JP2008099163A - Noise canceling headphones and noise canceling method for headphones - Google Patents
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Abstract
【課題】大きな環境ノイズ、突発的な高レベルのノイズが発生した場合に、ヘッドフォンに不快な異音が発生することを避け、ヘッドフォン使用者に不快感を与えることのないノイズキャンセルヘッドフォンおよびそのノイズキャンセル方法を得る。
【解決手段】環境ノイズと逆位相のキャンセルノイズ信号を生成するキャンセルノイズ生成部23と、生成されたキャンセルノイズ信号と楽音信号を混合する混合器17と、環境ノイズレベルが予め設定された閾値以上か否かを検出するノイズレベル検出部22と、ノイズレベル検出部22で検出されたノイズレベルが閾値以上の場合に環境ノイズ信号の入力レベルを一時的に上記閾値レベルまたはそれ以下に制限し、ノイズレベルが閾値以下になったときは環境ノイズの入力レベルの制限を解除するノイズレベル調整部24を有する。
【選択図】図1
A noise-cancelling headphone that avoids unpleasant noise in the headphones when large environmental noises and sudden high-level noises occur, and does not cause discomfort to the headphone user, and the noises thereof Get a cancellation method.
A cancellation noise generation unit for generating a cancellation noise signal having a phase opposite to that of environmental noise, a mixer for mixing the generated cancellation noise signal and a musical sound signal, and an environmental noise level equal to or higher than a preset threshold value. A noise level detection unit 22 for detecting whether or not, and when the noise level detected by the noise level detection unit 22 is equal to or higher than a threshold, the input level of the environmental noise signal is temporarily limited to the threshold level or lower, When the noise level is equal to or lower than the threshold value, the noise level adjusting unit 24 is configured to release the restriction on the input level of environmental noise.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、ノイズキャンセルヘッドフォンおよびヘッドフォンにおけるノイズキャンセル方法に関するもので、特に、ヘッドフォンの外側にノイズ検出用マイクロホンが配置されているものにおいて、マイクロホン部分に手などが触れて大きなノイズが発生し、あるいは大きな風切り音が発生するなど、キャンセルすることができない大きな環境ノイズが入力された場合に、あるいは突発的なノイズが入力された場合に、不愉快なノイズが出力されることを防止するものである。 The present invention relates to a noise canceling headphone and a noise canceling method for the headphone, and particularly, in a case where a noise detecting microphone is arranged outside the headphone, a large noise is generated when a hand touches the microphone part, or It is intended to prevent unpleasant noise from being output when a large environmental noise that cannot be canceled is input, such as when a large wind noise is generated, or when sudden noise is input.
例えば、テーププレーヤ、CDプレーヤ、MDプレーヤなど、携帯型の音楽プレーヤが普及し、最近ではハードディスク型やフラッシュメモリ型など、より小型で、大容量の携帯型音楽プレーヤが急速に普及しつつある。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フォンもより高性能のものが求められ、さらに、街中や乗り物の中で音楽を聞こうとする場合に、周囲の騒音(以下「環境ノイズ」という)が打ち消されて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フォンも望まれるようになってきた。音楽の再生音に混じって環境ノイズが耳に入ると、ヘッドフォンによる再生音が高音質の再生音であっても、再生音がノイズによってかき消されて高音質で音楽を楽しむことができない。また、ノイズの中で音楽を聴こうとすると、ついつい音量を上げて聞きがちになり、音量を上げることによってヘッドフォンから音漏れを生じ、乗り物の中では周囲の人たちにとって不愉快な騒音原になるという問題もある。このような背景があって、ノイズキャンセルヘッドフォンが普及し始めている。 For example, portable music players such as a tape player, a CD player, and an MD player are widely used. Recently, smaller and larger-capacity portable music players such as a hard disk type and a flash memory type are rapidly spreading. With the spread of portable music players, higher performance headphones are required, and in addition, ambient noise (hereinafter referred to as “environmental noise”) when listening to music in the city or in a vehicle. ) Has been cancelled, and noise-canceling headphones that only allow you to hear music have come to be desired. If environmental noises are mixed with music playback sound, even if the headphones playback sound is high-quality playback sound, the playback sound is drowned out by noise and you cannot enjoy music with high-quality sound. Also, if you try to listen to music in the noise, it will be easy to listen to it by raising the volume, causing the sound to leak from the headphones by raising the volume, and it will be an unpleasant noise source for people around you in the vehicle There is also a problem. With this background, noise-canceling headphones are beginning to become popular.
現在市販されているノイズキャンセルヘッドフォンの大半はアナログ方式のノイズキャンセルヘッドフォンである。これは、ヘッドフォンに組み込んだマイクロホンで環境ノイズを捉え、捉えたノイズの位相を反転してプレーヤからの再生信号に加算する方式である。外部からヘッドフォン内部に侵入するノイズは、位相が反転された信号で打ち消され、プレーヤからの再生信号のみが使用者の耳に入るという仕組みである。 Most of the noise canceling headphones on the market at present are analog type noise canceling headphones. This is a method of capturing environmental noise with a microphone incorporated in a headphone, inverting the phase of the captured noise, and adding it to a reproduction signal from a player. The noise that enters the headphones from the outside is canceled by the signal whose phase is inverted, and only the reproduction signal from the player enters the user's ear.
