WO2018163423A1 - ヘッドフォン - Google Patents

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WO2018163423A1
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signal
microphone
wind noise
sound
speaker
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裕介 小長井
英喜 増井
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ヤマハ株式会社
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    • H04R5/00—Stereophonic arrangements
    • H04R5/033—Headphones for stereophonic communication

Definitions

  • the present invention relates to headphones for perceiving ambient sounds.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and one of its purposes is to provide a technique that does not require windbreak when a microphone that collects ambient sounds is provided in headphones. There is.
  • a headphone includes a first microphone that collects ambient sound outside the user's external auditory canal, a second microphone that collects sound in the ear canal, and the ear canal.
  • a discriminator for discriminating the presence or absence of wind noise by comparing the first signal based on the sound collected by the first microphone and the second signal based on the sound collected by the second microphone
  • a processing unit that, when the discriminator determines that the wind noise is not generated, adds the input signal to the first signal and outputs the signal to the speaker.
  • FIG. 1 is a diagram showing a headphone 1 according to the first embodiment.
  • the headphone 1 includes a right ear right unit 10R, a left ear left unit 10L, and a neckband 20 that connects the right unit 10R and the left unit 10L.
  • the light unit 10R includes a base unit 3 and an earpiece 5.
  • the base unit 3 is formed of a hard material such as plastic, and is fixed to one end of the neckband 20.
  • the external appearance of the base unit 3 is formed in a substantially cylindrical shape.
  • the earpiece 5 is formed of a material having elasticity such as silicon rubber and urethane, and is attached to the base unit 3.
  • the left unit 10L includes a base unit and an earpiece, like the right unit 10R.
  • symbol is abbreviate
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a usage state of the headphone 1
  • FIG. 3 is a diagram particularly illustrating a mounting state of the light unit 10R on the right ear.
  • the user W uses the headphones 1 as follows. That is, as shown in FIG. 2, the user W has the right unit 10R and the left unit 10L forward, the neckband 20 is hooked on the ear, the earpiece of the right unit 10R is placed on the right ear canal, and the left unit 10L Insert each earpiece into the left ear canal.
  • a microphone 11 is provided on one end side of a cylindrical bottom surface, and a cylindrical port 4 having an opening 4 a is integrally formed on the other end side.
  • a microphone 12 and a speaker 15 are provided at the bottom of the port 4 and on the other end side of the base unit 3.
  • the earpiece 5 is formed, for example, in the shape of a dome or a shell from the elastic material, and is attached to the base unit 3 so as to cover the port 4 on the bottom side of the shape, while the tip side of the shape is on the user side Is inserted into the external auditory canal 214. More specifically, as shown in FIG.
  • the light unit 10 ⁇ / b> R is inserted into the ear canal 214 to the extent that the earpiece 5 does not reach the eardrum 212 with one end of the base unit 3 exposed from the ear canal 214. .
  • the microphone 11 collects ambient sounds, which are sounds outside the base unit 3, while the microphone 12 collects sounds emitted from the speakers 15, and the ear canal 214 is connected to the earpiece 5.
  • the sound of the closed space is collected, and the ambient sound that has propagated through the base unit 3 and the earpiece 5 is collected.
  • the neckband 20 is omitted for convenience.
  • the electrical configuration of the right unit 10R and the left unit 10L is substantially the same as will be described later. Therefore, the electrical configuration of the right unit 10R and the left unit 10L will be described as a representative of the right unit 10R.
  • FIG. 4 is a block diagram showing an electrical configuration of the light unit 10R.
  • the signal collected by the microphone 11 is amplified by the amplifier 31, converted to a digital signal by an ADC (Analog to Digital Converter) 32, and supplied to the equalizer 41 and the discriminator 51.
  • ADC Analog to Digital Converter
  • the signal collected by the microphone 12 is amplified by the amplifier 35, converted to a digital signal by the ADC 36, and supplied to the addition input terminal (+) of the subtractor 55.
  • the output signal of the filter 53 is supplied to the subtraction input terminal ( ⁇ ) of the subtractor 55.
  • the subtractor 55 subtracts the output signal of the filter 53 from the output signal of the ADC 36 and outputs the result.
  • the subtraction signal output from the subtractor 55 is supplied to the equalizer 42 and the discriminator 51, respectively.
  • the filter 53 simulates a spatial path from the speaker 15 to the microphone 12 in the ear canal 214. Specifically, the filter 53 gives the sound emitted by the speaker 15 a change (reflection, attenuation, etc.) when propagating through a spatial path from the speaker 15 to the microphone 12.
  • the subtracter 55 subtracts the signal to which the change is given from the output signal of the ADC 36, that is, the signal based on the microphone 12. For this reason, the subtraction signal from the subtractor 55 cancels the sound component emitted from the speaker 15.
  • the discriminator 51 discriminates whether or not the ambient sound collected by the microphone 11 contains wind noise based on the output signal of the ADC 32 and the subtraction signal from the subtractor 55, and a signal indicating the discrimination result Wn is output.
  • the determination of wind noise will be described.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of frequency characteristics of wind noise.
  • wind noise is random noise generated by disturbance of airflow around the microphone. Such wind noise is generated over a wide frequency band, and has a frequency characteristic that the level is relatively large on the low frequency side, relatively small on the high frequency side, and gradually attenuates as the frequency increases. Have.
  • the wind noise is generated due to the turbulence of the air current, it tends to vary depending on the structure and material of the base unit 3.
  • the microphone 11 when wind noise is generated, the microphone 11 directly picks up surrounding sounds together with the wind noise.
