KR19990022727A - 소음 제거 및 소음 감소 장치 - Google Patents

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더글라스 안드레아
마틴 토프
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더글라스 안드레아
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Abstract

본 발명은 고출력 마이크로폰 장치 등에 부착된 헤드폰이나 고출력 헤드폰과 함께 사용하여 주위 소음을 감소시키는 방법 및 장치 관한 것이다. 이러한 장치는, 배경 소음 신호를 검출하는 센서 마이크로폰과, 소정의 입력 청각 전달부와, 그리고 헤드폰의 이어폰에 인접하게 위치된 음향파 안내부에 역전된 소음 방지 신호를 발생시키도록 소음 신호를 제거시키는 신호 처리 수단을 포함한다. 본 발명에 따른 소음 감소 방법은 바람직하지 않은 주위 소음의 교란이 없이 사용자로부터의 입력 음성 신호가 사용자의 귀로 전달되도록 작용하는 개방 루프식 회로에 의해서 제공된다. 이러한 방법은 음향파 안내부 내에서 검출된 소음 성분을 제거시키도록 소음 신호의 게인 또는 위상에 대한 조절을 제공하여서, 전달되는 바람직한 음성 소리에 대한 조용한 지역을 형성시킨다. 본 발명의 장치는 또한 제 1 및 제 2 마이크로폰을 갖춘 소음 제거 마이크로폰 전달 시스템을 포함하고 있는데, 제 1 마이크로폰은 바람직한 소리 입력과 이러한 소리의 근처에 존재하는 배경 소음을 수신하는 반면에 제 2 마이크로폰은 주로 배경 소음 만을 수신하도록 배열되어 있다. 제 2 마이크로폰으로 수신된 배경 소음은 상응하는 전기 신호로 변환된 후에 제 1 마이크로폰으로 수신된 바람직한 소리 입력과 배경 소음에 상응하는 신호로부터 제거되어서, 주로 소리를 나타내는 신호를 발생시킨다. 이러한 소리 제거 및 소리 감소 장치는 다음의 특징에 의해 개선되는데, 즉 소리의 감지에 의한 자동적인 청각 마이크로폰 전달(VOX 회로), 증가된 게인 측음 채널에 의한 마이크로폰 신호의 이어컵 스피커로의 전달부분(측음), 그리고 회로의 설계에서 음성 마이크로폰을 제거시킴과 동시에 소음 마이크로폰 증폭기의 게인을 증가시킴으로써음성 제거 마이크로폰을 표준식 전방향성 마이크로폰으로 변환시킨 것이다. 제 1 및 제 2 마이크로폰은 광역 응답을 필요로 하는 경우에 본 발명에 따은 방향성 마이크로폰으로서 사용될 수가 있다. 본 발명의 방법은 2단자 마이크로폰 구성을 사용하는 것과도 관련이 있다.

Description

소음 제거 및 소음 감소 장치
당연하지만, 여러 가지 상황에서 배경 소음의 존재는 바람직하지가 못하다. 예를 들면, 소음 지역에 위치된 전화 등을 통해서 전화하는 상황을 고려해 보자. 이러한 상황에서, 시끄러운 배경 소음은 전화의 헤드폰에 있는 마이크로폰에 의해 수신되어서 상대방의 전화로 공급되는 전기 신호로 변환된 후에 상대방의 전화기에서 음향 신호로 변환된다. 그 결과, 전화를 받는 사람은 시끄러운 소음을 계속해서 들을 수밖에 없다. 더욱이, 사람이 이야기를 할 때의 소리가 배경 소음과 결합되면 상대방이 그러한 말을 이해하기가 어렵게 된다. 그 결과, 사용자는 전화의 마이크로폰으로 소리를 칠 수밖에 없다. 더욱이, 배경 소음을 나타내는 신호도 사용자의 마이크로폰으로부터 바로 그 사용자의 스피커에 측음으로서 공급된다. 따라서, 전화를 거는 사용자도 계속해서 전화기의 스피커로부터 배경 소음을 듣게 되므로, 상대방이 말을 할 때 이를 정확하게 이해하기가 어렵다.
다른 예로서, 헬리콥터 등을 운전하는 조종사가 무선 주파수(RF) 통신을 통해서 다른 사람과 통화할 경우를 고려해 보자. 이러한 상황에서는, 통상적으로 조종사가 라디오 전달 및 수신 장치에 연결된 소위 고출력 마이크로폰 또는 고출력 헤드폰으로 말을 하게 되는데, 이러한 말이 무선 주파수 신호로 변환되어 제 2 수신 및 전달 장치에 전달된 후에 다시 말로 변환되어서 상대방에게 들려지게 된다. 시끄러운 지역에서 전화를 거는 앞에서 설명한 상황에서와 마찬가지로, 헬리콥터로부터 시끄러운 배경 소음이 수신되어 고출력 마이크로폰이나 헤드폰 장치에 의해서 전기 신호롤 변환된 후에 수신 장치로 공급된다. 그 결과, 조종사와 통화하는 사람은 시끄러운 배경 소음을 듣는다. 이는 특히 조종사가 무선 송신 및 수신 장치가 작동 상태에 있고(즉, 마이크가 다루기 힘든 상황) 헬리콥터가 작동 중에 있을 때 불편하다.
또 다른 실시예로서, 작업자가 예를 들어 컴퓨터 또는 자동 대화 장치를 작동시키거나 물질적인 설비에 접근하기 위해 말을 해야 할 상황에 있는 음성 증명 및 인식 장치를 고려할 수가 있다. 배경 소음이 이러한 접근(배경 소음으로 인한 인식 또는 증명의 불가능)을 방해하거나 또는 그러한 증명의 실패에 의해 접근이 실패할 수 있다.
시끄러운 환경 등에 위치한 전화나 고출력 마이크로폰 또는 헤드폰의 성능을 개선시키기 위해서 배경 소음을 감소시키기 위한 시도로서, 압력 구배식 마이크로폰이 사용될 수 있다. 근본적으로, 이러한 압력 구배식 마이크로폰은 2개의 밀접한 지점에서 압력차에 응답한다. 배경 소음의 압력 구배가 등방성인 환경에 사용될 경우에는, 배경 소음으로 인하여 압력 구배식 마이크로폰에 의해 발생되는 전기 신호가 효과적으로 영이 된다. 그러나, 대부분의 실제적인 상황에서는 배경 소음의 압력 구배가 등방성이 아니며, 그 결과 이러한 상황에서 압력 구배식 마이크로폰의 성능은 나쁜 영향을 받는다. 더욱이, 음성이나 소리는 한쪽 방향 이상으로 전파되기 때문에, 이에 상응하는 마이크로폰에 의해 방생되는 전기 신호의 품질이 저하된다. 따라서, 압력 구배식 마이크로폰이 전화나 핸드폰 또는 마이크로폰 등에 사용된다고 하여도, 소정의 크기의 배경소음 제거가 충분하지 않으며 성능은 적절하지 못하다.
더욱이, 압력 구배식 마이크로폰의 양 측면은 앞에서도 설명된 바와 같이 음향 압력에 반응하기 때문에, 기존의 전화기의 핸드폰이 이러한 마이크로폰의 양 측면을 음향 압력에 응답하도록 변경되어야 한다. 또한, 전화기 핸드폰의 마이크로폰을 사용한 결과, 그로부터 발생되는 전기 신호가 증폭되어야만 한다. 따라서, 기존의 전화기의 전화송수신기의 마이크로폰을 압력 구배식 마이크로폰으로 교체하기 위해서는 통상적으로 이러한 핸드폰을 새로운 핸드폰으로 교체하는 등의 비교적 고가의 비용이 들게 된다.
압력 구배식 마이크로폰의 대안으로서 음향 피드백식 장치가 사용될 수도 있다. 이러한 시스템은 통상적으로 출력 트랜스듀서의 전달 기능을 동등하게 하도록 사용되는 보상 필터를 포함하고 있다. 스피커의 특성이 이러한 필터에 의해서 확실하게 제어되기 때문에, 필터의 비용은 비교적 고가이다. 그 결과, 이러한 음향 피드백식 시스템은 통상적으로 비교적 고가이다.
소음 제거 및 소음 감소 장치와 함께 사용되는 대부분의 마이크로폰은 정전식, 압전식, 자기식, 또는 탄소식 마이크로폰 등과 같이 원래 비방향성 또는 전방향성 마이크로폰이다. 전방향성 소형 마이크로폰으로서는, 저주파 지역에서 마이크로폰 주변의 음의 충분한 회절이 존재하여서, 다이아프램 작동이 음의 방향에 대해 무감각하다. 고주파 및 이에 상응하는 짧은 파장에서는, 마이크로폰이 음향학적으로 커지고 다이아프램으로 수직하게 도달하는 음에 대한 성능을 보여준다. 따라서, 마이크로폰의 치수가 작아지면 그 작동 주파수가 커지고 전방향성을 유지한다. 그러므로, 전방향성 마이크로폰은 파장에 비해 작으며 마이크로폰 케이스는 다이아프램의 배면이 서로 다른 각도의 임의의 음파를 수용하는 것을 차단한다. 그 결과, 종래 기술의 마이크로폰은 압력이 벡터가 아닌 스칼라이기 때문에 압력식 마이크로폰이라 부른다. 따라서, 여러 방향으로부터 광역으로 음의 감도를 증가시킬 수 있는 방향성 마이크로폰 응답은 실제 소음 제거 장치에 사용되는 마이크로폰 장치로서 바람직하다. 즉, 방향성 마이크로폰 응답을 제공하기 위해서는 전방향성 패턴과 이방향성 또는 피거-8(figure-eight) 패턴의 출력을 부가시킨 후에 소정의 패턴을 발생시키도록 합산된 출력 신호의 진폭과 위상을 간단히 조절함으로써 이루어진다. 피거-8 패턴은 코싸인 패턴이라고도 하며, 수학적으로 극좌표계에서 p=cosθ로 표현된다. 방향성 마이크로폰에서는, 거리가 하나의 인자이다. 이러한 거리 인자는 전방향성 패턴에 상대적으로 방향성 마이크로폰이 음으로부터 얼마나 멀리 사용될 수 있는 지를 측정하며, 울려퍼지는 픽업에 대한 방향의 동일한 비를 유지한다. 따라서, 종래 기술의 방법은 소정의 지점에 도달하는 음압이 벡터적으로 부가되는 전방향성 패턴에 근거한 실제적인 소음 감소 장치에 방향성 마이크로폰을 제공하는 것에 실패한 것이다.
적어도 두 개의 마이크로폰을 포함하는 고출력 마이크로폰 장치 또는 방향성 마이크로폰 장치와 함께 사용하기 위한 실제적인 소음 제거 장치에 대한 회로의 설계에 있어서, 3단자 마이크로폰 구성을 사용하는 것이 공지되어 있다. 즉, 증폭기와 연결된 2개 이상의 마이크로폰을 갖춘 소음 제거 장치는 예를 들어서 전원 입력 단자, 청각 신호 출력 단자, 및 접지 단자와 같이 3개의 단자를 갖춘 회로를 필요로 한다. 소음 감소 장치의 헤드폰과 함께 사용할 수 있는 마이크로폰 또는 고출력 마이크로폰에 사용되는 소음 제거 장치의 복잡성 및 비용을 감소시키기 위한 노력으로서, 2단자 마이크로폰 구성이 바람직하다. 이러한 마이크로폰 구성에 있어서, 전원으로부터 공급되는 직류 전압은 마이크로폰으로부터 출력되는 교류 청각 신호로서 동일한 단자로 입력되는 것이 바람직하며, 이에 따라서 교류 신호가 직류 신호에 중첩된다. 따라서, 종래 기술은 소음 제거 장치에 사용되는 2단자 마이크로폰을 제공하는데 실패 했으며, 이러한 2단자 마이크로폰에는 제 1 단자상에서 전원과 신호가 중첩되고 제 2 단자는 접지되어 있다.
마이크로폰과 함께 헤드폰을 사용한 전기 음향적 통신의 기술을 개선시키도록 배경 소음을 감소시키기 위한 다른 시도로서, 스피커의 음 영역에서 스피커와 귀 사이에 위치된 센서 마이크로폰을 사용하는 소위 소음 감소 장치가 개발되었는데, 이러한 센서 마이크로폰은 배경 소음을 감지하고 청각을 프로그램한다. 이러한 헤드폰을 장치에 의해서, 음의 피드백 루프가 사용되는데, 마이크로폰 유니트에의해 외부 소음으로부터 변환된 전기 신호가 헤드폰 유닛의 부근에서 소음을 감소시키는 역전 위상으로 피이드백 된다. 종래 기술에 따른 폐쇄 루프식 시스템을 사용한 피드백 회로는 스피커와 귀 사이로 조용한 지역을 제공하여 배경 소음을 제거한다. 이는, 시끄러운 환경에 있어서 귀는 스피커의 출력 뿐만 아니라 배경 소음도 검출하기 때문이다.
폐쇄 루프식 소음 감소 장치를 제공하고 있는 참고자료로서는 다음의 자료들이 있다.
출원인 홀리(Hawley) 등의 미국특허 제 2,972,018 호.
출원인 와드스워츠(Wadsworth) 의 미국특허 제 3,098,121 호.
출원인 카르메(Carme) 등의 미국특허 제 4,833,719 호.
출원인 키무라(Kimura) 등의 미국특허 제 5,138,664 호.
출원인 사에키(Saeki) 의 일본특허 출원 제 3-161999 호.
이들 특허는 여러 가지 소음 제거 장치를 개시하였다. 예를 들어서, 홀리등의 미국 특허는 스피커와 마이크로폰 사이에 위칟된 플래스틱 케이스를 갖춘 이어폰용 소음 감소 장치에 관한 것이고, 와드스워츠 의 미국 특허는 헤드폰의 상부에 위치한 마이크로폰을 갖춘 이어폰을 제공하였으며, 카르메 등의 미국 특허는 스피커와 마이크로폰 사이에 위치된 중공의 환형부를 갖춘 이어폰에 관한 것이고, 키무라 등의 미국 특허는 스피커와 마이크로폰 사이에 위치된 컵부재를 갖춘 소음 감소 헤드폰에 관한 것이며, 사에키 의 일본 특허 출원은 2개의 서로 마주하는 고출력 스피커 사이로 위치된 마이크로폰을 갖춘 소음 제거용 헤드폰에 관련 된다.
그러나, 종래의 소음 감소 장치는 여러 가지 결점이 있다. 예를 들면, 종래의 소음 감소 장치는 다음 방정식에 따른 폐쇄 루프식 회로를 사용한다.
P = S(H1H2+H2)/(1+BH1H2) + N/(1+BH1H2)
여기서, P = 출력
S = 표준 청각 신호
H1= 고역 필터
H2= 헤드폰의 스피커
N = 소음 성분
B = 가변 게인 및 위상 제어
종래의 폐쇄 루프식 소음 감소 장치는, 출력(P)에서 소음 성분(N)을 영으로 감소시키기 위하여 매우 큰 방향 전달 게인(1+BH1H2)이 필요하기 때문에 이상적인 것이 아니다. 이러한 장치는 불안정성의 문제가 있다. 이는 진동의 결점, 즉 스피커, 피드백 마이크로폰, 그리고 이들 부재 및 사용자의 헤드 기어를 포함하는 음향 능력의 전달 함수에서의 변화로 인한 불안정한 루프 상태에 기인한다. 종래의 폐쇄 루프식 소음 감소 장치에 의해 발생되는 소음 제거의 정도는 어떤 주파수에서는 직접적으로 방향 전달 게인과 관계가 있다. 그러나, 게인이 클수록 장치는 보다 불안정해진다.
또한, 종래의 소음 감소 헤드폰 장치는 충격이나, 선을 연결함에 있어서 진동으로부터 유발되는 마찰, 진동으로부터 유발되는 사용자의 작동 등과 같은 기계적 진동이 소음 피드백 마이크로폰으로 전달될 경우에, 이러한 진동 소음이 마이크로폰에 의해서 전기 신호로 변환된다는 결점이 있다. 이러한 신호는 증폭되어서 불안정성의 원인이 되며, 또한 다른 비선형 효과, 예들 들면 청각 간섭, 시끄러운 소음, 또는 압력 강하 등을 나타낸다. 종래 기술의 소음 감소 헤드폰 장치의 또 다른 결점은 바람직한 청각 신호를 제거시키는 것을 방지하도록 장치에 부가되는 복잡성인데, 이러한 신호는 전기 신호로서 입력된다. 종래 장치의 바람직한 청각 신호(S)는 사용자의 귀에 전달되는 신호를 발생시키도록 2개의 합성 노드로 입력된다. 제 1 합성 노드는 음의 피드백 마이크로폰 신호를 바람직한 입력 청각 신호에 부가시킨다. 종래의 폐쇄 루프식 피드백 장치에 있어서는, 마이크로폰으로부터의 피드백 신호가 바람직한 청각 신호 뿐만 아니라 제거되어야 할 주위 소음 신호도 포함한다. 이러한 피드백 신호는 바람직한 입력 청각 신호로부터 제거되어서 바람직한 청각 신호 성분에 의해 소음 방지 신호를 발생시킨다. 그리고나서, 제 2 합성 노드가 사용되어서, 바람직한 청각 신호를 다시 루프에 부가시켜서 출력 트랜스듀서로 전달한다. 이러한 바람직한 청각 신호를 발생시키는 방법은 종래의 소음 감소 장치에 복잡성과 비용을 부가시킨다. 종래 장치에서의 이러한 부가적인 합산 노드 처리는 바람직한 청각 신호에서의 교란을 발생시킬 기회를 증가시킬 뿐만 아니라 불안정성의 가능성도 증가시킨다.
또한, 그 밖에도 여러 가지 종래 기술의 헤드폰 형상이 소음 감소 장치를 위해 개발되었는데, 입출력 트랜스듀서가 귀와 관련하여 위치되어 있는 형태로서, 이는 다음의 문헌들에 개시되어 있다.
출원인 모즐리(Moseley) 의 미국 특허 제 5,134,659호.
출원인 모즐리(Moseley) 의 미국 특허 제 5,117,461호.
출원인 모즐리(Moseley) 의 미국 특허 제 5,001,763호.
이들 중에서, 미국 특허 제 5,134,659호는 완충기, 2개의 스피커, 및 2개의 마이크로폰을 갖춘 소음 제거 장치에 관한 것으로서, 완충기가 소음원으로부터 입력 트랜스듀서 까지 소음을 직접 연결하도록 작용하여 소음이 완충기 둘레로 그리고 발포재 방벽을 통해서 긴 거리를 이동하게 한다. 미국 특허 제 5,117,461호는 귀의 통로와 동일한 방향으로 마주하도록 헤드폰 상에 설치된 마이크로폰을 갖춘 헤드폰과 함께 사용하기 위한 소음 제거를 포함하는 전기음향적 작용에 관한 것이다. 또한, 미국 특허 제 5,001,763호는 스피커, 마이크로폰, 및 완충기를 갖춘 소음 제거 시스템에 관한 것이다.
따라서, 일반적으로 모즐리의 특허 문헌들은 스피커의 위치에 관련하여 출력 트랜스듀서 및 입력 트랜스듀서인 마이크로폰에 관한 것이다. 실제로, 이들 특허에서는 스피커와 마이크로폰이 동일한 평면 또는 거의 동일한 평면으로 정렬되어야 할 것을 요구한다. 또한, 이들 특허는 처리된 신호 출력이 대체로 원래의 음향파와 거의 동일한 시간 영역에 있는, 즉 신호가 동일한 위상에 있다는 것을 개시하고 있다.
