JP2008301129A - 通話装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外殻ケース内部の空きスペースを有効に利用して音響管を配置することで、音質および効率の向上を図った通話装置を提供する。
【解決手段】通話装置Ａは、通話モジュールＭＪと、通話モジュールＭＪを収納する外殻ケースＡ２とを備える。通話モジュールＭＪは、モジュール本体Ａ１と、モジュール本体Ａ１内に配置されたスピーカＳＰと、モジュール本体Ａ１内でスピーカＳＰの振動面側と反対側に形成される後気室Ｂｒと、マイクロホンＭ２と、マイクロホンＭ２よりもスピーカＳＰに近い位置に配置されたマイクロホンＭ１と、マイクロホンＭ１，Ｍ２で集音された音声成分を用いてスピーカＳＰから回り込む音声成分を除去する音声処理を行う音声処理部１０と、一端が閉塞するとともに他端が開口し、開口端を後気室Ｂｒに連通させた状態で、少なくとも一部をモジュール本体Ａ１の外側で且つ外殻ケースＡ２の内部空間に配置した音響管４０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、通話装置に関するものである。

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。

このようなインターホンシステムでは、スピーカから発生した音声がマイクロホンに回り込むことにより、ハウリングが発生するため、様々なハウリング防止対策が採られている。例えば通話装置に、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ものが従来提案されている。

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）。
特許第２６０７２５７号公報（２頁左欄第１３行〜右欄第３行，４頁右欄第２６行〜第４９行、第１図、第５図）

上述した従来の通話装置では、音漏れを防止するために、密閉構造のモジュール本体の内部にスピーカおよびマイクを収納して通話モジュールを構成し、この通話モジュールを通話スイッチなどの部品とともに外殻ケースの内部に収納して通話装置を構成しているので、小型化のために通話装置を薄型にした場合、スピーカを収納するモジュール本体の容量が小さくなってしまい、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て、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問題があった。

そこで、本発明者らはスピーカの音質および効率の悪化を抑制するために、スピーカを収納したモジュール本体の内部に、一端が閉塞するとともに他端が開口した音響管を配置することで、スピーカの最低共振周波数を低周波数側に移行させるとともに、スピーカの音圧レベルを増加させて、スピーカの音質および効率を向上させることを検討したが、モジュール本体は音漏れを防ぐために接合部を密閉する必要があるため、モジュール本体を複雑な形状に形成することができず、直方体状や円盤状などのシンプルな形状にしか形成できなかった。このモジュール本体は、通話スイッチなどの他の部品とともに外殻ケースの内部に収納されるのであるが、モジュール本体の形状を直方体状や円盤状などのシンプルな形状にしか形成できないため、外殻ケースの内部に空きスペースがあっても、この空きスペースにモジュール本体の一部が入らなければ、外殻ケースの空きスペースを有効に利用してモジュール本体の内部容積を広げることができなかった。そのため、モジュール本体の後気室の容量が小さくなり、音響管によってスピーカの音質および効率を向上させたとしても、その効果が十分に得られないという問題があった。また、後気室の内部に音響管を収納する場合、音響管の長さは音圧を向上させたい周波数によって決定されるため、後気室の内部スペースが小さいと、音響管を折り曲げた状態で後気室の内部に収納しなければならず、音響管の設計に自由度が少ないため、所望の周波数の音圧を向上させる音響管の設計が難しいという問題もあった。

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、外殻ケース内部の空きスペースを有効に利用して音響管を配置することで、音質および効率の向上を図った通話装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、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、主マイク、主マイクよりもスピーカに近い位置に配置された副マイク、主マイクで集音された音声成分と副マイクで集音された音声成分とを用いてスピーカから回り込む音声成分を除去する音声処理を行う音声処理部をモジュール本体に備えて、モジュール本体内でスピーカの他方面側に後気室を設けた通話モジュールと、通話モジュールを内部に収納する外殻ケースとを有し、一端が閉塞するとともに他端が開口し、当該開口端を後気室に連通させた音響管を備え、当該音響管の少なくとも一部をモジュール本体の外側であって外殻ケースの内部空間に配置したことを特徴とする。

