(57)【要約】本発明は能動型雑音低減処理を行うため、ユーザの頭部に配置される音響装置（２）であり、周囲の雑音を示す音声信号を検出することのできる少なくとも一つのマイクロフォンを備える、音響装置（２）であって、さらに、ユーザの頭部の側面に位置決めされ、さらに骨伝導によって変換される振動信号をユーザにより知覚される音響信号に伝達するように、前記マイクロフォンに結合される骨伝導変換器（８）を備える能動型雑音低減処理用の少なくとも一つの音響モジュール（４）を備え、その少なくとも一つの音響モジュール（４）はユーザによる周囲の雑音の知覚を減衰する可能性を提供する振動信号を発生することのできる電子回路を備える。
2016522444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動型雑音低減処理を行ために、ユーザの頭部に装着される音響装置（２）であり、周囲の雑音を表す音声信号を検出する少なくとも一つのマイクロフォンを備える音響装置（２）であって、
ユーザの頭部の側面に配置され、さらに骨伝導によって変換される振動信号をユーザにより知覚される音響信号に伝達するように、前記マイクロフォンに結合される骨伝導変換器を備える能動型雑音低減処理用の少なくとも一つの音響モジュール（４）を含むことを特徴とし、
さらにその少なくとも一つの音響モジュール（４）はユーザによる周囲の雑音の知覚を減衰できる振動信号を発生することのできる電子回路（３０）を含むことを特徴とする、
音響装置（２）。
【請求項２】
前記電子回路（３０）は、雑音低減のための伝達関数（ＨＦＯ）によって定義されるフィルタ（３２）を備えており、ここで前記雑音低減伝達関数（ＨＦＯ）は、骨伝導変換器（８、８’）と、この骨伝導変換器（８、８’）と同じ側に位置するユーザの内耳との間の直接的な骨伝導に係る雑音の減衰を達成するために決定される、請求項１記載の音響装置（２）。
【請求項３】
前記雑音低減伝達関数（ＨＦＯ）は、前記骨伝導を表す直接的な骨伝導伝達関数（ＨＣＯ）と、同じ側部に位置する外耳と内耳の間の空気による音響信号の伝播を示す空気伝導伝達関数（ＨＣＡ）との比に依存することを特徴とする、請求項２記載の音響装置（２）。
【請求項４】
前記雑音低減伝達関数（ＨＦＯ）は、次の式によって定義され、
【数１】
2016522444.tif 000021
ここで、Ｒは直接の骨伝導伝達関数（ＨＣＯ）と空気伝導伝達関数（ＨＣＡ）の比であり、ＨｂＧは周囲雑音の特徴伝達関数、Ｈｍは前記マイクロフォンの伝達関数であり、ＨＴＯは前記骨伝導変換器（８、８’）の伝達関数であることを特徴とする、請求項３記載の音響装置（２）。
【請求項５】
ユーザの頭部の対向する左右の側部に配置される二つの能動型雑音低減音響モジュール（４）を備えることを特徴とする、請求項１記載の音響装置（２）。
【請求項６】
各能動型雑音低減音響モジュール（４）は、骨伝導変換器（８、８’）及び雑音低減伝達関数（ＨＦＯ）によって定義されるフィルタ（３２）を実装する電子回路（３０）を備えており、前記雑音低減伝達関数（ＨＦＯ）は直接的骨伝導（ＨＣＯ）及び前記対向する骨伝導変換器からの振動信号の横断骨伝導（ＨＣＯ’）によって決定される、請求項５記載の音響装置（２）。
【請求項７】
空気による逆雑音信号を伝播するための能動型雑音低減モジュールをさらに備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項記載の音響装置（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザの頭部に配置される、能動型雑音低減処理能力を有する音響装置に関する。
【０００２】
本発明は、能動型雑音低減処理の分野に属する。
【背景技術】
【０００３】
