JP4225129B2 - マイクロフォン・スピーカ一体構成型・双方向通話装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、２つの会議室にいる複数の会議参加者同士が、音声による会議を行うときに好適なマイクロフォン・スピーカ一体構成型・双方向通話装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
離れた位置にある２つの会議室にいる会議参加者同士が会議を行うため、テレビ会議システムが用いられている。テレビ会議システムは、それぞの会議室にいる会議参加者の姿を撮像手段で撮像し、音声をマイクロフォンで集音して、撮像した画像および集音した音声を通信経路を伝送し、相手側の会議室のテレビジョン受像機の表示部に画像を表示し、スピーカから音声出力する。
【０００３】
このようなテレビ会議システムにおいては、撮像手段およびマイクロフォンから離れた位置にいる発言者の音声が集音しにくいという問題に遭遇しており、その改善策として、会議参加者ごとにマイクロフォンを設けている場合がある。
またテレビジョン受像機のスピーカから出力される音声が、スピーカから離れた位置にいる会議参加者には聞きにくいという問題もある。
【０００４】
特開２００３−８７８８７号公報および特開２００３−８７８９０号公報は、互いに離れた位置の会議室相互においてテレビ会議を行うときに、映像および音声を提供する通常のテレビ会議システムに加えて、相手側の会議室にいる会議出席者の音声がスピーカから明瞭に聴こえ、こちら側の会議室内の雑音の影響を受けにくいまたはエコーキャンセラーの負担が少ない、マイクロフォンとスピーカとが一体構成された音声入出力装置を開示している。
【０００５】
たとえば、特開２００３−８７８８７号公報に開示されている音声入出力装置は、図５〜図８、図９、図２３を参照して記述されているように、下から上に向かって、スピーカ６が内蔵されたスピーカボックス５と、上に向かって放射状に開いている音を拡散する円錐状反射板４と、音遮蔽板３と、支柱８に支持された、単一指向性の複数のマイクロフォン（図６、図７においては４本、図２３においては６本）を水平面に放射状に等角度で配置した構造をしている。音遮蔽板３は、下部のスピーカ５からの音が複数のマイクロフォンに入らないように遮蔽するためのものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開２００３−８７８８７号公報および特開２００３−８７８９０号公報に開示された音声入出力装置は、映像および音声を提供するテレビ会議システムを補完する手段として活用されている。
しかしながら、遠隔会議方式としては、テレビ会議システムのような複雑な装置を用いず、音声だけで行うことでも十分な場合が多い。たとえば、同じ社内の本社と遠隔地の営業所との間で複数の会議参加者同士が会議を行うような場合は、顔見知りでもあり、肉声を理解しているから、テレビ会議システムによる映像なしでも十分会議を行うことができる。
また、テレビ会議システムを導入すると、テレビ会議システム自体を導入する投資額の大きさと、操作の複雑さと、撮像画像を伝送するために通信負担が大きいという不利益がある。
【０００７】
そのような音声だけの会議適用する場合を想定すると、特開２００３−８７８８７号公報および特開２００３−８７８９０号公報に開示された音声入出力装置では、性能面、価格面、寸法的な面、そして、使用環境への適合性、使い勝手などの面から、改善することも多い。
【０００８】
本発明の目的は、双方向通話のみに使用する手段としての性能面、価格面、寸法的な面、使用環境への適合性、使い勝手などの面から、さらに改善した双方向通話装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、スピーカと、スピーカ収容部と、音反射板と、少なくとも１対のマイクロフォンと、前記少なくとも１対のマイクロフォンの集音信号を信号処理して、前記スピーカから出力すべき集音信号を集音したマイクロフォンを選択する、第１の信号処理手段と、前記選択されたマイクロフォンの集音信号を信号処理して前記スピーカに出力する、第２の信号処理手段と、前記選択されたマイクロフォンを表示する表示手段と、プリント基板と、連結部材と、拘束部材とを具備し、
前記スピーカ収容部は、底面と、該底面に接続され、前記底面から見てゆるやかな凸面の形状をした音反射面とを有し、
前記底面と前記凸状に湾曲した形状の音反射面とにより内腔が規定され、
前記凸状に湾曲した音反射面の中央部が開口されて音出力開口部が形成されており、
前記スピーカは、当該スピーカの音出力部が前記音出力開口部を臨むように、前記内腔に収容されており、
前記音反射板は、前記底面から見て凹状に湾曲している急峻な断面形状を持つ、中央湾曲部と、該中央湾曲部と連続して前記中央湾曲部の周囲に延び、前記底面から見てゆるかな凸面の形状を持つ、中間凸面部と、該中間凸面部と連続して前記中間凸面部の周囲に延び、前記底面に対して凸状に湾曲している端部とを有し、
前記連結部材は、内部に穴が形成されており、前記音反射板の前記中間凸面部と前記スピーカ収容部の前記音反射面とを対向した状態で連結し、それにより、前記音反射板の前記中央湾曲部の先端が前記スピーカ収容部の前記音出力開口部の中央と対向する位置に配置され、対向する前記音反射板の前記中間凸面部と前記スピーカ収容部の前記音反射面とで前記中間凸面部と前記音反射面とのゆるやかな凸面の間に形成される徐々に広がる、音出力空間を規定し、
前記拘束部材は、前記スピーカ収容部の前記音反射面を構成し前記底面と対向する上面部分を拘束させずに、前記連結部材の穴内を貫通して、前記スピーカ収容部の前記底面と前記音反射板の前記中間凸面部と拘束し、
前記プリント基板は、前記スピーカ収容部の前記音反射面とは反対側の、前記音反射板の前記凸状に湾曲している端部にダンパーを介して固定されており、
前記少なくとも１対のマイクロフォンは、前記プリント基板に、マイク支持部材を介して揺動自在に、平面的に対向して、支持されており、
前記第１および第２の信号処理手段は前記プリント基板に搭載されており、
前記スピーカから出力された音が、前記音反射板の前記凹状に湾曲している急峻な断面形状を持つ中央湾曲部によって、前記対向する前記音反射板の前記中間凸面部と前記スピーカ収容部の前記音反射面とで規定された音出力空間に導かれ、当該音出力空間から全方位に拡散される、
マイクロフォン・スピーカ一体構成型・双方向通話装置が提供される。
【００１０】
好ましくは、前記第１の信号処理手段は、前記１対のマイクロフォンの集音信号を入力して、信号レベルが最も高い音を検出したマイクロフォンを選択して、その集音信号を送出し、前記選択したマイクロフォンを示す前記表示手段を表示させる。
好ましくは、前記表示手段は発光ダイオードであり、前記発光ダイオードは、前記プリント基板に前記マイクロフォンが装着された位置に対応して、前記プリント基板に配置されている。
【００１１】
また好ましくは、前記第１の信号処理手段は、事前に当該双方向通話装置が設置される環境のノイズを測定しておき、前記マイクロフォンの選択のとき、前記マイクロフォンの集音信号から前記測定したノイズ成分を除去する。
【００１２】
好ましくは、前記第１の信号処理手段は、前記１対のマイクロフォンの集音信号の信号差を参照して、前記音声の最も高い集音信号を示すマイクロフォンを選択する。
【００１３】
また好ましくは、前記第１の信号処理手段は、前記マイクロフォンの選択の際、各マイクロフォンの集音信号を帯域分離し、レベル変換して、前記選択するマイクロフォンを決定する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
まず、本発明のマイクロフォン・スピーカ一体構成型・双方向通話装置（以下、双方向通話装置）の適用例を述べる。
図１（Ａ）〜（Ｃ）は本発明のマイクロフォン・スピーカ一体構成型・双方向通話装置（以下、双方向通話装置）が適用される１例を示す構成図である。
図１（Ａ）に図解したように、遠隔に位置する２つの会議室９０１、９０２にそれぞれ双方向通話装置１Ａ、１Ｂが設置されており、これらの双方向通話装置１Ａ、１Ｂが電話回線９２０で接続されている。
図１（Ｂ）に図解したように、２つの会議室９０１、９０２において、双方向通話装置１Ａ、１Ｂがそれぞれテーブル９１１、９１２の上に置かれている。ただし、図１（Ｂ）においては、図解の簡略化のため、会議室９０１内の双方向通話装置１Ａについてのみ図解している。会議室９０２内の双方向通話装置１Ｂも同様である。双方向通話装置１Ａ、１Ｂの外観斜視図を図２示す。
図１（Ｃ）に図解したように、双方向通話装置１Ａ、１Ｂの周囲にそれぞれ複数の会議参加者Ａ１〜Ａ６が位置している。ただし、図１（Ｃ）においては、図解の簡略化のため、会議室９０１内の双方向通話装置１Ａの周囲の会議参加者のみ図解している。会議室９０２内の双方向通話装置１Ｂの周囲に位置する会議参加者の配置も同様である。
【００１５】
本発明の双方向通話装置は、たとえば、２つの会議室９０１、９０２との間で電話回線９２０を介して音声による応答が可能である。
