JPS60220698A - ヘツドホ−ン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 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
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
対して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。

（背景技術） 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する。高質量は、加速度に抵抗し
ヘッドホーン壁の剛性構造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。

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
クロホーンを利用して外部雑音を変換する方法を宮む。

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セル可
能性があ乙−別の古辻糾　門１１、−イｑ腓−−ボ機構
を使用するもので、例えば、ＮａｔｉｏｎａｌＴｅｃｈ
ｎｉｃａｌ　Ｉｎｆｏｒｍｎｔｉｏｎ　５ｅｔｖｉｃｅ
により頒布されたレポートＡＢ−ＡＯＯ９２７４に記載
される、１９７５年４月のＰａｔｒｉｃｋ　Ｍｉｃｈａ
ｅｌＤａｌｌｏｓｔａによるｒＡ　５ＴＵＤＹ　ＯＦ　
ＰＲＯＰＯ８ＥＤＥＡＲ，ＰＲＯＴＥＣＴＩＯＮ　ＤＥ
ＶＩＣＥＳ　ＦＯＲＬＯＷＦＲＥＱＵＥＮＣＹ　Ｎ０Ｉ
ＳＥ　ＡＴＴＥＮＵＡＴＩＯＮ」がある。米国特許第３
，００９，９９１号はフィードバック・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号は可動フィードバック
、遠隔音響フィードバック及びヘッドホーンの周囲のフ
ィードバックを開示する。

（目的） 従って、本発明の目的は、改良されたヘッドホーン装置
を提供することである。

（発明の概要） 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ーン等の電
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
応する信号を供給する。

また、この変換された信号を再生されるべき所望の入力
信号を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な信号が加えられる大刀と耳との
間にほぼ一様な周波数応答を与える。

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の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２フラムから成
る。ダイヤス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〆波長よりも
小さい。

（実　施　例λ 本発明を実施例に従って詳細に説明する。

第１図を参照すると、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
内にヘッドポーン・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とヘッドポ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１．１は
外耳道１８の入口に近接して、マイクロホン１１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、第１図に示すように
、摩擦性ボール・ジヨイント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。

ヘッドホーン・クッション１５の代表的材料は復元する
のが遅い連続気はうウレタンフオームである。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
要なカ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。連続気は
う高流動抵抗材料は、耳の不却則形に適介才乙逼縛佃糾
う材料の機械的長所を示すと同時に、ミドル・レンジの
所定周波長、例えば２　ＫＨｚ以上のスペクトル成分を
著しく減衰させる点で独立気はう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はう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
伴な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、本発明は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。

第２図を参照すると、本発明にょ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２
４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
ィートノ；ツク信号と代数的に結合する。信号結合器３
０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。

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。

補償回路３１Ａは、ループ・ゲイン７’（ｓ）が第４図
の曲線２０で示すように４０〜２０００　Ｈｚ　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への電気人力に対するマイク
ロホン１１の電気信号出力の伝達関数であり、Ａ、Ｂ、
ＣＸＥ、、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３１
Ａ、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。

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＝Ｔ、＝ＣＥＤＥ／（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
幅は第４図の曲線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 （Ｐ　ｏ　／ＰＩ）　＝ＮＲ＝　１　＋　ＣＢＤＥＭＡ
　＝　１　＋　７’（ｓ）である。

第３図を参照すると、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。

第５図を参照すると、本発明の好適実施例の論理構成を
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を更に
サブブロック２α、２ｂ１２Ｃに分け、電力増幅器ブロ
ック３をサブブロック３ｒｚ、３ｂに分け、圧縮器ブロ
ック５を更に５個のサブブロック５ａ、、５ｂ、５ｃ、
５ｄ号廿十速及び５ｅに分ける。第５図のブロックを形
成する回路部は第６図に破線の境界で示される。当業者
は第６図の回路を組立ることによって本発明で実施する
ことができるので、あまりに詳細な説明は不要であろう
。次に第５図及び第６図を参照して本発明の一実施例を
説明する。

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から与えられるフィードバッ
ク信号とを受ける加算器３０を有する。加算器３０は、
第６図に示すよう、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Ｕ３０４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０Ｎ−Ｏ
ＦＦ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。５０　ＫＨｚ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ユティ・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るこ
とができる。通常の動作においては、スイッチは殆んど
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、デユティ・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。

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
Ｕ２Ｏ５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。

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ィードバック・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
クティブ・フィ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ん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。

電力増幅器ブロック３は補償ブロック２がらの出力信号
を受ける。区分３ｂは個別の出方電流バッファを有する
周知の非反転増幅器である。区分３α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ＩＪ　ミ
ッタ動作が生じているとき発光する。好適には入力はＡ
Ｃ結合で前段からＤＣオフセットを除去する。

