JP3672619B2 - 騒音低減ヘツドホン装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【目次】
以下の順序で本発明を説明する。
産業上の利用分野
従来の技術（図７）
発明が解決しようとする課題（図８）
課題を解決するための手段（図１）
作用（図１）
実施例（図１〜図６）
発明の効果
【０００２】
【産業上の利用分野】
本発明は騒音低減ヘツドホン装置に関し、例えばオープンエアー型に構成され外部からの騒音が激しい場所で使用するものに適用し得る。
【０００３】
【従来の技術】
従来、この種の騒音低減ヘツドホン装置には、音声や音楽を聴取する際に外部騒音を電気的に遮蔽するものが考えられている。即ち、図７に示すように、騒音低減ヘツドホン装置の音響回路１は、例えば左右の耳翼等の耳道開口部に装着される小型のスピーカユニツト２の背面にマイクロホン３が取り付けられる。
【０００４】
このマイクロホン３で拾つた音声は、演算増幅器４〜６を使用したフイルタ７を介してスピーカユニツト２の入力側に逆位相でフイードフオワードされてスピーカユニツト２から再生される。逆位相でフイードフオワードして再生される音は、外部から耳道に伝わる音を打ち消すように作用する。これにより、ユーザの耳には外部からの騒音が低減されて聞こえる。
【０００５】
因みに、音楽等のライン入力信号Ｓ３は、イコライザ８を介してフイルタ７の出力信号と合成され、この合成された信号がパワーアンプ９で増幅されてスピーカユニツト２を駆動する。また騒音低減ヘツドホン装置の耳道開口部に装着する部材いわゆる耳当てには、外部騒音を通し難くするため、固めの高気密性弾性体が使用されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、耳道開口部の形状には、個人差がある。このため、耳当てが固い場合、耳当ては耳道開口部に密着して耳道開口部を覆うことが困難であり、耳当てと耳道開口部との間に大きめの隙間が必ず発生していた。
従つて、例えば図８に示すように、外部騒音のうち低周波域成分の低減効果が小さいという問題があつた。（ここでは60〔Hz〕以下で外部騒音提言量が０〔dB〕以下となる）また耳道開口部の形状の個人差により外部騒音の低減効果が不均一となるという問題があつた。
さらに耳当てと耳道開口部との間に大きめの隙間が発生することにより、マイクロホンの近くに手をかざすとハウリングが発生するという欠点があつた。
【０００７】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、耳道開口部の形状に関わらず外部騒音を低周波域まで十分に低減し得る騒音低減ヘツドホン装置を提案しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、マイクロホンは外部騒音を収音する。スピーカユニツトは収納部材に収納されて耳道に音を出力する。耳当て手段は、スピーカユニツトの周囲に配置され、スピーカユニツトを耳道開口部に装着した状態で耳道開口部に対して所望の密閉度を与える。電気回路は、マイクロホンが収音した外部騒音の信号を位相補正してスピーカユニツトを駆動する。
【０００９】
【作用】
耳当て手段が、スピーカユニツトを耳道開口部に装着した状態で耳道開口部の形状に応じて変形して耳道開口部をほぼ密閉し、スピーカユニツトが出力する音の出力音圧の減少と周波数に対する位相の変化とを抑え、さらに外部騒音の侵入を防止することにより、耳道開口部の形状に関わらず外部騒音を低周波域まで十分に低減できる。
【００１０】
【実施例】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【００１１】
図１において、１１は全体として騒音低減ヘツドホン装置、例えば航空機等の乗物内で音楽等を聴取する際、外部騒音を電気的に遮蔽するアクテイブノイズキヤンセルヘツドホン（以下、ヘツドホンという）（ここでは一方のチヤンネル分）を示し、音響系と、フイルタ及びパワーアンプ等の電気系とから構成されている。
