JP4862941B2 - 電子機器および音響処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、スピーカを備えた携帯電話端末などの電子機器において、スピーカの動的インピーダンスまたは動的アドミタンスを計測してスピーカの音孔の遮蔽状態を検知し、スピーカを鳴動させる音声信号のゲインもしくは周波数特性を変化させることにより、常にユーザが使用する際に必要な音圧を提供する電子機器および音響処理方法に関するものである。

携帯電話端末やゲーム機などの電子機器には、音を鳴動させるためのスピーカを具備したものが多くある。それらの電子機器筐体には当然ながら、スピーカの音を外部に放射するための音孔が具備されている。
このような電子機器においては、ユーザーの使用状況によって筐体の音孔が塞がれることがある。音孔が塞がれた場合、スピーカの鳴動音の音圧の全体的なレベル、音圧周波数特性を維持することができなくなる。

図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に電子機器の１例として、ディスプレイ側の背面にスピーカ及びスピーカ音孔を備えた折りたたみ式の携帯電話端末を示す。図１３（Ａ）は携帯電話端末を開いた状態の背面を示しており、図１３（Ｂ）は携帯電話端末を閉じた状態を示している。携帯電話端末５の筐体の背面には、スピーカ音孔１が設けられている。スピーカ２は、スピーカ音孔１から音を放射するように筐体内部に実装されている。携帯電話端末５の筐体の表側には、ディスプレイ３と操作キー４とが配置されている。

図１４に、図１３で示した携帯電話端末５が机６の上にスピーカ面を下にして設置された場合を示す。図１４に示すとおり、筐体のスピーカ音孔１が机６に接しており、スピーカ音孔１が塞がれてしまうためにスピーカ２からの放射音は全体のレベルが大幅に低下するか、もしくは音孔面積が実効的に大幅に減少してしまうためにスピーカ２からの高音が低下してしまう。例えば、図１４に示した状態で、携帯電話端末５に着信が入り、スピーカ２から着信音が出力された場合、上記のとおりスピーカ２からの鳴動音の音圧全体が低下するか、高音が低下してしまうために、ユーザーの聴感上、音量が低下して、ユーザが着信に気づかない等の問題が起こる可能性があった。

そこで、スピーカの遮蔽の程度を表すパラメータを測定して、スピーカが生成しなければならない音のレベルを決定する移動無線端末が提案されている（特許文献１参照）。図１５は特許文献１に開示された移動無線端末の構成を示すブロック図である。特許文献１に開示された移動無線端末では、スピーカ１００のインピーダンスを表す内部抵抗１０１の値を測定回路１０２で測定し、スピーカ１００がユーザの耳で遮蔽されているときのスピーカ１００のインピーダンス値Ｓ０と測定回路１０２で測定したインピーダンス値とを比較器回路１０３で比較し、この比較結果に従って、スピーカ１００が送る音のレベルを調節回路１０４で調節するようにしていた。

特表２００１−５２３４３３号公報

特許文献１によれば、スピーカの遮蔽の程度に従って、スピーカから出力される音のレベルを調節できるとしている。特許文献１では、このスピーカの遮蔽の程度を表すパラメータとしてスピーカのインピーダンスを測定している。しかしながら、周知のとおりインピーダンスは、実部（レジスタンス）と虚部（リアクタンス）を持つ複素数であり、周波数に依存する。したがって、スピーカが開放された状態から遮蔽された状態に変わっても、周波数によってはスピーカのインピーダンスが全く変動しないかあるいは僅かしか変動しない場合があり、このような場合にはスピーカの遮蔽の程度を検出することはできない。以上のように、特許文献１に開示された移動無線端末では、スピーカのインピーダンスの具体的な測定項目が定められていないため、スピーカが塞がれていることを検出できない可能性があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、スピーカの音孔が塞がれていることを確実に検出し、スピーカの音孔の状況によらず、ユーザに一定の音量が聞こえるように制御することができる電子機器および音響処理方法を提供することを目的とする。