最近では、デジタル方式のノイズキャンセルヘッドフォンも提案されている。その例を図6に示す。図6において、符号50はデジタル方式ノイズキャンセルヘッドフォンの主体をなすデジタル・シグナル・プロセッサ(デジタル信号処理装置:以下「DSP」という)を示す。DSP50は、ヘッドフォンに組み込まれたマイクロホンで捉えられるノイズ信号Nを周波数分析する高速フーリエ変換器(以下「FFT」という)54と、FFT54で周波数分析することにより周波数特性を検出する周波数特性検出部56と、検出された周波数特性から、キャンセルする周波数帯域を選択する選択部58と、選択された周波数帯域の信号を逆フーリエ変換して周波数選択されたキャンセル音信号−N”を生成する逆フーリエ変換器(以下「IFFT」という)60を備えている。上記キャンセル音信号−N”は、加算器64によってプレーヤによる再生信号Sと加算して出力される。この例における加算器64はアナログ方式で、アナログ信号からなるキャンセル音信号−N”と再生信号Sを加算する。ヘッドフォンに回り込んで侵入するノイズNは、上記キャンセル音−N”と合成されてN−N”の信号66となり、ノイズNの大半はキャンセルされて、使用者はほぼ再生音Sのみを聞くことができる。
Recently, digital noise cancellation headphones have also been proposed. An example is shown in FIG. In FIG. 6,
ノイズキャンセルヘッドフォンは、環境ノイズ検出用マイクロホンの配置位置によって、ヘッドフォンの外側に配置するものと、内側に配置するものおよび両方を備えるものに分けることができる。マイクロホンを外側に配置するものにおいては、マイクロホン部分に手などが触れると大きなノイズが発生する。あるいは突風などによってノイズキャンセルヘッドフォン使用者の周辺に急激な気圧の変化が起こると、大きな風切り音が発生し大きなノイズとなる。これらのノイズは、これをキャンセルすることができないほど大きな環境ノイズになる場合があり、このような大きな環境ノイズが入力されると、これをAD変換して前述のDSPに取り込む際に、AD変換器が対応することができないいわゆるオーバーフローが発生する。このオーバーフロー状態では環境ノイズを正しく検出していないのであるから、DSPによる処理を行っても、ノイズキャンセル効果を的確に得ることができず、いわば間違ったノイズキャンセル動作をし、ノイズをキャンセルすることができない。それどころか、突発的に大音量の環境ノイズがマイクロホンに入力されると、「ばち、ばちっ」というような不快な音が発生することもある。 Noise canceling headphones can be divided into those arranged outside the headphones, those arranged inside, and those equipped with both, depending on the arrangement position of the microphone for detecting environmental noise. When the microphone is disposed outside, a large noise is generated when a hand or the like touches the microphone portion. Alternatively, when a sudden change in atmospheric pressure occurs in the vicinity of the noise canceling headphone user due to a gust of wind or the like, a loud wind noise is generated and becomes a large noise. These noises may become environmental noises that cannot be canceled. When such large environmental noises are input, the AD conversion is performed when the AD is converted and taken into the DSP. A so-called overflow occurs that the vessel cannot handle. Since environmental noise is not correctly detected in this overflow state, even if processing by the DSP is performed, the noise canceling effect cannot be obtained accurately, so to speak, the noise canceling operation is performed incorrectly, so that the noise is canceled. I can't. On the contrary, when a loud environmental noise is suddenly input to the microphone, an unpleasant sound such as “buzz” may be generated.
本発明にかかるノイズキャンセルヘッドフォンおよびノイズキャンセル方法に関連のある従来技術として、マイクロホンによりユーザーの耳における外音部を監視して「外部オーディオ信号」を発生し、ヘッドフォンの選択的ノイズ制御回路が、マイクロホンによって得た外部オーディオ信号を処理し、外部オーディオ信号を、抑制すべきノイズまたは再生すべきオーディオ信号のいずれかとして選択的に分類するようにした技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As a related art related to the noise cancellation headphone and the noise cancellation method according to the present invention, an external audio signal is generated by monitoring an external sound portion in a user's ear using a microphone, and a selective noise control circuit of the headphone is provided. A technique has been proposed in which an external audio signal obtained by a microphone is processed and the external audio signal is selectively classified as either noise to be suppressed or audio signal to be reproduced (for example, Patent Document 1). reference).
上記特許文献1記載の発明は、外部オーディオ信号を解析して評価し、所定の外部オーディオ信号を抑制すべきかまたは再生すべきかを決定するもので、この従来技術を使用し、ヘッドフォン使用者の周辺に急激な気圧の変化が起こったときに生じる「外部オーディオ信号」が、抑制すべきノイズまたは再生すべきオーディオ信号のいずれかとして選択的に分類することが考えられる。 The invention described in Patent Document 1 analyzes and evaluates an external audio signal and determines whether a predetermined external audio signal should be suppressed or reproduced. It is conceivable that an “external audio signal” generated when a sudden change in atmospheric pressure occurs is selectively classified as either noise to be suppressed or audio signal to be reproduced.
