JPH02224500A - アクティブ・ノイズ・キャンセラー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、外部騒音とキャンセル音の合成音を入力するモニ
ター用マイクロホンと、キャンセル音を発生する消音ス
ピーカと、モニター用マイクロホンで拾われた入力音と
は逆位相のキャンセル音を前記消音スピーカで発生させ
るべくキャ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、逆位相のキャンセル音の打ち消し作用によ
って外部騒音を消音するアクティブ・ノイズ・キャンセ
ラーとしては、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、モニター用
マイクロホン〜消音キャンセル回路〜消音スピーカによ
り、閉ループを形成して、外部騒音とキャンセル音の合
成音を１つのマイクロホンで入力可能とし、外部騒音入
力用とフィードバック用の２つのマイクロホンを設ける
ことを不要とすることのできるものであった。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のアクティブ・ノイズ・
キャンセラーでは、モニター用マイクロホンを配設する
にあたり、このモニター用マイクロホンか、消音スピー
カの振動膜の振動を妨げないようにするためや、消音ス
ピーカのマグネットの影響を受けないようにするためや
、消音スピーカにより外部騒音の侵入が妨げられないよ
うな位置に配置するために、消音スピーカとモニター用
マイクロホンの間に、ある程度の間隔を設ける必要が生
じる。

このため、消音スピーカから発せられたキャンセル音が
空気中を伝播してモニター用マイクロホンに入力される
までに、ある程度の時間を要するもので、モニター用マ
イクロホンにあっては、キャンセル音循環経路を経て入
力されるキャンセル音と、新に入力される外部騒音との
間に位相遅れが生じる。

そこで、上述のような閉ループにおいて、このような位
相遅れによる位相差が３６０°の整数倍となると、信号
が加算されてハウリングが生じるもので、このハウリン
グにより消音性能が著しく低下されていた。

本発明は、上述のような問題に着目してなされたもので
、ハウリングの発生を抑えて安定した高い消音性能が得
られ、しかも、構造が簡単なアクティブ・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） 上記課題を解決するために本発明のアクティブ・ノイズ
・キャンセラーでは、使用者の耳腔に対しキャンセル音
を放射させる消音スピーカと、前記キャンセル音及び外
部騒音の合成音を入力するモニター用マイクロホンと、
該モニター用マイクロホンの入力音とは逆位相のキャン
セル音を発生させるべく消音スピーカにキャンセル音発
生信号を出力する騒音キャンセル回路とを備え、逆位相
のキャンセル音の打ち消し作用により外部騒音を消音す
るようにしたアクティブ・ノイズ・キャンセラーにおい
て、前記消音スピーカ及びモニター用マイクロホンと並
列に騒音キャンセル回路に接続され、入力信号に対し消
音スピーカ及びモニター用マイクロホン側と等価の信号
変化を与えるバイパス等価回路を設け、前記騒音キャン
セル回路に、モニター用マイクロホンからの入力信号と
バイパス等価回路からのバイパス信号とを入力し、一方
の信号から他方の信号を差し引く減算回路を設けた。

（作　用） 外部騒音下で使用すると、消音スピーカから使用者の耳
腔に向はキャンセル音が放射され、このキャンセル音に
よる逆位相の打ち消し作用によって、耳腔への外部騒音
が消音される。

即ち、モニター用マイクロホンは、外部騒音とキャンセ
ル音の合成音を入力し、この入力音を示す信号を騒音キ
ャンセル回路に出力する。騒音キャンセル回路では、こ
の入力信号に基づき、消音スピーカにおいて外部騒音と
は逆位相のキャンセル音を放射するためのキャンセル音
発生信号を形成し消音スピーカに出力する。そして、こ
のキャンセル音発生信号を入力した消音スピーカは、キ
ャンセル音を放射し、逆位相の打ち消し作用により外部
騒音を消音する。