通常、電話回線９２０を介しての会話は、通話中、一人の話者と一人の話者同士、すなわち、１対１で通話を行うが、本発明の双方向通話装置は１つの電話回線９２０を用いて複数の会議参加者Ａ１〜Ａ６同士が通話できる。ただし、詳細は後述するが、音声の混雑を回避するため、同時刻の話者は、一方の会議室からの話者は選択された一人に限定する。
本発明の双方向通話装置は音声（通話）を対象としているから、電話回線９２０を介して音声を伝送するだけである。換言すれば、テレビ会議システムのような多量の画像データは伝送しない。さらに、本発明の双方向通話装置は会議参加者の通話を圧縮して伝送しているので、電話回線９２０の伝送負担は軽い。
【００１６】
双方向通話装置の構成
図２〜図４を参照して本発明の１実施の形態としての双方向通話装置の構成について述べる。
図２は本発明の１実施の形態としての双方向通話装置の斜視図である。
図３は図２に図解した双方向通話装置の断面図である。
図４は図１に図解した双方向通話装置のマイクロフォン・電子回路収容部の平面図であり、図３の線Ｘ−Ｘ−Ｙにおける平面図である。
【００１７】
図２に図解したように、双方向通話装置１は、上部カバー１１と、音反射板１２と、連結部材１３と、スピーカ収容部１４と、操作部１５とを有する。
図３に図解したように、スピーカ収容部１４は、音反射面１４ａと、底面１４ｂと、上部音出力開口部１４ｃとを有する。音反射面１４ａと底面１４ｂで包囲された空間である内腔１４ｄに受話再生スピーカ１６が収容されている。スピーカ収容部１４の上部に音反射板１２が位置し、スピーカ収容部１４と音反射板１２とが連結部材１３によって連結されている。
【００１８】
連結部材１３内には拘束部材１７が貫通しており、拘束部材１７は、スピーカ収容部１４の底面１４ｂの拘束部材・下部固定部１４ｅと、音反射板１２の拘束部材固定部１２ｂとの間を拘束している。ただし、拘束部材１７はスピーカ収容部１４の拘束部材・貫通部１４ｆは貫通しているだけである。拘束部材１７が拘束部材・貫通部１４ｆを貫通してここで拘束していないのはスピーカ１６の動作によってスピーカ収容部１４が振動するが、その振動を上面１４ｃ部分においては拘束させないためである。
【００１９】
スピーカ
相手会議室の話者が話した音声は、受話再生スピーカ１６を介して上部音出力開口部１４ｃから抜け、音反射板１２の音反射面１２ａとスピーカ収容部１４の音反射面１４ａとで規定される空間に沿って拡散する。
音反射板１２の音反射面１２ａの断面は図解したように、ゆるやかなラッパ型の弧を描いている。音反射面１２ａの断面は３６０度にわたり（全方位）、図解した断面形状をしている。
同様にスピーカ収容部１４の音反射面１４ａの断面も図解したように、ゆるやかな凸面を描いている。音反射面１４ａの断面も３６０度にわたり（全方位）、図解した断面形状をしている。
【００２０】
したがって、受話再生スピーカ１６から出た音Ｓは、上部音出力開口部１４ｃを抜け、音反射面１２ａと音反射面１４ａとで規定される音出力空間を経て、音声応答装置１が載置されているテーブル９１１の面に沿って、全方位に拡散していき、全ての会議参加者Ａ１〜Ａ６に等しい音量で聞き取られる。すなわち、本実施の形態においては、テーブル９１１の面も音伝播手段の一部として利用している。
音Ｓの拡散状態を矢印で図示した。
【００２１】
音反射板１２は、プリント基板２１を支持している。
プリント基板２１には、図４に平面を図解したように、マイクロフォン・電子回路収容部２のマイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６、発光ダイオードＬＥＤ１〜６、マイクロプロセッサ２３、コーデック２４、第１のディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ１）ＤＳＰ２５、第２のディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ２）ＤＳＰ２６、Ａ／Ｄ変換器ブロック２７、Ｄ／Ａ変換器ブロック２８、増幅器ブロック２９などの各種電子回路が搭載されているから、音反射板１２はマイクロフォン・電子回路収容部２を支持する部材としても機能している。
【００２２】
プリント基板２１には、受話再生スピーカ１６からの振動が音反射板１２を伝達してマイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６などに進入しないように、ダンパー１８が取り付けられている。これにより、マイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６は、スピーカ１６からの音の影響を受けない。
【００２３】
マイクロフォンの配置
図４に図解したように、プリント基板２１の中心から放射状に等間隔（本実施の形態では６０度間隔で）で６本のマイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６が位置している。各マイクロフォンは単一指向性を持つマイクロフォンである。その特性については後述する。
各マイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６は、弾力性のある第１のマイク支持部材２２ａと弾力性のある第２のマイク支持部材２２ｂとで、揺動自在に支持されており（図解を簡単にするため、マイクロフォンＭＣ１の部分の第１のマイク支持部材２２ａと第２のマイク支持部材２２ｂとについてのみ図解している）、上述したダンパー１８による受話再生スピーカ１６からの振動の影響を受けない対策に加えて、第１のマイク支持部材２２ａ、第２のマイク支持部材２２ｂで受話再生スピーカ１６の振動の影響を受けないようにしている。
【００２４】
図３に図解したように、受話再生スピーカ１６はマイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６が位置する平面の中心軸に対して垂直に指向しており（本実施の形態においては上方向に指向している）、このような受話再生スピーカ１６と６本のマイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６の配置により、受話再生スピーカ１６と各マイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６との距離は等距離となり、受話再生スピーカ１６からの音声は、各マイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６に対しほとんど同音量、同位相で届く。ただし、上述した音反射板１２の音反射面１２ａおよびスピーカ収容部１４の音反射面１４ａの構成により、受話再生スピーカ１６の音が直接マイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６には直接入力されないようにしている。
会議参加者Ａ１〜Ａ６は、通常、図１（Ｃ）に例示したように、音声応答装置１の周囲３６０度方向に、等間隔で位置している。
【００２５】
発光ダイオード
話者を決定したことを通報する発光ダイオードＬＥＤ１〜６がマイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６の近傍に配置されている。
なお、発光ダイオードＬＥＤ１〜６は上部カバー１１を装着した状態でも、全ての会議参加者Ａ１〜Ａ６から視認可能に設けられている。したがって、上部カバー１１は発光ダイオードＬＥＤ１〜６の発光状態が視認可能なように透明窓が設けられている。もちろん、上部カバー１１に発光ダイオードＬＥＤ１〜６の部分に開口が設けられていてもよいが、マイクロフォン・電子回路収容部２への防塵の観点からは透光窓が好ましい。
【００２６】
プリント基板２１には、後述する各種の信号処理を行うために、ＤＳＰ２５、ＤＳＰ２６、各種電子回路２７〜２９が、マイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６が位置する部分以外の空間に配置されている。
本実施の形態においては、ＤＳＰ２５を各種電子回路２７〜２９とともにフィルタ処理、マイクロフォン選択処理などの処理を行う信号処理手段として用い、ＤＳＰ２６をエコーキャンセラーとして用いている。
【００２７】
図５は、マイクロプロセッサ２３、コーデック２４、ＤＳＰ２５、ＤＳＰ２６、Ａ／Ｄ変換器ブロック２７、Ｄ／Ａ変換器ブロック２８、増幅器ブロック２９、その他各種電子回路の概略構成図である。
マイクロプロセッサ２３はマイクロフォン・電子回路収容部２の全体制御処理を行う。
コーデック２４は音声を符号化する。
ＤＳＰ２５が詳細を後述する各種の信号処理、たとえば、フィルタ処理、マイクロフォン選択処理などを行う。
ＤＳＰ２６はエコーキャンセラーとして機能する。
図５においては、Ａ／Ｄ変換器ブロック２７の１例として、Ａ／Ｄ変換器２７１〜２７４を例示し、Ｄ／Ａ変換器ブロック２８の１例として、Ｄ／Ａ変換器２８１〜２８２を例示し、増幅器ブロック２９の１例として、増幅器２９１〜２９２を例示している。
