(57)【要約】【課題】  ノイズキャンセル効果の高い音響装置を提供する。【解決手段】  外部空間５０と内部空間６０Ｒとを仕切るケース３０と、内部空間６０Ｒ内の音声をモニターしてモニター音声信号に変換する音声モニター用マイクロホン２２Ｒと、外部空間５０内の外部ノイズを集音して外部ノイズ信号に変換する外部ノイズ集音用マイクロホン２３Ｒと、モニター音声信号と配信された音声信号との差分レベルを検出する差分レベル検出部１２Ｒ、１３Ｒ、１４Ｒと、外部ノイズ信号を差分レベルに応じた利得で増幅することにより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生成部１５Ｒ、１６Ｒと、ノイズキャンセル信号と配信された音声信号との和に基づく音声を内部空間６０Ｒ内に出力するスピーカー２１Ｒとを備える。【選択図】        図１
2007034057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部のノイズを低減するノイズキャンセル機能を備えた音響装置において、
外部ノイズを集音して外部ノイズ信号に変換する第１の音センサと、
前記音響装置内部の音声をモニターしモニター音声信号に変換する第２の音センサと、
前記モニター音声信号と配信された音声信号とを入力してこれらモニター音声信号と配信された音声信号との差分レベルを検出する差分レベル検出部と、
前記外部ノイズ信号を入力して該外部ノイズ信号を前記差分レベル検出部で検出された差分レベルに応じた利得で増幅することにより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生成部と、
前記ノイズキャンセル信号と前記配信音声信号との双方の和に基づく音声を前記音響装置内部に出力する発音体とを備えたことを特徴とする音響装置。
【請求項２】
前記音響装置内部を外部から仕切る外耳道を覆って装着されるケースを備え、
前記ケースが前記第１の音センサと前記第２の音センサと前記発音体とを保持することを特徴とする請求項１記載の音響装置。
【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備えた音響装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばスピーカシステムやヘッドホン等の音響装置において、外部から伝播する騒音等のノイズ（以下、外部ノイズと呼ぶ）を集音し、ノイズキャンセル信号を生成して放音することにより外部ノイズを軽減するノイズキャンセル装置が知られている。このようなノイズキャンセル装置は、例えば携帯電話、携帯機器、オーディオ機器をはじめ、航空機内で乗客が使用するヘッドホンや車載オーディオに使用されている。このノイズキャンセル装置は、外部ノイズを集音して電気信号（以下、外部ノイズ信号と呼ぶ）に変換するマイクロホンを備えており、このマイクロホンが変換した外部ノイズ信号を位相反転することによりノイズキャンセル信号を生成し、配信すべき音声信号やオーディオ信号に加算し、ヘッドホンまたはスピーカから放音することでノイズをキャンセルしている（例えば、特許文献１参照。）。
【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】
【０００３】
しかしながら、従来のノイズキャンセル装置では、上記ノイズキャンセル信号に基づいてヘッドホンまたはスピーカから放音される時のノイズ信号のレベルが、その時の周囲からの騒音等ノイズ信号のレベルと全く等しい理想的な状態ではノイズキャンセル効果が高いものの、両者のレベルにずれがある状態では、ノイズキャンセル効果が劣化してしまう。しかも、ヘッドホン等の内部に伝播するノイズのレベルは、例えばヘッドホンの装着状態等によりその時の外部ノイズのレベルと異なる場合があり、ノイズキャンセル効果が劣化するおそれがある。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑み、ノイズキャンセル効果の高いノイズキャンセル機能を備えた音響装置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】
