JP2010103784A - 拡声装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スピーカとマイクロホンが離れていて相互の位置関係が定まらず、スピーカから発せられる音声が直接マイクロホンに入るような相対位置にあってもハウリングを防止することができる拡声装置を得る。
【解決手段】音声入力用の第１マイクロホン２１と、第２マイクロホンに隣接して配置され第１マイクロホンの出力信号に対し逆位相の信号を出力する逆位相音声取り込み用の第２マイクロホン２２と、操作することによって第２マイクロホン２２の出力信号の位相を調整することができる位相調整部１１と、第１マイクロホン２１から出力される音声信号と位相調整部１１から出力される音声信号を合成する信号合成部１５と、信号合成部で合成される音声信号によって駆動されるスピーカ１７と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、拡声装置に関するもので、特に、スピーカ付き拡声装置本体とマイクロホンが離れている形式の拡声装置において有効なハウリングキャンセル機能を備えていることを特徴とするものである。

音声をマイクロホンで電気信号に変換し、この音声信号を増幅してスピーカから大きな音声として出力する拡声装置では、しばしばハウリングが発生する。特に、スピーカ付き拡声装置本体とマイクロホンが離れている形式の拡声装置、例えばウェストポーチ型拡声器などにおいては、マイクロホンとスピーカの位置関係が不特定であることから、たまたまスピーカから出力される音声が直接的にマイクロホンに入るような相互の位置関係になるとハウリングを起こす。スピーカ付き拡声装置本体とマイクロホンが一体になった形式の拡声器であっても、スピーカから出た音声が壁などで跳ね返ってマイクロホンに入射するような環境条件の下においてはハウリングを起こすことがある。

拡声装置においてハウリングが発生した場合、ハウリングをキャンセルことは難しく、基本的には増幅器の出力を絞ってスピーカから出力される音圧を下げるという対策しかなかった。しかし、スピーカ出力を下げると拡声装置として充分に機能することができなくなる。

拡声装置あるいはこれに類する装置におけるハウリング防止に関する従来技術として以下のようなものがある。
特許文献１には、ハウジング内に配置されて音声入力信号によって駆動されるスピーカと、ハウジング内面とスピーカの表面側とで囲まれた前気室と、ハウジング内面とスピーカの裏面側とで囲まれた後気室と、集音面を前気室内に向けて配置した第１マイクロホンと、集音面をハウジング外に向けて配置した第２マイクロホンと、第２マイクロホンで集音した音声信号から第１マイクロホンで集音した音声信号を除去する音声処理部と、を備えることによりハウリングを防止する通信装置が記載されている。

特許文献２には、スピーカに向けて配置した第１マイクロホンと、スピーカの出力の向きと同じ向きに配置した第２マイクロホンを備え、信号処理部が、第１、第２のマイクロホンとスピーカとの各距離の差に相当するレベル調整を行ってスピーカからの音声に対する第１、第２マイクロホンの各出力レベルを一致させるレベル調整手段と、第１、第２のマイクロホンとスピーカとの各距離の差に相当する音波の伝達時間に応じて音声信号を遅延させて各マイクロホンの各音声信号の位相を一致させる遅延手段と、レベル調整手段、遅延手段を通過した第１、第２マイクロホンの音声信号の差を出力する作動手段を備えることによってハウリングの発生を防止する通話装置が記載されている。

特許文献３には、帰還音の音声信号の推定値を出力する適応フィルタを備え、マイクロホンから入力されＡ／Ｄコンバータから出力されるデジタル形式の音声信号であってユーザが入力する音声と帰還音を含む音声信号から、上記適応フィルタから出力されるデジタル形式の帰還音の音声信号の推定値を差し引く信号合成器を備えることによって、音声信号全体から帰還音の影響を除去することができる拡声器が記載されている。

特許文献４には、ワイヤレスマイクロホンからの無線信号を信号補足器で受信し、この受信信号から抽出した音声信号を増幅し、離間して設置された複数のスピーカから音響出力するワイヤレス拡声装置において、各スピーカに近接させて信号補足器を配置して受信強度を格別に検出し、ある信号補足器による受信強度が過大になった場合、その信号補足器の至近位置にあるスピーカについて、音声信号の音響出力を禁止または抑圧してハウリングの発生を防止した拡声装置が記載されている。

特開２００６−３２６２１０号公報 特開２００６−４７４１２号公報 特開２００７−２４３２４２号公報 特開２００６−３１１０７１号公報

特許文献１、特許文献２に記載されている技術はスピーカとマイクロホンが本体に一体的に組み込まれていることを前提とした技術で、本発明のようにスピーカとマイクロホン相互の位置関係が定まらず、変化することを前提とした拡声装置におけるハウリング防止技術とは異なる。
特許文献３記載の技術は音声信号をデジタル信号に変換して処理するもので、Ａ／Ｄコンバータ、適応フィルタ、信号合成器などを必要とし、回路構成が大掛かりになる難点がある。