ヘツドホン１１は、音響系のスピーカユニツト２用筐体１２外部の騒音（以下、外部騒音という）をマイクロホン３によつて収音し、電気系を通して鼓膜の位置で位相が 180°反転するように位相補正した音声をスピーカユニツト２から送出する。これにより、鼓膜に到達する外部騒音は減衰させられる。
【００１２】
筐体１２は、オープンエア型に構成され、ヘアバンド１３の下端付近に枢支されている。筐体１２は、偏平な略円錐形状のケース１２Ａと、円盤形状のケース１２Ｂとを接合して構成され、耳当て部１４が前面に配置されている。
ケース１２Ａ及び１２Ｂ中央部に穿設された開口には、スピーカユニツト２が配置されている。ケース１２Ｂの前面側の周囲には、耳当て部１４のクツシヨン材１４Ａが環状に取り付けてある。クツシヨン材１４Ａの周側面及び前面とスピーカユニツト２前面の空間１７とは、耳当て部１４のスクリーン１４Ｂで覆われている。
スピーカユニツト２が生成した音は、空間１７を通り、スクリーン１４Ｂを通つて耳道に送出される。
【００１３】
クツシヨン材１４Ａは、無通気性を有すると共に、比較的小さな力で容易に変形する柔軟性を有する弾性材料、例えば無通気ウレタンや、ゴムで被覆した発泡シリコンでなる。これにより、クツシヨン材１４Ａは、スクリーン１４Ｂと共にイヤーパツドとなり、装着のとき耳道開口部の形状に応じて容易に変形して、耳道開口部にほぼ密着するようになされている。
スクリーン１４Ｂは、高通気性を有する薄い材料でなる。これにより、スクリーン１４Ｂは、耳道開口部表面に密着した状態でも耳道開口部に発生する汗等の水分の蒸散を妨げないで装着感を向上させる。
【００１４】
ケース１２Ａ下部には、電気系の利得調整の際に使用する開口１８が穿設されている。この開口１８には、めくら蓋（ハウジングキヤツプ）が通常取り付けられている。ヘツドホン１１の音響特性は、利得調整の際にめくら蓋を外しても変化しない。
【００１５】
例えば図２の実線で示すように、ヘツドホン１１の音響特性のうち出力音圧特性線は、50〔Hz〕〜1000〔Hz〕の周波数帯域でほぼ平坦な曲線となる。またヘツドホン１１の位相特性線は、50〔Hz〕から150 〔Hz〕程度までの帯域で40〔度〕から０〔度〕に減少し、150 〔Hz〕程度から1000〔Hz〕までの帯域で０〔度〕から−５〔度〕まで緩やかに減少する曲線となる。
【００１６】
因みに、図２の破線で示すように、従来のヘツドホンの音響特性のうち出力音圧特性線は、50〔Hz〕で実施例に比してほぼ20〔dB〕少なく始まり、ほぼ 100〔Hz〕で実施例とほぼ同一であつた。また従来のヘツドホンの位相特性は50〔Hz〕から150 〔Hz〕程度までの帯域で60〔度〕から０〔度〕に減少し、300 〔Hz〕程度から1000〔Hz〕までの帯域で０〔度〕から−10〔度〕まで減少する曲線であつた。
【００１７】
マイクロホン３は、収音部を外側に向けてヘアバンド１３の下端付近に配置されている。ケース１２Ａ内のスピーカユニツト２の周囲には、電気回路の基板１９が配置されている。
図３に示すように、マイクロホン３が収音した外部騒音２０の信号Ｓ１は、電気回路２１のフイルタ２２に与えられて高周波域の成分が減衰される。
フイルタ２２の出力Ｓ２は、外部騒音２０の信号Ｓ１に対して鼓膜の位置で位相が 180°反転するように補正された後、加算器２３に与えられ、パワーアンプ２４で増幅されてスピーカユニツト２を駆動する。
【００１８】
例えば図４に示すように、フイルタ２２とパワーアンプ２４とを合わせた位相の周波数特性は、50〔Hz〕から 300〔Hz〕までの帯域で−40〔度〕から20〔度〕にほぼ直線的に増加し、300 〔Hz〕から1000〔Hz〕までの帯域で20〔度〕から６〔度〕に緩やかに減少する。
フイルタ２２とパワーアンプ２４とを合わせた利得の周波数特性は、50〔Hz〕から 100〔Hz〕までの帯域で18〔dB〕から16〔dB〕に緩やかに減少し、100 〔Hz〕から1000〔Hz〕までの帯域で16〔dB〕から22〔dB〕に緩やかに増加する。
【００１９】
このようにして、フイルタ２２及びパワーアンプ２４の伝達特性は、鼓膜２５に直接到達する外部騒音２０と、マイクロホン３で収音しスピーカユニツト２から発音されて鼓膜２５に到達する外部騒音２０とが50〔Hz〕〜1000〔Hz〕の周波数帯域で逆相となるように調整されている。
