JPH0511687B2 - - Google Patents

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JPH0511687B2
JPH0511687B2 JP60504619A JP50461985A JPH0511687B2 JP H0511687 B2 JPH0511687 B2 JP H0511687B2 JP 60504619 A JP60504619 A JP 60504619A JP 50461985 A JP50461985 A JP 50461985A JP H0511687 B2 JPH0511687 B2 JP H0511687B2
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JP
Japan
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signal
modified
adaptive filter
speaker
microphone
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Rarii Shii Puuru
Richaado Jei Uirumaa
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Motorola Inc
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Publication of JPH0511687B2 publication Critical patent/JPH0511687B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04M—TELEPHONIC COMMUNICATION
    • H04M9/00—Arrangements for interconnection not involving centralised switching
    • H04M9/08—Two-way loud-speaking telephone systems with means for conditioning the signal, e.g. for suppressing echoes for one or both directions of traffic
    • H04M9/082—Two-way loud-speaking telephone systems with means for conditioning the signal, e.g. for suppressing echoes for one or both directions of traffic using echo cancellers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/02—Details
    • H04B3/20—Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other
    • H04B3/23—Reducing echo effects or singing; Opening or closing transmitting path; Conditioning for transmission in one direction or the other using a replica of transmitted signal in the time domain, e.g. echo cancellers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
  • Telephone Function (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)
  • Transceivers (AREA)
  • Input Circuits Of Receivers And Coupling Of Receivers And Audio Equipment (AREA)
  • Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)
  • Measurement Of Unknown Time Intervals (AREA)
  • Time Recorders, Dirve Recorders, Access Control (AREA)

Description

請求の範囲 １ 通信チヤンネルから受信される第１の信号か
ら作成される変更された第１の信号を変換するス
ピーカーと、第１の信号と同時に通信チヤンネル
上に変更された第２の信号として変更かつ送信さ
れる第２の信号を変換するマイクロフオンとを含
む、不要な信号結合を打消すためのハンドフリー
電話回路に於て、 変更された第１の信号を検出するための装置２
２５と、 前記変更された第１の信号を検出する装置２２
５により前記変更された第１の信号が検出された
場合に使用可能にされる係数決定装置を含む第１
の適応フイルタ３０１と、 第２の信号から、変更された第１の信号を減算
して、変更された第１の信号からの結合が基本的
に打消された変更された第２の信号を生成するた
めの前記第１の適応フイルタ３０１を含む装置３
０３と、 変更された第２の信号を検出するための装置２
２３と、 前記変更された第２の信号を検出する装置２２
３により前記変更された第２の信号が検出された
場合に使用可能にされる係数決定装置を有する第
２の適応フイルタ３０５と、 第１の信号から、変更された第２の信号を減算
し、変更された第２の信号からの結合が基本的に
打消された変更された第１の信号を生成するため
の前記第２の適応フイルタ３０５を含む装置３０
７と、 を具備することを特徴とするハンドフリー電話回
路。
２ 変更された第１の信号用のレべル低減装置
と、変更された第２の信号用レべル低減装置とを
更に具備し、変更された第１の信号と変更された
第２の信号が同時に検出されると、双方のレべル
低減装置が起動するように、それぞれが前記変更
された第１の信号を検出する装置と前記変更され
た第２の信号を検出する装置に連結されている請
求の範囲第１項に記載のハンドフリー電話回路。
３ 前記変更された第１の信号を減算する装置と
