JP2008258878A

JP2008258878A - マイクを有する音声出力装置

Info

Publication number: JP2008258878A
Application number: JP2007098158A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Fukuda; 旭洋福田; Koji Okamura; 公二岡村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2007-04-04
Publication date: 2008-10-23
Also published as: US20080247560A1

Abstract

【課題】ノイズキャンセル機能とモニター機能を1つの機器に共存させようとした場合、マイクとスピーカーが近いためハウリングが起こりやすく、さらにノイズキャンセル機能と同じ周波数特性でゲインを上げてモニター機能として動作させると、低域の騒音まで大きくしてしまい、人の声などが聞きとりにくくなる。
【解決手段】モニター機能に切り替えた際、ノイズキャンセル機能を実現するために位相を反転させた信号を、その位相を反転させたまま、さらに大きくゲインを上げて、周囲の音を増幅させることで、スピーカーの音とマイクは負帰還となり、ハウリングを起こしにくくなる。さらに、モニター機能として動作させた時に周囲の音を増幅させると同時に、低域の騒音は、増幅を抑えるように周波数特性を設定することで、人の声などの所望の周波数帯域のみを聞き取りやすく増幅させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、周囲の音をマイクでとりこんで、周囲の騒音レベルに適したレベルにした上で、逆位相の信号に変換し、スピーカーから音声を出力し、音響的に周囲の騒音を低減させるノイズキャンセル機能と、周囲の音を聞こえ易くするために、周囲の音を大きくするモニター機能を有するオーディオ機器などの電気製品に関するものである。

ノイズキャンセル機能には、外部騒音が耳道に到達する間の音響的な周波数特性に対応し且つ位相を反転させるような特性とすることにより、外部からの騒音を低減し所望の可聴信号のみを聴取し易くする方法などがある。一方モニタ機能には所望の周波数特性ゲインを上げ、外部からの騒音だけを増幅することで、所望の可聴信号を聴取し易くする方法などがある。例えば特許文献１には、マイクが集音する音とスピーカが出力する音とが逆位相で騒音を低減させるノイズキャンセル機能が開示されている。
図4は、ノイズキャンセル機能を実現させる一般的な構成である。耳１０７に聞こえる外部の騒音をある程度遮断し、外部の騒音を小さくするイヤーキャップ１０９と、騒音を電気信号に変換するマイク１０１と電気信号を音声に変換するスピーカー１０６が1つにまとまって装備されたユニット１０８を用い、騒音１１０−１をマイク１０１で電気信号１１１に変換し、電気信号１１１をアンプ部４０３で位相を反転させると同時に、ゲイン、周波数特性を調整して、電気信号４１２に変換させる。その後、音楽などを出力する回路１０４から出力された音楽信号１１４と、位相を反転させ、周波数特性を調整した電気信号４１２は、合成回路１０５で合成され、合成信号４１２＋１１４に変換される。合成信号４１２＋１１４は、スピーカー１０６で音声に変換され、耳１０７で聞こえる。外部の騒音１０１−１は、イヤーキャップ１０９により、ある程度小さい騒音１０１−２になっており、騒音を逆位相に変換した電気信号成分４１２がスピーカー１０６で音声に変換され、騒音１１０−２とは逆位相の信号となり、騒音１１０−２を打ち消すことにより、騒音を低減させる。このため、音楽信号１１４がスピーカー１０６で音声に変換された音楽が、騒音に邪魔されず、より聞きやすくなる効果を有する。

図５は、周囲の音を大きくするモニター機能を実現させる一般的な構成である。図４と同じ構成部については同じ番号を用いている。
耳１０７に聞こえる外部の騒音をある程度遮断し、外部の騒音を小さくするイヤーキャップ１０９と、騒音を電気信号に変換するマイク１０１と電気信号を音声に変換するスピーカー１０６が1つにまとまって装備されたユニット１０８を用い、騒音１０１−１をマイク１０１で電気信号１１１に変換し、電気信号に変換された騒音をアンプ部５０３で位相は変換せずに、所望の周波数特性ゲインを上げた電気信号５１３に変換させる。その後、音楽などを出力する回路１０４から出力された音楽信号１１４と、ゲインを増幅された電気信号５１３は、合成回路１０５で合成され、合成信号５１３＋１１４に変換される。騒音１０１−２と同じ位相で、増幅された信号５１３がスピーカー１０６で音声に変換され、１１０−１と合成されることで、騒音１１０−１さらに大きな音として耳に聞こえ、周囲の音がより大きく聞こえるようになる。
特開２００６−７２１１４号公報

