WO2020161982A1 - 音響装置 - Google Patents

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sound
housing
unit
earpiece
acoustic device
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真己 新免
祐史 山邉
宏平 浅田
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ソニー株式会社
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    • H04R2460/11—Aspects relating to vents, e.g. shape, orientation, acoustic properties in ear tips of hearing devices to prevent occlusion

Definitions

  • the technology disclosed in the present specification relates to an audio device mainly used by a listener by wearing it in an ear.
  • a canal type earphone has a shape that an earpiece is deeply inserted into an ear hole (external ear canal) for use.
  • the sounding element is generally arranged on the side opposite to the eardrum when viewed from the ear canal engaging portion of the earpiece (for example, see Patent Document 1).
  • a noise cancellation system that provides a good reproduced sound field space by removing or reducing noise (noise) in the external environment.
  • noise noise
  • an active-type noise reduction system that performs active noise reduction
  • external noise is picked up by a microphone
  • a noise cancellation signal that is acoustically opposite in phase to noise is generated from the picked-up noise audio signal.
  • This noise cancellation signal is synthesized with an audio signal, which is originally intended for listening such as music, and is acoustically reproduced by a speaker, thereby acoustically canceling external noise.
  • ⁇ There are a feedforward method and a feedback method for noise cancellation.
  • a sound (noise) collected at a position close to the ear is analyzed, and a noise waveform at the eardrum position of the listener is predicted to generate a signal (anti-phase waveform) that cancels the noise.
  • noise canceling processing is performed on the sound (noise) collected inside the housing by the microphone provided inside the housing of the audio device (see Patent Document 2).
  • the purpose of the technology disclosed in the present specification is to provide an audio device that is used by being worn on the listener's ear and that performs noise cancellation.
  • a sound pickup unit that is placed near the entrance of the ear canal and picks up ambient sound
  • a sounding unit arranged on the eardrum side of the sound collecting unit and outputting an acoustic signal, It is an audio device comprising.
  • the acoustic device further includes a sound insulation part that engages with the external auditory meatus to insulate ambient sound, the sound producing part is arranged on the eardrum side of the sound insulation part, and the sound collecting part is arranged to surround the ambient sound by the sound insulation part. It is placed in the vicinity of the sound insulation position. Further, the audio device further includes a processing unit that performs feed-forward type noise canceling based on the ambient sound collected by the sound collecting unit.
  • the acoustic device further has a housing that houses the sound producing unit, the sound collecting unit, and the processing unit.
  • the sound insulation part is composed of an earpiece that supports the housing near the entrance of the ear canal, and supports the housing so that the sound generation part faces the eardrum side.
  • an audio device that is used near the entrance of the ear canal of a listener and used to perform noise cancellation by the feedforward method.
  • FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration example of a noise canceling system 100.
  • FIG. 2 is a diagram showing an external configuration of the audio device 200.
  • FIG. 3 is a diagram showing an external configuration of the housing 210 alone.
  • FIG. 4 is a diagram showing a sectional configuration of the earpiece 250.
  • FIG. 5 is a diagram showing a cross section of the acoustic device 200.
  • FIG. 6 is a diagram showing a state in which the acoustic device 200 is attached to the listener's ear.
  • FIG. 7 is a diagram showing another example in which the audio device 200 is attached to the listener's ear.
  • FIG. 8 is a view showing a cross section of the earpiece 250 configured to reduce the reaction force.
  • FIG. 8 is a view showing a cross section of the earpiece 250 configured to reduce the reaction force.
  • FIG. 9 is a view showing a cross section of the earpiece 250 configured to reduce the reaction force (when the housing 210 is mounted and the housing 210 is inclined).
  • FIG. 10 is a diagram showing another example of the cross section of the earpiece 250 configured to reduce the reaction force.
  • FIG. 11 is a view showing another example of the cross section of the earpiece 250 configured to reduce the reaction force (when the housing 210 is mounted and the housing 210 is tilted).
  • FIG. 12 is a top view of the earpiece 250 configured so that the housing 210 is unlikely to tilt in an undesired direction.
  • FIG. 13 is a top view of the earpiece 250 configured so that the housing 210 is inclined only in a desired direction.
  • FIG. 14 is a diagram showing a modification of the audio device 200.
  • FIG. 14 is a diagram showing a modification of the audio device 200.
  • FIG. 15 is a diagram showing a configuration example of the tubular portion 252 of the earpiece 250 used in the audio device 200 shown in FIG.
  • FIG. 16 is a diagram showing another modification of the audio device 200.
  • FIG. 17 is a diagram showing a configuration example of the acoustic device 200 in which a space for adjusting acoustic characteristics is provided in the housing 210.
  • FIG. 18 is a diagram showing another configuration example of the acoustic device 200 in which a space for adjusting acoustic characteristics is provided in the housing 210.
  • FIG. 19 is a diagram showing still another configuration example of the acoustic device 200 in which a space for adjusting acoustic characteristics is provided in the housing 210.
  • a small acoustic device such as a canal type that is used by being attached to the ear of a listener and has a noise canceling function of a feedforward system is proposed below.
  • An audio device having a noise canceling function includes a sound generating unit that reproduces a desired sound signal, a sound collecting unit that picks up an ambient sound including noise (noise) of the external environment, and an ambient sound that the sound picking unit picks up.
  • a processing unit that processes the acoustic signal output from the sounding unit is provided.
  • the sound producing unit is configured by, for example, a sound producing device such as a dynamic speaker, a balanced armature, a piezo device, or an electrostatic speaker, or a combination of two or more of these sound producing devices.
  • a sound producing device such as a dynamic speaker, a balanced armature, a piezo device, or an electrostatic speaker, or a combination of two or more of these sound producing devices.
  • the desired acoustic signal is a reproduction signal such as music, and is supplied to the audio device from an external device such as a portable audio reproduction device or a multifunctional information terminal such as a smartphone or a tablet.
  • the sound pickup unit is composed of a small microphone, and picks up ambient sound that is generated while the sound signal is being output by the sound generation unit and consists of noise (noise) from the external environment.
  • the sound pickup unit is a microphone used for feed-forward type noise canceling.
  • the processing unit generates a cancellation signal that minimizes the ambient sound based on the ambient sound collected by the sound collection unit. Specifically, by analyzing the waveform of the ambient sound signal picked up by the sound pickup unit, a signal with an opposite phase that cancels the ambient sound is generated, and the ambient sound is superimposed by superimposing the opposite phase signal on the ambient sound. Try to cancel it. This reduces the ambient sound at the eardrum position. In the case of the feedforward method, the processing unit estimates what kind of waveform the ambient sound will have when it reaches the eardrum, and generates a cancellation signal that minimizes the ambient sound based on the estimation result. ..
  • FIG. 1 shows a basic configuration example of the noise canceling system 100.
  • the illustrated noise canceling system 100 includes a driver unit 110 as a sound producing unit, a microphone 120 as a sound collecting unit, and a signal processing unit 130 as a processing unit.
  • the signal processing unit 130 includes a DSP (Digital Signal Processor) 131 and a system controller 132.
  • the DSP 131 executes processing of the acoustic signal under the control of the system controller 132.
  • the reproduction signal of the music source is taken into the noise canceling system 100 via an audio input terminal (not shown), it is digitally converted by the AD converter (ADC) 133 and then input to the DSP 131.
  • the music source mentioned here is an external device such as a portable audio reproducing device or a multifunctional information terminal such as a smartphone or a tablet.
  • a wireless interface may be provided instead of the audio input terminal and the AD converter 133.
  • an ambient sound signal including noise of the external environment collected by the microphone 120 is amplified by the microphone amplifier 121, further digitally converted by the AD converter (ADC) 134, and then input to the DSP 131. ..
  • the equalizer 135 adjusts the frequency characteristic of the reproduction signal from the music source. Further, the noise cancellation engine unit 136 analyzes the waveform of the ambient sound signal taken in from the microphone 120, and generates a cancel signal of an opposite phase that cancels the ambient sound. In the present embodiment, since the noise cancellation is performed by the feedforward method, the noise cancellation engine unit 136 predicts the waveform of the ambient sound at the eardrum position of the listener and generates a cancel signal that cancels the ambient sound. The noise cancellation engine unit 136 can be implemented by software processing. Then, the synthesizing unit 137 adds the cancel signal to the reproduced signal after waveform shaping to generate a synthetic signal.
  • the composite signal output from the DSP 131 is converted into an analog signal by a DA converter (DAC), further amplified by the earphone amplifier 111, and then acoustically output from the driver unit 110.
  • the acoustic signal output from the driver unit 110 reaches the eardrum of the listener together with the ambient sound.
