JP2009272946A - 信号処理装置、信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＣ（ノイズキャンセリング）機能を有する音響再生システムにおいて、ヘッドフォン装置の有する音響部品の特性ばらつきやユーザの耳形状・ヘッドフォンの装着具合のばらつき等に起因して適正なＮＣ効果が得られなくなってしまうことの防止を図る。
【解決手段】ノイズ低減動作がオフ状態にて得られるノイズ未低減信号と、予め定められた候補フィルタ特性によりノイズ低減動作を実行したときのノイズ低減信号との差分から、上記候補フィルタ特性についてのノイズ低減効果指標を求める。そして、このように実測したノイズ低減効果指標に基づきＮＣフィルタに設定すべきフィルタ特性の選択を行う。これにより音響部品の特性やユーザの耳形状・ヘッドフォンの装着具合に応じた適切なフィルタ特性を選択することができる。すなわち、音響部品のばらつきやユーザの個人差によるばらつきについての特性補償を行うことのできる、適切なフィルタ特性の選択を行うことができる。
【選択図】図１２

Description

本発明は、収音手段による収音信号に対しノイズ低減のための信号特性を与えるフィルタ処理を施すことで、ノイズキャンセリング動作を行う信号処理装置とその方法とに関する。

特開平３−２１４８９２号公報 特開平３−９６１９９号公報

ヘッドフォン装置により楽曲などのコンテンツの音声を再生しているときに聴こえてくる外部のノイズをアクティブにキャンセルするようにされた、ヘッドフォン装置対応のいわゆるノイズキャンセリングシステムが知られ、また、実用化されている。このようなノイズキャンセリングシステムとしては、大別してフィードバック方式とフィードフォワード方式との２つの方式が知られている。

例えば、上記特許文献１には、ユーザの耳に装着される音響管内においてイヤホン（ヘッドフォン）ユニットの近傍に設けたマイクロフォンユニットにより収音した音響管内部の騒音（ノイズ）を位相反転させた音声信号を生成し、これをイヤホンユニットから音として出力させることにより、外部ノイズを低減させるようにした構成、つまり、フィードバック方式に対応したノイズキャンセリングシステムの構成が記載されている。
また、上記特許文献２には、その基本構成として、ヘッドフォン装置外筐に取り付けたマイクロフォンにより収音して得た音声信号について所定の伝達関数による特性を与えてヘッドフォン装置から出力させるようにした構成、つまりフィードフォワード方式に対応したノイズキャンセリングシステムの構成が記載されている。

これらフィードフォワード方式、フィードバック方式の何れを採用する場合にも、ノイズキャンセリングのために設定されるフィルタ特性は、例えば外部のノイズ源からの音声がユーザの耳位置（ノイズキャンセル点）に到達するまでの空間伝達関数や、マイクアンプ・ヘッドフォンアンプ等の電気部品の特性、さらにはマイクロフォンやドライバユニット（スピーカ）等の音響分品の特性などの各種の伝達関数に基づき、ユーザ耳位置でノイズがキャンセル（低減）されるようにして設定されるものとなる。

ここで、上記ドライバやマイクロフォンなどのいわゆるトランスデューサに代表される音響部品は、そのメカ機構自体が機能・性能に直接関わるものであり、電気部品と比較した場合には、そのばらつきによる影響が比較的大きなものとなる。このため、ヘッドフォンの個体ごとに音響部品のばらつきが生じるときには、同一機種のヘッドフォンであっても、聴感上の差が相応に生じてしまうものとなる。特に、ノイズキャンセリング対応のヘッドフォンの場合は、上述のようにノイズキャンセリングのためのフィルタ特性がこれら音響分品の伝達関数も含めて適正なノイズキャンセリング効果が得られるようにして設定されるため、音響分品のばらつきによっては、ノイズキャンセリング効果にもばらつきが生じ、場合によっては充分なノイズキャンセリング効果が得られなくなってしまう可能性もある。

また、ばらつきに関する問題としては、ユーザの耳形状や、ユーザによるヘッドフォンの装着具合によって生じる問題も挙げることができる。すなわち、このようなユーザの個人差によるばらつきによっても、ノイズキャンセリング効果にばらつきが生じる可能性がある。

上記のような音響部品のばらつきへの対応策としては、従来、例えば製造ライン等において半固定抵抗を複数個用いることでゲインやおおまかなＮＣフィルタの特性を変化させて特性補償を行うという手法が採られてきた。
しかしながら、このような従来の対応策は人手による作業を伴うものであって、その分、人件費等が嵩み、装置製造コストの上昇を助長するものとなってしまう。また、上記のような半固定抵抗等を用いる調整では細かな特性補償を行うことが困難であり、充分な改善を図ることが困難であった。

また、ユーザの個人差によるばらつきに関しては、音響部品の場合のように製品出荷前に予め調整を行っておくということはできないものとなる。仮に、ユーザが上記のような手作業による調整を行うとしても、その作業負担をユーザ個人に強いる点が問題となる。

そこで、本発明では上記した問題点を考慮して、信号処理装置として以下のように構成することとした。
つまり、収音手段による収音信号に対し予め定められたフィルタ特性に基づくフィルタ処理を施してノイズ低減のための信号特性を与えることで、ノイズ低減動作を実行するフィルタ処理手段を備える。
また、上記フィルタ処理手段によるノイズ低減動作を停止させた状態で得られるノイズ未低減信号を取得するノイズ未低減信号取得手段を備える。
また、上記ノイズ未低減信号と、予め定めれたフィルタ特性を候補フィルタ特性として上記フィルタ処理手段に設定してノイズ低減動作を実行させたときに得られたノイズ低減信号との差分を求めることで、上記候補フィルタ特性についてのノイズ低減効果指標を得ると共に、該ノイズ低減効果指標に基づき、上記フィルタ処理手段に設定すべきフィルタ特性の選択を行うフィルタ特性選択手段を備えるようにした。

上記構成によれば、ノイズ低減動作がオフ状態にて得られるノイズ未低減信号と、予め定められた候補フィルタ特性によりノイズ低減動作を実行したときのノイズ低減信号との差分から、上記候補フィルタ特性についてのノイズ低減効果指標が実測されるものとなる。そして、この実測されたノイズ低減効果指標に基づき、フィルタ処理手段に設定すべきフィルタ特性の選択を行うことができる。
このように実測したノイズ低減効果指標に基づくフィルタ特性の選択を行うことで、ヘッドフォンを構成する音響部品の特性やユーザの耳形状・ヘッドフォンの装着具合に応じた適切なフィルタ特性を選択することができる。すなわち、音響部品のばらつきやユーザの個人差によるばらつきについての特性補償を行うことのできる、適切なフィルタ特性の選択を行うことができる。

上記のようにして本発明によれば、実測したノイズ低減効果指標に基づくフィルタ特性の選択を行うことで、音響部品のばらつきやユーザの個人差によるばらつきについての特性補償を行うことのできる、適切なフィルタ特性の選択を行うことができる。
これによれば、従来のように製品出荷前に特性補償のための手作業による調整を行う必要はなくなり、人件費の削減、ひいては装置製造コストの削減を図ることができる。また、半固定抵抗など用いた手作業による調整ではないので、より細かな調整を行うこともできる。
また、ユーザ個人に手動による調整の手間を強いる必要もなくなり、この点で、ユーザ負担を強いることない優れたノイズキャンセリングシステムの実現が図られる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態という）について説明していく。
先ずは、本実施の形態としての構成を説明するのに先立ち、ノイズキャンセリングシステムの基本概念について説明を行っておく。

＜ノイズキャンセリングシステムの基本概念＞

ノイズキャンセリングシステムの基本的な方式としては、フィードバック（FeedBack：ＦＢ）方式によりサーボ制御を行うようにされたものと、フィードフォワード（FeedForward：ＦＦ）方式とがそれぞれ知られている。先ず、図１により、ＦＢ方式について説明する。

図１（ａ）には、ヘッドフォン装着者（ユーザ）の右耳（Ｌ（左），Ｒ（右）による２チャンネルステレオにおけるＲチャンネル）側における、ＦＢ方式によるノイズキャンセリングシステムのモデル例を模式的に示している。
ここでのヘッドフォン装置のＲチャンネル側の構造としては、先ず、右耳に対応するハウジング部２０１内において、ヘッドフォン装置を装着したユーザ５００の右耳に対応する位置にドライバ２０２を設けるようにされる。ドライバ２０２は振動板を備えたいわゆるスピーカと同義のものであり、音声信号の増幅出力により駆動（ドライブ）されることで音声を空間に放出するようにして出力するものである。

そのうえで、ＦＢ方式としては、ハウジング部２０１内においてユーザ５００の右耳に近いとされる位置に対してマイクロフォン２０３を設けるようにされる。このようにして設けられるマイクロフォン２０３によっては、ドライバ２０２から出力される音声と、外部のノイズ音源３０１からハウジング部２０１内に侵入して右耳に到達しようとする音声、つまり右耳にて聴き取られる外部音声であるハウジング内ノイズ３０２とが収音されることになる。なお、ハウジング内ノイズ３０２が発生する原因としては、ノイズ音源３０１が例えばハウジング部のイヤーパッドなどの隙間から音圧として漏れてきたり、ヘッドフォン装置の筐体がノイズ音源３０１の音圧を受けて振動し、これがハウジング部内に伝達されてくることなどを挙げることができる。
そして、マイクロフォン２０３によって収音して得られた音声信号から、例えば外部音声の音声信号成分に対して逆特性となる信号など、ハウジング内ノイズ３０２がキャンセル（減衰、低減）されるようにするための信号（キャンセル用オーディオ信号）を生成し、この信号について、ドライバ２０２を駆動する必要音の音声信号（オーディオ音源）に合成させるようにして帰還させる。これによりハウジング部２０１内における右耳に対応するとされる位置に設定されたノイズキャンセル点４００においては、ドライバ２０１からの出力音声と外部音声の成分とが合成されることによって外部音声がキャンセルされた音が得られ、ユーザの右耳では、この音を聴き取ることになる。そして、このような構成を、Ｌチャンネル（左耳）側においても与えることで、通常のＬ，Ｒ２チャンネルステレオに対応するヘッドフォン装置としてのノイズキャンセリングシステムが得られることになる。

図１（ｂ）のブロック図は、ＦＢ方式によるノイズキャンセリングシステムの基本的なモデル構成例を示している。なお、この図１（ｂ）にあっては、図１（ａ）と同様にして、Ｒチャンネル（右耳）側のみに対応した構成が示されているものであり、また、Ｌチャンネル（左耳）側に対応しても同様のシステム構成が備えられるものである。また、この図において示されるブロックは、ＦＢ方式によるノイズキャンセリングシステムの系における特定の回路部位、回路系などに対応する１つの特定の伝達関数を示すもので、ここでは伝達関数ブロックと呼ぶことにする。各伝達関数ブロックにおいて示されている文字が、その伝達関数ブロックの伝達関数を表しているものであり、音声信号(若しくは音声)は、伝達関数ブロックを経由するごとに、そこに示される伝達関数が与えられることになる。

