JP2014533444A - 能動騒音低減を組み込むインイヤー型装置 - Google Patents

Abstract

能動騒音低減を組み込むインイヤー型装置は、耳道（３）での、または耳道（３）に隣接しての位置選定のために適応されたハウジング（１）を有する。ハウジング（１）はドライバ（２）を含み、音響経路が、ドライバ（２）から装置の出口（４）まで設けられる。マイク（６）および音響インピーダンス（７）は、音響経路に設けられる。インピーダンス（７）が、装置の安定性を増す。【選択図】図１

Description

本発明は、能動騒音低減を組み込んだインイヤー型装置に関する。係る装置は、イヤホン、「インイヤーヘッドホン」、補聴器、および類似した支援補聴装置を含むが、これに限定されるものではない。さらに、用語「インイヤー」は、人間の耳道に部分的に位置することがある装置を含む。

本発明に関連する能動騒音低減の機能性は、マイクを含むが、これに限定されるものではない１つまたは複数のセンサが装置の「受信機」（小型ラウドスピーカまたはドライバ）のインボード（つまり、装着者の耳により近く）に位置する、「フィードバック」制御アーキテクチャまたはハイブリッド（フィードバックおよびフィードフォワードの組み合わせ）制御アーキテクチャを使用して実現される。マイクの出力は、耳の圧力のフィードバック（または同等の）制御に必要とされる観測結果を提供するために使用される。当業者は、純粋な「フィードフォワード」制御器を使用するシステムは、係るインボードマイクの存在を必要としないことを理解する。

インイヤー型装置は、通常、ドライバおよびマイクが中に位置し、ドライバからインイヤー型装置の出口までの音響経路を提供するハウジングを有する。出口は外耳道に位置して使用され、したがって出口からの音響信号は、（中耳としても知られる）鼓膜に送達できる。

ドライバのインボードに検知マイクを配置するには、マイクがドライバと出口との間の音響経路に位置することが必要となる。したがって、ドライバによって生成される音は、中耳に移動する際に（本体が音響的に不透明である）マイクによって構成される部分的な障害物の回りを通ることが必要となる。既存の構造では、重大な音響インピーダンスがないようにマイクの回りに十分な空間が残される。

フィードバック制御を使用する能動騒音低減を有するインイヤー型装置を設計するために目前にある考慮すべき事項は、ヘッドホン、つまりフィードフォワードアーキテクチャで存在する考慮すべき事項とは非常に異なる。特に、安定性は、装置の負荷条件が開ループ伝達関数（ＯＬＴＦ）に大きく影響を及ぼすことがあるので問題である。この力が、装置の能動騒音低減の機能性性能の設計中の主要な制約である。つまり、能動騒音低減の機能性の堅牢性を保証するために、ＯＬＴＦの力が大きいほど、閉ループシステムの安定性のマージンは大きくなければならない。

さらなる小型化は、これらの問題を悪化させるにすぎない。たとえば、一般的に使用される電気力学的ドライバは、ダイヤフラム面積の二乗の逆数とともにそのソースインピーダンスが増加するとみなす。したがって、電気力学的ドライバはますますその負荷に敏感になるので、システムの安定性および性能を保証するために追加の処置を講じなければならない。さらに、フィードバック制御器またはその部分をハウジング内部に作成するために必要とされる電子回路を移動するには、装置の全体的なサイズの縮小を達成するために音響システムをかなり小型化することが必要となり、その結果として、慎重に調整されたＯＬＴＦが、高性能の雑音消去システムを設計するために必要な制御器の複雑度を削減することが必要とされるだろう。本発明の実施形態に説明される音響インピーダンスを使用することは、フィードバック制御アーキテクチャまたはハイブリッド制御アーキテクチャによる能動騒音低減を組み込む小型化されたインイヤー型装置用にＯＬＴＦを調整するための解決策となる。

インイヤー型装置での改善された能動雑音消去性能を提供すること、または少なくとも既存の装置に対する有用な代替策を一般に提供することが、本発明の目的である。

本発明の他の目的が、ほんの一例として示される以下の説明から明らかになることがある。

一態様では、本発明は、
耳道での、または耳道に隣接しての位置選定のために適応されたハウジングであって、耳道での位置選定のための音響出口を有するハウジングと、
ハウジングに設けられるドライバと、
ドライバから出口に伸長するハウジング内部の音響経路と、
ドライバと出口との間の音響経路に設けられるマイクと、
音響経路に設けられる高音響インピーダンスと
を含むインイヤー型装置を提供する。