  • a cancel signal having a phase opposite to that of the ambient sound is superimposed on the acoustic signal (described above). Therefore, when the cancel signal is superimposed on the ambient sound, only the ambient sound is canceled, and the listener can enjoy the music quietly.
  • the audio device with a noise canceling function proposed in this specification is supposed to be used by being attached to a listener's ear such as a canal type.
  • This type of small audio device is generally used by inserting it near the entrance of the ear canal using an earpiece.
  • the ambient sound is shielded by the earpiece to some extent, the ambient sound leaking from the earpiece occupies most of the ambient sound that actually reaches the eardrum. Therefore, when the microphone 120 is arranged near the sound insulation position for isolating the ambient sound, in other words, near the earpiece, the correlation between the ambient sound signal observed by the microphone 120 and the ambient sound reaching the eardrum increases, and noise is generated. It can be said that the effect of canceling becomes large.
  • the audio device proposed in this specification has a feedforward type noise canceling function.
  • the time t1 when a sound wave propagates between the driver unit 110 and the eardrum the time t2 when ambient sound propagates from the vicinity of the microphone 120 to the eardrum, and the time observed by the microphone 120.
  • the frequency band in which the noise canceling effect can be obtained is determined by the relationship of the processing time t3 of the ambient sound signal.
  • the time t3 corresponds to the time required to analyze the input signal of the microphone 120 in the signal processing unit 130, generate a cancel signal, and add the cancel signal to the reproduction signal by the combining unit 137 and output the reproduction signal.
  • the time lag ⁇ t of system input/output with respect to the ambient sound to be canceled is represented by the following equation (1).
  • the microphone 120 is arranged outside the earphone (or headphones). However, if the microphone 120 is arranged outside the ear canal, the correlation between the ambient sound observed by the microphone 120 and the ambient sound reaching the eardrum becomes small. , Not preferable.
  • the position of the microphone 120 is constant (in the vicinity of the sound insulation position), the time t2 is constant. Therefore, the shorter the time t1 in which a sound wave propagates between the driver unit 110 and the eardrum is, the frequency at which the noise canceling effect can be obtained.
  • the band expands to the high range.
  • the sounding element is arranged on the side opposite to the eardrum when viewed from the ear canal engaging portion of the earpiece, and the sound generating element is arranged on the side opposite to the eardrum when viewed from the ear canal engaging portion of the earpiece.
  • the sound conducting portion extending from the sounding element to the eardrum side, and the earpiece is attached to the sound conducting portion.
  • the propagation time of the sound wave is increased by the length of the earpiece.
  • the microphone for detecting ambient sound is arranged outside the ear canal and larger.
  • the audio device proposed in the present specification is provided with an earpiece as a sound insulation unit that engages with the external auditory meatus to block ambient sound, and a sounding unit that is arranged on the eardrum side of the earpiece and outputs a reproduction signal such as music.
  • a driver unit 110 as a unit
  • a microphone 120 as a sound pickup unit arranged near the sound insulation position for isolating ambient sound by an earpiece, and a reproduction signal according to the ambient sound observed by the microphone 120.
  • the signal processing unit 130 for processing and a housing for housing the driver unit 110, the microphone 120, and the signal processing unit 130.
  • the driver unit 110 is arranged closer to the eardrum than the engaging portion of the earpiece with the ear canal. Therefore, since the distance between the driver unit 110 and the eardrum is shortened, the phase delay in the propagation path of the sound wave output from the driver unit 110 is reduced, so that the frequency band in which the noise canceling effect is obtained is in the high frequency range. Can be expanded to. By arranging the driver unit 110 closer to the eardrum than the sound insulation position by the earpiece, it is possible to suppress the influence of delay and enhance the effect of noise canceling.
  • the microphone 120 is arranged near the sound insulation position where the earphones insulate ambient sound.
  • the noise that we want to cancel is the ambient sound that leaks from the earpiece and reaches the eardrum. Therefore, by optimally disposing the microphone 120 in the vicinity of the sound insulation position, it becomes possible to observe the ambient sound to be actually canceled by the microphone 120. That is, the correlation between the ambient sound signal observed by the microphone 120 and the ambient sound reaching the eardrum is increased, and the noise canceling effect can be increased.
  • the ambient sound that leaks from the earpiece and reaches the eardrum which is the object of cancellation, was actually affected by the reflection from the auricle, head, and body of the listener wearing the acoustic device. It is an acoustic signal.
  • the sound insulation position where the microphone 120 is arranged corresponds to the vicinity of the entrance of the external auditory meatus. Therefore, the microphone 120 is affected by reflections from the auricle, head and body of the listener wearing the acoustic device. The ambient sound can be observed, and the noise canceling effect can be enhanced also from this viewpoint.
  • FIG. 2 shows an external configuration of the audio device 200 according to this embodiment.
  • the audio device 200 includes a housing 210 and an earpiece 250.
  • the housing 210 contains a driver unit 110, a microphone 120, a signal processing unit 130, and a battery as a power source for driving these units (all are not shown in FIG. 2).
  • an earphone cable for capturing a reproduction signal from an external device (music source) such as a portable audio reproducing device or a multifunctional information terminal such as a smartphone or a tablet may be connected to the housing 210, but in FIG. Illustration is omitted for simplification.
  • FIG. 3 shows an external configuration of the housing 210 alone.
  • the housing 210 has a hollow cylindrical shape, and has a driver unit 110, a microphone 120, a signal processing unit 130, and a battery as a driving power source for these units therein.
  • the housing 210 is made of elastic or plastic silicone rubber or elastomer, or plastic such as ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), or metal.
  • FIG. 3 an example of arrangement of the driver unit 110 and the microphone 120 as acoustic elements is shown by broken lines.
  • the position of the driver unit 110 is closer to the eardrum side than the engaging portion of the earpiece 250 with the ear canal.
  • the position of the microphone 120 is near the sound insulation position where the earpiece 250 intercepts ambient sound.
  • FIG. 4 shows a sectional structure of the earpiece 250.
  • the earpiece 250 includes an umbrella portion 251 that engages with the inner wall of the ear canal and a tubular portion 252 that holds the housing 210.
  • the earpiece 250 is made of elastic or plastic silicone rubber or elastomer.
  • FIG. 5 shows a state where the housing 210 is attached to the cross section of the earpiece 250.
  • Both the housing 210 and the earpiece 250 have a substantially rotational shape, and the housing 210 is supported by the tubular portion 252 so that the central axis of the housing 210 substantially coincides with the central axis of the earpiece 250.
  • the earpiece 250 may have an elliptical shape or a shape along the ear canal shape.
  • FIG. 6 shows a state in which the audio device 200 shown in FIGS. 2 to 5 is attached to the listener's ear.
  • the ear canal is approximately 2.5 to 3 cm from the entrance to the eardrum, and is curved in an S shape to prevent foreign matter from entering.
  • the bend near the entrance is called the first curve, and the bend in the back is called the second curve. Therefore, the audio device 200 cannot be inserted deeply unless it has a shape along the external auditory meatus (first curve). If it cannot be inserted deeply, the distance between the driver unit 110 and the eardrum becomes long, and the propagation time t1 of the sound wave becomes long accordingly, so that the noise canceling effect is reduced.
  • the acoustic device 200 is configured such that the central axis of the housing 210 can be tilted at an arbitrary angle (at least within a certain angle range) with respect to the central axis of the earpiece 250, the acoustic device 200 can be deeper (in other words, the eardrum). It is possible to insert the audio device 200 (up to the vicinity).
  • FIG. 7 shows another example in which the audio device 200 is attached to the listener's ear.
  • the central axis 701 of the housing 210 with respect to the earpiece 250 is configured to be variable.
  • the center axis 701 of the housing 210 is inclined with respect to the center axis 702 of the earpiece 250 so as to follow the shape of the ear canal (first curve). It can be inserted deeply.
  • the earpiece 250 includes an umbrella portion 251 that comes into contact with the inner wall of the ear canal and a tubular portion 252.
  • the housing 210 is supported by the earpiece 250 by inserting the housing 210 into the hollow cylindrical portion 252. Therefore, the earpiece 250 may be configured to support the housing 210 such that the inclination angle of the central axis of the housing 210 with respect to the central axis of the umbrella portion 251 can be changed.
  • the earpiece 250 can support the housing 210 so that the inclination angle can be changed.
  • the housing 210 is also made of elastic or plastic silicon rubber or elastomer, so that the tip of the housing 210 can also come into contact with the inner wall of the ear canal and conform to the shape of the ear canal (first curve).
  • the earpiece 250 may be configured to reduce the reaction force acting when the central axis of the housing 210 is inclined with respect to the central axis of the umbrella portion 251.