本発明の電子機器は、スピーカの動的インピーダンス特性として、共振周波数、象限周波数、レジスタンスの極大値、リアクタンスの極大値、またはＱ値のうち少なくとも１つを計測し、この動的インピーダンス特性に基づいて前記スピーカの音孔が塞がれているかどうかを判定する計測・判定手段と、前記スピーカの音孔が塞がれていると判定された場合に、前記計測・判定手段によって計測された動的インピーダンスの変化量に応じて、前記スピーカに供給される音声信号のゲインを増加させる制御手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の電子機器は、スピーカの動的アドミタンス特性として、共振周波数、象限周波数、コンダクタンスの極小値、サセプタンスの極大値、またはＱ値のうち少なくとも１つを計測し、この動的アドミタンス特性に基づいて前記スピーカの音孔が塞がれているかどうかを判定する計測・判定手段と、前記スピーカの音孔が塞がれていると判定された場合に、前記計測・判定手段によって計測された動的アドミタンスの変化量に応じて、前記スピーカに供給される音声信号のゲインを増加させる制御手段とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の電子機器の音響処理方法は、スピーカの動的インピーダンス特性として、共振周波数、象限周波数、レジスタンスの極大値、リアクタンスの極大値、またはＱ値のうち少なくとも１つを計測し、この動的インピーダンス特性に基づいて前記スピーカの音孔が塞がれているかどうかを判定する計測・判定ステップと、前記スピーカの音孔が塞がれていると判定された場合に、前記計測・判定ステップによって計測した動的インピーダンスの変化量に応じて、前記スピーカに供給される音声信号のゲインを増加させる制御ステップとを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の電子機器の音響処理方法は、スピーカの動的アドミタンス特性として、共振周波数、象限周波数、コンダクタンスの極小値、サセプタンスの極大値、またはＱ値のうち少なくとも１つを計測し、この動的アドミタンス特性に基づいて前記スピーカの音孔が塞がれているかどうかを判定する計測・判定ステップと、前記スピーカの音孔が塞がれていると判定された場合に、前記計測・判定ステップによって計測した動的アドミタンスの変化量に応じて、前記スピーカに供給される音声信号のゲインを増加させる制御ステップとを備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、スピーカの動的インピーダンス特性として、共振周波数、象限周波数、レジスタンスの極大値、リアクタンスの極大値、またはＱ値のうち少なくとも１つを計測し、この動的インピーダンス特性に基づいてスピーカの音孔が塞がれているかどうかを判定し、スピーカの音孔が塞がれている場合には、動的インピーダンスの変化量に応じて、スピーカに供給される音声信号のゲインを増加させることにより、スピーカの音孔の状況によらず、ユーザに一定の音量が聞こえるように制御することができる。

また、本発明では、スピーカの動的アドミタンス特性として、共振周波数、象限周波数、コンダクタンスの極小値、サセプタンスの極大値、またはＱ値のうち少なくとも１つを計測し、この動的アドミタンス特性に基づいてスピーカの音孔が塞がれているかどうかを判定し、スピーカの音孔が塞がれている場合には、動的アドミタンスの変化量に応じて、スピーカに供給される音声信号のゲインを増加させることにより、スピーカの音孔の状況によらず、ユーザに一定の音量が聞こえるように制御することができる。

動電型スピーカの電気的および機械的な等価回路を示す図である。 動電型スピーカの音響等価回路を示す図である。 動電型スピーカの電気系と機械系を統合した等価回路を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る携帯電話端末のオーディオ回路の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る計測・判定部の構成を示すブロック図である。 動電型スピーカの音孔が開放されている場合と塞がれている場合の動電型スピーカのレジスタンスの変化の実測例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る携帯電話端末のオーディオ回路の信号処理フローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る携帯電話端末のオーディオ回路の構成を示すブロック図である。 動電型スピーカの音孔が開放されている場合と塞がれている場合の動電型スピーカのリアクタンスの変化の実測例を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係る携帯電話端末のオーディオ回路の信号処理フローチャートである。 本発明の第４の実施の形態に係るＤＳＰのゲイン周波数特性を示す図である。 圧電型スピーカの等価回路を示す図である。 電子機器の１例である携帯電話端末の外観図である。 携帯電話端末が机の上にスピーカ面を下にして設置された場合を示す図である。 従来の移動無線端末の構成を示すブロック図である。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態では、スピーカの遮蔽の程度をスピーカの動インピーダンスに基づいて検知し、スピーカの遮蔽の程度に応じてスピーカを鳴動させる音声信号を調整する。
図１に動電型スピーカの電気的および機械的な等価回路を示す。スピーカのインピーダンスは、静インピーダンスと動インピーダンスからなっている。動電型スピーカは、ボイスコイルと永久磁石とヨークとからなる磁気回路を有するため、動電型スピーカの静インピーダンスは、レジスタンス（純抵抗）とリアクタンスとからなっている。

ボイスコイルのレジスタンスをＲ_S［Ｏｈｍ］、ボイスコイルの自己インダクタンスをＬ_S［Ｈ］、電気信号の各周波数をω［ｒａｄ／ｓ］とすると、動電型スピーカのトータルの静インピーダンスＺ_staticは下記の式で与えられる。
Ｚ_static＝Ｒ_S＋ｊωＬ_S［Ｏｈｍ］ ・・・（１）

一方、動インピーダンスとは、式（１）に示した電気的、静的なインピーダンスではなく、本来はボイスコイルとそれに連結される振動板およびスピーカ全体とが機械的振動することに起因して発生する機械的インピーダンスである。動インピーダンスは、電気−機械結合により電気的インピーダンスに変換されることにより、静インピーダンスＺ_staticに電気的に加算される。この動インピーダンスＺ_machineは、機械抵抗ｒ_m、質量ｍ、機械コンプライアンスＣ_mを用いて、下記のように表される。

図１は、上記式（１）、式（２）により表される電気回路および機械回路を示したものである。図１では、電気→機械変換をトランス１０００で表している。図１において、Ｅ［Ｏｈｍ］はスピーカに対する入力電圧、Ｉ［Ａ］はスピーカのボイスコイルに流れる電流、Ｖ［ｍ／ｓ］はボイスコイルの振動速度である。Ａは電気機械変換率であり、動電型スピーカについては、永久磁石による、ボイスコイルを貫く磁束密度をＢ［Ｔ］、ボイスコイルの全長をｌ［ｍ］とすると、次式が成立する。
Ａ＝Ｂｌ ・・・（３）

