(57)【要約】【課題】  スピーカの振動板の分割振動を抑制して、スピーカ音のキャンセル量が低減することなく、ハウリングを防止することができる通話装置を提供する。【解決手段】  ハウジングＡ１に取り付けられて、一方面側からハウジングＡ１外へ音声情報を出力するスピーカＳＰと、ハウジングＡ１内でスピーカＳＰの他方面側に形成された空間である後気室Ｂｒと、音声を集音して音声信号を出力するマイクロホンＭ１と、スピーカＳＰに対してマイクロホンＭ１より遠い位置に配置され、音声を集音して音声信号を出力するマイクロホンＭ２と、マイクロホンＭ２の音声信号からマイクロホンＭ１の音声信号を除去して外部へ伝達する音声処理部１０と、スピーカＳＰの振動板２３が分割振動を発生する所定周波数において後気室２３内の圧力を増大させる圧力増大手段たる音響管４０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部へ音声情報を出力するスピーカと、
音声を集音して音声信号を出力する第１のマイクロホンと、
スピーカに対して第１のマイクロホンより遠い位置に配置され、音声を集音して音声信号を出力する第２のマイクロホンと、
第２のマイクロホンの音声信号から第１のマイクロホンの音声信号を除去して外部へ伝達する音声処理部と、
スピーカの振動板が分割振動を発生する所定周波数において振動板に印加される圧力を増大させる圧力増大手段と
を備えることを特徴とする通話装置。
【請求項２】
前記スピーカの一方面側から外部へ音声情報を出力して、スピーカの他方面側に形成された空間である後気室を備え、前記圧力増大手段は、前記所定周波数において後気室内の圧力を増大させることを特徴とする請求項１記載の通話装置。
【請求項３】
前記スピーカの一方面側から外部へ音声情報を出力して、スピーカの一方面側に形成された空間である前気室を備え、前記圧力増大手段は、前記所定周波数において前気室内の圧力を増大させることを特徴とする請求項１記載の通話装置。
【請求項４】
前記圧力増大手段は、一端を開口し他端を閉塞した中空に形成され、開口を介して前記後気室または前気室内に連通した音響管を、前記所定周波数の波長の１／２の奇数倍に基づく長さに設定して構成されることを特徴とする請求項２または３記載の通話装置。
【請求項５】
前記圧力増大手段は、一端を開口し他端を閉塞した中空に形成され、開口を介して前記後気室または前気室内に連通し、スピーカからの放射音圧を向上させる周波数の波長の１／４の奇数倍に基づく長さに設定された音響管を備え、前記所定周波数は、後気室内または前気室内の空気の機械系インピーダンスと音響管の音響インピーダンスとを合成した機械系インピーダンスが極大となる周波数帯域に含まれることを特徴とする請求項２または３記載の通話装置。
【請求項６】
前記圧力増大手段は、前記後気室または前気室内に発生する定在波によってスピーカからの放射音圧が低下する周波数を、前記所定周波数に設定して構成されることを特徴とする請求項２または３記載の通話装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通話装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、インターホンシステム等で屋内に設置される通話装置があり、他の場所に設置された通話装置からの音声を出力するスピーカや、他の通話装置へ伝達する音声を入力するマイクロホン等を備えている。そして、スピーカから発生した音声がマイクロホンに回り込むとハウリングが生じることになるから、様々なハウリング防止対策が採られている。
【０００３】
例えば、第１の従来例として、スピーカとマイクロホンを含むループ回路が通話装置内で形成され、このループゲインが１を越えるとハウリングが発生するから、ループ回路内に設けた可変損失回路での損失量を調節することにより、ループゲインが１以下となるようにしてハウリングを防止するものがある。ここで、送話信号と受話信号とのうち信号レベルが小さいほうは重要ではないとみなし、信号レベルが小さいほうの伝送路に挿入された可変損失回路の伝送損失を大きくするようにしている。
【０００４】
しかし、上記第１の従来例では、マイクロホンとスピーカとの距離が近いと、スピーカからマイクロホンに回り込む受話音声のレベルが大きくなり、受話信号よりも送話信号が大きくなり、スピーカから音声が出ている受話状態であるにもかかわらず制御回路は送話状態に切り換えてしまい、スピーカから出るべき音が出なくなるという状態が発生していた。
【０００５】
そこで、第２の従来例として、一対のマイクロホンと、両マイクロホンとスピーカとの距離の差に相当する音波の遅延時間だけスピーカに近いほうのマイクロホンの出力を遅延させる遅延回路と、両マイクロホンとスピーカとの距離の差に相当するレベル調整を行なってスピーカからの音声に対する両マイクロホンの出力レベルを一致させるレベル調整増幅回路と、遅延回路とレベル調整増幅回路とを通った両マイクロホンの出力を両入力とする差動増幅回路とを設け、差動増幅回路の出力を送話信号とする通話装置がある。
【０００６】
この通話装置では、一対のマイクロホンでスピーカからの音声を拾った後、遅延およびレベル調整を行なって両マイクロホンに入力されるスピーカ音を差動増幅回路で相殺するようにしているから、スピーカ音のみをキャンセルしてハウリングを防止し、さらには受話ブロッキングが生じない状態で送話音声を伝送することができる。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２６０７２５７号公報（２頁左欄第１３行〜右欄第３行，４頁右欄第２６行〜第４９行、第１図，第５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スピーカの振動板は、通常、全面が同じ位相で振動するが、放射する音波がある周波数の場合には、互いに異なる位相となる複数の振動領域が生じる分割振動を発生する。
