JP5007561B2 - ノイズ低減装置、ノイズ低減方法、ノイズ低減処理用プログラム、ノイズ低減音声出力装置およびノイズ低減音声出力方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、ヘッドホン装置などのノイズ低減音声出力装置に関する。また、これら装置に用いるノイズ低減装置およびノイズ低減処理用プログラムに関する。

携帯型のオーディオプレーヤの普及に伴い、当該携帯型のオーディオプレーヤ用のヘッドホンやイヤホンを対象として、外部環境のノイズ（騒音）を低減して、リスナに対して、外部ノイズを低減した良好な再生音場空間を提供するようにしたノイズ低減システムが普及し始めている。

この種のノイズ低減システムの一例は、アクティブなノイズ低減を行なうアクティブ方式のノイズ低減システムで、基本的には、次のような構成を備える。すなわち、音響−電気変換手段としてのマイクロホンで外部ノイズ（騒音）を収音し、その収音したノイズの音声信号から、前記ノイズとは音響的に逆相のノイズ低減音声信号を生成し、当該生成したノイズ低減音声信号を、電気−音響変換手段としてのスピーカで音響再生して、前記ノイズと音響的に合成することで、前記ノイズを低減するようにする（特許文献１（特許第２７７８１７３号公報）参照）。

このアクティブ方式のノイズ低減システムにおいては、従来は、前記ノイズ低減音声信号を生成する部分は、アナログ回路（アナログフィルタ）で構成されており、どのようなノイズ環境でも、それなりのノイズ低減ができるようなフィルタ回路に固定されている。

上記の特許文献は、次の通りである。
特許第２７７８１７３号公報

ところで、一般的に、ノイズ環境特性は、周波数特性で観察したとしても、飛行場、駅のプラットホーム、工場などの場所の環境によって大きく異なっている。したがって、ノイズ低減のためのフィルタ特性は、本来は、各ノイズ環境特性に合わせた最適なものを用いることが望まれる。

しかしながら、上述したように、従来のアクティブ方式のノイズ低減システムでは、どのようなノイズ環境においても、それなりのノイズ低減ができるような単一フィルタ特性のフィルタ回路に固定されている。このため、従来のアクティブ方式のノイズ低減システムでは、ノイズ低減しようとしている場所のノイズ環境特性に適合するノイズ低減は行うことはできないという問題があった。

そこで、単一のフィルタ特性のフィルタ回路とせずに、種々のフィルタ特性の複数個のフィルタ回路を設けて、場所のノイズ環境特性に適合するフィルタ回路を切換選択するようにすることが考えられる。

このとき、リスナは、切換選択したフィルタ回路のいずれが、最適なノイズ低減（ノイズキャンセル）効果を発揮したかを、音の聴取により確認することになるが、ノイズ低減フィルタ効果がかかっている状態で、フィルタ特性を切り換えた場合には、それぞれのフィルタ特性の場合のノイズ低減効果を確認し辛いという問題もある。

この発明は、以上のような問題点を解決した装置および方法を提供することを目的とする。

本発明は、収音手段で収音して得たノイズの信号から前記ノイズを低減するためのノイズ低減音声信号を生成し、前記ノイズ低減音声信号を音響再生して、前記ノイズと音響的に合成することにより、前記ノイズを低減するノイズ低減装置において、前記収音手段からの信号から前記ノイズ低減音声信号を生成するノイズ低減音声信号生成手段と、前記ノイズ低減音声信号生成手段のノイズ低減特性を切り換える切換手段と、前記切換手段による前記ノイズ低減特性の切り換え変更時に、前記音声信号に対する前記ノイズ低減効果を抑止して、前記ノイズ低減処理が施されていない音声を出力する効果オフ期間を設け、当該効果オフ期間の後、変更後の前記ノイズ低減特性により前記ノイズ低減音声信号生成手段は前記ノイズ低減音声信号を生成するようにする制御手段と、前記ノイズ低減特性の切り換え変更時に、その切り換え変更をユーザに告知するとともに、切り換え後のノイズ低減特性をユーザに告知する告知手段と、を備え、前記制御手段は、前記効果オフ期間の後、変更後のノイズ低減特性を、その効果を最大値まで徐々に上げるように、変化させ、前記ノイズ低減特性の切り換え変更時に、変更前のノイズ低減特性を、その効果を実質上ゼロまで徐々に下げるように、変化させた後、前記効果オフ期間とし、前記告知手段は、前記ノイズ低減特性を切り換える前のノイズ低減特性によるノイズ低減効果がオンとなっている状態において、前記告知を行なう。

本発明の構成によれば、切換手段により、種々のノイズ環境に応じてノイズ低減特性を切換変更することができ、常に、良好なノイズ低減効果を期待することができるようになる。

そして、しかも、ノイズ低減特性の切り換え変更時には、必ず一旦、ノイズ低減処理が施されていない音声を出力する効果オフ期間が設けられるので、その効果オフ期間における聴取位置におけるノイズ状況と、その後のノイズ低減処理された聴取位置におけるノイズ状況とを比較することで、当該ノイズ低減処理効果を、ユーザは、容易に確認することができるという効果がある。

本発明によれば、音声信号に対する処理の切り換え変更時には、必ず一旦、音声信号に対する前記処理を実質上停止する処理オフ期間が設けられ、その処理オフ期間の音声と、その後の処理が施された音声とを比較することで、当該処理の効果をユーザは、容易に確認することができる。

また、本発明によれば、切換手段により、種々のノイズ環境に応じてノイズ低減特性を切換変更することができ、常に、良好なノイズ低減効果を期待することができる。その上、ノイズ低減特性の切り換え変更時には、必ず一旦、ノイズ低減処理が施されていない音声を出力する効果オフ期間が設けられので、その効果オフ期間における聴取位置におけるノイズ状況と、その後のノイズ低減処理された聴取位置におけるノイズ状況とを比較することで、ユーザは、当該ノイズ低減処理効果を、容易に確認することができるという効果がある。

以下、この発明の実施形態の幾つかを、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、いずれも、この発明によるノイズ低減装置の実施形態を、この発明による音声出力装置またはノイズ低減音声出力装置の実施形態としてのヘッドホン装置に適用した場合である。

また、以下に説明するノイズ低減装置の実施形態は、デジタル処理回路の構成として、ノイズ低減音声信号生成部は、デジタルフィルタの構成とし、そのフィルタ係数を切換変更することにより、複数の異なるノイズ環境に応じて、ノイズ低減特性を切り換えるようにするものである。

この発明によるノイズ低減装置は、アナログ処理回路の構成とすることもできるが、その場合には、複数のノイズ環境に応じたフィルタ回路は、それぞれハードウエア回路として設けて、それを切り換える必要がある。しかしながら、このように複数個のフィルタ回路を設けて、その一つを切換選択するように構成した場合には、ハードウエア構成が大規模になり、コスト高ともなってしまうという問題があり、携帯機器に使用するノイズ低減システムとしては、実用的ではない。そこで、この実施形態では、デジタル処理回路の構成とするものである。

［第１の実施形態（フィードバック方式のノイズ低減装置）］
以下に説明するこの発明によるノイズ低減装置の実施形態は、アクティブなノイズ低減を行なうシステムの構成であるが、アクティブなノイズ低減システムとしては、フィードバック方式（フィードバック型）と、フィードフォワード方式（フィードフォワード型）とがある。この発明は、いずれの方式のノイズ低減システムにも適用可能である。

まず、フィードバック方式のノイズ低減システムに、この発明によるノイズ低減装置を適用した実施形態について説明する。図１は、この発明によるノイズ低減装置の実施形態を適用したヘッドホン装置の実施形態の構成例を示すブロック図である。

図１においては、説明の簡単のため、ヘッドホン装置のリスナ（聴取者）１の右耳側の部分のみについての構成を示している。これは、後述する他の実施形態の場合も同様である。なお、左耳側の部分も同様に構成されるのは言うまでもない。

図１では、リスナ１が実施形態のヘッドホン装置を装着したことにより、リスナ１の右耳が右耳用ヘッドホン筐体（ハウジング部）２により覆われている状態を示している。ヘッドホン筐体２の内側には、電気信号である音声信号を音響再生する電気−音響変換手段としてのヘッドホンドライバーユニット（以下、単にドライバーという）１１が設けられている。

音声信号入力端１２は、聴取対象の音声信号Ｓが入力される端子部であるが、これは、携帯型音楽再生装置のヘッドホンジャックに差し込まれるヘッドホンプラグから構成されるものである。この音声信号入力端１２と、左右の耳用のドライバー１１との間の音声信号伝送路中には、パワーアンプ１３の他、後述する、収音手段（音響−電気変換手段）としてのマイクロホン２１、マイクロホンアンプ（以下、単にマイクアンプという）２２、ノイズ低減用のフィルタ回路２３、メモリ２４、操作部２５などを備えるノイズ低減装置部２０が設けられる構成とされている。

図示は省略するが、このノイズ低減装置部２０とドライバー１１、マイクロホン２１、また、音声信号入力端１２を構成するヘッドホンプラグとの間は、接続ケーブルで接続されている。２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、ノイズ低減装置部２０に対して接続ケーブルが接続される接続端子部である。

この図１の第１の実施形態では、リスナ１の音楽聴取環境において、ヘッドホン筐体２の外のノイズ源３から、ヘッドホン筐体２内のリスナ１の音楽聴取位置に入り込むノイズをフィードバック方式で低減して、音楽を良好な環境で聴取することができるようにする。

フィードバック方式のノイズ低減システムにおいては、リスナ１の音楽聴取位置であるところの、ノイズとノイズ低減音声信号の音響再生音とを合成する音響合成位置（ノイズキャンセルポイントＰｃ）でのノイズをマイクロホンで収音するものである。

したがって、この第１の実施形態においては、ノイズ収音用のマイクロホン２１は、ヘッドホン筐体（ハウジング部）２の内側となるノイズキャンセルポイントＰｃに設けられる。このマイクロホン２１の位置の音が制御点となるため、ノイズ減衰効果を考慮し、ノイズキャンセルポイントＰｃは、通常耳に近い位置、つまりドライバー１１の振動板前面とされ、この位置に、マイクロホン２１が設けられる。

そして、そのマイクロホンで収音したノイズの逆相成分を、ノイズ低減音声信号生成部で、ノイズ低減音声信号として生成し、その生成したノイズ低減音声信号をドライバー１１に供給して音響再生することで、外部からヘッドホン筐体２内に入ってきたノイズを低減させるものである。

ここで、ノイズ源３におけるノイズと、ヘッドホン筐体２内に入り込んだノイズ３´とは同じ特性ではない。しかし、フィードバック方式のノイズ低減システムにおいては、ヘッドホン筐体２内に入り込んだノイズ３´、すなわち、低減対象のノイズ３´を、マイクロホン２１で収音することになる。

したがって、フィードバック方式では、ノイズ低減音声信号生成部は、マイクロホン２１によりノイズキャンセルポイントＰｃで収音したノイズ３´をキャンセルするように、前記ノイズ３´の逆相成分を生成すればよい。

この実施形態では、フィードバック方式のノイズ低減音声信号生成部として、デジタルフィルタ回路２３を用いる。この実施形態では、フィードバック方式でノイズ低減音声信号を生成するので、デジタルフィルタ回路２３は、以下、ＦＢフィルタ回路２３と称することとする。

ＦＢフィルタ回路２３は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）２３２と、その前段に設けられるＡ／Ｄ変換回路２３１と、その後段に設けられるＤ／Ａ変換回路２３３とで構成される。

この実施形態では、ＤＳＰ２３２には、図２に示すように、デジタルフィルタ回路２３２１と、ゲイン可変回路２３２２と、加算回路２３２３と、デジタルイコライザ回路２３２４と、制御回路２３２５が構成されている。

