JPH08223275A - ハンズフリー通話装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】効果的にハウリングの発生を抑圧することがで
き、かつ、双方向同時通話が可能なハンズフリー通話装
置を安価に提供することを目的とする。 【構成】スピーカ３０と、スピーカ３０からの距離が異
なるように同一匡体３内に配置された２個のマイクロフ
ォン３１ａ、３１ｂと、各マイクロフォン３１ａ、３１
ｂに対応して設けられ、各マイクロフォン３１ａ、３１
ｂからの出力信号をそれぞれ増幅する送話信号増幅手段
２１ａ、２１ｂと、上記スピーカへの入力信号を増幅す
る受話信号増幅手段２０と、フィルタ５０２及び演算処
理手段５０３により送話信号に含まれる受話信号の直接
結合成分を抑圧する直接結合抑圧処理部５０と、送話信
号に含まれる受話信号の音響結合成分を抑圧する音声ス
イッチ１とにより構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インターホン、電話機
等に使用される通話装置に係り、更に詳しくは、ハウリ
ング発生防止の機能を有するハンズフリー型拡声通話装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】スピーカ及びマイクロフォンを備えた通
話装置は、通話音量を上げると、スピーカより発せられ
た音声信号の一部がマイクロフォンへフィードバックさ
れて、ハウリングと呼ばれる発振現象が生じる。特に、
インターフォン、電話機等のハンズフリー通話装置は、
通話者との距離に比べ、受話用スピーカと送話用マイク
ロフォンとの距離が数ｃｍ〜数十ｃｍと短いため、ハウ
リングが発生し易いという問題があった。

【０００３】この様なハウリングの発生を防止するた
め、ハンズフリー通話装置は音響結合抑圧処理を行う必
要があり、従来よりハンズフリー通話装置に用いられて
いる主な音響結合抑圧処理方式には、音声スイッチを用
いる方式と、音声スイッチとエコーキャンセラを併用す
る方式とがあったが、音声スイッチとエコーキャンセラ
を併用する方式を採用した場合は、コストが高くなって
しまうという問題があった。

【０００４】音声スイッチの構成の概略を図１５に示
す。この方式は、受話信号と送話信号のレベルを比較
し、この比較結果に基づいて受話信号又は送話信号を減
衰させるために設けられた可変損失回路の損失量を変化
させる。即ち、この方式は、スピーカからマイクロフォ
ンへの音響結合により形成される閉ループに損失を挿入
することにより、閉ループ一巡利得を低減し、ハウリン
グマージン及びエコーリターンロスを確保するものであ
る。

【０００５】この音声スイッチの受話信号及び送話信号
のレベル差とそれぞれの信号を減衰させるための挿入損
失との関係を図１６に示す。送話モードにおいては、受
話信号への挿入損失が大きく、送話信号への挿入損失が
小さくなっている一方、受話モードにおいては、受話信
号への挿入損失が小さく、送話信号への挿入損失が大き
くなっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、音声ス
イッチを用いた上記方式により快適な通話を行うために
必要とされるハウリングマージン及びエコーリターンロ
スを得るためには、必要とされる挿入損失量が非常に大
きくなり、通話時に切断感を感じるという問題があっ
た。

【０００７】また、受話信号よりも送話信号中に含まれ
る音響結合成分の方が大きいような場合には、音声スイ
ッチは送話モードに切り替わり、受話信号が減衰され、
必要な受話音量が得られず、聞こえなくなる、いわゆる
受話ブロッキングと呼ばれる現象が生じる。このよう
に、この方式ではどちらかの通話路に損失が入っている
ために双方向同時通話を実現することができないという
問題があった。

【０００８】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、効果的にハウリングの発生を抑圧することがで
き、かつ、双方向同時通話が可能なハンズフリー通話装
置を比較的安価に提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決のするための手段】請求項１に記載した本
発明によるハンズフリー通話装置は、受話信号を音声へ
変換して出力するスピーカと、上記スピーカからの距離
が異なるように上記スピーカと同一匡体内に配置され、
送話音声を電気信号へ変換して出力する２個のマイクロ
フォン、即ち、上記スピーカに近い位置に配置された第
一のマイクロフォンと、上記スピーカから遠い位置に配
置された第二のマイクロフォンと、第一のマイクロフォ
ンの出力信号を増幅する第一の送話信号増幅手段と、第
二のマイクロフォンの出力信号を増幅する第二の送話信
号増幅手段と、上記スピーカへの入力信号を増幅する受
話信号増幅手段と、上記第一の送話信号増幅手段の出力
信号と予め同定されたスピーカから直接的に各マイクロ
フォンへ至る音響直接伝搬系の伝達関数の比を表す伝達
関数とを畳み込み演算するフィルタ及び上記フィルタの
出力信号と上記第二の送話信号増幅手段の出力信号との
差分を求める演算処理手段を備えた音響直接結合抑圧処
理部と、送話信号に含まれる受話信号の音響結合成分を
抑圧する音声スイッチとにより構成される。

【００１０】請求項２に記載した本発明によるハンズフ
リー通話装置は、請求項１に記載のハンズフリー通話装
置の上記直接結合抑圧処理部に、上記２つのマイクロフ
ォンの出力の比の特性を同定し、第一の送話信号増幅手
段の出力信号と上記同定された伝達関数とを畳み込み演
算を行う適応フィルタと、上記適応フィルタの出力信号
と第二の送話信号増幅手段の出力信号との差分を求める
演算処理手段と、上記演算処理手段の出力信号と上記受
話信号増幅器の入力信号との振幅の比に基づいて、発振
の可能性を判定し、判定結果を音声スイッチへ出力する
発振判定手段とを設けて構成される。

