(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
聴取者の耳に対して装着される装着部を有し、上記装着部の内側に対して、音響再生のための振動板を備えた振動板ユニットとマイクロフォンとが設けられた音響再生装置における、上記振動板を駆動するための駆動信号を生成する信号処理装置であって、
入力オーディオ信号を第１の目標特性に等化して第１等化信号を生成する第１の等化手段と、
上記入力オーディオ信号を第２の目標特性に等化して第２等化信号を生成する第２の等化手段と、
上記マイクロフォンにより得られる収音信号を増幅する増幅手段と、
上記増幅手段により増幅された上記収音信号と上記第１等化信号とを加算して第１加算信号を生成する第１の加算手段と、
上記第１加算信号に対し、上記音響再生装置外部に生じる外部音が低減されて上記聴取者に聴取されるようにして設定されたフィードバック方式に対応する信号特性を与えることで、第１ノイズ低減信号を生成する第１のノイズ低減信号生成手段と、
上記第１ノイズ低減信号と上記第２等化信号とを加算して第２加算信号を生成する第２の加算手段と、
上記第２加算信号に基づき上記振動板を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
を備えることを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
上記第１の等化手段における上記第１の目標特性が、上記マイクロフォンによる伝達関数と上記増幅手段が備えるマイクアンプによる伝達関数とに基づき設定され、
上記第２の等化手段における上記第２の目標特性が、上記駆動信号生成手段が備えるアンプによる伝達関数と上記振動板ユニットによる伝達関数と上記振動板ユニットから上記マイクロフォンまでの空間の伝達関数とに基づき設定されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
上記第１の目標特性は、上記マイクロフォンによる伝達関数と上記増幅手段が備えるマイクアンプによる伝達関数とを掛け合わせた伝達関数に基づき設定され、
上記第２の目標特性は、上記駆動信号生成手段が備えるアンプによる伝達関数をＡ、上記振動板ユニットによる伝達関数と上記振動板ユニットから上記マイクロフォンまでの空間の伝達関数とを掛け合わせた伝達関数をＨとしたとき、１／ＡＨに基づく特性が設定される、
ことを特徴とする請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
上記第１のノイズ低減信号生成手段は、
複数の上記信号特性から選択した信号特性を上記第１加算信号に対して付与するように構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項５】
少なくとも上記第１のノイズ低減信号生成手段がデジタルシグナルプロセッサによるデジタル信号処理により実現されるように構成されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項６】
さらに、上記第１の等化手段、上記第１の加算手段、上記第２の加算手段が上記デジタルシグナルプロセッサによるデジタル信号処理により実現されるように構成されている、
ことを特徴とする請求項５に記載の信号処理装置。
【請求項７】
上記収音信号に基づいて上記外部音についての解析を行った結果に基づき、上記第１のノイズ低減信号生成手段における信号特性が切り替えられるように制御を行う切替制御手段を備える、
ことを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項８】
上記第１のノイズ低減信号生成手段に設定される上記信号特性は、上記外部音の第１の周波数帯域の成分がキャンセルされて上記聴取者に聴取されるようにして設定されており、
上記増幅手段により増幅された収音信号を入力すると共に、当該収音信号に対し、上記外部音における上記第１の周波数帯域よりも高域となる第２の周波数帯域の成分が低減されて上記聴取者に聴取されるようにして設定されたフィードバック方式に対応する信号特性を与えることで、第２ノイズ低減信号を生成する第２のノイズ低減信号生成手段と、
上記第２ノイズ低減信号と上記第２加算信号とを加算して第３加算信号を生成する第３の加算手段をさらに備えると共に、
上記駆動信号生成手段は、上記第３加算信号に基づき上記駆動信号を生成する、
ことを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項９】
さらに、上記第１の加算手段により生成される上記第１加算信号、又は上記第１のノイズ低減信号生成手段により生成される上記第１ノイズ低減信号についてゲイン調整を行うゲイン調整手段を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項１０】
聴取者の耳に対して装着される装着部を有し、上記装着部の内側に対して、音響再生のための振動板を備えた振動板ユニットとマイクロフォンとが設けられた音響再生装置における、上記振動板を駆動するための駆動信号を生成する信号処理方法であって、
入力オーディオ信号を第１の目標特性に等化して第１等化信号を生成する第１の等化手順と、
上記入力オーディオ信号を第２の目標特性に等化して第２等化信号を生成する第２の等化手順と、
上記マイクロフォンにより得られる収音信号を増幅する増幅手順と、
上記増幅手順により増幅した上記収音信号と上記第１等化信号とを加算して第１加算信号を生成する第１の加算手順と、
上記第１加算信号に対し、上記音響再生装置外部に生じる外部音が低減されて上記聴取者に聴取されるようにして設定されたフィードバック方式に対応する信号特性を与えることで、第１ノイズ低減信号を生成する第１のノイズ低減信号生成手順と、
上記第１ノイズ低減信号と上記第２等化信号とを加算して第２加算信号を生成する第２の加算手順と、
上記第２加算信号に基づき上記振動板を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成手順と、
を備えることを特徴とする信号処理方法。
【請求項１１】
上記第１の等化手順における上記第１の目標特性が、上記マイクロフォンによる伝達関数と上記増幅手順で用いるマイクアンプによる伝達関数とに基づき設定され、
上記第２の等化手順における上記第２の目標特性が、上記駆動信号生成手順で用いるアンプによる伝達関数と上記振動板ユニットによる伝達関数と上記振動板ユニットから上記マイクロフォンまでの空間の伝達関数とに基づき設定されている、
ことを特徴とする請求項１０に記載の信号処理方法。
【請求項１２】
上記第１の目標特性は、上記マイクロフォンによる伝達関数と上記増幅手順で用いるマイクアンプによる伝達関数とを掛け合わせた伝達関数に基づき設定され、
上記第２の目標特性は、上記駆動信号生成手順で用いるアンプによる伝達関数をＡ、上記振動板ユニットによる伝達関数と上記振動板ユニットから上記マイクロフォンまでの空間の伝達関数とを掛け合わせた伝達関数をＨとしたとき、１／ＡＨに基づく特性が設定される、
ことを特徴とする請求項１０に記載の信号処理方法。
【請求項１３】
上記第１のノイズ低減信号生成手順では、
複数の上記信号特性から選択した信号特性を上記第１加算信号に対して付与する、
ことを特徴とする請求項１０に記載の信号処理方法。
【請求項１４】
少なくとも上記第１のノイズ低減信号生成手順をデジタルシグナルプロセッサによるデジタル信号処理により行う、
ことを特徴とする請求項１３に記載の信号処理方法。
【請求項１５】
さらに、上記第１の等化手順、上記第１の加算手順、上記第２の加算手順を上記デジタルシグナルプロセッサによるデジタル信号処理で行う、
ことを特徴とする請求項１４に記載の信号処理方法。
【請求項１６】
上記収音信号に基づいて上記外部音についての解析を行った結果に基づき、上記第１のノイズ低減信号生成手順における信号特性が切り替えられるように制御を行う切替制御手順を備える、
ことを特徴とする請求項１３に記載の信号処理方法。
【請求項１７】
上記第１のノイズ低減信号生成手順で設定される上記信号特性は、上記外部音の第１の周波数帯域の成分がキャンセルされて上記聴取者に聴取されるようにして設定されており、
上記増幅手順により増幅した収音信号を入力すると共に、当該収音信号に対し、上記外部音における上記第１の周波数帯域よりも高域となる第２の周波数帯域の成分が低減されて上記聴取者に聴取されるようにして設定されたフィードバック方式に対応する信号特性を与えることで、第２ノイズ低減信号を生成する第２のノイズ低減信号生成手順と、
上記第２ノイズ低減信号と上記第２加算信号とを加算して第３加算信号を生成する第３の加算手順をさらに備えると共に、
上記駆動信号生成手順では、上記第３加算信号に基づき上記駆動信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１３に記載の信号処理方法。
【請求項１８】
さらに、上記第１の加算手順により生成される上記第１加算信号、又は上記第１のノイズ低減信号生成手順により生成される上記第１ノイズ低減信号についてゲイン調整を行うゲイン調整手順を備える、
ことを特徴とする請求項１０に記載の信号処理方法。
【請求項１９】
聴取者の耳に対して装着される装着部を有し、上記装着部の内側に対して、音響再生のための振動板を備えた振動板ユニットとマイクロフォンとが設けられた音響再生装置における、上記振動板を駆動するための駆動信号を生成するにあたって、上記マイクロフォンによる収音動作に基づき得られる収音信号とオーディオ信号とを入力して処理するようにされた信号処理装置によって実行されるプログラムであって、
上記オーディオ信号を第１の目標特性に等化して第１等化信号を生成する第１の等化処理と、
上記オーディオ信号を第２の目標特性に等化して第２等化信号を生成する第２の等化処理と、
上記マイクロフォンによる収音動作に基づき得られる収音信号と上記第１等化信号とを加算して第１加算信号を生成する第１の加算処理と、
上記第１加算信号に対し、上記音響再生装置外部に生じる外部音が低減されて上記聴取者に聴取されるようにして設定されたフィードバック方式に対応する信号特性を与えることで、第１ノイズ低減信号を生成する第１のノイズ低減信号生成処理と、
上記第１ノイズ低減信号と上記第２等化信号とを加算して第２加算信号を生成する第２の加算処理と、
を上記信号処理装置に実行させるプログラム。
【請求項２０】
聴取者の耳に対して装着される装着部を有し、上記装着部の内側に対して、音響再生のための振動板を備えた振動板ユニットが設けられた音響再生装置と、上記振動板を駆動するための駆動信号を生成する信号処理装置とを備えて構成されるノイズキャンセリングシステムであって、
上記音響再生装置は、
上記装着部の内側にマイクロフォンを備え、
上記信号処理装置は、
入力オーディオ信号を第１の目標特性に等化して第１等化信号を生成する第１の等化手段と、
上記入力オーディオ信号を第２の目標特性に等化して第２等化信号を生成する第２の等化手段と、
上記マイクロフォンにより得られる収音信号を増幅する増幅手段と、
上記増幅手段により増幅された上記収音信号と上記第１等化信号とを加算して第１加算信号を生成する第１の加算手段と、