マイクロホン２１で収音された得られたアナログ音声信号は、マイクアンプ２２を通じてＦＢフィルタ回路２３に供給され、Ａ／Ｄ変換回路２３１によりデジタル音声信号に変換される。そして、そのデジタル音声信号がＤＳＰ２３２のデジタルフィルタ回路２３２１に供給される。

ＤＳＰ２３２のデジタルフィルタ回路２３２１は、フィードバック方式のデジタルノイズ低減音声信号を生成するためのデジタルフィルタである。このデジタルフィルタ回路２３２１は、これに入力されるデジタル音声信号から、これに設定されるパラメータとしてのフィルタ係数に応じた特性の前記デジタルノイズ低減音声信号を生成する。デジタルフィルタ回路２３２１に設定されるフィルタ係数は、この実施形態では、制御回路２３２５により、メモリ２４から読み出されて供給される。

この実施形態では、メモリ２４には、種々の異なる複数のノイズ環境におけるノイズを、ＤＳＰ２３２のデジタルフィルタ回路２３２１で生成するフィードバック方式によるノイズ低減音声信号により低減することができるようにするために、後述するような複数個（複数セット）のパラメータとしてのフィルタ係数が記憶されている。

制御回路２３２５は、このメモリ２４から、前記複数個のフィルタ係数のうちから選定した特定の１個（１セット）のフィルタ係数を読み出して、デジタルフィルタ回路２３２１に設定するようにする。

そして、この実施形態では、制御回路２３２５に対しては、操作部２５の操作出力信号が供給されており、制御回路２３２５は、この操作部２５からの操作出力信号に応じて、メモリ２４から特定の１個（１セット）のフィルタ係数を選択して読み出し、デジタルフィルタ回路２３２１に設定するようにする。

なお、この実施形態では、ノイズ環境に応じた各フィルタ係数セットがデジタルフィルタ回路２３２１に設定されることにより、各フィルタ係数に応じたノイズキャンセル用フィルタ（以下、ＮＣフィルタ）が構成されて、対応するノイズ低減音声信号が生成される。そこで、以下の説明においては、ノイズ環境に応じたＮＣフィルタがデジタルフィルタ回路２３２１にそれぞれ構成される各状態を、ノイズモードと称し、後述するように、各ノイズ環境に応じた名称を各ノイズモードに付与することとする。したがって、フィルタ係数の切り換え変更は、ノイズモード（以下、単にモードという場合もある）の変更に相当するものである。

操作部２５は、この実施形態では、ノイズモードを切り換え指示を行なうためのモード切換ボタンを備える。このモード切換ボタンは、この例では、ノンロック式の押しボタンスイッチが用いられる。そして、この実施形態では、ユーザが操作部２５のモード切換ボタンを押下する毎に、ノイズモードが、後述するように、メモリ２４に記憶されているフィルタ係数に応じたノイズモードにサイクリックに変更される。

そして、ＤＳＰ２３２のデジタルフィルタ２３２１では、以上のようにして、制御回路２３２５を介してメモリ２４から選択的に読み出されて設定されたフィルタ係数に応じたデジタルノイズ低減音声信号を生成する。

そして、デジタルフィルタ回路２３２１で生成されたデジタルノイズ低減音声信号は、図２に示すように、ゲイン可変回路２３２２を通じて加算回路２３２３に供給される。ゲイン可変回路２３２２は、後述するように、制御回路２３２５の制御を受けて、ノイズモードの切換変更時に、ゲイン制御される。

一方、音声信号入力端１２を通じた聴取対象の音声信号Ｓ（例えば音楽信号）が、Ａ／Ｄ変換回路２６でデジタル音声信号に変換された後、ＤＳＰ２３２のデジタルイコライザ回路２３２４に供給されて、音声信号Ｓについての振幅−周波数特性補正や位相−周波数特性補正あるいはその両方などの音質補正がなされる。

フィードバック方式のノイズ低減装置の場合には、デジタルフィルタ２３２１のフィルタ係数を変更してノイズ低減カーブ（ノイズ低減特性）を変更したときには、外部入力される聴取対象の音声信号Ｓは、ノイズ低減効果の周波数カーブ（周波数特性）に対応した影響を受けるため、デジタルフィルタ２３２１のフィルタ係数の変更に応じて、イコライザ特性の変更が必要になる。

そこで、この第１の実施形態では、メモリ２４に、デジタルフィルタ２３２１に設定する複数個のフィルタ係数のそれぞれに対応させて、デジタルイコライザ回路２３２４のイコライザ特性を変更するためのパラメータを記憶させておき、制御回路２３２５が、フィルタ係数の変更に応じたパラメータをデジタルイコライザ回路２３２４に供給するようにして、そのイコライザ特性を変更するように構成している。

そして、このデジタルイコライザ回路２３２４の出力音声信号は、加算回路２３２３に供給されて、ゲイン可変回路２３２２からのノイズ低減音声信号と加算される。そして、その加算信号が、ＤＳＰ２３２の出力としてＤ／Ａ変換回路２３３に供給され、このＤ／Ａ変換回路２３３においてアナログ音声信号に変換される。そして、このアナログ音声信号が、ＦＢフィルタ回路２３の出力信号としてパワーアンプ１３に供給される。そして、このパワーアンプ１３からの音声信号がドライバー１１に供給されて、音響再生され、リスナ１の両耳（図１では右耳のみが示されている）に対して、その再生音が放音されるようにされる。

この音響再生されてドライバー１１により放音される音声には、ＦＢフィルタ２３において生成されたノイズ低減音声信号による音響再生成分が含まれる。このドライバー１１で音響再生された放音された音声のうちの、ノイズ低減音声信号による音響再生成分とノイズ３´とが、音響合成されることにより、ノイズキャンセルポイントＰｃでは、ノイズ３´が低減（キャンセル）される。

以上説明したフィードバック方式のノイズ低減装置のノイズ低減動作について、伝達関数を用いて、図３を参照しながら説明する。

すなわち、図１に示したブロック図に対応して、各部をその伝達関数を用いて表したブロック図を図３に示す。この図３において、Ａはパワーアンプ１３の伝達関数、Ｄはドライバー１１の伝達関数、Ｍはマイクロホン２１およびマイクアンプ２２の部分に対応する伝達関数、−βはフィードバックのために設計されたフィルタ（デジタルフィルタ２３２１）の伝達関数である。また、Ｈはドライバー１１からマイクロホン２１までの空間の伝達関数、Ｅは聴取目的の音声信号Ｓにかけられるイコライザ回路２３２４の伝達関数である。上記の各伝達関数は複素表現されているものとする。

また、図３において、Ｎは外部のノイズ源からヘッドホン筐体２内のマイクロホン２１位置近辺に侵入してきたノイズであり、Ｐはリスナ１の耳に届く音圧である。なお、外部ノイズがヘッドホン筐体２内に伝わってくる原因としては、例えばイヤーパッド部の隙間から音圧として漏れてくる場合や、ヘッドホン筐体２が音圧を受けて振動した結果としてヘッドホン筐体２内部に音が伝わる場合などが考えられる。

この図３のように表したとき、図３のブロックは、図４の（式１）で表現することができる。そして、この（式１）において、ノイズＮに着目すると、ノイズＮは、１／（１＋ＡＤＨＭβ）に減衰していることが分かる。ただし、（式１）の系がノイズ低減対象周波数帯域にて、ノイズキャンセリング機構として安定して動作するためには、図４の（式２）が成立している必要がある。

一般的には、フィードバック方式のノイズ低減システムにおける各伝達関数の積の絶対値が１以上（１≪｜ＡＤＨＭβ｜）であること、また古典制御理論におけるナイキスト（Ｎｙｑｕｉｓｔ）の安定性判別と合わせて、図４の（式２）に関する系の安定性は、以下のように解釈できる。

図３において、ノイズＮに関わるループ部分（マイクロホン２１からドライバー１１までのループ部分）中の１箇所を切断して、伝達関数（−ＡＤＨＭβ）の「オープンループ」を考える。これは、図５に示すようなボード線図で表現される特性を持つ。

このオープンループを対象にした場合、ナイキストの安定性判別から、上記（式２）が成立する条件は、図５において、
・位相０ｄｅｇ．の点を通過するとき、ゲインは０ｄＢより小さくなくてはならない
・ゲインが０ｄＢ以上であるとき、位相０ｄｅｇ．の点を含んではいけない
の２つの条件を満たす必要があることを意味している。

上記２条件を満たさない場合、ループは正帰還がかかり、発振（ハウリング）を起こすことになる。図５において、Ｐａ，Ｐｂは位相余裕、Ｇａ，Ｇｂはゲイン余裕を表しており、これらの余裕が小さいと、個人差やヘッドホン装着のばらつきにより、発振の危険性が増すことになる。

次に、上記ノイズ低減機能に加え、必要な音をヘッドホンのドライバーから再生する場合について説明する。

図３における、聴取対象の音声信号Ｓは、実際には音楽信号以外にも、筐体外部のマイクの音（補聴機能として使う）や、通信を介した音声信号（ヘッドセットとして使う）など、本来、ヘッドホンのドライバーで再生すべきものの信号総称である。

前述した（式１）のうち、信号Ｓに着目すると、図４に示す（式３）のように、イコライザＥを設定すれば、音圧Ｐは、図４の（式４）のように表現される。

したがって、マイクロホン２１の位置が耳位置に非常に近いとすると、Ｈがドライバー１１からマイクロホン２１（耳）までの伝達関数、ＡやＤがそれぞれパワーアンプ１３、ドライバー１１の特性の伝達関数であるので、通常のノイズ低減機能を持たないヘッドホンと同様の特性が得られることがわかる。なお、このとき、イコライザ回路１３の伝達特性Ｅは、周波数軸でみたオープンループ特性とほぼ同等の特性になっている。

以上のようにして、図１の構成のヘッドホン装置では、ノイズを低減しながら、聴取対象の音声信号を、何等支障なく聴取することができる。ただし、この場合に、十分なノイズ低減効果を得るためには、ＤＳＰ２３２で構成されるデジタルフィルタには、外部ノイズ源３からヘッドホン筐体２内に伝達されたノイズの特性に応じたフィルタ係数が設定される必要がある。

前述したように、ノイズが発生しているノイズ環境には、種々存在し、そのノイズの周波数特性や位相特性は、それぞれのノイズ環境に応じたものとなっている。このため、単一のフィルタ係数では、すべてのノイズ環境において、十分なノイズ低減効果を得ることができることは期待できない。

そこで、この実施形態では、前述したように、メモリ２４に、種々のノイズ環境に応じた複数個（複数セット）のフィルタ係数を、予め記憶して用意しておき、その複数個のフィルタ係数から、適切と考えられるものを、選択して読み出し、ＦＢフィルタ回路２３のＤＳＰ２３２に構成されているデジタルフィルタ回路２３２１に設定するようにする。

デジタルフィルタ２３２１に設定するフィルタ係数は、種々様々なノイズ環境のそれぞれにおいてノイズを収音して、そのノイズを低減（キャンセル）することができる、適切なものを、予め、算出して、メモリ２４に記憶しておくようにすることが望ましい。例えば、駅のプラットホーム、飛行場、地上を走る電車の中、地下鉄の電車の中、町の雑踏、大型店舗内、など、種々のノイズ環境におけるノイズを、収音して、そのノイズを低減（キャンセル）することができる、適切なものを、予め、算出して、メモリ２４に記憶しておくようにする。

