(57)【要約】【課題】  周囲の騒音を打ち消して音楽のみを聞くことができるデジタルノイズキャンセルヘッドホンにおいて、環境雑音が小さいときであっても内部雑音の影響を排除し、Ｓ／Ｎ比を向上させることができるデジタルノイズキャンセルホンを得る。【解決手段】  マイクロホン、Ａ／Ｄ変換器、デジタル信号処理装置、Ｄ／Ａ変換器、ミキサ及びスピーカを有し、デジタル信号処理装置が、環境雑音のレベルを検出するレベル検出手段、レベル検出手段が検出した環境雑音レベルを予め既定する基準レベルと比較するレベル判定手段、判定の結果に基づいてキャンセル信号生成手段への入力信号レベルを調整する入力レベル調整手段、調整された入力信号に基づいてキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成手段、を有することを特徴とするデジタルノイズキャンセルヘッドホン。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境雑音を集音するマイクロホンと、集音された環境雑音をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、変換された上記デジタル信号に基づいて上記環境雑音を打ち消すキャンセル信号を出力するデジタル信号処理装置と、上記キャンセル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、上記Ｄ／Ａ変換器から出力される電気信号と外部から入力される音楽信号を混合して出力するミキサと、ミキサから出力される電気信号を可聴音に変換するスピーカと、を有するデジタルノイズキャンセルヘッドホンであって、
上記デジタル信号処理装置が、
上記環境雑音のレベルを検出するレベル検出手段、
上記レベル検出手段が検出した環境雑音レベルを予め既定する基準レベルと比較するレベル判定手段、
上記判定の結果に基づいて、キャンセル信号生成手段への入力信号レベルを調整する入力レベル調整手段、
上記調整された入力信号に基づいて上記キャンセル信号を生成するキャンセル信号生成手段、を有することを特徴とするデジタルノイズキャンセルヘッドホン。
【請求項２】
上記入力レベル調整手段は、上記環境雑音のレベルが上記基準レベルよりも小さいと判定されたときは、上記入力信号を所定の減衰率によって減衰させて出力し、
上記環境雑音のレベルが上記基準レベルよりも大きいと判定されたときは、上記入力信号を一定の値で減少させて出力することを特徴とする請求項１記載のデジタルノイズキャンセルホン。
【請求項３】
上記所定の減衰率は、上記環境雑音のレベルの大きさによらず一定の値であることを特徴とする請求項２記載のノイズキャンセルヘッドホン。
【請求項４】
上記所定の減衰率は、上記環境雑音のレベルの大きさに応じて変化する値であることを特徴とする請求項２記載のノイズキャンセルヘッドホン。
【請求項５】
上記所定の減衰率は、上記環境雑音のレベルの大きさに応じて段階的に変化する値であることを特徴とする請求項２記載のノイズキャンセルヘッドホン。
【請求項６】
環境雑音を集音するマイクロホンと、集音された環境雑音をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、変換された上記デジタル信号に基づいて上記環境雑音を打ち消すキャンセル信号を出力するデジタル信号処理装置と、上記キャンセル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、上記Ｄ／Ａ変換器から出力される電気信号と外部から入力される音楽信号を混合して出力するミキサと、ミキサから出力される電気信号を可聴音に変換するスピーカと、を有するデジタルノイズキャンセルヘッドホンによるデジタルノイズキャンセル方法であって、
上記デジタル信号処理装置の動作ステップとして、
上記環境雑音のレベルを検出するレベル検出ステップ、
上記検出された環境雑音レベルを予め既定する基準レベルと比較するレベル判定ステップ、
上記判定の結果に基づいて、キャンセル信号生成手段への入力信号レベルを調整する入力レベル調整ステップ、
上記調整された入力信号に基づいてキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成ステップ、を有することを特徴とするデジタルノイズキャンセル方法。
【請求項７】
上記入力レベル調整ステップは、
上記環境雑音レベルが上記基準レベルよりも小さいと判定されたとき、上記入力信号を所定の減衰率によって減衰させて出力し、