  • the microphone 12 since the earpiece 5 is inserted into the external auditory canal 214 of the user W in the state of use, the microphone 12 does not directly collect wind noise but indirectly propagates through the base unit 3 or the ear of the user W. As a result, the surrounding sound is collected together with the wind noise.
  • the sound propagation path for the microphones 11 and 12 will be described later.
  • the wind noise and the ambient sound are collected directly by the microphone 11 but indirectly by the microphone 12. For this reason, if wind noise is generated, the sound level on the low frequency side collected by the microphone 11 becomes higher than the sound level on the low frequency side collected by the microphone 12, and the wind noise is generated. If it does not occur, it will not be so large.
  • the discriminator 51 discriminates whether or not the level on the low frequency side of the signal output from the ADC 32 is greater than the threshold level than the level on the low frequency side of the signal output from the subtractor 55. It is determined that a wind noise is generated, and if it is not loud, it is determined that no wind noise is generated.
  • the discriminator 51 outputs the signal Wn at the H level when it is determined that the wind noise is generated, and outputs the signal Wn at the L level when it is determined that the wind noise is not generated. In addition to the method described here, there are various methods for determining the wind noise as described later.
  • the processing unit 40 includes equalizers 41 and 42, a switch 45, and an adder 47.
  • the equalizer 41 performs a correction process, for example, a process for adjusting the sound quality, on the output signal of the ADC 32.
  • the equalizer 42 applies a process for emphasizing the high frequency side to the subtraction signal from the subtractor 55 in addition to the correction process equivalent to the equalizer 41.
  • the microphone 12 does not directly pick up ambient sound, but indirectly picks up sound through the base unit 3, the earpiece 5, the ear of the user W, and the like. For this reason, the ambient sound collected by the microphone 12 is not particularly clear on the high frequency side. Therefore, the equalizer 42 performs a correction process for emphasizing the high frequency side on the subtraction signal from the subtractor 55.
  • the switch 45 selects the output signal of the equalizer 41 when the signal Wn by the discriminator 51 is at L level, that is, when it is determined that no wind noise is generated (takes the position of the solid line in FIG. 4). On the other hand, when the signal Wn by the discriminator 51 is at the H level, that is, when it is determined that wind noise is generated, the switch 45 selects the output signal of the equalizer 42 (takes the position of the broken line in FIG. 4). ).
  • the switch 45 supplies the output signal of the selected one of the equalizers 41 or 42 to one input terminal of the adder 47.
  • the receiver 60 inputs a sound signal to be heard by the user W with the headphones 1.
  • the receiver 60 is incorporated in, for example, the neckband 20 and receives, for example, a stereo signal reproduced by the external device 100 wirelessly.
  • the R signal is input to the other input terminal of the adder 47 in the light unit 10R.
  • the receiver 60 supplies the L signal among the stereo signals output from the external device 100 to the left unit 10L.
  • the receiver 60 may be incorporated in either the right unit 10R or the left unit 10L instead of the neckband 20. Further, the receiver 60 may receive a stereo signal from the external device 100 by wire instead of wireless.
  • the adder 47 adds the signal selected by the switch 45 and the R signal received by the receiver 60 in the light unit 10R, and the added signal is converted into a DAC (Digital to Analog Converter) 34 and a filter 53. To supply each.
  • the DAC 34 converts the digital signal added by the adder 47 into analog, and the amplifier 33 amplifies the signal converted into analog and supplies the amplified signal to the speaker 15.
  • the speaker 15 converts the electrical signal amplified by the amplifier 33 into physical vibration, that is, sound, and outputs it.
  • the earpiece 5 When the headphone 1 is used, the earpiece 5 is inserted into the external ear canal 214 of the user W, so that the sound output from the speaker 15 reaches the eardrum 212 of the user W and is perceived as sound, while being picked up by the microphone 12. However, when the sound is picked up, it is affected by reflection and attenuation in the ear canal 214.
  • the right ear light unit 10R is a signal obtained by correcting the output signal of the ADC 32 by the equalizer 41, that is, the ambient sound.
  • a sound based on a signal obtained by adding the R signal from the external device 100 is output from the speaker 15.
  • the discriminator 51 determines that a wind noise is generated
  • correction processing for emphasizing the high frequency side by the equalizer 42 is applied to the subtraction signal from the subtractor 55.
  • the wind noise is suppressed. Therefore, it is possible to listen to the stereo sound based on the external device 100 while clearly perceiving the surrounding sound.
  • the left ear left unit 10L has the same configuration except for the following points. That is, in the left unit 10 ⁇ / b> L, the earpiece 5 is inserted into the left external ear canal 214, and the L signal among the signals received by the receiver 60 is supplied to the other input terminal of the adder 47.
  • FIG. 5 is a diagram showing a path of sound propagating to the microphones 11 and 12. If a wind noise is generated, the ambient sound is picked up by the microphone 11 built in the base unit 3 as indicated by the path A in the figure together with the wind noise. The ambient sound is also collected by the microphone 12 through the propagation of the base unit 3, the earpiece 5, the user W's own body, and the like as indicated by the path B together with the wind noise if the wind noise is generated. Is done. On the other hand, the sound emitted by the speaker 15 is collected by the microphone 12 under the influence of reflection and attenuation at the ear canal 214.
  • the microphone 12 picks up the sound emitted by the speaker 15 and the peripheral sound that has passed through the base unit 3 and the earpiece 5.
  • the subtracted signal from the subtractor 55 removes the sound component emitted by the former speaker 15 as described above, and therefore represents the ambient sound that has propagated through the earpiece 5 or the like.
