JPH0732505B2

JPH0732505B2 - ヘツドホーン装置

Info

Publication number: JPH0732505B2
Application number: JP7358494A
Authority: JP
Inventors: アマー・ジー・ボーズ
Original assignee: Bose Corp
Current assignee: Bose Corp
Priority date: 1994-04-12
Filing date: 1994-04-12
Publication date: 1995-04-10
Anticipated expiration: 2010-04-10
Also published as: JPH06343195A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般にはヘッドホーン
に関し、更に詳細には歪を減少させると共に利用者によ
って感知するものが変わらない比較的一定の周波数応答
を供給しながら雑音を減少させる新規な装置及び技術に
関する。本発明は、頭にカップを押しつける力によって
頭に過度の圧力を与えずに快適に装着できる比較的コン
パクトなヘッドホーンによって前記特徴を達成する。

【０００２】

【従来技術】雑音を減衰させる従来の典型的方法は、高
い質量、大きい容積で、頭に大きい圧力を及ぼすばね支
持装置を有するヘッドホーンを使用している。高質量
は、加速度に抵抗しヘッドホーン壁の構造的剛性に寄与
する慣性を増加させる。高圧力は空気の漏れなしに密閉
した低周波数の減衰を増大させる効果がある。大きい容
積のコンプライアンス性空気空洞は高周波ロールオフを
与える。しかし、これらの技術の殆んどは利用者に対す
る不快を増大させる。

【０００３】従来の能動的雑音消去技術はヘッドホーン
の外部のマイクロホンを利用して外部雑音を変換する方
法を含む。次に電気装置が、雑音信号に対してヘッドホ
ーンにより生じさせられる減衰と同様に変換された雑音
信号を処理してヘッドホーン・ドライバに逆の位相にさ
れた信号を供給して外部雑音をキャンセルする。この方
法は異なった利用者には適用できないオープン・ループ
・システムで、ヘッドホーン内部の雑音レベルを実際増
大させる可能性がある。別の方法は、閉ループ又はサー
ボ機構を使用するもので、例えば、Ｎational Ｔechni
cal Ｉnformation Ｓerviceにより頒布されたレポー
トＡＢ−Ａ００９２７４に記載される、１９７５年４
月のＰatrick Ｍichael Ｄallostaによる「ＡＳＴＵ
ＤＹＯＦＰＲＯＰＯＳＥＤＥＡＲＰＲＯＴＥＣ
ＴＩＯＮＤＥＶＩＣＥＳＦＯＲＬＯＷＦＲＥＱ
ＵＥＮＣＹＮＯＩＳＥＡＴＴＥＮＵＡＴＩＯＮ」が
ある。米国特許第３,００９,９９１号はフイードバック
・ループ内のスピーカのダイヤフラムのすぐ近くに設け
られる速度感知マイクロホンを開示する。米国特許第
３,５６２,４２９号は可動フイードバック、遠隔音響フ
イードバック及びヘッドホーンの周囲のフイードバック
を開示する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、前述の問題を改善したヘッドホーン装置を提供する
ことである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ヘッド
ホーン空洞を画定する手段及びその空洞内に設けられる
圧力感知マイクロホン等の電気音響変換手段を有し、外
部雑音と、同じ空洞内でヘッドホーン・ドライバによっ
て発生される音との、和に対応する信号を提供する。ま
た、その変換された信号を再生されるべき所望の入力信
号と組合せる手段を有し、雑音を表わす誤差信号及び再
生されるべき入力信号とその空洞内のヘッドホーン・ド
ライバの出力との差を発生する。組合せ手段を含むサー
ボ手段が、これらの誤差信号を補償して、外部雑音及び
歪を著しく減少させた出力音響信号を耳に与え、また、
再生されるべき所望の信号が加えられる入力と耳との間
にほぼ一様な周波数応答を与える。

