべく、第１マイクロホンの第１正端子と回路の接地との間に接続された第１コンデンサを更に含む。

回路は、第１マイクロホンの第１正端子のための第１バイアス電圧を生成すべく、第１マイクロホンの第１正端子に接続された第１抵抗器を更に含む。

回路は、高周波干渉を防止すべく、第１抵抗器と直列接続された第１インダクタを更に含む。

回路は、第２電気信号における高周波電流をフィルタ除去すべく、第２マイクロホンの第２負端子と回路の接地との間に接続された第２コンデンサを更に含む。

回路は、第２マイクロホンの第２負端子のための第２バイアス電圧を生成すべく、第２マイクロホンの第２負端子に接続された第２抵抗器を更に含む。

回路は、高周波干渉を防止すべく、第２抵抗器と直列接続された第２インダクタを更に含む。

回路は、出力端子を更に含み、第１電気信号と第２電気信号を合成すべく、出力端子において第１インダクタと第２インダクタとを接続している。

回路は、電気機械的なフィードバックを防止すべく、第１マイクロホンの第１負端子と第２マイクロホンの第２正端子とに接続された第３抵抗器を更に含む。

本開示の一実施形態によると、回路は、第３抵抗器と直列接続されたスイッチを更に含む。

本発明の少なくとも１つの実施例を、添付の図面を参照して説明する：

図１は、本開示の一実施形態による、雑音を低減するための電気装置の構造図を示す。 図２は、本開示の一実施形態による、雑音を低減するための電気装置を示す。 図３は、本開示の一実施形態による、雑音を低減するための電気装置を示す。 図４は、本開示の一実施形態による、点１．０１で測定した第１電気信号の波形を示す。 図５は、本開示の一実施形態による、点１．０２での第２電気信号の測定値の波形を示す。 図６は、本開示の一実施形態による、点１．０３で測定した、合成した出力信号の波形を示す。

添付の図面及び以下の説明においては、異なる図面における同類又は同一の参照番号は、同じ又は類似の要素を示すことに留意されたい。

図１は、本開示の一実施形態による、雑音を低減するための電気装置１００の構造図を示す。図１に示すように、電気装置１００は、第１マイクロホン（１１０）と、第２マイクロホン（１１２）と、回路（１１３）とを備える。第１マイクロホン（１１０）は、使用時に音源の近傍又は方向に配置され、具体的には、音源から音波を受信するように構成される。音源は、所望の音波を生成する任意の対象にでき、第１マイクロホン（１１０）により受信されることを目的とするものである。図１に示した実施例においては、音源は、第１マイクロホン（１１０）の方に会話中の人である。音源からの音波、すなわち、本実施例における人の声は、伝送媒体、具体的には空気を介して、第１マイクロホン（１１０）に伝播され、第１マイクロホン（１１０）によって捕捉される。次いで、第１マイクロホン（１１０）は、音波を第１電気信号に変換する。実際には、伝送媒体における音波の伝送中に、音源の音波は、環境雑音の少なくとも一部によって干渉され、近傍で動作する機械又は車両などの他の対象、近傍で話す他の人々、又は所望の音波の偶数倍の反響により引き起こされる場合がある。結果、第１マイクロホン（１１０）により変換された第１電気信号は、人の音声に加えて雑音成分を含む。図１に示した実施例においては、第１電気信号は、第１マイクロホン（１１０）の正端子から出力される。

図１に示したように、第２マイクロホン（１１２）は、使用時に音源から離れて配置され、周囲環境から環境雑音を受信し、具体的には、環境雑音を表す第２電気信号に環境雑音を変換するように構成される。環境雑音は、周囲環境で発生する任意の所望されない音を含み、例えば、交通、車のクラクション（ｈｏｎｋｉｎｇ ｃａｒ）、喧騒（ｙｅｌｌｉｎｇ）、大音量の音楽、又は任意の他の所望されない雑音を含む。図１に示した実施例においては、第２電気信号は、第２マイクロホン（１１２）の負端子から出力され、第１電気信号と極性が逆である。

回路（１１３）は、第１マイクロホン（１１０）と第２マイクロホン（１１２）を接続し、第１電気信号と第２電気信号を合成するように構成されている。例えば、回路１１３は、第１電気信号と第２電気信号とを加算する加算回路にできる。結果、回路（１１３）に生じる出力信号は、第１電気信号と第２電気信号との和となる。第２電気信号は、第１電気信号と極性が逆になる場合、第１電気信号における雑音成分は、第１電気信号及び第２電気信号が加算された後に、第２電気信号によって低減される。したがって、電気装置（１００）に生じる出力信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）は、音声と雑音とを含む第１電気信号と比較して高くなる。電気装置（１００）の出力信号は、更なる処理が可能であり、例えば、ディジタル化（アナログディジタル変換（ＡＤ変換））、変調、及び受信装置への送信ができる。受信装置は、例えば、復調及びディジタルアナログ変換（ＤＡ変換）を介して、ＳＮＲが更に高い音声信号を受信信号から生成する。音声信号が受信装置のスピーカから再生される場合、受信装置を用いるユーザは、音声信号のＳＮＲが更に高くなるため、人の音声を更に明確に聞くことができる。

図２は、本開示の一実施形態による、雑音を低減するための電気装置２００を示す。電気装置２００における回路（１１３）は、接地又は負極を有しており、第１マイクロホン（１１０）と第２マイクロホン（１１２）との間の接続を確立している。電気装置（２００）における第１マイクロホン（１１０）（すなわち、図２における「音声マイク（ｖｏｉｃｅ ｍｉｃ）」）は、第１正端子と、第１負端子とを含む単一指向性エレクトレットマイクロホンである。第１負端子は、回路（１１３）の接地又は負極に接続され、図２の点１．０１で測定可能な第１電気信号は、第１マイクロホン（１１０）の第１正端子で出力される。単一指向性のマイクロホンは、特定の方向からの音波を捕捉する一方、他の方向からの音を抑制できる。一実施例においては、第１マイクロホン（１１０）が０度の角度で音声信号を受信する場合、最小限の環境信号が検知され、一方向からの信号のみを受信可能にし、低い帯域幅は、所望されない更に高い周波数をフィルタ除去する。このように、第１マイクロホン（１１０）が音源に方向づけられる場合、単一指向性のマイクロホン（１１０）で受信される音波は、環境雑音による干渉が小さくなり、得られる第１電気信号に含まれる雑音は更に少なくなる。最終的に、電気装置（２００）の出力信号が更に良好になり、図２の点１．０３で測定可能である。

更に、電気装置（２００）における第２マイクロホン（１１２）は、第２正端子と第２負端子とを含む全指向性エレクトレットマイクロホンである。図２に示したように、第２正端子は、回路（１１３）の接地に接続され、図２の点１．０２で測定可能な第２電気信号は、第２マイクロホン（１１２）の第２負端子に出力される。全指向性エレクトレットマイクロホンは、実質的に等しいゲインで、全方向からの音を受信する。このように、得られる第２電気信号は、環境雑音を正確に表すことが可能となる。更に、第２電気信号は、第２マイクロホン（１１２）の第２負端子で出力され、第２電気信号は、第１マイクロホン（１１０）の第１正端子で出力される第１電気信号と極性が逆になる。

図２に示すように、回路（１１３）は、第１コンデンサ（１１４）を含む。第１コンデンサ（１１４）は、第１マイクロホン（１１０）の第１正端子と回路（１１３）の接地との間に接続されている。第１コンデンサ（１１４）は、第１電気信号における高周波電流をフィルタ除去して、突発的な無線周波数が低周波音声回路（１１３）に入力されるのを阻止し、回路（１１３）が閉の場合の電圧のスパイクを防ぐように構成される。第１コンデンサ（１１４）は、セラミックコンデンサにでき、第１コンデンサ（１１４）の静電容量は、例えば１μＦ（マイクロファラド）にできる。回路（１１３）は、第１マイクロホン（１１０）の第１正端子に接続された第１抵抗器（１１８）を更に含む。第１抵抗器（１１８）は、第１マイクロホン（１１０）の第１正端子のための第１バイアス電圧を生成でき、第１抵抗器（１１８）は、第１電気信号に微少な減衰を付加できる。第１抵抗器（１１８）の抵抗値は、例えば、１．８ｋΩ（キロオーム）にできる。回路（１１３）は、第１抵抗器（１１８）と直列に接続された第１インダクタ（１２２）を更に含む。図２に図示しないが、電気装置（２００）が、空気中での無線周波数信号の送信に用いられる無線周波数送信装置を通常含む無線装置（例えば携帯電話）の一部として、無線装置に統合される場合、第１インダクタ（１２２）は、送信装置によって生成される可能性のある無線周波数干渉が低周波音声回路（１１３）に入力されるのを抑制することによって高周波干渉を防ぐ。第１インダクタ（１２２）のインダクタンスは、例えば０．０２ｍｈ（ミリヘンリー）にできる。

