JP6243450B2 - 呼吸マスク音声増強装置及び方法 - Google Patents

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Description

本明細書では、音声増強装置、及び音声増強装置を含む呼吸マスク、並びに呼吸マスクの着用者のための音声伝達を増強する方法が説明される。
呼吸マスクは、例えば、塗装ブース、穀物貯蔵施設、有害な生物学的物質を有する実験室、ある種の化学煙霧を包含する環境等などの、多種多様の環境内で用いられる。通例、呼吸マスクは、マスクが用いられることになる有害な環境専用に設計されたさまざまなフィルタユニット及びその他の付属部品を受容するように適合される。それゆえ、単にフィルタを交換するだけで、同じマスク本体をさまざまな異なる有害環境内で用いることができる。フィルタの交換の容易さは、複数の環境のための単一のマスクの製造を可能にすることによって、マスクの費用効率を非常に高くしている。
呼吸マスクは着用者の顔面とともに清浄空気封入部を画定する。清浄空気封入部は清浄空気源を含み、マスク、着用者の顔面とのマスクの封止部、及びマスクの呼気弁によって境界される。
呼吸用顔面マスクには2つの一般的設計:半面形面体呼吸マスク及び全面形面体呼吸マスク、がある。半面形面体呼吸マスクは通例、着用者の口及び鼻を包囲し、鼻及び口と連続する着用者の顔面の部分とともに封止部を形成する。半面形面体呼吸マスクを用いる時には、眼は保護されないまま残される。全面形面体呼吸マスクははるかにより大きなユニットであり、着用者の鼻及び口に加えて着用者の眼を包囲する。
呼吸マスクは、正圧又は負圧デバイスのいずれかであることによって追加的に区別することができる。正圧デバイスは通例、清浄空気源であり、空気をマスク内に送り込む、フィルタ付き又はフィルタ付きでない、外部ポンプ又は加圧容器を含む。負圧呼吸マスクは、着用者が吸気することによって発生される負圧上で機能する。吸気は清浄空気封入部の内部に負圧を発生させ、空気を呼吸マスク内に吸い込む。一般的に、周囲空気は負圧によってフィルタ又はフィルタ群を通して吸い込まれる。フィルタは空気を浄化し、その後、空気は着用者による吸気のためにマスクの清浄空気封入部内に吸い込まれる。
マスクは着用者の口を覆うため、呼吸マスクに関連した音声の了解度を増強する試みがなされてきた。受動デバイスは純粋に機械的なものであり、能動デバイスは、電力を使った増幅による何らかの形の増強を含む。最も一般的な受動通信デバイスは音声振動板である。音声振動板は有用であるが、それらが提供する増強された了解度のレベルは制約される。
能動音声伝達デバイスは音声のより良好な増強を提供することができるが、ユニットを動作させるために必要とされる電力によって制約される場合がある。いくつかの能動音声増幅ユニットの例が、米国特許第4,352,353号、第4,508,936号、第4,989,596号、第4,980,926号、第5,138,666号、第5,224,473号、第5,224,474号、第6,382,206号などに説明されている。
本明細書においては、音声増強装置、及び音声増強装置を含む呼吸マスク、並びに呼吸マスクの着用者ための音声伝達を増強する方法が説明される。
1つ以上の実施形態では、本明細書に記載されている音声増強装置及び方法は呼吸マスクの清浄空気封入部内の第1の周波数範囲内の音響エネルギーを検出し、スピーカを用いて清浄空気封入部の外部へ補償音響エネルギーを送出する。1つ以上の実施形態では、補償音響エネルギーは、補償音響エネルギーが所定の減衰周波数範囲の少なくとも90%にわたってマスク本体の音響減衰分布よりも6dB未満大きい振幅を有するような、所定の減衰振幅分布を呈する。1つ以上の実施形態では、補償音響エネルギーは、1つ以上の減衰周波数範囲にわたって均一であるか、又は不均一である減衰振幅分布を有して送出されてもよい。
1つ以上の実施形態では、1つ以上の所定の減衰周波数範囲は、呼吸マスク全般、又は音声増強装置が用いられる特定の形式の呼吸マスクの減衰特性に基づき選択されてもよい。呼吸マスクの減衰特性は、マスクを通されないか、又は振幅を減少させて通される音声の周波数範囲の単数の部分又は複数の部分として説明されてもよい。本明細書に記載されている音声増強装置及び方法は、清浄空気封入部の外部へ1つ以上の減衰周波数範囲内の補償音響エネルギーを送出することによって、呼吸マスクによって生じる減衰を補償してもよい。そうすることで、本明細書に記載されている音声増強装置及び方法は、呼吸マスクの着用者の近くの人による音声の了解度を高めてもよい。1つ以上の実施形態では、補償音響エネルギーは、1つ以上の減衰周波数範囲にわたって均一であるか、又は不均一である減衰振幅分布を有して送出されてもよい。
本明細書に記載されている音声増強装置及び方法は、音声周波数範囲全体の一部のみにわたる、及び/又は1つ以上の選択された減衰振幅分布を有する音響エネルギーを送出するので、例えば、より広い周波数範囲、例えば、本明細書に記載されている装置及び方法を用いて清浄空気封入部内で検出されたとおりの周波数範囲の全てにわたる、又は減衰振幅分布を有しない音響エネルギーを送出するように設計されたシステムと比べて、本明細書に記載されている装置及び方法を用いて音声を増強するために必要とされる電力は低減され得る。
一態様では、本明細書に記載されているとおりの呼吸マスクの1つ以上の実施形態は、マスクと着用者の口及び鼻との間に清浄空気封入部を画定するように構成されるマスク本体と、音声増強装置と、を含んでもよい。音声増強装置は、マスク本体への取り付けのために構成されるマイクロホンであって、マイクロホンは、マスク本体に取り付けられると清浄空気封入部内の音響エネルギーを検出するように更に構成される、マイクロホンと、清浄空気封入部の外部で音響エネルギーを生成するように構成されるスピーカと、スピーカ及びマイクロホンに動作可能に接続されるコントローラと、を含む。
