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【発明の名称】 ノイズキャンセルヘッドフォン
【発明者】 【氏名】和田 存功

【氏名】木村 雅徳
【要約】 【課題】省電力化を図ることにより、小型軽量の電源電池であっても、長時間の連続使用にも耐えることができるノイズキャンセルヘッドフォンを得る。

【構成】騒音レベルが閾値以上か否かを検出する騒音レベル検出手段２０を有し、騒音レベル検出手段２０で検出された騒音レベルが閾値以下の場合、または、騒音の周波数帯域を検出する周波数特性検出手段２１を有し、検出された周波数帯域が指定帯域外の場合、または、楽音信号レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する信号レベル検出手段を有し、検出された楽音信号レベルが閾値以上の場合にノイズキャンセル機能を停止し、騒音レベルが閾値以上、周波数帯域が指定帯域内、かつ、楽音信号レベルが閾値以下の場合にノイズキャンセル機能を復活させる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境騒音レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する騒音レベル検出手段を有し、
騒音レベル検出手段で検出された騒音レベルが閾値以下の場合にノイズキャンセル機能を停止し、
騒音レベルが閾値以上の場合にノイズキャンセル機能を復活させることを特徴とするノイズキャンセルヘッドフォン。
【請求項２】
環境騒音の周波数帯域を検出する周波数特性検出手段を有し、
検出された周波数帯域が指定帯域外の場合にノイズキャンセル機能を停止し、
周波数帯域が指定帯域内の場合にノイズキャンセル機能を復活させることを特徴とするノイズキャンセルヘッドフォン。
【請求項３】
楽音信号レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する信号レベル検出手段を有し、
信号レベル検出手段で検出された楽音信号レベルが閾値以上の場合にノイズキャンセル機能を停止し、
楽音信号レベルが閾値以下の場合にノイズキャンセル機能を復活させることを特徴とするノイズキャンセルヘッドフォン。
【請求項４】
環境騒音レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する騒音レベル検出手段と、
環境騒音の周波数帯域を検出する周波数特性検出手段を有し、
騒音レベル検出手段で検出された騒音レベルが閾値以下である場合または検出された周波数帯域が指定帯域外の場合はノイズキャンセル機能を停止し、
騒音レベルが閾値以上でありかつ周波数帯域が指定帯域内の場合にノイズキャンセル機能を復活させることを特徴とするノイズキャンセルヘッドフォン。
【請求項５】
環境騒音レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する騒音レベル検出手段と、
楽音信号レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する信号レベル検出手段を有し、
騒音レベル検出手段で検出された騒音レベルが閾値以下である場合または信号レベル検出手段で検出された楽音信号レベルが閾値以上の場合はノイズキャンセル機能を停止し、
環境騒音レベルが予め設定した閾値以上でありかつ楽音信号レベルが閾値以下の場合にノイズキャンセル機能を復活させることを特徴とするノイズキャンセルヘッドフォン。
【請求項６】
環境騒音レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する騒音レベル検出手段と、
環境騒音の周波数帯域を検出する周波数特性検出手段と、
楽音信号レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する信号レベル検出手段を有し、
騒音レベル検出手段で検出された騒音レベルが閾値以下である場合、検出された周波数帯域が指定帯域外である場合、または、信号レベル検出手段で検出された楽音信号レベルが閾値以上である場合はノイズキャンセル機能を停止し、
騒音レベルが閾値以上であり、検出された周波数帯域が指定帯域内であり、かつ、楽音信号レベルが閾値以下の場合にノイズキャンセル機能を復活させることを特徴とするノイズキャンセルヘッドフォン。
【請求項７】
環境騒音をサンプリングすることによって騒音レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する騒音レベル検出手段を有し、
騒音レベル検出手段で検出された騒音レベルが閾値以下の場合に長い時間間隔で騒音のサンプリングを行い、