先ず、ハウジング部２０１内に設けられるマイクロフォン２０３により収音される音声は、このマイクロフォン２０３と、マイクロフォン２０３にて得られた電気信号を増幅して音声信号を出力するマイクロフォンアンプに対応する伝達関数ブロック１０１（伝達関数Ｍ）を介した音声信号として得られることになる。この伝達関数ブロック１０１を経由した音声信号は、ＦＢ(FeedBack)フィルタ回路に対応する伝達関数ブロック１０２(伝達関数−β)を介して合成器１０３に入力される。ＦＢフィルタ回路は、マイクロフォン２０３により収音して得られた音声信号から、上述のキャンセル用オーディオ信号を生成するための特性が設定されたフィルタ回路であり、その伝達関数が−βとして表されているものである。

また、楽曲などのコンテンツとされるオーディオ音源の音声信号Ｓは、ここでは、イコライザによるイコライジングが施されるものとしており、このイコライザに対応する伝達関数ブロック１０７（伝達関数Ｅ）を介して合成器１３に入力される。
なお、このように音声信号Ｓにイコライジングを施すのは、ＦＢ方式では、ノイズ収音用のマイクロフォン２０３がハウジング部２０１内に設けられ、ノイズ音のみでなくドライバ２０２からの出力音声も収音されることに由来する。すなわち、このようにマイクロフォン２０３が音声信号Ｓの成分も収音することで、ＦＢ方式では音声信号Ｓに対しても伝達関数−βが与えられるものとなっており、このことで音声信号Ｓの音質劣化を招くこと虞がある。そこで、予め伝達関数−βによる音質劣化を抑制するために、イコライジングにより音声信号Ｓに所要の信号特性を与えるようにしているものである。

合成器１０３では、上記の２つの信号を加算により合成する。このようにして合成された音声信号は、パワーアンプにより増幅され、ドライバ２０２に駆動信号として出力されることで、ドライバ２０２から音声として出力される。つまり、合成器１０３からの音声信号は、パワーアンプに対応する伝達関数ブロック１０４（伝達関数Ａ）を経由し、さらにドライバ２０２に対応する伝達関数ブロック１０５（伝達関数Ｄ）を経由して音声として空間内に放出される。なお、ドライバ２０２の伝達関数Ｄは、例えばドライバ２０２の構造などにより決まる。

そして、ドライバ２０２にて出力された音声は、ドライバ２０２からノイズキャンセル点４００までの空間経路(空間伝達関数)に対応する伝達関数ブロック１０６（伝達関数Ｈ）を経由するようにしてノイズキャンセル点４００に到達し、その空間にてハウジング内ノイズ３０２と合成されることになる。そして、ノイズキャンセル点４００から例えば右耳に到達するものとされる出力音の音圧Ｐとしては、ハウジング部２０１の外部から侵入してくるノイズ音源３０１の音がキャンセルされるものとなる。

ここで、この図１（ｂ）に示されるノイズキャンセリングシステムのモデルの系にあって、上記出力音の音圧Ｐは、ハウジング内ノイズ３０２をＮ、オーディオ音源の音声信号をＳとしたうえで、各伝達関数ブロックにおいて示される伝達関数「Ｍ、−β、Ｅ、Ａ、Ｄ、Ｈ」を利用して、次の[式１]のようにして表されるものとなる。

この[式１]において、ハウジング内ノイズ３０２であるＮに着目すると、Ｎは、１ ／（１＋ＡＤＨＭβ）で表される係数により減衰されることがわかる。

ただし、[式１]の系がノイズ低減対象の周波数帯域にて発振することなく、安定して動作するためには、次の[式２]が成立していることが必要となる。

一般的なこととして、ＦＢ方式によるノイズキャンセリングシステムにおける各伝達関数の積の絶対値が、

１＜＜｜ＡＤＨＭβ｜

で表されることとと、古典制御理論におけるNyquistの安定性判別と合わせると、[式２]については下記のように解釈できる。
ここでは、図１（ｂ）に示されるノイズキャンセリングシステムの系において、ハウジング内ノイズ３０２であるＮに関わるループ部分を一箇所切断して得られる、（−ＡＤＨＭβ）で表される系を考える。この系を、ここでは「オープンループ」ということにする。一例として、マイクロフォン及びマイクロフォンアンプに対応する伝達関数ブロック１０１と、ＦＢフィルタ回路に対応する伝達関数ブロック１０２との間を切断すべき箇所とすれば、上記のオープンループを形成できる。

上記のオープンループは、例えば図２のボード線図により示される特性を持つものとされる。このボード線図においては、横軸に周波数が示され、縦軸においては、下半分にゲインが示され、上半分に位相が示される。
このオープンループを対象とした場合、Nyquistの安定性判別に基づき、[式２]を満足するためには、下記の２つの条件を満たす必要がある。
条件１：位相０ｄｅｇ．（０ 度）の点を通過するとき、ゲインは０ｄＢより小さくなくてはならない。
条件２：ゲインが０ｄＢ以上であるとき、位相０ｄｅｇ．の点を含んではいけない。

上記２つの条件１、２を満たさない場合、ループには正帰還がかかることとなって、発振（ハウリング）を生じさせる。図２においては、上記の条件１に対応する位相余裕Ｐａ、Ｐｂと、条件２に対応するゲイン余裕Ｇａ、Ｇｂが示されている。これらの余裕が小さいと、ノイズキャンセリングシステムを適用したヘッドフォン装置を使用するユーザの各種の個人差やヘッドフォン装置を装着したときの状態のばらつきなどにより、発振の可能性が増加することになる。
例えば図２にあっては、位相０ｄｅｇ．の点を通過するときのゲインとしては０ｄＢより小さくなっており、これに応じてゲイン余裕Ｇａ 、Ｇｂが得られている。しかしながら、例えば仮に位相０ｄｅｇ．の点を通過するときのゲインが０ｄＢ以上となってゲイン余裕Ｇａ 、Ｇｂが無くなる、あるいは位相０ｄｅｇ．の点を通過するときのゲインが０ｄＢ未満であるものの、０ｄＢに近く、ゲイン余裕Ｇａ 、Ｇｂが小さくなるような状態となると、発振を生じる、あるいは発振の可能性が増加することになる。
同様にして、図２にあっては、ゲインが０ｄＢ以上であるときには位相０ｄｅｇ．の点を通過しないようにされており、位相余裕Ｐａ、Ｐｂが得られている。しかしながら、例えばゲインが０ｄＢ以上であるときに位相０ｄｅｇ．の点を通過してしまっている。或いは、位相０ｄｅｇ．に近くなり位相余裕Ｐａ、Ｐｂが小さくなるような状態となると、発振を生じる、あるいは発振の可能性が増加することになる。

次に、図１（ｂ）に示したＦＢ方式のノイズキャンセリングシステムの構成において、上述の外部音声（ノイズ）のキャンセル（低減）機能に加えて、必要な音（必要音）をヘッドフォン装置により再生出力する場合について説明する。
ここでは、必要音として、例えば楽曲などのコンテンツとしてのオーディオ音源の音声信号Ｓが示されている。
なお、この音声信号Ｓとしては、音楽的、又はこれに準ずる内容のもののほかにも考えられる。例えば、ノイズキャンセリングシステムを補聴器などに適用することとした場合には、周囲の必要音を収音するために筐体外部に設けられるマイクロフォン（ノイズキャンセルの系に備えられるマイクロフォン２０３とは異なる）により収音して得られた音声信号となる。また、いわゆるヘッドセットといわれるものに適用する場合には、電話通信などの通信により受信した相手方の話し声などの音声信号となる。つまり、音声信号Ｓとは、ヘッドフォン装置の用途などに応じて再生出力すべきことが必要となる音声一般に対応したものである。

先ず、先の[式１]において、オーディオ音源の音声信号Ｓに着目する。そして、イコライザに対応する伝達関数Ｅとして、次の[式３]により表される特性を有するものとして設定したこととする。

なお、この伝達特性Ｅは、周波数軸でみた場合に、上記オープンループに対してほぼ逆特性（１＋オープンループ特性）となっている。そして、この[式３]により示される伝達関数Ｅの式を、[式１]に代入すると、図１（ｂ）に示されるノイズキャンセリングシステムのモデルにおける出力音の音圧Ｐについては、次の[式４]のようにして表すことができる。

[式４]におけるＡＤＨＳの項において示される伝達関数Ａ、Ｄ、Ｈのうち、伝達関数Ａはパワーアンプに対応し、伝達関数Ｄはドライバ２０２に対応し、伝達関数Ｈはドライバ２０２からノイズキャンセル点４００までの経路の空間伝達関数に対応するので、ハウジング部２０１内のマイクロフォン２０３の位置が耳に対して近接した位置にあるとすれば、音声信号Ｓについては、ノイズキャンセル機能を有さないようにした通常のヘッドフォンと同等の特性が得られることがわかる。

次に、ＦＦ方式によるノイズキャンセリングシステムについて説明する。
図３（ａ）は、ＦＦ方式によるノイズキャンセリングシステムのモデル例として、先の図１（ａ）と同様にＲチャンネルに対応する側の構成を示している。
ＦＦ方式では、ハウジング部２０１の外側に対して、ノイズ音源３０１から到達してくるとされる音声が収音できるようにしてマイクロフォン２０３を設けるようにされる。そして、このマイクロフォン２０３により収音した外部音声、つまりノイズ音源３０１から到達してきたとされる音声を収音して音声信号を得て、この音声信号について適切なフィルタリング処理を施して、キャンセル用オーディオ信号を生成するようにされる。そして、このキャンセル用オーディオ信号を、必要音の音声信号と合成する。つまり、マイクロフォン２０３の位置からドライバ２０２の位置までの音響特性を電気的に模擬したキャンセル用オーディオ信号を必要音の音声信号に対して合成するものである。
そして、このようにしてキャンセル用オーディオ信号と必要音の音声信号とが合成された音声信号をドライバ２０２から出力させることで、ノイズキャンセル点４００において得られる音としては、ノイズ音源３０１からハウジング部２０１内に侵入してきた音がキャンセルされたものが聴こえるようになる。

図３（ｂ）は、ＦＦ方式によるノイズキャンセリングシステムの基本的なモデル構成例として、一方のチャンネル（Ｒチャンネル）に対応した側の構成を示している。
先ず、ハウジング部２０１の外側に設けられるマイクロフォン２０３により収音される音は、マイクロフォン２０３及びマイクロフォンアンプに対応する伝達関数Ｍを有する伝達関数ブロック１０１を介した音声信号として得られる。
次に、上記伝達関数ブロック１０１を経由した音声信号は、ＦＦ(FeedForward)フィルタ回路に対応する伝達関数ブロック１０２(伝達関数−α)を介して合成器１０３に入力される。ＦＦフィルタ回路１０２は、マイクロフォン２０３により収音して得られた音声信号から、上記したキャンセル用オーディオ信号を生成するための特性が設定されたフィルタ回路であり、その伝達関数が−αとして表されているものである。

また、ここでのオーディオ音源の音声信号Ｓは、直接、合成器１０３に入力するものとしている。
合成器１０３により合成された音声信号は、パワーアンプにより増幅され、ドライバ２０２に駆動信号として出力されることで、ドライバ２０２から音声として出力されることになる。つまり、この場合にも、合成器１０３からの音声信号は、パワーアンプに対応する伝達関数ブロック１０４（伝達関数Ａ）を経由し、さらにドライバ２０２に対応する伝達関数ブロック１０５（伝達関数Ｄ）を経由して音声として空間内に放出される。
そして、ドライバ２０２にて出力された音声は、ドライバ２０２からノイズキャンセル点４００までの空間経路(空間伝達関数)に対応する伝達関数ブロック１０６（伝達関数Ｈ）を経由してノイズキャンセル点４００に到達し、ここでハウジング内ノイズ３０２と空間で合成されることになる。

