JP2014160948A - イヤホンマイク - Google Patents

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Abstract

【課題】小型化が可能で安価なエコー抑制機能を有するイヤホンマイクを提供する。
【解決手段】イヤホンマイクは、1つのスピーカ21と、第1及び第2マイクロホン22a、22bと、音響空間が形成される本体筐体23と、第1及び第2マイクロホンのうちの少なくとも一方から出力される音声信号を増幅する出力制御部と、を備える。音響空間は、放音道232、第1集音道233、及び第2集音道234を含む。放音道ではスピーカの出力音声が伝播する。第1集音道は本体筐体の外部に連通する。第1集音道では第1マイクロホンに入力される音声が伝播する。第2集音道では第2マイクロホンに入力される音声が伝播する。放音道は、本体筐体の外部に連通する一方の経路と、第2集音道に連通する他方の経路とに分岐する。イヤホンマイクは、音声信号の増幅により、本体筐体の外部音源からの入力音声を集音するとともにスピーカの出力音声の集音を抑制する。
【選択図】図3

Description

本発明は、イヤホンマイクに関し、特にスピーカとマイクロホンとを搭載するイヤホンマイクに関する。
従来、スピーカとマイクロホンとを内蔵するイヤホンマイクが知られている。ユーザは、耳に装着したイヤホンマイクを通じて、スピーカから出力される話し声などの音声を聴きながら、マイクロホンに入力されるユーザの音声を送話することができる。そのため、携帯電話機などのハンズフリー通信などに利用されている。
ところが、ユーザの外耳道内に放音されるスピーカの音声は、ユーザの鼓膜や外耳道内などで反響し、イヤホンマイクにノイズ(エコー成分)として入力される。そのため、イヤホンマイクに内蔵されるマイクロホンは、ユーザの音声のほかに、スピーカから出力される音声のエコー成分も拾ってしまう。従って、イヤホンマイクから送話される音声にエコー成分がノイズとして混ざるという問題があった。
そのため、たとえば特許文献1のように、エコーキャンセル機能を有するイヤホンマイクが知られている。特許文献1のイヤホンマイクでは、2つのスピーカと、マイクロホンとを内蔵している。一方のスピーカは話し声などの音声を出力し、他方のスピーカは、一方のスピーカから出力される音声のエコー成分を打ち消すための音声を出力する。マイクロホンには、一方のスピーカから出力される音声のエコー成分と、他方のスピーカの音声とを入力させ、両者を互いに打ち消し合わせることにより、エコー成分を抑制している。
特開2007−201887号公報
しかしながら、特許文献1のイヤホンマイクは、本体筐体に複数のスピーカを内蔵するため、本体筐体の内部において、スピーカ及びその音道を搭載するためのスペースが増加する。従って、本体筐体を小型化し難いという問題があった。また、製造コストがかかるため、比較的高価になるという問題もあった。
本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、小型化が可能で安価なエコー抑制機能を有するイヤホンマイクを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一の局面によるイヤホンマイクは、1つのスピーカと、第1及び第2マイクロホンと、音響空間が形成される本体筐体と、第1及び第2マイクロホンのうちの少なくとも一方から出力される音声信号を増幅する出力制御部と、を備え、前記音響空間は、前記スピーカの出力音声が伝播する放音道と、前記本体筐体の外部に連通し、第1マイクロホンに入力される音声が伝播する第1集音道と、第2マイクロホンに入力される音声が伝播する第2集音道と、を含み、前記放音道は、前記本体筐体の外部に連通する一方の経路と、第2集音道に連通する他方の経路と、に分岐し、前記音声信号の増幅により、前記本体筐体の外部音源からの入力音声を集音するとともに、前記スピーカの前記出力音声の集音を抑制することを特徴とする。
上記構成によれば、イヤホンマイクは1つのスピーカを備える。また、放音道は、本体筐体の外部に連通する一方の経路と、第2集音道と連通する他方の経路と、に分岐する。そのため、スピーカの出力音声は、一方の経路及び第1集音道を経由して第1マイクロホンに伝播するとともに、他方の経路及び第2集音道を経由して第2マイクロホンにも伝播する。さらに、イヤホンマイクは、第1及び第2マイクロホンのうちの少なくとも一方から出力される音声信号の増幅により、外部音源からの入力音声を集音するとともに、スピーカの出力音声の集音を抑制する。そのため、イヤホンマイクは、複数のスピーカを必要とすることなく、スピーカの出力音声のエコー抑制機能を実現することができる。さらに、イヤホンマイクは、スピーカの出力音声に由来するノイズを抑制しつつ、入力音声を送話することができる。従って、小型化が可能で安価なエコー抑制機能を有するイヤホンマイクを提供することができる。
また、上記構成において、前記音声信号の音圧レベルを検出する音圧検出部と、前記音圧検出部の検出結果に基づいて、前記音声信号の増幅率を設定する増幅率調整部と、をさらに備え、前記音声信号の増幅率は、第1マイクロホンに入力される前記スピーカの前記出力音声に基づく第1音声信号の第1音圧レベルと、第2マイクロホンに入力される前記出力音声に基づく第2音声信号の第2音圧レベルとの差が、前記音声信号の増幅前よりも前記音声信号の増幅後の方が小さくなり、且つ、第1マイクロホンに入力される前記外部音源からの前記入力音声に基づく第1音声信号の第3音圧レベル、及び第2マイクロホンに入力される前記入力音声に基づく第2音声信号の第4音圧レベルのうちの一方が他方よりも大きくなるように設定されてもよい。
この構成によれば、音圧検出部の検出結果に基づいて、増幅率調整部は音声信号の増幅率を設定する。また、増幅率の設定により、第1及び第2マイクロホンに入力されるスピーカの出力音声を互いに弱め合うようにすることができる。一方、第1及び第2マイクロホンに入力される外部音源の入力音声(たとえばユーザの話し声など)は互いに打ち消し合わないようにすることができる。従って、スピーカの出力音声に由来するノイズを抑制しつつ、入力音声を送話することができる。