しかし、特許文献1に記載されている技術を使用しても、突発的に生じる高レベルの「外部オーディオ信号」をキャンセルすることはできない。特許文献1に記載の発明では、上記突発的に生じる高レベルの「外部オーディオ信号」は、抑制すべきノイズであり、この信号を抑制しようとすると、正しいキャンセル音信号とは異なるキャンセル音を発生し、かえって大きなノイズ源となるからである。すなわち、デジタル方式ヘッドフォンでは、突発的な高レベルの「外部オーディオ信号」の入力によって、前述のようにAD変換器がオーバーフローする。あるいは、「外部オーディオ信号」のレベルが高く数値演算可能なレベルを超えていると、演算結果に誤りを生じ、正しいキャンセル音信号とは違うキャンセル音を発生する。結果として、スピーカから異音を発生することがあり、使用者に不快感を与えることがある。 However, even if the technique described in Patent Document 1 is used, the suddenly generated “external audio signal” cannot be canceled. In the invention described in Patent Document 1, the suddenly generated high-level “external audio signal” is noise to be suppressed. When this signal is to be suppressed, a cancel sound different from the correct cancel sound signal is generated. However, it becomes a big noise source. That is, in the digital headphone, the AD converter overflows as described above due to the sudden input of an “external audio signal” at a high level. Alternatively, if the level of the “external audio signal” is high and exceeds a level at which numerical calculation is possible, an error occurs in the calculation result, and a cancel sound different from the correct cancel sound signal is generated. As a result, abnormal noise may be generated from the speaker, which may cause discomfort to the user.
本発明は、このようなノイズキャンセルヘッドフォンの実状に鑑みてなされたもので、大きな環境ノイズが発生した場合あるいは突発的な高レベルのノイズが発生した場合に、ヘッドフォンに不快な異音が発生することを回避することができ、ヘッドフォン使用者に不快感を与えることがないようにしたノイズキャンセルヘッドフォンおよびそのノイズキャンセル方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the actual situation of such a noise-canceling headphone. When a large environmental noise occurs or when a sudden high level noise occurs, an unpleasant noise occurs in the headphones. It is an object of the present invention to provide a noise-canceling headphone and a method for canceling the noise that can avoid the above-described problems and prevent the headphone user from feeling uncomfortable.
本発明にかかるノイズキャンセルヘッドフォンは、環境ノイズと逆位相のキャンセルノイズ信号を生成するキャンセルノイズ生成部と、生成されたキャンセルノイズ信号と楽音信号を混合する混合器と、環境ノイズレベルが予め設定された閾値以上か否かを検出するノイズレベル検出部と、ノイズレベル検出部で検出されたノイズレベルが閾値以上の場合に環境ノイズ信号の入力レベルを一時的に上記閾値レベルまたはそれ以下に制限し、ノイズレベルが閾値以下になったときは環境ノイズの入力レベルの制限を解除するノイズレベル調整部を有することを最も主要な特徴とする。 The noise cancellation headphone according to the present invention has a cancellation noise generation unit that generates a cancellation noise signal having a phase opposite to that of environmental noise, a mixer that mixes the generated cancellation noise signal and a musical sound signal, and an environmental noise level that is set in advance. A noise level detection unit that detects whether or not the noise level is greater than or equal to the threshold value, and temporarily limits the input level of the environmental noise signal to the threshold level or lower if the noise level detected by the noise level detection unit is greater than or equal to the threshold value. The most important feature is that it has a noise level adjustment unit that removes the restriction on the input level of environmental noise when the noise level falls below a threshold value.
本発明にかかるヘッドフォンのノイズキャンセル方法は、環境ノイズと逆位相のキャンセルノイズ信号を生成する工程と、生成されたキャンセルノイズ信号と楽音信号を混合する工程と、環境ノイズレベルが予め設定された閾値以上か否かを検出する工程と、ノイズレベル検出部で検出されたノイズレベルが閾値以上の場合に環境ノイズ信号の入力レベルを一時的に上記閾値のレベルまたはそれ以下に制限し、ノイズレベルが閾値以下になったときは環境ノイズの入力レベルの制限を解除する工程を備えることを特徴とする。 The headphone noise canceling method according to the present invention includes a step of generating a canceling noise signal having a phase opposite to that of the environmental noise, a step of mixing the generated canceling noise signal and the musical sound signal, and a threshold having a preset environmental noise level. The step of detecting whether or not, and when the noise level detected by the noise level detection unit is equal to or higher than a threshold, the input level of the environmental noise signal is temporarily limited to the threshold level or lower, and the noise level is A step of releasing the restriction of the input level of the environmental noise when it becomes equal to or less than the threshold value is provided.
上に述べた本発明の特徴ある構成は、環境ノイズ信号のレベルが予め設定した閾値を超えた場合に適用する。
しかし、環境ノイズには、上記の閾値を超えなくても、突発的に発生する大音量のノイズもある。デジタル方式のノイズキャンセルヘッドフォンにおいて、突発的な大音量の環境ノイズをキャンセルするためには、動作速度の速い高コストのDSPを用いる必要があり、消費電力も多くなるというような問題がある。そこで、本発明の他の特徴は、環境ノイズが予め設定した閾値を越えなくても、突発的に大音量の環境ノイズが入力された場合に、統計的手法を用いて第2の閾値を設定し、キャンセルノイズ生成部で生成するキャンセルノイズのレベルを上記第2の閾値に制限する点にある。
The characteristic configuration of the present invention described above is applied when the level of the environmental noise signal exceeds a preset threshold value.
However, the environmental noise includes a sudden loud noise that does not exceed the above threshold. In digital noise-canceling headphones, it is necessary to use a high-cost DSP with a high operating speed in order to cancel suddenly loud environmental noise, and there is a problem that power consumption increases. Therefore, another feature of the present invention is that a second threshold is set using a statistical method when environmental noise is suddenly input even if the environmental noise does not exceed a preset threshold. However, the level of the cancellation noise generated by the cancellation noise generation unit is limited to the second threshold value.
