(57)【要約】【課題】従来はリードフィルタやマイクロフォークで実現していた特性をデジタル信号処理で実現し、従来のフィルタでは不可能な狭い帯域を実現して、トーン信号を的確に検出可能な構成を提供する。【解決手段】ＤＳＢ送受信機のトーン信号検出部３１は、音声周波数帯域の特定のトーン信号を検出可能に構成されている。このトーン信号検出部３１は、共振器（共振型ＩＩＲフィルタ）５と、トーン判定部７と、を備える。共振器５には、デジタル信号に変換された音声信号が入力される。トーン判定部７は、前記共振器５を通過した信号のレベルに基づいて、検出すべきトーン信号が前記音声信号に含まれているか否かを判定する。この共振器５は、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）により実現されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声周波数帯域の特定のトーン信号を検出可能なトーン検出装置において、
デジタル信号に変換された音声信号が入力される共振型ＩＩＲフィルタと、
前記共振型ＩＩＲフィルタを通過した信号のレベルに基づいて、検出すべきトーン信号が前記音声信号に含まれているか否かを判定する判定部と、
を備えることを特徴とするトーン検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のトーン検出装置であって、
前記共振型ＩＩＲフィルタはデジタル信号処理装置により実現されていることを特徴とするトーン検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のトーン検出装置であって、
前記共振型ＩＩＲフィルタは複数備えられ、それぞれの共振周波数は互いに異なっており、
デジタル信号に変換された前記音声信号は、複数の共振型ＩＩＲフィルタに並列で入力されることを特徴とするトーン検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載のトーン検出装置であって、
次のトーン信号を検知するために音声信号が前記共振型ＩＩＲフィルタに入力される前に、当該共振型ＩＩＲフィルタにおいて波形に残るオフセット分が除去されることを特徴とするトーン検出装置。
【請求項５】
請求項１から４までの何れか一項に記載のトーン検出装置を備えることを特徴とする無線通信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主要には、音声周波数帯域の所定のトーン信号を検出するトーン検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、船舶間の無線通信等において、通信機に固有である４桁の数字に対応した周波数のトーン信号を送信することで、特定の相手の通信機を呼び出すことが行われている。この信号は、一般に選択呼出信号（セルコール）と呼ばれている。
【０００３】
選択呼出信号の検出機能を有する通信機は、受信したトーン信号に対応する４桁の数字が自機の固有の番号と一致していた場合には、例えばランプの点灯やスピーカからの呼出し音によって、自機が呼び出されたことを知らせるようになっている。これにより、ユーザは受信音声に常に注意を払わなくても、呼出しに対して適切に応答することができる。
【０００４】
また、上記のような選択呼出信号の検出機能をブイに備え、自機へのセルコール呼出にのみ応答して電波を自動的に発射するように構成したラジオブイ（セルコールブイ）の構成も知られている。この構成は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００５】
ところで、上記のように特定の周波数のトーン信号を検出する用途では、音声周波数帯域での狭帯域特性を得るために、リードフィルタ、マイクロフォーク等といった電子部品が従来から使用されている。これらの電子部品は、メカニカルな共振特性を利用して帯域特性を実現するものである。即ち、電気信号を機械振動に変換してメカニカルな共振器に伝え、共振器の機械振動出力を電気信号に再変換することでフィルタ出力としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２２８７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記のリードフィルタやマイクロフォークを用いた構成は、共振周波数がリードフィルタ及びマイクロフォークに固有の値となっている。従って、複数の検出器が必要な場合は、検出器の数だけリードフィルタやマイクロフォークを準備する必要がある。また、帯域幅の特性もリードフィルタやマイクロフォークに固有のものであり、複数の帯域特性が必要な場合はその数だけ部品を用意しなければならず、コストアップの原因となっていた。
