JP2010050739A

JP2010050739A - ノイズキャンセルシステム

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Publication number: JP2010050739A
Application number: JP2008213174A
Authority: JP
Inventors: Tominori Kimura; 富至木村
Original assignee: Audio Technica KK
Current assignee: Audio Technica KK
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2010-03-04
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Abstract

【課題】周囲の騒音を打ち消すことができるノイズキャンセルシステムの特性に起因して生じる位相の変位を補正することができるノイズキャンセルシステム及びノイズキャンセル方法を得る。
【解決手段】電気音響変換器を介して周囲の騒音を集音し騒音信号を出力するマイクユニット、騒音信号に含まれる所定の周波数領域の信号を出力するフィルター回路、上記フィルター回路の出力を反転して増幅する増幅度が０より大きく１より小さい反転増幅回路、騒音信号に反転増幅回路の出力を加算して出力する加算回路と、を有し騒音を消去するキャンセル信号を生成して出力するキャンセル信号生成手段、オーディオ信号とキャンセル信号を出力するスピーカユニットと、を備えるノイズキャンセルシステムによる。
【選択図】図２

Description

本発明は、周囲の騒音を打ち消すことができるノイズキャンセルシステムにおいて、特性に起因して生じる位相の変位を補正することができ、より精度の高いキャンセル信号を出力することができるノイズキャンセルシステムに関するものである。

周囲の騒音をキャンセル音によって打ち消すことができるノイズキャンセルシステムは、ヘッドホンなどに用いることで、騒音を打ち消しつつ、再生された音楽を聴くことができるノイズキャンセルヘッドホンとして用いることができるものである。ノイズキャンセルヘッドホンは、ヘッドホン筐体等に取り付けられたマイクロホンユニットによって集音された周囲の騒音を電気信号である騒音信号に変換し、この騒音信号を使用してヘッドホン筐体を通過して耳に聞こえる騒音を打ち消す信号（キャンセル信号）が生成され、再生する音楽とともにヘッドホンスピーカユニットから出力されるキャンセル音によって、利用者が周囲の騒音が打ち消された状態で音楽を聴くことができるように構成されている。

キャンセル音によって、耳に聞こえる騒音を完全に打ち消すことができれば理想的である。しかし、ノイズキャンセルシステムを構成するマイクロホンユニットやスピーカユニットは周波数によって位相が変位する特性（位相特性）を有している。この位相特性は、低い周波数であるほど相対的に位相が進んでゲインが減衰し、高い周波数であるほど相対的に位相が遅れるというものである。ノイズキャンセルシステムのスピーカユニットから出力されるキャンセル信号は、この位相特性の影響を受けるため、耳に聞こえる騒音を完全に打ち消すキャンセル信号を生成することが困難である。このような位相特性の影響を受けて騒音と相対的な位相が変位しているキャンセル音がスピーカユニットから出力されると、本来発揮されるはずの騒音を打ち消す効果（キャンセル効果）が低くなるばかりでなく、キャンセル信号によって騒音に含まれる特定の周波数を強めてしまい、かえって騒音が大きく聞こえるようにしてしまうことがある。

また、キャンセル音の位相が変位してしまう原因は他にもある。打ち消したい周囲の騒音には様々な音が含まれているので、この騒音に含まれる全ての周波数に対して、キャンセル音号を生成することは困難である。そこで、ノイズキャンセルシステムはフィルター回路を用いて、キャンセル信号を生成する周波数帯域をある程度狭めている。

オーディオ信号に用いるフィルター回路には、所定の周波数以下の信号を遮断するローパスフィルター、所定の周波数以上の信号を遮断するハイパスフィルター、所定の周波数帯域以外の信号を遮断するバンドパスフィルター、所定の周波数帯域の信号を遮断するノッチフィルターがある。ノイズキャンセルヘッドホンは、これらフィルター回路を組み合わせて用いることで、キャンセル効果を発揮させる周波数帯域を決定し、所定のキャンセル信号を生成するように構成されている。言い換えれば、フィルター回路によってキャンセル信号の生成に用いる信号を、騒音信号から抽出し、周波数帯域を制限していることになる。このような構成によれば、特定の周波数帯域にはキャンセル効果を発揮するが、それ以外の周波数帯域においてはキャンセル効果を発揮することができない。そこで、より多様な騒音を打ち消すことができるように、複数のフィルター回路を搭載し、スイッチなどによって選択的にフィルター回路を切り替えることで、打ち消すことができる騒音の種類を増やすことができるノイズキャンセルシステムが知られている（例えば「特許文献１」参照）。

