JP4975277B2 - ノイズ低減ヘッドセット - Google Patents

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Description

本発明は、ノイズ低減ヘッドセットに関し、特に、アクティブノイズ低減回路およびトークスルー(talk-through)回路を有するノイズ低減ヘッドセットに関する。
本発明は、ノイズ低減ヘッドセットに関し、特に、アクティブノイズ低減回路およびトークスルー(talk-through)回路を有するノイズ低減ヘッドセットに関する。
米国特許第４，４５６，６７５号 米国特許第５，７６８，４７３号 米国特許第５，６９９，４３６号 米国特許第５，４８１，６１５号 米国特許第５，１０５，３７７号 米国特許出願公開第２００１／００４６３０４号 米国特許出願公開第２００２／０１４１５９９号
本発明の一態様において、ノイズ低減ヘッドセットは、アクティブノイズ低減を提供するためのアクティブノイズ低減回路と、トークスルー機能を提供するためのトークスルー回路と、ノイズ低減回路およびトークスルー回路の一方または両方を使用不可にするためのスイッチング素子(element)とを備えている。
本発明の別の態様において、ノイズ低減ヘッドセットは、アクティブノイズ低減およびトークスルーを含む第１信号経路と、トークスルーを含み、アクティブノイズ低減を含まない第２信号経路と、第１信号経路または第２信号経路を選択するように構成かつ配置された選択回路とを備えている。
本発明の別の態様において、ノイズ低減ヘッドセットは、アクティブノイズ低減信号経路と、トークスルー信号経路とを備えていて、このトークスルー信号経路は、マイクロフォンと、マイクロフォンからの入力にフィルタをかけるための周波数選択フィルタとを備えていて、前記フィルタは、音声帯域内にない周波数を著しく減衰させるように構成かつ配置されている。
本発明の更に別の態様において、アクティブノイズ低減信号経路およびトークスルー信号経路を含むノイズ低減ヘッドセットを動作させる方法は、アクティブノイズ低減制御信号経路およびトークスルー信号経路に電源(electrical power)を供給するステップと、アクティブノイズ低減制御信号経路への電源が第１閾値レベルより下である場合には、ノイズ低減制御信号経路を使用不可にするステップとを有している。
図１を参照すると、「トークスルー」機能を有するアクティブノイズ低減ヘッドセットのブロック図が示されている。アクティブノイズ低減（ＡＮＲ）ヘッドセットは、米国特許第４，４５６，６７５号において述べられている。ＡＮＲヘッドセットは、一般に、イヤーカップを備えていて、これは、耳の中（耳内）、耳の上（耳上）、または耳のまわり（耳覆い）にフィットする。このイヤーカップは、周囲のノイズのパッシブ減衰を提供する。加えて、ＡＮＲヘッドセットは、例えば周囲のノイズを相殺する生の音の(acoustic)エネルギーを放射することによって、望ましくないノイズを著しく減衰させる電子回路を備えている。ＡＮＲヘッドセットは、一般に、ＡＮＲヘッドセットのユーザーとの電子的な伝達(communication)を可能にする電子回路を備えている。いくつかの状況において、周囲の環境中の、いくつかの生の音の伝達を聞くことは、ＡＮＲヘッドセットのユーザーにとって望ましい。例えば、軍用に適合されたＡＮＲヘッドセットの着用者にとって、電子的な伝達だけでなく、すぐ近くの隊員からの口頭での伝達を聞くことは望ましい。このような状況において、「トークスルー」機能を有することは望ましい。これは、一般に、ヘッドセットの外部にマイクロフォンを設けて、生の音の伝達を拾って、この生の音の伝達を電子的な伝達のストリームの中に挿入する。