【０００６】耳とヘッドホーンの間にはクッション手段
が設けられ、顕著な漏れを防止し、圧力場における感知
し得る発散を防止する。クッション手段は、充分に柔軟
性があり、不規則な耳の形に適応して望ましい封止を行
ない、また充分に高い密度及び流動抵抗を有し、画定さ
れる空洞部分が剛性の壁を有するほぼ理想的空洞として
機能して、空洞壁における圧力波が零速度の境界条件を
満たし、空洞を横切る最大距離よりもかなり大きい波長
に対して圧力振幅がほぼ一定になるようにしている。電
気音響変換手段は、ヘッドホーン・ドライバ手段に近接
して耳の近くの空洞内の圧力に応答するように配置され
る。好適には、ヘッドホーン・ドライバ手段は関連のオ
ーディオ周波数範囲でピストンとして作動するダイヤフ
ラムから成る。ダイヤフラムを横断するスパンは、例え
ば円形ダイヤフラムではその直径で、望ましくは小さ
く、例えば動作オーディオ周波数の最高周波数における
１／３波長よりも小さい。

【０００７】

【実施例】本発明を実施例に従って詳細に説明する。

【０００８】図１を参照すると、本発明のヘッドホーン
を耳につけた状態の概略が示される。マイクロホン１１
は空洞１２内にヘッドホーン・ハウジング１３、ドライ
バ１７及びドライバ・ダイヤフラム１４と同軸上に配置
され、外耳１６とヘッドホーンのクッション支持部２１
との間の領域はクッション１５が封止する。マイクロホ
ン１１は外耳道１８の入口に近接して、マイクロホン１
１における圧力波の振幅が外耳道１８の入口とほぼ同一
となるように配置される。空洞１２は、圧力がその空洞
全体に亘って実質的に一定となるように小さくされる。
この目的を達成するため、クッション１５は機械的コン
プライアンスが高く、また高流動抵抗、高密度を有し、
軸方向断面積はダイヤフラム１４とほぼ等しく、そして
空洞１２の周囲のクッション１５の軸方向環状断面積よ
りも小さい。ヘッドホーン・ハウジング１３は、図１に
示すように、摩擦性ポール・ジョイント２２によって周
知の態様で弾力性ヘッドバンド２３に結合される。

【０００９】ヘッドホーン・クッション１５の代表的材
料は復元するのが遅い連続気泡（ｏｐｅｎｃｅｌｌ）
ウレタンフォーム（発泡体）である。クッション１５
は、比較的大きな面積に亘って外耳１６を押え、充分に
大きい面積について良好な封止を維持するのに必要な力
を分散して有効に密閉し、耳への圧力を充分低くして利
用者を不快にさせないようにしている。連続気泡高流動
抵抗材料は、耳の不規則形に適合する連続気ほう材料の
機械的長所を示すと同時に、ミドル・レンジの所定周波
数、例えば２ＫＨz以上のスペクル成分を著しく減衰さ
せる点で独立気泡（ｃｌｏｓｅｄｃｅｌｌ）材料の音
響的長所を有する。また、空洞内の圧力をこの周波数範
囲で実質的に一定に維持する。流動体を満たしたクッシ
ョンも、また、これらの特性を有している。このような
本発明の構成は、従来のような低周波信号をごくわずか
減衰させる耳の周囲の密閉又は連続気泡低流動抵抗クッ
ションを保持するのに必要な力に応答して発生される頭
上の高圧力を伴う大きな空洞を設けるものとは相違す
る。このような従来の空洞は大きな圧力場における発散
によって特徴づけられ、一定の音圧レベルを発生するの
に本発明による小さな空洞よりも大きなダイヤフラムの
偏倚運動が必要となる。このように、本発明の利用者に
より快適さを与える小さなセットでより良い音響効率を
達成することができる。

【００１０】図２を参照すると、本発明による装置の論
理構成を示すブロック図が示される。信号結合器３０は
入力端子２４のヘッドホーンによって再生されるのに望
ましい信号をマイクロホン・プリアンプ３５によって与
えられるフイードバック信号と代数的に結合する。信号
結合器３０はその結合された信号を圧縮器３１に供給
し、この圧縮器は高レベル信号のレベルを制限する。そ
してこの圧縮器はその圧縮された信号を補償器３１Ａに
送出する。補償回路３１Ａはオープン・ループ・ゲイン
をナイキストの安定判別法に適合させ、ループが閉じた
とき発振しないようにする。図示の装置は左及び右の耳
に対し同様に作られる。

