(57)【要約】【課題】  一定の位置や方向から放出されてマイクロホンへ入力する音をマイクロホンの音の取り入れ口で局所消音する一次伝播音消去マイクロホン装置を提供する。【解決手段】  第１マイクロホン１と、第１マイクロホン１の音の取り入れ口となる第１開口２と、音場内に音を放出する第１スピーカ３と、第１スピーカ３より放出された音が第１開口２を通り第１マイクロホン１に入力する入力音と音圧レベルが等しくかつ逆位相関係の打ち消し音を第１マイクロホン１へ放出する第２スピーカ４と、第２スピーカ４から放出される打ち消し音の拡散を制限する第２開口５と、第１スピーカ３から放出されて第１開口２方向へ伝播する一次伝播スピーカ音と第２スピーカ４から放出される打ち消し音の双方の音の干渉ポイントを第１マイクロホン１の位置周辺に限定して局所消音する手段と、からなる。【選択図】図１
2009017522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１マイクロホンと、
該第１マイクロホンの音の取り入れ口となる第１開口と、
音場内に音を放出する第１スピーカと、
該第１スピーカより放出された音が前記第１開口を通り前記第１マイクロホンに入力する入力音と音圧レベルが等しくかつ逆位相関係の打ち消し音を前記第１マイクロホンへ放出する第２スピーカと、
該第２スピーカから放出される打ち消し音の拡散を制限する第２開口と、
前記第１スピーカから放出されて前記第１開口方向へ伝播する一次伝播スピーカ音と前記第２スピーカから放出される打ち消し音の双方の音の干渉ポイントを前記第１マイクロホンの位置周辺に限定して局所消音する手段と、
からなる一次伝播音消去マイクロホン装置。
【請求項２】
前記第２スピーカへ信号を供給する手段が、
前記第１スピーカから放出されて前記第１開口方向へ伝播する一次伝播スピーカ音を検出する第２マホイクロンと、
該第２マホイクロンを反射板の焦点に設置する集音器と、
を設け、前記第１スピーカと前記第１マイクロホン間を音の第１伝播ルートとし、前記第２マイクロホンと前記第２スピーカを隔離した状態で、前記第１スピーカと前記第２マイクロホン間および前記第２スピーカと前記第１マイクロホン間の音の伝播距離を加え合わせて第２伝播ルートとして、前記第１伝播ルートと前記第２伝播ルートを音響的に等距離とした請求項１に記載の一次伝播音消去マイクロホン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、一定の位置や方向から放出されてマイクロホンへ入力する音を消去する一次伝播音消去マイクロホン装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  マイクロホンとスピーカから成る音響機器、例えば、拡声インターホンや拡声電話機などの拡声通話装置は、制御系内に音声スイッチが設けられていて、スイッチを切り替えて送受話の片方の回路の音量レベルを優先し、もう一方の回路の音量レベルを減衰制御するなどしてハウリングの発生を抑制して、送受話のハンズフリー拡声通話を行うものがある（特許文献１）。【０００３】  また、吸音材料などの音響性能を評価する方法としては、従来から、残響室法吸音率、垂直入射吸音率、斜入射吸音率などがあるが、例えば、高速自動車道の防音壁などをこれらの吸音率測定法で評価すると、その防音壁の音響特性は、測定結果から予測される値と実際に設置して実用に供したときに得られる効果とが一致しない場合がある。特に、開放空間へ放出される一過性の騒音や低い周波数の騒音などの吸音性能の評価については、多くの技術的課題が残されている（非特許文献１、非特許文献２）。
【特許文献１】  特開２００６−２７０１４７号公報
【非特許文献１】  ＪＩＳ  Ａ  １４０９
