JP3976079B1 - 通話装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウリング防止、小型化、音質および効率の向上を実現可能な通話装置を提供する。
【解決手段】 ハウジングＡ１と、ハウジングＡ１内に配置されて、外部から伝達された音声情報を表面に設けた振動板から出力するスピーカＳＰと、ハウジングＡ１の内面とスピーカＳＰの表面側とで囲まれた前気室Ｂｆと、ハウジングＡ１の内面とスピーカＳＰの裏面側とで密閉された空間である後気室Ｂｒと、集音面を前気室Ｂｆ内に向けて配置した第１のマイクロホンＭ１と、集音面をハウジングＡ１外に向けて配置した第２のマイクロホンＭ２と、第２のマイクロホンＭ２で集音した音声信号から第１のマイクロホンＭ１で集音した音声信号を除去して外部へ伝達する音声処理部１０と、後気室Ｂｒ内に配置されて一端が閉塞し他端が開口した音響管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。

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）

しかしながら、上記第２の従来例においても、一対のマイクロホンを設ける必要があり、さらにはハウリング防止のために、スピーカとマイクロホンとの距離をあまり小さくできず、装置のさらなる小型化が望まれていた。

また、小型化のために通話装置がますます薄型になってきており、スピーカを収納するハウジングの容量が小さくなっている。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、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課題もあった。

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、ハウリング防止、小型化、音質および効率の向上を実現可能な通話装置を提供することにある。

請求項１の発明は、ハウジングと、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するスピーカと、ハウジングの内面とスピーカの一方面側とで囲まれた前気室と、ハウジングの内面とスピーカの他方面側とで密閉された空間である後気室と、集音面を前気室内に向けて配置して、集音した音声を電気信号に変換した音声信号を出力する第１のマイクロホンと、集音面をハウジング外に向けて配置して、集音した音声を電気信号に変換した音声信号を出力する第２のマイクロホンと、第２のマイクロホンで集音した音声信号から第１のマイクロホンで集音した音声信号を除去して外部へ伝達する音声処理部と、後気室内に配置されて一端が閉塞し他端が開口した音響管とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、第１のマイクロホンの集音面を前気室に向けて配置することで第１のマイクロホンとスピーカとの距離を短くして小型化を可能にするとともに、第１のマイクロホンはスピーカが発する音声を確実に集音するので、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。さらに第２のマイクロホンは集音面をハウジング外に向けるので、スピーカと第２のマイクロホンとの音響結合は低減し、第２のマイクロホンはスピーカの発する音声を集音し難くなって、第２のマイクロホンをスピーカの近傍に配置でき、通話装置の小型化が可能となる。また、スピーカの他方面から放射される音はハウジングの外部に漏れ難く、スピーカと第２のマイクロホンとの音響結合をさらに低減させて、スピーカの一方面側から放射される音と他方面側から放射される音との干渉を低減し、スピーカの放射音圧の低下を防いでいる。また音響管によって、スピーカの最低共振周波数が低周波数側に移行し、さらにはスピーカの音圧レベルが増加するので、スピーカの音質および効率が向上する。すなわち、通話装置において、ハウリング防止、小型化、音質および効率の向上を実現することができる。

請求項２の発明は、請求項１において、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。

この発明によれば、スピーカの最低共振周波数を所望の周波数に設定でき、スピーカの音質および効率を任意に設定できる。

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ハウジング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。

以上説明したように、本発明では、ハウリング防止、小型化、音質および効率の向上を実現することができるという効果がある。

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１）
本実施形態の通話装置Ａは図１〜図３に示され、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とでハウジングＡ１を構成し、ハウジングＡ１内に、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。

音声処理部１０は、図３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、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、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（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、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。

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が対向するハウジングＡ１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がハウジング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。

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、ハウジング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４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、図５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６（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、マイクロホン部Ｍ１を配置する矩形部２ｆと、マイクロホン部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６（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部Ｍ１，Ｍ２に電源を供給している。また、出力１パッドＰ３からは、マイクロホン部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、マイクロホン部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、マイクロホン部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部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Ｋａ２）は、図７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、ハウジング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をハウジングＡ１の前面外側に沿って配置し、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、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８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９〜図１２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９（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１０（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１１（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１２（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、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。

また、マイクロホンＭ１はスピーカＳＰが発する音声を確実に集音するので、上記信号処理部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、すなわち前気室Ｂｆ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３５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３参照）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。

さらに本実施形態では、スピーカＳＰの裏面側の後気室Ｂｒ内に、一端を開口し他端を閉塞した音響管４０が配置されており、この音響管４０は、ボディＡ１０の内側面に沿って設けられる。そして、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、
ｆｏ＝｛１／（２π）｝・√｛（Ｓｏ＋Ｓｃ）／Ｍｏ｝
で表される。

図１３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１４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、ハウジングＡ１から音響管４０を省略したハウジングを用いた場合と、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１５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１３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１４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を省略したハウジングを用いた場合のキャンセル量（図１３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、ハウジング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１４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。ハウジング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１４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に音響管４０を設けることで、通話装置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。

