JPH03169199A

JPH03169199A - アクティブ・ノイズ・キャンセラー

Info

Publication number: JPH03169199A
Application number: JP1308748A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Saeki; 尚文佐伯; Yuichi Ikeda; 裕一池田
Original assignee: Calsonic Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 1989-11-28
Filing date: 1989-11-28
Publication date: 1991-07-22
Anticipated expiration: 2013-08-13
Also published as: JP2786278B2

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、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、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か入力されるようにしている。

しかしながら、この先行技術にあっては、スピーカの低
周波の回り込みが考慮されていないため、負キャンセル
音や副キャンセル音や負副キャンセル音の低周波域の音
が、消音スピーカの正圧面側に回り込んでキャンセル音
の低周波域の音を打ち消し、キャンセル音の低周波数域
での出力が低下し、低周波域での消音性能の低下を招く
恐れがあった。

ちなみに、直径４ｃｍ位のスピーカでは、３００Ｈｚ以
下の周波数域で出力が急激に低下する。

本発明は、上述のような問題に看目してなされたもので
、低周波域での消音性能を向上させることを可能とする
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）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、正圧面から所定のキャンセル音を
放射する消音スピーカと、該消音スピーカの負圧面側に
、正負一方の面を対向させて設けられた副スピーカと、
両スピーカから放射される音が打ち消し合う位置に配設
されて消音対象者を入力するモニタ用マイクロホンと、
前記消音スピーカの正圧面からモニタ用マイクロホンの
入力音とは逆位相のキャンセル音を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、副スピーカの正負
一方の面から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、両スピーカの外周に設けられ、消音
スピーカの正圧面側の消音スピーカ側空間と、両スピー
カの間の中間空間と、副スピーカの正負他方の面倒の副
スピーカ側空間とを画成した隔壁とを設けた。

（作　用）本発明のアクティブ・ノイズ・キャンセラーでは、消音
スピーカから騒音等の消音対象者とは逆位相のキャンセ
ル音を放射し、その打ち消し作用により消音する点では
先行技術と同様である。

ところで、本発明の場合、隔壁により消音スピーカ側空
間と中間空間と副スピーカ側空間とが画成されている。

そして、消音スピーカは、正圧面から消音スピ力側空間
にキャンセル音を放射すると同時に、負圧面から中間空
間にキャンセル音とは逆位相の負キャンセル音を放射す
る。

方、副スピーカでは、正負一方の面から中間空間に対し
てキャンセル音と同位相の副キャンセル音を放射すると
同時に、他方の面からは副スビ力側空間に副キャンセル
（キャンセル音）と逆位相の負副キャンセル音を放射す
る。

従って、中間空間では、消音スピーカからの負キャンセ
ル音とそれとは逆位相の副キャンセル音からの副キャン
セルとが放射され、両音が打ち消し合って０となる位置
が生じる。

同様に、キャンセル音が放射される消音スピーカ側空間
と、それとは逆位相の負副キャンセル音が放射される副
スピーカ側空間との間でも、両音が打ち消し合ってＯと
なる位置が生じる。

そして、本発明ではこのような、両スピーカから放射さ
れる音か打ち消し合う位置にモニタ用マイクロホンを設
けているため、このモニタ用マイクロホンでは、両スピ
ーカから放射される音の影響を受けることかなく、消音
対象者のみを入力することが可能となる。

よって、原信号と３６０°の整数倍のフィードバック信
号が加算されることで生じるハウリングの発生を防止し
て、消音性能の向上を図ることができる。

また、モニタ用マイクロホンは、両スピーカから放射さ
れる音が打ち消し合う位置に設置すればよいから、この
条件さえ満たしていれば、実際にキャンセル音により消
音できる音に近い音を入力すべく消音スピーカに近接さ
せて配置することも可能となり、これによっても、消音
性能の向上を図ることができる。

しかも、このようなモニタ用マイクロホン設置位置は、
消音スピーカの正圧面の放射前面から外した位置に設置
されることになるので消音スビカの音場を乱すことがな
く、これにより、特に、波長の短い高周波域の消音性能
を向上させることができる。