特開平４−８０９９号公報

フィルター回路は、受動素子を用いたパッシブ型、オペアンプなどを用いたアクティブ型などがあるが、いずれのフィルター回路においても、入力された原信号の低い周波数成分ほど相対的に位相が進み、高い周波数成分ほど相対的に位相が遅れて変位する特性を有している。

このように、ノイズキャンセルシステムは、その構成による位相特性と、フィルター回路が有する位相特性によって、耳に聞こえる騒音とキャンセル音の位相が相対的に変位してしまう。従って、より高精度なキャンセル信号を出力してノイズキャンセル効果を高めるためには、上記の位相特性を補正したキャンセル信号を生成して出力することができるノイズキャンセルシステムが必要である。位相特性の補正には、騒音信号に含まれる低い周波数の位相は相対的に遅れて、高い周波数の位相は相対的に進むような特性を備えた回路を実現できればよい。このような位相特性をフィルター回路で実現するには、フィルター回路の構成素子に高域でインピーダンスが低くなり位相が進む素子、または、高域でインピーダンスが高くなり位相が遅れる素子を用いる必要がある。しかし、そのような構成素子は、電子回路では無いため実現が不可能である。

従来のノイズキャンセルシステムは、キャンセル信号が受ける位相特性の影響をなるべく小さくするために、各種フィルターを適宜組み合わせて擬似的に位相を合わせて変位しないようにする工夫がされていた。これによって、位相特性の影響による欠点が出にくくなる。しかし、いずれのフィルター回路も、位相特性は相対的に低い周波数ほど位相が進み、高い周波数ほど位相が遅れるというものであるから、複数のフィルター回路のつなぎ目となる周波数において位相特性を補正することが困難であり、このつなぎ目の周波数ではキャンセル効果が極端に悪くなり、さらにこれを防ぐために全体のキャンセル量を抑えてバランスを取る必要があった。このため、キャンセル効果が不十分で、かつ、聴感覚上不自然な出力をするノイズキャンセルシステムになっていた。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、周囲の騒音を打ち消すことができるノイズキャンセルシステムにおいて、従来の位相特性を補正することができる位相特性を有するフィルター回路を有し、位相変位を補正したキャンセル信号を出力することができるノイズキャンセルシステムを提供することを目的とする。

本発明は、電気音響変換器を介して周囲の騒音を集音し騒音信号を出力するマイクユニット、前記騒音を消去するキャンセル信号を生成して出力するキャンセル信号生成手段、音楽などのオーディオ信号と上記キャンセル信号とを出力するスピーカユニットと、を備えるノイズキャンセルシステムであって、上記キャンセル信号生成手段が、上記騒音信号に含まれる所定の周波数領域の信号を出力するフィルター回路、上記フィルター回路の出力を反転して増幅する増幅度が０より大きく１より小さい反転増幅回路、上記騒音信号に上記反転増幅回路の出力を加算して出力する加算回路と、を有することを主な特徴とする。

また本発明は、電気音響変換器を介して周囲の騒音を集音し騒音信号を出力するマイクユニット、前記騒音を消去するキャンセル信号を生成して出力するキャンセル信号生成手段、音楽などのオーディオ信号と上記キャンセル信号とを出力するスピーカユニットと、を備えるノイズキャンセルシステムであって、上記キャンセル信号生成手段が、上記騒音信号に含まれる所定の周波数領域の信号を出力するフィルター回路、上記フィルター回路の出力を増幅する増幅度が０より大きく１より小さい正転増幅回路、上記騒音信号から上記正転増幅回路の出力を減算して出力する減算回路と、を有することを主な特徴とする。

また、本発明は、上記のノイズキャンセルシステムにおいて、上記フィルター回路がローパスフィルターであること、または、上記フィルター回路がハイパスフィルターであること、または、上記フィルター回路がバンドパスフィルターであること、または、上記フィルター回路がノッチフィルターであることを特徴とする。

