JP2000242277A - 外部ノイズ軽減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】外部ノイズを効果的にキャンセルできるように
する。 【解決手段】外部ノイズを軽減すべき音場内に配された
外部ノイズの集音部２２Ｒと、集音された外部ノイズが
供給され、この外部ノイズをキャンセルするためのノイ
ズキャンセル信号を生成するノイズキャンセル信号生成
手段３０と、このノイズキャンセル信号を放音する放音
部２４Ｒとを有する。放音部２４Ｒは外部ノイズＮを相
殺する音場内に配される。これによって集音場所と同じ
場所にノイズキャンセル信−Ｎ号を放音できるから、ノ
イズキャンセル効果が高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、外部ノイズ軽減
装置に関する。詳しくは、ノイズが伝搬する音場内に、
外部ノイズを集音する集音部と外部ノイズとは逆相のノ
イズキャンセル信号を放音する放音部とを配することに
よって、その音場内の外部ノイズを軽減できるようにし
たもので、電車や航空機内で発生する車内ノイズや機内
ノイズの軽減装置、あるいは飛行場のエプロンや工事現
場での現場作業者に対するノイズ軽減装置として適用で
きる。

【０００２】

【従来の技術】例えば、航空機内はエンジン音や機内の
空調制御装置などからの継続的な騒音環境下にある。こ
のような騒音環境を緩和するため、乗客に対して音楽な
どの音声配信サービスを行っている。例えば、次のよう
な音声配信サービスを行うことで機内騒音を緩和するよ
うにしている。それは機内に音声配信装置を設置し、各
座席には音声受信の端末装置（パッセンジャ・コントロ
ール・ユニットＰＣＵ）を搭載する。そして乗客はこの
端末装置ＰＣＵに配信された音楽などの音声をヘッドホ
ンを装着して聞く。この音声配信によって機内の騒音環
境が緩和される。

【０００３】近年では、さらに快適な機内環境を実現す
るために端末装置ＰＣＵ系に騒音緩和機能（ノイズキャ
ンセル機能）を備えたものも存在する。この騒音緩和機
能を実現する手段としては、端末装置に接続されるヘッ
ドホン自体にノイズ軽減装置を内蔵させるものと、端末
装置ＰＣＵの内部にノイズ軽減装置を内蔵させたものが
知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特に航空機
内で、機内サービスに提供する業務用ヘッドホンは、少
なくとも、 （１）ヘッドホンは長時間頭部に装着するため、装着し
ても負担にならず、限りなく軽く、しかも取り扱いが容
易であること。 （２）多数の乗客にヘッドホンを無料で貸し出すことに
よって、ヘッドホンの盗難や破損が考えられるため、ヘ
ッドホンは安価で、限りなく消耗品扱いとして取り扱え
ること。 が必要である。

【０００５】このようなことを考慮すると、上述したよ
うにノイズ軽減装置を内蔵させた内蔵型ヘッドホンで
は、その機構をヘッドホンハウジング部に収納するため
ヘッドホン自体が重くなる。したがって、乗客への負担
が大きい。また、ハウジング内にノイズ軽減装置を収納
した場合には、ノイズ軽減装置を駆動するための電源装
置や電池を搭載しなければならないから、取り扱いが煩
雑となり、また消耗品として扱うには価格も高くなると
いう難点がある。

【０００６】また、端末装置ＰＣＵ自体にノイズ軽減装
置を内蔵させる他の従来構成では、ヘッドホン自体を軽
量化できる。しかし、機内騒音（ノイズ）を集音するマ
イクも端末装置ＰＣＵ側に取り付けられている。この端
末装置ＰＣＵは座席の下側などに据え付けられている場
合が多いので、集音マイクが実際に乗客が感知する耳と
は物理的に相当離れてしまう。その結果、内蔵型ヘッド
ホンに比べてノイズキャンセル効果が得にくいという問
題があった。そこで、この発明はこのような従来の課題
を解決したものであって、ヘッドホン自体の軽量化を図
りつつ、ノイズキャンセル効果を改善した外部ノイズ軽
減装置を提案するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、請求項１に記載したこの発明に係る外部ノイズ軽減
装置においては、外部ノイズを軽減すべき音場内に配さ
れた外部ノイズの集音部と、集音された外部ノイズが供
給され、この外部ノイズをキャンセルするためのノイズ
キャンセル信号を生成するノイズキャンセル信号生成手
段と、このノイズキャンセル信号を放音する放音部とを
有し、放音部は外部ノイズを相殺する音場内に配された
ことを特徴とする。