連結され、スピーカーにより変更された第１の信
号へと導入された非直線性に関して変更された第
１の信号を補償するための装置を更に具備する請
求の範囲第１項に記載のハンドフリー電話回路。
４ 前記変更された第２の信号を減算する装置と
連結され、通信チヤンネルにより変更された第２
の信号へと導入された非直線性に関して変更され
た第２の信号を補償するための装置を更に具備す
る請求の範囲第１項に記載のハンドフリー電話回
路。
５ 変更された第１の信号を検出するための前記
装置は更に、 変更された第１の信号のエンベロープを検出し
かつフイルタをかけるための装置と、 変更された第１の信号の最小値を動的に検出す
るための装置と、 検出されかつフイルタをかけられたエンベロー
プと検出された最小値とを比較し、変更された第
１の信号のエンベロープが所定の量だけ最小値を
超えた場合は第１の信号検出出力信号を生成する
装置と、 を具備する請求の範囲第１項に記載のハンドフリ
ー電話回路。
６ 変更された第２の信号を検出するための前記
装置は更に、 変更された第２の信号のエンベロープを検出し
かつフイルタをかけるための装置と、 変更された第２の信号の最小値を動的に検出す
るための装置と、 検出されかつフイルタをかけられたエンベロー
プと検出された最小値とを比較し、変更された第
２の信号エンベロープが所定の量だけその最小値
を超えた場合は第２の信号検出出力信号を生成す
る装置と、 を具備する請求の範囲第１項に記載のハンドフリ
ー電話回路。
７ 第１の信号を受信するための受信機と、変更
された第１の信号を変換するためのスピーカー
と、第２の信号を変換するためのイクロフオン
と、受信機による受信と同時に変更された第２の
信号を送信するための送信機を含み、不要な基本
帯域信号結合を除去するハンドフリー無線電話回
路に於て、 変更された第１の信号を検出するための装置
と、 変更された第１の信号が検出された時に、変更
された第１の信号の表現を作成するための装置
と、 第２の信号から変更された第１の信号の表現を
減じて、変更された第１の信号との結合が基本的
に除去された変更された第２の信号を生成するた
めの装置と、 変更された第１の信号が検出された時に、スピ
ーカーにより変換される変更された第１の信号の
レべルを増大するための装置と、 変更された第２の信号を検出するための装置
と、 変更された第２の信号が検出された時に、変更
された第２の信号の表現を作成するための装置
と、 第１の信号から変更された第２の信号の前記表
現を減じて、変更された第２の信号との結合が基
本的に除去された変更された第１の信号を生成す
るための装置と、 変更された第２の信号が検出された時に、送信
機により送信される変更された第２の信号のレべ
ルを増大するための装置と、 を具備することを特徴とするハンドフリー無線電
話回路。
８ 前記変更された第１の信号の表現生成装置に
連結され、スピーカーにより変更された第１の信
号に導入された非直線性に関して、前記変更され
た第１の信号の表現を補償するための装置を更に
具備する請求の範囲第７項に記載のハンドフリー
無線電話回路。
９ 前記変更された第２の信号の表現生成装置に
連結され、送信機及び関連する無線回路網により
変更された第２の信号に導入された非直線性に関
して、前記変更された第２の信号の表現を補償す
るための装置を更に具備する請求の範囲第７項に
記載のハンドフリー無線電話回路。
１０ 変更された第１の信号を検出するための前
記装置は更に、 変更された第１の信号のエンベロープを検出し
かつフイルタをかけるための装置と、 変更された第１の信号の最小値を動的に検出す
るための装置と、 検出されかつフイルタをかけられたエンベロー
プを検出された最小値と比較し、変更された第１
の信号エンベロープが所定量だけ最小値を超える
と、第１の信号検出出力信号を生成するための装
置と、 を更に具備する請求の範囲第７項に記載のハンド
フリー無線電話回路。
１１ 変更された第２の信号を検出するための前
記装置は更に、 変更された第２の信号のエンベロープを検出し
かつフイルタをかけるための装置と、 変更された第２の信号の最小値を動的に検出す
るための装置と、 検出されかつフイルタをかけられたエンベロー
プを検出された最小値とを比較し、変更された第
２の信号エンベロープが所定量だけ最小値を超え
ると第２の信号検出出力信号を生成するための装
置と、 を更に具備する請求の範囲第７項に記載のハンド
フリー無線電話回路。
１２ 通信チヤンネルから受信された第１の信号
から生成された変更された第１の信号を変換する
スピーカーと、第１の信号と同時に通信チヤンネ
ル上で変更された第２の信号として変更と送信の
ために第２の信号を変換するマイクロフオンを有
するハンドフリーの電話に於て不要な信号結合を
除去するための方法であつて、 変更された第１の信号を検出し、 変更された第１の信号の前記検出に応じて第１
の適応フイルタの係数決定装置を使用可能にし、 第２の信号から変更された第１の信号を減算し
て、変更された第１の信号との結合が基本的に除
去された変更された第２の信号を生成し、 変更された第２の信号を検出し、 変更された第２の信号の前記検出に応じて第２
の適応フイルタの係数決定装置を使用可能にし、
かつ 第１の信号から変更された第２の信号を減算し
て、変更された第２の信号との結合が基本的に除
去された変更された第１の信号を生成する、 各段階を具備することを特徴とする方法。
１３ 変更された第１の信号と変更された第２の
信号が両方とも同時に検出されると、変更された
第１の信号と変更された第２の信号の双方のレべ
ルを低減する段階を更に含む請求の範囲第１２項
に記載の方法。
１４ スピーカーにより変更された第１の信号に
導入された非直線性に関し、変更された第１の信
号を補償する段階を更に含む請求の範囲第１２項
に記載の方法。
１５ 通信チヤンネルにより変更された第２の信
号に導入された非直線性に関し、変更された第２
の信号を補償する段階を更に含む請求の範囲第１
２項に記載の方法。
１６ 変更された第１の信号を検出する段階は更
に、 変更された第１の信号のエンベロープを検出し
かつフイルタをかけ、 変更された第１の信号の最小値を動的に検出
し、 検出されかつフイルタをかけたエンベロープを
検出された最小値と比較し、かつ 変更された第１の信号のエンベロープが所定量
だけ最小値を超えると、検出信号を生成する、 各段階を含む請求の範囲第１２項に記載の方
