JPH11308680A

JPH11308680A - 耳穿孔型送受話装置

Info

Publication number: JPH11308680A
Application number: JP11114698A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Kobayashi; 博昌小林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-04-21
Filing date: 1998-04-21
Publication date: 1999-11-05
Also published as: CN1236284A; KR19990081731A; EP0952756A2; BR9904002A; CA2268682A1

Abstract

(57)【要約】【課題】１つの音響変換素子をもって、マイクロホン
とイヤホンの両方の機能を兼ねた、フルデュフレックス
式耳穿孔型送受話装置を提供する。【解決手段】イヤーピース１と、音響変換素子２と、
インピーダンス素子２５と、音響変換素子２とインピー
ダンス素子２５との直列回路に第１の音声信号による電
気信号を印加する電気信号印加手段２４と、音響変換素
子２の両端電圧検出手段２６と、第１の音声信号の電気
信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル
変換手段２７と、音響変換素子端子信号ｅ２を、ディジ
タル信号Ｅ２に変換するアナログ／ディジタル変換手段
３０と、２つのアナログ／ディジタル変換手段２７、３
０の出力信号に基づき、音響変換素子端子信号ｅ２、Ｅ
２から第２の音声信号ｅ３を抽出するディジタル信号演
算処理手段２８と、演算された第２の音声信号のディジ
タル信号Ｅ３を、アナログ電気信号に変換するディジタ
ル／アナログ変換手段３２を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スピーカとマイク
ロホンの両方の機能を備え、あらゆる音声通信の送話と
受話の両方に利用され、１つのエネルギー変換素子をも
って、送受話とも聞き取りやすい音声に変換できるよう
にした、耳穿孔型送受話装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば工事現場やジェット機内等、大き
い雑音がある環境下では、周囲のバックグランド雑音が
入りにくいように、高指向性のガンマイク等が使用され
る。しかし、バックグランド雑音は、周囲の壁や器物で
反射するので、完全に除去するのは困難であり、またガ
ンマイクでは、指向性を得るために、細長い筒状の導音
孔が用いられているので、集音した音声が不明瞭にな
り、聞き取りやすい音声電気信号を得ることはできな
い。

【０００３】そのため、バックグラウンド雑音を拾うこ
となく、音声を集音するために、従来、骨伝導型マイク
が使用されている。骨伝導型マイクは、人体の頬骨や顎
骨や頭蓋骨などに、振動エネルギー／電気エネルギー変
換素子からなる音響変換素子を設け、音声を発するとき
に骨に伝導される振動を電気エネルギーに変換し、ピッ
クアップして増幅し、集音した音声電気信号とするもの
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記骨伝導型
マイクは、空気中に音波として存在するバックグラウン
ド雑音を取り除いた状態で、音声を集音して電気信号を
得ることはできるものの、頬骨、顎骨、頭蓋骨などに対
する前記音響変換素子の位置、該変換素子の接触圧、同
じく変換素子の接触方法などにより、大幅に伝達特性が
異なるという問題がある。

【０００５】そのため、使用する毎に、音響変換素子の
位置や接触圧等を、特定の支持具で常に一定に保持する
ことが要求されるが、この要求を、使用毎に、毎回安定
よく満足させることは困難である。しかも、骨伝導型マ
イクでは、上記集音部の伝達特性の再現性が、周波数帯
域の再現特性(Ｆ特)の変化として現れるという問題もあ
る。

【０００６】また、従来の骨伝導型マイクにおいては、
聞き手としても送り手としても、バックグラウンド雑音
に影響されないで、音声通話ができるようにするべく、
イヤーピースの中に、発音スピーカと集音マイクロホン
を、それぞれに収容したものもあるが、発音部が集音部
に干渉して、ハウリングなどを生じることがあるため、
イヤーピースにより両機能を兼ねさせることは、従来困
難とされていた。

【０００７】本発明は、前記の問題点に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、バックグラウンド雑
音に影響されることなく、使用者に伝達するべき音声
と、使用者たる話者が発した音声を、外耳道内に鼓膜と
対照的に配置された１つの音響変換器を共通に使用し
て、電気信号として送られてくる電気信号を音声振動に
変換するとともに、話者が発音した音声を電気信号に変
換するようにした、耳穿孔型送受話装置を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、次のようにし
て、上記課題を解決している。 (１) 外耳道に挿入される耳穿孔挿入部を備えるイヤー
ピースと、耳穿孔挿入部に穿設された通音孔の基底部に
設けられ、音響振動と電気信号を双方向に変換する音響
変換素子と、音響変換素子の電気回路に直列接続したイ
ンピーダンス素子と、音響変換素子とインピーダンス素
子の直列回路に、イヤーピース挿着者に伝達するべき第
１の音声信号に基づく電気信号を引加する電気信号印加
手段と、イヤーピース装着者の発生した音声を電気変換
した第２の音声信号を含む音響変換素子の両端電圧を検
出する音響変換素子端子信号検出手段と、イヤーピース
挿着者に伝達するべき第１の音声信号に基づく電気信号
をディジタル信号に変換する第１のアナログ／ディジタ
ル変換手段と、イヤーピース装着者の発生した音声を電
気変換した第２の音声信号を含む音響変換素子端子信号
を、ディジタル信号に変換する第２のアナログ／ディジ
タル変換手段と、第１と第２のアナログ／ディジタル変
換手段が出力する両ディジタル信号を入力して、音響変
換素子のインピーダンスと、それと直列接続されたイン
ピーダンス素子のインピーダンスと、その直列回路に印
加される第１の音声信号と、音響変換素子の両端に発生
する音響変換素子端子信号とに基づき、音響変換素子端
子信号に含まれる第２の音声信号を、ディジタル演算処
理により抽出するディジタル信号演算処理手段と、ディ
ジタル信号演算処理手段が演算して出力する第２の音声
信号のディジタル信号を、アナログ電気信号に変換する
ディジタル／アナログ変換手段を備えることを特徴とす
る耳穿孔型送受話装置。

【０００９】(２) 上記(１)項において、イヤーピース
が、インピーダンス素子と、第１の音声信号に基づく電
気信号を引加する電気信号印加手段と、音響変換素子の
両端電圧を検出する音響変換素子端子信号検出手段を備
えている。

