JP2010183221A - ノイズキャンセルヘッドホン - Google Patents

Abstract

【課題】 あらゆる方向から到来する外部騒音が、利用者の耳に到来する前に、効果的にキャンセル音によって消音することができるようにしたノイズキャンセルヘッドホンを提供する。
【解決手段】 フィードフォワード型ノイズキャンセルヘッドホンにおいて、前気室（７）の外側に設けた密閉空間（３）に集音用マイクロホン（２）の音波導入部を配置することで、回路構成などを複雑にすることなく、騒音の到来する方向に影響を受けないノイズキャンセルヘッドホン（１０）による。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィードフォワード型のノイズキャンセルヘッドホンであって、詳しくは、前気室の外側に設けた密閉空間に外部騒音を集音するマイクロホンの導入部を配置することで、方向性のある外部騒音であっても効果的に消音することができるノイズキャンセルヘッドホンに関するものである。

ノイズキャンセルヘッドホンは、外部騒音を集音するマイクロホンが筐体の一部に設置されており、このマイクロホンが集音した外部騒音に応じて、この騒音を打ち消す信号（キャンセル信号）が生成される。生成されたキャンセル信号によってスピーカユニットを駆動し、スピーカユニットから放射されるキャンセル音によって騒音を打ち消すように構成されている。

フィードフォワード型ノイズキャンセルヘッドホンは、外部騒音を集音するマイクロホンが前気室の外側に設置される。従って、スピーカーから放射される音（楽音などの再生音とキャンセル音）が、マイクロホンによってフィードバックされないため、音楽の再生に利用する際、キャンセル音が周波数特性に悪影響を与えることが無く、高音質の音楽再生に向いている。上記の「前気室」とはイヤーパットによって囲まれる空間をいい、使用時には利用者の側頭部によって塞がれ外耳道に連通する空間である。

ノイズキャンセルヘッドホンは、その形状によって種々のものが知られている。その中でも、耳栓型（カナル型）以外の耳載型（スープラコンカ型）と耳覆型（サーカムオーラル型）のノイズキャンセルヘッドホンは、上記のマイクロホンの音波導入部がヘッドホン筐体の外部空間に面して設置されるので、強風下や降雨時において、マイクロホンの音波導入部に直接、風や雨が当たりやすく、これらに起因する騒音を消去しきれないほど大きく集音されてしまうことがある。また、騒音源とマイクロホンの位置関係によっては、騒音がマイクロホンに届く前に筐体を透過して利用者の耳に届くことがある。そうすると、キャンセル信号が出力される前に消去対象となる騒音が聞こえてしまうので、キャンセル効果が期待できない。また、キャンセル信号が騒音を強調してしまう懸念もある。

これらの課題を解決するために、複数のマイクロホンを筐体の一部であるイヤーカップの周囲に均等に配置することで、騒音源の方向に左右されることなく、効果的なノイズキャンセルをすることができるノイズキャンセルヘッドホンが知られている。また、マイクロホンを前気室内に設置するフィードバック型と上記のようなフィードフォワード型を合わせた構成とすることで、外側のマイクロホンが集音する前に筐体を透過して利用者の耳に届く騒音を、前気室内に設置したマイクロホンが集音し、騒音源の方向に影響を受けないキャンセル音を出力するノイズキャンセルヘッドホンが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００８−１１６７８２号公報

複数のマイクロホンをイヤーカップの周囲に配置するノイズキャンセルヘッドホンは、騒音源の方向による影響を排除するためには、マイクロホンを４個以上配置しないと十分なノイズキャンセル効果を得ることができない。マイクロホンの数が多くなるほど、騒音源の方向に影響されなくなるが、これら複数のマイクロホンの特性が一致していないと、それぞれから入力される騒音信号から生成されるキャンセル信号が、騒音信号を消去する効果を発揮することが困難となる。また、複数のマイクロホンから入力される騒音信号を処理する回路の特性や、生成されるキャンセル信号の位相を合わせるには、複雑な処理回路が必要となり、部品点数も増大するためコスト高になる。