この発明によれば、副マイクは、主マイクに比べてスピーカに近い位置に配置されており、副マイクによりスピーカが発する音声を確実に集音できるので、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。また後気室内に開口端が連通した音響管により、スピーカの最低共振周波数を低周波数側に移行させるとともに、スピーカの音圧レベルを増加させることができるので、スピーカの音質および効率を向上させることができる。さらにモジュール本体は音漏れを少なくするために密閉構造にしなければならず、そのため直方体状や円盤状などのシンプルな形状に形成する必要があるが、音響管はモジュール本体に比べて自由な形状に形成できるので、この音響管の少なくとも一部をモジュール本体の外側であって外殻ケースの内部空間に配置することで、外殻ケースの空きスペースを有効に利用して音響管を配置することができる。したがって、音響管をモジュール本体の外側に出した分だけモジュール本体の内部空間を広げることができ、外殻ケース内部の空きスペースを有効に使用して、音質および効率の向上を図った通話装置を実現することができる。また音響管の全体をモジュール本体の内部に収納している場合に比べて、音響管の形状や大きさの自由度が高くなり、所望の周波数の音圧を向上させることができる音響管の設計を容易に行えるという効果があり、またモジュール本体内部のスペースを広く取ることができるから、通話モジュールの組立作業を容易に行えるという効果もある。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、音響管の開口端を後気室の内壁よりもスピーカに近い位置まで延出させたことを特徴とする。

この発明によれば、音響管の開口端をスピーカに近づけることで、音響管による音質向上効果を高めることができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、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。

この発明によれば、スピーカの放射音圧の周波数特性を制御し易くなる。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の発明において、音響管の少なくとも一部に曲がり部を設けたことを特徴とする。

この発明によれば、全体の長さを小さくしながら、必要な長さを確保できる。

請求項５の発明は、請求項１乃至３の発明において、音響管の少なくとも一部に可撓部を設けたことを特徴とする。

この発明によれば、音響管を可撓部で曲げることによって、全体の長さを小さくしながら、必要な長さを確保できる。

請求項６の発明は、請求項１乃至５の発明において、音響管の一部を、モジュール本体の表面で構成したことを特徴とする。

この発明によれば、音響管の一部をモジュール本体の表面で構成することにより、全体の小型化を図ることができる。

請求項７の発明は、請求項１乃至６の発明において、同じ長さに形成された音響管を複数備えたことを特徴とする。

この発明によれば、長さの同じ音響管を複数備えることで、放射音圧を向上させる効果をさらに高めることができる。

請求項８の発明は、請求項１乃至６の発明において、互いに異なる長さに形成された音響管を複数備えたことを特徴とする。

この発明によれば、放射音圧を向上させたい周波数を複数設定でき、音圧を向上させる効果が得られる周波数帯域を広げることができる。

請求項９の発明は、請求項１乃至８の発明において、音響管は、断面形状が円形、楕円形又は多角形の何れかに形成された部位が少なくとも１つ以上連なって形成され、その断面積は連続もしくは不連続であることを特徴とする。

この発明によれば、所望の音響特性が得られる音響管を実現できるという効果がある。

請求項１０の発明は、請求項１乃至９の発明において、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モジュール本体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。

