JP4908643B2 - 電気音響変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、音を電気信号に変換する装置が付属した、耳に装着して使用する電気信号を音に変換する装置（以下マイクイヤホン）に関し、特に、外耳道音響特性の補正機能を備えたマイクイヤホンに関する。

ヘッドホンやイヤホンを用いて音楽等の再生音声を聞く再生装置が普及している。ヘッドホンやイヤホンで音楽を聴く際、耳をヘッドホンやイヤホンで塞ぐことにより共鳴現象が生じ、この共鳴現象により音質が不自然になることがあった。

また、従来、頭外音像定位を得ることを目的に、マイク一体型イヤホンを備え、このマイク一体型イヤホンを用いた測定で外耳道の音響特性を取得し、適応等化フィルタを用いて伝達関数を求めるイヤホンが提案されている（特許文献１参照）。

一方で、ヘッドホンやイヤホンで音楽を聴く際に、外部環境からの音により再生音声が劣化することがあった。従来、外部環境からの音による再生音声の劣化を防止するためにノイズキャンセルの技術が提案されている。

例えば、特許文献２には、外耳道と略同一の内径に形成され、一端側が耳介装飾部となされ、他端側が音声の無反射端となされた音響管と、外部マイクロホンユニットと、内部マイクロホンユニットと、外部マイクロホンユニットから得られる信号と内部マイクロホンユニットから得られる信号とを混合する混合比の可変設定自在な混合回路とを備えたイヤホン装置であって、必要に応じて、混合回路の混合比を可変することによりイヤホン装置を耳から外すことなく外部音等を聴取でき、外部からの騒音を低減させる技術が開示されている（特許文献２参照）。

また、特許文献３では、耳に装着した状態のまま外耳道の音響特性を正確に測定するためイヤホン装置であって、視聴者の耳介の一部に装着され、筐体内に設けられたムービングコイル型の音源から視聴者の鼓膜方向に向けて音像を出力するイヤホン装置において、第１の音源とは別に筐体内に第２の音源を設けたイヤホン装置が提案されている。

特開２０００−９２５８９号公報 特開平３−２１４８９３号公報 特開２００８−１７７７９８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている技術では、イヤホンのスピーカと外耳道との間にマイクが配置されると、マイクによってスピーカからの音声出力が妨害されて再生音声が劣化するとともに、外耳道音響特性を取得する際にスピーカから出力された信号が取得されてしまうことがあった。

上記特許文献３は、上記特許文献１におけるこの問題の解決を試みるため、第２の音源を測定音源として用い、第１の音源をマイクとして用いることを提案している。しかしながら、このような技術では測定用に限定された第２の音源が必要となり、システムコストの増大に見合う商品価値の提供が難しかった。かつ、測定に用いる音の種類によっては、第１の音源が第２の音源の前方に位置するため、測定音が妨害されて、正確な特性の測定が難しかった。

本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであって、外耳道音を精度良く取得して、再生音声の劣化を抑制するマイクイヤホンを提供することを目的とする。

本発明の態様によるマイクイヤホンは、開口部が設けられた筐体と、前記筐体内に収容され、前記開口部の方向に出力するスピーカと、前記開口部付近に装着され、前記筐体の一部を外側から覆うイヤーチップと、前記筐体の外側であって、前記イヤーチップに覆われない位置に設けられたマイク装置と、一端が前記マイク装置に接続され、他端が前記開口部を通って前記イヤーチップの端面の位置まで達した音響管と、を備えたマイクイヤホンである。

