JP2019139175A - 周囲環境音キャンセル装置、片耳用イヤホン、通信装置、周囲環境音キャンセル方法 - Google Patents

周囲環境音キャンセル装置、片耳用イヤホン、通信装置、周囲環境音キャンセル方法 Download PDF

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Abstract

【課題】音声が出力されていない状態において周囲の環境音の鳴っている方向を認識しやすくする技術を提供する。【解決手段】第1取得部212は、周囲環境音を取得する。第2取得部214は、再生すべき音声信号の存在が示された信号を取得する。生成部216は、第2取得部214が信号を取得した場合、第1取得部212において取得した周囲環境音をもとに、周囲環境音をキャンセルするためのキャンセル信号を生成する。一方、生成部216は、第2取得部214が信号を非取得である場合、第1取得部212において取得した周囲環境音を出力する。【選択図】図2

Description

本発明は、音声信号再生技術に関し、特に不要な音をキャンセルする周囲環境音キャンセル装置、片耳用イヤホン、通信装置、周囲環境音キャンセル方法に関する。
通信機に接続してハンズフリーで通話するためにヘッドセットが使用される。片耳に装着すべきヘッドセットには、イヤホンとマイクが備えられる(例えば、特許文献1参照)。
特開2010−273108号公報
片耳を密閉する構造により騒音を遮断する方式のヘッドセットを使用する場合、常時片耳が遮蔽されるので、音声が出力されていない状態において周囲の環境音の鳴っている方向が認識しづらくなる。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、音声が出力されていない状態において周囲の環境音の鳴っている方向を認識しやすくする技術を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の周囲環境音キャンセル装置は、片耳用イヤホンに対して使用される周囲環境音キャンセル装置であって、周囲環境音を取得する第1取得部と、再生すべき音声信号の存在が示された信号を取得する第2取得部と、第2取得部が信号を取得した場合、第1取得部において取得した周囲環境音をもとに、周囲環境音をキャンセルするためのキャンセル信号を生成する生成部とを備える。生成部は、第2取得部が信号を非取得である場合、第1取得部において取得した周囲環境音を出力する。
本発明の別の態様は、片耳用イヤホンである。この片耳用イヤホンは、通信装置に接続可能な片耳用イヤホンであって、マイクによって、周囲環境音を取得する第1取得部と、再生すべき音声信号の存在が示された信号を通信装置から取得する第2取得部と、第2取得部が信号を取得した場合、第1取得部において取得した周囲環境音をもとに、周囲環境音をキャンセルするためのキャンセル信号を生成する生成部と、生成部において生成したキャンセル信号と、通信装置から受けつけた音声信号とを合成し、スピーカから出力する再生部とを備える。生成部は、第2取得部が信号を非取得である場合、第1取得部において取得した周囲環境音を出力する。
本発明のさらに別の態様は、通信装置である。この装置は、マイクによって、周囲環境音を取得する第1取得部と、受信した信号を処理する受信処理部と、受信処理部から、再生すべき音声信号の存在が示された信号を取得する第2取得部と、第2取得部が信号を取得した場合、第1取得部において取得した周囲環境音をもとに、周囲環境音をキャンセルするためのキャンセル信号を生成する生成部と、生成部において生成したキャンセル信号と、受信処理部から受けつけた音声信号とを合成して片耳用イヤホンに出力する再生部とを備える。生成部は、第2取得部が信号を非取得である場合、第1取得部において取得した周囲環境音を片耳用イヤホンに出力する。
本発明のさらに別の態様は、周囲環境音キャンセル方法である。この方法は、片耳用イヤホンに対して使用される周囲環境音キャンセル方法であって、周囲環境音を取得するステップと、再生すべき音声信号の存在が示された信号を取得するステップと、信号を取得した場合、取得した周囲環境音をもとに、周囲環境音をキャンセルするためのキャンセル信号を生成するステップと、信号を非取得である場合、取得した周囲環境音を出力するステップと、を備える。
