JP5880753B2 - ヘッドホン、ヘッドホンのノイズ低減方法、ノイズ低減処理用プログラム - Google Patents

Description

この発明は、ヘッドホン、ヘッドホンのノイズ低減方法、ノイズ低減処理用プログラムに関する。

特許第２７７８１７３号公報 特許第２８６７４６１号公報

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。

また、ヘッドホン装置として、適応処理を用いる適応フィルタを用いるノイズ低減システムを搭載し、外部ノイズが大きな環境においても、そのノイズを軽減させた状態で、音楽を再生することができるようにしたものも提案されている（例えば特許文献２（特許第２８６７４６１号公報）参照）。

この特許文献２に記載の騒音低減ヘッドホンのノイズ低減システムは、適応信号処理を用いて適応フィルタを最適なものに自動設定するようにしたもので、ヘッドホン筐体の外部に、外部ノイズを収音するためのマイクロホンが設けられると共に、適応信号処理による音響合成の結果としての残差（エラー）成分を収音するためのマイクロホンがヘッドホン筐体内部に設けられる。

そして、この適応処理のノイズ低減システムにおいては、ヘッドホン筐体内部に設けられたマイクロホンからの残差信号を解析して、適応フィルタを更新することにより、外部ノイズに対して適応的にノイズ低減するように構成されている。

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、駅のプラットフォーム、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。この場合、従来は、アナログ回路構成であるので、ハードウエア回路自体を切り換えることになる。

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。

一方、適応処理を用いるノイズ低減システムを用いれば、当該ノイズ低減システムを使用する場所におけるノイズに適応的に適応フィルタが更新されるので、フィルタ回路を複数個設ける必要は無い。

そのため、適応信号処理を使ってノイズ低減（キャンセル）する手法は、特許文献や学会発表などに多数提案されているが、システムとしての安定性の問題、処理規模が大きくなること、対象が周期的ノイズ波形にしか向いていないこと、コスト対効果（コストパフォーマンス）などの問題がクリアされておらず、実際に商品化されていないのが現状である。

この発明は、以上の点にかんがみ、適応処理を用いないアクティブ方式のノイズ低減システムを採用するも、ノイズ環境に適切に対応したノイズ低減をすることが可能なノイズ低減装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１のヘッドホンは、ヘッドホン筐体内のノイズを収音するために設置されたマイクロホンと、前記マイクロホンで収音したアナログ音声信号をデジタル音声信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、複数種のノイズ特性に応じて予め用意された複数セットのパラメータを保持する保持手段と、前記保持手段に保持されている複数セットのパラメータのうちで、ノイズの低減に用いるパラメータのセットを選択する選択設定手段と、前記デジタル音声信号と前記選択されたパラメータのセットを用いて、ノイズ低減音声信号を生成するデジタル処理手段と、前記選択されたパラメータのセットに応じてイコライザ特性が変更されるイコライザ回路と、前記イコライザ回路でイコライザ特性が与えられた所定の入力音声信号と、前記ノイズ低減音声信号とを音響再生するスピーカとを備える。

上述の構成のヘッドホンにおいては、アクティブ方式のノイズ低減を行なうものであるが、ノイズ低減音声信号は、デジタル処理手段により生成される。そして、保持手段には、種々のノイズ環境に応じたノイズの特性に応じたパラメータのセットが複数個保持されており、デジタル処理手段は、その複数個のパラメータのセットのうちの、適切なノイズ特性のパラメータのセットを用いてノイズ低減音声信号を生成することができる。したがって、多種多様なノイズ環境に適切に対応したノイズ低減をすることができる。

この場合に、ハードウエア構成としては、保持手段に複数種のノイズ特性に応じた複数個のパラメータを保持して、そのうちでノイズの低減に適したパラメータのセットを選択するようにする選択設定手段を設けるだけでよいので、アナログフィルタ回路を用いる場合に比べて、大規模になることはない。すなわち、多種多様なノイズ特性に対応するようにする場合でも、その多種多様なノイズ特性に応じた複数個のパラメータのセットを保持するだけでよいので、多数のアナログフィルタ回路を設けて、切り換えるようにする場合に比べて、構成が簡単で済み、コスト的にも有利である。

この発明によれば、アクティブ方式のノイズ低減手法を用いても、ノイズ環境に適切に対応したノイズ低減をすることが可能であり、かつ、回路規模が大きくならず、コスト的にも実用的なノイズ低減装置を搭載したヘッドホンを実現することができる。

本開示の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。 本開示の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。 本開示の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。 本開示の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。 本開示のノイズ低減装置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。 本開示の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。 本開示の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。 本開示の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。 本開示の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。 本開示の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。 本開示の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。 本開示の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。 本開示の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。 本開示の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。 本開示のノイズ低減装置の第７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。 本開示のノイズ低減装置の第７の実施形態の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。 図２１の第７の実施形態の構成例の一部のブロックの、具体的構成例を示す図である。 図２１の第７の実施形態の構成例の一部のブロックの、具体的構成例を示す図である。 本開示のノイズ低減装置の第７の実施形態の要部の動作を説明するために用いる図である。 本開示のノイズ低減装置の第７の実施形態の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。 第８の実施形態のヘッドホン装置の構成例を示すブロック図である。 第８の実施形態の要部の動作を説明するために用いるフローチャートを示す図である。 第９の実施形態のヘッドホン装置の構成例を示すブロック図である。

以下、本開示のノイズ低減装置の幾つかの実施形態を、図を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、いずれも、本開示のノイズ低減装置を、本開示の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。

ところで、アクティブなノイズ低減を行なうシステムとしては、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。

また、ノイズ環境に応じたノイズ低減装置における特性を変更する方式は、ユーザの選択指示に応じて行なう手動選択方式と、ノイズ環境に応じて特性を自動的に変更する自動変更方式の２通りがある。

［手動選択方式］
［第１の実施形態（フィードバック方式のノイズ低減装置）］
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。

そして、音声信号入力端１２を通じた、例えば音楽信号がイコライザ回路１３および加算回路１４を通じてパワーアンプ１５に供給され、このパワーアンプ１５を通じた音楽信号がドライバー１１に供給されて、音響再生され、リスナ１の右耳に対して音楽信号の再生音が放音されるようにされている。

音声信号入力端１２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、イコライザ回路１３、加算回路１４、パワーアンプ１５の他、後述する、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、メモリコントローラ２５、操作部２６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。

