JPH0732505B2 - Headphone device - Google Patents

Headphone device

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JPH0732505B2
JPH0732505B2 JP7358494A JP7358494A JPH0732505B2 JP H0732505 B2 JPH0732505 B2 JP H0732505B2 JP 7358494 A JP7358494 A JP 7358494A JP 7358494 A JP7358494 A JP 7358494A JP H0732505 B2 JPH0732505 B2 JP H0732505B2
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signal
cavity
diaphragm
input
headphone device
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アマー・ジー・ボーズ
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Bose Corp
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、一般にはヘッドホーン
に関し、更に詳細には歪を減少させると共に利用者によ
って感知するものが変わらない比較的一定の周波数応答
を供給しながら雑音を減少させる新規な装置及び技術に
関する。本発明は、頭にカップを押しつける力によって
頭に過度の圧力を与えずに快適に装着できる比較的コン
パクトなヘッドホーンによって前記特徴を達成する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to headphones, and more particularly to a novel method for reducing distortion while reducing noise while providing a relatively constant frequency response that is perceptible to the user. Equipment and technology. The present invention achieves the above features with a relatively compact headset that can be comfortably worn without exerting undue pressure on the head due to the force of pressing the cup against the head.

【0002】[0002]

【従来技術】雑音を減衰させる従来の典型的方法は、高
い質量、大きい容積で、頭に大きい圧力を及ぼすばね支
持装置を有するヘッドホーンを使用している。高質量
は、加速度に抵抗しヘッドホーン壁の構造的剛性に寄与
する慣性を増加させる。高圧力は空気の漏れなしに密閉
した低周波数の減衰を増大させる効果がある。大きい容
積のコンプライアンス性空気空洞は高周波ロールオフを
与える。しかし、これらの技術の殆んどは利用者に対す
る不快を増大させる。
2. Description of the Prior Art Typical conventional methods of damping noise use headphones with high mass, large volume, and spring support devices that exert a large pressure on the head. High mass increases inertia which resists acceleration and contributes to the structural rigidity of the headphones wall. High pressure has the effect of increasing the closed low frequency damping without air leakage. The large volume of compliant air cavity provides high frequency roll-off. However, most of these techniques increase user discomfort.

【0003】従来の能動的雑音消去技術はヘッドホーン
の外部のマイクロホンを利用して外部雑音を変換する方
法を含む。次に電気装置が、雑音信号に対してヘッドホ
ーンにより生じさせられる減衰と同様に変換された雑音
信号を処理してヘッドホーン・ドライバに逆の位相にさ
れた信号を供給して外部雑音をキャンセルする。この方
法は異なった利用者には適用できないオープン・ループ
・システムで、ヘッドホーン内部の雑音レベルを実際増
大させる可能性がある。別の方法は、閉ループ又はサー
ボ機構を使用するもので、例えば、National Techni
cal Information Serviceにより頒布されたレポー
トAB−A009 274に記載される、1975年4
月のPatrick Michael Dallostaによる「A STU
DY OF PROPOSED EAR PROTEC
TION DEVICES FOR LOW FREQ
UENCY NOISE ATTENUATION」が
ある。米国特許第3,009,991号はフイードバック
・ループ内のスピーカのダイヤフラムのすぐ近くに設け
られる速度感知マイクロホンを開示する。米国特許第
3,562,429号は可動フイードバック、遠隔音響フ
イードバック及びヘッドホーンの周囲のフイードバック
を開示する。
Conventional active noise cancellation techniques include methods of converting external noise using a microphone external to the headphones. The electrical device then processes the converted noise signal in the same way as the attenuation caused by the headphones on the noise signal and supplies the headphone driver with the opposite phased signal to cancel external noise. To do. This method is an open loop system that is not applicable to different users and may actually increase the noise level inside the headphones. Another method uses a closed loop or servomechanism, such as National Techni.
4 1975, described in report AB-A009274, distributed by cal Information Services.
“A STU” by Patrick Michael Dallosta of the Moon
DY OF PROPOSED EAR PROTEC
TION DEVICES FOR LOW FREQ
There is "UNCY NOISE ATTENUATION". U.S. Pat. No. 3,009,991 discloses a speed sensitive microphone located in the feedback loop, in the immediate vicinity of the speaker diaphragm. U.S. Pat. No. 3,562,429 discloses a movable feedback, a remote acoustic feedback and a feedback around the headphones.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、前述の問題を改善したヘッドホーン装置を提供する
ことである。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, it is an object of the present invention to provide a headphone device which solves the above problems.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ヘッド
ホーン空洞を画定する手段及びその空洞内に設けられる
圧力感知マイクロホン等の電気音響変換手段を有し、外
部雑音と、同じ空洞内でヘッドホーン・ドライバによっ
て発生される音との、和に対応する信号を提供する。ま
た、その変換された信号を再生されるべき所望の入力信
号と組合せる手段を有し、雑音を表わす誤差信号及び再
生されるべき入力信号とその空洞内のヘッドホーン・ド
ライバの出力との差を発生する。組合せ手段を含むサー
ボ手段が、これらの誤差信号を補償して、外部雑音及び
歪を著しく減少させた出力音響信号を耳に与え、また、
再生されるべき所望の信号が加えられる入力と耳との間
にほぼ一様な周波数応答を与える。
According to the present invention, there is provided a means for defining a headphone cavity and an electroacoustic transducing means, such as a pressure sensitive microphone, provided within the cavity, so as to accommodate external noise in the same cavity. It provides a signal corresponding to the sum of the sounds produced by the headphone driver. It also has means for combining the converted signal with the desired input signal to be reproduced, an error signal representative of noise and the difference between the input signal to be reproduced and the output of the headphone driver in the cavity. To occur. Servo means, including combining means, compensate for these error signals to provide the ear with an output acoustic signal with significantly reduced external noise and distortion, and
It provides a nearly uniform frequency response between the input and the ear to which the desired signal to be reproduced is applied.

【0006】耳とヘッドホーンの間にはクッション手段
が設けられ、顕著な漏れを防止し、圧力場における感知
し得る発散を防止する。クッション手段は、充分に柔軟
性があり、不規則な耳の形に適応して望ましい封止を行
ない、また充分に高い密度及び流動抵抗を有し、画定さ
れる空洞部分が剛性の壁を有するほぼ理想的空洞として
機能して、空洞壁における圧力波が零速度の境界条件を
満たし、空洞を横切る最大距離よりもかなり大きい波長
に対して圧力振幅がほぼ一定になるようにしている。電
気音響変換手段は、ヘッドホーン・ドライバ手段に近接
して耳の近くの空洞内の圧力に応答するように配置され
る。好適には、ヘッドホーン・ドライバ手段は関連のオ
ーディオ周波数範囲でピストンとして作動するダイヤフ
ラムから成る。ダイヤフラムを横断するスパンは、例え
ば円形ダイヤフラムではその直径で、望ましくは小さ
く、例えば動作オーディオ周波数の最高周波数における
1/3波長よりも小さい。
Cushion means are provided between the ears and the headphones to prevent significant leakage and prevent appreciable divergence in the pressure field. The cushioning means are sufficiently flexible to accommodate the irregular ear shape to provide the desired seal, have sufficiently high density and flow resistance, and the cavity portion defined has rigid walls. Acting as a near-ideal cavity, the pressure wave at the cavity wall satisfies the zero velocity boundary condition and the pressure amplitude is nearly constant for wavelengths well above the maximum distance across the cavity. The electro-acoustic transducing means is positioned proximate to the headphone driver means and responsive to the pressure in the cavity near the ear. Preferably, the headphone driver means comprises a diaphragm which acts as a piston in the relevant audio frequency range. The span across the diaphragm is desirably small, eg its diameter in a circular diaphragm, eg less than 1/3 wavelength at the highest frequency of the operating audio frequency.

