JP2889642B2 - アクティブ・ノイズ・キャンセラー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、外部騒音を積極的にキャンセルする機能を
有するアクティブ・ノイズ・キャンセラーに関する。

（従来の技術） 従来、アクティブ・ノイズ・キャンセラーとして、例
えば、米国特許第4455675号に記載されているようなも
のが知られている。このアクティブ・ノイズ・キャンセ
ラーは、モニタ用マイクロホンからの入力音とは逆位相
のキャンセル音を消音スピーカから出力し、外部騒音と
キャンセル音との打ち消し作用により外部騒音を消音す
るものである。

しかしながら、この従来技術によれば、キャンセル音
を偏りなく入力すると共に、キャンセル音の音場を乱さ
ないように、モニタ用マイクロホンを設置するのが困難
であるという問題がある。しかも、モニタ用マイクロホ
ンは、外部騒音も入力する必要から消音スピーカとはあ
る程度の間隔を設ける必要があり、これにより位相遅れ
が生じてハウリングが生じるという問題もある。

そこで、本願出願人は、以上のような従来の問題をフ
ィードバック制御が不要な簡単な制御回路により解決す
る手段として、特願平１−44790号に記載のアクティブ
・ノイズ・キャンセラー（以下先行技術という）を提案
した。

この先行技術は、消音スピーカの負圧面に、キャンセ
ル音と同位相の副キャンセル音を放射する副スピーカを
設け、消音スピーカの負圧面から放射されるキャンセル
音とは逆位相の音（負キャンセル音）と副キャンセル音
とが打ち消し合う位置にモニタ用マイクロホンを設け
て、モニタ用マイクロホンに外部騒音のみが入力される
ようにしている。

（発明が解決しようとする課題） 上述の先行技術において、特に頭部に装着して使用す
るようにしたものにあっては、騒音キャンセル回路が常
に騒音キャンセル作動を行っていると、着脱の際に、ヘ
ッドホン状のカバーと頭部との擦れ音をモニタ用マイク
ロホンが入力してしまって、それにより、消音スピーカ
から不快な音が出力されるという問題があった。

本発明は、上述のような問題に着目してなされたもの
で、装着時の不快音を無くすことのできるアクティブ・
ノイズ・キャンセラーの開発を課題とする。

（課題を解決するための手段） 本発明のアクティブ・ノイズ・キャンセラーでは、騒
音キャンセル回路に、この騒音キャンセル回路の作動・
非作動を切り換える操作スイッチを設けることで上記課
題を解決するようにした。

即ち、本発明のアクティブ・ノイズ・キャンセラーで
は、正負一方の面から消音対象空間に向けて所定のキャ
ンセル音を放射させる消音スピーカと、該消音スピーカ
の正負他方の面に向けて前記キャンセル音と同位相の副
キャンセル音を放射させる副スピーカと、両スピーカか
ら放射される音が打ち消し合う位置に配置されたモニタ
用マイクロホンと、該モニタ用マイクロホンからの入力
音とは逆位相のキャンセル音を消音スピーカの一方の面
から放射させるべくキャンセル音発生信号を出力すると
共に、副スピーカから消音スピーカの他方の面に対して
キャンセル音と同位相の副キャンセル音を放射させるべ
く副キャンセル音発生信号を出力する騒音キャンセル回
路と、を備え、前記消音スピーカ及び副スピーカが、頭
部に装着可能に形成され、前記騒音キャンセル回路に、
この騒音キャンセル回路の作動・非作動の切換操作を行
う操作スイッチが接続されていることを特徴とする手段
とした。

尚、前記騒音キャンセル回路に、操作スイッチを作動
側に切り換えてから所定時間は騒音キャンセル回路の作
動を禁止するタイマ回路を設けてもよい。

また、前記操作スイッチは、通常、非作動側に設定さ
れ、頭部装着時の装着力により作動側に切り換えられる
構造に形成してもよい。

（作 用） 消音を行う場合、モニタ用マイクロホンから入力され
た音に基づき、消音スピーカから消音対象空間に向けて
キャンセル音を放射する。

よって、消音対象空間では、外来音がそれとは逆位相
のキャンセル音により打ち消される。

また、モニタ用マイクロホンは、両スピーカからの音
が打ち消しされる位置に配置されていて、即ち、この位
置では、消音スピーカの正負一方の面から放射されるキ
ャンセル音及び他方の面から放射されるキャンセル音と
は逆位相の負キャンセル音とが、それぞれ、副スピーカ
の正負一方の面から放射されるキャンセル音とは逆位相
の負キャンセル音（負副キャンセル音）及び副キャンセ
ル音（＝キャンセル音）と打ち消し合って両スピーカか
らの音は入力されず、外来者だけを入力することができ
る。