騒音レベルが閾値以上の場合に短い時間間隔で騒音のサンプリングを行なってノイズキャンセル処理を行なうことを特徴とするデジタル方式のノイズキャンセルヘッドフォン。
【請求項８】
環境騒音をサンプリングすることによって騒音の周波数帯域を検出する周波数特性検出手段を有し、
検出された周波数帯域が指定帯域外の場合に長い時間間隔で騒音のサンプリングを行い、
検出された周波数帯域が指定帯域内の場合に短い時間間隔で騒音のサンプリングを行なってノイズキャンセル処理を行なうことを特徴とするデジタル方式のノイズキャンセルヘッドフォン。
【請求項９】
楽音信号レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する信号レベル検出手段を有し、
信号レベル検出手段で検出された楽音信号レベルが閾値以上の場合に長い時間間隔で騒音のサンプリングを行い、
信号レベル検出手段で検出された楽音信号レベルが閾値以下の場合に短い時間間隔で騒音のサンプリングを行なってノイズキャンセル処理を行なうことを特徴とするノイズキャンセルヘッドフォン。
【請求項１０】
環境騒音をサンプリングすることによって騒音レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する騒音レベル検出手段と、
環境騒音をサンプリングすることによって騒音の周波数帯域を検出する周波数特性検出手段を有し、
騒音レベル検出手段で検出された騒音レベルが閾値以下の場合または検出された周波数帯域が指定帯域外の場合は長い時間間隔で騒音のサンプリングを行い、
騒音レベルが閾値以上の場合でありかつ周波数帯域が指定帯域内の場合に短い時間間隔で騒音のサンプリングを行なってノイズキャンセル処理を行なうことを特徴とするノイズキャンセルヘッドフォン。
【請求項１１】
環境騒音をサンプリングすることによって騒音レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する騒音レベル検出手段と、
楽音信号レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する信号レベル検出手段を有し、
騒音レベル検出手段で検出された騒音レベルが閾値以下の場合または信号レベル検出手段で検出された楽音信号レベルが閾値以上の場合は長い時間間隔で騒音のサンプリングを行い、
騒音レベルが予め設定した閾値以上でありかつ楽音信号レベルが閾値以下の場合に短い時間間隔で騒音のサンプリングを行なってノイズキャンセル処理を行なうことを特徴とするノイズキャンセルヘッドフォン。
【請求項１２】
環境騒音をサンプリングすることによって騒音レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する騒音レベル検出手段と、
環境騒音をサンプリングすることによって騒音の周波数帯域を検出する周波数特性検出手段と、
楽音信号レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する信号レベル検出手段を有し、
騒音レベル検出手段で検出された騒音レベルが閾値以下の場合、検出された周波数帯域が指定帯域外の場合、または、信号レベル検出手段で検出された楽音信号レベルが閾値以上である場合に長い時間間隔で騒音のサンプリングを行い、
騒音レベルが閾値以上であり、検出された周波数帯域が指定帯域内であり、かつ、楽音信号レベルが閾値以下の場合に短い時間間隔で騒音のサンプリングを行なってノイズキャンセル処理を行なうことを特徴とするノイズキャンセルヘッドフォン。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、消費電力を軽減することができるノイズキャンセルヘッドフォンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、テーププレーヤ、ＣＤプレーヤ、ＭＤプレーヤなど、携帯型の音楽プレーヤが普及し、最近ではハードディスク型やフラッシュメモリ型など、より小型で、大容量の携帯型音楽プレーヤが急速に普及しつつある。携帯型音楽プレーヤの普及に伴い、それに使用するヘッドフォンもより高性能のものが求められ、さらに、街中や乗り物の中で音楽を聞こうとする場合に、周囲の騒音が聞こえないようにして音楽のみが聞こえるようにしたノイズキャンセルヘッドフォンも望まれるようになってきた。音楽の再生音に混じって周囲の騒音が耳に入ると、ヘッドフォンによる再生音が高音質の再生音であっても、再生音が騒音によってかき消されて高音質で音楽を楽しむことができない。また、騒音の中で音楽を聴こうとすると、ついつい音量を上げて聞きがちになり、音量を上げることによってヘッドフォンから音漏れを生じ、乗り物の中では周囲の人たちにとって不愉快な騒音原になるという問題もある。このような背景があって、ノイズキャンセルヘッドフォンが普及し始めている。