特許文献４に記載されている技術は、スピーカとマイクロホンが離れていて相互の位置関係が変化するもの、例えばカラオケ装置などに適用される装置であって、複数のスピーカを備えていることを前提としている。そして、ハウリング防止のための具体的な手段は、信号補足器による受信強度が過大になるとその信号補足器に対応するスピーカからの出力を禁止または抑圧するものであって、本発明のように一つのスピーカを備えているものにおいても適用可能なものとは異なり、また、ハウリング防止のための具体的な手段も本発明とは異なる。

本発明は、以上説明したような従来技術の実情に照らして考えられたもので、スピーカとマイクロホンが離れていて相互の位置関係が定まらず、スピーカから発せられる音声が直接マイクロホンに入るような相対位置にあってもハウリングを防止することができる拡声装置を提供することを目的とする。
本発明はまた、簡単な構成ながら、ハウリングを有効に防止することができる拡声装置を提供することを目的とする。
本発明はまた、ハウリングの要因となる音声信号の位相をユーザが任意に調整することを可能にして、ハウリング発生条件の変化に柔軟に対応することができる拡声装置を提供することを目的とする。

本発明は、音声入力用の第１マイクロホンと、第１マイクロホンに隣接して配置され第１マイクロホンの出力信号に対し逆位相の信号を出力する逆位相音声取り込み用の第２マイクロホンと、操作することによって第２マイクロホンの出力信号の位相を調整することができる位相調整部と、第１マイクロホンから出力される音声信号と位相調整部から出力される音声信号を合成する信号合成部と、信号合成部で合成される音声信号によって駆動されるスピーカと、を備えたハウリングキャンセル機能付きの拡声装置であることを最も主要な特徴とする。

第１マイクロホンと第２マイクロホンは一体化するとよい。
第１マイクロホンと第２マイクロホンは、出力信号ラインの極性が互いに逆に接続されることにより互いに逆位相の信号を出力するようにするとよい。
位相調整部はコンデンサと抵抗で構成されたフィルタ回路で構成するとよい。
コンデンサは可変容量コンデンサであって、外部から操作することにより上記可変容量コンデンサの容量を調整して第２マイクロホンの出力信号の位相を調整可能とするのが望ましい。

第１マイクロホンから出力される音声信号とこの音声信号に対し逆位相の第２マイクロホンから出力される音声信号が信号合成部で合成されることにより、双方の音声信号が互いに打ち消される。第１マイクロホンの音声信号出力レベルを第２マイクロホンの音声信号出力レベルよりも高くすることにより、第１マイクロホンの出力レベルと第２マイクロホンの出力レベルの差によってスピーカが駆動され、ハウリングの要因となるスピーカからの高い音圧の音声によってマイクロホンで変換された音声信号のレベルが抑制され、ハウリングを防止することができる。
二つのマイクロホンと、位相調整部と、信号合成部があればよく、これらは大掛かりな構成にはならず、また、デジタル信号に変換して処理する必要もないから、簡易な構成で、ハウリングを有効に防止することができる。

第１マイクロホンと第２マイクロホンから互いに逆位相の信号を出力させるには、出力信号ラインの極性が互いに逆になるように接続すればよく、互いに逆位相の信号を出力させるための回路構成を簡略化することができる。
位相調整部はコンデンサと抵抗で構成されたフィルタ回路で構成し、コンデンサを可変容量コンデンサとすれば、ユーザは可変容量コンデンサを外部から操作することによって第２マイクロホンの出力信号の位相を調整することが可能になり、ハウリング発生条件の変化に対応してより適切にハウリング防止を図ることができる。

以下、本発明にかかる拡声装置の実施例を、図面を参照しながら説明する。
図１において、符号１は拡声器本体を、２はマイクロホン部を示す。マイクロホン部２は、音声入力用マイクロホン（以下「第１マイクロホン」という）２１と差動マイクロホンすなわち第１マイクロホン２１の出力信号に対し逆位相の信号を出力する逆位相音声取り込み用マイクロホン（以下「第２マイクロホン」という）２２を有してなる。第１、第２マイクロホン２１，２２は互いに隣接して一体に設けられている。第１、第２マイクロホン２１，２２を一体化するための構成は、個別のマイクロホンを一体に結合してもよいし、１個のマイクロホンケース内に２つのマイクロホンユニットを組み込んで、実質的に２個のマイクロホンを一体化したものとしてもよい。第１、第２マイクロホン２１，２２の電気音響変換方式は任意で、コンデンサ型でも、ダイナミック型でもよく、第１マイクロホン２１と第２マイクロホン２２の方式が異なっていてもよい。第１、第２マイクロホン２１，２２の出力信号線は拡声器本体１に引き込まれている。第１マイクロホン２１の出力信号ラインに対し、第２マイクロホン２２の出力信号ラインの極性を逆にすることにより、第１、第２マイクロホン２１，２２音声信号出力に位相を互いに逆位相にすることができる。

