JP2019087868A - Sound output device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば音響出力装置に関する。 The present invention relates to, for example, a sound output device.
イヤホンやヘッドホンなどの音響出力装置において、ヒアスルーの機能を持たせたい、という要望がある。ヒアスルーとは、ユーザーが音響出力装置を装用していても、あたかも非装用であるかのように周辺音を聴くことができる機能をいう(例えば特許文献1参照)。 There is a demand for providing a function of hear through in sound output devices such as earphones and headphones. “Hear-through” refers to a function that allows the user to listen to ambient sounds as if they were not wearing the sound output device (see, for example, Patent Document 1).
ところで、ユーザーが音響出力装置を装用し、周辺音とともに音楽プレーヤなどの外部端末から供給される目的の音(以下、「目的音」と称呼する)を聴く場合に、目的音の聴取性が低下することがある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、音響出力装置を装用して、周辺音とともに目的音を聴く場合に、周辺音の聴取性が低下するのを抑える技術を提供することにある。
By the way, when the user wears an audio output device and listens for a target sound supplied from an external terminal such as a music player (hereinafter referred to as a "target sound") along with the surrounding sound, the audibility of the target sound is degraded. There is something to do.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and it is an object of the present invention to reduce the audibility of the ambient sound when the user is wearing the audio output device and listening to the objective sound together with the ambient sound. It is in providing the technology to control.
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る音響出力装置は、ユーザーの周辺音を収音する第1マイクと、前記第1マイクの収音に基づく第1信号に対して所定の周波数特性を付与するイコライザーと、ユーザーの鼓膜に向けて放音するスピーカーと、前記スピーカー近傍の音を収音する第2マイクと、前記第2マイクの収音に基づく第2信号の逆相信号を所定周波数以下で生成する逆相信号生成回路と、目的音を示す目的音信号と、前記逆相信号と、前記イコライザーによる出力信号とを加算して前記スピーカーに向けて出力する加算器と、を含む。 In order to achieve the above object, according to an aspect of the present invention, there is provided an audio output device including: a first microphone for picking up ambient sound of a user; and a first signal based on a sound collected by the first microphone. An equalizer for imparting frequency characteristics, a speaker for emitting sound toward the user's eardrum, a second microphone for collecting sound in the vicinity of the speaker, and a reverse-phase signal of a second signal based on the sound collected by the second microphone An adder for generating a phase-inverted signal generation circuit that generates a frequency equal to or less than a predetermined frequency, a target sound signal indicating a target sound, the phase-in-phase signal, and an output signal from the equalizer, and outputting the result toward the speaker. including.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る音響出力装置の一例であるイヤホン10の構成を示すブロック図である。
この図に示されるように、イヤホン10は、マイク110、150、アンプ112、134、152、ADC114、154、イコライザー116、IF122、加算器130、DAC132、スピーカー140および逆相信号生成回路156を含む。なお、イヤホン10がユーザーに装用されたとき、スピーカー140の放音方向が、当該ユーザーの外耳道に向かう方向に配置され、マイク150は、スピーカー140の放音方向であって、外耳道と音響結合された空間に配置される。
First Embodiment
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an
As shown in this figure, the
マイク110(第1マイク)は、イヤホン10を装用するユーザーの周辺音を収音する。アンプ112は、マイク110により収音された信号(第1信号)を増幅し、ADC(Analog to Digital Converter)114は、アンプ112による増幅された信号をデジタル信号に変換する。
イコライザー116は、ADC114の出力信号に補正処理を、例えばイヤホン10を装用したときに遮音によって損失する特性を予め補償する処理を施し、当該処理を施した信号を加算器130における第1入力端に供給する。
The microphone 110 (first microphone) picks up the ambient sound of the user wearing the
The
IF(InterFace)122は、外部端末200から無線により信号を受信するインターフェイスである。IF122が受信する信号は、外部端末200で再生された信号、すなわちユーザーに聴かせる音(目的音)の目的音信号である。IF122によって受信された目的音信号は、加算器130における第2入力端に供給される。
なお、目的音信号は、例えば外部端末200で再生された音楽信号である。また、IF122は、目的音信号を無線ではなく有線で受信する構成としても良い。
An IF (InterFace) 122 is an interface that receives a signal from the
The target sound signal is, for example, a music signal reproduced by the
加算器130は、第1入力端、第2入力端および第3入力端のそれぞれに供給された信号同士を加算して、DAC(Digital to Analog Converter)132に供給する。DAC132は、加算器130によって加算された信号をアナログに変換し、アンプ134は、DAC132により変換された信号を増幅する。スピーカー140は、アンプ134により増幅された信号を空気の振動、すなわち音に変換して出力する。
The
マイク150(第2マイク)は、スピーカー140の近傍に設けられて、当該スピーカー140から出力された音などを収音する。アンプ152は、マイク150により収音された信号(第2信号)を増幅し、ADC154は、アンプ152により増幅された信号をデジタル信号に変換して、逆相信号生成回路156に供給する。
The microphone 150 (second microphone) is provided in the vicinity of the
逆相信号生成回路156は、ADC154からの出力信号の位相を反転させた関係にあって、音量(振幅)がほぼ等しい逆相信号を、周波数、振幅および位相を調整して生成する。なお、逆相信号生成回路156は、生成する逆相信号については、内蔵されたローパスフィルターによって例えば周波数が200Hz以下の成分に制限している。
なお、当該ローパスフィルターの周波数特性については、フィルター係数の設定により可変となっている。
The negative phase
The frequency characteristics of the low pass filter are variable by setting the filter coefficient.