1つ以上の実施形態では、コントローラは、マイクロホンから音声信号を受信する工程であって、音声信号は、第1の周波数範囲内のマイクロホンによって検出された音響エネルギーを指示する、受信する工程と、スピーカへ出力信号を送出する工程であって、出力信号は、スピーカに、補償音響エネルギーを放出させるように構成され、補償音響エネルギーは、第1の周波数範囲の全てに満たない部分をカバーする1つ以上の所定の減衰周波数範囲内で放出され、補償音響エネルギーは、1つ以上の所定の減衰周波数範囲のそれぞれの所定の減衰周波数範囲にわたって所定の減衰振幅分布を含む、送出する工程と、を実行するように構成されてもよい。
本明細書に記載されている呼吸マスクの1つ以上の実施形態では、所定の減衰振幅分布は1つ以上の所定の減衰周波数範囲のうちの少なくとも1つの所定の減衰周波数範囲にわたって均一である。
本明細書に記載されている呼吸マスクの1つ以上の実施形態では、所定の減衰振幅分布は1つ以上の所定の減衰周波数範囲のうちの少なくとも1つの所定の減衰周波数範囲にわたって不均一である。
本明細書に記載されている呼吸マスクの1つ以上の実施形態では、音声増強装置はセレクタを含み、セレクタはコントローラに動作可能に接続され、2つ以上の異なる所定の減衰周波数範囲から1つ以上の所定の減衰周波数範囲を選択するように構成される。
本明細書に記載されている呼吸マスクの1つ以上の実施形態では、音声増強装置はセレクタを含み、セレクタはコントローラに動作可能に接続され、2つ以上の異なる所定の減衰振幅分布から1つ以上の所定の減衰振幅分布を選択するように構成される。
本明細書に記載されている呼吸マスクの1つ以上の実施形態では、マイクロホン、スピーカ及びコントローラは、コントローラに動作可能に接続される電力源とともに筐体内に配置され、筐体はマスク本体への取り付けのために構成される。1つ以上の実施形態では、呼吸マスクはポートを含み、音声増強装置の筐体は、ポートへの選択的取り付けのために構成される取り付け部品を含む。
本明細書に記載されている呼吸マスクの1つ以上の実施形態では、マイクロホンは、マスク本体への取り付けのために構成された筐体に取り付けられ、スピーカ及びコントローラは補助筐体内に配置される。
本明細書に記載されている呼吸マスクの1つ以上の実施形態では、1つ以上の所定の減衰周波数範囲は1つの所定の減衰周波数範囲のみを含む。
本明細書に記載されている呼吸マスクの1つ以上の実施形態では、1つ以上の所定の減衰周波数範囲は約10,000Hz以下の上限を含む。
本明細書に記載されている呼吸マスクの1つ以上の実施形態では、1つ以上の所定の減衰周波数範囲は約300Hz以上の下限を含む。
別の態様では、本明細書に記載されているとおりの呼吸マスクへの取り付けのために構成される音声増強装置の1つ以上の実施形態は、呼吸マスクの清浄空気封入部内の音響エネルギーを検出するように構成されるマイクロホンと、内部でマイクロホンが、音響エネルギーを検出するように構成される清浄空気封入部の外部で音響エネルギーを生成するように構成されるスピーカと、マイクロホン及びスピーカに動作可能に接続されるコントローラと、を含んでもよい。1つ以上の実施形態では、コントローラは、マイクロホンから音声信号を受信する工程であって、音声信号は、第1の周波数範囲内のマイクロホンによって検出された音響エネルギーを指示する、受信する工程と、スピーカへ出力信号を送出する工程であって、出力信号は、スピーカに、補償音響エネルギーを放出させるように構成され、補償音響エネルギーは、第1の周波数範囲の全てに満たない部分をカバーする1つ以上の所定の減衰周波数範囲内で放出され、補償音響エネルギーは、1つ以上の所定の減衰周波数範囲のそれぞれの所定の減衰周波数範囲にわたって所定の減衰振幅分布を含む、送出する工程と、を実行するように構成されてもよい。
本明細書に記載されている音声増強装置の1つ以上の実施形態では、所定の減衰振幅分布は1つ以上の所定の減衰周波数範囲のうちの少なくとも1つの所定の減衰周波数範囲にわたって均一である。
本明細書に記載されている音声増強装置の1つ以上の実施形態では、所定の減衰振幅分布は1つ以上の所定の減衰周波数範囲のうちの少なくとも1つの所定の減衰周波数範囲にわたって不均一である。
本明細書に記載されている音声増強装置の1つ以上の実施形態では、音声増強装置はセレクタを含み、セレクタはコントローラに動作可能に接続され、2つ以上の異なる所定の減衰周波数範囲から1つ以上の所定の減衰周波数範囲を選択するように構成される。
本明細書に記載されている音声増強装置の1つ以上の実施形態では、音声増強装置はセレクタを含み、セレクタはコントローラに動作可能に接続され、2つ以上の異なる所定の減衰振幅分布から1つ以上の所定の減衰振幅分布を選択するように構成される。
本明細書に記載されている音声増強装置の1つ以上の実施形態では、マイクロホンは、内部でマイクロホンが、音響エネルギーを検出するように構成される清浄空気封入部を画定する呼吸マスクのポートへの取り付けのために構成される筐体内に配置される。1つ以上の実施形態では、スピーカ及びコントローラは筐体内に配置される。1つ以上の実施形態では、スピーカ及びコントローラは補助筐体内に配置される。
本明細書に記載されている音声増強装置の1つ以上の実施形態では、1つ以上の所定の減衰周波数範囲は1つの所定の減衰周波数範囲のみを含む。
本明細書に記載されている音声増強装置の1つ以上の実施形態では、1つ以上の所定の減衰周波数範囲は約10,000Hz以下の上限を含む。
本明細書に記載されている音声増強装置の1つ以上の実施形態では、1つ以上の所定の減衰周波数範囲は約300Hz以上の下限を含む。
本明細書に記載されているとおりの音声を増強する方法の1つ以上の実施形態では、本方法は、マイクロホンを用いて呼吸マスクの清浄空気封入部内の音響エネルギーを検出する工程、音声信号をマイクロホンからコントローラへ送出する工程であって、音声信号は、第1の周波数範囲内の検出された音響エネルギーを指示する、送出する工程と、スピーカへ出力信号を送出する工程であって、出力信号はスピーカに、清浄空気封入部の外部へ、第1の周波数範囲の全てに満たない部分をカバーする1つ以上の所定の減衰周波数範囲内で補償音響エネルギーを放出させ、補償音響エネルギーは1つ以上の所定の減衰周波数範囲のそれぞれの所定の減衰周波数範囲にわたって所定の減衰振幅分布を含む、送出する工程と、を含んでもよい。
本明細書に記載されている方法の1つ以上の実施形態では、所定の減衰振幅分布は1つ以上の所定の減衰周波数範囲のうちの少なくとも1つの所定の減衰周波数範囲にわたって均一である。
