JP2011013403A - 周囲ノイズ除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズ検出のためのマイクの数を減らしてコスト上昇を抑えると共に、スピーカの筐体を大型化することなく、周囲雑音ノイズを検出してノイズを除去する周囲ノイズ除去装置を提供する。
【解決手段】周囲ノイズ除去装置は、音響信号を出力することによりスピーカ３ｂを駆動する音響信号出力部４と、周囲ノイズによってスピーカ３ｂに発生する起電力Ｖｆｂを検出するノイズ検出部５と、その起電力Ｖｆｂに基づいて周囲ノイズの逆位相となる信号を生成して音響信号に加算することにより周囲ノイズをキャンセルするノイズキャンセル部６とを備える構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヘッドホンスピーカなどの周囲雑音ノイズを検出してノイズを除去する周囲ノイズ除去装置に関する。

従来、ヘッドホンスピーカなどで音響信号を再生出力する際、周囲雑音ノイズをキャンセルして再生する技術が種々提案されている。例えば、特許文献１には、ヘッドホン筐体の外側に周囲雑音ノイズを検出するマイクを設け、そのマイクで検出したノイズ信号の逆位相でヘッドホンスピーカを駆動することにより、ノイズをキャンセルする技術が開示されている。また、特許文献２には、ヘッドホン筐体の外側に周囲雑音ノイズを検出する第１のマイクを設け、ヘッドホンの内側に耳道内の音を検出する第２のマイクを設けることにより、ヘッドホンの装着の仕方などが変わっても最適なノイズキャンセル特性を得るようにした技術が開示されている。

特開２００７−２８３５４号公報 特許第２８２２２２４号公報

ところが、上記従来技術のようにマイクを用いて周囲雑音ノイズを検出する場合、左右それぞれのヘッドホン筐体にマイクを取り付ける必要があるため、コストが高くなると共にヘッドホン筐体が大型化するという問題がある。特に、特許文献２の場合には、左右それぞれのヘッドホン筐体に対して２個ずつマイクを取り付ける必要があり、例えばカナル型などの小型ヘッドホンでは実現が難しいという問題がある。

またヘッドホンアンプなどの音響装置は、ヘッドホンを接続するためのインタフェース（ヘッドホンジャック）を備えている。このインタフェースは、音響信号がステレオ信号である場合、一般的には３端子であるので、ヘッドホンにマイクを設けていると、マイクで検出したノイズ信号を音響装置に入力させることができない。そのため、ヘッドホンのマイクで検出したノイズ信号を除去する処理を音響装置において行う場合には一般的なインタフェースをそのまま用いることはできず、専用インタフェースを設けるか、或いはインタフェースを変換するための変換装置を別途用意する必要があった。

本発明は、上記従来の問題点を解決することを目的としてなされたものであり、コスト上昇を抑えると共に、スピーカの筐体を大型化することなく、周囲雑音ノイズを検出してノイズを除去することができる周囲ノイズ除去装置を提供するものである。

上記目的を達成するため、本発明が解決手段として採用したところは、周囲ノイズ除去装置であって、音響信号を出力することによりスピーカを駆動する音響出力手段と、周囲ノイズによって前記スピーカに発生する起電力を検出するノイズ検出手段と、前記起電力に基づいて周囲ノイズの逆位相となる信号を生成して前記音響信号に加算することにより周囲ノイズをキャンセルするノイズキャンセル手段とを備える構成とした点にある。

かかる構成によれば、スピーカに発生する起電力を検出することによってスピーカの周囲ノイズを検出し、その周囲ノイズをキャンセルする。そのため、従来ノイズキャンセルを行うために使用していたマイクの数を低減させることができる。

ここで、ノイズ検出手段は、スピーカの等価回路を含み、音響出力手段が音響信号に基づいてスピーカを駆動した場合にスピーカに発生する第１の起電力と、音響信号をスピーカの等価回路に入力することによってその等価回路で発生する第２の起電力との差分をとることにより、周囲ノイズによる起電力を検出する構成とすることが好ましい。また、その等価回路の少なくとも１部をデジタルフィルタで構成することがより好ましい。

また、スピーカはヘッドホンスピーカであり、音響出力手段にヘッドホンスピーカを接続するためのインタフェースと、インタフェースに接続されるヘッドホンスピーカに応じて等価回路を設定する等価回路設定手段とをさらに備える構成とすることが好ましい。この場合、インタフェースに接続されるヘッドホンスピーカの特性を測定するスピーカ特性測定手段をさらに備えた構成とし、等価回路設定手段がスピーカ特性測定手段による測定結果に基づいて等価回路を設定することがより好ましい。