特に、能動型雑音低減処理システムを含むヘッドフォンのような、周囲の雑音を低減する様々な音響装置が存在している。全般的に、そのようなヘッドフォンは、ユーザの両耳に通常位置決めされる二つのマイクロフォンを備える。各イヤフォンは、周囲の雑音、つまり雑音信号を示す音声信号を検知することのできるマイクロフォンを装備している。能動型雑音低減処理は、ユーザの外耳道の入口で、検知された雑音信号を補償するために計算された周囲の音声信号、いわゆる＜逆雑音（counter noise）＞を二つのイヤフォンを介して放射することによって実行される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、ユーザに扱いにくい思いをさせることなく、良好な雑音の減衰を可能とする、周囲の雑音を低減するための音響装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的のため、本発明は能動型雑音低減処理能力を有し、ユーザの頭部に配置され、周囲の雑音を示す音声信号を検出することのできる少なくとも一つのマイクロフォンを備える、音響装置を提案する。その音響装置は、ユーザの頭部の側面に位置決めされ、さらに骨伝導によって変換される振動信号をユーザにより知覚される音響信号に伝播するように、前記マイクロフォンに結合される骨伝導変換器（osteophonictransducer）を備える能動型雑音低減処理用の少なくとも一つの音響モジュールを含むが、その少なくとも一つの音響モジュールはユーザによる周囲の雑音の知覚を減衰する振動信号を発生できる電子回路を含む。
【０００６】
有利なことには、本発明に係る音響装置は、能動型雑音低減処理を適用する能力のある骨伝導変換器を備える。このため、一実施形態では、ユーザの負担は最小であり、能動型雑音低減処理を達成するために耳の閉塞を要求することはない。
【０００７】
本発明に係る音響装置は、独立的に又は組み合わせとして、以下の特徴の一つ又はいくつかを有し、
前記電子回路は、雑音低減伝達関数によって定義されるフィルタを実装し、ここで雑音低減伝達関数は、骨伝導変換器と、この変換器と同じ側に配置されるユーザの内耳の間の直接的な骨伝導に依存して雑音低減を達成し、
前記雑音低減伝達関数は前記骨伝導を示す直接の骨伝導伝達関数と、同じ側に位置決めされる外耳と内耳との間の空気による音響信号の伝播を表す空気による伝達関数の比に依存し、
前記伝達関数は次の式によって定義される。
【０００８】
【数１】
2016522444.tif 000003
【０００９】
ここで、Ｒは直接の骨伝導伝達関数と空気伝導伝達関数の比であり、ＨｂＧは周囲雑音の特徴的な伝達関数、Ｈｍは前記マイクロフォンの伝達関数であり、ＨＴＯは前記骨伝導変換器の伝達関数であり、
音響装置は、ユーザの頭部の対向する左右の側部に配置される二つのいわゆる能動型雑音低減音響モジュールを備え、
各能動型雑音低減音響モジュールは骨伝導変換器及び雑音低減伝達関数によって定義されるフィルタを実装する電子回路を備えており、前記雑音低減伝達関数は直接的骨伝導及び対向する骨伝導変換器からの振動信号の横断骨伝導によって決定され、
さらに音響装置は、空気によって運ばれる逆雑音の伝播による能動型雑音低減モジュールをさらに備える。
【００１０】
本発明の他の特徴及び利点は、以下に記述される、限定的ではない実施形態についての説明によって明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る音響装置の全体的な外観図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る音響装置の電子カードの概略図である。
【図３】第１実施形態に係る能動型雑音低減部のブロック図である。
【図４】直接的な骨伝送伝達関数を測定するための処理を概略的に示す図である。
【図５】第２実施形態に係る能動型雑音低減部のブロック図である。
【図６】横断骨伝送伝達関数を測定するための処理を概略的に示す図である。
【図７】骨伝送ルートを介して、能動型雑音低減伝達関数を決定するための方法の主要ステップのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１の音響装置２は、同じ様な骨伝送ルートを通る二つの能動型雑音低減側部音響モジュール４を備える。音響装置２はユーザ（図示しない）の頭部に装着されるように適用され、前記側部音響モジュール４はユーザの頭蓋骨に接触し、好ましくは側頭部に、配置される。