【０００８】この発明では、外部騒音（ノイズ）の集音
部と、集音したノイズの逆相成分を外部に放出する放音
部とを音響変換装置内に近接して配置する。集音したノ
イズの逆相成分を作り出すノイズキャンセル信号生成手
段（ノイズキャンセリングプロセッサ）は音響変換装置
から分離した端末装置とし、ヘッドホンは従来型のヘッ
ドホン（スピーカのみを内蔵したヘッドホン）を使用す
る。これによってヘッドホンを軽量化し、頭部への長時
間装着による負担を軽減する。

【０００９】ノイズを軽減したい音場内、つまり視聴者
の耳の周辺部には、集音部と放音部とが配置された音響
変換装置があるので、この音場内に人の耳を置けばノイ
ズキャンセル効果が大きいため、機内騒音などを大幅に
軽減できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】続いて、この発明に係る外部ノイ
ズ軽減装置の一実施形態を図面を参照して詳細に説明す
る。図１は外部ノイズ軽減装置１０の一実施形態を示す
要部の系統図であって、外部ノイズ軽減装置１０は図示
するように、外部ノイズを軽減若しくはキャンセル（以
下単にキャンセルという）するための音響変換手段２０
と、外部ノイズをキャンセルするためのノイズキャンセ
ル信号を生成する生成手段３０とで構成される。

【００１１】図１に示す実施形態は音声配信サービスと
して音楽信号の場合、ステレオ信号であるため、Ｌ、Ｒ
信号に対応して同じに構成された手段が２系統存在す
る。便宜的にＲ信号が供給される側の音響変換手段２０
をＭＳＲで、Ｌ信号が供給される側の音響変換手段２０
をＭＳＬとして示す。同様に、ノイズキャンセル信号を
生成する手段３０にあっても、Ｒ信号に相当する外部ノ
イズ信号をキャンセルするためのキャンセル信号生成手
段３０をＰＣＵＲとして、Ｌ信号に相当する外部ノイズ
信号をキャンセルするためのキャンセル信号生成手段３
０をＰＣＵＬとして示す。キャンセル信号生成手段３０
は端末装置として構成される。

【００１２】音響変換手段２０（ＭＳＲ）は外部ノイズ
をキャンセルすべき音場内に配されるもので、そのケー
ス内部にはこの音場内の外部ノイズを集音する集音部２
２Ｒが設けられている。集音部２２Ｒとしては通常の小
型マイク（コンデンサマイクなど）を使用することがで
きる。

【００１３】さらにこのケース内部には、外部ノイズを
キャンセルするためのノイズキャンセル信号を放音する
放音部２４Ｒが、集音部２２Ｒに近接した位置であって
ハウリングが生じないような状態で配置される。放音部
２４Ｒは通常周知の小型スピーカを使用することができ
る。

【００１４】音響変換手段ＭＳＲには、少なくともこの
集音部２２Ｒと放音部２４Ｒとが収納されており、集音
部２２Ｒで集音された外部ノイズはノイズキャンセル生
成手段３０（ＰＣＵＲ）に供給される。

【００１５】外部ノイズはノイズキャンセル生成手段Ｐ
ＣＵＲ内に設けられた入力アンプ３６Ｒによって適当な
値に増幅されたのち、ノイズキャンセル部３８Ｒを構成
する第１の演算増幅器（オペアンプ）４０Ｒの正転端子
（＋）に与えられる。

【００１６】一方、端子３４Ｒには配信すべき音声信号
が供給される。この例ではステレオ信号のうちＲ信号Ａ
Ｒが供給され、このＲ信号ＡＲが第１のオペアンプ４０
Ｒの反転端子（−）に供給される。外部ノイズにこのＲ
信号ＡＲが所定のゲインで加算された出力信号が第２の
オペアンプ４１Ｒの反転端子に供給される。第２のオペ
アンプ４１Ｒの正転端子にはＲ信号ＡＲも入力されてい
るので、この第２のオペアンプ４１Ｒからは外部ノイズ
の位相反転した信号つまりノイズキャンセル信号と、端
子３４Ｒに供給されたＲ信号ＡＲそのものが出力され
る。

