JPWO2009047968A1 - ノイズキャンセルヘッドホン - Google Patents
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Abstract
周囲の騒音を電気信号に変換するマイクロホンと、マイクロホンで変換された騒音信号の位相を反転させてキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成手段と、オーディオ信号と上記キャンセル信号を混合して出力するスピーカと、を備えるノイズキャンセルヘッドホンであって、所定のレベルの基準信号を生成する基準信号生成手段と、上記騒音信号と上記基準信号とを比較した結果に応じて制御信号を出力する比較手段と、をさらに有し、上記キャンセル信号生成手段は、上記比較手段が出力する制御信号によって動作を開始することを特徴とする。このノイズキャンセルヘッドホンによれば、周囲のノイズのレベルに応じてキャンセル処理の要否を制御するノイズキャンセルヘッドホンを得ることができる。
Description
本発明は、周囲のノイズをキャンセルする信号を音楽とともに出力することでノイズを打ち消して音楽のみを聞くことができるノイズキャンセルヘッドホンであって、特に、周囲ノイズのレベルに応じたキャンセル処理を行なうことができるノイズキャンセルヘッドホンに関するものである。
様々な形態の携帯型音楽プレーヤの普及に伴い、それに使用するヘッドホンもより高性能のものが求められ、さらに、街頭や乗り物の中で音楽を聴こうとする場合に、周囲の騒音（ノイズ）に邪魔されることなく、音楽のみが聞こえるようにしたノイズキャンセルヘッドホンも望まれるようになってきた。
周囲にノイズがあると、音楽の再生音に混ざってノイズが耳に入るので、ヘッドホンで再生される音楽が高音質のものであっても、このノイズの影響で高音質の音楽を楽しむことができなくなるからである。また、周囲のノイズの影響で音楽の再生音量を上げて聞きがちになり、ヘッドホンからの音漏れが生じて、乗り物などの中では周囲の人たちに不快感を与える騒音源になってしまう。このような背景があって、ノイズキャンセルヘッドホンが普及し始めている。
ノイズキャンセルヘッドホンは、ヘッドホン筐体等に取付けられた集音マイクによって、周囲のノイズを集音して入力信号とし、この入力信号の逆位相となる信号を生成して、この生成した逆位相信号（キャンセル信号）と音楽とをヘッドホンが備えるスピーカユニットから出力することで、周囲のノイズがスピーカユニットから出力されるキャンセル信号によって打ち消されて音楽のみを聴くことができるものである。
このように、ノイズキャンセルヘッドホンは集音マイクが拾った周囲ノイズを元にしてキャンセル信号を生成するので、その周囲ノイズが、仮に周囲の状況を知らせる音（例えばサイレンやクラクションなど、以下において「周囲状況音」とする）であっても、これを打ち消すためのキャンセル信号を生成して出力してしまう。このような周囲状況音が打ち消されてしまうと、ノイズキャンセルヘッドホンを安全に利用することが困難になるので、ノイズに含まれる周囲状況音の中から「利用者にとって興味深い音」を選択的に分離し、この「利用者にとって興味深い音」に対してはキャンセル信号を生成せず、それ以外の音に対してはキャンセル信号を生成することで、利用者が安全に使用できるノイズキャンセルヘッドホンが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−５２６３７５号公報
周囲にノイズがあると、音楽の再生音に混ざってノイズが耳に入るので、ヘッドホンで再生される音楽が高音質のものであっても、このノイズの影響で高音質の音楽を楽しむことができなくなるからである。また、周囲のノイズの影響で音楽の再生音量を上げて聞きがちになり、ヘッドホンからの音漏れが生じて、乗り物などの中では周囲の人たちに不快感を与える騒音源になってしまう。このような背景があって、ノイズキャンセルヘッドホンが普及し始めている。
ノイズキャンセルヘッドホンは、ヘッドホン筐体等に取付けられた集音マイクによって、周囲のノイズを集音して入力信号とし、この入力信号の逆位相となる信号を生成して、この生成した逆位相信号（キャンセル信号）と音楽とをヘッドホンが備えるスピーカユニットから出力することで、周囲のノイズがスピーカユニットから出力されるキャンセル信号によって打ち消されて音楽のみを聴くことができるものである。
このように、ノイズキャンセルヘッドホンは集音マイクが拾った周囲ノイズを元にしてキャンセル信号を生成するので、その周囲ノイズが、仮に周囲の状況を知らせる音（例えばサイレンやクラクションなど、以下において「周囲状況音」とする）であっても、これを打ち消すためのキャンセル信号を生成して出力してしまう。このような周囲状況音が打ち消されてしまうと、ノイズキャンセルヘッドホンを安全に利用することが困難になるので、ノイズに含まれる周囲状況音の中から「利用者にとって興味深い音」を選択的に分離し、この「利用者にとって興味深い音」に対してはキャンセル信号を生成せず、それ以外の音に対してはキャンセル信号を生成することで、利用者が安全に使用できるノイズキャンセルヘッドホンが知られている（例えば特許文献１参照）。
