JP7070576B2 - 音響処理装置及び音響処理方法 - Google Patents

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Description

本開示は、音響処理装置及び音響処理方法に関する。
近年、ノイズキャンセル（ＮＣ）技術が広く開発されている。ノイズキャンセル技術によれば、外来音（ノイズ）を低減（即ち、キャンセル）する音響（audio）をスピーカから出力することにより、ノイズをキャンセルすることが可能である。
ノイズキャンセルシステムは、ヘッドホン又はイヤホン等の耳に装着されるデバイスに搭載されることが多い。これらのデバイスに搭載されるノイズキャンセルシステムは、ＦＦ（Feed Forward）方式のノイズキャンセル（以下、ＦＦ－ＮＣ）を行う型、ＦＢ方式（Feedback）のノイズキャンセル（以下、ＦＢ－ＮＣ）を行う型、又はＦＦ－ＮＣとＦＢ－ＮＣの併用型に大別される。ＦＦ－ＮＣ型のノイズキャンセルシステムが搭載される場合、デバイスの外側（外界側）にＦＦ－ＮＣ用マイクが設けられる。ＦＢ－ＮＣ型のノイズキャンセルシステムが搭載される場合、デバイスの内側（デバイスとユーザ頭部等により形成される空間側）にＦＢ－ＮＣ用マイクが設けられる。併用型であれば、これら双方のマイクが設けられる。とりわけ併用型は、ＦＦ－ＮＣ及びＦＢ－ＮＣの各々の特徴を生かした高いノイズキャンセル性能を有する上に、基本的には各々の制御を独立に設計可能である。そのため、近年では、ハイエンドのデバイスには併用型のノイズキャンセルシステムが搭載されている。例えば、併用型のノイズキャンセルシステムについては、下記特許文献１に開示されている。
また、ＦＦ－ＮＣ型、ＦＢ－ＮＣ型又は併用型を問わず、ノイズキャンセル性能のさらなる向上が望まれている。例えば、下記特許文献２では、ＦＢ－ＮＣのためのフィルタ回路において、デジタル化のメリットを考慮しつつ、デジタル遅延の影響を抑える手法が提案されている。
特開２００８－１１６７８２号公報 特開２００８－１２４７９２号公報
しかし、上記特許文献に開示された技術には、さらなる性能向上の余地がある。例えば、上記特許文献１及び２に開示された技術は、いわゆる密閉型の音響処理装置を対象としている。そのため、近年登場した、装着状態で耳穴を外界に開放する音響処理装置には、上記特許文献１及び２に開示された技術の適用は想定されていない。
そこで、本開示では、耳穴開放型の音響処理装置においてノイズキャンセル処理を行うことが可能な仕組みを提案する。
本開示によれば、音響情報を取得する音響情報取得部と、ユーザに装着された状態で、耳甲介腔、又は外耳道の内壁に当接して、耳珠よりも鼓膜側の空間に前記音響情報取得部を保持する保持部と、耳穴を外界に開放する開口部と、前記音響情報取得部により取得された音響情報に基づいてノイズキャンセル信号を生成する信号処理部と、を備える音響処理装置が提供される。
また、本開示によれば、ユーザに装着された状態で、耳甲介腔、又は外耳道の内壁に当接して、耳珠よりも鼓膜側の空間に、耳穴を外界に開放しながら保持された音響情報取得装置により音響情報を取得することと、取得された前記音響情報に基づいてノイズキャンセル信号を生成することと、を含む音響処理方法が提供される。
以上説明したように本開示によれば、耳穴開放型の音響処理装置においてノイズキャンセル処理を行うことが可能な仕組みが提供される。なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
第１の実施形態に係る耳穴開放デバイスの外観構成の一例を説明するための図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスの内部構成の一例を示す図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスを用いたノイズキャンセル処理の概要を説明するための図である。 人の典型的な耳の構造を説明するための図である。 人の耳に到来するノイズＮを説明するための図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスのマイクの配置を説明するための図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスがユーザに装着された様子を示す図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスによる古典制御ＦＢ方式のノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。 比較例に係る密閉型ノイズキャンセルイヤホンによる古典制御ＦＢ方式のノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスによる内部モデル制御ＦＢ方式のノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスによる古典制御ＦＢ方式と内部モデル制御ＦＢ方式とを併用するノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスによる音楽再生時の古典制御ＦＢ方式のノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスによる自声抽出を含む古典制御ＦＢ方式のノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。 ユーザの左耳の外耳道内部の様子を示す断面図である。 図１４に示したユーザの左耳の外耳道内部に耳穴開放デバイスによりレーザーが照射された様子を示す図である。 図１４に示したユーザの左耳の外耳道内部に耳穴開放デバイスによりレーザーが照射された様子を示す図である。 図１４に示したユーザの左耳の外耳道内部に耳穴開放デバイスによりレーザーが照射された様子を示す図である。 同実施形態に係る鼓膜音圧の推定処理のモデル構成例を説明するための図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスによる外耳道の走査の様子を示す図である。 同実施形態に係る鼓膜音圧の推定処理のモデル構成例を説明するための図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイス及び外部機器により実行される個人認証処理の流れの一例を示すシーケンス図である。 第２の実施形態の技術的課題を説明するための図である。 同実施形態の技術的課題を説明するための図である。 同実施形態の技術的課題を説明するための図である。 同実施形態の技術的課題を説明するための図である。 同実施形態の技術的課題を説明するための図である。 同実施形態の技術的課題を説明するための図である。 同実施形態に係るヘッドホンの外観構成の一例を説明するための図である。 同実施形態に係るヘッドホンの外観構成の一例を説明するための図である。 同実施形態に係るヘッドホンの保持部の形状の一例を示す図である。 同実施形態に係るヘッドホンの内部構成の一例を示す図である。 同実施形態に係るヘッドホンによる第１のノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。 同実施形態に係るヘッドホンによる第２のノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。 同実施形態に係るヘッドホンによる２次経路特性の測定処理のモデル構成例を示す図である。 同実施形態に係るヘッドホンによる第３のノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。 同実施形態に係るヘッドホンによる第４のノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。 同実施形態に係るヘッドホンによる第５のノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。 同実施形態に係るヘッドホンの構成の一例を説明するための図である。 同実施形態に係るヘッドホンの構成の一例を説明するための図である。 同実施形態に係るヘッドホンの構成の一例を説明するための図である。 同実施形態に係るヘッドホンの保持部の構成の一例を示す図である。 同実施形態に係るヘッドホンの保持部の構成の一例を示す図である。 同実施形態に係るヘッドホンの保持部の構成の一例を示す図である。 同実施形態に係るヘッドホンの保持部の構成の一例を示す図である。 同実施形態に係るヘッドホンの保持部の構成の一例を示す図である。 同実施形態に係るヘッドホンの保持部の構成の一例を示す図である。 同実施形態に係るヘッドホンの構成の一例を示す図である。 図４７に示したヘッドホンを、別の視点から見た構成を示す図である。 同実施形態に係るヘッドホンの構成の一例を示す図である。 同実施形態に係るヘッドホンの構成の一例を示す図である。 図５０に示したヘッドホンを、別の視点から見た構成を示す図である。 図５０に示したヘッドホンを、別の視点から見た構成を示す図である。 図５０に示したヘッドホンを、別の視点から見た構成を示す図である。 図５０に示したヘッドホンの、非装着時の構成を示す図である。 同実施形態に係るヘッドホンの構成の一例を示す図である。 同実施形態に係るヘッドホンの構成の一例を示す図である。 図５６に示したヘッドホンを、別の視点から見た構成を示す図である。 図５６に示したヘッドホンを、別の視点から見た構成を示す図である。 図５６に示したヘッドホンを、別の視点から見た構成を示す図である。 同実施形態に係るヘッドホンの構成の一例を示す図である。 図６０に示したヘッドホンを、別の視点から見た構成を示す図である。 同実施形態に係るヘッドホンの構成の一例を示す図である 同実施形態に係るヘッドホンの構成の一例を示す図である 同実施形態に係るヘッドホンの構成の一例を示す図である。 第３の実施形態に係る耳穴開放デバイスの内部構成の一例を示す図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスの概要を説明するための図である。 同実施形態に係るヘッドホンの内部構成の一例を示す図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスの概要を説明するための図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスとヘッドホンとの第１の併用例を説明するための図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスとヘッドホンとの第２の併用例を説明するための図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスとヘッドホンとの第３の併用例を説明するための図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスとヘッドホンとの第４の併用例を説明するための図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスとヘッドホンとの第５の併用例を説明するための図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスとヘッドホンとの第６の併用例を説明するための図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスとヘッドホンとの光を用いた無線通信処理の一例を説明するための図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスとヘッドホンとの光を用いた無線通信処理の一例を説明するための図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスとヘッドホンとの光を用いた無線通信処理の一例を説明するための図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイスとヘッドホンとのＮＦＭＩを用いた無線通信処理の一例を説明するための図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイス及びヘッドホンによるＲＦＩＤ装置を用いた相互機器検出を説明するための図である。 同実施形態に係るノイズキャンセル処理が、ヘッドホンから耳穴開放デバイスへの非接触給電に基づいて開始される場合の処理の流れの一例を示すシーケンス図である。 同実施形態に係るノイズキャンセル処理が、耳穴開放デバイスからヘッドホンへの非接触給電に基づいて開始される場合の処理の流れの一例を示すシーケンス図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイス及びヘッドホンによるＮＦＭＩを用いた相互機器検出を説明するための図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイス及びヘッドホンによるＮＦＭＩを用いた相互機器検出を説明するための図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイス及びヘッドホンによるＮＦＭＩを用いた相互機器検出を説明するための図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイス及びヘッドホンによるＮＦＭＩを用いた相互機器検出を説明するための図である。 同実施形態に係るノイズキャンセル処理が、耳穴開放デバイスとヘッドホンとの磁気共鳴に基づいて開始される場合の処理の流れの一例を示すシーケンス図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイス及びヘッドホンによる音響を用いた相互機器検出を説明するための図である。 同実施形態に係る耳穴開放デバイス及びヘッドホンによる磁気を用いた相互機器検出を説明するための図である。 各実施形態に係る情報処理装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．第１の実施形態
２．第２の実施形態
３．第３の実施形態
４．ハードウェア構成例
５．まとめ
＜＜１．第１の実施形態＞＞
本実施形態は、外耳道の入り口付近に配置される音響情報取得部を有する音響処理装置（耳穴開放デバイス）によるノイズキャンセル処理に関する。
＜１．１．技術的課題＞
近年では、常時装着することが想定される様々なウェアラブルデバイスが開発されている。例えば、近年、装着状態において耳穴（外耳道の入り口）を密閉しない耳穴開放デバイスが登場した。耳穴開放デバイスは、いわゆるイヤホン装置の一種であり、イヤホン装置と同様にユーザに装着されて使用される。ただし、耳穴開放デバイスは、装着状態において耳穴を密閉しないので、非装着時と同等の周囲音の聴取特性を実現する。しかし、耳穴開放デバイスでは、耳がイヤーパッド等により密閉されないので、パッシブな遮音によるノイズキャンセルは期待できない。従って、耳穴開放デバイスに、アクティブ処理によるノイズキャンセル機能が付加されることが望ましい。しかしながら、上記特許文献１及び２では、密閉型のイヤホン／ヘッドホンにおけるノイズキャンセル処理について開示されているのみであった。
そこで、本実施形態では、耳穴開放型デバイスに適したアクティブ処理によるノノイズキャンセル処理について開示する。
＜１．２．耳穴開放デバイスの外観構成＞
図１は、本実施形態に係る耳穴開放デバイスの外観構成の一例を説明するための図である。図１に示すように、耳穴開放デバイス１００は、聴取者（即ち、ユーザ）の片耳に装着されて用いられる。図１では、一例として右耳に装着された耳穴開放デバイス１００の外観を示している。Ｙ軸は水平方向前方（目の方向）を正とする座標軸であり、Ｘ軸は水平方向のうち人の左手側を正とする座標軸であり、Ｚ軸は鉛直方向を負とする座標軸である。以降の図においても、これらの座標軸を用いるものとする。
図１に示すように、耳穴開放デバイス１００は、音響を出力（発生）する音響出力部１１０と、音響出力部１１０により発生される音響を一端１２１から取り込む音導部１２０と、音導部１２０を他端１２２付近で保持する保持部１３０を備えている。音導部１２０は、中空の管材から成り、その両端は共に開放端である。音導部１２０の一端１２１は、音響出力部１１０からの発生音の音響入力孔であり、他端１２２はその音響出力孔である。従って、一端１２１が音響出力部１１０に取り付けられることで、音導部１２０は片側開放状態となっている。
保持部１３０は、外耳道の入り口付近（例えば、珠間切痕）と係合して、音導部１２０の他端１２２の音響出力孔が外耳道の奥側を向くように、音導部１２０をその他端１２２付近で支持する。音導部１２０の少なくとも他端１２２付近の外径は、耳穴（外耳道５の入り口）の内径よりも小さくなるように形成されている。従って、音導部１２０の他端１２２が保持部１３０によって外耳道の入り口付近で保持されている状態でも、聴取者の耳穴を塞ぐことはない。すなわち、耳穴は開放されている。耳穴開放デバイス１００は、典型的なイヤホンとは異なり、耳穴開放型のイヤホンであると言える。
また、保持部１３０は、音導部１２０を保持した状態でも、耳穴を外界に開放する開口部１３１を備えている。図１に示した例では、保持部１３０はリング状の構造体であり、リング内側方向へ設けられた棒状の支持部材１３２がリング中心付近で合わさる部分に音響情報取得部１４０が設けられており、リング状構造体のそれ以外の部分はすべて開口部１３１となっている。なお、保持部１３０は、リング状構造に限定されるものではなく、中空構造を備えていれば、音導部１２０の他端１２２を支持し、音響情報取得部１４０を設けられる任意の形状でよい。
管状の音導部１２０は、音響出力部１１０から発生される音響をその一端１２１から管内に取り込むと、その空気振動を伝搬して、保持部１３０によって外耳道の入り口付近に保持された他端１２２から外耳道に向けて放射して、鼓膜に伝える。
上述したように、音導部１２０の他端１２２付近を保持する保持部１３０は、外耳道の入り口（耳穴）を外界に開放する開口部１３１を備えている。従って、耳穴開放デバイス１００を装着した状態でも、聴取者の耳穴が塞がれることはない。聴取者は、耳穴開放デバイス１００を装着して音響出力部１１０から出力される音響を聴取している間も、開口部１３１を介して周囲音を十分に聴取することができる。
また、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００は、耳穴を開放しているが、音響出力部１１０からの発生音（即ち、再生音）の外部への漏れを低減することができる。なぜならば、音導部１２０の他端１２２が外耳道の入り口付近で外耳道の奥を向くように取り付けられ、音響出力部１１０の出力が小さくても十分な音質を得ることができるからである。また、音導部１２０の他端１２２から放射される空気振動の指向性も、音漏れの防止に寄与し得る。
音導部１２０は、中間部分に、耳介の背面側から正面側に折り返す屈曲形状を有している。この屈曲部分は、開閉構造を有するピンチ部１２３となっており、ピンチ力を発生して耳垂を挟持することで、耳穴開放デバイス１００の聴取者への装着を維持することが可能である。
リング状の保持部１３０のリング中心付近に設けられる音響情報取得部１４０は、鼓膜と反対側を向いて設けられる。音響情報取得部１４０は、典型的には音響入力部（即ち、マイク）を含み、周囲音を主に検出（即ち、収音）する。即ち、音響入力部は、外耳道の奥側を向いて配置される他端１２２と逆方向を向いて設けられる。そのため、音響入力部による収音結果への、他端１２２から出力される音響出力部１１０からの発生音の影響が軽減される。
音響情報取得部１４０は、ノイズキャンセルのためのいわゆるエラーマイクとして機能し、音響情報取得部１４０による検出結果はエラー信号として扱われる。音響情報取得部１４０が耳穴付近、即ち鼓膜付近に配置されるので、高いノイズキャンセル性能が期待される。
なお、図１に示した耳穴開放デバイス１００は、右耳に装着されることを想定して構成されているが、左耳装着用の耳穴開放デバイス１００は、これとは左右対称に構成される。また、耳穴開放デバイス１００は、右耳用と左耳用との両方を含む両耳用として構成されてもよい。両耳用に構成される場合、右耳用の耳穴開放デバイス１００と左耳用の耳穴開放デバイス１００とが互いに分離独立して構成され、相互に通信してもよい。
＜１．３．耳穴開放デバイスの内部構成＞
図２は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００の内部構成の一例を示す図である。図２に示すように、耳穴開放デバイス１００は、音響出力部１１０、音響情報取得部１４０、及び制御部１５０を含む。
・音響出力部１１０
音響出力部１１０は、音響信号に基づいて音響を出力する機能を有する。音響出力部１１０は、ドライバとも称され得る。ドライバ１１０は、信号処理部１５１から出力された出力信号に基づいて音響を空間に出力する。
・音響情報取得部１４０
音響情報取得部１４０は、音響情報を取得する機能を有する。音響情報取得部１４０は、音響入力部１４１及び鼓膜音圧取得部１４２を含む。
音響入力部１４１は、周囲音を検出するマイクロホン（以下、単にマイクとも称する）を含み、マイクによる収音結果を示す音響信号を生成する。即ち、音響情報は、マイクによる収音結果を示す音響信号であってもよい。鼓膜音圧取得部１４２は、鼓膜の音圧を推定して、鼓膜の音圧情報を生成する。即ち、音響情報は、鼓膜の音圧情報であってもよい。鼓膜音圧取得部１４２は、例えば鼓膜の振動を測定して鼓膜音圧を直接的に推定する。鼓膜音圧取得部１４２の構成については、後に詳しく説明する。
なお、鼓膜音圧は、直接的に測定されなくてもよい。例えば、鼓膜音圧は、外耳道入り口付近の音圧を以て近似されてもよい。図１に示したように、音響入力部１４１（音響情報取得部１４０）は外耳道の入り口付近に保持されるので、音響入力部１４１により生成される音響信号も、鼓膜音圧を示す情報として捉えることが可能である。
・制御部１５０
制御部１５０は、演算処理装置及び制御装置として機能し、各種プログラムに従って耳穴開放デバイス１００による処理全般を制御する。制御部１５０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro-processing unit）、ＤＳＰ（Demand-Side Platform）等の電子回路によって実現される。なお、制御部１５０は、使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、及び適宜変化するパラメータ等を一時記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を含んでいてもよい。
図２に示すように、制御部１５０は、信号処理部１５１、動作制御部１５３及び認証部１５５を含む。
信号処理部１５１は、音響情報取得部１４０により取得された音響情報（音響信号又は鼓膜の音圧情報）に基づいて、ノイズを対象とするノイズキャンセル信号を生成する機能を有する。例えば、信号処理部１５１は、音響情報をエラー信号としてＦＢ方式又はＦＦ方式のノイズキャンセル処理を行い、ノイズキャンセル信号を生成する。信号処理部１５１は、ノイズキャンセル信号に基づいて音響信号（以下、出力信号とも称する）を生成し、音響出力部１１０に出力に出力する。出力信号は、ノイズキャンセル信号そのままであってもよいし、音源から取得された音楽信号等の他の音響信号とノイズキャンセル信号とが合成された合成信号であってもよい。信号処理部１５１は、図８～図１３等を参照して説明するノイズキャンセル処理のための各種構成要素を含む。例えば、信号処理部１５１は、ノイズキャンセル信号を生成するための各種フィルタ回路、フィルタ回路を適応的に制御するための適応制御部、信号を合成するための加算器、並びに後述する自声抽出部、及び内部モデル等を含む。また、信号処理部１５１は、アンプ、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）及びＤＡＣ（Digital Analog Converter）等の回路も含む。信号処理部１５１は、ノイズキャンセリング処理に加えて、音響情報取得部１４０により取得された音響情報（音響信号又は鼓膜の音圧情報）に含まれる音声情報の高域をより強調したり、残響を付加したりする等の処理を行ってもよい。これにより、周囲の音を聞き取りやすくすることができる。即ち、本実施形態に係る技術は、開放空間におけるノイズキャンセリング技術、又は補聴器にも適用可能である。
動作制御部１５３は、耳穴開放デバイス１００の動作モードを制御する機能を有する。例えば、動作制御部１５３は、耳穴開放デバイス１００の機能の一部又は全部を停止させたり起動させたりする。
認証部１５５は、耳穴開放デバイス１００を装着したユーザを識別し、認証する機能を有する。
＜１．４．耳穴開放デバイスの装着態様＞
図３は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００を用いたノイズキャンセル処理の概要を説明するための図である。図３では、耳穴開放デバイス１００を左耳に装着したユーザの頭部の、外耳道における断面図が示されている。図３に示すように、ノイズＮは、音響情報取得部１４０に到達すると共に、開口部１３１を通過して、外耳道５を通って鼓膜９に到達する。耳穴開放デバイス１００は、音響情報取得部１４０により取得されたノイズＮに基づいてノイズキャンセル信号を生成する。音響出力部１１０は、ノイズキャンセル信号に基づいて生成される音響信号に基づいて音響を出力する。音響出力部１１０から出力された音響は、音導部１２０を伝搬して他端１２２から放出され、ノイズＮをキャンセルする。
図３に示すように、音響情報取得部１４０の位置は、外耳道５の入り口付近、即ち鼓膜９付近である。このため、マイク１４１は、鼓膜９付近の音響を収音することができる。マイク１４１をキャンセルポイントとするノイズキャンセル処理が行われる場合には、高いノイズキャンセル性能が実現される。また、鼓膜音圧取得部１４２は、鼓膜９付近から鼓膜９の音圧情報を取得することができる。これにより、音圧情報の精度が高まるので、ノイズキャンセル性能の向上に寄与することができる。
保持部１３０は、音響情報取得部１４０と音響出力部１１０から出力される音響の出力孔である他端１２２との相対的位置関係を維持する。即ち、音響出力部１１０と音響情報取得部１４０との間の空間の特性（後述する特性Ｈ１）が固定化される。これにより、ノイズキャンセル性能を安定化させることができる。なお、相対的位置関係の維持は、保持部１３０が音導部１２０と音響情報取得部１４０とを共に保持することにより、実現される。
続いて、図４～図７を参照して、耳穴開放デバイスの装着位置について説明する。以下では、耳穴開放デバイス１００に、音響情報取得部１４０として、マイク１４１が搭載されるものとして説明する。