本発明によれば、スピーカに発生する起電力を検出することによってスピーカの周囲ノイズを検出し、その周囲ノイズをキャンセルする。そのため、周囲ノイズを検出するためにマイクを設ける必要がなくなるので、コスト上昇を抑えることができ、さらにはスピーカの筐体が大型化することを抑制できる。特にスピーカがヘッドホンスピーカである場合には、ヘッドホンを接続するためのインタフェースとして一般的なインタフェースを用いることができるため、周囲ノイズ除去装置の利便性が向上する。

周囲ノイズ除去装置が設けられる音響装置の基本構成を示すブロック図である。 音響信号処理部の第１実施例を示すブロック図である。 音響信号処理部の第２実施例を示すブロック図である。 音響信号処理部の第３実施例を示すブロック図である。 第３実施例において等価回路設定部を備えた構成例を示す図である。 音響信号処理部の第４実施例を示すブロック図である。 第４実施例において等価回路設定部を備えた構成例を示す図である。 スピーカの逆起電力を検出する技術の第１の応用例を示すブロック図である。 スピーカの逆起電力を検出する技術の第２の応用例を示すブロック図である。 スピーカの逆起電力を検出する技術の第３の応用例を示すブロック図である。

以下、本発明に関する好ましい実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下において、互いに共通する部材には同一符号を付しており、それらについての重複する説明は省略する。

（基本構成）
図１は、本発明にかかる周囲ノイズ除去装置が設けられた音響装置の基本構成を示すブロック図である。この音響装置は、例えばヘッドホンアンプとして構成されており、音響信号を入力して処理する音響信号処理部１ａ，１ｂを備えている。本実施形態では音響信号がステレオ信号である場合を例示しており、音響信号処理部１ａがＬチャンネル（Ｌｃｈ）の信号を処理し、音響信号処理部１ｂがＲチャンネル（Ｒｃｈ）の信号を処理するように構成されている。また音響装置は、ヘッドホン３を接続するための差し込み口として、一般的な３端子のインタフェース２を備えている。そして上述した２つの音響信号処理部１ａ，１ｂのそれぞれがインタフェース２を介して音響信号をヘッドホン３に出力することにより、ヘッドホン３に設けられた左右のスピーカ３ａ，３ｂを個別に駆動する。尚、ヘッドホン３は、ヘッドバンド型のヘッドホンであっても良いし、インナーイヤー型やカナル型などの小型ヘッドホンであっても構わない。

音響信号処理部１ａ，１ｂは互いに同一の構成となっており、それぞれが各スピーカ３ａ，３ｂに対応する音響信号を出力すると共に、各スピーカ３ａ，３ｂの周囲雑音ノイズを検出して、そのノイズを除去する機能を備えている。以下、Ｒｃｈの信号を処理する音響信号処理部１ｂを一例に挙げて、その基本構成について説明する。図１に示すように、音響信号処理部１ｂは、音響信号をスピーカ３ｂに出力する音響信号出力部４と、スピーカ３ｂの周囲雑音ノイズを検出するノイズ検出部５と、その検出したノイズを相殺するようにノイズ信号とは逆位相となるノイズキャンセル信号を生成するノイズキャンセル部６と、ノイズキャンセル信号を音響信号に加算する加算器７とを備えている。

音響信号出力部４がスピーカ３ｂを駆動すると、スピーカ３ｂより音響出力が行われる。このとき、スピーカ３ｂの周囲にノイズがあると、そのノイズはスピーカ３ｂに入力し、スピーカ３ｂを振動させる。このとき、スピーカ３ｂには周囲雑音ノイズに対応した逆起電力が発生する。この逆起電力は、インタフェース２においてスピーカ３ｂを接続するジャック端子２ｂの端子電圧Ｖｊに反映される。ノイズ検出部５は、その端子電圧Ｖｊからスピーカ３ｂで発生した逆起電力（つまり、周囲ノイズの影響によって発生する起電力）の成分のみを検出し、その検出した逆起電力Ｖｆｂをノイズ信号として出力する。ノイズキャンセル部６は、閉ループが発振しないように、そのノイズ信号Ｖｆｂに基づいてスピーカ３ｂの周囲ノイズの位相を反転させた周波数特性及び位相特性のノイズキャンセル信号を生成する。そして加算器７においてノイズキャンセル信号が音響信号に加算され、音響信号出力部４がその音響信号を出力することにより、スピーカ３ｂの周囲雑音ノイズが除去されるようになる。

以下、具体的な実施例をいくつか挙げつつ、音響信号処理部１ｂのより詳しい構成例について説明する。尚、以下においてもＲｃｈの信号を処理する音響信号処理部１ｂを一例に挙げて説明するが、Ｌｃｈの信号を処理する音響信号処理部１ａについても同様である。