整理のため上記のとおり、静インピーダンスＺ_static、入力電圧Ｅ、電流Ｉ、振動速度Ｖ、電気機械変換率Ａをトランス１０００の一次側（図１左側）について電圧の平衡式にまとめると次式のとおりとなる。
Ｅ＝Ｚ_staticＩ＋ＡＶ ・・・（４）

加えて、機械回路については、図１のトランス１０００の二次側（図１右側）で示すように、ボイスコイル駆動系の質量は誘導性要素として記述することができ、摩擦などの損失は抵抗として記述することができ、バネ性（コンプライアンス）は容量性要素として記述することができる。この誘導性要素をＬ_m［Ｏｈｍ］、抵抗をＲ_m［Ｏｈｍ］、容量性要素をＣ_m［Ｆ］とする。

また、これら機械的要素に加えて音響負荷が加わるが、この音響負荷をＺ_acousticと表し、スピーカ振動板の面積をＳとする。
音響インピーダンスと機械インピーダンスの変換は面積Ｓの２乗を変換係数として変換されるので、図１のように機械回路として記述した場合、音響負荷はＳ²Ｚ_acoustic［Ｏｈｍ］となる。
ここで、図１のトランス１０００の２次側について平衡式を書くと、次式のようになる。

音響負荷Ｚ_acoustic［Ｏｈｍ］の詳細について、図２に記載する。スピーカ振動板が発する圧力をＰ、スピーカから排出される空気の体積速度をＵ、スピーカ背面の背気室容積をＣ_ab［Ｆ］、スピーカ前面の前気室容積をＣ_af［Ｆ］、スピーカ音孔による音響インナータンスをＬ_af［Ｈ］、空気粘性をＲ_af［Ｏｈｍ］、スピーカ音孔の放射インピーダンスをＺ_airとする。この放射インピーダンスＺ_airは下記のとおり表される。

式（６）において、ａはスピーカの振動板半径、Ｊ₁（ｘ）は第１種ベッセル（Bessel）関数、Ｋ₁（ｘ）はシュトルーベ（Struve）関数、ρは空気質量密度、ｃは音速、ｋは波数（ｋ＝２π／波長）である。
放射インピーダンスＺ_airに流れる空気の体積速度を回路的に表現してＵ_outとすると、この体積速度Ｕ_outが大きくなれば、スピーカから大きな音響エネルギーが放射されることになり、当然ながら人間の耳に感じる音量（感覚量）に比例する音圧も大きくなる。

図２に示した音響等価回路の平衡式は、以下のとおりとなる。
Ｐ＝（Ｕ−Ｕ_out）・Ｃ_af＋Ｕ・Ｃ_ab
Ｐ＝Ｕ_out・（ｊωＬ_af＋Ｒ_af＋Ｚ_air）＋Ｕ・Ｃ_ab ・・・（７）

なお、動電型スピーカはボイスコイルに流れる電流に駆動力が比例する音響デバイスであるので、力−電流対応による等価回路の整理が適している。スピーカの電気系と機械系とを統合した等価回路は、双対回路を用いて、最終的には図３のように表すことができる。
図１、図２および式（１）〜式（７）により、電気系、機械系、音響系はすべて連結しており、電気系、機械系、音響系のすべてを電気的回路に繰り込んだ結果が式（８）となる。

音響素子の変化は音響負荷Ｚ_acousticの変化となるが、電気系、機械系、音響系はすべて連結しているため、音響素子の変化は電気的インピーダンスの動的成分の変化として現れることが式（８）によって示されている。
以上のことから、携帯電話端末などの電子機器において、スピーカの電気的インピーダンスを観測することにより、スピーカ音孔が塞がれているなどの周囲状況を判断することができる。

図４は本実施の形態に係る携帯電話端末のオーディオ回路の構成を示すブロック図である。オーディオ回路は、スピーカを鳴動させる音響信号を発する信号源７と、イコライザ、コンプレッサ、サラウンド処理など音響信号処理を行うＤＳＰ（Digita1 signa1 processor）８と、ＤＳＰ８から出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ９と、Ｄ／Ａコンバータ９から出力されるアナログ信号を増幅するオーディオアンプ１０と、スピーカ１１と、スピーカ１１の動的インピーダンス特性または動的アドミタンス特性を計測し、スピーカ１１の音孔が塞がれているかどうかを判定する計測・判定部１２とを有する。計測・判定部１２を除いたものが、従来の電子機器のオーディオ回路である。

計測・判定部１２は、スピーカ１１のインピーダンスまたはアドミタンスを計測し、スピーカ１１の音孔が通常どおり開放されているか塞がれているかを判断し、スピーカ１１の音孔が塞がれたことを検知すると、ＤＳＰ８に対して検知信号を出力する。図５は計測・判定部１２の構成を示すブロック図である。計測・判定部１２は、スピーカ１１の動的インピーダンス特性または動的アドミタンス特性を計測する特性計測部１２０と、計測した動的インピーダンス特性または動的アドミタンス特性に基づいてスピーカ１１の音孔が塞がれているかどうかを判定して検知信号を出力する判定部１２１と、計測した動的インピーダンス特性または動的アドミタンス特性からスピーカ１１の動的インピーダンスの変化量または動的アドミタンスの変化量を求める変化量導出部１２２とを有する。

