(57)【要約】  音響装置は第１スピーカからの距離と第２スピーカから距離とが略等しくなる位置に配置される双指向性のマイクユニットと、前記マイクユニットから出力される信号に信号処理を施して音信号を出力する音処理部と、を備える。
2019155512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１スピーカからの距離と第２スピーカから距離とが略等しくなる位置に配置される双指向性のマイクユニットと、
前記マイクユニットから出力される信号に信号処理を施して前記第１スピーカ及び前記第２スピーカへ音信号を出力する音処理部と、を備える音響装置。
【請求項２】
前記マイクユニットは、
ケースと、
前記ケースの内部空間に収納される単一指向性のマイクロホンと、
前記マイクロホンの指向軸に沿った直線上で前記マイクロホンを挟んで前記ケースに開口した第１開口部及び第２開口部と、
を備える請求項１に記載の音響装置。
【請求項３】
前記ケースは、
底面部と、前記底面部の周縁を囲む壁部と、前記マイクロホンを収納し、且つ前記マイクロホンを収納した状態で前記底面部と前記壁部で囲まれる空間を二つに隔てる収納部と、前記底面部と反対側に開口部を有する本体部と、
前記開口部の一部を覆い前記収納部と接する蓋部とを備え、
前記第１開口部は、前記本体部の長手方向の一方に位置する前記壁部と前記蓋部との間に開口し、
前記第２開口部は、前記本体部の長手方向の他方に位置する前記壁部と前記蓋部との間に開口する、
請求項２に記載の音響装置。
【請求項４】
前記第１開口部と前記第２開口部との間の最短距離は１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下である請求項３に記載の音響装置。
【請求項５】
前記音信号は、第１音信号と前記第１音信号と同相の第２音信号とを含み、
前記第１音信号は前記第１スピーカに供給され、前記第２音信号は前記第２スピーカに供給される請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の音響装置。
【請求項６】
前記音処理部は、前記マイクユニットから出力される信号と外部信号とを合成する信号処理を施して、前記第１音信号と前記第２音信号とを生成する請求項５に記載の音響装置。
【請求項７】
第１スピーカからの距離と第２スピーカから距離とが略等しくなる位置に配置される双指向性のマイクユニットと、
外部スピーカ及び外部マイクロホンを有する外部装置へ前記外部スピーカに出力される第１信号を送信し、前記外部マイクロホンから出力される第２信号を前記外部装置から受信する通信装置と接続され、前記マイクユニットから出力される信号に信号処理を施して得た音信号を前記第１信号として前記通信装置に出力し、前記通信装置から出力される前記第２信号に信号処理を施して第１音信号及び前記第１音信号と同相の第２音信号を生成し、前記第１音信号を前記第１スピーカに出力し、前記第２音信号を前記第２スピーカに出力する音処理部と、
を備える音響装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロホンを備える音響装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
利用者の歌唱をマイクロホンで収音して得た歌唱信号と伴奏信号とを合成した信号をスピーカに供給し、スピーカから音を放音するカラオケが広く知られている。車載のカラオケシステムでは、ハウリングを低減するため、例えば、特許文献１には骨伝導手段を自動車のシートに設ける技術が開示されており、また、特許文献２には自動車の各シートに対応させて指向性スピーカを設ける技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４２０５７号公報
【特許文献２】特許第４９９９４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、骨伝導手段又は指向性スピーカを採用する場合、カラオケシステムの全体の構成が大がかりとなり、複雑化する。特に、骨伝導手段を用いる場合は、利用者の口元にマイクを配置し、更に利用者はシートに頭を付ける必要がある。このため、利用者の行動が制約されるといった問題があった。【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ハウリングを低減しつつ音響装置の構成を簡素化することを解決課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る音響装置の一態様は、第１スピーカからの距離と第２スピーカから距離とが略等しくなる位置に配置される双指向性のマイクユニットと、前記マイクユニットから出力される信号に信号処理を施して前記第１スピーカ及び前記第２スピーカへ音信号を出力する音処理部と、を備える。
本発明に係る音響装置の他の態様は、第１スピーカからの距離と第２スピーカから距離とが略等しくなる位置に配置される双指向性のマイクユニットと、外部スピーカ及び外部マイクロホンを有する外部装置へ前記外部スピーカに出力される第１信号を送信し、前記外部マイクロホンから出力される第２信号を前記外部装置から受信する通信装置と接続され、前記マイクユニットから出力される信号に信号処理を施して得た音信号を前記第１信号として前記通信装置に出力し、前記通信装置から出力される前記第２信号に信号処理を施して第１音信号及び前記第１音信号と同相の第２音信号を生成し、前記第１音信号を前記第１スピーカに出力し、前記第２音信号を前記第２スピーカに出力する音処理部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る音響装置の構成例を示す図である。
【図２】音響装置を搭載した車両の平面である。
【図３】音響装置を搭載した車両の側面図である。
【図４】マイクユニットの構造を示す分解斜視図である。
【図５】ケースの平面図である。
【図６】蓋部の平面図である。
【図７】蓋部の断面図である。
