(57)【要約】【課題】音質の向上とノイズキャンセル性能の向上の両立を図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】低音域を再生するための第１ドライバーユニット１と、低音域以外の音域を再生するための別のドライバーユニット２と、楽音信号を低音域と低音域以外の音域に振り分けて低音域の楽音信号を第１ドライバーユニット１に、低音域以外の音域の楽音信号を別のドライバーユニット２に入力するクロスオーバー回路３と、マイクロホン６で検出することができる全周波数帯域の騒音信号からキャンセル信号を生成して第１ドライバーユニット１に入力するノイズキャンセル回路４と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低音域を再生するための第１ドライバーユニットと、
低音域以外の音域を再生するための別のドライバーユニットと、
楽音信号を低音域と低音域以外の音域に振り分けて低音域の楽音信号を第１ドライバーユニットに、低音域以外の音域の楽音信号を上記別のドライバーユニットに入力するクロスオーバー回路と、
騒音信号を検出するマイクロホンと、
上記マイクロホンで検出することができる全周波数帯域の騒音信号からキャンセル信号を生成して第１ドライバーユニットに入力するノイズキャンセル回路と、を備えているノイズキャンセルヘッドホン。
【請求項２】
第１ドライバーユニットは低音域を再生するのに適したウーハーであり、別のドライバーユニットは中、高音域を再生するのに適したスコーカーまたはツイーターである請求項１記載のノイズキャンセルヘッドホン。
【請求項３】
マイクロホンで検出される騒音信号は直接ノイズキャンセル回路に入力される請求項１または２記載のノイズキャンセルヘッドホン。
【請求項４】
クロスオーバー回路で振り分けられる低音域の楽音信号とノイズキャンセル回路で生成されるキャンセル信号を加算して第１ドライバーユニットに入力する加算器を備えている請求項１、２または３記載のノイズキャンセルヘッドホン。
【請求項５】
第１ドライバーユニットと別のドライバーユニットは、共通のヘッドホン筐体内に組み込まれている請求項１乃至４のいずれかに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、複数のドライバーユニットを備えたノイズキャンセルヘッドホンに関するものである。なお、本発明に係る「ヘッドホン」には、左右の耳に装着するステレオヘッドホンおよび片側の耳にのみ装着するモノラルヘッドホンも含む。また、耳を外側から覆う耳覆い型、耳に載せる耳載せ型、耳の中に挿入するインナーイヤー型、耳に掛ける耳掛け型なども含み、タイプによって限定されるものではない。したがって、「イヤホン」といわれるものも、本明細書等における「ヘッドホン」に含まれる。本明細書等において「ドライバーユニット」とは、一般にスピーカユニットといわれるもので、電気信号を音声に変換して放射するものをいう。
【背景技術】
【０００２】
従来の大半のノイズキャンセルヘッドホンは、マイクロホンで変換した外部騒音信号の位相を反転してキャンセル信号とし、このキャンセル信号と、音源からの楽音信号とを加算して一つのドライバーユニットに入力するように構成されている。したがって、ドライバーユニットからは楽音信号とキャンセル信号による音声が再生され、キャンセル信号の再生音と外部騒音が互いに打ち消され、ヘッドホン使用者は楽音信号による再生音のみを聞くことができる。
【０００３】
上記従来のノイズキャンセルヘッドホンによれば、一つのドライバーユニットに楽音信号とキャンセル信号を合成した信号を入力するため、楽音信号とキャンセル信号が互いに影響し合う。したがって、音質を重視しようとするとノイズキャンセル性能が犠牲になり、ノイズキャンセル性能を重視しようとすると音質が犠牲になる傾向がある。そこで、音質とノイズキャンセル性能をともに高いレベルで実現できるように技術開発がなされている。しかし、楽音信号とキャンセル信号を合成して一つのドライバーユニットを駆動するという原理である以上、音質とノイズキャンセル性能の両者について妥協せざるを得ず、上記両者共に性能を高めるには限界がある。
【０００４】
また、ノイズキャンセル信号には、低音域から中音域、さらには高音域まで含まれており、これらすべての音域、特に中音域から高音域の騒音についてもこれをキャンセルしようとすると、音質にもノイズキャンセル性能にも悪影響を及ぼす。すなわち、中高音域になると、音声の波長が短くなるため、騒音信号の位相反転処理によるキャンセル信号の生成、キャンセル信号と楽音信号との加算といったノイズキャンセル処理に要する時間やフィルタ特性によって、騒音信号の位相に対してキャンセル信号の位相が本来あるべき位相からずれ、ある周波数では騒音を増幅してしまうことがあるからである。
【０００５】
