JP2019102911A - 電気音響変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャンセル信号による音声信号への影響を抑制し、音質の劣化を抑制することが可能なノイズキャンセル機能を備えた電気音響変換装置を提供する。【解決手段】本発明にかかる電気音響変換装置１は、音源からの音声信号に基づいて駆動する音声用ボイスコイル１７１と、ノイズを収音してノイズ信号を生成する収音部１４と、ノイズ信号に基づいて、ノイズのキャンセル用のキャンセル信号を生成するノイズキャンセル回路１６１と、キャンセル信号に基づいて駆動するキャンセル用ボイスコイル１７２と、音声用ボイスコイルと、キャンセル用ボイスコイルと、が取り付けられる振動板１７３と、を有してなり、キャンセル用ボイスコイルは、音声用ボイスコイルが駆動することでキャンセル用ボイスコイルに発生する逆起電力に応じた逆起信号と、キャンセル信号と、に基づいて、駆動する、ことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、電気音響変換装置に関する。

ヘッドホンやイヤホンなどの電気信号を音波に変換する電気音響変換装置の中で、電気音響変換装置の外部のノイズを低減（キャンセル）して、電気音響変換装置の使用者に良好な楽音を提供するノイズキャンセル機能を備えた電気音響変換装置が普及している。

一般的に、ノイズキャンセル機能を備えた電気音響変換装置は、マイクロホンと、ノイズキャンセル回路（以下「ＮＣ回路」という。）と、ドライバユニットと、を備える。マイクロホンは、電気音響変換装置の外部のノイズを収音する。ＮＣ回路は、マイクロホンが収音したノイズとは音響的に逆相のキャンセル信号を生成する。ドライバユニットは、ＮＣ回路が生成したキャンセル信号と、電気音響変換装置に接続された音楽プレーヤなどの音源からの音声信号と、を加算した信号に応じた音波を生成して出力する。すなわち、電気音響変換装置は、ノイズをキャンセルしながら、音声信号による楽音（以下「再生音」という。）を出力する。

キャンセル信号を生成する方式には、フィードフォワード方式（以下「ＦＦ方式」という。）と、フィードバック方式（以下「ＦＢ方式」という。）と、がある（例えば、特許文献１参照）。以下、ＦＦ方式とＦＢ方式とについて、ヘッドホンを例に説明する。

ＦＦ方式のヘッドホンが備えるマイクロホン（以下「ＦＦマイクロホン」という。）は、ハウジングの外部のノイズを収音する。ＮＣ回路は、ＦＦマイクロホンが収音したノイズを解析して、ヘッドホンの使用者の鼓膜に到達するまでのノイズの変化を予測する。ＮＣ回路は、この予測の結果に基づいてキャンセル信号を生成する。ＦＦマイクロホンは、ドライバユニットから離れた位置に配置される。そのため、ＦＦ方式のヘッドホンは、後述するＦＢ方式のヘッドホンに比べて、ドライバユニットから出力される再生音を収音して、再生音からキャンセル信号を生成しにくい。すなわち、ＦＦ方式のヘッドホンの再生音の音質は、ＦＢ方式のヘッドホンの再生音の音質に比べて、再生音から生成されるキャンセル信号による影響を受けにくい。

一方、ＦＢ方式のヘッドホンが備えるマイクロホン（以下「ＦＢマイクロホン」という。）は、ヘッドホンのハウジング（イヤパッド）の内部に配置されて、使用者の耳元に近い位置でノイズを収音する。ＮＣ回路は、ＦＢマイクロホンが収音したノイズの信号をリアルタイムで解析して、使用者の鼓膜の位置でのノイズが最小になるようなキャンセル信号を生成する。そのため、ＦＢ方式のヘッドホンのノイズのキャンセル効果は、ＦＦ方式のヘッドホンのノイズのキャンセル効果と比べて、高い。また、ＦＢ方式のヘッドホンは、ノイズ成分の変化に対する追従性も良い。

しかし、ＦＢマイクロホンは、ノイズと共に再生音を収音して、電気信号（以下「ＦＢ信号」という。）を生成する。ＦＢ信号は、ノイズ成分信号と再生音（音声）成分信号とを含む。ＮＣ回路は、ＦＢ信号からノイズ成分信号を抽出して（再生音成分信号を除去して）、位相を反転させることによりキャンセル信号を生成する。このとき、キャンセル信号からノイズ成分信号のみを抽出することは難しく、キャンセル信号には再生音成分信号が残留し得る。そのため、キャンセル信号と音声信号とを加算すると、音声信号が再生音成分信号の影響を受け、ドライバユニットから出力される再生音の音質が劣化し得る。

