(57)【要約】【課題】電池電圧が低下した場合に、ノイズキャンセル効果をいくらか犠牲にすることにより、再生音質の劣化がなく、電池寿命を長引かせることができるノイズキャンセルヘッドホンを得る。【解決手段】騒音を検出するマイクロホン４、マイクロホン４で検出される騒音信号をデジタル処理し騒音信号に対し逆位相のキャンセル信号を生成するＤＳＰ３、ＤＳＰ３で生成されるキャンセル信号と楽音信号を合成する合成手段６、合成手段６により合成される信号によって駆動されるスピーカユニット７、を備えたデジタル方式のノイズキャンセルヘッドホン。電源電池１の電圧を検出する電圧検出部２を備え、ＤＳＰ３は、電源電池１の電圧が所定の電圧まで低下したことを電圧検出部２が検出したとき、あらかじめ内蔵しているフィルタ係数の中からその電圧時に設定されているタップ数の少ない係数に切り換える。【選択図】図１
2008219713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
騒音を検出するマイクロホンと、
マイクロホンで検出される騒音信号をデジタル処理し騒音信号に対し逆位相のキャンセル信号を生成するデジタル信号処理部と、
デジタル信号処理部で生成されるキャンセル信号と楽音信号を合成する合成手段と、
合成手段により合成される信号によって駆動されるスピーカユニットと、を備えたデジタル方式のノイズキャンセルヘッドホンであって、
電源電池の電圧を検出する電圧検出部を備え、
上記デジタル信号処理部は、電源電池の電圧が所定の電圧まで低下したことを上記電圧検出部が検出したとき、あらかじめ内蔵しているフィルタ係数の中からその電圧時に設定されているタップ数の少ない係数に切り換えることを特徴とするノイズキャンセルヘッドホン。
【請求項２】
デジタル信号処理部は、電源電池の電圧が所定の電圧まで低下したことを上記電圧検出部が検出したとき、あらかじめ内蔵しているフィルタ係数の中からその電圧時に設定されているタップ数の少ない係数に切り換えるとともに、デジタル信号処理部の動作周波数を低くする請求項１記載のノイズキャンセルヘッドホン。
【請求項３】
電圧検出部は、電源電池の電圧を検出し、その電圧値をデジタル信号処理部に伝える請求項１記載のノイズキャンセルヘッドホン。
【請求項４】
デジタル信号処理部は、生成したキャンセル信号をアナログ信号に変換して出力する請求項１記載のノイズキャンセルヘッドホン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノイズキャンセルヘッドホンに関するもので、特にデジタル方式のノイズキャンセルヘッドホンであって、電源電池の電圧に応じて信号処理部の処理動作を変えることによってノイズキャンセル動作時間を長くすることができるように工夫したものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯型音楽プレーヤの普及に伴い、個人的に楽音を聞くためのヘッドホンも広く普及している。携帯型音楽プレーヤは騒音レベルの高い街中や、電車、バスなどの乗り物の中で使用されることが多く、プレーヤで再生される楽音とともに外部騒音もヘッドホンを通して聞こえる。騒音の中で楽音を聞くと、楽音が外部騒音でかき消されることがあるため、ユーザーはボリュームを上げて楽音を聞こうとし、ボリュームを上げすぎてヘッドホンから外部に音が漏れ、周囲の人たちに不愉快な思いをさせることがある。また、ヘッドホンで高音質の楽音が再生されても、外部から進入する騒音が楽音に影響を与え、ユーザーが聞くことができる再生音の品質を低下させることもある。
【０００３】
そこで、外部から進入してくる騒音を打ち消して騒音の音圧を低減し、ユーザーの耳にはほぼ楽音のみが聞こえるようにしたノイズキャンセル方式のヘッドホンが普及しつつある。ノイズキャンセル方式ヘッドホンの原理は、ヘッドホンに進入してくる騒音をマイクロホンで検知し、検知した騒音信号と逆位相のキャンセル信号を発生させ、キャンセル信号にて騒音を打ち消すものである。より具体的には、マイクロホンで集音し電気信号に変換した騒音信号をさらにフィルタや遅延回路に通すことによって、騒音信号とは逆位相のノイズキャンセル信号を生成し、このノイズキャンセル信号と目的の楽音信号を合成（加算）したあと電力増幅し、スピーカユニットに入力するようになっている。