また、上記構成において、前記音声信号の増幅率は、第1音圧レベルが第2音圧レベルとほぼ等しくなり、且つ、第3及び第4音圧レベルのうちの一方が他方よりも大きくなるように設定されてもよい。
この構成によれば、音声信号の増幅率の設定により、第1及び第2マイクロホンに入力されるスピーカの出力音声が互いに打ち消し合うようにすることができる。一方、第1及び第2マイクロホンに入力される外部音源の入力音声(たとえばユーザの話し声など)は互いに打ち消し合わないようにすることができる。従って、スピーカの出力音声をノイズとして混入させることなく、入力音声を送話することができる。
さらに、上記構成において、前記音声信号の増幅率は、第1音圧レベルが第2音圧レベルとほぼ等しくなり、且つ、第3及び第4音圧レベルの差が最も大きくなるように設定されてもよい。
この構成によれば、音声信号の増幅率の設定により、第1及び第2マイクロホンに入力されるスピーカの出力音声が互いに打ち消し合うようにすることができる。一方、第1及び第2マイクロホンに入力される外部音源の入力音声(たとえばユーザの話し声など)が最も大きくなるようにすることができる。従って、スピーカの出力音声をノイズとして混入させることなく、入力音声を送話することができる。
また、上記構成において、第1マイクロホンから出力される第1音声信号は、第2マイクロホンから出力される第2音声信号よりも大きく増幅されてもよい。
この構成によれば、第1音声信号が第2音声信号よりも大きく増幅される。第1マイクロホンよりも第2マイクロホンの方がより多くの経路からスピーカの出力音声が入力される。そのため、通常、第1音声信号の第1音圧レベルは第2音声信号の第2音圧レベルよりも小さくなる。従って、第1音声信号を第2音声信号よりも大きく増幅することにより、第1及び第2音声信号のうちの少なくとも一方の増幅率をさほど大きくすることなく、エコー抑制機能を実現することができる。
本発明によれば、小型化が可能で安価なエコー抑制機能を有するイヤホンマイクを提供することができる。
イヤホンマイクの外観斜視図である。 イヤホンマイクがユーザの外耳道に装着された状態を示す図である。 第1実施形態における本体部の断面図である。 第1実施形態においてユーザの外耳道側から見た本体部の正面図である。 本体部の側面図である。 第1実施形態における第2及び第3開口部の他の形成例を示す正面図である。 第1実施形態における第2及び第3開口部の他の形成例を示す正面図である。 第1実施形態における第2及び第3開口部の他の形成例を示す正面図である。 制御ユニットの構成を示すブロック図である。 第1実施形態において第1及び第2マイクロホンに入力されるスピーカの出力音声の伝播経路を示す概念構成図である。 第1実施形態における出力音声の集音ブロック図である。 第1実施形態において第1及び第2マイクロホンに入力される外部音源からの入力音声の伝播経路を示す概念構成図である。 第1実施形態における入力音声の集音ブロック図である。 第2実施形態に係るイヤホンマイクの概念構成図である。 第2実施形態においてユーザの外耳道側から見た本体部の正面図である。 第2実施形態における第2及び第3開口部の他の形成例を示す正面図である。 第2実施形態における第2及び第3開口部の他の形成例を示す正面図である。 第2実施形態において第1及び第2マイクロホンに入力されるスピーカの出力音声の伝播経路を示す概念構成図である。 第2実施形態における出力音声の集音ブロック図である。 第2実施形態において第1及び第2マイクロホンに入力される外部音源からの入力音声の伝播経路を示す概念構成図である。 第2実施形態における入力音声の集音ブロック図である。 第1実施形態に係るイヤホンマイクの他の一例を示す概念構成図である。 第2実施形態に係るイヤホンマイクの他の一例を示す概念構成図である。
以下に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
<第1実施形態>
(イヤホンマイクの構成)
図1は、イヤホンマイクの外観斜視図である。イヤホンマイク1は、たとえば携帯電話機などの電子機器(不図示)に接続される放集音装置である。図1に示すように、イヤホンマイク1は、本体部2と、制御ユニット3と、第1ケーブル41と、第2ケーブル42と、コネクタ5と、を備えている。
本体部2は、ユーザの耳に装着され、出力音声を放音するとともに、外部音源からの入力音声(たとえばユーザの話し声など)を集音する。なお、本体部2及び制御ユニット3の具体的な構成については後に詳述する。第1ケーブル41は、本体部2と制御ユニット3との間に接続され、本体部2と制御ユニット3との間の信号を送受信する信号線である。第2ケーブル42は、制御ユニット3とコネクタ5との間に接続され、イヤホンマイク1が接続される電子機器(不図示)と制御ユニット3との間の信号をコネクタ5を介して送受信する信号線である。コネクタ5は、電子機器(不図示)のインターフェースに接続される入出力端子である。
図2は、イヤホンマイクがユーザの外耳道に装着された状態を示す図である。図2に示すように、イヤホンマイク1は、ユーザの耳EARに装着され、電子機器(不図示)から出力される音声信号に基づく音声をユーザの鼓膜E1に向けて放音する。また、ユーザが発する音声は口から放音されるだけではなく、その音声の一部は、頭蓋骨や顔の筋肉などを伝わって鼓膜E1から外耳道E2に放音される。イヤホンマイク1は、そのようなユーザの話し声などの音声(すなわち外部音源からの入力音声)を集音し、さらに、集音した音声に基づく音声信号を生成して電子機器(不図示)に出力する。なお、イヤホンマイク1が接続される電子機器は特に限定されない。
ここで、イヤホンマイク1からユーザの外耳道E2内に放音される出力音声は、ユーザの鼓膜E1や外耳道E2などで反響し、イヤホンマイク1にノイズとして入力される。以下では、このノイズをエコー成分と呼ぶ。イヤホンマイク1は、後述するように、このようなエコー成分に由来するノイズを抑制するためのエコー抑制機能を有している。そのため、イヤホンマイク1は、ノイズ(特に出力音声のエコー成分)が抑制された鮮明な音声を集音することができる。
次に、本体部2の構成について詳細に説明する。図3は、第1実施形態における本体部の断面図である。また、図4は、第1実施形態においてユーザの外耳道側から見た本体部の正面図である。また、図5は、本体部の側面図である。なお、図3は、図4の一点鎖線A−Aに沿う本体部2の断面構造を示している。