図４は、人の典型的な耳の構造を説明するための図である。図４に示すように、人の耳１において耳介２は特有の凹凸を形づくり、様々な方向からの音響を反射して外耳道５に導く。外耳道５は、音響の通路であり、外耳道５を通過した音響は外耳道５の奥にある鼓膜に到達する。外耳道５周りには、耳輪脚３、耳甲介腔４、耳珠６、珠間切痕７及び対珠８がある。
図５は、人の耳に到来するノイズＮを説明するための図である。図５に示すように、ノイズＮは、水平方向のあらゆる方向から人の耳１に到来する。図５では左耳について示されているが、右耳についても同様である。マイク１４１の配置によっては、マイク１４１により収音されるノイズは、ノイズの到来方向に依存した周波数特性を持つ。例えば、ユーザの正面（即ち、Ｙ軸正側）から到来したノイズと、背面（即ち、Ｙ軸負側）から到来したノイズとで、耳介２から受ける反射の影響は異なる。そのため、マイク１４１の配置によっては、特定の方向からのノイズを十分にキャンセルできても、別の方向からのノイズを十分にキャンセルできない事象が発生し得る。このことは、水平方向のみに限定されず、仰角方向についても同様である。
図６は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００のマイク１４１の配置を説明するための図である。図６では、外耳道の様子を示す断面図が示されている。図６に示すように、外耳道５は、第１カーブ１１及び第２カーブ１２の各々で屈曲するＳ字形状を有し、外耳道５の奥に鼓膜９がある。耳珠６よりも鼓膜９側の空間であれば、図５を参照して上記説明したノイズの到来方向への周波数特性の依存性は比較的少ないと考えられる。そのため、マイク１４１は、耳珠６より鼓膜９側の空間に配置されることが望ましい。さらに言えば、マイク１４１は、外耳道５の内部、即ち、耳甲介腔４と外耳道５との境界１９より鼓膜９側の空間に配置されることが望ましい。これにより、特に高いノイズキャンセル性能を実現することができる。
マイク１４１は、耳甲介腔４と外耳道５の境界１９から鼓膜９側に１５ｍｍまでの空間、又は耳甲介腔４と外耳道５の境界１９から鼓膜９と反対側に１５ｍｍまでの空間に配置されることが望ましい。換言すると、保持部１３０は、耳穴開放デバイス１００がユーザに装着された状態で、耳甲介腔４と外耳道５の境界１９から鼓膜９側に１５ｍｍまでの空間、又は耳甲介腔４と外耳道５の境界１９から鼓膜９と反対側に１５ｍｍまでの空間にマイク１４１を保持することが望ましい。ここで、マイク１４１の位置における周波数特性と鼓膜９の位置における周波数特性との差は、マイク１４１が鼓膜９に近いほど少なくなる。従って、マイク１４１の位置は鼓膜９に近いほど望ましい。この点、境界１９から鼓膜９と反対側に１５ｍｍまでの空間であれば、上記周波数特性の差は許容可能な範囲に収めることができ、所定のノイズキャンセル性能を担保することができる。また、境界１９から鼓膜９側に１５ｍｍ以内の範囲にマイク１４１が配置される場合、境界１９から鼓膜９と反対側の空間にマイク１４１が配置される場合と比較して、マイク１４１の位置を鼓膜９の近くにすることができる。さらに、少なくともマイク１４１が鼓膜９に接触して鼓膜９を傷つけることを防止し、安全性を担保することができる。
マイク位置Ｍ－ａ及びＭ－ｂは、境界１９から鼓膜９側に１５ｍｍまでの空間にある。詳しくは、マイク位置Ｍ－ａは、外耳道５の第１カーブ１１と第２カーブ１２との間にある。マイク位置Ｍ－ｂは、境界１９と外耳道５の第１カーブ１１との間にある。また、マイク位置Ｍ－ｃは、境界１９から鼓膜９と反対側に１５ｍｍまでの空間にある。これらのいずれのマイク位置においても、所定のノイズキャンセル性能を担保することができる。とりわけ、上記周波数特性の到来方向への依存性を最小化できる点で、マイク位置Ｍ－ａが最も望ましい。
図７は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００がユーザに装着された様子を示す図である。図７に示すように、保持部１３０は、耳穴開放デバイス１００がユーザに装着された状態で、片耳の外耳道５の内壁に当接している。そして、保持部１３０は、マイク１４１を、耳珠６より鼓膜９側の空間であって、耳甲介腔４と外耳道５の境界１９から鼓膜９側に１５ｍｍまでの空間に保持している。さらに詳しく言えば、保持部１３０は、マイク１４１を、図６に示したマイク位置Ｍ－ａに保持している。このような配置により、マイク１４１（即ち、キャンセルポイント）の位置を、鼓膜９の位置との周波数特性の差が小さい位置にすることができ、高いノイズキャンセル性能を実現することができる。なお、保持部１３０が当接する場所は外耳道５の内壁に限定されない。保持部１３０は、例えば耳甲介腔４に当接してもよい。
＜１．５．ノイズキャンセル処理の詳細＞
以下、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００によるノイズキャンセル処理について説明する。
（１）古典制御ＦＢ方式
まず、図８及び図９を参照しながら、古典制御ＦＢ方式について説明する。
図８は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００による古典制御ＦＢ方式のノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。図８に示すようなモデル構成例において示されるブロックの記号は、ノイズキャンセルシステムの系における特定の回路部位又は回路系等に対応する特性（即ち、伝達関数）を示すものである。音響信号（若しくは音響）は、各ブロックを経由するごとに、当該ブロックにおいて示されている特性が適用される。図８～図１３に示す各ブロックの記号の意味は、次の通りである。
Ｈ１：ドライバ１１０からマイク１４１までの空間２０３の特性
Ｈ２：マイク１４１から鼓膜までの空間２０５の特性（外耳道の空間特性）
Ｍ：マイク１４１の特性
Ａ：アンプ２０２の特性
Ｄ：ドライバ１１０の特性
Ｆ：パッシブ遮音素子２２０の特性
Ｍ´：マイク１４１のＭの模擬特性
Ａ´：アンプ２０２の模擬特性
Ｄ´：ドライバ１１０の模擬特性
Ｈ´：空間２０３の模擬特性
Ａ´Ｄ´Ｈ１´Ｍ´：内部モデル２０８の特性
－β１：第１のＦＢフィルタ２０１の特性
β２：第２のＦＢフィルタ２０７の特性
Ｅ：イコライザ２１３の特性
また、Ｎはノイズを示し、Ｍは音楽信号を示し、Ｐは鼓膜位置の音圧を示し、Ｖはユーザの声（自声）を示す。
マイク１４１は、音響を収音し、音響信号を生成する。マイク１４１が生成した音響信号は、第１のＦＢフィルタ２０１に入力される。
第１のＦＢフィルタ２０１は、ＦＢ方式のノイズキャンセル処理を行うフィルタ回路である。第１のＦＢフィルタ２０１は、マイク１４１から入力された音響信号に基づき、マイク１４１をキャンセルポイントとするノイズキャンセル処理を行い、ノイズキャンセル信号を生成する。第１のＦＢフィルタ２０１を経由した音響信号は、アンプ２０２に入力される。
アンプ２０２は、入力された音響信号を増幅して出力するパワーアンプである。アンプ２０２は、第１のＦＢフィルタ２０１から入力された音響信号を増幅して出力する。アンプ２０２を経由した音響信号は、ドライバ１１０に入力される。
ドライバ１１０は、入力された音響信号に基づいて、空間内に音響を出力する。
ドライバ１１０から出力された音響は、まず、空間２０３を経由後、空間２０４においてノイズＮと干渉し、ノイズＮをキャンセルする。キャンセルされきれなかったノイズＮは、マイク１４１により収音される。さらに、キャンセルされきれなかったノイズＮは、開口部１３１を通過して、空間２０５を経由し、鼓膜音圧Ｐとして鼓膜位置に到達する。
マイク１４１は、ノイズを最小化するポイント（即ち、キャンセルポイント）である。そのため、マイク１４１の配置位置は、鼓膜に近いほど望ましい。
ここで、比較例として、耳穴開放デバイス１００が、開口部１３１を有さないイヤホン（密閉型ノイズキャンセルイヤホン）として構成される場合のノイズキャンセル処理について、図９を参照して説明する。
図９は、比較例に係る密閉型ノイズキャンセルイヤホンによる古典制御ＦＢ方式のノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。図９に示すモデル構成例は、パッシブ遮音素子２２０を有する点を除き、図８に示したモデル構成例と同様である。密閉型ノイズキャンセルイヤホンでは、密閉されたハウジング又はイヤーピース等のパッシブ遮音素子２２０が、ノイズＮからマイク１４１までの間に存在することになる。このため、ノイズＮはパッシブ遮音素子２２０の影響で減衰し、その後マイク１４１により収音される。換言すると、耳穴開放デバイス１００では、密閉型ノイズキャンセルイヤホンと比較して、相対的に大きなノイズが収音される。従って、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００には、密閉型ノイズキャンセルイヤホンと比較して出力が大きいアンプ及びドライバが用いられることが望ましい。
ここで、図８を参照して説明した、耳穴開放デバイス１００による古典制御ＦＢ方式のノイズキャンセル処理について考察する。
まず、ドライバ１１０に入力される音響信号をｙとする。すると、マイク１４１の位置での音圧Ｐは、次の数式（Ａ１）で定義される。
Figure 0007070576000001
音響信号ｙは、次の数式（Ａ２）で定義される。
Figure 0007070576000002
数式（Ａ１）及び数式（Ａ２）により、音圧Ｐは、次式（Ａ３）のように導かれる。
Figure 0007070576000003
ここで、数式（Ａ３）のノイズＮにかかる係数は、感度関数とも称される。第１のＦＢフィルタ２０１の特性β１は、設計可能なパラメータである。β１を最大化することにより、感度係数の分母は最大となり、感度係数は最小となり、その結果、音圧Ｐは最小化される。即ち、β１を最大化することにより、鼓膜位置における音圧が減少し、ノイズがより大きくキャンセルされる。
（２）内部モデル制御ＦＢ方式
続いて、図１０を参照しながら、内部モデル制御ＦＢ方式（ＩＭＣ（Inter Model Control）方式）について説明する。
図１０は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００による内部モデル制御ＦＢ方式のノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。図１０に示すモデル構成例は、第１のＦＢフィルタ２０１に代えて第２のＦＢフィルタ２０７を有する点、及び内部モデル２０８及び加算器２０６を有する点で、図８に示したモデル構成例と相違する。以下では、図８に示すモデル構成例との相違に関して主に説明する。
第２のＦＢフィルタ２０７は、ＦＢ方式のノイズキャンセル処理を行うフィルタ回路である。第２のＦＢフィルタ２０７は、入力された音響信号に基づき、マイク１４１をキャンセルポイントとするノイズキャンセル処理を行い、ノイズキャンセル信号を生成する。第２のＦＢフィルタ２０７を経由した音響信号は、アンプ２０２に入力されると共に、内部モデル２０８にも入力される。
内部モデル２０８は、耳穴開放デバイス１００の内部モデルに対応する。内部モデルとは、信号処理内部の経路であり、２次経路（Secondary Path）を模擬した特性を有するモデルである。なお、２次経路とは、２次音源からエラーマイクまでの、物理的な空間伝達特性である。ここでの内部モデル２０８は、第２のＦＢフィルタ２０７から出力されたノイズキャンセル信号がドライバ１１０から出力されてマイク１４１により収音され、第２のＦＢフィルタに戻ってくるまでの特性を模擬した特性を有する。図１０に示したモデル構成例における内部モデル２０８は、Ａ´Ｄ´Ｈ１´Ｍ´の特性を有する。内部モデル２０８を経由した音響信号は、加算器２０６に入力される。加算器２０６は、マイク１４１により生成された音響信号から、内部モデル２０８を経由した音響信号を、減算して合成する。かかる合成信号は、第２のＦＢフィルタ２０７に入力される。
（３）古典制御ＦＢ方式と内部モデル制御ＦＢ方式の併用
続いて、図１１を参照しながら、古典制御ＦＢ方式と内部モデル制御ＦＢ方式とを併用する場合について説明する。
図１１は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００による古典制御ＦＢ方式と内部モデル制御ＦＢ方式とを併用するノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。図１１に示すモデル構成例は、図１０に示したモデル構成例に、第１のＦＢフィルタ（特性：－β１）及び加算器２０９を加えたものである。以下では、図１０に示すモデル構成例から新たに追加された構成要素に関して主に説明する。
マイク１４１により入力された音響信号は、加算器２０６に入力されると共に、第１のＦＢフィルタ２０１に入力される。第１のＦＢフィルタ２０１は、上述したように、入力された音響信号に基づいてノイズキャンセル信号を生成する。
第１のＦＢフィルタ２０１及び第２のＦＢフィルタ２０７の各々を経由した音響信号は、加算器２０９に入力されて、合成される。かかる合成信号は、内部モデル２０８に入力されると共に、アンプ２０２を経由してドライバ１１０から出力される。
以上、ＦＢ方式のノイズキャンセル処理について説明したが、本技術はかかる例に限定されない。耳穴開放デバイス１００は、ＦＢ方式のノイズキャンセル処理と共に、又は代えて、ＦＦ方式のノイズキャンセル処理を行ってもよい。その場合、耳穴開放デバイス１００は、ユーザに装着された際の音響特性を事前に測定し、ＦＦフィルタの特性を設定しておくことが望ましい。
（４）音楽を再生する場合の処理
図１２は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００による音楽再生時の古典制御ＦＢ方式のノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。図１２に示すモデル構成例は、図８に示したモデル構成例に、内部モデル２０８、加算器２１０及び加算器２１１を加え、さらに音響信号Ｍが入力されるものである。以下では、図８に示すモデル構成例から新たに追加された構成要素に関して主に説明する。
音楽信号Ｍは、内部モデル２０８及び加算器２１１に入力される。内部モデル２０８を経由した音楽信号は、加算器２１０に入力される。また、加算器２１０には、マイク１４１により生成された音響信号が入力される。加算器２１０は、マイク１４１により生成された音響信号から、内部モデル２０８を経由した音楽信号を減算して合成する。そして、かかる合成信号が、第１のＦＢフィルタ２０１に入力される。第１のＦＢフィルタ２０１を経由した音響信号は、加算器２１１に入力される。加算器２１１は、第１のＦＢフィルタ２０１を経由した音響信号と音楽信号Ｍとを合成する。かかる合成信号は、アンプ２０２を経由してドライバ１１０から出力される。
このように、本ノイズキャンセル処理では、マイク１４１から出力される、ノイズを含む音響信号から音楽信号の成分を差し引いた上で、ＦＢフィルタが適用される。これにより、再生すべき音楽が、ノイズとともに低減されることを防止することができる。
（５）自声を抽出する場合の処理
信号処理部１５１は、両耳用の一対の音響情報取得部１４０の各々により取得された音響情報に基づいてユーザの自声を抽出し、抽出したユーザの自声をノイズキャンセル信号に合成する。ユーザの自声も含んでノイズが収音される場合、ノイズキャンセル信号は、ユーザの自声をキャンセルする成分を含む。この点、ユーザの自声がノイズキャンセル信号に合成されることで、ユーザの自声が耳元で出力されるようになる。よって、自分の声がノイズとしてキャンセルされて、自分の声が遠くなったような違和感をユーザに与えることを、防止することができる。以下、図１３を参照して、自声を抽出してノイズキャンセル信号に合成する処理について詳細に説明する。
図１３は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００による自声抽出を含む古典制御ＦＢ方式のノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。図１３に示すモデル構成例は、図８に示したモデル構成例に、自声抽出部２１２、イコライザ２１３、加算器２１４、空間２１５を加えたものである。到来するノイズＮは、ノイズソースＮＳ及びユーザの話声Ｖ（即ち、自声）が空間２１５において合成された音響である。ただし、図１３に示したモデル構成例は、左耳側のモデル構成例を示しており、右耳側は省略されている。以下では、図１３に示したモデル構成例において、図８に示すモデル構成例から新たに追加された構成要素に関して主に説明する。
左耳用のマイク１４１は、空間２０４を経由したノイズＮを収音し、音響信号を生成する。右耳に関しても同様である。左右各々のマイク１４１により生成された音響信号は、自声抽出部２１２に入力される。自声抽出部２１２は、入力された音響信号に基づいて、自声Ｖを抽出する。例えば、自声抽出部２１２は、入力された音響信号から同相信号成分を抽出することで、自声Ｖを抽出する。自声抽出部２１２は、抽出した自声Ｖを示す音響信号を、左右各々の加算器２１４に出力する。
一方で、マイク１４１により生成された音響信号は、第１のＦＢフィルタ２０１にも入力される。第１のＦＢフィルタ２０１により生成されたノイズキャンセル信号は、加算器２１４に入力される。また、音楽信号Ｍは、イコライザ２１３に入力される。イコライザ２１３は、入力された音楽信号Ｍの音質を特性Ｅに基づき調整する。イコライザ２１３を経由した音楽信号は加算器２１４に入力される。
加算器２１４は、自声抽出部２１２、第１のＦＢフィルタ２０１及びイコライザ２１３の各々から入力された音響信号を合成する。かかる合成信号は、アンプ２０２を経由してドライバ１１０から出力される。
これにより、開口部１３１を通過した自声Ｖがノイズキャンセル信号によりキャンセルされても、自声抽出部２１２により抽出された自声Ｖがドライバ１１０から出力されることになる。これにより、自分の声がノイズとしてキャンセルされて、自分の声が遠くなったような違和感をユーザに与えることを、防止することができる。
なお、耳穴開放デバイス１００は、音響情報取得部１４０として、保持部１３０により保持されるマイク１４１の他に、ユーザの自声を収音するためのマイクをさらに備えていてもよい。例えば、耳穴開放デバイス１００は、図１に示すピンチ部１２３付近にかかるマイクを備え得る。その場合、自声抽出部２１２は、当該マイクにより生成された音響信号にさらに基づいてユーザの自声を抽出する。これにより、自声抽出部２１２は、より高い精度でユーザの自声を抽出することができる。
＜１．６．鼓膜の音圧情報に基づくノイズキャンセル処理＞
耳穴開放デバイス１００は、鼓膜の音圧情報に基づいてノイズキャンセル処理を行ってもよい。その場合、音響情報取得部１４０は、音響情報として、鼓膜の音圧情報を取得する。そして、信号処理部１５１は、マイク１４１により生成される音響信号に変えて、鼓膜の音圧情報に基づいてノイズキャンセル処理を行う。もちろん、信号処理部１５１は、マイク１４１により生成される音響信号と鼓膜音圧取得部１４２により取得される鼓膜の音圧情報とを併用して、ノイズキャンセル処理を行ってもよい。以下では、耳穴開放デバイス１００に、音響情報取得部１４０として、鼓膜音圧取得部１４２が搭載されるものとして説明する。
（１）鼓膜音圧取得部１４２の構成
鼓膜音圧取得部１４２は、外耳道又は鼓膜の振動情報を取得し、取得した振動情報に基づいてキャンセルポイントの音圧情報を取得する機能を有する。
詳しくは、鼓膜音圧取得部１４２は、送信波を送信し、当該送信波が反射された反射波を取得して、反射点における変位又は速度を示す振動情報を取得する。反射波には、反射点の移動速度に比例した周波数変化が発生する。具体的には、物体が近づく場合に反射波の周波数は高くなり、物体が遠ざかる場合に周波数が低くなる。鼓膜音圧取得部１４２は、送信波と反射波との周波数差分に基づいて、反射点の変位又は速度を推定する。送信波は、外耳道又は鼓膜に送信され、外耳道又は鼓膜における任意の反射点に反射される。反射点は、キャンセルポイントと同一であってもよいし、異なっていてもよい。
例えば、鼓膜音圧取得部１４２はレーザー測距装置により実現されてもよく、送信波はレーザーであってもよい。他にも鼓膜音圧取得部１４２は、超音波測距装置により実現されてもよく、その場合、送信波は超音波である。ただし、干渉の観点から、送信波はレーザーである方が望ましい。レーザーを用いる場合、マイク１４１における風切り音の収音が原理的に発生しないメリットがある。なお、レーザー光源は、連続的に発光せず、間欠的に発光してもよい。また、発光頻度は、反射波取得に係るサンプリングレートと同等でよい。これらにより、消費電力を低減することができる。以下では、鼓膜音圧取得部１４２は、レーザー測距装置により実現されるものとして説明する。
鼓膜音圧取得部１４２は、鼓膜音圧取得部１４２と反射点との間の距離を測定することも可能である。例えば、レーザー測距装置は、レーザーを送信してから、反射点により反射されたレーザーを受信するまでの時間に基づいて、レーザー測距装置と反射点との距離を測定する。このような測定方法は、ＴｏＦ（Time of Flight）方式とも称される。なお、鼓膜音圧取得部１４２のうち、少なくとも送信波を送信し受信波を受信する装置が保持部１３０により保持されていればよく、振動情報に基づいて鼓膜音圧を推定及び取得する装置等の配置は特に限定されない。
キャンセルポイントは、鼓膜の１点である。即ち、鼓膜音圧取得部１４２は、鼓膜の音圧情報を取得する。鼓膜の音圧情報がノイズキャンセル処理に用いられることで、高いノイズキャンセル性能を実現することができる。
反射点も、鼓膜の１点であることが望ましい。この場合、鼓膜の振動情報が直接的に取得されるので、鼓膜音圧取得部１４２は、鼓膜の振動情報に基づいて鼓膜の音圧情報を取得することができる。よって、鼓膜の音圧情報を高い精度で推定することができる。
一方で、反射点は、外耳道の内壁にあってもよい。その場合、鼓膜音圧取得部１４２は外耳道の内壁の２以上の点の振動情報に基づいて、鼓膜の音圧情報を推定する。例えば、鼓膜音圧取得部１４２は、外耳道の内壁の振動と鼓膜の振動との相関関係のモデルを参照して、外耳道の内壁の２以上の点の振動情報に基づいて鼓膜の振動情報を推定する。そして、鼓膜の振動情報の推定結果に基づいて、鼓膜の音圧情報を推定する。これにより、鼓膜に直接レーザーが照射されない場合であっても、鼓膜の音圧情報を用いたノイズキャンセル処理を実行することが可能となる。また、鼓膜音圧取得部１４２は、鼓膜の振動情報と外耳道の内壁の振動情報とを測定し、これらの測定結果に基づいて鼓膜位置の音圧情報を推定してもよい。この場合、鼓膜位置の音圧情報をより高精度に推定することができる。
また、鼓膜音圧取得部１４２は、外耳道の内壁の振動情報に基づいて、肉伝導による自発生音（例えば、自声）を測定することができる。鼓膜音圧取得部１４２は、外耳道の内壁の振動情報に加え、左右の空気伝搬音波情報に基づいて、自発生音を測定することができる。
なお、反射点が鼓膜であるか外耳道の内壁であるかは、例えば後述する三次元形状を示す情報に基づいて判断され得る。
以下、図１４～図１７を参照して、レーザー測距装置として実現される鼓膜音圧取得部１４２による測距の様子を詳しく説明する。
図１４は、ユーザの左耳の外耳道内部の様子を示す断面図である。図１４に示すように、鼓膜振動面１４は外耳道下壁１３に対して、所定の角度を成している。成人の場合、鼓膜振動面１４は外耳道下壁１３に対して、約５０度の角度をなしている。
図１５～図１７は、図１４に示したユーザの左耳の外耳道内部に耳穴開放デバイス１００によりレーザーが照射された様子を示す図である。図１５は、図１４と同じ視点の図であり、図１６は、Ｚ軸正方向からＺ軸負方向へ見下ろす視点の図であり、図１７は、Ｘ軸正方向とＺ軸正方向の中間付近から原点へ向かう視点の図である。図１５～図１７に示すように、鼓膜音圧取得部１４２（レーザー測距装置）によりレーザー１６が鼓膜９に向けて照射されている。図１５及び図１６に示すように、レーザー１６の照射方向１７と鼓膜９の振動方向１５とは、特定の角度を持って交わり得る。鼓膜９の音圧情報を精度よく推定するためには、この角度差を補正することが望ましい。この角度差の補正は、論理的な計算により行われてもよいし、後述するレーザーの照射方向の物理的な制御により行われてもよい。
図１５及び図１６に示すように、保持部１３０は、鼓膜音圧取得部１４２と鼓膜９との直線上に外耳道５の内壁が存在しない位置に鼓膜音圧取得部１４２を保持することが望ましい。換言すると、鼓膜音圧取得部１４２から鼓膜９までの間に障害物がない位置に鼓膜音圧取得部１４２が保持されることが望ましい。これにより、鼓膜音圧取得部１４２から照射されたレーザーを鼓膜９上の１点に直接反射させることが可能となる。
（２）鼓膜音圧の取得処理
以下、図１８～図２０を参照して、鼓膜音圧の取得処理を説明する。
・第１の例
図１８は、本実施形態に係る鼓膜音圧の推定処理のモデル構成例を説明するための図である。
レーザーダイオード２３０は、レーザーを生成し、照射する。レーザーダイオード２３０から照射されたレーザーは、ビームスプリッタ２３１により２つの方向に分離され、そのうち一方のビームがビームスプリッタ２３２及びフォーカスレンズ２３３を通過して鼓膜９に到達する。鼓膜９により反射されたレーザーは、フォーカスレンズ２３３を通過して、ビームスプリッタ２３２及びミラー２３４に反射され、ビームスプリッタ２３７を通過して光電気変換器２３８に入力される。
一方で、レーザーダイオード２３０から照射されたレーザーのうちビームスプリッタ２３１により分離された他の一方のビームは、光学周波数変換器２３６に入力される。基準周波数発振器２３５により基準周波数で発振された信号も、光学周波数変換器２３６に入力される。光学周波数変換器２３６は、レーザーダイオード２３０から照射されたレーザーの周波数を基準周波数に変調して出力する。光学周波数変換器２３６から出力されたレーザーは、ビームスプリッタ２３７により反射されて、光電気変換器２３８に入力される。
ビームスプリッタ２３７を経由したレーザーは、光電気変換器２３８により光の強度信号に変換される。光の強度信号は、基準周波数で周波数変調された鼓膜振動周波数を示す。光の強度信号は、周波数電圧変換器２３９により周波数領域の信号に変換され、帯域制限フィルタ２４０が適用され、速度加速度変換器２４１に入力される。帯域制限フィルタ２４０による帯域制限フィルタ処理が適用された信号は、鼓膜振動の速度信号である。速度加速度変換器２４１は、鼓膜の速度信号に基づいて、鼓膜の速度を鼓膜の加速度に変換し、鼓膜の加速度を示す信号を鼓膜音圧推定部２４２に出力する。鼓膜音圧推定部２４２は、鼓膜の加速度に基づいて、鼓膜音圧（鼓膜９の音圧情報）を推定する。なお、鼓膜音圧は、下記の式により推定される。