（第１実施例）
図２は、音響信号処理部１ｂの第１実施例を示すブロック図である。図２に示すように、音響信号処理部１ｂは、加算器１０，１３と、アンプ１１と、所定の出力インピーダンスＺ１と、アナログ回路で構成されたフィルタ１２，１４とを備えて構成される。この音響信号処理部１ｂは、音響信号をアンプ１１に入力して信号増幅する。そしてアンプ１１により増幅された音響信号Ｖｏｕｔを、所定の出力インピーダンスＺ１に通して出力することにより、スピーカ３ｂを駆動する。

ここでスピーカ３ｂの負荷インピーダンスを、図２に示すように、Ｚ２とすると、スピーカ３ｂの周囲にノイズがない状態でのジャック端子２ｂの電圧Ｖｊは、出力インピーダンスＺ１と負荷インピーダンスＺ２によって分圧された値となるので、
Ｖｊ＝Ｖｏｕｔ＊Ｚ２／（Ｚ１＋Ｚ２）
となる。

一方、音響信号処理部１ｂは、アンプ１１からみたスピーカ３ｂの等価回路であるフィルタ１２を備えている。このフィルタ１２の通過特性は、Ｚ２／（Ｚ１＋Ｚ２）となるように設定される。そして図２に示すように、アンプ１１によって増幅された音響信号Ｖｏｕｔをフィルタ１２に入力することにより、フィルタ１２から出力信号Ｖｒを得る。この出力信号Ｖｒは、
Ｖｒ＝Ｖｏｕｔ＊Ｚ２／（Ｚ１＋Ｚ２）
として表されるので、ジャック端子２ｂの電圧Ｖｊに含まれるノイズ成分を検出するための基準電圧として用いられる。

上述したように、スピーカ３ｂの周囲にノイズがあると、そのノイズはスピーカ３ｂに逆起電力を発生させ、その逆起電力がジャック端子２ｂの端子電圧Ｖｊを変動させる。そのため、音響信号処理部１ｂは、端子電圧Ｖｊと、フィルタ１２からの出力信号Ｖｒとを加算器１３に入力し、端子電圧Ｖｊと出力信号（基準電圧）Ｖｒとの差分をとる。これにより、スピーカ３ｂの周囲雑音ノイズによる逆起電力Ｖｆｂをノイズ信号として得ることができる。つまり、このノイズ信号が、スピーカ３ｂが外部から拾うノイズ音に相当する。

そしてこのノイズ信号Ｖｆｂをフィルタ１４に入力する。フィルタ１４は、上述したように、閉ループを発振させず、且つ、スピーカ３ｂの周囲ノイズの位相を反転させた周波数特性及び位相特性のノイズキャンセル信号を生成して加算器１０に出力する。そして加算器１０において、入力する音響信号に、ノイズキャンセル信号を加算することにより、スピーカ３ｂの周囲ノイズを除去した音響信号を生成する。その結果、スピーカ３ｂからは、周囲雑音ノイズを除去するような音響再生出力が行われるようになる。

このように第１実施例では、周囲ノイズによってスピーカ３ｂに発生する起電力を検出することによって、スピーカ３ｂの周囲ノイズを検出している。そのため、従来のように、周囲ノイズを除去するためのマイクを設ける必要がない。それ故、マイクによるコスト上昇がない上に、小型ヘッドホンであっても良好に周囲雑音ノイズを除去することができるという利点がある。さらにまた、ヘッドホン３を接続するためのインタフェース２を、一般的な３端子のインタフェースで構成することができるので、専用インタフェースやインタフェース変換装置などを別途設ける必要がなく、利便性に優れている。

（第２実施例）
次に第２実施例について説明する。上述した第１実施例においてアンプ１１からみたスピーカ３ｂの等価回路であるフィルタ１２を構成する場合（図２参照）、スピーカ３ｂのインピーダンスＺ２にはインダクタンスＬの成分が含まれているため、これを含む等価インピーダンスをアナログ回路で構成しようとすると複雑な等価回路になる可能性がある。そのため、この第２の実施例では、抵抗ＲとキャパシタンスＣとを用いてスピーカ３ｂのインピーダンスＺ２を含む等価回路を構成する例について説明する。

図３は、音響信号処理部１ｂの第２実施例を示すブロック図である。図３に示すように、音響信号処理部１ｂは、加算器１０と、アンプ１１と、所定の出力インピーダンスＺ１と、フィルタを構成するためのインピーダンスＺ３，Ｚ４と、差動アンプ１６と、フィルタ１４とを備えて構成される。そしてこの音響信号処理部１ｂは、第１実施例と同様、アンプ１１により増幅された音響信号Ｖｏｕｔを、所定の出力インピーダンスＺ１に通して出力することにより、スピーカ３ｂを駆動する。尚、スピーカ３ｂの負荷インピーダンスはＺ２である。