모즐리의 특허와는 대조적으로, 본 발명은 스피커와 마이크로폰이 동일한 평면으로 정렬되는 것에 관한 것이 아니다(그러한 정렬은 명시적으로 포함되는 것은 아니지만). 본 발명의 개방 루프식 소음 감소에 사용되는 출력 트랜스듀서와 마이크로폰은 수직방향, 접선방향, 또는 동일한 평면이 아닌 임의의 다른 평면으로 배열될 수가 있다(물론, 동일한 평면도 포함한다). 본 발명은 입력 청각 신호를 다시 부가시킴이 없이 원래의 입력 청각 신호를 스피커에 전달할 수 있는 능력을 갖춘 소음 감소 장치를 제공한다. 이는, 개방 루프식의 제어 작동을 하는 센서 마이크로폰이 출력 신호로부터 그와 같이 배열되어서, 청각 신호가 픽업 또는 센서 마이크로폰에 의해 검출되자 않기 때문이다. 즉, 본 발명의 개방 루프식 장치에 있어서는 원래의 바람직한 청각 신호가 마이크로폰에 의해 검출되는 주위 소음과는 무관하게 스피커에 전달된다. 더욱이, 본 발명에서는 음향 재료가 출력 트랜스듀서와 사용자의 귀청의 사이로 위치될 수 있어서, 청각 신호를 사용자의 귀에 연결시킴으로써 트랜스듀서에 대한 음향파 안내부를 형성할 수가 있다. 출력 트랜스듀서와 마이크로폰의 사이에 위치된 음향 재료는 픽업 마이크로폰과 출력 트랜스듀서의 경로에 음향 장애물을 설치함으로써 개방 루프식 게인을 감소시키도록 음향 필터로서 작용한다. 음향 재료가 바람직한 원래의 입력 청각 신호를 픽업 마이크로폰에 의해 검출되고 제거되는 소음과 분리시킨다. 픽업 마이크로폰에 의해 검출된 배경 소음 신호는 소음 방지 신호를 발생시키는 전기음향학적 처리 수단에 의해 역전되는데, 이러한 신호는 음향파 안내부로 전달되어 조용한 지역을 형성시킨다. 이와 같이 조용한 지역은 출력 트랜스듀서와 사용자의 귀청 사이로 위치된다.
따라서, 종래 기술의 방법은 통신 장치 등과 함께 사용하여 허용가능한 수준으로 배경 소음을 감소시키는 비교적 저가의 수단을 제공하는데 실패하였으며, 또한, 배경 소음을 허용가능한 수준으로 감소시키는 기존의 청각 통신 장치를 위한 저렴한 수단를 제공하는데 실패하였다.
본 출원은 본원의 1995년 1월 10일자 미국 특허 제 5,381,473호로 공고된 1992년 10월 29일자 미국 특허출원 제 968,180호의 일부계속출원인 1994년 11월 14일자 미국 특허출원 제 08/339,126호의 일부계속출원이다. 또한, 본원의 참고자료로서 1993년 10월 5일자 공고된 미국 특허 제 5,251,263호가 있다.
본 발명은 헤드폰 또는 고출력 헤드폰 등과 함께 사용할 경우에 바람직하지 않은 주위 소음을 귀청으로 도달하지 못하도록 약화시키는 동시에 고출력 마이크로폰이나 방향성 마이크로폰으로부터 수신되는 배경 음향 소음을 제거시킴으로써 소음을 제거하고 감소시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 헤드폰에 사용하기 위한 소음 감소장치에 관한 것으로서, 특히 바람직하지 않은 배경 소음을 검출하도록 센서 마이크로폰을 사용하는 이어폰에 적합하다. 이러한 센서 마이크로폰에 의해 출력되는 소음 신호는 역전된 신호를 발생시키도록 전기 음향 수단에 의해 처리되어서, 출력 트랜스듀서와 귀청 사이에 위치된 음향파 안내부에 조용한 지역을 형성한다. 그러므로, 바람직한 원래의 청각 신호는 사용자의 귀로 전달될 때 소음에 의해 교란되지 않는다. 음향파 안내부는 귀로부터 마이크로폰으로 복귀되는 임의의 음을 흡수하여서(피이드 백을 방지) 마이크로폰으로부터 귀로 복귀되는 임의의 음을 소멸시킨다.
본 발명은 또한 전화 헤드폰이나 고출력 마이크로폰 또는 방향성 마이크로폰 등과 함께 사용하기 위한 소음 제거 장치에 관한 것으로서, 이러한 소음 제거 장치는 소리와 배경 소음으로 구성된 음을 수신하는 제 1 마이크로폰 수단 및 배경 소음으로 구성된 음을 수신하는 제 2 마이크로폰, 그리고 제 1 신호로부터 제 2 신호를 제거시키는 수단을 포함하고 있다.
본 발명의 소음 제거 장치에서 마이크로폰은 2단자 시스템을 사용하는데, 이러한 시스템을 구동시키는데 사용되는 출력지지 입력과 소리로 구성되어 있는 출력 청각 신호가 한쪽 단자로 전달되고, 다른쪽 단자는 접지되어 있다.
본 발명의 소음 제거 장치는 다른 방향 보다도 임의의 방향의 음향음을 수용하는 능력을 갖춘 광역 마이크로폰 장치에 사용되는 방향성 마이크로폰과 관련이 있다.
본 발명의 소음 제거 장치는, 자동적인 청각 마이크로폰 전달 특성과, 스피커의 이어컵(earcup)으로 신호의 일부를 전달하는 측음(sidetone)의 특성과, 그리고 회로에서 음성 마이크로폰을 제거시키는 동시에 소음 마이크로폰 증폭기의 게인을 증가시킴으로써 소음 제거 마이크로폰을 표준식 전방향 마이크로폰으로 변환시키는 특성을 포함하도록 개선될 수가 있다. 이러한 개선은 임의의 다른 마이크로폰 부재를 부가시킴이 없이 측음 채널 게인을 증가시킴으로써 모든 청각을 외부환경으로부터 스피커의 이어컵으로 전달되게 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소음 제거 장치를 갖춘 전화를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 전화에 사용되는 소음 제거 장치의 블록 선도이다.
도 3a는 도 1의 전화의 수신부에 대한 평면도이다.
도 3b는 도 1의 전화의 수신부를 상부가 제거된 상태로 도시한 측면도이다.
도 4는 도 2의 블록 선도의 개략도이다.
도 5는 도 2에 도시된 소음 제거 장치의 또 다른 개략도이다.
도 6a, 도 6b, 및 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 소음 감소 장치를 사용한 고출력 마이크로폰 장치를 도시한 도면들이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 작동을 설명하기 위한 개략도들이다.
도 8은 본 발명에 따른 소음 감소 장치를 도시한 것이다.
도 9a, 도 9b, 도 9c, 도 9d, 도 9e, 및 도 9f는 본 발명에 따른 실시예의 고출력 마이크로폰과 헤드폰을 도시한 도면들로서(도 9a 및 도 9b는 각각 마이크로폰의 특정 설치를 갖춘 실시에를 각각 도시한 것이고, 도 9c는 소음 감소 장치를 갖춘 헤드폰의 개략도이며, 도 9d, 도 9e, 및 도 9f는 각각 고출력 마이크로폰의 측면도들이다.), 도 9f는 헤드폰에 사용되는 소음 감소 장치의 바람직한 실시예를 도시하고 있다.
도 10a 및 도 10b는 도 8의 소음 감소 장치의 개략도들이다.
도 11은 위상 역전 회로를 도시한 것이다.
도 12는 서로 마주하게 배열된 마이크로폰 회로를 도시한 것이다.
도 13a 및 도 13b는 각각 본 발명의 실시예들로부터의 감소 곡선을 도시한 도면들이다.
도 14는 방향성 마이크로폰의 개략도이다.
도 15는 본 발명의 실시예의 작동을 설명하기 위한 일련의 마이크로폰에 대한 개략도이다.
도 16a 및 도 16b는 또 다른 실시예에 따른 실린더 내의 일련의 마이크로폰의 개략도 및 전기 회로 배열의 개략도이다.
도 17a 및 도 17b는 각각 종래 기술의 3단자 마이크로폰 및 본 발명에 따른 2단자 마이크로폰의 블록 선도들이다.
도 18은 간단한 2단자 마이크로폰의 개략도이다.
도 19는 소음 제거 장치에 사용되는 2단자 마이크로폰 회로의 바람직한 실시예를 도시한 도면이다.
도 20은 소음 제거 장치에 사용되는 2단자 마이크로폰 회로의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 21은 종래 기술의 폐쇄 루프식 소음 감소 장치의 개략도이다.
도 22는 본 발명의 개방 루프식 소음 감소 장치의 개략도이다.
도 23a 및 도 23b는 각각 본 발명의 음향파 안내부의 사시도 및 측면도이다.
도 24는 소음 감소 장치를 사용하여 제공된 조용한 지역의 개략도이다.
도 25는 본 발명의 소음 감소 장치의 바람직한 실시예를 도시한 도면이다.
도 26은 본 발명의 소음 감소 장치의 또 다른 바람직한 실시예이다.
도 27은 고역 필터를 포함한 본 발명의 소음 감소 장치의 또 다른 실시예이다.
도 28은 대화, 측음, 및 자동 청각 마이크로폰 전달의 특성을 갖는 헤드폰에 사용된 소음 감소 및 소음 제거 장치의 블록 선도이다.
본 발명의 목적은 종래 기술과 관련된 문제점들을 극복하는 소음 감소 장치를 제조하기 위한 소음 제거 장치 및 소음 감소 장치를 제공하는 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 배경 소음을 허용가능한 수준으로 감소시키는 소음 제거 장치 및 소음 감소 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 헤드폰 장치나 고출력 마이크로폰과 함께 사요되는 소음 감소 장치를 제공하거나 소음 제거 마이크로폰 장치 등을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비교적 저렴한 비용으로 앞에서 언급한 바와 같은 소음 감소 및 제거 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 표준식의 사용가능한 온라인식 전력과 함께 작동할 수 있는 비교적 저렴한 소음 감소 및 제거 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 대화의 특징을 부가시킴으로써 개선된 소음 제거 및 소음 감소 헤드폰을 제공하는 것으로서, 이는 어떤 다른 마이크로폰 부재를 실제로 부가시킴이 없이 사용자가 마이크로폰 청각 신호 뿐만아니라 주위 환경으로부터의 외부 청각도 들을 수 있다. 본 발명의 목적은 측음 채널의 게인을 증가시킴으로써 외부지역으로부터 모든 청각이 스피커의 이어컵으로 전달되는 지역에 소음 제거 및 감소 장치를 제공하는 것이다. 이러한 본 발명의 소음 제거 및 감소 장치는 전기장치로부터 음성 마이크로폰을 제거시킴과 동시에 소음 마이크로폰 증폭기의 게인을 증가시킴으로써 표준식 전방향 마이크로폰으로 변환된다.
본 발명의 또 다른 목적은 기존의 통신 시스템의 핸드폰에 용이하게 적용될 수 있고 표준식의 사용가능한 온라인 전력과 함께 작동될 수 있는 비교적 저렴한 비용의 소음 제거 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 사용자가 선택적으로 수신 신호를 증폭시키거나 또는 헤드폰과 함께 고출력 마이크로폰에 사용될 수 있거나 또는 소음 제거용 마이크로폰으로서 사용가능한 비교적 저렴한 비용의 소음 감소 장치를 제공하는 것이다.
본 명세서에서 언급된 여러 분야에서, 다른 방식의 전방향성 특성을 갖는 마이크로폰이 바람직하다. 이러한 마이크로폰은 임의의 방향으로의 신호를 거부하여 신호 대 소음의 비를 개선시킨다. 본 발명에 따른 합산 회로 설계에 근거한 방향성 마이크로폰은 전기장치로 인한 광범위한 위상차를 갖는 음압 신호의 대수학적 결합에 근거한다. 구배식 마이크로폰과는 대조적으로, 이러한 마이크로폰의 방향성은 파형에 대한 선형 차원의 비에 따른다.
2개 이상의 마이크로폰이 동일한 증폭기에 공급되는 경우, 마이크로폰으로부터 떨어진 거리에서 음원으로부터의 신호가 1800의 위상차로 도달하여 서로 상쇄된다. 그러므로, 본 발명의 목적은 전방향성 및 방향성 마이크로폰이 적절하게 위상을 갖도록 하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 앞에서 설명된 소음 감소 장치와 소정의 거리 및 각도를 갖도록 배열되는 제 1 및 제 2 마이크로폰이 음향 감시나 원격측정법 또는 측판을 갖는 방향성 마이크로폰과 같은 방향성 마이크로폰에서 마이크로폰에 대한 주위 소음 제거의 지역에 사용될 수 있도록 하는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 다른 전방향성 특성과 함께 소음 제거 장치에 사용항기 위한 저렴한 비용의 마이크로폰을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 크기 및 위상 돌출 구조에 근거한 마이크로폰을 갖는 제어가능한 다양한 방향성 패턴을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 소정의 지점에서 모든 간단한 음원으로부터 그러한 지점으로 도달하는 음압을 벡터적으로 부가시킴으로써 방향성 마이크로폰을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 소음 제거 환경에서 앞서 언급한 바와 같은 방향성 마이크로폰을 포함하는 2단자 마이크로폰 장치를 제공하여서, 청각 출력 신호가 동일한 단자에서 전압 입력 신호 상에 중첩되게 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 개방 루프식 장치에 부재들을 위치시킴으로써 구조가 간단하고 비용이 저렴해져서 헤드폰에 사용할 수 있는 새로운 소음 감소 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 주위 소음이 마이크로폰 신호로 유발된 기계적 진동에 의해 질적으로 저하되지 않고서 일정한 방식으로 감쇄되는 소음 감소 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 개방 루프식 구성으로 인해 절대적으로 안정한 고출력 마이크로폰 또는 방향성 마이크로폰 등을 갖춘 헤드폰이나 핸드폰 등으로 구성된 소음 감소 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기음향적 트랜스듀서의 효율을 결합시킴으로써 소음 감소 장치에 의해 요구되는 전력을 감소시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 바람직한 청각 신호와 소음 방지 신호를 단일의 합산 노드에서 출력 트랜스듀서에 결합시키는 방법을 사용함으로써 소음 감소 회로의 비용과 구조적인 복잡성을 감소시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 소음 감소 장치 내에서 음향 신호로 변환되어 귀로 전달되는 바람직한 전기 입력 신호의 왜곡으로 유방되는 소음 방지 처리를 감소시키는 소음 감소 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 출력 트랜스듀서의 전방 또는 후방으로 그리고 음영역과 스피커의 평면 바깥쪽으로 위치되는 픽업 마이크로폰 또는 센서 마이크로폰을 포함하여 2중 기능을 수행하도록 음향 재료를 사용함으로써 마이크로폰이 단지 배경 소음 만을 검출하도록 구성된 소음 감소 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 마이크로폰 상에 위치될 때에는 음향 필터로서 작용하는 반면에 출력 트랜스듀서와 사용자의 귀 사이로 위치될 때에는 음향파 안내부로서 작용하는 음향 재료를 제공하는 것이다.
장치의 제어 작용을 하는 것이 마이크로폰이며, 따라서 마이크로폰은 입력 청각 신호 및 바람직한 출력과 관련이 있다. 탄성 음향파 안내부가 바람직하게 스피커나 마이크로폰과 사용자의 귀 사이로 위치되어서 조용한 지역을 형성한다. 이러한 음 안내부는 바람직하게 안락성을 목적으로 통상적으로 이어폰에 제공되고 있는 전형적인 고무 스폰지에 불과하다. 이러한 재료의 한가지 유형은 소위 슬로-플로(Slo-Flo)라고 하는 발포재이며, 이는 소음 응답을 미세하게 하고 청취자의 안면이나 귀로부터 마이크로폰으로 복귀되는 임의의 음의 반향을 감소시키도록 음향 필터로서 그 밀도 및 구조가 설계되는데, 종래 기술에서는 마이크로폰으로부터 신호의 음의 피드백을 사용하고 있으며, 본 발명에서와 같이 어떠한 피드백도 발생되지 않는다. 대신에 개방 루프식 배열이 사용되면, 추가의 다른 청각 신호를 부가시킬 필요가 없으며, 신호가 개방 루프식 장칭 의해 방해되지 않으므로 단지 원래의 청각 신호가 스피커로 전달된다.
따라서, 종래 기술의 폐쇄 루프식 감소 장치와 본 발명에 따른 신규의 개방 루프식 감소 장치의 차이를 이해하는 것이 중요하다.
본 발며의 개방 루프식 장치는 제어 작동이 출력 또는 원하는 결과에 따른다. 폐쇄 루프식 장치는 제어 작동이 출력과는 무관하다. 이러한 차이에 있어서 중요한 조건은 제어 작동이다. 근본적으로, 이러한 조건은 장치의 작동 신호를 지칭하며, 이는 바람직한 출력을 발생시키도록 장치를 작동시키는 책임이 있는 음량을 나타낸다. 개방 루프식 장치에 있어서는 입력 명령이 제어 작동을 제공하는 유일한 인자인 반면에, 폐쇄 루프식 장치에 있어서는 제어 작동이 입력 명령과 이에 상응하는 출력 사이의 차이에 의해 제공된다.
폐쇄 루프식 작동과 개방 루프식 작동의 비교를 완전하게 하기 위해서, 각각의 장치의 성능 특성을 비교하면 다음과 같다. 개방 루프식 장치는 2가지 확연한 특징, 즉 구조적인 안정성과 보상에 의해 결정되는 기능을 수행할 수 있는 능력이 있다는 것으로서, 예를 들어 불안정성의 문제가 발생되지 않는다. 폐쇄 루프식 장치에 있어서는, 확실한 특징이 피드백으로 인하여 입력을 신뢰성 있게 재생할 수 있다는 것인데, 이는 작동 신호가 입력으로부터 출력의 편하의 함수이기 때문이며, 이러한 제어 작동은 작동 신호를 영으로 만든다. 이러한 피드백 인자의 가장 큰 결점은 패쇄 루프식 장치를 사용하는 가장 큰 어려움 중 하나라고 할 수 있으며, 즉 맥동(oscillation)의 경향이 있다는 점이다.
소음 감소 장치와 소음 제거 장치는 비행(예를 들어, 헬리콥터나 비행기),전화 등과 같은 다른 환경, 예를 들어 음성 인식 및 증명 시스템과 같이 물리적인 설비에 접근하기 위한 의도, 컴퓨터(직접 또는 간접의 인터페이스 또는 전화선을 통해), 자동 대화 장치, 또는 그 밖의 다른 인식 및 증명 장치에 사용되고 있는 텔레통신 장치들에 사용될 수가 있다.