鼓膜音圧ＰＤ＝Ｋ・ａ
ただし、ａ［ｍ／ｓ２］は、速度加速度変換器２４１にて得られる加速度信号である。Ｋ［ｋｇ／ｍ２］は、鼓膜の面積、質量、張力、及びレーザーの鼓膜への侵入角による補正係数等からなる定数である。なお、鼓膜音圧の取得処理の少なくとも一部は、デジタル回路により行われてもよい。例えば、速度加速度変換器２４１及び鼓膜音圧推定部２４２の処理がデジタル回路により行われてもよい。また、鼓膜音圧推定部２４２が、速度加速度変換器２４１としての機能を含んでいてもよい。
・第２の例
人によって、耳の形状、とりわけ外耳道の形状及び鼓膜の配置は異なる。そのため、ユーザに耳穴開放デバイス１００が装着された状態で、必ずしもレーザーの照射点（即ち、反射点）が鼓膜の中心に位置するとは限らない。
そこで、鼓膜音圧取得部１４２は、ユーザの外耳道の三次元形状を示す情報にさらに基づいて鼓膜の音圧情報を推定してもよい。例えば、鼓膜音圧取得部１４２は、外耳道の三次元形状を示す情報に基づいてレーザーの照射方向を制御し、鼓膜を反射点とする。これにより、鼓膜音圧を直接的に推定することができるので、精度を向上させることができる。
鼓膜音圧取得部１４２は、送信波の送信方向を変更しながら外耳道を走査することで外耳道の三次元形状を示す情報を取得する。詳しくは、鼓膜音圧取得部１４２は、レーザーの照射方向を逐次的に変更しながら測距することで、鼓膜音圧取得部１４２と反射点との距離のマップを、走査結果として取得する。この距離のマップは、鼓膜音圧取得部１４２を基準とする外耳道の三次元形状を示す情報である。
図１９は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００による外耳道の走査の様子を示す図である。図１９に示すように、鼓膜音圧取得部１４２から照射方向を変えながらレーザー１６が照射されている。耳穴開放デバイス１００は、レーザーが照射された範囲１８の三次元形状を示す情報を取得する。よって、例えば鼓膜音圧取得部１４２は、鼓膜９に直接レーザーを照射可能な方向を探索することができる。
外耳道の三次元形状を示す情報を取得するための機構は、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）スキャナとして実現され得る。以下、図２０を参照して、ＭＥＭＳスキャナを用いて鼓膜音圧を推定する処理を説明する。
図２０は、本実施形態に係る鼓膜音圧の推定処理のモデル構成例を説明するための図である。図２０に示すモデル構成例は、図１８に示したモデル構成例における、ビームスプリッタ２３２とフォーカスレンズ２３３との間にＭＥＭＳスキャナ２４３を含むものである。ＭＥＭＳスキャナ２４３は、入力されたレーザーの照射角を補正して出力する、照射角補正部として機能する。ＭＥＭＳスキャナ２４３は、ビームスプリッタ２３２から入力されたレーザーの照射方向を変更することができる。鼓膜音圧取得部１４２は、レーザーの照射方向を逐次的に変更するようＭＥＭＳスキャナ２４３を制御することで、外耳道の三次元形状を示す情報を取得する。そして、鼓膜音圧取得部１４２は、外耳道の三次元形状を示す情報に基づいて、鼓膜が反射点となる方向にレーザーが照射されるよう、ＭＥＭＳスキャナ２４３を制御する。
（３）三次元形状を示す情報の活用
・個人認証
認証部１５５は、鼓膜音圧取得部１４２により取得された外耳道の三次元形状を示す情報に基づいて、ユーザを認証してもよい。例えば、認証部１５５は、予め記憶されたユーザの外耳道の三次元形状を示す情報の特徴量と、鼓膜音圧取得部１４２により取得された外耳道の三次元形状を示す情報の特徴量とを比較する。認証部１５５は、この比較結果に基づいて、装着したユーザが事前登録されたユーザと一致するか否かを判定する。外耳道の形状は、人によって異なるため、当該認証が可能となる。人間の耳は一個人においても左右の耳の形状がことなるため、認証部１５５は、左右両耳に関し上記比較を行うことで、認証精度をより一層向上させることもできる。信号処理部１５１は、認証結果に基づく信号処理を行ってもよい。例えば、信号処理部１５１は、ユーザごとに予め設定されたフィルタの特性を用いてノイズキャンセル処理を行ってもよい。
以下、図２１を参照して、外耳道の三次元形状を示す情報を用いた個人認証処理について説明する。
図２１は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００及び端末装置により実行される個人認証処理の流れの一例を示すシーケンス図である。図２１に示すように、本シーケンスには耳穴開放デバイス１００及び端末装置８００が関与する。端末装置８００は、スマートフォン、タブレット端末又はエージェント機器等の任意の装置である。
図２１に示すように、耳穴開放デバイス１００は、まだユーザに装着されておらず、装着待ち状態にある（ステップＳ１０２）。また、端末装置８００は、耳穴開放デバイス１００と接続しておらず、接続待ちの状態にある（ステップＳ１０４）。
図２１に示すように、まず、耳穴開放デバイス１００は、測距距離が所定値以内であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。ここでの所定値は、例えば、外耳道の長さの最大値である。所定値以内であれば、少なくとも外耳道内で測距が行われたことが分かる。測距距離が所定値以内ではないと判定された場合（ステップＳ１０６／ＮＯ）、処理は再度ステップＳ１０６に戻り、装着待ちの状態が継続される。
一方で、測距距離が所定値以内であると判定された場合（ステップＳ１０６／ＹＥＳ）、耳穴開放デバイス１００は、外耳道内の三次元形状を示す情報を取得し、特徴量を抽出する（ステップＳ１０８）。
次いで、耳穴開放デバイス１００は、抽出した特徴量と、事前に記憶した特徴量とを比較し、一致するか否かを判定する（Ｓ１１０）。一致しないと判定された場合（ステップＳ１１０／ＮＯ）、処理は再度ステップＳ１０６に戻る。
一致すると判定された場合（ステップＳ１１０／ＹＥＳ）、耳穴開放デバイス１００は、ユーザ認証が完了したことを示す認証情報を端末装置８００に送信する（ステップＳ１１２）。端末装置８００は、耳穴開放デバイス１００から認証情報を受信及び確認して（ステップＳ１１４）、接続処理を行い、接続完了通知を耳穴開放デバイス１００に送信する（ステップＳ１１６）。これにより、端末装置８００は、接続完了状態となる。耳穴開放デバイス１００は、端末装置８００から接続完了通知を受信する（ステップＳ１１８）。これにより、耳穴開放デバイス１００は、接続完了状態となる。
・装着検出
動作制御部１５３は、鼓膜音圧取得部１４２により取得された三次元形状を示す情報に基づいて、耳穴開放デバイス１００が装着されているか否かを判定する。例えば、動作制御部１５３は、鼓膜音圧取得部１４２による測距距離が、所定値以内である場合に装着されたと判定し、所定値を超える場合に装着されていないと判定する。ここでの所定値は、例えば、外耳道の長さの最大値である。そして、動作制御部１５３は、判定結果に基づいて、耳穴開放デバイス１００の動作を制御する。例えば、動作制御部１５３は、耳穴開放デバイス１００が装着されていると判定した場合に、信号処理部１５１にノイズキャンセル信号の生成を開始させてもよい。また、動作制御部１５３は、耳穴開放デバイス１００が装着されていると判定した場合に、ドライバ１１０に出力信号の出力を開始させてもよい。これにより、ユーザが耳穴開放デバイス１００を装着すると自動的に耳穴開放デバイス１００の動作が開始されるので、ユーザの操作負担が軽減される。また、動作制御部１５３は、耳穴開放デバイス１００が装着されていないと判定した場合、ノイズキャンセル信号の生成及び出力信号の出力を停止させてもよい。これにより、非装着時には耳穴開放デバイス１００の動作が停止又は一部停止されるので、無駄な電力消費を防止することができる。
・再生音の補正
信号処理部１５１は、外耳道の三次元形状を示す情報に基づいて、ドライバ１１０から出力される出力信号の音質を調整してもよい。例えば、信号処理部１５１は、外耳道の三次元形状を示す情報に基づいて、過度に反響する周波数の音を減衰させ、過度に低減される周波数の音を強調する処理を行う。これにより、ユーザの外耳道の三次元形状に応じた最適な音質を、ユーザに提供することが可能となる。
（４）その他
・ハウリングキャンセラ
耳穴開放デバイス１００は、ドライバ１１０により出力される音響をマイク１４１が収音した際に発生する、ハウリングを検出してもよい。そして、耳穴開放デバイス１００は、ハウリングを検出した際に、ドライバ１１０からの出力、またはノイズキャンセリング処理を停止、または一時停止させ、停止したことを装着に通知してもよい。また、ハウリングの発生した状況を、後述の無線通信部１７０を介して外部に送信してもよい。
・校正信号
耳穴開放デバイス１００は、ドライバ１１０から既定の校正信号を出力し、マイク１４１によりかかる校正信号を収音することで、ドライバ１１０からマイク１４１までの伝達特性を得ることができる。この伝達特性は、装着者個々の耳の形状及び装着状態に依存する。そのため、耳穴開放デバイス１００は、ユーザに装着された状態で、ドライバ１１０からマイク１４１までの伝達特性を実際に測定することで、より適したドライバ１１０の出力構成を行うことが可能である。また、耳穴開放デバイス１００は、出力信号と、マイク１４１から収音した実際の音響信号とを用いて、適応的に出力構成を行うこともできる。
＜１．７．まとめ＞
以上、第１の実施形態について詳細に説明した。上記説明したように、第１の実施形態に係る耳穴開放デバイス１００は、耳甲介腔、又は外耳道の内壁に当接する保持部１３０により、音響情報を取得する音響情報取得部１４０を耳珠よりも鼓膜側の空間に保持しつつも、開口部１３１により耳穴を外界に開放する。そして、耳穴開放デバイス１００は、当該音響情報取得部１４０により取得された音響情報に基づいてノイズキャンセル信号を生成する。例えば、耳穴開放デバイス１００は、音響情報取得部１４０の位置又は鼓膜位置をキャンセルポイントとするノイズキャンセル処理を行う。鼓膜に近い位置又は鼓膜がキャンセルポイントになるので、高いノイズキャンセル性能を実現することができる。
耳穴開放デバイス１００に、このようなアクティブ処理によるノイズキャンセル機能が搭載されることにより、様々な効果が奏される。以下、本実施形態において奏される効果について具体例を挙げて説明する。
例えば、オフィスなどでは、オフィス内の空調の音、並びにオフィス外から漏れ込んでくる電車又は自動車の走行音等の、話声などと比べて低い周波数のノイズであふれている。耳穴開放デバイス１００は、このノイズをキャンセルする。この場合、耳穴開放デイバス１００を装着したユーザは、他者とより円滑にコミュニケーションをとることが可能であるし、精神的負荷及び肉体的負荷が軽減される。
また、話声のような中域の周波数帯域をノイズキャンセルの対象外とすることで、話声はキャンセルされず、さらに耳穴が開放されているので、話声はそのまま鼓膜に到達する。このため、耳穴開放デバイス１００を装着したユーザは、会話をするために耳穴開放デバイス１００を都度外さずにすむ。
また、耳穴が開放されているので、外耳道内外の空気は自由に移動することができる。このため、耳穴開放デバイス１００は、外耳道内の湿度及び温度に起因する不快感をユーザに与え辛い。よって、ユーザは、耳穴開放デバイス１００を長時間装着することができる。
また、耳穴開放デバイス１００は、音楽又は音声を出力する場合に、周囲のノイズを低減することで、信号対雑音比を大きくとることができる。このことは、同じ音量の音楽又は音声であっても、ユーザは目的音の聴取がしやすいことを意味する。裏を返せば、同等の信号対雑音比を維持するために出力すべき音楽又は音声の音量は抑制される。したがって、耳穴開放デバイス１００により出力される音楽又は音声の、周囲への漏れ音を低減することができる。
さらに、耳穴が開放されているので、ユーザ自身の声（自声）、鼓動音、咀嚼音、唾をのみこむときの音、血流音、呼吸音、歩行時の体を伝わる振動音、ケーブル等の衣擦れ音、及びイヤーピースが外耳道と接触する部分の摩擦音等が、強調されない。
＜＜２．第２の実施形態＞＞
第２の実施形態は、外耳道の入り口付近に配置されるマイクを有する音響処理装置（ヘッドホン）によるノイズキャンセル処理に関する。
＜２．１．技術的課題＞
まず、図２２～図２７を参照して、比較例に係るヘッドホンによるノイズキャンセル処理を説明し、本実施形態の技術的課題を説明する。
図２２は、ＦＢ－ＮＣ機能付きヘッドホン３８０－１の構成例を示す図である。図２２に示すように、ＦＢ－ＮＣ機能付きヘッドホン３８０－１は、ハウジング３８１及びイヤーパッド３８２を含む。ハウジング３８１及びイヤーパッド３８２により、ＦＢ－ＮＣ機能付きヘッドホン３８０－１を装着したユーザの片耳は覆われる（典型的には、密閉される）。ハウジング３８１には、ドライバ（スピーカ）３８３、ＦＢ－ＮＣ用マイク３８４及びＦＢフィルタ３８５（特性：－β）等の信号処理のための各種装置が格納される。
ＦＢ－ＮＣ用マイク３８４は、周囲音を収音して音響信号を生成する。ＦＢフィルタ３８５は、ＦＢ－ＮＣ用マイク３８４により生成された音響信号に基づくＦＢ方式のノイズキャンセル処理により、ノイズキャンセル信号を生成する。ドライバ３８３は、ＦＢフィルタ３８５により生成されたノイズキャンセル信号に基づいて音響を出力する。これにより、ハウジング３８１、イヤーパッド３８２、及びユーザの頭部等のパッシブ遮音素子によるパッシブ遮音後のノイズをキャンセルすることができる。このようなノイズキャンセル処理について、図２３を参照して詳しく説明する。
図２３は、図２２に示したＦＢ－ＮＣ機能付きヘッドホン３８０－１によるノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。図２３に示すようなモデル構成例において示されるブロックの記号は、ノイズキャンセルシステムの系における特定の回路部位又は回路系等に対応する特性（即ち、伝達関数）を示すものである。各記号の意味は次の通りである。
Ｈ：ドライバ３８３からＦＢ－ＮＣ用マイク３８４までの空間３９２の空間特性
Ｍ：ＦＢ－ＮＣ用マイク３８４の特性
Ａ：アンプ３９１の特性
Ｄ：ドライバ３８３の特性
Ｆ：パッシブ遮音素子３９３の特性
－β：ＦＢフィルタ３８５の特性
また、Ｎはノイズを示し、Ｐは鼓膜位置の音圧を示す。
図２３に示すように、ＦＢ－ＮＣ用マイク３８４により生成された音響信号は、ＦＢフィルタ３８５に入力される。ＦＢフィルタ３８５は、入力された音響信号に基づいてノイズキャンセル信号を生成する。ＦＢフィルタ３８５により生成されたノイズキャンセル信号は、アンプ３９１により増幅されて、ドライバ３８３から出力される。ドライバ３８３から出力された音響は、空間３９２を経由後、空間３９４においてパッシブ遮音素子３９３を経由したノイズＮと干渉し、ノイズＮをキャンセルする。キャンセルされきれなかったノイズＮは、ＦＢ－ＮＣ用マイク３８４に収音されると共に、鼓膜位置音圧Ｐとして鼓膜に伝達される。
キャンセルポイントはＦＢ－ＮＣ用マイク３８４の位置になる。ＦＢ－ＮＣ用マイク３８４の位置における残差信号r(residual noise)について、感度関数を算出すると次式の通りとなる。
Figure 0007070576000004
上記数式（Ｂ１）に示すように、感度関数は、ＮＣフィルタβを大きくすることにより、最小化される。
ここで、ＦＢフィルタ３８５は、ＡＤＣ及びＤＡＣを含むものとする。ＡＤＣ及びＤＡＣによるデジタル処理の遅延等の、システムの遅延による影響を抑制することで、ＦＢ－ＮＣの性能は向上する。一方で、遅延に寄与するパラメータとしては、システムの遅延の他に、音響空間における距離の遅延がある。この距離の遅延も、ＦＢ－ＮＣの性能を左右する。
図２４は、ヘッドホンドライバからＦＢ－ＮＣ用マイクまでの距離に応じた位相特性の一例を示す図である。図２４では、ヘッドホンドライバからＦＢ－ＮＣ用までの距離が、２０ｍｍ、５０ｍｍ、又は１００ｍｍである場合の位相特性が示されている。図２４に示すように、ヘッドホンドライバからＦＢ－ＮＣ用までの距離が長くなるに従い、位相回転が大きくなる。そして、位相回転が大きくなるほど、ＦＢ－ＮＣの限界性能は劣化する。以上から、距離の遅延に起因するＦＢ－ＮＣの性能劣化を防止するためには、ドライバとＦＢ－ＮＣ用との間の距離を小さくすることが望ましいと言える。
図２２に示したＦＢ－ＮＣ機能付きヘッドホン３８０－１では、ハウジング３８１内のドライバ３８３に近い位置にＦＢ－ＮＣ用マイク３８４が配置されている。よって、上述した距離の遅延は少ない。しかし、ＦＢ－ＮＣ用マイク３８４の位置は、最も音圧（ノイズに起因する音圧）を最小化したいポイントである鼓膜９の位置と離れている。そのため、ＦＢ－ＮＣ用マイク３８４の位置における音圧の最小化が、鼓膜９の位置での音圧最小化に繋がるとは限らなかった。即ち、ＦＢ－ＮＣの性能が劣化するおそれがあった。
理想的には、鼓膜９の位置にＦＢ－ＮＣ用マイクを配置することにより、上述した距離の遅延を解消することが可能であると考えられる。そのようなＦＢ－ＮＣ機能付きヘッドホンについて、図２５を参照して説明する。
図２５は、ＦＢ－ＮＣ機能付きヘッドホン３８０－２の一例を示す図である。図２５に示すように、ＦＢ－ＮＣ機能付きヘッドホン３８０－２は、鼓膜９付近に配置されるＦＢ－ＮＣ用マイク３８４を有する。そのため、ＦＢ－ＮＣ用マイク３８４の位置における音圧の最小化が、鼓膜９の位置での音圧最小化に繋がりやすく、ＦＢ－ＮＣの性能の劣化を抑制することができる。しかし、ドライバ３８３とＦＢ－ＮＣ用マイク３８４との距離が大きいので、上述した距離の遅延の影響でＦＢ－ＮＣの性能が劣化するおそれがあった。
まとめると、図２２に示したＦＢ－ＮＣ用マイク３８４の配置によれば、距離由来の位相遅延は少ない一方で、鼓膜位置の音圧が最小化されるとは限らない。一方で、図２５に示したＦＢ－ＮＣ用マイク３８４の配置によれば、鼓膜位置の音圧がフィードバックされる一方で、距離由来の位相遅延が大きい。
以上説明したように、ヘッドホンにおけるＦＢ－ＮＣの性能を向上させるためには、以下の２つの指針が考えられるものの、ドライバの位置が固定されているという前提でこれらの指針は矛盾していた。
第１の指針：距離の遅延を抑える：ＦＢ－ＮＣ用マイクをドライバの近くに配置する
第２の指針：キャンセルポイントを鼓膜近くにする：ＦＢ－ＮＣ用マイクをドライバから遠くに配置する
そこで、本実施形態では、上記矛盾を解消したノイズキャンセル処理の仕組みを提案する。詳しくは、本実施形態では、ドライバの付近に設置されたＦＢ－ＮＣ用マイクに加えて、鼓膜位置付近に設置されたエラーマイクを併用する、ノイズキャンセル処理の仕組みを提案する。かかる仕組みによれば、ＦＢ－ＮＣ用マイクを用いて距離の遅延を抑制しつつ、エラーマイクを用いて鼓膜位置に近いキャンセルポイントの音圧を最小化することが可能である。
ＮＣ機能付きヘッドホンには、上述したＦＢ型に加えて、ＦＦ型、並びにＦＢ及びＦＦの併用型がある。一般的には、併用型のＮＣ機能付きヘッドホンが、これらの各型のうち最も高いＮＣ性能を有すると言われている。参考のため、併用型のＮＣ機能付きヘッドホンについて、図２６及び図２７を参照して説明する。
図２６は、併用型ＮＣ機能付きのヘッドホン３８０－３の構成例を示す図である。図２６に示すように、併用型ＮＣ機能付きのヘッドホン３８０－３には、図２２に示した３８０－１の構成に加えて、ＦＦ－ＮＣのためのＦＦ－ＮＣ用マイク３８６及び特性－αを有するＦＦフィルタ３８７が設けられている
図２７は、図２６に示した併用型ＮＣ機能付きヘッドホン３８０－３によるノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。図２７に示すモデル構成例は、図２３に示したモデル構成例に、ＦＦ－ＮＣのための構成要素が追加されている。以下では、当該追加されたブロックについて説明する。追加されたブロックの記号の意味は次の通りである。
Ｍ１：ＦＢ－ＮＣ用マイク３８４の特性
Ｍ２：ＦＦ－ＮＣ用マイク３８６の特性
－α：ＦＦフィルタ３８７の特性
図２７に示すように、ＦＦ－ＮＣ用マイク３８６により収音されたノイズＮに基づいて生成された音響信号は、ＦＦフィルタ３８７に入力される。ＦＦフィルタ３８７は、入力された音響信号に基づくＦＦ方式のノイズキャンセル処理により、ノイズキャンセル信号を生成する。加算器３９５は、ＦＦフィルタ３８７により生成されたノイズキャンセル信号、及びＦＢフィルタ３８５により生成されたノイズキャンセル信号を合成して合成信号を生成する。かかる合成信号は、アンプ３９１を経由してドライバ３８３から出力される。ドライバ３８３から出力された音響は、空間３９２を経由後、空間３９４においてパッシブ遮音素子３９３を経由したノイズＮと干渉し、ノイズＮをキャンセルする。キャンセルされきれなかったノイズＮは、ＦＢ－ＮＣ用マイク３８４に収音されると共に、鼓膜位置音圧Ｐとして鼓膜に伝達される。
＜２．２．ヘッドホンの外観構成＞
以下、図２８～図３０を参照して、本実施形態に係る音響処理装置（ヘッドホン）の外観構成の一例を説明する。
図２８及び図２９は、本実施形態に係るヘッドホン３００の外観構成の一例を説明するための図である。図２８は、ヘッドホン３００がユーザに装着された状態の外観構成を示している。図２９は、図２８に示したヘッドホン３００を、図２８に示す内側空間３０から見た外観構成を示している。以下では、主に図２８を参照しながら、ヘッドホン３００の外観構成を説明する。
図２８に示すように、ヘッドホン３００は、ハウジング３０１及びイヤーパッド３０２を含む。ハウジング３０１及びイヤーパッド３０２により、ヘッドホン３００を装着したユーザの片耳は覆われる（典型的には、密閉される）。ハウジング３０１には、音響出力部３１０、音響入力部３２０－１及び３２０－２及びフィルタ回路等の信号処理のための各種装置が格納される。イヤーパッド３０２は、ユーザの頭部と接触面３０２ａで接触する。イヤーパッド３０２は、スポンジ等の弾性体により形成され、ユーザの頭部に合わせて変形しながらユーザの頭部に密着し、内側空間３０を形成する。内側空間３０は、ハウジング３０１、イヤーパッド３０２及びユーザの頭部により形成される空間である。内側空間３０は、外界側の空間である外側空間３１と隔絶した密閉空間であってもよいし、外側空間３１と繋がっていてもよい。内側空間３０には、ハウジング３０１、イヤーパッド３０２及びユーザの頭部等のパッシブ遮音素子によるパッシブ遮音後のノイズが到来する。ハウジング３０１の壁部３０１ａは内側空間３０と接し、ハウジング３０１の外側の壁部３０１ｂは外側空間３１と接する。
音響出力部３１０は、音響信号に基づいて音響を空間に出力する。音響出力部３１０は、ドライバとも称され得る。ドライバ３１０は、ハウジング３０１に設けられる。そして、ドライバ３１０は、ハウジング３０１よりも鼓膜側の空間である内側空間３０に向けて音響を出力する。例えば、ドライバ３１０は、音響入力部３２０－１～３２０－３による収音結果に基づいて生成されたノイズキャンセル信号に基づいて、音響を空間に出力する。これにより、内側空間３０に到来したノイズをキャンセルすることができる。
音響入力部３２０（３２０－１～３２０－３）は、周囲音を収音して音響信号を生成する。図２８に示すように、音響入力部３２０は、ユーザに装着された状態でユーザの片耳側に３つ配置される。
音響入力部３２０－１は、ＦＢ－ＮＣのための収音を行うマイク（即ち、ＦＢ－ＮＣ用マイク）である。ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１は、ヘッドホン３００がユーザに装着された状態で、ユーザの鼓膜９からの距離が、音響入力部３２０－２より短く音響入力部３２０－３より長い位置に配置される。より具体的には、ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１は、ヘッドホン３００がユーザに装着された状態で、ノイズが遮蔽物を介して、即ちパッシブ遮音されて収音される位置に配置される。さらには、ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１は、ユーザの鼓膜９とドライバ３１０との間に配置されることが望ましい。ここでの遮蔽物とは、パッシブ遮音素子であり、ハウジング３０１、イヤーパッド３０２及びユーザの頭部に相当する。図２８に示すように、ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１は、ハウジング３０１の内側空間３０側の壁部３０１ａに設けられる。そして、ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１は、内側空間３０の音響を収音し、音響信号を生成する。このとき収音される音響は、パッシブ遮音素子によるパッシブ遮音後のノイズを含む。ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１は、第１の音響入力部に相当し、ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１により生成される音響信号は第１の音響信号とも称され得る。ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１により生成された音響信号は、ＦＢフィルタに入力されて、ノイズキャンセル信号の生成に用いられる。
音響入力部３２０－２は、ＦＦ－ＮＣのための収音を行うマイク（即ち、ＦＦ－ＮＣ用マイク）である。また、ＦＦ－ＮＣ用マイク３２０－２は、ヘッドホン３００がユーザに装着された状態で、ユーザの鼓膜９からの距離が最も長い位置に配置される。より具体的には、ＦＦ－ＮＣ用マイク３２０－２は、ヘッドホン３００がユーザに装着された状態で、ノイズが遮蔽物を介さないで、即ちパッシブ遮音されないで収音される位置に配置される。図２８に示すように、ＦＦ－ＮＣ用マイク３２０－２は、ハウジング３０１の外側空間３１側の壁部３０１ｂに設けられる。そして、ＦＦ－ＮＣ用マイク３２０－２は、外側空間３１の音響を収音し、音響信号を生成する。このとき収音される音響は、外側空間３１に到来したノイズを含む。ＦＦマイク３２０－２は、第２の音響入力部に相当し、ＦＦマイク３２０－２により生成される音響信号は第２の音響信号とも称され得る。ここで、ＦＦ－ＮＣ用マイク３２０－２は、外側空間３１に露出していてもよいし、露出していなくてもよい。例えば、ＦＦ－ＮＣ用マイク３２０－２は、ハウジング３０１に埋め込まれていてもよく、回り込み音又は布地等のカバーを透過した音を収音してもよい。ＦＦ－ＮＣ用マイク３２０－２により生成された音響信号は、ＦＦフィルタに入力されて、ノイズキャンセル信号の生成に用いられる。