回路（１１３）は、第２マイクロホン（１１２）の第２負端子と回路（１１３）の接地との間に接続された第２コンデンサ（１１６）を含む。第２コンデンサ（１１６）は、第２電気信号における高周波電流をフィルタ除去して、突発的な無線周波数が低周波音声回路（１１３）に入力されるのを阻止し、回路（１１３）が閉の場合の電圧のスパイクを防ぐように構成される。第２コンデンサ（１１６）は、セラミックコンデンサにでき、第２コンデンサ（１１６）の静電容量は、例えば１μＦ（マイクロファラド）にできる。回路（１１３）は、第２マイクロホン（１１２）の第２負端子に接続された第２抵抗器（１２０）を更に含む。第２抵抗器（１２０）は、第２マイクロホン（１１２）の第２負端子のための第２バイアス電圧を生成する。したがって、第２抵抗器（１２０）により、第２マイクロホン（１１２）（特に、第２マイクロホン（１１２）がエレクトレットマイクロホンである場合、第２マイクロホン（１１２）におけるＪＦＥＴトランジスタ）は、逆極性で動作可能となる。第２抵抗器（１２０）は、第２マイクロホン（１１２）を通る電流と、第２マイクロホン（１１２）における電圧の振幅とを更に低減する。第２抵抗器（１２０）の抵抗値は、例えば１．８ｋΩ（キロオーム）にできる。回路（１１３）は、第２抵抗器（１２０）と直列接続された第２インダクタ（１２４）を更に含む。第２インダクタ（１２４）は、無線送信装置によって生成された無線周波数干渉が、低周波音声回路（１１３）に入力されるのを防ぐように構成されている。第２インダクタ（１２４）のインダクタンスは、例えば０．０２ｍｈ（ミリヘンリー）にできる。

回路（１１３）は、第１インダクタ（１２２）と第２インダクタ（１２４）とを接続する出力端子（２０１）を更に含む。このように、回路（１１３）は、出力端子（２０１）で第１電気信号と第２電気信号とを合成する。第１電気信号と第２電気信号との和である合成した出力信号は、点１．０３で測定可能である。上述したように、第２電気信号は、雑音成分を含む第１電気信号と極性が逆である。したがって、合成した出力信号においては、雑音成分は低減される。

図２に示した電気装置（２００）は、無線装置が元の製造業者によって製造される場合、無線装置の一部として無線装置（例えば携帯電話）に統合できる。例えば、出力端末（２０１）で合成された出力信号は、更なる処理（例えば、アナログディジタル会話、変調、暗号化、送信など）のために無線装置の他の回路に供給できる。回路（１１３）の接地は、電気装置（２００）を無線装置の他の回路と電気的に接続すべく、無線装置の他の回路の接地と接続される。このように、電気装置（２００）は、携帯電話などの全二重方式の用途に用いることができる。

図３は、本開示の一実施形態による、雑音を低減するための電気装置（３００）を示す。電気装置（３００）は、雑音低減機能がない場合、又は更に良好な雑音低減機能が所望される場合に、既存の無線装置の付属品として用いることができる。

図３に示したように、図１及び図２に示した要素に加えて、電気装置３００における回路（１１３）は、第３抵抗器（１２６）を更に含む。第３抵抗器（１２６）は第１マイクロホン（１１０）の第１負端子と第２マイクロホン（１１２）の第２正端子とに接続され、事実上、回路（１１３）の接地に接続される。更に、回路（１１３）は、「プレストーク（ｐｕｓｈ ｔｏ ｔａｌｋ）」を目的として第３抵抗器（１２６）と直列接続されたスイッチ（１２８）を含む。第３抵抗器（１２６）は、例えばスイッチ（１２８）が押下されて閉じられた場合に、電気機械的なフィードバックが低周波音声回路（１１３）に入力されるのを防ぐように構成されている。電気機械的なフィードバックは、電気装置（３００）が半二重通信モードにおいて用いられる場合に生成される場合がある。一実施例においては、第３抵抗器（１２６）の抵抗は、例えば０Ω（オーム）にできる。更に、回路（１１３）は、「プレストーク」を目的として、第３抵抗器（１２６）と直列接続されたスイッチ（１２８）を含む。電気装置（３００）は、コネクタ（１３０）を更に含み、電気装置（３００）、具体的には回路（１１３）を、雑音低減機能がない場合に、既存の無線装置（例えば、図３には示していないトランシーバ）に付属品として接続するように構成されている。例えば、雑音低減機能が所望される場合には、コネクタ（１３０）を無線装置に挿入して、電気装置（３００）を無線装置に接続できる。

スイッチ（１２８）は、「プレストーク」の目的でコネクタ（１３０）に接続される。更に、電気装置（３００）の出力端子（２０１）は、第１電気信号と第２電気信号との和である合成した出力信号を、例えば、アナログディジタル会話、変調、暗号化、送信などの更なる処理を行う無線装置に供給すべく、コネクタ（１３０）に接続される。電気装置（３００）は、ＳＮＲが更に高い入力信号、すなわち出力端子（２０１）からの合成した出力信号を無線装置に供給できる。このように、他の無線装置、すなわち、受信無線装置が無線装置から信号を受信し、受信した信号から音声を生成する場合、無線装置を用いる人の音声は、受信無線装置を用いるユーザに更に明確となる。

無線装置、例えば、トランシーバ／双方向ラジオは、通常、無線装置によって生成された音声を再生するための内部スピーカを含む。電気装置（３００）は、コネクタ（１３０）に接続されたスピーカ（１３１）を更に含む場合がある。コネクタ（１３０）は、コネクタ（１３０）が無線装置に挿入された場合、無線装置の内部スピーカを無効にし、外部スピーカとしてのスピーカ（１３１）を介して無線装置によって生成された音を再生するように構成される。

図３に示した実施例におけるコネクタ（１３０）は、２ピンコネクタである。一方のピンは、スピーカー（１３１）に接続するように構成され、スピーカピンとして表示され、他方のピンは、マイク（１１０、１１２）を制御するように構成され、マイクピンとして表示される。コネクタ（１３０）のスピーカピンは、正端子と負端子／接地とを含み、コネクタ（１３０）のマイクピンは、マイクロホン端子と「プレストーク」端子とを含む。スピーカ（１３１）は、正端子と負端子とを含む。スピーカ（１３１）の正端子は、スピーカピンの正端子に接続され、スピーカ（１３１）の負端子は、スピーカピンの負端子／接地に接続される。回路（１１３）の接地は、スピーカピンの負端子／接地に接続される。

マイクピンのマイクロホン端子は、出力端子（２０１）に接続され、ＳＮＲが更に高い合成した出力信号を受信する。マイクピンの「プレストーク」端子は、「プレストーク」目的のために「プレストーク」スイッチ（１２８）に接続される。このように、コネクタ（１３０）が無線装置（図示せず）に挿入された後、「プレストーク」スイッチ（１２８）が電気装置（３００）を用いてユーザによって押下された場合、回路（１１３）は閉となる。したがって、第１マイクロホン及び第２マイクロホン（１１０、１１２）は、上述したように動作可能であり、ＳＮＲが更に高い合成した出力信号は、出力端子（２０１）で出力され、更にコネクタ（１３０）に供給され、次いで、更なる処理のために、受信無線装置に送信される前に無線装置に供給される。一方、「プレストーク」スイッチ（１２８）がユーザによって開とされる場合、合成した出力信号は、コネクタ（１３０）又は無線装置に供給されない。結果、音源からの音声は、受信無線装置に送信されない。このように、電気装置（３００）は、双方向ラジオ又はトランシーバなどの半二重方式の装置で用いることができる。

第１電気信号の波形、第２電気信号の波形、及び合成した出力信号の波形は、図４、図５、及び図６を参照して以下において説明し、本開示の効果を示す。

図４は、図３において示した電気装置（３００）における点１．０１で測定した第１電気信号の波形を示す。第１電気信号の周波数は約１ＫＨｚであり、ピーク間電圧は２００ ｍＶ、すなわち４６ＤｂｍＶである。上述したように、第１電気信号は、所望の音（例えば、人の音声）と、雑音成分とを含む。

