KR940006002B1 - 확성되는 전화 장치 - Google Patents

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챨스 바움하우어 2세 죤
필립 맥카티어 제프리
앨버트 위트맨 브라이언
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아메리칸 텔리폰 앤드 텔레그라프 캄파니
마이클 에이. 모라
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Abstract

내용 없음.

Description

확성되는 전화 장치
제 1 도는 전방향성의 극 응답 특성을 갖는 압력 마이크로폰 소자 도시도.
제 2 도는 본 발명에서 사용된 것과 같은 1차 그래디언트(first-order-gradient) 마이크로폰 소자 도시도.
제 3 도는 음성 포트의 한쪽에 한정되는 1차 그래디언트 마이크로폰 소자 도시도.
제 4 도는 제 2 도에 도시된 마이크로폰의 주파수 응답 도시도.
제 5 도는 다른 B값에 대해 제 3 도의 마이크로폰과, 관련된 특성을 테이블 형태로 나타낸 도시도.
제 6 도는 한쌍의 1차 그래디언트 마이크로폰을 구비하는 2차 그래디언트 마이크로폰 도시도.
제 7 도는 제 6 도에 도시된 2차 그래디언트 마이크로폰의 주파수 응답 도시도.
제 8 도는 제 6 도에 도시된 2차 그래디언트 마이크로폰의 극 응답 특성 도시도.
제 9 도는 차단벽의 사용으로 개선된 감도를 갖는 2차 그래디언트 마이크로폰 도시도.
제10도는 1차 그래디언트 마이크로폰 소자를 하우징하는 양호한 구조 사시도.
제11도는 제10도의 하우징에 대한 평면도.
제12도는 제10도의 하우징에 대한 단면도.
제13도는 본 발명에 따르는 1차 그래디언트 마이크로폰을 사용한 원격지간회의 유니트의 평면도.
제14도는 제13도에 도시된 원격지간회의 유니트의 정면도.
제15도는 본 발명에 따른 2차 그래디언트 마이크로폰을 사용한 원격지간회의 유니트의 평면도.
제16도는 제15도에 도시된 원격지회의 유니트의 정면도.
제17도는 본 발명에 따르는 2차 그래디언트 마이크로폰을 사용한 스피커폰 부속 장치의 사시도.
제18도는 관련된 방향 패턴을 도시하는 제17도의 스피커폰 부속 장치에 대한 평면도.
제19도는 본 발명에 따른 1차 그래디언트 마이크로폰을 사용하는 확성되는 전화의 사시도.
제20도는 관련된 방향 패턴을 도시하는 제19도의 확성되는 전화의 평면도.
제21도는 에코 제거기를 포함하는 확성되는 전화 장치에 대해 중요하고 기본적인 소자를 블럭도 형태로 나타낸 도시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
110-1, 110-2, 110-3, 110-4 : 마이크로폰 150 : 전화 장치
205-1 : 차단벽 210 : 마이크로폰 장치
213 : 하이브리드 217 : 확성기
218 : 제 1 에코 제거기 219 : 제 2 에코 제거기
[기술 분야 ]
본 발명은 확성되는 전화 장치와, 그리고 특히 확성되는 전화 장치에서 단일 또는 다중 방향성 마이크로폰의 사용에 관한 것이다.
[본 발명의 배경 ]
확성되는 전화(스피커폰 또는 다루기 쉬운(hands-free) 전화로 공지된)는 마이크로폰 및 확성기를 서로 매우 접근시켜 종래 전화 송수화기의 외부에 위치시킨 것이며, 그럼으로써 지속되는 진동을 발생시키는 기회를 만들게 한다. 확성기의 신호가 관련된 마이크로폰과 결합될때, 귀울림(Singing)으로 알려진 상기 상황은 일반적인 어드레스 시스템에서 발생된다. 확성되는 전화는 송신 및 수신 채널을 전화선에 상호 접속하는 하이브리드 회로뿐만 아니라 전화 세트의 송신 및 수신 채널 둘다에서 증폭기를 일반적으로 포함한다. 하이브리드 회로가 대부분의 전송된 신호 에너지를 전화선에 결합시키지만, 하이브리드 에코로 알려진 부분은 수신 채널로 뒤돌아 간다. 유사한 방법으로, 확성기로부터 방사되는 음향 에너지 부분은 전송 마이프로폰에 의해 선택되며, 음향적인 에코로써 공지된다. 그러므로 루프가 송신 채널 및 수신 채널을 포함해서 제조된다. 그들은 한쪽에서 하이브리드 에코에 의해 그리고 다른쪽에서 음향적인 에코에 의해 결합된다. 진동은, 루프 주변의 망 이득이 유니티(unity, OdB)를 초과할때, 발생한다.