また、フィードフォワード型とフィードバック型を組み合わせたノイズキャンセルヘッドホンは、外側のマイクロホンで集音された騒音によって生成されるキャンセル信号と、内側のマイクロホンで集音された再生音と騒音の合成音から再生音を除去した騒音成分によって生成されるキャンセル信号を、位相を合わせて合成して出力する必要があるため、処理が複雑になり、回路構成も複雑になるといった課題があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、フィードフォワード型ノイズキャンセルヘッドホンにおいて、前気室の外側に設けた密閉空間に集音用マイクロホンの音波導入部を配置することで、回路構成などを複雑にすることなく、騒音の到来する方向に影響を受けないノイズキャンセルヘッドホンを提供することを目的とする。

本発明は、筐体に取り付けられたマイクロホンによって生成される外部騒音信号からノイズキャンセル信号を生成し、このノイズキャンセル信号によりヘッドホンユニットを駆動してキャンセル音を利用者に向けて放射する耳載型及び耳覆型のフィードフォワード型のイズキャンセルヘッドホンであって、筐体と、この筐体の外周を覆う部材によって密閉された空間であって、前気室の全ての方向に対して外側に形成されている気室を有し、マイクロホンの音波導入部が上記気室内にあることを主な特長とする。

また本発明は、上記ノイズキャンセルヘッドホンに関するものであって、筐体は、外周面から筐体中央方向に深さをもつ溝部を有し、気室は、上記溝部を外周方向側から覆う部材によって密閉された空間であることを特徴とする。

また本発明は、上記ノイズキャンセルヘッドホンに関するものであって、気室は、筐体の外周を覆う部材の一部に形成された孔によって外部空間と連通することを特徴とする。

また本発明は、上記ノイズキャンセルヘッドホンに関するものであって、気室は、利用者に当接するイヤーパットと筐体の外側に設置されるカバーによって密閉された空間であることを特徴とする。

また本発明は、上記ノイズキャンセルヘッドホンに関するものであって、気室は、利用者に当接するイヤーパットの気室側の壁に設けられた孔によって、イヤーパット内の空間と音響的に連通していることを特徴とする。

また本発明は、上記ノイズキャンセルヘッドホンに関するものであって、気室内の最大直線長さは、消音しようとする外部騒音の波長以下であることを特徴とする。

また本発明は、上記ノイズキャンセルヘッドホンに関するものであって、騒音を消去する信号とオーディオ信号とを混合して出力する回路をさらに有することを特徴とする。

本発明によれば、騒音の方向性に関係なく、安定したキャンセル効果を発揮することができるノイズキャンセルヘッドホンを安価で提供できるようになる。また、本発明によれば、キャンセル効果を発揮させる周波数帯を、気室に設けた外部空間との連通孔によって調整できるので、同じ回路構成であっても、任意の周波数帯に対応可能なノイズキャンセルヘッドホンを得ることができるようになる。

本発明に係るノイズキャンセルヘッドホンの実施例を示す概略断面図である。 本発明に係るノイズキャンセルヘッドホンの別の実施例を示す概略断面図である。

本発明に係るノイズキャンセルヘッドホンの実施形態について図を用いて説明する。図１は、左右一対で構成されるノイズキャンセルヘッドホンの片側のみを示した概略断面図である。図１においてノイズキャンセルヘッドホン１０は、利用者の側頭部及び耳介周囲に当接するイヤーパット５と、イヤーパット５が取り付けられ当該ノイズキャンセルヘッドホン１０の筐体の一部を構成するバッフル板１と、バッフル板１の中央部に設置され、キャンセル信号及び楽音再生信号を出力するスピーカーを有するヘッドホンユニット６と、バッフル板１の後部側を覆うように取り付けられ、本発明に係るノイズキャンセルヘッドホンの処理動作を行う回路などを収容する空間を形成するイヤーカップ４と、バッフル板１に取り付けられて外部騒音を集音するマイクロホン２と、マイクロホン２の騒音導入部（音響端子）が配置される空間を密閉するための密閉板３と、を有してなる。

イヤーパット５は、クッション性を有するドーナツ形状の部材であって、スポンジのような弾性材と、この弾性材の外周面を覆う表皮材を有してなる。イヤーパット５は、バッフル板１の前面側（図１において左側）の外周面に上記表皮材の一部部を覆い被せることで、バッフル板１に固着される。このイヤーパット５とバッフル板１の前面と利用者の外耳道によって前気室７が形成される。

