JPH07506948A - 単指向性イヤー・マイクロフォン及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 単指向性イヤー・マイクロフォン及び方法１、発明の技術分野 本発明は、単指向性（ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）ベースでスピーチ（発話 ）振動を拾い上げて音響処理のために分離された信号を生じ、それによって背景 の音響信号を排除する、マイクロフォン／スピーカの組み合わせに関する。更に 詳しくは、本発明は、ユーザからのスピーチに応答する耳取付型マイクロフォン ／スピーカであって、周囲の背景雑音から実質的に分離されフィードバックが発 生することなく二重に（ｉｎ　ｄｕｐｌｅｘ）使用し得るマイクロフォン／スピ ーカに関する。

２　従来の技術 日常生活のほとんどすべての側面におけるコンピュータを基礎とする制御システ ムの出現で、声による直接的な命令能力を提供する安価なシステムの必要性が再 び強調されている。現在では、はとんどのコンピュータ・システムは、データ及 び処理命令を与える手段として、キーボード入力に依存している。これは、時間 がかかることと両手がキー・パッド上に位置していなければならないという物理 的な要求との点で制約を受けるだけではなく、データ入力の効率をユーザのタイ プ速度に制限してしまう。実際、今日のコンピュータ・システムの成熟度と比較 すると、一度に１つの文字又は数字ずつ行われる、命令を入力する際に支配的で あるこのようなデータ入力方法は、はとんど原始的にさえ見える。

これは、音声で付勢される入力システムの開発が無視されてきたと言っているの ではない。コンピュータへの入力装置としてのキーボードを不要にするであろう 声による指令方法を実現する必要性は、以前から認識されていることは明らかで ある。しかし、多くの問題点が未解決のままであり、音声による付勢システムは 、費用の点から見て、一般の市場が負担可能な限度を超えている。たとえば、商 業的なソフトウェアの音声認識の一般的な信頼度は、４５〜６０％である。この 割合では、システムは、平均で２語の内の１語を正しく識別するだけである。

これでは、一般的な応用には不適切である。この信頼度は、コンピュータにおい て受信される音声信号を変更することになる背景雑音やユーザの移動性やそれ以 外の予測不可能な変数などの環境的なファクタが含まれると、更に低下する。

音声による付勢システムの典型的な応用例では、ディクチ−ジョンの最中に電話 が鳴ることがあろうし、異なる音声パターンを有する別の音声やクラクションや 時計のアラーム等、任意の多数の外部の背景雑音による中断が生じることが予想 される。話している個人の位置がシフトするだけでも、コンピュータの音声認識 を混乱させるほど音声信号を変更してしまう。話者が単に顔を別の方向に向ける だけで、音声認識を危うくするのである。

音声指令システムが一般に使用されるには、これらのアノマリ（ａｎｏｍａｌｙ ）が解決されなければならない。音声信号の迷路をふるい分けして進み背景雑音 を分類し排除しようとする複雑なアルゴリズムの作成に、現在のところ、努力が 集中されている。結果的に検出されるあらゆる潜在的な不必要な信号を、完全に 予測しプログラムするのが不可能であることは明らかである。ユーザによる音声 の種類は、これよりも更に困難である。というのは、風邪をひいた時の鼻の問題 やマイクロフォンへの声の方向の変動は、分類し定量化するにはあまりに困難で ある。その結果、音声指令システムは全体的な運用において例外的（ｍａｒｇｉ ｎａｌ）であって、極端に高価なものである。

疑いな（、音声認識の問題は、部分的には、音声信号処理の媒体として従来型の マイクロフォンを使用することによって生じる。音声認識のためには、音声入力 をデジタル又はアナログ信号に変換する必要があるのは明らかである。一般に、 デジタル変換がなされた後にデータベース情報との比較が可能になる。通常のマ イクロフォンは音声を無差別に拾い上げるので、それにより、混乱の主な原因で ある背景雑音を付加してしまう。

音声のいくらかの識別は、周波数フィルタや、近接減衰器や、その他の、周波数 又は振幅の共通の特徴に関する音声特性をグループ分けする装置によって達成さ れるが、話者が孤立していない環境にいる場合には、所望の音声を完全に分離す ることは一般的には達成できない。単指向性のマイクロフォンを応用することに よって分離能力が向上してはいるが、そのような完全に選択的マイクロフォンの 開発は長い間にわたって必要とされてきたし、該マイクロフォンが用いることが できたとすれば、数え切れない応用例において大きな効果を奏したであろう。

例えば、両手が自由でありマイクロフォンが一次的な話者の声と共に背景信号を 拾い上げるような任意の電話システムについて、効果を奏したであろう。セルラ 一式自動車電話のためのバイザー・マイクロフォンは、その−例である。ビデオ 及び音響作品を記録または再生している最中に、静かにコミュニケションをしな ければならないテレビ及び舞台カメラマンやそれ以外のサウンド・テクニシャン は、分離されたモードで最良に機能する一定のコミュニケーションを要求される 。

