(57)【要約】【課題】大きな環境ノイズ、突発的な高レベルのノイズが発生した場合に、ヘッドフォンに不快な異音が発生することを避け、ヘッドフォン使用者に不快感を与えることのないノイズキャンセルヘッドフォンおよびそのノイズキャンセル方法を得る。【解決手段】環境ノイズと逆位相のキャンセルノイズ信号を生成するキャンセルノイズ生成部２３と、生成されたキャンセルノイズ信号と楽音信号を混合する混合器１７と、環境ノイズレベルが予め設定された閾値以上か否かを検出するノイズレベル検出部２２と、ノイズレベル検出部２２で検出されたノイズレベルが閾値以上の場合に環境ノイズ信号の入力レベルを一時的に上記閾値レベルまたはそれ以下に制限し、ノイズレベルが閾値以下になったときは環境ノイズの入力レベルの制限を解除するノイズレベル調整部２４を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境ノイズと逆位相のキャンセルノイズ信号を生成するキャンセルノイズ生成部と、
生成されたキャンセルノイズ信号と楽音信号を混合する混合器と、
環境ノイズレベルが予め設定された閾値以上か否かを検出するノイズレベル検出部と、
ノイズレベル検出部で検出されたノイズレベルが閾値以上の場合に環境ノイズ信号の入力レベルを一時的に上記閾値レベルまたはそれ以下に制限し、ノイズレベルが閾値以下になったときは環境ノイズ信号の入力レベルの制限を解除するノイズレベル調整部を有するノイズキャンセルヘッドフォン。
【請求項２】
ヘッドフォンの外側に環境ノイズ検出用マイクロホンが配置されている請求項１記載のノイズキャンセルヘッドフォン。
【請求項３】
キャンセルノイズ生成部、ノイズレベル検出部、ノイズレベル調整部はデジタル信号処理部に含まれる請求項１記載のノイズキャンセルヘッドフォン。
【請求項４】
大きな環境ノイズに対するノイズレベル検出部の閾値は、環境ノイズをデジタル信号に変換するサンプリング回路のオーバーフローレベルに照らして設定されている請求項３記載のノイズキャンセルヘッドフォン。
【請求項５】
突発的で大きな環境ノイズに対するノイズレベル検出部の閾値は、デジタル信号処理部においてサンプリングした過去のデータから平均値と標準偏差を求め、平均値を中心としてこれに標準偏差を加味して求める第２の閾値であり、キャンセルノイズ生成部で生成するキャンセルノイズのレベルを上記第２の閾値に制限する請求項３記載のノイズキャンセルヘッドフォン。
【請求項６】
環境ノイズと逆位相のキャンセルノイズ信号を生成する工程と、
生成されたキャンセルノイズ信号と楽音信号を混合する工程と、
環境ノイズレベルが予め設定された閾値以上か否かを検出する工程と、
ノイズレベル検出部で検出されたノイズレベルが閾値以上の場合に環境ノイズ信号の入力レベルを一時的に上記閾値のレベルまたはそれ以下に制限し、ノイズレベルが閾値以下になったときは環境ノイズの入力レベルの制限を解除する工程を備えるヘッドフォンのノイズキャンセル方法。
【請求項７】
環境ノイズは、ヘッドフォンの外側に配置されている環境ノイズ検出用マイクロホンから得る請求項６記載のヘッドフォンのノイズキャンセル方法。
【請求項８】
キャンセルノイズ信号を生成する工程、混合する工程、閾値以上か否かを検出する工程および環境ノイズの入力レベルを一時的に閾値のレベルまたはそれ以下に制限しまた環境ノイズの入力レベルの制限を解除する工程は、デジタル信号処理によって実行される請求項６記載のヘッドフォンのノイズキャンセル方法。
【請求項９】
大きな環境ノイズに対するノイズレベル検出の閾値は、環境ノイズをデジタル信号に変換するサンプリング回路のオーバーフローレベルに照らして設定する請求項８記載のヘッドフォンのノイズキャンセル方法。
【請求項１０】
突発的で大きな環境ノイズに対するノイズレベル検出の閾値は、デジタル信号処理部においてサンプリングした過去のデータから平均値と標準偏差を求め、平均値を中心としてこれに標準偏差を加味して設定しかつ修正する第２の閾値である請求項８記載のヘッドフォンの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、ノイズキャンセルヘッドフォンおよびヘッドフォンにおけるノイズキャンセル方法に関するもので、特に、ヘッドフォンの外側にノイズ検出用マイクロホンが配置されているものにおいて、マイクロホン部分に手などが触れて大きなノイズが発生し、あるいは大きな風切り音が発生するなど、キャンセルすることができない大きな環境ノイズが入力された場合に、あるいは突発的なノイズが入力された場合に、不愉快なノイズが出力されることを防止するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、テーププレーヤ、ＣＤプレーヤ、ＭＤプレーヤなど、携帯型の音楽プレーヤが普及し、最近ではハードディスク型やフラッシュメモリ型など、より小型で、大容量の携帯型音楽プレーヤが急速に普及しつつある。