バッフル板１は、外径が異なる２つのドーナツ状部材である円板部１１、１２が軸方向に乖離した状態で一体に形成されている。前面側に配置された外径の大きい円板部１１の外周部分にイヤーパット５の外周部に設けられた上記表皮材の一部が覆い被さっている。円板部１１より小さい径を有し後面側に配置された円板部１２の外側の外周面には、イヤーカップ４が設置されている。第一の円板部１１の中心孔に設けられた軸方向に高さを有する円筒部１３によって、第一の円板部１１と第二の円板部１２は所定の距離をもって固定されている。第二の円板部１２の中心孔にはスピーカーを含むヘッドホンユニット６が設置されている。

円板部１１と円板部１２の間に、これら円板部１１、１２の外周近くにおいて、リング形状の部材である密閉板３が嵌合されている。この密閉板３と円板部１１、円板部１２、円筒部１２によってリング状の気室８が形成されている。気室８の外径は前気室７の外径よりも大きくなるように、密閉板３の大きさが規定されて、外部騒音が前気室７に到達する前に、気室８に到達するように構成されている。

気室８は密閉空間であるので、その大きさによって最大直線長さよりも長い波長となる周波数よりも低域の周波数に対しては、圧力（音圧）音場として機能する。従って、気室８に到達した外部騒音のうち所定の周波数の以下の音波は、気室８内を瞬時に均一に伝播して、気室８内部に音波導入部が配置されているマイクロホン２によって集音される。

ノイズキャンセルヘッドホン１０によれば、どの方向から到来する外部騒音であっても、前気室７に到達する前の気室８に到達し、所定の周波数に対しては気室８が圧力（音圧）音場として機能するので、消音したい外部騒音の周波数帯に合わせて気室８の大きさを規定することで、外部騒音の方向性に関係なく、マイクロホン２が均一に集音し、この外部騒音に対するキャンセル信号が、タイミングよく生成されるので、外部騒音の到達に遅れることなく、ヘッドホンユニット６からキャンセル音が放射され、効果的なノイズキャンセルをすることができる。

気室８が圧力（音圧）音場として機能するのは、気室８の容積と最大長さによって規定される波長よりも長い波長を有する周波数帯域に対してである。従って、外部騒音の周波数特性に応じた最適なキャンセル効果を発揮するノイズキャンセルヘッドホンを、バッフル板１と密閉板３の寸法を調整することで得ることができる。例えば、消音したい周波数が２ｋＨｚ以下であれば、気室８の最大長さを１６．５ｃｍ以下とすることが必要となる。
なお、マイクロホン２の音波導入部が気室８に面していればよく、その取り付け位置によって、本発明に係るノイズキャンセルヘッドホンのノイズキャンセル効果は制限されない。

また、気室８を完全密閉空間とするのではなく、外部空間と連通する孔を一部に設けることで、音響特性の調整をすることができる。これによって、ノイズキャンセルヘッドホン１０の音響特性を、密閉板３を組み付けた後であっても容易に行うことができる。

上記構造を有する本発明に係るノイズキャンセルヘッドホンによれば、外部騒音を集音するマイクロホンが１つであっても、全ての方向で生じる外部騒音を効果的に消去することができるノイズキャンセルヘッドホンを、処理回路を複雑にすることなく、得ることができる

また、本発明に係るノイズキャンセルヘッドホンによれば、外部騒音集音用のマイクロホンの導入部が直接外部空間に接することがないため、風（外気の風及び室内のエアコンの風など）や雨による影響を受けず、また利用者の髪の毛がマイクロホンの導入部に接することで生じる摩擦雑音も排除することもできる。

次に本発明に係るノイズキャンセルヘッドホンの別の実施形態について図２を用いて説明する。図２は、左右一対で構成されるノイズキャンセルヘッドホンの片側のみを示した概略断面図である。図２において、ノイズキャンセルヘッドホン２０は、利用者の側頭部及び耳介周囲に当接し内部にクッション性の素材を有する略ドーナツ形状のイヤーパット１４と、イヤーパット１４が取り付けられ当該ノイズキャンセルヘッドホン１０の筐体の一部を構成するドーナツ形状の外観を有するバッフル板１５と、バッフル板１５の中央部に設置され、キャンセル信号及び楽音再生信号を出力するスピーカーを有するヘッドホンユニット６と、バッフル板１５の後部を覆う略半球形状の部材であって、本発明に係るノイズキャンセルヘッドホンの処理動作を行う回路などを収容する空間を形成するイヤーカップ１６と、イヤーカップ１６の半球面の中心付近に外側に音波導入部を向けて設置されている外部雑音集音用のマイクロホン２と、略半球形状の部材であって、マイクロホン２の音波導入部を外部空間と遮断する気室１７を形成するマクロホンカバー１８と、を有してなる。