また、ノイズ音源３０１から発せられた音がハウジング部２０１内に侵入してノイズキャンセル点４００に到達するまでには、伝達関数ブロック１１０として示すように、ノイズ音源３０１からノイズキャンセル点４００までの経路に対応する伝達関数（空間伝達関数Ｆ）が与えられる。その一方で、マイクロフォン２０３では、外部音声であるノイズ音源３０１から到達してくるとされる音声を収音することになるが、このとき、ノイズ音源３０１から発せられた音（ノイズ）がマイクロフォン２０３に到達するまでには、伝達関数ブロック１１１として示すように、ノイズ音源３０１からマイクロフォン２０３までの経路に対応する伝達関数（空間伝達関数Ｇ）が与えられることになる。伝達関数ブロック１０２に対応するＦＦフィルタ回路としては、上記の空間伝達関数Ｆ，Ｇも考慮した上での伝達関数−αが設定されるものである。
これにより、ノイズキャンセル点４００から例えば右耳に到達するものとされる出力音の音圧Ｐとしては、ハウジング部２０１の外部から侵入してくるノイズ音源３０１の音がキャンセルされるものとなる。

図３（ｂ）に示したＦＦ方式によるノイズキャンセリングシステムのモデルの系にあって、上記出力音の音圧Ｐは、ノイズ音源３０１において発せられるノイズをＮ、オーディオ音源の音声信号をＳとしたうえで、各伝達関数ブロックにおいて示される伝達関数「Ｍ、−α、Ｅ、Ａ、Ｄ、Ｈ」を利用して、次の[式５]で表されるものとなる。

また、理想的には、ノイズ音源３０１からキャンセルポイント４００までの経路の伝達関数Ｆは、次の[式６]のようにして表すことができる。

次に、[式６]を[式５]に代入すると、右辺の第１項と第２項とが相殺されることとなる。この結果から、出力音の音圧Ｐは、以下の[式７]のようにして表すことができる。

このようにして、ノイズ音源３０１から到達してくるとされる音はキャンセルされ、オーディオ音源の音声信号だけが音声として得られることが示される。つまり、理論上、ユーザの右耳においては、ノイズがキャンセルされた音声が聴こえることになる。ただし、現実には、[式６]が完全に成立するような伝達関数を与えることのできる、完全なＦＦフィルタ回路を構成することは非常に困難である。また、人による耳の形状であるとか、ヘッドフォン装置の装着の仕方についての個人差が比較的大きく、ノイズの発生位置とマイク位置との関係の変化などは、特に中高域の周波数帯域についてのノイズ低減効果に影響を与えることが知られている。このために、中高域に関しては、アクティブなノイズ低減処理を控え、主として、ヘッドフォン装置の筐体の構造などに依存したパッシブな遮音をすることがしばしば行われる。
また、確認のために述べておくと、[式６]は、ノイズ音源３０１から耳までの経路の伝達関数を、伝達関数−αを含めた電気回路にて模倣することを意味している。

また、図３（ａ）に示したＦＦ方式のノイズキャンセリングシステムでは、マイクロフォン２０３をハウジングの外側に設けることから、キャンセルポイント４００については、図１（ａ）のＦＢ方式のノイズキャンセリングシステムと異なり、聴取者の耳位置に対応させるようにしてハウジング部２０１にて任意に設定できる。しかし通常、伝達関数−αは固定的であり、設計段階においては、何らかのターゲット特性を対象とした決めうちになる。その一方で、聴取者によって耳の形状などは異なる。このために、十分なノイズキャンセル効果が得られなかったり、ノイズ成分を非逆相で加算してしまって異音を生じさせたりするなどの現象が発生する可能性もある。
このようなことから、一般的にＦＦ方式は、発振する可能性が低く安定度は高いが、十分なノイズ減衰量（キャンセル量）を得るのは困難であるとされている。一方、ＦＢ方式は大きなノイズ減衰量が期待できる代わりに、系の安定性に注意が必要であるとされている。このように、ＦＢ方式とＦＦ方式とでは、それぞれに特徴を有するものである。

＜第１の実施の形態（ＦＢ方式への適用例）＞
[ヘッドフォン装置の構成]

図４は、本発明の信号処理装置の一実施形態としての、ヘッドフォン装置１の内部構成を示したブロック図である。
先ず、このヘッドフォン１には、ノイズキャンセリングシステムに対応する構成として、マイクロフォンMICが設けられている。図示するようにしてマイクロフォンMICによる収音信号は、マイクアンプ２で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器３にてデジタル信号に変換されてＤＳＰ（Digital Signal Processor）５に対して供給される。なお、以下、Ａ／Ｄ変換器３にてデジタル信号に変換された収音信号については、収音データとも呼ぶ。

ここで、図４に示すヘッドフォン１は、ノイズキャンセリング方式として、フィードバック（ＦＢ）方式を採用する。先の図１（ａ）を参照して分かるように、ＦＢ方式に対応するヘッドフォン装置では、マイクロフォンMIC（図１ではマイクロフォン２０３）がハウジング部（２０１）における内側に配置されるようにして設けられる。具体的に、この場合のマイクロフォンMICとしては、ヘッドフォン１が有するハウジング部１Ａ内におけるハウジング内ノイズ（図１では３０２）と共に、ドライバDRVからの出力音声も収音するようにして設けられることになる。

なお、確認のために述べておくと、本発明としてはノイズキャンセリング方式としてフィードフォワード（ＦＦ）方式を採用する場合にも適用可能であるが、混乱を避けるため、ここでは先ずＦＢ方式が採用される場合について説明を行い、ＦＦ方式を採用する場合については、第２の実施の形態として後に改めて説明する。

また、図４において、ヘッドフォン１には、外部の例えばオーディオプレイヤなどから供給されるオーディオ信号（音声信号）の入力用に設けられた、オーディオ入力端子Ｔinが設けられる。該オーディオ入力端子Ｔinより入力された音声信号は、Ａ／Ｄ変換器４を介してＤＳＰ５に供給される。
なお、確認のために述べておくと、ヘッドフォン１は、通常の動作として、該ヘッドフォン１の装着者に対して上記オーディオ入力端子Ｔinより入力される音声信号に基づく音声を聴取させつつ、ノイズ音をキャンセル（低減）する動作を行うものとなる。すなわち、上記オーディオ入力端子Ｔinより入力される音声信号は、ユーザによって聴取されるべきとして入力される聴取用の音声信号となる。換言すれば、ノイズキャンセリングの対象外とされるべき音声信号である。

ＤＳＰ５は、図中のメモリ８内に格納される信号処理プログラム８ａに基づくデジタル信号処理を実行することで、図示されている各機能ブロックとしての動作を実現する。
ここで、以下では便宜上、ＤＳＰ５の各機能ブロックをハードウエアとして扱うようにして説明することがある。また、以下において、ノイズキャンセリングは「ＮＣ」と略すこともある。
また、この図４においては、ＤＳＰ５が有する各機能について、上述した通常の動作時に対応した機能ブロックと、後述する実施の形態としての最適フィルタ特性の選択・設定（ＮＣフィルタ特性についてのキャリブレーション）時に対応した機能ブロックとの双方を示している。具体的に、上記通常の動作時に対応した機能ブロックは、ＮＣフィルタ５ａ、イコライザ（ＥＱ）５ｂ、及び加算部５ｃとなる。以下の説明では、これら通常の動作時に対応する機能ブロックのみについて説明を行い、キャリブレーション時に対応する機能ブロックについてはないものとして扱う。キャリブレーション時に対応する機能ブロックについては後に改めて説明を行う。

先ず、上述したＡ／Ｄ変換器３を介してＤＳＰ５に入力される収音データは、ＮＣフィルタ５ａに供給される。ＮＣフィルタ５ａは、上記収音データに対して予め定められたフィルタ特性によるフィルタ処理を施すことで、ノイズキャンセリングのための信号特性を与える。

ここで、ＤＳＰ５と接続されたメモリ８には、図中のフィルタ特性情報ＤＢ（データベース）８ｂとして、それぞれ異なるノイズキャンセリング特性を得るための複数のフィルタ特性情報が格納されている。個々のフィルタ特性情報は、上記ＮＣフィルタ５ａのフィルタ特性を設定するために必要な情報とされ、具体的には、ＮＣフィルタ５ａのフィルタ特性を決定づけることになるフィルタ構成及び各種のパラメータ情報となる。

図５に、ＮＣフィルタ５ａのフィルタ構成の一例を示しておく。
この図５に示す構成例では、ＮＣフィルタ５ａは、Filter0→Filter1→Filter2の直列接続の後にゲイン調整を行う乗算器が接続されて構成されることが示されている。この場合、Filter0はＭＰＦ（Mid Presence Filter）、Filter1はＬＰＦ（Low Pass Filter）、Filter2がＢＰＦ（Band Pass Filter）とされている。これらＭＰＦ、ＬＰＦ、ＢＰＦのぞれぞれについて調整可能なパラメータは、図のようにカットオフ周波数（中心周波数）ｆｃ、Ｑ値、及びゲインＧとされる。また、乗算器のパラメータはゲインＧである。

なお、図５に示すＮＣフィルタ５ａのフィルタ構成例は、或るフィルタ特性の設定状態に対応した１つのフィルタ構成の例を示したものに過ぎず、例えば、形成されるフィルタの数やフィルタ種類が図示されるものに限定されるということを意味するものではない。すなわち実際において、ＮＣフィルタ５ａのフィルタ構成としては、各フィルタ特性としての、個々のＮＣ特性を得るにあたって必要とされる構成が適宜可変的に設定されるものであって、例えば用いられるフィルタの数やその種類、各フィルタの接続形態などについては、必ずしも図５に示すものと一致するものではない。
但し、以下では説明の便宜を図るため、ＮＣフィルタ５ａのフィルタ構成の変更要素については、次のような条件があるものとする。
・複数のフィルタの接続形態については、図５に示すような直列接続形態のみが採られる
・フィルタの組み合わせ数、組み合わせる各フィルタの種類、及び各フィルタのパラメータと上記乗算器のパラメータの変更（ゲインＧ＝０もあり得る）のみが可能とされる
・各フィルタのパラメータはカットオフ周波数（中心周波数）ｆｃ、Ｑ値、及びゲインＧのみとする

図６は、フィルタ特性情報ＤＢ８ｂのデータ構造例として、上記による条件がある場合に対応したフィルタ特性情報ＤＢ８ｂのデータ構造例を示している。
この図６に示されるように、フィルタ特性情報ＤＢ８ｂとしては、それぞれ異なるノイズキャンセリング特性を得るための複数のフィルタ特性情報の各々が、対応するフィルタ特性No.によりナンバーリングされたものとなる。
図示するようにこの場合のフィルタ特性情報としては、Filter0〜Filter2の種類の情報、及びFilter0〜Filter2の個々のパラメータ情報（ｆｃ,Ｑ,Ｇ）、及び上述した乗算器のゲインの情報が組み合わされた情報となる。
なお、Filter1の種類及びFilter1のパラメータの情報、Filter2の種類及びFilter2のパラメータの情報については、該当するフィルタ位置にフィルタを設けない場合には有効な情報格納が行われないことになる。