【００１０】(３) 上記(１)〜(３)項のいずれかにおい
て、音響変換素子とインピーダンス素子の直列回路に、
第１の音声信号に基づく電気信号を引加する電気信号印
加手段が、電圧ホロア型増幅器である。

【００１１】(４) 上記(１)〜(３)項のいずれかにおい
て、音響変換素子の両端電圧を検出する、音響変換素子
端子信号検出手段を、電圧ホロア型増幅器とする。

【００１２】(５) 上記(１)〜(４)項のいずれかにおい
て、イヤーピースに対して第１の音声信号を送りだし、
イヤーピースから第２の音声信号が含まれた音響変換素
子端子信号を受け取るようにするとともに、第１と第２
のアナログ／ディジタル変換手段と、ディジタル信号処
理手段と、ディジタル／アナログ変換手段を具備してな
る双方向送話ユニットを、イヤーピースとは別体で構成
し、イヤーピースと双方向送話ユニットの間で、前記第
１と第２の音声信号に係る電気信号を、配線コードを介
して送受信するようにする。

【００１３】(６) 上記(１)〜(４)項のいずれかにおい
て、イヤーピースに対して第１の音声信号を送りだし、
イヤーピースから第２の音声信号が含まれた音響変換素
子端子信号を受け取るようにするとともに、第１と第２
のアナログ／ディジタル変換手段と、ディジタル信号処
理手段と、ディジタル／アナログ変換手段を具備してな
る双方向送話ユニットを、イヤーピースとは別体で構成
し、イヤーピースと双方向送話ユニットの間で、前記第
１と第２の音声信号に係る電気信号を、無線通信手段を
介して送受信するようにする。

【００１４】(７) 上記６項において、イヤーピース
が、インピーダンス素子と、第１の音声信号に基づく電
気信号を引加する電気信号印加手段と、音響変換素子の
両端電圧を検出する、音響変換素子端子信号検出手段
を、イヤーピースのケース体に備えているとともに、そ
のケース体に無線通信手段の送信部と受信部を内蔵して
ある。

【００１５】(８) 上記(６)又は(７)項において、無線
線通信手段を、微弱電波による送受信２チャンネルの周
波数変調式双方向無線通信手段とする。

【００１６】(９) 上記(６)項において、無線通信手段
を、赤外線による送受信２チャンネルの光通信手段とす
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明に係る耳穿孔型送受話装置
の一実施形態を、図面に基いて詳細に説明する。図１
は、本発明の実施要領を説明する双方向通話システムの
ブロック図である。

【００１８】(１)は、音響変換変素子(２)を内蔵したイ
ヤーピース、(３)は、音響変換素子(２)と配線コード
(４)をもって接続された双方向送受話ユニットである。

【００１９】(５)は、双方向送話ユニット(３)に向けて
送り出す第１の音声信号(Ｇ1)を出力し、双方向送話ユ
ニット(３)側から送り出される第２の音声信号(Ｇ2)が
入力される双方向通信ユニットである。

【００２０】双方向通信ユニット(５)は、有線もしくは
無線の通信手段によって接続されたもう一つの双方向通
信ユニット(5')との間で、全二重通信方式(以後、フル
デュフレックスという)の音声通信を行うもので、第１
の音声信号(Ｇ1)は、イヤーピース(１)を装着した者が
受け取るべき音声信号、第２の音声信号(Ｇ2)は、イヤ
ーピース(１)を装着した者が発声し、他方の双方向通信
ユニット(5')の者に伝達するべき音声信号である。

【００２１】本発明に係る耳穿孔型送受話装置(Ａ)は、
１つの音響素子(２)を内蔵したイヤーピース(１)と双方
向送話ユニット(３)とをもって構成され、音響変換素子
(２)には、イヤーピース(１)の使用者に外部から音声情
報を伝達するための第１の音声信号(Ｇ1)と、使用者が
発声した音声情報を、他者に向けて伝達するための第２
の音声信号(Ｇ2)との２つの音声信号が、実時間で作用
する。

【００２２】図２は、本発明の一実施態様を示すイヤー
ピース(１)の縦断面である。イヤーピース(１)は、外耳
道に嵌合する外耳嵌合管(６)と、外耳嵌合管(６)の後端
部に着脱自在に嵌合された接続管(７)と、接続管(７)の
後端部に設けた音響変換素子(２)を収納するケース体
(８)とからなっている。

【００２３】外耳嵌合管(６)は、前端部に、前方へ向っ
て半球状をなして突出し、かつ外周縁に後方に向けて弾
性ヒレ部(9a)を突設したフランジ状の弾性栓体(９)を備
え、その軸心部には、前端部から後端部に通じる導音孔
(10)が穿設されている。導音孔(10)の後端部には、接続
管(７)における嵌合部(11)の前端の拡径フランジ(11a)
と係合しうる拡径環溝(12)が設けられている。

【００２４】外耳嵌合管(６)は、イヤーピース(１)を長
時間装着しても使用者に苦痛を与えないように、軟質の
合成樹脂あるいはゴム等の柔軟性に富む材料で形成され
ている。特に、外耳道と弾性嵌合する弾性栓体(９)は、
弾性ヒレ部(9a)をもって、外耳道に隙間なく密着嵌合し
て、骨伝動振動による音響振動の伝達特性と、その伝達
特性の再現性を高めるようになっている。

【００２５】外耳嵌合管(６)は、上述の如く、柔軟性に
富んだ材質で成形され、かつ接続管(７)は硬質の合成樹
脂材で成形されている。外耳嵌合管(６)における導音孔
(10)の後端部内腔(13)と接続管(７)の嵌合部(11)の外径
(116)とは、密に嵌合しうる形状寸法となっている。前
記外耳嵌合管(６)の拡径溝(12)と、前記接続管(７)の拡
径フランジ(11)とは、両者を嵌合したときの抜止めにな
ている。

【００２６】このような構造の外耳嵌合管(６)と接続管
(７)は、両者を軸線方向に引張って引き離すことは容易
ではない。しかし、柔軟な外耳嵌合管(６)を、嵌合部に
おいて斜めに曲げると、比較的容易に接続管(７)から外
れる。