法。
１７ 変更された第２の信号を検出する段階は更
に、 変更された第２の信号のエンベロープを検出し
かつフイルタをかけ、 変更された第２の信号の最小値を動的に検出
し、 検出された最小値と、検出されかつフイルタを
かけたエンベロープとを比較し、 変更された第２の信号のエンベロープが所定の
量だけ最小値を超えると検出信号を生成する、 各段階を含む請求の範囲第１２項に記載の方
法。
本出願は1983年３月29日発行のブルース・シ
ー・イーストモンド氏の米国特許No.4378603号
「ハンドフリー動作の無線電話」、及び1983年８月
23日発行のリチヤード・ジエイ・ヴイルマー氏の
米国特許No.4400584号「無線及び陸線電話用のス
ピーカーホーン」の関連出願である。これらの特
許は本発明の譲受人に譲渡され、そのことと関連
して前記関連特許は本出願に全面的に採り入られ
ている。
発明の背景 本発明は一般にスピーカーホーン、とりわけ無
線及び陸線（landline）の双方の電話システムに
有利に利用可能な改良された二重式（duplex）
スピーカーホーンに関する。
無線と陸線の双方の電話システムに於ては、利
用者は通常、利用者の耳に近く置かれる一端のス
ピーカーとユーザの口の近くに支持される他端の
マイクロフオンを含む送受話器（handset）を用
いて通話する。通話中、利用者の片手は電話の送
受話器を正しい向きに保つために使うので、自由
な片手しか自動車の運転のような別の目的に使う
ことができない。利用者の手の自由度をより拡大
するために、陸線の電話システム用のスピーカー
ホーンが開発された。
従来のスピーカーホーンは通常、電話線と連結
され、使用可能状態では利用者は相手の電話利用
者と通話中、自由に動きまわることができる。こ
のようなスピーカーホーンでは一般に所定の時点
で受話または送話のいずれか、すなわち単信式で
の通話であり、双方の音量の比較が行なわれる。
この比較によつて、最も大きな音量で話している
方を選択し、受話又は送話モードを判定する。こ
の選択が行なわれないと帰還（フイードバツク）
又は反響（エコー）が通話を妨害し、それがひど
くなると電話回線に「鳴音（singing）」としてし
られる発振が生ずる。
電話で一般によくある反響の一種は、通常ハイ
ブリツドと呼ばれる４線から２線への変換点にお
ける不完全なインピーダンス整合による電気信号
の反射による反響である。そこで近端利用者の通
話信号の一部が彼のスピーカーホーンのマイクロ
フオン回線からスピーカー回線へと結合される。
このような通話の結合部に誘導される長い遅延に
より送話者に混乱が生じ、通信が崩壊することが
ある。スピーカーホーンに特有の反響の第２の種
類はスピーカーとマイクロフオン間の音響結合に
よる反響である。スピーカーにより生成される音
響エネルギは近接する対象から反射し、又は直接
マイクロフオンに結合される。この帰還により結
合されたオーデイオ信号に位相遅延が生じ、うつ
ろな反響が発生しかつ十分なオーデイオ信号増幅
利得を伴うと電話回線に鳴音が生ずる。
スピーカーホーンにおける反響と鳴音の問題に
対する従来の解決策は、最も弱いオーデイオ信号
を有する経路内のオーデイオ信号を最も強いオー
デイオ信号を有する経路のために減衰することで
ある。一つの経路又は他の経路の切換え又は可変
的な減衰を行なうために多くの技術が開発されて
きた。しかしこれらの技術は周囲のノイズが高い
環境では受入れられないこと、減衰された経路で
会話を開始しようとする加入者の会話の音節
（syllables）の消滅、及びスピーカーの増幅が生
じた際の、スピーカーからマイクロフオンへの帰
還による経路減衰の不確実さ等の多くの問題を抱
えていた。これらの問題点は独得の会話検出回路
及び特別の制御プロセスを備えた発明（イースト
モンド氏の米国特許No.4378603号及びヴイルマー
氏の米国特許No.4400584号）によつて軽減されて
きた。
真の二重式システム用に、反響（エコー）の見
積り（estimate）を作成しかつ反響によりそこな
われた信号から前記見積りを減じることによつて
反響を緩和する自己適応型の反響除去装置が最近
は使用されてきた。この方法によつて、遠端の電
話通話者の音響結合は、近端のスピーカーホーン
利用者に得られる利得の減少又は切換えを招来す
ることなく、近端のスピーカーホーンのマイクロ
ホンにより生成される信号から除去することが可
能である。同様にして、ハイブリツドからの電子
的反射は近端のスピーカーホーンにて除去するこ
とができる。
しかし反響見積りの判定は必ずしも適格に計算
できるとは限らない。高い周囲ノイズ、非直線ひ
ずみ又は双方の加入者が同時に話をしているよう
な条件下では、反響のサンプルは反響信号を十分
に表わすことができない。従つて、ノイズ、反響
信号のひずみ及び加入者の同時会話のような理想
的ではない条件下でも最適な性能を発揮できる全
二重式スピーカーホーンに対する需要が存在す
る。
発明の概要 従つて、本発明の基本的な目的は高いレべルの
周囲ノイズがある環境に於ても二重式のハンドフ
リー（両手自由型）通信が可能なスピーカーホー
ンを提供することである。
本発明の別の目的は非直線ひずみを受ける反響
信号の反響除去が可能な二重式スピーカーホーン
を提供することである。
本発明の更なる目的は、加入者の同時通話の条
件下で、電話回線の鳴音なしで二重式のスピーカ
ーホーン動作を可能にすることである。
上記の目的及び他の目的は受信された信号と生
成された送信信号の間の不要な反響を除去する二
重式スピーカーホーン回路を含む本発明により達
成される。
本発明によれば、通信チヤンネルから受信され
る第１の信号から作成される変更された第１の信
号を変換するスピーカーと、第１の信号と同時に
通信チヤンネル上に変更された第２の信号として
変更かつ送信される第２の信号を変換するマイク
ロフオンとを含む、不要な信号結合を打消すため
のハンドフリー電話回路が提供され、該ハンドフ
リー電話回路は、 変更された第１の信号を検出するための装置２
２５と、 前記変更された第１の信号を検出する装置２２
５により前記変更された第１の信号が検出された
場合に使用可能にされる係数決定装置を含む第１
の適応フイルタ３０１と、 第２の信号から、変更された第１の信号を減算
して、変更された第１の信号からの結合が基本的
に打消された変更された第２の信号を生成するた
めの前記第１の適応フイルタ３０１を含む装置３