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に供給される。

ＤＳＰ２３２には、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が構成される。このデジタルフィルタは、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。ＤＳＰ２３２のデジタルフィルタに設定されるフィルタ係数は、この実施形態では、メモリ２４からメモリコントローラ２５を通じて供給される。

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。

メモリコントローラ２５は、このメモリ２４から、特定の１個（１セット）のフィルタ係数を読み出して、ＤＳＰ２３２のデジタルフィルタに設定するようにする。

そして、この実施形態では、メモリコントローラ２５に対しては、操作部２６の操作出力信号が供給されており、メモリコントローラ２５は、この操作部２６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、ＤＳＰ２３２のデジタルフィルタに設定するようにする。

そして、ＤＳＰ２３２のデジタルフィルタでは、以上のようにして、メモリコントローラ２５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、ＤＳＰ２３２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２３３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、ＦＢフィルタ回路２３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１３を通じて供給される。イコライザ回路１３は、入力音声信号の音特補正を行なう。

加算回路１４の加算結果の音声信号は、パワーアンプ１５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、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２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２に示す。この図２において、Ａはパワーアンプ１５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１３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２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２のように表したとき、図２のブロックは、図３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３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３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２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４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４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４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２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３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３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１５、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に設定するようにする。

デジタルフィルタ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、駅のプラットフォーム、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。

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２６が、メモリコントローラ２５に対して接続されている。

この実施形態では、操作部２６は、フィルタ係数の変更操作手段として例えばノンロック式のプッシュスイッチを備えており、当該プッシュスイッチをリスナが押下する毎に、メモリコントローラ２５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、ＦＢフィルタ回路２３に供給するようにする。

この場合におけるメモリコントローラ２５におけるメモリ読み出し制御のフローチャートを図５に示す。すなわち、メモリコントローラ２５は、操作部２６からの操作信号を監視して、前記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あったか否か判別する（ステップＳ１）。

ステップＳ１で、フィルタ係数の変更操作指示が無いと判別したときには、メモリコントローラ２５は、このステップＳ１を繰り返し、フィルタ係数の変更操作指示を待つ。ステップＳ１で、フィルタ係数の変更操作指示があったと判別したときには、メモリコントローラ２５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フィルタ係数に変更して、ＦＢフィルタ回路２３に供給するようにする（ステップＳ２）。そして、ステップＳ１に戻る。

ここで、メモリコントローラ２５では、メモリ２４に記憶されている複数個（複数セット）のフィルタ係数に、予め読み出し順序を決めておき、フィルタ係数の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、メモリ２４に、図６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６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種類のノイズ特性に対して、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するフィルタ係数が、メモリ２４に記憶されている場合である。

この場合に、図６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、このように変更することで、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状態となったら、それ以降は、プッシュスイッチの押下をやめるようにする。すると、メモリコントローラ２５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、ユーザが選択したフィルタ係数の読み出し状態に制御されることになる。

この場合に、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。そのためには、音声信号Ｓを入力しない環境で、リスナが操作部２６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２６のプッシュスイッチを押下してから、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、加算回路１４への音声信号をミューティングするようにする方法が採用できる。

なお、上述の図６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。

このような簡易的に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。

なお、上述の実施形態におけるメモリコントローラ２５は、ＤＳＰ２３２内に構成することもできる。

また、上述の説明では、イコライザ回路１３におけるイコライザ特性に関しては言及しなかったが、フィードバック方式のノイズ低減装置の場合には、デジタルフィルタのフィルタ係数を変更してノイズ低減カーブ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に対応した影響を受けるため、デジタルフィルタ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、例えばメモリ２４に、デジタルフィルタの複数個のフィルタ係数のそれぞれに対応させて、イコライザ回路１３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、メモリコントローラ２５が、フィルタ係数の変更に応じたパラメータをイコライザ回路１３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する。

なお、イコライザ回路１３をデジタルイコライザ回路の構成としてＤＳＰ２３２内に構成するようにしてもよい。その場合には、音声信号Ｓをデジタル信号に変換して、ＤＳＰ２３２内のイコライザ回路に供給するようにする。そして、メモリコントローラ２５は、メモリ２４から、デジタルフィルタのフィルタ係数の変更に応じたパラメータを読み出して、デジタルイコライザ回路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すればよい。

［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７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変えて、フィードフォワード方式のした場合を示すブロック図である。この図７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、メモリコントローラ３５、操作部３６などを備えるノイズ低減装置部３０が設けられる構成とされている。

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７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。

そして、図７に示すように、マイクロホン３１で収音されて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に供給される。

ＤＳＰ３３２には、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が構成される。このデジタルフィルタは、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。ＤＳＰ３３２のデジタルフィルタに設定されるフィルタ係数は、この実施形態では、メモリ３４からメモリコントローラ３５を通じて供給される。

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。

メモリコントローラ３５は、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に設定するようにする。

そして、この実施形態では、メモリコントローラ３５に対しては、操作部３６の操作出力信号が供給されており、メモリコントローラ３５は、この操作部３６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に設定するようにする。

そして、ＤＳＰ３３２のデジタルフィルタでは、メモリコントローラ３５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１３を通じて供給される。イコライザ回路１３は、入力音声信号の音特補正を行なう。

加算回路１４の加算結果の音声信号は、パワーアンプ１５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、メモリコントローラ３５および操作部３６の部分は、第１の実施形態のメモリ２４、メモリコントローラ２５および操作部２６と全く同様に構成され、操作部３６のプッシュスイッチを押下する毎に、異なるノイズ環境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。

また、ＦＦフィルタ回路３３の構成も、ＦＢフィルタ回路２３と全く同様であるが、第１の実施形態と第２の実施形態では、ＤＳＰ２３２、ＤＳＰ３３２で構成されるデジタルフィルタに供給するフィルタ係数が、第１の実施形態では、フィードバック方式のものであるのに対して、第２の実施形態では、フィードフォワード方式のものである点が異なっている。

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８を参照しながら説明する。図８は、図７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８において、Ａはパワーアンプ１５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フィルタの伝達関数である。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１３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８のように表したとき、図８のブロックは、図３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３の（式６）のように表せるとすると、図３の（式５）は、図３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３の（式７）のように表される。

ただし実際は、図３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３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７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、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９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、上述の実施形態におけるメモリコントローラ３５は、ＤＳＰ３３２内に構成することもできる。また、イコライザ回路１３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。