아마도 진동 문제를 해결하기 위해 사용된 초기 기술은 소위 "푸쉬-투-토크"("push-to-talk") 시스템이다. 그 정상상태에서 송신 채널은 동작하지 않고 수신 채널은 동작한다. 사용자가 말하기 원할때, 그는 송신 채널을 동작시키기 위해 수동 스위치를 누르고, 동시에 수신 채널을 동작하지 못하게 한다. 진동은, 송신 및 수신 채널이 동시에 동작하지 못하므로, 결코 발생하지 못한다. 포쉬-투-토크 시스템에서의 개선점은, 수동 스위치가 송신기에서 대화 에너지를 검출하는 회로로 대치될때, 이루어지며, 그후 그것은 송신 채널을 동작시키고 수신 채널을 동작 못하게 한다-음성 스위칭으로 공지된 기술, 음성 스위치된 시스템의 치밀성은 송신 및 수신 신호의 크기를 비교하고 큰소리 대화자를 중심이 되도록 회로를 포함시켜 이루어진다. 그런 동작을 보상하는 모호한 지식과 별개로, 전송 방향이 역방향인 시간동안에 한음절 또는 두음절을 잃는 문제가 있다. 확성되는 전화(즉, 두방향에서 동시에 대화)에서 바람직한 전이중 동작을 인지하고, 다른 기술은 확성기 및 마이크로폰간의 결합을 감소시키는 것을 추구한다.
미국 특허 제4,658,425호에는 Shure ST 3000 원거리 회의 시스템에 사용된 것과 같은 마이크로폰 작동(actuation) 제어 시스템이 기술되어 있다. 상기 시스템에서, 심장 모양(카디오이드)의 극 응답 형태를 각기 구비하는 세개의 1차 그래디언트(first-order-gradient, FOG) 마이크로폰은 공통적인 하우징을 확성기와 공유한다. 각 마이크로폰은, 최대 감도방향이 하우징 중싱으로부터 방사적으로 퍼지도록, 외견상 되어 있다. 정상적으로 오직 하나의 마이프로폰이 동작하지만, 세개의 마이크로폰에 의해 발생된 전체 형태는 완전한 공간(full room)(360°) 범위를 허용한다. 불행하게, 그들을 유지하는 전화 하우징뿐만 아니라, 카디오이드 마이크로폰중의 제조상의 변화는 극 응답 형태에서 측면 로브를 만들게 한다. 다른 로브는 한정되지만, 본 발명의 목적을 위해, 주요 로브를 제외한 모든 로브는 "측면" 로브를 가르킨다. 그런 의도하지 못한 측면 로브는 측면 로브가 가르키는 방향을 향해 방향으로부터 오는 음성에 증가된 응답을 표시한다. 종종 상기 방향은 확성기가 위치되는 곳이고, 그럼으로써 진동의 존재 가능성은 증가한다.
확성되는 전화는 마이크로폰이 벽이나 천정에서 직접적인(direct) 대화를 반사함으로써 발생하는 비직접적인 대화를 포착하는 곳에서 반향(배럴(barrel)효과)(reverberation)을 발생시킨다. 수신되는 확성기에서 방사되는 음성은 마이크로폰으로 비슷하게 반사되어 포착되고, 원거리 대화자로부터의 반극 에코를 발생시킨다. 미국 특허 제4,629,829호에는 음향적인 결합을 감소시키기 위해 적용되는 필터(에코 제거기)를 사용 하는 전이중 스피커폰이 기술되어 있다. 에코 제거기는 어느 정도의 에코를 발생시킨후 에코에 의해 없어진 신호로부터 어느 정도 감산시킴으로써 에코를 감소시킨다. 그러나, 에코 제거기는 제한된 신호범위 이상에서 유용하며 마이크로폰과 확성기간의 음향적인 결합이 최소화될때 가장 큰 장점을 갖는다.
제조시 변경 사항에 대해, 관련된 마이크로폰의 안정된 극 응답 형태를 제공하는 방법으로 확성되는 전화 장치를 구성시키는 것이 바람직하다.
부가적으로, 확성되는 전화 장치가 반향 및 공간 잡음이 존재하는 위치에서 전이중 동작을 가능하게 하는 것을 제공하는 것이 바람직하다.
[본 발명의 요약]
확성되는 전화 장치는 공통 하우징에 있는 적어도 한 방향의 마이크로폰 및 확성기를 구비한다. 상기 방향성 마이크로폰의 상기 극 응답 형태는 주요 로브(lobe), 하나 또는 다수의 측면 로브(side lobe), 및 로브쌍간의 무효 범위(null)를 포함하며, 그 무효 범위는 인접한 측면 로브와 비교할때 마이크로폰 감도의 상당한 감소틀 나타낸다. 더우기, 상기 확성기는 확성기 및 마이크로폰 사이에 음향적인 결합을 상당히 감소시키기 위해 주요 로브 및 인접 측면 로브간에 극 응답 형태의 무효 범위에 위치된다.
본 발명의 예시적인 실시예에서, 제 1 에코 제거기는 확성기와 마이크로폰간에 음향적인 결합을 더욱 감소시키기 위해 사용되고, 제 2 에코 제거기는 하이브리드 회로 양단의 전기적인 결함을 감소시키기 위해 사용된다. 본 발명에 따른 확성기와 마이크로폰을 위치시키는 것은 확성되는 전화 장치에서 전이중 동작을 하게 한다.
본 발명의 특성 및 장점은 상세한 설명 및 도면을 참고하여 더욱 잘 이해될 것이다.