【０００８】
そして、上記特許文献１のように、両マイクロホンに入力されるスピーカ音を差動増幅回路で相殺し、スピーカ音のみをキャンセルしてハウリングを防止する構成では、分割振動時に振動板の分割された各振動領域から放射される音波の位相、振幅が互いに異なるため、両マイクロホンに入力されるスピーカ音を差動増幅回路でキャンセルすることが困難となり、ハウリング防止効果が低減していた。
【０００９】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、スピーカの振動板の分割振動を抑制して、スピーカ音のキャンセル量が低減することなく、ハウリングを防止することができる通話装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、外部へ音声情報を出力するスピーカと、音声を集音して音声信号を出力する第１のマイクロホンと、スピーカに対して第１のマイクロホンより遠い位置に配置され、音声を集音して音声信号を出力する第２のマイクロホンと、第２のマイクロホンの音声信号から第１のマイクロホンの音声信号を除去して外部へ伝達する音声処理部と、スピーカの振動板が分割振動を発生する所定周波数において振動板に印加される圧力を増大させる圧力増大手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、スピーカの振動板の分割振動を抑制して、音声処理部によるスピーカ音のキャンセル量が低減することなく、ハウリングを防止することができる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１において、前記スピーカの一方面側から外部へ音声情報を出力して、スピーカの他方面側に形成された空間である後気室を備え、前記圧力増大手段は、前記所定周波数において後気室内の圧力を増大させることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、スピーカの振動板が分割振動を発生する所定周波数において、スピーカのスティフネスに、内圧が増大した後気室内の空気のスティフネスが加わることで、振動板の分割振動が抑えられ、音声処理部によるスピーカ音のキャンセル量が低減することなくハウリングを防止できる。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１において、前記スピーカの一方面側から外部へ音声情報を出力して、スピーカの一方面側に形成された空間である前気室を備え、前記圧力増大手段は、前記所定周波数において前気室内の圧力を増大させることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、スピーカの振動板が分割振動を発生する所定周波数において、スピーカのスティフネスに前気室内の空気のスティフネスが加わることで、振動板の分割振動が抑えられ、音声処理部によるスピーカ音のキャンセル量が低減することなくハウリングを防止できる。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項２または３において、前記圧力増大手段は、一端を開口し他端を閉塞した中空に形成され、開口を介して前記後気室または前気室内に連通した音響管を、前記所定周波数の波長の１／２の奇数倍に基づく長さに設定して構成されることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、音響管の作用によって、所定周波数の音波に対する後気室または前気室の内圧が増大し、振動板の分割振動が抑えられる。
【００１８】
請求項５の発明は、請求項２または３において、前記圧力増大手段は、一端を開口し他端を閉塞した中空に形成され、開口を介して前記後気室または前気室内に連通し、スピーカからの放射音圧を向上させる周波数の波長の１／４の奇数倍に基づく長さに設定された音響管を備え、前記所定周波数は、後気室内または前気室内の空気の機械系インピーダンスと音響管の音響インピーダンスとを合成した機械系インピーダンスが極大となる周波数帯域に含まれることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、音響管の作用によって、所定周波数の音波に対する後気室または前気室の内圧が増大し、振動板の分割振動が抑えられる。
【００２０】
請求項６の発明は、請求項２または３において、前記圧力増大手段は、前記後気室または前気室内に発生する定在波によってスピーカからの放射音圧が低下する周波数を、前記所定周波数に設定して構成されることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、定在波の作用によって、所定周波数の音波に対する後気室または前気室の内圧が増大し、振動板の分割振動が抑えられる。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明では、スピーカの振動板の分割振動を抑制して、スピーカ音のキャンセル量が低減することなく、ハウリングを防止することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
