JPH03293846A

JPH03293846A - 拡声電話ステーション

Info

Publication number: JPH03293846A
Application number: JP2410104A
Authority: JP
Inventors: Jr John C Baumhauer; ジョン　チャールズ　バウムハウアー，ジュニア; Jeffrey P Mcateer; ジェフリー　フィリップ　マッカティア; Brian A Wittman; ブライアン　アルバート　ウィットマン
Original assignee: American Telephone and Telegraph Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1989-12-22
Filing date: 1990-12-13
Publication date: 1991-12-25
Anticipated expiration: 2010-06-28
Also published as: US5121426A; CA2027138A1; CA2027138C; KR910013805A; JPH0761098B2; KR940006002B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［０００１］

【産業上の利用分野】本発明は、拡声電話ステーションに関し、特に指向性マ
イクロホンの利用に関する。［０００２］

【従来の技術】

拡声電話（スピーカーホンまたはハンドフリー電話とし
て知られている）は、通常の電話送受器の外にマイクロ
ホンとラウドスピーカ−を互いにやや近傍に有する電話
であり、持続振動発生の機会を与えるものである。鳴音
（ｓｉｎｇｉｎｇ）として知られるこの状態はラウドス
ピーカ−からの信号が関連するマイクロホンと結合する
場合の公衆アドレス方式によく見られる状態である。［０００３］拡声電話は、通常電話機の送信チャネルと受信チャネル
の両者に増幅器、及び送信チャネルと受信チャネルを電
話回線に接続するハイブリッド回路を有する。ハイブリッド回路は送信信号エネルギーの大部分を電話
回線に結合するが、ハイブリッドエコーとして知られる
一部を受信チャネルに返送する。同じように、ラウドス
ピーカ−から放散する音響エネルギーの一部は、送信マ
イクロホンによりピックアップされるが、これは音響エ
コーとして知られるものである。［０００４］このように伝送チャネルと受信チャネルを含むループが
作られる。それらは−端ではハイブリッドエコーにより
結合され、他端では音響エコーにより結合される。この
ループ周りのネットの利得がある単位（ＯｄＢ）を超え
る場合発振が起こる。この発振問題を回避するのに使わ
れた恐らく初期の方法は、いわゆるブツシュ・ツウ・ト
ーク方式であった。その通常状態においては、送信チャ
ネルはディスエイプルされた状態であり、受信チャネル
はイネーブルされた状態である。利用者が電話を掛けようとする場合、手動スイッチを押
して、通信チャネルをイネーブルにし、同時に受信チャ
ネルをディスエイプルにする。［０００５］送信チャネルと受信チャネルは、同時に決してオンには
ならないので発振は決して起こることはない。このブツ
シュ・ツウ・トーク方式に改革が行われたのは手動スイ
ッチが次の回路に置き換わったときである。この回路は
送信機で音声エネルギーを検出し、その後送信チャネル
をイネーブル状態にし、受信チャネルをディスエイプル
状態にする音声スイッチとして知られる回路である。［０００６］この音声スイッチ方式の改良は、送信信号と受信信号の
大きさを比較し、声の大きい送話者を侵位にする回路を
入れたことによりなされた。この方法の評価はともかく
として、伝送方向の逆転時に１もしくは２シラブルが失
われるという問題がある。拡声電話における全２重動作
（即ち両方向同時通話）を望む点から、ラウドスピーカ
−とマイクロホンの結合を少なくする方法が求められた
。［０００７］米国特許第４．６５８，４２５号は、シュア（ｓｈｕｒ
ｅ）Ｓｒ１０００テレカンフアレンシングシステムで用
いられるようなマイクロホン動作制御システムを開示し
ている。このシステムにおいては、３つの一次グラディ
エント（ＦＯＧ）であって、それぞれハート形（カージ
オイド）ポーラ−感度パターンを有し、ラウドスピーカ
−をも含む共用ハウジングに入れられる。各マイクロホ
ンは外側に向き最大感度の方向はハウジングの中心から
放射状に拡がっている。［０００８］この３つのマイクロホンにより与えられる全体パターン
が、全ルーム（３６０）カバレージを行っているが、通
常は１つのマイクロホンのみがオンとなっている。不都
合なことに、カージオイドマイクロホン及びそれを入れ
る電話ハウジングの中に製造のばらつきがあって、ポー
ラ−感度パターンにサイドローブを作る結果となってい
る。［０００９］他のローブも定義することはできるが、本発明の説明上
、主ローブ以外を全てサイドローブとして示すこととす
る。このような所望しないサイドローブの指す方向から
来る音には感度が増加することとなる。この方向にラウ
ドスピーカ−の位置があることが多く、そのため持続振
動が増加しやすい。拡声電話はまた残響（バレリ効果）
を受ける。これは、壁もしくは天井からの直接通話の反
響から来る無方向音声を、マイクロホンがピックアップ
するものである。［００１０］受信ラウドスピーカ−から放散する音は同様に反響し、
マイクロホンによりピックアップされ遠端送話者からの
反響エコーとなる。米国特許第４，６２９，８２９号は
適応フィルタ（エコーキャンセラ）を用いて音響結合を
少なくする全２重スピーカホンを開示している。エコー
キャンセラはエコーの推定値を発生してエコーにより劣
化した信号から推定値を減算することによりエコーを軽
減するものである。しかし、エコーキャンセラは限られ
た信号範囲にのみ有用であってマイクロホンとラウドス
ピーカ−との間の音響結合が最小の場合に最大の効果を
与える。［００１１］

