(57)【要約】  アクティブノイズ消去イヤホン（１）は、空洞（３６）と外耳道（４０）へ導くパイプ（２０）とを含む音響経路を有し、これにより使用時に特定の周波数または周波数帯域において開ループシステムの位相特性を補償する効果を有する発振器を形成するように構成されている。また、イヤホン（１）は、互いに対して相対的に調節可能な２つの部分（５、１８）を備えているので、使用時に快適にかつ正しく装着される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブノイズ低減システムのためのイヤホンであって、人間の耳の耳介内に収容されるように構成された耳介部分と当該耳の外耳道内に収容されるように構成された管部分とを有し、前記耳介部分はスピーカーと前記スピーカーの前部に設けられたマイクロフォンとを備え、前記管部分は、これが前記外耳道内に収容されるとともに前記耳介部分は前記耳介内に支持されるように、使用者の前記耳の幾何学的形状に応じて前記耳介部分に対し所定の角度に調節できるように回転可能に取り付けられてなるイヤホン。
【請求項２】
前記管部分は、これと使用者の前記外耳道との間に効果的な音響的遮蔽を形成する密閉手段を含む請求項１に記載のイヤホン。
【請求項３】
前記管部分の前記耳介部分に対する調整を妨げるように作動可能なロック手段を含む請求項１または２に記載のイヤホン。
【請求項４】
前記ロック手段は、前記管部分の前記耳介部分に対する調整を可能にすべく、選択的に作動しないようにすることができるものである請求項３に記載のイヤホン。
【請求項５】
前記管部分は前記外耳道の入口に収容される請求項１〜４のいずれか１項に記載のイヤホン。
【請求項６】
前記管部分は、当該管部分と前記外耳道との間に効果的な音響的遮蔽を形成するように、前記外耳道の中に収容されるものである請求項１〜５のいずれか１項に記載のイヤホン。
【請求項７】
前記管部分は、前記耳介部分に対して偏心して取り付けられるものである請求項１〜６のいずれか１項に記載のイヤホン。
【請求項８】
前記管部分は、前記耳介部分の中心軸に対して所定の角度に配置される中心軸を有するものである請求項１〜７のいずれか１項に記載のイヤホン。
【請求項９】
前記管部分は管状の音響経路を含み、前記耳介部分および前記管部分の１つまたは双方は、前記管状の音響的経路の上流に空洞を備え、当該空洞と前記管状の音響経路とが所望の共鳴特性を有する共鳴器を形成するようにした請求項１〜８のいずれか１項に記載のイヤホン。
【請求項１０】
前記スピーカーと前記マイクロフォンとを有するキャリヤを含み、当該キャリヤは前記耳介部分の中に保持されるように構成される請求項１〜９のいずれか１項に記載のイヤホン。
【請求項１１】
前記耳介部分はそこから垂下するステムを有する請求項１０に記載のイヤホン。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載のイヤホンと、前記マイクロフォンからフィードバック信号を受信し、使用時にノイズを低減するためにスピーカーに適切な信号を供給するように構成されたフィードバックノイズ消去回路とを含むイヤホン・フィードバックノイズ消去システム。
【請求項１３】
音響出口と、少なくとも当該音響出口に隣接し外耳道の中に収容されるように形成された部分と、内部に設けられたスピーカードライバと、当該ドライバからパイプを通って前記音響出口に至る音響経路とを含むハウジングを備え、その内部では所定の周波数でまたは所定の周波数帯域の全域にて共鳴が生じるように構成されてなるイヤホン。
【請求項１４】
前記共鳴はヘルムホルツ共鳴である請求項１３に記載のイヤホン。
【請求項１５】
空洞が前記ドライバと前記パイプとの間の音響経路中に設けられてなる請求項１３または１４に記載のイヤホン。
【請求項１５】
前記共鳴は位相回復を生じさせるものである請求項１３〜１５のいずれか１項に記載のイヤホン。
【請求項１６】
前記パイプは、細長い、または管状の音響経路を備える請求項１３〜１６のいずれか１項に記載のイヤホン。
【請求項１７】
前記所定の周波数は約５００Ｈｚ〜１ｋＨｚである請求項１３〜１６のいずれか１項に記載のイヤホン。