しかしながら上記のノイズキャンセル機能と、モニター機能を1つの機器にもたせようとした場合に、ノイズキャンセル機能を実現させるためには、耳にできるだけ近い音をマイクに入力する必要があるため、スピーカーとマイクを近づける必要がある。一方、モニター機能は、周囲の音を増幅するため、マイクから入力された音を大きくして、スピーカーから出力するため、マイクとスピーカーが近いとハウリングを起こしてしまい、マイクとスピーカーをあまり近づけることはできないという相反する特性を持つ。そのため、マイクとスピーカーを十分に近づけることができなかったり、モニターモード時の音量を小さくしなければならないといった課題がある。さらに、一般的にノイズキャンセル機能は、騒音を低域まで除去するために、周波数特性を低域まで十分に伸ばしているため、モニター機能として動作させたときに、ノイズキャンセル機能と同じ周波数特性で周囲の音を増幅すると、低域の騒音まで大きくしてしまい、人の声などの所望の帯域の騒音が聞き取りにくいといった課題がある。

本発明は上記の課題を解決するもので、マイクとスピーカーを近づけた上で、ノイズキャンセル機能とモニター機能を１つの構成で実現するとともに、モニター機能に設定した時に、人の声などの所望の帯域の音を聞き取りやすくする手法を提供することを目的としてなされたものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、周囲の音を低減するノイズキャンセル機能と、周囲の音を増幅するモニター機能を持つ音声出力装置であって、
外部からの音を収集するマイクと、信号を出力するスピーカーと、ノイズキャンセル機能とモニター機能を切り替えるスイッチ部と、前記マイクで収集された音の位相を反転させる位相反転部と、前記スイッチ部でノイズキャンセル機能が選択された場合に、前記位相反転部で位相を反転させた信号を、当該音を打ち消すべくノイズキャンセル機能に適した周波数特性に調整するノイズキャンセル用アンプ設定部と、前記スイッチ部でモニター機能が選択された場合に、前記位相反転部で位相を反転させた信号を、当該音の特定の周波数帯域のみ増幅を抑え、前記特定の周波数帯域以外の帯域では増幅させるモニター用アンプ設定部とを備えることを特徴ととしたものであり、ノイズキャンセル機能を実現させるために、位相を反転させた信号を、モニター機能に切り替えた際、位相を反転させたまま、さらに大きくゲインを上げることで、周囲の音を増幅させる。この場合、スピーカーの音とマイクは負帰還となり、ハウリングを起こしにくくなる。そのため、モニターの音量を十分確保した上で、マイクとスピーカーを近づけることが可能となり、さらにモニター機能として動作させた時に周囲の音を増幅させると同時に、低域の騒音は、増幅を抑えるように周波数特性を設定することで、人の声などの所望の周波数帯域のみを聞き取りやすく増幅させることができるという作用を有する。

本発明の音声出力装置によれば、マイクとスピーカーを近くに配置しても、ハウリングは起こりにくくなる。そのため、モニター機能のときに音量を十分大きくすることができると同時に、スピーカーとマイクを備えたユニットの小型化を可能にし、また、ノイズキャンセル機能に設定した時には、低域の騒音まで小さく聞こえるようにすることができ、モニター機能に設定した時には、人の声などの所望の帯域の音声のみを聞きやすいように増幅することができる。

以下、本発明のマイクを有する音声出力装置を実施するための最良の形態について、図１から図３を用いて詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１におけるマイクを有する音声出力装置の回路構成を示している。図２は、実施の形態１におけるノイズキャンセル機能とモニター機能の周波数特性を示している。