（実施形態１）
本実施形態の通話装置Ａは図１〜図３に示され、通話スイッチＳＷ１、音声処理部１０を配置した矩形函状の装置本体Ａ２に通話モジュールＭＪを収納して構成される。なお、装置本体Ａ２は、例えば２つの樹脂成形部材を接合して形成され、通話スイッチＳＷ１、音声処理部１０、通話モジュールＭＪを収納した後、各接合部材を嵌合手段または接着剤等によって接合する。
【００２５】
通話モジュールＭＪは、後面に開口を形成したボディＡ１０と、ボディＡ１０の開口に覆設した平面状のカバーＡ１１とで幅４０ｍｍ×高さ３０ｍｍ×厚さ８ｍｍのハウジングＡ１を構成し、ハウジングＡ１に、スピーカＳＰ、マイクロホン基板ＭＢ１を備える。そして、スピーカＳＰの後述する振動板２３は、ハウジングＡ１の前面に穿設した複数の音孔１２、装置本体Ａ２の前面に穿設した複数の音孔６０に対向するように配置される。
【００２６】
音声処理部１０は、図４に示すように、通信部１０ａ、音声スイッチ部１０ｂ，１０ｃ、増幅部１０ｄ、信号処理部１０ｅを備えたＩＣで構成され、ハウジングＡ１内に配置される。他の部屋等に設置されている通話装置Ａから情報線Ｌｓを介して送信された音声信号は、通信部１０ａで受信され、音声スイッチ部１０ｂを介して増幅部１０ｄで増幅された後、スピーカＳＰから出力される。また、通話スイッチＳＷ１を操作することで通話可能状態となり、マイクロホン基板ＭＢ１上のマイクロホンＭ１（第１のマイクロホン），マイクロホンＭ２（第２のマイクロホン）から入力された各音声信号は信号処理部１０ｅで後述する信号処理を施された後、音声スイッチ部１０ｃを通過し、通信部１０ａから情報線Ｌｓを介して他の部屋等に設置されている通話装置Ａへ送信される。すなわち、部屋間で双方向の通話が可能なインターホンとして機能するものである。なお、通話装置Ａの電源は、設置場所の近傍に設けたコンセントから供給されるか、あるいは情報線Ｌｓを介して供給されてもよい。
【００２７】
スピーカＳＰは、図１に示すように、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ，ＳＰＣＥＮ）、電磁軟鉄（ＳＵＹ）等の厚み０．８ｍｍ程度の鉄系材料で形成されて一端を開口した円筒状のヨーク２０を具備し、ヨーク２０の開口端から外側に向かって円形の支持体２１が延設されている。
【００２８】
ヨーク２０の筒内にはネオジウムで形成された円柱型永久磁石２２（例えば、残留磁束密度１．３９Ｔ〜１．４３Ｔ）を配置し、ドーム型の振動板２３の外周側の縁部が支持体２１の縁端面に固定されている。
【００２９】
振動板２３は、ＰＥＴ（PolyEthyleneTerephthalate）またはＰＥＩ（Polyetherimide）等の熱可塑性プラスチック（例えば、厚み１２μｍ〜５０μｍ）で形成される。振動板２３の背面には筒状のボビン２４が固定されており、このボビン２４の後端にはクラフト紙の紙管にポリウレタン銅線（例えば、φ０．０５ｍｍ）を巻回することによって形成されたボイスコイル２５が設けられている。ボビン２４およびボイスコイル２５は、ボイスコイル２５がヨーク２０の開口端に位置するように設けられており、ヨーク２０の開口端近傍を前後方向に自在に移動する。
【００３０】
ボイスコイル２５は、一対のスピーカ配線Ｗを介して音声信号が入力されており（図２参照）、このスピーカ配線Ｗは、ボイスコイル２５側の一端を円状の振動板２３の背面に沿って半径方向に樹脂で固定され、他端側を音声処理部１０の増幅部１０ｄに接続する。
【００３１】
ボイスコイル２５のポリウレタン銅線に音声信号を入力すると、この音声信号の電流と永久磁石２２の磁界とにより、ボイスコイル２５に電磁力が発生するため、ボビン２４が振動板２３を伴なって前後方向に振動させられる。このとき、振動板２３から音声信号に応じた音が発せられる。すなわち、動電型のスピーカＳＰが構成される。
【００３２】
そして、スピーカＳＰの円形の支持体２１の外周端部が、振動板２３が対向するハウジングＡ１の前面内側に当接し、振動板２３がハウジングＡ１の前面に内側から対向する状態でスピーカＳＰが固定される。
【００３３】
ハウジングＡ１内にスピーカＳＰが固定されると、ハウジングＡ１の前面内側とスピーカＳＰの表面側（振動板２３側）とで囲まれた空間である前気室Ｂｆ、ハウジングＡ１の後面内側および側面内側とスピーカＳＰの裏面側（ヨーク２０側）とで囲まれた空間である後気室Ｂｒが形成され、前気室Ｂｆは、ハウジングＡ１の音孔１２および装置本体Ａ２の音孔６０を介して外部に連通している。後気室Ｂｒは、スピーカＳＰの支持体２１の端部とハウジングＡ１の内面とが密着することで、前気室Ｂｆとは絶縁した（連通していない）空間となる。さらに、ハウジングＡ１のボディＡ１０とカバーＡ１１とが密着することによって、後気室Ｂｒは外気とも絶縁した空間になる。すなわち、後気室Ｂｒは密閉されており、他の空閑とは絶縁されている。
【００３４】
そして、スピーカＳＰの裏面（振動板２３の裏面）から後気室Ｂｒへ放射される音は、スピーカＳＰの表面（振動板２３の表面）から前気室Ｂｆへ放射される音に対して位相が反転している（以降、スピーカＳＰの表面から放射される音の位相を正位相、スピーカＳＰの裏面から放射される音の位相を逆位相と称す）。しかし、上述のように後気室Ｂｒは密閉度の高い空間であるので、スピーカＳＰの裏面から後気室Ｂｒへ放射される逆位相の音は後気室Ｂｒ外へ漏れ難くなり、後気室Ｂｒから漏れた逆位相の音が前方に回り込んでスピーカＳＰの表面から放射される正位相の音を打ち消すことによる放射音圧低下を抑制し、前方にいる話者にはスピーカＳＰが発する音声が聞き易いものになる。