【請求項１８】
請求項１３〜１７のいずれか１項に記載のイヤホンと、マイクロフォンからのフィードバック信号を受信しかつ使用時にノイズを低減するためにスピーカーに適切な信号を供給するように構成されたフィードバックノイズ消去回路とを含むイヤホン・フィードバックノイズ消去システム。
【請求項１９】
実質的に添付図面を参照して本明細書で説明されたイヤホン。
【請求項２０】
添付図面を参照して本明細書で実質的に説明されたイヤホン・フィードバックノイズ消去システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イヤホンに関し、人の外耳道の内部に直接または隣接して配置されるように構成された音響変換器を有するイヤホン装置に特に適用される。また、本発明は、ノイズ消去システムに関し、ノイズ消去システムと共にまたはその一部として使用されるイヤホンアセンブリに適用される。
【背景技術】
【０００２】
ノイズ消去ヘッドホンは、着用者に背景ノイズの邪魔な影響のない音を聴く能力を提供する。ノイズ消去ヘッドホンは、商業旅客機および一般的な航空に広く使用されており、今や多様な民生用オーディオ用途の中で主流を占めている。
【０００３】
ヘッドホンは、受動型であれノイズ消去型であれ、耳載せ形か耳覆い形のいずれかの形態で設計することができる。前者の場合、ヘッドホンは、通常は軟質の連続気泡型の発泡材料であるインターフェースと共に着用者の耳の頂部の上に載せられる。後者の場合、耳キャップ（通常は発泡材料をベースにしたレザーレット耳パッドである）が人とヘッドホンとのインターフェースと共に耳を完全に取り囲む。
【０００４】
また、ノイズ消去ヘッドホンも、耳覆い形または耳載せ形の形態に形成される。しかし、耳覆い形ノイズ消去ヘッドホンは、耳パッドによってもたらされる完全な密閉がアクティブノイズ消去技法では減少させることがより困難なより高い周波数の音から耳を遮音するので、より良好な全体的ノイズ抑制効果をもたらす傾向にある。
【０００５】
パッシブノイズ消去タイプであれアクティブノイズ消去タイプであれ、ヘッドホンは通常大型であり、頭の頂部の上または首の後ろに装着できるヘッドバンドを備える。ヘッドホンは、特に頻繁に旅行する人には不恰好であり、不便であり、場所を取るものになり得る。
【０００６】
個人的に音を再生するための別の方法は、外耳道の中に直接に、または隣接して配置される「イヤーバッド（ｅａｒ  ｂｕｄ）」などのイヤホンである。一般に、公知のイヤホンは、外耳道の中に直接にまたは隣接して配置される１つまたは２つの小さな音響変換器を備えている。イヤホンは、手を使わずに操作できる携帯電話キットならびにＭＰ３およびＤＶＤプレーヤーなどの携帯用オーディオデバイスに広く使用されている。
【０００７】
イヤホンは、耳の中で位置決めすることが難しく、ユーザを不快にし、ある場合にはユーザにとって性能低下を招くことがある。また、誤って装着した場合には、ユーザの耳からイヤホンが落下することがある。
【０００８】
現在のところ、ノイズ消去イヤーバッドのソリューションはほとんど市場に存在しない。開発され商品化された製品はほとんどフィードフォワードアクティブノイズ消去方式を採用していない。
【０００９】
フィードフォワードアクティブノイズ消去システムは、このシステムが制御応答を発生させるために基準信号に依存している点で相対的に簡単な構成であり、この基準信号は制御を要求している信号にいくらか関係している。
【００１０】
フィードフォワード・イヤホンアクティブノイズ消去ソリューションの場合、基準信号に最適に選択されるのは、耳に対するイヤホンのシールの直接外側の環境ノイズである。マイクロフォン変換器を経由して得られた基準信号は、ノイズ消去電子回路（フィルタ）によって処理され、適切な制御応答を発生させる。この回路は、基準測定と制御位置との間の音響システムの動的な挙動を再生するように設計される。全ての条件を同じとした場合、ひとたびイヤホンのスピーカーを介して出力されると、制御応答は外耳道に侵入してきたノイズの消去に効果を発揮する。フィードフォワード・コントローラは、それ自体の性能を測定する手段をまったく持たないという意味で「無口」である。フィードフォワード・コントローラでは、外乱（ノイズ）および音響システムについて事前に知ることが必要である。
