(57)【要約】【課題】ヘッドホンの消費電力の増加を抑制しつつ、ヘッドホンにおけるノイズキャンセル性能を向上させる。【解決手段】ヘッドホンは、ドライバユニットと、前記ドライバユニットの中心位置を中心とする同心円の円周上に設けられた複数のマイクロホンと、前記複数のマイクロホンが検出した複数の音に基づいて、前記複数の音のうちの最大音と前記複数の音のうちの最小音との間の音を特定する音特定部と、前記特定部が特定した音を打ち消すキャンセル音を発生する音発生部と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライバユニットと、
前記ドライバユニットの中心位置を中心とする同心円の円周上に設けられた複数のマイクロホンと、
前記複数のマイクロホンが検出した複数の音に基づいて、前記複数の音のうちの最大音と前記複数の音のうちの最小音との間の音を特定する音特定部と、
前記音特定部が特定した音を打ち消すキャンセル音を発生する音発生部と、
を有するヘッドホン。
【請求項２】
前記音特定部は、前記複数の音の平均値を前記最大音と前記最小音との間の音の大きさとして特定する、
請求項１に記載のヘッドホン。
【請求項３】
前記複数のマイクロホンは、前記円周上において等間隔に設けられている、
請求項１又は２に記載のヘッドホン。
【請求項４】
前記複数のマイクロホンは、前記ドライバユニットの外周と、イヤーパッドの内周との間に設けられている、
請求項１から３のいずれか一項に記載のヘッドホン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノイズキャンセル機能を有するヘッドホンに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロホンにより検出した外来ノイズと逆位相のノイズキャンセル信号を生成し、ユーザに聞こえる外来ノイズを低減するフィードバック方式のヘッドホンが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１６３８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マイクロホンが設けられている位置は人間の鼓膜の位置から離れているので、マイクロホンに入る外来ノイズと、人間の鼓膜に届く外来ノイズとの間に差異が生じる。その結果、ノイズキャンセル信号と、人間の鼓膜に届く外来ノイズと逆位相の信号との間に差異が生じてしまい、ノイズキャンセル信号によって除去できない外来ノイズが残ってしまうという問題があった。差異が極端に大きい特定の周波数がある場合、ドライバユニットから出力するノイズキャンセル信号がキャンセルされずに筐体内に残り、その信号をマイクロホンが再度集音することによって、ハウリングが発生することもある。
【０００５】
この問題を解決する方法として、マイクロホンで集音した外来ノイズを含む音信号に、アナログフィルタ又はデジタルフィルタを適用することで、マイクロホンに入る外来ノイズと人間の鼓膜に届く外来ノイズとの差異を吸収することが試みられている。しかしながら、この差異の周波数特性は複雑であるため、アナログフィルタを用いる場合には多次のアクティブフィルタが必要となり、デジタルフィルタを用いる場合にはフィルタ段数が増えるため、回路規模及び処理の増加による消費電力の増加につながる。
【０００６】
例えば、特許文献１において開示されているヘッドホンのように複数のマイクロホンが用いられる場合、バンドパスコントローラにおいて複数のマイクロホンで検出された外来ノイズのそれぞれの利得及び位相を調整する必要があり、回路規模及び処理の増加に伴う消費電力が増加してしまう。
【０００７】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、アナログフィルタやデジタルフィルタのフィルタ処理による回路の消費電力の増加を抑制しつつ、ヘッドホンにおけるノイズキャンセル性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のヘッドホンは、ドライバユニットと、前記ドライバユニットの中心位置を中心とする同心円の円周上に設けられた複数のマイクロホンと、前記複数のマイクロホンが検出した複数の音に基づいて、前記複数の音のうちの最大音と前記複数の音のうちの最小音との間の音を特定する音特定部と、前記音特定部が特定した音を打ち消すキャンセル音を発生する音発生部と、を有する。前記音特定部は、例えば、前記複数の音の平均値を前記最大音と前記最小音との間の音の大きさとして特定する。