【０００５】
上記課題を解決する本発明の音響装置は、外部のノイズを低減するノイズキャンセル機能を備えた音響装置であって、
外部ノイズを集音して外部ノイズ信号に変換する第１の音センサと、
上記音響装置内部の音声をモニターしモニター音声信号に変換する第２の音センサと、
上記モニター音声信号と配信された音声信号とを入力してこれらモニター音声信号と配信された音声信号との差分レベルを検出する差分レベル検出部と、
上記外部ノイズ信号を入力してこの外部ノイズ信号を上記差分レベル検出部で検出された差分レベルに応じた利得で増幅することにより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生成部と、
上記ノイズキャンセル信号と上記配信音声信号との双方の和に基づく音声を上記音響装置内部に出力する発音体とを備えたことを特徴とする。
【０００６】
本発明の音響装置は、外部空間内の外部ノイズから変換された外部ノイズ信号を増幅することにより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に基づく音声を発音体により音響装置内部に出力するものであり、ここで、外部ノイズ信号は、音響装置内部でモニターした音声から変換されたモニター音声信号と視聴者に向けて配信される音声信号との差分レベルに応じた利得で増幅される。
【０００７】
このように、音響装置内部での音声に基づいて外部ノイズ信号の増幅利得を制御することにより、ノイズキャンセル信号を、音響装置内部でキャンセルしきれない残留ノイズのレベルに対応させることができる。また、音響装置の使用状態等によって音響装置内部への伝播特性が変化しても、ノイズキャンセル信号のレベルを追従させることができる。よって、ノイズキャンセル効果の高い音響装置が提供される。
【０００８】
ここで、上記音響装置内部を外部から仕切る外耳道を覆って装着されるケースを備え、
上記ケースが上記第１の音センサと上記第２の音センサと上記発音体とを保持することが好ましい。
【０００９】
外耳道を覆って装着されるケースは、例えばヘッドホンが備えるケースであり、このようなケースを装着した場合では、装置内部と外部の仕切がより完全となるため、ノイズキャンセル効果を高めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のノイズキャンセル機能を備えた音響装置によれば、ノイズキャンセル効果を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下図面を参照して本発明の音響装置の実施の形態を説明する。
【００１２】
図１は、本発明の音響装置の一実施形態であるヘッドホン１の機能構成を示すブロック図である。図２は、人の頭部に装着された状態でのヘッドホン１の一部の構造を示す断面図である。
【００１３】
図１に示すヘッドホン１には、ステレオ音声信号に対応するため、右側用の音響回路１０Ｒおよび左側用の音響回路１０Ｌが備えられている。さらに、ヘッドホン１には、音声を出力する発音体としてのスピーカー２１Ｒ、２１Ｌ、そして外部ノイズを電気信号に変換する第１の音センサとしての外部ノイズ集音用マイクロホン２３Ｒ、２３Ｌ、および第２の音センサとしてのスピーカー２１Ｒ、２１Ｌから出力される音声をモニターし電気信号に変換する音声モニター用マイクロホン２２Ｒ、２２Ｌが、それぞれ右側用の音響回路１０Ｒおよび左側用の音響回路１０Ｌに対応して備えられている。音響回路１０Ｒ、１０Ｌおよびスピーカー２１Ｒ、２１Ｌ、音声モニター用マイクロホン２２Ｒ、２２Ｌ、および外部ノイズ集音用マイクロホン２３Ｒ、２３Ｌは右側用と左側用とで同じであるので、以下、右側用の部分についてのみ説明する。
【００１４】
図２に示すように、ヘッドホン１には、ケース３０が備えられている。ケース３０は人の外耳道４０を覆って装着されることにより、外部空間５０と内部空間６０Ｒとを仕切る仕切壁として機能する。
【００１５】