【００１７】Ｒ信号ＡＲとノイズキャンセル信号とは出
力アンプ４２Ｒを経て音響変換手段ＭＳＲに設けられた
放音部であるスピーカ２４Ｒに供給されて、音場内に放
音される。

【００１８】ここで、外部ノイズをＮとし、これがｎＮ
（ｎは任意の定数）となってマイク２２Ｒに到達する。
マイク２２Ｒにはさらに音場内を伝搬したスピーカ２４
Ｒからの漏れ信号も同時に到達する。この漏れ信号とは
ｍ（ＡＲ，−Ｎ）である。ここに、ｍは任意の定数であ
り、−Ｎとは外部ノイズＮをキャンセルするノイズキャ
ンセル信号のことである。したがって、マイク２２Ｒか
らの出力信号ＸＲ１は、 ＸＲ１＝ｍＡＲ＋（ｍ−ｎ）Ｎ となる。

【００１９】また、第１のオペアンプ４０Ｒに供給され
るＲ信号ＡＲのゲインをｍとすると、第１のオペアンプ
４０Ｒでは１／（ｍ−ｎ）のゲインとなるようにそのア
ンプゲインが設定される。こうすることによって、第１
のオペアンプ４０Ｒの出力ＸＲ２では、 ＸＲ２＝（ＸＲ１−ｍＡＲ）／（ｍ−ｎ） ＝｛ｍＡＲ＋（ｍ−ｎ）Ｎ−ｍＡＲ｝／（ｍ−ｎ） ＝Ｎ となる。

【００２０】この出力信号ＸＲ２は第２のオペアンプ４
１Ｒにおいて反転された状態でＲ信号ＡＲに合成される
から、その出力信号ＸＲ３は、 ＸＲ３＝−Ｎ＋ＡＲ となる。

【００２１】これがＲ信号ＡＲを含んだノイズキャンセ
ル信号（ＡＲ、−Ｎ）となって音場内に放音される。こ
の音場には外部ノイズＮが存在するから、この外部ノイ
ズＮの位相反転した信号−Ｎによって外部ノイズが相殺
される。これによって外部ノイズをキャンセルできるか
ら、右側の耳からはＲ信号ＡＲのみ聞こえるようにな
り、ほぼ完全に外部ノイズを相殺できる。

【００２２】左側における音響変換手段ＭＳＬおよびノ
イズキャンセル信号生成手段ＰＣＵＬに関しても同様な
構成となされており、したがってマイク２２Ｌに入った
外部ノイズＮ’（ほぼ外部ノイズＮに等しい）は、ノイ
ズキャンセル部３８Ｌを構成する第１および第２のオペ
アンプ４０Ｌ、４１Ｌの動作によって、外部ノイズＮ’
とは逆相関係にあるノイズキャンセル信号−Ｎ’が生成
される。このノイズキャンセル信号−Ｎ’がステレオ信
号の一方であるＬ信号ＡＬと共にスピーカ２４Ｌから放
音されるため、ノイズキャンセル信号−Ｎ’によって外
部ノイズＮ’が相殺される。これによって視聴者は外部
ノイズに悩まされることなく配信サービスされた音声信
号を楽しむことができる。

【００２３】外部ノイズのキャンセル動作はヘッドホン
を使用したときも同じである。ヘッドホンを使用すると
きは音声信号ＡＲ，ＡＬが一対の音響変換手段ＭＳＲ、
ＭＳＬから放音されないように、つまりヘッドホンのみ
に音声信号ＡＲ，ＡＬが供給されるようにヘッドホンジ
ャックを接続してもよい。

【００２４】ノイズキャンセル信号生成手段３０にはこ
の他に、配信サービスを受けるための選択手段（操作キ
ー部）４４や、内部をコントロールし、また外部との通
信を行うためのＣＰＵ４６を有した制御手段３２が設け
られている。

【００２５】配信サービスされる音源は、上述したステ
レオ音楽信号（歌謡曲、交響曲など）に限らず、ニュー
ス、ビデオ映像と対になった音声信号などの音声情報が
考えられる。

【００２６】続いて、この発明を適用できる応用例を図
２以下を参照して説明する。図２はこの発明を航空機内
で行われている音声配信装置に適用した場合である。機
内に設置されるこの音声配信装置は図３に示すように数
個の座席例えば３つの座席を単位として１つの配信ボッ
クスＳＥＢが設けられ、また各座席の肘掛け部４７ａ、
４７ｂ、４７ｃ内にはそれぞれ上述したノイズキャンセ
ル信号生成手段３０が端末装置として設けられている。