図１において１０１はマイク、１０２はノイズキャンセル機能とモニター機能を切り替えるスイッチ部、１０３は位相反転アンプ部、１０３−１は位相を反転させる位相反転部、１０３−２は、前記スイッチ部１０２でノイズキャンセル機能が選択されたときに、周波数特性とゲインをノイズキャンセル用に調整するノイズキャンセル用アンプ設定部、１０３−３は、前記スイッチ部１０２でモニター機能が選択されたときに、周波数特性とゲインをモニター用に調整するモニター用アンプ設定部、１０４は音楽信号など音源、１０５は、ノイズキャンセル用アンプ設定部１０３−２もしくは、モニター用アンプ設定部１０３−３から出力された信号と、音楽信号などの音源１０４から出力された信号を合成する合成回路、１０６は、合成回路１０５で合成された信号を音声に変換するスピーカー、１０７は人間の耳、１０９は耳１０７を覆い、耳１０７に聞こえる外部の騒音をある周波数特性をもって低減させるイヤーキャップ、１０８は、スピーカー１０６と、マイク１０６、イヤーキャップ１０９を１つにまとめて装備したユニット、１１０−１は周囲の騒音、１１0−２は騒音１１0−１がイヤーキャップ１０９によって、騒音がある程度遮断され、ある周波数特性をもって低減された音、１１１は、周囲の騒音１１０−１をマイク１０１で電気信号に変換した信号、１１２は、１０２でノイズキャンセル機能が選択されたときに、位相反転部１０３−１によって信号１１１が位相反転され、ノイズキャンセル用アンプ設定部１０３−２によって、ノイズキャンセルに適した周波数特性とゲインに調整された信号、１１３は、１０２でモニター機能が選択されたときに、位相反転部１０３−１によって信号１１１が位相反転され、モニター用アンプ設定部１０３−３によって、モニター機能に適した周波数特性とゲインに調整された信号、１１４は、音楽などの音源１０４から出力された音楽等の信号、１１２＋１１４は、合成回路１０５で、信号１１２と音楽等の信号１１４が合成された信号、１１３＋１１４は、合成回路１０５で、信号１１３と音楽等の信号１１４が合成された信号を示している。

図１において、マイク１０１は、騒音１１０−１を集音し、電気信号１１１に変換する。スイッチ部１０２で、使用者は、ノイズキャンセル機能とモニター機能を切り替え、アンプ部１０３の設定を選択する。位相反転アンプ部１０３は、位相反転部１０３−１で位相を反転させ、スイッチ部１０２でノイズキャンセル機能が選択された場合は、アンプ設定部１０３−２で周波数特性とゲインをノイズキャンセル機能に適した設定に調整し、電気信号１１１をノイズキャンセル用の電気信号１１２に変換し、スイッチ部１０２でモニター機能が選択された場合は、アンプ設定部１０３−３で周波数特性とゲインを、人の声などの帯域のみを増幅するような設定に調整し、電気信号１１１をモニター機能用の電気信号１１３に変換する。位相反転アンプ部１０３で調整された電気信号１１２，もしくは１１３は、合成回路１０５で、音楽等の音源１０４から出力された音楽信号１１４と合成され、合成信号１１２＋１１４、もしくは１１３＋１１４に変換される、合成信号１１２＋１１４、もしくは１１３＋１１４はスピーカー１０６により、音声に変換される。このとき、ノイズキャンセル機能が設定されていれば、図３（ａ）に示すように、電気信号１１２の成分がスピーカー１０６により音声に変換され、騒音１１０−２を打ち消すように作用する。モニター機能が設定されていれば、図３（ｂ）に示すように、電気信号１１３の成分がスピーカー１０６により音声に変換され、騒音１１０−２の中から、人の声などの帯域をより聞きやすくするように増幅することができる。

なお、マイク１０１が、周囲の騒音１１０−１の騒音とは逆位相の信号を出力する特性を持っている場合は、位相反転部１０３−１を、位相を正転させるように変更し、位相反転アンプ部１０３を位相正転アンプ部に変更することで、実施の形態１と同等の効果を得ることができる。