本発明によれば、外耳道音を精度良く取得して再生音声の劣化を抑制するマイクイヤホンを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るマイクイヤホンの構成例を説明するための図である。 図１に示すイヤーチップを取り外したマイクイヤホンの構成例を説明するための図である。 図２に示すマイクイヤホンの音声出力部と音響管との構成例を説明するための断面図である。 図２に示すマイクイヤホンの音声出力部と音響管との構成例を説明するための図である。 図４に示す音響管の他の構成例について説明するための図である。 マイクをスピーカの前に配置したマイクイヤホンの一例を示す図である。 音響管の長さおよび径を変化させて取得した外耳道音特性の一例について説明するための図である。 音響管の長さおよび径を変化させて取得した外耳道音特性の一例について説明するための図である。 音響管の長さおよび径を変化させて取得した外耳道音特性の一例について説明するための図である。 本実施形態に係るマイクイヤホンを用いた音響補正処理の一例について説明するための図である。 図１に示すマイクイヤホンのマイクの一構成例について説明するための図である。 図９に示すマイクの切替手段の一構成例について説明するための図である。 図９に示すマイクの切替手段の一構成例について説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態に係るマイクイヤホン１００について、図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係るマイクイヤホン１００は、外耳道に挿入されるイヤーチップＣＶと、イヤーチップＣＶが取り付けられる筐体４０と、音源（図示せず）と接続された音響信号入出力部ＩＮＴＦとを備えている。

イヤーチップＣＶは、外耳道に開口する開口部ＣＶ１を備えている。筐体４０の外表面にはマイク装置１０が取り付けられている。マイク装置１０は、利用者がマイクイヤホン１００を外耳道に装着しているときには、外耳道の外に配置され、外部環境に露出されている。すなわち、マイク装置１０は、筐体４０によって形成された受聴者の外耳道とマイク装置１０との間の音響信号伝播経路の外に配置されている。

マイクイヤホン１００が利用者の外耳道に装着された状態で外耳道に保持されるように、イヤーチップＣＶが筐体４０に取り付けられる部分の径は、外耳道の内径に沿うように設計されている。

図１に示すマイクイヤホン１００のイヤーチップＣＶを取り外した状態を図２に示す。図２に示すように、マイク装置１０には音響管２０の一端が接続されている。音響管２０の他端２０Ｅは外耳道内まで延びて外耳道に開口している。

図３および図４に示すように、筐体４０内には、スピーカＳＰが収容されている。筐体４０は、外耳道に開口する開口部（ノズル）４２を備えている。筐体４０の開口部４２とイヤーチップＣＶの開口部ＣＶ１とは、共に外耳道に開口して連通している。

スピーカＳＰの前面ＳＰ１と、開口部４２とは対向するように配置されている。スピーカＳＰは、前面ＳＰ１から開口部４２へ向かう方向に音声を出力する。本実施形態に係るマイクイヤホンでは、開口部４２は、スピーカＳＰの前面ＳＰ１から外耳道側に向かう方向に突出した筒状である。

図３に示すように、音響管２０は、マイク装置１０から筐体４０を貫通して筐体４０の開口部４２側へ延び、開口部４２から端２０Ｅが外部に開口している。したがって、音響管２０は、利用者が耳に装着している際に外耳道とマイク装置１０との間に開通する。音響管２０は、その内径ｄが外耳道および開口部４２の径に対して十分小さい細管である。

図８を用いて、本実施形態のマイクイヤホン１００を用いた音響補正処理について説明する。マイクイヤホン１００は、受聴者の外耳道の音響特性を計測する機能を有する音響装置６０に接続されている。音響装置６０は、音響信号解析手段５２と、音響信号出力手段５４と、制御手段５６と、音響信号入力手段５８と、を備えている。

スピーカＳＰは、音響信号入出力部ＩＮＴＦを通じて、音響信号出力手段５４に接続される。マイク装置１０は、音響信号入出力部ＩＮＴＦを通じて、音響信号入力手段５８に接続される。制御手段５６は、音響信号出力手段５４、音響信号入力手段５８、音響信号解析手段５２の動作を制御している。

外耳道の音響特性の取得と音響補正用のフィルタ係数の算出のため、制御手段５６は、音響信号出力手段５４と音響信号入出力部ＩＮＴＦとを通じて、測定用電気信号をスピーカＳＰに入力する。スピーカＳＰは、この測定用電気信号を音響信号に変換し、放音する。開口部４２を通して放音された測定用音響信号が外耳道に到達する。