その他、マイクロフォン・電子回路収容部２としては電源回路など各種の回路がプリント基板２１に搭載されている。
【００２８】
それぞれ１対のマイクロフォンＭＣ１−ＭＣ４：ＭＣ２−ＭＣ５：ＭＣ３−Ｍ６が、それぞれ２チャネルのアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２７１〜２７３に入力されている。
Ａ／Ｄ変換器２７１〜２７３で変換したマイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６の集音信号はＤＳＰ２５に入力されて、後述する各種の信号処理が行われる。
ＤＳＰ２５の処理結果の１つとして、マイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６のうちの１つを選択した結果が、マイクロフォン選択結果表示手段３０の１例である発光ダイオードＬＥＤ１〜６に出力される。
【００２９】
ＤＳＰ２５の処理結果が、ＤＳＰ２６に出力されてエコーキャン処理が行われる。
ＤＳＰ２６の処理結果が、Ｄ／Ａ変換器２８１〜２８２でアナログ信号に変換される。Ｄ／Ａ変換器２８１からの出力が、必要に応じて、コーデック２４で符号化されて、増幅器２９１を介して電話回線９２０に出力され、相手方会議室に設置された音声応答装置１の受話再生スピーカ１６を介して音として出力される。
Ｄ／Ａ変換器２８２からの出力が増幅器２９２を介してこの双方向通話装置１の受話再生スピーカ１６から音として出力される。すなわち、会議参加者Ａ１〜Ａ６はその会議室のいる発言者が発した音声を受話再生スピーカ１６を介して聞くことが出来る。
相手方の会議室に設置された双方向通話装置１からの音声がＡ／Ｄ変換器２７４を介してＤＳＰ２６に入力されてエコーキャンに使用される。また、相手方の会議室に設置された双方向通話装置１からの音声は図示しない経路で、スピーカ１６に印加されて音として出力される。
【００３０】
マイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６
図６はマイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６の特性を示すグラフである。
単一指向特性マイクは発言者からマイクへの音声の到達角度により図６に図解のように周波数特性、レベル特性が変化する。複数の曲線は、集音信号の周波数が、１００、１５０、２００、３００、４００、５００、７００、１０００、１５００、２０００、３０００、４０００、５０００、７０００Ｈｚの時の指向性を示している。
図７（Ａ）〜（Ｄ）は音源の位置とマイクロフォンの集音レベルの分析結果を示すグラフである。双方向通話装置１の１．５メートルの距離にスピーカーを置いて各マイクが集音した音声を一定時間間隔でＦＦＴした結果を示している。Ｘ軸が周波数を、Ｙ軸が信号レベルを、Ｚ軸が時間を表している。
図６の指向性を有もつマイクロフォンを用いた場合、マイクロフォンの正面に強い指向性を示すことが分かる。このような特性を活用して、後述するＤＳＰ２５におけるマイクロフォンの選定処理を行う。
【００３１】
なお、本発明のように指向性のないマイクロフォンを用いた場合、換言すれば、無指向性のマイクロフォンで集音した場合、マイクロフォンマイク周辺の全ての音を集音するので発言者の音声と周辺ノイズとのＳ／Ｎがあまり良い音が集音できない。これを避けるため、本願発明においては、指向性マイクロフォン１本で集音することによって周辺のノイズとのＳ／Ｎを改善している。
さらに、マイクロフォンの指向特性を得る方法として、複数の無指向性マイクを使用したマイクアレイを用いることができるが、このような方法では、信号の時間軸（位相）の処理を要したため、時間がかかり応答性が低いし、装置構成を複雑になる。すなわち、ＤＳＰの信号処理系にも複雑な信号処理を必要とする。本発明はそのような問題を解決している。
また、マイクアレイ信号を合成して指向性収音マイクとして利用する為には外形形状が通過周波数特性によって規制され外形形状が大きくなるという不利益がある。本発明はこの問題も解決している。
【００３２】
双方向通話装置の装置構成の効果
上述した構成の双方向通話装置は下記の利点を示す。
（１）複数のマイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６と受話再生スピーカ１６との位置関係が一定であり、さらにその距離が非常に近いことで受話再生スピーカ１６から出た音が会議室（部屋）環境を経てマイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６に戻ってくるレベルより直接戻ってくるレベルが圧倒的に大きく支配的である。そのために、受話再生スピーカ１６からマイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６に音が到達する特性（信号レベル（強度）、周波数特性（ｆ特）、位相）がいつも同じである。つまり、双方向通話装置１においてはいつも伝達関数が同じという利点がある。
（２）それ故、マイクロフォンを切り替えた時の伝達関数の変化がなく、マイクロフォンを切り替える都度、マイクロフォン系の利得を調整をする必要がないという利点を有する。換言すれば、本双方向通話装置の製造時に一度調整をするとやり直す必要がないという利点がある。
（３）上記と同じ理由でマイクロフォンを切り替えても、エコーキャンセラー（ＤＳＰ２６）が一つでよい。ＤＳＰは高価であり、種々の部材が搭載されて空きが少ないプリント基板２１にＤＳＰを配置するスペースも少なくてよい。
（４）受話再生スピーカ１６とマイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６間の伝達関数が一定であるため、±３ｄＢもあるマイクロフォン自体の感度差調整をユニット単独で出来るという利点がある。
（４）双方向通話装置１が搭載されるテーブルは、通常、円いテーブルを用いるが、双方向通話装置１１内の一つの受話再生スピーカ１６で均等な品質の音声を全方位に均等に分散（閑散）するスピーカシステムが可能になった。
（５）受話再生スピーカ１６から出た音はテーブル面を伝達して（バウンダリ効果）会議参加者まで有効に能率良く均等に上質な音が届き、会議室の天井方向に対しては対向側の音と位相キャンセルされて小さな音になり、会議参加者に対して天井方向からの反射音が少なく、結果として参加者に明瞭な音が配給されるという利点がある。
（６）受話再生スピーカ１６から出た音は全てのマイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６に同時に同じ音量で届くので発言者の音声なのか受話音声なのかの判断が容易になる。その結果、マイクロフォン選択処理の誤判別が減る。その詳細は後述する。
（７）偶数個、たとえば、６本のマイクロフォンを等間隔で配置したことで方向検出の為のレベル比較が容易に出来る。
（８）ダンパー１８、マイクロフォン支持部材２２などにより、受話再生スピーカ１６の音による振動が、マイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６の集音に影響を低減することができる。
（９）受話再生スピーカ１６の音が直接、マイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６には進入しない。したがって、この双方向通話装置１においは受話再生スピーカ１６からのノイズの影響が少ない。
【００３３】
変形例
図２〜図３を参照して述べた双方向通話装置１は、下部に受話再生スピーカ１６を配置させ、上部にマイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６（および関連する電子回路）を配置させたが、受話再生スピーカ１６とマイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６（および関連する電子回路）の位置を上下逆にすることもできる。このような場合でも上述した効果を奏する。
【００３４】
もちろん、マイクロフォンの本数は６には限定されず、任意の偶数本のマイクロフォンを同方向に、たとえば、マイクロフォンＭＣ１とＭＣ４のように一直線に配置する。
２本のマイクロフォンＭＣ１、ＭＣ４を対向させて一直線に配置する理由は、マイクロフォンの選定のためである。その詳細は後述する。
【００３５】
信号処理内容
以下、主として第１のディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）２５で行う処理内容について述べる。
図８はＤＳＰ２５が行う処理の概要を図解した図である。
その概要を述べる。
【００３６】
（１）周囲のノイズの測定
初期動作として、双方向通話装置１が設置される周囲のノイズの測定する。
双方向通話装置１は、種々の環境で使用されうる。マイクロフォンの選択の正確さを期し、双方向通話装置１の性能を高めるために、本発明においては、双方向通話装置１が設置される周囲環境のノイズを測定し、そのノイズの影響をマイクロフォンで集音した信号から排除することを可能とする。