［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１０（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１１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分の遅れに相当する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１２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１２に示す伝達関数は、（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、（式２）および図４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１０（Ｂ）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１２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１２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１３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１３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１３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１４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１４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１４に加えるようにする。その他は、図１に示した構成と全く同一とする。

なお、図１４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１３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１５に示す。図１５（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１５（Ｂ）は位相特性、図１５（Ｃ）はゲイン特性をそれぞれ示している。

図１５（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。

第４の実施形態は、この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１６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７に示した構成と全く同一とする。

なお、図１６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１３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、上述の実施形態におけるメモリコントローラ２５、３５は、ＤＳＰ２３２、３３２内に構成することもできる。また、イコライザ回路１３も、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。

［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１７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１７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１７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、メモリコントローラ２５および３５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３６を通じたユーザのボタン操作に応じて、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１７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１７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。

さらに、この図１７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１７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１７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１７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１８に示す。

すなわち、この図１８の例においては、Ａ／Ｄ変換回路４１と、ＤＳＰ４２と、Ａ／Ｄ変換回路４３とからなるフィルタ回路４０を設ける。また、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３７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１９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、加算回路４２４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３７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、デジタルフィルタ回路４２１用の複数個（複数セット）のフィルタ係数と、デジタルフィルタ回路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、メモリコントローラ３５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４２１用およびデジタルフィルタ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、メモリコントローラ３５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４２４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１５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１８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。

［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１４および図１６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２０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２０に示すように、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１９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、フィルタ回路４０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。

［手動選択方式（第１〜第６の実施形態）の変形例］
以上の第１〜第６の実施形態では、操作部２６のプッシュスイッチを押下する毎に、異なるノイズ環境に対応したフィルタ係数をメモリ２４から順次に、かつ、サイクリックに変更して、ＦＢフィルタ回路２３に供給するようにしたが、リスナが、プッシュスイッチを押す毎に、各ノイズ環境の名称（「駅のプラットフォーム」、「飛行場」、「電車の中」など）を表示部に表示したり、加算部１４において、ドライバー１１で音響再生する音声信号に、各ノイズ環境の名称の音声信号を加算したりして、どのノイズ環境用のフィルタ係数に変更されるかをユーザに知らせるようにしても良い。

また、ノイズ低減装置部が表示画面を備える場合には、選択可能な複数種のフィルタ係数のそれぞれに対応するノイズ環境の名称の一覧を表示画面に表示して、ユーザがその一覧画面から、適切と考えるノイズ環境のフィルタ係数を選択指定するようにすることもできる。

また、操作部２６，３６は、プッシュスイッチ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をリスナ１が軽くたたいたとき（タップしたとき）を、振動センサなどを用いて検出し、その検出出力を、プッシュスイッチ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。

また、上述の実施形態では、ユーザ操作がある毎に、フィルタ係数を変更するようにしたが、ユーザ操作があったら、メモリコントローラ２５または３５は、メモリ２４または３５から、複数個のフィルタ係数の一つずつを、順次に予め定めた一定期間ずつ、デジタルフィルタに設定し、リスナに前記一定時間ずつ聴取させるようにしても良い。

その場合には、すべてのフィルタ係数についての聴取を終了した後、リスナからの何番目のフィルタ係数が最適化の入力を受けるようにするか、あるいは、最適なフィルタ係数であるとユーザが判断したフィルタ係数の選択中時点に、ユーザが所定のユーザ操作をするようにして、最適フィルタ係数をユーザが決定するようにする。後者の場合には、複数個のフィルタ係数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、最適なフィルタ係数の状態であるかを判断する際に、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。

［自動変更方式］
以上の第１〜第６の実施形態は、すべて、デジタルフィルタに設定するフィルタ係数を、ユーザの操作に応じて選択設定するようにした場合であるが、以下に説明する実施形態は、自動的に、ヘッドホン装置が使用されている場所のノイズ環境に応じたフィルタ係数の設定がなされるようにする場合である。

このように、自動的にヘッドホン装置が使用されている場所のノイズ環境に応じたフィルタ係数の設定をする構成は、以下に説明するように、幾つかの例があるが、それらの例は、それぞれ、前述した第１〜第６の実施形態における操作部２６，３６の操作に基づく手動選択の代わりに、それぞれの例を適用することで、それぞれ第１〜第６の実施形態の構成のノイズ低減装置に適用可能となる。以下に、そのうちの幾つかの実施形態について説明する。

［第７の実施形態］
第７の実施形態は、上述したフィードバック方式であってアナログフィルタの系を並列に有する第３の実施形態の構成において、操作部２６の代わりに、以下に説明するような自動選択手法を採用した場合の実施形態である。図２１に、この第７の実施形態におけるヘッドホン装置の構成例のブロック図を示す。

この第７の実施形態においては、ＦＢフィルタ回路２３のＤＳＰ２３２には、フィードバック方式対応のデジタルフィルタ回路２３２１だけでなく、ノイズ分析部２３２２および最適フィルタ係数評価部２３２３が構成される。

ノイズ分析部２３２２は、マイクロホン２１で収音したノイズの特性を分析し、その分析結果を最適フィルタ係数評価部２３２３に供給する。最適フィルタ係数評価部２３２３では、この実施形態では、ノイズ分析部２３２２からの分析結果に基づくノイズ波形カーブと逆特性のカーブに最も近いノイズ低減カーブ特性となるフィルタ係数を、メモリ２４に記憶されている複数個のフィルタ係数のうちから選定して、最適な１個（１セット）のフィルタ係数を決定し、その決定結果をメモリコントローラ２５に供給する。

メモリコントローラ２５は、最適フィルタ係数評価部２３２３からの最適フィルタ係数の決定結果を受けて、当該最適フィルタ係数の決定結果に対応するフィルタ係数を、メモリ２４から読み出して、デジタルフィルタ回路２３２１に供給して設定するようにする。

この第７の実施形態においては、上述の最適フィルタ係数の自動選択処理動作は、起動制御部６１からの起動制御信号により起動制御されるように構成されている。すなわち、起動制御部６１からの起動制御信号は、メモリコントローラ２５に供給されると共に、ノイズ分析部２３２２および最適フィルタ係数評価部２３２３に供給される。

また、ノイズ分析は聴取対象の音声信号Ｓによる音響再生音が存在しない環境において行なう方が良いので、この第７の実施形態においては、入力端１２を通じて入力される音声信号Ｓは、イコライザ回路１３に供給されると共に、起動制御部６１にも供給される。そして、イコライザ回路１３と加算回路１４との間に、音声信号Ｓをミューティングするミューティング回路１６が設けられる。