[압력 마이크로폰]
단일 포트 마이크로폰은 그 입력 음성 포트에서 순간적인 음압을 감지할 수 있고 상기 음압의 크기에 따르는 전기적인 출력 전압 신호를 발생시킬 수 있다. 그런 마이크로폰은 "압력 마이크로폰"으로 공지되어 있고 제 1 도에 도시되듯이 일반적으로 구성된다. 음성 포트(101)는 전기적인 전압을 발생시키기 위해 진동판(103)의 일부분과 상호 작용하는 마이크로폰(100)으로 음성을 인가한다. 진동판(103)의 다른 부분은 닫혀진 구멍으로 되어있고, 그 닫혀진 구멍의 용적은 진동관의 감응(compliance)에 영향을 준다. 압력 마이크로폰은 어떤 방향에서 오는 음성에 동일하게 응답함으로써, 그 응답 형태는 전방향성이다. 제 5 도는 그것과 관련된 다른 선택된 특성과 함께 압력 마이크로폰의 전방향성 응답 형태를 도시한다. 제 5 도의 정보는 노우리스(knowles) 일렉트로닉스, 인코포레이티드의 기술적인 보고서, TB-21 : "EB Directional Hearing Aid Microphone Application Notes."에 있는 데이타에 따른 것이다.
[1차 그래디언트 마이크로폰]
그래디언트 마이크로폰은 하나 또는 다수의 진동관의 반대편상에서 다른 압력을 측정함으로써 방향성 극응답 특성을 나타낸다. 제 2 도는 진동판(203)의 반대편 상에 위치된 입력 음성 포트(201, 202)를 구비한 1차 그래디언트(FOG) 마이크로폰(200)을 도시한다. 상기 음성 포트는, 음파가 하나의 음성 포트(201)로부터 다른 음성 포트(202)로 이동하면서 FOG 주위에서 움직여가는 거리를 나타내는 거리 "d"만큼 분리된다. 진동판(203)의 운동은 마이크로폰의 출력에서 전압으로 변환된다. 상기 FOG 마이크로폰의 전압 출력 크기는 진동판(203)의 반대편상에서 음압차의 함수이다. 거리 "d"가 적어질 수록 FOG의 출력 전압도 적어진다. f=2250Hz의 가청 신호가 약 6인치의 파장을 가지기 위해서는, 화씨 70도의 공기에서 음속이 매초당 1128피트임을 유념하라. 그러므로, 적은 분리 간격조차도 FOG 마이크로폰이 제 5 도에 도시된 양방향성 극 응답 형태를 가지기 위해서 음성 포트(201, 202)간에 충분한 위상차를 제공한다. 출력 전안의 극성은 움직이는 파두에 처음 충돌하는 진동판의 특별한 부분으로 결정됨을 유의하라. 상기 마이크로폰은 무효 범위로 알려진 어떤 방향에서 오는 음성에는 무응답한다. 본 발명에서 이런 특성이 사용된다. 본 발명자 관련되어 적절히 사용된, FOG 마이크로폰 소자는 마쓰시다 일렉트릭 코포레이션의 파나소닉 부에 의해 제조된 WM-55A103이다.
상기 진동판(203)의 반대편에 있는 음성 포트간에 공간적인 분리거리 "d"는 변경될 수 있다. 원거리 필드에서 상기 압력 그래디언트 △P는 "d"와 다음과 같은 관계를 갖는다.
△p αsin(1/2kd cosθ) (1)
여기서 : k=2π f/c ; θ : 마이크로폰의 주축에 대해서 충돌하는 파두 극성의 방향 일치 ; 및 c=파속, 방정식(1)은 kd의 값이 작으면 단순화시킬 수 있다 ;
△p α1/2kd cosθ (2)
상기 방향 θ=0°일때, FOG 마이크로폰[방정식(1)]의 감도 또는 주파수 응답이 제 4 도에 도시된다. 상기 주파수 응답 및 방향 형태는 그래디언트 마이크로폰 자체를 변경킴으로써 변화될 수 있음이 공지되어 있다. 예를들어, 음향적인 레지스턴스(Ra)는 FOG 마이크로폰의 진동판(303)에 좌우되는 음성 단자들(302)(제 3 도를 참조하시오)중 하나로 도입된다. 그런 레지스턴스는 방향 형태 및 주파수 응답을 모두 변화시킨다.
일반적으로, 원거리 필드에서 동작하는 FOG 마이크로폰과 관련된 상기 방향 형태 D(θ)는 다음과 같은 관계가 성립된다. 이때 kd＜1.
D(θ)=[1+Bcosθ/1+B] (3)
여기서 :및 Ca = v/PC2
방정식(3)에서, P는 공기 밀도이고, V는 진동판 뒤의 음향적인 구멍 크기이며, Ca는 진동판과 Ra 사이의 음향적인 감음(캐패시턴스와 유사한)이다. 방정식(3)에서, 카디오이드 응답은 B가 1이 될때 성립된다. 바꿔 말하면 시정수(Ra Ca)는 음파가 거리 "d"를 지나가는데 소요되는 시간과 동일하다. 제 5 도는 상기 특수한 FOG 마이크로폰의 다른 특성뿐만 아니라 카디오이드 형태를 도시한다. 다른 대중적인 모양은 수퍼카디오이드로 공지되어 있다. 그것은 B가 3의 평방근이 되도록 d, Ra 및 V가 조절될때 얻어진다. 더우기, B같이 증가하여 3이 되면, 하이퍼카디오이드 방향성 형태가 나타난다. 제 5 도에 도시됐듯이, 선택된 마이크로폰 요소 각각은 다음과 같은 일련의 특성을 갖는다 ; (i) 그 무효 범위의(각도에서) 위치 ; (ii) 거리 요소-방향 마이크로폰이 동일한 신호대 임의로 발생하는 잡음비를 갖는 압력 마이크로폰으로부터의 거리의 몇배인지를 표시하는 배율기, (iii) 프런트(front) 대 빽(back) 응답비 등, 카디오이드 방향성 형태를 갖는 마이크로폰 소자는 종종 다루기 쉬운 전화 통신에 사용되고 상업적으로 유용하다. 카디오이드 마이크로폰의 사용상 하나의 단점은 압력 마이크로폰과 비교할때 저 주파수에서 그 감소된 신호대 전기적인 잡음 특성이다. 그러나, 카디오이드 마이크로폰의 방향성은, 그것이 바람직한 방향이 아닌 소스로부터 방사되는 음성에 덜 민감하기 때문에, 압력 마이크로폰보다 더 양호한 신호대 음향 잡음 성능을 구비한다. 제 5 도는 압력(전방향성의) 마이크로폰보다 임의로 발생하는 에너지에 4, 8dB만큼 덜 민감하다는 것을 나타낸다. 카디오이드 마이크로폰의 사용상 또 다른 단점은 제 5 도에 도시된다. 상기 카디오이드 마이크로폰은 B=1일때 만이 존재하는 180°에서 무효 범위를 갖는다.