すなわち、複数のノイズ環境のそれぞれ、つまり、複数のノイズモードのそれぞれに応じたフィルタ係数のセットを、予め算出して、メモリ２４に記憶しておくようにする。

そして、この第１の実施形態では、メモリ２４に記憶されている複数個（複数セット）のフィルタ係数からの、適切なフィルタ係数の選択は、ユーザが手動で行なうようにする。そのため、ユーザが操作する操作部２５が、ＤＳＰ２３２の制御回路２３２５に対して接続されている。

この実施形態では、操作部２５は、前述したように、フィルタ係数の変更操作手段（ノイズモードの切換変更手段）として例えばノンロック式の押しボタンスイッチからなるモード切換ボタンを備えており、当該モード切換ボタンをリスナが押下する毎に、制御回路２３２５は、メモリ２４から読み出すフィルタ係数のセットを変更して、デジタルフィルタ回路２３２１に供給するようにする。

すなわち、図６に示すように、制御回路２３２５は、モード切換ボタンの押下によるモード切換操作を検知する毎に、メモリ２４から読み出すデジタルフィルタ２３２１に供給するフィルタ係数を変更して、デジタルフィルタ２３２１により構成されるＮＣフィルタのフィルタ特性を切換変更する。

ここで、制御回路２３２５では、メモリ２４に記憶されている、複数のノイズモードに応じた複数個（複数セット）のフィルタ係数の読み出しに際しては、予め、ノイズモードの順番に読み出し順序を決めておき、ノイズモードの切換変更操作指示があったと判別したときには、その読み出し順序に従って、複数個のフィルタ係数を順番に、かつ、サイクリックに読み出し変更するようにする。

例えば、図６の例の場合には、１番目のノイズモードは飛行機モード（飛行機内のノイズ環境モード）、２番目のノイズモードは電車モード（電車内のノイズ環境モード）、３番目のノイズモードは地下鉄モード（地下鉄の電車内のノイズ環境モード）、４番目のノイズモードは屋外店舗モード（店舗の屋外のノイズ環境モード）、５番目のノイズモードは屋内店舗モード（店舗の屋内のノイズ環境モード）、・・・というように、定められており、各ノイズモードに応じたＮＣフィルタ１、ＮＣフィルタ２、ＮＣフィルタ３、ＮＣフィルタ４、ＮＣフィルタ５、・・・が、それぞれのノイズモードにおいて、デジタルフィルタ回路２３２１により構成される。

例えば、簡単な例として、メモリ２４に、図７に示す「ノイズ減衰カーブ（ノイズ減衰特性）」で表されるような４種のノイズ低減効果を得ることができるパラメータのセット、つまり、フィルタ係数のセットが、書き込まれているとする。この図７の例では、ノイズが、低域、中低域、中域、広帯域のそれぞれに主として分布する場合の４種類のノイズモードのノイズ特性に対して、それぞれのノイズモードの場合におけるノイズを低減するカーブ特性を得るようにするフィルタ係数のセットが、メモリ２４に記憶されている場合である。

この場合に、図７に示すように、ノイズが低域に主として分布する場合をノイズ低減する低域重視カーブのノイズ低減特性を得るフィルタ係数を１番目、ノイズが中低域に主として分布する場合をノイズ低減する中低域重視カーブのノイズ低減特性を得るフィルタ係数を２番目、ノイズが中域に主として分布する場合をノイズ低減する中域重視カーブのノイズ低減特性を得るフィルタ係数を３番目、ノイズが広帯域に分布する場合をノイズ低減する広帯域カーブのノイズ低減特性を得るフィルタ係数を４番目、としたとき、プッシュスイッチが押下されて、フィルタ係数の変更操作指示がなされる毎に、１番目→２番目→３番目→４番目→１番目→・・・というように、メモリ２４から読み出すフィルタ係数を変更するようにする。

リスナ１は、このようにノイズモードを切換変更することで、各ノイズモードでのノイズ低減効果を、自分の耳で確認して、十分なノイズ低減効果が得られたと感じられたフィルタ係数が読み出されているノイズモードとなったら、それ以降は、モード切換ボタンの押下をやめるようにする。すると、制御回路２３２５は、そのときに読み出しているフィルタ係数を、その後も継続して読み出す状態になり、ユーザが選択したノイズモードのフィルタ係数の読み出し状態に制御されることになる。

なお、上述の図７の例は、前述のように、実際的に各ノイズ環境におけるノイズを測定して、それに対応するフィルタ係数を設定するのではなく、ノイズが、低域、中低域、中域、広帯域の４種類に分布する状態を想定し、それぞれの場合におけるノイズを低減するカーブ特性を得るように、フィルタ係数を設定して、メモリ２４に記憶した場合に相当している。

このような簡易的なノイズモードに応じて設定したフィルタ係数であっても、この実施形態のノイズ低減装置によれば、それぞれのノイズ環境に適したフィルタ係数を選定することができるので、従来のアナログフィルタ方式のような固定的にフィルタ係数を定める場合に比べて、より有効なノイズ低減効果が得られる。

この場合に、ノイズモードの切換変更時における各ノイズモードでのノイズ低減効果を、より確実にリスナが確かめられるようにするため、この実施形態では、制御回路２３２５では、モード切換変更時には、次のように制御する。

［第１の例］
図８は、この実施形態における制御回路２３２５のモード切換変更時の制御の第１の例を説明するための図である。

この例においては、制御回路２３２５は、モード切換ボタンの押下操作がなされた判別したときに、単に、フィルタ係数を変更して、デジタルフィルタ２３２１に構成されるＮＣフィルタを切り換えるだけでなく、図８に示すように、モード切換ボタンの押下操作がなされた直後には、デジタルフィルタ２３２１によるノイズ低減効果をゼロにして、実質上、ノイズ低減効果をオフにするノイズ低減効果オフ区間Ａを所定時間分だけ設けるようにする。

そして、制御回路２３２５は、このノイズ低減効果オフ区間Ａが終了したら、切換後のノイズモードのＮＣフィルタによるノイズ低減効果を、その最大値まで漸増させるようにするノイズ低減効果漸増区間Ｂを所定時間分だけ設ける。

そして、制御回路２３２５は、このノイズ低減漸増区間Ｂが終了したら、切換後のノイズモードのＮＣフィルタによるノイズ低減効果を、その最大値で固定するようにする。図８では、ノイズ低減効果を最大値で固定する区間を区間Ｃとして示している。

ノイズ低減効果オフ区間Ａと、ノイズ低減漸増区間Ｂの区間長（時間長）は、それぞれ適切な長さに設定される。例えば区間Ａは３秒間、区間Ｂは４秒間に設定される。区間Ｃは、次にモード切換ボタンが押下操作される時点が終点となる区間であって、一定ではない。

なお、この実施形態では、ノイズ低減効果漸増区間Ｂは、一定時間とされるが、各ノイズモードにおけるＮＣフィルタのノイズ低減量の最大値は同じではないので、ノイズ低減効果の漸増の傾きは、各ノイズモードにおけるＮＣフィルタのノイズ低減量の最大値に応じて異なるものとなる。

この第１の例の場合における制御回路２３２５における制御のフローチャートを図９に示す。すなわち、制御回路２３２５は、操作部２５からの操作信号を監視して、前記モード切換ボタンが押下されて、ノイズモードの切換変更操作指示があったか否か判別する（ステップＳ１１）。

ステップＳ１１で、ノイズモードの切換変更操作指示が無いと判別したときには、制御回路２３２５は、このステップＳ１１を繰り返し、ノイズモードの切換変更操作指示を待つ。

ステップＳ１１で、ノイズモードの切換変更操作指示があったと判別したときには、制御回路２３２５は、メモリ２４から読み出すフィルタ係数のセットを、それまでとは異なる次順のＮＣフィルタのフィルタ係数に変更して、デジタルフィルタ回路２３２１に供給するようにする（ステップＳ１２）。

次に、制御回路２３２５は、ノイズ低減効果オフ区間Ａを時間タイマーにて設定し（ステップＳ１３）、ゲイン可変回路２３２２のゲインＧをゼロに制御する（ステップＳ１４）。そして、制御回路２３２５は、時間タイマーを監視して、ノイズ低減効果オフ区間Ａが終了したか否か判別し（ステップＳ１５）、ノイズ低減効果オフ区間Ａが終了していなければ、ステップＳ１４に戻ってゲイン可変回路２３２２のゲインＧ＝０の状態を維持する。

ステップＳ１５で、ノイズ低減効果オフ区間Ａが終了したと判別したときには、制御回路２３２５は、ノイズ低減効果漸増区間Ｂを時間タイマーにて設定し（ステップＳ１６）、ゲイン可変回路２３２２のゲインＧを、当該ノイズ低減効果漸増区間Ｂで、そのノイズモードでのＮＣフィルタの最大ノイズ低減量となるように、ｄＢ軸上でリニアに漸増させる（ステップＳ１７）。

そして、制御回路２３２５は、時間タイマーを監視して、ノイズ低減効果漸増区間Ｂが終了したか否か判別し（ステップＳ１８）、ノイズ低減効果漸増区間Ｂが終了していなければ、ステップＳ１６に戻ってゲイン可変回路２３２２のゲインＧの漸増を継続する。

ステップＳ１８で、ノイズ低減効果漸増区間Ｂが終了したと判別したときには、制御回路２３２５は、ゲイン可変回路２３２２のゲインＧを、当該ノイズモードにおけるＮＣフィルタの最大低減量の状態に固定する（ステップＳ１９）。そして、その後、ステップＳ１１に戻り、モード切換ボタンの押下操作がある毎に、以上の動作を繰り返す。

なお、以上の説明では省略したが、前述したように、この実施形態のフィードバック方式のノイズ低減処理の場合、音声信号Ｓについてのイコライザ特性も、ノイズ低減効果の変化に応じて制御する必要があり、制御回路２３２５は、デジタルイコライザ回路２３２４におけるイコライザ特性を、ノイズ低減効果オフ区間Ａ、ノイズ低減効果漸増区間Ｂのそれぞれにおいて、ノイズ低減効果のゲイン制御に応じて制御するようにする。

図１０に、ノイズ低減効果オフ区間Ａ、ノイズ低減効果漸増区間Ｂおよび区間Ｃにおけるノイズ低減効果、デジタルフィルタ回路２３２１でのＮＣフィルタ特性およびデジタルイコライザ回路２３２４のイコライザ特性の変化の例を示す。

［第２の例］
この第２の例においては、第１の例のようなモード切換ボタンの押下操作に基づくノイズモードの切換変更時の制御を行なうと同時に、モード切換ボタンの押下操作がなされたときに、モード切換変更後のノイズモードが何であるかをユーザに告知するようにする。これにより、ユーザは、自分がそのときに置かれているノイズ環境に近いノイズモードを予め認識し、そのノイズ低減効果を確認することができるようになる。

この場合に、この第２の例では、ノイズモードの告知は、例えば各ノイズモードの告知音声メッセージを、ドライバー１１に供給する音声信号に加算する方法を用いる。例えば、切換変更による次ノイズモードが、飛行機モードであれば「エアープレーン」、電車モードであれば「トレイン」、地下鉄モードであれば「サブウエイ」、などのような告知音声メッセージを用いる。

そして、この第２の例では、図示は省略するが、各ノイズモードの告知音声メッセージは、例えばメモリ２４に記憶しておき、制御回路２３２５が、モード切換ボタンの押下操作に基づく適宜のタイミングで読み出して、加算回路２３２３に供給するように構成する。

そして、この第２の例においては、各ノイズモードの告知音声メッセージの加算回路２３２３への加算タイミングは、ノイズ低減効果が最大となっている状態、つまり、ノイズが低減されて音声が聞きやすい状態となっている状態のときとなるように、選定されている。

