JP2008113082A - 通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 送信される送話信号に含まれるエコー信号成分を低減して、エコーが発生しない優れた通信品質の通信装置を提供する。
【解決手段】 スピーカ１３から背面側へ発せられる逆位相の音声信号１３Ａを、構造体１１内部で誘導し、信号レベルを調整した上で、スピーカ１３から前側へ発せられ、構造体１１の外部を経由してマイクロフォン１４に入力される音声信号１３Ｂと結合させて、音声信号を相殺させ、スピーカ１３とマイクロフォン１４との音響結合のレベルを低減させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、音響信号を送受信する通信装置のエコーを低減するための構造に関し、特に、ハンドフリー通話機能を備える携帯電話機に有利に実施することができる通信装置に関する。

通信装置である携帯電話機では、スピーカから出力される受話音がマイクロフォンに取込まれて相手への送話音として送信され、その結果、スピーカから出力される受話音に、自己が発した送話音が重畳した、音響エコー（以下、単に「エコー」と記す。）が発生する場合がある。

このようなエコーの発生は、近年の携帯電話機の小形化に伴い、スピーカとマイクロフォンとが近接して配置されているため、音響結合が強くなり、エコーを起こし易いという不具合が生じている。この対策として、信号処理によって前記エコーの発生を防止する技術があり、たとえば特許文献１に記載されている。

この特許文献１の先行技術では、電話機を２線／４線変換して回線に接続するためのハイブリッド回路の前段にエコーキャンセラー回路を設けて、受信信号からの回り込み成分を打ち消すことによってハウリングを防止している。特許文献１に記載される従来技術では、効果的にエコーを除去させるのは困難である。

また特許文献２に記載される他の従来技術では、クッション材などを用いて、スピーカ部からの音声出力が音声入力部へ伝達されないように遮蔽することが提案されている。

この特許文献２の従来技術では、エコーを完全に除去することができず、送話音声が歪み、送話音声が一部途切れて、通話が阻害されるという問題がある。特に、ハンズフリー通話をスピーカホンモードで行う場合には、スピーカが開放状態であり、スピーカからマイクロフォンへの音の回り込みが大きい状況下で、スピーカを耳に当てて通話する場合に比べてマイクロフォン回路およびスピーカ回路の双方とも音圧レベルを高くしなければならない。このため、エコーが発生する傾向がより強くなるという問題がある。

また特許文献３〜５に記載されるさらに他の従来技術では、いずれも信号処理によってエコーをキャンセルする技術を提案するものであるが、信号処理のみによって、効果的にエコーを低減するのは困難で、携帯電話機のハウジング内の限られたスペースに、複雑な演算処理回路を実装しなければならない。

特に、小型の携帯電話などで、ハンドフリー通話を実現しようとした場合、ソフトウェア処理のエコーキャンセラーのみで対応しようとすると、音響結合が大きすぎてエコーを消しきれない、またエコー信号を過剰に抑えようとするあまり、使用者が入力する送話音が音切れして円滑な会話を阻害してしまう、などの弊害が発生する。

特公昭６３−４７４２号公報 特開２００５−１５９８６９号公報 特開２００５−２１０２０６号公報 特開２００４−５６４５３号公報 特開昭６２−２９０２５１号公報

本発明の目的は、上記の点に鑑みなされたもので、送信される送話信号に含まれるエコー信号成分を低減して、エコーが発生しない優れた通信品質の通信装置を提供することである。

本発明は、マイクロフォンと、スピーカと、前記マイクロフォンおよびスピーカが収容される構造体とを含み、前記マイクロフォンから出力される音響信号を送信し、受信した音響信号を前記スピーカから出力する通信装置であって、
前記構造体には、前記マイクロフォンが収容されるマイクロフォン収容空間と外部空間とを連通する集音孔と、前記スピーカが収容されるスピーカ収容空間と外部空間とを連通する放音孔とが形成され、
前記構造体内には、前記スピーカから背後側領域へ放出される音を、前記マイクロフォン収容空間へ導く音響誘導路が設けられることを特徴とする通信装置である。

また本発明は、前記音響誘導路は、導音管によって形成されることを特徴とする。
また本発明は、前記導音管は、予め定める内径および予め定める長さに選ばれていることを特徴とする。

また本発明は、前記音響誘導路には、前記スピーカから背後側領域へ放出された音の音響特性を調整するための音響特性調整手段が設けられることを特徴とする。

また本発明は、前記音響特性調整手段は、音響抵抗体から成ることを特徴とする。
また本発明は、前記通信装置は、ハンドフリー通話機能を有する携帯通信装置であることを特徴とする。