スピーカから出力される音声は、ノイズキャンセル信号と楽音信号の合成信号が音声に変換されたものであり、ノイズキャンセル信号が変換された音声は、ヘッドホンに進入する外部騒音の全部または一部を打ち消し、ユーザーの耳に入る音声はほぼ楽音信号が変換された音声のみとなる。
【０００４】
近年では、デジタル方式のノイズキャンセルヘッドホンが普及しつつある。デジタル方式ノイズキャンセルヘッドホンは、マイクロホンで拾った騒音をデジタル信号に変換し、デジタル的に信号処理して騒音信号と逆位相の信号を生成し、これをアナログ信号に変換して、プレーヤから入力される楽音信号と合成するものである。この合成信号をスピーカユニットに入力することにより、スピーカユニットからは騒音信号と逆位相の音声と楽音が再生され、騒音信号と逆位相の音声によって騒音が打ち消されるので、ユーザーは楽音のみを聞くことができる。
【０００５】
一般的なデジタル方式のノイズキャンセルヘッドホンは、デジタル信号処理装置（以下「ＤＳＰ」という）を備えている。ＤＳＰは所定の周波数のクロック信号に同期して動作し、また、所定のタップ数のフィルタ係数に基づいて演算処理を行なっている。従来のデジタル方式のノイズキャンセルヘッドホンにおける上記ＤＳＰの動作周波数およびフィルタ係数のタップ数は一定であり、したがって、一定の動作処理速度で演算処理を行なっている。ノイズキャンセル効果を高めるためには、ＤＳＰの動作周波数およびフィルタ係数のタップ数を高める必要がある。そうすると、内蔵している電源電池の消耗が早く、動作時間が短くなるという問題がある。
【０００６】
図４は、従来のデジタル方式ノイズキャンセルヘッドホンにおける電源電圧と動作周波数の時間軸上での変化を示している。ノイズキャンセル動作を有効に行わせるには電源電圧が所定の電圧以上であることが必要である。ＤＳＰが動作するのに必要な最低の電圧を図４では「終止電圧」として示している。電池を電源としている場合、電池の使用開始から電源電圧は徐々に降下し、やがて終止電圧に至り、ノイズキャンセル動作が停止する。使用開始から終止電圧に至るまでの時間を、ここでは「駆動時間」という。
【０００７】
オーディオ機器などでは、電池寿命をより長くする、すなわち上記「駆動時間」をより長くするための工夫がなされている。例えば、デジタルオーディオ機器において、ユーザーが操作部を操作して省電力再生動作への移行を指示すると、音源のデジタルデータを間引きし、あるいは再生条件を変更し、あるいは再生音量を下げる、というような省電力再生動作に移行するように構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
あるいは、ワイヤレス式オーディオ機器において、動作モードにある場合に、受信機から停止モードを指示するリモコン信号が送信されてきたときには、オーディオ機器は停止モードになるとともに、オーディオ機器の受信回路は間欠的な受信動作を行なうようにして、電池寿命を長くする工夫をしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
また、電池の電圧残量が所定値以下になったことを検出して検出信号を出力する残量検出回路と、この残量検出回路からの検出信号を受けてパワーアンプにＢＥＥＰ信号を出力するＢＥＥＰ信号発生回路を設け、電池残量が低下したことを使用者に知らせる電池残量報知装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１８９４８６号公報
【特許文献２】特開平７−７４６６３号公報
【特許文献３】特開２００２−１８９４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２記載の発明は、オーディオ機器の動作中において電源電池を無駄に消耗しないようにしたものであり、本願発明のように、デジタル方式のノイズキャンセルヘッドホンに、それ独特の工夫を施すことによって駆動時間を長くするものとは異なる。
特許文献３記載の発明は、電源電圧が所定の電圧以下に低下したときそれを報知するというだけのものであって、やはり、本願発明のようにデジタル方式のノイズキャンセルヘッドホン独特の工夫を施したものとは異なる。
【００１０】