【００１１】
不幸にして、フィードフォワード・イヤホンアクティブノイズ消去制御方式の場合には、基準信号は、実際にイヤホンのシールを透過し外耳道に入るノイズを完全に代表するものではない。フィードフォワードアクティブノイズ消去システムの最大の性能は、基準信号と外耳道に透過される音との間のコヒーレンスを測定することによって数学的に計算することができる。この性能は、特にイヤーバッドが外耳道の周りを確実に密閉していない場合、または外耳道の音響効果が制御フィルタを決定するために測定された結果から変化している場合には、はなはだしく１未満になることがある。
【００１２】
フィードバック制御方式は、制御点の下流における誤差測定によって制御を行う。この誤差は、所望の効果と測定された結果との間の論理的な差異を表す。
【００１３】
フィードバック制御方式の制御応答はそれ自体の出力に直接的に関係しているので、不安定性状態の影響をより大きく受けやすい。これは、制御下にあるシステムに変化が生じる場合には特にそうである。アクティブノイズ消去方式では、不安定性は制御されていないリンギングとして現れる。こうした状態は不快感を引き起こし聴覚器官を損傷する恐れがある。不安定問題は、アクティブノイズ消去システムを組み込んだほとんどのイヤホンを成功し商業的に存続可能な消費者製品に至らしめていない。効果的なアクティブアクティブノイズ消去製品を開発するには、いくつかのシステム変数を注意深くバランスさせることが必要となる。
【００１４】
たいていの場合、ある程度のノイズ消去効果（例えば、２０ｄＢ未満）は達成することができるが、不安定性問題は、複雑なコントローラを必要とせずにイヤホンを用いた効果的なノイズ消去を行なうことは極めて困難であることを意味している。例えば、米国特許第４９８５９２５号は、並列帰還制御フィルタを有するアクティブノイズ消去制御回路と共に使用するための、スピーカーとマイクロフォンとを含むイヤプラグを開示している。このイヤプラグは、一部の音響周波数に対しては効果的にノイズを消去できるが、極めて複雑な制御回路を必要とする。また、複雑なコントローラ備えてもなお、アクティブノイズ消去効果は１ｋＨｚと２ｋＨｚとの間で劣っており、イヤプラグはこの周波数帯域で安定性問題を抱えている。
【００１５】
今日の消費者向けイヤホン製品に使用されるコントローラについての他の制約は、サイズ、重量および電力消費である。例えば、携帯用ＭＰ３プレーヤーに使用される場合には、コントローラは、メダルペンダントとして身に着けるくらいに十分な程度に小さく軽量であることが必要であり、かつ、通常、１．５〜３ボルト電池電源から切り離して動作させる必要がある。したがって、コントローラ命令、駆動電圧変動および利用可能な電力は極めて限られる。また、このことは、コントローラに課せられる要求を削減する解決策を提供することも重要にしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、こうした用途に使用される音響機器の構成にフィードバック制御方法を適用することによってフィードフォワードノイズ消去イヤーバッドイヤホンの限界を克服しようとするノイズ消去システムのためのイヤホンを提供することである。
【００１７】
その代わりにまたはそれに加えて、イヤーバッド内でまた安定かつロバストにアクティブノイズ消去を行う効果的な手段を提供することが本発明の目的である。
【００１８】
その代わりにまたはそれに加えて、改良されたイヤーバッドイヤホンまたは改良されたイヤホンノイズ消去システムを提供すること、あるいは少なくとも公知の構成に対する有益な代替物を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、一態様によれば、概してアクティブアクティブノイズ低減システムのためのイヤホンであり、このイヤホンは、人間の耳の耳介の中に収容されるように構成された耳介部分と、耳の外耳道の中に収容されるように構成された管部分とを有し、耳介部分はスピーカーとこのスピーカーの前部に設けられたマイクロフォンとを備え、管部分は、これが外耳道の中に収容されるとともに耳介部分は耳介の中に支持されるように使用者の耳の幾何学的形状に応じて耳介部分に対し所定の角度に調節できるように回転可能に取り付けられている。
