(57)【要約】【課題】耳装着型携帯スピーカデバイス（「ＥＳＤ」）用の周辺雑音低減制御システムを提供する。【解決手段】このシステムは、周辺雑音を検知し、ＥＳＤの装着者に聞こえる上記の周辺雑音の量を低減するために用いることができる電気信号を作成するように構成される。システムは、複数の所定の離散雑音低減レベルを設定し、装着者の制御外の制御イベントの少なくとも１つに自動的に応答し、雑音低減の程度を離散レベルの１つに設定するようにする。通常、システムは、周辺雑音に関連する電気信号を反転およびフィルタリングし、スピーカが、周辺雑音と弱め合うように干渉することができる音を生成するのに間に合うように、反転およびフィルタリングされた信号をＥＳＤのスピーカに供給する。【選択図】図８
2009532926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耳装着型携帯スピーカデバイス（ＥＳＤ）用の周辺雑音低減制御システムであって、
ＥＳＤの装着者の耳に向かう経路において周辺雑音を検知し、前記雑音を表す電気信号を作成し、ＥＳＤの装着者に聞こえる前記周辺雑音の量を低減するために該電気信号を用いる、手段と、
前記低減のための複数の所定の離散レベルを設定するための制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記装着者の制御以外の制御イベントの少なくとも１つに自動的に応答して、前記離散レベルのうちの予め選択された１つに前記低減の程度を設定する応答手段をさらに含む雑音低減制御システム。
【請求項２】
システムはさらに、前記電気信号を反転およびフィルタリングし、前記反転およびフィルタリングされた信号を前記ＥＳＤにおけるスピーカ手段に供給する手段であって、
前記供給する手段は、前記スピーカ手段の近傍に前記検知された周辺雑音がきたときに、スピーカが、該検知された周辺雑音と弱め合うように干渉することができる音を生成するのに間に合うように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記制御イベントに瞬時に応答する手段をさらに備える請求項１または請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
所定の時間プロファイルに応じて、前記制御イベントに応答する手段をさらに備える請求項１または請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記所定の時間プロファイルは、ランプ関数に一致する請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記応答する手段は、複数の前記離散レベル間で連続的に影響の前記程度を変化させるように構成される、請求項３から５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
聴取者の注意を引くことが意図されている音に関連するさらなる電気信号の信号源と、さらなる電気信号を、反転およびフィルタリングされた信号と融合して前記スピーカ手段に適用するための合成信号を作成するための手段と、を備える請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
前記聴取者の注意を引くことが意図されている音は、音楽を含む請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記聴取者の注意を引くことが意図されている音は、電気通信リンクを通じて受信される音声その他の音を含む請求項７または８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記反転およびフィルタリングされた信号と、前記聴取者の注意を引くことが意図されている音に関連する前記さらなる電気信号とを別個に制御するようになっている請求項７から９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記聴取者の注意を引くことが意図されている音に関連するそれぞれの電気信号のための複数のチャネルを含み、前記制御手段は、少なくとも前記チャネルのうち第１のチャネルおよび第２のチャネルにおける前記信号を別個に制御するようになっている請求項７から１０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記制御手段は、ディジタル信号プロセッサを含む請求項１０または１１に記載のシステム。
【請求項１３】
聴取者の注意を引くべき前記信号を、直接的な電気接続によって受信するようになっている請求項７から１２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１４】
聴取者の注意を引くべき前記信号を、無線通信を通じて受信するようになっている請求項７から１２のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１５】
前記無線通信は、ブルートゥースプロトコルに適合する請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
３次元音響仮想化を提供する音響システムから音響信号を受信するようになっている請求項１から１５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１７】
選択された制御イベントは、検知された周辺雑音レベルの関数である請求項１から１６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１８】