【００１１】電力増幅器３２はヘッドホーン・ドライバ
１７を付勢して空洞１２内に音響信号を発生し、その信
号は音響入力端子２５の領域から空洞に入る外部雑音信
号と円３６で示す部分で結合され、その結合された音圧
信号はマイクロホン１１に加えられそこで変換される。
マイクロホン・プリアンプ３５は変換された信号を増幅
しそれを信号結合器３０に伝送する。

【００１２】補償回路３１Ａは、ループ・ゲインＴ
（ｓ）が図４の曲線２０で示すように４０〜２０００Ｈ
zで最大となる(オープン・ループ)ように設計される。
このループ・ゲインはＰ（ｓ）＝(ＣＢＤＥＭＡ)で表さ
れ、ここでＤＭはドライバ１７への電気入力に対するマ
イクロホン１１の電気信号出力の伝達関数であり、Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｄ及びＭは夫々、マイクロホン・プリアン
プ３５、電力増幅器３２、圧縮器回路３１、補償回路３
１Ａ、ドライバ１７及びマイクロホン１１の伝達特性で
ある。このループ・ゲインは、利用者の頭の相異及び頭
からはずすことを含め、異なった条件で安定性を確保す
るのに充分な位相マージン及び振幅マージンを考慮して
最大にされている。

【００１３】電気入力から圧力出力への閉ループ伝達関
数Ｐ_Oは、外耳道への入口においてＰ_O／Ｖ_I＝Ｔ_u＝ＣＢＤＥ／(１＋ＣＢＤＥＭＡ) である。周波数の関数としてのこの閉ループ伝達関数の
振幅は図４の曲線２１に対応する。Ｐ_Iが音響的雑音入
力に対応する場合の能動雑音減少量は (Ｐ_O／Ｐ_I)＝Ｎ_R＝１＋ＣＢＤＥＭＡ＝１＋Ｔ（ｓ）である。

【００１４】図３を参照すると、中耳をシュミレートし
たマイクロホンによって測定した実際の雑音減少を表わ
す曲線２３がオープン・ループ・ゲインに１を加えて得
られる理論値の曲線２４と比較して示される。

【００１５】図５及び図６を参照すると、本発明の好適
実施例の理論構成を示すブロック図が示される。便宜
上、１〜６の数字で示す６個のブロックで表わし、補償
回路ブロック２をさらにサブブロック２ａ、２ｂ、２ｃ
に分け、圧縮器ブロック５を更に５個のサブブロック５
ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ及び５ｅに分ける。図５及び図６
のブロックを形成する回路部は図７及び図８に破線の境
界で示される。当業者は図７及び図８の回路を組立るこ
とによって本発明を実施することができるので、あまり
詳細な説明は不要であろう。次に図５、図６及び図７、
図８を参照して本発明の一実施例を説明する。

【００１６】加算器／マルチプライヤ１は入力端子２４
からの入力オーディオ信号と増幅器３５から与えられる
フイードバック信号とを受ける加算器３０を有する。加
算器３０は、図７及び図８に示すように、通常の反転加
算増幅器の形態に接続される演算増幅器で実現される。
一対の類似の入力抵抗の接続点とシステム・グランドと
の間に接続されるコンデンサは高周波信号成分をシステ
ム・グランドにシャントする。アナログ・スイッチＵ３
０４の半分は残った低周波数成分を集積回路Ｕ１０２の
入力の仮想グランドに伝送する。圧縮器ブロック５から
のＭＯＤライン上の変調信号はスイッチを５０ＫＨｚの
速度でＯＮ−ＯＦＦさせる。各サイクルにおけるスイッ
チの閉じる時間を制御して乗算を行う。５０ＫＨｚより
も非常に小さい帯域幅のスペクトル成分によって特徴づ
けられる信号に対しては、スイッチは変調信号波形のデ
ュテイ・サイクルに比例した大きさのインピーダンスと
して考えられることができる。通常の動作においては、
スイッチは殆どの時間閉じられる。圧縮器５が非常に大
きい入力振幅を検出すると、デュテイ・サイクルは低下
しその入力信号の低周波スペクトル成分を減衰させる。