制御手段となるＤＳＰ８は、計測・判定部１２から検知信号が出力されると、スピーカ１１の音孔が塞がれていると判断し、インピーダンス変化量またはアドミタンス変化量に応じて予め規定された量だけ音響信号のゲインを増加させる処理を行う。

図６に、動電型のスピーカ１１の音孔が通常どおり開放されている場合と机等で塞がれている場合のスピーカ１１の電気的レジスタンスの変化の実測例を示す。図６において、１６はスピーカ１１の音孔が通常どおり開放されている場合のレジスタンスを示し、１７はスピーカ１１の音孔が塞がれている場合のレジスタンスを示している。図６の例においては、スピーカ１１の音孔が通常どおり開放されている場合には、スピーカ１１の一次共振周波数ｆ０は１１５０Ｈｚ付近であるが、スピーカ１１の音孔が塞がれた場合においては、一次共振周波数ｆ０が１０００Ｈｚ程度まで低下している。また、スピーカ１１の音孔が塞がれた場合、Ｑ（共振鋭度）値の低下が起こっていることが分かる。

また、スピーカ１１の音孔が通常どおり開放されている場合には、共振ピークでのレジスタンス値が６．６Ω程度あるのに対し、スピーカ１１の音孔が塞がれた場合には、６．５Ω以下に低下している。この共振ピークでのレジスタンス値の低下は、図２に示した音響等価回路において、実効的な音孔面積が減少したことにより、音響イナータンスＬ_af、空気摩擦Ｒ_afが増加したことが主要因である。また、このレジスタンス値の低下には、式（６）にて規定される放射インピーダンスＺ_airの変化も幾分か寄与している。

したがって、音孔が塞がれているかどうかを検知するためのスピーカ１１のインピーダンス変化としては、レジスタンスの一次共振周波数、レジスタンスの極大値（共振ピーク値）、一次共振Ｑ値、その他高次共振における同様の情報を利用することができる。すなわち、動電型のスピーカ１１の場合には、計測・判定部１２は、スピーカ１１のレジスタンス特性を計測して共振周波数を所定の共振周波数閾値と比較し、共振周波数が所定の共振周波数閾値より低い場合には、スピーカ１１の音孔が塞がれていると判定することができる。

また、計測・判定部１２は、スピーカ１１のレジスタンス特性を計測してレジスタンスの極大値を所定のレジスタンス閾値と比較し、レジスタンスの極大値がレジスタンス閾値より低い場合には、スピーカ１１の音孔が塞がれていると判定するようにしてもよい。また、計測・判定部１２は、スピーカ１１のレジスタンス特性を計測してＱ値を求め、Ｑ値を所定のＱ閾値と比較して、Ｑ値がＱ閾値より低い場合には、スピーカ１１の音孔が塞がれていると判定するようにしてもよい。

なお、スピーカ１１の静インピーダンス（図６の例では５．８Ω程度）のばらつき、および動インピーダンスのばらつきを、予め計測しておき、計測・判定部１２に予め設定する閾値の決定の際にこれらのばらつきを考慮して閾値を決定するようにしてもよい。

図７に、本実施の形態に係る携帯電話端末のオーディオ回路の信号処理フローチャートを示す。まず、例えば携帯電話端末に着信があった場合、スピーカ鳴動シーケンスが開始される（図７ステップＳ１００）。ただし、この時点ではまだスピーカ１１への信号送出は行わない。このステップＳ１００は、以降のインピーダンス測定も含めたシーケンスの開始を示すものである。スピーカ鳴動シーケンスが開始される場合としては、上記のように携帯電話端末に着信があって着信音を鳴動させる場合や、ゲーム、テレビ視聴、音楽再生あるいは動画再生等において音声を出力する場合、ハンズフリー通話での音声鳴動などの場合がある。

スピーカ鳴動シーケンスが開始された場合、計測・判定部１２は、スピーカ１１のインピーダンス特性を計測し、スピーカ１１の音孔が塞がれているかどうかを判定する（ステップＳ１０１）。本実施の形態では、スピーカ１１のインピーダンス特性の例として、レジスタンス特性を計測する。スピーカ１１の音孔が塞がれているかどうかの判定方法は、上記の説明のとおりである。

ＤＳＰ８は、計測・判定部１２から検知信号が出力されない場合、スピーカ１１の音孔が通常どおり開放されていると判断し、通常どおりのイコライザパラメータ、コンプレッサパラメータおよびゲイン設定パラメータによって音響信号処理を行う。Ｄ／Ａコンバータ９は、ＤＳＰ８から出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換し、オーディオアンプ１０は、スピーカ１１を駆動する。こうして、スピーカ１１の鳴動が開始される（ステップＳ１０２）。

また、ＤＳＰ８は、計測・判定部１２から検知信号が出力された場合、スピーカ１１の音孔が塞がれていると判断する。ＤＳＰ８には、スピーカ１１の動的インピーダンスの変化量（具体的には、共振周波数閾値と共振周波数との差、レジスタンス閾値とレジスタンスの極大値との差、あるいはＱ閾値とＱ値との差）に応じて信号ゲインを増加させるイコライザパラメータ、コンプレッサパラメータおよびゲイン設定パラメータが予め設定されている。