B의 크기는 다수의 요소(직접적으로 따르는 방정식 3을 참조하시고)에 의해 좌우되기 때문에, 그리고 B의 변화가 180도에서 정확히 로브(lobe)를 만들기 때문에, 상기 무효 범위상에서 신뢰도는 바람직하지 못하다. 제 5 도에 도시된 극 응답 형태에 대해 다시 언급하면, 그것은 측면 로브가 이미 존재할때, 주요 로브 및 인접 측면 로브 사이에 존재하는 무효 범위 방향이 B 크기의 변화(무효 범위 위치에서 수퍼 카디오이드 형태로부터 양방향성 형태로의 변화를 주시하라)에 따라서 조금도 변하지 않는다는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 특수한 무효 범위는 제조 및 다른 변화사항과 직면할때, 확성기 및 마이크로폰간에 음향적인 결합을 신뢰성 있게 감소시키는데 매우 유용하다. 제 5 도의 형태는, 파동 진폭이 일정할때 원거리 필드 작동에서 유지되는 것을 주목해야 한다. 이것이 근거리 필드 확성기로부터 오는 음성의 경우에 정확하지 않는 반면에, 동질의 결과가 적용된다. 이미 주지된 바와 같이, 여런가지의 극 응답 형태는 "빽(back)"로브로 지칭되는 로브를 포함하지만, 주요 로브를 제외한 모든 로브는 "측면"로브를 말한다.
[2차 그래디언트 마이크로폰]
2차 그래디언트 SOG 마이크로폰은 FOGs보다 더큰 방향성을 구비하고, 상당한 주변의 잡음 배제(즉, 시끄러운 방, 자동차 등)를 요할때 응용되면 사용된다. 그 그래디언트 성질때문에, SOGs는 FOGs(즉, 그들은 다른 음압에 대응하면서 방향성을 갖는다)와 같은 동일하고 일반적인 방법으로 작동한다.
2차 시스템은 두개로 공간 분리된 FOGs로부터 신호를 전기적으로 감산하면서 통상 이루어진다. 상기 감산은 공간적인 거리(d1)만큼 분리된 FOG 마이크로폰(200-1 및 200-2)을 나타낸 제 6 도의 진동판에서 명확히 도시되고, FOG 마이크로폰(200-1 및 200-2) 각각은 그 음성 단자간에 분리거리 d를 포함한다. 시간 지연 회로(220)는 그것을 통과한 전기적인 신호를 τ초만큼 지연시키나, 신호를 다르게는 변화시키지 못한다. 차동 증폭기(230)는 마이크로폰(200-1)의 전기적인 신초로부터 마이크로폰(200-2)의 지연된 전기적인 신호를 감산시켜 출력 신호를 발생시킨다. 시간 지연(τ)이 d1/c 만큼될때, 방향성 형태는 제 8 도에서처럼 나타난다. 상기 제 8 도의 응답 형태 방향은 마이크로폰(200-2)의 출력으로부터 지연 소자(220)를 제거시키면서 역으로 될 수 있고 마이크로폰(200-1)의 출력으로 그것을 삽입시킬 수 있음을 유지하시요. 또한, 제 6 도의 차동 증폭기(230)에 도시된 극성도 역으로 되어야 한다. 그것은 접촉부(K1-K4)를 작동되게 만들고, 또는 동등한 작용을 한다. 공급시간 지연(τ)을 공급하는데 알맞은 망은 널리 알려져 있다. 그런 망중 하나가 본원에 참고로 되는 미국 특허 제4,742,548호의 제 6 도에 도시된다.
감도 및 대역폭 사이의 판계를 잘 이해하기 위해서 SOG 마이크로폰의 원거리 필드 감도의 수학적인 정의를 도입하는 것이 좋은데, 그것은 다음과 같이 비례적이다.