さらに、本発明では隔壁によって、キャンセル音が放射
される消音スピーカ側空間に対し、負キャンセル音や副
キャンセル音や負副キャンセル音の低周波成分の回り込
みを遮断でき、これにより、低周波域での消音性能を向
上させることができる。

（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、人が頭部に装着して騒音を
キャンセルすべく使用するヘッドホンタイプの装置を例
にとり説明する。また、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であって、図において、１
は消音スピーカ、２は副スピーカ、３は外部騒音を入力
するモニタ用マイクロホン、４は該モニタ用マイクロホ
ンの入力音とは略逆位相のキャンセル音を発生させるべ
く前記消音スピーカ１にキャンセル音発生信号ｅを出力
すると共に、キャンセル音とは逆位相（前記モニタ用マ
イクロホン３の入力音と同位相）の副キャンセル音を発
生させるべく副スピーカ２に副キャンセル音発生信号ｆ
を出力する騒音キャンセル回路、５は前記消音スピーカ
１と前記副スピーカ２の外周に設けられた隔壁である。

前記消音スピーカ１は、ハウジングｌａ．ダイヤフラム
＋ｂ，　コイル１ｃ，マグネット１ｄから構成されてい
て、ダイヤフラム表面１ｅが正圧面、ダイヤフラム裏面
１ｆが負圧面となる。尚、ハウジング１ａには、空気抜
き用の穴１９が形成されている。

前記副スピーカ２は、前記消音スピーカ１と同のスピー
カ、即ち、音響的に等価のスピーカであって、ハウジン
グ２ａ．ダイヤフラム２ｂ，コイル２ｃ，マグネット２
ｄを有し、ハウジング２ａを消音スピーカ１のハウジン
グ２ａと面対称的に対向させて、即ち、負圧面であるダ
イヤフラム裏面１ｆとダイヤフラム裏面２ｆとを対向さ
せて設けられている。尚、一点鎖線Ａは両スピー力１，
２の対称面を示している。また、副スピーカ２において
ダイヤフラム表面２ｅが正圧面であり、ハウジング２ａ
には、空気抜き用の穴２９が形成されている。

ところで、前記消音スピーカ１は、使用状態において使
用者の耳腔Ｅに対向して装着されるもので、両スピーカ
１，２並びに両スピーカ１．２と耳腔Ｅとの間の空間は
、いわゆるヘッドホンのような形態のカバー（第５図参
照、第１図では内面のみ示す）６により覆われている。

そして、両スピーカ１，２は、隔壁５に固定されており
、また、この隔壁５によってカバー６に支持されている
もので、このカバー６の内側の空間は、前記隔壁５によ
って、消音λピーカ１のダイヤフラム表面１ｅに面した
消音スピーカ側空間日と、両スピーカ１，２の間であっ
て、ハウジングｌａ，２ａの間の中間空間Ｃと、副スピ
ーカ２のダイヤフラム表面２ｅに面した副スピーカ側空
間Ｄとに画成されている。

そして、前記隔壁５には、中間空間Ｃと両スピー力側空
間Ｂ，　　Ｄとを連通ずる空気抜き孔５ａが穿設される
と共に、両スピーカ１．２の下方位置で両スピーカ側空
間Ｂ，　Ｄを連通ずる入力孔５ｂが穿設されており、ま
た、入力孔５ｂの中央部であって、前記対称面Ａ上の位
置にはマイク取付穴５Ｃが形成されている。

前記モニタ用マイクロホン３は、前記マイク取付穴５ｃ
に設置されている。

前記騒音キャンセル回路４は、モニタ用マイクロホン３
の入力音に基づき、キャンセル音発生信号ｅや副キャン
セル音発生信号ｆを形成する回路であって、前置増幅す
るブリアンブ４ａや、不必要な周波数範囲をキャンセル
音から取り除くフィルタ回路４ｂや、主増幅するパワー
アンプ４ｃや、入力音の位相を１８０度ずらす反転回路
４ｄを含んで形成されている。

