(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定のインピーダンスを持った直流信号（Ｓ１）が入力されるローパスフィルター（１）と、
このローパスフィルター（１）の出力信号（Ｓ２）が一端に供給される抵抗器（５）と、
前記抵抗器（５）の他端から得られた信号が供給されて動作するエレクトレット型コンデンサーマイクロホン（１４）を体表面の振動を検出するセンサーとして備える皮膚振動検出装置（２）と、
前記皮膚振動検出装置（２）の出力信号を前記抵抗器（５）の他端から得られた信号に重畳させた信号（Ｓ３）が入力され、前記皮膚振動検出装置（２）の出力信号から低域成分を減衰させた出力信号（Ｓ４）を得るハイパスフィルター（３）と、
前記ハイパスフィルター（３）の出力信号（Ｓ４）が入力され、このハイパスフィルター（３）の出力信号（Ｓ４）のレベルにより出力インピーダンスが変化するインピーダンス変換素子（４）とを具備し、
前記直流信号（Ｓ１）の直流電圧を、当該直流信号（Ｓ１）のインピーダンスと前記ハイパスフィルター（３）の出力信号（Ｓ４）により変動するインピーダンス変換素子（４）のインピーダンスとの比で分圧し、前記直流信号（Ｓ１）に前記ハイパスフィルター（３）の出力信号（Ｓ４）を重畳させることを特徴とする音声入力装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の音声入力装置において、前記ハイパスフィルター（３）は、前記ローパスフィルター（１）の出力信号（Ｓ２）が電源として与えられ、低域成分を遮断し、高域成分を増幅することを特徴とする音声入力装置。
【請求項３】
前記請求項１または２に記載の音声入力装置において、前記インピーダンス変換素子（４）は、エミッタ接地回路またはソース接地回路であることを特徴とする音声入力装置。
【請求項４】
前記請求項１乃至３いずれか１項に記載の音声入力装置において、前記ローパスフィルター（１）は１次のローパスフィルターで構成され、前記ハイパスフィルター（３）は１次のハイパスフィルターで構成されることを特徴とする音声入力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、声帯の振動が人体組織を伝播して皮膚表面に現れる振動を検出することにより、音声を入力する音声入力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、工場や工事現場などの騒音の多い場所で、無線または有線による放送装置や通信装置に音声を入力する手段として、声帯の振動が骨組織に伝播し、その骨に伝わった振動を皮膚表面に密着させた圧電素子やエレクトレット型コンデンサーマイクロホンなどのセンサーを用いて音を拾う骨伝導マイクロホンが使われている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、電話のコールセンターなどでは、オペレーターの音声を明瞭に伝えるために、咽喉マイクロホンが使われている。咽喉マイクロホンは、図６に示すようにマイクロホン２０の集音部分２０ａを顎の下の首部分２１に接触させ、発音による声帯の振動が顎の下の首部分２１に伝わってきた皮膚表面の振動を拾うものである（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
上記咽喉マイクロホンでは、振動を拾うセンサーとして、一般的には図７に示すようにエレクトレット型コンデンサーマイクロホン２２が使われており、電話や無線装置などのマイク入力部２３に音声を入力している。
【０００５】
エレクトレット型コンデンサーマイクロホン２２の振動膜２２ａは、インピーダンス変換素子２６とともに筐体２５に収容されており、この筐体２５の振動膜２２ａに対応する位置に設けられた音孔２５ａを介して皮膚表面の振動を拾うようになっている。
【０００６】
また、マイク入力部２３には、上記コンデンサーマイクロホン２２に電源を与えるための直流電源２７と、この直流電源２７の電圧を入力端子２４ｅに印加するバイアス用の抵抗器２８と、一方の電極が上記入力端子２４ｅに接続されたコンデンサ２９と、入力端が上記コンデンサ２９の他方の電極に接続された電圧増幅素子３０とが設けられている。上記直流電源２７の負極は、接地（ＧＮＤ）端子２４ｆに接続される。
【０００７】
上記インピーダンス変換素子２６の出力端子２４ｃと上記マイク入力部２３の入力端子２４ｅ、及び上記コンデンサーマイクロホン２２とインピーダンス変換素子２６が接続された接地端子２４ｄと上記マイク入力部２３側の接地端子２４ｆとの接続には、信号線と電源線を共有した電源線２４ａとグランド線２４ｂによる２線式が用いられる。そして、電源線２４ａは、バイアス用の抵抗器２８のインピーダンスとインピーダンス変換素子２６のインピーダンスによる分圧比によって電源線２４ａに音声信号を重畳させて出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３４８８７４９号
