JPS609258A - 電話機用スピ−カ・フオンの送受話回路 - Google Patents

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】 本発明は、一つの筐体乃至ハウジング内にスピーカとマ
イクロフォンとを収め、手を離してテーブル等の上に据
置いた状態のまま、通話を可能とする電話機用のスピー
カ・フォノを駆動する送受話回路に関し、殊に、ハウリ
ングの効果的な防止を図った改良に関する。

この種のスピーカ・フォノにおいては、電話回線から受
信した音声情報は、できるだけ離れた位置にいる通話者
にも到達させることができるように、十分拡声してから
音響的に放射する必要がある。一方、同じく離れた位置
にいる通話者からの送話情報を受けるに際しては、でき
るだけ高感度でこれを受け、有意のレベルにまで確実に
増強して電話回線に載せることができるようにせねばな
らない。そのため、送受信の両回路系統中には、共に大
きな増幅度を持つ増幅器が介在することになり、受話情
報を音響的に放射するスピーカと送話情報を受けるマイ
クロフォンとの間で音響的な結合を起こすと強いハウリ
ングが起きるという宿命的な問題が残されていた。

このようなハウリング対策として従来採られていた方式
に、送受信系を所謂半二重通信系乃至疑似二重通信系に
変更する方式がある。即ち、受話中には送話回路の利得
を減殺し、送話中には受話回路の利得を減殺するように
送受信回路系を構成するのである。

この方式は一つの技術的手段として成功したと言っても
良いかもしれないが、電話回線の持つ本来的な全二重通
信システムという固有の利点は全く損われてしまってい
る。電話機を介してであっても、元々、会話は同時双方
向性を満たすべきであって、それでこそ通話者間での微
妙なニュアンスの差異をも伝達することができるのであ
る。そうした意味からは、上記のような従来例の方式は
決して望ましいものではなく、寧ろ、欠陥と言わざるを
得ない。折角、電話が全二重通信乃至同時双方向性通信
機能を持っているのであるから、この望ましい特性を犠
牲にすることがないようなものでなければ、スピーカ・
フォノとしてもその実用的価値を認めることができない
。また、上記の従来方式は、送受話の切替に伴い、非常
に聴き狂しい切替者を発生する欠点もあった。

本発明は以上のような実情に鑑みて成されたものであっ
て、通信回路系に十分なハウリング対策の施された、そ
して電話通信本来の全二重通信機能を損うことのない電
話機用スピーカ・フォノの送受話回路を提供せんとする
ものである。

この目的を達成するための本発明の構成は概説すれば先
ず次のようになる。

通話者の送話情報を受けるマイクロフォンは一対、用意
し、受話情報を空間に放射するスピーカの当該放射音圧
がこれら一対のマイクロフォンの各々に、入射した場合
、各マイクロフォンの電気変換出力ベクトルが結果とし
て少なくとも略Ｃ同一になるように、電子回路的に処理
するか、及び或いは後述の実施例に示すように筺体の機
械的乃至幾何的配置構成によりそうなるようにする。

このようにしてスピーカからの帰還入力を受けた両マイ
クロフォンのベクトル的に略−”同一・になっている両
出力を差動増幅器の再入力の一方宛に割振って入力させ
る。従って、この差動増幅器の出力には、スピーカと同
じ位置には決して居ることのない送話者からの送話情報
のみが現れる。

即ち、スピーカからの帰還入力は同相モードとして差動
増幅器の持つ同相モード除去機能により除去されるので
ある。勿論、実際にはこれだけの対策では十分なハウリ
ング防止は図れない。送話者の送話情報が受話系に入力
した後、スピーカから放射され、再びマイクロフォンに
帰還されることを避けねばならないし、その外、回路的
にも後述する種々の変動要因があるからである。

そこで、この差動増幅器出力を電話回線に通常の結合ト
ランスを介して載せるに際し、当該トランスから入力を
受ける増幅器にも差動増幅器を用い、この受話情報拡声
用の受話系差動増幅器の再入力にも送話系差動増幅器か
らの出力を入力させるのである。これにより、当該受話
系の差動増幅器において、送話系のそれでは除去し残し
たスピーカからの帰還音圧成分、及び新たに送話者の発
した送話情報をキャンセルさせ、この受話系用差動増幅
器の出力からスピーカを介して空間にこれら望ましくな
い情報が放射されていくような不都合を確実に防げるよ
うにするのである。