【００３５】
また、スピーカ配線Ｗの他端側は、ハウジングＡ１に穿設した挿通孔（図示なし）を通って通話モジュールＭＪ外に導出され、装置本体Ａ２内の音声処理部１０に接続される。この挿通孔は、スピーカ配線Ｗを通した後、後気室Ｂｒ内の密閉のために樹脂で塞がれる。
【００３６】
次に、マイクロホン基板ＭＢ１は、コンデンサ型のシリコンマイクロホンからなるマイクロホンＭ１およびマイクロホンＭ２をモジュール基板２の一面に各々実装し、ハウジングＡ１の外面に取付可能に構成される。本実施形態では、モジュール基板２の一面をハウジングＡ１の前面外側に沿って配置し、マイクロホンＭ１はハウジングＡ１前面の開口１３を挿通する。そして、マイクロホンＭ１の集音面は、前気室Ｂｆに向かってスピーカＳＰの振動板２３に対向しており、スピーカＳＰからの音声を確実に集音することができる。また、マイクロホンＭ２は、ハウジングＡ１の前面に設けた凹部１４に嵌合し、マイクロホンＭ２の集音面は、モジュール基板２に穿設した集音孔２ａ、装置本体Ａ２の前面に穿設した音孔６１を介して通話装置Ａの外部（前方）に面しているので、通話装置Ａの前方に位置する話者からの音声を確実に集音することができる。すなわち、スピーカＳＰが発する音声と話者の発する音声とをマイクロホンＭ１，Ｍ２で分離して集音しているのである。また、モジュール基板２の一面２ａにマイクロホンＭ１，Ｍ２の両方を実装しているので、マイクロホン基板ＭＢ１の厚さを薄くできる。
【００３７】
さらに、マイクロホンＭ２を収納した凹部１４は後気室Ｂｒと連通していない分離された空間であるので、マイクロホンＭ２はスピーカＳＰの発する音声を集音し難くなり、スピーカＳＰとマイクロホンＭ２との音響結合をさらに低減させている。すなわち、上記構成によってスピーカＳＰが発する音声と話者の発する音声とをマイクロホンＭ１，Ｍ２で分離して集音しているのである。
【００３８】
マイクロホン基板ＭＢ１をハウジングＡ１内に配置すると前気室Ｂｆと後気室Ｂｒとの間の空間的な絶縁を維持することが困難であるが、本実施形態のようにマイクロホン基板ＭＢ１をハウジングＡ１の外面に取り付けることで、前気室Ｂｆと後気室Ｂｒとの間の空間的な絶縁を維持することができる。
【００３９】
そして、スピーカＳＰの中心から各マイクロホンＭ１，Ｍ２の中心までの距離をそれぞれＸ１，Ｘ２とすると、Ｘ１＜Ｘ２となり、本実施形態では、スピーカＳＰの音声出力をマイクロホンＭ１，Ｍ２が拾うことで発生するハウリングを防止するために、以下の構成を備えている。
【００４０】
まず、音声処理部１０に収納されている信号処理部１０ｅは、図５に示すように、マイクロホンＭ１の出力を非反転増幅する増幅回路３０と、増幅回路３０の出力から音声帯域（４００〜３０００Ｈｚ）以外の周波数のノイズを除去するバンドパスフィルター３１と、バンドパスフィルター３１の出力を遅延させる遅延回路３２と、マイクロホンＭ２の出力を反転増幅する増幅回路３３と、増幅回路３３の出力から音声帯域（４００〜３０００Ｈｚ）以外の周波数のノイズを除去するバンドパスフィルター３４と、遅延回路３２とバンドパスフィルター３４の各出力を加算する加算回路３５とを備える。
【００４１】
図６〜図９は、スピーカからの音声をマイクロホンＭ１，Ｍ２で各々集音した場合における信号処理部１０の各部の音声信号波形を示す。まず、スピーカＳＰの中心から各マイクロホンＭ１，Ｍ２の中心までの距離をそれぞれＸ１，Ｘ２とすると、Ｘ１＜Ｘ２となる。したがって、スピーカＳＰからの音声をマイクロホンＭ１，Ｍ２で拾った場合、スピーカＳＰとマイクロホンＭ１，Ｍ２との距離、およびマイクロホンＭ１，Ｍ２の感度によってマイクロホンＭ２の出力Ｙ２１のほうがマイクロホンＭ１の出力Ｙ１１よりも振幅が小さく、さらに両マイクロホンＭ１，Ｍ２とスピーカＳＰとの距離の差（Ｘ２−Ｘ１）に相当する音波の遅延時間［Ｔｄ＝（Ｘ２−Ｘ１）／Ｃｖ］（Ｃｖは音速）だけマイクロホンＭ２の出力Ｙ２１の位相が遅れている（図６（ａ）（ｂ）参照）。
【００４２】
そして、増幅回路３０が出力Ｙ１１を非反転増幅した出力Ｙ１２を生成し、増幅回路３３が出力Ｙ２１を反転増幅して位相を１８０°反転させた出力Ｙ２２を生成する。このとき、両マイクロホンＭ１，Ｍ２とスピーカＳＰとの距離の差（Ｘ２−Ｘ１）に相当するレベル調整を行ない、スピーカＳＰからの音声に対する両マイクロホンＭ１，Ｍ２の出力レベルを一致させる（図７（ａ）（ｂ）参照）。なお、本実施形態では、増幅回路３０の増幅率は１未満とし、増幅回路３３の増幅率は略１としており、増幅回路３３は省略してもよい。
【００４３】
そして、バンドパスフィルター３１，３４は、出力Ｙ１２，Ｙ２２から音声帯域以外の周波数のノイズを除去した出力Ｙ１３，Ｙ２３を生成する（図８（ａ）（ｂ）参照）。
【００４４】
次に、遅延回路３２は、時間遅延素子またはＣＲ位相遅延回路で構成されており、上記遅延時間ＴｄだけスピーカＳＰに近いほうのマイクロホンＭ１の出力を遅延させることで、遅延回路３２の出力Ｙ１４とバンドパスフィルター３４の出力Ｙ２３との位相を一致させ、伝達する音声信号にのるノイズを低減させる。
【００４５】
そして、出力Ｙ１４に含まれるスピーカＳＰからの音声成分と、出力Ｙ２３に含まれるスピーカＳＰからの音声成分とは、上記増幅処理，遅延処理によって同一振幅、同一位相となり、加算回路３５において出力Ｙ１４とＹ２３とを加算することで、スピーカＳＰからの音声に対応する音声信号が打ち消された出力Ｙａが生成される（図９（ａ）〜（ｃ）参照）。すなわち、出力Ｙａでは、スピーカＳＰからの音声成分が低減しているのである。