０３と、 変更された第２の信号を検出するための装置２
２３と、 前記変更された第２の信号を検出する装置２２
３により前記変更された第２の信号が検出された
場合に使用可能にされる係数決定装置を有する第
２の適応フイルタ３０５と、 第１の信号から、変更された第２の信号を減算
し、変更された第２の信号からの結合が基本的に
打消された変更された第１の信号を生成するため
の前記第２の適応フイルタ３０５を含む装置３０
７と、 を具備することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来型の公知の移動式無線スピーカー
ホーンと無線システムの構成図である。
第２図は能動スピーカーホーン経路を決定する
ため、信号検知器を使用した利得経路切換式ハン
ドフリー・スピーカーホーンの構成図である。
第３図は音響結合とハイブリツド不整合に帰因
する反響を除去するために適応フイルタを使用す
る公知のスピーカーホーンの構成図である。
第４図は適応フイルタの係数が、スピーカーの
音響出力とそれに関連するひずみが第２のマイク
ロフオンにより電子信号に変換されるように配置
された該第２のマイクロフオンによつて決定され
る形式のスピーカーホーンの構成図である。
第５図は適応フイルタから発せられる係数がス
ピーカーから予期される所定のひずみを含むよう
に、適応フイルタへの信号入力を整形するための
非直線整合回路を使用したスピーカーホーンの構
成図である。更に、非直線整合回路は、スピーカ
ーホーンと整合ハイブリツド間のチヤンネルのひ
ずみを補償するため、適応フイルタへの入力を整
形できる。
第６図は陸上加入者信号検出器が、スピーカー
からマイクロフオンへの経路に存在する反響を除
去するために適応フイルタの係数計算を可能に
し、かつ移動加入者信号検出器が、ハイブリツド
反響を除去するための受信信号適応フイルタの係
数計算を可能にする本発明の構成図である。
第７図は本発明に使用可能な適応フイルタに構
成図である。
好ましい実施例の詳細な説明 本発明のハンドフリー・スピーカーホーンに有
利に使用可能な基本的な移動式無線電話システム
が第１図に示してある。従来型の細胞状の
（celluar）無線電話システムに於ては、車両１０
１内の加入者は移動無線１０３によつて無線基地
局１０５と通信し、この無線基地局は無線システ
ム制御端局１０７及び公衆交換電話回路網を経由
して陸線加入者に接続可能である。無線システム
制御端局１０７は特に、無線基地局１０５から、
陸線電話で使用される従来型の２線対へと変換す
るための４線−２線変換器ないしハイブリツド１
１１への通信経路を提供する制御回線１０９を含
んでいる。
移動加入者に、陸線加入者と同じ質の電話サー
ビスを提供するため、無線電話システムの各無線
チヤンネルは別個の送信及び受信無線周波数を有
する二重式無線チヤンネルである必要がある。そ
こで、移動無線１０１は、移動加入者と陸上加入
者の双方が同時に話しかつ聴くことができるよう
に、同時的に１つの周波数で送信し、別の周波数
で受信できるようにする。通常は陸線電話器でみ
られる送受話器と同一の送受話器が移動式無線１
０３に接続される。移動加入者は陸上加入者と同
様に送受話器を耳の位置まで持上げて保つ必要が
ある。しかし、電話中の会話が、移動加入者を連
続的な身体動作に巻込むことなく達成されるなら
ば、移動加入者の安全さと便利さは高まるであろ
う。スピーカーホーンを使用することによつて移
動加入者は、身体的動作の必要なしで電話中に陸
上加入者と通話することが可能となり、車両の安
全運転の支障になり得る動作から移動加入者は解
放される。さらに、ある州の自動車法規には、別
の加入者の番号をダイアルする間、車両を停止さ
せることを移動加入者に義務づけているところも
ある。その結果、多くの無線電話制御及びダイア
ル装置には電話番号のオンフツク自動ダイアルが
装備されている。しかし送受話器はなお、通話用
に移動加入者により取はずさなければならない。
本発明を利用することにより、スピーカーホーン
を用いて、移動加入者が車のハンドルから片手を
離す必要なく通話できるので自動車運転の安全性
は更に高められる。
陸線で用いる場合も本発明のスピーカーホーン
は同様に、通話及び複数加入者による会議通話
中、自由に動きまわることを可能にする。スピー
カーホーンは近端送話信号を電話線に結合し、か
つ電話線からの受信遠端信号をスピーカーホーン
に結合可能なハイブリツド・インタフエースを介
して電話線に結合可能である。
車両におけるハンドフリーの動作を可能にする
ため、音声通信用に別個のマイクロフオン１１３
と別個のスピーカー１１５を装備することができ
る。変化し易く騒音の多い環境下でハンドフリー
の加入者の会話を受信するためのマイクロフオン
１１３を最適に配置するためには車室内で別個の
マイクロフオン１１３を使用することが有利であ
る。
少なくとも２つの帰還（フイードバツク）源が
スピーカーホーンで動作する。第１の種類の帰還
は４線−２線変換ハイブリツド１１１によるハン
ドフリー加入者の信号の反射である。これは制御
端子１０７のハンブリツド１１１と切換えられた
電話回線網との間のインピータンス不整合から反
射される側音経路１１７として示されている。別
の反射は遠端陸線加入者のハイブリツド（図示せ
ず）で生じ、制御端局１０７からの陸線加入者と
の電気的な間隔に比例する時間だけ遅延する。
第２の種類の帰還はスピーカーホーンのスピー
カー１１５とスピーカーホーンのマイクロフオン
１１３の間の音響結合の帰還である。この音響結
合はスピーカー１１５に近い空間領域の面からマ
イクロフオン１１３に対してスピーカー１１５か
ら放射される音響エネルギの反射の結果である。
この音響結合はスピーカー１１５からマイクロフ
オン１１３への音響エネルギの直接的な結合であ
ることもある。音響結合の作用は、陸線加入者に
対するうつろな反響（hollow echo）であり、ル
ープ（ハイブリツド１１１から送信機１１８、移
動無線１０３、スピーカー１１５、マイクロフオ
ン１１３、移動無線１０３、受信機１１９及びハ
イブリツド１１１へと至るループ）の増幅利得が
十分に大きいならば、発振（鳴音）が生じて、会
話が不可能になつてしまう。
第２図を参照すると、移動無線電話サービス用
に使用されてきたハンドフリー・スピーカーホー
ン制御回路の構成図を示している。このようなス
ピーカーホーンは、ブルース・シー・イーストモ
ンド氏による1983年３月29日発行の米国特許No.