ドライバ／マイクロホン／耳／ステム・ブロック６は第
６図には示していない。ドライバ１７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
数の共振音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
って過度の位相ソフトが生じる。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。

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
。ツェ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。

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の出力におけるフィー　ドパツ
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５αは左及び右チャンネルの両方
のフィ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４００Ｈ２）を有するローパス・フィル
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時間及び
遅い低下時間で平均化し、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。

区分５ｄは区分５ｃから出力電流信号を受け、ＭＯＤラ
インに５０　ＫＨｚの変調信号を与える。第６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５　０　Ｋ
Ｈｚクロック・パルス源から成る。集積回路Ｕ３０６の
ピン２のコンデンサ電圧は区分５Ｇ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】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５Ｇ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。

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／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。フィード
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がこのフィ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分布択的に伝送
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、フィードバック・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分布に対する補正を
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／マルチプライヤプｏ−イ
ｐ４−９−１−）Ｌｔｊ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
するこ七を防止する。

以上本システムの好適実施例を説明したが、次にあるサ
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は圧縮時の生成物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
圧縮器は典型的には基本的形式、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。閾値圧縮は
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。

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生成物が少ないた
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。

閾値以上で無限の圧縮比を有する閾値圧縮器は、典型的
にはフィードバック・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低下時間定数が
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。

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。第７図はブロック５
に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・フィルタ５５の入力に接続さ
れ、このフィルタはアタック応答時定数よりも非常に大
きい低下応答時定数によって特徴づけられる。平均化ロ
ーパス・フィルタ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Ｋ。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。

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／（Ｋ、＋ＫＣＸ））となることが
わかる。第８図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＝　１７Ｋｏ＝
一定で、大きい信号に対してはＹ／Ｘ＝１／ＫＸ又はＹ
＝１／にとなる、閾値以上で無限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
に行なわれるので、複雑な入力信号、例えば音楽に対し
て可聴圧縮生成前が少ない。更に、フィードバックがな
いので非線形な発振が生じ得ない。

ここで好適な圧縮形態について説明する。ゲインＡ←）
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←）は一義的に決定さ
れ、同様に、φに）が周波数範囲全体について知られて
いるとぎは、Ａ←）は８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。既に知られているコノ特性は、Ｍ、　１．Ｔ、
ＲＡＤＩＡＩ’ｌ０ＮＬＡＢＯＲ／Ｌｒ０ＲＹ　５ＥＲ
ＩＥＳのｖｏｌ、２５　［Ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆＳｅｒｗ
ｏ、ｙｓｅｃｈａｎｉｓｍｓＪの！４．９　「ｌＴＥＭ
ＪＡＩ’１ＯＮ−ＰＨＡＦ；Ｅ　ＲＥＬＡＴＩＯＮＳＨ
ＩＰＳ　ＦＯＲ５ＥＲＶＯＴＲＡＮＳＦＥＲＦＵＮＣＴ
ＩＯＮＳ」Ｋ記載されている。

この関係は、最初、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｔｈｅ
ｒｎａｔｉｃｓａｎｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ、　１９３２年
６月に８けるＹ、Ｗ、Ｌｅｅの論文で報告され、Ｂｏｄ
ｅによるｒｍｓｗｏＲｇＡＮＡＬＹＳＩＳ　ＡＮＤ　Ｆ
ＥＥＤＢＡＣＫ　ＡＭＰＬＩＦＯｊ：ＲＤＥＳＩＧＮＩ
　（Ｄ、Ｖａｎ　Ｎｏｇｔｒｔｍ・ｄｔ　Ｃｏ　、　＝
　ニー　ヨーり、１９４５）のＸＩＶ章の「Ｒｅ１ａｔ
ｉｏｎｓ　ｂｅｔｗｅｅｎＲｅａｌ　ａｎｄ　Ｉｍａｇ
ｉｎａｒ’／　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｏｆＮｅ　ｔｗ
ｏｒｋ　Ｆｕｎｃ　ｔ　１ｏｎｓ　Ｊにおいて検討され
た。前述のｒ　Ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　Ｓｅｒｖｏｍｅ　
ｃｈａｎｉｓｍｓ　Ｊの６４．８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、フィードバック・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り６ｄｂ　に対して、
この節には、ゲインＡが１（ｔｏｙ　、４＝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％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。

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ｆｃ　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
がら高いオーブン・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。

本発明は、周波数ｆ、における安定した位相マージンを
確立すると同時に、ゲインが零に落ちるところの通過帯
の端部又は複数の端部における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。これらの原理は後述する例示によって更に
理解される。