携帯型音楽プレーヤの普及に伴い、それに使用するヘッドフォンもより高性能のものが求められ、さらに、街中や乗り物の中で音楽を聞こうとする場合に、周囲の騒音（以下「環境ノイズ」という）が打ち消されて音楽のみが聞こえるようにしたノイズキャンセルヘッドフォンも望まれるようになってきた。音楽の再生音に混じって環境ノイズが耳に入ると、ヘッドフォンによる再生音が高音質の再生音であっても、再生音がノイズによってかき消されて高音質で音楽を楽しむことができない。また、ノイズの中で音楽を聴こうとすると、ついつい音量を上げて聞きがちになり、音量を上げることによってヘッドフォンから音漏れを生じ、乗り物の中では周囲の人たちにとって不愉快な騒音原になるという問題もある。このような背景があって、ノイズキャンセルヘッドフォンが普及し始めている。
【０００３】
現在市販されているノイズキャンセルヘッドフォンの大半はアナログ方式のノイズキャンセルヘッドフォンである。これは、ヘッドフォンに組み込んだマイクロホンで環境ノイズを捉え、捉えたノイズの位相を反転してプレーヤからの再生信号に加算する方式である。外部からヘッドフォン内部に侵入するノイズは、位相が反転された信号で打ち消され、プレーヤからの再生信号のみが使用者の耳に入るという仕組みである。
【０００４】
最近では、デジタル方式のノイズキャンセルヘッドフォンも提案されている。その例を図６に示す。図６において、符号５０はデジタル方式ノイズキャンセルヘッドフォンの主体をなすデジタル・シグナル・プロセッサ（デジタル信号処理装置：以下「ＤＳＰ」という）を示す。ＤＳＰ５０は、ヘッドフォンに組み込まれたマイクロホンで捉えられるノイズ信号Ｎを周波数分析する高速フーリエ変換器（以下「ＦＦＴ」という）５４と、ＦＦＴ５４で周波数分析することにより周波数特性を検出する周波数特性検出部５６と、検出された周波数特性から、キャンセルする周波数帯域を選択する選択部５８と、選択された周波数帯域の信号を逆フーリエ変換して周波数選択されたキャンセル音信号−Ｎ”を生成する逆フーリエ変換器（以下「ＩＦＦＴ」という）６０を備えている。上記キャンセル音信号−Ｎ”は、加算器６４によってプレーヤによる再生信号Ｓと加算して出力される。この例における加算器６４はアナログ方式で、アナログ信号からなるキャンセル音信号−Ｎ”と再生信号Ｓを加算する。ヘッドフォンに回り込んで侵入するノイズＮは、上記キャンセル音−Ｎ”と合成されてＮ−Ｎ”の信号６６となり、ノイズＮの大半はキャンセルされて、使用者はほぼ再生音Ｓのみを聞くことができる。
【０００５】
ノイズキャンセルヘッドフォンは、環境ノイズ検出用マイクロホンの配置位置によって、ヘッドフォンの外側に配置するものと、内側に配置するものおよび両方を備えるものに分けることができる。マイクロホンを外側に配置するものにおいては、マイクロホン部分に手などが触れると大きなノイズが発生する。あるいは突風などによってノイズキャンセルヘッドフォン使用者の周辺に急激な気圧の変化が起こると、大きな風切り音が発生し大きなノイズとなる。これらのノイズは、これをキャンセルすることができないほど大きな環境ノイズになる場合があり、このような大きな環境ノイズが入力されると、これをＡＤ変換して前述のＤＳＰに取り込む際に、ＡＤ変換器が対応することができないいわゆるオーバーフローが発生する。このオーバーフロー状態では環境ノイズを正しく検出していないのであるから、ＤＳＰによる処理を行っても、ノイズキャンセル効果を的確に得ることができず、いわば間違ったノイズキャンセル動作をし、ノイズをキャンセルすることができない。それどころか、突発的に大音量の環境ノイズがマイクロホンに入力されると、「ばち、ばちっ」というような不快な音が発生することもある。
【０００６】