本発明によれば、スピーカ収容空間に収容されたスピーカから背後側領域へ放出する音は、スピーカから放音孔を介して前方へ発せられる音とは逆位相であり、マイクロフォン収容空間に前記スピーカから背後側領域へ放出された音が誘導路を介して導かれ、集音孔へ入射する音から前記誘導路を介して導かれた逆位相のスピーカ音を相殺させて、スピーカから放音孔を介して前方へ放出された音が集音孔へ入射した音の影響を解消することができる。このようにして本発明では、スピーカからの放音がマイクロフォンに入射する前の段階で相殺するため、送話信号からエコーを生ずる信号成分を排除し、音響結合のエコー信号のレベルを効果的に低減させることができる。

また本発明によれば、誘導路が導音管によって実現されるので、導音管を利用してスピーカから背後側へ放射される逆位相の音響を減衰させずに効率的にマイクロフォンへ導くことができ、エコー低減効果を向上することができる。

また本発明によれば、導音管の内径および長さをエコー低減効果が最も高くなるように設定することによって、確実に、エコーの発生を防止することができる。

また本発明によれば、音響誘導路に音響特性調整手段が設けられるので、この音響特性調整手段によって、スピーカから背後側領域へ発せられた音の音響特性を、エコーの発生が効果的に抑制されるように適切に設定することができ、確実なエコー低減を図ることができる。

また本発明によれば、音響特性調整手段が音響抵抗体によって実現されるので、最もエコー低減効果が高くなる音響抵抗を有する音響抵抗体を音響誘導路に設けることによって、マイクロフォン収容空間へ導かれる音響の音響特性をエコー低減に最適な音響特性に調整することができ、確実なエコー低減効果を達成することができる。

また本発明によれば、ハンドフリー通話機能を有する通信装置に本発明を採用することによって、ハンドフリー通話モード時にスピーカから大きな音が発生されても、その音がマイクロフォンに入射する前に逆位相の音によって相殺され、送話信号へのエコー音信号の混入を阻止することができ、確実なエコー低減効果を達成することができる。

図１は本発明の一実施形態である携帯電話機１０の正面図であり、図２は図１に示される携帯電話機１０を右方から見た縦断面図である。なお、図２は図解を容易にするため、携帯電話機１０は厚み方向に拡大して示されている。通信装置である携帯電話機１０は、中空を構成する構造体１１と、構造体１１の内部空間に収容され、電子回路が実装された基板１２と、構造体１１の長手方向（図１の上下方向）一端部に収容されるスピーカ１３と、構造体１１の長手方向他端部に収容されるマイクロフォン１４と、構造体１１の前壁１１ｄの前記長手方向一端部寄りに設けられ、液晶パネルなどによって実現される表示部１５と、構造体１１の前壁１１ｄの前記長手方向他端部寄りに設けられる複数の操作キーから成る操作キー群を有する入力部１６とを備える。

前記構造体１１は、スピーカ１３を支持する支持部１１ａと、マイクロフォン１４を支持する支持部１１ｂと、各支持部１１ａ，１１ｂが内面に一体的に形成される筐体１１ｃとを含んで構成される。このような構造体１１の前壁１１ｄには、マイクロフォン１４が収容されるマイクロフォン収容空間２４と外部空間Ｓとを連通する集音孔１４ａと、スピーカ１３が収容されるスピーカ収容空間２３と外部空間Ｓとを連通する放音孔１３ａとがそれぞれ形成されている。スピーカ収容空間２３は、スピーカ１３によって背後側領域２３ａと前側領域２３ｂとに仕切られる。

スピーカ１３は、ゴムなどの可撓性および弾発性を有する材料から成る環状の遮音用ライナ部材１３ｂを介して放音孔１３ａに臨むように配置され、スピーカ収容空間２３に前記支持部１１ａと筐体１１ｃの上部との間に嵌着される。スピーカ１３から図２の左方である前方へ発せられた音は、前側領域２３ｂから放音孔１３ａを介して外部空間Ｓへ放出され、前記遮音用ライナ部材１３ｂによって背後側領域２３ａへ回り込まないように遮音されている。

前記支持部１１ａと基板１２の前記筐体１１ｃの前壁に臨む裏面とは、筐体１１ｃの厚み方向（図２の左右方向）に間隔ΔＬ１をあけて離間し、開口１３ｃが形成される。前記スピーカ１３側の間隔ΔＬ１は、一例として０.５ｍｍ〜１.０ｍｍに選ばれる。