【００１３】
音響モジュール４は、骨伝導の変換器８及び、周囲の音、特に周囲の雑音を表す音声信号を検出することのできるマイクロフォンを含む、ケーシング１０を備える。
【００１４】
骨伝導変換器８は、骨伝導によってユーザの聴覚神経に伝達される、振動信号に音声信号を伝達することができる、図示しない送信素子を備える。このため、骨伝導によって音響信号の中に伝達された音声信号は、ユーザによって耳の中で知覚される。送信素子は、好ましくは、一緒に係合される二つのハーフシェルを含む保護シェル１２によって保護される。二つのハーフシェルは、例えばプラスチック材料であり、射出成形される。
【００１５】
ケーシング１０は、図１には示さないが図２にて詳細に描写される、電子カードをさらに備える。この電子カードは、周囲の音声を検出するためのマイクロフォンに結合される。この電子カードは、骨伝導変換器８によって振動信号に伝達され、ユーザの聴覚神経で、周囲の音声信号の知覚を低減するか、又は完全にキャンセルすることのできる、いわゆる「逆雑音」電気信号である、音声信号を生成する。このため、一実施形態にあって、周囲音声波は、骨伝導によって相殺される（cancelled out）。
【００１６】
音響装置１６は、さらに機械的な保持部材１４を含む。この実施形態において、保持部材１４は、ユーザの側頭部に対して押圧する十分な位置で、音響モジュール４を支持することのできる堅いヘッドバンドである。好ましくは、この堅いヘッドバンド１４は、長さが調整可能である。
【００１７】
さらに、任意に、音響装置２は、追加の保持部材１６も含む。この実施形態において、保持部材１６は、柔軟なヘッドバンド１６であり、好ましくは、長さが調整可能で、さらに確実な保持を確保するためにユーザの頭部の頂部に装着される。
【００１８】
連結部２０が、音響モジュール４を保持部材１４、１６に取り付ける部品２２と、音響モジュール４との間に、取り付けられる。連結部２０は音響モジュールをユーザの頭部にうまく配置できるようにする。一実施形態において、連結部２０には図示しないバネが取り付けられるので、音響モジュール４の静止位置（rest position）への確実な戻りを可能とする。
【００１９】
図示しない簡素化された他の例によれば、本発明に係る音響装置には、能動型雑音低減用の単一の側部音響モジュールが装備されてもよい。
【００２０】
骨伝送ルートを通しての雑音低減音響モジュール４が詳細に例示され、さらに記載されているのが理解される。
【００２１】
しかし、そのような音響モジュールを含む、いかなる音響装置又はヘッドフォンも本発明に含まれる。
【００２２】
他の実施形態によれば、骨伝送ルートを通した一つ又は二つの雑音低減音響モジュール４が、空気伝達逆雑音音響信号の生成による、空気ルートを通した雑音低減と骨伝導ルートを通した雑音低減とを組み合わせるために、雑音消去ヘッドフォンタイプの従来の雑音低減装置に、合体されてもよい。
【００２３】
本発明に係る電子カード３０が図２に示されている。周囲雑音信号Ｓｂがマイクロフォンによって検出される。マイクロフォンにはフィルタリングモジュール３２が接続されている。このフィルタリングモジュール３２は、電気信号を決定させる伝達関数ＨＦＯを所定の利得及び位相で等価して骨伝導信号に適用する。骨伝送信号は、雑音信号Ｓｂを相殺するために骨伝導によって伝送される。
【００２４】
第１実施形態によれば、伝達関数ＨＦＯは、骨伝送を介した単一の雑音低減音響モジュール４を音響デバイス２に設けることによって決定される。それによって決定された伝達関数ＨＦＯは、左右に音響モジュール４が設けられた音響装置２の場合にも適用されるが、ユーザの左右の耳での等価周囲雑音が予測され、さらに直接骨伝導のみが考慮される。
【００２５】
