JP7286938B2 - 音響出力装置および音響出力方法 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば音響出力装置および音響出力方法に関する。
ヘッドホンやイヤホンなどの音響出力装置では、リスナーの装用状態によって音響特性が変化してしまうことがある。近年では、デザイン性を重視した形状のイヤーパッドや、圧迫感に配慮した低側圧タイプのイヤーパッドなどが用いられる傾向がある。このようなイヤーパッドを用いた音響出力装置を、リスナーが正しく装用しないと、設計通りの、すなわち目的の音響特性が付与されない。また、ヘッドホンの装用状態に限らず、リスナーの頭部形状や、耳の大きさ、メガネの有無などのリスナーの身体的な要因等によって、目的の音響特性を付与できないこともある。
このような、リスナーの装用状態や身体的要因などの相違によらずに、目的の音響特性を付与するための技術としては、例えば次のような技術が挙げられる。詳細には、入力信号による再生目標特性と、該入力信号に対する信号処理が施された信号に基づいて出力された音をヘッドホンの内側に設けられるマイクで収音して得られる特性と、の差分を算出し、算出した差分に基づいて信号処理を入力信号に施す技術が挙げられる（特許文献１参照）。
特開２０１６－１５５８５号公報
しかしながら、音響出力装置において、リスナーの装用状態や身体的要因などの程度が、想定された以上に大きい場合、目的の音響特性が付与されない、という事態が起こり得る。リスナーが装用している音響出力装置において目的の音響特性が付与されているか否かを、リスナー自身が把握することは一般的には困難な場合が多い。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る音響出力装置は、入力信号に第１音響特性を付与する第１付与部と、前記第１音響特性が付与された信号に基づいて放音された音を収音する第１マイクと、前記入力信号の周波数特性と前記第１マイクで収音された信号の周波数特性との差分特性が、目標とする音響特性と比較して所定範囲内に収まっているか否かを判定する判定部と、前記差分特性が前記所定範囲内であれば、前記第１音響特性を該差分特性に基づいて補正する補正部と、前記差分特性が前記所定範囲を超えていれば、警告の出力を指示する指示部と、を有する。
第１実施形態に係るヘッドホンを示す図である。 ヘッドホンの構成を示すブロック図である。 ヘッドホンの装用状態による周波数応答の相違を説明するための図である。 ヘッドホンの動作を説明するためのフローチャートである。 第２実施形態に係るヘッドホンを示す図である。 ヘッドホンの構成を示すブロック図である。 第３実施形態に係るイヤホンの構造を示す図である。 イヤホンの装用状態を示す図である。 イヤホンの装用状態による周波数応答の相違を説明するための図である。 イヤホンの装用状態による周波数応答の相違を説明するための図である。
本発明の実施形態に係る音響出力装置について図面を参照して説明する。音響出力装置は、典型的には、上述したようにヘッドホンおよびイヤホンである。そこでまず、音響出力装置としてヘッドホンを例にとって説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る音響出力装置の一例であるヘッドホン１ａの構成を示す図であり、図２は、ヘッドホン１ａにおける２チャンネルのうち、１チャンネル分の構成を示すブロック図である。
図１に示されるように、ヘッドホン１ａは、ヘッドホンユニット１０Ｌ、１０Ｒと、ヘッドバンド３と、アーム４Ｌおよび４Ｒと、を含む。ヘッドバンド３は、弾力性を有する金属または樹脂などにより、円弧を描く形状となっている。ヘッドバンド３の両端のうち、一端側（図において左側）には、アーム４Ｌを介して、左耳用のヘッドホンユニット１０Ｌが取り付けられ、他端側（図において右側）には、アーム４Ｒを介して、右耳用のヘッドホンユニット１０Ｒが取り付けられている。
ヘッドホンユニット１０Ｌは、略円筒形状のハウジング１７０と、スピーカー１４０と、マイク１５０と、イヤーパッド１８２と、表示灯１９０と、を有する。
イヤーパッド１８２は、リスナーの耳を覆うための円環形状の緩衝部材であり、ハウジング１７０に着脱自在となっている。
スピーカー１４０は、イヤーパッド１８２が取り付けられるハウジング１７０の面のうち、円環形状のイヤーパッド１８２のほぼ中心には設けられる。ヘッドホンユニット１０Ｌにおけるスピーカー１４０は、ステレオのＬチャンネルの信号を音に変換して出力する。
マイク１５０（第１マイク）は、イヤーパッド１８２が取り付けられるハウジング１７０の面のうち、スピーカー１４０の近傍に設けられる。マイク１５０は、ヘッドホン１ａがリスナーに装用された場合に、イヤーパッド１８２で密閉された外耳道を含む空間においてスピーカー１４０から発せられた音を収音する。
表示灯１９０は、例えばハウジング１７０に取り付けられ、後述するようにヘッドホン１ａが正しく装用されていない場合に点灯する。
なお、表示灯１９０は、ヘッドホン１ａが正しく装用されていない状態をリスナーに知らせることを目的としているので、点灯に限られず、例えば、点滅であっても良いし、正しく装用されている状態で青色表示とし、正しく装用されていない状態で赤色表示とするように、色を切り換えて点灯または点滅しても良い。
ヘッドホンユニット１０Ｒについても、ヘッドホンユニット１０Ｌと同様に、ハウジング１７０と、スピーカー１４０と、マイク１５０と、イヤーパッド１８２と、を有する。