ところで、騒音キャンセル回路にあっては、消音スピー
カ側及び、それに並列のバイパス等価回路に信号を出力
する。

この信号のうち消音スピーカ側へ出力された信号は、消
音スピーカからモニター用マイクロホンに入力される間
に位相遅れが生じる等して、所定の信号変化が生じる。

一方、バイパス等価回路に出力された信号も、こニター
用マイクロホン側での信号変化量と等価の信号変化が与
えられる。

従って、騒音キャンセル回路の減算回路では、モニター
用マイクロホンからの信号であって、所定の信号変化が
生じたキャンセル音と外部騒音との合成音を示す入力信
号と、バイパス等価回路を経て所定の（消音スピーカ側
と等価の）信号変化が成されたバイパス信号との２つの
信号を入力し、さらに、一方の信号から他方の信号を差
し引（処理を行う。

よって、この減算回路において、残った信号は外部騒音
のみを示す信号となる。

このように１本発明では、キャンセル音は、減算回路で
消されて循環されないため、キャンセル音が閉ループ内
を循環される際に生じる位相遅れを原因としたハウリン
グの発生を防止できる。

（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
同一の対象を示すものとする。

まず、構成を説明する。

第１図は本発明第１実施例のアクティブ・ノイズ・ギャ
ンセラーの構成を示す全体図であって。

図において、■は使用者の耳腔Ｅに対し所定のキャンセ
ル音Ａを発生放射させる消音スピーカである。この消音
スピーカｌと耳腔Ｅの間の空間は、いわゆるヘッドホン
のような形態の図外のカバーにより覆われ、騒音除去空
間Ｂが形成されている。

前記消音スピーカ１のキャンセル音Ａの放射前面位置の
中央にはモニター用マイクロホン２が設けられている。

即ち、このモニター用マイクロホン２は、前記騒音除去
空間Ｂ内において、キャンセル音Ａを片寄りなく入力す
ると共に、外部からこの騒音除去空間Ｂ内に侵入する外
部騒音Ｃを入力するために設けられている。

この消音スピーカ２は、キャンセル音Ａと外部騒音Ｃと
の合成音を示す入力信号りを、騒音キャンセル回路３に
出力する。この騒音キャンセル回路３は、前記消音スピ
ーカ２から外部騒音Ｃとは逆位相のキャンセル音Ａを放
射させるべく、キャンセル音発生信号Ｆを形成して、こ
の信号Ｆを消音スピーカｌに出力するための回路であっ
て、図示のように、前置増幅するプリアンプ３ａ、後述
する減算回路３ｂ、所定の不要な音を取り除（フィルタ
回路３ｃ、主増幅するパワーアンプ３ｄ及び、信号を位
相を逆転させる（Ｉ８０°位相を遅らせる）反転回路３
ｅで構成されている。

また、この騒音キャンセル回路３には、前記消音スピー
カｌ及びモニター用マイクロホン２と並列状態で、バイ
パス等価回路４が接続されている。このバイパス回路４
は、前記キャンセル音発生信号Ｆを入力し、この信号Ｆ
に対して前記消音スピーカｌ及びモニター用マイクロホ
ン２側における信号変化と等価の信号変化を与えてバイ
パス信号Ｈを形成する回路であっＣ、ゲイン補償回路４
ａと遅延回路４ｂで構成されている。即ち、キャンセル
音発生信号Ｆが分岐点Ｇから消音スピーカｌを経てキャ
ンセル音Ａとなってモニター用マイクロホン２からプリ
アンプ３ａに至るまでの間には、位相の遅れが生じると
同時にゲイン変化が生じる。前記キャンセル音発生信号
Ｆに対して上記のゲイン変化に対応したゲイン変化を与
えるのが前記ゲイン補償回路４ａであり、また１位相遅
れに相当して遅延させるのが遅延回路４ｂである。

そして、前記減算回路３ｂは、プリアンプ３ａを経た入
力信号りから、この前記バイパス等価回路４を経たバイ
パス信号Ｈを差し引く減算を行うものである。

次に、実施例の作用について説明する。

本実施例装置を航空機のコックビット内等のような外部
騒音Ｃ下で使用すると、モニター用マイクロホン２は、
騒音除去空間Ｂ内の、キャンセル音Ａと外部騒音Ｃとの
合成音を入力する。騒音キャンセル回路３では、入力信
号りに基づきキャンセル音発生信号Ｆを形成し、消音ス
ピーカｌに出力する。