【図８】マイクユニットの平面図である。
【図９】位相差の測定実験を説明するための図である。
【図１０】指向性が単一指向性のマイクロホンを用いた場合の実験結果を示すグラフである。
【図１１】指向性が双指向性のマイクロホンを用いた場合の実験結果を示すグラフである。
【図１２】マイクユニットの周波数特性の結果を示す図である。
【図１３】張り出し部の効果を説明するためのグラフである。
【図１４】張り出し部の効果を説明するためのグラフである。
【図１５】音響装置の応用例１を説明するための図である。
【図１６】音響装置の応用例２を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜実施形態＞
以下、図面を参照しながら本発明に係る実施形態を説明する。なお、図面において各部の寸法及び縮尺は実際のものと適宜異なる。また、以下に記載する実施形態は、本発明の好適な具体例である。このため、本実施形態には、技術的に好ましい種々の限定が付されている。しかし、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【０００９】
図１は本実施形態に係る音響装置１の構成例を示す図である。音響装置１は、車両に搭載されたカーステレオやスピーカとともに車載カラオケシステムを実現する装置である。音響装置１は、車載カラオケシステムの利用者の歌声を収音するためのマイクユニット１００と、マイクユニット１００の出力信号Ｄに信号処理を施す音処理部２００とを有する。マイクユニット１００と音処理部２００はオーディオケーブルなどの信号線によって電気的に接続されている。
【００１０】
図２は、音響装置１を搭載した車両Ｃの平面図であり、図３は車両Ｃの側面図である。車両Ｃの車室ＣＲには、音響装置１の他に、矩形に配置された４つの座席５１〜５４と、天井６と、フロントライトドア７１と、フロントレフトドア７２と、リアライトドア７３と、リアレフトドア７４と、第１スピーカＳＰ１と、第２スピーカＳＰ２と、が配置される。車両Ｃが日本向けの製品である場合、座席５１は運転席であり、座席５２は助手席である。但し、車両Ｃが米国又は欧米向けの製品である場合、座席５１は助手席であり、座席５２は運転席である。以下の説明では車両Ｃが日本向けの製品であることを想定する。
座席５３は後部右座席であり、座席５４は後部左座席である。座席５１〜５４の各々は、布又は革を素材とする材質であり吸音性を有する。座席５１〜５４は、共通の方向を向いている。
【００１１】
第１スピーカＳＰ１、及び第２スピーカＳＰ２の各々は所謂ドアスピーカである。第１スピーカＳＰ１はその放音面を座席５１に向けた姿勢でフロントライトドア７１に配置されている。第２スピーカＳＰ２はその放音面を座席５２に向けた姿勢でフロントレフトドア７２に配置されている。図２及び図３では詳細な図示が省略されているが、第１スピーカＳＰ１及び第２スピーカＳＰ２の各々はオーディオケーブルなどの信号線を介して音響装置１の音処理部２００に接続されている。図２及び図３では音処理部２００の図示も省略されているが、音処理部２００は車両Ｃの運転席側のコンソールに配置されている。
【００１２】
音響装置１のマイクユニット１００は、収音した音を音信号に変換して音処理部２００へ出力する。マイクユニット１００は、第１スピーカＳＰ１及び第２スピーカＳＰ２の各々からの距離が略等しくなる位置に配置される。本実施形態では、マイクユニット１００は、車室ＣＲの天井６におけるルームランプ近傍に配置される。図２及び図３では、ルームランプの図示は省略されている。
【００１３】
音処理部２００は例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）である。図１に示すように、音処理部２００には、マイクユニット１００の出力信号Ｄが与えられるとともに、カーステレオに含まれる楽音再生装置からカラオケ曲の伴奏信号が外部信号Ｑとして与えられる。図２及び図３では、カラオケ曲の伴奏信号を出力する楽音再生装置の図示は省略されている。この楽音再生装置の具体例としてはＣＤプレイヤが挙げられる。音処理部２００は、マイクユニット１００から出力される出力信号Ｄと外部信号Ｑとに信号処理を施して第１スピーカＳＰ１に第１音信号Ｘ１を出力し、第２スピーカＳＰ２に第２音信号Ｘ２を出力する。第２音信号Ｘ２は第１音信号Ｘ１と同相の信号である。すなわち、音処理部２００は、位相差のない第１音信号Ｘ１及び第２音信号Ｘ２を生成して各スピーカに出力する。音処理部２００から第１スピーカＳＰ１へ出力する第１音信号Ｘ１と音処理部２００から第２スピーカＳＰ２へ出力する第２音信号Ｘ２はモノラル信号であっても良く、又はステレオ信号であっても良い。音処理部２００が実行する信号処理の具体例としては、マイクユニット１００の出力信号Ｄを増幅する処理、出力信号Ｄに対してリバーブ等の音響効果を付与する処理、又は出力信号Ｄと外部信号Ｑと合成するミキシング処理等が挙げられる。
【００１４】
図１に示すマイクユニット１００は、車室ＣＲ内にてカラオケ曲を歌唱する歌唱者の歌声Ｚ３を収音するためのものであるが、第１スピーカＳＰ１から出力される音Ｚ１及び第２スピーカＳＰ２から出力される音Ｚ２についても収音する。マイクユニット１００の出力信号Ｄは音処理部２００による信号処理を経て第１スピーカＳＰ１及び第２スピーカＳＰ２の各々に与えられる。音響装置１を用いた車載カラオケシステムでは、第１スピーカＳＰ１から出力された音Ｚ１及び第２スピーカＳＰ２から出力された音Ｚ２がマイクユニット１００及び音処理部２００を経由して第１スピーカＳＰ１及び第２スピーカＳＰ２へ帰還する。このため、ハウリングが発生する可能性がある。しかし、本実施形態では、マイクユニット１００は双指向性の特性を有する。また、上述したように第１スピーカＳＰ１からマイクユニット１００までの距離と第２スピーカＳＰ２からマイクユニット１００までの距離とは略等しい。このため、音Ｚ１と音Ｚ２とは、後述するように図８に示すマイクロホン３のダイヤフラムにおいて相殺される。一方、利用者は、座席５１又は座席５２に着席して発声する。従って、利用者の歌声Ｚ３はマイクユニット１００で収音される。マイクユニット１００の出力信号Ｄは利用者の歌声Ｚ３を含む。出力信号Ｄと外部信号Ｑとがミキシングされ、第１音信号Ｘ１として第１スピーカＳＰ１に出力され第２音信号Ｘ２として第２スピーカＳＰ２から出力されるが、マイクロホン３のダイヤフラムにおいて相殺されるので、ハウリングを低減することができる。