選択された制御イベントは、装着者の注意を引くことが意図されている音の関数である請求項７から１５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１９】
選択された制御イベントは、装着者の頭部の動きを表すＥＳＤの物理的な動きについて検出された変化量の関数である請求項１から１６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２０】
請求項１から１９のいずれか１項に記載のシステムの１つまたは複数の構成要素が組み込まれたパーソナル音楽プレイヤ。
【請求項２１】
請求項１から１９のいずれか１項に記載のシステムの１つまたは複数の構成要素が組み込まれた携帯電話。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、イヤホンやヘッドホンなどの耳装着型携帯スピーカデバイス（Ｅａｒ−ｗｏｒｎ  ｓｐｅａｋｅｒ  ｃａｒｒｙｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）、（そのようなデバイスを、便宜上、以下では「ＥＳＤ」と呼ぶ）と共に用いるための周辺雑音低減制御システムに関する。本発明は、パーソナル音楽プレイヤや携帯電話などの携帯型電子デバイスと共に用いられることが意図されているＥＳＤに特に適用されるものであるが、これに限られない。
【背景技術】
【０００２】
本発明の制御で低減されるべき周辺雑音は、ＥＳＤを装着している個人の周囲で生じている雑音である。周辺雑音は、ＥＳＤの一部を形成するハウジング上に（または中に）あるマイクロホンによって検出され、電子的に反転およびフィルタリングされて、ＥＳＤスピーカに供給され、それによって音響信号を生成する。この音響信号は、原理的には周辺音響雑音と実質的に等しい大きさであるが、実質的に対向する極性を有する。したがって、周辺音響雑音とスピーカによって生成されるその反転信号との間に、弱め合う波の干渉が生じ、したがって、聴取者によって認識される周辺音響雑音の大きさが、低減される。
【０００３】
現在は、短い導線およびコネクタを介して、パーソナル音楽プレイヤおよび携帯電話などの音源に直接的に有線接続されるＥＳＤもあるし、「ブルートゥース」フォーマットなどのプロトコルを用いた無線リンクを介して、そのような音源に接続されるＥＳＤもある。本発明は、有線接続または無線接続の両方と共に用いられることができる。
【０００４】
以下に述べるように、１つの片耳デバイスおよびステレオ用のペアの両方に関して、現在、用いられているＥＳＤには複数の異なるタイプまたはファミリがある。
【０００５】
１．耳道を密閉するフランジを有する（密閉する）インイヤ（ｉｎ  ｅａｒ）タイプ（通常、「イヤバッド（ｅａｒ  ｂｕｄ）」と称する）。
２．耳内に比較的ゆるくフィットし、結果としてデバイスの周囲に音漏れ経路を生じる（密閉しない）インイヤタイプ。
３．耳介に対して平坦に位置するフォーム（Foam）ディスクパッドを有するパッドオンイヤ（ｐａｄ−ｏｎ−ｅａｒ）タイプ（外部耳当て）。
４．周辺音シールを備えた「スープラオーラル（ｓｕｐｒａ−ａｕｒａｌ）」オンイヤタイプ。タイプ３に似ているが、縁の周りにより厚い周辺音シールを備え、それにより外界から耳の中に浸透してくるより高い周波数の音減衰をいくらか達成できるようになっている。
５．サーカムオーラル（ｃｉｒｃｕｍａｕｒａｌ）タイプ。より大きなハウジングであって、耳介自体よりわずかに大きいものがデバイスのために用いられ、その結果、頭部の側部に対する所定の位置に置かれたとき、ハウジングの縁の周囲の大きなクッションタイプのフォームゴムのシールが、周辺と、内部空洞（このとき耳とデバイスのシェル（外郭）との内面の間に存在する）との間で、実質的に音響シールを形成する。
【０００６】
タイプ１および５はいずれも、装着者に対してある程度の遮音を提供するために、音響シールの形態を取り入れるものであるが、種々のタイプの不快感をもたらすことが、広く知られている。
【０００７】
たとえば、タイプ１のデバイスは、長時間、耳道の入口に詰められていると、身体的に不快となり得る。さらに、遮音特性は、装着者に身体の周囲の認識を低下させるという意味で危険となり得る。また、耳道が効果的に密閉されるため、航空機においてそのようなデバイスを使用すると、客室の圧力における変化によって耳が「キーンとなり（ｐｏｐｐｉｎｇ）」不快感を生じる原因となり得る。さらに、デバイスのハウジングが、枕または衣料品などの物体に対してこすれると、耳道への直接的な摩擦音のきわめて大きな（いらいらさせる）機械的な伝達が頻繁に生じる。その上、装着者が飲食中である場合には、咀嚼音が、乳様突起骨を介して耳道に伝達され、これも、大きく、不快な音響信号を生じる。
【０００８】
タイプ５のデバイスもまた、装着者の耳を周辺から隔離しようとすると同時に、それらの構成は、小さな空洞が、外耳の周囲に形成されるようになっており、耳道はそれ自体直接的に密閉されないが、耳道は、この空洞に音響的に連結されている。耳の周囲のこの密閉した空洞は、通気が行われないため、すぐに暑く、湿度が高くなり、不快になり得る。また、たとえば、完全に対称に置かれていない２つのイヤホンデバイスによって生じ得るように低周波数で左の耳道の信号と右の耳道の信号との間に小さな不均衡がある場合、不自然な左と右の位相差の発生によって、「フェージー（ｐｈａｓｅｙ）」「吸引効果（ｓｕｃｋｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）」「耳閉感（ｅａｒ−ｂｌｏｃｋｉｎｇ）」のようにさまざまに表現される不快な音響効果の原因となり得る。
【０００９】
