JP2004504785A - Audio headset - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ヘッドセットは2つのイヤピースを有する。ひとつのイヤピースはマイクロホンの役割を果たし、もう一方のイヤピースはイヤホンの役割を果たす。前記マイクロホン用イヤピースは、周囲の雑音や骨伝導による振動から隔絶された状態で、外耳道内の気柱からの音声を電気的な信号に変換する。本発明の他の実施形態は、フィードバックの問題に対処し、既存の全二重式通信装置に対して性能を向上させる。本発明のさらに他の実施形態では、ヘッドセットは前記2つのイヤピースから前方方向に延出する両端部を含むバンドを有している。そのバンドは前方方向に延出した後下方または後方のいずれかの方向に延出する。
【選択図】図26The headset has two earpieces. One earpiece plays the role of microphone and the other earpiece plays the role of earphone. The microphone earpiece converts sound from the air column in the ear canal into an electrical signal while being isolated from surrounding noise and vibration due to bone conduction. Other embodiments of the present invention address the problem of feedback and improve performance over existing full-duplex communication devices. In yet another embodiment of the present invention, the headset has a band including both ends extending forward from the two earpieces. The band extends in a forward direction and then extends in a downward or rearward direction.
[Selection] Fig. 26
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各耳に対して別々の機能のトランスデューサを利用することにより、全二重通信方式モードの通信において、話すことと聴くことを同時に行うためのヘッドセットに関する。そのような装置は、騒々しいオフィス、走行中の自動車およびトラックの中、工場、交通量の多い場所、通勤列車やバスや大音量の音楽の中等の、雑音の大きい環境で特に有効である。
【0002】
【従来の技術】
雑音の大きい環境で、電話機の送受話器、特に手持ち式の無線式電話用の送受話器(handsets)を使用することは困難である。周囲の雑音の影響を少なくするために、多くの人は手持ち式の携帯電話を片方の耳にあてて、もう一方の手の人差し指や手のひらで反対の耳に栓をしたり覆ったりする。このような場面は、雑音の大きい環境で携帯電話を用いて話をしたり聴いたりする際の必要ではあるが不快な方法を鮮明に描き出している。携帯電話の急成長と、雑音の大きい環境でこれらの電話が広く使用されるようになったことで、雑音による障害の不都合を大幅に低減することができる新しい形態のヘッドセットが要求されている。
【0003】
音声認識システム(VRS)は、人間の音声信号を検出して解読する。このVRSを、ワード処理システム(word processing system)と一緒に使用することにより、オペレータはキーボードを使用することなく口頭で単語や命令を入力することができる。VRSは、音声信号を、ワード処理システムの文書に入力されるか、あるいはワード処理操作の制御のために使用されるデジタルワードに変換する。他の用途では、VRSは電話メニューシステム(telephone menu system)と組み合わせて使用される。ユーザは、電話のキーを押す代わりに、口頭でデータや命令や電話メニューからの選択を入力する。
【0004】
前記VRSが音声信号を正しい単語や文章に変換する際の精度は、人間であるオペレータから受信した音声信号の質によって変わる。例えば、ほとんどのVRSシステムは、ブームに取り付けられてオペレータの口の前方に位置するマイクロホンを有している。そのマイクロホンは、オペレータの音声も拾うが、不要な周囲の雑音も拾う。これらの不要な雑音は、オペレータがいる部屋内の一般的なオフィスの雑音や、呼吸に伴う雑音のようなオペレータから発せられる非言語的な音声を含んでいる可能性がある。これらの不要な雑音は、たびたび、VRSのオペレータから発せられる音声信号の誤訳を招く。
【0005】
ヘッドセット(headsets)の中には、双方向通信に使用されるものがあり、それらは、ユーザの口の前方に延出するマイクロホン用ブームを有している。マイクロホンは、ユーザの口から発せられた音声信号を拾うために、このブーム上に設置されている。このマイクロホンは、周囲の雑音も拾うので、このような電話用ヘッドセットを雑音の大きい環境で使用することは難しい。また、双方向ヘッドセットは、そのブームとスピーカ用イヤピースとを支持するために金属またはプラスチック製のバンドを使用している。このようなヘッドセットは、ユーザが動いている場合にはずれ易く、またオペレータの髪を乱したり、頭に装着するものの邪魔になったりする。また、このようなヘッドセットは、オペレータが帽子をかぶっていると、装着や取り外しが難しい。プラスチックや金属製のバンドを使用する代わりに、イヤピースから垂れ下がるワイヤを使用しているヘッドセットもある。しかしながら、このようなヘッドセットのイヤピースは、ユーザの耳から簡単に外れる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術に関連する以上の問題およびそれ以外の問題に対処するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のある実施形態は、ひとつはマイクロホンの役割を果たし、もうひとつはイヤホンの役割を果たす二つのイヤピースを有するヘッドセットを提供する。マイクロホン用イヤピースは、周囲の雑音および骨伝導による振動から隔絶された状態で、外耳道内の気柱からの音声を電気的な信号に変換する。前記イヤホンは、もう一方のイヤピース内で、オーディオ装置からの電気的な信号を音声出力に変換する。この構成のヘッドセットは、周囲の雑音を隔絶しつつ全二重通信(full duplex communication)を提供する。
【0008】
片方のイヤピースケースには、小型の圧電型のエレクトレットタイプのトランスデューサが取り付けられている。このトランスデューサは、ユーザが発する音声だけに電気的に応答するようになっている。この小型トランスデューサは、片方の耳の外耳道の気柱内の音声によって音響的に駆動されて、外部の雑音なしに電気的な送信信号(Tx)を生成する。また、低周波数の音声エネルギーの集中をもたらす骨伝導による音声(bone conduction voice sounds)を低減かつ隔絶するために、音声伝導隔絶用「カップ」がケース内で小型トランスデューサを取り囲むジャケットの役割を果たしている。この音声伝導隔絶カップは、トランスデューサによって生成されるTx信号の質が向上するように、耳道にトランスデューサを浮かせている。
【0009】
ある実施形態では、全く同一の第2のイヤピースケースに第2の小型トランスデューサが組み込まれている。この第2のトランスデューサは、入ってくる電気的なRx信号を受信して、ユーザのもう一方の耳の外耳道内で可聴音を生成する。複数のイヤホン用ワイヤは、直接プラグ接続するための標準の3.5mmプラグまたは標準の2.5mmプラグに終端接続された1本の3芯コードに接続されている。他の電気回路や改造は必要ない。携帯電話やコードレス電話や通常のコード式電話は、ヘッドセットのプラグを受け入れるための外付け対応のプラグイン用ジャックを有している。
【0010】
本発明の他の実施形態は、フィードバックの問題に対処し、既存の全二重通信装置に対して性能の向上を実現する。トランスデューサが、同時にイヤホンとマイクロホンの両方として動作するので、このトランスデューサの出力は、複合型の送受信信号から構成されている。この回路設計を最小限のフィードバックで動作させるために、ある特定の回路がこの複合信号を取り込んで、送信信号に対して受信信号を低減させる。また、この回路は、電話のハイブリッド(通信網)を通ってそこから供給されたTx信号を受信信号に対して低減させる。
【0011】
前記全二重通信方式のヘッドセットは、種々のオーディオアプリケーションに使用される。あるアプリケーションでは、片方のヘッドホンがスピーカとして使用される一方で、第2のヘッドホンはスピーカまたはマイクロホンのどちらかとして使用される。このヘッドホンは、ラジオ、CDプレーヤ、MDプレーヤ、MP3プレーヤ等の装置に取り付けられた場合は、ステレオサウンドを提供する。また、この装置が携帯電話のような双方向通信装置として動作している時は、それらのヘッドホンのうちのひとつがマイクロホンとして動作するように切り換わる。ユーザはそのヘッドセットを使用してハンズフリーの双方向通信を行う。その装置がオーディオプレーヤとして動作するように元の通りに切り換わると、マイクロホン用ヘッドホンはスピーカとして動作するように戻る。そして、ヘッドセットはステレオサウンドを供給するように戻る。その他のアプリケーションでは、前記全二重通信方式のヘッドセットは、音声認識システム(VRS)と組み合わせて使用され、人間の話す言葉をより正確にデジタル文字に変換する。
【0012】
さらに本発明の他の実施形態では、ヘッドセットはオペレータの両耳に装着するための2つのイヤピースを有している。また、その2つのイヤピースに接続している両端部を有するバンドが、2つのイヤピースから前方方向に延出している。そして、そのバンドは、顎の下へ向けて下方に延出するか、あるいは首の後ろへ向けて後方に延出する。
【0013】
本発明の上記およびその他の目的、特徴および利点は、添付の図面を参考に進められる本発明の好ましい実施形態の下記の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【0014】
【発明の実施形態】
図1は全二重通信方式のヘッドセットの概略図である。このヘッドセットは、イヤホン用イヤピース100と、マイクロホン用イヤピース102との2つのイヤピースを有している。各イヤピースは2つの電気端子を有しており、ひとつは共通のノード、すなわち「アース」ノードの役割を果たしている。一対のワイヤ104、106および108、110は、これらの端子に接続されており、最終的には1本のコードに接続されてコネクタプラグ114に終端接続している。アースノードに接続されたワイヤ104、108は、互いに接続されてプラグ114のスリーブ112に終端接続している。イヤホンの共通端子の反対側の端子に接続されたワイヤは、コネクタプラグ114の環状部116に接続されている。ヘッドセットのもう一方の側では、マイクロホン102のワイヤ110がプラグ114の先端部118に接続されている。
【0015】
前記イヤホン100は、電気信号を音声出力に変換するトランスデューサ120を有している。前記マイクロホン用イヤピース102は、音声入力を電気信号に変換するトランスデューサを有しており、ワイヤ108、110を介して電話通信装置に通じている。
【0016】
マイクロホンをオペレータの耳に設置することにより、マイクロホン中のトランスデューサは、ユーザの声帯からオペレータの頭を通過して外耳道へ出て行く音声信号を検出することができる。そのマイクロホンは耳道内に設置されるので、周囲の雑音はトランスデューサから除去される。
【0017】