  • FIG. 8 illustrates a cross section of the earpiece 250 configured to reduce the reaction force when the housing 210 is tilted.
  • a wavefront shape centered on the central axis is formed on the tip surface of the earpiece 250. Therefore, the strength of the tip end surface of the earpiece 250 is reduced and the earpiece 250 is easily bent in the radial direction. As a result, the tubular portion 251 is easily bent with respect to the tip end surface, and the reaction force when the housing 210 is inclined is reduced.
  • FIG. 9 shows a state where the housing 210 is attached to the cross section of the earpiece 250 shown in FIG. Since the wavefront-shaped portions 801 and 802 on the tip end surface of the earpiece 250 are easily deformed, even if the central axis 701 of the housing 210 inclines with respect to the central axis 702 of the earpiece 250 as illustrated, the center of the housing 210 is The reaction force that attempts to return the shaft 701 to the central axis 702 of the earpiece 250 is reduced.
  • FIG. 10 shows another example of the cross section of the earpiece 250 configured to reduce the reaction force when the housing 210 is inclined.
  • the cross section of the earpiece 250 is formed in an H shape, and the tubular portion 252 is formed in the web (abdominal plate) 1003 sandwiched by the flanges 1001 and 1002 at both ends of the H shape to support the earpiece 210. Is configured. Comparing FIG. 10 with FIG. 4, the fulcrum when the tip of the housing 210 comes into contact with the wall surface of the ear canal and a moment is generated is set back from the tip surface of the inpiece 250 to the substantially central web 1003. ..
  • the configuration example shown in FIG. 10 becomes larger and the inclination angle becomes larger.
  • the configuration example shown in FIG. 10 can reduce the reaction force acting rather than that in FIG. ..
  • FIG. 11 shows a state where the housing 210 is attached to the cross section of the earpiece 250 shown in FIG. Unlike FIG. 8, the cross section of the earpiece 250 is H-shaped, the front end surface of the earpiece 250 serves as an opening, and the web 1003 supporting the tubular portion 252 is easily deformed with respect to the flanges 1001 and 1002. Further, as shown in the figure, the central axis 701 of the housing 210 is set to the central axis 702 of the earpiece 250 by the amount of the fulcrum set when the central axis 701 of the housing 210 inclines with respect to the central axis 702 of the earpiece 250. The reaction force to return is reduced. Further, the reaction force can be further reduced by reducing the plate thickness of the web 1003.
  • the housing 210 is configured to reduce the reaction force when the housing 210 is tilted with respect to the earpiece 250, the housing 210 is likely to be tilted at any angle with respect to the earpiece 250, and the housing 210 is not required to have an unnecessary direction. It is feared that it will bend and it will take time and effort to attach it to the listener's ear. For this reason, the earpiece 250 may be configured so that the housing 210 is unlikely to incline in an undesired direction, or is inclined only in a desired direction.
  • FIG. 12 shows a top view of the earpiece 250 configured so that the housing 210 is unlikely to tilt in an undesired direction.
  • a pair of ribs 1201 and 1202 are formed between the umbrella portion 251 and the tubular portion 252. For this reason, the tubular portion 252 (or the housing 210 (not shown in FIG. 12) supported by the tubular portion 252) remains easily inclined in the A direction, but is less likely to be inclined in the B direction.
  • FIG. 13 shows a top view of the earpiece 250 configured so that the housing 210 is inclined only in a desired direction.
  • an elastic body such as a sponge 1301 is packed between the umbrella portion 251 and the tubular portion 252. Therefore, the tubular portion 252 (or the housing 210 (not shown in FIG. 13) supported by the tubular portion 252) easily inclines in the C direction which is the gap of the sponge 1301, but inclines in other directions. It takes a high load to do.
  • the housing 210 has a hollow cylindrical shape, and the driver unit 110 and the microphone 120 are housed inside.
  • a signal processing unit 130 for performing processing such as noise canceling and a battery as a driving power source are also arranged in the housing 210.
  • the position of the driver unit 110 is on the eardrum side of the engagement portion of the earpiece 250 with the ear canal.
  • the phase delay in the propagation path of the sound wave output from the driver unit 110 is reduced, so that the frequency band in which the noise canceling effect can be obtained is expanded to a high frequency range. can do.
  • the position of the microphone 120 is near the sound insulation position where the earpiece 250 isolates ambient sound.
  • the noise to be canceled is ambient sound that leaks into the ear canal from the gap of the earpiece 250 and reaches the eardrum. Therefore, when the microphone 120 picks up the ambient sound near the sound insulation position of the earpiece 250, it becomes possible to observe the ambient sound to be actually canceled by the microphone 120. That is, the correlation between the ambient sound signal observed by the microphone 120 and the ambient sound reaching the eardrum is increased, and the noise canceling effect can be increased.
  • the ambient sound that leaks from the earpiece and reaches the eardrum to be canceled is actually an acoustic signal affected by reflections from the auricle, head, and body of the listener wearing the acoustic device. ..
  • the microphone 120 can be removed from the auricle, head and body of the listener wearing the acoustic device. It is possible to observe the ambient sound affected by the reflection of, and from this viewpoint, the noise canceling effect can be enhanced.
  • FIG. 14 shows a modified example of the audio device 200.
  • the rear end of the housing 210 is provided so as to project from the tubular portion 252 of the earpiece 250.
  • the housing part 210 is inserted into the tubular part 252 up to the rear end, and the drive unit 110 on the front end side can be brought closer to the eardrum by that much. The noise canceling effect is enhanced.
  • the position where the microphone 120 is arranged is also covered by the tubular portion 252. Therefore, as shown in FIG. 15, a sound hole 1501 for the microphone 120 is also formed on the wall surface of the cylindrical portion 252 corresponding to the sound hole 211.
  • FIG. 16 shows a configuration example of the acoustic device 200 in which the downsized microphone 120 is arranged deep inside the earpiece 250.
  • acoustic output devices such as speakers
  • FIG. 17 shows a state in which a front space 1701 and a back space 1702 are provided in the housing 210 on the eardrum side and the side opposite to the eardrum of the driver unit 110, respectively.
  • a space for adjusting the acoustic characteristics may be provided at an arbitrary position in the housing 210, and the space from the space to the tip of the housing 210 on the eardrum side may be connected by a sound guide portion.
  • FIG. 18 shows another configuration example of the acoustic device 200 in which a space for adjusting acoustic characteristics is provided in the housing 210.
  • a front space 1801 is provided on the side opposite to the eardrum of the driver unit 110, and a tube-shaped sound guide portion 1802 is connected from the front space 1801 to the tip of the housing 210 on the eardrum side.
  • a tube-shaped sound guide portion 1802 is connected from the front space 1801 to the tip of the housing 210 on the eardrum side.
  • FIG. 19 shows still another configuration example of the acoustic device 200 in which a space for adjusting acoustic characteristics is provided in the housing 210.
  • both the front space 1901 and the back space 1902 are provided on the side opposite to the eardrum of the driver unit 110 to secure a space for adjusting acoustic characteristics.
  • the front space 1901 and the tip of the housing 210 on the eardrum side are connected by a tube-shaped sound guide portion 1903.
  • the processing unit 130 and the batteries in the housing 210 are not restricted by the arrangement in terms of acoustic characteristics. Therefore, for example, the processing unit 130 and the battery may be combined and treated as a module, and may be arranged separately in the housing 210 together with the driver unit 110 and the microphone 120.
  • Each module is electrically connected by a flexible wiring material, the housing 210 is made of an elastic member such as silicon rubber or elastomer, and the relative position of each module changes even if the housing 210 is deformed. By doing so, it is possible to realize the acoustic device 200 that is comfortable to wear.
  • the processing unit 130 and the battery can use those on the side of the external device that is the music source.
  • the music source is, for example, a portable audio reproducing device or a multifunctional information terminal such as a smartphone or a tablet.
  • a cord that is electrically coupled to the driver unit 110 and the microphone 120 is output from the housing 210 and is connected to an external device.
  • the acoustic device 200 can also be configured so that the processing unit 130 and the battery mounted in the housing 210 and an external device connected by wire (or wireless connection) can be switched and used.
  • the housing 210 may be provided with a connector that can be connected to each of the internal processing unit 130 and the battery and the external device, and an exchange function that is selectively connected to either one.
  • the audio device by disposing the driver unit 110 on the eardrum side, the distance between the driver unit 110 and the eardrum is shortened, and the phase delay in the sound wave propagation path is reduced. The effect of noise canceling can be obtained even in the high range.
  • the microphone 120 is arranged near the sound insulation position where the ambient sound is shielded by the earpiece, and the ambient sound to be actually canceled is observed by the microphone 120, whereby the noise canceling is performed.
