JP4929680B2 - 音声信号送受信装置 - Google Patents

Description

この発明は、相手方の音声信号送受信装置との間で音声信号の送受信を行う音声信号送受信装置に関する。

従来、スピーカとマイクとを同一筐体に配設した音声信号送受信装置は知られていた（特許文献1を参照）。この音声信号送受信装置では、相手方から受信した音声をスピーカによって装置外部に放音するとともに、マイクで収音したユーザの音声を相手方に送信することで、相手方とユーザとの間で通話や音声会議をすることができるようになっている。
特開平８−２９８６９６号公報

上述した従来の音声信号送受信装置では、コンパクト化を図る程、スピーカとマイクの位置とを近接して配置しなくてはならない。このため、スピーカから放音された音声がマイクに回り込みやすい。従来の音声信号送受信装置では、エコーキャンセルのための信号処理をマイクで収音した音声信号に施すことで、回り込み音声をキャンセルするエコーキャンセルを行っていたが、音声信号処理のみで回り込みを除去するだけでは十分にエコーの発生を防止することができない場合があった。

上記課題を解決するために、マイクとスピーカとをより近接して配置することができるとともに、より効果的にエコーの発生を防止することができる音声送受信装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明では以下の手段を採用している。

（１）本発明は、装置本体と、前記装置本体に配設された放音部と、複数の単一指向性のマイクが配列されてなるマイクアレイと、を備えた音声信号送受信装置である。

上記構成によれば、マイクアレイによって特定の収音領域に特化した収音ビームを形成して収音することが可能となる。これによって、放音部を収音領域から外すことで、放音部からの音声の回り込みが効果的に防止される。

更に、マイクアレイを構成する各マイクが単一指向性のマイクであるため、マイクアレイの感度の低い方向に放音部が設けることで、放音部からの音声をマイクアレイで収音することを効果的に防止することが可能になる。

（２）本発明は、上記音声信号送受信装置であって、前記放音部は、前記マイクアレイの感度の低い方向に設けられている、ことを特徴とする。この構成によれば、マイクアレイの感度の低い方向に放音部が設けられているため、放音部からの音声をマイクアレイで収音することを効果的に防止することが可能になる。

（３）本発明は、上記音声信号送受信装置であって、前記放音部は、複数のスピーカユニットが配列されてなるスピーカアレイであって、前記マイクの配列方向と前記スピーカユニットの配列方向が平行であり、前記マイクアレイの収音面と前記スピーカアレイの放音面とが直角でかつ収音方向と放音方向とが互いに外側に向かうように前記装置本体に配設された、ことを特徴とする。

上記構成によれば、収音面と放音面が直角になるように配設されており、単一指向性のマイクの最も感度の低い方向にスピーカアレイを配設することが可能となるとともに、スピーカアレイからの音声の音圧の低い位置にマイクアレイを配設することが可能となる。これによって、スピーカアレイからの音声がマイクアレイに入力される音響結合を更に効果的に防止することが可能となる。

（４）本発明では、上記音声信号送受信装置であって、前記装置本体は、前記マイクアレイを取り付けるための枠体を備え、前記枠体の各マイクの取り付け位置の周囲には複数の小孔が形成されている、ことを特徴とする。単一性マイクで効果的に指向方向以外の方向からの回り込み音をキャンセルするためには、中空に浮いているのと同等の音場に配置することが理想的である。

本発明では、上記小孔が形成されることで枠体による音響抵抗の影響を効果的に防止し、これによって該理想的な状態に近づけることで、各マイク内でより効果的に指向方向以外の方向からの回り込み音声をキャンセルすることが可能になる。また、小孔であるため、枠体の強度を確保することができながら、該回り込み音をキャンセルすることが可能になる。