【特許文献２】特公平８−３４６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、生体組織を伝播する信号の音響特性として、高域成分が減衰するという周波数特性が知られている。このため、図７に示したようにエレクトレット型コンデンサーマイクロホンをセンサーとして用い、皮膚表面に密着させて使用する場合における皮膚伝播感度の周波数特性は、例えば図８に示すようになる。
【００１０】
すなわち、周波数が１００Ｈｚ〜３００Ｈｚでは１００ｄＢ以上の十分なゲインが得られるのに対し、周波数が高くなるにしたがってゲインが低下していき、周波数が３ＫＨｚを超えるとゲインは５０ｄＢ以下にまで低下してしまう。
【００１１】
このような周波数特性では、音声を発音することで声帯が振動して発生する振動以外に、エレクトレット型コンデンサーマイクロホンが体表面を滑る際に発生する３００Ｈｚ以下の低い周波数の振動や、体を動かした際に発生する３００Ｈｚ以下の低い周波数の振動なども拾ってしまい、本来必要とする３００Ｈｚ以上の音声による振動の周波数帯域の情報がマスキングされてしまうことになる。
【００１２】
このため、エレクトレット型コンデンサーマイクロホンを皮膚表面に密着させて振動を拾うと、通信装置などへの音声入力装置に使用した場合、音声が明瞭に伝わらない、という課題がある。
【００１３】
この課題を解決するために、皮膚表面の振動を検出するセンサーからの信号を、ハイパスフィルターを通して低域成分を減衰させることが考えられるが、この方法ではエレクトレット型コンデンサーマイクロホンに与える電源とは別の電源でハイパスフィルターを駆動する必要がある。このため、ハイパスフィルター用の電源を別に用意しなければならず、携帯性が重要である無線機器などで使用する場合、携帯性が悪くなる。
【００１４】
また、無線機器などの装置内で低域成分を減衰させるフィルタ処理を行って対応することも考えられるが、装置内に入力された信号の低域成分が減衰するため、空気伝播による通常の音声入力用のエレクトレット型コンデンサーマイクロホンと共用できなくなる。
【００１５】
本発明は上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、皮膚表面の振動を検出するセンサーからの信号の低域成分を減衰させることができ、低い周波数の振動による音声のマスキングを防いで騒音下においても良好な通話品質が得られる音声入力装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の音声入力装置は、一定のインピーダンスを持った直流信号Ｓ１が入力されるローパスフィルター１と、このローパスフィルター１の出力信号Ｓ２が一端に供給される抵抗器５と、前記抵抗器５の他端から得られた信号が供給されて動作するエレクトレット型コンデンサーマイクロホン１４を体表面の振動を検出するセンサーとして備える皮膚振動検出装置２と、前記皮膚振動検出装置２の出力信号を前記抵抗器５の他端から得られた信号に重畳させた信号Ｓ３が入力され、前記皮膚振動検出装置２の出力信号から低域成分を減衰させた出力信号Ｓ４を得るハイパスフィルター３と、前記ハイパスフィルター３の出力信号Ｓ４が入力され、このハイパスフィルター３の出力信号Ｓ４のレベルにより出力インピーダンスが変化するインピーダンス変換素子４とを具備し、前記直流信号Ｓ１の直流電圧を、当該直流信号Ｓ１のインピーダンスと前記ハイパスフィルター３の出力信号Ｓ４により変動するインピーダンス変換素子４のインピーダンスとの比で分圧し、前記直流信号Ｓ１に前記ハイパスフィルター３の出力信号Ｓ４を重畳させることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の音声入力装置において、前記ハイパスフィルター３は、前記ローパスフィルター１の出力信号Ｓ２が電源として与えられ、低域成分を遮断し、高域成分を増幅することを特徴とする。
【００１８】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の音声入力装置において、前記インピーダンス変換素子４は、エミッタ接地回路またはソース接地回路であることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３いずれか１項に記載の音声入力装置において、前記ローパスフィルター１は１次のローパスフィルターで構成され、前記ハイパスフィルター３は１次のハイパスフィルターで構成されることを特徴とする音声入力装置。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の音声入力装置では、エレクトレット型コンデンサーマイクロホンによる皮膚振動検出装置の出力信号をハイパスフィルターに入力して低域成分を減衰させることで、センサーを皮膚表面に密着させて振動を検出する際の音響特性を補整することができる。このように、低域を減衰させるフィルタ処理を行うことで、低域の振動による音声のマスキングを防いで騒音下においても良好な通話品質が得られる。
【００２１】