図１１は、この実施形態における制御回路２３２５のモード切換変更時の制御の第２の例を説明するための図である。

すなわち、図１１に示すように、この第２の例においては、モード切換ボタンが押下操作されたら即座にノイズ低減効果オフ区間Ａとするのではなく、モード切換ボタンの押下操作前のモードのＮＣフィルタによるノイズ低減効果が最大となっている区間Ｃを、モード切換ボタンの押下操作後も所定時間だけ延長する区間Ｄを設け、この区間Ｄを次モードの告知区間とする。

そして、この告知区間Ｄにおいて、制御回路２３２５は、次モードの告知メッセージをメモリ２４から読み出して、加算回路２３２３で音声信号に加算するようにする。そして、この告知区間Ｄが終了した後、上述したノイズ低減効果オフ区間Ａに移行するようにする。

この第２の例の場合における制御回路２３２５における制御のフローチャートを図１２およびその続きである図１３に示す。すなわち、制御回路２３２５は、操作部２５からの操作信号を監視して、前記モード切換ボタンが押下されて、ノイズモードの切換変更操作指示があったか否か判別する（ステップＳ２１）。

ステップＳ２１で、ノイズモードの切換変更操作指示が無いと判別したときには、制御回路２３２５は、このステップＳ２１を繰り返し、ノイズモードの切換変更操作指示を待つ。

ステップＳ２１で、ノイズモードの切換変更操作指示があったと判別したときには、制御回路２３２５は、告知区間Ｄを時間タイマーにて設定する（ステップＳ２２）。そして、制御回路２３２５は、メモリ２４から、次順のノイズモードの告知音声メッセージのデータを読み出し、加算回路２３２３に供給して、次順のノイズモードをユーザに告知するようにする（ステップＳ２３）。

そして、制御回路２３２５は、時間タイマーを監視して、告知区間Ｄが終了したか否か判別し（ステップＳ２４）、告知区間Ｄが終了していなければ、ステップＳ２４に戻って告知区間Ｄの終了を待つ。

ステップＳ２４で告知区間Ｄが終了したと判別したときには、制御回路２３２５は、メモリ２４から読み出すフィルタ係数のセットを、それまでとは異なる次順のＮＣフィルタのフィルタ係数に変更して、デジタルフィルタ回路２３２１に供給するようにする（ステップＳ２５）。

次に、制御回路２３２５は、ノイズ低減効果オフ区間Ａを時間タイマーにて設定し（ステップＳ２６）、ゲイン可変回路２３２２のゲインＧをゼロに制御する（ステップＳ２７）。そして、時間タイマーを監視して、ノイズ低減効果オフ区間Ａが終了したか否か判別し（ステップＳ２８）、ノイズ低減効果オフ区間Ａが終了していなければ、ステップＳ２７に戻ってゲイン可変回路２３２２のゲインＧ＝０の状態を維持する。

次に、ステップＳ２８で、ノイズ低減効果オフ区間Ａが終了したと判別したときには、制御回路２３２５は、ノイズ低減効果漸増区間Ｂを時間タイマーにて設定し（図１３のステップＳ３１）、ゲイン可変回路２３２２のゲインＧを、当該ノイズ低減効果漸増区間Ｂで、そのノイズモードでのＮＣフィルタの最大ノイズ低減量となるように、ｄＢ軸上でリニアに漸増させる（ステップＳ３２）。

そして、時間タイマーを監視して、ノイズ低減効果漸増区間Ｂが終了したか否か判別し（ステップＳ３３）、ノイズ低減効果漸増区間Ｂが終了していなければ、ステップＳ３２に戻ってゲイン可変回路２３２２のゲインＧの漸増を継続する。

ステップＳ３３で、ノイズ低減効果漸増区間Ｂが終了したと判別したときには、制御回路２３２５は、ゲイン可変回路２３２２のゲインＧを、当該ノイズモードにおけるＮＣフィルタの最大低減量の状態に固定する（ステップＳ３４）。そして、その後、ステップＳ２１に戻り、モード切換ボタンの押下操作がある毎に、以上の動作を繰り返す。

［第３の例］
上述の第１および第２の例では、ノイズモードの切換変更時には、切換変更前のノイズモードのＮＣフィルタのノイズ低減効果は、最大ノイズ低減量から即座にノイズ低減量ゼロの状態に移行させるようにしたが、この第３の例においては、切換変更前のノイズモードのＮＣフィルタのノイズ低減効果を、最大ノイズ低減量から徐々に漸減させるようにして、ノイズ低減量ゼロの状態に移行させるようにする。これは、ノイズ低減効果が急に無くなって、リスナにとって耳障りになるのを防止するためである。

図１４は、第１の例の場合に、この第３の例を適用した場合であり、区間Ｃの後に、ノイズ低減効果漸減区間Ｅを設ける。そして、このノイズ低減効果漸減区間Ｅが終了したら、ノイズ低減効果オフ区間Ａに移行するものである。

なお、第２の例の場合に第３の例を適用する場合には、区間Ｄの後に、ノイズ低減効果漸減区間Ｅを設ける。そして、このノイズ低減効果漸減区間Ｅが終了したら、ノイズ低減効果オフ区間Ａに移行するものである。

なお、上述の第１〜第３の例の説明では、ノイズ低減効果漸増区間Ｂは一定時間としたが、ノイズ低減効果の漸増の傾きは、常に同じとして、モード切換変更後のＮＣフィルタのノイズ低減量の最大値まで漸増するように、区間Ｂを可変区間とするようにしてもよい。

また、第２の例においては、告知区間Ｄも所定時間に設定するようにしたが、告知音声メッセージの加算を終了したら、当該告知区間Ｄを終了して、ノイズ低減効果オフ区間Ａに即座に移行するようにしてもよい。

また、上述の例では、ノイズ低減効果漸増区間Ｂにおけるノイズ低減効果の漸増は、ゲイン可変回路２３２２のゲインＧを制御することにより行なうようにしたが、メモリ２４に、各ノイズモードのＮＣフィルタ用のフィルタ係数として、当該ノイズ低減効果漸増区間Ｂにおけるノイズ低減効果の漸増を実現するように変化するフィルタ係数のセットを記憶しておき、ノイズ低減効果漸増区間Ｂに、そのフィルタ係数のセットを順次に読み出すことにより、ノイズ低減効果の漸増を実現するようにすることもできる。

なお、上述の例では、告知は、次順のノイズモードを明確にユーザに通知するものとしたが、単に、ノイズモードの切換変更がなされることを告知するものであっても良い。その場合には、音声メッセージではなく、特定の音、例えば［ピー］という音を告知用として用いるようにしても良い。

また、次順のノイズモードの告知も、告知音声メッセージではなく、各ノイズモードに応じた音、例えば飛行場の案内アナウンスや、駅のプラットホームの案内アナウンスなど関連した音を用いるようにしても良い。

なお、ノイズ低減効果を、より確実にリスナが確かめるようにするためには、音声信号Ｓによる再生音をドライバー１１から放音しない環境において行なう方が良い場合がある。そのような場合に対処するためには、音声信号Ｓを入力しない環境で、リスナが操作部２５を操作して、ノイズ低減効果を確かめるようにする方法の他、音声信号Ｓを入力して再生中である場合には、操作部２５のモード切換ボタンが押下操作されたときから、ノイズ低減効果を確かめることができる程度の所定時間は、ＤＳＰ２３２へ供給する音声信号Ｓをミューティングするようにする方法が採用できる。これは、後述の実施形態においても同様である。

［第２の実施形態（フィードフォワード方式のノイズ低減装置）］
図１５は、この発明によるノイズ低減装置の実施形態を適用したヘッドホン装置の実施形態の構成例であって、図１のフィードバック方式に代えて、フィードフォワード方式のノイズ低減システムを適用した場合を示すブロック図である。この図１５において、図１における場合と同様の部分については、同一番号を付してある。

この第２の実施形態におけるノイズ低減装置部３０は、音響−電気変換手段としてのマイクロホン３１、マイクアンプ３２、ノイズ低減用のフィルタ回路３３、メモリ３４、操作部３５などを備える構成とされている。操作部３５は、第１の実施形態と同様に、ノイズモードを切り換え指示を行なうためのモード切換ボタンを備える。

ノイズ低減装置部３０は、前述したフィードバック方式のノイズ低減装置部２０と同様に、ドライバー１１、マイクロホン３１、また、音声信号入力端１２を構成するヘッドホンプラグと接続ケーブルで接続されている。３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、ノイズ低減装置部３０に対して接続ケーブルが接続される接続端子部である。

この第２の実施形態では、リスナ１の音楽聴取環境において、ヘッドホン筐体２の外のノイズ源３から、ヘッドホン筐体２内のリスナ１の音楽聴取位置に入り込むノイズをフィードフォワード方式で低減して、音楽を良好な環境で聴取することができるようにする。

フィードフォワード方式のノイズ低減システムは、基本的には、図１５に示すように、ヘッドホン筐体２の外部にマイクロホン３１が設置されており、このマイクロホン３１で、収音したノイズ３に対して適切なフィルタリング処理をしてノイズ低減音声信号を生成し、この生成したノイズ低減音声信号を、ヘッドホン筐体２の内部のドライバー１１にて音響再生し、リスナ１の耳に近いところで、ノイズ（ノイズ３´）をキャンセルするようにする。

マイクロホン３１で収音されるノイズ３と、ヘッドホン筐体２内のノイズ３´とは、両者の空間的位置の違い（ヘッドホン筐体２の外と内の違いを含む）に応じた異なる特性となる。したがって、フィードフォワード方式では、マイクロホン３１で収音したノイズ源３からのノイズと、ノイズキャンセルポイントＰｃにおけるノイズ３´との空間伝達関数の違いを見込んで、ノイズ低減音声信号を生成するようにする。

この実施形態では、フィードフォワード方式のノイズ低減音声信号生成部として、デジタルフィルタ回路３３を用いる。この実施形態では、フィードフォワード方式でノイズ低減音声信号を生成するので、デジタルフィルタ回路３３は、以下、ＦＦフィルタ回路３３と称することとする。

ＦＦフィルタ回路３３は、ＦＢフィルタ回路２３と全く同様に、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）３３２と、その前段に設けられるＡ／Ｄ変換回路３３１と、その後段に設けられるＤ／Ａ変換回路３３３とで構成される。

この実施形態では、ＤＳＰ３３２には、デジタルフィルタ回路３３２１と、ゲイン可変回路３３２２と、制御回路３３２３とが構成されている。フィードフォワード方式の場合には、音声信号Ｓについてのイコライザ特性を、ノイズ低減特性の変化に応じて変える必要は無いので、この例では、ＤＳＰ３３２には、イコライザ回路は設けなかった。

そして、図１５に示すように、マイクロホン３１で収音された得られたアナログ音声信号は、マイクアンプ３２を通じてＦＦフィルタ回路３３に供給され、Ａ／Ｄ変換回路３３１によりデジタル音声信号に変換される。そして、そのデジタル音声信号がＤＳＰ３３２のデジタルフィルタ回路３３２１に供給される。

ＤＳＰ３３２のデジタルフィルタ回路３３２１は、フィードフォワード方式のデジタルノイズ低減音声信号を生成するためのデジタルフィルタである。このデジタルフィルタ回路３３２１は、これに入力されるデジタル音声信号から、これに設定されるパラメータとしてのフィルタ係数に応じた特性の前記デジタルノイズ低減音声信号を生成する。デジタルフィルタ回路３３２１に設定されるフィルタ係数は、この実施形態では、制御回路３３２３により、メモリ３４から読み出されて供給される。

この実施形態では、メモリ３４には、種々の異なる複数のノイズ環境におけるノイズを、ＤＳＰ３３２のデジタルフィルタで回路３３２１で生成するフィードフォワード方式によるノイズ低減音声信号により低減することができるようにするために、後述するような複数個（複数セット）のパラメータとしてのフィルタ係数が記憶されている。