【００４６】
また、スピーカＳＰからの音声に対しては、集音面をスピーカＳＰの振動板２３に対向させて配置したマイクロホンＭ１の出力Ｙ１１の振幅が、集音面を話者Ｈに向かって配置したマイクロホンＭ２の出力Ｙ２１の振幅に比べて大きくなり、一方、マイクロホンＭ１，Ｍ２前方の話者Ｈが発する音声に対しては、マイクロホンＭ２の出力Ｙ２１の振幅が、マイクロホンＭ１の出力Ｙ１１の振幅よりも大きくなる。さらに、増幅回路３３の増幅率は増幅回路３０の増幅率よりも大きいので、出力Ｙ２３に含まれる話者Ｈからの音声成分は、出力Ｙ１４に含まれる話者Ｈからの音声成分よりさらに大きくなる。すなわち、出力Ｙ１４に含まれる話者Ｈからの音声成分と、出力Ｙ２３に含まれる話者Ｈからの音声成分との振幅差は大きくなり、加算回路３５で上記加算処理を施しても、出力Ｙａには、話者Ｈが発する音声に応じた信号が十分な振幅を維持した状態で残る。
【００４７】
以上のようにして加算回路３５の出力ＹａではスピーカＳＰからの音声成分が低減されて、通話装置Ａ前方の話者Ｈからマイクロホン基板ＭＢ１に向って発した音声成分は残っており、出力Ｙａでは、残したい話者Ｈからの音声成分と、低減したいスピーカＳＰからの音声成分との相対的な差が大きくなる。すなわち、話者Ｈからの音声とスピーカＳＰからの音声とが同時に発生している場合でも、話者Ｈからの音声成分は十分な振幅を維持しながらスピーカＳＰからの音声成分のみが低減されるので、スピーカＳＰの音声出力をマイクロホンＭ１，Ｍ２が拾うことで発生するハウリングを防止することができるのである。
【００４８】
また、マイクロホンＭ１はスピーカＳＰが発する音声を確実に集音するので、上記信号処理部１０ｅによるハウリング防止処理を確実に行うことができる。さらにマイクロホンＭ２は集音面とスピーカＳＰの振動板とが同一方向に向いているので、スピーカＳＰとマイクロホンＭ２との音響結合は低減し、マイクロホンＭ２はスピーカＳＰの発する音声を集音し難くなって、マイクロホンＭ２をスピーカＳＰの近傍、すなわち前気室Ｂｆの近傍に隣接して配置でき、通話装置Ａの小型化が可能となる。
【００４９】
さらに、後気室Ｂｒは密閉度の高い空間であるので、スピーカＳＰの裏面から後気室Ｂｒへ放射される逆位相の音は後気室Ｂｒ外へ漏れ難くなり、マイクロホンＭ１，Ｍ２が逆位相の音を集音することによる上記信号処理部１０ｅのハウリング防止処理への悪影響を抑えることができる。
【００５０】
次に、信号処理部１０ｅが出力する音声信号は音声スイッチ部１０ｃに出力され、音声スイッチ部１０ｂ，１０ｃ（図４参照）では、以下の処理を行うことでさらなるハウリング防止を図っている。
【００５１】
まず、音声スイッチ部１０ｃは、音声スイッチ部１０ｂの出力を参照信号として取り込み、信号処理部１０ｅの出力に対して演算を施すことにより、スピーカＳＰからマイクロホンＭ１，Ｍ２に回り込んだ音声信号をさらにキャンセリングする。一方、音声スイッチ部１０ｂも、音声スイッチ部１０ｃの出力を参照信号として取り込み、通信部１０ａの出力に対して演算を施すことにより、通話先の相手側でのスピーカからマイクロホンへの音声信号の回り込みをキャンセリングする。
【００５２】
具体的には、音声スイッチ部１０ｂ，１０ｃは、スピーカＳＰ−マイクロホンＭ１，Ｍ２−信号処理部１０ｅ−音声スイッチ部１０ｃ−通信部１０ａ−音声スイッチ部１０ｂ−増幅部１０ｄ−スピーカＳＰで構成されるループ回路内に設けた可変損失手段（図示無し）での損失量を調節することにより、ループゲインが１以下となるようにしてハウリングを防止するのである。ここで、送話信号と受話信号とのうち信号レベルが小さいほうは重要ではないとみなし、信号レベルが小さいほうの伝送路に挿入された可変損失回路の伝送損失を大きくするようにしている。
【００５３】
ここで、スピーカＳＰは、放射する音波がある周波数より低ければ、図１０の振幅速度分布に示すように、振動板２３の全面が同じ位相で振動するピストン運動を行う。しかし、放射する音波がある周波数以上の場合には、互いに異なる位相となる複数の振動領域が振動板２３に生じる分割振動を発生する。本実施形態では、スピーカ配線Ｗが円状の振動板２３の背面に沿って半径方向に樹脂で固定されているため、振動板２３の重量バランスが直径に対して不平衡となり、所定の周波数ｆｓ付近では、図１１（ａ）（ｂ）の振幅速度分布に示すように、スピーカ配線Ｗの固定方向に略沿った直径方向に形成された位相反転軸Ｚａを境界にして、互いに逆位相となる２つの振動領域Ｇ１，Ｇ２が振動板２３に生じる。なお、図１０、図１１（ａ）は振動板２３の表面側から見た斜視図である。
【００５４】
スピーカＳＰの振動板２３は円状であり、その外周側の縁部が支持体２１の縁端面に固定されており（図１２の概略図を参照）、振動板２３の中心から固定された外周縁部までの半径ｒ（ｃｍ）、振動板２３の厚さｔ（ｃｍ）、振動板２３の密度ρ（ｇ／ｃｍ３）、振動板２３のポアソン比σ、振動板２３のヤング率Ｅ（ｄｙｎｅ／ｃｍ２）とすると、スピーカＳＰを無限大の大きさを有するバッフル板（図示なし）に取り付けた場合のスピーカＳＰの最低共振周波数ｆｏ１は［数１］で表され、２分割となる分割振動が発生する周波数ｆｓは［数２］で表される。なお、最低共振周波数ｆｏ１はスピーカＳＰ単体での特性と同じ理想的な特性となる。
【００５５】
【数１】
2009055483.tif 000003
【００５６】
【数２】
2009055483.tif 000004
【００５７】