ヘッドホンユニット１０Ｌにおける左耳用の電気回路と、ヘッドホンユニット１０Ｒにおける右耳用の電気回路とは、ヘッドホンユニット１０Ｒにおいて表示灯１９０が設けられていない点を除き、互いにほぼ同一である。このため、電気回路については、左耳用のヘッドホンユニット１０Ｌを例にとって説明する。
図２に示されるように、ヘッドホンユニット１０Ｌは、ＡＩＦ１２２、ＡＰＩ１２４、信号処理部１６ａ、ＤＡＣ１３２、アンプ１３４、１５２、スピーカー１４０、マイク１５０、ＡＤＣ１５４および表示灯１９０を含む。
ＡＩＦ（Audio InterFace）１２２は、外部端末２００から、例えば無線によりデジタルで信号を受信するインターフェイスである。ＡＩＦ１２２が受信する信号は、典型的には、外部端末２００で再生されてリスナーに聴かせるコンテンツのオーディオ信号である。ＡＩＦ１２２で受信されたオーディオ信号は、信号Ｓａ（すなわち入力信号）として信号処理部１６ａに供給される。
なお、ＡＩＦ１２２は、無線ではなく有線で信号を受信しても良いし、デジタルではなくアナログで受信しても良い。アナログの信号を受信する場合には、後段の信号処理のために、図示省略された変換器によりデジタルに変換される。
また、ＡＩＦ１２２は、外部端末２００から、コンテンツ以外の信号を受信する場合もある。例えば外部端末２００においてヘッドホン１ａを制御するためのアプリケーションプログラムが実行された場合に、ＡＩＦ１２２は、該アプリケーションでなされた各種の指示信号を受信する。各種の指示信号は、図示省略された経路で信号処理部１６ａに供給される。
ＡＰＩ（Application Programming Interface）１２４は、外部端末２００に、例えば無線によりデジタルで信号を送信するインターフェイスである。ＡＰＩ１２４が送信する信号には、一例として、ヘッドホン１ａが正しく装用されていない状態を示す信号Ａldがある。なお、ＡＰＩ１２４についても、無線ではなく有線で信号を送信しても良い。
信号処理部１６ａは、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）であり、制御部１６０、音声記憶部１６１、判定部１６２、補正部１６３、音響特性付与部１６４および加算部１６８を含む。
なお、信号処理部１６ａは、ＤＳＰではなく、マイクロコンピュータによって実現しても良い。また、信号処理部１６ａの一部については、外部端末２００などのヘッドホン１ａ以外の機器において、ソフトウェア処理により実現しても良い。すなわち、信号処理部１６ａの一部または全部の処理については、ＤＳＰやマイクロコンピュータなどで区分することなく、実現することが可能である。
信号処理部１６ａのうち、指示部の一例である制御部１６０は、各種データや、補正係数、プログラムなどを記憶する記憶機能などを有するほか、記憶したプログラムにしたがって信号処理部１６ａの各部を制御する。
音声記憶部１６１は、例えば「ヘッドホンが正しく装用されていません」というデジタルの音声信号Ａlsを記憶し、該音声信号Ａlsを制御部１６０の指示によって出力する。なお、制御部１６０の指示がなければ、音声信号Ａlsは出力されない。
音響特性付与部１６４は、目的とする音響特性を信号Ｓａに付与するためのイコライザーである。音響特性付与部１６４によって付与される音響特性については、制御部１６０によって初期設定された特性が、補正部１６３から供給される補正係数にしたがって補正される。なお、音響特性付与部１６４は、第１音響特性付与部の一例である。このため、音響特性付与部１６４により付与される音響特性を第１音響特性と呼ぶ場合がある。
加算部１６８は、音響特性付与部１６４によって音響特性が付与された信号と、音声記憶部１６１から出力される音声信号Ａlsとを加算する。
ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）１３２は、加算部１６８によって加算された信号をアナログに変換し、アンプ１３４は、ＤＡＣ１３２により変換された信号を増幅する。スピーカー１４０は、アンプ１３４により増幅された信号を空気の振動、すなわち音に変換して出力する。
マイク１５０（第１マイク）は、ヘッドホン１ａがリスナーに装用された場合に、イヤーパッド１８２によって密閉された空間において、スピーカー１４０から出力された音を収音する。
アンプ１５２は、マイク１５０により収音された信号を増幅し、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）１５４は、アンプ１５２により増幅された信号をデジタルの信号Ｓｆに変換する。
判定部１６２は、第１に、信号Ｓａの周波数特性と信号Ｓｆの周波数特性とを比較して、その差分を示す情報を、補正部１６３に供給する。
ここで、信号Ｓａの周波数特性と信号Ｓｆの周波数特性との差分を示す情報とは、典型的には、信号Ｓａを基準として信号Ｓｆのレベルの差を周波数にわたって規定する情報である。このため、差分を示す情報を差分特性と表現する場合もある。
ところで、信号Ｓｆは、信号Ｓａに対し信号処理等によって遅延するので、判定部１６２は、信号Ｓａを遅延させて信号Ｓｆとほぼ同位相とした上で、信号Ｓａおよび信号Ｓｆ同士を比較する。
また、比較の例としては、信号Ｓａと信号Ｓｆとをそれぞれ高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform）した上で、両信号の例えばクロススペクトルを求める方法などが挙げられる。