  • the presence or absence of wind noise is determined independently. For this reason, for example, when one of the right unit 10R and the left unit 10L is located on the windward side and the other is located on the leeward side, it is determined that the wind noise is generated on the one hand, and the wind noise is generated on the other hand. It can be determined that it is not.
  • the user W wearing the headphones 1 according to the present embodiment can listen to the stereo sound based on the signal reproduced by the external device 100 while perceiving the peripheral sound if no wind noise is generated. it can. Further, even if wind noise is generated, the wind noise is suppressed, so that the user W can listen to the stereo sound based on the external device 100 while clearly perceiving the surrounding sound.
  • the output signal of the ADC 32 is corrected by the equalizer 41 and output to the speaker 15, but the correction process of the equalizer 41 is not essential.
  • the subtracting signal of the subtractor 55 is corrected by the equalizer 42 and output to the speaker 15. The high frequency side of the peripheral sound collected by the microphone 12 is If it is clear, the correction process of the equalizer 42 is not essential.
  • the headphone 1 according to the second embodiment is different from the first embodiment only in electrical configuration. Therefore, the second embodiment will be described focusing on the electrical configuration.
  • FIG. 6 is a diagram showing the headphone 1 according to the second embodiment.
  • the configuration shown in FIG. 6 is different from the configuration shown in FIG. 4 in the following three points. That is, the point where the equalizer 42 in the processing unit 40 is replaced with an equalizer 43 having different characteristics (first point), and the point where the subtraction signal from the subtractor 55 is not supplied to the processing unit 40 but is supplied only to the discriminator 51 ( The second point) is a point (third point) where the output signal of the ADC 32 is supplied to the equalizer 43 in addition to the discriminator 51 and the equalizer 41.
  • the equalizer 43 performs a correction process on the output signal of the ADC 32. Specifically, the equalizer 43 performs a process for reducing the frequency band of wind noise in addition to the correction process similar to the equalizer 41. As described with reference to FIG. 7, the wind noise has a frequency characteristic such that the level is relatively large on the low frequency side, the level is relatively small on the high frequency side, and gradually attenuates as the frequency increases. For this reason, if the equalizer 43 reduces the low frequency side of the wind noise frequency range, the wind noise collected by the microphone 11 is reduced.
  • the switch 45 selects the output signal of the equalizer 41, and thus is the same as in the first embodiment. That is, in the right-ear light unit 10R, when no wind noise is generated, the signal obtained by correcting the amplified signal of the microphone 11 by the equalizer 41 and the R signal of the stereo signal from the external device 100 A sound based on the signal obtained by adding is output from the speaker 15.
  • the switch 45 selects the output signal of the equalizer 43.
  • a signal that suppresses the wind noise by applying a correction process that reduces the low frequency side by the equalizer 43 to the output signal of the ADC 32 including the wind noise, and an external device A sound based on a signal obtained by adding the R signal of the stereo signals from 100 is output from the speaker 15.
  • the right ear right unit 10R has been described, but the same applies to the left ear left unit 10L.
  • the correction processing by the equalizer 43 is obtained by adding processing for reducing the low frequency side of the wind noise frequency range to the correction processing by the equalizer 41. Therefore, instead of switching the output signal of the equalizer 41 or the output signal of the equalizer 43 by the switch 45, a path for bypassing a separate equalizer that performs the above-described reduction processing on the output signal of the equalizer 41, and a path that is not bypassed It is good as a structure switched by.
  • a plurality of equalizers are provided in which the degree of reduction of the low frequency side of the wind noise is changed in stages, and the discriminator 51 selects an equalizer to be applied according to the wind noise generation level by selecting the switch 45. It is good also as a structure switched by.
  • the discriminator 51 supplies parameters that define the processing in the equalizer 45 according to the generation level of the wind noise. Also good.
  • the right unit 10R and the left unit 10L are connected by the neckband 20, but may be connected by a headband. Further, the right unit 10R and the left unit 10L may be electrically connected to each other wirelessly, and a physical connection such as a neckband may be eliminated.
  • the first embodiment and the second embodiment have been described as headphones for listening to stereo sound, but in terms of making the sound from the external device 100 perceived together with the peripheral sound with suppressed wind noise, monaural, Alternatively, an earphone with only one ear may be used.
  • the wind noise in the discriminator 51 can be discriminated by the following method in addition to the method described in the first embodiment.
  • the wind noise has a frequency characteristic such that the level is relatively large on the low frequency side, relatively small on the high frequency side, and gradually attenuates as the frequency increases. For this reason, for example, if the low frequency side of the signal level by the microphone 11 is equal to or greater than the threshold value, it may be determined that wind noise is generated.
  • the level of the signal collected by the microphone 11 on the windward side is the level of the signal collected by the microphone 11 on the leeward side. It becomes larger than the level of the signal that was heard. For this reason, the level of the signal from the microphone 11 of the right unit 10R is compared with the level of the signal at the microphone 11 of the left unit 10R. If the difference is less than the threshold value, it may be determined that no wind noise is generated. In this configuration, it may be determined that wind noise is occurring on the unit with the higher level, or it may be determined that wind noise is occurring on both units.
  • the frequency characteristic of the wind noise is as shown in FIG. 7, but since the turbulence of the airflow varies depending on the wind direction, the frequency characteristic of the wind noise also tends to vary in the wind direction. Therefore, the frequency characteristics of wind noise generated in a plurality of wind directions are measured and stored in advance, and the frequency characteristics of the signal from the microphone 11 match (or close to) the stored frequency characteristics of the wind noise. The presence or absence of wind noise may be determined depending on whether or not there is. Note that for the determination of wind noise, the above-described method may be used alone, or two or more may be used in appropriate combination.