上記第１加算信号に対し、上記音響再生装置外部に生じる外部音が低減されて上記聴取者に聴取されるようにして設定されたフィードバック方式に対応する信号特性を与えることで、第１ノイズ低減信号を生成する第１のノイズ低減信号生成手段と、
上記第１ノイズ低減信号と上記第２等化信号とを加算して第２加算信号を生成する第２の加算手段と、
上記第２加算信号に基づき上記振動板を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成手段とを備える、
ことを特徴とするノイズキャンセリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆるヘッドホンやイヤホンなどの音響再生装置に対する駆動信号を生成するための信号処理装置として、特にノイズキャンセルを行うための駆動信号を生成する信号処理装置とその方法、さらにプログラムに関する。また、上記音響再生装置と上記信号処理装置とを備えて構成されるノイズキャンセリングシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開平３−２１４８９２号公報
【特許文献２】特開平３−９６１９９号公報
【０００３】
例えばヘッドホンやイヤホンなどの音響再生装置によってオーディオコンテンツを聴取するということが一般的に行われている。そして、このように音響再生装置によってオーディオコンテンツが聴取される際に生じる外部ノイズを抑圧して、遮音効果を高めるようにされたノイズキャンセリングシステムが実用化されている。
一般的にノイズキャンセリングシステムでは、上記各特許文献に記載されるように、音響再生装置側にノイズ検出用のマイクロフォンが備えられ、その収音信号に基づきノイズ成分を打ち消すような逆相信号を生成してこれをオーディオ信号側に加算することで、ノイズキャンセルを実現するようにされている。
【０００４】
ノイズキャンセリングシステムとしては、例えば次の図１４にその概要を示すように、ＦＢ（フィードバック）方式を採用するものが知られている。
このＦＢ方式に対応するノイズキャンセリングシステムでは、ヘッドホン装置における装着部１０１の内側に対し、マイクロフォン１０３が設けられることになる。ここで、装着部１０１は、聴取者の耳に対して装着される部分であって、この図に示すいわゆる密閉型のヘッドホン装置の場合には、耳全体を密閉するようにして覆うハウジング部分が相当する。このとき、図示するようにして装着部１０１の内側には、音響再生を行うための振動板ユニット１０２が設けられているので、上記マイクロフォン１０３としては、上記振動板ユニット１０２からの出力音も収音するようにされる。つまり、ＦＢ方式では、ヘッドホン装置に対して設けられたマイクロフォン１０３によって、外部のノイズ源１１０より発せられた外部ノイズと共に、振動板ユニット１０２からの出力音も収音することを前提とした手法となっている。このことで、図中マイクロフォン１０３→マイクアンプ１０４→ＦＢ方式ＮＣ（ノイズキャンセル）フィルタ１０５→加算器１０６→ドライブ回路１０８→振動板ユニット１０２→マイクロフォン１０３によるフィードバックループが形成されることになる。
【０００５】
マイクロフォン１０３による収音信号はマイクアンプ１０４で増幅された後、ＦＢ方式ＮＣ（ノイズキャンセル）フィルタ１０５に入力される。
ＦＢ方式ＮＣフィルタ１０５は、上記マイクアンプ１０４より入力された収音信号に対して、ＦＢ方式に対応した所定の信号特性（β特性）を与える（ここでは「−β」）。ここで、このβ特性は、予め上述のフィードバックループを構成する各部の伝達関数（振動板ユニット１０２からマイクロフォン１０３までの空間伝達関数も含む）を考慮して、聴取者により外部ノイズが低減されて聴取されるようにして設定されたものとなる。換言すれば、当該β特性が上述したフィードバックループ内において与えられることで、振動板ユニット１０２を介して出力された音とノイズ源１１０からの外部ノイズとが装着部１０１内で空間的にミックスされた際、聴取者によって上記外部ノイズが低減されて知覚されるようになっている。
【０００６】
ＦＢ方式ＮＣフィルタ１０５により信号特性−βが与えられた収音信号は、加算器１０６により、後述するＥＱ（イコライザ）１０７を介して入力されたオーディオ信号と加算され、当該加算器１０６による加算信号がドライブ回路１０８に供給される。
ドライブ回路１０８は、上記加算器１０６からの加算信号を増幅してドライブ信号を生成し、当該ドライブ信号に基づき振動板ユニット１０２を駆動する。
【０００７】
ここで、上記説明からも理解されるように、ＦＢ方式によるノイズキャンセリングシステムでは、ノイズ信号成分、オーディオ信号成分の双方が同一のフィードバックループ内に入るため、オーディオ信号成分としても、ＦＢ方式ＮＣフィルタ１０５による−β特性が与えられることになる。そして、これに伴いＦＢ方式では、オーディオ信号成分の音質劣化を招くものとなっている。
そこで、このような音質劣化の抑制を図るために、オーディオ信号に対し予めＥＱ１０７によるイコライジング処理を施すようにされている。具体的には、図示するように上記ＥＱ１０７によりイコライジング処理を施したオーディオ信号を、先の加算器１０６に入力するようにされている。
このようにフィードバックループへの加算前に予めオーディオ信号に対するイコライジング処理を行っておくものとすれば、フィードバックループへの加算後のオーディオ信号成分の音質劣化を効果的に抑制することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、当然のことながらノイズキャンセリングシステムでは、遮音・消音効果の向上を図ることが重視されている。このような遮音・消音効果の向上を図る上では、ヘッドホン装置を装着した聴取者の周囲に生じているノイズの特性（外部ノイズ特性）に応じて、適切なβ特性に切り替えを行うことが有効である。つまり、例えば予め外部ノイズ特性ごとに適切とされるβ特性を複数種類用意しておき、その中から現在の環境に適したβ特性を選択的に設定するというものである。
【０００９】
しかしながら、上述のようにしてオーディオ信号成分の音質劣化の抑制のために、イコライジング処理を行うＦＢ方式の場合には、このようにβ特性を可変とする場合には、設定されたβ特性に応じてＥＱ１０７の目標特性も変化させなければないらいものとなってしまう。
ここで、ＥＱ１０７の実際の構成としては、例えば入力信号に対して所定の目標特性（周波数特性）を与えるアナログフィルタ回路で実現することができるが、その場合、上記のようにβ特性の切り替えに応じてイコライジングの目標特性の切り替えを可能とするには、それぞれ別々の目標特性を設定した複数のアナログフィルタ回路を設けておき、その中からオーディオ信号に対するイコライジング処理を行う回路をスイッチングにより選択するという構成を採ることになる。
このようにアナログ回路で組む場合には、複数のフィルタ回路を備えなければならないという点で、回路実装面積の拡大、及びそれに伴う装置サイズの大型化を招き、また部品点数の増加に伴うコストアップも助長されてしまう。
【００１０】
また、ＥＱ１０７としてはＤＳＰ（Digital Signal Processor）によるデジタル信号処理で実現する構成とすることもできる。つまり、その場合はデジタルフィルタによって入力信号に所要の周波数特性を与えることになる。
この場合、デジタルフィルタを用いることから、特性の変更はフィルタ係数等のパラメータの変更で可能となり、アナログ回路とする場合のように複数のフィルタ回路を構成する必要はなくなるが、目標特性の切り替えを可能とするためにはそれぞれの特性を実現するために必要なデジタルフィルタの係数を用意しておく必要があり、その分、ＤＳＰのハードウエアリソースを多く要したり、処理負担の増化を招くものとなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、本発明では以上のような問題点に鑑み、信号処理装置として以下のように構成することとした。
つまり、本発明の信号処理装置は、聴取者の耳に対して装着される装着部を有し、上記装着部の内側に対して、音響再生のための振動板を備えた振動板ユニットとマイクロフォンとが設けられた音響再生装置における、上記振動板を駆動するための駆動信号を生成する信号処理装置であって、入力オーディオ信号を第１の目標特性に等化して第１等化信号を生成する第１の等化手段を備える。
また、上記入力オーディオ信号を第２の目標特性に等化して第２等化信号を生成する第２の等化手段を備える。
また、上記マイクロフォンにより得られる収音信号を増幅する増幅手段と、上記増幅手段により増幅された上記収音信号と上記第１等化信号とを加算して第１加算信号を生成する第１の加算手段とを備える。
また、上記第１加算信号に対し、上記音響再生装置外部に生じる外部音が低減されて上記聴取者に聴取されるようにして設定されたフィードバック方式に対応する信号特性を与えることで、第１ノイズ低減信号を生成する第１のノイズ低減信号生成手段を備える。
また、上記第１ノイズ低減信号と上記第２等化信号とを加算して第２加算信号を生成する第２の加算手段を備える。
さらに、上記第２加算信号に基づき上記振動板を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成手段を備えるものである。
【００１２】
また、本発明ではノイズキャンセリングシステムとして以下のように構成することとした。
すなわち、本発明のノイズキャンセリングシステムは、聴取者の耳に対して装着される装着部を有し、上記装着部の内側に対して、音響再生のための振動板を備えた振動板ユニットが設けられた音響再生装置と、上記振動板を駆動するための駆動信号を生成する信号処理装置とを備えて構成されるものである。
そして、上記音響再生装置は、上記装着部の内側にマイクロフォンを備える。
また、上記信号処理装置は、入力オーディオ信号を第１の目標特性に等化して第１等化信号を生成する第１の等化手段と、上記入力オーディオ信号を第２の目標特性に等化して第２等化信号を生成する第２の等化手段とを備える。
また、上記マイクロフォンにより得られる収音信号を増幅する増幅手段と、上記増幅手段により増幅された上記収音信号と上記第１等化信号とを加算して第１加算信号を生成する第１の加算手段とを備える。
また、上記第１加算信号に対し、上記音響再生装置外部に生じる外部音が低減されて上記聴取者に聴取されるようにして設定されたフィードバック方式に対応する信号特性を与えることで、第１ノイズ低減信号を生成する第１のノイズ低減信号生成手段を備える。
また、上記第１ノイズ低減信号と上記第２等化信号とを加算して第２加算信号を生成する第２の加算手段と、上記第２加算信号に基づき上記振動板を駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成手段とを備えるものである。
【００１３】
上記のように本発明では、フィードバック方式によるノイズキャンセルを行う構成において、ノイズキャンセルのための信号特性（β特性）を付与する前後にオーディオ信号成分を加算するものとしている。すなわち、前側には第１の等化処理を施したオーディオ信号を、後側には第２の等化処理を施したオーディオ信号を加算するものとしている。このようにすることで、後述するようにして第１の等化処理と第２の等化処理にて設定すべき目標特性は、理論的にはβ特性と無相関（無関連）にすることができる。
