JP2824076B2 - アクティブ・ノイズ・キャンセラー - Google Patents

アクティブ・ノイズ・キャンセラー

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JP2824076B2
JP2824076B2 JP1044788A JP4478889A JP2824076B2 JP 2824076 B2 JP2824076 B2 JP 2824076B2 JP 1044788 A JP1044788 A JP 1044788A JP 4478889 A JP4478889 A JP 4478889A JP 2824076 B2 JP2824076 B2 JP 2824076B2
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noise
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canceling
speaker
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尚文 佐伯
裕一 池田
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カルソニック株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、外部騒音を積極的にキャンセルする機能を
有するアクティブ・ノイズ・キャンセラーに関する。
(従来の技術) 従来、アクティブ・ノイズ・キャンセラーとしては、
例えば、米国特許第4455675号に記載されているような
ものが知られている。このアクティブ・ノイズ・キャン
セラーは、外部騒音とキャンセル音の合成音を入力する
モニター用マイクロホンと、キャンセル音を発生する消
音スピーカと、モニター用マイクロホンで拾われた入力
音とは逆位相のキャンセル音を前記消音スピーカで発生
させるべくキャンセル音発生信号を出力する騒音キャン
セル回路とを備え、外部騒音に対し逆位相のキャンセル
音の打ち消し作用によって外部騒音を消音するようにし
たものであった。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、このような従来のアクティブ・ノイズ
・キャンセラーでは、モニター用マイクロホンが外部騒
音とキャンセル音の両方を入力して閉ループを形成する
ようにしているため、以下に述べる問題があった。
即ち、モニター用スピーカは、消音スピーカから発せ
られるキャンセル音を、偏り無く入力するために、消音
スピーカに対向させてその直前位置に配置している。よ
って、このモニター用マイクロホン及びその支持部材
が、消音スピーカから放射される音場を乱し、特に、波
長の短い、例えば1000Hz以上の高周波の音場を著しく乱
すものであった。従って、高周波域の消音量が低下して
消音が不安定になっていた。
さらに、上述のような音場の乱れの防止や、消音スピ
ーカの振動膜の振動を妨げないようにするためや、消音
スピーカのマグネットの影響を受けないようにするため
や、消音スピーカが外部騒音の侵入経路の邪魔にならな
いようにするために、消音スピーカとモニター用マイク
ロホンの間に、ある程度の間隔を設ける必要が生じる。
このため、消音スピーカから発せられたキャンセル音が
空気中を伝播してモニター用マイクロホンに入力される
間に位相遅れが生じ、これによって、可聴周波数のハウ
リングが生じ、消音性能が低下する。
ところで、上述のような従来の問題の解決案として、
外部騒音入力専用のモニター用マイクロホンを、消音ス
ピーカから離れた位置に設けて外部騒音のみを入力する
ことが考えられる。しかしながら、この場合には、モニ
ター用マイクロホンが使用者の耳腔からも離されてしま
うこととなり、マイクロホンに入力される音と、実際に
使用者が聞く音とが異なるため、消音性能が低いものと
なる。そこで、消音性能を向上させるためには、外部騒
音用のモニター用マイクロホンとは別途に使用者の耳腔
の近くにフィードバック用のマイクロホンを設け、フィ
ードバック制御を行う必要が生じ、この場合、制御回路