4378603号「ハンドフリー動作の無線電話」及び
1983年８月23日発行のリチヤード・ジエイ・ヴイ
ルマー氏による米国特許No.4400584号「無線及び
陸線電話用スピーカーホーン」に開示されてい
る。これらの特許はいずれも本発明の譲受人に譲
渡されている。第２図の制御回路は移動無線装置
１０３又は制御機能及び他の機能を移動無線１０
３とインターフエースするために従来型の無線電
話で使用されている別個の装置ボツクスに配備す
ることができる。
ハンドフリー制御回路はマイクロフオン１１３
及びスピーカー１１５（無線リンクの低周波数又
は基本帯域周波数を扱う）をそれぞれ移動無線送
信機２０１及び移動無線受信機２０３にインター
フエースする。制御論理２０９からの制御信号に
応答してマイクロフオン１１３からのオーデイオ
信号又はスピーカー１１５へのオーデイオ信号を
阻止するために開き、又は通過させるために閉じ
る２つのオーデイオスイツチ２０５及び２０７が
含まれる。このように、従来型のこのスピーカー
ホーンに於ては、ある与えられた時間にはスイツ
チ２０５及び２０７により１つの経路だけが閉
じ、又、一方の側の会話だけがスピーカーホーン
を通過する。オーデイオ経路の各々には、マイク
ロフオンオーデイオ経路に於ける利得段２１１と
２１３及びスピーカーオーデイオ経路内に於ける
利得段２１５と２１７とが含まれている。スピー
カーオーデイオ経路内の増幅器２１７はスピーカ
ー１１５の音量を制御するための可変利得を有す
ることができる。更に、低周波背景ノイズを除去
するため、マイクロフオン１１３とスイツチ２０
５の間に高域フイルタ２１８を挿入することがで
きる。有利な実施例に於ては、約300Hzの遮断周
波数を有する高域フイルタが低周波数背景ノイズ
を有効に除去する。
マイクロフオンオーデイオ経路中のオーデイオ
信号は増幅器２１３から無線送信機２０１へと結
合され、これが今度は送受切換器（duplexer）
２１９を経て基地局１０５への送信用の無線信号
を供給する。基地局１０５により受信された無線
信号は送受切換器２１９により選択的に無線受信
機２０３に結合され、この無線受信機は増幅器２
１７及び総和器２２１に送るため、無線信号から
オーデイオ信号を復調する。
第２図のハンドフリー・制御回路は又、移動加
入者の音声信号と陸線加入種の音声信号をそれぞ
れ検出するための移動加入者信号検出器２２３と
陸線加入者信号検出器２２５を含んでいる。移動
加入者及び陸線加入者信号検出器２２３と２２５
はほぼ同一の回路ブロツクを含む。検出器２２３
と２２５はいずれも対数増幅器２２７（通例では
「ソフト」リミタと称する）、エンベロープ検出器
２２９、平滑フイルタ２３０、「底部（valley）」
検出器２３１、総和器２３３及び比較器２３５を
含む従来型の回路より成つている。対数増幅器２
２７はその増幅特性によりエンベロープ検出器２
２９のダイナミツク・レンジを拡張する。エンベ
ロープ検出器２２９はオーデイオ信号の最大と最
小、すなわちエンベロープを追従する出力を供給
する。平滑フイルタ２３０は制御論理２０９の出
力の２進状態に従つて可変帯域幅低域フイルタ作
用を行なう。底部検出器２３１はエンベロープ検
出器２２９の出力の最小を追従する整流器として
動作する。底部検出器２３１の出力は必然的に、
検出器２２３の場合はマイクロフオン１１３に、
又検出器２２５の場合には受信機２０３に存在す
る定常状態背景ノイズに対応する。総和器２３３
は基準電圧（VR）を底部検出器２３１の出力に
加える。このオフセツト電圧VRは、車両内で遭
遇する背景ノイズによる比較器のスプリアス（偽
の）出力信号の発生を避けるようにエンベロープ
検出器２２９と平滑フイルタ２３０のレスポンス
特性と共に選択される。
従つて、比較器２３５は、平滑フイルタ２３０
の出力が基準電圧VRの大きさだけ定常状態の背
景ノイズを超えると、出力信号を供給するだけで
ある。比較器２３５からの出力信号は、エンベロ
ープ検出器２２９の出力が基準電圧VRだけ底部
検出器２３１の出力を超える時に２進法１の高レ
べルを有し、それ以外は２進法０のレべルを制御
論理２０９に供給する。比較器２３５からの１レ
べルは、検出器２２３の場合に於てはマイクロフ
オン１１３からのオーデイオ信号が検出されたこ
とを、又、検出器２２５の場合は受信機２０３か
らのオーデイオ信号が検出されたことを示す。
総和器２２１は、移動無線受信機２０３からの
オーデイオ信号と、オーデイオスイツチ２０７か
らの可変オーデイオ信号の双方の和である信号を
陸線加入者信号検出器２２５に印加する。このよ
うにして、総和器２２１により検出器２２５に印
加された信号は、スピーカー１１５の音量の変化
と共に変化する。
第２図の制御論理２０９は移動及び陸線加入者
信号検出器２２３及び２２５からの出力信号に応
答する。制御論理２０９は否定ゲート２３７を経
てオーデイオスイツチ２０７とオーデイオスイツ
チ２０５を開閉するための制御信号を供給する。