そして、前記消音スピーカ１に対しては、反転回路４ｄ
を介してモニタ用マイクロホン３からの入力信号とは逆
位相のキャンセル音発生信号ｅを与えている。

一方、前記副スピーカ２に対しては、反転回路を介する
ことなくモニタ用マイクロホン３からの入力信号と同位
相の副キャンセル音発生信号ｆを与えていて、即ち、副
スピーカ２では、ダイヤフラム裏面２ｆからキャンセル
音と同位相の副キャンセル音が放射され、この副キャン
セル音がハウジング２ａの穴２９及びハウジング１ａの
穴１９を介して、ダイヤフラム裏面１ｆへ放射されるよ
うに構成されている。

次に、作用を説明する。

例えば、航空機のコックピット内等のような外部騒音下
で使用する場合、この外部騒音は図外のカバーを通過し
た後、副スピーカ側空間Ｄもしくは消音スピーカ側空間
日から入力孔５ｂ内へ伝わりモニタ用マイクロホン３に
入力される。

騒音キャンセル回路４では入力信号とは逆位相のキャン
セル音発生信号ｅが形成され、この信号ｅに基づき、消
音スピーカ１から使用者の耳腔Ｅに向けキャンセル音が
放射され、使用者の耳腔Ｅへ伝わる外部騒音は、これと
逆位相のキャンセル音ａ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ａが放射さ
れる場合、消音スピーカ１のダイヤフラム表面（正圧面
）ｌｅからは、第２図に示すようなキャンセル音ａか放
射されると共に、ダイヤフラム裏面（負圧面）１ｆから
は逆位相の負キャンセル音ｂが放射される。

一方、副スピーカ２では、消音スピーカ１とは逆位相の
信号が与えられていて、即ち、ダイヤフラム裏面２ｆか
らはキャンセル音ａと同位相の副キャンセル音（ａ）が
放射され、一方、ダイヤフラム表面２ｅからは副キャン
セル音とは逆位相の負副キャンセル音（ｂ）が放射され
る。

よって、モニタ用マイクロホン３が設けられている位置
である、両スピーカ１，２の対称面Ａ上では、消音スピ
ーカ１のダイヤフラム表面１ｅがらのキャンセル音ａと
、副スピーカ２のダイヤフラム表面２ｅからの負副キャ
ンセル音（ｂ）とが、等価に伝達され、雨音が打ち消し
合ってＯとなる。

従って、モニタ用マイクロホン３では、外部騒音Ｃ（第
２図）のみが入力されるもので、これによって、原信号
と３６０°の整数倍のフィードバック信号が加算される
ことで生じるハウリングの発生を防止でき、ハウリング
の発生による消音性能の低下を防止することができると
いう効果が得られる。

しかも、モニタ用マイクロホン３は、ダイヤフラム１ｂ
からのキャンセル音ａの放射前面から離れて側面に配置
されているから消音スピーカ１の音場を乱すことがない
ので、高周波域まで安定した消音性能が得られる。

さらに、隔壁５により、消音スピーカ側空間日と中間空
間Ｃと副スピーカ側空間Ｄとが画成されているために、
ダイヤフラム裏面１ｆから放射される負キャンセル音ｂ
や、ダイヤフラム裏面２ｆから放射される副キャンセル
音（ａ）や、ダイヤフラム表面２ｅから放射される負副
キャンセル音（ｂ）の低周波域の音が、それぞれ、消音
スビー力側空間Ｂに回り込むことがない。このため、こ
のような低周波域の音の回り込みによる打ち消し作用に
よってキャンセル音ａの低周波域の出力が低下するとい
ったことがなく、低周波域まで安定した消音性能が得ら
れる。尚、中間空間Ｃにあっては、ダイヤフラム裏面１
ｆから放射される負キャンセル音ｂとダイヤフラム裏面
２ｆから放射される副キャンセル音（ａ）との打ち消し
が成される。