図３は、上記従来のノイズキャンセルヘッドホンにおけるノイズキャンセル特性の例を示している。横軸は周波数、縦軸はノイズキャンセル量を音圧で示している。また、後述のローパスフィルタを有することなく、マイクロホンで検出される騒音信号をそのまま位相反転してキャンセル信号とした場合を示す。０ｄＢを境にしてこれよりも低ければノイズキャンセル効果があり、０ｄＢよりも高ければむしろ騒音が増大することを示している。図３から明らかなように、低音域においてはノイズキャンセル効果が高くなっている。しかし、中、高音域では、上に述べた位相ずれによって特定の周波数帯でピーク的に騒音が増大し、騒音をむしろ増幅していることが分かる。
【０００６】
そこで従来のノイズキャンセルヘッドホンでは、マイクロホンで変換した外部騒音信号をローパスフィルタに通し、騒音信号の低音域成分のみをキャンセル信号としている。外部騒音の大半は低音域にあるので、低音域だけでもノイズキャンセル効果があれば実用上十分であるという考え方による。こうすれば、中、高音域で騒音がむしろ増幅されるという不具合を無くすことができる。ただし、ローパスフィルタを備えたノイズキャンセルヘッドホンにおいても、楽音信号とキャンセル信号を加算した信号で一つのドライバーユニットを駆動するものであるから、前述のように、音質の向上とノイズキャンセル性能の向上を両立させるには限界がある。また、ローパスフィルタの特性として、入力信号に対して出力信号が時間的に遅れる特性があるため、外部騒音信号をローパスフィルタに通して生成したキャンセル信号も本来必要な時間のタイミングから遅れることになり、結果的にノイズのキャンセル性能に悪影響を及ぼすことになる。
【０００７】
ところで、ヘッドホンの音質を高めるために、低音域を再生するドライバーユニットと、高音域を再生するドライバーユニットを備えた２ウェイ方式のヘッドホンが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。なお、低音域および高音域を再生するドライバーユニットのほかに、中音域を再生するドライバーユニットを備えた３ウェイ方式のヘッドホンも市販されている。ただし、これら２ウェイ方式および３ウェイ方式のヘッドホンは、再生周波数帯域を広げるとともに全再生周波数帯域にわたってバランス良く再生するという、音質の向上を目指したものであって、ノイズキャンセル機能は備えていない。
【０００８】
音質を損なうことなくノイズキャンセルを可能にするために、楽音信号によって駆動されるドライバーユニットのほかに、マイクロホンからの騒音信号によって生成されるノイズキャンセル信号によって駆動される圧電素子を備え、ヘッドホンハウジングとドライバーユニットのフレームを上記圧電素子で結合したヘッドホンが提案されている（特許文献４参照）。特許文献４記載の発明は、外部騒音によって圧電素子がドライバーユニットのフレームを駆動するため、ドライバーユニットから放射される音波は楽音信号の再生音とキャンセル信号の再生音が合成されたものになり、キャンセル信号の再生音で騒音がキャンセルされる。ノイズキャンセル信号と楽音信号の電気的な結合が浅いため、ノイズキャンセル信号が楽音信号に与える悪影響を少なくすることができる。
【０００９】
楽音信号によって駆動されるドライバーユニットのほかに、マイクロホンからの騒音信号によって生成されるキャンセル信号で駆動されるノイズキャンセル用ドライバーユニットを備えたヘッドホンも提案されている（例えば、特許文献５、特許文献６参照）。特許文献５記載のヘッドホンは、楽音信号によって駆動されるドライバーユニットと、ノイズキャンセル信号によって駆動されるノイズキャンセル用ドライバーユニットを備え、外部からの騒音と、キャンセル用ドライバーユニットから放射されるキャンセル音とがヘッドホン内部において音響的に結合するように、外部空間とヘッドホン内部とを連通させたものである。
【００１０】
特許文献６記載のヘッドホンは、楽音信号によって駆動されるドライバーユニットと、ノイズキャンセル信号によって駆動されるノイズキャンセル用ドライバーユニットを備え、キャンセル用ドライバーユニットからキャンセル音を外方に向かって放射することにより、ヘッドホン周辺の騒音を打ち消すものである。特許文献５記載のヘッドホンはヘッドホン内部において騒音を打ち消すものであるのに対し、特許文献６記載のヘッドホンは、ヘッドホン外部において、ヘッドホンの周辺の騒音を打ち消すものであるという違いがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】実公平０６−３８５５２号公報
【特許文献２】特許第２５１６９０４号公報
【特許文献３】特許第４１８４２８３号公報
【特許文献４】特開２００８−９９１２７号公報
【特許文献５】特開２００９−１７４８５号公報