図2は、前記マイクロホン用イヤピース内部の回路をより詳細に示した概略図である。この特定の実施形態におけるイヤピース内部の回路は、電界効果型トランジスタ206のゲートノード202とソースノード204との間に接続された圧電トランスデューサ200を有している。電界効果型トランジスタ206のドレインノード208は、イヤピース102から延出するワイヤ110に接続されている。電界効果型トランジスタ206のソースノード204は共通のアースノード用ワイヤ(108)に接続されている。
【0018】
前記ヘッドセットの着用者が話しをすると、結果として生じる外耳道内部の気柱中の音声により前記圧電トランスデューサ200が駆動する。前記電界効果型トランジスタ206は、その音声により生じた電気信号を、前記ワイヤ110を介して前記電話通信装置内のインターフェース回路へ転送する。このインターフェース回路は従来のものであり、ワイヤ110からの信号を受信する入力ポート212とVCC電源との間に接続された抵抗210を有していてもよい。また、この電話通信装置は、受信する電気信号を処理するために、増幅器214およびその他の従来のインターフェース回路を有していていてもよい。共通のアース線108は、圧電トランスデューサ200のひとつの端子に接続されている。電界効果トランジスタ206のソースは、電話通信装置の他のポート216を介して接地されている。
【0019】
図1に示されたヘッドセットの構成は、様々なヘッドセットに組み込むことができる。図3は、図1および図2に示された回路を組みこむことが可能なヘッドセットの構成の実現可能な一例を示している。図3に示されたヘッドセットは、携帯ラジオやテーププレーヤやCDプレーヤに一般的に使用されるヘッドセットに類似している。各イヤピース304、306の構造は、ほぼ同じである。特に、各イヤピースは使用面が平坦な円形状のディスク部300、302を有している。このイヤピースの使用面は、耳の内部に置かれた時に外耳道の方向に向くように設計されている。また、このイヤピースの使用面にはグリル(grill)308、310があり、それにより音声をマイクロホンへ伝えたり、イヤホントランスデューサから音声を受け取ったりすることが可能になる。
【0020】
イヤピースのネック部312、314は、前記ディスク部300、302から延出しており、ヘッドセットフレーム部316、318に繋がっている。このフレーム部316、318のスリーブ内には、金属製のヘッドバンド320が納まっており、それによりユーザはヘッドセッドのサイズを調整することができる。
【0021】
図4は、図3に示されたヘッドセットのイヤピース306をユーザの耳400の内部に置いた際の拡大図を示している。この詳細図は、左のイヤピース306が、イヤピースの使用面302が外耳道402の方向を向くように耳のくぼみに置かれている様子を示している。前記イヤピースのネック部314は耳の外側へ延出しており、イヤピース内部のトランスデューサからの2本のワイヤが通るコードのための導管の働きをする。
【0022】
図5は、図3および図4に示されたヘッドセット用に設計されたマイクロホン用イヤピースの分解組み立て図である。図5に示すように、イヤピースは、ネック部502と共に一体に形成されたプラスチック製のディスク状ケース500を有している。このケース500の開口501にはカバー504が嵌められており、該カバー504のグリル部506により、外耳道からの音声がケース500を通過し小型のマイクロホン508を駆動させることが可能となっている。
【0023】
前記マイクロホン508には、圧電トランスデューサ、特にエレクトレットトランスデューサが組み込まれている。そのマイクロホンは、防音装置の役割を果たすカップ510の内部に配置される。このカップ510は、エレクトレット(electret)の側面および裏面の周囲にしっかりと嵌っており、エレクトレットと前記イヤピースケース500の内壁の間の隙間を塞いでいる。
【0024】
前記カップ510は防音装置の役割を果たしており、骨伝導に起因する音がマイクロホン508に到達するのを防いでいる。この防音装置は骨伝導に起因する振動を絶縁する空気含量が多い材料で形成されるのが好ましい。この機能を果たす材料は多くあり、限定されないが、スタイロフォーム(「Styrofoam」商標)、プラスチック、木、パーライトなどが挙げられる。
【0025】
図6は、図1に示された回路を組みこむことが可能なヘッドセットの構成の他の例を示している。この特定の構成は、各イヤピース600、602が、着用者の外耳道402(図4)の内部に入りぴったりと嵌るニップル604、606を有しているため、雑音の大きい環境で特に有効である。ニップル604、606は、外耳道の形状にぴったりと合う柔らかく柔軟性のある材料で形成される傘状のシュラウド(shroud)608、610から構成されている。このシュラウド608、610の頂点は、空気がケース内のトランスデューサまで進むことを可能にする開口612、614を有している。ニップル604、606の軸616、618は、より硬いプラスチックで形成されており、ニップルの開口612、614に向かって周囲長が減少するほぼ円錐の形状である。
【0026】
図7は、図6に示されたイヤピースのニップルの断面図である。ニップルの軸618は、圧電マイクロホン702を収容しているイヤピースケース700にスナップ結合している。
【0027】
各イヤピースから出ているワイヤは、耳の疲労を緩和させるために、ケースを通りヘッドセット(図6)のフレーム部620、622内へ延出している。このようにワイヤをヘッドセットのフレームを通して上向きに配線することにより、そうしないでイヤピースの下部から延出させた場合にイヤピースに向いてしまう応力が低減される。この特定の構成は、耳の疲労を低減させるのに役立つが、イヤピースケースの側部または下部から配線が延びるようにイヤピースを構成することも可能である。
【0028】
なお、図4ないし図7に示されたヘッドセットの構成は、図1に示された全二重通信方式の回路の構成を組み込むことが可能な多くの実現可能な構成の内の数例だけを示している。これらの構成は着用者の頭に装着されるヘッドセットフレームを含んでいるが、他の様式によりユーザの頭に保持される一対のイヤピースによる全二重通信方式のヘッドセットを実現することも可能である。ひとつの可能な方法としては、各イヤピースケースに着用者の耳の周囲を囲むイヤクリップを取り付ける方法が挙げられる。他の可能な方法としては、ヘッドセットのフレームによる外的な支持の必要なしに耳道内にしっかりとはまる図6に示したようなイヤピースを使用する方法が挙げられる。
【0029】
上述したヘッドセットは、厄介なマイクロホン用の延長アームを使用する必要なしに、ハンズフリーの全二重通信を提供する。音声は実質的には耳道を介して供給されるため、マイクロホンを口の付近に位置させる必要はない。
【0030】
種々の好ましい使用の選択肢に合うように、種々の形状のトランスデューサのケースを使用することが可能である。雑音の少ない環境に対しては、耳道の外に突出したイヤピース装置を使用することが可能である。また、疲労を最小限にするために、軽量のイヤマイクロホンは、約5グラムすなわち0.18オンスの重さの小さい小型電動式トランスデューサを使用する。軽量の圧電トランスデューサは、さらに性能を向上させ重量も軽減する。警備員や聴覚障害者用に設計されたものは、軽量のヘッドバンド、イヤサポータ、特別な形状を持つトランスデューサケースにより、外耳道にぴったりと嵌るようになっている。
【0031】
図8は、図2に示されたマイクロホン用イヤピースの回路の変形例を示している。フィルタ回路698は、コンデンサ710と、インダクタ712とを有している。このフィルタ回路698は、電界効果型トランジスタ206のソース端子とドレイン端子との間に接続されている。コンデンサ710は、ノード208と、ノード216との間で直流(DC)阻止を行う。インダクタ712は、音声周波数が低いとインピーダンスが小さくなり、音声周波数が高いとインピーダンスが大きくなる。ある例では、インダクタ712は、電界効果型トランジスタ206の両端のインピーダンスが300ヘルツに比べて3000ヘルツでは約10倍になるように選択される。
【0032】
前記フィルタ回路698は、骨伝導に関連する低い周波数および低い音声周波数を減衰させる。したがって、フィルタ回路698は耳道に置かれている間、前記トランスデューサ200によって拾われる可能性のある不要な骨伝導成分および低周波数の音声成分の一部を除去する。子音は通常高い周波数成分を使って発音されるため、回路698は子音に対しても適切に音声検出を行う。ある実施形態では、インダクタは、環状の芯材から形成されており、この環状の芯材の周囲にはワイヤが巻きつけられている。
【0033】
送信回路713は、携帯電話、コードレス電話、電話の送受話器などで使用されている。この送信回路713は、抵抗器210およびコンデンサ714を有している。接続718は、前記プラグ114の先端118(図1)に接続されている。この接続718での送信信号の電圧は、増幅器214によって増幅される前に上げられる。
【0034】
(単一のトランスデューサを使用する全二重通信方式用イヤホン)
図9は、単一のトランスデューサ10を使用している全二重通信方式用のアナログ式のイヤホンおよびマイクロホンの操作用回路8を示している。イヤホンおよびマイクロホン一体型トランスデューサ10は、オペアンプ12の反転入力と出力との間に接続されている。イヤピース46は、トランスデューサ10を有しており、人間であるオペレータの耳道内に挿入されるようになっている。オペアンプ12の非反転入力は、オペアンプ14の非反転入力に接続されている。オペアンプ14の反転入力は、平衡用抵抗器40(balancing resistor)と、抵抗器42を介してオペアンプ14の出力とに接続されている。この平衡用抵抗器40は、オペアンプ14から出力されるRx信号の利得を制御するために使用される。
【0035】
前記オペアンプ12の出力は、アナログ/デジタル(A/D)コンバータ16を介して信号加算器20に接続されている。前記オペアンプ14の出力は、A/Dコンバータ18および受信適応位相キャンセラ19を介して、信号加算器20へ接続されている。信号加算器20の出力21は、デジタル/アナログ(D/A)コンバータ22を介してハイブリッド通信網24のTx入力へ入力される。信号加算器のTx出力は、送信適応位相キャンセラ28を介して信号加算器30へも入力される。ハイブリッド通信網24の出力はA/Dコンバータ26を介して信号加算器30へ入力される。信号加算器30の出力は、D/Aコンバータ32を介して、ノード44でオペアンプ12、14の非反転入力へ入力される。また、ノード44は、抵抗器38を介して接地されている。
【0036】
ある実施形態において、鎖線48内の構成部品は、デジタル信号プロセッサ(DSP)によりソフトウエアで実現される機能を示している。鎖線内の一部あるいはすべての構成部品は、デジタル式の個別部品によっても実現することができる。例えば、A/DコンバータおよびD/Aコンバータは個別の部品として実現されてもよい。一方、信号加算器および適応位相キャンセラは個別の部品として実現されてもよいし、DSPによりソフトウエアで実現されてもよい。
【0037】
前記トランスデューサ10は、オペレータの音声を検出しその音声から音声信号を生成するマイクロホンと、電話回線25によって受信されたRx音声信号からオペレータが聴取する可聴信号を生成するイヤホンの両方として使用される。
【0038】
話をしているオペレータからの音声信号は、前記トランスデューサ10により送信信号(Tx)に変換される。トランスデューサ10がイヤホンとして動作している時は、電話回線25からの受信信号(Rx)を可聴信号に変換する。これらの可聴信号はイヤピース46を介してオペレータの外耳道内で聴取される。
【0039】
前記ハイブリッド通信網24は、電話回線25に接続された電話機回線網のリアクティブ特性(reactive characteristic)を補償するために使用される回路である。このハイブリッド通信網24は2線−4線ハイブリッド回路である。電話回線25は4線式の通信回路8に接続する2線式回線である。携帯電話のような無線通信網の場合、ハイブリッド通信網24は携帯電話または携帯電話基地局内の音声エンコーダおよびトランシーバ回路である場合がある。通信網24は、陸上通信線を基本とした電話通信網や携帯電話通信網において、送信信号の一部がリークして通信回路の受信経路に戻る可能性がある任意の回路である。
