JP3499239B2 - 単指向性イヤー・マイクロフォン及び方法 - Google Patents

単指向性イヤー・マイクロフォン及び方法

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Description

【発明の詳細な説明】 1.発明の技術分野 本発明は、単指向性（unidirectional）ベースでスピ
ーチ（発話）振動を拾い上げて音響処理のために分離さ
れた信号を生じ、それによって背景の音響信号を排除す
る、マイクロフォン／スピーカの組み合わせに関する。
更に詳しくは、本発明は、ユーザからのスピーチに応答
する耳取付型マイクロフォン／スピーカであって、周囲
の背景雑音から実質的に分離されフィードバックが発生
することなく二重に（in duplex）使用し得るマイクロ
フォン／スピーカに関する。
2.従来の技術 日常生活のほとんどすべての側面におけるコンピュー
タを基礎とする制御システムの出現で、声による直接的
な命令能力を提供する安価なシステムの必要性が再び強
調されている。現在では、ほとんどのコンピュータ・シ
ステムは、データ及び処理命令を与える手段として、キ
ーボード入力に依存している。これは、時間がかかるこ
とと両手がキー・パッド上に位置していなければならな
いという物理的な要求との点で制約を受けるだけではな
く、データ入力の効率をユーザのタイプ速度に制限して
しまう。実際、今日のコンピュータ・システムの成熟度
と比較すると、一度に１つの文字又は数字ずつ行われ
る、命令を入力する際に支配的であるこのようなデータ
入力方法は、ほとんど原始的にさえ見える。
これは、音声で付勢される入力システムの開発が無視
されてきたと言っているのではない。コンピュータへの
入力装置としてのキーボードを不要にするであろう声に
よる指令方法を実現する必要性は、以前から認識されて
いることは明らかである。しかし、多くの問題点が未解
決のままであり、音声による付勢システムは、費用の点
から見て、一般の市場が負担可能な限度を超えている。
たとえば、商業的なソフトウェアの音声認識の一般的な
信頼度は、45〜60％である。この割合では、システム
は、平均で２語の内の１語を正しく識別するだけであ
る。これでは、一般的な応用には不適切である。この信
頼度は、コンピュータにおいて受信される音声信号を変
更することになる背景雑音やユーザの移動性やそれ以外
の予測不可能な変数などの環境的なファクタが含まれる
と、更に低下する。
音声による付勢システムの典型的な応用例では、ディ
クテーションの最中に電話が鳴ることがあろうし、異な
る音声パターンを有する別の音声やクラクションや時計
のアラーム等、任意の多数の外部の背景雑音による中断
が生じることが予想される。話している個人の位置がシ
フトするだけでも、コンピュータの音声認識を混乱させ
るほど音声信号を変更してしまう。話者が単に顔を別の
方向に向けるだけで、音声認識を危うくするのである。
音声指令システムが一般に使用されるには、これらの
アノマリ（anomaly）が解決されなければならない。音
声信号の迷路をふるい分けして進み背景雑音を分類し排
除しようとする複雑なアルゴリズムの作成に、現在のと
ころ、努力が集中されている。結果的に検出されるあら
ゆる潜在的な不必要な信号を、完全に予測しプログラム
するのが不可能であることは明らかである。ユーザによ
る音声の種類は、これよりも更に困難である。というの
は、風邪をひいた時の鼻の問題やマイクロフォンへの声
の方向の変動は、分類し定量化するにはあまりに困難で
ある。その結果、音声指令システムは全体的な運用にお
いて例外的（marginal）であって、極端に高価なもので
ある。
疑いなく、音声認識の問題は、部分的には、音声信号
処理の媒体として従来型のマイクロフォンを使用するこ
とによって生じる。音声認識のためには、音声入力をデ
ジタル又はアナログ信号に変換する必要があるのは明ら
かである。一般に、デジタル変換がなされた後にデータ
ベース情報との比較が可能になる。通常のマイクロフォ
ンは音声を無差別に拾い上げるので、それにより、混乱
の主な原因である背景雑音を付加してしまう。
音声のいくらかの識別は、周波数フィルタや、近接減
衰器や、その他の、周波数又は振幅の共通の特徴に関す
る音声特性をグループ分けする装置によって達成される
が、話者が孤立していない環境にいる場合には、所望の
音声を完全に分離することは一般的には達成できない。
単指向性のマイクロフォンを応用することによって分離
能力が向上してはいるが、そのような完全に選択的マイ
クロフォンの開発は長い間にわたって必要とされてきた
し、該マイクロフォンが用いることができたとすれば、
数え切れない応用例において大きな効果を奏したであろ
う。例えば、両手が自由でありマイクロフォンが一次的
な話者の声と共に背景信号を拾い上げるような任意の電
話システムについて、効果を奏したであろう。セルラー
式自動車電話のためのバイザー・マイクロフォンは、そ
の一例である。ビデオ及び音響作品を記録または再生し
ている最中に、静かにコミュニケションをしなければな
らないテレビ及び舞台カメラマンやそれ以外のサウンド