【００２７】そして配信ボックスＳＥＢと、端末装置と
してのノイズキャンセル信号生成手段３０（ＰＣＵ１〜
ＰＣＵ３）との間は図２のように通信バス６２によって
各部のＣＰＵと結ばれ、相互通信ができるようになされ
ている。ノイズキャンセル信号生成手段３０に設けられ
た操作キー部（チャネル選択キーや音量調整キーなど）
４４は、周知のようにそれぞれの肘掛け部４７ａ〜４７
ｃで操作できるようになされると共に、この肘掛け部４
７ａ〜４７ｃにはヘッドホンジャック５４（５４ａ〜５
４ｃ）が設けられている。

【００２８】上述した左右の音響変換手段ＭＳＲ、ＭＳ
Ｌは図３のように座席の背もたれ部４８ａ〜４８ｃであ
って、乗客の頭部が当たる部分の両側付近にそれぞれ埋
め込まれている。ただし、マイクもスピーカも共に乗客
の耳の方を向くように背もたれ部４８ａ〜４８ｃの表面
付近に埋め込まれる。

【００２９】このように乗客を取り巻く音場の中でも特
に頭部付近の音場内に、マイクとスピーカを取り付けた
音響変換手段２０（ＭＳＲ、ＭＳＬ）を配置すれば、こ
の音場内の外部ノイズを集音した場所に、外部ノイズキ
ャンセル信号を出力できるから、外部ノイズをほぼ完全
に相殺でき、乗客はこの外部ノイズに悩まされることな
く音声配信を受けることができる。

【００３０】図２に示すノイズキャンセル信号生成手段
３０は、外部ノイズをディジタル的に処理するようにし
た実施形態を示す。したがって、入力アンプ３６Ｒの後
段にはＡＤ変換器５０Ｒが設けられ、ノイズキャンセル
信号生成手段３０においてディジタル的にノイズキャン
セル信号の生成処理が行われると共に、生成されたディ
ジタルノイズキャンセル信号は再びＤＡ変換器５２Ｒで
アナログ信号に戻される。それ以外の処理は図１と同じ
であるのでその説明は割愛する。

【００３１】それぞれの座席に対する音声信号ＡＲ（Ａ
Ｒ１〜ＡＲ３）、ＡＬ（ＡＬ１〜ＡＬ３）などは図２に
示す配信ボックスＳＥＢから配信される。配信ボックス
ＳＥＢにはノイズキャンセル信号生成手段３０との間の
通信を行うＣＰＵ６６が設けられ、またこの配信ボック
スＳＥＢには機内に１台若しくは数台設置してある中央
配信装置（図示はしない）から、複数チャネル分（例え
ば１２チャネル分）の音声データがこの例ではＰＣＭ
（Pulse Code Modulation）形態で配信される。

【００３２】図３に示す実施形態では、端末装置である
ノイズキャンセル信号生成手段３０を背もたれ部４８ａ
〜４８ｃに埋め込んだ構成を示したが、図４に示すよう
に、背もたれ部４８ａ〜４８ｃの頂部にセットされるシ
ートカバーにこの発明を適用することもできる。

【００３３】この場合にはシートカバー状になされた可
とう性のあるＵ字状シート７０の前面７２の両側に一対
の音響変換手段ＭＳＲ、ＭＳＬが埋め込まれ、またその
背面７４にノイズキャンセル信号生成手段３０である端
末装置ＰＣＵが埋め込まれる。この構成でも乗客がおか
れた音場内の外部ノイズを有効に相殺できる。したがっ
て、座席は航空機であっても新幹線のような乗り物の座
席であってもよい。

【００３４】図５は枕（安眠枕）にこの発明を適用した
もので、この場合にも頭部が接する頂面８２の左右両側
に一対の音響変換手段ＭＳＲ、ＭＳＬが埋め込まれ、ま
たその背面８４側に端末装置としてのノイズキャンセル
信号生成手段３０（ＰＣＵ）が埋め込まれる。枕８０に
適用することによって、安眠を期待できる。つまり安眠
枕として機能する。この場合には枕８０内に音源（安眠
を誘うような穏やかな曲や、英会話など）も同時に配置
され、それらはＤＣ電源で駆動される。