図１３は、スピーカＳＰを無限大の大きさを有するバッフル板（図示なし）に取り付けた場合の実際の音圧特性を示しており、本実施形態では、最低共振周波数ｆｏ１の５００〜６００Ｈｚの範囲内に設定し、２分割の分割振動が発生する周波数ｆｓを８００〜９００Ｈｚに設定する。なお、図１３の最低共振周波数ｆｏに対する周波数ｆ１は、上記［数２］の理論計算と異なるが、これは、
（１）振動板２３の剛性を上げるため、実際の振動板２３は凹凸形状のリブを形成されており、上記［数２］の理論計算のように振動板２３の厚さｔを一定として算出した結果とは異なる。
（２）振動板２３の外周縁部を接着剤で支持体２１に固定しているため、その固定状態が一様でない。
（３）スピーカ配線Ｗを振動板２３上に樹脂で固定するため、振動板２３の質量が均一とならない。
等の理由からである。
【００５８】
次に、振動板２３の分割振動が、スピーカ音のキャンセル処理に与える影響について説明する。
【００５９】
分割振動時の振動板２３は、位相反転軸Ｚａを境界にして２つの振動領域Ｇ１，Ｇ２で分割振動し、図１１において振動領域Ｇ１は＋方向に変位し、振動領域Ｇ２は−方向に変位しており、２つの振動領域Ｇ１，Ｇ２から各々放射される音波には初期位相差が生じるとともに、振動領域Ｇ１，Ｇ２とマイクロホンＭ１，Ｍ２との間には音響的な方向性が生じる。そして、振動領域Ｇ１から発せられてマイクロホンＭ１，Ｍ２で集音された各音声信号に生じる振幅差と、振動領域Ｇ２から発せられてマイクロホンＭ１，Ｍ２で集音された各音声信号に生じる振幅差とは、互いに異なる値になり、信号処理部１０ｅの利得および遅延時間を調整しても、振動領域Ｇ１，Ｇ２から各々放射される音波を両方ともキャンセルすることは難しく、ハウリング防止効果が低減してしまう。
【００６０】
図１４（ａ）〜（ｃ）は、２ＫＨｚでスピーカ音のキャンセル量が略ゼロとなるように信号処理部１０ｅの利得および遅延時間を調整した上で、分割振動の影響を受ける状態での特性を示しており、加算回路３５に入力される信号Ｙ１４，−Ｙ２３（Ｙ２３の反転信号）は、周波数ｆｓ付近（８００〜９００Ｈｚ）で音圧レベル差（図１４（ａ））および位相差（図１４（ｂ））が大きく変動し、加算回路３５から出力される信号Ｙａにおけるスピーカ音のキャンセル量（図１４（ｃ））は、周波数ｆｓ付近で最小レベルにまで低減し、ハウリング防止に悪影響を与えている。
【００６１】
そこで、本実施形態では、ハウジングＡ１の後気室Ｂｒの内圧を高くすることによって、分割振動の影響を抑制している。具体的には、図１、図３に示すように、スピーカＳＰ裏面の後気室Ｂｒを包囲するボディＡ１０の内壁面に沿って、一端を内壁面から離し、他端を内壁面に連続させた管壁４１が立設されており、この管壁４１とボディＡ１０の内壁面とカバーＡ１１の裏面とで中空の音響管４０が形成され、この音響管４０が小容量の後気室Ｂｒ内に配置されている。音響管４０は、後気室Ｂｒの内壁面に沿って屈曲し、後気室Ｂｒの周囲に亘って形成された矩形の断面形状を有する中空の閉管で、一端を開口し（開口端４０ａ）、他端を閉塞して（閉塞端４０ｂ）形成され、管内は開口端４０ａを介して後気室Ｂｒ内に連通している。
【００６２】
そして、音響管４０に入射した音波の波長の１／２の奇数倍が音響管４０の全長Ｌｐ１に略等しい場合、図１５に示すように（１／２波長の場合を示す）、音圧Ｐａが開口端４０ａで最大になることを利用し（このとき粒子速度Ｖａは０になる）、全長が周波数ｆｓの１／２波長の奇数倍に設定された音響管４０（以下、１／２波長音響管４０１と称す）をハウジングＡ１の後気室Ｂｒ内に設け、１／２波長音響管４０１の管内が開口端４０ａを介して後気室Ｂｒ内に連通することによって、１／２波長音響管４０１がない場合に比べて、周波数ｆｓの音波に対する後気室Ｂｒの内圧が増大する。すなわち、上記のように作用する１／２波長音響管４０１が、振動板２３が分割振動を発生する周波数ｆｓにおいて後気室Ｂｒ内の圧力を増大させる圧力増大手段を構成しており、周波数ｆｓでは、スピーカＳＰのスティフネスに、１／２波長音響管４０１を設けた後気室Ｂｒ内の空気のスティフネスが加わる。但し、１／２波長音響管４０１の開口端補正を考慮すれば、１／２波長音響管４０１の全長は、周波数ｆｓの波長の略１／２の奇数倍に設定される。
【００６３】
したがって、周波数ｆｓの音波に対して後気室Ｂｒの内圧が増大すると振動板２３の分割振動が抑えられ、領域Ｇ１，Ｇ２から各々放射される音波の位相差が小さくなって、振動板２３の振幅速度分布は、図１６に示すように、振動板２３の全面が同じ位相で振動するピストン運動に近くなる。そして、加算回路３５から出力される信号Ｙａにおけるスピーカ音のキャンセル量は、図１７に示すように、図１４（ｃ）に比べて周波数ｆｓでの落ち込みがなくなり、対象とする全音声帯域に亘ってスピーカ音のキャンセル量を確保してハウリングを防止している。すなわち、スピーカＳＰの振動板２３の分割振動を抑制して、スピーカ音のキャンセル量が低減することなく、ハウリングを防止することができるのである。
【００６４】
（実施形態２）
本実施形態の通話装置Ａは、分割振動が発生する周波数ｆｓの波長の１／４の奇数倍に全長を設定した音響管４０（以下、１／４波長音響管４０２と称す）を用いる点が実施形態１とは異なる。但し、１／４波長音響管４０２の開口端補正を考慮すれば、１／４波長音響管４０２の全長は、周波数ｆｓの波長の略１／４の奇数倍に設定される。
【００６５】
１／４波長音響管４０２は、閉管の共振周波数ｆｒ（管の全長が略１／４波長の奇数倍に一致する周波数）で入力インピーダンスが極めて小さくなることを利用して、共振周波数ｆｒでスピーカＳＰ出力の音圧を上げて音質を向上させるもので、共振周波数ｆｒの音波が入射すると、その反射波は入射波に対して位相が反転した波形となり、入射波と反射波とが互いに打ち消しあうことで、開口端４０ａから外部へ伝播する音波を低減させている。
