(57)【要約】  【課題】マイクロホンで集音した信号が供給されるフィルタの位相変化によってノイズが増大することを防止する。  【解決手段】マイクロホン１の出力信号が位相反転されてバンドパスフィルタ３に供給される。フィルタ３の通過帯域の両端付近の帯域の成分がバンドパスフィルタ７，８によって取り出される。フィルタ３，７，８の出力信号がミキシング回路６で加算される。ミキシング回路６の出力信号がアンプ２を介してスピーカ２に供給される。スピーカ２から騒音と逆位相の音波が放射されるので、スピーカ２の音波とマイクロホン１の位置での騒音とが打ち消しあう。フィルタ７，８によって、フィルタ３の位相変化によるノイズの増大を防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲の音を騒音として集音するマイクロホンと、
上記マイクロホンからの信号が供給され、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によって駆動されるスピーカとを備え、
上記ノイズキャンセル信号生成部が第１および第２のフィルタと上記第１および第２のフィルタの出力信号を合成する合成部とを有し、
上記第１のフィルタは、上記マイクロホンからの信号の内で、ノイズをキャンセルする周波数帯域の信号を分離し、
上記第２のフィルタは、上記第１のフィルタにおいて生じる位相変化によってノイズが増加する周波数の成分を取り出すノイズキャンセリング装置。
【請求項２】
上記ノイズキャンセル信号の高域側を低減または除去する請求項１記載のノイズキャンセリング装置。
【請求項３】
上記第１のフィルタが第１のバンドパスフィルタであり、
上記第２のフィルタは、上記第１のバンドパスフィルタの低域側のカットオフ周波数の成分を通過させる第２のバンドパスフィルタと、上記第１のバンドパスフィルタの高域側のカットオフ周波数の成分を通過させる第３のバンドパスフィルタとによって構成される請求項１記載のノイズキャンセリング装置。
【請求項４】
上記第１のフィルタがバンドパスフィルタであり、
上記第２のフィルタは、上記バンドパスフィルタの高域側のカットオフ周波数の成分を通過させるバンドパスフィルタである請求項１記載のノイズキャンセリング装置。
【請求項５】
上記第１のフィルタがローパスフィルタであり、
上記第２のフィルタは、上記ローパスフィルタのカットオフ周波数の成分を通過させるバンドパスフィルタである請求項１記載のノイズキャンセリング装置。
【請求項６】
上記第１のフィルタがバンドパスフィルタであり、
上記第２のフィルタは、上記ノイズキャンセル信号の高域成分を減衰させるものである請求項１記載のノイズキャンセリング装置。
【請求項７】
上記第１のフィルタがローパスフィルタであり、
上記第２のフィルタは、上記ノイズキャンセル信号の高域成分を減衰させるものである請求項１記載のノイズキャンセリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば車内の騒音を低減するのに適用されるノイズキャンセリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯型オーディオ再生装置の普及に伴い、屋外でオーディオ信号を聴取する機会が増加している。例えばバス、電車等の乗り物の中でオーディオ信号が再生される。乗り物の中では、ノイズが多く、再生オーディオ信号のレベルを大きくすることが多く、その結果、音漏れが大きくなり、周囲の人に迷惑がかかることがある。この問題は、ノイズキャンセリングヘッドホンを使用すると避けることができる。
【０００３】
ノイズキャンセリングヘッドホンとして、フィードバック方式が知られている。この方式は、ヘッドホンの内部にマイクロホンを設置し、マイクロホンで集音した信号の内で主として低域成分の位相を反転した逆位相の信号をヘッドホンのドライバーユニットに供給し、ノイズ成分（環境騒音）をキャンセルするものである。
【０００４】
車載用のノイズキャンセリング装置は、マイクロホンで検出した車内の騒音信号をスピーカを駆動する増幅器にフィードバックし、スピーカによって騒音と逆位相の音波を発生させ、マイクロホンの近傍の騒音を減少させるものである。例えば下記の特許文献１には、車内の騒音を低減させるノイズキャンセリング装置が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３３３６８７号公報
【０００６】