一実施形態では、高音響インピーダンスは、選択された音声周波数範囲上のドライバ入力からマイク出力への装置のインピーダンスが、選択された音声周波数範囲上のドライバのインピーダンスよりも大きくなるほどである。

一実施形態では、周波数範囲は、ミッドレンジ音声周波数を含む。

一実施形態では、周波数範囲は、１ｋＨｚから２ｋＨｚである。

一実施形態では、周波数範囲は、２００Ｈｚから２ｋＨｚである。

一実施形態では、周波数範囲は、１ｋＨｚから２．５ｋＨｚである。

一実施形態では、音響インピーダンスは、音声経路のくびれによって提供される。

一実施形態では、音響インピーダンスは、マイクの周辺部に設けられる。好ましくは、インピーダンスは、マイクの周縁部と装置の壁との間に設けられる。

別の実施形態では、音響インピーダンスは、マイクと出口との間に設けられる。

一実施形態では、インピーダンスは音響抵抗を含む。

一実施形態では、インピーダンスは、能動騒音低減フィードバック制御アーキテクチャまたは能動騒音低減ハイブリッド制御アーキテクチャで使用されるときに、装置の安定性を改善するために選択される。

一実施形態では、インピーダンスは、受動減衰とも呼ばれる、装置の外部のソースから雑音を減衰するために選択される。

一実施形態では、インピーダンスは、マイクの周辺部の回りに配置される複数の通路を含む。好ましくは、通路は、マイクの対称軸と平行である。好ましくは、複数の通路が、マイクの外周の回りで規則的に分布して置かれる。

別の態様では、本発明は、
耳道での、または耳道に隣接しての位置選定のために適応されるハウジングであって、耳道での位置選定のための音響出口を有するハウジングと、
ハウジングに設けられるドライバと、
ドライバから出口まで伸長するハウジング内部の音響経路と、
ドライバと出口との間の音響経路に設けられるマイクと、
マイクによって検知される雑音を消去するために、マイクから受信される信号に応じてドライバに信号を提供するためのフィードバック制御器と、
システムの力を制限し、装置の安定性を改善するように適応される、音響経路に設けられる音響インピーダンスと
を含むインイヤー型装置を提供する。

一実施形態では、高音響インピーダンスは、選択された音声周波数範囲上のドライバ入力からマイク出力への装置のインピーダンスが、選択された音声周波数範囲上のドライバのインピーダンスよりも大きくなるほどである。

一実施形態では、周波数範囲は、ミッドレンジ音声周波数を含む。

別の態様では、本発明は、
耳道での、または耳道に隣接した位置選定のために適応されたハウジングであって、耳道での位置選定のための音響出口を有するハウジングと、
ドライバと、
ドライバから出口へ伸長する音響経路と、
ドライバと出口との間の音響経路に設けられるマイクと、
マイクによって検知される雑音を消去するためにマイクから受信される信号に応じてドライバに信号を提供するためのフィードバック制御器と
を有するインイヤー型装置の安定性を改善する方法を提供し、
方法は、装置の安定性を改善するのに十分である音響経路での音響インピーダンスを提供することを含む。

一実施形態では、方法は、選択された音声周波数範囲上でドライバのインピーダンスを決定するステップと、ドライバ入力からマイク出力への装置のインピーダンスが、選択された音声周波数範囲上のドライバのインピーダンスよりも大きくなるように、音響インピーダンスを選択するステップとを含む。