・テクニシャンは、分離されたモードで最良に機能する
一定のコミュニケーションを要求される。スイッチボー
ド・オペレータ、パイロット、モーターサイクリストな
ど、高ノイズ環境下でのオンライン通信システムにおけ
るすべての作業者は、音声信号をすべての不要な音から
分離する通信システムを必要としている。
コノミ（Konomi）による米国特許第4588867号は、こ
れらの問題のいくつかについて述べており、空気中を伝
達される音波を排除し話者の音声の骨の中の伝達を利用
する耳取付型マイクロフォンの使用の可能性を開示して
いる。この装置が適切に動作できない原因である技術的
な問題以外にも、実際的な考慮から、この耳取付型マイ
クロフォン・システムは、一般的に受け入れられること
が難しい。たとえば、このコノミによる装置は、マイク
ロフォン要素を耳管（ear canal）の奥深くに配置され
骨からアクセスされるべき振動を受ける。これによっ
て、補聴器の場合と同様に、ユーザの耳のそれぞれの構
成に応じて大きさが決められた挿入部分を作成する、と
いう高いコストが必要になる。また、更に、耳の中に物
を挿入されるという不快感があり、不自然で受け入れら
れない感覚を生じ、それにより、この装置の普及が妨げ
られているのは疑いないことである。
更なる問題として、コノミ文献は、デュープレックス
・モードが選択されているマイクロフォン要素とスピー
カとが極めて近接していることから生じる音声フィード
バックも受けてしまう。言うまでもなく、受け入れ可能
な耳取付型マイクロフォンという目標は、コノミによっ
ては達成できない。
ノリス（Norris）による米国特許第4930156号は、耳
マイクロフォン／スピーカの組み合わせを開示すること
によって音声フィードバックの問題に触れている。しか
し、マイクロフォンは耳の外部に配置され、周辺の雑音
を感知する。従来のものよりも優れてはいるものの、話
者の音声の分離がなされていないので、この装置は限定
的にしか受け入れられるものではない。
いくつかの従来技術によって、単指向性システムと一
般に称される一連の指向性マイクロフォンが開発されて
きた。これらのマイクロフォンは、典型的には、マイク
ロフォンのケーシングの向き合う両端部において対向す
る開口を有している。これにより、音波が包囲されてい
るスピーカ要素に対して別の方向からケーシングに侵入
することが可能になる。複数の音波の源（原点）がマイ
クロフォンからある実質的に等しい距離にあれば、対向
する開口それぞれにおける各音波の到着は実質的に同時
になる。これによってスピーカのケーシング内に２つの
対向する音波が設定されるので、この波は打ち消しあ
い、スピーカ要素では音は基本的に検出されず、すなわ
ち記録されない。
この技術が用いられることで、周囲の雑音が削減さ
れ、上述の電話オペレータ、カメラスタッフ、それ以外
の分離通信システムのためのスピーチ（会話）の分離が
なされてきた。典型的には、この単指向性マイクロフォ
ンは、話者の口の直前にこのマイクロフォンを位置させ
るブーム又は前方に延長する支持アーム内に配置されて
いる。口に極めて接近していることにより、各開口での
波の到着の時間差に基づいて、対向する開口における音
波の差動応答が与えられる。結果的には、直近の音波は
相殺せず近くのスピーチに幾らかの選択性を与えるが、
音響波がスピーカ・ケースメント内のそれぞれの開口に
同時に到着するに十分な距離で発生した音とは異なる。
しかし、話者の顔の前に下げられたブームの不便さに
伴う不快感が残る。このブームは、ユーザの顔の方向へ
の食べ物や飲み物を運ぶときに干渉して障害となるし、
また、マイクロフォンをその適切な位置から移動させる
動きを制限するファクタにもなる。化粧の点からも、そ
れは明らかに不人気である。しかし、従来技術では、マ
イクロフォンを顔から離して耳に近づけようとすると、
ユーザの耳に位置する関連のスピーカとのフィードバッ
クの問題が生じてしまうので、ブームは、スピーチをマ
イクロフォン・システムにおいて分離するために必要な
手段である。
したがって、必要なのは、話者の声を環境からより効
果的に分離しながら、マイクロフォンを話者から遠ざけ
るブームの使用を必要としないマイクロフォンの提供で
ある。耳管内への物理的な構造物の挿入は必要ないし、
それに付随する適合のための費用や不快感も不要となる
ものである。
目的及び発明の概要 本発明の目的は、話者の声をすべての無関係な背景雑
音から分離する能力を有する耳取付型マイクロフォンを
提供することである。
本発明の更なる目的は、耳管内にいかなる物理的構造
物を侵入させることを必要とせずに、話者の音声をすべ
ての外部の雑音から分離する耳取付型マイクロフォンを
提供することである。
また、本発明の別の目的は、スピーカを含み、該スピ
ーカがマイクロフォンの近傍にあっても送話／受話モー
ドで二重（双方向）動作が可能な耳取付型マイクロフォ
ンを提供することである。
本発明の更に別の目的は、耳に取り付けられて、両手
が自由でフィードバックのない二重コミュニケーション
を可能にするマイクロフォン／スピーカ装置を提供する
ことである。
本発明の更に別の目的は、コンピュータ又はモデムに
