JP2008109603A - Calling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、通話装置に関するものである。 The present invention relates to a call device.
従来、インターホンシステム等で屋内に設置される通話装置があり、他の場所に設置された通話装置からの音声を出力するスピーカや、他の通話装置へ伝達する音声を入力するマイクロホン等を備えている。 Conventionally, there is a communication device installed indoors with an interphone system or the like, which includes a speaker that outputs sound from a communication device installed in another place, a microphone that inputs sound transmitted to the other communication device, and the like. Yes.
そして、スピーカから発生した音声がマイクロホンに回り込むとハウリングが生じることになるから、様々なハウリング防止対策が採られている。例えば、第1の従来例として、スピーカとマイクロホンを含むループ回路が通話装置内で形成され、このループゲインが1を越えるとハウリングが発生するから、ループ回路内に設けた可変損失回路での損失量を調節することにより、ループゲインが1以下となるようにしてハウリングを防止するものがある。ここで、送話信号と受話信号とのうち信号レベルが小さいほうは重要ではないとみなし、信号レベルが小さいほうの伝送路に挿入された可変損失回路の伝送損失を大きくするようにしている。 Since howling occurs when the sound generated from the speaker wraps around the microphone, various measures for preventing howling are taken. For example, as a first conventional example, a loop circuit including a speaker and a microphone is formed in a communication device, and howling occurs when the loop gain exceeds 1, so that loss in a variable loss circuit provided in the loop circuit occurs. Some control the amount so that the loop gain is 1 or less to prevent howling. Here, it is assumed that the smaller signal level of the transmission signal and the reception signal is not important, and the transmission loss of the variable loss circuit inserted in the transmission line having the smaller signal level is increased.
しかし、上記第1の従来例では、マイクロホンとスピーカとの距離が近いと、スピーカからマイクロホンに回り込む受話音声のレベルが大きくなり、受話信号よりも送話信号が大きくなり、スピーカから音声が出ている受話状態であるにもかかわらず制御回路は送話状態に切り換えてしまい、スピーカから出るべき音が出なくなるという状態が発生していた。 However, in the first conventional example, when the distance between the microphone and the speaker is short, the level of the received voice that goes from the speaker to the microphone increases, the transmitted signal becomes larger than the received signal, and the voice comes out from the speaker. In spite of the reception state, the control circuit switches to the transmission state, and there is a state in which no sound to be output from the speaker is generated.
そこで、第2の従来例として、一対のマイクロホンと、両マイクロホンとスピーカとの距離の差に相当する音波の遅延時間だけスピーカに近いほうのマイクロホンの出力を遅延させる遅延回路と、両マイクロホンとスピーカとの距離の差に相当するレベル調整を行なってスピーカからの音声に対する両マイクロホンの出力レベルを一致させるレベル調整増幅回路と、遅延回路とレベル調整増幅回路とを通った両マイクロホンの出力を両入力とする差動増幅回路とを設け、差動増幅回路の出力を送話信号とする通話装置が提案された。 Therefore, as a second conventional example, a pair of microphones, a delay circuit that delays the output of the microphone closer to the speaker by the delay time of the sound wave corresponding to the difference in distance between the two microphones and the speaker, both microphones and the speaker The level adjustment amplifier circuit that adjusts the level corresponding to the difference in distance between the two microphones to match the output level of both microphones with the sound from the speaker, and both microphone outputs that have passed through the delay circuit and level adjustment amplifier circuit There has been proposed a communication device that includes a differential amplifier circuit as described above and uses the output of the differential amplifier circuit as a transmission signal.
この通話装置では、一対のマイクロホンでスピーカからの音声を拾った後、遅延およびレベル調整を行なって両マイクロホンに入力されるスピーカからの音声成分を差動増幅回路で相殺するようにしているから、スピーカからの音声成分のみを除去して受話ブロッキングが生じない状態で送話音声を伝送することができる。(例えば、特許文献1参照)
しかしながら、上記第2の従来例においても、一対のマイクロホンを設ける必要があり、さらにはハウリング防止のために、スピーカとマイクロホンとの距離をあまり小さくできず、装置のさらなる小型化が望まれていた。 However, also in the second conventional example, it is necessary to provide a pair of microphones, and further, in order to prevent howling, the distance between the speaker and the microphone cannot be made very small, and further miniaturization of the apparatus has been desired. .
また、小型化のために通話装置がますます薄型になってきており、スピーカを収納するハウジングの容量が小さくなっている。特に、スピーカの裏面側の空間である後気室の容量が小さくなると、スピーカの放射音圧が低下し、スピーカの最低共振周波数が高周波数側にずれ、スピーカの音質、効率が悪化するという課題もあった。 In addition, the communication device is becoming thinner and thinner for miniaturization, and the capacity of the housing for housing the speaker is reduced. In particular, if the volume of the rear air chamber, which is the space on the back side of the speaker, is reduced, the sound pressure radiated from the speaker is lowered, the lowest resonance frequency of the speaker is shifted to the higher frequency side, and the sound quality and efficiency of the speaker are deteriorated. There was also.
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、ハウリング防止、小型化、音質および効率の向上を実現可能な通話装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a communication device capable of realizing howling prevention, downsizing, improvement in sound quality and efficiency.