もちろん、双方向通話装置１を同じ会議室で使用するような場合、事前にノイズ測定が行われており、ノイズ状態が変化しないような場合にこの処理は割愛できる。
なお、ノイズ測定は通常状態においても行うことができる。その詳細は後述する。
【００３７】
（２）議長の選定
たとえば、双方向通話装置１を双方向会議に使用する場合、それぞれの会議室における議事運営を取りまとめる議長がいることが有益である。したがって、本発明においては、双方向通話装置１を使用する初期段階において、双方向通話装置１の操作部１５から議長を設定する。本実施の形態における議長の設定方法は、議長として優先的に使用するマイクロフォンの設定として行う。
もちろん、双方向通話装置１を使用する議長が同じ場合はこの処理は割愛できる。
なお議長を変更する場合は、この処理を行う。
【００３８】
通常処理として下記に例示する各種の処理を行う。
（３）マイクロフォン選択、切り替え処理
１つの会議室において同時に複数の会議参加者が通話すると、音声が入り交じり相手側会議室内の会議参加者Ａ１〜Ａ６にとって聞きにくい。そこで、本発明においては、原則として、１人ずつ通話させる。そのため、ＤＳＰ２６においてマイクロフォンの選択・切り替え処理を行う。
選択されたマイクロフォンからの通話のみが、電話回線９２０を介して相手方会議室の音声応答装置１に伝送されてスピーカから出力される。
この処理により、発言者に対向した単一指向性マイクの信号を選択し、送話信号として相手方にＳ／Ｎの良い信号を送ることを目的としている。
（４）選択したマイクロフォンの表示
選択された会議参加者のマイクロフォンがどれであるかを、会議参加者Ａ１〜Ａ６全員に容易に認識できるように、マイクロフォン選択結果表示手段３０、たとえば、発光ダイオードＬＥＤ１〜６の該当するもの点灯させる。
（５）上述したマイクロフォン選択処理の背景技術として、または、マイクロフォン選択処理を正確に遂行するため下記に例示する各種の信号処理を行う。
（ａ）マイクロフォンの集音信号の帯域分離と、レベル変換処理
（ｂ）発言の開始、終了の判定処理
発言者方向に対向したマイク信号の選択判定開始トリガーとして使用するため。
（ｃ）発言者方向マイクの検出処理
各マイクロフォンの集音信号を分析し、発言者に対向しているマイクを判定するため。
（ｄ）発言者方向マイクの切り換えタイミング判定処理、および、
検出された発言者に対向したマイク信号の選択切り替え処理
上述した処理結果から選択したマイクロフォンへ切り換えの指示をする。
（ｅ）通常動作時のフロアノイズの測定
【００３９】
フロア（環境）ノイズの測定
この処理は電源投入直後の初期処理と通常処理に分かれる。
なお、この処理は下記の例示的な前提条件の下に行う。
【００４０】
【表１】
（１）条件：測定時間及び閾値暫定値：
１．テストトーン音圧 ：マイク信号レベルで−４０ｄＢ
２．ノイズ測定単位時間：１０秒
３．通常状態でのノイズ測定：１０秒間の測定結果で平均値計算し、さらにこれを１０回繰り返して平均値を求めノイズレベルとする。
【００４１】
【表２】
（２）フロアノイズと発言開始基準レベルとの差による有効距離の目安と閾値
１．２６ｄＢ以上：３メートル以上
発言開始の検出レベル閾値：フロアノイズレベル＋９ｄＢ
発言終了の検出レベル閾値：フロアノイズレベル＋６ｄＢ
２．２０〜２６ｄＢ：３メートル以内
発言開始の検出レベル閾値：フロアノイズレベル＋９ｄＢ
発言終了の検出レベル閾値：フロアノイズレベル＋６ｄＢ
３．１４〜２０ｄＢ：１．５メートル以内
発言開始の検出レベル閾値：フロアノイズレベル＋９ｄＢ
発言終了の検出レベル閾値：フロアノイズレベル＋６ｄＢ
４．９〜１４ｄＢ：１メートル以内
発言開始の検出レベル閾値：
フロアノイズレベルと発言開始基準レベルとの差÷２＋２ｄＢ
発言終了の検出レベル閾値：発言開始閾値−３ｄＢ
５．９ｄＢ以下：ちょっときつい、数１０センチメートル
発言開始の検出レベル閾値：
６．フロアノイズレベルと発言開始基準レベルとの差÷２
発言終了の検出レベル閾値：−３ｄＢ
７．同じかマイナス：判定できず選択禁止
【００４２】
【表３】
（３）通常処理のノイズ測定開始閾値は電源投入時のフロアノイズ＋３ｄＢ以下のレベルになった時から開始する。
【００４３】
双方向通話装置１の電源投入直後、双方向通話装置１は図９〜図１０を参照して述べる下記のノイズ測定を行う。
双方向通話装置１の電源投入直後の初期処理は、フロアノイズと基準信号レベルを測定し、その差を元に話者と本システムとの有効距離の目安と発言開始、終了判定閾値レベルの設定するためる行う。
音圧レベル検出器のピークホールドされたレベル値を一定時間間隔、たとえば、１０ｍＳｅｃ、で読み出し、単位時間の値の平均値を算出しフロアノイズとする。そして、測定されたフロアノイズレベルを元に発言開始の検出レベル、発言終了の検出レベルの閾値を決定する。
【００４４】
図９、処理１：テストレベル測定
ＤＳＰ２５は、図５に図解した受話信号系の入力端子にテストトーンを出力し、受話再生スピーカ１６からの音を各マイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６で集音し、その信号を発言開始基準レベルとして平均値を求める。
【００４５】
図１０、処理２：ノイズ測定１
ＤＳＰ２５は、各マイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６からの集音信号のレベルをフロアノイズレベルとして一定時間収集し、平均値を求める。
【００４６】
図１１、処理３：有効距離試算
ＤＳＰ２５は、発言開始基準レベルとフロアノイズレベルを比較し、双方向通話装置１の設置されている会議室などの部屋の騒音レベルを推定し、本双方向通話装置１がが良好に働く発言者と本双方向通話装置１との有効距離を計算する。。
【００４７】
マイク選択禁止判定
なお、処理３の結果フロアノイズの方が発言開始基準レベルより大きい（高い）場合、ＤＳＰ２５はそのマイクロフォンの方向に強大なノイズ源が有ると判定し、その方向のマイクロフォンの自動選択を禁止に設定し、それを、たとえば、マイクロフォン選択結果表示手段３０または操作部１５に表示する。
【００４８】
しきい値決定
ＤＳＰ２５は、図１２に図解したように、発言開始基準レベルとフロアノイズレベルを比較し、その差から発言開始、終了レベルの閾値を決定する。
【００４９】
ノイズ測定に関する限り、次の処理は通常処理なので、ＤＳＰ２５は各タイマ（カウンタ）をセットして次処理の準備をする。
【００５０】
ノイズ通常処理
ＤＳＰ２５は、初期動作時の上記ノイズ測定の後も、通常動作状態において、図１３に示すフローチャートの処理に従って、ノイズ処理を行い、６本のマイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６に対しそれぞれ選択された発言者の音量レベル平均値と発言終了検出後のノイズレベルを測定し一定時間単位で、発言開始、終了判定閾値レベルを再設定する。
【００５１】
図１３、処理１：ＤＳＰ２５は、発言中か発言終了かの判断で処理２か処理３への分岐を決定する。
【００５２】
図１３、処理２：発言者レベル測定
ＤＳＰ２５は、発言中の単位時間、たとえば、１０秒分、のレベルデータを１０回分平均して発言者レベルとして記録する。
単位時間内に発言終了になった場合、新たな発言開始まで時間計測及び発言レベル測定を中止し、新たな発言検出後、測定処理を再開する。
【００５３】
図１３、処理３：ノイズ測定２
ＤＳＰ２５は、発言終了検出後から発言開始までの間の単位時間、たとえば、１０秒分、のノイズレベルデータを１０回分平均してフロアノイズレベルとして記録する。
単位時間内に新たな発言があった場合は、ＤＳＰ２５は途中で時間計測及びノイズ測定を中止し、新たな発言終了検出後、測定処理を再開する。
【００５４】
図１３、処理４：閾値決定２
ＤＳＰ２５は、発言レベルとフロアノイズレベルを比較し、その差から発言開始、終了レベルの閾値を決定する。
なお、このほかに応用として、発言者の発言レベルの平均値が求められているのでそのマイクロフォンに対向した発言者固有の発言開始、終了検出閾値レベルを設定することもできる。
【００５５】
フィルタ処理による各種周波数成分信号の生成
図１４はマイクロフォンで集音した音信号を、前処理として、ＤＳＰ２５で行うフィルタリング処理を示す構成図である。
ただし、図１４は１チャネル（１集音信号）分の処理について示す。
各マイクロフォンの集音信号は、たとえば、１００Ｈｚのカットオフ周波数を持つアナログ・フィルタ１０１で処理され、Ａ／Ｄ変換器１０２に出力され、Ａ／Ｄ変換器１０２でディジタル信号に変換された集音信号が、それぞれ７．５ＫＨｚ、４ＫＨｚ、１．５ＫＨｚ、６００Ｈｚ、２５０Ｈｚのカットオフ周波数を持つ、ディジタルフィルタ１０３ａ〜１０３ｅ（総称して１０３）で高周波成分が除去される（ハイカット処理）。ディジタルフィルタ１０３ａ〜１０３ｅの結果はさらに、減算器１０４ａ〜１０４ｄ（総称して１０４）において隣接するフィルタ信号ごとの減算が行われる。