また、ローパスフィルターの出力を電源としてハイパスフィルターを駆動することにより、ハイパスフィルターの駆動用電源を設置する必要がない。更に、無線機器などの装置内で低域成分を減衰させるフィルタ処理を行う必要がないので、これに接続する無線機器等は空気伝播による音声を拾うマイクロホンと同じ接続方法で使用出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る音声入力装置の原理図である。
【図２】図１に示した皮膚振動検出装置の出力信号の一例を示す説明図である。
【図３】図１に示したハイパスフィルターの周波数特性図である。
【図４】本発明の実施例に係る音声入力装置を示す回路図である。
【図５】本発明の実施例に係る音声入力装置における皮膚伝播感度の周波数特性を示す説明図である。
【図６】咽喉マイクロホンの使用方法の一例を示す説明図である。
【図７】エレクトレット型コンデンサーマイクロホンの電話や無線装置などのマイク入力部への接続例を示す回路図である。
【図８】エレクトレット型コンデンサーマイクロホンをセンサーとして用い、皮膚表面に密着させて使用する場合における皮膚伝播感度の周波数特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
まず、本実施形態に係る音声入力装置の原理を図１乃至図３により説明し、その具体的な実施例について図４及び図５により述べる。
【００２５】
図１に示す如く、音声入力装置は、ローパスフィルター（ＬＰＦ）１、皮膚振動検出装置２、ハイパスフィルター（ＨＰＦ）３、インピーダンス変換素子４及びバイアス用抵抗器５などを備えている。上記皮膚振動検出装置２には、皮膚表面の振動を検出するセンサーとしてエレクトレット型コンデンサーマイクロホン１４を用いている。この音声入力装置は、図７と同様に、第１、第２端子１５、１６に例えば電話や無線装置などのマイク入力部を接続して音声を入力するものである。
【００２６】
上記のような構成において、一定（数百Ωから数ｋΩ）のインピーダンスを持つ直流信号Ｓ１をローパスフィルター１に入力し、インピーダンスの低い出力信号（直流信号）Ｓ２を得る。この直流信号Ｓ２は、バイアス用抵抗器５を介して皮膚振動検出装置２に内蔵されたエレクトレット型コンデンサーマイクロホン１４に供給される。これによって、コンデンサーマイクロホン１４に電源が供給されて動作する。そして、皮膚表面の振動を拾うことで出力信号を得る。
【００２７】
上記エレクトレット型コンデンサーマイクロホン１４の出力信号は、図２に示すようにバイアス用抵抗器５により直流信号に重畳されて出力される。この出力信号Ｓ３を、図３に示すような特性のハイパスフィルター３に入力することで低域成分が減衰した出力信号Ｓ４を得る。
【００２８】
このようにして得られた出力信号Ｓ４を、インピーダンス変換素子４に入力することで、このインピーダンス変換素子４の出力インピーダンスが出力信号Ｓ４に連動して変化し、インピーダンス変換素子４の出力端に供給された直流信号Ｓ１は、この直流信号Ｓ１のインピーダンスとインピーダンス変換素子４の出力インピーダンスとの比で分圧される。これによって、図２に示したように直流信号Ｓ１に出力信号Ｓ４の音声信号成分を重畳させることができる。
【００２９】
次に、上記図１の原理図を基に具体化した実施例の回路について図４により説明する。この実施例では、上記ローパスフィルター１を抵抗器６とコンデンサ１０により構成し、上記ハイパスフィルター３を抵抗器７、８、コンデンサ１１及びトランジスタ（ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ）１２により構成している。よって、ローパスフィルター１とハイパスフィルター３は共に１次のフィルタ構成である。また、上記インピーダンス変換素子４は抵抗器９とトランジスタ（ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ）１３で構成している。
【００３０】
すなわち、直流信号Ｓ１が供給される第１端子１５には、抵抗器６の一端とトランジスタ１３のコレクタが接続される。上記抵抗器６の他端には、抵抗器５、７の一端とコンデンサ１０の一方の電極が接続される。上記コンデンサ１０の他方の電極には、第２端子（ＧＮＤ）１６が接続されている。
【００３１】
また、上記抵抗器５の他端には、皮膚振動検出装置２に内蔵されたエレクトレット型コンデンサーマイクロホン１４の一端とコンデンサ１１の一方の電極が接続されている。上記コンデンサーマイクロホン１４の他端には、上記第２端子１６が接続されている。
【００３２】
上記コンデンサ１１の他方の電極には、抵抗器８の一端とトランジスタ１２のベースが接続されている。このトランジスタ１２のコレクタは上記抵抗器７、８の他端及びトランジスタ１３のベースに接続され、エミッタは上記第２端子１６に接続される。
【００３３】
更に、上記トランジスタ１３のエミッタは抵抗器９の一端に接続され、この抵抗器９の他端は上記第２端子１６に接続されている。ここでは、トランジスタにバイポーラトランジスタを用いたエミッタ接地回路を例に示しているが、電界効果トランジスタを用いることもでき、この場合にはソース接地回路にすればよい。
【００３４】
