(57)【要約】【課題】  任意の姿勢をとっているユーザの声を適切に拾うことができ、自由な姿勢での通話を可能にする音声入出力装置を提供する。【解決手段】  マイクとしての機能およびスピーカとしての機能を併有するとともにこれらの機能のいずれかを一方を有効化する切替制御が可能な複数の単位デバイスＤＵ（ｉ，ｊ）が面状に配置されている。コントローラ２００は、複数の分散配置された単位デバイスのスピーカとしての機能により超音波を発生し、この超音波の反射音を分散配置された残りの複数の単位デバイスのマイクとしての機能により収音し、その結果に基づいてユーザの口の位置に対応した１または複数の単位デバイスを選択し、選択した単位デバイスをマイクとして動作させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクとしての機能およびスピーカとしての機能を併有するとともにこれらの機能のいずれかを一方を有効化する切替制御が可能な複数の単位デバイスを面状に配置してなる音声入出力デバイスアレイと、
前記複数の単位デバイスの各々が何らかの物体と対面しているか否かを検出する検出手段と、
前記複数の単位デバイスのうち前記検出手段により何らかの物体と対面している旨が検出されたものの中の１または複数の単位デバイスを選択し、選択した単位デバイスをマイクとして動作させ、他の単位デバイスの少なくとも一部をスピーカとして動作させるための前記音声入出力デバイスアレイの制御を行う制御手段と、
を具備することを特徴とする音声入出力装置。
【請求項２】
マイクとしての機能およびスピーカとしての機能を併有するとともにこれらの機能のいずれか一方を有効化する切替制御が可能な複数の単位デバイスを面状に配置してなる音声入出力デバイスアレイと、
前記音声入出力デバイスアレイにおける複数の分散配置された単位デバイスのスピーカとしての機能により超音波を発生し、この超音波の反射音を前記音声入出力デバイスアレイにおける分散配置された残りの複数の単位デバイスのマイクとしての機能により収音し、この収音結果に基づいて前記複数の単位デバイスの各々が何らかの物体と対面しているか否かを検出し、前記複数の単位デバイスのうち何らかの物体と対面していると認められるものの中の１または複数の単位デバイスを選択し、選択した単位デバイスをマイクとして動作させ、他の単位デバイスの少なくとも一部をスピーカとして動作させるための前記音声入出力デバイスアレイの制御を行う制御手段と
を具備することを特徴とする音声入出力装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記マイクとして機能させる単位デバイスを選択するための制御を繰り返し実行することを特徴とする請求項１または２に記載の音声入出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声通話のための手段として好適な音声入出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
音声通話のための一般的な手段として電話機がある。ユーザは、この電話機を使用して自分の音声を通話相手に送る場合、受話器を持ってそのマイクを口の近くに位置させ、マイクに向かって発声しなければならない。このような受話器を持っての通話は面倒である。受話器を持たずに通話を行うことを可能にするためには、例えば電話機におけるマイクを固定された位置に置き、ユーザは、このマイクが適切に自分の声を拾えるような姿勢で通話をするという方法が考えられる。しかし、このようにマイクの位置に合わせて通話の姿勢をとるのはユーザにとって甚だ窮屈である。ユーザとしては自由な姿勢で、しかも手ぶらで通話を行いたいところである。この点に関し、特許文献１は、カメラによりユーザを撮像し、これにより得られるユーザの画像に基づいてユーザの口の位置を求め、その口から発声される音を適切に拾える位置にマイクを移動させる技術を開示している。