判定部１６２は、信号Ｓａの周波数特性と信号Ｓｆの周波数特性との差分特性が、目標とする音響特性と比較して所定範囲内に収まっているか否かを判定し、その判定結果を制御部１６０に通知する。
なお、所定範囲の具体例や、判定結果の通知を受け取ったときの制御部１６０の動作については、後述する。
補正部１６３は、信号Ｓａの周波数特性と信号Ｓｆの周波数特性との差分特性が設計された音響特性（目標特性）となるような補正係数を出力する。
スピーカー１４０からは、信号Ｓａに第１音響特性が付与された信号に基づいた音が発せられる。スピーカー１４０から発せられた音は、イヤーパッド１８２で密閉された外耳道を含む空間を介し、マイク１５０によって収音されて信号Ｓｆとなる。
このため、信号Ｓａの周波数特性に対する信号Ｓｆの周波数特性の差分特性は、第１音響特性と上記空間の伝達した際に付与される特性との合算特性を示すことになる。よって、合算特性が目標特性に近づくように、音響特性付与部１６４により付与される第１音響特性を補正すると、リスナーに知覚される音響特性、すなわち、イヤーパッド１８２で密閉された空間を介してリスナーの鼓膜に実際に到達する音響特性が、目標特性に近づくことになる。
ただし、このような補正が成立するためには、リスナーの耳がイヤーパッド１８２で十分に密閉されていること、すなわち、リスナーがヘッドホン１ａを正しく装用していることが必要である。
図３は、ヘッドホン１ａの装用状態によって、リスナーの鼓膜に到達する周波数特性がどのように相違するのかを説明するための図である。なお、これらの周波数特性は、ダミーヘッドにヘッドホンを装用させて、信号Ｓａに目標特性を付与された信号に基づいて発音させるとともに、ダミーヘッドにおいて鼓膜に相当する地点に設けられたマイクで収音して得られた結果である。
図３における点線は、ダミーヘッドにヘッドホンが正しく装用されて、イヤーパッドの密閉度が十分に高くなっている場合の周波数特性を示す図である。なお、この周波数特性は、理想的な装用状態で得られているので、目標特性とほぼ近似している。
図３における破線は、ダミーヘッドにヘッドホンの一部が正しく装用されないために、イヤーパッドの密閉度が中程度となっている場合の周波数特性を示す図である。この状態は、リスナーがヘッドホンを正しく装用したつもりであったが、結果的に正しく装用されなかった状態に相当している。
図３における実線は、リスナーがヘッドホンをラフに装用したため、イヤーパッドの密閉度が低い状態となっている場合の周波数特性を示す図である。このような状態となる例としては、メガネの蔓（テンプル）が挟まってイヤーパッド１８２に隙間が生じた場合や、イヤーパッドと比較してリスナーの耳が大きい場合などが挙げられる。
図３において、装用状態の相違によって、周波数特性のうち、数百Ｈｚ以下の低域で発生している理由は、次のように考えられる。すなわち、周波数特性のうち、低域では、イヤーパッドによってリスナーの耳を塞いだときの密閉度の影響を受けやすい。このため、ヘッドホンの装用状態によって耳の密閉度が低下するにつれて、低域のレベルが低下する傾向が現れる。
１～２ｋＨｚ付近の中域では、低域と比較して装用状態が相違しても、あまり変動していない。すなわち、中域では、ヘッドホンの装用状態やリスナーの身体的要因などの影響を受けにくい、ということができる。
信号Ｓａに第１音響特性が付与された信号はアンプ１３４により増幅され、マイク１５０により収音された信号もアンプ１５２により増幅される。このため、増福前の信号Ｓａの周波数特性と増幅後の信号Ｓｆの周波数特性とは、レベルが異なるので単純に比較できない。
上述したように中域ではヘッドホンの装用状態やリスナーの身体的要因などの影響を受けにくい。そこで、判定部１６２は、信号Ｓａの周波数特性の中域（例えば１ｋＨｚ）を基準にして、信号Ｓｆの周波数特性の中域を合わせ込んだ上で、両信号の比較および差分特性の算出する構成としている。このような構成により、判定部１６２における比較や、差分特性の算出精度を向上させることができる。
判定部１６２における差分特性の算出精度が向上すれば、音響特性付与部１６４により付与される第１音響特性の補正の精度が向上する。
図３の実線で示されるように、イヤーパッドによる密閉度が低い状態でヘッドホンが装用されると、目標特性に近い音響特性（点線）と比較して、例えば低域側が１０ｄＢ以上低下する。
このような状態において、音響特性付与部１６４により信号Ｓａに付与する第１音響特性について、低域側を１０ｄＢ以上持ち上げるように補正すれば、理屈の上では、リスナーに聴かせる音の音響特性を目標特性に近づけることが可能である。
しかしながら、実際には、スピーカー１４０の再生性能などの制約により、上述したような補正を施したとしても、リスナーが聴く音の音響特性を目標特性に近づけることができない場合がある。
そこで、本実施形態では、補正によってリスナーが聴く音の音響特性を目標特性に近づけることができないと想定される場合には、リスナーにその旨を警告して、ヘッドホン１ａを正しい装用を促す構成となっている。
具体的には、上述したように中域を合わせ込んだ上で、信号Ｓａの周波数特性に対する信号Ｓｆの周波数特性の差分特性のうち低域（例えば１００Ｈｚ）のレベルが、目標特性の低域に対して、例えば６ｄＢを超えて離れていれば、リスナーに警告を発する構成としている。