図７は、従来のノイズキャンセリング装置を示し、マイクロホン１によって騒音が集音され、マイクロホン１の出力信号がマイクアンプ２に供給される。マイクアンプ２は、マイクロホン１の出力信号を増幅すると共に，位相を反転する。マイクアンプ２の出力信号がバンドパス（帯域通過）フィルタ３に供給される。バンドパスフィルタ３は、主として低域例えば８０Hz〜８００Hzの帯域の信号を分離する。バンドパスフィルタ３の出力信号がアンプ４を介してスピーカ５に供給される。スピーカ５によって騒音と逆相且つ同振幅の音が放射され、マイクロホン１の近傍において騒音がキャンセルされる。
【０００７】
図８は、マイクロホン、スピーカおよび聴取者の耳の位置がほぼ同一とした場合のノイズキャンセリング装置の効果を示す。図８において、点線に対する参照符号１０１がノイズキャンセリングを行わない場合に観測される騒音の周波数特性を示す。騒音が主として低域に分布している。ノイズキャンセリングを行うと、実線に対する参照符号１０２で示す特性のように、低域に分布している騒音成分が低減される。図８の縦軸は、音圧レベル（ｄＢｓｐｌ(sound pressure level)）を示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図８において、参照符号１０３および１０４で示すように、バンドパスフィルタ３の低域側カットオフ周波数付近および高域側カットオフ周波数付近で、騒音のレベルがノイズキャンセリングを行う前に比して増大する。このような騒音のレベルの増大は、聴取者にとって耳障りとなる。特に高域側においては、風きり音の増加と音声エコーを生じさせ、不快感を与える。騒音のレベルが増大する問題は、バンドパスフィルタ３の位相特性に起因する。バンドパスフィルタ３を介することによって、位相変化が生じ、騒音に対するスピーカの出力が逆相となる関係が成り立たなくなり、ノイズキャンセリングの結果、騒音が増大する問題が生じる。
【０００９】
したがって、この発明の目的は、上述した従来の問題点を解決することができるノイズキャンセリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、この発明は、周囲の音を騒音として集音するマイクロホンと、
上記マイクロホンからの信号が供給され、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によって駆動されるスピーカとを備え、
上記ノイズキャンセル信号生成部が第１および第２のフィルタと上記第１および第２のフィルタの出力信号を合成する合成部とを有し、
上記第１のフィルタは、上記マイクロホンからの信号の内で、ノイズをキャンセルする周波数帯域の信号を分離し、
上記第２のフィルタは、上記第１のフィルタにおいて生じる位相変化によってノイズが増加する周波数の成分を取り出すノイズキャンセリング装置である。
【００１１】
好ましくは、ノイズキャンセル信号の高域側を低減または除去する。高域側では、ノイズ打ち消し制御を行わないことによって、第１のフィルタの位相変化の影響を防止する。
【００１２】
好ましくは、第１のフィルタが第１のバンドパスフィルタであり、
第２のフィルタは、第１のバンドパスフィルタの低域側のカットオフ周波数の成分を通過させる第２のバンドパスフィルタと、第１のバンドパスフィルタの高域側のカットオフ周波数の成分を通過させる第３のバンドパスフィルタとによって構成される。
【００１３】
第１のフィルタがローパスフィルタの場合、第２のフィルタは、ローパスフィルタのカットオフ周波数の成分を通過させるバンドパスフィルタである。
【００１４】
第１のフィルタがバンドパスフィルタの場合、第２のフィルタは、バンドパスフィルタの高域側のカットオフ周波数の成分を通過させるバンドパスフィルタである。
【００１５】
好ましくは、第１のフィルタがバンドパスフィルタの場合、第２のフィルタは、ノイズキャンセル信号の高域成分を減衰させるものである。
【００１６】
第１のフィルタがローパスフィルタの場合、第２のフィルタは、ノイズキャンセル信号の高域成分を減衰させるものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、ノイズキャンセル信号を生成するための第１のフィルタの位相変化によってノイズが増大する周波数成分を第２のフィルタで分離してノイズキャンセル信号に加算するので、ノイズの増大を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、この発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発明の範囲は、以下の説明において、特にこの発明を限定する旨の記載がない限り、実施の形態に限定されないものとする。