第９Ａ図及び第９Ｂ図を参照すると、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ω。まで
は一定で、その後オクターブ当り６ｄｂ　でＩＪ　ニア
に低下する。第１０，４図及び第１０Ｂ図を参照すると
、第９・Ａ及び９Ｂ図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、はぼ同じ位相マージンを維
持しなからｆｏ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、ｆｏ　を越えるｆ、で
の折点に破線で示す部分を加え、オクターブ当り６ｄｂ
のゆるやかな傾斜が始まる周波数ｆ２　までオクターブ
当り１．２ｄｂの傾斜を設けることによって達成される
。第１０Ｂ図の破線で示す修正された位相特性はほぼ凶
の位相マージンを有している。

笛１１図を参照すると、伝送帯域の両側にオクターブ当
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わ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。

第５図及び第６図のブロック２の補償回路はこれらの原
理を実施したものでおる。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。第４図において、折点周波数（５００Ｈｍ）以後の
傾斜は１８　ｄｂ／オクタープー 一プである。区分２ａの回路網は８０Ｈｚで零点を有し
、９２Ｈ２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、３．１　ＫＨ
ｚで零点を７．３　ＫＨｚ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
・フィルタは１．６ＫＩＩｚ及び３．４ＫＨｚで零点を
１６０Ｈｚ、　３２０Ｈｚ、　８００Ｈｚ及び３４　Ｋ
Ｈｚで極を有する。