また、本発明は、電気音響変換器を介して周囲の騒音を集音して騒音信号を出力するマイクユニット、前記騒音を消去するキャンセル信号を生成して出力するキャンセル信号生成手段、音楽などのオーディオ信号と上記キャンセル信号とを出力するスピーカユニットと、を備え、上記キャンセル信号生成手段が上記騒音信号に含まれる所定の周波数領域の信号を出力するフィルター回路、上記フィルター回路の出力を反転して増幅する増幅度が０より大きく１より小さい反転増幅回路、上記騒音信号に上記反転増幅回路の出力を加算して出力する加算回路、を備えるノイズキャンセルシステムを用いたノイズキャンセル方法であって、上記フィルター回路が、上記騒音信号から所定の周波数帯域の信号を抽出するステップと、上記抽出された信号を反転して、０より大きく１より小さい増幅度で増幅するステップと、上記騒音信号に上記反転増幅された信号を加算して出力するステップとを有し、上記加算して出力された信号を上記スピーカユニットから出力することで上記騒音を打ち消すことができることを特徴とする。

また、本発明は上記のノイズキャンセル方法において、上記フィルター回路はローパスフィルターであること、または、上記フィルター回路はハイパスフィルターであること、または、上記フィルター回路はバンドパスフィルターであること、または、上記フィルター回路はノッチフィルターであることを特徴とする

本発明によれば、広帯域にわたって無理なく騒音を打ち消すことができ、使用者が不快に感じることなく自然なノイズキャンセル効果を発揮することができるノイズキャンセルシステム及びノイズキャンセル方法を得ることができる。

本発明に係るノイズキャンセルシステムの実施形態の例について説明する。ここでは、ノイズキャンセルシステムの一例であるノイズキャンセルヘッドホンの例に用いることにする。図１は、左右一対で構成されるノイズキャンセルヘッドホンの片側の筐体のみを示した概要図である。図１において、ヘッドホン筐体１の内部には、当該ノイズキャンセルシステムの中核をなすノイズキャンセルユニット１００（以下において「ＮＣユニット１００」とする）と、当該ノイズキャンセルヘッドホンの周囲騒音であるＮを集音して電気信号に変換して出力するマイクユニット６０が、ヘッドホン筐体１の外側に向けて組み込まれている。ヘッドホン筐体１の外壁の一部には、マイクユニット６０がノイズＮを集音しやすくするための貫通孔２０１が設けられている。ＮＣユニット１００には、携帯型音楽プレーヤなどの音源３００が接続されて入力される音楽信号と、ヘッドホン筺体１を通過して耳２００に聞こえるノイズＮ‘を打ち消すキャンセル音を耳２００に向けて出力するスピーカユニットが備わっている。また、ヘッドホン筐体１にはＮＣユニット１００の駆動電源である図示しない電池が収まっている。

本発明に係るノイズキャンセルシステムの一例であるノイズキャンセルヘッドホンは、左右一対のヘッドホン筐体１が、例えばヘッドバンドで結合されることによって実現される。左右のヘッドホン筐体１の構成は、ともに図１に示すような構成を備え、それぞれの筐体１に音源３００からの楽音信号入力用にコードが接続されているものであってもよいし、左右のヘッドホン筐体１がヘッドバンドで結合されている形式のヘッドホンの場合、片方のヘッドホン筐体１から他方のヘッドホン筐体１に楽音信号が伝達される配線を上記ヘッドバンドに埋め込んでもよい。また、駆動用の上記電池は片方のヘッドホン筐体１にのみ装填するように構成すればよい。

次に、上記ＮＣユニット１００の詳細について図２のブロック図を用いて説明する。図２において、ＮＣユニット１００は、マイクユニット６０によって集音され電気信号に変換された騒音信号を所定のレベルに調整して出力するマイクアンプ２０と、マイクアンプ２０から出力される騒音信号に含まれる所定の周波数帯域を抽出して出力するフィルター回路１１、フィルター回路１１の出力を反転しＭ倍に増幅して出力する反転増幅回路１２、マイクアンプ２０から出力された騒音信号と反転増幅回路１２の出力を加算してキャンセル信号を出力する加算回路１３からなる位相反転フィルター回路１０と、位相反転フィルター回路１０から出力されるキャンセル信号を増幅するアンプ３０と、アンプ３０の出力によってスピーカユニット５０を駆動するためのヘッドホンアンプ４０と、ヘッドホンアンプ４０によって駆動されるスピーカユニット５０を有してなる。上記ヘッドホンアンプ４０には、上記アンプ３０の出力信号であるキャンセル信号とともに前記音源３００から楽音信号が入力される。この楽音信号は、上記アンプ３０と上記ヘッドホンアンプ４０の間に別の加算回路を付加し、この加算回路でキャンセル信号と加算してもよい。スピーカユニット５０からは楽音とキャンセル音がユーザーの耳２００に向けて出力される。ヘッドホン筐体１を通過して耳２００に聞こえる騒音はキャンセル音によって打ち消され、ユーザーは楽音のみを聞くことができる。