【００１７】直列接続された抵抗及びコンデンサは高周
波信号成分をＵ１０２の入力に直接伝送し乗算動作によ
って影響を受けないようにしている。

【００１８】加算器／マルチプライヤブロック１の出力
は補償ブロック２に送られ、該補償ブロックは全体のル
ープ・ゲインをそれ程低下させずにフイードバック・ル
ープの安定性を保証する振幅及び位相特性によって特徴
付けられるアクテイブ・フイルタから構成される。区分
２ｃは高周波で適当なロールオフを有するゲインを与え
る。区分２ａ及び２ｂは夫々低周波及び高周波のクロス
オーバ点でのループ・ゲインの位相応答を補償する。こ
の補償の好ましい形態の原理は後述するが、発振を防止
する安定性を維持すると同時に殆どの声のスペクトル成
分を含む周波数帯における高ゲインをもたらす。

【００１９】電力増幅器ブロック３は補償ブロック２か
らの出力信号を受ける。区分３ｂは個別の出力電流バッ
ファを有する周知の非反転増幅器である。区分３ａは、
簡単なダイオード・リミッタで、破壊的電力消費レベル
がドライバにかからないように保護する。発光ダイオー
ドはリミッタ動作が生じているとき発光する。好適には
入力はＡＣ結合で前段からＤＣオフセットを除去する。

【００２０】ドライバ／マイクロホン／耳システム・ブ
ロック６は図７及び図８には示していない。ドライバ１
７は電力増幅器ブロック３から増幅された信号を受け、
耳１６によって感知されそしてマイクロホン１１によっ
て変換される音響信号を発生する。クッション１５の不
完全な密閉は低周波ロールオフを生じさせる。数ＫＨｚ
を越す周波数での複数の共振を生じさせる複合構造が、
また、ブロック６の特徴である。更に、ドライバ１７か
らマイクロホン１１への伝搬遅延及びドライバ１７の分
散された源特性によって過度の位相シフトが生じる。し
かし、システムの構成要素が共動して、これらの不均一
な特性を補償し、入力端子２４と外耳道１８との間にほ
ぼ一様な閉ループ周波数応答を生じさせる。

【００２１】マイクロホン・プリアンプ・ブロック４
は、マイクロホン１１から変換された信号を受ける、非
反転ゲインとなるように接続された低ノイズ演算増幅器
である。増幅器及びゲインはマイクロホンの自己雑音が
優勢となるように選ばれ、それによってシステムのエレ
クトロニクスが耳１６における雑音レベルに与える影響
を最小限にする。ツエナーダイオードはエレクトレット
・マイクロホン１１に対するバイアス電圧Ｖ_CCを供給す
る。加算器／マルチプライヤブロック１の増幅器３５は
マイクロホン・プリアンプ４によって与えられる増幅さ
れた信号を受ける。

【００２２】圧縮器ブロック５は、入力端子２４におけ
る信号とマイクロホン・プリアンプ４の出力におけるフ
イードバック信号との両方をモニタし、加算器／マルチ
プライヤブロック１の低周波ゲインを変調する変調信号
をＭＯＤラインに供給する。区分５ａは左及び右チャン
ネルの両方のフイードバック信号と入力信号を加算す
る。折点周波数（典型的には４００Ｈｚ）を有するロー
パス・フイルタはその結合した信号を全波整流のため選
択的に伝達する。区分５ｂは整流された信号を高速アタ
ック（ａｔｔａｃｋ）時間及び遅いディケー（ｄｅｃａ
ｙ）時間で平均化し、左及び右ループの両方の低周波ス
ペクトル・エネルギに比例する出力信号を供給する。区
分５ｃは後者の信号をオフセットを有する比例電流に変
換し、そのゲイン及びオフセットはポテンショメータで
制御される。