【非特許文献２】  ＪＩＳ  Ａ  １４０５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかし、上記の拡声インターホンや拡声電話機などの拡声通話装置は、送受信の伝送系路内に送話中か受話中かの比較識別機能が設けられていて、送受話双方の通話中に、送受話の音声信号レベルの大小を比較識別して受話信号の拡声レベルが自動的に切り替えられるので、通話の音声がとぎれとぎれになって聞き取りにくくなり、自然な通話感を損なうことがある。したがって、双方向の同時通話性は受話器通話の場合と同様という訳にはいかないという問題点があった。【０００５】  また、上記のように吸音率の測定は、吸音特性を評価するマイクロホンと試験音を放出するスピーカが同一の音場内に配置されているため、吸音率を評価するための手段として検出される反射音の音量レベルよりもスピーカから放出されて評価マイクロホンへ直接入力される試験音の音量レベルの方が遥かに大きく、反射音が試験音でマスキングされて埋もれてしまい、正しい評価がし難くなる。そこで、試験用の一次伝播スピーカ音と吸音材の表面で反射放出される二次伝播反射音とが混じり合って検出される検出音から吸音率を算出する方法として、残響室内での残響音の減衰時間を計測して算出する残響室法やスピーカ音と反射音の干渉作用を利用して算出する管内法、一次伝播スピーカ音と二次伝播反射音の双方が検出されるまでのわずかな時間差を利用して両者を識別するバースト信号法などのほか、斜入射吸音率については各種の測定法が考案されている。しかし、どのような手法を用いた場合であっても、何らかの方法で一次伝播スピーカ音と二次伝播反射音をそれぞれ的確に分離して評価しなければならないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  マイクロホンとスピーカが同一音場内にありスピーカから放出された音がマイクロホンに入力されて障害を生ずる音響システムにおいて、第１マイクロホンと、該第１マイクロホンの音の取り入れ口となる第１開口と、音場内に音を放出する第１スピーカと、該第１スピーカより放出され前記第１の開口を通り前記第１マイクロホンに入力する入力音と音圧レベルが等しくかつ逆位相関係の音、すなわち、前記第１スピーカへ供給される信号と同系の信号から振幅と位相の調整された打ち消し音を前記第１マイクロホンへ放出する第２スピーカと、該第２スピーカから放出される打ち消し音の拡散を制限する第２開口と、を具備し、前記第１開口と前記第２開口との双方の開口を近接させて設置するとともに前記第２開口面を前記第１開口面に対して同等の大きさの面とし、前記第１スピーカから放出され前記第１開口方向へ直進伝播する一次伝播スピーカ音と前記第２スピーカから放出される打ち消し音の双方の音の干渉ポイントを前記第１マイクロホンの位置周辺に限定して局所消音することによって、前記第１スピーカから放出されて前記第１マイクロホンへ入力する音のみ取り除いた音を検出する一次伝播音消去マイクロホン装置である。【０００７】  上記に記載の一次伝播音消去マイクロホン装置において、前記第２スピーカへ信号を供給する手段が、前記第１スピーカから放出されて前記第１開口方向へ直進する一次伝播スピーカ音と同期進行する音を検出する第２マホイクロンと、該第２マホイクロンの入力信号音を反射板の焦点に集めて前記第２マホイクロンへ供給する集音器とを設け、前記第１スピーカから前記第１開口を介して前記第１マイクロホンに至る伝播距離（Ｄ１）を音の第１伝播ルートとし、前記第２マイクロホンと前記第２スピーカを隔離した状態で、前記第１スピーカから放出された音が前記集音器で反射されて前記第２マイクロホンへ至る伝播距離（Ｄ２）と前記第２スピーカから前記第２開口、前記第１開口を介して前記第１マイクロホンに至る伝播距離（Ｄ３）を加え合わせて音の第２伝播ルートとしたとき、前記第１スピーカの放出音と前記第２スピーカから放出される打ち消し音との双方の音の干渉ポイントにおいて伝播タイミングが大きな狂いの出ない音響的に等距離の関係、すなわち、第１伝播ルートと第２伝播ルートが等距離の関係、（Ｄ１）＝（Ｄ２）＋（Ｄ３）とし、前記第１スピーカから放出されて一定の方向へ直進伝播する一次伝播スピーカ音を前記第１マイクロホンの位置で局所消音することによって、前記第１スピーカから放出された入力音を取り除いて二次反射音のみを検出する一次伝播音消去マイクロホン装置である。
【発明の効果】
【０００８】  本発明による一次伝播音消去マイクロホン装置は、一定の位置や方向から伝播してマイクロホンへ入力する音をマイクロホンの音の取り入れ口で局所消音することで不要なマイクロホン入力音を除去する。【０００９】  従って、マイクロホンとスピーカが同一の音場内に設置される音響機器のスピーカ出力を、ハウリングを発生させることなく十分に大きくすることができる。【００１０】  また、吸音率を測定するとき、試験音の発生源から放出される一次伝播スピーカ音と該一次伝播スピーカ音が被測定物に当たって反射される二次伝播反射音の混じり合う混成音から、吸音率を導出するために必要な二次伝播反射音のみを分離して検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】  以下、本発明を実施するための最良の形態について図面に基づき詳細に説明する。