また、本発明請求項１記載のアクティブ・ノイズ・キ
ャンセラーを装着する際には、操作スイッチを非作動側
に切り換えておく。この場合、騒音キャンセル回路は作
動されず、装着に伴なう頭部との擦れ音等がモニタ用マ
イクロホンで入力されてしまって両スピーカから不快な
音が出力されるという不具合が防止される。

そして、装着後に、操作スイッチを作動側に切り換え
て、上述の騒音キャンセル作動を行うことができる。

また、このアクティブ・ノイズ・キャンセラーを頭部
から外す際にも、操作スイッチを非作動側に切り換えて
から行う。この場合も、頭部との擦れ音が生じても、両
スピーカから不快な音が出力されることはない。

次に、請求項２記載のアクティブ・ノイズ・キャンセ
ラーの場合、操作スイッチを作動側に切り換えても、タ
イマ回路の作動に基づき、所定時間が経過するまでは、
騒音キャンセル回路の作動が禁止されて、キャンセル音
及び副キャンセル音は出力されない。

従って、装着前に操作スイッチを作動側に切り換えて
から、装着しても、所定時間内であれば、頭部との擦れ
音等が生じても、両スピーカから不快音が出力されるこ
とはない。

次に、請求項３記載のアクティブ・ノイズ・キャンセ
ラーの場合、頭部に装着すると、この時の装着力により
操作スイッチが作動側に切り換えられる。また、逆に頭
部から外すと、付勢力等により非作動側に切り換えられ
る。尚、騒音キャンセル回路内に請求項２記載のタイマ
回路が設けられている場合には、作動側に切り換えが成
されてから所定時間後に騒音キャンセル回路からキャン
セル音及び副キャンセル音出力が成される。

従って、着脱時の切り換え操作を省くことができ、操
縦性が向上する。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
尚、実施例を説明するにあたり、各図において同一の符
号は同一の対象を示す。

まず、構成を説明する。

第１図は本発明実施例のアクティブ・ノイズ・キャン
セラーの構成を示す全体図であって、図において、１は
使用者の耳腔Ｅに対し所定のキャンセル音を発生放射さ
せる消音スピーカ、２は副スピーカ、３は外来者Ａを入
力するモニター用マイクロホン、４は前記消音スピーカ
１にキャンセル音発生信号ａを出力すると共に、副スピ
ーカ２に副キャンセル音発生信号ｂを出力する騒音キャ
ンセル回路、５は隔壁、６はカバー、７は操作スイッチ
である。

前記消音スピーカ１は、ダイヤフラム1b,コイル1c,マ
グネット1dを備えている。コイル1cに通電するとマグネ
ット1dと吸引しあってダイヤフラム1bを振動させる構造
であり、ダイヤフラム表面1eが正圧面であり、ダイヤフ
ラム裏面1fが負圧面となる。

前記副スピーカ２は、前記消音スピーカ１と同一のス
ピーカ、即ち、音響的に等価のスピーカであって、ダイ
ヤフラム2b,コイル2c,マグネット2dを備えていて、ダイ
ヤフラム表面2eが正圧面であり、ダイヤフラム裏面2fが
負圧面である。

前記隔壁５は、ヘッドホン状のカバー６の内部を消音
空間Ｂと外来者側空間Ｃとに画成すると共に、両スピー
カ1,2を支持している。そしてこの支持構造は、両スピ
ーカ1,2を隔壁５の中央で対称的に支持すると共に、両
スピーカ1,2の間に中間室Ｄを形成する構造となってい
る。尚、前記隔壁５には、中間室Ｄと外来音側空間Ｃと
を連通する連通孔5aが形成されている。

前記モニタ用マイクロホン３は、両スピーカ1,2の間
の下方位置の隔壁５に形成された取付用孔5bに取り付け
られている。

前記モニタ用マイクロホン３及び両スピーカ1,2は、
騒音キャンセル回路４に接続されている。即ち、前記騒
音キャンセル回路４は、モニタ用マイクロホン３から入
力される音に基づいて、両スピーカ1,2から、キャンセ
ル音s1及び副キャンセル音s2を放射させるもので、プリ
アンプ4c,フィルタ回路4d,パワーアンプ4e,反転回路4f,
遅延回路4a,ゲイン回路4b及びタイマ回路4gを有してい
る。