本明細書に記載されている方法の1つ以上の実施形態では、所定の減衰振幅分布は1つ以上の所定の減衰周波数範囲のうちの少なくとも1つの所定の減衰周波数範囲にわたって不均一である。
本明細書に記載されている方法の1つ以上の実施形態では、本方法は、2つ以上異なる所定の減衰周波数範囲から1つ以上の所定の減衰周波数範囲を選択する工程を含む。
本明細書に記載されている方法の1つ以上の実施形態では、本方法は、2つ以上異なる所定の減衰振幅分布から1つ以上の所定の減衰振幅分布を選択する工程を含む。
本明細書に記載されている方法の1つ以上の実施形態では、マイクロホンは筐体に取り付けられ、本方法は、筐体を呼吸マスク上のポートに取り付ける工程含む。
本明細書に記載されている方法の1つ以上の実施形態では、1つ以上の所定の減衰周波数範囲は1つの所定の減衰周波数範囲のみを含む。
本明細書に記載されている方法の1つ以上の実施形態では、1つ以上の所定の減衰周波数範囲は約10,000Hz以下の上限を含む。
本明細書に記載されている方法の1つ以上の実施形態では、1つ以上の所定の減衰周波数範囲は約300Hz以上の下限を含む。
「好ましい」及び「好ましくは」という語は、特定の状況下で特定の利点をもたらし得る本明細書に記載される実施形態を指す。しかしながら、同一又は他の環境下で、他の実施形態も好ましい可能性がある。更に、1つ以上の好ましい実施形態の記載は、他の実施形態が有用でないことを示唆するものではなく、また、本発明の範囲から他の実施形態を排除することを意図するものでもない。
本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形の「1つの(a)」、「1つの(an)、及び「該(the)」は、文脈がそうではないと明確に示さない限り、複数の指示対象を含む。したがって、例えば、「1つの(a)」又は「該(the)」構成要素への言及は、複数の構成要素及び当業者に既知のそれらの等価物のうちの1つ以上を含み得る。更に、「及び/又は」という用語は、列記される要素の1つ又は全て若しくは列記される要素の任意の2つ以上の組み合わせを意味する。
「含む」という用語及びその変形は、これらの用語が添付の説明で用いられる場合、制限的意味を有さないことに留意する。更に、「1つの(a)」、「1つの(an)」、「該(the)」、「少なくとも1つ」、及び「1つ以上」は、本明細書において、交換可能に使用される。
左、右、前方、後方、上部、底部、側、上方、下方、水平、垂直等の相対語が、本明細書において使用される場合があり、その場合、特定の図面において見られる視点からである。これらの用語は、説明を簡単にするためだけに使用され、しかしながら、本発明の範囲を決して制限しない。
上述の概要は、本明細書に記載されているとおりの音声増強装置、音声増強装置を含む呼吸マスク、及び音声伝達を増強する方法のそれぞれの実施形態又はあらゆる実装形態を説明することを意図されてはいない。むしろ、本発明のより完全な理解は、添付図面の図を考慮して、以下の発明を実施するための形態及び特許請求の範囲を参照することによって、明らかとなり、理解される。
半面形面体呼吸マスク、及び呼吸マスクとともに使用するために構成される音声増強装置の1つの例示的実施形態の斜視図である。 音声増強装置を呼吸マスクに接続するために用いられる構造及び音声増強装置のその他の構成要素を示す、図1に示される音声増強装置の裏側の斜視図である。 本明細書に記載されているとおりの音声増強装置の1つの例示的実施形態における構成要素の概略図である。 本明細書に記載されているとおりの音声増強装置の1つの代替的な例示的実施形態における構成要素の概略図である。 呼吸マスクの清浄空気封入部内で検出された音響エネルギーの1つの例示的なプロット、及びマスクによって減衰された時のその音響エネルギーの1つの例示的なプロットを示す。 本明細書に記載されている音声増強装置及び方法を用いて提供されてもよい補償音響エネルギーの種々の例示的実施形態を示す。 マスクを着用していない間に測定されたユーザからの音響エネルギー、及びマスクを着用している間に測定されたユーザからの音響エネルギーの例示的実施形態を示す。 例示的な呼吸マスクの音響減衰分布の例示的実施形態を示す。
以下の例示的な実施形態の説明では、本明細書の一部を形成する具体的な実施形態が実例として示されている、添付図面の図が参照される。本発明の範囲から逸脱することなく他の実施形態が利用されてもよく、並びに構造的変更が行われてもよいことは理解されるであろう。
図1に、1つの半面形面体呼吸マスク10の例示的実施形態が示される。1つ以上の実施形態では、マスク10は、着用者の鼻及び口を包囲するように適合されるゴム引きの本体12を有してもよい。本体12は、その周辺部に、着用者の顔面とともに封止部を形成するように設計される。着用者の皮膚に接触し、それとのより良好な封止部を形成するために、本体12の周辺部に近接して封止材が取り付けられてもよい。本体12は、マスク10がバリアを提供するように設計される対象の空気伝達環境危険源の種類に対して実質的に不浸透性となるように選択される材料で形成される。マスク10は、着用者が吸気するのに伴ってマスク10に侵入する空気を濾過するために用いられるフィルタ14を含む。マスク10に関連して示されるフィルタ14は、本明細書に記載されているとおりの呼吸マスクとともに用いることができるであろう多くの異なるフィルタのうちの単なる1つの実施形態にすぎない。本明細書に記載されているとおりの音声増強装置を組み込み、方法を配備する呼吸マスクは通例、呼吸マスク10を着用者の顔面上の所定位置に保持するためのストラップ又はその他の取り付け構造を含むことになる。ただし、ストラップ又はその他の取り付け構造は呼吸マスク10に関連して示されていない。
図1に示される呼吸マスク10の例示的実施形態はまた呼気ポート16を含む。1つ以上の実施形態では、可撓性の仕切板(図示せず)が呼気ポート16内に配置されてもよく、マスクの清浄空気封入部内の圧力の増加に応答して開く。呼気ポート及びその内部に配置される仕切板の多くの異なる実施形態が、本明細書に記載されているとおりの呼吸マスクに関連して用いられてもよい。しかし、多種多様の呼気ポート及び関連付けられた仕切板については本明細書において更に説明されない。
