JPH11289591A - 音響電気信号変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、大気等の音響伝達媒体の中で音声等の
音響信号を電気信号に変換するにはマイクロホンが用い
られているが、携帯電話の例に見る如く音響信号を入力
する際にマイクロホンの周辺部に音響的な妨害を及ぼす
問題がある。 【解決手段】 本発明では、人間等の音響信号発生源が
発する音響信号をマイクロホン等で電気信号に変換した
後、増幅して再びスピーカ等で音響信号に変換し前記音
響信号発生源の近傍で先の入力すべき音響信号に逆位相
で加え合わせることで、音響信号発生源が発する音響信
号がその周辺部に広がるのを抑圧する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音声等の音響信号
を電気信号に変換する音響電気信号変換に関わる技術分
野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来、音響信号を伝達する大気等の音響
伝達媒体に囲まれた環境において、音声等の音響信号を
電気信号に変換する機器として一般にマイクロホンが用
いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マイク
ロホンを用いて音響信号を電気信号に変換する場合、人
間等の音響信号発生源から発生する音響信号はマイクロ
ホンの周辺部にも広がり、人混みで使用する携帯電話の
例に見るごとく、音響信号発生源の周辺に対して音響的
な妨害を及ぼすと言う問題点がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の音響電
気信号変換装置においては、人間等の音響信号発生源が
発生する音響信号をマイクロホン等の音響電気変換機能
で電気信号に変換し増幅機能で増幅し位相反転した後、
その増幅された電気信号を出力機能で電気信号として取
り出すと共に、前記の増幅機能が出力した電気信号を帰
還機能で電気音響変換機能に帰還し、この帰還した電気
信号をスピーカ等の前記の電気音響変換機能で音響信号
に変換して前記の音響信号発生源の近傍で出力すること
で、前記の音響信号発生源が発生する前記の音響信号を
打ち消し、これら一巡する負帰還による自動制御機構に
より、前記の音響信号発生源が発生する音響信号が前記
の音響電気変換機能の周辺部に及ぼす音響的な妨害を抑
圧する。

【０００５】また、前記の電気音響変換機能および前記
の音響電気変換機能を迂回する迂回等化機能を付加する
ことで、前記の音響電気信号変換装置の負帰還における
自動制御動作の安定性を向上させる。

【０００６】また、前記の電気音響変換機能の主たる音
響出力軸に沿って音響出力背面側から音響出力前面側へ
貫く貫通路を設け、この貫通路の音響出力前面側に前記
の音響電気変換機能を近接して配置し、かつ、前記の貫
通路の音響出力背面側に前記の音響信号発生源を近接し
て音響信号を入力させることで、前記の音響電気信号変
換装置を具現化する。

【０００７】また、中央部近傍に内部と外部を結ぶ通気
口を設けた両端が開放された中空のパイプ状の音響遮蔽
機能の一方の開放端に前記の電気音響変換機能の主たる
音響出力軸の音響出力前面側を近接して配置し、かつ、
前記の通気口の外部側に前記の音響電気変換機能を近接
して配置して、前記の音響遮断機能の他方の開放端に前
記の音響信号発生源を近接して音響信号を入力させるこ
とで、前記の音響電気信号変換装置を具現化する。

【０００８】また、前記の増幅機能と前記の出力機能の
間に出力等化機能を挿入することで、前記の音響信号発
生源の発生する音響信号に対応する前記の出力機能で出
力する電気信号の周波数特性を補正する。

【０００９】さらに、前記の電気音響変換機能を耐湿材
または防湿処理を施した防湿材を用いて構成すること
で、前記の電気音響変換機能が唾液等で損傷することを
抑止する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を実施例に基
づき図面を参照して説明する。

【００１１】

【実施例１】請求項１に基づき図１に示す音響電気信号
変換装置の基本構成において、人間１が発生する音声は
音響信号として空間２を伝搬してマイクロホン３に入力
されて電気信号に変換され、この電気信号は増幅器４に
入力されて増幅かつ位相反転され、この増幅かつ位相反
転された電気信号は帰還器５に入力されて減衰等化さ
れ、この減衰等化された電気信号はスピーカ６に入力さ
れて音響信号に変換され、この音響信号は空間２を伝搬
して人間１が発する音響信号と合成されてマイクロホン
３に入力され負帰還型の閉ループを構成する。

【００１２】この構成において、マイクロホン３に入力
した人間１が発生する音響信号を増幅器４の出力として
出力端子７から電気信号の形で取り出すことで音響電気
信号変換装置として動作するとともに、スピーカ６が出
力する音響信号が人間１の発する音響信号を打ち消す位
相で合成されることで人間１の発生する音響信号が音響
電気信号変換装置の周辺部に広がることを抑圧する効果
を得る。