説明を図４に戻す。
ＤＳＰ５において、イコライザ５ｂは、上述したＡ／Ｄ変換器４を介して入力される聴取用の音声信号（音声データ）に対してイコライジング処理を施す。例えばイコライザ５ｂは、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタなどで実現することができる。
先の基本概念の説明からも理解されるように、ＦＢ方式においては、フィードバックループ内にてノイズキャンセリングのためのフィルタ処理が行われることに伴い、フィードバックループに加算される音声信号（聴取用音声信号）に音質劣化が生じてしまう虞がある。上記イコライザ５ｂとしての機能動作は、このような聴取用音声信号の音質劣化を未然に防止するために行われるものである。

加算部５ｃは、上記イコライザ５ｂによるイコライジングの施された音声データと、上述のようにしてＮＣフィルタ５ａによりノイズキャンセリングのための信号特性が与えられた収音データとを加算する。この加算部５ｄにより得られたデータを加算データと呼ぶ。この加算データは、上記ＮＣフィルタ５ａによりノイズキャンセリングのための信号特性が与えられた収音データの成分を含むものである。従って、該加算データに基づく音響再生がドライバDRVにて行われることで、ヘッドフォン１を装着したユーザにノイズ成分がキャンセル（低減）されたものとして知覚させることができる。つまり、上記聴取用の音声信号に基づく音声以外の音声がキャンセルされて聴取されるようになるものである。

上記のようにしてＤＳＰ５で得られた加算データは、Ｄ／Ａ変換器６に供給されてアナログ信号に変換された後、パワーアンプ７で増幅されてドライバDRVに供給される。
ドライバDRVは振動板を備え、該振動板が上記パワーアンプ７から供給される音声信号（駆動信号）に基づき駆動されるように構成されていることで、上記音声信号に基づく音声出力（音響再生）を行うようにされる。

マイクロコンピュータ１０は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを備えて構成され、例えば上記ＲＯＭに記憶されるプログラムに基づく各種の制御処理や演算を行うことで、ヘッドフォン１の全体制御を行う。
図示するように、マイクロコンピュータ１０に対しては操作部９が接続される。操作部９は、例えばヘッドフォン１の筐体外面に表出するようにして設けられる図示されない操作子を備えて構成され、ユーザが各種操作入力を行う。操作部９で入力された情報はマイクロコンピュータ１０に対して操作入力情報として伝達される。マイクロコンピュータ１０は入力された情報に対応して必要な演算や制御を行う。
例えば、上記操作部９に備えられる操作子としては、ヘッドフォン１の電源のオン／オフを指示する電源ボタンを挙げることができる。マイクロコンピュータ１０は、当該電源ボタンの操作に応じて上記操作部９から供給される操作入力情報に基づき、ヘッドフォン１の電源オン／オフ制御を行うようにされる。
また、上記操作部９に備えられる操作子としては、後述するキャリブレーション動作の開始を指示するための指示ボタンを挙げることができる。マイクロコンピュータ１０は、当該指示ボタンの操作に応じて上記操作部９から供給される操作入力情報に基づき、ＤＳＰ５（後述する最適フィルタ特性選択・設定部５ｄ）に対する動作開始指示を行うようにされる。

[キャリブレーション動作]

ここで、ドライバDRVやマイクロフォンMICなどのいわゆるトランスデューサに代表される音響部品は、その音響特性が、ノイズキャンセリング効果に比較的大きな影響を与えるものとなる。しかしながら、これら音響部品の音響特性は、そのメカ機構の精度に大きく左右されるものとなるので、個体ごとのばらつきが生じることがある。すなわち、このようなばらつきによって、ノイズキャンセリング効果にもばらつきが生じ、場合によっては充分なノイズキャンセリング効果が得られなくなってしまう可能性がある。

また、ばらつきに関する問題としては、ユーザの耳形状や、ユーザによるヘッドフォンの装着具合（装着状態）によって生じる問題も挙げることができる。つまり、これらユーザの個人差によるばらつきによってもノイズキャンセリング効果にばらつきが生じてしまう虞がある。

上記のような音響部品のばらつきへの対応策としては、従来、例えば製造ライン等において半固定抵抗を複数個用いることでゲインやおおまかなＮＣフィルタの特性を変化させて特性補償を行うという手法が採られてきた。
しかしながら、このような従来手法は人手による作業を伴うものであって、その分、人件費等が嵩み、装置製造コストの上昇を助長するものとなってしまう。また、このような手法では細かな特性補償を行うことが困難であり、充分な改善を図ることができない可能性がある。

また、ユーザの個人差によるばらつきに関しては、製品出荷前に予め調整をしておくということはできず、仮に、上記のような調整をユーザ側で行うとしても、その作業負担をユーザ個人に強いる点で問題を有する。

そこで本実施の形態では、これら音響部品のばらつきやユーザの個人差によるばらつきを吸収して適切なノイズキャンセリング効果が得られるようにすべく、ＮＣフィルタ５ａに設定されるフィルタ特性についてのキャリブレーションを行うという手法を採る。

先ず、本実施の形態としてのキャリブレーション動作を行うとした場合には、ヘッドフォン１を、次の図７に示されるような解析環境に置くことを前提とする。
この図５に示されるように、キャリブレーション動作を行うとした場合、ヘッドフォン１をユーザ５００に装着させた状態とする。そしてこの状態にて、例えばユーザ５００により、例えば手持ちの音響再生装置等によってテスト信号を出力させる。この場合、ユーザ５００に対しては、予めテスト信号を収録したＣＤ（Compact Disc）などの信号記録媒体を配布（例えばヘッドフォン１としての製品に上記信号記録媒体を同梱しておくことなどにより）しておき、該信号記録媒体に記録される信号をスピーカを備えた音響再生装置により音響再生させることで、テスト信号を出力させる。
本例の場合、テスト信号としては、図示されるようにそれぞれ異なる周波数による正弦波信号の合成信号を用いる。具体的には、５０Hz,１００Hz,２００Hz,５００Hz,１ｋHzの各正弦波信号の合成信号である。

このような解析環境下において、ユーザ５００は、ヘッドフォン１にキャリブレーション動作の開始指示を行う。キャリブレーション動作の開始指示は、先に述べた操作部９に設けられる指示ボタンを操作することで行う。

ヘッドフォン１において、キャリブレーション動作は、ＤＳＰ５が有する最適フィルタ特性選択・設定部５ｄ、周波数特性解析部５ｅとしての機能動作により実現されるものとなる。
上記周波数特性解析部５ｅは、Ａ／Ｄ変換器３を介して入力される収音データについて、その周波数特性の解析を行う。
この周波数特性解析部５ｅとしては、例えば図８（ａ）や図８（ｂ）に示される構成とすることができる。
図８（ａ）に示す構成は、それぞれ異なるカットオフ周波数（中心周波数）ｆｃが設定された複数のＢＰＦ１５を並列に設け、各ＢＰＦ１５の出力の一定期間内の時間軸信号の二乗累積和を計算することで、収音データの所定の周波数ポイントごとのエネルギー（振幅の成分）を求めるものである。具体的に、この場合のＢＰＦ１５としては、先のテスト信号に含まれる正弦波の周波数に対応させて、ｆｃ＝５０HzによるＢＰＦ１５-1、ｆｃ＝１００HzによるＢＰＦ１５-2、ｆｃ＝２００HzによるＢＰＦ１５-3、ｆｃ＝５００HzによるＢＰＦ１５-4、及びｆｃ＝１ｋHzによるＢＰＦ１５-5の計５つを設けるものとしている。また、これらのＢＰＦ１５の個々と１対１で設けられ、対応するＢＰＦ１５からの出力の一定期間内の時間軸信号の二乗累積和を計算する二乗累積和演算部１６が設けられる（二乗累積和演算部１６-1〜１６-5）。
また、図８（ｂ）に示す構成は、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）を使用して該当周波数の振幅値を求めるものである。この場合、収音データはＦＦＴ処理部１７にてフーリエ変換され、該当周波数振幅計算部１８にて所定の周波数ポイントごとの振幅値が計算される。この該当周波数振幅計算部１８としては、５０Hz、１００Hz、２００Hz、５００Hz、１ｋHzの各周波数ポイントについての振幅値を計算する。
このように周波数特性解析部５ｅは、収音データについての周波数ポイントごとの振幅成分を求めるものである。

説明を図４に戻す。
最適フィルタ特性選択・設定部５ｄは、おおまかに、以下の流れに沿った動作を行う。
１）ＮＣフィルタ５ａによるノイズキャンセリング動作を停止させた状態で得られるノイズ未低減信号の周波数特性解析結果を取得する。
２）フィルタ特性情報ＤＢ８ｂに格納されるフィルタ特性を候補フィルタ特性としてＮＣフィルタ５ａに設定してノイズキャンセリング動作を実行させたときに得られるノイズ低減信号の周波数特性解析結果を取得する。
３）ノイズ未低減信号の周波数特性とノイズ低減信号の周波数特性との差分を求めることで、上記候補フィルタ特性についてのノイズ低減効果指標を求める。
４）ノイズ低減効果指標に基づき最適とされるフィルタ特性を選択する。
５）選択した最適フィルタ特性のフィルタ特性No.の記憶、及び最適フィルタ特性のＮＣフィルタ５ａへの設定を行う。

このような最適フィルタ特性選択・設定部５ｄとしての機能動作について、次の図９を参照して説明する。
先ず、図９（ａ）は、ノイズ未低減信号の解析時に対応してＤＳＰ５にて行われる機能動作をブロック化して示している。なお、この図９（ａ）（及び図９（ｂ））では、ＤＳＰ５の機能ブロックと共に、ハウジング部１Ａ、マイクロフォンMIC、ドライバDRV、マイクアンプ２、Ａ／Ｄ変換器３、Ｄ／Ａ変換器６、及びパワーアンプ７も併せて示している。

図９（ａ）において、最適フィルタ特性選択・設定部５ｄとしては、先ず、上述したキャリブレーション動作の開始指示に応じて、ＮＣフィルタ５ａによるノイズキャンセリング動作、及び加算部５ｃによる加算動作（イコライザ５ｂによるイコライジング動作も含む）を停止させることで、周波数特性解析部５ｅにより、ノイズ未低減信号についての周波数特性解析が行われるようにする。

ここで、ＮＣフィルタ５ａによるノイズキャンセリング動作、及び加算部５ｃによる聴取用音声信号についての加算動作を停止させることによっては、フィードバックループはオフとされると共に、フィードバックループへの聴取用音声の加算は行われないものとなる。このことによっては、Ａ／Ｄ変換器３を介して得られる収音データには、ハウジング部１Ａ内におけるハウジング内ノイズの成分のみが含まれることになる。すなわち、ノイズ未低減信号が得られる。

最適フィルタ特性選択・設定部５ｄは、このようにＮＣフィルタ５ａによるノイズキャンセリング動作、及び加算部５ｃによる聴取用音声信号についての加算動作を停止させたときに、周波数特性解析部５ｅによって解析されたＡ／Ｄ変換器３を介して得られるノイズ未低減信号の周波数特性（各周波数ポイントごとの振幅値）の情報を取得する。
ここで、このようにして取得されるノイズ未低減信号についての各周波数ポイントごとの振幅値を、それぞれＤoff５０、Ｄoff１００、Ｄoff２００、Ｄoff５００、Ｄoff１ｋとおく。