音響的に密閉されるシステムによって提供される遮音は、固定的な機能であり、変化させたり、オフにしたりすることはできない。装着者が、たとえば会話のためや道路の横断のために、少し外界の音を聞きたい場合には、ＥＳＤを耳から物理的に取り外し、後で再び元に戻すことが必要である。これは、日常の使用において大きな欠点であり、また、装着者が継続的に装置を装着したままにしておくと、潜在的な危険性をもたらす恐れがある。
【００１０】
本発明は、主に、デバイス自体の周囲にある程度の音の漏れがあって、装着者の耳を周辺とリンクするデバイスのタイプ２、３および４と共に用いることに関する。これは、当然のことながら、電子的雑音低減を達成することをさらに困難にするが、音の漏れは、装着者にはるかに快適な聴取を可能にし、これはきわめて重要な因子である。パッドオンイヤタイプのデバイスの快適因子は、（ａ）本質的に比較的軽量である点、（ｂ）耳の周囲に自然の空気の流れおよび通気を可能にし、したがって、発汗および炎症を回避できる点、（ｃ）飲食および咀嚼の行為に関連する副産物の影響を受けにくいという点で、サーカムオーラルタイプより優れている。
【００１１】
比較的大きな音の漏れがあるＥＳＤの別の主要な利点は、人間の指向性（directional）聴力が、ほとんど損なわれないままであり、したがって、装着者はデバイスを装着したままでも、空間聴力（spatial hearing ability）を持ち続けられることである。したがって、大きな音楽または雑音低減信号がなければ、使用者はかなり自然に外界の音を聴くことができる。これは、聴取者が物理的環境から隔離される音響的に密閉されるシステムとは異なり、安全なデフォルト状態である。
【００１２】
ＥＳＤ向けの既存の周辺雑音低減システムが、２つの全く異なる原理、すなわち「フィードバック」法および「フィードフォーワード」法のいずれかに基づいていることに留意することが、さらに重要である。
【００１３】
たとえば、米国特許第４，４５５，６７５号に記載されるフィードバック法は、クローズドバック（ｃｌｏｓｅｄ  ｂａｃｋ）型サーカムオーラルタイプＥＳＤに基づくものである。耳とＥＳＤのシェルの内側との間に形成される空洞内に、小型マイクロホンが、ＥＳＤのスピーカの前に直接的に配置され、負のフィードバックループを介して、スピーカに戻るように連結され（反転増幅器）、それにより、スピーカがマイクロホンに与える音圧レベルを常にゼロにしようとする単純なサーボシステムを形成する。この原理は簡単であるが、実際に効率的に実現することは、特にパッドオンイヤ形式では非常に困難である。
【００１４】
フィードフォーワード法は、たとえば、米国特許第５，１３８，６６４号に開示されており、図１において基本形態で示されている。これは、上述した、異なるタイプのＥＳＤのすべてに関して採用されることができる。しかし、フィードバックシステムとは対照的に、デバイスの中に入っていく周辺雑音信号およびデバイスの周囲の周辺雑音信号を検出するために、マイクロホン１０はＥＳＤのシェル１１の外側に配置される。検出された信号は、予め増幅され、適切な反転増幅器１２で反転され、１３において、緩衝増幅器１４によって結合回路１３に供給される駆動信号に加算され、駆動増幅器１５によってＥＳＤのスピーカ１６に供給される。こうして、装着者が聞きたい（例えば）音楽成分と、雑音低減信号成分とを含む合成信号Ｓが形成される。結果として、合成信号Ｓの雑音低減信号成分と入ってくる周辺音響雑音信号との間で弱め合う波の干渉が、ＥＳＤのシェル１１と１８で概略的に示される外耳との間に形成される空洞１７内で、スピーカ１６の出口ポートのそばで生じる。これが生じるためには、合成信号Ｓの雑音低減成分は、入ってくる雑音信号の大きさに実質的に等しい大きさでなければならず、実質的に対向する極性（すなわち、反転または雑音信号に対して位相において１８０°シフトされる）でなければならない。本願出願人に譲渡され、その全体が参照によって本願明細書に組み込まれる英国特許出願第０７０１４８３．０号に開示されているように、実際には、相殺信号の大きさおよび位相を雑音信号の大きさおよび位相に可能な限り厳密に適合させるために、信号反転ステージで、１つまたは複数の電子フィルタの形のなんらかの電子信号処理を導入することも必要である。
【００１５】
周辺雑音低減の基本的なフィードフォーワード法は、実現することが簡単であり、普通のイヤホンと共に用いるための作動システムは、簡単なエレクトレットマイクロホンカプセルと、１対の演算増幅器であって、当該エレクトレットマイクロホンカプセルのアナログ信号を、１３においてＥＳＤのスピーカに供給される音楽信号などの音響駆動信号と混合する前に反転させる１対の演算増幅器と、を用いて、低コストで組み立てられることができる。これは、信号Ｓの雑音低減成分の大きさが周辺雑音の大きさに実質的に等しくなるように調整するための、電位計などのゲイン調整可能手段（図示せず）を介して行われる。ある程度の雑音低減は、この方法を用いて実現されることができ、現在のシステムは完璧からは程遠いが、このフィードフォーワード原理は、種々の市販の雑音低減イヤホンの基本となっている。しかし、そのようなシステムにおいて、雑音低減信号が最適に調整され、釣り合いがとられている場合であっても、相当の残余雑音信号が依然として残り、したがって、ほとんどの市販されているシステムが、約１ｋＨｚ未満、すなわち、フィードバック法の帯域幅と同様の帯域で動作し、比較的中程度の量の雑音低減を行うと主張したものであることがよく見られる。
【００１６】
現在利用可能な雑音低減イヤホンには、使用者が雑音低減機能を切ることが可能であり、それにより、デバイスのスピーカ接続が内部の雑音低減駆動増幅器１５の出力から音響入力接続（１９で概略的に示される）に直接的切り換えられ、したがって、バッテリが消耗された場合、またはバッテリエネルギを節約するために、従来のイヤホンとして作用するものもある。
