JP2000174854A - デジタル式送受話器 - Google Patents

デジタル式送受話器

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JP2000174854A JP10347268A JP34726898A JP2000174854A JP 2000174854 A JP2000174854 A JP 2000174854A JP 10347268 A JP10347268 A JP 10347268A JP 34726898 A JP34726898 A JP 34726898A JP 2000174854 A JP2000174854 A JP 2000174854A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 音声とデジタル通信システムを直接結合する
ことを可能にする。 【解決手段】 通信路において用いられているデジタル
信号を形成している各ビットに対応した電気音響変換素
子群であるコンデンサスピーカ261,262,……,2
nによって、デジタル信号のパルスの桁位置に対応し
た大きさの音響パルスを発生させ、これをキャビティ2
4内において合成するための電気音響的D/A変換器を
構成する。さらに、この電気音響的D/A変換器を1つ
の構成要素として、一般的な電気回路によるA/D変換
器と同様な電気的付属装置を付設して電気音響的A/D
変換器を構成することにより、アナログ音声信号とデジ
タル電気信号との変換機能を有する送受話器を構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アナログ音響信号
を扱う一般の情報通信機器,電気音響機器,計測機器お
よびシステムにおける入出力に係り、特にデジタル信号
を扱う機器あるいはシステムなどに接続されて音声通信
に利用されるデジタル式送受話器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、デジタル信号を扱う通信システム
を用いて音声などによる通信を行う場合、送信側ではマ
イクロホンとA/D(アナログ/デジタル)変換器によ
ってアナログ音声信号をデジタル信号に変換して通信シ
ステムに結合し、受信側では受信したデジタル信号をD
/A(デジタル/アナログ)変換器によってアナログ信
号に変換して、スピーカ,イヤホンなどのアナログ式変
換器を駆動することにより音声信号を再生する。
【0003】図4は従来のデジタル信号を扱う通信シス
テムの概略構成を示すブロック図であり、送信側におい
て、11はアナログ式マイクロホン、12はA/D変換
器であって、13はデジタル通信路、また受信側におい
て、14はD/A変換器、15はアナログ式スピーカあ
るいはイヤホンである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の通信
システムでは、A/D変換器,D/A変換器、およびこ
れらに付設される電源など、多くの部品を必要とするだ
けでなく、アナログ信号における雑音,漏話,混信,盗
聴などの不具合の発生が問題になっていた。
【0005】本発明は、前記のようなアナログ信号に付
随する多くの問題を解消し、音声とデジタル通信システ
ムとを直接結合することを可能にするデジタル式送受話
器を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のデジタル式送受話器では、通信路において
用いられているデジタル信号を形成している各ビットに
対応した電気音響変換素子群によって、デジタル信号の
パルスの桁位置に対応した大きさの音響パルスを発生さ
せ、これを音場(キャビティ)内において合成する。こ
れによって電気音響的D/A変換器を構成する。そし
て、一般的な電気回路によるA/D変換器と同様に、前
記電気音響的D/A変換器を1つの構成要素として、他
に電気音響的減算器,コンパレータ,積算器,サンプリ
ング回路,直列並列変換器、およびこれらの付属装置に
よって電気音響的A/D変換器を構成する。これらによ
って、アナログ音声信号とデジタル電気信号との変換機
能を有する送受話器が構成される。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【0008】図1は本発明の第1実施形態を説明するた
めのデジタル式送受話器における電気音響変換部を断面
し、電子回路部およびデジタル入出力部の構成をブロッ
ク図として示したものであり、電気音響変換部におい
て、21は送受話器を使用者の耳殻部に当接するための
イヤーパッド、22はアナログ音響を耳殻に伝達するた
めの音孔、23はキャビティ24内にデジタル電気信号
から変換形成されたアナログ音響信号のうち必要な基本
波のみを出力するための細孔、24はアナログ音響信号
を生成すると共に送信すべき音声信号を混合するための
キャビティ、25は前記送信すべき音声信号を導入する
ための導音パイプ、261,262,……,26nは同一
のものであって、複数のコンデンサスピーカ(発音体ユ
ニット。以下、ユニットAという)、27は1つのコン
デンサマイクロホン(受音用センサユニット。以下、ユ
ニットBという)である。
【0009】さらに電子回路部およびデジタル入出力部
において、28はデジタル信号の直列並列変換器、29
は加算器、30は出力サンプリング回路、31は演算回
路、32はシグマ−デルタ変換器、33は入力サンプリ
ング回路、34はレベル調整器、35はデジタル出力端
子、36はデジタル入力端子、37はゲート回路群、3