본 발명의 소음 제거 장치는, 소음 제거 장치를 작동시키는 작동자로부터 발생하는 소리와 배경 소음으로 구성된 제 1 음향음을 수신하여 제 1 신호로 변환시키는 제 1 마이크로폰 수단, 및 제 1 마이크로폰 수단에 대해서 인접하게 소정의 각도(φ)를 이루고 배열되어 있으며 주로 배경 소음으로 구성된 제 2 음향음을 수신하여 제 2 신호로 변환시키는 제 2 마이크로폰 수단을 갖추고 있는 하우징과, 그리고 소리를 나타내는 신호를 제공하도록 제 1 신호로부터 제 2 신호를 제거시키는 수단을 포함하고 있다. 배경 소음을 감소시키도록 소음 제거 장치에 사용되는 2단자 트랜스듀서는, 소음 제거 장치의 증폭기 수단에 청각 신호를 송신하도록 증폭기 수단과 연결되어 있는 다수의 마이크로폰으로서 각각의 마이크로폰이 제 1 단자 및 제 2 단자를 갖추고 있고 제 2 단자는 접지되도록 구성되어 있는 다수의 마이크로폰과, 제 1 단자 상에 직류 신호를 입력시키는 전압 수단과, 마이크로폰으로부터 교류 신호를 수신하도록 제 1 단자와 연결되어 있는 트랜지스터 수단과, 교류 신호를 제 1 단자 상의 직류 신호 상으로 중첩시키기 위한 중첩 수단과, 직류 신호가 증폭기 수단을 작동시키도록 직류 신호로부터 교류 신호를 제거하기 위한 필터 수단과, 그리고 제 1 단자에서 마이크로폰에 의해 발생되는 교류 신호를 출력시키기 위한 출력 수단을 포함하고 있다. 작동 중인 소음 제거 장치의 고출력 마이크로폰으로 소리를 발생시킬 때 다양한 방향 패턴을 갖는 음을 수용하여 광역 응답을 제공하도록 사용되는 방향성 마이크로폰은, 서로 이격된 일련의 마이크로폰 수단을 제공하는 하우징으로서 마이크로폰 수단이 각각 음향음을 수신하여 각각의 마이크로폰 수단 간의 서로 분리된 전기 신호를 출력하도록 구성되어 있는 하우징과, 마이크로폰과 소정의 거리에서 교차하여 소정의 각도를 이루는 크기 및 위상을 갖춘 싸인 파형의 음파로서 하우징 안으로 입력되는 압력식 음원과, 각각의 마이크로폰으로부터 음원 까지의 거리를 계산하기 위한 계산 수단과, 합산 출력 신호를 제공하도록 각각의 마이크로폰의 출력 신호를 합산하기 위한 합산 채널 수단과, 합산 채널 수단으로부터 단지 소리 만을 나타내는 음향 신호를 발생시키는 신호 처리 수단과, 그리고 소정의 응답 패턴을 발생시키도록 합산 신호의 크기를 조절하는 조절 수단을 포함하고 있다. 귀청 부근의 소음을 감소시키기 위한 개방 루프식 소음 감소 장치는, 입력 청각 신호를 수신하는 하우징과, 하우징 내에 설치된 출력 트랜스듀서와, 출력 트랜스듀서로서 동일한 평편에 위치되지 않은 주위 소음을 검출하여 감소시키는 입력 트랜스듀서와, 입력 트랜스듀서에 의해 검출된 주위 소음을 감소시키기 위한 개방 루프식 신호 처리 수단과, 입력 청각 신호를 주위 소음과의 교란이 없이 귀청으로 전달하는 전달 수단과, 출력 트랜스듀서와 귀청 사이에서 소리를 나타내는 입력 청각 신호를 전달하도록 입력 트랜스듀서로부터 출력 트랜스듀서를 분리시키는 음향 수단으로서 입력 트랜스듀서로부터 전달되는 음을 분리시키도록 조용한 지역이 발생되도록 구성되어 있는 음향 수단을 포함하고 있다. 소음 제거 장치와 함께 사용되는 개방 루프식 소음 감소 장치는, 소음 신호를 검출하여 전기 신호로 변환시키기 위한 픽업 마이크로폰과, 음향 수단을 갖춘 헤드폰 내에 설치되어 있는 스피커와, 청각 전달 신호와, 전기 신호의 진동을 전기적으로 거부하는 거부 수단과, 소음 방지 신호를 발생시키도록 소음 신호를 역전시키는 가변 게인 제어 수단과, 저주파 교란으로 유발되는 기계적 진동을 스피커에 도달하지 못하도록 제거하는 필터 수단과, 음향 수단 내에 조용한 지역을 발생시키도록 상기 소음 방지 신호와 상기 소음 신호를 결합하는 합산 노드와, 청각 신호를 스피커에 전달하는 전달 수단과, 그리고 스피커의 소음 신호와 소음 방지 신호 사이의 위상 일치를 유지시키기 위한 유지 수단을 포함하고 있다.
귀청의 부근에서 주위 소음을 감소시키기 위한 개방 루프식 소음 감소 장치는, 입력 청각 신호를 수신하는 하우징과, 하우징 내에 설치된 출력 트랜스듀서와, 하우징 내에 위치하는 주위 소음을 검출하여 감소시키는 입력 트랜스듀서와, 입력 트랜스듀서에 의해 검출된 주위 소음을 감소시키기 위한 개방식 신호 처리 수단과, 소음의 교란 없이 입력 청각 신호를 귀청에 전달하는 전달 수단과, 출력 트랜스듀서와 귀청 사이로 소리를 나타내는 입력 청각 신호를 전달하는 동시에 입력 트랜스듀서로부터 전달되는 음을 고립시키기 위하여 조용한 지역을 발생시키도록 입력 트랜스듀서로부터 상기 출력 트랜스듀서를 분리시키는 음향 수단을 포함하고 있다.
다수의 마이크로폰으로부터 청각 신호를 전달하는 동시에 주위 환경으로부터 외부 음성을 수신하도록 헤드폰에서 사용되는 소음 제거 및 소음 감소 장치는, 소음 제거 모드와 대화 모드를 갖는 제 1 연결 수단을 갖추고 있는 제 1 및 제 2 마이크로폰 수단과, 소음 제거 모드와 대화 모드를 갖는 제 2 연결 수단에 의해 각각 제 1 및 제 2 마이크로폰 수단과 연결되어 있는 마이크로폰 증폭기 수단과, 제 1 및 제 2 연결 수단이 소음 제거 모드로 작동될 때에는 증폭기 수단을 연결하는 반면에 제 1 및 제 2 연결 수단이 상기 대화 모드로 작동될 때에는 바이패스되는 청각 마이크로폰 전달 수단과, 그리고 제 1 및 제 2 연결 수단이 소음 제거 모드로 작동될 때에는 제 1 및 제 2 마이크로폰 수단으로부터 완충 증폭기로 청각 신호를 전달하는 반면에 제 2 연결 수단이 대화 모드로 작동될 때에는 청각 신호를 전달할 수 없도록 구성되어 있는 전달 게이트를 포함하고 있으며, 제 1 및 제 2 연결 수단이 소음 제거 모드로 작동될 때에는 완충 증폭기 수단이 전달 게이트로부터 수신되는 청각 신호를 청각 시스템 및 스케일링 증폭기로 전달하며, 제 1 및 제 2 연결 수단이 대화 모드로 작동될 때에는 완충 증폭기 수단이 마이크로폰 증폭기 수단으로부터 수신되는 청각 신호를 직접적으로 출력시키며, 제 1 및 제 2 연결 수단이 소음 제거 모드로 작동될 때에는 소음 제거 모드 및 대화 모드를 갖는 제 3 연결 수단을 갖추고 있는 스케일링 증폭기가 제 1 및 제 2 마이크로폰 수단과 외부 음성으로부터 전달되는 스피커의 이어컵으로 측음을 제공하며, 스케일링 증폭기 수단이 게인 제어를 가지며, 제 1 및 제 2 연결 수단이 상기 대화 모드로 작동될 때에는 게인 제어가 증가되어서 스피커로의 측음 신호를 증가시키며, 소음 감소 장치가 헤드폰의 스피커로 전달되는 측음 신호를 수신하여 출력시킨다.
본 발명의 그 밖의 다른 목적들과 잇점들은 다음의 첨부된 도면들을 참조하여 설명되는 다음의 실시예들에 의해서 명확해지는데, 이들 도면에서 본 발명의 구성 요소의 상응하는 부재들에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소음 감소 장치를 사용한 전화(8)를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 전화(8)는 스피커부분(41) 및 수신기부분(42)을 갖는 핸드폰(10)과, 그리고 전화선(30)을 통해서 이들 사이로 연결될 수 있는 전화기 유닛(18)을 포함하고 있다. 이와는 다르게, 전화기는 핸드폰(10)이 무선 파형을 통해 전화기 유닛(18)과 연결되는 무선식 전화기로 구성될 수도 있다. 수신기부분(42)은 각각 제 1 및 제 2 마이크로폰(12 및 14)과 (도 2 참조), 스피커부분(41)으로 공급되는 신호량을 조절하는 스위치(40)와, 그리고 감소부분(44) 및 메쉬부분(46)을 갖춘 덮개(48)를 포함하고 있다.
도 2는 전화기(8)의 블록 선도이다. 도시된 바와같이, 핸드폰(10)은 대체로 제 1 및 제 2 마이크로폰(12 및 14)과, 본 실시예에서 작동 증폭기(오퍼 앰프)로 구성된 제거 장치(16)와, 바람직하게 오퍼 앰프인 증폭기(20)와, 그리고 스피커(22)를 포함한다. 제 1 및 제 2 마이크로폰(12,14)과 오퍼 앰프(16) 그리고 증폭기(20)는 바람직하게 수신기부분(도 1 참조)에 포함되어 있다.
소리 등과 배경 소음으로 이루어진 음향 신호가 제 1 마이크로폰(12)으로 공급되어서 상응하는 전기 신호로 변환된 후에 오퍼 앰프(16)의 양극 단자로 공급된다. 배경 소음은 제 2 마이크로폰(14)으로 공급되어서 상응하는 전기 신호로 변환된 후에 오퍼 앰프(16)의 음극 단자로 공급된다. 오퍼 앰프(16)는 제 1 마이크로폰(14)으로부터의 소리 및 소음 신호에서 제 2 마이크로폰(12)으로부터의 소음 신호를 제거시켜서 전화기 유닛(18)으로 소리를 나타내는 전기 신호를 공급하는데, 이에 따라 소리 신호가 전화선을 통해서 소정의 전화기로 전달된다. 오퍼 앰프(16)으로부터의 출력 신호는 전화선으로부터 수신된 신호와 함께 전화기 유닛(18)에서 결합된 후에 증폭기(20)로 공급된다. 오퍼 앰프(16,17)는 바람직하게 비교적 저출력 집적회로(IC'S)로 구성되는데, 예를 들어서 보족적인 금속 산화물 반도체(CMOS)로 구성될 수 있으며, 또는 하나 이상의 CMOS IC 으로 구성될 수도 있다. 도 2에는 도시되지 않았지만, 증폭기(20)는 소정의 수준으로 수신된 신호의 증폭을 조절하도록 사용자에 의해 스위치(40)로 (도 1 참조) 선택적으로 조정될 수가 있다. 증폭기(20)로부터 증폭된 신호가 스피커(22)로 공급되어서 음향 신호로 변환되어, 사용자가 이를 들을 수 있다.
도 3a 및 도 3b 는 수신기부분(42)을 도시한 도면들로서, 도 3a 에서는 덮개(48)가 제거된 상태로 도시되어 있다. 도시된 바와같이, 수신기부분(42)은 하우징(74)과, 회로판 조립체(78)와, 제 1 및 제 2 마이크로폰(12,14)과, 그리고 덮개(48)를 포함한다. 제 1 및 제 2 마이크로폰(12,14)은 바람직하게 전기식 마이크로폰 등으로 구성된 것이며, 다음에 보다 상세히 설명되는 바와 같이 서로 마주하게 배열되어 있다. 제 1 및 제 2 마이크로폰은 발포재로 구성될 수 있는 보유부재(76)에 의해 고정되어 있으며, 이러한 발포재는 항우징(74)에 고정된다. 제 1 및 제 2 마이크로폰으로부터의 각각의 출력이 전화선(도시 안됨)을 통해서 오퍼 앰프(16)로 공급되며, 오퍼 앰프(16)는 하우징(74)에 부착된 회로판 조립체(78) 상에 수용되어 있다. 이후 보다 상세히 설명되는 바와같이, 회로판(78)은 제 1 및 제 2 마이크로폰에서 수신된 신호를 처리하고 이를 스피커(22)로 (도 2 참조) 공급하도록 증폭시키기 위한 추가의 회로 부재를 포함할 수가 있다. 또한, 접착제 등에 의해서 하우징(74)에 부착되거나 또는 음향학적으로 함께 용접될 수도 있는 덮개(72)가 사용될 수도 있다.
폴리카보네이트 등의 플래스틱 재료로 제조될 수 있는 덮개(48)는 환형 측면 부재(43) 및 통상적으로 측면 부재(43)와 결합되는 두께(T)를 갖는 부분(45)을 포함하는데, 이러한 부분(45)은 약 0.02 인치 정도의 최소량으로 측면 부재(43)의 상부 보다는 하부에 배열되어서 감소된 부분(44)을 형성한다. 이러한 부분(45)은 두께(T) 보다 작은 두께(T')를 갖는 부분(46)을 포함하며, 이 부분(46)은 다수의 구멍을 갖추고 있거나 메쉬 형태의 부분으로 구성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 부분(46)의 두께는 약 0.03 인치 이하이다. 부분(46)은 부분(45)의 비교적 작은 부분을 차지하기 때문에, 이러한 두께를 감소시키는 것을 덮개(48)의 전체적인 구조적 강도에 결코 악영향을 주는 일이 없다. 또는 부분(46)을 강한 재료, 예를 들어서 스테인레스 강 등의 재료로 구성하여 부분(45)과 결합시킬 수도 있다. 당연한 일이지만, 이들 부분(45,46)을 측판 부재(43)의 상부로부터 리쎄스가 제공된 형태로 배열함으로써, 수신기부분(42)이 표면에 위치될 경우에도 측면부재(43) 및 각각의 부분(45 또는 46)이 이러한 표면과 접촉되지 않는다. 그 결과, 부분(45 또는 46) 상으로 어떠한 부하도 직접 작용하지 않고 반드시 측면부재(45)로 전달된다.
덮개(48)는 조립체(71) 위로 위치하여서, 제 1 및 제 2 마이크로폰(12,14)이 부분(46) 아래로 배열되며, 제 1 마이크로폰이 부분(46)의 하부면과 비교적 인접하게 위치된다. 따라서, 수신기부분(42)으로터 바람직하게 약 1 인치 이하 떨어진 거리에서 말하는 사용자로부터 소리가 부분(46)을 통해서 제 1 마이크로폰으로 비교적 짧은 거리를 이동한다. 그 결과, 음향 왜곡이 최소화된다.
수신기 부분(42) 내에서의 제 1 및 제 2 마이크로폰(12,14)의 배열이 도 3a 및 도 3b 에 도시되어 있다. 보다 구체적으로, 도 3b 에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 마이크로폰은 서로 각도(φ)를 이루도록 배열되는데, 바람직하게 이러한 각도는 약 30도 내지 60도 이다. 또한 제 1 및 제 2 마이크로폰은 제 1 마이크로폰(12)의 감지면 또는 수신면에 평행한 평면과 사용자로부터의 소리의 방향 사이의 각도 및 제 2 마이크로폰(14)의 감지면에서 대해서 수직한 축선과 소리의 방향 사이의 각도가 도 3b 에 도시된 바와 같이 θ 및 [(90-θ)+φ] 가 되도록 배열되어 있어서, 도 3a 에 도시된 바와 같이 소리의 방향과 제 2 마이크로폰 사이의 각도(ψ)를 이루고 있다. 바람직한 실시예에서, 각도(θ)는 약 35도 이하이고 각도(ψ)는 약 180도 이다. 이와 같은 방식으로 제 1 및 제 2 마이크로폰을 배열한 결과, 제 1 마이크로폰(12)은 사용자로부터의 소리와 그 부근에 존재하는 배경 소음을 모두 수신하며, 제 2 마이크로폰(14)은 제 마이크로폰에 의해 수신되는 동일한 배경 소음 만을 수신한다.
앞에서도 언급한 바와 같이, 각도(φ)는 바람직하게 30도 내지 60도 이며, 물론, 제 1 및 제 2 마이크로폰(12,14)은 이러한 각도를 벗어나는 각도(φ)를 갖도록 배열된다 할 경우에도 만족스럽게 작동할 수가 있다. 그러나, 각도(φ)가 30도 이하 또는 60도 이상일 경우에는 성능에 악영향을 줄 수가 있다. 즉, 각도(φ)가 30도 이하인 경우에는, 제 2 마이크로폰(14)이 소리와 배경 소음을 모두 수신할 수가 있다. 반면에, 각도(φ)가 60도 이상일 경우에는, 제 2 마이크로폰(14)이 제 1 마이크로폰(12)에 의해서 수신되는 것과 유사한 배경 소음을 수신하지 못할 수가 있다. 그 결과, 제 1 마이크로폰(12)의 출력 신호로부터 제 2 마이크로폰(14)의 출력 신호를 제거하는 것이 제 1 마이크로폰에 의해 수신된 배경 소음을 적절히 제거시키지 못한다.
마찬가지로, 각각의 각도(θ 및 ψ)는 각각 앞에서 설명한 바와 같이 약 35도 이하와 약 180도의 각도를 갖는 것이 바람직하지만, 이들 각도가 다른 값으로 배열된다고 하여도 제 1 및 제 2 마이크로폰이 만족스럽게 작동할 수가 있다. 그러나, 이들 각도(θ 및 ψ)가 각각의 바람직한 각도 보다 상당히 벗어날 경우에는 성능에 악영향을 줄 수가 있다. 즉, 각도(θ)가 35도 이상이 되어버리면, 제 2 마이크로폰(14)이 소리와 배경 소음을 모두 수신할 수 있다. 마찬가지로, 각도(ψ)가 180도 보다 작거나 커진다면, 제 2 마이크로폰(14)이 소리와 배경 소음을 모두 수신할 수가 있다. 그 결과, 어떠한 상황에서든 제 1 마이크로폰(12)의 출력 신호로부터 제 2 마이크로폰(14)의 출력 신호를 제거하는 것이 소리의 일부 또는 전체를 제거할 수도 있다.
당연한 일이지만, 수신기부분(42)에 대해서 이와 같은 장치 및 재료를 사용함으로써 수신기부분을 구성하는 비용은 비교적 낮아진다. 또한, 앞에서 설명한 바와 같이 CMOS 을 사용함으로써 수신기 부분의 전력 소모가 비교적 적어진다. 그 결과, 수신기 부분은 핸드폰에 이용가능한 표준 전력에 의해 작동될 수가 있으며, 보조 전력이나 변압기 등을 사용할 필요가 없다. 더욱이, 수신기부분(42)이 새로운 전화기(8)의 핸드폰(10)과 함께 조립된 것으로 설명하고 있으나, 이러한 수신기부분 또는 약간 변형된 수신기부분이 기존의 전화기의 핸드폰에 사용될 수도 있다. 즉, 후자의 상황에서는 기존의 전화기의 핸드폰에 포함된 덮개 및 마이크로폰이 단지 수신기부분(42)과 대체된다. 따라서, 수신기부분(42)을 사용하면 기존의 전화기의 핸드폰을 변화시켜서 본 발명의 소음 감소 장치를 포함시키는 것이 비교적 용이하고 저렴한 비용으로 가능해진다.