本発明の第１の特徴は、位相反転アンプ部１０３の位相の設定を、ノイズキャンセル機能、モニター機能ともに反転位相のアンプを用いていることである。従来の方法では、ノイズキャンセル機能の時は、反転アンプで位相を反転し、モニター機能のときには、正転アンプで、ゲインのみ増幅させ、位相は反転させなかった。ノイズキャンセル機能を十分に機能させるためには、マイク１０１とスピーカー１０６をできるだけ近づける必要がある。しかし、従来の方法では、モニター機能のときに位相を正転させていたため、マイク１０１とスピーカー１０６を近づけすぎると、マイク１０１とスピーカー１０６は正帰還となり、ハウリングを起こしやすいといった欠点があった。本発明では、モニター機能に反転アンプを用いているため、スピーカー１０６の出力とマイク１０１は負帰還となり、ハウリングを起こし難くなる。このため、マイク１０１とスピーカー１０６をより近くに配置することができるため、ノイズキャンセル機能の性能も確保することができるといった利点がある。また、マイク１０１とスピーカー１０６を備えたユニット１０８を小型化することが可能となる。

本発明の第２の特徴は、ノイズキャンセル機能では、図２（ａ）のように、ゲインは騒音と同じレベルがスピーカーから出力されるように調整し、さらに、低域の騒音を打ち消すために、周波数特性を低域までのばしているのに対し、モニター機能に切り替えた際には、図２（ｂ）のように、周囲の音を聞くためにゲインを上げるが、低域のゲインは上げないように周波数特性を調整していることである。これにより、ノイズキャンセル機能においては、特に耳障りな低域の騒音まで打ち消すことができ、モニター機能に切り替えたときには、低域の騒音を大きくすることなく、人の声の帯域を聞きやすくするという効果を有する。

本発明にかかる、マイクを有する音声出力装置は、マイクとスピーカーを近くに配置することができるため、マイクとスピーカーを備えたユニットを小型化することができる。また、ノイズキャンセル機能時には低域の騒音まで、小さくすることができ、モニター機能時には、低域の騒音は大きくせず、人の声などの帯域をよく聞こえるようにすることが可能になるので、ポータブルオーディオ等の付加機能として有用である。

実施の形態１におけるマイクを有する音声出力装置の回路構成図実施の形態１におけるノイズキャンセル機能とモニター機能の周波数特性図実施の形態１における実施の形態１におけるノイズキャンセル機能とモニター機能のイメージ図ノイズキャンセル機能の従来構成図モニター機能の従来構成図

符号の説明

１０１マイク
１０２ノイズキャンセル機能とモニター機能を切り替えるスイッチ部
１０３位相反転アンプ部
１０３−１位相反転部
１０３−２ノイズキャンセル用アンプ設定部
１０３−３モニター用アンプ設定部
１０４音源
１０５合成回路
１０６スピーカー
１０７耳
１０８ユニット
１０９イヤーキャップ
１１０−１周囲の騒音
１１０−２低減された音
１１１電気信号に変換した信号
１１３位相反転され、ノイズキャンセル機能に適した周波数特性とゲインに調整された信号
１１３位相反転され、モニター機能に適した周波数特性とゲインに調整された信号
１１４音源１０４から出力された音楽等の信号
４０３、５０３アンプ部
４１２、５１２電気信号

Claims

周囲の音を低減するノイズキャンセル機能と、周囲の音を増幅するモニター機能を持つ音声出力装置であって、
外部からの音を収集するマイクと、信号を出力するスピーカーと、ノイズキャンセル機能とモニター機能を切り替えるスイッチ部と、前記マイクで収集された音の位相を反転させる位相反転部と、前記スイッチ部でノイズキャンセル機能が選択された場合に、前記位相反転部で位相を反転させた信号を、当該音を打ち消すべくノイズキャンセル機能に適した周波数特性に調整するノイズキャンセル用アンプ設定部と、前記スイッチ部でモニター機能が選択された場合に、前記位相反転部で位相を反転させた信号を、当該音の特定の周波数帯域のみ増幅を抑え、前記特定の周波数帯域以外の帯域では増幅させるモニター用アンプ設定部とを備えることを特徴とする音声出力装置。