【００２３】区分５ｄは区分５ｃから出力電流信号を受
け、ＭＯＤラインに５０ＫＨｚの変調信号を与える。図
７の集積回路Ｕ３０５は、集積回路Ｕ３０６をトリガし
その出力を２０マイクロ秒毎にグランドにリセットする
５０ＫＨｚクロック・パルス源から成る。集積回路Ｕ３
０６のピン２のコンデンサ電圧区分５ｃによって与えら
れる出力電流に比例する速度で閾値レベルに達する迄リ
ニアに低下し、集積回路Ｕ３０６の出力スイッチを高レ
ベルに切換え、端子２のコンデンサ電圧をリセットして
再びトリガされる迄正電源電圧にする。加算器／マルチ
プライヤブロック１のアナログ・スイッチは制御ピン１
及び８のグランド電位に対して閉じられるので、低周波
数に対する加算器／マルチプライヤゲインは区分５ｃに
よって与えられる電流レベルに反比例する。大きな電流
は集積回路Ｕ３０６のピン２のコンデンサ電位を閾値レ
ベルに高速で到達させ、アナログ・スイッチＵ３０４は
それに対応して短時間で閉じられる。区分５ｅは圧縮量
を表示するＬＥＤバー・グラフ・ディスプレイを駆動す
る。低周波スペクトル成分は典型的入力信号の大部分を
伝達させるので、低周波を感知しそれにのみ従って動作
すれば充分である。

【００２４】要約すれば、本システムは２つの入力信号
を有するサーボシステムとして考えることができる。第
１の入力は再生されるべきオーディオ電気信号である。
第２の入力は耳の周囲の音響雑音信号である。本システ
ムの出力は耳に発生される音響信号である。フイードバ
ック信号は外耳道への入口における瞬時的音圧に比例す
る電圧である。この音圧はドライバによって供給される
音と周囲の音響雑音との組合せである。小さいエレクト
レット・マイクロホン１１はこの信号を変換し、プリア
ンプ・ブロック１がこれを増幅し、加算器／マルチプラ
イヤブロック１がこのフイードバック信号を入力オーデ
ィオ信号と加算して、耳への実際の音圧と所望の音圧と
の差を表わす誤差信号を供給する。所望の音圧は入力オ
ーディオ信号に比例する。補償ブロック２は誤差信号の
スペクトル成分を選択的に伝送しループの安定性を確保
する。増幅器ブロック３はその補償された信号を増幅
し、その信号をドライバ１７に送り所望のオーディオ入
力信号に対応する音圧を耳のところで発生する。こうし
て、フイードバック・ループが能動である周波数範囲に
亘って、ループがドライバ／マイクロホン／耳システム
のスペクトル・カラーレーション（ｃｏｌｏｒａｔｉｏ
ｎ）に対する補正を行ない周囲雑音をキャンセルする。
補正量はループが供給することができる安定したゲイン
の大きさに関係する。圧縮器ブロック５は加算器／マル
チプライヤブロック１のマルチプライヤ部分と共動して
入力オーディオ又は音響信号がループを駆動し過ぎてク
リップすることを防止する。

【００２５】以上、本システムの好適実施例を説明した
が、次にサブシステムとその特徴について説明する。圧
縮器ブロック５は圧縮時のアーティファクト（ａｒｔｉ
ｆａｃｔ）を減少させ非線形発振を回避する特別の利益
ある形態で実施される。従来の圧縮器は典型的に基本的
形式、ｎ対１圧縮及び閾値圧縮に分類される。ｎ対１圧
縮器は各ｎｄＢの入力レベルに対して出力レベル１ｄＢ
の変化を生じる。閾値圧縮にある閾値以下の入力信号に
対してリニアで、この閾値を越えるとｎ対１圧縮比とな
り、この比が閾値レベル以上で無限となることがあり平
均出力レベルを制限してしまう。

【００２６】ｎ対１圧縮器は、雑音の多い通信チャンネ
ルを通して伝送する信号又は雑音の多い媒体に記録する
信号を圧縮し、次に検波後に圧縮された信号を伸長し
て、記録又は通信チャンネル雑音が伸長後に著しく減衰
した状態で最初のダイナミック・レンジに復原する圧伸
器に、広く使用される。閾値圧縮器は、適切に設計され
る場合ｎ対１圧縮器よりも出力信号における不所望なア
ーティファクトが少ないため信号が後で伸長されないよ
うなシステムに一般に使用される。