上記環境雑音レベルが上記基準レベルよりも大きいと判定されたとき、上記入力信号を一定の値で減少させて出力するステップであることを特徴とする請求項６記載のデジタルノイズキャンセル方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルノイズキャンセルヘッドホン及びデジタルノイズキャンセル方法に関するものであって、詳しくは、環境雑音が小さい状況下においても内部雑音の影響を排除し、Ｓ／Ｎ比を向上させることができるデジタルノイズキャンセルホン及びデジタルノイズキャンセル方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境雑音をキャンセル音によって消音しつつ、再生された音楽を聴くことができるデジタルノイズキャンセルヘッドホンが知られている（例えば特許文献１を参照）。
特許文献１記載のデジタルノイズキャンセルヘッドホンは、ヘッドホン筐体に取り付けたマイクロホンユニットによって集音される周囲の騒音（環境雑音）を元にして、ヘッドホン筐体を通過して利用者の耳に聞こえる環境雑音を打ち消すキャンセル信号を生成し、このキャンセル信号と音楽信号を混合してヘッドホンスピーカユニットから出力し、音楽のみを聴くことが出来るようにする構成がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２５６２７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
デジタルノイズキャンセルヘッドホンが備える環境雑音信号をデジタル信号に変換する回路（Ａ／Ｄ変換回路）、デジタル信号をアナログ信号に変換する回路（Ｄ／Ａ変換回路）、キャンセル信号を生成する回路、マイク、スピーカおよびアンプなどは、内部雑音の発生源となる。その中でも特にマイクと、マイクの出力信号を増幅するアンプ、およびアンプから出力される信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器における内部雑音は、全体の内部雑音に与える影響が大きい。マイクにて集音された環境雑音に基づいてキャンセル信号が生成されるので、キャンセル信号を生成する回路への入力信号には、これら内部雑音が含まれる。
【０００５】
内部雑音を含んだ信号に基づいて生成されたキャンセル信号には、内部雑音に相当するノイズが混入することになる。結果としてノイズが混入しているキャンセル信号と音楽信号が混合されてスピーカから出力されることになり、環境雑音の大きさによっては、耳障りな音が出力されることになる。
【０００６】
つまり、環境雑音のレベルが比較的小さいときは、キャンセル信号に含まれる内部雑音に相当するノイズが環境雑音よりも大きくなり、利用者に聞こえる程度のレベルで出力されてしまい、耳障りな音が聞こえるようになってしまう。
また、環境雑音のレベルが比較的大きいときであっても、内部雑音を含むキャンセル信号がスピーカから出力されることになり、利用者にとって耳障りな音が聞こえることになる。
【０００７】
このような内部雑音の影響を抑制する方法として、スペクトル減算法が知られている。スペクトル減算法は、音声がなく雑音だけが存在する状態で、まずは雑音のスペクトルだけを検出しておき、それを音声と雑音が混じるスペクトルから引き算するものである。この方法は、事前に検出した雑音特性が変化すると、「引き残し」や「引き過ぎ」といった問題が生じることがある。このような「引き残し」や「引き過ぎ」は、ミュージカルノイズと呼ばれる人工的なノイズが付加される原因となり、再生音がこもったり、反響音が生じたりするようになるため、かえって、利用者に不快感を与える音を強めてしまうことがあり、不適であった。
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、環境雑音が比較的小さい環境であっても、効果的に環境雑音を消音しつつ、内部雑音が利用者に聞こえることがないように、環境雑音の入力レベルに応じて、キャンセル信号を生成する処理への入力レベルを可変させて、雑音がより少ない出力を得ることができるデジタルノイズキャンセルホン及びデジタルノイズキャンセル方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、環境雑音を集音するマイクロホンと、集音された環境雑音をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、変換されたデジタル信号に基づいて環境雑音を打ち消すキャンセル信号を出力するデジタル信号処理装置と、キャンセル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、Ｄ／Ａ変換器から出力される電気信号と外部から入力される音楽信号を混合して出力するミキサと、ミキサから出力される電気信号を可聴音に変換するスピーカと、を有するデジタルノイズキャンセルヘッドホンであって、デジタル信号処理装置が、環境雑音のレベルを検出するレベル検出手段、レベル検出手段が検出した環境雑音レベルを予め既定する基準レベルと比較するレベル判定手段、判定の結果に基づいてキャンセル信号生成手段への入力信号レベルを調整する入力レベル調整手段、調整された入力信号に基づいてキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成手段、を有することを主な特徴とする。