（５）本発明では、上記音声信号送受信装置であって、前記枠体は、長尺な平板の短手方向の少なくとも１縁が略直角に上方に屈曲されてなる断面略コ字状の部材であり、該枠体の上面には、放音方向が該枠体側になるようにスピーカアレイが取り付けられるとともに、スピーカユニットの位置に孔が形成され、前記枠体の前記屈曲された縁には、外側に収音側が向かうように長手方向に亘ってマイクアレイが埋め込まれており、前記枠体の上面におけるマイクアレイ側の端部と、前記枠体のマイクアレイが配置されている縁には、前記小孔が形成されている、ことを特徴とする。

上記構成によれば、スピーカアレイの放音向きとマイクアレイの収音向きとは直交するように配設することが可能になり、マイクアレイの感度の低い方向にスピーカアレイを配設することが可能になる。

また、枠体の上面の小孔及び枠体の縁の小孔によって枠体による音響抵抗の影響をより効果的に防止し、各マイク内でより効果的に指向方向以外の方向からの回りこみ音をキャンセルすることが可能になる。

（６）本発明では、上記音声信号送受信装置であって、前記小孔は、前記スピーカアレイからの音声が前記マイクアレイの最も感度の低い方向から伝搬するような位置に形成されている、ことを特徴とする。この構成によれば、スピーカアレイからの音声が前記マイクアレイの最も感度の低い方向からマイクに伝搬するため、小孔によって枠体による音響抵抗が単一性マイクに与える影響をより小さくできるとともに、小孔を介して到来したスピーカアレイからの音声をマイクで収音してしまうことを効果的に防止することが可能になる。

本発明によれば、放音部を収音領域から外し、かつ単一指向性マイクの感度の低い方向に放音部を設けることで、放音部からの音声の回り込みを効果的に防止することができる。これによって、放音部及びマイクアレイをより近接して配置しながらも、マイクアレイに回り込んだ音声によってハウリングが発生することを効果的に防止することができる。

（第１の実施形態）
以下に、図１〜図７を参照して本発明の第１の実施形態である音声信号送受信装置１について詳細に説明する。音声信号送受信装置１は、インターネットやＬＡＮ等のネットワークに接続される。音声信号送受信装置１は、ネットワークを介して相手方の音声信号送受信装置１との間で音声信号の送受信を行い、これによって相手方の音声会議装置１との間でユーザに通話や遠隔地間の音声会議を行わせる。

図１は、音声信号送受信装置１の外観を示す斜視図である。以下の説明において、音声信号送受信装置１の前方側をＹ、後方側を−Ｙ、右側をＸ、左側を−Ｘと記載する。図２（Ａ）は、図１で示す音声信号送受信装置１の平面図、同図（Ｂ）は、音声信号送受信装置１を−Ｙ側から見た背面図であり、同図（Ｃ）は、音声信号送受信装置１をＹ側から見た正面図である。図３（Ａ）は、音声信号送受信装置１をＸ側から見た右側面図であり、同図（Ｂ）は、音声信号送受信装置１を−Ｘ側から見た左側面図である。

音声信号送受信装置１は、長尺の略直方体形状の装置本体２が、その両側に外嵌する略ロ字状の脚部３によって設置面から所定の高さで支持されてなる。装置本体２は、筐体として上面パネル２０、下面グリル２１、側面パネル２２（２２Ａ，２２Ｂ）を有し、この筐体内部にスピーカアレイ２３１（図４を用いて後述）を備えた長尺のスピーカ装置２３（図５を用いて後述）と、２列のマイクアレイ２４（図５を用いて後述）を備える。

スピーカアレイ２３１は、スピーカ装置２３の下面に長手方向に一列に設けられ、マイクアレイ２４はスピーカ装置２３の長手方向の両側面に一列ずつ設けられている。なお、スピーカ装置２３、スピーカアレイ２３１及びマイクアレイ２４の構成については詳しくは後述する。