なお、実際の構成において完全に無相関とすることが困難であるとされる場合にも、従来と比較すれば目標特性とβ特性との相関性（関連性）は大幅に減らすことができることに変わりはなく、その場合においても後述のような充分な効果を奏する。
【発明の効果】
【００１４】
このようにして本発明によれば、フィードバック方式によるノイズキャンセルを行う場合にオーディオ信号に対して施すべきとされる等化処理の目標特性と、ノイズキャンセルのためにフィードバックループに対して与えられるβ特性とを無相関（無関連）にすることができる。
これにより、β特性を可変とする場合にも、等化処理における目標特性を、変更されたβ特性に応じて変更させる必要はなくなり、その分、等化処理を実現するための構成の簡略化を図ることができる。
例えば、等化手段をアナログ回路で実現する場合には回路規模の縮小化、それに伴う装置小型化が図られ、また部品点数の削減による低コスト化が図られる。また、等化処理をデジタルシグナルプロセッサによるデジタル信号処理で実現する場合には、デジタルフィルタの係数の削減が図られ、その分ハードウェアリソースの削減や処理負担の軽減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明していく。
＜従来の前入れ方式、後入れ方式＞
先ずは実施の形態の説明に先立ち、従来のＦＢ（フィードバック）方式によるノイズキャンセリングシステムで採用されていた、前入れ方式と後入れ方式について説明しておく。
図１は、従来のＦＢ方式によるノイズキャンセリングシステムの構成を、フィードバックループを構成する各部の系の伝達関数をブロック化して表している。図１（ａ）は前入れ方式によるノイズキャンセリングシステムの構成を、また図１（ｂ）は後入れ方式によるノイズキャンセリングシステムの構成を表している。
【００１６】
先ずは、図１（ａ）、図１（ｂ）の各図に示される各伝達関数ブロックについて、先の図１４にて説明したノイズキャンセリングシステムの構成と照らし合わせた場合の対応関係を説明しておく。
先ず、図中の伝達関数ブロック１（伝達関数Ｍ）は、図１４におけるマイクロフォン１０３による伝達関数とマイクアンプ１０４による伝達関数を掛け合わせたものに相当する。また、伝達関数ブロック３（伝達関数−β）は、図１４におけるＦＢ方式ＮＣ（ノイズキャンセル）フィルタ１０５によって与えられる信号特性−βに相当する。さらに、伝達関数ブロック４（伝達関数Ａ）は、ドライブ回路１０８による伝達関数に相当し、伝達関数ブロック５（伝達関数Ｈ）は、ヘッドホン装置における振動板ユニット１０２による伝達関数と、振動板ユニット１０２からマイクロフォン１０３までの空間の伝達関数とを掛け合わせたものに相当する。
【００１７】
また、図１（ａ）における伝達関数ブロック２（伝達関数Ｅ１）は、先の図１４におけるＥＱ１０７と同様の主旨で、音質劣化の抑制を図るために入力オーディオ信号Ｓに与える周波数特性（目標特性）に相当するものである。
また、図１（ｂ）における伝達関数ブロック６（伝達関数Ｅ２）としても、音質劣化の抑制を図るために入力オーディオ信号Ｓに与える周波数特性に相当するものである。
【００１８】
ここで、「前入れ方式」と「後入れ方式」とは、オーディオ信号成分のフィードバックループ内への加算を、ノイズ低減のための信号特性（−β）を与える前と後の何れで行うかを区別したものとなる。
図１（ａ）の場合は、伝達関数ブロック２（Ｅ１）を介した入力オーディオ信号Ｓを、伝達関数ブロック３（−β）と伝達関数ブロック１（Ｍ）との間に加算するものとしている。すなわち信号特性−βの付与前に加算する前入れ方式となる。
【００１９】
また、図１（ｂ）の場合は、伝達関数ブロック６（Ｅ２）を介した入力オーディオ信号Ｓを、伝達関数ブロック３（−β）と伝達関数ブロック４（Ａ）との間、すなわち信号特性−βの付与後に加算するものとしている。つまり、後入れ方式となる。
なお、確認のために述べておくと、先の図１４に示した構成例は、ＥＱ１０７の出力がＦＢ方式ＮＣフィルタ１０５とドライブ回路１０８との間に加算されることからも理解されるように、図１（ｂ）に示される後入れ方式に属するものとなる。
【００２０】
また、図１（ａ）における伝達関数ブロック２としての周波数特性をＥ１、図１（ｂ）における伝達関数ブロック６としての周波数特性をＥ２と区別して示しているように、前入れ方式の場合と後入れ方式の場合とでは、入力オーディオ信号Ｓに対して与えるべき周波数特性がそれぞれ異なるものとされることになる。
【００２１】
図１（ａ）における前入れ方式によるノイズキャンセリングシステムにおいては、伝達関数ブロック１（Ｍ）を介した信号成分が伝達関数ブロック２（Ｅ１）を介した入力オーディオ信号Ｓと加算されて、伝達関数ブロック３（−β）に入力される。そして、伝達関数ブロック３を介した信号成分は、伝達関数ブロック４（Ａ）→伝達関数ブロック５（Ｈ）を介して出力され（図中Ｑ１）、当該出力Ｑ１はノイズ成分Ｎと空間上でミックスされて、音圧Ｐ１として聴取者に聴取されることになる。また、音圧Ｐ１は伝達関数ブロック１に入力され、これによってフィードバックループが形成される。
【００２２】
また、図１（ｂ）における後入れ方式によるノイズキャンセリングシステムにおいては、伝達関数ブロック１（Ｍ）を介した信号成分が伝達関数ブロック３（−β）に入力され、当該伝達関数ブロック３を介した信号成分が、伝達関数ブロック６（Ｅ２）を介した入力オーディオ信号Ｓと加算されて、伝達関数ブロック４→伝達関数ブロック５を介して出力される（図中Ｑ２）。伝達関数ブロック５からの出力Ｑ２はノイズ成分Ｎと空間上でミックスされ、音圧Ｐ２として聴取者に聴取される。また音圧Ｐ２は伝達関数ブロック１に入力され、この場合としても同様にフィードバックループが形成される。
【００２３】
このような前入れ方式、或いは後入れ方式の何れかによる、従来のＦＢ方式のノイズキャンセリングシステムの構成を採るとした場合は、先にも説明したように信号特性−βを可変としたときに、伝達関数ブロック２（Ｅ１）又は伝達関数ブロック６（Ｅ２）としての、音質劣化抑制のためのイコライジング処理の目標特性も変更しなければならないものとなってしまう。
このようにして、信号特性−βの切り替えに応じ、音質劣化抑制のためのイコライジング処理の目標特性も変化させなければならいという点について、以下で検証してみる。
【００２４】
先ずは、図１（ａ）に示した前入れ方式を採用する場合について検証してみる。
図１（ａ）にて説明したように各部の伝達関数をＭ、Ｅ１、−β、Ａ、Ｈとし、且つ音圧Ｐ１、ノイズ成分Ｎ、伝達関数ブロック５の出力Ｑ１（計算のための中間値として考える）を定義としたとき、前入れ方式によるノイズキャンセリングシステムでは以下の[式１][式２]の関係が成り立つことになる。
【数１】
0004967894.tif 000002
【数２】
0004967894.tif 000003
そして、これら[式１][式２]より、次の[式３]が求められる。
【数３】
0004967894.tif 000004
【００２５】
ここで、ノイズ成分Ｎについては考慮せず、聴取者に聴取させたいオーディオ信号成分の音圧特性（つまり理想的なオーディオ信号特性）を、Ｐ１＝ＫＳとする。
なお、上記「Ｋ」の特性は、周波数特性をもたないゲイン分のみであるとすると、入力オーディオ信号Ｓの成分をそのまま音圧Ｐ１として伝達させることに相当し、或いはＫ＝Ｈとすれば、伝達関数Ｈを介した特性となり、ノイズキャンセル機能を効かせないパッシブ性能と等価となり、ノイズキャンセルのON/OFFによって音の差を付けない場合に用いられる。音圧Ｐ１に特定の特性をもたせるのであれば、周波数特性を考慮してＫの特性を設計すればよい。
【００２６】
上記のようにしてノイズ成分Ｎについては考慮せずにＰ１＝ＫＳとおくと、先の[式３]より、次の[式４]が成立する。
【数４】
0004967894.tif 000005
そして、この[式４]より、Ｅ１は次の[式５]で表されるものとなる。
【数５】
0004967894.tif 000006
【００２７】
続いて、図１（ｂ）に示した後入れ方式の場合について検証してみる。
図１（ｂ）に示す後入れ方式の場合のノイズキャンセリングシステムにおいては、次の[式６][式７]が成り立ち、これによって[式８]が求まる。
【数６】
0004967894.tif 000007
【数７】
0004967894.tif 000008
【数８】
0004967894.tif 000009
【００２８】
そして、この場合もノイズ成分Ｎを考慮せずにＰ２＝ＫＳとおくと、上記[式８]より次の[式９]が導かれる。
【数９】
0004967894.tif 000010
この[式９]より、Ｅ２は次の[式１０]で表されるものとなる。
【数１０】
0004967894.tif 000011
【００２９】
このようにして、前入れ方式、後入れ方式のそれぞれの場合に対応して音質劣化抑制のためのイコライジング処理で設定されるべき目標特性Ｅ１、Ｅ２としては、それぞれ[式５][式１０]で表されるものとなる。
そして、これら[式５][式１０]に注目すると、Ｅ１、Ｅ２としては、それぞれβに依存するものとなることが理解できる。すなわち、Ｅ１、Ｅ２はそれぞれβと相関（関連）するものとなっており、このことで、βを可変とする場合は、それに応じてＥ１、Ｅ２も変更しなければならないものである。
【００３０】
＜実施の形態としての前後入れ方式＞
ここで、上記により説明した各式において、音圧Ｐ１、音圧Ｐ２を表す[式３]、[式８]に着目してみると、前入れ方式の場合における[式３]では、入力オーディオ信号Ｓに与えられる係数には、分子にβが含まれていることが確認できる。一方で、後入れ方式とした場合の[式８]においては、入力オーディオ信号Ｓに与えられる係数の分子にβが含まれないものとなっている。
この点に鑑み、本出願人は、次の図２に示されるように伝達関数ブロック３（β）の前後に対してオーディオ信号成分を加算する構成を想起した。そして、この構成について、Ｅ１、Ｅ２の試算を行ったところ、Ｅ１、Ｅ２がβと無相関（無関連）となることを確認した。
【００３１】
先ずは図２により、実施の形態としての前後入れ方式によるノイズキャンセリングシステムの構成について説明する。なおこの図２においても、先の図１と同様にノイズキャンセリングシステムを構成する各部を伝達関数ブロック化して表している。
この図に示されるように、実施の形態としての前後入れ方式では、先の図１（ａ）と同様に伝達関数ブロック２（Ｅ１）を介した入力オーディオ信号Ｓを伝達関数ブロック１（Ｍ）と伝達関数ブロック３（−β）との間に加算すると共に、さらに図１（ｂ）と同様に、伝達関数ブロック６（Ｅ２）を介した入力オーディオ信号Ｓを伝達関数ブロック３（−β）と伝達関数ブロック４（Ａ）との間に加算するものである。
【００３２】
このような前後入れ方式によるノイズキャンセリングシステムにおいて、図２に示されているように伝達関数ブロック５の出力をＱ３、当該出力Ｑ３とノイズ成分Ｎとが空間的にミックスされて聴取者に聴取される音圧をＰ３と定義すると、以下の[式１１][式１２]が成り立つ。
【数１１】
0004967894.tif 000012
【数１２】
0004967894.tif 000013
そして、これら[式１１][式１２]より、[式１３]が求まり、これを整理すると[式１４]が導出される。
【数１３】
0004967894.tif 000014
【数１４】
0004967894.tif 000015
【００３３】