【０００３】
現在市販されているノイズキャンセルヘッドフォンの大半はアナログ方式のノイズキャンセルヘッドフォンである。これは、ヘッドフォンに組み込んだマイクロホンで周囲の音（再生音に対しては騒音であるから、以下、「騒音」という）を捉え、捉えた騒音の位相を反転してプレーヤからの再生信号に加算する方式である。外部からヘッドフォン内部に侵入する騒音は、位相が反転された信号で打ち消され、プレーヤからの再生信号のみが使用者の耳に入るという仕組みである。
【０００４】
最近では、デジタル方式のノイズキャンセルヘッドフォンも提案されている。その例を図５に示す。図５において、符号５０はデジタル方式ノイズキャンセルヘッドフォンの主体をなすデジタル・シグナル・プロセッサ（以下「ＤＳＰ」という）を示す。ＤＳＰ５０は、ヘッドフォンに組み込まれたマイクロホンで捉えられる騒音信号Ｎを周波数分析する高速フーリエ変換器（以下「ＦＦＴ」という）５４と、ＦＦＴ５４で周波数分析することにより周波数特性を検出する周波数特性検出部５６と、検出された周波数特性から、キャンセルする周波数帯域を選択する選択部５８と、選択された周波数帯域の信号を逆フーリエ変換して周波数選択されたキャンセル音信号−Ｎ″を生成する逆フーリエ変換器（以下「ＩＦＦＴ」という）６０を備えている。上記キャンセル音信号−Ｎ″は、加算器６４によってプレーヤによる再生信号Ｓと加算して出力される。この例における加算器６４はアナログ方式で、アナログ信号からなるキャンセル音信号−Ｎ″と再生信号Ｓを加算する。ヘッドフォンに回り込んで侵入する騒音Ｎは、上記キャンセル音−Ｎ″と合成されてＮ−Ｎ″の信号６６となり、騒音Ｎの大半はキャンセルされて、使用者はほぼ再生音Ｓのみを聞くことができる。
【０００５】
従来のノイズキャンセルヘッドフォンは、周囲の騒音の有無にかかわりなく、したがって、周囲が静かでキャンセル動作が不要な場合であっても、常時周囲の騒音を検出して逆位相の信号を生成し、騒音を打ち消すキャンセル動作をしていた。デジタル方式のノイズキャンセルヘッドフォンでは、常時所定のサンプリング間隔で騒音信号をサンプリングしてこれを打ち消す信号を生成していた。そのため、電力を無駄に消費する難点があった。
【０００６】
ノイズキャンセルヘッドフォンは、周囲の騒音を捉え、その逆位相の音声信号を生成する回路を動作させるための電源電池を必要としている。ヘッドフォンは、小型でかつ軽量であることが望ましく、上記電源電池もなるべく小さく、加えて長寿命であることが望ましい。
しかしながら、従来のノイズキャンセルヘッドフォンは、上記のように電力を無駄に消費しているため、所定の連続使用時間を確保しようとすると重くて大きい電池を装填する必要があり、ヘッドフォンが大型化し重量が重くなるという問題があった。
【０００７】
ヘッドフォン自体の省電力化ではないが、ヘッドフォンに関連のあるデータ再生装置の省電力化に関する技術が知られている。これは、少なくとも２種類以上の符号化データを復号化可能であり、ヘッドフォン端子にヘッドフォンが接続されているか否かがヘッドフォン検出回路によって検出され、ヘッドフォンが接続されている場合は出力信号がヘッドフォン端子を経てヘッドフォンへ送信されるようになっている。そして、再生される符号化データはＣＰＵで選択され、選択された符号化データの符号化方式がＤＳＰで検出され、検出された符号化方式に基づいて、データ再生装置の動作状態が、通常動作時よりも動作電流の少ない省電力モードへ移行するようにＣＰＵによって制御するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３５１４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載されているように、データ再生装置の省電力化に関する公知の技術はあるが、ノイズキャンセルヘッドフォン自体の省電力化に関する公知技術の存在は知らない。
本発明は、このようなノイズキャンセルヘッドフォンの実状に鑑みてなされたもので、省電力化を図ることにより、小型軽量の電源電池であっても、長時間の連続使用にも耐えることができるノイズキャンセルヘッドフォ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】
【００１０】
本発明は、騒音レベルが閾値以上か否かを検出する騒音レベル検出手段を有し、騒音レベル検出手段で検出された騒音レベルが閾値以下の場合はノイズキャンセル機能を停止し、騒音レベルが閾値以上の場合にノイズキャンセル機能を復活させることを特徴とすることを特徴とする。