が複雑になる。
本発明は、上述のような問題に着目してなされたもの
で、ハウリングの発生を防止すると共に、音場の乱れを
防止して、安定した高い消音性能が得られ、しかも、構
造が簡単なアクティブ・ノイズ・キャンセラーの開発を
課題とする。
(課題を解決するための手段) 上記課題を解決するために本発明のアクティブ・ノイ
ズ・キャンセラーでは、使用者の耳腔に対し所定のキャ
ンセル音を発生放射させる消音スピーカと、外部騒音を
入力する騒音入力手段と、該騒音入力手段による入力信
号に基づき、外部騒音とは逆位相のキャンセル音を発生
させるべく消音スピーカにキャンセル音発生信号を出力
する騒音キャンセル回路とを備え、外部騒音に対し逆位
相のキャンセル音の打ち消し作用によって外部騒音を消
音するようにしたアクティブ・ノイズ・キャンセラーに
おいて、 前記騒音入力手段として、外部騒音による振動膜の振
動でコイルにおいて発生する信号と、騒音キャンセル回
路からコイルに出力するキャンセル音発生信号とを合成
した外部音信号がコイルに生じる消音スピーカを用い、 前記騒音キャンセル回路を、消音スピーカのコイルか
ら入力される外部音信号から、キャンセル音に関する信
号を除き、その残留信号である外部騒音に関連する信号
に基づきキャンセル音発生信号を形成出力する回路とし
たことを特徴とするアクティブ・ノイズ・キャンセラ
ー。
(作用) 外部騒音下で使用すると、消音スピーカから使用者の
耳腔に向けキャンセル音が放射され、使用者が聞く外部
騒音は、このキャンセル音による逆位相による打ち消し
作用を受けて消音される。
詳述すると、スピーカは、振動膜を振動させて音を発
生放射すると同時に、振動膜の振動により外部音を入力
可能であることは知られている。そこで、本発明では、
消音スピーカに対する入力信号を騒音キャンセル回路に
入力する。
騒音キャンセル回路では、この消音スピーカからの入
力信号のうち、キャンセル音に関する信号を取り除く。
即ち、残った信号は外部騒音を示す信号となる。そこ
で、この残留音に基づきキャンセル音発生信号を形成
し、消音スピーカに出力する。
こうして、上述のように消音スピーカからキャンセル
音が出力されて外部騒音が消音される。
従って、本発明では、外部騒音を入力するために消音
スピーカのキャンセル音放射前面位置にモニター用スピ
ーカを設ける必要がなく、よって、キャンセル音が乱さ
れることがない。
さらに、消音スピーカを外部騒音の入力手段として使
用しているので、一旦放射されたキャンセル音が、騒音
キャンセル回路に入力されるまでに空間を伝達されるこ
とがなく、よって、この空間伝達による位相の遅れが生
じないことから、この位相遅れに起因したハウリングの
発生を防止できる。尚、騒音キャンセル回路中で位相の
遅れが生じる場合に、その遅れ量は僅かであり、この僅
かな位相遅れにより生じるハウリングが周波数が非常に
高く、その周波数は人の可聴域外とすることができる。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
まず、構成を説明する。
第1図は本発明一実施例のアクティブ・ノイズ・キャ
ンセラーの構成を示す全体図であって、図において、1
は使用者の耳腔Eに対し所定のキャンセル音Aを発生放
射させる消音スピーカである。この消音スピーカ1は、
振動膜としてダイヤフラム1aを有すると共に、このダイ
ヤフラム1aを振動させるためのマグネット1b及びコイル
1cを有している。そして、このダイヤフラム1aと耳腔E
の間の空間は、いわゆるヘッドホンのような形態の図外
のカバーにより覆われ、騒音除去空間Bを形成してい
る。
また、前記消音スピーカ1において、ダイヤフラム1a
の裏面を覆い、かつ、マグネット1bを支持している支持
板1dは、網状に形成され、外部騒音Cによりダイヤフラ
ム1aが振動するように形成されている。即ち、この消音
スピーカ1にあっては、外部騒音C等によりダイヤフラ
ム1aが振動して、コイル1cにおいて、外部音信号Dが生
じる構造となっている。
前記消音スピーカ1は、騒音キャンセル回路2から出
力されるキャンセル音発生信号Gによりキャンセル音A
を発生放射すると共に、前記外部音信号Dを騒音キャン