音響入力部３２０－３は、ハウジング３０１と離隔して配置される音響入力部であって、ヘッドホン３００がユーザに装着された状態で外耳道５の入り口付近に配置されるマイク（以下、外耳道マイクとも称する）である。外耳道マイク３２０－３は、ヘッドホン３００がユーザに装着された状態で、ユーザの鼓膜９からの距離が最も短い位置に配置される。外耳道マイク３２０－３は、ヘッドホン３００がユーザに装着された状態で、ノイズが遮蔽物を介して収音される位置に配置される。図２８に示すように、外耳道マイク３２０－３は、内側空間３０に配置されている。ここで、外耳道マイク３２０－３は、保持部３０３によりユーザの外耳道５の入り口付近に保持される。そして、外耳道マイク３２０－３は、パッシブ遮音素子によるパッシブ遮音後のノイズを収音し、音響信号を生成する。外耳道マイク３２０－３は、第３の音響入力部に相当し、外耳道マイク３２０－３により生成される音響信号は第３の音響信号とも称され得る。外耳道マイク３２０－３により生成された音響信号は、ノイズキャンセル信号の生成に用いられる。
保持部３０３は、外耳道５の入り口付近（例えば、珠間切痕）と係合して、外耳道マイク３２０－３を外耳道５の入り口付近に保持する。外耳道マイク３２０－３の外径は、耳穴の内径よりもはるかに小さくなるように形成されている。従って、外耳道マイク３２０－３が保持部３０３によって外耳道５の入り口付近で保持されている状態でも、聴取者の耳穴を塞ぐことはない。
また、保持部３０３は、外耳道マイク３２０－３を保持した状態でも、外耳道５の入り口（耳穴）を外界に開放する開口部３０４を備えている。ここでの外界とは、ノイズがパッシブ遮音される空間であり、内側空間３０である。図２８に示した例では、保持部３０３はリング状の構造体であり、リング内側方向に設けられた棒状の第１の支持部材３０５がリング中心付近で合わさる部分に外耳道マイク３２０－３が設けられており、リング状構造体のそれ以外の部分はすべて開口部３０４となっている。棒状の第１の支持部材３０５は、緩やかに湾曲しており、複数の第１の支持部材３０５及び保持部３０３により、保持部３０３を割平面とする半球状の形状が形作られる。保持部３０３は、ヘッドホン３００がユーザに装着された状態で、ユーザの片耳の耳甲介腔４又は外耳道５の内壁に当接する。そして、保持部３０３は、外耳道マイク３２０－３を、耳珠６より鼓膜９側の空間に保持する。このような保持部３０３の構成は、第１の実施形態における保持部１３０の構成と同様である。なお、保持部３０３は、リング状構造に限定されるものではなく、中空構造を備えていれば、外耳道マイク３２０－３を設けられる任意の形状でよい。保持部３０３の形状の一例を、図３０に示した。図３０は、本実施形態に係るヘッドホン３００の保持部３０３の形状の一例を示す図である。図３０に示すように、保持部３０３Ａはリング状構造を有し、保持部３０３Ｂは一部が切断され除去されたリング状構造を有し、保持部３０３Ｃは３つに分割されたリング状構造を有する。このように、保持部３０３の形状は、リング状構造又はその類型であってもよい。
第２の支持部材３０６は、一端がハウジング３０１と連結され、他端が保持部３０３と連結される構造体である。図２８に示すように、第２の支持部材３０６は、Ｓ字状に湾曲した棒状の構造体であってもよい。また、複数の第２の支持部材３０６が設けられてもよい。
なお、図２８及び図２９では、ヘッドホン３００の右耳側の外観構成が示されているが、左耳側の外観構成は右耳側の外観構成と左右対称に構成される。ヘッドホン３００は、右耳側と左耳側とで互いに分離独立して構成されてもよいし、一体的に構成されてもよい。また、ヘッドホン３００は、密閉型、開放型、オーバーヘッド型、ネックバンド型、耳かけ型等の任意の構造を有し得る。
＜２．３．ヘッドホンの内部構成＞
図３１は、本実施形態に係るヘッドホン３００の内部構成の一例を示す図である。図３１に示すように、ヘッドホン３００は、音響出力部３１０、音響入力部３２０、制御部３３０、及びセンサ部３７０を含む。
・音響出力部３１０
音響出力部３１０（ドライバ）は、音響信号に基づいて音響を出力する機能を有する。ドライバ３１０は、信号処理部３３１から出力された出力信号に基づいて音響を空間に出力する。
・音響入力部３２０
音響入力部３２０は、周囲音を検出するマイクロホン（以下、単にマイクとも称する）を含み、マイクによる検出結果を示す音響信号を生成する。
・制御部３３０
制御部３３０は、演算処理装置及び制御装置として機能し、各種プログラムに従ってヘッドホン３００による処理全般を制御する。制御部３３０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro-processing unit）、ＤＳＰ（Demand-Side Platform）等の電子回路によって実現される。なお、制御部３３０は、使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、及び適宜変化するパラメータ等を一時記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を含んでいてもよい。典型的には、制御部３３０は、ハウジング３０１に格納される。
図３１に示すように、制御部３３０は、信号処理部３３１及び動作制御部３３３を含む。
信号処理部３３１は、音響入力部３２０により生成された音響信号に基づいて、ノイズを対象とするノイズキャンセル信号を生成する機能を有する。信号処理部３３１は、３つの音響入力部３２０－１～３２０－３により生成された３つの音響信号に基づいて、複数のノイズキャンセル信号を生成する。例えば、信号処理部３３１は、ＦＢ方式のノイズキャンセル処理又はＦＦ方式のノイズキャンセル処理の少なくともいずれかを行い、複数のノイズキャンセル信号を生成する。信号処理部３３１は、生成した複数のノイズキャンセル信号に基づいて音響信号（以下、出力信号とも称する）を生成し、ドライバ１１０に出力する。例えば、出力信号は、複数のノイズキャンセル信号を合成した信号であってもよいし、音源から取得された音楽信号等の他の音響信号とノイズキャンセル信号とが合成された合成信号であってもよい。信号処理部３３１は、図３２～図３７等を参照して説明するノイズキャンセル処理のための各種構成要素を含む。例えば、信号処理部３３１は、ノイズキャンセル信号を生成するための各種フィルタ回路、フィルタ回路を適応的に制御するための適応制御部、信号を合成するための加算器、内部モデル並びに後述する測定信号を生成及び解析するための装置等を含む。また、信号処理部３３１は、アンプ、ＡＤＣ及びＤＡＣ等の回路も含む。
・動作制御部３３３
動作制御部３３３は、ヘッドホン３００の動作モードを制御する機能を有する。動作制御部３３３は、ヘッドホン３００の機能の一部又は全部を停止させたり起動させたりする。例えば、動作制御部３３３は、センサ部３７０による検出結果に基づいて、ヘッドホン３００の機能の停止／起動を制御する。
・センサ部３７０
センサ部３７０は、ヘッドホン３００に関する情報又はヘッドホン３００を装着したユーザに関する情報を検出する装置である。センサ部３７０は、感圧センサ、ジャイロセンサ、加速度センサ、及び体温センサ等の各種センサ装置を含み得る。例えば、センサ部３７０は、感圧センサにより、イヤーパッド３０２等のヘッドホン３００を構成する部材の変形を検出する。これにより、ヘッドホン３００の装着／非装着が判定され得る。
＜２．４．ノイズキャンセル処理の詳細＞
（１）第１のノイズキャンセル処理
第１のノイズキャンセル処理は、外耳道マイク３２０－３をＦＢ－ＮＣのエラーマイクとして用いる処理を含む。詳しくは、信号処理部３３１は、外耳道マイク３２０－３により生成された第３の音響信号に基づいて、外耳道マイク３２０－３をキャンセルポイントとするＦＢ－ＮＣにより第３のノイズキャンセル信号を生成する。外耳道マイク３２０－３は、鼓膜９の近くに配置されるので、ＦＢ－ＮＣのキャンセルポイントを鼓膜９の近くにすることができる。即ち、上記第２の指針が満たされる。
さらに、第１のノイズキャンセル処理は、ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１をＦＢ－ＮＣのエラーマイクとして用いる処理を含む。詳しくは、信号処理部３３１は、ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１により生成された第１の音響信号に基づいて、ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１をキャンセルポイントとするＦＢ－ＮＣにより第１のノイズキャンセル信号を生成する。ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１は、ドライバ３１０の近くに配置されるので、上述した距離に起因する位相回転が少なくなる。即ち、上記第１の指針が満たされる。
このように、第１のノイズキャンセル処理によれば、上記第１の指針及び第２の指針を共に満たすことが可能である。したがって、第１のノイズキャンセル処理によれば、距離の遅延を抑制しつつ、鼓膜位置に近いキャンセルポイントの音圧を最小化することが可能である。以下、第１のノイズキャンセル処理の詳細について、図３２を参照して説明する。
図３２は、本実施形態に係るヘッドホン３００による第１のノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。図３２～図３７に示す各ブロックの記号の意味は、次の通りである。
Ｈ１：ドライバ３１０からＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１までの空間４０１の特性
Ｈ２：ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１から外耳道マイク３２０－３までの空間４０２の特性（より正確には、ドライバ３１０からＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１までの空間と、ドライバ３１０から外耳道マイク３２０－３までの空間特性との間の、差分特性）
Ｆ１：ノイズ源からＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１までの空間４０３の特性
Ｆ２：ノイズ源から外耳道マイク３２０－３までの空間４０４の特性
Ｍ１：ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１の特性
Ｍ２：ＦＦ－ＮＣ用マイク３２０－２の特性
Ｍ３：外耳道マイク３２０－３の特性
Ａ：アンプ４２１の特性
Ｄ：ドライバ３１０の特性
－α：ＦＦフィルタ４１４の特性
－β１：第１のＦＢフィルタ４１１の特性
－β２：第２のＦＢフィルタ４１２の特性
－β３：第３のＦＢフィルタ４１３の特性
Ｈ１´：空間４０１の模擬特性
Ｈ２´：空間４０２の模擬特性
Ｍ１´：ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１の模擬特性
Ｍ３´：外耳道マイク３２０－３の模擬特性
また、Ｎはノイズを示し、Ｐは鼓膜位置の音圧を示す。
まず、第１のＦＢフィルタ４１１に関するノイズキャンセル処理について説明する。ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１により収音された音響に基づいて生成された音響信号は、第１のＦＢフィルタ４１１に入力される。第１のＦＢフィルタ４１１は、入力された音響信号に基づき、ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１をキャンセルポイントとするＦＢ方式のノイズキャンセル処理を行い、ノイズキャンセル信号（第１のノイズキャンセル信号）を生成する。第１のＦＢフィルタ４１１により生成されたノイズキャンセル信号は、加算器４３１により、第２のＦＢフィルタ４１２及びＦＦフィルタ４１４により生成されたノイズキャンセル信号と合成される。かかる合成信号は、アンプ４２１により増幅されてドライバ３１０から出力される。
次いで、ＦＦフィルタ４１４に関するノイズキャンセル処理について説明する。ＦＦ－ＮＣ用マイク３２０－２により収音された音響に基づいて生成された音響信号は、ＦＦフィルタ４１４に入力される。ＦＦフィルタ４１４は、入力された音響信号に基づくＦＦ方式のノイズキャンセル処理により、ノイズキャンセル信号（第２のノイズキャンセル信号）を生成する。ＦＦフィルタ４１４により生成されたノイズキャンセル信号は、加算器４３１により、第１のＦＢフィルタ４１１及び第２のＦＢフィルタ４１２により生成されたノイズキャンセル信号と合成される。かかる合成信号は、アンプ４２１により増幅されてドライバ３１０から出力される。
最後に、第２のＦＢフィルタ４１２に関するノイズキャンセル処理について説明する。外耳道マイク３２０－３は、音響を収音して、音響信号を生成する。加算器４３２は、外耳道マイク３２０－３により生成された音響信号から、ドライバ３１０に入力される出力信号に、ブロック４４１、４４２、４４３及び４４４に示す内部モデル（特性：Ｄ´、Ｈ１´、Ｈ２´及びＭ３´）を適用した信号を、減算して合成する。ここでの内部モデルは、出力信号がドライバ３１０に入力されてから第３の音響信号が生成されるまでの間の特性を模擬した特性を有する。かかる合成信号は、第２のＦＢフィルタ４１２に入力される。第２のＦＢフィルタ４１２は、入力された音響信号に基づき、外耳道マイク３２０－３をキャンセルポイントとするＦＢ方式のノイズキャンセル処理を行い、ノイズキャンセル信号（第３のノイズキャンセル信号）を生成する。第２のＦＢフィルタ４１２により生成されたノイズキャンセル信号は、加算器４３１により、第１のＦＢフィルタ４１１及びＦＦフィルタ４１４により生成されたノイズキャンセル信号と合成される。かかる合成信号は、アンプ４２１により増幅されてドライバ３１０から出力される。
ドライバ３１０から出力された音響は、まず、空間４０１を経由後、空間４０５において空間４０３を経由したノイズＮと干渉し、ノイズＮをキャンセルする。キャンセルされきれなかったノイズＮは、ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１に収音される。また、ドライバ３１０から出力された音響は、さらに空間４０２を経由後、空間４０６において、空間４０４を経由したノイズＮと干渉し、ノイズＮをキャンセルする。キャンセルされきれなかったノイズＮは、外耳道マイク３２０－３に収音されると共に、鼓膜位置音圧Ｐとして鼓膜に伝達される。
以上、第１のノイズキャンセル処理の詳細を説明した。第１のノイズキャンセル処理によれば、内部モデルが導入されている。以下では、内部モデルを導入することにより、ノイズキャンセル性能が向上し得ることについて詳しく説明する。
まず、ドライバ３１０に入力される出力信号をｙと定義する。すると、外耳道マイク３２０－３の位置での音圧Ｐは、次式のようになる。
Figure 0007070576000005
続いて、出力信号ｙを算出する数式を以下により求める。
Figure 0007070576000006
以上により、出力信号ｙは、次式のように表記される。
Figure 0007070576000007
数式（Ｂ２）及び数式（Ｂ６）により、外耳道マイク３２０－３の位置での感度関数Ｐは、次式のようになる。
Figure 0007070576000008
数式（Ｂ７）に示した感度関数Ｐのうち、次の数式（Ｂ８）に示す項は、内部モデルに含まれる各模擬特性が一致するならば、即ちＭ３＝Ｍ３´、Ｄ＝Ｄ´、Ｈ１＝Ｈ１´、Ｈ２＝Ｈ２´である場合、省略可能である。
Figure 0007070576000009
一方で、数式（Ｂ７）に示した感度関数Ｐのうち、次の数式（Ｂ９）に示す項は、設計可能なパラメータであるβ２を次の数式（Ｂ１０）の通り設計することにより省略可能である。
Figure 0007070576000010
Figure 0007070576000011
数式（Ｂ１０）の通り設計したβ２を数式（Ｂ９）に代入すると、次式のようになる。
Figure 0007070576000012
以上により、省略された項を数式（Ｂ７）から除くと、感度関数Ｐは次式のようになる。
Figure 0007070576000013
上記数式（Ｂ１２）により、β１を最大化することにより、感度関数Ｐを最小化できることが分かる。即ち、遅延の少ないＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１を有する系のゲインを最大化することにより、鼓膜により近い外耳道マイク３２０－３の位置における感度関数を最小化できることが分かる。以上説明したように、内部モデルを導入することにより、鼓膜により近い外耳道マイク３２０－３の位置においてノイズをキャンセルすることが可能であると言える。
（２）第２のノイズキャンセル処理
第２のノイズキャンセル処理は、外耳道マイク３２０－３を、ＦＦ－ＮＣのために用いる処理である。第２のノイズキャンセル処理として、外耳道マイク３２０－３は、適応的なＦＦ－ＮＣのためのエラーマイクとして用いられてもよいし、固定的なＦＦ－ＮＣのフィルタを設定するために用いられてもよい。以下、これらについて順に説明する。
－外耳道マイク３２０－３をエラーマイクとして用いる場合
外耳道マイク３２０－３は、ＦＦ－ＮＣにおける適応処理のためのエラーマイクとして用いられてもよい。適応処理とは、エラーマイク位置での誤差信号を最小化するようにフィルタ特性を適応的に変化させる手法である。詳しくは、信号処理部３３１は、ＦＦ－ＮＣ用マイク３２０－２により生成された第２の音響信号に基づいて、ＦＦ－ＮＣにより第２のノイズキャンセル信号を生成する。信号処理部３３１は、このＦＦ－ＮＣに用いられるＦＦフィルタのフィルタ特性を、外耳道マイク３２０－３により生成された第３の音響信号に基づいて適応的に制御する。本手法によれば、ＦＦ－ＮＣのエラーマイク位置が鼓膜９の近くになるので、高いノイズキャンセル効果が期待される。外耳道マイク３２０－３をエラーマイクとして用いる場合の第２のノイズキャンセル処理の詳細について、図３３を参照して説明する。
図３３は、本実施形態に係るヘッドホン３００による第２のノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。第１のＦＢフィルタ４１１に関するノイズキャンセル処理については、図３２を参照して上記説明した通りであるので、ここでの説明は省略する。
以下では、ＦＦフィルタ４１４に関するノイズキャンセル処理について説明する。ＦＦ－ＮＣ用マイク３２０－２により収音された音響に基づいて生成された音響信号は、ＦＦフィルタ４１４に入力される。適応制御部４１５には、ＦＦ－ＮＣ用マイク３２０－２により収音された音響に基づいて生成された音響信号、及び外耳道マイク３２０－３により収音された音響に基づいて生成された音響信号が入力される。そして、適応制御部４１５は、これらの音響信号に基づいて、ＦＦフィルタ４１４の特性－αを適応的に制御する。適応制御部４１５による適応的な制御の元、ＦＦフィルタ４１４は、入力された音響信号に基づくＦＦ方式のノイズキャンセル処理により、ノイズキャンセル信号（第２のノイズキャンセル信号）を生成する。ＦＦフィルタ４１４により生成されたノイズキャンセル信号は、加算器４３１により、第１のＦＢフィルタ４１１により生成されたノイズキャンセル信号と合成される。かかる合成信号は、アンプ４２１により増幅されてドライバ３１０から出力される。
以上、外耳道マイク３２０－３をエラーマイクとして用いる場合について詳細に説明した。適応制御部４１５のアルゴリズムとしては、例えばＬＭＳ（Least Mean Square）又はＦｉｌｔｅｒｅｄ－Ｘ ＬＭＳ等が用いられ得る。適応制御部４１５による制御に、２次音源からエラーマイクまでの特性（２次経路又は２次経路特性とも称される）が用いられることが、ノイズキャンセル性能の向上のためには望ましい場合がある。図３３に示したモデル構成例における２次経路特性は、ドライバ３１０から外耳道マイク３２０－３までの特性である、ＡＤＨ１Ｈ２に相当する。
２次経路特性は、ユーザがヘッドホンを装着している時に測定信号を用いて測定されてもよいし、事前に測定された一般的な測定値が用いられてもよい。以下では、図３４を参照して、測定信号を用いて２次経路特性を測定する信号処理について説明する。
図３４は、本実施形態に係るヘッドホン３００による２次経路特性の測定処理のモデル構成例を示す図である。図３４に示したモデル構成例は、図３３に示したモデル構成例に、測定信号生成部４５１及び測定信号解析部４５２が追加されている。また、第１のＦＢフィルタ４１１及びＦＦフィルタ４１４は、共にＯＦＦにされ、動作を停止している。以下、測定信号生成部４５１及び測定信号解析部４５２について詳しく説明する。
測定信号生成部４５１は、測定信号を生成する。測定信号としては、例えばＴＳＰ（Time Stretched Pulse）信号、ホワイトノイズ、又はＭ系列信号等の任意の系列が用いられ得る。測定信号生成部４５１により生成された測定信号は、アンプ４２１により増幅されてドライバ３１０に入力され、音響として出力される。ドライバ３１０から出力された音響は、空間４０１及び４０２を経由して、外耳道マイク３２０－３に収音される。そして、外耳道マイク３２０－３により生成された音響信号が、測定信号解析部４５２に入力される。以上により、測定信号解析部４５２に入力される音響信号は、測定信号に、特性ＡＤＨ１Ｈ２Ｍ３を適用したものとなる。測定信号解析部４５２は、測定信号生成部４５１により生成された測定信号、外耳道マイク３２０－３により得られた音響信号、及び既知のＭ３に基づいて、２次経路特性ＡＤＨ１Ｈ２を計算する。
このようにして、２次経路特性ＡＤＨ１Ｈ２を測定することができる。適応制御部４１５は、上述した処理により予め測定した２次経路特性に基づいてＦＦフィルタの特性－αを制御することで、ノイズキャンセル性能を向上させることができる。
ここで、特性Ｈ１及びＨ２は、外耳道５の特性及び耳介２の形状等の身体的特徴に起因して、ユーザごとに異なる。そこで、固定フィルタが用いられる場合には、測定信号を用いて測定されたユーザ個人の２次経路特性ＡＤＨ１Ｈ２に基づくフィルタ特性の補正が行われることが望ましい。以下では、この点について詳しく説明する。
－外耳道マイク３２０－３を用いて固定フィルタを補正する場合
外耳道マイク３２０－３は、ＮＣの固定フィルタを補正するために用いられてもよい。詳しくは、信号処理部３３１は、上述した測定信号生成部４５１及び測定信号解析部４５２を用いた測定処理により、２次経路特性ＡＤＨ１Ｈ２を測定する。そして、信号処理部３３１は、測定した２次経路特性ＡＤＨ１Ｈ２に基づいて、ノイズキャンセル信号を生成するための固定フィルタの特性（即ち、フィルタ係数）を補正する。固定フィルタの特性は、一般的な２次経路特性に基づいて設計されるところ、ヘッドホン３００を装着したユーザに関し測定された２次経路特性に基づいてフィルタ特性を補正することで、ユーザの個人差を吸収することができる。これにより、ノイズキャンセル性能を向上させることができる。補正対象の固定フィルタは、ＦＦフィルタであってもよいし、ＦＢフィルタであってもよい。以下では、補正対象の固定フィルタが図３４に示すＦＦフィルタ４１４である例を説明する。
事前に測定された一般的な２次経路特性を、ADH1commonH2commonとする。また、外耳道５の特性及び耳介２の形状等の身体的特徴に起因する影響を含む、ユーザ個人の２次経路特性を、ADH1personalH2personlalとする。
一般的な２次経路特性ADH1commonH2commonとユーザ個人の２次経路特性ADH1personalH2personlalとの差分特性をΔＨとする。ΔＨは、次式のように定義される。
Figure 0007070576000014
ＦＦ－ＮＣは、漏れこみ信号に対して鼓膜位置での音圧を最小化するように設計される。即ち、次式が満たされるように、ＦＦフィルタの特性αが設計される。
Figure 0007070576000015
ＦＦ－ＮＣの固定フィルタは、一般的な２次経路特性DH1commonH2commonに基づいて設計される。即ち、ＦＦフィルタの特性αは次式のように固定的に設計される。
Figure 0007070576000016
一般的な２次経路特性DH1commonH2commonに基づいて設計された固定フィルタが用いられる場合、身体的特徴の個人差に起因するＦＦ－ＮＣの残差は、数式（Ｂ１４）で求めたフィルタ特性を数式（Ｂ１３）に代入することにより、次式の通りに表現される。
Figure 0007070576000017
ここで、一般的な２次経路特性とユーザ個人の２次経路特性が同一であれば、即ちADH1personalH2personlal＝ADH1commonH2commonであれば、鼓膜位置の音圧は最小化される。しかし、一般的な次経路特性とユーザ個人の２次経路特性とに間には差があることが多い。よって、信号処理部３３１は、固定フィルタのフィルタ特性に対して、ΔＨを補正特性として乗ずることにより、フィルタ特性を個人化して、個人差を吸収することができる。固定フィルタのフィルタ特性に補正特性ΔＨを乗じたフィルタ特性は、次式で表される。
Figure 0007070576000018
数式（Ｂ１６）に示すように、信号処理部３３１は、ＦＦ－ＮＣの固定フィルタに補正特性を乗じて、ユーザの個人差を吸収することができる。従って、一般的な２次経路特性に基づき設計された固定フィルタをそのまま用いる場合と比較して、ノイズキャンセル性能を向上させることが可能である。
（３）第３のノイズキャンセル処理
第３のノイズキャンセル処理は、図３２を参照して上記説明した第１のノイズキャンセル処理と図３３を参照して上記説明した第２のノイズキャンセル処理とを組み合わせた処理である。即ち、第３のノイズキャンセル処理は、外耳道マイク３２０－３を、第２のＦＢフィルタ４１２によるＦＢ－ＮＣのエラーマイクとして用いつつ、及びＦＦフィルタ４１４によるＦＦ－ＮＣの適応制御のためのエラーマイクとして用いる処理である。第３のノイズキャンセル処理では、第１のノイズキャンセル処理と第２のノイズキャンセル処理の双方の効果が奏されるので、いずか一方よりも高いノイズキャンセル効果が期待される。以下、第３のノイズキャンセル処理の詳細について、図３５を参照して説明する。
図３５は、本実施形態に係るヘッドホン３００による第３のノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。図３５に示すように、外耳道マイク３２０－３は、音響を収音して、音響信号を生成する。この音響信号は、加算器４３２を経由して第２のＦＢフィルタ４１２に入力されると共に、適応制御部４１５にも入力される。このようにして、外耳道マイク３２０－３が、第２のＦＢフィルタ４１２によるＦＢ－ＮＣのエラーマイクとして機能しつつ、ＦＦフィルタ４１４によるＦＦ－ＮＣの適応制御のためのエラーマイクとして機能する。詳細な信号処理については、図３２及び図３３を参照して上記説明した通りであるので、ここでの説明は省略する。