本発明によれば、環境ノイズレベルが予め設定された閾値以上になると、環境ノイズ信号のキャンセルノイズ生成部への入力レベルを一時的に上記閾値レベルまたはそれ以下に制限する。したがって、環境ノイズ検出用マイクロホンに手が触れた場合などのように、上記閾値以上の大きな環境ノイズが入力された場合、環境ノイズを全てキャンセルすることはできない。しかし、環境ノイズをキャンセルするためのキャンセルノイズ信号は正しいキャンセルノイズ信号であって、ただその信号レベルが環境ノイズレベルにまで至らないだけであるから、ノイズキャンセル動作が正しく行われず異音を発生するというような、ユーザーに不快感を与える不具合を回避することができる。
本発明によればまた、突発的な大音量の環境ノイズの場合、キャンセルノイズ生成部で生成するキャンセルノイズのレベルを、統計的手法を用いて設定した第2の閾値に制限するため、動作速度の速い高コストのDSPを用いることなく、突発的な環境ノイズのレベルを低減することができる。
According to the present invention, when the environmental noise level is equal to or higher than a preset threshold value, the input level of the environmental noise signal to the cancellation noise generation unit is temporarily limited to the threshold level or lower. Therefore, when a large environmental noise that is equal to or greater than the threshold value is input, such as when the hand touches the environmental noise detection microphone, it is not possible to cancel all the environmental noise. However, the cancellation noise signal for canceling the environmental noise is a correct cancellation noise signal, and the signal level does not reach the environmental noise level. It is possible to avoid problems that cause discomfort to the user.
According to the present invention, in the case of sudden loud environmental noise, the canceling noise level generated by the canceling noise generating unit is limited to the second threshold value set using the statistical method. The level of sudden environmental noise can be reduced without using a fast and costly DSP.
以下、本発明にかかるノイズキャンセルヘッドフォンおよびヘッドフォンにおけるノイズキャンセル方法の実施例について図面を参照しながら説明する。
図1は、デジタル方式ノイズキャンセルヘッドフォンの実施例を示す。図1において、符号16はデジタル方式ノイズキャンセルヘッドフォンの主体をなすデジタル・シグナル・プロセッサ(デジタル信号処理装置:以下「DSP」という)を示す。DSP16には、ヘッドフォンに組み込まれていて周囲のノイズを電気信号に変換するマイクロホン14から、符号11で示すノイズ信号Nが入力されるようになっている。DSP16は、ノイズ信号Nを所定のビット数でサンプリングしてデジタルデータに変換するサンプリング回路21を有するとともに、ノイズレベル検出部22と、キャンセルノイズ生成部23と、ノイズレベル調整部24を備えている。マイクロホン14から入力されるノイズ信号Nはノイズレベル調整部24を経てサンプリング回路21に入力されるようになっている。ノイズレベル検出部22は、マイクロホン14から入力されるノイズ信号Nのレベル(振幅)が予め設定された閾値以上か否かを検出し、その結果によってノイズレベル調整部24の動作を制御するように構成されている。キャンセルノイズ生成部23は、サンプリング回路21でサンプリングされたノイズ信号Nを数値演算することにより、このノイズ信号Nとは逆位相のキャンセルノイズ信号−N”生成するように構成されている。
Embodiments of a noise canceling headphone and a noise canceling method for the headphone according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of a digital noise canceling headphone. In FIG. 1,
ノイズレベル調整部24は、環境ノイズ信号Nのレベルが予め設定された閾値以上となったことをノイズレベル検出部22が検出した場合に、サンプリング回路21でサンプリングされ、キャンセルノイズ生成部23に入力されるノイズ信号のレベルを一時的に上記閾値レベルまたはそれ以下に制限するように構成されている。また、ノイズレベル検出部22が環境ノイズ信号Nのレベルが予め設定された閾値以下となったことを検出したとき、ノイズレベル調整部24は、ノイズレベル検出部22の検出出力によって、サンプリング回路21に入力されるノイズ信号レベルの制限を解除するように構成されている。したがって、この場合はマイクロホン14で検出され変換された環境ノイズ信号Nがそのままのレベルでサンプリング回路21に入力され、さらにキャンセルノイズ生成部23に入力される。
When the noise
ノイズレベル検出部22で予め設定される閾値は、環境ノイズをデジタル信号に変換するサンプリング回路21のオーバーフローレベルに照らして設定される。すなわち、AD変換器として機能するサンプリング回路21の仕様は、使用目的、使用される機器に見合ったコストなどの諸条件を勘案して決定され、処理能力に限界がある。かかる事情から、AD変換を正しく行うことができる環境ノイズレベルには限界があり、この限界を超える環境ノイズが入力すると、サンプリング回路21がオーバーフローして、環境ノイズに忠実なデジタル信号に変換することができない。そこで、上記のように、サンプリング回路21のオーバーフローレベルに照らし、ノイズレベル検出部22で予め設定する閾値をオーバーフローレベルと同じかそれ以下としている。そして、上記閾値を超える環境ノイズNが入力すると、これをノイズレベル検出部22が検出し、ノイズレベル調整部24が環境ノイズNのサンプリング回路21への入力レベルを一時的に上記閾値レベルまたはそれ以下に制限するように構成されている。また、環境ノイズレベルが閾値以下になったことをノイズレベル検出部22が検出したときは、この検出出力によってノイズレベル調整部24が環境ノイズ信号Nの入力レベルの制限を解除するように構成されている。
