JP2008301132A

JP2008301132A - 通話装置

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Publication number: JP2008301132A
Application number: JP2007144240A
Authority: JP
Inventors: Osamu Akasaka; 修赤坂; Kosaku Kitada; 耕作北田; 恵一 ▲吉▼田; Keiichi Yoshida; Yasushi Arikawa; 泰史有川; Shinya Kimoto; 進弥木本
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2027-05-30
Also published as: JP4966098B2

Abstract

【課題】熱や経年変化、振動によるマイクロホンの感度劣化を抑制でき、ハウリングの防止効果が低減しない通話装置を提供する。
【解決手段】通話装置Ａの通話モジュールＭＪは、外部から伝達された音声情報を出力するスピーカＳＰと、音声を集音して音声信号を出力するマイクロホンＭ１，Ｍ２と、マイクロホンＭ１，Ｍ２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１０とを設けたハウジングＡ１を備え、マイクロホンＭ１は、マイクロホンＭ２よりスピーカＳＰに近い位置に配置されて、音声処理部１０は、マイクロホンＭ１が出力する音声信号を用いて、マイクロホンＭ２が出力する音声信号からスピーカＳＰが発した音を低減させる処理を行い、マイクロホンＭ１，Ｍ２は、シリコン薄膜と電極との間にバイアス電圧を印加するシリコンマイクロホンである。
【選択図】図１

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。

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、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。

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。

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。

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）

従来の通話装置では、マイクロホンとして、図１７に示すようなエレクトレットコンデンサマイクロホンＭｐを用いていた。エレクトレットコンデンサマイクロホンＭｐは、プリント基板１００上に配置したリング１０１が金属板からなる電極１０２を支持し、電極１０２とプリント基板１００との間には真鍮リング１０３が設けられる。さらに、電極１０２に対向して振動板１０４が配置され、振動板１０４は真鍮リング１０５によって支持されている。電極１０２と振動板１０４との間に形成された３０μｍ程度のエアーギャップにはスペーサ１０６が配置されている。そして、プリント基板１００上のケース１０７が上記各部を覆うことによって、エレクトレットコンデンサマイクロホンＭｐの外郭が構成される。

上記構成を有するエレクトレットコンデンサマイクロホンＭｐは、電極１０２に近接して平行に振動板１０４が配置されており、振動板１０４は。電荷が閉じ込められた（つまり、帯電した状態）ポリカーボネート、テフロン（登録商標）等の高分子膜で構成されている。そして、外部からの音響信号が振動板１０４を振動させることで、振動板１０４と電極１０２との間の距離が変動するので、電極１０２の帯電状況が変化して、音響信号を電気量の変動として取り出すことができる。なお、振動板１０４には、コロナ放電等によって電荷注入が為されている。

しかしながら、エレクトレットコンデンサマイクロホンＭｐは、振動板１０４を帯電させる必要があるため、熱や経年変化等による振動板１０４の電荷量低下や、振動による振動板１０４の電荷量変動によって、感度が劣化してしまう。したがって、特許文献１のように一対のマイクロホンを用いてスピーカ音をキャンセルする構成では、マイクロホンの感度が熱や経年変化、振動によって劣化することで、ハウリングの防止効果が低減してしまう。

さらに、エレクトレットコンデンサマイクロホンＭｐは、静電気によって破壊しやすいという問題もある。

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、熱や経年変化、振動によるマイクロホンの感度劣化を抑制でき、ハウリングの防止効果が低減しない通話装置を提供することにある。

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設けたハウジングを備え、第１のマイクロホンは、第２のマイクロホンよりスピーカに近い位置に配置されて、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い、第１，第２のマイクロホンは、シリコン薄膜と電極との間にバイアス電圧を印加するシリコンマイクロホンであることを特徴とする。

この発明によれば、熱や経年変化、振動によるマイクロホンの感度劣化を抑制でき、ハウリングの防止効果が低減しない。

請求項２の発明は、請求項１において、前記第１，第２のマイクロホンは、無指向性であることを特徴とする。

この発明によれば、第１，第２のマイクロホンを小型に構成できる。

請求項３の発明は、請求項１または２において、前記第１，第２のマイクロホンは、同一基板上に実装されることを特徴とする。

この発明によれば、第１，第２のマイクロホンへの給電や、ハウジング外面への取り付けが容易になる。

請求項４の発明は、請求項３において、前記スピーカは、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し、スピーカの一方面側とハウジングの内面とで囲まれた前気室を形成し、前気室を形成するハウジングの面には、ハウジングの外面に沿って配置された前記基板上に実装された前記第１のマイクロホンを挿通させる開口を設けることを特徴とする。