続いて、ノイズ未低減信号についての合計値Ｄoffを算出した後は、フィルタ特性情報ＤＢ８ｂに格納されるフィルタ特性を候補フィルタ特性としてＮＣフィルタ５ａに設定してノイズキャンセリング動作を実行させたときに得られるノイズ低減信号の周波数特性解析結果を取得する。具体的に、本例の場合は、フィルタ特性情報ＤＢ８ｂに格納される全てのフィルタ特性を候補フィルタ特性としてそれぞれ設定したときに得られるノイズ低減信号の周波数特性解析結果を取得するものとしている。

図９（ｂ）は、このようなノイズ低減信号の解析時に対応して実行されるＤＳＰ５の機能動作をブロック化して示している。この場合はＮＣフィルタ５ａに候補フィルタ特性が設定されてノイズキャンセリング動作が行われるので、フィードバックループはオンの状態となる。
但し、ここではノイズキャンセリング動作をオンとするが、加算部５ｃによる聴取用音声信号の加算動作（イコライザ５ｂによるイコライジング動作も含む）はオフのままとしている。これは、ノイズ低減信号についての適正な解析結果を得るための配慮である。すなわち、フィードバックループがオンとされた状態にて聴取用音声信号の加算が行われた場合には、当然のことながらＡ／Ｄ変換器３を介してＤＳＰ５に入力される収音信号には聴取用音声信号の成分が含まれてしまうので、該聴取用音声信号の成分により周波数特性解析部５ｅにて適正なノイズ低減信号の解析が行われなくなってしまう虞がある。このため本例では、加算部５ｃによる加算動作をオフの状態としたままノイズ低減信号についての周波数特性解析を行うものとしている。これによってノイズ低減信号についての適正な解析結果を得ることができる。

また、最適フィルタ特性選択・設定部５ｄは、ノイズ未低減信号の周波数特性とノイズ低減信号の周波数特性との差分を求めることで、各候補フィルタ特性についてのノイズ低減効果指標を求める。
ここで、本例の場合、ノイズ低減効果指標の計算は、１つの候補フィルタ特性を設定してそのノイズ低減信号の周波数特性を取得するごとに、逐次行うものとしている。
つまり、フィルタ特性情報ＤＢ８ｂ内に格納されるフィルタ特性情報ごとに付されたフィルタ特性No.を[ｍ]とおくと、最適フィルタ特性選択・設定部５ｄは、フィルタ特性No.[ｍ]のフィルタ特性をＮＣフィルタ５ａに設定してノイズキャンセリング動作を実行させ、そのときに周波数特性解析部５ｅによって解析されたＡ／Ｄ変換器３からの収音データについての周波数特性解析結果を、No.[ｍ]のフィルタ特性の設定状態でのノイズ低減信号の周波数特性解析結果として取得する（このようにして取得されるNo.[ｍ]のフィルタ特性の設定状態でのノイズ低減信号の周波数特性解析結果を、Ｄon[ｍ]５０、Ｄon[ｍ]１００、Ｄon[ｍ]２００、Ｄon[ｍ]５００、Ｄon[ｍ]１ｋとおく）。そして、このようにＤon[ｍ]５０、Ｄon[ｍ]１００、Ｄon[ｍ]２００、Ｄon[ｍ]５００、Ｄon[ｍ]１ｋを取得すると、先に取得したノイズ未低減信号についての解析結果（Ｄoff５０、Ｄoff１００、Ｄoff２００、Ｄoff５００、Ｄoff１ｋ）と、これらＤon[ｍ]５０、Ｄon[ｍ]１００、Ｄon[ｍ]２００、Ｄon[ｍ]５００、Ｄon[ｍ]１ｋとしてのノイズ低減信号についての解析結果との差分を計算する。具体的には、
Ｄoff５０−Ｄon[ｍ]５０、
Ｄoff１００−Ｄon[ｍ]１００、
Ｄoff２００−Ｄon[ｍ]２００、
Ｄoff５００−Ｄon[ｍ]５００、
Ｄoff１ｋ−Ｄon[ｍ]１ｋ
をそれぞれ計算する。そして、これら周波数ポイントごとの「Ｄoff−Ｄon[ｍ]」の値を合計し、該合計値（合計値[ｍ]とする）を、No.[ｍ]のフィルタ特性についてのノイズ低減効果指標として保持する。
このような「No.[ｍ]のフィルタ特性の設定→ノイズ低減信号の周波数特性解析結果の取得→合計値[ｍ]の計算」の一連の動作を、フィルタ特性情報ＤＢ８ｂ内に格納される各フィルタ特性について順次行っていく。これにより、全ての候補フィルタ特性についてのノイズ低減効果指標を求める。

確認のために、次の図１０（ａ）に各周波数ポイントごとの「Ｄoff−Ｄon[ｍ]」の算出結果例を示しておく。
ここで、ノイズキャンセリング動作（及び加算部５ｃによる加算動作）がオフとされる状態にて得られるノイズ未低減信号には、理想的には、テスト信号に基づく音声成分のみが含まれることになる。これに対し、候補フィルタ特性が設定されてノイズキャンセリング動作がオンとされる状態にて得られるノイズ低減信号においては、テスト信号に基づく音声成分は、或る程度低減されることになる。
このことからも理解されるように、「Ｄoff−Ｄon[ｍ]」により表されるノイズ未低減信号とノイズ低減信号との差分は、ノイズ低減効果を評価するための指標として用いることができる。図１０（ａ）に示されている各周波数ポイントごとの「Ｄoff−Ｄon[ｍ]」の値は、単体でもノイズ低減効果指標として用いることができるが、本例の場合は、これらの合計値[ｍ]を、フィルタ特性No.[ｍ]のフィルタ特性についてのノイズ低減効果指標として用いるものとしている。

なお、実際において、合計値[ｍ]を求めるにあたっては、図１０（ｂ）に示されるように周波数ポイントごとの「Ｄoff−Ｄon[ｍ]」の値に聴感特性カーブに応じた重み付けを与えた上で、それらを合計するということもできる。
また、このように聴感特性を考慮する場合の手法としては、図１０（ｃ）に示されるように、周波数ポイントごとにそれぞれ聴感特性カーブに基づく閾値ｔｈ-50、閾値ｔｈ-100、閾値ｔｈ-200、閾値ｔｈ-500、閾値ｔｈ-1kを設定しておき、「Ｄoff−Ｄon[ｍ]」の値のうちこの閾値ｔｈを超える部分のみを合計値[ｍ]の計算に取り入れるという手法も挙げることができる。具体的な計算としては、
「Ｄoff５０−Ｄon[ｍ]５０」−「ｔｈ-50」
「Ｄoff１００−Ｄon[ｍ]１００」−「ｔｈ-100」
「Ｄoff２００−Ｄon[ｍ]２００」−「ｔｈ-200」
「Ｄoff５００−Ｄon[ｍ]５００」−「ｔｈ-500」
「Ｄoff１ｋ−Ｄon[ｍ]１ｋ」−「ｔｈ-1k」
をそれぞれ計算し、その合計を合計値[ｍ]として用いるものである。

上記のようにして各候補フィルタ特性についての合計値[ｍ]を計算すると、該合計値[ｍ]に基づき、ＮＣフィルタ５ａに設定すべきフィルタ特性の選択を行う。具体的にこの場合は、最もノイズ低減効果の高い候補フィルタ特性を最適なフィルタ特性として選択するものとして、上記合計値[ｍ]を最大とする候補フィルタ特性を選択する。
選択した最適フィルタ特性については、そのフィルタ特性No.の情報をメモリ８に保持（記憶）させる。

ここで、これまでで説明した最適フィルタ特性の選択動作は、先の図５において説明したテスト信号についての解析結果に基づき行うものとなるので、該テスト信号が適正に収音できない状況下では、当然、適切なフィルタ特性の選択を行うことができない。
例えばこのような点を考慮して、本例では、上述のようにして計算される各周波数ポイントごとの「Ｄoff−Ｄon[ｍ]」の値が、予め定められた規定値に満たない場合には、最適フィルタ特性の選択のための動作（キャリブレーション動作）を中止するものとしている。具体的には、上記周波数ポイントごとの「Ｄoff−Ｄon[ｍ]」の値のうち１つでも上記規定値に満たないものがある場合には、最適フィルタ特性の選択のための動作を中止する。
ここで、ＤoffとＤon[ｍ]との差が充分に得られない状況としては、テスト信号が全く出力されていない、或いは出力が非常に小さい（周囲の暗騒音に対してＳ／Ｎがとれない）か、又はヘッドフォン１側の不具合などが考えられる。従って、上記のように最適フィルタ特性選択のための動作を中止したときには、併せて、これらの問題が発生している可能性があり適正な選択動作を行うことができない状況にある旨をユーザ５００に知らしめるための通知を行う。具体的には、例えばメモリ８に予め格納されたメッセージデータ（音声データ）をＤ／Ａ変換器６に出力することで、ユーザ５００に対する音声による通知を行う。
なお、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の表示部を別途備える場合には、該通知を上記表示部を介して視覚的に行うこともできる。
上記のようにして「Ｄoff−Ｄon[ｍ]」の値が予め定められた規定値に満たない場合に最適フィルタ特性の選択のための動作を停止することで、不適切なフィルタ特性が最適フィルタ特性として選択・保持されてしまうことの防止を図ることができる。
また、上記通知を行うことで、ユーザ５００に状況説明を行うことができ、ユーザ５００の混乱を防止することができる。

また、最適フィルタ特性選択・設定部５ｄは、最適フィルタ特性の選択及び記憶を行った後、該最適フィルタ特性を設定した状態でノイズキャンセリング動作が実行されるようにするための動作も行う。
図１１は、このような最適フィルタ特性の設定・通常のノイズキャンセリング動作時に対応してＤＳＰ５にて行われる機能動作をブロック化して示している。なお、この図１１においてもＤＳＰ５の機能ブロックと共にハウジング部１Ａ、マイクロフォンMIC、ドライバDRV、マイクアンプ２、Ａ／Ｄ変換器３、Ｄ／Ａ変換器６、及びパワーアンプ７も併せて示している。

先ず、最適フィルタ特性選択・設定部５ｄは、メモリ８内に記憶される最適フィルタ特性のフィルタ特性No.の情報を読み出し、フィルタ特性情報ＤＢ８ｂ内に格納される各フィルタ特性情報のうちの、上記読み出したフィルタ特性No.により特定されるフィルタ特性情報に基づき、ＮＣフィルタ５ａのフィルタ特性を最適フィルタ特性に設定する。そして、この最適フィルタ特性の設定状態で、ＮＣフィルタ５ａによるノイズキャンセリング動作、イコライザ５ｂによる聴取用音声信号についてのイコライジング動作、及び加算部５ｃによる加算動作を実行させる。つまり、これによって聴取用音声信号の音響再生を含む、通常のノイズキャンセリング動作が行われることになる。

なお、このような通常のノイズキャンセリング動作への移行は、最適フィルタ特性の選択・記憶が終了したことに応じて自動的に行うことが考えられる。或いは、ユーザ５００による操作入力に応じて行うこともできる。