音声増強装置及び方法は、本明細書に記載されているように、負圧呼吸マスク(その1つの例示的実施形態は、図1に示されるマスク10である)とともに用いられてもよいが、本明細書に記載されている音声増強装置及び方法はまた正圧呼吸マスクに関連して用いられてもよい。同様に、マスク10は半面形面体呼吸マスクであるが、1つ以上の代替実施形態では、本明細書に記載されている音声増強装置は全面形面体呼吸マスクとともに用いられてもよい。
呼吸マスクは、図1に示される例示的な呼吸マスク10の本体12内において少なくとも着用者の鼻及び口の周囲に清浄空気封入部を画定する。清浄空気封入部は、大部分、呼吸マスク10の本体12、及び呼吸マスク10の縁部の周囲に延びるあらゆる封止部によって画定される。図1に示されるとおりのマスク10などの呼吸マスクにおいては、1つ以上の実施形態では、フィルタ14が取り付けられる吸気ポートがまた呼気ポート16とともに清浄空気封入部を画定してもよい。
呼吸マスク10の例示的実施形態はまた、音声増強装置20が取り付けられてもよい音声増強装置ポート18を含む。音声増強装置20は、音声増強装置ポート18に選択的に取り付けられるように示されている。1つ以上の代替実施形態では、本明細書に記載されている音声増強装置は呼吸マスクに固定的に取り付けられてもよい。本明細書において使用される時、「固定的に取り付けられる」(及びその変形)は、呼吸マスクからの音声増強装置の分離はマスク及び/又は音声増強装置の一部分の破壊又は変形を必要とするであろうということを意味する。
1つ以上の実施形態では、音声増強装置ポート18は、呼吸マスク10内に画定された清浄空気封入部内へ直接開き、それにより、清浄空気封入部内で放出されたあらゆる音声エネルギーは音声増強装置に直接到達することができる。図2を参照すると、音声増強装置20の裏側が示されている。1つ以上の実施形態では、音声増強装置20の裏側の構成要素は通例、呼吸マスク10によって画定された清浄空気封入部内に配置されることになる。
図1及び図2の両図を参照すると、音声増強装置20は、筐体22、及び、図示されている実施形態では、音声増強装置ポート18内への挿入のために構成されるフランジ24を含む。フランジ24は、1つ以上の実施形態では、音声増強装置ポート18内のスロット19内に嵌合するように構成されてもよい耳部26を含み、それにより、音声増強装置20の筐体22を軸21の周りに回転させると、音声増強装置20は音声増強装置ポート18内の所定位置にロックされる。フランジ24、耳部26及びポート18(スロット19を伴う)の構築は、音声増強装置22マスク10の取り付けのためのバヨネット式取り付け部品を提供する。多くの他のバヨネット式取り付け構造が、図1及び図2の例示的実施形態に示されているものの代わりに用いられてもよい。更に、多くの他の取り付け構造が、本明細書に記載されている音声増強装置20を呼吸マスク10に選択的に取り付けるために用いられてもよい。選択的取り付けのために構成されるいくつかの潜在的に適した代替的な取り付け構造の例としては、限定するものではないが、ねじ構造、戻り止め機構、ストラップなどを挙げることができる。
音声増強装置20の例示的実施形態は、コントローラ30、電源32、マイクロホン34、スピーカ36、及びセレクタスイッチ38を含む。本明細書に記載されている音声増強装置内で用いられるコントローラ30は任意の好適な形態で提供されてよく、例えば、メモリ及びコントローラを含んでもよい。コントローラは、例えば、1つ以上のマイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA:Field-Programmable Gate Array)、デジタル信号プロセッサ(DSP:Digital Signal Processor)、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路(ASIC:Application Specific Integrated Circuit)状態機械などの形態のものであってもよい。
本明細書に記載されている例示的実施形態では、音声増強装置20のコントローラ30及び電源32は制御モジュール31(例えば、図2参照)内に提供されてもよい。しかし、1つ以上の代替実施形態では、コントローラ30及び電源32は別々に提供されてもよい。電源32は、例えば、電池、コンデンサなどを含む、任意の数のさまざまな異なる形態で提供されてよい。
音声増強装置20内に提供されるマイクロホン34は、フランジ24を含む音声増強装置20の筐体22の裏側に配置されるため、音声増強装置20が呼吸マスク10上のポート18に取り付けられると、マイクロホン34は、呼吸マスク10によって形成される清浄空気封入部内に配置されることになる。その結果、マイクロホン34は、呼吸マスク10の清浄空気封入部内の音響エネルギーを検出するように位置付けられる。清浄空気封入部内の音響エネルギーの検出は、マイクロホン34が呼吸マスク10の着用者の音声を検出することを可能にする。
図1に見られるように、音声増強装置20はまた、筐体22に取り付けられるスピーカ36を含む。スピーカ36は、1つ以上の実施形態では、スピーカ36によって生成された音響エネルギーが、呼吸マスク10内に画定された清浄空気封入部から遠ざかる方向に向けられるように構成される。音声増強装置20の例示的実施形態は1つのスピーカ36のみを含んでいるが、1つ以上の代替実施形態では、本明細書に記載されている音声増強装置は1つを超えるスピーカを含んでもよい。
音声増強装置20の例示的実施形態はまた、音声増強装置20をオン及びオフにするために用いられてもよいスイッチ38を含む。1つ以上の代替実施形態では、セレクタスイッチ38は、例えば、以下においてより詳細に説明されるように、補償音響エネルギーのための周波数範囲及び/又は振幅分布を選択することなどの、他の機能を提供してもよい。