【００１１】
本発明はまた、騒音の周波数帯域を検出する周波数特性検出手段を有し、検出された周波数帯域が指定帯域外の場合はノイズキャンセル機能を停止し、周波数帯域が指定帯域内の場合にノイズキャンセル機能を復活させることを特徴とする。
【００１２】
楽音信号レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する信号レベル検出手段を備え、信号レベル検出手段で検出された楽音信号レベルが閾値以上の場合にノイズキャンセル機能を停止し、楽音信号レベルが閾値以下の場合にノイズキャンセル機能を復活させるようにしてもよい。
【００１３】
上記三つの発明の少なくとも二つを組み合わせてもよい。すなわち、騒音レベルが閾値以上か否かを検出する騒音レベル検出手段と、騒音の周波数帯域を検出する周波数特性検出手段を備え、騒音レベル検出手段で検出された騒音レベルが閾値以下の場合でありかつ検出された周波数帯域が指定帯域外の場合にノイズキャンセル機能を停止し、騒音レベルが閾値以上の場合でありかつ周波数帯域が指定帯域内の場合にノイズキャンセル機能を復活させるようにしてもよい。
【００１４】
あるいは、環境騒音レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する騒音レベル検出手段と、楽音信号レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する信号レベル検出手段を備え、騒音レベル検出手段で検出された騒音レベルが閾値以下である場合または信号レベル検出手段で検出された楽音信号レベルが閾値以上の場合はノイズキャンセル機能を停止し、環境騒音レベルが予め設定した閾値以上でありかつ楽音信号レベルが閾値以下の場合にノイズキャンセル機能を復活させるようにしてもよい。
【００１５】
さらには、環境騒音レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する騒音レベル検出手段と、環境騒音の周波数帯域を検出する周波数特性検出手段と、楽音信号レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する信号レベル検出手段を備え、騒音レベル検出手段で検出された騒音レベルが閾値以下である場合、検出された周波数帯域が指定帯域外である場合、または、信号レベル検出手段で検出された楽音信号レベルが閾値以上である場合はノイズキャンセル機能を停止し、騒音レベルが閾値以上であり、検出された周波数帯域が指定帯域内であり、かつ、楽音信号レベルが閾値以下の場合にノイズキャンセル機能を復活させるようにしてもよい。
【００１６】
デジタル方式のノイズキャンセルヘッドフォンの場合は、騒音をサンプリングすることによって騒音レベルが閾値以上か否かを検出する騒音レベル検出手段を有し、騒音レベル検出手段で検出された騒音レベルが閾値以下の場合に長い時間間隔で騒音のサンプリングを行い、騒音レベルが閾値以上の場合に短い時間間隔で騒音のサンプリングを行なってノイズキャンセル処理を行なうようにしてもよい。
【００１７】
また、騒音をサンプリングすることによって騒音の周波数帯域を検出する周波数特性検出手段を有し、検出された周波数帯域が指定帯域外の場合に長い時間間隔で騒音のサンプリングを行い、検出された周波数帯域が指定帯域内の場合に短い時間間隔で騒音のサンプリングを行なってノイズキャンセル処理を行なうようにしてもよい。
【００１８】
あるいは、楽音信号レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する信号レベル検出手段を有し、信号レベル検出手段で検出された楽音信号レベルが閾値以上の場合に長い時間間隔で騒音のサンプリングを行い、信号レベル検出手段で検出された楽音信号レベルが閾値以下の場合に短い時間間隔で騒音のサンプリングを行なってノイズキャンセル処理を行なうようにしてもよい。
【００１９】
これらデジタル方式のノイズキャンセルヘッドフォンを組み合わせて、騒音をサンプリングすることによって騒音レベルが閾値以上か否かを検出する騒音レベル検出手段と、騒音をサンプリングすることによって騒音の周波数帯域を検出する周波数特性検出手段を備え、騒音レベル検出手段で検出された騒音レベルが閾値以下の場合または検出された周波数帯域が指定帯域外の場合に長い時間間隔で騒音のサンプリングを行い、騒音レベルが閾値以上の場合でありかつ周波数帯域が指定帯域内の場合に短い時間間隔で騒音のサンプリングを行なってノイズキャンセル処理を行なうようにしてもよい。
【００２０】