本発明にかかるノイズキャンセルヘッドフォンおよびノイズキャンセル方法に関連のある従来技術として、マイクロホンによりユーザーの耳における外音部を監視して「外部オーディオ信号」を発生し、ヘッドフォンの選択的ノイズ制御回路が、マイクロホンによって得た外部オーディオ信号を処理し、外部オーディオ信号を、抑制すべきノイズまたは再生すべきオーディオ信号のいずれかとして選択的に分類するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
上記特許文献１記載の発明は、外部オーディオ信号を解析して評価し、所定の外部オーディオ信号を抑制すべきかまたは再生すべきかを決定するもので、この従来技術を使用し、ヘッドフォン使用者の周辺に急激な気圧の変化が起こったときに生じる「外部オーディオ信号」が、抑制すべきノイズまたは再生すべきオーディオ信号のいずれかとして選択的に分類することが考えられる。
【０００８】
【特許文献１】特表２００４−５２６３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１に記載されている技術を使用しても、突発的に生じる高レベルの「外部オーディオ信号」をキャンセルすることはできない。特許文献１に記載の発明では、上記突発的に生じる高レベルの「外部オーディオ信号」は、抑制すべきノイズであり、この信号を抑制しようとすると、正しいキャンセル音信号とは異なるキャンセル音を発生し、かえって大きなノイズ源となるからである。すなわち、デジタル方式ヘッドフォンでは、突発的な高レベルの「外部オーディオ信号」の入力によって、前述のようにＡＤ変換器がオーバーフローする。あるいは、「外部オーディオ信号」のレベルが高く数値演算可能なレベルを超えていると、演算結果に誤りを生じ、正しいキャンセル音信号とは違うキャンセル音を発生する。結果として、スピーカから異音を発生することがあり、使用者に不快感を与えることがある。
【００１０】
本発明は、このようなノイズキャンセルヘッドフォンの実状に鑑みてなされたもので、大きな環境ノイズが発生した場合あるいは突発的な高レベルのノイズが発生した場合に、ヘッドフォンに不快な異音が発生することを回避することができ、ヘッドフォン使用者に不快感を与えることがないようにしたノイズキャンセルヘッドフォンおよびその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】
【００１１】
本発明にかかるノイズキャンセルヘッドフォンは、環境ノイズと逆位相のキャンセルノイズ信号を生成するキャンセルノイズ生成部と、生成されたキャンセルノイズ信号と楽音信号を混合する混合器と、環境ノイズレベルが予め設定された閾値以上か否かを検出するノイズレベル検出部と、ノイズレベル検出部で検出されたノイズレベルが閾値以上の場合に環境ノイズ信号の入力レベルを一時的に上記閾値レベルまたはそれ以下に制限し、ノイズレベルが閾値以下になったときは環境ノイズの入力レベルの制限を解除するノイズレベル調整部を有することを最も主要な特徴とする。
【００１２】
本発明にかかるヘッドフォンのノイズキャンセル方法は、環境ノイズと逆位相のキャンセルノイズ信号を生成する工程と、生成されたキャンセルノイズ信号と楽音信号を混合する工程と、環境ノイズレベルが予め設定された閾値以上か否かを検出する工程と、ノイズレベル検出部で検出されたノイズレベルが閾値以上の場合に環境ノイズ信号の入力レベルを一時的に上記閾値のレベルまたはそれ以下に制限し、ノイズレベルが閾値以下になったときは環境ノイズの入力レベルの制限を解除する工程を備えることを特徴とする。
【００１３】
上に述べた本発明の特徴ある構成は、環境ノイズ信号のレベルが予め設定した閾値を超えた場合に適用する。
しかし、環境ノイズには、上記の閾値を超えなくても、突発的に発生する大音量のノイズもある。デジタル方式のノイズキャンセルヘッドフォンにおいて、突発的な大音量の環境ノイズをキャンセルするためには、動作速度の速い高コストのＤＳＰを用いる必要があり、消費電力も多くなるというような問題がある。そこで、本発明の他の特徴は、環境ノイズが予め設定した閾値を越えなくても、突発的に大音量の環境ノイズが入力された場合に、統計的手法を用いて第２の閾値を設定し、キャンセルノイズ生成部で生成するキャンセルノイズのレベルを上記第２の閾値に制限する点にある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、環境ノイズレベルが予め設定された閾値以上になると、環境ノイズ信号のキャンセルノイズ生成部への入力レベルを一時的に上記閾値レベルまたはそれ以下に制限する。したがって、環境ノイズ検出用マイクロホンに手が触れた場合などのように、上記閾値以上の大きな環境ノイズが入力された場合、環境ノイズを全てキャンセルすることはできない。しかし、環境ノイズをキャンセルするためのキャンセルノイズ信号は正しいキャンセルノイズ信号であって、ただその信号レベルが環境ノイズレベルにまで至らないだけであるから、ノイズキャンセル動作が正しく行われず異音を発生するというような、ユーザーに不快感を与える不具合を回避することができる。