【発明が解決しようとする課題】

以上のことから、製造上のばらつきの点から付随マイク
ロホンのポーラ−感度パターンの、安定した方法で拡声
電話ステーションを与えることが望まれている［００１
２］さらに、残響やルーム雑音のある場所での全２重動作の
できる拡声電話ステーションを与えることが求められて
いる。［００１３］

【課題を解決するための手段】

本発明の拡声電話ステーションは、共通ハウジング内に
少なくとも１つの指向性マイクロホンとラウドスピーカ
−とを有する。指向性マイクロホンのポーラ−感度パタ
ーンは主ローブ、１つ以上のサイドローブ、及びローブ
のペアの間のヌルを有する。ここでヌルは隣接するサイ
ドローブと比較すると、マイクロホン感度の実質上の減
少を表わす。さらに、ラウドスピーカは主ローブと隣接
サイドローブのポーラ−感度パターンのヌルに設置され
、ラウドスピーカ−とマイクロホンの間の音響結合を実
質上減少する。［００１４］本発明の詳細な説明するが、第１エコーキャンセラはラ
ウドスピーカ−と、マイクロホンの間の音響結合をさら
に減少するために用いられ、第２エコーキャンセラはハ
イブリッド回路間の電気的結合を減少するために用いら
れる。本発明によるラウドスピーカ−とマイクロホンの
設置により拡声電話ステーションにおける全２重動作が
得られる。［００１５］プレッシャーマイクロホン単一ポートマイクロホンは、その入力音ポートに瞬間音
圧を感知することができ、音圧の大きさに対応する電気
的出力の電圧信号を生成する。、このようなマイクロホ
ンは゛プレッシャーマイクロホン゛°として知られてお
り、図１に示すように通常構成されている。音響ポート
ハ１０１は音をマイクロホン１００に入れてダイヤフラ
ム１０３の一面と相互作用して電圧を生成する。［００１６］ダイヤフラムの１０３の他面は密閉空洞で、その体積が
ダイヤフラムのコンプライアンスに残響を与える。プレ
ッシャーマイクロホンは、いずれの方向からでも来る音
に等しく応答するので、その感度パターンは全方向性で
ある。図５に関連する幾つかの特徴と共にプレッシャー
マイクロポンの全方向性感度パターンを示す。図５の情
報は次のデータを用いてまとめたものである。ノーレス
　エレクトロニクス社（Ｋｎｏｗｌｅｓ　Ｅｌｅｃｔｏ
ｒｏｎｉｃｓ、　Ｉｎｃ、　、　）テクニカル　ブレテ
ン（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ）　　ＴＢ
−２１：　　“’ＥＢ方向性補聴マイクロホン応用ノー
ト“である［００１７］一次グラディエントマイクロホングラディエントマイクロホンは、１つ以上のダイヤフラ
ムの反対面の差圧を測って指向性ポーラ−感度特性を得
るものである。図２は一次グラディエン）　（ＦＯＧ）
マイクロホン２００を示し、これはダイヤフラム２０３
の対向面に設けた入力音響ポー）２０１と２０２を有す
る。この音響ポートは距離ｄだけ離れている。一方の音
響ポート２０１から、他の音響ポート２０２に行くには
音波はこの距離だけＦＯＧにわたり移動しなければなら
ない。［００１８］ダイヤフラム２０３の運動は、マイクロホンの出力とし
て電圧に変換される。ＦＯＧマイクロホンの出力電圧の大きさは、ダイヤフラ
ム２０３の反対側の音圧差の関数である。距離ｄが小さ
くなる程、ＦＯＧマイクロフォンからの出力電圧もまた
小さくなる。空気中２１°Ｃにおける音速は、毎秒３４
４ｍであるので、ｆ＝２２５０Ｈｚ可聴信号は約１５．
２４ｃｍの波長を有する。［００１９］そこで、例えこの間隔距離が小さくとも、音響ポート２
０１と２０２間の位相差は十分にあるので、ＦＯＧマイ
クロホンは図５に示すように、双指向のポーラ−感度パ
ターンを示す。ここで出力電圧の極性は移動波面が初め
に衝突するダイヤフラムの特定の側により決められる。またＦＯＧマイクロホンはヌルとして知られるある特定
の方向から来る音に応答しない。［００２０］本発明はこれらの性質を利用するものである。本発明の
使用に適切なＦＯＧマイクロホンエレメントとして、松
下電気のパナソニック部門により製造されるＷＭ−５５
Ａ１０３がある。ダイヤフラム２０３の反対側にある音
響ポート間の隔離距離”　ｄ　”は変えることができる
。遠距離場において圧力グラディエントΔｐは”　ｄ　
”　と次の関係式を有する。［００２１］