測定用音響信号に対する外耳道からの音響信号（外耳道音）は、音響管２０によって収音され、音響信号としてマイク装置１０に入力される。この外耳道音は、マイク装置１０で電気信号に変換される。変換された電気信号は、音響信号入出力部ＩＮＴＦと音響信号入力手段５８とを通じて、音響信号解析手段５２に入力される。

音響信号解析手段５２は、入力された外耳道音に対する電気信号に基づき、音響補正用のフィルタ係数を導出する。導出されたフィルタ係数を用いて、音響信号出力手段５４から出力される音響信号が補正される。音響信号出力手段５４から出力される補正後の音響信号電気信号は、音響信号入出力部ＩＮＴＦを通じてスピーカＳＰに入力される。この信号は、スピーカＳＰから放音され、受聴者は、この補正された音響信号を楽しむことができる。

図４に示すように、音響管２０は、筐体４０を貫通して筐体４０の壁に沿って延びている。開口部４２において音響管２０は開口部４２の壁近傍に配置されている。マイク装置１０は、筐体４０の外表面に取り付けられている。音響管２０の一端はマイク装置１０に接続され、他端２０Ｅは開口部４２近傍において外耳道に開口している。

音響管２０の他端２０Ｅは、開口部４２の端縁４２Ｅよりも外部（外耳道側）に突出し、概略イヤーチップＣＶの端面の位置まで達している。ここで、イヤーチップの端面とは、イヤーチップＣＶの開口部ＣＶ１において、外耳道の開口した開口面（イヤーチップＣＶと外耳道との境界となる面）に相当する。

したがって、音響管２０は、利用者がマイクイヤホン１００を装着した際に、端２０Ｅが外耳道とイヤーチップＣＶとの境界に十分到達する程度に、外耳道方向に延びている。

なお、音響管２０は、図５に示すように筐体４０と一体に形成されていても良い。図５では、音声出力のための第１開口４２Ａと外耳道音を取得するための第２開口４２Ｂとに筐体４０の開口部４２が分割され、筐体４０内の空間を壁によって仕切って第２開口４２Ｂとマイク装置１０との間を開通する音響管２０を形成している。いずれの場合にも、音響管２０は、その一端がマイク装置１０に接続され、他端２０Ｅが開口部４２から外耳道に開口するように形成されていればよい。

図４のようにマイクと音響管とを設置する理由を述べる。例えば図６に示すように、マイク装置１０をスピーカＳＰの前面ＳＰ１の前（音声が出力される方向）側に配置すると、スピーカＳＰとマイク装置１０との間での多重反射音の発生等によりマイク装置１０がスピーカＳＰの再生音を妨害するなど、再生音の劣化を招くことがある。

また、外耳道音響特性測定時には、スピーカＳＰから外耳道音響特性（外耳道の共鳴特性）を測定するための測定信号が出力される。このとき、図６に示すようにマイク装置１０を筐体４０内に配置すると、スピーカＳＰとマイク装置１０との距離が近いため、スピーカＳＰから発せられる測定信号の成分を多く含む音響信号がマイク装置１０により収音され、外耳道音を精度良く収音することが困難である。

これに対し、本実施形態に係るマイクイヤホンでは、音響管２０の内径ｄが外耳道の径に対して十分に小さくなっている。音響管２０の内径ｄは、例えば略０．４ｍｍである。さらに、音響管２０は、筐体４０の壁に沿って、外耳道とイヤーチップＣＶとの境界に到達する程度に筐体４０内から外耳道側に延びている。

したがって、本実施形態に係るマイクイヤホンによれば、マイク装置１０と外耳道との間に延びる音響管２０により、スピーカＳＰから発せられる再生音を妨害することがなく、再生音が劣化することがない。また、音響管２０の端２０Ｅが外耳道側に十分延びて開口しているため、スピーカＳＰから発せられる音響信号が音響管２０により収音されることが抑制され、外耳道音響特性の測定精度が低下することを抑制することができる。