再生音成分信号を除去したキャンセル信号を生成する技術として、ＦＢ信号から、ローパスフィルタと遅延素子とを通過した音声信号を減算する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２に開示の技術は、ローパスフィルタのカットオフ周波数に応じてキャンセル信号から再生音成分信号を除去可能である。しかし、カットオフ以上の周波数においてはノイズキャンセル効果を得ることができず、カットオフ周波数を上げると再生音の音質に影響を及ぼす。すなわち、特許文献２に開示の技術では、キャンセル性能を向上させると再生音の音質が劣化し易くなり、再生音の音質を向上させるとキャンセル性能が劣化し易くなる。さらに、同技術はフィルタや遅延素子などをハウジング内に配置するため、ヘッドホンの構造が複雑になり、配置スペースの確保、製造コストの増加、などの問題が生じる（フィルタの制約がある）。

特開２００８−１２２７２９号公報 特開２０１４−３０２５４号公報

このように、ＦＢ方式の電気音響変換装置では、キャンセル信号に含まれる再生音成分信号が音声信号に影響を及ぼすため、再生音の音質は、劣化し易い。また、フィルタなどを用いて再生音の音質の劣化を抑制する場合、フィルタなどを配置するための種々の制約（配置スペース、フィルタの特性、製造コストなど）がある。

本発明は、以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、キャンセル信号による音声信号への影響を低減し、音質の劣化を低減することが可能な電気音響変換装置を提供することを目的とする。

本発明にかかる電気音響変換装置は、音源からの音声信号に基づいて駆動する音声用ボイスコイルと、ノイズを収音してノイズ信号を生成する収音部と、ノイズ信号に基づいて、ノイズのキャンセル用のキャンセル信号を生成するノイズキャンセル回路と、キャンセル信号に基づいて駆動するキャンセル用ボイスコイルと、音声用ボイスコイルと、キャンセル用ボイスコイルと、が取り付けられる振動板と、を有してなり、キャンセル用ボイスコイルは、音声用ボイスコイルが駆動することでキャンセル用ボイスコイルに発生する逆起電力に応じた逆起信号と、キャンセル信号と、に基づいて、駆動する、ことを特徴とする。

本発明によれば、キャンセル信号による音声信号への影響を抑制し、音質の劣化を抑制することが可能な電気音響変換装置を提供することができる。

本発明にかかる電気音響変換装置の実施の形態を示す斜視図である。 図１の電気音響変換装置が備える第１放音ユニットの構成を示す模式図である。 本発明にかかる電気音響変換装置の別の実施の形態を示す模式図である。 図３の電気音響変換装置が生成するデジタルキャンセル信号の調整の例を示す模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明にかかる電気音響変換装置（以下「本装置」という。）の実施の形態について説明する。

本装置は、携帯型楽音再生機などの音源からの音声信号に基づいて、音波を出力する、例えば、スピーカやヘッドホン、イヤホンなどの電気音響変換装置である。以下の説明では、本装置について、ヘッドホンを例に説明する。

●電気音響変換装置（１）●
●電気音響変換装置（１）の構成
図１は、本装置の実施の形態を示す斜視図である。

本装置１は、本装置１の使用者の頭部に装着されて、音源からの音声信号（デジタル信号）に基づいて、音波を出力する。本装置１は、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブル（不図示）を介して音源からの音声信号が入力される有線式のヘッドホンである。

なお、本装置は、例えば、ブルートゥース（登録商標）などの無線伝送を用いて音源から音声信号を受信する無線式のヘッドホンでもよい。

本装置１は、第１放音ユニット１０と、第２放音ユニット２０と、連結部材３０と、を有してなる。第１放音ユニット１０については、後述する。

第２放音ユニット２０は、使用者の右耳の周囲に装着されて、音源からの音声信号に基づいて、音波を出力する。第２放音ユニット２０の構成は、後述する入力部と信号処理回路とを備えない点を除いて、第１放音ユニット１０の構成と共通する。すなわち、第２放音ユニット２０は、ハウジング２１と、イヤパッド２２と、収音部（不図示）と、ノイズキャンセル回路（不図示）と、増幅回路（不図示）と、ドライバユニット（不図示）と、を備える。

連結部材３０は、第１放音ユニット１０と第２放音ユニット２０とを連結する。

図２は、第１放音ユニット１０の構成を示す模式図である。

第１放音ユニット１０は、使用者の左耳の周囲に装着されて、音源からの音声信号に基づいて、音波を出力する。第１放音ユニット１０は、ハウジング１１と、イヤパッド１２と、入力部１３と、収音部１４と、音声信号処理部１５と、キャンセル信号生成部１６と、ドライバユニット１７と、を備える。

ハウジング１１は、入力部１３と、音声信号処理部１５と、キャンセル信号生成部１６と、ドライバユニット１７と、を収容する。ハウジング１１は、バッフル板（不図示）を備える。