【0040】
電話回線25からの受信音声信号Rxは、前記ハイブリッド通信網24およびA/Dコンバータ26およびD/Aコンバータ32を通過し、前記オペアンプ12、14の非反転入力へ入る。オペアンプ12、14の電流ミラー特性により、同様のRx信号がオペアンプ12、14の反転入力に出力される。Rx信号は前記トランスデューサ10の両端に生成される。トランスデューサ10はそのRx信号をオペレータの耳道内で出力される可聴信号に変換する。Rx信号は、オペアンプ12、14の出力からも出力される。
【0041】
前記トランスデューサ10はインダクタンスを有しており、抵抗器36の抵抗と共に動作してトランスデューサ10の両端で生成されたRx信号の低周波成分を除去する。トランスデューサ10は、高い周波数で大きいインピーダンスを生じるので、オペアンプ12によりRx信号の高周波数成分に対しては高い利得が与えられ、低周波数成分に対してはより低い利得が与えられる。
【0042】
オペレータが話しをしている時は、オペレータの耳道を介して出力された音声信号は、前記トランスデューサ10によって電気的なTx信号に変換される。前記オペアンプ12からは、Tx+Rx信号52が出力される。
【0043】
前記オペアンプ14は、基本的には、出力されたRx信号50の位相に影響を与えない抵抗回路である。しかしながら、前記オペアンプ回路12は、前記トランスデューサ10により生成された無効誘導成分(reactive inductive component)を有している。したがって、オペアンプ12から出力されたRx信号52の位相は、オペアンプ14から出力されたRx信号50の位相からずれている。オペアンプ14から出力されたRx信号50およびオペアンプ12から出力されたRx信号52を図10に示す。
【0044】
オペアンプ12から出力されたTx+Rx信号52は、A/Dコンバータ16によってデジタルデータに変換される。オペアンプ14によって出力されたRx信号50は、A/Dコンバータ18によってデジタルデータに変換される。Rx信号適応位相キャンセラ19は、Rx信号52の位相に対してRx信号50の位相を180度位相がずれるように調整する。そして、信号加算器20は、位相キャンセラ19からの180度位相がずれたRx信号を、A/Dコンバータ16から出力されたTx+Rx信号52に加算する。信号加算器20の出力21は、Rx信号が大幅に減じられ、主としてTx信号から構成される。また、位相キャンセラ19は、Rx信号50の位相をRx信号52の位相に合わせることもできる。そして、信号加算器20は、位相キャンセラ19から出力されたRx信号から、A/Dコンバータ16によって出力されたTx+Rx信号を簡単に差し引くことができ、信号加算器20によって出力されるRx信号を実質的に相殺する。信号加算器20から出力されるRx信号の所望の目標低減量は、Tx信号より30デシベル(dbs)小さい値である。
【0045】
Tx信号は前記D/Aコンバータ22によりアナログ信号に戻されて、電話システムの前記ハイブリッド通信網24へ入力される。そして、Tx信号は、電話回線25、または、電話通信網の陸上通信線または無線音声チャネルを使って送信するためにTx信号をコード化する音声コーデック(voice codec)またはその他の電話回路に出力される。
【0046】
前記通信回路8のその他の目的は、前記ハイブリッド通信網24を介してリークして受信チャネルに戻る可能性のあるTx信号を打ち消すことである。電話回線25が2線式の電話回線25から4線式の通信回路8に変換されると、ハイブリッド通信網変圧器において、入力21のTx信号の一部をハイブリッド通信網24を介してリークさせ、回路8の入力23へ戻すリアクティブ作用(reactive effects)がある。
【0047】
入力23のRx信号とリークしたTx信号は、そのどちらも前記A/Dコンバータ26に入力される。前記信号加算器20の出力21からのTx信号は、Tx信号適応位相キャンセラ28に入力される。この位相キャンセラ28は、Rx信号の代わりにTx信号だけに対して前記位相キャンセラ19と同様に動作する。すなわち、位相キャンセラ28は、出力21のTx信号の位相を入力23のTx信号に対して180度ずらす。
【0048】
そして、信号加算器30は、Rx+Tx(リーク)信号を、前記適応位相キャンセラ28から出力された180度位相がずれたTx信号に加算する。信号加算器30は、それらのTx信号を差し引きし、主にRx信号のみを出力する。信号加算器30から出力された残存するTx信号はいずれも、Rx信号より約30デシベル(dbs)小さい。
【0049】
以上のことをまとめると、前記回路8の出力21の所望のTx信号は、いずれのRx信号よりも30デシベル大きい。また、回線34のRx信号は、回線34のいずれのTx信号よりも30デシベル大きい。
【0050】
(極性が逆のトランスデューサ)
図11において、送受信回路1000は第1の終端においてヘッドセット1100に接続されている。このヘッドセット1100は、トランスデューサ1500、1900をそれぞれ含むヘッドホン1400、1200を有している。この2つのヘッドホン1400、1200は、ストラップ1700によりいっしょに保持されている。トランスデューサ1500は、アースと回路1000の間にトランスデューサ1900とは逆の極性で接続されている。
【0051】
前記送受信回路1000の反対側の終端は、音声操作式送信回路(VOX)4000となっている。このVOX回路4000は、ヘッドセット1100のオペレータによって生成された送信信号(Tx)を検出する。十分なTx信号が検出されたら、VOX回路4000は無線周波数(RF)送受信装置4200を作動させて、そのTx信号をアンテナ4400により受信装置へ送信する。Tx信号が検出されない場合は、送受信装置4200は、VOX回路4000により、着信する任意の受信信号(Rx)を受信することができる。
【0052】
ある例では、送受信装置4200は、双方向無線通信機すなわちウォーキートーキー(walkie−talkies)である。しかしながら、前記送受信回路1000は、限定されないが、携帯電話、ワイヤレス電話、陸上通信線による電話、トランシーバ、ウォーキートーキー等のあらゆる双方向通信装置4200で動作する。電話の場合は、前記VOX回路4000はなくてもよい。
【0053】
入力1800の前記VOX回路4000からの受信信号(Rx)は、自動レベル制御回路2000に接続されている。この自動レベル制御回路2000は、出力がPNPトランジスタ2400のベースに接続されているオペアンプ2200を有している。このトランジスタ2400の出力は、電界効果型トランジスタ(FET)2600のゲートに接続されている。
【0054】
電圧レベルは、自動レベル制御回路2000の入力ノード2800で選択される。ノード2800のRx信号が、所定の閾値電圧を超えて上昇すると、オペアンプ2200から出力された信号がトランジスタ2400を作動させる。そして、それにより前記FET2600のゲートで信号が増幅する。この増幅したゲート信号は、FET2600のソース端子とドレイン端子の間のインピーダンスを低下させる。FET2600の両端間で低下したインピーダンスは、ノード2800のRx信号を引き下げる。ノード2800のRx信号が閾値電圧を超えて上昇した場合は、自動レベル制御回路2000がこのようにしてFET2600の両端間のインピーダンスを低下させる。その結果として、オペアンプ2200から出力されるRx信号は、一定のレベルに維持される。
【0055】
このRx信号は、自動レベル制御回路2000からオペアンプ3200、3400へ出力される。オペアンプ3200の出力は、前記ヘッドホン1400のトランスデューサ1500のプラス端子へ接続されている。オペアンプ3400の出力は、前記ヘッドホン1200のトランスデューサ1900のマイナス端子に接続されている。トランスデューサ1900のプラス端子はアース接続されており、トランスデューサ1400のマイナス端子はアース接続されている。
【0056】
前記Rx信号は、オペアンプ3200、3400へ入力され、トランスデューサ1500、1900へ戻される。トランスデューサ1500、1900は極性が逆になっているので、聴取者は一方の耳ではマイナスのRx信号を、他方の耳ではプラスのRx信号を聴くことになる。換言すれば、2つのヘッドホン1400、1200から出力されたRx信号は、180度位相がずれている。しかしながら、人間の脳は、トランスデューサ1500、1900によって出力されたプラスのRx信号とマイナスのRx信号を区別しないということがわかっている。したがって、ヘッドホン1400、1200から出力された任意の着信受信信号Rxは、ヘッドホンユーザの両方の耳には全く同じに聞こえる。オペアンプ3200、3400から出力された信号のRxの部分は同相である。したがって、差動増幅器3800のプラスおよびマイナス端子に入力された2つのRx信号は相殺される。
【0057】
ヘッドセット1100のユーザが話しをすると、Tx信号がトランスデューサ1500から出力され、同じTx信号がトランスデューサ1900によって出力される。トランスデューサ1500、1900は極性が逆なので、オペアンプ3200、3400を通って出力された2つのTx信号は位相がずれている。したがって、差動増幅器3800のマイナスおよびプラス端子でTx信号は加算されて、オペアンプ3800の出力で2倍のTx信号(2Tx)が生成される。
【0058】
図12は、図11で既に示した全二重通信方式回路1000の他の実施形態である。自動レベル制御回路2000を使用する代わりに、手動Rxレベル制御回路4500を使用してオペアンプ3200、3400へ入力されるRx電圧レベルを調整する。
【0059】
前記2つのオペアンプ3200、3400から出力されたRx信号は同相なので、これらのRx信号は差動増幅器3800によって相殺される。上述したように、オペアンプ3200および3400から出力されたTx信号は、極性が逆になっている。したがって、差動増幅器3800へ入力されるTx信号は加算されて、2倍のTx信号が生成される。
【0060】
図13は、マイクロホンおよびスピーカ回路の他の実施形態を示している。送受信回路6011は、第1の終端でヘッドセット1211へ接続されている。このヘッドセット1211は、トランスデューサ6211、6411をそれぞれ含むヘッドホン1411A、1411Bを有している。この2つのヘッドホン1411A、1411Bは、ストラップ6611により一緒に保持されている。トランスデューサ6211は、トランスデューサ6411と反対の極性でアースと回路6011との間に接続されている。
【0061】
前記送受信回路6011の反対の終端は、音声操作式送信回路(VOX)6811となっている。このVOX回路6811は、前記ヘッドセット1211のオペレータによって生成された送信信号(Tx)を検出する。十分なTx信号が検出されると、VOX回路6811は、無線周波数(RF)送受信装置7011を作動させて、そのTx信号をアンテナ7211により受信装置へ送信する。Tx信号が検出されない場合は、送受信装置7011は、VOX回路6811により、着信する任意の受信信号Rxを受信することができる。
【0062】
ある例では、前記送受信装置7011は双方向無線通信機すなわちウォーキートーキーである。しかしながら、前記送受信回路6011は、限定されないが、携帯電話、ワイヤレス電話、陸地通信線による電話、トランシーバ、ウォーキートーキー等のあらゆる双方向通信装置7011で動作する。電話の場合、前記VOX回路6811はなくてもよい。
【0063】
Rx信号は、前記回路6011の端子7411においてオペアンプ7811、8011へ入力される。このオペアンプ7811、8011へ入力されるRx電圧レベルは、Rxレベル制御回路7711が調整する。オペアンプ7811の出力は、前記ヘッドホン1411Aのトランスデューサ6211のプラス端子へ接続されている。オペアンプ8011の出力は、前記ヘッドホン1411Bのトランスデューサ6411のマイナス端子へ接続されている。トランスデューサ6411のプラス端子はアースに接続されており、トランスデューサ6211のマイナス端子はアースに接続されている。
【0064】
