JP4880393B2 - 音響装置 - Google Patents

Description

本発明は、接続されたイヤホンが耳孔に装着されている状態か否かを検出可能な音響装置に関する。

イヤホンが音響装置に電気的に接続されていても、耳孔に装着されていない状態がある。この状態で音響を出力しても、利用者に出力した音響を聞かせることができず、音響装置の電力が浪費される。従来の技術では、イヤホンが耳孔に装着された装着状態か、装着されていない非装着状態かをイヤホンに検出機構を具備することで検出し、この検出結果に基づいて音響を出力している。

従来の技術の音響再生装置は、装着状態か非装着状態かを検出するための装着検出手段を有するイヤホンから与えられる装着状態情報に基づいて、装着状態か非装着状態かを検出している。装着検出手段は、具体的にはイヤホンの耳に当接する部位に設けられる接点スイッチによって実現される（たとえば特許文献１参照）。また従来の技術の情報再生装置は、ヘッドホンの所望の個所に設けられたスイッチなどの装着検出部から与えられる検出信号に基づいて装着状態か非装着状態かを検出している（たとえば特許文献２参照）。

特開２００４−１５３３５０号公報 特開２００３−３１７４５５号公報

従来の技術では、装着状態か非装着状態かを判定することができるのは、装着状態か非装着状態かを検出するための特別な検出手段を備えたイヤホンまたはヘッドホンに限られる。したがって検出手段を備えないイヤホンを装置に接続した場合には、装着状態か非装着状態かを判定することができず、汎用品のイヤホンを利用することができないという問題がある。

したがって本発明の目的は、イヤホンに特別な検出手段を設けることなく、イヤホンの耳への装着状態を検出する音響装置を提供することである。

本発明は、磁界を発生する磁界発生部と、磁界発生部が発生する磁界中に設けられ、電流を流すことによって磁界を発生し駆動するコイル部を有する導線部と、コイル部に支持されてコイル部の駆動によって振動する振動板とを含むイヤホンが接続される音響装置であって、
音響情報に応じて、音響を発生させるための電流を前記導線部に与える電力供給手段と、
可聴周波数の下限値である２０Ｈｚよりも低い周波数の音響を表す判定用音響情報を生成する判定用音響情報生成手段と、
音響情報のうちの予め定める音量以下の音量を表す低音量部分を検出する低音量部分検出手段と、
前記低音量部分検出手段によって検出された低音量部分に、前記判定用音響情報を重畳する重畳手段と、
前記音響情報のうち判定用音響情報が重畳された部分に応じて音響を発生させるための電流を前記電力供給手段が前記導線部に与えているときに、前記導線部に流れる電流の大きさを求める電気特性検知手段と、
前記電気特性検知手段によって求めた電流の大きさに基づいて振動板の振動を妨げる負荷の大きさを算出する負荷算出手段と、
前記負荷算出手段の算出した負荷の大きさと予め定める判定基準値とを比較して、イヤホンが耳孔に装着されている装着状態か、装着されていない非装着状態かを判定し、判定結果を出力する判定手段とを含むことを特徴とする音響装置である。

また本発明は、磁界を発生する磁界発生部と、磁界発生部が発生する磁界中に設けられ、電流を流すことによって磁界を発生し駆動するコイル部を有する導線部と、コイル部に支持されてコイル部の駆動によって振動する振動板とを含むイヤホンが接続される音響装置であって、
音響情報に応じて、音響を発生させるための電流を前記導線部に与える電力供給手段と、
可聴周波数の下限値である２０Ｈｚよりも低い周波数の音響を表す判定用音響情報を生成する判定用音響情報生成手段と、
音響情報のうちの予め定める音量以下の音量を表す低音量部分を検出する低音量部分検出手段と、
前記低音量部分検出手段によって検出された低音量部分を、前記判定用音響情報に置換する置換手段と、
前記音響情報のうち判定用音響情報の部分に応じて音響を発生させるための電流を前記電力供給手段が前記導線部に与えているときに、前記導線部に流れる電流の大きさを求める電気特性検知手段と、
前記電気特性検知手段によって求めた電流の大きさに基づいて振動板の振動を妨げる負荷の大きさを算出する負荷算出手段と、
前記負荷算出手段の算出した負荷の大きさと予め定める判定基準値とを比較して、イヤホンが耳孔に装着されている装着状態か、装着されていない非装着状態かを判定し、判定結果を出力する判定手段とを含むことを特徴とする音響装置である。

また本発明は、磁界を発生する磁界発生部と、磁界発生部が発生する磁界中に設けられ、電流を流すことによって磁界を発生し駆動するコイル部を有する導線部と、コイル部に支持されてコイル部の駆動によって振動する振動板とを含むイヤホンが接続される音響装置であって、
音響情報に応じて、音響を発生させるための電流を前記導線部に与える電力供給手段と、
可聴周波数の下限値である２０Ｈｚよりも低い周波数の音響を表す判定用音響情報を生成する判定用音響情報生成手段と、
音響情報のうちの無音を表す無音部分を検出する無音部分検出手段と、
前記無音部分検出手段によって検出された無音部分を、前記判定用音響情報に置換する置換手段と、
前記音響情報のうち判定用音響情報の部分に応じて音響を発生させるための電流を前記電力供給手段が前記導線部に与えているときに、前記導線部に流れる電流の大きさを求める電気特性検知手段と、
前記電気特性検知手段によって求めた電流の大きさに基づいて振動板の振動を妨げる負荷の大きさを算出する負荷算出手段と、
前記負荷算出手段の算出した負荷の大きさと予め定める判定基準値とを比較して、イヤホンが耳孔に装着されている装着状態か、装着されていない非装着状態かを判定し、判定結果を出力する判定手段とを含むことを特徴とする音響装置である。

本発明によれば、電力供給手段が音響情報に応じて導線部に電流を与えることによって、コイル部に電流が流れる。磁界中に設けられたコイル部に電流が流れると、アンペールの力によってコイル部および振動板が振動し、音響が発生する。

イヤホンが装着されている装着状態では、外耳道と鼓膜と振動板とによって閉塞空間が形成される。振動板が変位すると、閉塞空間の体積が変化する。閉塞空間の体積が小さくなる向きに振動板が変位すると、閉塞空間の圧力が高くなるので、振動板には閉塞空間の体積が大きくなる向きの力が働く。また閉塞空間の体積が大きくなる向きに振動板が変位すると、閉塞空間の圧力が低くなるので、振動板には閉塞空間の体積が小さくなる向きの力が働く。つまり装着状態では、振動板の変位する向きと逆向きの力が働く。したがって、装着状態と非装着状態とでは、振動板の振動を妨げる負荷の大きさが異なる。

導線部の電気的特性は前記負荷の大きさによって変化するので、負荷の大きさの変化は、導線部に印加される電圧と電流との関係に影響する。したがって、導線部に印加される電圧と電流との関係に基づいて、前記負荷の大きさを求めることができる。導線部に印加される電圧は、電力供給手段が導線部に与える電流から予め求められている。負荷算出手段は、導線部に印加される電圧と電流との関係に基づいて、振動板の振動を妨げる負荷の大きさを算出する。

低音量部分検出手段は、音響情報のうちの予め定める音量以下の音量を表す低音量部分を検出する。重畳手段は、低音量部分検出手段によって検出された低音量部分に、判定用音響情報を重畳して、新たな音響情報を生成する。電力供給手段は、判定用音響情報が重畳された音響情報に応じて、導線部に電流を与える。したがって低音量部分の音響情報を出力しているときには、振動板の振動の周波数に、判定用音響情報が表す周波数成分が含まれる。

振動板の振動数は、変位の速さと振幅とによって定まるが、主に振幅によって調整される。具体的には振動数が高いほど振幅が小さく、振動数が低いほど振幅が大きい。振動板の振動数が低いほど振動板の振幅が大きいので、前述した閉塞空間の体積の変化量も大きくなる。したがって振動板の振動数が低いほど、装着状態における負荷の大きさが大きくなる。つまり、振動板の振動数が低いほど、装着状態と非装着状態とにおける負荷の大きさの差が大きくなる。低音量部分の音響情報を出力しているときには、振動板は、低い周波数成分を含む周波数で振動しているので、装着状態と非装着状態とにおける負荷の差が大きい。

判定手段は、装着状態と非装着状態とにおける負荷の差が大きいときの負荷の大きさと予め定める判定基準値とを比較して、装着状態か非装着状態かを判定するので、精度の高い判定を行うことができる。