本発明によればまた、突発的な大音量の環境ノイズの場合、キャンセルノイズ生成部で生成するキャンセルノイズのレベルを、統計的手法を用いて設定した第２の閾値に制限するため、動作速度の速い高コストのＤＳＰを用いることなく、突発的な環境ノイズのレベルを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明にかかるノイズキャンセルヘッドフォンおよびヘッドフォンにおけるノイズキャンセル方法の実施例について図面を参照しながら説明する。
図１は、デジタル方式ノイズキャンセルヘッドフォンの実施例を示す。図１において、符号１６はデジタル方式ノイズキャンセルヘッドフォンの主体をなすデジタル・シグナル・プロセッサ（デジタル信号処理装置：以下「ＤＳＰ」という）を示す。ＤＳＰ１６には、ヘッドフォンに組み込まれていて周囲のノイズを電気信号に変換するマイクロホン１４から、符号１１で示すノイズ信号Ｎが入力されるようになっている。ＤＳＰ１６は、ノイズ信号Ｎを所定のビット数でサンプリングしてデジタルデータに変換するサンプリング回路２１を有するとともに、ノイズレベル検出部２２と、キャンセルノイズ生成部２３と、ノイズレベル調整部２４を備えている。マイクロホン１４から入力されるノイズ信号Ｎはノイズレベル調整部２４を経てサンプリング回路２１に入力されるようになっている。ノイズレベル検出部２２は、マイクロホン１４から入力されるノイズ信号Ｎのレベル（振幅）が予め設定された閾値以上か否かを検出し、その結果によってノイズレベル調整部２４の動作を制御するように構成されている。キャンセルノイズ生成部２３は、サンプリング回路２１でサンプリングされたノイズ信号Ｎを数値演算することにより、このノイズ信号Ｎとは逆位相のキャンセルノイズ信号−Ｎ”生成するように構成されている。
【００１６】
ノイズレベル調整部２４は、環境ノイズ信号Ｎのレベルが予め設定された閾値以上となったことをノイズレベル検出部２２が検出した場合に、サンプリング回路２１でサンプリングされ、キャンセルノイズ生成部２３に入力されるノイズ信号のレベルを一時的に上記閾値レベルまたはそれ以下に制限するように構成されている。また、ノイズレベル検出部２２が環境ノイズ信号Ｎのレベルが予め設定された閾値以下となったことを検出したとき、ノイズレベル調整部２４は、ノイズレベル検出部２２の検出出力によって、サンプリング回路２１に入力されるノイズ信号レベルの制限を解除するように構成されている。したがって、この場合はマイクロホン１４で検出され変換された環境ノイズ信号Ｎがそのままのレベルでサンプリング回路２１に入力され、さらにキャンセルノイズ生成部２３に入力される。
【００１７】
ノイズレベル検出部２２で予め設定される閾値は、環境ノイズをデジタル信号に変換するサンプリング回路２１のオーバーフローレベルに照らして設定される。すなわち、ＡＤ変換器として機能するサンプリング回路２１の仕様は、使用目的、使用される機器に見合ったコストなどの諸条件を勘案して決定され、処理能力に限界がある。かかる事情から、ＡＤ変換を正しく行うことができる環境ノイズレベルには限界があり、この限界を超える環境ノイズが入力すると、サンプリング回路２１がオーバーフローして、環境ノイズに忠実なデジタル信号に変換することができない。そこで、上記のように、サンプリング回路２１のオーバーフローレベルに照らし、ノイズレベル検出部２２で予め設定する閾値をオーバーフローレベルと同じかそれ以下としている。そして、上記閾値を超える環境ノイズＮが入力すると、これをノイズレベル検出部２２が検出し、ノイズレベル調整部２４が環境ノイズＮのサンプリング回路２１への入力レベルを一時的に上記閾値レベルまたはそれ以下に制限するように構成されている。また、環境ノイズレベルが閾値以下になったことをノイズレベル検出部２２が検出したときは、この検出出力によってノイズレベル調整部２４が環境ノイズ信号Ｎの入力レベルの制限を解除するように構成されている。