【００１１】請求項３に記載した本発明によるハンズフ
リー通話装置は、請求項１又は２に記載のハンズフリー
通話装置の上記直接結合抑圧処理部の出力に、送話信号
に生じる歪みを補正するための歪み補正手段を設けて構
成される。請求項４に記載した本発明によるハンズフリ
ー通話装置は、受話信号を音声へ変換して出力するスピ
ーカと、上記スピーカからの距離が異なるように上記ス
ピーカと同一匡体内に配置され、送話音声を電気信号へ
変換して出力する３個以上のマイクロフォンと、上記の
各マイクロフォンに対応して設けられ、各マイクロフォ
ンの出力信号を増幅する３個以上の送話信号増幅手段
と、上記スピーカへの入力信号を増幅する受話信号増幅
手段と、上記送話信号増幅手段の出力信号の総和を求め
る演算処理手段を備えた音響直接結合抑圧処理部と、送
話信号に含まれる受話信号の音響結合成分を抑圧する音
声スイッチとにより構成される。

【００１２】請求項５に記載した本発明によるハンズフ
リー通話装置は、請求項１から４に記載のハンズフリー
通話装置の上記直接結合抑圧処理部の出力に、出力され
た送話信号の、送信すべき帯域として予め定められた、
所定の周波数成分のみを選択的に通過させるフィルタを
設けて構成される。請求項６に記載した本発明によるハ
ンズフリー通話装置は、請求項１から４に記載のハンズ
フリー通話装置の上記送話信号増幅手段の出力に、出力
された送話信号の、送信すべき帯域として予め定められ
た、所定の周波数成分のみを選択的に通過させるフィル
タをそれぞれ設けて構成される。

【００１３】

【作用】請求項１に記載した本発明によるハンズフリー
通話装置は、第一及び第二のマイクロフォンが、スピー
カから各マイクロフォンへ至る音響結合による音声を含
む送話音声を電気信号へ変換し、この電気信号が各マイ
クロフォンに対応して設けられた第一及び第二の送話信
号増幅手段により増幅される。直接結合抑圧処理部で
は、フィルタが、第一の送話信号増幅手段の出力信号と
予め同定されたスピーカから直接的に各マイクロフォン
へ至る音響直接伝搬系の伝達関数の比を表す伝達関数と
を畳み込み演算した後に、フィルタの出力信号と第二の
送話信号増幅手段の出力信号との差分を演算処理手段に
より求めて送話信号に含まれる直接結合成分を抑圧す
る。

【００１４】請求項２に記載した本発明によるハンズフ
リー通話装置の直接結合抑圧処理部は、適応フィルタ
が、上記マイクロフォンの出力の比の特性を同定し、上
記第一の送話信号増幅手段の出力信号と上記同定された
伝達関数とを畳み込み演算した後に、上記適応フィルタ
の出力信号と第二の送話信号増幅手段の出力信号との差
分を演算処理手段により求める。そして、発振判定手段
が上記演算処理手段の出力信号と上記受話信号増幅器の
入力信号とに基づいて、発振の可能性を判定し、上記音
声スイッチが、上記発振判定手段の出力する判定結果に
基づいて、その減衰量を変化させて音響結合成分を抑圧
する。

【００１５】請求項３に記載した本発明によるハンズフ
リー通話装置は、請求項１又は２に記載のハンズフリー
通話装置の上記直接結合処理部の出力に、送話信号に生
じた歪みを補正する歪み補正手段を設けて構成される。
請求項４に記載した本発明によるハンズフリー通話装置
は、３個以上のマイクロフォンが、スピーカからマイク
ロフォンへ至る音響結合による音声を含む送話音声を電
気信号へ変換し、この電気信号が各マイクロフォンに対
応して設けられた３個以上の送話信号増幅手段によりそ
れぞれ増幅される。演算処理手段がこれらの増幅された
送話信号の総和を求めた後に、更に、音声スイッチが総
和により得られた信号に含まれる音響結合成分を適用フ
ィルタにより抑圧する。

【００１６】請求項５に記載した本発明によるハンズフ
リー通話装置の音声スイッチは、レベル判別回路が、受
話信号及び送話信号の信号レベルに基づいて、各乗算処
理手段へ乗算のための係数を出力し、これらの出力に基
づいて、第一の乗算処理手段は受話信号と上記係数の乗
算を行い、第二の乗算処理手段は受話信号と上記係数の
乗算を行って出力する。

【００１７】請求項６に記載した本発明によるハンズフ
リー通話装置は、直接結合抑圧処理部の出力する送話信
号の所定の帯域の周波数成分のみをフィルタにより選択
して音声スイッチへ出力する。請求項７に記載した本発
明によるハンズフリー通話装置は、各送話信号増幅手段
に対応して設けられたフィルタにより、各送話信号増幅
手段の出力する送話信号の所定の帯域の周波数成分のみ
を選択して直接結合抑圧処理部へ入力する。