音声入力を与え、制御を行う音声による直接命令のため
の、音声認識を容易にすることが可能な耳取付型マイク
ロフォンを提供することである。
本発明の更に別の目的は、無線周波数信号を受け取る
ことのできるモデム、コンピュータ、そのほかの受信装
置とワイヤレスで通信を行うためにテレメトリ・ユニッ
トの中に結合できる耳取付型マイクロフォンを介して、
音声のピックアップを可能にすることである。
これらの及びこれ以外の目的は、スピーカ端部とマイ
クロフォン端部とを有するハウジングを含む通信システ
ムで用いるイヤー・デバイス（耳装置）において実現さ
れ、このスピーカ端部は、動作中に耳管に侵入させる構
造体を含むことがなく、ユーザの耳管において不快感な
く最適に適合するように構成されている。スピーカ端部
とマイクロフォン端部とは、このマイクロフォン端部を
包囲してマイクロフォン区画を形成する音響的絶縁壁に
よって隔てられている。音響的絶縁手段が、スピーカ要
素とハウジングとの間に結合され、ハウジングのマイク
ロフォン端部での音声ピッグアップの感度に干渉する不
所望の周波数を選択的に分離する。マイクロフォン要素
が、区画の中に実質的に含まれかつハウジングによって
頭蓋骨との接触から分離される位置に、該マイクロフォ
ン要素がハウジングのマイクロフォン端部に取り付けら
れる。このマイクロフォン区画は、ユーザの頭蓋骨の近
接位置と比較してある実質的な距離からこの区画に入る
マイクロフォン要素における音波を排除する手段を含
む。マイクロフォン要素からの信号出力を処理のための
音響回路に結合する手段が提供される。
本発明は、再生のために、個々のスピーチをそれに関
連した環境又は背景雑音から分離する方法を含み、この
方法は、 ユーザの耳の軟骨によって耳管において支持されるス
ピーカ要素とマイクロフォン要素とを含むハウジング装
置を配置するステップと、 スピーカ要素をハウジングから機械的及び音響的に分
離し、ハウジングの中に伝達される音響的振動の量を制
限するステップと、 マイクロフォン要素をハウジングから機械的及び音響
的に分離し、マイクロフォン要素の中に運ばれる音響的
振動の量を制限するステップと、 前記ハウジングから前記マイクロフォン要素のケース
メントの中へ振動を同時にチャネリングし、よって、該
振動が前記ケースメントに沿ってマイクロフォン要素に
ほぼ同時であるが対向する位相関係で到着し、結果とし
て波動が相殺されるステップと を含んでいる。
図面の説明 図１は、スピーカ要素とマイクロフォン要素とを含む
イヤー・デバイスの全体的な立体図を示す。
図２は、線２−２に沿って見た、図１のデバイスのハ
ウジングの断面を示す断面図である。
図３は、電話回路と組み合わせたイヤー・デバイスの
回路図を示す。
図４は、分離された音声コミュニケーションを可能に
するテレメトリ・システムと共にイヤー・デバイスを用
いた状態を示す。
図５は、本発明のイヤー・デバイスをコンピュータ及
びモデムと共に用い、音声認識及び音声指令を可能にす
る状態を図解した図である。
図６は、マイクロフォンだけを含む本発明の好適実施
例を示す。
図７は、マイクロフォンがハウジングの軸に対して直
角である別の実施例を示す。
発明の詳細な説明 図面を参照すると、本発明のイヤー・ピース・デバイ
ス10は、ユーザの耳16の位置に置かれた際にその指向性
の向き14が耳管15（図４）の方向になるようにスピーカ
13を包囲することができる空洞12を形成するハウジング
11を含む。ハウジング11内に含まれるマイクロフォン17
は、ユーザが発生する音声振動を主に検出する。
ハウジング11は、一端19が、周囲の耳の組織20、21と
の摩擦接触によって耳管15において不快感なく最適に適
合するよう構成されている。重要な点であるが、ハウジ
ングとそれに付随する構造は耳管15の中には延長せず、
したがって、このデバイスの使用のときに、いかなる不
快感も与えないし、特別の適合要件を課したりもしな
い。ハウジングは、プラスチック等の任意の適切な物質
で形成され、好ましくは、スピーカ13とマイクロフォン
17との間の振動の伝達を最小にする物質で作成される。
マイクロフォン17は、炭素、エレクトレット、圧電ク
リスタルなどの任意の従来型のものである。図２に示し
た実施例は、エレクトレット・マイクロフォンであり、
マイクロフォン・ケースメント25と共に配置されたアル
ミニウム処理したマイラー・ダイアフラム及びプレート
18を有している。このケースメント25は、ハウジングか
らの振動を機械的及び音響的に分離する音響的な取付リ
ング28を有するマイクロフォン端部のハウジング34内に
挿入される。この取付リングを通過する振動は、マイク
ロフォン17の要素であるダイアフラム及びプレート18か
らのほぼ等しい侵入距離で、マイクロフォン・ケーシン
グ25内に伝達される。各取付リング28から中央に配置さ
れたダイアフラム及びプレート18までの距離がほぼ等し
いことにより、ハウジングからの振動は、ダイアフラム
及びプレートにほぼ同時に、しかし反対の位相関係で到
着する。したがって、対向する振動の波動は相殺し、波
動エネルギーすなわち振動を生じない。よって、ダイア
