(57)【要約】【課題】騒音環境下において人が発する音声などの集音したい音信号を、騒音を抑圧して集音できる集音装置を提供することを目的とする。【解決手段】集音対象に膜体３が接触し、音響振動が筐体上部１ａを通って振動板２を振動させることにより集音センサ４を用いて音響信号に変換する。その際、筐体上部１ａには液体などの外部騒音が伝わってくる媒体と異なる音響インピーダンス値を持ち、かつ集音対象が伝わる媒体と近い音響インピーダンス値を持つ媒体で満たすことにより、外部騒音に強く、集音効率のよい構成になっている。また、筐体１の外周、内周に遮音材６や吸音材５を形成することにより膜体３以外から伝わる外部騒音を伝えにくくする。【選択図】図１
2005341360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に開口部をもつ筐体と、
他端の前記筐体の内部と共に空間を成すように形成された振動板と、
前記振動板の振動を検出するセンサと、
前記開口部を覆うように形成された膜体と、
前記筐体と前記膜体と前記振動板により囲まれた空間を満たす液体からなる媒体を有することを特徴とする集音装置。
【請求項２】
前記膜体は人体と接触し、前記センサは前記人体から発せられた音声振動を前記媒体を介した前記振動板の振動により検出することを特徴とする請求項１記載の集音装置。
【請求項３】
前記筐体は、前記膜体の表面積が前記振動板の表面積より大きくなるように円錐台形または半楕円球形であることを特徴とする請求項１記載の集音装置。
【請求項４】
前記筐体の外壁に、遮音材および／または吸音材を形成したことを特徴とする請求項１記載の集音装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は音信号を集音して検知する集音装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、カーナビゲーションシステム等で用いられる音声認識は周囲の雑音環境により認識率が低下することが知られている。例えば、自動車のエンジン音、風きり音やロードノイズのほか、車室内で視聴されるラジオ、ＴＶなどの音声も、ユーザの音声を認識する場合には雑音源となる。その問題を解決するために、ユーザの骨伝導音を検出することで、周囲の雑音と区別して音声認識をする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１において骨伝導による音声振動は、外耳道周辺の骨、皮膚、外耳道に装着するためのプラスチック部材、検出素子を収納するケースに伝達され、支持部材を経由して梁構造の検出素子に伝達される。
【特許文献１】特開２００３−３４５３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記従来の構成はプラスチック部材などの固体を伝播した音信号を集音していたので、人体との接触箇所によって感度が大きく変わったり、装着箇所が人体の皮膚に直接接触させることで制限されたり、また骨と接触することにより痛みや違和感がユーザに残り、ユーザの負担が大きくなるという課題を有していた。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決し、騒音環境下において人が発する音声などの集音したい音信号を、騒音を抑圧して集音できる集音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】
前記従来の課題を解決するために、本発明の集音装置は、一端に開口部をもつ筐体と、他端の筐体の内部と共に空間を成すように形成された振動板と、振動板の振動を検出するセンサと、開口部を覆うように形成された膜体と、筐体と膜体と振動板により囲まれた空間を満たす液体からなる媒体を有する。
【０００６】
また、膜体は人体と接触し、センサは人体から発せられた音声振動を媒体を介した振動板の振動により検出する。
【０００７】
また、筐体は、膜体の表面積が振動板の表面積より大きくなるように円錐台形または半楕円球形にしてもよい。
【０００８】
また、筐体の外壁に、遮音材および／または吸音材を形成してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の集音装置によれば、筐体内部を液体で満たして、その媒体を経由して音響振動を検出することにより、音響振動の集音効果を高めることができる。また、液体で筐体内部を満たして膜体で人体に接触させることによって、固体とは異なり集音対象に対して密着性が増し、集音効率がよくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかる集音装置について、図面を用いて説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