前記プリアンプ4cは、モニタ用マイクロホン３からの
信号が入力され、この入力信号を前置増幅する。

前記フィルタ回路4dは、プリアンプ4cを経た信号の中
から不必要な周波数範囲をキャンセル音から取り除くも
ので、即ち、両スピーカ1,2から出力することのできな
い周波数範囲の音を取り除くように構成されている。

前記パワーアンプ4eは、フィルタ回路4dを経た信号
を、後述するキャンセル音s1の音圧が外来者Ａと等しく
なるように主増幅するものである。

前記反転回路4fは、パワーアンプからの信号の位相を
180度ずらして消音スピーカ１に向けて出力する回路で
ある。

前記遅延回路4aは、反転回路4fを経た信号の位相を遅
らせたり速めたりするもので前記消音スピーカ１に接続
されている。

前記ゲイン回路4bは、前記パワーアンプ4eからの信号
のゲインを任意に変更するもので、副スピーカ２に接続
されている。

ところで、騒音キャンセル回路４とモニタ用マイクロ
ホン３との間には、操作スイッチ７が設けられている。

この操作スイッチ７は、前記騒音キャンセル回路４を
作動状態と非作動状態に切り換えるもので、図示の開状
態で非作動操作側であり、投入状態が作動操作側であっ
て、第２図に示すようにカバー６の端部の外側に設けら
れている。

前記騒音キャンセル回路４において、この操作スイッ
チ７に接続されているのが前記タイマ回路4gであって、
このタイマ回路4gは、操作スイッチ７の投入を受けてタ
イマ作動を開始し、このタイマ作動中は、モニタ用マイ
クロホン３からの入力信号を遮断し、所定時間（例え
ば、３〜４秒程度）が経過してタイマ作動が終了する
と、モニタ用マイクロホン３からの入力信号をプリアン
プ4c側へ通過させる構造となっている。尚、騒音キャン
セル回路４において、電源は図示を省略している。

次に、作用を説明する。

（イ）外来音消音時 例えば、航空機のコックピット内等のような外部騒音
下において、この外部騒音が聴こえないようにしたい場
合には、本実施例装置を図示のように耳腔Ｅにあてて使
用する。

この時の作動を簡単に説明する。

まず、モニタ用マイクロホン３から、外来者（外部騒
音）Ａが入力される。

そして、騒音キャンセル回路４では、モニタ用マイク
ロホン３からの入力信号に対して、増幅・フィルタ処理
を施すと共に、必要に応じ遅延処理及びゲイン処理を施
して、消音スピーカ１に対して外来音Ａとは位相を逆転
させた信号であるキャンセル音発生信号ａを出力し、一
方、副スピーカ２に対しては外来者Ａと同位相の号であ
る副キャンセル音発生信号ｂを出力する。

従って、消音スピーカ１からは、消音空間Ｂに向けて
外来者Ａとは逆位相のキャンセル音s1が放射され、この
消音空間Ｂでは、外来者Ａがこの逆位相のキャンセル音
s1による打ち消し作用を受けて消音される。

ところで、消音スピーカ１からキャンセル音s1が放射
される場合、負圧面であるダイヤフラム裏面1fからは、
キャンセル音s1とは逆位相の負キャンセル音t1が放射さ
れる。

一方、副スピーカ２には、キャンセル音発生信号ａと
は逆位相の副キャンセル音発生信号ｂが与えられてい
て、即ち、ダイヤフラム裏面2fから消音スピーカ１に向
けてキャンセル音s1と同位相の副キャンセル音s2が放射
されると共に、ダイヤフラム表面2eから外来音側空間Ｃ
に向けて副キャンセル音s1（＝キャンセル音s2）と逆位
相の負副キャンセル音t2（＝負キャンセル音t1）が放射
される。

従って、両スピーカ1,2の間、の中間室Ｄでは、消音
スピーカ１から放射される負キャンセル音t1と副スピー
カ２から放射される副キャンセル音s2とが逆位相である
ことで打ち消されるため、モニタ用マイクロホン３にあ
っては、両スピーカ1,2からの音が入力されず、外来者
Ａのみを入力することができる。

（ロ）装着時 本実施例のアクティブ・ノイズ・キャンセラーは、上
述のようにして外来者Ａを消音することができるが、頭
部に装着するにあたり、まず、操作スイッチ７を開状態
としておく。そして、装着する直前に操作スイッチ７を
投入して、タイマ回路4gをタイマ作動させる。このタイ
マ回路4gのタイマ作動状態では、モニタ用マイクロホン
３からの入力信号は、タイマ回路4gで遮断され、両スピ
ーカ1,2から各音s1,s2,t1,t2が出力されることはない。

