JP5353044B2 - 信号処理装置、信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロフォンによる収音信号に対して所要の信号特性を与えるためのフィルタ処理を施す信号処理装置とその方法に関し、特に、ノイズキャンセリング機能を有する装置に適用して好適な信号処理装置とその方法を提案するものである。

特開平３−２１４８９２号公報 特開平３−９６１９９号公報

ヘッドフォン装置により楽曲などのコンテンツの音声を再生しているときに聴こえてくる外部のノイズをアクティブにキャンセルするようにされた、ヘッドフォン装置対応のいわゆるノイズキャンセリングシステムが知られ、また、実用化されている。このようなノイズキャンセリングシステムとしては、大別してフィードバック方式とフィードフォワード方式との２つの方式が知られている。

例えば、上記特許文献１には、ユーザの耳に装着される音響管内においてイヤホン（ヘッドフォン）ユニットの近傍に設けたマイクロフォンユニットにより収音した音響管内部の騒音（ノイズ）を位相反転させた音声信号を生成し、これをイヤホンユニットから音として出力させることにより、外部ノイズを低減させるようにした構成、つまり、フィードバック方式に対応したノイズキャンセリングシステムの構成が記載されている。
また、上記特許文献２には、その基本構成として、ヘッドフォン装置外筐に取り付けたマイクロフォンにより収音して得た音声信号について所定の伝達関数による特性を与えてヘッドフォン装置から出力させるようにした構成、つまりフィードフォワード方式に対応したノイズキャンセリングシステムの構成が記載されている。

これらフィードフォワード方式、フィードバック方式の何れを採用する場合にも、ノイズキャンセリングのために設定されるフィルタ特性は、例えば外部のノイズ源からの音声がユーザの耳位置（ノイズキャンセル点）に到達するまでの空間伝達関数や、マイクアンプ・ヘッドフォンアンプの特性などの各種の伝達関数に基づき、ユーザ耳位置でノイズがキャンセルされるようにして設定されるものとなる。

現状において、ノイズキャンセリングのためのフィルタ（ＮＣフィルタ）はアナログ回路により構成されている。ここで、ＮＣフィルタをアナログ回路で構成する場合には、例えば異なるノイズ環境にそれぞれ対応するノイズキャンセリングモード（ノイズキャンセリング特性）を可変的に設定するなどとしたときに、それぞれ別々のフィルタ特性を有するフィルタ回路を複数設けておき、それらをスイッチングしてノイズキャンセリングモードの変更を行うことになる。しかしながら、そのような構成は回路実装面積の点などから非現実的であり、結果として現状においては、ノイズキャンセリングモードを選択的に設定することができないものとなっている。

このような現状に対し、先に本出願人は、複数のノイズキャンセリングモードを可変的に設定するための構成として、ＮＣフィルタをデジタル回路で実現する構成を提案している。すなわち、ＮＣフィルタを例えばＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタなどを用いたデジタルフィルタで実現するものである。このようなデジタルフィルタを用いたノイズキャンセリングシステムとした場合は、該デジタルフィルタの構成やフィルタ係数の変更によってＮＣフィルタのフィルタ特性の変更が可能となり、アナログ回路で構成するとした場合よりも簡易な構成でノイズキャンセリング特性（モード）の変更を行うことができる。つまり、ノイズキャンセリングモードを可変的に設定する構成を現実的なものとして実現することができる。

ここで、上記説明からも理解されるように、現状においてノイズキャンセリングモードの変更は、ＮＣフィルタのフィルタ特性の変更を行うことで実現するようにされている。すなわち、１つのノイズキャンセリングモードに対し、１つのフィルタ特性を１対１で対応させているものである。
このような現状の手法によると、上記のようにＮＣフィルタをデジタルフィルタで構成する場合には、可変設定されるべきノイズキャンセリングモードの数と同数のフィルタ特性情報（フィルタ構成やフィルタ係数を表すパラメータ情報）を保持メモリに対して格納しておく必要がある。

しかしながら、今後ノイズキャンセリングシステムとしては、例えば屋外／電車内／飛行機内などといった数種のノイズ環境ごとのノイズキャンセリングモードを可変設定する以外にも、例えばユーザごとの嗜好や耳形状などの、より多くの項目の組み合わせごとに応じたノイズキャンセリングモードを可変設定することが構想されている。このとき、対応すべき項目数が増えれば、その組み合わせに応じて設定すべきノイズキャンセリングモードの数が大きく増加してしまうことになる。すなわち、上記のような現状の手法を採る場合には、より多くのメモリ容量を確保しなければならくなってしまう。
このことからも理解されるように、ノイズキャンセリングモードとフィルタ特性とを１対１で対応させている現状の手法は、記憶資源を浪費する傾向があり、その改善が望まれるものとなる。

また一方で、複数のノイズキャンセリングモードを任意に切り替え可能なシステムでは、或るノイズキャンセリングモードが設定されている状態から他のノイズキャンセリングモードが設定される状態に移行させるのための切り替え処理を行うことになるが、このとき、該切り替えを或る時点を境に瞬時に行ってしまうなど、切り替え処理について何らの配慮も為されない場合には、聴取者に対して音質の急激な変化に伴う違和感を与えてしまう虞がある。具体的には、例えば楽曲等の聴取用の音声の背後音として聴取される音の音質が、上記切り替えに伴って大きく変化してしまうといった現象が起こり、該音質変化がユーザに大きな違和感を与えてしまう可能性がある。

そこで、本発明では上記した問題点を考慮して、信号処理装置として以下のように構成することとした。
つまり、それぞれがマイクロフォンによる収音動作に基づき得られた収音信号を入力し個別にノイズキャンセリングのためのフィルタ処理特性によるフィルタ処理を施すことで、上記収音信号にそれぞれ異なる信号特性を与える複数のフィルタ処理手段を備える。
また、設定された合成比率により上記複数のフィルタ処理手段からのフィルタ処理出力を合成する合成手段を備える。
さらに、ノイズキャンセリングモードを切り替えるべき状態となったことに応じ、上記合成手段による合成比率を、複数の上記フィルタ処理出力の比率が０以外の比率となるまで時変的に変化させる制御手段を備えるようにした。

上記本発明によれば、マイクロフォンによる収音動作に基づき得られた収音信号を入力して個別にノイズキャンセリングのためのフィルタ処理特性によるフィルタ処理を施すと共に、それぞれのフィルタ処理出力を所要の合成比率で合成することができる。これによれば、合成後の収音信号には、複数のフィルタ処理で与えられる信号特性が掛け合わされた中間的な信号特性が与えられた状態とすることができる。すなわち、上記収音信号に対しては、各フィルタ処理の特性の中間的な特性を与えることができる。このように各フィルタ処理特性の中間的な特性を与えることができることで、例えば従来のように収音信号に与えるべき信号特性に対してフィルタ特性を１対１で対応させる必要はなくなる。

また、特に合成比率を時変的に変化させる本発明によれば、収音信号に対して与えるべき信号特性を切り替える際に、従来のように或る時点を境とした瞬時の切り替えが行われてしまうことの防止を図ることができ、信号特性の切り替えに伴うユーザの違和感の低減を図ることができる。

上記のようにして本発明によれば、ノイズキャンセリング特性（ノイズキャンセリングモード）を切り替えるにあたってメモリに保持しておくべきフィルタ特性情報の数を従来よりも格段に少なくすることができる。すなわち、ノイズキャンセリングモードの切り替えを可能とする構成として、従来のように記憶資源が浪費されてしまう点の改善を図ることができる。
また、これと共に、ノイズキャンセリングモードの切り替えに伴うユーザの違和感の低減を図ることのできる優れたノイズキャンセリングシステムを実現することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態という）について説明していく。
先ずは、本実施の形態としての構成を説明するのに先立ち、ノイズキャンセリングシステムの基本概念について説明を行っておく。

＜ノイズキャンセリングシステムの基本概念＞

ノイズキャンセリングシステムの基本的な方式としては、フィードバック（FeedBack：ＦＢ）方式によりサーボ制御を行うようにされたものと、フィードフォワード（FeedForward：ＦＦ）方式とがそれぞれ知られている。先ず、図１により、ＦＢ方式について説明する。

図１（ａ）には、ヘッドフォン装着者（ユーザ）の右耳（Ｌ（左），Ｒ（右）による２チャンネルステレオにおけるＲチャンネル）側における、ＦＢ方式によるノイズキャンセリングシステムのモデル例を模式的に示している。
ここでのヘッドフォン装置のＲチャンネル側の構造としては、先ず、右耳に対応するハウジング部２０１内において、ヘッドフォン装置を装着したユーザ５００の右耳に対応する位置にドライバ２０２を設けるようにされる。ドライバ２０２は振動板を備えたいわゆるスピーカと同義のものであり、音声信号の増幅出力により駆動（ドライブ）されることで音声を空間に放出するようにして出力するものである。

そのうえで、ＦＢ方式としては、ハウジング部２０１内においてユーザ５００の右耳に近いとされる位置に対してマイクロフォン２０３を設けるようにされる。このようにして設けられるマイクロフォン２０３によっては、ドライバ２０２から出力される音声と、外部のノイズ音源３０１からハウジング部２０１内に侵入して右耳に到達しようとする音声、つまり右耳にて聴き取られる外部音声であるハウジング内ノイズ３０２とが収音されることになる。なお、ハウジング内ノイズ３０２が発生する原因としては、ノイズ音源３０１が例えばハウジング部のイヤーパッドなどの隙間から音圧として漏れてきたり、ヘッドフォン装置の筐体がノイズ音源３０１の音圧を受けて振動し、これがハウジング部内に伝達されてくることなどを挙げることができる。
そして、マイクロフォン２０３によって収音して得られた音声信号から、例えば外部音声の音声信号成分に対して逆特性となる信号など、ハウジング内ノイズ３０２がキャンセル（減衰、低減）されるようにするための信号（キャンセル用オーディオ信号）を生成し、この信号について、ドライバ２０２を駆動する必要音の音声信号（オーディオ音源）に合成させるようにして帰還させる。これによりハウジング部２０１内における右耳に対応するとされる位置に設定されたノイズキャンセル点４００においては、ドライバ２０１からの出力音声と外部音声の成分とが合成されることによって外部音声がキャンセルされた音が得られ、ユーザの右耳では、この音を聴き取ることになる。そして、このような構成を、Ｌチャンネル（左耳）側においても与えることで、通常のＬ，Ｒ２チャンネルステレオに対応するヘッドフォン装置としてのノイズキャンセリングシステムが得られることになる。

図１（ｂ）のブロック図は、ＦＢ方式によるノイズキャンセリングシステムの基本的なモデル構成例を示している。なお、この図１（ｂ）にあっては、図１（ａ）と同様にして、Ｒチャンネル（右耳）側のみに対応した構成が示されているものであり、また、Ｌチャンネル（左耳）側に対応しても同様のシステム構成が備えられるものである。また、この図において示されるブロックは、ＦＢ方式によるノイズキャンセリングシステムの系における特定の回路部位、回路系などに対応する１つの特定の伝達関数を示すもので、ここでは伝達関数ブロックと呼ぶことにする。各伝達関数ブロックにおいて示されている文字が、その伝達関数ブロックの伝達関数を表しているものであり、音声信号(若しくは音声)は、伝達関数ブロックを経由するごとに、そこに示される伝達関数が与えられることになる。

先ず、ハウジング部２０１内に設けられるマイクロフォン２０３により収音される音声は、このマイクロフォン２０３と、マイクロフォン２０３にて得られた電気信号を増幅して音声信号を出力するマイクロフォンアンプに対応する伝達関数ブロック１０１（伝達関数Ｍ）を介した音声信号として得られることになる。この伝達関数ブロック１０１を経由した音声信号は、ＦＢ(FeedBack)フィルタ回路に対応する伝達関数ブロック１０２(伝達関数−β)を介して合成器１０３に入力される。ＦＢフィルタ回路は、マイクロフォン２０３により収音して得られた音声信号から、上述のキャンセル用オーディオ信号を生成するための特性が設定されたフィルタ回路であり、その伝達関数が−βとして表されているものである。