D(θ) =sin(1/2kd2+1/2kd1cosθ) sin(1/2kd cosθ) (4)
여기서 : d2= Cτ
SOG 마이크로폰의 상기 감도는 d, d1및 τ와 더불어 증가됨을 볼 수 있다. 불행스럽게, d 및 d1이 감도를 높이도록 증가됨에 따라, SOG 마이크로폰의 대역폭은 감소된다. 감도 및 대역폭간의 상호 관계 때문에, 변수(d 및 d1)는 SOG 마이크로폰 유니트의 설계 조건에 따라서 조심스럽게 선택되어야 한다. 예를들어, 제 7 도에서, 0.3-3.3kHz의 대역폭이 바람직하다면, 3.3kHz(즉, τ=d1/c일때, fo-c/4d1=3.3kHz로 세트시켜라)에서 비등화된 주파수 응답의 최대치를 쓰는 것이 유리하다. d, d1, 및 τ의 다음 값은 본 발명의 양호한 실시예에 적용된다. d=0.029미터, d1=0.043미터, 및 τ=d1/c=0.000125초, 상기 값으로, 제 7 도의 주파수 응답 특성 및 제 8 도의 극 응답 특성은 이루어진다. 그러나, d, d1, 및 τ의 다른 값은 감도가 증가할때, 대역폭이 감소하는 것과 같은 방법으로 상기 특성을 변화시킨다.
감도 및 대역폭이 SOG 마이프로폰 설계의 변수(설계 요구를 만족시키기 위해 변화될 수 있는)이지만, 하나의 변하지 않는 특성은 마이크로폰의 주요축으로부터 ±90°에서 무효 범위가 위치하는 것이다. 이것은 주파수 대역 부분만을 넘는 근거리 필드에서 엄연한 사실이다. 본 발명에 따르면, 그것들온 극 응답 특성의 주요 로브에 인접한 무효 범위이고, 그것은 방정식(4)에서 θ=±90°로 세팅시키면 입증된다. 상기 무효 범위가 주요 로브의 축에 수직이기 때문에, 그것의 주요 로브 및 인접 측면 로브간의 무효 범위에서 확성기를 유지하는 동안 응답 형태의 방향을 역으로 하는 것이 가능하다. 상기 특성은 각기 가역성의 주요 로브를 갖는 세개만의 SOG 마이크로폰을 사용하면서 360°의 범위를 구비하는 제15도의 원거리회의 시스템에 이용된다.
제 9 도에는 SOG 마이크로폰을 제조하는데 사용된 SOG 마이크로폰(200-1, 200-2)의 위치를 보여주는 구성을 도시한다. 차단 벽(205-1, 205-5)은 상기 FCG 마이크로폰을 둘러싸고 음향적인 신호의 파두가 차단 벽 주위에서, 상기 FOG 마이프로폰의 한쪽 측면에서 다른 측면으로 지나가게 하는 거리를 증가시킨다. 상기 거리 "d"(제 6 도에 도시된)는 관련된 마이크로폰의 감도, 주파수, 및 극 응답 특성에 영향을 주는 변수이다. FOG 마이크로폰(200-1, 200-2)은 보조 장치(215)에 의해 특정한 일정 방향으로 유지된다. 상기 FOG 마이프로폰은 위에서 논한 바와 같이 특정한 일련의 설계 조건을 이루기 위해 조심스럽게 선택되는 공간 거리(d1)만큼 분리된다. 상기 특정한 단방향성 2차 그래디언트 마이크로폰의 자세한 설명은 미국 특허 제4,742,548호에 되어 있다.
제10도는 거기에 포함된 FOG 마이크로폰 요소의 음성 단자간에 거리 "d"를 효과적으로 연장하는 FOG마이크로폰 요소에 대한 저측면도 하우징(housing)(110)들 도시한다. 상기 직사각형의 블록 구조(하우징 110)는 고무 또는 다른 적절하고 유연한 물질로 제조되고, 제 9 도에 도시된 각 차단벽(205-1, 205-2)을 대신한다. 하우징(110)은 삽입하는데 있어서 접착체 없이 마이크로폰 유니를 감싸서 봉입하는데 원가적으로 효과적인 방법이다. 그것은 한쌍의 채널(113, 114)(제12도를 참조하시오)에 의해 접속된 반대 단부의 개구(111, 112)을 포함하고, 각 채널은 삽입된 마이크로폰의 한 음성 단자 및 개구중 하나간에 연장된다. 제11도는 일반적인 모양을 나타내는 하우징(110)의 평면도이다. 반면에 제12도는 하우징(110), FOG 마이프로폰(200), 채널(113,114) 및 개구(111, 112)의 상호 관계를 도시하는 마이크로폰/하우징 조립의 단면도이다. 여러 응용에서, SOG 마이크로폰은 제10도에 도시된 바와 같은 한쌍의 동일 선상의 마이크로폰/하우징 조립을 사용하면서 제조되어진다.
[원거리회의 응용]
제13도는 위로 향한 확성기(131) 및 4개의 마이크로폰 하우징(110-1, -2, -3, -4)을 포함하는 원거리 회의 유니트(130)의 평면도이다. 상기 마이크로폰의 배열은 전화회의 응용에 가장 유용하게 충분한 공간 범위를 도시한다. 정상적으로는, 오직 한명의 연설자가 한번에 말하기 때문에, 배경 잡음 및 반향음은 한번에 오직 하나의 마이크로폰을 동작시킴으로써 최소화된다. 원거리 회의 유니트(130)내의 회로는 하우징(110-1, -2, -3, -4)에서 각 마이크로폰 요소로부터의 출력 신호를 비교하며 어느것이 가장 강한지를 결정한다. 그런 시스템중의 하나가 미국 특허 제3,755,625호에 개시되어있다. 대응적으로, 그 마이크로폰드로부터의 신호만이 먼 단부에 전송된다. 본 발명에 따르면, 확성기(131)는 각기 마이크로폰/하우징 조립의 극 응답 형태에서의 무효 범위내에 위치하고 그 두효 범위는 주요 로브 및 인접 측면 로브간에 놓인다. 상기 특정한 무효 범위는 125°에서 위치한다-그것은 원거리 회의 유니트(130) 주위에 있는 마이크로폰의 특정한 위치를 설명한다.