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。

請求項１１の発明は、請求項１乃至１０の発明において、音響管の開口部に吸音材を取り付けたことを特徴とする。

この発明によれば、吸音材により、放射音圧を向上させた音量と、音圧が低下したディップ量とを調整でき、平坦な特性に近づけることができる。

本発明によれば、副マイクは、主マイクに比べてスピーカに近い位置に配置されており、副マイクによりスピーカが発する音声を確実に集音できるので、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。また後気室内に開口端が連通した音響管により、スピーカの最低共振周波数を低周波数側に移行させるとともに、スピーカの音圧レベルを増加させることができるので、スピーカの音質および効率を向上させることができる。さらにモジュール本体は音漏れを少なくするために密閉構造にしなければならず、そのため直方体状や円盤状などのシンプルな形状に形成する必要があるが、音響管はモジュール本体に比べて自由な形状に形成できるので、この音響管の少なくとも一部をモジュール本体の外側であって外殻ケースの内部空間に配置することで、外殻ケースの空きスペースを有効に利用して音響管を配置することができる。したがって、音響管をモジュール本体の外側に出した分だけモジュール本体の内部空間を広げることができ、外殻ケース内部の空きスペースを有効に使用して、音質および効率の向上を図った通話装置を実現することができる。また音響管の全体をモジュール本体の内部に収納している場合に比べて、音響管の形状や大きさの自由度が高くなり、所望の周波数の音圧を向上させることができる音響管の設計を容易に行えるという効果があり、またモジュール本体内部のスペースを広く取ることができ、通話モジュールの組立作業を容易に行えるという効果もある。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本実施形態の通話装置Ａは図１〜図３に示され、スピーカやマイクなどを収納した通話モジュールＭＪと、通話モジュールＭＪを内部に収納する外殻ケースＡ２とを備える。

通話モジュールＭＪは、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とでモジュール本体Ａ１を構成し、ボディＡ１０およびカバーＡ１１の接合面を溶着するなどして密閉構造に形成されている。そして、このモジュール本体Ａ１の内部には、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、モジュール本体Ａ１内でスピーカＳＰの振動面側と反対側（他方面側）に形成される後気室Ｂｒに開口端を連通させた状態で、少なくとも一部をモジュール本体Ａ１の外側に露出させた音響管４０を備えている。ここで、モジュール本体Ａ１の内面とスピーカＳＰの他方面側とで囲まれる空間を後気室Ｂｒとしてある。

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、モジュール本体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（副マイク），マイクロホンＭ２（主マイク）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。また本実施形態では通話装置Ａが情報線Ｌｓを介して他の部屋等に設置されている通話装置Ａとの間で信号を授受しているが、通話装置Ａに無線通信機能を設け、通話装置Ａと他所に設置された通話装置Ａとの間で無線により信号を授受するようにしても良い。

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。

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。

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。

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。

そして、スピーカＳＰの振動板２３が対向するモジュール本体Ａ１の前壁（つまりボディＡ１０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がモジュール本体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。

モジュール本体Ａ１内にスピーカＳＰが固定されると、モジュール本体Ａ１の前壁（つまりボディＡ１０の前壁）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、モジュール本体Ａ１の後壁（つまりカバーＡ１１）の内側および側壁内側とスピーカ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、モジュール本体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の端部とボディＡ１０の内面に突設されたリブ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。

次に、マイクロホン基板ＭＢ１は、図５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（図示せず）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（図示せず）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およびシールドケースＳＣ１から構成されるマイクロホンＭ１と、ベアチップＢＣ２、ＩＣＫａ２およびシールドケースＳＣ２で構成されるマイクロホンＭ２とを備えている。

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。

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。

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。

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。

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。

そして、本実施形態の通話装置Ａでは、図１〜図３に示すようにスピーカＳＰの裏面側の後気室Ｂｒに開口端を連通させた状態で音響管４０が配設されている。この音響管４０は２箇所の曲がり部４０ｃ，４０ｃで略直角に曲げられて略コ字形に形成されており、一方の端部４０ａを開口させるとともに、他方の端部４０ｂを閉塞させている。また、開口側の端部４０ａをボディＡ１０の右側壁に連結して、モジュール本体Ａ１内の後気室Ｂｒと開口側の端部４０ａとを連通させている。本実施形態ではボディＡ１０の右側壁から側方に突出した音響管が曲がり部４０ｃで下方に曲げられ、さらにその先端側の曲がり部４０ｃで左側に曲げられており、ボディＡ１０の外側壁に沿って曲げられた状態で音響管４０を形成してある。すなわち音響管４０の少なくとも一部に曲がり部４０ｃを設けているので、全体の長さ（最大幅）を小さくしながら、必要な長さを確保できる。また音響管４０はモジュール本体Ａ１の外側であって外殻ケースＡ２の内部空間に音響管４０を配置してあり、密閉構造に形成する必要があるモジュール本体Ａ１に比べて音響管４０は外形形状の自由度が高いので、外殻ケースＡ２の空きスペースを有効に利用して音響管４０を配置することができ、したがって音響管４０をモジュール本体Ａ１の外側に出した分だけモジュール本体Ａ１の内部空間を広げることができ、外殻ケースＡ２内部の空きスペースを有効に使用して、音質および効率の向上を図った通話装置を実現することができる。また音響管４０の全体をモジュール本体Ａ２の内部に収納している場合に比べて、音響管４０の形状や大きさの自由度が高くなり、所望の周波数の音圧を向上させることができる音響管４０の設計を容易に行えるという効果があり、またモジュール本体Ａ２内部のスペースを広く取ることができ、通話モジュールＭＪの組立作業を容易に行えるという効果もある。