一実施形態では、周波数範囲は、ミッドレンジ音声周波数を含む。

本発明の他の態様は、以下の説明から明らかになる。

本発明の１つまたは複数の実施形態は、添付図面に関して以下に説明される。

人間の耳道とともに使用されるインイヤー型装置の概略断面図である。 送信機が、電気信号を音響ドメインに接続するツーポイントネットワークとして表される図１の構造の表示を示す図である。 人間の耳道とともに使用されるインイヤー型装置の概略断面図である。 インイヤー型装置内部での実装のためにドライバおよび検知マイクを含むカプセルを通る概略断面図である。構造は端面図にも示される。 図４Ａに示されるカプセル構造の端面図である。 本発明がインピーダンスモディファイヤーとして使用されるときに、周波数の関数として振幅と位相の両方を示す、図４Ａおよび図４Ｂに示される装置等の装置の開ループ伝達関数の図である。 絶対ＯＬＴＦ差に対する追加の抵抗の影響を示す図である。 ＯＬＴＦの図であり、２つの重要な負荷条件下で測定されるときに、それぞれ（安定性に相関がある）ＯＬＴＦ絶対差である。「最適化値」が、本明細書に記載される、所望される複雑な音響インピーダンス構造を指すことに留意されたい。 ＯＬＴＦの図であり、２つの重要な負荷条件下で測定されるときに、それぞれ（安定性に相関がある）ＯＬＴＦ絶対差である。「最適化値」が、本明細書に記載される、所望される複雑な音響インピーダンス構造を指すことに留意されたい。 使用中の、および人間の外耳道と連結する本発明に係るインイヤー型装置の断面の概略図である。 それぞれＩＥＣ７１１擬似耳に結合され、塞がれたパイプ状況に比較されるときに、本質的に音響抵抗であるものが使用されるときの振幅の差、および（安定性に相関がある）ＯＬＴＦ絶対差を示すＯＬＴＦの図である。 それぞれＩＥＣ７１１擬似耳に結合され、塞がれたパイプ状況に比較されるときに、本質的に音響抵抗であるものが使用されるときの振幅の差、および（安定性に相関がある）ＯＬＴＦ絶対差を示すＯＬＴＦの図である。 インイヤー型装置、ＩＥＣ７１１規格負荷、およびＩＥＣ７１１負荷と結合されたインイヤー型装置の典型的なｄｅｖｅｒの周波数に対するインピーダンスの図である。

本発明は、特にドライバと装置の出口との間の音響経路または音響ルートの設計に関する。いくつかの実施形態では、本発明は、音がマイク周辺で伝導されるルート／通路の設計で実現される。これらの要素の音響インピーダンスは、（自動制御の専門用語を使用するために）「制御下のシステム」または「プラント」の「開ループ伝達関数」（ＯＬＴＦ）（の成分）を構成する、ドライバへの入力とマイクからの出力との間の電子音響伝達関数を巧みに計画するように設計され得る。この伝達関数は、システム安定性および雑音消去性能の重要な決定因子である。閉ループシステムの堅牢性において所望される改善は、変化する負荷条件に対するイヤホンの脆弱性および感受性に関してＯＬＴＦの力（つまり、変動）を減少させることによって達成される。当業者は、本発明の範囲内で設計される装置が、範囲外の同システムに比較して能動騒音低減の機能性性能での改善を示すことを理解するだろう。

一実施形態では、本発明は、特に堅牢な可制御性に関して、全体的なシステムに所望される特性を導入するために、インイヤー型装置のインボードマイクの回りの音響経路（複数の場合がある）の慎重な設計を教示している。

図１は、外耳道（３）の開口部に、または開口部の近くに配置されるように取り付けられるドライバ（２）を含むインイヤー型装置（１）の第１の実施形態を示す。ドライバによって生成される音は、少なくとも何らかの形の導波路素子を含む音響ネットワーク（４、７、８、９）を通って外耳道の中に伝導される。この音響ネットワークは、さらにインピーダンス（８）を調整するために音響抵抗とともに示される。システムは、「先端」または「グロメット」構成要素（５）によって意図されるシールを形成するように耳に結合されてよい。

装置が、外部の周囲雑音場から耳への多様な経路によって伝搬する音を能動的に消去する（または、少なくとも大幅に低減する）ことができることが、多くの雑音環境で有益であることが示されてきた。これは、装置を含む（部分的に）密封されたシステム内部の圧力、および着用者の外耳道の残りの容量を直接的に観測する制御戦略によって有用に達成できる。便宜上、かかる観測は、装置の本体内部に組み込まれるマイク（６）によって提供される。

（実質的には誘導的な音響インピーダンスを実施する）音響出力「ポート」または装置（４）の出口によって構成される音響ネットワークと、（コンプライアンスとして第一次近似に合わせて動作する）外耳道（３）の空気容量との間の相互作用は、重要な音響挙動を示し、「ヘルムホルツ」共鳴を導入することで知られている。これは、参照により本明細書に含まれる国際出願公開第ＷＯ２００７／０５４８０７号公報に教示されるように、受信機入力とマイク出力との間の伝達関数（図１のＶｍｉｃ／Ｖｒｅｃｅｉｖｅｒ）に有利に影響を与えることによって能動騒音低減（ＡＮＲ）が有効にされたシステムの性能を最適化するための手段として識別されてきた。この伝達関数、Ｖｍｉｃ／Ｖｒｅｃｅｉｖｅｒは、能動的制御用途で「開ループ」の成分を構成し、安定性および性能にとって直接的に重要である。フィードバック制御器１１は、図１に示されている。制御器１１は、たとえばドライバのすぐ後方、つまりマイクに隣接して等、装置内部に設けられてもよい。