【００６６】
そして、２分割の分割振動が発生する周波数ｆｓ（８００〜９００Ｈｚ）に対して、共振周波数ｆｒ≒８００Ｈｚの１／４波長音響管４０２をハウジングＡ１に設け、１／４波長音響管４０２の管内が開口端４０ａを介して後気室Ｂｒ内に連通することによって、１／４波長音響管４０２を備えた場合の放射音圧特性は、図１８に示されるように、低周波数域から周波数が上昇するにしたがって増加してきた音圧レベルが共振周波数ｆｒ付近の８００Ｈｚで最大となるが、８００〜１０００Ｈｚの周波数帯域Ｄ１では周波数が上昇するにしたがって音圧レベルが低下し、その後再び増加する。すなわち、１／４波長音響管４０２の作用によって、８００Ｈｚ付近で音圧レベルが最大となった後、８００〜１０００Ｈｚの周波数帯域Ｄ１では音圧レベルが低下している。
【００６７】
ここで、１／４波長音響管４０２を備えた振動モデルの機械系等価回路は、図１９に示すように、振動板２３を振動板速度Ｖｓ（ｍ／ｓ）で振動させる力Ｆｓを発生する加振源Ｆ１を有し、この加振源Ｆ１の両端間には、機械系電気インピーダンスＺｍｅ（＝Ｚｅ／Ｇ２）と、振動板インピーダンスＺｓ（＝Ｚｍｓ＋Ｚａ）と、後気室インピーダンスＺｒ（後気室Ｂｒ内の空気のスティフネスＳｒ）と音響管４０のインピーダンスＺｐ（以後、音響インピーダンスＺｐと称す）との並列回路とを直列接続して構成される。なお、Ｚｅはボイスコイルインピーダンス、Ｇは電気エネルギーから機械エネルギーへの変換時の力係数、Ｚｍｓは振動板２３の機械インピーダンス［振動板２３の機械抵抗と振動板２３およびボイスコイル２５の重量とスピーカＳＰのエッジ等のスティフネスとの直列回路］、Ｚａは放射インピーダンス［後気室Ｂｒ内の空気の機械抵抗と空気付加質量の直列回路］である。
【００６８】
そして、各機械系インピーダンスは、図２０に示すように、音響インピーダンスＺｐと後気室インピーダンスＺｒとを合成した機械系合成インピーダンスＺ２（＝Ｚｐ＋Ｚｒ）は周波数ｆｏ３（≒ｆｒ）で最小となり、ハウジングＡ１に１／４波長音響管４０２を設けた場合の機械系合成インピーダンスＺ１ａ（＝Ｚｓ＋Ｚｒ＋Ｚｐ）が、ハウジングＡ１に１／４波長音響管４０２が無い場合の機械系合成インピーダンスＺ１ｂ（＝Ｚｓ＋Ｚｒ）より周波数ｆｏ３付近では小さくなって、音圧が向上している。
【００６９】
さらに、ハウジングＡ１に１／４波長音響管４０２を設けた場合のスピーカＳＰの最低共振周波数はｆｏ３であり、スピーカＳＰ単体での最低共振周波数ｆｏ１、ハウジングＡ１に１／４波長音響管４０２が無い場合の最低共振周波数ｆｏ２とした場合、ｆｏ１＜ｆｏ３＜ｆｏ２となり、１／４波長音響管４０２を設けた場合の最低共振周波数ｆｏ３が、１／４波長音響管４０２が無い場合の最低共振周波数ｆｏ２に比べて低くなり、スピーカＳＰ単体での最低共振周波数ｆｏ１に近付いている。すなわち、１／４波長音響管４０２によって、ハウジングＡ１にスピーカＳＰを取り付けた場合の最低共振周波数が低くなり、音質が向上している。
【００７０】
このように１／４波長音響管４０２によって、スピーカＳＰ単体での最低共振周波数ｆｏ１に近付いた最低共振周波数ｆｏ３となり、さらに最低共振周波数ｆｏ３での機械系合成インピーダンスＺ２（＝Ｚｐ＋Ｚｒ）が極小となって、ハウジングＡ１に取り付けたスピーカＳＰの音圧および音質が向上している。
【００７１】
しかし、最低共振周波数ｆｏ３より高周波数側の周波数帯域Ｄ１では、機械系合成インピーダンスＺ２が急激に増加して極大となっており、後気室Ｂｒの内圧も増大している。そこで、本実施形態ではこれを利用して、振動板２３の分割振動が発生する周波数ｆｓが周波数帯域Ｄ１内に入るように１／４波長音響管４０２を形成することによって、上記のように作用する１／４波長音響管４０２が、周波数ｆｓにおいて後気室Ｂｒ内の圧力を増大させる圧力増大手段を構成しており、周波数ｆｓでは、スピーカＳＰのスティフネスに、１／４波長音響管４０２を設けた後気室Ｂｒ内の空気のスティフネスが加わる。具体的には、分割振動が発生する周波数ｆｓ＝８００〜９００Ｈｚに対して、１／４波長音響管４０２の共振周波数ｆｒ＝８００Ｈｚ、周波数帯域Ｄ１＝８００〜１０００Ｈｚに設定している。
【００７２】
したがって、周波数ｆｓの音波に対して後気室Ｂｒの内圧が増大して振動板２３の分割振動が抑えられ、領域Ｇ１，Ｇ２から各々放射される音波の位相差が小さくなって、振動板２３の振幅速度分布は、図１６に示すように、振動板２３の全面が同じ位相で振動するピストン運動に近くなる。そして、加算回路３５から出力される信号Ｙａにおけるスピーカ音のキャンセル量は、図１７に示すように、図１４（ｃ）に比べて周波数ｆｓでの落ち込みがなくなり、対象とする全音声帯域に亘ってスピーカ音のキャンセル量を確保してハウリングを防止している。すなわち、スピーカＳＰの振動板２３の分割振動を抑制して、スピーカ音のキャンセル量が低減することなく、ハウリングを防止することができるのである。
【００７３】
なお、他の構成は実施形態１と同様であり説明は省略する。
【００７４】
また、実施形態１，２の音響管４０（４０１，４０２）は後気室Ｂｒ内に形成しているが、図２１の概略図に示すように、音響管４０をハウジングＡ１外部に突設してもよい。
【００７５】
また、実施形態１，２のマイクロホン基板ＭＢ１は一面にマイクロホンＭ１，Ｍ２の両方を実装しているが、図２２の概略図に示すように、マイクロホン基板ＭＢ１の一面にマイクロホンＭ１を実装し、他面にマイクロホンＭ２を実装してもよい。