【００２０】
好適には、アセンブリは、耳介部分に対する管部分の調整を妨げるように作動可能なロック手段を含む。
【００２１】
好適には、ロック手段は、耳介部分に対する管部分の調整を可能にすべく、選択的に作動しないようにする。
【００２２】
好適には、管部分は外耳道の入口に収容される。
【００２３】
好適には、管部分はその管部分と外耳道との間に効果的な音響的遮蔽を形成するように外耳道の中に収容される。
【００２４】
好適には、管部分は耳介部分に対して相対的に偏心して取り付けられる。
【００２５】
あるいは、管部分は耳介部分の中心軸に対してある角度で配置される中心軸を有する。
【００２６】
好適には、耳介部分は電気信号に応答して音を発生させるための音響変換器を含む。
【００２７】
好適には、耳介部分はマイクロフォンを含む。好適には、このマイクロフォンは音響変換器の前部に配置される。
【００２８】
好適には、管部分は管状の音響経路を含み、耳介部分および管部分の１つまたは双方は、空洞と管状の音響経路とが所望の共鳴特性を有する共鳴器を形成するように、管状の音響的経路の上流に空洞を形成する。
【００２９】
さらに別の態様において、本発明は概してノイズ消去システムと共に使用されるイヤホンであり、このイヤホンは、電気信号に応答して音を発生するための音響変換器とこの音響変換器の前部に配置されるマイクロフォンとを含む。
【００３０】
さらなる態様において、本発明は、概して、電気信号に応答して音を発生させるための音響変換器およびマイクロフォンを有し、適切なハウジング内に保持されるように構成されたキャリヤを備えたイヤホンアセンブリにある。
【００３１】
好適には、ハウジングは、そこから垂下するステムを有する第１構成要素と、耳の耳介の中に収容されるように構成される第２構成要素とを備える。
【００３２】
さらなる態様において、本発明は、概して、
電気信号に応答して音を発生させるための音響変換器とマイクロフォンとを有するイヤーバッドイヤホンと、
マイクロフォンからのフィードバック信号を受信し、使用時にはノイズを低減するために適切な信号を音響変換器に供給するように構成されたフィードバックノイズ消去回路と、
を含むイヤホン・フィードバックノイズ消去システムを提供する。
【００３３】
さらなる態様で、本発明は概してハウジングを有し、当該ハウジングは音響出口と、この音響出口に隣接し外耳道の中に収容されるように形成された少なくとも１部分と、ハウジングの中に設けられたスピーカードライバと、ドライバからパイプを通って音響出口に至る音響経路とを含み、その内部では所定の周波数でまたは所定の周波数範囲の全域にて共鳴が生じるように構成されたイヤホンを提供する。
【００３４】
好適には、この共鳴はヘルムホルツ共鳴である。
【００３５】
好適には、空洞がドライバとパイプとの間の音響経路中に設けられる。
【００３６】
好適には、共鳴は位相回復（phase  recovery）を生じさせる。
【００３７】
好適には、パイプは、細長い、または管状の音響経路を備える。
【００３８】
好適には、所定の周波数は約５００Ｈｚ〜１ｋＨｚである。
【００３９】
さらなる態様において、本発明は、本発明の前出の記述の中で説明されたようなイヤホンと、マイクロフォンからフィードバック信号を受信しかつ使用中にノイズを低減するためにスピーカーに適切な信号を供給するように構成されたフィードバックノイズ消去回路構成とを含むイヤホン・フィードバックノイズ消去システムを提供する。
【００４０】
本発明の他の態様は以下の説明から明らかになろう。
【００４１】
本発明の１つまたは複数の実施形態は、以下の図面の参照と共に実施例により説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明の１つまたはそれ以上の実施形態を以下の各図に示す例によって説明する。