  • the peripheral sound (noise) is obtained by inverting the phase of the signal output from the microphone 11 or / and the microphone 12 and adding it to the signal of the external device 100. ) (So-called noise canceling function) may be realized.
  • the following invention is grasped from the viewpoint of perceiving sound based on an output signal of an external device together with ambient sound in which wind noise is suppressed.
  • a first microphone that collects ambient sounds outside the user's external auditory canal
  • a second microphone that collects sound within the ear canal
  • a speaker that emits sound toward the ear canal
  • a discriminator for discriminating whether or not wind noise is generated by comparing the first signal based on sound and the second signal based on sound collected by the second microphone, and the wind noise is not generated by the discriminator. If determined, a headphone including a processing unit that adds the input signal to the first signal and outputs the signal to the speaker is grasped. According to the above headphones, the first microphone sometimes collects the ambient sound together with the wind noise, but the second microphone is inserted into the ear canal and thus does not receive wind.
  • the presence or absence of the wind noise can be determined by comparing the first signal based on the sound collected by the first microphone and the second signal based on the sound collected by the second microphone. There is no need to wear it. Note that “output toward...” Means that another intermediate element may intervene in the route to.
  • the processing unit adds the input signal to the second signal and outputs the signal to the speaker. Also good. According to this configuration, it is possible to make the user perceive sound based on a signal output from an external device together with peripheral sound in which wind noise is suppressed.
  • the processing unit performs processing for reducing the wind noise to the first signal, and adds the input signal.
  • the output may be directed toward the speaker. This configuration also allows the user to perceive sound based on a signal output from an external device together with ambient sound with reduced wind noise.
  • the headphone including a filter that imparts a predetermined characteristic to a signal output toward the speaker, and a subtractor that subtracts an output signal of the filter from an output signal of the second microphone, May be configured to determine whether or not the wind noise has occurred by comparing the first signal based on the sound collected by the first microphone and the signal subtracted by the subtractor. According to this configuration, the sound signal output from the speaker can be canceled from the signal collected by the second microphone.

Abstract