【0007】[0007]

【実施例】本発明を実施例に従って詳細に説明する。EXAMPLES The present invention will be described in detail with reference to examples.

【0008】図1を参照すると、本発明のヘッドホーン
を耳につけた状態の概略が示される。マイクロホン11
は空洞12内にヘッドホーン・ハウジング13、ドライ
バ17及びドライバ・ダイヤフラム14と同軸上に配置
され、外耳16とヘッドホーンのクッション支持部21
との間の領域はクッション15が封止する。マイクロホ
ン11は外耳道18の入口に近接して、マイクロホン1
1における圧力波の振幅が外耳道18の入口とほぼ同一
となるように配置される。空洞12は、圧力がその空洞
全体に亘って実質的に一定となるように小さくされる。
この目的を達成するため、クッション15は機械的コン
プライアンスが高く、また高流動抵抗、高密度を有し、
軸方向断面積はダイヤフラム14とほぼ等しく、そして
空洞12の周囲のクッション15の軸方向環状断面積よ
りも小さい。ヘッドホーン・ハウジング13は、図1に
示すように、摩擦性ポール・ジョイント22によって周
知の態様で弾力性ヘッドバンド23に結合される。
Referring to FIG. 1, there is shown an outline of a state in which the headphone of the present invention is put on the ear. Microphone 11
Is arranged coaxially with the headphone housing 13, the driver 17, and the driver diaphragm 14 in the cavity 12, and the outer ear 16 and the cushion support portion 21 of the headphone 21.
A cushion 15 seals a region between the and. The microphone 11 is located near the entrance of the ear canal 18 and
The pressure wave at 1 is arranged so that the amplitude of the pressure wave is substantially the same as the entrance to the ear canal 18. The cavity 12 is reduced so that the pressure is substantially constant throughout the cavity.
To achieve this purpose, the cushion 15 has high mechanical compliance, high flow resistance and high density,
The axial cross-sectional area is approximately equal to the diaphragm 14 and smaller than the axial annular cross-sectional area of the cushion 15 around the cavity 12. The headphone housing 13 is joined to a resilient headband 23 in a known manner by a friction pole joint 22, as shown in FIG.

【0009】ヘッドホーン・クッション15の代表的材
料は復元するのが遅い連続気泡(open cell)
ウレタンフォーム(発泡体)である。クッション15
は、比較的大きな面積に亘って外耳16を押え、充分に
大きい面積について良好な封止を維持するのに必要な力
を分散して有効に密閉し、耳への圧力を充分低くして利
用者を不快にさせないようにしている。連続気泡高流動
抵抗材料は、耳の不規則形に適合する連続気ほう材料の
機械的長所を示すと同時に、ミドル・レンジの所定周波
数、例えば2KHz以上のスペクル成分を著しく減衰さ
せる点で独立気泡(closed cell)材料の音
響的長所を有する。また、空洞内の圧力をこの周波数範
囲で実質的に一定に維持する。流動体を満たしたクッシ
ョンも、また、これらの特性を有している。このような
本発明の構成は、従来のような低周波信号をごくわずか
減衰させる耳の周囲の密閉又は連続気泡低流動抵抗クッ
ションを保持するのに必要な力に応答して発生される頭
上の高圧力を伴う大きな空洞を設けるものとは相違す
る。このような従来の空洞は大きな圧力場における発散
によって特徴づけられ、一定の音圧レベルを発生するの
に本発明による小さな空洞よりも大きなダイヤフラムの
偏倚運動が必要となる。このように、本発明の利用者に
より快適さを与える小さなセットでより良い音響効率を
達成することができる。
A typical material for the headphone cushion 15 is an open cell that is slow to recover.
It is a urethane foam. Cushion 15
Is used to hold the outer ear 16 over a relatively large area, distribute and effectively seal the force necessary to maintain a good seal for a sufficiently large area, and sufficiently reduce the pressure on the ear. I try not to make people uncomfortable. The open-cell high-flow resistance material exhibits the mechanical advantages of the open-cell material that conforms to the irregular shape of the ear, and at the same time, it significantly attenuates the spectrum component at a predetermined frequency in the middle range, for example, 2 kHz or more. It has the acoustical advantages of (closed cell) materials. It also keeps the pressure in the cavity substantially constant in this frequency range. Fluid-filled cushions also have these properties. Such an arrangement of the present invention provides the overhead power generated in response to the forces required to hold a closed or continuous bubble low flow resistance cushion around the ear that attenuates low frequency signals as is conventional. This is different from providing a large cavity with high pressure. Such conventional cavities are characterized by a divergence in a large pressure field and require a larger diaphragm displacement than the smaller cavities of the present invention to produce a constant sound pressure level. In this way, better acoustic efficiency can be achieved with a small set that gives the user of the present invention more comfort.

【0010】図2を参照すると、本発明による装置の論
理構成を示すブロック図が示される。信号結合器30は
入力端子24のヘッドホーンによって再生されるのに望
ましい信号をマイクロホン・プリアンプ35によって与
えられるフイードバック信号と代数的に結合する。信号
結合器30はその結合された信号を圧縮器31に供給
し、この圧縮器は高レベル信号のレベルを制限する。そ
してこの圧縮器はその圧縮された信号を補償器31Aに
送出する。補償回路31Aはオープン・ループ・ゲイン
をナイキストの安定判別法に適合させ、ループが閉じた
とき発振しないようにする。図示の装置は左及び右の耳
に対し同様に作られる。
Referring to FIG. 2, there is shown a block diagram showing a logical configuration of the device according to the present invention. The signal combiner 30 algebraically combines the desired signal to be reproduced by the headphones at the input terminal 24 with the feedback signal provided by the microphone preamplifier 35. The signal combiner 30 supplies the combined signal to the compressor 31, which limits the level of the high level signal. Then, this compressor sends the compressed signal to the compensator 31A. Compensation circuit 31A adapts the open loop gain to the Nyquist stability criterion to prevent oscillation when the loop is closed. The device shown is similarly constructed for the left and right ears.

【0011】電力増幅器32はヘッドホーン・ドライバ
17を付勢して空洞12内に音響信号を発生し、その信
号は音響入力端子25の領域から空洞に入る外部雑音信
号と円36で示す部分で結合され、その結合された音圧
信号はマイクロホン11に加えられそこで変換される。
マイクロホン・プリアンプ35は変換された信号を増幅
しそれを信号結合器30に伝送する。
The power amplifier 32 energizes the headphone driver 17 to generate an acoustic signal in the cavity 12, which signal at the portion indicated by circle 36 and the external noise signal entering the cavity from the area of the acoustic input terminal 25. Combined, the combined sound pressure signal is applied to the microphone 11 where it is converted.
The microphone preamplifier 35 amplifies the converted signal and transmits it to the signal combiner 30.