【００１８】ここで、音響結合成分には、送話信号に含
まれる直接結合成分と間接結合成分の双方が含まれ、直
接結合成分または音響結合成分の抑圧とは、直接結合成
分または音響結合成分を完全に除去する場合のみなら
ず、直接結合成分または音響結合成分を減衰させる場合
も含む。

【００１９】

【実施例】請求項１に記載した本発明によるハンズフリ
ー通話装置の一構成例を図１に示す。このハンズフリー
通話装置は、匡体３に取り付けられたスピーカ３０、第
一のマイクロフォン３１ａ及び第二のマイクロフォン３
１ｂと、受話信号を増幅してスピーカ３０へ出力する増
幅手段２０と、マイクロフォン３１ａ、３１ｂの出力す
る送話信号をそれぞれ増幅する第一の送話信号増幅手段
２１ａ及び第二の送話信号増幅手段２１ｂと、直接結合
抑圧処理部５０と、音声スイッチ１とにより構成され
る。

【００２０】上記音声スイッチ１は、従来の通話装置と
同様、アナログ回路で構成される上記の音声スイッチ回
路であり、送話信号中の音響結合成分を抑圧する。マイ
クロフォン３１ａ、３１ｂは、スピーカ３０の中心から
の距離が異なるように配置され、それぞれの出力信号
は、送話信号増幅手段２１ａ、２１ｂにより増幅され
て、直接結合抑圧処理部５０へ入力される。

【００２１】直接結合処理部５０は、送話信号をデジタ
ル信号へ変換するＡ／Ｄ変換器５００、５０１と、フィ
ルタ５０２と、演算処理手段５０３と、演算処理手段５
０３の出力信号をアナログ信号へ変換するＤ／Ａ変換器
５０４とにより構成される。フィルタ５０２は、デジタ
ル変換後の上記第一の送話信号増幅手段２１ａの出力信
号と所定の伝達関数との畳み込み演算を行い、演算処理
手段５０３がフィルタ５０２の出力信号とデジタル変換
後の上記第二の送話信号増幅手段２１ｂの出力信号との
差分を求める。

【００２２】上記フィルタ５０２の係数は、演算処理手
段５０３の出力信号に含まれる直接結合成分を最小化す
るような値に予め設定されているため、直接結合処理部
５０は、送話信号に含まれた直接結合成分を抑圧するこ
とができる。なお、直接結合抑圧処理部５０はデジタル
処理であるため、デジタル信号処理装置、いわゆるＤＳ
Ｐにより実現することができる。

【００２３】フィルタ５０２の係数を同定するための構
成の一例を図２に示す。ハンズフリー通話装置の通話機
端末を回線系に接続せず、信号源として白色雑音発振器
６を受話信号増幅手段２０に接続し、演算処理手段５０
３の出力信号ｅが適応フィルタとして構成されるフィル
タ５０２へ接続される。また、マイクロフォン３１ａ、
３１ｂが間接結合成分を収音しないように、周囲に反射
物のない状態とした後に、信号ｅを最小化するアルゴリ
ズムを用いて、フィルタ５０２の係数の同定を行う。

【００２４】そのアルゴリズムとして、例えば、ＬＭＳ
アルゴリズムとよばれる最小２乗法に基づくアルゴリズ
ムを採用した場合を次式に示す。 Ｗ（ｋ＋１）＝Ｗ（ｋ）＋２μｅＸ（ｋ） （１） ここで、Ｗ（ｋ）はサンプル時刻ｋにおけるフィルタの
係数ベクトル、Ｘ（ｋ）はサンプル時刻ｋにおけるフィ
ルタの入力ベクトル、μはステップサイズを表す０〜１
の数であり、ｅは誤差信号である。

【００２５】ここで、フィルタ５０２の係数の決定は、
スピーカ３０から各マイクロフォン３１ａ、３１ｂへの
音響直接結合系のインパルス応答の差分を同定すること
と等しくなる。従って、フィルタ５０２は、スピーカ３
０等の電気音響変換器系のインパルス応答は同定する必
要がなく、スピーカ３０から出力された音波が、マイク
ロフォン３１ａ、３１ｂへ達するまでの音響伝達系の特
性のみを同定すれば良く、フィルタ５０２に要求される
次数が、従来のエコーキャンセラに用いられているよう
な適応フィルタに比べ、大幅に低減される。

【００２６】この様子を図３（ａ）〜（ｃ）に示す。図
４の（ａ）、（ｂ）は、図３の説明のためのハンズフリ
ー通話装置の概略を示すブロック図であり、図４（ａ）
は、従来のエコーキャンセラ方式を採用した場合であ
り、図４（ｂ）は請求項１に記載した本発明による方式
を採用した場合についてのものである。図４（ａ）は、
１個のマイクロフォン３１のみを備え、スピーカ３０か
らマイクロフォン３１までの距離はＬ１であり、フィル
タＷｍ１が受話信号に基づいて送話信号の音響結合成分
を抑圧する。

【００２７】一方、図４（ｂ）は、２個のマイクロフォ
ン３１ａ、３１ｂを備え、スピーカ３０からマイクロフ
ォン３１ａ、３１ｂまでの距離はそれぞれＬ１、Ｌ２で
あり、フィルタＷｍ２がマイクロフォン３１ａからの送
話信号に基づいて送話信号の音響結合成分を抑圧する。
従来のエコーキャンセラにより直接結合成分の抑圧を行
う場合、そのフィルタＷｍ１は音響直接結合系のインパ
ルス応答ｈ１そのものを同定する必要がある。このイン
パルス応答ｈ１は、通常、図３（ａ）に示すような特性
を有しており、例えば、スピーカ３０とマイク３１との
距離が１０ｃｍ程度である場合には、インパルス応答長
Ｔｍ１は、２０ｍ秒程度となる。