ＤＳＰ８は、計測・判定部１２から検知信号が出力された場合、計測・判定部１２によって計測された動的インピーダンスの変化量に応じたイコライザパラメータ、コンプレッサパラメータおよびゲイン設定パラメータによって音響信号処理を行う。通常時と同様に、Ｄ／Ａコンバータ９は、ＤＳＰ８から出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換し、オーディオアンプ１０は、スピーカ１１を駆動する。こうして、スピーカ１１の動的インピーダンスの変化量に応じて信号ゲインを増加させたパラメータによってスピーカ１１の鳴動が開始される（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０１〜Ｓ１０３の処理は、スピーカ１１の鳴動が必要な限り、一定時間（例えば計測・判定部１２のクロック周期もしくは携帯電話端末全体のクロック周期）毎に実施される。したがって、スピーカ１１の鳴動中に音孔の遮蔽状態に変化が起こった場合にも必要に応じて対応することができる。
スピーカ１１の鳴動が必要なくなった時点で（ステップＳ１０４においてＹＥＳ）、スピーカ鳴動シーケンスが終了する。

以上のように、本実施の形態では、スピーカ１１の動的インピーダンスを定期的に計測し、この動的インピーダンスに基づいてスピーカ１１の音孔が開放されているか机などの物体によって塞がれているかを判断し、スピーカ１１の音孔が塞がれている場合にはイコライザ、コンプレッサ、サラウンド処理などの音響信号処理を行うＤＳＰ８に通知し、ＤＳＰ８が動的インピーダンスの変化量に応じて信号ゲインを増加させたパラメータを用いることにより、スピーカ１１の音孔の状況によらず、ユーザに一定の音量が聞こえるように制御することができる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図８は本発明の第２の実施の形態に係る携帯電話端末のオーディオ回路の構成を示すブロック図であり、図４と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態のオーディオ回路は、第１の実施の形態に対して、デジタルゲイン制御部１３と、アナログゲイン制御部１４とを追加したものである。

第１の実施の形態では、スピーカ１１の動的インピーダンスの変化量に応じてＤＳＰ８により信号ゲインを制御していたが、本実施の形態では、ＤＳＰ８以外においても信号ゲインの制御を行うようにしている。
すなわち、デジタルゲイン制御部１３は、計測・判定部１２から検知信号が出力された場合、計測・判定部１２によって計測された動的インピーダンスの変化量に応じて、ＤＳＰ８から出力されたデジタル信号のゲインを増加させる。

Ｄ／Ａコンバータ９は、計測・判定部１２から検知信号が出力された場合、計測・判定部１２によって計測された動的インピーダンスの変化量に応じてゲインを増加させたアナログ信号を出力する。
アナログゲイン制御部１４は、計測・判定部１２から検知信号が出力された場合、計測・判定部１２によって計測された動的インピーダンスの変化量に応じて、Ｄ／Ａコンバータ９から出力されたアナログ信号のゲインを増加させる。

オーディオアンプ１０は、計測・判定部１２から検知信号が出力された場合、計測・判定部１２によって計測された動的インピーダンスの変化量に応じて、アナログゲイン調整部１４から出力されたアナログ信号のゲインを増加させる。
こうして、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、信号ゲインの制御は、ＤＳＰ８、Ｄ／Ａコンバータ９、オーディオアンプ１０、デジタルゲイン制御部１３およびアナログゲイン制御部１４の全てで行ってもよいし、いずれか１つで行ってもよいことは言うまでもない。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。第１、第２の実施の形態では、スピーカのインピーダンス特性としてレジスタンス特性を計測し、このレジスタンス特性に基づいてスピーカの音孔が塞がれているかどうかを判定しているが、これに限るものではなく、スピーカのインピーダンス特性としてリアクタンス特性を計測するようにしてもよい。本実施の形態においても、携帯電話端末のオーディオ回路の構成は第１、第２の実施の形態と同様であるので、図４、図８の符号を用いて説明する。

図９に、動電型のスピーカ１１の音孔が通常どおり開放されている場合と机等で塞がれている場合のスピーカ１１のリアクタンスの変化の実測例を示す。図９において、２３はスピーカ１１の音孔が通常どおり開放されている場合のリアクタンスを示し、２４はスピーカ１１の音孔が塞がれている場合のリアクタンスを示している。

図９の例においては、スピーカ１１の音孔が通常どおり開放されている場合には、スピーカ１１の一次共振周波数ｆ０は１１５０Ｈｚ付近であるが、スピーカ１１の音孔が塞がれた場合においては、一次共振周波数ｆ０が１０００Ｈｚ程度まで低下している。また、スピーカ１１の音孔が通常どおり開放されている場合には、象限周波数ｆ１は９５０Ｈｚ付近であるが、スピーカ１１の音孔が塞がれた場合には、象限周波数ｆ１が８００Ｈｚ程度まで低下している。同様に、スピーカ１１の音孔が通常どおり開放されている場合には、象限周波数ｆ２は１４００Ｈｚ付近であるが、スピーカ１１の音孔が塞がれた場合には、象限周波数ｆ１が１２００Ｈｚ程度まで低下している。

また、スピーカ１１の音孔が通常どおり開放されている場合には、リアクタンスの極大値が０．３５Ω程度あるのに対し、スピーカ１１の音孔が塞がれた場合には、Ｑ値の低下によりリアクタンスの極大値が０．２５Ω程度に低下している。