【０００８】
更に、上記のようなメカニカルな共振特性を利用したフィルタは、船舶等のように振動する環境では特性が悪化する場合が多く、また、経年変化で特性が変わったり、温度、湿度等の環境変化により特性が不安定になったりすることもあった。また、近年は、この種の部品の製造が中止になっていることが多く、入手自体も容易ではなくなってきている。一方で、通常の帯域通過フィルタを用いることとすると、その時間的遅延の影響等により、急峻な選択度特性を得ることが大変困難であった。
【０００９】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、従来はリードフィルタやマイクロフォークで実現していた特性をデジタル信号処理で実現し、従来のフィルタでは不可能な狭い帯域を実現して、トーン信号を的確に検出可能な構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００１１】
本発明の観点によれば、音声周波数帯域の特定のトーン信号を検出可能なトーン検出装置において、以下の構成が提供される。即ち、このトーン検出装置は、共振型ＩＩＲフィルタと、判定部と、を備える。前記共振型ＩＩＲフィルタには、デジタル信号に変換された音声信号が入力される。前記判定部は、前記共振型ＩＩＲフィルタを通過した信号のレベルに基づいて、検出すべきトーン信号が前記音声信号に含まれているか否かを判定する。
【００１２】
これにより、ＩＩＲ共振型フィルタで急峻な選択度特性を得て、従来のフィルタでは不可能であった狭い帯域を実現することができる。また、デジタルフィルタを用いてトーン信号の検出を行うので、経年変化や環境変化によって特性が不安定となる問題もなく、また、要求される特性に対応させることも容易である。
【００１３】
前記のトーン検出装置においては、前記共振型ＩＩＲフィルタはデジタル信号処理装置により実現されていることが好ましい。
【００１４】
これにより、フィルタをプログラムとして実現することができるので、複数のフィルタを構成しても、回路規模は１つのフィルタと同じようにすることができる。また、仕様の変更も、プログラムの変更により簡単に実現することができる。
【００１５】
前記のトーン検出装置においては、以下の構成とすることが好ましい。即ち、前記共振型ＩＩＲフィルタは複数備えられ、それぞれの共振周波数は互いに異なっている。デジタル信号に変換された前記音声信号は、複数の共振型ＩＩＲフィルタに並列で入力される。
【００１６】
これにより、周波数を種々異ならせたトーン信号を識別可能な簡素な構成を実現できる。
【００１７】
前記のトーン検出装置においては、次のトーン信号を検知するために音声信号が前記共振型ＩＩＲフィルタに入力される前に、当該共振型ＩＩＲフィルタにおいて波形に残るオフセット分が除去されることが好ましい。
【００１８】
これにより、異なる周波数のトーン信号が連続的に入力された場合、共振型ＩＩＲフィルタの波形に残るオフセット分をゼロとした上で次のトーン信号を検知することができる。この結果、検知能力を向上させ、誤動作を回避することができる。
【００１９】
また、本発明の他の観点によれば、上記のトーン検出装置を備える無線通信機が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るＤＳＢ送受信機の全体的な構成を示した斜視図。
【図２】ＤＳＢ送受信機の機能ブロック図。
【図３】トーン信号検出部の構成を示すブロック図。
【図４】共振器の構成を示すブロック図。
【図５】信号レベル検出部及びトーン判定部の構成を示すブロック図。
【図６】入力波形に含まれるオフセット分について説明するグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るＤＳＢ送受信機１の全体的な構成を示した斜視図である。図２は、ＤＳＢ送受信機１の機能ブロック図である。
【００２２】