次に、上記のような構成において図４に示した実施例回路の動作を説明する。
【００３５】
一定のインピーダンスを持った直流信号Ｓ１を抵抗器６とコンデンサ１０により構成されるローパスフィルター１に入力すると、低インピーダンス化された直流信号Ｓ２が得られる。この直流信号Ｓ２を抵抗器５の一端に入力して得られた信号を皮膚振動検出装置２に内蔵されるエレクトレット型コンデンサーマイクロホン１４に供給し、皮膚振動検出装置２を動作させる。
【００３６】
上記皮膚振動検出装置２の出力信号は、直流電圧に重畳して出力信号Ｓ３として出力される。この出力信号Ｓ３から低域成分を減衰させるために抵抗器７、８、コンデンサ１１及びトランジスタ１２により構成されるハイパスフィルター３に入力し、得られた出力信号Ｓ４をトランジスタ１３のベースに入力することで、トランジスタ１３のコレクタ電流が出力信号Ｓ４と連動して変化する。
【００３７】
出力信号Ｓ４が大きくなると１３のコレクタ電流は増加するので、トランジスタ１３のコレクタ（第１端子１５）からグランド（第２端子１６）に対するインピーダンスは小さくなる。また、出力信号Ｓ４が小さくなるとトランジスタ１３のコレクタ電流は減少するので、トランジスタ１３のコレクタからグランドに対するインピーダンスは大きくなる。
【００３８】
このように、一定のインピーダンスを持つ直流信号Ｓ１をトランジスタ１３のコレクタに印加することで、上記作用により信号Ｓ１の直流電圧を、この信号Ｓ１のインピーダンスとトランジスタ１３のコレクタからグランドに対するインピーダンスの比で分圧することになる。
【００３９】
また、トランジスタ１３のコレクタからグランドに対するインピーダンスは出力信号Ｓ４に連動して変化するので、信号Ｓ１の直流電圧は信号Ｓ４に連動して分圧されることになり、皮膚表面の振動として検出された音声信号は信号Ｓ１に重畳されて出力される。
【００４０】
図５は、本発明の実施例に係る音声入力装置における出力信号の周波数特性を示す図である。破線ｆ１はエレクトレット型コンデンサーマイクロホンより得られた皮膚伝播感度の周波数特性、実線ｆ２は本実施例での皮膚伝播感度の周波数特性を表している。ここで、横軸は周波数、縦軸はゲインである。破線ｆ１と実線ｆ２を比較すると、本実施例では音声入力に不要な低域成分が減衰し、高域成分が増幅されていることが確認できる。
【００４１】
上述したように、声帯から発音された音声による振動が皮膚表面に伝わり、その皮膚表面の振動をエレクトレット型コンデンサーマイクロホンにて拾うことで音声を入力する音声入力装置において、接続する機器に特別な変更を加えることなく、低域成分を減衰させ、使用時の発生する低域ノイズを軽減させることで明瞭な音声を得ることができ、騒音下においても良好な通話品質が得られる。
【００４２】
なお、本発明は上述した実施形態や実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。例えば、ローパスフィルターやハイパスフィルター、インピーダンス変換素子などは図４に示した構成例に限定されるものではなく、様々な構成のものを適用できるのはもちろんである。
【符号の説明】
【００４３】
１    ローパスフィルター
２    皮膚振動検出装置
３    ハイパスフィルター
４    インピーダンス変換素子
５〜９、２８    抵抗器
１０、１１、２９    コンデンサ
１２、１３    トランジスタ
１４、２２    エレクトレット型コンデンサーマイクロホン
１５    第１端子
１６    第２端子
２０    咽喉マイクロホン
２０ａ    集音部分
２１    首部分
２２ａ    振動膜
２３    マイク入力部
２４ａ    電源線
２４ｂ    グランド線
２４ｃ    出力端子
２４ｄ、２４ｆ    接地端子
２４ｅ    入力端子
２５    筐体
２５ａ    音孔
２６    インピーダンス変換素子
２７    直流電源
３０    電圧増幅素子
Ｓ１    直流信号
Ｓ２    出力信号（直流信号）
Ｓ３、Ｓ４    出力信号
【要約】
【課題】低い周波数の振動を拾ってしまうことによる音声のマスキングを防いで騒音下においても良好な通話品質が得られる音声入力装置を提供する。
【解決手段】一定のインピーダンスを持った直流信号Ｓ１が入力されるローパスフィルター１の出力信号Ｓ２を抵抗器５の一端に供給し、この抵抗器５の他端から得られた信号が供給されて動作するエレクトレット型コンデンサーマイクロホン１４を体表面の振動を検出するセンサーとして備える皮膚振動検出装置２に供給する。この皮膚振動検出装置２の出力信号を、抵抗器５の他端から得られた信号に重畳させた信号Ｓ３をハイパスフィルター３に入力し、このハイパスフィルター３の出力信号Ｓ４をインピーダンス変換素子４に入力する。そして、インピーダンス変換素子４で直流信号Ｓ１にハイパスフィルター３の出力信号Ｓ４を重畳させることを特徴とする。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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