しかし、上記文献に記載されているノイズキャンセルヘッドホンは、周囲のノイズが充分に小さく、ノイズキャンセル処理が不要な環境であっても、ノイズキャンセル回路は動作し続けので、僅かに入力されたノイズに対してもキャンセル信号を生成して出力する。スピーカユニットから出力される音楽は、このキャンセル信号の影響を受けて音質を若干変化させてしまうことがある。また、周囲のノイズが充分に小さいときはノイズキャンセル回路自体の内部ノイズ（ヘッドホンアンプなどから出力されるノイズ）の方が大きくなることがある。この場合は、キャンセル信号自体がノイズになってしまい、音質に悪影響を及ぼす。また、ノイズキャンセル回路は一般に、駆動電源として電池を用いるので、不要なノイズキャンセル処理を行なうことで無駄に電池を消耗し、ノイズキャンセル処理を長時間持続させるには課題があった。
本発明は、利用者が任意に設定することができる基準信号レベルと周囲ノイズのレベルを比較することで自動的にキャンセル信号の生成処理を制御し、キャンセル処理が不要なノイズレベルにおいては、当該処理を停止し、通常のヘッドホンとして使用することができ、高音質かつ長時間駆動可能なノイズキャンセルヘッドホンを提供することを目的とする。
本発明は、利用者が任意に設定することができる基準信号レベルと周囲ノイズのレベルを比較することで自動的にキャンセル信号の生成処理を制御し、キャンセル処理が不要なノイズレベルにおいては、当該処理を停止し、通常のヘッドホンとして使用することができ、高音質かつ長時間駆動可能なノイズキャンセルヘッドホンを提供することを目的とする。
本発明は、周囲の騒音を電気信号に変換するマイクロホンと、マイクロホンで変換される騒音信号の位相を反転させてキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成手段と、オーディオ信号と上記キャンセル信号を混合して出力するスピーカと、を備えるノイズキャンセルヘッドホンであって、基準信号のレベルを決定する基準信号生成手段と、上記騒音信号と上記基準信号とを比較した結果を出力する比較手段と、をさらに有し、上記キャンセル信号生成手段は、上記比較手段の出力によって動作を開始することを主な特徴とする。
また、本発明は、周囲の騒音を電気信号に変換するマイクロホンと、マイクロホンで変換される騒音信号の位相を反転させてキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成手段と、オーディオ信号と上記キャンセル信号を混合して出力するスピーカと、を備えるノイズキャンセルヘッドホンであって、上記騒音信号に対応する基準信号を生成する基準レベル生成手段と、上記騒音信号と上記基準信号とを比較した結果を出力する比較手段と、をさらに有し、上記キャンセル信号生成手段は、上記比較手段の出力によって動作を停止することを主な特徴とする。
本発明は、基準信号の生成レベルを調整する基準レベル調整手段をさらに有することを特徴とする。
また、本発明は、周囲の騒音を電気信号に変換するマイクロホンと、マイクロホンで変換される騒音信号の位相を反転させてキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成手段と、オーディオ信号と上記キャンセル信号を混合して出力するスピーカと、を備えるノイズキャンセルヘッドホンであって、上記騒音信号に対応する基準信号を生成する基準レベル生成手段と、上記騒音信号と上記基準信号とを比較した結果を出力する比較手段と、をさらに有し、上記キャンセル信号生成手段は、上記比較手段の出力によって動作を停止することを主な特徴とする。
本発明は、基準信号の生成レベルを調整する基準レベル調整手段をさらに有することを特徴とする。
本発明によれば、ノイズキャンセルヘッドホンにおいて、集音した周囲ノイズのレベルが小さい場合は、ノイズキャンセル処理を停止し、集音した周囲ノイズのレベルが大きい場合にのみノイズキャンセル処理を行なうことで、音楽の音質を劣化させることなく、ノイズキャンセル処理を長時間動作させることができるようになる。
また、ノイズキャンセル回路の内部から生じるノイズの出力を防止することができるので、高音質の音楽を楽しむことができるようになる。
また、ノイズキャンセル回路の内部から生じるノイズの出力を防止することができるので、高音質の音楽を楽しむことができるようになる。
第１図は、本発明にかかるノイズキャンセルヘッドホンの実施例を示す一部断面外観図である。
第２図は、上記ノイズキャンセルヘッドホンが備えるノイズキャンセル回路の例を示すブロック図である。
第３図は、上記ヘッドホンのノイズキャンセル処理の例を示すフローチャートである。
第４図は、上記ヘッドホンのノイズキャンセル処理の別の例を示すフローチャートである。
第５図は、本発明にかかるノイズキャンセルヘッドホンが備えるノイズキャンセル回路の別の例を示すブロック図である。
第６図は、上記ヘッドホンのノイズキャンセル処理の別の例を示すフローチャートである。
第７図は、上記ヘッドホンのノイズキャンセル処理の別の例を示すフローチャートである。
第８図は、上記ノイズキャンセルヘッドホンが備えるミュート回路の例を示すブロック図である。
第２図は、上記ノイズキャンセルヘッドホンが備えるノイズキャンセル回路の例を示すブロック図である。
第３図は、上記ヘッドホンのノイズキャンセル処理の例を示すフローチャートである。
第４図は、上記ヘッドホンのノイズキャンセル処理の別の例を示すフローチャートである。