【００１９】
この発明の第１の実施の形態について説明する。この発明は、周囲の音を騒音として集音するマイクロホン１を有する。さらに、反転回路としてのマイクアンプ２と、第１のフィルタとしてのバンドパスフィルタ３と、第２のフィルタとしてのバンドパスフィルタ７，８と、これらのフィルタの出力信号を合成する合成部としてのミキシング回路６とによって、ノイズキャンセル信号生成部が構成される。ノイズキャンセル信号生成部によって、ノイズキャンセル信号が生成され、スピーカ５がノイズキャンセル信号によって駆動される。バンドパスフィルタ３は、マイクロホン１により集音された信号の内で、ノイズをキャンセルする周波数帯域の信号を分離し、バンドパスフィルタ７，８は、バンドパスフィルタ３において生じる位相変化によってノイズが増加する周波数の成分を取り出す。
【００２０】
図１に示すように、マイクロホン１により集音された騒音をマイクアンプ２を介して第１のフィルタとしてのバンドパスフィルタ３に供給する。マイクアンプ２は、マイクロホン１の出力信号を増幅すると共に、位相を反転する。マイクアンプ２の出力には、騒音と逆位相の信号が得られる。バンドパスフィルタ３の出力信号がミキシング回路６に供給される。バンドパスフィルタ３は、キャンセルしたい騒音の周波数の成分を分離するためのもので、主として低域成分例えば８０Hz〜８００Hzの成分を取り出す。
【００２１】
マイクアンプ２の出力信号がバンドパスフィルタ７およびバンドパスフィルタ８に供給される。バンドパスフィルタ７および８は、ノイズキャンセリングの結果、騒音が増大する周波数帯の成分を分離する。例えばバンドパスフィルタ７は、バンドパスフィルタ３の低域側のカットオフ周波数付近の６０Hz〜８０Hzの成分を取り出し、バンドパスフィルタ８は、バンドパスフィルタ３の高域側のカットオフ周波数付近の８００Hz〜１ｋHzの成分を取り出す。バンドパスフィルタ７および８のそれぞれの出力信号がミキシング回路６に供給される。
【００２２】
ミキシング回路６から出力されるノイズキャンセル信号がアンプ４を介してスピーカ５に供給される。スピーカ５からは、騒音と同振幅且つ逆位相の音波が放射されるので、マイクロホン１の位置における騒音をキャンセルすることができる。さらに、バンドパスフィルタ７および８によって取り出された６０Hz付近および１ｋHz付近の信号をミキシング回路６で加えているので、これらの周波数において、騒音が増大することを防止することができる。
【００２３】
図２は、マイクロホン、スピーカおよび聴取者の耳の位置がほぼ同一とした場合のノイズキャンセリング後の騒音の周波数特性を示す。図２において、参照符号１０１がノイズキャンセリングを行わない場合に観測される騒音の周波数特性を示す。騒音が主として低域に分布している。ノイズキャンセリングを行うと、参照符号１０２で示す特性のように、低域に分布している騒音成分が打ち消され、騒音が減少する。図２の縦軸は、音圧レベル（ｄＢｓｐｌ）を示す。参照符号１０３および１０４で示すように、従来では問題となっていたバンドパスフィルタ３のカットオフ周波数付近で、騒音のレベルが増大することを防止することができる。
【００２４】
なお、バンドパスフィルタ３は、ローパスフィルタであっても良く、その場合には、バンドパスフィルタ７を省略し、バンドパスフィルタ８のみを設ければ良い。
【００２５】
この発明の第２の実施の形態について図３を参照して説明する。マイクアンプ２の出力信号が通過帯域が（８０−８００Hz）のバンドパスフィルタ３、通過帯域が（６０−８０Hz）のバンドパスフィルタ７、通過帯域が（８００Hz−１ｋHz）のバンドパスフィルタ８に供給され、これらのバンドパスフィルタの出力信号がミキシング回路６で加算される。
【００２６】
ミキシング回路６の出力信号がカットオフ周波数Ｆｃ＝２ｋHzのローパス（低域通過）フィルタ９を介してアンプ４に供給される。アンプ４の出力信号がスピーカ５に供給される。バンドパスフィルタ３における位相ずれによる悪影響は、波長が低域周波数より短い高域周波数において大きなものとなる。したがって、第２の実施の形態では、例えば２ｋHz以上の高域周波数においては、騒音キャンセリングの制御を行わないように、ローパスフィルタ９を挿入するものである。ローパスフィルタ９の特性は、なるべく急峻であることが好ましい。例えば−４８ｄＢ／ｏｃｔとされる。
【００２７】
なお、ローパスフィルタ９のカットオフ周波数は、２ｋHzより低い周波数としても良い。但し、バンドパスフィルタ８のカットオフ周波数（１ｋHz）より高いものとされる。
【００２８】