一方、この音響信号処理部１ｂは、アンプ１１からみたスピーカ３ｂの等価回路を、インピーダンスＺ３，Ｚ４と差動アンプ１６とから成るアナログフィルタにより構成している。差動アンプ１６の非反転入力には、ジャック端子２ｂの端子電圧Ｖｊが入力する。また差動アンプ１６の反転入力には、増幅された音響信号ＶｏｕｔがインピーダンスＺ３を通って入力する。また差動アンプ１６の出力からはインピーダンスＺ４を介して負帰還がかけられている。ここで、インピーダンスＺ３，Ｚ４を、Ｚ３／Ｚ４＝Ｚ１／Ｚ２が成立するように設定すると、差動アンプ１６の出力として、スピーカ３ｂの周囲雑音ノイズによる逆起電力Ｖｆｂを得ることができる。つまり、この信号が、スピーカ３ｂが外部から拾うノイズ音（ノイズ信号）に相当する。

そしてこのノイズ信号Ｖｆｂをフィルタ１４に入力する。フィルタ１４は、第１実施例で説明したものと同様であり、ノイズキャンセル信号を生成して加算器１０に出力する。そして加算器１０において、入力する音響信号に、ノイズキャンセル信号を加算することにより、スピーカ３ｂの周囲ノイズを除去した音響信号を生成する。その結果、スピーカ３ｂからは、周囲雑音ノイズを除去するような音響再生出力が行われるようになる。

このように第２実施例では、差動アンプ１６を用いてスピーカ３ｂの等価回路を構成しており、差動アンプ１６の負帰還側に設けたインピーダンスＺ４を抵抗ＲとキャパシタンスＣとで構成することにより、その等価回路によっては、スピーカ３ｂのインダクタンスＬを含むインピーダンスＺ２と略等価なインピーダンスを得ることができる。そのため、アンプ１１からみたスピーカ３ｂの等価回路を比較的簡単に構成できるという利点がある。

また第２実施例においても、第１実施例と同様に、マイクを設ける必要がないため、コストが上昇することはなく、しかも小型ヘッドホンであっても良好に周囲雑音ノイズを除去することができるという利点がある。さらに、ヘッドホン３を接続するためのインタフェース２を、一般的な３端子のインタフェースで構成することも可能である。

（第３実施例）
次に第３実施例について説明する。上述した第１および第２実施例では、アナログフィルタでスピーカ３ｂの等価インピーダンスを含む回路を構成する場合を例示した。これに対し、この第３実施例では、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などによるデジタルフィルタを用いることにより、アナログフィルタよりも簡単に構成でき、しかも実装し易くした構成例について説明する。

図４は、音響信号処理部１ｂの第３実施例を示すブロック図である。図４に示すように、この音響信号処理部１ｂは、加算器２０，２６と、ＤＡ変換器２１と、アンプ２２，２３と、所定の出力インピーダンスＺ１と、ＡＤ変換器２４と、デジタルフィルタで構成されるフィルタ２５，２７とを備えており、入力する音響信号はデジタル信号となっている。

音響信号処理部１ｂは、入力する音響信号をＤＡ変換器２１でアナログ信号に変換し、その信号をアンプ２２で信号増幅する。そしてアンプ２２により増幅された音響信号を、所定の出力インピーダンスＺ１に通して出力することにより、スピーカ３ｂを駆動する。またスピーカ３ｂの周囲ノイズによる起電力が含まれるジャック端子２ｂの電圧Ｖｊは、アンプ２３で増幅され、ＡＤ変換器２４でデジタル信号に変換される。

フィルタ２５は、上述したスピーカ３ｂを含むアナログ回路の等価回路を実現するデジタルフィルタである。つまり、フィルタ２５の伝達関数を規定する各種パラメータは、アンプ２２，２３のゲイン、出力インピーダンスＺ１、および、スピーカ３ｂの負荷インピーダンスＺ２に基づいて設定されている。そのため、音響信号をこのフィルタ２５に通すことにより、ジャック端子２ｂの電圧Ｖｊに含まれるノイズ成分を検出するための基準電圧に相当する信号が得られる。

そして音響信号処理部１ｂは、ＡＤ変換器２４からの出力信号と、フィルタ２５からの出力信号とを加算器２６に入力し、それら出力信号の差分をとることにより、スピーカ３ｂの周囲雑音ノイズによる逆起電力Ｖｆｂをノイズ信号として検出する。

そしてこのノイズ信号Ｖｆｂをフィルタ２７に入力する。フィルタ２７は、入力するノイズ信号Ｖｆｂに基づいてスピーカ３ｂの周囲ノイズの位相を反転させた周波数特性及び位相特性のノイズキャンセル信号を生成するデジタルフィルタである。フィルタ２７が生成するノイズキャンセル信号は、加算器２０に出力される。そして加算器２０において、入力する音響信号に、ノイズキャンセル信号を加算することにより、スピーカ３ｂの周囲ノイズを除去した音響信号を生成する。その結果、スピーカ３ｂからは、周囲雑音ノイズを除去するような音響再生出力が行われるようになる。