第５図は、本発明にかかるノイズキャンセルヘッドホンが備えるノイズキャンセル回路の別の例を示すブロック図である。
第６図は、上記ヘッドホンのノイズキャンセル処理の別の例を示すフローチャートである。
第７図は、上記ヘッドホンのノイズキャンセル処理の別の例を示すフローチャートである。
第８図は、上記ノイズキャンセルヘッドホンが備えるミュート回路の例を示すブロック図である。
１０ キャンセル信号生成装置
１８ 比較回路
１９ ヘッドホンアンプ
２０ 基準信号生成回路
２１ 基準調整回路
２２ ミュート回路
３０ マイクユニット
４０ 切換スイッチ
５０ ミキサ
６０ スピーカユニット
１８ 比較回路
１９ ヘッドホンアンプ
２０ 基準信号生成回路
２１ 基準調整回路
２２ ミュート回路
３０ マイクユニット
４０ 切換スイッチ
５０ ミキサ
６０ スピーカユニット
以下、 本発明に係るノイズキャンセルヘッドホンについて図を用いて説明する。
図１は、左右一対で構成されるノイズキャンセルヘッドホン筐体の片側のみを示した概要図である。図１において、ヘッドホンユニット１には、キャンセル信号を生成するＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）を中心として構成されるキャンセル信号生成装置（以下「ＮＣ」とする）１０と、当該ノイズキャンセルヘッドホンの利用者の周囲のノイズＮを集音するためにヘッドホンユニット１の外側に向けて設置されたマイクユニット３０と、ヘッドホンユニット１の一部に設けた貫通孔１０２と、ＮＣ１０の動作判断に用いる基準信号のレベルを選択するための切換スイッチ４０と、ＮＣ１０の出力と音楽信号Ｓを合成して出力するミキサ５０と、ミキサ５０の出力（音楽信号Ｓとキャンセル信号の合成信号）を利用者の耳２００に向けて出力するスピーカユニット６０が備わっている。また、ヘッドホンユニット１にはＮＣ１０の駆動電源である図示しない電池が収まっている。音楽信号Ｓは図示しない携帯型音楽プレーヤなどから入力される。
図１に示すように、マイクユニット３０によって集音されたノイズＮがＮＣ１０に入力されキャンセル信号が生成されて、スピーカユニット６０によって出力される。切換スイッチ４０によって、キャンセル信号の生成処理の動作要否を判断するために用いる基準信号のレベルを切換えることができる。ミキサ５０は、音楽信号Ｓと、ＮＣ１０の出力であるキャンセル信号とを合成し、スピーカユニット６０に対して出力する。このように、キャンセル信号と音楽信号Ｓによる音声がスピーカユニット６０から出力されると、ノイズＮとキャンセル信号が打ち消しあい、耳２００には音楽信号Ｓによる音声のみが届くようになる。
上記ＮＣ１０の詳細について図２のブロック図を用いて説明する。図２において、ＮＣ１０は、マイクユニット３０が集音したノイズＮを所定のレベルに増幅するマイクアンプ１１と、増幅されたノイズＮの位相を調整する位相調整部１２と、ノイズＮの高周波成分を除去するローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３と、ノイズＮをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ１４と、デジタル信号に変換されたノイズＮのキャンセル信号を生成するＤＳＰ１５と、ＤＳＰ１５によって生成されたキャンセル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ１６と、アナログ信号に変換されたキャンセル信号を平滑化するポストフィルタ１７と、スピーカユニット６０を駆動させるためのヘッドホンアンプ１９と、マイクアンプ１１から出力されるノイズＮのレベルを判定する比較回路１８と、比較回路１８が使用する基準となる基準信号を生成する基準信号生成回路２０と、ヘッドホンユニット１の筐体外壁面に設置された切換スイッチ４０によって、利用者が基準信号のレベルを任意に変更することができる基準調整回路２１とを備えている。
比較回路１８は、ノイズＮのレベルを判定できればよいので、マイクアンプ１１の出力に限ることはなく、位相調整回路１２の出力、または、ＬＰＦ１３からの出力を入力としてもよい。
比較回路１８は、ノイズＮのレベルと基準信号生成回路２０が生成する基準信号のレベルを比較し、ノイズＮのレベルが基準信号のレベルよりも小さい場合に、ＤＳＰ１５及びヘッドホンアンプ１９に対して動作停止を指示する制御信号を出力する。また、比較回路１８は、ノイズＮのレベルと基準信号のレベルとを比較し、ノイズＮのレベルが基準信号のレベルよりも大きい場合には、ＤＳＰ１５及びヘッドホンアンプ１９に対して動作開始を指示する制御信号を出力する。
上記ヘッドホンアンプ１９を介して出力されるキャンセル信号は、ミキサ５０において音楽信号Ｓと合成されてスピーカユニット６０から出力される。
次に、上記ＮＣ１０の動作の例について図３のフローチャートを用いて説明する。
本発明に係るノイズキャンセルヘッドホンは、電源投入によってノイズキャンセル回路が動作を開始するモードと、電源投入時にはノイズキャンセル回路は動作させずにマイクユニット１から入力されたノイズのレベルによって動作を開始するモードを有する。図３は、電源投入によってノイズキャンセル回路を動作させるモードにおける動作の流れを示している。