従って、本実施例アクティブ・ノイズ・キャンセラー
を装着する際に、カバー６が耳腔Ｅ等の頭部と擦れて生
じる音に対応したキャンセル音s1等が出力されることは
なく、装着時に不快な音が出力されることはない。

（ハ）取り外し時 本実施例のアクティブ・ノイズ・キャンセラーを頭部
から取り外す際には、装着した状態で操作スイッチ７を
開状態に切り換える。

こうして、騒音キャンセル４が作動しない状態にして
から取り外す。この場合も、装着時と同様に、頭部との
擦れ音などを原因とした不快な音の発生を防止すること
ができる。

（ニ）バランス不良時 ところで、上記の打ち消し作用は、両スピーカ1,2が
モニタ用マイクロホン３を中心に対称に配置され、か
つ、両発生信号a,bが同じゲインで出力された場合に得
られる。

ところが、両スピーカ1,2及びマイクロホン３の取付
誤差や、騒音キャンセル回路４の構成部品の製造誤差等
により、取付位置にずれが生じたり、両信号a,bのゲイ
ンや位相にずれが生じたり、また、消音空間Ｂと外来音
側空間Ｃとの音場の相違等により、モニタ用マイクロホ
ン３の位置における両スピーカ1,2からの音がアンバラ
ンスとなることがある。

このような場合には、両スピーカ1,2からの音が完全
に打ち消されずにモニタ用マイクロホン３に入力されて
しまうという不都合が生じる。

そこで、このような場合本実施例では、遅延回路4aに
おいて、キャンセル音発生信号ａの位相を遅らせたり速
めたりして、両信号a,bの位相のずれを補正したり（180
゜ずれた状態にする）、ゲイン回路4bにおいて、副キャ
ンセル音発生信号ｂのゲインを上下させて、両信号a,b
のゲインを一致させたりすることで、上記アンバランス
を解消することができる。

尚、本実施例の場合、このような遅延回路ａ及びゲイ
ン回路4bの調整は、工場出荷時において行うようにして
いるが、ダイヤル等を設けて、使用時に調整できるよう
にしてもよい。

次に、第３図及び第４図に示す本発明第２実施例につ
いて説明する。

この第２実施例は、操作スイッチを装着時の操作力に
より作動側に切り換えられる構造とした例であって、第
３図は本実施例のアクティブ・ノイズ・キャンセラーの
全体を示す正面図である。

この図に示すように、カバー26,26は、つる部20で連
結されて、左右対称に設けられている。そして、このカ
バー26の、外周に配設された柔軟な部材で形成された耳
当て部26aに、第４図に示す操作スイッチが内蔵されて
いる。

即ち、この操作スイッチ27は、２つの環状の電極27a,
27bを有し、両電極27a,27bは軸方向に離間して配置され
ると共に、軸方向に移動可能に支持されている。そし
て、両電極27a,27bは、内周側に設けられた絶縁性のク
ッション材やばね材で形成された絶縁材27cで連結され
ている。

従って、本実施例のアクティブ・ノイズ・キャンセラ
ーを装着すると、装着時にかかる圧縮力により絶縁材27
cを縮ませて両電極27a,27bが接触し、騒音キャンセル回
路４が作動を開始する。

次に、第５図及び第６図に示す第３実施例について説
明する。

この実施例は、操作スイッチ37の電極37a,37bをつる
部20とカバー26とに跨がって設けた例である。

即ち、つる部20の基部近傍位置に一方の電極37aが設
けられている。また、この電極37aと対向する位置のカ
バー26に他方の電極37bが設けられている。

従って、非装着時には、第５図に示すように、両電極
37a,37bが離間していて騒音キャンセル回路４は、非作
動状態となっている。

そして、装着状態では、第６図に示すように、カバー
26がつる部20と相対回動して両電極37a,37bが接触し
て、騒音キャンセル回路４がキャンセル作動状態とな
る。

次に、第７図に示す第４実施例について説明する。

この実施例は、第３実施例と同様に操作スイッチ47を
構成する電極47a,47bをつる部20とカバー26とに跨がっ
て設けた例であって、両電極47a,47bの位置が第３実施
例と異なっている。

次に、第８図に示す、第５実施例について説明する。

この第５実施例は、圧力がかかると接触する構造の操
作スイッチ57を設けた例である。即ち、この操作スイッ
チ57は、接点シート57aとスペーサ57bと表面シート57c
との３枚のシートにより構成されている。そして、この
操作スイッチ57は、通常は表面シート57cが接点シート5
7aと離間しており、表面シート57cに圧力がかかるとス
ペーサ57bの中央の穴57dの部位で接点シート57aに接触
して通電可能な状態となる構造となっている。

