JP2008294998A - Speaking device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インターホン等に用いる通話装置に関するものである。 The present invention relates to a call device used for an interphone or the like.
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。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、スピーカとマイクロホンとの距離を離すことで、スピーカから発せられた音をマイクロホンが拾わないようにしてハウリングを避けていた。 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. Then, since howling occurs when the sound generated from the speaker goes around the microphone, the howling is avoided by separating the distance between the speaker and the microphone so that the microphone does not pick up the sound emitted from the speaker. .
しかし、スピーカとマイクロホンとの距離を離すと装置自体が大きくなり、小型化しにくいという問題があった。そこで、装置の小型化とハウリング対策とを両立させるために、例えば、スピーカの振動板の中心に1つのマイクロホンを配置し、スピーカの振動板の表面から発生する音響信号と振動板の裏面から発生する音響信号とがマイクロホンの前面で互いに相殺することで、スピーカの振動板が発した音に対するマイクロホンの実質的な感度を低減させて、ハウリングを防止するものがある。(例えば、特許文献1参照)。 However, there is a problem that if the distance between the speaker and the microphone is increased, the apparatus itself becomes larger and it is difficult to reduce the size. Therefore, in order to achieve both miniaturization of the device and countermeasures for howling, for example, one microphone is arranged at the center of the speaker diaphragm, and the acoustic signal generated from the surface of the speaker diaphragm and the back of the diaphragm are generated. Some acoustic signals cancel each other out in front of the microphone, thereby reducing the substantial sensitivity of the microphone to the sound emitted by the diaphragm of the speaker and preventing howling. (For example, refer to Patent Document 1).
また、別の構成として、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も提案された。 As another configuration, 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, and both the microphone and the speaker Adjusting the level corresponding to the difference in distance to match the output level of both microphones with respect to the sound from the speaker, and using both microphone outputs through the delay circuit and the level adjusting amplifier circuit as both inputs There has also been proposed a communication device that includes a differential amplifier circuit 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2参照)。
しかしながら、上記特許文献1の従来例では、スピーカの振動板の表面から発生する音響信号と振動板の裏面から発生する音響信号との位相差がマイクロホンの前面で180°になることはなく、マイクロホンの前面で互いの音響信号を相殺することは困難であり、ハウリングを完全には防止できないものであった。さらに、マイクロホンをスピーカの中に組み込むため、スピーカの小型化、薄型化が困難であり、通話装置自体も小型化、薄型化が困難となっていた。
However, in the conventional example of
また、上記特許文献2の従来例においても、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。
Also, in the conventional example of
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、ハウリングを防止するとともに小型化を図ることができる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-described reasons, and an object of the present invention is to provide a communication device capable of preventing howling and downsizing.
請求項1の発明は、外部から伝達された音声情報を出力するスピーカと、音声を集音して音声信号を出力する第1,第2のマイクロホンと、第1,第2のマイクロホンが出力する各音声信号を信号処理して外部へ伝達する音声処理部とを収納した本体を備え、第1のマイクロホンは、スピーカの振動板の面積と当該振動板から放射される音声の波長とによって決まるレイリー長内に配置され、第2のマイクロホンは、集音部を本体外に向けて配置され、音声処理部は、第1のマイクロホンが出力する音声信号を用いて、第2のマイクロホンが出力する音声信号からスピーカが発した音を低減させる処理を行うことを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, a speaker that outputs sound information transmitted from the outside, first and second microphones that collect sound and output sound signals, and first and second microphones output. The first microphone is a Rayleigh determined by the area of the diaphragm of the speaker and the wavelength of the sound radiated from the diaphragm. The second microphone is disposed within the length, the second microphone is disposed with the sound collection unit facing out of the main body, and the sound processing unit uses the sound signal output from the first microphone to output the sound output from the second microphone. It is characterized in that processing for reducing the sound emitted from the speaker from the signal is performed.
この発明によれば、スピーカの振動板から放射された音波は、振動板からレイリー長までは平面波で進行して音圧も減衰せずに略一定となり、レイリー長を超えると球面拡散によって音圧が音源からの距離に反比例して距離減衰するので、レイリー長内に配置した第1のマイクロホンによって、スピーカの発する音を確実に集音でき、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部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、通話装置のさらなる小型化が可能となる。すなわち、ハウリングを防止するとともに小型化を図ることができる。 According to the present invention, the sound wave radiated from the diaphragm of the speaker travels as a plane wave from the diaphragm to the Rayleigh length and becomes substantially constant without attenuating the sound pressure. Since the distance attenuates in inverse proportion to the distance from the sound source, the sound emitted from the speaker can be reliably collected by the first microphone arranged within the Rayleigh length, and the howling prevention processing by the sound processing unit can be reliably performed. it can. Furthermore, since the second microphone directs the sound collection unit 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 by the speaker. The microphone can be arranged in the vicinity of the speaker, and the communication device can be further downsized. That is, howling can be prevented and downsizing can be achieved.