8は電極駆動電源である。
【0010】前記構成のデジタル式送受話器の動作を説
明する。
【0011】電気音響変換部におけるユニットAのコン
デンサスピーカと、ユニットBのコンデンサマイクロホ
ンはそれぞれ公知のものであって、コンデンサマイクロ
ホンは、その出力電圧が、振動膜面上の音圧による振動
膜の変位と、エレクトレット表面電位(または正極電
圧)に比例することが知られている。また、コンデンサ
スピーカは、その出力音圧が、静電的に振動膜に加えら
れる駆動力に比例し、その駆動力の大きさはエレクトレ
ット表面電位(または正極電位)と外部から与えられる
信号電圧の積と、振動膜に対向する駆動用電極の面積の
大きさによって決定される。
【0012】そこで、ユニットAをデジタル信号のデー
タを構成する桁数にグループ分けし、デジタル信号の各
ビットの桁位置に対応して、(数1)に示す割合でグル
ープのユニットAの個数を定める。
【0013】
【数1】20:21:22:23:24:……… = 1:
2:4:8:16:……… 前記ビットが存在する場合に一定電圧の電極駆動電源3
8と、そのユニットグループとの接続を「接」として駆
動力を与える。これにより、デジタル信号の数値に従っ
た大きさの音圧パルスをキャビティ24内に放射させ
る。そのキャビティ24内での全体の音圧の大きさは、
(数2)に示すようになる。
【0014】
【数2】b0・20+b1・21+b2・22+……… ただし、b0,b1,b2,………は、0または+1また
は−1の符号である。
【0015】すなわち、ユニットA群を介して電気−音
響変換と、デジタル−アナログ変換を同時に行うもので
ある。この際、印加するデジタル電気信号は、すべての
桁位置に対して電圧が一定であり、かつ十分に高いクロ
ック周波数を有するものとすると、駆動力の周波数特性
は平坦とみなすことができる。また個々の桁位置に対す
る供給電圧とグループ内のユニットAの個数との積を前
記割合により設定しても同様な動作が行われる。
【0016】なお、このキャビティ24の大きさが対象
とする周波数範囲内において波長よりも十分小さいた
め、その内部での音圧はすべての場所において均一であ
るとみなせる。
【0017】以上において、デジタル信号による電気−
音響変換について説明したが、このようにして放射され
た音響信号は導音パイプ25によって外部から導入され
る送信音声信号と、キャビティ24内において混合さ
れ、ユニットAと同一空間内に配置されているユニット
Bの検出用電極によって検出されると共に、受信信号音
声として耳殻に伝達される。
【0018】検出された音響信号は、レベル調整器34
においてレベルが調整された後、入力サンプリング回路
33によって時間軸上のサンプリングを行った後に、シ
グマ−デルタ変調器32において、そのサンプル値を1
つ前のものと比較して、その差が予め設定されているス
レショルドレベル以上に増加している場合に+1なる出
力パルスを発生し、また減少している場合には−1なる
出力パルスを発生し、さらに差がスレショルドレベル以
内であれば出力パルスを発生しない。すなわち、デルタ
変調処理を行う。
【0019】このようにして得られた+1,−1または
0なる出力を2進数とみなして演算回路31に供給す
る。演算回路31は、供給された値を累積加減算し、常
に新しいデジタル値を作成する。
【0020】ここで受信信号として外部から供給される
デジタル電気信号がない場合、ユニットBにおいて検出
され、かつ各部において処理された後に演算回路31に
与えられるものは、導音パイプ25によってユニットB
の振動膜面上に与えられる音圧による加振力によるもの
のみである。この場合、外部からキャビティ24内に導
入される送信音声によって与えられるユニットBの振動
膜面上の音圧と、演算回路31から加算器29,直列並
列変換器28およびゲート回路群37を経由してユニッ
トA群から放射される合成音圧が、誤差の範囲内でバラ
ンスしていて、キャビティ24内部の音が打ち消された
状態となる。
【0021】前記誤差は、演算回路31においてユニッ
トBの出力が小となるように常に加減算が行われている
ため、デジタル信号の最下位ビットの範囲内である。す
なわち、このときの演算回路31の出力は、送信すべき
音声信号をデジタル化したものに他ならない、この場
合、演算回路31の動作は、デジタル変調の特性上、通
常のデジタル信号のビット長倍の高速のクロックにより
動作しているため、出力サンプリング回路30によって
通常のクロック速度に変換される。
【0022】また、通信路から到来するデジタル受信信
号は、デジタル入力端子36から供給され、加算器29
において演算回路31の出力に加算すれば、これはアナ
ログ信号音として再生伝達され、通信の目的が達成され
る。
【0023】図2は本発明の第2実施形態を説明するた
めの電気音響変換部内におけるユニットAの構成を示す
説明図であり、41は振動膜であり、FEP(フロロ
エチレン プロピレン)樹脂などの絶縁材からなる絶縁
膜であり、その片側面(本例では上面)に金属導体が蒸着
されている。なお、蒸着前にはコロナシャワーなどによ
り着電されてエレクトレットになっている。42は複数
個の通孔42aが形成されている薄板からなる絶縁スペ
ーサ、43は絶縁スペーサ42の通孔42aに対応して
複数個の導電面43aが絶縁物上に形成された電極群で
あって、前記振動膜41と絶縁スペーサ42と電極群4
3とを重ね合わせることにより前記ユニットAに相当す
るものが構成される。
【0024】図3は前記実施形態の送受話器を実際に使
用して通信システムを構成した例を示す説明図であり、