【００１５】
以下では、ハウリングを低減するマイクユニット１００の構造を中心に説明する。図４は、本実施形態に係るマイクユニット１００の分解斜視図である。図４に示すようにマイクユニット１００は略直方体の形状をしている。マイクユニット１００は、ケース２とマイクロホン３とを備える。ケース２は、マイクユニット１００からマイクロホン３を除いた部分である。
【００１６】
ケース２は、本体部１０と蓋部４０とを備える。本体部１０及び蓋部４０は、例えば、ＡＢＳ（acrylonitrile butadiene styrene）等の樹脂を材料とし、各々一体成形で製造される。本体部１０の形状は、略箱型である。本体部１０は、底面部１１と、底面部１１の周縁を囲む壁部とを備える。壁部は、第１壁１１１、第２壁１１２、第３壁１１３、及び第４壁１１４を備える。第１壁１１１は第２壁１１２と向かい合い、第３壁１１３は第４壁１１４と向かい合う。この例において、第１壁１１１、第２壁１１２、第３壁１１３、及び第４壁１１４の高さは等しく、底面部１１に対して垂直に設けられている。第１壁１１１、第２壁１１２、第３壁１１３、及び第４壁１１４の蓋部４０側には、内側に溝１３が形成されている。図４に示す蓋部４の幅Ｗ１と、本体部１０の第１壁１１１の溝１３から本体部１０の第２壁１１２の溝１３までの長さＷ２は略等しい。蓋部４０は溝１３に嵌め込むことが可能である。
【００１７】
本体部１０には、第１壁１１１と第２壁１１２との間にマイクロホン３を収納する収納部２０が設けられている。収納部２０は、貫通孔２１を有している。貫通孔２１の断面は円形であり、貫通孔２１に円柱の形状をしたマイクロホン３が嵌め込まれる。なお、図４では省略したが、マイクロホン３と音処理部２００とを接続する信号線を外部に引き出すための貫通孔が本体部１０に設けられている。収納部２０は、マイクロホン３を収納し、且つマイクロホン３を収納した状態で底面部１１と壁部で囲まれる空間を二つに隔てる。
【００１８】
収納部２０の蓋部４０の側は、蓋部４０の下部の曲面に沿うように、曲面となっている。具体的には、蓋部４０の下部の曲面の曲率半径は、収納部２０の上部の曲率半径と略等しい。図４に示すように、収納部２０の蓋部４０側には、蓋部４０の裏面に設けられた２つの爪部４１１の各々が嵌め込まれる２つの穴２２が設けられている。本実施形態では、蓋部４０の裏面に設けられた２つの爪部４１１の各々を上記２つの穴２２の各々に嵌め込むように蓋部４０を本体部１０に装着することで、本体部１０に対して蓋部４０が固定される。
【００１９】
図５は、本体部１０の平面図である。図５において、本体部１０の長手方向がＸ方向であり、これと直交する短手方向がＹ方向である。図４及び図５に示すように、本体部１０は、底面部１１と反対側に開口する開口部Ｒを備える。開口部ＲのＸ方向の長さは、蓋部４０のＸ方向の長さより長い。第１壁１１１、第２壁１１２、第３壁１１３、第４壁１１４、及び底面部１１により区画された本体部１０の内部空間は、収納部２０によって内部空間Ｋ１と内部空間Ｋ２とに略等分される。
【００２０】
図６は、蓋部４０の平面図であり、図７は図６に示す蓋部４０を破断線Ｅ−Ｅ’で切断した断面図である。図６において、蓋部４０の長手方向がＸ方向であり、これと直交する短手方向がＹ方向である。蓋部４０の裏面、すなわち本体部１０の側の面には、本体部１０の側に突出した２つの爪部４１１が形成されている。爪部４１１の高さは、穴２２の深さよりも短く、爪部４１１を穴２２に嵌め込んだ場合、蓋部４０が収納部２０から浮き上がることがない。蓋部４０は、本体部１０の開口部Ｒの一部を覆い、収納部２０と接する。
【００２１】
図８は、マイクユニット１００の平面図である。マイクロホン３は、音を電気信号に変換して音信号として出力する。マイクロホン３の形式は、ムービングコイル型、リボン型、コンデンサ型の何れかであってもよい。本実施形態では、マイクロホン３として、エレクトレットコンデンサマイクロホンが用いられている。マイクロホン３は、ダイヤフラムとエレクトレット素子とを備える。マイクロホン３では、ダイヤフラムとエレクトレット素子とによってコンデンサが構成され、ダイヤフラムが音波によって振動することによってダイヤフラムとエレクトレット素子との距離が変化する。これによりコンデンサの容量値が変化し、マイクロホン３は容量値の変化を音信号として出力する。
【００２２】
図８に示すように、マイクユニット１００のケース２の上面には、第１開口部Ｓ１と第２開口部Ｓ２が設けられている。第１開口部Ｓ１は、開口部Ｒにおける本体部１０の長手方向の一方の壁部である第４壁１１４と蓋部４０との間に開口する。第２開口部Ｓ２は、開口部Ｒにおける本体部１０の長手方向の他方の壁部である第３壁１１３と蓋部４０との間に開口する。第１開口部Ｓ１は、第１壁１１１、第２壁１１２、第４壁１１４及び蓋部４０によって囲まれている。第２開口部Ｓ２は、第１壁１１１、第２壁１１２、第３壁１１３及び蓋部４０によって囲まれている。
【００２３】
以下の説明では、第４壁１１４と向かい合うマイクロホン３の面を第１面Ｐ１、第３壁１１３と向かい合うマイクロホン３の面を第２面Ｐ２、第１面Ｐ１から第４壁１１４に向かう方向を第１方向Ｄ１、第１方向Ｄ１と反対の方向であって第２面Ｐ２から第３壁１１３に向かう方向を第２方向Ｄ２とする。マイクロホン３の第１面Ｐ１から第１方向Ｄ１へ蓋部４０が張り出した張り出し部４２１の長さをＬ１、マイクロホン３の第２面Ｐ２から第２方向Ｄ２へ蓋部４０が張り出した張り出し部４２２の長さをＬ２とする。本実施形態では、Ｌ１とＬ２とが略等しくなるように蓋部４０が構成されている。即ち、第１開口部Ｓ１からマイクロホン３の第１面Ｐ１に至る距離は、第２開口部Ｓ２からマイクロホン３の第２面Ｐ２に至る距離と等しい。