  • the effect of the ring can be increased.
  • the microphone 120 since the microphone 120 is arranged near the entrance of the external auditory meatus, the microphone 120 observes the ambient sound affected by the reflection from the auricle, the head, and the body of the listener who wears the acoustic device, and thus the effect of noise canceling. Will be even higher.
  • the technology disclosed in this specification can be applied to various types of acoustic devices that are used by being worn on the ear of a listener and that perform noise canceling.
  • a sound collecting unit that is arranged near the entrance of the ear canal and collects ambient sound
  • a sounding unit arranged on the eardrum side of the sound collecting unit and outputting an acoustic signal
  • An acoustic device comprising:
  • An acoustic device comprising:
  • a sound insulation unit that engages with the external ear canal to insulate ambient sound is further provided,
  • the sound producing unit is arranged on the eardrum side of the sound insulation unit,
  • the sound collecting unit is arranged in the vicinity of a sound insulation position for isolating ambient sound by the sound insulation unit,
  • the acoustic device according to (1) above.
  • a processing unit that processes the acoustic signal according to the ambient sound collected by the sound collecting unit is further provided.
  • the processing unit performs noise canceling based on the ambient sound collected by the sound collecting unit, The acoustic device according to (3) above.
  • the processing unit performs feed-forward type noise canceling, The acoustic device according to (4) above.
  • a housing for accommodating the sound producing section, the sound collecting section, and the processing section is further provided.
  • the sound insulation part is an earpiece that supports the housing near the entrance of the ear canal.
  • the earpiece supports the housing so that the sounding unit faces the eardrum side,
  • the housing has a substantially cylindrical shape
  • the earpiece supports the housing such that the inclination angle of the central axis of the housing is variable.
  • the earpiece includes an umbrella portion that comes into contact with the inner wall of the ear canal and a tubular portion that holds the housing inside the umbrella portion, and the inclination angle of the central axis of the housing with respect to the central axis of the umbrella portion is variable. So as to support the housing, The acoustic device according to (8) above.
  • a sound hole for the sound collection unit is formed near a sound insulation position where the earpiece shields ambient sound.
  • the earpiece includes an umbrella portion that comes into contact with the inner wall of the ear canal, and a tubular portion that holds the housing inside the umbrella portion, The sound hole is arranged inside the umbrella portion,
  • the earpiece includes a tubular portion that holds the housing inside the umbrella portion, The tubular portion has an opening at a location corresponding to the sound hole,
  • the housing has at least one of a front space and a back space for adjusting the acoustic characteristics of the sound output from the sounding unit,
  • the acoustic device according to any one of (5) to (12) above.
  • the housing includes the front space and a sound guide portion extending from the front space to a tip of the housing on the eardrum side.
  • the housing includes the front space and the back space at the rear.
  • Noise canceling system 110 For Driver unit, 111... Earphone amplifier 120... Microphone, 121... Microphone amplifier 130... Signal processing part 131... DSP (Digital Signal Processor) 132... System controller 133... AD converter (ADC) 134... AD converter (ADC), 135... Equalizer 136... Noise cancellation engine part, 137... Compositing part 138... DA converter (DAC) 200... Acoustic device, 210... Housing, 211... Sound hole 250... Earpiece, 251... Umbrella part, 252... Cylindrical part

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Abstract

聴取者の耳に装着して用いられ、ノイズキャンセルを実施する音響装置を提供する。　音響装置は、外耳道と係合して、周囲音を遮音する遮音部と、前記遮音部よりも鼓膜側に配置され、音響信号を出力する発音部と、前記遮音部により周囲音を遮音する遮音位置付近に配置され、周囲音を収音する収音部と、前記収音部が収音した周囲音に応じて前記音響信号を処理する処理部と、前記発音部、前記収音部、及び前記処理部を収容するハウジングを具備する。前記遮音部は、前記ハウジングを外耳道入り口付近で支持するイヤピースからなる。