まずマイクユニット３０から入力されたノイズＮをマイクアンプ１１によって所定のレベルに増幅して比較回路１８に入力し、ノイズＮのレベルと基準信号回路２０が生成する基準信号のレベルとを比較する（Ｓ３０１）。ノイズＮのレベルが大きい場合、比較回路１８は制御信号を出力しないので、ＮＣ１０は動作を継続する。従って、上記ノイズＮに応じたキャンセル信号がＤＳＰ１５によって生成されて、このキャンセル信号がヘッドホンアンプ１９を介してミキサ５０に出力され音楽信号Ｓと合成されてスピーカユニット６０から出力される（Ｓ３０２）。
比較回路１８が、マイクユニット３０から入力されたノイズＮのレベルが基準信号のレベルよりも小さいと判定した場合、ヘッドホンアンプ１９に対して動作停止を指示する制御信号を出力する（Ｓ３０３）。これによってヘッドホンアンプ１９はスピーカユニット６０への出力動作を停止する。
次に、比較回路１８はＤＳＰ１５に対して動作停止を指示する制御信号を出力する（Ｓ３０４）。これによってＤＳＰ１５は、キャンセル信号生成処理を停止する。このように、ノイズＮのレベルが基準信号のレベルよりも小さければノイズキャンセル処理を行なわず、また、ヘッドホンアンプへの出力も停止するので、スピーカユニット６０からはアンプのノイズなどのキャンセル信号とは異なる他の信号が出力されることがなく、ノイズキャンセルヘッドホンが行う信号処理による音質変化が生じることがない。
すなわち、基準信号のレベルよりもノイズＮのレベルが小さいときは、音楽信号Ｓのみによる音声を出力することができるようになる。
次に、上記ＮＣ１０の別の動作について説明する。図４は、電源投入時にはノイズキャンセル回路を動作させずにマイクユニット１から入力されたノイズのレベルによって動作を開始するモードにおける動作の流れを示している。
まずマイクユニット３０から入力されたノイズＮをマイクアンプ１１によって所定のレベルに増幅して比較回路１８に入力し、ノイズＮと基準信号回路２０が生成する基準信号のレベルとを比較する（Ｓ４０１）。ノイズＮのレベルが小さい場合、比較回路１８は何も出力しないので、ＤＳＰ１５及びヘッドホンアンプ１９も動作をせず、ＮＣ１０からミキサ５０に対しては何も出力しない。
ノイズＮのレベルが基準信号のレベルよりも大きい場合、比較回路１８は、ＤＳＰ１５に対して動作モードの変更を指示する制御信号を出力する（Ｓ４０２）。これによって、ＤＳＰ１５は入力されるノイズＮに対するキャンセル信号の生成動作を開始する。
次に、比較回路１８はヘッドホンアンプ１９に対して動作開始を指示する制御信号を出力する（Ｓ４０３）。これによって、上記生成されたキャンセル信号がミキサ５０に対して出力され、音楽信号Ｓとキャンセル信号を合成した後にスピーカユニット６０に出力されて、キャンセル信号と音楽信号Ｓによる音声がスピーカユニット６０から出力される。
次に本発明に係るノイズキャンセルヘッドホンに用いることができるキャンセル信号生成装置（ＮＣ）の別の実施形態について説明する。
本実施例に係るＮＣ１０ａの詳細を図５に示す。ＮＣ１０ａは、すでに説明したＮＣ１０にミュート回路２２を追加した構成を有している。従って、図２ですでに説明したＮＣ１０と同一の構成部分には同じ符号を示し、説明は省略する。
ミュート回路２２は、ノイズＮが基準信号のレベルよりも小さいときは、ヘッドホンアンプ１９とスピーカユニット６０とを電気的に切断する回路である。比較回路１８が、ノイズＮのレベルと基準信号回路２１が生成する基準信号のレベルを比較した結果、ノイズＮのレベルが基準信号よりも小さいと判定したときに、ＤＳＰ１５及びヘッドホンアンプ１９に対して動作停止を指示する制御信号を出力するとともに、ミュート回路２２に対して動作開始を指示する制御信号を出力する。これによってミュート回路２２はヘッドホンアンプ１９とスピーカユニット６０の間を電気的に切断し、ＮＣ１０とミキサ５０が電気的に切り離される。
このように動作をするミュート回路２２によれば、スピーカユニット６０からＮＣ１０ａが有する内部ノイズなどを出力されることがなく、高音質な音楽信号Ｓのみによる音声を出力することができるようになる。
図８にミュート回路２２の回路構成の例を示す。図８に示すように、ヘッドホンアンプ１９の出力端子はミュート回路２２を介してミキサ５０に接続している。ミュート回路はトランジスタによって構成され、そのベース端子に比較回路１８からの制御信号が入力されるとヘッドホンアンプ１９の出力端子に接続しているコレクタ端子と、接地されているエミッタ端子間が短絡され、ヘッドホンアンプ１９からの出力は接地されて、ミキサ５０に出力されることがなくなる。このように、ミュート回路２２を設けることでアンプ回路特有の内部ノイズがあってもスピーカユニット６０かそれが出力されることはない。
次に、上記ＮＣ１０ａの動作の流れについて図６のフローチャートを用いて説明する。すでに説明したとおり、本発明に係るノイズキャンセルヘッドホンは、電源投入によってノイズキャンセル回路が動作を開始するモードと、電源投入時にはノイズキャンセル回路は動作させずにマイクユニット１からの入力によって動作を開始するモードを有する。本実施例は、電源投入によってノイズキャンセル回路を動作させるモードの例である。
まずマイクユニット３０から入力されたノイズＮをマイクアンプ１１によって所定のレベルに増幅して比較回路１８に入力し、ノイズＮのレベルと基準信号回路２０が生成する基準信号のレベルとを比較する（Ｓ６０１）。ノイズＮのレベルが大きいとき、比較回路１８は何も出力せず、上記ノイズＮに対応するキャンセル信号がＤＳＰ１５において生成され、このキャンセル信号が、ヘッドホンアンプ１９を介してミキサ５０に出力されて音楽信号Ｓと合成されスピーカユニット６０から出力される（Ｓ６０２）。