フラム及びプレートは、機械的にも音響的にも、音の絶
縁とマイクロフォン・ケーシング25での相互接続構造に
よって与えられる音の相殺とによって、分離される。厳
密な分離距離は、相殺の効果が最大になるまでケーシン
グに沿って取付リングを調整することによって、物理的
に同調可能である。
背景音声の振動は、ハウジングとケーシングとを介し
て周囲の環境とコミュニケーションする少なくとも２つ
の対向する開口22a,22bを用いることによって、相殺さ
れる。ユーザの口からイヤー・デバイスへの距離と比較
して充分に離れた距離から移動してくる音波に関して
は、そのような波は、開口22a、22bそれぞれに同時に到
着する。音波は、各開口で同時に形成され、相殺するま
でダイアフラム及びプレートの方向へ伝播する。したが
って、ディスタント（distant）音声送信は、開口22a、
22bそれぞれを通過して侵入する対向する波の重ね合わ
せにより、効果的に相殺されてしまう。１つの開口では
なく複数の開口を用いることで、同様の音の相殺がなさ
れることは明らかである。
第２のハウジング部分42は、外に出るワイヤ43、44、
45のためのコンジット（管）として機能する。ワイヤ43
は、マイクロフォンから延長する外部部分を表してい
る。ワイヤ44、45は、スピーカ13と結合する接続用であ
る。
同じハウジングの中のスピーカ及びマイクロフォン両
方の二重動作（duplex operation）を可能にするため
には、スピーカ13をケーシングから音響的に絶縁（分
離）する必要がある。本発明では、これは、無線回路の
中のバンドパスフィルタと類似の動作をする絶縁リング
50を同調することによって達成される。具体的には、ス
ピーカ13が、スピーカの周囲に延長しハウジングをスピ
ーカから分離するように動作する、音響的絶縁手段とし
ての絶縁リング50を介して、ハウジングの端部36に取り
付けられる。これは、更に、ハウジングを通ってマイク
ロフォンの中への音響的振動の送信を防止するのに役立
つのだが、これは防止できなければ不都合なフィードバ
ックを引き起こす。
この問題は、スピーカ13とマイクロフォン17とが非常
に近接しているので、二重動作の際には重大である。こ
のように近接している場合には、スピーカに付随する振
動は、通常ハウジング内に伝達され、直ちにマイクロフ
ォン17に与えられてしまう。サイド・トーンが存在する
二重電話システムでは、マイクロフォン17からの信号は
スピーカ13にフィードバックされて、ユーザは自分自身
の声が再生されて聞き取れることになる。スピーカを音
響的に分離できないと、結果として振動エネルギがハウ
ジング内に移動し、それにより話者の声がループ内を再
度回転することになる。この結果、フィードバックと称
されるよく見られる現象が生じ、これは、非常に迷惑な
ものである。
この絶縁リング50は、スピーカに与えられる周波数よ
りも実質的に低い特定の周波数範囲に特に選択すなわち
同調され、よってスピーカを音響的に分離する物質から
成る。ハウジングの前方の端部36にスピーカを配置する
ことにより、大きな音響的絶縁リング50の使用を可能に
する広い面積が得られる。絶縁リング50を特定の周波数
範囲に同調させるために用いられる適切な物質は、一般
に、シリコンを含むが、振動エネルギを吸収しハウジン
グ11への侵入経路をブロックする能力を示す他の物質で
あってもよい。そのような物質を、細いスピーカ用のワ
イヤ44、45がハウジングを通過してコンジット42に出て
行くハウジング11の後方部分24でも使うことができる。
スピーカと、付随するワイヤリングとの両方が絶縁され
れば、スピーカの振動は分離され、フィードバックなし
の二重動作が容易になる。
図３には、通信ネットワークに接続される電話の標準
的ジャックに結合された基本的な電話ユニット及びケー
スメント60が図解されている。80として示されている本
発明のイヤー・デバイスは、マイクロフォン及びスピー
カ信号を提供し、この信号は処理されて電話ユニット60
に結合された従来型のワイヤリング61を関して送信され
る。このシステムを標準的な４本のリード線の電話ワイ
ヤに適合させる一般的な結合構成は、米国特許第493015
6号に開示されており、図３に示されている。このシス
テムの更なる詳細については、この米国特許を参照する
ことによって得られる。
本発明は、モード切換装置63を使用することによっ
て、この標準的な電話システムに結合される。これは、
制御回路と本発明のイヤー・デバイスとがあたかも接続
されていないかのように、１つの位置が信号を直接にハ
ンドセット64に転送するトグル・スイッチによって達成
される。二次的な位置に切り換えられると、信号は、上
述の米国特許に記載されているように動作する相互接続
ジャック62に転送される。出力線67が、スピーカ信号を
伝送し、スピーカ増幅器とマイク前置増幅器と位相制御
とを含む主たる制御回路68に印加する。第２の出力線69
は、マイクロフォン信号を、ダイオード・ブリッジ70を
介して主たる制御回路68まで伝送する。マイクロフォン
信号とスピーカ信号との両方が、４本のワイヤ接続線78
に沿って、耳に取り付けられている本発明の図１と図２