次に、上記構成を踏まえて、信号処理部１６ａの動作の詳細について説明する。
図４は、信号処理部１６ａにおいて実行される制御を説明するためのフローチャートである。
なお、この制御は、信号Ｓａが入力されたとき、具体的には、信号Ｓａの振幅が一定期間にわたってゼロの状態から閾値以上に変化したときや、外部端末２００でアプリケーションプログラムが実行されている場合にリスナーによって特定の操作がなされたとき、あるいは、図示省略された電源スイッチがオンに操作されたときなど、を契機として実行される。
まず、制御部１６０は、各種の初期設定の処理を実行する（ステップＳ１２）。
ここで、各種の初期設定とは、具体的には制御部１６０が、前回の動作において内部に記憶した補正係数を音響特性付与部１６４にセットする処理などである。したがって、音響特性付与部１６４は、初期状態では、前回の実行時において補正された音響特性を信号Ｓａに付与することになる。
初期設定の後、制御部１６０は、判定部１６２に対し、信号Ｓａおよび信号Ｓｆをそれぞれ解析させて、両信号の周波数特性の算出を指示する（ステップＳ１４）。この指示により、判定部１６２は、信号Ｓａの周波数特性と信号Ｓｆの周波数特性とをそれぞれ算出する。この算出については、信号Ｓａが入力されてから、ある程度の時間（例えば５秒以上）経過するまでの間にわたって平均化して算出することが好ましい。
判定部１６２は、信号Ｓａの周波数特性の中域を基準に、信号Ｓｆの周波数特性の中域を合わせこんだ上で、両周波数特性の差分特性を算出し、該差分特性のうち低域のレベルが、目標特性における低域のレベルに対して、６ｄＢ以内に収まっているか否かを判定して、その判定結果を制御部１６０に通知する（ステップＳ１６）。
制御部１６０は、差分特性のうち低域のレベルが目標特性における低域のレベルに対して、６ｄＢ以内に収まっている旨の判定結果の通知を受ければ（ステップＳ１６の判定結果が「Ｙｅｓ」であれば）、該判定部１６２に対し、算出した差分特性を補正部１６３に供給すべき旨を指示する。この指示により、判定部１６２が差分特性を補正部１６３に供給する。
次に、制御部１６０は、補正部１６３に対し、信号Ｓａに対する信号Ｓｆの差分特性が目標とする音響特性となるような補正係数の生成を指示する。
この指示により、補正部１６３は、補正係数を生成して、制御部１６０および音響特性付与部１６４に供給する（ステップＳ１８）。
この補正係数にしたがって、音響特性付与部１６４は、第１音響特性を初期状態から補正するので、該第１音響特性が付与されてスピーカー１４０から発せられてリスナーの鼓膜に到達する音の特性（実際にはマイク１５０で収音される信号Ｓｆの音響特性）は、目標特性に近づくことになる。
このようにして、ヘッドホン１ａでは、信号Ｓａに目標特性に近い特性が付与された音をリスナーに聴かせることができる。
なお、補正に際し、音響特性が初期状態の特性から補正後の特性へと一気に切り替わると、その差が耳につきやすい。このため、音響特性の切り替えに際し、初期状態の特性から補正後の特性にむかって、例えば、時定数を持たせて段階的に補正係数を補間しながら変更する構成が好ましい。
制御部１６０は、補正部１６３から補正係数が供給されると、該補正係数を内部の記憶部に記憶させて（ステップＳ２０）、この動作を終了させる。
なお、動作が終了しても、補正された第１音響特性は維持されるので、リスナーは、引き続き信号Ｓａに目標特性に近い特性が付与された音を聴くことになる。
また、記憶部に記憶された補正係数は、次回、信号Ｓａが再度入力されたときや、リスナーから指示があったとき等において読み出されて、ステップＳ１２における初期設定に用いられる。
一方、制御部１６０は、差分特性のうち低域のレベルが目標特性における低域のレベルに対して、６ｄＢ以内に収まっていない旨の判定結果の通知を受ければ（ステップＳ１６の判定結果が「Ｎｏ」であれば）、警告の出力を指示する（ステップＳ２２）。
詳細には、制御部１６０は、ＡＰＩ１２４に信号Ａldを出力し、音声記憶部１６１から信号Ａlsを読み出して加算部１６８に供給させ、表示灯１９０を点灯させる。
ＡＰＩ１２４に供給された信号Ａldは、該ＡＰＩ１２４を介して外部端末２００に送信される。これにより、外部端末２００では、例えば「ヘッドホンが正しく装用されていません」という警告がグラフィカルで表示される。また、音声信号Ａlsが加算部１６８に供給されると、第１音響特性が付与された信号Ｓａと加算されて、スピーカー１４０によって「ヘッドホンが正しく装用されていません」という警告の音声が発せられる。さらに、表示灯１９０が点灯する。
これらの表示、音声、点灯によって、リスナーは、ヘッドホン１ａを正しく装用していないことを知るので、ヘッドホン１ａの装用位置を修正し、あるいは、自己の耳に適合するイヤーパッドに交換するなどして、ヘッドホン１ａを再装用する。ヘッドホン１ａの再装用後に、ステップＳ１６の判定結果が「Ｙｅｓ」になれば、リスナーは、信号Ｓａに目標特性に近い特性が付与された音を聴くことになる。
なお、右耳用のヘッドホンユニット１０Ｒには表示灯１９０が設けられていないが、右耳用のヘッドホンユニット１０Ｒの装用位置だけが正しくない場合、該ヘッドホンユニット１０Ｒの制御部１６０が、左耳用のヘッドホンユニット１０Ｌにおける制御部１６０に通知して、該ヘッドホンユニット１０Ｌの表示灯１９０を点灯させる構成としても良い。