ここで、この場合もノイズ成分Ｎを考慮せずにＰ３＝ＫＳとおくと、上記[式１４]より、次の[式１５]が導かれる。
【数１５】
0004967894.tif 000016
これを展開して次の[式１６]とおく。
【数１６】
0004967894.tif 000017
【００３４】
ここで、上記[式１６]において、信号特性（−β）を可変とすることを考慮してβの値を変数として考え、両辺の係数を比較してみると、Ｅ１については、次の[式１７]とすればよいものとなる。
【数１７】
0004967894.tif 000018
また、Ｅ２については次の[式１８]のようになる。
【数１８】
0004967894.tif 000019
これら[式１７][式１８]により、この場合のＥ１、Ｅ２はβと無相関（無関連）となることが理解できる。
【００３５】
このようにして実施の形態としての前後入れ方式による構成とすれば、音質劣化抑制のために入力オーディオ信号Ｓに対して行うべきイコライジング処理における目標特性（Ｅ１、Ｅ２）を、βと無相関なものとすることができる。すなわちこれにより、ノイズキャンセルのためにフィードバックループに対して与えるべきβ特性を可変とする場合に、目標特性Ｅ１、Ｅ２を変更する必要はないものとできる。
【００３６】
ここで確認のために述べておくと、上記による式中、ドライブ回路２３による伝達関数Ａ（アンプ特性Ａ）や、マイク・マイクアンプ特性である伝達関数Ｍは、通常はフラットな特性であることを考えると、これらがイコライジングの特性カーブに直接影響を与えるものとはならいことになる。すなわち、上記目標特性Ｅ１に関して言えば、上記伝達関数Ｍを考慮してほぼフラットな特性、つまりゲイン成分だけで構成することが可能となるものである。
【００３７】
図３は、これら目標特性Ｅ１、目標特性Ｅ２を実現するためのイコライザの構成の具体例を示している。
この図３中の破線により囲うように、入力オーディオ信号Ｓに対して目標特性Ｅ１、目標特性Ｅ２を与える構成としては、入力オーディオ信号Ｓに対し信号特性Ｋを与える伝達関数ブロック７を共通に設けた上で、当該伝達関数ブロック７からの出力を分岐させて、それぞれ信号特性−Ｍを与える伝達関数ブロック８と、信号特性１／ＡＨを与える伝達関数ブロック９とに入力させるものとする。
これにより、上記伝達関数ブロック７と伝達関数ブロック８とによりオーディオ信号Ｓに対し目標特性Ｅ１＝−ＫＭを与えることができ、一方、伝達関数ブロック７と伝達関数ブロック９とによりオーディオ信号Ｓに対し目標特性Ｅ２＝Ｋ／ＡＨを与えることができる。
なお、実際には、１／Ｈなる特性を厳密に設定することは困難であるので、これを模した特性、或いは近似した特性を設定することになる。
また、図３において、破線により囲う以外の構成は先の図２に示すものと同様であるため同一符号を付して説明は省略した。
【００３８】
＜第１の実施の形態＞
以下、上記により説明した実施の形態としての前後入れ方式を採用した、各実施の形態としての信号処理装置の構成について説明していく。
図４は、本発明の第１の実施の形態としての信号処理装置について説明するための図として、第１の実施の形態の信号処理装置を備えて構成されるオーディオプレイヤ１５と、当該オーディオプレイヤ１５と接続されて音響再生を行うヘッドホン１１とを備えて成るノイズキャンセリングシステム１０の構成を示している。なお、図４ではオーディオプレイヤ１５とヘッドホン１１の双方の内部構成をブロック図により示している。
【００３９】
ここで、以下では説明の簡単のために１チャンネル分のオーディオ信号に対応した構成のみを示すが、複数チャンネルのオーディオ信号に対応する構成とする場合には、各チャンネルごとに以下で説明するフィードバックループ系の構成を設けるものとすればよい。また、以下の説明において、「ノイズキャンセル」については単に「ＮＣ」とも表記する。
【００４０】
図４において、先ずヘッドホン１１としては、例えば先の図１４にて例示したような聴取者の耳全体を密閉するようにして覆うようにされた装着部１０１を有する、いわゆる密閉型のヘッドホン装置であるものとする。図示するようにヘッドホン１１には、音響再生のための振動板を備えた振動板ユニット１２と、マイクロフォン１３とが備えられている。振動板ユニット１２は、装着部１０１の内側に対して設けられ、後述するドライブ回路２３からのドライブ信号（ドライブ電圧）に基づき内部の振動板を振動させて、上記ドライブ信号に応じた音を出力するように構成される。
また、上記マイクロフォン１３は、聴取者によって振動板ユニット１２からの出力音とヘッドホン１１外部の音（外部音）とが聴取される聴取点と近接するような位置関係となるようにして、装着部１０１の内側に対して設けられる。
【００４１】
なお、実施の形態におけるヘッドホンとしては、聴取者の耳に対して装着される装着部が単に聴取者の耳に対してあてがわれるようにされるオープンエア型と呼ばれるタイプのものや、装着部が外耳道（耳の穴）に挿入されるインナー型（イヤホン）など、他のタイプのものとすることもできる。
何れのタイプとする場合も、上記振動板ユニット１２とマイクロフォン１３としては、装着部の内側に対して設けられればよい。このように振動板ユニット１２とマイクロフォン１３とが同じ装着部の内側に対して設けられることで、マイクロフォン１３によって振動板ユニット１２からの出力音と外部音の双方を収音させることができる。つまり、これによってＦＢ方式によるフィードバックループが成立するように図ることができる。
【００４２】
上記マイクロフォン１３による収音信号は、図示するマイク入力端子Ｔminを介してオーディオプレイヤ１５側のマイクアンプ１６に対して供給され、ここで増幅される。
なお、図示の都合上省略したが、ヘッドホン１１側には、実際には上記マイク入力端子Ｔminと接続されるマイク出力端子が備えられ、上記収音信号は、これらのマイク入／出力端子が接続されて上記マイクアンプ１６に対して供給されるものとなる。
【００４３】
オーディオプレイヤ１５側においては、上記マイクアンプ１６により増幅された上記収音信号に基づきＦＢ方式によるノイズキャンセルを行うための構成として、加算器１７、イコライザ（ＥＱ）１８、第１イコライザ１９、第２イコライザ２０、ＦＢ方式ＮＣフィルタ２１、加算器２２、ドライブ回路２３が備えられている。
先ず、上記イコライザ１８、第１イコライザ１９、第２イコライザ２０は、それぞれ先の図３に示した伝達関数ブロック７、伝達関数ブロック８、伝達関数ブロック９に対応するものであり、イコライザ１８は、入力されるオーディオ信号に対して所要の信号特性Ｋを与えると共に、第１イコライザ１９、第２イコライザ２０は、先に説明した前後入れ方式に対応する音質劣化抑制のための信号特性−Ｍ、信号特性１／ＨＭを与える。
具体的に、上記イコライザ１８は、入力されるオーディオ信号に対し上記信号特性Ｋを目標特性としたイコライジング処理を行って、その結果を第１イコライザ１９、第２イコライザ２０のぞれぞれに対して供給する。第１イコライザ１９は、上記イコライザ１８より入力したオーディオ信号に対し、信号特性−Ｍを目標特性としたイコライジング処理を行い、加算器１７に出力する。また、第２イコライザ２０は、上記イコライザ１８より入力したオーディオ信号に対し、信号特性１／ＨＭを目標特性としたイコライジング処理を行い、加算器２２に出力する。
これにより、上記加算器１７に対しては、実施の形態としての前後入れ方式による前入れ側の系に対応して目標特性Ｅ１＝−ＫＭが与えられたオーディオ信号が供給される。また、上記加算器２２に対しては、前後入れ方式による後入れ側の系に対応して目標特性Ｅ２＝Ｋ／ＨＭが与えられたオーディオ信号が供給されるものとなる。
なお、以下では便宜上、上記第１イコライザ１９から加算器１７に供給されるオーディオ信号を第１ＥＱ信号とし、上記第２イコライザ２０から加算器２２に供給されるオーディオ信号を第２ＥＱ信号とする。
【００４４】
なお、図示による説明は省略したが、上記イコライザ１８に供給されるオーディオ信号は、オーディオプレイヤ１５に備えられる図示されない再生部により再生出力されたオーディオ信号となる。つまり、この場合のオーディオプレイヤ１５には、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）や半導体メモリ、或いはＣＤ（Compact Disc）などのリムーバブルメディアに記録されたオーディオコンテンツを再生する再生部が備えられており、上記イコライザ１８には、当該再生部により再生されたオーディオ信号が入力されることになる。
【００４５】
上記加算器１７は、上記第１イコライザ１９からのオーディオ信号と、先に述べたマイクアンプ１６からの収音信号とが入力され、これらを加算した第１加算信号を生成する。この第１加算信号は、ＦＢ方式ＮＣフィルタ２１に対して供給される。
【００４６】
ＦＢ方式ＮＣフィルタ２１は、ＦＢ方式によるノイズキャンセリングシステムに対応する信号特性（β特性）を与えるフィルタ回路とされる。具体的には、信号特性−βを与える。なお、この信号特性（−β）としては、ＦＢ方式によるノイズキャンセリングシステムの系中における各回路や空間の伝達関数を考慮して、外部音がキャンセルされて聴取者に聴取されるようにするために、フィードバックループ内に与えられるべきとして設定された信号特性（周波数−振幅特性や周波数−位相特性）となる。
そしてこの場合、ＦＢ方式ＮＣフィルタ２１は、上記信号特性（−β）として複数の異なる特性を可変的に設定できるように構成されている。ＦＢ方式ＮＣフィルタ２１は、このような信号特性（−β）の切り替えを、後述する制御部２５からの切替指示に基づき行うようにされる。
【００４７】
ＦＢ方式ＮＣフィルタ２１により信号特性−βが与えられた第１加算信号は、上述した加算器２２に供給される。加算器２２は、上記ＦＢ方式ＮＣフィルタ２１を介した上記第１加算信号と、第２イコライザ２０から供給される第２ＥＱ信号とを加算し、これを第２加算信号としてドライブ回路２３に供給する。
【００４８】
ドライブ回路２３は、上記加算器２２により生成される第２加算信号を入力し、これを増幅して振動板ユニット１２内の振動板を駆動するためのドライブ信号を生成する。
ドライブ回路２３により生成されたドライブ信号は、信号出力端子Ｔoを介してヘッドホン１１の振動板ユニット１２に対して供給される。
なお、このようなドライブ信号の系についても、実際には、ヘッドホン１１側に上記信号出力端子Ｔoに接続される信号入力端子が備えられ、上記ドライブ信号は、上記信号出力端子Ｔoから当該信号入力端子を介して振動板ユニット１２に供給されるものとなる。
【００４９】
制御部２５は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリを備えたマイクロコンピュータで構成され、オーディオプレイヤ１５の全体制御を行う。
制御部２５に対しては、操作部２４からの操作信号が供給される。操作部２４は、例えばオーディオプレイヤ１５の筐体外部に表出するようにして設けられた複数の操作子を備え、操作の行われた操作子に対応する操作入力信号を上記制御部２５に対して供給するように構成される。
【００５０】
この場合、上記操作部２４を介したユーザの操作入力としては、少なくともＦＢ方式ＮＣフィルタ２１における信号特性を選択するための操作入力が可能とされる。制御部２５は、このような信号特性の選択操作に応じて、選択された信号特性への切替を指示するための切替指示信号をＦＢ方式ＮＣフィルタ２１に対して供給する。