請求項1の発明は、ハウジングと、ハウジング内に配置されて、外部から伝達された音声情報を一方面側から出力するスピーカと、ハウジングの内面とスピーカの一方面側とで囲まれた前気室と、ハウジングの内面とスピーカの他方面側とで密閉された空間である後気室と、集音面を前気室内に向けて配置して、集音した音声を電気信号に変換した音声信号を出力する第1のマイクロホンと、集音面をハウジング外に向けて配置して、集音した音声を電気信号に変換した音声信号を出力する第2のマイクロホンと、第2のマイクロホンで集音した音声信号から第1のマイクロホンで集音した音声信号を除去して外部へ伝達する音声処理部と、後気室内に配置されて一端が閉塞し他端が開口した音響管とを備えることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, the front air surrounded by the housing, the speaker disposed in the housing and outputting the audio information transmitted from the outside from one surface side, the inner surface of the housing and the one surface side of the speaker. A sound that is obtained by converting the collected sound into an electrical signal by arranging the chamber, the rear air chamber that is a sealed space between the inner surface of the housing and the other surface of the speaker, and the sound collection surface facing the front air chamber A first microphone that outputs a signal, a second microphone that outputs a sound signal obtained by converting the collected sound into an electrical signal, with the sound collection surface facing out of the housing, and the second microphone. An audio processing unit that removes the audio signal collected by the first microphone from the audio signal that has been sounded and transmits the audio signal to the outside, and an acoustic tube that is disposed in the rear air chamber and that is closed at one end and opened at the other end. It is characterized by.
この発明によれば、第1のマイクロホンの集音面を前気室に向けて配置することで第1のマイクロホンとスピーカとの距離を短くして小型化を可能にするとともに、第1のマイクロホンはスピーカが発する音声を確実に集音するので、音声処理部によるハウリング防止処理を確実に行うことができる。さらに第2のマイクロホンは集音面をハウジング外に向けるので、スピーカと第2のマイクロホンとの音響結合は低減し、第2のマイクロホンはスピーカの発する音声を集音し難くなって、第2のマイクロホンをスピーカの近傍に配置でき、通話装置の小型化が可能となる。また、スピーカの他方面から放射される音はハウジングの外部に漏れ難く、スピーカと第2のマイクロホンとの音響結合をさらに低減させて、スピーカの一方面側から放射される音と他方面側から放射される音との干渉を低減し、スピーカの放射音圧の低下を防いでいる。また音響管によって、スピーカの最低共振周波数が低周波数側に移行し、さらにはスピーカの音圧レベルが増加するので、スピーカの音質および効率が向上する。すなわち、通話装置において、ハウリング防止、小型化、音質および効率の向上を実現することができる。 According to the present invention, the sound collecting surface of the first microphone is disposed toward the front air chamber so that the distance between the first microphone and the speaker can be shortened, and the first microphone can be miniaturized. Can reliably collect the sound emitted from the speaker, so that the howling prevention processing by the sound processing unit can be reliably performed. Furthermore, since the second microphone faces the sound collection surface out of the housing, the acoustic coupling between the speaker and the second microphone is reduced, and the second microphone becomes difficult to collect the sound emitted from the speaker. A microphone can be arranged in the vicinity of the speaker, and the communication device can be downsized. In addition, the sound radiated from the other surface of the speaker is difficult to leak to the outside of the housing, and the acoustic coupling between the speaker and the second microphone is further reduced, so that the sound radiated from the one surface side of the speaker and the other surface side are reduced. Interference with the radiated sound is reduced, and the reduction of the radiated sound pressure of the speaker is prevented. Further, the acoustic tube shifts the lowest resonance frequency of the speaker to the low frequency side and further increases the sound pressure level of the speaker, so that the sound quality and efficiency of the speaker are improved. That is, in the communication device, it is possible to realize howling prevention, downsizing, improvement in sound quality and efficiency.
請求項2の発明は、請求項1において、前記音響管は、スピーカの出力の音圧レベルを上げる周波数の1/4波長に基づく長さに設定されることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the acoustic tube is set to a length based on a quarter wavelength of a frequency that increases a sound pressure level of an output of the speaker.
この発明によれば、スピーカの最低共振周波数を所望の周波数に設定でき、スピーカの音質および効率を任意に設定できる。 According to the present invention, the lowest resonance frequency of the speaker can be set to a desired frequency, and the sound quality and efficiency of the speaker can be arbitrarily set.
請求項3の発明は、請求項1または2において、前記音響管の共振周波数は、無限大の大きさを有するバッフル板に取り付けられたスピーカの最低共振周波数と、音響管を設けていない前記ハウジングに取り付けられたスピーカの最低共振周波数との間に設定されることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the resonance frequency of the acoustic tube is the lowest resonance frequency of a speaker attached to a baffle plate having an infinite size, and the housing without the acoustic tube. It is set between the lowest resonance frequency of the speaker attached to the.
この発明によれば、スピーカの音質および効率の向上を容易に実現できる。 According to the present invention, it is possible to easily improve the sound quality and efficiency of the speaker.