図５は、図３において示した電気装置（３００）における点１．０２で測定した第２電気信号の波形を示す。第２マイクロホン（１１２）が逆極性で動作する場合、第２電気信号の波形は、第１電気信号と１８０度位相がずれる。換言すると、第２電気信号は、第１電気信号と極性が逆になる。第２電気信号のピーク間電圧は、１００ｍＶ、すなわち４０ＤｂｍＶである。上述したように、第２電気信号は、環境雑音を表す。

図６は、図３において示した電気装置（３００）において点１．０３で測定した、合成した出力信号の波形を示す。上述したように、第１電気信号及び第２電気信号は合成され、合成した出力信号は、出力端子（２０１）で出力される。合成した出力信号は、第１電気信号と第２電気信号との和である。図６において示したように、合成した出力信号のピーク間電圧は、１００ｍＶ、すなわち４０ＤｂｍＶであり、第２電気信号の極性が逆のため、第１電気信号のピーク間電圧よりも低くなる。

試験は、電気装置（３００）のＳＮＲが５９ｄＢのＳＮＲに到達することを示し、一方、既存の無線装置（例えば、トランシーバ）のＳＮＲは、無線装置の製造業者によって約４０ｄＢであると述べられている。したがって、本開示は、既存の無線装置よりも良好な音声効果を達成する。

本開示の利点は多様である。本開示は、雑音低減／雑音消去に対する費用効率及びエネルギー効率が良好なアプローチを提供する。本開示は、通信装置を介して雑音低減／雑音除去を提供できる。本開示の装置は、携帯電話、ラジオ、トランシーバ、衛星電話などの多様な通信装置とともに用いることができる。

本明細書で用いられる用語及び説明は、例示の目的のみで記載されており、限定を意味しない。本明細書に開示される実施例及び限定は、任意の方法において限定することを意図するものではなく、本開示の精神から逸脱することなく変更可能である。当業者は、本開示の精神及び範囲、並びにその均等物の範囲で多くの変形が可能であり、全ての用語は、別段の指示がない限り、それらの最も広範に推定される意味で理解すべきことを認識するであろう。

上述の実施形態に対する様々な変更は、説明及び添付の図面から当業者において明白である。本明細書に記載の様々な実施形態に関連する原理は、他の実施形態に適用できる。したがって、上述の説明は、添付の図面とともに示される実施形態に限定することを意図するものではなく、本明細書において開示又は示唆される原理並びに新規性及び発明性のある特徴と一致する、最も広範な範囲を提供することを意図する。よって、本開示は、本開示及び添付の請求項の範囲の他の全ての代替形態、変更形態、及び変形形態を先行して維持する。

本開示は、一般的には、雑音除去技術及び雑音低減技術に関し、具体的には、雑音を低減するための電気装置に関する。

雑音制御又は雑音除去は、多くの場合、個人的な快適性、環境上の配慮、又は法令遵守のための所望されない音を低減する手段として長く用いられ、携帯電話、双方向ラジオ／トランシーバ（ｗａｌｋｉｅ ｔａｌｋｉｅ）、マイクロホン、ヘッドセット、スピーカなどの多数の電子装置及び通信装置において実装されている。当該技術の主目的は、（環境雑音などの）所望されない雑音を除去又は低減して、人間の声などの所望の音のみが聞こえるようにすることである。

通信中又は音声録音中の、周囲における環境雑音は、通信又は録音の妨害を引き起こし、音の効果的な伝送を不可能にする。例えば、トランシーバを介したユーザ間の通信中において、環境雑音はユーザの声よりも大きい場合、又は、通信を妨害する程度に大きい場合がある。結果として、ユーザは双方ともに明確に聞こえなくなる。

したがって、当該技術分野においては、上記の欠点のない雑音を低減するための電気装置を開発する必要があり、少なくとも、有効的かつ効果的な代替物を提供する必要がある。

本開示は、様々な実施形態によって後述される。しかしながら、本開示は、多数の異なる形態で具現化でき、本明細書において説明した実施形態に限定されるものとして解釈すべきではない。

雑音を低減するための電気装置が提供される。電気装置は、音源からの音波を受信し、音波を雑音成分を含む第１電気信号に変換するように構成された第１マイクロホンであって、第１正端子と第１負端子とを含み、第１電気信号が第１正端子から出力される第１マイクロホンと、周囲環境から環境雑音を受信し、環境雑音を第１電気信号と極性が逆の第２電気信号に変換するように構成された第２マイクロホンであって、第２正端子と第２負端子とを含むエレクトレットマイクロホンであり、第２電気信号が第２負端子から出力され、第２電気信号は第１電気信号と極性が逆となる第２マイクロホンと、第１マイクロホンと第２マイクロホンとを接続する回路とを備え、回路は、第２マイクロホンの第２負端子に接続された第２抵抗器を含み、第２マイクロホンの第２正端子は、回路の接地に接続され、第２抵抗器は、第２マイクロホンの第２負端子のための第２バイアスを生成し、第２電気信号の極性を逆にすべく、第２マイクロホンに流れる電流を低減し、回路は、極性が逆の第２電気信号を用いて第１電気信号における雑音成分を低減すべく、第１電気信号と第２電気信号とを合成するように更に構成される。

環境雑音を表す第２電気信号は、極性が逆であり、第１電気信号と合成されることが利点である。上述によれば、第１電気信号における雑音成分は、顕著に低減し、合成した信号の信号対雑音比（ＳＮ比）は、更に高くなる。結果、合成した信号に基づいて受信装置で生成される音は、受信装置を用いるユーザに更に明確となる。

第１マイクロホンは、単一指向性エレクトレットマイクロホンであり、第１負端子は、回路の接地に接続される。

第２マイクロホンは、全指向性エレクトレットマイクロホンである。

回路は、第１電気信号における高周波電流をフィルタ除去すべく、第１マイクロホンの第１正端子と回路の接地との間に接続された第１コンデンサを更に含む。

回路は、第１マイクロホンの第１正端子のための第１バイアス電圧を生成すべく、第１マイクロホンの第１正端子に接続された第１抵抗器を更に含む。

回路は、高周波干渉を防止すべく、第１抵抗器と直列接続された第１インダクタを更に含む。

回路は、第２電気信号における高周波電流をフィルタ除去すべく、第２マイクロホンの第２負端子と回路の接地との間に接続された第２コンデンサを更に含む。

回路は、高周波干渉を防止すべく、第２抵抗器と直列接続された第２インダクタを更に含む。

回路は、出力端子を更に含み、第１電気信号と第２電気信号を合成すべく、出力端子において第１インダクタと第２インダクタとを接続している。

回路は、電気機械的なフィードバックを防止すべく、第１マイクロホンの第１負端子と第２マイクロホンの第２正端子とに接続された第３抵抗器を更に含む。

本開示の一実施形態によると、回路は、第３抵抗器と直列接続されたスイッチを更に含む。

本発明の少なくとも１つの実施例を、添付の図面を参照して説明する：

図１は、本開示の一実施形態による、雑音を低減するための電気装置の構造図を示す。 図２は、本開示の一実施形態による、雑音を低減するための電気装置を示す。 図３は、本開示の一実施形態による、雑音を低減するための電気装置を示す。 図４は、本開示の一実施形態による、点１．０１で測定した第１電気信号の波形を示す。 図５は、本開示の一実施形態による、点１．０２での第２電気信号の測定値の波形を示す。 図６は、本開示の一実施形態による、点１．０３で測定した、合成した出力信号の波形を示す。

添付の図面及び以下の説明においては、異なる図面における同類又は同一の参照番号は、同じ又は類似の要素を示すことに留意されたい。

図１は、本開示の一実施形態による、雑音を低減するための電気装置１００の構造図を示す。図１に示すように、電気装置１００は、第１マイクロホン（１１０）と、第２マイクロホン（１１２）と、回路（１１３）とを備える。第１マイクロホン（１１０）は、使用時に音源の近傍又は方向に配置され、具体的には、音源から音波を受信するように構成される。音源は、所望の音波を生成する任意の対象にでき、第１マイクロホン（１１０）により受信されることを目的とするものである。図１に示した実施例においては、音源は、第１マイクロホン（１１０）の方に会話中の人である。音源からの音波、すなわち、本実施例における人の声は、伝送媒体、具体的には空気を介して、第１マイクロホン（１１０）に伝播され、第１マイクロホン（１１０）によって捕捉される。次いで、第１マイクロホン（１１０）は、音波を第１電気信号に変換する。実際には、伝送媒体における音波の伝送中に、音源の音波は、環境雑音の少なくとも一部によって干渉され、近傍で動作する機械又は車両などの他の対象、近傍で話す他の人々、又は所望の音波の偶数倍の反響により引き起こされる場合がある。結果、第１マイクロホン（１１０）により変換された第１電気信号は、人の音声に加えて雑音成分を含む。図１に示した実施例においては、第１電気信号は、第１マイクロホン（１１０）の正端子から出力される。

