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１つのマイクで同時にスピーカーの役目も与える事は出来る？
ここに一つのマイクがあるとします。 マイクとスピーカーの原理は同じなのでマイクに信号を与えるとそれはスピーカーに代わります。 では、音を受信すると同時に音を発生させる事は出来るのでしょうか？ コイルは２個あってもかまいません。 磁石やコーン紙は同一の物を使用すると言う条件で、 出力－入力 と言う回路を差動で組めば動作させる事が出来そうな気がします。 また、コイルが１個でも保護回路さえつければ動作しそうな気がします。 実現する事は可能でしょうか？ また、同様な動作原理で動いている（使用されていた）物はあるのでしょうか？ よろしくお願いします。
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普通の会話程度の音を1m離れてマイクで拾うと、マイクの出力電圧は100μVから1mV程度の小さなものです。一方、1m離れたところで同じ音量に聞こえるような音をスピーカで出そうとすると、スピーカに加える電圧は0.1V～1V程度でしょう。つまり同じ音量の音を扱ったとき、マイクとスピーカの信号強度は1000倍違うことになります。これが同じ信号ラインに乗ったとして、それらを互いに分離するにはどうすればいいのかを解決できれば、実用化できると思います。 分離方法として時間を使ったのがAN0.3さんのインターホンです。周波数帯域で分離してもいいですが、音質の問題もあるでしょう。音質を劣化させたくないのなら、時分割で信号を区切ってマイクモードとスピーカモードを数十kHzで切り替えるのがいいでしょう。 しかし、スピーカのコーン紙を含めた振動系は数十kHzで応答しません。最近のデジタルアンプは数百kHzの矩形波(PWM波）をスピーカに入れますが、スピーカはそれを平滑した動きしかできないので、可聴音として出てきます。つまり矩形波の谷の部分でもスピーカは慣性で動いています。この動きは、逆起電力としてボイスコイルに誘起され、マイク信号に乗ってきますので、それをいかに分離するかです。 ボイスコイルが複数あってもいいのなら、駆動用のコイル以外に、コーン紙の動きを検出するコイルを置いて動きを検出するか、他の位置検出手段を使ってコーン紙の動きを電気信号に変換して、それをマイク信号から差し引くという処置をすればいいでしょう。そうしないと、マイク信号を増幅することすらできなくなります（アンプが飽和してしまう）。一端分離してしまえば後は通常の信号処理です。 スピーカの駆動信号とマイクからの信号は1000倍の差があると言いましたが、これは専用のマイクの場合で、スピーカをマイクとして使った場合、その差はもっと大きくなるでしょう。いずれにせよ、マイク信号に乗ってくるスピーカの動きによる信号をどれだけうまく分離するかというのがこの技術のポイントです。そういう観点で考えると、すごいアイデアが出てくるかもしれません。マイクとスピーカを共用しないで、専用のものを別々に近くに置いて使った場合でも同じ「分離技術」が必要です。
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- ytrewq
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もう少し具体的に説明しましょう。 スピーカーにアンプをつなぎ、正弦波で1kHzの信号を入力し、1kHzの音をスピーカーから出します。 もう一台のスピーカーとアンプを用意して、いま1kHzの音が出ているスピーカーのすぐそばで大きな音量で、1.5kHzの正弦波で音を出したとき、1kHzのスピーカー端子の電圧をFFTアナライザなどで周波数分析すれば、1.5kHzの周波数成分を確認できると思います。 つまり、スピーカーとして1kHzの音を出しながら、同時にマイクのように1.5kHzの音を電気信号に変換することは可能だろうということです。 しかし、良く見ると1.5kHz以外に500Hzやその他の周波数成分もあることでしょう。これはスピーカーとマイクの動作が線形ではなく、歪があるための現象です。 マイクとして実用に供するためにはこれらの混変調成分を除去しなければなりません。 また、アンプの出力インピーダンスはスピーカーのインピーダンスに比べて低いので、マイクとしての感度は低く、1.5kHzの成分は1kHzに比べてかなり小さな電圧です。 そのため、スピーカーの駆動信号と混変調成分を除去し、マイクとして拾った信号を取り出すための処理をする回路には大きなダイナミックレンジが必要です。 つまり、スピーカーを鳴らすような電圧でも飽和せず、マイクとして拾った小さな信号を回路自身のノイズで埋もれさせないような低雑音が必要ということです。 実用となるレベルでこれを実現するのは容易ではないと思います。
お礼
線形というのは周波数特性の事と解釈しました。 だからアナログ回路では無理で、デジタル回路で補正と言う考えにいたりました。 間違っていたらまた教えてください。 >低雑音が必要ということです。 実用となるレベルでこれを実現するのは容易ではないと思います。 現実にスピーカーもマイクもいじった事が無いので、どの程度違うのかが良く分からないのでいまいちイメージがつかめません。（１０００倍位でしょうか？） とりあえず難しいと言う事は分かりました。 （ノイズ対策はした事があるので、フィルタの設計の難しさはある程度理解しているつもりです） とても参考になりました。 ありがとうございます。