図１に示す本実施形態のＤＳＢ送受信機（無線通信機）１は、両側波帯（Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓｉｄｅ  Ｂａｎｄ、ＤＳＢ）と呼ばれる振幅変調波を用いて、音声を送受信することができる。このＤＳＢ送受信機１は、例えば漁船が船団を組んで操業する場合に、仲間船と相互に連絡をとり合うために用いることができる。
【００２３】
ＤＳＢ送受信機１は、図２に示すように、マイク１４、スピーカ１６及びアンテナ１７を接続可能な送受信機本体１０を備えている。送受信機本体１０には、無線通信で音声をやり取りするための送信部２０及び受信部２１が内蔵されている。また、送受信機本体１０には、送信部２０及び受信部２１等を制御するためのデジタル信号処理装置（ＤＳＰ）からなる制御部１９が備えられている。
【００２４】
図１に示すように、前記マイク１４は、送信と受信とを切り替えるための切替スイッチ１５を備えている。この切替スイッチ１５は、押されることで送信側に切り替わるという意味のＰｕｓｈ  Ｔｏ  Ｔａｌｋの頭文字をとって、ＰＴＴスイッチと呼ばれることがある。
【００２５】
切替スイッチ１５は、図２に示す送受信切替部２３に電気的に接続されている。前記アンテナ１７としては適宜のものを用いることができ、例えば公知のホイップアンテナとすることができる。
【００２６】
図１に示すように、当該送受信機本体１０の正面側には平面状のパネルが備えられている。そして、このパネルには表示部１１と操作部１２とが配置されている。表示部１１及び操作部１２は、図２に示す制御部１９に電気的に接続されている。
【００２７】
前記表示部１１は例えば液晶ディスプレイとして構成されており、ＤＳＢ送受信機１の稼動状況等に関する情報を確認のために表示できるようになっている。この情報としては様々であるが、例えば、現時点で通信に使用しているチャンネル、電波の受信レベル等である。また、表示部１１は送受信機本体１０に関する各種設定項目や各種操作項目等をメニューで表示可能に構成されており、後述の操作部１２を使用することで当該メニューに関する操作を行うことができる。
【００２８】
操作部１２は、操作ボタン、回転ダイアル等の各種の操作具を備えている。ユーザは、適宜の操作を行うことによって、受信部２１の感度の切替え等の所望の指示をＤＳＢ送受信機１（制御部１９）に与えることができる。
【００２９】
送信部２０は、マイク１４から入力される音声信号に基づいて高周波信号を変調させ、増幅してアンテナ１７に出力することにより、所定のチャンネル（周波数）で音声信号を送り出すことができる。受信部２１は、アンテナ１７から入力される信号に対して、増幅、復調等の処理を行い、所定のチャンネル（周波数）で送信された音声信号を取り出してスピーカ１６に出力することができる。以上により、いわゆるＡ３Ｅ形式の電波による音声信号のやり取りが実現されている。
【００３０】
トーン信号発生部３０は、音声周波数領域における所定のトーン信号を生成し、送信部２０へ出力する。なお、このトーン信号としては、特定の船舶を選択して呼び出すための選択呼出信号（セルコール）や、緊急事態が発生したときに周囲の船舶に知らせるための注意信号等が考えられる。
【００３１】
このトーン信号発生部３０は、正弦波を発生させる図略の発振器を備えている。そして、例えば前記選択呼出信号を送信する場合は、ユーザは、相手先の通信機を特定するための４桁の数字（選択呼出番号）を、操作部１２の操作により指示する。すると、各桁について、１、２、・・・、０の数字に対応する約０．５〜２ｋＨｚのトーン周波数がトーン信号発生部３０において生成され、４つのトーン信号が、送信部２０を介してアンテナ１７から連続的に送信される。
【００３２】
トーン信号検出部（トーン検出装置）３１は、前記受信部２１で復調された音声信号を監視し、所定のトーン信号（具体的には、前記セルコール信号）を検出した場合は、制御部１９に信号を送るように構成されている。制御部１９は、４つのトーン周波数に対応する４桁の数字（選択呼出番号）が自機の固有の数字と一致していたときは、表示部１１に適宜の表示をさせたり、送受信機本体１０のパネルに備えられたランプを点灯させたり、スピーカ１６から呼出音を出力する等、適宜の方法でユーザに知らせる。これにより、ユーザは、自船がセルコールで呼び出されていることを知ることができる。
【００３３】