도 4는 도 1 과 도 2에 도시된 전화기(8)의 회로 배열을 나타낸 개략도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 마이크로폰(12)은 제 1 마이크로폰으로부터의 출력 신호의 바이어스를 교정하도록 전류제한식 레지스터로서 작용하는 레지스터(202)를 통해서 입력 전력 단자(200)에 연결된다. 또한, 제 1 마이크로폰(12)은 레지스터(210)를 통해서 오퍼 앰프(16)의 양의 단자에, 그리고 레지스터(212)를 통해서 가변 레지스터(214)에 연결된다. 제 2 마이크로폰(14)은 제 2 마이크로폰의 출력의 바이어스를 교정하도록 전류제한식 레지스터로 작용하는 가변식 레지스터(208)를 통해서 입력단자(201)에 그리고 오퍼 앰프(16)의 음의 단자에 각각 연결된다. 레지스터(208)는 바람직하게 제 2 마이크로폰(14)으로부터의 출력 신호의 수준이 소정의 값 이내에서 제 1 마이크로폰(12)의 출력 신호의 수준으로 일치되도록 작용하는 가변 전류제한식 레지스터이다. 보다 상세히 설명하면, 레지스터(208)는 제 1 마이크로폰(12)으로부터 동일한 수준의 신호가 출력되었을 때 제 2 마이크로폰(14)의 출력 신호가 가중되어서 이들 신호의 진폭의 차이가 최소화되도록 작용한다. 전류제한식 레지스터(208)의 값은 최소 경계치에 따라서 선택될 수가 있다. 전력단자(198)는 레지스터(204,206) 및 오퍼 앰프(16)의 음의 단자에 연결되며, 이들 레지스터는 입력 전력 단자(198)에서 수신된 전압을 분할시킨다. 오퍼 앰프(16)의 출력은 캐패시터(220,222,226) 및 레지스터(224,228)에 연결되어 있고, 또한 전화기 유닛(18)의 마이크로폰 입력 단자에 연결된다. 오퍼 앰프(16)의 출력 신호가 가변 레지스터(214), 레지스터(216) 및 캐패시터(218)를 통해서 접지되어 있다. 레지스터(210,212,216) 및 가변 레지스터(214)는 오퍼 앰프(16)의 출력에 대해서 20 내지 1 증폭의 가변 게인을 제공한다. 캐패시터(218,220,222)는 오퍼 앰프(16)로부터의 출력 신호에 존재하는 잔류 직류 수준을 제거하기에 적합하다. 레지스터(224,228) 및 캐패시터(226)는 예를 들어서 3.7㎑ 의 소정의 값에서 단락 지점을 갖는 저역 필터로서 작동하기에 적합하다.
전화기 유닛(18)은 전화선에 연결되어 있으며, 마이크로폰 입력 단자를 통해 신호를 수신하여서 이들 신호를 전화선을 통해서 소정의 전화기에 공급하기에 적합하다. 또한, 전화기 유닛(18)은 전화선을 통해서 다른 전화기로부터 신호를 수신하여서 이들 신호를 마이크로폰 입력 단자를 통해 앞에서 설명한 바와 같이 수신된 신호들과 결합하고 이를 스피커 입력 단자(231)에 공급하기에 적합하다. 입력 단자(231)는 직류 신호에 적합한 캐패시터(230) 및 레지스터(232)를 통해서 오퍼 앰프(17)의 음의 단자에 그리고 레지스터(234)를 통해서 가변 레지스터(240)에 각각 연결되어 있다. 전력 단자(199)는 오퍼 앰프(17)의 양의 단자에 연결되어 있다. 오퍼 앰프(17)로부터의 출력은 캐패시터(242,244) 및 레지스터(246)를 통해서 스피커(22)에 연결되어 있다. 또한, 오퍼 앰프(17)의 출력은 가변 레지스터(240), 레지스터(238), 및 캐패시터(236)를 통해서 접지되어 있다.
이제, 도 4에 도시되어 있는 전화기(8)의 작동에 대해서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
스위치 고리(도시 안됨) 등으로부터 핸드폰(10)을 들어올려서 핸드폰(10)이 작동되면, 표준식 전화선 전압이 입력 단자(198,199,200,201)에 인가된다. 전류제한식 레지스터(202)에 의해 바이어스가 교정된 제 1 마이크로폰(12)으로부터의 신호가 레지스터(210)를 통해 오퍼 앰프(16)의 양의 단자로 공급된다. 전류제한식 레지스터(208)에 의해 바이어스가 교정된 제 2 마이크로폰(14)으로부터의 신호가 오퍼 앰프(16)의 음의 단자로 공급된다. 오퍼 앰프(16)가 제 1 마이크로폰(12)으로부터 수신된 신호에서 제 2 마이프크로폰(14)으로부터 수신된 신호를 제거시키고, 이와 같이 제거된 신호를 출력시킨다. 출력 신호에 존재하는 직류 수준이 제거되고, 신호가 증폭된다. 그리고나서, 예를 들어 3.7㎑ 이상의 고주파 신호가 증폭된 출력 신호로부터 제거되고, 최종 신호가 전화기 유닛(18)으로 공급된다. 따라서, 제 1 및 제 2 마이크로폰(12,14)에 의해서 각각 발생된 전압의 차이에 비례하는 전압 신호가 전화기 유닛(18)으로 공급된다.
마이크로폰 입력 단자와 전화선을 통해서 수신된 신호들의 조합인 전화기(18)로부터의 출력 신호가 증폭기(17)의 입력 단자(231)로 공급된다. 입력 단자(231)로 부터의 신호가 캐패시터(230)로 공급되어서 임의로 존재하는 직류 신호를 제거시킨다. 캐패시터(230)로부터의 출력은 레지스터(232)를 통해 오퍼 앰프(17)의 음의 단자로 공급된다. 오퍼 앰프(17)는 전화기 유닛(18)으로부터의 신호를 완화시켜서, 수신된 신호와 측음을 오퍼 앰프의 입력 단자(231)에 공급한다. 이러한 신호가 레지스터(232,234,238)과 가변 레지스터(240)를 통해서 사용자에 의해 스위치(40)를 사용해서 선택적으로 증폭될 수 있다(도 1 참조). 증폭된 신호에 존재할 수도 있는 임의의 직류 신호가 캐패시터(242,244,236)에 의해 제거된다. 캐패시터(244)로부터의 출력신호는 레지스터(246)에 의해 제한된 전류이며, 다음에 스피커(22)로 공급된 후 음향 신호로 변환된다.
도 5는 제 1 및 제 2 마이크로폰(12,14)에 의해 발생된 전압의 차이에 비례하는 전류 출력을 전화기 유닛(18)으로 공급하기 위해서, 제 1 및 제 2 마이크로폰으로부터 제공된 신호를 처리하는 또 다른 배열을 도시한 것이다.
보다 상세히 설명하면, 도 5의 회로 배열은 각각 표준식의 사용가능한 온라인 전력을 수용하기에 적합한 다수의 입력 단자(300,301,370,390)를 갖추고 있는 핸드폰(10')을 포함한다. 제 1 마이크로폰(12)은 전류제한식 레지스터(302)를 통해 입력 전력 단자(300)에 연결되며, 또한 바람직하게 CMOS 오퍼 앰프인 제거 장치(316)의 양의 단자에 연결된다. 제 2 마이크로폰(14)으로부터의 출력이 가변 전류제한식 레지스터(308)를 통하여 입력 단자(301)에 연결되며, 또한 오퍼 앰프(316)의 음의 단자에 연결된다. 오퍼 앰프(316)로부터 출력된 신호는 여과 단계(350)를 통해서 바람직하게 CMOS 오퍼 앰프인 제거 장치(351)의 음의 단자로 공급된다. 여과 단계(350)는 소정 주파수에서의 신호로서 소정의 주파수 응답 특성을 제공하기에 적합하다. 당연하겠지만, 도 5에는 2개의 여과 단계만이 도시되어 있으나, 임의의 수 만큼의 여과 단계를 사용할 수도 있다. 입력 전력 단자(390)는 공급되는 신호를 감소시키에 적합한 레지스터(392,394) 및 오퍼 앰프(351)의 양의 단자에 연결된다. 오퍼 앰프(351)로 부터의 출력 신회는 트랜지스터(366)의 기부에 공급된다. 입력 전력 단자(391)가 제너 다이오드(360), 캐패시터(362), 및 레지스터(364)에 연결되고, 레지스터(364)는 트랜지스터(366)의 제어부 및 전화기 유닛(18)의 입력 단자의 마이크로폰에 연결된다. 트랜지스터(366)의 에미터는 레지스터(367,386)를 통해 오퍼 앰프(351)의 음의 단자에 연결되어서 피드백 루프를 제공한다. 오퍼 앰프(351) 및 그와 관련된 부품들은 여과 단계(350)와 트랜지스터(366) 사이의 전기적 분리를 제공한다. 트랜지스터(366)는 전화기 유닛(18)으로 공급되는 신호를 증폭시키기에 적합하다.
전화기 유닛(18)으로부터의 출력이 입력 단자(231)에 연결되며 (도 4 참조),그리고나서 도 4의 핸드폰(10)과 관련하여 앞에서 설명한 방식으로 처리되어서 스피커(22)로부터 음향 신호를 제공한다.
이제, 또 다른 전화기(8')의 작동에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
스위치 고리(도시 안됨) 등으로부터 핸드폰(10')이 들어올려짐으로써 핸드폰에 전력이 인가되며, 전화선 전압의 일부가 입력 단자(300,301,370,390,391)로 인가된다. 전류제한식 레지스터(302)에 의해 바이어스가 교정된 제 1 마이크로폰(12)으로부터의 신호가 오퍼 앰프(316)의 양의 단자로 공급된다. 전류제한식 레지스터(308)에 의해 바이어스가 교정된 제 2 마이크로폰(14)으로부터의 출력 신호가 오퍼 앰프(316)의 음의 단자로 공급된다. 바람직하게, 레지스터(308)는 앞에서 설명한 레지스터(208)와 마찬가지 방식으로 제 2 마이크로폰(14)으로부터의 출력 신호의 수준을 제 1 마이크로폰(12)으로부터의 출력 신호의 수준과 일치되게 작용한다. 오퍼 앰프(316)로 부터의 출력 차이 신호가 하나 이상의 RC 네트위크 또는 이와 상응하는 회로를 포함하는 필터 단계(350)를 통해 제공되어서, 예를 들면 3.7㎑ 의 소정의 크기로 출력 신호의 상위 주파수를 제한한다. 여과 단계(350)로 부터의 출력 신호가 오퍼 앰프(351)의 음의 단자로 공급되고, 예를 들어서 ½ 의 소정값으로 나누어진 입력 전력 단자(390)로부터의 전압 신호가 오퍼 앰프(351)의 양의 단자로 공급되어서 트랜지스터(366)의 기부에 대해 상응하는 출력 신호를 증폭시킨다. 입력 전력 단자(391)로부터의 전압은 레지스터(364)를 통해서 트랜지스터(366)의 집적기로 공급된다. 그 결과, 증폭된 신호가 핸드폰(10')으로부터 전화기 유닛(18)으로 공급되어서, 전화선을 통하여 소정의 전화기로 공급되며, 또한 전화기로부터 수신된 신호가 결합하여서 도 4와 관련하여 앞에서 설명한 바와 같은 방식으로 입력 단자(231)로 공급된다.
도 4 및 도 5에서 참조 부호가 도시되지 않은 각각의 회로 부품들은 도시된 바와 같이 연결되어 있으며, 이에 대해서는 본 발명을 이해하는데 필수적인 사항이 아니고 종래 기술로부터 명백한 것이므로 구체적인 연결 및 크기에 대하여 더 이상 설명하지 않기로 한다.
도 6a, 도 6b, 및 도 6c 는 본 발명의 실시예에 따른 소음 제거 장치를 사용한 고출력 마이크로폰(100)을 도시한 도면들이다. 보다 구체적으로 설명하면, 고출력 마이크로폰(100)은 하우징(174), 회로판 조립체(178), 제 1 및 제 2 마이크로폰(112,114), 그리고 부분(147)을 포함한다. 플래시틱 또는 금속 재료로 구성될 수 있는 하우징(174)은 다수의 구멍을 갖춘 원형부(108)를 포함하고 있어서, 샤프트(106)가 그러한 구멍으로 수용될 수 있다. 그 결과, 고출력 마이크로폰(100)이 도 6A에 도시된 바와 같이 샤프트(106)를 중심으로 회전할 수 있다.
제 1 및 제 2 마이크로폰(112,114)은 각각 와이어(102,104)에 의해서 회로판 조립체(178)와 연결된다. 회로판 조립체(178)는 앞서 설명된 회로판 조립체(78)와 동일한 회로를 포함하고 있으며, 마찬가지로 전화기 유닛(18)으로 공급되는 제 1 및 제 2 마이크로폰(12,14)의 신호를 처리하는데, 이에 대해서는 더 이상의 설명을 생략하기로 한다. 그러므로, 회로판 조립체(178)는 제 1 마이크로폰(112)으로부터 소리 및 배경 소음 신호를 수신하여 그로부터 제 2 마이크로폰(114)에서의 배경 소음 신호를 제거시켜서, 소리를 나타내는 신호를 유도해낸다. 이러한 신호는 무선 주파수 신호로 변환되도록 전달 장치(도시 안됨)로 공급되어서 원격 수신 장치(도시 안됨)로 전달된다. 제 1 및 제 2 마이크로폰(112,114)은 예를 들어 발포재로 구성될 수 있는 고정 부재(176)에 의해 고정된다. 예를 들어서 플래스틱이나 금속재 등으로 제조될 수 있는 메쉬 형태의 스크린(146)이 절단부(147)에 부착되어서 제 1 및 제 2 마이크로폰을 보호한다. 스크린(146)은 예를 들어서 약 0.03 인치 이하의 소정의 두께를 갖는다.
전기식 마이크로폰으로 구성될 수 있는 제 1 및 제 2 마이크로폰(112,114)은 앞서 설명한 제 1 및 제 2 마이크로폰(12,14)과 마찬가지 방식으로 핸드폰(10)에 배열되어 있다. 즉, 제 1 및 제 2 마이크로폰(112,114)은 각각 제 1 마이크로폰의 수신면 또는 감지면에 대해서 평행한 평면과 사용짜로부터의 소리의 방향 사이의 각도(θ')와 그리고 제 2 마이크로폰(114)의 감지면에 대해서 수직한 축선과 소리의 방향 사이의 각도[(90-θ')+θ']가 각각 도 5A에 도시된 바와 같다. 또한, 제 11 및 제 2 마이크로폰(112,114)은 그들 사이로 약 30도 내지 60도 범위를 배열된 각도(θ')를 갖는다. 제 1 및 제 2 마이크로폰(112,114)은 하우징(174)의 메쉬(146) 및 절단부(147)에 근접하게 위치되어서, 우발적으로 왜곡된 음향음을 수용하지 못한다.
앞의 실시예들에서는 단지 제 1 마이크로폰(112)과 제 2 마이크로폰(114)을 각각 하나씩만 갖추고 있지만, 본 발명은 결코 이러한 것으로만 제한되는 것은 아니며, 제 1 및 제 2 마이크로폰에 대해서 임의의 갯수의 마이크로폰을 갖는 것으로 구성할 수도 있음은 물론이다 예를 들어서, 수신기부분(도시 안됨 : 42')이 제 1 마이크로폰(도시 안됨 : 12')으로서 작용하는 2개 이상의 마이크로폰과, 그리고 제 2 마이크로폰(도시 안됨 : 14')으로서 작용하는 2개 이상의 마이크로폰을 포함하도록 구성될 수가 있다. 이러한 구성에서, 제 1 및 제 2 마이크로폰에 대해 다수의 마이크로폰을 사용하는 경우에는 각각의 가변 전류제한식 레지스터가 바람직하게 제 1 마이크로폰(12')의 모든 마이크로폰 뿐만 아니라 제 2 마이크로폰(14')의 모든 마이크로폰에 대해서 각각 제공된다. 따라서, 제 1 및 제 2 마이크로폰(12',14')으로부터의 출력은 그러한 여러 출력 전압의 합으로 구성된다. 전류제한식 레지스터는 바람직하게 각각의 값으로 설정되어서, 제 1 및 제 2 마이크로폰(12'14')의 어떤 기능적인 차이를 최소화시킨다. 전류제한식 레지스터의 값을 선택하거나 각각의 마이크로폰을 동등하게 만드는 기준은 공지된 구배식 써치 알고리즘에 따라 선택될 수가 있다.
도 9a는 제 1 및 제 2 마이크로폰(300,302)를 갖춘 고출력 마이크로폰(320)을 도시하고 있다. 제 1 마이크로폰(300)은 제 1 압력감지면(301)을 포함하고, 제 2 마이크로폰(302)은 제 2 압력감지면(303)을 포함한다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 마이크로폰(300,302)은 각각의 압력감지면(301,303)이 서로 약 180도의 각도를 이루도록 배열된다. 이들 마이크로폰(300,302)은 또한 이들 사이로 구조적 완충부(322)를 갖추도록 배열된다. 이러한 완층부(322)는 이들 마이크폰 사이의 음향적 분리를 제공하기에 적합하다. 이와는 다르게, 구조적 부재를 대신해서 음향적 완충 배열이 사용될 수도 있다. 더욱이, 도 9a에 도시된 바와 같이 제 1 및 제 2 마이크로폰(300,302), 특히 그 각각의 압력감지면(301,303)은 소정의 거리 혹은 크기(b)내에 위치된다.
제 1 마이크로폰(300)은 사용자의 소리와 같은 음향음을 수용하여 그러한 음향적인 소리를 상응하는 신호로 변환시키기에 적합하다. 제 1 마이크로폰(300)은 또한 존재하는 배경 소음을 수신한다. 당연한 일이지만, 그러한 배경 소음은 사용자의 소리와 결합되며, 제 1 마이크로폰에 의해 제공된 신호는 사용자의 소리와 배경 소음에 상응한다. 반면에, 제 2 마이크로폰(302)은 고출력 마이크로폰(320)내에 배열되어서 단지 배경 소음 만을 주로 수신한다. 보다 구체적으로 설명하면, 제 2 마이크로폰(302)의 압력감지면(303)은 바람직하게 제 1 마이크로폰(300)의 압력감지면(301)에 대해서 약 180도의 각도를 이루도록 배열된다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이 제 1 및 제 2 마이크로폰(300,302)은 그들 사이로 완층부(322)를 갖추고 있다. 이러한 완층부는 제 2 마이크로폰(302)에 의해 수신된 사용자로부터의 소리를 최소화하거나 방지하기에 적합하다. 더욱이, 제 1 및 제 2 마이크로폰(300,302)은 바람직하게 서로 비교적 근접하게, 즉 거리(b) 이내로 배열되어 있다. 예를 들어서, 이러한 거리(b)는 0.1 내지 0.5 인치, 바람직하게 0.25 인치 이내로 정해진다. 적절한 거리(b)는 불합리한 실험을 거치지 않고서도 본 발명의 기술 분야의 당업자들에 의해 결정될 수가 있으며, 본 발명은 이러한 특정한 거리(b)를 제한하는 것은 아니다.
도 9b는 도 9a에 도시된 고출력 마이크로폰(320)과는 다소 다르게, 제 1 및 제 2 마이크로폰(300,302)이 배열되어 있는 고출력 마이크로폰(330)을 도시하고 있다. 즉, 도 9b에서는 제 1 및 제 2 마이크로폰(300,302)이 서로에 대해서 측방향으로 지그재그식으로 배열된다. 또한, 제 1 및 제 2 마이크로폰(300,302) 사이로 완충부(332)가 제공되어서, 도 9a의 완충부(322)에 의해 제공되는 것과 유사한 방식으로 소리의 음향학적 분리를 제공한다.