図１に示したように、第２マイクロホン（１１２）は、使用時に音源から離れて配置され、周囲環境から環境雑音を受信し、具体的には、環境雑音を表す第２電気信号に環境雑音を変換するように構成される。環境雑音は、周囲環境で発生する任意の所望されない音を含み、例えば、交通、車のクラクション（ｈｏｎｋｉｎｇ ｃａｒ）、喧騒（ｙｅｌｌｉｎｇ）、大音量の音楽、又は任意の他の所望されない雑音を含む。図１に示した実施例においては、第２電気信号は、第２マイクロホン（１１２）の負端子から出力され、第１電気信号と極性が逆である。

回路（１１３）は、第１マイクロホン（１１０）と第２マイクロホン（１１２）を接続し、第１電気信号と第２電気信号を合成するように構成されている。例えば、回路１１３は、第１電気信号と第２電気信号とを加算する加算回路にできる。結果、回路（１１３）に生じる出力信号は、第１電気信号と第２電気信号との和となる。第２電気信号は、第１電気信号と極性が逆になる場合、第１電気信号における雑音成分は、第１電気信号及び第２電気信号が加算された後に、第２電気信号によって低減される。したがって、電気装置（１００）に生じる出力信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）は、音声と雑音とを含む第１電気信号と比較して高くなる。電気装置（１００）の出力信号は、更なる処理が可能であり、例えば、ディジタル化（アナログディジタル変換（ＡＤ変換））、変調、及び受信装置への送信ができる。受信装置は、例えば、復調及びディジタルアナログ変換（ＤＡ変換）を介して、ＳＮＲが更に高い音声信号を受信信号から生成する。音声信号が受信装置のスピーカから再生される場合、受信装置を用いるユーザは、音声信号のＳＮＲが更に高くなるため、人の音声を更に明確に聞くことができる。

図２は、本開示の一実施形態による、雑音を低減するための電気装置２００を示す。電気装置２００における回路（１１３）は、接地又は負極を有しており、第１マイクロホン（１１０）と第２マイクロホン（１１２）との間の接続を確立している。電気装置（２００）における第１マイクロホン（１１０）（すなわち、図２における「音声マイク（ｖｏｉｃｅ ｍｉｃ）」）は、第１正端子と、第１負端子とを含む単一指向性エレクトレットマイクロホンである。第１負端子は、回路（１１３）の接地又は負極に接続され、図２の点１．０１で測定可能な第１電気信号は、第１マイクロホン（１１０）の第１正端子で出力される。単一指向性のマイクロホンは、特定の方向からの音波を捕捉する一方、他の方向からの音を抑制できる。一実施例においては、第１マイクロホン（１１０）が０度の角度で音声信号を受信する場合、最小限の環境信号が検知され、一方向からの信号のみを受信可能にし、低い帯域幅は、所望されない更に高い周波数をフィルタ除去する。このように、第１マイクロホン（１１０）が音源に方向づけられる場合、単一指向性のマイクロホン（１１０）で受信される音波は、環境雑音による干渉が小さくなり、得られる第１電気信号に含まれる雑音は更に少なくなる。最終的に、電気装置（２００）の出力信号が更に良好になり、図２の点１．０３で測定可能である。

更に、電気装置（２００）における第２マイクロホン（１１２）は、第２正端子と第２負端子とを含む全指向性エレクトレットマイクロホンである。図２に示したように、第２正端子は、回路（１１３）の接地に接続され、図２の点１．０２で測定可能な第２電気信号は、第２マイクロホン（１１２）の第２負端子に出力される。全指向性エレクトレットマイクロホンは、実質的に等しいゲインで、全方向からの音を受信する。このように、得られる第２電気信号は、環境雑音を正確に表すことが可能となる。更に、第２電気信号は、第２マイクロホン（１１２）の第２負端子で出力され、第２電気信号は、第１マイクロホン（１１０）の第１正端子で出力される第１電気信号と極性が逆になる。

図２に示すように、回路（１１３）は、第１コンデンサ（１１４）を含む。第１コンデンサ（１１４）は、第１マイクロホン（１１０）の第１正端子と回路（１１３）の接地との間に接続されている。第１コンデンサ（１１４）は、第１電気信号における高周波電流をフィルタ除去して、突発的な無線周波数が低周波音声回路（１１３）に入力されるのを阻止し、回路（１１３）が閉の場合の電圧のスパイクを防ぐように構成される。第１コンデンサ（１１４）は、セラミックコンデンサにでき、第１コンデンサ（１１４）の静電容量は、例えば１μＦ（マイクロファラド）にできる。回路（１１３）は、第１マイクロホン（１１０）の第１正端子に接続された第１抵抗器（１１８）を更に含む。第１抵抗器（１１８）は、第１マイクロホン（１１０）の第１正端子のための第１バイアス電圧を生成でき、第１抵抗器（１１８）は、第１電気信号に微少な減衰を付加できる。第１抵抗器（１１８）の抵抗値は、例えば、１．８ｋΩ（キロオーム）にできる。回路（１１３）は、第１抵抗器（１１８）と直列に接続された第１インダクタ（１２２）を更に含む。図２に図示しないが、電気装置（２００）が、空気中での無線周波数信号の送信に用いられる無線周波数送信装置を通常含む無線装置（例えば携帯電話）の一部として、無線装置に統合される場合、第１インダクタ（１２２）は、送信装置によって生成される可能性のある無線周波数干渉が低周波音声回路（１１３）に入力されるのを抑制することによって高周波干渉を防ぐ。第１インダクタ（１２２）のインダクタンスは、例えば０．０２ｍｈ（ミリヘンリー）にできる。

回路（１１３）は、第２マイクロホン（１１２）の第２負端子と回路（１１３）の接地との間に接続された第２コンデンサ（１１６）を含む。第２コンデンサ（１１６）は、第２電気信号における高周波電流をフィルタ除去して、突発的な無線周波数が低周波音声回路（１１３）に入力されるのを阻止し、回路（１１３）が閉の場合の電圧のスパイクを防ぐように構成される。第２コンデンサ（１１６）は、セラミックコンデンサにでき、第２コンデンサ（１１６）の静電容量は、例えば１μＦ（マイクロファラド）にできる。回路（１１３）は、第２マイクロホン（１１２）の第２負端子に接続された第２抵抗器（１２０）を更に含む。第２抵抗器（１２０）は、第２マイクロホン（１１２）の第２負端子のための第２バイアス電圧を生成する。したがって、第２抵抗器（１２０）により、第２マイクロホン（１１２）（特に、第２マイクロホン（１１２）がエレクトレットマイクロホンである場合、第２マイクロホン（１１２）におけるＪＦＥＴトランジスタ）は、逆極性で動作可能となる。第２抵抗器（１２０）は、第２マイクロホン（１１２）を通る電流と、第２マイクロホン（１１２）における電圧の振幅とを更に低減する。第２抵抗器（１２０）の抵抗値は、例えば１．８ｋΩ（キロオーム）にできる。回路（１１３）は、第２抵抗器（１２０）と直列接続された第２インダクタ（１２４）を更に含む。第２インダクタ（１２４）は、無線送信装置によって生成された無線周波数干渉が、低周波音声回路（１１３）に入力されるのを防ぐように構成されている。第２インダクタ（１２４）のインダクタンスは、例えば０．０２ｍｈ（ミリヘンリー）にできる。

回路（１１３）は、第１インダクタ（１２２）と第２インダクタ（１２４）とを接続する出力端子（２０１）を更に含む。このように、回路（１１３）は、出力端子（２０１）で第１電気信号と第２電気信号とを合成する。第１電気信号と第２電気信号との和である合成した出力信号は、点１．０３で測定可能である。上述したように、第２電気信号は、雑音成分を含む第１電気信号と極性が逆である。したがって、合成した出力信号においては、雑音成分は低減される。

図２に示した電気装置（２００）は、無線装置が元の製造業者によって製造される場合、無線装置の一部として無線装置（例えば携帯電話）に統合できる。例えば、出力端末（２０１）で合成された出力信号は、更なる処理（例えば、アナログディジタル会話、変調、暗号化、送信など）のために無線装置の他の回路に供給できる。回路（１１３）の接地は、電気装置（２００）を無線装置の他の回路と電気的に接続すべく、無線装置の他の回路の接地と接続される。このように、電気装置（２００）は、携帯電話などの全二重方式の用途に用いることができる。