本発明は、音がそれによってマイク（７）の回りで伝導される経路（複数の場合がある）を取り上げている。これらの経路は直列音響インピーダンスを表し、直列音響インピーダンスの最適化は、結果的にシステムの安定性および性能に影響を与える、装置の全体的な音響（および電子音響）性能を調整するための別の手段を構成する。かかる経路の存在は、インバウンドマイクが存在するそれらの用途（通常、フィードバック制御、ハイブリッドフィードバック／フィードフォワード制御、または適応制御を適用することが意図される用途）に特有である。

システムのＯＬＴＦをモデル化するために利用可能な多くのオプションがある。システムのＯＬＴＦをモデル化するための方法の１つは、さらに図２に示されており、図２では、変換器（２、６）が、電気信号を音響ドメインに接続するツーポートネットワークとして表されている。音響ネットワークは、（ここでは並列インピーダンス８として表されている）マイクの上流の容量、（ここでは直列インピーダンス７として示されている）マイクの回りの音響経路、マイク（並列インピーダンス９）の下流の容量、出口ポート（４）、および耳（１０）によって示される音響負荷から構成される。それは、本発明の主題である伝達関数ＯＬＴＦ、Ｖｍｉｃ／Ｖｒｅｃｅｉｖｅｒに所望の特徴を導入するために、インピーダンス（７）による第一次近似に合わせて表される、マイク回りの経路インピーダンスの音響特性の慎重な操作である。ツーポートネットワークとしてシステムを調べることによって、集中定数モデルの範囲を超えてシミュレーションを拡張することが可能になり、閉ループシステムの性能を強化するために必要なインピーダンスモディファイヤーのより正確な決定が可能になる。

これらのインピーダンスモディファイヤーは、音響インダクタンスと音響抵抗の両方を表す経路くびれであることがあるが、これらに限定されるものではない。これらのインピーダンスを全体的なシステム力に対して意味を有するほど十分に大きくするために、経路は、通常、（注意深く定められたアスペクト比を用いて）小さい断面積および指定された長さを有する。経路は、図４Ａおよび図４Ｂに関してさらに以下に説明されるように、マイクの周辺部の回りに規則正しく置かれる一連の「細隙」としての一実施形態を有することが判明している。

上記に参照される細隙は、マイクがドライバの方を向いている実施形態で、図１を参照、およびマイクがドライバから離れて向く実施形態で使用できる。

本明細書に教示される例のいくつかは、マイクが（図１および図２に示されるように）マイクの回りの音響経路（複数の場合がある）によって実施されるインピーダンスの「上流の」圧力に対して意図的に敏感であるケースに関しているが、本発明は、マイクが図３に示されるマイクの回りの音響経路（複数の場合がある）の下流の圧力に敏感であるそれらのケースで所望の音響経路インピーダンスを導入するようにマイクの回りでの音の通過を巧みに計画することが可能であることを確かに教示している。

マイクの回りの音響経路が、巧みに計画された細隙の形で設けられる実施形態が、図４に示される。その図を参照すると、３つの細隙（７）が、マイクと内側ハウジング壁との間に形成されている。この実施形態のマイクはドライバ（２）の方を向いているが、別法としてドライバから離れて向くこともあるだろう。前者のケースでは、細隙は、音響経路内部で高インピーダンス負荷を生じさせるために使用できる。図に示されるように、ドライバの方を向くマイクを有することは、設計者に、ドライバとマイクとの間の容量に負荷をかけるインピーダンスを生じさせる機会を提供する。

音響経路での高インピーダンスの追加、およびドライバの方を向くマイクを有することは、通常かかる製品の使用中に見られる多くの重要な負荷条件のためにＯＬＴＦの振幅および位相差を削減する一方で、ヘルムホルツ共鳴を弱め、より円滑で、より規則正しく、より大きな位相増加を実現する。前者の態様は、多くのインピーダンスのためにＯＬＴＦ（ＩＥＣ７１１結合システム）を見る図５に示されている。後者は、システムの安定性を評価するときに重要な条件である、ＩＥＣ７１１および塞がれたパイプ（つまり、塞がれた出口）の境界条件の振幅および位相差を分析することによって図６に示されている。ＩＥＣ７１１は、人間の耳の音響負荷挙動をモデル化するために使用される規格を指す。