【００２７】外耳嵌合管(６)は、弾性栓体(９)の外径が
異なる種々のものを用意して、使用者の外耳道の大きさ
により、取り替えをしうるようにしておく。

【００２８】接続管(７)の嵌合部(11)の軸心部には、外
耳嵌合管(６)の導音孔(10)に連通する導音孔(14)が穿設
されている。

【００２９】接続管(７)は、前記弾性栓体(９)の外周と
同径の胴部(7a)を、中央部に備え、その胴部(7a)の軸心
部の前方（図２における左方向）に、その胴部(7a)より
外耳嵌合管(６)の肉厚分だけ縮径された、前記嵌合部(1
1)が突出している。胴部(7a)の後端には、ケース体(８)
と一体に固着された拡径フランジ(15)が設けられてい
る。

【００３０】胴部(7a)の内部は、嵌合部(11)の軸心に設
けられた導音孔(14)よりも大径の中空室(16)になってい
る。接続管(７)の後端の拡径フランジ(15)は、ケース体
(８)の周円部(17)と、一体成形により固着されている。

【００３１】接続管(７)とケース体(８)の間には音響素
子(２)が挾着されている。音響素子(２)は、振動ユニッ
ト(18)と振動板(19)とからなり、振動板(19)は、円板状
（図示略）をした通常のスピーカにおいては、コーンの
部分をなし、振動ユニット(18)は、ムービングコイルや
永久磁石を内蔵（図示略）したスピーカにおいては、電
磁石の部分をなしている。

【００３２】振動板(19)は、その周辺部(20)の両面に、
ドーナツ型のスペーサ(21)を介して、振動板(19)の中央
部を壁などから離して、接続管(７)の後端面(22)とケー
ス体(２)の底壁(23)の内面の間に、緊密に挾着されてい
る。

【００３３】振動ユニット(18)は、ケース体(８)の底壁
(23)の内に、後端部を埋設した状態で、ケース体(７)に
固着されている。

【００３４】振動板(19)の前方は、導音孔(10)(14)及び
中空室(16)の方を向いており、この振動板(19)は、振動
ユニット(18)が、前記第１の音声信号（Ｇ１）（電気エ
ネルギー）により、音響振動（振動エネルギー）に変換
した出力振動を、中空室(16)に向けて放射するようにな
っている。

【００３５】振動ユニット(18)は、振動板(19)に連結さ
れた電気エネルギーと振動エネルギーの双方向エネルギ
ー変換素子、例えばムービングコイルと永久磁石等によ
り、振動板(19)に外から加わる振動を、電気信号に変換
することができる。

【００３６】振動ユニット(18)には、イヤーピース(１)
を装着した話者の発生音声が、頭蓋骨等を通して外耳道
に伝動され、外耳道に達した音声は、外耳道に嵌合され
ている外耳嵌合管(６)と接続管(７)を介して、振動板(1
9)に加わえられ、その振動は、振動板(19)を介して振動
ユニット(18)に伝達されて、電気信号に変換される。

【００３７】なお、話者の発生音声が外耳道に伝達され
る過程は、従来の骨伝達では得られない軟骨伝導を伴
い、この軟骨伝導は、良好な周波数特性を示す。

【００３８】この骨伝動による振動によって、振動ユニ
ット(18)に励起される電気信号は、外部から印加される
第１の音声信号(Ｇ1)の電気信号と重畳されて、振動ユ
ニット(18)の出力端子に現れる。

【００３９】振動ユニット(18)は、図３に示す如く、双
方向送話ユニット(３)に接続されている。この双方向送
話ユニット(３)は、前記第１の音声信号(Ｇ1)を振動ユ
ニット(18)に加えるとともに、その振動ユニット(18)か
ら、骨伝動によって伝達された音声振動に基づいて、第
２の音声信号(Ｇ2)を抽出する。

【００４０】図３において、双方向通信ユニット(５)か
ら送られてくる第１音声信号(Ｇ1)は、出力インピーダ
ンスの低い増幅器(24)を介して増幅され、その出力は、
音響素子駆動信号(ｅ1)として、振動ユニット(18)とイ
ンピーダンス素子(25)の直列回路に引加される。

【００４１】この実施態様においては、増幅器(24)を、
増幅率を１とした電圧ホロア型のものとし、音声信号
(Ｇ1)と音響素子駆動信号(ｅ1)を、互いに等しい電圧と
なるようにしてある。また、インピーダンス素子(25)
は、純抵抗成分からなる抵抗体が好ましい。

【００４２】振動ユニット(18)の両端電圧(Ｖi)は、入
力インピーダンスの高い増幅器(26)により検出され、そ
の増幅器(26)の出力に、音響素子端子信号(ｅ2)を得
る。この増幅器(26)も、増幅率を１とした電圧ホロア型
のものとし、振動ユニット(18)の両端電圧(Ｖi)と音響
素子端子信号(ｅ2)を、互いに等しい電圧となるように
してある。なお、増幅器(24)(26)の増幅率は、必ずしも
１である必要はなく、所要の利得を有するようにしても
よい。

【００４３】振動ユニット(18)を駆動するための、音響
素子駆動信号(ｅ1)と同等である増幅器(24)に入力する
第１の音声信号(Ｇ1)は、第１のアナログ／ディジタル
変換器(27)によって、ディジタルの音響素子駆動信号
(Ｅ1)に変換され、ディジタル信号処理手段(28)の第１
の入力端子(29)に入力される。

【００４４】振動ユニット(18)の端子電圧(Ｖi)と同等
である増幅器(26)が出力する音響素子端子信号(ｅ2)
は、第２のアナログ／ディジタル変換器(30)によって、
ディジタルの音響素子端子信号(Ｅ2)に変換され、ディ
ジタル信号処理手段(28)の第２の入力端子(31)に入力さ
れる。

【００４５】ディジタル信号処理手段(28)は、ＤＰＳ
（Digital Signal Processore)と通称される、ＣＰＵ、
メモリ及び周辺のコントローラを内蔵した高密度集積回
路でなる。ディジタル信号処理手段(28)として、具体的
に実施しうるＰＤＳとして製品化されているＩＣ回路素
子は、テキサスインストルメンツ社製のＴＭＳ３２０Ｌ
Ｃ５ファミリー、ＴＭＳ３２０Ｆ２ファミリー等があ
る。