図３は、本開示の一実施形態による、雑音を低減するための電気装置（３００）を示す。電気装置（３００）は、雑音低減機能がない場合、又は更に良好な雑音低減機能が所望される場合に、既存の無線装置の付属品として用いることができる。

図３に示したように、図１及び図２に示した要素に加えて、電気装置３００における回路（１１３）は、第３抵抗器（１２６）を更に含む。第３抵抗器（１２６）は第１マイクロホン（１１０）の第１負端子と第２マイクロホン（１１２）の第２正端子とに接続され、事実上、回路（１１３）の接地に接続される。更に、回路（１１３）は、「プレストーク（ｐｕｓｈ ｔｏ ｔａｌｋ）」を目的として第３抵抗器（１２６）と直列接続されたスイッチ（１２８）を含む。第３抵抗器（１２６）は、例えばスイッチ（１２８）が押下されて閉じられた場合に、電気機械的なフィードバックが低周波音声回路（１１３）に入力されるのを防ぐように構成されている。電気機械的なフィードバックは、電気装置（３００）が半二重通信モードにおいて用いられる場合に生成される場合がある。一実施例においては、第３抵抗器（１２６）の抵抗は、例えば０Ω（オーム）にできる。更に、回路（１１３）は、「プレストーク」を目的として、第３抵抗器（１２６）と直列接続されたスイッチ（１２８）を含む。電気装置（３００）は、コネクタ（１３０）を更に含み、電気装置（３００）、具体的には回路（１１３）を、雑音低減機能がない場合に、既存の無線装置（例えば、図３には示していないトランシーバ）に付属品として接続するように構成されている。例えば、雑音低減機能が所望される場合には、コネクタ（１３０）を無線装置に挿入して、電気装置（３００）を無線装置に接続できる。

スイッチ（１２８）は、「プレストーク」の目的でコネクタ（１３０）に接続される。更に、電気装置（３００）の出力端子（２０１）は、第１電気信号と第２電気信号との和である合成した出力信号を、例えば、アナログディジタル会話、変調、暗号化、送信などの更なる処理を行う無線装置に供給すべく、コネクタ（１３０）に接続される。電気装置（３００）は、ＳＮＲが更に高い入力信号、すなわち出力端子（２０１）からの合成した出力信号を無線装置に供給できる。このように、他の無線装置、すなわち、受信無線装置が無線装置から信号を受信し、受信した信号から音声を生成する場合、無線装置を用いる人の音声は、受信無線装置を用いるユーザに更に明確となる。

無線装置、例えば、トランシーバ／双方向ラジオは、通常、無線装置によって生成された音声を再生するための内部スピーカを含む。電気装置（３００）は、コネクタ（１３０）に接続されたスピーカ（１３１）を更に含む場合がある。コネクタ（１３０）は、コネクタ（１３０）が無線装置に挿入された場合、無線装置の内部スピーカを無効にし、外部スピーカとしてのスピーカ（１３１）を介して無線装置によって生成された音を再生するように構成される。

図３に示した実施例におけるコネクタ（１３０）は、２ピンコネクタである。一方のピンは、スピーカー（１３１）に接続するように構成され、スピーカピンとして表示され、他方のピンは、マイク（１１０、１１２）を制御するように構成され、マイクピンとして表示される。コネクタ（１３０）のスピーカピンは、正端子と負端子／接地とを含み、コネクタ（１３０）のマイクピンは、マイクロホン端子と「プレストーク」端子とを含む。スピーカ（１３１）は、正端子と負端子とを含む。スピーカ（１３１）の正端子は、スピーカピンの正端子に接続され、スピーカ（１３１）の負端子は、スピーカピンの負端子／接地に接続される。回路（１１３）の接地は、スピーカピンの負端子／接地に接続される。

マイクピンのマイクロホン端子は、出力端子（２０１）に接続され、ＳＮＲが更に高い合成した出力信号を受信する。マイクピンの「プレストーク」端子は、「プレストーク」目的のために「プレストーク」スイッチ（１２８）に接続される。このように、コネクタ（１３０）が無線装置（図示せず）に挿入された後、「プレストーク」スイッチ（１２８）が電気装置（３００）を用いてユーザによって押下された場合、回路（１１３）は閉となる。したがって、第１マイクロホン及び第２マイクロホン（１１０、１１２）は、上述したように動作可能であり、ＳＮＲが更に高い合成した出力信号は、出力端子（２０１）で出力され、更にコネクタ（１３０）に供給され、次いで、更なる処理のために、受信無線装置に送信される前に無線装置に供給される。一方、「プレストーク」スイッチ（１２８）がユーザによって開とされる場合、合成した出力信号は、コネクタ（１３０）又は無線装置に供給されない。結果、音源からの音声は、受信無線装置に送信されない。このように、電気装置（３００）は、双方向ラジオ又はトランシーバなどの半二重方式の装置で用いることができる。

第１電気信号の波形、第２電気信号の波形、及び合成した出力信号の波形は、図４、図５、及び図６を参照して以下において説明し、本開示の効果を示す。

図４は、図３において示した電気装置（３００）における点１．０１で測定した第１電気信号の波形を示す。第１電気信号の周波数は約１ＫＨｚであり、ピーク間電圧は２００ ｍＶ、すなわち４６ＤｂｍＶである。上述したように、第１電気信号は、所望の音（例えば、人の音声）と、雑音成分とを含む。

図５は、図３において示した電気装置（３００）における点１．０２で測定した第２電気信号の波形を示す。第２マイクロホン（１１２）が逆極性で動作する場合、第２電気信号の波形は、第１電気信号と１８０度位相がずれる。換言すると、第２電気信号は、第１電気信号と極性が逆になる。第２電気信号のピーク間電圧は、１００ｍＶ、すなわち４０ＤｂｍＶである。上述したように、第２電気信号は、環境雑音を表す。

図６は、図３において示した電気装置（３００）において点１．０３で測定した、合成した出力信号の波形を示す。上述したように、第１電気信号及び第２電気信号は合成され、合成した出力信号は、出力端子（２０１）で出力される。合成した出力信号は、第１電気信号と第２電気信号との和である。図６において示したように、合成した出力信号のピーク間電圧は、１００ｍＶ、すなわち４０ＤｂｍＶであり、第２電気信号の極性が逆のため、第１電気信号のピーク間電圧よりも低くなる。

試験は、電気装置（３００）のＳＮＲが５９ｄＢのＳＮＲに到達することを示し、一方、既存の無線装置（例えば、トランシーバ）のＳＮＲは、無線装置の製造業者によって約４０ｄＢであると述べられている。したがって、本開示は、既存の無線装置よりも良好な音声効果を達成する。

本開示の利点は多様である。本開示は、雑音低減／雑音消去に対する費用効率及びエネルギー効率が良好なアプローチを提供する。本開示は、通信装置を介して雑音低減／雑音除去を提供できる。本開示の装置は、携帯電話、ラジオ、トランシーバ、衛星電話などの多様な通信装置とともに用いることができる。

本明細書で用いられる用語及び説明は、例示の目的のみで記載されており、限定を意味しない。本明細書に開示される実施例及び限定は、任意の方法において限定することを意図するものではなく、本開示の精神から逸脱することなく変更可能である。当業者は、本開示の精神及び範囲、並びにその均等物の範囲で多くの変形が可能であり、全ての用語は、別段の指示がない限り、それらの最も広範に推定される意味で理解すべきことを認識するであろう。

上述の実施形態に対する様々な変更は、説明及び添付の図面から当業者において明白である。本明細書に記載の様々な実施形態に関連する原理は、他の実施形態に適用できる。したがって、上述の説明は、添付の図面とともに示される実施形態に限定することを意図するものではなく、本明細書において開示又は示唆される原理並びに新規性及び発明性のある特徴と一致する、最も広範な範囲を提供することを意図する。よって、本開示は、本開示及び添付の請求項の範囲の他の全ての代替形態、変更形態、及び変形形態を先行して維持する。

本開示は、一般的には、雑音除去技術及び雑音低減技術に関し、具体的には、雑音を低減するための電気装置に関する。

雑音制御又は雑音除去は、多くの場合、個人的な快適性、環境上の配慮、又は法令遵守のための所望されない音を低減する手段として長く用いられ、携帯電話、双方向ラジオ／トランシーバ（ｗａｌｋｉｅ ｔａｌｋｉｅ）、マイクロホン、ヘッドセット、スピーカなどの多数の電子装置及び通信装置において実装されている（例えば、特許文献１～３）。当該技術の主目的は、（環境雑音などの）所望されない雑音を除去又は低減して、人間の声などの所望の音のみが聞こえるようにすることである。