また、楽曲などのコンテンツとされるオーディオ音源の音声信号Ｓは、ここでは、イコライザによるイコライジングが施されるものとしており、このイコライザに対応する伝達関数ブロック１０７（伝達関数Ｅ）を介して合成器１３に入力される。
なお、このように音声信号Ｓにイコライジングを施すのは、ＦＢ方式では、ノイズ収音用のマイクロフォン２０３がハウジング部２０１内に設けられ、ノイズ音のみでなくドライバ２０２からの出力音声も収音されることに由来する。すなわち、このようにマイクロフォン２０３が音声信号Ｓの成分も収音することで、ＦＢ方式では音声信号Ｓに対しても伝達関数−βが与えられるものとなっており、このことで音声信号Ｓの音質劣化を招くこと虞がある。そこで、予め伝達関数−βによる音質劣化を抑制するために、イコライジングにより音声信号Ｓに所要の信号特性を与えるようにしているものである。

合成器１０３では、上記の２つの信号を加算により合成する。このようにして合成された音声信号は、パワーアンプにより増幅され、ドライバ２０２に駆動信号として出力されることで、ドライバ２０２から音声として出力される。つまり、合成器１０３からの音声信号は、パワーアンプに対応する伝達関数ブロック１０４（伝達関数Ａ）を経由し、さらにドライバ２０２に対応する伝達関数ブロック１０５（伝達関数Ｄ）を経由して音声として空間内に放出される。なお、ドライバ２０２の伝達関数Ｄは、例えばドライバ２０２の構造などにより決まる。

そして、ドライバ２０２にて出力された音声は、ドライバ２０２からノイズキャンセル点４００までの空間経路(空間伝達関数)に対応する伝達関数ブロック１０６（伝達関数Ｈ）を経由するようにしてノイズキャンセル点４００に到達し、その空間にてハウジング内ノイズ３０２と合成されることになる。そして、ノイズキャンセル点４００から例えば右耳に到達するものとされる出力音の音圧Ｐとしては、ハウジング部２０１の外部から侵入してくるノイズ音源３０１の音がキャンセルされるものとなる。

ここで、この図１（ｂ）に示されるノイズキャンセリングシステムのモデルの系にあって、上記出力音の音圧Ｐは、ハウジング内ノイズ３０２をＮ、オーディオ音源の音声信号をＳとしたうえで、各伝達関数ブロックにおいて示される伝達関数「Ｍ、−β、Ｅ、Ａ、Ｄ、Ｈ」を利用して、次の[式１]のようにして表されるものとなる。

この[式１]において、ハウジング内ノイズ３０２であるＮに着目すると、Ｎは、１ ／（１＋ＡＤＨＭβ）で表される係数により減衰されることがわかる。

ただし、[式１]の系がノイズ低減対象の周波数帯域にて発振することなく、安定して動作するためには、次の[式２]が成立していることが必要となる。

一般的なこととして、ＦＢ方式によるノイズキャンセリングシステムにおける各伝達関数の積の絶対値が、

１＜＜｜ＡＤＨＭβ｜

で表されることとと、古典制御理論におけるNyquistの安定性判別と合わせると、[式２]については下記のように解釈できる。
ここでは、図１（ｂ）に示されるノイズキャンセリングシステムの系において、ハウジング内ノイズ３０２であるＮに関わるループ部分を一箇所切断して得られる、（−ＡＤＨＭβ）で表される系を考える。この系を、ここでは「オープンループ」ということにする。一例として、マイクロフォン及びマイクロフォンアンプに対応する伝達関数ブロック１０１と、ＦＢフィルタ回路に対応する伝達関数ブロック１０２との間を切断すべき箇所とすれば、上記のオープンループを形成できる。

上記のオープンループは、例えば図２のボード線図により示される特性を持つものとされる。このボード線図においては、横軸に周波数が示され、縦軸においては、下半分にゲインが示され、上半分に位相が示される。
このオープンループを対象とした場合、Nyquistの安定性判別に基づき、[式２]を満足するためには、下記の２つの条件を満たす必要がある。
条件１：位相０ｄｅｇ．（０ 度）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。
条件２：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。

上記２つの条件１、２を満たさない場合、ループには正帰還がかかることとなって、発振（ハウリング）を生じさせる。図２においては、上記の条件１に対応する位相余裕Ｐａ、Ｐｂと、条件２に対応するゲイン余裕Ｇａ、Ｇｂが示されている。これらの余裕が小さいと、ノイズキャンセリングシステムを適用したヘッドフォン装置を使用するユーザの各種の個人差やヘッドフォン装置を装着したときの状態のばらつきなどにより、発振の可能性が増加することになる。
例えば図２にあっては、位相０ｄｅｇ．の点を通過するときのゲインとしては０ｄＢより小さくなっており、これに応じてゲイン余裕Ｇａ 、Ｇｂが得られている。しかしながら、例えば仮に位相０ｄｅｇ．の点を通過するときのゲインが０ｄＢ以上となってゲイン余裕Ｇａ 、Ｇｂが無くなる、あるいは位相０ｄｅｇ．の点を通過するときのゲインが０ｄＢ未満であるものの、０ｄＢに近く、ゲイン余裕Ｇａ 、Ｇｂが小さくなるような状態となると、発振を生じる、あるいは発振の可能性が増加することになる。
同様にして、図２にあっては、ゲインが０ｄＢ以上であるときには位相０ｄｅｇ．の点を通過しないようにされており、位相余裕Ｐａ、Ｐｂが得られている。しかしながら、例えばゲインが０ｄＢ以上であるときに位相０ｄｅｇ．の点を通過してしまっている。或いは、位相０ｄｅｇ．に近くなり位相余裕Ｐａ、Ｐｂが小さくなるような状態となると、発振を生じる、あるいは発振の可能性が増加することになる。

次に、図１（ｂ）に示したＦＢ方式のノイズキャンセリングシステムの構成において、上述の外部音声（ノイズ）のキャンセル（低減）機能に加えて、必要な音（必要音）をヘッドフォン装置により再生出力する場合について説明する。
ここでは、必要音として、例えば楽曲などのコンテンツとしてのオーディオ音源の音声信号Ｓが示されている。
なお、この音声信号Ｓとしては、音楽的、又はこれに準ずる内容のもののほかにも考えられる。例えば、ノイズキャンセリングシステムを補聴器などに適用することとした場合には、周囲の必要音を収音するために筐体外部に設けられるマイクロフォン（ノイズキャンセルの系に備えられるマイクロフォン２０３とは異なる）により収音して得られた音声信号となる。また、いわゆるヘッドセットといわれるものに適用する場合には、電話通信などの通信により受信した相手方の話し声などの音声信号となる。つまり、音声信号Ｓとは、ヘッドフォン装置の用途などに応じて再生出力すべきことが必要となる音声一般に対応したものである。

先ず、先の[式１]において、オーディオ音源の音声信号Ｓに着目する。そして、イコライザに対応する伝達関数Ｅとして、次の[式３]により表される特性を有するものとして設定したこととする。

なお、この伝達特性Ｅは、周波数軸でみた場合に、上記オープンループに対してほぼ逆特性（１＋オープンループ特性）となっている。そして、この[式３]により示される伝達関数Ｅの式を、[式１]に代入すると、図１（ｂ）に示されるノイズキャンセリングシステムのモデルにおける出力音の音圧Ｐについては、次の[式４]のようにして表すことができる。

[式４]におけるＡＤＨＳの項において示される伝達関数Ａ、Ｄ、Ｈのうち、伝達関数Ａはパワーアンプに対応し、伝達関数Ｄはドライバ２０２に対応し、伝達関数Ｈはドライバ２０２からノイズキャンセル点４００までの経路の空間伝達関数に対応するので、ハウジング部２０１内のマイクロフォン２０３の位置が耳に対して近接した位置にあるとすれば、音声信号Ｓについては、ノイズキャンセル機能を有さないようにした通常のヘッドフォンと同等の特性が得られることがわかる。

次に、ＦＦ方式によるノイズキャンセリングシステムについて説明する。
図３（ａ）は、ＦＦ方式によるノイズキャンセリングシステムのモデル例として、先の図１（ａ）と同様にＲチャンネルに対応する側の構成を示している。
ＦＦ方式では、ハウジング部２０１の外側に対して、ノイズ音源３０１から到達してくるとされる音声が収音できるようにしてマイクロフォン２０３を設けるようにされる。そして、このマイクロフォン２０３により収音した外部音声、つまりノイズ音源３０１から到達してきたとされる音声を収音して音声信号を得て、この音声信号について適切なフィルタリング処理を施して、キャンセル用オーディオ信号を生成するようにされる。そして、このキャンセル用オーディオ信号を、必要音の音声信号と合成する。つまり、マイクロフォン２０３の位置からドライバ２０２の位置までの音響特性を電気的に模擬したキャンセル用オーディオ信号を必要音の音声信号に対して合成するものである。
そして、このようにしてキャンセル用オーディオ信号と必要音の音声信号とが合成された音声信号をドライバ２０２から出力させることで、ノイズキャンセル点４００において得られる音としては、ノイズ音源３０１からハウジング部２０１内に侵入してきた音がキャンセルされたものが聴こえるようになる。

図３（ｂ）は、ＦＦ方式によるノイズキャンセリングシステムの基本的なモデル構成例として、一方のチャンネル（Ｒチャンネル）に対応した側の構成を示している。
先ず、ハウジング部２０１の外側に設けられるマイクロフォン２０３により収音される音は、マイクロフォン２０３及びマイクロフォンアンプに対応する伝達関数Ｍを有する伝達関数ブロック１０１を介した音声信号として得られる。
次に、上記伝達関数ブロック１０１を経由した音声信号は、ＦＦ(FeedForward)フィルタ回路に対応する伝達関数ブロック１０２(伝達関数−α)を介して合成器１０３に入力される。ＦＦフィルタ回路１０２は、マイクロフォン２０３により収音して得られた音声信号から、上記したキャンセル用オーディオ信号を生成するための特性が設定されたフィルタ回路であり、その伝達関数が−αとして表されているものである。

また、ここでのオーディオ音源の音声信号Ｓは、直接、合成器１０３に入力するものとしている。
合成器１０３により合成された音声信号は、パワーアンプにより増幅され、ドライバ２０２に駆動信号として出力されることで、ドライバ２０２から音声として出力されることになる。つまり、この場合にも、合成器１０３からの音声信号は、パワーアンプに対応する伝達関数ブロック１０４（伝達関数Ａ）を経由し、さらにドライバ２０２に対応する伝達関数ブロック１０５（伝達関数Ｄ）を経由して音声として空間内に放出される。
そして、ドライバ２０２にて出力された音声は、ドライバ２０２からノイズキャンセル点４００までの空間経路(空間伝達関数)に対応する伝達関数ブロック１０６（伝達関数Ｈ）を経由してノイズキャンセル点４００に到達し、ここでハウジング内ノイズ３０２と空間で合成されることになる。

また、ノイズ音源３０１から発せられた音がハウジング部２０１内に侵入してノイズキャンセル点４００に到達するまでには、伝達関数ブロック１１０として示すように、ノイズ音源３０１からノイズキャンセル点４００までの経路に対応する伝達関数（空間伝達関数Ｆ）が与えられる。その一方で、マイクロフォン２０３では、外部音声であるノイズ音源３０１から到達してくるとされる音声を収音することになるが、このとき、ノイズ音源３０１から発せられた音（ノイズ）がマイクロフォン２０３に到達するまでには、伝達関数ブロック１１１として示すように、ノイズ音源３０１からマイクロフォン２０３までの経路に対応する伝達関数（空間伝達関数Ｇ）が与えられることになる。伝達関数ブロック１０２に対応するＦＦフィルタ回路としては、上記の空間伝達関数Ｆ，Ｇも考慮した上での伝達関数−αが設定されるものである。
これにより、ノイズキャンセル点４００から例えば右耳に到達するものとされる出力音の音圧Ｐとしては、ハウジング部２０１の外部から侵入してくるノイズ音源３０１の音がキャンセルされるものとなる。

図３（ｂ）に示したＦＦ方式によるノイズキャンセリングシステムのモデルの系にあって、上記出力音の音圧Ｐは、ノイズ音源３０１において発せられるノイズをＮ、オーディオ音源の音声信号をＳとしたうえで、各伝達関数ブロックにおいて示される伝達関数「Ｍ
、−α、Ｅ、Ａ、Ｄ、Ｈ」を利用して、次の[式５]で表されるものとなる。