一方、外殻ケースＡ２は、例えば２つに分割された樹脂成型品の半割体を接合して形成され、通話モジュールＭＪを内部に収納した後、各半割体を嵌合手段または接着剤等によって接合する。この外殻ケースＡ２には、通話モジュールＭＪのモジュール本体Ａ１に設けた音孔１２に連通する音孔６０が設けられ、スピーカＳＰの振動板２３側の前気室Ｂｆが音孔１２，６０を介して外部に連通している。また外殻ケースＡ２には、モジュール基板２に設けた音孔Ｆ２に連通する音孔６１とが設けられており、マイクロホンＭ２の集音面が音孔Ｆ２，６１を介して外部と連通する。

次に、マイクロホン基板ＭＢ１の動作について説明する。

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。

ＩＣＫａ（ＩＣＫａ１またはＫａ２）は、図８に示す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。

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、モジュール本体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をモジュール本体Ａ１の前面外側に沿って配置し、マイクロホンＭ１はモジュール本体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、モジュール本体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モジュール本体Ａ１の外部（前方）に面している。この音孔Ｆ２は外殻ケースＡ２の前面に穿設した音孔６１に連通し、外部の音は音孔６１，Ｆ２を介してマイクロホンＭ２に伝達されるので、マイクロホンＭ２は、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となっており、マイクロホンＭ１（副マイク）は、マイクロホンＭ２（主マイク）よりもスピーカＳＰに近い位置に配置されている。

また、スピーカＳＰの裏面が面する後気室Ｂｒは、モジュール本体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モジュール本体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。

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。

また、マイクロホン基板ＭＢ１をモジュール本体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をモジュール本体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。

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。

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、バンドパスフィルター３４の出力を遅延させる遅延回路３５と、遅延回路３２の出力と遅延回路３５の出力を加算する加算回路３６とを備えている。

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１０ｅの各部の音声信号波形を示す。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Ｘ１，Ｘ２はＸ１＜Ｘ２なる関係を有しているので、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）。

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、本実施形態において非反転増幅する増幅回路３０の増幅率を１とすれば、増幅回路３０は省略してもよい。

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）。

次に、遅延回路３２，３５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、遅延回路３２，３５の出力Ｙ１４，Ｙ２４の位相が一致するように、スピーカＳＰから遠い方のマイクロホンＭ２の出力に対して、スピーカＳＰに近い方のマイクロホンＭ１の出力を上記遅延時間Ｔｄだけ相対的に遅延させるように、両遅延回路３２，３５による遅延時間を設定してある（図１３（ａ）（ｂ）参照）。

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Ｙ２４に含まれるスピーカＳＰからの音声成分とは、上記増幅処理および遅延処理によって同一振幅、同一位相であって、極性が反転しているので、加算回路３６において出力Ｙ１４とＹ２４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。

一方、マイクロホンＭ１，Ｍ２の前方にいる話者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Ｙ２４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３６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。