米国特許出願公開第２００９／００９７６７４号明細書 米国特許第５４４８６３７号 米国特許第５８２５８９７号

通信中又は音声録音中の、周囲における環境雑音は、通信又は録音の妨害を引き起こし、音の効果的な伝送を不可能にする。例えば、トランシーバを介したユーザ間の通信中において、環境雑音はユーザの声よりも大きい場合、又は、通信を妨害する程度に大きい場合がある。結果として、ユーザは双方ともに明確に聞こえなくなる。

したがって、当該技術分野においては、上記の欠点のない雑音を低減するための電気装置を開発する必要があり、少なくとも、有効的かつ効果的な代替物を提供する必要がある。

本開示は、様々な実施形態によって後述される。しかしながら、本開示は、多数の異なる形態で具現化でき、本明細書において説明した実施形態に限定されるものとして解釈すべきではない。

雑音を低減するための電気装置が提供される。電気装置は、音源からの音波を受信し、音波を雑音成分を含む第１電気信号に変換するように構成された第１マイクロホンであって、第１正端子と第１負端子とを含み、第１電気信号が第１正端子から出力される第１マイクロホンと、周囲環境から環境雑音を受信し、環境雑音を第１電気信号と極性が逆の第２電気信号に変換するように構成された第２マイクロホンであって、第２正端子と第２負端子とを含むエレクトレットマイクロホンであり、第２電気信号が第２負端子から出力され、第２電気信号は第１電気信号と極性が逆となる第２マイクロホンと、第１マイクロホンと第２マイクロホンとを接続する回路とを備え、回路は、第２マイクロホンの第２負端子に接続された第２抵抗器を含み、第２マイクロホンの第２正端子は、回路の接地に接続され、第２抵抗器は、第２マイクロホンの第２負端子のための第２バイアスを生成し、第２電気信号の極性を逆にすべく、第２マイクロホンに流れる電流を低減し、回路は、極性が逆の第２電気信号を用いて第１電気信号における雑音成分を低減すべく、第１電気信号と第２電気信号とを合成するように更に構成される。

環境雑音を表す第２電気信号は、極性が逆であり、第１電気信号と合成されることが利点である。上述によれば、第１電気信号における雑音成分は、顕著に低減し、合成した信号の信号対雑音比（ＳＮ比）は、更に高くなる。結果、合成した信号に基づいて受信装置で生成される音は、受信装置を用いるユーザに更に明確となる。

第１マイクロホンは、単一指向性エレクトレットマイクロホンであり、第１負端子は、回路の接地に接続される。

第２マイクロホンは、全指向性エレクトレットマイクロホンである。

回路は、第１電気信号における高周波電流をフィルタ除去すべく、第１マイクロホンの第１正端子と回路の接地との間に接続された第１コンデンサを更に含む。

回路は、第１マイクロホンの第１正端子のための第１バイアス電圧を生成すべく、第１マイクロホンの第１正端子に接続された第１抵抗器を更に含む。

回路は、高周波干渉を防止すべく、第１抵抗器と直列接続された第１インダクタを更に含む。

回路は、第２電気信号における高周波電流をフィルタ除去すべく、第２マイクロホンの第２負端子と回路の接地との間に接続された第２コンデンサを更に含む。

回路は、高周波干渉を防止すべく、第２抵抗器と直列接続された第２インダクタを更に含む。

回路は、出力端子を更に含み、第１電気信号と第２電気信号を合成すべく、出力端子において第１インダクタと第２インダクタとを接続している。

回路は、電気機械的なフィードバックを防止すべく、第１マイクロホンの第１負端子と第２マイクロホンの第２正端子とに接続された第３抵抗器を更に含む。

本開示の一実施形態によると、回路は、第３抵抗器と直列接続されたスイッチを更に含む。

本発明の少なくとも１つの実施例を、添付の図面を参照して説明する：

図１は、本開示の一実施形態による、雑音を低減するための電気装置の構造図を示す。 図２は、本開示の一実施形態による、雑音を低減するための電気装置を示す。 図３は、本開示の一実施形態による、雑音を低減するための電気装置を示す。 図４は、本開示の一実施形態による、点１．０１で測定した第１電気信号の波形を示す。 図５は、本開示の一実施形態による、点１．０２での第２電気信号の測定値の波形を示す。 図６は、本開示の一実施形態による、点１．０３で測定した、合成した出力信号の波形を示す。

添付の図面及び以下の説明においては、異なる図面における同類又は同一の参照番号は、同じ又は類似の要素を示すことに留意されたい。

図１は、本開示の一実施形態による、雑音を低減するための電気装置１００の構造図を示す。図１に示すように、電気装置１００は、第１マイクロホン（１１０）と、第２マイクロホン（１１２）と、回路（１１３）とを備える。第１マイクロホン（１１０）は、使用時に音源の近傍又は方向に配置され、具体的には、音源から音波を受信するように構成される。音源は、所望の音波を生成する任意の対象にでき、第１マイクロホン（１１０）により受信されることを目的とするものである。図１に示した実施例においては、音源は、第１マイクロホン（１１０）の方に会話中の人である。音源からの音波、すなわち、本実施例における人の声は、伝送媒体、具体的には空気を介して、第１マイクロホン（１１０）に伝播され、第１マイクロホン（１１０）によって捕捉される。次いで、第１マイクロホン（１１０）は、音波を第１電気信号に変換する。実際には、伝送媒体における音波の伝送中に、音源の音波は、環境雑音の少なくとも一部によって干渉され、近傍で動作する機械又は車両などの他の対象、近傍で話す他の人々、又は所望の音波の偶数倍の反響により引き起こされる場合がある。結果、第１マイクロホン（１１０）により変換された第１電気信号は、人の音声に加えて雑音成分を含む。図１に示した実施例においては、第１電気信号は、第１マイクロホン（１１０）の正端子から出力される。

図１に示したように、第２マイクロホン（１１２）は、使用時に音源から離れて配置され、周囲環境から環境雑音を受信し、具体的には、環境雑音を表す第２電気信号に環境雑音を変換するように構成される。環境雑音は、周囲環境で発生する任意の所望されない音を含み、例えば、交通、車のクラクション（ｈｏｎｋｉｎｇ ｃａｒ）、喧騒（ｙｅｌｌｉｎｇ）、大音量の音楽、又は任意の他の所望されない雑音を含む。図１に示した実施例においては、第２電気信号は、第２マイクロホン（１１２）の負端子から出力され、第１電気信号と極性が逆である。

回路（１１３）は、第１マイクロホン（１１０）と第２マイクロホン（１１２）を接続し、第１電気信号と第２電気信号を合成するように構成されている。例えば、回路１１３は、第１電気信号と第２電気信号とを加算する加算回路にできる。結果、回路（１１３）に生じる出力信号は、第１電気信号と第２電気信号との和となる。第２電気信号は、第１電気信号と極性が逆になる場合、第１電気信号における雑音成分は、第１電気信号及び第２電気信号が加算された後に、第２電気信号によって低減される。したがって、電気装置（１００）に生じる出力信号の信号対雑音比（ＳＮＲ）は、音声と雑音とを含む第１電気信号と比較して高くなる。電気装置（１００）の出力信号は、更なる処理が可能であり、例えば、ディジタル化（アナログディジタル変換（ＡＤ変換））、変調、及び受信装置への送信ができる。受信装置は、例えば、復調及びディジタルアナログ変換（ＤＡ変換）を介して、ＳＮＲが更に高い音声信号を受信信号から生成する。音声信号が受信装置のスピーカから再生される場合、受信装置を用いるユーザは、音声信号のＳＮＲが更に高くなるため、人の音声を更に明確に聞くことができる。

図２は、本開示の一実施形態による、雑音を低減するための電気装置２００を示す。電気装置２００における回路（１１３）は、接地又は負極を有しており、第１マイクロホン（１１０）と第２マイクロホン（１１２）との間の接続を確立している。電気装置（２００）における第１マイクロホン（１１０）（すなわち、図２における「音声マイク（ｖｏｉｃｅ ｍｉｃ）」）は、第１正端子と、第１負端子とを含む単一指向性エレクトレットマイクロホンである。第１負端子は、回路（１１３）の接地又は負極に接続され、図２の点１．０１で測定可能な第１電気信号は、第１マイクロホン（１１０）の第１正端子で出力される。単一指向性のマイクロホンは、特定の方向からの音波を捕捉する一方、他の方向からの音を抑制できる。一実施例においては、第１マイクロホン（１１０）が０度の角度で音声信号を受信する場合、最小限の環境信号が検知され、一方向からの信号のみを受信可能にし、低い帯域幅は、所望されない更に高い周波数をフィルタ除去する。このように、第１マイクロホン（１１０）が音源に方向づけられる場合、単一指向性のマイクロホン（１１０）で受信される音波は、環境雑音による干渉が小さくなり、得られる第１電気信号に含まれる雑音は更に少なくなる。最終的に、電気装置（２００）の出力信号が更に良好になり、図２の点１．０３で測定可能である。