Description

音響装置
　本明細書で開示する技術は、聴取者が主に耳に装着して用いる音響装置に関する。
　再生装置や受信機から出力された電気信号を耳又は鼓膜に近接されたスピーカーで音響信号に変換する小型の音響変換装置すなわちイヤホンが広く普及している。この種の音響再生装置は、着用した聴取者本人だけに聴こえるように音響を発するので、さまざまな環境で利用に供されている。
　例えば、カナル型イヤホンは、耳の穴（外耳道：ｅａｒ　ｃａｎａｌ）にイヤピースを深く差し込んで使用する形状である。この種のイヤホンでは、発音素子が、イヤピースの外耳道係合部から見て、鼓膜と反対側に配置されるのが一般的である（例えば、特許文献１を参照のこと）。
　また、イヤホンやヘッドホンにおいて、外部環境のノイズ（騒音）を除去し又は低減した良好な再生音場空間を提供するノイズキャンセルシステムが知られている。例えばアクティブなノイズ低減を行なうアクティブ方式のノイズ低減システムでは、マイクロホンで外来ノイズを収音し、その収音したノイズの音声信号から、ノイズとは音響的に逆相のノイズキャンセル信号を生成する。このノイズキャンセル信号を、音楽などの本来の聴取目的たる音声信号と合成してスピーカーで音響再生することによって、外来ノイズを音響的に相殺する。
　ノイズキャンセルには、フィードフォワード方式と、フィードバック方式がある。フィードフォワード方式では、耳に近い位置で収音した音（騒音）を解析、及び聴取者の鼓膜位置での騒音波形を予測して、騒音を打ち消す信号（逆位相波形）を生成する。また、フィードバック方式では、音響装置のハウジング内部に設けられたマイクによってハウジング内部で収音された音（騒音）に対してノイズキャンセリング処理を実施する（特許文献２を参照のこと）。
特開２０１６－８６２８１号公報 特開２０１６－１７４３７６号公報
　本明細書で開示する技術の目的は、聴取者の耳に装着して用いられ、ノイズキャンセルを実施する音響装置を提供することにある。
　本明細書で開示する技術は、
　外耳道の入り口付近に配置され、周囲音を収音する収音部と、
　前記収音部よりも鼓膜側に配置され、音響信号を出力する発音部と、
を具備する音響装置である。
　音響装置は、外耳道と係合して周囲音を遮音する遮音部をさらに備え、前記発音部は、前記遮音部よりも鼓膜側に配置され、前記収音部は、前記遮音部により周囲音を遮音する遮音位置付近に配置される。また、音響装置は、前記収音部が収音した周囲音に基づいてフィードフォワード方式のノイズキャンセリングを実施する処理部をさらに備えている。
　また、音響装置は、前記発音部、前記収音部、及び前記処理部を収容するハウジングをさらに有する。前記遮音部は、前記ハウジングを外耳道入り口付近で支持するイヤピースからなり、前記発音部が鼓膜側を向くように、前記ハウジングを支持する。
　本明細書で開示する技術によれば、聴取者の外耳道入り口付近に装着して用いられ、フィードフォワード方式によりノイズキャンセルを実施する音響装置を提供することができる。
　なお、本明細書に記載された効果は、あくまでも例示であり、本発明の効果はこれに限定されるものではない。また、本発明が、上記の効果以外に、さらに付加的な効果を奏する場合もある。
　本明細書で開示する技術のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する実施形態や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
図１は、ノイズキャンセリングシステム１００の基本的な構成例を示した図である。 図２は、音響装置２００の外観構成を示した図である。 図３は、ハウジング２１０単体の外観構成を示した図である。 図４は、イヤピース２５０の断面構成を示した図である。 図５は、音響装置２００の断面を示した図である。 図６は、音響装置２００を聴取者の耳に装着した様子を示した図である。 図７は、音響装置２００を聴取者の耳に装着した他の例を示した図である。 図８は、反力を低減するように構成したイヤピース２５０の断面を示した図である。 図９は、反力を低減するように構成したイヤピース２５０の断面（ハウジング２１０を装着し、且つ、ハウジング２１０が傾斜した場合）を示した図である。 図１０は、反力を低減するように構成したイヤピース２５０の断面の他の例を示した図である。 図１１は、反力を低減するように構成したイヤピース２５０の断面の他の例（ハウジング２１０を装着し、且つ、ハウジング２１０が傾斜した場合）を示した図である。 図１２は、ハウジング２１０が所望しない方向には傾斜し難くなるように構成したイヤピース２５０の上面図である。 図１３は、ハウジング２１０が所望する方向にのみ傾斜するように構成したイヤピース２５０の上面図である。 図１４は、音響装置２００の変形例を示した図である。 図１５は、図１４に示した音響装置２００で使用されるイヤピース２５０の筒部２５２の構成例を示した図である。 図１６は、音響装置２００の他の変形例を示した図である。 図１７は、ハウジング２１０内に音響特性を調整するための空間を設けた音響装置２００の構成例を示した図である。 図１８は、ハウジング２１０内に音響特性を調整するための空間を設けた音響装置２００の他の構成例を示した図である。 図１９は、ハウジング２１０内に音響特性を調整するための空間を設けた音響装置２００のさらに他の構成例を示した図である。
　以下、図面を参照しながら本明細書で開示する技術の実施形態について詳細に説明する。
　本明細書では、カナル型のような、聴取者の耳に装着して用いられる、小型で、且つ、フィードフォワード方式のノイズキャンセル機能を有する音響装置について、以下で提案する。
　ノイズキャンセル機能を有する音響装置は、所望の音響信号を再生する発音部と、外部環境のノイズ（騒音）などからなる周囲音を収音する収音部と、収音部が収音した周囲音に応じて発音部から出力する音響信号を処理する処理部を備えている。
　発音部は、例えばダイナミックスピーカーやバランストアーマチュア、ピエゾ素子、又は静電型スピーカーなどの発音素子、又はこれらの複数の発音素子のいずれか２以上を組み合わせて構成される。
　所望の音響信号は、音楽などの再生信号であり、例えば、携帯型オーディオ再生機器あるいはスマートフォンやタブレットなどの多機能情報端末といった外部機器から音響装置に供給される。
　収音部は、小型のマイクロホンで構成され、発音部で音響信号を出力している最中に発生する、外部環境のノイズ（騒音）などからなる周囲音を収音する。本実施形態では、収音部はフィードフォワード方式のノイズキャンセリングに用いられるマイクロホンとする。
　処理部は、収音部で収音した周囲音に基づいて、周囲音が最小となるようなキャンセル信号を生成する。具体的には、収音部で収音した周囲音の信号の波形を解析して、周囲音を打ち消す逆位相の信号を発生させ、周囲音にこの逆位相の信号を重ねることによって周囲音を打ち消すようにする。これによって、鼓膜位置での周囲音を低減する。フィードフォワード方式の場合、処理部では、周囲音が鼓膜に到達した際にどのような波形になるのかを推測し、その推測結果に基づいて、周囲音が最小になるようなキャンセル信号を生成する。
　図１には、ノイズキャンセリングシステム１００の基本的な構成例を示している。以下、各部について説明する。図示のノイズキャンセリングシステム１００は、発音部としてのドライバーユニット１１０と、収音部としてのマイクロホン１２０と、処理部としての信号処理部１３０を備えている。
　信号処理部１３０は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１３１と、システムコントローラ１３２を備えている。ＤＳＰ１３１は、システムコントローラ１３２の制御下で、音響信号の処理を実行する。
　音楽ソースの再生信号は、オーディオ入力端子（図示しない）を介してノイズキャンセリングシステム１００に取り込まれると、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）１３３でデジタル変換した後に、ＤＳＰ１３１に入力される。ここで言う音楽ソースは、携帯型オーディオ再生機器あるいはスマートフォンやタブレットなどの多機能情報端末といった外部機器などである。但し、音響ソースがＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）やＷｉ－Ｆｉなどの無線により再生信号を伝送する場合には、オーディオ入力端子及びＡＤ変換器１３３に代えて、無線インターフェースを装備すればよい。
　また、マイクロホン１２０で収音された外部環境のノイズ（騒音）などからなる周囲音信号は、マイクロホンアンプ１２１で増幅され、さらにＡＤ変換器（ＡＤＣ）１３４でデジタル変換した後に、ＤＳＰ１３１に入力される。
　ＤＳＰ１３１内では、イコライザ１３５が、音楽ソースからの再生信号の周波数特性を整える。また、ノイズキャンセルエンジン部１３６が、マイクロホン１２０から取り込まれた周囲音の信号の波形を解析して、周囲音を打ち消す逆位相のキャンセル信号を発生させる。本実施形態では、フィードフォワード方式によるノイズキャンセルを実施するので、ノイズキャンセルエンジン部１３６は、聴取者の鼓膜位置での周囲音の波形を予測して、周囲音を打ち消すキャンセル信号を発生させる。なお、ノイズキャンセルエンジン部１３６は、ソフトウェア処理により実装することができる。そして、合成部１３７は、波形整形した後の再生信号にキャンセル信号を加算して、合成信号を生成する。
　ＤＳＰ１３１から出力される合成信号は、ＤＡ変換器（ＤＡＣ）でアナログ変換し、さらにイヤホンアンプ１１１で増幅した後、ドライバーユニット１１０から音響出力される。ドライバーユニット１１０から出力された音響信号は、周囲音とともに、聴取者の鼓膜に到達する。ここで、音響信号には、周囲音と逆位相のキャンセル信号が重畳されている（前述）。このため、周囲音にこのキャンセル信号が重なることによって、周囲音のみが打ち消されるので、聴取者は静かに音楽などを楽しむことが可能になる。