ここでは、イヤーチップＣＶを備えた実施形態について説明したが、イヤーチップＣＶを備えない構造の筐体であれば筐体の端に音響管の端を到達させておけば上記の効果が得られる。例えば、音響管２０の他端２０Ｅが、開口部４２の概略端面の位置まで達していればよい。ここで、開口部４２の端面とは、開口部４２の外耳道に開口した開口面に相当する。

図７Ａ乃至図７Ｃに、音響管２０の内径ｄ、および、筐体４０内においてスピーカＳＰの表面ＳＰ１の位置から外耳道方向に延びる音響管２０の長さＬが異なるマイクイヤホン１００を示す。

図７Ａに示すマイクイヤホン１００では、音響管２０の内径ｄが略０．４ｍｍであって、音響管２０の長さＬは略７ｍｍである。図７Ｂに示すマイクイヤホン１００では、音響管２０の内径ｄが略１．０ｍｍであって、音響管２０の長さＬは略５ｍｍである。図７Ｃに示すマイクイヤホン１００では、音響管２０の内径ｄが略１．０ｍｍであって、音響管２０のＬは略７ｍｍである。

図７Ｂおよび図７Ｃに示すマイクイヤホン１００では、太い音響管２０を用いているため、スピーカＳＰから発せられる再生音の劣化が生じ、再生性能を重視する用途には適さなかった。

また、図７Ｂに示すマイクイヤホン１００では、音響管２０の収音位置（端２０Ｅの位置）がスピーカＳＰに近いため、外耳道音響特性を測定する目的でスピーカＳＰから発せられる測定信号の成分を多く含む音響信号が音響管２０により収音され、精度のよい外耳道音響特性を得ることができなかった。

これに対し、図７Ａに示すマイクイヤホン１００によれば、音響管２０の内径ｄが十分に小さいためスピーカＳＰから発せられる再生音が劣化することなく、さらに、音響管２０の収音位置とスピーカＳＰとが離れているため精度のよい外耳道音響特性を得ることができた。

上記のように音響管２０を用いることで、マイク装置１０をスピーカＳＰからの再生特性に影響しない位置に実装することができる。また、外耳道に到達する程度の長さの音響管２０を用いることで、外耳道とイヤーチップＣＶとの境界部分の音を収音することにより、測定時のマイクイヤホンによる再生音への影響を低減し精度のよい外耳道特性を取得することができる。また、内径ｄが外耳道より十分小さい音響管２０を利用することで、再生時の再生音劣化を抑えることができる。

すなわち、本実施形態に係るマイクイヤホン１００によれば、外耳道音を精度良く取得するとともに、再生音声の劣化を抑制するマイクイヤホンを提供することができる。

次に、本実施形態に係るマイクイヤホン１００の外部音の取得と外耳道音の取得との切替機能について説明する。例えば屋外等において、受聴者がマイクイヤホンを外耳道に装着して再生された音声を聴くときに、外部からの騒音により再生された音声が聞き取りづらくなることがあった。上記事情に鑑みて、本実施形態に係るマイクイヤホン１００は、外耳道の音響特性の測定に用いるマイクを外部騒音の収音にも兼用することで、再生音声の劣化を抑制する、合理的な構成のマイクイヤホンの一実施形態を提供している。

すなわち、図９にマイクイヤホン１００から取り外したマイク装置１０および音響管２０を示す。マイク装置１０は、マイク１１と、外部音取得可能状態と外耳道音取得可能状態とを切り替える切替手段としての切替レバー１４と、マイク１１と切替レバー１４とを保持するマイクホルダー１２とを備えている。マイクホルダー１２と切替レバー１４とは、マイク１１へ入力される音響信号を外耳道音と外部音とで切り替える切替手段である。

図１０および図１１にマイク装置１０を筐体４０との装着面側から見た場合の構成例を示す。マイクホルダー１２は、音響管２０の一端と連通して外耳道音が入力される第１開放部１２Ａと、外部と連通して外部音が入力される第２開放部１２Ｂと、を備えている。