【００１７】
長く続いていた、雑音低減の有効性が貧弱であるという状況は、英国特許出願第０６０１５３６．６号および対応する国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００７／０００１２０号（いずれも本願出願人に譲渡され、その全体が参照によって本願明細書に組み込まれる）に記載され、特許が主張されているように、正確に時間的に整合した信号と関連するマイクロホン技術との使用に基づくはるかに効率的なフィードフォーワード雑音低減システムに関する発明によって最近変化しつつある。このシステムは、従来技術のシステムより大幅な雑音低減を提供し、より高い周波数（たとえば、３．５ｋＨｚ程度）まで有効である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
このように、本願発明者は、ＥＳＤが用いられている状況に基づき、実行される周辺雑音低減の量または程度を自動的に変化させることに相当の利点があると判断し、したがって、本発明は、実行される周辺雑音低減の程度を１つまたは複数の外部イベント、すなわち、ＥＳＤの装着者の制御外のイベントによって制御することができる雑音低減制御システムを提供し、それにより、種々の動作モードの実現を可能にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明によれば、ＥＳＤ用の雑音低減制御システムであって、ＥＳＤの装着者の耳に向かう経路において周辺雑音を検知し、上記の雑音を表す電気信号を作成し、ＥＳＤの装着者に聞こえる上記の周辺雑音の量を低減するために用いる、手段と、上記の低減のための複数の所定の離散（discrete）レベルを設定するための制御手段と、を備え、上記の制御手段は、上記の装着者の制御外の制御イベントの少なくとも１つに自動的に応答して、上記の離散レベルのうちの予め選択された１つに上記の低減の程度を設定する応答手段をさらに含む雑音低減制御システムが提供される。
【００２０】
好ましくは、システムはさらに、上記の電気信号を反転およびフィルタリングし、上記の反転およびフィルタリングされた信号を上記のＥＳＤにおけるスピーカ手段に供給する手段であって、上記のスピーカ手段の近傍に上記の検知された周辺雑音がきたときに、スピーカが当該検知された周辺雑音を弱め合うように干渉することができる音を生成するのに間に合うように供給する手段を備える。
【００２１】
システムはまた、聴取者の注意を引くことが意図されている音に関連するさらなる電気信号の信号源と、さらなる電気信号を、反転およびフィルタリングされた信号と融合して上記のスピーカ手段に適用するための合成信号を作成するための手段と、を備えることがさらに好ましい。
【００２２】
本発明の１つの好ましい実施例において、聴取者の注意を引くことが意図されている音は、音楽を含む。あるいは、または、加えて、音は、電気通信リンクを通じて受信される音声その他の音であってもよい。
【００２３】
制御イベントに対する応答は、瞬時であってもよいし、遅延してもよいしまたはランプ関数などの時間プロファイルによって決まってもよい。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、上記の制御手段は、上記の反転信号と、聴取者の注意を引くことが意図されている音に関連する上記のさらなる電気信号とを別個に制御するようになっている。そのような状況において、制御手段は、ディジタル信号プロセッサを備えることが特に好ましい。
【００２５】
ある実施形態において、聴取者の注意を引くことが意図されている音に関連するそれぞれの電気信号のための複数のチャネルを提供し、上記の制御手段のために、上記のチャネルのうち少なくとも第１のチャネルおよび第２のチャネルにおける上記の信号を別個に制御することがさらに好ましい。
【００２６】
本発明では、聴取者の注意を引くべき外部信号を、直接的な電気接続および／または無線通信を介して受信してもよい。
【００２７】
無線通信が採用される場合に、そのような通信は、ブルートゥースプロトコルに適合することが好ましい。
【００２８】
本発明は、３次元音響仮想化を提供する音響システムに関連して、有利に採用されることができる。
【００２９】
本発明の範囲は、上述の本発明のシステムのいずれかの１つまたは複数の構成要素が組み込まれたパーソナル音楽プレイヤまたは携帯電話にも及ぶ。
【００３０】
本発明は、このように、変化させることができ、かつ、制御可能な周辺雑音低減のためのシステムをＥＳＤ使用者に提供する。本発明は、上述の英国特許出願において記載され、特許が主張されているように、時間的に整合した効率的なシステムに用いるのに特に適している。このシステムは、現在市場で入手できる製品が１ｋＨｚ未満の制限を有するのとは対照的に、３ｋＨｚまで、また、それ以上の周波数に対して有効である。本発明の利点の中には、関連するＥＳＤタイプが、使用において快適である（軽量であり、頭部に対してきつく締め付けることがなく、ある程度の通気をもたらす）ことと、行われる雑音低減の量または程度が、電子的に制御可能であることの両方が含まれ、これらの特性は両方とも、携帯型電子デバイスと共に用いることが意図されたイヤホンにとって特に望ましい。雑音低減レベルは、二進数の「オン‐オフ」モードで制御されることができ、またはある範囲内の異なる所定のレベルの間で直接的に切り換えられることもでき、ランプ関数などの時間プロファイルによって、レベルとレベルの間を「連続的変数」の態様で滑らかに、または離散的に増分することによって調整することもできる。
【００３１】