以上説明したように、本発明では、ハウリング防止、小型化、音質および効率の向上を実現することができるという効果がある。 As described above, the present invention has an effect that it is possible to realize howling prevention, downsizing, improvement in sound quality and efficiency.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
本実施形態の通話装置Aは図1〜図3に示され、後面に開口を形成したボディA10と、ボディA10の開口に覆設したカバーA11とでハウジングA1を構成し、ハウジングA1内に、スピーカSP、マイクロホン基板MB1、通話スイッチSW1、音声処理部10を備える。
(Embodiment 1)
The communication device A according to the present embodiment is shown in FIGS. 1 to 3, and a housing A1 is constituted by a body A10 having an opening formed on the rear surface and a cover A11 covering the opening of the body A10. A speaker SP, a microphone board MB1, a call switch SW1, and a
音声処理部10は、図3に示すように、通信部10a、エコーキャンセル部10b,10c、増幅部10d、信号処理部10eを備えたICで構成され、ハウジングA1内に配置される。他の部屋等に設置されている通話装置Aから情報線Lsを介して送信された音声信号は、通信部10aで受信され、エコーキャンセル部10bを介して増幅部10dで増幅された後、スピーカSPから出力される。また、通話スイッチSW1を操作することで通話可能状態となり、マイクロホン基板MB1上のマイクロホンM1(第1のマイクロホン),マイクロホンM2(第2のマイクロホン)から入力された各音声信号は信号処理部10eで後述する信号処理を施された後、エコーキャンセル部10cを通過し、通信部10aから情報線Lsを介して他の部屋等に設置されている通話装置Aへ送信される。すなわち、部屋間で双方向の通話が可能なインターホンとして機能するものである。なお、通話装置Aの電源は、設置場所の近傍に設けたコンセントから供給されるか、あるいは情報線Lsを介して供給されてもよい。
As shown in FIG. 3, the
スピーカSPは、図1に示すように、冷間圧延鋼板(SPCC,SPCEN)、電磁軟鉄(SUY)等の厚み0.8mm程度の鉄系材料で形成されて一端を開口した円筒状のヨーク20を具備し、ヨーク20の開口端から外側に向かって円形の支持体21が延設されている。
As shown in FIG. 1, the speaker SP is a
ヨーク20の筒内にはネオジウムで形成された円柱型永久磁石22(例えば、残留磁束密度1.39T〜1.43T)を配置し、ドーム型の振動板23の外周側の縁部が支持体21の縁端面に固定されている。
A cylindrical permanent magnet 22 (for example, residual magnetic flux density of 1.39 T to 1.43 T) formed of neodymium is disposed in the cylinder of the
振動板23は、PET(PolyEthyleneTerephthalate)またはPEI(Polyetherimide)等の熱可塑性プラスチック(例えば、厚み12μm〜50μm)で形成される。振動板23の背面には筒状のボビン24が固定されており、このボビン24の後端にはクラフト紙の紙管にポリウレタン銅線(例えば、φ0.05mm)を巻回することによって形成されたボイスコイル25が設けられている。ボビン24およびボイスコイル25は、ボイスコイル25がヨーク20の開口端に位置するように設けられており、ヨーク20の開口端近傍を前後方向に自在に移動する。
The
ボイスコイル25のポリウレタン銅線に音声信号を入力すると、この音声信号の電流と永久磁石22の磁界とにより、ボイスコイル25に電磁力が発生するため、ボビン24が振動板23を伴なって前後方向に振動させられる。このとき、振動板23から音声信号に応じた音が発せられる。すなわち、動電型のスピーカSPが構成される。
When an audio signal is input to the polyurethane copper wire of the
そして、スピーカSPの振動板23が対向するハウジングA1の前面内側には、リブ11が形成されており、スピーカSPの円形の支持体21の外周端部から前面側に突出した凸部21aの端面がリブ11に当接し、振動板23がハウジングA1の前面に内側から対向する状態でスピーカSPが固定される。
And the
ハウジングA1内にスピーカSPが固定されると、ハウジングA1の前面内側とスピーカSPの表面側(振動板23側)とで囲まれた空間である前気室Bf、ハウジングA1の後面内側および側面内側とスピーカSPの裏面側(ヨーク20側)とで囲まれた空間である後気室Brが形成される。前気室Bfは、ハウジングA1の前面に複数設けた音孔12を介して外部に連通している。後気室Brは、スピーカSPの支持体21の端部とハウジングA1の内面のリブ11とが密着することで、前気室Bfとは絶縁した(連通していない)空間となり、さらにカバーA11がボディA10の後面開口に密着することで、外部とも絶縁した密閉された空間となっている。
When the speaker SP is fixed in the housing A1, the front air chamber Bf which is a space surrounded by the front inner side of the housing A1 and the front surface side (the
次に、マイクロホン基板MB1は、図4に示すように、マイクロホンのベアチップBC1とICKa1との対、マイクロホンのベアチップBC2とICKa2との対をモジュール基板2の一面2aに各々実装し、ベアチップBC1、ICKa1、モジュール基板2上の配線パターン(図示無し)の各間、およびベアチップBC2、ICKa2、モジュール基板2上の配線パターン(図示無し)の各間をワイヤWで各々接続(ワイヤボンティング)した後、ベアチップBC1とICKa1の対を覆うようにシールドケースSC1を実装し、ベアチップBC2とICKa2の対を覆うように、シールドケースSC2を実装することで、ベアチップBC1、ICKa1、シールドケースSC1で構成されるマイクロホンM1、ベアチップBC2、ICKa2、シールドケースSC2で構成されるマイクロホンM2を備えている。
Next, as shown in FIG. 4, the microphone substrate MB1 has a pair of microphone bare chips BC1 and ICKa1 and a pair of microphone bare chips BC2 and ICKa2 mounted on one
ベアチップBC(ベアチップBC1またはBC2)は、図5に示すように、シリコン基板1bに穿設した孔1cを塞ぐようにシリコン基板1bの一面側にSi薄膜1dが形成され、このSi薄膜1dとの間にエアーギャップ1eを介して電極1fが形成され、さらに音声信号を出力するパッド1gが設けられており、コンデンサ型のシリコンマイクロホンを構成している。そして、外部からの音響信号がSi薄膜1dを振動させることで、Si薄膜1dと電極1fとの間の静電容量が変化して電荷量が変化し、この電荷量の変化に伴ってパッド1g,1gから音響信号に応じた電流が流れる。このベアチップBCは、シリコン基板1bをモジュール基板2上にダイボンディングし、特にベアチップBC2のSi薄膜1dは、モジュール基板2に穿設した音孔F2に対向している。
As shown in FIG. 5, in the bare chip BC (bare chip BC1 or BC2), an Si thin film 1d is formed on one surface side of the
そして、マイクロホンM1は、音孔F1を穿設したシールドケースSC1の底面側を集音面とし、マイクロホンM2は、音孔F2を穿設したモジュール基板2への実装面側を集音面として、互いに逆方向となるモジュール基板2の両面方向に集音面を有するものになる。このように構成されたマイクロホン基板MB1は、モジュール基板2の一面2aにマイクロホンM1,M2の両方を実装しているので、マイクロホン基板MB1の厚さを薄くできる。