図４において、参照符号１０５で示すように、第２の実施の形態によれば、制御困難な高域周波数を制御しないことによって、位相ずれの影響を低減できる。すなわち、騒音低減後の周波数特性１０２の乱れを従来（図２参照）に比して少なくすることができる。
【００２９】
この発明の第３の実施の形態について図５を参照して説明する。マイクアンプ２の出力信号が通過帯域が（８０−８００Hz）のバンドパスフィルタ３に供給される。バンドパスフィルタ３の出力信号がミキシング回路６に供給されると共に、反転回路１０を介してカットオフ周波数Ｆｃ＝８００Hzのハイパス（高域通過）フィルタ１１に供給される。ハイパスフィルタ１１の出力信号がミキシング回路６に供給される。
【００３０】
ミキシング回路６の出力信号がカットオフ周波数Ｆｃ＝２ｋHzのローパスフィルタ９を介してアンプ４に供給される。アンプ４の出力信号がスピーカ５に供給される。ローパスフィルタ９は、第２の実施の形態について説明したように、例えば２ｋHz以上の高域周波数においては、騒音キャンセリングの制御を行わない目的で挿入される。ローパスフィルタ９の特性は、例えば−４８ｄＢ／ｏｃｔとされる。
【００３１】
反転回路１０およびハイパスフィルタ１１は、第２の実施の形態におけるバンドパスフィルタ７および８を置き換えたもので、回路構成を簡略化することができる。すなわち、反転回路１０によってバンドパスフィルタ３から得られたノイズキャンセル信号の位相を反転し、ハイパスフィルタ１１によりノイズが増大してしまう帯域以上の高域成分を取り出す。ミキシング回路６に対してハイパスフィルタ１１の出力信号を供給することによって、８００Hz以上の帯域の信号成分を低減する。したがって、ミキシング回路６の出力信号をローパスフィルタ９およびアンプ４を介してスピーカ５に供給する結果、高域におけるノイズの増大を防止することができる。
【００３２】
なお、第３の実施の形態では、高い周波数帯域（８００Hz−１ｋHz）でのノイズの増大を防止できるが、低い周波数帯域（６０−８０Hz）におけるノイズの増大を改善することができない。しかしながら、低い周波数帯域でのノイズに比して聴感上、聞き苦しいものとなる高い周波数帯域でのノイズを低減できるので、実際には、騒音低減の効果が得られる。
【００３３】
図６において、参照符号１０６で示すように、この発明の第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様に、制御困難な高域周波数を制御しないことによって、位相ずれの影響を低減できる。すなわち、騒音低減後の周波数特性１０２の乱れを従来（図２参照）に比して少なくすることができる。
【００３４】
この発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えばバンドパスフィルタ３を設ける場合であっても、図１におけるバンドパスフィルタ７を省略して、聴感上、耳につきやすい高域におけるノイズの増大のみを抑えるようにしても良い。また、バンドパスフィルタ３の代わりにローパスフィルタを使用しても良い。さらに、図５の構成において、反転回路１０およびハイパスフィルタ１１の代わりに、バンドパスフィルタ３の出力側に８００Hzより低い周波数成分を除去する回路を設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の第１の実施の形態のブロック図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態におけるノイズキャンセリング後の騒音の周波数特性を示すグラフである。
【図３】この発明の第２の実施の形態のブロック図である。
【図４】この発明の第２の実施の形態におけるノイズキャンセリング後の騒音の周波数特性を示すグラフである。
【図５】この発明の第３の実施の形態のブロック図である。
【図６】この発明の第３の実施の形態におけるノイズキャンセリング後の騒音の周波数特性を示すグラフである。
【図７】従来のノイズキャンセリング装置の一例のブロック図である。
【図８】従来のノイズキャンセリング後の騒音の周波数特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１・・・マイクロホン
２・・・マイクアンプ
３，７，８・・・バンドパスフィルタ
５・・・スピーカ
６・・・ミキシング回路
９・・・ローパスフィルタ
１１・・・ハイパスフィルタ
【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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