【００１０】
また、本発明の別の形態は、上記入力レベル調整手段が、環境雑音のレベルが基準レベルよりも小さいと判定されたときは、入力信号を所定の減衰率によって減衰させて出力し、環境雑音のレベルが基準レベルよりも大きいと判定されたときは、入力信号を一定の値で減少させて出力することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の別の形態は、上記所定の減衰率が、環境雑音のレベルの大きさによらず一定の値であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の別の形態は、上記所定の減衰率が、環境雑音のレベルの大きさに応じて変化する値であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の別の形態は、上記所定の減衰率が、環境雑音のレベルの大きさに応じて段階的に変化する値であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の別の形態は、環境雑音を集音するマイクロホンと、集音された環境雑音をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、変換されたデジタル信号に基づいて環境雑音を打ち消すキャンセル信号を出力するデジタル信号処理装置と、キャンセル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、Ｄ／Ａ変換器から出力される電気信号と外部から入力される音楽信号を混合して出力するミキサと、ミキサから出力される電気信号を可聴音に変換するスピーカと、を有するデジタルノイズキャンセルヘッドホンによるデジタルノイズキャンセル方法であって、デジタル信号処理装置の動作ステップとして、環境雑音のレベルを検出するレベル検出ステップ、検出された環境雑音レベルを予め既定する基準レベルと比較するレベル判定ステップ、判定の結果に基づいてキャンセル信号生成手段への入力信号レベルを調整する入力レベル調整ステップ、調整された入力信号に基づいてキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成ステップ、を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の別の形態は、上記ノイズキャンセル方法において入力レベル調整ステップが、環境雑音のレベルが基準レベルよりも小さいと判定されたとき、入力信号を所定の減衰率によって減衰させて出力し、環境雑音のレベルが基準レベルよりも大きいと判定されたとき、入力信号を一定の値で減少させて出力するステップであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、環境雑音が小さいときは、キャンセル信号の生成に用いる入力信号を環境雑音の大きさに応じて減衰させるので、生成されたキャンセル信号に含まれる内部雑音に起因するノイズも減衰させることができ、不快な音が出力されることを防止し、ノイズが少ない静音感を得るデジタルノイズキャンセルヘッドホン及びノイズキャンセル方法を得ることができる。
また、環境雑音が大きいときは、キャンセル信号の生成に用いる入力信号から内部雑音に相当する一定のレベルの雑音を除去することで、生成されたキャンセル信号に含まれる内部雑音に起因するノイズの影響を少なくすることができ、不快な音が出力されることを防止し、ノイズが少ない静音感を得るデジタルノイズキャンセルヘッドホン及びノイズキャンセル方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るデジタルノイズキャンセルヘッドホンの実施例を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明に係るデジタルノイズキャンセルヘッドホンが備えるＤＳＰの例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係るデジタルノイズキャンセル方法の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係るデジタルノイズキャンセルヘッドホン及びデジタルノイズキャンセル方法の実施形態の例について図を用いて説明する。図１は、本発明に係るデジタルノイズキャンセルヘッドホンの機能構成例を示す機能ブロック図である。図１において、デジタルノイズキャンセルヘッドホン１００は、環境雑音を集音するマイクロホン１１０と、マイクロホン１１０から入力された信号を増幅するアンプ１２０と、アンプ１２０から出力された信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ１３０と、Ａ／Ｄ１３０から出力されたデジタル信号に基づいてキャンセル信号を生成して出力する信号処理を行うＤＳＰ１４０と、ＤＳＰ１４０から出力されるキャンセル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ１５０と、音楽ソースＭから供給される音楽信号とＤ／Ａ１５０から供給されるキャンセル信号を混合して出力するミキサ１６０と、混合された信号を増幅してスピーカ１８０を駆動するアンプ１７０と、混合された信号によって駆動され音声を出力するスピーカ１８０と、を有している。