図１は、イヤホンアセンブリを含むフィードバック制御されたノイズ消去システムの平面図である。
図２は、２つのイヤホンアセンブリの斜視図である。
図３は、図２のイヤホンアセンブリの１つの分解斜視図である。
図４は、イヤホンアセンブリの耳介部分と該アセンブリの管部分との間の調節可能な相互接続を支持する図３の特徴を極めて詳細に示す図である。
図５は、図２によるイヤホンの背面図である。
図６は、図５の線分Ａ−Ａを通る断面図である。
図７Ａは、外耳道の中に配置された本発明のイヤホンの断面を表す構成図である。
図７Ｂは、開ループ音響装置に関する周波数（Ｈｚ）に対する伝達関数ゲインを説明するグラフであり、位相回復の効果を示す。
図７Ｃは、開ループ音響装置に関する周波数（Ｈｚ）に対する位相を説明するグラフであり、イヤホンの設計によってもたらされた位相回復を示す。
図８は、人間の耳の外耳道内部における本発明のイヤホンアセンブリの概略断面図である。
図９は、本発明によるフィードバックノイズ消去制御システムの簡略化された構成図である。
図１０は、周波数（Ｈｚ）に対する誤差信号の大きさ（ｄＢ）を示すグラフである。
【００４３】
図１を参照すると、本発明は、包括的に参照番号２を付されたノイズ消去システムコントローラに電気的に接続され、包括的に参照番号１を付された１つまたは複数の（最も好適には２つの）イヤーバッドイヤホンアセンブリを含んでいる。図１に示すように、コントローラは１つの実施形態においてメダルペンダント状をなすが、当業者は、コントローラが例えばオーディオプレーヤーの中に設けられるなど、このアセンブリから離して設けられることを理解されよう。他の例として、コントローラは、航空機などの乗客車両の座席のひじかけの中に設けることもできる。
【００４４】
コントローラ２は、電池などの電源を含むハウジング中に設けることができる。電池の代わりに、プラグ３を介して適切に電気的に接続された遠隔の電源から電力を供給することができる。好適な実施形態では、プラグ３は、イヤホン１への音響信号を受信するのに使用される音響プラグを備え、ノイズ消去コントローラ２は、イヤホンアセンブリの各々の中の（以降で詳説する）マイクロフォンからフィードバック信号を受信し、各イヤホン内の音響変換器に供給される信号によって使用者に伝えられる音から望ましくない外乱ノイズを実質的に消去するようにしている。
【００４５】
次に図２に（左および右の）イヤホンを示している。各イヤホンは、外耳道の入口に隣接した人間の耳の耳翼または耳介の中に収容されるように形成され、全体として参照番号４が付された第１部分を含んでいる。本明細書では、この第１部分をイヤホンアセンブリの耳介部分と呼ぶ。全体として符号６が付された第２部分は、人間の耳の外耳道内に、通常は外耳道の入口またはその近傍に配置されるように構成される。部分４の後端には、コントローラ２とイヤホン１との間で適切な信号のやりとりができるようにする電線を引き入れ案内するステム７が設けられる。
【００４６】
図３はイヤホンアセンブリ１の好適な実施形態の分解図を示している。ハウジングの一部である耳介部分のハウジング５には、これとステム７とを結合する１つまたは複数の突起（または凹部）９を有する後端部８を備えている。この結合は、２つの部分が所望の相対的な角度方向に位置合わせされるようにハウジング部分５の突起（または凹部）と対をなす凹部（または突起）１０を有するステム７を、一方の部分の突起が他方の部分の凹部を通過するかその中に入るように互いに向かって押し込み、次いで２つの部品がかみ合うように互いに対して相対的に回転させることによって達成される。次いで、端部キャップ１２がステム７の上へ押し込まれ嵌合されることによって所定の位置に固定されかつ内部に通気部材１１も配置される。ハウジング５、ステム７および端部キャップ１２を容易に組合せまたは分解できるようにすることで、イヤホン内部の部品を容易に挿入または取り外すことができ、大量生産を可能にし、組立を単純化でき、したがって低コストで製造することができるようになる。また、当業者は、一連の構成部品５、７、１１、１２（およびその他の部品）が、それぞれ異なる外観または異なるデザインをもって用意できることも理解されよう。このようにして、異なる独自のデザインまたは美的特徴を有するいくつかの商業製品を提供することが可能となる。