このように本実施形態に係るヘッドホン１ａによれば、測定に特化した特殊なトーン信号を用いずに、リスナーに聴かせるコンテンツの信号を用いて音響特性が補正される。すなわち、ヘッドホン１ａによれば、コンテンツの音を聴取している状態のバックグラウンドで音響特性が補正される。このため、ヘッドホン１ａによれば、音響特性が補正されていることをリスナーに意識させないで、すなわち、不愉快なトーン信号をリスナーに聴かせないで済む。
さらに、ヘッドホン１ａが正しく装用されていると判定されれば、信号Ｓａに付与される音響特性が補正されて、目標特性に近づけられる。一方、ヘッドホン１ａが正しく装用されていないと判定されれば、その旨の警告が出力される。このため、ヘッドホン１ａによれば、たとえリスナーは、ヘッドホン１ａの装用状態が正しいと勘違いしている場合であっても、正しく装用されていない状態を知ることができる。特に、目的特性が付与されていない状態をリスナーが自覚できなければ、ヘッドホン１ａの性能が悪いと誤解してしまう可能性があるが、本実施形態では、このような誤解についてもリスナーに与えないで済む。
なお、本実施形態では、比較の対象を、目標特性と差分特性とにおける低域、特に１００Ｈｚのレベルで比較したが、ヘッドホン自体、特にイヤーパッドの密閉性やスピーカーの出力特性に依存することがあるので、比較とする対象や差の大きさも実施形態に限られない。
＜第２実施形態＞
次に、第１実施形態に係るヘッドホン１ａに、ヒアスルー機能およびノイズキャンセリンリング機能を追加した第２実施形態について説明する。
図５は、第２実施形態に係るヘッドホン１ｂの構成を示す図であり、図６は、ヘッドホン１ｂにおける１チャンネル分の構成を示すブロック図である。
図５に示されるように、ヘッドホン１ｂでは、ヘッドホン１ａ（図１参照）と比較して、例えば左右のハウジング１７０の各々にマイク１１０（第２マイク）が設けられる。マイク１１０は、ヘッドホン１ｂを装用するリスナーの周辺音を収音する。
図６に示されるように、ヘッドホン１ｂは、ヘッドホン１ａ（図２参照）と比較して、マイク１１０、アンプ１１２およびＡＤＣ１１４を含む。また、ヘッドホン１ｂでは、信号処理部１６ａが信号処理部１６ｂに置き換わっている。
アンプ１１２は、マイク１１０により収音された信号を増幅し、ＡＤＣ１１４は、アンプ１１２により増幅された信号をデジタルの信号Ｓｂに変換する。
信号処理部１６ｂは、信号処理部１６ａと比較して、さらに、逆相信号生成部１６５と、音響特性付与部１６６と、逆相信号生成部１６７と、を含む。
逆相信号生成部１６５は、フィードフォワードノイズキャンセル機能のために、信号Ｓｂに対し、比較的広い周波数帯域にわたって振幅がほぼ等しく、かつ、位相が反転した関係にある逆相信号を生成する。したがって、信号Ｓｂの逆相信号に基づく音をスピーカー１４０から出力すれば、リスナーの周辺音が抑圧されるはずである。ただし実際には、スピーカー１４０から出力される音は、リスナーの外耳道を経由して鼓膜に至る。すなわち、ヘッドホン１ｂの装用者であるリスナーは、スピーカー１４０から出力された音を、外耳道を経由して鼓膜に至るまでの空間の伝達特性が付与された状態で知覚する。
上記伝達特性は、リスナー毎に異なる。このため、周辺音をより正確に抑圧するためには、ヘッドホン１ｂを装用したリスナーの伝達特性の逆特性を付与して、すなわち伝達特性を打ち消す特性を信号Ｓｂに付与する必要がある。
信号Ｓｂを入力しない場合、信号Ｓｆは、信号Ｓａに第１音響特性が付与された信号を発音させて、リスナーの外耳道を伝達してマイク１５０で収音された信号となる。したがって、差分特性は、第１音響特性と伝達特性との合算特性を示す点は上述した通りである。このため、該差分特性から、現時点における第１音響特性を減じた特性が、ヘッドホン１ｂを装用したリスナーに固有の伝達特性となる。そこで、逆相信号生成部１６５は、例えば次のようにして、リスナーに固有の伝達特性の逆特性を、信号Ｓｂの逆相信号に付与する。
具体的には、第１に、判定部１６２は、例えば信号Ｓｂがほぼ無音状態のときに、信号Ｓａに対する信号Ｓｆの差分特性を補正部１６３に供給する。第２に、補正部１６３は、ヘッドホン１ｂを装用するリスナーの伝達特性を、上述したように差分特性に基づいて算出し、算出した伝達特性の逆特性を示す情報を逆相信号生成部１６５に供給する。第３に、逆相信号生成部１６５は、生成した信号Ｓｂの逆相信号に、補正部１６３から供給された情報に基づいて伝達特性の逆特性を付与する。
なお、逆相信号生成部１６５は、当初一般的または平均的なリスナーの伝達特性の逆特性を信号Ｓｂに付与し、その後、補正部１６３が、差分特性に基づいて算出した伝達特性（ヘッドホン１ｂを装用するリスナーの伝達特性）に近づけるような補正係数を出力して、逆相信号生成部１６５が、信号Ｓｂに付与する特性を補正する構成でも良い。
音響特性付与部１６６は、ヒアスルー機能のために、信号Ｓｂに所定の音響特性を付与する。ここで、ヒアスルー機能とは、周辺音のうち会話やアナウンスなどの音声を、密閉によってこもった音でなく、自然な感じで聴かせる機能をいう。
音響特性付与部１６６の音響特性についても、スピーカー１４０からリスナーの鼓膜に至るまでの伝達特性を考慮する必要がある。このため、判定部１６２が、信号Ｓａに対する信号Ｓｆの差分特性を補正部１６３に供給し、補正部１６３が、ヘッドホン１ｂを装用するリスナーの伝達特性を音響特性付与部１６６に供給し、音響特性付与部１６６が、該伝達特性に基づいた特性を信号Ｓｂに付与する構成となっている。