상기 작동은 수퍼카디오이드 제 3 도에 도시된 바와 같이, 상기 하우징으로 마이크로폰 요소를 설치하면서 이루어짐으로써, 수퍼 카디오이드 극 응답 형태(제 5 도를 참조하시요)를 형성한다. 제13도에서, 각 마이크로폰/하우징 조립의 응답 형태는 동일하지만, 하나의 하우징(110-4)과 관련된 극 응답 형태만이 도시된다. 거기에 포함된 상기 하우징 및 마이크로폰이 극 응답 형태의 모양을 결정하는데 협력한다는 것을 유의하시요. 본 실시예에서, 1차 그래디언트 마이크로폰은 수퍼카디오이드 응답 형태를 이루는데 사용된다. 원거리 회의 유니트(130)의 정면도는 마이크로폰 하우징중의 하나(110-1)를 표현해 그 위치를 도시하고, 그 유니트를 낮은 외형의 생산품으로 완성될 수 있음을 예시하기 위해 제14도에 도시된다.
상술한 장치와 유사하게, 제15도는 본 발명의 따르는 원거리 회의 유니트의 또 다른 실시예를 도시한다. 원거리 회의 유니트(150)는 6각형이며, 낮은 외형의 생산품의 주위에 위치한 세개의 2차 그래디언트 마이크로폰을 포함한다. 각 SOG 마이크로폰은 한쌍의 FOG 마이크로폰 및 제 6 도에 따라 연결된 110-1 및 110-2와 같은 관련된 하우징을 구비한다. 오직 하나의 극 응답 패턴이 도시되었지만, 다른 두개도 마찬가지이다. 본 발명에서 사용된 무효 범위의 위치(90°및 180°) 때문에, 무효 범위내에 확성기(151)를 유지 하는 등안 다수의 응답 형태 방향을 역으로 하는 것이 가능하다. 유리하게도, 세개의 SOGS만이 마이크로폰 및 확성기 사이의 보다 적은 결합 및 더 큰 방향성을 갖는 완전한(full) 360°범위를 구비한다. 제15도의 원거리 회의 유니트의 정면도는 제16도에 도시된다.
[스피커폰 응용]
제17도는 다루기 쉬운 전화 세트와 상호 연결한 스피커폰 복수품(adjunct)(170)이다. 상기 일반적인 부수품 형태는 공지되어 있고 확성기(171), 하나 또는 다수의 마이크로폰(200-1, 200-2) 및 다수의 다른 제어장치를 포함한다. 마이크로폰(200-1 및 200-2)은 1차 그래디언트형이므로 방향성을 갖는다. 그들은 하나의 FOG 마이크로폰에 가능한 것보다 더 좁은 비임을 갖는 2차 그래디언트 마이크로폰을 만들기 위해 제 6 도에 관련하여 논한 방법으로 상호 접속된다. 그 상호접속의 자유로운 필드 방향성 형태는 제18도에서 스피커폰 부수품의 평면도상에 그려져 있다. 차단벽(205-1, 205-2)은 각 마이크로폰(200-1, 200-2)의 반대 측면간에 유효 거리 "d"를 증가시키면서 마이크로폰 상호 접속의 감도를 향상시키는데 사용된다. 제18도에서, 주요 로브와 인접 측면 로브 사이에 있는 극 응답 형태의 무효 범위는 본 발명에 따르는 확성기(171)에 겨냥하고 있으므로 마이크로폰 및 확성기 간의 음향적인 결합은 최소화됨을 주목하라.
제19도에서, 마이크로폰 하우징(110)이 전화기(190)의 한 측면에 위치하는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있다. 하우징(110)은 제 3 도에 도시된 것과 같은 1차 그래디언트 마이크로폰 요소를 포함한다. 하우징(110)의 음성 단자간의 거리는 마이크로폰/하우징 조립의 비임폭을 좁게 하기 위해 선택되고 수퍼카디오이드 극 응답 형태를 만든다. 제19도의 평면도가 무효 범위의 위치를 예시한 제20도에 도시된다. 여기서 다시, 주요 로브 및 그것의 인접 측면 로브 사이에 위치한 무효 범위는 확성기(191)에 겨냥된다.