以上のようにして加算回路３６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。

そして、上述のようにスピーカＳＰの裏面から後気室Ｂｒへ放射される逆位相の音はハウジングＡ１外へ漏れ難いので、マイクロホンＭ１，Ｍ２はスピーカＳＰの表面から発せられる正位相の音をおもに集音し、ハウジングＡ１から漏れる逆位相のスピーカ音を拾うことなく、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の近傍に隣接して配置でき、通話装置Ａの小型化が可能となる。

次に、加算回路３６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。

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。

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信号レベルを比較し、音声レベルが小さい方に大きな損失を与えるように、音声レベルが小さい方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している。

ここで、本実施形態の通話装置Ａでは、開口端側の端部４０ａが後気室Ｂｒに連通した音響管４０を備えており、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。

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、以下の式（１）で示される。

図１４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１５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、音響管４０を用いない場合と、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。

まず、理想的なバッフル板とは、図１６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１４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１５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。

次に、音響管４０を用いない場合のキャンセル量（図１４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、モジュール本体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１５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。モジュール本体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１５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に開口側の端部４０ａを連通させた状態で、モジュール本体Ａ１の外側に音響管４０を配置することで、通話装置Ａ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。

また上記音響管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波長に基づく長さに設定される。詳細には、音響管４０の開口端補正を行うので、音速をＶｓ、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、以下の式（２）で表される。

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４．２ｍｍ^２（φ２．３相当）である。また、音響管４０をコ字形に形成し、モジュール本体Ａ１の外側壁に沿うように配置しているので、通話装置Ａ１の外形寸法が増加するのを抑制することができる。

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。

そして、音響管４０の共振周波数が、音響管４０を備えていないモジュール本体Ａ１を用いた場合の最低共振周波数ｆｏ４（＝１２００Ｈｚ）と、図１６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を備えたモジュール本体Ａ１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との間に設定されており、音響管４０を設けることでスピーカＳＰの音質および効率の向上を容易に実現できる。

なお図１７は、上記音響管４０を備えた通話装置Ａと、音響管４０を備えていない通話装置Ａ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。

また、図１に破線で示すように、音響管４０の開口側の端部４０ａまたはこの端部４０ａの近傍に、不織布等の吸音材４３を配設しても良く、吸音材４３により、放射音圧を向上させた音量と、音圧が低下したディップ量とを調整でき、平坦な特性に近づけることができる。

なお本実施形態では音響管４０を略コ字形に形成しているが、図１８（ａ）に示すように音響管４０の開口側の端部４０ａをモジュール本体Ａ１の右側壁の上部に連結するとともに、４つの曲がり部４０ｃで略直角に曲げられた形状に形成して略ロ字形とし、モジュール本体Ａ１の外周に沿うように配置しても良い。また図１８（ａ）に示す音響管４０はモジュール本体Ａ１と別体に形成されているが、図１８（ｂ）に示すようにモジュール本体Ａ１の表面で音響管４０の一部を構成するようにしても良く、モジュール本体Ａ１と音響管４０とが一部を互いに共用することで、通話装置Ａの小型化を図ることができる。

また図１９に示すように音響管４０の一部に可撓性を有する蛇腹状の可撓部４１を形成しても良く、可撓部４１を曲げた状態で外殻ケースＡ２内に納めることで、音響管４０の設置位置の自由度が向上するとともに、外殻ケース２の内部最大幅に比べて音響管４０の長さを長くできる。なお音響管４０の全体が可撓性を有していても良く、音響管４０を自由に曲げて取り付けることができ、設置位置の自由度がさらに向上する。

また図２０に示すように音響管４０の開口側の端部４０ａを、モジュール本体Ａ１の内壁よりもスピーカＳＰに近い位置まで延出させることも好ましく、スピーカＳＰの音質向上効果を高めることができる。

また上述の実施形態では音響管４０が１本のみの場合について説明したが、図２１（ａ）に示すように同じ長さに形成された音響管４０Ａ，４０Ｂを複数（例えば２本）設けても良く、音質向上効果をさらに高めることができる。また図２１（ｂ）に示すように互いに長さの異なる音響管４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを複数（例えば３本）設けても良く、放射音圧を向上させたい周波数を複数設定できるから、音圧を向上させる効果が得られる周波数帯域を広げることができる。また、放射音圧を向上させたい周波数を警報音などの通話音声以外の音の周波数に設定すれば、通話音声以外の音の音質を改善することもできる。