【００４６】上記ＰＤＳをもって構成されたディジタル
信号処理手段(28)は、入力される信号を処理するための
プログラムが、ＤＰＳに内蔵されたＲＯＭの部分に最適
化アセンブラに変換されて搭載されている。このこの信
号処理プログラムにより、第１の入力端子(29)に入力す
る第１のディジタル信号（ディジタルの音響素子駆動信
号(Ｅ1)）と、第２の入力端子(30)に入力するディジタ
ル信号（ディジタルの音響素子端子信号(Ｅ2)）との実
時間で発生する２つのアナログ音声信号を、ディジタル
に信号処理されるようになっている。

【００４７】この信号処理とは、イヤーピース(１)を装
着した使用者、即ち話者の発生した音声が、話者手自身
に戻る妨害(例えばハウリング、エコーなど)を防ぐ処
理、耐雑音頑健生(ロバストネス)を向上させる雑音除
去、前記検出するべき話者の音声信号の歪みの補正、及
ぴオートゲインコントロール(ＡＧＣ)等の音響信号処理
と、後述する計算処理である。

【００４８】これらの信号処理により、話者の発生した
音声が、聞き取りやすい音声で、かつディジタルの信号
として抽出される。この抽出されたディジタル音声信号
(Ｅ3)は、ディジタル／アナログ変換(32)により、聞き
取りやすいアナログ音声信号(ｅ3)に変換され、第２の
音声信号(Ｇ2)として、送受話ユニット(３)から送り出
される。

【００４９】双方向送話ユニット(３)は、双方向通信ユ
ニット(５)を、一般の電話機やインターホン等の通話通
信機器及び無線トランシーバ、パーソナルコンピュー
タ、電話オペレションシステム等とし、それらの通信機
器のハンドセットやヘッドセット等におけるマイクロホ
ンとイヤーホンの組み合わせを用いる汎用の音声入出力
装置と、完全に互換性を保つようになっている。

【００５０】従来のマイクロホンとイヤホンを対にセッ
トしたハンドセットやヘッドセットは、マイクロホンの
出力信号を、通常の音響機器におけるマイクロホン入力
端子に適合する出力信号としてアナログ信号で出力し、
またイヤホンに適合するアナログ電気信号を、外部から
の入力信号として受信する。本発明に係るイヤーピース
(１)は、それ自体で、ハンドセットやヘッドセットと同
等の働きをする。

【００５１】上記イヤーピース(１)を使用者の外耳道に
装着した際には、次のように動作する。双方向通信ユニ
ット(５)から出力される第１の音声信号(Ｇ1)が送受話
ユニット(３)に入力されると、この第１の音声信号(Ｇ
1)は、増幅器(24)で増幅され、振動ユニット(18)に直列
接続されたインピーダンス素子(25)経て、配線コード
(４)により音響変換素子(２)の振動ユニット(18)に送ら
れれ、使用者に伝達するべき音声に変えられる。

【００５２】この場合、イヤーピース(１)の外耳嵌合管
(６)における弾性栓体(９)の弾性ヒレ部(9a)が外耳道に
弾接し、耳外部と外耳道内部とが遮音されるので、外部
から雑音が入りにくい状態となる。

【００５３】一方、イヤーピース(１)の音響変換素子
(２)が、マイクとして機能する場合には、次のように動
作する。

【００５４】使用者が音声を発すると、この音声(振動)
は骨及び軟骨に伝導されて、外耳内の外を振動し、この
振動は、前述のように、音響変換素子(２)の振動ユニッ
ト(18)により、第１の音声信号(Ｇ1)を重畳した疑似音
声電気信号として、振動ユニット(18)の端子電圧(Ｖi)
により検出される。この疑似音声電気信号たる端子電圧
(Ｖi)は、前記増幅器(26)で増幅されて音響素子端子信
号(ｅ2)となる。

【００５５】この音響素子端子信号(ｅ2)は、前記アナ
ログ／ディジタル変換器(30)により、第２のディジタル
信号(Ｅ2)に変換される。前記第１の音声信号(Ｇ1)は、
増幅器(24)の前段において、前記アナログ／ディジタル
変換器(27)に加えられて、第１のディジタル信号(Ｅ1)
に変換され、これら第１のディジタル信号(Ｅ1)と第２
のディジタル信号(Ｅ2)とが、前記ディジタル信号処理
手段(28)に入力される。

【００５６】前記ディジタル信号処理手段(28)では、前
記第１のディジタル信号(Ｅ1)と第２のディジタル信号
(Ｅ2)に基づき、次のように信号処理される。すなわ
ち、送り手の発生した音声が、送り手自身に戻る妨害
(例えばハウリング、エコーなど)を防ぐ処理、耐雑音頑
健生(ロバストネス)を向上させる処理、前記疑似音声電
気信号の周波数特性の補正及びオートゲインコントロー
ル(ＡＧＣ)等である。

【００５７】したがって、送り手の発生した音声は、聞
き取りやすい音声に変換される電気的音声信号となっ
て、ディジタル／アナログ変換器(32)に供給され、電気
的音声信号が、一般のアナログ式オーディオ機器・通信
機器のマイク入力端子に適合する電気的音声出力信号と
される。

【００５８】本発明は、使用者に伝達するべき音声振動
の発生と、使用者が発生する音声振動を電気信号に変換
する役割を、前記１つの振動ユニット(18)により行っ
て、送受話ユニット(３)を、全二重通信方式(以後、フ
ルデュフレックスという)に対応するものとしたもの
で、以下に、この点について論理的に説明する。

【００５９】図４は、イヤーピース(１)における振動ユ
ニット(18)と、その駆動回路の等価回路である。

【００６０】前記等価回路において、ｅ1は、増幅器(2
4)が出力する音響素子駆動信号(ｅ1)で、増幅器(24)
を、増幅率を１とする電圧フォロア回路としてあるの
で、外部から送られて来る第１の音声信号(Ｇ1)と電圧
波形成分は同一であり、かつ実質的にその音声信号(Ｇ
1)をディジタルに変換した第１のディジタル信号(Ｅ1)
とも、波形成分は同一になっている。増幅器(24)は、音
響変換素子(２)とインピーダンス素子(25)との直列回路
に、第１の音声信号(Ｇ1)を増幅した電気信号を印加す
る電気信号印加手段である。

