JP2008060759A - Noise cancel headphone and its noise cancel method - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention is a noise that can prevent a large noise from being output when the environmental noise exceeds a certain level due to a sudden change in atmospheric pressure due to a gust of wind or the like and the environmental noise cannot be canceled. The present invention relates to a canceling headphone and a noise canceling method thereof.
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。 For example, portable music players such as a tape player, a CD player, and an MD player are widely used. Recently, smaller and larger-capacity portable music players such as a hard disk type and a flash memory type are rapidly spreading. With the spread of portable music players, higher performance headphones are required, and when listening to music in the city or in a vehicle, the music should be kept from being heard. Noise-cancelling headphones that can only be heard are also desired. If the ambient noise is mixed with the music playback sound, even if the playback sound from the headphones is high quality playback sound, the playback sound is erased by the noise and the music cannot be enjoyed with high quality sound. Also, if you try to listen to music in the noise, it will be easy to listen to it by raising the volume, causing the sound to leak from the headphones by raising the volume, and it will be an unpleasant noise source for people around you in the vehicle There is also a problem. With this background, noise-canceling headphones are beginning to become popular.
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。 Most of the noise canceling headphones on the market at present are analog type noise canceling headphones. This is a microphone built into the headphones that captures the ambient sound (because it is noise for the playback sound, henceforth referred to as “noise”), and reverses the phase of the captured noise for playback from the player. This is a method of adding to a signal. The noise that enters the headphones from the outside is canceled by the signal whose phase is inverted, and only the reproduction signal from the player enters the user's ear.
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。
Recently, digital noise cancellation headphones have also been proposed. An example is shown in FIG. In FIG. 6,
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。 Conventional noise-canceling headphones generate a cancellation sound that is different from the correct cancellation sound signal when a sudden change in atmospheric pressure occurs around the noise-canceling headphone user due to a gust of wind, etc., which may cause discomfort to the user. It was. Especially in digital noise cancellation headphones, if the environmental noise signal exceeds the level that can be numerically calculated due to a sudden change in atmospheric pressure, the calculation result will be incorrect, and a cancellation sound different from the correct cancellation sound signal will be generated, On the contrary, it becomes a big noise source, and there is a difficulty in giving the user unpleasant feeling.
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)。 As a related art related to the noise-canceling headphones according to the present invention, an external audio signal is generated by monitoring an external sound portion in a user's ear with a microphone, and a selective noise control circuit for the headphones is obtained by the microphone. A technique has been proposed in which an external audio signal is processed and the external audio signal is selectively classified as either noise to be suppressed or audio signal to be reproduced (see, for example, Patent Document 1).
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。 The invention described in Patent Document 1 analyzes and evaluates an external audio signal and determines whether a predetermined external audio signal should be suppressed or reproduced. It is conceivable that an “external audio signal” generated when a sudden change in atmospheric pressure occurs is selectively classified as either noise to be suppressed or audio signal to be reproduced.
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。 However, even if the technique described in Patent Document 1 is used, it is not possible to cancel a high-level “external audio signal” that occurs suddenly when a sudden change in atmospheric pressure occurs around the headphone user. Can not. In the invention described in Patent Document 1, the suddenly generated high-level “external audio signal” is noise to be suppressed. When this signal is to be suppressed, a cancel sound different from the correct cancel sound signal is generated. However, it becomes a big noise source. For example, in the case of digital headphones, if the level of the “external audio signal” is high and exceeds the level at which numerical calculation is possible, the calculation result will be incorrect, and a cancellation sound that is different from the correct cancellation sound signal will be generated. Giving a sense of pleasure cannot be eliminated.
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。 The present invention has been made in view of the actual situation of such noise-canceling headphones, and when a sudden change in atmospheric pressure occurs due to a gust of wind or the like around a headphone user, a large noise is generated in the headphones. An object of the present invention is to provide a noise canceling headphone and a method for canceling the noise which can be avoided and do not cause discomfort to the headphone user.
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。 The present invention relates to a cancellation noise generation unit that generates a cancellation noise signal having a phase opposite to that of environmental noise, a mixer that mixes the generated cancellation noise signal and musical sound signal, and whether or not the environmental noise level is equal to or higher than a preset level. A noise level detection unit for detecting whether the noise level detected by the noise level detection unit is equal to or higher than a preset level, the output level of the cancellation noise signal is temporarily attenuated, and the noise level is preset It has a cancel level adjusting section for returning the output level of the cancel noise signal to a level corresponding to the noise canceling action when the level becomes lower than the level.
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。 The cancellation noise generation unit, the noise level detection unit, and the cancellation level adjustment unit may be included in the digital signal processing device, and the mixer may be an analog signal mixer.
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。 The cancel noise generated by the cancel noise generation unit may be converted into an analog signal and input to the mixer.
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。 When the noise level detected by the noise level detection unit is higher than a preset level, for example, when a sudden change in atmospheric pressure occurs around the noise canceling headphones user due to a gust of wind, etc. Since the cancel level adjustment unit temporarily attenuates the output level of the cancel noise signal, a cancel sound different from the sound signal to be canceled is not output, and it is possible to eliminate discomfort for the headphone user. . When the noise level is equal to or lower than a preset level, the cancel level adjusting unit returns the output level of the cancel noise signal to a level corresponding to the noise canceling action and performs a normal noise canceling operation.
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 In the case of digital noise-canceling headphones, the cancellation level adjustment unit temporarily sets the output level of the cancellation noise signal when the noise level due to a sudden change in atmospheric pressure around the headphone user exceeds a level that allows numerical calculations. Attenuate. By doing this, it is possible to prevent problems such as the output of a cancellation sound that is different from the sound signal to be canceled due to an error in the calculation result, and output of sound that makes the headphone user uncomfortable. Can prevent
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。
Embodiments of a noise canceling headphone according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of a digital noise canceling headphone. In FIG. 1,
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。
The cancellation noise signal −N ″ generated by the cancellation
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。
In the
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。
In the example shown in FIG. 1, the
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。
FIG. 2 schematically shows the embodiment of the noise canceling headphone according to the present invention described above. In FIG. 2, the code |
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。
FIG. 3 shows an operation example of the digital noise canceling headphones according to the embodiment described above. S1, S2,... Indicate operation steps. While the noise-canceling headphones are operating, the
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。
Returning from step S4 to step S1, the environmental noise signal converted by the
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。
The noise canceling processing operation described above can be realized by the software configuration of the
The same idea as the operation example shown in FIG. 3 can be applied to the analog noise canceling headphones.
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
10
17
Claims (4)
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。 A cancellation noise generation unit that generates a cancellation noise signal having a phase opposite to that of the environmental noise;
A mixer for mixing the generated cancellation noise signal and the musical sound signal;
A noise level detector that detects whether the environmental noise level is equal to or higher than a preset level;
When the noise level detected by the noise level detector is equal to or higher than the preset level, the output level of the cancel noise signal is temporarily attenuated, and when the noise level falls below the preset level, the cancel noise signal A noise-canceling headphone having a cancellation level adjustment unit that restores the output level of the signal to a level corresponding to the noise-canceling action.
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。
A noise canceling method for a noise canceling headphone having a function of canceling noise by generating a canceling noise signal having an opposite phase to environmental noise and mixing the generated canceling noise signal and a musical sound signal,
Detects whether the environmental noise level is higher than a preset level,
When the detected noise level is equal to or higher than the preset level, the output level of the cancellation noise signal is temporarily attenuated, and when the noise level falls below the preset level, the output level of the cancellation noise signal is reduced to noise. Noise canceling method for noise canceling headphones that returns to a level corresponding to the canceling action.
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