The microphone M1 uses the bottom surface side of the shield case SC1 with the sound hole F1 as a sound collecting surface, and the microphone M2 uses the mounting surface side with respect to the
図6(a)は、マイクロホン基板MB1を、モジュール基板2の一面2a側から見た平面図であり、モジュール基板2は、マイクロホン部M1を配置する矩形部2fと、マイクロホン部M2を配置する矩形部2gと、矩形部2f,2g間を連結する連結部2hとで構成され、矩形部2gは矩形部2fより大きく形成される。そして、矩形部2gの縁部に沿って、負電源パッドP1,正電源パッドP2,出力1パッドP3,出力2パッドP4が設けられている。
FIG. 6A is a plan view of the microphone substrate MB1 as viewed from the one
そして、図6(b)に示すように、負電源パッドP1には外部から供給される電源電圧の負側、正電源パッドP2には電源電圧の正側が接続されて、モジュール基板2上の配線パターンを介してマイクロホン部M1,M2に電源を供給している。また、出力1パッドP3からは、マイクロホン部M1が集音した音声信号がモジュール基板2上の配線パターンを介して出力され、出力2パッドP4からは、マイクロホン部M2が集音した音声信号がモジュール基板2上の配線パターンを介して出力される。なお、出力パッドP3,P4から出力される音声信号のグランドは、負電源パッドP1で兼用される。
Then, as shown in FIG. 6B, the negative power supply pad P1 is connected to the negative side of the power supply voltage supplied from the outside, and the positive power supply pad P2 is connected to the positive side of the power supply voltage. Power is supplied to the microphone units M1 and M2 through the pattern. Also, the audio signal collected by the microphone unit M1 is output from the output 1 pad P3 via the wiring pattern on the
このように、マイクロホン部M1,M2の電源を共通の負電源パッドP1、正電源パッドP2から供給し、さらにマイクロホン部M1,M2の各出力のグランドを負電源パッドP1で兼用することで、パッドの数を減らすことができ、構成が簡単になる。 As described above, the power of the microphone units M1 and M2 is supplied from the common negative power supply pad P1 and the positive power supply pad P2, and the ground of each output of the microphone units M1 and M2 is also used as the negative power supply pad P1, thereby Can be reduced, and the configuration becomes simple.
次に、マイクロホン基板MB1の動作について説明する。 Next, the operation of the microphone substrate MB1 will be described.
まず、集音した音響信号に応じてベアチップBC1,BC2から流れる各電流は、ICKa1,Ka2によってインピーダンス変換されるとともに電圧信号に変換され、音声信号として出力1パッドP3、出力2パッドP4から各々出力される。
First, each current flowing from the bare chips BC1 and BC2 according to the collected acoustic signal is impedance-converted by ICKa1 and Ka2 and converted into a voltage signal, and output from the output 1 pad P3 and the
ICKa(ICKa1またはKa2)は、図7の回路構成を備えており、電源パッドP1,P2から供給される電源電圧+V(例えば5V)を定電圧Vr(例えば12V)に変換するチップICからなる定電圧回路Kbを備えており、抵抗R11とベアチップBCとの直列回路に定電圧Vrが印加され、抵抗R11とベアチップBCとの接続中点はコンデンサC11を介してジャンクション型のJ−FET素子S11のゲート端子に接続される。J−FET素子S11のドレイン端子は動作電源+Vに接続され、ソース端子は抵抗R12を介して電源電圧の負側に接続される。ここで、J−FET素子S11は電気インピーダンスの変換用であり、このJ−FET素子S11のソース端子の電圧が音声信号として出力される。なお、ICKaのインピーダンスの変換回路は、上記構成に限定されるものではなく、例えばオペアンプによるソースフォロワ回路の機能を有する回路であってもよく、または必要に応じてICKa内に音声信号の増幅回路を設けてもよい。 The ICKa (ICKa1 or Ka2) has the circuit configuration of FIG. 7, and is a constant IC composed of a chip IC that converts the power supply voltage + V (for example, 5V) supplied from the power supply pads P1 and P2 into a constant voltage Vr (for example, 12V). A voltage circuit Kb is provided, a constant voltage Vr is applied to the series circuit of the resistor R11 and the bare chip BC, and a connection midpoint between the resistor R11 and the bare chip BC is connected to the junction type J-FET element S11 via the capacitor C11. Connected to the gate terminal. The drain terminal of the J-FET element S11 is connected to the operating power supply + V, and the source terminal is connected to the negative side of the power supply voltage via the resistor R12. Here, the J-FET element S11 is for electrical impedance conversion, and the voltage at the source terminal of the J-FET element S11 is output as an audio signal. Note that the ICKa impedance conversion circuit is not limited to the above-described configuration, and may be, for example, a circuit having a function of a source follower circuit using an operational amplifier, or an audio signal amplification circuit in the ICKa if necessary. May be provided.