起動制御部６１は、最適フィルタ係数の自動選択処理動作を起動しようとするときには、音声信号Ｓの有無を判別し、音声信号Ｓが存在していると判別したときには、ミューティング制御信号によりミューティング回路１６において、イコライザ回路１３からの音声信号Ｓを、所定時間だけミューティングして、マイクロホン２１での収音位置では、音声信号Ｓによる再生音無しの状態に制御する。この場合の所定時間は、ノイズ分析して、最適フィルタ係数を選定することができるようにするために必要な時間とされる。

起動制御部６１では、この実施形態では、次のようなタイミングで、最適フィルタ係数の自動選択処理動作の起動をかけるようにする。すなわち、起動タイミングは、（１）電源投入時（２）リスナが、自動選択処理起動スイッチ操作をしたとき（３）一定の時間毎（４）ノイズに大きな変化が生じたとき（５）所定レベル以上のノイズを検出したときなどである。

上記（１）の電源投入時かどうかは、ヘッドホン装置が音声信号Ｓの再生装置から電源電圧の供給を受ける場合には、入力端１２を構成するヘッドホンプラグが、再生装置のヘッドホンジャックに差し込まれて、電源電圧の供給を受けたかどうかを起動制御部６１で検出することで判別することができる。

上記（２）の場合には、起動制御部６１は、図示を省略する自動選択処理起動スイッチを備え、当該自動選択処理起動スイッチが操作されたか否かにより、起動タイミングであるかどうかを判断するようにする。

また、自動選択処理起動スイッチを設けずに、例えば、ヘッドホン筐体２をリスナ１が軽くたたいたとき（タップしたとき）を、マイクロホン２１または３１の収音音声信号から検出し、その検出出力を、最適フィルタ係数の自動選択処理動作の起動タイミングとするようにしてもよい。

上記（３）の場合には、起動制御部６１は、図示を省略するインターバルタイマーを備え、このインターバルタイマーで、予め定められた所定時間を計測する毎に、最適フィルタ係数の自動選択処理動作の起動をかけるようにする。この場合、インターバルタイマーで計測する所定時間は、リスナが設定することができるようにする。リスナは、例えばヘッドホン装置で再生装置からの音声信号Ｓを聴取しながら、移動しているときには、インターバルタイマーで計測する所定時間を短時間に設定し、移動しないときには、インターバルタイマーで計測する所定時間を長時間に設定するようにすることできる。

上記（４）の場合には、この実施形態では、起動制御部６１では、音声信号Ｓを再生していないときには、所定周期の割り込みタイミングで、ノイズを収音する。また、音声信号Ｓを再生しているときには、当該音声信号Ｓの無音区間でノイズを収音する。そして、収音したノイズと、その前のタイミングで収音したノイズとの差が、予め定めた所定の閾値よりも大きいと判別したときに、最適フィルタ係数の自動選択処理動作の起動をかけるようにする。ノイズが大きく変化したときには、ノイズ環境が変わったと判断できるからである。

上記（５）の場合には、上記（４）の場合と同様に、起動制御部６１では、音声信号Ｓを再生していないときには、所定周期の割り込みタイミングで、ノイズを収音し、また、音声信号Ｓを再生しているときには、当該音声信号Ｓの無音区間でノイズを収音する。そして、収音したノイズが、予め定めた所定の閾値よりも大きいと判別したときに、最適フィルタ係数の自動選択処理動作の起動をかけるようにする。低騒音の状態から、大きな騒音となったときには、ノイズ低減した方が良いと考えられるからである。

以上のような（１）〜（５）は、最適フィルタ係数の自動選択処理動作の起動タイミングの一例であって、他のタイミングでも良いことは言うまでもない。また、上記の（１）〜（５）のすべての起動タイミングを用いる必要は無く、そのうちの一つ以上の起動タイミングを用いるようにすれば良い。

図２２に、起動制御部６１における処理動作の流れの例を示すフローチャートを示す。すなわち、起動制御部６１は、最適フィルタ係数の自動選択処理動作の起動タイミングになったか否かを監視する（ステップＳ１１）。

そして、ステップＳ１１で、前記起動タイミングになったと判別したときには、起動制御部６１は、聴取対象の音声信号Ｓの再生中であるかを、音声信号Ｓの有無により判別する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２で、音声信号Ｓの再生中でないと判別したときには、起動制御部６１は、ノイズ分析部２３２２、最適フィルタ係数評価部２３２３およびメモリコントローラ２５に起動制御信号を送って、最適フィルタ係数の自動選択処理動作の起動をかけるようにする（ステップＳ１４）。

また、ステップＳ１２で、音声信号Ｓの再生中であると判別したときには、起動制御部６１は、ミューティング制御信号をミューティング回路１６に供給して、再生中の音声信号Ｓを強制的に、所定時間だけ、ミューティング制御するようにする（ステップＳ１３）。

そして、ステップＳ１３の次にステップＳ１４に進み、起動制御部６１は、ノイズ分析部２３２２、最適フィルタ係数評価部２３２３およびメモリコントローラ２５に起動制御信号を送って、最適フィルタ係数の自動選択処理動作の起動をかけるようにする。

次に、ノイズ分析部２３２２および最適フィルタ係数評価部２３２３の具体例について説明する。図２３は、ノイズ分析部２３２２および最適フィルタ係数評価部２３２３の具体例の構成の第１の例である。この例は、ノイズ波形を、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を用いてノイズ分析して、検出する方法である。

図２３に示すように、Ａ／Ｄ変換回路２３１からの信号（前述したように起動がかかっているときには音声信号Ｓが存在しないので、ノイズからなる）は、ノイズ分析部２３２２のローパスフィルタ７１に供給されて、高域成分が除去された後、データ間引き処理部７２に供給されて、適当にデータ間引きされる。そして、データ間引き処理部７２からのデータであって、所定期間分のデータがＦＦＴ処理部７３に供給されて、ＦＦＴ演算され、そのＦＦＴ演算結果が最適フィルタ係数評価部２３２３に供給される。

最適フィルタ係数評価部２３２３は、このＦＦＴ演算結果から、ノイズ波形カーブを認識する。そして、当該ノイズ波形カーブと逆カーブ特性に近い減衰カーブ特性となるフィルタ係数を、メモリ２４の複数個の中から選択する。