[전이중 동작(Full-Duplex Operation)]
제14도-제20도의 각 상기 예는 확성기 및 마이크로폰간에 낮은 음향적인 결합을 특징으로 한다. 장점은 이제까지 얻을 수 없었던 상대적으로 높은 크기의 레벨에서 전이중 동작을 할 수 있는 조건을 들 수 있다. 상대적으로 적은량의 음향적인 결합이 진동을 유도한다는 것을 주목하라. 제21도에서, 대화망은 전이중 전송을 가능하도록 완전히 피이드백을 제거해서 도시되어 있다. 상기 대화망은 전화선에 마이크로폰(210) 및 확성기(217)를 접속하기 위한 하이브리드(hybrid) 회로(213)와, 수신된 신호의 크기를 제어하기 위한 가변 이득 증폭기(215)와, 각 음향적 및 전기적인 피이드백을 감소시키기 위한 에코(echo) 제거기(218, 219)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 확성기(217)는 마이크로폰(210)의 방향 형태의 무효 범위 및 그것과 관련된 하우징(도시안됨)에서 위치되고, 무효 범위는 주요 로브 및 인접 측면 로브간에 존재한다. 소자(211)는 음향적인 에코 제거기(218)의 출력과 감산회로(212)에서 결합되는 마이크로폰(210)에서 나온 전기적인 출력 신호에 대해 증폭을 시킨다. 상기 감산은 확성기(217)에 의해 발생되고, 마이크로폰(210)에 의해 선택된 기대 되는 양의 음향적인 피이드 백을 제거하기 위해 동작한다.
에코 제거기(218, 219)는 에코 경로의 임펄스 응답에 그 계수를 자동적으로 적응시킨 적응형 트랜스버설(transversal) 필터로써 구비된다. 상기 에코 경로가 선형 시스템이고 트랜스버설 필터가 에코 임펄스 응답의 모든 주기를 커버하기 위해 충분한 횟수의 탭(taps)을 포함한다면, 트랜스버설 필터에 의해 발생된 에코 복제(replica)는 수신된 신호로부터 상기 에코 신호를 완전히 제거시킬 수 있다. 에코 제거 기술은 선식망에 대해 전이중 데이타 트랙픽을 제공하는 기본 대역 디지탈 전송 시스템에서, 그리고 망 에코를 제거하는 전화망에서 널리 사용한다. 에코 제거기는 일반적인 목적의 디지탈 신호 프로세서(DSP)로부터 제조된다. 하나의 DSP는 에코 제거기로써 1배 정밀(single-precision) 및 2배 정밀 동작을 하는 프로그램 목록을 개시하는 응용 노트(Application Note)에 따라 AT & T에서 상업적으로 유용하게 만든 WE DSP 16/DSP16A 디지탈 신호 프로세서이다. 상기 1배 정밀 에코 제거기는 처리능력비에서 장점을 가지며, 2배 정밀한 상대것보다 더 적은 기억 공간을 점유한다. 그러나, 2배 정밀 에코 제거기는 많은 제거를 하며, 16비트 양자화 잡음에 의해서만이 제한된다. 상기 에코 제거기는 필터 계수를 정정하기 위해 최소의 평균(mean) 평방 알고리즘(algorithm)을 사용하는 적응형 트랜스버설 필터에 기초하고 있다. 명료성을 위해 제21도에 도시되진 않했지만, 상기 DSP는 디지탈이며 A/D 변환기는 그 입력에서 DSP에서 아나로그 대화를 디지탈 신호로 변환시키는 것이 요구되며, D/A 변환기는 그 출력에서 요구되는 것을 주목하시요. 전술한 미국 특허 제4,629,829호는 그런 변환기의 알맞은 위치를 개시한다. 음향적인 에코가 감산 회로(212)를 통해 어느 정도의 신호로부터 감산된 후, 결과적인 신호는 대부분의 신호 에너지를 전화선에 결합시키는 전화 하이브 리드(hybrid)(213)에 전달된다. 그러나, 약간의 신호 에너지가 하이브리드를 통해 망의 수신측을 통과한다.
하이브리드 에코 제거기(219)는, 감산 회로(214)를 통해, 수신측의 신호로부터, 어느 정도의 하이브리드 결합을 감산한다. 상기 에코 제거기는 유니터(unity)보다 적은 레벨로 루프 이득의 전체 크기를 감소시키는 기능을 함으로써, 원치않는 진동의 가능성을 제거한다. 확성되는 전화의 사용자가, 음량 제어(215)를 통해서, 진동을 야기시키지 않고 더 양호한 레벨로 수신된 신호의 이득을 증가시키는 것이 가능하다. 증폭기(216)는 고정된 이득량 구비하고, 확성기(217)는 전기적인 신호를 가청 음성으로 변화시킨다. 제21도의 확성되는 전차 장치에서 대부분의 소자는 상기 기술에서 잘 공지되어 있고, 반면에 본 발명에서 특수한 관계를 갖는 것은 상기에 상세히 설명되었다.
본 발명의 여러가지 특수한 실시예가 도시되어 있지만, 상기 발명의 정신 및 범위내에서 변경이 가능한 것은 명백하다. 그런 변경은 같은 극 응답 특성을 이루기 위해 다중 압력 마이크로폰의 사용, 및 하우징이 도시된 또는 도시안된 차단 벽의 사용을 포함하나, 제한되지 않는다.