イヤパッド１２は、ハウジング１１と使用者の頭部との間の緩衝材である。イヤパッド１２は、本装置１が使用者の頭部に装着されたとき、ハウジング１１と、使用者の頭部と、の間に閉空間（以下「前空気室」という。）Ａ１を形成する。イヤパッド１２は、バッフル板（不図示）に取り付けられる。

入力部１３は、例えば、ＵＳＢ端子などのデジタル信号用の端子である。音源からの音声信号は、ＵＳＢケーブルを介して入力部１３に入力される。入力部１３に入力される音声信号は、デジタル信号である。

収音部１４は、ハウジング１１の外部のノイズを収音して、ノイズ信号を生成する。収音部１４は、フィードバックマイクロホン（以下「ＦＢマイクロホン」という。）１４１を備える。

「ノイズ」は、携帯型楽音再生機などの音源とは異なる音源からハウジング１１や前空気室Ａ１に到達する音である。

ＦＢマイクロホン１４１は、ハウジング１１の外部のノイズのうち、イヤパッド１２を介して前空気室Ａ１内に進入したノイズと、ドライバユニット１７が前空気室Ａ１に出力した音波（音声）（以下「再生音」という。）と、を収音して、ノイズ信号を生成する。すなわち、ノイズ信号は、ノイズ成分と音声成分とを含む。ＦＢマイクロホン１４１は、例えば、バッフル板（不図示）に取り付けられて、前空気室Ａ１内に配置される。

なお、本発明におけるＦＢマイクロホンは、前空気室内に進入したノイズを収音可能であれば、ハウジング内に配置されてもよい。

音声信号処理部１５は、音源からの音声信号を処理して、デジタル処理信号を生成する。音声信号処理部１５は、信号処理回路１５１と第１増幅回路１５２とを備える。

信号処理回路１５１は、音源からの音声信号をデジタル信号の状態で処理し、音声信号に応じて後述する振動板１７３を振動させるためのデジタル処理信号を生成する。信号処理回路１５１は、例えば、ＤＳＰである。

「デジタル処理信号」は、例えば、音声信号にパルス密度変調（ＰＤＭ：Pulse-Density Modulation）処理を施したデジタル信号である。デジタル処理信号は、ケーブル（不図示）を介して、ドライバユニット１７と、第２放音ユニット２０のドライバユニット（不図示）と、に伝送される。デジタル処理信号は、後述する音声用ボイスコイル１７１に印加される。

第１増幅回路１５２は、デジタル処理信号を増幅して音声用ボイスコイル１７１に印加する。第１増幅回路１５２は、例えば、出力側にローパスフィルタを備えないＤクラスアンプなどのデジタル処理で信号（デジタル処理信号）を増幅するデジタル方式のアンプである。

キャンセル信号生成部１６は、ノイズ信号を処理して、キャンセル信号を生成する。キャンセル信号生成部１６は、ノイズキャンセル回路（以下「ＮＣ回路」という。）１６１と、ゲイン調整部１６２と、第２増幅回路１６４と、を備える。

ＮＣ回路１６１は、収音部１４（ＦＢマイクロホン１４１）からのノイズ信号に基づいて、キャンセル信号を生成する。ＮＣ回路１６１は、ノイズ信号の位相を反転させる（逆相にする）ことにより、キャンセル信号を生成する。

「キャンセル信号」は、ノイズに対応するノイズ成分信号と、後述する振動板１７３が前空気室Ａ１に出力した再生音に対応する音声成分信号と、を含むアナログ信号である。ノイズ成分信号は、ノイズの逆相の信号である。すなわち、キャンセル信号は、前空気室Ａ１内に進入したノイズを相殺（キャンセル）するように振動板１７３を振動させるための信号（ノイズ成分信号）を含む。音声成分信号は、ＦＢマイクロホン１４１が収音した再生音の逆相の信号である。キャンセル信号は、ドライバユニット１７の後述するキャンセル用ボイスコイル１７２に印加される。

ゲイン調整部１６２は、ＮＣ回路１６１のゲインを調整する。すなわち、ゲイン調整部１６２は、キャンセル信号の信号レベルを調整する。ゲイン調整部１６２の動作については、後述する。

第２増幅回路１６４は、キャンセル信号を増幅してキャンセル用ボイスコイル１７２に印加する。第２増幅回路１６４は、アナログ処理で信号（キャンセル信号）を増幅するアナログ方式のアンプである。

ドライバユニット１７は、デジタル処理信号とキャンセル信号とに基づいて、音波を生成して、音波（再生音）を前空気室Ａ１に出力する。ドライバユニット１７は、バッフル板（不図示）に取り付けられて、ハウジング１１内に配置される。ドライバユニット１７は、音声用ボイスコイル１７１と、キャンセル用ボイスコイル１７２と、ボイスコイルボビン（不図示）と、振動板１７３と、磁気回路（不図示）と、を備える。