上記のようにして本実施の形態によれば、実際にユーザ５００がヘッドフォン１を装着した状態にて実測したノイズ低減効果指標に基づき、最適とされるフィルタ特性が選択されるので、ヘッドフォン１の個体ごとの音響部品の特性、及びユーザ５００の耳形状やヘッドフォン１の装着具合に応じた最適とされるフィルタ特性の選択を行うことができる。すなわち、これら音響部品の特性やユーザ５００の耳形状・ヘッドフォン１の装着具合のばらつきを吸収することのできる適切なフィルタ特性の選択を行うことができる。

これによれば、従来のように製品出荷前に特性補償のための手作業による調整を行う必要はなくなり、人件費の削減、ひいては装置製造コストの削減を図ることができる。また、半固定抵抗など用いた手作業による調整ではないので、より細かな調整を行うこともできる。
また、ユーザ個人に手動による調整の手間を強いる必要もなくなり、この点で、ユーザ負担を強いることない優れたノイズキャンセリングシステムの実現が図られる。

また、本実施の形態では、ノイズキャンセリングのための信号特性を与えるためのフィルタ処理を行うＮＣフィルタを、デジタルフィルタにより構成するものとしているが、このことにより、キャリブレーション動作を実現するためのハードウエア構成の簡素化が図られる。
例えば、ＮＣフィルタをアナログフィルタ回路とする場合、キャリブレーション動作を実現するためには、それぞれ異なるフィルタ特性を有する複数のフィルタ回路を並列に設け、各フィルタ回路を順次選択して各候補フィルタ特性についてのノイズ低減信号の解析を行うものとなるが、そのような構成は回路規模が膨大となり、非現実的な構成となる。
これに対しＮＣフィルタをデジタルフィルタとする本例の場合には、候補フィルタ特性の切り替えはフィルタ構成やパラメータの変更で行うことができ、ＤＳＰ５のプログラムの変更のみで対応可能である。この点で、ＮＣフィルタをアナログフィルタとする場合と比較してハードウエア構成の大幅な簡素化を図ることができる。

[処理手順]

図１２、図１３のフローチャートは、上記により説明した実施の形態としての動作を実現するための処理手順を示している。図１２はキャリブレーション動作、図１３は通常のノイズキャンセリング動作への移行動作を実現するための処理手順を示している。
なお、これら図１２、図１３では、本実施の形態としての動作を実現するための処理手順を、ＤＳＰ５が信号処理プログラム８ａに基づき実行する処理手順として示している。

先ず、図１２において、ステップＳ１０１では、キャリブレーション開始トリガの発生を待機する。これまでの説明からも理解されるように、本例の場合キャリブレーション動作は、ユーザ５００の操作入力に基づきマイクロコンピュータ１０がＤＳＰ５に対して指示を行うことに応じて開始するものとなる。従って当該ステップＳ１０１の処理は、上記マイクロコンピュータ１０からの開始指示を待機する処理となる。

マイクロコンピュータ１０からの開始指示があり、キャリブレーション動作の開始トリガの発生が確認された場合は、ステップＳ１０２において、ノイズ未低減信号についての周波数特性解析を行う。すなわち、ＮＣフィルタ５ａとしてのフィルタ処理によるノイズキャンセリング動作、及び加算部５ｃとしての加算動作（イコライザ５ｂとしてのイコライジング動作も含む）を停止した状態で、周波数特性解析部５ｅとしての動作により、Ａ／Ｄ変換器３から供給される収音データ（ノイズ未低減信号）についての周波数特性解析を行う。先にも述べたように周波数特性解析としては、５０Hz、１００Hz、２００Hz、５００Hz、１ｋHzの各周波数ポイントごとの振幅値を求める。従って当該ステップＳ１０３の処理によっては、ノイズ未低減信号についての各周波数ポイントごとの振幅値Ｄoff５０、Ｄoff１００、Ｄoff２００、Ｄoff５００、Ｄoff１ｋが得られることになる。

続くステップＳ１０３では、フィルタ特性No.[ｍ]＝０に設定する処理を行う。
そして、次のステップＳ１０４においては、フィルタ特性No.[ｍ]によるフィルタ特性の設定及びＮＣ動作の開始のための処理を行う。すなわち、フィルタ特性情報ＤＢ８ｂ内に格納されているフィルタ特性No.[ｍ]の付されたフィルタ特性情報に基づき、ＮＣフィルタ５ａのフィルタ特性を、フィルタ特性No.[ｍ]で特定されるフィルタ特性に設定した状態でノイズキャンセリング動作を開始する。
なお、先にも述べたように、ここではノイズキャンセリング動作のみを開始し、加算部５ｃとしての加算動作はオフのままとすることになる。

続くステップＳ１０５では、ノイズ低減信号についての周波数特性解析を行う。つまり、周波数特性解析部５ｅとしての動作により、Ａ／Ｄ変換器３からの収音データについての周波数特性解析を行う。これにより、フィルタ特性No.[ｍ]のフィルタ特性の設定状態でのノイズ低減信号の周波数特性解析結果として、Ｄon[ｍ]５０、Ｄon[ｍ]１００、Ｄon[ｍ]２００、Ｄon[ｍ]５００、Ｄon[ｍ]１ｋが得られる。

そして、次のステップＳ１０５ではＮＣ動作を停止した後、ステップＳ１０６において、バンド（周波数ポイント）ごとに「Ｄoff−Ｄon[ｍ]」を計算する。具体的には、
Ｄoff５０−Ｄon[ｍ]５０、
Ｄoff１００−Ｄon[ｍ]１００、
Ｄoff２００−Ｄon[ｍ]２００、
Ｄoff５００−Ｄon[ｍ]５００、
Ｄoff１ｋ−Ｄon[ｍ]１ｋ
をそれぞれ計算する。

次のステップＳ１０８では、バンドごとの「Ｄoff−Ｄon[ｍ]」のうち規定値に満たないものがあるか否かについて判別を行う。
バンドごとの「Ｄoff−Ｄon[ｍ]」のうち規定値に満たないものがあるとして肯定結果が得られた場合は、ステップＳ１１５に進んでエラー処理を実行する。このエラー処理としては、例えば先に例示したようにテスト信号が全く出力されていない、或いは出力が非常に小さいか、又は機器側の不具合などの問題が発生している可能性があり適正な選択動作を行うことができない状況にある旨をユーザ５００に知らせるための通知を行う。具体的には、例えばメモリ８に予め格納されたメッセージデータ（音声データ）をＤ／Ａ変換器６に出力することで、ユーザ５００に対する音声による通知を行う。
上記ステップＳ１０８による判別処理、及び上記ステップＳ１１５によるエラー処理が設けられることで、何れかの「Ｄoff−Ｄon[ｍ]」の値が予め定められた規定値に満たない場合に最適フィルタ特性の選択のための動作を中止することができる。

一方、上記ステップＳ１０８において、バンドごとの「Ｄoff−Ｄon[ｍ]」のうち規定値に満たないものがないとして否定結果が得られた場合は、ステップＳ１０９に進んで各バンドの「Ｄoff−Ｄon[ｍ]」の値を合計する（合計値[ｍ]の計算）。
なお、先に述べたように、合計値[ｍ]については単に各周波数ポイントの「Ｄoff−Ｄon[ｍ]」を合計するのみでなく、各周波数ポイントの「Ｄoff−Ｄon[ｍ]」の値に聴感特性カーブに基づく重み付けを与えた上での合計、或いは閾値ｔｈを超える部分のみの合計とすることもできる。

続くステップＳ１１０においては、合計値[ｍ]の記憶処理として、合計値[ｍ]をメモリ８に記憶させる。
そして、ステップＳ１１１では、全フィルタ特性を試したか否かについての判別を行う。すなわち、フィルタ特性情報ＤＢ８ｂ内に格納されるフィルタ特性情報の数をｎとしたとき、ｍ＝ｎとなったか否かを判別するものである。

上記ステップＳ１１１において、ｍ＝ｎではなく未だ全フィルタ特性を試してはいないとして否定結果が得られた場合は、ステップＳ１１２に進んでｍの値をインクリメント（ｍ＝ｍ＋１）した後に、先に説明したステップＳ１０４に戻るようにされる。
これによってフィルタ特性情報ＤＢ８ｂ内に格納される全フィルタ特性についてのノイズ低減効果指標（この場合は合計値[ｍ]）の計算・記憶が行われるようになっている。

また、上記ステップＳ１１１において、ｍ＝ｎであり全フィルタ特性を試したとして肯定結果が得られた場合は、ステップＳ１１３に進んで最もＮＣ効果（ノイズ低減効果）の高いフィルタ特性を選択する処理を行う。すなわち、合計値[ｍ]として最大値が得られたフィルタ特性（フィルタ特性No.情報）を選択する。
その上で、次のステップＳ１１４において、選択したフィルタ特性のNo.情報を最適フィルタ特性No.情報として記憶するための処理を行う。つまり、上記ステップＳ１１３の処理によって選択したフィルタ特性No.の情報をメモリ８に記憶させる。
ステップＳ１１４の記憶処理を実行すると、この図に示される一連の処理は終了となる。

続いて、図１３を参照して、通常のノイズキャンセリング動作への移行時に対応して実行されるべき処理の手順について説明する。
なお、先の説明からも理解されるように、この図１３に示される処理は、例えば図１２に示したキャリブレーション動作の終了に応じて自動的に開始されるものとなる。或いは、ユーザ５００による操作入力に基づき開始することもできる。

図１３において、先ずステップＳ２０１では、最適フィルタ特性No.情報を読み出す。そして、続くステップＳ２０２では、読み出したNo.により特定されるフィルタ特性情報に基づき、最適フィルタ特性を設定する処理を行う。すなわち、フィルタ特性情報ＤＢ８ｂ内に格納される各フィルタ特性情報のうちの、上記読み出したフィルタ特性No.により特定されるフィルタ特性情報に基づき、ＮＣフィルタ５ａのフィルタ構成・パラメータの設定を行う。

そして、次のステップＳ２０３では、ＮＣ動作及び聴取用音声信号の加算動作を開始する。すなわち、上記最適フィルタ特性の設定状態でノイズキャンセリング動作を開始すると共に、加算部５ｃとしての加算動作（イコライザ５ｂとしてのイコライジング動作も含む）を開始する。
このステップＳ２０３による処理を実行すると、この図に示される一連の処理は終了となる。

＜第２の実施の形態（ＦＦ方式への適用例）＞

続いて、第２の実施の形態として、ＦＦ方式への適用例を説明する。
図１４は、ＦＦ方式が採用される場合に実施の形態としてのキャリブレーション動作（及び通常のノイズキャンセリング動作への移行動作）を実現する、第２の実施の形態としてのヘッドフォン２０の内部構成を示したブロック図である。
なお、この図１４においては、ヘッドフォン２０に形成されるハウジング部（２０Ａ）と、さらに以下で説明する解析対象音収音ユニット３０の内部構成も併せて示している。
また、以下の説明において、既に説明済みの部分と同様となる部分については同一符号を付して説明を省略する。

この図１４に示されるヘッドフォン２０は、先の図４に示したヘッドフォン１と比較して、マイクロフォンMICの形成位置が変更される点が異なる。具体的に、ＦＦ方式の場合は、先の図３（ａ）における説明からも理解されるように、マイクロフォンMICはハウジング部２０Ａの外側に配置され、ハウジング部２０Ａの外界で生じる音を収音するようにされる。