次に、ＤＳＢ送受信機１が備えるトーン信号検出部３１の詳細な構成について説明する。図３は、トーン信号検出部３１の構成を示すブロック図である。
【００３４】
図３に示すトーン信号検出部３１は、Ａ／Ｄ変換器４と、バンドパスフィルタとしての共振器５と、信号レベル検出部６と、トーン判定部７と、を主要な構成として備えている。
【００３５】
受信部２１からの復調音声信号は、Ａ／Ｄ変換器４を通過してデジタルデータに変換された後、複数の共振器５に並列に入力され、それぞれ当該共振器５を同時に通過する。それぞれの共振器５は共振型ＩＩＲフィルタとして構成されており、「１」、「２」、・・・「０」の１０個の数字、及び「Ｒ」に対応させるようにして、計１１個の共振器５が配置されている。
【００３６】
各共振器５には、それぞれの数字に対応して無線設備規則で予め定められた所定の周波数が、共振周波数として設定されている。なお、「Ｒ」は、セルコールにおいて直前の数字の反復を意味する。例えば、「００１１」という４桁の数字は「０Ｒ１Ｒ」というように表現され、これに相当するトーン信号が通信機の間でやり取りされる。
【００３７】
トーン判定部（判定部）７は、それぞれの共振器５に対応して設けられている。共振器５の出力信号はトーン判定部７に入力され、当該共振器５に対応するトーン信号の有無が判定される。そして、トーン信号ありと判定された場合は、トーン検出信号が制御部１９に送信される。
【００３８】
図４は、１つの共振器５の構成を示すブロック図である。この共振器５は、乗算器、加算器、及び単位遅延素子を備えた公知のＩＩＲ共振型フィルタとして構成されており、これにより急峻な選択度特性を得ることができる。共振器５の共振周波数をＦ、共振の帯域幅をＢとすると、図４に示される係数ａ1，ａ2及びｂ0は以下の式（１）〜（３）のように表すことができる。
【数１】
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【００３９】
以上に説明した共振器５（共振型ＩＩＲフィルタ、バンドパスフィルタ）は特別な部品で構成されるものではなく、ＤＳＢ送受信機１が備えるデジタル信号処理装置（ＤＳＰ）において、プログラムによるデジタル信号処理で実現されるものである。従って、通常の通信制御や表示部の表示制御等を行うために従来から備えられていたＤＳＰ回路にプログラムを新しく追加することで、ハードウェアの変更を伴うことなく、機能を容易に追加することができる。なお、本実施形態では、信号レベル検出部６及びトーン判定部７もＤＳＰにおいてプログラム的に実現されている。
【００４０】
また、デジタル処理を用いてフィルタを構成しているので、要求される特性（即ち、周波数及び帯域幅）を満たすことが容易である。本実施形態ではＩＩＲ共振型フィルタにより急峻な選択度特性が得られているので、後述の閾値を適当に設定することで、通常のフィルタでは不可能であった狭い帯域（例えば、５００±１．５Ｈｚ）を実現することができる。
【００４１】
更に、このように共振器５がデジタルフィルタとして構成されているので、前述のメカニカルな共振特性を利用したフィルタと比較して、経年変化の影響を回避できるとともに、温度、湿度、振動等の環境の変化にかかわらずその特性を安定させることができる。
【００４２】
図３に示す信号レベル検出部６は、それぞれのトーン判定部７においてトーン信号の有無を判定するために基準となる信号を生成して出力するように構成されている。具体的には図５に示すように、信号レベル検出部６は、振幅検出部６１と、平均値計算部６２と、を備えている。
【００４３】
振幅検出部６１は、受信部２１から得られた復調音声信号の振幅を検出する。平均値計算部６２は、継続して検出される前記振幅の平均値を計算し、その結果をトーン判定部７へ出力する。
【００４４】
前記トーン判定部７は、振幅検出部７１と、平均値計算部７２と、倍率計算部７３と、比較部７４と、を備えている。
【００４５】
振幅検出部７１は前記信号レベル検出部６の振幅検出部６１と同様に構成されており、共振器５を通過した信号の振幅を検出する。平均値計算部７２は、振幅検出部７１が検出した振幅の平均値を計算する。倍率計算部７３は、平均値計算部７２の計算結果を前記平均値計算部６２の計算結果で除することで、信号レベルの倍率を計算する。
【００４６】