また、モニタ用マイクロホン３は、両スピーカ１，２の
側面に近い入力孔５ｂ内に設置しているので、使用者の
耳腔Ｅに伝達されるのと同じ外部騒音のみを入力するこ
とができる。よって、安定した消音性能が得られ、フィ
ードバック制御用の回路やマイクロホンが不要で横成か
簡単であるという効果が得られる。

さらに、本実施例では、消音スピーカ１のダイヤフラム
裏面１ｆから放射する負キャンセル音ｂを打ち消すため
の副スピーカ２として、消音スピーカ１と同一のスピー
カを用いて音響的に等価としたため、副キャンセル発生
信号ｆとしては、モータ用マイクロホン３からの入力信
号をそのまま用いることができ、キャンセル音発生信号
ｅに対し出力を異ならせたりする必要がなく構成を簡略
化することができる。

さらに、実施例では、隔壁５を両スピーカ１，２の支持
部材として兼用しているため、支持部材が不要となり、
これによっても構成が簡略化される。

次に、第３図に示す本発明第２実施例について説明する
。

この実施例は、マイク取付穴２５ｃを中間空間Ｃに開口
して形成して、中間空間Ｃ内の音を入力するようにモニ
タ用マイクロホン３を設置し、さらに、隔壁２５の各空
間Ｂ，Ｃ．Ｄに面した位置に吸音材２５ｈを貼り付けた
例である。尚、２５ａは空気抜き孔である。

従って、この第２実施例の場合、モニタ用マイクロホン
３は、消音スピーカ側空間Ｂもしくは副スピーカ側空間
Ｄから両スピーカ１，２を通過して中間空間Ｃに侵入し
た外来音を入力する。尚、両スピーカ１，２のダイヤフ
ラム裏面ｉｆ，２ｆから放射される音は、逆位相である
ので相互に打ち消し合い、モニタ用マイクロホン３には
入力されない。

また、吸音材２５ｈにより音が吸収されるため、外来音
や両スピーカ１，２から放射された音の乱反射が抑制さ
れ、消音性能が向上する。

次に、第４図に示す第３実施例について説明する。

この第３実施例は、消音スピーカ３１と副スビー力３２
とのマグネットの共用化を図った例である。

即ち、マグネット３０が、ロツド３７に支持されて中間
空間Ｃの中央に配設されている。そして、このマグネッ
ト３０を挟んで対称的に、ダイヤフラム１ｂとダイヤフ
ラム２ｂが設けられている。

従って、コイルｌｃ，２ｃに通電して生じる磁界とマグ
ネット３０との吸引に基づき音を放射する。

このように、本実施例ではマグネット３０を共用化した
ことで、両スピーカ３１．３２の両ダイヤフラムｌｂ，
２ｂの間隔を狭くして、コンパクト化を図ることができ
る。

次に、第５図に示す第４実施例について説明する。

図において、６はカバーであって、椀形状に形成され、
周縁部にはパッド６ａか設けられ、椀底部（図中右側端
部）には、グリルを有した通音口６ｂが形成されている
。

前記カバー６内部は、隔壁４５により消音スビー力側空
間日と副スピーカ側空間Ｄとに仕切られている。

そして、隔壁４５の表面とカバー６の内面に吸音材４５
ｈ．６ｃが貼り付けられている。

また、モニタ用マイクロホン３は中間空間Ｃに面して取
り付けられている。

尚、他の構成は第３実施例と同様であるので説明を省略
する。

従って、この第４実施例では、騒音等の外来音は、主と
して、通音口６ｂから副スピーカ側空間Ｄに侵入し、両
スピーカ３１．３２を通過して耳腔Ｅに到達しようとし
、この外来音が消音スピ−カ３１から放射されるキャン
セル音により打ち消される。

この場合、消音スピーカ側空間日では、隔壁４５の表面
及びカバー６内面に設けられた吸音材４５ｈ，６ｃによ
り、消音スピーカ３１から放射されたキャンセル音や外
来音の乱反射が抑制され、消音性能が向上する。