拡声器本体１内には、スピーカ１７が拡声器本体１の外側に向けて取り付けられ、スピーカ１７を駆動するパワーアンプ１６が組み込まれている。また、第２マイクロホン２２から出力される逆位相音声信号出力ラインにはコンデンサ１２と抵抗１３からなるＣＲハイパスフィルタ回路１１が接続されている。このフィルタ回路１１を構成する上記コンデンサ１２は可変容量コンデンサ（「バリアブルコンデンサ」「バリコン」ともいう）からなり、ユーザが操作することができるように、操作部材が拡声器本体１の外面から突出している。可変容量コンデンサ１２を操作してその容量を変化させることにより、第２マイクロホン２２から入力される音声信号の位相を変化させることができる。フィルタ回路１１を構成する上記抵抗１３も可変抵抗となっていて、この可変抵抗１３の調整によって、第１マイクロホン２１から入力される音声信号レベルに対する逆位相音声信号のレベルが適宜設定される。上記可変抵抗１３の調整は、拡声装置の組立工程中の調整工程において行われ、調整後はその調整状態が維持される。

フィルタ回路１１からは、位相が調整され、また、フィルタ回路１１の抵抗１３によって信号レベルが調整された逆位相音声信号が出力される。この逆位相音声信号の出力ラインには、ハウリングキャンセルを有効または無効に切り換えることができるスイッチ１４が設けられている。スイッチ１４は開閉スイッチで、その操作部が拡声器本体１の外面から突出していて、ユーザが操作することにより、必要に応じてオン・オフすることができるようになっている。ハウリングが生じることのない環境条件下であれば、ユーザはスイッチ１４をオフにし、ハウリングが生じるあるいはハウリングが発生しそうな環境条件化であれば、スイッチ１４をオンにする。

第１マイクロホン２１から出力される音声信号と、第２マイクロホン２２から出力され、フィルタ回路１１で位相が調整された逆位相音声信号は、スイッチ１４がオンの場合に信号合成部１５で合成され、合成信号が前記パワーアンプ１６に入力されるように構成されている。

図２は、第１マイクロホン２１から出力される音声信号Ａと、第２マイクロホン２２から出力され、フィルタ回路１１で位相が調整された逆位相音声信号Ｂとの位相関係を示す。ここでは位相関係にのみ着目し、双方の信号のレベルは無視する。（ａ）は音声信号Ａと逆位相音声信号Ｂとの位相が１８０度ずれている場合を示している。この状態であればハウリングキャンセルが有効に働く。（ｂ）は上記信号ＡとＢの位相が１８０度からずれた場合を示している。このような位相関係の信号ＡとＢを合成しても、ハウリングキャンセルは働かない。そこで、前記可変容量コンデンサ１２を操作してコンデンサ１２の容量を変化させて信号Ｂの位相を変化させ、（ｃ）に示すように信号ＡとＢの位相が互いに１８０度ずれるように調整する。これによってハウリングの発生を防止することができる。第１マイクロホン２１から出力される音声信号Ａのレベル（電圧）よりも、第２マイクロホン２２から出力され、フィルタ回路１１で位相が調整された逆位相音声信号Ｂのレベルが低くなるように可変抵抗１３で調整されていて、信号ＡとＢのレベル差に相当する音声信号がパワーアンプ１６に入力され、スピーカ１７が駆動されるようになっている。

図３は、本発明にかかる拡声装置の外観の例を示す。符号１は拡声装置本体、２はマイクロホン部、２１は音声入力用の第１マイクロホン、２２は逆位相音声取り込み用の第２マイクロホン、１２は前記可変容量コンデンサであってその操作部を、１４はハウリングキャンセルを有効または無効に切り換えることができる前記スイッチであってその操作部を、１７はスピーカをそれぞれ示している。図３に示す例は、拡声器本体１をユーザの胴体に装着するウェストポーチ型拡声器であって、マイクロホン部２はヘッドセット２５の一部としてヘッドホンから一体に延びたアームによって支持されている。マイクロホン部２からの出力信号はコード２６を通じて拡声器本体１に入力されるようになっている。