この第１実施形態において、伝達関数ＨＦＯをどのように決定するのかを説明するため、図３はこの実施形態での骨伝送ルートを介した雑音低減の原理を例示する。
【００２６】
この実施形態では、ユーザの左横側に配置される音響モジュール４の場合が考慮されている。ここに説明される原理は音響モジュール４がユーザの頭蓋骨の右横側に配置されたときにも対称的に適用されることが理解される。
【００２７】
音響モジュール４に属する変換器８のみが例示されている。点ＩＧは左内耳を示し、点ＥＧは左聴道又は外耳の入口の点を示す。
【００２８】
雑音の音波３８が空気を通して伝達され、マイクロフォン４０によって検出される。基本的なモデリングによれば、伝達関数ＨＣＯは変換器８による振動信号の伝達と、内耳ＩＧの間の骨ルートを介しての伝達を定義する。マイクロフォン４０の入力と骨伝送の振動信号の伝送の間の全体的な伝達関数は、ＨＧとして記述される。同様に、伝達関数ＨＣＡは、外耳ＥＧと内耳ＩＧの間の空気による音声信号の伝播を表し、これは内耳及び中耳の伝達関数である。伝達関数ＨｂＧは騒々しい環境の特徴的な伝達関数であり、従来の雑音低減の範囲内で用いられてもいる。
【００２９】
ユーザの内耳ＩＧで雑音を相殺するために、以下の等式の関係が成立される。
【００３０】
【数２】
2016522444.tif 000004
【００３１】
この等式から全体的な伝達関数ＨＧは、次の式のような外耳及び中耳の伝達関数ＨＣＡと骨伝導の伝達関数ＨＣＯの間の比Ｒに依存することになる。
【００３２】
【数３】
2016522444.tif 000005
【００３３】
さらに、マイクロフォン４０の伝達関数及び変換器８の伝達関数がそれぞれＨｍ及びＨＴＯと記述されると、以下の関係も成立する。
【００３４】
【数４】
2016522444.tif 000006
【００３５】
前述の等式２（Ｅｑ２）と等式（Ｅｑ３）を合成すると、以下の等式（Ｅｑ４）となる。
【００３６】
【数５】
2016522444.tif 000007
【００３７】
適用される伝達関数ＨＦＯを決定するために、準備の段階（preliminary phase）で、Ｒ＝ＨＣＡ／ＨＣＯ、つまり、等価な空気伝達による音声信号を、骨伝導振動信号に、所定の利得及び位相内で、どのくらいの量だけ伝播するのかを決定するため、その等式は有効である。
【００３８】
そのような決定のための判断が図４に概略的に示される手順で実行される。人間である操作者が、この実験的な判断に含まれてもよい。
【００３９】
図４に示されるように、試験される操作者に変換器８が、概ね側頭領域である側部に装着され、イヤフォン４２が一つの耳に、例えば図３の具体例のように左耳に位置決めされる。イヤフォン４２は、操作者の左の外耳において空気伝導の音響信号の伝達を許容する、標準的なイヤフォンである。好ましくは、聴覚干渉の可能性を避けるため、右の外耳は、例えばイヤプラグにより塞がれる。
【００４０】
正弦曲線の信号の発生器４４は、２０Ｈｚから２０ｋＨｚで変化する一組の周波数にて信号を連続して発生することができる。発生された正弦曲線の信号はイヤフォン４２及び、所定の利得Ｇｏ及び位相ΔΦｏが操作者によって調整可能であるフィルタ４６に伝送される。操作者は、与えられた周波数ｆの正弦曲線信号により、知覚される音声の相殺が操作者の内耳Ｉで確かめられるまで、フィルタ４６の所定の利得及び位相を調整可能である。操作者は、そのため、内耳で知覚された音の相殺を許容するように、各周波数ｆにてフィルタ４６の所定の利得及び位相を提供する。それぞれＨｇはフィルタ４６の伝達関数、ＨＴＯは変換器８の伝達関数、ＨＴＡはイヤフォン４２の伝達関数であり、以下の関係が成立する。
【００４１】
【数６】
2016522444.tif 000008
【００４２】
このため、比Ｒ＝ＨＣＡ／ＨＣＯが以下のように算出される。
【００４３】
【数７】
2016522444.tif 000009
【００４４】
伝達関数Ｈｇは前述したように測定により得られてメモリに記憶されるが、変換器８の伝達関数とイヤフォン４２の伝達関数は前述のように算出されている。したがって、比Ｒの計算が可能である。