比較回路１８において、マイクユニット３０から入力されたノイズＮのレベルが、基準信号のレベルよりも小さいと判定した場合、比較回路１８は、ヘッドホンアンプ１９に対して動作停止を指示する制御信号を出力する（Ｓ６０３）。これによってヘッドホンアンプ１９はミキサ５０に対する出力を停止する。
次に、比較回路１８はＤＳＰ１５に対して動作停止を指示する制御信号を出力する（Ｓ６０４）。制御信号を受け取ったＤＳＰ１５は、入力されたノイズＮに対するキャンセル信号生成処理を停止する。
次に、比較回路１８は、ミュート回路２２に対して制御信号を出力する（Ｓ６０５）。既に説明したとおり、制御信号によってミュート回路２２はヘッドホンアンプ１９の出力端子を接地するので、ＮＣ１０ａとミキサ５０、スピーカユニット６０は電気的に切断される。
このように、ノイズＮのレベルが基準信号のレベルよりも小さければノイズキャンセル処理を行なわず、また、ヘッドホンアンプの出力も停止し、ミュート回路２２によって電気的に切断もするので、スピーカユニット６０からは他の信号（アンプのノイズ）や、信号処理による音質変化をもたらすことなく、音楽信号Ｓによる音声のみを出力することができるようになる。
次に、上記ＮＣ１０ａの動作の別の例について図７のフローチャートを用いて説明する。本実施例は、マイクユニット３０から入力されたノイズＮが基準信号レベルと同等もしくは小さいためにヘッドホンアンプの出力が停止され、ＤＳＰがスリープモードに変更され、ミュート回路が動作している状態において、さらにマイクユニット３０からノイズＮが入力されたときの処理の流れである。
まずマイクユニット３０から入力されたノイズＮをマイクアンプ１１によって所定のゲインに増幅して比較回路１８に入力し、ノイズＮのレベルと基準信号回路２０が生成する基準信号のレベルとを比較する（Ｓ７０１）。
比較回路１８において、マイクユニット３０から入力されたノイズＮのレベルが、基準信号のレベルよりも小さいと判定した場合は、既に説明したとおり、比較回路１８が出力する制御信号によって、ヘッドホンアンプ１９の出力を停止し、ＤＳＰ１５はキャンセル信号生成処理を停止し、ミュート回路２２はヘッドホンアンプ１９の出力端子を接地するように動作する（Ｓ７０３、Ｓ７０４、Ｓ７０５）。
ノイズＮのレベルが基準信号レベルよりも大きい場合は、比較回路１８が、ＤＳＰ１５に対して、ノイズキャンセルの生成を行なうように動作開始を指示する制御信号を出力する（Ｓ７０２）。
次に、比較回路１８は、ヘッドホンアンプ１９に対して動作開始を指示する制御信号を出力する（Ｓ７０６）。これによってヘッドホンアンプ１９はミキサ５０に対する出力を開始する。次に、比較回路１８は、ミュート回路２２に対する制御信号の出力を停止する（Ｓ７０７）。
これによって、既に説明したとおり、ヘッドホンアンプ１９の出力信号は、ミキサ５０へと出力される。なお、ヘッドホンアンプの出力を開始した後に、ミュート回路の動作をオフにすることで、ヘッドホンアンプの動作開始時に発生するノイズをミキサ５０に出力することを抑止することができる。
このように、ノイズキャンセル処理が一旦停止された後に、入力されたノイズＮのレベルが基準信号のレベルよりも大きければ、再度、ノイズキャンセル処理を開始することができ、また、ノイズキャンセル信号の出力開始時に発生する内部ノイズは、ミュート回路によって出力を回避することができるので、信号処理による音質変化をもたらすことなく、音楽信号Ｓによる音声のみを出力することができるようになる。
以上のように本発明にかかるノイズキャンセルヘッドホンは、通常のヘッドホンとして使用しつつ、周囲ノイズが大きい場合にのみ、ノイズキャンセル処理が動作するので、ノイズキャンセルヘッドホン特有の音質の変化を最小限に抑えつつ、電池の消耗も少なく長時間、高音質の音楽を楽しむことができるようになる。
なお、上記実施例の説明において、ＮＣ１０及びＮＣ１０ａは、ＤＳＰを用いてデジタル信号処理によるキャンセル信号の生成処理としたが、本発明はこれに限ることなくアナログ回路で構成するノイズキャンセル回路であっても同様の処理を行なうことができる。
なお、本明細書において「音楽信号」とは、一般的な音楽信号のほか、いわゆるオーディオ信号のことをいい、「楽音信号」という場合もある。
図１は、左右一対で構成されるノイズキャンセルヘッドホン筐体の片側のみを示した概要図である。図１において、ヘッドホンユニット１には、キャンセル信号を生成するＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）を中心として構成されるキャンセル信号生成装置（以下「ＮＣ」とする）１０と、当該ノイズキャンセルヘッドホンの利用者の周囲のノイズＮを集音するためにヘッドホンユニット１の外側に向けて設置されたマイクユニット３０と、ヘッドホンユニット１の一部に設けた貫通孔１０２と、ＮＣ１０の動作判断に用いる基準信号のレベルを選択するための切換スイッチ４０と、ＮＣ１０の出力と音楽信号Ｓを合成して出力するミキサ５０と、ミキサ５０の出力（音楽信号Ｓとキャンセル信号の合成信号）を利用者の耳２００に向けて出力するスピーカユニット６０が備わっている。また、ヘッドホンユニット１にはＮＣ１０の駆動電源である図示しない電池が収まっている。音楽信号Ｓは図示しない携帯型音楽プレーヤなどから入力される。