例えば、メモリ２４に記憶されている複数個のフィルタ係数によるノイズ低減特性が、前述した図６に示すようなものであった場合において、ＦＦＴ演算結果のノイズ波形カーブが低域に主としてエネルギーを有するようなものである場合には、（１）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、最適フィルタ係数として選定するようにする。

図２３において、ローパスフィルタ７１およびデータ間引き処理部７２を用いるようにしたのは、そもそもノイズ特性は低域成分が多いためと、一般的に、高域の正確な制御は難しく、ノイズキャンセリングにおいて、そもそも高域を対象とすることが困難であるため、ダウンサンプリングを行い、計算量を低減することが可能であるからである。

なお、この例の場合、メモリ２４に、各フィルタ係数のときの減衰カーブの逆特性カーブについてのＦＦＴ結果を記憶しておき、ＦＦＴ処理部７３からのＦＦＴ結果と、記憶されている各フィルタ係数のときの減衰カーブの逆特性カーブについてのＦＦＴ結果とを比較して、誤差が少ない逆特性カーブに対応するフィルタ係数を、最適フィルタ係数として決定するようにしてもよい。

次に、ノイズ分析部２３２２および最適フィルタ係数評価部２３２３の具体例の第２の例について説明する。図２４は、ノイズ分析部２３２２および最適フィルタ係数評価部２３２３の具体例の構成の第２の例を示すものである。

この第２の例においては、ノイズ分析部２３２２は、図２４に示すように、複数個、この例では６個のバンドパスフィルタ８１,８２，８３，８４，８５，８６と、この６個のバンドパスフィルタ８１,８２，８３，８４，８５，８６のそれぞれの出力のエネルギー値をｄＢ値として算出して内蔵レジスタに格納する６個のエネルギー値算出格納部９１，９２，９３，９４，９５，９６とで構成される。

この例の場合、６個のバンドパスフィルタ８１,８２，８３，８４，８５，８６の通過中心周波数は、５０Ｈｚ、１００Ｈｚ、２００Ｈｚ、４００Ｈｚ、８００Ｈｚ、１．６ｋＨｚとされている。

そして、Ａ／Ｄ変換回路２３１からの信号（前述したように起動がかかっているときには音声信号Ｓが存在しないので、ノイズからなる）は、６個のバンドパスフィルタ８１，８２，８３，８４，８５，８６のそれぞれに入力される。そして、６個のバンドパスフィルタ８１，８２，８３，８４，８５，８６のそれぞれの出力が、エネルギー値算出格納部９１，９２，９３，９４，９５，９６に供給されて、各エネルギー値Ａ（０），Ａ（１），Ａ（２），Ａ（３），Ａ（４），Ａ（５）が算出され、それぞれが内蔵するレジスタに格納される。

一方、この第２の例においては、メモリ２４には、例えば図２５に示すように、前述した４種の各ノイズ低減カーブ（１）、（２）、（３）、（４）に対応する４セットのフィルタ係数が記憶されていると共に、各ノイズ低減カーブ（１）、（２）、（３）、（４）での、５０Ｈｚ、１００Ｈｚ、２００Ｈｚ、４００Ｈｚ、８００Ｈｚ、１．６ｋＨｚにおける減衰量代表値（ｄＢ値）が、それぞれのフィルタ係数に対応して記憶されている。

例えば、低域重視カーブ（１）での５０Ｈｚ、１００Ｈｚ、２００Ｈｚ、４００Ｈｚ、８００Ｈｚ、１．６ｋＨｚにおける減衰量代表値（ｄＢ値）は、Ｂ１（０），Ｂ１（１），Ｂ１（２）・・・Ｂ１（５）として対応するフィルタ係数と対応付けられて格納され、低中域重視カーブ（２）での５０Ｈｚ、１００Ｈｚ、２００Ｈｚ、４００Ｈｚ、８００Ｈｚ、１．６ｋＨｚにおける減衰量代表値（ｄＢ値）は、Ｂ２（０），Ｂ２（１），Ｂ２（２）・・・Ｂ２（５）として対応するフィルタ係数と対応付けられて格納されるものである。

そして、この第２の例の最適フィルタ係数評価部２３２３は、エネルギー算出格納部９１〜９６のそれぞれに格納された各エネルギー値Ａ（０），Ａ（１），Ａ（２），Ａ（３），Ａ（４），Ａ（５）と、メモリ２４に格納されている各フィルタ係数によるノイズ低減カーブによる減衰量代表値との差分を検出し、差分の総和が最も小さいノイズ低減カーブに対応するフィルタ係数を、最適フィルタ係数として決定するようにする。

すなわち、エネルギー値Ａ（０），Ａ（１），Ａ（２），Ａ（３），Ａ（４），Ａ（５）と、メモリ２４に格納されている各フィルタ係数によるノイズ低減カーブによる減衰量代表値との差分の総和は、入力ノイズに対する各ノイズ低減カーブによる減衰結果の残差に等しいものとなり、小さいものほど、ノイズが低減されていることを意味するからである。

この第２の例の場合の、ノイズ分析部２３２２および最適フィルタ係数評価部２３２３における処理動作の流れの例を、図２６のフローチャートに示す。

まず、ノイズ分析部２３２２バンドパスフィルタ８１〜８６の出力のエネルギー値Ａ（０），Ａ（１），Ａ（２），Ａ（３），Ａ（４），Ａ（５）を算出してレジスタに格納する（ステップＳ２１）。

次に、最適フィルタ係数評価部２３２３は、格納されたエネルギー値Ａ（０）〜Ａ（５）を読み出して、エネルギー→振幅換算の変換を行い、値の補正を行なう（ステップＳ２２）。この補正は、各ＢＰＦ８１〜８６の総合選択度Ｑが一定の場合、例えば、周波数振幅値一定のホワイトノイズを流した時に、通過した波形のエネルギー値は一定にならず、低域が大きく出力されることから、この補正演算が必要である。また、総合選択度Ｑのとり方によっても補正が必要な場合があり、これらをまとめて補正をする。

次に、最適フィルタ係数評価部２３２３は、まず、メモリ２４から減衰カーブ（１）の低域重視カーブの代表値Ｂ１（０）〜Ｂ１（５）を、エネルギー値Ａ（０）〜Ａ（５）の補正値からそれぞれ減算する（ステップＳ２３）。

次に、最適フィルタ係数評価部２３２３は、聴感上の特性カーブにて、減算値を補正し、値Ｃ１（０）〜Ｃ１（５）を得る（ステップＳ２４）。次に、最適フィルタ係数評価部２３２３は、この値Ｃ１（０）〜Ｃ１（５）を、リニア値に直した合計値を算出する（ステップＳ２５）。この合計値が一つの減衰カーブについての評価スコアとなる。