【００４７】
本発明の好適な実施形態では、キャリヤ１４は、またドライバと呼ばれることもあるスピーカー１５などの音響変換器を収容し、マイクロフォン３５であるさらに別の変換器を支持するための副フレームを備えている。キャリヤ１４は、電子機械要素を支持するための便利で簡単な方法を提供するとともに、必要であればそれらを容易に取り外しまたは交換できるようになっている。ドライバ１５は、極小の直径にて適切なゲインおよび位相特性を示すものである。これは、ボリュームと減衰条件とを確実に適切化することによって達成される。好適な実施形態では、前記キャリヤとハウジング部５との間を音響的に確実に遮蔽するのにＯリング１６が設けられている。
【００４８】
また、マイクロフォン３５は、主に効果的な低周波数への応答性などの特定の性能を備えるように設計される。好適な実施形態では、マイクロフォンの位相応答を低減させ、できる限りゼロに近づけるようにこのマイクロフォンが選択される。
【００４９】
また、再び図３を参照すると、好適な実施形態では、管部分はパイプ２０がそこから延在するハウジング部１８を備える。このパイプは、音響伝達経路を形成している。パイプ２０の先端には、グロメットまたは「マッシュルーム」シール２１が設けられている。シール２１は、例えばシリコンなどの柔軟で弾力性のある材料で形成されている。カップリングシール２２は、ハウジング部５とハウジング部１８との間を音響的に結合するのに使用され、後述するようにこれらの部品が音響性能を損なうことなく互いに対して相対的に動かせるようにしている。
【００５０】
図４は、ハウジング部５の先端部２４と、ハウジング部１８の後端部２６とをさらに詳細に示している。先端部２４にはその外周面に沿って凹部２８を形成する複数の歯が設けられている。これらの部品をそれぞれの軸方向に互いに押し付けることで、これらの歯は後端部２６の内面に形成された突出ピン３０とかみ合い、両部品を一体化することができる。したがって、使用者はハウジング部１８をハウジング部５から引っ張り、これらの部品を調整のために（後述）互いに対してイヤホンを貫く音響伝達経路に直交する面で互いに回転させ、次いで、再びこれら部品を互いに軸方向に押し込むことで、これらの選択され調整された部品を所定の位置にロックすることができる。この代わりに、凹部２８とピン３０とは、これら両部をかみ合わせ、それによりそれらが互いに回転可能とされるが、使用中にそれらが所望の方向に確実に向いた状態で維持されるようにこれらの部品間に十分な摩擦がなお存在するように設計することができる。このようにした場合、ロック機構は別途必要とされない。
【００５１】
図５および図６から明らかなように、パイプ２０はハウジング部１８の残りの部分に対して相対的に偏心して取り付けることができる。したがって、ハウジング部１８をハウジング部５に対して回転させることで（換言すると、アセンブリの管部分を耳介部分に対して回転させることで）、管部分のシール２１が外耳道の中に適切に収容されるとともに、耳介部分が耳の耳介に確実に支持されるようにするための調節機構を提供する。人間の耳の幾何学的形状は個人個人で異なるが、外耳道は、通常、耳介に対して所定の角度に形成されている。したがって、ハウジング部１８の位置をハウジング部５に対して相対的に調整可能とすることで、種々異なる耳の幾何学的形状に適合させることができるという利点がある。これにより、快適で正確な装着を行なうことができる。確実に装着させることは、パッシブおよびアクティブノイズ消去効果を最大にするのに不可欠である。
【００５２】
これに代えて、またはハウジング部１８の残りの部分に対して相対的に偏心して取り付けられるパイプ２０に加えて、管部分の中心軸３２を耳介部分の中心軸３４に対して相対的に所定の角度に配置することができる。その結果として、２つの軸の間の相対角度を２つの部分の回転によって調整することができる。