また、理想的には、ノイズ音源３０１からキャンセルポイント４００までの経路の伝達関数Ｆは、次の[式６]のようにして表すことができる。

次に、[式６]を[式５]に代入すると、右辺の第１項と第２項とが相殺されることとなる。この結果から、出力音の音圧Ｐは、以下の[式７]のようにして表すことができる。

このようにして、ノイズ音源３０１から到達してくるとされる音はキャンセルされ、オーディオ音源の音声信号だけが音声として得られることが示される。つまり、理論上、ユーザの右耳においては、ノイズがキャンセルされた音声が聴こえることになる。ただし、現実には、[式６]が完全に成立するような伝達関数を与えることのできる、完全なＦＦフィルタ回路を構成することは非常に困難である。また、人による耳の形状であるとか、ヘッドフォン装置の装着の仕方についての個人差が比較的大きく、ノイズの発生位置とマイク位置との関係の変化などは、特に中高域の周波数帯域についてのノイズ低減効果に影響を与えることが知られている。このために、中高域に関しては、アクティブなノイズ低減処理を控え、主として、ヘッドフォン装置の筐体の構造などに依存したパッシブな遮音をすることがしばしば行われる。
また、確認のために述べておくと、[式６]は、ノイズ音源３０１から耳までの経路の伝達関数を、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。

また、図３（ａ）に示したＦＦ方式のノイズキャンセリングシステムでは、マイクロフォン２０３をハウジングの外側に設けることから、キャンセルポイント４００については、図１（ａ）のＦＢ方式のノイズキャンセリングシステムと異なり、聴取者の耳位置に対応させるようにしてハウジング部２０１にて任意に設定できる。しかし通常、伝達関数−αは固定的であり、設計段階においては、何らかのターゲット特性を対象とした決めうちになる。その一方で、聴取者によって耳の形状などは異なる。このために、十分なノイズキャンセル効果が得られなかったり、ノイズ成分を非逆相で加算してしまって異音を生じさせたりするなどの現象が発生する可能性もある。
このようなことから、一般的にＦＦ方式は、発振する可能性が低く安定度は高いが、十分なノイズ減衰量（キャンセル量）を得るのは困難であるとされている。一方、ＦＢ方式は大きなノイズ減衰量が期待できる代わりに、系の安定性に注意が必要であるとされている。このように、ＦＢ方式とＦＦ方式とでは、それぞれに特徴を有するものである。

＜第１の実施の形態＞
[ヘッドフォン装置の構成]

図４は、本発明の信号処理装置の一実施形態としての、ヘッドフォン装置１の内部構成を示したブロック図である。
先ず、このヘッドフォン１には、ノイズキャンセリングシステムに対応する構成として、マイクロフォンMICが設けられている。図示するようにして、当該マイクロフォンMICによる収音信号は、マイクアンプ２で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器３にてデジタル信号に変換されてＤＳＰ（Digital Signal Processor）５に対して供給される。なお、以下、Ａ／Ｄ変換器３にてデジタル信号に変換された収音信号については、収音データとも呼ぶ。

ここで、図４に示すヘッドフォン１は、ノイズキャンセリング方式として、フィードフォーワード（ＦＦ）方式に対応する。先の図３（ａ）を参照して分かるように、ＦＦ方式に対応するヘッドフォン装置では、マイクロフォンMIC（図３ではマイクロフォン２０３）がハウジング部（２０１）における外側に配置されるようにして設けられる。具体的に、この場合のマイクロフォンMICとしては、ヘッドフォン１が有するハウジング部の外界で生じる音（ノイズ音）を収音するようにして設けられることになる。

また、図４において、ヘッドフォン１には、外部の例えばオーディオプレイヤなどから供給されるオーディオ信号（音声信号）が、図中のオーディオ入力端子ＴAinを介して入力され、該オーディオ入力端子ＴAinより入力された音声信号は、Ａ／Ｄ変換器４を介してＤＳＰ５に供給される。
なお、確認のために述べておくと、上記オーディオ入力端子ＴAinより入力される音声信号は、ヘッドフォン１を装着したユーザによって聴取されるべきとして入力される聴取用の音声信号となるものである。換言すれば、ノイズキャンセリングの対象外とされるべき音声信号である。

ＤＳＰ５は、図中のメモリ８内に格納される信号処理プログラム８ａに基づくデジタル信号処理を実行することで、図示されている各機能ブロックとしての動作を実現する。
ここで、以下では便宜上、ＤＳＰ５の各機能ブロックをハードウエアとして扱うようにして説明することがある。また、以下において、ノイズキャンセリングは「ＮＣ」と略す。

先ず、上述したＡ／Ｄ変換器３を介してＤＳＰ５に入力される収音データは、第１ＮＣフィルタ５ａ1、及び第２ＮＣフィルタ５ａ2のそれぞれに供給される。これら各ＮＣフィルタ５ａは、例えばＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタなどで構成され、上記収音データに対して所要の信号特性を与えるためのフィルタ処理を施す。

第１ＮＣフィルタ５ａ1、第２ＮＣフィルタ５ａ2は、後述するフィルタ特性・ミクス比率制御部５ｅによりそのフィルタ構成・フィルタ係数が可変的に設定される。すなわち、これら第１ＮＣフィルタ５ａ1、第２ＮＣフィルタ５ａ2のフィルタ特性（フィルタ処理特性）は、可変的に設定することが可能とされている。

ここで、ＤＳＰ５と接続されたメモリ８には、図中のフィルタ特性情報８ｂとして、それぞれ異なるノイズキャンセリング特性を得るための複数のフィルタ特性情報が格納されている。個々のフィルタ特性情報は、上記ＮＣフィルタ５ａのフィルタ特性を設定するために必要な情報とされ、具体的には、ＮＣフィルタ５ａのフィルタ特性を決定づけることになる上述したフィルタ構成・フィルタ係数を表すパラメータ情報となる。
後述するように、上記フィルタ特性・ミクス比率制御部５ｅは、上記メモリ８に格納されるフィルタ特性情報８ｂに基づき、第１ＮＣフィルタ５ａ1、第２ＮＣフィルタ５ａ2のフィルタ特性を設定する。これにより第１ＮＣフィルタ５ａ1、第２ＮＣフィルタ５ａ2には、ノイズキャンセリングのためのフィルタ特性が設定されるようになっており、それぞれ、入力される収音データにノイズキャンセリングのための信号特性を与えるようにされる。

上記第１ＮＣフィルタ５ａ1によりノイズキャンセリングのための信号特性が与えられた収音データは第１乗算部５ｂ1に、また上記第２ＮＣフィルタ５ａ2によりノイズキャンセリングのための信号特性が与えられた収音データは第２乗算部５ｂ2にそれぞれ供給される。これら各乗算部５ｂは、それぞれフィルタ特性・ミクス比率制御部５ｅより与えられた係数（ゲイン）を入力データに対して与える。

各乗算部５ｂにより係数が与えられたそれぞれの収音データは、加算部５ｃに対して供給される。加算部５ｃは、これら各乗算部５ｂにより係数が与えられた収音データを加算（合成）する。

ここで、上記第１乗算部５ｂ1、第２乗算部５ｂ2、及び加算部５ｃによっては、第１ＮＣフィルタ５ａ1、第２ＮＣフィルタ５ａ2からのフィルタ処理出力が、それぞれ設定された係数で重み付けされて合成（ミクス）される。すなわち、これら第１乗算部５ｂ1、第２乗算部５ｂ2、及び加算部５ｃは、それぞれのフィルタ処理出力を設定された合成比率により合成する合成手段として機能することになる。

上記加算部５ｃによる加算（合成）出力は、加算部５ｄに供給される。
図示するように加算部５ｄには、上述したオーディオ入力端子ＴAinからＡ／Ｄ変換器４を介して入力される聴取用の音声信号（オーディオデータ）が入力され、該加算部５ｄは、上記聴取用のオーディオデータと、上記加算部５ｃからの合成出力とを加算する。
この加算部５ｄにより得られたデータを加算データと呼ぶ。この加算データは、上記ＮＣフィルタ５ａによりノイズキャンセリングのための信号特性が与えられた収音データの成分を含むものである。従って、該加算データに基づく音響再生が後述するドライバDRVにて行われることで、ヘッドフォン１を装着したユーザにノイズ成分がキャンセル（低減）されたものとして知覚させることができる。つまり、上記聴取用のオーディオデータに基づく音声以外の音声がキャンセルされて聴取されるようになるものである。

また、ＤＳＰ５は、フィルタ特性・ミクス比率制御部５ｅとしての機能動作により後述する本実施の形態としての動作を実現するようにされるが、このフィルタ特性・ミクス比率制御部５ｅとしての機能動作については後述する。

上記のようにしてＤＳＰ５で得られた加算データは、Ｄ／Ａ変換器６に供給されてアナログ信号に変換された後、パワーアンプ７で増幅されてドライバDRVに供給される。
ドライバDRVは振動板を備え、該振動板が上記パワーアンプ７から供給される音声信号（駆動信号）に基づき駆動されるように構成されていることで、上記音声信号に基づく音声出力（音響再生）を行うようにされる。

マイクロコンピュータ１０は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを備えて構成され、例えば上記ＲＯＭに記憶されるプログラムに基づく各種の制御処理や演算を行うことで、ヘッドフォン１の全体制御を行う。
図示するように、マイクロコンピュータ１０に対しては、操作部９が接続される。操作部９は、例えばヘッドフォン１の筐体外面に表出するようにして設けられる図示されない操作子を備えて構成され、ユーザが各種操作入力を行う。操作部９で入力された情報はマイクロコンピュータ１０に対して操作入力情報として伝達される。マイクロコンピュータ１０は入力された情報に対応して必要な演算や制御を行う。
例えば、上記操作部９に備えられる操作子としては、ヘッドフォン１の電源のオン／オフを指示する電源ボタンを挙げることができる。マイクロコンピュータ１０は、当該電源ボタンの操作に応じて上記操作部９から供給される操作入力情報に基づき、ヘッドフォン１の電源オン／オフ制御を行うようにされる。
また、上記操作部９に備えられる操作子としては、ＮＣモードの選択操作を行うための選択ボタンを挙げることができる。マイクロコンピュータ１０は、当該選択ボタンの操作に応じて上記操作部９から供給される操作入力情報に基づき、新たに設定すべきＮＣモードの選択、及び選択したＮＣモードのＤＳＰ５（フィルタ特性・ミクス比率制御部５ｅ）に対する指示を行うようにされる。

ここで、ヘッドフォン１が設定可能なＮＣモードについて、次の図５を参照して説明しておく。
図５は、横軸に周波数（Hz）、縦軸にノイズ低減量（dB）をとり、ＮＣモードごとの周波数−ノイズ低減特性（単にノイズ低減特性とも呼ぶ）を例示している。すなわち、ＮＣモードごとのＮＣ特性を例示したものである。この図５ではＮＣモードとして例えばＮＣモード１、ＮＣモード２、ＮＣモード３の３つを例示しており、実線がＮＣモード１、破線がＮＣモード２、一点鎖線がＮＣモード３によるノイズ低減特性をそれぞれ示している。
この図に示されているように、各ＮＣモードは、それぞれ異なるノイズ低減特性を有するものとなる。

[クロスフェード切り替え]

ここで、これまでの説明からも理解されるように、本実施の形態のヘッドフォン１では、ＮＣモードの可変設定、すなわちＮＣ特性の可変設定を行うようにされている。先にも述べたように、ＮＣモードの可変設定を行う場合には、或るＮＣ特性が得られている状態から他のＮＣ特性が得られる状態に切り替えを行うとき、或る時点を境に切り替えを瞬時に行ってしまうなど切り替え処理について何ら配慮されない場合には、聴取者に対して急激な音質変化に伴う違和感を与えてしまう虞がある。

そこで、本実施の形態では、このようなＮＣモード（ＮＣ特性）の切り替えにあたり、各ＮＣフィルタ５ａによって収音信号にそれぞれ異なる特性によるフィルタ処理を施すようにした上で、それらＮＣフィルタ５ａのフィルタ処理出力の合成比率を時間経過と共に変化させることで、それまで設定されていたＮＣ特性から新たに設定されるべきＮＣ特性に徐々に遷移されるように、各フィルタ処理出力をクロスフェードさせるという手法を採る。

以下、このような本実施の形態としてのクロスフェード切り替え動作について図６〜図９を参照して説明する。なお、以下で説明する動作は、図４に示されるフィルタ特性・ミクス比率制御部５ｅとしての機能動作となる。