【００５１】
このような第１の実施の形態としてのノイズキャンセリングシステム１０の構成により、先に説明した実施の形態としての前後入れ方式によるノイズキャンセリングシステムを実現することができる。
前後入れ方式の採用により、第１イコライザ１９、第２イコライザ２０にて設定されるべき目標特性と信号特性−βとを無相関にすることができ、ＦＢ方式ＮＣフィルタ２１における信号特性−βの切り替えによらず、これら第１イコライザ１９、第２イコライザ２０における目標特性は一定とすることができる。
この場合、第１イコライザ１９、第２イコライザ２０としてはアナログ回路で構成される場合を例示しているが、このようなアナログの回路構成とする場合、従来の前入れ方式または後入れ方式を採用する際には、先に説明したようにそれぞれの信号特性−βに対応させた別々の目標特性を設定した複数のフィルタ回路を設けておく必要があったが、上記本実施の形態の構成によれば、イコライジング処理の目標特性は一定とすることができるので、上記第１イコライザ１９、第２イコライザ２０としてのフィルタ回路はそれぞれ１つのみ設ければよいものとすることができる。
この結果、従来と比較して回路実装面積の削減やそれによる装置の小型化が図られ、また部品点数の削減による装置製造コストの削減も図ることができる。
【００５２】
＜第２の実施の形態＞
ここで、第１の実施の形態では、ＦＢ方式ＮＣフィルタ２１としてもアナログ回路により構成するものとしているが、このようなアナログ回路構成によって信号特性−βの切り替えを可能とするためには、イコライザの場合と同様、例えばそれぞれ別々の信号特性−βを与えるように構成された複数のフィルタ回路を設け、制御部２５からの切替指示信号に応じてこれら複数のフィルタ回路を選択するスイッチを設けておき、当該スイッチの切り替えによって第１加算信号に何れかのフィルタ回路による信号特性−βを与えるように構成することになる。つまり、フィルタ回路を複数備える分、回路実装スペースの拡大化に伴う装置の大型化や、コストアップなどが問題となる。
そこで、第２の実施の形態では、図４にて説明したＦＢ方式ＮＣフィルタ２１としての動作を、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）によるデジタル信号処理によって実現するように構成する。
【００５３】
図５は、第２の実施の形態としてのノイズキャンセリングシステム３０の構成を示している。第２の実施の形態のノイズキャンセリングシステム３０は、先の第１の実施の形態のノイズキャンセリングシステム１０の構成に基づいた上で、オーディオプレイヤ側の一部の構成のみを変更したものとなる。従って、この図５において、既に第１の実施の形態で説明した部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００５４】
図５において、ノイズキャンセリングシステム３０では、第１の実施の形態の場合のオーディオプレイヤ１５に代えて、オーディオプレイヤ３１が備えられる。
この場合のオーディオプレイヤ３１において、マイクアンプ１６からの収音信号は、Ａ／Ｄ変換器３３を介してデジタル信号に変換されてＤＳＰ３５に入力される。また、オーディオ信号はＡ／Ｄ変換器２５を介してデジタル信号に変換されてＤＳＰ３５に入力される。また、ＤＳＰ３５により出力されるデジタル信号（第２加算信号）は、Ｄ／Ａ変換器３６を介してアナログ信号に変換されてドライブ回路２３に供給される。
【００５５】
この図５では、ＤＳＰ３５が乗算器や加算器、レジスタなどのハードウエアリソースを用いたデジタル信号処理で実現する動作を、機能ごとにブロック化して示している。このような機能ブロックとして示した場合、ＤＳＰ３５内には、加算器１７に相当する加算処理部３５ａ、イコライザ１８に相当するＥＱ処理部３５ｂ、第１イコライザ１９に相当する第１ＥＱ処理部３５ｃ、第２イコライザ２０に相当する第２ＥＱ処理部３５ｄ、ＦＢ方式ＮＣフィルタ２１に相当するＮＣフィルタ処理部３５ｅ、加算器２２に相当する加算処理部３５ｆが備えられるものとなる。
【００５６】
この場合、上記ＥＱ処理部３５ｂ、第１ＥＱ処理部３５ｃ、第２ＥＱ処理部３５ｄとしては、例えばＩＩＲ(Infinite Impulse Response)フィルタなどで構成されたデジタルフィルタとしての信号処理により所要の周波数特性を与えるものとなる。
ＥＱ処理部３５ｂは、上述したＡ／Ｄ変換器３４を介して入力されるオーディオ信号に対し、目標特性Ｋとしての周波数特性を与える。また第１ＥＱ処理部３５ｃは、上記ＥＱ処理部３５ｂによりイコライジング処理されたオーディオ信号に対し、目標特性−Ｍとしての周波数特性を与える。
また、第２ＥＱ処理部３５ｄは、上記ＥＱ処理部３５ｂによりイコライジング処理されたオーディオ信号に対し、目標特性１／ＨＭとしての周波数特性を与える。
【００５７】
また、上記加算処理部３５ａは、Ａ／Ｄ変換器３３を介して入力される収音信号と、上記第１ＥＱ処理部３５ｃによりイコライジング処理されたオーディオ信号（第１ＥＱ信号）とを加算し、第１加算信号を生成する。
【００５８】
ＮＣフィルタ処理部３５ｅは、例えばＩＩＲフィルタなどを用いたデジタルフィルタによる信号処理によって、入力信号に所要の信号特性を与える。このようなデジタルフィルタに与えるフィルタ係数などのパラメータ（単に係数とも言う）を変更することにより、入力信号に与える信号特性を変更することができる。
ＮＣフィルタ処理部３５ｅは、上記デジタルフィルタの係数を、制御部３２より指示された係数に変更設定する。これによって、ユーザ操作に応じて選択された信号特性−βに切り替えを行うことが可能とされている。
【００５９】
ここで、先の図４に示した制御部２５は、アナログ回路によるＦＢ方式ＮＣフィルタ２１に対応して、スイッチの切替制御信号としての切替指示信号を出力するものとなるが、この場合の上記制御部３２は、切替・係数指示信号として、特性の切替指示と共に、操作部２４に対する操作に基づき選択された信号特性−βが得られるようにするための係数も指示するようにされている。
この場合、オーディオプレイヤ３１では、予め電車内や飛行機内など、聴取者が置かれるとして想定される外部環境ごとに最適とされる各種のＮＣモードが用意され、ユーザは、操作部２４に対する操作により、これらのＮＣモードを選択するようにされる。制御部３２は、このように選択されたＮＣモードと対応づけられた係数を、ＤＳＰ３５（ＮＣフィルタ処理部３５ｅ）に対して指示するようにされている。
【００６０】
加算処理部３５ｆは、上記ＮＣフィルタ処理部３５ｅにより信号特性−βが付与された第１加算信号と、第２ＥＱ処理部３５ｄにより生成された第２ＥＱ信号とを加算し、第２加算信号を生成する。この第２加算信号は、先に述べたＤ／Ａ変換器３６に対して供給される。
【００６１】
上記により説明したＤＳＰ３５内の各機能ブロックとしての動作は、ＤＳＰ３５に対するプログラミングにより実現される。
具体的に、この場合のオーディオプレイヤ３１には、ＤＳＰ３５が読み出し可能なメモリ３７が備えられ、当該メモリ３７内に格納されるＤＳＰプログラム３７ａに従ってＤＳＰ３５が動作することで、上記により説明した各機能ブロックとしての動作が実現される。
【００６２】
上記により説明した第２の実施の形態としてのオーディオプレイヤ３１のように、ＤＳＰ３５によるデジタル信号処理によって信号特性−βの切り替えを行うように構成するものとすれば、先の第１の実施の形態のようにアナログ回路による構成とする場合と比較して、部品点数の削減、それに伴う低コスト化、及び回路実装面積の縮小化による装置の小型化が図られる。
また、第２の実施の形態では、音質劣化抑制のための各イコライザの動作についてもＤＳＰ３５によるデジタル信号処理で実現するものとしているが、このことによれば、アナログ回路による各イコライザの実装スペースを省略することができ、この点でも装置小型化、部品点数の省略、低コスト化を図ることができる。なお、このような装置小型化や低コスト化の効果は、ＤＳＰ３５のデジタル信号処理により加算器１７、２２としての動作も実現するようにしたことについても同様のことが言える。
【００６３】
なお、確認のために述べておくと、これら装置小型化や部品点数の削減などの効果は、オーディオプレイヤ３１において、他の機能部位（例えば各種音声信号処理を実現する機能部位）と共用のＤＳＰ（及びＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器）が備えられていることを前提としたものである。つまり、もともと他の機能部位の動作実現のためのＤＳＰが備わっていれば、そのＤＳＰに対するプログラミングを変更するのみで、図５にて説明したＤＳＰ３５としての動作を実現させることができるので、このことを考慮すれば、別途のアナログ回路による追加構成は不要とすることができ、装置小型化や部品点数の削減等の効果を得ることができるということになる。
【００６４】
また、第２の実施の形態の場合のように第１イコライザ１８、第２イコライザ２０による動作をＤＳＰによるデジタル信号処理で実現するとした場合においても、前後入れ方式とすることによるメリットはある。つまり、従来の前入れ方式、後入れ方式とする場合において同様に各イコライザとしての動作をＤＳＰにより実現するとした場合は、目標特性Ｅ１、Ｅ２をβに応じて可変とするために、デジタルフィルタについては、それぞれのβに応じたフィルタ特性を実現するためのパラメータ（フィルタ係数など）をメモリ上に格納しておく必要があるが、本例のように前後入れ方式としてＥ１、Ｅ２をβと無相関とすることができれば、格納しておくべきパラメータの種類はより少ないもの（理論的には１種のみ）とでき、その分、ＤＳＰのハードウエアリソースの削減、処理負担の軽減を図ることができる。
【００６５】
ここで、これまでの説明から理解されるように、本発明の本質は、音質劣化抑制のためにオーディオ信号に施すイコライジング処理の目標特性をβ特性と無相関とすることにあるが、実際においては、先の[式１７][式１８]に示した特性を完全にシミュレートとすることは、場合によっては困難となることが予想できなくもない。すなわち、例えば設定される信号特性−βの種類によっては、第１イコライザ１８、第２イコライザ２０における目標特性もこれに応じて変更しなければならい可能性があることは否定できない。
しかしながら、そのような場合にあっても、実施の形態としての前後入れ方式とすることによるメリットは依然として多分にある。そもそもノイズキャンセルのためのβ特性は、例えば３００Hz以下など低周波数帯域に関し、比較的大きなゲインアップを行う（例えば３０ｄＢ以上）ことでフィードバック量を稼ぎ、その効果でノイズキャンセリングを行うものとなる。このことによると、先に説明した従来の前入れ方式、後入れ方式の目標特性Ｅ１、Ｅ２では分子や分母にβが含まれているため、その分極端なゲインアップ（或いはダウン）を要するフィルタ特性が必要となってしまうことになる。これは、有限なｂｉｔの中で演算するＤＳＰに関しては、ヘッドマージンやノイズフロアを考えると不利な処理となる。
これに対し、実施の形態の前後入れ方式を採用する場合には、原理的にはβ特性の変更に応じて目標特性Ｅ１、Ｅ２を変更させる必要はないことからも理解されるように、βの変更に応じてイコライジング処理の目標特性を変更することがあるとしても、従来方式の場合のような極端なフィルタ特性を与える必要はないものとできる。この意味で、実施の形態としての前後入れ方式は有効であり、より実用的な手法であると言える。