ここで、キャリブレーション動作を行うにあたり、適切なノイズ低減効果の指標が得られるようにするためには、ユーザ５００による音声聴取点（図１、図３におけるノイズキャンセル点４００）を基準としたノイズ未低減信号とノイズ低減信号との対比を行うべきものとなる。
先の図４に示したＦＢ方式の場合は、マイクロフォンMICがハウジング部１Ａの内側に設けられるため、該マイクロフォンMICによる収音信号に基づき聴取点におけるノイズ未低減信号の振幅成分を解析することができた。しかしながら、ＦＦ方式の場合には、上述のようにノイズモニタ用のマイクロフォンMICはハウジング部２０Ａの外側に設けられるため、当該マイクロフォンMICを利用しての聴取点におけるノイズ未低減信号の振幅成分の解析を行うことができないことになる。

そこで、ＦＦ方式が採用される場合には、先の図５に示したような解析環境下において、ハウジング部２０Ａの内側に別途のマイクロフォンを配置し、該マイクロフォンによる収音信号を用いて、ノイズ未低減信号の振幅成分の解析を行うことになる。
具体的には、図１４に示されているような、マイクロフォン３０ａと該マイクロフォン３０ａによる収音信号を増幅するマイクアンプ３０ｂとを備えた、解析対象音収音ユニット３０を用いる。この解析対象音収音ユニット３０には、上記マイクアンプ３０ｂからの出力信号が供給される端子が備えられており、例えばユーザ５００が該端子をヘッドフォン２０に備えられたオーディオ入力端子Ｔinに対して接続することで、上記マイクロフォン３０ａの収音動作に基づき得られる収音信号がヘッドフォン２０（Ａ／Ｄ変換器４）に対して入力されるようにする。

そして、図１４に示すヘッドフォン２０においては、このようなＦＢ方式の場合からの変更点に応じて、ＤＳＰ５の機能にも変更が加えられる。
具体的に、この場合のメモリ８には、先の信号処理プログラム８ａに代えて信号処理プログラム８ｃが格納され、ＤＳＰ５の機能としては、最適フィルタ特性選択・設定部５ｄとしての機能に代えて最適フィルタ特性選択・設定部５ｆとしての機能が与えられる。
なお、ＦＦ方式が採用される場合、イコライザ５ｂとしての機能は特に与える必要性はないものとなる。このことから、この場合のＤＳＰ５では、図示するようにイコライザ５ｂとしての機能は省略し、加算部５ｃとしては、ＮＣフィルタ５ａのフィルタ処理後の信号とＡ／Ｄ変換器４を介して入力されることになる聴取用音声信号との加算を行うことになる。

上記最適フィルタ特性選択・設定部５ｆとしては、第１の実施の形態の場合の最適フィルタ特性選択・設定部５ｄと比較して、ノイズ未低減信号及びノイズ低減信号の解析時に、Ａ／Ｄ変換器４より入力されることになる上記解析対象音収音ユニット３０からの収音信号（収音データ）の周波数特性解析を周波数特性解析部５ｅに実行させる点が異なる。

図１５は、第２の実施の形態の場合のキャリブレーション動作時に対応して行われるＤＳＰ５の機能動作をブロック化して示した図であり、図１５（ａ）はノイズ未低減信号解析時、図１５（ｂ）はノイズ低減信号解析時について示している。なお、これら図１５（ａ）（ｂ）においては、ＤＳＰ５の機能動作ブロックと共に、ハウジング部２０Ａ、マイクロフォンMIC、ドライバDRV、マイクアンプ２、Ａ／Ｄ変換器３、Ｄ／Ａ変換器６、パワーアンプ７、及び解析対象音収音ユニット３０も併せて示している。

先ず、図１５（ａ）に示すノイズ未低減信号解析時において、最適フィルタ特性選択・設定部５ｆは、ユーザ５００による操作入力に基づきマイクロコンピュータ１０より供給されるキャリブレーション動作の開始指示に応じて、ＮＣフィルタ５ａによるノイズキャンセリング動作、及び加算部５ｃによる加算動作を停止させることで、周波数特性解析部５ｅにより、Ａ／Ｄ変換器４を介して入力される解析対象音収音ユニット３０からの収音データについての周波数特性解析を実行させる。これにより、ノイズ未低減信号についての周波数特性解析結果（Ｄoff５０、Ｄoff１００、Ｄoff２００、Ｄoff５００、Ｄoff１ｋ）を取得する。

また、図１５（ｂ）に示すノイズ低減信号解析時において、最適フィルタ特性選択・設定部５ｆは、ＮＣフィルタ５ａによるノイズキャンセリング動作をオンとし、Ａ／Ｄ変換器４を介して入力される解析対象音収音ユニット３０からの収音データについての周波数特性解析を周波数特性解析部５ｅに実行させる。つまり、これによってＮＣフィルタ５ａによるフィルタ処理後の信号が空間でノイズキャンセリングを行った結果得られるノイズ低減信号についての周波数特性解析結果が得られ、最適フィルタ特性選択・設定部５ｆは、該ノイズ低減信号についての周波数特性解析結果Ｄon[ｍ]５０、Ｄon[ｍ]１００、Ｄon[ｍ]２００、Ｄon[ｍ]５００、Ｄon[ｍ]１ｋを取得する。

なお、この場合も最適フィルタ特性の選択にあたり、フィルタ特性情報ＤＢ８ｂ内の格納情報に基づき各フィルタ特性をＮＣフィルタ５ａに順次設定してノイズ低減信号の周波数特性解析結果を取得する点については、先の第１の実施の形態の場合と同様となる。
また、合計値[ｍ]の計算結果に基づき最適とされるフィルタ特性を選択する動作についても第１の実施の形態の場合と同様となる。
確認のために、第２の実施の形態の場合における、最適フィルタ特性の設定・通常のノイズキャンセリング動作時に対応してＤＳＰ５にて行われる機能動作を図１６に示しておく。なお、この図１６においてもＤＳＰ５の機能動作ブロックと共にハウジング部２０Ａ、マイクロフォンMIC、ドライバDRV、マイクアンプ２、Ａ／Ｄ変換器３、Ｄ／Ａ変換器６、パワーアンプ７、及び解析対象音収音ユニット３０も併せて示している。この図に示されるようにＦＦ方式の場合、最適フィルタ特性の選択・記憶後には、最適フィルタ特性を設定した状態でＮＣフィルタ５ａによるフィルタ処理を実行させると共に、加算部５ｃによりＮＣフィルタ５ａによるフィルタ処理後の信号とオーディオ入力端子Ｔinからの入力信号との加算動作を開始させる。これにより通常のノイズキャンセリング動作が行われる。
なおこれまでの説明からも理解されるように、通常のノイズキャンセリング動作時には、オーディオ入力端子Ｔinに対してオーディオ音源からのオーディオ信号が入力される点に注意されたい。

上記のような第２の実施の形態としての動作を実現するための具体的な処理手順については、先の図１２、図１３にて示したものと同様とすればよい。
但し、図１２におけるステップＳ１０２のノイズ未低減信号についての周波数特性解析処理としては、先の説明からも理解されるように、ＮＣフィルタ５ａによるノイズキャンセリング動作及び加算部５ｃによる加算動作を停止させた状態で、Ａ／Ｄ変換器４を介して入力される解析対象音収音ユニット３０からの収音データについての周波数特性解析を実行する処理となる。
また、ステップＳ１０５によるノイズ低減信号についての周波数特性解析処理としては、ＮＣフィルタ５ａによるノイズキャンセリング動作をオンとし（この場合も加算部５ｃによる聴取用音声信号の加算動作はオフのままとする）、Ａ／Ｄ変換器４を介して入力される解析対象音収音ユニット３０からの収音データについての周波数特性解析を実行する処理となる。

ここで、上記による説明からも理解されるように、ＦＦ方式を採用する場合には、別途、ノイズ未低減信号についての解析を行うための解析対象音収音ユニット３０が必要となる。しかしながら、図１４や図１５を参照して判るように、この解析対象音収音ユニット３０の接続先としては、ヘッドフォン２０に聴取用音声信号の入力用として予め設けられているオーディオ入力端子Ｔinを用いることができる。つまりこれにより、別途の入力端子やＡ／Ｄ変換器を増設する必要がなく、上記解析対象音収音ユニット３０としての収音用の治具とＤＳＰ５のプログラムの変更のみでキャリブレーション動作を実現することができる。

＜変形例＞

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明としてはこれまでに説明した具体例に限定されるべきものではない。
例えばこれまでの説明では、キャリブレーション動作を、実際にヘッドフォン１又は２０をユーザに装着させた状態で行う場合のみについて説明を行ったが、キャリブレーション動作は、例えば製造ライン等において、工場出荷前に予め行っておくようにすることもできる。
その場合は、例えば次の図１７に示されるようにしてヘッドフォン１又は２０を音響カプラ５０に装着させた状態で、テスト信号出力及びヘッドフォン１又は２０によるキャリブレーション動作を実行させることになる。上記音響カプラ５０としては、実耳における音響条件（音響インピーダンスや遮蔽度合い等）を模擬して作成されたものを用いる。
このような工場出荷前におけるキャリブレーション動作が行われることで、ヘッドフォン１又は２０が備える音響部品のばらつきに対する特性補償を行うことができる。

なお、上記音響カプラ５０としては、実耳の音響条件として或る代表的な条件を設定せざるを得ないため、工場出荷前におけるキャリブレーション動作によっては、ユーザの耳形状（及び装着具合）に応じた特性補償までは行うことができないものとなるが、ユーザが製品購入後に図５に示したような解析環境下にてヘッドフォン１又は２０にキャリブレーション動作を実行させる手間を要さないという点では、メリットを有する。

なお確認のために述べておくと、ＦＢ方式に対応する第１の実施の形態の場合、音響カプラ５０内に特段マイクロフォンは必要ないが、ＦＦ方式に対応する第２の実施の形態の場合は音響カプラ５０内へのマイクロフォンの設置が必要であり、該カプラ５０内に設けたマイクロフォンによる収音信号をマイクアンプを介してオーディオ入力端子Ｔinに入力することになる。

また、これまでの説明では、簡易的に音声信号（収音信号も含む）のｃｈ（チャンネル）数が１ｃｈのみとされる場合を示したが、本発明としては、複数ｃｈの音声信号について音響再生を行う場合にも好適に適用することができる。

また、これまでの説明では、各候補フィルタ特性についてのノイズ低減効果指標（合計値[ｍ]）の計算を、各候補フィルタ特性の設定ごとに逐次行う場合を例示したが、例えば全候補フィルタについてのノイズ低減信号の周波数特性解析結果を取得した後に、まとめて各候補フィルタ特性につてのノイズ低減効果指標を計算するといったこともできる。