この信号レベルの倍率（レベル比）は、共振器５を通過した信号のレベルが、通過しなかった場合の信号のレベルの何倍となっているかを示すものである。ここで、仮に共振器５が持つ共振周波数に一致するトーン信号が復調音声信号に含まれていた場合は、当該トーン信号の成分が共振器５で例えば数十倍程度に強調されるので、上記の倍率は著しく大きくなる。本実施形態ではこのことを利用して、倍率計算部７３で計算された倍率を比較部７４で所定の閾値と比較し、この閾値を上回っていた場合はトーン信号ありと判定するのである。
【００４７】
そして、上記共振器５（バンドパスフィルタ）及びトーン判定部７の設計パラメータとしては、フィルタ係数、Ｑ値、閾値、及び遅延量があり、これらは事情に応じて適宜決定される。例えば、前記閾値を高く設定すると共振周波数の尖塔値に近くなるので、帯域幅を狭く設定することができる。一方、閾値を低く設定すると共振周波数の裾野に近くなるので、帯域を広く設定することができる。このように、閾値を適宜設定することで、その使用目的に合致した帯域特性を得ることができる。
【００４８】
なお、セルコールの場合、４つの数字に対応する周波数のトーン信号が連続的に入力される。従って、上記の構成でトーン判定部７が１つ目の数字の周波数を検知するタイミングでは、次の別の数字に該当する周波数のトーン信号が全ての共振器５に入力され始めることになる。このとき、共振器５に前の数字の入力波形のオフセット（図６に図示）が残っていると、次に入力される波形が閾値に達する周波数が低くなり、周波数（即ち、数字）を正確に検知できなくなってしまう。
【００４９】
以下、詳細に説明する。図６のハッチングで示した部分は、「１」に相当するトーン信号が入力された後、「２」に相当するトーン信号が入力される場合に問題となる波形のオフセットを示している。セルコールの場合、数字に対応する周波数は、「１」〜「０」、「Ｒ」の順に、５０２．５Ｈｚ、５３２．５Ｈｚ、・・・というように３０Ｈｚ刻みで定められ、最後の「Ｒ」に対応する周波数は８０２．５Ｈｚである。「１」のトーン信号が入力されると、「１」〜「Ｒ」のすべての共振器５に、５０２．５Ｈｚをピークとする山形の波形が入力される。そして、「１」の共振器５を通過した波形だけが大きな振幅を有することになり、これにより、当該トーン信号が「１」であると判定される。
【００５０】
そして、その直後に、「２」として検出されるべき範囲よりも低い周波数の信号が何らかの事情で入力されたとする。このような信号は、ピークの部分が「２」の共振器５における共振帯域幅に入らないので、通常では「２」のトーン判定部７において閾値を超える振幅が検出されず、この信号が「２」の信号と判定されることはない。ところが、「１」のトーン信号が入力された直後は、「２」の共振器５には当該「１」のトーン信号の波形が一定程度残留している。従って、「２」の共振器５においては、「１」のトーン信号波形の残留分に、新しく入力された問題の信号波形が上積みされる形となり、この結果、トーン判定部７で検出された振幅が閾値を超えてしまうことがある。これは、「２」として検出すべきでない信号を「２」のトーン信号であると誤検出してしまうことを意味する。
【００５１】
このように、過去の入力波形が残っていると、現在判定しようとしている波形に当該残存分がオフセットとして残ってしまい、誤動作の原因となる。なお、このようなオフセットは、上記の「１」と「２」のように２つの数字の周波数が近い場合により大きな問題となるが、「１」と「３」のようにある程度離れている場合でも、図６のように信号波形が重なる部分がある限り問題となり得る。
【００５２】
この点、本実施形態においては、各桁の信号の合間に相当する所定のタイミングで制御部１９が全てのトーン判定部７にリセット信号を送り、この信号を受信したそれぞれのトーン判定部７が共振器５をリセットすることで、波形に残るオフセット分をゼロに戻すようになっている。従って、共振器５を用いて次の数字を検知するときに、過去の入力波形に起因する残存オフセットの影響を排除できるので、トーン検出能力を良好に向上させることができる。
【００５３】
以上に説明したように、本実施形態のＤＳＢ送受信機１が備えるトーン信号検出部３１は、音声周波数帯域の特定のトーン信号を検出可能に構成されている。トーン信号検出部３１は、共振型ＩＩＲフィルタとしての共振器５と、トーン判定部７と、を備える。共振器５には、デジタル信号に変換された音声信号が入力される。トーン判定部７は、共振器５を通過した信号のレベルに基づいて、検出すべきトーン信号が前記音声信号に含まれているか否かを判定する。