また本発明によれば、低音量部分検出手段は、音響情報のうちの予め定める音量以下の音量を表す低音量部分を検出する。置換手段は、低音量部分検出手段によって検出された低音量部分を、前記判定用音響情報に置換して、新たな音響情報を生成する。電力供給手段は、判定用音響情報が置換された音響情報に応じて、導線部に電流を与える。したがって低音量部分の音響情報を出力しているときには、振動板は、判定用音響情報が表す低周波数で振動する。前述したように、振動板が判定用音響情報が表す低周波数で振動しているときには、装着状態と非装着状態とにおける負荷の差が大きい。

判定手段は、装着状態と非装着状態とにおける負荷の差が大きいときの負荷の大きさと予め定める判定基準値とを比較して、装着状態か非装着状態かを判定するので、精度の高い判定を行うことができる。

また本発明によれば、無音部分検出手段は、音響情報のうちの無音を表す無音部分を検出する。置換手段は、無音部分検出手段によって検出された無音部分を、前記判定用音響情報に置換して、新たな音響情報を生成する。電力供給手段は、無音部分が置換された音響情報に応じて、導線部に電流を与える。したがって無音部分の音響情報を出力しているときには、振動板は、判定用音響情報が表す低周波数で振動する。前述したように、振動板が判定用音響情報が表す低周波数で振動しているときには、装着状態と非装着状態とにおける負荷の差が大きい。

判定手段は、装着状態と非装着状態とにおける負荷の差が大きいときの負荷の大きさと予め定める判定基準値とを比較して、装着状態か非装着状態かを判定するので、精度の高い判定を行うことができる。

図１は、本発明の実施の一形態の音響装置１の構成を示すブロック図である。音響装置１は、この音響装置１に電気的に接続されたイヤホン２に音響データに基づく電圧および電流を印加し、イヤホン２から音響データを音響として出力させる。音響装置１は、制御部３と、読込み部４と、記憶部５と、電源制御部６と、コーデック（ＣＯＤＥＣ）７と、操作部８と、表示部９と、電圧検出部１０と、増幅部１１と、電流検出部１２とを含んで構成される。図１では、音響装置１に加えて、音響装置１に接続されたイヤホン２も図示している。音響装置１は、携帯型および固定型のいずれであってもよい。また音響装置１は、音響データを音響として出力させる機能以外の機能を有していてもよく、たとえばパーソナルコンピュータによって実現されてもよい。

制御部３は、記憶部５に記憶されたプログラムを読込んで実行し、音響装置１の各部およびＣＯＤＥＣ７を制御するとともに演算処理を行う。制御部３は、中央処理装置（
Central Processing Unit：略称ＣＰＵ）によって実現される。制御部３は、電気特性検知手段と、負荷算出手段と、判定手段と、基準値設定手段と、判定用音響情報生成手段と、重畳手段と、置換手段とに相当する。

読込み部４は、音響データが記録された記録媒体から音響データを読込んで制御部３に与える。記録媒体は、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、ＭＤ（Mini Disc）および半導体メモリなどを含む。

記憶部５は、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）によって実現される。記憶部５は、制御部３が読込むプログラムを記憶するプログラムメモリ、制御部３が演算処理を行うときに一時的にデータを記憶する動作メモリ、およびデータを記憶するデータメモリを含んで構成される。記録媒体から読込んだ音響データ、この音響データを加工した音響データ、および制御部３が演算した演算結果などは、一時的に動作メモリに記憶される。

電源制御部６は、制御部３の指令に基づいて電源部を制御し、電力を音響装置１の各部およびＣＯＤＥＣ７に供給させる。

操作部８は、複数の操作ボタンを含んで構成される。操作部８は、利用者の操作ボタンの操作に応じた情報を制御部３に与える。表示部９は、制御部３の制御に基づいて、画像情報を可視表示する。表示部９は、たとえば予め定めるメッセージを可視表示する。表示部９は、液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display：略称ＬＣＤ）によって実現される。

ＣＯＤＥＣ７は、アナログデータをデジタルデータに変換したり、デジタルデータをアナログデータに変換するＩＣ（Integrated Circuit）によって実現される。本実施の形態ではＣＯＤＥＣ７は、音響装置に用いられる汎用のＩＣから成る。ＣＯＤＥＣ７は、制御部３から与えられるデジタルデータの音響データをアナログの電気信号に変換するデコーダ（ＤＥＣＯＤＥＲ）１３と、電圧検出部１０および電流検出部１２から入力される電気信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバータ１４とを含んで構成される。

ＤＥＣＯＤＥＲ１３は、符号化された音響データを復号化して電気信号に変換し、増幅部１１に与える。増幅部１１は、ＤＥＣＯＤＥＲ１３から与えられる電気信号を増幅してイヤホン２に与える。音響を発生させるための電圧および電流をイヤホン２に与える電力供給手段は、制御部３と、ＤＥＣＯＤＥＲ１３と、増幅部１１とに相当する。

電圧検出部１０は、イヤホン２の導線部に相当する信号線１５の２つの終端１５ａ，１５ｂの間に印加される電圧（以後、イヤホン２に印加される電圧という）を表す電気信号を検出してＡ／Ｄコンバータ１４に与える。電流検出部１２は、イヤホン２の信号線１５に流れる電流（以後、イヤホン２に流れる電流という）を表す電気信号を検出してＡ／Ｄコンバータ１４に与える。Ａ／Ｄコンバータ１４は、電圧検出部１０および電流検出部１２から与えられる電気信号をサンプリングしてデジタルデータに変換し、制御部３に与える。

イヤホン２は、増幅部１１から与えられる復号化された音響データを表す電気信号を音響に変換して出力する。

図２は、ＣＯＤＥＣ７と電圧検出部１０と増幅部１１と電流検出部１２とイヤホン２とを模式的に示す回路図である。

ＣＯＤＥＣ７は、復号化した電気信号を出力する音響データ出力（Audio output）端子１６と、電圧検出部１０からの電気信号が入力される電圧信号入力（LINE input）端子１７と、電流検出部１２からの電気信号が入力される電流信号入力（MIC input）端子１８とを含む。

増幅部１１の一端は、音響データ出力端子１６に接続され、増幅部１１の他端は、イヤホン２に接続される。増幅部１１は、音量調整用の可変抵抗器２１と、電気信号の直流成分を除去するコンデンサ２２と、反転増幅器２３と、アブソーバ２４と、フィルタ２５とを含んで構成される。

可変抵抗器２１は、音響データ出力端子１６とグランドとの間に直列に接続され、復号化した電気信号を分圧する。反転増幅器２３の入力は、コンデンサ２２を介して可変抵抗器２１に接続される。可変抵抗器２１によって分圧された電気信号は、コンデンサ２２によって直流成分が除去されて反転増幅器２３に入力される。反転増幅器２３の出力は、コンデンサ２２を介してイヤホン２に接続される。反転増幅器２３に入力された電気信号は、電圧が増幅され、コンデンサ２２によって直流成分が除去されてイヤホン２に与えられる。反転増幅器２３は、演算増幅器３０と、増幅率を決定する２つの抵抗器３６とを含んで構成される。反転増幅器２３には、コンデンサ２６と抵抗器２７とが直列に接続されて構成されるフィルタ２５が接続される。またイヤホン２には、コンデンサ２８と抵抗器２９とが直列に接続されて構成されるアブソーバ２４が、直列に接続される。

電圧検出部１０は、イヤホン２の信号線１５の一端１５ａとグランドとの間に、コンデンサ３１と、２つの抵抗器３２，３３とが直列に接続されて構成される。電圧信号入力端子１７は、この２つの抵抗器３２，３３の接続点に電気的に接続される。電圧検出部１０のコンデンサ３１は、イヤホン２に入力される電気信号の直流成分を除去する。２つの抵抗器３２，３３は、イヤホン２の信号線１５の一方の終端１５ａの電圧を分圧する。すなわち電圧信号入力端子１７からＣＯＤＥＣ７に入力される電気信号は、イヤホン２に印加される電圧を表す。

電流検出部１２は、電流検出用抵抗器３４と、コンデンサ３５とを含んで構成される。電流検出用抵抗器３４は、イヤホン２の信号線１５の他端１５ｂとグランドとの間に直列に接続される。電流検出用抵抗器３４のイヤホン２の信号線１５の他端１５ｂに接続される側の一端は、コンデンサ３５を介して電流信号入力端子１８に接続される。電流検出用抵抗器３４は、流れる電流を電圧に変換する。具体的には電流検出用抵抗器３４のイヤホン２の信号線１５の他端１５ｂに接続される側の一端の電圧は、イヤホン２に流れる電流に比例し、イヤホン２に流れる電流を表す。したがって電流信号入力端子１８に与えられる電気信号の電圧は、イヤホン２に流れる電流を表す。電流検出用抵抗器３４の抵抗値は、電流を検出するために消費される電力を抑制するために、イヤホン２の信号線１５の抵抗値よりも十分小さい値に設定される。