도 9c는 소음 감소 장치를 포함한 고출력 헤드폰 조립체(400)를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 헤드폰 조립체(400)는 헤드밴드(401), 좌측 덮개(403)와 좌측 쿠션(409)을 갖춘 좌측 케이스(402), 우측 덮개(405)와 우측 쿠션(410)을 갖춘 우측 케이스(404), 고출력 마이크로폰 조립체(413), 및 고출력 마이크로폰(440)을 포함한다. 고출력 마이크로폰 조립체(440)는 도 9a 및 도 9b와 관련하여 앞서 설명한 방식으로 배열된 제 1 및 제 2 마이크로폰(300,302)을 포함한다. 또한, 고출력 마이크로폰 조립체(440)는 상부 마이크로폰 케이스(406), 하부 마이크로폰 케이스(407), 제 1 및 제 2 마이크로폰(300,302), 그리고 풍향계(408)를 포함하고 있다. 도 9c는 출력 트랜스듀서(460)에 대해 상대적으로 배열된 센서 마이크로폰(450)과, 발포재 패드 등으로 구성될 수 있는 음향 필터(470)를 포함하고 있다. 바람직한 음향 필터(470)는 슬로-플로 발포재인데, 이는 도 23a 및 도 23b에 도시된 바와 같이 사용자의 귀와 스피커의 사이로 음향파 안내부를 형성하도록 사용된다. 부분적으로 센서 마이크로폰(450)을 덮고 있는 음향 필터(470)의 작용은 출력 트랜스듀서로부터 픽업 마이크로폰을 분리시키는 것이다. 픽업 마이크로폰(450)은 출력 트랜스듀서(460)와 동일한 평면에 놓이지는 않으나, 그러한 출력 트랜스듀서(460)의 평면 뒤로, 아래로, 접선 방향으로, 또는 인접하게 위치될 수가 있다. 센서 마이크로폰(450)에 인접하지 않은 음향 필터(470)의 부분은 출력 트랜스듀서(460)와 사용자의 귀 사이의 음향파 안내부(475)로서 작용한다. 음향파 안내부(475)는 조용한 지역이 형성되는 지점으로 도 24에 도시되어 있다. 음향파 안내부(475)는 스피커 효율을 증대시키도록 사용자의 귀를 출력 트랜스듀서와 연결시킨다. 이와같이 센서 마이크로폰(450)을 스피커의 평면 바깥쪽의 평면으로 배열함으로써 소음 신호와 소음 방지 신호 사이의 정확한 위상 일치를 위하여 조용한 지역으로 근접한 거리가 제공된다. 또한, 센서 마이크로폰(450)의 설치 및 배향은 스피커 음영역의 방향에 있어서 마이크로폰 감지 돌출 패턴을 최소화한다. 소음 감소 장치에 사용되는 센서 마이크로폰(450)은 모든 각도로부터의 소음을 수신가능한 전방향성 마이크로폰이다. 이와 같은 센서 마이크로폰의 특성은 헤드폰의 이어폰과 함께 마이크로폰을 위치시키는데 있어서 융통성을 제공한다.
도 9d는 고출력 헤드폰 조립체(400)의 측면도이다. 도시된 바와 같이, 좌측 케이스(402)는 회로판 조립체(412)를 포함하고 있고, 회로판 조립체(412)는 다음에 보다 상세히 설명되는 바와 같이 음향 신호를 처리하는데 사용되는 회로를 포함하고 있으며, 또한 좌측 케이스(402)가 외부 설비(도시 안됨)로 신호를 공급하는 케이블 조립체(411)를 갖추고 있다. 도 9E는 우측 케이스(404)의 측면도이다.
도 9f는 소음 감소 장치 내에 설치된 센서 마이크로폰의 또 다른 실시예를 도시한 것이다. 도 9f에서, 센서 마이크로폰은 출력 트랜스듀서(450)에는 인접하지만 이와 동일한 평면에 있을 필요는 없다. 음향파 안내부(475)는 스피커의 대부분을 덮고 있으며, 조용한 지역의 바깥쪽에 있는 마이크로폰(450)이 이러한 음향파 안내부(475)에 형성된다.
앞에서 설명한 바와 같이, 제 1 및 제 2 마이크로폰(300,302)은 거리(b) 내에 바람직하게 배열되어 있으며, 또한, 제 1 마이크로폰(300)는 소리와 배경 소음을 모두 수신하는 반면에 제 2 마이크로폰(302)는 주로 배경 소음 만을 수신한다. 이러한 배경 소음은 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 지역(304)으로부터 음압원으로서 시작된다. 즉, 도시된 바와 같이 이러한 지역(304)은 제 1 및 제 2 마이크로폰(300,302) 사이의 중앙 지점으로부터 거리(r) 만큼 위치되어서 이들 사이로 각도(θ)를 형성한다. 그 결과, 제 1 마이크로폰(300)과 지역(304) 사이의 거리는 약 [r-(b/2)(sinθ)] 정도이며, 지역(304)과 제 2 마이크로폰 사이의 거리는 약 [r+(b/2)(sinθ)] 정도이다.
도 8은 제 1 및 제 2 마이크로폰(300,302)에 의해 발생된 신호를 처리하는데 적합한 차등 증폭기(500)를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 이러한 차등 증폭기(500)는 증폭기(310)와, 증폭기(312)와, 그리고 합산 회로(314)를 포함한다. 제 1 마이크로폰(300)에 의해 발생되는 신호는 증폭기(310)로 공급되는데, 증폭기(310)는 이러한 신호에 대해서 일정한 게인을 제공하고 출력 신호로서 동일한 게인을 제공하기에 적합하다. 제 2 마이크로폰(302)에 의해 발생되는 신호는 증폭기(312)로 공급되는데, 증폭기(312)는 수신된 신호를 역전시켜서 합산 회로(314)의 제 2 입력 단자로 이를 공급하기에 적합하다. 합산 회로(314)는 수신된 신호들을 더해서 합산된 출력 신호(e(out))를 발생시킨다. 당연한 일이지만, 이와 같이 합산된 출력 신호(e(out))는 단지 사용자의 소리에만 상응하는 신호를 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 도 8의 제 1 마이크로폰(300)에 의해 발생된 신호를 보다 상세히 도시한 도면들이다. 즉, 도 10a는 그러한 차등 진폭기(500)의 제 1 배열을 도시한 것이고, 도 10b는 그러한 차등 진폭기의 제 2 배열을 도시한 것이다. 각각의 개략도를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 10a에 도시된 바와 같이, 제 1 마이크로폰(300)에 의해 발생된 신호는 입력 단자(600)로 공급되어서 캐패시터(C1)와 저항기(R)를 통해 증폭기 또는 오퍼 앰프(VIA)의 역전 입력부로 공급된다. 제 2 마이크로폰(302)에 의해서 발생된 신호는 입력 단자(602)로 공급된다. 이러한 입력 단자(602)는 접지된 전위차계(RA)와 연결되어 있다. 입력 단자(602)는 또한 캐패시터(C) 및 저항기(R1,R2)를 통해 오퍼 앰프(VIA)의 비역전 입력부에 연결된다. 이러한 오퍼 앰프는 차등 모드를 작동시켜서, 오프 앰프(VIA)의 입력부에 연결되어 있는 단자(606)에 출력 신호를 제공한다. 이와 같은 오퍼 앰프(VIA)로부터의 출력은 한쪽 단부가 접지된 전위차계(608)로 공급된다. 전위차계(608)는 캐패시터(C3)를 통해서 오퍼 앰프(VIA)의 비역전 입력부에 연결된다. 이러한 오퍼 앰프(VIA)의 출력은 트랜지스터(610)의 기부에 공급된다. 트랜지스터(610)의 에미터는 캐패시터(C4)를 통해 출력 단자(614)에 연결되어 있는 단자(612)와 연결된다. 합산 신호(e(out))가 이러한 단자(614)로부터 공급된다. 트랜지스터(610)의 집적기는 회로에 전압(V+)을 공급하는 전원(도시 안됨)과 연결되어 있는 단자(616)에 연결된다. 단자(616)는 직류 바이어스를 제공하기에 적합한 저항기(R3,R4)에 연결된다. 설명되지 않은 나머지 부재들은 도 10a에 도시된 바와 같다.
도 10a에 도시된 바와 같이 구성된 회로를 사용함으로써, 제 1 및 제 2 마이크로폰(300,302)에 대해 도시된 임피던스는 대칭적으로 균형을 이루어서 이들 주파수의 위상차를 최소화시킨다. 또한, 이러한 회로의 출력 신호는 비교적 낮은 임피던스를 갖는다.
도 10b는 도 8과 관련하여 앞에서 설명한 차등 증폭기(500)의 또 다른 회로를 도시한 것이다. 도 10b의 회로는 전원(도시 안됨)으로부터 저항기를 통해서 전력을 수용하기에 적합하다. 즉, 도 10b의 회로를 구동시키는 전력이 도 10a에 도시된 바와 같이 영의 출력 저항을 갖는 전원으로부터 공급되는 것과는 다르게 일정한 출력 저항(R)을 갖는 전원으로부터 공급되는 것이다. 다시 말해서, 도 10b에 도시된 바와 같은 회로는 도 10a에 도시된 것과 대체로 동일하므로 이에 대해서 더 이상 설명하지는 않겠다.
도 11은 도 10a 또는 도 10b에 도시된 회로 대신에 사용될 수 있는 위상 역전 회로를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 이러한 회로(700)는 제 1 및 제 2 마이크로폰(300,302), 크기 조절 전위차계(RA), 저항기(R1,R3), 그리고 도 11에 도시된 바와 같이 연결된 캐패시터(C)를 포함한다. 제 1 및 제 2 마이크로폰(300,302)은 각각 영역 효과 트랜지스터(FET)를 포함하며, 이러한 영역 효과 트랜지스터의 드레인은 양(+)으로 고려되고 소오스는 음(-)으로 고려될 수가 있다. 이러한 드레인과 소오스의 위상차는 약 180도 이다. 예를 들어서, 드레인이 180도의 위상을 갖는다면, 소오스는 0도의 위상을 갖는다. 그 결과, 제 1 및 제 2 마이크로폰(300,302)이 각각 2개의 단자, 즉 양(+)의 단자와 음(-)의 단자를 갖는다. 도 11의 회로에서, 제 1 및 제 2 마이크로폰의 양(+)의 단자는 상부 단자로 구성될 수 있으며, 음(-)의 단자는 하부 단자로 구성될 수가 있다. 더욱이, 크기 조절 전위차계(RA)가 그 초기 단계에서 조절될 수도 있고, 또는 도 9C의 고출력 헤드폰 조립체(400)의 작동자에 의해 조절될 수도 있다. 동일한 압력을 갖는 음향음이 제 1 및 제 2 마이크로폰(300,302)에 의해 수신될 경우에는, 출력 신호(e(out))가 영이 된다.
도 12는 도 11의 위상 역전 회로(700) 대신에 사용될 수 있는 회로(800)를 도시한 것이다. 이 회로(800)에서, 마이크로폰(300,302)은 서로 마주하게 부하를 받는다. 그 결과, 제 1 및 제 2 마이크로폰이 동일한 압력을 갖는 음향음을 수신하는 것과 같이 출력이 함께 합산될 경우에, 출력 신호(e(out))는 거의 영이 된다. 회로(800)의 나머지 부분은 도 11의 회로(700)와 유사하며, 이에 대해서는 더 이상 설명하지 않기로 한다.
따라서, 도 10a, 도 10b, 도 11, 또는 도 12에 도시된 어떠한 회로도 본 발명에 사용될 수가 있다. 이들 회로는 전기식 마이크로폰으로 구성될 수 있는 제 1 및 제 2 마이크로폰(300,302) 상에 보상 처리를 수행할 수가 있다. 또한, 이들 회로는 인쇄회로판(412) 상에 포함될 수 있는데, 이러한 인쇄회로판(Printed circuit board)은 헤드폰 조립체(400) 상으로 예를 들어서도 9D에 도시된 바와 같이 설치될 수가 있다. 이와는 다르게, 이러한 인쇄회로판이 헤드폰 조립체(400)의 다른 위치에 설치될 수도 있고, 또는 헤드폰 조립체(400)로부터 제거된 장치 상으로 설치될 수도 있다.
따라서, 본 발명은 조립체, 특히 배경 소음을 감소시키거나 제거시키기에 적합한 고출력 헤드폰 조립체를 제공한다. 본 발명의 장치는 2 극으로 작용하는 제 1 및 제 2 마이크로폰을 사용할 수가 있는데, 이는 제조업자에 의해 일치될 수도 있고 또는 제조후의 시험에 의해서 일치될 수도 있으며, 또한 예측가능한 작동 범위에 걸쳐서 대체로 편평한 주파수 응답을 갖는다. 또한, 이러한 제 1 및 제 2 마이크로폰은 바람직하게 각각의 압력 감지면이 서로 180도의 각도를 이루도록 배열되고, 앞서 설명한 방식으로 서로에 대해서 근접하게 위치하도록 배열된다. 제 1 및 제 2 마이크로폰을 이와 같이 배열함으로써 이들 마이크로폰 사이의 거리 보다 휠씬 큰 거리에 위치된 음원으로부터 시작되는 음(특히, 배경 소음)은 이러한 음원으로부터의 음을 이들 마이크로폰에 의해서 동시에 수신되게 한다. 그 결과, 이들 사이의 어떠한 큰 위상차도 발생하지 않는다. 더욱이, 본 발명은 소음 제거의 크기가 본 발명의 고출력 헤드폰 조립체의 제조 중에 또는 이러한 조립체를 사용하는 사용자에 의해서 조절될 수 있게 한다.
예를 들어서 도 7a 내지 도 13b에 도시된 고출력 마이크로폰은 협역 및 광역에서의 전방향성 마이크로폰의 방향 패턴 및 마이크로폰의 압력감지면의 올바른 설치를 제공하는 원리에 근거될 수가 있다. 도 9a 와 도9b에 도시된 마이크로폰의 형상은 S/N 증가에 있어서의 결정 인자이다. 이들 도면의 실험은, 서로 180도의 기계적 각도를 이루며 바람직하게 설치되어 있고, 협역에서 음성 마이크로폰과 소음 마이크로폰이 되는 신호의 최적의 분리를 제공한다는 것을 보여준다. 이러한 분리는 S/N 비율에서 신호를 결정하는 주성분이다. 근본적으로, 광역의 신호를 얻기 위해서는 소정의 지점에서 모든 단순한 음원으로부터 그러한 지점으로 도달하는 음압을 벡터적으로 부가시킬 필요가 있다. 이러한 분석의 기본 요소는 소위 이중음 수신기가 무엇인가 라는 점이다.
이러한 기하학적 상황이 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있다. 여기서, 2개의 수신 마이크로폰(300,302)으로부터 압역(P)이 시작되는 지점(A)까지의 거리(r)가 2개의 마이크로폰(300,302) 사이의 분리(b) 보다 크다고 가정한다. 2 중으로 수신되는 지점(A)으로부터 구형 음파가 마이크로폰(300)에 대해서는 거리(r-b/2.sim θ)에서 이동하고, 마이크로폰(302)에 대해서는 거리(r+b/2.simθ)의 거리 에서 이동한다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 r 》b 인 경우에, 구형 음파에 의해 이동되는 거리는 r 이며, 각각의 수신되는 마이크로폰의 출력은 동일하다. 2개의 마이크로폰(300,302)의 합산된 출력은 도 8에 도시된 바와 같이 영이며, 그와 관련된 스케일 인자는 동일하다. 각각의 관련된 스케일 인자가 동일하지 않다면, 임의의 압력의 위상 및 진폭이 도 8에 도시된 바와 같이 e(out)이 된다. 진폭 조절은 전기적으로 제공되고 수행될 수 있으나, 위상 조절은 모든 주파수에서 필요한 것은 아니다. 위상 조절의 조건이 필요하지 않은 것은 마이크로폰의 제조에 있어서 반복성이 고유하기 때문이며, 이는 주파수에 의해 궤도 위상의 출력을 제공한다. 이러한 방법은 본 발명의 방향성 마이크로폰의 기본인 진폭 및 위상 마이크로폰 돌출 구조로서 설명된다. 이들 마이크로폰은 다른 방향 보다 바람직한 임의의 방향으로 음을 수용할 수가 있다.
바로 전에 설명된 마이크로폰은 이중 음원으로 구성되어 있고 2극의 이론과 유사하다. 또한, 마이크로폰 사이의 간격(b)이 임의의 거리(r)에서의 파장(λ)에 비해 작을 때(b《r), 2개의 마이크로폰이 필히 합체되고, 임의의 각도(φ)에서의 출력은 임의의 주파수에서 일치되는 스케일 인자(크기/인자)에 대하여 영이 될 것이다. 더욱이, 임의의 각도(θ)에서의 출력이 소정의 돌출 강도 출력에 대해 전기적으로 크기 및 위상이 정해진다. 거리(b)가 거리(r) 보다 휠씬 작지 않을 경우에는, 입력 음파에 대한 2개의 마이크로폰 사이의 위상 관계는,
φ = 360bf/V (1).
여기서, b = 센서 마이크로폰과 소음 마이크로폰 사이의 간격.
f = 주파수(hz).
V = 음속(in/sec).
φ = 특정 주파수에서의 위상 이동.
식(1)에서 알 수 있는 바와 같이, 이러한 위상 관계는 소음 제거 마이크로폰의 협역 및 광역의 교차에 대한 이론적인 한계이다. 일정한 거리(b)에서의 주파수 변화에 따라 위상이 변화하는데, 즉 φ = 90도에서 어떠한 제거도 없다. 이러한 위상 변화는 음향 필터가 없는 경우에 제거의 대역에서 발생하는 인자가 될 수 있다.
도 7a 내지 도 13b의 본 발명의 실시예는 소음 제거에 대한 광역 패턴상에서 사용될 수가 있다. 거리(b)의 효과의 감소는 음향 설계의 사용에 의해 수행되는데, 이러한 설계는 도 9a 에서는 거리(b)를 최소화시키거나 감소시키는 경향이 있으며, 도 9b 에서는 탐침의 두께를 감소시키도록 변형된다. 이들 음향 설계는 거리(b)와 거리(r) 사이의 관계(즉, b《r)를 사용한다.
협역 응답은 도 14에 도시된 바와 같이 저역 필터(916)를 포함하는 것과 같이 바람직한 하나의 전기 회로 필터이며, 단지 음성대역 주파수 e(out)= (mic1-mic2)k/s+w 가 출력에 존재하고 실질적인 구속 이내에서 b 와 λ에 대한 제한을 유지한다.
부재의 수가 증가되고, 도 15에 도시된 바와 같이 일련의 마이크로폰이 사용된다면, 제거 및 보강에 대한 돌출 패턴은 측면 돌출부(θ = 90도, θ = 270도)이고, θ = 0도 와 θ = 180도에서 돌출 패턴은 증가되며, 선형 배열에서의 부재의 수가 증가한다면 θ = 0도 내지 θ = 180도에서 돌출 패턴은 보다 예리해진다. 도 15는 분석을 용이하게 하기 위해서, X 축선을 따라 일정한 간격으로 마이크로폰(922)이 배열되어 있지만 이러한 간격이 일정할 필요는 없다. 중간쌍의 부재(M2,M3)가 거리(b) 만큼 간격을 두고 있으며, 바깥쪽 쌍의 부재(M1,MN)은 거리(d) 만큼 간격을 두고 있다. 음압이 마이크로폰에 가해지면 싸인 파형이 발생되고, 일련의 부재 또는 마이크로폰에 대해서 부수적으로 된다. 음파의 전파 방향은 부재(M2,M3)사이의 동일한 지점(918)에서 교차하는 X 축선과 각도(θ)를 발생시킨다. 음파의 진폭(도시 안됨)은 이러한 지점에서 순간적인 음의 진폭(도시 안됨)의 측정치이다. 거리(d)는 제 1 마이크로폰과 n 번째 마이크로폰 사이의 선형 거리이다. 이는 동일한 마이크로폰에 근거한 것이며, 또한 r 이 b 보다 휠씬 크지 않을 때 적절한 전기 필터를 사용한다는 것에 근거하며, 이러한 전기 필터는 마이크로폰의 2극을 돌출 구조에 대해서 수학적으로 조작되게 한다. 이러한 돌출 구조의 개념은 종래 기술에 널리 공지된 것이다.
이러한 배열이 수신 돌출부를 θ = 0도 및 θ = 180도로 조절하도록 사용된 후에, 180도 돌출부는 도 16A에 도시된 바와 같이 반경(a/2)을 갖는 원통으로 선형 배열을 위치시킴으로써 크게 감쇄되며, a의 크기는 어떠한 큰 파형의 발생을 방지하기 위해서 내부 흡음 패드(905)에 의해 물리적으로 밀봉된 180도 측면을 갖는 음의 입력이다. 2극 작용을 음향 신호가 θ = 90도 및 θ = 270도가 되게 하기 위해서, 슬롯 또는 구멍은 마이크로폰 배열 원리의 축선에 평행한 평면으로 부가된다.