【０００９】
前記複数のマイクロホンは、前記円周上において等間隔に設けられていてもよい。また、前記複数のマイクロホンは、前記ドライバユニットの外周と、イヤーパッドの内周との間に設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、アナログフィルタやデジタルフィルタのフィルタ処理による回路の消費電力の増加を抑制しつつ、ヘッドホンにおけるノイズキャンセル性能を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ヘッドホンの構成を示す図である。
【図２】ノイズキャンセル音の発生方法について説明するための図である。
【図３】本実施の形態のヘッドホンの効果を確認するための実験方法について説明するための図である。
【図４】測定用マイクロホンで検出された基準音と、複数のフィードバック用のマイクロホンのそれぞれで検出された音との差分を示す図である。
【図５】本実施の形態のヘッドホンにおけるノイズキャンセル性能を従来のヘッドホンのノイズキャンセル性能と比較した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［ヘッドホン１の概要］
図１は、本実施の形態のヘッドホン１の構成を示す図である。図１（ａ）は、ヘッドホン１を装着したユーザＵを左側から視認した状態を模式的に示す図である。図１（ｂ）は、ヘッドホン１のイヤーカップ２の構成を示す図である。図１（ｂ）は、ユーザＵに接する側から見たイヤーカップ２の構成を示している。
【００１３】
イヤーカップ２は、ハウジング１１と、ドライバユニット１２と、イヤーパッド１３とを有する。ハウジング１１は、ほぼ円形であり、中央付近にドライバユニット１２が固定されている。イヤーパッド１３は、ハウジング１１の外周付近に固定されている。
【００１４】
ハウジング１１には、外来ノイズを打ち消すためのノイズキャンセル信号の生成に用いられる外来ノイズを検出するフィードバック用の複数のマイクロホン２１（２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ）が設けられている。複数のマイクロホン２１は、それぞれ同一の特性を有しており、入ってきた音を電気信号に変換する。複数のマイクロホン２１は、ドライバユニット１２の中心位置を中心とする同心円の円周上に設けられている。複数のマイクロホン２１は、例えば、同心円上において等間隔に４個配置されている。
【００１５】
複数のマイクロホン２１は、ドライバユニット１２の外周の輪郭線と、イヤーパッド１３の内周の輪郭線との間に設けられている。例えば、複数のマイクロホン２１は、ドライバユニット１２の外周の輪郭線及びイヤーパッド１３の内周の輪郭線から等距離の位置に設けられている。複数のマイクロホン２１がこのように同心円上に設けられていることにより、ドライバユニット１２から放出される音が、同一の大きさ及び同一の位相で複数のマイクロホン２１のそれぞれに到達するとともに、複数のマイクロホン２１それぞれが受けるイヤーパッド１３による音の反射の影響の差を最小限にすることができる。
【００１６】
［ノイズキャンセル音の発生方法］
図２は、ノイズキャンセル音の発生方法について説明するための図である。図２に示すように、ヘッドホン１は、ノイズキャンセル音を発生させるために音特定部３１及び音信号発生部３２を有する。音信号発生部３２は、ドライバユニット１２と連動することにより、ノイズキャンセル音を発生する音発生部として機能する。
【００１７】
音特定部３１は、複数のマイクロホン２１が検出した複数の音に基づいて、複数の音のうちの最大音と複数の音のうちの最小音との間の音を特定する。音特定部３１は、例えば、複数のマイクロホン２１から入力された複数の音の平均値を、最大音と最小音との間の音の大きさとして特定する。具体的には、音特定部３１は、複数のマイクロホン２１から入力された複数の電気信号を合成してから減衰させることにより、複数のマイクロホン２１が検出した音の振幅の平均値に相当する電気信号（以下、平均値信号という）を発生させる。音特定部３１は、発生させた平均値信号を音信号発生部３２に入力する。
【００１８】
音信号発生部３２は、音特定部３１から入力された平均値信号に基づいてノイズキャンセル信号を発生する。具体的には、音信号発生部３２は、平均値信号の位相を反転させることにより、複数のマイクロホン２１が検出した複数の音を打ち消すノイズキャンセル音を発生させるためのノイズキャンセル信号を生成する。
【００１９】