【特許文献１】特開平７−２８４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１の技術によれば、ユーザの手を煩わせることなくユーザの声を拾えることができる位置にマイクを移動させることができる。しかし、この技術では、画像認識処理によりユーザの口の位置を求め、その位置にマイクを移動させるため、マイクの位置をユーザの口の位置に適切に合わせるのに時間が掛かるという問題がある。また、ユーザの画像を得るためのカメラや画像認識処理を行うための装置やマイクを移動させる装置など、本来は通話のために必要でない装置を別途設けなければならず、その意味において非経済的であるという問題があった。
【０００４】
この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、任意の姿勢をとっているユーザの声を適切に拾うことができ、自由な姿勢での通話を可能にする音声入出力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、マイクとしての機能およびスピーカとしての機能を併有するとともにこれらの機能のいずれかを一方を有効化する切替制御が可能な複数の単位デバイスを面状に配置してなる音声入出力デバイスアレイと、前記複数の単位デバイスの各々が何らかの物体と対面しているか否かを検出する検出手段と、前記複数の単位デバイスのうち前記検出手段により何らかの物体と対面している旨が検出されたものの中の１または複数の単位デバイスを選択し、選択した単位デバイスをマイクとして動作させ、他の単位デバイスの少なくとも一部をスピーカとして動作させるための前記音声入出力デバイスアレイの制御を行う制御手段とを具備することを特徴とする音声入出力装置を提供する。
他の好ましい態様においては、前記音声入出力デバイスアレイが前記検出手段を兼ねる。この態様において、前記制御手段は、前記音声入出力デバイスアレイにおける複数の分散配置された単位デバイスのスピーカとしての機能により超音波を発生し、この超音波の反射音を前記音声入出力デバイスアレイにおける分散配置された残りの複数の単位デバイスのマイクとしての機能により収音し、この収音結果に基づいて前記複数の単位デバイスの各々が何らかの物体と対面しているか否かを検出し、前記複数の単位デバイスのうち何らかの物体と対面していると認められるものの中の１または複数の単位デバイスを選択し、選択した単位デバイスをマイクとして動作させ、他の単位デバイスの少なくとも一部をスピーカとして動作させるための前記音声入出力デバイスアレイの制御を行う。
他の好ましい態様において、前記制御手段は、前記マイクとして機能させる単位デバイスを選択するための制御を繰り返し実行する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、この発明の第１実施形態である音声入出力システムの構成を示すブロック図である。この音声入出力システムは、ｍ×ｎ個の単位デバイスＤＵ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）と、このシステム全体を制御するコントローラ２００と、このコントローラ２００による制御の下、各単位デバイスＤＵ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）を制御する出力音声処理・制御部２０１、入力音声処理・制御部２０２および切替制御部２０３とにより構成されている。
【０００７】
各単位デバイスＤＵ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）は、マイクとしての機能およびスピーカとしての機能を各々併有する音声入出力部１０１と、音声入出力部１０１がスピーカとして使用されている場合に出力音声処理・制御部２０１から与えられるオーディオ信号を増幅して音声入出力部１０１に供給するスピーカアンプ１０２と、音声入出力部１０１がマイクとして使用されている場合に音声入出力部１０１から得られる信号を増幅してオーディオ信号を入力音声処理・制御部２０２に出力するマイクアンプ１０３と、切替制御部２０３からの切替制御信号に従い、音声入出力部１０１をスピーカとして使用するかマイクとして使用するかの切替を行うマイクスピーカ切替器１０４とにより構成されている。
【０００８】