本発明の実施形態における集音装置を図１〜３に示す。なお、実施の形態１において集音する音信号は人間が発した音声を例に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態における集音装置の縦方向の断面図を示しており、図２（ｂ）、（ｃ）は横方向の断面図、図３は斜視図を示している。略円錐台形状をした筐体１と、筐体１の内部を台座方向に水平二分解するように配置された膜状の振動板２と、筐体１の上部開放端に配置され人体と接触する変形可能な膜体３と、振動板２に配置されている集音センサ４と、筐体１の内外周に配置された吸音材５および遮音材６と、筐体１の内周に配置される反響材７と、振動板２に接する位置に配置される防振材８と、振動板２と膜体３と反響材７と防振材８とで囲まれた空間（筐体内部１ｃ）に充填される媒体９により構成されている。筐体１の外周には吸音材５が配置され、さらにその外周に遮音材６が配置されている。ここで、広い台座部分を筐体上部１ａ、狭い台座部分を筐体下部１ｂ、筐体上部１ａの内部を筐体内部１ｃ、筐体下部１ｂの内部を筐体内部１ｄとすると、筐体下部１ｂの内周には遮音材６が配置され、さらにその内周に吸音材５が配置されている。また、筐体上部１ａの内周には遮音材６が配置され、さらにその内周に反響材７が配置されている。ただし、振動板２に接する部分にはこの反響材７とは別材質の防振材８を配置している。
【００１３】
そして、集音するときの音信号の経路としては、人体から音信号が発せられ、人体と接触した膜体３から振動として筐体内部１ｃの媒体９を通り、振動板２を振動させることによって集音センサ４で音響振動を電気的信号に変換するという経路をとる。
【００１４】
媒体９は液体からなり、本集音装置の外部の物質（通常は空気）と異なり、膜体３で接している集音対象の音が伝わってくる媒質（通常は人体）と音響インピーダンス値が近く、かつ音響減衰率が低いものが望ましい。人間の構成要素の約８０％は水で、音響振動を出力している。この音響振動を収集するために、媒体９には生理食塩水を用いる。これは図４に示すように、人体に密着して集音する際に、空気などの気体を通すと音響インピーダンス値が非常に異なるため、音響インピーダンス値が人体の構成要素に近いものを選択する必要がある。このときの音響インピーダンス値は１．３〜２．０程度の液体であるのが妥当だと考えられるため、そのひとつの例として生理食塩水を用いた。また、外部の物質と異なる物質で満たす効果としては、集音装置外部から来る音響振動を騒音として考えた場合、音響インピーダンスが異なることにより外部騒音が膜体３によって反射され、集音効率を高めることにつながるためである。媒体９に液体を用いることの理由のひとつとして、減衰率が挙げられる。これは、空気の減衰率に比べ、液体のほうが１０倍以上のオーダーで異なるので、集音効率を高めることが可能になるためである。
【００１５】
次に筐体上部１ａにおいて、内壁には筐体内部１ｃに満たされている媒体９と音響インピーダンス値が大きく異なる反響材７で囲む。ここで、反響材７の物質は任意であるが、音響インピーダンスが媒体９と大きく異なることによって音響反射率が良くなり、集音効果が高くなる。本実施の形態では、人体の音響を集音するため、反響材７としてはステンレスを用いることができる。
【００１６】
筐体上部１ａにおいて、筐体上部１ａから伝わる騒音に対して、以下の対策をする。筐体１の外壁に吸音材５として、多孔質材料のスポンジ、ウレタン、ロックウール、グラスウール、アスベストなどや、孔あき板の孔あき合板、孔あき石膏ボード、孔あき石綿セメント板などを配置する。材料については、吸音したい周波数に応じて任意の種類を使用することができる。また、吸音材５のさらに外周に遮音材６としてガラス板、石膏板などを配置する。材料については、遮音する周波数に応じて任意の種類を使用することができる。外部からの騒音周波数を考慮してコインシデンス効果が発生しないような材料を選んでも良い。また、遮音材６の選定の際は密度の大きいものほど遮音効果が高くなる。このときにこれら吸音材５と遮音材６を組み合わせて用いることで、騒音対策にはより有効であるが、どちらか一方を形成することにしても構わない。また、上記以外に筐体１の最外周を凹凸形状にして騒音対策をしてもよい。