【００２４】
本実施形態におけるマイクロホン３は第１方向Ｄ１の方向にのみ感度を有する単一指向性マイクである。ケース２における第１開口部Ｓ１と第２開口部Ｓ２は、マイクロホン３の指向軸に沿った直線上でマイクロホン３を挟んで設けられている。以下、このような単一指向性マイクを用いてマイクユニット１００を構成した理由を、本願発明者の行った実験の結果を参照しつつ説明する。
【００２５】
＜実験結果１＞
本願の発明者は、マイクユニット１００に入射する音とマイクユニット１００から出力される音信号の位相差をマイクユニット１００に対する音の入射方向毎に測定する実験を行った。
【００２６】
この実験では、図９におけるＸＹＺ座標の原点にマイクユニット１００の長手方向がＸ方向となり、マイクユニット１００の短手方向がＹ方向となるようにマイクユニット１００を配置した。マイクユニット１００からＸ軸の正の方向に所定距離だけ隔ててスピーカを配置した。Ｘ軸の正の方向は図８に示す第１方向Ｄ１となる。マイクユニット１００はＺ軸と並行な点Ｊを通る軸を中心にＸＹ平面上で回転させることができる。
【００２７】
まず、マイクユニット１００に対する上記スピーカからの音の入射角が０度となるようにマイクユニット１００の位置を設定する。この状態で１００Ｈｚ、３００Ｈｚ、４００Ｈｚ、６００Ｈｚ、８００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、１５００Ｈｚ、２０００Ｈｚ及び２５００Ｈｚの各周波数の音をスピーカからマイクユニット１００に向けて放射して上記位相差を計測する実験を行った。
【００２８】
この後、マイクユニット１００に対する上記スピーカからの音の入射角が３０度、６０度、９０度、１００度、１１０度、１２０度、１５０度及び１８０度となるようにマイクユニット１００をＸＹ平面上で回転させた。そして、各入射角について、入射角が０度の場合と同様に、１００Ｈｚ、３００Ｈｚ、４００Ｈｚ、６００Ｈｚ、８００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、１５００Ｈｚ、２０００Ｈｚ及び２５００Ｈｚの各周波数の音をマイクユニット１００に向けて放射して上記位相差を計測した。この実験結果を図１０に示す。
【００２９】
図１０を参照すれば明らかなように、マイクユニット１００に入射する音とマイクユニット１００から出力される音信号の位相差はマイクユニット１００に対する音の入射角が０度であるときは０度であり、入射角が３０度、６０度、９０度と大きくなるに連れて±３０度の範囲で次第に大きくなる。音の入射角が９０度よりも大きくなると上記位相差は拡大し、入射角が１８０度では位相差は９０度〜１５０度程度となる。注目すべき点は、マイクロホン３は第１方向Ｄ１の方向にのみ感度を有する単一指向性マイクであるにも拘らず、マイクユニット１００では入射角が１８０度の方向、すなわち、第２方向Ｄ２の方向から到来する音に対しても感度を有し位相差が発生している。マイクユニット１００はあたかも双指向性マイクロホンのように振る舞う。これは、マイクユニット１００では、第２方向Ｄ２の方向から到来した音がケース２における第２開口部Ｓ２→内部空間Ｋ２→蓋部４０と収納部２０の隙間→内部空間Ｋ１と回り込むこと起因していると考えられる。
【００３０】
音響装置１の搭載された車両Ｃにおいて、第１スピーカＳＰ１がマイクユニット１００に対して入射角０度の方向に位置しており、第２スピーカＳＰ２が入射角１８０度の方向に位置していたとする。この場合、第１スピーカＳＰ１から出力された音と当該音に応じてマイクユニット１００から出力される音信号の位相差は０度となり、第２スピーカＳＰ２から出力された音と当該音に応じてマイクユニット１００から出力される音信号の位相差は９０〜１５０度となる。
【００３１】
前述したように本実施形態では、マイクユニット１００は第１スピーカＳＰ１からの距離と第２スピーカＳＰ２からの距離が略等しい位置に配置されており、第１スピーカＳＰ１と第２スピーカＳＰ２の各々からは同相の音が出力される。このため、本実施形態では、第１スピーカＳＰ１から出力された音と第２スピーカＳＰ２から出力された音についてのマイクロホン３のダイヤフラム上での位相差は９０度〜１５０度となり、第１スピーカＳＰ１から出力された音と第２スピーカＳＰ２から出力された音はマイクロホン３のダイヤフラム上では当該位相差に応じて相殺される。その結果、マイクユニット１００の出力信号Ｄでは、車載カラオケシステムの利用者の歌声に対応する信号成分が主な信号成分となる。第１スピーカＳＰ１からの距離と第２スピーカＳＰ２からの距離が略等しいとは、距離が完全に一致する必要はなく、第１スピーカＳＰ１から出力される音と、第２スピーカＳＰ２から出力される音の一部が双指向性のマイクユニット１００において相殺される位置にマイクユニット１００が配置されることを意味する。例えば、第１スピーカＳＰ１からマイクユニット１００まの距離と第２スピーカＳＰ２からマイクユニット１００まの距離との比が８０％以上１２０％以下であることが好ましい。
【００３２】
このように、第１スピーカＳＰ１及び第２スピーカＳＰ２の各々から出力された音はマイクユニット１００のダイヤフラム上で一部又は全部が相殺される。従って、マイクユニット１００の出力信号Ｄと外部信号Ｑとをミキシングした音信号を第１スピーカＳＰ１及び第２スピーカＳＰ２の各々に与えたとしても、ハウリングが低減される。なお、本願発明者が別途行った実験によれば、マイクユニット１００に対して０度方向から到来する音と１８０度方向から到来する音との位相差が１５０度〜２１０度の範囲に収まっていれば、ハウリングの低減効果が得られることが判明した。
【００３３】
また、本願発明者は、マイクユニット１００に代えて双指向性マイクロホンを用いて、マイクユニット１００に対する実験と同様の実験を行った。この実験では音の入射角を変えつつ当該双指向性マイクロホンに入射する音と当該双指向性マイクロホンから出力される音信号の位相差を測定した。より詳細に説明すると、本願発明者は、１００Ｈｚ、２５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、及び２５００Ｈｚの各周波数の音について上記位相差を計測する実験を行った。この実験結果を図１１に示す。