計測・判定部１２は、スピーカ１１のリアクタンス特性を計測して共振周波数を所定の共振周波数閾値と比較し、共振周波数が所定の共振周波数閾値より低い場合には、スピーカ１１の音孔が塞がれていると判定することができる。また、計測・判定部１２は、スピーカ１１のリアクタンス特性を計測して象限周波数を所定の象限周波数閾値と比較し、象限周波数が所定の象限周波数閾値より低い場合には、スピーカ１１の音孔が塞がれていると判定するようしてもよい。また、計測・判定部１２は、スピーカ１１のリアクタンス特性を計測してリアクタンスの極大値を所定のリアクタンス閾値と比較し、リアクタンスの極大値がリアクタンス閾値より低い場合には、スピーカ１１の音孔が塞がれていると判定するようにしてもよい。

ＤＳＰ８は、計測・判定部１２から検知信号が出力された場合、スピーカ１１の音孔が塞がれていると判断する。ＤＳＰ８には、スピーカ１１の動的インピーダンスの変化量（本実施の形態では、共振周波数閾値と共振周波数との差、象限周波数閾値と象限周波数との差、あるいはリアクタンス閾値とリアクタンスの極大値との差）に応じて信号ゲインを増加させるイコライザパラメータ、コンプレッサパラメータおよびゲイン設定パラメータが予め設定されている。ＤＳＰ８は、計測・判定部１２から検知信号が出力された場合、計測・判定部１２によって計測された動的インピーダンスの変化量に応じたイコライザパラメータ、コンプレッサパラメータおよびゲイン設定パラメータによって音響信号処理を行う。

オーディオ回路の他の構成の動作は第１、第２の実施の形態と同じである。こうして、本実施の形態においても、第１、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。第１〜第３の実施の形態では、スピーカの動的インピーダンスの変化量に応じて信号ゲインを増加させるようにしているが、信号ゲインの増加に加えて音声の周波数特性も変化させるようにしてもよい。本実施の形態においても、携帯電話端末のオーディオ回路の構成は第１〜第３の実施の形態と同様であるので、図４、図８の符号を用いて説明する。

図１０に、本実施の形態に係る携帯電話端末のオーディオ回路の信号処理フローチャートを示す。ステップＳ１００〜Ｓ１０２，Ｓ１０４の処理は第１の実施の形態と同じである。ＤＳＰ８には、スピーカ１１の動的インピーダンスの変化量に応じて信号ゲインを増加させ且つ周波数特性を変化させるイコライザパラメータ、コンプレッサパラメータおよびゲイン設定パラメータが予め設定されている。ＤＳＰ８は、計測・判定部１２から検知信号が出力された場合、計測・判定部１２によって計測された動的インピーダンスの変化量に応じたイコライザパラメータ、コンプレッサパラメータおよびゲイン設定パラメータによって音響信号処理を行う（図１０ステップＳ１０５）。

図１１に本実施の形態のＤＳＰ８のゲイン周波数特性を示す。図１１において、２５はスピーカ１１の音孔が通常通り開放されているときのＤＳＰ８のゲイン周波数特性を示している。ここでは、記載を簡単にするため、フラットなゲイン周波数特性にしている。２６はスピーカ１１の音孔が塞がれているときの第１〜第３の実施の形態のＤＳＰ８のゲイン周波数特性を示している。一方、２７はスピーカ１１の音孔が塞がれているときの本実施の形態のＤＳＰ８のゲイン周波数特性を示している。ゲイン周波数特性２７は、小型電子機器に搭載されるスピーカの音圧が出やすいｆ０（≒１ｋＨ）からゲインを向上させるように設定されている。

机などによってスピーカ１１の音孔が塞がれた場合、図２に記載するとおり音響インナータンスをＬ_afが増すことにより、高域から放射音圧の低下が起こる、したがって、その観点からも図１１に示したゲイン周波数特性２７のように高域を中心にゲインを増加させることは有意義である。
以上のように、本実施の形態では、スピーカの動的インピーダンスの変化量に応じて、信号ゲインの増加に加えて音声の周波数特性も変化させることにより、スピーカ１１の音孔の状況によらず、ユーザが聞き取り易い音声を出力することができる。

なお、本実施の形態では、ＤＳＰ８の処理についてのみ説明しているが、これに限るものではなく、Ｄ／Ａコンバータ９、オーディオアンプ１０、デジタルゲイン制御部１３、アナログゲイン制御部１４においてＤＳＰ８と同様の処理を行うことも可能である。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。第１〜第４の実施の形態では、動電型スピーカの場合について説明したが、本発明は圧電型スピーカにも適用可能である。ただし、圧電型スピーカは、力−電圧対応の音響デバイスであるから、圧電型スピーカの電気系、機械系、音響系のすべてを統合した等価回路は図１２のようになることに注意しなければならない。

圧電型スピーカの場合、放射インピーダンスＺ_airに流れる空気の体積速度を回路的に表現してＵ_outとすると、この体積速度Ｕ_outは電気回路の電流に比例するため、インピーダンスではなくアドミタンスの検知による処理の方が簡単となる。
本実施の形態においても、携帯電話端末のオーディオ回路の構成は第１〜第４の実施の形態と同様であるので、図４、図８の符号を用いて説明する。本実施の形態の計測・判定部１２は、圧電型のスピーカ１１のアドミタンス特性を計測し、スピーカ１１の音孔が通常どおり開放されているか塞がれているかを判断する。