【００７６】
（実施形態３）
本実施形態の通話装置Ａは、図２３の該略図に示すように、ハウジングＡ１の前面内側とスピーカＳＰの表面側（振動板２３側）とで囲まれた空間である前気室Ｂｆに音響管４０（１／２波長音響管４０１または１／４波長音響管４０２）を配置しており、音響管４０の作用で周波数ｆｓの音波に対する前気室Ｂｆの内圧を高めることによって、実施形態１，２と同様に振動板２３の分割振動が抑えられ、領域Ｇ１，Ｇ２から各々放射される音波の位相差が小さくなって、振動板２３の振幅速度分布は、図１６に示すように、振動板２３の全面が同じ位相で振動するピストン運動に近くなる。そして、加算回路３５から出力される信号Ｙａにおけるスピーカ音のキャンセル量は、図１７に示すように、図１４（ｃ）に比べて周波数ｆｓでの落ち込みがなくなり、対象とする全音声帯域に亘ってスピーカ音のキャンセル量を確保してハウリングを防止している。すなわち、スピーカＳＰの振動板２３の分割振動を抑制して、スピーカ音のキャンセル量が低減することなく、ハウリングを防止することができるのである。
【００７７】
なお、他の構成は実施形態１または２と同様であり説明は省略する。
【００７８】
（実施形態４）
実施形態１〜３では、音響管４０（１／２波長音響管４０１または１／４波長音響管４０２）によって、ハウジングＡ１の前気室Ｂｆまたは後気室Ｂｒの内圧を高めて、振動板２３の分割振動を抑えているが、本実施形態の通話装置Ａは、振動板２３の裏面から後気室Ｂｒに放射される音波により発生する定在波の作用によって、後気室Ｂｒの内圧を高め、振動板２３の分割振動を抑えている。
【００７９】
後気室Ｂｒ内に発生する定在波の周波数は、後気室Ｂｒの容量、形状等によって決定され、後気室Ｂｒの内圧は定在波の周波数において高くなる。
【００８０】
したがって、定在波の周波数が振動板２３の分割振動が発生する周波数ｆｓとなるように後気室Ｂｒの容量、形状等を設定することによって、振動板２３が分割振動を発生する周波数ｆｓにおいて後気室Ｂｒ内の圧力を増大させる圧力増大手段を構成しており、周波数ｆｓでは、スピーカＳＰのスティフネスに、定在波を発生した後気室Ｂｒ内の空気のスティフネスが加わる。
【００８１】
したがって、周波数ｆｓの音波に対して後気室Ｂｒの内圧が増大して振動板２３の分割振動が抑えられ、領域Ｇ１，Ｇ２から各々放射される音波の位相差が小さくなって、振動板２３の振幅速度分布は、図１６に示すように、振動板２３の全面が同じ位相で振動するピストン運動に近くなる。そして、加算回路３５から出力される信号Ｙａにおけるスピーカ音のキャンセル量は、図１７に示すように、図１４（ｃ）に比べて周波数ｆｓでの落ち込みがなくなり、対象とする全音声帯域に亘ってスピーカ音のキャンセル量を確保してハウリングを防止している。すなわち、スピーカＳＰの振動板２３の分割振動を抑制して、スピーカ音のキャンセル量が低減することなく、ハウリングを防止することができるのである。
【００８２】
なお、本実施形態の通話装置Ａの構成は、図１から音響管４０を削除したものであり、他の構成は他の実施形態と同様であるので説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】実施形態１の通話装置の構成を示す側面断面図である。
【図２】（ａ）（ｂ）同上の構成を示す斜視図である。
【図３】同上の音響管の構成の一部を示す斜視図である。
【図４】同上の音声処理部の構成を示す回路図である。
【図５】同上の信号処理部の回路構成図である。
【図６】（ａ）（ｂ）同上の信号処理部の信号波形図である。
【図７】（ａ）（ｂ）同上の信号処理部の信号波形図である。
【図８】（ａ）（ｂ）同上の信号処理部の信号波形図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）同上の信号処理部の信号波形図である。
【図１０】同上のピストン運動による振動板の動きを示す斜視図である。
【図１１】（ａ）（ｂ）同上の分割振動による振動板の動きを示す斜視図である。
【図１２】同上の分割振動を示す平面図である。
【図１３】同上のバッフル板に取り付けたスピーカの音圧特性を示す図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）同上の分割振動時の各特性を示す図である。
【図１５】同上の１／２波長音響管の動作を示す図である。
【図１６】同上の内圧を高めた場合の振動板の動きを示す平面図である。
【図１７】同上の内圧を高めた場合のキャンセル量を示す図である。
【図１８】実施形態２の１／４波長音響管を設けた場合の音圧レベルを示す図である。
【図１９】同上の音響管がある場合の機械系等価回路を示す図である。
【図２０】同上の機械系インピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図２１】同上の音響管の別の形態を示す概略図である。
【図２２】同上のマイクロホン基板の別の形態を示す概略図である。
【図２３】実施形態３の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００８４】
Ａ  通話装置
ＭＪ  通話モジュール
Ａ１  ハウジング
Ｍ１，Ｍ２  マイクロホン
ＳＰ  スピーカ
２３  振動板
Ｂｒ  後気室
１０  音声処理部
４０  音響管
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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