音声用ボイスコイル１７１は、信号処理回路１５１からのデジタル処理信号に基づいて駆動（振動）して、振動板１７３を振動させる。

キャンセル用ボイスコイル１７２は、ＮＣ回路１６１からのキャンセル信号に基づいて駆動（振動）して、振動板１７３を振動させる。音声用ボイスコイル１７１とキャンセル用ボイスコイル１７２とは、振動板１７３に取り付けられ、磁気回路の磁気ギャップ（不図示）内に配置されるボイスコイルボビンに巻装される（巻かれる）。すなわち、音声用ボイスコイル１７１とキャンセル用ボイスコイル１７２とは、共通の振動板１７３に取り付けられる。このとき、キャンセル用ボイスコイル１７２は、音声用ボイスコイル１７１と共に撚り合されて、振動板１７３に取り付けられる。

音声用ボイスコイル１７１のボイスコイルボビンへの巻数は、キャンセル用ボイスコイル１７２のボイスコイルボビンへの巻数とは異なる。音声用ボイスコイル１７１の（ボイスコイルボビンへの）巻数と、キャンセル用ボイスコイル１７２の（ボイスコイルボビンへの）巻数と、の比（以下「巻数比」という。）は、後述する逆起信号に影響を与える。

振動板１７３は、音声用ボイスコイル１７１の駆動（振動）と、キャンセル用ボイスコイル１７２の駆動（振動）と、に応じて振動し、音波を生成して出力する。振動板１７３は、磁気回路に対して、振動可能である。

●電気音響変換装置（１）の動作
次に、本装置１の動作について、図２を参照しながら説明する。

音源（不図示）からの音声信号は、入力部１３を介して、信号処理回路１５１に入力される。信号処理回路１５１は、デジタル信号である音声信号に基づいて、デジタル処理信号を生成する。デジタル処理信号は、第１増幅回路１５２により増幅され、音声用ボイスコイル１７１に印加される。音声用ボイスコイル１７１は、印加されたデジタル処理信号と、磁気ギャップ内の磁束と、の関係で発生する電磁力により、駆動（振動）する。換言すれば、音声用ボイスコイル１７１は、音源からの音声信号に基づいて、駆動する。

前述のとおり、音声用ボイスコイル１７１とキャンセル用ボイスコイル１７２とは、共通の振動板１７３に取り付けられる。そのため、音声用ボイスコイル１７１にデジタル処理信号が印加されたとき、音声用ボイスコイル１７１の振動に伴い、キャンセル用ボイスコイル１７２も振動する。このとき、キャンセル用ボイスコイル１７２は磁気回路の磁気ギャップ内を振動する。その結果、キャンセル用ボイスコイル１７２には、音声用ボイスコイル１７１より逆起電力が誘起され、この逆起電力に応じた電流（以下「逆起信号」という。）が流れる。すなわち、音声用ボイスコイル１７１が駆動したとき、キャンセル用ボイスコイル１７２には、キャンセル用ボイスコイル１７２に発生する逆起電力に応じた逆起信号が生成される（発生する）。

「逆起信号」は、音声用ボイスコイル１７１が駆動することで、キャンセル用ボイスコイル１７２に発生する（誘起される）逆起電力に応じた信号である。逆起信号の位相は、キャンセル用ボイスコイル１７２の入力側をグランドに接続するか、同出力側をグランドに接続するか、により、デジタル処理信号の位相と同相になるように調整される。前述のとおり、音声成分信号の位相は再生音の位相の逆相であり、再生音の位相はデジタル処理信号の位相と同相である。すなわち、逆起信号の位相は、音声成分信号の位相の逆相である。逆起信号の信号レベルは、音声用ボイスコイル１７１の巻数と、キャンセル用ボイスコイル１７２の巻数と、の巻数比に基づいて、決定される。

一方、ハウジング１１の外部のノイズのうち、イヤパッド１２を通過して前空気室Ａ１内に進入したノイズは、ＦＢマイクロホン１４１に収音される。このとき、ＦＢマイクロホン１４１は、再生音も収音する。ＦＢマイクロホン１４１は、収音したノイズと再生音とに基づいて、ノイズ信号を生成する。ノイズ信号は、ＮＣ回路１６１に入力される。

ＮＣ回路１６１は、ノイズ信号の位相を反転させる（逆相にする）ことにより、キャンセル信号を生成する。すなわち、ＮＣ回路１６１は、ノイズ信号に基づいて、キャンセル信号を生成する。キャンセル信号の信号レベルは、ゲイン調整部１６２がＮＣ回路１６１のゲインを調整することにより、音声成分信号の信号レベルと逆起信号の信号レベルとが略同等となるように調整される。このとき、ゲイン調整部１６２は、音声用ボイスコイル１７１の巻数と、キャンセル用ボイスコイル１７２の巻数と、の巻数比に基づいて、ゲインを調整する。キャンセル信号は、第２増幅回路１６４により増幅され、キャンセル用ボイスコイル１７２に印加される。