また、このように、電話回線との接続部分に配される結
合トランスの出力を受話系用差動増幅器で受けるように
図り、その再入力に送話情報を加えて除去機能を営ませ
るようにすると、インピーダンスの変動には神経質にな
らなければならない。回線のインピーダンス変動が送話
系用の差動増幅器出力のインピーダンスに影響を及ぼす
と、受話系用の差動増幅器に入力させる信号間にベクト
ル的に等しくない差異が生じ、これが生ずると当該受話
系用差動増幅器からその差分が検出、増幅されて出力さ
れてしまうからである。

そこで、本明細書においては、一つの実施例としてこの
点にも配慮を施し、回線側から見ても差動増幅器側から
見ても、互いにインピーダンスに関しての絶縁分離の図
れるインピーダンス・アイソレータ乃至双方向性インピ
ーダンス変換器を採用する構成も開示するようにしてい
る。このインピーダンス・アイソレータは原理的には受
話系用差動増幅器の一方の入力と入カドランスとの間に
介在させれば足りるが、これも実施例的に望ましくは両
入力に関して用いるようにする。

以下、添附の図面に即して本発明の望ましい実施例に就
き説明する。

第１図において、電話回線Ｌｌ、Ｌ２間に与えられた音
声信号は、フックスイッチ１を閉じることにより結合ト
ランス２の平衡入力型−次巻線に与えられる。二次側は
不平衡型となっており、両端末間は成端抵抗４で終端さ
れ、これに並列に、回線に乗った雷等に起因する誘導性
パルスを除去するためのバリスタ３が設けられている。

結合トランス２の二次側の一端は接地に落とされ、他端
は受話系用の差動増幅器８の正相入力乃至非反転入力８
＋に接続されている。但し、この正相入力８＋と結合ト
ランスの対応する端末との間には、後述するインピーダ
ンス・アイソレータ乃至双方向性インピーダンス変換器
６が挿入され、更に望ましい配慮として、この差動増幅
器８の負入力乃至反転入力８−と結合トランスの他端子
乃至接地との間にも第二のインピーダンス・アイソレー
タ７が挿入されるようになって１．）る。

尚、図中、これらのインピーダンス・アイソレータは記
号１　＋−１で略示しである。

差動増幅器８の出力は公知のこの種の回路と同様に、適
当な前置増幅器９やパワー・アンプ１０を介してスピー
カ１１に与えられ、当該スピーカ１１＆こて音響出力に
変換されて空間に放射されてし１〈。

次に送話系に就き述べると、通話者の送話情報を受ける
音響入力対電気出力変換器としてのアナログ・センサは
通常のマイクロフォンで良（Ｘが、本発明においては、
このマイクロフォンを一対用いることに一つの特徴があ
る。一対のマイクロフォン１２．１３は、望ましくは後
述する本出願人が開発したハウジング等に収められてい
るのが良く、そうでなくとも、スピーカ１１から放射さ
れた音響出力が入射する際には双方のマイクロフォンへ
の入射音圧ベクトルができるだけ同じになるような幾何
的配置を採るのが望ましい。もっとも、電子回路的に両
マイクロフォンの出力音圧ベクトルが略ぐ同一になるよ
うにすることも可能であり、位相的に整合が採れている
場合には単なるレベル・アジャスタ乃至アッテネータ５
１．５２で目的を果たすことができる。

両マイクロフォン１２　、１３の出力は、送話系用の差
動増幅器１４の正逆再入力の一方宛に入力され、従って
、原理的にはマイクロフォン１２．１３の出力ベクトル
が同一であればこの差動増幅器１４の出力にはスピーカ
１１からマイクロフォン１２．１３に回り込んだ音響出
力成分は現れることがない。

一方で、通話者が発した送話情報は、スピーカ１１と全
く同じ位置に通話者が居ることは考えられないので、双
方のマイクロフォン１２．１３に対しては異なる音圧ベ
クトルで入力する。そのため、各マイクロフォン出力の
当該入力ベクトル差に応じた送話情報が増幅されて差動
増幅器１４の出力に現れる。この送話情報は後続の適当
な増幅器１６で更に十分に増幅されるが、通常の手に持
っての送受話機による場合には口元とマイクロフォンと
の距離が一定しているため、入力音声レベルに大きな変
動がないのに対し、本発明で対象としているスピーカ・
フォノの場合には送話者とマイクロフォンとの位置は一
定するものではなく、ましてや多数の人が同時に会話に
参加するような場合にはマイクロフォンに近い人と遠い
人とではマイクロフォンの受信レベルに２０〜３０ｄＢ
にも及ぶ差が出るのが普通である。