図２は単位デバイスＤＵ（ｉ，ｊ）の構成例を示す図である。この例において、単位デバイスＤＵ（ｉ，ｊ）における音声入出力部１０１は、振動板１０１ａと、この振動板１０１ａを間に挟んで対向した２枚の固定板１０１ｂおよび１０１ｃとを有するコンデンサ型デバイスにより構成されている。好ましい態様において、各単位デバイスＤＵ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）の音声入出力部１０１は、薄い正方形板の形状をなしており、例えば部屋の中の壁を覆うように縦横に配列され、音声入出力デバイスアレイを構成している。単位デバイスＤＵ（ｉ，ｊ）におけるスピーカアンプ１０２は、出力音声処理・制御部２０１から与えられるオーディオ信号を同位相のまま増幅して出力するアンプ１０２ａと、同オーディオ信号の位相を反転して増幅して出力するアンプ１０２ｂとにより構成されている。また、マイクアンプ１０３は、差動アンプにより構成されている。
【０００９】
マイクスピーカ切替器１０４は、音声入出力部１０１をスピーカとして機能させる旨の切替制御信号が与えられた場合、スピーカアンプ１０２におけるアンプ１０２ａの出力端子を音声入出力部１０１の固定板１０１ｂに、アンプ１０２ｂの出力端子を固定板１０１ｃに、バイアス電源ＶＢ１の電極を振動板１０１ａに接続する。この状態において、音声入出力部１０１における固定板１０１ｂにはアンプ１０２ａを介することにより出力音声処理・制御部２０１からのオーディオ信号が与えられ、固定板１０１ｃにはアンプ１０２ｂを介することにより同オーディオ信号と逆位相のオーディオ信号が与えられる。このため、オーディオ信号の瞬時値の変化に応じて固定板１０１ｂ側または固定板１０１ｃ側に移動する往復振動が振動板１０１ａに発生する。この結果、平坦な音声入出力部１０１の表裏両面（図２では上面および下面）から元のオーディオ信号に対応した平面波が放射される。
【００１０】
一方、マイクスピーカ切替器１０４は、音声入出力部１０１をマイクとして機能させる旨の切替制御信号が与えられた場合、マイクアンプ１０２における非反転入力端子を音声入出力部１０１の固定板１０１ｂに、反転入力端子を固定板１０１ｃに、バイアス電源ＶＢ２の電極を振動板１０１ａに接続する。この状態において、音声入出力部１０１における振動板１０１ａが外界から音波を受けることにより振動すると、この振動波形に応じた波形であって、相互に逆位相の電気信号が固定版１０１ｂおよび１０１ｃに発生する。マイクアンプ１０３では、これらの固定板１０１ｂおよび１０１ｃに発生する各信号の差動増幅が行われ、この差動増幅により得られたオーディオ信号が入力音声処理・制御部２０２に出力される。以上が図２に示す単位デバイスＤＵ（ｉ，ｊ）の詳細である。
【００１１】
本実施形態において各単位デバイスＤＵ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）の音声入出力部１０１は、マイクおよびスピーカとしての役割の他、水平方向近傍部にある物体を検出するセンサとしての役割を担っている。この役割については、説明の重複を避けるため、本実施形態の動作説明において明らかにする。
【００１２】
好ましい態様において、音声入出力システムは、音声通信のための通信制御部を介して電話通信網またはインターネットに接続される。コントローラ２００は、図示しない操作部の操作により通信相手の電話番号が入力された場合、通信制御部により通話相手装置の音声受信部と出力音声処理・制御部２０１との間および通話相手装置の音声送信部と入力音声処理・制御部２０２との間を各々結ぶ双方向の音声通話コネクションを確立する機能を有している。
以上が本実施形態に係る音声入出力システムの構成の詳細である。
【００１３】
次に本実施形態の動作について説明する。
ユーザが、図示しない操作部の操作により通話相手装置の電話番号またはＩＰアドレスを入力し、通話開始を指示すると、コントローラ２００は、通話相手装置との間のコネクションを確立するための処理を実行するとともに、これと並行して図３にフローを示すルーチンを実行する。
【００１４】