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明によれば、音声が出力されていない状態において周囲の環境音の鳴っている方向を認識しやすくできる。
実施例1に係る通信装置とヘッドセットの構造を示す図である。 図1の通信装置とヘッドセットの構成を示す図である。 図2の通信装置とヘッドセットによる再生手順を示すフローチャートである。 実施例2に係る通信装置とヘッドセットの構成を示す図である。
(実施例1)
本発明を具体的に説明する前に、まず概要を述べる。本実施例は、音声通信を実行可能な通信装置と、当該通信装置に接続可能なヘッドセットに関する。通信装置は、例えば、業務用無線システム等の無線通信システムにおける無線装置であり、ここでは、受信機能に着目する。このような通信装置は、受信した音声信号を音声として出力するが、音声を聞き取りやすくするためにヘッドセットが通信装置に接続される。ヘッドセットが、片耳を密閉する構造により騒音を遮断する方式である場合は、常時片耳が遮蔽されているため、周囲の環境音の鳴っている方向がわかりづらくなる。
そこで、本実施例では、片耳を密閉する構造により騒音を遮断する方式(カナル型密閉イヤホン)を採用した音声通信用ヘッドセットにおいて次の処理が実行される。通信装置が受話音声を再生している場合、ヘッドセットは、マイクより取り込んだ周囲環境音を加工してノイズキャンセル信号を生成し、これと受話音声とを混合してスピーカから再生することによって、周囲環境音を遮断して受話音声の聞き取りを容易にする。通信装置が受話音声を再生していない場合、ヘッドセットは、マイクより取り込んだ周囲環境音をスピーカから出力し、あたかも片耳が密閉されていないようにする。その結果、使用者は、自然に周囲環境音の発音方向を容易に認識できる。なお、この2つの状態は、通信装置が備えるスケルチ制御信号により自動的に切りかえられる。
図1は、通信装置100とヘッドセット200の構造を示す。通信装置100は、アンテナ110、差込口140を含む。ヘッドセット200は、マイク210、第2取得部214、第3取得部218、スピーカ230、送話音声取込用マイク250、イヤホン260を含む。
通信装置100は、一例として無線装置であり、アンテナ110において無線信号を送信したり、無線信号を受信したりする。通信装置100の内部には、送話音声・受話音声・スケルチ・PTT(Push To Talk)を制御するためのプロセッシングユニット、RF(Radio Frequency)処理回路が含まれる。差込口140は、後述の第2取得部214と第3取得部218とを差込可能な孔である。ここで、第2取得部214を差込可能な孔は、PTT制御信号、スケルチ制御信号、電源伝送用ジャックに相当し、第3取得部218を差込可能な孔は、送話音声、受話音声伝送用ジャックに相当する。
ヘッドセット200は、通信装置100に接続可能である。接続するために、第2取得部214と第3取得部218は、通信装置100の差込口140に差し込まれる。第2取得部214は、PTT制御信号、スケルチ制御信号、電源伝送用プラグであり、第3取得部218は、送話音声、受話音声伝送用プラグである。イヤホン260は、通信装置100に接続可能な片耳用イヤホンであり、右耳を覆う形状を有する。なお、イヤホン260は左耳を覆う形状を有していてもよい。イヤホン260には、周囲環境音をキャンセルするキャンセル信号を生成するためのプロセッシングユニット、周囲環境音・周囲環境音キャンセル信号・受信音声・送話音声から選択・合成するプロセッシングユニットが含まれる。
イヤホン260に設けられたマイク210は、周囲環境音を取り込むためのマイクである。イヤホン260に設けられたスピーカ230は、周囲環境音再生、周囲環境音キャンセル、受信音声再生、送話音声再生用のスピーカユニットである。また、送話音声取込用マイク250は、送話音声を取り込むためのマイクである。なお、送話音声取込用マイク250はなくてもよい。