本願発明に係るノイズキャンセルシステムの特徴は、上記位相反転フィルター回路１０にある。また、本願発明に係るノイズキャンセル方法の特徴は、上記位相反転フィルター回路１０の動作の流れにある。従って、本願発明の実施形態として位相反転フィルター回路１０の詳細を説明する。位相反転フィルター回路１０は、従来のノイズキャンセルシステムに用いられていたフィルター回路と同様の機能を発揮し、マイクロホンユニット６０が集音した騒音信号からキャンセル信号を生成するための特定の周波数成分を抽出する働きも有する。位相反転フィルター回路１０は反転増幅回路１２によって従来のフィルター回路の出力を反転させているので、位相反転フィルター回路１０をローパスフィルターとして機能させるには、フィルター回路１１にハイパスフィルターを用いる。同様に、位相反転フィルター回路１０をハイパスフィルターとして機能させるには、フィルター回路１１にローパスフィルターを用い、バンドパスフィルターとして機能させるにはフィルター回路１１にノッチフィルターを、ノッチフィルターとして機能させるにはフィルター回路１１にバンドパスフィルターを用いることになる。

ここでは、フィルター回路１１がハイパスフィルターのとき、すなわち位相反転フィルター１０をローパスフィルターとして機能させてキャンセル信号を出力する例を説明する。まず、ハイパスフィルターの位相特性について図を用いて説明する。図３は、ハイパスフィルターの位相特性の例を示すグラフである。図３において横軸は入力信号の周波数（Ｈｚ）を対数で示し、縦軸は入力信号と出力信号の位相変位（°）を常数で示している。なお、遮断周波数ｆ_０は２００Ｈｚとする。

遮断周波数ｆ_０における位相変位をθ_ｆ０とすると、θ_ｆ０は「ｔａｎ^−１（１／（２πｆ_０ＣＲ））、２πｆ_０＝１／ＣＲ」で表されるから、位相変位θ_ｆ０はｔａｎ^−１（１）になり、遮断周波数ｆ_０では位相が４５°進むことになる。つまり、フィルター回路１１の入力信号の周波数が低いときは、出力信号の位相は入力信号の位相から限りなく９０°近く進み、遮断周波数ｆ_０における位相の進みが４５°になる。また、周波数が高くなるにつれて、位相の進みが鈍化し、遮断周波数ｆ_０よりも充分に高い周波数では、ほぼ同位相（位相変位が０°）になる。ここで、上記のＣとＲは、ハイパスフィルターであるフィルター回路１１に用いる抵抗の抵抗値（Ｒ）と、コンデンサーの静電容量値（Ｃ）である。

フィルター回路１１の出力は後段にある反転増幅回路１２によって反転され（位相が１８０°変位され）Ｍ倍に増幅されて出力される。従って、位相特性に着目するとフィルター回路１１の出力信号（反転増幅回路１２の入力信号）と反転増幅回路１２の出力信号の位相変位特性は図３のグラフＨ２のように、フィルター回路１１の位相特性から１８０°変位したものとなる。

フィルター回路１１の遮断周波数ｆ_０は位相反転フィルター回路１０の遮断周波数ｆ_０でもある。そこで、位相反転型フィルター回路１０の遮断周波数ｆ_０における位相θ_ｆ０ｒは反転回路１２の働きによって、「−ｔａｎ^−１（１／（２πｆ_０ＣＲ））、２πｆ_０＝１／ＣＲ」で表されるから、位相変位θ_ｆ０ｒは−ｔａｎ^−１（１）となり、位相が４５°遅れることになる。つまり、位相反転フィルター回路１０の遮断周波数ｆ_０における位相の変位は相対的に４５°の遅れとなる。これは、反転増幅回路１２の増幅度Ｍが１のときである。