そして、マイクロホン基板MB1は、上記のようにモジュール基板2上の配線パターンを介して信号伝達、給電を行うことで、信号線、給電線を効率よく構成できるとともに、ハウジングA1の外面に取付可能となる。本実施形態では、モジュール基板2の一面2aをハウジングA1の前面外側に沿って配置し、マイクロホンM1はハウジングA1前面の開口13を挿通して集音面を前気室Bfに向けており、シールドケースSC1の底面に穿設したマイクロホンM1の音孔F1はスピーカSPの振動板23に対向して、音孔F1を介して伝達されるスピーカSPからの音声に対して高い指向性を有するので、スピーカSPが発する音声を確実に集音することができる。また、マイクロホンM2は、ハウジングA1の前面に設けた凹部14に嵌合し、モジュール基板2に穿設したマイクロホンM2の音孔F2はスピーカSPの出力方向に向かってハウジングA1の外部(前方)に面しているので、音孔F2を介して伝達される、通話装置Aの前方に位置する話者からの音声に対して高い指向性を有している。なお、スピーカSPの中心から各マイクロホンM1,M2の中心までの距離をそれぞれX1,X2とすると、X1<X2となる。
The microphone board MB1 can efficiently configure the signal lines and the power supply lines by performing signal transmission and power supply via the wiring pattern on the
また、スピーカSPの裏面が面する後気室Brは、ハウジングA1内で密閉されるので、スピーカSPの裏面から放射される音声は後気室Brから漏れ難くなり、スピーカSPとマイクロホンM2との音響結合を低減させている。さらにスピーカSPの裏面(振動板23の裏面)から放射される音は、スピーカSPの表面(振動板23の表面)から放射される音と位相が反転しており、このスピーカSPの裏面から放射される音が前方に回り込むと、スピーカSPの表面から放射される音と互いに打ち消しあって、スピーカSPの放射音圧が低下し、前方にいる話者にはスピーカSPが発する音声が聞こえ難いものとなるが、上記のようにスピーカSPの裏面から放射される音はハウジングA1の外部に漏れ難いので、上記回り込みによるスピーカSPの放射音圧の低下を防いでいる。 Further, the rear air chamber Br facing the back surface of the speaker SP is sealed in the housing A1, so that sound radiated from the back surface of the speaker SP is difficult to leak from the rear air chamber Br, and the speaker SP and the microphone M2 are not connected. Acoustic coupling is reduced. Furthermore, the sound radiated from the back surface of the speaker SP (the back surface of the diaphragm 23) has a phase reversed from that of the sound radiated from the surface of the speaker SP (the surface of the diaphragm 23). When the generated sound circulates forward, the sound radiated from the surface of the speaker SP cancels each other, the radiated sound pressure of the speaker SP decreases, and the speaker in front cannot hear the sound emitted by the speaker SP. However, since the sound radiated from the back surface of the speaker SP is difficult to leak to the outside of the housing A1 as described above, a decrease in the radiated sound pressure of the speaker SP due to the wraparound is prevented.
また、マイクロホンM2を収納した凹部14は後気室Brと連通していない分離された空間であるので、マイクロホンM2はスピーカSPの発する音声をさらに集音し難くなり、スピーカSPとマイクロホンM2との音響結合をさらに低減させている。すなわち、上記構成によって、スピーカSPが発する音声と話者の発する音声とをマイクロホンM1,M2で分離して集音しているのである。
Further, since the
また、マイクロホン基板MB1をハウジングA1内に配置すると前気室Bfと後気室Brとの間の空間的な絶縁を維持することが困難であるが、本実施形態のようにマイクロホン基板MB1をハウジングA1の外面に取り付けることで、前気室Bfと後気室Brとの間の空間的な絶縁を維持することができる。 Further, when the microphone substrate MB1 is disposed in the housing A1, it is difficult to maintain the spatial insulation between the front air chamber Bf and the rear air chamber Br, but the microphone substrate MB1 is disposed in the housing as in the present embodiment. By attaching to the outer surface of A1, the spatial insulation between the front air chamber Bf and the rear air chamber Br can be maintained.
そして、本実施形態では、スピーカSPの音声出力をマイクロホンM1,M2が拾うことで発生するハウリングを防止するために、以下の構成を備えている。 And in this embodiment, in order to prevent the howling which generate | occur | produces when the microphones M1 and M2 pick up the audio | voice output of the speaker SP, it has the following structures.
まず、音声処理部10に収納されている信号処理部10eは、図8に示すように、マイクロホンM1の出力を非反転増幅する増幅回路30と、増幅回路30の出力から音声帯域(300〜4000Hz)以外の周波数のノイズを除去するバンドパスフィルター31と、バンドパスフィルター31の出力を遅延させる遅延回路32と、マイクロホンM2の出力を反転増幅する増幅回路33と、増幅回路33の出力から音声帯域(300〜4000Hz)以外の周波数のノイズを除去するバンドパスフィルター34と、遅延回路32とバンドパスフィルター34の各出力を加算する加算回路35とを備える。
First, as shown in FIG. 8, the
図9〜図12は、スピーカからの音声をマイクロホンM1,M2で各々集音した場合における信号処理部10の各部の音声信号波形を示す。まず、スピーカSPの中心から各マイクロホンM1,M2の中心までの距離をそれぞれX1,X2とすると、X1<X2となる。したがって、スピーカSPからの音声をマイクロホンM1,M2で拾った場合、スピーカSPとマイクロホンM1,M2との距離、およびマイクロホンM1,M2の指向性によってマイクロホンM2の出力Y21のほうがマイクロホンM1の出力Y11よりも振幅が小さく、さらに両マイクロホンM1,M2とスピーカSPとの距離の差(X2−X1)に相当する音波の遅延時間[Td=(X2−X1)/Vs](Vsは音速)だけマイクロホンM2の出力Y21の位相が遅れている(図9(a)(b)参照)。
9 to 12 show the sound signal waveforms of the respective parts of the
そして、増幅回路30が出力Y11を非反転増幅した出力Y12を生成し、増幅回路33が出力Y21を反転増幅して位相を180°反転させた出力Y22を生成する。このとき、両マイクロホンM1,M2とスピーカSPとの距離の差(X2−X1)に相当するレベル調整を行ない、スピーカSPからの音声に対する両マイクロホンM1,M2の出力レベルを一致させる(図10(a)(b)参照)。なお、本実施形態では、増幅回路30の増幅率は略1としており、増幅回路30は省略してもよい。
The
そして、バンドパスフィルター31,34は、出力Y12,Y22から音声帯域以外の周波数のノイズを除去した出力Y13,Y23を生成する(図11(a)(b)参照)。 Then, the band pass filters 31 and 34 generate outputs Y13 and Y23 obtained by removing noise of frequencies other than the audio band from the outputs Y12 and Y22 (see FIGS. 11A and 11B).