ユーザーの外耳道の外側における周辺音を収音するマイク（１１）と、外耳道内の音を収音するマイク（１２）と、外耳道に向けて放音するスピーカー（１５）と、マイク（１１）による収音に基づく第１信号と、マイク（１２）による収音に基づく第２信号との比較により風切り音の発生の有無を判別する判別器（５１）と、判別器（５１）により風切り音が発生していないと判別された場合、第１信号に、入力された信号を加算してスピーカー（１５）に向けて出力する処理部（４０）と、を含む。

Description

ヘッドフォン
　本発明は、周辺音を知覚させるヘッドフォンに関する。
　近年、スマートフォンのような携帯型の外部機器が普及し、多くのユーザーが屋内および屋外においてヘッドフォンを装着して、当該外部機器から出力される音をユーザー自身が設定した音量で聴く。一方で、屋外でヘッドフォンを装着したユーザーは、様々な場面において、当該外部機器から出力される音だけでなく、周辺音を聴き取る必要が生じる。
　このため、ヘッドフォンに周辺音を収音するためのマイクを設けて、当該周辺音とともに、外部機器から出力される信号に基づく音を知覚させる技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２０１０－１８３４５１号公報
　しかしながら、屋外でマイクにより周辺音を収音する場合、不快な風切り音を抑えるためにウィンドジャマーおよびウィンドウスクリーンのような風よけを当該マイクに設ける必要がある。この種の風よけは、風切り音を非常に効果的に抑えることができるものの、サイズが大きいというだけでなく、ヘッドフォンのデザイン性を損なう、という問題があった。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、周辺音を収音するマイクをヘッドフォンに設ける場合に、風よけを設ける必要のない技術を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るヘッドフォンは、ユーザーの外耳道の外側における周辺音を収音する第１マイクと、前記外耳道内の音を収音する第２マイクと、前記外耳道に向けて放音するスピーカーと、前記第１マイクの収音に基づく第１信号と、前記第２マイクの収音に基づく第２信号との比較により風切り音の発生の有無を判別する判別器と、前記判別器により前記風切り音が発生していないと判別された場合、前記第１信号に、入力された信号を加算して前記スピーカーに向けて出力する処理部と、を含む。
第１実施形態に係るヘッドフォンを示す図である。 ヘッドフォンの使用状態を示す図である。 ヘッドフォンの使用状態を示す詳細な図である。 ヘッドフォンの電気的な構成を示すブロック図である。 ヘッドフォンにおけるマイクに伝搬する音の経路を説明するための図である。 第２実施形態に係るヘッドフォンの電気的な構成を示すブロック図である。 風切り音の周波数特性の一例を示す図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　図１は、第１実施形態に係るヘッドフォン１を示す図である。この図に示されるように、ヘッドフォン１は、右耳用のライトユニット１０Ｒと、左耳用のレフトユニット１０Ｌと、当該ライトユニット１０Ｒおよび当該レフトユニット１０Ｌ同士を連結するネックバンド２０とを含む。
　ライトユニット１０Ｒは、ベースユニット３とイヤーピース５とを含む。このうち、ベースユニット３は、例えばプラスチックのような硬質の素材で形成されて、ネックバンド２０の一端に固定される。なお、ベースユニット３の外観は大略円柱状に形成されている。また、イヤーピース５は、例えばシリコンゴムおよびウレタンのような弾力性を有する素材で形成されて、ベースユニット３に取り付けられる。
　レフトユニット１０Ｌは、ライトユニット１０Ｒと同様にベースユニットとイヤーピースとを含む。なお、レフトユニット１０Ｌについては、図１では符号が省略されている。
　図２は、当該ヘッドフォン１の使用状態を示す図であり、図３は、特に、ライトユニット１０Ｒについて右耳への装着状態を示す図である。
　ユーザーＷは、ヘッドフォン１を次のように使用する。すなわち、ユーザーＷは、図２に示されるように、ライトユニット１０Ｒおよびレフトユニット１０Ｌをそれぞれ前方にして、ネックバンド２０を耳に掛け、ライトユニット１０Ｒのイヤーピースを右の外耳道に、レフトユニット１０Ｌのイヤーピースを左の外耳道に、それぞれ挿入する。
　図３に示されるように、ベースユニット３において、円柱底面の一端側には、マイク１１が設けられる一方、他端側には、開口部４ａを有する円筒状のポート４が一体に形成されている。当該ポート４の底部であって、ベースユニット３の他端側には、マイク１２とスピーカー１５とが設けられている。
　イヤーピース５は、上記弾力性を有する素材により例えばドーム状または砲弾状の形状に形成され、当該形状の底部側でポート４を被覆するようにベースユニット３に取り付けられる一方、当該形状の先端側がユーザーの外耳道２１４に挿入される。
　より詳細には、ライトユニット１０Ｒについていえば、図３に示されるように、ベースユニット３の一端側が外耳道２１４から露出した状態で、イヤーピース５が鼓膜２１２に到達しない程度で外耳道２１４に挿入される。この状態において、マイク１１は、ベースユニット３に対して外側の音である周辺音を収音する一方、マイク１２は、スピーカー１５から発せられた音を収音するほか、外耳道２１４をイヤーピース５で閉塞した空間の音を収音し、さらに、 ベースユニット３並びにイヤーピース５などを伝搬した周辺音を収音する。
　なお、図３では、便宜的にネックバンド２０は省略されている。
　ヘッドフォン１において、ライトユニット１０Ｒおよびレフトユニット１０Ｌの電気的な構成については、後述するようにほぼ同一である。そこで、ライトユニット１０Ｒおよびレフトユニット１０Ｌの電気的な構成について、ライトユニット１０Ｒで代表して説明することにする。
　図４は、ライトユニット１０Ｒの電気的な構成を示すブロック図である。
　ライトユニット１０Ｒにおいて、マイク１１により収音された信号は、アンプ３１による増幅後、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）３２によりデジタル信号に変換されて、イコライザー４１と判別器５１とにそれぞれ供給される。
　また、ライトユニット１０Ｒにおいて、マイク１２で収音された信号は、アンプ３５による増幅後、ＡＤＣ３６によりデジタル信号に変換されて、減算器５５の加算入力端（＋）に供給される。