また本実施形態では、各音響管４０，４１，４２の断面形状は長手方向の全長にわたって同じ形状であり、また断面積も同一の断面積に形成されているが、所望の音響効果が得られるように、断面形状が円形、楕円形又は多角形の何れかに形成された部位が少なくとも１つ以上連なって形成された音響管であって、その断面積が連続もしくは不連続となるように形成したものを用いても良い。

本実施形態の通話装置の構成を示す側面断面図である。 同上の正面図である。 （ａ）は同上の外観斜視図、（ｂ）は同上に用いる通話モジュールの斜視図である。 同上の音声処理部の構成を示す回路図である。 同上のマイクロホン基板の構成を示す側面断面図である。 同上のベアチップの構成を示す側面断面図である。 同上のマイクロホン基板の構成を示す（ａ）簡略化した平面図、（ｂ）簡略化した回路図である。 同上のインピーダンス変換回路の回路図である。 同上の信号処理部の回路構成図である。 （ａ）（ｂ）同上の信号処理部の信号波形図である。 （ａ）（ｂ）同上の信号処理部の信号波形図である。 （ａ）（ｂ）同上の信号処理部の信号波形図である。 （ａ）〜（ｃ）同上の信号処理部の信号波形図である。 信号処理部によるキャンセル量を示す図である。 スピーカの放射音圧特性を示す図である。 理想的なバッフル板を用いた場合の構成を示す一部側面断面図である。 同上のハウジングを用いた場合のキャンセル量を示す図である。 （ａ）（ｂ）は同上の通話装置の他の構成を示す正面図である。 同上の通話装置のまた別の構成を示す正面図である。 同上の通話装置のさらに別の構成を示す側面断面図である。 （ａ）（ｂ）は同上の通話装置のまた別の構成を示す正面図である。

符号の説明

Ａ 通話装置
Ａ１ ハウジング
Ａ２ 外殻ケース
Ａ１０ ボディ
Ａ１１ カバー
ＳＰ スピーカ
ＭＢ１ マイクロホン基板
Ｍ１，Ｍ２ マイクロホン
ＭＪ 通話モジュール
Ｂｆ 前気室
Ｂｒ 後気室
１０ 音声処理部
４０ 音響管

Claims (11)

1. 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、主マイク、主マイクよりもスピーカに近い位置に配置された副マイク、主マイクで集音された音声成分と副マイクで集音された音声成分とを用いてスピーカから回り込む音声成分を除去する音声処理を行う音声処理部をモジュール本体に備えて、モジュール本体内でスピーカの他方面側に後気室を設けた通話モジュールと、通話モジュールを内部に収納する外殻ケースとを有し、一端が閉塞するとともに他端が開口し、当該開口端を後気室に連通させた音響管を備え、当該音響管の少なくとも一部をモジュール本体の外側であって外殻ケースの内部空間に配置したことを特徴とする通話装置。
2. 音響管の開口端を後気室の内壁よりもスピーカに近い位置まで延出させたことを特徴とする請求項１記載の通話装置。
3. 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請求項１又は２の何れか１項に記載の通話装置。
4. 前記音響管の少なくとも一部に曲がり部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の通話装置。
5. 前記音響管の少なくとも一部に可撓部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の通話装置。
6. 前記音響管の一部を、前記モジュール本体の表面で構成したことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の通話装置。
7. 同じ長さに形成された前記音響管を複数備えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の通話装置。
8. 互いに異なる長さに形成された前記音響管を複数備えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の通話装置。
9. 前記音響管は、断面形状が円形、楕円形又は多角形の何れかに形成された部位が少なくとも１つ以上連なって形成され、その断面積は連続もしくは不連続であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の通話装置。
10. 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モジュール本体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請求項１乃至９の何れか１項に記載の通話装置。
11. 前記音響管の開口部に吸音材を取り付けたことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の通話装置。

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