【００１３】この動作を数式を用いて説明すれば、人間
１の発生する音声が空間２を伝搬しマイクロホン３の入
力端における音響信号としての値をａ、スピーカ６の出
力である音響信号のマイクロホン３の入力端での値を
ａ’、これら音響信号ａとａ’が合成されてマイクロホ
ン３で電気信号に変換され更に増幅器４で増幅され位相
反転された後の電気信号の値をｅとし、また、空間２、
マイクロホン３、増幅器４、帰還器５、スピーカ６、の
各伝達特性をそれぞれ、Ｋ、Ｍ、Ａ、Ｆ、Ｓとすれば、
これらの値の相互関係は数１および数２で表される。

【００１４】ただし、前述したように増幅器４において
電気信号は増幅されるとともに位相反転されることで、
人間１に基づく音響信号の値ａとスピーカ６に基づく音
響信号の値ａ’は抑圧を目的とする音響信号の周波数帯
域の少なくとも低域において打ち消す位相関係で加わる
ことになる。

【００１５】

【数１】

【００１６】

【数２】

【００１７】数１および数２から、図１で示した音響電
気信号変換装置の構成において入力となる音響信号ａと
出力となる電気信号ｅとの関係が数３として求められ
る。

【００１８】

【数３】

【００１９】また、図１で示した構成におけるマイクロ
ホン３の入力端での抑圧される前の音響信号の値ａと抑
圧された後の音響信号の値（ａ−ａ’）の比を抑圧比ｋ
と定義すればｋの値は数１および数３から数４となり、
数４によりマイクロホン３から増幅器４、帰還器５、ス
ピーカ６、空間２を経てマイクロホン３に戻る閉ループ
を一巡する伝達特性Ｍ×Ａ×Ｆ×Ｓ×Ｋの絶対値を大き
くすることで、人間１の発する音響信号の音響電気信号
変換装置の周辺部への広がりを抑圧する効果が大きくな
ることが分かる。

【００２０】

【数４】

【００２１】ところで、前述した負帰還型の閉ループに
おける空間２の伝達特性Ｋによる音響信号の伝搬遅延時
間が無視できる条件においては、この閉ループの安定条
件は増幅器４の伝達特性Ａを整形すること等で容易に満
たすことができるが、現実には、音響信号が地球表面の
大気中を伝搬する際の空間伝搬速度が常温において約３
００ｍ／ｓであることから、前記音響信号の値ａ’の周
波数帯域の中域から高域においてはスピーカ６の出力端
からマイクロホン３の入力端までを伝搬する空間２での
伝搬遅延時間を考慮する必要があり、音響信号の周波数
ｆ（Ｈｚ）および空間伝搬の距離ｐ（ｃｍ）において伝
搬遅延時間による位相遅れｄ（゜）は数５で表される。

【００２２】

【数５】

【００２３】一例として、スピーカ６からマイクロホン
３までの空間２において１ｍｍの空間距離を音響信号が
伝搬する際の伝搬遅延による位相遅れが１８０゜に達す
る周波数は数５から約１５０ｋＨｚであり、この周波数
において図１で示した閉ループを帰還器５の入力端等で
開いた開ループの伝達特性の絶対値が１（０ｄＢ）を超
えていると、この閉ループの安定条件が満たされず発振
現象を起こす可能性があることから、一つの方法として
この閉ループの一部を構成する増幅器４の伝達特性Ａを
低域濾波型に整形し前記１５０ｋＨｚ近傍でのこの開ル
ープの伝達特性の絶対値を１以下に設定することでこの
閉ループの安定条件を満たすことができる。

【００２４】しかしながら、図２で示すように、スピー
カ６からマイクロホン３までの空間２の距離が例えば３
ｃｍと大きくなったとすると、前記の伝搬遅延による位
相遅れが１８０゜に達する周波数が約５ｋＨｚと低くな
り抑圧を必要とする音声周波数帯域に掛かってくること
から、音声周波数帯域の高域でも負帰還を掛けるにはス
ピーカ６の出力端とマイクロホン３の入力端は近接して
配置されることが求められ、特に扱うべき周波数帯域が
高くなるほど近接配置への要求条件は厳しくなる。