図３に示す例では、マイクロホン部２のユーザの口元に近い一端側に第１マイクロホン２１が、第１マイクロホン２１よりもユーザの口元から離れた他端側に第２マイクロホン２２が取り付けられている。こうすることによって、第１マイクロホン２１は主としてユーザの肉声を音声信号に変換し、第２マイクロホン２２はスピーカ１７からの放射音を音声信号に変換することができる。第１マイクロホン２１には第２マイクロホン２２よりも高い音圧でユーザの肉声が届き、第１マイクロホン２１から出力されるユーザの音声信号レベルを、第２マイクロホン２２から出力されるユーザの音声信号レベルよりも高くすることができる。仮に、第１、第２マイクロホン２１，２２から出力される音声信号レベルが同じであるとすれば、双方の信号を合成すると信号同士が打ち消しあい、ユーザの肉声もキャンセルされてしまう。もっとも、図１の回路例について説明したように、第２マイクロホン２２の出力レベルを、可変抵抗１３によって第１マイクロホン２１の出力レベルよりも抑制しているので、ユーザが口から発する音声を拡声してスピーカ１７から放音することができる。

ハウリングを起こす心配がなければスイッチ１４をオフにする。ハウリングを現実に起こし、あるいは起こす恐れがある場合はスイッチ１４をオンにしてハウリングキャンセル機能を有効にする。そして、可変容量コンデンサ１２を調整して、ハウリングキャンセル効果が最も有効に機能するように前記逆位相音声信号Ｂの位相を調整する。一旦ハウリングキャンセル効果が最も有効に機能するように調整した後、スピーカ１７とマイクロホン部２の相対位置関係を変えると、ハウリングが発生する条件が変わる。その場合は再度可変容量コンデンサ１２を調整して、上記逆位相音声信号Ｂの位相を調整する必要がある。

本発明にかかる拡声装置は、図３に示す外観例に限定されるものではなく、例えば、スピーカとともにマイクロホンが拡声装置本体に一体的に組み込まれた拡声器にも適用可能である。しかしながら、本発明は、スピーカとマイクロホンの相対位置関係が容易に変わる拡声装置において、ハウリング防止効果をより有効に発揮することができる。

本発明にかかる拡声装置は、例えば、ウェストポーチ型拡声器など、本体とは別にマイクロホンが必要となる拡声装置において、環境条件や使用条件に制限されることなく、十分な音量をスピーカから出力することができる。したがって、拡声装置の性能を十分に生かすことができ、例えば、店頭販売などで大衆に大きな声でアピールするときの道具として有効である。また、不愉快なハウリングを起こす機会が減り、ユーザにとっても、拡声装置の音を聞く人にとってもメリットがある。

本発明にかかる拡声装置の実施例を示す回路図である。 上記実施例における音声信号の位相調整の概要を順に示す波形図である。 本発明にかかる拡声装置の外観例とその使用例を示す正面図である。

符号の説明

１ 拡声装置本体
２ マイクロホン部
１１ フィルタ回路
１２ 可変容量コンデンサ
１３ 可変抵抗
１４ スイッチ
１５ 信号合成部
１６ パワーアンプ
１７ スピーカ
２１ 第１マイクロホン
２２ 第２マイクロホン

Claims (8)

1. 音声入力用の第１マイクロホンと、
   第１マイクロホンに隣接して配置され第１マイクロホンの出力信号に対し逆位相の信号を出力する逆位相音声取り込み用の第２マイクロホンと、
   操作することによって第２マイクロホンの出力信号の位相を調整することができる位相調整部と、
   第１マイクロホンから出力される音声信号と位相調整部から出力される音声信号を合成する信号合成部と、
   信号合成部で合成される音声信号によって駆動されるスピーカと、を備えたハウリングキャンセル機能付き拡声装置。
2. 第１マイクロホンと第２マイクロホンは一体化されている請求項１記載の拡声装置。
3. 第１マイクロホンと第２マイクロホンは、出力信号ラインの極性が互いに逆に接続されることにより互いに逆位相の信号を出力する請求項１または２記載の拡声装置。
4. 位相調整部はコンデンサと抵抗で構成されたフィルタ回路からなる請求項１記載の拡声装置。
5. フィルタ回路はハイパスフィルタ回路である請求項４記載の拡声装置。
6. コンデンサは可変容量コンデンサであって、外部から操作することにより上記可変容量コンデンサの容量を調整して第２マイクロホンの出力信号の位相を調整可能とした請求項４記載の拡声装置。
7. 抵抗は可変抵抗であって、この可変抵抗の抵抗値を調整して第２マイクロホンの出力信号レベルを調整可能とした請求項４記載の拡声装置。
8. 第２マイクロホンから信号合成部までの逆位相音声ライン中に、ハウリングキャンセルを有効または無効に切り換えることができるスイッチが設けられている請求項１または７のいずれかに記載の拡声装置。

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