まず、コントローラ２００は、発声者頭部位置測定処理を実行する（ステップＳ１）。この発声者頭部位置測定処理において、コントローラ２００は、発声者頭部位置測定のための切替制御信号の出力を切替制御部２０３に指示する。この指示に従い、切替制御部２０３は、発声者頭部位置測定のために予め記憶したパターンに従い、各単位デバイスＤＵ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）のうち分散配置された複数の単位デバイスのマイクスピーカ切替器１０４には音声入出力部１０１をスピーカとして機能させる切替制御信号を送り、他の複数の単位デバイスのマイクスピーカ切替器１０４には音声入出力部１０１をマイクとして機能させる切替制御信号を送る。図４は、この切替制御が行われた後の単位デバイスＤＵ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）の各音声入出力部１０１の状態を示している。この例では、インデックスｉ、ｊが共に奇数である単位デバイスＤＵ（ｉ，ｊ）およびインデックスｉ、ｊが共に偶数である単位デバイスＤＵ（ｉ，ｊ）の音声入出力部１０１がマイクとされる一方、インデックスｉ、ｊの一方が奇数で他方が偶数である単位デバイスＤＵ（ｉ，ｊ）の音声入出力部１０１がスピーカとされており、全体としてスピーカとマイクがモザイク状に配列された状態となっている。
【００１５】
次にコントローラ２００は、超音波の出力を出力音声処理・制御部２０１に指示する。出力音声処理・制御部２０１は、この指示に従い、超音波の発生に必要な駆動信号を単位デバイスＤＵ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）のスピーカアンプ１０２に送る。この結果、単位デバイスＤＵ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）のうちスピーカとして機能させる旨の切替制御信号が与えられている単位デバイスでは、出力音声処理・制御部２０１からの駆動信号がスピーカアンプ１０２におけるアンプ１０２ａおよび１０２ｂによる増幅後、マイクスピーカ切替器１０４を介して音声入出力部１０１の固定板１０１ｂおよび１０１ｃに与えられ、音声入出力部１０１の表裏両面から超音波が放射される。この超音波は、指向性の強い平面波であるため、音声入出力部１０１の前方に何らかの物体がある場合にはそこで反射され、反射波である超音波は、その超音波の放射を行った音声入出力部１０１とこれに隣接した他の音声入出力部１０１に到達する。
【００１６】
この超音波が到達する音声入出力部１０１のうちマイクとして機能しているものにおいては、振動板１０１ａが超音波に応じて振動し、この振動に応じた電気信号が固定板１０１ｂおよび１０１ｃに発生し、これら２相の電気信号がマイクスピーカ切替器１０４を介してマイクアンプ１０３に送られる。これら２相の電気信号は、マイクアンプ１０３により差動増幅され、入力音声処理・制御部２０２に送られる。入力音声処理・制御部２０２は、各単位デバイスＤＵ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）のマイクアンプ１０３の出力信号を監視しており、この監視結果に基づき、マイクとして機能している音声入出力部１０１のうち超音波の到達したものを求め、コントローラ２００に報告する。
【００１７】
図５に示す例では、縦横に配列された音声入出力部１０１の前に破線で示すような人物が立っており、この人物の体によって反射された超音波が、マイクとして機能している音声入力部１０１のうち斜線で示すものに到達した様子が示されている。コントローラ２００は、この超音波が到達した音声入出力部１０１に関する報告を受けると、それらの音声入出力部１０１のうち最上部にあるもの、すなわち、図５の例では音声入力部１０１Ｈの位置にユーザの頭部があると判断する。
【００１８】
以上のようにして発声者頭部位置測定処理が完了すると、コントローラ２００は、スピーカおよびマイクの設定処理を実行する（ステップＳ２）。このステップＳ２の設定処理において、コントローラ２００は、発声者頭部位置測定処理において頭部の位置と判断された音声入出力部１０１の近傍の音声入出力部１０１をマイクとして選択する。このステップＳ２の設定処理では、発声者頭部位置測定処理により求められた頭部の位置から発声者の口の位置を推定し、この口の位置に面している１個の音声入出力部１０１をマイクとして選択してもよいし、この１個の音声入出力部１０１を中心とした一定範囲内の複数の音声入出力部１０１をマイクとして選択してもよい。この選択を終えると、コントローラ２００は、マイクとして選択した音声入出力部１０１をマイクとして機能させ、他の音声入出力部１０１をスピーカとして機能させるべき旨の切替制御信号の出力を切替制御部２０３に指示する。