여기서, 일련의 단부 마이크로폰, 즉 도 16A의 1+n 이 원통형 완충부(905)의 축선을 따라서 선형 거리(d)에 의해 이동된다. 이러한 거리는 충분히 크지 않기
때문에, 마이크로폰은 독립적이고 θ = 0도인 축선을 따라서 음의 개선이 보다 현저해져서 방향성을 증가시킨다.
도 16b는 도 8 과 유사한데, 차등 진폭기가 마이크로폰(900)으로부터 n번째 마이크로폰으로 발생되는 일련의 선형 신호를 합산 회로(914)로 입력되는 출력에 의하여 증폭기(910)로 처리하기에 적합한데, 출력 신호가 도 7a 내지 도 13b에 도시된 바와 같은 회로에 사용되는 최종 합산 증폭기로 전달된다. 이러한 출력 신호는 사용자로부터의 소리에만 상응한다.
도 10a 및 도 10b에서는, 회로가 도 1 내지 도 5와 관련하여 앞에서 설명된 전화기 실시예에 사용된 회로와 유사하다. 이러한 회로(U1A)가 제거에 사용되고 회로(U1B)는 출력 인터페이스에 대해서 사용된다. 위상 역전 회로는 도 11에 도시된 바와 같다. 이러한 회로는 마이크로폰이 일치된 부분(제조에 의해서)이라면 마이크로폰(1,2)에서 동일한 음의 신호와 위상이 다른 180도의 2개의 신호를 지점(A,B)에 제공한다. 이러한 출력은 캐패시터(C)와 관련하여 RA의 조절에 의해 소정의 주파수에서 일치하는 진폭에 대하여 조절될 수가 있다. eout에서의 신호는 마이크로폰이 앞서 설명한 적절한 기계적 환경에 놓여질 때의 소음이 제거된 출력이다.
도 11의 회로의 분석은 다음의 정보를 제공하도록 도시되어 있다. 지점(A)에서의 출력은 마이크로폰(바람직하게,전기식)내에서 내부 FET 의 소오스에 있으며, 그 출력은 입력 압력 신호와 0도의 각도를 이루며, 반면에 지점(B)에서의 출력은 전기식 마이크로폰 내에 포함된 내부 FET 의 드레인으로부터 있으며, 그 출력은 입력 신호와 180도의 각도를 이루고 있다. 이들 2개의 광역 신호가 전압 모드에서 함께 합산되는 경우에, 참조 주파수에서 전위차계(RA)에 의해 진폭이 조절된다면 출력은 영이며, 진폭 응답은 주파수 스펙트럼을 가로질러 편평하다.
도 12의 회로에서는, 서로 마주하게 배열된 마이크로폰이 2개의 마이크로폰(1,2)에서의 동일한 음의 신호와 180도의 위상을 이루고 있는 지점(A,B)에서의 2개의 신호를 제공한다. 이러한 위상 역전은 전기식 마이크로폰 콘덴서 판의 제조 중에 마주하게 부하되게 함으로써 수행된다.
다른 모든 특성은 위상 역전 회로에 대해 앞서 언급한 바와 같다. 도 11 및 도 12에 도시된 유형의 회로들은 오퍼 앰프를 사용할 필요가 없이 전기적으로 제거시킨다.
또한, 본 발명의 고출력 마이크로폰 장치는 마이크로폰의 압력면의 위치, 바람직하게 고출력 마이크로폰의 경우 180도의 위치에 의해 임의로 형성되지만, 모든 각도에서 도 10a 내지 도 10에서 정의된 제거 장치로 인하여 발생한다. 실제로, 마이크로폰 압력면이 서로에 대해 0도를 이룬다면, 전체적인 제거는 이론적으로는 제공될 수 없으나 어떠한 청각 신호도 결코 전달될 수가 없다. 이러한 본 발명의 장치는 협역 및 광역에서의 마이크로폰의 방향성 패턴, 그러한 마이크로폰의 압력감지면의 배향, 및 제거의 전기적인 처리에 달려 있다.
소음 제거에 사용될 수 있는 전형적인 회로가 도 10a 내지 도 12에 도시되어 있다.
본 발명의 고출력 마이크로폰 헤드폰 장치(예를 들면, 도 7a 내지 도 13b 참조)는 컴퓨터 음성 인식을 제공한다. 고출력 마이크로폰 헤드폰은 바람직하지 않은 배경 소음의 우수한 제거 및 우수한 음성 응답을 제공한다. 고출력 마이크로폰
헤드폰은 모든 음성 블래스터 오디오 카드에 적합하게 구성될 수가 있다. 모든 다른 오디오 카드 인터페이스도 용이하게 사용될 수가 있다.
고도의 음성 인식 소프트웨어의 말단에 연결된 본 발명의 고출력 마이크로폰 헤드폰(예를 들면, 도 7a 내지 도 13b 참조)는 음성에 의한 컴퓨터 제어를 신뢰성 있게 진행시키며, 사용자의 수준을 키이 보드 및 마우스와 동일하게 해준다. 본 발명에 따르면, 음성 인식이 조용히 폐쇄된 도어 오피스로 한정되지 않으며, 호텔 로비나 병원의 응급실 또는 제조 공장이나 시끄러운 사무실 지역과 같이 실제의 시끄러운 환경에서도 사용될 수가 있따. 따라서, 고출력 마이크로폰 헤드폰은 컴퓨터, 전화기, 또는 실제 생활에 사용되는 다른 장치들과 접속될 수 있고, 고출력 마이크로폰(헤드폰이 없는)은 다양한 음성 인식 분야에서 사용될 수가 있다.
본 발명의 고출력 마이크로폰 헤드폰은 음원으로 부터의 거리에 민감하게 설계된다. 마이크로폰으로부터 수 인치 이상 떨어진 임의의 음의 영역은 30dB (3200%) 정도가 제거된다.
본 발명의 고출력 마이크로폰 헤드폰은 바람직하게 3.5 인치의 소형 플러그(도시 안됨)로 종결되는 3m 케이블에 연결된다. 이를 음성 카드에 연결시키기 위해서, 사용자는 단지 소형 플러그를 음성 카드(도시 안됨)의 마이크로폰 입력 잭 안으로 삽입하기만 하면된다. 그리고나서, 본 발명의 고출력 마이크로폰 헤드폰은 사용자에게 위치된다. 바람직하게, 헤드폰은 신뢰성 있는 음성 인식에 대한 적절한 위치로 마이크로폰을 위치시키는 2가지 특징을 갖는데, 즉 (1) 좌우측의 조절가능한 템플 패드, 및 (2) 조절가능한 유연한 고출력이다. 유연한 고출력의 말단부에 있는 마이크로폰은 바람직하게 직접 입과 마주하게 조절되어야 하는 마이크로폰의 음성 측면을 나타내는 흰색 혹은 다른 색의 코드화된 점을 갖추고 있다. 본 발명의 장치로 적절하게 인접한 대화를 하는 것은 정확한 작동을 위해 바람직하다. 바람직하게, 입으로부터 마이크로폰 까지의 거리는 ¼ 내지 ¾ 인치의 범위, 바람직하게 약 ½ 인치 이하이다.
음성 블래스터와 함께 사용하는 것과 관련하여, 소음 감소 장치에 본 발명을 사용하기 전에 음성 카드 상에 무능화용 자동 게인 제어(AGC)를 제공하는 것이 중요하다. AGC 가 온 상태에 있을 때, 사용자가 말을 하지 않으면 자동으로 입력 청각을 튜닝시킴으로써 마이크로폰의 소음 제거 특성은 실패한다. 이러한 AGC 는 발생 믹서 표시를 하고 기록 설정--- 하에 AGC 소프트웨어 제어를 수행함으로써 음성 블래스터 상에 AGC 가 무능화될 수 있다. 본 발명의 마이크로폰 헤드폰의 실험은 발생 랩 웨이브 스튜디오 프로그램의 기록 및 플레이백 특성을 사용함으로써 용이하게 수행될 수가 있다.
도 13a 및 도 13b 는 도 13a의 헤드폰 실시예에서 고출력 마이크로폰의 소음 제거 곡선인데, 상부 라인은 협역 응답 및 도 13a를 나타내며, 하부 라인은 광역 응답을 나타낸다. 도 13b에서, 상부 라인은 폐쇄 대화 응답을 나타내며 하부 라인은 배경 소음 응답을 나타낸다. 본 발명의 고출력 헤드폰의 실시예에 대한 전형적인 세부 사항은 다음과 같다.
주파수 응답 : 20㎐ 내지 10㎑
출력 임피던스 : 낮은 임피던스 (560 오옴 구동 가능)
감도 : -47 ㏈ ± 2㏈ (0 ㏈ = 1 V/㎩, 1㎑, 5V)
작동 전압 : 2V 내지 10V
전류 : 1mA (전원 5V)
전기적 S/N : 60 ㏈ (최소)
소음 제거 : 도 13B 참조
케이블 유형 : 비 접착식, 차폐식
케이블 길이 : 3000 ± 50㎜
플러그 유형 : 3.5㎜ 스테레오 소형
중량 : 숫형 56g (케이블 없음).
대화 인식도의 이해 (AI 및 ANSI S 3.5-1969)를 사용하여, 본 발명의 고출력 마이크로폰 헤드폰과 표준식 (종래 기술의) 동적 소음 제거 마이크로폰이 시험되었으며 그 결과는 다음과 같다.
AT 와 ANST S 3.5-1969를 사용한 대화 인식의 이해는 본 발명에 대한 93%의 정확도와 표준식 동적 소음 제거 마이크로폰에 대한 45% 만의 정확도를 보여준다. 이러한 데이터의 비교는 본 발명에 의해 약 8:1 의 실패 비율의 감소(즉, 표준식 동적 마이크로폰의 AI 45% 와 본 발명에 의한 소음 제거 AI 93%)를 반영한 것이다. 더욱이, 이러한 비교가 50 싸이클 이하로 작동되게 교정된 경우에는 추가의 AI 가 예상된다. 이러한 AI 가 계산의 비교는 100 단어당 본 발명이 7 단어의 실수를 발생한데 반하여 표준식 동적 마이크로폰의 55 단어의 실수를 발생시켰음을 보여준다. 이와 같은 모든 데이터와 계산은 안드리아 일렉트로닉스 코포레이션(Andrea Electronics Corporation)에서 수행된 것이다. 이들 장치는 동일한 조건하에 안드리아 일레트로닉스 코포레이션에서 수행되었다.
도 17a 는 임의의 유형의 마이크로폰 장치에 사용된 표준식 온라인 전력으로부터 신호 또는 출력 공급 입력을 출력시키기 위한 3단자 회로 구성을 갖는 종래 기술의 증폭기 및 마이크로폰(1004)의 블록 선도인데, 이는 전화기 헤드폰 등에 연결된 증폭기(1004)를 포함한다. 이러한 3단자 구성은 전력 입력 단자(1001), 전압 출력 단자(1005), 및 접지 단자(1003)를 포함한다. 신호처리 회로의 단순성을 감소시키기 위한 시도로서, 도 17b의 블록 선도는 2단자 마이크로폰을 갖춘 본 발명의 마이크로폰 및 증폭기의 구성을 보여주고 있다. 단자(1005)는 전원으로부터 수용된 직류 신호인 전력 입력(1001)을 레지스터(1006)를 통해 수용하고 동일한 단자(1005)상의 교류 신호인 청각 출력을 전달하기에 적합하며, 단자(1003)는 접지되어 있다. 따라서, 단자(1005)에서 직류 전력은 앞서 설명한 바와 같이 소음 제거 장치에 대해 공급되며, 마이크로폰(1004)에 의해 발생된 청각 신호가 일치된다. 이러한 지점(1015)은 도 18에 도시된 바와 같이 트랜지스터(1050)의 집적기이다.
도 18은 제 1 및 제 2 마이크로폰(12,14)으로부터 제공되는 처리 신호에 대한 기본 회로를 도시한 것으로서, 작동성 증폭기(1070)로부터 출력된 마이크로폰 신호(1060)에 의해 발생되는 청각 신호 출력(1015)과 저항기(1005)를 통해서 단자(1020)에 입력되는 직류 전력을 제공하는데, 이들 신호와 전력은 동일한 단자 상에 일치된다. 즉, 동일한 단자(1015) 상에서 청각 신호는 출력되고 직류 전류는 공급된다. 직류와 교류를 지점(1035)에서 분리시키는 방법이 바람직한데, 이는 바람직하게 캐패시터(1040)와 연결된 저항기(1030)이다. 지점(1035)에서 얻어지는 직류는 마이크로폰(1060) 뿐만 아니라 작동성 증폭기(1070)를 작동시키는데 사용되며, 지점(1015)에서 청각 신호를 출력시키도록 단자가 사용된다. 이러한 지점(1015)에서, 청각 신호는 트랜지스터(1050)의 집적기로부터 전달되며, 교류 신호는 캐패시터(1040)와 연결된 저항기(R)에 의하여 직류 신호로부터 분리된다. 캐패시터(C)와 연결된 이러한 저항기(R)는 교류(청각)와 직류(전력 분리)를 제공하는 저역 필터를 발생시키는데, 이러한 저역 필터가 직류로부터 교류를 제거시킨다. 지점(1015)에서의 교류와 직류 신호는 교류만이 허용되는 지점(1035)에서 분리되는데, 이러한 지점(1035)에서는 저항기(1030)와 캐패시터(1040)의 배열에 의한 필터 작용 때문이다. 지점(1015)에서의 청각 출력은 마이크로폰(1060)의 교류 신호에 의해 발생된다. 이러한 분리는 필요한 마이크로폰 제거로 인해 본 발명의 작동에 대한 바람직한 수단이다. 지점(1015)에서, 입력으로 부터의 교류 신호와 직류 전력은 저항기(1030)로 전달된다. 그리고나서, 교류 신호는 캐패시터(1040)와 연결된 저항기(1030)에 의해서 제거되며, 직류는 회로(1070)를 작동시키는데 사용된다. 교류 신호인 청력 신호는 지점(1015)에서 출력 신호로서 전달된다.
도 19는 전력 공급(2020)이 저항기(2005)를 통해서 입력되고 직류 신호가 동일한 와이어 리드부(2015) 상에 전달되는 2개의 와이어 마이크로폰의 다른 실시예를 도시한 것이다. 그러므로, 트랜지스터(2050)의 집적기에 의해 출력되는 청각 교류 신호가 지점(2015)에서 동일한 단자의 직류 신호에 중첩되며, 결합 신호가 저항기(2030)에 공급된다. 그리고나서, 교류 성분은 캐패시터 회로(2040)와 연결된 저항기(2030)에 의해 제거되며, 나머지 직류 신호가 작동성 증폭기(2070)를 포함한
회로(2055)에 전력을 공급하는데 사용된다. 지점(2015)으로 전달되는 청각 출력 신호는 2개의 마이크로폰(2060)에 의해서 출력되는 교류 신호에 의해 발생되는데, 이러한 신호는 회로(2055) 및 종래 기술에 널리 공지된 바와 같이 지점(2015)에서 동일한 단자에 출력되는 작동성 증폭기(2070)를 통하여 처리된다. 이와같은 2개의 와이 마이크로폰 회로는 도 17a에 도시된 바와 같이 입력단자, 출력단자, 및 접지단자를 포함하고 있는 종래 기술의 3개의 와이어 마이크로폰 회로 보다 휠씬 간단하다. 더욱이, 2개의 와이어 마이크로폰 회로가 도 14 내지 도 16에 도시된 바와 같이 광역의 방향성 마이크로폰에 사용된다.
도 20은 2개의 와이어 마이크로폰 회로를 사용한 도 19의 또 다른 실시예로서, 동일한 단자(3015)에 전달되는 청각 신호 출력 및 전력 입력을 갖는다. 트랜지스터(3050)의 집적기에 의해 발생되는 교류 신호는 직류 전류 신호로서 동일한 단자(3015)에서 출력되는데, 이는 저항기(3005)를 통해 공급된 전원(3020)에 의해 발생된 것이다. 그러므로, 교류 신호가 지점(3015)에서 입력 직류 신호 상에 중첩되고, 결합된 (교류 및 직류) 신호가 저항기(3030)로 전달된다. 결합된 교류와 직류 신호의 교류 성분은 저항기(3030)에 연결된 캐패시터 회로(3040)에의해 제거되며, 나머지 직류 신호는 나머지 회로(3055) 및 작동성 증폭기(3070)를 구동시키는데 사용되는데, 이러한 회로(3055)는 본 발명의 기술 분야의 당업자들에게는 명백한 것이다.
도 19와 도 20에서 참조 부호가 없는 각각의 회로 성분은 도시된 바와 같이 연결되어 있으며, 이는 본 발명을 이해하는데 필수적인 사항도 아니고 종래 기술에 그러한 연결 및 크기가 널리 공지되어 있기 때문에, 이에 대해서는 더 이상의 설명을 생략하기로 한다.
도 21은 종래 기술의 소음 감소 장치에 포함된 폐쇄 루프식 시스템을 도시한 것이다. 이에 대한 방정식은,
P = S (H1H2+H2)/(1+BH1H2)+(1/1+BH1H2)N
이며, 여기서 P 는 청각 음압, S 는 청각 신호, H1은 고역 필터, H2는 헤드폰의 스피커, S 는 가변 게인 및 위상 제어, 그리고 N 은 픽업 마이크로폰의 소음이다. N 소음 성분(1210)은 P 압력 출력(1200)에서 영인데, 이는 매우 넓은 전달 게인(1+BH1H2) 때문이다. 전기 신호로서 입력되는 바람직한 S 청각 신호(1220)가 제거되지 못하도록, 2개의 합성 노드(1230,1240)가 합쳐진다. 청각 신호(1220)가 2개의 합성 노드(1230,1240)으로 입력되어서, 사용자의 귀로 전달되는 신호를 발생시킨다. 첫 번째 합성 노드(1230)는 바람직한 입력 청각 신호에 음의 피드백 신호를 부가시킨다. 그러나, 마이크로폰으로부터의 피드백 신호는 바람직한 청각 신호 뿐만아니라 주위 소음 신호도 포함하며, 이러한 소음 신호는 다음에 제거되는 것이다. 피드백 신호가 바람직한 입력 청각 신호(1220)로부터 제거되어서, 어떠한 청각 신호도 포함되지 않은 소음 방지 신호(1250)를 형성시킨다. 제 2 합성 노드(1240)가 제 1 청각 신호(1220)를 루프에 부가하여서 스피커로 전달한다.
도 22는 방정식 P = AH2-(N+D)BH1H2+N1으로 지배되는 본 발명의 소음 감소 장치에 관한 것이다. 이러한 방정식에서, P 는 음압(1330), A 는 표준 청각 전달(1340), H2는 헤드폰의 스피커(1370), N 은 픽업 마이크로폰의 소음(1315), D 는
저주파 교란(1320), B 는 가변 게인 및 위상 제어기 또는 보상부(1350), H1은 고역필터(1380), 그리고 N1은 사용자의 귀의 조용한 지역에서의 소음(1390)을 각각 나타낸다. 이러한 소음 감소 장치는 다음과 같은 성분을 갖춘 개방 루프식 회로로 이루어져 있는데, 즉 청각 신호(1340)와, 소음(1315)을 검출하고 제거할 수 있는 센서 마이크로폰(1310), 사용자의 귀 근처에 위치된 출력 트랜스듀서(1370), 소음 방지 진폭(1315)을 조절하기 위한 가변식 게인 및 위상 제어기(1350), 소음 방지 신호와 청각 신호(1340)를 합산하기 위한 합산 노드(1360), 그리고 출력 트랜스듀서에 도달하는 기계적 진동 유발 주파수 교란 성분(1320)을 방지하기 위한 고역 필터(1380)를 포함한다. 이러한 장치는 센서 또는 픽업 마이크로폰에의해 주위 소음(1315)을 검출하고 주위 소음을 제거하기 위한 음향 신호를 발생시키도록 전기음향 처리를 가한다. 이러한 장치는 사용자의 귀를 통해 들리는 바람직한 신호로서 소리를 나타내는 신호를 제공하도록 모든 소음을 제거시키는데 사용될 수 있다.