【数１】 △ｐ　ｏｅ　ｓｉｎ　（’ｉ、　ｋｄ　ＣＯ５θ］）θ
＝マイクロフォン主軸に対する衝突波面のポーラ−配置
。Ｃ＝伝搬速度数式１は、ｋｄの小さい値について次式のように単純化
される。

【数２】 Δｐ　ロく　シ’、ｋｃ！　　ｃｏｓ　０図４に方向θ
＝０の場合のＦＯＧマイクロホンの感度すなわち周波数
応答式１］を示す。

【数４】Ｄ（θ）　＝　５ｉｎ（Ｚ　ｋｄ２　＋　’Ａ　ｋｄｌ
　ｃｏｓθ）　ｓｉｎ　（’Ａ　ｋｄ　ｃｏｓθ）［数牝も゛力、　　ｄ２−＝ｃτ ［００２２］周波数指向性パターンは、グラデイエンドマイクロホン
自身を変えることにより変ることが知られている。例え
ば、音響抵抗ＲａをＦＯＧマイクロポンのダイヤグラム
３０３に向って音響ポートの１つ、３０２に導入するこ
とができる。このような抵抗は指向性パターンと周波数
応答の両者を変える。さらに一般的に、遠距離場で動作
するＦＯＧマイクロホンに付随する指向性パターンＤ（
θ）は、ｋｄ＜１の場合、次の関係式により与える。［００２３］数式３において、ｐは空気の密度、■はダイヤフラムの
後の音響空洞の体積、及びＣａはダイヤフラムと、音響
抵抗Ｒａ間の音響コンプライアンス（キャパシタンスに
類似）である。数式３より、カージオイド感度はＢが１
に等しくセットされる場合に得られる。即ち、時定数Ｒ
ａＣａは音波が距離”　ｄ　”を移動するのに要する時
間にセットされる場合に得られる。図５は、このような
カージオイドパターン、及びこの特定のＦＯＧマイクロ
ホンの他の特徴を示す。［００２４］他のよく知られた形にスーパーカージオイドがある。こ
れはＢが３の平方根に等しくなるようにｄ、Ｒａ及びＶ
を調節すると得られる。さらにＢの値を増加して３にす
ると、ハイパーカージオイドが得られる。図５に選んで
示した各マイクロホンの配置は、それ自身の特性の集ま
りを有する。例えば、（１）ヌルの位置（角度）、（２
）距離係数であって次の乗数、プレッシャーマイクロホ
ンが同一の信号対ランダムインシデントノイズ比を有す
るかを示す。（３）前対後感度比等である。［００２５］カージオイド指向性パターンを有するマイクロホンエレ
メントが、ハンドフリー電話に時には使用され市販もさ
れている。このカージオイドマイクロホン使用の場合の
欠点の１つは、プレッシャーマイクロホンと比べ、低周
波数で信号対電気的ノイズ性能の低いことである。しか
し、カージオイドマイクロホンの指向性は、次の理由か
らプレッシャーマイクロホンより、よい信号対音響ノイ
ズ性能を有する。［００２６］それは、所望の方向以外でソースから放散する音に対し
感度が低いからである。事実、図５でカージオイドマイ
クロホンは、プレッシャー（全方向性）マイクロホンよ
りランダムインシデントエネルギーで４．８ｄＢ感度の
点で低い。図５にはカージオイドマイクロホンの使用の
場合の他の欠点が見られる。カージオイドマイクロホン
は、Ｂ＝１だけ存在するのみの１８０°の位置にヌルを
有する。［００２７］Ｂの大きさは多くの因子により影響を受け（数式３参照
）　またＢの変化によりローブが丁度１８０°点に形成
されるので、このヌル依存は望ましくない。再び図５の
ポーラ−感度パターンから次のことが言える。サイドロ
ーブが既に存在する場合、主ローブと隣接するサイドロ
ーブの間にあるヌルの方向は、Ｂの大きさが変わっても
あまり変わらない（スーパーカージオイドから両指向性
への間にヌルの位置の変化に注目のこと）。［００２８］従って、特にこのヌルは、製造上その他のばらつきに直
面する際に、ラウドスピーカとマイクロホンの間の音響
結合を間違いなく減少させるのに、非常に有用である。図５に示すパターンは、波動の振幅が一定である遠距離
場の挙動について成立つ。近距離場から来る音の場合は
全く同じとは言えないが、定性的に同じ結果を適用でき
る。先に述べたように、各種ポーラ−感度パターンが゛
′バッグ。ローブと呼ばれるローブをも含むが、ここでは主ローブ
以外のローブを全て゛′サイドパローブと呼んでいる。［００２９３二次グラディエントマイクロホン二次グラデイエンド（ＳＯＧ）マイクロホンはＦＯＧマ
イクロフォンより、大きい指向性を有し、大きい周囲ノ
イズ阻止の必要のある用途に用いられる（、騒がしい部
屋、自動車など）。グラデイエンドの性質から、ＳＯＧ
も一般的にはＦＯＧと同様に動作する（指向性は音圧差
に応答することにより得られる）。二次方式は通常２つ
の空間的に別個のＦＯＧから信号を電気的に減算するこ
とにより形成される。この減算は図６により明白に示さ
れる。［００３０］ここで、ＦＯＧマイクロホン２００−１と２００−２は
空間距離ｄ１だけ離れており、各ＦＯＧマイクロホンの
その音響ポート間隔は距離ｄだけ隔離している。時間遅
延回路２２０はそこを通る電気信号にτ秒遅延を与える
が、その他の点で信号を変えることはない。差動増幅器
２３０はマイクロホン２００−２の遅延電気信号を、マ
イクロホン２００−１の電気信号から減算し出力信号を
生成する。時間遅延τがｄ　１　／　ｃに等しいと、図
８に示される指向性パターンが形成される。［００３１］図８の感度パターンの方向は、マイクロホン２００−２
の出力から遅延エレメント２２０を取外して、それをマ
イクロホン２００−１の出力に挿入することにより逆に
できる。また、図６の差動増幅器２３０に示された極性
は逆にされなければならない。これは接点Ｋｌ−に４を
動作させること、もしくは等価の動作により実施される
。時間遅延τを提供する適切な通信網は周知である。そ
の１つの通信網は、米国特許第４，７４２，５４８号の
図６に示されているがここでこれを引用する。［００３２］感度とバンド幅の関係をよく理解するためには、ＳＯＧ
マイクロホンの遠距離場の感度の数学的定義の導入が有
用であり、これは次式に比例する。