分かるように、インピーダンスの追加は、システムの性能を上げ、安定性を改善する。ただし、この最後の点の最適化は次に説明される。前面音響特性が考慮される図４Ａおよび図４Ｂを再び参照すると、設計者が多くの物理的な寸法を利用できることが分かる。最良の結果は、マイクがドライバの方を向く状態で見出されるが、これは設計パラメータとしても検討され、各マイクの向きに理想的な寸法を見つけることができるだろう。これらは、抵抗経路の値を含め、システムのＯＬＴＦの力を制限し、したがって装置の多くの負荷条件のために閉ループシステムの安定性を上げるために変えられなければならない。これらは、多様な以下を含むことがある。
ａ）出口ポート形状寸法（かかる定義に暗に含まれる寸法および関連するダンピング／インダクタンス）、および
ｂ）使用される以下の２つの典型的なケースが、
ＩＥＣ７１１または通常の着用負荷条件
分量なしの負荷条件のシミュレーションを目的とする塞がれた出口
である、出口ポート負荷条件。

これは、それぞれＯＬＴＦおよび（安定性に相関がある）ＯＬＴＦ絶対差について図７および図８に示されており、出口ポート寸法も、最適化方法のこの特定の実装での最適化プロセスの一部である。

「最適化された」内部寸法および伝達特性の実際的な実装が、
（ｉ）システムの周波数応答に対する効果的なダンピング、および
（ｉｉ）装置のエラーマイクで観測される雑音消去性能と本図のＩＥＣ７１１マイクで観測される、または一般的な使用でユーザによって経験される雑音消去性能との間で発生することがある「雑音消去デカップリング」
を説明しなければならないことが留意されるべきである。

上述された実施形態は、音響特性が閉ループシステムの他の特徴を最適化し、その性能を強化するように設計される、音声伝達「ルート」を回りに確立した閉塞物としてのインボードマイクの使用を教示している。以下に説明される実施形態では、これらの巧みに計画されたインピーダンスは必ずしもマイクの「回り」ではないが、ドライバと出口ポートとの間の音響経路内の他の（または追加の）場所に位置している。

図９を参照すると、マイクと出口との間に設けられる開口が必要な高インピーダンスを提供する実施形態が示されている。構造は単一の開口として示されているが、当業者は、構造が複数の開口を含むさまざまな形をとってよいことを理解するだろう。

図１０および図１１は、閉出口負荷条件下のシステムＯＬＴＦ、および他のパラメータが変更されていなかった場合、それぞれ設計された音響インピーダンスおよび（安定性に相関がある）ＯＬＴＦ絶対差がある、ならびに設計された音響インピーダンスおよび（安定性に相関がある）ＯＬＴＦ絶対差がないＩＥＣ７１１でのＯＬＴＦを示している。

音響経路での巧みに計画された音響高インピーダンスの追加は、ＯＬＴＦ力を改良する。それは、ＩＥＣ７１１擬似耳との結合時、この例に示される着用負荷条件と閉パイプ負荷条件下との間の差異を削減する。したがって、制御器は、小さいが、依然として、実現可能なＯＬＴＦの削減された範囲に対処する、および／または一定の安定性マージンをもって使用可能なフィードバック利得を増加する、および／または雑音消去機能によってカバーされる周波数範囲を広げるほど十分な安定性マージンをもって設計できる。

上記に概略されるように、音響システムの異なる部分の負荷およびソースインピーダンスの近似は容易に計算できるので、ツーポート表示は伝達およびインピーダンスに関してシステムを表すために便利なモデルを提供する。例として、多数のルートが利用されるケースでは、その音響インピーダンスは（第一次近似に合わせて）並列で作用する。多数のかかる経路のそれぞれの寸法（したがって、音響インピーダンス）が等しいことは便利である（が、必要ではない）。

ツーポートネットワーク方法の概論は、以下の表１に示されている。追加の情報は、Ｍ Ｅ Ｖａｎ Ｖａｌｋｅｎｂｅｒｇ Ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎａｌｙｓｉｓ、第３版、Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ（１９７４年）で入手できる。

入力が通常の電気変数であり、出力が通常の音響変数である動電型スピーカのツーポート表示（他のタイプの変換器は、他のツーポート表示を有する）は、以下の通りである。

上式では、
Ｖおよびｉは、電気変数である。
Ｚ_ＥＢは、制止電気インピーダンスである。
Ｚ_ｍは、機械インピーダンスである。
ｐ、つまり圧力、およびｕ、ダイヤフラム速度は音響変数である。
他のすべての記号は、当業者が十分に認識するようにその通常の意味を有する。
追加の情報は、Ｍ Ｃｏｌｌｏｍｓ ＆ Ｐ Ｄａｒｌｉｎｇｔｏｎ、Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒｓ、第６版、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ、２００５年に記載されている。