環境騒音をサンプリングすることによって騒音レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する騒音レベル検出手段と、楽音信号レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する信号レベル検出手段を備え、騒音レベル検出手段で検出された騒音レベルが閾値以下の場合または信号レベル検出手段で検出された楽音信号レベルが閾値以上の場合は長い時間間隔で騒音のサンプリングを行い、騒音レベルが予め設定した閾値以上でありかつ楽音信号レベルが閾値以下の場合に短い時間間隔で騒音のサンプリングを行なってノイズキャンセル処理を行なうようにしてもよい。
【００２１】
環境騒音をサンプリングすることによって騒音レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する騒音レベル検出手段と、環境騒音をサンプリングすることによって騒音の周波数帯域を検出する周波数特性検出手段と、楽音信号レベルが予め設定した閾値以上か否かを検出する信号レベル検出手段を有し、騒音レベル検出手段で検出された騒音レベルが閾値以下の場合、検出された周波数帯域が指定帯域外の場合、または、信号レベル検出手段で検出された楽音信号レベルが閾値以上である場合に長い時間間隔で騒音のサンプリングを行い、騒音レベルが閾値以上であり、検出された周波数帯域が指定帯域内であり、かつ、楽音信号レベルが閾値以下の場合に短い時間間隔で騒音のサンプリングを行なってノイズキャンセル処理を行なうようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
騒音レベルが、予め設定した閾値以下の場合は、騒音による悪影響がないかまたはあったとしても軽微であるからノイズキャンセル動作は不要であり、ノイズキャンセル動作を停止することによって電力の消費を停止または軽減することができる。
騒音の周波数帯域が、例えば人間が耳で聞き取ることができない低い周波数帯域あるいは高い周波数帯域のように指定帯域外の場合、ノイズキャンセル動作は不要であるから、ノイズキャンセル動作を停止することによって電力の消費を停止または軽減することができる。
楽音信号レベルがある程度以上に大きい場合は、周囲の騒音が楽音を鑑賞するのに支障を来たすことはほとんどないから、ノイズキャンセル動作を停止し、電力の消費を停止または軽減することができる。
【００２３】
デジタル方式ノイズキャンセルヘッドフォンの場合は、騒音をサンプリングすることによって得られる騒音レベルが予め設定した閾値以下の場合、あるいは、検出された周波数帯域が指定帯域外の場合、長い時間間隔で騒音のサンプリングを行う。ノイズキャンセルのためのサンプリング動作にかかる負荷が軽減され、電力の消費を軽減することができる。
楽音信号レベルがある程度以上に大きい場合は、周囲の騒音が楽音を鑑賞するのに支障を来たすことはほとんどないから、長い時間間隔で騒音のサンプリングを行う。ノイズキャンセルのためのサンプリング動作にかかる負荷が軽減され、電力の消費を軽減することができる。
電力消費の軽減により、小型の電池を装填しても所定時間連続してノイズキャンセル動作を行なわせることができ、小型で軽量なノイズキャンセルヘッドフォンを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明にかかるノイズキャンセルヘッドフォンの実施例について図面を参照しながら説明する。
図１は、デジタル方式ノイズキャンセルヘッドフォンの実施例を示す。図１において、符号１６はデジタル方式ノイズキャンセルヘッドフォンの主体をなすＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）を示す。ＤＳＰ１６には、ヘッドフォンに組み込まれていて周囲の騒音を電気信号に変換するマイクロホン１４から、符号１７で示すように騒音信号Ｎが入力されるようになっている。ＤＳＰ１６は、騒音信号Ｎを所定のビット数でサンプリングしてデジタルデータに変換するサンプリング回路１８を有するとともに、サンプリングされたデジタルデータから騒音の周波数帯域を検出する周波数特性検出部２１と、検出された周波数帯域からキャンセルする周波数帯域を選択する選択部２２と、選択された周波数帯域の信号とサンプリングされた上記デジタルデータからキャンセルノイズ信号−Ｎ″を生成するキャンセルノイズ生成部２４を備えている。上記キャンセルノイズ信号−Ｎ″は加算器２６に入力され、加算器２６ではこのキャンセルノイズ信号−Ｎ″と、プレーヤ１０による再生信号すなわち楽音信号（オーディオ信号）Ｓが加算されるようになっている。
【００２５】