ここでは、通信装置100とヘッドセット200とがプラグとジャックで接続されているが、接続方法はこれに限定されない。USB(Universal Serial Bus)などであってもよいし、Bluetooth(登録商標)等の無線接続であってもよい。さらに、通信装置100とヘッドセット200とが一体型であってもよい。また、イヤホン260として、耳孔に捩じ込む密閉式(カナル式)の例を示しているが、構成する要素を実装していれば、その形状は異なってもよい。例えば、耳掛け式でもよいし、ヘッドバンドで頭部に固定し耳近くにスピーカ230を配置する構造でもよい。
図2は、通信装置100とヘッドセット200の構成を示す。通信装置100は、アンテナ110、通信部120、受信処理部130を含む。ヘッドセット200は、マイク210、第1取得部212、第2取得部214、生成部216、第3取得部218、再生部220、スピーカ230を含む。ここで、第1取得部212、第2取得部214、生成部216、再生部220は、周囲環境音キャンセル装置と呼ばれてもよい。
通信装置100は、送信処理と受信処理を実行するが、ここでは受信処理のみを説明し、送信処理の説明は省略する。アンテナ110は、無線信号を受信する。これは、電波信号をRF電気信号として取り込むといえる。通信部120は、アンテナ110に無線信号を受信させる。特に、通信部120は、アンテナ110において取り込んだRF電気信号から、通信装置100に設定された音声通話チャネルの信号を抽出する。受信処理部130は、通信装置100の中央演算装置であり、通信部120・受話音声・スケルチ回路を制御するためのプロセッシングユニットである。
ここでは、受信処理部130の処理をさらに詳細に説明する。初期の段階において、受信処理部130は、通信装置100に設定された音声通話チャネル信号を受信するように通信部120を設定する。音声通話チャネルは、周波数、時分割スロット、トーンコード、固有ID(Identification)などによって識別される。受信処理部130は、通信部120からのRF電気信号をもとに、通信装置100に設定された音声通話チャネルに受信すべき希望波信号があるか否かを判定する。希望波信号は、通信装置100が受信すべき無線信号、RF電気信号であり、通信装置100を宛先とする無線信号、RF電気信号である。希望波信号があるか否かの判定には公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。
受信処理部130は、希望波信号が存在すると判定した場合、再生すべき音声信号の存在が示された信号、つまりスケルチを開くためのスケルチ制御信号をヘッドセット200に送信する。また、受信処理部130は、希望波信号が存在すると判定した場合、希望波信号を復号して取得した音声信号、つまり受話音声をヘッドセット200に送信する。スケルチを開くためのスケルチ制御信号および音声信号の送信は、通信装置100に設定された音声通話チャネルに受信すべき希望波信号が持続している間にわたって継続される。
受信処理部130は、希望波信号が存在しないと判定した場合、スケルチを開くためのスケルチ制御信号の送信を停止する。なお、この場合において受信処理部130は、スケルチを閉じるためのスケルチ制御信号をヘッドセット200に送信してもよい。また、受信処理部130は、希望波信号が存在しないと判定した場合、音声信号の送信も停止する。
ヘッドセット200のマイク210は、周囲環境音を電気信号として取り込む。マイク210は、取り込んだ電気信号(以下、これもまた「周囲環境音」という)を第1取得部212に出力する。第1取得部212は、マイク210から周囲環境音を取得する。
第2取得部214は、スケルチを開くためのスケルチ制御信号を通信装置100から取得する。なお、第2取得部214は、スケルチを開くためのスケルチ制御信号を通信装置100から取得しない場合もある。スケルチを開くためのスケルチ制御信号は、前述のごとく、再生すべき音声信号の存在が示された信号であるが、スケルチ制御信号の代わりに、ミュート信号が使用されてもよい。ミュート信号は、スピーカ230のON/OFFを制御するための信号である。ここで、再生すべき音声信号の存在が示された信号は、ミュートが解除される場合、つまりスピーカ230をONさせる場合のミュート信号に対応する。