図６は、本実施の形態のクロスフェード切り替え動作について説明するための図として、簡易的にＮＣモードが３つである場合の例を示した図である。なお、この図６では簡単のため、ＮＣモード（ＮＣ特性）とフィルタ特性とが１対１で対応する場合を例に挙げる。すなわち、或るＮＣモード（ＮＣ特性）を設定するにあたっては、一方のＮＣフィルタ５ａに該当するフィルタ特性を設定した上で、そのフィルタ処理出力の比率を１とすればよいものである。
具体的に、ここではＮＣモードとしてＮＣモード１、ＮＣモード２、ＮＣモード３の３つのモードが設定可能であるとし、ＮＣモードとフィルタ特性との対応関係は、ＮＣモード１：フィルタ特性Ａ、ＮＣモード２：フィルタ特性Ｂ、ＮＣモード３：フィルタ特性Ｃであるものとする。

先ず、図６（ａ）において、ここでは切り替え前の状態が、フィルタ特性ＡによるＮＣ特性が得られている状態であったとする。すなわち、ＮＣモード１が設定されていた状態であったとする。
そして、ユーザ操作により、新たにＮＣモード３が選択され、図のようにフィルタ特性ＣによるＮＣ特性を設定すべき状態となったとする。

これに応じては、先ず、第１ＮＣフィルタ５ａ1、第２ＮＣフィルタ５ａ2のうち、非稼動側のＮＣフィルタ５ａに対し、新たに選択されたＮＣモードに対応するフィルタ特性を設定する。ここで、切り替え前の状態では、ＮＣモード１の設定状態として、何れか一方のＮＣフィルタ５ａにフィルタ特性Ａが設定され、そのフィルタ処理出力の比率が「１」とされて加算部５ｄに供給されていることになる。このとき、他方のＮＣフィルタ５ａは稼動させる必要がないので、非稼動の状態となっている。
上記のようにして新たなＮＣモードが選択され、該選択されたＮＣモードへの切り替えを行うべき状態となったことに応じては、先ずは非稼動側のＮＣフィルタ５ａに対し、新たに選択されたＮＣモードを実現するためのフィルタ特性を設定して、切り替えスタンバイ状態とする。具体的にこの場合は、新たに選択されたＮＣモード３に対応するフィルタ特性Ｃを設定することになる。

その上で、図６（ｂ）の破線矢印で示すようにしてクロスフェードを行う。具体的にこの場合は、上記切り替えスタンバイ状態にてＡ：Ｃ＝１：０の合成比率であった状態から、Ａ：Ｃ＝０：１の合成比率が得られるように、それぞれのＮＣフィルタ５ａの出力の比率を時間経過と共に（時変的に）徐々に変化させていく。
例えば、上記切り替えスタンバイ状態において、第１ＮＣフィルタ５ａ1にフィルタ特性Ａが、第２ＮＣフィルタ５ａ2にフィルタ特性Ｃが設定されており、「第１乗算部５ｂ1の係数：第２乗算部５ｂ2の係数」が１：０の設定状態にあったとすれば、第１乗算部５ｂ1の係数を徐々に１→０に低下させ、逆に第２乗算部５ｂ2の係数は０→１となるように上昇させることで、クロスフェード切り替えを行うことになる。
このようにして、この場合のクロスフェード切り替え動作としては、切り替え前のＮＣモードに対応するフィルタ特性が設定されているＮＣフィルタ５ａの出力を入力する乗算部５ｂの係数を１→０に徐々に低下させ、且つ新たに設定されるべきＮＣモードに対応するフィルタ特性を設定したＮＣフィルタ５ａの出力を入力する乗算部５ｂの係数を０→１に徐々に上昇させることで行う。

図７は、具体的なクロスフェード特性を例示した図である。
なお、この図７において、図７（ａ）、図７（ｂ）の双方では横軸を時間（ｔ）、縦軸を乗算部５ｂで与える係数（比率）としてクロスフェード特性を表しており、図中の実線が、切り替え前のＮＣモードに対応するフィルタ特性が設定されているＮＣフィルタ５ａの出力を入力する乗算部５ｂの係数（以下、フェードアウト側係数とする）の変化を、また破線が、新たに設定されるべきＮＣモードに対応するフィルタ特性を設定したＮＣフィルタ５ａの出力を入力する乗算部５ｂの係数（フェードイン側係数とする）の変化を示している。

先ず、図７（ａ）は、比率を時間に対して一定に変化させる例を示している。すなわち、フェードアウト側係数の傾き、フェードイン側係数の傾きがそれぞれ同じとなるものである。

また、図７（ｂ）は、比率を時間に対して非一定に変化させ、且つフェードアウト側係数、フェードイン側係数の時間経過に対する変化量をそれぞれ異ならせるようにした場合の特性例を示している。
具体的にこの図７（ｂ）のクロスフェード特性では、フェードアウト側係数については時間経過と共に徐々にその変化量が大きくなるようにし、逆にフェードイン側係数は時間経過と共に徐々にその変化量が小さくなるようにしている。

なお、クロスフェード特性についてはこの図７に示されるものに限定されるべきものではなく、例えば三角関数に従って各比率を変化させるものなど他の特性とすることもできる。

ここで、図６においては、簡易的にＮＣモードとフィルタ特性とが１対１で対応する場合を例示したが、本実施の形態では、このように１つのフィルタ特性で１つのＮＣモードを実現するのみでなく、複数のフィルタ特性の掛け合わせによるＮＣモードも実現できるようにしている。

先にも述べたように、ノイズキャンセリングシステムとしては、例えば屋外／電車内／飛行機内などといった数種のノイズ環境ごとのＮＣモード（ＮＣ特性）を可変設定する以外にも、例えばユーザごとの嗜好や耳形状などの、より多くの項目の組み合わせごとに応じたＮＣ特性を可変設定することが構想されている。
このとき、対応すべき項目数が増えれば、その組み合わせに応じて設定すべきＮＣ特性の数が大きく増加してしまうことになる。上述のようにＮＣモード（ＮＣ特性）とフィルタ特性とを１対１で対応づける手法を採る場合、設定すべきＮＣ特性の種類が増加することによっては、その分、メモリ８内にフィルタ特性情報８ｂとして格納する情報量も増加させなければならない。従って、１つのＮＣモードに対し１つのフィルタ特性を対応させるという手法を採るのみでは、記憶資源が浪費される傾向となってしまう。

このため、本実施の形態では、先の図４に示した如く各ＮＣフィルタ５ａからのフィルタ処理出力を所要の比率で合成できるようにし、それらのフィルタ処理出力の掛け合わせで、複数のフィルタ特性の組み合わせによるＮＣ特性が実現できるようにしている。
このように複数のフィルタ特性を組み合わせることができれば、１つのＮＣ特性につき１つのフィルタ特性情報を対応づけて保持させておくといった従来手法を採る必要がなくなり、フィルタ特性情報の保持に要するメモリ容量を削減することができる。つまりこれにより、メモリ８としての記憶資源の有効利用を図ることができる。

図８、図９は、このように複数のフィルタ特性の組み合わせによる中間的なＮＣ特性（ＮＣモード）間の切り替えに対応して行われるクロスフェード切り替え動作について説明するための図として、図８は切り替え前のＮＣ特性と切り替え後のＮＣ特性との関係を示し、図９は実際の動作例について示している。図９において、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）の各図ではＤＳＰ５の機能ブロックのうち第１ＮＣフィルタ５ａ1、第２ＮＣフィルタ５ａ2、第１乗算部５ｂ1、第２乗算部５ｂ2、及び加算部５ｃを抽出して示している。

先ず、図８において、ここでは切り替え前のＮＣ特性（つまりこれまで選択されていたＮＣモードのＮＣ特性）は、フィルタ特性Ａとフィルタ特性Ｂとの組み合わせによる特性であったとする。具体的には、Ａ：Ｂ＝0.7：0.3の合成比率が設定された状態であるとする（この状態を状態１とする）。
また、切り替え後のＮＣ特性（新たに選択されたＮＣモードのＮＣ特性）は、フィルタ特性Ａとフィルタ特性Ｃとの組み合わせによる特性であり、具体的には、Ａ：Ｃ＝0.3：0.7の合成比率が設定された状態であるとする（状態３とする）。

ここで、本実施の形態の場合、上記切り替え前の状態１から切り替え後の状態３に遷移させるにあたっては、図中の状態２と示すように、一方のフィルタ特性の比率が１、他方のフィルタ特性の比率が０となる状態を経るようにしている。これは、ＮＣフィルタ５ａの数を２つとしていることによる。
つまり、状態１のとき、一方のＮＣフィルタ５ａにはフィルタ特性Ａが、他方のＮＣフィルタ５ａにはフィルタ特性Ｂが設定されているが、状態３とするには、一方のＮＣフィルタ５ａにフィルタ特性Ａが設定された状態を維持したままで、他方のＮＣフィルタ５ａのフィルタ特性を「Ｃ」に設定し直す必要がある。このため、図中の状態２として、必ず一方のフィルタ特性（この場合はフィルタ特性Ｂ）の比率を０とする状態を経るようにし、比率が０となったＮＣフィルタ５ａに対し、状態３とするために必要なフィルタ特性（この場合はフィルタ特性Ｃ）を新規に設定できるようにしている。

図９（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図８の状態１→状態２→状態３の遷移に対応した各ＮＣフィルタ５ａのフィルタ特性の設定状態、及び第１乗算部５ｂ1、第２乗算部５ｂ2の係数設定状態を示している。
先ず、状態１では、図９（ａ）に示すように第１ＮＣフィルタ５ａ1にフィルタ特性Ａが、第２ＮＣフィルタ５ａ2にフィルタ特性Ｂが設定されていたとする。この場合には、フィルタ特性Ａの設定された第１ＮＣフィルタ５ａ1の出力を入力する第１乗算部５ｂ1の係数が「0.7」、フィルタ特性Ｂの設定された第２ＮＣフィルタ５ａ2の出力を入力する第２乗算部５ｂ2の係数が「0.3」に設定されることになる。
この状態１としての状態から、第１乗算部５ｂ1の係数を「0.7」→「１」、第２乗算部５ｂ2の係数を「0.3」→「０」に徐々に変化させていき、フィルタ特性Ａ：フィルタ特性Ｂの合成比率が１：０となるようにする。

上記のように第２ＮＣフィルタ５ａ2のフィルタ処理出力の比率を「０」とすると、図９（ｂ）の状態２として、第２ＮＣフィルタ５ａ2に目標のＮＣ特性を得るために必要なフィルタ特性Ｃを新たに設定する。
この状態２としての状態から、第１乗算部５ｂ1の係数を「１」→「0.3」、第２乗算部５ｂ2の係数を「０」→「0.7」に徐々に変化させていくことで、図９（ｃ）に示される状態３としての状態を得る。つまり、これによって「フィルタ特性Ａ：フィルタ特性Ｂ＝0.7：0.3」によるＮＣ特性から、「フィルタ特性Ａ：フィルタ特性Ｃ＝0.3：0.7」によるＮＣ特性へのクロスフェード切り替え動作が完了する。

ここで、本実施の形態のヘッドフォン１では、このように複数のフィルタ特性の組み合わせによる中間的なＮＣ特性の間の切り替えと共に、先の図６にて説明したような単独のフィルタ特性で実現されるＮＣ特性の間の切り替えの双方を行うことができるようにされている。
先に説明したように、図６の場合の切り替え動作としては、非稼動側のＮＣフィルタ５ａに対して、新たに選択されたＮＣモードに対応するフィルタ特性を設定した上で、もう一方の稼動側のＮＣフィルタ５ａのフィルタ処理出力の比率を１→０にかけて徐々に低下させ、且つ上記非稼動側のＮＣフィルタ５ａのフィルタ処理出力の比率を０→１にかけて徐々に上昇させるようにして合成比率を時変的に変化させることになる。
これに対し、上述した図８、図９の切り替え動作としては、同様にそれぞれのフィルタ処理出力の合成比率を時変的に変化させてクロスフェードを行う点は共通となるが、途中でフィルタ特性の変更設定を行うなど、図６の場合とは異なる動作を行うものとなる。

このことから理解されるように、図６にて説明したような単独のフィルタ特性で実現されるＮＣ特性の間の切り替えと、図８,９にて説明した中間的なＮＣ特性の間の切り替えの双方に対応する場合には、それらの場合分けに応じた異なる動作を行う必要がある。以下、このような場合分けも含めた、本実施の形態のクロスフェード切り替え動作の一連動作について説明する。