そして、消音スピーカｌから騒音除去空間Ｂヘキャンセ
ル音Ａが放射され、騒音除去空間Ｂ内に侵入した外部騒
音Ｃは、キャンセル音Ａによる逆位相による打ち消し作
用を受けて消音される。

ところで、騒音キャンセル回路３から出力されたキャン
セル音発生信号Ｆは、上述のように消音スピーカｌに対
し出力されるのと同時に、それと並列のバイパス等価回
路４にも入力される。

このバイパス等価回路４では、キャンセル音発生信号Ｆ
が分岐点Ｇから消音スピーカｌ及びモニター用マイクロ
ホン２を経てプリアンプ３ａまで至る際の、信号変化（
位相遅れやゲイン変化）と等価の信号変化を与えてバイ
パス信号Ｈを形成するようになっている。

従って、減算回路３ｂにおいて、パイモニター用マイク
ロホン２からの入力信号りからバイパス等価回路４から
のバイパス信号Ｈを差し引く減算が成されると１入力信
号りに含まれるキャンセル音Ａの成分はバイパス信号Ｈ
と等価であるから。

この減算により完全に消される、よって、減算回路３ｂ
を通過する信号は、外部騒音Ｃのみの成分となる。

これを式で示すと、 Ｄ　＝　ｆ’　ｆＡｌ　　＋δ　（ｓ−、）　＋　ｆ　
Ｉｃ）　　−・・■Ｈ＝　ｆ　ｔＡｌ　　＋δ　（、−
一−・・■、’、　　Ｄ　−Ｈ＝　ｆ　（Ｃ１・・・■
但し、ｆ（Ａｌ　はキャンセル音Ａを示す信号。

δ（、、ｌはキャンセル音Ａの位相及びゲイン変化成分
、ｆ　ｆｃｌは外部騒音Ｃを示す信号である。

このように本実施例では、キャンセル音Ａは、減算回路
３ｂで消されてしまい、消音スピーカ１及びモニター用
マイクロホン２を含み騒音キャンセル回路３中を循環さ
れないために、キャンセル音Ａが閉ループ内を循環され
る際に生じる位相遅れを原因としたハウリングの発生を
防止できるものである。

よって、ハウリングの発生を防止して、安定した消音性
能が得られるという効果を奏する。

また、キャンセル音Ａが消音スピーカｌからモニター用
マイクロホン２に至る間に生じる位相の遅れやゲイン変
化は、バイパス等価回路４及び減算回路３ｂの作用によ
り完全に消去されるため、モニター用マイクロホン２の
設置位置を決定する際に、この位相遅れやゲイン変化を
理由に位置を規制されることがなく、モニター用マイク
ロホン２の配置の自由度が向上するという効果が得られ
る。

次に、第２図に示す本発明第２実施例のアクティブ・ノ
イズ・キャンセラーについて説明する。

この第２実施例は、バイパス等価回路２４への信号入力
を、騒音キャンセル回路３内の反転回路３ｅよりも前か
ら行うようにしている点で第１実施例と異なる。よって
、バイパス等価回路２４中に反転回路２４ａを含んで構
成している。

尚１作用・効果については、第１実施例と同様であるの
で説明を省略する。

次に、第３図に示す本発明第３実施例のアクティブ・ノ
イズ・キャンセラーについて説明する。

この第３実施例は、騒音キャンセル回路３３の構成が第
１実施例と異なる。

即ち、減算回路３３ｂでは、第１実施例とは逆にバイパ
ス信号Ｈから入力信号Ｈを差し引くようにしている。

従って、入力信号Ｈ内の外部騒音Ｃの成分は、減算回路
３３ｂを通過した時点でマイナスとなり、つまり、位相
が逆転される。

よって、騒音キャンセル回路３３中には第１実施例の反
転回路３ｅを設ける必要がなく、構成を簡略化できると
いう効果が得られる。

次に、第４図に示す本発明第４実施例のアクティブ・ノ
イズ・キャンセラーについて説明する。

この第４実施例は、第３実施例の改良例であって、第３
実施例の構成に加えて騒音キャンセル回路４３中に、ブ
リフィルタ回路４３ａとミキサ回路４３ｂとメインフィ
ルタ回路４３ｃを設けている。