【数４】ＳＯＧマイクロフォンの感度はａ、ｄｉ、τとともに増
加する。不都合なことに感度の向上にｄとｄｌを増加さ
せると、ＳＯＧマイクロホンのバンド幅は減少する。感
度とバンド幅の相反する関係から、ＳＯＧマイクロホン
装置設計条件によりパラメータｄとｄｌは注意して選択
しなければならない。［００３３］例えば図７において０．３−３．３ＫＨｚｋバンド幅を
所望する場合、３．３ＫＨｚに不等周波数応答の最大の
位置（即ち、τ＝ｄ１／Ｃに対し、ｆｏ＝Ｃ／４ｄ１＝
３．３ＫＨ２とセットする。）とすると好都合である。本発明の好ましい実施例においては、次のｄ、ｄｌ及び
τの値を使用する。即ち、ｄ＝０．　０２９メートル、
ｄ１＝領　０４３メートル、及びτ＝ｄｌ　／ｃ＝０．
０００１２５秒である。［００３４］これらの値を用いることにより、図７に示す周波数応答
特性と図８に示すポーラ−感度特性が達成される。しか
し、ｄ、ｄｌ、及びτの値を変えると感度の増加は、バ
ンド幅の減少となるようにこれらの特性は変る。［００３５］ＳＯＧマイクロホンの設計の際に感度とバンド幅は変数
であるが、（設計要求にあうように変更されうる力飄）
、１つの特性、即ち、マイクロホンの主軸から±９０’
にあるヌルの位置は変わらずにそのままである。このことが厳密に真のままであるのは近距離場において
は、周波数バンドの一部のみである。本発明でこれらは
ポーラ−感度特性の主ローブに隣接するヌルであって、
数式４において、θ＝±９０°　と置くことにより確か
められる。これらのヌルは主ローブの軸と直角であるの
で、ラウドスピーカ−をその主ローブと隣接するサイド
ローブの間のヌルに保持したまま感度パターンの方向を
逆にすることが可能である。［００３６］この特性は図１５のテレカンファレンス・システムに生
かされ、それぞれ可逆主ローブを有するＳＯＧマイクロ
ホン３つのみで３６０°カバレージがなされる図９はＳ
ＯＧマイクロホンを構成するのに使われるＦＯＧマイロ
ホン２００−１と２００−２の配置を示す図である。［００３７］バフル２０５−１と２０５−２はＦＯＧマイクロホンを
囲み、音響信号の波面が移行しなければならない距離は
、ＦＯＧマイクロホンの一方から他方に行くのにバフル
だけ増加する。この距離ｄ（図６に示す）は関連するマ
イクロホンの感度、周波数、及びポーラ−感度特性に影
響するパラメータである。ＦＯＧマイクロホン２００−
１と２００−２は支持装置２１５により特定配置に保持
される。［００３８］ＦＯＧマイクロホンは距離ｄ１の間隔だけ離されており
、この距離は前述のように設計条件の特定の集まりを達
成するのに注意して選択される。この特定の単一指向性
二次グラディエントマイクロホンは米国特許第４，７４
２，５４８号にさらに詳しく説明されている。図１０は
ＦＯＧマイクロホンエレメント用の偏平形のハウジング
１１０を示す。［００３９］これは、ここに含まれるＦＯＧマイクロホンの音響ポー
ト間の距離を有効に引き伸ばす。この長方形ブロック構
造体（ハウジング１１０）は、ゴムまたは他の適当なコ
ンブライアント材料から成形され、図９に示す各バフル
２０５−１と２０５−２に置き変わって用いられる。ハ
ウジング１１０は接着剤を使わずに挿入だけでマイクロ
ホン装置を格納し、シールコスト的に有効な手段である
。［００４０］これは開口部１１１と１１２を対向端に有し、１組のチ
ャネル１１３と１１４で接続する（図１２参照）。各チ
ャネルは挿入マイクロホンの１つの音響ポートと、１つ
の開口部に達する。図１１はハウジング１１０の平面図
で一般的な形を示し、一方、図１２はマイクロホン／ハ
ウジングアセンブリの断面図でハウジング１１０、ＦＯ
Ｇマイクロホン２００、チャネル１１３と１１４、及び
開口部１１１と１１２の相関配置を示す。各種アプリケ
ーションにおいて、ＳＯＧマイクロホンは図１０に示す
ような１組の共線的マイクロホン／ハウジングを用いて
構成される。［００４１］テレカンファレンス・アプリケーション図１３はテレカ
ンファレンス装置１３０の平面図を示す。これは、上方に向いたラウドスピーカ−１３１と、４つ
のマイクロホンハウジング１１０−１．１１０−２．１
．１０−３．１１０−４を有する。このマイクロホンア
レイは、会議電話アプリケーションに非常に有用なフル
フレームカバレージを提供する。通常−時に話すのは一
人だけであるから、−時にマイクロホン１つを活性化す
るのみで背景ノイズと残響は最小にされる。［００４２］テレコンファレンス装置１３０内の回路は、ハウジング