連続的変数関数は、後に記載するように、周辺雑音低減を異なるレベルの間で滑らかに徐々に移行させることができる。たとえば、最初に作動されるとき、周辺雑音低減は、低減度（ＲＦ）が０％であるその「オフ」値から、例えば１秒間でその最大効果（ＲＦ＝１００％）まで次第に移行させることができる。それによって、聴取者には滑らかに達成される移行がもたらされ、可聴のクリック音その他の切り換えによる不快な副産物から逃れることを可能にする。
【００３２】
雑音低減レベルの制御は、選択されたイベントであってそれ自体は聴取者の制御外のものであるものの発生に応じて実行され、したがって、使用者の満足感および安全を強化するために種々の自動機能が実行されることを可能にする。
【００３３】
直接的に接続されるＥＳＤへの適用だけでなく、本発明はまた、無線リンク（ブルートゥース）ＥＳＤなどの電話技術にも適用可能である。その場合、着呼を所定の一連のイベントをトリガするために用いることができ、また、呼の終了により、使用者の元の聴取状態を回復することができる。
【００３４】
実際には、実現できる能動的な雑音低減の量は、ＥＳＤ配置等に関連する物理変数によって制限され、動作範囲にわたる周波数と共に変化する。説明のため、以下の実施例において、ＥＳＤの装着者の鼓膜で２０ｄＢの雑音低減をもたらし、したがって、１００％のＲＦが２０ｄＢの雑音低減に対応する、比較的効率的な周辺雑音低減システムが用いられると仮定される。
【００３５】
本発明は、周辺から鼓膜へ固有の音の漏れがあるフィードフォーワードシステムに最もよく適しているが、周辺雑音低減のフィードバックタイプおよびフィードフォーワードタイプの両方に適用されることができる。説明を明確にするため、本願明細書の実施例は、フィードフォーワード法に関する。また、添付図面を簡潔にするために、１つのマイクロホンシステムが示されているが、時間的に整合された多数のマイクロホン構成（たとえば、上述の英国特許出願第０６０１５３６．６号および対応する国際特許出願第ＰＣＴ／ＧＢ２００７／０００１２０号において記載され、特許が主張されたようなもの）は、より効果的に使用できるため、好ましいことに留意すべきである。
【００３６】
本発明は、明確に理解し、容易に実行に移すことができるようにするために、その一定の実施形態がここで、添付図面を参照して、一例としてのみ記載される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下の実施例および図面は、アナログ回路への適用に関するものであるが、それに代えて、もしくは加えて、ディジタル領域でも周辺雑音低減信号処理を実行することができる。すなわち、本発明は、アナログおよび／またはディジタル処理ルートに等しく適用可能である。
【００３８】
本発明のいくつかの好ましい実施形態は、１つまたは複数の外部イベントによって、低減の程度が制御され得る周辺雑音低減システムを提供する。各制御イベントは、複数の異なる動作モードのうちの１つまたは複数を用いて、周辺雑音低減の程度を制御する１つまたは複数の作用を起こさせることができる。これらの制御イベント、作用および動作モードを説明するためのいくつかの実施例が以下に列挙され、種々の実施形態および本発明によってもたらされる２つの自動動作モードの説明が続く。
【００３９】
制御イベントの実施例
Ｅ１．着呼起動。電話の着呼が、１つまたは複数の作用または一連のイベントを起動し、当該イベントは、たとえば着呼の処理中に、イベント無しでは休眠中の雑音低減を作動し、呼が終了したときまた雑音低減をオフにするものである。
Ｅ２．クロックおよびタイマ制御。ローカルな電子クロックまたはタイマが、所定の時間の間雑音低減レベルを制御するために用いられる。たとえば、航空機で旅行中の装着者は、特定の時間まで静かに眠り、穏やかな目覚ましアラームの方法として機能するように周辺雑音の大きさを元に戻すことを望む場合が有る。あるいは、完全な雑音低減を用いる装着者は、短い会話を行うために、周辺雑音を一時的に約１０秒復元させ、その後、完全な雑音低減が再び戻されることを望むかもしれない。
Ｅ３．運動の検出。運動検出用トランスデューサが、装着者の頭部の動きを検出するために用いられる。眠っている場合、または音楽を聴いている場合のように装着者が実質的に動かない間、雑音低減システムを作動するが、装着者が目覚めていて動き回っている間は、雑音低減はオフにされて、周辺音が戻される。
Ｅ４．自動雑音モード。周辺雑音信号が、マイクロプロセッサによって監視され、閾値と比較され、その結果、使用者の周囲の周辺雑音レベルが閾値レベルを超えている場合には、雑音低減が作動される。これは比例的な態様で行われ、その結果、以下に記載するように、システムは、実世界の雑音に対する「リミッタ」または自動ゲイン制御（ＡＧＣ）として作用する。
Ｅ５．自動音楽モード。入ってくる音響／音楽信号が、マイクロプロセッサによって監視され、閾値と比較され、その結果、音楽が再生中である場合または他の音響信号が存在する場合には、雑音低減が作動される。音楽がたとえば、トラックとトラックの間で停止したとき、または切れてしまったかまたは一時停止になった場合には、雑音低減は、切られるか、減衰されるか、または装着者の周辺音を復元するために次第に弱めさせられる。
【００４０】
作用の実施例
Ａｌ．瞬時オン／オフ。雑音低減が、瞬時にオンまたはオフに切り換えられる。
Ａ２．フェードオン／オフ。雑音低減が所定のまたは選択された時間の間、滑らかに、徐々にオンまたはオフに切り換えられる。
Ａ３．安全レベル。雑音低減レベルは、使用者の安全のために予め設定された中間値、たとえば、約−６ｄＢに切り換えられるか、または次第に切り換えられる。それにより、使用者は、警告などにはある程度気づくことができるように、低減された音量レベル（−６ｄＢの場合には５０％）ではあるが、周辺の音を依然として聞くことができる。