The threshold value preset by the noise
上記キャンセルノイズ生成部23で生成されたキャンセルノイズ信号−N”は、キャンセルレベル調整部24によって出力レベルが調整されるとともに、図示されないD/A変換器によりアナログ信号に変換され、混合器17に入力される。混合器17は、加算器と同じ機能を有し、キャンセルノイズ生成部23で生成されたキャンセルノイズ信号−N”と、プレーヤ10による再生信号すなわち楽音信号(オーディオ信号)Sを混合するようになっている。
The cancellation noise signal −N ″ generated by the cancellation
混合器17では、適宜のプレーヤ10によって再生される楽音信号Sとキャンセルノイズ信号−N”が混合され、この混合された信号S−N”によって増幅器18がヘッドフォン内のスピーカ19を駆動し、S−N”に対応した音声がスピーカ19から発せられる。ヘッドフォンには周囲のノイズが回り込み、使用者の耳に入る。このノイズNは、位相が反転している上記キャンセルノイズ−N”に対応する音声とヘッドフォン内で合成され、N−N”となってノイズNが打ち消される。言い換えると、使用者の耳に入る音は、S+N−N”である。N−N”の部分は上記のように互いに打ち消されているので、楽音信号Sのみが使用者の耳に入ることになる。上記プレーヤ10は、カセット式テープレコーダのようなアナログ方式であってもよいし、CDプレーヤ、MDプレーヤ、MP3方式プレーヤなどのデジタル信号処理方式であってもよく、これらの中から任意のもの選択して使用することができる。
In the
図1に示す例では、混合器17はアナログ方式を想定し、プレーヤ10の出力信号すなわち混合器17に入力される楽音信号Sとキャンセルノイズ信号−N”はアナログ信号を想定している。しかし、楽音信号Sとキャンセルノイズ信号−N”をデジタル信号とすれば、加算器17はデジタル方式でよく、その場合、DSP16の機能の一部として加算器17の機能を持たせることもできる。加算器17の出力がデジタル信号の場合、これをアナログ信号に変換して増幅器18に入力する。
In the example shown in FIG. 1, the
以上説明した本発明にかかるノイズキャンセルヘッドフォンの実施例を模式的に表したものが図2である。図2において、符号12はヘッドフォンユニットを示している。ヘッドフォンユニット12は、使用者の耳を覆う筐体と、この筐体に組み込まれて周囲のノイズNを電気信号に変換するマイクロホン14と、外部のプレーヤ10で再生される楽音信号Sを音響信号に変換する信号音響変換素子としての前記スピーカと、前述のDSP16を備えている。マイクロホン14は、上記筐体に外向きに配置されてヘッドフォンユニット12の外側の環境ノイズNを電気信号に変換し、このノイズ信号はDSP16に入力されて前述のように処理される。DSP16からは、ノイズ信号Nに基づいて生成されたノイズ信号N”を反転させたキャンセルノイズ信号−N”が出力される。このキャンセルノイズ信号−N”と、上記楽音信号Sとが加算器17で加算されてS−N”の信号が出力され、このS−N”の信号でヘッドフォン内のスピーカが駆動される。一方、ヘッドフォンユニット12の周囲のノイズNは、ヘッドフォンユニット12を回り込んで使用者の耳に達する。ノイズNはヘッドフォンユニット12を回り込むことによって周波数帯域ごとに音圧レベルが変化し、N´のノイズとして使用者の耳に入る。したがって、使用者の耳に入る音はS−N”+N´となる。キャンセルノイズ−N”は使用者の耳に入るノイズN´に対して逆位相であり、かつ、キャンセルノイズ−N”もノイズN´もノイズNを源とするものであるから、ノイズN´はキャンセルノイズ−N”で略キャンセルされ、使用者の耳にはほぼ楽音信号Sのみが入ることになる。
FIG. 2 schematically shows the embodiment of the noise canceling headphone according to the present invention described above. In FIG. 2, the code |
図3は、以上説明した実施例にかかるデジタル方式のノイズキャンセルヘッドフォンの動作例を示す。S1,S2,・・・とあるのは動作ステップを示す。ノイズキャンセルヘッドフォンが動作している間は、ステップS1のように、前記サンプリング回路18が、マイクロホン14で変換された環境ノイズ信号を一定の時間間隔でサンプリングする。次にステップS2で、サンプリングされたノイズ信号のレベルが予め定められている閾値以上であるかどうかを判断する。この判断は前記ノイズレベル検出部22で行なう。閾値以下であれば、ステップS3に進み、消音信号すなわちキャンセルノイズ信号−N”を出力する通常の動作をし、ステップS1に戻る。ステップS2において、サンプリングされたノイズ信号のレベルが閾値以上であれば、ノイズ信号Nをデジタル信号に変換するAD変換器(図1に示す実施例ではサンプリング回路21に相当する)がオーバーフローして正しいAD変換ができず、キャンセルノイズ生成部23が正しいキャンセルノイズ信号−N”とは異なったキャンセルノイズ信号を出力するおそれがあるので、ステップS4に進み、環境ノイズ信号レベルを制限しステップS1に戻る。
FIG. 3 shows an operation example of the digital noise canceling headphones according to the embodiment described above. S1, S2,... Indicate operation steps. While the noise canceling headphones are operating, the