図１において、線２より上の構成要素(element)は、ヘッドセットのイヤーカップの外部にある構成要素である。線２より下の構成要素は、ヘッドセットのイヤーカップの内部にある。電子的伝達端子４は、音声ＥＱ回路６および加算器８に接続されている。音声ＥＱ回路６は、加算器１０に接続されている。加算器１０は、アクティブノイズ低減補償およびゲイン回路１２に接続され、これは、次には、スイッチ１４の“ＨＶ”（またはオン）スイッチ端子１４ＨＶに接続されている。加算器１６によって表される周囲の音は、生の音の伝達および周囲の生の音のノイズを含んでいる。周囲の音は、２つの経路を通してイヤーカップに入る。１つの経路は、トークスルーマイクロフォン１８であり、もう１つの経路は、イヤーカップを通して伝達される生の音のエネルギーである。イヤーカップは、これを通して伝達される生の音のエネルギーを受動的に減衰させるが、これはパッシブ減衰ブロック２０として表されている。トークスルーマイクロフォン１８は、存在するのであればオプションのスイッチ２４を通して、トークスルー帯域制限フィルタ２１、および、ＥＱおよびゲイン回路２２に接続されている。トークスルーＥＱおよびゲイン回路２２は、加算器８および１０に接続されている。加算器８は、スイッチ１４の“ＬＶ”（またはオフ）スイッチ端子１４ＬＶに接続されている。“ＨＶ”および“ＬＶ”という用語については後述する。イヤーカップおよびドライバの音響特性（この図の中では別々に示していない）は、ドライバおよびイヤーカップ音響特性ブロック２６によって表されているが、これはスイッチ１４と加算器２８とを接続している。パッシブ減衰ブロック２０は、加算器２８に接続されていて、前記加算器２８はアクティブノイズ低減マイクロフォン３０に音響的に接続されていて、前記アクティブノイズ低減マイクロフォン３０は加算器１０に接続されている。図１のブロック図は、構成要素の配置の具体例を示している。加算器８および１０は、図１の回路の素子の中の信号の合計を意味している。加算器１６および２８は、それぞれ、環境中およびヘッドセットによって囲まれる体積中に生じる生の音のエネルギーの合計を表しており、回路素子の中のものを表しているのではない。
図１のＡＮＲヘッドセットの動作は、図２および３の説明の中に記述されている。
図２は、図１のＡＮＲヘッドセットの構成要素を示しているが、スイッチ１４が“ＨＶ”（オン）の位置にあり、アクティブな状態にある。結合された生の音の伝達および環境中に存在する周囲の生の音のノイズは、パッシブ減衰ブロック２０によって表されるように、イヤーカップによって減衰され、そして、後述するように、加算器２８で、フィードバックループの一部になる。構成要素４からの電子的な伝達は、ＥＱ回路６で等化される。トークスルーマイクロフォンからの信号は、フィルタ２１で帯域制限され、トークスルーＥＱおよびゲイン回路２２によって処理される。ＥＱ回路６からの等化された電子的伝達信号と、構成要素２２からの、等化され、増幅され、かつ帯域制限されたトークスルーマイクロフォン信号とは、加算器１０で合計される。加算器１０と、ＡＮＲ補償およびゲイン回路１２と、ドライバおよびイヤーカップ音響特性ブロック２６と、加算器２８と、ＡＮＲマイクロフォン３０とは、フィードバックループを形成していて、電子的伝達信号または増幅かつ等化されたトークスルー信号に相当しない音を著しく減衰させるように動作する。スイッチ２４がオフの位置にある場合には、トークスルー機能は実質的に使用不可であり、ヘッドセットは従来のフィードバックタイプのＡＮＲヘッドセットとして動作する。いくつかの実施形態において、構成要素２２は、周囲の生の音のノイズを表している信号の成分を減らす一方で、生の音の伝達を表している信号の成分は減らさないノイズ除去の構成要素を含んでいてもよい。生の音のノイズと生の音の伝達とを区別するための方法および装置は、米国特許第５，７６８，４７３号、米国特許第５，６９９，４３６号、米国特許第５，４８１，６１５号、米国特許第５，１０５，３７７号、米国特許出願公開第２００１／００４６３０４号、米国特許出願公開第２００２／０１４１５９９号に開示されている。
他のＡＮＲヘッドセットは、フィードバック回路の代わりにフィードフォワード回路のＡＮＲ回路を用いることができる。