ＤＳＰ１６はまた、サンプリング回路１８でサンプリングされたデジタルデータすなわち騒音Ｎのサンプリングデータのレベルを検出する騒音レベル検出部２０を備えている。サンプリング回路１８はサンプリング周波数すなわちサンプリングの時間間隔を長い間隔と短い間隔に切り換えることができるようになっている。
さらに、ＤＳＰ１６は、プレーヤ１０により再生される楽音信号Ｓのレベルが予め設定された閾値以上か否かを検出する信号レベル検出器３０を備え、この検出信号が上記サンプリング回路１８に入力されるように構成されている。サンプリング回路１８では、信号レベル検出器３０の検出信号によっても、サンプリングの時間間隔を長い間隔と短い間隔に切り換えることができるようになっている。
【００２６】
上記のように、サンプリング回路１８によるサンプリング時間間隔の切り換えは、騒音レベル検出部２０によって検出される騒音レベル、周波数特性検出部２１によって検出される騒音の周波数帯域および／または楽音信号Ｓのレベルによって行なわれるようになっている。例えば、騒音レベルがあらかじめ設定した閾値以下の場合に長い時間間隔で騒音のサンプリングを行い、騒音レベルが閾値以上の場合に短い時間間隔で騒音のサンプリングを行なってノイズキャンセル処理を行なうようにＤＳＰ１６のソフトウエアを構成することができる。または、周波数特性検出部２１で検出された周波数帯域が指定帯域外の場合に長い時間間隔で騒音のサンプリングを行い、検出された周波数帯域が指定帯域内の場合に短い時間間隔で騒音のサンプリングを行なってノイズキャンセル処理を行なうようにＤＳＰ１６のソフトウエアを構成することができる。あるいは、信号レベル検出手段で検出された楽音信号レベルが閾値以上の場合に長い時間間隔で騒音のサンプリングを行い、楽音信号レベルが閾値以下の場合に短い時間間隔で騒音のサンプリングを行なってノイズキャンセル処理を行なうようにＤＳＰ１６のソフトウエアを構成することができる。
【００２７】
後で説明する図３に示す動作例では、騒音レベル検出部２０で検出された騒音レベルが閾値以下の場合または周波数特性検出部２１で検出された周波数帯域が指定帯域外の場合に長い時間間隔で騒音のサンプリングを行い、騒音レベルが閾値以上の場合でありかつ周波数帯域が指定帯域内の場合に短い時間間隔で騒音のサンプリングを行なってノイズキャンセル処理を行なうように構成されている。図４に示す動作例では、騒音レベル検出部２０で検出された騒音レベルが閾値以下の場合、周波数特性検出部２１で検出された周波数帯域が指定帯域外の場合、または、信号レベル検出手段３０で検出された楽音信号Ｓのレベルが閾値以上である場合に長い時間間隔で騒音のサンプリングを行い、騒音レベルが閾値以上の場合であり、周波数帯域が指定帯域内であり、かつ、楽音信号Ｓのレベルが閾値以下である場合に短い時間間隔で騒音のサンプリングを行なってノイズキャンセル処理を行なうように構成されている。
【００２８】
しかし、騒音レベルが閾値以下の場合にのみ長い時間間隔で騒音のサンプリングを行うようにしてもよいし、周波数帯域が指定帯域外の場合にのみ長い時間間隔で騒音のサンプリングを行うようにしてもよく、楽音信号Ｓのレベルが閾値以上である場合にのみ長い時間間隔で騒音のサンプリングを行うようにしてもよい。逆に、騒音レベルが閾値以上の場合にのみ短い時間間隔で騒音のサンプリングを行うようにしてもよいし、周波数帯域が指定帯域内の場合にのみ短い時間間隔で騒音のサンプリングを行うようにしてもよく、楽音信号Ｓのレベルが閾値以下である場合にのみ短い時間間隔で騒音のサンプリングを行うようにしてもよい。
【００２９】
上記キャンセルノイズ信号−Ｎ″は加算器２６に入力され、加算器２６では、適宜のプレーヤ１０によって再生される楽音信号Ｓとキャンセルノイズ信号−Ｎ″が加算されて出力されるように構成されている。この加算出力Ｓ−Ｎ″によって増幅器３２がヘッドフォン内のスピーカ３４を駆動し、Ｓ−Ｎ″に対応した音声がスピーカ３４から発せられる。ヘッドフォンには周囲の騒音が回り込み、使用者の耳に入る。この騒音Ｎは、位相が反転している上記キャンセルノイズ−Ｎ″に対応する音声とヘッドフォン内で合成され、符号２８で示すように、Ｎ−Ｎ″となって騒音Ｎが打ち消される。言い換えると、使用者の耳に入る音は、Ｓ＋Ｎ−Ｎ″である。Ｎ−Ｎ″の部分は上記のように互いに打ち消されているので、楽音信号Ｓのみが使用者の耳に入ることになる。上記プレーヤ１０は、カセット式テープレコーダのようなアナログ方式であってもよいし、ＣＤプレーヤ、ＭＤプレーヤ、ＭＰ３方式プレーヤなどのデジタル信号処理方式であってもよく、これらの中から任意のもの選択して使用することができる。図１に示す例では、加算器２６はアナログ方式を想定し、プレーヤ１０の出力信号すなわち加算器２６に入力される楽音信号Ｓとキャンセルノイズ信号−Ｎ″はアナログ信号を想定している。しかし、楽音信号Ｓとキャンセルノイズ信号−Ｎ″をデジタル信号とすれば、加算器２６はデジタル方式でよく、その場合、ＤＳＰ１６の機能の一部として加算器２６の機能を持たせることもできる。加算器２６の出力がデジタル信号の場合、これをアナログ信号に変換して増幅器３２に入力する。