前述のとおり、キャンセル用ボイスコイル１７２には、音声用ボイスコイル１７１の駆動により、逆起信号が発生する。一方、キャンセル用ボイスコイル１７２には、キャンセル信号が印加される。そのため、キャンセル信号と逆起信号とは、キャンセル用ボイスコイル１７２において、加算される。ここで、前述のとおり、逆起信号の位相は、キャンセル信号に含まれる音声成分信号の位相の逆相である。すなわち、キャンセル信号の音声成分信号は、逆起信号により相殺（低減）される。その結果、キャンセル用ボイスコイル１７２は、キャンセル信号に含まれるノイズ成分信号と、磁気ギャップ内の磁束と、の関係で発生する電磁力により、駆動（振動）する。換言すれば、キャンセル用ボイスコイル１７２は、キャンセル信号と逆起信号とに基づいて、駆動する。

振動板１７３は、音声用ボイスコイル１７１の振動と、キャンセル用ボイスコイル１７２の振動と、に基づいて、振動して、音波（再生音）を生成する。すなわち、振動板１７３の振動は、音声用ボイスコイル１７１の振動と、キャンセル用ボイスコイル１７２の振動と、が混合された振動である。換言すれば、キャンセル信号（ノイズ成分信号）とデジタル処理信号とは、振動板１７３において機械的に合成される。

ノイズ成分信号の位相は、ＦＢマイクロホン１４１が収音したノイズの位相の逆相である。すなわち、振動板１７３が出力する再生音は、ノイズを相殺（低減）する音（以下「キャンセル音」という。）を含む。そのため、前空気室Ａ１内で再生音（キャンセル音）とノイズとが音響的に結合して、ノイズは、相殺（低減）される。

●まとめ（１）
以上説明した実施の形態によれば、本装置１は、キャンセル用ボイスコイル１７２に生じた逆起信号を用いて、キャンセル信号に含まれる音声成分信号を相殺（低減）する。逆起信号は、音声信号に基づいて生成されるデジタル処理信号と同相の信号であり、音声成分信号と逆相の信号である。そのため、本装置１は、フィルタなどを用いてキャンセル信号からノイズ成分信号を抽出する従来の電気音響変換装置（以下「従来装置」という。）よりも効率的、かつ、広い周波数帯域に亘って、キャンセル信号からノイズ成分信号を抽出する（キャンセル信号から音声成分信号を相殺（低減）する）ことができる。

また、本装置１は、従来装置のようにフィルタや遅延素子などをハウジング内に配置する必要がなく、従来装置よりも小型、かつ、簡易な構成で従来装置よりも優れたノイズキャンセル機能を実現する。

さらに、本装置１は、加算回路を介することなく、デジタル処理信号とキャンセル信号（ノイズ成分信号）とを振動板１７３で直接合成する。すなわち、デジタル処理信号とキャンセル信号とは、電気的に加算されない。そのため、デジタル処理信号は、キャンセル信号に含まれる音声成分信号の影響を受けることなく、音声用ボイスコイル１７１を駆動させる。その結果、本装置１が出力する再生音の品質は、従来装置が出力する再生音の品質よりも向上する（劣化しない）。

このように、本装置１は、キャンセル信号による音声信号（デジタル処理信号）への影響を低減し、再生音の音質の劣化を低減したノイズキャンセル機能を実現する。

●電気音響変換装置（２）●
次に、本装置の別の実施の形態について、先に説明した実施の形態（以下「第１実施形態」という。）と異なる部分を中心に説明する。本実施の形態（以下「第２実施形態」という。）にかかるデジタル式電気音響変換装置は、キャンセル信号がデジタル信号である点が第１実施形態と異なる。

●電気音響変換装置（２）の構成
図３は、本装置の別の実施の形態を示す模式図である。

本装置１Ａは、第１放音ユニット１０Ａを有してなる。第１放音ユニット１０Ａは、ハウジング１１と、イヤパッド１２と、入力部１３と、収音部１４と、音声信号処理部１５と、キャンセル信号生成部１６Ａと、ドライバユニット１７と、を備える。

キャンセル信号生成部１６Ａは、ＮＣ回路１６１と、ゲイン調整部１６２と、アナログ−デジタルコンバータ（以下「ＡＤＣ」という。）１６３と、第２増幅回路１６４Ａと、を備える。

ＡＤＣ１６３は、ＮＣ回路１６１が生成したキャンセル信号をデジタル信号に変換して、デジタルキャンセル信号を生成する。デジタルキャンセル信号は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である。