【００６６】
＜第３の実施の形態＞
続いて、第３の実施の形態について説明する。
図６は、第３の実施の形態としてのノイズキャンセリングシステム４０の構成を示している。
第３の実施の形態は、第２の実施の形態と同様にＤＳＰ３５によるデジタル信号処理でＮＣフィルタ処理を行うとした上で、別途、アナログ回路によるＮＣフィルタ４２によりＮＣフィルタ処理を行う系を追加するものである。
具体的には、図中のオーディオプレイヤ４１として、先の図５に示したオーディオプレイヤ３１の構成に対しＮＣフィルタ４２と加算器４３とを追加するものとしている。なお、この場合のヘッドホン１１の構成、及びオーディオプレイヤ４１の上記ＮＣフィルタ４２と加算器４３以外の構成は先の第２の実施の形態の場合と同様となるので同一符号を付して説明は省略する。
【００６７】
ここで、第２の実施の形態のようにＮＣフィルタ処理をＤＳＰ３５によるデジタル信号処理で実現する場合、ＤＳＰ３５に対してデジタル信号による収音信号を入力するためのＡ／Ｄ変換器３３、及びＤＳＰ３５による出力信号をアナログ信号に変換するためのＤ／Ａ変換器３６を設けることになるが、この場合には、これらＡ／Ｄ変換器３３、Ｄ／Ａ変換器３６における遅延がＮＣ動作に悪影響を与えてしまうことが考えられ得る。すなわち、例えばＮＣの対象帯域を比較的高い周波数まで広範囲に設定する場合には、Ａ／Ｄ変換器３３、Ｄ／Ａ変換器３６における遅延が生じることによってＮＣフィルタ処理で付与されたＮＣ信号成分の位相が多く回転することで、かえってノイズ成分を強調してしまったり、発振が生じやすくなってしまうといった事態を引き起こしかねない。
そこで第３の実施の形態としては、ＤＳＰ３５においては所定の周波数までの帯域を対象としたＮＣフィルタ処理を行うものとし、遅延が問題となる高域についてのＮＣフィルタ処理を、上記のように別途設けられたＮＣフィルタ４２を用いて行うようにするものである。
【００６８】
図６において、マイクアンプ１６からの収音信号は、この場合はＡ／Ｄ変換器３３とＮＣフィルタ４２とに分岐して供給される。ＮＣフィルタ４２は、上記マイクアンプ１６から供給される収音信号に対し、固定による信号特性を付与するアナログフィルタ回路として構成される。当該ＮＣフィルタ４２に対して設定される信号特性としては、この図に示されるＦＢ方式によるノイズキャンセリングシステムの系中における各回路や空間の伝達関数を考慮して、外部音の所定周波数以上の帯域がキャンセルされて聴取者に聴取されるようにするために収音信号に対して与えるべきとして設定された信号特性となる。
【００６９】
なお、以下ではＤＳＰ３５によるＮＣフィルタ処理部３５ｅに設定される信号特性と区別する意味で、ＮＣフィルタ４２に設定される信号特性については「−βa」と表記する。ＤＳＰ３５によるＮＣフィルタ処理部３５ｅにおける信号特性については「−βd」とする。
確認のために述べておくと、この場合のＤＳＰ３５における上記信号特性−βdとしては、外部音の所定周波数以下の帯域がキャンセルされて聴取者に聴取されるようにするために収音信号に対して与えるべきとして設定された信号特性となる。つまりこの場合のＤＳＰ３５（ＮＣフィルタ処理部３５ｅ）においては、このように所定周波数以下の帯域をキャンセルするようにして設定された複数の信号特性−βdのうちから、操作に応じた信号特性−βdを選択的に設定するようにされる。
なお、先に説明したように、ＮＣフィルタ処理部３５ｅとしては、制御部３２から指示される係数に基づき信号特性の切り替えを行うものであることから、実際の構成においては、制御部３２にて各ＮＣモードと対応づけられる係数として、上記のように所定周波数以下の帯域がキャンセルされて聴取者に聴取されるように設定された係数を格納しておくということになる。
【００７０】
ここで、上記により説明したように、高域についてＮＣフィルタ処理を行うＮＣフィルタ４２側では、信号特性−βaを固定の特性としているが、これは、もともとノイズキャンセルの対象とすべき帯域がオーディオ信号成分の聴き取りに障害となるとされる低域部分であって、高域部分についてノイズ特性に応じ信号特性を可変としても、聴感上の遮音効果の改善は期待できるものではないことによる。
すなわち、高域については固定の信号特性によるノイズキャンセリングで充分であって、ＤＳＰ３５側で低域側について可変による信号特性付与を行うものとすることで、外部ノイズ特性に応じた適切なノイズキャンセリングを行うことができるものである。
【００７１】
ＮＣフィルタ４２により信号特性−βaが与えられた収音信号は、図示するようにしてＤ／Ａ変換器３６とドライブ回路２３との間に挿入された加算器４３に対して供給され、ここでＤ／Ａ変換器３６からの出力信号（第２加算信号）と加算されてドライブ回路２３に対して供給される。
【００７２】
次の図７は、図６に示した第３の実施の形態としてのノイズキャンセリングシステム４０の構成を、先の図２と同様に各部を伝達関数ブロック化して示したものである。
この図７において、伝達関数ブロック１（Ｍ）は、図６との対応ではマイクロフォン１３のマイク特性とマイクアンプ１６のマイクアンプ特性を掛け合わせたものに相当する。また、伝達関数ブロック４（Ａ）は、パワーアンプ特性などドライブ回路２３により与えられる信号特性に相当するものとなり、伝達関数ブロック５（Ｈ）は、振動板ユニット１２の構造等によって出力音に与えられる特性（いわゆるヘッドホン特性）に相当する伝達関数と、振動板ユニット１２からマイクロフォン１３までの空間の伝達関数とを掛け合わせたものとなる。
【００７３】
図示するようにして、この場合のノイズキャンセリングシステムでは、伝達関数ブロック１を介して入力された収音信号が、Ａ／Ｄ変換器３３に相当する伝達関数ブロック４５（βz1）と、ＮＣフィルタ４２に相当する伝達関数ブロック５０（−βa）とにそれぞれ分岐して供給される。
一方で、入力オーディオ信号Ｓが伝達関数ブロック４６（Ｅ１）と伝達関数ブロック４７（Ｅ２）とに供給される。伝達関数ブロック４６は、図６におけるイコライザ処理部３５ｂと第１ＥＱ処理部３５ｃとの組に相当し、入力オーディオ信号Ｓに対し目標特性Ｅ１を与える。また伝達関数ブロック４７はイコライザ処理部３５ｂと第１ＥＱ処理部３５ｃとの組に相当し、入力オーディオ信号Ｓに目標特性Ｅ２を与えるものとなる。
【００７４】
上述した伝達関数ブロック１（Ｍ）を介して入力され収音信号は、伝達関数ブロック４５（βz1）を介した後、伝達関数ブロック４６を介した入力オーディオ信号Ｓ（第１ＥＱ信号）と加算され、伝達関数ブロック４８（−βd）に供給され、ここで信号特性−βdが与えられる。そして、このように信号特性−βdが与えられた後、伝達関数ブロック４７を介した入力オーディオ信号Ｓ（第２ＥＱ信号）と加算され、第２加算信号として伝達関数ブロック４９（βz2）に供給される。この伝達関数ブロック４９は、Ｄ／Ａ変換器３６に相当するものである。
【００７５】
上記伝達関数ブロック４９を介した第２加算信号は、上述した伝達関数ブロック５０により信号特性−βaが与えられた収音信号と加算され、伝達関数ブロック４（Ａ）に供給される。この伝達関数ブロック４以降の構成は先の図２の場合と同様となる。
【００７６】
ここで、この図７からも明らかなように、第３の実施の形態としてのノイズキャンセリングシステム４０の構成とした場合は、Ａ／Ｄ変換器３３の伝達関数（βz1）及びＤ／Ａ変換器３６の伝達関数（βz2）も、β特性の一部に寄与するものとして扱う必要がある。また、この場合のβ特性としては、アナログパスとしてのＮＣフィルタ４２の信号特性−βaも含める必要がある。
つまりこの場合、フィードバックループに与えられる総合的なβ特性としては、次のようになる。
β＝（βz1・βd・βz2＋βa）
【００７７】
このように「β＝（βz1・βd・βz2＋βa）」となる第３の実施の形態の場合、音質劣化抑制のために設定されるべき目標特性Ｅ１、目標特性Ｅ２がどのようなものとなるか、以下で検証してみる。
先ず、図７に示されているように各部の伝達関数をＭ、βz1、βd、βz2、Ｅ１、Ｅ２βa、Ａ、Ｈとし、且つ音圧Ｐ５、ノイズ成分Ｎ、計算のための中間値Ｑ４（伝達関数ブロック５の出力）を定義としたとき、この場合のノイズキャンセリングシステムでは以下の[式１９][式２０]の関係が成り立つことになる。
【数１９】
0004967894.tif 000020
【数２０】
0004967894.tif 000021
上記[式２０]を展開すると、
【数２１】
0004967894.tif 000022
となり、さらにこの[式２１]の右辺、左辺を整理して[式２２]とおく。
【数２２】
0004967894.tif 000023
【００７８】
ここで、先の「β＝（βz1・βd・βz2＋βa）」の前提によると、上記[式２２]は、次の[式２３]とおくことができる。
【数２３】
0004967894.tif 000024
【００７９】
この場合もノイズ成分Ｎについては考慮せず、オーディオ信号成分についてのみ着目してＰ５＝ＫＳとおくと、上記[式２３]より、次の[式２４]が成立する。
【数２４】
0004967894.tif 000025
ここで、β＝（βz1・βd・βz2＋βa）より、[式２４]は次の[式２５]となる。
【数２５】
0004967894.tif 000026
さらに、[式２５]について、両辺をＳで除算して展開すると以下のようになる。
【数２６】
0004967894.tif 000027
【数２７】
0004967894.tif 000028
【００８０】
ここで、先の図６の説明によれば、この場合において可変とされるのは「βd」のみであり、従ってこの場合はＥ１、Ｅ２にβdの項目が含まれないようにすればよい。従ってこの場合は、上記[式２７]についてβdを変数とみなすものとし、その上で両辺を係数比較すると、Ｅ１については[式２８]、Ｅ２については[式２９]とおくことができる。
【数２８】
0004967894.tif 000029
【数２９】
0004967894.tif 000030
これら[式２８]と[式２９]を整理して、[式３０]、[式３１]とおく。
【数３０】
0004967894.tif 000031
【数３１】
0004967894.tif 000032
【００８１】
このとき、オーディオ信号Ｓに対して行われるイコライジング処理は、周波数−振幅特性を調整するものとし、周波数−位相特性は問わないものであるとすると、Ａ／Ｄ変換器３３の特性βz1、Ｄ／Ａ変換器３６の特性βz2は、ほぼ遅延に関するものとなり、また振幅特性はサンプリング周波数の半分近くまでフラットであるとすると、βz1、βz2の影響は無視することができる。
このことより、上記[式３０]については[式３２]とおくことができ、また[式３１]については[式３３]とおくことができる。
【数３２】
0004967894.tif 000033
【数３３】
0004967894.tif 000034
【００８２】
以上のようにして、この場合の目標特性Ｅ１、Ｅ２についても、βd特性に対して無相関とすることができる。
具体的に、先の図６に示した構成において、ＤＳＰ３５によるＥＱ処理部３５ｄにて目標特性をＫと設定するとした場合には、第１ＥＱ処理部３５ｃでは目標特性を−Ｍに設定し、第２ＥＱ処理部３５ｄでは目標特性を（１＋βa）／ＡＨと設定すればよいものとなる。