【0012】補償回路31Aは、ループ・ゲインT
(s)が図4の曲線20で示すように40〜2000H
zで最大となる(オープン・ループ)ように設計される。
このループ・ゲインはP(s)=(CBDEMA)で表さ
れ、ここでDMはドライバ17への電気入力に対するマ
イクロホン11の電気信号出力の伝達関数であり、A、
B、C、E、D及びMは夫々、マイクロホン・プリアン
プ35、電力増幅器32、圧縮器回路31、補償回路3
1A、ドライバ17及びマイクロホン11の伝達特性で
ある。このループ・ゲインは、利用者の頭の相異及び頭
からはずすことを含め、異なった条件で安定性を確保す
るのに充分な位相マージン及び振幅マージンを考慮して
最大にされている。
The compensation circuit 31A has a loop gain T
(S) is 40 to 2000H as shown by the curve 20 in FIG.
Designed to be maximal in z (open loop).
This loop gain is represented by P (s) = (CBDEMA), where DM is the transfer function of the electrical signal output of the microphone 11 with respect to the electrical input to the driver 17, A,
B, C, E, D, and M are the microphone preamplifier 35, the power amplifier 32, the compressor circuit 31, and the compensation circuit 3, respectively.
1A is a transfer characteristic of the driver 17 and the microphone 11. The loop gain is maximized with consideration of the phase and amplitude margins sufficient to ensure stability under different conditions, including user head differences and decoupling.

【0013】電気入力から圧力出力への閉ループ伝達関
数POは、外耳道への入口において PO/VI=Tu=CBDE/(1+CBDEMA) である。周波数の関数としてのこの閉ループ伝達関数の
振幅は図4の曲線21に対応する。PIが音響的雑音入
力に対応する場合の能動雑音減少量は (PO/PI)=NR=1+CBDEMA=1+T(s) である。
The closed loop transfer function P O from the electrical input to the pressure output is P O / V I = T u = CBDE / (1 + CBDEMA) at the entrance to the ear canal. The amplitude of this closed loop transfer function as a function of frequency corresponds to curve 21 in FIG. The amount of active noise reduction when P I corresponds to an acoustic noise input is (P O / P I ) = N R = 1 + CBDEMA = 1 + T (s).

【0014】図3を参照すると、中耳をシュミレートし
たマイクロホンによって測定した実際の雑音減少を表わ
す曲線23がオープン・ループ・ゲインに1を加えて得
られる理論値の曲線24と比較して示される。
Referring to FIG. 3, a curve 23 representing the actual noise reduction measured by the microphone simulating the middle ear is shown in comparison with the theoretical curve 24 obtained by adding 1 to the open loop gain. .

【0015】図5及び図6を参照すると、本発明の好適
実施例の理論構成を示すブロック図が示される。便宜
上、1〜6の数字で示す6個のブロックで表わし、補償
回路ブロック2をさらにサブブロック2a、2b、2c
に分け、圧縮器ブロック5を更に5個のサブブロック5
a、5b、5c、5d及び5eに分ける。図5及び図6
のブロックを形成する回路部は図7及び図8に破線の境
界で示される。当業者は図7及び図8の回路を組立るこ
とによって本発明を実施することができるので、あまり
詳細な説明は不要であろう。次に図5、図6及び図7、
図8を参照して本発明の一実施例を説明する。
Referring to FIGS. 5 and 6, there are shown block diagrams showing the theoretical construction of the preferred embodiment of the present invention. For the sake of convenience, the compensation circuit block 2 is represented by six blocks indicated by numerals 1 to 6, and the compensation circuit block 2 is further divided into sub blocks 2a, 2b, and 2c.
The compressor block 5 is further divided into 5 sub-blocks 5
It is divided into a, 5b, 5c, 5d and 5e. 5 and 6
The circuit portion forming the block of FIG. 7 is shown by a broken line boundary in FIGS. Those skilled in the art will be able to practice the invention by assembling the circuits of FIGS. 7 and 8 and need not be detailed. Next, referring to FIG. 5, FIG. 6 and FIG.
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0016】加算器/マルチプライヤ1は入力端子24
からの入力オーディオ信号と増幅器35から与えられる
フイードバック信号とを受ける加算器30を有する。加
算器30は、図7及び図8に示すように、通常の反転加
算増幅器の形態に接続される演算増幅器で実現される。
一対の類似の入力抵抗の接続点とシステム・グランドと
の間に接続されるコンデンサは高周波信号成分をシステ
ム・グランドにシャントする。アナログ・スイッチU3
04の半分は残った低周波数成分を集積回路U102の
入力の仮想グランドに伝送する。圧縮器ブロック5から
のMODライン上の変調信号はスイッチを50KHzの
速度でON−OFFさせる。各サイクルにおけるスイッ
チの閉じる時間を制御して乗算を行う。50KHzより
も非常に小さい帯域幅のスペクトル成分によって特徴づ
けられる信号に対しては、スイッチは変調信号波形のデ
ュテイ・サイクルに比例した大きさのインピーダンスと
して考えられることができる。通常の動作においては、
スイッチは殆どの時間閉じられる。圧縮器5が非常に大
きい入力振幅を検出すると、デュテイ・サイクルは低下
しその入力信号の低周波スペクトル成分を減衰させる。
The adder / multiplier 1 has an input terminal 24.
And an adder 30 for receiving the input audio signal from the amplifier and the feedback signal provided from the amplifier 35. The adder 30 is realized by an operational amplifier connected in the form of a normal inverting addition amplifier, as shown in FIGS.
A capacitor connected between the connection point of a pair of similar input resistors and system ground shunts high frequency signal components to system ground. Analog switch U3
Half of 04 transmits the remaining low frequency components to the virtual ground at the input of integrated circuit U102. The modulated signal on the MOD line from compressor block 5 turns the switch on and off at a rate of 50 KHz. Multiplication is performed by controlling the switch closing time in each cycle. For signals characterized by spectral components with bandwidths much smaller than 50 KHz, the switch can be thought of as an impedance whose magnitude is proportional to the duty cycle of the modulating signal waveform. In normal operation,
The switch is closed most of the time. When the compressor 5 detects a very large input amplitude, the duty cycle is reduced, attenuating the low frequency spectral components of that input signal.

【0017】直列接続された抵抗及びコンデンサは高周
波信号成分をU102の入力に直接伝送し乗算動作によ
って影響を受けないようにしている。
The resistors and capacitors connected in series directly transmit the high frequency signal component to the input of U102 so that they are not affected by the multiplication operation.