更に、電気装置（２００）における第２マイクロホン（１１２）は、第２正端子と第２負端子とを含む全指向性エレクトレットマイクロホンである。図２に示したように、第２正端子は、回路（１１３）の接地に接続され、図２の点１．０２で測定可能な第２電気信号は、第２マイクロホン（１１２）の第２負端子に出力される。全指向性エレクトレットマイクロホンは、実質的に等しいゲインで、全方向からの音を受信する。このように、得られる第２電気信号は、環境雑音を正確に表すことが可能となる。更に、第２電気信号は、第２マイクロホン（１１２）の第２負端子で出力され、第２電気信号は、第１マイクロホン（１１０）の第１正端子で出力される第１電気信号と極性が逆になる。

図２に示すように、回路（１１３）は、第１コンデンサ（１１４）を含む。第１コンデンサ（１１４）は、第１マイクロホン（１１０）の第１正端子と回路（１１３）の接地との間に接続されている。第１コンデンサ（１１４）は、第１電気信号における高周波電流をフィルタ除去して、突発的な無線周波数が低周波音声回路（１１３）に入力されるのを阻止し、回路（１１３）が閉の場合の電圧のスパイクを防ぐように構成される。第１コンデンサ（１１４）は、セラミックコンデンサにでき、第１コンデンサ（１１４）の静電容量は、例えば１μＦ（マイクロファラド）にできる。回路（１１３）は、第１マイクロホン（１１０）の第１正端子に接続された第１抵抗器（１１８）を更に含む。第１抵抗器（１１８）は、第１マイクロホン（１１０）の第１正端子のための第１バイアス電圧を生成でき、第１抵抗器（１１８）は、第１電気信号に微少な減衰を付加できる。第１抵抗器（１１８）の抵抗値は、例えば、１．８ｋΩ（キロオーム）にできる。回路（１１３）は、第１抵抗器（１１８）と直列に接続された第１インダクタ（１２２）を更に含む。図２に図示しないが、電気装置（２００）が、空気中での無線周波数信号の送信に用いられる無線周波数送信装置を通常含む無線装置（例えば携帯電話）の一部として、無線装置に統合される場合、第１インダクタ（１２２）は、送信装置によって生成される可能性のある無線周波数干渉が低周波音声回路（１１３）に入力されるのを抑制することによって高周波干渉を防ぐ。第１インダクタ（１２２）のインダクタンスは、例えば０．０２ｍｈ（ミリヘンリー）にできる。

回路（１１３）は、第２マイクロホン（１１２）の第２負端子と回路（１１３）の接地との間に接続された第２コンデンサ（１１６）を含む。第２コンデンサ（１１６）は、第２電気信号における高周波電流をフィルタ除去して、突発的な無線周波数が低周波音声回路（１１３）に入力されるのを阻止し、回路（１１３）が閉の場合の電圧のスパイクを防ぐように構成される。第２コンデンサ（１１６）は、セラミックコンデンサにでき、第２コンデンサ（１１６）の静電容量は、例えば１μＦ（マイクロファラド）にできる。回路（１１３）は、第２マイクロホン（１１２）の第２負端子に接続された第２抵抗器（１２０）を更に含む。第２抵抗器（１２０）は、第２マイクロホン（１１２）の第２負端子のための第２バイアス電圧を生成する。したがって、第２抵抗器（１２０）により、第２マイクロホン（１１２）（特に、第２マイクロホン（１１２）がエレクトレットマイクロホンである場合、第２マイクロホン（１１２）におけるＪＦＥＴトランジスタ）は、逆極性で動作可能となる。第２抵抗器（１２０）は、第２マイクロホン（１１２）を通る電流と、第２マイクロホン（１１２）における電圧の振幅とを更に低減する。第２抵抗器（１２０）の抵抗値は、例えば１．８ｋΩ（キロオーム）にできる。回路（１１３）は、第２抵抗器（１２０）と直列接続された第２インダクタ（１２４）を更に含む。第２インダクタ（１２４）は、無線送信装置によって生成された無線周波数干渉が、低周波音声回路（１１３）に入力されるのを防ぐように構成されている。第２インダクタ（１２４）のインダクタンスは、例えば０．０２ｍｈ（ミリヘンリー）にできる。

回路（１１３）は、第１インダクタ（１２２）と第２インダクタ（１２４）とを接続する出力端子（２０１）を更に含む。このように、回路（１１３）は、出力端子（２０１）で第１電気信号と第２電気信号とを合成する。第１電気信号と第２電気信号との和である合成した出力信号は、点１．０３で測定可能である。上述したように、第２電気信号は、雑音成分を含む第１電気信号と極性が逆である。したがって、合成した出力信号においては、雑音成分は低減される。

図２に示した電気装置（２００）は、無線装置が元の製造業者によって製造される場合、無線装置の一部として無線装置（例えば携帯電話）に統合できる。例えば、出力端末（２０１）で合成された出力信号は、更なる処理（例えば、アナログディジタル会話、変調、暗号化、送信など）のために無線装置の他の回路に供給できる。回路（１１３）の接地は、電気装置（２００）を無線装置の他の回路と電気的に接続すべく、無線装置の他の回路の接地と接続される。このように、電気装置（２００）は、携帯電話などの全二重方式の用途に用いることができる。

図３は、本開示の一実施形態による、雑音を低減するための電気装置（３００）を示す。電気装置（３００）は、雑音低減機能がない場合、又は更に良好な雑音低減機能が所望される場合に、既存の無線装置の付属品として用いることができる。

図３に示したように、図１及び図２に示した要素に加えて、電気装置３００における回路（１１３）は、第３抵抗器（１２６）を更に含む。第３抵抗器（１２６）は第１マイクロホン（１１０）の第１負端子と第２マイクロホン（１１２）の第２正端子とに接続され、事実上、回路（１１３）の接地に接続される。更に、回路（１１３）は、「プレストーク（ｐｕｓｈ ｔｏ ｔａｌｋ）」を目的として第３抵抗器（１２６）と直列接続されたスイッチ（１２８）を含む。第３抵抗器（１２６）は、例えばスイッチ（１２８）が押下されて閉じられた場合に、電気機械的なフィードバックが低周波音声回路（１１３）に入力されるのを防ぐように構成されている。電気機械的なフィードバックは、電気装置（３００）が半二重通信モードにおいて用いられる場合に生成される場合がある。一実施例においては、第３抵抗器（１２６）の抵抗は、例えば０Ω（オーム）にできる。更に、回路（１１３）は、「プレストーク」を目的として、第３抵抗器（１２６）と直列接続されたスイッチ（１２８）を含む。電気装置（３００）は、コネクタ（１３０）を更に含み、電気装置（３００）、具体的には回路（１１３）を、雑音低減機能がない場合に、既存の無線装置（例えば、図３には示していないトランシーバ）に付属品として接続するように構成されている。例えば、雑音低減機能が所望される場合には、コネクタ（１３０）を無線装置に挿入して、電気装置（３００）を無線装置に接続できる。

スイッチ（１２８）は、「プレストーク」の目的でコネクタ（１３０）に接続される。更に、電気装置（３００）の出力端子（２０１）は、第１電気信号と第２電気信号との和である合成した出力信号を、例えば、アナログディジタル会話、変調、暗号化、送信などの更なる処理を行う無線装置に供給すべく、コネクタ（１３０）に接続される。電気装置（３００）は、ＳＮＲが更に高い入力信号、すなわち出力端子（２０１）からの合成した出力信号を無線装置に供給できる。このように、他の無線装置、すなわち、受信無線装置が無線装置から信号を受信し、受信した信号から音声を生成する場合、無線装置を用いる人の音声は、受信無線装置を用いるユーザに更に明確となる。