生成部216は、第2取得部214がスケルチ制御信号を取得した場合、第1取得部212において取得した周囲環境音をもとに、周囲環境音をキャンセルするためのキャンセル信号を生成する。キャンセル信号の生成には公知の技術が使用されればよいが、例えば、周囲環境音の波形を逆位相にすることによって生成される。生成部216はキャンセル信号を再生部220に出力する。
一方、生成部216は、第2取得部214がスケルチ制御信号を取得しない場合、つまりスケルチを閉じる状態である場合、第1取得部212において取得した周囲環境音を再生部220に出力する。ここで、人は周囲環境音の発音方向を認識するために、左右の耳で取り込む音波信号の「遅延差分(位相差分)」を少なくとも使用し、それらを脳で処理し認知している。そのため、イヤホン260で片耳を密閉した状態で発音方向を認識させるためには、イヤホン260で再生する周囲環境音の「遅延量」を人が周囲環境音の発音方向を認識するために支障がない程度に小さくしなければならない。そのために、生成部216は、オペアンプを使用したゲイン固定の非反転増幅回路によって周囲環境音を増幅する。その際、生成部216は、周囲環境音を無加工で出力してもよく、あるいは耳やスピーカ230の音響特性に合わせた加工をして出力してもよい。生成部216は、再生部220を介して、周囲環境音をスピーカ230から出力させる。
第3取得部218は、第2取得部214がスケルチ制御信号を取得している場合に、音声信号を通信装置100から取得する。一方、第3取得部218は、第2取得部214がスケルチ制御信号を取得していない場合に、音声信号を通信装置100から取得しない。なお、第2取得部214におけるスケルチ制御信号の取得と、第3取得部218における音声信号の取得は、完全に同期している必要はなく、ずれていてもよい。
再生部220は、生成部216からキャンセル信号を受けつけ、かつ第3取得部218から音声信号を受けつけた場合、音声信号とキャンセル信号とを合成することによって、合成音声信号を生成する。再生部220は、合成音声信号をスピーカ230に出力する。スピーカ230は、再生部220から受けつけた合成音声信号を音声として出力する。その結果、使用者にとっては、周囲の環境音がキャンセルされて受話音声のみが聞こえる状態となる。
さらに、ヘッドセット200は、図1のごとく、送話音声取込用マイク250を備え、PTTに対応してもよい。その際、生成部216のキャンセル信号の生成は、PTT押下に連動してなされてもよい。また、スピーカ230からは送話音声を側音として重畳再生されてもよい。
この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのCPU、メモリ、その他のLSIで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
以上の構成による通信装置100の動作を説明する。図3は、通信装置100とヘッドセット200による再生手順を示すフローチャートである。生成部216は、周囲環境音を出力する(S10)。通信部120は無線信号を受信する(S12)。受信処理部130において希望波がない場合(S14のN)、ステップ10に戻る。受信処理部130において希望波がある場合(S14のY)、受信処理部130は、スケルチを開く信号を送り(S16)、音声信号を送る(S18)。生成部216は、キャンセル信号を生成し(S20)、再生部220はキャンセル信号と音声信号から合成音声信号を生成し、合成音声信号を再生する(S22)。受信処理部130において希望波が続く場合(S24のY)、ステップ20に戻る。受信処理部130において希望波が続かない場合(S24のN)、受信処理部130は、スケルチを開く信号を送らず(S26)、音声信号を停止して(S28)、ステップ10に戻る。
本実施例によれば、再生すべき音声信号の存在が示された信号を取得すれば、キャンセル信号を生成し、信号を取得しなければ、キャンセル信号を生成しないので、スピーカから出力される音声と、外部からの呼びかけとを聞き取りやすくできる。また、再生すべき音声信号の存在が示された信号を取得すれば、キャンセル信号を生成するので、音声信号にキャンセル信号を合成できる。また、音声信号にキャンセル信号が合成されるので、音声信号を聞きやすくできる。また、再生すべき音声信号の存在が示された信号を取得しなければ、周囲環境音を出力するので、周囲環境音の発音方向を容易に認識できる。また、周囲環境音を出力するので、使用者が片耳を密閉する構造により騒音を遮断する方式(カナル型密閉イヤホン)を採用したヘッドセットを使用していても、使用者は特別な操作をおこなわずに使用者は周囲環境音の発音方向を聞き取ることができる。