【００２８】従って、サンプリング周期が８ｋＨｚであ
れば、インパルス応答ｈ１を同定するために必要なフィ
ルタＷｍ１の次数は、１６０次以上となる。一方、２個
のマイクロフォン３１ａ、３１ｂにより直接結合成分の
抑圧を行う本発明の場合、そのフィルタＷｍ２は、図３
（ａ）、（ｂ）に示すような、各マイクフォン３１ａ、
３１ｂに対応した２つのインパルス応答ｈ１、ｈ２の差
分を同定するために使用される。このため、スピーカ３
０が点音源とみなせる場合は、フィルタＷｍ２の最適な
インパルス応答は、図３（ｃ）に示す様な遅延インパル
スとなる。

【００２９】このため、スピーカ３０及びマイクロフォ
ン３１ａ、３１ｂを適切な位置に配置することにより、
フィルタに要求される次数が、従来のエコーキャンセラ
に用いられているような適応フィルタに比べ、大幅に低
減され、ハウリング抑圧のための信号処理ハードウエア
に求められる演算処理速度の性能が、従来のエコーキャ
ンセラ方式に比べ大幅に緩和される。

【００３０】さらに、通常のハンズフリー通話装置の場
合、送話信号に含まれる直接結合成分と間接結合成分と
の比は１０：１程度であり、直接結合成分が支配的であ
り、直接結合抑圧部により直接結合成分を十分に抑圧す
ることができれば、効果的にハウリングを抑圧すること
ができ、周囲の環境等の変化により間接結合成分が変動
した場合であってもハウリングの発生を防止することが
でき、安定した通話を行うことができる。

【００３１】従って、直接結合成分を直接結合抑圧処理
部により十分に抑圧することで、音響結合成分を安定的
かつ効果的に抑圧することができるハンズフリー通話装
置を比較的安価なハードウエアにより構成することがで
きる。請求項２に記載した本発明によるハンズフリー通
話装置の一構成例を図５に示す。このハンズフリー通話
装置は、その直接結合処理部５１が、図１に示した直接
結合抑圧処理部５０に適応フィルタ５１０と、第二の演
算処理手段５１１と、受話信号増幅手段２０への入力信
号をデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換器５１２と、発
振判定手段５１３と、発振判定手段５１３の出力信号を
アナログ信号へ変換するＤ／Ａ変換器５１４とを設けて
構成される。

【００３２】上記適応フィルタ５１０はマイクロフォン
の出力の比の特性を同定し、デジタル信号に変換された
第一の送話信号増幅手段２１ａの出力信号と同定された
上記の伝達関数とを畳み込み演算を行い、上記適応フィ
ルタ５１０の出力信号と第二の送話信号増幅手段２１ｂ
の出力信号との差分を上記第二の演算処理手段５１１に
より求める。

【００３３】上記発振判定手段５１３は、演算処理手段
５１１の出力信号とデジタル信号に変換された受話信号
増幅器２０の入力信号との振幅の比に基づいて、発振の
可能性を判定し、上記Ｄ／Ａ変換器５１４が、発振判定
手段５１３から出力される判定信号をアナログ信号へ変
換して、音声スイッチ１へ出力する。上記適応フィルタ
５１０の係数は、第二の演算処理手段５１１の出力信号
が最小となるようなアルゴリズムにより適応更新される
適応フィルターであり、その次数は、フィルタ５０２に
比べ、はるかに低いものを使用する。

【００３４】ここで、系が発振状態でなく、通話が正常
に行われている場合には、２個のマイクロフォン３１
ａ、３１ｂの出力信号のスペクトルには際立ったピーク
は存在しない。この場合、演算処理手段５１１の出力信
号を小さくするためには、適応フィルタ５１０が広帯域
に渡って一様に同定誤差を小さくする必要があるが、同
定すべき系のインパルス応答長に対して適応フィルタ５
１０の次数がはるかに低いため同定誤差が大きく、受話
信号と第二の演算処理手段５１１の出力信号との比は大
きい。

【００３５】これに対して、系が発振する直前の状態で
は、受話信号及びマイクロフォン３１ａ、３１ｂの出力
信号のスペクトルには狭帯域に鋭いピークが存在する。
この場合、ピークの存在する周波数付近の狭帯域におい
て同定誤差を小さくすることにより、誤差信号の時間波
形の振幅は大幅に小さくできる。同定すべき系の周波数
応答のごく限られた帯域にある振幅、位相特性を同定す
ることは、次数の低い適応フィルタ５１０でも可能であ
り、演算処理手段５１１の出力信号のスペクトルにおけ
るピークの振幅が小さくなり、受話信号と第二の演算処
理手段５１１の出力信号との比は小さくなる。

【００３６】従って、発振判定手段５１３は、受話信号
と演算処理手段５１１の出力信号の振幅を監視し、その
比が予め定められた所定の値よりも大きい場合は、正常
な状態であると判定し、その比が予め定められた所定の
値よりも小さい場合は、発振する直前の状態であると判
定することができる。音声スイッチ１は、アナログ信号
に変換された発振判定手段からの判定結果に基づいて、
系が発振する直前の状態にある場合は、挿入損失量を正
常時よりも大きな値に変更する。