増幅度Ｍが０以上１未満のとき上記の式は、「−ｔａｎ^−１（１／（Ｍ２πｆ_０ＣＲ））、２πｆ_０＝１／ＣＲ」で表される。従って、位相反転フィルター回路１０の位相特性は、反転増幅回路１２の増幅度Ｍが０以上１未満のときの位相変位θ_ｆ０ｒはｔａｎ^−１（Ｍ）で表されるようになり、Ｍの値によって位相の変位が０°から−４５°の範囲で変化する。反転増幅回路１２の増幅度Ｍが１よりも大きいときは、遮断周波数ｆ_０よりも十分高い周波数において、位相反転型フィルター回路１０の位相変位θ_ｒが入力信号の位相θに対して同位相となるので本発明の効果を得るには不適当である。このときの位相特性θ_ｒＭは近似的に「ｔａｎ^−１（Ｍ／（（Ｍ―１）２πｆＣＲ）、Ｍ＞１、ｆ＞＞ｆ_０」で表される。

従って、加算回路１３から出力される上記反転増幅回路１２の出力とマイクアンプ２０の出力（騒音信号）が加算された信号（キャンセル信号）の位相特性θ_ｒＭは「−ｔａｎ^−１（Ｍ２πｆＣＲ／（１＋（１−Ｍ）（２πｆＣＲ）^２））で表される。この式を元に増幅度Ｍの値を変化させたときの位相特性の例を図４に示す。図４において、横軸は周波数（ｆ）を対数で示し、縦軸は、マイクアンプ２０の出力信号と位相反転フィルター回路１０の出力信号の位相変位θ_ｒＭ（°）を常数で示している。

位相変位０°において直線的に変化しているグラフＰ１は、増幅度Ｍが０の場合である。増幅度Ｍが０のときはマイクアンプ２０の出力が位相反転フィルター回路１０の出力になるので位相変位はない。一点鎖線で表しているグラフＰ３は増幅度Ｍが１．５の場合を示している。すでに説明したとおり、反転増幅回路１２の増幅度Ｍが１よりも大きいとき、遮断周波数ｆ_０（本実施例において２００Ｈｚ）を超えるとマイクユニット２０から入力される騒音信号の位相に近づくので、位相反転フィルター回路１０の出力の相対的な位相は進むことになる。従って、グラフＰ３は遮断周波数ｆ_０よりも高い周波数において、位相変位が進みに転じている。

長点線で表したグラフＰ４は増幅度Ｍが１の場合である。増幅度Ｍが１のときは、フィルター回路１１の位相特性がそのまま反映されるので、周波数が高くなるほど、位相が遅れることになる。加算回路１３に入力されるマイクユニット２０の出力と反転増幅回路１２の出力は低い周波数ではほぼ同位相であるので位相の変位は略０°であるが、周波数が高くなるにつれて位相が遅れるというフィルター回路の特性がそのまま表れてグラフＰ４のように低い周波数の位相変位は略０°になり、周波数が高くなるにつれて位相変位が大きく遅れる傾向を示す。

短点線で表されているグラフＰ２は、増幅度Ｍが０．７５の場合を示している。この場合、反転増幅回路１２の出力のレベルは、原信号（マイクユニット２０の出力）に比べて低くなる（０．７５倍になる）。従って、加算回路１３では、マイクユニット２０の出力信号に０．７５倍された反転信号を加算することになる。遮断周波数ｆ_０よりも低い周波数においては、マイクアンプ２０の出力信号と反転増幅回路１２の出力信号の位相変位量は少なく同位相に近いが、周波数が高くなるにつれて緩やかに位相変位が「遅れ」になる。遮断周波数ｆ_０を超えると、徐々に位相変位が同位相に近づいていくので、周波数が高くなると位相変位が「進み」になる特性となり、グラフＰ２のようになる。これによって、周波数が高くなるほどに相対的に位相が進む位相特性を得ることができるようになる。