特許文献１記載の発明は、デジタル方式のオーディオ機器において、ユーザーが省電力モードを選択すると、音源のデジタルデータを間引く、再生条件を変更する、音量を下げるなどの手段によって省電力再生動作を行なうものである。したがって、特許文献１記載の発明によれば、音質の低下、音量の低下などの不具合が生じるので、高音質による再生を望む音楽愛好家などにとっては、電池の残存電圧が低くなった場合に、音質の低下を我慢しながら、やむを得ず省電力モードを選択することになる。
【００１１】
本発明は、以上説明した従来の技術に鑑みてなされたもので、デジタル方式ノイズキャンセルヘッドホンの特性を生かしながら、電池の電圧が低下した場合に、ノイズキャンセルの精度を落とすことにより、再生音質の劣化がなく、電池寿命を長引かせることができるノイズキャンセルヘッドホン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】
【００１２】
本発明は、騒音を検出するマイクロホンと、マイクロホンで検出される騒音信号をデジタル処理し騒音信号に対し逆位相のキャンセル信号を生成するデジタル信号処理部と、デジタル信号処理部で生成されるキャンセル信号と楽音信号を合成する合成手段と、合成手段により合成される信号によって駆動されるスピーカユニットと、を備えたデジタル方式のノイズキャンセルヘッドホンであって、電源電池の電圧を検出する電圧検出部を備え、上記デジタル信号処理部は、電源電池の電圧が所定の電圧まで低下したことを上記電圧検出部が検出したとき、あらかじめ内蔵しているフィルタ係数の中からその電圧時に設定されているタップ数の少ない係数に切り換えることを最も主要な特徴とする。
デジタル信号処理部は、電源電池の電圧が所定の電圧まで低下したことを電圧検出部が検出したとき、あらかじめ内蔵しているフィルタ係数の中からその電圧時に設定されているタップ数の少ない係数に切り換えるとともに、デジタル信号処理部の動作周波数を低くするようにするとよい。
【発明の効果】
【００１３】
電圧検出部が、電源電池の電圧が所定の電圧以上であることを検出しているときは、デジタル信号処理部はタップ数の多いフィルタ係数を用いて演算処理を行い、高精度のキャンセル信号を生成してノイズキャンセル動作する。電源電池の電圧が所定の電圧以下になったことを電圧検出部が検出すると、デジタル信号処理部はタップ数の少ないフィルタ係数に切り換える。これによって、生成されるキャンセル信号の精度は低下するが、楽音信号の再生音質の低下はなく、また、電源電池の消耗度が低減されて電池寿命を長くすることができる。
電源電池の電圧が所定の電圧まで低下したことを電圧検出部が検出したとき、タップ数の少ないフィルタ係数に切り換えることに加えて、デジタル信号処理部の動作周波数を低くするようにすれば、さらに電池寿命を長くすることができる。
電池寿命を長くするには、ＤＳＰの動作周波数を低くすればよい。ただし、ＤＳＰの動作周波数を低くすると、処理速度が遅くなるため、高精度処理のできるタップ数の多いフィルタ係数を用いると処理が間に合わなくなる。そのため、タップ数の少ないフィルタ係数を用い、精度を落として処理を行なう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明にかかるノイズキャンセルヘッドホンの実施例について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明にかかる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１において、符号８はヘッドホンに内蔵されている回路基板を示していて、回路基板８には電圧検出部２、デジタル信号処理部すなわちＤＳＰ３、合成手段６が組み込まれている。ヘッドホンにはまた電源電池１が装填され、上記ＤＳＰ３、その他図示されない適宜の回路部、例えば増幅器などに電源電池１から電源が供給され、電圧検出部２が電源電池１の端子電圧を検出するようになっている。
【００１５】