とで示したスピーカ／マイクロフォンの組み合わせ装置
まで送信される。また、明らかであるが、相互接続リー
ド線78は、この二重電話システムにワイヤレス・モード
を提供することができる無線周波数の送信機／受信機に
よって使用される。同様にして、このシステムは、図４
に示したベルト送信機82にワイヤ接続することができ
る。このシステムでは、マイクロフォン又はマイクロフ
ォン／スピーカの組み合わせのどちらか一方を有するイ
ヤー・デバイスを、耳からベルト送信機82にワイヤ接続
して、ハウジング11内に位置する送信機ユニットの重量
を増加させることなく、便利な動作が可能になる。
図４に示した実施例は、音声認識能力を有するコンピ
ュータ・システムに向かって声音命令を送信するのに特
に有用である。これは、音声再生が分離された内容を有
するからである。マイクロフォン・モードでは、このデ
バイスは、ユーザの音声から音波を受信する。他方で、
遠い距離からの音波は、マイクロフォンに受信される
が、上述したように相殺されてしまう。同様に、ユーザ
の頭部の回転は音声送信の質に影響しない。これは、耳
と口との間の相対的な距離が不変だからである。
話者の音声を環境から分離するこの方法から考える
と、この耳取付型マイクロフォンによれば、音声認識を
実現させるためのアルゴリズムを大幅に簡略化できる。
本質的には、話者の声は一般に同じであって、アルゴリ
ズムとコンピュータとを訓練することにより、ハウジン
グ11の中に伝達される音響的振動に伴う対応する命令を
再生するのに用いることができる。
45〜60％の信頼度を有していた従来型の音声認識シス
テム内において、本発明を代替的に用いた場合には、音
声認識は平均で80〜90％まで向上した。この著しい改善
は、この出願に開示され特許請求された本発明のマイク
ロフォン要素の使用によるものであり、コンピュータ・
システム一般に対する音声による命令の新たな時代を開
くものである。
たとえば、図５には、音声認識能力をもつソフトウェ
アを含むコンピュータ90での音声命令に使用を図解して
ある。音声命令は、本発明の耳のマイクロフォン91を介
して与えられ、このマイクロフォンは、適切な信号を増
幅してコンピュータの背面にあるコンピュータ・モデム
（図示せず）に供給する制御回路93の中にワイヤ接続さ
れている。これで音声の命令が可能になり、ユーザは、
直接に所望のアクションを声によって述べることがで
き、コンピュータはそれに直ちに応答することができ
る。更に音声コミュニケーションも、ユーザが第三者と
の同時の音声による通信を可能にするよう結合された電
話線94を介して、可能になる。
このシステムに基づいて、ユーザは、文書の準備やそ
の他の事項に関して生じる種々の論点について会議電話
で議論することができ、これらは、コンピュータ・シス
テムによって実現される。また、ユーザは、直ちにコン
ピュータに対して声の命令を与えて、所望の動作を実行
することができる。これは、すべて、両手が自由なモー
ドで、オペレータのいる場所に関係する環境的な雑音に
ついて気遣いすることなく達成できる。このシステム
は、更には、相互的なコミュニケーションのために可動
式にすることもでき、オペレータがオフィスビルの中を
移動しても、このオフィスビルをマイクロセル通信シス
テムによって構築しておけば、コミュニケーションが可
能となる。この例におけるテレメトリ・システムが図４
に示されており、セクションからセクションへと移動し
ながらでも、種々のマイクロセルを単一の通信ネットワ
ークに結び付けている共通の周波数で直接に通信するオ
ペレータによって使用することができる。この場合に
は、オペレータは、コンピュータに向かって音声で命令
し、何らかの動作をさせ、マイクロセル内の他の個人と
も直接に通信可能であり、音声の命令だけによって複数
の仕事を実行することが可能である。更に、ユーザは、
マイクロセルの外部の第三者へ電話することをコンピュ
ータに命じることができるし、この相手との直接の電話
線による通信を、イヤー・デバイス10内の二重モードに
より実行することが可能である。このようなシステムに
よれば、オペレータは全体的な柔軟性を得ることができ
て、移動も可能だし、両手が自由であるから複数の仕事
をしながら複数の人間と通信ができる。
これらの種々の利点と改善とは、背景雑音の環境か
ら、再生のために個人のスピーチを分離する方法によっ
て提供されるが、この方法は、一般に以下のステップに
よって表される。すなわち、 ユーザの耳の軟骨によって耳管において支持されるス
ピーカとマイクロフォンとを含むハウジング装置を配置
するステップと、 スピーカをハウジングから機械的及び音響的に分離
し、ハウジングの中に伝達される音響的振動の量を制限
するステップと、 マイクロフォンをハウジングから機械的及び音響的に
分離し、マイクロフォンの中に伝達される音響的振動の
量を制限するステップと、 ハウジングからマイクロフォンのケースメントの中へ
振動を同時にチャネリングし、よって、振動がケースメ
ントに沿ってマイクロフォンにほぼ同時であるが反対の
位相関係で到着し、結果として波動が相殺されるステッ