制御回路３３２３は、上述の第１の実施形態と同様に、このメモリ３４から、特定の１個（１セット）のフィルタ係数を読み出して、ＤＳＰ３３２のデジタルフィルタ回路３３２１に設定するようにする。

そして、この実施形態では、制御回路３３２３に対しては、操作部３５の操作出力信号が供給されており、制御回路３３２３は、この操作部３５からの操作出力信号に応じて、メモリ３４から特定の１個（１セット）のフィルタ係数を選択して読み出し、ＤＳＰ３３２のデジタルフィルタ回路３３２１に設定するようにする。

そして、デジタルフィルタ回路３３２１では、制御回路３３２３を介してメモリ３４から選択的に読み出されて設定されたフィルタ係数に応じたデジタルノイズ低減音声信号を生成する。

そして、ＤＳＰ３３２で生成されたデジタルノイズ低減音声信号は、Ｄ／Ａ変換回路３３３においてアナログノイズ低減音声信号に変換される。そして、このアナログノイズ低減音声信号が、ＦＦフィルタ回路３３の出力信号として加算回路１４に供給される。

この加算回路１４には、ヘッドホンによりリスナ１が聴取したいとされる入力音声信号（音楽信号など）Ｓが、音声信号入力端１２を通じ、イコライザ回路１５を通じて供給される。イコライザ回路１５は、入力音声信号の音質補正を行なう。

加算回路１４の加算結果の音声信号は、パワーアンプ１３を通じてドライバー１１に供給されて、音響再生される。この音響再生されてドライバー１１により放音される音声には、ＦＦフィルタ３３において生成されたノイズ低減音声信号による音響再生成分が含まれる。このドライバー１１で音響再生された放音された音声のうちの、ノイズ低減音声信号による音響再生成分とノイズ３´とが、音響合成されることにより、ノイズキャンセルポイントＰｃでは、ノイズ３´が低減（キャンセル）される。

この第２の実施形態におけるメモリ３４および操作部３６、また、ＤＳＰ３３２の制御回路３３２３の部分は、第１の実施形態のメモリ２４および操作部２６、また、制御回路２３２５と全く同様に構成され、操作部３５のモード切換ボタンをユーザが押下する毎に、異なるノイズ環境、つまり、ノイズモードに対応したフィルタ係数をメモリ３４から順次に、かつ、サイクリックに変更して、ＦＦフィルタ回路３３に供給するようにする。

次に、フィードバック方式のノイズ低減装置のノイズ低減動作について、伝達関数を用いて、図１７を参照しながら説明する。図１７は、図１５に示したブロック図に対応して、各部をその伝達関数を用いて表したブロック図である。

この図１７において、Ａはパワーアンプ１３の伝達関数、Ｄはドライバー１１の伝達関数、Ｍはマイクロホン３１およびマイクアンプ３２の部分に対応する伝達関数、−αはフィードフォワードのために設計されたデジタルフィルタ回路３３２１の伝達関数である。また、Ｈはドライバー１１からキャンセルポイントＰｃまでの空間の伝達関数、Ｅは聴取目的の音声信号Ｓにかけられるイコライザ１５の伝達関数である。そして、Ｆは、外部のノイズ源３のノイズＮの位置からリスナの耳のキャンセルポイントＰｃの位置に至るまでの伝達関数である。

この図１７のように表したとき、図１７のブロックは、図４の（式５）で表現することができる。なお、Ｆ´は、ノイズ源からマイク位置までの伝達関数を表す。上記の各伝達関数は複素表現されているものとする。

ここで、理想的な状態を考えると、伝達関数Ｆが図４の（式６）のように表せるとすると、図４の（式５）は、図４の（式７）で表すことができ、ノイズはキャンセルされ、音楽信号（または聴取する目的とする音楽信号等）Ｓだけが残り、通常のヘッドホン動作と同様の音を聴取することができることが分かる。このときの音圧Ｐは、図４の（式７）のように表される。

ただし実際は、図４の（式６）が完全に成立するような伝達関数を持つ完全なフィルタの構成は困難である。特に中高域に関して、人により装着や耳形状により個人差が大きいことと、ノイズの位置やマイク位置などにより特性が変化する、などの理由のため通常は中高域に関しては、このアクティブなノイズ低減処理を行わず、ヘッドホン筐体２でパッシブな遮音をすることが多い。

なお、図４の（式６）は、数式を見れば自明であるが、ノイズ源から耳位置までの伝達関数を、デジタルフィルタの伝達関数αを含めた電気回路にて模倣することを意味している。

なお、この第２の実施形態のフィードフォワード型でのキャンセルポイントは、図１５に示した通り、図１に示した第１の実施形態のフィードバック型と異なり、聴取者の任意の耳位置において設定することができる。

しかしながら、通常の場合、デジタルフィルタ回路３３２１の伝達関数αは固定的であり、設計段階においては、なんらかのターゲット特性を対象として決定するようにすることになり、人によっては、耳の形状が違うため、十分なノイズキャンセル効果が得られないことや、ノイズ成分を非逆相で加算してしまうことにより、異音がするなどの現象が起こりえる。

一般的に、図１８に示すように、第２の実施形態のフィードフォワード方式は、発振する可能性が低く安定度が高いが、十分な減衰量を得るのは困難であり、一方、第１の実施形態のフィードバック方式は、大きな減衰量が期待できる代わりに、系の安定性に注意が必要となる。

なお、イコライザ回路１５も、ＤＳＰ３３２内に構成し、音声信号Ｓをデジタル信号に変換して、ＤＳＰ３３２内のイコライザ回路に供給するようにすることもできる。

この第２の実施形態においても、ノイズモードの切換変更時においては、第１の実施形態と全く同様にして、制御回路３３２３の制御にしたがって、上述の第１の例〜第３の例で説明したような制御動作がなされるものである。

［第３の実施形態および第４の実施形態］
ところで、上述した第１および第２の実施形態では、フィルタ回路をデジタル化すると共に、そのフィルタ係数を複数種、メモリに用意しておき、適宜、その複数種のフィルタ係数の中から適切なフィルタ係数を選択してデジタルフィルタに設定することができるように構成した。

しかし、デジタル化したＦＢフィルタ回路２３およびＦＦフィルタ回路３３では、Ａ／Ｄ変換回路２３１および３３１やＤ／Ａ変換回路２３３および３３３における遅延の問題がある。この遅延の問題について、フィードバック方式のノイズ低減システムに関し、以下に説明する。

例えば、一般的な例として、サンプリング周波数Ｆｓが４８ｋＨｚのＡ／Ｄ変換回路およびＤ／Ａ変換回路を用いる場合において、これらＡ／Ｄ変換回路およびＤ／Ａ変換回路内部でかかる遅延量が、Ａ／Ｄ変換回路およびＤ／Ａ変換回路で各２０サンプルとすると、合計４０サンプルの遅延が、ＤＳＰでの演算遅延に加えて、ＦＢフィルタ回路２３のブロックに内包され、その結果、その遅延がオープンループの遅延として系全体に掛かることになる。

具体的に、サンプリング周波数４８ｋＨｚで４０サンプルの遅延分に相当するゲイン・位相を、図１９（Ａ）に示すが、数１０Ｈｚから位相回転が始まり、Ｆｓ／２の周波数(２４ｋＨｚ)に到るまで大きく回転している。これは、図２０に示したように、サンプリング周波数４８ｋＨｚにて１サンプルの遅れは、Ｆｓ／２の周波数で１８０ｄｅｇ．（π）分の遅れに相当し、同じく、２サンプル、３サンプルの遅れは、２π、３π分の遅れに相当ことがわかれば容易に理解できる。

一方、フィードバック構成を前提とした実際のノイズ低減システムを持つヘッドホン構成において、ドライバー１１の位置からマイクロホン２１までの伝達関数を測定したのが、図２１である。この場合、マイクロホン２１の配置位置は、ドライバー１１の振動板前面近傍に設置されており、両者の距離が近いために位相回転が比較的少ないことがわかる。

図２１に示す伝達関数は、図４に示した（式１）、（式２）におけるＡＤＨＭに相当しており、これと、伝達関数−βの特性を持つフィルタを周波数軸上で掛け合わせたものが、そのままオープンループとなる。このオープンループの形状が、図４に示した（式２）および図５を用いて示した前述の条件を満たす必要がある。

ここで、もう一度、図１９（Ａ）の位相特性を見ると、０ｄｅｇ.から始まって１ｋＨｚ付近で１周（２π）回転していることがわかる。これに加え、図２１のＡＤＨＭ特性においても、ドライバー１１からマイクロホン２１までの距離により位相遅れは存在している。

ＦＢフィルタ回路２３では、Ａ／Ｄ変換回路２３１およびＤ／Ａ変換回路２３３における遅延成分と直列に、自由設計できるＤＳＰ２３２に構成されるデジタルフィルタ部が接続されている。しかし、このデジタルフィルタ部においては、基本的に位相進みのフィルタは、因果律から見て設計することは困難である。ただし、フィルタ形状の構成によっては、特定帯域だけの「部分的な」位相進みはありえるが、この遅延による位相回転を補償するような広い帯域の位相進み回路を作るのは不可能である。

このことを考えると、ＤＳＰ２３２により、伝達関数−βの好適なデジタルフィルタを設計しても、この場合、フィードバック構成にてノイズ低減効果を得ることができる帯域は、位相が１周回転する１ｋＨｚ近辺以下に限られ、ＡＤＨＭ特性をも組み込んだオープンループを想定し、位相余裕・ゲイン余裕を見込むと、その減衰量や減衰帯域は、さらに狭められてしまうことがわかる。

その意味で、図２１に示すような特性に対して望ましいβ特性（伝達関数−βのブロック内の位相反転系）というのは、図２２に示すように、ゲイン形状がノイズ低減効果を狙う帯域においてほぼ山型の形状を持ちながら、位相回転はあまり起こらない（図２２では低域から高域まで位相特性は１回転していない）形状であることがわかる。そこで、系全体として、位相が一回転しないように設計することが、当面の目標となる。

なお、本質的には、ノイズ低減の対象帯域（主として低域）において位相回転が小さければ、帯域外についての位相変化は、ゲインさえ落ちていれば関係ない。しかし、一般に、高域での位相回転が多いと、これは低域にも少なからず影響があるため、広い帯域を対象として位相回転を少なく設計するのが、この実施形態の目的である。

また、アナログ回路においては、図２２のような特性は設計可能であり、その意味において、前述したデジタルフィルタで構成するメリットと引き換えに、アナログ回路でシステム設計した場合に比べてノイズ低減効果を大きく損なうことは好ましくない。

ところで、サンプリング周波数を高くすれば、Ａ／Ｄ変換回路およびＤ／Ａ変換回路での遅延を小さくすることできる。しかし、サンプリング周波数を高くしたものは、製品として非常に高価になり、軍事用や産業用としては実現可能である。しかし、音楽聴取用のヘッドホン装置など、一般消費者向けの製品としては、価格が高価になりすぎて、実用度が低い。

そこで、この第３の実施形態および第４の実施形態では、第１の実施形態および第２の実施形態におけるデジタル化のメリットを活かしながら、ノイズ低減効果を、より大きくすることができる手法を提供する。

図２３は、第３の実施形態のヘッドホン装置の構成を示すブロック図である。この第３の実施形態は、第１の実施形態のフィードバック方式を用いたノイズ低減装置部２０の構成を改善したものである。

この第３の実施形態では、図２３に示すように、ＦＢフィルタ回路２３の構成を、Ａ／Ｄ変換回路２３１、ＤＳＰ２３２、Ｄ／Ａ変換回路２３３からなるデジタル処理系に、アナログフィルタ回路２３４からなるアナログ処理系を並列に設けたものとする。