なお、音響特性付与部１６６は、第２音響特性付与部の一例である。このため、音響特性付与部１６４により付与される音響特性を第２音響特性と呼ぶ場合がある。また、第２音響特性は、判定部１６２による信号Ｓａと信号Ｓｆとの差分特性に基づいて制御される。
逆相信号生成部１６７は、フィードバックノイズキャンセル機能のために、信号Ｓｆの逆相信号を生成する。逆相信号生成部１６７で生成される逆相信号の特性についても、スピーカー１４０からリスナーの鼓膜に至るまでの伝達特性を考慮する必要があるので、逆相信号生成部１６７が、補正部１６３により供給される伝達特性に基づいた特性を信号Ｓｆの逆相信号に付与する構成となっている。
第２実施形態における加算部１６８は、次の信号同士を加算する。詳細には、加算部１６８は、音響特性付与部１６４により第１音響特性が付与された信号、逆相信号生成部１６５により生成された逆相信号、音響特性付与部１６６により第２音響特性が付与された信号、および、逆相信号生成部１６７により生成された逆相信号を、加算する。加算部１６８は、これらの加算信号をＤＡＣ１３２に供給する。したがって、ヘッドホン１ｂにおいてスピーカー１４０は、該加算信号に基づく音を出力することになる。
第２実施形態に係るヘッドホン１ｂによれば、第１実施形態に係るヘッドホン１ａと同様な効果にくわえて、騒音としての周辺音を精度良く抑圧することができるとともに、周辺音である会話やアナウンスなどのような情報として音声を自然な感じでリスナーに聴かせることができる。
ヘッドホン１ｂでは、ヘッドホン１ａと同様に、リスナーに聴かせるコンテンツの信号Ｓａを用いて、該信号Ｓａに付与する第１音響特性を補正することができる。なお、ヘッドホン１ｂでは、ヘッドホン１ａとは異なり、マイク１１０により周辺音を収音する構成となっているので、第１音響特性および第２音響特性の補正に際して、騒音となる周辺音のレベルを正確に知ることができる。周辺音が比較的大きい場合、信号Ｓｆに該周辺音の成分が重畳されるので、信号Ｓａに対する信号Ｓｆの差分特性が不正確になり、音響特性を正確に補正することができなくなる。
そこで、信号Ｓａに基づく音以外の暗騒音が、すなわちマイク１１０により収音された周辺音のレベルが閾値未満となっていると判定部１６２によって判定されて、その判定の結果を受領した場合に、制御部１６０は、次のような制御を実行する。具体的には、制御部１６０は、判定部１６２に対し、信号Ｓａに対する信号Ｓｆの差分特性を算出するように制御し、補正部１６３に対し、差分特性が目標特性となるような補正係数に出力するように制御する。
また、ヘッドホン１ｂにあっては、フィードフォワードノイズキャンセル機能およびフィードバックノイズキャンセル機能については、リスナーからの指示により（例えば、外部端末２００に対して特定の操作があって、該特定の操作についてＡＩＦ１２２を介して制御部１６０が受信したとき）個別にまたは一括してオンオフさせる構成としても良い。
すなわち、マイク１５０で収音した信号の逆相信号、または、マイク１１０で収音した信号の逆相信号の少なくとも一方を、もしくは、双方を、音響特性付与部１６４によって第１音響特性が付与された信号に、加算部１６８により加算する構成としても良い。
この構成において、音響特性付与部１６４により付与する第１音響特性の補正、および、音響特性付与部１６６により付与する第２音響特性の補正については、ノイズキャンセル機能がオンとなっている場合に限り実行しても良い。
＜第３実施形態＞
上述した第１実施形態および第２実施形態では、音響出力装置としてヘッドホン１ａ、１ｂを例示したが、イヤホンとしても適用可能である。
図７は、第３実施形態に係る音響出力装置の一例であるイヤホン２０の構造を示す図である。
この図に示されるようにイヤホン２０は、カナル型であり、ハウジング２７０およびイヤーピース２８２を含む。
ハウジング２７０は、概略筒状である。ハウジング２７０の内部空間には、スピーカー１４０およびマイク１５０が設けられる。詳細には、ハウジング２７０の内部空間を区画するように、スピーカー１４０の放音面が外耳道に向かう方向に取り付けられる。マイク１５０は、ハウジング２７０の内部空間においてスピーカー１４０で区画される空間のうち、外耳道側（図において右側）の空間に取り付けられる。
なお、ハウジング２７０には、装用時において、スピーカー１４０で区画される内部空間のうち、外耳道寄り空間において、外部と通気させる通気孔２７８が１または複数設けられる。
イヤーピース２８２は、ポリビニルやスポンジなどの弾力性を有する素材により、開口部２８６で開口する中空の砲弾形に成形されて、ハウジング２７０の外耳道側に対し着脱自在となっている。イヤーピース２８２がハウジング２７０に取り付けられた状態では、開口部２８６がハウジング２７０の内部空間に連通する。
なお、イヤホン２０の電気的な構成については、例えば図２に示されるヘッドホン１ａの構成と同一である。
すなわち、イヤホン２０は、ＡＩＦ１２２、信号処理部１６ａ、ＤＡＣ１３２、アンプ１３４、１５２、スピーカー１４０、マイク１５０、ＡＤＣ１５４を含み、このうち、スピーカー１４０およびマイク１５０以外の要素については、図８においては省略されている。なお、上記要素は、例えばハウジング２７０の内部空間においてスピーカー１４０で区画される空間のうち、外耳道とは反対側（図において左側）の空間に設けられる。