先ず、本実施の形態の場合、新たなＮＣモードは、図４の操作部９を介したユーザ操作入力に基づいてマイクロコンピュータ１０により選択される。操作入力に基づき新たなＮＣモードの選択が行われた場合、選択されたＮＣモードを表す情報がマイクロコンピュータ１０からＤＳＰ５（フィルタ特性・ミクス比率制御部５ｅ）に供給される。

これに応じフィルタ特性・ミクス比率制御部５ｅは、先ず、それまで選択されていたＮＣモードのＮＣ特性（現行ＮＣ特性）と、新たに選択されたＮＣモードのＮＣ特性（新規ＮＣ特性）とについて、現行ＮＣ特性から新規ＮＣ特性に至る経路を計算により求める。図６の場合であれば、この経路は、フィルタ特性Ａにより得られるＮＣ特性（ＮＣモード１のＮＣ特性）から、直接、フィルタ特性ＣによるＮＣ特性（ＮＣモード３のＮＣ特性）に至る経路（つまりフィルタ特性Ｂを経ない経路）が好ましいことは自明である。
このように、現行ＮＣ特性、新規ＮＣ特性がそれぞれ該当する１つのフィルタ特性で実現可能な場合は、現行ＮＣ特性から直接、新規ＮＣ特性に至る経路を求める。

また、図８の場合であれば、「フィルタ特性Ａ：フィルタ特性Ｂ＝0.7：0.3」によるＮＣ特性から「フィルタ特性Ａ：フィルタ特性Ｂ＝１：０」によるＮＣ特性を経た上で、「フィルタ特性Ａ：フィルタ特性Ｃ＝0.3：0.7」によるＮＣ特性に至る経路を求める。
つまり、現行ＮＣ特性、新規ＮＣ特性が共に複数のフィルタ特性の組み合わせで成る場合であって、現行ＮＣ特性を実現するために必要なフィルタ特性の組み合わせと、新規ＮＣ特性を実現するために必要なフィルタ特性の組み合わせとがそれぞれ異なる場合には、経路としては、現行ＮＣ特性側でのみ必要なフィルタ特性（図８の場合はフィルタ特性Ｂ）の比率を０とする状態を経ることを条件とした経路を求めることになる。このことにより、ＮＣフィルタ５ａの数を２つとする場合の制約条件を満たした上での経路を求めることができる。
ここで、本システムの構成から見て、この場合の経路としては、不要なフィルタ特性の入れ替えを不要とすることのできる（フィルタ特性の入れ替え回数の最も少ない）経路を求めるのが好ましいことは自明である。

上記のようにして経路を計算すると、その計算結果より、経路途中で何れかのＮＣフィルタ５ａの比率を０とする必要があるか否かを判別する。つまり、この判別により、ＮＣ特性のクロスフェード切り替え途中で一方のＮＣフィルタ５ａに対するフィルタ特性の変更設定が必要か否かの判別を行うものである。

この判別の結果、経路途中で何れかのＮＣフィルタ５ａの比率を０とする必要がないとした場合は、図６にて説明したように、非稼動側のＮＣフィルタ５ａに新規ＮＣ特性（目標ＮＣ特性）を得るためのフィルタ特性を設定した上で、「非稼動側のＮＣフィルタ５ａのフィルタ処理出力：稼動側のＮＣフィルタ５ａのフィルタ処理出力＝１：０」となるまでクロスフェードを行う。すなわち、非稼動側のＮＣフィルタ５ａのフィルタ処理出力の比率を０→１に徐々に上昇させ、且つ稼動側のＮＣフィルタ５ａのフィルタ処理出力の比率を１→０に徐々に低下させる。

また、上記判別の結果、経路途中で何れかのＮＣフィルタ５ａの比率を０とする必要があるとした場合は、先ず、現行ＮＣ特性側でのみ必要なフィルタ特性が設定された方のＮＣフィルタ５ａのフィルタ処理出力の比率を０、もう一方のＮＣフィルタ５ａのフィルタ処理出力の比率を１とするようにクロスフェードを行う。つまり、図８,９の例においては、現行ＮＣ特性側でのみ必要なフィルタ特性Ｂが設定された第２ＮＣフィルタ５ａ2の出力を入力する第２乗算部５ｂ2の係数を０に向けて徐々に低下させ、且つ第１ＮＣフィルタ５ａ1の出力を入力する第１乗算部５ｂ1の係数を１に向けて徐々に上昇させることに相当する。
その上で、比率を０とした方のＮＣフィルタ５ａに対し、目標ＮＣ特性を得るためのフィルタ特性を設定した上で、該設定を行ったＮＣフィルタ５ａのフィルタ処理出力の比率と、もう一方のＮＣフィルタ５ａのフィルタ処理出力の比率とがそれぞれ目標の比率となるまでクロスフェードを行う。すなわち、図８,９の例においては、第２ＮＣフィルタ５ａ2に目標ＮＣ特性を得るためのフィルタ特性Ｃを設定した上で、該第２ＮＣフィルタ５ａ2の出力を入力する第２乗算部５ｂ2の係数を目標比率である0.7に向けて徐々に上昇させ、且つ第１ＮＣフィルタ５ａ2の出力を入力する第２乗算部５ｂ2の係数を目標比率である0.3に向けて徐々に低下させることに相当するものである。

上記のような一連の動作とすることで、単独のフィルタ特性で実現されるＮＣ特性の間の切り替えと、中間的なＮＣ特性の間の切り替えの双方に対応したクロスフェード切り替えを行うことができる。

[処理手順]

図１０、図１１のフローチャートは、上記により説明した第１の実施の形態としてのクロスフェード切り替え動作を実現するための処理手順を示している。
なお、これら図１０、図１１では、第１の実施の形態としてのクロスフェード切り替え動作を実現するための処理手順を、ＤＳＰ５が信号処理プログラム８ａに基づき実行する処理手順として示している。
図１０は、経路の計算結果に基づく判別処理までの処理手順と共に、単独のフィルタ特性で実現されるＮＣ特性間の切り替えを行うときの処理手順を示し、図１１は中間的なＮＣ特性の間の切り替えを行うときの処理手順を示している。

先ず、図１０において、ステップＳ１０１では、新たなＮＣモードが選択されるまで待機するようにされる。上述もしたように、本例の場合、マイクロコンピュータ１０は操作部９を介したユーザ操作入力に基づきＮＣモードの選択を行うようにされる。ステップＳ１０１の処理は、このようにユーザ操作に基づき選択したＮＣモードを表す情報が上記マイクロコンピュータ１０から入力されるまで待機する処理となる。

マイクロコンピュータ１０から新たに選択されたＮＣモードを表す情報が入力され、新たなＮＣモードが選択されたとした場合は、ステップＳ１０２において、現行のＮＣ特性から目標のＮＣ特性（新規ＮＣ特性）までの経路を計算する処理を行う。経路の計算手法については既に説明済みであるため、改めての説明は省略する。

続くステップＳ１０３では、経路途中で何れか一方のＮＣフィルタ出力の比率を０とする必要があるか否かを判別する。
ステップＳ１０３において、経路途中で何れか一方のＮＣフィルタ出力の比率を０とする必要がないとして否定結果が得られた場合は、ステップＳ１０４に進み、非稼動側のＮＣフィルタに目標ＮＣ特性を得るためのフィルタ特性を設定する。すなわち、メモリ８にフィルタ特性情報８ｂとして格納されるフィルタ特性情報のうち、新たに選択されたＮＣモードと対応するフィルタ特性情報に基づき、非稼動側のＮＣフィルタ５ａのフィルタ特性を設定する。

続くステップＳ１０５では、目標特性を設定したＮＣフィルタの出力の比率が１、もう一方のＮＣフィルタの出力の比率が０となるまでクロスフェードを行う。すなわち、非稼動側のＮＣフィルタ５ａの出力を入力する乗算部５ｂの係数を０→１に徐々に上昇させ、且つ稼動側のＮＣフィルタ５ａの出力を入力する乗算部５ｂの係数を１→０に徐々に低下させるものである。
このステップＳ１０５の処理を実行すると、本例としてのクロスフェード切り替え動作のための処理は終了となる。

一方、上記ステップＳ１０３において、経路途中で何れかのＮＣフィルタの比率を０とする必要があるとして肯定結果が得られた場合は、図１１に示される一連の処理を実行することになる。
図１１において、ステップＳ１０６では、現行ＮＣ特性側でのみ必要なフィルタ特性が設定されている方のＮＣフィルタの出力の比率が０、もう一方のＮＣフィルタの出力の比率が１となるようにクロスフェードを行う。つまり、現行ＮＣ特性側でのみ必要なフィルタ特性が設定されたＮＣフィルタ５ａの出力を入力する乗算部５ｂの係数を０に向けて徐々に低下させ、且つもう一方のＮＣフィルタ５ａの出力を入力する乗算部５ｂの係数を１に向けて徐々に上昇させるものである。

続くステップＳ１０７では、比率が０となった方のＮＣフィルタ５ａに目標ＮＣ特性を得るためのフィルタ特性を設定する。すなわち、上記比率を１とした方のＮＣフィルタ５ａに設定されているフィルタ特性と共に新たに選択されたＮＣモードとしてのＮＣ特性を得るにあたって必要とされるフィルタ特性を設定するためのフィルタ特性情報をメモリ８から読み出し、該フィルタ特性情報に基づき、上記比率が０となった方のＮＣフィルタ５ａのフィルタ特性を設定するものである。

そして、次のステップＳ１０８において、新たに設定を行ったＮＣフィルタの出力の比率ともう一方のＮＣフィルタの出力の比率とがそれぞれ目標の比率となるまでクロスフェードを行う。つまり、上記ステップＳ１０７にて新たにフィルタ特性の設定を行ったＮＣフィルタ５ａの出力を入力する乗算部５ｂの係数を０から目標の値に向けて徐々に上昇させ、且つもう一方のＮＣフィルタ５ａの出力を入力する乗算部５ｂの係数を１から目標の値に向けて徐々に低下させていく。
ここで、確認のために述べておくと、複数のフィルタ特性の中間的な特性により実現するＮＣモードは、それぞれのＮＣフィルタ５ａに設定すべきフィルタ特性の別、及びそれぞれのフィルタ処理出力の比率とで定義されるものである。上記「目標の比率」は、このようにＮＣモードごとに定義される各フィルタ処理出力の比率を指す。すなわち、ステップＳ１０８においてそれぞれの乗算部５ｂに上記「目標の値」として与える係数としては、ステップＳ１０１にて新たに選択されたＮＣモードで定義される各フィルタ処理出力の比率としての値を与えるものである。
上記ステップＳ１０８の処理を実行すると、本例としてのクロスフェード切り替え動作のための処理は終了となる。

［まとめ］

上記により説明した本実施の形態のクロスフェード切り替え動作によれば、異なるＮＣモード（ＮＣ特性）への切り替えを行う際に、従来のように或る時点を境に瞬時に切り替えが行われてしまうなど急激なＮＣ特性の切り替えが行われてしまうことの防止を図ることができ、ＮＣ特性の切り替えに伴うユーザの違和感の低減を図ることができる。

また、本実施の形態では、複数のＮＣフィルタ５ａにより個別のフィルタ処理を行うことができるようにした上で、各ＮＣフィルタ５ａからのフィルタ処理出力を所要の比率で合成できるようにしているが、このことで、それらのフィルタ処理出力の掛け合わせによるＮＣ特性を実現することができる。
このように複数のフィルタ特性を組み合わせることができれば、１つのＮＣ特性につき１つのフィルタ特性情報を１対１で対応づけて保持させておく従来手法を採る場合よりも、必要なメモリ容量は削減することができる。つまり、記憶資源の有効利用を図ることができる。

また、本実施の形態では、現行ＮＣ特性から新規ＮＣ特性への経路を求めるとき、現行ＮＣ特性、新規ＮＣ特性が共に複数のフィルタ特性の組み合わせで成る場合であって、現行ＮＣ特性を実現するために必要なフィルタ特性の組み合わせと、新規ＮＣ特性を実現するために必要なフィルタ特性の組み合わせとがそれぞれ異なる場合には、現行ＮＣ特性側でのみ必要なフィルタ特性（図８の場合はフィルタ特性Ｂ）の比率を０とする状態を経ることを条件として経路を求めるものとしている。
このことで、先に説明したような切り替え動作途中でのフィルタ特性の変更が可能となり、ＮＣフィルタ５ａの数が２つとされる場合にも、適正に中間的な特性間のクロスフェード切り替えを行うことができる。すなわち、このことで、ＮＣフィルタ５ａの数を２つに抑えることができるものである。
このようにＮＣフィルタ５ａの数をクロスフェード切り替えを行うにあたっての必要最小限となる２つに抑えることができることで、ＤＳＰ５の処理負担としても最小限に抑えることができる。例えば、比較的処理能力の低い安価なＤＳＰを用いた場合にも適正にクロスフェード切り替え動作を実現することができ、それによって装置製造コストの削減が図られるなどの効果を得ることができる。

