JP2889637B2 - アクティブ・ノイズ・キャンセラー - Google Patents

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、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、モニタ用マイクロホンからの入力音とは逆位相
のキャンセル音を消音スピーカから出力し、外部騒音と
キャンセル音との打ち消し作用により外部騒音を消音す
るものである。

しかしながら、この従来技術によれば、キャンセル音
を偏りなく入力すると共に、キャンセル音の音場を乱さ
ないように、モニタ用マイクロホンを設置するのが困難
であるという問題がある。しかも、モニタ用マイクロホ
ンは、外部騒音も入力する必要から消音スピーカとはあ
る程度の間隔を設ける必要があり、これにより位相遅れ
が生じてハウリングが生じるという問題もある。

そこで、本願出願人は、以上のような従来の問題をフ
ィードバック制御が不要な簡単な制御回路により解決す
る手段として、特願平１−44790号に記載のアクティブ
・ノイズ・キャンセラー（以下先行技術という）を提案
した。

この先行技術は、消音スピーカの負圧面に、キャンセ
ル音と同位相の副キャンセル音を放射する副スピーカを
設け、消音スピーカの負圧面から放射されるキャンセル
音とは逆位相の音（負キャンセル音）と副キャンセル音
とが打ち消し合う位置にモニタ用マイクロホンを設け
て、モニタ用マイクロホンに外部騒音のみが入力される
ようにしている。

（発明が解決しようとする課題） 上述の先行技術にあっては、両スピーカが音響的に対
称に配設され、かつ、騒音キャンセル回路からキャンセ
ル音発生信号及び副キャンセル音発生信号も等価に出力
され、しかも、両発生信号が両スピーカに対して等しく
入力されている場合には、モニタマイクロホンの位置に
おいて両スピーカからの音が完全に打ち消されて、外来
音みを入力することができる。

しかしながら、両スピーカ及びマイクロホンの取付精
度が悪かったり、回路構成部品の製造誤差等により、両
スピーカから出力される音がアンバランスとなった場
合、両スピーカからの音が完全に打ち消されずにモニタ
用マイクロホンに入力されて消音性能が低下してしまう
ものであった。

従って、両スピーカやモニタ用マイクロホン等の取付
精度を極めて高くする必要があると共に、騒音キャンセ
ル回路や配線の精度もきわめて高くする必要があった。

本発明は、上述のような問題に着目してなされたもの
で、両スピーカ及びモニタ用マイクロホンの設置誤差や
両スピーカに対する信号の誤差や両スピーカの音場に相
違があっても、モニタ用マイクロホンにおいて音響的ア
ンバランスが生じないようにして、消音性能の向上を図
ることのできるアクティブ・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、正負一方の面から消音対象空間
に向けて所定のキャンセル音を放射させる消音スピーカ
と、該消音スピーカの他方の面に向けて前記キャンセル
音と同位相の副キャンセル音を放射させる副スピーカ
と、両スピーカから放射される音が打ち消し合わされる
位置に配置されたモニタ用マイクロホンと、該モニタ用
マイクロホンからの入力音とは逆位相のキャンセル音を
消音スピーカの一方の面から放射させるべくキャンセル
音発生信号を出力すると共に、副スピーカから消音スピ
ーカの他方の面に対してキャンセル音と同位相の副キャ
ンセル音を放射させるべく副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、該騒音キャンセル回路に
設けられ、両音発生信号の少なくともいずれか一方の信
号の成形処理を行う信号成形処理手段とを設けた。

尚、前記信号成形処理手段としては、信号の位相を遅
らせる遅延回路を設けてもよいし、また、信号のゲイン
を調整するゲイン回路を設けてもよい。

（作 用） 消音を行う場合、モニタ用マイクロホンから入力され
た音に基づき、消音スピーカから消音対象空間に向けて
キャンセル音を放射する。

よって、消音対象空間では、外来者がそれとは逆位相
のキャンセル音により打ち消される。

また、モニタ用マイクロホンは、両スピーカからの音
が打ち消し合わされる位置に配置されていて、即ち、こ
の位置では、消音スピーカの負圧面から放射される負キ
ャンセル音（キャンセル音とは逆位相の音）と、副スピ
ーカから放射される副キャンセル音（キャンセル音と同
位相の音）とが打ち消し合うと共に、消音スピーカの正
圧面から放射されるキャンセル音と、副スピーカから放
射される負キャンセル音［副キャンセル音（＝キャンセ
ル音）とは逆位相の音］とが打ち消し合って、両スピー
カからの音は入力されず、外来者だけを入力することが
できる。