【００５３】
ハウジング部５に対してハウジング部１８を相対的に回転させている間、内部の音響シール２２は完全な状態で維持され、このハウジング部の調整によってもその性能が損なわれないようになっている。
【００５４】
また、図６は、マイクロフォン３５のための好適な位置、および当該マイクロフォンをキャリヤ１４内に支持する方法を示している。マイクロフォン３５は、イヤホンアセンブリの内部の任意の音響外乱を検出するためにドライバ１５の前方、すなわち前部に設けられている。この実施形態では、マイクロフォン３５は、それが外耳道の方に向けて配置されるようにキャリヤ１４内に支持されている。イヤホンアセンブリの内部の音響経路は、ドライバからマイクロフォン３５を通り、ハウジング部５と１８との間（すなわち、アセンブリの耳介部分と管部分との間）に形成される空洞３６の内部に延在し、そうして当該経路はパイプ２０を経由して装置を出て外耳道の内部へ向けられている。
【００５５】
イヤホン１は、開ループシステムの位相特性を復元させ、アクティブノイズ消去効果が及ぶ帯域幅を拡大し閉ループの相対的安定性を向上させる効果を有する共鳴器または発振器を含むように設計される。これにより、帰還ゲインの増大および、それによって達成されるノイズ消去のレベルを増大させることができる。また、コントローラを相対的に単純にすることができるだけでなく、不安定性を伴わずに効果的なノイズの消去を行なうことができる。
【００５６】
共鳴器はヘルムホルツ共鳴器と見なすことができ、好適な実施形態では、位相情報を復元させる効果を示す約５００Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数帯域において共鳴を生じさせるように設計され、これによりシステムの構造的な干渉を減少させ、その結果としてシステムによって生成されるバックグランドノイズの増幅を制限することを可能にしている。
【００５７】
図７Ａ〜図７Ｃに示すように、ヘルムホルツ共鳴器は、開いた頚部（パイプ２０）を有する空気容器（この場合には外耳道４０の空洞）である。開いた頚部近傍の空気の容積は、内部の空気の「弾性」のために振動する。空気が頚部の中で圧縮されると、内部の圧力が増加し、空気は元の容積に戻るように膨張しようとする。次いで、空気の運動量は、空気を圧縮して元の容積に戻ろうとするボディ内部の空気を希薄にする。この運動は、ある固有周波数での振動を発生させる。ドライバ１５はこの発振を維持するためのパワーを供給する。この場合の共鳴周波数ｆは次のように定義される。
【００５８】
【数１】
2009516409.tif 000003
ｌ＝パイプ（２０）の長さ、
Ｖ＝容器の（すなわち外耳道空洞の）容積、
Ｓ＝パイプ（２０）の断面積、
ｃ＝音速、
である。
【００５９】
ドライバ１５に最も近いパイプ２０の開口位置においてインピーダンスを変化させることが、そうでない場合のようにパイプが音響的に無限長の管のようふるまうのを防ぐために必要である。このインピーダンス変化は、パイプ２０の出口の直径をドライバ１５とパイプ２０との間の内部空洞３６のそれに急激に変化させることで達成される。
【００６０】
マイクロフォン１５は、前記の共鳴を検出するためにパイプ２０の開口端近傍に配置される。
【００６１】
図７ｂおよび図７ｃに示すように、５００Ｈｚ前後で生じる共鳴は位相回復をもたらし、これが、次には、アクティブノイズ消去性能を向上させることができるコントローラの設計の際に重要となるゲインを増大させる。プロット５０および５２は共鳴器を使用した場合、プロット５１および５３は共鳴器を使用しなかった場合の効果を示している。イヤホン性能を試験しおよび／またはシミュレーションするために内耳に関するＩＥＣ標準７１１−１９８１を使用することができる。
【００６２】
次に図８は、外耳道４０および耳介４２の内部に配置された上記のイヤホンアセンブリを断面図にて模式的に示している。マッシュルーム・シール２１の柔らかい外面が、閉じた制御可能なシステムを作るために外部からの音の侵入を防止する一方、外部からの音の外耳道内への伝搬を最小にするために、外耳道の内面との間で効果的な音響的遮蔽を形成する。したがって、イヤホンアセンブリの外部で発生する音響外乱に対する最大のパッシブ減衰が得られる。