【特許文献６】特許第３１５３１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ここまで、ヘッドホンおよびノイズキャンセルヘッドホンの技術の変遷について述べるとともに、技術的な課題についても述べた。ノイズキャンセルヘッドホン技術の変遷において、音質あるいは再生性能の向上とノイズキャンセル性能の向上の両立を図ることが大きな課題であり、さらなる改良の余地がある。すなわち、音質あるいは再生性能の向上を図るには、特許文献１〜３に記載されているように、ドライバーユニットを２ウェイ方式、さらには３ウェイ方式というようにマルチウェイ方式にすることが有効である。しかし、このようなマルチウェイ方式においてはノイズキャンセルに関しては無頓着である。
【００１３】
一方、特許文献４〜６に記載されているノイズキャンセルヘッドホンにおいては、二つのドライバーユニットを備えているが、一つのドライバーユニットを楽音再生専用とし、他のドライバーユニットをノイズキャンセル専用としている。したがって、ノイズキャンセル性能の向上は期待できる。しかし、音質あるいは再生性能の向上に関しては特別な考慮はなされていない。
【００１４】
本発明は、以上説明してきた従来のノイズキャンセルヘッドホンの課題を解決すること、すなわち、音質あるいは再生性能の向上とノイズキャンセル性能の向上の両立を図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】
【００１５】
本発明は、
低音域を再生するための第１ドライバーユニットと、
低音域以外の音域を再生するための別のドライバーユニットと、
楽音信号を低音域と低音域以外の音域に振り分けて低音域の楽音信号を第１ドライバーユニットに、低音域以外の音域の楽音信号を上記別のドライバーユニットに入力するクロスオーバー回路と、
マイクロホンで検出することができる全周波数帯域の騒音信号からキャンセル信号を生成して第１ドライバーユニットに入力するノイズキャンセル回路と、
を備えていることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１ドライバーユニットは低音域を再生し、別のドライバーユニットは低音域以外の音域を再生するマルチウェイ方式のヘッドホンを構成しており、広い周波数帯域にわたりバランスの良い高音質の再生音を得ることができる。ノイズキャンセル回路で生成されるキャンセル信号は、ローパスフィルタなどを通すことなくマイクロホンで検出することができる全周波数帯域の騒音信号から生成される。したがって、キャンセル信号には中、高音域の信号も含まれるが、第１ドライバーユニットは低音域のみを再生し、中、高音域は再生することができないか、再生したとしても音圧レベルが低いので、仮に中、高音域における騒音信号に対するキャンセル信号の位相ずれがあったとしても、騒音が増幅されて再生される不具合はない。ローパスフィルタの類を使用しないこと、低音域のみを再生する第１ドライバーユニットだけでノイズキャンセルを行うものであることから、ローパスフィルタによる低域のノイズキャンセル信号の時間遅れもなく、良好なノイズキャンセル効果を得ることができるとともに、ノイズキャンセル機能が楽音再生性能に及ぼす影響を極めて少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係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】本発明に係るノイズキャンセルヘッドホンの実施例における楽音再生周波数特性を示すグラフである。
【図３】従来の一般的なノイズキャンセルヘッドホンにおけるノイズキャンセル特性の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係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。
【実施例】
【００１９】
本発明に係るノイズキャンセルヘッドホンの実施例は、図１に示すように、低音域を再生するための第１ドライバーユニット１と、この第１ドライバーユニット１と別に、低音域以外の音域を再生するための第２ドライバーユニット２を備えている。第１ドライバーユニット１は低音域を再生するのに適した「ウーハー」と呼ばれるユニットであり、第２ドライバーユニット２は中、高音域を再生するのに適した「ツイーター」と呼ばれるユニットである。
【００２０】
第１ドライバーユニット１と第２ドライバーユニット２は、図示されない共通のヘッドホン筐体内に組み込まれている。上記各ドライバーユニット１，２のヘッドホン筐体内への組み込み態様は任意で、ヘッドホンのタイプに応じてそれに適した態様で組み込まれる。いずれにせよ、各ドライバーユニット１，２で再生される音波が合流して使用者の鼓膜に届くことができる構造になっている。
【００２１】
各ドライバーユニット１，２には、楽音信号入力端子５から楽音信号が入力される。楽音信号入力端子５には、コンパクトディスク（ＣＤ）プレーヤ、ＭＰ３プレーヤ、ＩＣレコーダ、その他適宜の音源が接続され、音源から楽音信号が入力される。この楽音信号は、音源側のアンプによってヘッドホンを駆動するに適したパワーに高められている。上記楽音信号によって上記二つのドライバーユニット１，２を音域に分けて駆動できるように、楽音信号入力端子５の後ろにクロスオーバー回路３が設けられている。