そこで、この実施例では、増幅器１６の出力の一部をＡ
ＧＣ回路１７に導き、増幅器出力の大きさに応じたＡＧ
Ｃ電圧を発生させ、この制御電圧で増幅器入力側に設け
た電圧制御型アッテネータ１５を制御し、増幅器入力の
信号強度を調整することにより増幅器１６の入力端にお
ける入力信号のレベル変動を成る一定範囲内に抑えるよ
うにしている。

増幅器１６により十分な程度にまで増幅された送話情報
信号は、高入力インピーダンス低出力インピーダンスの
適当なバッファ１８を介した後、結合トランス側を第一
のボー）８１とすれば既述のインピーダンス・アイソレ
ータ６の第二のボート６２に供給され、結合トランスか
ら電話回線へ送り出されていく。これに併せて、第二の
同様なバッファ１８を介して、増幅器１６の出力信号は
第二のインピーダンス・アイソレータ７の第二のポード
ア２にも供給されている。第二のインピーダンス・アイ
ソレータ７の第一ボート７１は既述のように接地に落と
されている。

一方、両インピーダンス・アイソレータ６．７に送話信
号が共に供給されているということは、上記した配線関
係からすれば受話系用の差動増幅、器８の正相、逆相間
入力の一方宛にも等しくこの送話情報信号が供給されて
いることになる。

従って、通話者が発した送話情報はこの受話系用の差動
増幅器８にてキャンセルされ、受話信号の再生系に回り
込んでいくことはない。ここで重要なことは、このよう
な所期の作用が生起するためには、当該差動増幅器８へ
の再入力が互いにベクトル的に同一でなければならない
ことである。

そのために両バッファ１８　、１９等の特性を同一に保
つように管理すること等は勿論必要であるが、電話回線
のインピーダンスは実際上、通話相手方の遠近条件等に
より、２０％程度の変動を来たすことは周知の事実であ
る。従って、仮に、どちらのボートから見ても他方のボ
ートにおけるインピーダンスの変動が観測されないよう
なインピーダンス・アイソレータ６を設けないものとす
ると、回線のインピーダンス変動はバッファ１８の出力
しと影響を及ぼし、両バッファ１８．１９間にベクトル
的な差分を生じてしまうことがある。このような差分が
生ずると、その差に応じて差動増幅器８は信号の増幅を
行ない、従って結局はスピーカ１１かもこの望ましくな
い送話情報信号成分が音響出力として放射されてしまう
。もとよりこれは／＼ウリング対策上望ましくない。

このような回線インピーダンスの変動がノ（ツファ１８
の出力に影響を与えないようにする回路がインピーダン
ス・アイソレータ乃至双方向性インピーダンス変換器６
である。

入力、出力の二端子回路において、一方の端子乃至一方
のボートから見て他方の端子乃至ボートにおけるインピ
ーダンスの変動が観測されないようにする回路構成は各
種考えられるかもしれないが、本発明者は、そうしたイ
ンピーダンス・アイソレータ回路の好ましい構成として
、第２図示の極めて簡便な構成を別途提案している。従
って、本発明の実施例としてもこれを採用すると良い。

第２図示のインピーダンス・アイソレータ６（７）に就
き説明すると、先ず、第一のボート８１（７１）と第二
のボー）　６２（７２）との間には、二つの増幅器２１
　、２１’が互いに逆向きに接続されている。勿論、こ
のままでは各増幅器が有意の増幅率を持つ限り、必ず発
振する。そのため、各増幅器２１゜２１’には、夫々直
列に、増幅器の増幅率を上回るアッテネータ２０．２０
’が挿入されている。このような構成にした所、この回
路には信号伝達の双方向性が確保されると共に、各増幅
器２１．２１’　自体の逆方向伝達コンダクタンスが小
さく、その上、大きな減衰度を持つ減衰器乃至アッテネ
ータ２Ｇ。

２０′が挿入されているので、一方のボートに負荷され
たインピーダンスに変動があっても、他方のボートには
その影響が及ばない効果を得ることができた。

このようなインピーダンス・アイソレータは、本回路に
用いる場合、原理的には第１図中、一方のインピーダン
ス・アイソレータ６のみであっても良い。にも係らず、
本実施例において差動増幅器８の負入力８−と接地との
間にもう一つのインピーダンス・アイソレータ７を挿入
した理由は、第２図示のようなインピーダンス・アイソ
レータであると、発振はしないとはいえ、信号が一巡す
ることに変わりはないので、一方のボートから見た入力
インピーダンスの周波数特性が相当に複雑になることが
予想されるからである。従って、仮にそうであっても、
第二のインピーダンス・アイソレータ７を挿入すれば、
いづれの周波数においても差動増幅器８の再入力のベク
トル的な同一性は維持できることになる。