　マイクロホン１２０で観測される周囲音信号と、実際に鼓膜に到達する周囲音との相関が大きいほど、ノイズキャンセリングの効果が大きい。したがって、マイクロホン１２０を外耳道内又は外耳道入り口付近に配置することで、マイクロホン１２０で観測される周囲音と鼓膜に到達する周囲音との相関をより大きくすることができる。
　本明細書で提案するノイズキャンセル機能付きの音響装置は、カナル型のような、聴取者の耳に装着して用いられることを想定している。この種の小型の音響装置は、一般に、イヤピースを使って外耳道入り口付近に差し込んで用いられる。この場合、周囲音はある程度イヤピースで遮音されるので、イヤピースから漏れ込んでくる周囲音が実際に鼓膜に到達する周囲音の多くを占める。したがって、マイクロホン１２０は、周囲音を遮音する遮音位置付近、言い換えればイヤピース付近に配置されることが、マイクロホン１２０で観測される周囲音信号と鼓膜に到達する周囲音との相関が大きくなり、ノイズキャンセリングの効果が大きくなる、ということができる。
　また、本明細書で提案する音響装置は、フィードフォワード方式のノイズキャンセル機能を有することを想定している。フィードフォワード方式のノイズキャンセリングを実施する際、ドライバーユニット１１０と鼓膜間を音波が伝搬する時間ｔ１と、周囲音がマイクロホン１２０の近傍から鼓膜へと伝搬する時間ｔ２と、マイクロホン１２０で観測された周囲音信号の処理時間ｔ３の関係により、ノイズキャンセリングの効果を得られる周波数帯域が決定する。なお、時間ｔ３は、信号処理部１３０内で、マイクロホン１２０の入力信号を解析し、キャンセル信号を生成して、合成部１３７により再生信号にキャンセル信号を加算して出力する所要時間に相当する。ノイズキャンセリングシステム１００における、キャンセルされるべき周囲音に対するシステム入出力の時間ずれΔｔは、以下の式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　例えば、ある周波数において２０ｄＢ以上のノイズキャンセリング量を確保しようとした場合には、上記の遅延Δｔがキャンセルしようとする信号の位相５度相当以内に抑える必要があると考えられる。
　フィードフォワード方式では、イヤホン（若しくはヘッドホン）の外部にマイクロホン１２０が配置されるが、外耳道より大きく外側に配置すると、マイクロホン１２０で観測される周囲音と鼓膜に到達する周囲音の相関が小さくなるため、好ましくない。マイクロホン１２０の位置を（遮音位置付近で）一定とした場合、時間ｔ２が一定となるので、ドライバーユニット１１０と鼓膜間を音波が伝搬する時間ｔ１が短いほど、ノイズキャンセリングの効果を得られる周波数帯域は高域まで拡大する。
　一般的なノイズキャンセリングイヤホンでは、発音素子が、イヤピースの外耳道係合部から見て、鼓膜と反対側に配置され発音素子が、イヤピースの外耳道係合部から見て、鼓膜と反対側に配置され（例えば、特許文献１を参照のこと）、発音素子から鼓膜側に伸びる音導部を有し、音導部にイヤピースが取り付けられる構造である。この場合、イヤピースの長さ分だけ音波の伝搬時間がかかってしまう。また、周囲音検出用のマイクロホンは、外耳道より大きく外側に配置されることになる。
　これに対し、本明細書で提案する音響装置は、外耳道と係合して周囲音を遮音する遮音部としてのイヤピースと、イヤピースよりも鼓膜側に配置され、音楽などの再生信号を出力する発音部としてのドライバーユニット１１０と、イヤピースにより周囲音を遮音する遮音位置付近に配置され、周囲音を収音する収音部としてのマイクロホン１２０と、マイクロホン１２０が観測した周囲音に応じて再生信号を処理する信号処理部１３０と、これらドライバーユニット１１０、マイクロホン１２０及び信号処理部１３０を収容するハウジングで構成される。
　本明細書で提案する音響装置では、ドライバーユニット１１０は、イヤピースの外耳道との係合部よりも鼓膜側に配置される。したがって、ドライバーユニット１１０と鼓膜間の距離が短縮することにより、ドライバーユニット１１０から出力される音波の伝搬経路での位相遅延が低減されるので、ノイズキャンセリングの効果を得られる周波数帯域は高域まで拡大することができる。ドライバーユニット１１０がイヤピースによる遮音位置よりも鼓膜寄りに配置されることで、遅延による影響を抑制して、ノイズキャンセリングの効果を高めことができる、ということもできる。
　また、本明細書で提案する音響装置では、マイクロホン１２０がイヤピースにより周囲音を遮音する遮音位置付近にて配置される。キャンセルしたいノイズは、イヤピースから漏れ込んで鼓膜まで到達する周囲音である。したがって、マイクロホン１２０を遮音位置付近に最適に配置することにより、実際にキャンセルしたい周囲音をマイクロホン１２０で観測することが可能になる。すなわち、マイクロホン１２０で観測される周囲音信号と鼓膜に到達する周囲音との相関が大きくなり、ノイズキャンセリングの効果が大きくすることができる。
　付言すれば、キャンセルする対象となる、イヤピースから漏れ込んで鼓膜まで到達する周囲音は、実際には、音響装置を装着した聴取者の耳介や頭部並びに身体からの反射の影響を受けた音響信号である。本実施形態では、マイクロホン１２０が配置される遮音位置とは外耳道の入り口付近に相当するので、マイクロホン１２０は音響装置を装着した聴取者の耳介や頭部並びに身体からの反射の影響を受けた周囲音を観測することができ、この観点からも、ノイズキャンセリングの効果を高めることができる。
　図２には、本実施形態に係る音響装置２００の外観構成を示している。音響装置２００は、ハウジング２１０と、イヤピース２５０からなる。
　ハウジング２１０は、ドライバーユニット１１０と、マイクロホン１２０と、信号処理部１３０と、これら各部の駆動電源としての電池を内蔵している（いずれも、図２では図示しない）。また、ハウジング２１０には、携帯型オーディオ再生機器あるいはスマートフォンやタブレットなどの多機能情報端末といった外部機器（音楽ソース）から再生信号を取り込むためのイヤホンケーブルが接続されることもあるが、図２では簡素化のため図示を省略している。
　図３には、ハウジング２１０単体の外観構成を示している。ハウジング２１０は、中空の円筒形状をなし、内部にドライバーユニット１１０と、マイクロホン１２０と、信号処理部１３０と、これら各部の駆動電源としての電池を内蔵している。ハウジング２１０は、弾性若しくは可塑性のあるシリコンゴムやエラストマー、又はＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ　Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ　Ｓｔｙｒｅｎｅ）などのプラスチック、若しくは金属などで構成される。
　図３中には、音響素子としてのドライバーユニット１１０及びマイクロホン１２０の配置例をそれぞれ破線で示している。ドライバーユニット１１０の位置は、イヤピース２５０の外耳道との係合部よりも鼓膜側となる。また、マイクロホン１２０の位置は、イヤピース２５０により周囲音を遮音する遮音位置付近となる。ハウジング２１０のマイクロホン１２０を配置した位置付近の壁面には、マイクロホン１２０が周囲音を取り込むための１以上の音孔２１１が穿設されている。
　図４には、イヤピース２５０の断面構成を示している。イヤピース２５０は、外耳道の内壁と係合する傘部２５１と、ハウジング２１０を保持する筒部２５２で構成される。イヤピース２５０は、弾性若しくは可塑性のあるシリコンゴムやエラストマーなどで構成される。
　図５には、イヤピース２５０の断面に、ハウジング２１０を取り付けた様子を示している。ハウジング２１０及びイヤピース２５０はともに、ほぼ回転形状であり、ハウジング２１０の中心軸がイヤピース２５０の中心軸とほぼ一致するように、ハウジング２１０は筒部２５２によって支持されている。イヤピース２５０は楕円形状又は外耳道形状に沿う形状でもよい。また、ハウジング２１０がイヤピース２５０に取り付けられた状態において、当該音響装置２００が聴取者の耳に装着された際には、ドライバーユニット１１０の位置は、イヤピース２５０の外耳道との係合部よりも鼓膜側となり、マイクロホン１２０の位置は、イヤピース２５０により周囲音を遮音する遮音位置付近となる。
　図６には、図２～図５に示した音響装置２００を聴取者の耳に装着した様子を示している。外耳道は、入口から鼓膜まで約２．５～３センチメートルあり、異物の侵入を防ぐためにＳ字状に曲がっている。入口に近い方の曲がりは第１カーブ、奥の方は第２カーブと呼ばれている。したがって、音響装置２００は、外耳道（第１カーブ）に沿った形状でなければ、奥深くまで挿入することができない。奥深くまで挿入できなければ、ドライバーユニット１１０と鼓膜間の距離が長くなり、その分だけ音波の伝搬時間ｔ１が長くなるため、ノイズキャンセリングの効果が低下する。
　ハウジング２１０の中心軸がイヤピース２５０の中心軸に対して（少なくとも一定の角度の範囲で）任意の角度に傾斜できるように、音響装置２００を構成すれば、外耳道のより深くまで（言い換えれば、鼓膜の近くまで）、音響装置２００を挿入することが可能になる。
　図７には、音響装置２００を聴取者の耳に装着した他の例を示している。ここでは、イヤピース２５０に対するハウジング２１０の中心軸７０１が可変となるように構成されている。外耳道（第１カーブ）の形状に沿うように、ハウジング２１０の中心軸７０１がイヤピース２５０の中心軸７０２に対して傾斜することによって、音響装置２００を、図６に示した例よりも、外耳道の奥深くまで挿入することができる。