また、図1において、例えばイコライザー116、加算器130および逆相信号生成回路156は、例えば1または2以上のチップで集積したDSP(Digital Signal Processor)で構成すると、省スペース化を図ることができる。
Further, in FIG. 1, for example, when the
図2は、イヤホン10の構造を示す図である。
この図に示されるようにイヤホン10は、例えばカナル型であり、ハウジング(筐体)160およびイヤーピース180を含む。
ハウジング160は、概略筒状である。ハウジング160の内部空間には、スピーカー140、マイク110および150が設けられる。詳細には、ハウジング160の内部空間を区画するようにスピーカー140が取り付けられ、当該スピーカー140の放音面は、外耳道に向かう方向となっている。
マイク150は、ハウジング160の内部空間においてスピーカー140で区画される空間のうち、外耳道寄り(図において右側)に取り付けられる。
なお、ハウジング160には、装用時において、スピーカー140で区画される内部空間のうち、外耳道寄り空間において、外部と通気させる通気孔168が1または複数設けられる。
一方、マイク110は、スピーカー140で区画される内部空間のうち、外耳道とは反対側の空間において反対側に設けられる。
FIG. 2 is a view showing the structure of the
As shown in this figure, the
The
The
The
On the other hand, the
イヤーピース180は、ポリビニルやスポンジなどの弾力性を有する素材により、開口部186で開口する中空の砲弾形に成形されて、ハウジング160の外耳道側に対し着脱自在となっている。イヤーピース180がハウジング160に取り付けられた状態では、開口部186がハウジング160の内部空間に連通する。
The
なお、図1で示したイヤホン10の構成する要素のうち、マイク110、150およびスピーカー140以外の要素については、ハウジング160の内部空間、例えばマイク110の近傍に設けられるが、図2では省略されている。
Of the components of the
図3は、イヤホン10の装用状態を示す図であり、詳細には、イヤホン10がユーザーWの右耳に装用された状態を示す図である。この図に示されるように、イヤホン10のイヤーピース180が外耳道314に挿入される。詳細には、開口部186が鼓膜312に向かう方向に、イヤーピース180が外耳道314に挿入される一方で、ハウジング160の一部が外耳道314から露出した状態となる。
FIG. 3 is a view showing a wearing state of the
次に、イヤホン10の動作について説明する。
図3に示されるようにイヤホン10がユーザーWに装用された場合に、スピーカー140は、加算器130による加算信号、詳細には、マイク110で収音された周辺音の信号と、外部端末200から供給された目的音信号と、逆相信号との加算信号に基づいて発音する。
Next, the operation of the
As shown in FIG. 3, when the
逆相信号生成回路156では、マイク150で収音された信号のうち、周波数が200Hz以下の成分の逆相信号を出力する。このため、スピーカー140が当該加算信号に基づいて発音した場合、周辺音の信号のうち、周波数が200Hz以下の成分が抑圧された状態で鼓膜314に到達する。なお、当該逆相信号によって抑圧される周辺音としては、例えば、送風音やエンジンなどの機械音が挙げられる。
The negative phase
このように、イヤホン10を装用したユーザーは、周辺音のうち、低い周波数成分のノイズがキャンセル(抑圧)された状態で知覚する。したがって、イヤホン10によれば、目的音信号に基づく音の低域部分、特にリズム音が、周辺音によってマスクされることがないので、目的音信号に基づく音の聴取性を向上させることができる。
As described above, the user wearing the
ところで、イヤホン10が装用されていない場合、ユーザーWは、音を、外耳道314(空気)を介し鼓膜312を振動させて聴覚神経に伝わる気導音と、振動が皮膚や骨等を伝わり直接聴覚神経に伝わる骨伝導音との合算により知覚する。なお、骨伝導音には、自己の声帯の振動が骨等を介して聴覚神経に伝達することで知覚される自声音が含まれる。
図3に示されるようにイヤホン10がユーザーWに装用された場合、スピーカー140から発せられる音と、通気孔168を介して外耳道314に漏れ入る音と、骨伝導音との合算で音を知覚する。
イヤホン10の装用時においてスピーカー140から発せられる音は、外耳道314の閉塞・遮音によって、イヤホン10の非装用時とは異なる伝達特性、具体的には、ある帯域成分が損失した状態で鼓膜312に到達する。ただし、マイク110で収音された周辺音の信号は、イコライザー116の補償処理によって、装用時にイヤーピース180による閉塞・遮音による損失が予め補償されているので、ユーザーWは、スピーカー140から発せられる音のうち、周辺音については、イヤホン10が非装用であるかのごとく、自然な感じで知覚することができる。
By the way, when the
As shown in FIG. 3, when the
The sound emitted from the
このように、イヤホン10によれば、目的音信号に基づく音の聴取性が向上する一方で、周辺音を自然な感じで知覚することが可能となる。
As described above, according to the
ところで、マイク150で収音された信号は、逆相信号生成回路156により逆相化されて、逆相信号として加算器130における第3入力端に供給されるまで、デジタル変換やフィルタリングなどの処理を経る。このため、逆相信号は、漏れ入った周辺音に対し、厳密には、逆相の関係とはならない。
