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【発明の名称】 ノイズキャンセルヘッドフォンおよびそのノイズキャンセル方法
【発明者】 【氏名】木村 雅徳
【要約】 【課題】突風などによって急激な大気圧の変化が起こった場合に、ヘッドフォンに大きな雑音が発生することを回避することができ、ヘッドフォン使用者に不快感を与えることをなくしたノイズキャンセルヘッドフォンおよびノイズキャンセル方法を得る。

【構成】環境ノイズと逆位相のキャンセルノイズ信号を生成するキャンセルノイズ生成部２３、生成されたキャンセルノイズ信号と楽音信号Ｓを混合する混合器１７、環境ノイズレベルが予め設定されたレベル以上か否かを検出するノイズレベル検出部２２、ノイズレベル検出部２２で検出されたノイズレベルが予め設定されたレベル以上の場合にキャンセルノイズ信号の出力レベルを一時的に減衰させ、ノイズレベルが予め設定されたレベル以下になったときはキャンセルノイズ信号の出力レベルをノイズキャンセル作用に応じたレベルに復帰させるキャンセルレベル調整部２４を有する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境ノイズと逆位相のキャンセルノイズ信号を生成するキャンセルノイズ生成部と、
生成されたキャンセルノイズ信号と楽音信号を混合する混合器と、
環境ノイズレベルが予め設定されたレベル以上か否かを検出するノイズレベル検出部と、
ノイズレベル検出部で検出されたノイズレベルが予め設定されたレベル以上の場合にキャンセルノイズ信号の出力レベルを一時的に減衰させ、ノイズレベルが予め設定されたレベル以下になったときはキャンセルノイズ信号の出力レベルをノイズキャンセル作用に応じたレベルに復帰させるキャンセルレベル調整部を有するノイズキャンセルヘッドフォン。
【請求項２】
キャンセルノイズ生成部、ノイズレベル検出部、キャンセルレベル調整部はデジタル信号処理装置に含まれ、混合器はアナログ信号の混合器である請求項１記載のノイズキャンセルヘッドフォン。
【請求項３】
キャンセルノイズ生成部で生成されるキャンセルノイズはアナログ信号に変換されて混合器に入力される請求項２記載のノイズキャンセルヘッドフォン。
【請求項４】
環境ノイズと逆位相のキャンセルノイズ信号を生成し、生成したキャンセルノイズ信号と楽音信号を混合することによってノイズをキャンセルする機能を有するノイズキャンセルヘッドフォンのノイズキャンセル方法であって、
環境ノイズレベルが予め設定されたレベル以上か否かを検出し、
検出されたノイズレベルが予め設定されたレベル以上の場合にキャンセルノイズ信号の出力レベルを一時的に減衰させ、ノイズレベルが予め設定されたレベル以下になったときはキャンセルノイズ信号の出力レベルをノイズキャンセル作用に応じたレベルに復帰させるようにしたノイズキャンセルヘッドフォンのノイズキャンセル方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、突風などにより急激な大気圧の変化が起こって環境騒音が一定のレベルを超え、環境騒音をキャンセルすることができない場合に、大きな雑音が出力されることを防止することができるノイズキャンセルヘッドフォンおよびそのノイズキャンセル方法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（再生音に対してはノイズ（騒音）であるから、以下、「ノイズ」という）を捉え、捉えたノイズ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ノイズは、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６に示す。図６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（デジタル信号処理装置：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ノイズ信号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ノイズ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、ノイズ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、突風などによってノイズキャンセルヘッドフォン使用者の周辺に急激な気圧の変化が起こると、正しいキャンセル音信号とは異なるキャンセル音を発生し、使用者に不快感を与えることがあった。特に、デジタル方式のノイズキャンセルヘッドフォンでは、急激な気圧の変化によって、環境ノイズ信号が数値演算可能なレベルを超えると、演算結果に誤りを生じ、正しいキャンセル音信号とは違うキャンセル音を発生し、かえって大きなノイズ源となり、使用者に不快感を与える難点があった。
【０００６】
本発明にかかるノイズキャンセルヘッドフォンに関連のある従来技術として、マイクロホンによりユーザの耳における外音部を監視して「外部オーディオ信号」を発生し、ヘッドフォンの選択的ノイズ制御回路が、マイクロホンによって得た外部オーディオ信号を処理し、外部オーディオ信号を、抑制すべきノイズまたは再生すべきオーディオ信号のいずれかとして選択的に分類するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
上記特許文献１記載の発明は、外部オーディオ信号を解析して評価し、所定の外部オーディオ信号を抑制すべきかまたは再生すべきかを決定するもので、この従来技術を使用し、ヘッドフォン使用者の周辺に急激な気圧の変化が起こったときに生じる「外部オーディオ信号」が、抑制すべきノイズまたは再生すべきオーディオ信号のいずれかとして選択的に分類することが考えられる。
【０００８】