図3を参照すると、1つ以上の実施形態では、コントローラ30は、電源32、マイクロホン34、スピーカ36、及びセレクタスイッチ38のそれぞれに動作可能に接続される。1つ以上の実施形態では、本明細書に記載されているとおりの音声増強装置を用いて音声を増強するために必要とされる構成要素の全ては、呼吸マスクに取り付けられるように構成された筐体内に配置されてもよい。音声を増強するために必要とされる構成要素の全てを同じ筐体内に提供することは、不具合のある音声増強装置を交換すること、同じ呼吸マスクとともに使用するための異なる特徴を提供する異なる音声増強装置を代わりに用いること、及び/又は本明細書に記載されているとおりの音声増強装置を受容する能力を有する利用可能なポートを有する任意の呼吸マスク上に音声増強装置を提供することのための機会をユーザに提供し得る。
更に他の実施形態では、本明細書に記載されているとおりの音声増強装置のマイクロホンは、マイクロホンは、呼吸マスクに選択的又は固定的に取り付けられる筐体に内に配置されるか、若しくはそれに取り付けられるのか否かにかかわらず、呼吸マスクが人によって着用されると呼吸マスクによって画定される清浄空気封入部内の音響エネルギーを検出するようにマイクロホンを位置付ける態様で、呼吸マスクに選択的又は固定的に取り付けられてもよい。このような実施形態では、コントローラ及びスピーカの一方又は両方は、筐体であって、それ自体、呼吸マスクに選択的又は固定的に取り付けられてもよいか、又は取り付けられなくてもよい、筐体内に配置されてもよい(更に、筐体はまた音声増強装置のための電力源を収容してもよい)。
図1〜図3に示される実施形態に関連して上述されたように、音声増強装置20の構成要素は全て、単一の筐体22内に配置されてもよい。しかし、代替的に、本明細書に記載されている音声増強装置の1つ以上の実施形態は、本明細書に記載されているとおりの音声増強装置の機能性を提供するために接続されてもよい2つ以上の別個の筐体内に収容されてもよい。図4に、音声増強装置120の1つの代替的な例示的実施形態が概略的に示される。図4に示される音声増強装置120は2つの別個の筐体122及び123を含む。図示されている実施形態では、マイクロホン134は筐体122内に配置される。本明細書に記載されている音声増強装置に関連して用いられるマイクロホンは、呼吸マスクによって画定される清浄空気封入部内に配置されるため、1つ以上の実施形態では、筐体122は、本明細書に記載されているとおりの呼吸マスクへの(選択的又は固定的な)取り付けのために構成されてもよい。本明細書において説明されているように、1つ以上の実施形態では、筐体122は任意選択的なものであってもよい。すなわち、筐体122がない場合には、マイクロホン134は、それが、マスクによって画定される清浄空気封入部内の音響エネルギーを検出するように構成される限り、呼吸マスクに選択的又は固定的に取り付けられてもよい。
図示されている実施形態では、図4に示されるとおりの音声増強装置120の構成要素の残りのものは、1つ以上の実施形態では、筐体122と別個で異なる補助筐体123内に配置され、それにより、筐体122は1つのロケーション内に提供することができ(例えば、呼吸マスク本体に取り付けられる)、補助筐体は異なるロケーションに提供することができる。1つ以上の実施形態では、補助筐体123は、マイクロホン134を有する筐体122が取り付けられる呼吸マスクを着用する人の衣服、ベルト、ヘルメット、バックパックなどへの取り付け(又はそれらの中への組み込み)のために構成されてもよい。
図示されている実施形態では、補助筐体123は、コントローラ130、電源132、スピーカ136及びセレクタスイッチ138を含む。音声増強装置120内には、第1の筐体122内のマイクロホン134を第2の筐体123内のコントローラ130に接続するための接続135が提供される。1つ以上の実施形態では、接続135は有線接続であってもよい。もう1つの代替実施形態では、接続135は無線接続の形態のものであってもよい(例えば、Bluetooth(登録商標)、Wi−Fi(登録商標)、RF、光学的なものなど)。
代替実施形態では、音声増強装置120の種々の構成要素の配分の何らかの変化も可能であってよい。例えば、1つ以上の実施形態では、スピーカ136はマイクロホン134とともに筐体122内に配置されてもよい。別の例では、セレクタスイッチ138は筐体122内に配置されてもよい。更に別の実施形態では、コントローラ130は筐体122内に配置されてもよい。1つ以上の実施形態では、補助筐体123内に配置される唯一の構成要素は、例えば、電源132であってもよい。図3及び図4に示されている音声増強装置は、単一の筐体内又は2つの筐体内に収容された構成要素を含むが、他の代替実施形態では、本明細書に記載されている音声増強装置の構成要素は3つ以上の異なる筐体にわたって配分されてもよい。
1つ以上の実施形態では、本明細書に記載されている音声増強装置のコントローラは、本明細書に記載されているとおりのマイクロホンから音声信号を受信するように構成されてもよい。マイクロホンから受信された音声信号は、マイクロホンによって検出された音響エネルギーを指示する。本明細書に記載されている実施形態では、その音響エネルギーは通例、呼吸マスクの着用者によって、彼らが話している時に発生された音響エネルギーによって支配されることになる。1つ以上の実施形態では、音声信号は、第1の周波数範囲内のマイクロホンによって検出された音響エネルギーを指示してもよい。
コントローラはスピーカにも動作可能に接続され、それにより、コントローラは、スピーカへ出力信号を送出するように構成されてもよい。1つ以上の実施形態では、コントローラによってスピーカへ送出される出力信号は、スピーカに、本明細書に記載されているとおりの補償音響エネルギーを放出させるように構成されてもよい。1つ以上の実施形態では、補償音響エネルギーは、マイクロホンによって提供される音声信号に基づき、呼吸マスクが音声の音響エネルギーを減衰させ得る1つ以上の所定の減衰周波数範囲内で放出されてもよい。いくつかの実施形態では、1つ以上の範囲は、呼吸マスクの清浄空気封入部内で検出された第1の周波数範囲の全てに満たない部分をカバーしてもよい。1つ以上の実施形態では、補償音響エネルギーは、呼吸マスクの清浄空気封入部内で検出された第1の周波数範囲の全てに満たない部分をカバーする1つの所定の減衰周波数範囲のみの内で放出されてもよい。他の例示的な実施形態では、補償音響エネルギーは、呼吸マスクの清浄空気封入部内で検出された第1の周波数範囲の全て又は一部をカバーする1つ以上の所定の減衰周波数範囲内で放出されてもよい。