１１０−１．１１０−２１１０−３．１１０−４におけ
る各マイクロホンエレメントからの出力信号を比較し、
どれが一番強いかを決める。このようなシステムの１つ
は米国特許第３７５５．６２５号に開示されている。そ
れに答えて、そのマイクロホンからの信号のみを遠端に
送信する。［００４３］本発明によるラウドスピーカ−１３１は、各マイクロホ
ン／ハウジングアセンブリのポーラ−感度パターンのヌ
ルの位置に置かれ、このヌルは主ローブと隣接するサイ
ドローブの間にある。この特定のヌルは１２５°の位置
にあって、このテレカンファレンス装置１３０のまわり
で特定の位置を占めるマイクロホンである。この動作は
図３に示すようなマイクロホンエレメントをハウジング
に置くことにより達成されるが、これはスーパーカージ
オイド・ポーラ−感度パターンを形成する（図５）参照
）。［００４４］図１３では、１つのハウジング１１０−４に関する感度
パターンのみを示すが、他の各マイクロホン／ハウジン
グアセンブリについても感度パターンは同じである。こ
のハウジングとその中に含まれるマイクロホンが共同で
感度パターンの形を決める。この実施例では、スーパー
カージオイド感度パターンの形成に一次グラディエント
マイクロホンが用いられる。［００４５］図１４はテレカンファレンス装置１３０の正面図でマイ
クロホンハウジングの代表例として１１０−１の位置を
示す。この装置は偏平形にコンパクトにパッケージされ
ていて魅力的である。図１５は上述の装置と類似するが
、本発明によるテレカンファレンス装置の別の実施例を
示す。テレカンファレンス装置１５０は偏平６角形周辺
位置に置かれた３つの二次グラデイエンドマイクロホン
を有する［００４６］各ＳＯＧマイクロホンは、１組のＦＯＧマイクロホンと
付随するハウジングからなり、例えば図６のように接続
されな１１０−１と１１０−２である。図にはポーラ−
感度パターンの１つのみを示す力飄他の２つも同様であ
る。本発明で用いるヌルの位置（９０°　と１８０°）
から、これらヌルにラウドスピーカ−１５１を保持しな
がら、各種感度パターンの方向を逆転させることは可能
である。好都合に、ＳＯＧマイクロフォン３つだけで全
３６０°カバレージすることができ指向性の向上とマイ
クロホンラウドスピーカ−の結合を減少できる。図１６
は図１５のテレカンファレンス装置の正面図である。［００４７］スピーカーホン・アプリケーション図１７は、電話機と接続するスピーカーホン付属装置１
７０を示しハンドフリー動作を提供する。この−膜形の
付属装置は周知であって、これはラウドスピーカ−１７
１，１個以上のマイクロホン２００−１，２００−２、
及び他の各種制御を有する。マイクロホン２００−１と
２００−２は一次グラディエントタイプであって指向性
を示す。［００４８］図６で説明したように、それらは相互に連結されて二次
グラデイエンドマイクロホンを形成するが、これは単一
ＦＯＧマイクロホンの場合よりビーム幅がもっと狭い。この連結の自由音場指向性パターンを図１８のスピーカ
ーホン付属装置の平面図の上に重ねて示す。［００４９］バフル２０５−１と２０５−２により、マイクロホン２
００−１と２００−２のそれぞれ対向面の間の有効距離
”　ｄ　”を増加させることにより、連結マイクロホン
の感度を向上させる。図１８に見られるように、ポーラ
−感度パターンのヌルは、主ローブと隣接するサイドロ
ーブの間にあって、本発明においては、ラウドスピーカ
ー１７１に向いており、そのためマイクロホンとラウド
スピーカ−との音響結合を最小とする。［００５０１図１９は本発明のさらに別の実施例を示す。ここではマ
イクロホンハウジング１１０は、電話ステーション１９
０の１つの側面の位置に置かれている。ハウジング１１
０は図３に示すような一次グラディエントマイクロホン
を含む。ハウジング１１０の音響ポート間の距離は、マ
イクロホン／ハウジングアセンブリのビーム幅を狭くす
るように選択され、スーパーカージオイド・ポーラ−感
度パターンを形成する。図２０は図１９の平面図であってヌルの位置を示す。こ
こで再び、主ローブと隣接サイドローブとの間にあるヌ
ルの方向は、ラウドスピーカ−１９１に向けられる。［００５１］全２重動作図１４ないし２０に示した各上記実施例は、ラウドスピ
ーカ−とマイクロホンとの音響結合の低いことを特徴と
する。この条件を利用して、今まで達成できなかった比
較的高いボリュームレベルにおける全２重動作を達成で