【００１８】
上記キャンセルノイズ生成部２３で生成されたキャンセルノイズ信号−Ｎ”は、キャンセルレベル調整部２４によって出力レベルが調整されるとともに、図示されないＤ／Ａ変換器によりアナログ信号に変換され、混合器１７に入力される。混合器１７は、加算器と同じ機能を有し、キャンセルノイズ生成部２３で生成されたキャンセルノイズ信号−Ｎ”と、プレーヤ１０による再生信号すなわち楽音信号（オーディオ信号）Ｓを混合するようになっている。
【００１９】
混合器１７では、適宜のプレーヤ１０によって再生される楽音信号Ｓとキャンセルノイズ信号−Ｎ”が混合され、この混合された信号Ｓ−Ｎ”によって増幅器１８がヘッドフォン内のスピーカ１９を駆動し、Ｓ−Ｎ”に対応した音声がスピーカ１９から発せられる。ヘッドフォンには周囲のノイズが回り込み、使用者の耳に入る。このノイズＮは、位相が反転している上記キャンセルノイズ−Ｎ”に対応する音声とヘッドフォン内で合成され、Ｎ−Ｎ”となってノイズＮが打ち消される。言い換えると、使用者の耳に入る音は、Ｓ＋Ｎ−Ｎ”である。Ｎ−Ｎ”の部分は上記のように互いに打ち消されているので、楽音信号Ｓのみが使用者の耳に入ることになる。上記プレーヤ１０は、カセット式テープレコーダのようなアナログ方式であってもよいし、ＣＤプレーヤ、ＭＤプレーヤ、ＭＰ３方式プレーヤなどのデジタル信号処理方式であってもよく、これらの中から任意のもの選択して使用することができる。
【００２０】
図１に示す例では、混合器１７はアナログ方式を想定し、プレーヤ１０の出力信号すなわち混合器１７に入力される楽音信号Ｓとキャンセルノイズ信号−Ｎ”はアナログ信号を想定している。しかし、楽音信号Ｓとキャンセルノイズ信号−Ｎ”をデジタル信号とすれば、加算器１７はデジタル方式でよく、その場合、ＤＳＰ１６の機能の一部として加算器１７の機能を持たせることもできる。加算器１７の出力がデジタル信号の場合、これをアナログ信号に変換して増幅器１８に入力する。
【００２１】
以上説明した本発明にかかるノイズキャンセルヘッドフォンの実施例を模式的に表したものが図２である。図２において、符号１２はヘッドフォンユニットを示している。ヘッドフォンユニット１２は、使用者の耳を覆う筐体と、この筐体に組み込まれて周囲のノイズＮを電気信号に変換するマイクロホン１４と、外部のプレーヤ１０で再生される楽音信号Ｓを音響信号に変換する信号音響変換素子としての前記スピーカと、前述のＤＳＰ１６を備えている。マイクロホン１４は、上記筐体に外向きに配置されてヘッドフォンユニット１２の外側の環境ノイズＮを電気信号に変換し、このノイズ信号はＤＳＰ１６に入力されて前述のように処理される。ＤＳＰ１６からは、ノイズ信号Ｎに基づいて生成されたノイズ信号Ｎ”を反転させたキャンセルノイズ信号−Ｎ”が出力される。このキャンセルノイズ信号−Ｎ”と、上記楽音信号Ｓとが加算器１７で加算されてＳ−Ｎ”の信号が出力され、このＳ−Ｎ”の信号でヘッドフォン内のスピーカが駆動される。一方、ヘッドフォンユニット１２の周囲のノイズＮは、ヘッドフォンユニット１２を回り込んで使用者の耳に達する。ノイズＮはヘッドフォンユニット１２を回り込むことによって周波数帯域ごとに音圧レベルが変化し、Ｎ´のノイズとして使用者の耳に入る。したがって、使用者の耳に入る音はＳ−Ｎ”＋Ｎ´となる。キャンセルノイズ−Ｎ”は使用者の耳に入るノイズＮ´に対して逆位相であり、かつ、キャンセルノイズ−Ｎ”もノイズＮ´もノイズＮを源とするものであるから、ノイズＮ´はキャンセルノイズ−Ｎ”で略キャンセルされ、使用者の耳にはほぼ楽音信号Ｓのみが入ることになる。
【００２２】
図３は、以上説明した実施例にかかるデジタル方式のノイズキャンセルヘッドフォンの動作例を示す。Ｓ１，Ｓ２，・・・とあるのは動作ステップを示す。ノイズキャンセルヘッドフォンが動作している間は、ステップＳ１のように、前記サンプリング回路１８が、マイクロホン１４で変換された環境ノイズ信号を一定の時間間隔でサンプリングする。次にステップＳ２で、サンプリングされたノイズ信号のレベルが予め定められている閾値以上であるかどうかを判断する。この判断は前記ノイズレベル検出部２２で行なう。閾値以下であれば、ステップＳ３に進み、消音信号すなわちキャンセルノイズ信号−Ｎ”を出力する通常の動作をし、ステップＳ１に戻る。ステップＳ２において、サンプリングされたノイズ信号のレベルが閾値以上であれば、ノイズ信号Ｎをデジタル信号に変換するＡＤ変換器（図１に示す実施例ではサンプリング回路２１に相当する）がオーバーフローして正しいＡＤ変換ができず、キャンセルノイズ生成部２３が正しいキャンセルノイズ信号−Ｎ”とは異なったキャンセルノイズ信号を出力するおそれがあるので、ステップＳ４に進み、環境ノイズ信号レベルを制限しステップＳ１に戻る。