【００１７】
次に、振動板２はプラスチック材料などの音響振動に応じて反応する部材で膜を構成する。プラスチック材以外にも皮、金属など、集音したい周波数、音圧に応じて任意に選択し、引張応力を任意に変更しても良い。
【００１８】
また、本実施の形態では振動板２から集音する集音センサ４に関してピエゾセンサを用いる。これは、外部からの騒音に対してコンデンサマイクロフォンなどと違い、気導音から直接音を検知しないようにするためで、気導騒音に対して強い構成となっている。また、筐体上部１ａと振動板２は遮音材６や吸音材５に囲まれており、膜体３と外部の音響振動が伝達する媒体との音響インピーダンス値の差を考慮すると、この集音装置自体が外部からの気導騒音に対して振動板２が振動することが少なく、外部の気導騒音に強い構成になっている。また、集音センサ４の取り付け位置としては筐体内部１ｃ側か、筐体内部１ｄ側の振動板２に接していれば良い。但し、筐体内部１ｃ側に設置する場合、集音センサ４に防水加工を施さなくてはならない。集音センサ４は用途に合わせて任意の数用いてもよい。
【００１９】
振動板２に対する集音センサ４の取り付け方法は、集音センサ４のどちらかの一方を、振動板２が筐体下部１ｂに固定されている淵に取り付け、他端を、振動板２の中心に取り付ける。これにより、集音センサ４の端の一方が固定され、振動板２の振動が効率よく集音センサ４に伝わるため、効率のよい集音効果が見込める。また、図２（ｂ）に示すように、集音センサ４の両端を筐体下部１ｂに取り付けても、集音センサ４に振動板２の振動を効率よく伝えることができる。
【００２０】
筐体上部１ａの内部形状としては、膜体３の表面積が振動板２の表面積より大きくなるように円錐台形または楕円球形を用いることで集音効果の高い構成になっている。そして、膜体３と振動板２の間の距離を短くすることで音響振動の減衰が少なくなるため、より高い集音効果が望めるが、膜体３と振動板２が物理的に接触することによって干渉し、振動板２が振動を起こさないことがないように最適な距離を決定する必要がある。
【００２１】
膜体３においては、接触する対象に応じて材料を任意に選択できるが、本実施の形態では人体と接触するため接触部における厚さは薄いものが良く、かつ人体との音響インピーダンス値が近いものが望ましい。そして、密着性を高めるために柔軟に変形可能で、摩擦力の大きい材料が望ましい。例として、超音波エコー診断などに用いる音響焦点距離調整用スペーサ用の低減衰ゴムなどが挙げられる。
【００２２】
筐体下部１ｂと振動板２で囲まれる空間における物質は気体とし、集音する際に筐体下部１ｂの圧力変化によって振動板２の振動に影響が出ないように十分な容積を確保する構成になっている。筐体下部１ｂの内壁は多孔質材料のスポンジ、ウレタン、ロックウール、グラスウール、アスベストなどや、孔あき板の孔あき合板、孔あき石膏ボード、孔あき石綿セメント板などの吸音材５を設置して吸音する。この吸音材５によって、集音する際に振動板２の振動で振動板２が新たな音源となって、筐体下部１ｂに伝わり、筐体下部１ｂの内壁に音響振動が反射して振動板２を再度振動させないようにすることができる。
【００２３】
筐体上部１ａの内壁に反響材７として、筐体内部１ｃの媒体９と音響インピーダンス値が大きく異なる物質（今回はステンレス）を用いたが、この反響材７と振動板２が接触することで反響材７の振動が振動板２に伝わり、振動板２が振動する可能性がある。そこで、振動板２と筐体上部１ａの反響材７の間に防振材８を設置する構成にして、反響材７の振動が固体音として振動板２に伝播するのを抑圧している。
【００２４】
また、膜体３と筐体上部１ａにおいて、媒体９（今回は生理食塩水）がもれることがないように筐体上部１ａの淵周りや内壁と膜体３を接着材などを用いて接着する。また、人体などと膜体３が接触する場合、筐体上部４の淵周りはむき出しになっているため、任意に保護材もしくは密着性を向上させるために、スポンジやゴムのような材料を筐体上部１ａの淵周りに取り付けることが望ましい。
【００２５】
（実施の形態２）
実施の形態２においては、図５を用いて本集音装置を車室内で利用する例を説明する。本実施の形態において車室内で利用する場合、集音装置１００は座席１０１に組み込んで取り付けられている。その場合、膜体３は人間の背中の衣服と接触することになる。また、集音装置１００を座席１０１に固定する場合、座席１０１と集音装置１００をつなぐ必要がでてくる。そこで、ばね等の位置の変位によって復元力が発生する材料や、衝撃力を吸収するためにダンパなどの速度に比例して反力が変化する材料を用いて座席１０１と集音装置１００を接続し、集音装置１００全体が膜体３で接触している人体にロバストに追従する構成にする。本実施の形態では、ばね１０３のみを用いた。また、本実施の形態においては、さらに座席１０１に付属している金属部分に固定した金属板１０４を用いてばね１０３を固定することで人間の背中の垂直方向の変位に対応できる構成となっている。