【００１９】
次に、本発明に係るデジタルノイズキャンセルヘッドホンの特徴ある構成について説明をする。本発明に係るデジタルノイズキャンセルヘッドホンは、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）が備える機能構成に特徴を有している。よって、本発明に係るデジタルノイズキャンセルヘッドホンの実施例として、本発明に係るＤＳＰの実施例を中心に説明をする。図２は、本発明に係るデジタルノイズキャンセルヘッドホンが備えるＤＳＰの例を示す機能ブロック図である。図２に示すＤＳＰ１４０が有する機能は、ＤＳＰ１４０が備えるハードウェア資源を用いて動作するソフトウェアによって実現される。
【００２０】
図１で明らかなように、ＤＳＰ１４０へ入力される環境雑音に係る信号、すなわち入力信号は、マイク１１０、アンプ１２０、Ａ／Ｄ１３０を介して、ＤＳＰ１４０に入力される。したがって、入力信号には、マイク１１０、アンプ１２０、Ａ／Ｄ１３０によって生じる内部雑音が含まれることになる。
【００２１】
このキャンセル信号の生成に用いる入力信号に含まれる内部雑音の影響を少なくする信号処理技術が、本発明に係るデジタルノイズキャンセルヘッドホン及びデジタルノイズキャンセル方法の特徴となる。
【００２２】
図２においてＤＳＰ１４０は、入力レベル調整手段１４１、レベル検出手段１４２、レベル判定手段１４３、キャンセル信号生成手段１４４を有してなる。
まず、レベル検出手段１４２から説明をする。レベル検出手段１４２は、Ａ／Ｄ１３０から入力される環境雑音に係るデジタル信号から環境雑音信号の実効値または平均値（以下「実効値等」とする）を算出する手段である。
以下、本実施例において「環境雑音に係るデジタル信号」は「環境雑音信号」と表記する。この環境雑音信号がキャンセル信号の生成に用いられる「入力信号」である。
【００２３】
レベル判定手段１４３は、レベル検出手段１４２にて算出された実効値等を予め既定する所定の基準レベルと比較し、比較した結果を出力する手段である。比較した結果は入力レベル調整手段１４１に伝達される。
【００２４】
入力レベル調整手段１４１は、レベル判定手段１４３における判定の結果に基づいて、キャンセル信号生成手段１４３に入力する環境雑音信号のレベルを調整する手段である。
レベル判定手段１４３における判定において、実効値等が基準レベルよりも小さいと判定されたときは、環境雑音信号を所定の減衰率をもって減衰させて出力する。
レベル判定手段１４３における判定において、実効値等が基準レベルよりも大きいと判定されたときは、環境雑音信号から所定の値、すなわち一定のレベルを減じて出力する。
【００２５】
入力レベル調整手段における所定の減衰率は、環境雑音信号の大きさによらず一定の減衰率であってもよいし、環境雑音信号の大きさに応じて連続的に変化する値であってもよく、環境雑音信号の大きさに応じて段階的に変化する値であってもよい。
【００２６】
所定の減衰率を環境雑音信号の大きさに応じて変化させるときは、図示しない演算手段によって、環境雑音信号のレベルを用いた演算を行って所定の値を算出する。
【００２７】
所定の減衰率を環境雑音信号の大きさに応じて段階的に変化させるときは、図示しない記憶手段に予め記憶させた換算テーブルを用いて、対応する値を確定する。
【００２８】
これによって、環境雑音信号が基準レベルよりも小さいときは、一定率で減衰させた内部雑音を含む環境雑音信号を入力信号としてキャンセル信号が生成されるので、キャンセル信号に含まれる内部雑音の影響を減少させ、出力される信号に含まれる内部雑音に相当する信号を減らすことができ、静かな環境下における静音感をより効果的に維持して、耳障りな音が出力されることがないノイズキャンセルヘッドホンを得ることができる。
【００２９】
環境雑音信号が基準レベルよりも大きいときは、一定の値で減少させた内部雑音を含む環境雑音信号を入力信号としてキャンセル信号が生成されるので、キャンセル信号に含まれる内部雑音の影響を減少させ、出力される信号に含まれる内部雑音に相当するノイズを減らすことができ、静かな環境下における静音感をより効果的に維持して、耳障りな音が出力されることがないノイズキャンセルヘッドホンを得ることができる。
【００３０】
次に、上記にて説明をしたデジタルノイズキャンセルヘッドホンを用いた本実施例に係るデジタルノイズキャンセル処理方法の例について説明をする。図３は、本実施例に係るデジタルノイズキャンセル処理方法の例を示すフローチャートである。