【特許文献１】特表２００４−５２６３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１に記載されている技術を使用しても、ヘッドフォン使用者の周辺に急激な気圧の変化が起こったときに突発的に生じる高レベルの「外部オーディオ信号」をキャンセルすることはできない。特許文献１に記載の発明では、上記突発的に生じる高レベルの「外部オーディオ信号」は、抑制すべきノイズであり、この信号を抑制しようとすると、正しいキャンセル音信号とは異なるキャンセル音を発生し、かえって大きなノイズ源となるからである。例えばデジタル方式ヘッドフォンでは、「外部オーディオ信号」のレベルが高く数値演算可能なレベルを超えていると、演算結果に誤りを生じ、正しいキャンセル音信号とは違うキャンセル音を発生し、使用者に不快感を与えることを解消することができない。
【００１０】
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、ヘッドフォン使用者の周辺に、突風などによって急激な気圧の変化が起こった場合に、ヘッドフォンに大きな雑音が発生することを回避することができ、ヘッドフォン使用者に不快感を与えることがないようにしたノイズキャンセルヘッドフォンおよびそのノイズキャンセル方法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】
【００１１】
本発明は、環境ノイズと逆位相のキャンセルノイズ信号を生成するキャンセルノイズ生成部と、生成されたキャンセルノイズ信号と楽音信号を混合する混合器と、環境ノイズレベルが予め設定されたレベル以上か否かを検出するノイズレベル検出部と、ノイズレベル検出部で検出されたノイズレベルが予め設定されたレベル以上の場合にキャンセルノイズ信号の出力レベルを一時的に減衰させ、ノイズレベルが予め設定されたレベル以下になったときはキャンセルノイズ信号の出力レベルをノイズキャンセル作用に応じたレベルに復帰させるキャンセルレベル調整部を有することを特徴とする。
【００１２】
キャンセルノイズ生成部、ノイズレベル検出部、キャンセルレベル調整部はデジタル信号処理装置に含まれ、混合器はアナログ信号の混合器とするとよい。
【００１３】
キャンセルノイズ生成部で生成されるキャンセルノイズはアナログ信号に変換されて混合器に入力されるようにするとよい。
【発明の効果】
【００１４】
ノイズレベル検出部で検出されたノイズレベルが予め設定されたレベル以上の場合、例えば、突風などによってノイズキャンセルヘッドフォン使用者の周辺に急激な気圧の変化が起こって大きなノイズとなった場合には、キャンセルレベル調整部がキャンセルノイズ信号の出力レベルを一時的に減衰させるため、キャンセルすべき音信号とは異なるキャンセル音を出力することがなく、ヘッドフォン使用者に不快感を与えることを無くすことができる。ノイズレベルが予め設定されたレベル以下になったときは、キャンセルレベル調整部がキャンセルノイズ信号の出力レベルをノイズキャンセル作用に応じたレベルに復帰させ、通常のノイズキャンセル動作を行なわせる。
【００１５】
デジタル方式ノイズキャンセルヘッドフォンの場合は、ヘッドフォン使用者の周辺の急激な気圧変化によるノイズのレベルが数値演算可能なレベルを超えた場合に、キャンセルレベル調整部がキャンセルノイズ信号の出力レベルを一時的に減衰させる。こうすることにより、演算結果に誤りを生じてキャンセルすべき音信号とは異なるキャンセル音を出力する、というような不具合を防止することができ、ヘッドフォン使用者に不快感を与えるような音の出力を防ぐことができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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デジタル・シグナル・プロセッサ（デジタル信号処理装置：以下「ＤＳＰ」という）を示す。ＤＳＰ１６には、ヘッドフォンに組み込まれていて周囲のノイズを電気信号に変換するマイクロホン１４から、符号１１で示すノイズ信号Ｎが入力されるようになっている。ＤＳＰ１６は、ノイズ信号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２１を有するとともに、ノイズレベル検出部２２と、キャンセルノイズ生成部２３と、キャンセルレベル調整部２４を備えている。ノイズレベル検出部２２は、サンプリング回路２１でサンプリングされたノイズ信号Ｎのレベル（振幅）を数値演算によって検出するもので、ノイズ信号Ｎのレベルが予め設定されたレベル以上か否かを検出してその結果を出力するように構成されている。キャンセルノイズ生成部２３は、サンプリング回路２１でサンプリングされたノイズ信号Ｎを数値演算することにより、このノイズ信号Ｎとは逆位相のキャンセルノイズ信号−Ｎ”を生成するように構成されている。キャンセルレベル調整部２４は、ノイズレベル検出部２２で検出されたノイズ信号Ｎのレベルが予め設定されたレベル以上となった場合に、キャンセルノイズ生成部２３によるキャンセルノイズ信号の出力レベルを一時的に減衰させ、ノイズ信号Ｎのレベルが予め設定されたレベル以下になったときは、キャンセルノイズ生成部２３によるキャンセルノイズ信号の出力レベルをノイズキャンセル作用に応じたレベルに復帰させるように構成されている。
【００１７】
上記キャンセルノイズ生成部２３で生成されたキャンセルノイズ信号−Ｎ”は、キャンセルレベル調整部２４によって出力レベルが調整されるとともに、図示されないＤ／Ａ変換器によりアナログ信号に変換され、混合器１７に入力される。混合器１７は、加算器と同じ機能を有し、キャンセルノイズ生成部２３で生成された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を混合するようになっている。
【００１８】