図１６（ａ）〜（ｃ）は、音響管４０を備える別のハウジングＡ２を示しており、このハウジングＡ２を一例にして、音響管４０による作用を以下説明する。ハウジングＡ２は、後面に開口を形成したボディＡ２０と、ボディＡ２０の開口に覆設したカバーＡ２１とで構成され（但し、図１６（ｂ）はボディＡ２０のみを示す）、ハウジングＡ２内には、上記ハウジングＡ１同様にスピーカ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、ボディＡ２０に音響管４０を設けており、この音響管４０によって、スピーカＳＰが発する音声の所望の周波数帯域（本実施形態では７００Ｈｚ付近）の音圧レベルを増大させることで、音質および効率の向上を図る。

ハウジングＡ２のスピーカＳＰが配置される空間Ａ２ａは、ハウジングＡ２内の他の空間Ａ２ｂと分離されており、空間Ａ２ａは横３０ｍｍ×縦４０ｍｍ×厚み８ｍｍに形成されている。この空間Ａ２ａ内において、ボディＡ２０の前面内側に等間隔に形成された４箇所の円柱状のボス５１にスピーカＳＰの取付孔（図示無し）を各々載置し、ボス５１の軸方向に形成されたねじ孔５２に取付ねじ（図示無し）を螺合することで、スピーカＳＰがボディＡ２０の前面内側に固定されると、ハウジングＡ２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が上記ハウジングＡ１と略同様に形成される。また、ハウジングＡ２の前面には複数の音孔５３が穿設されている。

音響管４０は、スピーカＳＰの裏面の後気室Ｂｒの内側壁に沿って、後気室Ｂｒの周囲を略３／４周に亘って形成された矩形の断面形状を有する管で、一端４０ａを開口、他端４０ｂを閉塞して形成される。この音響管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Ｃ、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、
ｆ＝［Ｃ／｛４（Ｌ＋σ）｝］………（１）
から求められる。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を後気室Ｂｒの内側壁に沿って形成することで、音響管４０による後気室Ｂｒの容量低減を抑えることができる。

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を備えていないハウジングＡ２を用いた場合の最低共振周波数ｆｏ４（＝１２００Ｈｚ）と、図１４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を備えたハウジングＡ２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との間に設定される。

図１７は、上記音響管４０を備えたハウジングＡ２を用いた通話装置と、音響管４０を備えていないハウジングＡ２を用いた通話装置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１６（ｂ）に破線で示すように、音響管４０の開口４０ａまたは開口４０ａ近傍に、不織布等の吸音材４５を配設することで、吸音効果を高めて、音響管４０の共振周波数を微調整することができる。

音響管の別の形態として、図１８の概略図のように、ハウジングＡ３の外部に後気室Ｂｒに連通する音響管４１を設けてもよく、例えばチューブ状の音響管４１を後気室Ｂｒに差し込む形態でもよい。この音響管４１にウレタンチューブ等を用いると、全長Ｌを任意に設定、変更することができる。

また、マイクロホン基板ＭＢ１は、実施形態１と同様に、モジュール基板２の一面２ａをハウジングＡ２またはＡ３の前面外側に沿って配置され、マイクロホンＭ１は、ハウジングＡ２またはＡ３の前面を挿通してスピーカＳＰに面してスピーカＳＰからの音声に対して高い指向性を有し、マイクロホンＭ２は、ハウジングＡ１の外部（前方）に面して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する。

（実施形態２）
実施形態１ではハウジング内に音響管を１つ設けていたが、本実施形態では図１９の概略図に示すように、ハウジングＡ４の後気室Ｂｒに複数の音響管４２，４３，４４（本実施形態では３つ）を設けており、音響管４２，４３，４４は互いに長さが異なるので、その共振周波数も互いに異なる周波数となる。したがって、スピーカＳＰの音圧レベルを、複数の周波数で増大させることができ、音響管４２，４３，４４の各全長を適宜設定することで、所望の音質および効率を得ることができる。

実施形態１の通話装置の構成を示す側面断面図である。 同上の構成を示す斜視図である。 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。 （ａ）〜（ｃ）ハウジングの一例を示す側面断面図である。 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。 同上の別のハウジングを示す側面断面図である。 実施形態２のハウジングを示す側面断面図である。

符号の説明

Ａ 通話装置
Ａ１ ハウジング
ＳＰ スピーカ
ＭＢ１ マイクロホン基板
Ｍ１，Ｍ２ マイクロホン
Ｂｆ 前気室
Ｂｒ 後気室
１０ 音声処理部
４０ 音響管

Claims (3)

1. ハウジングと、
   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するスピーカと、
   ハウジングの内面とスピーカの一方面側とで囲まれた前気室と、
   ハウジングの内面とスピーカの他方面側とで密閉された空間である後気室と、
   集音面を前気室内に向けて配置して、集音した音声を電気信号に変換した音声信号を出力する第１のマイクロホンと、
   集音面をハウジング外に向けて配置して、集音した音声を電気信号に変換した音声信号を出力する第２のマイクロホンと、
   第２のマイクロホンで集音した音声信号から第１のマイクロホンで集音した音声信号を除去して外部へ伝達する音声処理部と、
   後気室内に配置されて一端が閉塞し他端が開口した音響管とを備えることを特徴とする通話装置。
2. 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記載の通話装置。
3. 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ハウジング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または２記載の通話装置。

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