次に、遅延回路32は、時間遅延素子またはCR位相遅延回路で構成されており、上記遅延時間TdだけスピーカSPに近いほうのマイクロホンM1の出力を遅延させることで、遅延回路32の出力Y14とバンドパスフィルター34の出力Y23との位相を一致させ、伝達する音声信号にのるノイズを低減させる。
Next, the
そして、出力Y14に含まれるスピーカSPからの音声成分と、出力Y23に含まれるスピーカSPからの音声成分とは、上記増幅処理,遅延処理によって同一振幅、同一位相となり、加算回路35において出力Y14とY23とを加算することで、スピーカSPからの音声に対応する音声信号が打ち消された出力Yaが生成される(図12(a)〜(c)参照)。すなわち、出力Yaでは、スピーカSPからの音声成分が低減しているのである。 Then, the sound component from the speaker SP included in the output Y14 and the sound component from the speaker SP included in the output Y23 have the same amplitude and the same phase by the amplification process and the delay process. By adding Y23, an output Ya in which the audio signal corresponding to the audio from the speaker SP is canceled is generated (see FIGS. 12A to 12C). That is, in the output Ya, the sound component from the speaker SP is reduced.
一方、マイクロホンM1,M2前方の話者Hが発する音声に対しては、話者Hが発する音声に対して高い指向性を有するマイクロホンM2の出力Y21の振幅が、マイクロホンM1の出力Y11の振幅よりも大きくなる。さらに、増幅回路33の増幅率は増幅回路30の増幅率より大きいので、出力Y23に含まれる話者Hからの音声成分は、出力Y14に含まれる話者Hからの音声成分よりさらに大きくなる。すなわち、出力Y14に含まれる話者Hからの音声成分と、出力Y23に含まれる話者Hからの音声成分との振幅差は大きくなり、加算回路35で上記加算処理を施しても、出力Yaには、話者Hが発する音声に応じた信号が十分な振幅を維持した状態で残る。
On the other hand, for the sound emitted by the speaker H in front of the microphones M1, M2, the amplitude of the output Y21 of the microphone M2 having high directivity with respect to the sound emitted by the speaker H is larger than the amplitude of the output Y11 of the microphone M1. Also grows. Furthermore, since the amplification factor of the
以上のようにして加算回路35の出力YaではスピーカSPからの音声成分が低減されて、通話装置A前方の話者Hからマイクロホン基板MB1に向って発した音声成分は残っており、出力Yaでは、残したい話者Hからの音声成分と、低減したいスピーカSPからの音声成分との相対的な差が大きくなる。すなわち、話者Hからの音声とスピーカSPからの音声とが同時に発生している場合でも、話者Hからの音声成分は十分な振幅を維持しながらスピーカSPからの音声成分のみが低減されるので、スピーカSPの音声出力をマイクロホンM1,M2が拾うことで発生するハウリングを防止することができるのである。
As described above, the sound component from the speaker SP is reduced at the output Ya of the
また、マイクロホンM1はスピーカSPが発する音声を確実に集音するので、上記信号処理部10eによるハウリング防止処理を確実に行うことができる。さらにマイクロホンM2は集音面をハウジングA1外部に向けるとともに、スピーカSPの出力方向とマイクロホンM2の指向性とを略同一方向にするので、スピーカSPとマイクロホンM2との音響結合は低減し、マイクロホンM2はスピーカSPの発する音声を集音し難くなって、マイクロホンM2をスピーカSPの近傍、すなわち前気室Bfの近傍に隣接して配置でき、通話装置Aの小型化が可能となる。
In addition, since the microphone M1 reliably collects the sound emitted from the speaker SP, the howling prevention processing by the
次に、加算回路35が出力する音声信号はエコーキャンセル部10cに出力され、エコーキャンセル部10b,10c(図3参照)では、以下の処理を行うことでさらなるハウリング防止を図っている。
Next, the audio signal output from the
まず、エコーキャンセル部10cは、エコーキャンセル部10bの出力を参照信号として取り込み、信号処理部10eの出力に対して演算を施すことにより、スピーカSPからマイクロホンM1,M2に回り込んだ音声信号をさらにキャンセリングする。一方、エコーキャンセル部10bも、エコーキャンセル部10cの出力を参照信号として取り込み、通信部10aの出力に対して演算を施すことにより、通話先の相手側でのスピーカからマイクロホンへの音声信号の回り込みをキャンセリングする。
First, the
具体的には、エコーキャンセル部10b,10cは、スピーカSP−マイクロホンM1,M2−信号処理部10e−エコーキャンセル部10c−通信部10a−エコーキャンセル部10b−増幅部10d−スピーカSPで構成されるループ回路内に設けた可変損失手段(図示無し)での損失量を調節することにより、ループゲインが1以下となるようにしてハウリングを防止するのである。ここで、送話信号と受話信号とのうち信号レベルが小さいほうは重要ではないとみなし、信号レベルが小さいほうの伝送路に挿入された可変損失回路の伝送損失を大きくするようにしている。
Specifically, the
さらに本実施形態では、スピーカSPの裏面側の後気室Br内に、一端を開口し他端を閉塞した音響管40が配置されており、この音響管40は、ボディA10の内側面に沿って設けられる。そして、この音響管40の共振周波数を適宜設定することで、スピーカSPの最低共振周波数が低周波数側に移行し、さらにはスピーカSPの音圧レベルが増加するので、スピーカSPの音質および効率が向上する。
Furthermore, in the present embodiment, an
なお、スピーカの最低共振周波数foは、一般に、スピーカの振動系の等価質量(振動板、コイル、空気付加質量)Moと、それを支持するエッジ等のスティフネスSoと、後気室Br内の空気のスティフネスScとによって決まり、
fo={1/(2π)}・√{(So+Sc)/Mo}
で表される。
Note that the minimum resonance frequency fo of the speaker is generally equivalent to the equivalent mass (diaphragm, coil, additional air mass) Mo of the vibration system of the speaker, the stiffness So such as an edge supporting the same, and the air in the rear air chamber Br. And the stiffness Sc of
fo = {1 / (2π)} · √ {(So + Sc) / Mo}
It is represented by