【００２０】
音声や音楽のライン入力信号Ｓ３は、図１に示すヘアバンド１３下端のケーブル２６を通して音響回路２１のイコライザ２７及びスルー回路２８に与えられる。イコライザ２７は、ライン入力信号Ｓ３に対するヘツドホン１１の周波数レスポンスを平坦に近づける特性を有し、出力を加算器２３に与える。
【００２１】
スルー回路２８は、電源スイツチがオフのとき又は電源電圧が低下したときに動作し、ライン入力信号Ｓ３をスピーカユニツト２に通す。これにより、電気回路２１全体の動作が停止してもユーザはライン入力信号Ｓ３による音声や音楽を聞くことができる。
【００２２】
因みに、図５に示すように、電気回路２１のフイルタ２２は、マイクロホン３が出力した信号Ｓ１をコンデンサＣ₁₆〜Ｃ₁₈と、抵抗Ｒ₂₉及びＲ₃₀とでなるフイルタ部に通して、エミツタホロワのトランジスタＱ３に与える。
【００２３】
以上の構成において、図３に示すように、ユーザがヘツドホン１１を頭に装着すると、耳当て部１４は耳道開口部２９に密着して、耳当て部１４と耳道開口部２９との隙間をほぼ無くす（即ち、耳道開口部２９を密閉する）。
これにより、耳当て部１４と耳道開口部２９との隙間から侵入して耳道３０内へ到達する外部騒音２０は減少する。またスピーカユニツト２が生成する低周波域（50〔Hz〕〜 100〔Hz〕）の音の出力音圧が耳当て部１４と耳道開口部２９との隙間から漏れることが防止される。
【００２４】
従つて、外部騒音の周波数帯域において、従来、変化が大きかつた低周波域の位相及び出力音圧の周波数特性の変化を最小限に抑えられる。
結果として、フイルタ２２による位相補正量が従来に比して一段と少なくても低周波域から高周波域に亘つて、外部騒音２０を有効に打ち消すことができる。
図６に示すように、特に、従来のオープンエア型のヘツドホンでは低減効果が少なかつた低周波域（50〔Hz〕〜 100〔Hz〕）においても、ユーザの耳道開口部２９の形状に関わらず充分な外部騒音低減効果を得ることができる。（ここでは、外部騒音低減量は、ほぼ20〔Hz〕以上の周波数で全て０〔dB〕以上となる。）
【００２５】
一方、耳当て部１４と耳道開口部２９との隙間がほぼ無くなつたことにより、スピーカユニツトが生成した入力ライン信号の音は一段と少ない音圧でも鼓膜を十分に振動させることができる。
外部騒音低減効果は、開口１８に取り付けためくら蓋を外して、調整用ドライバで基板１９上の半固定抵抗器を回して調整される。
【００２６】
以上の構成によれば、耳道開口部２９の形状に応じて変形して耳道開口部２９にほぼ密着する耳当て部１４を配設してスピーカユニツトが出力する音の出力音圧の減少と周波数に対する位相の変化を抑え、さらに外部騒音の侵入を防止することにより、耳道開口部２９の形状に関わらず外部騒音２０を低周波域まで十分に低減できる。
またフイルタ２２による位相補正量が従来に比して一段と少なくて済むことにより、フイルタ２２を従来に比して一段と簡易に構成できる。
【００２７】
さらに一段と簡易に構成できることにより、電気回路２１全体を小型・軽量化できる。さらに基板１９上の半固定抵抗器を回すことによつて、ユーザが外部騒音２０の低減量を任意に調節できる。
【００２８】
なお上述の実施例においては、筐体１２をオープンエア型に構成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、筐体を密閉型に構成する場合にも適用し得る。この場合にも上述と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
また上述の実施例においては、外部騒音を収音するマイクロホン３を筐体１２の近くに配置する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、外部騒音を収音するマイクロホン３を筐体からさらに遠く離して配置する場合にも適用できる。
【００３０】