次に、上記位相反転フィルター１０のゲイン特性について図５を用いて説明する。図５において縦軸は位相反転フィルター１０のゲイン（ｄＢ）であって、横軸は位相反転フィルターの入力信号の周波数（Ｈｚ）を対数で示している。反転増幅回路１２の増幅度が０のときは、フィルター回路１１の出力を全く増幅しないので、ゲインは０ｄＢになりグラフＧ１のようになる。増幅度Ｍが１．５のときのゲイン特性は、二点鎖線で表されているグラフＧ３のようになる。先に説明した位相変位の特性にように、遮断周波数ｆ_０を超えると位相変位が進みに転じるので、マイクアンプ２０から入力された信号よりも大きな信号（増幅度Ｍが１．５倍なので）によって、位相反転フィルター回路１０の出力レベルが抑えられてしまう。従って、周波数が高くなるにつれてゲインが減衰する特性を示すようになる。

長点線で表されているグラフＧ４は増幅度Ｍが１のときのゲイン特性を示している。増幅度Ｍが１倍のときの位相変位は、フィルター回路１１の位相特性がそのまま反映されるので、周波数が高くなるほど、位相が遅れることになる。これはマイクアンプ２０の出力信号の位相特性と同じであるので、加算回路１３の出力は反転増幅回路１２の出力におけるゲイン特性と同じになり、周波数が高くなるほどゲインが減衰する特性となる。

短点線で表されているグラフＧ２は増幅度Ｍが０．７５のときのゲイン特性を示している。このときの位相変位は、すでに説明したとおり、低い周波数では相対的に位相が遅れて、周波数が高くなるにつれて位相変位が少なくなり（相対的に位相が進み）同位相に近くなる。従って、ゲイン特性においても周波数が高くなるにつれて、反転増幅回路１２の出力信号によってゲインの減衰が鈍くなり図５に示すようなゲイン特性を得ることができる。

上記の例においては、増幅度Ｍが０．７５のとき、低い周波数においては相対的に位相が遅れ、高い周波数においては相対的に位相が進む位相変位の特性を得ることができ、また、周波数が高くなるほどゲインが減衰するゲイン特性を得ることができる。増幅度Ｍの最適値は０以上１未満の間において、マイクユニット６０やスピーカユニット５０などの特性に依存する。

次に、本発明に係るノイズキャンセル方法の実施形態について説明する。図２に示すノイズキャンセルユニット１００において、まず、マイクユニット６０によって電気信号に変換された騒音信号をマイクアンプ２０において所定のレベルに増幅する。次に、フィルター回路１１において、所定の遮断周波数において騒音信号に含まれる所定の周波数領域の信号を抽出する。次に、反転増幅回路１２において、上記の抽出された騒音信号を反転して、上記のとおり増幅度Ｍによって増幅して出力する。次に、加算回路１３においてマイクアンプ２０から出力された騒音信号と反転増幅回路１２の出力信号を加算して出力する。この加算回路１３の出力信号がキャンセル信号となるので、これをアンプ３０によって増幅し、ヘッドホンアンプ４０を介してスピーカユニット５０から出力し、周囲の騒音を打ち消す。

次に、本発明に係るノイズキャンセルシステムが備えるヘッドホンユニットの別の構成例について図６を用いて説明する。図６において、ＮＣユニット１００ａは、すでに説明したＮＣユニット１００が備える位相反転フィルター回路１０とは構成が異なる位相反転フィルター回路１０ａを備えている。そこで、この位相反転フィルター回路１０ａについて説明する。位相反転フィルター回路１０ａは、マイクアンプ２０から出力される騒音信号に含まれる所定の周波数帯域を抽出して出力するフィルター回路１１、フィルター回路１１の出力をＮ倍に増幅して出力する正転増幅回路１４、マイクアンプ２０から出力された騒音信号から正転増幅回路１４の出力を減算してキャンセル信号を出力する減算回路１３からなる。

すでに説明をしたノイズキャンセルシステムの実施形態において、位相反転フィルター回路１０は、フィルター回路１１の出力信号を反転増幅して原信号（マイクアンプ２０の出力信号）と加算してキャンセル信号を得ていた。これに対して図６に示す実施形態の位相反転フィルター回路１０ａは、フィルター回路１１の出力信号を反転することなく増幅し、原信号（マイクアンプ２０の出力信号）から減算してキャンセル信号を得るものである。位相変位の特性とゲイン特性は、前記実施形態における位相反転フィルター回路１０の特性と同じである。すなわち、位相反転フィルター回路１０ａを備えることで、本発明に係るノイズキャンセルシステムを得ることもできる。