圧電型のスピーカ１１のアドミタンス特性としてコンダクタンス特性を計測する場合には、以下のようにすればよい。すなわち、計測・判定部１２は、スピーカ１１のコンダクタンス特性を計測して共振周波数を所定の共振周波数閾値と比較し、共振周波数が所定の共振周波数閾値より低い場合には、スピーカ１１の音孔が塞がれていると判定することができる。また、計測・判定部１２は、スピーカ１１のコンダクタンス特性を計測してコンダクタンスの極小値を所定のコンダクタンス閾値と比較し、コンダクタンスの極小値がコンダクタンス閾値より高い場合には、スピーカ１１の音孔が塞がれていると判定するようにしてもよい。また、計測・判定部１２は、スピーカ１１のコンダクタンス特性を計測してＱ値を求め、Ｑ値を所定のＱ閾値と比較して、Ｑ値がＱ閾値より低い場合には、スピーカ１１の音孔が塞がれていると判定するようにしてもよい。

また、圧電型のスピーカ１１のアドミタンス特性としてサセプタンス特性を計測する場合には、以下のようにすればよい。計測・判定部１２は、スピーカ１１のサセプタンス特性を計測して共振周波数を所定の共振周波数閾値と比較し、共振周波数が所定の共振周波数閾値より低い場合には、スピーカ１１の音孔が塞がれていると判定することができる。また、計測・判定部１２は、スピーカ１１のサセプタンス特性を計測して象限周波数を所定の象限周波数閾値と比較し、象限周波数が所定の象限周波数閾値より低い場合には、スピーカ１１の音孔が塞がれていると判定するようしてもよい。また、計測・判定部１２は、スピーカ１１のサセプタンス特性を計測してサセプタンスの極大値を所定のサセプタンス閾値と比較し、サセプタンスの極大値がサセプタンス閾値より高い場合には、スピーカ１１の音孔が塞がれていると判定するようにしてもよい。

本実施の形態の場合、ＤＳＰ８には、スピーカ１１の動的アドミタンスの変化量（具体的には、共振周波数閾値と共振周波数との差、象限周波数閾値と象限周波数との差、コンダクタンス閾値とコンダクタンスの極小値との差、サセプタンス閾値とサセプタンスの極大値との差、あるいはＱ閾値とＱ値との差）に応じて信号ゲインを増加させるイコライザパラメータ、コンプレッサパラメータおよびゲイン設定パラメータが予め設定されている。ＤＳＰ８は、計測・判定部１２から検知信号が出力された場合、計測・判定部１２によって計測された動的アドミタンスの変化量に応じたイコライザパラメータ、コンプレッサパラメータおよびゲイン設定パラメータによって音響信号処理を行う。

オーディオ回路の動作は、図７、図１０における「インピーダンス」の代わりに、「アドミタンス」を用いる点を除けば、第１〜第４の実施の形態と同様である。なお、第４の実施の形態と同様に、スピーカの動的アドミタンスの変化量に応じて、信号ゲインの増加に加えて音声の周波数特性も変化させるようにしてもよい。また、Ｄ／Ａコンバータ９、オーディオアンプ１０、デジタルゲイン制御部１３、アナログゲイン制御部１４においても、ＤＳＰ８と同様の処理を行うことが可能である。
こうして、本実施の形態においても、第１〜第４の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第６の実施の形態］
第１〜第５の実施の形態では、机などによってスピーカの音孔が塞がれる場合を説明したが、これに限るものではなく、ユーザの指や、その他の物体によってスピーカの音孔が塞がれる場合であっても、本発明を適用できることは言うまでもない。

［第７の実施の形態］
第１〜第６の実施の形態で説明した計測・判定部１２は、独立したＬＳＩやディスクリート部品でなくてもよく、実装上可能であれば、Ｄ／Ａコンバータ９、オーディオアンプ１０、デジタルゲイン制御部１３、アナログゲイン制御部１４のいずれかに組み込むことも可能である。

［第８の実施の形態］
第１〜第７の実施の形態では、スピーカ鳴動シーケンスの開始時点ではまだスピーカへの信号送出は行わず、以降のインピーダンスまたはアドミタンス測定も含めたシーケンスの開始処理のみを行うようになっている。これに対し、各アプリケーションやユーザの実際の使用状況を勘案してスピーカ鳴動開始から、インピーダンスまたはアドミタンス計測及び音孔の状態判定にかかる時間程度後に音圧・周波数特性（感覚量としては音量・音質）が変化することが問題とならない場合には、スピーカ鳴動シーケンスの開始時点でスピーカ鳴動を開始してもよい。

なお、第１〜第８の実施の形態では、携帯電話端末を例に挙げて説明しているが、これに限るものではなく、他の電子機器に本発明を適用してもよいことは言うまでもない。
また、計測・判定部１２のうち、特性計測部１２０は周知の計測器によって実現することができる。また、判定部１２１と変化量導出部１２２とは、例えばＣＰＵ、メモリおよび外部とのインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、メモリに記憶されたプログラムに従って第１〜第８の実施の形態で説明した処理を実行する。