【００２３】
上記消音信号とは、キャンセルノイズ生成部２３から出力されるキャンセルノイズ信号−Ｎ”のことである。消音信号すなわちキャンセルノイズ信号−Ｎ”が、正しいキャンセルノイズ信号とは異なった信号であるとすれば、この信号が楽音信号Ｓと混合されることによって、ヘッドフォンのスピーカから楽音信号Ｓの再生音のほかに異様な音が出力され、ヘッドフォンの使用者に不快感を与える。そこで、このような場合には、ステップＳ４によって環境ノイズ信号Ｎのレベルを制限する。すなわち、前述のように、マイクロホン１４から入力される環境ノイズＮのレベルが閾値を越えたことをノイズレベル検出部２２が検出すると、ノイズレベル調整部２４が、サンプリング回路２１に入力する環境ノイズのレベルを上記閾値と同等またはそれ以下に制限する。これによって、ノイズキャンセル機能が制限されるが、異様な音が出力されることを回避することができ、使用者に不快感を与えることを防止することができる。ステップＳ４によって環境ノイズ信号Ｎのレベルを制限したあとはステップＳ１に戻り、以上の動作を繰り返す。したがって、環境ノイズ信号Ｎのレベルが閾値以下になった場合は、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３の順に動作し、ノイズレベル調整部２４による環境ノイズレベルの制限が解除され、マイクロホン１４から入力される環境ノイズ信号Ｎがそのままのレベルでサンプリング回路２１に入力される。
【００２４】
以上説明した実施例によれば、ヘッドフォンの筐体に外向きに配置された環境ノイズ検出用マイクロホン１４に手が触れるなどして、ＡＤ変換機能を有するサンプリング回路２１がオーバーフローするほどの大きなノイズ信号が入力されると、ノイズレベル検出部２２からの指令によりノイズレベル調整部２４がサンプリング回路２１への環境ノイズ信号Ｎの入力レベルを、ノイズレベル検出部２２に予め設定されている検出レベルの閾値と同等またはそれ以下のレベルに制限する。
【００２５】
仮に、サンプリング回路２１がオーバーフローするほどの大きなノイズ信号がサンプリング回路２１に入力されると、サンプリング回路２１は環境ノイズ信号Ｎを忠実にデジタル信号に変換することができず、環境ノイズ信号Ｎとは異なったデジタル信号に変換し、誤ったデジタル信号に基づいてキャンセルノイズ生成部２３がキャンセルノイズを生成するので、環境ノイズをキャンセルすることはできない。場合によっては、誤ったキャンセルノイズを生成することによって、不愉快な異音を発生することもありえる。
本発明の上記実施例によれば、環境ノイズをすべてキャンセルすることはできないが、ノイズレベル検出部２２による検出レベルまでは環境ノイズを正しくキャンセルすることができるので、ノイズキャンセル効果を得ることができ、不愉快な異音が発生することもない。
【００２６】
マイクロホン１４から入力される環境ノイズのレベルが、ノイズレベル検出部２２に予め設定された検出レベルの閾値より低くても、突発的に急速に変化する環境ノイズが入力されることがある。この場合、ＡＤ変換部がオーバーフローするほどの環境ノイズレベルでなくても、環境ノイズ信号Ｎが瞬時に変化するためＡＤ変換部の変換速度が環境ノイズ信号Ｎの変化に追いつくことができないことがある。したがって、ＡＤ変換部で変換されたデジタル信号に基づいてキャンセルノイズ信号生成部２３でキャンセルノイズを生成しても、環境ノイズ信号Ｎに忠実なキャンセルノイズ信号を生成することができず、環境ノイズを正しくキャンセルすることができない。また、不愉快な異音が発生することもある。
【００２７】