上記消音信号とは、キャンセルノイズ生成部23から出力されるキャンセルノイズ信号−N”のことである。消音信号すなわちキャンセルノイズ信号−N”が、正しいキャンセルノイズ信号とは異なった信号であるとすれば、この信号が楽音信号Sと混合されることによって、ヘッドフォンのスピーカから楽音信号Sの再生音のほかに異様な音が出力され、ヘッドフォンの使用者に不快感を与える。そこで、このような場合には、ステップS4によって環境ノイズ信号Nのレベルを制限する。すなわち、前述のように、マイクロホン14から入力される環境ノイズNのレベルが閾値を越えたことをノイズレベル検出部22が検出すると、ノイズレベル調整部24が、サンプリング回路21に入力する環境ノイズのレベルを上記閾値と同等またはそれ以下に制限する。これによって、ノイズキャンセル機能が制限されるが、異様な音が出力されることを回避することができ、使用者に不快感を与えることを防止することができる。ステップS4によって環境ノイズ信号Nのレベルを制限したあとはステップS1に戻り、以上の動作を繰り返す。したがって、環境ノイズ信号Nのレベルが閾値以下になった場合は、ステップS1,S2,S3の順に動作し、ノイズレベル調整部24による環境ノイズレベルの制限が解除され、マイクロホン14から入力される環境ノイズ信号Nがそのままのレベルでサンプリング回路21に入力される。
The mute signal is a cancel noise signal −N ″ output from the cancel
以上説明した実施例によれば、ヘッドフォンの筐体に外向きに配置された環境ノイズ検出用マイクロホン14に手が触れるなどして、AD変換機能を有するサンプリング回路21がオーバーフローするほどの大きなノイズ信号が入力されると、ノイズレベル検出部22からの指令によりノイズレベル調整部24がサンプリング回路21への環境ノイズ信号Nの入力レベルを、ノイズレベル検出部22に予め設定されている検出レベルの閾値と同等またはそれ以下のレベルに制限する。
According to the embodiment described above, a noise signal that is so large that the
仮に、サンプリング回路21がオーバーフローするほどの大きなノイズ信号がサンプリング回路21に入力されると、サンプリング回路21は環境ノイズ信号Nを忠実にデジタル信号に変換することができず、環境ノイズ信号Nとは異なったデジタル信号に変換し、誤ったデジタル信号に基づいてキャンセルノイズ生成部23がキャンセルノイズを生成するので、環境ノイズをキャンセルすることはできない。場合によっては、誤ったキャンセルノイズを生成することによって、不愉快な異音を発生することもありえる。
本発明の上記実施例によれば、環境ノイズをすべてキャンセルすることはできないが、ノイズレベル検出部22による検出レベルまでは環境ノイズを正しくキャンセルすることができるので、ノイズキャンセル効果を得ることができ、不愉快な異音が発生することもない。
If a large noise signal that overflows the
According to the above embodiment of the present invention, all environmental noises cannot be canceled, but environmental noises can be correctly canceled up to the detection level by the noise
マイクロホン14から入力される環境ノイズのレベルが、ノイズレベル検出部22に予め設定された検出レベルの閾値より低くても、突発的に急速に変化する環境ノイズが入力されることがある。この場合、AD変換部がオーバーフローするほどの環境ノイズレベルでなくても、環境ノイズ信号Nが瞬時に変化するためAD変換部の変換速度が環境ノイズ信号Nの変化に追いつくことができないことがある。したがって、AD変換部で変換されたデジタル信号に基づいてキャンセルノイズ信号生成部23でキャンセルノイズを生成しても、環境ノイズ信号Nに忠実なキャンセルノイズ信号を生成することができず、環境ノイズを正しくキャンセルすることができない。また、不愉快な異音が発生することもある。
Even if the level of environmental noise input from the
そこで、サンプリング回路21がオーバーフローするほどの大きなノイズ信号を検出するためのノイズレベル検出部22の閾値を「閾値1」とすると、突発的に発生する比較的大きな環境ノイズに対するノイズレベル検出部22の閾値を「閾値2」とする。閾値2は、デジタル信号処理部(DSP16)においてサンプリングした過去の環境ノイズデータから平均値と標準偏差を求め、平均値を中心としてこれに標準偏差を加味して設定しかつ修正する。したがって、閾値1は固定であり、閾値2は上限と下限がありかつサンプリングごとに変動する。図5は閾値1と閾値2の関係を示している。閾値2は、DSP16において過去にサンプリングした例えば100個の環境ノイズデータから、その平均値と標準偏差σを求め、平均値を中心として標準偏差の適宜の倍数(例えば3倍(3σ))をプラス側とマイナス側に加えることによって求められる。したがって、閾値2には上限と下限があり、この閾値2の上限と下限をキャンセルノイズ生成部23において生成するキャンセルノイズレベルの限界値として設定する。また、その後サンプリングするごとにDSP16内で例えば100個の環境ノイズデータから上記閾値2を求める演算を行ない、キャンセルノイズ生成部23において生成するキャンセルノイズレベルの限界値を修正するように構成する。図5において、横軸は時間を示し、縦軸は環境ノイズの値(レベル)を示す。図5に示すように閾値2はサンプリングごとに変動する。閾値1は閾値2よりも高く、サンプリング回路21がオーバーフローレベルに近いレベルに設定されている。ノイズレベル検出部22は、突発的に発生する比較的大きな環境ノイズに対しては上記閾値2を適用し、閾値2を超える場合は、ノイズレベル検出部22からの指令によりキャンセルノイズ生成部23において生成するキャンセルノイズレベルの限界値を閾値2のレベルと同等またはそれ以下に制限する。閾値2を上記のようにして求めることにより、突発的な環境ノイズが入力された場合に、閾値2が突発的な環境ノイズで乱されることがなく、結果的には、閾値2が突発的な環境ノイズが入力されたことによってノイズキャンセル動作が乱されることもないから、不愉快な異音が発生することもない。
Therefore, if the threshold value of the noise
図4は、ノイズレベル検出部22の上記閾値1と閾値2の設定動作例を示す。まず、ノイズレベル検出部22の閾値Sを予め適宜の値に設定する(S11)。この閾値Sとは上記閾値1のことである。次に、環境ノイズ信号Nの入力数が一定数n(例えば、n=100)になるまで入力を繰り返し、その平均値と標準偏差σを求める(S12)。この標準偏差値をノイズレベル検出部22の閾値2として設定する。次に、環境ノイズ信号Nのリアルタイムの入力値(レベル)をサンプリングし(S13)、このサンプリング値が、予め設定した上記ノイズレベル検出部22の閾値S(閾値1)以下かどうか判断する(S14)。サンプリング値が閾値S以上(S14でNO)であれば、サンプリング値を閾値Sとする(S16)。すなわち、サンプリング値を閾値Sに制限し、次のステップS17に進む。ステップS14でサンプリング値が閾値S以下であれば、サンプリング値を制限することなく、すなわち環境ノイズ信号Nをレベル調整することなくそのままサンプリング回路21に入力し、次のステップS17に進む。ステップS13からS16までは、閾値1とサンプリング信号の比較であり、図3について説明した動作と技術思想レベルでは実質的に同じである。