スイッチボード・オペレータ、パイロット、モーターサイクリストなど、高ノイ ズ環境下でのオンライン通信システムにおけるすべての作業者は、音声信号をす べての非必要な音から分離する通信システムを必要としている。

コノミ（Ｋｏｎｏｍｉ）による米国特許第４５８８８６７号は、これらの問題の いくつかについて述べており、空気中を伝達される音波を排除し話者の音声の骨 の中の伝達を利用する耳取付型マイクロフォンの使用の可能性を開示している。

この装置が適切に動作できない原因である技術的な問題以外にも、実際的な考慮 から、この耳取付型マイクロフォン・システムは、一般的に受け入れられること が難しい。たとえば、このコノミによる装置は、マイクロフォン要素を耳管（ｅ ａｒ　ｃａｎａｌ）の奥深くに配置され骨からアクセスされるべき振動を受ける 。

これによって、補聴器の場合と同様に、ユーザの耳のそれぞれの構成に応じて大 きさが決められた挿入部分を作成する、という高いコストが必要になる。また、 更に、耳の中に物を挿入されるという不快感があり、不自然で受け入れられない 感覚を生じ、それにより、この装置の普及が妨げられているのは疑いないことで ある。

更なる問題として、コノミ文献は、デユーブレックス・モードが選択されている マイクロフォン要素とスピーカとが極めて近接していることから生じる音声フィ ードバックも受けてしまう。言うまでもなく、受は入れ可能な耳取付型マイクロ フォンという目標は、コノミによっては達成できない。

ノリス（Ｎｏｒｒｉｓ）による米国特許第４９３０１５６号は、耳マイクロフォ ン／スピーカの組み合わせを開示することによって音声フィードバックの問題に 触れている。しかし、マイクロフォンは耳の外部に配置され、周辺の雑音を感知 する。従来のものよりも優れてはいるものの、話者の音声の分離がなされていな いので、この装置は限定的にしか受け入れられるものではない。

いくつかの従来技術によって、単指向性システムと一般に称される一連の指向性 マイクロフォンが開発されてきた。これらのマイクロフォンは、典型的には、マ イクロフォンのケーシングの向き合う両端部において対向する開口を有している 。これにより、音波が包囲されているスピーカ要素に対して別の方向からケーシ ングに侵入することが可能になる。複数の音波の源（原点）がマイクロフォンか らある実質的に等しい距離にあれば、対向する開口それぞれにおける各音波の到 着は実質的に同時になる。これによってスピーカのケーシング内に２つの対向す る音波が設定されるので、この波は打ち消しあい、スピーカ要素では音は基本的 に検出されず、すなわち記録されない。

この技術が用いられることで、周囲の雑音が削減され、上述の電話オペレータ、 カメラスタッフ、それ以外の分離通信システムのためのスピーチ（会話）の分離 がなされてきた。典型的には、この単指向性マイクロフォンは、話者の口の直前 にこのマイクロフォンを位置させるブーム又は前方に延長する支持アーム内に配 置されている。口に極めて接近していることにより、各開口での波の到着の時間 差に基づいて、対向する開口における音波の差動応答が与えられる。結果的には 、直近の音波は相殺せず近くのスピーチに幾らかの選択性を与えるが、音響波が スピーカ・ケースメント内のそれぞれの開口に同時に到着するに十分な距離で発 生した音とは異なる。

しかし、話者の顔の前に下げられたブームの不便さに伴う不快感が残る。このブ ームは、ユーザの顔の方向への食べ物や飲み物を運ぶときに干渉して障害となる し、また、マイクロフォンをその適切な位置から移動させる動きを制限するファ クタにもなる。化粧の点からも、それは明らかに不人気である。しかし、従来技 術では、マイクロフォンを顔から離して耳に近づけようとすると、ユーザの耳に 位置する関連のスピーカとのフィードバックの問題が生じてしまうので、ブーム は、スピーチをマイクロフォン・システムにおいて分離するために必要な手段で ある。

したがって、必要なのは、話者の声を環境からより効果的に分離しながら、マイ クロフォンを話者から遠ざけるブームの使用を必要としないマイクロフォンの提 供である。耳管内への物理的な構造物の挿入は必要ないし、それに付随する適合 のための費用や不快感も不要となるものである。

目的及び発明の概要 本発明の目的は、話者の声をすべての無関係な背景雑音から分離する能力を有す る耳取付型マイクロフォンを提供することである。

本発明の更なる目的は、耳管内にいかなる物理的構造物を侵入させることを必要 とせずに、話者の音声をすべての外部の雑音から分離する耳取付型マイクロフォ ンを提供することである。

また、本発明の別の目的は、スピーカを含み、該スピーカがマイクロフォンの近 傍にあっても送話／受話モードで二重（双方向）動作が可能な耳取付型マイクロ フォンを提供することである。

本発明の更に別の目的は、耳に取り付けられて、両手が自由でフィートノく・ツ クのない二重コミュニケーションを可能にするマイクロフォン／スピーカ装置を 提供することである。

本発明の更に別の目的は、コンピュータ又はモデムに音声入力を与え、制御を行 う音声による直接命令のための、音声認識を容易にすることが可能な耳取付型マ イクロフォンを提供することである。