図3に示すように、本体部2は、スピーカ21と、第1マイクロホン22aと、第2マイクロホン22bと、本体筐体23と、イヤーパッド25と、を含んで構成されている。
スピーカ21は、出力音声を出力する放音孔21aを有する音声出力ユニットである。スピーカ21は、第1ケーブル41と電気的に接続され、コネクタ5を介して電子機器(不図示)から伝送される音声信号に基づく出力音声を出力する。なお、図3では、スピーカ21の放音孔21aは放音道232が延びる方向と略垂直な方向に向いているが、スピーカ21の向きは図3の例示に限定しない。スピーカ21の向きは、たとえば後述する放音道232が延びる方向と略平行であってもよい。
第1及び第2マイクロホン22a、22bは、音声入力ユニットであり、第1ケーブル41を介して制御ユニット3(特に後述する制御回路部32)と電気的に接続されている。第1及び第2マイクロホン22a、22bは、特に限定しないが、たとえば、MEMSマイク、ECMマイクなどを用いることができる。第1マイクロホン22aは、第1集音孔221aを有し、第1集音孔221aに入力される音声に基づいて第1音声信号を生成する。また、第2マイクロホン22bは、第2集音孔221bを有し、第2集音孔221bに入力される音声に基づいて第2音声信号を生成する。生成された第1及び第2音声信号は、第1ケーブル41を介して制御ユニット3に出力される。なお、図3では、第1及び第2集音孔221a、221bは後述する各音道(たとえば放音道232など)が延びる方向と略平行な方向に並んで配置されているが、これらの配置方向は図3の例示に限定しない。
本体筐体23には、1つのスピーカ21と、第1及び第2マイクロホン22a、22bとが搭載されている。また、本体筐体23には、図3〜図5に示すように、挿通部23aが形成されている。この挿通部23aには、本体部2が図2のようにユーザの耳EARに装着される際にユーザの鼓膜E1と対向する面に、図4に示すように、イヤホンマイク1に音声を入出力するための第2及び第3開口部231b、231cが形成されている。
なお、挿通部23aに形成される第2及び第3開口部231b、231cの形状は特に限定しない。図6A〜図6Cは、第1実施形態における第2及び第3開口部の他の形成例を示す正面図である。第2及び第3開口部231b、231cの形状は、たとえば、円形(図6A)、四角形(図6B)及び三角形(図6C)などの多角形状であってもよい。また、第2及び第3開口部231b、231cの形状及びサイズは、ほぼ同じであってもよいし、それぞれ異なっていてもよい。
また、本体筐体23の内部には、図3に示すように、放音道232と第1集音道233と第2集音道234とを含む音響空間が形成されている。
放音道232は、スピーカ21の出力音声が伝播する音道である。この放音道232には、スピーカ21が配置されているとともに、第2集音道234と連通する第1開口部231aが形成されている。そのため、放音道232は、スピーカ21から本体筐体23の外部に連通する一方の経路と、第1開口部231aを介して第2集音道234と連通する他方の経路と、に分岐している。一方の経路は、第2開口部231bと連通しており、スピーカ21の放音孔21aから出力される出力音声を第2開口部231bを介して本体筐体23の外部に放音する。他方の経路は、出力音声を第1開口部231aを介して第2集音道234に伝播させる。なお、放音道232及び第2集音道234との間には、図3に示す第1開口部231aに代えて、放音道232と第2集音道234とを連通させるための分岐音道が形成されていてもよい。
第1集音道233は、第1集音孔221aに入力される音声が伝播する音道であり、第3開口部231cと連通している。第1集音道233には、本体筐体23の外部からの音声が、第3開口部231cを経由して伝播する。たとえば、スピーカ21の出力音声のエコー成分、及び外部音源からの入力音声(たとえば鼓膜E1及び外耳道E2を経由して伝播するユーザの話し声など)などが伝播する。第1集音道233はこれらの音声を第1集音孔221aに導く。
また、第2集音道234は、第2集音孔221bに入力される音声が伝播する音道である。第2集音道234には、スピーカ21の出力音声のエコー成分、及び外部音源からの入力音声などの音声が本体筐体23の外部から第2開口部231b、放音道232、第1開口部231aを経由して伝播する。さらに、第2集音道234には、出力音声がスピーカ21から放音道232及び第1開口部231aを経由して直接に伝播する。第2集音道234はこれらの音声を第2集音孔221bに導く。
イヤーパッド25は、たとえば、樹脂材料、ゴム材料などを用いて形成されており、挿通部23aに被せられている。本体部2がユーザの耳EARに装着される際(図2参照)、イヤーパッド25は、挿通部23aはとともに、ユーザの外耳道E2内に挿通される。このとき、イヤーパッド25は、挿通部23aとユーザの外耳道E2の開口部との間をほぼ隙間なく密閉する。そのため、挿通部23aと外耳道E2の開口部との間から入り込む外部の音をほぼ遮断することができる。
次に、制御ユニット3の構成について説明する。図7は、制御ユニット3の構成を示すブロック図である。図7に示すように、制御ユニット3は、操作部31と、制御回路部32と、電源部33と、筐体部35と、を含んで構成される。
操作部31は、たとえばスピーカ21の音量の調節などのユーザの入力操作を受け付ける。
制御回路部32は、イヤホンマイク1の各構成部を制御する。図7に示すように、制御回路部32は、出力制御部321と、音圧検出部322と、増幅率調整部323と、を含んで構成されている。
出力制御部321は、第1及び第2マイクロホン22a、22bから伝送される第1及び第2音声信号をそれぞれゲインK1(第1増幅率)、ゲインK2(第2増幅率)で増幅する。また、出力制御部321は、増幅した第1及び第2音声信号の差分音声信号を生成する。この差分音声信号は、第2ケーブル42及びコネクタ5を介して、イヤホンマイク1が接続される電子機器(不図示)に伝送される。
音圧検出部322は、第1及び第2マイクロホン22a、22bから制御回路部32に伝送される第1及び第2音声信号の音圧レベルを検出する。なお、音圧検出部322が音圧レベルを検出するタイミングは特に限定されない。検出するタイミングは、リアルタイムであってもよいし、所定時間毎であってもよい。