電圧検出部２は、電源電池１の電圧が所定の電圧まで低下したことを検出するように構成してもよいが、電源電池１の電圧を３段階にわたり検出するように構成してもよい。すなわち、電源電池１の電圧が、第１段階の電圧まで低下したことを検出し、また、第１段階よりも低い第２段階の電圧まで低下したことを検出し、第２段階の電圧よりもさらに低い第３段階の電圧まで低下したことを検出するように構成してもよい。本実施例は、電圧検出部２が電源電池１の電圧を３段階にわたって検出し、それに対応したノイズキャンセル動作が行われるようになっている。
【００１６】
上記ＤＳＰ３には、マイクロホン４で電気音響変換され図示されないアナログ・デジタル変換器（以下「ＡＤ変換器」という）でデジタル信号に変換された騒音信号が入力されるように構成されている。マイクロホン４は、ノイズキャンセルヘッドホンの設計思想に応じてヘッドホン筐体の内部に配置されることもあり、外側に配置されることもある。本発明にかかるヘッドホンでは、マイクロホン４の配置位置は任意である。ＤＳＰ３は、クロックパルス発振器から供給されるクロックパルスに同期して動作する。ＤＳＰ３には、マイクロホン４から図示されないＡＤ変換器を経て所定のサンプリング周期にて騒音信号が入力され、ＤＳＰ３は、騒音信号と逆位相のノイズキャンセル信号を生成する。ノイズキャンセル信号は図示されないデジタル・アナログ変換器（以下「ＤＡ変換器」という）でアナログ信号に変換され、加算器などからなる合成手段６に入力される。また、ＤＳＰ３は、電圧検出部２による電源電池１の電圧検出結果に対応して、自身の動作周波数およびフィルタ係数のタップ数を切り換えるようになっている。
【００１７】
上記電圧検出部２の検出動作に基づくＤＳＰ３の動作をより具体的に説明すると以下のとおりである。電圧検出部２にて、電源電池１の電圧が第１段階の電圧Ｖ１まで低下したことを検出することによって、ＤＳＰ３はタップ数の少ないフィルタ係数に切り換えるとともに自身の動作周波数を低くする。電源電池１の電圧が上記電圧Ｖ１よりも低い第２段階の電圧Ｖ２まで低下したことを電圧検出部２が検出することによって、ＤＳＰ３はタップ数のさらに少ないフィルタ係数に切り換えるとともに自身の動作周波数をさらに低くする。電源電池１の電圧が上記電圧Ｖ２よりも低い終止電圧Ｖ３まで低下したことを電圧検出部２が検出すると、ＤＳＰ３はノイズキャンセル動作を停止する。以上の動作は、ＤＳＰ３内のソフトウェアによって行われる。
【００１８】
合成手段６には、アナログ信号に変換された上記ノイズキャンセル信号と、ＣＤプレーヤ、ＭＤプレーヤ、フラッシュメモリプレーヤ、その他適宜の音源５で再生される楽音信号が入力され、上記ノイズキャンセル信号と楽音信号が合成（加算）されるようになっている。この合成信号はスピーカユニット７に入力され、合成信号に対応した音声すなわち楽音とキャンセル音がスピーカユニット７から出力される。ヘッドホンの筐体内には周囲の騒音が侵入する。この騒音は、騒音の位相に対して逆位相の上記キャンセル音によって打ち消され、ユーザーは楽音のみを聞くことができ、あるいは騒音レベルが低減された環境の下で楽音を聞くことができる。
【００１９】
ノイズキャンセル動作することによって電源電池１は徐々に消耗し、電源電圧が徐々に低下していく。上記実施例は、電源電池１の電圧低下に伴ってＤＳＰ３がその動作周波数を制御し、また、フィルタ係数のタップ数を制御することに特徴がある。これを、図２、図３を参照しながら説明する。図２において、Ｖ１は電源電池１が第１段階まで消耗したときの電圧で、この電圧Ｖ１以上の電圧が維持されている間は、ＤＳＰ３が所定の動作周波数で動作し、かつ、所定のタップ数のフィルタ係数にて高精度の演算処理を行なう。従来のノイズキャンセルヘッドホンは、動作周波数およびタップ数を切り換えていないため、電源電池の電圧が終止電圧まで低下すると、その時点でＤＳＰは動作しなくなる。この電源電池の電圧が終止電圧まで低下するまでの動作時間を図２ではＴ１で示している。
【００２０】