オーデイオスイツチ２０７が開の時は、オーデイ
オスイツチ２０５は閉であり、又、逆の場合も同
様である。
従つて第２図のハンドフリー・スピーカーホー
ンは経路の切換えにより反響の問題を解決する。
すなわち、スピーカーホーンがマイクロフオン１
１３によりピツクアツプされたオーデイオ信号を
送信するのか、又は移動無線受信機２０３からの
信号を受信するのかを、一方の方向に利得が、
又、他方の方向に減衰がもたらすことにより判定
する。第２図で使用されているような可変利得又
は経路切換え技術は、信号検出器が検出して、ス
イツチを起動する前に、切換えられない経路から
の最初の会話の音節がクリツプされるという条件
にさらされる。従つて、いずれかの方向の、十分
な振幅の背景ノイズにより所望の信号が阻止さ
れ、電話での通話が混乱することがある。
第３図は全二重式スピーカーホーンの構成図を
示す。受信信号は従来通りスピーカー１１３によ
り音響エネルギに変換され、又、音響エネルギは
マイクロフオン１１５によつて送信信号に変換さ
れる。受信信号と送信信号の双方が同時に存在で
き、又、直接又は反射された反響は適応フイルタ
（adaptive filter）３０１及び連結された減算回
路３０３により送信信号から除去される。
ハイブリツド反響も、適応フイルタ３０５及び
連結された減算回路３０７により、受信信号から
同様に除去される。
適応フイルタ３０１は受信信号反響経路の１次
伝達関数を合成する。入力信号はスピーカー１１
３への受信信号入力から採られる。適応フイルタ
３０１の出力は反響経路を経由した受信信号を表
わし、実際の受信信号の反響を消すために減算回
路３０３に結合される。減算回路３０３の出力か
らのエラー信号は適応フイルタ３０１に結合さ
れ、重みの収束（convergence）と、最適な表現
のために適応フイルタ３０１により用いられるフ
イルタ係数を生成する。適応フイルタ３０１は、
後述するような従来型の非定常直線適応フイルタ
である。
適応フイルタ３０５は電気的反響経路の伝達関
数を合成する。その入力は減算回路３０３を追従
する送信信号に接続されている。適応フイルタ３
０５は送信信号の入力にもとづき反響された送信
信号を表わす信号を減算回路３０７に供給する。
減算回路３０７は基本的に、不整合のハイブリツ
ドにより受信された信号に結合されたいずれの送
信信号をも除去する。誤り信号は減算回路３０７
の出力から適応フイルタ３０５へと結合され、重
みの収束及び適応フイルタ３０５により用いられ
るフイルタ係数を生成する。
このようにして適応フイルタ３０１は、受信信
号と関連する音響的反響信号を直線的に結合し、
かつ適応フイルタ３０５は送信信号と関連する電
気的反響信号を直線的に合成する。反響信号の伝
達関数が１次関数でないならば問題が生じる。例
えば、スピーカー１１３のような電気信号−音響
信号変換器は一般に非直線的な伝達関数を有して
いる。スピーカーにより生成される音響はひずみ
を含んでいる。適応フイルタ３０１の係数にこの
ひずみを計算しないと、送信信号からひずみが相
殺されず、かつひずみにより成る反響は遠端加入
者に戻る。
電気−音響変換器で生成される非直線的な成分
の相殺を助けるため、第４図に示す構成が開発さ
れた。このスピーカーホーンの改良では、スピー
カー１１３により生成される音響エネルギを抽出
するために第２のマイクロフオン４０１が加えら
れている。このマイクロフオン４０１は、スピー
カーから1/8″〜6″の間に配置するのが最適であ
る。マイクロフオン４０１のサンプルは非直線性
への変換を含み、適応フイルタ３０１への入力で
ある。フイルタ３０１への信号入力はマイクロフ
オン１１５への反響信号の入力をより正確にシミ
ユレートするので、減算回路３０３にてより有効
な反響の除去（cancellation）が達成される。
いくつかの非直線性は予測可能であり、予測さ
れた非直線性の物理的な実現が可能である。スピ
ーカー１１３の伝達関数の非直線性と等価な非直
線性の整合回路を、第５図に示すように、入つて
くる受信信号を抽出するために利用できる。非直
線性の整合回路の物理的な実現は遭遇するひずみ
の種類によつて異なる。有利な実施例で用いられ
る最も簡単な実現の形態は、電圧可変抵抗ないし
バリスタがつながる直列インピーダンスである。
実際の実現形態は設計者の選択によるので、本発
明は部品の特定の選択に限定されるものではな
い。非直線整合回路５０１は、適応フイルタの係
数を生成するのに使用される信号が、スピーカー
１１３の予測された非直線性を含むよう処理され
れるように、適応フイルタ３０１に結合されてい
る。従つて、非直線性が予測でき、実現形態が達
成されれば、抽出マイクロフオン４０１は回路５
０１によりとつて代えられることが可能である。
同様に、送信信号の電子的反響に導入された非
直線性は、非直線整合回路５０３によりシミユレ
ートされることができる。従つて、信号の圧縮、
振幅の制限及び拡張によつて無線システムに導入