　減算器５５の減算入力端（－）には、フィルター５３の出力信号が供給される。このため、減算器５５は、ＡＤＣ３６の出力信号から、フィルター５３の出力信号を減算して出力することになる。減算器５５から出力される減算信号は、イコライザー４２と判別器５１とにそれぞれ供給される。
　なお、フィルター５３は、外耳道２１４において、スピーカー１５からマイク１２までの空間経路をシミュレートするものである。詳細には、フィルター５３は、スピーカー１５により発せられる音に、スピーカー１５からマイク１２までに至る空間経路を伝搬したときの変化（反射および減衰など）を付与する。減算器５５では、ＡＤＣ３６の出力信号、すなわちマイク１２に基づく信号から、上記変化が付与された信号が減算される。このため、減算器５５による減算信号では、スピーカー１５から発せられた音の成分がキャンセルされることになる。
　判別器５１は、ＡＤＣ３２の出力信号と減算器５５による減算信号とに基づいて、マイク１１で収音された周辺音に風切り音が含まれているか否かを判別し、当該判別結果を示す信号Ｗｎを出力する。
　ここで、風切り音の判別について説明する。
　図７は、風切り音の周波数特性の一例を示す図である。
　一般に風切り音は、マイク周辺で気流が乱れることにより発生するランダム性のノイズである。このような風切り音は、広い周波数帯域に渡って発生し、レベルが低域側では比較的大きく、高域側では比較的小さく、かつ、周波数が高くなるにつれて徐々に減衰するような周波数特性を有する。なお、風切り音は、気流の乱れにより発生するので、ベースユニット３の構造や素材に応じて変動する傾向がある。
　本実施形態において、風切り音が発生すると、マイク１１は、当該風切り音とともに周辺音を直接的に収音する。一方、イヤーピース５は使用状態でユーザーＷの外耳道２１４に挿入されるので、マイク１２は、直接的には風切り音を収音しないが、ベースユニット３またはユーザーＷの耳を介した間接的な伝搬により、当該風切り音とともに周辺音を多少なりとも収音する。なお、マイク１１および１２についての音の伝搬経路については後述する。
　このように風切り音および周辺音は、マイク１１では直接的に収音されるのに対し、マイク１２では間接的に収音される。このため、風切り音が発生していれば、マイク１１により収音された低域側における音のレベルが、マイク１２により収音された低域側における音のレベルよりも大きくなり、風切り音が発生していなければ、それほど大きくはならない。
　そこで、判別器５１は、ＡＤＣ３２から出力される信号の低域側におけるレベルが減算器５５から出力される信号の低域側におけるレベルよりもしきい値以上大きいか否かを判別し、大きければ、風切り音が発生していると判別し、大きくなければ、風切り音が発生していないと判別する。
　判別器５１は、風切り音が発生していると判別すれば、信号ＷｎをＨレベルで出力し、風切り音が発生していないと判別すれば、信号ＷｎをＬレベルで出力する。
　なお、風切り音の判別については、ここで述べた手法以外にも後述するように種々考えられる。
　処理部４０は、イコライザー４１および４２と、スイッチ４５と、加算器４７とを含む。このうち、イコライザー４１は、ＡＤＣ３２の出力信号に補正処理、例えば音質を整える処理を施す。
　イコライザー４２は、減算器５５による減算信号に、イコライザー４１と同等な補正処理に加えて高域側を強調する処理を施す。マイク１２は、上述したように周辺音を直接的には収音せず、ベースユニット３、イヤーピース５およびユーザーＷの耳などを介して間接的に収音する。このため、マイク１２により収音した周辺音は、特に高域側が明瞭ではない。そこで、イコライザー４２は、減算器５５による減算信号に高域側を強調する補正処理を施すのである。
　スイッチ４５は、判別器５１による信号ＷｎがＬレベルである場合、すなわち風切り音が発生していないと判別された場合、イコライザー４１の出力信号を選択する（図４において実線の位置をとる）。
　一方、スイッチ４５は、判別器５１による信号ＷｎがＨレベルである場合、すなわち風切り音が発生していると判別された場合、イコライザー４２の出力信号を選択する（図４において破線の位置をとる）。
　なお、スイッチ４５は、イコライザー４１または４２のうち、選択した方の出力信号を加算器４７における一方の入力端に供給する。
　レシーバー６０は、ヘッドフォン１でユーザーＷに聴かせる音の信号を入力するものである。当該レシーバー６０は、例えばネックバンド２０に内蔵され、外部機器１００で再生されたステレオ信号を例えばワイヤレスで受信し、当該ステレオ信号のうち、Ｒ信号をライトユニット１０Ｒにおける加算器４７の他方の入力端に供給する。
　なお、レシーバー６０は、外部機器１００から出力されるステレオ信号のうち、Ｌ信号については、レフトユニット１０Ｌに供給する。
　レシーバー６０は、ネックバンド２０ではなく、ライトユニット１０Ｒまたはレフトユニット１０Ｌの一方に組み込んでも良い。また、レシーバー６０は、ワイヤレスではなくて、外部機器１００によるステレオ信号を有線で受信しても良い。
　加算器４７は、スイッチ４５で選択された信号と、ライトユニット１０Ｒでいえばレシーバー６０で受信されたＲ信号とを加算して、当該加算した信号をＤＡＣ（Digital to Analog Converter）３４およびフィルター５３にそれぞれ供給する。
　ＤＡＣ３４は、加算器４７により加算されたデジタルの信号をアナログに変換し、アンプ３３は、当該アナログに変換された信号を増幅して、スピーカー１５に供給する。スピーカー１５は、アンプ３３により増幅された電気的な信号を物理的な振動、すなわち音に変換して出力する。
　ヘッドフォン１の使用時には、イヤーピース５がユーザーＷの外耳道２１４に挿入されるので、スピーカー１５から出力される音は、ユーザーＷの鼓膜２１２に到達し、音として知覚される一方、マイク１２で収音されるが、その収音の際、当該外耳道２１４での反射および減衰の影響を受ける。
　本実施形態において、判別器５１により風切り音が発生していないと判別された場合、右耳用のライトユニット１０Ｒでいえば、ＡＤＣ３２の出力信号をイコライザー４１で補正処理した信号、すなわち周辺音と、外部機器１００からのＲ信号とを加算した信号に基づく音がスピーカー１５から出力される。このため、ヘッドフォン１を装着したユーザーＷは、周辺音を知覚しつつ、外部機器１００による再生音を聴くことができる。
　一方、判別器５１により風切り音が発生していると判別された場合、右耳用のライトユニット１０Ｒでいえば、減算器５５による減算信号に、イコライザー４２によって高域側を強調する補正処理を施した信号と、外部機器１００からのＲ信号とを加算した信号に基づく音がスピーカー１５から出力されるので、当該風切り音が抑えられる。このため、周辺音を明瞭に知覚しつつ、外部機器１００に基づくステレオ音を聴くことができる。