本発明の実施例では、電圧がＶ１以下に低下したことを電圧検出部２が検出すると、図２、図３に示すように、ＤＳＰ３が動作周波数を１段階低下させるとともに、フィルタ係数もタップ数の１段階少ない係数に切り換え、中精度のノイズキャンセル信号を生成する。したがって、ノイズキャンセル精度は低下するが、楽音信号の再生品質にはなんらの影響もないから、高音質の楽音を聞くことができる。この間、電圧検出部２は、電源電池１の電圧が、Ｖ１よりも低い第２段階の電圧Ｖ２まで低下しないかどうかを監視し、第２段階の電圧Ｖ２まで低下すると、ＤＳＰ３は動作周波数をさらに１段階低下させるとともに、さらに１段階少ないタップ数のフィルタ係数に切り換えて動作し、低精度のノイズキャンセル信号を生成する。これによって、ＤＳＰ３の動作時間はＴ１からＴ３まで延び、ノイズキャンセルヘッドホンの動作時間ないしは電源電池１の寿命が延びる。上記のように、ＤＳＰ３の動作周波数がさらに低下するとともにタップ数の低い係数に切り換えることにより、ノイズキャンセル精度はさらに低下するが、楽音信号の再生品質には変わりがなく、高音質の楽音を聞くことができる。この間、電圧検出部２は、電源電池１の電圧が、Ｖ２よりもさらに低い第３段階の電圧Ｖ３まで低下しないかどうかを監視する。
【００２１】
電源電池１の電圧がＶ３まで低下すると、ＤＳＰ３はノイズキャンセル動作を停止する。上記電圧Ｖ３が本発明の上記実施例における終止電圧であり、電圧Ｖ３に至るまでの動作時間を図２ではＴ３で表している。
図３に示すフローチャートの例では、電池電圧が第１段階の電圧Ｖ１以上に保たれているかどうかを判断し（ステップＳ２、（以下「Ｓ２」のように表示する））、電圧Ｖ１以上に保たれている間は、例えばフィルタ係数２００タップ（これをｎ１のタップ数とする）で演算し、ＤＳＰは動作周波数ｆ１で動作し（Ｓ３）、キャンセル信号を生成する（Ｓ４）。電池電圧がＶ１以下になると、次に第２段階の電圧Ｖ２以上かどうかを判断し（Ｓ５）、電圧Ｖ２以上であれば、フィルタ係数を１段階下げて例えば１５０のタップ数（これをｎ２のタップ数とする。したがって、（ｎ２＜ｎ１））で演算し、ＤＳＰをｆ１よりも低いｆ２の動作周波数で動作させ（Ｓ６）、キャンセル信号を生成する（Ｓ７）。電池電圧が第２段階の電圧Ｖ２よりも低下した場合は、次の段階の電圧以上であるかどうかを判断し（Ｓ８）、次の段階の電圧以上に保たれている間はフィルタ係数のタップ数を１５０よりも低い次の段階のタップ数に設定して演算し、ＤＳＰの動作周波数もｆ２よりも低い次の段階の周波数で動作させる（Ｓ９）。このようにして、電池電圧が段階的に低下するに伴ってフィルタ係数のタップ数を段階的に低くするとともに、ＤＳＰの動作周波数を段階的に低くする。そして、電源電圧がＤＳＰを駆動するには不十分な電圧にまで低下するとノイズキャンセル動作は停止する（Ｓ１１）。
【００２２】
このように、図示の実施例によれば、電源電池１の電圧を検出し、それに応じてＤＳＰの動作周波数とフィルタ係数を切り換えることで、従来のノイズキャンセルヘッドホンと比較すると、従来のノイズキャンセルヘッドホンでは動作時間がＴ１であったものが、本発明の上記実施例によれば、ノイズキャンセル動作がＴ１からＴ３まで延び、この延びた時間Ｔｅｘの分だけ電池寿命を延ばすことができる。
【００２３】
なお、電源電圧の低下を何段階にわたって検出するかは任意であり、図２に示すように３段階にわたって検出してもよいし、それ以上の段階わたって検出してもよく、２段階にわたって検出してもよい。電源電圧検出の段階に応じて、ＤＳＰ３の動作周波数及びサンプリングデータ数を変更することになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明にかかるノイズキャンセルヘッドホンの実施例を示すブロック図である。
【図２】上記実施例における電源電圧の低下に対応するデジタル信号処理部の動作周波数及びタップ数の切り換え例を示すタイミングチャートである。
【図３】上記実施例における電源電圧の低下に対応するデジタル信号処理部の動作周波数及びタップ数の切り換え例を示すフローチャートである。
【図４】従来のノイズキャンセルヘッドホンにおける電源電圧の低下に対応するデジタル信号処理部の動作周波数及びタップ数の切り換え例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００２５】
１    電源電池
２    電圧検出部
３    デジタル信号処理部（ＤＳＰ）
４    マイクロホン
５    音源
６    合成部
７    スピーカユニット
【図１】
2008219713.tif 000003
【図２】
2008219713.tif 000004
【図３】
2008219713.tif 000005
【図４】
2008219713.tif 000006