なお、各図中、同一部分は同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【実施の形態１】
【００１２】  本発明の第１の実施形態を図１、図２を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の構成を示す図であり、図２は、局所消音用マイクロホンを示す断面図である。第１の実施形態は、本発明の一次伝播音消去マイクロホン装置をハンズフリー拡声同時通話インターホンに用いた例である。
図１において、１は第１マイクロホン、２は第１開口、３は第１スピーカ、４は第２スピーカ、５は第２開口、６は親機インターホン、７は子機インターホン、８は伝送路である。
【００１３】  図１は、親機インターホン６と子機インターホン７が伝送路８によって互いに接続されて拡声インターホン装置を構成する図を示す。親機インターホン６は、第１スピーカ３と第１マイクロホン１を備えて、伝送路８を介して子機インターホン７に接続されて、送受話の音声信号を送受信する。親機インターホン６へ入力された受信信号は、インターフェース６１を介してフィルター回路６２へ供給され、フィルター回路６２の出力はレベル調整器６３でレベル調整され、レベル調整器６３の出力は、受話アンプ６４で電力増幅されて第１スピーカ３を駆動する。レベル調整器６３のもう一方の出力は振幅・位相調整回路６５へ供給され、振幅・位相調整回路６５の出力は打ち消し音アンプ６６で電力増幅されて第２スピーカ４を駆動する。第１マイクロホン１へ入力された音声信号は、送話アンプ６７で増幅されて送信信号をインターフェース６１へ供給し、インターフェース６１の出力信号は伝送路８を介して子機インターホン７へ供給される。
【００１４】  子機インターホン７は、スピーカ１３とマイクロホン１１を備えることで、伝送路８を介して親機インターホン６に接続されて、送受話の音声信号を送受信する。子機インターホン７へ入力された受信信号は、インターフェース７１を介して受話アンプ７４で電力増幅されてスピーカ１３を駆動する。マイクロホン１１へ入力された音声信号は、送話アンプ７７で増幅されて送信信号をインターフェース７１へ供給し、インターフェース７１の出力信号は伝送路８を介して親機インターホン６へ供給される。
【００１５】  第１マイクロホン１と第１スピーカ３は親機インターホン６の同一の筐体内に取り付けられていて、第１スピーカ３から放出された音は容易に第１マイクロホン１に入力することとなり、インターホン装置の電気回路を含めた全体の音響システムは、音響的な増幅系がループをつくり易く、系内のいずれかがピークに達するまで繰り返し共振波形の振幅が漸次増幅されて、いわゆるフィードバックループによるハウリングが発生してしまう。そこで、第１マイクロホン１に必要最小限の音の取り入れ口となる第１開口２を設けて、第１スピーカ３より放出された音が第１の開口２を通り第１マイクロホン１に入力する入力音と音圧レベルが等しくかつ逆位相関係となる音を第２スピーカ４から放出して、双方の音の音波干渉で第１マイクロホン１へ入力する音圧レベルを低減する。このとき、打ち消し音の放出レベルが必要以上に大きく出力しないようにするために、打ち消し音の拡散を制限する第２開口５を第２スピーカ４の音の放出面に取り付ける。また、第１開口２と第２開口５との双方の開口を近接させて設置するとともに第１開口２と第２開口５の開口面の大きさを同等の大きさの面とする。
【００１６】  第２スピーカ４より放出される打ち消し音は、第１スピーカ３を制御する信号と同系の信号から振幅・位相調整回路６５、打ち消し音アンプ６６を介して得られる出力音であり、第１マイクロホン１へ放出される。第１スピーカ３から放出され第１開口２方向へ直進伝播する一次伝播スピーカ音と第２スピーカ４から放出される打ち消し音の双方の音の干渉ポイントを第１マイクロホン１の位置周辺に限定して局所消音することによって、第１スピーカ３から放出されて第１マイクロホン１へ入力する音のみを取り除く。