【0018】加算器/マルチプライヤブロック1の出力
は補償ブロック2に送られ、該補償ブロックは全体のル
ープ・ゲインをそれ程低下させずにフイードバック・ル
ープの安定性を保証する振幅及び位相特性によって特徴
付けられるアクテイブ・フイルタから構成される。区分
2cは高周波で適当なロールオフを有するゲインを与え
る。区分2a及び2bは夫々低周波及び高周波のクロス
オーバ点でのループ・ゲインの位相応答を補償する。こ
の補償の好ましい形態の原理は後述するが、発振を防止
する安定性を維持すると同時に殆どの声のスペクトル成
分を含む周波数帯における高ゲインをもたらす。
The output of the adder / multiplier block 1 is fed to a compensation block 2, which is characterized by amplitude and phase characteristics which guarantee the stability of the feedback loop without significantly reducing the overall loop gain. It consists of an active filter attached. Section 2c provides gain at high frequencies with proper roll-off. Sections 2a and 2b compensate for the loop gain phase response at low and high frequency crossover points, respectively. The principle of the preferred form of this compensation is described below, but it provides high gain in the frequency band containing most of the spectral components of the voice while maintaining stability preventing oscillations.

【0019】電力増幅器ブロック3は補償ブロック2か
らの出力信号を受ける。区分3bは個別の出力電流バッ
ファを有する周知の非反転増幅器である。区分3aは、
簡単なダイオード・リミッタで、破壊的電力消費レベル
がドライバにかからないように保護する。発光ダイオー
ドはリミッタ動作が生じているとき発光する。好適には
入力はAC結合で前段からDCオフセットを除去する。
Power amplifier block 3 receives the output signal from compensation block 2. Section 3b is a well known non-inverting amplifier with a separate output current buffer. Category 3a is
A simple diode limiter protects the driver from destructive power dissipation levels. The light emitting diode emits light when the limiter operation is occurring. The input is preferably AC coupled to remove the DC offset from the previous stage.

【0020】ドライバ/マイクロホン/耳システム・ブ
ロック6は図7及び図8には示していない。ドライバ1
7は電力増幅器ブロック3から増幅された信号を受け、
耳16によって感知されそしてマイクロホン11によっ
て変換される音響信号を発生する。クッション15の不
完全な密閉は低周波ロールオフを生じさせる。数KHz
を越す周波数での複数の共振を生じさせる複合構造が、
また、ブロック6の特徴である。更に、ドライバ17か
らマイクロホン11への伝搬遅延及びドライバ17の分
散された源特性によって過度の位相シフトが生じる。し
かし、システムの構成要素が共動して、これらの不均一
な特性を補償し、入力端子24と外耳道18との間にほ
ぼ一様な閉ループ周波数応答を生じさせる。
The driver / microphone / ear system block 6 is not shown in FIGS. Driver 1
7 receives the amplified signal from the power amplifier block 3,
It produces an acoustic signal that is sensed by the ear 16 and converted by the microphone 11. Incomplete sealing of cushion 15 causes low frequency roll-off. Several KHz
The composite structure that causes multiple resonances at frequencies above
It is also a feature of block 6. In addition, the propagation delay from driver 17 to microphone 11 and the distributed source characteristics of driver 17 cause excessive phase shift. However, the components of the system work together to compensate for these non-uniform characteristics and produce a substantially uniform closed loop frequency response between the input terminal 24 and the ear canal 18.

【0021】マイクロホン・プリアンプ・ブロック4
は、マイクロホン11から変換された信号を受ける、非
反転ゲインとなるように接続された低ノイズ演算増幅器
である。増幅器及びゲインはマイクロホンの自己雑音が
優勢となるように選ばれ、それによってシステムのエレ
クトロニクスが耳16における雑音レベルに与える影響
を最小限にする。ツエナーダイオードはエレクトレット
・マイクロホン11に対するバイアス電圧VCCを供給す
る。加算器/マルチプライヤブロック1の増幅器35は
マイクロホン・プリアンプ4によって与えられる増幅さ
れた信号を受ける。
Microphone preamplifier block 4
Is a low noise operational amplifier connected so as to have a non-inverting gain, which receives the converted signal from the microphone 11. The amplifier and gain are chosen to dominate the microphone's self-noise, thereby minimizing the effect of system electronics on the noise level at ear 16. The Zener diode supplies a bias voltage V CC for the electret microphone 11. The amplifier 35 of the adder / multiplier block 1 receives the amplified signal provided by the microphone preamplifier 4.

【0022】圧縮器ブロック5は、入力端子24におけ
る信号とマイクロホン・プリアンプ4の出力におけるフ
イードバック信号との両方をモニタし、加算器/マルチ
プライヤブロック1の低周波ゲインを変調する変調信号
をMODラインに供給する。区分5aは左及び右チャン
ネルの両方のフイードバック信号と入力信号を加算す
る。折点周波数(典型的には400Hz)を有するロー
パス・フイルタはその結合した信号を全波整流のため選
択的に伝達する。区分5bは整流された信号を高速アタ
ック(attack)時間及び遅いディケー(deca
y)時間で平均化し、左及び右ループの両方の低周波ス
ペクトル・エネルギに比例する出力信号を供給する。区
分5cは後者の信号をオフセットを有する比例電流に変
換し、そのゲイン及びオフセットはポテンショメータで
制御される。
The compressor block 5 monitors both the signal at the input terminal 24 and the feedback signal at the output of the microphone preamplifier 4 and modifies the modulated signal for modulating the low frequency gain of the adder / multiplier block 1 in the MOD line. Supply to. Section 5a sums the feedback signal and the input signal for both the left and right channels. A low pass filter having a corner frequency (typically 400 Hz) selectively transmits the combined signal for full wave rectification. Section 5b provides a rectified signal with a fast attack time and a slow decay.
y) provide an output signal that is averaged over time and proportional to the low frequency spectral energy of both the left and right loops. Section 5c converts the latter signal into a proportional current with an offset whose gain and offset are controlled by a potentiometer.

【0023】区分5dは区分5cから出力電流信号を受
け、MODラインに50KHzの変調信号を与える。図
7の集積回路U305は、集積回路U306をトリガし
その出力を20マイクロ秒毎にグランドにリセットする
50KHzクロック・パルス源から成る。集積回路U3
06のピン2のコンデンサ電圧区分5cによって与えら
れる出力電流に比例する速度で閾値レベルに達する迄リ
ニアに低下し、集積回路U306の出力スイッチを高レ
ベルに切換え、端子2のコンデンサ電圧をリセットして
再びトリガされる迄正電源電圧にする。加算器/マルチ
プライヤブロック1のアナログ・スイッチは制御ピン1
及び8のグランド電位に対して閉じられるので、低周波
数に対する加算器/マルチプライヤゲインは区分5cに
よって与えられる電流レベルに反比例する。大きな電流
は集積回路U306のピン2のコンデンサ電位を閾値レ
ベルに高速で到達させ、アナログ・スイッチU304は
それに対応して短時間で閉じられる。区分5eは圧縮量
を表示するLEDバー・グラフ・ディスプレイを駆動す
る。低周波スペクトル成分は典型的入力信号の大部分を
伝達させるので、低周波を感知しそれにのみ従って動作
すれば充分である。
Section 5d receives the output current signal from section 5c and provides a 50 KHz modulated signal on the MOD line. Integrated circuit U305 of FIG. 7 comprises a 50 KHz clock pulse source that triggers integrated circuit U306 and resets its output to ground every 20 microseconds. Integrated circuit U3
The voltage drops linearly until it reaches a threshold level at a rate proportional to the output current provided by pin 2 capacitor voltage distribution 5c on 06, switching the output switch of integrated circuit U306 to high level and resetting the capacitor voltage on terminal 2. Keep positive power supply voltage until triggered again. Analog pin of adder / multiplier block 1 is control pin 1
And 8 for the ground potential, the adder / multiplier gain for low frequencies is inversely proportional to the current level provided by section 5c. The large current causes the capacitor potential on pin 2 of integrated circuit U306 to reach the threshold level quickly, and the analog switch U304 is correspondingly closed in a short time. Section 5e drives an LED bar graph display that displays the amount of compression. Since the low frequency spectral components carry most of the typical input signal, it is sufficient to sense the low frequencies and operate accordingly.