図１に示すように、マイクユニット３０によって集音されたノイズＮがＮＣ１０に入力されキャンセル信号が生成されて、スピーカユニット６０によって出力される。切換スイッチ４０によって、キャンセル信号の生成処理の動作要否を判断するために用いる基準信号のレベルを切換えることができる。ミキサ５０は、音楽信号Ｓと、ＮＣ１０の出力であるキャンセル信号とを合成し、スピーカユニット６０に対して出力する。このように、キャンセル信号と音楽信号Ｓによる音声がスピーカユニット６０から出力されると、ノイズＮとキャンセル信号が打ち消しあい、耳２００には音楽信号Ｓによる音声のみが届くようになる。
上記ＮＣ１０の詳細について図２のブロック図を用いて説明する。図２において、ＮＣ１０は、マイクユニット３０が集音したノイズＮを所定のレベルに増幅するマイクアンプ１１と、増幅されたノイズＮの位相を調整する位相調整部１２と、ノイズＮの高周波成分を除去するローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３と、ノイズＮをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ１４と、デジタル信号に変換されたノイズＮのキャンセル信号を生成するＤＳＰ１５と、ＤＳＰ１５によって生成されたキャンセル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ１６と、アナログ信号に変換されたキャンセル信号を平滑化するポストフィルタ１７と、スピーカユニット６０を駆動させるためのヘッドホンアンプ１９と、マイクアンプ１１から出力されるノイズＮのレベルを判定する比較回路１８と、比較回路１８が使用する基準となる基準信号を生成する基準信号生成回路２０と、ヘッドホンユニット１の筐体外壁面に設置された切換スイッチ４０によって、利用者が基準信号のレベルを任意に変更することができる基準調整回路２１とを備えている。
比較回路１８は、ノイズＮのレベルを判定できればよいので、マイクアンプ１１の出力に限ることはなく、位相調整回路１２の出力、または、ＬＰＦ１３からの出力を入力としてもよい。
比較回路１８は、ノイズＮのレベルと基準信号生成回路２０が生成する基準信号のレベルを比較し、ノイズＮのレベルが基準信号のレベルよりも小さい場合に、ＤＳＰ１５及びヘッドホンアンプ１９に対して動作停止を指示する制御信号を出力する。また、比較回路１８は、ノイズＮのレベルと基準信号のレベルとを比較し、ノイズＮのレベルが基準信号のレベルよりも大きい場合には、ＤＳＰ１５及びヘッドホンアンプ１９に対して動作開始を指示する制御信号を出力する。
上記ヘッドホンアンプ１９を介して出力されるキャンセル信号は、ミキサ５０において音楽信号Ｓと合成されてスピーカユニット６０から出力される。
次に、上記ＮＣ１０の動作の例について図３のフローチャートを用いて説明する。
本発明に係るノイズキャンセルヘッドホンは、電源投入によってノイズキャンセル回路が動作を開始するモードと、電源投入時にはノイズキャンセル回路は動作させずにマイクユニット１から入力されたノイズのレベルによって動作を開始するモードを有する。図３は、電源投入によってノイズキャンセル回路を動作させるモードにおける動作の流れを示している。
まずマイクユニット３０から入力されたノイズＮをマイクアンプ１１によって所定のレベルに増幅して比較回路１８に入力し、ノイズＮのレベルと基準信号回路２０が生成する基準信号のレベルとを比較する（Ｓ３０１）。ノイズＮのレベルが大きい場合、比較回路１８は制御信号を出力しないので、ＮＣ１０は動作を継続する。従って、上記ノイズＮに応じたキャンセル信号がＤＳＰ１５によって生成されて、このキャンセル信号がヘッドホンアンプ１９を介してミキサ５０に出力され音楽信号Ｓと合成されてスピーカユニット６０から出力される（Ｓ３０２）。
比較回路１８が、マイクユニット３０から入力されたノイズＮのレベルが基準信号のレベルよりも小さいと判定した場合、ヘッドホンアンプ１９に対して動作停止を指示する制御信号を出力する（Ｓ３０３）。これによってヘッドホンアンプ１９はスピーカユニット６０への出力動作を停止する。
次に、比較回路１８はＤＳＰ１５に対して動作停止を指示する制御信号を出力する（Ｓ３０４）。これによってＤＳＰ１５は、キャンセル信号生成処理を停止する。このように、ノイズＮのレベルが基準信号のレベルよりも小さければノイズキャンセル処理を行なわず、また、ヘッドホンアンプへの出力も停止するので、スピーカユニット６０からはアンプのノイズなどのキャンセル信号とは異なる他の信号が出力されることがなく、ノイズキャンセルヘッドホンが行う信号処理による音質変化が生じることがない。
すなわち、基準信号のレベルよりもノイズＮのレベルが小さいときは、音楽信号Ｓのみによる音声を出力することができるようになる。
次に、上記ＮＣ１０の別の動作について説明する。図４は、電源投入時にはノイズキャンセル回路を動作させずにマイクユニット１から入力されたノイズのレベルによって動作を開始するモードにおける動作の流れを示している。