このように第３実施例では、スピーカ３ｂのインピーダンスＺ２を含む等価回路をＤＳＰなどのデジタルフィルタで構成するため、アナログフィルタと比べて実装が行い易いという利点がある。

またデジタルフィルタによる等価回路はアナログフィルタに比べると調整が行い易いことから、インタフェース２に異なるタイプのヘッドホン３が接続された場合でも、フィルタ２５の伝達関数を規定する各種パラメータを調整することにより、スピーカ３ｂのインピーダンスＺ２に適合させた等価回路を比較的簡単に実現することができるという利点がある。この場合の調整方法としては、ユーザによる手動調整方法と、接続されたヘッドホン３のスピーカ特性を測定して自動調整を行う方法とがある。

図５は、フィルタ２５のパラメータを自動調整する等価回路設定部４０を備えた構成例を示す図である。この等価回路設定部４０は、例えば音響装置がヘッドホン３の接続を検知したとき、或いは音響装置に電源が投入されたときに機能するものであり、スピーカ特性測定部４２と、フィルタ設定部４１とを備えている。例えば音響装置は、ヘッドホン３の接続を検知した場合、或いは電源が投入された場合において、周波数を変化させながら正弦波などのテスト信号を音響信号として音響信号処理部１ｂに入力し、インタフェース２に接続されたヘッドホン３のスピーカ３ｂをテスト駆動する。スピーカ特性測定部４２は、そのテスト信号で駆動されるスピーカ３ｂの端子電圧Ｖｊを測定することにより、スピーカ３ｂの特性を測定し、スピーカ３ｂの負荷インピーダンスＺ２を特定する。フィルタ設定部４１は、スピーカ特性測定部４２によって特定されるスピーカ３ｂの負荷インピーダンスＺ２に基づいて伝達関数の各種パラメータを決定する。そして決定した各種パラメータをフィルタ２５に設定することにより、スピーカ３ｂのインピーダンスＺ２を含む等価回路を設定する。

このような等価回路設定部４０を設けることにより、音響装置に対して任意のヘッドホン３を接続して周囲ノイズを除去することができるようになり、音響装置の利便性がより一層向上する。

一方、手動調整の場合は、予めヘッドホン３の種類毎に最適なパラメータをメモリなどに記憶しておき、ユーザの手動操作によって選択されたヘッドホン３の種類に対応したパラメータを読み出し、それをフィルタ２５に設定するように構成すれば良い。ただし、この場合、周囲ノイズを良好に除去することができるヘッドホン３は、メモリに予め記憶されている種類のものに限られる。

以上のように、第３実施例においても、第１および第２実施例と同様に、マイクを設ける必要がないため、コスト上昇を招くことはなく、しかも小型ヘッドホンであっても良好に周囲雑音ノイズを除去することができるという利点がある。さらに、ヘッドホン３を接続するためのインタフェース２を、一般的な３端子のインタフェースで構成することも可能である。

（第４実施例）
次に第４実施例について説明する。上述した第３実施例では、スピーカ３ｂを含む等価回路の全体をＤＳＰなどのデジタルフィルタで構成する場合を示したが、ＤＡ変換器２１やＡＤ変換器２４のサンプリング周波数が低い場合、サンプリングの遅延によって誤差が生じやすくなり、ノイズキャンセルの性能が低下することがある。そこで、この第４実施例では、アナログフィルタとデジタルフィルタとを併用することで誤差を少なくする構成例について説明する。

図６は、音響信号処理部１ｂの第４実施例を示すブロック図である。図６に示すように、この音響信号処理部１ｂは、加算器２０，２６と、ＤＡ変換器２１と、アンプ２２，２８と、所定のインピーダンスＺ１，Ｚ５，Ｚ６と、ＡＤ変換器２４と、デジタルフィルタで構成されるフィルタ２７，２９とを備えており、入力する音響信号はデジタル信号となっている。

音響信号処理部１ｂは、入力する音響信号をＤＡ変換器２１でアナログ信号に変換し、その信号をアンプ２２で信号増幅する。そしてアンプ２２により増幅された音響信号を、所定の出力インピーダンスＺ１に通して出力することにより、スピーカ３ｂを駆動する。