FIG. 4 shows an example of setting operation of the threshold value 1 and the threshold value 2 of the noise
閾値1とサンプリング信号の比較の後、ステップS17以下で閾値2とサンプリング信号の比較および閾値2の再設定動作を行なう。ここではまず、ノイズ信号Nのサンプリング値は平均値+mσ以下かどうかを判断する(S17)。mは標準偏差σに乗ずる任意の係数で、図5に示す例では「3」である。ステップS17では、ノイズ信号Nのサンプリング値が、図5で説明した閾値2の上限以下か否かを判断している。ノイズ信号Nのサンプリング値が閾値2の上限以上の場合(ステップS17でNO)はステップS21に進み、サンプリング値を平均値+mσとする。つまり、サンプリング値を上限値である平均値+mσに制限する。その後ステップS22に進む。 After the comparison between the threshold value 1 and the sampling signal, the threshold value 2 and the sampling signal are compared and the threshold value 2 is reset in step S17 and subsequent steps. Here, first, it is determined whether the sampling value of the noise signal N is equal to or less than the average value + mσ (S17). m is an arbitrary coefficient to be multiplied by the standard deviation σ, and is “3” in the example shown in FIG. In step S17, it is determined whether or not the sampling value of the noise signal N is equal to or less than the upper limit of the threshold value 2 described in FIG. If the sampling value of the noise signal N is equal to or greater than the upper limit of the threshold value 2 (NO in step S17), the process proceeds to step S21, and the sampling value is set to the average value + mσ. That is, the sampling value is limited to the average value + mσ which is the upper limit value. Thereafter, the process proceeds to step S22.
ステップS17でノイズ信号Nのサンプリング値が平均値+mσ以下(ステップS17でYES)の場合は、続いてステップS18で、サンプリング値が平均値−mσ以上か否かを判断する。つまり、ノイズ信号Nのサンプリング値が、図5で説明した閾値2の下限以上であるかまたは下限以下であるか否かを判断する。ノイズ信号Nのサンプリング値が閾値2の下限以下である場合(ステップS18でNO)はステップS20に進み、サンプリング値を平均値−mσとする。つまり、サンプリング値の下限を閾値2の下限値に設定して、サンプリング値の下限が閾値2の下限以下になることを制限し、ステップS22に進む。 If the sampling value of the noise signal N is equal to or lower than the average value + mσ in step S17 (YES in step S17), it is subsequently determined in step S18 whether the sampling value is equal to or higher than the average value−mσ. That is, it is determined whether the sampling value of the noise signal N is equal to or higher than the lower limit of the threshold 2 described with reference to FIG. When the sampling value of the noise signal N is equal to or lower than the lower limit of the threshold value 2 (NO in step S18), the process proceeds to step S20, and the sampling value is set to the average value −mσ. That is, the lower limit of the sampling value is set to the lower limit value of the threshold value 2, the lower limit of the sampling value is limited to be equal to or lower than the lower limit value of the threshold value 2, and the process proceeds to step S22.
ステップS18でノイズ信号Nのサンプリング値が平均値−mσ以上(ステップS18でYES)の場合は、サンプリング値を修正することなくステップS22に進む。 If the sampling value of the noise signal N is greater than or equal to the average value −mσ in step S18 (YES in step S18), the process proceeds to step S22 without correcting the sampling value.