本発明の実施の形態において、ディジタルフィルタ１０３ａ〜１０３ｅおよび減算器１０４ａ〜１０４ｄはＤＳＰ２５において処理している。Ａ／Ｄ変換器１０２はＡ／Ｄ変換器ブロック２７の１つとして実現できる。
【００５６】
図１５は、図１４を参照して述べたフィルタ処理結果を示す周波数特性図である。このように１つのマイクロフォンで集音した信号から、各種の周波数成分をもつ複数の信号が生成される。
【００５７】
バンドパス・フィルタ処理およびマイク信号レベル変換処理
マイクロフォン選択処理の開始のトリガの１つに発言の開始、終了の判定を行う。そのために使用する信号が、図１６に図解したバンドパス・フィルタ処理およびレベル変換処理回路によって得られる。
図１６はマイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６で集音した６チャネル（ＣＨ）の入力信号処理中の１ＣＨのみを示す。
バンドパス・フィルタ処理およびレベル変換処理回路は、マイクロフォンの集音信号を、それぞれ１００〜６００Ｈｚ、２００〜２５０Ｈｚ、２５０〜６００Ｈｚ、６００〜１５００Ｈｚ、１５００〜４０００Ｈｚ、４０００〜７５００Ｈｚの帯域通過特性を持つバンドパス・フィルタ２０１ａ〜２０１ａ（総称してバンドパス・フィルタ・ブロック２０１）と、元のマイクロフォン集音信号および上記帯域通過集音信号をレベル変換するレベル変換器２０２ａ〜２０２ｇ（総称して、レベル変換ブロック２０２）を有する。
【００５８】
各レベル変換器は、信号絶対値処理部２０３とピークホールド処理部２０４を有する。したがって、波形図を例示したように、信号絶対値処理部２０３は破線で示した負の信号が入力されたとき符号を反転して正の信号に変換する。ピークホールド処理部２０４は、信号絶対値処理部２０３の出力信号の最大値を保持する。ただし、本実施の形態では、時間の経過により、保持した最大値は幾分低下していく。もちろん、ピークホールド処理部２０４を改良して、長時間保持可能にすることもできる。
【００５９】
バンドパス・フィルタについて述べる。
双方向通話装置１に使用するバンドパス・フィルタは、２次ＩＩＲハイカット・フィルタと、マイク信号入力段のローカット・フィルタのみでバンドパス・フィルタを構成している。
フラットな信号１からハイカットフィルタを通した信号を引き算すれば残りはローカットフィルタを通した信号とほぼ同等になることを利用する。
周波数−レベル特性を合わせる為に、１バンド余分に全体帯域通過のバンドパス・フィルタが必要となるが、必要とするバンドパス・フィルタのバンド数＋１のフィルタ段数と係数により必要とされるバンドパスが得られる。
今回必要とされるハンドパス・フィルタの帯域周波数はマイク信号１ＣＨ当りで、下記６バンドのバンドパス・フィルタとなる。
【００６０】
ＢＰＦ１＝［１００Ｈｚ−２５０Ｈｚ］ ・・２０１ｂ
ＢＰＦ２＝［２５０Ｈｚ−６００Ｈｚ］ ・・２０１ｃ
ＢＰＦ３＝［６００Ｈｚ−１．５ＫＨｚ］・・２０１ｄ
ＢＰＦ４＝［１．５ＫＨｚ−４ＫＨｚ］ ・・２０１ｅ
ＢＰＦ５＝［４ＫＨｚ−７．５ＫＨｚ］ ・・２０１ｆ
ＢＰＦ６：［１００Ｈｚ−６００Ｈｚ］ ・・２０１ａ
【００６１】
この方法で上記のＩＩＲ・フィルタの計算プログラムは、６ＣＨ×５（ＩＩＲ・フィルタ）＝３０のみである。
なお従来のバンドパス・フィルタの構成と対比する。バンドパス・フィルタの構成は２次ＩＩＲフィルタを使用するとして、本発明のように６本のマイク信号にそれぞれ６バンドのバンドパス・フィルタを用意すると、６×６×２＝７２回路のＩＩＲ・フィルタ処理が必要になリます。この処理には、最新の優秀なＤＳＰでもかなりのプログラム処理を要し他の処理への影響が出る。
本発明においては、１００Ｈｚのローカット・フィルタは入力段のアナログフィルタで処理する。用意する２次ＩＩＲハイカット・フィルタのカットオフ周波数は、２５０Ｈｚ，６００Ｈｚ，１．５ＫＨｚ，４ＫＨｚ，７．５ＫＨｚの５種類である。このうちのカットオフ周波数７．５ＫＨｚのハイカット・フィルタは、実はサンプリング周波数が１６ＫＨｚなので必要が無いが、減算処理の過程で、ＩＩＲフィルタの位相回りの影響で、バンドパス・フィルタの出力レベルが減少する現象を、軽減する為にわざと被減数の位相を回す。
【００６２】
図１７は図１６に図解した構成による処理をＤＳＰ２５で処理したとのフローチャートである。
【００６３】
図１６に図解したフィルタ処理は１段目の処理としてハイパス・フィルタ処理、２段目の処理として１段目のハイパス・フィルタ処理結果からの減算処理を行う。図１５その信号処理結果のイメージ周波数特性図である。
【００６４】
第一段階
１．全体帯域通過フィルタ用として、入力信号を７．５ＫＨｚのハイカットフィルタを通す。このフィルタ出力信号は入力のアナログのローカットフィルタとの組み合わせにより［１００Ｈｚ−７．５ＫＨｚ］のバンドパス・フィルタ出力となる。
【００６５】
２．入力信号を４ＫＨｚのハイカットフィルタを通す。このフィルタ出力信号は入力のアナログのローカットフィルタとの組み合わせにより［１００Ｈｚ−４ＫＨｚ］のバンドパス・フィルタ出力となる。
【００６６】
３．入力信号を１．５ＫＨｚのハイカットフィルタを通す。このフィルタ出力信号は入力のアナログのローカットフィルタとの組み合わせにより［１００Ｈｚ−１．５ＫＨｚ］のバンドパス・フィルタ出力となる。
【００６７】
４．入力信号を６００ＫＨｚのハイカットフィルタを通す。このフィルタ出力信号は入力のアナログのローカットフィルタとの組み合わせにより［１００Ｈｚ−６００Ｈｚ］のバンドパス・フィルタ出力となる。
【００６８】
５．入力信号を２５０ＫＨｚのハイカットフィルタを通す。このフィルタ出力信号は入力のアナログのローカットフィルタとの組み合わせにより［１００Ｈｚ−２５０Ｈｚ］のバンドパス・フィルタ出力となる。
【００６９】
第二段階
１．バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ５＝［４ＫＨｚ〜７．５ＫＨｚ］）は、フィルタ出力［１］−［２］（［１００Ｈｚ〜７．５ＫＨｚ］−［１００Ｈｚ〜４ＫＨｚ］）の処理を実行すると上記信号出力［４ＫＨｚ〜７．５ＫＨｚ］となる。
２．バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ４＝［１．５ＫＨｚ〜４ＫＨｚ］）は、フィルタ出力［２］−［３］（［１００Ｈｚ〜４ＫＨｚ］−［１００Ｈｚ〜１．５ＫＨｚ］）の処理を実行すると、上記信号出力［１．５ＫＨｚ〜４ＫＨｚ］となる。
３．バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ３＝［６００Ｈｚ〜１．５ＫＨｚ］）は、フィルタ出力［３］−［４］（［１００Ｈｚ〜１．５ＫＨｚ］−［１００Ｈｚ〜６００Ｈｚ］）の処理を実行すると、上記信号出力［６００Ｈｚ〜１．５ＫＨｚ］となる。
４．バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ２＝［２５０Ｈｚ〜６００Ｈｚ］）は、フィルタ出力［４］−［５］（［１００Ｈｚ〜６００Ｈｚ］−［１００Ｈｚ〜２５０Ｈｚ］）の処理を実行すると上記信号出力［２５０Ｈｚ〜６００Ｈｚ］となる。
５．バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ１＝［１００Ｈｚ〜２５０Ｈｚ］）は［５］の信号をそのままで出力信号［５］とする。
６．バンドパス・フィルタ（ＢＰＦ６＝［１００Ｈｚ〜６００Ｈｚ］）は［４］の信号をそのままで上記（４）の出力信号とする。
以上の処理で必要とされるバンドパス・フィルタ出力が得られる。
【００７０】
入力されたマイクロフォンの集音信号Ｍ１Ｃ１〜Ｍ１Ｃ６は、ＤＳＰ２５において、全帯域の音圧レベル、バンドパス・フィルタを通過した６帯域の音圧レベルとして表４のように常時更新される。
【００７１】
【表４】

【００７２】
表４において、たとえば、Ｌ１−１はマイクロフォンＭＣ１の集音信号が第１バンドパス・フィルタ２０１ａを通過したときのピークレベルを示す。
発言の開始、終了判定は、図１６に図示した１００Ｈｚ〜６００Ｈｚのバンドパス・フィルタ２０１ａを通過し、レベル変換器２０２ｂで音圧レベル変換されたマイクロフォン集音信号を用いる。
【００７３】
なお、従来のバンドパス・フィルタの構成は、バンドパス・フィルタ１段当りにハイ・パスフィルタとロー・パスフィルタの組み合わせで行うので、本実施の形態で使用する仕様の３６回路のバンドパス・フィルタを構築すると７２回路のフィルタ処理が必要となる。これに対して本発明の実施の形態のフィルタ構成は簡単になる。
【００７４】
発言の開始、終了判定処理
ＤＳＰ２５は、音圧レベル検出器から出力される値を元に、図１８に図解したように、マイクロフォン集音信号レベルがフロアノイズより上昇し、発言開始レベルの閾値を越した場合発言開始と判定し、その後開始レベルの閾値よりも大きいレベルが継続した場合発言中、発言終了の閾値よりもレベルが下がった場合をフロアノイズと判定し、一定時間、たとえば、０．５秒間、継続した場合発言終了と判定する。