図13は、信号処理部10eによるスピーカSPの音声成分キャンセル量の周波数特性を示し、図14はスピーカSPの前方における放射音圧の周波数特性を示しており、ハウジングA1から音響管40を省略したハウジングを用いた場合と、ハウジングとして理想的なバッフル板を用いた場合との両方の場合について各結果を示す。
FIG. 13 shows the frequency characteristics of the sound component cancellation amount of the speaker SP by the
まず、理想的なバッフル板とは、図15に示すように無限大の大きさを有するバッフル板Cのことであり、スピーカSPおよびマイクロホン基板MB1をバッフル板Cに取り付けた場合のキャンセル量(図13の特性Y1a)は、周波数帯域100Hz〜10000Hzにおいて10dB以上を維持し、放射音圧特性(図14の特性Y2a)は、スピーカSPの最低共振周波数fo1=600Hzとなり、最低共振周波数はスピーカSP単体での特性と同じ理想的な特性を示している。バッフル板Cを用いるとこのように優れた特性を備えるが、これはバッフル板Cが無限大の大きさを有して、スピーカSPの裏面(振動板23の裏面)から放射された音がバッフル板Cで遮断されて前方に回り込まないとした場合の結果であり、現実的ではない。 First, an ideal baffle plate is a baffle plate C having an infinite size as shown in FIG. 15, and a cancellation amount when the speaker SP and the microphone substrate MB1 are attached to the baffle plate C (see FIG. 15). 13 characteristic Y1a) maintains 10 dB or more in the frequency band of 100 Hz to 10000 Hz, and the radiation sound pressure characteristic (characteristic Y2a in FIG. 14) is the lowest resonance frequency fo1 = 600 Hz of the speaker SP, and the lowest resonance frequency is the speaker SP alone. It shows the same ideal characteristics as When the baffle plate C is used, it has such excellent characteristics. This is because the baffle plate C has an infinite size, and the sound emitted from the back surface of the speaker SP (the back surface of the diaphragm 23) is baffled. This is the result when it is blocked by the plate C and does not go forward, and is not realistic.
次に、音響管40を省略したハウジングを用いた場合のキャンセル量(図13の特性Y1b)も、周波数帯域100Hz〜10000Hzにおいて10dB以上を維持しており、バッフル板Cを用いた場合と略同様のキャンセル量を得ることができる。しかし、後気室Brを密閉した場合の放射音圧特性については、後気室Brの容量が十分に大きければバッフル板Cと同様の特性を得ることができるが、後気室Brの容量が小さいと、後気室Brの機械等価スティフネスが大きくなり、スピーカSPの最低共振周波数は高くなり、放射音圧が低下して、通話音質および効率が悪化する。例えば、ハウジングA1の後気室Brと同容量且つ音響管40を省略したハウジングを用いた場合の放射音圧特性(図14の特性Y2b)は、スピーカSPの最低共振周波数fo2=1200Hzとなり、バッフル板Cを用いた場合に比べて最低共振周波数が高周波数側にずれ、さらには800Hz以下の周波数帯域でバッフル板Cを用いた場合に比べて音圧レベルが5〜20dB程度減少しており、スピーカSPの音質および効率が悪化している。ハウジングA1の後気室Brの3倍の容量且つ音響管40を省略したハウジングを用いた場合の放射音圧特性(図14の特性Y2c)は、スピーカSPの最低共振周波数fo3=800Hzとなり、後気室Brの容量が小さい場合に比べてスピーカSPの音質は改善されている。しかし、後気室Brの容量を大きくするとハウジングも大型化し、通話装置の小型化が困難になる。そこで、本実施形態では、小容量の後気室Brに音響管40を設けることで、通話装置の小型化を図りながら、スピーカSPの音質および効率を向上させている。
Next, the cancellation amount (characteristic Y1b in FIG. 13) when the housing without the
図16(a)〜(c)は、音響管40を備える別のハウジングA2を示しており、このハウジングA2を一例にして、音響管40による作用を以下説明する。ハウジングA2は、後面に開口を形成したボディA20と、ボディA20の開口に覆設したカバーA21とで構成され(但し、図16(b)はボディA20のみを示す)、ハウジングA2内には、上記ハウジングA1同様にスピーカSP、マイクロホン基板MB1、通話スイッチSW1、音声処理部10を備えるとともに、ボディA20に音響管40を設けており、この音響管40によって、スピーカSPが発する音声の所望の周波数帯域(本実施形態では700Hz付近)の音圧レベルを増大させることで、音質および効率の向上を図る。
FIGS. 16A to 16C show another housing A2 including the
ハウジングA2のスピーカSPが配置される空間A2aは、ハウジングA2内の他の空間A2bと分離されており、空間A2aは横30mm×縦40mm×厚み8mmに形成されている。この空間A2a内において、ボディA20の前面内側に等間隔に形成された4箇所の円柱状のボス51にスピーカSPの取付孔(図示無し)を各々載置し、ボス51の軸方向に形成されたねじ孔52に取付ねじ(図示無し)を螺合することで、スピーカSPがボディA20の前面内側に固定されると、ハウジングA2の前面内側とスピーカSPの表面側(振動板23側)とで囲まれた空間である前気室Bf、ハウジングA1の後面内側および側面内側とスピーカSPの裏面側(ヨーク20側)とで囲まれた空間である後気室Brが上記ハウジングA1と略同様に形成される。また、ハウジングA2の前面には複数の音孔53が穿設されている。
The space A2a in which the speaker SP of the housing A2 is arranged is separated from the other space A2b in the housing A2, and the space A2a is formed to be 30 mm wide × 40 mm long × 8 mm thick. In this space A2a, mounting holes (not shown) for the speaker SP are respectively placed on four
音響管40は、スピーカSPの裏面の後気室Brの内側壁に沿って、後気室Brの周囲を略3/4周に亘って形成された矩形の断面形状を有する管で、一端40aを開口、他端40bを閉塞して形成される。この音響管40の全長Lは、音圧レベルを増大させたい周波数fの略1/4波長に設定される。詳細には、音響管40の開口端補正を行うので、音速をC、開口端補正値をσ(=0.8d、但しdは音響管40の開口径)とすると、
f=[C/{4(L+σ)}]………(1)
から求められる。本実施形態では、音響管40の全長Lは95.2mm、音響管40の断面積は4.2mm2(φ2.3相当)である。また、音響管40を後気室Brの内側壁に沿って形成することで、音響管40による後気室Brの容量低減を抑えることができる。
The