更に、1つ以上の実施形態では、補償音響エネルギーは、1つ以上の所定の減衰周波数範囲のそれぞれにわたる1つ以上の所定の減衰振幅分布を有してもよい。換言すれば、1つ以上の実施形態は、第1の減衰振幅分布を有する第1の周波数範囲内、及び第1の減衰振幅分布と同じか又は異なる第2の減衰振幅分布を有する第2の(異なる)周波数範囲内の補償音響エネルギーの送出を含んでもよい。
図5及び図6に関連して、清浄空気封入部内の音響エネルギーを検出し、本明細書に記載されているとおりの呼吸マスクによって生じた音声の減衰を補償するべく清浄空気封入部の外部へ補償音響エネルギーを送出するための本明細書に記載されている音声増強装置の動作を説明することができる。
図5に、呼吸マスクの清浄空気封入部内、及び清浄空気封入部の外部で検出された音響エネルギーの実例が示される。プロット40は、呼吸マスクの清浄空気封入部内で検出された音響エネルギーの1つの実例である。プロット40によって表現される音響エネルギーは、呼吸マスクの着用者がマスクを着用している間に話をした時に発生された音響エネルギーの振幅及び周波数範囲の一例である。図示されている実施形態では、その音響エネルギーは、FからFまで広がる第1の周波数範囲にわたって発生される。
本明細書に記載されているように、音声増強装置は、第1の周波数範囲にわたるこのような音響エネルギーを検出するために呼吸マスクの清浄空気封入部内に配置されるマイクロホンを含む。1つ以上の実施形態では、音響エネルギーが検出される第1の周波数範囲は、音声の音響エネルギーのための予想される周波数範囲全体、並びにその周波数範囲にわたるその音響エネルギーの振幅を包含してもよい。しかし、1つ以上の代替実施形態では、本明細書に記載されているとおりの音響エネルギーが検出される第1の周波数範囲は、マスクの着用者によってマスク内で発生された音響エネルギーの周波数範囲及び/又は振幅の全てを含まなくてもよい。
図5に見られるとおりのプロット42は、清浄空気封入部内のプロット40によって表現される音響エネルギーの減衰後の呼吸マスクの清浄空気封入部の外部で検出された音響エネルギーの1つの実例である。プロット42は、プロット42の第1の周波数範囲の少なくとも一部にわたる音響エネルギーの振幅は、清浄空気封入部内で検出された音響エネルギーの振幅と比べて著しく減少していることを示す。したがって、呼吸マスクは、特定の周波数における、又は特定の周波数範囲にわたる、マスクの清浄空気封入部の内部及び外部の音響エネルギーの振幅の間の差によって特徴付けられる音響減衰分布を呈する。図5に示される実例では、F〜Fの周波数範囲の下端内でもいくらかの減衰が存在するが、その減衰は、周波数範囲F〜F内のより高い周波数においてより顕著になる。
呼吸マスクによる音響エネルギーの減衰を補償するために、本明細書に記載されている音声増強装置及び方法は、清浄空気封入部内で検出された音響エネルギー及び/又は呼吸マスクの音響減衰分布に基づき、清浄空気封入部の外部へ補償音響エネルギーを提供する。図6を参照すると、本明細書に記載されている音声増強装置を用いて清浄空気封入部の外部へ送出されてもよい補償音響エネルギーの種々の実例がプロット50、52、54、56、及び58として示されている。
1つ以上の実施形態では、本明細書に記載されている音声増強装置及び方法は、呼吸マスクが音声の音響エネルギーを、呼吸マスクの着用者の近くに位置する人によるその了解度に悪影響を及ぼし得る程度まで減衰させる周波数範囲に基づき選択されてもよい1つ以上の所定の減衰周波数範囲にわたって補償音響エネルギーを送出してもよい。1つ以上の所定の減衰周波数範囲は、図6に示されるように、F〜Fの選択された周波数範囲内で提供されてもよい(例えば、図6におけるプロット50、52、54、及び56参照)。しかし、1つ以上の代替実施形態では、1つ以上の所定の減衰周波数範囲は、呼吸マスクが音声の音響エネルギーを著しく減衰させる選択された周波数範囲F〜Fの外部に存在してもよい(例えば、図6におけるプロット58参照)。1つ以上の代替実施形態では、1つ以上の所定の減衰周波数範囲のうちの少なくとも1つは、選択された周波数範囲全体F〜F(例えば、図6におけるプロット50及び52参照)、又はマイクロホンが動作する周波数範囲全体、例えば、F〜Fに及んでもよい。
1つ以上の実施形態では、1つ以上の所定の減衰周波数範囲は、例えば、300Hz以上、場合により500Hz以上、又は更には1000Hz以上の下限を有してもよい。換言すれば、補償音響エネルギーは、これらの選択された下限のうちの1つ又はその上方から開始する1つ以上の周波数範囲にわたって送出されてもよい。1つ以上の実施形態では、1つ以上の所定の減衰周波数範囲は、例えば、設定された上限又は下限を有しなくてもよい(すなわち、上限又は下限は単に、スピーカ、及び/又はコントローラ内の回路機構が音響エネルギーを送出する能力を有する上限又は下限であってもよい)。しかし、1つ以上の代替実施形態では、1つ以上の所定の減衰周波数範囲は、例えば、10,000Hz以下、場合により9000Hz以下、又は更には8000Hz以下の上限を有してもよい。補償音響エネルギーは、せいぜい、最大で、本明細書に記載されている音声増強装置及び方法の1つ以上の実施形態におけるこれらの上限のうちの1つまで広がる周波数範囲にわたって送出されてもよい。
1つ以上の実施形態では、本明細書に記載されている音声増強装置及び方法は、清浄空気封入部内のマイクロホンによって検出された音響エネルギーに基づき、平坦な周波数応答を有する補償音響エネルギーを送出してもよい。図6に見られるとおりのプロット50は、補償音響エネルギーの減衰振幅分布が、減衰周波数範囲、例えば、F〜Fにわたって均一であるような平坦な周波数応答を有して所定の減衰周波数範囲内で送出される補償音響エネルギーの1つの実例である。
1つ以上の代替実施形態では、本明細書に記載されている音声増強装置及び方法は、清浄空気封入部内のマイクロホンによって検出された音響エネルギーに基づき、不均一な減衰振幅分布を有する補償音響エネルギーを送出してもよい。図6に見られるとおりのプロット52は、所定の減衰周波数範囲、例えば、F〜Fにわたって不均一な減衰振幅分布を有して送出される補償音響エネルギーの1つの実例である。