Rx信号は、オペアンプ7811、8011へ入力され、トランスデューサ6211および6411へ戻される。トランスデューサ6211、6411は極性が逆なので、聴取者は一方の耳でマイナスのRx信号を聴き、もう一方の耳でプラスのRx信号を聴くことになる。換言すれば、2つのヘッドホン1411Aおよび1411Bから出力されたRx信号は180度位相がずれている。しかしながら、人間の脳は、トランスデューサ6211および6411によって出力されたプラスのRx信号とマイナスのRx信号の区別をしないということがわかっている。したがって、ヘッドホン1411Aおよび1411Bから出力された任意の着信受信信号Rxは、ヘッドホンユーザの両方の耳に全く同じように聞こえる。オペアンプ7811、8011から出力された信号のRx部分は同相である。差動増幅器8211のプラスおよびマイナス端子へ入力された2つのRx信号は相殺される。
【0065】
ヘッドセット1211のユーザが話しをすると、Tx信号がトランスデューサ6211から出力され、同じTx信号がトランスデューサ6411から出力される。トランスデューサ6211、6411は極性が逆なので、オペアンプ7811、8011を経て出力された2つのTx信号は180度位相がずれている。したがって、この2つのTx信号は、差動増幅器8211のプラスおよびマイナス端子において加算されて、オペアンプ8211の出力は2倍のTx信号(2Tx)となる。
【0066】
相互接続回路8411は、送受信回路6011を種々の携帯電話、コードレス電話、コード式電話8811へ接続するのに使用される。この相互接続回路8411は、可変抵抗器8511を介してオペアンプ8211の出力へ接続されたゲートを有する電界効果トランジスタ(FET)8611を有している。Tx信号は、オペアンプ8211の出力からFET8611のゲートまで通過する。FET8611は、2.2Kの抵抗器の両端の電圧を変化させて、電話装置8811へ受け渡されるTx信号を変化させる。
【0067】
前記送受信回路6011により、より簡単で明瞭な双方向通信が可能となる。この回路6011は前記ヘッドセット1211に配置されてもよいし、双方向通信装置8811に配置されてもよい。
【0068】
前記送受信回路6011により、前記ヘッドホン1411A、1411Bのトランスデューサ6211および6411は、ユーザからの音声信号を拾うためのマイクロホンとして動作することもできるし、受信したRx信号を出力するためのスピーカとして動作することもできる。ヘッドセット1211のユーザが話しをすると、音声信号はユーザの耳道を経て出力される。これらの音声信号は、ヘッドホン1411A、1411Bのトランスデューサ6211、6411によってTx信号に変換される。これらのTx信号はヘッドホンによって生成されるので、ブームに付けられた独立したマイクロホンをユーザの口の前方に取り付ける必要はない。
【0069】
さらに、ユーザからの音声信号は、耳道からヘッドホン1411A、1411Bへ直接出力されるため、トランスデューサ6211、6411がマイクロホンとして動作している際に拾う外部の周囲の雑音は極めて少ない。その結果、ユーザの音声信号は、生成されたTx信号の広範で明瞭な部分を構成する。
【0070】
ある実施形態のヘッドホン1411A、1411Bは、きわめて適切にトランシーバから周囲の雑音を除去することがわかっている発泡パッドを有している。しかしながら、市販のヘッドセットをユーザの耳道へ挿入する複数のイヤホンを含む送受信回路6011と共に使用されるようにすることもできる。この全二重通信方式ヘッドホンは、独立したマイクロホンブームが必要ないので、製造コストが安く、操作が簡単である。
【0071】
図14は、ヘッドセット回路の他の実施形態を示している。第1のヘッドホンまたはイヤホン9411は、スピーカとして動作するトランスデューサ9611を有している。ヘッドホンまたはイヤホン9211は、エレクトレットマイクロホン9811を有している。そのエレクトレットマイクロホン9811と、ヘッドホンまたはイヤホン9211用のケースとの間には、ゴム製のケースが配置されている。
【0072】
プラグ1021は、先端接続部1041および環状接続部1061およびアース接続部1081を有している。前記マイクロホン9811は、スイッチ1001を介して増幅回路9011へ接続されている。増幅器1101の出力は、コンデンサを介して先端接続部1041へ接続されている。可変抵抗器1121は、増幅器1101の利得を変化させる。環状接続部1061は、スイッチ1001およびトランスデューサ9611の両方に接続されている。増幅回路9011およびスイッチ1001は、ヘッドセット4211または4811、あるいは装置5411のいずれかに設置することができる。
【0073】
前記ヘッドセット4211または4811は、装置5411がオーディオプレーヤとして動作している場合は、ステレオスピーカとして動作する。オーディオプレーヤのモードでは、音声信号は環状接続部1061で受信され、ワイヤ1141を介して前記トランスデューサ9611へ入力される。前記スイッチ1001は、ワイヤ1141からの受信音声信号がヘッドホン9211へも接続される位置に動く。この構成では、ヘッドホンまたはイヤホン9211、9411のどちらもがスピーカとして動作する。
【0074】
前記装置5411が携帯電話のような双方向通信装置として動作するように切り換わると、スイッチ1001はヘッドホンまたはイヤホン9211を増幅器1101へ接続する。ヘッドセット4211または4811のユーザは、装置5411の携帯電話を使用して電話で話しをする。ユーザの音声信号は、前記マイクロホン9811によって拾われて、送信Tx信号として増幅器1101へ出力される。この増幅器1101は、Tx信号を増幅させて、ジャック1021の先端接続部1041へ送信信号を出力する。装置5411の携帯電話からの受信音声信号はすべてジャック1021の環状接続部1061で受信されて、前記トランスデューサ9611へ出力される。
【0075】
このように、前記装置5411がオーディオプレーヤとして使用されている場合は、ヘッドセット4211または4811はステレオスピーカとなる。装置5411が双方向通信装置として動作するように切り換わると、ヘッドホンまたはイヤホン9211はマイクロホンとして動作するように切り換わる。ヘッドホンまたはイヤホン9211は、ユーザの音声からTx信号を生成する一方で、ヘッドホンまたはイヤホン9411はユーザにRx信号を出力するスピーカとして動作し続ける。
【0076】
図15は、どのように図8ないし図14の通信回路がイヤピース60に組み込まれるかを一例で示している。この特定の構成は、イヤピース60がオペレータの耳道70(図17)に挿入されてぴったりフィットするニップル62を有しているので、雑音が大きい環境で特に有効である。このニップル62は、ゴムやプラスチック等の柔らかくて柔軟性のある材料からなる外耳道の形にぴったり合う傘状のシュラウド64を有している。このシュラウド64の頂上には、空気がシュラウド64とニップル62を経てイヤピースケース68内のトランスデューサ10まで進めるように開口66が設けられている。ケース68の軸67は硬質プラスチックでできており、ニップル62に挿入されている。その他の通信回路8は、イヤピースケース68またはイヤピース60が接続されている電話のいずれかに設置される。
【0077】
図16は、図15に示されたニップルイヤピース60の斜視図である。前記ニップル62は、トランスデューサ10と、通信回路8の残りの構成要素のできる限りすべてまたは一部とを収容するイヤピースケース68にスナップ結合している。
【0078】
図17はオペレータの耳72の内部に置かれている前記イヤピース60の拡大図を示している。この詳細図は、イヤピース60が、イヤピース60の開口66が外耳道70の方向を向くように耳のくぼみに置かれている様子を示している。このイヤピース60は耳の外側に延出しており、イヤピース内のトランスデューサ10または通信回路8からのワイヤが通るコード74のための導管の役割を果たしている。
【0079】
以上のイヤピース60は、マイクロホン用の延長アームを使うことなく、ハンズフリーの全二重通信を提供する。音声は基本的に耳道を経て供給されるため、マイクロホンを口の付近に位置させる必要がない。また、トランスデューサ10は、オペレータが話しをしている際のオペレータからの音声信号の検出と、さらにワイヤレスまたは陸地通信線による電話システムから受信した受信信号(音声信号)からオペレータに対する可聴信号の生成との両方のために使用される。したがって、オペレータの耳にはイヤピースをひとつだけ挿入すればよい。
【0080】
種々の好ましい使用の選択肢に合うように、種々の形状のトランスデューサのケースを使用することが可能である。雑音の少ない環境に対しては、耳道の外に突出したイヤピース装置を使用することが可能である。ひとつをマイクロホン、もうひとつをイヤホンとする2つのイヤホンを使用することもできる。
【0081】
また、疲労を最小限にするために、軽量のイヤマイクロホンは、約5グラムすなわち0.18オンスの重さの小さい小型電動式トランスデューサを使用する。軽量の圧電トランスデューサは、さらに性能を向上させ重量も軽減する。警備員や聴覚障害者用に設計されたものは、軽量のヘッドバンド、イヤサポータ、特別な形状を持つトランスデューサケースにより、外耳道にぴったりと嵌るようになっている。
【0082】
(マイクロホン/スピーカーヘッドセットの用途)
図18において、マイクロホン/スピーカ回路1000は、前記ヘッドセット1100に設置することもできるし、送受信装置に設置することもできる。あらゆるオーディオ装置は、この全二重通信方式ヘッドホンおよび回路1000と共に使用することができる。例えば、陸地通信線による電話6000、携帯電話6200、ワイヤレス電話6600、またはウォーキートーキー6400などである。ヘッドセット1100はこれらのあらゆる装置、または、双方向通信を必要とするその他のあらゆる装置と共に利用することができる。
【0083】
送受信回路1000により、ヘッドホン1200、1400のトランスデューサ1900、1500は、外部のTx信号を拾うためのマイクロホンとしても、受信したRx信号を出力するスピーカとしても動作することができる。ヘッドセット1100のユーザ5200が話しをすると、音声信号5600がユーザの耳道5400を経て出力される。これらの音声信号5600は、ヘッドホン1200、1400のトランスデューサ1500、1900によってTx信号に変換される。
【0084】
ユーザ5200からの音声信号は、耳道5400から前記ヘッドホン1200、1400のカップに直接出力されるため、トランスデューサ1900、1500によって拾われる外部の周囲の雑音は極めて少ない。例えば、ラジオ5000からの雑音は、ユーザ5200の音声信号5600からは大幅に除去される。その結果、ユーザの音声信号5600は、生成されたTx信号の広範で明瞭な部分を構成する。
【0085】
ヘッドホン1200および1400は、トランシーバから周囲の雑音を極めて適切に除去することがわかっている発泡パッド7000を有している。しかしながら、市販のヘッドセットはいずれも、耳道に挿入するイヤピースを有する送受信回路1000と共に使用するようになっている。この全二重ヘッドセットは、独立したマイクロホン用のブームは必要ないので、製造コストが安く、操作が簡単である。
【0086】
図19は、イヤホンが単一のタイプのヘッドホン1811を示している。このイヤホン1811は、上述したようなマイクロホンとスピーカの両方として動作するトランスデューサを有している。イヤホン1811は、コード3411に取り付けられている。このコード3411のもう一方の側は、収納式の巻き取りリールに接続されている。この巻き取りリール3811は携帯電話3211、または、その他の任意の双方向通信装置の内部に設置されている。
【0087】
ユーザは必要なだけコード3411をリール3811から引張りだし、耳道へイヤホン1811を挿入する。リール3811は、延長された位置にコードを維持するラッチ(図示せず)を有している。ユーザはイヤホン1811を使い終わると、コードをさらにリール3811から引き出す。そうすると、ラッチがリール3811を開放し、リール3811がコード3411を携帯電話内に引き戻す。また、コード3411を引き戻すリール3811を開放させるのに、携帯電話3211のボタンを使用することもできる。