【００２７】閾値以上で無限の圧縮比を有する閾値圧縮
器は、典型的にはフイードバック・ループを設けて作成
される。もし圧縮器ゲイン及び圧縮器のアタック及びデ
ィケー時間定数が注意深く選択されないと、著しく不所
望な可聴音が特に閾値のすぐ上の入力レベルに対して生
成され、システムは発振を起こす場合があり、それによ
って不快な可聴音が発生される。

【００２８】本発明は、閾値以上で無限の圧縮比を有す
る従来の閾値圧縮器に改良を加えるものである。図９は
ブロック５で実施される装置の論理構成を示すブロック
図である。この装置は端子５１の入力信号Ｘに応答し、
端子５２に圧縮された信号Ｙを供給する。除算器５３の
被除数入力は入力端子５１に接続される。入力端子５１
は、また、全波整流器５４の入力にも接続される。全波
整流器５４の出力は平均化ローパス・フイルタ５５の入
力に接続され、このフイルタはアタック応答時定数より
も非常に大きいディケー応答時定数によって特徴づけら
れる。平均化ローパス・フイルタ５５の出力（Ｘ）は圧
縮器ゲインＫを有する増幅器５６の入力に接続される。
加算器５７はその一方の入力に信号Ｋ₀を受けて除算器
５３の除数入力に除数信号を与える。除算器５３は、圧
縮された出力信号Ｙを供給する出力増幅器５８の入力に
商信号Ｘ／ａを与える。

【００２９】スタティック信号、例えば正弦波に対して
は入力−出力ゲインはＹ／Ｘ＝１／（Ｋ₀＋Ｋ（Ｘ））
となることがわかる。図１０はこの圧縮特性を示すグラ
フである。この特性は、小さい信号に対してはＹ／Ｘ＝
１／Ｋ₀＝一定で、大きい信号に対してはＹ／Ｘ＝１／
ＫＸ又はＹ＝１／Ｋとなる、閾値以上で無限の圧縮比を
有する閾値圧縮器の特性に類似している。しかし、本発
明による圧縮器は従来の圧縮器と比較して少なくとも２
つの利点がある。圧縮しない状態から完全な圧縮への移
行がスムーズに行われるので、複雑な入力信号、例えば
音楽に対して可聴圧縮生成音が少ない。更に、フイード
バックがないので非線形な発振が生じ得ない。

【００３０】ここで好適な圧縮形態について説明する。
ゲインＡ（ω）の減衰が周波数範囲全体について知られ
ている場合には、最小位相回路網に対する位相φ（ω）
は一義的に決定され、同様に、φ（ω）が周波数範囲全
体について知られているときは、Ａ（ω）はｓ又はｐ平
面の右半分において極及び零点がない「最小位相」関数
について一義的に決められる。既に知られているこの特
性は、Ｍ．Ｉ．Ｔ．ＲＡＤＩＡＴＩＯＮＬＡＢＯＲＡ
ＴＯＲＹＳＥＲＩＥＳのｖｏｌ．２５「Ｔｈｅｏｒｙ
ｏｆＳｅｒｖｏｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ」の§４．９
「ＡＴＴＥＮＵＡＴＩＯＮＰＨＡＳＥＲＥＬＡＴＩ
ＯＮＳＨＩＰＳＦＯＲＳＥＲＶＯＴＲＡＮＳＦＥＲ
ＦＵＮＣＴＩＯＮＳ」に記載されている。この関係
は、最初、ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉ
ｃｓａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，１９３２年６月におけ
るＹ．Ｗ．Ｌｅｅの論文で報告され、Ｂｏｄｅによる
「ＮＥＴＷＯＲＫＡＮＡＬＹＳＩＳＡＮＤＦＥＥ
ＤＢＡＣＫＡＭＰＬＩＦＩＥＲＤＥＳＩＧＮ」
（Ｄ．ＶａｎＮｏｓｔｒａｎｄＣｏ．ニューヨー
ク，１９４５）のXIV章の「Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｂｅ
ｔｗｅｅｎＲｅａｌａｎｄＩｍａｇｉｍａｒｙ
ＣｏｍｐｏｍｅｎｔｓｏｆＮｅｔｗｏｒｋＦｕｎ
ｃｔｉｎｓ」において検討された。前述の「Ｔｈｅｏｒ
ｙｏｆＳｅｒｖｏｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ」の§４．
８には、「減衰−位相」形の分析が、サーボ設計問題に
対する最も満足のいくアプローチとして記載され、フイ
ードバック・カットオフ周波数における位相マージンの
判定基準が、システム安定性の良好な実際的基準は少な
くとも３０°望ましくは４５°以上にすべきであるとし
て述べられている。カットオフ以上ではオクターブ当た
り６ｄｂに対して、この節には、ゲインＡが１（ｌｏｇ
Ａ＝０）である周波数はカットオフ周波数よりも少な
くとも２１/２オクターブにして充分な位相マージン
をとるべきであると説明されている。