以上のような回路構成により、スピーカ１１から発せら
れた音響出力は送話系用の差動増幅器１４と受話系用の
差動増幅器８との言わば二重キャンセル効果により正帰
還を抑圧され、十分な余裕度を持ってハウリングを効果
的に防止することができる。

先にも述べたように、スピーカ１１とマイクロフォン１
２．１３とを収納するハウジングは本発明がこれを特定
するものではない。然し、これも本発明者が別途開発し
た第３，４図示のようなスピーカ・フォン構造とすると
望ましい。以下、この望ましい構造に就き簡単に説明す
る。

全体のハウジングとなる筺体部分２２は、この場合、上
半部２２ａと下半部２２ｂとから成っていて、夫々、略
ｒ円筒形状を成している。上半部と下半部とは、内部で
上下の仕切２２ｃにより音響的に隔絶されている。

上半部２２ａの上方の部分には、スピーカ１１が上向き
に据え付けられ、放射音は下向きの円錐形をした３６０
＠全方向反射板２４にて反射された後、音抜き孔２３を
介して当該放射方向全方向に無指向性的に拡散されてい
く。勿論、このようにしたのは、一つには、なるべく大
勢の人間での同時会話をも可能にするため、このスピー
カ・フォン構造を中心に置いてその周りを聴取者が囲め
ば良いようにと意図したからである。また、スピーカ１
１の振動ができるだけ下半部に伝わらないように、当該
スピーカ１１は適当なダンパ２５を介して上半部に固定
するようにしている。勿論、スピーカ１１を下向きに付
けて、全方向反射板２４を上向きにしても同効である。

ハウジングの下半部内には、上記してきた一対のマイク
ロフォン１２．１３が収納されるが、この部分の構造及
び各マイクロフォンの相対的な位置関係は、第３図ＩＶ
−ＩＴ線に沿う断面である第４図に明瞭に示されている
。この下半部２２ｂ内は、更に上下の仕切２２ｄによっ
てその上方の回路室と下方のマイクロフォン室とに分離
されている。

マイクロフォン室３０には、直径方向に亘る音響的な仕
切３１があって、この室を半径方向に１分している。仕
切３１にはフェルト等の効果的な吸音材３２を張り付け
、両室間の音響的な遮断効果を上げるように図っている
。

各マイクロフォン１２　、１３は、一つ宛、各室に備え
られ、この場合、夫々、仕切板３１に取付けられている
。但し、各マイクロフォンは互いには半径方向に離れる
ように取付けられ、夫々は仕切の中心位置から半径方向
一端に至る距離の中間の部分辺たりに取付けられている
。ハウジング下半部にあって、マイクロフォン室３０を
形成している外壁の部分には、周方向に適当な間隔で適
当個数の音の侵入孔２８・・・が開いており、各方向か
らの音響入力情報はこの孔２８・・・を介して各マイク
ロフォンにて捕えられる。但し、この外壁部分において
も、周方向に成る角度範囲に亘っては音の侵入を阻止乃
至反射するバッフル部乃至反射部が構成されるように、
侵入孔２８を設・けない方が望ましい部分３３．３４が
ある。これは次の理由による。

上述してきた幾何的配置構成においては、スピーカ１１
という音源に対し、各マイクロフォン１２．１３は等距
離にあり、音源からこれら各マイクロフォンの各々に至
る道程中の音響的環境も略Ｃ同一と考えることができる
。従って、先の回路系に就いて述べたように、スピーカ
１１の発する音圧ベクトルに関しては、両マイクロフォ
ン共、略Ｃ同一の条件下にあるとすることができ、それ
らマイクロフォンの発する変換電気出力のベクトルは、
また略マ同一になるとして良い。そのため、望ましい結
果として、こうした第３図示の構造のスピーカ・フオン
構造を第１図に示す回路系用のマイクロフォン１２．１
３を収めるために用いると。

マイクロフォンに回り込んでしまったスピーカ１１の発
する音響出力を差動増幅器１４の出力番とおＩ、ｓて先
ずもって殆どキャンセルするのに大いに役立つことにな
る。そして、それでも尚、このスピーカ・フォン構造の
置かれた周囲環境の如何とか各部の幾何的非対象性によ
って残った未除去分があったなら、これを上述してきた
本発明の回路系によって完全に除去すれば良いのである
。

尚、実質的には、この第３図及び第４図示の構造を用い
た本出願人の実用化例にあっては、回路系におけるレベ
ル・アッテネータ５１．５２を省略することに成功して
いる。