プとから成る方法である。
図６は、ハウジング85が、スピーカ86をその前方の端
部において支持し、その後方のマイクロフォン端部にお
いてマイクロフォン・ケーシング87と共に結合されてい
る別の実施例を示している。スピーカは、従来型の圧電
クリスタルである。この実施例では、マイクロフォン88
は垂直方向を向いており、既に説明したところにしたが
って、開口89a、89bが遠方からの音波に対する音の相殺
を与える。この実施例は、移動音波の距離がマイクロフ
ォン要素により正確に等しいことにより雑音を相殺する
点で、優れている。
図７は、マイクロフォン95がハウジング96に内蔵され
るが、スピーカは存在しない実施例を開示している。こ
のハウジングは、周囲の環境とコミュニケーションする
管状のボア（bore）98を有するマイクロフォン区画97を
含んでいる。マイクロフォン95は、ボアの近接する側の
端部に配置され、この配置は、ボア開口98を通過して入
る同様の音波と干渉する対向する音波の侵入を与える開
口99の近くである。この構成により、検出されるべき音
源の方向に管状のボアを向けることにより、指向性の感
度が得られる。音声をピックアップするときの指向性の
感度を強化するには、管状のボアをユーザの口の方向へ
下に向ける。電気接続線100、101が、更なる処理のため
の信号経路を提供する。
好適実施例と特定の例示を開示してきたが、本発明の
範囲は、次の請求の範囲だけによって決定されること
は、当業者ならば理解するであろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04R 1/10 104 H04M 1/00 H04R 1/38

Claims (21)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】耳で支持され、かつユーザの頭蓋骨の直近
    の近傍内に発生した音声だけを検出するマイクロフォン
    要素を提供するよう構成されたイヤー・デバイスにおい
    て、 ユーザの耳管に最適に適合するように構成された第１の
    端部を有するハウジングであって、マイクロフォン・ケ
    ーシングを内包しかつユーザの頭蓋骨から充分に離れた
    位置から空気伝導によりマイクロフォン・ケーシングに
    入り込む音響的な波動を除去する手段を有するマイクロ
    フォン区画を構成する内部表面を含んでいるハウジング
    と、 マイクロフォン・ケーシングの内部に支持手段によって
    支持されたマイクロフォン要素と、 マイクロフォン・ケーシングに対して調整可能であり、
    該マイクロフォン・ケーシングに外接する第１及び第２
    の取付リングであって、ハウジングの内部表面とマイク
    ロフォン・ケーシングとの間にこれらに接触状態で保持
    されている第１及び第２の取付リングと、 マイクロフォン要素からの信号出力を処理のために音響
    回路に結合する手段とを備え、 第１及び第２の取付リングは、マイクロフォン・ケーシ
    ングの内部のマイクロフォン要素の対向する側部からほ
    ぼ等距離に位置し、マイクロフォン要素は、第１及び第
    ２の取付リングによって画定されたほぼ平行の第１及び
    第２の平面のほぼ中間にプレートを有し、これにより、
    第１及び第２の取付リングが、ハウジングからマイクロ
    フォン・ケーシングに入り込む機械的波動を除去するこ
    とができる ことを特徴とするイヤー・デバイス。
  2. 【請求項２】請求項１記載のイヤー・デバイスにおい
    て、マイクロフォン要素及び区画は、ハウジングの、耳
    管に挿入される部分とは反対の端部に位置していること
    を特徴とするイヤー・デバイス。
  3. 【請求項３】請求項１記載のイヤー・デバイスにおい
    て、第１及び第２の取付リングは、ハウジングからの機
    械的振動を吸収しマイクロフォン・ケーシングを介して
    マイクロフォン要素まで通過する音響的振動の相殺を可
    能にする音響的分離材料を含んでいることを特徴とする
    イヤー・デバイス。
  4. 【請求項４】請求項１記載のイヤー・デバイスにおい
    て、ハウジングは、耳管に挿入される部分からテーパ状
    に縮小する構造を有し、耳管からみて反対側のハウジン
    グの端部ではマイクロフォン区画としてより小さい寸法
    の管状の胴体部を形成し、マイクロフォン区画は、該区
    画の前方部分に位置する少なくとも１つの前方開口と、
    耳管からみて該マイクロフォン区画の遠方部分に位置す
    る少なくとも１つの遠方開口とを有していることを特徴
    とするイヤー・デバイス。
  5. 【請求項５】請求項１記載のイヤー・デバイスにおい
    て、該デバイスはさらに、 周囲の環境とマイクロフォン区画の上側面に１つの端部
    に向いて位置し、内部への音波の侵入を可能にするマイ
    クロフォンとの間の第１の開口と、 周囲の環境と区画の下側面第１の開口と反対側の端部に
    向いて位置するマイクロフォンとの間の第２の開口と を含み、マイクロフォン要素は、第１及び第２の開口の