本発明の更に別の目的は、無線周波数信号を受け取ることのできるモデム、コン ピュータ、そのほかの受信装置とワイヤレスで通信を行うためにテレメトリ・ユ ニットの中に結合できる耳取付型マイクロフォンを介して、音声のピンクアップ を可能にすることである。

これらの及びこれ以外の目的は、スピーカ端部とマイクロフォン端部とを有する ハウジングを含む通信システムで用いるイヤー・デバイス（耳装置）において実 現され、このスピーカ端部は、動作中に耳管に侵入させる構造体を含むことがな く、ユーザの耳管において不快感な（最適に適合するように構成されている。

スピーカ端部とマイクロフォン端部とは、このマイクロフォン端部を包囲してマ イクロフォン区画を形成する音響的絶縁壁によって隔てられている。音響的絶縁 手段が、スピーカ要素とハウジングとの間に結合され、）１ウジングのマイクロ フォン端部での音声ピックアップの感度に干渉する不所望の周波数を選択的に分 離する。マイクロフォン要素が、区画の中に実質的に含まれかつハウジングによ って頭蓋骨との接触から構成される装置に、該マイクロフォン要素が／％ウジン グのマイクロフォン端部に取り付けられる。このマイクロフォン区画は、ユーザ の頭蓋骨の近接位置と比較しである実質的な距離からこの区画に入るマイクロフ ォン要素における音波を排除する手段を含む。マイクロフォン要素からの信号出 力を処理のための音響回路に結合する手段が提供される。

本発明は、再生のために、個々のスピーチをそれに関連した環境又は背景雑音か ら分離する方法を含み、この方法は、ユーザの耳の軟骨によって耳管において支 持されるスピーカ要素とマイクロフォン要素とを含むハウジング装置を配置する ステップと、スピーカ要素をハウジングから機械的及び音響的に分離し、ハウジ ングの中に伝達される音響的振動の量を制限するステップと、マイクロフォン要 素をハウジングから機械的及び音響的に分離し、マイクロフォン要素の中に運ば れる音響的振動の量を制限するステップと、前記ハウジングから前記マイクロフ ォン要素のケースソフトの中へ振動を同時にチャネリングし、よって、該振動が 前記ケースソフトに沿ってマイクロフォン要素にほぼ同時であるが対向する位相 関係で到着し、結果として波動が相殺され図面の説明 図１は、スピーカ要素とマイクロフォン要素とを含むイヤー・デバイスの全体的 な立面図を示す。

図２は、線２−２に沿って見た、図１のデバイスのハウジングの断面を示す断面 図である。

図３は、電話回路と組み合わせたイヤー・デバイスの回路図を示す。

図４は、分離された音声コミュニケーションを可能にするテレメトリ・システム と共にイヤー・デバイスを用いた状態を示す。

図５は、本発明のイヤー・デバイスをコンピュータ及びモデムと共に用い、音声 認識及び音声指令を可能にする状態を図解した図である。

図６は、マイクロフォンだけを含む本発明の好適実施例を示す。

図７は、マイクロフォンがハウジングの軸に対して直角である別の実施例を示す 。

発明の詳細な説明 図面を参照すると本発明のイヤー・ピース・デバイス１０は、ユーザの耳１６の 位置に置かれた際にその指向性の向き１４が耳管１５（図４）の方向になるよう にスピーカ要素１３を包囲することができる空洞１２を形成するハウジング１１ を含む。ハウジング１１内に含まれるマイクロフォン要素１７は、ユーザが発生 する音声振動を主に検出する。

ハウシング１１は、一端１９が、周囲の耳の組織２０．２１との摩擦接触によっ て耳管１５において不快感なく最適に適合するよう構成されている。重要な点で あるが、ハウジングとそれに付随する構造は耳管１５の中には延長せず、したが って、このデバイスの使用のときに、いかなる不快感も与えないし、特別の適合 要件を課したりもしない。ハウジングは、プラスチック等の任意の適切な物質で 形成され、好ましくは、スピーカ１３とマイクロフォン１７との間の振動の伝達 を最小にする物質で作成される。

マイクロフォン１７は、炭素、エレクトレット、圧電クリスタルなどの任意の従 来型のものである。図２に示した実施例は、エレクトレット・マイクロフォンで あり、マイクロフォン・ケースソフト２５と共に配置されたアルミニウム処理し たマイラー・ダイアフラム及びプレート１８を有している。このケースソフト２ ５は、ハウジングからの振動を機械的及び音響的に分離する音響的な取付リング ２８を有するマイクロフォン端部のハウジング３４内に挿入される。この取付リ ングを通過する振動は、マイクロフォン要素１８からのほぼ等しい侵入距離で、 マイクロフォン・ケーシング２５内に伝達される。各取付リング２８から中央に 配置されたマイクロフォン要素１８までの距離がほぼ等しいことにより、ハウジ ングからの振動は、マイクロフォン要素にほぼ同時に、しかし反対の位相関係で 到着する。したがって、対向する振動の波動は相殺し、波動エネルギーすなわち 振動を生じない。よって、マイクロフォン要素は、機械的にも音響的にも、音の 絶縁とマイクロフォン・ケーシング２５での相互接続構造によって与えられる音 の相殺とによって、分離される。厳密な分離距離は、相殺の効果が最大になるま でケーシングに沿って取付リングを調整することによって、物理的に同調可能で ある。