【0024】要約すれば、本システムは2つの入力信号
を有するサーボシステムとして考えることができる。第
1の入力は再生されるべきオーディオ電気信号である。
第2の入力は耳の周囲の音響雑音信号である。本システ
ムの出力は耳に発生される音響信号である。フイードバ
ック信号は外耳道への入口における瞬時的音圧に比例す
る電圧である。この音圧はドライバによって供給される
音と周囲の音響雑音との組合せである。小さいエレクト
レット・マイクロホン11はこの信号を変換し、プリア
ンプ・ブロック1がこれを増幅し、加算器/マルチプラ
イヤブロック1がこのフイードバック信号を入力オーデ
ィオ信号と加算して、耳への実際の音圧と所望の音圧と
の差を表わす誤差信号を供給する。所望の音圧は入力オ
ーディオ信号に比例する。補償ブロック2は誤差信号の
スペクトル成分を選択的に伝送しループの安定性を確保
する。増幅器ブロック3はその補償された信号を増幅
し、その信号をドライバ17に送り所望のオーディオ入
力信号に対応する音圧を耳のところで発生する。こうし
て、フイードバック・ループが能動である周波数範囲に
亘って、ループがドライバ/マイクロホン/耳システム
のスペクトル・カラーレーション(coloratio
n)に対する補正を行ない周囲雑音をキャンセルする。
補正量はループが供給することができる安定したゲイン
の大きさに関係する。圧縮器ブロック5は加算器/マル
チプライヤブロック1のマルチプライヤ部分と共動して
入力オーディオ又は音響信号がループを駆動し過ぎてク
リップすることを防止する。
In summary, the system can be thought of as a servo system with two input signals. The first input is the audio electrical signal to be reproduced.
The second input is the acoustic noise signal around the ear. The output of this system is the acoustic signal generated in the ear. The feedback signal is a voltage proportional to the instantaneous sound pressure at the entrance to the ear canal. This sound pressure is a combination of the sound provided by the driver and the ambient acoustic noise. A small electret microphone 11 converts this signal, a preamplifier block 1 amplifies it, and an adder / multiplier block 1 adds this feedback signal with the input audio signal to give the actual sound pressure to the ear. An error signal is provided which represents the difference from the desired sound pressure. The desired sound pressure is proportional to the input audio signal. The compensation block 2 selectively transmits the spectral component of the error signal to ensure the stability of the loop. The amplifier block 3 amplifies the compensated signal and sends it to the driver 17 to generate a sound pressure at the ear corresponding to the desired audio input signal. Thus, over the frequency range in which the feedback loop is active, the loop is the spectral coloration of the driver / microphone / ear system.
The ambient noise is canceled by performing the correction for n).
The amount of correction is related to the amount of stable gain that the loop can deliver. The compressor block 5 cooperates with the multiplier portion of the adder / multiplier block 1 to prevent the input audio or acoustic signal from driving too far into the loop and clipping.

【0025】以上、本システムの好適実施例を説明した
が、次にサブシステムとその特徴について説明する。圧
縮器ブロック5は圧縮時のアーティファクト(arti
fact)を減少させ非線形発振を回避する特別の利益
ある形態で実施される。従来の圧縮器は典型的に基本的
形式、n対1圧縮及び閾値圧縮に分類される。n対1圧
縮器は各ndBの入力レベルに対して出力レベル1dB
の変化を生じる。閾値圧縮にある閾値以下の入力信号に
対してリニアで、この閾値を越えるとn対1圧縮比とな
り、この比が閾値レベル以上で無限となることがあり平
均出力レベルを制限してしまう。
Having described the preferred embodiment of this system, the subsystem and its features will now be described. The compressor block 5 is used for compression artifacts.
It is implemented in a special beneficial way to reduce the fact) and avoid non-linear oscillations. Conventional compressors are typically classified into basic types, n-to-1 compression and threshold compression. The n: 1 compressor has an output level of 1 dB for each ndB input level.
Cause changes. It is linear with respect to an input signal below a certain threshold in threshold compression, and when it exceeds this threshold, it becomes an n: 1 compression ratio, and when this ratio is above the threshold level, it may become infinite and limit the average output level.

【0026】n対1圧縮器は、雑音の多い通信チャンネ
ルを通して伝送する信号又は雑音の多い媒体に記録する
信号を圧縮し、次に検波後に圧縮された信号を伸長し
て、記録又は通信チャンネル雑音が伸長後に著しく減衰
した状態で最初のダイナミック・レンジに復原する圧伸
器に、広く使用される。閾値圧縮器は、適切に設計され
る場合n対1圧縮器よりも出力信号における不所望なア
ーティファクトが少ないため信号が後で伸長されないよ
うなシステムに一般に使用される。
The n-to-1 compressor compresses a signal transmitted through a noisy communication channel or a signal to be recorded on a noisy medium, and then expands the compressed signal after detection to record or communication channel noise. Is widely used in companders that restore their original dynamic range with significant attenuation after expansion. Threshold compressors are commonly used in systems where the signal is not decompressed later because it has fewer unwanted artifacts in the output signal than n-to-1 compressors when properly designed.

【0027】閾値以上で無限の圧縮比を有する閾値圧縮
器は、典型的にはフイードバック・ループを設けて作成
される。もし圧縮器ゲイン及び圧縮器のアタック及びデ
ィケー時間定数が注意深く選択されないと、著しく不所
望な可聴音が特に閾値のすぐ上の入力レベルに対して生
成され、システムは発振を起こす場合があり、それによ
って不快な可聴音が発生される。
A threshold compressor having an infinite compression ratio above the threshold is typically made with a feedback loop. If the compressor gain and compressor attack and decay time constants are not carefully selected, a significantly undesired audible sound may be produced, especially for input levels just above the threshold, and the system may oscillate. Produces an unpleasant audible sound.