発言の開始、終了判定処理は、図１６に図解したマイク信号レベル変換処理部２０２ｂで音圧レベル変換された１００Ｈｚ〜６００Ｈｚのバンドパス・フィルタを通過した音圧レベルデータ（マイク信号レベル（１）が図１７に例示した閾値レベル以上になった時から発言開始と判定する。
また、ＤＳＰ２５は、頻繁なマイクロフォン切り替えに伴う動作不良を回避するため、発言開始を検出してから０．５秒間は次の発言開始を検出しないようにしている。
【００７５】
マイクロフォン選択
ＤＳＰ２５は、相互通話システムにおける発言者方向検出および発言者に対向したマイク信号の自動選択を、いわゆる、「星取表方式」に基づいて行う。
図１９は双方向通話装置１の動作形態を図解したグラフである。
図２０は双方向通話装置１の通常処理を示すフローチャートである。
【００７６】
双方向通話装置１は図１９に図解したように、マイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６からの集音信号に応じて、音声信号監視処理を行い、発言開始・終了判定を行い、発言方向判定を行い、マイクロフォン選択を行い、その結果をマイクロフォン選択結果表示手段３０、たとえば、発光ダイオードＬＥＤ１〜６に表示する。
以下、図２０のフローチャートを参照して双方向通話装置１におけるＤＳＰ２５を主体として動作を述べる。なお、マイクロフォン・電子回路収容部２の全体制御はマイクロプロセッサ２３によって行われるが、ＤＳＰ２５の処理を中心に述べる。
【００７７】
ステップ１：レベル変換信号の監視
マイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６で集音した信号はそれぞれ、図１６を参照して述べた、バンドパス・フィルタ・ブロック２０１、レベル変換ブロック２０２において、７種類のレベルデータとして変換されているから、ＤＳＰ２５は、各マイクロフォン集音信号についての７種類のの信号を常時監視する。
その監視結果に基づいて、ＤＳＰ２５は、発言者方向検出処理１、発言者方向検出処理２、発言開始・終了判定処理のいずれかの処理を移行する。
【００７８】
ステップ２：発言開始・終了判定処理
ＤＳＰ２５は図１８を参照して、さらに下記に詳述する方法に従って、発言の開始、終了の判定を行う。ＤＳＰ２５が処理が発言開始を検出した場合、ステップ４の発言者方向の判定処理へ発言開始検出を知らせる。
なお、ステップ２における発言の開始、終了の判定処理が発言レベルが発言終了レベルより小さくなった時、０．５秒のタイマを起動し０．５秒間発言レベルが発言終了レベルより小さい時、発言終了と判定する。
０．５秒以内に発言終了レベルより大きくなったら再び発言終了レベルより小さくなるまで待ちの処理に入る。
【００７９】
ステップ３：発言者方向の検出処理
ＤＳＰ２５における発言者方向の検出処理は、常時発言者方向をサーチし続けて行う。その後、ステップ４の発言者方向の判定処理へデータを供給する。
この発言者方向の検出処理の詳細は、後述する。
【００８０】
ステップ４：発言者方向マイクの切り換え処理
ＤＳＰ２５に発言者方向マイクの切り換え処理におけるタイミング判定処理はステップ２の処理とステップ３の処理の結果から、その時の発言者検出方向と今まで選択していた発言者方向が違う場合に、新たな発言者方向のマイク選択をステップ４のマイク信号切り換え処理へ指示する。
ただし、議長のマイクロフォンが操作部１５から設定されていて、議長のマイクロフォンと他の会議参加者とが同時的に発言がある場合、議長の発言を優先する。
この時に、選択されたマイク情報をマイクロフォン選択結果表示手段３０、たとえば、発光ダイオードＬＥＤ１〜６に表示する。
【００８１】
ステップ５：マイクロフォン集音信号の伝送
マイク信号切り換え処理は６本のマイク信号の中からステップ４処理により選択されたマイク信号のみを送話信号として、双方向通話装置１から電話回線９２０を介して相手側の双方向通話装置に伝送するため、図５に図解したラインアウトへ出力する。
【００８２】
発言開始レベル閾値、発言終了閾値の設定
処理１：電源を投入直後に各マイクそれぞれの１秒間分のフロアノイズを測定する。
ＤＳＰ２５は、音圧レベル検出器のピークホールドされたレベル値を一定時間間隔、本実施の形態では１０ｍＳｅｃ間隔、で読み出し、１分間の値の平均値を算出しフロアノイズとする。
ＤＳＰ２５は測定されたフロアノイズレベルを元に発言開始の検出レベル（フロアノイズ＋９ｄＢ）、発言終了の検出レベルの閾値（フロアノイズ＋６ｄＢ）を決定する。ＤＳＰ２５は、以後も、音圧レベル検出器のピークホールドされたレベル値を一定時間間隔で読み出す。
発言終了と判定された時は、ＤＳＰ２５は、フロアノイズの測定として働き、発言開始の検出し、発言終了の検出レベルの閾値を更新する。
【００８３】
この方法によれば、この閾値設定はマイクの置かれた位置のフロアノイズレベルがそれぞれ違うので各マイクにそれぞれ閾値が設定出来され、ノイズ音源による誤判定か防げる。
【００８４】
処理２：周辺ノイズ（フロアノイズの大きい）部屋への対応。
処理１ではフロアノイズが大きく自動で閾値レベルを更新されると、発言開始、終了検出がしにくい時の対策として下記を行う。
ＤＳＰ２５は、予測されるフロアノイズレベルを元に発言開始の検出レベル、発言終了の検出レベルの閾値を決定する。
ＤＳＰ２５は、発言開始閾値レベルは発言終了閾値レベルより大きく（３ｄＢ以上の差）に設定する。
ＤＳＰ２５は、音圧レベル検出器のピークホールドされたレベル値を一定時間間隔で読み出す。
【００８５】
この方法によれば、この閾値設定は閾値が全てのマイクに対して同じ値なので、ノイズ源を背にした人と、そうでない人とで声の大きさが同程度で発言開始が認識できる。
【００８６】
発言開始判定
処理１、各マイクに対応した音圧レベル検出器の出力レベルと、発言開始レベルの閾値を比較し発言開始レベルの閾値を越した場合発言開始と判定する。
ＤＳＰ２５は、全てのマイクロフォンに対応した音圧レベル検出器の出力レベルが、発言開始レベルの閾値を越した場合は、受話再生スピーカ１６からの信号であると判定し、発言開始とは判定しない。なぜなら、受話再生スピーカ１６とマイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６との距離は同じであるから、受話再生スピーカ１６からの音は全てのマイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６にほぼ均等に到達するからである。
【００８７】
処理２、図４に図解したマイク配置で、指向特性軸を反対方向に１８０度ずらした単一指向性マイク２本（マイクロフォンＭＣ１とＭＣ４、マイクロフォンＭＣ２とＭＣ５、マイクロフォンＭＣ３とＭＣ６）の３組構成し、マイク信号のレベル差を利用する。すなわち下記の演算を実行する。
【００８８】
マイク１の信号レベル−マイク４の信号レベルの絶対値・・・［１］
マイク２の信号レベル−マイク５の信号レベルの絶対値・・・［２］
マイク３の信号レベル−マイク６の信号レベルの絶対値・・・［３］
【００８９】
ＤＳＰ２５は絶対値［１］，［２］，［３］と発言開始レベルの閾値を比較し発言開始レベルの閾値を越した場合発言開始と判定する。
この処理の場合、処理１のように全ての絶対値が発言開始レベルの閾値より大きくなる事は無いので（受話再生スピーカ１６からの音がマイクロフォンＭＣに等しく到達するから）、受話再生スピーカ１６からの音か話者からの音声かの判定は不要になる。
【００９０】
発言者方向の検出処理
発言者方向の検出には、図６に例示した単一指向性マイクの特性を利用する。単一指向特性マイクロフォンは発言者からマイクロフォンへの音声の到達角度により図６に例示したように、周波数特性、レベル特性が変化する。その結果を、図９（Ａ）〜（Ｃ）に例示した。図９（Ａ）〜（Ｃ）は、双方向通話装置１の１．５メートルの距離にスピーカーを置いて各マイクロフォンが集音した音声を一定時間間隔でＦＦＴした結果を示す。Ｘ軸が周波数を、Ｙ軸が信号レベルを、Ｚ軸が時間を表している。横線は、バンドパス・フィルタのカットオフ周波数を表し、この線にはさまれた周波数帯域のレベルが、図１４〜図１７を参照して述べたマイク信号レベル変換処理からの５バンドのバンドパス・フィルタを通した音圧レベルに変換されたデータとなる。
【００９１】
本発明の１実施の形態としての双方向通話装置１における発言者方向の検出のために実際の処理として適用した判定方法を述べる。
各帯域バンドパス・フィルタの出力レベルに対しそれぞれ適切な重み付け処理（１ｄＢＦｓステップなら０ｄＢＦｓの時０、−３ｄＢＦｓなら３というように、又はこの逆に）を行います。この重み付けのステップで処理の分解能が決まる。
１サンプルクロック毎に上記の重み付け処理を実行し、各マイクの重み付けされた得点を加算して一定サンプル数で平均値化して合計点の小さい（大きい）マイク信号を発言者に対向したマイクロフォンと判定する。この結果をイメージ化したものが表５である。
【００９２】
【表５】

【００９３】