特に周波数が高い(周期が短い)周辺音や、周期性を有しない周辺音に対しては、逆相信号を加算しても抑圧の程度が小さいか、抑圧されずに却ってノイズが強調されてしまう場合がある。
By the way, processing such as digital conversion and filtering is performed until the signal collected by the
In particular, for peripheral sounds with high frequency (short period) and peripheral sounds without periodicity, the degree of suppression is small even if antiphase signal is added, or noise is emphasized instead of being suppressed. There are times when
そこで、本実施形態では、抑圧の対象を所定周波数以下の成分としているのである。ただし、抑圧する上限周波数が高いと、周辺音が過度に抑圧されるので、ユーザーに聴こえる周辺音が不自然になる。一方で、抑圧する上限周波数が低いと、目的音信号に基づく音の低域部分が、抑圧されない(ユーザーに知覚される)周辺音によって過度にマスクされるので、目的音信号に基づく音の聴取性が低下する。
このため、本実施形態では、双方のバランスを考慮しつつ、音楽のリズム音の低域が周辺音にマスクされない程度とするために、逆相信号の上限周波数を200Hzとして、抑圧の対象を当該周波数以下としているのである。
So, in this embodiment, the object of suppression is made into the component below a predetermined frequency. However, if the upper limit frequency to be suppressed is high, the ambient sound is excessively suppressed, and the ambient sound heard by the user becomes unnatural. On the other hand, when the upper limit frequency to be suppressed is low, the low frequency part of the sound based on the target sound signal is excessively masked by the peripheral sound which is not suppressed (perceived by the user), so listening to the sound based on the target sound signal Sex is reduced.
For this reason, in the present embodiment, the upper frequency limit of the negative phase signal is set to 200 Hz to set the target of suppression in order to set the low frequency band of the music rhythm sound to the extent that the peripheral sound is not masked while considering both balance. It is below the frequency.
なお、本実施形態では逆相信号の上限周波数を200Hzとしているが、ヒトの聴感には、ばらつきがあるので、ある程度の周波数範囲を持ってしまうのは避けられない。また、逆相信号生成回路156におけるローパスフィルターでも、当然のことながら誤差が発生してしまう。このため、本件において、逆相信号の上限周波数について、200Hz付近として、ある程度の範囲(160〜240Hz)を伴うことは許容される。
In the present embodiment, the upper limit frequency of the reverse phase signal is 200 Hz. However, since the human sense of hearing has variations, it can not be avoided to have a certain frequency range. Further, even the low pass filter in the negative phase
また一般には、男性の最低基音が180Hzであり、女性の最低基音が220Hzであるので、この最低基音の成分が抑圧されてしまうと、会話音が不自然に聴こえてしまう可能性がある。
このため、周辺音としての会話音の聴取性を重視する場合、逆相信号生成回路156は、周波数150Hz以下のノイズを抑圧させる逆相信号を生成するようにしても良い。
周波数180Hz以下とせず、それよりも低い150Hzとしている理由は、ローパスフィルターにおける応答特性のマージンを考慮しているためである。
Also, in general, since the lowest fundamental sound of men is 180 Hz and the lowest fundamental sound of women is 220 Hz, if the component of the lowest fundamental sound is suppressed, the speech sound may be unnaturally heard.