また、通信装置が備えているスケルチ制御信号でキャンセル信号を生成するか否か、もしくは周囲環境音を出力するか否かを制御するので、簡便な回路で実現できる。また、通信装置が備えているミュート信号でキャンセル信号の生成を生成するか否か、もしくは周囲環境音を出力するか否かを制御するので、簡便な回路で実現できる。また、周囲環境音をオペアンプによって増幅するので、周囲環境音の遅延を小さくできる。また、周囲環境音の遅延が小さくなるので、周囲環境音の発音方向を容易に認識できる。また、生成部と再生部がヘッドセットに配置されるので、通信装置への機能追加を不要にできる。
(実施例2)
次に、実施例2を説明する。実施例2は、実施例1と同様に、音声通信を実行可能な通信装置と、当該通信装置に接続可能なヘッドセットに関する。実施例1では、生成部、再生部がヘッドセットに含まれる。一方、実施例2では、生成部、再生部が通信装置に含まれる。ここでは、これまでとの差異を中心に説明する。
図4は、通信装置100とヘッドセット200の構成を示す。通信装置100は、アンテナ110、通信部120、受信処理部130、マイク210、第1取得部212、第2取得部214、生成部216、第3取得部218、再生部220を含む。ヘッドセット200は、スピーカ230、出力部240を含む。アンテナ110、通信部120、受信処理部130は、図1と同様の処理を実行する。また、マイク210、第1取得部212、第2取得部214、生成部216、第3取得部218、再生部220は、図1のヘッドセット200における処理と同様の処理を実行する。
第2取得部214がスケルチ制御信号を取得した場合、再生部220は合成音声信号をヘッドセット200に出力する。ヘッドセット200の出力部240は合成音声信号を通信装置100から受けつけ、合成音声信号をスピーカ230から出力させる。一方、第2取得部214がスケルチ制御信号を取得しない場合、生成部216は、周囲環境音を再生部220経由でヘッドセット200に出力する。ヘッドセット200の出力部240は周囲環境音を通信装置100から受けつけ、周囲環境音をスピーカ230から出力させる。
本実施例によれば、生成部と再生部が通信装置に配置されるので、ヘッドセットへの機能追加を不要にできる。また、生成部と再生部が通信装置に配置されるので、構成の自由度を向上できる。
以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
本実施例1、2において、スケルチ制御信号を使用して、キャンセル信号を生成するか否か、もしくは周囲環境音を出力するか否かを制御する。しかしながらこれに限らず例えば、使用者が任意に生成部216の動作をON/OFF制御する構成がヘッドセット200あるいは通信装置100に備えられてもよい。さらに、使用者が任意にON/OFF制御、スケルチ制御のいずれかを選択可能な構成がヘッドセット200あるいは通信装置100に備えられてもよい。例えば、受信処理部130から生成部216に出力されるスケルチ制御信号を「接続する」、「切断して常にOFFにする」、「切断して常にONにする」という状態を切りかえるスイッチが備えられればよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。
本実施例1、2において、スケルチ制御信号を取得した場合、ヘッドセット200は、周囲環境音を出力せずに、合成音声信号を出力する。しかしながらこれに限らず例えば、ヘッドセット200が周囲環境音を出力していない状態でも周囲環境音を記録しておき、再生を可能とする構成であってもよい。つまり、ノイズキャンセルが実行されて使用者が周囲環境音を聞き取れない状態であっても、そのときの周囲環境音を後から再生し確認できる構成であってもよい。この場合、生成部216は、周囲環境音の「取り込みをおこなうADコンバータ」と、その取り込んだ音声の「保持をおこなう記憶媒体」と、その保持されたデータの「再生をおこなうDAコンバータ」を備える。また、保持された周囲環境音の再生タイミングは、スケルチ制御信号を参照してノイズキャンセル機能が停止したときとしてもよいし、使用者が操作するスイッチを設けて、使用者が任意のタイミングで再生できるようにしてもよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。