図３は、音響装置１に接続されるイヤホン２の断面図である。図４は、イヤホン２が耳４０に装着された状態におけるイヤホン２と顔の一部とを模式的に示す図である。図５は、イヤホン２が耳４０に装着された状態における振動板３８の動作を説明するための図である。

イヤホン２は、音響装置１に着脱可能である。イヤホン２は、いわゆるダイナミック型のイヤホンであって、音響装置１から供給される電流が流れる信号線１５と振動板３８と、磁界発生部に相当する磁石３９とを含んで構成される。信号線１５は、コイル部に相当するボイスコイル３７を含む。イヤホン２は、耳４０への装着状態において外耳道４１を塞ぐ。イヤホン２は、たとえばインナーイヤー型であって、特にカナル型のイヤホンである。

磁石３９は、磁界を発生する。ボイスコイル３７は、一方向Ｘに変位可能であって、磁石３９によって発生する磁界中に配置される。振動板３８は、一部がボイスコイル３７に固定され、ボイスコイル３７の変位にともなって変位する。

ボイスコイル３７に電流が流れると、磁界を発生するとともに磁界中に配置されたボイスコイル３７にはアンペールの力が作用し、前記一方向Ｘに変位駆動する。制御部３は、ボイスコイル３７に流れる電流の向きおよび大きさを制御することによってボイスコイル３７の変位の向きおよび大きさを制御することができる。またボイスコイル３７に交流電流が流れると、ボイスコイル３７は一方向Ｘに振動する。振動板３８は、ボイスコイル３７の変位にともなって変位するので、ボイスコイル３７に流れる電流を制御部３が制御することによって、振動板３８の変位を制御することができる。

イヤホン２が耳孔に装着された状態では、外耳道４１をイヤホン２が塞ぐので、振動板３８と、鼓膜４２と、外耳道４１とによって閉塞された閉塞空間４３が形成される。

外耳道４１を通して空気の疎密波が鼓膜４２に伝わると、人は、空気の疎密波を音として認識する。イヤホン２は、音響データを音響として人に認識させるために、振動板３８を一方向Ｘに振動させて空気の疎密波を発生する。

イヤホン２の装着状態では、閉塞空間４３が形成された状態で振動板３８が一方向Ｘに振動する。装着状態において振動板３８が鼓膜４２に近接する向きに変位するときには、閉塞空間４３の圧力が高くなるので、振動板３８を押し返す力が働く。また振動板３８が鼓膜４２から離反する向きに変位するときには、閉塞空間４３の圧力が小さくなるので振動板３８を鼓膜４２側に引きつける力が働く。したがって装着状態では、非装着状態に比べて振動板３８が振動する向きと逆向きの力が負荷として働く。図５では、振動板３８の振動する方向を矢印４４で示している。

図６は、イヤホン２に印加する電圧と、流れる電流との関係を模式的に示すグラフである。図６の横軸は、時間を表し、縦軸は、電圧または電流値を表す。図６においてイヤホン２に印加する電圧の時間変化を実線で表す。また図６において実線で示す電圧をイヤホン２に印加したときの装着状態におけるイヤホン２に流れる電流の時間変化を破線で表し、非装着状態におけるイヤホン２に流れる電流の時間変化を一点鎖線で表す。図６において、破線と一点鎖線との縦軸のスケールは同じである。イヤホン２のインピーダンスは、純抵抗ではないので、電流と電圧との間に位相差が生じる。

装着状態では、振動板３８に対して負荷がかかり、制動力が働くので、非装着状態のときと同じ電圧をイヤホン２に印加したとしても、振動板３８の変位量が非装着状態のときよりも小さくなる。ボイスコイル３７は、磁石３９による磁界中を変位するので、逆起電力が生じる。装着状態では、振動板３８と同様に変位するボイスコイル３７の変位量が非装着状態に比べて小さくなるので、逆起電力も小さくなる。この逆起電力は、イヤホン２に流す電流の向きと逆向きの電流を発生する。したがって、装着状態では、逆起電力に起因してイヤホン２に流す電流の向きと逆向きに生じる電流が、非装着状態のときに比べて小さくなる。結果として、装着状態において、非装着状態のときと同じ電圧をイヤホン２に印加したとすると、イヤホン２に流れる電流が非装着状態のときに比べて大きくなる。すなわち装着状態の方が非装着状態に比べてイヤホン２のインピーダンスが小さくなる。図６では、装着状態の電流の振幅が非装着状態の電流の振幅よりも小さく、装着状態の方が非装着状態に比べてイヤホン２のインピーダンスが小さくなることを示している。

振動板３８の振動数は、主に振動板３８の変位する速さではなく振幅によって調整される。具体的には振動数が高いほど振幅が小さく、振動数が低いほど振幅が大きい。振動板３８の振動数が低いほど振幅が大きいので、前述した閉塞空間４３の体積の変化量も大きくなる。したがって振動板３８の振動数が低いほど、負荷の大きさが大きくなる。振動板３８に対する負荷が大きくなると、この負荷による抵抗成分ＺＲｅへの影響が大きくなる。したがって振動板３８の振動数が低いときほど、装着状態と非装着状態とのイヤホン２のインピーダンスの差が大きくなる。

装着状態と非装着状態とのイヤホン２のインピーダンスが異なることから、イヤホン２のインピーダンスを測定することによって、装着状態か非装着状態かを判定することができる。イヤホン２のインピーダンスは、交流のオームの法則に基づいて算出することができるが、電流および電圧の瞬時値では、電圧と電流との位相の関係を求めることができず、また平均値では、オフセットの値となってしまうので、イヤホン２のインピーダンスを求めることができない。したがって本実施の形態では、実効値を求めることによってイヤホン２のインピーダンスを算出する。

時刻ｔにおける電圧の瞬時値をｖ（ｔ）とし、電流の瞬時値をｉ（ｔ）とすると、電圧の実効値Ｖｒｍｓは、式（１）で表され、電流の実効値Ｉｒｍｓは、式（２）で表され、電力の実効値Ｐｒｍｓは、式（３）で表される。

図７は、インピーダンスをフェーザ表示した図である。図８は、電流をフェーザ表示した図である。インピーダンスの実数の成分は、抵抗成分を表し、インピーダンスの虚数成分は、インダクタンス成分を表す。図８では、実軸をイヤホン２に印加する電圧と同じ位相に設定している。皮相電流は、イヤホン２を流れる電流である。無効電流は、イヤホン２で電力が消費されない電流である。実効電流Ｉ（Ｒｅ）ｒｍｓは、イヤホン２で電力が消費される電流である。実効電流Ｉ（Ｒｅ）ｒｍｓのうちの大部分は、イヤホン２で電気信号が音響に変換されるときに消費される電流である。イヤホン２は、純抵抗でなくインダクタンス成分を含むので無効電流が生じ、電力の実効値Ｐｒｍｓが、電圧の実効値Ｖｒｍｓと電流の実効値Ｉｒｍｓとの積とはならない（Ｐｒｍｓ≠Ｖｒｍｓ×Ｉｒｍｓ）。

イヤホン２が装着状態か非装着状態かの判定は、イヤホン２のインピーダンスの抵抗成分の値に基づいて行うことができる。実行電流Ｉ（Ｒｅ）ｒｍｓは、式（４）で表され、イヤホン２のインピーダンスの抵抗成分ＺＲｅ（以後、イヤホン２のインピーダンスの抵抗成分ＺＲｅを抵抗成分ＺＲｅという）は、式（５）で表される。

[数２]
Ｉ_（Ｒｅ）ｒｍｓ＝Ｐｒｍｓ／Ｖｒｍs …（４）
Ｚ_Ｒｅ＝Ｖｒｍｓ／Ｉ_（Ｒｅ）ｒｍｓ …（５）

式（４）を式（５）に代入すると、インピーダンスの抵抗成分ＺＲｅは、次式（６）
に示すように、電力の実効値Ｐｒｍｓと電圧の実効値Ｖｒｍｓとによって表される。

ここで、Ｖ^２ｒｍｓは、次式（７）で表される。

本実施の形態では、Ａ／Ｄコンバータ１４を用いて電圧および電流の検出を行うので、電圧および電流を連続関数として扱うことができず、式（６）で示すインピーダンスの抵抗成分ＺＲｅを、Ａ／Ｄコンバータ１４によってサンプリングした離散データに基づいて算出する。ＣＯＤＥＣ７が処理するデータが音響データなので、Ａ／Ｄコンバータ１４は、８ｋＨｚ以上のサンプリングレートで電圧検出部１０および電流検出部１２から与えられる電気信号を読込む必要がある。