- himara-hus
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まず、コーンが共通で同時にと言うと無理です。 音声を電気信号に変えるには、コーンの振動が必要で、スピーカ（出力）として振動していると、マイクとしては使えません。 両方として使うためには、時系列で切り替えるしかありません。 音声の周波数特性上、早くても数秒単位でしか切り替えることはできません。 切り替え方法は、プレストーク通信のような手動のスイッチ切り替えかスピーカ出力信号を検出し、出力が無いときにそれを検出して自動でマイクに切り替えるなどの方法があります。
お礼
ありがとうございます。 >両方として使うためには、時系列で切り替えるしかありません。 そうですか。 やはり思いつきだけで作れるようなものではないんですね。
- leo-ultra
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玄関の外に来客があった場合に話をするインターフォンがまさに一つのスピーカーで、マイクとスピーカーの働きを切り替えて使用しています。 玄関と茶の間にそれぞれマイクとスピーカーがあると、玄関のスピーカーから出た音が玄関のマイクに入って、 茶の間のスピーカーから音が出て、それを再度茶の間の マイクが音を拾ったりして、ハウリングが起こるのを防ぎます。（後、コストを下げるという意味もある。） １）まず来客がチャイムを鳴らす。 ２）茶の間の人がボタンを押しながら「どなた？」と問う。ボタンを押すことにより、茶の間側のスピーカーが マイク、玄関の外がスピーカーになる。 ３）ボタンを離すと、茶の間側がスピーカー、玄関の外がマイクに切り替わる。 ただしご質問のように使うためには、数Hzで双方をマイクとスピーカーに切り替えれば、ある程度できるかもしれませんが、あまりよい状況は期待できないでしょう。
お礼
ありがとうございます。 ANo.3さんの家のインターフォンはそのようなタイプなのですか。 俺の家のインターフォンは茶の間が受話器型ですので、切り替えのボタンがありません。 もしかしたら玄関側のインターフォンにマイクとスピーカーの２つが組み込まれているかもしれませんが、もし一つしか入っていなければインターフォンがこの質問の動作をしている事になりますね。 調べてみようと思います。
- ytrewq
- ベストアンサー率28% (103/357)
スピーカーとマイクの機能を同時に行うことは原理的には可能性がありますが、現実的には難しいでしょう。 スピーカーをマイクとして利用することは可能です。 従って、使用するスピーカーからの回路をハイブリッドなどで、スピーカーを鳴らすアンプとマイクの入力を分離すれば、スピーカーを鳴らしながらマイクとして音を拾うことができます。 しかし、これにはスピーカーおよびマイクとしての動作が完全に線形であることが条件になります。 つまり、スピーカーとしての動作もマイクとしての動作も入出力で全く歪が無い状態でなければ、互いに干渉することになります。 現実にはマイクの電力レベルはとスピーカーに比べて非常に低いので、スピーカーの影響によって、マイクの入力はかき消され、使えないでしょう。
お礼
>しかし、これにはスピーカーおよびマイクとしての動作が完全に線形であることが条件になります。 なるほどです。 デジタル回路で補正しないとだめそうですね。 >現実にはマイクの電力レベルはとスピーカーに比べて非常に低いので、スピーカーの影響によって、マイクの入力はかき消され、使えないでしょう。 信号のレベルも大きく違うのですか。 難しそうということは分かりました。 ありがとうございます。
ハイブリッドで４線を２線に出来ます。 http://www.nahitech.com/nahitafu/mame/mame5/telephone.html 原理的にはスピーカー２個の間をループさせれば良いのですが、 増幅を考え、 送、受信アンプをハイブリッドさせるのが良いと思います。
お礼
ありがとうございます。 電話は送信も受信も同じ回線なんですね。 ただ、申し訳ないのですが俺のレベルが足りない為か、俺の説明が悪かったせいで欲しい回答が得られていない為なのかわかりませんが、いまいち理解できてません。 例を挙げてみます。 例１ トランシーバーは一つのスピーカーをスイッチで送信と受信を切り替えることにより送受信を実現しています。 これをスイッチで切り替えることなく同時に通話する事は可能でしょうか？ 例２ アナウンサーの持っている様なマイクから音楽が流れ続けているとします。 音楽が流れた状態でアナウンサーがマイクに向かって発した言葉を受信する事は可能でしょうか？ よろしくお願いします。
お礼
５件の回答にしか返事をしていなかったのに、６件の回答に返事をしたと思い込んでいたので気が付くのに遅れてしまいました。スイマセンでした。 >スピーカをマイクとして使った場合、その差はもっと大きくなるでしょう。 まだ存在しない技術なんですね。 もし分離する事が出来れば特許が取れそうですね。 何とか出来そうだと言う考えが甘かったようです。 ありがとうございました。