51は前記実施形態の構成のデジタル式送受話器、52
はスクランプラ、53はモデム、54は有線あるいは無
線の送受信機である。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のデジタル
式送受話器によれば、アナログ音声信号とデジタル電気
信号との変換機能を有する送受話器が構成され、通信シ
ステムは完全にデジタル化され、そのためスクランブル
は略無限の秘話機能を確保することができると共に、受
話器としての機能も得られるという実際的な効果が大な
るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を説明するためのデジタ
ル式送受話器における電気音響変換部を断面し、電子回
路部およびデジタル入出力部の構成をブロック図として
示した図
【図2】本発明の第2実施形態を説明するための電気音
響変換部内におけるユニットAの構成を示す説明図
【図3】本実施形態の送受話器を実際に使用して通信シ
ステムを構成した例を示す説明図
【図4】従来のデジタル信号を扱う通信システムの概略
構成を示すブロック図
【符号の説明】
21 イヤーパッド 22 音孔 23 細孔 24 キャビティ 25 導音パイプ 261,262,……,26n コンデンサスピーカ 27 コンデンサマイクロホン 28 直列並列変換器 29 加算器 30 出力サンプリング回路 31 演算回路 32 シグマ−デルタ変換器 33 入力サンプリング回路 34 レベル調整器 35 デジタル出力端子 36 デジタル入力端子 37 ゲート回路群 38 電極駆動電源 41 振動膜 42 絶縁スペーサ 42a 絶縁スペーサの通孔 43 電極群 43a 導電面 51 デジタル式送受話器 52 スクランプラ 53 モデム 54 有線あるいは無線の送受信機

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性振動膜とこの導電性振動膜に対向
    して設置された静電駆動用電極よりなる複数の発音体ユ
    ニットと、前記導電性振動膜に対向して設置され、かつ
    プリアンプが設けられた振動検出用電極よりなる受音用
    センサユニットとを設置し、 前記発音体ユニットを複数個のグループとしてまとめ
    て、そのグループ内で駆動用電極を並列に接続し、グル
    ープの個数をデジタル信号の各ビット桁位置に対応する
    2の整数乗の数となるように配分し、その配分された個
    々のグループの駆動用電極の端子と電極駆動用電源との
    間を接/断する電極駆動回路を備え、 さらに、前記受音用センサユニットの振動検出用電極を
    1つの端子に接続し、この端子から得られる振動膜の振
    動変位信号に対するレベル変換用プリアンプを備えて、 前記レベル変換用プリアンプからの出力信号を一定のク
    ロック周波数によって標本化して入力サンプリング信号
    を得て、そのレベルを1つ前のサンプリング信号と比較
    して、比較結果が予め設定されているスレショルドを超
    えて増えている場合に+1、また減じている場合に−
    1、またスレショルド以下の場合には0なる符号パルス
    を出力する処理を施し、前記符号+1,−1,0を2進
    数値とみなして累積加算し、その結果である2進数を外
    部との接続のインターフェースに整合するクロックによ
    ってデータサンプリングして出力サンプリング信号と
    し、 さらに、前記出力サンプリング信号をデジタル出力信号
    とするために所定のフォーマットとする変換回路と、 前記デジタル出力信号と外部からの入力デジタル信号と
    を混合して、電極駆動信号として前記電極駆動回路に供
    給するための加算器および直列並列変換回路を備えて、 前記入力サンプリング信号から累積加算まで間に対する
    クロック信号を前記出力サンプリング信号以降のクロッ
    ク信号に対して2倍以上の周波数とし、 キャビティに外部のアナログ音を導入混合し、かつキャ
    ビティ内の音圧を受聴するための音響端子を設けて、ア
    ナログ信号である音響信号とデジタル電気信号とを直接
    授受することを可能にしたことを特徴とするデジタル式
    送受話器。
  2. 【請求項2】 前記グループ内の発音体ユニットの個数
    と、個々のグループに専用に供給される電極駆動用電源
    の電圧との積がデジタル信号のビット桁位置に対応して
    2の整数乗としたことを特徴とする請求項1記載のデジ
    タル式送受話器。
  3. 【請求項3】 前記発音体ユニットが、1枚の振動膜
    と、この膜面における振動可能な領域を複数個に分割す
    るスペースと、分割された振動可能領域に対応して平行
    に設置された駆動電極とからなることを特徴とする請求
    項1または2記載のデジタル式送受話器。
  4. 【請求項4】 前記発音体ユニットの駆動用電極、およ
    び前記受音用センサユニットの振動検出用電極における
    振動膜に対向する面の一部あるいは全表面にエレクトレ
    ット膜を設けたことを特徴とする請求項1,2または3
    記載のデジタル式送受話器。
  5. 【請求項5】 前記振動膜を樹脂によって形成し、その
    振動膜の一面に導電物付着させてエレクトレット膜を設
    けたことを特徴とする請求項1,2または3記載のデジ
    タル式送受話器。
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