増幅率調整部323は、音圧検出部322の検出結果に基づいて、出力制御部321で用いられるゲインK1、K2を自動的に設定する。ゲインK1、K2の設定方法については後述する。なお、増幅率調整部323は、操作部31でのユーザ入力に基づいてゲインK1、K2を設定してもよい。また、増幅率調整部323がゲインK1、K2を自動的に設定するタイミングは特に限定されない。ゲインK1、K2は、スピーカ21の出力音声及びそのエコー成分が支配的に第1及び第2マイクロホン22a、22bに入力されている状態において、後述する数式1(又は数式3)を満たすように自動的に設定される。また、ゲインK1、K2は、外部音源の入力音声(ユーザの話し声など)が支配的に第1及び第2マイクロホン22a、22bに入力されている状態において、後述する数式2(又は数式4)を満たすように自動的に設定される。さらに、各ゲインK1、K2は、操作部31から入力されたユーザの操作入力により調整できるようにしてもよい。
電源部33は、制御回路部32及びその他の構成部に駆動電力を供給する小型のバッテリーである。電源部33としては、たとえば、ボタン型電池、リチウムイオン電池、及びリチウムポリマー電池などを挙げることができるが、特に限定はされない。
筐体部35は、操作部31、制御回路部32、及び電源部33などを搭載するハウジングである。また、筐体部35の外側には操作部31が配置されている(図1参照)。また、操作部31の反対側には、筐体部35をユーザの衣服(たとえば襟、ポケットなど)に止めておくための留め具(不図示)が設けられている。
(イヤホンマイクのエコー抑制機能)
次に、第1実施形態に係るイヤホンマイク1のエコー抑制機能について、スピーカ21の出力音声が第1及び第2マイクロホン22a、22bに集音される場合と、外部音源からの入力音声(たとえばユーザの話し声など)が第1及び第2マイクロホン22a、22bに集音される場合とに分けて説明する。
((スピーカの出力音声が第1及び第2マイクロホンに集音される場合))
まず、スピーカ21の出力音声が第1及び第2マイクロホン22a、22bに集音される場合について説明する。図8は、第1実施形態において第1及び第2マイクロホンに入力されるスピーカの出力音声の伝播経路を示す概念構成図である。また、図9は、第1実施形態における出力音声の集音ブロック図である。なお、図8では、便宜上、スピーカ21の放音方向を放音道232と略平行な方向に向けている。
図8に示すように、スピーカ21から出力される音圧P1の出力音声は、スピーカ21から放音道232及び第2開口部231bを経由して外耳道E2に放音される。外耳道E2に放音された出力音声は、ユーザの鼓膜E1及び外耳道E2の内壁などで反響される。このエコー成分は、第1集音道233及び放音道232に伝播する。
第1集音道233に伝播するエコー成分は、第3開口部231c及び第1集音道233を経由して、第1集音孔221aに入力される。第1マイクロホン22aは、図9に示すように、第1集音孔221aに入力されたエコー成分の第1音圧に応じた第1音圧レベルM1の第1音声信号を生成し、制御回路部32に出力する。
一方、放音道232に伝播するエコー成分は、第2開口部231b、放音道232、第1開口部231a、及び第2集音道234を経由して、第2集音孔221bに入力される。また、第2集音孔221bには、スピーカ21の放音孔21aから放音道232、第1開口部231a、及び第2集音道234を経由して、スピーカ21の出力音声が直接に入力される。すなわち、第2集音孔221bには、出力音声及びエコー成分を含む音声が入力される。第2マイクロホン22bは、図9に示すように、第2集音孔221bに入力された音声の第2音圧に応じた第2音圧レベルM2の第2音声信号を生成し、制御回路部32に出力する。
音圧検出部322は、制御回路部32に伝送される第1及び第2音声信号の第1及び第2音圧レベルM1、M2を検出する。増幅率調整部323は、音圧検出部322により検出された第1及び第2音圧レベルM1、M2が次の数式1を満たすように、ゲインK1、K2を設定する。
|(K1*M1)−(K2*M2)|≒0 (数式1)
K1≒(M2/M1)*K2
すなわち、増幅率調整部323は、増幅後の第1音声信号の第1音圧レベル(K1*M1)と、増幅後の第2音声信号の第2音圧レベル(K2*M2)とがほぼ等しくなるように、各ゲインK1、K2を設定する。出力制御部321は、増幅率調整部323により設定されたゲインK1,K2を用いて第1及び第2音声信号を増幅し、それらの差分音声信号を生成する。
こうすれば、増幅後の第1及び第2音声信号に基づく差分音声信号の音声レベルはほぼ0となる。すなわち、第1及び第2マイクロホン22a、22bに集音されるスピーカ21の出力音声及びそのエコー成分をほぼ打ち消すことができる。従って、イヤホンマイク1は、スピーカ21の出力音声のエコー成分をキャンセルすることができる。
((外部音源からの入力音声が第1及び第2マイクロホンに集音される場合))
次に、外部音源からの入力音声(たとえばユーザの話し声など)が第1及び第2マイクロホン22a、22bに集音される場合について説明する。図10は、第1実施形態において第1及び第2マイクロホンに入力される外部音源からの入力音声の伝播経路を示す概念構成図である。また、図11は、第1実施形態における入力音声の集音ブロック図である。なお、図10では、便宜上、スピーカ21の放音方向を放音道232と略平行な方向に向けている。
図10に示すように、イヤホンマイク1が図2のようにユーザの外耳道E2に装着されるとき、音圧P2の入力音声(ユーザの話し声など)が鼓膜E1及び外耳道E2から第1集音道233及び放音道232を伝播する。第1集音道233を伝播する入力音声は、第3開口部231c及び第1集音道233を経由して、第1集音孔221aに入力される。第1マイクロホン22aは、図11に示すように、第1集音孔221aに入力された入力音声の第3音圧に応じた第3音圧レベルN1の第1音声信号を生成し、制御回路部32に出力する。
一方、放音道232に伝播する入力音声は、第2開口部231b、放音道232、第1開口部231a、及び第2集音道234を経由して、第2集音孔221bに入力される。第2マイクロホン22bは、図11に示すように、第2集音孔221bに入力された入力音声の第4音圧に応じた第4音圧レベルN2の第2音声信号を生成し、制御回路部32に出力する。