前記スピーカ１３側の開口１３ｃは、スピーカ１３から背後側領域２３ａに放出された音波の進行を許容するため、前記スピーカ収容空間２３を前記支持部１１ａよりも下方の連通空間１１Ａに連通している。前記基板１２の裏面は、各種の電子部品などが実装される背後側（図２の左側）に臨む表面よりも凹凸が少ないため、連通空間１１Ａを規定する部材の一部として用いられている。

マイクロフォン１４は、集音孔１４ａを臨んで支持部１１ｂと、筐体１１ｃの底部との間に嵌着された状態で、前記マイクロフォン収容空間２４に収容されている。支持部１１ｂには、構造体１１内で前記連通空間１１Ａとマイクロフォン収容空間２４とを連通する連通孔１７ａが形成される。連通孔１７ａは、一例として約０．５ｍｍ×０．５ｍｍの開口部である。マイクロフォン１４は、たとえば小型機器に内蔵されるコンデンサマイクロフォンである。マイクロフォン１４では、背面からの音の進入および背面への音の放出がいずれも起こらない構造になっている。

前記スピーカ１３から前側に向かって発せられる受話音は、放音孔１３ａを介して外部空間Ｓへ放出され、携帯電話機１０をハンズフリーで使用している使用者によって聴取される。また使用者から発せられた送話音は、集音孔１４ａを介してマイクロフォン１４によって捕捉され、送話信号として送信される。前記スピーカ１３からの出力音は、たとえば周波数が０Ｈｚ〜４ｋＨｚの音波である。周波数については、通常通話に用いられる８ｋＨｚのサンプリング周波数の場合である。また、音圧については、相手側からの入力信号の種類やレベル、構造体１１の設計やスピーカ１３などの端末側の条件などから選定される。

前記連通空間１１Ａは、前記長手方向には開口１３ｃと連通孔１７ａとの間、厚み方向には基板１２と構造体１１の前壁１１ｄとの間、幅方向には構造体１１の各側壁間に存在する空間によって実現されている。このような音響誘導路となる連通空間１１Ａを筐体１１ｃ内に形成することによって、スピーカ１３から背後側領域２３ａへ放出された音を、前記開口１３ｃを介して矢符１３Ａで示されるように伝播させ、マイクロフォン１４が収容されるマイクロフォン収容空間２４へ導くことができる。

スピーカ１３から放出された音は、スピーカ１３の前側と背後側とでは媒質である空気の疎密が反転するため、スピーカ１３から背後側領域２３ａへ放出された音１３Ａは、前側から発せられる音１３Ｂとは、音波の波形が逆位相である。

前記長手方向他端部に設けられる支持部１１ｂには、連通孔１７ａを覆うようにしてメッシュ部材２０が設けられる。このメッシュ部材２０は、前述の連通空間１１Ａからマイクロフォン収容空間２４に連通孔１７ａを介して進入しようとする音波に対する音響抵抗体として設けられる多孔性構造の音響抵抗素子である。一例として、メッシュ部材２０は、４００番のメッシュを３枚張り合わせた合成樹脂製の不織布からなる。このメッシュ部材２０の材質および構造と連通孔１７ａの形状に応じた音響抵抗を有し、回り込み音１３Ｂの音圧波形に位相が逆転するようにマイクロフォン収容空間２４に入射させて、回り込み音１３Ｂと背後側音１３Ａとを相殺させた送話信号を生成して、エコーの発生を抑制することができる。

図３はスピーカ収容空間２３内の音波の伝播状態を示す図である。スピーカ１３の前側と背後側での音波の様子を示したものである。前記スピーカ１３は、受話信号に応答して振動板１３ｅを振動させ、この振動が周囲の空気を振動させ、前方および後方へ逆位相の疎密波として伝播する。

図４はスピーカ１３から前方に放射される音波が人の耳３０に到達する状態を模式的に示す図であり、図４（ａ）はスピーカ１３から前方へ放射された受話音が疎密な進行波として耳３０に到達することを示し、図４（ｂ）はスピーカ１３から前方へ放出された受話音の波形Ｌ１とスピーカ１３から後方へ放出された受話音の波形Ｌ２とを示す。前記スピーカ１３から前方へ放出される受話音は、図４（ａ）に示されるように、空気中を疎密進行波として伝播し、人の耳３０の聴覚によって感知される。また、前記スピーカ１３から後方へ放出された逆位相の受話音は図４（ｂ）に示されるように、筐体１１ｃ内の連通空間１１Ａを経てマイクロフォン収容空間２４に到達し、集音孔１４ａから入射する前方からの受話音を相殺し、話者が発した送話音だけがマイクロフォン１４によって検知される。