【００４５】
代替的に、実験的な手順が複数の操作者によって繰り返され、これにより、一組の周波数における伝達関数Ｈｇのための複数の主観的な測定が可能となり、そこから平均伝達関数が算出される。
【００４６】
このため、等式４（Ｅｑ４）は、フィルタ３２の伝達関数ＨＦＯを決定させる。この伝達関数ＨＦＯは、周囲の音声信号Ｓｂの相殺を実現するために、マイクロフォン４０によって検出され、変換器８を介した骨伝導によって提供される。
【００４７】
コンピュータによる計算処理の観点から、等式４（Ｅｑ４）と等式６（Ｅｑ６）を合成することが可能であり、それによってフィルタ３２の伝達関数ＨＦＯを獲得するための以下の簡素化された関係が与えられる。
【００４８】
【数８】
2016522444.tif 000010
【００４９】
伝達関数ＨＦＯは、前述の等式７（Ｅｑ７）を適用することによって計算されるが、Ｈｇは前述のように測定された伝達関数である。伝達関数Ｈｍ・ＨＴＡ及びＨｂＧは、２０Ｈｚから２０，０００Ｈｚで変化される周波数を用いた、音響チャンバの音響ダミー（acoustic dummy）を利用した、能動型雑音低減の分野での周知の方法によって決定される。
【００５０】
二つの雑音低減音響モジュール４を含む雑音低減音響装置による第２実施形態によれば、横断骨伝導、つまりユーザの右の内耳であれば、左に配置された変換器によって伝達される振動信号の骨伝導であり、逆もまた同様に、左の内耳であれば、右に配置された変換器によって伝達される振動信号の骨伝導である、伝播を考慮して、適切な伝達関数が適用される。
【００５１】
図３と同様に、図５はこの第２実施形態での骨伝導ルートを通した雑音低減用の原理を概略的に例示する。
【００５２】
同一の伝達関数ＨＴＯを有する二つの類似した変換器８、８’が考慮され、ユーザの頭蓋骨の左側部分に配置される左の変換器用のＧとして、さらにユーザの頭蓋骨の右側部分に配置される右の変換器用のＤとして、それぞれ記載される。点ＩＧ及びＩＤは、ユーザの左内耳及び右内耳の入力の点をそれぞれ区別しており、さらに点ＥＧ及びＥＤは左右の外側聴覚道への入口の点である。一方で内部の聴覚道と他方で骨伝導は、平均的なユーザでは対称であり、したがって、中耳及び内耳の直接的な骨伝導の単一の伝達関数ＨＣＯ、横断骨伝導のＨＣＯ’及び空気による伝導のＨＣＡが考慮される。
【００５３】
屋外にあるとし、広大なグランドを原則とすれば、雑音のある環境に対応する各左右の伝達関数が異なるのを考慮しなければならず、このため異なるフィルタリングＨＦＯＧ及びＨＦＯＤがそれぞれの変換器８、８’の入力に適用される。マイクロフォン４８は左の変換器８に結合され、マイクロフォン５０は右の変換器８’に結合される。
【００５４】
両方の内耳で知覚される雑音を同時に相殺するために、以下の関係が成立される。
【００５５】
【数９】
2016522444.tif 000011
【００５６】
【数１０】
2016522444.tif 000012
【００５７】
さらに以下の等式から計算により得られる。
【００５８】
【数１１】
2016522444.tif 000013
【００５９】
【数１２】
2016522444.tif 000014
【００６０】
ここで、Ｒ＝ＨＣＡ／ＨＣＯは前述の通りであり、Ｐ＝Ｈ’ＣＯ／ＨＣＯは、横断の骨伝導の伝達関数と直接的な骨伝導の伝達関数との比である。
【００６１】
伝達関数ＨｂＧ及びＨｂＤが同一であると考えると、ＨｂＧ＝ＨｂＤ＝Ｈｂであり、等式１０（Ｅｑ１０）及び等式１１（Ｅｑ１１）は簡略化により以下のようになる。
【００６２】
【数１３】
2016522444.tif 000015
【００６３】
伝達関数を決定するため、各直接及び横断の骨伝導伝達関数の比Ｐを決定するのが有効である。一実施形態では、以下の関係が用いられる。
【００６４】
【数１４】
2016522444.tif 000016
【００６５】
したがって、実験的に測定される比である、Ｐ’＝Ｈ’ＣＯ／ＨＣＡ’を、図４を参照して前述した実験的な手順と類似の方法で、決定するに十分である。