ドライバのソースインピーダンスＺｓｏｕｒｃｅは、以下として計算できる。

ツーポート方法は、音響ネットワークを特徴付けるために使用できる。断面Ｓおよび長さＬの一様な損失のない音響導波路のツーポートの例は、ｋが波数番号であるツーポートによって関連付けられる各端部で音響変数を有する。

未知のツーポートの要素は、Ｅｇｏｌｆ Ｄ．Ｐ．およびＬｅｏｎａｒｄ，Ｒ．Ｇ．（１９７７年）、「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｃｏｕｓｔｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ」、Ｊ．Ａｃｏｕｓｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．６２、１０１３−１０２３に従って何らかの測定を実行して決定できる。また、多くの音響要素およびその集中定数等価回路は、Ｊ．Ｂｏｒｗｉｃｋ Ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ ａｎｄ ｈｅａｄｐｈｏｎｅ ｈａｎｄｂｏｏｋ、第３版、２００１年、９７８０２４０５１５７８６、５８８ページに示されている。

インイヤー型装置の本体内部での１つまたは複数の高インピーダンス経路の導入によって、装置の全体的な直列インピーダンスが増加する。これは、一般に、装置の本体を通る耳への不必要な雑音の伝達を低減する有益な効果を有する（つまり、それは、装置の受動的な減衰を増加する）。これは、特に、ダイヤフラムに対する望ましくない高コンプライアンス負荷を回避するために、そのダイヤフラムの後部への開口部を必要とすることがある動電型レシーバの場合に重要である。外部の周囲雑音場からの音は、これらの開口部を通って、ダイヤフラムを通って、耳まで前方に通過できる。この以後の耳への経路での高インピーダンス障害物の導入は、この雑音伝達経路によって実現される減衰のレベルを制御するための手段を与えると理解される。

マイクの回りでの巧みに計画された音響ルートの導入によって、装置の音響ソースインピーダンスが増加する。これらの実装で使用される小型ドライバが高ソースインピーダンス（通常、空気の場合の４１５レールおよびＩＥＣ７１１の場合の１．８Ｍレールと比較して約５．６Ｍレール）を有し、したがって負荷変動に非常に敏感であり、したがって音響ルートを設計する上で払われなければならない注意。これは、（感度、漏れ感度、安定性、および周波数応答を含む）システム性能の態様に対して既知の（および潜在的に不利な）結果を有する。これらの結果にも関わらず、ルートは、開ループ応答、Ｖｍｉｃ／Ｖｒｅｃｅｉｖｅｒに対するより多くの制御を設計者に与えるという点で設計者に全体的な利点を提供する。

経路またはルートは、（一様な断面のパイプ等の）単純な形または（たとえば、曲管、断面積が変化する連結パイプ等を含む）より複雑な形をとることがある。より単純な場合、（インダクタンスおよび抵抗等の）音響インピーダンスの同様に単純なモデルは、ルート伝達音響特性の第一次モデルとして現れる。これは経路の適切なパラメータ化を可能にし、全体的なシステム挙動の態様の最適化を可能にしてよい。単純なルート形の音響特性のより複雑なモデル化−またはより複雑な形の音響特性のモデル化−は、ともに（有限要素分析または類似する数値モデルから生じることがある一般化された解決策等の）インピーダンスのより高度な記述を促す。ルートは、次いで、これらの一般化されたインピーダンスが、ドライバソースインピーダンスと比較して所望される重大なインピーダンスを与えるように設計される。

音響インピーダンスの他の形は、上述された細隙またはくびれとは別にまたは組み合わせて使用され得る。したがって、たとえば、音響的に抵抗力のあるメッシュが、マイク６の周辺部とハウジング１の内壁との間の巧みに計画された細隙に対する代替策としてまたは追加として図１および図３の実施形態の領域７に位置してよい。さらに、音響的に抵抗力のあるメッシュは、たとえば図９の実施形態に示されるくびれ７の代替策としてまたはくびれ７に加えて音響経路での別の場所に設けられてもよい。

ここで図１２を参照すると、垂直軸は対数目盛（ｄＢＯｈｍｓ）でインピーダンスを表し、水平軸は対数目盛で周波数を表す。ＩＥＣ７１１負荷に結合されるときの図１の実施形態に図示される装置のようなインイヤー型装置の周波数に伴うインピーダンスの変動は、軌跡２０によって示される。インイヤー型装置用の９ｍｍ直径のドライバの周波数に伴うインピーダンスの変動は、軌跡２１によって示される。ＩＥＣ７１１負荷の周波数に伴うインピーダンスの変動は、軌跡２２によって示される。