図５はスピーカ１３の取付け構造の一例を示す携帯電話機１０の一端部付近の分解斜視図であり、図６はマイクロフォン１４の取付け構造の一例を示す携帯電話機１０の他端部付近の分解斜視図である。なお、図１〜図４と対応する部分には同一の参照符を付す。前記構造体１１の筐体１１ｃには、たとえば中空のスピーカ用の支持部１１ａとマイクロフォン用の支持部１１ｂとが、一体的に形成される。スピーカ用支持部１１ａは、スピーカ１３が嵌着される直円柱状の嵌合孔３１が形成され、支持部１１ａは遮音用ライナ部材１３ｂを介して構造体１１の前壁１１ｄおよび液晶パネル１５の裏面に対向している。

マイクロフォン用支持部１１ｂには、嵌合孔３２が形成され、この嵌合孔３２には前記マイクロフォン１４が嵌着されて保持される。支持部１１ｂの上部には、経路１１Ａの一部を構成する連通孔１７ａが設けられる。この連通孔１７ａが連通空間１１Ａに臨んで開口する周縁部分には、前記メッシュ部材２０が取付けられる平坦状の取付け面３３が形成される。この取付け面３３には、メッシュ部材２０がたとえば接着剤によって接着され、前記連通孔１７ａを覆っている。

図７はこのエコーを低減させる効果を示す周波数対音圧レベル特性図である。横軸は周波数、縦軸はｄＢＶ／Ｐａで表される音圧レベルである。

これは、図１に示す本発明の実施形態において、音響機器のチェック用に用いられるピンクノイズを、スピーカ１３にライン入力した際のマイクロフォン１４の出力信号を表したもので、図７（ａ）は構造体１１内にスピーカ１３から背後側領域へ放出される音を、マイクロフォン収容空間２４へ導く音響誘導路が設けられていない場合、図７（ｂ）は構造体１１内にスピーカ１３から背後側領域へ放出される音を、マイクロフォン収容空間２４へ導く音響誘導路が設けられている場合を示す。図７（ａ）と図７（ｂ）とを比較すると、通話などで重要な１ｋＨｚ以下の帯域では、音響誘導路を設けることによって、エコーを低減させる効果が十分に発揮されていることが実験から分かっている。

音声波形のスペクトルの中で、特にエネルギが集中している周波数成分のホルマントについて、５つの母音の第１ホルマントは、全て１ｋＨｚ以下に入っているため、この１ｋＨｚ以下の帯域での音圧レベル特性において、効果が認められれば、エコー低減効果を実現できると判断される。また、本発明の実施形態は、音響結合のレベル低減を図って、図７（ｂ）に示すように、エコー信号のピーク値を減少させ、総量も抑制できることから、エコーキャンセラー回路と併用すれば、エコーの低減をより効果的に図ることができる。

したがって、スピーカ１３から背面側へ発せられる音声が、音響特性調整手段であるメッシュ部材２０及び連通孔１７ａを通じて、適当な大きさの逆位相波形の音となって、マイクロフォン１４に入力されるため、スピーカ１３から前側へ発せられる音の一部が孔１４ａを通じて直接、マイクロフォン１４に入力される音と相殺される。このため、極めて効果的にエコーを低減できるものである。

この実施の形態では、非常に簡単な構成でありながら、能動的にエコーを低減することができる。また、従来技術として提案されている、逆位相スピーカのような部品を新たに、構造体１１の内部に設ける必要はなく、スぺースを余分に取る必要もない。

音響抵抗体として、メッシュ部材を使用する例を挙げているが、この他にもフェルト、繊維不織布、ろ紙、連続気泡型フォーム、金属織物、織布、微細穴あき金属箔、プラスチックシートなどが考えられる。

次に、図９は本発明の他の実施形態の携帯電話機１０を示す縦断面図である。なお、前述の実施形態と対応する部分に、同一の参照符を付す。前記スピーカ１３の背面側において、スピーカ収容空間２３と構造体１１の内部空間とを遮蔽する遮蔽部材４０が構造体１１内部に設けられ、この遮蔽部材４０を貫通するように、スピーカ１３の背面側からマイクロフォン１４付近の連通孔１７ａまで、導音管４１を配置する。そして、連通孔１７ａ付近には、たとえば音響抵抗体の一つであるメッシュ部材２０を配置する。