Therefore, in the case of emphasizing the audibility of conversational sound as the peripheral sound, the negative phase
The reason why the frequency of 180 Hz or less is not used but 150 Hz which is lower than that is because the margin of the response characteristic of the low pass filter is taken into consideration.
実施形態では、イヤホン10が右耳に装用される場合を例にとって説明したが、左耳に装用されても良い。また、同じ構成のイヤホン10を2個用意して、右耳に一方を、左耳に他方をそれぞれ装用させるとともに、左耳に装用されるイヤホンにステレオの左信号が、右耳に装用されるイヤホン10にステレオの右信号が、それぞれ外部端末200から供給される構成としても良い。
In the embodiment, although the case where the
<第2実施形態>
上述した実施形態では、音響出力装置としてイヤホン10を例示したが、ヘッドホンとしても適用可能である。
Second Embodiment
Although the
図4は、第2実施形態に係る音響出力装置の一例であるヘッドホン1の構成を示す図である。
この図に示されるように、ヘッドホン1は、ヘッドホンユニット10L、10Rと、ヘッドバンド3と、アーム4Lおよび4Rと、を含む。ヘッドバンド3は、弾力性を備える金属または樹脂などにより、長手方向に円弧を描く形状となっている。ヘッドバンド3の両端のうち、一端側(図において左側)には、アーム4Lを介して、左耳用のヘッドホンユニット10Lが取り付けられ、他端側(図において右側)には、アーム4Rを介して、右耳用のヘッドホンユニット10Rが取り付けられている。
FIG. 4 is a view showing the configuration of a headphone 1 which is an example of the sound output device according to the second embodiment.
As shown in this figure, the headphone 1 includes
ヘッドホンユニット10Lは、略円筒形状のハウジング160と、当該ハウジング160に取り付けられたイヤーパッド182とを有する。また、ヘッドホンユニット10Lの電気的な構成については、上述したイヤホン10と同一であり、それぞれマイク110、150とスピーカー140とを備える。
ヘッドホンユニット10Rについては、ヘッドホンユニット10Lとほぼ同様な構成となっている。
なお、ヘッドホンユニット10Lにはステレオの左信号が、また、ヘッドホンユニット10Rにはステレオの右信号が、それぞれ外部端末200から供給される。
The
The
A stereo left signal is supplied to the
ヘッドホン1を装用する場合、ユーザーは、ヘッドホンユニット10Lおよび10Rを持ってヘッドバンド3の円弧を広げつつ、ヘッドホンユニット10Lのイヤーパッド182を左耳に、ヘッドホンユニット10Rのイヤーパッド182を右耳に、にそれぞれ被せる。ヘッドバンド3には、その弾力性によって、当該ヘッドバンド3の端部同士を近づけようとする復元力が発生する。このため、ヘッドバンド3の端部に位置するヘッドホンユニット10Lおよび10Rは、装用時においてユーザーの頭部に側圧を与える。この側圧によって、ヘッドホン1は所定の位置で保持される。
When wearing the headphone 1, the user holds the
ヘッドホン1がユーザーに装用された状態では、イヤーパッド182によって耳が遮蔽された状態となる。音の伝達については、イヤホン10とほぼ同様となる。
このため、ヘッドホン1によれば、ユーザーに、ステレオの目的音信号に基づく音の聴取性を向上させる一方で、周辺音を自然な感じで知覚させることが可能となる。
When the headphone 1 is worn by the user, the
For this reason, according to the headphone 1, it is possible to allow the user to perceive the ambient sound in a natural way while improving the audibility of the sound based on the stereo target sound signal.
<応用例・変形例>
実施形態において、逆相信号生成回路156におけるローパスフィルター用のフィルター係数を複数組用意しておき、いずれか1つの組を、音楽の種類(ジャンル)や、周辺環境、ユーザーの嗜好などに合わせて適宜選択して用いる構成としても良い。すなわち、逆相信号生成回路156は、逆相信号の上限周波数を、200Hz以下の範囲で切替可能に生成する構成としても良い。
<Example of application / modification>
In the embodiment, a plurality of sets of filter coefficients for the low-pass filter in the negative phase
<付記>
上述した実施形態等から、例えば以下のような態様が把握される。
<Supplementary Note>
For example, the following aspects can be grasped from the above-described embodiment and the like.