【００４１】
動作モードの実施例
Ｍ１．トグル。あるイベントが作用を起こし、そのイベントの休止により初期状態が回復される。
Ｍ２．単安定。あるイベントが所定の時間の間、作用を起こす。
Ｍ３．双安定。１つのイベントが作用を起こし、別のイベントが初期状態を回復する。
Ｍ４．自動。種々の「自動」モード。たとえば、上記の自動雑音モード（Ｅ４）および自動音楽モード（Ｅ５）。
【００４２】
既に言及した図１は、フィードフォーワード型周辺雑音低減システムの基本的構成要素および構造のブロック図を示している。ＥＳＤは、この場合にはヘッドホンを備え、入ってくる周辺雑音を保存し、上記の入ってくる雑音を表す電気信号を生成するために、マイクロホン１０（または好ましくは、マイクロホンのアレイ）が、ヘッドホンシェル１１上に配置され、この電気信号は、前置増幅器、フィルタおよび反転器ステージ１２に供給され、その後で、信号は、（１４で適切に緩衝された後、）聴取者の注意を引くことが意図されている、入ってくる音響（たとえば、音楽）に関連する信号に１３で加算され、雑音低減信号と音楽／音響信号とが合わさったものが、駆動増幅器１５に供給されるが、この駆動増幅器１５はイヤホンスピーカ駆動用トランスデューサ１６を駆動することができる。全体的なシステムゲインは、結果として鼓膜に生じる音響雑音低減信号の振幅が、鼓膜における入ってくる周辺雑音信号の振幅と実質的に同一であるように選択され、それにより、周辺雑音を弱め合うことによる低減が最大となる。上記の英国特許出願に記載したように、好ましくは、時間的に整合されたシステムを設計し、適切な電子フィルタリングを行うことによって、２つの信号の位相が鼓膜で一致することを保証するように、十分注意しなければならない。
【００４３】
実行される雑音低減の量または大きさを変化させて制御するために、雑音低減信号の大きさは、その最大の最適値から例えばゼロなどの他の値に切り換えられ、または低減されなければならない。これは、図１の回路における複数の点で、理想的には信号加算の前に前置増幅器／反転器ステージ１２の出力で行われることができることが十分に認識されよう。ゲイン低減は、固体アナログスイッチ２０（図２ａ）または電子電位計２５（図２ｂ）のいずれかを用いて実行されることができる。
【００４４】
適切なアナログスイッチの一例は、ＭＡＸ３２５ＣＰＡ（Ｍａｘｉｍ製）であり、Ｒｏｎ値（〜３３Ω）が低い結合型ＭＯＳＦＥＴデバイスに基づく２極双投スイッチである。図２ａは、このデバイスの半分を示しており、ディジタル制御信号Ａが端子Ｐと端子Ｑとの間の接続を開放し、ディジタル制御信号Ｂが端子Ｒと端子Ｓとの間の接続を閉鎖する。適切な電子電位計の実施例は、ＡＤ８４００シリーズ（Ａｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ製）を含み、ＡＤ５２０７も含む。ＡＤ５２０７は、２５６ステップのデュアル１０ｋΩ電位計を備え、入力はシリアル８ビットディジタルである。これらのデバイスは、アナログ電位計として振る舞うが、その「スライダ」位置は、８ビットのディジタル制御ワードによって設定される。
【００４５】
周辺雑音低減を異なるレベル間で切り換えるための構成が、図３において、ブロックの形態で示されている。この場合には、雑音信号のゲインは、種々の態様で制御されることができ、通常、ゲインの２５６の増分において、電子電位計２６に必要な８ビットのディジタル数をアドレス指定することによって制御されることができる。したがって、雑音低減信号をオフ状態（ＲＦ＝０％；ディジタル「０」）から完全にオンの状態（ＲＦ＝１００％；ディジタル「２５６」）に作動させることが必要である場合には、電位計は、短い時間、例えば１秒または２秒の間に急速に、０から２５６まで増分する数字をアドレス指定され、それによって、周辺雑音低減を滑らかに、徐々に最大効果にする。これは、急激な移行を聞くより聴取者によってはるかに心地よく快適なものである。
【００４６】
図４に示されているように、雑音信号との加算の前に、同様の制御可能なゲイン変化可能ステージ２８を音楽ステージに適用することによって、さらに精巧にすることができる。これは、雑音低減レベルおよび音楽レベルの両方を独立に二重制御することを可能にし、結果として、図５のシステムを用いて、動作の種々の自動モードを実現することを可能にする。
【００４７】
図５は、図４の拡張であり、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）３０が、マイクロホンからの音楽入力信号および周辺雑音信号の両方またはこれらの一方を監視するために組み込まれている。これは、周辺雑音ゲイン制御ステージ２６’および音楽信号ゲイン制御ステージ２８’の両方の制御バスに有線接続されて制御バスを制御し、これによりいずれかの信号を独立に、０％〜１００％の間、または任意の中間値同士の間を、必要に応じて素早くまたはゆっくりと、徐々に切り換えることが可能になる。
【００４８】
Ｅ４（自動雑音モード）およびＥ５（自動音楽モード）として既に上記で簡単に言及した２つの自動モードの実施形態について、ここでさらに詳細に記載する。
【００４９】
自動雑音モード（Ｅ４）
この動作モードの目的は、ＥＳＤの装着者が、すべての低レベルの周辺音を聞くことができるが、過度に大きな音を制限できることである。たとえば、装着者が町を歩いている最中であれば、車の接近音、人の話し声などが聞こえることが好都合である（より安全である）が、きわめてうるさい建築現場を通過するときや、高速の列車が駅を通過する場合には、このように短時間に発生するきわめて大きな雑音を、より快適なレベルにまで低減することがきわめて望ましいと思われる。
【００５０】