きる。音響結合の比較的少量でも発振を起こす。［００５２］図２１は全２重伝送を可能にするのに十分なフィールド
バックを排除する音声通信網を示すものである。この音
声通信網はマイクロホン２１０と、ラウドスピーカ−２
１７を電話回線に接続するハイブリッド回路２１３、受
信信号のボリュームを制御する可変利得増幅器２１５、
及びそれぞれ音響的フィードバックと、電気的フィード
バックを減少するエコーキャンセラ２１８と２１９を有
する。［００５２］本発明においては、ラウドスピーカ−２１７はマイクロ
ホン２１０と（図示せず）その付随するハウジングも含
む力飄その指向性パターンのヌルの方向の位置に置かれ
、このヌルは主ローブと隣接するサイドローブの間にあ
る。コンポネント２１１はマイクロホン２１０からの電
気的出力信号を増加させる力飄これは減算回路２１２で
音響エコーキャンセラ２１８の出力と結合する。［００５３］この減算が動作してラウドスピーカ−２１７により生成
され、マイクロホン２１０によりピックアップされる音
響フィードバックの推定値を取除く。エコーキャンセラ
２１８と２１９は適応トランスバーサルフィルタとして
実施され、これはエコーパスのインパルス応答にそれら
の係数を自動的に適応するものである。もし、エコーパスが線形であって、トランスバーサルフ
ィルタがエコーインノ（ルス応答の全期間をカバーする
のに十分なだけ多くのタップを含む場合、トランスバー
サルフィルタにより形成されたエコーレプリカが受信信
号からエコー信号を完全に取消すことができる。［００５４］エコー消去方法は、２線通信網で全２重データトラフィ
ックを与えるのにベースバンドディジタル伝送方式に広
く使われ、また通信網エコを取除くのに電話網に広く使
われている。エコーキャンセラは汎用ディジタルシグナ
ルプロセッサ（ＤＳＰ）から構成されている。このＤＳ
Ｐの１つにＷＥ　　ＤＳＰ１６／ＤＳＰＩ６Ａディジタ
ルシグナルプロセッサがある。これはＡＴ＆Ｔ社から次
のアプリケーション・シートと共に市場で入手できる。このアプリケーション・シートはエコーキャンセラとし
て単精度及び倍精度動作に対するプログラムリストを開
示する。［００５５］単精度エコーキャンセラは、処理能力における利点と倍
精度エコーキャンセラより小さいメモリスペースを占有
する。しかし、倍精度エコーキャンセラは消去の大きさ
ではるかに大きく、１６ビツト量子化雑音のみにより制
限を受ける。このエコーキャンセラは、フィルタ係数を
更新するのに最小２乗平均アルゴリズムを用いる適応ト
ランスバーサルフィルタに基づくものである。［００５６］簡明にするために、図２１には示さなかったが、ＤＳＰ
はディジタルであってＤＳＰに対しアナログ音声をディ
ジタル信号に変えるのに、アナログーデイジ。前記米国
特許第４，６２９，８２９号は、このような変換器の適
切な配置を開示する。［００５７３減算回路２１２を経て、音響エコーの推定値が伝送され
る信号から減算され、その結果得られた信号は電話ハイ
ブリッド２１３に送られ、これは信号エネルギーの大部
分を電話回線に連結する。しかし、信号エネルギーの一
部をハイブリッドからこの通信網の受信分路に送る。ハ
イブリッドエコーキャンセラ２１９は、受信分路にある
信号から減算回路２１４を経て、ハイブリッド結合の推
定値を減算する。［００５８］エコーキャンセラは、ループゲインの総合的大きさを１
未満のレベルに減少するように機能し、それにより望ま
しくない発振の可能性をなくする。以上のことから拡声
電話の利用者にとって発振を起こすことなく、ボリュー
ム制御２１５を経て、もっと・決適なレベルに受信信号
の利得を増加することが可能である。増幅器２１６は固
定量の利得を与え、ラウドスピーカ−２１７は電気信号
を可聴音に変換するのに用いられる。図２１の拡声電話
ステーションにおける構成要素の大部分は従来技術に周
知である一方、関係部分は以上の如く詳述した。［００５９］以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例、例
えばさらにマルチプルプレッシャーマイクロホンの使用
により等価なポーラ−感度特性を得るとか、ハウジング
に示すバフルの使用等であるが、これらはいずれも本発
明の技術的範囲に包含される。尚、特許請求の範囲に記載した参照番号は、発明の容易
なる理解のためのもので、その技術的範囲を制限するよ
う解釈されるべきものではない。［００６０］