無線装置、例えば、トランシーバ／双方向ラジオは、通常、無線装置によって生成された音声を再生するための内部スピーカを含む。電気装置（３００）は、コネクタ（１３０）に接続されたスピーカ（１３１）を更に含む場合がある。コネクタ（１３０）は、コネクタ（１３０）が無線装置に挿入された場合、無線装置の内部スピーカを無効にし、外部スピーカとしてのスピーカ（１３１）を介して無線装置によって生成された音を再生するように構成される。

図３に示した実施例におけるコネクタ（１３０）は、２ピンコネクタである。一方のピンは、スピーカー（１３１）に接続するように構成され、スピーカピンとして表示され、他方のピンは、マイク（１１０、１１２）を制御するように構成され、マイクピンとして表示される。コネクタ（１３０）のスピーカピンは、正端子と負端子／接地とを含み、コネクタ（１３０）のマイクピンは、マイクロホン端子と「プレストーク」端子とを含む。スピーカ（１３１）は、正端子と負端子とを含む。スピーカ（１３１）の正端子は、スピーカピンの正端子に接続され、スピーカ（１３１）の負端子は、スピーカピンの負端子／接地に接続される。回路（１１３）の接地は、スピーカピンの負端子／接地に接続される。

マイクピンのマイクロホン端子は、出力端子（２０１）に接続され、ＳＮＲが更に高い合成した出力信号を受信する。マイクピンの「プレストーク」端子は、「プレストーク」目的のために「プレストーク」スイッチ（１２８）に接続される。このように、コネクタ（１３０）が無線装置（図示せず）に挿入された後、「プレストーク」スイッチ（１２８）が電気装置（３００）を用いてユーザによって押下された場合、回路（１１３）は閉となる。したがって、第１マイクロホン及び第２マイクロホン（１１０、１１２）は、上述したように動作可能であり、ＳＮＲが更に高い合成した出力信号は、出力端子（２０１）で出力され、更にコネクタ（１３０）に供給され、次いで、更なる処理のために、受信無線装置に送信される前に無線装置に供給される。一方、「プレストーク」スイッチ（１２８）がユーザによって開とされる場合、合成した出力信号は、コネクタ（１３０）又は無線装置に供給されない。結果、音源からの音声は、受信無線装置に送信されない。このように、電気装置（３００）は、双方向ラジオ又はトランシーバなどの半二重方式の装置で用いることができる。

第１電気信号の波形、第２電気信号の波形、及び合成した出力信号の波形は、図４、図５、及び図６を参照して以下において説明し、本開示の効果を示す。

図４は、図３において示した電気装置（３００）における点１．０１で測定した第１電気信号の波形を示す。第１電気信号の周波数は約１ＫＨｚであり、ピーク間電圧は２００ ｍＶ、すなわち４６ＤｂｍＶである。上述したように、第１電気信号は、所望の音（例えば、人の音声）と、雑音成分とを含む。

図５は、図３において示した電気装置（３００）における点１．０２で測定した第２電気信号の波形を示す。第２マイクロホン（１１２）が逆極性で動作する場合、第２電気信号の波形は、第１電気信号と１８０度位相がずれる。換言すると、第２電気信号は、第１電気信号と極性が逆になる。第２電気信号のピーク間電圧は、１００ｍＶ、すなわち４０ＤｂｍＶである。上述したように、第２電気信号は、環境雑音を表す。

図６は、図３において示した電気装置（３００）において点１．０３で測定した、合成した出力信号の波形を示す。上述したように、第１電気信号及び第２電気信号は合成され、合成した出力信号は、出力端子（２０１）で出力される。合成した出力信号は、第１電気信号と第２電気信号との和である。図６において示したように、合成した出力信号のピーク間電圧は、１００ｍＶ、すなわち４０ＤｂｍＶであり、第２電気信号の極性が逆のため、第１電気信号のピーク間電圧よりも低くなる。

試験は、電気装置（３００）のＳＮＲが５９ｄＢのＳＮＲに到達することを示し、一方、既存の無線装置（例えば、トランシーバ）のＳＮＲは、無線装置の製造業者によって約４０ｄＢであると述べられている。したがって、本開示は、既存の無線装置よりも良好な音声効果を達成する。

本開示の利点は多様である。本開示は、雑音低減／雑音消去に対する費用効率及びエネルギー効率が良好なアプローチを提供する。本開示は、通信装置を介して雑音低減／雑音除去を提供できる。本開示の装置は、携帯電話、ラジオ、トランシーバ、衛星電話などの多様な通信装置とともに用いることができる。

本明細書で用いられる用語及び説明は、例示の目的のみで記載されており、限定を意味しない。本明細書に開示される実施例及び限定は、任意の方法において限定することを意図するものではなく、本開示の精神から逸脱することなく変更可能である。当業者は、本開示の精神及び範囲、並びにその均等物の範囲で多くの変形が可能であり、全ての用語は、別段の指示がない限り、それらの最も広範に推定される意味で理解すべきことを認識するであろう。

上述の実施形態に対する様々な変更は、説明及び添付の図面から当業者において明白である。本明細書に記載の様々な実施形態に関連する原理は、他の実施形態に適用できる。したがって、上述の説明は、添付の図面とともに示される実施形態に限定することを意図するものではなく、本明細書において開示又は示唆される原理並びに新規性及び発明性のある特徴と一致する、最も広範な範囲を提供することを意図する。よって、本開示は、本開示及び添付の請求項の範囲の他の全ての代替形態、変更形態、及び変形形態を先行して維持する。

Claims (12)

1. 雑音を低減するための電気装置であって、
   音源から音波を受信し、前記音波を雑音成分を含む第１電気信号に変換するように構成された第１マイクロホン（１１０）と、
   周囲環境から環境雑音を受信し、前記環境雑音を前記第１電気信号と極性が逆の第２電気信号に変換するように構成された第２マイクロホン（１１２）と、
   前記第１マイクロホン（１１０）と前記第２マイクロホン（１１２）とを接続し、極性が逆の前記第２電気信号を用いて前記第１電気信号における雑音成分を低減すべく、前記第１電気信号と前記第２電気信号とを合成するように構成された回路（１１３）と
   を備える
   電気装置。
2. 前記第１マイクロホン（１１０）は、第１正端子と、前記回路の接地に接続された第１負端子とを含む単一指向性エレクトレットマイクロホンである
   請求項１に記載の電気装置。
3. 前記第２マイクロホン（１１２）は、前記回路の前記接地に接続された第２正端子と、第２負端子とを含む全指向性エレクトレットマイクロホンである
   請求項２に記載の電気装置。
4. 前記回路（１１３）は、前記第１電気信号における高周波電流をフィルタ除去すべく、前記第１マイクロホン（１１０）の前記第１正端子と前記回路の前記接地との間に接続された第１コンデンサ（１１４）を更に含む
   請求項３に記載の電気装置。
5. 前記回路（１１３）は、前記第１マイクロホンの前記第１正端子のための第１バイアス電圧を生成すべく、前記第１マイクロホン（１１０）の前記第１正端子に接続された第１抵抗器（１１８）を更に含む
   請求項４に記載の電気装置。
6. 前記回路（１１３）は、高周波干渉を防止すべく、前記第１抵抗器（１１８）と直列接続された第１インダクタ（１２２）を更に含む
   請求項５に記載の電気装置。
7. 前記回路（１１３）は、前記第２電気信号における高周波電流をフィルタ除去すべく、前記第２マイクロホン（１１２）の前記第２負端子と前記回路の前記接地との間に接続された第２コンデンサ（１１６）を更に含む
   請求項６に記載の電気装置。
8. 前記回路（１１３）は、前記第２マイクロホンの前記第２負端子のための第２バイアス電圧を生成すべく、前記第２マイクロホン（１１２）の前記第２負端子に接続された第２抵抗器（１２０）を更に含む
   請求項７に記載の電気装置。
9. 前記回路（１１３）は、高周波干渉を防止すべく、前記第２抵抗器（１２０）と直列接続された第２インダクタ（１２４）を更に含む
   請求項８に記載の電気装置。
10. 前記回路（１１３）は、出力端子（２０１）を更に含み、前記第１電気信号と前記第２電気信号とを合成すべく、前記出力端子（２０１）において前記第１インダクタと前記第２インダクタとを接続する
    請求項９に記載の電気装置。
11. 前記回路（１１３）は、電気機械的なフィードバックを防止すべく、前記第１マイクロホン（１１０）の前記第１負端子と前記第２マイクロホン（１１２）の前記第２正端子とに接続された第３抵抗器（１２６）を更に含む
    請求項１０に記載の電気装置。
12. 前記回路（１１３）は、前記第３抵抗器（１２６）と直列接続されたスイッチ（１２８）を更に含む
    請求項１１に記載の電気装置。

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