　なお、ここでは右耳用のライトユニット１０Ｒで説明したが、左耳用のレフトユニット１０Ｌについても次の点を除き、同様な構成である。すなわち、レフトユニット１０Ｌでは、イヤーピース５が左の外耳道２１４に挿入され、レシーバー６０により受信された信号のうち、Ｌ信号が加算器４７における他方の入力端に供給される。
　図５は、マイク１１および１２に伝搬する音の経路を示す図である。
　周辺音は、風切り音が発生していれば当該風切り音とともに、図において経路Ａで示されるように、ベースユニット３に内蔵されたマイク１１により収音される。周辺音は、また、風切り音が発生していれば当該風切り音とともに、経路Ｂで示されるように、ベースユニット３、イヤーピース５およびユーザーＷ自身の体などの伝搬を経て、マイク１２により収音される。一方、スピーカー１５により発せられた音は、外耳道２１４での反射および減衰の影響を受けてマイク１２により収音する。このため、マイク１２は、スピーカー１５により発せられた音と、ベースユニット３およびイヤーピース５等を経た周辺音とを収音することになる。ただし、減算器５５による減算信号では、上述したように前者のスピーカー１５により発せられた音の成分が除去されているので、イヤーピース５などを伝搬した周辺音を表すことになる。
　なお、ライトユニット１０Ｒおよびレフトユニット１０Ｌの各々においては、それぞれ独立に風切り音の有無を判別する。このため、例えばライトユニット１０Ｒおよびレフトユニット１０Ｌの一方が風上に位置し、他方が風下に位置する場合、一方では、風切り音が発生していると判別し、他方では、風切り音が発生していないと判別することがあり得る。
　このように、本実施形態に係るヘッドフォン１を装着したユーザーＷは、風切り音が発生していなければ、周辺音を知覚しつつ、外部機器１００により再生された信号に基づくステレオ音を聴くことができる。また、風切り音が発生しても、当該風切り音が抑えられるので、ユーザーＷは、周辺音を明瞭に知覚しつつ、外部機器１００に基づくステレオ音を聴くことができる。
　なお、実施形態では、風切り音が発生していないと判別した場合、ＡＤＣ３２の出力信号をイコライザー４１で補正処理してスピーカー１５に向けて出力したが、イコライザー４１の補正処理は必須ではない。
　また、風切り音が発生していると判別された場合、減算器５５の減算信号をイコライザー４２で補正処理してスピーカー１５に向けて出力したが、マイク１２により収音した周辺音の高域側が明瞭であれば、イコライザー４２の補正処理は必須ではない。
　次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態に係るヘッドフォン１は、第１実施形態と電気的な構成のみが異なる。そこで、第２実施形態については、電気的な構成を中心に説明することにする。
　図６は、第２実施形態に係るヘッドフォン１を示す図である。図６に示される構成が図４に示した構成と相違する点は、次の３点である。すなわち、処理部４０におけるイコライザー４２が特性の異なるイコライザー４３に置き換わった点（第１の点）、減算器５５による減算信号が処理部４０に供給されず、判別器５１のみに供給される点（第２の点）、ＡＤＣ３２の出力信号が判別器５１およびイコライザー４１のほか、イコライザー４３に供給される点（第３の点）である。
　上記３つの点のうち、第１の点について詳述すると、イコライザー４３は、ＡＤＣ３２の出力信号に補正処理を施す。詳細には、イコライザー４３は、イコライザー４１と同様な補正処理に加え、風切り音の周波数帯域を低減させる処理を施す。図７で説明したように、風切り音は、低域側ではレベルが比較的大きく、高域側ではレベルが比較的小さく、周波数が高くなるにつれて徐々に減衰するような周波数特性を有する。このため、イコライザー４３が風切り音の周波数範囲の低域側を低減させると、マイク１１で収音した風切り音が低減することになる。
　第２実施形態に係るヘッドフォン１において、風切り音が発生していなければ、スイッチ４５は、イコライザー４１の出力信号を選択するので、第１実施形態と同様となる。すなわち、右耳用のライトユニット１０Ｒでいえば、風切り音が発生していない場合、マイク１１の増幅信号をイコライザー４１で補正処理した信号と、外部機器１００からのステレオ信号のうちのＲ信号とを加算した信号に基づく音がスピーカー１５から出力される。
　一方、風切り音が発生していれば、スイッチ４５がイコライザー４３の出力信号を選択する。このため、右耳用のライトユニット１０Ｒでいえば、風切り音を含むＡＤＣ３２の出力信号に、イコライザー４３で低域側を低減させる補正処理を施すことによって当該風切り音を抑えた信号と、外部機器１００からのステレオ信号のうちのＲ信号とを加算した信号に基づく音がスピーカー１５から出力される。
　ここでは、右耳用のライトユニット１０Ｒで説明したが、左耳用のレフトユニット１０Ｌでも同様である。
　なお、第２実施形態において、イコライザー４３による補正処理は、イコライザー４１による補正処理に、風切り音の周波数範囲の低域側を低減させる処理を加えたものである。このため、イコライザー４１の出力信号またはイコライザー４３の出力信号をスイッチ４５により切り替えるのではなく、イコライザー４１の出力信号に対し、上記低減させる処理を施す別途のイコライザーをバイパスさせる経路と、バイパスさせない経路とで切り替える構成として良い。
　また、風切り音の周波数範囲の低域側を低減させる程度を段階的に変化させたイコライザーを複数個設けるとともに、判別器５１が風切り音の発生レベルに応じて、適用するイコライザーをスイッチ４５の選択で切り替える構成としても良い。さらにまた、イコライザー４５での処理を規定するパラメータを、判別器５１が風切り音の発生レベルに応じて供給することにより、風切り音の周波数範囲の低域側を低減させる処理内容を変化させる構成としても良い。
　なお、第１実施形態および第２実施形態については、ライトユニット１０Ｒおよびレフトユニット１０Ｌをネックバンド２０で接続したが、ヘッドバンドで接続しても良い。また、ライトユニット１０Ｒおよびレフトユニット１０Ｌを電気的に無線で接続し、ネックバンド等の物理的な接続を無くしても良い。
　第１実施形態および第２実施形態については、ステレオ音を聴かせるヘッドフォンとして説明したが、風切り音を抑えた周辺音とともに、外部機器１００からの音を知覚させる、という観点からいえばモノラルの、または、片耳のみのイヤーフォンでも良い。