まずマイクユニット３０から入力されたノイズＮをマイクアンプ１１によって所定のレベルに増幅して比較回路１８に入力し、ノイズＮと基準信号回路２０が生成する基準信号のレベルとを比較する（Ｓ４０１）。ノイズＮのレベルが小さい場合、比較回路１８は何も出力しないので、ＤＳＰ１５及びヘッドホンアンプ１９も動作をせず、ＮＣ１０からミキサ５０に対しては何も出力しない。
ノイズＮのレベルが基準信号のレベルよりも大きい場合、比較回路１８は、ＤＳＰ１５に対して動作モードの変更を指示する制御信号を出力する（Ｓ４０２）。これによって、ＤＳＰ１５は入力されるノイズＮに対するキャンセル信号の生成動作を開始する。
次に、比較回路１８はヘッドホンアンプ１９に対して動作開始を指示する制御信号を出力する（Ｓ４０３）。これによって、上記生成されたキャンセル信号がミキサ５０に対して出力され、音楽信号Ｓとキャンセル信号を合成した後にスピーカユニット６０に出力されて、キャンセル信号と音楽信号Ｓによる音声がスピーカユニット６０から出力される。
次に本発明に係るノイズキャンセルヘッドホンに用いることができるキャンセル信号生成装置（ＮＣ）の別の実施形態について説明する。
本実施例に係るＮＣ１０ａの詳細を図５に示す。ＮＣ１０ａは、すでに説明したＮＣ１０にミュート回路２２を追加した構成を有している。従って、図２ですでに説明したＮＣ１０と同一の構成部分には同じ符号を示し、説明は省略する。
ミュート回路２２は、ノイズＮが基準信号のレベルよりも小さいときは、ヘッドホンアンプ１９とスピーカユニット６０とを電気的に切断する回路である。比較回路１８が、ノイズＮのレベルと基準信号回路２１が生成する基準信号のレベルを比較した結果、ノイズＮのレベルが基準信号よりも小さいと判定したときに、ＤＳＰ１５及びヘッドホンアンプ１９に対して動作停止を指示する制御信号を出力するとともに、ミュート回路２２に対して動作開始を指示する制御信号を出力する。これによってミュート回路２２はヘッドホンアンプ１９とスピーカユニット６０の間を電気的に切断し、ＮＣ１０とミキサ５０が電気的に切り離される。
このように動作をするミュート回路２２によれば、スピーカユニット６０からＮＣ１０ａが有する内部ノイズなどを出力されることがなく、高音質な音楽信号Ｓのみによる音声を出力することができるようになる。
図８にミュート回路２２の回路構成の例を示す。図８に示すように、ヘッドホンアンプ１９の出力端子はミュート回路２２を介してミキサ５０に接続している。ミュート回路はトランジスタによって構成され、そのベース端子に比較回路１８からの制御信号が入力されるとヘッドホンアンプ１９の出力端子に接続しているコレクタ端子と、接地されているエミッタ端子間が短絡され、ヘッドホンアンプ１９からの出力は接地されて、ミキサ５０に出力されることがなくなる。このように、ミュート回路２２を設けることでアンプ回路特有の内部ノイズがあってもスピーカユニット６０かそれが出力されることはない。
次に、上記ＮＣ１０ａの動作の流れについて図６のフローチャートを用いて説明する。すでに説明したとおり、本発明に係るノイズキャンセルヘッドホンは、電源投入によってノイズキャンセル回路が動作を開始するモードと、電源投入時にはノイズキャンセル回路は動作させずにマイクユニット１からの入力によって動作を開始するモードを有する。本実施例は、電源投入によってノイズキャンセル回路を動作させるモードの例である。
まずマイクユニット３０から入力されたノイズＮをマイクアンプ１１によって所定のレベルに増幅して比較回路１８に入力し、ノイズＮのレベルと基準信号回路２０が生成する基準信号のレベルとを比較する（Ｓ６０１）。ノイズＮのレベルが大きいとき、比較回路１８は何も出力せず、上記ノイズＮに対応するキャンセル信号がＤＳＰ１５において生成され、このキャンセル信号が、ヘッドホンアンプ１９を介してミキサ５０に出力されて音楽信号Ｓと合成されスピーカユニット６０から出力される（Ｓ６０２）。
比較回路１８において、マイクユニット３０から入力されたノイズＮのレベルが、基準信号のレベルよりも小さいと判定した場合、比較回路１８は、ヘッドホンアンプ１９に対して動作停止を指示する制御信号を出力する（Ｓ６０３）。これによってヘッドホンアンプ１９はミキサ５０に対する出力を停止する。
次に、比較回路１８はＤＳＰ１５に対して動作停止を指示する制御信号を出力する（Ｓ６０４）。制御信号を受け取ったＤＳＰ１５は、入力されたノイズＮに対するキャンセル信号生成処理を停止する。
次に、比較回路１８は、ミュート回路２２に対して制御信号を出力する（Ｓ６０５）。既に説明したとおり、制御信号によってミュート回路２２はヘッドホンアンプ１９の出力端子を接地するので、ＮＣ１０ａとミキサ５０、スピーカユニット６０は電気的に切断される。
このように、ノイズＮのレベルが基準信号のレベルよりも小さければノイズキャンセル処理を行なわず、また、ヘッドホンアンプの出力も停止し、ミュート回路２２によって電気的に切断もするので、スピーカユニット６０からは他の信号（アンプのノイズ）や、信号処理による音質変化をもたらすことなく、音楽信号Ｓによる音声のみを出力することができるようになる。
次に、上記ＮＣ１０ａの動作の別の例について図７のフローチャートを用いて説明する。本実施例は、マイクユニット３０から入力されたノイズＮが基準信号レベルと同等もしくは小さいためにヘッドホンアンプの出力が停止され、ＤＳＰがスリープモードに変更され、ミュート回路が動作している状態において、さらにマイクユニット３０からノイズＮが入力されたときの処理の流れである。