ところで、取付誤差等により両スピーカが音響的に対
称に取り付けられていなかったり、また、両スピーカの
音場が等しくなかったり、また、騒音キャンセル回路の
構成部品の製造誤差や配線の製品誤差等により、消音ス
ピーカと副スピーカとの放射音がモニタ用マイクロホン
に均等に入力されないというようなアンバランスが生じ
ることがある。そしてこのような場合、両スピーカの音
の一部が打ち消されずにモニタ用マイクロホンに入力さ
れることになる。

そこで、このような場合には、本発明では、騒音キャ
ンセル回路の信号成形処理手段により、両信号の一方の
信号成形処理を行う。

例えば、モニタ用マイクロホンに対し両スピーカが均
等距離に配置されていない場合、信号成形処理手段によ
り遠い方のスピーカへの発生信号の位相を速めるか、近
い方のスピーカへの発生信号の位相を遅らせることで、
モニタ用マイクロホンの位置における音響的アンバラン
スを解消することができる。

また、両スピーカからの音のゲインが異なる場合に
は、信号成形処理手段により、ゲインが低い方のスピー
カへの発生信号のゲインを高めるか、ゲインの高い方の
スピーカへの発生信号のゲインを下げることで、モニタ
用マイクロホンの位置における音響的アンバランスを解
消することができる。

従って、モニタ用マイクロホンにおいて、両スピーカ
からの音のアンバランスが生じないようにして、両スピ
ーカからの音を確実に打ち消して、消音性能の向上を図
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。
尚、実施例を説明するにあたり、各図において同一の符
号は同一の対象を示す。

まず、構成を説明する。

第１図は本発明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を発生放射さ
せる消音スピーカ、２は副スピーカ、３は外来者Ａを入
力する第１モニター用マイクロホン、４は前記消音スピ
ーカ１にキャンセル音発生信号ａを出力すると共に、副
スピーカ２に副キャンセル音発生信号ｂを出力する騒音
キャンセル回路、５は隔壁、６はカバーである。

前記消音スピーカ１は、ダイヤフラム1b,コイル1c,マ
グネット1dを備えていて、コイル1cに通電するとマグネ
ット1dと吸引しあってダイヤフラム1bを振動させる構造
であり、ダイヤフラム表面1eが正圧面であり、ダイヤフ
ラム裏面1fが負圧面となる。

前記副スピーカ２は、前記消音スピーカ１と同一のス
ピーカ、即ち、音響的に等価のスピーカであって、ダイ
ヤフラム2b,コイル2c,マグネット2dを備えていて、ダイ
ヤフラム表面2eが正圧面であり、ダイヤフラム裏面2fが
負圧面である。

前記隔壁５は、ヘッドホン状のカバー６の内部を消音
空間Ｂと外来者側空間Ｃとに画成すると共に、両スピー
カ1,2を支持している。そしてこの支持構造は、両スピ
ーカ1,2を隔壁５の中央で対称的に支持すると共に、両
スピーカ1,2の間に中間室Ｄを形成する構造となってい
る。

尚、前記隔壁５には、中間室Ｄと外来音側空間Ｃとを
連通する連通孔5aが形成されている。

前記モニタ用マイクロホン３は、両スピーカ1,2の間
の下方位置の隔壁５に形成された取付用孔5bに取り付け
られている。

前記モニタ用マイクロホン３及び両スピーカ1,2は、
騒音キャンセル回路４に接続されている。即ち、前記騒
音キャンセル回路４は、モニタ用マイクロホン３から入
力される音に基づいて、両スピーカ1,2から、キャンセ
ル音s1及び副キャンセル音s2を放射させるもので、プリ
アンプ4c,フィルタ回路4d,パワーアンプ4e,反転回路4f,
遅延回路4a及びゲイン回路4bを有している。