そして、アナログフィルタ回路２３４で生成されたアナログノイズ低減音声信号を、加算回路１６に供給するようにする。そして、ＦＢフィルタ回路２３４のＤ／Ａ変換回路２３３からのアナログ信号をこの加算回路１６に供給して、アナログフィルタ回路２３４からの信号と加算する。そして、この加算回路１６の出力信号をパワーアンプ１３に供給するようにする。その他は、図１に示した構成と全く同一とする。

なお、図２３におけるアナログフィルタ回路２３４は、実際には、入力音声信号に対して、フィルタ処理を行なわずに、入力音声信号をそのままスルーさせて、加算回路１６に供給するようにする場合を含む。その場合には、アナログ素子がアナログ処理系に存在しないので、ばらつきや安定性の面で信頼性の高いシステムとなる。

この第３の実施形態のＦＢフィルタ回路２３では、デジタル処理系とアナログ処理系とで、並列に処理した後に両者を加算した結果が、伝達関数βの特性として、図２２に示したようなゲイン特性および位相特性を有するように、前述したメモリ２４に記憶されるフィルタ係数が設計される。

この第３の実施形態によれば、デジタル処理系のパスに並列にアナログ処理系のパスを加えることにより、上述した問題を軽減して、種々のノイズ環境に応じた良好なノイズ低減を行なうことができる。

デジタル処理系のパスに並列にアナログ処理系のパス（スルーとした場合）を加えたときの特性を、図２４に示す。図２４（Ａ）は、この例の場合における伝達関数のインパルス応答の先頭部（１２８サンプルまで）を示し、また、図２４（Ｂ）は位相特性、図２４（Ｃ）はゲイン特性をそれぞれ示している。

図２４（Ｂ）から、この第３の実施形態によれば、アナログパスを加えることで、位相回転が抑えられており、低域から高域に至るまで１回転も位相が回っていないことが分かる。

各特性を別の面から見れば、ノイズ低減の中心となる低域特性は、デジタルフィルタによる処理系の影響が大きくなり、一方、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路での遅延により、位相回転が大きくなりがちな中高域に関しては、応答の速いアナログパスの特性が効果的に使用されていることになる。

こうして、この第３の実施形態によれば、構成規模を大きくすること無く、種々のノイズ環境に適合させたノイズ低減が可能なノイズ低減装置およびヘッドホン装置を提供することができる。

第３の実施形態は、フィードバック方式のノイズ低減を行なう場合であるが、第２の実施形態のフィードフォワード方式のノイズ低減を行なう場合にも同様に適用することができる。

この第３の実施形態においても、ノイズモードの切換変更時においては、第１の実施形態と全く同様にして、制御回路２３２３の制御にしたがって、上述の第１の例〜第３の例で説明したような制御動作がなされるものである。

次に、第４の実施形態は、フィードフォワード方式のノイズ低減を行なう第２の実施形態において、上述したデジタルフィルタのみを用いる場合の問題点を改善したもので、その構成例を図２５に示す。

すなわち、この第４の実施形態では、ＦＦフィルタ回路３３の構成を、Ａ／Ｄ変換回路３３１、ＤＳＰ３３２、Ｄ／Ａ変換回路３３３からなるデジタル処理系に、アナログフィルタ回路３３４からなるアナログ処理系を並列に設けたものとする。

そして、アナログフィルタ回路３３４で生成されたアナログノイズ低減音声信号を、加算回路１４に加えるようにする。その他は、図１５に示した構成と全く同一とする。

なお、図２５におけるアナログフィルタ回路３３４は、入力音声信号に対して、フィルタ処理を行なわずに、入力音声信号をそのままスルーさせて、加算回路１４に供給するようにする場合を含む。その場合には、アナログ素子がアナログ処理系に存在しないので、ばらつきや安定性の面で信頼性の高いシステムとなる。

この第４の実施形態のＦＦフィルタ回路３３では、デジタル処理系とアナログ処理系とで、並列に処理した後に両者を加算した結果が、伝達関数αの特性として、図２２に示したようなゲイン特性および位相特性を有するように、前述したメモリ３４に記憶されるフィルタ係数が設計される。

なお、イコライザ回路１５は、ＤＳＰ２３２、３３２内に構成し、音声信号Ｓをデジタル信号に変換して、ＤＳＰ２３２、３３２内のイコライザ回路に供給するようにすることもできる。

この第４の実施形態においても、ノイズモードの切換変更時においては、第２の実施形態と全く同様にして、制御回路３３２３の制御にしたがって、上述の第１の例〜第３の例で説明したような制御動作がなされるものである。

［第５の実施形態］
前述したように、第２の実施形態のフィードフォワード方式は、発振する可能性が低く安定度が高いが、十分な減衰量を得るのは困難であり、一方、第１の実施形態のフィードバック方式は、大きな減衰量が期待できる代わりに、系の安定性に注意が必要となる。

そこで、この第５の実施形態では、両方式の利点を持つノイズ低減方式を提供する。すなわち、この第５の実施形態では、図２６に示すように、フィードバック方式のノイズ低減装置部２０と、フィードフォワード方式のノイズ低減装置部３０との両方を備える構成とする。

なお、図２６では、伝達関数を用いてブロック構成を示しており、フィードバック方式のノイズ低減装置部２０では、マイクロホン２１およびマイクアンプ２２の部分に対応する伝達関数をＭ１、ＦＢフィルタ回路２３で生成されたノイズ低減音声信号を出力増幅するパワーアンプの伝達関数をＡ１、そのノイズ低減音声信号を音響再生するドライバーの伝達関数をＤ１とする。そして、そのドライバーからキャンセルポイントＰｃまでの空間伝達関数をＨ１としている。

また、フィードフォワード方式のノイズ低減装置部３０では、マイクロホン３１およびマイクアンプ３２の部分に対応する伝達関数をＭ２、ＦＢフィルタ回路３３で生成されたノイズ低減音声信号を出力増幅するパワーアンプの伝達関数をＡ２、そのノイズ低減音声信号を音響再生するドライバーの伝達関数をＤ２とする。そして、そのドライバーからキャンセルポイントＰｃまでの空間伝達関数をＨ２としている。

そして、この図２６の実施形態では、メモリ３４には、ＦＢフィルタ回路２３およびＦＦフィルタ回路３３のそれぞれに供給すべき、それぞれ複数セットのフィルタ係数を記憶しており、ＤＳＰ２３および３３が備える制御回路２３２５および３３２３が、それぞれ用の複数セットのフィルタ係数の中から、前述したような操作部３５を通じたユーザのノイズ切換ボタンの押下操作に応じて、適切なフィルタ係数をそれぞれ選択して、それぞれのフィルタ回路２３,３３に設定するように構成されている。

そして、図２６の例では、フィードバック方式のノイズ低減装置部で生成したノイズ低減音声信号を音響再生する系と、フィードフォワード方式のノイズ低減装置部で生成したノイズ低減音声信号を音響再生する系とは、それぞれ別々に設けられる。

そして、図２６の例では、フィードバック方式のノイズ低減装置部で生成したノイズ低減音声信号を音響再生する系のパワーアンプおよびドライバーは、ノイズ低減用としてのみ用いられ、フィードバック方式のノイズ低減装置部で生成したノイズ低減音声信号を音響再生する系のパワーアンプおよびドライバーは、ノイズ低減用のみならず、聴取対象の音声信号Ｓの音響再生用としても用いられる。このため、音声信号Ｓは、入力端１２を通じてＡ／Ｄ変換回路３６でデジタル信号に変換され、ＤＳＰ３３２内に構成されているデジタルイコライザ回路に供給されるように構成されている。

さらに、この図２６の例では、聴取対象の音声信号Ｓは、Ａ／Ｄ変換回路３７でデジタル音声信号に変換された後、ＦＦフィルタ回路３３のＤＳＰ３３２に供給される。図示は省略したが、この例のＤＳＰ３３２には、フィードフォワード方式のノイズ低減音声信号を生成するためのデジタルフィルタだけでなく、聴取対象の音声信号Ｓの音声特性を調整するためのイコライザ回路と、加算回路とが構成されており、イコライザ回路の出力音声信号と、デジタルフィルタで生成されたノイズ低減音声信号とが加算回路で加算されて、ＤＳＰ３３２から出力されるように構成されている。

この第５の実施形態においては、フィードバック方式のノイズ低減装置部２０と、フィードフォワード方式のノイズ低減装置部３０とが、それぞれ独立して上述したノイズ低減処理動作を行なう。ただし、ノイズキャンセルポイントＰｃは、両方式において同一位置となるようにされている。

したがって、この第５の実施形態によれば、フィードバック方式とフィードフォワード方式のノイズ低減処理が相補的に動作して、両方式の利点が得ることができるノイズ低減システムを実現することができる。

なお、図２６では、フィードバック方式とフィードフォワード方式の両方で、デジタルフィルタのフィルタ係数の変更を行なうようにしたが、一方の方式のデジタルフィルタのみ、例えばフィードフォワード方式のデジタルフィルタのみについてフィルタ係数を選択変更することができるように構成しても良い。

また、図２６の例では、ＦＢフィルタ回路２３と、ＦＦフィルタ回路３３とは、それぞれ別々のＤＳＰに構成するようにしたが、一つのＤＳＰに構成することで、全体の回路構成を簡略化することができる。また、図２６の例では、パワーアンプおよびドライバーも、フィードバック方式のノイズ低減装置部２０と、フィードフォワード方式のノイズ低減装置部３０とで、別々に設けるようにしたが、前述の実施形態と同様に、一つのパワーアンプ１５と、ドライバー１１で構成することもできる。そのようにした構成した場合の例を、図２７に示す。

すなわち、この図２７の例においては、Ａ／Ｄ変換回路４１と、ＤＳＰ４２と、Ａ／Ｄ変換回路４３と、Ａ／Ｄ変換回路４４とからなるフィルタ回路４０が設けられる。そして、マイクアンプ２１からのアナログ音声信号は、Ａ／Ｄ変換回路４４によりデジタル音声信号に変換されて、ＤＳＰ４２に供給される。さらに、入力端１２を通じて入力された聴取対象の音声信号Ｓは、Ａ／Ｄ変換回路３６によりデジタル音声信号に変換されて、ＤＳＰ４２に供給される。

この例においては、ＤＳＰ４２には、図２８に示すように、フィードバック方式のノイズ低減音声信号を得るためのデジタルフィルタ回路４２１と、フィードフォワード方式のノイズ低減音声信号を得るためのデジタルフィルタ回路４２２と、デジタルイコライザ回路４２３と、ゲイン可変回路４２４と、ゲイン可変回路４２５と、加算回路４２６と、制御回路４２７とが構成される。

そして、Ａ／Ｄ変換回路４４からのデジタル音声信号（マイクロホン２１で収音された音声のデジタル信号）がデジタルフィルタ回路４２１に供給され、Ａ／Ｄ変換回路４１からのデジタル音声信号（マイクロホン３１で収音された音声のデジタル信号）がデジタルフィルタ回路４２２に供給され、Ａ／Ｄ変換回路３６からのデジタル音声信号（聴取対象音声のデジタル信号）がイコライザ回路４２３に供給される。

また、前述したように、この例においては、メモリ３４には、デジタルフィルタ４２１用の複数個（複数セット）のフィルタ係数と、デジタルフィルタ４２２用の複数個（複数セット）のフィルタ係数とが記憶されており、制御回路４２７は、操作部３５を通じたユーザ操作に応じて、メモリ３４から、デジタルフィルタ回路４２１用およびデジタルフィルタ回路４２２用のフィルタ係数を選択して、これらデジタルフィルタ回路４２１およびデジタルフィルタ回路４２２に供給するようにする。