請求項2の発明は、請求項1において、前記第1のマイクロホンは、集音部を前記スピーカの振動板に対向させて本体に配置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 first microphone is arranged in the main body with a sound collecting portion facing a diaphragm of the speaker.
この発明によれば、集音部をスピーカの振動板に対向させて本体に配置した第1のマイクロホンによって、スピーカが放射する音に指向性を持たせたとしても、スピーカの発する音を容易に集音できる。 According to the present invention, the sound emitted from the speaker can be easily generated even if the sound emitted from the speaker is given directivity by the first microphone disposed in the main body with the sound collecting portion facing the diaphragm of the speaker. Can collect sound.
請求項3の発明は、請求項1または2において、前記第1のマイクロホンは、前記スピーカの振動板の中心に対向す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 first microphone faces the center of the diaphragm of the speaker.
この発明によれば、スピーカが発する音の位相を正しく集音できる。 According to the present invention, it is possible to correctly collect the phase of the sound emitted from the speaker.
以上説明したように、本発明では、ハウリングを防止するとともに小型化を図ることができるという効果がある。 As described above, the present invention has the effect of preventing howling and reducing the size.
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)
本実施形態の通話装置Aは図1〜図4に示され、前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(横寸法X1=40mm、縦寸法X2=90mm、厚さ寸法X3=8mm)を構成し、ハウジングA1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、部屋間で双方向の通話が可能なインターホン装置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。
(Embodiment)
The communication device A according to the present embodiment is shown in FIGS. 1 to 4, and includes a housing A1 (horizontal dimension X1 = 40 mm, vertical dimension) including a body A10 having an opening on the front surface and a cover A11 covering the opening of the body A10. X2 = 90 mm, thickness dimension X3 = 8 mm), and an interphone device that includes a speaker SP, a microphone board MB1, a call switch SW1, and a
音声処理部10は、図4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. 4, the
スピーカSPは、図1〜図3に示すように、図示しないヨーク(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)や永久磁石(円柱型のネオジウム磁石、残留磁束密度1.39T〜1.43T)等を設けた支持体20を具備し、ドーム型の振動板21の外周側の縁部が支持体20に固定されている。振動板21は、PEN(ポリエチレンナフタレート)またはPEI(ポリエーテルイミド)等の熱可塑性プラスチック(例えば、厚み35μm〜50μm)で形成され、振動板21の背面に固定した図示しないボイスコイル(クラフト紙の紙管にポリウレタン銅線を巻回したもの)に音声信号を入力すると、この音声信号の電流と支持体20の永久磁石の磁界とにより、ボイスコイルに電磁力が発生するため、振動板21が前後方向に振動させられる。このとき、振動板21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(例えば、直径25mm,厚さ3.6mm)。なお、動電型のスピーカの構成については周知であるので、詳細な説明は省略する。
As shown in FIGS. 1 to 3, the speaker SP includes a yoke (iron-based material having a thickness of about 0.8 mm such as cold rolled steel plate (SPCC, SPKEN), electromagnetic soft iron (SUY)) or a permanent magnet (column). A
そして、カバーA11の内面に等間隔に形成された4箇所の円柱状のボス11に、スピーカSPの支持体20の四隅に設けた取付孔22を各々載置し、ボス11の軸方向に形成されたねじ孔11aに取付ねじ23を螺合することで、振動板21がカバーA11の内面に対向する状態でスピーカSPが固定される。また、カバーA11の振動板21に対向する箇所には複数の音孔12が穿設されている。
The
このスピーカSPが固定されたカバーA11をボディA10に取り付けてハウジングA1を組み立てると、ボディA10の底面に立設した隔壁13によって、ハウジングA1内には隔壁13で仕切られた2つの空間A1a,A1bが形成され、スピーカSPは空間A1a内に配置される。この空間A1aは、ハウジングA1の横寸法X1=40mm、縦寸法X2a=30mm、厚さ寸法X3=8mmに対応する空間に形成され、空間A1bは、ハウジングA1の横寸法X1=40mm、縦寸法X2a=60mm、厚さ寸法X3=8mmに対応する空間に形成されている。
When the cover A11 to which the speaker SP is fixed is attached to the body A10 and the housing A1 is assembled, two spaces A1a and A1b partitioned by the
そして、空間A1a内では、カバーA11の内面とスピーカSPの表面側(振動板21側)とで囲まれた空間である前気室Bfと、ボディA10の底面および4つの内壁面(隔壁13含む)とスピーカSPの裏面側(支持体20側)とで囲まれた空間である後気室Brとが形成される。前気室Bfは、カバーA11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20がカバーA11の内面に密着することで、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の前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。
In the space A1a, the front air chamber Bf that is a space surrounded by the inner surface of the cover A11 and the surface side of the speaker SP (
次に、マイクロホン基板MB1は、図5に示すように、両面2a,2bを有するモジュール基板2を備え、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. 5, the microphone substrate MB1 includes a
ベアチップBC(ベアチップBC1またはBC2)は、図6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. 6, in the bare chip BC (bare chip BC1 or BC2), an Si
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7(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M1を配置する矩形部2fと、マイクロホン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. 7A is a plan view of the microphone board MB1 as viewed from the one
そして、図7(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。
As shown in FIG. 7B, 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 microphones M1 and M2 through the pattern. Further, an audio signal collected by the microphone M1 is output from the
このように、マイクロホン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。 Thus, the power of the microphones 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 microphones M1 and M2 is shared by the negative power supply pad P1, so that the number of pads The configuration can be simplified.