ここで、聴感上の特性カーブというのは、いわゆるＡカーブやＣカーブのようなものでも構わないし、絶対音量を加味してラウドネスを換算したものでも良いし、独自に設定したものでも良い。

そして、最適フィルタ係数評価部２３２３は、上記ステップＳ２３〜ステップＳ２５の作業を、減衰カーブ（１）〜（４）のすべてについて実行して、各減衰カーブに対応する評価スコアを求める（ステップＳ２６）。

そして、最適フィルタ係数評価部２３２３は、すべてのカーブに対応するスコア値が計算できたら、評価スコア値が最も小さい減衰カーブが、最もノイズ減衰効果を期待することができるものであると判定し、この減衰カーブに対応するフィルタ係数を最適フィルタとして決定する（ステップＳ２７）。

なお、上述の実施形態におけるメモリコントローラ２５は、ＤＳＰ２３２内に構成することもできる。また、イコライザ回路１３も、ＤＳＰ２３２内に構成し、音声信号Ｓをデジタル信号に変換して、ＤＳＰ２３２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。

［第８の実施形態］
第８の実施形態は、上述したフィードフォワード方式であってアナログフィルタの系を並列に有する第４の実施形態の構成において、操作部２６の代わりに、以下に説明するような自動選択手法を採用した場合の実施形態である。図２７に、この第８の実施形態におけるヘッドホン装置の構成例のブロック図を示す。

この第８の実施形態においては、ＦＦフィルタ回路３３のＤＳＰ３３２には、第７の実施形態と同様に、フィードフォワード方式対応のデジタルフィルタ回路３３２１だけでなく、ノイズ分析部３３２２および最適フィルタ係数評価部３３２３が構成される。

そして、この第８の実施形態では、ノイズ分析部３３２２は、マイクロホン３１で収音したノイズの特性を分析し、その分析結果を最適フィルタ係数評価部３３２３に供給する。ノイズ分析部３３２２および最適フィルタ係数評価部３３２３の構成および処理動作は、第７の実施形態と同様であるが、第８の実施形態は、最適フィルタ係数の自動選択処理動作の起動制御に関して、次の点が第７の実施形態とは異なる。

前述の第７の実施形態では、音声信号Ｓが再生されているときには、強制的にミューティングを行なうようにしたが、この第８の実施形態では、ミューティングは行なわずに、音声信号Ｓの無音区間を検出し、その無音区間で、最適フィルタ係数の自動選択処理動作を実行するようにする。

すなわち、この第８の実施形態においては、起動制御部６２が設けられるが、イコライザ回路１３と、加算回路１４との間には、ミューティング回路１６は設けられない。起動制御部６２は、その起動制御信号をノイズ分析部３３２２、最適フィルタ係数評価部３３２３およびメモリコントローラ３５に供給する。

そして、メモリ３４には、フィードフォワード方式対応のフィルタ係数が、前述したように複数個（複数セット）、記憶される。そして、メモリコントローラ３５は、起動制御部６２により起動制御を受けながら、第７の実施形態と同様にして、メモリ３５の複数個のフィルタ係数の中から最適フィルタ係数を読み出し、デジタルフィルタ回路３３２１に対して設定するようにする。その他の点は、第７の実施形態と全く同様に構成される。

この第８の実施形態の起動制御部６２による起動制御動作の流れの例を、図２８のフローチャートを参照して説明する。

すなわち、まず、起動制御部６２は、最適フィルタ係数の自動選択処理動作の起動タイミングになったか否かを監視する（ステップＳ３１）。この第８の実施形態においても、起動タイミングに関しては、第７の実施形態と同様に前述の起動タイミング（１）〜（５）を用いることができる。

そして、ステップＳ３１で、前記起動タイミングになったと判別したときには、起動制御部６２は、聴取対象の音声信号Ｓの再生中であるかを、音声信号Ｓの有無により判別する（ステップＳ３２）。

ステップＳ３２で、音声信号Ｓの再生中でないと判別したときには、起動制御部６２は、ノイズ分析部３３２２、最適フィルタ係数評価部３３２３およびメモリコントローラ３５に起動制御信号を送って、最適フィルタ係数の自動選択処理動作の起動をかけるようにする（ステップＳ３４）。

また、ステップＳ３２で、音声信号Ｓの再生中であると判別したときには、起動制御部６２は、音声信号Ｓの無音区間を監視して、無音区間になったか否か判別し（ステップＳ３３）、無音区間を判別したら、ステップＳ３４に進み、起動制御部６２は、ノイズ分析部２３２２、最適フィルタ係数評価部２３２３およびメモリコントローラ３５に起動制御信号を送って、最適フィルタ係数の自動選択処理動作の起動をかけるようにする。

最適フィルタ係数の自動選択処理動作は、第８の実施形態においても、第７の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。

なお、上述の実施形態におけるメモリコントローラ３５は、ＤＳＰ３３２内に構成することもできる。また、イコライザ回路１３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。

［第９の実施形態］
上述した第７の実施形態や第８の実施形態では、最適フィルタ係数の自動選択処理動作は、起動タイミングであって、かつ、再生音声信号を強制的に遮断して無音区間を生成したり、再生音声信号Ｓ自身が無音区間であるときに、行なうようにしたが、この第９の実施形態では、再生音声信号Ｓの成分を、マイクロホン３１から収音した音声信号から除去することで、ノイズのみを抽出し、当該抽出したノイズについてノイズ分析を行なうように構成する。これにより、精度よく再生音を流しながらノイズ計測を行うことができるものである。

第９の実施形態のヘッドホン装置の構成例を、フィードフォワード方式のノイズ低減装置に適用した場合について説明する。図２９は、その場合のヘッドホン装置の構成例を示すブロック図である。

図２９に示すように、いま、ヘッドホン筐体２内部のドライバー１１から、ヘッドホン筐体２外部のマイクロホン３１までの伝達関数をＨとする。この伝達関数Ｈは、あらかじめ測定しておくことで、既知とすることができる。

この伝達関数Ｈ自身は、ヘッドホン筐体２内の共振や反射を多く含み、複雑になることが多い。実際は、計算量の関係で、このＨの特長を近似した伝達関数Ｈ’を用いるものとする。多くの場合、伝達関数Ｈを使用して演算する際は、そのインパルス応答ｈをＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）演算することが多いが、ＦＩＲ演算は、ＤＳＰによる演算は計算機リソースを多く消費するため、この伝達関数Ｈの特長を、伝達関数Ｈ’として近似し、これをＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）のフィルタとして実現する。