音圧検出部322は、制御回路部32に伝送される第1及び第2音声信号の第3及び第4音圧レベルN1、N2を検出する。増幅率調整部323は、音圧検出部322により検出された第3及び第4音圧レベルN1、N2が次の数式2を満たすように、ゲインK1、K2を設定する。
|K1*N1−K2*N2|>0 (数式2)
すなわち、増幅率調整部323は、増幅後の第1音声信号の第3音圧レベル(K1*N1)と、増幅後の第2音声信号の第4音圧レベル(K2*N2)との差が0よりも大きくなるように、ゲインK1、K2を設定する。出力制御部321は、増幅率調整部323により設定されたゲインK1,K2を用いて、第1及び第2音声信号を増幅し、それらの差分音声信号を生成する。
こうすれば、増幅後の第1及び第2音声信号に基づく差分音声信号の音声レベルは0より大きくなる。そのため入力音声が互いに打ち消し合うことなく、第1及び第2マイクロホン22a、22bに入力される外部音源からの入力音声(ユーザの話し声など)を送話することができる。
((エコー成分の抑制))
実際には、第1及び第2マイクロホン22a、22bでは、スピーカ21の出力音声と、外部音源からの入力音声(ユーザの話し声など)とが同時に集音される。そのため、ゲインK1、K2は、上述の数式2を満たす条件において、上述の数式1の左辺がより小さくなるように設定される。こうすれば、イヤホンマイク1にエコー抑制機能を実現することができるとともに、エコー抑制機能によりスピーカ21の出力音声のエコー成分を抑制した入力音声を電子機器(不図示)に送話することができる。
<第2実施形態>
次に、第2実施形態のイヤホンマイク1について説明する。図12は、第2実施形態に係るイヤホンマイクの概念構成図である。また、図13は、第2実施形態においてユーザの外耳道側から見た本体部の正面図である。
図12及び図13に示すように、第2実施形態では、挿通部23aの第2及び第3開口部231b、231cの形成面に第4開口部231dがさらに形成される。また、本体筐体23の内部の音響空間は、本体筐体23の外部から第4開口部231dを介して第2集音道234に連通する第3集音道235をさらに含む。それ以外は第1実施形態と同様である。以下では、第1実施形態と同様の構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。
(イヤホンマイクの構成)
図12に示すように、第2実施形態では、本体筐体23の内部に、放音道232と第1集音道233と第2集音道234と第3集音道235とを含む音響空間が形成されている。第3集音道235は、第4開口部231dから第2集音道234に連通する音道である。第3集音道235には、スピーカ21の出力音声のエコー成分、及び外部音源からの入力音声などの音声が本体筐体23の外部から伝播する。第3集音道235はこれらの音声を第2集音道234に導く。
また、図13に示すように、第2実施形態では、挿通部23aには、本体部2がユーザの耳EARに装着される際にユーザの鼓膜E1と対向する面に、3つの開口部(第2〜第4開口部231b、231c、231d)が形成されている。なお、挿通部23aに形成される各開口部231b、231c、231dの形状は特に限定しない。図14A及び図14Bは、第2実施形態における第2及び第3開口部の他の形成例を示す正面図である。たとえば、第2〜第4開口部231b、231c、231dの形状は、たとえば、円形(図14A参照)であってもよいし、四角形及び三角形などの多角形状であってもよい。
また、第2〜第4開口部231b、231c、231dの形状及びサイズは、ほぼ同じであってもよいし、それぞれ異なっていてもよい。また、第2〜第4開口部231b、231c、231dの形状及びサイズは、ほぼ同じであってもよいし、それぞれ異なっていてもよい。また、第2〜第4開口部231b、231c、231dは、図13及び図14Aのように所定の方向に並んで配置されてもよいし、図14Bのように各開口部231b、231c、231dの中心が仮想の三角形の頂点の位置となるように配置されてもよい。
(イヤホンマイクのエコー抑制機能)
次に、第2実施形態に係るイヤホンマイク1のエコー抑制機能について、スピーカ21の出力音声が第1及び第2マイクロホン22a、22bに集音される場合と、外部音源からの入力音声(たとえばユーザの話し声など)が第1及び第2マイクロホン22a、22bに集音される場合とに分けて説明する。
((スピーカの出力音声が第1及び第2マイクロホンに集音される場合))
まず、スピーカ21の出力音声が第1及び第2マイクロホン22a、22bに集音される場合について説明する。図15は、第2実施形態において第1及び第2マイクロホンに入力されるスピーカの出力音声の伝播経路を示す概念構成図である。また、図16は、第2実施形態における出力音声の集音ブロック図である。なお、図15では、便宜上、スピーカ21の放音方向を放音道232と略平行な方向に向けている。
図15に示すように、スピーカ21から出力される音圧P1の出力音声は、スピーカ21から放音道232及び第2開口部231bを経由して外耳道E2に放音される。外耳道E2に放音された出力音声は、ユーザの鼓膜E1及び外耳道E2の内壁などで反響される。このエコー成分は、第1集音道233、第3集音道235、及び放音道232に伝播する。
第1集音道233に伝播するエコー成分は、第3開口部231c及び第1集音道233を経由して、第1集音孔221aに入力される。第1マイクロホン22aは、図16に示すように、第1集音孔221aに入力されたエコー成分の第1音圧に応じた第1音圧レベルM1の第1音声信号を生成し、制御回路部32に出力する。
一方、第3集音道235に伝播するエコー成分は、第4開口部231d及び第2集音道234を経由して、第2集音孔221bに入力される。また、放音道232に伝播するエコー成分は、第2開口部231b、放音道232、第1開口部231a、及び第2集音道234を経由して、第2集音孔221bに入力される。さらに、第2集音孔221bには、スピーカ21の放音孔21aから放音道232、第1開口部231a、及び第2集音道234を経由して、スピーカ21の出力音声が直接に入力される。そのため、第2集音孔221bには、出力音声と2つの音道を経由して伝播するエコー成分とを含む音声が入力される。第2マイクロホン22bは、図16に示すように、第2集音孔221bに入力された音声の第2音圧に応じた第2音圧レベルM2の第2音声信号を生成し、制御回路部32に出力する。