【００３７】即ち、発振判定手段により、発振する直前
の状態であることを検出することができ、発振状態と判
定された時には、音声スイッチにおける挿入損失量を大
きな値に変更することにより発振を未然に防止すること
ができる。特に、急激に音響間接結合系が変化して、間
接結合成分が増大したような場合であっても、発振を防
止することができ、安定した動作を行うことができる。

【００３８】請求項３に記載した本発明によるハンズフ
リー通話装置の一構成例を図６に示す。このハンズフリ
ー通話装置は、上記直接結合抑圧処理部５０の演算処理
手段５０３の出力に、送話信号に含まれる発話音声、即
ち、通話者の音声の成分を補正するための歪み補正用フ
ィルタ８が設けられ、上記歪み補正用フィルタ８の出力
信号がＤ／Ａ変換器５０４を介して音声スイッチ１へ入
力される。

【００３９】通話者から２つのマイクロフォン３１ａ、
３１ｂまでの距離はほぼ等しいため、発話音声、即ち、
通話者の発する音声により２つのマイクロフォン３１
ａ、３１ｂの位置に生じる音圧は同位相、かつ、同振幅
となる。この音圧をＰｓとし、２つのマイクロフォン３
１ａと３１ｂ、及び、２つの信号増幅器手段２１ａと２
１ｂの特性がそれぞれ等しく、マイクロフォン及び送話
信号増幅手段及びＡ／Ｄ変換器全体の伝達関数をＨと
し、フィルタの伝達関数をＷｄとすると、直接結合抑圧
処理部５１の出力信号に含まれる発話音声成分は、Ｈ
（１ーＷｄ）Ｐｓとなる。

【００４０】上記伝達関数Ｈの周波数特性は、通話帯域
において振幅はほぼ一定、位相は直線的な遅れ特性であ
るため、Ｈは単なる遅延要素とみなすことができる。し
かし、伝達関数Ｗｄの周波数特性は、スピーカの形状及
び大きさ、通話装置の匡体の形状及び大きさ、並びに、
スピーカとマイクロフォンの配置等により決定されるも
のであるため、一般には通話帯域においても複雑であ
る。即ち、（１ーＷｄ）は単なる遅延特性ではない。

【００４１】従って、直接結合抑圧処理部５０’により
発話音声成分に歪を生じることになる。上記歪み補正フ
ィルタ８は、この歪を補正するためのフィルタであり、
本実施例においては、デジタルフィルタとして構成され
るが、簡易的にアナログ素子により構成することもでき
る。この歪み補正フィルタによって、直接結合抑圧処理
により発話音声成分に生じた歪を補正することにより、
通話品質を向上させることができる。

【００４２】請求項４に記載した本発明によるハンズフ
リー通話装置の一構成例を図７に示す。このハンズフリ
ー通話装置は、匡体３に取り付けられたスピーカ３０及
び３個以上のマイクロフォン３１ａ〜３１ｎと、受話信
号を増幅してスピーカ３０へ出力する増幅手段２０と、
マイクロフォン３１ａ〜３１ｎの出力する送話信号をそ
れぞれ増幅する送話信号増幅手段２１ａ〜２１ｎと、演
算処理手段５２０により構成される直接結合抑圧処理部
５２と、音声スイッチ１とにより構成される。

【００４３】上記の各マイクロフォン３１ａ〜３１ｎ
は、スピーカ３０の中心からの距離が異なるように配置
され、それぞれの出力信号は、送話信号増幅手段２１ａ
〜２１ｎにより増幅されて、演算処理手段５２０で加算
され、音声スイッチ１へ入力される。スピーカ３０から
各マイクロフォン３１ａ〜３１ｎまでの距離が異なるた
め、各マイクロフォン３１ａ〜３１ｎにより収音される
音波の直接結合成分の位相は、各マイクロフォンによっ
て異なる。一方、通話者からマイクロフォン３１ａ〜３
１ｎまでの距離は、スピーカ３０からマイクロフォン３
１ａ〜３１ｎまでの距離に比べ十分に長いため、各マイ
クロフォン３１ａ〜３１ｎの出力する送話信号に含まれ
る通話者の発する音声の位相は等しくなる。

【００４４】このため、各送話信号増幅手段２１ａ〜２
１ｎの出力信号を演算処理手段５２０により加算する
と、その直接結合成分のみが互いに相殺されて減衰され
る一方、通話者の音声成分は増幅される。このようにし
て、直接結合抑圧処理部５２により直接結合成分を抑圧
することができるため、音響結合処理部１は、主として
間接結合成分を抑圧することになる。

【００４５】なお、上記の各マイクロフォン３１ａ〜３
１ｎをスピーカ３０の振動面の半径方向に一列に配置す
ることにより、収音特性に指向性をもたせることもでき
る。請求項６に記載した本発明によるハンズフリー通話
装置の一構成例を図８に示す。このハンズフリー通話装
置は、図１に示した直接結合処理部５０の演算処理手段
５０３の出力に、フィルタ７が設けられ、上記フィルタ
７の出力信号がＤ／Ａ変換器５０４を介して音声スイッ
チ１へ入力される。