【００１７】  なお、フィルター回路６２は、受信信号の入力周波数帯域を必要な周波数帯域に制限を加えることで、第１スピーカ３から放出される音声の周波数帯域を狭めて、第２スピーカ４の打ち消し音の制御周波数の範囲を極力狭めることによって回路構成を簡素化しようとするものである。
【００１８】  レベル調整器６３の出力信号は、第１スピーカ３と第２スピーカ４への双方の信号供給元となって同じ信号を並列供給するため、第１スピーカ３のスピーカ出力を調整すると、第２スピーカ４の出力も連動して調整されるため、一次伝播スピーカ音の音量レベルに対する打ち消し音の音量レベルの増減の割合は比例関係が維持されていて、消音機能が劣化することはない。
【００１９】  振幅・位相調整回路６５は、通過する信号を複数のバンドパスフィルターで帯域を細かに切り分けて、それぞれの帯域ごとにレベル調整と位相調整をすることによって、第２スピーカ４の放出するスピーカ音特性を第１スピーカ３より放出されるスピーカ音を所定の位置で局所消音できるように振幅特性と位相特性を補正する。回路による補正の周波数帯域は連続的で切れ目はない。（特開平８−２３７０５６号公報参照）
【００２０】  図２は、局所消音用マイクロホンを示す断面図で、第２スピーカ４から放出される打ち消し音の拡散を制限する第２開口５の内側に第１マイクロホン１の音の取り入れ口となる第１開口２を納めたもので、双方の開口面を一体化したものである。
【００２１】  本発明の一次伝播音消去マイクロホン装置をハンズフリー拡声同時通話インターホンに用いた例で説明した通り、一次伝播音消去マイクロホン装置は、局所の干渉消音を利用して自己スピーカ音の不感エリアをつくりハウリングを防止するため、放射状に放出される一次伝播スピーカ音の全エネルギーに対して打ち消し音で消去される音のエネルギーの割合は、音場全体から見ると無視することのできる程度のものであり、また、打ち消し音の周辺へ与える影響も少ない。
【００２２】  また、干渉消音作用は局所のスポット消音に絞り込んでいるため、効率もよく制御精度を高めることができる。制御可能な音の範囲は、高い周波数から低い周波数まで広い周波数帯域をカバーできる。
【実施の形態２】
【００２３】  次ぎに、本発明の第２の実施形態を図３を用いて説明する。図３は、本発明の第２の実施形態の構成を示す図であり、第２の実施形態は、本発明の一次伝播音消去マイクロホン装置を吸音率の測定装置に適用した例である。図１、図２と共通の部分は、共通の符号を付してある。
図３において、９は第２マイクロホン、１０は集音器、２０は吸音防音壁である。点線で囲まれたマイクアンプ２７、フィルター回路２２、振幅・位相調整回路２５、打ち消し音アンプ２６は、能動的消音回路２１を構成する。
【００２４】  図３は、吸音率を測定するための試験音を放出する第１スピーカ３と被試験体の吸音防音壁２０、反射音レベルを計測する第１マイクロホン１とが同一の音場内に配置された吸音率の測定装置の構成を示す図である。  試験音発生用の第１スピーカ３から放出され直進する一次伝播スピーカ音は、前方に設置された吸音防音壁２０の方向へ進む。第１スピーカ３と吸音防音壁２０の間の壁面近傍には、第１マホイクロン１が配置されている。
【００２５】  第１スピーカ３から放出された一次伝播スピーカ音の音エネルギーは吸音防音壁２０に照射され、吸音防音壁２０へ照射された音エネルギーは、吸音防音壁２０で吸収、透過、反射のいずれかに区分けされた音エネルギーとなるが、ここでは反射音エネルギーを二次伝播反射音として扱うことにする。第１スピーカ３から放出されて第１開口２の方向へ進み第１マイクロホン１へ入力して検出される一次伝播スピーカ音の音量レベルは大きく、吸音率を算出するために必要な二次伝播反射音の音量レベルは小さいレベルであるため、第１マホイクロン１の検出信号は、二次伝播反射音が一次伝播スピーカ音でマスキングされて、二次伝播反射音レベルを正確に検出することができない。
【００２６】  そこで、第１マイクロホン１に必要最小限の音の取り入れ口となる第１開口２を設けて、第１スピーカ３より放出された音が第１の開口２を通り第１マイクロホン１に入力する入力音と音圧レベルが等しくかつ逆位相関係の音を第２スピーカ４から放出して、第１マイクロホン１の位置で双方の音の干渉作用で音圧レベルを低減する。このとき、放出される打ち消し音の音量レベルが必要以上に大きく出力しないようにするために、打ち消し音の拡散を制限する第２開口５を第２スピーカ４の音の放出面に取り付ける。また、第１開口２と第２開口５との双方の開口を近接させて設置するとともに第１開口２と第２開口５の開口面の大きさを同等の大きさの面とする。