音圧検出部322は、伝送される第1及び第2音声信号の第1及び第2音圧レベルM1、M2を検出する。増幅率調整部323は、音圧検出部322により検出された第1及び第2音圧レベルM1、M2が次の数式3を満たすように、ゲインK1、K2を設定する。
|(K1*M1)−(K2*M2)|≒0 (数式3)
K1≒(M2/M1)*K2
すなわち、増幅率調整部323は、増幅後の第1音声信号の第1音圧レベル(K1*M1)と、増幅後の第2音声信号の第2音圧レベル(K2*M2)とがほぼ等しくなるように、各ゲインK1、K2を設定する。出力制御部321は、増幅率調整部323により設定されたゲインK1,K2を用いて、第1及び第2音声信号を増幅し、それらの差分音声信号を生成する。
こうすれば、増幅後の第1及び第2音声信号に基づく差分音声信号の音声レベルはほぼ0となる。すなわち、第1及び第2マイクロホン22a、22bに集音されるスピーカ21の出力音声のエコー成分をほぼ打ち消すことができる。従って、イヤホンマイク1は、スピーカ21の出力音声のエコー成分をキャンセルすることができる。
((外部音源からの入力音声が第1及び第2マイクロホンに集音される場合))
次に、外部音源からの入力音声(たとえばユーザの話し声など)が第1及び第2マイクロホン22a、22bに集音される場合について説明する。図17は、第2実施形態において第1及び第2マイクロホンに入力される外部音源からの入力音声の伝播経路を示す概念構成図である。また、図18は、第2実施形態における入力音声の集音ブロック図である。なお、図17では、便宜上、スピーカ21の放音方向を放音道232と略平行な方向に向けている。
図17に示すように、イヤホンマイク1が図2のようにユーザの外耳道E2に装着されるとき、音圧P2の入力音声(ユーザの話し声など)が鼓膜E1及び外耳道E2から第1集音道233、第2集音道235、及び放音道232を伝播する。第1集音道233を伝播する入力音声は、第3開口部231c及び第1集音道233を経由して、第1集音孔221aに入力される。第1マイクロホン22aは、図18に示すように、第1集音孔221aに入力された入力音声の第3音圧に応じた第3音圧レベルN1の第1音声信号を生成し、制御回路部32に出力する。
また、第3集音道235に伝播する入力音声は、第4開口部231d、第3集音道235、及び第2集音道234を経由して、第2集音孔221bに入力される。また、放音道232に伝播する入力音声は、第2開口部231b、放音道232、第1開口部231a、及び第2集音道234を経由して、第2集音孔221bに入力される。すなわち、第2集音孔221bには、2つの音道からの入力音声を含む音声が入力される。第2マイクロホン22bは、図18に示すように、第2集音孔221bに入力された入力音声の第4音圧に応じた第4音圧レベルN2の第2音声信号を生成し、制御回路部32に出力する。
音圧検出部322は、伝送される第1及び第2音声信号の第3及び第4音圧レベルN1、N2を検出する。増幅率調整部323は、音圧検出部322により検出された第3及び第4音圧レベルN1、N2が次の数式4を満たすように、ゲインK1、K2を設定する。
|(K1*N1)−(K2*N2)|>0 (数式4)
すなわち、増幅率調整部323は、増幅後の第1音声信号の第3音圧レベル(K1*N1)と、増幅後の第2音声信号の第4音圧レベル(K2*N2)との差が0よりも大きくなるように、ゲインK1、K2を設定する。出力制御部321は、増幅率調整部323により設定されたゲインK1,K2を用いて、第1及び第2音声信号を増幅し、それらの差分音声信号を生成する。
こうすれば、増幅後の第1及び第2音声信号に基づく差分音声信号の音声レベルは0より大きくなる。そのため、入力音声が互いに打ち消し合うことなく、第1及び第2マイクロホン22a、22bに入力される外部音源からの入力音声(ユーザの話し声など)を送話することができる。
((エコー成分の抑制))
実際には、第1及び第2マイクロホン22a、22bでは、スピーカ21の出力音声と、外部音源からの入力音声(ユーザの話し声など)とが同時に集音される。そのため、ゲインK1、K2は、上述の数式4を満たす条件において、上述の数式3の左辺がより小さくなるように設定される。こうすれば、イヤホンマイク1にエコー抑制機能を実現することができるとともに、エコー抑制機能によりスピーカ21の出力音声のエコー成分を抑制した入力音声を電子機器(不図示)に送話することができる。
以上、本発明の実施形態について説明した。なお、上述の実施形態は例示であり、その各構成要素や各処理の組み合わせに色々な変形が可能であり、本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
たとえば、上述の第1及び第2実施形態では、増幅率調整部323は、音圧検出部322の検出結果に基づいて、ゲインK1、K2の両方を自動的に設定するが、本発明の適用範囲はこの構成に限定されない。増幅率調整部323は、音圧検出部322の検出結果に基づいて、ゲインK1、K2のうちの一方のみを自動的に設定してもよい。こうすれば、イヤホンマイク1はより簡易な構成でエコー抑制機能を実現することができる。
また、上述の第1及び第2実施形態では、スピーカ21の出力音声が第1及び第2マイクロホン22a、22bに集音される場合、ゲインK1、K2は、増幅後の第1及び第2音声信号の第1及び第2音圧レベルの差|K1*M1−K2*M2|がほぼ0となるような条件に設定される。しかしながら、本発明の適用範囲はこの構成に限定されない。ゲインK1、K2は、第1及び第2音圧レベルの差|K1*M1−K2*M2|が、第1及び第2音声信号の増幅前よりも増幅後の方が小さくなるような条件に設定されればよい。こうすれば、イヤホンマイク1は、エコー抑制機能を実現することができる。