スピーカ１３から背面側へ発せられる逆位相音１３Ａを、導音管４１を通じて効率的にマイクロフォン１４の入力部まで運び、能動的にエコーを低減させる。この導音管４１の長さについては、スピーカ１３から前側へ発せられる音がマイクロフォン１４に最短で到達する経路と同じ距離になるように設定すれば、エコー低減効果をより発揮でき、望ましい。また、この導音管４１の径を決めると、エコー低減用の音圧レベルが定まるため、メッシュ部材２０と合わせて、音響特性調整手段に採用することができる。

例えば、導音菅の径を小さく、あるいは長さを長く設計することにより、高い周波数成分が減衰する為、１００〜３００Ｈｚの低域成分の比率が高い音声信号を誘導することができる。この導音管の径と長さを選択することによって、音響結合の強い周波数成分に絞ってエコー信号のレベルを効果的に低減させることも可能である。

本実施形態のように、導音管を使用すれば、逆位相音を無駄なくマイクロフォン１４まで導くことができるため、導音管の径と長さを変化させることによって、エコー低減効果をより一層効率的に得ることができる。

本実施形態の通信装置は、通話機能を有する携帯通信装置で、通話を行うものについて述べているが、通話装置に限らず、マイクロフォンとスピーカとを同時に作動させる通信装置に本発明を採用することもできる。

本発明の一実施形態である携帯電話機１０の正面図である。 図１に示される携帯電話機１０を右方から見た縦断面図である。 スピーカ収容空間２３内の音波の伝播状態を示す図である。 スピーカ１３から前方に放射される音波が人の耳３０に到達する状態を模式的に示す図であり、図４（ａ）はスピーカ１３から前方へ放射された受話音が疎密な進行波として耳３０に到達することを示し、図４（ｂ）はスピーカ１３から前方へ放出された受話音の波形Ｌ１とスピーカ１３から後方へ放出された受話音の波形Ｌ２とを示す。 スピーカ１３の取付け構造の一例を示す分解斜視拡大図である。 マイクロフォン１４の取付け構造の一例を示す分解斜視拡大図である。 エコーを低減させる効果を示す横軸は周波数、縦軸は音圧レベルの周波数対音圧レベル特性図であり、図７（ａ）は構造体１１内にスピーカ１３から背後側領域へ放出される音を、マイクロフォン収容空間２４へ導く音響誘導路が設けられていない場合、図７（ｂ）は構造体１１内にスピーカ１３から背後側領域へ放出される音を、マイクロフォン収容空間２４へ導く音響誘導路が設けられている場合を示す。 本発明の他の実施形態の携帯電話機１０を示す縦断面図である。

符号の説明

１０ 携帯電話機
１１ 構造体
１１ａ スピーカ１３を支持する支持部
１１ｂ マイクロフォン１４を支持する支持部
１１ｄ 構造体１１の前壁
１１Ａ 連通空間
１２ 基板
１３ スピーカ
１３ａ 放音孔
１３ｃ 開口
１３Ａ 逆位相音
１３Ｂ 音
１４ マイクロフォン
１４ａ 集音孔
１５ 液晶パネル
１６ 操作キー群
１７ａ 連通孔
２０ メッシュ部材
２３ スピーカ収容空間
２３ａ スピーカ１３の背後側領域
２３ｂ スピーカ１３の前側領域
２４ マイクロフォン収容空間
４０ 遮蔽部材
４１ 導音管
Ｓ 外部空間

Claims (6)

1. マイクロフォンと、スピーカと、前記マイクロフォンおよびスピーカが収容される構造体とを含み、前記マイクロフォンから出力される音響信号を送信し、受信した音響信号を前記スピーカから出力する通信装置であって、
   前記構造体には、前記マイクロフォンが収容されるマイクロフォン収容空間と外部空間とを連通する集音孔と、前記スピーカが収容されるスピーカ収容空間と外部空間とを連通する放音孔とが形成され、
   前記構造体内には、前記スピーカから背後側領域へ放出される音を、前記マイクロフォン収容空間へ導く音響誘導路が設けられることを特徴とする通信装置。
2. 前記音響誘導路は、導音管によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記導音管は、予め定める内径および予め定める長さに選ばれていることを特徴とする請求項２に記載の通信装置。
4. 前記音響誘導路には、前記スピーカから背後側領域へ放出された音の音響特性を調整するための音響特性調整手段が設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の通信装置。
5. 前記音響特性調整手段は、音響抵抗体から成ることを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
6. 前記通信装置は、ハンドフリー通話機能を有する携帯通信装置であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の通信装置。

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