【００３１】位相マージンを設ける目的は、不所望な発
振を続けさせ得る状況を回避し、外部雑音を増幅するピ
ーキングを除去することである。ゲインが１の周波数ｆ
_cと折点周波数との間にそのような広い領域を設ける欠
点は、その周波数範囲内のスペクトル成分に対する負帰
還の望ましい効果が著しく低下してしまうことである。
本発明は、この欠点を、関連の周波数帯において安定性
を維持しながら高いオープン・ループ・ゲインを与える
状態で回路網を結合することによって、単位ゲインの周
波数ｆ_cにおいて適切な位相マージンを与えるようにし
て減衰又はゲイン特性と位相特性との両方を確立する。

【００３２】本発明は、ゲインが零に落ちるところの周
波数ｆ_cにおける安定した位相マージンを確立すると同
時に、通過帯又は複数の端部において任意の傾斜を有す
るオープン・ループ・ゲイン又は減衰周波数応答によっ
て特徴づけられる補償手段を含んでいる。これらの原理
は後述する例示によって更に理解される。

【００３３】図１１（ａ）及び図１１（ｂ）を参照する
と、通常の一次特性を有する演算増幅器のゲイン又は減
衰及び位相特性のグラフが示される。ゲインは半電力又
は折点周波数ω₀までは一定で、その後オクターブ当た
り６ｄｂでリニアに低下する。図１２（ａ）及び図１２
（ｂ）を参照すると、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に
示す減衰及び位相特性を、本発明の原理を適用して修正
し、ほぼ同じ位相マージンを維持しながらｆ₀以上でよ
り大きいループ・ゲインを達成するグラフが示される。
これは、ｆ₀を越えるｆ₁での折点に破線で示す部分を加
え、オクターブ当たり１２ｄｂの傾斜を設けることによ
って達成される。図１２（ｂ）の破線で示す修正された
位相特性はほぼπ／２の位相マージンを有している。

【００３４】図１３を参照すると、伝送帯域の両側にオ
クターブ当たり６ｄｂの傾斜を有するより慣用的なアプ
ローチに対するゲイン又は減衰の修正を表す破線を示し
た修正されたバンドパス応答が示される。これらの補償
回路は、適当な位相マージンを有しながら、ゲインが１
の臨界周波数ｆ_cに近い周波数での傾斜よりも大きな振
幅の折点周波数に近い傾斜を有する。

【００３５】図５、図６及び図７、図８のブロック２の
補償回路はこれらの原理を実施したものである。そのル
ープ補償はオープン・ループ・ゲイン曲線からの指針に
従っていることがわかる。図４において、折点周波数
（５００Ｈｚ）以後の傾斜は１８ｄｂ／オクターブであ
る。区分２ａの回路網は８０Ｈｚで零点を有し、９２Ｈ
ｚで極を有し、夫々０．５６及び１．１の減衰定数を有
する。区分２ｂの高周波回路は、３．１ＫＨｚで零点を
７．３ＫＨｚで極を有し、夫々０．４９及び１の減衰定
数を有する。区分２ｃの回路及びローパス・フイルタは
１．６ＫＨｚ及び３．４ＫＨｚで零点を１６０Ｈｚ、３
２０Ｈｚ、８００Ｈｚ及び３４ＫＨｚで極を有する。