【００６６】
比Ｐ’を決定するための手順の概略的な例示が図６に示されている。図６の実施形態において、イヤフォン５２は骨伝導変換器８の反対側に配置されている。骨伝導変換器８と同じ側の外耳道は、あらゆる干渉を避けるために、例えばイヤプラグ５８によって塞がれる。
【００６７】
図４の発生器４４と類似の、正弦曲線信号の発生器５４は、２０Ｈｚから２０ｋＨｚで変化する一組の周波数の信号を継続的に発生する。発生された正弦波曲線信号はイヤフォン５２及び、所定の利得Ｇ’Ｏ及び所定の位相ΔΦＯ’Ｏが操作者によって調整可能なフィルタ５６に伝達される。操作者は、与えられた周波数ｆの正弦曲線信号により、知覚される音声の相殺が操作者の内耳Ｉで確かめられるまで、フィルタ４６の所定の利得及び位相を調整可能である。操作者は、そのため、内耳で知覚された音の相殺を許容するように、各周波数ｆにてフィルタ５６の所定の利得及び位相を提供する。それぞれＨ’ｇはフィルタ５６の伝達関数、ＨＴＯは変換器８の伝達関数、ＨＴＡはイヤフォン５２の伝達関数であり、以下の関係が成立する。
【００６８】
【数１５】
2016522444.tif 000017
【００６９】
比Ｐ’は以下のように算出される。
【００７０】
【数１６】
2016522444.tif 000018
【００７１】
等価な周波数帯における一組の周波数値のため、伝達関数Ｈ’ｇは実験的な測定によって提供される。比Ｐ’は、イヤフォン５２及び骨伝導変換器８のためのそれぞれの伝達関数の知識を用い、等式１５（Ｅｑ１５）で示される関係によってこの一組の周波数のために計算される。各音響モジュール４に関連する電子カードのそれぞれのフィルタによって実行される、伝達関数ＨＦＯＧ及びＨＦＯＤから推測するのが可能である。
【００７２】
比Ｑ＝Ｈｇ／Ｈ’ｇを用いることによって、伝達関数ＨＦＯＧ及びＨＦＯＤが以下の式から直接的に計算される。ここで、Ｈｇ及びＨ’ｇは、各フィルタ４２及び５２の伝達関数であり、前述したように実験的に決定される。
【００７３】
【数１７】
2016522444.tif 000019
【００７４】
【数１８】
2016522444.tif 000020
【００７５】
メインステップが図７に例示される決定方法を適用することによって、本発明の実施形態によれば、伝達関数ＨＦＯＧ及びＨＦＯＤが獲得される。
【００７６】
第１ステップ７０において、前述した説明による、音響チャンバにおける標準的な測定手順により、環境の特徴を示す伝達関数ＨｂＧ及びＨｂＤが計算される。
【００７７】
次に、図４及び６を参照して説明された手順の具体例により、伝達関数Ｈｇ及びＨ’ｇが次のステップ７２にて算出される。
【００７８】
ステップ７４において、前述された音響チャンバでの標準的な測定手順により、合成された伝達関数Ｈｍ・ＨＴＡが算出される。
【００７９】
ステップ７０、７２及び７４は、異なる順番で実行されてもよい。決定された伝達関数は、所望の周波数間隔で全周波数にわたり計算処理プロセッサに関連するメモリに蓄積される。
【００８０】
次に、ステップ７６において、等式１６（Ｅｑ１６）及び１７（Ｅｑ１７）の関係を用いることによって、伝達関数ＨＦＯＧ及びＨＦＯＤが計算により決定される。
【００８１】
以上により決定されたそれぞれの伝達関数は、骨伝導雑音低減音響モジュールのフィルタリング電子回路の中にそれぞれ実装される。
【図１】
2016522444.tif 000022
【図２】
2016522444.tif 000023
【図３】
2016522444.tif 000024
【図４】
2016522444.tif 000025
【図５】
2016522444.tif 000026
【図６】
2016522444.tif 000027
【図７】
2016522444.tif 000028
【国際調査報告】
2016522444.tif 000029
2016522444.tif 000030
2016522444.tif 000031
2016522444.tif 000032