なお、この場合も厳密には１／Ｈなる特性を設定することは困難であるので、第２ＥＱ処理部３５ｄにおいては、上記（１＋βa）／ＡＨを模した、または近似した特性を設定することになる。
【００８３】
なお、先の第２の実施の形態については、目標特性Ｅ１、Ｅ２の導出手法についての説明は省略したが、第２の実施の形態の場合はアナログパスによるβa特性が無いということと、上記[式３２][式３３]とを勘案すれば、第２の実施の形態にて設定されるべき目標特性Ｅ１、Ｅ２としては、第１の実施の形態の場合と同様に[式１７]、[式１８]とすればよいことがわかる。
【００８４】
＜第４の実施の形態＞
図８は、第４の実施の形態としてのノイズキャンセリングシステム５１の構成を示している。なお、この図８において、既にこれまでで説明した部分については同一符号を付して説明を省略する。
第４の実施の形態は、これまでの各実施の形態において信号特性の切り替えをユーザ操作に基づき行うようにしていたものを、ノイズ解析結果に基づき装置側で自動的に行うようにしたものである。
【００８５】
この図８に示されるように、ノイズキャンセリングシステム５１としては、ヘッドホン１１とオーディオプレイヤ５２とを備える。オーディオプレイヤ５２は、先の図６に示したオーディオプレイヤ４１に対し、ＤＳＰ３５内にノイズ解析処理部３５ｇとしての信号処理機能を追加したものとなっている。
また、このノイズ解析処理部３５ｇによるノイズ解析結果に基づき、最適とされる信号特性−βdを設定するためのノイズ特性・係数対応情報３７ｃが、メモリ３７内に格納されている。このノイズ特性・係数対応情報３７ｃは、例えば先に述べた各種のＮＣモードで想定される各ノイズ特性ごとに、最適とされる信号特性−βdを得るにあたってＮＣ信フィルタ処理部３５ｅにて設定されるべき係数が対応づけられた情報となる。
【００８６】
ノイズ解析処理部３５ｇは、Ａ／Ｄ変換器３３を介してＤＳＰ３５に入力された収音信号について、外部ノイズ特性を解析するための所定の音響解析処理を実行し、この解析の結果判定された外部のノイズ特性に対応する係数を、上記メモリ３７内のノイズ特性・係数対応情報から読み出す。そして、このように読み出した係数を、ＮＣフィルタ処理部３５ｅとしてのデジタルフィルタの係数として設定する。
これにより、外部ノイズ特性に応じた最適とされる信号特性−βdに切り替えが行われるようになっている。
【００８７】
なお、先にも述べたように、ＤＳＰ３５における各機能ブロックとしての信号処理機能は、ＤＳＰ３５に対するプログラミングにより得ることができる。この場合、メモリ３７内には、先の第２の実施の形態で説明したものと同様のＤＳＰ３５としての信号処理機能に加え、上記ノイズ解析処理部３５ｇとしての処理が実現されるようにするためのＤＳＰプログラム３７ｂが格納されている。
【００８８】
ここで、図８においては、制御部３２と操作部２４を省略して示しているが、これは、第４の実施の形態に係る動作について制御部、操作部が関与しないということを意味するものであって、実際の構成において、オーディオプレイヤ５２の全体制御を行う制御部、ユーザの操作入力を可能とする操作部が省略されることを意味するものではない。
【００８９】
＜第５の実施の形態＞
図９は、第５の実施の形態としてのヘッドホン５５の構成を示している。なお、この図においても既に説明済みの部分については同一符号を付して説明を省略する。
第５の実施の形態は、振動板ユニット１２に対する駆動信号を生成するための信号処理を行う構成を、ヘッドホン装置に対して一体的に組み込んだものである。
図示するようにして、この場合のヘッドホン５５には、振動板ユニット１２とマイクロフォン１３と共に、先の図８に示したオーディオプレイヤ５２側が備えていたマイクアンプ１６、Ａ／Ｄ変換器３３、Ａ／Ｄ変換器３４、ＤＳＰ３５、Ｄ／Ａ変換器３６、メモリ３７、ＮＣフィルタ４２、加算器４３、ドライブ回路２３が備えられている。なおこの場合、マイクロフォン１３からマイクアンプ１６に対して収音信号を供給するにあたってのマイク入力端子Ｔminは省略される。同様に、ドライブ回路２３から振動板ユニット１２に対してドライブ信号を供給するにあたっての信号出力端子Ｔoとしても省略される。
そしてこの場合、オーディオ信号は、図示するオーディオ入力端子ＴAinを介して、外部のオーディオプレイヤなど、オーディオ信号の再生出力を行う再生装置より入力されるものとなる。
【００９０】
なお、図９では、このようなヘッドホン５５として、第４の実施の形態としての信号処理装置を適用した構成とする場合を例示したが、当然のことながら、第１〜第３の実施の形態としての信号処理装置の何れかを適用した構成とできることは言うまでもない。
【００９１】
＜第６の実施の形態＞
図１０は、第６の実施の形態としてのノイズキャンセリングシステム６０の構成を示している。なお、この図においても既に説明済みの部分は同一符号を付して説明を省略する。
第６の実施の形態は、これまでＤＳＰ３５による処理で実現してきた動作を、ＣＰＵの処理によって実現するようにしたものである。
【００９２】
図１０において、ノイズキャンセリングシステム６０としては、ヘッドホン１１とオーディオプレイヤ６１とを備える。この場合のオーディオプレイヤ６１は、先の図５に示したオーディオプレイヤ３１の構成に対し、ＤＳＰ３５、メモリ３７に代えて、ＣＰＵ６２、メモリ部６３がそれぞれ設けられる。
また、制御部３２は省略され、操作部２４からの操作入力信号がＣＰＵ６２に対して供給されるようになっている。
なお、例えばこのようなオーディオプレイヤ６１としては、特にノート型のパーソナルコンピュータやＰＤＡなど、ポータブルタイプのコンピュータ装置を想定したものとなる。
【００９３】
上記メモリ部６３は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Randam Access Memory）、不揮発性メモリ等、ＣＰＵ６２が読み出し可能な記憶手段を包括的に示している。メモリ部６３には、ＣＰＵ６２によって次の図１１で説明する処理動作を実行させるためのＮＣ処理プログラム６３ａが格納されている。
【００９４】
図１１は、上記ＮＣ処理プログラム６３ａに基づいてＣＰＵ６２が実行する処理動作を示したフローチャートである。
なお、この図１１において、ＣＰＵ６２では、オーディオ信号、収音信号を所定のフレーム単位で扱うものとされる。すなわち、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理では、信号の加算、特性付与をこのフレーム単位で行うようにされる。
【００９５】
先ず、ステップＳ１０１においては、オーディオ信号にＥ１、Ｅ２特性をそれぞれ付与するための処理を実行する。すなわち、図１０に示されるＡ／Ｄ変換器３４を介して入力されるオーディオ信号について、先の図５にて説明したＥＱ処理部３５ｂと第１ＥＱ処理部３５ｃとの組によるものと同様の信号特性付与を行うことで、オーディオ信号に対し目標特性Ｅ１を付与した第１ＥＱ信号を生成すると共に、図５にて説明したＥＱ処理部３５ｂと第２ＥＱ処理部３５ｄとの組によるものと同様の信号特性付与を行うことで、上記オーディオ信号に対し目標特性Ｅ２を付与した第２ＥＱ信号を生成する。
【００９６】
続くステップＳ１０２では、収音信号に第１ＥＱ信号を加算する処理を行う。つまり、Ａ／Ｄ変換器３３を介して入力される収音信号に対し、上記ステップＳ１０１にて生成した第１ＥＱ信号を加算して、第１加算信号を生成する。
【００９７】
次のステップＳ１０３では、第１加算信号に対するＮＣフィルタ処理を実行する。すなわち、上記第１加算信号に対し、信号特性−βを付与するための所要のフィルタ特性を有するデジタルフィルタとしての演算処理を行う。
続くステップＳ１０４では、上記ステップＳ１０３によって得られたＮＣフィルタ処理後の信号に、先のステップＳ１０１にて得られた第２ＥＱ信号を加算して出力する処理を行う。
【００９８】
次のステップＳ１０５では、β特性の切替操作が行われたか否かを判別する。図１０に示した操作部２４からの操作入力に基づき、β特性の切替操作が行われたとされる状態となったとして肯定結果が得られた場合は、ステップＳ１０６に進んでＮＣフィルタの係数を変更する処理を実行する。具体的には、先のステップＳ１０４としてのデジタルフィルタ処理で用いる係数を、切替操作に応じた係数に変更設定する処理を行う。
なおこの場合も、上記切替操作としては、実際にはＮＣモードを選択する操作となる。すなわち実際には、ＮＣモードごとに係数が対応づけられたモード・係数対応情報がメモリ部６３内に格納されており、ＣＰＵ６２は、当該モード・係数対応情報にて選択されたＮＣモードと対応づけられている係数をステップＳ１０４の処理で用いる係数として変更設定することになる。
上記ステップＳ１０６の処理を実行すると、図示するようにしてステップＳ１０１に戻るようにされる。
【００９９】
一方、上記ステップＳ１０５において、β特性の切替操作がなされていないとして否定結果が得られた場合は、ステップＳ１０６に進み、処理を終了すべき状態となったか否かを判別する。例えば、電源オフを指示する操作入力やノイズキャンセル動作の停止を指示する操作入力が行われるなど、予め設定された処理終了のための所定のトリガの発生有無を判別する。
ステップＳ１０７において、処理を終了すべき状態となっていないとして否定結果が得られた場合は、ステップＳ１０１に戻るようにされる。また、処理を終了すべき状態となったとして肯定結果が得られた場合は処理動作を終了する。
【０１００】
＜変形例＞
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明としてはこれまでに説明した具体例に限定されるべきものではない。
例えば各実施の形態では、ＮＣフィルタ処理において「−β」なる特性を付与するものとしたが、例えばオーディオ信号の極性を反転して−極性により入力するものとし、ドライブ回路２３にて反転アンプによりオーディオ信号を増幅してドライブ信号を生成するように構成した場合には、ＮＣフィルタ処理にて付与する信号特性は「−β」ではなく「β」となる。
【０１０１】
図１２（ａ）は、この場合のノイズキャンセリングシステムの構成を伝達関数ブロック化して示している。なお、図１２（ａ）では一例として、先の第１の実施の形態の場合に対応したノイズキャンセリングシステムの構成を示している。
この場合は、上記反転アンプに対応する伝達関数ブロックとして、先の図２に示した伝達関数ブロック４（Ａ）に代え、伝達関数ブロック６６（−Ａ）が設けられることになる。また、ＮＣフィルタに相当する伝達関数ブロック３（−β）に代えて、伝達関数ブロック６５（β）が設けられる。他の構成は図２の場合と同様となる。
【０１０２】
ここで、この図１２（ａ）に示す構成とした場合に、音質劣化抑制のためにオーディオ信号Ｓに対して施すべきイコライジング処理の目標特性Ｅ１、Ｅ２について検証してみる。
先ず、この場合の伝達関数ブロック５（Ｈ）からの出力をＱ５、この出力Ｑ５とノイズ成分Ｎとが空間上でミックスされて得られる音圧を音圧Ｐ５とおくと、先の図３の場合と同様に、以下の[式３４][式３５]が成り立つ。
【数３４】
0004967894.tif 000035
【数３５】
0004967894.tif 000036
そして、これら[式３４][式３５]より、[式３６]が求まり、これを整理すると[式３７]が導出される。
【数３６】
0004967894.tif 000037
【数３７】