【００３４】
図１１を参照すれば明らかなように、双指向性マイクロホンに対する音の入射角が０度であるときの位相差は０度であり、入射角が３０度、６０度、９０度と大きくなるに連れて位相差は次第に大きくなる。この点はマイクユニット１００の場合と同様である。そして、音の入射角が９０度よりも大きくなると位相差は急峻に大きくなり、入射角が１２０度以上では位相差はほぼ一定（１８０度）となる。双指向性マイクロホンは音の入射角１８０度の方向にも感度を有するからである。
【００３５】
図１１に示す実験結果からすると、双指向性マイクロホンに対して入射角０度方向と入射角１８０度方向とから同相の音を放射すれば、双指向性マイクロホンのダイヤフラム上で両者の音を完全に相殺できると考えられる。このため、音響装置１においてマイクユニット１００に代えて双指向性マイクロホンを用い、第１スピーカＳＰ１と第２スピーカＳＰ２とから同相の音を出力すれば、マイクユニット１００を用いた場合よりも更にハウリングを低減できるかに見える。
【００３６】
しかし、本願発明者の行った実験によれば、マイクユニット１００を用いた方が特に低音域において良好な音を得られることが判明した。これは、第１スピーカＳＰ１がマイクユニット１００に対して入射角０度内には、座席５１〜５４や各座席に着席している搭乗者など音の伝搬に影響を与える物が多数存在すること、及び、低音ほど音の回り込みが発生し易く車室ＣＲ内に存在する物の影響を受け易いこと、に起因していると考えられる。このように、双指向性マイクロホンを用いた場合よりも低音域において良好な音が得られるため、本実施形態では、単一指向性のマイクロホン３をケース２に収めることで双指向性を持たせたマイクユニット１００が用いられている。
【００３７】
＜実験結果２＞
本願発明者は、マイクユニット１００の出力信号Ｄに対する張り出し部４２１及び４２２の有無の影響を見極めるために以下の実験を行った。より詳細に説明すると、本願発明者は、可聴帯域を含む１０Ｈｚ〜２００００Ｈｚの周波数範囲において、張り出し部４２１及び４２２を有するマイクユニット１００と張り出し部４２１及び４２２の無いマイクユニット１００の各々について出力信号Ｄの周波数特性を測定する実験を行った。この実験結果を図１２に示す。なお、張り出し部４２１及び４２２の無いマイクユニット１００とは、Ｌ１＝Ｌ２＝０となるように蓋部４０が形成されたマイクユニット１００のことを言う。
【００３８】
図１２に示すように、４００Ｈｚよりも高い周波数範囲の各周波数において張り出し部４２１及び４２２を有するマイクユニット１００の出力信号Ｄの音圧レベルと張り出し部４２１及び４２２の無いマイクユニット１００の出力信号Ｄの音圧レベルは概ね等しいものの、４００Ｈｚより低い周波数では前者の音圧レベルが高くなっている。これは、張り出し部４２１及び４２２を有するマイクユニット１００では、張り出し部４２１及び４２２と収納部２０と底面部１１と底面部１１に対して垂直に起立する壁部とによってヘルムホルツ共鳴器が形成され、このヘルムホルツ共鳴器の共鳴によって４００Ｈｚより低い周波数の音の音圧レベルが増強されていると考えられる。
【００３９】
具体的には、マイクユニット１００では、内部空間Ｋ１のうち張り出し部４２１によって覆われた部分をキャビティとし、第１開口部Ｓ１をネックとするヘルムホルツ共鳴器が形成されると考えられる。同様に、内部空間Ｋ２においても張り出し部４２２によって覆われた部分をキャビティとし、第２開口部Ｓ２をネックとするヘルムホルツ共鳴器が形成されると考えられる。そして、これらヘルムホルツ共鳴器によって４００Ｈｚより低い周波数の音の音圧レベルが増強されていると考えられる。本実施形態では、マイクユニット１００には、張り出し部４２１及び４２２が設けられている。この結果、マイクユニット１００の出力信号Ｄは４００Ｈｚより低い低音域の音量が増加する。
【００４０】
＜実験結果３＞
また、本願発明者は、張り出し部４２１及び４２２の好適な長さを見極めるために以下の実験を行った。すなわち、本願発明者は、張り出し部４２１の長さＬ１及び張り出し部４２２のＬ２の各々を５ｍｍ、７ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、及び２０ｍｍとしたマイクユニット１００に対して１００Ｈｚ及び２００Ｈｚの各周波数の音を放射した場合に当該マイクユニット１００から出力される出力信号Ｄの音圧レベルを計測する実験を行った。これらの実験結果を図１３及び図１４に示す。
【００４１】
図１３は、１００Ｈｚの周波数の音についての計測結果を示すグラフであり、図１４は２００Ｈｚの周波数の音についての計測結果を示すグラフである。図１３及び図１４を参照すれば明らかなように、１００Ｈｚの周波数の音と２００Ｈｚの周波数の音の何れについても、張り出し部４２１及び４２２の長さが５〜１０ｍｍの範囲では張り出し部４２１及び４２２が長くなるほどマイクユニット１００の出力信号の音圧レベルは高くなる。また、張り出し部４２１及び４２２の長さが１０〜１５ｍｍの範囲ではマイクユニット１００の出力信号Ｄの音圧レベルは略一定となる。そして、張り出し部４２１及び４２２の長さが１５ｍｍを上回ると再び張り出し部４２１及び４２２が長くなるほどマイクユニット１００の出力信号Ｄの音圧レベルは高くなる。
【００４２】