도 22에 도시된 소음 감소 장치는 공간상의 특정 지점에서 소음을 제거시키는데, 이는 그러한 소음을 센서 마이크로폰(1310)에 의해서 감지한 후에 입력 소음(N1)의 신호(1315)와 180도의 위상을 갖는 동일한 크기의 소음 방지 신호를 발생시킴으로써 수행된다. 또한, 소음 신호(1315)와 180도의 위상을 갖는 동일한 크기의 소음 방지 신호를 발생시키도록 가변 게인 및 위상 제어기(1350)를 조절한 후에, 소음 방지 및 청각신호를 발생시키도록 하나의 합산 노드(1350)에서 입력된 청각신호(1300) 및 소음 방지 신호를 합산함으로써, 입력 청각신호(1300)가 마이크로폰 신호로 유발되는 기계적 진동에 의해 저하되는 일이 없이 주위 소음이 감쇄된다.
본 발명의 가변 게인 및 위상 제어기 또는 보상기(1350)는 감지가능한 소리를 전달하기 위해서 마이크로폰 수단을 갖는 이어폰을 갖추고 있는 다른 통신 장치 또는 헤드폰의 출력 스피커에 대해서 센서 마이크로폰을 동조시키거나 균형을 이루게 한다. 제어기 또는 보상기는 픽업 마이크로폰(1310)으로부터 검출된 소음신호의 주파수 응답의 게인 및 위상이 균형을 이루도록 하여서, 공간 상의 소정의 지점에서 소음 성분 신호의 게인 및 위상을 일치시킨다. 때때로, 소음 신호의 위상 성분이 출력 트랜스듀서에 대한 마이크로폰의 근접으로 인하여 비교적 편평하지만, 주파수 응답은 출력 트랜스듀서에 대해 선형이다. 소음 감소 장치의 헤드폰의 출력 트랜스듀서에 게인 및 위상 마이크로폰과 신호를 독립적으로 보상함으로써, 이어폰에서의 게인 및 위상과 일치시키도록 이론적인 영의 값이 공간상의 지점 또는 조용한 지역에서 발생된다. 근본적으로, 주위 소음 신호가 역전되는데, 이는 공간상의 소정의 지점, 즉 조용한 지역에 위치한 소음 성분을 제거되도록 게인 및 위상을 조절함으로써 이루어진다. 본 발명의 게인 위상 제어기 또는 보상기는 임의의 통신 시스템, 즉 비행제어 시스템, 컴퓨터 인터페이스, 전화망 등에 갖춘 헤드폰을 사용하는 것에 융통성을 제공하는데, 이러한 헤드폰은 임의의 통신 시스템에 사용하기에 매우 용이하게 적용될 수 있다.
따라서, 바람직한 청각 입력 신호(1340)가 배경 소음의 교란 없이 이어폰의 출력 트랜스듀서로 전달된다. 사용자의 귀로 전달되는 출력 청각 신호는 헤드폰 등에 처음 입력된 바람직한 청각 전달로서 공식 P = AH2이다. 개방 루프식 회로의 복잡성이 감소됨으로써 모든 유형의 소음, 즉 다발적이거나, 반복적이거나, 또는 일시적인 소음이 모두 제거될 수 있다.
도 22에 도시된 소음 제거 장치(1300)는 폐쇄 루프식 전기 피드백 보상을 사용치 않는 개방 루프식 시스템의 특징을 갖는다. 도 22의 시스템은 가변 게인 및 위상 제어기(1350)의 변수를 조절하는 방법 및 감지 마이크로폰의 올바른 음향 필터링에 의해서 스피커를 구동시킬 수가 있다. 바람직한 음향 필터링은 특수하게 선택된 발포재를 사용하는데, 가장 바람직한 것은 도 23b에 도시된 바와 같은 슬로-플로 발포재이다. 스피커 및 발포재에 대한 픽업 마이크로폰(1310)의 위치 선정은 헤드폰 스피커(1370) 또는 임의의 다른 적절한 스피커와 사용자의 귀 사이로 도 23a에 도시된 바와 같은 음향파 안내부를 형성시킨다. 이러한 마이크로폰의 위치 선정은 바람직한 청각 신호를 사용자의 귀의 통로와 연결시키고, 픽업 마이크로폰(1310)에 의해 검출된 소음으로부터 발생되는 임의의 청각 신호를 분리시킨다. 픽업 마이크로폰(1310)은 바람직하게 스피커의 평면 및 음향파 안내부의 외부에 위치되지만, 도 24에 도시된 바와 같이 조용한 지역이 발생되는 지점에서 사용자의 귀의 통로에 인접한 거리를 갖는다. 도 24의 조용한 지역은 스피커의 후방에 위치되는 음향파 안내부에 위치한 소음 방지 신호와 마이크로폰에 의해 감지된 소음 신호 사이의 위상 일치를 유지시킨다. 본 발명은 마이크로폰 및 스피커가 필히 동일한 평면에 놓여지는 구조에 관한 것이 아니다. 이는 동일한 평면에 놓여질 수도 있으나, 반드시 동일한 평면으로 놓여질 필요는 없다. 대신에, 본 발명의 소음 감소 장치는 스피커와 사용자의 귀 사이의 음향 필터를 사용하여 음향파 안내부를 발생시키는 것에 관계되는데, 이는 픽업 마이크로폰(1310)에 의해 검출되는 제거될 임의의 소음으로부터 어떠한 교란도 없이 사용자의 귀로 청각 입력 신호를 연결시키기 위한 것이다. 위상화가 90 도 이거나 파장이 ¼ 인 경우에 어떠한 소음도 발생치 않으며, 180도 위상 또는 ½ 파장에서는 보강이 발생된다. 이러한 거리를 한정하는 방정식은,
φ = lf 360/V
이며, 여기서 φ = 특정 주파수에서의 위상
l = 거리
f = 주파수
V = 음속 (in/sec)
이다. 도 22에 도시된 바와 같이, 개방 루프식 방정식의 H1전달 함수(1380)는 고역 필터이다. 전체 주파수 범위에서, 고역 필터는 H1= 1에서 작동하여 H10에서 작동하지 않는다. 고역 필터(1380)의 목적은 일정한 방식으로 일시적으로 유발되는 기계적인 저주파수를 거부하여서, 소음 감소 성능이 일정한 방식으로 계속되도록 유지시키는 것이지만, 표준의 폐쇄식 피드백 시스템에서와 같이 안정화 네트위크로서 사용되는 것이 아니다. 도 22에 도시된 본 발명을 지배하는 개방 루프식 방정식은 장치의 최적 성능을 제공하는 단락지점을 설치하는 것이다. 이러한 단락지점에서는 진폭이 영(0)으로부터 대역 밴드의 선단부로 진행한다. 단락지점 이하의 주파수 범위에서, H10 이고 출력(D X H1) = 0 이다. 이러한 절차는 다음과 같이 진행된다.
P = AH2 - (N+D)BH1H2 + N1 진행
P = AH2 - NBH1H2 + N1
B 조절에 의해 NBH1H2 = N1
P = AH2, 이는 바람직한 청각 신호이다.
단락 지점 이상에서는, H1= 1 이고 D = 0 이다. 출력 H1D = 0 이고, 마찬가지로 P = A X H2, 이는 바람직한 청각 신호이다. 단락 지점 천이의 올바른 설치 및 경사는 가장 바람직한 소음 감소 및 최적의 교란 성능을 제공한다. 개방 루프식 장치의 고유한 안정성으로 인하여, 기계적인 진동의 저주파 신호가 회로에 대한상당한 복잡성이 없이 그리고 폐쇄 루프식 안정성의 조건을 갖출 필요도 없이 전기적으로 제거될 수 있다.
도 22의 전달 함수의 측정은 본 발명의 실시예에 개방 루프식 개념이 있음을 보여준다. N에서 P 까지의 전달 함수는 1 이하의 크기로 도시되어 있으며, 장치가 G = 1, H = 1 의 폐쇄 루프식인 경우에 최대 제거는 50% 이다.
CLTF = eout/ein = G/1+GH (단, GH1, G1)
eo/em1/1+1 = ½, 또는 eo= ½ eim
실제로, 개방 루프식 장치는 이러한 조건에서 거의 100% 의 제거를 이룬다.
도 22에 도시된 본 발명의 장치에서는 제 2 합산 노드를 부가시킬 필요가 없다. 그러나, 종래 기술의 폐쇄 루프식 소음 감소 장치는 도 21에 상세히 도시된 바와 같이 픽업 마이크로폰의 제거 효과를 감소시키기 위해서 청각을 부가해야만 한다. 본 발명의 장치는 도 22에서 단일의 청각 합산 노드(1360) 만을 가질 뿐 어떠한 청각 감소도 보여주지 않는데, 이는 본 발명이 마이크로폰(1310)에 의해 검출되는 소음의 제거에만 관련이 있으며, 마이크로폰(1310)은 바람직한 청각 신호(1340)를 제공하도록 청각 신호가 스피커로 전달되는 것을 방지하는 것과 관련이 있다.
본 발명의 소음 감소 장치의 기계적 선도가 도 23a 및 도 23b에 도시되어 있다. 도 23b에 도시된 음향파 안내부는, (1) 스피커(1410)와 사용자의 귀(1430) 사이의 음의 연결, 그리고 (2) 사용자의 귀(1430)의 스피커 및 조용한 지역(1440)으로부터 스피커의 가장자리의 소음 픽업 마이크로폰(1420)으로 방출되는 음의 분리중에서 어느 한가지 기능을 수행할 수가 있다. 본 발명의 기계식 설계의 부재들은, (1) 소음 및 소음 방지 신호 사이의 정확한 위상 일치를 위한 소음 픽업 마이크로폰과 조용한 지역 사이의 밀접한 거리, (2) 스피커의 음역의 방향으로 마이크로폰의 감도 돌출 패턴을 최소화시키기 위한 마이크로폰의 설치, 배향, 및 분리, 그리고 (3) 바람직한 발포재로서, 슬로-플로와 같은 음향 필터 또는 완충부(1440)의 사용 중에서 어느 한가지 형태로 구성될 수 있으며, 그 밖의 다른 적절한 재료가 음향파 안내부를 형성하도록 사용될 수 있다. 음향과 안내부는 도 23a에 도시된 바와 같이 스피커로부터 소음 픽업 마이크로폰을 분리시켜서, 증가된 스피커 효율을 위해 도 23a에 도시된 바와 같이 사용자의 귀의 전방으로 조용한 지역(1440)을 형성한다. 음향파 안내부는 마이크로폰으로부터의 전기 신호의 신호 처리 수단으로부터 발생되는 소음 방지 신홍에 대한 수신기로서 작용한다. 이러한 소음 방지 신호는 음향파 안내부의 조용한 지역을 형성한다. 음향파 안내부를 갖춘 장치는 개방 루프를 포함하는 모든 유형의 헤드폰, 즉 이어폰이 없는 이어컵이나, 또는 폐쇄 루프식 헤드폰, 즉 수동적인 소음 감쇄 이어컵, 혹은 수신기와 트랜스듀서를 사용하는 적절한 다른 헤드폰에 모두 적용될 수가 있다.
도 24는 공간상의 조용한 지역의 계산에 관한 것으로서, 제 1 벡터가 본 발명의 소음 감소 장치에 의해 발생되는 소음 방지 벡터(1501)가 된다. 이러한 2개의 벡터는 위상 및 크기가 가변 게인 및 위상 제어기에 의해서 감쇄되는 각도(θ)를 형성하는데, 이에 따라서 바람직한 전기 입력 신호의 왜곡으로 유발된 소음 방지 처리를 제어하고 감소시키며, 이는 음향 신호로 변환되어서 사용자의 귀로 전달된다.
도 25는 도 22에서 설명된 소음 감소 장치를 실시하는 개략도이다. 이러한 개략또는 픽업 마이크로폰(1600), 스피커(1650), 가변 게인 및 위상 제어기(1610), 단일의 변환기(1620), 합산 증폭기(1630), 전력 증폭기(1640), 및 소음 방지 출력 신호(1660)를 포함한다. 표준신 청각 신호(1605)가 헤드폰의 사용자에 입력된다. 센서 픽업 마이크로폰(1600)이 주위 소음을 검출하여서 전기 신호를 발생시킨다. 이러한 신호는 가변 게인 및 위상 제어기(1610) 신호 변환기(1620), 및 합산 증폭기(1630)로 구성된 전기 음향적 처리 유닛으로 입력되어서, 소위 소음방지 신호로서 지점(1600)에서 출력되는 주위 소음을 제거하도록 음향 신호를 발생시킨다. 이러한 소음 방지 신호는 공간상의 동일한 지점에서 스피커의 전방으로 위치되어서, 도 24에 도시된 바와 같이 조용한 지역을 제공한다. 바람직한 입력 청각 신호(1650)가 마이크로폰으로부터 분리되거나 또는 배열되는데, 이에 따라서 입력 청각 신호는 픽업 마이크로폰(1600)에 의해 검출된 주위 소음과 연관되지 않는다. 원래의 입력 청각 신호(1605)는 어떠한 소음 교란도 없이 스피커를 통해서 조용한 지역으로 전달될 수가 있다. 그러므로, 본 발명의 개방 루프식 장치에서는 이러한 장치에서 발생된 청각 입력 신호가 주위 소음에 의해 방해를 받지 않는데, 이러한 소음은 가변 게인 조절기(1610), 통신 청각 신호(1620), 합산 증폭기(1630), 및 전력 증폭기(1640)로 구성된 센서 픽업 마이크로폰 회로에 의해서 검출되어 감소된다. 따라서, 청각 입력 신호(1605)는 폐쇄 루프식 장치에서 요구되는 것과 같이 이중으로 부가되어야 할 필요가 없다.
도 26은 도 25와 다른 실시예를 도시한 것으로서, 센서 픽업 마이크로폰(1700), 가변 게인 및 위상 조절기 또는 보상기(1710), 통신 청각 신호(1720), 합산 증폭기(1730), 전력 증폭기(1740), 및 스피커(1750)를 포함하고 있다. 이러한 회로의 작동은 도 22와 도 23에서 설명된 것이다.
도 27은 도 25의 바람직한 실시예로서, 일정한 베이스 상에서 소음 감소 선능을 방해하지 못하게 작은 기계적 천이를 거부하도록 소음 제거 장치에 고역 필터 회로(1840)가 부가되어 있다. 이러한 고역 필터 회로(1840)는 표준식 감소 장치에서와 마찬가지로 안정화 네트위크로서 사용되는 것이 아니다. 도 27에도 고정 다이오드에 대한 감소 장치(1860)가 포함되어 있다. 도 27의 고정 다이오드의 기능은 출력 트랜스듀서가 그 한계치에 도달하는 것을 방지하는 것이다. 즉, 이러한 고정 다이오드는 트랜스듀서로 입력되는 신호의 진폭을 제한하여서 스피커 또는 출력 트랜스듀서가 물리적인 한계를 초과하는 것을 방지한다.
도 25 내지 도 27에서 참조 부호가 도시되지 않은 각각의 회로 성분은 도시된 바와 같으며, 이는 본 발명의 이해를 위해 필수적인 것이 아니고 종래 기술에 널리 공지된 것이므로, 더 이상의 설명은 생략하기로 한다
도 28 은 대화 능력을 갖춘 헤드폰에 사용되는 소음 제거 및 감소 장치를 개선시킨 실시예이다.
도 28의 실시예는 다음의 특징들에 의해 개선된 것인데, 즉 소리를 감지하도록 소음 제거 장치내에 설치된 자동 청각 마이크로폰 전달 (VOX회로 : 1950), 수신된 마이크로폰 신호의 일부를 스피커의 이어컵으로 전달하기 위한 능력(측음회로 : 1960,1907,1970,1930), 회로에서 음성 마이크로폰을 제거시킴으로써 소음 제거 마이크로폰을 표준식 전방향성 마이크로폰으로 변환시키는 능력, 및 소음 마이크로폰 증폭기의 게인의 증가 (대화 채널 : 1930)이다. 대화 채널의 특징에 의해서, 외부로부터의 모든 청각(1990)이 증가된 게인 측임 채널(1907)에 의해 이어컵 스피커(1980)로 전달된다. 도 28의 개선된 소음 제거 및 소음 감소 헤드폰은, 즉 청각 신호 및 배경 소음을 검출하는 소음 감소 마이크로폰(1901)과 청각 신호만을 검출하는 소음 감소 마이크로폰(1900), 소음 제거 모드 및 대화 모드 또는 위치를 갖는 제 1 (S1A) 스위치(1910), 소음 제거 모드 및 대화 모드를 갖는 제 2(S1B) 스위치(1925), 소음 제거 모드 및 대화 모드를 갖는 제 3 (S1C) 스위치, 고온 마이크 위치 및 상사 대화 신호 모드를 갖는 푸쉬 대 대화(PTT) 스위치(1950), 대화 신호(1935), 청각 시스템(1915), 게인 제어 기능(1907)을 갖는 스케일링 증폭기(1970), 지역(1906)으로 입력되는 측음신호(1960), 이어컵 스피커(1980), 외부 청각 시스템(1990), 및 소음 감소 장치를 포함하고 있으며, 이는 도 21 내지 도 24에 도시되고 앞에서 설명한 바와 같다. 도 28의 헤드폰은 소음 제거 모드 또는 대화 모드를 작동한다.
소음 제거 모드에서는 스위치(S1)가 N 위치(1910)에 있고, 소음 제거 마이크로폰(1900,1901)이 앞에서 설명한 바와 같이 작동한다. PTT 스위치(푸쉬 대 대화 스위치 : 1920)은 소음 제거 모드에서는 작동하지 않는다. 지점(1945)에서 마이크로폰 증폭기(1940)의 마이크로폰 출력부에 연결되어 있는 VOX 회로(1950)가 증폭기(1940)의 마이크로폰 출력 신호를 모니터 한다. VOX 는 작동시간 (오디오의 평균 회로를 온 타임 으로 돌림) 및 해제시간(오디오의 평균 회로를 오프 타임으로 돌림)을 포함하고 있는데, 이는 큰 신호에 대한 응답을 최소화시켜서 마이크로폰을 소음 제거모드에서 최소에 대해 온 타임 으로 유지시킨다. 이는 신뢰성 있게 시스템의 소리 대 소음의 비(S/N)를 증가시킨다. VOX(1950)가 마이크로폰 출력부에서의 신호를 가청의 청각이라고 결정하면, C 지점(1955)의 대화 신호를 작동시켜서, 전달 게이트(195) 및 소음 감소 마이크로폰 증폭기 수단(1940)으로부터 완충 증폭기(1935)로 출력되는 마이크로폰 청각을 E 지점(1915)에서 청각 시스템으로 출력 시킨다. 또한, 이러한 오디오(1915)는 W 지점(1906)에 있는 스케일링 증폭기(1970)로 송신되어서, 제 3 스위치 (S1C : 1960)이 소음 제거 모드(N)에 있을 때, 이어컵 스피커(1980)로 측음 신호를 제공한다. 스케일링 증폭기(1970)는 또는 외부 청각 시스템(1990)으로부터의 입력, 즉 마이크로폰(1900,1901)에 의해 전달되지 않는 사이렌, 비정상적인 음성, 또는 그 밖의 다른 외부 음성을 동시에 수신할 수가 있다. 이어컵 스피커(1980)에서의 합성 신호는 측음(1960) 및 외부 청각(1990)의 선형 합성이다.