前記プリアンプ4cは、モニタ用マイクロホン３に接続
され、入力信号を前置増幅する。

前記フィルタ回路4dは、プリアンプ4cを経た信号の中
から不必要な周波数範囲をキャンセル音から取り除くも
ので、即ち、両スピーカ1,2から出力することのできな
い周波数範囲の音を取り除くように構成されている。

前記パワーアンプ4eは、フィルタ回路4dを経た信号
を、後述するキャンセル音s1の音圧が外来者Ａと等しく
なるように主増幅するものである。

前記反転回路4fは、パワーアンプからの信号の位相を
180度ずらして第１マイクロホン3aに出力する回路であ
る。

前記遅延回路4aは、反転回路4fを経た信号の位相を遅
らせたり速めたりするもので前記消音スピーカ１に接続
されている。

前記ゲイン回路4bは、前記パワーアンプ4eからの信号
のゲインを任意に変更するもので、副スピーカ２に接続
されている。

前記遅延回路4aとゲイン回路4bにより、請求の範囲の
信号成形処理手段を構成している。

次に、作用を説明する。

（イ）外来者消音時 例えば、航空機のコックピット内等のような外部騒音
下において、この外部騒音が聴こえないようにしたい場
合には、本実施例装置を図示のように耳腔Ｅにあてて使
用する。

この時の作動を簡単に説明する。

まず、モニタ用マイクロホン３から、外来者（外部騒
音）Ａが入力される。

そして、騒音キャンセル回路４では、モニタ用マイク
ロホン３からの入力信号に対して、増幅・フィルタ処理
を施すと共に、必要に応じ遅延処理及びゲイン処理を施
して、消音スピーカ１に対して外来者Ａとは位相を逆転
させた信号であるキャンセル音発生信号ａを出力し、一
方、副スピーカ２に対しては外来者Ａと同位相の信号で
ある副キャンセル音発生信号ｂを出力する。

従って、消音スピーカ１からは、消音空間Ｂに向けて
外来者Ａとは逆位相のキャンセル音s1が放射され、この
消音空間Ｂでは、外来者Ａがこの逆位相のキャンセル音
s1による打ち消し作用を受けて消音される。

ところで、消音スピーカ１からキャンセル音s1が放射
される場合、負圧面であるダイヤフラム裏面1fからは、
キャンセル音s1とは逆位相の負キャンセル音t1が放射さ
れる。

一方、副スピーカ２には、キャンセル音発生信号ａと
は逆位相の副キャンセル音発生信号ｂが与えられてい
て、即ち、ダイヤフラム裏面2fから消音スピーカ１に向
けてキャンセル音s1と同位相の副キャンセル音s2が放射
されると共に、ダイヤフラム表面2eから外来音側空間Ｃ
に向けて副キャンセル音s1（＝キャンセル音s2）と逆位
相の負副キャンセル音2t（＝副キャンセル音t1）が放射
される。

従って、両スピーカ1,2の間、の中間室Ｄでは、消音
スピーカ１から放射される負キャンセル音t1と副スピー
カ２から放射される副キャンセル音s2とが逆位相である
ことで打ち消されるため、モニタ用マイクロホン３にあ
っては、両スピーカ1,2からの音が入力されず、外来者
Ａのみを入力することができる。

（ロ）バランス不良時 ところで、上記の打ち消し作用は、両スピーカ1,2が
モニタ用マイクロホン３を中心に対称に配置され、か
つ、両発生信号a,bが同じゲインで出力された場合に得
られる。

ところが、両スピーカ1,2及びマイクロホン３の取付
誤差や、騒音キャンセル回路４の構成部品の製造誤差等
により、取付位置にずれが生じたり、両信号a,bのゲイ
ンや位相にずれが生じたり、また、消音空間Ｂと外来音
側空間Ｃとの音場の相違等により、モニタ用マイクロホ
ン３の位置における両スピーカ1,2からの音がアンバラ
ンスとなることがある。

このような場合には、両スピーカ1,2からの成分が完
全に打ち消されずにモニタ用マイクロホン３に入力され
てしまうという不都合が生じる。

そこで、このような場合本実施例では、遅延回路4aに
おいて、キャンセル音発生信号ａの位相を遅らせたり速
めたりして、両信号a,bの位相のずれを補正したり（180
゜ずれた状態にする）、ゲイン回路4bにおいて、副キャ
ンセル音発生信号ｂのゲインを上下させて、両信号a,b
のゲインを一致させたりすることで、上記アンバランス
を解消することができる。