　判別器５１における風切り音については、第１実施形態で説明した手法のほか、次のような手法で判別することができる。
　風切り音は、図７で説明したように、レベルが低域側で比較的大きく、高域側で比較的小さく、周波数が高くなるにつれて徐々に減衰するような周波数特性である。このため、例えばマイク１１による信号のレベルの低域側がしきい値以上であれば、風切り音が発生している、と判別しても良い。
　ヘッドフォン１におけるライトユニット１０Ｒおよびレフトユニット１０Ｌの一方が風上に位置し、他方が風下に位置する場合、風上側におけるマイク１１での収音した信号のレベルは、風下側におけるマイク１１での収音した信号のレベルよりも大きくなる。
　このため、ライトユニット１０Ｒのマイク１１による信号のレベルと、レフトユニット１０Ｒのマイク１１における信号のレベルとを比較し、両者信号のレベルの差がしきい値以上であれば、風切り音が発生し、当該差がしきい値未満であれば、風切り音が発生していない、と判別する構成としても良い。
　なお、この構成において、レベルが大きい方のユニット側において風切り音が発生していると判別しても良いし、両ユニットにおいて風切り音が発生していると判別しても良い。
　風切り音の周波数特性の一例は図７に示した通りであるが、気流の乱れは、風方向によっても異なるので、風切り音の周波数特性についても風方向に変動する傾向がある。そこで、複数の風方向で生じる風切り音の周波数特性を予め測定して記憶しておき、マイク１１による信号の周波数特性が、記憶しておいた風切り音の周波数特性に一致する（または近い）ものがあるか否かにより、風切り音の有無を判別しても良い。
　なお、風切り音の判別については、以上述べた手法を単独で用いても良いし、２以上適宜組み合わせて用いても良い。
　マイク１１または／およびマイク１２は周辺音を収音するので、マイク１１または／およびマイク１２から出力される信号の位相を反転させ、外部機器１００の信号と加算することによって、当該周辺音（ノイズ）を低減する機能（いわゆるノイズキャンセリング機能）を実現しても良い。
　上述した実施形態において、風切り音を抑えた周辺音とともに、外部機器の出力信号に基づく音を知覚させる、という観点より、以下の発明が把握される。
　まず、ユーザーの外耳道の外側における周辺音を収音する第１マイクと、前記外耳道内の音を収音する第２マイクと、前記外耳道に向けて放音するスピーカーと、前記第１マイクの収音に基づく第１信号と、前記第２マイクの収音に基づく第２信号との比較により風切り音の発生の有無を判別する判別器と、前記判別器により前記風切り音が発生していないと判別された場合、前記第１信号に、入力された信号を加算して前記スピーカーに向けて出力する処理部と、を含むヘッドフォンが把握される。
　上記ヘッドフォンによれば、第１マイクが周辺音を風切り音とともに収音する場合もあるが、第２マイクは、外耳道に挿入されるので風が当たらない。したがって、第１マイクの収音に基づく第１信号と第２マイクの収音に基づく第２信号との比較により当該風切り音の発生の有無を判別することができるので、第１マイクに風防を装着する必要がない。
　なお、「…に向けて出力する」とは、…までの経路途中に別の中間要素が介在しても良い、という意味である。
　上記ヘッドフォンにおいて、前記判別器により前記風切り音が発生していると判別された場合、前記処理部は、前記第２信号に、入力された信号を加算して前記スピーカーに向けて出力する構成としても良い。この構成によれば、ユーザーに、風切り音を抑えた周辺音とともに外部機器から出力される信号に基づく音を知覚させることができる。
　上記ヘッドフォンにおいて、前記判別器により前記風切り音が発生していると判別された場合、前記処理部は、前記第１信号に、前記風切り音を低減させる処理を施し、入力された信号を加算して前記スピーカーに向けて出力する構成としても良い。この構成によっても、ユーザーに、風切り音を抑えた周辺音とともに外部機器から出力される信号に基づく音を知覚させることができる。
　上記ヘッドフォンにおいて、前記スピーカーに向けて出力される信号に対して所定の特性を付与するフィルターと、前記第２マイクの出力信号から前記フィルターの出力信号を減算する減算器とを含み、前記判別部は、前記第１マイクの収音に基づく第１信号と、前記減算器で減算された信号との比較により前記風切り音の発生の有無を判別する構成としても良い。この構成によれば、第２マイクで収音された信号からスピーカーで出力される音の信号をキャンセルされ得る。
　１…ヘッドフォン、１０Ｒ…ライトユニット、１０Ｌ…レフトユニット、１１…マイク（第１マイク）、１２…マイク（第２マイク）、１５…スピーカー、４０…処理部、５５…減算器、１００…外部機器。
 

Claims (4)

  1. 　ユーザーの外耳道の外側における周辺音を収音する第１マイクと、
    　前記外耳道内の音を収音する第２マイクと、
    　前記外耳道に向けて放音するスピーカーと、
    　前記第１マイクの収音に基づく第１信号と、前記第２マイクの収音に基づく第２信号との比較により風切り音の発生の有無を判別する判別器と、
    　前記判別器により前記風切り音が発生していないと判別された場合、
    　前記第１信号に、入力された信号を加算して前記スピーカーに向けて出力する処理部と、
    　を含むヘッドフォン。
  2. 　前記判別器により前記風切り音が発生していると判別された場合、
    　前記処理部は、
    　前記第２信号に、入力された信号を加算して前記スピーカーに向けて出力する
    　請求項１に記載のヘッドフォン。
  3. 　前記判別器により前記風切り音が発生していると判別された場合、
    　前記処理部は、
    　前記第１信号に、前記風切り音を低減させる処理を施し、入力された信号を加算して前記スピーカーに向けて出力する
    　請求項１に記載のヘッドフォン。
  4. 　前記スピーカーに向けて出力される信号に対して所定の特性を付与するフィルターと、
    　前記第２マイクの出力信号から前記フィルターの出力信号を減算する減算器と
    　を含み、
    　前記判別部は、前記第１マイクの収音に基づく第１信号と、前記減算器で減算された信号との比較により前記風切り音の発生の有無を判別する
    　請求項１に記載のヘッドフォン。
     
     
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