音信号発生部３２は、生成したノイズキャンセル信号をドライバユニット１２に入力する。具体的には、音信号発生部３２は、音特定部３１から入力された平均値に対応する大きさの電気信号をドライバユニット１２に入力する。ドライバユニット１２は、入力されたノイズキャンセル信号に基づくノイズキャンセル音を発生する。例えば、４個のマイクロホン２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄから出力される音のレベルをそれぞれＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄとすると、平均値信号は（Ｌａ＋Ｌｂ＋Ｌｃ＋Ｌｄ）／４を適宜レベル調整した（例えば減衰させた）信号である。
【００２０】
［効果確認実験］
図３は、本実施の形態のヘッドホン１の効果を確認するための実験方法について説明するための図である。本実験においては、人間の頭部を模した測定冶具として、ダミーヘッドＨ（ＨＡＴＳ）を用いる。ダミーヘッドＨは擬似耳殻の内側に測定用マイクロホン３を有している。測定用マイクロホン３で集音される信号は、人間の鼓膜位置に到達する信号に相当する。ダミーヘッドＨに本実施の形態のヘッドホン１を装着した状態で、スピーカー４からピンクノイズを流し、測定用マイクロホン３及び複数のマイクロホン２１において検出された音のレベルを測定した。
【００２１】
図４は、測定用マイクロホン３で検出された基準音と、複数のフィードバック用のマイクロホン２１のそれぞれで検出された音との差分を示す図である。図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）及び図４（ｄ）は、それぞれマイクロホン２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄで検出された音の大きさと基準音の大きさ（以下、基準値という）との差分を周波数ごとに示している。図４（ｅ）は、マイクロホン２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄから等距離であり、測定用マイクロホン３に最も近い位置に設けられたマイクロホン２２において検出された音の値と基準値との差分を示している。
【００２２】
図４（ａ）〜図４（ｅ）に示すように、マイクロホンの位置が異なると、基準値との差分も異なるということがわかる。例えば、図４（ａ）及び図４（ｂ）においては、１０ｋＨｚと１１ｋＨｚの間でマイクロホン２１ａ及びマイクロホン２１ｂが検出した音のレベルが基準値よりも小さいのに対して、図４（ｃ）及び図４（ｄ）においては、マイクロホン２１ｃ及びマイクロホン２１ｄが検出した音のレベルが基準値以上である。
【００２３】
このような場合、マイクロホン２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄで検出された音の平均値は、マイクロホン２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄで検出された音の値よりも基準値に近くなる。このように、音特定部３１は、マイクロホン２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄの各々で検出された音と基準音との間に差分があるとしても、マイクロホン２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄで検出された音の平均値を用いることで、人間の耳で検出される音に近い音を特定できると考えられる。
【００２４】
図５は、本実施の形態のヘッドホン１におけるノイズキャンセル性能を従来のヘッドホンのノイズキャンセル性能と比較した結果を示す図である。図５における一点鎖線は、１個のマイクロホンのみが用いられる従来のヘッドホンのノイズキャンセル性能を示している。図５における実線は、マイクロホン２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄで検出された音の平均値を外来ノイズ音として用いるヘッドホン１のノイズキャンセル性能を示している。
【００２５】
図５の領域ａにおいては、従来のヘッドホンのノイズキャンセル能力が最大でも約７．５ｄＢであるのに対して、本実施の形態のヘッドホン１のノイズキャンセル能力が最大で約１６ｄＢであることがわかる。また、従来のヘッドホンを用いる場合、図５の領域ｂにおいては、特定の周波数においてノイズが増加していることがわかる。
【００２６】