【0028】本発明は、閾値以上で無限の圧縮比を有す
る従来の閾値圧縮器に改良を加えるものである。図9は
ブロック5で実施される装置の論理構成を示すブロック
図である。この装置は端子51の入力信号Xに応答し、
端子52に圧縮された信号Yを供給する。除算器53の
被除数入力は入力端子51に接続される。入力端子51
は、また、全波整流器54の入力にも接続される。全波
整流器54の出力は平均化ローパス・フイルタ55の入
力に接続され、このフイルタはアタック応答時定数より
も非常に大きいディケー応答時定数によって特徴づけら
れる。平均化ローパス・フイルタ55の出力(X)は圧
縮器ゲインKを有する増幅器56の入力に接続される。
加算器57はその一方の入力に信号K0を受けて除算器
53の除数入力に除数信号を与える。除算器53は、圧
縮された出力信号Yを供給する出力増幅器58の入力に
商信号X/aを与える。
The present invention is an improvement over conventional threshold compressors that have an infinite compression ratio above the threshold. FIG. 9 is a block diagram showing the logical configuration of the device implemented in block 5. This device responds to an input signal X at terminal 51,
The compressed signal Y is supplied to the terminal 52. The dividend input of the divider 53 is connected to the input terminal 51. Input terminal 51
Is also connected to the input of full wave rectifier 54. The output of full-wave rectifier 54 is connected to the input of averaging lowpass filter 55, which is characterized by a decay response time constant that is much greater than the attack response time constant. The output (X) of the averaging low pass filter 55 is connected to the input of an amplifier 56 having a compressor gain K.
Adder 57 receives signal K 0 at one of its inputs and provides a divisor signal to the divisor input of divider 53. Divider 53 provides the quotient signal X / a to the input of output amplifier 58 which provides the compressed output signal Y.

【0029】スタティック信号、例えば正弦波に対して
は入力−出力ゲインはY/X=1/(K0+K(X))
となることがわかる。図10はこの圧縮特性を示すグラ
フである。この特性は、小さい信号に対してはY/X=
1/K0=一定で、大きい信号に対してはY/X=1/
KX又はY=1/Kとなる、閾値以上で無限の圧縮比を
有する閾値圧縮器の特性に類似している。しかし、本発
明による圧縮器は従来の圧縮器と比較して少なくとも2
つの利点がある。圧縮しない状態から完全な圧縮への移
行がスムーズに行われるので、複雑な入力信号、例えば
音楽に対して可聴圧縮生成音が少ない。更に、フイード
バックがないので非線形な発振が生じ得ない。
For a static signal, eg a sine wave, the input-output gain is Y / X = 1 / (K 0 + K (X))
It turns out that FIG. 10 is a graph showing this compression characteristic. This characteristic is Y / X = for small signals.
1 / K 0 = constant, Y / X = 1 / for large signals
It is similar to the characteristics of a threshold compressor with an infinite compression ratio above the threshold, where KX or Y = 1 / K. However, the compressor according to the present invention has at least 2 compared to conventional compressors.
There are two advantages. Since the transition from the uncompressed state to the complete compression is performed smoothly, there are few audible compression generated sounds for a complicated input signal, for example, music. Furthermore, since there is no feedback, non-linear oscillation cannot occur.

【0030】ここで好適な圧縮形態について説明する。
ゲインA(ω)の減衰が周波数範囲全体について知られ
ている場合には、最小位相回路網に対する位相φ(ω)
は一義的に決定され、同様に、φ(ω)が周波数範囲全
体について知られているときは、A(ω)はs又はp平
面の右半分において極及び零点がない「最小位相」関数
について一義的に決められる。既に知られているこの特
性は、M.I.T.RADIATION LABORA
TORY SERIESのvol.25「Theory
of Servomechanisms」の§4.9
「ATTENUATION PHASE RELATI
ONSHIPS FOR SERVOTRANSFER
FUNCTIONS」に記載されている。この関係
は、最初、Journal of Mathemati
cs and Physics,1932年6月におけ
るY.W.Leeの論文で報告され、Bodeによる
「NETWORK ANALYSIS AND FEE
DBACK AMPLIFIER DESIGN」
(D.Van Nostrand Co.ニューヨー
ク,1945)のXIV章の「Relations be
tween Real and Imagimary
Compoments of Network Fun
ctins」において検討された。前述の「Theor
y of Servomechanisms」の§4.
8には、「減衰−位相」形の分析が、サーボ設計問題に
対する最も満足のいくアプローチとして記載され、フイ
ードバック・カットオフ周波数における位相マージンの
判定基準が、システム安定性の良好な実際的基準は少な
くとも30°望ましくは45°以上にすべきであるとし
て述べられている。カットオフ以上ではオクターブ当た
り6dbに対して、この節には、ゲインAが1(log
A=0)である周波数はカットオフ周波数よりも少な
くとも2 1/2オクターブにして充分な位相マージン
をとるべきであると説明されている。
Here, a preferable compression mode will be described.
If the attenuation of the gain A (ω) is known over the entire frequency range, then the phase φ (ω) for the minimum phase network
Is uniquely determined, and similarly, if φ (ω) is known over the entire frequency range, then A (ω) is for a “minimum phase” function with no poles and zeros in the right half of the s or p plane. It can be uniquely determined. This property, which is already known, is described in M.M. I. T. RADIATION LABORA
TORY SERIES vol. 25 "Theory
4.9 of of Servomechanisms "
"ATTENUTION PHASE RELATI
ONSHIPS FOR SERVOTRANSFER
FUNCTIONS ". This relationship was initially the Journal of Mathematic
cs and Physics, Y. C., June 1932. W. "NETWORK ANALYSIS AND FEE" by Bode, reported in Lee's paper.
DBACK AMPLIFIER DESIGN "
(D. Van Nostrand Co. New York, 1945), Chapter XIV, "Relations be."
tween Real and Imagery
Components of Network Fun
ctins ”. The above "Theor
y of Servomechanisms ".
In "8", the "damping-phase" type analysis is described as the most satisfactory approach to the servo design problem, and the criterion of the phase margin at the feedback cutoff frequency is a good practical criterion of the system stability. It is stated that it should be at least 30 °, preferably above 45 °. Above the cutoff, the gain A is 1 (log
It is stated that the frequency where A = 0) should be at least 2 1/2 octaves above the cut-off frequency to provide sufficient phase margin.

【0031】位相マージンを設ける目的は、不所望な発
振を続けさせ得る状況を回避し、外部雑音を増幅するピ
ーキングを除去することである。ゲインが1の周波数f
cと折点周波数との間にそのような広い領域を設ける欠
点は、その周波数範囲内のスペクトル成分に対する負帰
還の望ましい効果が著しく低下してしまうことである。
本発明は、この欠点を、関連の周波数帯において安定性
を維持しながら高いオープン・ループ・ゲインを与える
状態で回路網を結合することによって、単位ゲインの周
波数fcにおいて適切な位相マージンを与えるようにし
て減衰又はゲイン特性と位相特性との両方を確立する。
The purpose of providing the phase margin is to avoid a situation in which undesired oscillation can be continued and to eliminate peaking that amplifies external noise. Frequency f with gain of 1
The disadvantage of providing such a large region between c and the corner frequency is that the desired effect of negative feedback on spectral components within that frequency range is significantly reduced.
The present invention provides this shortcoming by providing an appropriate phase margin at unity gain frequency f c by combining networks with high open loop gain while maintaining stability in the relevant frequency bands. In this way, both damping or gain and phase characteristics are established.