上面パネル２０及び側面パネル２２は、スピーカアレイ２３１及びマイクアレイ２４を含む内部構造のカバーとしての樹脂パネルであり、上面パネル２０は断面Ｕ字状の長尺の部材であり、側面パネル２２は平板状の部材である。また、下面グリル２１は、スピーカアレイ２３１及びマイクアレイ２４の放音，収音を妨げないように、断面略Ｕ字状のパンチメッシュの鋼板である。

上面パネル２０の上面のＸ側端部には操作部４が埋め込まれているとともに、略中央にはＬＥＤ点灯部５が埋め込まれている。操作部４は、図２（Ａ）で示すように、−Ｘ側に設定状態等を表示するためのＬＣＤ（Liquid Crystal Display）４１、Ｘ側にテンキー等の通信のための操作ボタン群４２が位置するように並列に備える。

更に、操作部４は、ＬＣＤ４１及び操作ボタン群４２のＹ側に操作ボタン群４３及び操作ボタン群４４を並列的に備える。操作ボタン群４３は操作ボタン群４４より−Ｘ側に配置され、ボリュームのアップ、ダウンやミュートを指示するためのものである。操作ボタン群４４は、本音声信号送受信装置１の設定を変更するためのものである。この設定には、たとえば後述する第１の点灯モード、第２の点灯モードのうちいずれか１の選択設定などがある。

なお、ＬＣＤ４１、操作ボタン群４２〜４４は、いずれもＹ側を下にして配設されており、Ｙ側から操作及び操作確認を行うことができるようになっている。

ＬＥＤ点灯部５は、−Ｙ側及びＹ側に複数（本実施形態では各５個）の線状のＬＥＤランプ５１を備える。複数のＬＥＤランプ５１はＸ−Ｘ方向に延びる同じ放物線上に位置するように配置されている。各ＬＥＤランプ５１の点灯は上面パネル２０の内側に取り付けられた図略の点灯制御部によって独立して制御される。具体的には、操作ボタン群４４によって、第１の点灯モードが設定されている場合には、各ＬＥＤランプ５１のうち後述のスピーカアレイ２３１からの音声ビームの指向方向が点灯するように制御される。これによって、ユーザは音声ビームの指向方向を確認することが可能になっている。

また、第２の点灯モードが設定されている場合には、後述するマイクアレイ２４の収音ビームの指向方向が点灯するように制御される。なお、Ｙ側のマイクアレイ２４についてはＹ側のＬＥＤランプ５１群が点灯し、−Ｙ側のマイクアレイ２４については−Ｙ側のＬＥＤランプ５１が点灯する。これによって、音声が入力されているかどうかを確認することが可能であるとともに、ユーザは収音ビームの指向方向を確認することが可能になっている。

本実施形態では、音声信号送受信装置１は、複数の領域に収音ビームを制御し、それぞれの領域における収音レベルに基づき話者の位置を検出する機能を備えるため、第２の点灯モードではユーザは話者の位置が誤検出されていないかを確認することが可能となる。

また、入出力された音声の音量によって発光態様が変わるように制御される。これによって、ユーザは音声の入出力が十分な音量でなされているかを確認することが可能となる。

Ｘ側の側面パネル２２（２２Ａ）には、外部機器とのコネクタ群６が埋め込まれている（図３（Ａ）を参照）。コネクタ群６は、イーサネット（登録商標）等のＬＡＮやインターネット等のネットワークに接続するためのモジュラージャック６１、オーディオ機器に接続するためのオーディオ入力端子６２Ａ及びオーディオ出力端子６２Ｂ、電源に接続するための電源端子６３からなる。

モジュラージャック６１にモジュラーケーブルのプラグ（図略）を挿入することで、音声信号送受信装置１をネットワークに接続することが可能となる。これによって、本音声信号送受信装置１をネットワークに接続し、相手方の音声信号送受信装置１と通信可能に接続することができる。このため、相手方の音声信号送受信装置１との間で通話や音声会議を行うことができ、これによって、本音声信号送受信装置１をＩＰ電話機や音声会議装置として用いることができるようになっている。