    間に位置し、遠い音波が位相がずれてマイクロフォン要
    素に到着する際には該音波を相殺することを特徴とする
    イヤー・デバイス。
  6. 【請求項６】請求項１記載のイヤー・デバイスにおい
    て、該デバイスはさらに、耳管に隣接するハウジングの
    一端に位置するスピーカ要素を備えており、マイクロフ
    ォン要素がハウジングの他端に位置することを特徴とす
    るイヤー・デバイス。
  7. 【請求項７】請求項６記載のイヤー・デバイスにおい
    て、ハウジングは、使用位置にある場合には耳管の方向
    を向いた開口を含み、該開口は、耳管に対する直接の露
    出のためにそこに位置するスピーカ要素を含み、ユーザ
    が音声信号を受信すると共にマイクロフォン要素を通じ
    て音声信号を送ることを可能にし、音声送信とスピーカ
    要素の付随する振動とが、スピーカ要素とハウジングと
    の間に結合された音響的分離手段によってハウジングか
    ら分離されていて、ハウジングを介してのマイクロフォ
    ン要素への送信のピックアップを防止することを特徴と
    するイヤー・デバイス。
  8. 【請求項８】請求項７記載のイヤー・デバイスにおい
    て、音響的分離手段は、スピーカ要素の周囲に延長しハ
    ウジングとスピーカ要素の周囲との間に結合されて、振
    動のハウジング中への伝達を防ぐ振動吸収リングを備え
    ていることを特徴とするイヤー・デバイス。
  9. 【請求項９】請求項８記載のイヤー・デバイスにおい
    て、該デバイスはさらに、スピーカ要素に電力を供給す
    る接続ワイヤによって伝達される任意の振動をハウジン
    グから分離する手段を含むことを特徴とするイヤー・デ
    バイス。
  10. 【請求項１０】請求項６記載のイヤー・デバイスにおい
    て、ハウジングは該ハウジングの残りの部分に対して直
    角に延長する後方マイクロフォン区画を含み、後方マイ
    クロフォン区画は実質的に閉じた内側端部と開いた遠方
    端部とを有する管状の内径を含み、マイクロフォン要素
    は区画の内側端部の中に位置し、該内側端部もまた周囲
    の環境からの音波の侵入を許容する小さな開口を含むこ
    とを特徴とするイヤー・デバイス。
  11. 【請求項１１】請求項１記載のイヤー・デバイスにおい
    て、第１及び第２の取付リングは、マイクロフォン・ケ
    ーシングに沿って配置されて、マイクロフォン要素にお
    ける雑音相殺の程度を最大にするよう設定されているこ
    とを特徴とするイヤー・デバイス。
  12. 【請求項１２】請求項６記載のイヤー・デバイスにおい
    て、該デバイスはさらに、残りのハウジングから直角に
    延長する第２のハウジング部分を備え、該第２のハウジ
    ング部分は、マイクロフォン要素及びスピーカ要素から
    イヤー・デバイスの外部部分に関連するワイアリングを
    保持する管を備えていることを特徴とするイヤー・デバ
    イス。
  13. 【請求項１３】請求項６記載のイヤー・デバイスにおい
    て、該デバイスはさらに、スピーカ要素とマイクロフォ
    ン要素とに結合された電話制御回路を備えており、該電
    話制御回路は、ユーザの耳を通して提供されている送話
    及び受話の両方の機能に基づきハンドフリーの使用を提
    供する電話システムの一部としての、スピーカ要素とマ
    イクロフォン要素とへのアクセスを提供することを特徴
    とするイヤー・デバイス。
  14. 【請求項１４】請求項６記載のイヤー・デバイスにおい
    て、該デバイスさらに、マイクロフォン要素とスピーカ
    要素とのそれぞれに結合された無線周波数の送信機／受
    信機ユニットを含み、イヤー・デバイスの使用をワイヤ
    レス通信システムの一部として可能にすることを特徴と
    するイヤー・デバイス。
  15. 【請求項１５】請求項６記載のイヤー・デバイスにおい
    て、該デバイスはさらに、送信機／受信機ユニットと共
    通の周波数に同調した関連する通信及び伝送回路を含ん
    でおり、マイクロセル通信システムの一部と」してのこ
    のイヤー・デバイスの使用を可能にし、イヤー・デバイ
    スは、それぞれのマイクロセル通信サテライトの送受信
    基地への直接通信を提供することを特徴とするイヤー・
    デバイス。
  16. 【請求項１６】請求項６記載のイヤー・デバイスにおい
    て、該デバイスはさらに、マイクロフォン要素をコンピ
    ュータを伴うモデムに結合する接続手段を含み、該接続
    手段は、ユーザの音声以外の外部の音声信号を含まず
    に、モデムへの直接の音声送信を可能にすることを特徴
    とするイヤー・デバイス。
  17. 【請求項１７】請求項８記載のイヤー・デバイスにおい
    て、音響的分離手段は、ハウジング内に含まれているス
    ピーカ要素及びマイクロフォン要素の間にフィードバッ
    クを与える周波数に関する振動の経路を、選択的に制限