背景音声の振動は、ハウジングとケーシングとを介して周囲の環境とコミュニケ ーションする少なくとも２つの対向する開口２２ａ、２２ｂを用いることによっ て、相殺される。ユーザの口からイヤー・デバイスへの距離と比較しである実質 的な距離から移動してくる音波に関しては、そのような波は、開口２２ａ、２２ ｂそれぞれに同時に到着する。音波は、各開口で同時に形成され、相殺するまで マイクロフォン要素の方向へ伝播する。したがって、ディスタンド（ｄ　ｉ　ｓ 　ｔ　ａｎｔ）音声送信は、開口２２ａ、２２ｂそれぞれを通過して侵入する対 向する波の重ね合わせにより、効果的に相殺されてしまう。１つの開口ではなく 複数の開口を用いることで、同様の音の相殺がなされることは明らかである。

第２のハウジング部分４２を形成したことにより、外に出るワイヤ４３．４４． ４５のためのコンジット（管）として機能する。ワイヤ４３は、マイクロフォン 要素から延長する外部部分を表している。ワイヤ４４．４５は、スピーカ要素１ ３と結合する接続用である。

同じハウジングの中のスピーカ及びマイクロフォン両方の二重動作（ｄｕｐｌｅ ｘ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）を可能にするためには、スピーカ要素１３をケーシン グから音響的に絶縁（分離）する必要がある。本発明では、これは、無線回路の 中のバンドパスフィルタと類似の動作をする絶縁手段５０を同調することによっ て達成される。具体的には、スピーカ要素１３が、スピーカ要素の周囲に延長し ハウジングをスピーカ要素から分離するように動作する、音響的絶縁手段として の非振動リング５０を介して、端部ハウジング３６に取り付けられる。これは、 更に、ハウジングを通ってマイクロフォン要素の中への音響的振動の送信を防止 するのに役立つのだが、これは防止できなければ不都合なフィードバックを引き 起こす。

この問題は、スピーカ要素１３とマイクロフォン要素１７とが非常に近接してい るので、二重動作の際には重大である。このように近接している場合には、スピ ーカ要素に付随する振動は、通常ハウジング内に伝達され、直ちにマイクロフォ ン要素１７に与えられてしまう。サイド・トーンが存在する二重電話システムて は、マイクロフォン要素１７からの信号はスピーカ１３にフィードバンクされて 、話者の声がループ内を再度回転することになる。この結果、フィードバックと 称されるよく見られる現象が生じ、これは、非常に迷惑なものである。

この絶縁リング５０は、スピーカに与えられる周波数よりも実質的に低い特定の 周波数範囲に特に選択すなわち同調され、よってスピーカを音響的に分離する物 質から成る。ハウジングの前方の端部３６にスピーカを配置することにより、大 きな音響的フィルタ・リング５０の使用を可能にする広い面積が得られる。絶縁 リング５０を特定の周波数範囲に同調させるために用いられる適切な物質は、一 般に、シリコンを含むが、振動エネルギを吸収しハウジング１１への侵入経路を ブロックする能力を示す他の物質であってもよい。そのような物質を、細いスピ ーカ・ワイヤ４４．４５がハウジングを通過してコンジット４２に出て行くハウ ジング１１の後方部分２４でも使うことができる。スピーカと、付随するワイヤ リングとの両方が絶縁されれば、スピーカの振動は分離され、フィードバンクな しの二重動作が容易になる。

図３には、通信ネットワークに接続される電話の標準的ジャンクに結合された基 本的な電話ユニット及びケースメントロ０が図解されている。８０として示され ている本発明のイヤー・デバイスは、マイクロフォン及びスピーカ信号を提供し 、この信号は処理されて電話ユニット６０に結合された従来型のワイヤリング６ １を関して送信される。このシステムを標準的な４本のリード線の電話ワイヤに 適合させる一般的な結合構成は、米国特許第４９３０１５６号に開示されており 、図３に示されている。このシステムの更なる詳細については、この米国特許を 参照することによって得られる。

本発明は、モード切換装置６３を使用することによって、この標準的な電話シス テムに結合される。これは、制御回路と本発明のイヤー・デバイスとがあたかも 接続されていないかのように、１つの位置が信号を直接にハンドセット６４に転 送するトグル・スイッチによって達成される。二次的な位置に切り換えられると 、信号は、上述の米国特許に記載されているように動作する相互接続ジャック６ ２に転送される。出力線６７が、スピーカ信号を伝送し、スピーカ増幅器とマイ ク前置増幅器と位相制御とを含む主たる制御回路６８に印加する。第２の出力線 ６９は、マイクロフォン信号を、ダイオード・ブリッジ７０を介して主たる制御 回路６８まで伝送する。マイクロフォン信号とスピーカ信号との両方が、４本の ワイヤ接続線７８に沿って、耳に取り付けられている本発明の図１と図２とで示 したスピーカ／マイクロフォンの組み合わせ装置まで送信される。また、明らか であるが、相互接続リード線７８は、この二重電話システムにワイヤレス・モー ドを提供することができる無線周波数の送信機／受信機によって使用される。