帯域制限フィルタ２は、ハイパスフィルタであっても、バンドパスフィルタであってもよい。ハイパスフィルタは、音声帯域の下端あたり、例えば３００Ｈｚに、遮断周波数を有する。バンドパスフィルタは、音声帯域のあたり、例えば３００Ｈｚから４．５ｋＨｚに、通過帯域を有する。音声帯域のあたりでトークスルーマイクロフォンからの信号を帯域制限すると、音声帯域外のノイズをＡＮＲ減衰させる一方で、ユーザーに伝達されるべき音声帯域内の周波数での生の音の伝達を表す信号を有効にするという結果になる。ハイパスフィルタが用いられてもよい。なぜなら、一般にキャンセルされることが望まれる大部分のノイズは低周波であり、かつ一般にＡＮＲは高周波よりも低周波で、より効果的であるからである。
図３は、図１のＡＮＲヘッドセットの構成要素を示しているが、スイッチ１４がオフまたは“ＬＶ”の位置にあり、アクティブな状態にある。図１および２のアクティブノイズ低減フィードバックループは実質的に使用不可であり、ヘッドセットは「トークスルー」ヘッドセットとして動作する。トークスルーマイクロフォンからの、帯域制限され、等化され、かつ増幅された信号に対応する音が、ユーザーの耳に放射される。フィルタ２１による帯域制限は、ユーザーが生の音の伝達を聞くことを容易にする。同時に、依然としてパッシブ減衰ブロック２０によって示されたパッシブ減衰が維持されている。スイッチ２４をオフの位置にすると、トークスルー機能は使用不可となり、ヘッドセットはパッシブヘッドセットとして動作する。図１の回路において、スイッチ１４がＬＶまたはオフの位置にあるとき、電子的伝達端子４はアクティブであってもよい。後述するような、いくつかの実施形態において、ＬＶスイッチ位置は、電子的伝達端子４に信号がない状態と関連していてもよいので、電子的伝達端子および加算器８への接続は、破線で示されている。他の実施において、回路は、ＡＮＲ回路が動作していない場合に、電子的伝達回路が機能するように構成することができる。
スイッチ１４および２４は、手動スイッチでも自動スイッチでもよい。１つの実施においては、スイッチ２４は省略され、その結果、スイッチ１４が（図２に示したような）ＨＶの位置または（図３に示したような）ＬＶの位置のどちらにあっても、ヘッドセットはトークスルー機能をもつ。１つの実施において、スイッチ１４は自動スイッチである。ＡＮＲ回路を動作させるのに十分な電源がヘッドセットに供給された場合には、ヘッドセットは図２に示した方法で動作する。ＡＮＲ回路を動作させるのには十分ではないが、トークスルー回路を動作させるのには十分な電源が、ヘッドセットに供給された場合には、ヘッドセットは図３に示した方法で動作する。電源がＡＮＲ回路を動作させるのにもトークスルー回路を動作させるのにも十分ではない場合には、ヘッドセットは、図３のヘッドセットにおいてスイッチ２４がオフの位置にあるものと同様の、パッシブノイズ低減ヘッドセットとして動作することができる。電源の測定は、ヘッドセットに供給される電圧の測定によって最も便利になされるので、“ＨＶ”は高電圧を意味し、“ＬＶ”は低電圧を意味している。ヘッドセットは、それが伝達装置、例えばコンソール、内部通話装置、または乗り物の中のジャックに接続可能なように構成することができる。前記伝達装置は、ＡＮＲ回路を動作させるための電源と、ヘッドセットへの伝達信号との両方を供給する。従って、ヘッドセットが伝達装置に接続されていなければ、ヘッドセットは電子的伝達信号を受信しない。ヘッドセットが伝達装置に接続されていなくても、トークスルー回路を動作させるのに十分な電源（例えば電池）が付属しているのであれば、ヘッドセットはトークスルーヘッドセットとして動作するし、トークスルー回路を動作させるのに十分な電源が付属していないのであれば、パッシブヘッドセットとして動作する。
図１〜３によるヘッドセットは、トークスルー機能を有する従来のＡＮＲヘッドセットに勝る利点を有している。ユーザーに、トークスルー機能付き又は無しのＡＮＲ、または、ＡＮＲ付き又は無しのトークスルー機能、または、ＡＮＲ又はトークスルー機能無しのパッシブ減衰を提供することができる。スイッチングは、ユーザーが機能の所望の組み合わせを選択できるように、手動であってもよいが、例えば、ユーザーが、ヘッドセットを伝達装置または電源に接続し、または接続を外すことによって、機能を選択するように、自動化された方法で実施されてもよい。