【００４６】上記フィルタ７は、演算処理手段５０３か
ら出力された送話信号の、送信すべき帯域として予め定
められた、所定の周波数成分のみを選択的に通過させる
デジタル・フィルタであり、上記所定の通過帯域は、人
間の音声帯域、スピーカの特性、通話帯域等を考慮して
決定される。上記フィルタ７により必要な周波数成分以
外の成分が除去されるため、マイクロフォンにより収音
される上記周波数帯域以外の雑音等の影響により、音声
スイッチ１が誤動作するのを防止でき、通話品質を向上
させることができる。

【００４７】請求項５及び７に記載した本発明によるハ
ンズフリー通話装置の一構成例を図９に示す。このハン
ズフリー通話装置は、図１に示したハンズフリー通話装
置の送話信号増幅手段２１ａ、２１ｂの出力にそれぞれ
フィルタ７ａ、７ｂを設け、フィルタ７ａ、７ｂの出力
信号を直接結合抑圧処理部５２の入力となるように構成
される。

【００４８】また、音声スイッチ１’は、送話信号と所
定係数との乗算を行う第一の乗算処理手段１１と、受話
信号と所定係数との乗算を行う第二の乗算処理手段１２
と、上記送話信号と上記受話信号の信号レベルに基づい
て、上記乗算処理手段１１、１２において乗算される上
記の各係数を出力するレベル判定部１０と、送話信号を
アナログ信号へ変換するＤ／Ａ変換器１３と、受話信号
をデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換器１４と、受話信
号をアナログ信号へ変換するＤ／Ａ変換器１５とにより
デジタル信号処理手段として構成される。

【００４９】上記フィルタ７ａ、７ｂは、上記フィルタ
７と同様、送話信号の、送信すべき帯域として予め定め
られた、所定の周波数成分のみを選択的に通過させるフ
ィルタであり、アナログ・フィルタとして構成される。
従って、上記フィルタ７と同様、マイクロフォンにより
収音される上記周波数帯域以外の雑音等の影響により、
音声スイッチ１が誤動作するのを防止でき、通話品質を
向上させることができる。

【００５０】また、通常、Ａ／Ｄ変換の前処理として、
エリアシングを防止するためのローパスフィルタが必要
となるが、上記フィルタ７ａ、７ｂの出力信号が、Ａ／
Ｄ変換器５００、５０１のサンプリング周波数ｆｓの半
分、即ち、ｆｓ／２以上の周波数成分を含まなければ、
ローパスフィルタが不要となる。この様子を図１０
（ａ）〜（ｅ）に示す。図１０（ａ）は、マイクロフォ
ン３１ａ、３１ｂの出力信号の周波数スペクトルの一例
であり、図１０（ｂ）は、ローパスフィルタの周波数特
性を示し、図１０（ｄ）は、フィルタ７ａ、７ｂの周波
数特性の一例を示す図である。

【００５１】この場合の上記ローパスフィルタの出力信
号を図１０（ｃ）に示し、フィルタ７ａ、７ｂの出力信
号を図１０（ｅ）に示す。図１０（ｅ）の周波数スペク
トルに示すように、フィルタ７ａ、７ｂの出力信号が、
ｆｓ／２以下の成分のみならば、フィルタ７ａ、７ｂは
エリアシング防止の機能を兼ね備えて、ローパスフィル
タが不要となる。

【００５２】次に、音声スイッチ１’は、レベル判別部
１０が受話信号と送話信号の信号レベルを監視し、受話
信号のレベルが送話信号に比べて高い場合は、送話信号
の乗算係数を減少させ、或は、受話信号の乗算係数を増
加させ、送話信号のレベルが受話信号に比べ高い場合
は、受話信号の乗算係数を減少させ、或は、送話信号の
乗算係数を増加させる。即ち、デジタル信号処理によ
り、アナログの音声スイッチと同様の動作を行うことが
できる。

【００５３】従って、直接結合抑圧処理部５２と音声ス
イッチ１’がともに、デジタル信号処理装置、即ち、Ｄ
ＳＰにより実現することができ、アナログの音声スイッ
チを使用する場合に比べ、部品点数を減少させることが
でき、ハウリングを抑圧できるハンズフリー通話装置を
安価に提供することができる。本発明の効果を確認する
ための実験及びその結果について、以下に説明する。従
来のエコーキャンセラ方式を使用した場合の直接結合抑
圧特性を図１１に示し、本発明による方式を使用した場
合の直接結合抑圧特性を図１２に示す。また、図１１の
測定に使用した装置の構成を図１３に示し、図１２の測
定に使用した装置の構成を図１４に示す。

【００５４】図１３に示した従来の装置は、適応フィル
タ、減算手段、Ａ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器により構
成されるエコーキャンセラであり、減算手段の出力信号
に含まれる音響結合成分が最小となるようにフィルタの
係数が適応更新された。一方、図１４に示した本発明に
よる装置は、図１に示した装置と同様に構成され、既に
説明したように、減算手段の出力信号に含まれる直接結
合成分が最小となるようにフィルタの係数が適応更新さ
れた。