これは、図５に示される回路を用いて達成されることができ、入ってくる周辺雑音信号は、ＤＳＰ３０によって監視され、所定の閾値と比較され、その結果、使用者の周囲の周辺雑音レベルがこの閾値レベルを超えるときには、雑音低減が作動されるようになっている。これは、比例的な態様で行われ、その結果、システムは、実世界の雑音に対する「リミッタ」または自動ゲイン制御（ＡＧＣ）として作用するようになっている。システムの最大雑音低減能力が、約−２０ｄＢであり、閾値レベルが６０ｄＢに設定される場合には、図６は、本発明のこの実施例を説明するために、５分の間にわたって、ある町の歩行者の行程における実施例として、一連のイベントの時間経過を示している。
【００５１】
図６の一番上のグラフは、周辺雑音レベルをｄＢ単位で、時間の関数として５分間にわたって示しており、また、閾値レベルは６０ｄＢで示されており、４つのイベントマーカＡ、Ｂ、ＣおよびＤが示されている。中央のグラフは、雑音低減レベル制御を示しており、ＤＳＰによって実現される周辺雑音低減の量が、０ｄＢ〜最大２０ｄＢの範囲で表されている。図６の一番下のグラフは、雑音低減が行われた後に、装着者によって認識される結果的な雑音レベルを示している。このグラフには２つのプロットがあり、破線は、システムがオフに切り換えられたときに認識される雑音レベルを示し、実線は、システムがオンに切り換えられたときに認識される雑音レベルを示している。
【００５２】
初め、周辺雑音レベルは、かなり低く、５５ｄＢであるが、Ａの時点で、うるさいトラックが装着者の横に停車し、周辺雑音レベルが７０ｄＢまで上昇する。これは、作動閾値を超えることから、ＤＳＰ３０は、１０ｄＢの周辺雑音低減を実現するために、雑音低減ステージのゲインを調整し、それにより、装着者の鼓膜で認識される雑音レベルを６０ｄＢに低減する。Ｂの時点では、トラックが移動し、周辺雑音レベルは、その元の５５ｄＢに戻って閾値より低くなり、ＤＳＰ３０は、雑音低減を再びオフにする。Ｃの時点で、装着者は、８０ｄＢの周辺雑音レベルを生成するうるさい建築現場を通過し、したがって、ＤＳＰは、−２０ｄＢの雑音低減を行い、聴取者によって認識されるレベルを再びわずか６０ｄＢにする。しかし、この−２０ｄＢは、利用可能な雑音低減の最大の程度であり、したがって、マーカＤの直前で、周辺雑音レベルがさらに上昇すると、認識される雑音レベルは目標とする６０ｄＢを超えて線形的に増大する。この後者に言及する目的は、システムの快適な性質を示すことであり、すなわち、最大雑音低減能力を超える過負荷は、有害な副産物を生じるわけではない。
【００５３】
自動音楽モード（Ｅ５）
この動作モードの目的は、音楽の再生中に、最大周辺雑音低減をオンに切り換え、音楽チャネルが無音である場合には、オフに切り換えて、音楽が再生されていないときには、装着者がすべての周辺の音を聞くことができるようにすることである。
【００５４】
たとえば、ＥＳＤの装着者がうるさい地下鉄で移動中である場合には、音楽トラックと音楽トラックの間やラジオプログラム中の無音休止中には、局所的な環境音のすべてが聞こえることがきわめて望ましい（かつ、より安全である）。その上、装着者がある列車から降りて、別の列車に乗り換えたい場合には、音楽トラックを休止し、その時点で周辺雑音低減がオフに切り換えられ、それにより、列車の乗り換え行う間、装着者は通常通りに聞こえ、その後音楽が再びオンに切り換えられると、雑音低減がまた最大効果で自動的に作動されることが好都合である。
【００５５】
これは、音楽および雑音低減の両方を別個にオフし、また、オンしなければならない場合より容易であり、継続的に周辺雑音低減をオンにしておくより装着者にとって安全である。
【００５６】
この実施例は、図７に示されており、５分の間にわたってある地下鉄通勤者の行程における実施例としての一連のイベントの時間経過を示している。
【００５７】
図７の一番上のグラフは、任意単位（０〜１）の音楽信号レベルを時間の関数として５分間にわたって示しており、また、閾値レベルは最大の約５％で示されており、４つのイベントマーカＰ、Ｑ、ＲおよびＳが示されている。中央のグラフは、雑音低減レベル制御を示しており、ＤＳＰによって実現される周辺雑音低減の量が、０ｄＢ〜最大２０ｄＢの範囲で表されている。ここでは、オフ（０ｄＢ）およびオン（２０ｄＢ）との間で単純に切り換えられている。図７の一番下のグラフは、雑音低減が行われた後に、装着者によって認識される結合された音楽信号と周辺雑音信号とが合わさったものを示している。この特定のグラフには２つのプロットがあり、１つの線は、認識される雑音レベルを示すものであり、音楽の再生中の周辺雑音の低減（再生中でない場合には低減されない）を示しており、第２の線は音楽レベル自体を示すものであり、トラック間隔（Ｑ−Ｒ）および音楽休止イベント（Ｓ）を示している。
【００５８】
初めからＰの時点まで、音楽がオフに切り換えられており、音楽信号が閾値レベル未満にあり、したがって周辺雑音低減はオフに切り換えられている。したがって、装着者には、約７５ｄＢのレベルで、環境周辺雑音が聞こえる。Ｐの時点で、装着者は、閾値レベルを超える音楽をオンにして、したがって雑音低減はオンに切り換えられる。それによって、装着者の鼓膜で認識される雑音は、７５ｄＢから５５ｄＢに低減する。Ｑの時点で、第１の音楽トラックが停止し、次のトラックの前に短い間隔がある。音楽信号が閾値より低くなり、したがって雑音低減がオフに切り換えられ、それにより、装着者には、トラックとトラックの間で通常通り周辺環境が聞こえる。Ｒの時点で、第２の音楽トラックが始まると、周辺雑音低減が再びオンに切り換えられる。
【００５９】