＜第２の実施の形態＞

続いて、第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態は、新たなＮＣモードの選択が、ユーザ操作のみに基づき行われるのではなく、装置の自動選択によっても行われるようにしたものである。

図１２は、第２の実施の形態としてのヘッドフォン１５の内部構成を示すブロック図である。なお、以下の説明において、既に説明済みの部分と同様となる部分については同一符号を付して説明を省略する。
第２の実施の形態のヘッドフォン１５は、第１の実施の形態のヘッドフォン１と比較して、ＤＳＰ５の機能に変更を加えた点が異なる。具体的には、図中の収音信号解析部５ｆ、最適ＮＣモード選択部５ｇとしての機能動作が追加される。また、先の第１の実施の形態の場合のフィルタ特性・ミクス比率制御部５ｅの機能に代えて、フィルタ特性・ミクス比率制御部５ｈとしての機能が与えられる。

また、このようなＤＳＰ５の機能動作の変更に伴い、メモリ８には、先の信号処理プログラム８ａに代えて、第２の実施の形態としての動作を実現するための信号処理プログラム８ｃが格納される。またこの場合、メモリ８内にはＮＣ効果予測テーブル８ｄが新たに格納されるものとなる。

第２の実施の形態のヘッドフォン１５では、上記収音信号解析部５ｆ、及び最適ＮＣモード選択部５ｇによって、外部のノイズ環境に応じた最適なＮＣモード（ＮＣ特性）を自動的に選択するようにされる。
具体的に、上記収音信号解析部５ｆは、Ａ／Ｄ変換器３から入力される収音データについて、例えばＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）やＢＰＦ（Band Pass Filter）による帯域分割などを行って、上記収音データの周波数特性解析を行う。
そして、上記最適ＮＣモード選択部５ｇは、上記収音信号解析部５ｆによる周波数特性解析結果と、メモリ８に格納されるＮＣ効果予測テーブル８ｄの情報内容とに基づき、ヘッドフォン１５が設定可能な各ＮＣモードごとにノイズ低減効果の予測を行い、該予測結果に基づいて最適とされるＮＣモードの選択を行う。

ここで、上記最適ＮＣモード選択部５ｇによるノイズ低減効果の予測及び予測結果に基づく最適ＮＣモードの選択手法について説明しておく。
先ず、本例の場合、上記ＮＣ効果予測テーブル８ｄとしては、ヘッドフォン１５が設定可能とされる各ＮＣモード（複数のフィルタ特性の組み合わせによるＮＣモードも含む）ごとに、そのノイズ低減特性（複数の周波数ポイントに対するノイズ低減量）の情報を対応づけた情報とされる。すなわち、このＮＣ効果予測テーブル８ｄとしては、先の図５に示したようなＮＣモードごとの減衰カーブの情報を、設定可能な各ＮＣモードごとに対応づけたものとなる。

最適ＮＣモード選択部５ｇは、上記収音信号解析部５ｆにより解析された収音データの周波数特性に対して、上記ＮＣ効果予測テーブル８ｄに格納されている各ＮＣモードのノイズ低減特性を総当たりで減算し、それらの値の対比から外部のノイズ環境に応じた最適とされるＮＣモードを選択する。
ここで、上記収音信号解析部５ｆにより解析された収音データの周波数特性と、上記ＮＣ効果予測テーブル８ｄに格納されているノイズ低減特性との差は、現実のノイズに対するノイズ低減効果を表すものとなる。従って、上記のように収音信号解析部５ｆにより解析された収音データの周波数特性とＮＣ効果予測テーブル８ｄに格納されているノイズ低減特性との差を各ＮＣモードごとに求めることで、現在収音されているノイズ音に対する各ＮＣモードごとのノイズ低減効果が数値として求まる（ノイズ低減効果の予測）。
そして、最適ＮＣモード選択部５ｇは、このようにして求めた差分値（ノイズ低減効果量）が最も小さくなるＮＣモードを、最適なＮＣモードとして選出する。
なお、ここでの差分はｄＢ値での差分であり、リニア振幅値の場合は除算となることを付記しておく。

ここで、上記ノイズ低減効果の予測に相当する演算については、例えばバンドごとのエネルギー差を求め、その合算値を最終的なノイズ低減効果の値として得る手法を挙げることができる。また、実際の演算は、聴感特性カーブを与えた上で行うようにすることが望ましい。

なお、最適ＮＣモードを選出するための手法については上記により説明した手法に限定されるべきものではなく、もちろん他の手法を採ることもできる。

第２の実施の形態において、上記のようにして収音信号解析部５ｆと最適ＮＣモード選択部５ｇとにより行う最適ＮＣモードの自動選択動作は、以下を開始トリガとして行うものとしている。
・電源オン時（装置起動時）
・所定時間の経過
・過大ノイズ入力時
・小ノイズ状態の継続時

具体的に、上記「電源オン時」の開始トリガについては、操作部９に設けられた電源ボタンの操作に応じてマイクロコンピュータ１０が収音信号解析部５ｆ（ＤＳＰ５）に動作開始指示を行う。すなわち、収音信号解析部５ｆは、この動作開始指示に応じて収音データについての周波数特性解析を開始する。
また、上記「所定時間の経過」「過大ノイズ入力時」「小ノイズ状態の継続時」については、収音信号解析部５ｆ（ＤＳＰ５）自身がその条件の成立有無を判別する。具体的に、上記「所定時間の経過」については、例えば上記マイクロコンピュータ１０からの動作開始指示を受けたことに応じタイムカウントを開始し、そのカウント値が予め定められた所定値となるまで待機する。そして、カウント値が上記所定値となったことに応じて収音データについての周波数特性解析を開始する。またこれと共に、タイムカウント値をリセットし、再びタイムカウント値が上記所定値となるまで待機する。このようにして、所定時間の経過ごとに、周波数特性解析を行う。

また、上記「過大ノイズ入力時」については、入力される収音データのレベルを監視し、そのレベルが予め定められたレベル以上となったことに応じて上記収音データの周波数特性解析を開始する。
また、上記「小ノイズ状態の継続時」については、入力される収音データのレベルが予め定められたレベル以下となる状態が所定時間以上継続したか否かを判別し、該状態が所定時間以上継続したと判別したことに応じて上記収音データの周波数特性解析を開始する。

このようにして開始される収音信号解析部５ｆによる周波数特性解析の結果に基づき、最適ＮＣモード選択部５ｇによる最適ＮＣモードの選択が行われる。つまりこれにより、上記の何れかの開始トリガの発生に応じて、最適ＮＣモードの選択が行われることになる。

ここで、最適ＮＣモード選択部５ｇにより選択された最適ＮＣモードが、現行のＮＣモードと同一である場合、敢えてクロスフェード切り替え動作を行う必要性はない。このため、最適ＮＣモード選択部５ｇとしては、選択した最適ＮＣモードが現行ＮＣモードと同一である場合には、フィルタ特性・ミクス比率制御部５ｈに対するＮＣモードの変更指示は行わず、現行ＮＣモードと選択した最適ＮＣモードとが同一でない場合にのみ、ＮＣモードの変更指示を行う。

上記フィルタ特性・ミクス比率制御部５ｈとしては、第１の実施の形態の場合のフィルタ特性・ミクス比率制御部５ｅのようにマイクロコンピュータ１０からの指示に基づきユーザ操作により選択されたＮＣモードへのクロスフェード切り替えのための制御を行うのみでなく、上記により説明した最適ＮＣモード選択部５ｇによる変更指示に応じてもクロスフェード切り替えのための制御を行う点が異なるものとなる。
なお、第２の実施の形態においても、新たなＮＣモードへの切り替えを行うべき状態となった以降に実行されるクロスフェード切り替え動作自体の内容は、先の第１の実施の形態の場合と同様となるのでここでの改めての説明は省略する。

図１３は、上記により説明した第２の実施の形態としての動作を実現するための処理手順を示したフローチャートである。なお、この図１３では第２の実施の形態としての動作を実現するための処理手順を、ＤＳＰ５が信号処理プログラム８ｃに基づき実行する処理手順として示している。

図１３において、先ずステップＳ２０１とステップＳ２０２とによる処理は、ユーザ操作による新たなＮＣモードの選択、又は先に説明した最適ＮＣモード自動選択開始トリガ（収音信号解析の開始トリガ）の発生の何れかを待機するための処理となる。すなわち、上記ステップＳ２０１では、操作により新たなＮＣモードが選択されたか否かを判別する。このステップＳ２０１では、ユーザ操作に基づき選択されたＮＣモードを表す情報がマイクロコンピュータ１０から指示されたか否かを判別する。このステップＳ２０１において、マイクロコンピュータ１０からの上記指示が無く、操作により新たなＮＣモードが選択されてはいないとして否定結果が得られた場合は、上記ステップＳ２０２において、解析開始トリガが発生したか否かを判別する。すなわち、先に説明した「電源オン時」「所定時間の経過」「過大ノイズ入力時」「小ノイズ状態の継続時」の各開始トリガのうち、何れかの開始トリガが発生したか否かを判別する。ステップＳ２０２において、各開始トリガの何れも発生しておらず、解析開始トリガは発生していないとして否定結果が得られた場合は、上記ステップＳ２０１に戻るようにされる。
このようなステップＳ２０１→Ｓ２０２のループ処理により、ユーザ操作による新たなＮＣモードの選択又は解析開始トリガ（つまり最適ＮＣモード自動選択開始トリガ）の発生の何れかを待機するようにされている。

そして、上記ステップＳ２０１において、マイクロコンピュータ１０からの上記指示があり、操作により新たなＮＣモードが選択されたとして肯定結果が得られた場合は、先の図１０に示したステップＳ２０２に処理を進めるようにされる。これにより、操作により新たなＮＣモードが選択されたことに応じては、先の第１の実施の形態の場合と同様に、現行ＮＣモードから新たに選択されたＮＣモード（目標のＮＣモード）へのクロスフェード切り替え動作が実行されるものとなる。

また、上記ステップＳ２０２において、上記による各トリガのうち何れかのトリガが発生し、解析開始トリガが発生したとして否定結果が得られた場合は、ステップＳ２０３において、収音信号解析に基づく最適ＮＣモードの選択を行う。すなわち、先に説明したようにしてＡ／Ｄ変換器３から入力される収音データについての周波数特性の解析を行うと共に、解析した周波数特性とメモリ８内のＮＣ効果予測テーブル８ｄの情報内容とに基づき、ＮＣモードごとのノイズ低減効果の予測を行った結果に応じて、外部のノイズ環境に応じた最適とされるＮＣモードの選択を行う。

続くステップＳ２０４では、最適ＮＣモードは現行ＮＣモードと異なるか否かを判別する。ステップＳ２０４において、最適ＮＣモードと現行ＮＣモードとが同一であり、最適ＮＣモードは現行ＮＣモードと異ならないとして否定結果が得られた場合は、先のステップＳ２０１に戻るようにされる。これにより、自動選択した最適ＮＣモードと、現行ＮＣモードとが一致する場合には、クロスフェード切り替え動作は実行されないものとなる。

一方、上記ステップＳ２０４において、最適ＮＣモードは現行ＮＣモードと異なるとして肯定結果が得られた場合は、先の図１０のステップＳ１０２に進むようにされる。これにより、自動選択した最適ＮＣモードが現行ＮＣモードと異なる場合には、該自動選択した最適ＮＣモードを目標のＮＣモード（目標のＮＣ特性）として、該目標ＮＣモードへのクロスフェード切り替え動作が実行されることになる。

＜第３の実施の形態＞

第３の実施の形態は、ヘッドフォン装置と該ヘッドフォン装置を着脱可能とされるオーディオプレイヤ等の信号処理装置とで構成される音響再生システムに関するものであり、ノイズキャンセリングのための信号処理系をヘッドフォン装置側に備えるのではなく、上記信号処理装置側に備えるようにするものである。すなわち、ノイズキャンセリング機能を有するオーディオプレイヤ（３０）と、ノイズキャンセリング機能を有さない（通常の）ヘッドフォン（２０）とによって構成された音響再生システムである。