　図４に示したように、イヤピース２５０は、外耳道の内壁と当接する傘部２５１と、筒部２５２を備えている。そして、中空の筒部２５２にハウジング２１０を挿入することによって、ハウジング２１０はイヤピース２５０に支持されている。したがって、傘部２５１の中心軸に対してハウジング２１０の中心軸の傾斜角度が可変となるように、イヤピース２５０がハウジング２１０を支持するように構成すればよい。
　イヤピース２５０を、弾性若しくは可塑性のあるシリコンゴムやエラストマーなどを使って構成することで、傾斜角度が可変となるように、イヤピース２５０がハウジング２１０を支持することができる。また、ハウジング２１０も弾性若しくは可塑性のあるシリコンゴムやエラストマーなどを使って構成することで、ハウジング２１０の先端も外耳道の内壁と当接して、外耳道（第１カーブ）の形状になじむことができる。
　但し、傘部２５１の中心軸に対してハウジング２１０の中心軸が傾斜した角度の大きさに応じて反力が作用するので、この反力が傘部２５１を介して外耳道の壁面に加わるため、音響装置２００を装着した聴取者の肉体的負担になってしまう。
　そこで、傘部２５１の中心軸に対してハウジング２１０の中心軸が傾斜した際に作用する反力を低減するようにイヤピース２５０を構成してもよい。
　図８には、ハウジング２１０が傾斜した際の反力を低減するように構成したイヤピース２５０の断面を例示している。図示の例では、参照番号８０１及び８０２に示すように、イヤピース２５０の先端面に、中心軸を中心とする波面形状を形設している。このため、イヤピース２５０の先端面は、強度が低下して、半径方向に曲がり易くなる。この結果、筒部２５１は先端面に対して撓み易くなり、ハウジング２１０が傾斜した際の反力が低下する。
　図９には、図８に示したイヤピース２５０の断面に、ハウジング２１０を取り付けた様子を示している。イヤピース２５０の先端面の波面形状部分８０１及び８０２が変形し易くなっているので、図示のようにハウジング２１０の中心軸７０１がイヤピース２５０の中心軸７０２に対して傾斜しても、ハウジング２１０の中心軸７０１をイヤピース２５０の中心軸７０２に戻そうとする反力は低減する。
　また、図１０には、ハウジング２１０が傾斜した際の反力を低減するように構成したイヤピース２５０の断面の他の例を示している。図示の例では、イヤピース２５０の断面をＨ形状に構成し、そのＨ形状の両端のフランジ１００１及び１００２で挟まれたウェブ（腹板）１００３に筒部２５２を形成して、イヤピース２１０を支持するように構成されている。図１０を、図４と比較すると、ハウジング２１０の先端が外耳道の壁面と当接してモーメントが発生した際の支点が、インピース２５０の先端面から、ほぼ中央のウェブ１００３までセットバックしている。したがって、イヤピース２５０の先端が外耳道の壁面から外力が加わった場合に、図１０に示す構成例の方がより大きくなり、傾斜角も大きくなる。言い換えれば、傘部２５１の中心軸に対してハウジング２１０の中心軸が同じ角度だけ傾斜した際に、図４よりも図１０に示す構成例の方が、作用する反力を低減することができる。
　図１１には、図１０に示したイヤピース２５０の断面に、ハウジング２１０を取り付けた様子を示している。図８とは異なり、イヤピース２５０の断面がＨ形状であり、イヤピース２５０の先端面が開口部となり、筒部２５２を支持するウェブ１００３がフランジ１００１及び１００２に対して変形し易くなっている。また、図示のようにハウジング２１０の中心軸７０１がイヤピース２５０の中心軸７０２に対して傾斜する際の支点がセットバックしている分だけ、ハウジング２１０の中心軸７０１をイヤピース２５０の中心軸７０２に戻そうとする反力は低減する。また、ウェブ１００３の板厚を小さくすることで、反力をさらに低減することができる。
　他方、ハウジング２１０がイヤピース２５０に対して傾斜した際の反力を低減するように構成した場合には、ハウジング２１０がイヤピース２５０に対してあらゆる角度に傾斜し易くなり、ハウジング２１０が不必要な方向に折れ曲がって聴取者の耳に装着する際の手間がかかってしまうことが懸念される。このため、ハウジング２１０が所望しない方向には傾斜し難くする、若しくは所望する方向にのみ傾斜するように、イヤピース２５０を構成するようにしてもよい。
　図１２には、ハウジング２１０が所望しない方向には傾斜し難くなるように構成したイヤピース２５０の上面図を示している。図示のイヤピース２５０には、傘部２５１と筒部２５２の間に一対のリブ１２０１及び１２０２が形設されている。このため、筒部２５２（若しくは、筒部２５２に支持されたハウジング２１０（図１２では図示しない））は、Ａ方向には傾斜し易いままであるが、Ｂ方向には傾斜し難くなる。
　また、図１３には、ハウジング２１０が所望する方向にのみ傾斜するように構成したイヤピース２５０の上面図を示している。図示のイヤピース２５０には、傘部２５１と筒部２５２の間には、スポンジ１３０１のような弾性体が詰め込まれている。このため、筒部２５２（若しくは、筒部２５２に支持されたハウジング２１０（図１３では図示しない））は、スポンジ１３０１の間隙となっているＣ方向に傾斜し易いが、それ以外の方向に傾斜する際には高い負荷がかかる。
　続いて、ハウジング２１０の内部構成について、詳細に説明する。
　図３に示したように、ハウジング２１０は、中空の円筒形状をなし、内部にドライバーユニット１１０と、マイクロホン１２０が収容されている。また、図３では図示を省略したが、ノイズキャンセリングなどの処理を実施する信号処理部１３０や、駆動電源としての電池も、ハウジング２１０内に配置されている。
　ドライバーユニット１１０の位置は、イヤピース２５０の外耳道との係合部よりも鼓膜側となる。ライバーユニット１１０と鼓膜間の距離が短縮することにより、ドライバーユニット１１０から出力される音波の伝搬経路での位相遅延が低減されるので、ノイズキャンセリングの効果を得られる周波数帯域は高域まで拡大することができる。ドライバーユニット１１０がイヤピース２５０による遮音位置よりも鼓膜寄りに配置されることで、遅延による影響を抑制して、ノイズキャンセリングの効果を高めことができる、ということもできる。
　また、マイクロホン１２０の位置は、イヤピース２５０により周囲音を遮音する遮音位置付近となる。ハウジング２１０のマイクロホン１２０を配置した位置付近の壁面には、マイクロホン１２０が周囲音を取り込むための１以上の音孔２１１が穿設されている。キャンセルしたいノイズは、イヤピース２５０の隙間から外耳道内に漏れ込んで鼓膜まで到達する周囲音である。したがって、マイクロホン１２０がイヤピース２５０の遮音位置付近で周囲音を収音することにより、実際にキャンセルしたい周囲音をマイクロホン１２０で観測することが可能になる。すなわち、マイクロホン１２０で観測される周囲音信号と鼓膜に到達する周囲音との相関が大きくなり、ノイズキャンセリングの効果が大きくすることができる。
　キャンセルする対象となる、イヤピースから漏れ込んで鼓膜まで到達する周囲音は、実際には、音響装置を装着した聴取者の耳介や頭部並びに身体からの反射の影響を受けた音響信号である。図６又は図７からも分かるように、マイクロホン１２０の音孔２１１は外耳道の入り口付近に配置されることになるので、マイクロホン１２０は音響装置を装着した聴取者の耳介や頭部並びに身体からの反射の影響を受けた周囲音を観測することができ、この観点からも、ノイズキャンセリングの効果を高めることができる。
　図１４には、音響装置２００の変形例を示している。図５に示した音響装置２００の構成例では、ハウジング２１０の後端は、イヤピース２５０の筒部２５２から突設している。これに対し、図１４に示す音響装置２００の構成例では、ハウジング部２１０は、後端まで筒部２５２内に挿入されており、その分だけ先端側のドライブユニット１１０を鼓膜に近づけることができ、ノイズキャンセリングの効果が高まる。また、マイクロホン１２０が配置される位置も筒部２５２に覆われてしまう。そこで、図１５に示すように音孔２１１に対応する筒部２５２の壁面にもマイクロホン１２０用の音孔１５０１が穿設されている。
　体積効率を向上させるために、小型のマイクロホンを設置するようにしてもよい。図１６には、小型化したマイクロホン１２０をイヤピース２５０内の奥深くに位置に配置した、音響装置２００の構成例を示している。
　スピーカーなどの音響出力装置においては、振動板の前面又は背面に、音響特性を調整するための空間を設けることが良く行なわれている。
　本実施形態に係る音響装置２００においても、同様に、音響特性を調整するための空間を設けることが好ましい。図１７には、ハウジング２１０内で、ドライバーユニット１１０の鼓膜側及び鼓膜と反対側にそれぞれ前面空間１７０１と背面空間１７０２を設けた様子を示している。
　音響装置２００を外耳道内に収める場合、ドライバーユニット１１０の前面又は背面に音響特性を調整するための空間をハウジング２１０に設けることが困難なことが想定される。そこで、ハウジング２１０内の任意の場所に音響特性を調整するための空間を設け、その空間からハウジング２１０の鼓膜側の先端までを音導部で接続するようにしてもよい。
　図１８には、ハウジング２１０内に音響特性を調整するための空間を設けた音響装置２００の他の構成例を示している。同図では、ハウジング２１０内で、ドライバーユニット１１０の鼓膜と反対側に、前面空間１８０１を設けるとともに、前面空間１８０１からハウジング２１０の鼓膜側の先端までを、チューブ状の音導部１８０２で接続して、音響特性を調整するための空間を確保している。
　図１９には、ハウジング２１０内に音響特性を調整するための空間を設けた音響装置２００のさらに他の構成例を示している。同図では、ハウジング２１０内で、ドライバーユニット１１０の鼓膜と反対側に、前面空間１９０１及び背面空間１９０２の両方を設けて、音響特性を調整するための空間を確保している。また、前面空間１９０１からハウジング２１０の鼓膜側の先端までを、チューブ状の音導部１９０３で接続している。