【００５５】このようにして、適応更新された両装置を
無音響室内で受話信号として白色雑音発振器の出力信号
をＡ／Ｄ変換器１３へ供給し、その時にＤ／Ａ変換器１
４から出力される送話信号をＦＦＴアナライザにより観
測した。図１１及び図１２は、各装置の上記適応フィル
タを、タップ数が１６タップ、３２タップ、６４タップ
のフィルタとしてそれぞれ構成し、係数の適応更新を行
って係数が収束した後に、出力される送話信号に含まれ
る直接結合成分の周波数特性を示している。なお、サン
プリング周波数は８ｋＨｚ、エリアシング防止用ローパ
スフィルタのカットオフ周波数は３ｋＨｚとした。

【００５６】これらの測定結果により理解される通り、
同程度の直接結合の抑圧効果を得るために必要とされる
フィルタの次数は、本発明による方式が、従来の方式の
１／４以下にまで低減されていることが示された。

【００５７】

【発明の効果】請求項１に記載した本発明によるハンズ
フリー通話装置は、音響結合抑圧処理部のフィルタが、
スピーカから２つのマイクロフォンへの音響結合系のイ
ンパルス応答の差分を同定すればよいため、音響結合系
全体のインパルス応答を同定する従来のエコーキャンセ
ラ方式の通話装置に比べ、フィルタの次数を大幅に低減
することができる。即ち、ハウリング抑圧のための信号
処理ハードウエアに求められる演算処理速度の性能が、
従来のエコーキャンセラ方式に比べ大幅に緩和される。

【００５８】また、音響結合成分の大部分を占める直接
結合成分を直接結合抑圧処理部により十分に除去するこ
とができるため、周囲の環境等の変化により間接結合成
分が変動した場合であっても、安定した処理を行うこと
ができる。従って、通話時に切断感を感じたり、受話ブ
ロッキングを生じることもなく、双方向同時通話が可能
なハンズフリー通話装置を安価に提供することができ
る。

【００５９】請求項２に記載した本発明によるハンズフ
リー通話装置は、発振の可能性を判定する機能を有し、
系が発振する直前の状態の場合には、音声スイッチにお
ける挿入損失量を大きな値に変更することにより、発振
を未然に防止することができる。特に、急激に音響間接
結合系が変化して、間接結合成分が増大したような場合
であっても、発振を防止することができ、安定した動作
を行うことができるため、安定的かつ効果的にハウリン
グを抑圧できるハンズフリー通話装置を提供することが
できる。

【００６０】請求項３に記載した本発明によるハンズフ
リー通話装置は、歪み補正手段を設けることにより、直
接結合抑圧処理によって生じた発話音声の歪を補正する
ことができ、通話品質を向上することができる。請求項
４に記載した本発明によるハンズフリー通話装置は、ス
ピーカからの距離の異なる３個以上のマイクロフォンの
出力信号の加算により、抑圧処理を行うことができるた
め、簡単な構成によりハウリングを抑圧することができ
る。即ち、ハウリングを抑圧できるハンズフリー通話装
置を安価に提供することができる。

【００６１】請求項５に記載した本発明によるハンズフ
リー通話装置は、音声スイッチがデジタル信号処理によ
り実現されることにより、直接結合抑圧処理部と音声ス
イッチがともに、デジタル信号処理装置、いわゆるＤＳ
Ｐにより実現することができ、アナログの音声スイッチ
を使用する場合に比べ、部品点数を減少させることがで
き、ハウリングを抑圧できるハンズフリー通話装置を安
価に提供することができる。

【００６２】請求項６に記載した本発明によるハンズフ
リー通話装置は、所定の帯域のみを通過させるアナログ
・フィルタを設けることにより、音声スイッチが抑圧す
べき音響結合成分の帯域を限定することができるため、
通話時の切断感や受話ブロッキングの発生を低減するこ
とができる。また、通話帯域以外の周囲雑音をカットす
ることができ、Ｓ／Ｎ比が改善されて、通話品質を向上
させることができる。

【００６３】請求項７に記載した本発明によるハンズフ
リー通話装置は、上記と同様の効果を有するとともに、
Ａ／Ｄ変換器の前段に設けられているため、エリアシン
グを防止するためのエリアシング防止フィルタとしての
機能させることができ、通常、エリアシング防止フィル
タとして用いられるローパスフィルタを削減できるため
より効果的に音響結合成分を抑圧するとともに、通話品
質を向上させたハンズフリー通話装置を安価に提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載した本発明によるハンズフリー
通話装置の一構成例を示す図である。