この第９の実施形態では、図２９に示すように、ＤＳＰ３３２には、デジタルフィルタ回路３３２１と、前述のノイズ分析部３３２２および最適フィルタ係数評価部３３２３を含むノイズ分析評価部３３２４と、デジタルイコライザ回路３３２５と、伝達関数Ｈ´乗算部３３２６と、減算回路３３２７および加算回路３３２８が構成されている。

そして、この図２９の例においては、入力端１２を通じた音声信号Ｓは、Ａ／Ｄ変換回路３７でデジタル音声信号に変換されて、ＦＦフィルタ回路３３のＤＳＰ３３２のイコライザ回路３３２５に供給される。

このイコライザ回路３３２５の出力信号は、加算回路３３２８を通じてＤ／Ａ変換回路３３３に供給されると共に、伝達関数Ｈ´乗算部３３２６に供給される。伝達関数Ｈ´乗算部３３２６は、イコライザ回路３３２５の出力信号に、伝達関数Ｈ´を乗算して、減算回路３３２７に供給する。

減算回路３３２７には、Ａ／Ｄ変換回路３３１からのマイクアンプ３２を通じたマイクロホン３１で収音したノイズ３を含む音声信号Ｓの再生音響信号が供給されており、このノイズ３を含む音声信号Ｓから伝達関数Ｈ´乗算部３３２６からの音声信号が減算される。

伝達関数Ｈ´は、ヘッドホン筐体２内部のドライバー１１から、ヘッドホン筐体２外部のマイクロホン３１までの伝達関数であるので、伝達関数Ｈ´乗算部３３２６からの音声信号は、マイクロホン３１で収音される音声信号Ｓの再生音響信号に相当するものとなる。したがって、減算回路３３２７からは、ノイズ３の成分のみが得られる。この減算回路３３２７の出力信号が、ノイズ分析評価部３３２４に供給される。

ノイズ分析評価部３３２４では、前述したようにして、そのノイズ分析部で、入力信号であるノイズ成分が分析され、そのノイズ分析結果が最適フィルタ係数評価部に供給される。そして、最適フィルタ係数評価部が、前述したようにして、最適フィルタ係数を決定し、その決定結果をメモリコントローラ３５に供給する。メモリコントローラ３５は、最適フィルタ係数の決定結果に基づいて、当該最適フィルタ係数をメモリ３４から読み出して、デジタルフィルタ回路３３２１に設定する。

デジタルフィルタ回路３３２１で生成されたノイズ低減音声信号は、加算回路３３２８に供給されて、イコライザ回路３３２５からの音声信号と加算される。そして、その加算出力信号が、Ｄ／Ａ変換回路３３３に供給される。

以上のようにして、第９の実施形態においては、図２９のような構成とすることにより、音声信号Ｓの再生音がマイクロホン３１の収音地点においてどのような時間波形になるか推定した値で、マイクロホン３１からの収音音声信号から差分をとることができ、音声信号Ｓの再生音を切断しなくても、実際のノイズ成分だけを取り出すことができる。

［自動選択方式の他の実施形態および変形例］
上述の第７〜第９の実施形態では、マイクロホン２１または３１で収音したノイズを分析し、その分析結果を用いて最適フィルタ係数を選択するようにしたが、ノイズを分析せずに、最適フィルタ係数を自動的に選択するようにすることもできる。

すなわち、フィードバック方式のノイズ低減装置においては、ノイズキャンセルポイントＰｃにおける音声をマイクロホン２１で収音するので、当該マイクロホン２１で収音した音声の音声信号からノイズが低減（キャンセル）されているかどうかを確認することができる。

そこで、フィードバック方式のノイズ低減装置においては、起動タイミングになったときに、メモリコントローラ２５または３５は、メモリ２４または３５から、複数個のフィルタ係数の一つずつを、順次に予め定めた一定期間ずつ、デジタルフィルタに設定し、それぞれのフィルタ係数のときのノイズキャンセルポイントＰｃにおける残留ノイズをマイクロホン２１で収音し、評価する。そして、残留ノイズが最も小さいフィルタ係数を最適フィルタ係数と決定するようにする。

この場合も、前記評価を行う場合には、音声信号Ｓをミューティングしたり、また、音声信号Ｓの無音区間を検出したりして、音声信号Ｓの影響を除去するようにする。また、図９の実施形態と同様に、音声信号Ｓに、伝達関数Ｈ´を乗算して、マイクロホン２１からの音声信号から減算し、その減算出力について残留ノイズを検出して評価するようにしても良い。

なお、フィードフォワード方式の場合においては、ノイズキャンセルポイントＰｃの音声を収音するマイクロホンを設けることで、上述と同様に、ノイズキャンセルポイントＰｃ残留ノイズを評価して、最適フィルタ係数の決定を自動決定することができる。

フィードフォワード方式とフィードバック方式の併用方式の場合には、ノイズキャンセルポイントＰｃの音声を収音するマイクロホンで、ノイズキャンセルポイントＰｃ残留ノイズを評価して、最適フィルタ係数の決定を自動決定することができることは言うまでもない。

［その他の実施形態および変形例］
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。

そして、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）を用いる場合には、メモリコントローラの部分も、そのソフトウエアプログラムにより構成することができる。また、逆に、ＤＳＰにメモリコントローラの部分を構成するようにすることも可能である。

また、上述の第１の実施形態〜第４の実施形態、第７および第８の実施形態では、イコライザ回路１３は、アナログ回路の構成としたが、第５、第６および第９の実施形態と同様に、デジタルイコライザ回路の構成として、ＤＳＰ内に構成したり、マイクロコンピュータのソフトウエアプログラムにより構成したりするようにしても良い。

ノイズ分析して、最適フィルタ係数を自動選択処理する場合におけるノイズ音を収音するマイクロホンは、図１７に示した第５の実施形態のように、マイクロホン２１とマイクロホン３１とを用いる装置の場合においては、マイクロホン２１と、マイクロホン３１のいずれか一方を用いても良いし、両方を用いてもよい。

なお、第７の実施形態〜第８の実施形態においては、ノイズ分析をして、最適フィルタ係数を選択するようにしたが、ノイズ分析を正確に行うことができれば、そのノイズ分析結果に基づいた減衰カーブを推定し、その推定した減衰カーブを得ることができるフィルタ係数を算出するようにすることもできると期待される。そのようにすれば、メモリに複数個のフィルタ係数を保存しておく必要が無い。