サンプリングレートをＦｓ（sampling/sec）とし、サンプリング個数をＮ（個）とすると、サンプリング時間Ｔ（sec）は、次式（８）で表される。
Ｔ＝Ｎ／Ｆｓ …（８）

時刻ｔにおける電圧ｖ（ｔ）および電流ｉ（ｔ）を、ｎ個目（記号「ｎ」は、自然数を表す）のサンプル値ｖ（ｎ）およびｉ（ｎ）にそれぞれ置き換えると、式（１）で示される電圧の実効値Ｖｒｍｓは、式（９）に置き換えられ、式（３）で示される電力の実効値Ｐｒｍｓは、式（１０）に置き換えられる。

したがって、式（６）で示されるインピーダンスの抵抗成分ＺＲｅは、次式（１１）に置き換えられる。

サンプリング時間Ｔは、音響データの周期に比べて長い時間に設定される。仮にサンプリング時間Ｔが短く、音響データの周期程度であれば、電圧および電力の実効値を正確に求めることができず、インピーダンスの抵抗成分ＺＲｅを正確に検出することができない。またサンプリング時間Ｔは、音響データの周期に比べて長すぎない時間に設定される。仮にサンプリング時間Ｔが音響データの周期に比べて長すぎると、音響データのうちの低周波成分に対する応答が悪くなったり、サンプリング数が多くなりすぎて制御部３の負荷が大きくなりすぎる。以上のことを考慮すると、音響データを扱う本実施の形態では、サンプリング時間Ｔは、数十ｍｓｅｃ（ミリ秒）〜数百ｍｓｅｃに選ばれる。具体的には、サンプリングレートが８ｋＨｚの場合、サンプリング時間Ｔは、１２８ｍｓｅｃ程度に設定される。このときのサンプリング数は、１０２４ポイントとなる。サンプリングレートが４４．１ｋＨｚの場合、サンプリング時間Ｔは、約９１．９ｍｓｅｃに選ばれる。このときのサンプリング数は、４０９６ポイントとなる。

図９は、ＺＲｅ検出処理を表すフローチャートである。前述したように振動板３８の振動数が低いほど、装着状態と非装着状態とのイヤホン２のインピーダンスの差が大きくなるので、制御部３は、検出用の予め定める周波数よりも低い周波数の音響を表す判定用音響情報（以後、判定用音響信号という）をイヤホン２から音響として出力させているときの抵抗成分ＺＲｅを検出する。制御部３は、イヤホン２から低周波数の音響を出力させるために、低周波数の音響を表す判定用音響信号を生成する。判定用音響信号は、周波数部分において所定の幅を有していても、特定の周波数成分のみを有していてもよい。制御部３は、生成した判定用音響信号をＣＯＤＥＣ７に与える。判定用音響信号は、ＣＯＤＥＣ７によって復号化され、増幅部１１によって増幅されてイヤホン２から音響として出力される。前記予め定める周波数は、可聴周波数の下限値に選ばれ、たとえば２０Ｈｚに選ばれる。すなわち判定用音響信号の周波数は、可聴周波数の下限値以下に選ばれる。

本実施の形態では、抵抗成分ＺＲｅを式（１１）に基づいて算出する。抵抗成分ＺＲｅを検出するＺＲｅ検出処理を開始すると、ステップａ０からステップａ１に移行する。ステップａ１では、制御部３は、記憶部５に記憶される変数Ｖ，Ｐ，ｎに数値「０」を代入して変数を初期化する。変数Ｖは、電圧の二乗の積算値を表し、変数Ｐは、電圧と電流との乗算の積算値を表す。次にステップａ２に移行する。ステップａ２では、変数ｎのインクリメントを行う。すなわち変数ｎに数値「１」を加算した値を新たな変数ｎとして設定する。次にステップａ３に移行する。

ステップａ３では、制御部３は、変数ｎがサンプリング個数Ｎよりも大きいか否かを判定し、小さい場合にステップａ４に移行する。ステップａ４では、制御部３は、Ａ／Ｄコンバータ１４が電圧検出部１０および電流検出部１２から与えられる電気信号をサンプリングしたサンプリング値を読込む。ステップａ４において読込んだサンプリング値は、イヤホン２に印加される電圧ｖ（ｎ）および電流ｉ（ｎ）を表す。次にステップａ５に移行する。

ステップａ５では、制御部３は、電圧の二乗の積算値と、電圧と電流との乗算値の積算値とを算出する。まず制御部３は、電圧ｖ（ｎ）を二乗した値に変数Ｖを加算した値を新たな変数Ｖとして設定する。次に電圧ｖ（ｎ）と電流ｉ（ｎ）とを乗算した値に変数Ｐを加算した値を新たな変数Ｐとして設定する。次にステップａ２に移行し、変数ｎがサンプリング個数Ｎを超えるまでステップａ２〜ステップａ５までの処理を繰返す。これによってサンプリング個数Ｎの電圧の二乗の積算値と電圧と電流との乗算の積算値とが求められる。

ステップａ３において、変数ｎがサンプリング個数Ｎよりも大きいと制御部３が判定すると、ステップａ６に移行する。ステップａ６では、制御部３は、式（１１）に基づいて、変数Ｖを変数Ｐおよびサンプリング時間Ｔで除算することによって抵抗成分ＺＲｅを算出する。ここでサンプリング時間Ｔは、サンプリングレートおよびサンプリング個数Ｎから、式（８）に基づいて予め算出されている。次にステップａ７に移行してＺＲｅ検出処理を終了する。

以上説明したＺＲｅ検出処理を行うことによって、抵抗成分ＺＲｅを算出することができる。制御部３は、算出した抵抗成分ＺＲｅに基づいて、装着状態か非装着状態かを判定する。次に抵抗成分ＺＲｅに基づいて装着状態か非装着状態かを判定するための判定基準値に相当する判定レベルを設定する処理について説明する。

図１０は、制御部３が判定レベルを設定する処理を表すフローチャートである。利用者が操作部８を操作することによって音響装置１の電源が入り、制御部３に電力が供給され始めると、ステップｂ０からステップｂ１に移行する。ステップｂ１では、制御部３は、イヤホン２が音響装置１に接続されているか否かを、イヤホン２のインピーダンスの測定結果に基づいて判定する。イヤホン２が音響装置１に接続されていないと判定すると、ステップｂ３に移行する。ステップｂ３では、制御部３は、イヤホン２の接続を促すメッセージを表示させる指令を表示部９に与える。これによって利用者にイヤホン２が音響装置１に接続されていないことを認識させることができる。次にステップｂ１に移行して、イヤホン２が音響装置１に接続されるまでステップｂ１〜ステップｂ３までの処理を繰返す。

ステップｂ２において、イヤホン２が音響装置１に接続されていると制御部３が判定するとステップｂ４に移行する。ステップｂ４では、音響装置１に接続されたイヤホン２が、既に判定レベルが設定されているイヤホン２かつ設定で使用されたものか否かを判定する。この判定は、イヤホン２の種類に応じてインピーダンスの値が異なるので、たとえばイヤホン２のインピーダンスの大きさに基づいて行われる。既に判定レベルが設定されているイヤホン２が音響装置１に接続されていると制御部３が判定すると、判定レベルを再度設定する必要がないので、ステップｂ１９に移行して判定レベルを設定する処理を終了する。音響装置１に接続されたイヤホン２に対して、判定レベルが設定されていないと制御部３が判定すると、ステップｂ５に移行する。

ステップｂ５では、制御部３は、判定レベル設定モードに移行し、表示部９に対して判定レベルを設定するか否かを利用者に選択させるためのメッセージを表示させる指示を与える。次にステップｂ６に移行する。ステップｂ６では、制御部３は、利用者の操作部８の操作に基づいて判定レベルの設定を行うか否かを判定する。操作部８から判定レベルの設定を行わないことを表す情報が入力されたと制御部３が判定すると、ステップｂ１９に移行して判定レベルを設定する処理を終了する。操作部８から判定レベルの設定を行うことを表す情報が入力されたと制御部３が判定すると、ステップｂ７に移行する。

ステップｂ７では、制御部３は、表示部９に対して「再生音量を適切に設定し、装着状態で操作部８の設定ボタンを押し下げる」ことを促すメッセージを表示する指示を与える。ここで適切な再生音量とは、たとえば利用者が音響装置１を通常使用するときに設定される音量である。次にステップｂ８に移行する。ステップｂ８では、制御部３は、利用者が操作部８の設定ボタンを押し下げたか否かを判定する。操作部８の設定ボタンが押し下げられていないと制御部３が判定すると、設定ボタンが押下げられるまでステップｂ７の処理を繰返す。ステップｂ８において、操作部８の設定ボタンが押下げられたと制御部３が判定すると、再生音量が最適に設定されて、かつ装着状態であると判定してステップｂ９に移行する。ステップｂ９では、制御部３は、判定用音響信号をＣＯＤＥＣ７に与えることによってイヤホン２から判定用音響信号を音響として出力させる。次にステップｂ１０に移行する。