図１４は、第３の実施の形態としての音響再生システムの構成について説明するための図として、オーディオプレイヤ３０の内部構成とヘッドフォン２０の内部構成とをブロック図により示している。
先ず、この場合のヘッドフォン２０としては、マイクロフォンMIC、マイク出力端子ＴMout、及びオーディオ入力端子ＴAin、ドライバDRVが備えられたものとなる。マイクロフォンMICで得られた収音信号は上記マイク出力端子ＴMoutに対して供給される。また、上記オーディオ入力端子ＴAinは、ドライバDRVと接続される。

一方、オーディオプレイヤ３０としては、先の図１２と比較して分かるように、第２の実施の形態のヘッドフォン１５が備えていたノイズキャンセリングのための音声信号処理系と同様の構成による音声信号処理系が設けられる。具体的には、ヘッドフォン１５が備えていたマイクアンプ２、Ａ／Ｄ変換器３、ＤＳＰ５（及びメモリ８）、Ｄ／Ａ変換器６、パワーアンプ７を有する。このノイズキャンセリングのための音声信号処理系の各部の動作は既に説明したものと同様となるので改めての説明は省略する。

但し、この場合のマイクアンプ２に対しては、マイクロフォンMICによる収音信号が、上述したマイク出力端子ＴMout→オーディオプレイヤ３０側に設けられたマイク入力端子ＴMinを介して供給されることになる。また、パワーアンプ７の出力信号は、オーディオプレイヤ３０側に設けられたオーディオ出力端子ＴMout→上述したオーディオ入力端子ＴAinを介してドライバDRVに供給されることになる。

なお、上記マイク出力端子ＴMout、オーディオ入力端子ＴAin、及び上記マイク入力端子ＴMin、オーディオ出力端子ＴMoutの各端子Ｔは、オーディオプレイヤ３０に対しヘッドフォン２０が接続されたときに、[マイク出力端子ＴMout−マイク入力端子ＴMin]、及び[オーディオ出力端子ＴMout−オーディオ入力端子ＴAin]の組み合わせでそれぞれが接するようにしてヘッドフォン２０側、オーディオプレイヤ３０側にそれぞれ形成される。

また、オーディオプレイヤ３０には、オーディオデータの再生系として、ストレージ部３１、及び再生処理部３２が備えられる。
上記ストレージ部３１は、オーディオデータを始めとした各種データの保存に用いられる。具体的な構成としては、例えばフラッシュメモリなどの固体メモリに対するデータの書き込み（記録）／読み出しを行うように構成されても良いし、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）により構成されてもよい。
また内蔵の記録媒体ではなく、可搬性を有する記録媒体、例えば固体メモリを内蔵したメモリカード、ＣＤ（Compact Disc）やＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの光ディスク、光磁気ディスク、ホログラムメモリなどの記録媒体に対応するドライブ装置などとして構成することもできる。
もちろん、固体メモリやＨＤＤ等の内蔵タイプのメモリと、可搬性記録媒体に対するドライブ装置の両方が搭載されてもよい。
このストレージ部３１は、後述するマイクロコンピュータ３３の制御に基づいてオーディオデータその他の各種データについての書き込み／読み出しを行う。

ここで、上記ストレージ部３１においては、オーディオデータが所定の音声圧縮符号化方式により圧縮符号化された状態で記憶されているとする。ストレージ部３１で読み出された圧縮オーディオデータは、再生処理部３２に供給される。再生処理部３２はマイクロコンピュータ３３の制御に基づき、供給される圧縮オーディオデータについての伸張処理などの所定の再生処理（デコード処理）を施す。
この再生処理部３２で再生処理されたオーディオデータが、ＤＳＰ５に対して聴取用のオーディオデータとして供給されることになる。

マイクロコンピュータ３３は、オーディオプレイヤ３０の全体制御を行う。
例えば、上述したストレージ部３１に対するデータの書き込み／読み出し制御を行う。また、ストレージ部３１、再生処理部３２を制御してオーディオデータの再生開始／停止制御なども行う。
マイクロコンピュータ３３には操作部３４が接続され、該操作部３４から供給されるユーザ操作入力に基づく操作入力情報に基づく演算や各部の動作制御を行う。このことで、オーディオプレイヤ３０においてユーザ操作に応じた動作が得られるようになっている。
ここで、上記操作部３４には、先の第２の実施の形態のヘッドフォン１５に備えられた操作部９と同様に、少なくとも電源ボタン、及びＮＣモードの選択操作を行うための選択ボタンが設けられる。そして、この場合のマイクロコンピュータ３３としても、先のマイクロコンピュータ１０と同様に、上記電源ボタンの操作に応じて電源オンのための操作入力情報が供給されたことに応じては、ＤＳＰ５（収音信号解析部５ｆ）に対して動作開始指示を行うようにされる。また、上記選択ボタンの操作に応じて上記操作部９から供給される操作入力情報に基づき、新たに設定すべきＮＣモードの選択を行い、また選択したＮＣモードを表す情報をＤＳＰ５（フィルタ特性・ミクス比率制御部５ｈ）に指示するようにされる。

また、上記マイクロコンピュータ３３に対しては、表示部３５が接続される。表示部３５は例えば液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどの表示デバイスとされ、マイクロコンピュータ３３からの指示に応じて所要の情報表示を行う。

この図１４に示した構成とすることによっても、先の第２の実施の形態で説明したものと同様の最適ＮＣモードの自動選択動作及びクロスフェード切り替え動作が行われるようにすることができる。また、メモリ８内に格納されている信号処理プログラム８ｃを先の図４に示した信号処理プログラム８ａに変更することで、第１の実施の形態と同様のクロスフェード切り替え動作が行われるようにすることもできる。

＜変形例＞

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明としてはこれまでに説明した具体例に限定されるべきものではない。
例えばこれまでの説明では、簡易的に音声信号（収音信号も含む）のｃｈ（チャンネル）数が１ｃｈのみとされる場合を示したが、本発明としては、複数ｃｈの音声信号について音響再生を行う場合にも好適に適用することができる。

また、これまでの説明では、ノイズキャンセリング方式としてＦＦ方式を採用する場合のみを例示したが、本発明はＦＢ方式を採用する場合にも好適に適用できる。ＦＢ方式を採用する場合は、ＦＦ方式を採用する場合とマイクロフォンMICの配置位置が異なる。具体的には、ハウジング部の内側において、ハウジング部内における音、すなわちノイズ音とドライバDRVからの出力音とを収音するようにして設けられることになる（図１を参照）。それ以外の構成については、先の図４、図１２、図１４に示したものと同様でよい。

但し、冒頭の基本概念の説明でも述べたように、ＦＢ方式においては、フィードバックループ内にてノイズキャンセリングのためのフィルタ処理が行われることに伴い、フィードバックループに加算されユーザに聴取されるオーディオ信号（聴取用オーディオ信号）の音質劣化が生じてしまう虞がある。このために、先の図１（ｂ）に示したようにして、聴取用のオーディオデータについて音質劣化防止のためのイコライジング処理を行うためのイコライザを設ける。このイコライザとしては、ＤＳＰ５のデジタル信号処理により実現するものとし、例えば図４、図１２の場合には、Ａ／Ｄ変換器３から入力される聴取用オーディオデータに対して音質劣化防止のためのイコライジング処理を施すものとすればよい。或いは、図１４の場合には、再生処理部３２から入力される聴取用オーディオデータについて音質劣化防止のためのイコライジング処理を施すものとすればよい。

ここで、音信劣化の防止が適正に図られるようにするためには、上記イコライザのイコライジング特性を、設定されるＮＣモードに応じて可変的に設定すべきものとなる。すなわち、音質劣化の態様は、設定されるＮＣモードのＮＣ特性ごとに異なるものとなるため、上記イコライザのイコライジング特性は、設定されるＮＣモードのＮＣ特性に応じたものを設定すべきものとなる。
この点を考慮すると、ＦＢ方式を採用する場合には、ＮＣモードの切り替えに応じて、上記イコライザのイコライジング特性（例えばＦＩＲフィルタなどのフィルタ特性）も切り替えることが考えられる。

このように音質劣化防止のためのイコライザのイコライジング特性を切り替えるとしたときは、ＮＣモードの切り替えを行う場合と同様、切り替え点での音質変化に伴いユーザに違和感を与える可能性がある。そこで、上記イコライザのイコライジング特性の切り替え動作についても、ＮＣモードの切り替えと同様のクロスフェード切り替え動作を行うこともできる。その場合、フィルタ特性の設定対象がＮＣフィルタ５ａから上記イコライザとなる点以外は、先に説明したＮＣモードのクロスフェード切り替え動作と同様となる。つまり、ＤＳＰ５の機能ブロックとしては、聴取用オーディオデータを入力して個別にイコライジング処理を施す複数のイコライザと、それらのイコライザからのイコライジング出力（フィルタ処理出力）を設定された合成比率で合成するための複数の乗算部と各乗算部の出力を加算する加算部、さらに、上記複数のイコライザのイコライジング特性（フィルタ特性）と上記複数の乗算部に与える係数の設定（制御）により、現行ＮＣモードに対応したイコライジング特性から新規ＮＣモードに対応したイコライジング特性へのクロスフェード切り替え制御を行うフィルタ特性・ミクス比率制御部とを設けるようにすればよい。

また、ＦＢ方式を採用する場合において、第２の実施の形態のように最適ＮＣモードの選択を行うことについて考えてみると、ＦＢ方式の場合は、フィードバックループが形成されることに伴い、マイクロフォンMICからの収音信号にはノイズ成分のみでなく聴取用のオーディオ信号成分も含まれることになる。このため、聴取用のオーディオ信号を再生中である場合は、収音信号解析部５ｆにおいて、ノイズ成分についての周波数特性解析を正しく行うことができなくなってしまう虞がある。つまり、最適ＮＣモードの選択を正しく行うことができなくなる虞がある。
また、これと共にＦＢ方式の場合、フィードバックループがオンとされている状態では、収音信号解析部５ｆに入力される収音データは、ノイズキャンセリングのための信号特性が与えられたものとなっている。すなわち、ノイズ成分が低減された状態にある。この点でも最適ＮＣモードの選択を正しく行うことができなくなってしまう虞がある。
そこで、ＦＢ方式を採用する場合の最適ＮＣモードの選択時には、加算部５ｄによるフィードバックループへの聴取用オーディオデータの加算動作を行わないようにすると共に、例えばＮＣフィルタ５ａへの収音データの入力を停止するなどしてフィードバックループをオフとした上で（つまりマイクロフォンMICによってノイズ成分のみが収音されるようにした上で）、収音信号解析部５ｆによる周波数特性解析を行うようにする。これにより、ＦＢ方式が採用される場合に対応して、最適ＮＣモードの選択がより正確に行われるようにすることができる。

また、これまでの説明では、簡単のため、メモリ８内のフィルタ特性情報８ｂとしては３つのフィルタ特性情報を保持させるものとしたが、もちろん、フィルタ特性情報の保持数はこれに限定されるべきものではなく、２又は４以上とすることもできる。
図１５は一例として、フィルタ特性情報の保持数が６つとされた場合における、各フィルタ特性の関係を例示している。
またこの図１５では、ＮＣフィルタ５ａの数を２つとする場合における、各ＮＣ特性間の経路の例も併せて示している。例えば、図中のｘ１と示す、フィルタ特性Ａとフィルタ特性Ｆとの中間的なＮＣ特性から、ｘ２と示すフィルタ特性Ａとフィルタ特性Ｃとの中間的なＮＣ特性への切り替えにあたっては、この場合も切り替え前のＮＣ特性側のみで必要なフィルタ特性（フィルタ特性Ｆ）の比率が０となる地点を経ることを条件に、上記ｘ２へ至る経路が算出されることになる。また、例えば上記ｘ２としてのＮＣ特性から、ｘ３と示すフィルタ特性Ｃとフィルタ特性Ｆとの中間的なＮＣ特性への切り替えを行うとした場合としても、同様に、切り替え前のＮＣ特性側のみで必要なフィルタ特性（フィルタ特性Ａ）の比率が０となる地点を経ることを条件に、上記ｘ３へ至る経路が算出されていることが示されている。