切替レバー１４は、第１開放部１２Ａに連通可能な第３開放部１４Ａと、第２開放部１２Ｂに連通可能な第４開放部１４Ｂと、第３開放部１４Ａと第４開放部１４Ｂとの位置を調整するためのレバー１４Ｃとを備えている。レバー１４Ｃを操作することにより、第３開放部１４Ａおよび第４開放部１４Ｂの位置を変更することができる。

マイクホルダー１２には、レバー１４Ｃの動きを制限するためのストッパー１２Ｅが設けられている。レバー１４Ｃとストッパー１２Ｅとが頭接する位置において、第１開放部１２Ａと第３開放部１４Ａとが連通する、あるいは、第２開放部１２Ｂと第４開放部１４Ｂとが連通する。

図１０に示す場合では、レバー１４Ｃにより、第１開放部１２Ａと第３開放部１４Ａとが連通するように調整されている。このときには、第２開放部１２Ｂと第４開放部１４Ｂとは連通しない。したがって、マイク１１には外耳道音が音響信号として供給される。

図１１に示す場合では、レバー１４Ｃにより、第２開放部１２Ｂと第４開放部１４Ｂとが連通するように調整されている。このときには、第１開放部１２Ａと第３開放部１４Ａとは連通しない。したがって、マイク１１には外部音が音響信号として供給される。

一般的なノイズキャンセル手段に対して、上記のように切替レバー１４を操作することによって得られた外部からの音響信号を入力の一つとして用いることで、ノイズキャンセリングの実現が可能である。

第４開放部１４Ｂから得られた外部音がマイク装置１０において電気信号に変換される。この変換された電気信号は、音響信号入出力部ＩＮＴＦを通じて、外部マイク入力の端子に入力される。例えば、マイク装置１０を上記特許文献２の図１の外部マイクロホンユニット７として用いることで、ノイズキャンセルの実現が可能である。

上記のように、マイク装置１０が筐体４０の外部に配置されるとともに、外部音の取得と外耳道音の取得との切替機能を備えるマイクイヤホンによれば、外耳道特性補正機能とノイズキャンセリング機能とを同一のハードウェアで実現できる。すなわち、本実施形態に係るマイクイヤホン１００によれば、外耳道音を精度良く取得するとともに、外耳道の音響特性の測定に用いるマイクを外部騒音の収音にも兼用することで、外耳道における音声の劣化を抑制するだけでなく、外部騒音によるノイズをキャンセルして、さらに再生音声の劣化を抑制するマイクイヤホンを合理的な構成で提供することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上記実施形態に係るマイクイヤホン１００では、筐体４０と別体の音響管２０、あるいは、筐体４０と一体に形成された音響管２０を備えていたが、スピーカＳＰと筐体４０と音響管２０とが一体に形成されていてもよい。

その場合であっても、マイク装置１０をスピーカＳＰの前面ＳＰ１に配置せずに、マイク装置１０から外耳道側に延びる音響管２０を備え、音響管２０を用いて外耳道音を収音することにより、上記実施形態に係るマイクイヤホン１００と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

ＳＰ…スピーカ、１０…マイク装置、２０…音響管、２０Ｅ…他端、４０…筐体、４２…開口部、６０…音響装置、１００…マイクイヤホン。

Claims (4)

1. 開口部が設けられた筐体と、
   前記筐体内に収容され、前記開口部の方向に出力するスピーカと、
   前記開口部付近に装着され、前記筐体の一部を外側から覆うイヤーチップと、
   前記筐体の外側であって、前記イヤーチップに覆われない位置に設けられたマイク装置と、
   一端が前記マイク装置に接続され、他端が前記開口部を通って前記イヤーチップの端面の位置まで達した音響管と、を備えたマイクイヤホン。
2. 前記イヤーチップは、前記開口部と連通した開口を備え、
   前記端面は前記開口の開口面である請求項１記載のマイクイヤホン。
3. 前記マイク装置へ入力される音響信号を外耳道音と外部音とで切り替える切替手段をさらに備える請求項１又は請求項２記載のマイクイヤホン。
4. 前記音響管は前記筐体と一体に形成されている請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のマイクイヤホン。

Images