【0088】
他の実施形態では、イヤホン3611がワイヤレストランシーバ3711を有している。イヤホン3611のトランスデューサがユーザの音声を電気的なTx信号に変換する。イヤホン3611のトランシーバ3711は、Tx信号を携帯電話3211内のもう一方のトランシーバ4011に無線で送信する。
【0089】
この携帯電話3211によって受信された他の発信者からのRx信号は、トランシーバ4011によってイヤホン3611のトランシーバ3711へ送信される。そして、イヤホン3611のトランスデューサはそのRx信号を音声信号に変換する。トランシーバ4011および3711によって送受信された無線信号は、TxおよびRx信号を送信するために任意の周波数を使用する。例えば、ワイヤレス電話は、同じ周波数および回路を使用して、無線でTxおよびRx信号を送受信する。
【0090】
図20は、携帯電話5611およびオーディオプレーヤ5811の両方を有する装置5411を示している。このオーディオプレーヤ5811は、CDプレーヤ、MDプレーヤ、MP3プレーヤ、ラジオ、カセットテーププレーヤ等のオーディオ再生装置のひとつまたはその組合せとすることができる。携帯電話5611は、双方向無線通信機、またはその他のタイプの双方向通信装置とすることもできる。
【0091】
ヘッドセット4211、4811は、図14で既に示したように、前記装置5411がオーディオプレーヤとして使用される場合はステレオヘッドホンとして動作し、装置5411が電話として使用される場合はマイクロホンとスピーカとして別々に動作する。
【0092】
このヘッドセット4211のヘッドホン4411、または、前記ヘッドセット4811のイヤホン5011は、装置5411が携帯電話として使用される場合はマイクロホンとして動作する。このヘッドホン4411またはイヤホン5011は、装置5411がオーディオプレーヤとして動作している場合は、スピーカとして動作する。ヘッドホン4611またはイヤホン5211は、携帯電話5611およびオーディオプレーヤ5811のどちらに対してもスピーカとして動作する。
【0093】
前記ヘッドホン4411およびイヤホン5011は、それぞれマイクロホンまたはスピーカのどちらかとして動作するので、ヘッドセット4211および4811は、装置5411がオーディオプレーヤ5811を使用している時はステレオサウンドを供給する。装置5411が携帯電話5611の使用に切り換わると、ヘッドホン4411およびイヤホン5011は自動的にマイクロホンとしての動作に切り換わる。ヘッドホン4411またはイヤホン5011のトランスデューサは、ユーザの耳道から来る音声信号を拾って、これらの音声信号を携帯電話チャネルによって送信するために、携帯電話5611へ送信されるTx信号に変換する。装置5411がオーディオプレーヤ5811としての動作に戻されると、ヘッドホン4411またはイヤホン5011はスピーカとしての動作に戻る。
【0094】
図21は、マイクロホンとして動作するひとつのヘッドホン2411またはイヤホン2711と、スピーカとして動作するもうひとつのヘッドホン2611またはイヤホン2811とをそれぞれ有するヘッドセット2211および2311を示している。これらのヘッドセット2211、2311は、携帯電話3011と共に使用されるように示されているが、双方向無線通信機、ワイヤレス電話、陸地通信線による電話等のあらゆる双方向通信装置と共に使用することができる。
【0095】
図22は、それぞれスピーカおよびマイクロホンのどちらとしても動作する2つのヘッドホン1411を有するヘッドセット1211を示す。このヘッドホンは、双方向無線通信機、電話、携帯電話等の双方向通信装置2011と接続される。ヘッドセット1511は、マイクロホンおよびスピーカのどちらとしても動作する単一のヘッドホン1611を有している。イヤホンが単一のタイプのヘッドセット1711は、上述したマイクロホンおよびスピーカのどちらとしても動作するトランスデューサを含むイヤホン1811を有している。
【0096】
図23は、電話/オーディオ再生装置5411またはその他のあらゆる双方向通信装置と共に使用することができるヘッドセット1201の他の実施形態を示している。2つのヘッドホン1211は、装置5411のオーディオプレーヤからの音声信号を出力するステレオスピーカの役割を果たすトランスデューサ1221をそれぞれ有している。このトランスデューサ1221は、装置5411の携帯電話からの任意の受信Rx信号も出力する。
【0097】
2つの独立したマイクロホン1241は、ヘッドホン1211の外側に設置されており、ヘッドセット1201のユーザが話している間は、音声信号を拾う。これらのマイクロホン1241は、装置5411の携帯電話へ出力される送信Tx信号を生成する。装置5411がオーディオプレーヤとして動作している時は、マイクロホン1241は使用不可である。
【0098】
前記2つのマイクロホン1241および2つのスピーカ1221は、装置5411へ差し込むジャック1261へ接続されている。これらのマイクロホン1241およびスピーカ1221はあらゆる組合せで使用できる。例えば、前記ヘッドセット1201は、2つのスピーカ1221と、一方のヘッドホン1211の外側に設置されたひとつのマイクロホン1241とを有していてもよい。また、ひとつのマイクロホン1241とひとつのスピーカ1221を備えたひとつのヘッドホンまたはイヤホンがあってもよい。いかなる構成でも、ヘッドセット1201は装置5411が携帯電話として動作している場合は双方向通信を行い、装置5411がオーディオプレーヤとして動作している場合はモノサウンドまたはステレオサウンドを出力する。
【0099】
(音声認識システム付全二重通信方式ヘッドセット)
図24において、ヘッドセット1822は2つのヘッドホン1422を有している。この2つのヘッドホン1422は、両方ともマイクロホンとして動作することもできるし、また、両方ともマイクロホン/スピーカとして動作することもできるし、また、一方のヘッドホン1422がスピーカとして動作する場合は、もう一方のヘッドホン1422はマイクロホンとして動作することもできる。このヘッドセット1822は、上述した全二重通信方式回路、または、音声信号2222を電気的信号に変換するマイクロホンを有するヘッドセットはどれでも使用することができる。この2つのヘッドホン1422は、それぞれ、ある動作モードにおいてマイクロホンとして動作するトランスデューサ1622を有している。ある実施形態においては、このトランスデューサ1622は、小型の圧電性のエレクトレットタイプのトランスデューサである。しかしながら、あらゆるタイプのトランスデューサを使用することができる。
【0100】
オペレータ1222が話している間は、2つのトランスデューサ1622は、オペレータ1222の頭の内部の耳道2022を通って流出する音声信号2222を検出する。これらのトランスデューサ1622は、ケーブル2822を介してコンピュータ3022へ繋がっており、音声信号2222を電気的な送信信号Txへ変換する。
【0101】
ひとつあるいはそれ以上のヘッドホン1422の内部に、ひとつあるいはそれ以上のマイクロホン1622を設置することにより、オペレータの耳道2022からの音声信号2222を検出することができると同時に不要な周囲の雑音を除去する。マイクロホン1622は、もはやユーザの鼻のすぐ下にくるブームには設置されていないので、呼吸による雑音のようなユーザ1222からの不要な雑音も問題にならない。
【0102】
前記コンピュータ3022のソフトウエアおよびプロセッサは、音声認識システム(VRS)2922として動作し、ケーブル2822からの電気的なTx信号により表される言語を識別しようとする。この音声信号はVRS2922によって解読されて、コンピュータスクリーン2422上に単語2622として表示される。VRS2922は、オペレータ1222がキーボード3222を使って手動で単語をコンピュータに入力しなくてもよいようにする。このヘッドセット1822は、音声信号を検出するあらゆる音声認識システムに使用することができる。Tx信号は雑音が少ないので、VRS2922は、オペレータの音声信号から生じる単語をより正しく識別する。
【0103】
このヘッドセットは、受信したRx信号をユーザへ出力するスピーカとオペレータの耳道からのTx信号を送信してもう一方の目的地に戻すマイクロホンのどちらとしても動作することができる。このヘッドセット1822の回路がマイクロホンおよびスピーカのどちらとしても動作する場合、VRS2922以外の他のアプリケーションと共に使用することができる。例えば、ヘッドセット1822は、携帯電話、双方向無線通信機、ワイヤレス電話等のあらゆる双方向通信装置またはアプリケーションと共に使用することもできる。また、ヘッドセット1822は、あらゆるCDプレーヤ、MDプレーヤ,MP3プレーヤ、テーププレーヤからの音声信号を受信するスピーカとして使用することもできる。
【0104】
例えば、コンピュータ3022上で他のアプリケーションソフトを選択した場合、コンピュータは、VOIP(Voice Over Internet Protcol)電話アプリケーション3122、CDプレーヤ、MDプレーヤ、IPラジオプレーヤ、MP3プレーヤ3322、あるいは、その他のあらゆるタイプの通信アプリケーションまたはオーディオ再生アプリケーションを起動させることができる。そして、ヘッドセット1822は、オペレータ1222からVRSアプリケーション2922またはVOIPアプリケーション3122へ出力されるTx信号を生成するだけでなく、上述した音声再生アプリケーションのいずれかからのRx信号を受信する。
【0105】
なお、前記VRSアプリケーション2922用のTx信号を生成するマイクロホンは、任意のイヤホン、ヘッドホン、イヤピース、あるいは、オペレータの耳の内部に入るかオペレータの耳を一部または完全に覆う任意の装置または器具、またそうでない場合はオペレータの耳道2022からの音声信号の検出が可能な任意の装置または器具に設置することができる。
【0106】
図25は、オペレータ3822の耳道4222から出力された音声信号4422からTx信号6022を生成する第1のトランスデューサ5622を有する本発明の他の実施形態を示す。上述したいずれかの全二重通信方式回路のような回路4622は、Tx信号6022の信号対雑音比を増加させて、回線4822にTx信号を出力する。また、上述したアプリケーションのうちのいくつかの実施形態において、回路4622は、トランスデューサ5622をスピーカとしても動作させる。
【0107】
トランスデューサ5622がマイクロホンとして動作している間は、Tx信号をスピーカ5422へ戻すことが望ましい場合がある。このTx信号6222は、スピーカ5422から音声信号5022として出力される。これにより、音声信号4422が正常に検出されトランスデューサ5622および回路4622によって出力されたという積極的な受信通知をオペレータ3822に返す。フィードバックTx信号6222は、スピーカ5422へ入力される前に、増幅器5222でさらに増幅させてもよい。
【0108】
(ループダウンヘッドセットおよびループアラウンド(ループバック)ヘッドセット)
図26および図27は、オペレータ1233の両耳に取り付けるための2つのイヤピース1633を有するループダウンヘッドセット1433を示している。バンド2433は、これらの2つのイヤピース1633に接続する両端部1533を有している。イヤピース1633は、耳道2833、3033に挿入するイヤカップ2033を有している。バンド2433の中央部は、ヘッドセットのオペレータ1233の顎2633の下に下向きに延出している。ある実施形態のバンド2433は、半硬質のプラスチックまたは金属の部材からなる。
【0109】
前記イヤピース1633はカップ2033と共に示されているが、ストラップの形状および発明の他の側面は、他のタイプのイヤピースと共に使用することができる。例えば、イヤピースは、オペレータの両耳の外側全体を覆い、オペレータの頭の両側に押し当てる発泡パッドを有するイヤマフの様式で構成することができる。また、オペレータの耳に直接挿入しないで、耳の外側に直接押し当てる発泡パッドを有することが可能なディスク状のイヤピースを使用してもよい。オペレータの耳道に直接挿入する他のタイプのイヤホンまたはイヤホン方式のイヤピースを使用することもできる。