気室１７は、前気室７よりも大きな外径を有するので、ノイズキャンセルヘッドホン２０に到達した外部騒音は、前気室７に到達する前に気室１７に到達する。気室１７は、イヤーパット１４、イヤーカップ１６、マイクロホンカバー１８によって密閉された空間である。この気室１７の最大直線長さ以上の波長の外部騒音においては、気室１７が圧力（音圧）音場として機能する。従って、気室１７に到達した外部騒音のうち所定の周波数よりも低い周波数帯の音波は、どの方向から到達しても気室１７に到達した瞬間に均一に、気室１７内部を伝播して、気室１７に向けて音波導入部が設置されているマイクロホン２によって集音される。

このように構成されたノイズキャンセルヘッドホン２０によれば、外部騒音の方向性に関係なく、また、マイクロホンを複数用いることなく、均一に外部騒音を集音することができるので、簡易な構成で効果的なノイズキャンセル効果を得ることができる。

また、イヤーパット１４の気室１７と接する部分（面）に、貫通孔１９を設けることで、気室１７の容積を変化させ、マイクロホン２によって均一に集音可能な外部騒音の周波数を変化させることができる。また、イヤーパット１４内を通過する外部騒音を容易に集音することができる。

実施例２において示したノイズキャンセルヘッドホン２０は、実施例１に示したノイズキャンセルヘッドホン１０に比べてノイズキャンセル効果をより高く発揮することができ、外部騒音の減衰量を大きくすることができる。

なお、本明細書において「音楽信号」とは、一般的な音楽信号のほか、いわゆるオーディオ信号のことをいい、「楽音信号」という場合もある。

本発明は、楽音信号を再生する機能を排除して、大音量の騒音環境での作業に用いるノイズキャンセルイヤーマフにも適用可能である。

１ バッフル板
２ マイクロホン
３ 密閉板
４ イヤーカップ
５ イヤーパット
６ ヘッドホンユニット
７ 前気室
８ 気室

Claims (7)

1. 筐体に取り付けられたマイクロホンによって生成される外部騒音信号からノイズキャンセル信号を生成し、このノイズキャンセル信号によりヘッドホンユニットを駆動してキャンセル音を利用者に向けて放射する耳載型及び耳覆型のフィードフォワード型のイズキャンセルヘッドホンであって、
   上記筐体と、この筐体の外周を覆う部材によって密閉された空間であって、前気室の全ての方向に対して外側に形成されている気室を有し、
   上記マイクロホンの音波導入部が上記気室内にあることを特徴とするノイズキャンセルヘッドホン。
2. 上記筐体は、外周面から筐体中央方向に深さをもつ溝部を有し、
   上記気室は、上記溝部を外周方向側から覆う部材によって密閉された空間であることを特徴とする請求項１記載のノイズキャンセルヘッドホン。
3. 上記気室は、上記筐体の外周を覆う部材の一部に形成された孔によって外部空間と連通することを特徴とする請求項１記載のノイズキャンセルヘッドホン。
4. 上記気室は、利用者に当接するイヤーパットと上記筐体の外側に設置されるカバーによって密閉された空間であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のノイズキャンセルヘッドホン。
5. 上記気室は、利用者に当接するイヤーパットの気室側の壁に設けられた孔によって、上記イヤーパット内の空間と音響的に連通していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のノイズキャンセルヘッドホン。
6. 上記気室内の最大直線長さは、消音しようとする外部騒音の波長以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のノイズキャンセルヘッドホン。
7. 騒音を消去する信号とオーディオ信号とを混合して出力する回路をさらに有する請求項１乃至６のいずれかに記載のノイズキャンセルヘッドホン。

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