【００２７】  第１スピーカ３から放出されて第１開口２の方向へ直進する一次伝播スピーカ音と同期して進行する音を検出する第２マホイクロン９は、放物面などの指向性を高めて集音する反射板からなる集音器１０の焦点に設置されていて、第２マホイクロン９の出力信号は能動的消音回路２１へ供給され、能動的消音回路２１の出力により第２スピーカ４は打ち消し音を放出する。第１スピーカ３から第１開口２を介して第１マイクロホン１に至る伝播距離（Ｄ１）を音の第１伝播ルートとし、第２マイクロホン９と第２スピーカ４を隔離した状態で、第１スピーカ３から放出された音が集音器１０で反射されて第２マイクロホン９へ至る伝播距離（Ｄ２）と第２スピーカ４から第２開口５、第１開口２を介して第１マイクロホン１に至る伝播距離（Ｄ３）を加え合わせて音の第２伝播ルートとしたとき、第１スピーカ３の放出音と第２スピーカ４から放出される打ち消し音との双方の音の干渉ポイントにおいて伝播タイミングが大きな狂いの出ない音響的に等距離の関係、すなわち、第１伝播ルートと第２伝播ルートが等距離の関係、（Ｄ１）＝（Ｄ２）＋（Ｄ３）とし、第１スピーカ３から放出されて一定の方向へ直進伝播する一次伝播スピーカ音を第１マイクロホン１の位置で局所消音することによって、第１スピーカ３から放出された入力音を取り除いて二次反射音のみを検出する。
【００２８】  上述の通り、本発明の一次伝播音消去マイクロホン装置による吸音率の測定装置は、局所のスポット干渉消音手段を用いているため、低減する音量レベルを１０デシベル以上とすることも難しいことではなく、一次伝播スピーカ音と二次伝播反射音を的確に分離して二次伝播反射音を高い精度で検出する。
【００２９】  第１スピーカ３は、試験用のスピーカ音でなく吸音防音壁２０が実際に設置されて使われる現場の実騒音源に置き換えたものであっても良い。
【００３０】  また、広い周波数帯域の吸音率を同時に測定するのではなく、第１スピーカ３から単一の正弦波音を周波数ごとに放出して測定を順次繰り返し行う場合は、正弦波による放出音は１周期以上が連続して連なる同一の波形の音が放出されるという性質を利用すれば、干渉ポイントで生ずる位相タイミングの狂いは周波数ごとに振幅・位相調整回路２５で適正に補正できるため、第１、第２の伝播ルートを等距離とするなどの音の空中伝播の距離を一致させる必要がなくなり、第２スピーカ４を制御する信号を第１スピーカ３を駆動する信号と同種の正弦波信号を用いることとしても測定は可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】  上記の実施形態においては、本発明をハンズフリー拡声同時通話インターホンや吸音率の測定装置に適用した場合について説明したが、本発明は、航空機と管制塔間の緊急拡声双方向同時通話機として、また、自動車や電車の通過音をキャンセルして目的とする音だけを収録する屋外用のレコーダーなどとして、利用の可能性は多岐にわたるものであり、上記実施形態と同様に本発明を適用することが可能である。そして、このように本発明を適用した場合においても、上記実施形態と同様な作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】  本発明の第１の実施形態の構成を示す図である。
【図２】  本発明の局所消音用マイクロホンを示す断面図である。
【図３】  本発明の第２の実施形態の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】１・・・第１マイクロホン、２・・・第１開口、３・・・第１スピーカ、４・・・第２スピーカ、５・・・第２開口、６・・・親機インターホン、７・・・子機インターホン、８・・・伝送路、９・・・第２マイクロホン、１０・・・集音器、２０・・・吸音防音壁、２１・・・能動的消音回路
【図１】
2009017522.tif 000003
【図２】
2009017522.tif 000004
【図３】
2009017522.tif 000005