ケース３０は、スピーカー２１Ｒと外部ノイズ集音用マイクロホン２３Ｒと音声モニター用マイクロホン２２Ｒとを保持している。外部ノイズ集音用マイクロホン２３Ｒは、外部ノイズを電気信号（外部ノイズ信号）に変換するように外部に向けて取付けられ、音声モニター用マイクロホン２２Ｒは、スピーカー２１Ｒから出力されるヘッドホン内の音声をモニターし、電気信号（モニター音声信号）に変換するようケース３０に取付けられている。また、スピーカー２１Ｒは、音響回路１０Ｒから供給される音声信号を音声に変換しヘッドホン内部に出力するようケース３０に取付けられている。外部ノイズは、例えばヘッドホン１を装着する視聴者にとって不要な騒音である。外部ノイズは、ヘッドホン１のケース３０の隙間やケース３０自体を介してヘッドホン内部に伝播する。
【００１６】
図１に戻ると、音響回路１０Ｒには、視聴者に向けて配信されるアナログ信号である音声信号やオーディオ信号をデジタル信号（以下、主信号と呼ぶ）で変換するＡ／Ｄコンバータ２０Ｒを備える。さらに、音響回路１０Ｒには、この主信号に後述するノイズキャンセル信号を加算することにより生成されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ１７Ｒと、音声モニター用マイクロホン２２Ｒが出力するアナログ信号であるモニター音声信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１８Ｒと、外部ノイズ集音用マイクロホン２３Ｒが出力するアナログ信号であるノイズ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１９Ｒとが備えられている。
【００１７】
さらに、音響回路１０Ｒには、上述の主信号を入力して所定の利得で反転増幅する反転部１２Ｒと、この反転された信号とＡ／Ｄコンバータ１８Ｒを介して音声モニター用マイクロホン２２Ｒから出力されたモニター音声信号とを加算する加算部１３Ｒと、加算部１３Ｒにより加算された信号のレベルを検出するレベル検出部１４Ｒとが備えられている。つまり、レベル検出部１４Ｒは、主信号とモニターした音声信号との差分レベル信号を検出するものであり、この差分レベル信号は、ノイズキャンセルしきれなかったノイズ（残留ノイズ）である。
【００１８】
さらに、音響回路１０Ｒには、外部ノイズ信号を入力し、この外部ノイズ信号を差分レベルに応じた利得で増幅する可変利得増幅部１５Ｒと、増幅された信号を反転増幅することによりノイズキャンセル信号を生成する反転部１６Ｒとが備えられている。
【００１９】
さらに、音響回路１０Ｒには、ノイズキャンセル信号と主信号とをミキシングし、Ｄ／Ａコンバータ１７Ｒを介してスピーカー２１Ｒに供給するミキシング部１１Ｒが備えられている。つまり、スピーカー２１Ｒは、ノイズキャンセル信号と上記主信号との双方の和に基づく音声をヘッドホン内部に出力するようになっている。
【００２０】
上記の反転部１２Ｒと加算部１３Ｒとレベル検出部１４Ｒとの組合せが、主信号と外部ノイズ信号との差分レベル信号を検出する本発明の差分レベル検出部にあたり、可変利得増幅部１５Ｒと反転部１６Ｒとの組合せが、ノイズキャンセル信号を生成する本発明のノイズキャンセル信号生成部にあたる。
【００２１】
ここで、音響回路１０Ｒの各部の機能は、例えば、メモリに記憶されたプログラムを実行するデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）の処理により実現される。
【００２２】
続いて、ヘッドホン１の動作を説明する。
【００２３】
外部ノイズは、外部ノイズ集音用マイクロホン２３Ｒによって、外部ノイズ信号に変換される。
【００２４】