そこで、サンプリング回路２１がオーバーフローするほどの大きなノイズ信号を検出するためのノイズレベル検出部２２の閾値を「閾値１」とすると、突発的に発生する比較的大きな環境ノイズに対するノイズレベル検出部２２の閾値を「閾値２」とする。閾値２は、デジタル信号処理部（ＤＳＰ１６）においてサンプリングした過去の環境ノイズデータから平均値と標準偏差を求め、平均値を中心としてこれに標準偏差を加味して設定しかつ修正する。したがって、閾値１は固定であり、閾値２は上限と下限がありかつサンプリングごとに変動する。図５は閾値１と閾値２の関係を示している。閾値２は、ＤＳＰ１６において過去にサンプリングした例えば１００個の環境ノイズデータから、その平均値と標準偏差σを求め、平均値を中心として標準偏差の適宜の倍数（例えば３倍（３σ））をプラス側とマイナス側に加えることによって求められる。したがって、閾値２には上限と下限があり、この閾値２の上限と下限をキャンセルノイズ生成部２３において生成するキャンセルノイズレベルの限界値として設定する。また、その後サンプリングするごとにＤＳＰ１６内で例えば１００個の環境ノイズデータから上記閾値２を求める演算を行ない、キャンセルノイズ生成部２３において生成するキャンセルノイズレベルの限界値を修正するように構成する。図５において、横軸は時間を示し、縦軸は環境ノイズの値（レベル）を示す。図５に示すように閾値２はサンプリングごとに変動する。閾値１は閾値２よりも高く、サンプリング回路２１がオーバーフローレベルに近いレベルに設定されている。ノイズレベル検出部２２は、突発的に発生する比較的大きな環境ノイズに対しては上記閾値２を適用し、閾値２を超える場合は、ノイズレベル検出部２２からの指令によりキャンセルノイズ生成部２３において生成するキャンセルノイズレベルの限界値を閾値２のレベルと同等またはそれ以下に制限する。閾値２を上記のようにして求めることにより、突発的な環境ノイズが入力された場合に、閾値２が突発的な環境ノイズで乱されることがなく、結果的には、閾値２が突発的な環境ノイズが入力されたことによってノイズキャンセル動作が乱されることもないから、不愉快な異音が発生することもない。
【００２８】
図４は、ノイズレベル検出部２２の上記閾値１と閾値２の設定動作例を示す。まず、ノイズレベル検出部２２の閾値Ｓを予め適宜の値に設定する（Ｓ１１）。この閾値Ｓとは上記閾値１のことである。次に、環境ノイズ信号Ｎの入力数が一定数ｎ（例えば、ｎ＝１００）になるまで入力を繰り返し、その平均値と標準偏差σを求める（Ｓ１２）。この標準偏差値をノイズレベル検出部２２の閾値２として設定する。次に、環境ノイズ信号Ｎのリアルタイムの入力値（レベル）をサンプリングし（Ｓ１３）、このサンプリング値が、予め設定した上記ノイズレベル検出部２２の閾値Ｓ（閾値１）以下かどうか判断する（Ｓ１４）。サンプリング値が閾値Ｓ以上（Ｓ１４でＮＯ）であれば、サンプリング値を閾値Ｓとする（Ｓ１６）。すなわち、サンプリング値を閾値Ｓに制限し、次のステップＳ１７に進む。ステップＳ１４でサンプリング値が閾値Ｓ以下であれば、サンプリング値を制限することなく、すなわち環境ノイズ信号Ｎをレベル調整することなくそのままサンプリング回路２１に入力し、次のステップＳ１７に進む。ステップＳ１３からＳ１６までは、閾値１とサンプリング信号の比較であり、図３について説明した動作と技術思想レベルでは実質的に同じである。
【００２９】
閾値１とサンプリング信号の比較の後、ステップＳ１７以下で閾値２とサンプリング信号の比較および閾値２の再設定動作を行なう。ここではまず、ノイズ信号Ｎのサンプリング値は平均値＋ｍσ以下かどうかを判断する（Ｓ１７）。ｍは標準偏差σに乗ずる任意の係数で、図５に示す例では「３」である。ステップＳ１７では、ノイズ信号Ｎのサンプリング値が、図５で説明した閾値２の上限以下か否かを判断している。ノイズ信号Ｎのサンプリング値が閾値２の上限以上の場合（ステップＳ１７でＮＯ）はステップＳ２１に進み、サンプリング値を平均値＋ｍσとする。つまり、サンプリング値を上限値である平均値＋ｍσに制限する。その後ステップＳ２２に進む。
【００３０】
ステップＳ１７でノイズ信号Ｎのサンプリング値が平均値＋ｍσ以下（ステップＳ１７でＹＥＳ）の場合は、続いてステップＳ１８で、サンプリング値が平均値−ｍσ以上か否かを判断する。つまり、ノイズ信号Ｎのサンプリング値が、図５で説明した閾値２の下限以上であるかまたは下限以下であるか否かを判断する。ノイズ信号Ｎのサンプリング値が閾値２の下限以下である場合（ステップＳ１８でＮＯ）はステップＳ２０に進み、サンプリング値を平均値−ｍσとする。つまり、サンプリング値の下限を閾値２の下限値に設定して、サンプリング値の下限が閾値２の下限以下になることを制限し、ステップＳ２２に進む。