セル回路2に出力するようになっており、この騒音キャ
ンセル回路2は、図示のように、混合回路2a,プリアン
プ2b,フィルタ回路2c,メインアンプ2d及び反転回路2eを
備えている。
前記混合回路2aは、前記消音スピーカ1のダイヤフラ
ム1aが振動することにより発生する信号、つまり、外部
音信号Dと、後述するキャンセル音原信号gとを混合す
る回路である。
前記プリアンプ2bは、後述する消音信号Fを前置増幅
する回路である。
前記フィルタ回路2cは、消音信号Fにおいて不要な音
の成分を除去して、キャンセンル音原信号gを形成する
回路である。即ち、このキャンセル音原信号gは、外部
音信号Dのうちの外部騒音Cに関連する信号Ciと同位相
の信号である。
前記メインアンプ回路2dは、キャンセル音原信号gを
所定の振幅の信号g′に増幅する回路である。
前記反転回路2eは、前記所定の振幅の信号g′に基づ
き、この信号g′の位相を180°ずらしてキャンセル音
発生信号Gを形成する回路である。即ち、このキャンセ
ル音発生信号Gと前記キャンセル音原信号gとは逆位相
となっている。
次に、実施例の作用について説明する。
本実施例装置を航空機のコックピット内等のような外
部騒音下で使用すると、消音スピーカ1のダイヤフラム
1aは、外部騒音Cを受けて振動する。即ち、ダイヤフラ
ム1aは、この外部騒音Cの受圧、及び、騒音キャンセル
回路2からのキャンセル音発生信号Gを入力した消音ス
ピーカ1の駆動により振動し、さらに、消音スピーカで
は、このダイヤフラム1aの振動に基づいて外部音信号D
を形成し、騒音キャンセル回路2に出力する。尚、この
外部音信号Dには、キャンセル音発生信号Gの成分と外
部騒音Cの成分Ciとが含まれている。
次に、騒音キャンセル回路2の混合回路2aでは、外部
音信号Dを入力すると同時に、キャンセル音原信号gを
入力して、両信号D,gを加算する。即ち、キャンセル音
原信号gは、キャンセル音発生信号Gとは逆の位相とな
っている。従って、このキャンセル音原信号gと外部音
信号Dとを加算することで、外部音信号D中のキャンセ
ル音発生信号Gの成分が打ち消されて、外部騒音Cの成
分Ciのみが残ることとなる。
こうして、混合回路2aでは、外部騒音Cのみが成分Ci
となった消音信号Fをプリアンプ2bに出力する。さら
に、フィルタ回路2cでは、消音信号Fに基づいてキャン
セル音原信号gを形成し、このキャンセル音原信号g
を、混合回路2a及びパワーアンプ2dに出力する。
そして、反転回路2eでは、パワーアンプ2dを通過した
キャンセル音原信号gに基づいてキャンセル音発生信号
Gを形成し、このキャンセル音発生信号Gにより、消音
スピーカ1から耳腔Eに向けてキャンセル音を発生放射
させる。
従って、騒音除去空間B内では、外部騒音Cが消音ス
ピーカ1から放射されたキャンセル音Aによる逆位相に
よる打ち消し作用を受けて消音される。
このように、本実施例では、消音スピーカ1で放射さ
れるキャンセル音Aは、空気中を伝達することなく騒音
キャンセル回路2に入力されるため位相の遅れが生じる
ことがなく、これにより、原信号と360°の整数倍のフ
ィードバック信号が加算されることで生じるハウリング
の発生を防止でき、ハウリングの発生による消音性能の
低下を防止することができるという効果が得られる。ま
た、仮に、消音スピーカ1から騒音キャンセル回路2に
至る途中や騒音キャンセル回路2中において、信号に位
相の遅れが生じても、この遅れは極僅かであって、これ
によりハウリングが生じることがあっても、その周波数
が非常に高く、容易にハウリング周波数を人の可聴域外
の超音波の領域にシフトさせることができ、ハウリング
が生じても、消音性能に影響を与えないようにできる。
しかも、キャンセル音Aの入力にモニター用マイクロ
ホンを必要としないので、ダイヤフラム1aの放射前面に
は何も設けられず、消音スピーカ1の音場を乱すことが
ない。よって、高周波域まで安定した消音性能が得られ
る。加えて、外部騒音Cを入力するためのマイクロホン
を不要として構成を簡単にできるという効果も得られ
る。
さらに、使用時には耳腔Eに近接した位置に配置され
る消音スピーカ1により外部騒音Cを入力するようにし