また、これまでの説明では、全候補フィルタ特性についてのノイズ低減効果指標を得た上で、それらのうち最大値が得られたフィルタ特性を最適フィルタ特性として選択する場合を例示したが、これに代えて、合計値［ｍ］が或る基準値以上となったことに応じて最適フィルタ特性の選択を行い、キャリブレーション動作を終了するということもできる。
図１８は、その場合の処理手順の一例を示している。なお、この図１８では主に先の図１２からの変更点のみを示しており、他の処理については図１２の場合と同様となることから改めての図示は省略している。
図示するようにこの場合は、ステップＳ１０９にて各バンドの「Ｄoff−Ｄon[ｍ]」を合計した後、ステップＳ３０１において、合計値[ｍ]が基準値以上であるか否かを判別する。ステップＳ３０１において、合計値[ｍ]が上記基準値以上でないとして否定結果が得られた場合は、ステップＳ１１２のインクリメント処理に進む。つまりこれにより、次のフィルタ特性No.のフィルタ特性についての合計値[ｍ]取得のための処理が実行されることになる。そして、上記ステップＳ３０１において、合計値[ｍ]が上記基準値以上であるとして肯定結果が得られた場合は、ステップＳ３０２において、フィルタ特性No.ｍを最適フィルタ特性No.の情報として記憶するための処理を実行する。
なおこの場合、合計値[ｍ]は逐次の判別でしか用いられないことになるので、図１２に示したステップＳ１１０の合計値[ｍ]の記憶処理は省略することができる。
このように合計値[ｍ]が基準値以上であるか否かを逐次判別し、基準値以上となるフィルタ特性が得られた時点でそのフィルタ特性を最適フィルタ特性として選択する動作を行うことによっては、キャリブレーション動作に要する時間の短縮化、及び処理負担の軽減を図ることができる。

また、これまでの説明では、ノイズ低減効果指標として、各周波数ポイントごとの差分値（Ｄoff−Ｄon[ｍ]）の合計値を求めるものとしたが、各周波数ポイントごとの差分値自体をノイズ低減効果指標として用いることもできる。その場合、最適フィルタ特性の選択にあたっては、各周波数ポイントごとに基準値を設け、全周波数ポイントで該基準値以上の値が得られたフィルタ特性を最適フィルタ特性として選択するものとすればよい。

また、先の図１０（ｃ）においては、これら周波数ポイントごとの差分値について、それぞれ閾値ｔｈを設定することについて述べたが、このとき、１つの周波数ポイントでも閾値ｔｈに満たないものがある場合には、最適フィルタ特性の選択の対象から外すといった手法を採ることもできる。
このような手法を採ることで、ノイズ低減効果を高く保つという意味でキャリブレーション精度の向上を図ることができる。

また、これまでの説明では、最適フィルタ特性のNo.情報を記憶するものとしたが、最適フィルタ特性のフィルタ特性情報そのものを記憶することもできる。

また、これまでの説明では、候補フィルタ特性によるノイズ低減効果を簡易的且つ迅速に測定することができるように、テスト信号としては代表的な複数の周波数の正弦波信号を用いるものとしたが、例えばＤＳＰ５の処理能力が許容する範囲であれば、広帯域の信号を用いることもできる。
或いは、周囲のノイズが安定している条件であれば、敢えてテスト信号を出力させる必要もない。

また、これまでの説明では、ハウジング部がユーザの耳を覆うようにして装着されるいわゆる密閉型のヘッドフォン装置を例示したが、本発明としては、このような密閉型以外のあらゆるタイプのヘッドフォン装置に対して好適に適用することができる。例えば、ヘッドフォン装置の一部がユーザの耳道に挿入されて装着が行われる、いわゆるインナーイヤータイプ（イヤーフォンタイプ）のヘッドフォン装置などに対しても好適に適用することができる。

また、これまでの説明では、本発明の信号処理装置がヘッドフォン装置として実現される場合について例示したが、本発明の信号処理装置としては、例えばノイズキャンセリング機能を備えたオーディオプレイヤ、携帯電話機、ヘッドセットなど、他の装置形態として実現することもできる。

フィードバック方式によるヘッドフォン装置のノイズキャンセリングシステムについてのモデル例を示す図である。 図１に示したノイズキャンセリングシステムについての特性を示すボード線図である。 フィードフォワード方式によるヘッドフォン装置のノイズキャンセリングシステムについてのモデル例を示す図である。 第１の実施の形態としての信号処理装置の内部構成を示したブロック図である。 ＮＣフィルタのフィルタ構成の例を示した図である。 フィルタ特性情報ＤＢ（データベース）のデータ構造例を示した図である。 ユーザ側でキャリブレーション動作を実行させる場合の解析環境を例示した図である。 周波数特性解析部の構成例を示した図である。 ＦＢ方式が採用される場合におけるノイズ未低減信号・ノイズ低減信号の解析時に対応して行われる動作について説明するための図である。 ノイズ低減効果指標について説明するための図である。 ＦＢ方式が採用される場合における最適フィルタ特性の設定・通常のノイズキャンセリング動作時に対応して行われる動作について説明するための図である。 実施の形態としてのキャリブレーション動作を実現するための処理手順を示したフローチャートである。 通常のノイズキャンセリング動作への移行動作を実現するための処理手順を示したフローチャートである。 第２の実施の形態としての信号処理装置の内部構成を示したブロック図である。 ＦＦ方式が採用される場合におけるノイズ未低減信号・ノイズ低減信号の解析時に対応して行われる動作について説明するための図である。 ＦＦ方式が採用される場合における最適フィルタ特性の設定・通常のノイズキャンセリング動作時に対応して行われる動作について説明するための図である。 製品出荷前にキャリブレーション動作を実行させる場合の解析環境を例示した図である。 フィルタ特性の選択手法に関する変形例について説明するための図である。

符号の説明

１,２０ ヘッドフォン、１Ａ,２０Ａ ハウジング部、２,３０ｂ マイクアンプ、３,４ Ａ／Ｄ変換器、５ ＤＳＰ、５ａ ＮＣフィルタ、５ｂ イコライザ、５ｃ 加算部、５ｄ,５ｆ 最適フィルタ特性選択・設定部、５ｅ 周波数特性解析部、６ Ｄ／Ａ変換器、７ パワーアンプ、８ メモリ、８ａ,８ｃ 信号処理プログラム、８ｂ フィルタ特性情報ＤＢ（データベース）、９ 操作部、１０ マイクロコンピュータ、３０ 解析対象音収音ユニット、MIC,３０ａ マイクロフォン、DRV ドライバ、Ｔin オーディオ入力端子

Claims (13)

1. 収音手段による収音信号に対し予め定められたフィルタ特性に基づくフィルタ処理を施してノイズ低減のための信号特性を与えることで、ノイズ低減動作を実行するフィルタ処理手段と、
   上記フィルタ処理手段によるノイズ低減動作を停止させた状態で得られるノイズ未低減信号を取得するノイズ未低減信号取得手段と、
   上記ノイズ未低減信号と、予め定めれたフィルタ特性を候補フィルタ特性として上記フィルタ処理手段に設定してノイズ低減動作を実行させたときに得られたノイズ低減信号との差分を求めることで、上記候補フィルタ特性についてのノイズ低減効果指標を得ると共に、該ノイズ低減効果指標に基づき、上記フィルタ処理手段に設定すべきフィルタ特性の選択を行うフィルタ特性選択手段と
   を備える信号処理装置。
2. 請求項１に記載の信号処理装置において、
   上記フィルタ特性選択手段が選択したフィルタ特性の情報を記憶する記憶手段をさらに備える。
3. 請求項２に記載の信号処理装置において、
   上記記憶手段による記憶情報に応じたフィルタ特性を上記フィルタ処理手段に対して設定する設定手段をさらに備える。
4. 請求項３に記載の信号処理装置において、
   上記フィルタ特性選択手段は、
   上記ノイズ未低減信号と上記ノイズ低減信号との差分として、所定の周波数ポイントごとの振幅成分の差を計算する。
5. 請求項４に記載の信号処理装置において、
   上記フィルタ特性選択手段は、
   上記ノイズ未低減信号と上記ノイズ低減信号との所定の周波数ポイントごとの振幅成分の差の計算を、１つの候補フィルタ特性についての上記ノイズ低減信号を取得するごとに逐次行う。
6. 請求項５に記載の信号処理装置において、
   上記フィルタ特性選択手段は、
   上記ノイズ低減効果指標として、上記ノイズ未低減信号と上記ノイズ低減信号との所定の周波数ポイントごとの振幅成分の差の合計値を計算し、該合計値を最大とする候補フィルタ特性を上記フィルタ処理手段に設定すべきフィルタ特性として選択する。
7. 請求項５に記載の信号処理装置において、
   上記フィルタ特性選択手段は、
   上記ノイズ低減効果指標として、上記ノイズ未低減信号と上記ノイズ低減信号との所定の周波数ポイントごとの振幅成分の差の合計値を計算し、該合計値が予め定められた規定値に基づく条件を満たしたとき、該条件を満たした候補フィルタ特性を上記フィルタ処理手段に設定すべきフィルタ特性として選択する。
8. 請求項５に記載の信号処理装置において、
   上記フィルタ特性選択手段は、
   上記ノイズ未低減信号と上記ノイズ低減信号とについて計算した上記所定の周波数ポイントごとの振幅成分の差の値を上記ノイズ低減効果指標として、これら周波数ポイントごとのノイズ低減効果指標が、予め上記周波数ポイントごとに定められた規定値に基づく条件をそれぞれ満たしたとき、該条件を満たした候補フィルタ特性を上記フィルタ処理手段に設定すべきフィルタ特性として選択する。
9. 請求項５に記載の信号処理装置において、
   上記フィルタ特性選択手段は、
   上記ノイズ未低減信号と上記ノイズ低減信号とについて計算した上記所定の周波数ポイントごとの振幅成分の差の値について、それらの値の少なくとも何れかが予め定められた所定値に満たない場合には、フィルタ特性の選択動作を中止する。
10. 請求項１に記載の信号処理装置において、
    上記収音手段は、聴取者の耳に対して装着されるハウジング部の内側に対して設けられ、
    上記ノイズ未低減信号取得手段は、
    上記フィルタ処理手段によるノイズ低減動作を停止させたときの上記収音手段による収音信号を上記ノイズ未低減信号として取得する。
11. 請求項１に記載の信号処理装置において、
    上記収音手段は、聴取者の耳に対して装着されるハウジング部の外側に対して設けられ、
    上記ハウジング部の内側に対して設けられた上記収音手段とは別の他の収音手段により得られる他の収音信号を入力する入力手段をさらに備えると共に、
    上記ノイズ未低減信号取得手段は、
    上記フィルタ処理手段によるノイズ低減動作を停止させたときの上記入力手段による入力信号を上記ノイズ未低減信号として取得する。
12. 請求項１１に記載の信号処理装置において、
    上記フィルタ処理手段により得られたノイズ低減信号に対して聴取用の音声信号を加算する加算手段をさらに備え、
    上記入力手段は
    上記他の収音手段による上記他の収音信号の入力と上記聴取用の音声信号の入力とに共通して用いられる。
13. 収音手段による収音信号に対し予め定められたフィルタ特性に基づくフィルタ処理を施してノイズ低減のための信号特性を与えることでノイズ低減動作を実行するフィルタ処理手段によるノイズ低減動作を停止させた状態で得られる、ノイズ未低減信号を取得するノイズ未低減信号取得ステップと、
    上記ノイズ未低減信号と、予め定めれたフィルタ特性を候補フィルタ特性として上記フィルタ処理手段に設定してノイズ低減動作を実行させたときに得られたノイズ低減信号との差分を求めることで、上記候補フィルタ特性についてのノイズ低減効果指標を得ると共に、該ノイズ低減効果指標に基づき、上記フィルタ処理手段に設定すべきフィルタ特性の選択を行うフィルタ特性選択ステップと
    を備える信号処理方法。

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