【００６１】Ｒは、振動ユニット(18)に直列に設けたイ
ンピーダンス素子(25)のインピーダンス、Ｚは、振動ユ
ニット(18)のインピーダンス、Ｖiは、振動ユニット(1
8)が感知した使用者の発声に伴う擬似音声電気信号に相
当する振動ユニット(18)の端子電圧（音響素子端子信号
(ｅ2)と同等である）、ｅ3は、第２の音声信号(Ｇ2)に
相当する使用者の発声した音声の電子信号、ｉはこの等
価回路に流れる電流である。

【００６２】図４において、第１の音声信号(Ｇ1)と同
等の音響素子駆動電圧(ｅ1)と第２の音声信号(ｅ3)が重
なった疑似音声信号は、振動ユニット(18)の端子電圧
(Ｖi)として検出可能である。この端子電圧(Ｖi)から、
いかにして前記第２の音声信号(Ｇ2)相当の電気信号(ｅ
3)だけを取り出せるか、すなわちフルデュフレックスに
対応できるかについて、次に説明する。

【００６３】図４の等価回路において、キルヒホッフの
電圧法則から、第１式が得られる。ｉ(Ｒ＋Ｚ)十ｅ1＋ｅ3＝０ ……… (１) なお、第１の音声信号(Ｇ1)と音響素子駆動信号(ｅ1)
は、同一であるので、等価回路の説明上、ｅ1を第１の
音声信号とする。

【００６４】また、振動ユニット(18)の端子電圧(Ｖi)
および、その端子電圧(Ｖi)を、第１と第２の音声信号
が重畳した疑似音声信号とし、増幅率１の増幅器(26)を
介して出力する疑似音声信号(ｅ2)は、全て同じ信号成
分である。等価回路の説明上、ｅ2を端子電圧とする。

【００６５】第１式を電流(ｉ)について求めると、第
(２)式が得られる。ｉ＝（ｅ1＋ｅ3）／（Ｒ＋Ｚ） ……… (２)

【００６６】この時、端子電圧(ｅ2)は、第１の音声信
号(ｅ1)からインピーダンス素子（２５）の端子電圧
（Ｒ・ｉ）を引いて、第（３)式が得られる。ｅ2＝ｅ1−Ｒ・ｉ ……… (３)

【００６７】第(３)式に第(２)式の電流(ｉ)を代入する
と、第(４)式が得られる。ｅ2＝ｅ1−Ｒ（ｅ1−ｅ3）＝ｅ1（１−(Ｒ／（Ｒ＋Ｚ))＋ｅ3・Ｒ／(Ｒ＋Ｚ)……… (４)

【００６８】第(４)式を第(２)の音声信号(ｅ3))につい
て解くと、第(５)式が得られる。ｅ3＝(ｅ2−ｅ1(１−(Ｒ／(Ｒ＋Ｚ)))・(Ｒ＋Ｚ)／Ｒ ………(５)

【００６９】第(５)式のインピーダンス成分を整理する
と、図５のブロック図として現すことができる。

【００７０】図５において、各インピーダンス成分（Ｘ
1）（Ｘ2）を、Ｘ1＝１−（Ｒ／（Ｒ＋Ｚ））Ｘ2＝（Ｒ＋Ｚ）／Ｒと現わすと、第(５)式は、次のようになる。ｅ3＝（ｅ2−ｅEＸ1）Ｘ2 ………(６)

【００７１】上記図５のブロック図に基づき、第６式の
演算を行うことにより、第１の音声信号(ｅ1)と第２の
音声信号(ｅ3)の混じった疑似音声信号（端子電圧）(ｅ
2)から、第２の音声信号(ｅ2)を取り出すことが出来
る。

【００７２】図５に示すブロック図における第(６)式の
演算処理は、第１の音声信号(ｅ1)と同じである音響素
子駆動信号(ｅ1)をディジタル信号に変換した、ディジ
タルの音響素子駆動信号(Ｅ1)と、駆動ユニット(18)の
端子電圧（疑似音声信号）(Ｖi)、（ｅ2）をディジタル
信号に変換したディジタルの音響素子端子電圧（Ｅ2）
を、ディジタル信号処理手段(28)に入力して処理され
る。

【００７３】ここで、端子電圧部位(Ｖi)、音響素子駆
動電圧（第１の音声信号）(ｅ1)、及びインピーダンス
素子(25)のインピーダンス（Ｒ）は測定可能であり、振
動ユニット(18)における音響素子の(２)のインピーダン
ス（Ｚ）が定まれば、第２の音声信号(ｅ3)を算出でき
る。

【００７４】音響素子(２)のインピーダンス（Ｚ）は、
実際は、音声を発する者の動作により時々刻々と変化す
るインピーダンス（Ｚ）を求める必要があるが、必要以
上に演算が複雑となるので、ディジタル信号処理手段(2
8)において、例えば次の条件から求まる値を近似値（Ｚ
e）として計算しうるようにする。

【００７５】ここで、音響素子(２)インピーダンス
（Ｚ）の近似値（Ｚe）は、第(４)式において、端子電
圧(ｅ2)に、仮の値（ｅ2＝０）を代入して、第(４)式を
解くと、第(７)式が得られる。

【００７６】１−（Ｖi／ｅ1）＝Ｒ／（Ｒ＋Ｚ） ……… (７) 第(７)式は、両辺の逆数も等しいので、第(８)式が得ら
れる。

【００７７】１／（１−（Ｖi／ｅ1））＝（Ｒ＋Ｚ）／Ｒ ……… (８)

【００７８】よって、音響素子(２)のインピーダンス
（Ｚ）は、次式のようになる。Ｚ＝（１／（１−（Ｖi／ｅ1））−１）／Ｒ ……… (９)

【００７９】この第(９)式を第(５)及び第(６)式に代入
し、求めた値を補正することにより、第２の音声信号
（ｅ2）を求めることができる。このようにして、本発
明による耳穿孔型送受話装置は、１つのイヤーピース
(１)をもって、フルデュフレックスに対応できることが
わかる。

【００８０】図６と図７は、本発明の別の実施態様を示
すものである。図６は、前記実施態様においては、双方
向送話ユニット(３)に設けてあった音響素子(２)駆動用
の増幅器(24)と、音響素子(２)の端子電圧（Ｖi）増幅
用の増幅器(26)を、イヤーピース(１A)のケース体(８A)
に内蔵させたものである。