図４Ａ〜４Ｅを参照すると、図１〜３のアクティブノイズ低減ヘッドセットを実現する回路の回路図が示されている。図４Ａ〜４Ｄは、それぞれ、回路の、左上部分、右上部分、右下部分、および左下部分である。図４Ｅの回路は、図４Ａの回路部分に、示された点“Ａ”および“Ｋ”でつながっている。点“Ｌ”および“Ｍ”は、この明細書とは直接関係がない構成要素につながっている。図１〜３のブロックを実現する回路素子は、破線で囲まれている。
ここで開示した具体的な装置および技術の多数の用途および発展は、発明の概念から逸脱することなく、構成要素を異なる順序に並べることを含めて、作ることが可能である。従って、本発明は、ここで開示された全ての新規な機能および新規な機能の組み合わせを包含するものとして解釈されるべきであり、かつ、添付された請求項の精神および範囲のみによって限定されるべきである。
ブロック図である。 ブロック図である。 ブロック図である。 回路図の一部である。 回路図の一部である。 回路図の一部である。 回路図の一部である。 回路図の一部である。
符号の説明
４ 電子的伝達端子
６ 音声ＥＱ回路
８、１０、１６、２８ 加算器
１２ アクティブノイズ低減補償およびゲイン回路
１４、２４ スイッチ
１８ トークスルーマイクロフォン
２０ パッシブ減衰ブロック
２１ トークスルー帯域制限フィルタ
２２ トークスルーＥＱおよびゲイン回路
２６ ドライバおよびイヤーカップ音響特性ブロック
３０ アクティブノイズ低減マイクロフォン

Claims (16)

  1. アクティブノイズ低減を提供するアクティブノイズ低減信号処理経路と、
    トークスルー機能を提供するトークスルー信号処理経路と、
    前記アクティブノイズ低減信号処理経路およびトークスルー信号処理経路をそれぞれ使用可能又は使用不可にする２つのスイッチング素子とを備え、
    前記アクティブノイズ低減信号処理経路およびトークスルー信号処理経路が使用可能な場合、前記トークスルー信号処理経路の出力は、前記アクティブノイズ低減信号処理経路に供給されることを特徴とするノイズ低減ヘッドセット。
  2. 前記スイッチング素子の１つは、アクティブノイズ低減信号処理経路を使用不可にするためであり、スイッチング素子に供給される電源に自動的に応答するように構成かつ配置されていることを特徴とする請求項１に記載のノイズ低減ヘッドセット。
  3. 前記スイッチング素子の１つは、スイッチング素子に供給される電源がアクティブノイズ低減信号処理経路を動作させるためには不十分であるとき、アクティブノイズ低減信号処理経路を使用不可にすることを特徴とする請求項２に記載のノイズ低減ヘッドセット。
  4. 前記トークスルー信号処理経路は、マイクロフォンと、マイクロフォンからの入力にフィルタをかけるための周波数選択フィルタとを備えていて、前記周波数選択フィルタは、音声帯域の下の周波数を著しく減衰させるように構成かつ配置されていることを特徴とする請求項１に記載のノイズ低減回路。
  5. 前記周波数選択フィルタは、更に、音声帯域内にない周波数を著しく減衰させるように構成かつ配置されていることを特徴とする請求項４に記載のノイズ低減回路。
  6. アクティブノイズ低減信号処理経路およびトークスルー信号処理経路を含む第１信号経路と、
    トークスルー信号処理経路を含み、アクティブノイズ低減信号処理経路を含まない第２信号経路と、
    前記第１信号経路または第２信号経路を選択するように構成かつ配置された選択回路と
    を備え、
    前記第１信号経路において、前記トークスルー信号処理経路により得られた信号は、前記アクティブノイズ低減信号処理経路に供給されることを特徴とするノイズ低減ヘッドセット。
  7. アクティブノイズ低減信号処理経路を含み、トークスルー信号処理経路を含まない第３信号経路をさらに備えていて、前記選択回路は、第１信号経路、第２信号経路、または第３信号経路のうちの１つを選択するように構成かつ配置されていることを特徴とする請求項６に記載のノイズ低減ヘッドセット。