雑音低減がなければ、音楽と雑音のレベルは、装着者の鼓膜で同様であり、音楽を鑑賞することはほぼ不可能であることが理解されよう。Ｓの時点で、装着者は、列車を降り、別の列車のプラットホームを横切りたいため、装着者は音楽を停止し、レベルを閾値未満に収めさせ、それによって、ＤＳＰは雑音低減をオフに切り換え、装着者が通常のように周辺環境を聞くことを可能にして、安全なデフォルト状態を提供する。
【００６０】
図８は、自動音楽モードの一実施形態において採用される制御機能の典型的なセットを表す流れ図を示している。
【００６１】
さらなる実施形態が、図９に示されており、当該実施形態は、周辺雑音低減チャネルおよび音楽チャネルに加え、電子的に制御可能なゲインステージ４１を伴って第３の音響チャネル３５を追加することによる図４のシステムの拡張を含む。追加の第３のチャネル３５は、電話に適した電気通信チャネルであって、携帯電話や、インターネットに基づく電話手段を含む同様の電話デバイスから聴取者の耳まで音響情報を中継するのに適したものを表している。そのような音響情報は、着信音などの通報手段と話し言葉の通信との両方を含む。
【００６２】
この構成によれば、以下に示すように、たとえば、パーソナルステレオ（ＭＰ３）音楽プレイヤ機能を備えた携帯電話につながれた無線ステレオイヤホンセットの形のＥＳＤに精巧な音響管理システムを実現することが可能になる。
【００６３】
１．ＥＳＤの装着者は、ブルートゥースイヤホンを介して、周辺雑音低減をオンにした状態で音楽を聴いている。ステージ２６、２８および４１の種々のゲインレベルがそれぞれ、雑音低減１００％オン；音楽１００％オン；通話０％オンと設定される。
２．電話の着呼が検出され、以下の一連のイベントがおきる。
（ａ）音楽レベルが、（たとえば）２秒間で１００％から５０％まで徐々に弱められる
（ｂ）雑音低減レベルが、同じ時間で１００％から５０％まで徐々に弱められる
（ｃ）通話チャネルが、５秒間で０％から５０％まで徐々に強められる。
この一連の流れは、音楽レベルを緩やかに低減し、装着者の耳に達する周辺雑音の量を徐々に中程度にすると同時に、通報の着信音を徐々に強める。これは、突然、完全な大きさの通報があるよりもショックを少なくし、かつ、発呼側の状態を判断して、応答するか、または着呼について問い合わせるかについて決定するために、装着者が目下の状況に慣れることを可能にする。
３．呼が受けられる場合には、以下のイベントがおきる。
（ａ）音楽レベルが、（たとえば）２秒間で５０％から０％まで徐々に弱められる
（ｂ）雑音低減レベルが、同じ時間で５０％から１００％まで再び徐々に強められる
（ｃ）通話チャネルが、ほぼ瞬時に（０．２秒）最大にまで徐々に強められる。
この一連の流れは、会話中、最適な明瞭さを得るために、音楽レベルをゼロまで低減し、完全な周辺雑音低減および最大の通話信号を得る。
４．呼が拒否されるか、または通話が終了した場合には、初期の聴取状態（上記の１）が２秒間で回復される。
【００６４】
この一連のイベントは、複数の音響チャネル間での滑らかで自動的な移行を可能にし、使用者に心地よくて快適な聴取を可能にする。
【００６５】
本願明細書に記載された本発明の実施形態のすべてに関して、制御システムの電子構成要素は、設計の選択および動作の便利さなどの因子に応じて、ＥＳＤ、別個のハウジング、もしくはそれに（直接的または無線によって）接続される「ポッド（Ｐｏｄ）」に収容されてもよいし、またはＥＳＤとポッドとの間で分散されてもよい。
【００６６】
あるいは、電子処理またはそれに関連する１つまたは複数の構成要素は、携帯電話ハンドセットまたはＭＰ３パーソナル音楽プレイヤなどの携帯電子デバイスに組み込まれることができる。
【００６７】
さらに、本発明のどの実施形態も、３次元音響仮想化を提供する音響システムに関連して利用されてもよい。
【００６８】
本発明は、ある特定の実施形態を参照して記載してきたが、これらの実施形態は、本発明の範囲および利点を説明するための例としてのみ提供されており、本発明の範囲は、そのような実施形態のいずれについても、その詳細に限定されることを意図していない。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】周辺雑音低減のための従来のフィードフォーワード回路構成をブロック図の形態で示している。
【図２】（ａ）（ｂ）は、それぞれ本発明の実施例によるシステムにおいて用いるのに適した電子的アナログ切り換えデバイスとゲイン調整デバイスを示している。
【図３】本発明の第２の実施形態によるシステムの回路構成を示している。
【図４】本発明の第３の実施形態によるシステムの回路構成を示している。
【図５】本発明の第４の実施形態によるシステムの回路構成を示している。
【図６】周辺雑音制限システムとして構成された本発明の実施例によるシステムの動作を説明するグラフを示している。
【図７】音楽に依存して雑音制御を実現するように構成された本発明の実施例によるシステムの動作を説明するグラフを示している。
【図８】図７の実施形態の動作を説明する流れ図を示している。
【図９】雑音低減信号、音楽信号および電気通信信号に対して電子制御を実現するように構成された本発明の実施例によるシステムを示している。
【図１】
2009532926.tif 000003
【図２】
2009532926.tif 000004
【図３】
2009532926.tif 000005
【図４】
2009532926.tif 000006
【図５】
2009532926.tif 000007
【図６】
2009532926.tif 000008
【図７】
2009532926.tif 000009
【図８】
2009532926.tif 000010
【図９】
2009532926.tif 000011
【国際調査報告】
2009532926.tif 000012
2009532926.tif 000013