さらに上述の実施例においては、外部騒音を低減する際、外部騒音の信号Ｓ１を処理してスピーカユニツトにフイードフオワードする場合について述べたが、本発明はこれに限らず、外部騒音の信号Ｓ１を処理してスピーカユニツトにフイードバツクする場合にも適用できる。
【００３１】
さらに上述の実施例においては、ライン入力信号Ｓ３を供給する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ライン入力信号Ｓ３を供給せず、外部騒音を低減するだけの場合にも適用できる。
【００３２】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、耳当て手段が、スピーカユニツトを耳道開口部に装着した状態で耳道開口部の形状に応じて変形して耳道開口部を密閉し、スピーカユニツトが出力する音の出力音圧の減少と周波数に対する位相の変化とを抑え、さらに外部騒音の侵入を防止することにより、耳道開口部の形状に関わらず外部騒音を低周波域まで十分に低減し得る騒音低減ヘツドホン装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による騒音低減ヘツドホン装置の一実施例によるヘツドホンを示す断面図である。
【図２】ヘツドホンの音響特性を示す特性線図である。
【図３】電気回路及び音響回路を示す接続図である。
【図４】フイルタとパワーアンプとを合わせた利得及び位相の周波数特性を示す特性線図である。
【図５】電気回路の詳細な構成を示す接続図である。
【図６】実施例による外部騒音低減量の周波数特性を示す特性線図である。
【図７】従来の電気回路を示す接続図である。
【図８】従来の外部騒音低減量の周波数特性を示す特性線図である。
【符号の説明】
１……電気回路、２……スピーカユニツト、３……マイクロホン、４〜６……演算増幅器、７、２２……フイルタ、８、２７……イコライザ、９、２４……パワーアンプ、１１……ヘツトホン、１２……筐体、１２Ａ及び１２Ｂ……ケース、１３……ヘアバンド、１４……耳当て部、１４Ａ……クツシヨン材、１４Ｂ……スクリーン、１７……空間、１８……開口、１９……基板、２０……外部騒音、２１……電気回路、２３……加算器、２５……鼓膜、２６……ケーブル、２８……スルー回路、２９……耳道開口部、３０……耳道。

Claims (3)

1. ヘツドホンの外筐に設けられ、外部騒音を収音するマイクロホンと、
   耳道に音を出力するスピーカユニツトと、
   上記スピーカユニツトの周囲及び又は前面に配置され、当該スピーカユニツトを耳道開口部に装着した状態で、当該耳道開口部の形状に応じて変形して当該耳道開口部を密閉する耳当て手段と、
   上記マイクロホンが収音した上記外部騒音の信号における高周波域の成分を減衰するフイルタと、外部入力信号における上記ヘツドホンの周波数レスポンスを平坦に近づけるイコライザと、上記外部騒音の信号に対して鼓膜の位置で位相が 180 °反転するように補正された上記フイルタの出力と、上記イコライザの出力とを加算する加算器と、上記加算器の出力を増幅するパワーアンプとを有する電気回路と
   を具え、上記電気回路は、上記スピーカユニツトが出力する音の出力音圧の減少と周波数に対する位相の変化とを抑えるように、上記外部騒音の信号を上記スピーカユニツトにフイードフオワードさせる
   ことを特徴とする騒音低減ヘツドホン装置。
2. 上記耳当て手段は、材質が無通気性ウレタン、又はゴム被覆した発泡シリコンでなる第１の構成材と、通気性を有する第２の構成材とを組み合わせて使用することを特徴とする請求項１に記載の騒音低減ヘツドホン装置。
3. 上記電気回路は、上記外部騒音の信号と入力音声信号とに基づいて上記スピーカユニツトを駆動し、
   上記スピーカユニツトの駆動回路の駆動電源が所定電圧以下に低下したとき、上記入力音声信号を直接上記スピーカユニツトに供給するスルー回路を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の騒音低減ヘツドホン装置。

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