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
ICKa(ICKa1またはICKa2)は、図8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 ICKa2) has the circuit configuration of FIG. 8, and is a constant IC composed of a chip IC that converts a 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 the 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14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21の中央に対向して、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。さらに、マイクロホンM1の集音面をスピーカSPの振動板21の中心に対向させることで、マイクロホンM1は、スピーカSPの発する音を位相の正しい状態で容易に集音できる。
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、マイクロホンM2は、ハウジングA1の前面に設けた凹部15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 M2 is fitted into a
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21の裏面)から放射される音は、スピーカSPの表面(振動板21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 21) has a phase reversed from that of the sound radiated from the surface of the speaker SP (the surface of the diaphragm 21). 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15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 recessed
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9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. 9, the
図10〜図13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10(a)(b)参照)。
10 to 13 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11(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12(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. 12A and 12B).
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13(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. 13A to 13C). 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
このように、一対のマイクロホンM1,M2で集音した音声信号を信号処理部10eに入力することによって、ハウリング防止を図っており、特にスピーカ音を拾うマイクロホンM1の集音特性が重要となる。そこで、本実施形態では、スピーカSPに対するマイクロホンM1の位置を以下のように設定している。
In this way, the sound signal collected by the pair of microphones M1 and M2 is input to the
スピーカSPの振動板21から前方に放射された音波は、振動板21からレイリー長までは平面波で進行して音圧も減衰せずに略一定となり、レイリー長を超えると球面拡散によって音圧が音源からの距離に反比例して距離減衰する。レイリー長とは、
レイリー長=振動板21(発音体)の面積/放射される音波の波長
で表され、振動板21から放射される音波が一定値以上の音圧を維持している範囲がレイリー長内となる。而して、本実施形態では、マイクロホンM1をレイリー長内に配置しており、振動板21の前面からマイクロホンM1の集音面までの距離Z(図1参照)が、音声帯域に対するレイリー長以下となるように設定している。したがって、マイクロホンM1は、音圧が殆ど減衰していない平面波の状態でスピーカ音を確実に集音できるので、音声処理部10の信号処理部10eによるハウリング防止処理は確実に行われる。また、スピーカSPが放射する音に指向性を持たせたとしても、レイリー長内に配置したマイクロホンM1によってスピーカ音を確実に集音できる。
The sound wave radiated forward from the
Rayleigh length = area of diaphragm 21 (sound generator) / wavelength of radiated sound wave, and the range in which the sound wave radiated from
具体的には、直径25mmのスピーカSPに用いる振動板21の面積を491mm2とし、使用する周波数帯域を600〜3000Hz、音速を340m/secとすると、放射される音波の波長は113〜567mmとなり、レイリー長は0.87〜4.35mmとなる。そこで、振動板21の前面からマイクロホンM1の集音面までの距離Zを0.9mm程度に設定している。
Specifically, if the area of the
図14は、信号処理部10eによるスピーカ音のキャンセル量を示し、特性101はマイクロホンM1をレイリー長内に配置した本実施形態のキャンセル量、特性102はマイクロホンM1をレイリー長外に配置した場合のキャンセル量を各々示す。本実施形態の特性101は、特に1000Hz以上の領域において特性102よりもキャンセル量が大きくなっており、マイクロホンM1をレイリー長内に配置した効果が現れている。また、マイクロホンM1をレイリー長内に配置することで、通話装置Aの小型化も可能となる。
FIG. 14 shows the amount of speaker sound canceled by the
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のさらなる小型化が可能となる。 Furthermore, since the microphone M2 has the sound collection surface facing the outside of the housing A1, and the output direction of the speaker SP and the directivity of the microphone M2 are substantially the same direction, the acoustic coupling between the speaker SP and the microphone M2 is reduced, and the microphone M2 Makes it difficult to collect the sound emitted by the speaker SP, and the microphone M2 can be arranged adjacent to the speaker SP, that is, adjacent to the front air chamber Bf, so that the communication device A can be further reduced in size.
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4参照)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
なお、本実施形態では、情報線Lsを介した有線通信方式を用いて、通話装置A間における音声信号の授受を行っているが、通話装置Aに周知の無線通信手段を設けることで、無線通信方式による音声信号の授受を行ってもよい。 In the present embodiment, voice signals are exchanged between the call devices A using a wired communication system via the information line Ls. However, by providing the call devices A with known wireless communication means, Voice signals may be exchanged using a communication method.
A 通話装置
A1 ハウジング
SP スピーカ
M1,M2 マイクロホン
10 音声処理部
Ls 情報線
A Communication device A1 Housing SP Speaker M1,
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