なお、ＦＦフィルタ４１４が固定フィルタとして設計される場合、外耳道マイク３２０－３は、かかる固定フィルタのフィルタ特性を補正するために用いられてもよい。即ち、外耳道マイク３２０－３は、２次経路特性の測定処理に用いられ、測定結果に基づく補正特性が固定フィルタに適用されてもよい。これにより、２次経路特性の個人差を吸収することができるので、ノイズキャンセル性能を向上させることができる。
（４）第４のノイズキャンセル処理
第４のノイズキャンセル処理は、外耳道マイク３２０－３を用いてＩＭＣ（Internal model control）型のＦＢ－ＮＣを行う処理である。ＩＭＣ型のＦＢ－ＮＣは、ＦＦ－ＮＣと同様に、感度関数の分子（即ち、上記数式（Ａ３）のノイズＮにかかる係数の分子）を最小化することによりノイズキャンセル効果を最大化する手法である。以下では、特性βを用いて上記数式（１）の分母を最大化するＦＢ－ＮＣと区別するために、ＩＭＣ型のＦＢ－ＮＣをＩＭＣ－ＦＢと称するものとする。第４のノイズキャンセル処理では、信号処理部３３１は、ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１により生成された第１の音響信号に基づいて、ＩＭＣ－ＦＢにより第４のノイズキャンセル信号を生成する。信号処理部３３１は、このＩＭＣ－ＦＢに用いられるＦＢフィルタ４１３のフィルタ特性を、外耳道マイク３２０－３により生成された第３の音響信号に基づいて適応的に制御する。本手法によれば、ＩＭＣ－ＦＢのエラーマイク位置が鼓膜９の近くになるので、高いノイズキャンセル効果が期待される。以下、第４のノイズキャンセル処理の詳細について、図３６を参照して説明する。
図３６は、本実施形態に係るヘッドホン３００による第４のノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。図３６に示すモデル構成例は、図３３に示したモデル構成例と比較して、第１のＦＢフィルタ４１１に代えて第３のＦＢフィルタ４１３を有する点、及び第３のＦＢフィルタ４１３を適応的に制御する適応制御部４１６を有する点で相違する。ＦＦフィルタ４１４に関するノイズキャンセル処理については、図３３を参照して上記説明した通りであるので、ここでの詳細な説明は省略する。以下では、第３のＦＢフィルタ４１３に関するノイズキャンセル処理（ＩＭＣ－ＦＢ）について詳しく説明する。
ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１は、音響を収音して、音響信号を生成する。加算器４３３は、ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１により生成された音響信号から、ドライバ３１０に入力される出力信号に、ブロック４４１、４４２、及び４４５に示す内部モデル（：特性Ｄ´、Ｈ１´及びＭ１´）を適用した信号を、減算して合成する。本内部モデルは、出力信号がドライバ３１０に入力されてから第１の音響信号が生成されるまでの間の特性を模擬した特性を有する。かかる合成信号は、第３のＦＢフィルタ４１３に入力されると共に、適応制御部４１６に入力される。一方で、外耳道マイク３２０－３により収音された音響に基づいて生成された音響信号も、適応制御部４１６に入力される。適応制御部４１６は、入力されたこれらの音響信号に基づいて、第３のＦＢフィルタ４１３の特性－β３を適応的に制御する。適応制御部４１６による適応的な制御の元、第３のＦＢフィルタ４１３は、入力された音響信号に基づくＦＢ方式のノイズキャンセル処理により、ノイズキャンセル信号を生成する。第３のＦＢフィルタ４１３により生成されたノイズキャンセル信号は、加算器４３１により、ＦＦフィルタ４１４により生成されたノイズキャンセル信号と合成される。かかる合成信号は、アンプ４２１により増幅されてドライバ３１０から出力される。
なお、第３のＦＢフィルタ４１３が固定フィルタとして設計される場合、外耳道マイク３２０－３は、かかる固定フィルタのフィルタ特性を補正するために用いられてもよい。即ち、外耳道マイク３２０－３は、２次経路特性の測定処理に用いられ、測定結果に基づく補正特性が固定フィルタに適用されてもよい。これにより、２次経路特性の個人差を吸収することができるので、ノイズキャンセル性能を向上させることができる。
（５）第５のノイズキャンセル処理
第５のノイズキャンセル処理は、図３２を参照して上記説明した第１のノイズキャンセル処理と図３６を参照して上記説明した第４のノイズキャンセル処理とを組み合わせた処理である。即ち、第５のノイズキャンセル処理は、外耳道マイク３２０－３を、次の３種類のエラーマイクとして用いる処理である。第１に、外耳道マイク３２０－３は、適応制御部４１５によるＦＦ－ＮＣの適応制御のためのエラーマイクとして用いられる。第２に、外耳道マイク３２０－３は、第２のＦＢフィルタ４１２によるＦＢ－ＮＣのエラーマイクとして用いられる。第３に、外耳道マイク３２０－３は、適応制御部４１６によるＩＭＣ－ＦＢの適応制御のためのエラーマイクとして用いられる。第５のノイズキャンセル処理では、第１のノイズキャンセル処理と第４のノイズキャンセル処理の双方の効果が奏されるので、いずか一方よりもより高いノイズキャンセル効果が期待される。以下、第５のノイズキャンセル処理の詳細について、図３７を参照して説明する。
図３７は、本実施形態に係るヘッドホン３００による第５のノイズキャンセル処理のモデル構成例を示す図である。図３７に示すように、外耳道マイク３２０－３は、音響を収音して、音響信号を生成する。この音響信号は、加算器４３２を経由して第２のＦＢフィルタ４１２に入力され、適応制御部４１５に入力され、且つ適応制御部４１６に入力される。このようにして、外耳道マイク３２０－３が、上述した３種類のエラーマイクとして機能する。詳細な信号処理については、図３２及び図３６を参照して上記説明した通りであるので、ここでの説明は省略する。
（６）補足
上記では、本実施形態に係るヘッドホン３００が３つの音響入力部３２０を有することを前提に説明したが、本実施形態はかかる例に限定されない。ヘッドホン３００は、３つの音響入力部３２０のうち、ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１又はＦＦ－ＮＣ用マイク３２０－２のいずれか一方を有していなくてもよい。ヘッドホン３００がＦＦ－ＮＣ用マイク３２０－２を有していない場合、上述した第１～第５のノイズキャンセル処理から、ＦＦフィルタ４１４を用いたノイズキャンセル処理が省略される。ヘッドホン３００がＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１を有していない場合、上述した第１～第５のノイズキャンセル処理から、第１のＦＢフィルタ４１１及び第３のＦＢフィルタ４１３を用いたノイズキャンセル処理が省略される。いずれの場合も、少なくともエラーマイクの位置が鼓膜９の近くになるので、高いノイズキャンセル効果が期待される。
＜２．５．ヘッドホン３００の構造の詳細＞
以下、本実施形態に係るヘッドホン３００の構造について詳細に説明する。
（１）音響入力部の配置
まず、図３８～図３９を参照して、ヘッドホン３００が有する音響入力部３２０の配置について説明する。
図３８は、本実施形態に係るヘッドホン３００の構成の一例を説明するための図である。図３８は、ヘッドホン３００がユーザに装着された状態の構成を示している。図３８に示すように、ヘッドホン３００は、ハウジング３０１及びイヤーパッド３０２を含む。ハウジング３０１には、ドライバ３１０、ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１及びＦＦ－ＮＣ用マイク３２０－２が設けられる。また、図３８に示すように、ハウジング３０１から離れた位置に外耳道マイク３２０－３が配置される。これらの各構成要素の構成は、図２８等を参照して上記説明した通りである。
上述したように、ヘッドホン３００は、ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１又はＦＦ－ＮＣ用マイク３２０－２のいずれか一方を有していなくてもよい。図３９に、ＦＦ－ＮＣ用マイク３２０－２を有さず、ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１及び外耳道マイク３２０－３を有するヘッドホン３００Ａの構成の一例を示した。図４０に、ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１を有さず、ＦＦ－ＮＣ用マイク３２０－２及び外耳道マイク３２０－３を有するヘッドホン３００Ｂの構成の一例を示した。
（２）保持部の形状
以下、図４１～図４６を参照して、保持部３０３の形状のバリエーションを説明する。
図４１は、本実施形態に係るヘッドホン３００の保持部３０３の構成の一例を示す図である。図４１に示すように、保持部３０３は、円形を形成するリング状の構造体であってもよい。保持部３０３のリング内側方向へ設けられた棒状の第１の支持部材３０５の先端に外耳道マイク３２０－３が設けられており、リング状構造体のそれ以外の部分はすべて開口部３０４となっている。
図４２は、本実施形態に係るヘッドホン３００の保持部３０３の構成の一例を示す図である。図４２に示すように、保持部３０３は、楕円形を形成するリング状の構造体であってもよい。保持部３０３のリング内側方向へ設けられた棒状の第１の支持部材３０５の先端に外耳道マイク３２０－３が設けられており、リング状構造体のそれ以外の部分はすべて開口部３０４となっている。
図４３は、本実施形態に係るヘッドホン３００の保持部３０３の構成の一例を示す図である。図４３に示すように、保持部３０３は、棒状の構造体で三角形の各辺を形成した構造体であってもよい。保持部３０３の三角形内側方向へ設けられた棒状の第１の支持部材３０５の先端に外耳道マイク３２０－３が設けられており、三角形状構造体のそれ以外の部分はすべて開口部３０４となっている。
図４４は、本実施形態に係るヘッドホン３００の保持部３０３の構成の一例を示す図である。図４４に示すように、保持部３０３は、円形を形成するリング状の構造体から成る保持部３０３Ａと楕円形を形成するリング状の構造体から成る保持部３０３Ｂとが連結された構造体であってもよい。保持部３０３Ａのリング内側方向へ設けられた棒状の第１の支持部材３０５の先端に外耳道マイク３２０－３が設けられており、リング状構造体のそれ以外の部分はすべて開口部３０４となっている。
図４１～図４４に示した例では、保持部３０３は、開口部３０４を有する。一方で、図４５及び図４６に示すように、保持部３０３は、開口部３０４を有さなくてもよい。
図４５は、本実施形態に係るヘッドホン３００の保持部３０３の構成の一例を示す図である。図４５に示すように、保持部３０３は、円形を形成するスポンジ状の構造体であってもよい。外耳道マイク３２０－３は、保持部３０３の中央に設けられている。
図４６は、本実施形態に係るヘッドホン３００の保持部３０３の構成の一例を示す図である。図４６に示すように、保持部３０３は、外耳道５への挿入方向（Ｘ軸負方向）の外径が狭く、反対側（Ｘ軸正方向）の外径が広い、傘状の構造体であってもよい。外耳道マイク３２０－３は、保持部３０３の中央に設けられている。
以上、保持部３０３の形状の一例を説明した。なお、保持部３０３は、ゴム、シリコン又はスポンジ等の弾性体により形成され得る。
外耳道マイク３２０－３は、第１の実施形態において図６等を参照して説明した、マイク１４１と同様の位置に配置されることが望ましい。即ち、外耳道マイク３２０－３は、耳甲介腔４と外耳道５の境界１９から鼓膜９側に１５ｍｍまでの空間、又は耳甲介腔４と外耳道５の境界１９から鼓膜９と反対側に１５ｍｍまでの空間に配置されることが望ましい。換言すると、保持部３０３は、ヘッドホン３００がユーザに装着された状態で、耳甲介腔４と外耳道５の境界１９から鼓膜９側に１５ｍｍまでの空間、又は耳甲介腔４と外耳道５の境界１９から鼓膜９と反対側に１５ｍｍまでの空間に外耳道マイク３２０－３を保持することが望ましい。ここで、外耳道マイク３２０－３の位置における周波数特性と鼓膜９の位置における周波数特性との差は、外耳道マイク３２０－３が鼓膜９に近いほど少なくなる。従って、外耳道マイク３２０－３の位置は鼓膜９の近いほど望ましい。この点、境界１９から鼓膜９と反対側に１５ｍｍまでの空間であれば、上記周波数特性の差は許容可能な範囲に収めることができ、所定のノイズキャンセル性能を担保することができる。また、境界１９から鼓膜９側に１５ｍｍ以内の範囲に外耳道マイク３２０－３が配置される場合、境界１９から鼓膜９と反対側の空間にマイク１４１が配置される場合と比較して、マイク１４１の位置を鼓膜９の近くにすることができる。さらに、少なくともマイク１４１が鼓膜９に接触して鼓膜９を傷つけることを防止し、安全性を担保することができる。
（３）有線接続部
続いて、図４７～図４９を参照して、ハウジング３０１と外耳道マイク３２０－３との接続について説明する。
図４７は、本実施形態に係るヘッドホン３００の構成の一例を示す図である。図４８は、図４７に示したヘッドホン３００を、別の視点から見た構成を示す図である。図４７に示した例では、ヘッドホン３００は、有線接続部３４０を有する。有線接続部３４０は、ハウジング３０１と外耳道マイク３２０－３とを有線で接続する。さらに詳しくは、有線接続部３４０は、ハウジング３０１に格納される信号処理部３３１と外耳道マイク３２０－３とを有線で接続する。有線接続部３４０は、電線又は光ファイバ等の、信号を伝達可能な部材により形成される。
さらに、ヘッドホン３００は、有線接続部３４０を巻き取る巻き取り部３４１を有する。巻き取り部３４１は、例えば、有線接続部３４０が巻き付けられる巻芯部と、巻芯部を回転可能に支持する支持部と、有線接続部３４０を巻き取る方向に巻芯部を回転させる駆動部とを含んで構成される。駆動部は、ゼンマイバネ又はモータ等を含み、巻芯部から送り出された有線接続部３４０を、巻芯部に巻き取るよう駆動する。これにより、内側空間３０内に有線接続部３４０が余分に送り出されたままになることが防止される。よって、有線接続部３４０の絡まりが防止される。また、ユーザがヘッドホン３００を装着した際に、有線接続部３４０がイヤーパッド３０２とユーザの頭部とに挟まれることを防止することができる。
巻き取り部３４１は、ユーザに合わせて有線接続部３４０の巻き取り量を変えるストッパー機構、及び駆動部の回転を制御する装置等を含んでいてもよい。ユーザの耳の大きさ等により最適な巻き取り量が異なり得るところ、かかる構成により巻き取り量を最適にすることができる。
有線接続部３４０は、巻き取り部３４１から自在に送り出される。ユーザは、ヘッドホン３００を装着する前に有線接続部３４０を引き出して保持部３０３を装着した上で、有線接続部３４０を巻き取り部３４１に巻き取らせながらヘッドホン３００を装着することができる。
図４９は、本実施形態に係るヘッドホン３００の構成の一例を示す図である。図４９に示すように、ハウジング３０１は、内側空間３０側に、保持部３０３及び外耳道マイク３２０－３の少なくとも一部を収容可能な凹部３４２を備えていてもよい。凹部３４２は、ハウジング３０１の内側空間３０側の壁部３０１ａに形成される。例えば、凹部３４２は、保持部３０３及び外耳道マイク３２０－３の形状に合致する形状の溝を有し、非装着時には、当該溝に保持部３０３及び外耳道マイク３２０－３を収容する。なお、凹部３４２は、イヤーパッド３０２に設けられてもよい。
（４）第２の支持部材
図２８等を参照して上記説明したように、ヘッドホン３００は、第２の支持部材３０６を含み得る。以下では、第２の支持部材３０６の構成について、図５０～図６２を参照して説明する。
図５０は、本実施形態に係るヘッドホン３００の構成の一例を示す図である。図５１～図５３は、図５０に示したヘッドホン３００を、別の視点から見た構成を示す図である。図５０に示した例では、ヘッドホン３００は、一端３０６ａがハウジング３０１と連結され、他端３０６ｂが保持部３０３と連結される第２の支持部材３０６を含む。図５０に示すように、第２の支持部材３０６は、Ｓ字状に湾曲した棒状の構造体であってもよい。第２の支持部材３０６は、例えばシリコン又はゴム等の弾性体により、ハウジング３０１からユーザの耳側に突出するよう形成される。これにより、ヘッドホン３００がユーザに装着されると、第２の支持部材３０６は、ユーザの耳の形状、大きさ、及び頭部の大きさに追従して、保持部３０３をユーザの外耳道５の入り口付近に緩やかに押接して固定する。また、第２の支持部材３０６は、熱可塑性樹脂により形成されてもよく、その場合、保持部３０３がユーザの耳に過度に押接されることを防止することができる。
図５４は、図５０に示したヘッドホン３００の、非装着時の構成を示す図である。図５４に示すように、保持部３０３は、イヤーパッド３０２のユーザの頭部との接触面３０２ａを超えて外側に突出する。これにより、ヘッドホン３００がユーザに装着される際に、第２の支持部材３０６が弾性変形しつつ、弾性変形に起因する応力により保持部３０３がユーザの耳に押接される。保持部３０３が接触面３０２ａを超えて突出する長さは、３０ｍｍ以下であることが望ましい。これにより、保持部３０３がユーザの耳に過度に押接されることを防止することができる。また、保持部３０３がユーザの外耳道５の内部に過度に挿入されることを防止することができる。
図５５は、本実施形態に係るヘッドホン３００の構成の一例を示す図である。図５５に示した例では、第２の支持部材３０６の内部に有線接続部３４０が格納される。この場合、内側空間３０に有線接続部３４０が露出しなくなるので、有線接続部３４０を巻き取り部３４１から引き出したり、巻き取らせたりする手間が省略され、ユーザの利便性が向上する。
図５６は、本実施形態に係るヘッドホン３００の構成の一例を示す図である。図５７～図５９は、図５６に示したヘッドホン３００を、別の視点から見た構成を示す図である。図５６に示した例では、ヘッドホン３００は、複数の第２の支持部材３０６Ａ～３０６Ｃを含む。第２の支持部材３０６Ａ～３０６Ｃの一端３０６Ａａ～３０６Ｃａは、互いに異なる位置でハウジング３０１と連結される。また、第２の支持部材３０６Ａ～３０６Ｃの他端３０６Ａｂ～３０６Ｃｂは、互いに異なる位置で保持部３０３と連結される。かかる構成により、外耳道マイク３２０－３とドライバ３１０との相対的位置関係が、ヘッドホン３００の装着毎に変わり難くなる。相対的位置関係が一定となるので、ヘッドホン３００の装着毎にノイズキャンセルリングフィルタの更新を行わなくても済む、又は更新量を抑制することができる。また、かかる構成により、ヘッドホン３００の装着中に外耳道マイク３２０－３の位置が耳穴からずれに難くなる。これにより、ヘッドホン３００の装着中のノイズキャンセル処理を安定化することができる。
図６０は、本実施形態に係るヘッドホン３００の構成の一例を示す図である。図６１は、図６０に示したヘッドホン３００を、別の視点から見た構成を示す図である。図６０に示した例では、第２の支持部材３０６は、リンク構造を有する。詳しくは、第２の支持部材３０６は、リンク３５０ａ及び３５０ｂと、リンク３５０ａ及び３５０ｂを可動に接続するジョイント部３５１とを含んで構成される。リンク３５０は、弾性体により形成されていてもよいし、プラスチック、金属又は木材等の弾塑性体又は塑性体により形成されてもよい。第２の支持部材３０６は、１自由度を有していてもよいし、複数の自由度を有していてもよい。例えば、第２の支持部材３０６は、３以上の複数のリンク３５０を有していてもよい。また、ジョイント部３５１は、各リンク３５０を１自由度で回転可能に接続するピンであってもよいし、２以上の自由度で接続するボール及びソケットであってもよい。高い自由度を有するリンク構造の第２の支持部材３０６が用いられることで、様々な耳の形状を有するユーザに保持部３０３をフィットさせることができる。
また、図６０を参照すると、リンク３５０ａ及び３５０ｂの各々が拘束部材３５２により接続され、可動域が所定範囲に拘束されている。拘束部材３５２は、例えばゴム又はバネ等の弾性体により形成される。拘束部材３５２は、リンク３５０の可動域を所定範囲に拘束することで、保持部３０３及び外耳道マイク３２０－３が向く方向を所定範囲に拘束することができる。例えば、拘束部材３５２は、保持部３０３及び外耳道マイク３２０－３が向く方向をユーザの耳の方向に拘束することができる。
また、第２の支持部材３０６は、スライド機構を有していてもよい。図６１を参照すると、第２の支持部材３０６の一端３０６ａは、ハウジング３０１の壁部３０１ａを滑動する滑動部材３５３に連結される。滑動部材３５３は、内側空間３０の壁部３０１ａに設けられたレール３５４に係り合わされて滑動する。レール３５４は、例えば溝状の構造体であり、ドライバ３１０の周りを一部囲むように形成される。第２の支持部材３０６がスライド機構を有することにより、保持部３０３及び外耳道マイク３２０－３の可動域が広くなるので、様々な耳の形状を有するユーザに保持部３０３をフィットさせることができる。
なお、図６１に示すように、保持部３０３及び外耳道マイク３２０－３の可動域は、接触面３０２ａと平行な平面内で、ユーザの頭部前後方向（略Ｙ軸方向）に４０ｍｍ以内、ユーザの頭部上下方向（略Ｚ軸方向）に７０ｍｍ以内に制限されることが望ましい。かかる制限は、例えば、リンク３５０の長さ、ジョイント部３５１の可動域、並びにレール３５４の配置等により実現される。このような可動域の制限により、保持部３０３及び外耳道マイク３２０－３の可動域を、ユーザの耳にフィット可能な範囲に制限することができる。
図６２及び図６３は、本実施形態に係るヘッドホン３００の構成の一例を示す図である。図６２に示した例では、ヘッドホン３００は、リンク構造を有する第２の支持部材３０６Ａ及び３０６Ｂを含んでいる。図６３に示した例では、ヘッドホン３００は、リンク構造を有する第２の支持部材３０６Ａ、３０６Ｂ及び３０６Ｃを含んでいる。第２の支持部材３０６Ａは、レール３５４Ａを滑動する滑動部材３５３Ａに連結される。第２の支持部材３０６Ｂは、レール３５４Ｂを滑動する滑動部材３５３Ｂに連結される。第２の支持部材３０６Ｃは、レール３５４Ｃを滑動する滑動部材３５３Ｃに連結される。このように、ヘッドホン３００は、リンク構造を有する第２の支持部材３０６を複数含んでいてもよい。かかる構成により、外耳道マイク３２０－３とドライバ３１０との相対的位置関係が、ヘッドホン３００の装着毎に変わり難くなる。相対的位置関係が一定となるので、ヘッドホン３００の装着毎にノイズキャンセルリングフィルタの更新を行わなくても済む、又は更新量を抑制することができる。また、かかる構成により、ヘッドホン３００の装着中に外耳道マイク３２０－３の位置が耳穴からずれに難くなる。これにより、ヘッドホン３００の装着中のノイズキャンセル処理の効果を安定化することができる。
図６４は、本実施形態に係るヘッドホン３００の構成の一例を示す図である。図６４に示した例では、ヘッドホン３００は、第２の支持部材３０６の姿勢を制御する姿勢制御装置３６０を含む。姿勢制御装置３６０は、操作体３６１と、リンク３６２と、ジョイント部３６３とを含む。リンク３６２は、ハウジング３０１を内側空間３０から外側空間３１まで貫通する貫通孔を通って配置される。内側空間３０に突出したリンク３６２の一端は、ジョイント部３６３により第２の支持部材３０６と可動に接続される。外側空間３１側のリンク３６２の他端は、操作体３６１に接続される。操作体３６１は、少なくとも一部が外側空間３１に露出して、可動に配置される。操作体３６１が動かされると、その動きがリンク３６２及びジョイント部３６３を介して第２の支持部材３０６に伝達される。ユーザは、操作体３６１をつまんで３軸方向に動かすことで、第２の支持部材３０６の姿勢を動かしたり、変形させたりすることができる。これにより、ユーザは、ヘッドホン３００を装着したまま、即ち内側空間３０に手をいれなくても、第２の支持部材３０６を動かすことが可能となる。また、ヘッドホン３００の着脱時に、保持部３０３、外耳道マイク３２０－３又は第２の支持部材３０６が耳に引っ掛かっても、ユーザは、姿勢制御装置３６０を操作することで、容易にこの引っ掛かりを解消することができる。よって、ユーザに引っ掛かった部材が破損したり、ユーザが怪我をしたりすることを防止することができる。姿勢制御装置３６０は、モータ等の動力を含んでいてもよく、かかる動力を用いて第２の支持部材３０６の姿勢を制御してもよい。例えば、姿勢制御装置３６０は、ヘッドホン３００の着脱が検出された場合に、自動的に第２の支持部材３０６の姿勢を制御する。
＜２．６．ヘッドホン３００の装着／非装着に応じた制御＞
動作制御部３３３は、ヘッドホン３００の装着／非装着を判定する。
例えば、図４９に示した例では、動作制御部３３３は凹部３４２に保持部３０３及び外耳道マイク３２０－３が収容されているか否かに基づいて、ヘッドホン３００の装着／非装着を判定する。例えば、動作制御部３３３は、凹部３４２に保持部３０３及び外耳道マイク３２０－３が収容されていない場合、ヘッドホン３００が装着されていると判定する。また、動作制御部３３３は、凹部３４２に保持部３０３及び外耳道マイク３２０－３が収容されている場合、ヘッドホン３００が装着されていないと判定する。なお、凹部３４２に保持部３０３及び外耳道マイク３２０－３が収容されているか否かを検出するセンサ又はスイッチが、凹部３４２又は巻き取り部３４１に設けられ得る。
他にも、図５０に示した例では、動作制御部３３３は、第２の支持部材３０６の変形が検出されたか否か等に基づいて、ヘッドホン３００の装着／非装着を判定してもよい。また、図６４に示した例では、動作制御部３３３は、姿勢制御装置３６０へのユーザの操作入力があったか否か、イヤーパッド３０２の変形が検出されたか否か等に基づいて、ヘッドホン３００の装着／非装着を判定してもよい。
そして、動作制御部３３３は、ヘッドホン３００の装着／非装着の判定結果に基づいて、ヘッドホン３００の動作を制御する。例えば、動作制御部３３３は、ヘッドホン３００が装着されていると判定した場合に、信号処理部３３１にノイズキャンセル信号の生成を開始させてもよい。また、動作制御部３３３は、ヘッドホン３００が装着されていると判定した場合に、ドライバ３１０に出力信号の出力を開始させてもよい。これにより、ユーザがヘッドホン３００を装着すると自動的に耳穴開放デバイス１００の動作が開始されるので、ユーザの操作負担が軽減される。また、動作制御部３３３は、ヘッドホン３００が装着されていないと判定した場合、ノイズキャンセル信号の生成及び出力信号の出力を停止させてもよい。これにより、非装着時にはヘッドホン３００の動作が自動的に停止又は一部停止されるので、無駄な電力消費を防止することができる。
＜２．７．まとめ＞