【００３１】
ステップＳ１８でノイズ信号Ｎのサンプリング値が平均値−ｍσ以上（ステップＳ１８でＹＥＳ）の場合は、サンプリング値を修正することなくステップＳ２２に進む。
【００３２】
ステップＳ２２では、ノイズ信号Ｎのサンプリング値の平均値と標準偏差を求め、閾値２を再設定する。再設定された閾値２に基づいてノイズレベル検出部２２がノイズレベルを検出し、検出結果に応じてノイズレベル調整部２４がノイズレベルを調整してサンプリング回路２１に入力する。サンプリング回路２１でサンプリングされたノイズ信号に対応してキャンセルノイズ生成部２３がノイズ信号と逆位相のキャンセルノイズ生成処理を行い（Ｓ２３）、キャンセル信号を出力する（Ｓ２４）。
【００３３】
このようにして、入力値を統計的に処理することにより、環境ノイズ信号Ｎの新たな平均値と標準偏差σを求め（Ｓ２２）、キャンセルノイズ生成処理を行い（Ｓ２３）、キャンセル信号を出力する（Ｓ２４）。上記新たな平均値と標準偏差σを求めるステップ２２は、閾値２の再設定を行なう。上記キャンセルノイズ生成処理では、仮に突発的な大音量の環境ノイズが入力された場合は、生成するキャンセルノイズレベルを、再設定された閾値２によって制限する。キャンセル信号を出力すると、ステップＳ１３に戻って動作を繰り返す。
【００３４】
このようにして生成されたキャンセルノイズが混合器１７においてプレーヤ１０で再生される楽音信号と混合されることにより、ヘッドフォン内に届く環境ノイズが、スピーカ１９で再生される上記キャンセルノイズでキャンセルされる。ただし、環境ノイズの入力値がノイズレベル検出部２２の閾値Ｓ（閾値１）より大きい場合は、ノイズレベル検出部２２の閾値Ｓを上限としてノイズをキャンセルし、キャンセルされないノイズが残ることになる。しかし、ノイズの多くはキャンセルすることができ、ノイズキャンセルヘッドフォンとしての機能は十分に備えている。また、環境ノイズの入力値がノイズレベル検出部２２の閾値Ｓより大きい場合に、入力値を制限することなくそのままキャンセルしようとすると、的確なキャンセルノイズを生成することができず、不愉快な異音を生じることがあるが、本発明の上記実施例によれば、このような異音を生じることはない。
【００３５】
また、環境ノイズ信号Ｎを、統計的手法を使って、閾値２を設定するとともに、環境ノイズ信号Ｎをサンプルするごとにこのサンプリング信号と閾値２とを比較して閾値２を修正し、キャンセルノイズ生成部２３で生成するキャンセルノイズのレベルを、修正した閾値２によって制限するようにしたため、突発的な大音量の環境ノイズが入力することによって閾値２が乱されることがなくなり、突発的な大音量の環境ノイズが入力してもノイズキャンセル動作の乱れがなく、不愉快な異音の発生を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明にかかるノイズキャンセルヘッドフォンの実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明にかかるノイズキャンセルヘッドフォンによるノイズキャンセル動作の例を示す概念図である。
【図３】本発明にかかるノイズキャンセルヘッドフォンの動作例を示すフローチャート図である。
【図４】本発明にかかるノイズキャンセルヘッドフォンによる閾値設定動作例を示すフローチャート図である。
【図５】本発明にかかるノイズキャンセルヘッドフォンにおける閾値の概念の説明図である。
【図６】従来のノイズキャンセルヘッドフォンの例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０    プレーヤ
１４    マイクロホン
１６    デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）
１７    混合器
１９    スピーカ
２１    サンプリング回路
２２    ノイズレベル検出部
２３    キャンセルノイズ生成部
２４    ノイズレベル調整部
【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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【図６】
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