同様にして、このシステムは、図４に示したベルト送信機８２にワイヤ接続する ことができる。このシステムでは、マイクロフォン又はマイクロフォン／スピー カの組み合わせのどちらか一方を有するイヤー・デバイスを、耳からベルト送信 機８２にワイヤ接続して、ハウジング１１内に位置する送信機ユニットの重量を 増加させることなく、便利な動作が可能になる。

図４に示した実施例は、音声認識能力を有するコンピュータ・システムに向かっ て声音命令を送信するのに特に有用である。これは、音声再生が分離された内容 を有するからである。マイクロフォン・モードでは、このデバイスは、ユーザの 音声から音波を受信する。他方で、遠い距離からの音波は、マイクロフォンに受 信されるが、上述したように相殺されてしまう。同様に、ユーザの頭部の回転は 音声送信の質に影響しない。これは、耳と口との間の相対的な距離が不変だから である。

話者の音声を環境から分離するこの方法から考えると、この耳取付型マイクロフ ォンによれば、音声認識を実現させるためのアルゴリズムを大幅に簡略化できる 。本質的には、話者の声は一般に同じであって、アルゴリズムとコンピュータと を訓練することにより、ハウジング１１の中に伝達される音響的振動に伴う対応 する命令を再生するのに用いることができる。

４５〜６０％の信頼度を有していた従来型の音声認識システム内において、本発 明をか代替的に用いた場合には、音声認識は平均で８０〜９０％まで向上した。

この著しい改善は、この出願に開示され特許請求された本発明のマイクロフォン 要素の使用によるものであり、コンピュータ・システム一般に対する音声による 命令の新たな時代を開くものである。

たとえば、図５には、音声認識能力をもつソフトウェアを含むコンピュータ９０ での音声命令の使用を図解しである。音声命令は、本発明の耳のマイクロフォン ９１を介して与えられ、このマイクロフォンは、適切な信号を増幅してコンピュ ータの背面にあるコンピュータ・モデム（図示せず）に供給する制御回路９３の 中にワイヤ接続されている。これで音声の命令が可能になり、ユーザは、直接に 所望のアクノヨンを声によって述べることができ、コンピュータはそれに直ちに 応答することができる。更に音声コミュニケーションも、ユーザが第三者との同 時の音声による通信を可能にするよう結合された電話線９４を介して、可能にな る。

このシステムに基づいて、ユーザは、文書の準備やその他の事項に関して生じる 種々の論点について会議電話で議論することができ、これらは、コンピュータ・ システムの計算によって容易になっている。また、ユーザは、直ちにコンピュー タに対して声の命令を与えて、所望の動作を実行することができる。これは、す べて、両手が自由なモードで、オペレータのいる場所に関係する環境的な雑音に ついて克遣いすることなく達成できる。このシステムは、更には、相互的なコミ ュニケーションのために可動式にすることもでき、オペレータがオフィスビルの 中を移動しても、このオフィスビルをマイクロセル通信システムによって構築し ておけば、コミュニケーションが可能となる。この例におけるテレメトリ・シス テムが図４に示されており、セクションからセクションへと移動しながらでも、 種々のマイクロセルを単一の通信ネットワークに結び付けている共通の周波数で 直接に通信するオペレータによって使用することができる。この場合には、オペ レータは、コンピュータに向かって音声で命令し、何らかの動作をさせ、マイク ロセル内の他の個人とも直接に通信可能であり、音声の命令だけによって複数の 仕事を実行することが可能である。更に、ユーザは、マイクロセルの外部の第三 者へ電話することをコンピュータに命じることができるし、この相手との直接の 電話線による通信を、イヤー・デバイス１０内の二重モードにより実行すること が可能である。このようなシステムによれば、オペレータは全体的な柔軟性を得 ることができて、移動も可能だし、両手が自由であるから複数の仕事をしながら 複数の人間と通信ができる。

これらの種々の利点と改善とは、背景雑音の環境から、再生のために個人のスピ ーチを分離する方法によって提供されるが、この方法は、一般に以下のステップ によって表される。すなわち、 ユーザの耳の軟骨によって耳管において支持されるスピーカ要素とマイクロフォ ン要素とを含むハウジング装置を配置するステップと、スピーカ要素をハウジン グから機械的及び音響的に分離し、ハウジングの中に伝達される音響的振動の量 を制限するステップと、マイクロフォン要素をハウジングから機械的及び音響的 に分離し、マイクロフォン要素の中に伝達される音響的振動の量を制限するステ ップと、ハウジングからマイクロフォン要素のケースソフトの中へ振動を同時に チャネリングし、よって、振動がケースソフトに沿ってマイクロフォン要素にほ ぼ同時であるが敗退の位相関係で到着し、結果として波動が相殺されるステップ とから成る方法である。