【図２】直接結合抑圧処理部のフィルタの係数を同定す
るための一構成例を示す図である。

【図３】フィルタのインパルス応答の一例を示す図であ
る。

【図４】図３の説明のためのハンズフリー通話装置の概
略を示すブロック図である。

【図５】請求項２に記載した本発明によるハンズフリー
通話装置の一構成例を示す図である。

【図６】請求項３に記載した本発明によるハンズフリー
通話装置の一構成例を示す図である。

【図７】請求項４に記載した本発明によるハンズフリー
通話装置の一構成例を示す図である。

【図８】請求項６に記載した本発明によるハンズフリー
通話装置の一構成例を示す図である。

【図９】請求項５及び７に記載した本発明によるハンズ
フリー通話装置の一構成例を示す図である。

【図１０】送話信号の周波数スペクトル及びフィルタの
周波数特性の一例を示す図である。

【図１１】従来の方式を使用した場合の観測結果を示す
図である。

【図１２】本発明による方式を使用した場合の観測結果
を示す図である。

【図１３】図１１の観測に使用した装置の構成を示す図
である。

【図１４】図１２の観測に使用した装置の構成を示す図
である。

【図１５】音声スイッチの一構成例を示すブロック図で
ある。

【図１６】音声スイッチの特性を示す図である。

【符号の説明】

１、１’ ・・・音声スイッチ ５０、５０’５１、５２・・・直接結合抑圧処理部 ５０２、７、７ａ、７ｂ・・・フィルタ ５１０ ・・・適応フィルタ ３ ・・・匡体 ３０ ・・・スピーカ ３１ａ、３１ｂ ・・・マイクロフォン ２０ ・・・受話信号増幅手段 ２１ａ、２１ｂ ・・・送話信号増幅手段 ５０３、５１１ ・・・演算処理手段 ５１３ ・・・発振判定手段 ８ ・・・歪み補正手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田蔵 香子 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電工 株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】受話信号を音声へ変換して出力するスピー
   カと、送話音声を電気信号へ変換して出力するマイクロ
   フォンが同一匡体内に取り付けられ、スピーカからマイ
   クロフォンへ至る音響結合に起因するハウリングを抑圧
   する音声スイッチを備えた通話装置において、 上記マイクロフォンが、スピーカに近い位置に配置され
   た第一のマイクロフォンとスピーカから遠い位置に配置
   された第二のマイクロフォンで構成され、 第一のマイクロフォンの出力信号を増幅する第一の送話
   信号増幅手段と、 第二のマイクロフォンの出力信号を増幅する第二の送話
   信号増幅手段と、 上記スピーカへの入力信号を増幅する受話信号増幅手段
   とを備え、 送話信号に含まれ、スピーカを介してマイクロフォンへ
   直接的に回り込む音声成分を抑圧する直接結合抑圧処理
   部を上記音声スイッチの前段に設け、 上記直接結合抑圧処理部が、上記第一の送話信号増幅手
   段の出力信号と予め同定されたスピーカから直接的に各
   マイクロフォンへ至る音響直接伝搬系の伝達関数の比を
   表す伝達関数とを畳み込み演算するフィルタと、 上記フィルタの出力信号と上記第二の送話信号増幅手段
   の出力信号との差分を求める演算処理手段とにより構成
   されることを特徴とするハンズフリー通話装置。
2. 【請求項２】上記直接結合抑圧処理部に、 上記マイクロフォンの出力の比の特性を同定し、上記第
   一の送話信号増幅手段の出力信号と上記同定された伝達
   関数とを畳み込み演算を行う適応フィルタと、 上記適応フィルタの出力信号と第二の送話信号増幅手段
   の出力信号との差分を求める演算処理手段と、 上記演算処理手段の出力信号と上記受話信号増幅器の入
   力信号とに基づいて、発振の可能性を判定する発振判定
   手段とを設け、 上記音声スイッチが、上記発振判定手段の出力する判定
   結果に基づいて、その減衰量を変化させる音声スイッチ
   として構成されることを特徴とする請求項１に記載のハ
   ンズフリー通話装置。
3. 【請求項３】上記直接結合抑圧処理部の出力に、送話信
   号に生じる歪みを補正するための歪み補正手段を設けた
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のハンズフリー
   通話装置。
4. 【請求項４】受話信号を音声へ変換して出力するスピー
   カと、送話音声を電気信号へ変換して出力するマイクロ
   フォンが同一匡体内に取り付けられ、スピーカからマイ
   クロフォンへ至る音響結合に起因するハウリングを抑圧
   する音声スイッチを備えた通話装置において、 上記マイクロフォンが、スピーカからの距離が異なるよ
   うに配置された３個以上のマイクロフォンにより構成さ
   れ、 上記の各マイクロフォンに対応して設けられ、各マイク
   ロフォンからの出力信号をそれぞれ増幅する３個以上の
   送話信号増幅手段と、 上記スピーカへの入力信号を増幅する受話信号増幅手段
   とを備え、 送話信号に含まれ、スピーカを介してマイクロフォンへ
   直接的に回り込む音声成分を抑圧する直接結合抑圧処理
   部を上記音声スイッチの前段に設け、 上記直接結合抑圧処理部が、上記送話信号増幅手段の出
   力信号の総和を求める演算処理手段により構成されるこ
   とを特徴とするハンズフリー通話装置。
5. 【請求項５】上記音響結合抑圧処理部の上記音声スイッ
   チが、 受話信号と所定係数との乗算を行う第一の乗算処理手段
   と、 送話信号と所定係数との乗算を行う第二の乗算処理手段
   と、 上記受話信号と上記送話信号の信号レベルに基づいて、
   上記乗算処理手段において乗算される各係数を出力する
   レベル判定部とを備えたデジタル信号処理手段により構
   成される請求項１から４に記載のハンズフリー通話装
   置。
6. 【請求項６】上記直接結合抑圧処理部の出力に、出力さ
   れた送話信号の、送信すべき帯域として予め定められ
   た、所定の周波数成分のみを選択的に通過させるフィル
   タを設けたことを特徴とする請求項１から５に記載のハ
   ンズフリー通話装置。
7. 【請求項７】上記送話信号増幅手段の出力に、出力され
   た送話信号の、送信すべき帯域として予め定められた、
   所定の周波数成分のみを選択的に通過させるフィルタを
   それぞれ設けたことを特徴とする請求項１から５に記載
   のハンズフリー通話装置。