第２増幅回路１６４Ａは、デジタルキャンセル信号を増幅して音声用ボイスコイル１７１に印加する。第２増幅回路１６４Ａは、例えば、出力側にローパスフィルタを備えないＤクラスアンプなどのデジタル処理で信号（デジタルキャンセル信号）を増幅するデジタル方式のアンプである。第２増幅回路１６４Ａは、パルス幅変調部１６４１を備える。

パルス幅変調部１６４１は、ＰＷＭ信号であるデジタルキャンセル信号のデューティー比を変更（調整）する。

●電気音響変換装置（２）の動作
次に、本装置１Ａの動作について、第１放音ユニット１０Ａの動作を例に、図３を参照しながら説明する。

入力部１３と音声信号処理部１５それぞれの動作は、第１実施形態における入力部１３と音声信号処理部１５それぞれの動作と共通する。すなわち、信号処理回路１５１は、音源からの音声信号に基づいて、デジタル処理信号を生成する。デジタル処理信号は、第１増幅回路１５２により増幅され、音声用ボイスコイル１７１に印加される。その結果、前述のとおり、キャンセル用ボイスコイル１７２には、逆起信号が生成される。

ＦＢマイクロホン１４１とＮＣ回路１６１とゲイン調整部１６２それぞれの動作は、第１実施形態におけるＦＢマイクロホン１４１とＮＣ回路１６１とゲイン調整部１６２それぞれの動作と共通する。すなわち、ＮＣ回路１６１は、ノイズ信号に基づいて、キャンセル信号を生成する。キャンセル信号は、ＡＤＣ１６３に入力される。

ＡＤＣ１６３は、キャンセル信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して、デジタルキャンセル信号を生成する。デジタルキャンセル信号は、第２増幅回路１６４Ａに入力される。

第２増幅回路１６４Ａは、デジタルキャンセル信号を増幅して、キャンセル用ボイスコイル１７２に印加する。このとき、パルス幅変調部１６４１は、デジタルキャンセル信号のデューティー比を変更（調整）する。デューティー比が変更（調整）されたデジタルキャンセル信号は、キャンセル用ボイスコイル１７２に印加される。

デジタルキャンセル信号のデューティー比が変更されると、デジタルキャンセル信号がキャンセル用ボイスコイル１７２を駆動させるための電流の値（以下「コイル電流値」という。）は、デューティー比の変更に応じて変化する。コイル電流値が変化すると、キャンセル用ボイスコイル１７２の駆動（振動）が変化する。すなわち、コイル電流値が小さくなるとキャンセル用ボイスコイル１７２の振動は小さく（弱く）なり、コイル電流値が大きくなるとキャンセル用ボイスコイル１７２の振動は大きく（強く）なる。換言すれば、デジタルキャンセル信号のデューティー比が変更されると、第２増幅回路１６４Ａのゲインが変更される。つまり、デジタルキャンセル信号のデューティー比が変更されると、デジタルキャンセル信号の信号レベルは、変化する。

例えば、デジタルキャンセル信号のデューティー比を元の値の１／２の値に変更する（例えば、５０％から２５％に変更する）と、コイル電流は、１／２になる。その結果、デジタルキャンセル信号の信号レベルは、デューティー比の変更前のデジタルキャンセル信号の信号レベルに対して１／２になる。このように、パルス幅変調部１６４１は、デジタルキャンセル信号のデューティー比を変更することにより、デジタルキャンセル信号の信号レベル（音声成分信号の信号レベル）を調整する。

図４は、デジタルキャンセル信号のデューティー比と、コイル電流値と、の関係を示す模式図である。同図は、デジタルキャンセル信号がキャンセル用ボイスコイル１７２を駆動させるための電圧値（以下「コイル電圧値」という。）を実線で、コイル電流値を二点鎖線で、それぞれ示す。コイル電流値は、コイル電圧値が「Ｌｏｗ」から「Ｈｉｇｈ」になるタイミングから、コイル電圧値が「Ｈｉｇｈ」から「Ｌｏｗ」になるタイミングまで直線的に増加する。そのため、コイル電流値は、コイル電圧値が「Ｈｉｇｈ」から「Ｌｏｗ」になるタイミング、すなわち、デューティー比を変更することにより、デューティー比の変更に応じて変化する。例えば、デューティー比が図４に一点鎖線で示されるように５０％から２５％へ変更されると、コイル電流値は、デューティー比が５０％のときの値（ａ）の１／２の値（０．５ａ）に変化する。