図１２のインイヤー型装置（軌跡２０）は、ドライバと出口との間の音響経路に巧みに計画された高インピーダンスを含んでいない。分かるように、約２００Ｈｚから２ｋＨｚまで、ドライバインピーダンスが優勢であり、したがって装置は負荷の変化にはるかに影響を受けやすい。私たちは、必要とされる音声周波数範囲、特にミッドレンジの音声周波数（約２００Ｈｚから２ｋＨｚの間の音声周波数）でドライバのインピーダンスよりも大きくなるように、装置のインピーダンス（つまり、ドライバ入力からマイク出力へのインピーダンス）を増加するのに十分である装置の音響経路に音響インピーダンスを追加することによって安定性が大幅に改善されることに気付いた。インピーダンスは、上述された物理的な機器およびモデル化方法論を使用して設計できる。図１２に示される例では、インイヤー型装置のインピーダンスは、約２００Ｈｚから２ｋＨｚの間の周波数範囲で悪化する。この範囲のドライバインピーダンスは約５６メガオームである。分かるように、その最低点で（約８００Ｈｚ）の装置のインピーダンスは、５６メガオーム未満の少なくとも１０の因数であるため、装置のインピーダンスが関心のある周波数範囲でドライバのインピーダンスよりも大きいことを保証するためには、２００Ｈｚから２ｋＨｚの周波数範囲全体での少なくとも５０メガオームの追加インピーダンスが装置設計に組み込まれる必要がある。実際には、これは、（たとえば、１０メガオーム増分で）インピーダンスを大幅に増加させるために使用できる上述された細隙のような巧みに計画された細隙、およびより小さい増分でインピーダンスを追加できるメッシュ等の他のインピーダンス装置を使用して達成できる。メッシュのインピーダンスは、１６０から１５００Ｌ／ｍ＾２．ｓ（リットル／平方メートル／秒）の範囲にあるその透過性によって定めることができる。インピーダンスは、たとえば機械的なハウジング設計等他の設計手法によって追加できる。

エラーマイクと耳との間の、本書に説明される高インピーダンス負荷の使用は、以下の利点を有する。
１．使用は、上述された）一連のインピーダンスで優勢な要因となる大きなインピーダンスを定め、したがって
ａ．負荷条件に対するＯＬＴＦの感度を低減する。
ｂ．製品のカプセル化されたドライバおよびマイクの回りのイヤホン自体の設計に対する感度を低減する。
２．インダクタンスの増加が、ヘルムホルツ共鳴（国際出願公開第ＷＯ２００７／０５４８０７号公報「Ｎｏｉｓｅ Ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ Ｅａｒｐｈｏｎｅ」に記載される共鳴）を引き下げる。
３．指定された抵抗が、ドライバとマイクとの間の伝達ラインが、ヘルムホルツ共鳴での大きな抵抗によって負荷をかけられる（つまり、それが、それ以外の場合にインイヤー型装置の中心的な特徴である共鳴を弱める）ことを保証し、したがって
ａ．開ループ伝達関数の平滑度を改善し（くぼみと頂点の差を減少させ）、このようにして一連の音響負荷での安定性を増す。
ｂ．利得および位相応答の一貫性を改善し、このようにして一連の音響負荷での安定性を増す。

したがって、指定されたインピーダンスは、これらの点と以下の他の設計パラメータのバランスをとることによって「最適化される」。
イヤホンの受信周波数応答、
開ループ応答、ひいては雑音消去、および
検知マイクでの能動的な消去が、どのようにして中耳での有用な能動的な減衰まで計画するのかを決定するシステムの内部音響特性。

上述の説明では、既知の同等物を有する本発明の特定の構成要素または整数が参照されたが、かかる同等物は、本明細書では、個々に説明されたかのように組み込まれている。

本発明は例として、およびその考えられる実施形態に関して説明されてきたが、添付の特許請求の範囲の精神または範囲を逸脱することなく本発明に対して変形または改善が加えられ得ることが理解されるべきである。

Claims (24)