    する材料を備えていることを特徴とするイヤー・デバイ
    ス。
  18. 【請求項１８】コミュニケーション・システムにおいて
    用いるイヤー・デバイスにおいて、 スピーカ端部とマイクロフォン端部とを有するハウジン
    グであって、スピーカ端部はユーザの耳管においてフィ
    ットするように構成されており、スピーカ端部とマイク
    ロフォン端部とは該マイクロフォン端部を包囲しマイク
    ロフォン区画を形成する音響的分離壁によって分割され
    ており、マイクロフォン区画は、マイクロフォン・ケー
    シングを内包し、かつユーザの頭蓋骨の比較的近い位置
    と比較して十分な距離から空気伝達を介してマイクロフ
    ォン・ケーシングに入り込む音響的な波動を除く手段を
    備えている、ハウジングと、 音の方向がユーザの耳管の方向に向くように取り付けら
    れたスピーカ要素であって、該スピーカ要素とハウジン
    グとの間に結合され該ハウジングのマイクロフォン端部
    における音声ピックアップの感度と干渉する不所望の周
    波数を選択的に分離する分離手段を含むスピーカ要素
    と、 マイクロフォン・ケーシングの内部表面に支持されたマ
    イクロフォン要素であって、ハウジングによって頭蓋骨
    と接触しない位置に配置されたマイクロフォン要素と、 マイクロフォン・ケーシングに対して調整可能であり、
    かつ該マイクロフォン・ケーシングに外接する第１及び
    第２の取付リングであって、ハウジングの内部とマイク
    ロフォン・ケーシングとの間にこれらに接触状態で保持
    されている第１及び第２の取付リングと、 マイクロフォン要素からの信号出力を処理のために音響
    回路に結合する手段とを備え、 第１及び第２の取付リングは、マイクロフォン・ケーシ
    ングの内部のマイクロフォン要素の対向する側部からほ
    ぼ等距離に位置し、マイクロフォン要素は、第１及び第
    ２の取付リングによって画定されたほぼ平行の第１及び
    第２の平面のほぼ中間にプレートを有し、第１及び第２
    の取付リングが、該取付リングを介してハウジングから
    マイクロフォン・ケーシングに入り込む総ての機械的な
    波動を除去することができるようにした ことを特徴とするイヤー・デバイス。
  19. 【請求項１９】請求項18記載のイヤー・デバイスにおい
    て、分離手段は、スピーカ要素の周囲に延長しかつハウ
    ジングとスピーカ要素の周囲との間に結合された振動吸
    収リングを備えており、該リングは、送信される周波数
    と比較して減結合される周波数の範囲に関して選択的で
    あり、干渉する振動のスピーカ要素からハウジングへの
    伝達を防止する材料によって形成されていることを特徴
    とするイヤー・デバイス。
  20. 【請求項２０】請求項19記載のイヤー・デバイスにおい
    て、分離手段は、ハウジングをスピーカ要素から音響的
    に分離してフィードバックを防止するように同調されて
    いる材料を備えていることを特徴とするデバイス。
  21. 【請求項２１】検出されない背景雑音の環境から、再生
    のために、個人のスピーチを分離する方法において、 ａ）ユーザの耳の軟骨によって耳管において支持され、
    スピーカ要素とマイクロフォン要素とを含み、内部表面
    を有するハウジングを配置するステップと、 ｂ）スピーカ要素をハウジングから機械的及び音響的に
    分離し、ハウジングに伝達される音響的振動の量を制限
    するステップと、 ｃ）マイクロフォン・ケーシングにマイクロフォン要素
    を挿入し、ハウジング内にマイクロフォン・ケーシング
    を配置し、マイクロフォン・ケーシングに対して調節可
    能な第１及び第２の取付リングをマイクロフォン・ケー
    シングに外接することにより、マイクロフォン要素をハ
    ウジングから機械的及び音響的に分離し、マイクロフォ
    ン要素に伝達される音響的振動の量を制限するステップ
    であって、第１及び第２の取付リングは、ハウジングの
    内部表面とマイクロフォン・ケーシングとの間にこれら
    に接触状態に保持されており、マイクロフォン・ケーシ
    ング内部のマイクロフォン要素の対向する側部からほぼ
    等距離に位置してほぼ平行の第１及び第２の平面を画定
    し、マイクロフォン要素は、第１及び第２の取付リング
    によって画定された第１及び第２の平面のほぼ中間にプ
    レートを有している、ステップと、 ｄ）第１及び第２の取付リングを介してのハウジングか
    らマイクロフォン・ケーシング中への振動を同時にチャ
    ネリングし、該振動がマイクロフォン・ケーシングに沿
    ってマイクロフォン要素にほぼ同時であるが反対の位相
    関係で到来することにより波動を相殺するステップと を含むことを特徴とする方法。
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