この例では一番合計点が小さいのはＭＩＣ１なので、マイク１方向に音源が有ると判定する。その結果を音源方向マイク番号という形で保持する。
上述したように、各マイクロフォン毎の周波数帯域のバンドパス・フィルタの出力レベルに重み付けを付けを実行し、各帯域バンドパス・フィルタの出力の、得点の小さい（または大きい）マイク信号順に順位をつけ、１位の順位が３つの帯域以上に有るマイク信号を発言者に対向したマイクロフォンと判定する。そして、マイク１方向に音源が有るとして、表６のような成績表を作成する。
【００９４】
【表６】

【００９５】
実際には部屋の特性により音の反射や定在波の影響で、必ずしもマイクロフォンＭＣ１の成績が全てのバンドパス・フィルタの出力で一番となるとは限らないが、５バンド中の過半数が１位であればマイク１方向に音源が有ると判定することができる。その結果を音源方向マイク番号という形で保持する。
【００９６】
各マイクの各帯域バンドパス・フィルタの出力レベルデータを下記表７に示した形態で合計し、レベルの大きいマイク信号を発言者に対向したマイクと判定し、その結果を音源方向マイク番号という形で保持する。
【００９７】
【表７】

【００９８】
発言者方向マイクの切り換えタイミング判定処理
ステップ２の発言開始判定結果により起動し、ステップ３の発言者方向の検出処理結果と過去の選択情報から新しい発言者マイクが検出された時、ステップ５のマイク信号の選択切り替え処理へマイク信号の切り換えコマンドを発効すると共に、マイクロフォン選択結果表示手段３０（発光ダイオードＬＥＤ１〜６）へ発言者マイクが切り替わったことを通知し、発言者に自分の発言に対し本双方向通話装置１が応答した事を知らせます。
【００９９】
反響の大きい部屋で、反射音や定在波の影響を除くため、マイクロフォンを切り換えてから一定時間（０．５秒）経過しないと、新しいマイク選択コマンドの発効は禁止する。
ステップ１のマイク信号レベル変換処理結果、および、ステップ３の発言者方向の検出処理結果から、マイク選択切り替えタイミングは２通りを準備する。
【０１００】
第１の方法：発言開始が明らかに判定できる時
選択されていたマイク方向からの発言が終了し新たに別の方向から発言があった場合。
この場合は、全てのマイク信号レベル（１）とマイク信号レベル（２）が発言終了閾値レベル以下になってからインターバル時間（０．５秒）以上経過してから発言が開始され、どれかのマイク信号レベル（１）が発言開始閾値レベル以上になった時発言が開始されたと判断し、音源方向マイク番号の情報を元に発言者方向に対向したマイクを集音マイクと決定し、ステップ５のマイク信号選択切り替え処理を開始する。
【０１０１】
第２の方法：発言継続中に新たに別の方向からより大きな声の発言があった場合。
この場合は発言開始（マイク信号レベル（１）が閾値レベル以上になった時）からインターバル時間（０．５秒）以上経過してから判定処理を開始する。
発言終了検出前に、３の処理からの音源方向マイク番号が変更になり、安定していると判定された場合音源方向マイク番号に相当するマイクに現在選択されている発言者よりも大声で発言している話者がいると判断し、その音源方向マイクをを集音マイクと決定し、ステップ５のマイク信号選択切り替え処理を起動する。
【０１０２】
検出された発言者に対向したマイク信号の選択切り替え処理
ステップ４の発言者方向マイクの切り換えタイミング判定処理からのコマンドで選択判定されたコマンドにより起動する。
マイク信号の選択切り替え処理は、図２１に図解したように、６回路の乗算器と６入力の加算器で構成する。マイク信号を選択する為には、選択したいマイク信号が接続されている乗算器のチャネルゲイン（チャネル利得：ＣＨ Ｇａｉｎ）を〔１〕に、その他の乗算器のＣＨ Ｇａｉｎを〔０〕とする事で、加算器には選択された（マイク信号×〔１］）の信号と（マイク信号×〔０］）の処理結果が加算されて希望のマイク選択信号が出力に得られる。
【０１０３】
上記の様にＣＨ Ｇａｉｎを［１］と［０］に切り換えると切り換えるマイク信号のレベル差によりクリック音が発生する可能性が有る。そこで、双方向通話装置１では、図２２に図解したように、ＣＨ Ｇａｉｎの変化を［１］から［０］へ、［０］から［１］へ変化するのに１０ｍ秒の時間で連続的に変化させてクロスするようにして、マイク信号のレベル差によるクリック音の発生を避けている。
【０１０４】
また、ＣＨ Ｇａｉｎの最大を［１］以外、たとえば［０．５］の様にセットする事で後段のエコーキャンセル処理への出力レベルの調整もできる。
【０１０５】
上述したように、本発明の第１実施の形態の双方向通話装置は、ノイズの影響を受けず、有効に会議などの双方向通話装置に適用できる。
もちろん、本発明の双方向通話装置は会議用に限定されることなく、種々の他の用途に適用できる。すなわち、本発明の双方向通話装置は、各通過帯域の群遅延特性を重視しなくても良い時通過帯域の電圧レベルの測定にも適している。したがって、たとえば、簡易スペクトラム・アナライザー、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を行う（ＦＦＴ的な）レベルメータ、グラフィクイコライザーなどのイコライザー処理結果の確認用レベル検出処理装置、カーステレオ、ラジカセ等のレベルメーターなどにも適用できる。
【０１０６】
【発明の効果】
本発明のマイクロフォン・スピーカ一体構成型・双方向通話装置（双方向通話装置）は構造面から下記の利点を有する。
（１）複数のマイクロフォンＭＣ１〜ＭＣ６と受話再生スピーカ１６との位置関係が一定であり、さらにその距離が非常に近いことで受話再生スピーカから出た音が会議室（部屋）環境を経て複数のマイクロフォンに戻ってくるレベルより直接戻ってくるレベルが圧倒的に大きく支配的である。そのために、受話再生スピーカから複数のマイクロフォンに音が到達する特性（信号レベル（強度）、周波数特性（ｆ特）、位相）がいつも同じである。つまり、双方向通話装置においてはいつも伝達関数が同じという利点がある。
【０１０７】
（２）それ故、マイクロフォンを切り替えた時の伝達関数の変化がなく、マイクロフォンを切り替える都度、マイクロフォン系の利得を調整をする必要がないという利点を有する。換言すれば、本双方向通話装置の製造時に一度調整をするとやり直す必要がないという利点がある。
【０１０８】
（３）上記と同じ理由でマイクロフォンを切り替えても、エコーキャンセラー（ＤＳＰ２６）が一つでよい。ＤＳＰは高価であり、種々の部材が搭載されて空きが少ないプリント基板にＤＳＰを配置するスペースも少なくてよい。
【０１０９】
（４）受話再生スピーカと複数のマイクロフォン間の伝達関数が一定であるため、±３ｄＢもあるマイクロフォン自体の感度差調整をユニット単独で出来るという利点がある。
【０１１０】
（４）双方向通話装置が搭載されるテーブルは、通常、円いテーブルを用いるが、双方向通話装置内の一つの受話再生スピーカで均等な品質の音声を全方位に均等に分散（閑散）するスピーカシステムが可能になった。
【０１１１】
（５）受話再生スピーカから出た音はテーブル面を伝達して（バウンダリ効果）会議参加者まで有効に能率良く均等に上質な音が届き、会議室の天井方向に対しては対向側の音と位相キャンセルされて小さな音になり、会議参加者に対して天井方向からの反射音が少なく、結果として参加者に明瞭な音が配給されるという利点がある。
【０１１２】
（６）受話再生スピーカから出た音は全てのマイクロフォンに同時に同じ音量で届くので発言者の音声なのか受話音声なのかの判断が容易になる。その結果、マイクロフォン選択処理の誤判別が減る。
【０１１３】
（７）偶数個のマイクロフォンを等間隔で配置したことで方向検出の為のレベル比較が容易に出来る。
【０１１４】
（８）ダンパー、マイクロフォン支持部材などにより、受話再生スピーカの音による振動が、マイクロフォンの集音に影響を低減することができる。
【０１１５】
（９）受話再生スピーカの音が直接、マイクロフォンには進入しない。したがって、この双方向通話装置においは受話再生スピーカからのノイズの影響が少ない。
【０１１６】
本発明のマイクロフォン・スピーカ一体構成型・双方向通話装置は信号処理面から下記の利点を有する。
（ａ）複数の単一指向性マイクを等間隔で放射状に配置して音源方向を検知可能とし、マイク信号を切り換えてＳ／Ｎの良い音、クリアな音を集音（収音）して、相手方に送信することができる。
（ｂ）周辺の発言者からの音声をＳ／Ｎ良く集音して、発言者に対向したマイクを自動選択できる。
（ｃ）本発明においては、マイク選択処理の方法として通過音声周波数帯域を分割し、それぞれの分割された周波数帯域事のレベルを比較する事で、信号分析を簡略化している。
（ｄ）本発明のマイク信号切り換え処理をＤＳＰの信号処理として実現し、複数の信号をすべてにクロス・フェード処理する事で切り換え時のクリック音を出さないようにしている。