ステップｂ１０では、制御部３は、図９に示すイヤホン２のインピーダンスの抵抗成分ＺＲｅを検出するＺＲｅ検出処理を行う。これによって適切に設定された再生音量で判定用音響信号が音響として出力されているときの装着状態の抵抗成分ＺＲｅが算出される。次にステップｂ１１に移行する。ステップｂ１１では、制御部３は、ステップｂ１０において算出された抵抗成分ＺＲｅを、装着時インピーダンスＺ１として記憶部５に記憶させ、ステップｂ１２に移行する。ステップｂ１２では、制御部３は、ステップｂ１０のＺＲｅ検出処理において再生された判定用音響信号の音量の平均レベルを表すＶｒｍｓを、参照レベルＶｒｅｆとして記憶部５に記憶させる。次にステップｂ１３に移行する。

ステップｂ１３では、制御部３は、表示部９に対して非装着状態で操作部８の設定ボタンを押し下げることを促すメッセージを表示する指示を与えてステップｂ１４に移行する。ステップｂ１４では、制御部３は、利用者が操作部８の設定ボタンを押し下げたか否かを判定する。操作部８の設定ボタンが押し下げられていないと制御部３が判定すると、設定ボタンが押下げられるまでステップｂ１３の処理を繰返す。ステップｂ１４において、操作部８の設定ボタンが押下げられたと制御部３が判定すると、非装着状態であると判定してステップｂ１５に移行する。ステップｂ１５では、制御部３は、判定用音響信号をＣＯＤＥＣ７に与えることによってイヤホン２から判定用音響信号を音響として出力させる。次にステップｂ１６に移行する。

ステップｂ１６では、制御部３は、図９に示すイヤホン２のインピーダンスの抵抗成分ＺＲｅを検出するＺＲｅ検出処理を行う。これによって適切に設定された再生音量で判定用音響信号が音響として出力されているときの非装着状態の抵抗成分ＺＲｅが算出される。次にステップｂ１７に移行する。

ステップｂ１７では、制御部３は、ステップｂ１６において算出された抵抗成分ＺＲｅを、非装着時インピーダンスＺ２として記憶部５に記憶させ、ステップｂ１８に移行する。ステップｂ１８では、制御部３は、装着時インピーダンスＺ１と非装着時インピーダンスＺ２とに基づいて、イヤホン装着判定レベルＺ３とイヤホン非装着判定レベルＺ４とを設定して記憶部５に記憶させる。Ｚ３およびＺ４の具体的な求め方は、図１１に示すフローチャートを用いて後述する。次にステップｂ１９に移行して判定レベルの設定処理を終了する。

図１１は、イヤホン装着判定レベルＺ３と、イヤホン非装着判定レベルＺ４とを設定する処理を表すフローチャートである。図１０に示すフローにおいてステップｂ１８に移行すると、イヤホン装着判定レベルＺ３と、イヤホン非装着判定レベルＺ４とを設定する処理を開始してステップｃ０からステップｃ１に移行する。

ステップｃ１では、制御部３は、装着時インピーダンスＺ１および非装着時インピーダンスＺ２を記憶部５から読込んでステップｃ２に移行する。ステップｃ２では、制御部３は、非装着時インピーダンスＺ２から装着時インピーダンスＺ１を減算（Ｚ２−Ｚ１）して、変数ＤＺに代入する。次に制御部３は、非装着時インピーダンスＺ２から変数ＤＺの３分の１を減算（Ｚ２−ＤＺ／３）して、変数Ｚ４に代入する。次に制御部３は、装着時インピーダンスＺ１に変数ＤＺの３分の１を加算（Ｚ１＋ＤＺ／３）して、変数Ｚ３に代入する。次にステップｃ３に移行する。

ステップｃ３では、制御部３は、変数Ｚ３をイヤホン装着判定レベルＺ３として設定するとともに、変数Ｚ４をイヤホン非装着判定レベルＺ４として設定する。次にステップｃ４に移行して、イヤホン装着判定レベルＺ３と、イヤホン非装着判定レベルＺ４とを設定する処理を終了する。

図１２は、装着時インピーダンスＺ１と、非装着時インピーダンスＺ２と、イヤホン装着判定レベルＺ３と、イヤホン非装着判定レベルＺ４との関係を説明するための図である。図１２において、縦軸はインピーダンスを表し、紙面の上方ほどインピーダンスが高い。制御部３は、測定したイヤホン２のインピーダンスの抵抗成分ＺＲｅが、イヤホン非装着判定レベルＺ４以上であれば非装着状態と判定する。また制御部３は、測定したイヤホン２のインピーダンスの抵抗成分ＺＲｅが、イヤホン装着判定レベルＺ３未満であれば装着状態と判定する。またイヤホン装着判定レベルＺ３以上かつイヤホン非装着判定レベルＺ４未満を装着／非装着のグレーゾーンとして設定する。制御部３は、測定したイヤホン２のインピーダンスの抵抗成分ＺＲｅが、グレーゾーンであれば装着状態か非装着状態かを判定せずに、前回の判定結果をそのまま採用する。

次に装着状態か非装着状態かを判定する処理について説明する。図１３は、装着／非装着の判定処理を表すフローチャートである。装着状態か非装着状態かを判定する装着／非装着の判定処理は、制御部３に電力が供給され始めると行われる。装着／非装着の判定処理が開始すると、ステップｄ０からステップｄ１に移行する。ステップｄ１では、制御部３は、読込み部４が読込んだ音響データを再生中か否かを判定し、再生中と判断するとステップｄ２に移行する。ステップｄ２では、制御部３は、再生している音響データが無音部分か否かを判定する。具体的には音響データのうちの曲と曲との間に挿入されるプレギャップ領域またはポストギャップ領域の無音部分かを制御部３が判定し、無音部分であればステップｄ３に移行する。またステップｄ１において読込み部４が読込んだ音響データを再生中ではないと制御部３が判定すると、ステップｄ３に移行する。すなわちスピーカ５から音響が出力されていないときにステップｄ３の処理が行われる。

ステップｄ３では、制御部３は、判定用音響信号の発生を開始して、スピーカ５から検出用の低周波の音響を発生させ、ステップｄ４に移行する。ステップｄ４では、制御部３は、図９に示すイヤホン２のインピーダンスを検出するＺＲｅ検出処理を行う。これによって抵抗成分ＺＲｅが求められる。次にステップｄ５に移行する。

ステップｄ５では、制御部３は、抵抗成分ＺＲｅがイヤホン非装着判定レベルＺ４以上か否かを判定する。抵抗成分ＺＲｅがイヤホン非装着判定レベルＺ４以上、すなわち非装着状態と判定すると、ステップｄ６に移行する。ステップｄ６では、制御部３は、イヤホン２の装着／非装着状態を表す状態フラグを、イヤホン非装着状態に設定する。状態フラグを設定するとステップｄ１に移行して装着／非装着の判定処理を繰返す。

ステップｄ５において、抵抗成分ＺＲｅがイヤホン非装着判定レベルＺ４未満であると制御部３が判定すると、ステップｄ７に移行する。ステップｄ７では、制御部３は、抵抗成分ＺＲｅがイヤホン装着判定レベルＺ３未満か否かを判定する。抵抗成分ＺＲｅがイヤホン装着判定レベルＺ３未満、すなわち装着状態と判定すると、ステップｄ８に移行する。ステップｄ８では、制御部３は、イヤホン２の装着／非装着状態を表す状態フラグを、イヤホン装着状態に設定する。状態フラグを設定するとステップｄ１に移行して装着／非装着の判定処理を繰返す。

ステップｄ７において、抵抗成分ＺＲｅがイヤホン装着判定レベルＺ３以上と制御部３が判定すると、グレーゾーンであると判定して、状態フラグを設定することなくステップｄ１に移行し、装着／非装着の判定処理を繰返す。抵抗成分ＺＲｅがイヤホン装着判定レベルＺ３以上かつイヤホン非装着判定レベルＺ４未満のグレーゾーンであれば、装着／非装着の判定処理を行っても、装着／非装着状態を表す状態フラグは、変わらない。したがって、抵抗成分ＺＲｅがイヤホン非装着判定レベルＺ４以上からグレーゾーンに変化しても、状態フラグはイヤホン非装着状態を維持する。また抵抗成分ＺＲｅがイヤホン装着判定レベルＺ３未満からグレーゾーンに変化しても、状態フラグはイヤホン装着状態を維持する。人為的にイヤホン２の着脱を行うと、イヤホン２の装着状態と非装着状態とが完全に入れ替わるが、イヤホン２が完全に装着されていない不安定な状態では、装着状態と非装着状態とが不安定に入れ替わる。このように装着／非装着状態の判定においてヒステリシスを持たせると、装着状態から完全に非装着状態に遷移したときに非装着状態と判定し、非装着状態から完全に装着状態に遷移したときに装着状態と判定することができる。本実施の形態では、状態フラグは初期設定としてイヤホン装着状態に設定されるので、初めて装着／非装着の判定処理を行ったときに抵抗成分ＺＲｅがグレーゾーンであっても、装着状態と判定される。