ているため、使用者が聞く外部騒音Cとほぼ等しい外部
騒音Cを入力することができる。よって、安定した消音
性能が得られ、フィードバック制御用の回路やマイクロ
ホンが不要で構成が簡単であるという効果が得られる。
以上、実施例を図面に基づいて説明してきたが、具体
的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明
の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても
本発明に含まれる。
例えば、騒音キャンセル回路に対し、他のマイクや外
部信号等を入力するミキサーを設け、必要な会話音は呼
出音等を消音スピーカから出力するようにしてもよい。
また、消音スピーカとしては、実施例で示したダイヤ
フラム式のものには限られない。
(発明の効果) 以上説明してきたように、本発明のアクティブ・ノイ
ズ・キャンセラーにあっては、消音スピーカを外部騒音
の入力に用いるようにしたために、以下に列挙する効果
を同時に得ることができる。
モニター用マイクロホンやその支持部材が消音スピー
カの音場を乱すことがない、これによって、高周波域ま
での外部騒音を安定的に消音することができるという効
果が得られる。
外部騒音を消音スピーカにより入力するようにしたた
め、外部騒音を入力するためのマイクロホンを不要とし
て構成を簡単にできるという効果が得られ、さらに、消
音スピーカが使用者の耳腔に対向していることから、使
用者に聞こえる外部騒音と等しい外部騒音を入力するこ
とができ、これによって、フィードバック制御用のマイ
クロホンや回路を不要とし、構成を簡単にできるという
効果が得られる。
上述のように消音スピーカによって外部騒音を入力す
るようにして、消音スピーカから出力されるキャンセル
音が騒音キャンセル回路に入力される際に、空気中を伝
達されることがないため、空気伝達による位相遅れが生
じないようにでき、これによって、可聴域のハウリング
の発生を防止して消音性能を向上できるという効果が得
られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明一実施例のアクティブ・ノイズ・キャン
セラーの構成を示す全体図である。 A…キャンセル音 C…外部騒音 D…外部音信号(入力音) E…耳腔 F…消音信号(残留信号) G…キャンセル音発生信号 1…消音スピーカ 1a…ダイヤフラム 2…騒音キャンセル回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04R 3/00 G10K 11/16

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】使用者の耳腔に対し所定のキャンセル音を
    発生放射させる消音スピーカと、外部騒音を入力する騒
    音入力手段と、該騒音入力手段による入力信号に基づ
    き、外部騒音とは逆位相のキャンセル音を発生させるべ
    く消音スピーカにキャンセル音発生信号を出力する騒音
    キャンセル回路とを備え、外部騒音に対し逆位相のキャ
    ンセル音の打ち消し作用によって外部騒音を消音するよ
    うにしたアクティブ・ノイズ・キャンセラーにおいて、 前記騒音入力手段として、外部騒音による振動膜の振動
    でコイルにおいて発生する信号と、騒音キャンセル回路
    からコイルに出力するキャンセル音発生信号とを合成し
    た外部音信号がコイルに生じる消音スピーカを用い、 前記騒音キャンセル回路を、消音スピーカのコイルから
    入力される外部音信号から、キャンセル音に関する信号
    を除き、その残留信号である外部騒音に関連する信号に
    基づきキャンセル音発生信号を形成出力する回路とした
    ことを特徴とするアクティブ・ノイズ・キャンセラー。
JP1044788A 1989-02-25 1989-02-25 アクティブ・ノイズ・キャンセラー Expired - Lifetime JP2824076B2 (ja)

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