また音響信号処理部１ｂは、スピーカ３ｂのインピーダンスＺ２を含む等価回路の一部を、第２実施例と同様の構成、即ちインピーダンスＺ５，Ｚ６と差動アンプ２８とから成るアナログフィルタで構成しており、残部をデジタルフィルタであるフィルタ２９で構成している。つまり、インピーダンスＺ５，Ｚ６と差動アンプ２８とから成るアナログフィルタではインピーダンスＺ１，Ｚ２と合わせられないことによる音響信号の未キャンセル成分を、デジタルフィルタであるフィルタ２９を用いてキャンセルを行うことにより、スピーカ３ｂの周囲雑音ノイズによる逆起電力Ｖｆｂをノイズ信号として検出する。

そしてこのノイズ信号Ｖｆｂをフィルタ２７に入力してノイズキャンセル信号を生成し、加算器２０で音響信号にノイズキャンセル信号を加算することにより、スピーカ３ｂの周囲ノイズを除去した音響信号を生成する。その結果、スピーカ３ｂからは、周囲雑音ノイズを除去するような音響再生出力が行われるようになる。

このように第４実施例では、スピーカ３ｂのインピーダンスＺ２を含む等価回路を、インピーダンスＺ５，Ｚ６と差動アンプ２８とから成るアナログフィルタと、デジタルフィルタであるフィルタ２９とで構成しているため、ＤＡ変換器２１やＡＤ変換器２４のサンプリングの遅延によって生じる誤差を抑制することができ、スピーカ３ｂの周囲雑音ノイズによる逆起電力Ｖｆｂを高精度に検出することが可能になる。

また第４実施例において異なるタイプのヘッドホン３が接続された場合でも、フィルタ２９の伝達関数を規定する各種パラメータを調整することにより、スピーカ３ｂのインピーダンスＺ２に適合させた等価回路を比較的簡単に実現することが可能である。

図７は、フィルタ２９のパラメータを自動調整する等価回路設定部４０を備えた構成例を示す図である。この等価回路設定部４０は、第３実施例と同様に、フィルタ設定部４１とスピーカ特性測定部４２とを備えており、ヘッドホン３の接続を検知した場合、或いは電源が投入された場合に、テスト信号で駆動されるスピーカ３ｂの端子電圧Ｖｊを測定することによってスピーカ３ｂの特性を測定し、スピーカ３ｂの負荷インピーダンスＺ２を特定する。そしてその特定されたスピーカ３ｂの負荷インピーダンスＺ２に基づいて伝達関数の各種パラメータを決定し、フィルタ２９に設定するように構成される。したがって、第４実施例においても、音響装置に任意のヘッドホン３を接続して周囲ノイズを除去することができるようになる。尚、第３実施例で説明したようにフィルタ２９のパラメータを手動調整することも可能である。

また第４実施例においても、第１および第２実施例と同様、マイクを設ける必要がないため、コスト上昇を招くことはなく、しかも小型ヘッドホンであっても良好に周囲雑音ノイズを除去することができるという利点がある。さらに、ヘッドホン３を接続するためのインタフェース２を、一般的な３端子のインタフェースで構成することも可能である。

（応用例）
次に、上記のようなスピーカで発生する逆起電力Ｖｆｂを検出する技術を用いた幾つかの応用例について説明する。

（応用例１）
まず第１の応用例について説明する。図８は、音響信号処理部１ｂに対する第１の応用例を示すブロック図である。図８に示すように、この音響信号処理部１ｂは、耳に装着するヘッドホン筐体８にスピーカ３ｂと周囲雑音ノイズを検出するためのマイク９とを備えたヘッドホン３を接続対象としている。そのため、上述した各実施例のようにヘッドホン３を接続するためのインタフェース２は一般的な３端子のものを用いることはできない。

そしてこの音響信号処理部１ｂは、マイク９が検出したノイズ信号に基づいて適応フィルタ（ＡＤＦ：Adaptive Filter）５１がノイズキャンセル信号を生成する。適応フィルタ５１は、その特性を変化させることにより、伝達関数を最適なものに自己適応させるフィルタである。そして適応フィルタ５１から出力されるノイズキャンセル信号を加算器１０で音響信号に加算することにより、スピーカ３ｂの周囲ノイズを除去した音響信号を生成する。その結果、スピーカ３ｂからは、周囲雑音ノイズを除去するような音響再生出力が行われるようになる。