この発明によれば、第１のマイクロホンをスピーカに向けて取り付けることができる。

請求項５の発明は、請求項３または４において、前記スピーカは、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し、スピーカの一方面側とハウジングの内面とで囲まれた前気室を形成し、前気室を形成するハウジングの面には、ハウジングの外面に沿って配置された前記基板上に実装された前記第２のマイクロホンを収納する凹部を設けることを特徴とする。

この発明によれば、第２のマイクロホンをハウジングに収めることができる。

請求項６の発明は、請求項１乃至５いずれかにおいて、前記音声処理部は、前記第２のマイクロホンと同一のパッケージ内に収納されることを特徴とする。

この発明によれば、通話装置の小型化および薄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いずれかにおいて、前記第１，第２のマイクロホンの感度差は３ｄＢ以内であることを特徴とする。

この発明によれば、音声処理部によるスピーカ音のキャンセル量のバラツキを抑制している。

請求項８の発明は、請求項１乃至７いずれかにおいて、前記第１，第２のマイクロホンの各出力は、前記音声処理部で増幅されることを特徴とする。

この発明によれば、音声処理部でのスピーカ音のキャンセル量が周波数によって変動せず、ハウリング防止効果が広い周波数帯域で安定する。

以上説明したように、本発明では、熱や経年変化、振動によるマイクロホンの感度劣化を抑制でき、ハウリングの防止効果が低減しないという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態）
本実施形態の通話装置Ａは図１〜図３に示され、音声スイッチＳＷ１を設けた矩形函状の装置本体Ａ２に通話モジュールＭＪを収納して構成される。なお、装置本体Ａ２は、例えば２つの樹脂成形部材を接合して形成され、通話モジュールＭＪを収納した後、各接合部材を嵌合手段または接着剤等によって接合する。

通話モジュールＭＪは、前面に開口を形成した函状のベースＡ１１と、ベースＡ１１の開口に覆設した平面状のプレートＡ１０とでハウジングＡ１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、音声処理部１０を備える。そして、ハウジングＡ１の後述する音孔１２が、装置本体Ａ２の前面に穿設した複数の音孔６０に対向するように配置される。

音声処理部１０は、図３に示すように、通信部１０ａ、音声スイッチ部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、音声スイッチ部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、音声スイッチ部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。

スピーカＳＰは、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（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）を具備し、ヨーク２０は、そ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の筒内には円柱型永久磁石２２（円柱型のネオジウム磁石、残留磁束密度１．３９Ｔ〜１．４３Ｔ）を配置し、ドーム型の振動板２３（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））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の後端にはボイスコイル２５（クラフト紙の紙管にポリウレタン銅線を巻回したもの）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。そして、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。

そして、スピーカＳＰの振動板２３が対向するプレート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の端面およびガスケット２６をリブ１１上に載置する。そして、スピーカＳＰの支持体２１の四隅に設けた取付孔２７が、プレートＡ１０の内面に等間隔に形成された４箇所の図示しないボスに各々載置され、取付孔２７を介してねじ留めされると、ガスケット２６がボス１１に密着し、振動板２３がプレートＡ１０の内面に対向する状態でスピーカＳＰが固定される。また、振動板２３に対向するプレートＡ１０の箇所には複数の音孔１２が穿設されている。

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、プレートＡ１０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のガスケット２６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）空間となる。

さらに、ハウジングＡ１は、図１、図４に示すように、スピーカＳＰ裏面の後気室Ｂｒを包囲するベースＡ１１の内壁面に沿って、一端を内壁面から離し、他端を内壁面に連続させた壁部４１が立設されており、この壁部４１の端面がプレートＡ１０の裏面に当接することで、この壁部４１とベースＡ１１の内壁面とプレートＡ１０の裏面とで中空の音響管４０が形成され、この音響管４０が小容量の後気室Ｂｒ内に配置されている。音響管４０は、後気室Ｂｒの内壁面に沿って屈曲した矩形の断面形状を有する中空の閉管で、一端を開口し（開口端４０ａ）、他端を閉塞して（閉塞端４０ｂ）形成され、管内は開口端４０ａを介して後気室Ｂｒ内に連通している。音響管とは、閉管の共振周波数（管の全長が略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たもので、共振周波数の音波が入射すると、その反射波は入射波に対して位相が反転した波形となり、入射波と反射波とが互いに打ち消しあうことで、開口端４０ａから外部へ伝播する音波を低減させている。