　ここまで、ハウジング２１０内での処理部１３０や電池の配置については特に言及してこなかった。ドライバーユニット１１０やマイクロホン１２０などの音響素子とは相違し、処理部１３０や電池は、音響特性上の配置の制約を受けない。したがって、例えば、処理部１３０と電池を組み合わせてモジュール化して扱い、ハウジング２１０内でドライバーユニット１１０及びマイクロホン１２０とともに区分けして配置するようにしてもよい。各モジュールを柔軟性のある配線材で電気的に結合し、ハウジング２１０をシリコンゴムやエラストマーなどの弾性のある部材で構成して、ハウジング２１０の変形に応じて各モジュールの相対位置がわずかでも変化できるようにして、装着感のよい音響装置２００を実現することができる。
　なお、処理部１３０及び電池は、音楽ソースとなる外部機器側のものを使用することができる。音楽ソースは、例えば、携帯型オーディオ再生機器あるいはスマートフォンやタブレットなどの多機能情報端末などである。このような場合、ハウジング２１０からは、ドライバーユニット１１０及びマイクロホン１２０に電気的に結合するコードが出ており、外部機器と接続する。
　また、ハウジング２１０内に搭載され処理部１３０及び電池と、有線接続（又は無線接続）される外部機器とを切り替えて使用できるように、音響装置２００を構成することもできる。例えば、ハウジング２１０内に、内部の処理部１３０及び電池と外部機器の各々に接続できるコネクタと、いずれかに択一的に接続する交換機能を装備するようにしてもよい。
　最後に、本明細書で提案する音響装置の効果についてまとめておく。
　本明細書で提案する音響装置によれば、ドライバーユニット１１０を鼓膜側に配置することにより、ドライバーユニット１１０と鼓膜間の距離が短縮して、音波の伝搬経路での位相遅延が低減することにより、高域に至るまでノイズキャンセリングの効果を得ることができる。
　また、本明細書で提案する音響装置によれば、マイクロホン１２０がイヤピースにより周囲音を遮音する遮音位置付近にて配置して、実際にキャンセルしたい周囲音をマイクロホン１２０で観測することにより、ノイズキャンセリングの効果が大きくすることができる。また、マイクロホン１２０は、外耳道入り口付近に配置されるので、音響装置を装着した聴取者の耳介や頭部並びに身体からの反射の影響を受けた周囲音を観測するので、ノイズキャンセリングの効果はさらに高くなる。
　以上、特定の実施形態を参照しながら、本明細書で開示する技術について詳細に説明してきた。しかしながら、本明細書で開示する技術の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施形態の修正や代用を成し得ることは自明である。
　本明細書で開示する技術は、聴取者の耳に装着して用いられ、ノイズキャンセリングを実施するさまざまなタイプの音響装置に適用することができる。
　要するに、例示という形態により本明細書で開示する技術について説明してきたのであり、本明細書の記載内容を限定的に解釈するべきではない。本明細書で開示する技術の要旨を判断するためには、特許請求の範囲を参酌すべきである。
　なお、本明細書の開示の技術は、以下のような構成をとることも可能である。
（１）外耳道の入り口付近に配置され、周囲音を収音する収音部と、
　前記収音部よりも鼓膜側に配置され、音響信号を出力する発音部と、
を具備する音響装置。
（１－１）外耳道と係合して、周囲音を遮音する遮音部と、
　前記遮音部よりも鼓膜側に配置され、音響信号を出力する発音部と、
　前記遮音部により周囲音を遮音する遮音位置付近に配置され、周囲音を収音する収音部と、
を具備する音響装置。
（３）外耳道と係合して周囲音を遮音する遮音部をさらに備え、
　前記発音部は、前記遮音部よりも鼓膜側に配置され、
　前記収音部は、前記遮音部により周囲音を遮音する遮音位置付近に配置される、
上記（１）に記載の音響装置。
（３）前記収音部が収音した周囲音に応じて前記音響信号を処理する処理部をさらに備える、
上記（２）に記載の音響装置。
（４）前記処理部は、前記収音部が収音した周囲音に基づいてノイズキャンセリングを実施する、
上記（３）に記載の音響装置。
（４－１）前記処理部は、フィードフォワード方式のノイズキャンセリングを実施する、
上記（４）に記載の音響装置。
（５）前記発音部、前記収音部、及び前記処理部を収容するハウジングをさらに有する、
上記（３）に記載の音響装置。
（６）前記遮音部は、前記ハウジングを外耳道入り口付近で支持するイヤピースからなる、
上記（５）に記載の音響装置。
（７）前記イヤピースは、前記発音部が鼓膜側を向くように、前記ハウジングを支持する、
上記（６）に記載の音響装置。
（８）前記ハウジングは、ほぼ円筒形状を有し、
　前記イヤピースは、前記ハウジングの中心軸の傾斜角度が可変となるように、前記ハウジングを支持する、
上記（６）又は（７）のいずれかに記載の音響装置。
（９）前記イヤピースは、外耳道の内壁と当接する傘部と、前記傘部内で前記ハウジングを保持する筒部を備え、前記傘部の中心軸に対する前記ハウジングの中心軸の傾斜角度が可変となるように、前記ハウジングを支持する、
上記（８）に記載の音響装置。
（１０）前記ハウジングは、前記イヤピースにより周囲音を遮音する遮音位置付近に、前記収音部用の音孔が穿設されている、
上記（６）乃至（９）のいずれかに記載の音響装置。
（１１）前記イヤピースは、外耳道の内壁と当接する傘部と、前記傘部内で前記ハウジングを保持する筒部を備え、
　前記音孔は、前記傘部の内側に配置される、
上記（１０）に記載の音響装置。
（１２）前記イヤピースは、前記傘部内で前記ハウジングを保持する筒部を備え、
　前記筒部は、前記音孔に対応する場所に開口部を有する、
上記（１１）に記載の音響装置。
（１３）前記ハウジングは、前記発音部から出力される音響の音響特性を調整するための前面空間又は背面空間の少なくとも一方を有する、
上記（５）乃至（１２）のいずれかに記載の音響装置。
（１４）前記ハウジングは、前記前面空間と、前記前面空間から前記ハウジングの鼓膜側の先端まで延びる音導部を備える、
上記（１３）に記載の音響装置。
（１５）前記ハウジングは、前記前面空間及び前記背面空間を後方に備える、
上記（１３）に記載の音響装置。
　１００…ノイズキャンセルシステム
　１１０…ドライバーユニット、１１１…イヤホンアンプ
　１２０…マイクロホン、１２１…マイクロホンアンプ
　１３０…信号処理部
　１３１…ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）
　１３２…システムコントローラ、１３３…ＡＤ変換器（ＡＤＣ）
　１３４…ＡＤ変換器（ＡＤＣ）、１３５…イコライザ
　１３６…ノイズキャンセルエンジン部、１３７…合成部
　１３８…ＤＡ変換器（ＤＡＣ）
　２００…音響装置、２１０…ハウジング、２１１…音孔
　２５０…イヤピース、２５１…傘部、２５２…筒部

Claims (15)

  1. 　外耳道の入り口付近に配置され、周囲音を収音する収音部と、
    　前記収音部よりも鼓膜側に配置され、音響信号を出力する発音部と、
    を具備する音響装置。
  2. 　外耳道と係合して周囲音を遮音する遮音部をさらに備え、
    　前記発音部は、前記遮音部よりも鼓膜側に配置され、
    　前記収音部は、前記遮音部により周囲音を遮音する遮音位置付近に配置される、
    請求項１に記載の音響装置。
  3. 　前記収音部が収音した周囲音に応じて前記音響信号を処理する処理部をさらに備える、
    請求項２に記載の音響装置。
  4. 　前記処理部は、前記収音部が収音した周囲音に基づいてノイズキャンセリングを実施する、
    請求項３に記載の音響装置。
  5. 　前記発音部、前記収音部、及び前記処理部を収容するハウジングをさらに有する、
    請求項３に記載の音響装置。
  6. 　前記遮音部は、前記ハウジングを外耳道入り口付近で支持するイヤピースからなる、
    請求項５記載の音響装置。
  7. 　前記イヤピースは、前記発音部が鼓膜側を向くように、前記ハウジングを支持する、
    請求項６に記載の音響装置。
  8. 　前記ハウジングは、ほぼ円筒形状を有し、
    　前記イヤピースは、前記ハウジングの中心軸の傾斜角度が可変となるように、前記ハウジングを支持する、
    請求項６に記載の音響装置。
  9. 　前記イヤピースは、外耳道の内壁と当接する傘部と、前記傘部内で前記ハウジングを保持する筒部を備え、前記傘部の中心軸に対する前記ハウジングの中心軸の傾斜角度が可変となるように、前記ハウジングを支持する、
    請求項８に記載の音響装置。
  10. 　前記ハウジングは、前記イヤピースにより周囲音を遮音する遮音位置付近に、前記収音部用の音孔が穿設されている、
    請求項６に記載の音響装置。
  11. 　前記イヤピースは、外耳道の内壁と当接する傘部と、前記傘部内で前記ハウジングを保持する筒部を備え、
    　前記音孔は、前記傘部の内側に配置される、
    請求項１０に記載の音響装置。
  12. 　前記イヤピースは、前記傘部内で前記ハウジングを保持する筒部を備え、
    　前記筒部は、前記音孔に対応する場所に開口部を有する、
    請求項１１に記載の音響装置。
  13. 　前記ハウジングは、前記発音部から出力される音響の音響特性を調整するための前面空間又は背面空間の少なくとも一方を有する、
    請求項５に記載の音響装置。
  14. 　前記ハウジングは、前記前面空間と、前記前面空間から前記ハウジングの鼓膜側の先端まで延びる音導部を備える、
    請求項１３に記載の音響装置。
  15. 　前記ハウジングは、前記前面空間及び前記背面空間を後方に備える、
    請求項１３に記載の音響装置。
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