Claims (12)

  1. 가청 음성을 전기적인 신호로 변환시키는 마이크로폰 장치(예를들어 210)와, 전기적인 신호를 가청 음성으로 변환시키는 확성기(예를들어 217)와, 상기 마이크로폰 장치 및 상기 확성기를 전화선에 전기적으로 연결하는 대화망(speecj netvork 예를들어 211-219)을 구비하는 확성되는 전화 장치로서, 상기 마이크로폰 장치는 여러 방향에서 보다 하나의 방향에서 방사되는 음성에 더욱 민감하게 되는 방향성 극 응답 특성을 갖는 확성되는 전화 장치에 있어서, 방향성 마이크로폰의 극 응답 특성은 주요 로브, 하나 이상의 측면 로브, 및 로브쌍 사이의 무효 범위(null)를 포함하며, 상기 확성기는 주요 로브 및 인접한 측면 로브사이에 위치하는 상기 극 응답 특성의 무효 범위내에 위치되는 것을 특징으로 하는 확성되는 전화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 확성기는 제 1 방향으로 향하고, 상기 마이크로폰 장치는 그 주요 로브가 제 2 방향으로 향하도록 위치되며, 상기 제1 및 제 2 방향은 대략적으로 직각이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 확성되는 전화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 마이크로폰 장치(예를들어 210)가 거리 "d"만큼 분리된 일반적인 진동판의 반대편상에 음성 단자를 가지며, 자유로운 필드 방향성 형태 D(θ) =[1+Bcosθ/1+B](여기서 B＞1)을 갖는 1차 그래디언트(FOG) 마이크로폰을 구비하는 것을 특징으로 하는 확성되는 전화 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 확성기가 전는 장치(예를들어 130)의 중심부에 위치되고, 상기 마이프로폰 장치(예를들어 210)는 전화 장치의 외부 표면 주위에 위치되는 4개의 1차 그래디언트(예를들어 FOG) 마이크로폰(예를들어 110-1, 110-2, 110-3, 110-4)를 구비하고, 각 FOG 마이크로폰이 거리 "d"만큼 분리된 일반적인 진동판의 반대편상에 음성 단자를 포함하는 자유로운 필드 방향성 형태 D(θ)=[1+Bcosθ/1+B] (여기서 B＞1)를 갖는 것을 특징으로 하는 확성되는 전화 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 확성기가 전화 장치(예를들어 150)의 중심부에 위치되며, 상기 마이크로폰 장치가 전화 장치의 외부 표면 주위에 위치된 세개의 2차 그래디언트(SOG) 마이크로폰을 구비하며, 각 SOG마이프로폰이 한쌍의 동일 선상의 1차 그래디언트(FOG) 마이크로폰(예를들면 110-1, 110-2)을 구비하는 것을 특징으로 하는 확성되는 전화 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 마이크로폰 장치가 거리 d1만큼 분리된 한쌍의 동일선상의 1차 그래디언트(FOG) 마이크로폰(예를들어 200-1, 200-2)을 구비하며, 각 FOG 마이크로폰이 감산회로(예를들어 230)의 다른 입력에 연결된 전기적인 신호를 발생하며, 상기 전기적인 신호중 하나가 시간 간격 τ만큼 지연됨으로써, 2차 그래디언트 극 응답 특성이 이루어지는 것을 특징으로 하는 확성되는 전화 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 시간 간격이 τ=d1/c(여기서 c는 공기중의 음성 속도)인 확성되는 전화 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 입력을 감산 회로에 반전시키는 수단(예를들어 K1, K2, K3, K4)을 더 구비함으로써, 극 응답 특성이 반전 수단의 활성화시 반전되게 되는 것을 특징으로 하는 확성되는 전화 장치.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 FOG 마이크로폰(예를들어 200)은 그 반대단부에 개구(예를들어 110, 111)를 포함하는 하우징(예를들어 110)내에 위치하며, 상기 구조가 한쌍의 채널(예를들면 113, 114)을 포함하며, 각 채널이 FOG 마이크로폰의 한쪽 음성 단자와 개구의 한쪽간에 확장됨으로써, 상기 하우징은 감도를 개선시키기 위해 음성 단자간에 효과적으로 거리를 증가시키는 것을 특징으로 하는 확성되는 전화 장치.
  10. 제 3 항에 있어서, 상기 FOG 마이크로폰(예를들면 200)은 마이크로폰의 진동판과 같은 평면에 있는 차단벽(예를들면 205-1)에 끼워 넣어지고 그 주변 둘레로 확장됨으로써, 상기 차단벽은 감도를 개선시키기 위한 음성 단자간의 거리를 효과적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 확성하는 전화 장치.
  11. 제 2 항에 있어서, 대화망이 송신 회로를 통해 전차선에 마이크로폰 장치를 접속하고 수신 회로를 통해 확성기에 전화선을 접속하는 하이브리드(예를들면 213)를 포함하며, 상기 대화망이 수신 회로에서 신호에 응답하고 확성기(예를들어 217) 및 마이크로폰(예를들어 210)간에 결합되는 어느 정도의 음향적인 예코를 발생시키는 제 1 에코 제거기(예를들어 218)도 포함하며, 상기 송신 회로가 마이크로폰 장치로부터의 출력 신호에 어느 정도의 음향적인 에코를 결합하는 감산 수단(예를들어 212)을 포함하므로써, 확성기 및 마이크로폰 장치간에 음향적인 에코가 감소되는 것을 특징으로 하는 확성되는 전화 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 대화망이 상기 하이브리드를 통해 송신 및 수신 회로간에 결합되는 어느 정도의 전기적인 에코를 발생시키고 송신 회로의 신호에 응답하는 제 2 에코 제거기도 포함하고, 수신 회로가 하이브리드로부터 수신된 신호에 어느 정도의 전기적인 에코를 결합하는 감산 수단(예를들면 214)을 포함하므로써, 음향적 및 전기적인 에코가 감소되는 것을 특징으로 하는 확성되는 전화 장치.
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