図８は、イヤホン２０の装用状態を示す図であり、詳細には、イヤホン２０がリスナーＷの右耳に装用された状態を示す図である。この図に示されるように、イヤホン２０のイヤーピース２８２が外耳道３１４に挿入される。詳細には、開口部２８６が鼓膜３１２に向かう方向に、イヤーピース２８２が外耳道３１４に挿入される一方で、ハウジング２７０の一部が外耳道３１４から露出した状態となる。
なお、図示が省略されているが、左耳用のイヤホンについても、右耳用のイヤホン２０と同様である。
図８は、イヤホン２０の正しい装用状態を示す図であるが、このような装用状態とするためには、リスナーが自己の外耳道３１４の形状や径等に合わせて適切なイヤーピース２８２を選択し、該イヤーピース２８２による外耳道３１４の密閉度を十分に高くする必要がある。
そこで次に、イヤホン２０の装用状態によって、密閉度が高い場合、および、密閉度が低い場合、リスナーが聴く音の周波数特性がどのように変化するかについて説明する。
図９は、イヤホン２０が正しく装用されて、イヤーピース２８２による密閉度が高い場合の周波数特性を示す図である。詳細には、被験者にイヤホン２０を正しく装用させるとともに、ある周波数特性を有する音がスピーカー１４０から発せられた場合に、マイク１５０によって収音された音の周波数特性を示す図である。
図９のうち、点線は、複数（十数人）の被験者における周波数特性の平均特性であり、実線は、上記複数の被験者のうち、ある特定の１人の被験者に着目して、該着目した被験者の周波数特性を示す図である。
図１０の実線は、イヤホン２０が正しく装用されてない状態の一例であって、外耳道３１４の内径がイヤーピース２８２の外形に対して小さいために、イヤーピース２８２による密閉度が低い場合の周波数特性の一例を示す図である。図１０の実線に示されるように、密閉度が低い場合、８００Ｈｚ以下の低域側において、周波数が低くなるにつれ、レベルが低下する。
このような場合、第１音響特性を補正しても、目標特性を付与できない状態となるが、第３実施形態に係るイヤホン２０によれば、警告が出力されるので、リスナーは、その状態を知ることができる。
なお、図１０に示されるように、イヤホン２０が正しく装用されない場合の低域レベルは、正しく装用されている場合の低域レベルと比較して１０ｄｂ以上低下するが、中域レベルはほぼ同じである。
このため、図１０のような特性を有するイヤホン２０が正しく装用されているか否かの判定については、ヘッドホン１ａ、１ｂにおけるステップＳ１６と同様にして判定することができる。
また、図１０の実線は、上記着目した被験者の左耳に装用されたイヤーピース２８２と同種（同径）のイヤーピース２８２を取り付けたイヤホン２０を、着目した被験者の右耳に装用した場合の例である。この場合、上記被験者の右耳の外耳道３１４の内径は、左耳の外耳道３１４の内径よりも大きく、左右の耳で同じイヤーピース２８２を用いても、左耳では高い密閉度が得られるが、右耳では高い得られないことを示している。このように、左右の外耳道の内径が異なるヒトは、ある程度の割合で存在することが知られている。
このようなイヤホン２０によれば、ヘッドホン１ａ、１ｂと同様にコンテンツの信号を用いて第１音響特性を補正するので、音響特性のリスナーに意識させないで済むし、また、不愉快なトーン信号をリスナーに聴かせないことができる。また、イヤホン２０が正しく装用されていないと判定されれば、その旨の警告が出力されるので、リスナーは、正しく装用していない状態を知ることができる。これにより、リスナーは、イヤホン２０の装用を修正したり、イヤーピース２８２を交換したりして、目的特性が付与された音を聴くことができる。
＜付記＞
上述した実施形態等から、例えば以下のような態様が把握される。
＜態様１＞
本発明の好適な態様１に係る音響出力装置は、入力信号に第１音響特性を付与する第１付与部と、前記第１音響特性が付与された信号に基づいて放音された音を収音する第１マイクと、前記入力信号の周波数特性と前記第１マイクで収音された信号の周波数特性との差分特性が、目標とする音響特性と比較して所定範囲内に収まっているか否かを判定する判定部と、前記差分特性が前記所定範囲内であれば、前記第１音響特性を該差分特性に基づいて補正する補正部と、前記差分特性が前記所定範囲を超えていれば、警告の出力を指示する指示部と、を有する。
態様１によれば、入力信号に目的とする音響特性を付与した音をリスナーに聴かせる構成において、実際に放音された音の周波数特性に応じて上記音響特性が補正される。このため、リスナーは、目的とする音響特性に近い音を精度良く聴くことができる。一方、なんらかの原因により補正しきれない状態にあると想定される場合には、警告の出力が指示されるので、リスナーは、目的とする音響特性が付与されない状態を知ることができる。
＜態様２＞
態様２に係る音響出力装置は、上記態様１に係る音響出力装置おいて、前記指示部は、前記第１音響特性が付与された信号に、前記警告を示す音声信号の加算を指示する。
態様２によれば、リスナーは、目的とする音響特性が付与されない状態であることを示す警告を、装用した状態に音声にて知ることができる。
＜態様３＞
態様３に係る音響出力装置は、上記態様１に係る音響出力装置おいて、前記入力信号は、外部端末から供給され、前記指示部は、前記外部端末に前記警告の出力を指示する。
態様３によれば、リスナーは、目的とする音響特性が付与されない状態であることを示す警告を、外部端末の表示などで知ることができる。
＜態様４＞
態様４に係る音響出力装置は、上記態様１に係る音響出力装置において、前記指示部は、表示灯を制御して、前記警告の出力を指示する。