【００３０】
以上説明した本発明にかかるノイズキャンセルヘッドフォンの実施例を模式的に表したものが図２である。図２において、符号１２はヘッドフォンユニットを示している。ヘッドフォンユニット１２は、使用者の耳を覆う筐体と、この筐体に組み込まれて周囲の騒音Ｎを電気信号に変換するマイクロホン１４と、外部のプレーヤ１０で再生される楽音信号Ｓを音響信号に変換する信号音響変換素子としての前記スピーカと、前述のＤＳＰ１６を備えている。マイクロホン１４は、ヘッドフォンユニット１２の周辺の環境騒音Ｎを電気信号に変換し、この騒音信号はＤＳＰ１６に入力されて前述のように処理される。ＤＳＰ１６からは、騒音信号Ｎに基づいて生成されたノイズ信号Ｎ″を反転させたキャンセルノイズ信号−Ｎ″と、上記楽音信号Ｓとが加算されてＳ−Ｎ″の信号が出力され、このＳ−Ｎ″の信号でヘッドフォン内のスピーカが駆動される。一方、ヘッドフォンユニット１２の周囲の騒音Ｎは、ヘッドフォンユニット１２を回り込んで使用者の耳に達する。騒音Ｎはヘッドフォンユニット１２を回り込むことによって周波数帯域ごとに音圧レベルが変化し、Ｎ´の騒音として使用者の耳に入る。したがって、使用者の耳に入る音はＳ−Ｎ″＋Ｎ´となる。キャンセルノイズ−Ｎ″は使用者の耳に入る騒音Ｎ´に対して逆位相であり、かつ、キャンセルノイズ−Ｎ″も騒音Ｎ´も騒音Ｎを源とするものであるから、騒音Ｎ´はキャンセルノイズ−Ｎ″で略キャンセルされ、使用者の耳にはほぼ楽音信号Ｓのみが入ることになる。
【００３１】
なお、ここまで説明してきた動作例では、騒音レベル検出手段で検出された騒音レベルが閾値以下の場合、検出された周波数帯域が指定帯域外の場合、または、楽音信号レベルが閾値以上の場合は、サンプリング回路１８が長い時間間隔で騒音のサンプリングを行うようになっており、騒音レベル検出手段で検出された騒音レベルが閾値以上であり、検出された周波数帯域が指定帯域内であり、かつ、楽音信号レベルが閾値以下である場合は、サンプリング回路１８が短い時間間隔で騒音のサンプリングを行うようになっていたが、ノイズキャンセル機能自体をオン・オフさせるようにしてもよい。すなわち、騒音レベル検出手段で検出された騒音レベルが閾値以下の場合、検出された周波数帯域が指定帯域外の場合、または、楽音信号レベルが閾値以上の場合はノイズキャンセル機能を停止させ、騒音レベル検出手段で検出された騒音レベルが閾値以上であり、検出された周波数帯域が指定帯域内であり、かつ、楽音信号レベルが閾値以下の場合はノイズキャンセル機能を復活させるようにしてもよい。この動作を図１に示す実施例で行うには、上記ＤＳＰ１６内で、騒音レベルが閾値以下の場合、騒音の周波数帯域が指定帯域外の場合、または、楽音信号レベルが閾値以上の場合にキャンセルノイズ信号−Ｎ″の生成を停止してノイズキャンセル機能を停止し、騒音レベルが閾値以上であり、騒音の周波数帯域が指定帯域内であり、かつ、楽音信号レベルが閾値以下の場合にキャンセルノイズ信号−Ｎ″を生成して、ノイズキャンセル機能を復活させるようにする。
【００３２】
図３は、以上説明した実施例にかかるデジタル方式ノイズキャンセルヘッドフォンの動作例を示す。Ｓ１，Ｓ２，・・・とあるのは動作ステップを示す。通常は、ステップＳ１のように、前記サンプリング回路１８が、マイクロホン１４で変換された騒音信号を、省電力モードで、したがって、長い時間間隔でサンプリングする。次にステップＳ２で、サンプリングされた騒音信号のレベルが予め定められている閾値以上であるかどうかを判断する。この判断は前記騒音レベル検出部２０で行なう。閾値以下であれば、あえてノイズキャンセル動作する必要はないため、ステップＳ１に戻る。騒音信号のレベルが閾値以上であれば、ノイズキャンセル動作する必要があるので、サンプリング回路１８を通常の短い時間間隔でサンプリング動作するモードに移行させる（Ｓ３）。したがって、省電力モードでの動作から通常の電力消費モードでの動作に復活させることになる。
【００３３】
続いて、ステップＳ４で、周波数特性を算出し、算出結果から予め設定した指定帯域以内の周波数かどうかを判断する（Ｓ５）。判断の結果、指定帯域を越えていれば、ノイズキャンセルの必要性はないものと判断してステップＳ１に戻る。指定帯域を越えている場合とは、たとえば、人間の耳が聞き取ることができない低音域または高音域の音声信号である場合などである。ノイズキャンセルの必要があるのは、人間の耳が聞き取ることができる音域の騒音であるから、指定帯域以内の周波数かどうかは人間の耳が聞き取ることができる音域であるかどうかであり、ステップＳ５で、指定帯域内であると判断した場合はノイズキャンセル処理を行なう（ステップ：Ｓ６）。ステップＳ６からステップＳ２に戻り、以上の動作を繰り返し行なう。