一般的には、マイクロホンのゲインを増加させることにより、２０Ｈｚから２ｋＨｚまでの範囲でノイズキャンセル効果を得ることができる。しかしながら、従来のヘッドホンにおいては、特定の周波数で、フィードバック用のマイクロホンで検出される音と測定用マイクロホン３で検出される音との差異が大きくなることにより、ハウリング余裕度が小さく、ノイズキャンセル性能を向上させるためにフィードバック用のマイクロホンのゲイン増加させることができない。本来期待できるノイズキャンセル効果が得られる前に、高周波数領域においてハウリングが発生し、フィードバック用のマイクロホンのゲインを増加させられなくなり、結果として低周波数領域におけるノイズキャンセル効果を十分に得ることができないと考えられる。
【００２７】
これに対して、ヘッドホン１においては、マイクロホン２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄで検出した音を合成して平均化することで、特定の周波数で極端に基準音との差異が大きくなることを抑制できる。その結果、１個のマイクロホンのみが用いられる場合に発生していたハウリングが発生しづらくなるので、マイクロホンのゲインを増加させることで、図５の実線が示すようにノイズキャンセル性能を向上させることができる。
【００２８】
［変形例１］
以上の説明においては、音特定部３１が、複数のマイクロホン２１が検出した複数の音のうちの最大音と最小音との間の音を特定するために、複数の音を合成して平均値を算出したが、音特定部３１は、最大音と最小音との間の音の値として平均値以外の値を用いてもよい。音特定部３１は、例えば、最大音と最小音との間の音として、複数のマイクロホン２１が検出した複数の音の値の中央値を用いてもよい。本実施の形態においてはイヤーカップ２に４個のマイクロホン２１が設けられている。この場合、音特定部３１は、それぞれの周波数における最大音と最小音との間の音として、２番目又は３番目に大きな音を用いてもよい。
【００２９】
［変形例２］
音特定部３１は、複数のマイクロホン２１が検出した複数の音をそのまま合成せず、それぞれの音に重み付けしてから合成してもよい。音特定部３１は、例えば、マイクロホン２１とイヤーパッド１３の内側の輪郭線との距離に基づいて重み付けをする。具体的には、音特定部３１は、イヤーパッド１３が円形でない場合に、イヤーパッド１３からの距離が長く、音の反射の影響を受けづらいマイクロホン２１が検出した音の重みを、イヤーパッド１３からの距離が短いマイクロホン２１が検出した音の重みよりも大きくする。このようにすることで、ノイズキャンセル音の生成に用いられる音において、イヤーパッド１３による反射の影響を軽減できる。
【００３０】
［本実施の形態のヘッドホン１による効果］
以上説明したように、ヘッドホン１においては、複数のフィードバック用のマイクロホン２１が、ドライバユニット１２の中心位置を中心とする同心円の円周上に設けられている。そして、音信号発生部３２が、複数のマイクロホン２１が検出した複数の音のうちの最大音と最小音との間の音に基づいてノイズキャンセル音を発生する。このようにすることで、ヘッドホン１においては、フィードバック用のマイクロホンの位置が人間の鼓膜の位置と異なることにより生じる誤差を軽減し、広い周波数範囲においてノイズキャンセル性能を向上させることができる。
【００３１】
また、複数のマイクロホン２１は、同心円上において等間隔に設けられている。複数のマイクロホン２１が等間隔に設けられていることにより、複数のマイクロホン２１が検出する音の傾向が偏らないので、複数のマイクロホン２１において検出された音の平均値と基準音の値との差異を小さくすることができる。
【００３２】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の分散・統合の具体的な実施の形態は、以上の実施の形態に限られず、その全部又は一部について、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を合わせ持つ。
【符号の説明】
【００３３】
１  ヘッドホン
２  イヤーカップ
３  測定用マイクロホン
４  スピーカー
１１  ハウジング
１２  ドライバユニット
１３  イヤーパッド
２１  マイクロホン
２２  マイクロホン
３１  音特定部
３２  音信号発生部
【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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