【発明の効果】

以上述べたごとく、本発明によれば拡声電話ステーショ
ンの製造上のばらつきを少くして、マイクロホンのポー
ラ−感度パターンを安定に製造でき、さらに残響やルー
ム雑音のある場所での全２重動作のできる拡声電話ステ
ーションを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】全方向性ポーラ−感度特性を有するプレッシャーマイク
ロホンエレメントを示す図である。

【図２】本発明に使用されるような、一次グラディエントマイクロホンエレメントを示す図で
ある。

【図３】その音響ポートの１つに制限を有する一次グラディエン
トマイクロホンエレメントを示す図である。

【図４】図２に示すマイクロホンの周波数応答を示す図である。

【図５】Ｂの異なる値に対し、図３のマイクロホンに関連する特性をテーブルにして示
す図である。

【図６】１組の一次グラディエントマイクロホンからなる二次グ
ラデイエンドマイクロホンを示す図である。

【図７】図６に示す二次グラデイエンドマイクロホンの周波数応
答を示す図である。

【図８】図６に示す二次グラデイエンドマイクロホンのポーラ−
感度特性を示す図である。

【図９】バブルの使用により感度の向上した二次グラデイエンド
マイクロホンを示す図である。

【図１０】一次グラディエントマイクロホンエレメントを格納する
、好ましい構造体の斜視図である。

【図１１】図１０のハウジングの平面図である。

【図１２】図１０のハウジングの断面図である。

【図１３１本発明による一次グラディエントマイクロホンを用いる
テレカンファレンス装置の平面図である。【図１４】図１３に示すテレカンファレンス装置の平面図である。

【図１５】本発明による二次グラデイエンドマイクロホンを用いる
テレカンファレンス装置の平面図である。

【図１６】図１５に示すテレカンファレンス装置の平面図である。

【図１７】本発明による二次グラデイエンドマイクロホンを用いる
スピーカーホン付属装置の斜視図である。

【図１８】図１７のスピーカーホン付属装置の平面図であって、そ
の関連指向性パターンを示す図である。

【図１９】本発明による一次グラディエントマイクロホンを用いる
拡声電話の斜視図である。

【図２０１図１９の拡声電話の平面図であって、その関連指向性パターンを示す図である【図２１】エコーキャンセラを含む拡声電話ステーションに対する
音声通信網の重要機能コンポーネントをブロックダイ′
アゲラムの形で示す図である。

【符号の説明】

１００　マイクロホン１０１　音響ポート１０３　ダイアフラム１１０（１１０−１から１１０−４）　　マイクロホン
とハウジング１１１　開口部１１２　開口部１１３　チャネル１１４　チャネル１３０　　テレカンファレンス装置１３１　ラウドスピーカ− １５０テレカンファレンス装置１７０　スピーカーホン付属装置１７１　ラウドスピーカ− １９０電話ステーション１９１　ラウドスピーカ− ２００（２００−１，２００−２）　　マイクロホン２
０１　音響ポート２０２　音響ポート２０３　　ダイアフラム２０５　（２０５−１，２０５−２）　　バブル２１０
　マイクロホン２１１　コンポーネント２１２　減算回路２１３　ハイブリッド回路２１４　減算回路２１５　増幅器（支持装置）２１６　増幅器ラウドスピーカ− エコーキャンセラエコーキャンセラ遅延回路増幅器マイクロホン音響ポート音響ポートダイアフラム