プロット52によって表現される減衰振幅分布は、本明細書に記載されている音声増強装置及び方法に関連して用いることができるであろう無数に潜在する減衰振幅分布のほんの一例にすぎない。例えば、1つ以上の実施形態では、補償音響エネルギーは、線形でなく、例えば、本明細書に記載されている音声増強装置を用いた呼吸マスクの着用者の近くに位置する人による音声の了解度を特に増強するために決定されてもよい減衰周波数範囲内の1つ以上の選択された周波数又は周波数範囲を強調するか、又は特に増強する振幅分布を有して送出されてもよい。図6に見られるとおりのプロット54は、減衰周波数範囲内の1つの周波数範囲を強調又は増強する所定の減衰周波数範囲にわたって不均一な減衰振幅分布を有して送出される補償音響エネルギーの1つの実例である。
一例として、音声の了解度を改善するために、例えば、3000kHz〜4000kHzの範囲内の周波数などのより高い周波数(例えば、3700kHzの前後にピークを有する)を際立たせると有用となる場合がある。補償音響エネルギーはより広い周波数範囲(例えば、300Hz〜最大、例えば、10,000Hz)にわたって送出されてもよいが、場合により、本明細書に記載されている音声の了解度を更に増強するために、そのより広い周波数範囲内のより小さい周波数範囲内、及び/又は選択された周波数において送出される補償音響エネルギーが用いられてもよい。
例示的な実施形態では、本明細書に記載されている音声増強装置及び方法は1つ以上の所定の減衰周波数範囲にわたって補償音響エネルギーを送出し、呼吸マスクの音響減衰分布に関連する振幅を呈する。呼吸マスクが減衰をほとんど又は全く生じさせない周波数又は周波数範囲においては、最小振幅を有する補償音響エネルギーが提供されてもよく、呼吸マスクがより大きな減衰を生じさせる周波数又は周波数範囲においては、より大きな振幅を有する補償音響エネルギーが提供されてもよい。例えば、音響減衰分布の振幅値(すなわち、任意の特定の周波数、又は周波数の範囲におけるマスクによって減衰される音響エネルギー)の12dB以内、又は6dB以内、又は3dB以内又はそれ未満である振幅を有する補償音響エネルギーが提供されてもよい。
呼吸マスクによって生じる減衰、及びそれゆえマスクの音響減衰分布は、主として、マスクの材料、構造、及び構成に依存する。したがって、特定のモデル又は形式の種々のマスクは、特定の周波数において、又は特定の周波数範囲にわたって同様又は同一の音響減衰分布を呈し得る。それゆえ、所望の周波数範囲にわたる補償音響エネルギーの振幅分布は、特定のマスクモデル又は形式のために、その特定のマスクモデル又は形式の音響減衰分布に基づき、選択されてもよい。
マスクの音響減衰分布は、当該技術分野において知られているとおりの任意の好適な技法に従って測定されてよい。例えば、音響減衰分布は、マスクを着用していない間、及び鼻及び口を覆ってマスクを着用している間の両方においてユーザから送出された音響エネルギーを測定することによって決定されてもよい。例示的な手順では、マスクを着用していないユーザによって無響室内にいる間に所定の文言が話され、それにより、ユーザによって周波数の範囲にわたって音響エネルギーが発生される。音響エネルギーは、例えば、ユーザの口の前方1メートルの距離に位置付けられた、Bruel & Kjaer of Naerum Denmarkから入手可能な2669型測定マイクロホンなどのマイクロホンによって測定される。次に、ユーザは、鼻及び口を覆ってマスクを着用している間に同じ所定の文言を話し、マイクロホンは、ユーザによって発生された音響エネルギーを測定する。ユーザがマスクを着用していなかった時に検出された音響エネルギーと、ユーザがマスクを着用していた時に検出された音響エネルギーとの差は、マスクの音響減衰分布を表す。ユーザがマスクを着用していた時、及びユーザがマスクを着用していなかった時に検出された音声の差は、マスクによって生じた音響減衰によるものであり、音響減衰は任意の所与の周波数、又は周波数の範囲において決定され得る。マスクの正確な減衰分布を確実にするために、この手順は、例えば、5人のユーザなど、数人のユーザを使って繰り返されてもよい。
図7は、ユーザがマスクを着用している間、及びユーザがマスクを着用していない間において測定された音響エネルギーをそれぞれ表現する例示的なプロット71及び72を示す。比較的より低い周波数Fにおいては、例えば、マスクを用いずに測定された音響エネルギーの振幅A、及びマスクを用いて測定する音響エネルギーの振幅Aはほぼ同じであり、Fにおいてマスクによって生じる音響減衰は比較的小さいことを指示する。比較的より高い周波数Fにおいては、例えば、マスクを用いずに測定された音響エネルギーの振幅A、及びマスクを用いて測定する音響エネルギーの振幅Aは非常に異なり、Fにおいてマスクによって生じる音響減衰は比較的大きいことを指示する。
マスクを用いて、及びそれを用いずに測定された音響エネルギーの差から決定された例示的な減衰分布が周波数範囲全体F〜Fにわたって提供されてもよく、図8におけるプロット81によって表現されている。例示的な実施形態では、マスクの音響減衰分布よりも12dB未満、又は6dB未満、又は3dB未満大きい振幅を有する補償音響エネルギーが、1つ以上の所定の減衰周波数範囲の少なくとも90%、又は少なくとも95%、又はほぼ100%にわたって提供される。すなわち、マスクの音響減衰分布にほぼ相当するか、又はそれよりも小さい補償音響エネルギーが提供される。このような振幅分布を有する補償音響エネルギーは、制約された電力消費と高い忠実度との望ましいバランスを提供し、例えば、たった1回の電池充電で長期間用いることができる効果的な通信デバイスを提供する。それゆえ、補償音響エネルギーは、清浄空気封入部内で発生された全ての音響エネルギーに関連付けることができる電力消費を低減しつつ、ユーザの音声を最良に再現するために提供することができる。