従って、マイクユニット１００における張り出し部４２１及び４２２は長ければ長い程好ましく、少なくとも５ｍｍ以上であることが好ましいと考えられる。マイクユニット１００では張り出し部４２１及び４２２の長さに応じて上記ヘルムホルツ共鳴器のキャビティの体積が定まり、張り出し部４２１及び４２２の長さが十分でないと、換言すればキャビティの体積が十分でないと、ヘルムホルツ共鳴が発現しないと考えられるからである。また、張り出し部４２１及び４２２が長ければ長い程音響的には好ましいと考えられるが、張り出し部４２１及び４２２を長くするとマイクユニット１００は必然的に大きくなり、ルームランプ近傍への配置に支障が生じる。ルームランプ近傍へのマイクユニット１００の配置を考慮すると、張り出し部４２１及び４２２の長さは最大でも２０ｍｍ程度が好ましいと考えられる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態の音響装置１によれば、マイクユニット１００の出力信号Ｄと外部信号Ｑとをミキシングした音信号を第１スピーカＳＰ１及び第２スピーカＳＰ２の各々に与えたとしても、ハウリングが低減される。加えて、本実施形態では、シートに頭を付けることを利用者に強いるなど利用者の行動が制約されることはなく、双指向性マイクロホンを用いた場合よりも低音域において良好な音が得られる。つまり、本実施形態によれば、ハウリングを低減しつつ音響装置１の構成を簡素化でき、しかも低音域の音量を大きくできる。
【００４４】
＜応用例１＞
次に、音響装置１の応用例について説明する。音響装置１は、マイクユニット１００により収音した歌声とカラオケの伴奏音とをミキシングし、第１スピーカＳＰ１及び第２スピーカＳＰ２の各々から同相の音として出力させる。音響装置１では、同相の音をマイクユニット１００のダイヤフラム上で相殺することで、ハウリングを低減している。ハウリングの低減が重要となり、かつ車載マイク及び車載スピーカを利用する他の技術としては車載用のハンズフリー電話が挙げられる。音響装置１は車載用のハンズフリー電話にも応用可能である。
【００４５】
例えば、図１５に示すように車両ＣＡには利用者Ａが操作する通話装置３Ａが設けられており、車両ＣＢでは利用者Ｂが通話装置３Ｂを操作することを想定する。通話装置３Ａは、音響装置１Ａ、通信装置２Ａ、第１スピーカＳＰ１ａ及び第２スピーカＳＰ２ａを備える。通話装置３Ｂは、音響装置１Ｂ、通信装置２Ｂ、第１スピーカＳＰ１ｂ及び第２スピーカＳＰ２ｂを備える。上述した実施形態と同様にマイクユニット１００ａ及び１００ｂは双指向性である。また、第１スピーカＳＰ１ａからマイクユニット１００ａまでの距離と第２スピーカＳＰ２ａからマイクユニット１００ａまでの距離とは略等しい。同様に第１スピーカＳＰ１ｂからマイクユニット１００ｂまでの距離と第２スピーカＳＰ２ｂからマイクユニット１００ｂまでの距離とは略等しい。音響装置１Ａ及び１Ｂは、上述した音響装置１と同様に構成されている。音響装置１Ａの音処理部２００ａは、マイクユニット１００ａから出力される出力信号Ｄに信号処理を施して得た音信号を第１信号Ｍａとして通信装置２Ａに出力する。通信装置２Ａは第１信号Ｍａを外部装置として機能する通話装置３Ｂへ送信する。また、通信装置２Ａは第２信号Ｍｂを受信して音処理部２００ａへ出力する。音処理部２００ａは、第２信号Ｍｂに信号処理を施して第１音信号Ｘ１及び第１音信号Ｘ１と同相の第２音信号Ｘ２を生成し、第１音信号Ｘ１を第１スピーカＳＰ１ａに出力し、第２音信号Ｘ２を第２スピーカＳＰ２に出力する。この例の音処理部２００ａは、出力信号Ｄと通話装置３Ｂから受信した第２信号Ｍｂとをミキシングして音信号を生成しない。この点で、音処理部２００ａは上述した実施形態の音処理部２００と相違する。
【００４６】
通話装置３Ｂは、通話装置３Ａと同様に構成されている。従って、音響装置１Ｂの音処理部２００ｂは出力信号Ｄと通話装置３Ａから受信した第１信号Ｍａとをミキシングして音信号を生成しない。マイクユニット１００ｂは通話装置３Ｂ及び音響装置１Ｂの外部に設けられた外部マイクロホンとして機能し、第１スピーカＳＰ１ｂ及び第２スピーカＳＰ２ｂは通話装置３Ｂ及び音響装置１Ｂの外部に設けられた外部スピーカとして機能する。
【００４７】
通話装置３Ａ及び通話装置３Ｂを用いた車載ハンズフリー電話では、利用者Ｂの音声は、以下の経路で循環する。経路は、通話装置３Ｂのマイクユニット１００ｂ→通信装置２Ｂ→通信装置２Ａ→音響装置１Ａに接続された第１スピーカＳＰ１ａ及び第２スピーカＳＰ２ａ→音響装置１Ａのマイクユニット１００ａとなる。この経路で音がフィードバックされると、ハウリングが発生する。しかし、第１スピーカＳＰ１ａ及び第２スピーカＳＰ２ａの各々から出力された音は双指向性のマイクユニット１００ａにおいて相殺されるので、ハウリングが低減される。
また、利用者Ａの音声は、利用者Ｂの音声と同様に、第１スピーカＳＰ１ｂ及び第２スピーカＳＰ２ｂの各々から出力された音は双指向性のマイクユニット１００ｂにおいて相殺されるので、ハウリングが低減される。
【００４８】
＜応用例２＞
応用例２は、応用例１と同様に、上述した音響装置１をハンズフリー電話に適用したものである。但し、車両ＣＡには利用者Ａが操作する通話装置３Ａが設けられており、車両ＣＢでは利用者Ｂが通話装置３Ｃを操作することを想定する。この例の通話装置３Ｃは携帯電話である。
図１６に通信システムのブロック図を示す。通話装置３Ｃは、音響装置１Ｃ、通信装置２Ｃ及び外部スピーカＳＰｃを備える。音響装置１Ｃは、外部マイクロホン１００ｃ及び音処理部２００ｃを備える。外部マイクロホン１００ｃは利用者Ｂの口元に位置し、外部スピーカＳＰｃは利用者Ｂの耳元に位置する。従って、外部スピーカＳＰｃから出力された音は外部マイクロホン１００ｃに入力されない。音処理部２００ｃは、外部マイクロホン１００ｃから出力される第２信号Ｍｂを通信装置２Ｃに出力する。通信装置２Ｃは第２信号Ｍｂを通話装置３Ａへ送信する。また、通信装置２Ｃは第１信号Ｍａを受信して音処理部２００ｃへ出力する。音処理部２００ｃは、第１信号Ｍａに信号処理を施して外部スピーカＳＰｃに出力する。
【００４９】
通話装置３Ａ及び通話装置３Ｃを用いた通信システムでは、利用者Ａの音声は、以下の経路で伝送される。経路は、通話装置３Ａのマイクユニット１００ａ→通信装置２Ａ→通話装置３Ｃの通信装置２Ｃ→音響装置１Ｃに接続された外部スピーカＳＰｃとなる。外部スピーカＳＰｃから出力される音は外部マイクロホン１００ｃに入力されないので、利用者Ａの音声が通話装置３Ｃから通話装置３Ａ戻ってこない。従って、利用者Ａの音声は循環しない。また、利用者Ｂの音声は、応用例１で説明したように循環しない。従って、通話装置３Ｃが携帯電話又は固定電話のようにスピーカから出力される音がマイクロホンに入力しない構成の場合、利用者Ｂの音声が通話装置３Ａから通話装置３Ｃに戻ってしまい、利用者Ｂの音声が通話装置３Ｃで聞こえてしまうといった不都合を解消することができる。