また、これまでの説明では、ＤＳＰ５の性能や処理負担等を考慮して、ＮＣフィルタの数を２つとする場合を例示したが、もちろんＮＣフィルタを３つ以上とすることも可能である。先の説明からも理解されるように、ＮＣフィルタの数が２つとされる場合、クロスフェード切り替え途中において一方のＮＣフィルタ処理出力の比率を０とし、該比率を０とした方のＮＣフィルタ側においてフィルタ特性の入れ替えを行う必要があったが、ＮＣフィルタを３つ以上とする場合には、このようなクロスフェード切り替え途中におけるフィルタ特性の入れ替えは不要とすることができる。

図１６では一例として、ＮＣフィルタを３つ備える場合の構成例を示している。この場合、収音データを個別に入力する第１ＮＣフィルタ５ａ1、第２ＮＣフィルタ５ａ2、第３ＮＣフィルタ５ａ3が設けられると共に、第１ＮＣフィルタ５ａ1の出力を入力する第１乗算部５ｂ1、第２ＮＣフィルタ５ａ2の出力を入力する第２乗算部５ｂ2、第３ＮＣフィルタ５ａ3の出力を入力する第３乗算部５ｂ3、及びこれら第１〜第３乗算部５ｂのそれぞれの出力を加算する加算部５ｃが設けられる。

ここで、図１６に示されているように、第１ＮＣフィルタ５ａ1にはフィルタ特性Ａが、第２ＮＣフィルタ５ａ2にはフィルタ特性Ｂが、第３ＮＣフィルタ５ａ3にはフィルタ特性Ｃがそれぞれ設定された状態にあるとする。
図１７は、このように各ＮＣフィルタ５ａに設定されるフィルタ特性Ａ〜Ｃの関係を例示している。例えば、この図１７に示されている各フィルタ特性の関係が得られている状態において、図示するようにフィルタ特性Ａとフィルタ特性Ｂとの中間的なＮＣ特性から、フィルタ特性Ａとフィルタ特性Ｃとの中間的なＮＣ特性への切り替えを行うべき状態となったとする。先に例示したＮＣフィルタ５ａを２個とする場合には、図中の白丸印で示すようにフィルタ特性Ｂの比率が０で且つフィルタ特性Ａの比率が１となる地点を通過するようにしてＮＣ特性を変化させるものとなるが、ＮＣフィルタ５ａを３つとする場合には、３種のフィルタのミクス比率を変更させることで、例えば図中色付の丸印で示すように目標のＮＣ特性に向けて直線的にＮＣ特性を変化させることができる。すなわち、切り替え前のＮＣ特性側のみで必要なフィルタ特性（この場合はフィルタ特性Ｂ）の比率が０となる地点を経ることを条件とせずに、経路の計算を行うことができるものであり、従ってクロスフェード切り替え途中におけるフィルタ特性の入れ替えは不要とすることができる。

また、これまでの説明では、ＮＣモードとして、１つのフィルタ特性で実現されるＮＣモードと複数のフィルタ特性の組み合わせで実現されるＮＣモードとの双方が混在する場合を例示したが、例えば１つのフィルタ特性で実現できるＮＣモードのみを設定する場合にクロスフェード切り替え動作を行うようにすることもできる。その場合は、先の図１０にて示したような経路の計算（Ｓ１０２）、及び経路途中で何れか一方のＮＣフィルタ出力の比率を０とする必要があるか否かについての判別は不要であり、新たなＮＣモードを設定すべき状態となったことに応じ、非稼動側のＮＣフィルタ５ａに対して新規ＮＣモードに対応するフィルタ特性を設定した上で、可動側のフィルタ処理出力の比率を１→０に徐々に低下させ、また非稼動側のフィルタ処理出力の比率を０→１に徐々に上昇させるようにして合成比率を変化させるものとすればよい。

また、これまでの説明では、収音信号に対してノイズキャンセリングのための信号特性を与えるＮＣフィルタがデジタルフィルタで構成される場合を例示したが、ＮＣフィルタはアナログフィルタで構成することもできる。

また、これまでの説明では、本発明の信号処理装置がヘッドフォン装置、或いはオーディオプレイヤとして構成される場合について例示したが、本発明の信号処理装置としては、例えばノイズキャンセリング機能を備えた携帯電話機、ヘッドセットなど、他の装置形態として実施することもできる。

フィードバック方式によるヘッドフォン装置のノイズキャンセリングシステムについてのモデル例を示す図である。 図１に示したノイズキャンセリングシステムについての特性を示すボード線図である。 フィードフォワード方式によるヘッドフォン装置のノイズキャンセリングシステムについてのモデル例を示す図である。 第１の実施の形態の信号処理装置の内部構成を示したブロック図である。 ＮＣモードごとのノイズ低減特性を例示した図である。 第１の実施の形態のクロスフェード切り替え動作ついて説明するための図として、フィルタ特性とＮＣモードとが１対１で対応する場合に対応した動作例を示した図である。 クロスフェード特性の例を示した図である。 複数のフィルタ特性の組み合わせによる中間的なＮＣ特性間の切り替えに対応して行われるクロスフェード切り替え動作について説明するための図として、切り替え前のＮＣ特性と切り替え後のＮＣ特性との関係を示した図である。 複数のフィルタ特性の組み合わせによる中間的なＮＣ特性間の切り替えに対応して行われるクロスフェード切り替え動作について説明するための図として、実際の動作例について示した図である。 第１の実施の形態としてのクロスフェード切り替え動作を実現するための処理手順を示したフローチャートである。 同じく、第１の実施の形態としてのクロスフェード切り替え動作を実現するための処理手順を示したフローチャートである。 第２の実施の形態の信号処理装置の内部構成を示したブロック図である。 第２の実施の形態としての動作（主に最適ＮＣモードの自動選択動作）を実現するための処理手順を示したフローチャートである。 第３の実施の形態としての信号処理装置とヘッドフォン装置とを備えて構成される音響再生システムの構成を示した図である。 フィルタ特性情報の保持数が６つとされた場合の各フィルタ特性の関係及び複数のフィルタ特性の組み合わせで実現される各ＮＣ特性間の経路を例示した図である。 ＮＣフィルタを３つ備える場合の構成例を示した図である。 図１７の各ＮＣフィルタに設定されるフィルタ特性の関係を例示した図である。

符号の説明

１,１５,２０ ヘッドフォン、２ マイクアンプ、３,４ Ａ／Ｄ変換器、５ ＤＳＰ、５ａ ＮＣフィルタ、５ｂ 乗算部、５ｃ,５ｄ 加算部、５ｅ,５ｈ フィルタ特性・ミクス比率制御部、５ｆ 収音信号解析部、５ｇ 最適ＮＣモード選択部、６ Ｄ／Ａ変換器、７ パワーアンプ、８ メモリ、８ａ,８ｃ 信号処理プログラム、８ｂ フィルタ特性情報、８ｄ ＮＣ効果予測テーブル、９ 操作部、１０,３３ マイクロコンピュータ、３０ オーディオプレイヤ、３１ ストレージ部、３２ 再生処理部、３４ 操作部、３５ 表示部、MIC マイクロフォン、DRV ドライバ、ＴAin オーディオ入り力端子、ＴMout マイク出力端子、ＴAout オーディオ出力端子、ＴMin マイク入力端子

Claims (12)

1. それぞれがマイクロフォンによる収音動作に基づき得られた収音信号を入力し個別にノイズキャンセリングのためのフィルタ処理特性によるフィルタ処理を施すことで、上記収音信号にそれぞれ異なる信号特性を与える複数のフィルタ処理手段と、
   設定された合成比率により上記複数のフィルタ処理手段からのフィルタ処理出力を合成する合成手段と、
   ノイズキャンセリングモードを切り替えるべき状態となったことに応じ、上記合成手段による合成比率を、複数の上記フィルタ処理出力の比率が０以外の比率となるまで時変的に変化させる制御手段と
   を備える信号処理装置。
2. 請求項１に記載の信号処理装置において、
   上記複数のフィルタ処理手段はデジタルシグナルプロセッサの一機能として実現され、各フィルタ処理手段のフィルタ処理特性を可変的に設定することが可能とされている。
3. 請求項２に記載の信号処理装置において、
   上記制御手段は、
   少なくとも１つの上記フィルタ処理手段に対し、上記ノイズキャンセリングモードの切り替えに伴い新たに設定されるべきとされたフィルタ処理特性を設定すると共に、該フィルタ処理特性を設定したフィルタ処理手段のフィルタ処理出力の比率が時間経過と共に徐々に大きくなるように上記合成比率を変化させる。
4. 請求項３に記載の信号処理装置において、
   上記複数のフィルタ処理手段は第１フィルタ処理手段と第２フィルタ処理手段の２つとされる。
5. 請求項４に記載の信号処理装置において、
   上記制御手段は、
   上記ノイズキャンセリングモードの切り替えを行うべき状態となったことに応じ、それまで設定されていた現行ノイズキャンセリングモードから新たに設定されるべき新規ノイズキャンセリングモードに変化させるにあたって上記第１、第２フィルタ処理手段に設定すべきフィルタ処理特性、及び各フィルタ処理出力に逐次設定すべき合成比率を計算により求めると共に、
   該計算の結果、上記新規ノイズキャンセリングモードに変化させる途中において上記第１又は第２フィルタ処理手段の何れかのフィルタ処理出力の比率を０とする必要がないとされる場合には、上記第１、第２フィルタ処理手段のフィルタ処理出力の比率がそれぞれ上記計算により求めた比率に向けて徐々に変化するように上記合成比率を変化させ、
   上記計算の結果、上記新規ノイズキャンセリングモードに変化させる途中において上記第１又は第２フィルタ処理手段の何れかのフィルタ処理出力の比率を０とする必要があるとされる場合には、上記計算の結果に従って一方のフィルタ処理手段のフィルタ処理出力の比率を１に向けて徐々に大きくし且つ他方のフィルタ処理手段のフィルタ処理出力の比率を０に向けて徐々に小さくするように上記合成比率を変化させ、比率が０とされた上記他方のフィルタ処理手段に上記計算の結果に基づく新たなフィルタ処理特性を設定した上で、該他方のフィルタ処理手段のフィルタ処理出力の比率を上記計算により求めた比率に向けて徐々に大きくし、且つ上記一方のフィルタ処理手段のフィルタ処理出力の比率を上記計算により求めた比率に向けて徐々に小さくするように上記合成比率を変化させる。
6. 請求項１に記載の信号処理装置において、
   上記制御手段は、
   上記フィルタ処理出力に与えられる比率が時間に対して一定に変化されるように上記合成比率を変化させる。
7. 請求項１に記載の信号処理装置において、
   上記制御手段は、
   上記フィルタ処理出力に与えられる比率が時間に対して非一定に変化されるように上記合成比率を変化させる。
8. 請求項１に記載の信号処理装置において、
   上記制御手段は、
   上記フィルタ処理出力に与えられる比率を大きくするときと小さくするときとで時間に対する比率変化の態様を異ならせるようにして上記合成比率を変化させる。
9. 請求項１に記載の信号処理装置において、
   上記制御手段は、
   上記フィルタ処理出力に与えられる比率を大きくするときは、時間経過に応じて徐々に比率変化量を小さくさせるようにし、上記フィルタ処理出力に与える比率を小さくするときは時間経過に応じて徐々に比率変化量を大きくさせるようにして上記合成比率を変化させる。
10. 請求項１に記載の信号処理装置において、
    ユーザ操作に基づきノイズキャンセリングモードの選択を行うモード選択手段をさらに備え、
    上記制御手段は、
    上記モード選択手段により新たなノイズキャンセリングモードが選択されたことに応じて上記合成比率を変化させる。
11. 請求項１に記載の信号処理装置において、
    上記収音信号に基づきノイズキャンセリングモードの自動選択を行うモード自動選択手段をさらに備え、
    上記制御手段は、
    上記モード自動選択手段により新たなノイズキャンセリングモードが選択されたことに応じて上記合成比率を変化させる。
12. それぞれがマイクロフォンによる収音動作に基づき得られた収音信号を入力し個別にノイズキャンセリングのためのフィルタ処理特性によるフィルタ処理を施すことで、上記収音信号にそれぞれ異なる信号特性を与える複数のフィルタ処理手段と、設定された合成比率により上記複数のフィルタ処理手段からのフィルタ処理出力を合成する合成手段とを備えた信号処理装置における信号処理方法であって、
    ノイズキャンセリングモードを切り替えるべき状態となったことに応じ、上記合成手段による合成比率を、複数の上記フィルタ処理出力の比率が０以外の比率となるまで時変的に変化させる
    信号処理方法。

Images