100 通信装置、 110 アンテナ、 120 通信部、 130 受信処理部、 140 差込口、 200 ヘッドセット、 210 マイク、 212 第1取得部、 214 第2取得部、 216 生成部、 218 第3取得部、 220 再生部、 230 スピーカ、 240 出力部、 250 送話音声取込用マイク、 260 イヤホン。

Claims (7)

  1. 片耳用イヤホンに対して使用される周囲環境音キャンセル装置であって、
    周囲環境音を取得する第1取得部と、
    再生すべき音声信号の存在が示された信号を取得する第2取得部と、
    前記第2取得部が信号を取得した場合、前記第1取得部において取得した周囲環境音をもとに、周囲環境音をキャンセルするためのキャンセル信号を生成する生成部とを備え、
    前記生成部は、前記第2取得部が信号を非取得である場合、前記第1取得部において取得した周囲環境音を出力することを特徴とする周囲環境音キャンセル装置。
  2. 前記第2取得部において取得される信号はスケルチ制御信号であることを特徴とする請求項1に記載の周囲環境音キャンセル装置。
  3. 前記第2取得部において取得される信号はミュート信号であることを特徴とする請求項1に記載の周囲環境音キャンセル装置。
  4. 前記第2取得部が信号を非取得である場合、前記生成部から出力された周囲環境音を増幅するオペアンプをさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の周囲環境音キャンセル装置。
  5. 通信装置に接続可能な片耳用イヤホンであって、
    マイクによって、周囲環境音を取得する第1取得部と、
    再生すべき音声信号の存在が示された信号を前記通信装置から取得する第2取得部と、
    前記第2取得部が信号を取得した場合、前記第1取得部において取得した周囲環境音をもとに、周囲環境音をキャンセルするためのキャンセル信号を生成する生成部と、
    前記生成部において生成したキャンセル信号と、前記通信装置から受けつけた音声信号とを合成し、スピーカから出力する再生部とを備え、
    前記生成部は、前記第2取得部が信号を非取得である場合、前記第1取得部において取得した周囲環境音を出力することを特徴とする片耳用イヤホン。
  6. マイクによって、周囲環境音を取得する第1取得部と、
    受信した信号を処理する受信処理部と、
    前記受信処理部から、再生すべき音声信号の存在が示された信号を取得する第2取得部と、
    前記第2取得部が信号を取得した場合、前記第1取得部において取得した周囲環境音をもとに、周囲環境音をキャンセルするためのキャンセル信号を生成する生成部と、
    前記生成部において生成したキャンセル信号と、前記受信処理部から受けつけた音声信号とを合成して片耳用イヤホンに出力する再生部とを備え、
    前記生成部は、前記第2取得部が信号を非取得である場合、前記第1取得部において取得した周囲環境音を前記片耳用イヤホンに出力することを特徴とする通信装置。
  7. 片耳用イヤホンに対して使用される周囲環境音キャンセル方法であって、
    周囲環境音を取得するステップと、
    再生すべき音声信号の存在が示された信号を取得するステップと、
    信号を取得した場合、取得した周囲環境音をもとに、周囲環境音をキャンセルするためのキャンセル信号を生成するステップと、
    信号を非取得である場合、取得した周囲環境音を出力するステップと、
    を備えることを特徴とする周囲環境音キャンセル方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022176421A1 (ja) * 2021-02-18 2022-08-25 ヤマハ株式会社 音の処理方法及び音処理装置

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