【００５４】
これにより、共振型ＩＩＲフィルタとしての共振器５により急峻な選択度特性を得て、従来のフィルタでは不可能であった狭い帯域を実現することができる。また、デジタルフィルタを用いてトーン信号の検出を行うので、経年変化や環境変化によって特性が不安定となることもなく、また、要求される特性に対応させることも容易である。
【００５５】
また、本実施形態において、トーン信号検出部３１の共振器５はデジタル信号処理装置により実現されていることが好ましい。
【００５６】
これにより、前記共振器５等のフィルタをプログラムとして実現することができるので、複数のフィルタを構成しても、回路規模は１つのフィルタと同じように構成することができる。また、仕様の変更も、プログラムの変更により簡単に実現することができる。
【００５７】
また、本実施形態において、共振器５は複数備えられ、それぞれの共振周波数は互いに異なっている。デジタル信号に変換された前記音声信号は、複数の共振器５に並列で入力される。
【００５８】
これにより、周波数を種々異ならせたトーン信号を識別可能な簡素な構成を実現できる。
【００５９】
また、本実施形態においては、次のトーン信号を検知するために音声信号が共振器５に入力される前に、当該共振器５において波形に残るオフセット分が除去されるようになっている。
【００６０】
これにより、異なる周波数のトーン信号が連続的に入力された場合、波形に残るオフセット分をゼロとした上で次のトーン信号を検知することで、検知能力を向上させ、誤動作を回避することができる。
【００６１】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【００６２】
共振器５の構成は、図４に示したものに限定されず、他の様々な構成の共振器を採用することもできる。
【００６３】
上記の実施形態のＤＳＢ送受信機１から受信部２１を省略し、ＤＳＢ送信機（即ち、送信専用の無線通信機）として構成することもできる。
【００６４】
上記実施形態の構成はＤＳＢを用いた音声通信機に限定されず、例えば単側波帯（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｓｉｄｅ  Ｂａｎｄ、ＳＳＢ）を用いるＳＳＢ送受信機、周波数変調を行うＦＭ送受信機等、各種の音声通信機に適用することができる。
【００６５】
上記のトーン検出の構成は、選択呼出信号の受信に限定されず、例えば注意信号の受信のために用いることができる。また、無線通信機に限らず、上記のトーン検出装置を留守番電話やリモコン等におけるトーン検出のために用いることもできる。
【００６６】
上記実施形態では制御部１９が共振器５のリセットのための信号をトーン判定部７に送信しているが、制御部１９が共振器５にリセット信号を直接送信して共振器５をリセットする構成に変更することもできる。
【００６７】
上記実施形態では、トーン判定部７によって音声信号から前記トーン信号を検出したと判定したか否かにかかわらず、適宜のタイミングで共振器５をリセットし、過去の信号入力に起因するオフセット分をゼロに戻すように構成されている。しかしながら、検出すべきトーン信号が前記音声信号に含まれているとトーン判定部７が判定した場合にのみ、制御部１９からリセット信号を送信するように変更することもできる。
【００６８】
上記実施形態では、オフセット分の影響を除去するために、次の入力が始まる前に全ての共振器５にリセットを掛ける構成となっている。しかしながら、直前の入力信号の周波数と共振器５の共振周波数とが著しく乖離していた場合等、リセットが不要と判断された共振器５に関しては、リセットを省略する構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００６９】
１  ＤＳＢ送受信機（無線通信機）
５  共振器（共振型ＩＩＲフィルタ）
７  トーン判定部
１９  制御部
３１  トーン信号検出部（トーン検出装置）
【図１】
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【図２】
2010178142.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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