また、副スピーカ側空間Ｄでは、副スピーカ３２から放
射された負副キャンセル音が、カバー６の内面で内側方
向に反射するのが抑制される。

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、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、実施例では、人が頭部に装着して外部騒音を取
り除くために使用するヘッドホンタイプのものを例とし
て示したが、本発明の適用範囲はこれに限られるもので
はなく、例えば、車両・船舶・航空機や工場・住宅等の
室内に設け、室内騒音等をキャンセルしたり、また、車
両の空調装置やその他産業機器等の機械騒音をキャンセ
ルしたりするのに使用するようにしてもよい。

また、本発明は、消音対象者をキャンセルするものであ
るから、消音対象者としては、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、隔壁をカバーに当接させて消音スピ
ーカ側空間と副スピーカ側空間とを完全に画成した例を
示したが、低周波域の音の回り込みを所望量だけ規制で
きるのであれば、両空間を完全に画成しなくても、両ス
ピーカの外周位置で一部画成するだけでもよい。

（発明の効果）以上説明したように本発明のアクティブ・ノイズ・キャ
ンセラーでは、両スピーカから放射される音の影響を受
けることがなく、消音対象者のみを入力することが可能
となって、それにより消音性能の向上を図ることができ
るという効果が得られる。

また同時に、モニタ用マイクロホンを消音スピーカに近
接させて配置することが可能となり、これによっても、
消音性能の向上を図ることができると共に、フィードバ
ック回路等の構成が不要となり構成の簡略化を図ること
ができるという効果が得られる。

しかも、本発明では、モニタ用マイクロホンが消音スピ
ーカの音場を乱すことがなく、これにより、特に、波長
の短い高周波域の消音性能を向上させることができる。

加えて、本発明では、隔壁によって、負キャンセル音や
副キャンセル音や負副キャンセル音の消音スピーカ側空
間への回り込みを防止して、キャンセル音の低周波域出
力を向上し、低周波域での消音性能を向上させることが
でき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（一部省略）、第２図は第
１実施例アクティブ・ノイズ・キャンセラーによる消音
スピーカのキャンセル音並びに負キャンセル音及び外部
騒音を示す特性図、第３図は本発明第２実施例アクティ
ブ・ノイズ・キャンセラーの要部構成を示す断面図、第
４図は本発明第３実施例アクティブ・ノイズ・キャンセ
ラーの要部構成を示す断面図、第５図は本発明第４実施
例のアクティブ・ノイズ・キャンセラーの要部構成を示
す断面図である。１１２２Ｂ・・・消音スピーカ側空間Ｃ・・・中間空間Ｄ・・・副スピーカ側空間ａ・・・キャンセル音ｂ・・・副キャンセル音１・・・消音スピー力ｅ・・・ダイヤフラム表面（正圧面）ｆ・・・ダイヤフラム裏面（負圧面）２・−・副スピーカｅ−・ダイヤフラム表面（正圧面〉ｆ・・・ダイヤフラム裏面（負圧面）３・・・モニタ用マイクロホン４・・・騒音キャンセル回路５・・・隔壁２５・・・隔壁３１・・一消音スピーカ３２・・・副スピーカ４５・・・隔壁

Claims

【特許請求の範囲】１）正圧面から所定のキャンセル音を放射する消音スピ
ーカと、該消音スピーカの負圧面側に、正負一方の面を対向させ
て設けられた副スピーカと、両スピーカから放射される音が打ち消し合う位置に配設
されて消音対象者を入力するモニタ用マイクロホンと、前記消音スピーカの正圧面からモニタ用マイクロホンの
入力音とは逆位相のキャンセル音を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、副スピーカの正負
一方の面から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、両スピーカの外周に設けられ、消音スピーカの正圧面側
の消音スピーカ側空間と、両スピーカの間の中間空間と
、副スピーカの正負他方の面側の副スピーカ側空間とを
画成した隔壁と、を備え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。