本発明は、スピーカを備えた携帯電話端末などの電子機器において、スピーカの音孔の状況によらず、常にユーザが使用する際に必要な音圧を提供する技術に適用することができる。

７…信号源、８…ＤＳＰ、９…Ｄ／Ａコンバータ、１０…オーディオアンプ、１１…スピーカ、１２…計測・判定部、１３…デジタルゲイン制御部、１４…アナログゲイン制御部、１２０…特性計測部、１２１…判定部、１２２…変化量導出部。

Claims (10)

1. スピーカの動的インピーダンス特性として、共振周波数、象限周波数、レジスタンスの極大値、リアクタンスの極大値、またはＱ値のうち少なくとも１つを計測し、この動的インピーダンス特性に基づいて前記スピーカの音孔が塞がれているかどうかを判定する計測・判定手段と、
   前記スピーカの音孔が塞がれていると判定された場合に、前記計測・判定手段によって計測された動的インピーダンスの変化量に応じて、前記スピーカに供給される音声信号のゲインを増加させる制御手段とを備えることを特徴とする電子機器。
2. スピーカの動的アドミタンス特性として、共振周波数、象限周波数、コンダクタンスの極小値、サセプタンスの極大値、またはＱ値のうち少なくとも１つを計測し、この動的アドミタンス特性に基づいて前記スピーカの音孔が塞がれているかどうかを判定する計測・判定手段と、
   前記スピーカの音孔が塞がれていると判定された場合に、前記計測・判定手段によって計測された動的アドミタンスの変化量に応じて、前記スピーカに供給される音声信号のゲインを増加させる制御手段とを備えることを特徴とする電子機器。
3. 請求項１記載の電子機器において、
   前記制御手段は、前記スピーカの音孔が塞がれていると判定された場合に、前記計測・判定手段によって計測された動的インピーダンスの変化量に応じて、前記スピーカに供給される音声信号のゲインを増加させると共に、この音声信号の周波数特性を変化させることを特徴とする電子機器。
4. 請求項２記載の電子機器において、
   前記制御手段は、前記スピーカの音孔が塞がれていると判定された場合に、前記計測・判定手段によって計測された動的アドミタンスの変化量に応じて、前記スピーカに供給される音声信号のゲインを増加させると共に、この音声信号の周波数特性を変化させることを特徴とする電子機器。
5. 請求項１または３記載の電子機器において、
   前記計測・判定手段は、
   前記スピーカの動的インピーダンス特性を計測する特性計測手段と、
   計測された動的インピーダンス特性に基づいて前記スピーカの音孔が塞がれているかどうかを判定する判定手段と、
   計測された動的インピーダンス特性から前記スピーカの動的インピーダンスの変化量を求める変化量導出手段とからなることを特徴とする電子機器。
6. 請求項２または４記載の電子機器において、
   前記計測・判定手段は、
   前記スピーカの動的アドミタンス特性を計測する特性計測手段と、
   計測された動的アドミタンス特性に基づいて前記スピーカの音孔が塞がれているかどうかを判定する判定手段と、
   計測された動的アドミタンス特性から前記スピーカの動的アドミタンスの変化量を求める変化量導出手段とからなることを特徴とする電子機器。
7. スピーカの動的インピーダンス特性として、共振周波数、象限周波数、レジスタンスの極大値、リアクタンスの極大値、またはＱ値のうち少なくとも１つを計測し、この動的インピーダンス特性に基づいて前記スピーカの音孔が塞がれているかどうかを判定する計測・判定ステップと、
   前記スピーカの音孔が塞がれていると判定された場合に、前記計測・判定ステップによって計測した動的インピーダンスの変化量に応じて、前記スピーカに供給される音声信号のゲインを増加させる制御ステップとを備えることを特徴とする電子機器の音響処理方法。
8. スピーカの動的アドミタンス特性として、共振周波数、象限周波数、コンダクタンスの極小値、サセプタンスの極大値、またはＱ値のうち少なくとも１つを計測し、この動的アドミタンス特性に基づいて前記スピーカの音孔が塞がれているかどうかを判定する計測・判定ステップと、
   前記スピーカの音孔が塞がれていると判定された場合に、前記計測・判定ステップによって計測した動的アドミタンスの変化量に応じて、前記スピーカに供給される音声信号のゲインを増加させる制御ステップとを備えることを特徴とする電子機器の音響処理方法。
9. 請求項７記載の電子機器の音響処理方法において、
   前記制御ステップは、前記スピーカの音孔が塞がれていると判定された場合に、前記計測・判定ステップによって計測した動的インピーダンスの変化量に応じて、前記スピーカに供給される音声信号のゲインを増加させると共に、この音声信号の周波数特性を変化させることを特徴とする電子機器の音響処理方法。
10. 請求項８記載の電子機器の音響処理方法において、
    前記制御ステップは、前記スピーカの音孔が塞がれていると判定された場合に、前記計測・判定ステップによって計測した動的アドミタンスの変化量に応じて、前記スピーカに供給される音声信号のゲインを増加させると共に、この音声信号の周波数特性を変化させることを特徴とする電子機器の音響処理方法。

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