【００５０】
＜変形例＞
以上の実施態様は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は相矛盾しない限り適宜に併合され得る。
（１）ハウリング低減効果を高めるために、音処理部２００における信号処理に、適応フィルタやノッチフィルタを利用した周知のハウリングキャンセル処理を含めてもよい。
【００５１】
（２）上述した実施形態の音響装置１では、第１開口部Ｓ１及び第２開口部Ｓ２を有するケース２に単一指向性のマイクロホン３を収納することで双指向性を持たせたマイクユニット１００を用いた。しかし、単一指向性のマイクロホン３に代えて双指向性のマイクロホンを用いてもよい。
【００５２】
（３）上述の実施形態では音響装置１の車載カラオケシステムへの適用例を説明し、上述の応用例では音響装置１の車載ハンズフリー電話への適用例を説明したが、音響装置１の適用対象は車載システムに限定されない。例えば住宅の居間などに配置されるカラオケシステムやハンズフリー電話に音響装置１を適用してもよい。
（４）上述したように第１音信号Ｘ１及び第２音信号Ｘ２は、ステレオ信号でも良いし、あるいはモノラル信号でも良い。音処理部２００に入力する外部信号Ｑがステレオ信号である場合、第１音信号Ｘ１及び第２音信号Ｘ２はステレオ信号となる。一方、音処理部２００に入力する外部信号Ｑがモノラル信号である場合、第１音信号Ｘ１及び第２音信号Ｘ２はモノラル信号となる。第１音信号Ｘ１及び第２音信号Ｘ２がステレオ信号となる場合、モノラル信号と比較して、ハウリングの抑制効果が低減する。そこで、音処理部２００に以下の機能を持たせても良い。音処理部２００は、音処理部２００に入力する外部信号Ｑがステレオ信号の場合、外部信号Ｑをモノラル信号に変換する信号変換部を備える。この信号変換部は、ユーザーの入力操作に応じてステレオ信号をモノラル信号に変換する。あるいは、信号変換部は自動でステレオ信号をモノラル信号に変換する。さらに、信号変換部は第１音信号Ｘ１及び第２音信号Ｘ２の信号レベルが基準値以上となる場合に、自動でステレオ信号をモノラル信号に変換しても良い。
【００５３】
＜実施形態及び各変形例の少なくとも１つから把握される態様＞
上述した実施形態及び各変形例の少なくとも１つから以下の態様が把握される。
音響装置の一態様は、第１スピーカからの距離と第２スピーカから距離とが略等しくなる位置に配置される双指向性のマイクユニットと、前記マイクユニットから出力される信号に信号処理を施して前記第１スピーカ及び前記第２スピーカへ音信号を出力する音処理部と、を備える。この態様によれば、第１スピーカ及び第２スピーカの各々から同相の音を出力させるようにすれば、それらの音をマイクユニットのダイヤフラム上で略相殺し、第１スピーカ及び第２スピーカの各々から出力された音に対応する信号成分の少ない音信号をマイクユニットから音処理部へ出力させることができる。
【００５４】
上述した音響装置の一態様として、前記マイクユニットは、ケースと、前記ケースの内部空間に収納される単一指向性のマイクロホンと、前記マイクロホンの指向軸に沿った直線上で前記マイクロホンを挟んで前記ケースに開口した第１開口部及び第２開口部と、を備えることが好ましい。この態様によれば、マイクユニットとして双指向性マイクロホンを用いたマイクユニットを用いた場合に比較して、音の回り込みに影響を与える物が存在する空間で上記音響装置を利用しても第１及び第２スピーカの各々から出力された音をマイクロホンのダイヤフラム上で適度に相殺することができる。
【００５５】
上述した音響装置の一態様として、第１開口部と第２開口部との間の最短距離、換言すれば張り出し部４２１及び４２２の各々の長さの略２倍の距離は１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下であることが好ましい。上述した音響装置では第１開口部と第２開口部との間の最短距離に応じて第１開口部をネックとするヘルムホルツ共鳴器と第２開口部をネックとするヘルムホルツ共鳴器が形成され、これらヘルムホルツ共鳴器のキャビティの大きさは第１開口部と第２開口部の距離に応じて定まる。第１開口部と第２開口部との間の最短距離が１０ｍｍを下回ると十分な大きさのキャビティを確保することができず、ヘルムホルツ共鳴器として機能しなくなる。一方、第１開口部と第２開口部の距離が４０ｍｍを上回るマイクユニット１００が大きくなりすぎ、ルームランプ近傍への配置に支障が生じる。従って、第１開口部と第２開口部の距離は０ｍｍ以上４０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５６】
上述した音響装置の一態様として、前記音信号は、第１音信号と前記第１音信号と同相の第２音信号とを含み、前記第１音信号は前記第１スピーカに供給され、前記第２音信号は前記第２スピーカに供給されることが好ましい。この態様によれば第１及び第２スピーカの各々から出力された音がマイクユニット及び音処理部経由で第１及び第２スピーカに帰還することが回避され、ハウリングを低減することができる。
【００５７】
上述した音響装置の一態様として、前記音処理部は、前記マイクユニットから出力される信号と外部信号とを合成する信号処理を施して、前記第１音信号と前記第２音信号とを生成することが好ましい。この態様によれば、マイクユニットから出力される信号と外部信号とを合成した信号を第１スピーカと第２スピーカに供給するが、第１スピーカからマイクユニットまでの距離と第２スピーカからマイクユニットまでの距離とは略等しいので、双指向性のマイクユニットにおいて、第１スピーカからの音と第２スピーカからの音が相殺される。従って、マイクユニットは、利用者の音声を電気信号に変換して出力することができる。この結果、例えば、カラオケ又はハンズフリー電話においてハウリングを低減することができる。