まずマイクユニット３０から入力されたノイズＮをマイクアンプ１１によって所定のゲインに増幅して比較回路１８に入力し、ノイズＮのレベルと基準信号回路２０が生成する基準信号のレベルとを比較する（Ｓ７０１）。
比較回路１８において、マイクユニット３０から入力されたノイズＮのレベルが、基準信号のレベルよりも小さいと判定した場合は、既に説明したとおり、比較回路１８が出力する制御信号によって、ヘッドホンアンプ１９の出力を停止し、ＤＳＰ１５はキャンセル信号生成処理を停止し、ミュート回路２２はヘッドホンアンプ１９の出力端子を接地するように動作する（Ｓ７０３、Ｓ７０４、Ｓ７０５）。
ノイズＮのレベルが基準信号レベルよりも大きい場合は、比較回路１８が、ＤＳＰ１５に対して、ノイズキャンセルの生成を行なうように動作開始を指示する制御信号を出力する（Ｓ７０２）。
次に、比較回路１８は、ヘッドホンアンプ１９に対して動作開始を指示する制御信号を出力する（Ｓ７０６）。これによってヘッドホンアンプ１９はミキサ５０に対する出力を開始する。次に、比較回路１８は、ミュート回路２２に対する制御信号の出力を停止する（Ｓ７０７）。
これによって、既に説明したとおり、ヘッドホンアンプ１９の出力信号は、ミキサ５０へと出力される。なお、ヘッドホンアンプの出力を開始した後に、ミュート回路の動作をオフにすることで、ヘッドホンアンプの動作開始時に発生するノイズをミキサ５０に出力することを抑止することができる。
このように、ノイズキャンセル処理が一旦停止された後に、入力されたノイズＮのレベルが基準信号のレベルよりも大きければ、再度、ノイズキャンセル処理を開始することができ、また、ノイズキャンセル信号の出力開始時に発生する内部ノイズは、ミュート回路によって出力を回避することができるので、信号処理による音質変化をもたらすことなく、音楽信号Ｓによる音声のみを出力することができるようになる。
以上のように本発明にかかるノイズキャンセルヘッドホンは、通常のヘッドホンとして使用しつつ、周囲ノイズが大きい場合にのみ、ノイズキャンセル処理が動作するので、ノイズキャンセルヘッドホン特有の音質の変化を最小限に抑えつつ、電池の消耗も少なく長時間、高音質の音楽を楽しむことができるようになる。
なお、上記実施例の説明において、ＮＣ１０及びＮＣ１０ａは、ＤＳＰを用いてデジタル信号処理によるキャンセル信号の生成処理としたが、本発明はこれに限ることなくアナログ回路で構成するノイズキャンセル回路であっても同様の処理を行なうことができる。
なお、本明細書において「音楽信号」とは、一般的な音楽信号のほか、いわゆるオーディオ信号のことをいい、「楽音信号」という場合もある。
本発明は、コンサートホールやカーオーディーオなど、音楽信号を再生して出力する各種音響システムにおけるノイズキャンセル処理にも適用可能である。
Claims (7)
- 周囲の騒音を電気信号に変換するマイクロホンと、マイクロホンで変換された騒音信号の位相を反転させてキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成手段と、オーディオ信号と上記キャンセル信号を混合して出力するスピーカと、を備えるノイズキャンセルヘッドホンであって、
所定のレベルの基準信号を生成する基準信号生成手段と、
上記騒音信号と上記基準信号とを比較した結果に応じて制御信号を出力する比較手段と、をさらに有し、
上記キャンセル信号生成手段は、上記比較手段が出力する制御信号によって動作を開始することを特徴とするノイズキャンセルヘッドホン。 - 上記比較手段は、上記騒音信号が上記基準信号よりも大きいときに制御信号を出力することを特徴とする請求の範囲第１項記載のノイズキャンセルヘッドホン。
- 周囲の騒音を電気信号に変換するマイクロホンと、マイクロホンで変換される騒音信号の位相を反転させてキャンセル信号を生成するキャンセル信号生成手段と、オーディオ信号と上記キャンセル信号を混合して出力するスピーカと、を備えるノイズキャンセルヘッドホンであって、
所定のレベルの基準信号を生成する基準信号生成手段と、
上記騒音信号と上記基準信号とを比較した結果に応じて制御信号を出力する比較手段と、をさらに有し、
上記キャンセル信号生成手段は、上記比較手段が出力振動によって動作を停止することを特徴とするノイズキャンセルヘッドホン。 - 上記比較手段は、上記騒音信号が上記基準信号よりも小さいときに制御信号を出力することを特徴とする請求の範囲第３項記載のノイズキャンセルヘッドホン。
- 上記基準信号の生成レベルを調整する基準レベル調整手段をさらに有することを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載のノイズキャンセルヘッドホン。
- 上記基準レベル調整手段は、複数の段階で基準信号のレベルを調整可能である請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載のノイズキャンセルヘッドホン。
- 上記基準レベル調整手段は、無段階で基準信号のレベルを調整可能である請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載のノイズキャンセルヘッドホン。
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