【００６３】
開ループシステムは、コントローラ２によって閉じられていない場合、Ｖｏ／Ｖｉｎによって定義される。開ループ装置がコントローラによって閉じられる場合には、閉ループシステムが実現される。
【００６４】
図９は、システムの様々な制御パラメータを示している。ここで、ｒ（ｓ）は基準信号（例えば音響信号）、ｅ（ｓ）はマイクロフォンからの誤差信号、ｕ（ｓ）は（図９で関数Ｃ（ｓ）によって表される）コントローラによってもたらされる信号、ｙ（ｓ）は装置（すなわち、Ｇ（ｓ）によって表されるドライバおよび音響経路）の出力、ｗ（ｓ）は音響外乱である。
【００６５】
制御規則は、
ｅ（ｓ）＝１／（１＋Ｃ（ｓ）Ｇ（ｓ））
によって与えられる。
【００６６】
したがって、ゲインが大きくなるほど誤差が小さくなる。この制御規則は、従来技術に記載したような公知の技法を用いて構築することができる。
【００６７】
このシステムの性能を図１０に示している。この図に示すように、好適な実施形態では低周波数域におけるノイズ除去が最大３０ｄＢまで達成可能であることが明らかである。このことは、特に低周波数ノイズが支配的である航空機客室などの環境では、極めて望ましいことである。
【００６８】
以上から、イヤホンは位相回復を音響的に達成するように設計されるので、フィードバックノイズ消去システムを単純で安価なコントローラと共に安定問題を伴わずに使用可能にするイヤホンアセンブリが提供されることが理解されよう。したがって、使用される制御規則は、可能な限り低い次数のものであり、電力効率が良く、大量の電圧スイングを必要としない。このアセンブリは、使用者の耳の幾何学的形状に適合する一方で、外耳道に効果的な音響的遮蔽を施すように調整可能である点で著しい利点を有する。また、このアセンブリは、単純な構造で製造が容易であり、容易に組立てまたは分解される。電子機械的変換器の構成をモジュール化することは、これらの構成部品がイヤホンアセンブリ内に容易に組み込まれ、必要であれば容易に取り外されることを意味する。提供されるフィードバック制御システムは極めて効果的なノイズ除去を可能にする。
【００６９】
いくつかの実施例および実施形態が本明細書で開示されたが、本発明に関連した分野の当業者にとっては、本発明の範囲および精神の範囲内にある様々な変更および追加が可能であることが理解されよう。全てのこうした変更および追加は、本明細書の中で詳細に説明したように本発明の範囲の中に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】イヤホンアセンブリを含むフィードバック制御されたノイズ消去システムの平面図である。
【図２】２つのイヤホンアセンブリの斜視図である。
【図３】図２のイヤホンアセンブリの１つの分解された斜視図である。
【図４】イヤホンアセンブリの耳介部分とそのアセンブリの管部分との間の調節可能な相互接続を支持する図３の特徴を極めて詳細に示す図である。
【図５】図２によるイヤホンの背面図である。
【図６】図５の線分Ａ−Ａを通る断面図である。
【図７Ａ】外耳道の中に配置された本発明によるイヤホンの断面を表す構成図である。
【図７Ｂ】位相回復の効果を示す、開ループ音響装置に関する周波数（Ｈｚ）に対する伝達関数ゲインを説明するグラフである。
【図７Ｃ】イヤホンの設計によってもたらされた位相回復を示す、開ループ音響装置に関する周波数（Ｈｚ）に対する位相を説明するグラフである。
【図８】人間の耳の外耳道内部における本発明によるイヤホンアセンブリの概略断面図である。
【図９】本発明によるフィードバックノイズ消去制御システムの簡略化された構成図である。
【図１０】周波数（Ｈｚ）に対する誤差信号の大きさ（ｄＢ）のグラフである。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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