ステップｄ２において、再生している音響データが無音部分ではないと判定すると、ステップｄ９に移行する。ステップｄ９では、制御部３は、判定用音響信号の発生を停止する。判定用音響信号を発生していない状態では、判定用音響信号を発生していない状態を維持する。判定用音響信号の発生を停止すると、ステップｄ１に移行して装着／非装着の判定処理を繰返す。

装着／非装着の判定処理は、利用者が音響装置１の電源を切る操作を操作部８に施すと終了する。

以上説明したように、装着／非装着の判定処理においては、イヤホン２から音響が出力されていないときに可聴範囲外の判定用音響信号を音響として出力し、このときの抵抗成分ＺＲｅに基づいて装着状態か非装着状態かを判定する。判定用音響信号の周波数は、可聴範囲よりも低い周波数なので、人間の耳には音響として聞き取れないが、振動板３８の振幅が大きいので、音響データに重畳させると音響データに基づく振動板３８の振動に歪みが生じる。特に判定用音響信号に基づく振動板３８の振動の振幅の最大値付近において音響データの音響の歪みが大きくなる。したがって判定用音響信号による音響が人間の耳に聞き取れないといえども、イヤホン２から出力される音響に影響を与える。本実施の形態では、イヤホン２から音響が出力されていないときを利用して、可聴範囲外の低周波の音響を発生させて装着状態と非装着状態とを判定するので、利用者に知覚させることなく判定処理を実行することができる。

制御部３は、状態フラグに基づいて種々の制御を行う。たとえば非装着状態のときには、イヤホン２への電力の供給を停止して、イヤホン２から音響を出力しないようにする。制御部３は、状態フラグがイヤホン装着状態からイヤホン非装着状態に変化すると、ＣＯＤＥＣ７に音響データを与えることを停止して、イヤホン２への電力の供給を停止する。この状態で状態フラグがイヤホン非装着状態からイヤホン装着状態に変化すると、ＣＯＤＥＣ７に音響データを与えて、イヤホン２への電力の供給を再開する。これによって無駄な電力の消費を抑制することができる。

またたとえば音響を再生しているときにイヤホン２が取り外されると、取り外されたときに再生した音響データの位置を記憶しておき、次にイヤホン２が装着されると、記憶した音響データの位置から音響の再生を再開する。これによって、利用者がイヤホン２を取り外すときに音楽の再生を一時停止したりするなどの処理を行うことなく、イヤホン２を取り外した位置から音響の再生を再開することができ、利用者の利便性が向上する。

本実施の形態の増幅器１１は、アブソーバ２４およびフィルタ２５を備えるとしたけれども、アブソーバ２４およびフィルタ２５を備えなくてもよい。

以上説明した本実施の形態の音響装置１によれば、イヤホン２の抵抗成分ＺＲｅに基づいてイヤホン２が装着状態か非装着状態かを判定することができる。この抵抗成分ＺＲｅは、イヤホン２の電圧および電流から求めることができるので、特別な検出器を備えない汎用のイヤホンであっても、装着状態と非装着状態とを判定することができる。

また本実施の形態の音響装置１は、従来の音響装置のハード的な構成に電流検出用抵抗器３４を加え、かつ制御部３が実行するプログラムを従来の音響装置のプログラムから変更するだけで、抵抗成分ＺＲｅを算出し、装着状態と非装着状態とを判定することができる。このように従来の音響装置から装置の構成を複雑にすることなくイヤホン２の装着状態と非装着状態とを判定する音響装置を実現することができる。

また本実施の形態の音響装置１は、図１０に示すフローの処理を行うことによって、装着状態および非装着状態における抵抗成分ＺＲｅの大きさに基づいて判定レベルを設定する。制御部３は、このように実際の装着状態と非装着状態との抵抗成分ＺＲｅに則して設定された判定レベルに基づいて装着状態か非装着状態かを判定するので、精度の高い判定を行うことができる。

また本実施の形態の音響装置１は、判定用音響信号による音響を発生させるための電圧および電流がイヤホン２に流れているときの電圧および電流に基づいて算出された抵抗成分ＺＲｅを用いて、装着状態か非装着状態かを判定する。前述したように振動板３８の振動数が低いほど、装着状態と非装着状態との抵抗成分ＺＲｅの差が大きくなる。制御部３は、装着状態と非装着状態との抵抗成分ＺＲｅの差が大きいときの抵抗成分ＺＲｅに基づいて装着状態か非装着状態かを判定するので、精度の高い判定を行うことができる。

本実施の形態ではグレーゾーンの幅を、非装着時インピーダンスＺ２から装着時インピーダンスＺ１を減算（Ｚ２−Ｚ１）した値の３分の１としたけれども、この幅に限られずにイヤホン２の装着状態と非装着状態とを判定することができる精度などに応じて設定される。

本発明の他の実施の形態の音響装置１は、前述の実施の形態のシングルエンディッドアンプ回路を用いた増幅部１１を、ＢＴＬ（Bridged Transformer Less）アンプ回路を用いた増幅部５３に置換した構成である。アンプ回路の置換にともなって、本実施の形態の音響装置１における電圧検出部５２および電流検出部５４の構成は、前述の実施の形態の音響装置１における電圧検出部１０および電流検出部１２の構成とそれぞれ異なる。本実施の形態の音響装置１は、前述の実施の形態の音響装置１と同様の構成であるので、対応する部分については同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。

図１４は、ＣＯＤＥＣ５１と電圧検出部５２と増幅部５３と電流検出部５４とイヤホン２とを模式的に示す回路図である。

ＣＯＤＥＣ５１は、復号化した電気信号を出力する音響データ出力（Audio output）端子５５と、電圧検出部５２からの電気信号が入力される電圧信号入力（LINE input A）端子５６と、電流検出部５４からの電気信号が入力される電流信号入力（LINE input B）端子５７とを含む。

増幅部５３の入力は、音響データ出力端子１６に接続され、増幅部５３の出力は、イヤホン２の信号線１５の一方の終端１５ａに接続される。増幅部５３は、音量調整用の可変抵抗器２１と、電気信号の直流成分を除去するコンデンサ２２と、ＢＬＴ増幅器５８と、アブソーバ２４とを含んで構成される。

可変抵抗器２１は、音響データ出力端子５５とグランドとの間に直列に接続され、復号化した電気信号を分圧する。ＢＬＴ増幅器５８の入力は、コンデンサ２２を介して可変抵抗器２１に接続される。可変抵抗器２１によって分圧された電気信号は、コンデンサ２２によって直流成分が除去されてＢＬＴ増幅器５８に入力される。

ＢＬＴ増幅器５８は、入力された電気信号の電圧を増幅して２つの電気信号を出力する。ＢＬＴ増幅器５８から出力される２つの電気信号のうちの一方の電気信号の位相は、入力された電気信号の位相と同じであり、他方の電気信号は、入力された電気信号の位相を反転したものである。ＢＬＴ増幅器５８から出力される２つの電気信号の振幅は、それぞれ互いに等しい。したがってＢＬＴ増幅器５８から出力される２つの電気信号の差分の波形は、入力された電気信号の波形の振幅を大きくしたものである。ＢＬＴ増幅器５８の電気信号が出力される２つの端子の一方は、信号線１５の一方の終端１５ａに接続される。ＢＬＴ増幅器５８の電気信号が出力される２つの端子の他方は、後述する電流検出用抵抗器６１を介して信号線１５の他方の終端１５ｂに接続される。イヤホン２には、コンデンサ２８と抵抗器２９とが直列に接続されて構成されるアブソーバ２４が、直列に接続される。