以上、第２の実施形態について詳細に説明した。上記説明したように、第２の実施形態に係るヘッドホン３００は、ＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１、ＦＦ－ＮＣ用マイク３２０－２及び外耳道マイク３２０－３を有し、これらのマイクにより生成された音響信号に基づいてノイズキャンセル処理を行う。外耳道マイク３２０－３がＦＢ－ＮＣのエラーマイクとして用いられる場合、ＦＢ－ＮＣのキャンセルポイントが鼓膜９の近くになるので、高いノイズキャンセル効果が期待される。さらに、ＦＢ－ＮＣのエラーマイクとしてＦＢ－ＮＣ用マイク３２０－１が併用される場合、上記第１の指針及び第２の指針を共に満たすことができる。即ち、距離の遅延を抑制しつつ、鼓膜位置に近いキャンセルポイントの音圧を最小化することが可能となる。
また、外耳道マイク３２０－３は、ＦＦ－ＮＣ又はＩＭＣ－ＦＢにおける適応処理のためのエラーマイクとして使用されてもよい。いずれにしろ、鼓膜９の近くにエラーマイクが配置されるので、ノイズキャンセル性能の向上が期待される。
また、外耳道マイク３２０－３は、固定フィルタの補正特性の計算のための測定処理に用いられてもよい。この場合、ヘッドホン３００を装着したユーザの身体的特徴に起因する個人差を吸収することができるので、固定フィルタをそのまま用いてノイズキャンセル処理を行う場合と比較し、ノイズキャンセル性能を向上させることができる。
＜＜３．第３の実施形態＞＞
第３の実施形態は、第２の実施形態において説明したノイズキャンセル処理を、第１の音響処理装置及び第２の音響処理装置の協働により実現する形態である。例えば、第１の音響処理装置は、第１の実施形態において説明した耳穴開放デバイス１００等のイヤホンであってもよい。また、第２の音響処理装置は、以下に説明するヘッドホン５００等であってもよい。なお、協働する２つの音響処理装置は、互いに一部又は全部を重ねて装着可能であれば、イヤホンとヘッドホンとの組み合わせに限定されない。
＜３．１．耳穴開放デバイスの基本構成＞
まず、図６５及び図６６を参照して、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００の基本構成を説明する。
図６５は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００の内部構成の一例を示す図である。図６５に示すように、耳穴開放デバイス１００は、ドライバ１１０、音響情報取得部１４０、制御部１５０、センサ部１６０及び無線通信部１７０を含む。
ドライバ１１０の構成は、第１の実施形態において上記説明した通りである。
音響情報取得部１４０の構成は、第１の実施形態において上記説明した通りである。
制御部１５０は、第１の実施形態において上記説明した信号処理部１５１、及び動作制御部１５３を含み、認証部１５５に代えて通信制御部１５７を含む。信号処理部１５１及び動作制御部１５３の構成は、第１の実施形態において上記説明した通りである。通信制御部１５７は、無線通信部１７０による無線通信処理を制御する機能を有する。具体的には、通信制御部１５７は、通信相手の選択、及び通信データの送受信処理を制御する。本実施形態に係る制御部１５０は、認証部１５５を有していてもよい。
センサ部１６０は、耳穴開放デバイス１００に関する情報、耳穴開放デバイス１００を装着したユーザに関する情報、又は耳穴開放デバイス１００と重ねて装着されるヘッドホン５００に関する情報を検出する装置である。センサ部１６０は、感圧センサ、ジャイロセンサ、加速度センサ、及び体温センサ等の各種センサ装置を含み得る。また、センサ部１６０は、磁気センサを含み得る。また、センサ部１６０は、ＲＦＩＤ（radio frequency identifier）タグ若しくはリーダ等のＲＦＩＤ装置を含み得る。
無線通信部１７０は、耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００との無線通信のためのインタフェースである。無線通信部１７０は、任意の方式で無線通信を行い得る。例えば、無線通信部１７０は、光通信によって無線通信を行ってもよい。光通信は、超低遅延を実現可能である。また、無線通信部１７０は、ＦＭ（Frequency Modulation）又はＡＭ（amplitude modulation）等のラジオ放送と同様のアナログ手法で無線通信を行ってもよい。これらのアナログ手法も、低遅延を実現可能である。他にも、無線通信部１７０は、Ｗｉ－Ｆｉ(登録商標)、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又はＢＬＥ（Bluetooth Low Energy（登録商標））等のいわゆる２．４ＧＨｚ帯の無線通信規格に準拠した無線通信を行ってもよい。また、無線通信部１７０は、ＮＦＭＩ（Near Field Magnetic Induction）等の、磁気共鳴を利用した方法で無線通信を行ってもよい。もちろん、通信方式、帯域及び変調方式は、上記の例に限定されない。
以上、耳穴開放デバイス１００の内部構成を説明した。続いて、図６６を参照して、耳穴開放デバイス１００の外観構成及び基本的な内部処理を説明する。
図６６は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００の概要を説明するための図である。図６６の上段の図は耳穴開放デバイス１００の外観構成を示している。図６６の上段に示すように、耳穴開放デバイス１００は、第１の実施形態において上記説明した通りの外観構成を有する。本実施形態では、音響情報取得部１４０としてマイク１４１が用いられる例を前提に説明するが、音響情報取得部１４０として鼓膜音圧取得部１４２が用いられてもよい。
図６６の下段は、耳穴開放デバイス１００が単体で動作する場合の内部処理の概略を示している。マイク１４１により生成された音響信号は、ＦＢフィルタ６０１に入力される。ＦＢフィルタ６０１は、入力された音響信号に基づいてＦＢ方式のノイズキャンセル処理を行ってノイズキャンセル信号を生成し、ノイズキャンセル信号をドライバ１１０に出力する。ドライバ１１０は、入力されたノイズキャンセル信号に基づいて音響を出力する。このようにして、マイク１４１をキャンセルポイントとするＦＢ方式のノイズキャンセル処理が行われる。
詳細な信号処理については、図８を参照して上記説明した通りである。ＦＢフィルタ６０１は、第１のＦＢフィルタ２０１に相当する。詳しくは、ＦＢフィルタ６０１は、マイク１４１をキャンセルポイントとするＦＢ方式のノイズキャンセル処理を行う。
＜３．２．ヘッドホン５００の基本構成＞
続いて、図６７及び図６８を参照して、本実施形態に係るヘッドホン５００の基本構成を説明する。
図６７は、本実施形態に係るヘッドホン５００の内部構成の一例を示す図である。図６７に示すように、ヘッドホン５００は、音響出力部５１０、音響入力部５２０、制御部５３０、センサ部５４０及び無線通信部５５０を含む。
・音響出力部５１０
音響出力部５１０（ドライバ）は、音響信号に基づいて音響を出力する機能を有する。例えば、ドライバ５１０は、信号処理部５３１から出力された出力信号に基づいて音響を空間に出力する。
・音響入力部５２０
音響入力部５２０は、周囲音を検出するマイクロホン（以下、単にマイクとも称する）を含み、マイクによる検出結果を示す音響信号を生成する。
・制御部５３０
制御部５３０は、演算処理装置及び制御装置として機能し、各種プログラムに従ってヘッドホン５００による処理全般を制御する。制御部５３０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro-processing unit）、ＤＳＰ（Demand-Side Platform）等の電子回路によって実現される。なお、制御部５３０は、使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、及び適宜変化するパラメータ等を一時記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）を含んでいてもよい。典型的には、制御部５３０は、ハウジングに格納される。
図６７に示すように、制御部５３０は、信号処理部５３１、動作制御部５３３及び通信制御部５３５を含む。
信号処理部５３１は、音響入力部５２０により生成された音響信号及び無線通信部５５０により耳穴開放デバイス１００から受信された音響信号に基づいて、ノイズを対象とするノイズキャンセル信号を生成する機能を有する。信号処理部５３１は、複数のノイズキャンセル信号を生成し得る。例えば、信号処理部５３１は、ＦＢ方式のノイズキャンセル処理又はＦＦ方式のノイズキャンセル処理の少なくともいずれかを行い、複数のノイズキャンセル信号を生成する。信号処理部５３１は、生成した複数のノイズキャンセル信号に基づいて音響信号（以下、出力信号とも称する）を生成し、ドライバ５１０に出力する。例えば、出力信号は、複数のノイズキャンセル信号を合成した信号であってもよいし、音源から取得された音楽信号等の他の音響信号とノイズキャンセル信号とが合成された合成信号であってもよい。信号処理部５３１は、図６８～図７４等を参照して説明するノイズキャンセル処理のための各種構成要素を含む。例えば、信号処理部５３１は、ノイズキャンセル信号を生成するための各種フィルタ回路、フィルタ回路を適応的に制御するための適応制御部、信号を合成するための加算器等を含む。また、信号処理部５３１は、アンプ、ＡＤＣ及びＤＡＣ等の回路も含む。
動作制御部５３３は、ヘッドホン５００の動作モードを制御する機能を有する。動作制御部５３３は、ヘッドホン５００の機能の一部又は全部を停止させたり起動させたりする。例えば、動作制御部５３３は、センサ部５４０による検出結果に基づいて、ヘッドホン５００の機能の停止／起動を制御する。
・センサ部５４０
センサ部５４０は、ヘッドホン５００に関する情報、ヘッドホン５００を装着したユーザに関する情報、又はヘッドホン５００と重ねて装着される耳穴開放デバイス１００に関する情報を検出する装置である。センサ部５４０は、感圧センサ、ジャイロセンサ、加速度センサ、及び体温センサ等の各種センサ装置を含み得る。また、センサ部５４０は、磁気センサ又はＲＦＩＤ（radio frequency identifier）タグ若しくはリーダ等のＲＦＩＤ装置を含み得る。
・無線通信部５５０
無線通信部５５０は、ヘッドホン５００と耳穴開放デバイス１００との無線通信のためのインタフェースである。無線通信部５５０は、任意の方式で無線通信を行い得る。例えば、無線通信部５５０は、光通信によって無線通信を行ってもよい。光通信は、超低遅延を実現可能である。また、無線通信部５５０は、ＦＭ（Frequency Modulation）又はＡＭ（amplitude modulation）等のラジオ放送と同様のアナログ手法で無線通信を行ってもよい。これらのアナログ手法も、低遅延を実現可能である。他にも、無線通信部５５０は、Ｗｉ－Ｆｉ(登録商標)、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又はＢＬＥ（Bluetooth Low Energy（登録商標））等のいわゆる２．４ＧＨｚ帯の無線通信規格に準拠した無線通信を行ってもよい。また、無線通信部５５０は、ＮＦＭＩ（Near Field Magnetic Induction）等の、磁気共鳴を利用した方法で無線通信を行ってもよい。もちろん、通信方式、帯域及び変調方式は、上記の例に限定されない。
以上、ヘッドホン５００の内部構成を説明した。続いて、図６８を参照して、ヘッドホン５００の外観構成及び基本的な内部処理を説明する。
図６８は、本実施形態に係るヘッドホン５００の概要を説明するための図である。図６８の上段の図はヘッドホン５００の外観構成を示している。図６８の上段に示すように、ヘッドホン５００は、第２の実施形態において上記説明したヘッドホン３００から、外耳道マイク３２０－３を除いた構成を有する。以下に詳しく説明する。
図６８の上段に示すように、ヘッドホン５００は、ハウジング５０１及びイヤーパッド５０２を含む。ハウジング５０１及びイヤーパッド５０２により、ヘッドホン５００を装着したユーザの片耳は覆われる（典型的には、密閉される）。ハウジング５０１には、ドライバ５１０、音響入力部５２０－１及び５２０－２及びフィルタ回路等の信号処理のための各種装置が格納される。イヤーパッド５０２は、ユーザの頭部と接触面５０２ａで接触する。イヤーパッド５０２は、スポンジ等の弾性体により形成され、ユーザの頭部に合わせて変形しながらユーザの頭部に密着し、内側空間３０を形成する。内側空間３０は、ハウジング５０１、イヤーパッド５０２及びユーザの頭部により形成される空間である。内側空間３０は、外界側の空間である外側空間３１と隔絶した密閉空間であってもよいし、外側空間３１と繋がっていてもよい。内側空間３０には、ハウジング５０１、イヤーパッド５０２及びユーザの頭部等のパッシブ遮音素子によるパッシブ遮音後のノイズが到来する。ハウジング５０１の壁部５０１ａは内側空間３０と接し、ハウジング５０１の外側の壁部５０１ｂは外側空間３１と接する。
ドライバ５１０は、音響信号に基づいて音響を空間に出力する。ドライバ５１０は、ハウジング５０１に設けられる。そして、ドライバ５１０は、ハウジング５０１よりも鼓膜側の空間である内側空間３０に向けて音響を出力する。例えば、ドライバ５１０は、ノイズキャンセル信号に基づいて音響を空間に出力する。これにより、内側空間３０に到来したノイズをキャンセルすることができる。
音響入力部５２０（５２０－１、５２０－２）は、周囲音を収音して音響信号を生成する。図６８に示すように、音響入力部５２０は、ユーザに装着された状態でユーザの片耳側に２つ配置される。
音響入力部５２０－１は、ＦＢ－ＮＣのための収音を行うマイク（即ち、ＦＢ－ＮＣ用マイク）である。ＦＢ－ＮＣ用マイク５２０－１は、ヘッドホン５００がユーザに装着された状態で、ユーザの鼓膜９からの距離が、音響入力部３２０－２より短い位置に配置される。より具体的には、ＦＢ－ＮＣ用マイク５２０－１は、ヘッドホン５００がユーザに装着された状態で、ノイズが遮蔽物を介して、即ちパッシブ遮音されて収音される位置に配置される。さらには、ＦＢ－ＮＣ用マイク５２０－１は、ユーザの鼓膜９とドライバ５１０との間に配置されることが望ましい。ここでの遮蔽物とは、パッシブ遮音素子であり、ハウジング５０１、イヤーパッド５０２及びユーザの頭部に相当する。図６８に示すように、ＦＢ－ＮＣ用マイク５２０－１は、ハウジング５０１の内側空間３０側の壁部５０１ａに設けられる。そして、ＦＢ－ＮＣ用マイク５２０－１は、内側空間３０の音響を収音し、音響信号を生成する。このとき収音される音響は、パッシブ遮音素子によるパッシブ遮音後のノイズを含む。ＦＢ－ＮＣ用マイク５２０－１は、第１の音響入力部に相当し、ＦＢ－ＮＣ用マイク５２０－１により生成される音響信号は第１の音響信号とも称され得る。ＦＢ－ＮＣ用マイク５２０－１により生成された音響信号は、ＦＢフィルタに入力されて、ノイズキャンセル信号の生成に用いられる。
音響入力部５２０－２は、ＦＦ－ＮＣのための収音を行うマイク（即ち、ＦＦ－ＮＣ用マイク）である。また、ＦＦ－ＮＣ用マイク５２０－２は、ヘッドホン５００がユーザに装着された状態で、ユーザの鼓膜９からの距離がＦＢ－ＮＣ用マイク５２０－１よりも長い位置に配置される。より具体的には、ＦＦ－ＮＣ用マイク５２０－２は、ヘッドホン５００がユーザに装着された状態で、ノイズが遮蔽物を介さないで、即ちパッシブ遮音されないで収音される位置に配置される。図６８に示すように、ＦＦ－ＮＣ用マイク５２０－２は、ハウジング５０１の外側空間３１側の壁部５０１ｂに設けられる。そして、ＦＦ－ＮＣ用マイク５２０－２は、外側空間３１の音響を収音し、音響信号を生成する。このとき収音される音響は、外側空間３１に到来したノイズを含む。ＦＦマイク５２０－２は、第２の音響入力部に相当し、ＦＦマイク５２０－２により生成される音響信号は第２の音響信号とも称され得る。ここで、ＦＦ－ＮＣ用マイク５２０－２は、外側空間３１に露出していてもよいし、露出していなくてもよい。例えば、ＦＦ－ＮＣ用マイク５２０－２は、ハウジング５０１に埋め込まれていてもよく、回り込み音又は布地等のカバーを透過した音を収音してもよい。ＦＦ－ＮＣ用マイク５２０－２により生成された音響信号は、ＦＦフィルタに入力されて、ノイズキャンセル信号の生成に用いられる。
なお、図６８では、ヘッドホン５００の右耳側の外観構成が示されているが、左耳側の外観構成は右耳側の外観構成と左右対称に構成される。ヘッドホン５００は、右耳側と左耳側とで互いに分離独立して構成されてもよいし、一体的に構成されてもよい。また、ヘッドホン５００は、オーバーヘッド型、ネックバンド型、耳かけ型等の任意の構造を有し得る。
以上、ヘッドホン５００の外観構成を説明した。引き続き図６８を参照して、ヘッドホン５００が単体で動作する場合の内部処理を説明する。
図６８の下段は、ヘッドホン５００が単体で動作する場合の内部処理の概略を示している。ＦＢ－ＮＣ用マイク５２０－１により生成された音響信号は、ＦＢフィルタ７０１に入力される。ＦＢフィルタ７０１は、入力された音響信号に基づいて、ＦＢ－ＮＣ用マイク５２０－１をキャンセルポイントとするＦＢ方式のノイズキャンセル処理を行い、ノイズキャンセル信号を生成する。生成されたノイズキャンセル信号は、加算器７０３に入力される。一方で、ＦＦ－ＮＣ用マイク５２０－２により生成された音響信号は、ＦＦフィルタ７０２に入力される。ＦＦフィルタ７０２は、入力された音響信号に基づいてＦＦ方式のノイズキャンセル処理を行ってノイズキャンセル信号を生成する。生成されたノイズキャンセル信号は、加算器７０３に入力される。加算器７０３は、ＦＢフィルタ７０１及びＦＦフィルタ７０２の各々から入力されたノイズキャンセル信号を合成して、かかる合成信号をドライバ１１０に出力する。ドライバ１１０は、入力された合成信号に基づいて音響を出力する。このようにして、併用型のノイズキャンセル処理が行われる。
詳細な信号処理については、図２７を参照して上記説明した通りである。詳しくは、ＦＢフィルタ７０１はＦＢフィルタ３８５に相当し、ＦＦフィルタ７０２はＦＦフィルタ３８７に相当する。
＜３．３．ノイズキャンセル処理の詳細＞
ユーザは、耳穴開放デバイス１００を装着しつつ、さらに追加でヘッドホン５００を装着し得る。この場合、耳穴開放デバイス１００又はヘッドホン５００のいずれか一方を単体で用いるよりも、ノイズキャンセル効果を向上させることができる。以下、図６９～図７４を参照して、耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００とが併用される場合のノイズキャンセル処理について説明する。
（１）第１の併用例
第１の併用例は、耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００とが互いに独立してノイズキャンセル処理を行う例である。本例について、図６９を参照して説明する。
図６９は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００との第１の併用例を説明するための図である。図６９に示すように、耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００とが重ねて装着されている。詳しくは、耳穴開放デバイス１００は、ユーザに装着されたヘッドホン５００の内側（ユーザの耳側、即ちＸ軸正方向）に、重ねて装着されている。ヘッドホン５００は、ユーザに装着された耳穴開放デバイス１００の外側（ユーザの耳と反対側、即ちＸ軸負方向）に重ねて装着されている。ヘッドホン５００と耳穴開放デバイス１００とが重ねて装着されるとは、ヘッドホン５００の内側空間３０に、少なくとも耳穴開放デバイス１００のマイク１４１が含まれていることを指す。ヘッドホン５００の内側空間３０に耳穴開放デバイス１００が全て含まれてもよいし、一部のみ含まれてもよい。
ここで、本例では、耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００とは通信していない。即ち、図６６及び図６８を参照して上記説明したノイズキャンセル処理の各々が独立して行われる。この場合、図６８を参照して上記説明したノイズキャンセル処理によりキャンセルし切れなかったノイズが、図６６を参照して上記説明したノイズキャンセル処理によりキャンセルされる。そのため、耳穴開放デバイス１００又はヘッドホン５００のいずれか一方を単体で用いるよりも、ノイズキャンセル効果を向上させることができる。
上記説明したように、耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００とが独立して動作する場合も、ノイズキャンセル効果は向上する。しかし、耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００とが協働して動作することで、さらにノイズキャンセル効果を向上させることが可能である。以下、図７０～図７４を参照して、耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００とが協働して動作する場合について説明する。
（２）第２の併用例
第２の併用例は、ヘッドホン５００が、耳穴開放デバイス１００から受信した音響信号に基づいてＦＢ方式のノイズキャンセル処理を行う例である。本例について、図７０を参照して説明する。
図７０は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００との第２の併用例を説明するための図である。図７０に示すように、耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００とが重ねて装着されている。このように装着された場合、耳穴開放デバイス１００の無線通信部１７０とヘッドホン５００の無線通信部５５０とは、無線通信を行う。そして、耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００とは協働してノイズキャンセル処理を行う。詳しくは、図７０に示すように、マイク１４１により生成された音響信号は、無線通信部１７０に入力される。そして、無線通信部１７０は、マイク１４１により生成された音響信号をヘッドホン５００に無線送信する。無線通信部５５０は、耳穴開放デバイス１００から無線送信された音響信号を受信する。無線通信部５５０は、受信した音響信号をＦＢフィルタ７０４に出力する。ＦＢフィルタ７０４は、入力された音響信号に基づいて、マイク１４１をキャンセルポイントとするＦＢ方式のノイズキャンセル処理を行い、ノイズキャンセル信号を生成する。生成されたノイズキャンセル信号は、加算器７０３に入力される。加算器７０３は、ＦＢフィルタ７０１及びＦＦフィルタ７０２の各々から入力されたノイズキャンセル信号に加えて、ＦＢフィルタ７０４から入力されたノイズキャンセル信号を合成して、かかる合成信号をドライバ１１０に出力する。ドライバ１１０は、入力された合成信号に基づいて音響を出力する。
詳細な信号処理は、図３２を参照して上記説明した第１のノイズキャンセル処理とほぼ同様である。即ち、ＦＦフィルタ７０２はＦＦフィルタ４１４に相当し、ＦＢフィルタ７０１は第１のＦＢフィルタ４１１に相当し、ＦＢフィルタ７０４は第２のＦＢフィルタ４１２に相当する。ただし、本例では、図３２のブロック４４１、４４２、４４３及び４４４に示す内部モデルが含まれていない点で、図３２を参照して上記説明した第１のノイズキャンセル処理と相違する。
なお、図７０では、耳穴開放デバイス１００側でのノイズキャンセル処理は図示されていないが、もちろん耳穴開放デバイス１００側でもノイズキャンセル処理が行われてもよい。例えば、耳穴開放デバイス１００は、マイク１４１により生成された音響信号に基づきノイズキャンセル信号を生成し、ドライバ１１０から出力する。以降の各併用例でも同様である。
また、本実施形態では、耳穴開放デバイス１００が、マイク１４１により生成した音響信号をヘッドホン５００に送信する場合について説明するが、本技術は係る例に限定されない。例えば、耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００との間に他の装置が介在していてもよい。また、ヘッドホン５００が、ＦＢ－ＮＣ用マイク５２０－１及び／又はＦＦ－ＮＣ用マイク５２０－２により生成された音響信号を耳穴開放デバイス１００に送信してもよい。以降の各併用例でも同様である。
（３）第３の併用例
第３の併用例は、ヘッドホン５００が、耳穴開放デバイス１００から受信した音響信号に基づいて、内部モデルを適用したＦＢ方式のノイズキャンセル処理を行う例である。本例について、図７１を参照して説明する。
図７１は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００との第３の併用例を説明するための図である。図７１に示す処理ブロックは、図７０に示した処理ブロックに内部モデル７０５及び加算器７０６が追加されている。加算器７０３から出力された出力信号は、内部モデル７０５に入力される。内部モデル７０５は、出力信号がドライバ５１０に入力されてからマイク１４１により音響信号が生成されるまでの間の特性を模擬した特性を有する。内部モデル７０５を経由した音響信号は、加算器７０６に入力される。加算器７０６は、マイク１４１により生成された音響信号から、内部モデル７０５を経由した信号を、減算して合成する。そして、加算器７０６は、かかる合成信号をＦＢフィルタ７０４に出力する。
詳細な信号処理は、図３２を参照して上記説明した第１のノイズキャンセル処理と同様である。即ち、ＦＦフィルタ７０２はＦＦフィルタ４１４に相当し、ＦＢフィルタ７０１は第１のＦＢフィルタ４１１に相当し、ＦＢフィルタ７０４は第２のＦＢフィルタ４１２に相当する。また、内部モデル７０５は、ブロック４４１、４４２、４４３及び４４４に相当し、加算器７０６は加算器４３２に相当する。
（４）第４の併用例
第４の併用例は、ヘッドホン５００が、耳穴開放デバイス１００から受信した音響信号に基づいて、適応型のＦＦ方式のノイズキャンセル処理を行う例である。本例について、図７２を参照して説明する。
図７２は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００との第４の併用例を説明するための図である。図７２に示す処理ブロックは、図７０に示した処理ブロックから、ＦＢフィルタ７０４に代えて適応制御部７０７が追加されている。適応制御部７０７には、ＦＦ－ＮＣ用マイク５２０－２により収音された音響に基づいて生成された音響信号、及び無線通信部５５０により受信された音響信号が入力される。そして、適応制御部７０７は、これらの音響信号に基づいて、ＦＦフィルタ７０２の特性を適応的に制御する。適応制御部７０７による適応的な制御の元、ＦＦフィルタ７０２は、入力された音響信号に基づくＦＦ方式のノイズキャンセル処理により、ノイズキャンセル信号を生成する。ＦＦフィルタ７０２により生成されたノイズキャンセル信号は、加算器７０３により、ＦＢフィルタ７０１により生成されたノイズキャンセル信号と合成される。かかる合成信号は、ドライバ５１０から出力される。