然るに、一方で、除去すべき音源としてのスピーカ１１
以外の音響情報、即ちこのスピーカ・フォノ構造の周り
を囲んで通話に参加している人々の発する送話情報は、
両マイクロフォン間で有意の音圧ベクトル差をもって捕
えられなければならない。既述のように、その差分が差
動８幅器１４の出力として出力されるからである。

このような前提の下で考えると、仮に、先に述べた音の
侵入孔２８・・・が各マイクロフォン専用のマイクロフ
ォン室の外壁に周方向に均等に配分されていると、第４
図中、夫々矢印で示すが方向Ｃから方向りを介して方向
Ｅに至る範囲の各方向及びその反対方向からの各音響情
報に対しては、中央の仕切３１の介在により、一対のマ
イクロフォン１２．１３の両者間に有意の入力音圧ベク
トル差乃至その変換電気出力ベクトル差が発生すること
は顕かであり、従ってこれらの各方向に関しては問題な
く送話情報出方が差動増幅器１４の出力に得られること
になるが、中央の仕切に平行乃至平行に近い方向、例え
ば方向Ａ乃至その反対方向からの送話情報の入射があっ
た場合には十分な実効感度を得られないということが置
きる。有意の入力レベル差が得られなくなるからである
。

そのため、この第４図示のスピーカ・フォノ構造では、
先に述べたバッフル乃至反射部３３．３４をマイクロフ
ォン室の壁部分に形成したのである。

具体的には、仕切の中心に対して偏倚して取付けられて
いる夫々のマイクロフォンのある方の半径方向端部側に
、夫々対応するマイクロフォンの音響的視野を成る角度
範囲に亘って遮るための無孔部分を形成し、これを八ツ
フル乃至反射部としたものである。このようにすれば、
例えば、第４図中、方向Ａから入射する音響情報に対し
ては図示下側のマイクロフォン１３は殆ど感度を示さず
、対して反対側にあるマイクロフォン１２は対応する反
射部３３の内側による反射の影響をも加魅されて十分な
センシティビティを呈することができる。実験によれば
、このように仕切に平行に近くなった時でも十分な実効
感度を保証するためには反射部３３．３４の中心に対す
る見込角度は略Ｎ４５°が望ましかった。これよりも角
度が大きくなると、一対のマイクロフォン入力の検出器
としての差動増幅器１４までも含めた検出系としては指
向性が現れ始め、無指向性の有利さが損われる結果にな
る。但し、本発明の回路は原理的にはスピーカ１１の音
響出力の回り込みを防ぐことに主眼があるのであるから
、無指向性であることが限定的な響きを持つものではな
い。

尚、第１図及び第２図に示した本発明による回路系は、
本出願人の実用化例にあっては第３図及び第４図に示す
スピーカ・フォノ構造の下側ハウジング部分内で支持板
を兼ねるプリント基板２８上に符号２７にて示すように
載置させ、その動作エネルギを与える電源としての電池
２６は上側ハウジング内に取替え可能に収納するように
している。

ともかくも、以上詳記のように、本発明によれば、電話
機用スピーカ・フォノの送受話回路として、電話通信の
持つ本来的な全二重通信システムという利点を損うこと
なくハウリング防止能力の極めて高い実用的な回路が提
供でき、将来的に見てこの種分野に大きく貢献すること
顯かである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的一実施例回路の概略構成図、第
２図は望ましいインピーダンス・アイソレータの一例の
回路概略構成図、第３図は本発明と共に用いると都合の
良いスピーカ・フォノ構造の縦断面的な概略構成図、第
４図は＄３図ＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図、である。 図中、２は電話回線との間に設けられる結合トランス、
６，７はインピーダンス・アイソレータ乃至双方向性イ
ンピーダンス変換器、８は受話系用差動増幅器、１１は
スピーカ、１２．１３はマイクロフォン、１４は送話系
相差動増幅器、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一つのハウジング内にスピーカとマイクロフォンとを収
   めた電話器用スピーカ・フォ、ンの送受話回路であって
   、 上記スピーカの発する音響出力の入力により、少なくと
   もその変換電気出力において略Ｃ同一の電気的ベクトル
   出力を発する一対のマイクロフォンと、 上記一対のマイクロフォンの上記出力を正相、逆相の両
   人力の一方宛に受ける送話系用の差動増幅器と、 電話回線との結合トランスの出力を受け、その出力に基
   いて上記スピーカを駆動する受話系用の差動増幅器と、 を有し、上記送話系用の差動増幅器の出力を上記受話系
   用の差動増幅器の正相、逆相の両人力性共に与えたこと
   を特徴とする電話機用スピーカ・フォノの送受話回路。