【００８１】図７は、図６に示すイヤーピース(１A)
を、双方向送話ユニット(３A)に接続した回路図を示し
ている。なお、各増幅器や各半導体素子に接続される電
源回路については、図示を省略し、かつ前述の図１から
図３に示す実施態様と同一部分については、同一符号を
付して、詳細な説明は省略する。

【００８２】図６におけるイヤーピース(１A)のケース
体(８A)には、振動ユニット(２)の後方に、増幅器(24)
(26)を構成するアナログ演算増幅ＩＣ回路素子(33)(34)
を、配線基板(35)に搭載した状態でケース体(８A)内に
埋設してある。

【００８３】配線基板(35)には、インピーダンス素子(2
5)も搭載されており、振動ユニット(２)駆動用の出力回
路は、ごく短い配線(36)で、駆動ユニット(２)に接続さ
れている。また、駆動ユニット(２)の端子電圧（Ｖi）
を増幅する増幅器(26)の入力配線も、配線基板(35)内
で、ごく短く配線されている。

【００８４】このように構成したことにより、図４の等
価回路から分かるように、インピーダンス素子(22)と振
動ユニット(２)の直列接続回路に、図１及び図３に示す
配線コード(４)が含まれないので、振動ユニット(２)の
内部インピーダンス（Ｚ）への外乱の混入が大幅に減少
され、第２の音声信号(ｅ3)の忠実な抽出、及び安定し
た信号処理制御が可能となる。

【００８５】さらに、両増幅器(24)(26)は、駆動ユニッ
ト(２)に最も接近したところで、入力信号を受けて、電
圧ホロア制御しているので、入出力の信号の一致度が高
く、ディジタル信号処理手段(28)に送られるディジタル
の第１の音声信号（Ｅ1）とディジタルの端子電圧（Ｅ
2）とは、第４図の等価回路において、同一信号と見な
した第１の音声信号(ｅ1)と端子電圧(ｅ2)とに、十分に
近似したものとなる。

【００８６】図７において、イヤーピース(１A)と双方
向送話ユニット(３A)を接続する配線コード(37)は、図
４の等価回路のいずれのパラメータにも、その配線コー
ド(37)のインピーダンスを含まないので、配線コード(3
7)の長さや、線の太さは、フルデュフレックスの制御に
直接的な影響を与えることはない。そのため、この実施
態様の双方向送話ユニット(３A)は、携帯時の収納場所
を耳の近辺とは限らず、身体のいずれの部分に装着して
も、音響的に不利な現象を生じることはない。

【００８７】図８と図９は、さらに別の実施態様を示す
もので、図６と図７における配線コード(37)の部分を、
１対の無線通信手段(38)(39)に変更して、イヤーピース
(１B)と双方向送話ユニット(３B)の間を結合したもので
ある。

【００８８】図８におけるイヤーピース(１B)の配線基
板(35A)には、一方の無線通信手段(38)における無線受
信ユニット(40)と、他方の無線通信手段(39)における無
線送信ユニット(41)が搭載されている。

【００８９】図９に示す回路図の如く、イヤーピース
(１B)における無線受信ユニット(40)は、受信回路(42)
と復調回路(43)を備え、復調回路(43)の出力信号は、増
幅器(24)の入力に送られる。同じく、無線送信ユニット
(41)は、変調回路(44)と送信回路(45)を備え、変調回路
(44)の入力は、増幅器(26)の出力信号を受けるようにな
っている。

【００９０】双方向送話ユニット(３B)も、同様に１対
の無線通信手段(38)(39)の無線送信ユニット(46)と無線
受信ユニット(47)を備えている。

【００９１】一方の無線通信手段(38)における無線送信
ユニット(46)は、変調回路(48)と送信回路(49)を備え、
変調回路(48)は、第１の音声信号(ｅ1)を入力してい
る。他方の無線通信手段(39)における無線受信ユニット
(47)は、受信回路(50)と復調回路(51)を備え、復調回路
(51)の出力は、第２のアナログ／ディジタル変換器(30)
の入力に送られる。

【００９２】このように、一方の無線通信手段(38)は、
双方向送話ユニット(３B)から第１の音声信号(Ｇ1)をイ
ヤーピース(１B)に送る無線の音声通信チャンネルを形
成し、他方の無線通信手段(39)は、イヤーピース(１B)
から双方向通話ユニット(３B)へ第２の音声信号(Ｇ2)を
送る無線の音声通信チャンネルを形成している。

【００９３】無線通信手段(38)(39)の通信方式は、周波
数変調方式（ＦＭ通信方式）で、周波数帯域は、数Ｍ
（メガ）Ｈzから数１００ＭＨz程度、通信の出力電界強
度は、微弱電波仕様の範囲内の出力で、通信エリアが１
〜３メートルの範囲のものが好ましい。

【００９４】イヤーピース(１B)のケース体(８B)の後端
面には、受信回路(42)用の受信アンテナをなす導体部(5
2)と、送信回路(45)用の送信アンテナをなす導体部(53)
を設けてある。

【００９５】アンテナをなす導体部(52)(53)は、ケース
体(８B)を絶縁性の合成樹脂で成形されるが、必ずしも
表面を露出する必要はなく、合成樹脂に埋設されていて
もよい。

【００９６】導体部(52)(53)は、通信キャリヤの周波数
に応じて、二次元パターンとして、螺旋パターン、樹枝
状パターン、櫛状パターンのいずれかを選択的に採用す
る。無線通信手段(38)(39)は、赤外線式の無線通信手段
とすることもできる。

【００９７】特に、赤外線式の無線通信手段(38)(39)と
する場合、スパークノイズ発生する電気溶接機や大型電
動機及び電気炉等によって、広帯域の電磁波ノイズを発
生する作業現場においては、上記ＦＭ通信方式の無電は
使用できないが、赤外線式の通信方式では、このような
作業現場で十分に機能しうる。

【００９８】さらに、作業現場においては、着用が義務
付けされている安全ヘルメットの中に、双方向送話ユニ
ット(３B)を設けると、イヤーピース(１B)を装着する耳
の直上に、安全ヘルメットの側部下縁が位置するので、
耳の直上の側部内に、双方向送話ユニット(３B)を設置
し、通信距離を極く短くすることがでる。