【００１９】
その後、通話のためのコネクションが確立され、通話が開始された後も、コントローラ２００は、ステップＳ１およびＳ２の処理を繰り返す。すなわち、分散配置された音声入出力部から超音波を発生し、その反射音を検出することによる発声者頭部位置測定が行われ（図６（ａ）参照）、次いで発声者頭部位置測定の結果に基づいてマイクとして機能させる音声入出力部が選択され（図６（ｂ）参照）、発声者頭部位置測定が行われ（図６（ｃ）参照）、再びマイクとして機能させる音声入出力部が選択され（図６（ｄ）参照）、という具合に発声者頭部位置測定とマイクとして機能させる音声入出力部の選択が交互に繰り返される。
【００２０】
従って、例えば図７に示すように椅子に座ったり、図８に示すように立ったりする等、発声者が通話中に姿勢を変えたとしても、発声者の口の位置に対面した音声入出力部１０１がマイクとして選択され、発声者の音声が適切に収音され、通話相手装置に送信される。
【００２１】
＜第２実施形態＞
図９は、この発明の第２実施形態である音声入出力装置の動作を示す図である。上記第１実施形態では、発声者頭部位置測定処理の結果に基づいてマイクとして機能させる音声入出部を選択する場合、マイクとして選択した音声入出力部以外の全ての音声入出力部をスピーカとして機能させた（図６（ｂ）および（ｄ）参照）。これに対し、本実施形態では、発声者頭部位置測定処理の結果に基づいてマイクとして機能させる音声入出部を選択する場合、マイクとして選択したもの以外の音声入出力部であっても、発声者頭部位置測定処理の際にスピーカとして機能しているものでない限り、スピーカとして機能させない（図９（ｂ）および（ｄ）参照）。すなわち、マイクとして選択したもの以外の音声入出力部のうち発声者頭部位置測定処理の際にスピーカとして機能していないものは、マイクとしてもスピーカとしても機能させない。このような制御を行うことにより、発声者頭部位置測定処理を行っている期間と、それ以外の期間とで、スピーカとして機能している音声入出力部の個数および配置の変化を少なくし、スピーカ再生音の大きさの変化を少なくすることができる。
【００２２】
＜第３実施形態＞
図１０は、この発明の第３実施形態である音声入出力装置の動作を示す図である。本実施形態は、上記第２実施形態にさらに改良を加えたものである。上記第２実施形態では、何回目の発声者頭部位置測定処理であろうと、発声者頭部位置測定処理の際には、必ず決まった位置の複数の音声入出力部をマイクとして機能させた（図９（ａ）および（ｃ）参照）。これに対し、本実施形態では、第１回目の発声者頭部位置測定処理では最大個数の音声入出力部をマイクとして機能させるが（図１０（ａ）参照）、この発声者頭部位置測定処理の結果に基づいてマイクとして機能させる音声入出力を選択（図１０（ｂ）参照）した後、第２回目の発声者頭部位置測定処理では、その直前においてマイクとして選択されていた音声入出力部を中心とした所定範囲内の音声入出力部のみをマイクとして機能させる（図１０（ｃ）参照）。以後同様であり、第２回目以降の発声者頭部位置測定処理では、その直前においてマイクとして選択されていた音声入出力部を中心とした所定範囲内の音声入出力部のみをマイクとして機能させる。本実施形態によれば、通話開始時には多数の音声入出力部がマイクとして使用されるが、それ以降は、マイクとして使用される音声入出力部の個数を減らし、かつ、個数の変化を少なくすることができる。従って、通話開始以降、通話相手に聞こえる音量の時間的変化を少なくすることができる。
【００２３】
＜第４実施形態＞