図３に戻る。
ここで、パルス幅変調部１６４１は、音声用ボイスコイル１７１の巻数と、キャンセル用ボイスコイル１７２の巻数と、の巻数比に基づいて、デジタルキャンセル信号のデューティー比を変更（調整）する。前述のとおり、逆起信号の信号レベルは、音声用ボイスコイル１７１の巻数と、キャンセル用ボイスコイル１７２の巻数と、の巻数比に基づいて、決定される。そのため、パルス幅変調部１６４１は、同巻数比に基づいてデジタルキャンセル信号のデューティー比を変更することにより、デジタルキャンセル信号に含まれる音声成分信号の信号レベルを逆起信号の信号レベルに調整することができる。その結果、キャンセル用ボイスコイル１７２において、キャンセル信号の音声成分信号は、逆起信号により相殺（低減）される。

このように、本装置１Ａは、デジタルキャンセル信号のデューティー比を変更することにより、デジタルキャンセル信号に含まれる音声成分信号の信号レベルを逆起信号の信号レベルに電気的に調整可能である。そのため、本装置１Ａは、第１実施形態における本装置１よりも、キャンセル信号（デジタルキャンセル信号）の信号レベルを逆起信号の信号レベルに合わせ易い。すなわち、本装置１Ａは、第１実施形態における本装置１よりも、逆起信号による音声成分信号の相殺（低減）精度を高めることができ、ノイズ成分信号に忠実にキャンセル用ボイスコイル１７２を駆動可能である。つまり、本装置１Ａは、第１実施形態における本装置１よりも、優れたノイズキャンセル機能を備える。

●まとめ（２）
以上説明した実施の形態によれば、本装置１Ａは、キャンセル信号をデジタル信号であるデジタルキャンセル信号に変換し、パルス幅変調部１６４１によりデジタルキャンセル信号のデューティー比を変更する。本装置１Ａは、デジタルキャンセル信号のデューティー比を変更することにより、デジタルキャンセル信号に含まれる音声成分信号の信号レベルを逆起信号の信号レベルに電気的に調整可能である。すなわち、本装置１Ａは、第１実施形態における本装置１よりも、逆起信号による音声成分信号の相殺（低減）精度を高めることができ、ノイズ成分信号に忠実にキャンセル用ボイスコイルを駆動可能である。つまり、本装置１Ａは、第１実施形態における本装置１よりも、優れたノイズキャンセル機能を備える。

また、第１実施形態における本装置１と同様に、本装置１Ａが出力する再生音の品質は、従来装置が出力する再生音の品質よりも向上する（劣化しない）。

このように、本装置１Ａは、キャンセル信号による音声信号（デジタル処理信号）への影響を抑制し、再生音の音質の劣化を抑制したノイズキャンセル機能を備える。

●まとめ（その他）
なお、以上説明した各実施の形態における本装置１，１Ａは、信号処理回路１５１を備え、デジタル処理信号により振動板１７３を振動させるデジタル式の電気音響変換装置である。これに代えて、各実施の形態における本装置は、信号処理回路を備えず、アナログ信号により振動板を振動させるアナログ式の電気音響変換装置でもよい。この場合、第１増幅回路はアナログ方式のアンプであり、音声信号はアナログ信号の状態で音声用ボイスコイルに印加される。

また、以上説明した各実施の形態における本装置は、第２増幅回路の動作電圧を調整する電圧調整部を備えてもよい。この場合、電圧調整部は、例えば、音声用ボイスコイルの巻数と、キャンセル用ボイスコイルの巻数と、の巻数比に基づいて、第２増幅回路の動作電圧を調整してもよい。電圧調整部が第２増幅回路の動作電圧を上げることにより、キャンセル信号（音声成分信号）の信号レベルは、上昇する。すなわち、電圧調整部は、逆起信号の信号レベルに対して、音声成分信号の信号レベルを調節する（合わせる）機能を有する。

さらに、以上説明した各実施の形態における本装置は、フィードバック型のノイズキャンセル機能を有する。これに代えて、本装置は、フィードフォワード型のノイズキャンセル機能と、フィードバック型のノイズキャンセル機能と、を備えるハイブリッド型のノイズキャンセル機能を備えてもよい。すなわち、例えば、本装置は、ＦＢマイクロホンとＦＦマイクロホンとを備えてもよい。

さらにまた、以上説明した各実施の形態におけるゲイン調整部は、ノイズ信号、キャンセル信号（デジタルキャンセル信号）、音声信号（デジタル処理信号）、逆起信号のいずれか１以上の信号に基づいて、ＮＣ回路のゲインを調整してもよい。すなわち、例えば、ゲイン調整部は、逆起信号に基づいてＮＣ回路のゲインを調整してもよく、あるいは、ノイズ信号と逆起信号とに基づいてＮＣ回路のゲインを調整してもよい。その結果、ゲイン調整部によるＮＣ回路のゲインの調整の精度（逆起信号の信号レベルに対する音声成分信号の信号レベルの調整精度）は、向上する。この場合、本装置は、例えば、逆起信号を検出して解析する解析部を備える。