【0032】本発明は、ゲインが零に落ちるところの周
波数fcにおける安定した位相マージンを確立すると同
時に、通過帯又は複数の端部において任意の傾斜を有す
るオープン・ループ・ゲイン又は減衰周波数応答によっ
て特徴づけられる補償手段を含んでいる。これらの原理
は後述する例示によって更に理解される。
The present invention establishes a stable phase margin at frequency f c where the gain drops to zero, while at the same time providing an open loop gain or damped frequency response with arbitrary slope at the pass band or edges. It includes a characterized compensation means. These principles are further understood by the examples described below.

【0033】図11(a)及び図11(b)を参照する
と、通常の一次特性を有する演算増幅器のゲイン又は減
衰及び位相特性のグラフが示される。ゲインは半電力又
は折点周波数ω0までは一定で、その後オクターブ当た
り6dbでリニアに低下する。図12(a)及び図12
(b)を参照すると、図11(a)及び図11(b)に
示す減衰及び位相特性を、本発明の原理を適用して修正
し、ほぼ同じ位相マージンを維持しながらf0以上でよ
り大きいループ・ゲインを達成するグラフが示される。
これは、f0を越えるf1での折点に破線で示す部分を加
え、オクターブ当たり12dbの傾斜を設けることによ
って達成される。図12(b)の破線で示す修正された
位相特性はほぼπ/2の位相マージンを有している。
Referring to FIGS. 11 (a) and 11 (b), there are shown graphs of gain or attenuation and phase characteristics of an operational amplifier having a normal first-order characteristic. The gain is constant up to half power or the corner frequency ω 0 , and then linearly decreases at 6 db per octave. 12 (a) and 12
Referring to (b), the attenuation and phase characteristics shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b) are modified by applying the principle of the present invention, and are improved at f 0 or more while maintaining substantially the same phase margin. A graph is shown that achieves large loop gain.
This is accomplished by adding the portion indicated by the dashed line to the break point at f 1 above f 0 and providing a 12 db slope per octave. The modified phase characteristic shown by the broken line in FIG. 12B has a phase margin of approximately π / 2.

【0034】図13を参照すると、伝送帯域の両側にオ
クターブ当たり6dbの傾斜を有するより慣用的なアプ
ローチに対するゲイン又は減衰の修正を表す破線を示し
た修正されたバンドパス応答が示される。これらの補償
回路は、適当な位相マージンを有しながら、ゲインが1
の臨界周波数fcに近い周波数での傾斜よりも大きな振
幅の折点周波数に近い傾斜を有する。
Referring to FIG. 13, there is shown a modified bandpass response with dashed lines representing the gain or attenuation modifications to the more conventional approach with a slope of 6 db per octave on either side of the transmission band. These compensation circuits have a gain of 1 while having an appropriate phase margin.
Has a slope closer to the corner frequency with a greater amplitude than the slope at frequencies near the critical frequency f c of.

【0035】図5、図6及び図7、図8のブロック2の
補償回路はこれらの原理を実施したものである。そのル
ープ補償はオープン・ループ・ゲイン曲線からの指針に
従っていることがわかる。図4において、折点周波数
(500Hz)以後の傾斜は18db/オクターブであ
る。区分2aの回路網は80Hzで零点を有し、92H
zで極を有し、夫々0.56及び1.1の減衰定数を有
する。区分2bの高周波回路は、3.1KHzで零点を
7.3KHzで極を有し、夫々0.49及び1の減衰定
数を有する。区分2cの回路及びローパス・フイルタは
1.6KHz及び3.4KHzで零点を160Hz、3
20Hz、800Hz及び34KHzで極を有する。
The compensation circuit of block 2 of FIGS. 5, 6 and 7 and 8 implements these principles. It can be seen that the loop compensation follows the guidelines from the open loop gain curve. In FIG. 4, the slope after the break frequency (500 Hz) is 18 db / octave. The network of section 2a has a zero at 80 Hz and 92H
It has a pole at z and damping constants of 0.56 and 1.1, respectively. The high-frequency circuit of section 2b has a zero at 3.1 KHz and a pole at 7.3 KHz, with damping constants of 0.49 and 1, respectively. The circuit and the low-pass filter of section 2c have the zero point of 160 Hz and 3 at 1.6 KHz and 3.4 KHz.
It has poles at 20 Hz, 800 Hz and 34 KHz.

【0036】以上本発明を実施例に従って説明したが、
本発明の範囲内で多くの変更及び修正が可能であること
は当業者には明らかである。
The present invention has been described above according to the embodiments.
It will be apparent to those skilled in the art that many changes and modifications are possible within the scope of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)は本発明によるヘッドホーンを耳に装着
した状態の(b)の線1−1からの断面図として示す。
(b)は、そのヘッドホーンを耳の方から見た平面図で
ある。
FIG. 1 (a) is shown as a cross-sectional view taken from line 1-1 in FIG. 1 (b) with a headphone according to the present invention worn on an ear.
(B) is a plan view of the headphone as seen from the ear.

【図2】本発明によるサーボ・システムの論理構成を示
すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a logical configuration of a servo system according to the present invention.

【図3】本発明により達成される雑音減少測定値を論理
的雑音減少と比較して示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing noise reduction measurements achieved by the present invention compared to logical noise reduction.

【図4】サーボ・システムのオープン・ループ・ゲイン
と閉ループ・ゲインを共通の周波数目盛で示すグラフで
ある。
FIG. 4 is a graph showing the open loop gain and closed loop gain of a servo system on a common frequency scale.

【図5】本発明の好適実施例の論理構成を示すブロック
図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a logical configuration of a preferred embodiment of the present invention.

【図6】本発明の好適実施例の論理構成を示すブロック
図である。
FIG. 6 is a block diagram showing a logical configuration of a preferred embodiment of the present invention.

【図7】図5及び図6のブロック図を実行する電気回路
の回路図である。
FIG. 7 is a circuit diagram of an electrical circuit implementing the block diagrams of FIGS. 5 and 6;

【図8】図5及び図6のブロック図を実行する電気回路
の回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram of an electrical circuit implementing the block diagrams of FIGS. 5 and 6;

【図9】圧縮器の好適な論理構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 9 is a block diagram showing a preferred logical configuration of a compressor.

【図10】図9に示す圧縮器の圧縮特性を示す。10 shows compression characteristics of the compressor shown in FIG.

【図11】(a)、(b)は、第1次特性を有する通常
の演算増幅器のゲイン及び位相特性である。
11A and 11B are gain and phase characteristics of an ordinary operational amplifier having a first-order characteristic.

【図12】(a)、(b)は、図11に示す特性を本発
明に従って修正した特性を示す。
12A and 12B show characteristics obtained by modifying the characteristics shown in FIG. 11 according to the present invention.