詳細な信号処理は、図３３を参照して上記説明した第２のノイズキャンセル処理と同様である。即ち、ＦＦフィルタ７０２はＦＦフィルタ４１４に相当し、ＦＢフィルタ７０１は第１のＦＢフィルタ４１１に相当し、適応制御部７０７は適応制御部４１５に相当する。
（５）第５の併用例
第５の併用例は、上記第３の併用例と上記第４の併用例との組み合わせである。本例について、図７３を参照して説明する。
図７３は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００との第５の併用例を説明するための図である。図７３に示す処理ブロックは、図７１に示した内部モデル７０５及び加算器７０６、並びに図７２に示した適応制御部７０７を含む。
詳細な信号処理は、図３５を参照して上記説明した第３のノイズキャンセル処理と同様である。即ち、ＦＦフィルタ７０２はＦＦフィルタ４１４に相当し、ＦＢフィルタ７０１は第１のＦＢフィルタ４１１に相当し、ＦＢフィルタ７０４は第２のＦＢフィルタ４１２に相当し、適応制御部７０７は適応制御部４１５に相当する。また、内部モデル７０５は、ブロック４４１、４４２、４４３及び４４４に相当し、加算器７０６は加算器４３２に相当する。
（６）第６の併用例
第６の併用例は、上記第５の併用例に加えて、耳穴開放デバイス１００側でのノイズキャンセル信号の出力が行われる例である。本例について、図７４を参照して説明する。
図７４は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００との第６の併用例を説明するための図である。図７４に示す処理ブロックは、図７３に示した処理ブロックに、ＦＢフィルタ６０１が追加されている。ＦＢフィルタ６０１の動作については、図６６を参照して上記説明した通りである。
本例では、ドライバ１１０及びドライバ３１０の双方からノイズキャンセル信号に基づく音響が出力される。耳穴開放デバイス１００がユーザに常時装着され得ることを考慮すれば、ドライバ１１０の振動板は、ドライバ３１０よりも小さいことが想定される。そこで、耳穴開放デバイス１００は、所定の周波数よりも高域のノイズを対象にしたノイズキャンセル信号を生成し、かかるノイズキャンセル信号に基づく音響を出力する。他方、ヘッドホン５００は、所定の周波数よりも低域のノイズを対象にしたノイズキャンセル信号を生成し、かかるノイズキャンセル信号に基づく音響を出力する。例えば、耳穴開放デバイス１００が中高域を対象とし、ヘッドホン５００が低域を対象とする。なお、双方が対象とする帯域は重複していてもよい。このような分担により、双方の消費電力を低減することができる。
ここで、耳穴開放デバイス１００では、ドライバ１１０から出力された音響が音導部１２０を介して耳穴付近で放射される。そのため、ドライバ１１０とマイク１４１との間の距離に応じた位相遅延が生じ得る。そこで、耳穴開放デバイス１００は、例えば、音導部１２０のうち保持部１３０に近い位置に、バランスドアーマチャー（Balanced armature type）型の第２の音響出力部を有していてもよい。そして、耳穴開放デバイス１００は、第２の音響出力部からノイズキャンセル信号に基づく音響を出力してもよい。この場合、第２の音響出力部は、ドライバ１１０よりもマイク１４１に近いので、距離に応じた位相遅延が少なくなる。さらには、第２の音響出力部は、ドライバ３１０よりもよりもマイク１４１に近い。従って、第２の音響出力部により、高域を対象にしたノイズキャンセル信号に基づく音響が出力されることが望ましい。これにより、高域のノイズに対するノイズキャンセル性能を向上させることができる。
（７）まとめ
以上、各併用例について説明した。これらの各併用例によれば、第２の実施形態において説明した効果と同様の効果が奏される。さらに、本実施形態によれば、ユーザは、第２の実施形態において説明した外耳道マイク３２０－３を有するヘッドホン３００を用意せずとも、耳穴開放デバイス１００にヘッドホン５００を重ねて装着することで、簡易に同様の効果を得ることができる。
＜３．４．無線通信のバリエーション＞
耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００とは、任意の方式で無線通信を行い得る。ここでは一例として、光通信を用いた無線通信処理について、図７５～図７７を参照して説明する。その後、ＮＦＭＩを用いた無線通信処理について、図７８を参照して説明する。なお、以下の説明では、耳穴開放デバイス１００及びヘッドホン５００は、それぞれアクティブな電池及び回路を持つものとする。また、耳穴開放デバイス１００からヘッドホン５００へ無線送信されるものとして説明する。
（１）光を用いた通信の場合
図７５は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００との光を用いた無線通信処理の一例を説明するための図である。とりわけ、図７５では、アナログシステムにおける伝送のための処理ブロックが示されている。まず、送信側である耳穴開放デバイス１００の処理について説明する。マイク１４１により生成された音響信号（アナログ信号）は、コンデンサ６１１及び抵抗６１２を介してアンプ６１３に入力される。音響信号は、アンプ６１３により増幅され、抵抗６１４を介して光送信部６１５から光として放射される。次いで、受信側であるヘッドホン５００の処理について説明する。光受信部７１１は、光送信部６１５から放射された光を受信して、受信結果を示す信号を出力する。受信結果を示す信号は抵抗７１２に入力される。マイク１４１における電圧と、抵抗７１２に生じる電圧とが、比例関係を有する。そこで、ヘッドホン５００は、抵抗７１２における電圧に基づき、マイク１４１により生成された音響信号を取得する。
図７６は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００との光を用いた無線通信処理の一例を説明するための図である。とりわけ、図７６では、デジタルシステムにおける伝送のための処理ブロックが示されている。まず、送信側である耳穴開放デバイス１００の処理について説明する。マイク１４１により生成された音響信号（アナログ信号）は、コンデンサ６１１を介してＡＤＣ６２１に入力される。音響信号は、ＡＤＣ６２１によりデジタル信号に変換されて、デジタル変調部６２２により変調され、その後ＤＡＣ６２３によりアナログ信号に変換される。その後、音響信号は、コンデンサ６２４、アンプ６１３及び抵抗６１４を介して光送信部６１５から光として放射される。次いで、受信側であるヘッドホン５００の処理について説明する。光受信部７１１は、光送信部６１５から放射された光を受信して、受信結果を示す信号を出力する。受信結果を示す信号は、抵抗７１２に並列するコンデンサ７２１を経由し、ＡＤＣ７２２に入力される。ＡＤＣ７２２は、入力された信号をデジタル信号に変換して、デジタル復調部７２３に出力する。デジタル復調部７２３は、入力された信号を復調する。このようにして、ヘッドホン５００は、マイク１４１により生成された音響信号を、デジタル信号として取得する。
図７７は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００との光を用いた無線通信処理の一例を説明するための図である。とりわけ、図７７では、デルタシグマ変調を用いる処理ブロックが示されている。まず、送信側である耳穴開放デバイス１００の処理について説明する。マイク１４１により生成された音響信号（アナログ信号）は、コンデンサ６１１を介してデルタシグマ変調部６３１に入力されて、デルタシグマ変調が適用される。デルタシグマ変調部６３１により、アナログ信号であった音響信号が１ビット信号に変換されて出力される。デルタシグマ変調部６３１から出力された信号は、コンデンサ６３２、アンプ６１３及び抵抗６１４を介して光送信部６１５から光として放射される。次いで、受信側であるヘッドホン５００の処理について説明する。光受信部７１１は、光送信部６１５から放射された光を受信して、受信結果を示す信号を出力する。受信結果を示す信号は、抵抗７１２に並列するコンデンサ７３１を経由して、デジタル変調部７３２によりデジタル信号に復調され、ダウンサンプリング部７３３によりダウンサンプリングされる。このようにして、ヘッドホン５００は、マイク１４１により生成された音響信号を、デジタル信号として取得する。図７７に示した無線通信処理によれば、デルタシグマ変調が用いられるので、図７６に示した無線通信処理と比較して、変調に掛かる演算時間も少ない上に、数ＭＨｚ／ｂｉｔでの高速伝送が可能である。このため、ヘッドホン５００は、超低遅延で、マイク１４１により生成された音響信号を受信し、ノイズキャンセル処理に用いることができる。
（２）ＮＦＭＩを用いた通信の場合
図７８は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００とのＮＦＭＩを用いた無線通信処理の一例を説明するための図である。まず、送信側である耳穴開放デバイス１００の処理について説明する。図７８に示すように、耳穴開放デバイス１００は、抵抗６４１、コンデンサ６４２及びインダクタ６４３を含む。マイク１４１により生成された音響信号（アナログ信号）は、抵抗６４１を経由後、コンデンサ６４２及びインダクタ６４３に入力される。インダクタ６４３では、入力された信号に応じた磁気を発生する。次いで、受信側であるヘッドホン５００の処理について説明する。図７８に示すように、ヘッドホン５００は、抵抗７４１、コンデンサ７４２及びインダクタ７４３を含む。インダクタ７４３は、インダクタ６４３により発生された磁気に共鳴して、インダクタ６４３に入力された信号と同様の信号を生成し、出力する。このようにして、ヘッドホン５００は、マイク１４１により生成された音響信号を取得する。
＜３．５．相互機器検出＞
ユーザは、耳穴開放デバイス１００を装着している状態から、さらに重ねてヘッドホン５００を装着する。その動機として考えられることは、耳穴開放デバイス１００単体よりもさらに強いノイズキャンセル効果を望んだことである。
そこで、耳穴開放デバイス１００の外側にヘッドホン５００が装着されたことが検出された場合には、上述した第１の併用例～第６の併用例のいずれかに係るノイズキャンセル処理が開始されることが望ましい。そこで、耳穴開放デバイス１００及びヘッドホン５００は、重ねて装着された場合に相互の機器を検出し、ノイズキャンセル処理を開始する。例えば、いずれか一方の電源がＯＦＦであれば電源ＯＮにされる。また、無線通信が行われていなければ、無線通信が開始される。即ち、耳穴開放デバイス１００は、マイク１４１により生成された音響信号のヘッドホン５００への送信を開始し、ヘッドホン５００は、かかる音響信号の耳穴開放デバイス１００からの受信を開始する。これにより、ユーザは、耳穴開放デバイス１００に重ねてヘッドホン５００を装着するだけで、自動的に強いノイズキャンセル効果を享受することができる。以下では、この点について詳しく説明する。
（１）非接触給電
耳穴開放デバイス１００の外側にヘッドホン５００が装着されたことは、耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００との間で非接触給電が行われたことに基づいて検出されてもよい。非接触給電は、ヘッドホン５００から耳穴開放デバイス１００へ行われてもよいし、耳穴開放デバイス１００からヘッドホン５００へ行われてもよい。以下では、これらの２通りについて説明する。
・ヘッドホン５００から耳穴開放デバイス１００への非接触給電
耳穴開放デバイス１００は、電源ＯＦＦ状態でヘッドホン５００からの非接触給電があった場合に、電源ＯＮしてもよい。例えば、ヘッドホン５００からの非接触給電があった場合に、動作制御部１５３がまず起動する。次いで、動作制御部１５３は、耳穴開放デバイス１００自身が有する電池の電力を用いて耳穴開放デバイス１００の電源をＯＮにする。その後、動作制御部１５３は、無線通信部１７０による無線通信を開始させる。無線通信部１７０は、マイク１４１により生成された音響信号のヘッドホン５００への送信を開始する。
ヘッドホン５００は、耳穴開放デバイス１００に非接触給電を行う非接触給電部を含む。非接触給電部は、耳穴開放デバイス１００への非接触給電を試みる。非接触給電部は、耳穴開放デバイス１００及びヘッドホン５００が重ねて装着されたことが検出されたことをトリガとして非接触給電を試みてもよいし、当該トリガなしに周期的に試みてもよい。無線通信部５５０は、非接触給電部が耳穴開放デバイス１００に非接触給電を行った場合（即ち、非接触給電に成功した場合）、マイク１４１により生成された音響信号の耳穴開放デバイス１００からの受信を開始する。
・耳穴開放デバイス１００からヘッドホン５００への非接触給電
ヘッドホン５００は、電源ＯＦＦ状態で耳穴開放デバイス１００からの非接触給電があった場合に、電源ＯＮしてもよい。例えば、耳穴開放デバイス１００からの非接触給電があった場合に、動作制御部５３３がまず起動する。次いで、動作制御部５３３は、ヘッドホン５００自身が有する電池の電力を用いてヘッドホン５００の電源をＯＮにする。その後、動作制御部５３３は、センサ部５４０による無線通信を開始させる。例えば、無線通信部５５０は、マイク１４１により生成された音響信号の受信を開始する。
耳穴開放デバイス１００は、ヘッドホン５００に非接触給電を行う非接触給電部を含む。非接触給電部は、ヘッドホン５００への非接触給電を試みる。非接触給電部は、耳穴開放デバイス１００及びヘッドホン５００が重ねて装着されたことが検出されたことをトリガとして非接触給電を試みてもよいし、当該トリガなしに周期的に試みてもよい。無線通信部１７０は、非接触給電部がヘッドホン５００に非接触給電を行った場合（即ち、非接触給電に成功した場合）、マイク１４１により生成された音響信号のヘッドホン５００への送信を開始する。
・ＲＦＩＤ装置による非接触給電の例
上述した非接触給電は、ＲＦＩＤ装置により行われ得る。リーダがＲＦタグの読み取りを行う際に、リーダから放射された電波によりＲＦタグが通電する。これにより、ＲＦタグを有する側は、リーダを有する装置を検出する。一方で、ＲＦタグに通電したことをトリガとして、ＲＦタグからリーダ側にＲＦタグに格納されたタグデータが返信される。これにより、リーダを有する側は、ＲＦタグを有する装置を検出する。非接触給電は、ＲＦＩＤ装置のような電波受信方式の他にも、電磁誘導方式又は磁界共鳴方式等の任意の方式が採用され得る。以下では、図７９を参照して、耳穴開放デバイス１００及びヘッドホン５００がＲＦＩＤ装置を含む構成を説明する。
図７９は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００及びヘッドホン５００によるＲＦＩＤ装置を用いた相互機器検出を説明するための図である。図７９に示すように、ヘッドホン５００には、イヤーパッドの接触面５０２ａよりも内側の側壁５０２ｂに、ＲＦＩＤ装置５４１が設けられている。また、耳穴開放デバイス１００には、音導部１２０の保持部１３０の付近に、ＲＦＩＤ装置１６１が設けられている。ヘッドホン５００から耳穴開放デバイス１００への非接触給電は、ＲＦＩＤ装置５４１がリーダであり、ＲＦＩＤ装置１６１がＲＦタグである場合に実現される。一方で、耳穴開放デバイス１００からヘッドホン５００への非接触給電は、ＲＦＩＤ装置１６１がリーダであり、ＲＦＩＤ装置５４１がＲＦタグである場合に実現される。ＲＦＩＤ装置５４１及びＲＦＩＤ装置１６１の各々は、リーダ及びＲＦタグの双方を有していてもよい。耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００とが重ねて装着されると、ＲＦＩＤ装置５４１及びＲＦＩＤ装置１６１が近接することにある。これにより、ＲＦタグとＲＦリーダとの間で通電及び読み取りが行われ、相互機器検出が行われる。
以下では、図８０を参照して、ヘッドホン５００から耳穴開放デバイス１００への非接触給電に基づいて、ノイズキャンセル処理が開始される場合の処理の流れの一例を説明する。
図８０は、本実施形態に係るノイズキャンセル処理が、ヘッドホン５００から耳穴開放デバイス１００への非接触給電に基づいて開始される場合の処理の流れの一例を示すシーケンス図である。図８０に示すように、本シーケンスには耳穴開放デバイス１００及びヘッドホン５００が関与する。本シーケンスは、耳穴開放デバイス１００がＲＦタグを有し、ヘッドホン５００がリーダを有する場合のシーケンスである。
開始時点で、ヘッドホン５００は電源ＯＮ状態であり（ステップＳ２０２）、耳穴開放デバイス１００は電源ＯＦＦ状態又は電源ＯＮ状態のいずれかであるものとする（ステップＳ３０２）。ヘッドホン５００は、リーダによりＲＦタグの読み取りを開始する（ステップＳ２０４）。リーダによりＲＦタグに電力が供給されて、耳穴開放デバイス１００のＲＦタグが通電し（ステップＳ３０４）、ＲＦタグからリーダ側にタグデータが返信される（ステップＳ３０６）。
耳穴開放デバイス１００は、ＲＦタグが通電したことをトリガとして、電源ＯＦＦ状態の場合は電源ＯＮする（ステップＳ３０８）。その後、耳穴開放デバイス１００は、ヘッドホン５００と無線接続する（ステップＳ３１０）。そして、耳穴開放デバイス１００は、マイクデータ（即ち、マイク１４１により生成された音響信号）をヘッドホン５００に送信する（ステップＳ３１２）。その後、耳穴開放デバイス１００は、上述したノイズキャンセル処理に関する規定動作を行う。
ヘッドホン５００は、ＲＦタグからのタグデータが読み取れたか否かを判定する（ステップＳ２０６）。ＲＦタグからのタグデータが読み取れないと判定された場合（ステップＳ２０６／ＮＯ）、ヘッドホン５００は、読み取り失敗カウントをインクリメントする（ステップＳ２０８）。次いで、ヘッドホン５００は、読み取り失敗カウントが既定回数に達したか否かを判定する（ステップＳ２１０）。読み取り失敗カウントが既定回数に達したと判定された場合（ステップＳ２１０／ＹＥＳ）、処理は終了する。一方で、読み取り失敗カウントが既定回数に達していないと判定された場合（ステップＳ２１０／ＮＯ）、処理は再度ステップＳ２０４に戻る。また、ＲＦタグからのタグデータが読み取れたと判定された場合（ステップＳ２０６／ＹＥＳ）、ヘッドホン５００は、耳穴開放デバイス１００と無線接続する（ステップＳ２１２）。そして、ヘッドホン５００は、耳穴開放デバイス１００からマイクデータを受信する（ステップＳ３１２）。その後、ヘッドホン５００は、上述したノイズキャンセル処理に関する規定動作を行う。
次いで、図８１を参照して、耳穴開放デバイス１００からヘッドホン５００への非接触給電に基づいて、ノイズキャンセル処理が開始される場合の処理の流れの一例を説明する。
図８１は、本実施形態に係るノイズキャンセル処理が、耳穴開放デバイス１００からヘッドホン５００への非接触給電に基づいて開始される場合の処理の流れの一例を示すシーケンス図である。図８１に示すように、本シーケンスには耳穴開放デバイス１００及びヘッドホン５００が関与する。本シーケンスでは、耳穴開放デバイス１００がリーダを有し、ヘッドホン５００がＲＦタグを有する場合のシーケンスである。
開始時点で、ヘッドホン５００は電源ＯＦＦ状態であり（ステップＳ２２２）、耳穴開放デバイス１００は電源ＯＮ状態であるものとする（ステップＳ３２２）。耳穴開放デバイス１００は、リーダによりＲＦタグの読み取りを開始する（ステップＳ３２４）。リーダによりＲＦタグに電力が供給されて、ヘッドホン５００のＲＦタグが通電し（ステップＳ２２４）、ＲＦタグからリーダ側にタグデータが返信される（ステップＳ２２６）。
耳穴開放デバイス１００は、ＲＦタグからのタグデータが読み取れたか否かを判定する（ステップＳ３２６）。ＲＦタグからのタグデータが読み取れないと判定された場合（ステップＳ３２６／ＮＯ）、耳穴開放デバイス１００は、読み取り失敗カウントをインクリメントする（ステップＳ３２８）。次いで、耳穴開放デバイス１００は、読み取り失敗カウントが既定回数に達したか否かを判定する（ステップＳ３３０）。読み取り失敗カウントが既定回数に達したと判定された場合（ステップＳ３３０／ＹＥＳ）、処理は終了する。一方で、読み取り失敗カウントが既定回数に達していないと判定された場合（ステップＳ３３０／ＮＯ）、処理は再度ステップＳ３２４に戻る。また、ＲＦタグからのタグデータが読み取れたと判定された場合（ステップＳ３２６／ＹＥＳ）、耳穴開放デバイス１００は、ヘッドホン５００と無線接続し（ステップＳ３３２）、マイクデータ（即ち、マイク１４１により生成された音響信号）をヘッドホン５００に送信する（ステップＳ３３４）。その後、耳穴開放デバイス１００は、上述したノイズキャンセル処理に関する規定動作を行う。
ヘッドホン５００は、ＲＦタグが通電したことをトリガとして、電源ＯＮする（ステップＳ２２８）。その後、ヘッドホン５００は、耳穴開放デバイス１００と無線接続する（ステップＳ２３０）。そして、ヘッドホン５００は、マイクデータ（即ち、マイク１４１により生成された音響信号）を耳穴開放デバイス１００から受信する（ステップＳ３３４）。その後、ヘッドホン５００は、上述したノイズキャンセル処理に関する規定動作を行う。
（２）ＮＦＭＩ
耳穴開放デバイス１００の外側にヘッドホン５００が装着されたことは、耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００との間で磁気共鳴が行われたことに基づいて検出されてもよい。左右両耳に耳穴開放デバイス１００が装着されている場合、左右の耳穴開放デバイス１００同士はＮＦＭＩにより音楽信号等を送受信し得る。左右の耳穴開放デバイス１００に重ねてヘッドホン５００が装着された場合、ヘッドホン５００は、このＮＦＭＩによる左右の耳穴開放デバイス１００同士の通信を検出して、ノイズキャンセル処理を開始してもよい。以下、図８２～図８５を参照して、この点について説明する。
図８２～図８５は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００及びヘッドホン５００によるＮＦＭＩを用いた相互機器検出を説明するための図である。図８２～図８５においては、耳穴開放デバイス１００Ａの構成要素の符号の末尾に「Ａ」を付し、耳穴開放デバイス１００Ｂの構成要素の符号の末尾に「Ｂ」を付すものとする。また、ヘッドホン５００の構成要素のうち、耳穴開放デバイス１００Ａに近接する構成要素の符号の末尾に「Ａ」を付し、耳穴開放デバイス１００Ｂに近接する構成要素の符号の末尾に「Ｂ」を付すものとする。端末装置８００は、例えばタブレット端末、スマートフォン又はエージェント機器等の任意の装置である。
図８２に示すように、ユーザは、片耳に耳穴開放デバイス１００Ａを装着し、他方の片耳に耳穴開放デバイス１００Ｂを装着しているものとする。端末装置８００は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ又はＷｉ－Ｆｉ等の任意の通信方式を用いて音楽信号を送信する。無線通信部１７０Ａは、端末装置８００により送信された音楽信号を受信し、ドライバ１１０Ａは、受信された音楽信号に基づき音楽を出力する。また、無線通信部１７０Ａは、ＮＦＭＩを用いて音楽信号を耳穴開放デバイス１００Ｂに転送する。無線通信部１７０Ｂは、転送された音楽信号を受信し、ドライバ１１０Ｂは、受信された音楽信号に基づき音楽を出力する。
次いで、図８３に示すように、ユーザは、ヘッドホン５００を、耳穴開放デバイス１００Ａ及び１００Ｂに重ねて装着したものとする。この場合、耳穴開放デバイス１００Ａが耳穴開放デバイス１００Ｂ宛てにＮＦＭＩを用いて送信した音楽信号により、ヘッドホン５００の無線通信部５５０Ａ及び５５０ＢのＮＦＭＩ送受信器も共鳴する。ヘッドホン５００は、このような磁気共鳴により、耳穴開放デバイス１００Ａ及び１００Ｂに重ねて装着されたことを検出する。同様に耳穴開放デバイス１００Ａ及び１００Ｂも、ヘッドホン５００が重ねて装着されたことを検出する。
その後、図８４に示すように、ヘッドホン５００と耳穴開放デバイス１００Ａ及び１００Ｂとは、ノイズキャンセル処理を開始する。詳しくは、耳穴開放デバイス１００Ａは、マイク１４１Ａにより生成したマイクデータを、無線通信部１７０Ａにより送信する。例えば、無線通信部１７０Ａは、ＮＦＭＩを用いた音楽信号の転送を停止し、ＮＦＭＩを用いてマイクデータを送信する。無線通信部１７０Ａから送信されたマイクデータは、無線通信部１７０Ａに近接する無線通信部５５０Ａにより受信される。ヘッドホン５００は、受信した音響信号に基づいてノイズキャンセル処理を行い、生成したノイズキャンセル信号をドライバ５１０Ａから出力する。耳穴開放デバイス１００Ｂに関しても同様である。
図８５に示すように、ヘッドホン５００が、音楽信号の受信及び左右への音楽信号の配信を代行してもよい。詳しくは、まず、無線通信部５５０Ａが、端末装置８００から送信された音楽信号を受信する。無線通信部５５０Ａは、端末装置８００から受信した音楽信号、及び耳穴開放デバイス１００Ａから受信したマイクデータを信号処理部５３１に出力する。また、無線通信部５５０Ｂは、耳穴開放デバイス１００Ｂから受信したマイクデータを信号処理部５３１に出力する。信号処理部５３１は、耳穴開放デバイス１００Ａ及び１００Ｂから受信されたマイクデータに基づいてノイズキャンセル信号を生成し、生成したノイズキャンセル信号に音楽信号を合成した合成信号を生成する。かかる合成信号は、ドライバ５１０Ａ及びドライバ５１０Ｂに入力され、音響として出力される。このような処理により、ヘッドホン５００の装着前後で、音楽再生が途切れる等の違和感をユーザに与えることがない、音楽再生主体のシームレスな移行を実現することができる。
ＮＦＭＩは、特にペアリング等を要さないので、このような相互機器検出が可能である。もちろん、ペアリングされた機器のみが、相互機器検出の対象となってもよい。
以下、図８６を参照して、耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００との磁気共鳴に基づいてノイズキャンセル処理が開始される場合の処理の流れの一例を説明する。
図８６は、本実施形態に係るノイズキャンセル処理が、耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００との磁気共鳴に基づいて開始される場合の処理の流れの一例を示すシーケンス図である。図８６に示すように、本シーケンスには耳穴開放デバイス１００及びヘッドホン５００が関与する。
開始時点で、ヘッドホン５００は電源ＯＮ状態である（ステップＳ２４２）。また、耳穴開放デバイス１００は、電源ＯＮ状態であり（ステップＳ３４２）、他の耳穴開放デバイス１００とＮＦＭＩ通信を行っている（ステップＳ３４４）。