図４は、音声信号送受信装置１の下面グリル２１を外した状態の底面図である。図５は、図４の音声信号送受信装置１の中央部分の斜視図である。図６は、図４の音声信号送受信装置１のＡ−Ａ断面図である。図７は、図４の音声信号送受信装置１の正面図である。

スピーカアレイ２３１、マイクアレイ２４はともにスピーカアレイ２３１のバッフルを兼ねたフレーム２５に取り付けられている。フレーム２５は、長方形の金属製板材の四隅が上に折り曲げられた箱状の部材である。スピーカアレイ２３１はフレーム２５の底面内側に下向きに取り付けられ、マイクアレイ２４は１列（マイクアレイ２４Ａ）がフレーム２５の１側面（Ｙ側側面）に埋め込まれ、他の１列（マイクアレイ２４Ｂ）は他側面（−Ｙ側側面）に埋め込まれている。

また、フレーム２５の上側には、スピーカアレイ２３１の側面を覆うように長尺な筒状の枠体２３２（本願発明の側板）の下端が配置されており、この枠体２３２の両側面（短手方向側面）は、フレーム２５の側面（短手方向の折り曲げ部）とビス止めされている。このように、フレーム２５が箱状に形成され、枠体２３２がフレーム２５の短手方向の折り曲げ部でビス止めされるため、枠体２３２とフレーム２５を強固に取り付けることができる。

枠体２３２の上端にはスピーカアレイ２３１の背面を覆うようにフレーム２５の底面と略同寸法の天板２３３が配置されている。フレーム２５の側面（長手方向の折り曲げ部）には上方に延びるように金属製の板状部材である支持板２６がビス２７Ａによって取り付けられており、支持板２６の上端は内側に屈曲されている。この屈曲部分と天板２３３の短手方向の端部とがビス２７Ｂによって取り付けられており、これによって、枠体２３２を天板２３３とフレーム２５の底面によって挟持させている。

上述したように、スピーカアレイ２３１の筐体２３Ａ は、フレーム２５、天板２３３及び筒状の枠体２３２に囲まれた部分で形成される。筐体２３Ａの上面（天板２３３の上面）には、スピーカアレイ２３１及びマイクアレイ２４の指向性制御等を行う制御部（図略）を搭載した基板（図略）が取り付けられる。スピーカ装置２３は、制御部、筐体２３Ａ及びスピーカアレイ２３１とで構成される。

スピーカアレイ２３１は、複数（例えば１６個）のスピーカユニットＳＰがライン状に略均等に配列されてなり、フレーム２５の底面には各スピーカユニットＳＰの位置にスピーカユニットＳＰの内径と同寸法の孔２５１が形成され、この孔２５１に合わせてスピーカユニットＳＰの放音側の部分が重ねられている。このように、孔２５１にスピーカユニットＳＰを重ねた状態でフレーム２５の底面とスピーカアレイ２３１がビス２５２によって取り付けられている。これによって、放音面が該底面からのぞくように取り付けられ、該底面から各スピーカユニットＳＰの音声を出力することができるようになっている。

上述したように、スピーカアレイ２３１を音声信号送受信装置１の底面に向かって配置したことで、スピーカアレイ２３１からの音声ビームは音声信号送受信装置１の下方に出力される。音声信号送受信装置１は脚部３によって設置面（例えば机の天板）から所定の高さで支持されているため、音声ビームは、この設置面に反射されて斜め上方に伝搬する。これによって、音声信号送受信装置１のＹ−Ｙ側の上部に頭部が位置するユーザに向けて効率良く音声ビームを提供することが可能となる。