電圧検出部５２は、演算増幅器６２、４つの抵抗器６３および２つのコンデンサ６４を含んで構成される差動増幅回路によって実現される。２つのコンデンサ６４は、差動増幅回路の２つの入力の端部に設けられ、直流の電気信号を除去する。電圧検出部５２には、ＢＬＴ増幅器５８から出力される２つの電気信号が入力される。電圧検出部５２は、ＢＬＴ増幅器５８から入力される２つの電気信号の差分を電気信号として出力する。したがって電圧検出部５２から出力される電気信号は、イヤホン２の信号線１５に印加される電圧を表す。電圧検出部５２の出力は、電圧信号入力端子５６に接続される。したがって、電圧信号入力端子１７からＣＯＤＥＣ５１に入力される電気信号は、イヤホン２に印加される電圧を表す。

電流検出部５４は、演算増幅器６６、４つの抵抗器６７および２つのコンデンサ６８を含んで構成される差動増幅回路と、電流検出用抵抗器６１によって実現される。２つのコンデンサ６４は、差動増幅回路の２つの入力の端部に設けられ、直流の電気信号を除去する。差動増幅回路の２つの入力の一方は、信号線１５の他方の終端１５ｂに接続され、２つの入力の他方は、前述したようにＢＬＴ増幅器５８の電気信号が出力される２つの端子の他方に接続される。電流検出用抵抗器６１は、差動増幅回路の２つの入力の間に接続される。電流検出用抵抗器６１には、イヤホン２の信号線１５を流れる電流が流れる。したがって電流検出用抵抗器６１に生じる電圧降下は、イヤホン２の信号線１５を流れる電流の大きさを表す。差動増幅回路は、電流検出用抵抗器６１に生じる電圧降下を増幅して出力し、電流信号入力端子５８に与える。したがって、電流信号入力端子５７からＣＯＤＥＣ５１に入力される電気信号の電圧は、イヤホン２に流れる電流を表す。

シングルエンディッドアンプ回路を用いた増幅部１１から、ＢＴＬアンプ回路を用いた増幅部５３に置換した構成であっても、イヤホン２に印加される電圧および電流を表す電気信号をＣＯＤＥＣ５１に入力することができる。これによって前述の実施の形態の音響装置１と同様に、制御部３は、抵抗成分ＺＲｅを算出することができ、この抵抗成分ＺＲｅを用いて装着状態と非装着状態とを判定することができる。

本実施の形態の音響装置１の増幅部５３は、アブソーバ２４を備えるとしたけれども、アブソーバ２４を備えなくてもよい。

本発明の他の実施の形態の音響装置１は、音響情報のうちの予め定める音量以下の音量を表す低音量部分に、判定用音響信号を重畳して、イヤホン２から出力し、このときの抵抗成分ＺＲｅを検出することによって装着状態か非装着状態かを判定する。

図１５は、制御部３が音響データを再生するときの再生処理を表すフローチャートである。図１６は、音響データ７１に判定用音響信号を重畳する処理を説明するための図である。利用者が記録媒体に記録された音響データを再生するための再生ボタンを押下ると、ステップｅ０からステップｅ１に移行する。

ステップｅ１では、制御部３は、読込み部４を制御して、次に再生する音響データ７１の位置から予め定める時間分の音響データ７１を読込み、読込んだ音響データ７１を予め定める時間毎に分割して複数のフレームから成るフレーム群７２を生成し、記憶部５に記憶させる。図１６では、読込んだ音響データ７１を１０個のフレームに分割したときのフレーム群７２を示し、時系列順に各フレームに対して１〜１０までの番号を付している。各フレームが表す音響の時間は、数十ｍｓｅｃ〜数百ｍｓｅｃ程度に選ばれる。次にステップｅ２に移行する。

ステップｅ２では、制御部３は、まず各フレームのデータに基づいて、各フレームを音響として再生するときの音量を算出するとともに、算出した音響の音量の平均値を算出する。次に制御部３は、音量の平均値に対して−２０ｄＢ以下の音量の低音量部分に相当するフレームにフラグを付与する。このフラグは、後述するように判定用音響信号を合成すべきフレームであることを表す。なおステップｅ２における音量とは、イヤホン２から実際に音響として出力される音響の音量ではなく、音響データに基づく音量であって、音響データ出力端子１６から出力される電気信号の大きさに相当する。すなわち利用者の設定する音量に依存しない音量である。図１６では、フラグを付与したフレームを記号「○」で表し、フラグを付与していないフレームを記号「×」で示している。すなわち２，３，７，８，９番目のフレームに対してフラグを付与し、１，４，５，６，１０番目のフレームに対してフラグを付与していない。次にステップｅ３に移行する。

ステップｅ３では、制御部３は、ステップｅ１で生成したフレームの少なくとも１つにフラグが付与されたか否かを判定し、フラグが付与されていればステップｅ４に移行する。ステップｅ４では、制御部３は、フラグが付与されたフレームのデータに、判定用音響信号を重畳して、ステップｅ５に移行する。図１６に示すフレーム群７２に対しては、フラグを付与した２，３，７，８，９番目のフレームに対して判定用音響信号を重畳して新たなフレームを生成する。

ステップｅ３において、ステップｅ１で生成したフレームにフラグを付与していないと制御部３が判定すると、ステップｅ１で生成したフレームを修正することなくステップｅ５に移行する。

ステップｅ５では、制御部３は、フレームをＣＯＤＥＣ７に与えることによってスピーカ５から音響データを再生させ、ステップｅ６に移行する。ステップｅ６では、制御部３は、再生すべき音響データの全てを再生したか否かを判定し、まだ再生していない音響データが残っていればステップｅ１に移行する。全ての音響データを再生したと制御部３が判定すると、ステップｅ７に移行して再生処理を終了する。

制御部３は、フラグの付与されたフレームが表す音響をイヤホン２から出力しているときのイヤホン２に印加される電圧および電流に基づいて、図１３のフローのステップｄ４〜ステップｄ８の処理を行う。フラグが付与されたフレームには、判定用音響信号が重畳されているので、制御部３は、装着状態と非装着状態とにおける抵抗成分ＺＲｅの差が大きいときの抵抗成分ＺＲｅに基づいて装着状態か非装着状態かを判定を行う。これによって、制御部３は、精度の高い判定を行うことができる。

本発明の他の実施の形態の音響装置１の制御部３は、前述の実施の形態のイヤホン２のインピーダンスを検出するＺＲｅ検出処理において、判定用音響信号によってイヤホン２に印加された電圧および電流に基づいて、抵抗成分ＺＲｅを算出する。

具体的には、ＺＲｅ検出処理を行う前に、まず制御部３は、ＣＯＤＥＣ５１から与えられるイヤホン２の電圧および電流を表す電気信号を記憶部５に記憶させる。次に、制御部３は、記憶部５に記憶された電圧および電流を表す電気信号のうちの予め定める周波数以下の周波数成分を残して、予め定める周波数よりも高い周波数成分を除去する。すなわち制御部３は、低域通過フィルタとして機能する。制御部３は、ＦＩＲ（Finite Impulse
Response）デジタルフィルタおよびＩＩＲ（Infinite Impulse Response）デジタルフィルタなどによって低域通過フィルタを実現する。制御部３は、予め定める周波数よりも高い周波数成分を除去したイヤホン２に印加された電圧および電流に基づいて、抵抗成分ＺＲｅを算出する。前記予め定める周波数、すなわちカットオフ周波数は、判定用音響信号の周波数よりも高い値に選ばれ、たとえば５０Ｈｚ〜５００Ｈｚ程度に選ばれる。より好ましくは、カットオフ周波数は、３００Ｈｚに選ばれる。

以上説明した本実施の形態の音響装置１によれば、イヤホン２の電圧および電流から音響データによる周波数成分を除去するので、判定用音響信号によるイヤホン２の電圧および電流に基づいて抵抗成分ＺＲｅが算出される。これによって抵抗成分ＺＲｅから音響データの影響を除去することができ、高精度に装着状態か非装着状態かを判定することができる。

本実施の形態の音響装置１は、制御部３が低域通過フィルタとして機能するとしたけれども、制御部３が低域通過フィルタとして機能せずに、低域通過フィルタを実現する専用のハードウエアであるＤＳＰ（Digital Signal Processor）をさらに備えてもよい。ＤＳＰを備えることによって制御部３の演算の負荷が低減する。

また本発明の他の実施の形態の音響装置１は、制御部３が高速フーリエ変換（Fast
Fourier Transform；略称ＦＦＴ）を行い、判定用音響信号の周波数成分のイヤホン２の電圧および電流に基づいてＺＲｅ検出処理を行う。音響データは、音源に応じて周波数成分が異なるが、判定用音響信号の周波数成分を用いて抵抗成分ＺＲｅを算出するので、音響データの種類に依存しない抵抗成分ＺＲｅを算出することができる。これによって制御部３は、音響データの種類に依存せずに装着状態と非装着状態とを判定することができ、判定精度が向上する。