また、ノイズキャンセル方法の実施形態においても同様であって、減算回路１３において、マイクアンプ２０の出力信号から、フィルター回路１１の出力信号を反転することなく所定の増幅度Ｍをもって増幅された正転増幅回路１４の出力信号を減算して出力された信号がキャンセル信号となるので、これをアンプ３０、ヘッドホンアンプ４０を介してスピーカユニット５０から出力することで、周囲の騒音を打ち消すことができるようになる。

上記のように、位相反転フィルター１０または位相反転フィルター１０ａを備えることで、低い周波数では位相が遅れて、高い周波数では位相が進む位相特性を有するキャンセル信号を生成することができるようになる。位相反転フィルター１０または１０ａをどのようなフィルター回路特性とするかは、フィルター回路１１の選択による。すなわち、フィルター回路１１がローパスフィルターであれば位相反転フィルター１０及び１０ａはハイパスフィルターとして動作するものである。また、位相反転フィルター１０及び１０ａにおいてバンドパスフィルターとして動作をさせる場合は、フィルター回路１１にノッチフィルターを用いればよく、ノッチフィルターとして動作させる場合は、フィルター回路１１にバンドパスフィルターを用いればよい。

本発明にかかるノイズキャンセルシステムは、上記のようにノイズキャンセルヘッドホンに用いることができる他、ノイズキャンセルスピーカなどにも用いることができる。

本発明に係るノイズキャンセルシステムの一例であるノイズキャンセルヘッドホンの実施形態を模式的に示す断面図である。上記ノイズキャンセルシステムが備えるノイズキャンセルユニットの信号処理系統の例を示すブロック図である。上記ノイズキャンセルユニットが備えるハイパスフィルター回路の位相特性の例を示すグラフである。上記ノイズキャンセルユニットが備える位相反転フィルター回路の位相特性の例を示すグラフである。上記位相反転フィルター回路のゲイン特性の例を示すグラフである。上記ノイズキャンセルシステムが備えるノイズキャンセルユニットの別の信号処理系統の例を示すブロック図である。

符号の説明

１０位相反転フィルター回路
１１フィルター回路
１２反転増幅回路
１３加算回路
１４増幅回路
１５減算回路
２０マイクアンプ
３０アンプ
４０ヘッドホンアンプ
５０スピーカユニット
６０マイクユニット
１００ノイズキャンセルユニット

Claims

電気音響変換器を介して周囲の騒音を集音し騒音信号を出力するマイクユニット、前記騒音を消去するキャンセル信号を生成して出力するキャンセル信号生成手段、音楽などのオーディオ信号と上記キャンセル信号とを出力するスピーカユニットと、を備えるノイズキャンセルシステムであって、
上記キャンセル信号生成手段が、
上記騒音信号に含まれる所定の周波数領域の信号を出力するフィルター回路、
上記フィルター回路の出力を反転して増幅する増幅度が０より大きく１より小さい反転増幅回路、
上記騒音信号に上記反転増幅回路の出力を加算して出力する加算回路と、を有するノイズキャンセルシステム。
電気音響変換器を介して周囲の騒音を集音し騒音信号を出力するマイクユニット、前記騒音を消去するキャンセル信号を生成して出力するキャンセル信号生成手段、音楽などのオーディオ信号と上記キャンセル信号とを出力するスピーカユニットと、を備えるノイズキャンセルシステムであって、
上記キャンセル信号生成手段が、
上記騒音信号に含まれる所定の周波数領域の信号を出力するフィルター回路、
上記フィルター回路の出力を増幅する増幅度が０より大きく１より小さい正転増幅回路、
上記騒音信号から上記正転増幅回路の出力を減算して出力する減算回路と、を有するノイズキャンセルシステム。
上記フィルター回路が、ローパスフィルターであることを特徴とする請求項１、２に記載のノイズキャンセルシステム。
上記フィルター回路が、ハイパスフィルターであることを特徴とする請求項１、２に記載のノイズキャンセルシステム。
上記フィルター回路が、バンドパスフィルターであることを特徴とする請求項１、２に記載のノイズキャンセルシステム。
上記フィルター回路が、ノッチフィルターであることを特徴とする請求項１、２に記載のノイズキャンセルシステム。