図６は、ハウジング８５が、スピーカ要素８６をその前方の端部において支持し 、その後方のマイクロフォン端部においてマイクロフォン・ケーシング８７と共 に結合されている別の実施例を示している。スピーカは、従来型の圧電クリスタ ルである。この実施例では、マイクロフォン要素８８は垂直方向を向いており、 既に説明したところにしたがって、開口８９ａ、８９ｂが遠方からの音波に対す る音の相殺を与える。この実施例は、移動音波の距離がマイクロフォン要素によ り正確に等しいことにより雑音を相殺する点で、優れている。

図７は、マイクロフォン９５がハウジング９６に内蔵されるが、スピーカ要素は 存在しない実施例を開示している。このハウジングは、周囲の環境とコミュニケ ーションする管状のボア（ｂｏｒｅ）９８を有するマイクロフォン区画９７を含 んでいる。マイクロフォン要素９５は、ボアの近接する側の端部に配置され、こ の配置は、ボア開口９８を通過して入る同様の音波と干渉する対向する音波の侵 入を与える開口９９の近くである。この構成により、検出されるべき音源の方向 に管状のボアを向けることにより、指向性の感度が得られる。音声をピックアッ プするときの指向性の感度を強化するには、管状のボアをユーザの口の方向へ下 に向ける。電気接続線１００．１０１が、更なる処理のための信号経路を提供す る。

好適実施例と特定の例示を開示してきたが、本発明の範囲は、次の請求の範囲だ けによって決定されることは、当業者ならば理解するであろう。

Ｆｉｇ、　２ Ｆｉｇ、　４ Ｆｉｇ、　６ Ｆｉｇ、７ フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＰＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ （ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、　ＣＭ、　ＧＡ、　ＧＮ、　ＭＬ、　ＭＲ， ＳＮ、　ＴＤ、　ＴＧ）、　ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　 ＣＨ，Ｃ５゜ＤＥ、ＤＫ、ＥＳ、ＦＩ、ＧＢ、ＨＵ、ＪＰ、ＫＰ、ＫＲ，ＬＫ、 　ＬＵ、　ＭＧ、　ＭＮ、　ＭＷ、　ＮＬ、　Ｎｏ、　ＰＬ、　ＲＯ，ＲＵ、　 ＳＤ、　ＳＥ