ステップS22では、ノイズ信号Nのサンプリング値の平均値と標準偏差を求め、閾値2を再設定する。再設定された閾値2に基づいてノイズレベル検出部22がノイズレベルを検出し、検出結果に応じてノイズレベル調整部24がノイズレベルを調整してサンプリング回路21に入力する。サンプリング回路21でサンプリングされたノイズ信号に対応してキャンセルノイズ生成部23がノイズ信号と逆位相のキャンセルノイズ生成処理を行い(S23)、キャンセル信号を出力する(S24)。
In step S22, the average value and standard deviation of the sampling values of the noise signal N are obtained, and the threshold value 2 is reset. Based on the reset threshold 2, the noise
このようにして、入力値を統計的に処理することにより、環境ノイズ信号Nの新たな平均値と標準偏差σを求め(S22)、キャンセルノイズ生成処理を行い(S23)、キャンセル信号を出力する(S24)。上記新たな平均値と標準偏差σを求めるステップ22は、閾値2の再設定を行なう。上記キャンセルノイズ生成処理では、仮に突発的な大音量の環境ノイズが入力された場合は、生成するキャンセルノイズレベルを、再設定された閾値2によって制限する。キャンセル信号を出力すると、ステップS13に戻って動作を繰り返す。
In this way, the input value is statistically processed to obtain a new average value and standard deviation σ of the environmental noise signal N (S22), cancel noise generation processing is performed (S23), and a cancel signal is output. (S24). In
このようにして生成されたキャンセルノイズが混合器17においてプレーヤ10で再生される楽音信号と混合されることにより、ヘッドフォン内に届く環境ノイズが、スピーカ19で再生される上記キャンセルノイズでキャンセルされる。ただし、環境ノイズの入力値がノイズレベル検出部22の閾値S(閾値1)より大きい場合は、ノイズレベル検出部22の閾値Sを上限としてノイズをキャンセルし、キャンセルされないノイズが残ることになる。しかし、ノイズの多くはキャンセルすることができ、ノイズキャンセルヘッドフォンとしての機能は十分に備えている。また、環境ノイズの入力値がノイズレベル検出部22の閾値Sより大きい場合に、入力値を制限することなくそのままキャンセルしようとすると、的確なキャンセルノイズを生成することができず、不愉快な異音を生じることがあるが、本発明の上記実施例によれば、このような異音を生じることはない。
The cancel noise generated in this manner is mixed with the musical tone signal reproduced by the
また、環境ノイズ信号Nを、統計的手法を使って、閾値2を設定するとともに、環境ノイズ信号Nをサンプルするごとにこのサンプリング信号と閾値2とを比較して閾値2を修正し、キャンセルノイズ生成部23で生成するキャンセルノイズのレベルを、修正した閾値2によって制限するようにしたため、突発的な大音量の環境ノイズが入力することによって閾値2が乱されることがなくなり、突発的な大音量の環境ノイズが入力してもノイズキャンセル動作の乱れがなく、不愉快な異音の発生を無くすことができる。
Further, the environmental noise signal N is set using a statistical method to set a threshold value 2 and each time the environmental noise signal N is sampled, the sampling signal and the threshold value 2 are compared to correct the threshold value 2 to cancel the noise. Since the level of the cancellation noise generated by the
10 プレーヤ
14 マイクロホン
16 デジタル信号処理装置(DSP)
17 混合器
19 スピーカ
21 サンプリング回路
22 ノイズレベル検出部
23 キャンセルノイズ生成部
24 ノイズレベル調整部
10
17
Claims (10)
生成されたキャンセルノイズ信号と楽音信号を混合する混合器と、
環境ノイズレベルが予め設定された閾値以上か否かを検出するノイズレベル検出部と、
ノイズレベル検出部で検出されたノイズレベルが閾値以上の場合に環境ノイズ信号の入力レベルを一時的に上記閾値レベルまたはそれ以下に制限し、ノイズレベルが閾値以下になったときは環境ノイズ信号の入力レベルの制限を解除するノイズレベル調整部を有するノイズキャンセルヘッドフォン。 A cancellation noise generation unit that generates a cancellation noise signal having a phase opposite to that of the environmental noise;
A mixer for mixing the generated cancellation noise signal and the musical sound signal;
A noise level detector that detects whether the environmental noise level is equal to or higher than a preset threshold;
When the noise level detected by the noise level detector is above the threshold, the input level of the environmental noise signal is temporarily limited to the above threshold level or lower, and when the noise level falls below the threshold, the environmental noise signal A noise-canceling headphone having a noise level adjustment unit that releases the restriction on the input level.
生成されたキャンセルノイズ信号と楽音信号を混合する工程と、
環境ノイズレベルが予め設定された閾値以上か否かを検出する工程と、
ノイズレベル検出部で検出されたノイズレベルが閾値以上の場合に環境ノイズ信号の入力レベルを一時的に上記閾値のレベルまたはそれ以下に制限し、ノイズレベルが閾値以下になったときは環境ノイズの入力レベルの制限を解除する工程を備えるヘッドフォンのノイズキャンセル方法。 Generating a cancellation noise signal that is opposite in phase to the environmental noise;
Mixing the generated cancellation noise signal and musical sound signal;
Detecting whether the environmental noise level is equal to or higher than a preset threshold;
When the noise level detected by the noise level detection unit is above the threshold, the input level of the environmental noise signal is temporarily limited to the threshold level or below, and when the noise level falls below the threshold, A headphone noise canceling method comprising a step of releasing an input level restriction.
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