図１１は、この発明の第４実施形態である音声入出力装置の動作を示すタイムチャートである。歩きながら話すのが好きな人は別として、通常の人は、話に熱中しているときは、あまり姿勢を変えず、口の位置もあまり変化しない。しかし、自分が話しておらず、通話相手の話を聞くときは、退屈なことが多いため、ついつい姿勢を変えがちである。本実施形態は、この点に着目したものであり、ユーザが話をしていない期間に発声者頭部位置測定処理を実行し、ユーザが話をしている期間は発声者頭部位置測定を行わない。このような制御を行うため、本実施形態では、通話相手から送られてくる音声のレベルを検出する機能を図１における出力音声処理・制御部２０１に設け、マイクを介して入力されるユーザの音声のレベルを検出する機能を入力音声処理・制御部２０２に設ける。そして、コントローラ２００は、ユーザからの音声入力がない状態が所定時間以上続いた場合に発声者頭部位置測定処理とこの処理結果に基づいてマイクとして機能させる音声入出力部を選択する処理を交互に繰り返す動作を開始させる。その間、通話相手からの音声がスピーカとしての音声入出力部から再生されることも起こりうるが、そのようなことが起こるがどうかとは無関係に、ユーザからの音声入力がない限り、発声者頭部位置測定処理とマイクとして機能させる音声入出力部の選択を交互に繰り返す。そして、ユーザからの音声入力が開始されたときには、その直前にマイクとして選択された音声入出力部を継続的にマイクとして使用するのである。
【００２４】
その際、話をしているときでも多少の姿勢の変化はあるので、ユーザからの音声入力が開始された後は、次のような制御をしてもよい。すなわち、ユーザからの音声入力の開始直前にマイクとして選択された音声入出力部を中心とした所定範囲内の音声入出力部をマイクとして選択し、その際の選択した各音声入出力部のマイクアンプ１０３の出力レベルに基づいてユーザの口の位置の移動を予測し、予測結果に基づいて、マイクとして機能させる音声入出力部を更新する、という動作を繰り返すのである。例えば上下に並んだ音声入出力部のうち上方の音声入出力部のマイクアンプ１０３の出力レベルが上昇し、下方の音声入出力部のマイクアンプ１０３の出力レベルが低下しつつある場合には、ユーザの口の位置が上昇しつつあると予測し、マイクとして機能させる音声入出力部の範囲を上方にシフトするのである。この態様によれば、ユーザが発声している期間（すなわち、通話相手がユーザの声を聞いている期間）、発声者頭部位置測定を間欠的に繰り返す動作が行われないので、通話相手が聞くユーザの音声の音量の時間的変化を抑えることができる。
【００２５】
＜他の実施形態＞
以上説明した各実施形態では、音声入出力部が、単位デバイスに対面している物体の有無を検出するセンサを兼ねていた。しかし、このように音声入出力部をセンサとして用いるのではなく、例えば赤外線センサなどを各単位デバイスに設けて、これにより各単位デバイスに対面している物体の有無を検出するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の第１実施形態である音声入出力装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態における単位デバイスの構成例を示す図である。
【図３】同実施形態におけるコントローラの動作を示すフローチャートである。
【図４】同実施形態の動作を示す図である。
【図５】同同実施形態の動作を示す図である。
【図６】同実施形態の動作を示す図である。
【図７】同同実施形態の動作を示す図である。
【図８】同同実施形態の動作を示す図である。
【図９】この発明の第２実施形態である音声入出力装置の動作を示す図である。
【図１０】この発明の第３実施形態である音声入出力装置の動作を示す図である。
【図１１】この発明の第４実施形態である音声入出力装置の動作を示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
２００…コントローラ、２０１…出力音声処理・制御部、２０２…入力音声処理・制御部、２０３…切替制御部、ＤＵ（ｉ，ｊ）（ｉ＝１〜ｍ，ｊ＝１〜ｎ）…単位デバイス、１０１…音声入出力部、１０２…スピーカアンプ、１０３…マイクアンプ、１０４…マイクスピーカ切替器。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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