また、メモリ３４には、デジタルイコライザ回路４２３のイコライザ特性を、デジタルフィルタ４２２用の複数個（複数セット）のフィルタ係数に応じたものとするパラメータも記憶されており、制御回路４２７は、操作部３６を通じたユーザ操作に応じて、メモリ３４から、デジタルフィルタ回路４２２用のフィルタ係数の選択に応じて、イコライザ特性用のパラメータを選択的に読み出して、デジタルイコライザ回路４２３に供給するようにする。

そして、デジタルフィルタ回路４２１およびデジタルフィルタ回路４２２の出力側には、前述の実施形態と同様に、ゲイン可変回路４２４および４２５が設けられており、制御回路４２７の制御を受けて、上述したようなノイズモードの変更時のノイズ低減効果の制御がなされる。

そして、ゲイン可変回路４２４および４２５を通じて得られるデジタルフィルタ回路４２１およびデジタルフィルタ回路４２２で生成されたノイズ低減音声信号と、イコライザ回路４２３からのデジタル音声信号とが加算回路４２６に供給されて加算され、その加算結果がＤ／Ａ変換回路４３に供給されてアナログ音声信号に変換される。このＤ／Ａ変換回路４３からのアナログ音声信号がパワーアンプ１３を通じてドライバー１１に供給される。これにより、ノイズキャンセルポイントＰｃで、ノイズ３´が低減（キャンセル）されるようにされる。

なお、図２８において、４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄは、ノイズ低減装置部と、ドライバー１１、マイクロホン２１、マイクロホン３１、入力端１２（ヘッドホンプラグ）などとの間で、接続ケーブルが接続される接続端子部である。

この第５の実施形態においても、ノイズモードの切換変更時においては、第１および第２の実施形態と全く同様にして、制御回路４２７の制御にしたがって、上述の第１の例〜第３の例で説明したような制御動作がなされるものである。

［第６の実施形態］
この第６の実施形態は、前述した第３および第４の実施形態と同様に、第５の実施形態がデジタル処理のみであって、Ａ／Ｄ変換回路およびＤ／Ａ変換回路での遅延の問題があることにかんがみ、当該問題を改善した場合の実施形態である。

すなわち、この第６の実施形態においては、図２３および図２５に示した第３の実施形態および第４の実施形態と同様に、デジタルフィルタの系と並列にアナログフィルタの系を設ける。図２９に、この第６の実施形態の場合のノイズ低減装置部５０の例のブロック図を示す。

この第６の実施形態のノイズ低減装置部５０においては、図２９に示すように、フィルタ回路４０には、フィードバック方式のアナログノイズ低減音声信号を生成するためのアナログフィルタ回路５１と、フィードフォワード方式のアナログノイズ低減音声信号を生成するためのアナログフィルタ回路５２と、加算回路５３とを、図２８の構成に追加する。

そして、マイクアンプ２２からのアナログ音声信号は、Ａ／Ｄ変換回路４４に供給されると共に、フィードバック方式のアナログノイズ低減音声信号を生成するためのアナログフィルタ回路５１に供給される。そして、このアナログフィルタ回路５１からのアナログノイズ低減音声信号が加算回路５３に供給される。

また、マイクアンプ３２からのアナログ音声信号は、Ａ／Ｄ変換回路４１に供給されると共に、フィードフォワード方式のアナログノイズ低減音声信号を生成するためのアナログフィルタ回路５２に供給される。そして、このアナログフィルタ回路５２からのアナログノイズ低減音声信号が加算回路５３に供給される。

そして、加算回路５３においては、さらに、Ｄ／Ａ変換回路４３からのノイズ低減音声信号と聴取対象音声信号との加算信号が供給される。そして、加算回路５３からの音声信号がパワーアンプ１５を通じてドライバー１１に供給される。これにより、この実施形態においては、フィードバック方式のノイズ低減処理と、フィードフォワード方式のノイズ低減処理とを併用すると共に、デジタルフィルタのみでノイズ低減音声信号を生成する場合の問題を解決して、一般消費者用として実現可能なノイズ低減装置およびヘッドホン装置を提供することができる。

この第６の実施形態においても、ノイズモードの切換変更時においては、第５の実施形態と全く同様にして、制御回路２３２３の制御にしたがって、上述の第１の例〜第３の例で説明したような制御動作がなされるものである。

［その他の実施形態および変形例］
以上の第１〜第６の実施形態では、操作部のノイズモード切換ボタンが押下操作される毎に、デジタルフィルタ回路に構成されるＮＣフィルタを、したがって、ノイズモードを変更するようにする場合について説明したが、この発明は、同じノイズモードのＮＣフィルタをどの程度のノイズ低減量で使用するのが好適であるかを検出する場合にも適用できる。

すなわち、その場合には、操作部を通じたユーザ操作が検出される毎に、ノイズ低減効果漸増区間Ｂにおける最大低減量を、図３０に示すように、同じＮＣフィルタにおける第１最大低減量、第２最大低減量、第３最大低減量というように、変更する。ユーザは、いずれの最大低減量が、当該ＮＣフィルタの最大低減量として有効であるかを判断することができる。

また、以上の第１〜第６の実施形態では、操作部のモード切換ボタンを押下する毎に、異なるノイズ環境に対応したノイズモードに変更する場合の告知は、音声により行うようにしたが、音声に限られるものではない。例えば、装置に表示部を設け、各ノイズ環境（ノイズモード）の名称（「駅のプラットホーム」、「飛行場」、「電車の中」など）を表示部に表示してユーザに告知するようにしても良い。

また、操作部２５，３５は、押ボタンに限られるものではなく、種々の構成の操作手段を用いることができる。例えば、ヘッドホン筐体２などをリスナ１が軽くたたいたとき（タップしたとき）を検出し、その検出出力を、押ボタンを押下したときと同様に、次のフィルタ係数の変更タイミングとするようにしてもよい。

この場合に、ヘッドホン筐体などがたたかれたことを検出する検出手段としては、振動センサを別個設けるようにして良いが、マイクロホン２１または３１を、次のような構成とすることにより、振動センサを設けずに検出することができる。

すなわち、図３１は、マイクロホン２１に適用した場合の例である。この例においては、マイクロホン２１として、２個のマイクロホン素子２１ａと２１ｂとを、その互いの振動板を対向させた状態で設ける。そして、収音すべき音声信号は、図３１に示すように、これら２個のマイクロホン素子２１ａおよび２１ｂの対向する振動板の間に入力するような構造とする。

このようにすると、マイクロホン素子２１ａと、マイクロホン素子２１ｂとで、収音音声に対するそれぞれの振動板の凹方向振動と、凸方向振動とが、同相になる。このため、図３２（Ａ）に示すように、マイクロホン素子２１ａの出力信号ｍａと、マイクロホン素子２１ｂの出力信号ｍｂとは同相となる。したがって、それぞれマイクロホン素子２１ａ，２１ｂからの収音音声信号ｍａ，ｍｂをマイクアンプ２２ａ，２２ｂを通じて加算回路６１で加算することで、収音音声信号の出力信号を得ることができる。

一方、ヘッドホン筐体２がたたかれたことによる振動は、マイクロホン２１全体として加わるので、マイクロホン素子２１ａと、マイクロホン素子２１ｂとでは、それぞれの振動板の凹方向振動と、凸方向振動とが、逆相になる。このため、図３２（Ｂ）に示すように、マイクロホン素子２１ａの出力信号ｍａと、マイクロホン素子２１ｂの出力信号ｍｂとは同相となる。したがって、加算回路６１では、たたかれたことによる振動の成分は除去される。

一方、マイクアンプ２２ａの出力信号と、マイクアンプ２２ｂの出力信号とを減算回路６２で減算すると、同相である収音音声信号成分は相殺されてしまうが、逆相である、たたかれたことによる振動成分が得られる。

したがって、この振動成分を用いることで、ユーザにより筐体がたたかれたことを検出して、その検出出力をノイズモード切換指示であると判別することができる。

また、上述の実施形態では、ユーザ操作がある毎に、ノイズモードを変更するようにしたが、一つのユーザ操作があったら、ＤＳＰの制御回路は、メモリ２４または３４から、複数個のノイズモードのＮＣフィルタを、順次に予め定めた一定期間ずつ、デジタルフィルタ回路に設定し、リスナに前記一定時間ずつ、そのノイズ低減効果を体験させるようにしても良い。この場合においては、前記一定時間について、ノイズ低減効果オフ区間、ノイズ低減効果漸増区間Ｂ、ノイズ低減効果最大区間Ｃや、告知区間Ｄ、さらには、ノイズ低減効果漸減区間Ｅを設けて、各ＮＣフィルタについてのノイズ低減効果の体験区間の区切りを明確にすることができる。

なお、このように連続的に、複数のノイズモードをユーザに提示するようにする場合には、すべてのノイズモードのＮＣフィルタについてのノイズ低減効果の聴取を終了した後、リスナからの何番目のノイズモードが最適化の入力を受けるようにするか、あるいは、最適なノイズモードであるとユーザが判断したノイズモードの選択中時点に、ユーザが所定のユーザ操作をするようにして、ノイズモードをユーザが決定するようにする。後者の場合には、複数個のノイズモードを順次に選択してリスナに一定時間ずつ聴取させる動作を、前記複数個のフィルタ係数について何回か繰り返すようにすると良い。

なお、ユーザが、最適なノイズモードであるかどうかを判断する際に、聴取対象の音声信号Ｓが再生されていて、前記判断が困難であるときには、フィルタ係数変更のユーザ操作があったとき、音声信号Ｓを、ユーザがノイズ低減効果を判断できるような所定時間の間、強制的にミューティングするようにすると良い。

上述の各実施形態の説明では、ＦＢフィルタ回路およびＦＦフィルタ回路において、デジタルフィルタ回路は、ＤＳＰを用いて構成したが、このＤＳＰの代わりにマイクロコンピュータ（あるいはマイクロプロセッサ）を用いて、ソフトウエアプログラムによりデジタルフィルタ回路の処理を行うようにすることができる。

また、以上の実施形態は、この発明の実施形態のノイズ低減音声出力装置が、ヘッドホン装置である場合について説明したが、マイクロホンを備えるイヤホン装置やヘッドセット装置、さらには携帯電話端末などの通信端末にも適用できる。また、この発明の実施形態のノイズ低減音声出力装置は、ヘッドホン、イヤホン、ヘッドセットと組み合わせた携帯型音楽再生装置にも適用可能である。

その場合、電気−音響変換手段は、ヘッドホンドライバーに限らず、イヤホンドライバーとなる。また、音響−電気変換手段は、音波による振動を電気信号に変換することができるものであれば、どのような構造のものであってもよい。

また、ノイズ低減装置部は、上述の実施形態では、ヘッドホン装置側に設けるようにしたが、ヘッドホン装置が装着される携帯型音楽再生装置や、マイクロホンを備えるイヤホンやヘッドセットに対応した携帯型音楽再生装置側に、ノイズ低減装置部を設けるようにすることもできる。

また、上述の実施形態では、デジタルフィルタのフィルタ係数を変更する場合であるが、この発明は、アナログフィルタのハードウエアを切り換えるようにして、ノイズ環境に応じたノイズ低減特性を切り換える場合にも、この発明は適用することができる。

更に、この発明は、上述したようなノイズ低減装置に限らず、音声信号について、音響効果処理や、その他の処理を、複数種について切り換えて用いることができるような音声出力装置において、それらの音響効果処理やその他の処理を順次に切り換えて、その効果を確認するようにする場合にも適用することが可能である。