【００９９】また、耳直上のヘルメットの側部に耳当て
等を設けて、赤外線の外部入射を防止することも容易で
ある。図１から図３に示す実施態様、並びに図６、図７
に示す実施態様においても、ヘルメットの中に、双方向
送話ユニット(３)(３A)を設け、配線コードにより有線
で接続して使用することも容易である。

【０１００】さらに、図１に示す如く、双方向通信ユニ
ット(５)無線装置することもできるが、この双方向通信
ユニット(５)は、出力電力の大きなものとし、前記作業
現場の電磁波ノイズに十分に耐えられるものとすること
ができ、また変調方式を、電磁波ノイズに強いディジタ
ル変調方式やスペクトラム変調方式を採用することもで
きる。

【０１０１】以上、説明したように、上記各実施態様に
係る耳穿孔型送受話装置は、明瞭な音声をフルデュフレ
ックスで送受信することが出来るので、次のような場面
で使用することができる。

【０１０２】携帯電話のマイクロホンとスピーカからな
るハンドセットに、本発明の耳穿孔型送受話装置を使用
した場合には、高い音圧レベルのバックグラウンドノイ
ズのある環境、たとえば鉄道の車内、工場の中、高速道
路工事現場などにおいても、送話と受話を確実に行うこ
とができる。

【０１０３】双方向送話ユニット(３)と双方向通信ユニ
ット(５)を一体にして、通常の電話の無線式子機とした
場合には、子機の部分をポケットに入れておき、イヤー
ピース(１)を耳に付け、両手を自由にした状態で通話が
できるため、家庭において主婦が家事を進めながら、電
話をすることができ、また乳児や要介護者の音響モニタ
ーや、訪問者のインターホン等、家庭用の音響監視装置
等としても利用できる。

【０１０４】さらに、通常ヘッドセットを利用する送話
通信装置、例えば電話案内、警察や消防署の緊急連絡応
答台、航空管制塔等、通話の独自性と、作業者の肢体自
由性が要求され、特に通話の明瞭性が要求される、緊急
指示語や命令語を発生する通話装置に利用して、多大の
効果が得られる。

【０１０５】また、本実施例に係る耳穿孔型送受話装置
は、コンピュータ機器への音声入力に使用することによ
り、音声認識のミス入力を減らすことができる。

【０１０６】

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果を奏す
ることができる。

【０１０７】（ａ）請求項１の発明によれば、イヤー
ピースの中に内蔵した１つの音響変換素子により、フル
デュフレックス方式の音声通話装置が提供され、かつイ
ヤーピース内の音響変換素子は、イヤーピースを外耳道
に挿入することにより、挿着者の発生する音声は、骨伝
動的に音響変換素子に伝達されるが、使用環境周辺の高
音圧レベルの音響的雑音に対しては、外耳道が密閉され
ているので、受信音として電気信号に変換され難く、外
部から電気信号で送られてくる音声は、低い音圧レベル
で十分に聞き取れるので、緊急通信や、野外通信等の、
広範囲の双方向音声通信装置に有効に利用できる。

【０１０８】（ｂ）請求項２の発明によれば、音響変
換素子とインピーダンス素子の直列回路に、インピーダ
ンス変動を生じるような接続導線を排除して、最短距離
で電気信号印加手段を接続できるとともに、音響変換素
子の両端検出手段を、音響変換素子に接近させて、速や
かに検出信号を低インピーダンス化して送り出すので、
検出信号に、外乱が入り難くく、信頼度の高い音声信号
の抽出ができる。

【０１０９】（ｃ）請求項３項の発明によれば、イン
ピーダンス素子との直列回路に印加する第１の音声信号
を、電圧ホロア増幅器の入力段で、ディジタル信号に変
換しても、電圧ホロア増幅器は、入出力信号の一致度が
高いので、ディジタル信号処理手段において、演算誤差
を生じない。これにより、イヤーピースとディジタル信
号処理手段を、別々に分けても、第２の音声信号を抽出
する信号処理に支障を生じることはない。

【０１１０】（ｄ）請求項４の発明によれば、イヤー
ピースとディジタル信号処理手段を別々に分けても、音
響変換素子の端子電圧を、低インピーダンスの信号回線
で、ディジタル信号処理手段側に送れるので、この端子
電圧に送信時の外乱が入り難く、第２の音声信号を抽出
する信号処理に支障を生じることはない。

【０１１１】（ｅ）請求５の発明によれば、イヤーピ
ースとディジタル信号処理部分を別体に分けたことによ
り、イヤーピースの部分を軽量にするとともに、使い勝
手を向上させることができる。

【０１１２】（ｆ）請求項６の発明によれば、イヤー
ピースの部分を完全に独立した状態に分離して、使用者
の肢体自由度を向上するとともに、双方向送話ユニット
の格納場所に、自由度を与えることができ、汎用度が一
層高まる。

【０１１３】（ｇ）請求項７の発明によれば、イヤー
ピースが無線の送受信手段を設けたことにより、複数の
双方向送話ユニットと通信することが可能となる。

【０１１４】（ｈ）請求項８の発明によれば、極小電
力で、小型のイヤーピースを構成することができる。

【０１１５】（ｉ）請求項９の発明によれば、強電電
界の電波のノイズを発生している環境においても、無線
通信ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様を示す耳穿孔型送受話装置
の概略ブロック図である。