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. １．耳で支持され、かつユーザの頭蓋骨の直近の近傍内に発生した音声だけを検 出するマイクロフォン要素を提供するよう構成されたイヤー・デバイスにおいて 、 一端が前記ユーザの耳管に最適に適合するが、前記耳管の中には延長しないよう に構成されたハウジングであって、マイクロフォン区画を含んでいるハウジング と、 前記ハウジングの前記マイクロフォン区画内に、該区画内に実質的に包含され前 記ハウジングによって前記頭蓋骨との接触から分離されるような位置に結合され たマイクロフォン要素と を備えており、 前記マイクロフォン区画は、前記マイクロフォン要素において、前記ハウジング から及び前記ユーザの頭蓋骨の近接した配置と比較してある実質的な距離から空 気伝達を介して前記区画に入る機械的及び音響的な波動を除去する手段を含み、 該デバイスは更に、前記マイクロフォン要素からの信号出力を音響的回路に結合 し処理する手段を備えている ことを特徴とするイヤー・デバイス。
2. ２．請求項１記載のデバイスにおいて、前記マイクロフォン要素及び区画は、前 記ハウジングの、前記耳管において不快感なくフィットするように構成された部 分とは反対の端部に位置していることを特徴とするデバイス。
3. ３．請求項１記載のデバイスにおいて、前記ハウジングは、前記耳管において支 持されているハウジングの部分に沿った方向に向いた長軸を含み、該軸は前記ハ ウジングが使用の位置にある場合に、前記耳管の方向に指向しており、前記マイ クロフォン要素は前記長軸に対して傾いて下げられていて、検出されるべき近接 の音の振動源に対して指向するよう方向付けを与えることを特徴とするデバイス 。
4. ４．請求項３記載のデバイスにおいて、前記マイクロフォン区画は前記ハウジン グの軸に対して斜めを向いた延長した管状の内部を含み、前記マイクロフォン要 素は前記ハウジングの軸に向かって管状の内部の更に内側の部分に位置しており 、前記管状の内部は、検出されるべき音声の振動源の方向に向けることができる 前記マイクロフォン区画の遠い側の端部に近い端部開口と、前記管状の内部の内 側の端部において前記区画を通過して形成される第２の開口であって前記区画の 前記遠い側の端部から前記マイクロフォン要素に到着する共通の音響的振動を排 除する、音響的振動のためのインレットとして動作可能な第２の開口とを含むこ とを特徴とするデバイス。
5. ５．請求項１記載のデバイスにおいて、前記マイクロフォン要素はマイクロフォ ン・ケーシング内に含まれ、該ケーシングは１対の包囲型の取付リングを含み、 該リングは、前記マイクロフォン区画の内側表面と前記ケーシングの対向する端 部に近いマイクロフォン・ケーシングとの間に位置しており、前記ハウジングか らの機械的振動を吸収し前記ケーシングを介して前記マイクロフォン要素まで通 過する音響的振動の相殺を可能にする音響的絶縁材料から成ることを特徴とする デバイス。
6. ６．請求項１記載のデバイスにおいて、前記ハウジングは、前記耳管において不 快感なくフィットする部分からテーパ状に広がる構造になっており、前記ハウジ ングの反対側の端部ではマイクロフォン区画としてより小さい寸法の管状の胴体 部を形成し、前記区画は、該区画の前方部分に位置する少なくとも１つの前方開 口と、前記耳管に対して該区画の遠方部分に位置する少なくとも１つの遠方開口 とを有していることを特徴とするデバイス。
7. ７．請求項１記載のデバイスにおいて、（ｉ）周囲の環境と前記マイクロフォン 区画の上側面に１つの端部に向いて位置し、内部への音波の侵入を可能にするマ イクロフォンとの間の第１の開口と、（ｉｉ）周囲の環境と前記区画の下側面に 前記第１の開口と反対側の端部に向いて位置するマイクロフォンとの間の第２の 開口と、を含み、前記マイクロフォン要素はそれらの開口の間に位置し、遠い音 波が位相がずれて前記マイクロフォン要素に到着する際には該音波を相殺するこ とを特徴とするデバイス。
8. ８．請求項１記載のデバイスにおいて、前記耳管に隣接する前記ハウジングの一 端に位置するスピーカ要素を更に備えており、前記マイクロフォン要素は前記ハ ウジングの他端に位置することを特徴とするデバイス。
9. ９．請求項１記載のデバイスにおいて、前記ハウジングのスピーカ端部の周囲に 位置し、前記耳管への最適なフィットのためにハウジングのサイズを調節するサ イジング・リングを更に備えていることを特徴とするデバイス。
10. １０．請求項８記載のデバイスにおいて、前記ハウジングは、使用位置にある場 合には前記耳管の方向を向いた開口を含み、該開口は、前記耳管に対する直接の 露出のためにそこに位置する前記スピーカ要素を含み、前記ユーザが音声信号を 受信すると共に前記マイクロフォン要素を通じて音声信号を送ることを可能にし 、前記音声送信と前記スピーカ要素の付随する振動とが、前記スピーカ要素と前 記ハウジングとの間に結合された音響的絶縁手段によって前記ハウジングから分 離されていて、前記ハウジングを介しての前記マイクロフォン要素への前記送信 のピックアップを防止することを特徴とするデバイス。
11. １１．請求項１０記載のデバイスにおいて、前記分離手段は、前記スピーカ要素 の周囲に延長し前記ハウジングと前記スピーカ要素の周囲との間に結合されて、 振動の前記ハウジング中への伝達を防ぐ振動吸収リングを備えていることを特徴 とするデバイス。
12. １２．請求項１１記載のデバイスにおいて、該デバイスはさらに、前記スピーカ 要素に電力を供給する接続ワイヤによって伝達される任意の振動を前記ハウジン グから分離する手段を含むことを特徴とするデバイス。
13. １３．請求項８記載のデバイスにおいて、前記ハウジングは該ハウジングの残り の部分に対して直角に延長する後方マイクロフォン区画を含み、前記後方マイク ロフォン区画は実質的に閉じた内側端部と開いた遠方端部とを有する管状の内径 を含み、前記マイクロフォン要素は前記区画の前記内側端部の中に位置し、該内 側端部もまた周囲の環境からの音波の侵入を許容する小さな開口を含むことを特 徴とするデバイス。