外部ノイズ信号は、可変利得増幅部１５Ｒおよび反転部１６Ｒで反転増幅されノイズキャンセル信号になる。ノイズキャンセル信号は、配信されるべき主たる音声信号やオーディオ信号である主信号とミキシング部１１Ｒでミキシングされ、スピーカー２１Ｒに供給される。スピーカー２１Ｒは、供給された信号を音声に変換しヘッドホン内部に出力する。一方で、音声モニター用マイクロホン２２Ｒは、ヘッドホン内部の音声をモニター音声信号に変換する。また、反転部１２Ｒは主信号を反転し、加算部１３Ｒは、反転された主信号とモニター音声信号とを加算することにより、主信号とモニター音声信号との差分、即ちノイズキャンセルしきれなかった残留ノイズ信号を出力する。レベル検出部は加算結果の差分レベルを検出する。ここで、可変利得増幅部１５Ｒでの増幅は、モニター音声信号と主信号との差分レベルに応じた利得でなされる。具体的には、可変利得増幅部１５Ｒは、差分レベルが最小となるような利得で増幅を行う。このようにして残留ノイズは、スピーカー２１Ｒから出力された音声のうちのノイズキャンセル信号に基づく成分により相殺されることにより低減される。
【００２５】
今仮に、残留ノイズが完全に相殺される状態であるとすると、ヘッドホン内部では、外部ノイズに起因する音は聞こえない。したがって、音声モニター用マイクロホン２２Ｒにより変換されるモニター音声信号は、主信号に基づく信号のみとなり、差分レベルは最小となる。
【００２６】
この一方で、スピーカー２１Ｒから出力された音声のうちノイズキャンセル信号に基づく成分のレベルと残留ノイズのレベルとが等しくない場合には、残留ノイズが完全には相殺されない状態、すなわち残留ノイズが除去できない状態となる。このとき、ヘッドホン内部では相殺されない成分が雑音として聞こえ、また、音声モニター用マイクロホン２２Ｒにより変換されるモニター音声信号には、残留ノイズのうち相殺されない成分に基づく信号が加わり、差分レベルが上述の最小値とはならない。しかし、この場合、可変利得増幅部１５Ｒは差分レベルが最小となるような利得で増幅を行うことにより、ノイズキャンセル信号のレベルがヘッドホン内部での残留ノイズのレベルに追随して変化し、やがてノイズの相殺がより完全に行われるようになる。
【００２７】
上述のように、本実施形態のヘッドホン１では、キャンセルしきれない残留ノイズのレベルに応じて外部ノイズ信号を増幅することにより、ノイズキャンセル信号を生成する。また、ヘッドホン１の使用状態等によってヘッドホン内部のノイズの状態が変化しても、ノイズキャンセル信号を動的に追従させることができる。よって、ノイズキャンセル効果が高い。
【００２８】
以上、実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものではない。本発明の音響装置は、ヘッドホンに限るものではなく、スピーカを備えたヘルメット等の他の音響装置にも適用することができる。また、例えば、音響回路の差分レベル検出部およびノイズキャンセル信号生成部は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を用いたデジタル信号処理により行うデジタル回路として説明したが、本発明はこれに限るものではなく、それぞれの処理に特化したロジック回路の組合せによるデジタル回路、または演算増幅器を用いたアナログ回路、あるいはこれらの組合せによるものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の音響装置の一実施形態であるヘッドホン１の機能構成を示すブロック図である。
【図２】人の頭部に装着された状態でのヘッドホン１の一部の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    ヘッドホン（音響装置）
１０Ｒ、１０Ｌ    音響回路
１１Ｒ、１１Ｌ    ミキシング部
１２Ｒ、１２Ｌ    反転部
１３Ｒ、１３Ｌ    加算部
１４Ｒ    レベル検出部（１２Ｒ、１３Ｒおよび１４Ｒで差分レベル検出部）
１４Ｌ    レベル検出部（１２Ｌ、１３Ｌおよび１４Ｌで差分レベル検出部）
１５Ｒ、１５Ｌ    可変利得増幅部
１６Ｒ    反転部
１６Ｌ    反転部
１７Ｒ、１７Ｌ    Ｄ／Ａコンバータ
１８Ｒ、１９Ｒ、２０Ｒ    Ａ／Ｄコンバータ
１８Ｌ、１９Ｌ、２０Ｌ    Ａ／Ｄコンバータ
２１Ｒ、２１Ｌ    スピーカー（発音体）
２２Ｒ、２３Ｒ    マイクロホン
２２Ｌ、２３Ｌ    マイクロホン
３０    ケース（仕切壁）
【図１】
2007034057.tif 000003
【図２】
2007034057.tif 000004