【００２５】

【実施例２】図２の特性例で示したように、スピーカ６
とマイクロホン３との間の空間２の距離を３ｃｍと長く
した場合、５ｋＨｚ近傍までの音声周波数の音響信号の
空間２の周辺部への広がりを抑圧することが困難になる
ことから、音声周波数帯域の中高域信号を扱う場合に
は、請求項２に基づき図３で示す構成例のように、スピ
ーカ６と空間２とマイクロホン３とを迂回する迂回等化
器８を新たに付加し、空間２を伝搬すべき音響信号の一
部を迂回等化器８で電気信号として分流させスピーカ６
の入力端からマイクロホン３の出力端までの伝搬遅延に
よる位相遅れの影響を軽減することによって、前述した
開ループの伝達特性における位相遅れが１８０゜に達す
る周波数を高い方へシフトさせる効果を得る。

【００２６】すなわち、図３で示した構成において、迂
回等化器８の伝達特性をＢとし、Ｂの値を一例として遮
断周波数約１ｋＨｚの１次高域濾波型特性とした場合、
図４の開ループ伝達特性例で示すように、図１で示した
構成の如く迂回等化器８が付加されていない状態で帰還
器５の入力端等で開いた開ループの位相遅れが１８０゜
に達する周波数が図２で既に示したように約５ｋＨｚで
あったのに対し、図３で示した構成の如く迂回等化器８
を付加した状態でのこの開ループの位相遅れが１８０゜
に達する周波数は図４で示すように約１０ｋＨｚと高い
方へシフトできる。

【００２７】このことから、この開ループの伝達特性Ｍ
×Ａ×Ｆ×Ｓ×Ｋの絶対値を５ｋＨｚ近傍において１以
上とすることができ、空間２の中でスピーカ６の出力端
からマイクロホン３の入力端までの距離を３ｃｍ程度ま
で長くした場合においても、人間１の音声である音響信
号が音響電気信号変換装置の周辺部へ広がるのを音声周
波数帯域において抑圧でき、図１で示した基本的な音響
電気信号変換装置の構成に比べ図３で示した構成におい
ては、スピーカ６とマイクロホン３との物理的な位置関
係の設定自由度を大きくできる効果を得る。

【００２８】

【実施例３】請求項３に基づき図５で示す構成例のよう
に、スピーカ６の主たる音響出力軸に対して出力背面側
から出力前面側に貫通する貫通路６−１を設け、この貫
通路６−１の出力前面側に近接してマイクロホン３を配
置し、かつ、貫通路６−１の出力背面側に人間１を近接
させて音響信号を入力する構造で音響電気信号変換装置
を構成して、人間１が発する音響出力をスピーカ６の音
響出力で打ち消す動作を行わせ、この打ち消しの残差で
ある音響信号をマイクロホン３で検出して人間１とスピ
ーカ６の両者の間での音響出力の打ち消しの最適化を前
述した負帰還による自動制御動作により行い、人間１が
発する音響信号が音響電気信号変換装置の周辺部へ広が
るのを抑圧する効果を得る。

【００２９】

【実施例４】請求項４に基づき図６で示す構成例のよう
に、スピーカ６の主たる音響出力軸における出力前面側
に両端が開放された円筒状のパイプ９の一方の開放端を
近接して配置し、かつ、パイプ９の両端から等距離の中
央位置近傍にパイプ９の内部と外部を結ぶ貫通した通気
口９−１を設け、その通気口９−１の外部側にマイクロ
ホン３を近接して配置し、パイプ９の他方の開放端を人
間１の音声出力端に近接して音響信号を入力することで
音響電気信号変換装置を構成するとともに、人間１が発
する音響出力をスピーカ６の音響出力で打ち消す動作を
行わせる。

【００３０】この打ち消しの残差である音響信号をマイ
クロホン３で検出することにより人間１とスピーカ６の
両者の間での音響出力の打ち消しの最適化を前述した自
動制御動作により行い、人間１が発する音響信号が音響
電気信号変換装置の周辺部へ広がるのを抑圧する効果を
得る。

【００３１】なお、パイプ９の中空軸に垂直な断面は円
形に限らず必要に応じ楕円等の形状も選択でき、かつ、
パイプ９の中空軸方向も直線に限らず曲線状としても、
パイプ９の内径および長さが円形で直線の場合と同等で
あれば類似の効果が得られるばかりでなく、パイプ９を
蛇腹等の組立構造とすれば必要に応じて折りたたむこと
もできる。

【００３２】

【実施例５】前述の開ループの伝達特性に依存してマイ
クロホン３の入力端から出力端子７までの音声周波数帯
域における伝達特性が所望のものとは異なる特性となる
場合が生ずる。

【００３３】そこで、請求項５に基づき図７で示す構成
例のように、増幅器４と出力端子７との間に出力等化器
１０を挿入することで、前述した閉ループ状態でのマイ
クロホン３の入力端から増幅器４の出力端までの伝達特
性を補正し、音響電気信号変換装置として所望の伝達特
性を持たせる効果を得る。