【００２６】
ばね１０３と集音装置１００の間に、防振材や制振材を用いることによって、さらにばね１０３から伝わってくる固体振動による振動板２の振動を防ぐことができる。
【００２７】
また、座席１０１と本集音装置１００が干渉しないために、座席１００の取り付け位置には集音装置１００の筐体１より大きい孔が必要である。その孔の径は任意であるが、集音する対象（ここでは人体）が音信号を発生させるときの姿勢や、動作範囲を計測、または予想をして決定することが好ましい。
【００２８】
膜体３と人体が完全に接触し、人体が外部騒音を妨害することで膜体３からは音響振動が振動板２伝わらないとした場合、集音センサ４で集音される音圧レベルは４０ｄＢ以下が望ましい。この音圧レベルは一般的な静かな標準家庭程度の音圧であり、集音環境としては適した環境といえると考えられるからである。ここで、車室内の主な騒音として、ロードノイズ、音楽やラジオなどの音響機器、エンジン音、車体そのものの振動などがあげられる。これらはそれぞれ状況に応じて周波数が変化するが、本実施の形態においては、ロードノイズの周波数が１５０Ｈz〜５００Ｈｚ、音楽やラジオなどの音響機器から流れる周波数が８００Ｈｚ〜１．２ｋＨｚ、エンジン音の周波数が４００Ｈｚ〜７００Ｈｚとする。この場合、ほぼ１５０Ｈｚから１．２ｋＨｚまでの周波数に対して遮音を行わなくてはならないが、集音した音を聞く際に人間の特性として非定常な音というのは非常に煩わしく感じ、人間の音声と分離する処理も大変なため、今回は音楽やラジオやカーナビゲーションなどの音響機器から流れる８００Ｈｚ〜１．２ｋＨｚの周波数を特に遮音する。そこで、集音する環境を４０ｄＢとするために、この周波数に対して遮音する遮音材６として密度の大きい金属（鉄など）を使用する。また中間材として吸音材５を使用するがこれは、遮音材６による音響透過損失特性を向上させるものである。ここで、遮音材６と吸音材５の組み合わせは構造などにもよって変化し定量的な予測は難しいため、一概に吸音材５の材料は決定できないが、今回はグラスウールを用いている。遮音材６、吸音材５の選定は集音装置全体の大きさが関係してくる。つまり、集音装置全体が大きくなるほど筐体が大きくなり、それにつれて外部と接触する面積が大きくなるため、遮音材６をより厚くし、音響透過損失を上げる必要がある。
【００２９】
なお、本装置において筐体内部１ｃに満たされる媒体９を代えることによって人体から発せられる音響だけではなく、配管修理の際に用いる集音装置や、防水加工を施すことによって水中などでも用いることができる。また、気導マイクと並列して用いて、本集音装置で集音された音声を発話区間として処理し音声認識で使用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように本発明に係る集音装置は、騒音環境化において集音対象の音響信号を機構的に集音できるという効果を有し、工場や車内などにおいて音声を集音したい場合などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１における集音装置の縦方向の断面図
【図２】本発明の実施の形態１における集音装置の構造を説明するための断面図
【図３】本発明の実施の形態１における集音装置の斜視図
【図４】各種材料の音響インピーダンス値と減衰定数を示す図
【図５】本発明の実施の形態２における集音装置を座席に取り付けたときの例を示す図
【符号の説明】
【００３２】
１    筐体部
１ａ    筐体上部
１ｂ    筐体下部
１ｃ    筐体内部
１ｄ    筐体内部
２    振動板
３    膜体
４    集音センサ
５    吸音材
６    遮音材
７    反響材
８    防振材
１００    集音装置
１０１    座席
１０３    ばね
１０４    金属板
【図１】
2005341360.tif 000003
【図２】
2005341360.tif 000004
【図３】
2005341360.tif 000005
【図４】
2005341360.tif 000006
【図５】
2005341360.tif 000007