【0110】
前記ヘッドセット1433のある実施形態では、トランスデューサ2133はマイクロホンとして動作し、2つのイヤカップ2033のどちらか、または、前記イヤピース1633の本体部2333のいずれかに設置される。このトランスデューサ2133は、オペレータ1233が話をしている際には、耳道2833を介して発される音波および骨伝導を検出するために使用される。トランスデューサ2133は、この音波を前記バンド2433の内側を通るワイヤ2533を介して出力される電気的な送信信号に変換する。もう一方のトランスデューサ2233はスピーカとして動作し、2つのカップ2033のうちのもう一方のカップ、または、2つのイヤピース1633のうちのもう一方のイヤピースの本体2333のいずれかに設置される。このトランスデューサ2233は、ワイヤ2533からの電気的な受信信号を、オペレータ1233の反対側の耳道3033へ出力される音波へ変換する。また、上述した他の全二重通信方式回路はいずれも使用することができる。
【0111】
図27は、ループダウンヘッドセット1433の側面図であり、前記バンド2433の端部1533がオペレータ1233の顔の正面方向に向かって少しだけ前方方向3233に延出している様子を示している。バンド2433の中央部は、オペレータ1233の顎2633の下側で下方方向3433に向かってループ状になっている。バンド2433の両端部1533は、前方に湾曲して、オペレータ1233の耳たぶ3633の前方に延出している。このように、バンド2433が前方に湾曲し下向きにループ状になっていることと、カップ2033の位置とにより、イヤピース1633はオペレータ1233の耳内部にぴったりと心地よくフィットする。また、バンド2433の両端部1533が前方に湾曲しているため、オペレータが身につける可能性があるイヤリングに対しても邪魔にならない。
【0112】
図28および図29は、前記バンド2433が前方および下方に延出する方向に対する両カップ2033の位置をさらに詳細に示している。この両カップ2033は、それぞれ、概ね垂直面4033に沿って広がる前面3833を有している。バンドの両端部は、この垂直面4033から概ね5ないし45度の角度でライン4233に沿って延出している。
【0113】
図26ないし図29において、前記ヘッドセット1433は、オペレータによって両端部1533が少し外側に引っ張られる。それにより、オペレータの頭が両端部1533の間に滑り込む。オペレータの両耳にイヤピース1633が挿入されると、弾性があり変形可能なバンド2433は、元の位置に向かって戻ろうとする。装着された位置において、両端部1533は、ユーザの両耳から前方に延出してから下方へ延出する。
【0114】
オペレータ1233が話をしている間、前記トランスデューサマイクロホン2133は、第1の耳道2833から来る音波を検出する。イヤカップ2033は耳道2833の内部に位置するので、周囲の雑音を拾うことはほとんど、あるいは全くない。スピーカトランスデューサ2233は、電気的な受信信号をオペレータ1233の第2の耳道3033へ出力される音波に変換する。
【0115】
図30および図31および図32は、それぞれ本発明の他の実施形態の斜視図および平面図および側面図を示す。ヘッドセット5033は、2つのイヤピース5233およびバンド5633を有している。このイヤピース5233は、図26に示されたカップ2033と同等のカップ5833を有している。バンド5633の両端部6033は、両イヤピース5233から前方の方向に延出して、オペレータの耳6633の下側でループ状になっている。
【0116】
バンド5633の中央部6233は、オペレータ6433の首の後ろ側を取り囲むように後方に延出している。これにより、中央部6233を人から見えにくくするという利点も得られる。たとえば、長い髪、シャツ、コートなどにより、バンド5633を隠すことができる。これはオペレータ6433にとって見た目により魅力的な外観となる。また、バンド5633は他の人の手が届かない。例えば、オペレータ6433が小児を抱いていても、バンドは首の後ろにあるので、小児はバンドに手が届かず掴むことができない。
【0117】
さらに、前記バンドの両端部6033が前方へ向かってから下方へ向くことにより、両カップ5833はオペレータの耳の内部でより快適に固定される。また、両端部6033は耳6633の下側でループ状になっているので、バンド5633は、オペレータ6433の耳6633に装着される可能性のあるイヤリングまたはその他の装具を擦りあげることがない。
【0118】
図33は、図26に示されたヘッドセット1433、または、図30に示されたヘッドセット5033のどちらにも設置することができる全二重通信方式回路のひとつの実施形態を示す概略図である。その回路は、スピーカ用回路1003およびマイクロホン用回路1023を有している。各回路は、2つの端子を有しており、ひとつは共通のノード、すなわち「アース」ノードの役割を果たしている。1対のワイヤ1043、1063および1083、1103は、これらの端子に接続されており、それらは最終的には1本のコードに接続されてコネクタプラグ1143に終端接続している。アースノード1043、1083に接続されたワイヤは互いに接続されてプラグ1143のスリーブ接続1123に終端接続している。スピーカ用回路1003の反対側の端子に接続されたワイヤは、プラグ1143の環状部1163へ接続されている。ヘッドセットのもう一方の側では、マイクロホン用回路1023からのワイヤ1103がプラグ1143の先端部1183へ接続されている。
【0119】
前記スピーカ用回路1003は、電気的な信号を音声出力に変換するトランスデューサ1013を有している。マイクロホン用回路1023は、音声入力を、ワイヤ1083、1103を介して電話装置に伝送される電気的な信号に変換するトランスデューサ1033を有している。上述したその他のあらゆる回路も図33に示した回路の代わりとして使用することができる。
【0120】
フィルタ回路1203は、ワイヤ1083と1103の間に並列に接続されたコンデンサおよびツェナーダイオードを有している。ある実施例におけるコンデンサは約33ピコファラッドである。このフィルタ回路1203は、マイクロホン用回路1023によって出力された電気的な送信信号から、選択された低周波数の雑音を除去する。
【0121】
上述した回路は、一部またはすべてのメール通知操作(mail notification operation)を行う専用のプロセッサシステム、マイクロコントローラ、プログラム可能な論理装置、マイクロプロセッサ等を使用することができる。上述した操作の一部をソフトウエアで実施し、他の操作をハードウエアで実施してもよい。
【0122】
便宜上、操作は、各種相互接続された機能ブロックまたは別個のソフトウエアモジュールとして述べられている。しかしながら、必須ではないが、これらの機能上のブロックまたはモジュールは、境界のはっきりしない単一の論理装置、プログラム、操作等に同等に一体化される場合もある。とにかく、機能ブロックおよびソフトウエアモジュール、すなわち説明された機能はそれら自身で実行することもできるし、ハードウエアまたはソフトウエアのいずれかでの他の操作と組み合わせて実行することもできる。
【0123】
好ましい実施形態で、本発明の原理を説明し図示してきたが、本発明はこれらの原理を逸脱することなく、配置および詳細について変更可能であることは明らかである。請求項の要旨および範囲内のすべての変更および変形について権利の付与が要求される。
【図面の簡単な説明】
【図1】
イヤホン用イヤピースおよびマイクロホン用イヤピースの標準的なプラグへの電気的な接続を示す全二重通信方式のヘッドセットの概略図である。
【図2】
図1に示されたマイクロホン用イヤピースの回路をより詳細に示した概略図である。
【図3】
図1に示されたイヤホン用イヤピースおよびマイクロホン用イヤピースを組み込むことが可能なヘッドセット構成の例を示す図である。
【図4】
図3に示されたヘッドセットのイヤピースがユーザの耳の内部に置かれている様子を示す図である。
【図5】
図3および図4に示されたヘッドセットのマイクロホン用イヤピースの分解組み立て図である。
【図6】
図1に示されたイヤホン用イヤピースおよびマイクロホン用イヤピースを組み込むことが可能なヘッドセットの他の例を示す図である。
【図7】
図6に示されたヘッドセットのイヤピースの断面図を示す図である。
【図8】
図2に示されたマイクロホン用イヤピース回路の他の実施例を示す図である。
【図9】
本発明の他の実施形態に係る全二重通信方式デジタル信号処理通信回路の回路図である。
【図10】
図9に示された通信回路において、異なる増幅器段から出力された受信音声信号の位相のずれを示す図である。
【図11】
本発明の他の実施形態による全二重通信方式用送受信回路の概略回路図である。
【図12】
全二重通信方式用の回路の他の実施形態を示す概略回路図である。
【図13】
全二重通信方式用の回路の別の実施形態を示す概略回路図である。
【図14】
全二重通信方式用の回路のさらに別の実施形態を示す概略回路図である。
【図15】
全二重通信方式用の回路を有するイヤピースの断面図である。
【図16】
図15に示されたイヤピースの斜視図である。
【図17】
図15および図16のイヤピースがオペレータの耳の内部に置かれている様子を示す図である。
【図18】
各種の双方向通信装置と共に使用される全二重通信方式用のヘッドセットを示す図である。
【図19】
スピーカおよびマイクロホンのどちらとしても動作する格納式のイヤホンおよび無線式イヤホンの図である。
【図20】
オーディオ装置に接続された場合はどちらもスピーカとして動作し、その装置が双方向通信装置として動作する場合は、一方がマイクロホンとして動作するように切り換わる2つのヘッドホンまたはイヤホンを有するヘッドセットの図である。
【図21】
ひとつのヘッドホンまたはイヤホンがマイクロホンとして動作し、もう一方のヘッドホンまたはイヤホンはスピーカとして動作するヘッドホンの図である。
【図22】
各ヘッドホンまたはイヤホンがマイクロホンおよびスピーカのどちらとしても動作するヘッドセットの図である。
【図23】
2つのヘッドホンの内部にそれぞれスピーカが設けられており、それらのヘッドホンの外部にそれぞれマイクロホンが取り付けられているヘッドセットの図である。
【図24】
耳道からの音波を検出し、その音波から生成された電気的な信号を音声認識システムに直接送信するヘッドセットの図である。
【図25】
送信信号をヘッドホンのオペレータにフィードバックするヘッドホンの図である。
【図26】
ループダウンヘッドセットの正面図である。
【図27】
図26に示されたループダウンヘッドセットの側面図である。
【図28】
ループダウンヘッドセットの斜視図である。
【図29】
ループダウンヘッドセットの正面図である。
【図30】
ループバックヘッドセットの斜視図である。
【図31】
ループバックヘッドセットの平面図である。
【図32】
ループバックヘッドセットの側面図である。
【図33】
ループダウンヘッドセットまたはループバックヘッドセットのどちらにも使用することができるある全二重通信方式用回路の概略図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a headset for simultaneously speaking and listening in full-duplex communication mode by utilizing separate transducers for each ear. Such devices are especially useful in noisy environments, such as in noisy offices, moving cars and trucks, factories, high traffic locations, commuter trains and buses and loud music. .