このような音響管４０は、スピーカＳＰの最低共振周波数を低周波数側に移行させ、さらにはスピーカＳＰの音圧レベルを増加させるために設けられており、音響管４０の全長を、音圧レベルを増大させたい低周波数（本実施形態では７００〜８００Ｈｚ付近）の略１／４波長に設定することで、後気室Ｂｒが小容量であってもスピーカＳＰの音質および効率が向上する。

また、音響管４０を後気室Ｂｒの複数の内壁面に亘って連続して形成することで、小容量の後気室Ｂｒ内に設けられる音響管４０を必要に応じて長くすることができ、さらに音響管４０を屈曲した形状に形成することで、小容量の後気室Ｂｒ内に音響管４０を配置することができる。

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。

ベアチップＢＣ（ベアチップＢＣ１またはＢＣ２）は、ＭＥＭＳ技術を用いて形成され、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の一面側にシリコン薄膜１ｄが形成され、このシリコン薄膜１ｄとの間にエアーギャップ１ｅ（例えば、３μｍ）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、シリコン薄膜１ｄ−電極１ｆ間には外部からバイアス電圧が印加されており、外部からの音響信号がシリコン薄膜１ｄを振動させることで、シリコン薄膜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のシリコン薄膜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。このようなシリコンマイクロホンは、エレクトレットコンデンサマイクロホンと異なり、振動板を帯電させる必要がないため、熱や経年変化、振動による感度劣化が少なく、静電気によっても破壊され難い。

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に電源電圧を供給している。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の電源電圧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。

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）をバイアス電圧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、ベアチップＢＣのシリコン薄膜１ｄ−電極１ｆ間（図６参照）には抵抗Ｒ１１を介してバイアス電圧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のドレイン端子は電源電圧＋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、ハウジングＡ１の外面に取付可能となる。本実施形態では、熱硬化性の接着剤またはホットメルトのような熱可塑性の接着剤によって、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固定する。

マイクロホンＭ１，Ｍ２は無指向性であり、小型に構成されているが、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からの音声を集音する。さらに、マイクロホンＭ１の集音面をスピーカＳＰの振動板２３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。

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を集音する。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。

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。

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。

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、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。

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の向き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。

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。

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。

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、前方に向かって配置されたマイクロホン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。

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。

このように、信号処理部１０ｅは、マイクロホンＭ１，Ｍ２が集音した各スピーカ音の位相、振幅を互いに一致させてからキャンセルしてハウリングを防止しているが、本実施形態では、マイクロホンＭ１，Ｍ２として、振動板を帯電させる必要がない上述のシリコンマイクロホン（図６参照）を用いることで、熱や経年変化、振動によるマイクロホンの感度劣化を抑制し、ハウリングの防止効果が低減しないようにしている。また、静電気によるマイクロホンＭ１，Ｍ２の破壊が生じ難く、信頼性にも優れている。

また、人間の可聴音圧レベルは、０ｄＢ〜１４０ｄＢ（音圧：０．００００２〜２００Ｐａ）であり、人間は約６ｄＢ（１／２倍あるいは２倍）より大きい音の変化でないと明確に音の大きさの違いを認識できない。図１４は、マイクロホンＭ１，Ｍ２の感度差（マイクロホンＭ１の感度―マイクロホンＭ２の感度）に対するスピーカ音のキャンセル量を示しており、マイクロホンＭ１，Ｍ２の感度差が３ｄｂ以内であれば（図１４中の範囲Ｚ１）、信号処理部１０ｅによるスピーカ音のキャンセル量が６ｄＢ以上となり、人間が明確にスピーカ音のキャンセル量の違いを認識可能になる。

そこで、本実施形態では、マイクロホンＭ１，Ｍ２の感度差を３ｄＢ以内に維持している。したがって、スピーカ音のキャンセル量が６ｄＢ以下に低減することなく、当該キャンセル量のばらつきを抑制できる。

さらに、図１５に示すように、プリアンプ内蔵マイクロホンの出力特性Ｙｂは、周波数に応じて利得および位相が変化するため、信号処理部１０ｅでのスピーカ音のキャンセル量が周波数によってばらつき、ハウリング防止効果が低下してしまう。一方、プリアンプを内蔵していないマイクロホンの出力特性Ｙａは、利得および位相が周波数に対して略一定になるため、信号処理部１０ｅでのスピーカ音のキャンセル量が周波数によって変動せず、ハウリング防止効果が広い周波数帯域で安定している。そこで、本実施形態では、マイクロホンＭ１，Ｍ２自体には、集音した音声信号を増幅するためのプリアンプを内蔵せず、信号処理部１０ｅに設けた増幅回路３０，３３によって音声信号の増幅を行っている。