混合器１７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”が混合され、この混合された信号Ｓ−Ｎ”によって増幅器１８がヘッドフォン内のスピーカ１９を駆動し、Ｓ−Ｎ″に対応した音声がスピーカ１９から発せられる。ヘッドフォンには周囲のノイズが回り込み、使用者の耳に入る。このノイズ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、Ｎ−Ｎ”となってノイズ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。
【００１９】
図１に示す例では、混合器１７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混合器１７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１７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１７の機能を持たせることもできる。加算器１７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１８に入力する。
【００２０】
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ノイズ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の周辺の環境ノイズＮを電気信号に変換し、このノイズ信号はＤＳＰ１６に入力されて前述のように処理される。ＤＳＰ１６からは、ノイズ信号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の周囲のノイズ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。ノイズ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´のノイズ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ノイズＮ´に対して逆位相であり、かつ、キャンセルノイズ−Ｎ”もノイズＮ´もノイズＮを源とするものであるから、ノイズ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。
【００２１】
図３は、以上説明した実施例にかかるデジタル方式の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。ノイズキャンセルヘッドフォンが動作している間は、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で変換された環境ノイズ信号を、一定の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ノイズ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。この判断は前記ノイズレベル検出部２２で行なう。閾値以下であれば、ステップＳ３に進み、消音信号すなわちキャンセルノイズ信号−Ｎ″を出力する通常の動作をし、ステップＳ１に戻る。ステップＳ２において、サンプリングされたノイズ信号のレベルが閾値以上であれば、ノイズ信号Ｎの数値演算が不可能となり、キャンセルノイズ生成部２３が正しいキャンセルノイズ信号−Ｎ”とは異なったキャンセルノイズ信号を出力するおそれがあるので、ステップＳ４に進み、消音信号の出力を減衰させる。消音信号とは、キャンセルノイズ生成部２３から出力されるキャンセルノイズ信号−Ｎ”のことである。消音信号すなわちキャンセルノイズ信号−Ｎ”が、正しいキャンセルノイズ信号とは異なった信号であるとすれば、この信号が楽音信号Ｓと混合されることによって、ヘッドフォンのスピーカから楽音信号Ｓの再生音のほかに異様な音が出力され、ヘッドフォンの使用者に不快感を与える。そこで、このような場合には、ステップＳ４によってキャンセルノイズ信号の出力レベルを減衰させる。これによって、ノイズキャンセル機能はなくなるが、異様な音が出力されることを回避することができ、使用者に不快感を与えることを防止することができる。
【００２２】
ステップＳ４からステップＳ１に戻り、ステップＳ１で、マイクロホン１４で変換された環境ノイズ信号をサンプリングする。ステップＳ２で、環境ノイズ信号のサンプリング値が予め定められている閾値以下になっていれば、ステップＳ３に進み、キャンセルノイズ信号の出力レベルをノイズキャンセル作用に応じたレベルに復帰させ、通常のノイズキャンセル動作に戻る。
【００２３】
以上説明したノイズキャンセル処理動作は、ＤＳＰ１６のソフトウエアの構成によって実現することができる。
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。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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】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】
【００２５】
１０ プレーヤ
１４ マイクロホン
１６ ＤＳＰ
１７ 混合器
２１ サンプリング回路
２２ ノイズレベル検出部
２３ キャンセルノイズ生成部
２４ キャンセルレベル調整部
【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８月３０日（２００６．８．３０）
【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２００８−６０７５９（Ｐ２００８−６０７５９Ａ）
【公開日】 平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【出願番号】 特願２００６−２３３１２９（Ｐ２００６−２３３１２９）