そしてこの応用例１では、スピーカ３ｂの逆起電力Ｖｆｂを検出することにより、周囲ノイズがキャンセルされたか否かを検知する。つまり、第２実施例と同様に、アンプ１１からみたスピーカ３ｂの等価回路を、インピーダンスＺ３，Ｚ４と差動アンプ１６とから成るアナログフィルタにより構成し、インピーダンスＺ３，Ｚ４を、Ｚ３／Ｚ４＝Ｚ１／Ｚ２が成立するように設定する。これにより、差動アンプ１６の出力として、スピーカ３ｂの周囲雑音ノイズによる逆起電力Ｖｆｂを得ることができる。つまり、この信号が、適応フィルタ５１によって生成されるノイズキャンセル信号によりスピーカ３ｂの周囲ノイズが良好に除去されているかどうかを示す信号となる。そして差動アンプから出力されるノイズ信号Ｖｆｂにより、適応フィルタ５１の特性を変化させることで、最適な波形のノイズキャンセル信号を音響信号に加算することができるようにしている。このような適応フィルタ５１は、任意のフィルタであって良いが、例えば汎用的なフィルタを用い、ノイズ信号Ｖｆｂによってゲインのみを調整する構成とすれば、比較的その構成が簡単になる。尚、図８の例では、フィルタ部分Ａを第２実施例と同様の回路構成とした場合を示しているが、これに限られず、第１実施例と同様の回路構成としても良いし、また第３実施例又は第４実施例と同様の回路構成としても良い。

以上のように、応用例１では、スピーカ３ｂの逆起電力Ｖｆｂを、適応フィルタ５１の特性を変化させるために用いるので、安定した制御系を比較的に簡単に構築することができるという利点がある。

（応用例２）
次に第２の応用例について説明する。図９は、音響信号処理部１ｂに対する第２の応用例を示すブロック図である。この応用例２では、ヘッドホン３を装着したユーザの発声により鼓膜６１或いは耳道６２の振動音ＶＣをスピーカ３ｂで拾い上げて音声信号として出力する。この場合、ユーザの発声による鼓膜６１或いは耳道６２の振動音ＶＣは微弱であるため、スピーカ３ｂの周囲に雑音ノイズがあると、発声による振動音ＶＣのみを抽出することが困難となる。

そこで図９に示すように、音響信号処理部１ｂは、耳に装着するヘッドホン筐体８にスピーカ３ｂと周囲雑音ノイズを検出するためのマイク９とを備えたヘッドホン３を接続対象としており、応用例１と同様に、マイク９が検出したノイズ信号に基づいてフィルタ５２がノイズキャンセル信号を生成し、そのノイズキャンセル信号を加算器１０で音響信号に加算することにより、スピーカ３ｂの周囲ノイズを除去した音響信号を生成する。その結果、スピーカ３ｂからは、周囲雑音ノイズを除去するような音響再生出力が行われるようになる。

そしてこの応用例２では、スピーカ３ｂの逆起電力Ｖｆｂを検出することにより、鼓膜６１或いは耳道６２の振動音ＶＣに対応する音声信号を出力する。つまり、第２実施例と同様に、アンプ１１からみたスピーカ３ｂの等価回路を、インピーダンスＺ３，Ｚ４と差動アンプ１６とから成るアナログフィルタにより構成し、インピーダンスＺ３，Ｚ４を、Ｚ３／Ｚ４＝Ｚ１／Ｚ２が成立するように設定する。スピーカ３ｂの周囲雑音ノイズは、マイク９が検出したノイズ信号に基づいてキャンセルされるため、差動アンプ１６の出力として得られるスピーカ３ｂの逆起電力Ｖｆｂは、ユーザの発声による鼓膜６１或いは耳道６２の振動音ＶＣのみによる逆起電力となり、これを音声信号として出力する。尚、図９の例では、フィルタ部分Ａを第２実施例と同様の回路構成とした場合を示しているが、これに限られず、第１実施例と同様の回路構成としても良いし、また第３実施例又は第４実施例と同様の回路構成としても良い。

以上のように、応用例２では、マイク９を用いてスピーカ３ｂの周囲ノイズをキャンセルしているので、スピーカ３ｂの逆起電力Ｖｆｂを検出することによって鼓膜６１或いは耳道６２の振動音ＶＣに対応する音声信号を高精度に検出することができる。そのため、応用例２によると、ヘッドホン３を構成するヘッドセットだけで、ユーザの発声音を収音するマイク機能を実現することができるという利点がある。

（応用例３）
次に第３の応用例について説明する。この応用例３は、例えば音響出力を行うスピーカ３ｂと、音声を入力して音声信号を出力するマイク９とを備える構成において、マイク９に入力する周囲雑音ノイズを除去することによってクリアな音声信号を出力する例である。図１０は、その構成例を示しており、スピーカ３ｂおよびマイク９は、例えば携帯電話機や携帯ゲーム機などの携帯端末装置６０に設けられている。

図１０に示すように、携帯端末装置６０は、音声などの音響信号をアンプ１１に入力して信号増幅する。そしてアンプ１１により増幅された音響信号Ｖｏｕｔを、所定の出力インピーダンスＺ１に通して出力することにより、スピーカ３ｂを駆動する。スピーカ３ｂの負荷インピーダンスはＺ２である。