この発明によるノイズ低減装置の第１の実施形態が適用されたヘッドホン装置の例のブロック図である。 図１の一部のブロックの詳細構成例を示すためのブロック図である。 この発明によるノイズ低減装置の第１の実施形態の構成を、伝達関数を用いて示した図である。 この発明によるノイズ低減装置の実施形態を説明するために用いる図である。 この発明によるノイズ低減装置の第１の実施形態を説明するために用いる図である。 この発明によるノイズ低減装置の第１の実施形態における要部の動作を説明するために用いる図である。 この発明によるノイズ低減装置の第１の実施形態における要部の動作を説明するために用いる図である。 この発明によるノイズ低減装置の第１の実施形態における要部の動作を説明するために用いる図である。 この発明によるノイズ低減装置の第１の実施形態における要部の動作を説明するためのフローチャートを示す図である。 この発明によるノイズ低減装置の第１の実施形態における要部の動作を説明するために用いる図である。 この発明によるノイズ低減装置の第１の実施形態における要部の動作の他の例を説明するために用いる図である。 この発明によるノイズ低減装置の実施形態における要部の動作の他の例を説明するためのフローチャートの一部を示す図である。 この発明によるノイズ低減装置の実施形態における要部の動作の他の例を説明するためのフローチャートの一部を示す図である。 この発明によるノイズ低減装置の第１の実施形態における要部の動作の更に他の例を説明するために用いる図である。 この発明によるノイズ低減装置の第２の実施形態が適用されたヘッドホン装置の例のブロック図である。 図１５の一部のブロックの詳細構成例を示すためのブロック図である。 この発明によるノイズ低減装置の第２の実施形態の構成を、伝達関数を用いて示した図である。 フィードバック方式のノイズ低減システムと、フィードフォワード方式のノイズ低減システムの減衰特性を説明するために用いる図である。 第３および第４の実施形態を説明するために用いる図である。 第３および第４の実施形態を説明するために用いる図である。 第３および第４の実施形態を説明するために用いる図である。 第３および第４の実施形態を説明するために用いる図である。 この発明によるノイズ低減装置の第３の実施形態が適用されたヘッドホン装置の例のブロック図である。 この発明によるノイズ低減装置の第３の実施形態の特性を説明するために用いる図である。 この発明によるノイズ低減装置の第４の実施形態が適用されたヘッドホン装置の例のブロック図である。 この発明によるノイズ低減装置の第５の実施形態が適用されたヘッドホン装置の例のブロック図である。 この発明によるノイズ低減装置の第５の実施形態が適用されたヘッドホン装置の他の例のブロック図である。 図１８の一部のブロックの詳細構成例を示す図である。 この発明によるノイズ低減装置の第６の実施形態が適用されたヘッドホン装置の例のブロック図である。 この発明によるノイズ低減装置の実施形態における要部の動作の他の例を説明するために用いる図である。 この発明によるノイズ低減装置の実施形態における要部の動作の他の例を説明するために用いる図である。 この発明によるノイズ低減装置の実施形態における要部の動作の他の例を説明するために用いる図である。

符号の説明

１…リスナ、２…ヘッドホン筐体、３…ノイズ源、１１…ヘッドホンのドライバー、１２…音声信号入力端、１３…パワーアンプ、１４…加算回路、１５…イコライザ回路、２１、３１…マイクロホン、２３…ＦＢフィルタ回路、３３…ＦＦフィルタ回路、２４，３４…メモリ、２５，３５…操作部、２３１，３３１…Ａ／Ｄ変換回路、２３２，３３２…ＤＳＰ、２３３，３３３…Ｄ／Ａ変換回路、２３２５、３３２３…制御回路

Claims (6)

1. 収音手段で収音して得たノイズの信号から前記ノイズを低減するためのノイズ低減音声信号を生成し、前記ノイズ低減音声信号を音響再生して、前記ノイズと音響的に合成することにより、前記ノイズを低減するノイズ低減装置において、
   前記収音手段からの信号から前記ノイズ低減音声信号を生成するノイズ低減音声信号生成手段と、
   前記ノイズ低減音声信号生成手段のノイズ低減特性を切り換える切換手段と、
   前記切換手段による前記ノイズ低減特性の切り換え変更時に、前記音声信号に対する前記ノイズ低減効果を抑止して、前記ノイズ低減処理が施されていない音声を出力する効果オフ期間を設け、当該効果オフ期間の後、変更後の前記ノイズ低減特性により前記ノイズ低減音声信号生成手段は前記ノイズ低減音声信号を生成するようにする制御手段と、
   前記ノイズ低減特性の切り換え変更時に、その切り換え変更をユーザに告知するとともに、切り換え後のノイズ低減特性をユーザに告知する告知手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記効果オフ期間の後、変更後のノイズ低減特性を、その効果を最大値まで徐々に上げるように、変化させ、前記ノイズ低減特性の切り換え変更時に、変更前のノイズ低減特性を、その効果を実質上ゼロまで徐々に下げるように、変化させた後、前記効果オフ期間とし、
   前記告知手段は、前記ノイズ低減特性を切り換える前のノイズ低減特性によるノイズ低減効果がオンとなっている状態において、前記告知を行なう
   ノイズ低減装置。
2. 収音手段で収音して得たノイズの信号から前記ノイズを低減するためのノイズ低減音声信号を生成し、前記ノイズ低減音声信号を音響再生して、前記ノイズと音響的に合成する処理系により、前記ノイズを低減するノイズ低減方法において、
   前記処理系は、
   前記収音手段からの信号から前記ノイズ低減音声信号を生成するためのノイズ低減音声信号生成工程と、
   前記ノイズ低減音声信号生成工程におけるノイズ低減特性を切り換える切換工程と、
   前記切換工程による前記ノイズ低減特性の切り換え変更時に、前記音声信号に対する前記ノイズ低減効果を抑止して、前記ノイズ低減処理が施されていない音声を出力する効果オフ期間を設け、当該効果オフ期間の後、変更後の前記ノイズ低減特性により前記ノイズ低減音声信号生成手段は前記ノイズ低減音声信号を生成するようにする制御工程と、
   前記ノイズ低減特性の切り換え変更時に、その切り換え変更をユーザに告知するとともに、切り換え後のノイズ低減特性をユーザに告知する告知工程と、
   を備え、
   前記制御工程は、前記効果オフ期間の後、変更後のノイズ低減特性を、その効果を最大値まで徐々に上げるように、変化させ、前記ノイズ低減特性の切り換え変更時に、変更前のノイズ低減特性を、その効果を実質上ゼロまで徐々に下げるように、変化させた後、前記効果オフ期間とし、
   前記告知工程は、前記ノイズ低減特性を切り換える前のノイズ低減特性によるノイズ低減効果がオンとなっている状態において、前記告知を行なう
   ノイズ低減方法。
3. 収音手段で収音して得たノイズの信号から前記ノイズを低減するためのノイズ低減音声信号を生成し、前記ノイズ低減音声信号を音響再生して、前記ノイズと音響的に合成する処理系により前記ノイズを低減するために、前記処理系に、
   前記ノイズ低減音声信号を生成するためのノイズ低減音声信号生成工程と、
   前記ノイズ低減音声信号生成工程におけるノイズ低減特性を切り換える切換工程と、
   前記切換工程による前記ノイズ低減特性の切り換え変更時に、前記音声信号に対する前記ノイズ低減効果を抑止して、前記ノイズ低減処理が施されていない音声を出力する効果オフ期間を設け、当該効果オフ期間の後、変更後の前記ノイズ低減特性により前記ノイズ低減音声信号生成手段は前記ノイズ低減音声信号を生成するようにする制御工程と、
   前記ノイズ低減特性の切り換え変更時に、その切り換え変更をユーザに告知するとともに、切り換え後のノイズ低減特性をユーザに告知する告知工程と、
   を実行させ、
   前記制御工程は、前記効果オフ期間の後、変更後のノイズ低減特性を、その効果を最大値まで徐々に上げるように、変化させ、前記ノイズ低減特性の切り換え変更時に、変更前のノイズ低減特性を、その効果を実質上ゼロまで徐々に下げるように、変化させた後、前記効果オフ期間とし、
   前記告知工程は、前記ノイズ低減特性を切り換える前のノイズ低減特性によるノイズ低減効果がオンとなっている状態において、前記告知を行なう
   ノイズ低減処理用プログラム。
4. 装着されたときに、耳の近傍において、入力音声信号を音響再生して再生音声を出力する電気−音響変換手段を備えると共に、外部からのノイズを低減するノイズ低減処理部を備えるノイズ低減音声出力装置であって、
   前記ノイズ低減処理部は、
   前記ノイズを収音する収音手段からの信号から前記ノイズ低減音声信号を生成するノイズ低減音声信号生成手段と、
   前記ノイズ低減音声信号生成手段のノイズ低減特性を切り換える切換手段と、
   前記切換手段による前記ノイズ低減特性の切り換え変更時に、前記音声信号に対する前記ノイズ低減効果を抑止して、前記ノイズ低減処理が施されていない音声を出力する効果オフ期間を設け、当該効果オフ期間の後、変更後の前記ノイズ低減特性により前記ノイズ低減音声信号生成手段は前記ノイズ低減音声信号を生成するようにする制御手段と、
   前記ノイズ低減特性の切り換え変更時に、その切り換え変更をユーザに告知するとともに、切り換え後のノイズ低減特性をユーザに告知する告知手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記効果オフ期間の後、変更後のノイズ低減特性を、その効果を最大値まで徐々に上げるように、変化させ、前記ノイズ低減特性の切り換え変更時に、変更前のノイズ低減特性を、その効果を実質上ゼロまで徐々に下げるように、変化させた後、前記効果オフ期間とし、
   前記告知手段は、前記ノイズ低減特性を切り換える前のノイズ低減特性によるノイズ低減効果がオンとなっている状態において、前記告知を行なう
   ノイズ低減音声出力装置。
5. 請求項４に記載のノイズ低減音声出力装置において、
   当該ノイズ低減音声出力装置の筐体がたたかれたことを検知する検知手段を備え、
   前記ノイズ低減特性の切り換え変更時点は、前記検知手段により、前記筐体がたたかれたことを検知したときである
   ノイズ低減音声出力装置。
6. 装着されたときに、耳の近傍において、入力音声信号を音響再生して再生音声を出力する電気−音響変換手段を備えると共に、外部からのノイズを低減するノイズ低減処理部を備えるノイズ低減音声出力装置における音声出力方法であって、
   前記ノイズ低減処理部は、
   前記ノイズを収音する収音手段からの信号から前記ノイズ低減音声信号を生成するノイズ低減音声信号生成工程と、
   前記ノイズ低減音声信号生成工程におけるノイズ低減特性を切り換える切換工程と、
   前記切換工程による前記ノイズ低減特性の切り換え変更時に、前記音声信号に対する前記ノイズ低減効果を抑止して、前記ノイズ低減処理が施されていない音声を出力する効果オフ期間を設け、当該効果オフ期間の後、変更後の前記ノイズ低減特性により前記ノイズ低減音声信号生成手段は前記ノイズ低減音声信号を生成するようにする制御工程と、
   前記ノイズ低減特性の切り換え変更時に、その切り換え変更をユーザに告知するとともに、切り換え後のノイズ低減特性をユーザに告知する告知工程と、
   を備え、
   前記制御工程は、前記効果オフ期間の後、変更後のノイズ低減特性を、その効果を最大値まで徐々に上げるように、変化させ、前記ノイズ低減特性の切り換え変更時に、変更前のノイズ低減特性を、その効果を実質上ゼロまで徐々に下げるように、変化させた後、前記効果オフ期間とし、
   前記告知工程は、前記ノイズ低減特性を切り換える前のノイズ低減特性によるノイズ低減効果がオンとなっている状態において、前記告知を行なう
   ノイズ低減音声出力方法。

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