耳穴開放デバイス１００は、ＮＦＭＩ通信中に、ＮＦＭＩで送信された規定信号を検出したか否かを判定する（ステップＳ３４６）。ＮＦＭＩで送信された規定信号を検出していないと判定された場合（ステップＳ３４６／ＮＯ）、処理は再度ステップＳ３４６に戻る。一方で、ＮＦＭＩで送信された規定信号を検出したと判定された場合（ステップＳ３４６／ＹＥＳ）、耳穴開放デバイス１００は、他の耳穴開放デバイス１００とのＮＦＭＩ通信を行う動作モードからヘッドホン５００とのＮＦＭＩ通信を行う動作モードへ動作モードを変更し、ヘッドホン５００とＮＦＭＩで無線接続する（ステップＳ３４８）。そして、耳穴開放デバイス１００は、マイクデータ（即ち、マイク１４１により生成された音響信号）をヘッドホン５００に送信する（ステップＳ３５０）。その後、耳穴開放デバイス１００は、上述したノイズキャンセル処理に関する規定動作を行う。
ヘッドホン５００は、ＮＦＭＩ通信の検出を開始し（ステップＳ２４４）、ＮＦＭＩ通信を検出したか否かを判定する（ステップＳ２４６）。ＮＦＭＩ通信を検出していないと判定された場合（ステップＳ２４６／ＮＯ）、ヘッドホン５００は、読み取り失敗カウントをインクリメントする（ステップＳ２４８）。次いで、ヘッドホン５００は、読み取り失敗カウントが既定回数に達したか否かを判定する（ステップＳ２５０）。読み取り失敗カウントが既定回数に達したと判定された場合（ステップＳ２５０／ＹＥＳ）、処理は終了する。一方で、読み取り失敗カウントが既定回数に達していないと判定された場合（ステップＳ２５０／ＮＯ）、処理は再度ステップＳ２４４に戻る。また、ＦＭＩ通信を検出したと判定された場合（ステップＳ２４６／ＹＥＳ）、ヘッドホン５００は、規定信号をＮＦＭＩで送信する（ステップＳ２５２）。そして、ヘッドホン５００は、耳穴開放デバイス１００とＮＦＭＩで無線接続し（ステップＳ２５４）、耳穴開放デバイス１００からマイクデータを受信する（ステップＳ３５０）。その後、ヘッドホン５００は、上述したノイズキャンセル処理に関する規定動作を行う。
（３）音響
耳穴開放デバイス１００の外側にヘッドホン５００が装着されたことは、耳穴開放デバイス１００又はヘッドホン５００が所定の音響を収音したことに基づいて検出されてもよい。この点について、図８７を参照して説明する。
図８７は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００及びヘッドホン５００による音響を用いた相互機器検出を説明するための図である。例えば、ヘッドホン５００は、ヘッドホン５００がユーザに装着されたことが検出された場合に、所定の音響を出力する。ユーザへの装着／非装着は、例えば感圧センサにより検出されるイヤーパッド５０２の変形に基づいて検出され得る。耳穴開放デバイス１００は、かかる所定の音響がマイク１４１により収音された場合に、ヘッドホン５００が重ねて装着されたことを検出する。この所定の音響は、可聴帯域以上の超音波領域の音響であってもよい。その場合、ユーザに不快感を与えずに、相互機器検出を行うことが可能となる。また、図８７に示した例とは逆に、耳穴開放デバイス１００が所定の音響を出力し、ヘッドホン５００が収音してもよい。
（４）ドライバの磁気
耳穴開放デバイス１００の外側にヘッドホン５００が装着されたことは、耳穴開放デバイス１００又はヘッドホン５００が所定の磁気を検出したことに基づいて検出されてもよい。この点について、図８８を参照して説明する。
図８８は、本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００及びヘッドホン５００による磁気を用いた相互機器検出を説明するための図である。例えば、耳穴開放デバイス１００には、音導部１２０の保持部１３０の付近に、磁気センサ１６２が設けられている。ヘッドホン５００のドライバ５１０には、磁石が含まれており磁気７５１を発する。そこで、耳穴開放デバイス１００は、磁気センサ１６２により磁気７５１が検出されたことに基づいて、ヘッドホン５００が重ねて装着されたことを検出する。なお、図８８に示した例とは逆に、ヘッドホン５００に磁気センサが設けられ、耳穴開放デバイス１００のドライバ１１０からの磁気を検出してもよい。
＜３．６．まとめ＞
以上、第３の実施形態について詳細に説明した。上記説明したように、第３の実施形態によれば、ユーザに重ねて装着された耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００とは、無線通信して協働することができる。具体的には、耳穴開放デバイス１００は、音響入力部１４１により生成した音響信号をヘッドホン５００に送信する。そして、ヘッドホン５００は、受信した音響信号に基づいてノイズキャンセル処理を行う。ヘッドホン５００は、鼓膜に近い位置の収音結果に基づいてノイズキャンセル処理行うことができるので、高いノイズキャンセル性能を実現することができる。
＜＜４．ハードウェア構成例＞＞
最後に、図８９を参照して、各実施形態に係る情報処理装置のハードウェア構成について説明する。図８９は、本実施形態に係る情報処理装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。なお、図８９に示す情報処理装置９００は、例えば、図３に示した耳穴開放デバイス１００、図３１に示したヘッドホン３００、図６５に示した耳穴開放デバイス１００、及び図６７に示したヘッドホン５００を実現し得る。本実施形態に係る耳穴開放デバイス１００、ヘッドホン３００又はヘッドホン５００による情報処理は、ソフトウェアと、以下に説明するハードウェアとの協働により実現される。
図８９に示すように、情報処理装置９００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９０１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）９０２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）９０３及びホストバス９０４ａを備える。また、情報処理装置９００は、ブリッジ９０４、外部バス９０４ｂ、インタフェース９０５、入力装置９０６、出力装置９０７、ストレージ装置９０８、ドライブ９０９、接続ポート９１１及び通信装置９１３を備える。情報処理装置９００は、ＣＰＵ９０１に代えて、又はこれとともに、電気回路、ＤＳＰ若しくはＡＳＩＣ等の処理回路を有してもよい。
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置および制御装置として機能し、各種プログラムに従って情報処理装置９００内の動作全般を制御する。また、ＣＰＵ９０１は、マイクロプロセッサであってもよい。ＲＯＭ９０２は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０３は、ＣＰＵ９０１の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する。ＣＰＵ９０１は、例えば、図３に示す制御部１５０、図３１に示す制御部３３０、図６５に示す制御部１５０又は図６７に示す制御部５３０を形成し得る。
ＣＰＵ９０１、ＲＯＭ９０２及びＲＡＭ９０３は、ＣＰＵバスなどを含むホストバス９０４ａにより相互に接続されている。ホストバス９０４ａは、ブリッジ９０４を介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バス９０４ｂに接続されている。なお、必ずしもホストバス９０４ａ、ブリッジ９０４および外部バス９０４ｂを分離構成する必要はなく、１つのバスにこれらの機能を実装してもよい。
入力装置９０６は、例えば、マイク又はアレイマイク等の音響を収音し、音響信号を生成することが可能な装置によって実現される。他にも、入力装置９０６は、測距センサ及び測距センサにより得られた振動情報を処理する回路を含み、離れた位置の音圧情報を取得可能な装置によって実現される。これらの入力装置９０６は、例えば、図３に示す音響情報取得部１４０、図３１に示す音響入力部３２０、図６５に示す音響情報取得部１４０又は図６７に示す音響入力部５２０を形成し得る。
他にも、入力装置９０６は、各種情報を検出する装置により形成され得る。例えば、入力装置９０６は、画像センサ（例えば、カメラ）、深度センサ（例えば、ステレオカメラ）、加速度センサ、ジャイロセンサ、磁気センサ、地磁気センサ、光センサ、音センサ、測距センサ、力センサ等の各種のセンサを含み得る。また、入力装置９０６は、情報処理装置９００の姿勢、移動速度等、情報処理装置９００自身の状態に関する情報や、情報処理装置９００の周辺の明るさや騒音等、情報処理装置９００の周辺環境に関する情報を取得してもよい。また、入力装置９０６は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星からのＧＮＳＳ信号（例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からのＧＰＳ信号）を受信して装置の緯度、経度及び高度を含む位置情報を測定するＧＮＳＳモジュールを含んでもよい。また、位置情報に関しては、入力装置９０６は、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、携帯電話・ＰＨＳ・スマートフォン等との送受信、または近距離通信等により位置を検出するものであってもよい。これらの入力装置９０６は、例えば、図３１に示すセンサ部３７０、図６５に示すセンサ部１６０又は図６７に示すセンサ部５４０を形成し得る。
出力装置９０７は、スピーカ、指向性スピーカ、又は骨伝導スピーカ等の、音響を出力可能な音響出出力装置で形成される。出力装置９０７は、例えば、図３に示す音響出力部１１０、図３１に示す音響出力部３１０、図６５に示す音響出力部１１０又は図６７に示す音響出力部５１０を形成し得る。
ストレージ装置９０８は、情報処理装置９００の記憶部の一例として形成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９０８は、例えば、ＨＤＤ等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス又は光磁気記憶デバイス等により実現される。ストレージ装置９０８は、記憶媒体、記憶媒体にデータを記録する記録装置、記憶媒体からデータを読み出す読出し装置および記憶媒体に記録されたデータを削除する削除装置などを含んでもよい。このストレージ装置９０８は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ及び外部から取得した各種のデータ等を格納する。
ドライブ９０９は、記憶媒体用リーダライタであり、情報処理装置９００に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９０９は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記憶媒体に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０３に出力する。また、ドライブ９０９は、リムーバブル記憶媒体に情報を書き込むこともできる。
接続ポート９１１は、外部機器と接続されるインタフェースであって、例えばＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）などによりデータ伝送可能な外部機器との接続口である。
通信装置９１３は、例えば、ネットワーク９２０に接続するための通信デバイス等で形成された通信インタフェースである。通信装置９１３は、例えば、有線若しくは無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又はＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９１３は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）用のルータ又は各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９１３は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。通信装置９１３は、例えば、図６５に示す無線通信部１７０又は図６７に示す無線通信部５５０を形成し得る。
なお、ネットワーク９２０は、ネットワーク９２０に接続されている装置から送信される情報の有線、または無線の伝送路である。例えば、ネットワーク９２０は、インターネット、電話回線網、衛星通信網などの公衆回線網や、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）を含む各種のＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などを含んでもよい。また、ネットワーク９２０は、ＩＰ－ＶＰＮ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ－Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｒｉｖａｔｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの専用回線網を含んでもよい。
以上、本実施形態に係る情報処理装置９００の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて実現されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより実現されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
なお、上述のような本実施形態に係る情報処理装置９００の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、ＰＣ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等である。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信されてもよい。
＜＜５．まとめ＞＞
以上、図１～図８９を参照して、本開示の各実施形態について説明した。
第１の実施形態に係る耳穴開放デバイス１００は、耳甲介腔、又は外耳道の内壁に当接する保持部１３０により、音響情報を取得する音響情報取得部１４０を耳珠よりも鼓膜側の空間に保持しつつも、開口部１３１により耳穴を外界に開放する。そして、耳穴開放デバイス１００は、当該音響情報取得部１４０により取得された音響情報に基づいてノイズキャンセル信号を生成する。例えば、耳穴開放デバイス１００は、音響情報取得部１４０の位置又は鼓膜位置をキャンセルポイントとするノイズキャンセル処理を行う。鼓膜に近い位置又は鼓膜がキャンセルポイントになるので、高いノイズキャンセル性能を実現することができる。
第２の実施形態に係るヘッドホン３００は、ユーザに装着された状態でユーザの片耳側に配置される３つのマイク３２０－１～３２０－３を有する。そして、ヘッドホン３００は、３つのマイク３２０－１～３２０－３により生成された３つの音響信号に基づいて、複数のノイズキャンセル信号を生成するノイズキャンセル処理を行う。典型的なノイズキャンセル機能搭載型のヘッドホンではマイクの数が最大２つであったところ、ヘッドホン３００は３つのマイクを有する。とりわけ、外耳道マイク３２０－３は、装着状態で外耳道の入り口付近に配置される。そのため、ヘッドホン３００は、多くのマイクにより生成された音響信号、又は外耳道の入り口付近に配置されたマイクにより生成された音響信号という、適切な情報に基づいてノイズキャンセル処理を行うことが可能である。
また、第２の実施形態に係るヘッドホン３００は、ハウジング３０１と、イヤーパッド３０２と、外耳道マイク３２０－３と、ドライバ３１０とを含む。そして、ヘッドホン３００は、装着状態で耳甲介腔、又は外耳道の内壁に当接する保持部１３０により、外耳道マイク３２０－３を耳珠よりも鼓膜側の空間に保持しつつも、開口部３０４により耳穴をヘッドホン３００の内側空間に開放する。このような構成により、外耳道マイク３２０－３が耳珠よりも鼓膜側の空間に保持される。従って、ヘッドホン３００は、併用型のノイズキャンセル機能を有する典型的なヘッドホンと比較して、ノイズキャンセル処理のキャンセルポイントをユーザの鼓膜により近い位置にすることが可能である。
第３の実施形態に係る耳穴開放デバイス１００は、ユーザに装着された耳穴開放デバイス１００の外側に重ねて装着されたヘッドホン５００と無線通信する。同様に、第３の実施形態に係るヘッドホン３００は、ユーザに装着されたヘッドホン５００よりも内側に重ねて装着された耳穴開放デバイス１００と無線通信する。このように、重ねて装着された耳穴開放デバイス１００とヘッドホン５００とは、無線通信して協働することができる。具体的には、耳穴開放デバイス１００は、音響入力部１４１により生成した音響信号をヘッドホン５００に送信する。そして、ヘッドホン５００は、受信した音響信号に基づいてノイズキャンセル処理を行う。ヘッドホン５００は、鼓膜に近い位置の収音結果に基づいてノイズキャンセル処理行うことができるので、高いノイズキャンセル性能を実現することができる。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
また、本明細書においてフローチャート及びシーケンス図を用いて説明した処理は、必ずしも図示された順序で実行されなくてもよい。いくつかの処理ステップは、並列的に実行されてもよい。また、追加的な処理ステップが採用されてもよく、一部の処理ステップが省略されてもよい。
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
（１）
音響情報を取得する音響情報取得部と、
ユーザに装着された状態で、耳甲介腔、又は外耳道の内壁に当接して、耳珠よりも鼓膜側の空間に前記音響情報取得部を保持する保持部と、
耳穴を外界に開放する開口部と、
前記音響情報取得部により取得された音響情報に基づいてノイズキャンセル信号を生成する信号処理部と、
を備える音響処理装置。
（２）
前記保持部は、前記耳甲介腔と前記外耳道の境界から前記鼓膜側に１５ｍｍまでの空間、又は前記耳甲介腔と前記外耳道との前記境界から前記鼓膜と反対側に１５ｍｍまでの空間に前記音響情報取得部を保持する、前記（１）に記載の音響処理装置。
（３）
前記音響処理装置は、前記ノイズキャンセル信号に基づいて生成される出力信号に基づいて音響を出力する音響出力部をさらに備え、
前記保持部は、前記音響情報取得部と前記音響出力部から出力される音響の出力孔との相対的位置関係を維持する、前記（１）又は（２）に記載の音響処理装置。
（４）
前記保持部は、前記音響情報取得部と前記鼓膜との直線上に前記外耳道の内壁が存在しない位置に前記音響情報取得部を保持する、前記（１）～（３）のいずれか一項に記載の音響処理装置。
（５）
前記音響情報取得部は、前記外耳道又は前記鼓膜の振動情報を取得し、取得した前記振動情報に基づいてキャンセルポイントの音圧情報を取得する、前記（１）～（４）のいずれか一項に記載の音響処理装置。
（６）
前記キャンセルポイントは、前記鼓膜の１点である、前記（５）に記載の音響処理装置。
（７）
前記音響情報取得部は、前記外耳道の内壁の２以上の点の前記振動情報に基づいて前記キャンセルポイントの音圧情報を推定する、前記（５）又は（６）に記載の音響処理装置。
（８）
前記音響情報取得部は、送信波を送信し、前記送信波が反射された反射波を取得して、反射点における変位又は速度を示す前記振動情報を取得する、前記（５）～（７）のいずれか一項に記載の音響処理装置。
（９）
前記音響情報取得部は、前記外耳道の三次元形状を示す情報に基づいて前記キャンセルポイントの音圧情報を推定する、前記（８）に記載の音響処理装置。
（１０）
前記音響情報取得部は、前記送信波の送信方向を変更しながら前記外耳道を走査することで前記外耳道の三次元形状を示す情報を取得する、前記（９）に記載の音響処理装置。
（１１）
前記音響処理装置は、前記外耳道の三次元形状を示す情報に基づいて前記ユーザを認証する認証部をさらに備える、前記（１０）に記載の音響処理装置。
（１２）
前記音響処理装置は、前記ノイズキャンセル信号に基づいて生成される出力信号に基づいて音響を出力する音響出力部をさらに備え、
前記信号処理部は、前記外耳道の三次元形状を示す情報に基づいて前記出力信号の音質を調整する、前記（５）～（１１）のいずれか一項に記載の音響処理装置。
（１３）
前記音響処理装置は、前記音響情報に基づいて前記ユーザにより前記音響処理装置が装着されているか否かを判定し、判定結果に基づいて前記音響処理装置の動作を制御する動作制御部をさらに備える、前記（５）～（１２）のいずれか一項に記載の音響処理装置。
（１４）
前記信号処理部は、両耳用の一対の前記音響情報取得部の各々により取得された前記音響情報に基づいて前記ユーザの自声を抽出し、抽出した前記ユーザの自声を前記ノイズキャンセル信号に合成する、前記（１）～（１２）のいずれか一項に記載の音響処理装置。
（１５）
前記音響処理装置は、前記ユーザの自声を収音するための他の音響情報取得部をさらに備え、
前記信号処理部は、前記他の音響情報取得部により取得された音響情報にさらに基づいて前記ユーザの自声を抽出する、前記（１３）に記載の音響処理装置。
（１６）
ユーザに装着された状態で、耳甲介腔、又は外耳道の内壁に当接して、耳珠よりも鼓膜側の空間に、耳穴を外界に開放しながら保持された音響情報取得装置により音響情報を取得することと、
取得された前記音響情報に基づいてノイズキャンセル信号を生成することと、
を含む音響処理方法。
１ 耳
２ 耳介
３ 耳輪脚
４ 耳甲介腔
５ 外耳道
６ 耳珠
７ 珠間切痕
８ 対珠
９ 鼓膜
１１ 第１カーブ
１２ 第２カーブ
１９ 耳甲介腔と外耳道との境界
３０ 内側空間
３１ 外側空間
１００ 耳穴開放デバイス
１１０ 音響出力部、ドライバ
１２０ 音導部
１２１ 一端
１２２ 他端
１２３ ピンチ部
１３０ 保持部
１３１ 開口部
１３２ 支持部材
１４０ 音響情報取得部
１４１ 音響入力部、マイク
１４２ 鼓膜音圧取得部
１５０ 制御部
１５１ 信号処理部
１５３ 動作制御部
１５５ 認証部
１５７ 通信制御部
１６０ センサ部
１６１ ＲＦＩＤ装置
１６２ 磁気センサ
１７０ 無線通信部
３００ ヘッドホン
３０１ ハウジング
３０２ イヤーパッド
３０３ 保持部
３０４ 開口部
３０５ 第１の支持部材
３０６ 第２の支持部材
３０７ リンク
３１０ 音響出力部、ドライバ
３２０ 音響入力部、マイク
３３０ 制御部
３３１ 信号処理部
３３３ 動作制御部
３４０ 有線接続部
３４１ 巻き取り部
３４２ 凹部
３５０ リンク
３５１ ジョイント部
３５２ 拘束部材
３５３ 滑動部材
３５４ レール
３６０ 姿勢制御装置
３６１ 操作体
３６２ リンク
３６３ ジョイント部
３７０ センサ部
５００ ヘッドホン
５０１ ハウジング
５０２ イヤーパッド
５１０ 音響出力部、ドライバ
５２０ 音響入力部、マイク
５３０ 制御部
５３１ 信号処理部
５３３ 動作制御部
５３５ 通信制御部
５４０ センサ部
５４１ ＲＦＩＤ装置
５５０ 無線通信部
８００ 端末装置

Claims (16)

  1. 音響情報を取得する音響情報取得部と、
    ユーザに装着された状態で、耳甲介腔、又は外耳道の内壁に当接して、耳珠よりも鼓膜側の空間に前記音響情報取得部を保持する保持部と、
    耳穴を外界に開放する開口部と、
    前記音響情報取得部により取得された音響情報に基づいてノイズキャンセル信号を生成する信号処理部と、
    を備える音響処理装置。
  2. 前記保持部は、前記耳甲介腔と前記外耳道の境界から前記鼓膜側に１５ｍｍまでの空間、又は前記耳甲介腔と前記外耳道との前記境界から前記鼓膜と反対側に１５ｍｍまでの空間に前記音響情報取得部を保持する、請求項１に記載の音響処理装置。
  3. 前記音響処理装置は、前記ノイズキャンセル信号に基づいて生成される出力信号に基づいて音響を出力する音響出力部をさらに備え、
    前記保持部は、前記音響情報取得部と前記音響出力部から出力される音響の出力孔との相対的位置関係を維持する、請求項１に記載の音響処理装置。
  4. 前記保持部は、前記音響情報取得部と前記鼓膜との直線上に前記外耳道の内壁が存在しない位置に前記音響情報取得部を保持する、請求項１に記載の音響処理装置。
  5. 前記音響情報取得部は、前記外耳道又は前記鼓膜の振動情報を取得し、取得した前記振動情報に基づいてキャンセルポイントの音圧情報を取得する、請求項１に記載の音響処理装置。
  6. 前記キャンセルポイントは、前記鼓膜の１点である、請求項５に記載の音響処理装置。
  7. 前記音響情報取得部は、前記外耳道の内壁の２以上の点の前記振動情報に基づいて前記キャンセルポイントの音圧情報を推定する、請求項５に記載の音響処理装置。
  8. 前記音響情報取得部は、送信波を送信し、前記送信波が反射された反射波を取得して、反射点における変位又は速度を示す前記振動情報を取得する、請求項５に記載の音響処理装置。
  9. 前記音響情報取得部は、前記外耳道の三次元形状を示す情報に基づいて前記キャンセルポイントの音圧情報を推定する、請求項８に記載の音響処理装置。
  10. 前記音響情報取得部は、前記送信波の送信方向を変更しながら前記外耳道を走査することで前記外耳道の三次元形状を示す情報を取得する、請求項９に記載の音響処理装置。
  11. 前記音響処理装置は、前記外耳道の三次元形状を示す情報に基づいて前記ユーザを認証する認証部をさらに備える、請求項１０に記載の音響処理装置。
  12. 前記音響処理装置は、前記ノイズキャンセル信号に基づいて生成される出力信号に基づいて音響を出力する音響出力部をさらに備え、
    前記信号処理部は、前記外耳道の三次元形状を示す情報に基づいて前記出力信号の音質を調整する、請求項５に記載の音響処理装置。
  13. 前記音響処理装置は、前記音響情報に基づいて前記ユーザにより前記音響処理装置が装着されているか否かを判定し、判定結果に基づいて前記音響処理装置の動作を制御する動作制御部をさらに備える、請求項５に記載の音響処理装置。
  14. 前記信号処理部は、両耳用の一対の前記音響情報取得部の各々により取得された前記音響情報に基づいて前記ユーザの自声を抽出し、抽出した前記ユーザの自声を前記ノイズキャンセル信号に合成する、請求項１に記載の音響処理装置。
  15. 前記音響処理装置は、前記ユーザの自声を収音するための他の音響情報取得部をさらに備え、
    前記信号処理部は、前記他の音響情報取得部により取得された音響情報にさらに基づいて前記ユーザの自声を抽出する、請求項１３に記載の音響処理装置。
  16. ユーザに装着された状態で、耳甲介腔、又は外耳道の内壁に当接して、耳珠よりも鼓膜側の空間に、耳穴を外界に開放しながら保持された音響情報取得装置により音響情報を取得することと、
    取得された前記音響情報に基づいてノイズキャンセル信号を生成することと、
    を含む音響処理方法。
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