しかしながら、そのような減衰カーブを推定するためのノイズ分析としては、精細なＦＦＴが必要になったり、多量のバンドパスフィルタを用いる必要があったりして、構成が複雑かつ高価になってしまうおそれがある。その点、前述の実施形態では、正確な減衰カーブは必要とせず、単に予め用意されている複数個のフィルタ係数による減衰カーブのうちのどの減衰カーブが最適であるかを判別することができればよいので、簡単かつ安価に構成できるものである。

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。

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。

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…イコライザ回路、１４…加算回路、１５…パワーアンプ、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…メモリコントローラ、２６，３６…操作部、２３１，３３１…Ａ／Ｄ変換回路、２３２，３３２…ＤＳＰ、２３３，３３３…Ｄ／Ａ変換回路、２３２２，３３２２…ノイズ分析部、２３２３，３３２３…最適フィルタ係数評価部、６１，６２…起動制御部

Claims (12)

1. ヘッドホン筐体内のノイズを収音するために設置されたマイクロホンと、
   前記マイクロホンで収音したアナログ音声信号をデジタル音声信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
   複数種のノイズ特性に応じて予め用意された複数セットのパラメータを保持する保持手段と、
   前記保持手段に保持されている複数セットのパラメータのうちで、ノイズの低減に用いるパラメータのセットを選択する選択設定手段と、
   前記デジタル音声信号と前記選択されたパラメータのセットを用いて、ノイズ低減音声信号を生成するデジタル処理手段と、
   前記選択されたパラメータのセットに応じてイコライザ特性が変更されるイコライザ回路と、
   前記イコライザ回路でイコライザ特性が与えられた所定の入力音声信号と、前記ノイズ低減音声信号とを音響再生するスピーカと、
   を備えたヘッドホン。
2. 前記Ａ／Ｄ変換手段で得られたデジタル音声信号のノイズの特性を分析するノイズ特性分析手段を備え、
   前記選択設定手段は、前記保持手段に保持されている複数セットのパラメータのうちで、前記ノイズ特性分析手段による分析結果のノイズ特性に応じてノイズの低減に用いるパラメータのセットを選択する
   請求項１に記載のヘッドホン。
3. 前記選択設定手段は、前記デジタル音声信号の残留ノイズに応じて、ノイズの低減に用いるパラメータのセットを選択する
   請求項１に記載のヘッドホン。
4. 電源投入時、所定の操作入力があったとき、一定時間毎、のいずれか、または、そのすべての場合において、
   前記選択設定手段は、前記保持手段に保持されている複数セットのパラメータのセットのうちから一つのパラメータのセットを選択し、前記デジタル処理手段に供給する前記パラメータを更新する、
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のヘッドホン。
5. 前記所定の入力音声信号をミューティングするミューティング手段を備え、
   前記選択設定手段は、前記ミューティング手段で前記所定の入力音声信号をミューティングしているときに、前記保持手段に保持されている複数セットのパラメータのセットのうちから一つのパラメータのセットを選択し、前記デジタル処理手段に供給する前記パラメータを更新する
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のヘッドホン。
6. 前記選択設定手段は、前記所定の入力音声信号が無音であるときに、前記保持手段に保持されている複数セットのパラメータのセットのうちから一つのパラメータのセットを選択し、前記デジタル処理手段に供給する前記パラメータを更新する
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のヘッドホン。
7. 前記マイクロホンで収音した音声信号から前記所定の入力音声信号の成分を除去してノイズを抽出する手段を備え、
   前記ノイズ特性分析手段は、前記ノイズを抽出する手段で抽出されたノイズの特性の分析を行なう
   請求項２に記載のヘッドホン。
8. 前記選択設定手段は、前記マイクロホンで収音して得たノイズの変化が、所定の大きさ以上となったときに、前記保持手段に保持されている複数セットのパラメータのうちから一つのパラメータのセットを選択し、前記デジタル処理手段に供給する前記パラメータを更新する
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のヘッドホン。
9. 前記ノイズのアナログ音声信号から、第２のノイズ低減音声信号を生成するアナログ処理手段を設けると共に、
   前記アナログ処理手段で生成した前記第２の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ようにする系を、さらに備えた
   請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のヘッドホン。
10. 前記スピーカは、装着されたときに、耳の近傍において、前記ノイズ低減音声信号と、前記イコライザ特性が与えられた所定の入力音声信号とが加算手段で加算された音声信号を音響再生する
    請求項１乃至請求項９のいずれかに記載のヘッドホン。
11. ヘッドホン筐体内のノイズを収音するために設置されたマイクロホンで収音したアナログ音声信号をＡ／Ｄ変換手段でデジタル音声信号に変換し、
    保持手段に保持されている、複数種のノイズ特性に応じて予め用意された複数セットのパラメータのうちで、ノイズの低減に用いるパラメータのセットを選択し、
    前記デジタル音声信号と前記選択されたパラメータのセットを用いて、ノイズ低減音声信号を生成し、
    前記選択されたパラメータのセットに応じてイコライザ回路のイコライザ特性を変更し、
    前記イコライザ回路でイコライザ特性が与えられた所定の入力音声信号と、前記ノイズ低減音声信号とをスピーカから音響再生する、
    ヘッドホンのノイズ低減方法。
12. ヘッドホン筐体内のノイズを収音するために設置されたマイクロホンで収音して得たノイズのアナログ音声信号をデジタル音声信号に変換し、前記デジタル音声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スピーカから音響再生して、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ための演算処理として、
    前記ノイズ低減音声信号を生成するために用いられるパラメータであって、複数種のノイズ特性に応じて予め用意された複数セットのパラメータを保持する保持手段から、ノイズの低減に用いるパラメータを選択する選択設定処理と、
    前記デジタル音声信号を受けると共に、前記選択設定処理で選択されたパラメータを受けて、前記ノイズ低減音声信号を生成するデジタル処理と、
    前記選択されたパラメータのセットに応じてイコライザ回路のイコライザ特性を変更するイコライザ特性変更処理と、
    前記イコライザ回路でイコライザ特性が与えられた所定の入力音声信号と、前記ノイズ低減音声信号とをスピーカから音響再生するために合成する音響再生処理と、
    を演算処理装置に実行させるノイズ低減処理用プログラム。

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