また、脚部３は内空構造になっているため、スピーカアレイ２３１による放音や設置面での反射音を妨げることなくユーザに音声を提供することが可能となっている。

制御部（図略）はモジュラージャック６１（図１を参照）を介して入力した相手方の音声信号送受信装置１からの音声信号に遅延時間を付与することで音声ビームの指向性制御、相手方から受信した音声信号にＤ／Ａ変換や変換した音声信号のレベルの増幅を行って、スピーカアレイ２３１に入力するものである。

マイクアレイ２４は、上述したようにフレーム２５の両側面（長手方向の折り曲げ部）に亘って、ライン状に配列された複数（例えば１６個）のマイク２４１から成る。各マイク２４１は内側に向かって密になるように不均等に配列されており、これによって、指向性の高い高音域の音声を好適に収音できるようになっている。

マイクアレイ２４は、マイク２４１の位置に切り欠き２６１が形成された支持板２６によってフレーム２５の反対側から支持されており、切り欠き２６１にマイク２４１が嵌め込まれた状態でフレーム２５と支持板２６とがビス止めされている。なお、フレーム２５と支持板２６で本願発明の枠体を構成する。

上述したように、スピーカアレイ２３１をスピーカ装置２３の底面に向かって配設し、マイクアレイ２４Ａ、２４Ｂをスピーカ装置２３の各側面に向かって（音声信号送受信装置１の各側面に向かって）取り付けたことで、マイクアレイ２４の収音面とスピーカアレイ２３１の放音面が直角になるように配設することが可能となる。これとともに、放音方向と収音方向が互いに外側に向かうようにマイクアレイ２４及びスピーカアレイ２３１を配設することが可能となる。

このような位置関係にマイクアレイ２４及びスピーカアレイ２３１を配置することで、マイクアレイ２４が収音ビームで特定の収音領域に特化して収音することで、スピーカアレイ２３１からの音声の回りこみが生じにくい。また、スピーカアレイ２３１からの音声の音圧の最も低い位置にマイクアレイ２４を配設することができ、これによってもスピーカアレイ２３１からの音声のマイクアレイ２４への回り込みを効果的に防止することが可能になる。

各マイク２４１は、振動板（図略）後方の側面位置に孔（図略）が形成され、この孔を介して後方からの音声が入力されることで、後方からマイクアレイ２４に回り込んだ音声をキャンセルする単一指向性のマイクである。上記のように、収音を単一指向性のマイク２４１からなるマイクアレイ２４によって行うことにより、スピーカアレイ２３１からの回りこみを効果的に防止することが可能となり、エコーの発生を効果的に防止することが可能となる。

また、マイクアレイ２４の収音面とスピーカアレイ２３１の放音面が直角になるように配設ことで、マイク２４１の感度（ゲイン）の低い方向にスピーカアレイ２３１を配設することができる。これによって、更にスピーカアレイ２３１からの音声がマイクアレイ２４に回り込む音響結合を効果的に抑制することが可能となる。この配置はまた、スピーカアレイ２３１の指向性の低い方向にマイクアレイ２４が配設されていることにもなる。これによって、更にスピーカアレイ２３１からの音声がマイクアレイ２４に回り込む音響結合を効果的に抑制することが可能となる。

各マイク２４１は孔（図略）の位置がフレーム２５の内側になるようにフレーム２５に取り付けられるとともに、この孔にスピーカアレイ２３１からの音声を入力するために、フレーム２５の底面における各マイク２４１の後方位置に孔２５３が形成されている。また、支持板２６における各マイク２４１の周囲に５つの丸孔２６２Ｂが形成されるととも、各マイク２４１間に長孔２６２Ａが形成されている。孔２５３、２６２Ａ、２６２Ｂは、フレーム２５や支持板２６の強度を確保できる程度の小孔である。