f = [C / {4 (L + σ)}] (1)
It is requested from. In the present embodiment, the total length L of the
また音響管40は、閉管の共振周波数(管の全長が1/4波長の奇数倍に一致する周波数)で入力インピーダンスが極めて小さくなることを利用して、スピーカSPの裏面から放射された音波をスピーカSPの裏面側に反射することによって、後気室Brから外部に漏れる音を低減させている。
Also, the
そして、音響管40の共振周波数が、音響管40を備えていないハウジングA2を用いた場合の最低共振周波数fo4(=1200Hz)と、図14に示す上記バッフル板Cを用いた場合の最低共振周波数fo1(=600Hz)との間に位置するように、音響管40の全長Lを設定することで、音響管40を備えたハウジングA2を用いた場合のスピーカSPの最低共振周波数fo5(=700Hz付近)が、fo1とfo4との間に設定される。
The resonance frequency of the
図17は、上記音響管40を備えたハウジングA2を用いた通話装置と、音響管40を備えていないハウジングA2を用いた通話装置との各放射音圧特性を示しており、音響管40を備えた特性Y3aは、音響管40を備えていない特性Y3bに比べて、800Hz以下の周波数帯域で音圧レベルが5〜10dB程度増大し、最低共振周波数はfo4=1200Hzからfo5=700Hz付近にまで低下しており、スピーカ効率が向上するとともに、音質が向上している。例えば、700Hz付近では音圧レベルが10dB程度増大しており、この音圧レベルの増大によるスピーカ効率の向上は、スピーカSPの入力電流:70%減、入力電力:90%減に相当する。このように、スピーカSPの最低共振周波数近傍でスピーカSPの音圧レベルは増大するので、音響管40の全長を適宜設定して、スピーカSPの最低共振周波数を低周波数側に移行させれば、スピーカSPの音質および効率の向上を実現できる。
FIG. 17 shows radiated sound pressure characteristics of the communication device using the housing A2 including the
また、図16(b)に破線で示すように、音響管40の開口40aまたは開口40a近傍に、不織布等の吸音材45を配設することで、吸音効果を高めて、音響管40の共振周波数を微調整することができる。
Further, as shown by a broken line in FIG. 16B, the sound absorbing effect is enhanced by disposing a
音響管の別の形態として、図18の概略図のように、ハウジングA3の外部に後気室Brに連通する音響管41を設けてもよく、例えばチューブ状の音響管41を後気室Brに差し込む形態でもよい。この音響管41にウレタンチューブ等を用いると、全長Lを任意に設定、変更することができる。
As another form of the acoustic tube, an
また、マイクロホン基板MB1は、実施形態1と同様に、モジュール基板2の一面2aをハウジングA2またはA3の前面外側に沿って配置され、マイクロホンM1は、ハウジングA2またはA3の前面を挿通してスピーカSPに面してスピーカSPからの音声に対して高い指向性を有し、マイクロホンM2は、ハウジングA1の外部(前方)に面して前方に位置する話者からの音声に対して高い指向性を有する。
Similarly to the first embodiment, the microphone board MB1 has one
(実施形態2)
実施形態1ではハウジング内に音響管を1つ設けていたが、本実施形態では図19の概略図に示すように、ハウジングA4の後気室Brに複数の音響管42,43,44(本実施形態では3つ)を設けており、音響管42,43,44は互いに長さが異なるので、その共振周波数も互いに異なる周波数となる。したがって、スピーカSPの音圧レベルを、複数の周波数で増大させることができ、音響管42,43,44の各全長を適宜設定することで、所望の音質および効率を得ることができる。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, one acoustic tube is provided in the housing. However, in the present embodiment, as shown in the schematic diagram of FIG. 19, a plurality of
A 通話装置
A1 ハウジング
SP スピーカ
MB1 マイクロホン基板
M1,M2 マイクロホン
Bf 前気室
Br 後気室
10 音声処理部
40 音響管
A Communication device A1 Housing SP Speaker MB1 Microphone board M1, M2 Microphone Bf Front air chamber Br
Claims (3)
ハウジング内に配置されて、外部から伝達された音声情報を一方面側から出力するスピーカと、
ハウジングの内面とスピーカの一方面側とで囲まれた前気室と、
ハウジングの内面とスピーカの他方面側とで密閉された空間である後気室と、
集音面を前気室内に向けて配置して、集音した音声を電気信号に変換した音声信号を出力する第1のマイクロホンと、
集音面をハウジング外に向けて配置して、集音した音声を電気信号に変換した音声信号を出力する第2のマイクロホンと、
第2のマイクロホンで集音した音声信号から第1のマイクロホンで集音した音声信号を除去して外部へ伝達する音声処理部と、
後気室内に配置されて一端が閉塞し他端が開口した音響管とを備えることを特徴とする通話装置。 A housing;
A speaker that is disposed in the housing and outputs audio information transmitted from the outside from one side;
A front air chamber surrounded by the inner surface of the housing and one side of the speaker;
A rear air chamber that is a space sealed between the inner surface of the housing and the other surface side of the speaker;
A first microphone that outputs a sound signal obtained by converting the collected sound into an electrical signal, with the sound collection surface facing the front air chamber;
A second microphone that outputs a sound signal obtained by converting the collected sound into an electrical signal, with the sound collection surface facing out of the housing;
An audio processing unit that removes the audio signal collected by the first microphone from the audio signal collected by the second microphone and transmits the audio signal to the outside;
A communication device comprising an acoustic tube disposed in a rear air chamber and having one end closed and the other end opened.
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