【図13】本発明に従って修正したバンドパス応答を示
す。
FIG. 13 shows a bandpass response modified according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 マイクロホン 12 空洞 13 ハウジング 14 ダイヤフラム 15 クッション 16 外耳 17 ドライバ 30 信号結合器 31 圧縮器 31A 補償回路 32 電力増幅器 35 マイクロホン・プリアンプ 11 Microphone 12 Cavity 13 Housing 14 Diaphragm 15 Cushion 16 Outer ear 17 Driver 30 Signal combiner 31 Compressor 31A Compensation circuit 32 Power amplifier 35 Microphone preamplifier

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 振動可能なダイヤフラムを有し、入力電
気信号を音響出力信号に変換するドライバ手段と、 クッション支持ブラケットを有し、前記ドライバ手段を
支持するハウジング手段と、 前記クッション支持ブラケットと係合し、前記ダイヤフ
ラムを収納する空洞を画定する中央開口が形成され、前
記クッション支持ブラケットと外耳との間を密閉し、前
記空洞とヘツドホーン装置の外部領域との間の空気の流
れを禁止して中間周波数範囲のスペクトル成分を著しく
減衰させるクッション手段と、 前記ドライバ手段から離れ、前記空洞内の音響圧力信号
を対応する変換された電気信号に変換する電気音響変換
手段と、から構成され、前記電気音響変換手段が、前記
ダイヤフラムに近接するとともに前記クッション支持手
段から離れた空洞の端部に充分接近して、前記電気音響
変換手段が耳に近い前記空洞内の圧力に応答する、ヘツ
ドホーン装置。
1. A driver means having a vibrating diaphragm for converting an input electric signal into an acoustic output signal; a housing means having a cushion support bracket for supporting the driver means; and a cushion support bracket. And a central opening defining a cavity for accommodating the diaphragm is formed to seal between the cushion support bracket and the outer ear and inhibit air flow between the cavity and an external area of the headphone device. Cushioning means for significantly attenuating spectral components in the intermediate frequency range, and electroacoustic conversion means for converting acoustic pressure signals in the cavity into corresponding converted electrical signals away from the driver means. A cavity in which the acoustic transducer is close to the diaphragm and remote from the cushion support. A headphone device in which the electroacoustic transducing means responds to pressure in the cavity near the ear sufficiently close to the end of the.
【請求項2】 前記電気音響変換手段と前記ダイヤフラ
ムとの間の距離が前記ダイヤフラムの直径よりも小さ
い、請求項1のヘツドホーン装置。
2. The headphone device according to claim 1, wherein a distance between the electroacoustic converting means and the diaphragm is smaller than a diameter of the diaphragm.
【請求項3】 前記電気音響変換手段と前記クッション
支持ブラケットから離れた空洞の端部との間の距離が前
記ダイヤフラムを横切る最大スパンよりも小さい、請求
項2のヘツドホーン装置。
3. The headphone device of claim 2, wherein the distance between the electroacoustic transducing means and the end of the cavity remote from the cushion support bracket is less than the maximum span across the diaphragm.
【請求項4】 前記空洞の軸方向断面積が前記空洞を取
り囲みその空洞を画定するクッション手段の軸方向断面
積よりも小さい、請求項1のヘツドホーン装置。
4. A head horn device according to claim 1, wherein the axial cross-sectional area of said cavity is smaller than the axial cross-sectional area of the cushion means surrounding and defining said cavity.
【請求項5】 振動可能なダイヤフラムを有し、入力電
気信号を音響出力信号に変換するドライバ手段と、 クッション支持ブラケットを有し、前記ドライバ手段を
支持するハウジング手段と、 前記クッション支持ブラケットと係合し、前記ダイヤフ
ラムを収納する空洞を画定する中央開口が形成され、前
記クッション支持ブラケットと外耳との間を密閉し、前
記空洞とヘツドホーン装置の外部領域との間の空気の流
れを禁止して中間周波数範囲のスペクトル成分を著しく
減衰させるクッション手段と、 前記空洞内の音響信号を対応する電気信号に変換する電
気音響変換手段と、 を有し、前記電気音響変換手段が、前記ダイヤフラムに
近接するとともに前記クッション支持手段から離れた空
洞の端部に充分接近して、前記電気音響変換手段が耳に
近い前記空洞内の圧力に応答し、更に、 前記ドライバ手段に増幅された信号を供給する電力増幅
手段と、 前記変換された信号を前記電力増幅手段に負のフイード
バックを行い、前記ドライバ手段からの信号成分を前記
空洞に発生してヘツドホーン装置の外部から空洞に入る
音響信号をキャンセルする手段と、を有する、ヘツドホ
ーン装置。
5. A driver means having a vibrating diaphragm for converting an input electric signal into an acoustic output signal; a housing means having a cushion support bracket for supporting the driver means; and a cushion support bracket. And a central opening defining a cavity for accommodating the diaphragm is formed to seal between the cushion support bracket and the outer ear and inhibit air flow between the cavity and an external area of the headphone device. Cushion means for remarkably attenuating the spectrum component in the intermediate frequency range, and electroacoustic conversion means for converting the acoustic signal in the cavity into a corresponding electric signal, the electroacoustic conversion means being close to the diaphragm At the same time, sufficiently close to the end of the cavity away from the cushion support means, the electroacoustic conversion means In response to the pressure in the cavity close to the power amplification means for supplying an amplified signal to the driver means, and performing negative feedback of the converted signal to the power amplification means. And a means for canceling an acoustic signal entering the cavity from the outside of the headphone device by generating the signal component of the above in the cavity.
【請求項6】 前記負のフイードバック手段が、 負のフイードバックされた変換信号を前記空洞内で再生
されるべき所望の音響信号の入力信号特性と代数的に組
合せる組合せ手段から成り、更に、 前記組合せ手段に結合される前記入力電気信号を受ける
入力端子と、 前記組合せ手段によって供給される組合された信号を前
記電力増幅手段に結合して、前記入力信号を表す成分を
有する音響信号を空洞に与える手段と、を有する請求項
5のヘツドホーン装置。
6. The negative feedback means comprises combining means for algebraically combining the negative feedback converted signal with an input signal characteristic of a desired acoustic signal to be reproduced in the cavity, further comprising: An input terminal coupled to the combining means for receiving the input electrical signal, and a combined signal supplied by the combining means for coupling to the power amplifying means to provide a cavity with an acoustic signal having a component representative of the input signal. 6. The headphone device according to claim 5, further comprising: providing means.
【請求項7】 前記電力増幅手段に組合された信号を結
合する手段が、所定の低いオーディオ周波数及び中間の
オーディオ周波数範囲に亘って最大ゲインを有するオー
プン・ループ・ゲインを達成する補償回路手段から成る
請求項6のヘツドホーン装置。
7. A means for coupling the combined signal to the power amplification means comprises compensation circuit means for achieving an open loop gain having a maximum gain over a predetermined low audio frequency and intermediate audio frequency range. The headphone device according to claim 6, which comprises:
【請求項8】 前記周波数範囲が約40乃至2000H
zである請求項7のヘツドホーン装置。
8. The frequency range is about 40 to 2000H.
The headphone device according to claim 7, wherein z is z.
【請求項9】 前記負のフイードバック手段が、ループ
ゲインによって特徴づけられるループ内にあり、該ルー
プが前記入力電気信号及び変換された電気信号とに応答
して前記ループゲインを減少させ可聴アーティファクト
及び発振を生ぜずに、過負荷及び可聴歪を防止する圧縮
器手段から成る請求項5のヘツドホーン装置。
9. The negative feedback means is in a loop characterized by a loop gain, the loop reducing the loop gain in response to the input electrical signal and the converted electrical signal, and audible artifacts and A head horn device according to claim 5 comprising compressor means for preventing overload and audible distortion without producing oscillations.
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