さらに、音声処理部１０では、音声スイッチ部１０ｂが受信した信号の伝送線路上に配置され、音声スイッチ部１０ｃが送信する信号の伝送線路上に配置されており（図３参照）、音声スイッチ部１０ｂ，１０ｃは互いの入力信号のレベルを比較し、入力信号のレベルが小さいほうの音声スイッチ部は、内部に具備した可変損失手段によって伝送線路上に損失量（例えば、４８ｄＢの損失量）を付与する。したがって、受信した信号と送信される信号とのうち、いずれかレベルの小さい信号は減衰し、ハウリングマージンがさらに増加するので（例えば、４８ｄＢの増加）、一層のハウリング防止が図られている。

また、上記音声処理部１０は、ハウジングＡ１内に配置しているが（図１参照）、図１６に示すように、マイロホン基板ＭＢ１上で、マイクロホンＭ２のシールドケースＳＣ２内に実装してもよく、さらに通話装置Ａの小型化、薄型化を図ることができる。

また、スピーカＳＰからの音声に対するマイクロホンＭ１，Ｍ２の各出力の位相差、振幅差は周波数依存性を有するが、信号処理部１０ｅは、マイクロホンＭ１，Ｍ２の各出力を複数の周波数帯域に分離し、周波数帯域毎にスピーカ音をキャンセルする構成でもよい。なお、マイクロホンＭ１，Ｍ２の各出力を複数の周波数帯域に分離する手段としては、複数のバンドパスフィルタを用いる構成や、ある周波数帯域の信号から他の周波数帯域の信号を推測する構成等がある。

また、信号処理部１０ｅは、遅延回路３２によって、スピーカ音に対するマイクロホンＭ１，Ｍ２の各出力の位相を一致させているが、マイクロホンＭ１，Ｍ２の各出力に設けたＡ／Ｄ変換手段のＡ／Ｄ変換タイミングを上記遅延時間Ｔｄだけずらすことによって、マイクロホンＭ１，Ｍ２の各出力の位相を一致させる構成にしてもよい。

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。

実施形態の構成を示す側面断面図である。（ａ）（ｂ）同上の斜視図である。同上の回路構成図である。同上の通話モジュールの一部分解斜視図である。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。同上の信号処理部によるスピーカ音のキャンセル量を示す図である。同上のマイクロホンの出力特性を示す図である。同上のマイクロホン基板の別の構成を示す側面断面図である。従来のエレクトレットコンデンサマイクロホンの概略構成を示す側面断面図である。

符号の説明

Ａ通話装置
ＭＪ通話モジュール
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

Claims

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設けたハウジングを備え、
第１のマイクロホンは、第２のマイクロホンよりスピーカに近い位置に配置されて、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い、
第１，第２のマイクロホンは、シリコン薄膜と電極との間にバイアス電圧を印加するシリコンマイクロホンである
ことを特徴とする通話装置。
前記第１，第２のマイクロホンは、無指向性であることを特徴とする請求項１記載の通話装置。
前記第１，第２のマイクロホンは、同一基板上に実装されることを特徴とする請求項１または２記載の通話装置。
前記スピーカは、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し、スピーカの一方面側とハウジングの内面とで囲まれた前気室を形成し、前気室を形成するハウジングの面には、ハウジングの外面に沿って配置された前記基板上に実装された前記第１のマイクロホンを挿通させる開口を設けることを特徴とする請求項３記載の通話装置。
前記スピーカは、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し、スピーカの一方面側とハウジングの内面とで囲まれた前気室を形成し、前気室を形成するハウジングの面には、ハウジングの外面に沿って配置された前記基板上に実装された前記第２のマイクロホンを収納する凹部を設けることを特徴とする請求項３または４記載の通話装置。
前記音声処理部は、前記第２のマイクロホンと同一のパッケージ内に収納されることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の通話装置。
前記第１，第２のマイクロホンの感度差は３ｄＢ以内であることを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載の通話装置。
前記第１，第２のマイクロホンの各出力は、前記音声処理部で増幅されることを特徴とする請求項１乃至７いずれか記載の通話装置。