[0002]
[Prior art]
In noisy environments, it is difficult to use telephone handsets, especially handsets for handheld wireless telephones. To reduce the effects of ambient noise, many people place a hand-held mobile phone on one ear and plug or cover the other ear with the index finger or palm of the other hand. Such scenes clearly illustrate the necessary but unpleasant methods of speaking and listening using a mobile phone in a noisy environment. The rapid growth of mobile phones and the widespread use of these phones in noisy environments demand a new form of headset that can significantly reduce the inconvenience of noise interference. .
[0003]
A speech recognition system (VRS) detects and decodes human speech signals. Using this VRS with a word processing system allows the operator to enter words and instructions verbally without using a keyboard. VRS converts audio signals into digital words that are input to a word processing system document or used for controlling word processing operations. In other applications, VRS is used in combination with a telephone menu system. Instead of pressing telephone keys, the user verbally enters data, instructions or selections from a telephone menu.
[0004]
The accuracy with which the VRS converts a speech signal into a correct word or sentence depends on the quality of the speech signal received from a human operator. For example, most VRS systems have a microphone mounted on the boom and located in front of the operator's mouth. The microphone picks up the operator's voice, but also picks up unwanted ambient noise. These unwanted noises may include non-verbal sounds emitted by the operator, such as general office noise in the room where the operator is located or breathing noise. These unwanted noises often lead to mistranslation of voice signals emitted by VRS operators.
[0005]
Some headsets are used for two-way communication, and have a microphone boom that extends forward of the user's mouth. A microphone is installed on the boom to pick up audio signals emitted from the user's mouth. The microphone also picks up ambient noise, making it difficult to use such a telephone headset in noisy environments. The bidirectional headset uses a metal or plastic band to support the boom and the speaker earpiece. Such a headset tends to slip off when the user is moving, disturbs the hair of the operator, or interferes with what is worn on the head. In addition, such a headset is difficult to put on and take off when the operator wears a hat. Instead of using plastic or metal bands, some headsets use wires that hang from earpieces. However, the earpiece of such a headset is easily removed from the user's ear.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention addresses these and other problems associated with the prior art.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Certain embodiments of the present invention provide a headset having two earpieces, one acting as a microphone and the other acting as an earphone. The microphone earpiece converts sound from the air column in the ear canal into an electrical signal while being isolated from surrounding noise and vibration due to bone conduction. The earphone converts an electrical signal from an audio device into a sound output in the other earpiece. The headset in this configuration provides full duplex communication while isolating ambient noise.
[0008]
A small piezoelectric electret type transducer is attached to one of the earpiece cases. The transducer is adapted to be electrically responsive only to the voice uttered by the user. The miniature transducer is acoustically driven by sound in the air column of the ear canal of one ear to produce an electrical transmit signal (Tx) without external noise. Also, a voice conduction isolation "cup" acts as a jacket surrounding the small transducer in the case to reduce and isolate bone conduction voice sounds that result in a concentration of low frequency audio energy. . The voice conduction isolation cup floats the transducer in the ear canal to improve the quality of the Tx signal generated by the transducer.
[0009]
In some embodiments, the second miniature transducer is incorporated into an identical second earpiece case. This second transducer receives the incoming electrical Rx signal and produces an audible sound in the ear canal of the other ear of the user. The plurality of earphone wires are connected to a single three-wire cord terminated to a standard 3.5 mm plug or a standard 2.5 mm plug for direct plug connection. No other electrical circuits or modifications are required. Mobile phones, cordless phones, and ordinary corded phones have an externally compatible plug-in jack for receiving a headset plug.
[0010]
Other embodiments of the present invention address the feedback problem and provide improved performance over existing full-duplex communication devices. Since the transducer operates as both an earphone and a microphone at the same time, the output of the transducer is composed of the composite transmit and receive signals. In order to operate this circuit design with minimal feedback, certain circuits capture this composite signal and reduce the received signal relative to the transmitted signal. This circuit also reduces the Tx signal supplied therefrom through the telephone hybrid (communications network) relative to the received signal.
[0011]
The full-duplex communication headset is used for various audio applications. In some applications, one headphone is used as a speaker, while the second headphone is used as either a speaker or a microphone. The headphones provide stereo sound when attached to a device such as a radio, CD player, MD player, MP3 player, and the like. Also, when the device is operating as a two-way communication device such as a mobile phone, one of the headphones switches to operate as a microphone. The user performs hands-free two-way communication using the headset. When the device is switched back to operate as an audio player, the microphone headphones return to operate as speakers. The headset then returns to provide stereo sound. In other applications, the full-duplex headset is used in combination with a voice recognition system (VRS) to more accurately translate human spoken words into digital characters.
[0012]
In yet another embodiment of the present invention, the headset has two earpieces for wearing on both ears of the operator. A band having both ends connected to the two earpieces extends forward from the two earpieces. The band then extends down below the chin or backwards behind the neck.
[0013]
The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the present invention, which proceeds with reference to the accompanying drawings.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic diagram of a full-duplex communication headset. This headset has two earpieces, an
[0015]
The
[0016]
By placing the microphone in the operator's ear, the transducer in the microphone can detect audio signals from the user's vocal cords, passing through the operator's head, and exiting the ear canal. Since the microphone is located in the ear canal, ambient noise is removed from the transducer.
[0017]
FIG. 2 is a schematic diagram showing the circuit inside the microphone earpiece in more detail. The circuitry inside the earpiece in this particular embodiment includes a
[0018]
When the wearer of the headset speaks, the resulting sound in the air column inside the ear canal drives the
[0019]
The configuration of the headset shown in FIG. 1 can be incorporated into various headsets. FIG. 3 shows a possible example of a configuration of a headset into which the circuits shown in FIGS. 1 and 2 can be incorporated. The headset shown in FIG. 3 is similar to the headset commonly used for portable radios, tape players and CD players. The structure of each
[0020]
The
[0021]
FIG. 4 shows an enlarged view of the headset shown in FIG. 3 when the
[0022]
FIG. 5 is an exploded view of the microphone earpiece designed for the headset shown in FIGS. 3 and 4. As shown in FIG. 5, the earpiece has a plastic disk-shaped
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
FIG. 6 shows another example of the configuration of a headset into which the circuit shown in FIG. 1 can be incorporated. This particular configuration is particularly useful in noisy environments, as each
[0026]
FIG. 7 is a sectional view of the nipple of the earpiece shown in FIG.
[0027]
The wires coming out of each earpiece extend through the case and into the
[0028]
It should be noted that the configuration of the headset shown in FIGS. 4 to 7 is only a few examples of the many possible configurations that can incorporate the full duplex communication circuit configuration shown in FIG. Is shown. These configurations include a headset frame that is worn on the wearer's head, but it is also possible to implement a full-duplex headset with a pair of earpieces that are held on the user's head in other ways. It is. One possible method is to attach an ear clip to each earpiece case that surrounds the wearer's ear. Another possible method is to use an earpiece as shown in FIG. 6 that fits securely in the ear canal without the need for external support by the frame of the headset.
[0029]
The headset described above provides hands-free, full-duplex communication without having to use a cumbersome microphone extension arm. Since the sound is provided substantially through the ear canal, there is no need to place the microphone near the mouth.
[0030]
It is possible to use differently shaped transducer cases to suit different preferred use options. For noisy environments, it is possible to use an earpiece device that protrudes out of the ear canal. Also, to minimize fatigue, lightweight ear microphones use small motorized transducers weighing about 5 grams or 0.18 ounces. Lightweight piezoelectric transducers further improve performance and reduce weight. Designed for security guards and the hearing impaired, lightweight headbands, ear supporters and a specially shaped transducer case fit snugly into the ear canal.
[0031]
FIG. 8 shows a modification of the circuit of the microphone earpiece shown in FIG. The
[0032]
The
[0033]
The
[0034]
(Earphone for full-duplex communication using a single transducer)
FIG. 9 shows an analog earphone and
[0035]
The output of the
[0036]
In some embodiments, the components within dashed line 48 represent functions implemented in software by a digital signal processor (DSP). Some or all of the components within the dashed line can also be realized by digital discrete components. For example, the A / D converter and the D / A converter may be realized as separate components. On the other hand, the signal adder and the adaptive phase canceller may be realized as separate components, or may be realized by software using a DSP.
[0037]
The
[0038]
The voice signal from the talking operator is converted by the
[0039]
The
[0040]
The received voice signal Rx from the
[0041]
The
[0042]
When the operator is speaking, the audio signal output through the ear canal of the operator is converted by the
[0043]
The
[0044]
The Tx + Rx signal 52 output from the
[0045]
The Tx signal is converted back to an analog signal by the D /
[0046]
Another purpose of the
[0047]
Both the Rx signal at the
[0048]
The
[0049]
In summary, the desired Tx signal at the
[0050]
(Transducer with reverse polarity)
In FIG. 11, a transmitting /
[0051]
The other end of the transmitting /
[0052]
In one example, transmitting /
[0053]
The received signal (Rx) of the
[0054]
The voltage level is selected at
[0055]
This Rx signal is output from the automatic
[0056]
The Rx signal is input to
[0057]
As the user of
[0058]
FIG. 12 shows another embodiment of the full-duplex
[0059]
Since the Rx signals output from the two
[0060]
FIG. 13 shows another embodiment of the microphone and speaker circuit. The transmission /
[0061]
The opposite end of the transmission /
[0062]
In one example, the
[0063]
The Rx signal is input to the
[0064]
The Rx signal is input to
[0065]
As the user of
[0066]
The
[0067]
The transmission /
[0068]
Due to the transmission /
[0069]
Furthermore, since the audio signal from the user is directly output from the ear canal to the
[0070]
The
[0071]
FIG. 14 shows another embodiment of the headset circuit. The first headphone or
[0072]
The
[0073]
The
[0074]
When the
[0075]
Thus, when the
[0076]
FIG. 15 shows, by way of example, how the communication circuits of FIGS. 8 to 14 are incorporated into an
[0077]
FIG. 16 is a perspective view of the
[0078]
FIG. 17 shows an enlarged view of the
[0079]
The
[0080]
It is possible to use differently shaped transducer cases to suit different preferred use options. For noisy environments, it is possible to use an earpiece device that protrudes out of the ear canal. It is also possible to use two earphones, one microphone and one earphone.