また、上述の第1及び第2実施形態では、外部音源からの入力音声が第1及び第2マイクロホン22a、22bに集音される場合、ゲインK1、K2は、増幅後の第1及び第2音声信号の第3及び第4音圧レベルの差が0よりも大きくなる条件(数式2及び4参照)に設定される。ここで、イヤホンマイク1が送話する入力音声は、第3及び第4音圧レベルの差|K1*N1−K2*N2|が最大となる条件で、最も大きくなる。従って、ゲインK1、K2は、差|K1*N1−K2*N2|が最大となる条件に設定されることが望ましい。こうすれば、スピーカ21の出力音声のエコー成分に由来するノイズが除去された入力音声の音圧レベルを最大にすることができる。従って、外部音源からイヤホンマイク1に入力される入力音声を最も高い音圧レベルで送話することができる。
また、上述の第1及び第2実施形態では、第1及び第2マイクロホン22a、22bに出力音声及び入力音声が同時に集音される場合、ゲインK1、K2は、上述の数式2(又は数式4)を満たす条件において、上述の数式1(又は数式3)の左辺がより小さくなるように設定される。このとき、ゲインK1、K2は、上述の数式1及び数式2(又は、数式3及び数式4)をともに満たすように設定されることが望ましい。こうすれば、イヤホンマイク1のエコー抑制機能を最大限に発揮することにより、スピーカ21の出力音声のエコー成分をほぼ除去した入力音声を電子機器(不図示)に送話することができる。
さらに、このような場合、ゲインK1、K2は、上述の数式1(又は数式3)を満たす条件において、数式2(又は数式4)が最大となる条件(すなわち第3及び第4音圧レベルの差|K1*N1−K2*N2|が最大となる条件)に設定されることがより望ましい。こうすれば、イヤホンマイク1は、スピーカ21の出力音声のエコー成分をほぼ除去した入力音声を電子機器(不図示)に送話することができる。
また、上述の第1及び第2実施形態では、放音道232、第1〜第3集音道233〜235、及び第1〜第4開口部231a〜231dには、伝播する音声を遮断及び減衰させる部材は配置されていないが、本発明はこれらの構成に限定されない。図19は、第1実施形態に係るイヤホンマイクの他の一例を示す概念構成図である。また、図20は、第2実施形態に係るイヤホンマイクの他の一例を示す概念構成図である。図19及び図20に示すように、放音道232、第1〜第3集音道233〜235、及び第1〜第4開口部231a〜231dには、通過する音声を遮断或いは減衰させる音響抵抗部材24が設けられていてもよい。なお、図19及び図20の例示に限定されず、音響抵抗部材24は、放音道232、第1〜第3集音道233〜235、及び第1〜第4開口部231a〜231dのうちの少なくとも1つに設けられていてもよい。こうすれば、ゲインK1、K2の設定に加えて、音響抵抗部材24の音響抵抗によっても、外部音源の入力音声を集音するとともにエコー成分の集音を抑制することができる。従って、イヤホンマイク1の設計の自由度を高めることができ、より容易にエコー抑制機能を実現することができる。
また、上述の第1及び第2実施形態では、図1のようにイヤホンマイク1は本体部2を1つ備えているが、本発明はこの構成に限定されない。イヤホンマイク1は、本体部2を2つ備えていてもよい。さらに、2つの本体部2のうちの一方はエコー抑制機能を有していなくてもよい。言い換えると、一方では、スピーカ21は搭載されるが、第1及び第2マイクロホン22a、22bは搭載されない構成であってもよい。こうすれば、ユーザは、両方の耳でイヤホンマイク1の出力音声を聴くことができる。
また、上述の第1及び第2実施形態では、イヤホンマイク1のエコー抑制機能を実現する構成を理解し易くするために、イヤホンマイク1の概念構成図及び集音ブロック図を、図8〜図11と、図12及び図15〜図18とに分けて説明した。図12及び図15〜図18に示す構成は、音声が第3集音道235を伝播しない構成とすれば、実質的に図8〜図11と同様に考えることができる。
以上に説明した実施形態では、イヤホンマイク1は、1つのスピーカ21と、第1及び第2マイクロホン22a、22bと、音響空間が形成される本体筐体23と、出力制御部321と、を備える。また、出力制御部321は、第1及び第2マイクロホン22a、22bのうちの少なくとも一方から出力される音声信号を増幅する。音響空間は、放音道232と第1集音道233と第2集音道234とを含む。放音道232には、スピーカ21の出力音声が伝播する。第1集音道233は本体筐体23の外部に連通する。また、第1集音道233には、第1マイクロホン22aに入力される音声が伝播する。第2集音道234には、第2マイクロホン22bに入力される音声が伝播する。また、放音道232は、本体筐体23の外部に連通する一方の経路と、第2集音道234に連通する他方の経路と、に分岐する。イヤホンマイク1は、音声信号の増幅により、本体筐体23の外部音源からの入力音声(たとえば、ユーザの話し声など)を集音するとともに、スピーカ21の出力音声の集音を抑制する。
この構成によれば、イヤホンマイク1は1つのスピーカ21を備える。また、放音道232は、本体筐体23の外部に連通する一方の経路と、第2集音道234と連通する他方の経路と、に分岐する。そのため、スピーカ21の出力音声は、一方の経路及び第1集音道233を経由して第1マイクロホン22aに伝播するとともに、他方の経路及び第2集音道234を経由して第2マイクロホン22bにも伝播する。さらに、イヤホンマイク1は、第1及び第2マイクロホン22a、22bのうちの少なくとも一方から出力される音声信号の増幅により、外部音源からの入力音声を集音するとともに、スピーカ21の出力音声の集音を抑制する。そのため、イヤホンマイク1は、複数のスピーカ21を必要とすることなく、スピーカ21の出力音声のエコー抑制機能を実現することができる。さらに、イヤホンマイク1は、スピーカ21の出力音声に由来するノイズを抑制しつつ、入力音声を送話することができる。従って、小型化が可能で安価なエコー抑制機能を有するイヤホンマイク1を提供することができる。
また、以上に説明した実施形態では、イヤホンマイク1は、音声信号の音圧レベルを検出する音圧検出部322と、音圧検出部322の検出結果に基づいて、音声信号のゲイン(増幅率)K1、K2を設定する増幅率調整部323と、をさらに備える。また、音声信号のゲインK1、K2は、第1マイクロホン22aに入力されるスピーカ21の出力音声に基づく第1音声信号の第1音圧レベルM1と、第2マイクロホン22bに入力される出力音声に基づく第2音声信号の第2音圧レベルM2との差が、音声信号の増幅前よりも音声信号の増幅後の方が小さくなるように設定される。さらに、ゲインK1、K2は、第1マイクロホン22aに入力される外部音源からの入力音声に基づく第1音声信号の第3音圧レベルN1、及び第2マイクロホン22bに入力される入力音声に基づく第2音声信号の第4音圧レベルN4のうちの一方が他方よりも大きくなるように設定される。