この操作スイッチ57は、装着時に圧力がかかる部位、
例えば、つる部20や耳当て部26aに配設する。

以上、実施例を図面に基づき説明してきたが具体的な
構成は、この実施例に限られるものではなく、本発明
は、消音対象音をキャンセルするものであるから、消音
対象音しては、上述したような騒音に限られるものでは
なく、例えば、音の調和を図る目的において、任意の音
のみをキャンセルするというような使用方もある。

また、実施例では、両スピーカ1,2のダイヤフラム1b,
2bの正圧面1e,2eを消音対象空間Ｂ及び外来音側空間Ｃ
に向けて配置した例を示したが、180゜回転させて負圧
面1f,2fがそちらの方向を向くようにしてもよい。

（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明のアクティブ・ノイ
ズ・キャンセラーにあっては、両スピーカを着脱する際
に、騒音キャンセラー回路を非作動状態にして、不快な
音の発生を防止することができるという効果が得られ
る。

また、請求項２記載のアクティブ・ノイズ・キャンセ
ラーでは、操作スイッチを作動側に切り換えてから、騒
音キャンセル回路が作動を開始するまで所定の時間を要
するようにしたため、スピーカを装着し終える前に操作
スイッチを操作側に切り換えても、装着し終えるまでの
間、騒音キャンセル回路の作動を禁止して両スピーカか
ら不快音が出力されるのを防止することができるもの
で、操作スイッチが目で見える状態で切換操作を行って
から装着するといった使い方が可能となって操作性が向
上するという効果が得られる。

さらに、請求項３記載のアクティブ・ノイズ・キャン
セラーでは、操作スイッチが、頭部装着時の装着力によ
り作動側に切り換えられる構造としたため、操作スイッ
チの切換操作が不要であり操作性に優れているという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明第１実施例のアクティブ・ノイズ・キャ
ンセラーの構成を示す全体図、第２図は第１実施例の要
部を示す側面図、第３図は第２実施例を示す正面図、第
４図は第２実施例の要部を示す斜視図、第５図及び第６
図は本発明第３実施例の構成及び作用を示す斜視図、第
７図は本発明第４実施例の要部を示す斜視図、第８図は
本発明第５実施例の要部を示す分解斜視図である。 １……消音スピーカ 1e……ダイヤフラム表面（正圧面） 1f……ダイヤフラム裏面（負圧面） ２……副スピーカ ３……モニター用マイクロホン ４……騒音キャンセル回路 4g……タイヤ回路 ７……操作スイッチ 27……操作スイッチ 37……操作スイッチ 47……操作スイッチ 57……操作スイッチ ａ……キャンセル音発生信号 ｂ……副キャンセル音発生信号 s1……キャンセル音 s2……副キャンセル音

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中西 之男 東京都中野区南台５丁目24番15号 カル ソニック株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−226798（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−282996（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−296599（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−224499（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04R 3/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】正負一方の面から消音対象空間に向けて所
   定のキャンセル音を放射させる消音スピーカと、 該消音スピーカの正負他方の面に向けて前記キャンセル
   音と同位相の副キャンセル音を放射させる副スピーカ
   と、 両スピーカから放射される音が打ち消し合う位置に配置
   されたモニタ用マイクロホンと、 該モニタ用マイクロホンからの入力音とは逆位相のキャ
   ンセル音を消音スピーカの一方の面から放射させるべく
   キャンセル音発生信号を出力すると共に、副スピーカか
   ら消音スピーカの他方の面に対してキャンセル音と同位
   相の副キャンセル音を放射させるべく副キャンセル音発
   生信号を出力する騒音キャンセル回路と、を備え、 前記消音スピーカ及び副スピーカが、頭部に装着可能に
   形成され、 前記騒音キャンセル回路に、この騒音キャンセル回路の
   作動・非作動の切換操作を行う操作スイッチが接続され
   ていることを特徴とするアクティブ・ノイズ・キャンセ
   ラー。
2. 【請求項２】前記騒音キャンセル回路には、操作スイッ
   チを作動側に切り換えてから所定時間は騒音キャンセル
   回路の作動を禁止するタイマ回路が設けられている特徴
   とする請求項１記載のアクティブ・ノイズ・キャンセラ
   ー。
3. 【請求項３】前記操作スイッチが、通常、非作動側に設
   定され、頭部装着時の装着力により作動側に切り換えら
   れる構造に形成されていることを特徴とする請求項１及
   び２記載のアクティブ・ノイズ・キャンセラー。