[0081]
Also, to minimize fatigue, lightweight ear microphones use small motorized transducers weighing about 5 grams or 0.18 ounces. Lightweight piezoelectric transducers further improve performance and reduce weight. Designed for security guards and the hearing impaired, lightweight headbands, ear supporters and a specially shaped transducer case fit snugly into the ear canal.
[0082]
(Use of microphone / speaker headset)
In FIG. 18, a microphone /
[0083]
With the transmission /
[0084]
Since the audio signal from the
[0085]
[0086]
FIG. 19 shows
[0087]
The user pulls out the
[0088]
In another embodiment, the
[0089]
An Rx signal from another caller received by the
[0090]
FIG. 20 shows a
[0091]
The
[0092]
The
[0093]
Since the
[0094]
FIG. 21
[0095]
FIG. 22 shows a
[0096]
FIG. 23 illustrates another embodiment of a
[0097]
Two
[0098]
The two
[0099]
(Headset with full-duplex communication system with voice recognition system)
In FIG. 24, a
[0100]
While the
[0101]
By installing one or
[0102]
The software and processor of the
[0103]
This headset can operate as both a speaker that outputs the received Rx signal to the user and a microphone that transmits a Tx signal from the ear canal of the operator and returns it to another destination. If the circuitry of this
[0104]
For example, when other application software is selected on the
[0105]
Note that the microphone that generates the Tx signal for the
[0106]
FIG. 25 illustrates another embodiment of the present invention having a
[0107]
While the
[0108]
(Loop down headset and looparound (loopback) headset)
26 and 27 show a loop-
[0109]
Although the
[0110]
In some embodiments of the
[0111]
FIG. 27 is a side view of the loop-
[0112]
FIGS. 28 and 29 show the position of both
[0113]
26 to 29, both ends 1533 of the
[0114]
While the
[0115]
FIGS. 30, 31, and 32 show a perspective view, a plan view, and a side view, respectively, of another embodiment of the present invention.
[0116]
The
[0117]
Furthermore, both
[0118]
FIG. 33 is a schematic diagram illustrating one embodiment of a full-duplex communication circuit that can be installed in either the
[0119]
The
[0120]
[0121]
The circuits described above may use dedicated processor systems, microcontrollers, programmable logic devices, microprocessors, etc. that perform some or all of the mail notification operations. Some of the above operations may be performed by software, and other operations may be performed by hardware.
[0122]
For convenience, operations are described as various interconnected functional blocks or separate software modules. However, although not required, these functional blocks or modules may be equally integrated into a single, hardly defined logic unit, program, operation, or the like. Regardless, the functional blocks and software modules, ie, the functions described, can be performed by themselves or in combination with other operations, either in hardware or software.
[0123]
While the preferred embodiments have described and illustrated the principles of the invention, it will be apparent that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from these principles. Grants of rights are required for all changes and modifications within the spirit and scope of the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG.
1 is a schematic diagram of a full-duplex headset showing the electrical connection of an earpiece earpiece and a microphone earpiece to a standard plug. FIG.
FIG. 2
FIG. 2 is a schematic diagram showing a circuit of the microphone earpiece shown in FIG. 1 in more detail.
FIG. 3
FIG. 2 is a diagram showing an example of a headset configuration in which the earpiece for a headphone and the earpiece for a microphone shown in FIG. 1 can be incorporated.
FIG. 4
FIG. 4 is a diagram showing a state in which the earpiece of the headset shown in FIG. 3 is placed inside a user's ear.
FIG. 5
FIG. 5 is an exploded view of the microphone earpiece of the headset shown in FIGS. 3 and 4.
FIG. 6
FIG. 2 is a diagram illustrating another example of a headset into which the earpiece for a headphone and the earpiece for a microphone illustrated in FIG. 1 can be incorporated.
FIG. 7
FIG. 7 is a diagram illustrating a cross-sectional view of an earpiece of the headset illustrated in FIG. 6.
FIG. 8
FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the microphone earpiece circuit shown in FIG. 2.
FIG. 9
FIG. 9 is a circuit diagram of a full-duplex communication digital signal processing communication circuit according to another embodiment of the present invention.
FIG. 10
FIG. 10 is a diagram illustrating a phase shift of received audio signals output from different amplifier stages in the communication circuit illustrated in FIG. 9.
FIG. 11
FIG. 6 is a schematic circuit diagram of a transmission / reception circuit for a full-duplex communication system according to another embodiment of the present invention.
FIG.
FIG. 6 is a schematic circuit diagram illustrating another embodiment of a circuit for a full-duplex communication system.
FIG. 13
FIG. 4 is a schematic circuit diagram showing another embodiment of a circuit for a full-duplex communication system.
FIG. 14
FIG. 9 is a schematic circuit diagram showing still another embodiment of a circuit for a full-duplex communication system.
FIG.
It is sectional drawing of the earpiece which has the circuit for full-duplex communication systems.
FIG.
It is a perspective view of the earpiece shown in FIG.
FIG.
FIG. 17 is a diagram showing a state where the earpieces of FIGS. 15 and 16 are placed inside the ears of the operator.
FIG.
FIG. 2 is a diagram illustrating a headset for a full-duplex communication system used with various bidirectional communication devices.
FIG.
FIG. 2 is a diagram of a retractable earphone and a wireless earphone that operate as both a speaker and a microphone.
FIG.
A diagram of a headset with two headphones or earphones that both switch to operate as microphones when both operate as speakers when connected to an audio device and when the device operates as a two-way communication device. is there.
FIG. 21
FIG. 2 is a diagram of headphones in which one headphone or earphone operates as a microphone and the other headphone or earphone operates as a speaker.
FIG.
FIG. 3 is a diagram of a headset in which each headphone or earphone operates as both a microphone and a speaker.
FIG. 23
FIG. 4 is a diagram of a headset in which speakers are provided inside two headphones, and microphones are respectively attached outside the headphones.
FIG. 24
FIG. 2 is a diagram of a headset that detects sound waves from the ear canal and sends electrical signals generated from the sound waves directly to a speech recognition system.
FIG. 25
FIG. 3 is a diagram of headphones that feed back a transmission signal to a headphone operator.
FIG. 26
It is a front view of a loop-down headset.
FIG. 27
FIG. 27 is a side view of the loop-down headset shown in FIG. 26.
FIG. 28
It is a perspective view of a loop-down headset.
FIG. 29
It is a front view of a loop-down headset.
FIG. 30
It is a perspective view of a loopback headset.
FIG. 31
It is a top view of a loopback headset.
FIG. 32
It is a side view of a loopback headset.
FIG. 33
FIG. 3 is a schematic diagram of a circuit for a full-duplex communication system that can be used for either a loop-down headset or a loopback headset.
Claims (30)
前記トランスデューサを前記耳道からの音声入力を電気的な送信信号に変換するマイクロホンとして動作させるための送信回路と、を有することを特徴とするオーディオ装置。A transducer adapted to be inserted into or near the ear canal,
A transmission circuit for operating the transducer as a microphone for converting a sound input from the ear canal into an electric transmission signal.
前記トランスデューサの第1の端子に接続された第1の入力と、受信信号入力に接続された第2の入力と、送信信号出力および前記トランスデューサの第2の端子の両方に接続された出力と、を有する第1の増幅器と、
アース接続された第1の入力と、前記受信信号入力に接続された第2の入力と、前記送信信号出力に接続された出力とを有する第2の増幅器と、を有する請求項7に記載のオーディオ装置。The full-duplex communication mode circuit,
A first input connected to a first terminal of the transducer, a second input connected to a receive signal input, and an output connected to both a transmit signal output and a second terminal of the transducer; A first amplifier having:
8. The amplifier of claim 7, further comprising a second amplifier having a first input connected to ground, a second input connected to the receive signal input, and an output connected to the transmit signal output. Audio device.
前記送信信号出力と前記受信信号入力との間に接続された送信信号位相キャンセラと、を有する請求項8に記載のオーディオ装置。A receive signal phase canceller connected between the output of the second amplifier and the transmit signal output;
The audio device according to claim 8, further comprising: a transmission signal phase canceller connected between the transmission signal output and the reception signal input.
前記送受信回路に接続されたプラス端子を有するトランスデューサを含む第1のイヤピースと、
前記送受信回路に接続されたマイナス端子を有するトランスデューサを含む第2のイヤピースと、を有する請求項1に記載のオーディオ装置。A transmitting and receiving circuit;
A first earpiece including a transducer having a positive terminal connected to the transmitting and receiving circuit;
The audio device according to claim 1, further comprising: a second earpiece including a transducer having a negative terminal connected to the transmission / reception circuit.
前記第1のイヤピースの前記トランスデューサのプラス端子に接続された第1の入力と、送信信号出力に接続された出力と、を有する第1の増幅器と、
前記第2のイヤピースの前記トランスデューサのマイナス端子に接続された第1の入力と、前記送信信号出力に接続された出力と、を有する第2の増幅器と、を含む請求項10に記載のオーディオ装置。The transmitting and receiving circuit,
A first amplifier having a first input connected to the positive terminal of the transducer of the first earpiece and an output connected to a transmit signal output;
The audio device of claim 10, comprising: a second amplifier having a first input connected to the negative terminal of the transducer of the second earpiece and an output connected to the transmit signal output. .
前記2つのイヤピースから下方向に延出するバンドと、を有する請求項1に記載のオーディオ装置。Two earpieces located in or near the ears of the operator;
The audio device according to claim 1, further comprising: a band extending downward from the two earpieces.
少なくともひとつの動作モードではマイクロホンとして動作するトランスデューサを有する第2のイヤピースと、
前記2つのイヤピースから前方方向に延出する両端部と、該両端部から下向きに延出する中央部とを有するバンドと、を含むヘッドセット。A first earpiece having a transducer operating as a speaker in at least one mode of operation;
A second earpiece having a transducer operating as a microphone in at least one mode of operation;
A headset including: a band having both ends extending forward from the two earpieces and a central portion extending downward from the both ends.
前記送受信回路に接続された前記第1のイヤピース内の前記トランスデューサのプラス端子と、
前記送受信回路に接続された前記第2のイヤピース内の前記トランスデューサのマイナス端子と、を有する請求項21に記載のヘッドセット。A transmitting and receiving circuit;
A positive terminal of the transducer in the first earpiece connected to the transmitting and receiving circuit;
22. The headset according to claim 21, further comprising: a negative terminal of the transducer in the second earpiece connected to the transmission / reception circuit.
前記第1のイヤピース内の前記トランスデューサの前記プラス端子に接続された第1の入力と、送信信号出力に接続された出力とを有する第1の増幅器と、
前記第2のイヤピースの前記トランスデューサの前記マイナス端子に接続された第1の入力と、前記送信信号出力に接続された出力とを有する第2の増幅器と、を有する請求項29に記載のヘッドセット。The transmitting and receiving circuit,
A first amplifier having a first input connected to the positive terminal of the transducer in the first earpiece and an output connected to a transmit signal output;
30. The headset of claim 29, comprising a second amplifier having a first input connected to the minus terminal of the transducer of the second earpiece and an output connected to the transmit signal output. .
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