<態様1>
本発明の好適な態様1に係る音響出力装置は、ユーザーの周辺音を収音する第1マイクと、前記第1マイクの収音に基づく第1信号に対して所定の周波数特性を付与するイコライザーと、ユーザーの鼓膜に向けて放音するスピーカーと、前記スピーカー近傍の音を収音する第2マイクと、前記第2マイクの収音に基づく第2信号の逆相信号を周波数200Hz以下で生成する逆相信号生成回路と、目的音を示す目的音信号と、前記逆相信号と、前記イコライザーによる出力信号とを加算して前記スピーカーに向けて出力する加算器と、を含む。
態様1に係る音響出力装置によれば、装用して周辺音とともに目的音を聴く場合に、周辺音の聴取性が低下するのを抑えることができる。
<Aspect 1>
A sound output device according to a preferred aspect 1 of the present invention is a first microphone for picking up ambient sound of a user, and an equalizer for giving a predetermined frequency characteristic to a first signal based on the sound picked up by the first microphone. A speaker emitting sound toward the tympanic membrane of the user, a second microphone for collecting sound in the vicinity of the speaker, and a reverse phase signal of a second signal based on the sound collected by the second microphone at a frequency of 200 Hz or less And an adder for adding a target sound signal indicating a target sound, the negative phase signal, and an output signal from the equalizer and outputting the result to the speaker.
According to the sound output apparatus of the first aspect, when the user listens to the target sound together with the surrounding sound, it is possible to suppress the audibility of the surrounding sound from being degraded.
<態様2>
態様2に係る音響出力装置は、態様1に係る音響出力装置おいて、前記逆相信号生成回路は、前記逆相信号を周波数150Hz以下で生成する。態様2に係る音響出力装置によれば、会話音の聴取性が向上する。
<Aspect 2>
An acoustic output device according to a second aspect is the acoustic output device according to the first aspect, wherein the negative phase signal generation circuit generates the negative phase signal at a frequency of 150 Hz or less. According to the sound output device of aspect 2, the audibility of speech sound is improved.
<態様3>
態様3に係る音響出力装置は、態様1または2に係る音響出力装置おいて、前記逆相信号生成回路は、前記逆相信号の上限周波数を切替可能に生成する。態様3に係る音響出力装置によれば、音楽の種類(ジャンル)や、周辺環境、ユーザーの嗜好などに合わせて、
目的音および周辺音の聴取性を選択することができる。
<Aspect 3>
An acoustic output device according to a third aspect is the acoustic output device according to the first aspect or the second aspect, wherein the negative phase signal generation circuit switchably generates the upper limit frequency of the negative phase signal. According to the sound output device of aspect 3, according to the type of music (genre), the surrounding environment, the preference of the user, etc.
The audibility of the target sound and the surrounding sound can be selected.
1…ヘッドホン、10…イヤホン、110…マイク(第1マイク)、116…イコライザー、130…加算器、140…スピーカー、150…マイク(第2マイク)、156…逆相信号生成回路、200…外部端末。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Headphones, 10 ... Earphone, 110 ... Microphone (1st microphone), 116 ... Equalizer, 130 ... Adder, 140 ... Speaker, 150 ... Microphone (2nd microphone), 156 ... Reversed-phase signal generation circuit, 200 ... External Terminal.
Claims (3)
前記第1マイクの収音に基づく第1信号に対して所定の周波数特性を付与するイコライザーと、
ユーザーの鼓膜に向けて放音するスピーカーと、
前記スピーカー近傍の音を収音する第2マイクと、
前記第2マイクの収音に基づく第2信号の逆相信号を所定周波数以下で生成する逆相信号生成回路と、
目的音を示す目的音信号と、前記逆相信号と、前記イコライザーによる出力信号とを加算して前記スピーカーに向けて出力する加算器と、
を含む音響出力装置。 With the first microphone to pick up the ambient sound of the user,
An equalizer for imparting a predetermined frequency characteristic to a first signal based on sound pickup of the first microphone;
Speakers that emit sound toward the user's tympanic membrane,
A second microphone for picking up sound in the vicinity of the speaker;
A negative phase signal generation circuit that generates a negative phase signal of the second signal based on the sound collection of the second microphone at a predetermined frequency or lower;
An adder for adding a target sound signal indicating a target sound, the negative phase signal, and an output signal from the equalizer, and outputting the result to the speaker;
Sound output device including.
請求項1に記載の音響出力装置。 The sound output device according to claim 1, wherein the negative phase signal generation circuit generates the negative phase signal at a frequency of 200 Hz or less.
請求項1または2に記載の音響出力装置。
The sound output device according to claim 1, wherein the negative phase signal generation circuit switchably generates an upper limit frequency of the negative phase signal.
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