（ｅ）マイク選択結果を、発光ダイオードなどのマイクロフォン選択結果表示手段、または、外部への通知処理することができる。したがって、たとえば、テレビカメラへの発言者位置情報として活用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は本発明のマイクロフォン・スピーカ一体構成型・双方向通話装置（双方向通話装置）が適用される１例しての会議システムの概要を示す図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）における双方向通話装置が載置される状態を示す図であり、図１（Ｃ）はテーブルに載置された双方向通話装置と会議参加者との配置を示す図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態のマイクロフォン・スピーカ一体構成型・双方向通話装置の斜視図である。
【図３】図３は図１に図解した双方向通話装置の内部断面図である。
【図４】図４は図１に図解した双方向通話装置の上部カバーを取り外したマイクロフォン・電子回路収容部の平面図である。
【図５】図５はマイクロフォン・電子回路収容部の主要回路の接続状態を示す図であり、第１のディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ１）および第２のディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ２）の接続の接続状態を示している。
【図６】図６は図４に図解したマイクロフォンの特性図である。
【図７】図７（Ａ）〜（Ｄ）は、図６に図解した特性を持つマイクロフォンの指向性を分析した結果を示すグラフである。
【図８】図８は、第１のディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ１）における全体処理内容の概要を示すグラフである。
【図９】図９は本発明におけるノイズ測定方法の第１形態を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は本発明におけるノイズ測定方法の第２形態を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は本発明におけるノイズ測定方法の第３形態を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は本発明におけるノイズ測定方法の第４形態を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は本発明におけるノイズ測定方法の第５形態を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は本発明の双方向通話装置内のフィルタリング処理を示す図面である。
【図１５】図１５は図１４の処理結果を示す周波数特性図である。
【図１６】図１６は本発明のバンドパス・フィルタリング処理とレベル変換処理を示すブロック図である。
【図１７】図１７は図１６の処理を示すフローチャートである。
【図１８】図１８は本発明の双方向通話装置における発言開始、終了を判定する処理を示すグラフである。
【図１９】図１９は本発明の双方向通話装置における通常処理の流れを示すグラフである。
【図２０】図２０は本発明の双方向通話装置における通常処理の流れを示すフローチャートである。
【図２１】図２１は本発明の双方向通話装置におけるマイクロフォン切り替え処理を図解したブロック図である。
【図２２】図２２は本発明の双方向通話装置におけるマイクロフォン切り替え処理の方法を図解したブロック図である。
【符号の説明】
１・・マイクロフォン・スピーカ一体構成型・双方向通話装置
（双方向通話装置）
１１・・上部カバー
１２・・音反射板
１２ａ・・音反射面、１２ｂ・・拘束部材固定部
１３・・連結部材
１４・・スピーカ収容部
１４ａ・・音反射面、１４ｂ・・底面
１４ｃ・・上面１４ｂ、１４ｄ・・内腔
１４ｅ・・拘束部材・下部固定部
１４ｆ・・拘束部材・貫通部
１５・・操作部
１６・・受話再生スピーカ
１７・・拘束部材
１８・・ダンパー
２・・マイクロフォン・電子回路収容部
２１・・プリント基板
ＭＣ１〜ＭＣ・・マイクロフォン
２２・・マイクロフォン支持部材
２２ａ・・第１のマイク支持部材
２２ｂ・・第２のマイク支持部材
２１・・プリント基板
２３・・マイクロプロセッサ、２４・・コーデック
２５・・第１のディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ１）
２６・・第２のディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ２）
２７・・Ａ／Ｄ変換器ブロック
２８・・Ｄ／Ａ変換器ブロック
２９・・増幅器ブロック
３０・・マイクロフォン選択結果表示手段
ＬＥＤ１〜６・・発光ダイオード

Claims (6)

1. スピーカと、
   スピーカ収容部と、
   音反射板と、
   少なくとも１対のマイクロフォンと、
   前記少なくとも１対のマイクロフォンの集音信号を信号処理して、前記スピーカから出力すべき集音信号を集音したマイクロフォンを選択する、第１の信号処理手段と、
   前記選択されたマイクロフォンの集音信号を信号処理して前記スピーカに出力する、第２の信号処理手段と、
   前記選択されたマイクロフォンを表示する表示手段と、
   プリント基板と、
   連結部材と、
   拘束部材と
   を具備し、
   前記スピーカ収容部は、
   底面と、
   該底面に接続され、前記底面から見てゆるやかな凸面の形状をした音反射面と
   を有し、
   前記底面と前記凸状に湾曲した形状の音反射面とにより内腔が規定され、
   前記凸状に湾曲した音反射面の中央部が開口されて音出力開口部が形成されており、
   前記スピーカは、当該スピーカの音出力部が前記音出力開口部を臨むように、前記内腔に収容されており、
   前記音反射板は、
   前記スピーカ収容部の底面から見て凹状に湾曲している急峻な断面形状を持つ、中央湾曲部と、
   該中央湾曲部と連続して前記中央湾曲部の周囲に延び、前記スピーカ収容部の底面から見てゆるかな凸面の形状を持つ、中間凸面部と、
   該中間凸面部と連続して前記中間凸面部の周囲に延び、前記底面スピーカ収容部に対して凸状に湾曲している端部と
   を有し、
   前記連結部材は、内部に穴が形成されており、前記音反射板の前記中間凸面部と前記スピーカ収容部の前記音反射面とを対向した状態で連結し、それにより、前記音反射板の前記中央湾曲部の先端が前記スピーカ収容部の前記音出力開口部の中央と対向する位置に配置され、対向する前記音反射板の前記中間凸面部と前記スピーカ収容部の前記音反射面とで前記中間凸面部と前記音反射面とのゆるやかな凸面の間に形成される徐々に広がる、音出力空間を規定し、
   前記拘束部材は、前記スピーカ収容部の前記音反射面を構成し前記底面と対向する上面部分を拘束させずに、前記連結部材の穴内を貫通して、前記スピーカ収容部の前記底面と前記音反射板の前記中間凸面部と拘束し、
   前記プリント基板は、前記スピーカ収容部の前記音反射面とは反対側の、前記音反射板の前記凸状に湾曲している端部にダンパーを介して固定されており、
   前記少なくとも１対のマイクロフォンは、前記プリント基板に、マイク支持部材を介して揺動自在に、平面的に対向して、支持されており、
   前記第１および第２の信号処理手段は前記プリント基板に搭載されており、
   前記スピーカから出力された音が、前記音反射板の前記凹状に湾曲している急峻な断面形状を持つ中央湾曲部によって、前記対向する前記音反射板の前記中間凸面部と前記スピーカ収容部の前記音反射面とで規定された音出力空間に導かれ、当該音出力空間から全方位に拡散される、
   マイクロフォン・スピーカ一体構成型・双方向通話装置。
2. 前記第１の信号処理手段は、
   前記１対のマイクロフォンの集音信号を入力して、信号レベルが最も高い音を検出したマイクロフォンを選択して、その集音信号を送出し、
   前記選択したマイクロフォンを示す前記表示手段を表示させる、
   請求項１記載の双方向通話装置。
3. 前記表示手段は発光ダイオードであり、
   前記発光ダイオードは、前記プリント基板に前記マイクロフォンが装着された位置に対応して、前記プリント基板に配置されている、
   請求項２記載の双方向通話装置。
4. 前記第１の信号処理手段は、
   事前に当該双方向通話装置が設置される環境のノイズを測定しておき、
   前記マイクロフォンの選択のとき、前記マイクロフォンの集音信号から前記測定したノイズ成分を除去する、
   請求項２記載の双方向通話装置。
5. 前記第１の信号処理手段は、前記１対のマイクロフォンの集音信号の信号差を参照して、前記音声の最も高い集音信号を示すマイクロフォンを選択する、
   請求項２記載の双方向通話装置。
6. 前記第１の信号処理手段は、前記マイクロフォンの選択の際、各マイクロフォンの集音信号を帯域分離し、レベル変換して、前記選択するマイクロフォンを決定する、
   請求項２記載の双方向通話装置。

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