この構成によれば、音圧検出部322の検出結果に基づいて、増幅率調整部323は音声信号のゲインK1、K2を設定する。また、ゲインK1、K2の設定により、第1及び第2マイクロホン22a、22bに入力されるスピーカ21の出力音声を互いに弱め合うようにすることができる。一方、第1及び第2マイクロホン22a、22bに入力される外部音源の入力音声(たとえばユーザの話し声など)は互いに打ち消し合わないようにすることができる。従って、スピーカ21の出力音声に由来するノイズを抑制しつつ、入力音声を送話することができる。
さらに、音声信号のゲインK1、K2は、第1音圧レベルM1が第2音圧レベルM2とほぼ等しくなり、且つ、第3及び第4音圧レベルN1、N2のうちの一方が他方よりも大きくなるように設定されることが望ましい。
こうすれば、音声信号のゲインK1、K2の設定により、第1及び第2マイクロホン22a、22bに入力されるスピーカ21の出力音声が互いに打ち消し合うようにすることができる。一方、第1及び第2マイクロホン22a、22bに入力される外部音源の入力音声(たとえばユーザの話し声など)は互いに打ち消し合わないようにすることができる。従って、スピーカ21の出力音声をノイズとして混入させることなく、入力音声を送話することができる。
さらに、音声信号のゲインK1、K2は、第1音圧レベルM1が第2音圧レベルM2とほぼ等しくなり、且つ、第3及び第4音圧レベルN1、N2の差が最も大きくなるように設定されることがより望ましい。
こうすれば、音声信号のゲインK1、K2の設定により、第1及び第2マイクロホン22a、22bに入力されるスピーカ21の出力音声が互いに打ち消し合うようにすることができる。一方、第1及び第2マイクロホン22a、22bに入力される外部音源の入力音声(たとえばユーザの話し声など)が最も大きくなるようにすることができる。従って、スピーカ21の出力音声をノイズとして混入させることなく、入力音声を送話することができる。
また、以上に説明した実施形態では、第1マイクロホン22aから出力される第1音声信号は、第2マイクロホン22bから出力される第2音声信号よりも大きく増幅されることが好ましい。
この構成によれば、第1音声信号が第2音声信号よりも大きく増幅される。第1マイクロホン22aよりも第2マイクロホン22bの方がより多くの経路からスピーカ21の出力音声が入力される。そのため、通常、第1音声信号の第1音圧レベルM1は第2音声信号の第2音圧レベルM2よりも小さくなる。従って、第1音声信号を第2音声信号よりも大きく増幅することにより、第1及び第2音声信号のうちの少なくとも一方のゲインK1、K2をさほど大きくすることなく、エコー抑制機能を実現することができる。
1 イヤホンマイク
2 本体部
21 スピーカ
21a 放音孔
22a 第1マイクロホン
221a 第1集音孔
22b 第2マイクロホン
221b 第2集音孔
23 本体筐体
23a 挿通部
231a、231b、231c、231d 第1〜第4開口部
232 放音道
233 第1集音道
234 第2集音道
235 第3集音道
24 音響抵抗部材
25 イヤーパッド
3 制御ユニット
31 操作部
32 制御回路部
321 出力制御部
322 音圧検出部
323 増幅率調整部
33 電源部
35 筐体部
41 第1ケーブル
42 第2ケーブル
5 コネクタ
EAR 耳
E1 鼓膜
E2 外耳道

Claims (5)

  1. 1つのスピーカと、第1及び第2マイクロホンと、音響空間が形成される本体筐体と、第1及び第2マイクロホンのうちの少なくとも一方から出力される音声信号を増幅する出力制御部と、を備え、
    前記音響空間は、前記スピーカの出力音声が伝播する放音道と、前記本体筐体の外部に連通し、第1マイクロホンに入力される音声が伝播する第1集音道と、第2マイクロホンに入力される音声が伝播する第2集音道と、を含み、
    前記放音道は、前記本体筐体の外部に連通する一方の経路と、第2集音道に連通する他方の経路と、に分岐し、
    前記音声信号の増幅により、前記本体筐体の外部音源からの入力音声を集音するとともに、前記スピーカの前記出力音声の集音を抑制することを特徴とするイヤホンマイク。
  2. 前記音声信号の音圧レベルを検出する音圧検出部と、
    前記音圧検出部の検出結果に基づいて、前記音声信号の増幅率を設定する増幅率調整部と、
    をさらに備え、
    前記音声信号の増幅率は、
    第1マイクロホンに入力される前記スピーカの前記出力音声に基づく第1音声信号の第1音圧レベルと、第2マイクロホンに入力される前記出力音声に基づく第2音声信号の第2音圧レベルとの差が、前記音声信号の増幅前よりも前記音声信号の増幅後の方が小さくなり、且つ、
    第1マイクロホンに入力される前記外部音源からの前記入力音声に基づく第1音声信号の第3音圧レベル、及び第2マイクロホンに入力される前記入力音声に基づく第2音声信号の第4音圧レベルのうちの一方が他方よりも大きくなるように設定されることを特徴とする請求項1に記載のイヤホンマイク。
  3. 前記音声信号の増幅率は、
    第1音圧レベルが第2音圧レベルとほぼ等しくなり、且つ、第3及び第4音圧レベルのうちの一方が他方よりも大きくなるように設定されることを特徴とする請求項2に記載のイヤホンマイク。
  4. 前記音声信号の増幅率は、
    第1音圧レベルが第2音圧レベルとほぼ等しくなり、且つ、第3及び第4音圧レベルの差が最も大きくなるように設定されることを特徴とする請求項3に記載のイヤホンマイク。
  5. 第1マイクロホンから出力される第1音声信号は、第2マイクロホンから出力される第2音声信号よりも大きく増幅されることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載のイヤホンマイク。
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