【書類名】

【図１】

【図２】図面

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】９０・／

【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

【図１３】し

【図１４】

【図１５】テレカンファレンス装置

【図１６】

【図１７】

【図１８】

【図１９】

【図２０】ハウジング＼／

【図２１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可聴音を電気信号に変換するマイクロホン
装置（２１０）と、電気信号を可聴音に変換するラウド
スピーカ（２１７）と、マイクロホン装置とラウドスピ
ーカを電話回線に電気的に接続する音声通信網（２１１
−２１９）とからなり、このマイクロホン装置は少なく
とも一方向から放散する音に対し他の方向からのそれよ
りも、高感度であるような指向性ポーラー感度特性を有
するマイクロホン装置である拡声電話ステーションにお
いて、指向性マイクロホンのポーラー感度特性は、主ロ
ーブ、サイドローブ、及びローブのペア間にあるヌルを
有し、ラウドスピーカーは、主ローブと隣接するサイドローブ
の間にある上記ポーラー感度特性のヌルの位置に配置さ
れることを特徴とする拡声電話ステーション。
【請求項２】ラウドスピーカーを第１の方向に向け、マ
イクロホン装置をその主ローブが第２の方向に向くよう
に配置し、この第１と第２の方向がほぼ直交することを
特徴とする請求項１の拡声電話ステーション。
【請求項３】マイクロホン装置（２１０）は、共通ダイ
ヤグラムの対向する面に距離“ｄ”だけ離れた音響ポー
トを有する一次グラディエント（ＦＯＧ）マイクロホン
を有し、ＦＯＧマイクロホンは式：【数５】Ｄ（θ）＝［（１＋Ｂｃｏｓθ）／１＋Ｂ）］Ｂ＞１により与えられる自由音場指向性パターンＤ（θ）を有
することを特徴とする請求項２の拡声電話ステーション
。
【請求項４】ラウドスピーカーを電話ステーション（１
３０）の中心に配置し、マイクロホン装置（２１０）は
、電話ステーションの外面周囲の位置に配置された４つ
の一次グラディエント（ＦＯＧ）マイクロホン（１１０
−１、１１０−２、１１０−３、１１０−４）を有し、
各ＦＯＧマイクロホンは共通ダイヤフラムの対向する面
に距離“ｄ”だけ離れた音響ポートを有し、各ＦＯＧマ
イクロホンは式：【数５】により与えられる自由音場指向性パターンを有すること
を特徴とする請求項２の拡声電話ステーション。
【請求項５】ラウドスピーカーを電話ステーション（１
５０）の中心に配置し、マイクロホン装置は電話ステー
ションの外面周囲に配置された３つの二次グディエント
（ＳＯＧ）マイクロホンを有し、各ＳＯＧマイクロホン
は１組の共線の一次グラディエントマイクロホン（１１
０−１、１１０−２）からなることを特徴とする請求項
２に記載の拡声電話ステーション。
【請求項６】マイクロホン装置は、距離ｄ＿１だけ離れ
た１組の共線の一次グラディエント（ＦＯＧ）マイクロ
ホン（２００−１、２００−２）からなり、各ＦＯＧマ
イクロホンは減算回路（２３０）の異なる入力に接続さ
れる電気信号を生成し、電気信号の１つは時間間隔τだ
け遅延され、それによって二次グラディエントポーラー
感度特性が得られることを特徴とする請求項２の拡声電
話ステーション。
【請求項７】時間間隔τ＝ｄ＿１／ｃ、但しｃは空気中
における音の速さであることを特徴とする請求項２の拡
声電話ステーション。
【請求項８】減算回路への入力を逆転する手段（例、Ｋ
１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４）であって、この逆転手段を動作
させることにより、ポーラー感度特性を逆にできる手段
を、さらに有することを特徴とする請求項２の拡声電話
ステーション。
【請求項９】ＦＯＧマイクロホン（２００）Ｆは、対向
する両端に開口部（１１１、１１２）を有するハウジン
グ（１１０）内に配置され、このハウジングは１組のチ
ャネル（１１３、１１４）を有し、各チャネルはＦＯＧ
マイクロホンの１つの音響ポートと１つの開口部の間に
拡がり、それによりハウジングが音響ポート間の距離を
有効に増加して感度を向上させることを特徴とする請求
項３の拡声電話ステーション。
【請求項１０】ＦＯＧマイクロホン（２００）をマイク
ロホンのダイヤフラムと共面のバフル（２０５−１）に
埋め込み、その周辺を拡張し、それによりバフルが音響
ポート間の距離を有効に増加して感度を向上させること
を特徴とする請求項３の拡声電話ステーション。
【請求項１１】音声通信網は、送信回路を介してマイク
ロホン装置を電話回線に接続し、及び受信回路を介して
ラウドスピーカーを電話回線に接続するハイブリッド回
路（２１３）と、受信回路における信号に応答してラウ
ドスピーカー（２１７）とマイクロホン（２１０）を結
合する音響エコーの推定値を生成する第１エコーキャン
セラ（２１８）とを有し、送信回路は、音響エコーの推
定値をマイクロホン装置からの出力信号と組合わせる減
算手段（例、２１２）を有し、それによって、ラウドスピーカーとマイクロホン装置間
の音響エコーを減少させることを特徴とする請求項２の
拡声電話ステーション。
【請求項１２】音声通信網は、送信回路の信号に応答し
てハイブリッド回路を介して送受信回路を結合する電気
エコーの推定値を生成する第２エコーキャンセラ（２１
９）をさらに有し、受信回路は、電気エコーの推定値をハイブリッド回路か
ら受信する信号と組合わせる減算手段（２１４）を有し
、それによって音響エコーと電気エコーを減少させること
を特徴とする請求項１１の拡声電話ステーション。