  8. アクティブノイズ低減信号処理経路と、
    トークスルー信号処理経路とを備えるノイズ低減ヘッドセットであって、
    前記トークスルー信号処理経路は、マイクロフォンと、
    マイクロフォンからの入力にフィルタをかける周波数選択フィルタとを有していて、前記周波数選択フィルタは、音声帯域内にない周波数を著しく減衰させるように構成かつ配置され、
    前記ノイズ低減ヘッドセットは、
    前記アクティブノイズ低減信号処理経路およびトークスルー信号処理経路をそれぞれ使用可能又は使用不可にする２つのスイッチング素子を備え、
    前記アクティブノイズ低減信号処理経路およびトークスルー信号処理経路が使用可能な場合、前記トークスルー信号処理経路の出力は、前記アクティブノイズ低減信号処理経路に供給されることを特徴とするノイズ低減ヘッドセット。
  9. 前記周波数選択フィルタは、ハイパスフィルタであることを特徴とする請求項８に記載のノイズ低減ヘッドセット。
  10. 前記周波数選択フィルタは、バンドパスフィルタであることを特徴とする請求項８に記載のノイズ低減ヘッドセット。
  11. 前記トークスルー信号処理経路中の信号からノイズを除去するための素子を更に備えていることを特徴とする請求項８に記載のノイズ低減ヘッドセット。
  12. アクティブノイズ低減信号処理経路およびトークスルー信号処理経路を含むノイズ低減ヘッドセットを動作させる方法において、
    アクティブノイズ低減信号処理経路およびトークスルー信号処理経路に電源を提供するステップと、
    アクティブノイズ低減信号処理経路およびトークスルー信号処理経路に供給される電源が第１閾値レベルより下であり、かつ第２閾値レベルより上である場合には、スイッチング素子によりアクティブノイズ低減信号処理経路を使用不可にするステップと、
    アクティブノイズ低減信号処理経路およびトークスルー信号処理経路に供給される電源が第２閾値レベルより下である場合には、スイッチング素子によりトークスルー信号処理経路をさらに使用不可にするステップとを有し、
    前記アクティブノイズ低減信号処理経路およびトークスルー信号処理経路が使用可能な場合、前記トークスルー信号処理経路の出力は、前記アクティブノイズ低減信号処理経路に供給されることを特徴とする方法。
  13. 前記アクティブノイズ低減信号処理経路およびトークスルー信号処理経路に供給される電源が第２閾値レベルより上である場合には、アクティブノイズ低減信号処理経路を使用不可にして、ヘッドセットをトークスルーヘッドセットとして動作させるステップを有していることを特徴とする請求項１２に記載のノイズ低減ヘッドセットを動作させる方法。
  14. アクティブノイズ低減信号処理経路およびトークスルー信号処理経路に供給される電源が第２閾値レベルより下である場合には、トークスルー信号処理経路を使用不可にして、ヘッドセットをパッシブノイズ低減ヘッドセットとして動作させるステップを有していることを特徴とする請求項１３に記載のノイズ低減ヘッドセットを動作させる方法。
  15. 前記アクティブノイズ低減信号処理経路およびトークスルー信号処理経路に電源を供給するステップは、ヘッドセットの外部の供給源からアクティブノイズ低減信号処理経路に電源を供給するステップを有していることを特徴とする請求項１２に記載のノイズ低減ヘッドセットを動作させる方法。
  16. 前記トークスルー信号処理経路は、周囲の音を表している信号を受信するための素子を有していて、前記周囲の音は、周囲の生の音のノイズと、生の音の伝達とを含んでいて、前記トークスルー信号処理経路は、信号中の周囲のノイズ成分を減らして、信号の生の音の伝達部分を減らさないためのノイズ除去素子を含んでいることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のノイズ低減ヘッドセット。
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