【００３４】
図３に示す動作例は、騒音レベルが閾値以上の場合でありかつ周波数帯域が指定帯域内の場合にノイズキャンセル処理を行なう例である。前述のように、騒音レベルが閾値以上の場合にのみノイズキャンセル処理を行ない、または、周波数帯域が指定帯域内の場合にのみノイズキャンセル処理を行なうようにしてもよい。
【００３５】
図３に示す動作例と同じ着想をアナログ式ノイズキャンセルヘッドフォンにも適用することができる。アナログ式の場合、図３のステップＳ１は「ノイズキャンセル処理オフ（省電力モード）」、ステップＳ２は「騒音レベルは閾値以上？」、ステップＳ３は「ノイズキャンセル処理（通常電力モード）」、というような動作になる。
【００３６】
次に、図４に示す別の動作例について説明する。図４において、ステップＳ１１からステップＳ１５までは、図３に示す動作例のステップＳ１からステップＳ５までと実質的に同じであるから、ステップＳ１１からステップＳ１５までの説明は簡略化し、ステップＳ１６以降について重点的に説明する。ステップＳ１５の指定帯域内の周波数か否かの判断において指定帯域内であると判断された場合は、ステップ１６において前記プレーヤ１０によって再生される楽音信号Ｓのレベルが、予め設定された閾値以下か否かを判断する。閾値以上であれば、仮に周囲の騒音レベルが高いとしても、あるいは騒音が指定帯域内の周波数であったとしても、スピーカから再生される楽音が環境騒音によって受ける影響は小さいので、ステップＳ１に戻って、省電力モードで、したがって、長い時間間隔で環境騒音信号のサンプリングを行なう。ステップ１６において楽音信号レベルが閾値以下と判断された場合はステップＳ１７に進み、ノイズキャンセル処理、すなわち、短い時間間隔で環境騒音信号のサンプリングを行う。続いてステップＳ１２に戻り、以上の動作を繰り返す。
【００３７】
以上の説明からわかるとおり、本発明によれば、ノイズキャンセルを必要としない騒音レベルの低い状態、または騒音の周波数が所定の周波数帯域から外れている場合、または楽音信号レベルが閾値より高い場合は、ノイズキャンセル動作を停止させるため、常時ノイズキャンセル動作を行なう従来のノイズキャンセルヘッドフォンと比較して、消費電力を軽減することができる。これによって、ヘッドフォンに装填する電源電池を小型化しても電池の寿命を長く保つことができ、小型で軽量のノイズキャンセルヘッドフォンを提供することができる。
【００３８】
騒音レベルが閾値以上であり、騒音の周波数帯域が指定帯域内であり、かつ、楽音信号レベルが一定のレベル以下の場合にノイズキャンセル処理を行なうように構成すれば、より効果的に省電力化を図ることができる。
【００３９】
デジタル方式のノイズキャンセルヘッドフォンの場合は、ノイズキャンセルを必要としない騒音レベルの低い状態、騒音の周波数が所定の周波数帯域から外れているとき、または楽音信号レベルが閾値より高いときのいずれかに該当するときは、マイクロホンから入力される騒音信号のサンプリング間隔を、通常のノイズキャンセル動作時よりも長い時間間隔で行わせるため、サンプリング回路が消費する電力量を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明にかかるノイズキャンセルヘッドフォンの実施例を示すブロック図である。
【図２】上記実施例の概要を示すモデル図である。
【図３】上記実施例の動作例を示すフローチャートである。
【図４】本発明にかかるノイズキャンセルヘッドフォンの別の動作例を示すフローチャートである。
【図５】従来のデジタル方式ノイズキャンセルヘッドフォンの例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０ プレーヤ
１４ マイクロホン
１６ ＤＳＰ
１８ サンプリング回路
２０ 騒音レベル検出部
２１ 周波数特性検出部
【出願人】 【識別番号】０００１２８５６６
【氏名又は名称】株式会社オーディオテクニカ
【出願日】 平成１８年６月２３日（２００６．６．２３）
【代理人】 【識別番号】１０００８８８５６
【弁理士】
【氏名又は名称】石橋 佳之夫
【公開番号】 特開２００８−５２６９（Ｐ２００８−５２６９Ａ）
【公開日】 平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【出願番号】 特願２００６−１７３４２９（Ｐ２００６−１７３４２９）