尚、本実施例の場合、このような遅延回路ａ及びゲイ
ン回路4bの調整は、工場出荷時において行うようにして
いるが、ダイヤル等を設けて、使用時に調整できるよう
にしてもよい。

以上のように、本実施例のアクティブ・ノイズ・キャ
ンセラーにあっては、モニタ用マイクロホン３におい
て、両スピーカ1,2からの音のアンバランスが生じない
ようにできるため、このようなアンバランスを原因とし
た消音性能の低下を防止することができる。

以上、実施例を図面に基づき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、例えば、
実施例では、人が頭部に装着して外部騒音を取り除くた
めに使用するヘッドホンタイプのものを例として示した
が、適用範囲はこれらに限られるものではなく、例え
ば、車両・船舶・航空機や工場・住宅などの室内に設
け、車内騒音などをキャンセルしたり、また、車両の空
調装置やその他産業機器などの機械騒音をキャンセルし
たりするのに使用するようにしてもよい。

また、本発明は、消音対象音をキャンセルするもので
あるから、消音対象音としては、上述したような騒音に
限られるものではなく、例えば、音の調和を図る目的に
おいて、任意の音のみをキャンセルするというような使
用方もある。

また、実施例では、両スピーカ1,2のダイヤフラム1b,
2bの正圧面1e,2eを消音対象空間Ｂ及び外来音側空間Ｃ
に向けて配置した例を示したが、180゜回転させて負圧
面1f,2fがそちらの方向を向くようにしてもよい。

また、実施例では、消音スピーカ１側に遅延回路4aを
設け、副スピーカ２側にゲイン回路4bを接続した例を示
したが、この接続は逆でもよいし、いずれか一方のスピ
ーカに両回路を接続してもよい。

（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、騒音キャンセル回路に信
号成形処理手段を設けた構成としたため、例えば、取付
誤差等により両スピーカが音響的に対称に取り付けられ
ていなかったり、また、両スピーカの音場が等しくなか
ったり、また、騒音キャンセル回路の構成部品の製造誤
差や配線の製品誤差があったりしても、モニタ用マイク
ロホンの位置において、両スピーカからの音のアンバラ
ンスが生じないようにして、消音性能を向上することが
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。 １……消音スピーカ 1e……ダイヤフラム表面（正圧面） 1f……ダイヤフラム裏面（負圧面） ２……副スピーカ ３……モニター用マイクロホン ４……騒音キャンセル回路 4a……遅延回路（信号成形手段） 4b……ゲイン回路（信号成形手段） ａ……キャンセル音発生信号 ｂ……副キャンセル音発生信号 s1……キャンセル音 s2……副キャンセル音

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正負一方の面から消音対象空間に向けて所
   定のキャンセル音を放射させる消音スピーカと、 該消音スピーカの正負他方の面に向けて前記キャンセル
   音と同位相の副キャンセル音を放射させる副スピーカ
   と、 両スピーカから放射される音が打ち消し合わされる位置
   に配置されたモニタ用マイクロホンと、 該モニタ用マイクロホンからの入力音とは逆位相のキャ
   ンセル音を消音スピーカの正負一方の面から放射させる
   べくキャンセル音発生信号を出力すると共に、副スピー
   カから消音スピーカの正負他方の面に対してキャンセル
   音と同位相の副キャンセル音を放射させるべく副キャン
   セル音発生信号を出力する騒音キャンセル回路と、 該騒音キャンセル回路に設けられ、両音発生信号の少な
   くとも一方の信号の成形処理を行う信号成形処理手段
   と、 を備えていることを特徴とするアクティブ・ノイズ・キ
   ャンセラー。
2. 【請求項２】前記信号成形処理手段が、信号の位相を遅
   らせる遅延回路を含むことを特徴とする請求項１記載の
   アクティブ・ノイズ・キャンセラー。
3. 【請求項３】前記信号成形処理手段が、信号のゲインを
   調整するゲイン回路を含むことを特徴とする請求項１記
   載のアクティブ・ノイズ・キャンセラー。