1. 耳道での、または耳道に隣接しての位置選定のために適応されたハウジングであって、前記耳道での位置選定のための音響出口を有する前記ハウジングと、
   前記ハウジングに設けられるドライバと、
   前記ドライバから前記出口に伸長する前記ハウジング内部の音響経路と、
   前記ドライバと前記出口との間の前記音響経路に設けられるマイクと、
   前記音響経路に設けられる高音響インピーダンスと
   を備えるインイヤー型装置。
2. 前記高音響インピーダンスが、選択された音声周波数範囲上の前記ドライバ入力から前記マイク出力への前記装置の前記インピーダンスが、前記選択された音声周波数範囲上の前記ドライバの前記インピーダンスよりも大きくなるほどである、請求項１に記載の装置。
3. 前記周波数範囲が前記ミッドレンジ音声周波数を備える、請求項２に記載の装置。
4. 前記周波数範囲が１ｋＨｚから２ｋＨｚである、請求項２に記載の装置。
5. 前記周波数範囲が２００Ｈｚから２ｋＨｚである、請求項２に記載の装置。
6. 前記周波数範囲が１ｋＨｚから２，５ｋＨｚである、請求項２に記載の装置。
7. 前記高音響インピーダンスが、前記音響経路のくびれによって提供される前記請求項のいずれか１つに記載の装置。
8. 前記音響インピーダンスが前記マイクの周辺部に設けられる、前記請求項のいずれか１つに記載の装置。
9. 前記インピーダンスが、前記マイクの前記周辺部の回りに配置される複数の経路を備える、請求項８に記載の装置。
10. 前記経路が、前記マイクの前記対称軸に平行である、請求項９に記載の装置。
11. 前記複数の経路が、前記マイクの前記外周の回りで規則的に分布して置かれる、請求項８または請求項９に記載の装置。
12. 前記インピーダンスが、前記マイクの前記周辺部と前記装置の壁との間に設けられる、請求項７から１１のいずれか１つに記載の装置。
13. 前記音響インピーダンスが前記マイクと前記出口との間に設けられる、請求項１から７のいずれか１つに記載の装置。
14. 前記インピーダンスが音響抵抗を備える、請求項１３に記載の装置。
15. 前記音響抵抗がメッシュを備える、請求項１４に記載の装置。
16. 前記インピーダンスが、能動騒音低減フィードバックアーキテクチャまたは能動騒音低減ハイブリッド制御アーキテクチャで使用されるときに、前記装置の安定性を改善するために選択される、請求項２から１５のいずれか１つに記載の装置。
17. 前記インピーダンスが、前記装置の外部のソースから雑音を減衰するために選択される、前記請求項のいずれか１つに記載の装置。
18. 前記耳道での、または耳道に隣接しての位置選定のために適応されたハウジングであって、前記耳道での位置選定のための音響出口を有する前記ハウジングと、
    前記ハウジングに設けられるドライバと、
    前記ドライバから前記出口に伸長する前記ハウジング内部の音響経路と、
    前記ドライバと前記出口との間の前記音響経路に設けられるマイクと、
    前記マイクによって検知される雑音を消去するために、前記マイクから受信される信号に応じて前記ドライバに信号を提供するためのフィードバック制御器と、
    前記装置の安定性を改善するように適応された前記音響経路に設けられる音響インピーダンスと
    を備えるインイヤー型装置。
19. 前記フィードバック制御器が前記ハウジング内部に設けられる、請求項１８に記載の装置。
20. 前記音響インピーダンスが、選択された音声周波数範囲上の前記ドライバ入力から前記マイク出力への前記装置の前記インピーダンスが、前記選択された音声周波数範囲上の前記ドライバの前記インピーダンスよりも大きくなるほどである、請求項１８または請求項１９に記載の装置。
21. 前記周波数範囲が前記ミッドレンジ音声周波数を備える、請求項２０に記載の装置。
22. 前記耳道での、または耳道に隣接しての位置選定のために適応されたハウジングであって、前記耳道での位置選定のための音響出口を有する前記ハウジングと、
    ドライバと、
    前記ドライバから前記出口に伸長する音響経路と、
    前記ドライバと前記出口との間の前記音響経路に設けられるマイクと、
    前記マイクによって検知される雑音を消去するために、前記マイクから受信される信号に応じて前記ドライバに信号を提供するためのフィードバック制御器と
    を有するインイヤー型装置の前記安定性を改善するための方法であって、
    前記装置の前記安定性を改善するのに十分である前記音響経路に音響インピーダンスを提供することを含む、前記方法。
23. 選択された音声周波数範囲上で前記ドライバの前記インピーダンスを決定するステップと、前記ドライバ入力から前記マイク出力への前記装置の前記インピーダンスが、前記選択された音声周波数範囲上の前記ドライバの前記インピーダンスよりも大きくなるように前記音響インピーダンスを選択するステップとを含む、請求項２２に記載の方法。
24. 前記周波数範囲が前記ミッドレンジ音声周波数を備える、請求項２２または請求項２３に記載の方法。

Images