【００２２】
クロスオーバー回路３は、全音域の信号を含む上記楽音信号の中から、図２に示すように低音域の信号と中、高音域の信号に分け、低音域の信号を第１ドライバーユニット１に、中、高音域の信号を第２ドライバーユニット２に入力する。図２に示すように、低音域の信号の周波数特性を表すグラフＡと、中、高音域の信号の周波数特性を表すグラフＢが交差する位置の周波数ｆｃをクロスオーバー周波数という。クロスオーバー回路３はまた、マルチウェイスピーカシステムにおけるネットワークの機能を有していて、低音域の信号と中、高音域の信号とのバランスを調整し、上記クロスオーバー周波数ｆｃを設定することができる。
【００２３】
上記低音域の信号は第１ドライバーユニット１に、中、高音域の信号は第２ドライバーユニット２に入力されるが、第１ドライバーユニット１の駆動回路にはノイズキャンセル回路４が接続されていて、第１ドライバーユニット１にはノイズキャンセル信号も入力されるように構成されている。前記ヘッドホン筐体には環境騒音を検出するためのマイクロホンが取り付けられていて、このマイクロホン６で検出され電気音響変換された騒音信号がノイズキャンセル回路４に入力されるように構成されている。ノイズキャンセル回路４は、上記騒音信号の位相を逆相に変換してキャンセル信号を生成する機能を備えている。また、ノイズキャンセル回路４は、生成したキャンセル信号と上記低音域の信号とを加算する加算器の機能を備え、キャンセル信号と低音域の楽音信号とを加算した信号を第１ドライバーユニット１に入力するように構成されている。
【００２４】
以上説明した本発明に係るノイズキャンセルヘッドホンの実施例によれば、第１ドライバーユニット１は低音域を再生し、第２ドライバーユニット２は低音域以外の音域を再生するマルチウェイ方式のヘッドホンを構成しているため、広い周波数帯域にわたりバランスの良い高音質の再生音を得ることができる。特に、中、高音域はノイズキャンセル動作の影響を受けないため、純粋に音質向上のみを追求した設計、調整を行うことができる。
【００２５】
ノイズキャンセル回路４で生成されるキャンセル信号は、ローパスフィルタなどを通すことなくマイクロホン６で検出することができる全周波数帯域の騒音信号をもとにして、その逆位相の信号として生成される。キャンセル信号には中、高音域の信号も含まれる。したがって、キャンセル信号には、中、高音域の特定の周波数帯において、図３について説明したような、位相ずれによって騒音を増幅してしまうような信号も含まれる。
【００２６】
しかし、第１ドライバーユニット１は低音域のみを再生し、中、高音域は再生することができず、再生したとしても音圧レベルが低いので、仮に中、高音域における騒音信号に対するキャンセル信号の位相ずれがあったとしても、騒音が増幅されて再生される不具合はない。また、ローパスフィルタの類を使用しないこと、低音域のみを再生する第１ドライバーユニット１だけでノイズキャンセルを行うものであることから、ノイズキャンセル機能が楽音再生性能に及ぼす影響を極めて少なくすることができる。
【００２７】
もって、本発明によれば、複数のドライバーユニットを用いることによる音質の向上を図りながら、ノイズキャンセル動作に伴う中高音域の再生性能への悪影響を最小限にとどめることができる。
【００２８】
図１に示す実施例は、ドライバーユニットを２個用いた２ウェイ方式の例であるが、ドライバーユニットを３個用いた３ウェイ方式、その他のマルチウェイ方式であってもよい。３ウェイ方式以上のマルチウェイ方式においては、前記「ウーハー」、「ツイーター」のほかに、中音域を再生するのに適した「スコーカー」が用いられる。この場合、前記クロスオーバー回路３は、楽音信号の中から、低音域、中音域、高音域に属する信号に分離し、上記各音域に属する信号を、「ウーハー」、「スコーカー」、「ツイーター」に分配する。いずれにしても、ノイズキャンセル信号は、低音域の再生を受け持つドライバーユニットにのみ入力するように構成する。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、初めにも述べたとおり、ヘッドホンの形式にかかわらず、どのような形式のヘッドホンあるいはイヤホンにも適用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１    第１ドライバーユニット
２    第２ドライバーユニット
３    クロスオーバー回路
４    ノイズキャンセル回路
５    楽音信号入力端子
６    マイクロホン
【図１】
2013142735.tif 000003
【図２】
2013142735.tif 000004
【図３】
2013142735.tif 000005