【００５８】
音響装置の他の態様は、第１スピーカからの距離と第２スピーカから距離とが略等しくなる位置に配置される双指向性のマイクユニットと、外部スピーカ及び外部マイクロホンを有する外部装置へ前記外部スピーカに出力される第１信号を送信し、前記外部マイクロホンから出力される第２信号を前記外部装置から受信する通信部と接続され、前記マイクユニットから出力される信号に信号処理を施して得た音信号を前記第１信号として前記通信部に出力し、前記通信部から出力される前記第２信号に信号処理を施して第１音信号及び前記第１音信号と同相の第２音信号を生成し、前記第１音信号を前記第１スピーカに出力し、前記第２音信号を前記第２スピーカに出力する音処理部と、を備える。
この態様によれば、音響装置を用いて利用者が喋ると、利用者の音声がマイクユニットによって収音され第１信号として相手方の外部装置に送信される。一方、相手方の音声は外部マイクロホンによって第２信号に変換される。音処理部は第２信号に基づいて第１音信号及び第２音信号を生成するので、利用者は相手方の音声を聞くことができる。また、第１スピーカと第２スピーカから出力される相手方の音声は双指向性のマイクユニットで相殺されるので、ハウリングを低減することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１…音響装置、１００…マイクユニット、１００ｃ…外部マイクロホン、２００…音処理部、２…ケース、２Ａ…通信装置、３…マイクロホン、１０…本体部、１１…底面部、１２…貫通孔、１３…溝部、２０…収納部、２１…貫通孔、２２…穴、４０…蓋部、４１１…爪部、４２１，４２２…張り出し部、１１１…第１壁、１１２…第２壁、１１３…第３壁、１１４…第４壁、Ｄ１…第１方向、Ｄ２…第２方向、Ｓ１…第１開口部、Ｓ２…第２開口部、ＳＰ１…第１スピーカ、ＳＰ２…第２スピーカ、ＳＰｃ…外部スピーカ。
【図１】
2019155512.tif 000003
【図２】
2019155512.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2019155512.tif 000013
【図１２】
2019155512.tif 000014
【図１３】
2019155512.tif 000015
【図１４】
2019155512.tif 000016
【図１５】
2019155512.tif 000017
【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年8月9日(2018.8.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間を有するケースと、
前記ケースの前記内部空間に収納される単一指向性のマイクロホンと、
前記ケースに設けられた第１開口部と、
前記ケースに設けられた第２開口部と、
を備え、
前記第１開口部及び前記第２開口部は、前記マイクロホンの指向軸に沿った直線上で前記マイクロホンを挟んで配置される、
マイクユニット。
【請求項２】
前記ケースは、本体部と蓋部とを備え、
前記本体部は、
底面部と、
前記底面部の周縁を囲む壁部と、
前記マイクロホンを収納し、且つ前記マイクロホンを収納した状態で前記底面部と前記壁部で囲まれる空間を二つに隔てる収納部と、
前記底面部と反対側に開口部を有し、
前記蓋部は、前記開口部の一部を覆い前記収納部と接し、
前記第１開口部は、前記本体部の長手方向の一方に位置する前記壁部と前記蓋部との間隙であり、
前記第２開口部は、前記本体部の長手方向の他方に位置する前記壁部と前記蓋部との間隙である、
請求項１に記載のマイクユニット。
【請求項３】
前記第１開口部と前記第２開口部との間の距離は１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下である請求項２に記載のマイクユニット。
【請求項４】
請求項１乃至３のうち何れか１項に記載のマイクユニットと、
前記マイクユニットから出力される信号に信号処理を施して第１スピーカ及び第２スピーカへ音信号を出力する音処理部と、
を備え、
前記マイクユニットは、前記第１スピーカからの距離と前記第２スピーカからの距離とが略等しくなる位置に配置される、
音響装置。
【請求項５】
前記音信号は、第１音信号と前記第１音信号と同相の第２音信号とを含み、
前記第１音信号は前記第１スピーカに供給され、前記第２音信号は前記第２スピーカに供給される請求項４に記載の音響装置。
【請求項６】
前記音処理部は、前記マイクユニットから出力される信号と外部信号とを合成する信号処理を施して、前記第１音信号と前記第２音信号とを生成する請求項５に記載の音響装置。
【請求項７】
請求項１乃至３のうち何れか１項に記載のマイクユニットと、
外部スピーカ及び外部マイクロホンを有する外部装置へ前記外部スピーカに出力される第１信号を送信し、前記外部マイクロホンから出力される第２信号を前記外部装置から受信する通信装置と接続される音処理部と、
を備え、
前記マイクユニットは、第１スピーカからの距離と第２スピーカからの距離とが略等しくなる位置に配置され、
前記音処理部は、前記マイクユニットから出力される信号に信号処理を施して得た音信号を前記第１信号として前記通信装置に出力し、前記通信装置から出力される前記第２信号に信号処理を施して第１音信号及び前記第１音信号と同相の第２音信号を生成し、前記第１音信号を前記第１スピーカに出力し、前記第２音信号を前記第２スピーカに出力する、
音響装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、マイクロホンを備えるマイクニット及び、マイクユニットを備える音響装置に関する。
【国際調査報告】
2019155512.tif 000019
2019155512.tif 000020
2019155512.tif 000021
2019155512.tif 000022