【００３５】図６はヘルメット９０に適用した場合であ
る。飛行場のエプロンで航空機を誘導する作業現場や、
飛行場内、あるいは建築現場などのように騒音の激しい
現場では、インナーコミニュケーションをとるためや安
全性の観点からヘルメットが着用されている。

【００３６】インナーコミニュケーション用ヘルメット
の場合には、このヘルメット９０に通信用のマイク９６
などが設けられている。この発明ではこのヘルメット９
０の耳宛部９２，９４に左右の音響変換手段ＭＳＲ、Ｍ
ＳＬが取り付けられる。またこの場合にはノイズキャン
セル生成手段ＰＣＵＲ，ＰＣＵＬはこれら音響変換手段
ＭＳＲ、ＭＳＬの内部に収納させることができる。また
特に音声信号は不要であるから、音源や配信ボックスＳ
ＥＢなども不要である。

【００３７】ヘルメット９０にこの外部ノイズ軽減装置
を適用すると、外部ノイズのほとんどを相殺できるか
ら、快適な作業空間を実現でき、また他部との通信を行
う場合でも鮮明な会話通信を実現できるから、事故防止
などにも役立つことになる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明では外部ノ
イズを軽減したい音場内に外部ノイズを集音する集音部
と、外部ノイズをキャンセルするためのノイズキャンセ
ル信号を放音する放音部とを近接配置するようにしたも
のである。

【００３９】これによれば、音場内に集音部と放音部の
双方を配置できることから、集音部で集音した外部ノイ
ズとほぼ同じ信号成分を有するノイズキャンセル信号を
生成して、同じ音場内に出力できる。これによって外部
ノイズのキャンセル効果を格段に向上させることができ
る。

【００４０】またヘッドホンなどは従来と全く同じ構成
のものを使用できるので、このヘッドホンを頭部に長時
間装着していてもあまり負担にはならない。ヘッドホン
にはノイズキャンセル手段を内蔵しないので今まで通り
安価なヘッドホンを利用できる。したがってこの発明に
係る外部ノイズ軽減装置は、騒音の激しい航空機などの
乗り物や、騒音の激しい工事現場などに適用して極めて
好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る外部ノイズ軽減装置の一実施形
態を示す要部の系統図である。

【図２】この発明を航空機の座席に適用した場合の一実
施形態を示す要部の系統図である。

【図３】航空機内の座席とこの発明との関係を示す図で
ある。

【図４】この発明を適用したシートカバーの図である。

【図５】この発明を適用した枕の図である。

【図６】この発明を適用したヘルメットの図である。

【符号の説明】

１０・・・外部ノイズ軽減装置、２０（ＭＳＲ、ＭＳ
Ｌ）・・・音響変換手段、３０（ＰＣＵＲ、ＰＣＵＬ）
・・・ノイズキャンセル信号生成手段（端末装置）、２
２Ｌ・・・集音部（マイク）、２４Ｒ・・・放音部（ス
ピーカ）、３８Ｒ、３８Ｌ・・・ノイズキャンセル部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部ノイズを軽減すべき音場内に配され
   た外部ノイズの集音部と、 集音された外部ノイズが供給され、この外部ノイズをキ
   ャンセルするためのノイズキャンセル信号を生成するノ
   イズキャンセル信号生成手段と、 このノイズキャンセル信号を放音する放音部とを有し、 上記放音部は外部ノイズを相殺する上記音場内に配され
   たことを特徴とする外部ノイズ軽減装置。
2. 【請求項２】 音響変換手段を構成する上記集音部と放
   音部とは、ケース内に設けられたことを特徴とする請求
   項１記載の外部ノイズ軽減装置。
3. 【請求項３】 上記ノイズキャンセル信号生成手段で
   は、入力した上記外部ノイズとは逆相関係にあるノイズ
   キャンセル信号が生成されることを特徴とする請求項１
   記載の外部ノイズ軽減装置。
4. 【請求項４】 上記ノイズキャンセル信号生成手段に
   は、ヘッドホンによって配信サービスを行うオーディオ
   信号が供給されるようになされたことを特徴とする請求
   項１記載の外部ノイズ軽減装置。
5. 【請求項５】 上記音響変換手段は、座席、椅子の背も
   たれ部、インタコミニュケーション用ヘルメットなどに
   取り付けられたことを特徴とする請求項１記載の外部ノ
   イズ軽減装置。