【００３４】

【実施例６】前述の抑圧効果を出来るだけ高めるべく人
間１はスピーカ６の近傍で音声を発することが要求され
るため、発声の際に音声ととも唾液等の水分が飛散する
ことで、スピーカ６は水分等が原因となって損傷を被る
ことが生ずる。

【００３５】そこで、請求項６に基づき、スピーカ６の
振動機構等をセラミックや金属等の耐湿材あるいは防湿
処理を施した紙等の防湿材で構成し、水分の付着が原因
で生ずるスピーカ６の損傷を軽減させる効果を得る。

【００３６】なお、請求項２、３、５、６は互いに構成
条件が独立しており、また、請求項２、４、５、６も互
いに構成条件が独立していることから、請求項２、３、
５、６の中から任意の複数の請求項を、または、請求項
２、４、５、６の中から任意の複数の請求項をそれぞれ
組み合わせ、効果を加え合わせることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上で説明したように、請求項１単独あ
るいは請求項２から６までを必要に応じ適宜組み合わせ
ることで、音響信号を電気信号に変換する音響電気信号
変換装置の利用において、人間等の音響信号発生源が発
する音響信号が音響電気信号変換装置が置かれた周辺空
間へ広がるのを抑圧し、携帯電話機や音声認識装置の使
用あるいは発声練習等において発生した音響信号の周辺
空間へ及ぼす音響的な影響を抑える効果を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に基づく装置の構成例を示す図であ
る。

【図２】実施例１に基づく装置の開ループ伝達位相特性
例を示す図である。

【図３】実施例２に基づく装置の構成例を示す図であ
る。

【図４】実施例２に基づく装置の開ループ伝達位相特性
例を示す図である。

【図５】実施例３に基づく装置の構成例を示す図であ
る。

【図６】実施例４に基づく装置の構成例を示す図であ
る。

【図７】実施例５に基づく装置の構成例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 人間 ２ 空間 ３ マイクロホン ４ 増幅器 ５ 帰還器 ６ スピーカ ６−１ 貫通路 ７ 出力端子 ８ 迂回等化器 ９ パイプ ９−１ 通気口 １０ 出力等化器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音響信号発生源が音響信号を伝達する音
   響媒体の中に置かれている環境において、前記音響信号
   発生源が発生する音響信号を入力として電気信号を出力
   する音響電気変換機能と、その音響電気変換機能が出力
   する電気信号を増幅する増幅機能と、その増幅機能で増
   幅された電気信号を電気音響変換機能を経由して前記音
   響電気変換機能に帰還させる帰還機能と、その帰還機能
   が出力する電気信号を音響信号に変換する前記電気音響
   変換機能と、前記増幅機能の出力を電気信号として取り
   出す出力機能とで構成し、かつ、前記電気音響変換機能
   と前記音響電気変換機能とを近接して配置する構造によ
   り、前記音響信号発生源が発生する音響信号に対応した
   電気信号を前記出力機能から取り出すことを特徴とする
   音響電気信号変換装置。
2. 【請求項２】 前記帰還機能の出力電気信号の一部が前
   記電気音響変換機能および前記音響電気変換機能を迂回
   して前記増幅機能の入力に加わるべく迂回等化機能を付
   加したことを特徴とする請求項１記載の音響電気信号変
   換装置。
3. 【請求項３】 前記電気音響変換機能の主たる音響出力
   軸に対して音響出力背面側から音響出力前面側に貫通す
   る貫通路を設け、この貫通路の音響出力前面側に前記音
   響電気変換機能を近接して配置し、前記貫通路の音響出
   力背面側を前記音響信号発生源に近接させ音響信号を入
   力することを特徴とする請求項１記載の音響電気信号変
   換装置。
4. 【請求項４】 中央位置近傍に内部と外部を貫く通気口
   を設けた両端が開放されたパイプ状の音響遮蔽機能の一
   方の開放端を前記電気音響変換機能の主たる音響出力軸
   前面側に近接して配置し、かつ、前記通気口の外部側に
   前記音響電気変換機能を近接して配置して、前記音響遮
   蔽機能の他方の開放端を前記音響信号発生源に近接させ
   音響信号を入力することを特徴とする請求項１記載の音
   響電気信号変換装置。
5. 【請求項５】 前記増幅機能が出力する出力信号を等化
   する出力等化機能を前記増幅機能と前記出力機能との間
   に挿入することを特徴とする請求項１記載の音響電気信
   号変換装置。
6. 【請求項６】 前記電気音響変換機能を耐湿材または防
   湿材で構成することを特徴とする請求項１記載の音響電
   気信号変換装置。