されるような非直線性は適応フイルタ３０５及び
減算回路３０７によつて受信信号から係数化
（factored）することができる。
所望の信号がノイズにより汚染されたり、例え
ば単一又は多重周波数トーンが存在する場合のよ
うに信号エネルギが周波数的に集中し、あるいは
ずれた（skewed）期間中に、適応フイルタが反
響係数を更新することを許容すれば、適応フイル
タはエネルギがずれた信号を表わす伝達関数を持
つことが分つている。これらの係数は、除去され
るべき信号の残りの周波数成分にとつて最適なも
のではない。その結果、適応フイルタにより除去
されない周波数にて、乏しい反射減衰量の経路が
確立される。この乏しい反射減衰量は回路内で不
要な発振を誘発することがある。
この問題を解決するため、第２図と関連して説
明した信号検出器を用いて、適応フイルタによる
係数の決定をゲートすることができる。このよう
な構成の１つが第６図に示してある。この実施例
では、アナログ信号が、アナログ信号のデジタル
表現に変換され、反響の処理と除去が簡単になる
ようにされている。移動受信機又は４線−２線ハ
イブリツドの受信端子からの受信信号は従来型の
アナログ−デジタル変換器６０１によつてデジタ
ル化される。次にデジタル化された受信信号は、
近端加入者の反響を受信信号から除去する減算回
路３０７に結合される。次に、この信号は従来型
のデジタル−アナログ変換器６０３に結合され、
減衰器６０４及び必要な電力増幅器（図示せず）
を介してスピーカー１１３に結合される。アナロ
グ−デジタル変換器６０１及びデジタル−アナロ
グ変換器６０３は、両方の機能を含む集積回路、
モトローラ社製のMC14402により実現可能であ
る。陸線加入者信号検出器２２５は、受信された
信号が、適応フイルタ３０１用の適宜の係数を生
成するのに利用できる信号であることを判定す
る。信号検出器２２５の出力は、瞬間エネルギレ
べルを背景のエネルギレべルプラスしきい値と比
較して生成される２進検出信号である。背景エネ
ルギレべルは瞬間エネルギレべルをフイルタにか
けることにより生成される。信号検出器の有利な
実施例のフイルタは、２秒程度の遅い立上り時間
と、約50ミリ秒の速い立下り時間を有する非対称
FIRフイルタを備えた「底部」検出器である。底
部検出器は、会話又は他の情報が存在する間にゆ
つくりと上昇し、かつ情報の終了時に急速に周囲
ノイズのレべルまで下降することによつて背景エ
ネルギを追跡する。底部検出器の出力を瞬間エネ
ルギと比較することにより、適応フイルタの係数
の更新と変更を可能にし、又、不可能にするため
に用いられる指示が適応フイルタ３０１に提示さ
れる。陸線加入者信号検出器２２５はアナログ検
出器として図示、説明されているが、この検出器
はデジタル式で実施することができ、デジタル−
アナログ変換器６０３の前に受信された信号を抽
出することもできよう。
デジタル化された受信信号は任意の非直線整合
回路５０１を経由して適応フイルタ３０１へ入力
される。受信信号のこの部分は、受信された信号
の反響が送信信号から減じられるように受信され
た信号を表わすフイルタ係数を計算するために適
応フイルタ３０１により用いられる。適応フイル
タ３０１により用いられるプロセスについては後
述する。
送信信号は音声又は他の信号生成装置により生
成され、かつスピーカーホーンに於ては、スピー
カー１１３からマイクロフオン１１５に音響的に
結合された受信信号の要素を含んでいる。この合
成送信信号は、減算回路３０３に送られる前に従
来型のアナログ−デジタル変換器６０５
（MC14402でよい）によりデジタル送信信号に変
換される。受信信号用に計算された係数は合成送
信信号のどの部分が除去されるかを決定する。そ
こで、減算回路３０３からの出力は近端で生成さ
れた信号と、減算回路３０３により除去されない
受信信号反響の部分より成る。この送信信号の一
部は適応フイルタ３０１に帰還され、除去された
反響のある受信信号の量が最適になるように受信
信号係数に加えられる重みの因数が修正される。
このようにして帰還信号は、送信信号から減じら
れるべき信号の量と周波数の動的な修正をもたら
す。
送信信号の一部は任意の非直線整合回路５０３
を経て適応フイルタ３０５に送られ、反響のある
送信信号の同様の除去プロセスが受信された信号
からは除外されるようにする。移動加入者信号検
出器２２３は、ノイズのある送信信号を検出しか
つ適応フイルタ３０５の係数決定を活性化させる
ために利用される。移動加入者信号検出器２２３
への入力は送信信号デジタル−アナログ変換器６
０７（MC14402でよい）を追従し、又は、移動
加入者信号検出器２２３がデジタル形式で実施さ
れている場合は、従来型のデジタル−アナログ変
換器６０７に先行してもよい。
二重式スピーカーホーンがデジタル信号処理に
て実現された場合、第６図のデジタル機能の全て
を信号処理マイクロコンピユータ及び適宜の処理