1つ以上の実施形態では、本明細書に記載されている音声増強装置及び方法は、1つ以上の所定の減衰周波数範囲及び/又は減衰振幅分布のうちの少なくとも1つを、音声の了解度を増強するべく適用し、用いるために選択する能力をユーザに提供してもよい。1つ以上の実施形態では、音声増強装置及び方法を、異なる呼吸マスクとともに使用するべく調整するために、さまざまな周波数範囲及び/又は振幅分布からの選択が用いられてもよい。例えば、異なる呼吸マスクは多くの場合、異なる減衰特性を提供することになり、本明細書に記載されている音声増強装置及び方法は、音声増強装置及び方法が異なるマスクとともに用いられる場合には、それらの異なる減衰特性に対処するように選択されてもよい。異なる減衰特性を提供する可能性がある呼吸マスクの一例は、例えば、半面形面体呼吸マスクと対照的なものとしての全面形面体呼吸マスクであってもよい。異なる減衰特性を提供する可能性がある呼吸マスクの別の例としては、音声を異なって減衰させる異なる構造を有する2つの異なる半面形面体呼吸マスクがあり得る。
本明細書に記載されている音声増強装置及び方法におけるさまざまな周波数範囲及び/又は振幅分布からの選択はまた、性別間の音声の違いのための調整にも有用となり得る。例えば、音声了解度を改善するための本明細書に記載されている音声増強装置及び方法の利用は、呼吸マスクを着用する人の性別に応じて異なる減衰周波数範囲及び/又は減衰振幅分布を用いて最もうまく達成されてもよい。
本明細書に記載されている音声増強装置及び方法におけるさまざまな周波数範囲及び/又は振幅分布からの選択はまた、雑音環境内における音声の了解度を改善するためにも有用となり得る。例えば、雑音環境内における音声了解度は、より速い速度でエネルギーを消費し得る周波数範囲にわたる、及び/又は振幅分布を有する補償音響エネルギーを送出し、その一方で、同様に、(例えば、音声の了解度を改善するためにあまり積極的な補償音響エネルギーが必要とされないより静かな環境内では)エネルギーをより遅い速度で消費するが、それでもなお音声の了解度を増強する減衰周波数範囲及び/又は減衰振幅分布を選択するための機会もユーザに提供することによって、最もうまく増強され得る。
図1及び図3を参照すると、音声増強装置20の例示的実施形態に関連して提供されるセレクタスイッチ38は、オン/オフの機能性を提供するとともに、ユーザが、1つ以上の所定の減衰周波数範囲及び/又は減衰振幅分布のうちの少なくとも1つを、音声了解度を増強するべく用いるために選択することができる機構を両方とも提供してもよい。1つ以上の代替実施形態では、1つ以上の所定の減衰周波数範囲及び/又は減衰振幅分布のうちの少なくとも1つを、音声了解度を増強するべく用いるために選択する能力をユーザに提供するために、1つ以上の他のスイッチ又は他のセレクタデバイスが用いられてもよい。
本明細書に記載されているとおりの音声増強装置及び方法並びにそれらとともに用いられる呼吸装置の例示的実施形態が説明され、いくつかの可能な変形への言及が行われた。本発明におけるこれら及び他の変形及び改変は本発明の範囲から逸脱することなく当業者にとって明らかであり、本発明が本明細書に記載される例示的実施形態に限定されないことは理解されるべきである。したがって、この発明は、上記の実施形態に限定されないが、以下の請求項及び全てのその等価物に詳述する制限によって規制される。更に本発明は、ここに具体的に開示されていない要素がなくとも適切に実施される場合がある。
本明細書において引用されている全ての特許及び特許出願は全体が参照により本文書に組み込まれている。本文書と、いずれかのこうした組み込まれた文献における開示との間に不一致又は矛盾がある限りにおいては、本文書が優先することになる。

Claims (2)

  1. 呼吸マスクであって、前記呼吸マスクは、
    前記マスクと着用者の口及び鼻との間に清浄空気封入部を画定するように構成され、第1の周波数範囲にわたる音響減衰分布を呈するマスク本体と、
    音声増強装置と、
    を備え、前記音声増強装置は、
    前記マスク本体への取り付けのために構成されるマイクロホンであって、前記マイクロホンは、前記マスク本体に取り付けられると前記清浄空気封入部内の音響エネルギーを検出するように更に構成される、マイクロホンと、
    前記清浄空気封入部の外部で音響エネルギーを生成するように構成されるスピーカと、
    前記スピーカ及び前記マイクロホンに動作可能に接続されるコントローラと、
    を含み、前記コントローラは、
    前記マイクロホンから音声信号を受信する工程であって、前記音声信号は、前記第1の周波数範囲内の前記マイクロホンによって検出された音響エネルギーを指示する、受信する工程と、
    前記スピーカへ出力信号を送出する工程であって、前記出力信号は、前記スピーカに、補償音響エネルギーを放出させるように構成され、前記補償音響エネルギーは1つ以上の所定の減衰周波数範囲内で放出され、前記補償音響エネルギーは、前記補償音響エネルギーが、前記1つ以上の所定の減衰周波数範囲のそれぞれの所定の減衰周波数範囲の少なくとも90%にわたって前記マスク本体の前記音響減衰分布よりも6dB未満大きい振幅を呈するような、所定の減衰振幅分布を含む、送出する工程と、
    を実行するように構成される、呼吸マスク。
  2. 呼吸マスクの前記着用者のための音声を増強する方法であって、前記方法は、
    マイクロホンを用いて呼吸マスクの清浄空気封入部内の音響エネルギーを検出する工程と、
    前記マイクロホンからコントローラへ音声信号を送出する工程であって、前記音声信号は、前記第1の周波数範囲内の前記検出された音響エネルギーを指示する、送出する工程と、
    スピーカへ出力信号を送出する工程であって、前記出力信号は前記スピーカに、前記清浄空気封入部の外部へ1つ以上の所定の減衰周波数範囲内で補償音響エネルギーを放出させ、前記補償音響エネルギーは、前記補償音響エネルギーが、前記1つ以上の所定の減衰周波数範囲のそれぞれの所定の減衰周波数範囲の少なくとも90%にわたって前記マスク本体の音響減衰分布よりも6dB未満大きい振幅を呈するような、所定の減衰振幅分布を含む、送出する工程と、
    を含む、方法。
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