上記のように孔２５３、２６２Ａ、２６２Ｂが形成されることによって、フレーム２５や支持板２６の音響抵抗によって、マイク２４１で指向方向以外の方向からの音声を効果的にキャンセルできなくなることを防止することが可能になる。また、スピーカアレイ２４からの音声がマイク２４１の最も感度の低い方向でマイク２４１に到達するような位置に孔２５３、２６２Ａ、２６２Ｂが形成されている。このため、孔２５３、２６２Ａ、２６２Ｂによってフレーム２５や指示板２６の音響抵抗の影響を効果的に防止することができながら、スピーカアレイ２４からの音声をマイク２４１で収音してしまうことを効果的に防止することが可能になる。

マイクアレイ２４は、図略の信号線によって制御部（図略）に接続され、これによって各マイク２４１で収音した各信号を制御部に入力する。この入力された各信号はＡ／Ｄ変換後に遅延制御によって指向性制御が行われ、モジュラージャック６１（図１を参照）及びモジュラーケーブル（図略）等を介して相手方の音声信号送受信装置１に送信される。

上述したように、本実施形態では、マイクアレイ２４が収音ビームによって収音することで、スピーカアレイ２３１からの音声の回りこみを効果的に防止することができる。更に、各マイク２４１は単一指向性マイクであり、スピーカアレイ２３１をマイクアレイ２４の感度の低い方向に設けたため、スピーカアレイ２３１からの回りこみを更に効果的に防止することができる。これによって、スピーカアレイ２３１及びマイクアレイ２４を近接させて音声信号送受信装置１のコンパクト化を図ることができながら、エコーの発生を効果的に防止することができる。

なお、本実施形態では、マイクアレイ２４が複数配設される構成であるが、本発明はこの構成に限定されず、マイクアレイ２４Ａ，２４Ｂのうちいずれか一方が配設されればよい。

また、単一指向性のマイクとしては、振動板（図略）後方の側面に孔（図略）が形成される構成に限定されず、背面に孔が形成される構成であってもよい。

音声信号送受信装置の外観を示す斜視図である。 （Ａ）は、図１で示す音声信号送受信装置の平面図、（Ｂ）は、音声信号送受信装置を−Ｙ側から見た背面図であり、（Ｃ）は、音声信号送受信装置をＹ側から見た正面図である。 （Ａ）は、音声信号送受信装置１をＸ側から見た右側面図であり、（Ｂ）は、音声信号送受信装置１を−Ｘ側から見た左側面図である。 音声信号送受信装置のグリルを外した状態の底面図である。 図４の音声信号送受信装置１の中央部分の斜視図である。 図４の音声信号送受信装置のＡ−Ａ断面図である。 図４の音声信号送受信装置の側面図である。

符号の説明

１，１´−音声信号送受信装置 ２−装置本体 ３−脚部 ４−操作部 ２３１−スピーカアレイ ＳＰ−スピーカユニット ２４（２４Ａ，２４Ｂ）−マイクアレイ ２４１−マイク ６１−モジュラージャック（コネクタ） ６２Ｂ−オーディオ出力端子（コネクタ） ６２Ａ−オーディオ入力端子（コネクタ）

Claims (1)

1. 長尺の直方体形状の筐体を有する装置本体と、
   複数配列されたスピーカユニットからなり、前記装置本体の長手方向に配置されたスピーカアレイと、
   複数の単一指向性のマイクが配列されてなり、前記装置本体の長手方向に配置されたマイクアレイと、
   を備え、
   前記装置本体は、長尺な平板の短手方向の少なくとも１縁が略直角に上方に屈曲されてなる断面略コ字状のフレームを備え、前記フレームの上面には、放音方向が該フレームの下面側かつ前記装置本体の外側になるようにスピーカアレイが取り付けられるとともに、各スピーカユニットの位置に孔が形成され、
   前記フレームの前記屈曲された縁には、前記装置本体の外側に収音側が向かうように長手方向に亘ってマイクアレイが埋め込まれており、
   前記フレームの上面におけるマイクアレイ側の端部と、前記フレームのマイクアレイが配置されている縁には、複数の小孔が形成されていることを特徴とする音声信号送受信装置。

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