14. １４．請求項８記載のデバイスにおいて、前記マイクロフォン要素はマイクロフ ォン・ケーシング内に含まれ、該ケーシングは１対の包囲型取付リングを含み、 該リングは、前記マイクロフォン区画の内側表面と対向する端部に近い前記マイ クロフォン・ケーシングとの間に位置しており、かつ前記ハウジングからの機械 的振動を吸収し前記マイクロフォン要素における前記ケーシングを介して前記マ イクロフォン要素まで到達する音響的振動の相殺を可能にする音響的絶縁材料か ら成ることを特徴とするデバイス。
15. １５．請求項１４記載のデバイスにおいて、それぞれの前記取付リングはケース メントに沿って経験的に配置されて、前記マイクロフォン要素における雑音相殺 の程度を最大にするよう設定されていることを特徴とするデバイス。
16. １６．請求項８記載のデバイスにおいて、該デバイスはさらに、前記残りのハウ ジングから直角に延長する第２のハウジング部分を備え、該第２のハウジング部 分は、前記マイクロフォン及びスピーカ要素から当該デバイスの外部部分に関連 するワイアリングを保持する管を備えていることを特徴とするデバイス。
17. １７．請求項８記載のデバイスにおいて、該デバイスはさらに、前記スピーカ要 素とマイクロフォン要素とに結合された電話制御回路を備えており、該電話制御 回路は、前記ユーザの耳を通して提供されている送話及び受話の両方の機能に基 づきハンドフリーの使用を提供する電話システムの一部としての、前記スピーカ 要素とマイクロフォン要素とへのアクセスを提供することを特徴とするデバイス 。
18. １８．請求項８記載のデバイスにおいて、該デバイスさらに、前記マイクロフォ ン要素とスピーカ要素とのそれぞれに結合された無線周波数の送信機／受信機ユ ニットを含み、このイヤー・デバイスの使用をワイヤレス通信システムの一部と して可能にすることを特徴とするデバイス。
19. １９．請求項８記載のデバイスにおいて、該デバイスはさらに、前記送信機／受 信機ユニットと共通の周波数に同調した関連する通信及び伝達回路を含んでおり 、マイクロセル通信システムの一部としてのこのイヤー・デバイスの使用を可能 にし、該イヤー・デバイスは、それぞれのマイクロセル通信サテライトの送受信 基地への直接通信を提供することを特徴とするデバイス。
20. ２０．請求項８記載のデバイスにおいて、前記マイクロフォン要素をコンピュー タを伴うモデムに結合する接続手段を更に含み、前記接続手段は、前記ユーザの 音声以外の外部の音声信号なしに、前記モデムヘの直接の音声送信を可能にする ことを特徴とするデバイス。
21. ２１．請求項８記載のデバイスにおいて、該デバイスはさらに、前記耳管におい て不快感なくフィットする前記ハウジングの直径を修正する手段を含み、前記ハ ウジングに結合されたサイジング・リングを備えていることを特徴とするデバイ ス。
22. ２２．請求項１１記載のデバイスにおいて、前記分離手段は、前記ハウジング内 に含まれている前記スピーカ及びマイクロフォン要素の間にフィードバックを与 える周波数に関する振動の経路を、選択的に制限する材料を備えていることを特 徴とするデバイス。
23. ２３．コミュニケーション・システムにおいて用いるイヤー・デバイスにおいて 、 スピーカ端部とマイクロフォン端部とを有するハウジングであって、前記スピー カ端部は使用中に耳管内に侵入する構造を含まずユーザの耳管において不快感な くフィットするように構成されており、前記スピーカ端部とマイクロフォン端部 とは該マイクロフォン端部を包囲しマイクロフォン区画を形成する音響的絶縁壁 によって分割されているハウジングと、音の方向が前記ユーザの耳管の方向に向 くように取り付けられたスピーカ要素であって、該スピーカ要素と前記ハウジン グとの間に結合され該ハウジングの前記マイクロフォン端部における音声ピック アップの感度と干渉する不所望の周波数を選択的に分離する分離手段を含むスピ ーカ要素と、前記ハウジングの前記マイクロフォン端部に、該区画内に実質的に 包含されかつ前記ハウジングによって前記頭蓋骨との接触から分離されるような 位置に取り付けられたマイクロフォン要素と を備えており、 前記マイクロフォン区画は、前記ハウジングから及び前記ユーザの頭蓋骨の近接 した配置と比較してある十分な距離から空気伝達を介して機械的振動として前記 区画に侵入する前記マイクロフォン要素における音響的な波動を相殺する手段を 含み、 該デバイスは更に、前記マイクロフォン要素からの信号出力を音響回路に結合し 処理する手段を備えている ことを特徴とするイヤー・デバイス。
24. ２４．請求項２３記載のデバイスにおいて、前記分離手段は、前記スピーカ要素 の周囲に延長しかつ前記ハウジングと前記スピーカ要素の周囲との間に結合され た振動吸収リングを備えており、該リングは、送信される周波数と比較して減結 合される周波数の範囲に関して選択的であり、干渉する振動の前記スピーカ要素 から前記ハウジングヘの伝達を防止する材料によって形成されていることを特徴 とするデバイス。
25. ２５．請求項２４記載のデバイスにおいて、前記分離手段は、前記ハウジングを 前記スピーカ要素から音響的に分離してフィードバックを防止するように同調さ れている材料を備えていることを特徴とするデバイス。
26. ２６．請求項２３記載のデバイスにおいて、該デバイスはさらに、前記ハウジン グのスピーカ端部の周囲に位置し、前記耳管での気持ちよいフィットのためにハ ウジングのサイズを調節するサイジング・リングを備えていることを特徴とする デバイス。
27. ２７．検出されない背景雑音の環境から、再生のために、個人のスピーチを分離 する方法において、 ａ）ユーザの耳の軟骨によって耳管において支持される、スピーカ要素とマイク ロフォン要素とを含むハウジング装置を配置するステップと、ｂ）前記スピーカ 要素を前記ハウジングから機械的及び音響的に分離し、前記ハウジングに伝達さ れる音響的振動の量を制限するステップと、ｃ）前記マイクロフォン要素を前記 ハウジングから機械的及び音響的に分離し、前記マイクロフォン要素に伝達され る音響的振動の量を制限するステップと、ｄ）前記ハウジングから前記マイクロ フォン要素へのケースメントの中へ振動を同時にチャネリングし、該振動が前記 ケースメントに沿って前記マイクロフォン要素にほぼ同時であるが反対の位相関 係で到来し、結果として波動を相殺するステップと を含むことを特徴とする方法。