【００３１】
まず、レベル検出手段１４２によって、マイクロホン１１０、アンプ１２０、Ａ／Ｄ１３０を介してＤＳＰ１４０に入力された環境雑音信号の実効値等が算出される（Ｓ１０）。この実効値等を算出する演算処理は周知技術で実現される。また、本発明に係るデジタルノイズキャンセルヘッドホンにおいて、当該レベル検出手段１４２の演算処理は、実効値算出処理であるか平均値算出処理であるかを問わず、後述する効果を同様に得ることができる。
【００３２】
また、実効値等の算出は比較的長い時間で行うことが望ましい。この算出時間は、デジタル信号に変換された環境雑音の取り込みデータ数とサンプリング時間によって決定される。この時間を短くすると、環境雑音の変動に敏感に反応し、逆に時間が長いと環境雑音の変動に鈍感になるので、用途や使用感によって適宜設定されるものである。なお、好適な目安は概ね２０ｍｓ程度である。
【００３３】
次に、レベル判定手段１４３によって、算出された実効値等のレベルを判定する処理が行なわれる（Ｓ２０）。レベル判定処理（Ｓ２０）は予め規定した基準レベルと実効値等を比較する処理である。予め規定した基準レベルとは、例えばデジタルノイズキャンセルヘッドホン１００の内部雑音相当の信号レベルである。
【００３４】
実効値等が基準レベルよりも小さいときは、入力信号減衰処理（Ｓ３０）が行われ、実効値等が基準レベルよりも大きいときは、入力信号減算処理（Ｓ３１）が行われる。
【００３５】
入力信号減衰処理（Ｓ３０）は、ＤＳＰ１４０に入力された環境雑音信号を一定の率で減衰させてからキャンセル信号生成手段１４４に入力する処理である。ここで「一定の率で減衰させる」とは、例えば入力された環境雑音信号に係数１／２を乗じた演算を行うことである。すなわち、基準レベルよりも実効値等のレベルが小さいとき、言い換えれば、環境雑音が内部雑音に比べて小さいとき、環境雑音信号のレベルを半分に減衰させてから、キャンセル信号生成手段１４３に入力する。
【００３６】
入力信号減算処理（Ｓ３１）は、ＤＳＰ１４０に入力された環境雑音信号を一定の値で減少させてからキャンセル信号生成手段１４４に入力する処理である。ここで「一定の値で減少させる」とは、例えば内部雑音に相当するレベルの半分のレベルを入力された環境雑音信号から減算する演算を行うことである。すなわち、基準レベルよりも実効値等のレベルが大きいとき、言い換えれば、環境雑音が内部雑音に比べて大きいとき、環境雑音信号に含まれる内部雑音の信号成分を減少させてから、キャンセル信号生成手段１４３に入力する。
【００３７】
次に、上記処理によって調整された入力信号に基づいて、環境雑音を消音するキャンセル信号を生成する処理が行われる（Ｓ４０）。このように生成されたキャンセル信号は、Ｄ／Ａ１５０（図１）にてアナログ信号に変換されて音楽ソースＭと混合されてスピーカ１８０から出力される。これによって、環境雑音を消音することができる。
【００３８】
以上のように、本実施例に係るデジタルノイズキャンセルヘッドホン１００を用いたデジタルノイズキャンセル方法によれば、環境雑音が内部雑音に比べて小さいときは、内部雑音を含む入力信号を一定率で減衰させることで、キャンセル信号に含まれる内部雑音の影響を効果的に排除し、静かな環境下における静音感をより効果的に維持して、耳障りな音の出力を防止することができるようになる。
【００３９】
また、環境雑音が内部雑音に比べて大きいときは、入力信号から内部雑音相当の信号レベルを減少させることで、キャンセル信号に含まれる内部雑音の影響を効果的に排除することができるようになる。
【００４０】
以上のように本発明に係るデジタルノイズキャンセルヘッドホン及びデジタルノイズキャンセル方法によれば、環境雑音が比較的小さいときには、キャンセル信号の生成に用いる入力信号を、入力信号の大きさに応じて減少させることで、環境雑音よりも内部雑音が耳障りになることを防ぐことができ、環境雑音が比較的大きいときには、キャンセル信号の生成に用いる入力信号を、入力信号の大きさに関わり無く一定の値を用いて減少させることで、環境雑音よりも内部雑音が耳障りになることを防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、コンサートホールやカーオーディーオなど、音楽信号を再生して出力する各種音響システムにおけるノイズキャンセル処理にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１４０  デジタル信号処理装置
１４１  キャンセル信号生成手段
１４２  レベル検出手段
１４３  レベル決定手段
１４４  キャンセル信号レベル調整手段
【図１】
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【図２】
2011043691.tif 000004
【図３】
2011043691.tif 000005