さらにまた、以上説明した各実施の形態におけるキャンセル用ボイスコイルは、タップ付きのコイルで構成されてもよい。この場合、キャンセル用ボイスコイルは、音声用ボイスコイルの巻数と、キャンセル用ボイスコイルの巻数と、の巻数比を変更する本発明における巻数比変更手段として機能する。本装置は、同巻数比を変更することで、逆起信号の信号レベルを変更することができる。

さらにまた、ゲイン調整部によるＮＣ回路のゲインの調整は、以上説明した実施の形態に限定されない。すなわち、例えば、ゲイン調整部は、ホワイトノイズなどのテスト用のノイズに基づいてゲインを調整してもよく、あるいは、予め定められた値に基づいてゲインを調整してもよい。

さらにまた、パルス幅変調部によるデジタルキャンセル信号のデューティー比の変更は、以上説明した実施の形態に限定されない。すなわち、例えば、パルス幅変調部は、ホワイトノイズなどのテスト用のノイズに基づいて同デューティー比を調整してもよく、あるいは、予め定められた値に基づいて同デューティー比を調整してもよい。

１ 電気音響変換装置
１０ 第１放音ユニット
１１ ハウジング
１２ イヤパッド
１４ 収音部
１４１ ＦＢマイクロホン
１６１ ノイズキャンセル回路（ＮＣ回路）
１６２ ゲイン調整部
１６３ アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）
１６４ 第２増幅回路（増幅回路）
１７１ 音声用ボイスコイル
１７２ キャンセル用ボイスコイル
１７３ 振動板
１Ａ 電気音響変換装置
１６４Ａ 第２増幅回路（増幅回路）
１６４１ パルス幅変調部

Claims (9)

1. 音源からの音声信号に基づいて駆動する音声用ボイスコイルと、
   ノイズを収音してノイズ信号を生成する収音部と、
   前記ノイズ信号に基づいて、前記ノイズのキャンセル用のキャンセル信号を生成するノイズキャンセル回路と、
   前記キャンセル信号に基づいて駆動するキャンセル用ボイスコイルと、
   前記音声用ボイスコイルと、前記キャンセル用ボイスコイルと、が取り付けられる振動板と、
   を有してなり、
   前記キャンセル用ボイスコイルは、前記音声用ボイスコイルが駆動することで前記キャンセル用ボイスコイルに発生する逆起電力に応じた逆起信号と、前記キャンセル信号と、に基づいて、駆動する、
   ことを特徴とする電気音響変換装置。
2. 前記キャンセル信号は、
   前記ノイズに対応するノイズ成分信号と、
   前記振動板が出力した音声に対応する音声成分信号と、
   を含み、
   前記逆起信号は、前記音声成分信号の逆相である、
   請求項１記載の電気音響変換装置。
3. 前記ノイズキャンセル回路のゲインを調整するゲイン調整部、
   を備える、
   請求項１記載の電気音響変換装置。
4. 前記ゲイン調整部は、前記音声用ボイスコイルの巻数と前記キャンセル用ボイスコイルの巻数との巻数比に基づいて、前記ゲインを調整する、
   請求項３記載の電気音響変換装置。
5. 前記収音部は、
   前記ノイズと、前記振動板が出力した音声と、を収音するＦＢマイクロホン、
   を備え、
   前記ＦＢマイクロホンは、前記ノイズ信号を生成する、
   請求項１記載の電気音響変換装置。
6. 前記キャンセル信号をデジタル信号に変換して、デジタルキャンセル信号を生成するアナログ−デジタルコンバータと、
   前記デジタルキャンセル信号のデューティー比を調整するパルス幅変調部と、
   を備え、
   前記デューティー比が調整された前記デジタルキャンセル信号は、前記キャンセル用ボイスコイルに印加される、
   請求項１記載の電気音響変換装置。
7. 前記パルス幅変調部は、前記音声用ボイスコイルの巻数と前記キャンセル用ボイスコイルの巻数との巻数比に基づいて、前記デューティー比を調整する、
   請求項６記載の電気音響変換装置。
8. 前記音声用ボイスコイルの巻数と、前記キャンセル用ボイスコイルの巻数と、の巻数比を変更する巻数比変更手段、
   を備える、
   請求項１記載の電気音響変換装置。
9. 前記キャンセル信号を増幅する増幅回路と、
   前記増幅回路の動作電圧を調整する電圧調整部と、
   を備え、
   前記電圧調整部は、前記音声用ボイスコイルの巻数と前記キャンセル用ボイスコイルの巻数との巻数比に基づいて、前記動作電圧を調整する、
   請求項１記載の電気音響変換装置。
   
   

Images