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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるヘッドホーンを耳に装着した状態
の第１Ａ図の線１−１からの断面図として示す。 第１Ａ図は、そのヘッドホーンを耳の方から見た平面図
である。 第２図は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。 第３図は本発明により達成される雑音減少測定値を理論
的雑音減少と比較して示すグラフである。 第４図は、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。 第５図は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。 第６図は、第５図のブロック図を実行する電気回路の回
路図である。 第７図は圧縮器の好適な論理構成を示すブロック図であ
る。 第８図は第７図に示す圧縮器の圧縮特性を示す。 第９Ａ図及び第９ＥＩｇ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。 第１０Ａ図及び第１０Ｂ図は、第９Ａ図及び第９Ｂ図に
示す特性を本発明に従って修正した特性を示す。 笛　１　１　捌１に十大ｇ古日日ｒネＹ°つτ准編Ｔ＋
　奇ノ（ン　トノぐ又応答を示す。 （符号説明） 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・プリアンプ特
許出願人　ポーズ・コーポレーション（外４名） 図面の浄、Ｌｏ（内容に変更なし） Ｆｉｚ、Ｉ　Ｆｉｇ、ＩＡ Ｍｙ、７ ＬａＳ Ｆか９Ａ　Ｆ扉〃 Ｆｉｇ、ｌｌ）Ａ　Ｆ扉１θＩ Ｆｉｇ、１１ 特許庁長官　若　杉和夫殿 １．事件の表示 昭和５９年特許願第７５６６８号 ２、発明の名称 ヘッドホーン装置 ろ、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所 名称　ボーズ・コーポレーション ４、代理人 （別紙） 明細書の〔特許請求の範囲〕を次の様忙補正する（第１
０項乃至第１６項追加）。 「（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、クンジョン
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、 前記クンジ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
記クンジョン支持ブラケットと外耳との間を密閉し、前
記空洞とヘッドホーン装置の外部との間の空気の流れを
禁止して中間周波数範囲を通る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
気音響手段と、 から構成され、前記電気音響手段が前記クッション支持
手段から離れ、前記ダイヤフラム及び空洞の端部に近接
する、ヘッドホーン装装置。 （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、特許請
求の範囲第１項記載のヘッドホーン装置。 （３）前記電気音響変換手段を前記クンジョン支持ブラ
ケットから離れた空洞の境界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、特許請求の範
囲第２項記載のヘッドホーン装置。 （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、特許請求の範囲第１項記載のヘッドホーン装置
。 （５）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逆にフィード
バックして前記ドライバ手段からの信号成分を前記空洞
に発生してヘッ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、 を有する特許請求の範囲第１項記載のヘッドホーン装置
。 （６）前記逆にフィードバンクする手段が、′逆゛にフ
ィードバンクされた信号を前記空洞に再生されるべき所
望の音響信号特性の入力信号と代数的に組合せる組合せ
手段から成り、 前記組合せ手段に結合される前記入力信号を受ける入力
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、前記入力信号の成分を有す
る音響信号を空洞に与える手段と、を有する特許請求の
範囲第５項記載のヘッドホーン装置。 （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値を有するオープン・ループ
・ゲインを達成する補償回路手段から成る特許請求の範
囲第６項記載のヘッドホーン装置。 （８）前記周波数範囲が約４０乃至２０００　Ｈｚであ
る特許請求の範囲第７項記載のヘッドホーン装置。 （９）前記逆にフィードバックする手段が、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生成物及び発振を生ぜ
ずに、過負荷及び可聴歪を防止する圧縮器手段から成る
特許請求の範囲第５項記載のヘッドホーン装置。 ００）　出力からのフィードバック路が遮断されるとき
入力及び出力間の開ループ・ゲインによって特徴づけら
れる増幅手段を閉ループ内に含む構成要素を有するフィ
ードバンク制御装置におし・て、少なくともその一端が
実質上カットオフ周波数によって境界づけられる所定の
周波数範囲に亘って前記増幅器の開ループ・ゲインを相
当なレベルに確立する手段と、 前記増幅手段に含まれ、その領域の大部分で前記開ルー
プ・ゲインが実質上１で傾斜がオクターブ当り６デシベ
ルよりも大きい前記カットオフ周波数から臨界周波数ま
での領域の前記所定周波数範囲外において応答を周波数
の関数として変化させると共に、前記領域内の安定性を
確保するのに充５Ｆ’ｔｒ位相マージンを維持する手段
と、を有し、前記所定の周波数範囲に亘り高ゲインを供
給すると共に発振を防止する、フィードバック制御装置
。 ０υ　前記位相マージンが少なくともπ／６である特許
請求の範囲第１０項記載のフィードバック制御装置。 ０２　前記増幅装置に含まれる周波数応答を変化させる
手段が、前記カットオフ周波数と臨界周波数との間の前
記カントオフ周波数から第１周波数までにオクターブ当
り６デシベル以上の傾斜を有し、前記第１周波数から前
記臨界周波数によって前記第１周波数と分離される第２
周波数までにオクターブ当り１２デシベル以下の傾斜を
有し、前記第２周波数から前記第２周波数によって前記
臨界周波数と分離される第３周波数までにオクターブ当
り実質上塔デシベルの傾斜を有する１、特許請求の範囲
第１０項又は第１１項記載のフィードバック制御装置。 ０初　前記第３周波数が前記第２周波数から少なくとも
１オクタ一ブ分離される特許請求の範囲第１２項記載の
フィードバンク制御装置。 ０４）前記カットオフ周波数と前記第１周波数との間の
傾斜がオクターブ当り少なくとも１２デシベルである特
許請求の範囲第１２項記載のフィードバック制御装置。 （Ｉ５）前記第１周波数と前記第２周波数との間の傾斜
がオクターブ当り６デシベルよりも大きくない特許請求
の範囲第１３項記載のフィードバック制御装置。 （１Ｇ）前記第１及び第２周波数間の傾斜が実質上オク
ターブ当り６デシベルである特許請求の範囲第１５項記
載のフィードバンク制御装置。」手続補正書（方式） １、事件の表示　［−１ 昭和６７年　２″ｒ許願第　７ぐ／／２　号２゜１１の
名称 へ・・／Ｖ′イ、−ン嘔２１ ３、補正をする者 事件との関係　出　願　人 住所 多祥　水゛−ス゛、フーホ０レーション４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （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
   記空洞とヘッドホーン装置の外部との間の空気の流れを
   禁止して中間周波数範囲を通る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′
   電気音響手段と、 から構成され、前記電気音響手段が前記クッション支持
   手段から離れ、前記ダイヤプラム及び空洞の端部に近接
   すス　ヘット°十−・ノ＃害（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プラム
   の直径よりも小さい、特許請求の範囲第１項記載のヘッ
   ドホーン装置。 （３）前記電気音響変換手段を前記クッション支持ブラ
   ケットから離れた空洞の境界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、特許請求の範
   囲第２項記載のヘッドホーン装置。 （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、特許請求の範囲第１項記載のヘッドホーン装置
   。 （５）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逆にフィード
   バックして前記ドライバ手段からの信号成分を前記空洞
   に発生してヘッドポ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、 を有する特許請求の範囲第１項記載のヘッドホーン装置
   。 （６）前記逆にフィードバックする手段が、逆にフィー
   ドバックされた信号を前記空洞に再生されるべき所望の
   音響信号特性の入力信号と代数的に組合せる組合せ手段
   から成り、 前記組合せ手段に結合される前記入力信号を受ける入力
   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、前記入力信号の成分を有す
   る音響信号を空洞に与える手段と、を有する特許請求の
   範囲第５項記載のヘッドポーン装置。 （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値を有するオープン・ループ
   ・ゲインを達成する補償回路手段から成る特許請求の範
   囲第６項記載のヘッドホーン装置。 （８）前記周波数範囲が約４０乃至２０００Ｈｚである
   特許請求の範囲第７項記載のヘッドホーン装置。 （９）前記逆にフィードバックする手段が、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生成物及び発振を生ぜ
   ずに、過負荷及び可聴歪を防止する圧縮諸手段から成る
   特許請求の範囲第５項記載のヘッドホーン装置。