そして、前記ミキサ回路４３ｂには、外部信号Ｊが入力
される。即ち、消音スピーカ１から１例えば、外部の無
線や緊急信号のような特別な信号や必要なモニター音等
の外部信号Ｊを出力させることができる。

次に、第５図に示す本発明第５実施例のアクティブ・ノ
イズ・キャンセラーについて説明する。

この実施例は第４実施例と比較して、ミキサ回路４３ｂ
に対し外部マイクロホン５１からの信号を入力するよう
にした点で異なる。

尚、外部マイクロホン５１とミキサ回路４３ｂ間にはプ
リアンプ５２とブリフィルタ回路５３が設けられている
。

従って、消音スピーカｌから、外部マイクロホン５１の
入力音を出力することができる。

つまり、例えば、飛行機のコクピット内において同乗者
の会話音を消音スピーカｌから出力するようなことが可
能となる。

以上、実施例を図面に基づいて説明してきたが、具体的
な構成はこの実施例に限られるものではなく１本発明の
要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても本
発明に含まれる。

例えば、モニター用マイクロホンを設ける位置は、消音
スピーカのキャンセル音放射前面中央位置に限られない
。

（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、消音スピーカ及びモニター
用マイクロホンと並列にバイパス等価回路を設け、さら
に、減算回路においてモニター用マイクロホンからの入
力信号と、バイパス等価回路からのバイパス信号との２
つの信号の一方から他方を差し引くようにしたために、
騒音キャンセル回路では、入力信号からキャンセル音の
成分を消して外部騒音のみの成分の信号とすることがで
きる。このため、キャンセル音の成分が閉ループ内を循
環することによるハウリングの発生を防止することがで
きる。これにより、安定した高い消音性能を得ることが
できるという効果を奏する。

加えて、上述のようにバイパス等価回路により消音スピ
ーカとモニター用マイクロホン間の位相遅れ等を消し去
ることができるため、モニター用マイクロホンの設置自
由度が向上するという効果も得られる。

【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２実施例アク
ティブ・ノイズ・キャンセラーを示す全体図、第３図は
第３実施例アクティブ・ノイズ・キャンセラーを示す全
体図、第４図は第４実施例アクティブ・ノイズ・キャン
セラーを示す全体図、第５図は第５実施例アクティブ・
ノイズ・キャンセラーを示す全体図である。 ３３ｂ・・−減算回路 ４・・・バイパス等価回路 ２４・・・バイパス等価回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　使用者の耳腔に対しキャンセル音を放射させる消
   音スピーカと、前記キャンセル音及び外部騒音の合成音
   を入力するモニター用マイクロホンと、該モニター用マ
   イクロホンの入力音とは逆位相のキャンセル音を発生さ
   せるべく消音スピーカに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、逆位相のキャンセル音
   の打ち消し作用により外部騒音を消音するようにしたア
   クティブ・ノイズ・キャンセラーにおいて、 前記消音スピーカ及びモニター用マイクロホンと並列に
   騒音キャンセル回路に接続され、入力信号に対し消音ス
   ピーカ及びモニター用マイクロホン側と等価の信号変化
   を与えるバイパス等価回路を設け、 前記騒音キャンセル回路に、モニター用マイクロホンか
   らの入力信号とバイパス等価回路からのバイパス信号と
   を入力し、一方の信号から他方の信号を差し引く減算回
   路を設けたことを特徴とするアクティブ・ノイズ・キャ
   ンセラー。