態様４によれば、リスナーは、目的とする音響特性が付与されない状態であることを示す警告を、表示灯の点灯や点滅などで知ることができる。
＜態様５＞
態様５に係る音響出力装置は、上記態様１乃至４のいずれかに係る音響出力装置において、周辺音を収音する第２マイクと、前記第２マイクで収音された信号に第２音響特性を付与する第２付与部と、前記第１の音響特性が付与された信号と、第２の音響特性が付与された信号とを加算して、前記スピーカーに向けて出力する加算部と、を含み、前記補正部は、前記第２音響特性を前記差分特性に基づいて補正する。
態様５によれば、周辺音のうち会話やアナウンスなどの音声を自然な感じでリスナーに聴かせることができる。
＜態様６＞
態様６に係る音響出力装置は、上記態様５に係る音響出力装置において、前記加算部は、前記第１マイクで収音された信号の逆相信号、または、前記第２マイクで収音された信号の逆相信号、の少なくとも一方をさらに加算する。
態様６によれば、周辺音を適切に抑圧することが可能となる。
１ａ、１ｂ…ヘッドホン、２０…イヤホン、１６ａ、１６ｂ…信号処理部、１１０、１５０…マイク、１４０…スピーカー、１６０…制御部、１６２…判定部、１６３…補正部、１６４、１６６…音響特性付与部、１６５、１６７…逆相信号生成部、１６８…加算部、１９０…点灯部、２００…外部端末。

Claims (12)

  1. 入力信号に第１音響特性を付与する第１付与部と、
    前記第１音響特性が付与された信号に基づいて放音されたリスナーに聴かせるコンテンツの音を収音する第１マイクと、
    前記入力信号の周波数特性と前記第１マイクで収音された信号の周波数特性との差分特性のうち差分が最も小さい周波数を基準とした場合の低域側の差分特性が、目標とする音響特性と比較して所定範囲内に収まっているか否かを判定する判定部と、
    前記入力信号の周波数特性と前記第１マイクで収音された信号の周波数特性との差分特性が、目標とする音響特性と比較して所定範囲内に収まっているか否かを判定する判定部と、
    前記低域側の差分特性が前記所定範囲内であれば、前記第１音響特性を該差分特性に基づいて補正して、スピーカーに向けて出力する補正部と、
    前記低域側の差分特性が前記所定範囲を超えていれば、警告の出力を指示する指示部と、
    を有する音響出力装置。
  2. 前記指示部は、前記第１音響特性が付与された信号に、前記警告を示す音声信号の加算を指示する
    請求項１に記載の音響出力装置。
  3. 前記入力信号は、外部端末から供給され、
    前記指示部は、前記外部端末に前記警告の出力を指示する
    請求項１に記載の音響出力装置。
  4. 前記指示部は、表示灯を制御して、前記警告の出力を指示する
    請求項１に記載の音響出力装置。
  5. 周辺音を収音する第２マイクと、
    前記第２マイクで収音された信号に第２音響特性を付与する第２付与部と、
    前記第１音響特性が付与された信号と、第２音響特性が付与された信号とを加算して、前記スピーカーに向けて出力する加算部と、
    を含み、
    前記補正部は、前記第２音響特性を前記差分特性に基づいて補正する
    請求項１乃至４のいずれかに記載の音響出力装置。
  6. 前記加算部は、
    前記第１マイクで収音された信号の逆相信号、または、前記第２マイクで収音された信号の逆相信号、の少なくとも一方をさらに加算する
    請求項５に記載の音響出力装置。
  7. 入力信号に第１音響特性を付与し、
    前記入力信号の周波数特性と、前記第１音響特性が付与された信号に基づいて出力された、リスナーに聴かせるコンテンツの音を収音した信号の周波数特性との差分特性のうち差分が最も小さい周波数を基準とした場合の低域側の差分特性が、目標とする音響特性と比較して所定範囲内に収まっているか否かを判定し、
    前記低域側の差分特性が前記所定範囲内であれば、前記第１音響特性を該差分特性に基づいて補正して、スピーカーに向けて出力し、前記低域側の差分特性が前記所定範囲を超えていれば、警告の出力を指示する
    音響出力方法。
  8. 前記差分特性が前記所定範囲を超えていれば、前記第１音響特性を付与した信号に、前記警告を示す音声信号の加算を指示する
    請求項７に記載の音響出力方法。
  9. 前記入力信号は、外部端末から供給され、
    前記差分特性が前記所定範囲を超えていれば、前記外部端末に前記警告の出力を指示する
    請求項７に記載の音響出力方法。
  10. 前記差分特性が前記所定範囲を超えていれば、前記警告の出力として表示灯を制御する
    請求項７に記載の音響出力方法。
  11. 周辺音を収音した信号に第２音響特性を付与し、
    前記第１音響特性を付与した信号と、前記第２音響特性を付与した信号とを加算して、前記スピーカーに向けて出力し、
    前記第２音響特性を前記差分特性に基づいて補正する
    請求項７乃至１０のいずれかに記載の音響出力方法。
  12. 前記第１音響特性が付与された信号に基づいて出力された、リスナーに聴かせるコンテンツの音を収音した信号の逆相信号、または、前記周辺音を収音した信号の逆相信号、の少なくとも一方をさらに加算する
    請求項１１に記載の音響出力方法。
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