そしてこの応用例３では、スピーカ３ｂの逆起電力Ｖｆｂを検出することにより、携帯端末装置６０に入力する外部からのノイズ音を検出する。つまり、第２実施例と同様に、アンプ１１からみたスピーカ３ｂの等価回路を、インピーダンスＺ３，Ｚ４と差動アンプ１６とから成るアナログフィルタにより構成し、インピーダンスＺ３，Ｚ４を、Ｚ３／Ｚ４＝Ｚ１／Ｚ２が成立するように設定する。これにより、差動アンプ１６の出力として、携帯端末装置６０に作用する外部からのノイズ音による逆起電力Ｖｆｂを得ることができる。そしてこの逆起電力Ｖｆｂをフィルタ１４に入力し、フィルタ１４においてノイズ信号の逆位相となるノイズキャンセル信号を生成する。このノイズキャンセル信号を加算器１０においてマイク９が検出する音声信号と加算することにより、マイク９に入力するノイズ音を除去し、クリアな音声信号を出力する。尚、図１０の例では、フィルタ部分Ａを第２実施例と同様の回路構成とした場合を示しているが、これに限られず、第１実施例と同様の回路構成としても良いし、また第３実施例又は第４実施例と同様の回路構成としても良い。

このように応用例３では、スピーカ３ｂで発生する逆起電力Ｖｆｂを検知してマイク９に入力する音声信号からノイズ信号を除去するので、クリアな音声信号を出力することができ、例えば携帯端末装置６０を強風環境下で使用する場合でも風切り音などをキャンセルしたクリアな音声信号を通信相手先に送信することができる。また携帯端末装置６０の筐体に対して衝撃などが作用した場合でも、その衝撃音などを除去した音声信号を出力することができる。

尚、上記においては応用例３を携帯端末装置６０に適用する場合を例示したが、これに限られるものではなく、例えばスピーカ３ｂとマイク９とをそれぞれ別の筐体としても良い。その場合であってもスピーカ３ｂとマイク９とが同じ空間内にあれば、マイク９に入力する音声信号から周囲ノイズを除去したクリアな音声信号を出力することが可能である。

（変形例）
以上、本発明に関するいくつかの実施例および応用例について説明したが、本発明は上述した内容に限定されるものではない。例えば、上記第３および第４実施例では、等価回路設定部４０を設け、インタフェース２に接続されるヘッドホン３に応じてデジタルフィルタの特性を変化させる場合を例示したが、これと同様の技術は、アナログフィルタで構成される第１および第２実施例のそれぞれに対して適用することも可能である。

また上述した実施例および応用例に示したＡＤ変換器やＤＡ変換器は、パラレルマルチビット入出力でも良いが、ΔΣ変調した信号のままフィルタ処理を行うものであっても良い。

１ａ，１ｂ 音響信号処理部
２ インタフェース
３ ヘッドホン
３ｂ スピーカ（ヘッドホンスピーカ）
４ 音響信号出力部
５ ノイズ検出部
６ ノイズキャンセル部
１２，１４，２５，２７，２９，５２ フィルタ
５１ 適応フィルタ
４０ 等価回路設定部
４１ フィルタ設定部
４２ スピーカ特性測定部

Claims (5)

1. 音響信号を出力することによりスピーカを駆動する音響出力手段と、
   周囲ノイズによって前記スピーカに発生する起電力を検出するノイズ検出手段と、
   前記起電力に基づいて周囲ノイズの逆位相となる信号を生成して前記音響信号に加算することにより周囲ノイズをキャンセルするノイズキャンセル手段と、
   を備えることを特徴とする周囲ノイズ除去装置。
2. 前記ノイズ検出手段は、前記スピーカの等価回路を含み、前記音響出力手段が前記音響信号に基づいて前記スピーカを駆動した場合に前記スピーカに発生する第１の起電力と、前記音響信号を前記等価回路に入力することによって前記等価回路で発生する第２の起電力との差分をとることにより、周囲ノイズによる起電力を検出することを特徴とする請求項１記載の周囲ノイズ除去装置。
3. 前記等価回路の少なくとも１部をデジタルフィルタで構成することを特徴とする請求項２記載の周囲ノイズ除去装置。
4. 前記スピーカはヘッドホンスピーカであり、
   前記音響出力手段にヘッドホンスピーカを接続するためのインタフェースと、
   前記インタフェースに接続されるヘッドホンスピーカに応じて前記等価回路を設定する等価回路設定手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項２又は３記載の周囲ノイズ除去装置。
5. 前記インタフェースに接続されるヘッドホンスピーカの特性を測定するスピーカ特性測定手段をさらに備え、
   前記等価回路設定手段は、前記スピーカ特性測定手段による測定結果に基づいて前記等価回路を設定することを特徴とする請求項４記載の周囲ノイズ除去装置。

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