【図２】本発明の一実施態様のイヤーピースの中央縦断
面図である。

【図３】本発明の一実施態様を示す耳穿孔型送受話装置
の電気回路図である。

【図４】本発明に係るイヤーピースの電気的等価回路図
である。

【図５】本発明に係る第１と第２の音声信号が重畳して
いる音響変換素子の端子電圧から、第２の音声信号を抽
出する式を表現したブロック図である。

【図６】本発明に係るイヤーピースの別な実施態様を示
す中央縦断面図である。

【図７】図６に示すイヤーピースによる耳穿孔型送受話
装置の別な実施態様を示す電気回路図である。

【図８】本発明に係るイヤーピースのさらに別な実施態
様を示す中央縦断面図である。

【図９】図８に示すイヤーピースによる耳穿孔型送受話
装置の別な実施態様を示す電気回路図である。

【符号の説明】

(１)イヤーピース (１A)イヤーピース (１B)イヤーピース (２)音響変素子 (３)双方向送話ユニット (３A)双方向送話ユニット (３B)双方向送話ユニット (４)配線ケーブル (５)(5')双方向通信ユニット (６)外耳嵌合管 (７)接続管 (7a)胴部 (８)ケース体 (８A)ケース体 (８B)ケース体 (９)弾性栓体 (9a)弾性ヒレ部 (10)導音孔 (11)嵌合部 (11a)拡径フランジ (12)拡径環溝溝 (13)基端部内腔 (14)導音孔 (15)拡径フランジ (16)中空室 (17)周円部 (18)振動ユニット (19)振動板 (20)周辺部 (21)スペーサ (22)後端面 (23)底壁 (24)増幅器 (25)インピーダンス素子 (26)増幅器 (27)アナログ／ディジタル変換器 (28)ディジタル信号処理手段 (29)入力端子 (30)アナログ／ディジタル変換器 (31)入力端子 (32)ディジタル／アナログ変換 (33)(34)アナログ演算増幅ＩＣ回路素子 (35)配線基板 (35A)配線基板 (36)短い配線 (37)配線コード (38)無線通信手段 (39)無線通信手段 (40)無線受信ユニット (41)無線送信ユニット (42)受信回路 (43)復調回路 (44)変調回路 (45)送信回路 (46)無線送信ユニット (47)無線受信ユニット (48)変調回路 (49)送信回路 (50)受信回路 (51)復調回路 (52)導体部 (53)導体部 (Ｇ1)第１の音声信号 (Ｇ2)第２の音声信号 (ｅ1)音響素子駆動信号 (ｅ2)音響素子端子信号 (ｅ3)アナログ音声信号 (Ｖi)両端電圧 (Ｅ1)音響素子駆動信号 (Ｅ2)音響素子端子信号 (Ｅ3)ディジタル音声信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外耳道に挿入される耳穿孔挿入部を備え
るイヤーピースと、耳穿孔挿入部に穿設された通音孔の
基底部に設けられ、音響振動と電気信号を双方向に変換
する音響変換素子と、音響変換素子の電気回路に直列接続したインピーダンス
素子と、音響変換素子とインピーダンス素子の直列回路に、イヤ
ーピース挿着者に伝達するべき第１の音声信号に基づく
電気信号を引加する電気信号印加手段と、イヤーピース装着者の発生した音声を電気変換した第２
の音声信号を含む音響変換素子の両端電圧を検出する音
響変換素子端子信号検出手段と、イヤーピース挿着者に伝達するべき第１の音声信号に基
づく電気信号をディジタル信号に変換する第１のアナロ
グ／ディジタル変換手段と、イヤーピース装着者の発生した音声を電気変換した第２
の音声信号を含む音響変換素子端子信号を、ディジタル
信号に変換する第２のアナログ／ディジタル変換手段
と、第１と第２のアナログ／ディジタル変換手段が出力する
両ディジタル信号を入力して、音響変換素子のインピー
ダンスと、それと直列接続されたインピーダンス素子の
インピーダンスと、その直列回路に印加される第１の音
声信号と、音響変換素子の両端に発生する音響変換素子
端子信号とに基づき、音響変換素子端子信号に含まれる
第２の音声信号を、ディジタル演算処理により抽出する
ディジタル信号演算処理手段と、ディジタル信号演算処理手段が演算して出力する第２の
音声信号のディジタル信号を、アナログ電気信号に変換
するディジタル／アナログ変換手段を備えることを特徴
とする耳穿孔型送受話装置。
【請求項２】イヤーピースが、インピーダンス素子
と、第１の音声信号に基づく電気信号を引加する電気信
号印加手段と、音響変換素子の両端電圧を検出する音響
変換素子端子信号検出手段を備えている請求項１に記載
の耳穿孔型送受話装置。
【請求項３】音響変換素子とインピーダンス素子の直
列回路に、第１の音声信号に基づく電気信号を引加する
電気信号印加手段が、電圧ホロア型増幅器でなる請求項
１または２に記載の耳穿孔型送受話装置。
【請求項４】音響変換素子の両端電圧を検出する音響変
換素子端子信号検出手段が、電圧ホロア型増幅器である
請求項１〜３のいずれかに記載の耳穿孔型送受話装置。
【請求項５】イヤーピースに対して第１の音声信号を
送りだし、イヤーピースから第２の音声信号が含まれた
音響変換素子端子信号を受け取るようにするとともに、
第１と第２のアナログ／ディジタル変換手段と、ディジ
タル信号処理手段と、ディジタル／アナログ変換手段を
具備してなる双方向送話ユニットを、イヤーピースとは
別体で構成し、イヤーピースと双方向送話ユニットの間
で、前記第１と第２の音声信号に係る電気信号を、配線
コードを介して送受信するようにしてなる、請求項１〜
４のいずれかに記載の耳穿孔型送受話装置。
【請求項６】イヤーピースに対して第１の音声信号を
送りだし、イヤーピースから第２の音声信号が含まれた
音響変換素子端子信号を受け取るようにするとともに、
第１と第２のアナログ／ディジタル変換手段と、ディジ
タル信号処理手段と、ディジタル／アナログ変換手段を
具備してなる双方向送話ユニットを、イヤーピースとは
別体で構成し、イヤーピースと双方向送話ユニットの間
で、前記第１と第２の音声信号に係る電気信号を、無線
通信手段を介して送受信するようにしてなる、請求項１
〜４のいずれかに記載の耳穿孔型送受話装置。
【請求項７】イヤーピースが、インピーダンス素子
と、第１の音声信号に基づく電気信号を引加する電気信
号印加手段と、音響変換素子の両端電圧を検出する、音
響変換素子端子信号検出手段を、イヤーピースのケース
体に備えているとともに、そのケース体に無線通信手段
の送信部と受信部を内蔵してなる、請求項６に記載の耳
穿孔型送受話装置。
【請求項８】無線通信手段が、微弱電波による送受信
２チャンネルの周波数変調式双方向無線通信手段である
請求項６又は７に記載の耳穿孔型送受話装置。
【請求項９】無線通信手段が、赤外線による、送受信
２チャンネルの双方向光通信手段である請求項６に記載
の耳穿孔型送受話装置。