대화 모드에서는, 스위치(S1)가 제 1,제 2,및 제 3 스위치 (1910,1925,1930)
에 대해서 대화 모드 또는 지점(1930)에 놓여진다. 음성 마이크로폰(1900)은 작동되지 못한다. 음성 및 소음 마이크로폰(1901)은 작동된다. 지점(1905)에서 마이크로폰 증폭기(1940)의 출력은 소음 전방향성 마이크로폰(1901)의 출력이다. 대화 모드에서, VOX 회로(1950)는 대화 위치에 있는 제 2(S1B) 스위치(1925)에 의해 바이패스되어서, 소음 전방향성 마이크로폰 신호(1901)의 직접적인 출력이 D 지점(1903)의 완충 증폭기(1935)로 출력된 후에 E 지점의 청각 시스템(1915)으로 출력된다. 그 결과, 어떠한 대화 신호도 B 지점(1904)의 전달 게이트(1945) 출력부로 입력되지 못하는데, 이는 게이트(1945)가 작동되지 못하기 때문이다. 스케일링 증푹기(1970)의 게인 제어 함수(1970)는 W 지점(1906)에서 증가되는데, 이는 대화 위치(1930)에서 스위치(S1C : 1960)의 작용에 의한 것이다. 따라서, 소음 감소 장치 (도 21 내지 도 27에 도시된)로부터 출력되는 측음 신호는 스피커(1980)에서 증가된다.
도 28에서 설명된 장치에 따르면, 임의의 다른 마이크로폰을 부가시킴이 없이 도 9 내지 도 27에 도시된 바와 같이 그리고 지금까지 설명된 바와 같이 대화의 특징이 헤드폰에 부가된다. 이는 음성의 청각 전달을 헤드폰을 제거시킴이 없이 스피커(1980)에서 들을 수 있게 한다. 이러한 개선은 마이크로폰 신호로부터 전단되는 청각 및 주위 환경으로부터의 외부 소음을 수용하는 헤드폰을 연속적으로 마모시키는 기회를 사용자에게 제공한다. 이러한 외부 소음은 사용자에게 전달되는 임의의 음성, 예를 들어서 폭발, 비상 사이렌, 또는 비정상적인 소리로 구성될 수가 있다. 이러한 개선은 하루 종일 계속적으로 헤드폰을 제거시키는 불편이나 이에 대한 경각심을 피할 수가 있어서, 헤드폰의 신호가 내부적으로 통화되는 외부 소음을 듣지 못하게 한다. 따라서, 사용자는 주위 환경으로부터의 외부 소음이 없이 내부의 청각 신호를 들을 수가 있으며, 도 28에 도시되고 앞서 설명된 바와 같은 소음 제거 및 소음 감소 장치를 지속적으로 사용하게 된다.
더욱이, 지금까지는 전화기 핸드폰 및 고출력 마이크로폰 등에 대한 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 이들 실시예로만 제한되는 것은 결코 아니며, 본 발명이 이들 실시예로만 제한되는 것은 결코 아니며, 본 발명은 인터콤 장치, 텔레컴, 음성 인식 마이크로폰, 방향성 마이크로폰 등에서 적용될 수가 있다. 또한, 본 발명은 물리적 시설에 접근하기 위한 음성 인식 및 증명 장치나 컴퓨터 프로그램, 또는 자동 통화 장치 등에도 적용될 수가 있다. 더욱이, 본 발명은 미국 특허 제 5,251,263 호에 개시된 바와 같이 소정의 처리 알고리즘에 따라 작동되는 처리 장치와 함께 사용될 수도 있으나, 이는 본 발명의 필수 구성요소는 아니다.
또한, 본 발명의 바람직한 모든 실시예들은 본 발명을 예시적으로 보여주기 위한 것이지 결코 본 발명을 이들 실시예로만 국한시키려는 것은 아니며, 본 발명의 기술 분야에 숙련된 당업자들은 이러한 실시예들에 대한 변경 또는 변형이 다음의 특허청구의 범위에 한정된 본 발명의 범위내에서 얼마든지 가능하다는 것을 잘 알고 있다.

Claims (30)

  1. 소음 제거 장치로서,
    (1) 상기 소음 제거 장치를 작동시키는 작동자로부터 발생하는 소리와 배경 소음으로 구성된 제 1 음향음을 수신하여 제 1 신호로 변환시키는 제 1 마이크로폰 수단, 및 상기 제 1 마이크로폰 수단에 대해서 인접하게 소정의 각도(φ)를 이루고 배열되어 있으며 주로 상기 배경 소음으로 구성된 제 2 음향음을 수신하여 제 2 신호로 변환시키는 제 2 마이크로폰 수단을 갖추고 있는 하우징과, 그리고
    (2) 상기 소리를 나타내는 신호를 제공하도록 상기 제 1 신호로부터 상기 제 2 신호를 제거시키는 수단을 포함하고 있는 소음 제거 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 마이크로폰 수단 중 적어도 어느 하나가 다수의 마이크로폰을 포함하고 있는 장치.
  3. 배경 소음을 감소시키도록 제 1 항에 따른 소음 제거 장치에 사용되는 2단자 트랜스듀서로서,
    (1) 상기 소음 제거 장치의 증폭기 수단에 청각 신호를 송신하도록 상기 증폭기 수단과 연결되어 있는 다수의 마이크로폰으로서, 각각의 상기 마이크로폰이 제 1 단자 및 제 2 단자를 갖추고 있고, 상기 제 2 단자는 접지되도록 구성되어 있는 다수의 마이크로폰과,
    (2) 상기 제 1 단자 상에 직류 신호를 입력시키는 전압 수단과,
    (3) 상기 마이크로폰으로부터 교류 신호를 수신하도록 상기 제 1 단자와 연결되어 있는 트랜지스터 수단과,
    (4) 상기 교류 신호를 상기 제 1 단자 상의 직류 신호 상으로 중첩시키기 위한 중첩 수단과,
    (5) 상기 직류 신호가 상기 증폭기 수단을 작동시키도록 상기 직류 신호로부터 상기 교류 신호를 제거하기 위한 필터 수단과, 그리고
    (6) 상기 제 1 단자에서 상기 마이크로폰에 의해 발생되는 상기 교류 신호를 출력시키기 위한 출력 수단을 포함하고 있는 2단자 트랜스듀서.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 증폭기 수단이 연산식 증폭기로 구성된 2단자 트랜스듀서.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 필터 수단이 캐패시터 회로와 연결된 저항기로 구성된 2단자 트랜스듀서.
  6. 작동 중인 소음 제거 장치의 고출력 마이크로폰으로 소리를 발생시킬 때 다양한 방향 패턴을 갖는 음을 수용하여 광역 응답을 제공하도록 사용되는 방향성 마이크로폰으로서,
    (1) 서로 이격된 일련의 마이크로폰 수단을 제공하는 하우징으로서, 상기 마이크로폰 수단이 각각 음향음을 수신하여 상기 마이크로폰 수단 간의 서로 분리된 전기 신호를 출력하도록 구성되어 있는 하우징과,
    (2) 상기 마이크로폰과 소정의 거리에서 교차하여 소정의 각도를 이루는 크기 및 위상을 갖춘 싸인 파형의 음파로서 상기 하우징 안으로 입력되는 압력식 음원과,
    (3) 각각의 상기 마이크로폰으로부터 상기 음원 까지의 거리를 계산하기 위한 계산 수단과,
    (4) 합산 출력 신호를 제공하도록 각각의 상기 마이크로폰의 출력 신호를 합산하기 위한 합산 채널 수단과,
    (5) 상기 합산 채널 수단으로부터 단지 소리 만을 나타내는 음향 신호를 발생시키는 신호 처리 수단과, 그리고
    (6) 소정의 응답 패턴을 발생시키도록 상기 합산 신호의 크기를 조절하는 조절 수단을 포함하고 있는 방향성 마이크로폰.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 마이크로폰 수단이 제 1 및 제 2 마이크로폰을 포함하고 있는 방향성 마이크로폰.
  8. 제 6 항에 있어서, 각각의 상기 마이크로폰으로부터 상기 음원 까지의 거리가 각각의 상기 마이크로폰 간의 서로 이격된 분리 보다 크도록 구성되어 있는 방향성 마이크로폰.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 마이크로폰과 상기 음원으로부터의 서로 이격된 분리를 계산하는 수단이 [r-(b/2)(sinθ)]와 동일한 방향성 마이크로폰.
  10. 제 6 항 및 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 마이크로폰과 상기 음원으로부터의 거리를 계산하는 수단이 [r+(b/2)(sinθ)]와 동일한 방향성 마이크로폰.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 신호 처리 수단이 다수의 상기 마이크로폰의 각각에 대해서 연산식 증폭기를 갖춘 차동 증폭기로 구성되어 있는 방향성 마이크로폰.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 연산식 증폭기가 상기 제 1 마이크로폰에 의해 방생되는 신호에 대한 단일 게인을 제공하는 동시에 출력 신호로서 동일한 신호를 제공하도록 사용되는 방향성 마이크로폰.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 연산식 증폭기가 상기 제 2 마이크로폰에 의해 방생되는 신호를 역전시키는 동시에 출력 신호로서 동일한 신호를 제공하도록 사용되는 방향성 마이크로폰.
  14. 제 6 항에 있어서, 상기 합산 채널 수단은 서로 이격된 상기 마이크로폰 수단의 각각의 상기 연산식 증폭기로부터의 각각의 출력 신호를 수신하기에 적합한 합산 회로로 구성되어 있는 방향성 마이크로폰.
  15. 제 6 항에 있어서, 구형 음파의 크기를 조절하는 상기 조절 수단은 상기 합산 출력 신호가 영이 아닌 전기 신호를 포함하고 있는 방향성 마이크로폰.
  16. 제 6 항에 있어서, 위상각이 00일 경우에 상기 마이크로폰 간의 서로 이격된 분리가 상기 구형 음차의 파장에 비해 감소되는 방향성 마이크로폰.
  17. 제 16 항에 있어서, 서로 이격된 상기 분리가 음향 필터에 의해 감소되는 방향성 마이크로폰.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 음향 필터가 배플로 구성되어 있는 방향성 마이크로폰.
  19. 귀청 부근의 소음을 감소시키기 위한 개방 루프식 소음 감소 장치로서,
    (1) 입력 청각 신호를 수신하는 하우징과,
    (2) 상기 하우징 내에 설치된 출력 트랜스듀서와,
    (3) 출력 트랜스듀서로서 동일한 평편에 위치되지 않은 주위 소음을 검출하여 감소시키는 입력 트랜스듀서와,
    (4) 상기 입력 트랜스듀서에 의해 검출된 주위 소음을 감소시키기 위한 개방 루프식 신호 처리 수단과,
    (5) 상기 입력 청각 신호를 상기 주위 소음과의 교란이 없이 귀청으로 전달하는 전달 수단과,
    (6) 상기 출력 트랜스듀서와 귀청 사이에서 소리를 나타내는 입력 청각 신호를 전달하도록 상기 입력 트랜스듀서로부터 출력 트랜스듀서를 분리시키는 음향 수단으로서, 상기 입력 트랜스듀서로부터 전달되는 음을 분리시키도록 조용한 지역이 발생되도록 구성되어 있는 음향 수단을 포함하고 있는 소음 감소 장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 음향 수단이 상기 입력 트랜스듀서의 부근에 위치될 때에는 음향 필터로서, 그리고 상기 출력 트랜스듀서와 귀청 사이에 위치될 때에는 음파 안내부로서 작용하는 소음 감소 장치.
  21. 개방 루프식 소음 감소 장치로서,
    (1) 수신기를 갖춘 하우징과,
    (2) 바람직하지 않은 주위 소음을 검출하도록 상기 수신기에 장착된 마이크로폰 수단과,
    (3) 소음을 전기 신호로 변환시키는 변환 수단과,
    (4) 역전된 소음 방지 신호를 제공하도록 상기 마이크로폰에 연결되어 있는 위상 이동 및 감쇠 수단과,
    (5) 사용자의 귀에 청각 신호를 전달하도록 상기 마이크로폰 수단과 다른 평면으로 제공된 출력 트랜스듀서와,
    (6) 저주파 교란으로 유발된 기계적 진동이 상기 출력 트랜스듀서로 전달되는 것을 방지하는 수단과,
    (7) 상기 출력 트랜스듀서에 인접하게 조용한 지역을 발생시키는 수단과, 그리고
    (8) 바람직하지 않은 주위 소음을 사용자의 귀에 도달하지 못하도록 차단시키는 수단을 포함하고 있는 소음 감소 장치.
  22. 사용자의 귀로 출력되는 바람직한 청각 신호를 교란시키지 않고서 주위 소음이 귀로 전달되는 것을 감소시키도록 고출력 마이크로폰과 함께 헤드폰에 사용되는 개방 루프식 소음 감소 장치로서,
    (1) 상기 헤드폰 내에 설치된 수신기와,
    (2) 상기 수신기 내의 소음 신호를 검출하는 픽업 마이크로폰과,
    (3) 상기 소음 신호를 전기 신호로 변환시키는 개방 루프 수단과,
    (4) 상기 주위 소음과 1800의 위상을 갖는 음향 신호를 발생시키도록 상기 전기 신호를 상기 수신기에 가하는 전기 음향 수단과, 그리고
    (5) 사용자의 귀에 소리를 연결시킴과 동시에 저주파 교란으로 유발된 기계적 진동이 사용자의 귀에 도달하지 못하게 분리시키도록 음향 필터를 갖춘 상기 수신기 내에 설치된 출력 트랜스듀서 수단을 포함하고 있는 소음 감소 장치.
  23. 소음 제거 장치와 함께 사용되는 개방 루프식 소음 감소 장치로서,
    (1) 소음 신호를 검출하여 전기 신호로 변환시키기 위한 픽업 마이크로폰과,
    (2) 음향 수단을 갖춘 헤드폰 내에 설치되어 있는 스피커와,
    (3) 청각 전달 신호와,
    (4) 전기 신호의 진동을 전기적으로 거부하는 거부 수단과,
    (5) 소음 방지 신호를 발생시키도록 소음 신호를 역전시키는 가변 게인 제어 수단과,
    (6) 저주파 교란으로 유발되는 기계적 진동을 스피커에 도달하지 못하도록 제거하는 필터 수단과,
    (7) 음향 수단 내에 조용한 지역을 발생시키도록 상기 소음 방지 신호와 상기 소음 신호를 결합하는 합산 노드와,
    (8) 상기 청각 신호를 스피커에 전달하는 전달 수단과, 그리고
    (9) 상기 스피커의 소음 신호와 소음 방지 신호 사이의 위상 일치를 유지시키기 위한 유지 수단을 포함하고 있는 소음 감소 장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 저주파 응답을 거부하는 상기 거부수단이 고역 필터로 구성되어 있는 소음 감소 장치.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 조용한 지역을 발생시키는 수단이 음향 필터로 구성되어 있는 소음 감소 장치.
  26. 제 23 항에 있어서, 상기 소음 감소 장치가,
    (1) 상기 소음 감소 장치를 작동시키는 작동자로부터 발생하는 소리와 배경 소음으로 구성된 제 1 음향음을 수신하여 제 1 신호로 변환시키는 제 1 마이크로폰 수단, 및 상기 제 1 마이크로폰 수단에 대해서 인접하게 소정의 각도(φ)를 이루고 배열되어 있으며 주로 상기 배경 소음으로 구성된 제 2 음향음을 수신하여 제 2 신호로 변환시키는 제 2 마이크로폰 수단을 갖추고 있는 하우징과, 그리고
    (2) 상기 소리를 나타내는 신호를 제공하도록 상기 제 1 신호로부터 상기 제 2 신호를 제거시키는 수단을 포함하고 있는 소음 감소 장치.
  27. 귀청의 부근에서 주위 소음을 감소시키기 위한 개방 루프식 소음 감소 장치로서,
    (1) 입력 청각 신호를 수신하는 하우징과,
    (2) 상기 하우징 내에 설치된 출력 트랜스듀서와,
    (3) 상기 하우징 내에 위치하는 주위 소음을 검출하여 감소시키는 입력 트랜스듀서와,
    (4) 상기 입력 트랜스듀서에 의해 검출된 주위 소음을 감소시키기 위한 개방식 신호 처리 수단과,
    (5) 소음의 교란 없이 상기 입력 청각 신호를 귀청에 전달하는 전달 수단과,
    (6) 상기 출력 트랜스듀서와 귀청 사이로 소리를 나타내는 상기 입력 청각 신호를 전달하는 동시에 상기 입력 트랜스듀서로부터 전달되는 음을 고립시키기 위하여 조용한 지역을 발생시키도록 상기 입력 트랜스듀서로부터 상기 출력 트랜스듀서를 분리시키는 음향 수단을 포함하고 있는 소음 감소 장치.
  28. 제 23 항에 있어서, 상기 가변 게인 제어 수단이 통신 시스템과 접속되도록 자동으로 조절하는 소음 감소 장치.
  29. 도 28에 도시된 바와 같은 소음 제거 및 소음 감소 장치.
  30. 다수의 마이크로폰으로부터 청각 신호를 전달하는 동시에 주위 환경으로부터 외부 음성을 수신하도록 헤드폰에서 사용되는 소음 제거 및 소음 감소 장치로서,
    (1) 소음 제거 모드와 대화 모드를 갖는 제 1 연결 수단을 갖추고 있는 제 1 및 제 2 마이크로폰 수단과,
    (2) 소음 제거 모드와 대화 모드를 갖는 제 2 연결 수단에 의해 각각 상기 제 1 및 제 2 마이크로폰 수단과 연결되어 있는 마이크로폰 증폭기 수단과,
    (3) 상기 제 1 및 제 2 연결 수단이 상기 소음 제거 모드로 작동될 때에는 상기 증폭기 수단을 연결하는 반면에 상기 제 1 및 제 2 연결 수단이 상기 대화 모드로 작동될 때에는 바이패스되는 청각 마이크로폰 전달 수단과, 그리고
    (4) 상기 제 1 및 제 2 연결 수단이 소음 제거 모드로 작동될 때에는 상기 제 1 및 제 2 마이크로폰 수단으로부터 완충 증폭기로 청각 신호를 전달하는 반면에 상기 제 2 연결 수단이 대화 모드로 작동될 때에는 청각 신호를 전달할 수 없도록 구성되어 있는 전달 게이트를 포함하고 있으며,
    상기 제 1 및 제 2 연결 수단이 상기 소음 제거 모드로 작동될 때에는 상기 완충 증폭기 수단이 상기 전달 게이트로부터 수신되는 청각 신호를 청각 시스템 및 스케일링 증폭기로 전달하며,
    상기 제 1 및 제 2 연결 수단이 상기 대화 모드로 작동될 때에는 상기 완충 증폭기 수단이 상기 마이크로폰 증폭기 수단으로부터 수신되는 청각 신호를 직접적으로 출력시키며,
    상기 제 1 및 제 2 연결 수단이 상기 소음 제거 모드로 작동될 때에는 소음 제거 모드 및 대화 모드를 갖는 제 3 연결 수단을 갖추고 있는 상기 스케일링 증폭기가 상기 제 1 및 제 2 마이크로폰 수단과 상기 외부 음성으로부터 전달되는 스피커의 이어컵으로 측음을 제공하며,
    상기 스케일링 증폭기 수단이 게인 제어를 가지며, 상기 제 1 및 제 2 연결 수단이 상기 대화 모드로 작동될 때에는 상기 게인 제어가 증가되어서 상기 스피커로의 측음 신호를 증가시키는 소음 제거 및 소음 감소 장치.
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