0004967894.tif 000038
【０１０３】
ここで、この場合もノイズ成分Ｎを考慮せずにＰ５＝ＫＳとおくと、上記[式３７]より次の[式３８]が導かれる。
【数３８】
0004967894.tif 000039
これを展開して次の[式３９]とおく。
【数３９】
0004967894.tif 000040
さらに、上記[式３９]において、この場合もβを変数として考え両辺の係数を比較してみると、Ｅ１については[式４０]、Ｅ２については[式４１]となる。
【数４０】
0004967894.tif 000041
【数４１】
0004967894.tif 000042
これら[式４０][式４１]からも明らかなように、この場合のＥ１、Ｅ２としてもβと無相関となる。
【０１０４】
図１２（ｂ）は、上記目標特性Ｅ１、目標特性Ｅ２を実現するためのイコライザの構成の具体例を示している。この場合、上記[式４０]からも明らかなように、前入れ側の伝達関数ブロック８（−Ｍ）は図３の場合と同様となる。一方、後入れ側については、図３の伝達関数ブロック９（１／ＡＨ）に代えて、上記[式４１]に基づく−１／ＡＨによる特性を与えるための伝達関数ブロック６８が設けられることになる。
【０１０５】
また、これまでの説明では、β特性を付与するためのフィルタ特性そのものを変化させる場合に本発明を適用するものとしたが、例えば次の図１３に示されるようにして、フィードバックループ系に対しゲインコントロールのための構成を付加した場合にも本発明を適用することができる。
図１３は、このようなゲインコントロールのための構成を付加した場合の信号処理装置の構成について説明するための図である。なお、この図１３では先の第２の実施の形態の場合と同様にＮＣフィルタ処理とオーディオ信号に対するイコライジング処理をＤＳＰ３５のデジタル信号処理で実現する場合の構成を例示し、ＤＳＰ３５以外の構成は例えば先の図２に示したものと同様となるので図示は省略している。また、この場合も、ＤＳＰ３５により実現される処理機能をブロック化して示しており、この図に示される各処理機能はＤＳＰ３５が図中のメモリ３７内に格納されるＤＳＰプログラム３７ｄに基づいたデジタル信号処理を行うことで実現されるものとなる。
この図１３においても、既に説明済みの部分については同一符号を付して説明を省略する。
【０１０６】
図１３に示されるように、この場合のＤＳＰ３５では、加算処理部３５ａにより得られる第１加算信号が、ゲイン調整処理部３５ｈに対して入力される。そして、当該ゲイン調整処理部３５ｈによるゲイン調整の施された第１加算信号がＮＣフィルタ処理部３５ｅに入力されるようになっている。また、Ａ／Ｄ変換器３３を介して入力される収音信号は、加算処理部３５ａと共にレベル監視・ハウリング検出処理部３５ｉに対しても分岐して供給される。
上記レベル監視・ハウリング検出処理部３５ｉは、レベル監視機能として、例えば予め設定された所定の閾値に基づき、収音信号レベルが極大とされるレベルに到達したか否かを判定する。また、これと共にハウリング検出機能として、例えば予め設定されたハウリングの発生が予測される帯域の信号について経時的なレベル変化を検出した結果に基づき、発振によるハウリングが発生した状態となったか否かを判定する。
【０１０７】
上記ゲイン調整処理部３５ｈは、レベル監視・ハウリング検出処理部３５ｉにより収音信号レベルが上記極大とされるレベルに到達したと判定された場合、及び発振によるハウリングが発生したと判定された場合に、入力信号のゲイン（つまりフィードバックループ系のゲイン）を下げるように動作する。
このような構成により、出力音のレベルが急激に極大化した場合や発振によるハウリングが生じた場合に、聴取者の耳を保護することができると共に、システムの誤動作の防止を図ることができる。
【０１０８】
ここで、このようなフィードバックループ系のゲインコントロールを行う構成を付加した場合は、ＮＣフィルタ処理部３５ｅにおけるフィルタ特性が変更されなくても、ゲインの変化に伴ってフィードバックループ系全体で見た場合のβ特性が変化するものとなってしまう。
このとき、仮に上記ゲインコントロールのための構成を従来の前入れ方式や後入れ方式を採用する場合に付加したとすると、イコライジング処理の目標特性を変化させないとした場合には、フィードバックループ系のゲイン低下に対し、相対的にイコライジング処理が過剰なものとなってしまい、聴取者に対して異音を知覚させてしまうことになる。通常、このようなゲインコントロール処理は、上記のようなレベル検出結果やハウリング発生有無に応じて時間軸上で連続的に行われることから、これに伴い音質も連続的に変化してしまい、その結果、聴取者に対して大きな違和感を与える虞がある。
このような問題を回避するにあたっては、ゲインコントロールに応じてイコライジング処理の目標特性も連続的に変化させるようにすればよいが、実際において、このような処理は負担が大きく、例えばＤＳＰで実現しようとする場合には処理に要するリソースも格段に大きくなり、実現が困難となる。
【０１０９】
これに対し、図１３に示されるように実施の形態としての前後入れ方式を採用した構成とすれば、イコライジング処理の目標特性はβ特性と無相関にできることから、イコライジング処理の目標特性を固定としても、ゲインコントロールに依る音質の変化の防止を図ることができる。すなわち、聴取者に対し違和感を与えることなく、ゲインコントロールによる保護機能・誤動作防止機能を実現することができる。
【０１１０】
なお、上記説明では、ゲイン調整処理部３５ｈによるゲインコントロールが、ＮＣフィルタ処理の前に行われる場合を例示したが、これに代えてＮＣフィルタ処理の後に実行されるようにしてもよい。但し、ここで注意すべき点は、ゲインコントロールとしては、前後入れ方式に対応させて、第１ＥＱ処理部３５ｃによる等化処理が施されたオーディオ信号成分が加算された後から、第２ＥＱ処理部３５ｄによる等化処理が施されたオーディオ信号成分が加算される前までの間に行われるようにする必要があるという点である。すなわち、これまでの説明から理解されるように、β特性とイコライジング処理の目標特性とが無相関となるのは、前後入れ方式として、βの可変要素となる処理が第１ＥＱ信号の加算後から第２ＥＱ信号の加算前までの間に行われる場合である。従って、βの可変要素となるゲインコントロール処理としては、少なくとも第１ＥＱ信号の加算後から第２ＥＱ信号の加算前までの間に行われる必要があることになる。
また、上記説明では、ゲインコントロール処理はレベル検出とハウリング検出の結果に基づき行うものとしたが、これらの何れか一方のみ、或いはその他の検出結果に基づきゲイン調整を行うように構成することもできる。その場合も、同様にゲインコントロールに応じてイコライジング処理の目標特性を連続的に変化させずに済むという効果は同様に得ることができる。
また、図１３では変形例としての動作をデジタル信号処理で実現する場合の構成を例示したが、アナログ回路により同様の動作が得られるように構成することも勿論可能である。
【０１１１】
また、これまでの説明では、本発明の信号処理装置が、ヘッドホン単体、或いはヘッドホンと当該ヘッドホンと有線接続されるオーディオプレイヤとを備えて構成されたノイズキャンセリングシステムに適用される場合を例示したが、この他にも、例えば補聴器や携帯電話機、或いは携帯電話機による通話音声を受信・聴取するためのヘッドセットなどにも本発明の信号処理装置を適用することができる。
例えば補聴器に適用される場合、入力オーディオ信号Ｓは、外部の音声を収音するようにして設けたマイクロフォン（ノイズキャンセルのためのフィードバックループを形成するためのマイクロフォン１３とは異なる）により収音された音声信号となる。また、携帯電話機、ヘッドセットであれば、入力オーディオ信号Ｓは電話通信による受信信号に基づく音声信号となる。
或いは、本発明の信号処理装置は、例えば無線により外部のオーディオプレイヤからの再生オーディオ信号を受信し、当該受信したオーディオ信号に基づき、有線接続されたヘッドホンの振動板ユニットを駆動するように構成される受信ユニットにも適用できる。この場合、ヘッドホンには振動板ユニットとマイクロフォンを備え、上記受信ユニット側に本発明の信号処理装置としての構成を与えるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】前入れ方式としてのノイズキャンセリングシステムの構成を伝達関数ブロックにより示した図である。
【図２】後入れ方式としてのノイズキャンセリングシステムの構成を伝達関数ブロックにより示した図である。
【図３】実施の形態としての前後入れ方式によるノイズキャンセリングシステムの構成を伝達関数ブロックにより示した図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態としての信号処理装置を備えたノイズキャンセリングシステムの内部構成を示したブロック図である。
【図５】第２の実施の形態としての信号処理装置を備えたノイズキャンセリングシステムの内部構成を示したブロック図である。
【図６】第３の実施の形態としての信号処理装置を備えたノイズキャンセリングシステムの内部構成を示したブロック図である。
【図７】第３の実施の形態のノイズキャンセリングシステムの構成を、各部を伝達関数ブロック化して示した図である。
【図８】第４の実施の形態としての信号処理装置を備えたノイズキャンセリングシステムの内部構成を示したブロック図である。
【図９】第５の実施の形態としての信号処理装置を備えたヘッドホンの内部構成を示したブロック図である。
【図１０】第６の実施の形態としての信号処理装置を備えたノイズキャンセリングシステムの内部構成を示したブロック図である。
【図１１】第６の実施の形態の信号処理装置が備えるＣＰＵにより行われる処理動作を示したフローチャートである。
【図１２】変形例としてのノイズキャンセリングシステムの構成について説明するための図である。
【図１３】変形例としての信号処理装置の構成について説明するための図である。
【図１４】ＦＢ（フィードバック）方式によるノイズキャンセリングシステムの概要について説明するための図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１０,３０,４０,５１,６０  ノイズキャンセリングシステム、１１,５５  ヘッドホン、１２  振動板ユニット、１３  マイクロフォン、１５,３１,４１,５２,６１  オーディオプレイヤ、１６  マイクアンプ、１７,２２  加算器、１８  イコライザ（ＥＱ）、１９  第１イコライザ、２０  第２イコライザ、２１  ＦＢ方式ＮＣフィルタ、２３  ドライブ回路、２４  操作部、２５,３２  制御部、３３,３４  Ａ／Ｄ変換器、３５  ＤＳＰ、３５ａ,３５ｆ  加算処理部、３５ｂ  ＥＱ処理部、３５ｃ  第１ＥＱ処理部、３５ｄ  第２ＥＱ処理部、３５ｅ  ＮＣフィルタ処理部、３５ｇ  ノイズ解析処理部、３５ｈ  ゲイン調整処理部、３５ｉ  レベル監視・ハウリング検出処理部、３６  Ｄ／Ａ変換器、３７  メモリ、３７ａ,３７ｂ,３７ｄ  ＤＳＰプログラム、３７ｃ  ノイズ特性・係数対応情報、４２  ＮＣフィルタ、４３  加算器
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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