方法の一部として実施可能であることが専門家に
は理解されよう。更に、第６図にて個別機能とし
て示されている機能を単一の時分割された機能へ
と統合することも可能である。このような分割の
１例としては、陸線加入者信号検出器２２５と移
動加入者信号検出器２２３の双方の機能を達成す
るために単一の信号検出器を時分割使用すること
があげられよう。更に、非直線整合回路５０１
は、スピーカー１１３のひずみを整合するために
選択された参照用テーブル中の利得決定の記述項
（エントリー）でもあり得る。同様に、非直線整
合回路５０３は無線システムのひずみを整合する
ための記述項であることができる。
減衰器６０９はデジタル−アナログ変換器に後
続する。この減衰器６０９と受信経路減衰器６０
４は小さな値切換えの減衰器であり、かつ有利な
実施例に於てはそれぞれの信号に0dBまでの小さ
な減衰を与えることができる。有利な実施例に於
ては、これらの減衰器は可変利得増幅器である
が、デジタル形式では増倍定数でもよく、本発明
をこの点で限定する必要はない。減衰器の主な機
能は、適応フイルタがシステムの反響の大部分を
除去した後に、システムの安定状態を無条件に維
持することである。通常、１つの経路だけが信号
を有している場合、その経路内の減衰器はオフに
切換えられ、反対の経路内の減衰器はオンに切換
えられる。減衰器のこのような選択は会話が止る
時に維持される。このプロセスは切換えと維持
（switch and stay）として知られている。双方
の経路が信号を有している場合は、双方の減衰器
がオンに切換えられている。これらの小さな値の
切換え可能な減衰器は信号検出器と連携して、不
都合な作用なく同時的な会話信号の発生を可能に
する。
第７図は送信信号から、受信信号の反響を打消
すために使用できる適応フイルタ３０１の構成図
である。受信信号から送信信号の反響を打消すた
めに実質的に同一の適応フイルタ３０５が使用さ
れている。受信信号は、必要な場合には非直線整
合回路５０１を経由して適応フイルタ３０１に入
力され得る。受信信号は信号遅延ブロツク７０
１，７０３及び７０５として示されている一連の
遅延素子に送られる。フイルタのそれぞれの遅延
素子は、有利な実施例に於ては受信信号に125マ
イクロ秒の遅延をもたらして、オリジナルのデジ
タル化された受信信号の時間遅延されたレプリカ
（複製）がそれぞれの遅延素子の出力にて得られ
るようにされている。それぞれの遅延素子の出力
部で生成される信号は、所定の重み係数で７１
３，７１５及び７１７にて係数化された乗算器７
０７，７０９及び７１１に於て遅延された受信信
号と帰還信号とを乗算することにより調整され、
総和回路網７１９にて結合される。受信信号の反
響の代数的負であるこの信号は、送信信号にある
受信信号の反響を除去するため、減算回路網３０
３に供給される。受信信号は信号レべルの変動と
沈黙の間隔に特徴がある会話であるので、帰還信
号と増幅器７２１を経由して適応フイルタを調整
する装置が存在する。増幅器７２１の利得は、遅
延要素に於て受信信号と乗算される信号を供給し
て、極性と大きさが受信された信号のそれぞれの
遅延された成分の適切な修正を示すような信号を
作成することによつて修正の速度を比例的に確立
する。このように、適応フイルタ３０１へのエラ
ー信号の帰還が送出する送信信号中の反響の残り
を示すならば、それぞれの遅延された受信信号の
量は個々に調整されて、受信された信号のより多
くの部分が減算回路網３０３に送られることが可
能になる。係数計算の抑止は、増幅器７２１が重
み係数に誤り修正を送ることを止めさせることに
より達成できる。
このように、無線電話にとつては、手持式の送
受話器を用いなくとも通信が可能であることが望
ましい。このことが車両の運転と無線での通信を
同時に行なう際の基本的な安全性の向上をもたら
す。全二重様式で通信ができ、それにより、時と
して同時に会話がなされようとすることにより混
乱と遮断の原因となるオーデイオ経路の切換えが
避けられることも望ましい。本発明は、車両内で
のスピーカーとマイクロフオンの結合と、通信シ
ステムのハイブリツド及び他の部分から生ずる反
響の双方を打消すため、適応デジタル・フイルタ
を使用することによつて、正常な通話及び無線通
信システムを実施する手段を提供するものであ
る。従つて、これまで本発明の特定の実施例を図
示、説明してきたが、専門家により多くの修正が
可能であるので、本発明は上記の実施例に限定さ
れるものではないことが理解されよう。従つて、
本出願は、開示されかつ特許請求された基本原理
の真の精神と範囲内にある任意のかつ全ての修正
をも含むことを企図するものである。
JP60504619A 1984-12-14 1985-10-16 無線及び陸線電話用の全二重式スピ−カ−ホ−ン Granted JPS61502581A (ja)

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