本発明の他の実施の形態の音響装置１は、音響情報のうちの予め定める音量以下の音量を表す低音量部分を、前記判定用音響信号に置換して、イヤホン２から出力し、このときの抵抗成分ＺＲｅを検出することによって装着状態か非装着状態かを判定する。本実施の形態の音響装置１の再生処理は、前述の実施の形態の音響装置１の再生処理のステップｅ４の処理が異なるのみなので、重複する説明を省略して異なる処理についてのみ説明する。

図１７は、制御部３が音響データを再生するときの再生処理を表すフローチャートである。ステップｆ０〜ステップｆ３の処理は、ステップｅ０〜ステップｅ３の処理とそれぞれ同じであり、ステップｆ５〜ステップｆ７の処理は、ステップｅ５〜ステップｅ７の処理と同じなので、重複する説明を省略する。

ステップｆ３において、ステップｆ１で生成したフレームの少なくとも１つにフラグが付与されたと制御部３が判定すると、ステップｆ４に移行する。ステップｆ４では、制御部３は、フラグが付与されたフレームのデータを、判定用音響信号に置換して、ステップｆ５に移行する。図１６に示すフレーム群７２に対しては、フラグを付与した２，３，７，８，９番目のフレームを判定用音響信号に置換して新たなフレームを生成する。

制御部３は、フラグの付与されたフレームが表す音響をイヤホン２から出力しているときのイヤホン２に印加される電圧および電流に基づいて、図１３のフローのステップｄ４〜ステップｄ８の処理を行う。フラグが付与されたフレームは、判定用音響信号に置換されているので、制御部３は、装着状態と非装着状態とにおける抵抗成分ＺＲｅの差が大きいときの抵抗成分ＺＲｅに基づいて装着状態か非装着状態かを判定を行う。これによって、制御部３は、精度の高い判定を行うことができる。

本発明の他の実施の形態の音響装置１は、イヤホン２のインピーダンスの抵抗成分ＺＲｅを検出するＺＲｅ検出処理を複数回行って、抵抗成分ＺＲｅの平均値を抵抗成分ＺＲｅとして利用する。具体的には、図１３のフローのステップｄ０〜ステップｄ４までの処理を複数回繰返し、抵抗成分ＺＲｅの相加平均を算出して、この相加平均に基づいてステップｄ５〜ステップｄ８までの処理を行う。

以上説明した本実施の形態の音響装置１によれば、抵抗成分ＺＲｅの相加平均を用いることによって、抵抗成分ＺＲｅの誤差を除去することができ、高精度の抵抗成分ＺＲｅを算出することができる。制御部３は、高精度の抵抗成分ＺＲｅに基づいて装着状態か非装着状態かを判定するので、精度の高い判定結果を得ることができる。

本発明の実施の一形態の音響装置１の構成を示すブロック図である。 ＣＯＤＥＣ７と電圧検出部１０と増幅部１１と電流検出部１２とイヤホン２とを模式的に示す回路図である。 音響装置１に接続されるイヤホン２の断面図である。 イヤホン２が耳４０に装着された状態におけるイヤホン２と顔の一部とを模式的に示す図である。 イヤホン２が耳４０に装着された状態における振動板３８の動作を説明するための図である。 イヤホン２に印加する電圧と、流れる電流との関係を模式的に示すグラフである。 インピーダンスをフェーザ表示した図である。 電流をフェーザ表示した図である。 ＺＲｅ検出処理を表すフローチャートである。 制御部３が判定レベルを設定する処理を表すフローチャートである。 イヤホン装着判定レベルＺ３と、イヤホン非装着判定レベルＺ４とを設定する処理を表すフローチャートである。 装着時インピーダンスＺ１と、非装着時インピーダンスＺ２と、イヤホン装着判定レベルＺ３と、イヤホン非装着判定レベルＺ４との関係を説明するための図である。 装着／非装着の判定処理を表すフローチャートである。 ＣＯＤＥＣ５１と電圧検出部５２と増幅部５３と電流検出部５４とイヤホン２とを模式的に示す回路図である。 制御部３が音響データを再生するときの再生処理を表すフローチャートである。 音響データ７１に判定用音響信号を重畳する処理を説明するための図である。 制御部３が音響データを再生するときの再生処理を表すフローチャートである。

符号の説明

１ 音響装置
２ イヤホン
３ 制御部
４ 読込み部
５ 記憶部
７，５１ ＣＯＤＥＣ
１０，５２ 電圧検出部
１１，５３ 増幅部
１２，５４ 電流検出部
１３ ＤＥＣＯＤＥＲ
１４ Ａ／Ｄコンバータ
３４，６１ 電流検出用抵抗器
３７ ボイスコイル
３８ 振動板
３９ 磁石

Claims (3)

1. 磁界を発生する磁界発生部と、磁界発生部が発生する磁界中に設けられ、電流を流すことによって磁界を発生し駆動するコイル部を有する導線部と、コイル部に支持されてコイル部の駆動によって振動する振動板とを含むイヤホンが接続される音響装置であって、
   音響情報に応じて、音響を発生させるための電流を前記導線部に与える電力供給手段と、
   可聴周波数の下限値である２０Ｈｚよりも低い周波数の音響を表す判定用音響情報を生成する判定用音響情報生成手段と、
   音響情報のうちの予め定める音量以下の音量を表す低音量部分を検出する低音量部分検出手段と、
   前記低音量部分検出手段によって検出された低音量部分に、前記判定用音響情報を重畳する重畳手段と、
   前記音響情報のうち判定用音響情報が重畳された部分に応じて音響を発生させるための電流を前記電力供給手段が前記導線部に与えているときに、前記導線部に流れる電流の大きさを求める電気特性検知手段と、
   前記電気特性検知手段によって求めた電流の大きさに基づいて振動板の振動を妨げる負荷の大きさを算出する負荷算出手段と、
   前記負荷算出手段の算出した負荷の大きさと予め定める判定基準値とを比較して、イヤホンが耳孔に装着されている装着状態か、装着されていない非装着状態かを判定し、判定結果を出力する判定手段とを含むことを特徴とする音響装置。
2. 磁界を発生する磁界発生部と、磁界発生部が発生する磁界中に設けられ、電流を流すことによって磁界を発生し駆動するコイル部を有する導線部と、コイル部に支持されてコイル部の駆動によって振動する振動板とを含むイヤホンが接続される音響装置であって、
   音響情報に応じて、音響を発生させるための電流を前記導線部に与える電力供給手段と、
   可聴周波数の下限値である２０Ｈｚよりも低い周波数の音響を表す判定用音響情報を生成する判定用音響情報生成手段と、
   音響情報のうちの予め定める音量以下の音量を表す低音量部分を検出する低音量部分検出手段と、
   前記低音量部分検出手段によって検出された低音量部分を、前記判定用音響情報に置換する置換手段と、
   前記音響情報のうち判定用音響情報の部分に応じて音響を発生させるための電流を前記電力供給手段が前記導線部に与えているときに、前記導線部に流れる電流の大きさを求める電気特性検知手段と、
   前記電気特性検知手段によって求めた電流の大きさに基づいて振動板の振動を妨げる負荷の大きさを算出する負荷算出手段と、
   前記負荷算出手段の算出した負荷の大きさと予め定める判定基準値とを比較して、イヤホンが耳孔に装着されている装着状態か、装着されていない非装着状態かを判定し、判定結果を出力する判定手段とを含むことを特徴とする音響装置。
3. 磁界を発生する磁界発生部と、磁界発生部が発生する磁界中に設けられ、電流を流すことによって磁界を発生し駆動するコイル部を有する導線部と、コイル部に支持されてコイル部の駆動によって振動する振動板とを含むイヤホンが接続される音響装置であって、
   音響情報に応じて、音響を発生させるための電流を前記導線部に与える電力供給手段と、
   可聴周波数の下限値である２０Ｈｚよりも低い周波数の音響を表す判定用音響情報を生成する判定用音響情報生成手段と、
   音響情報のうちの無音を表す無音部分を検出する無音部分検出手段と、
   前記無音部分検出手段によって検出された無音部分を、前記判定用音響情報に置換する置換手段と、
   前記音響情報のうち判定用音響情報の部分に応じて音響を発生させるための電流を前記電力供給手段が前記導線部に与えているときに、前記導線部に流れる電流の大きさを求める電気特性検知手段と、
   前記電気特性検知手段によって求めた電流の大きさに基づいて振動板の振動を妨げる負荷の大きさを算出する負荷算出手段と、
   前記負荷算出手段の算出した負荷の大きさと予め定める判定基準値とを比較して、イヤホンが耳孔に装着されている装着状態か、装着されていない非装着状態かを判定し、判定結果を出力する判定手段とを含むことを特徴とする音響装置。