【００３６】以上本発明を実施例に従って説明したが、
本発明の範囲内で多くの変更及び修正が可能であること
は当業者には明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明によるヘッドホーンを耳に装着
した状態の（ｂ）の線１−１からの断面図として示す。
（ｂ）は、そのヘッドホーンを耳の方から見た平面図で
ある。

【図２】本発明によるサーボ・システムの論理構成を示
すブロック図である。

【図３】本発明により達成される雑音減少測定値を論理
的雑音減少と比較して示すグラフである。

【図４】サーボ・システムのオープン・ループ・ゲイン
と閉ループ・ゲインを共通の周波数目盛で示すグラフで
ある。

【図５】本発明の好適実施例の論理構成を示すブロック
図である。

【図６】本発明の好適実施例の論理構成を示すブロック
図である。

【図７】図５及び図６のブロック図を実行する電気回路
の回路図である。

【図８】図５及び図６のブロック図を実行する電気回路
の回路図である。

【図９】圧縮器の好適な論理構成を示すブロック図であ
る。

【図１０】図９に示す圧縮器の圧縮特性を示す。

【図１１】（ａ）、（ｂ）は、第１次特性を有する通常
の演算増幅器のゲイン及び位相特性である。

【図１２】（ａ）、（ｂ）は、図１１に示す特性を本発
明に従って修正した特性を示す。

【図１３】本発明に従って修正したバンドパス応答を示
す。

【符号の説明】

１１マイクロホン１２空洞１３ハウジング１４ダイヤフラム１５クッション１６外耳１７ドライバ３０信号結合器３１圧縮器３１Ａ補償回路３２電力増幅器３５マイクロホン・プリアンプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動可能なダイヤフラムを有し、入力電
気信号を音響出力信号に変換するドライバ手段と、クッション支持ブラケットを有し、前記ドライバ手段を
支持するハウジング手段と、前記クッション支持ブラケットと係合し、前記ダイヤフ
ラムを収納する空洞を画定する中央開口が形成され、前
記クッション支持ブラケットと外耳との間を密閉し、前
記空洞とヘツドホーン装置の外部領域との間の空気の流
れを禁止して中間周波数範囲のスペクトル成分を著しく
減衰させるクッション手段と、前記ドライバ手段から離れ、前記空洞内の音響圧力信号
を対応する変換された電気信号に変換する電気音響変換
手段と、から構成され、前記電気音響変換手段が、前記
ダイヤフラムに近接するとともに前記クッション支持手
段から離れた空洞の端部に充分接近して、前記電気音響
変換手段が耳に近い前記空洞内の圧力に応答する、ヘツ
ドホーン装置。
【請求項２】前記電気音響変換手段と前記ダイヤフラ
ムとの間の距離が前記ダイヤフラムの直径よりも小さ
い、請求項１のヘツドホーン装置。
【請求項３】前記電気音響変換手段と前記クッション
支持ブラケットから離れた空洞の端部との間の距離が前
記ダイヤフラムを横切る最大スパンよりも小さい、請求
項２のヘツドホーン装置。
【請求項４】前記空洞の軸方向断面積が前記空洞を取
り囲みその空洞を画定するクッション手段の軸方向断面
積よりも小さい、請求項１のヘツドホーン装置。
【請求項５】振動可能なダイヤフラムを有し、入力電
気信号を音響出力信号に変換するドライバ手段と、クッション支持ブラケットを有し、前記ドライバ手段を
支持するハウジング手段と、前記クッション支持ブラケットと係合し、前記ダイヤフ
ラムを収納する空洞を画定する中央開口が形成され、前
記クッション支持ブラケットと外耳との間を密閉し、前
記空洞とヘツドホーン装置の外部領域との間の空気の流
れを禁止して中間周波数範囲のスペクトル成分を著しく
減衰させるクッション手段と、前記空洞内の音響信号を対応する電気信号に変換する電
気音響変換手段と、を有し、前記電気音響変換手段が、前記ダイヤフラムに
近接するとともに前記クッション支持手段から離れた空
洞の端部に充分接近して、前記電気音響変換手段が耳に
近い前記空洞内の圧力に応答し、更に、前記ドライバ手段に増幅された信号を供給する電力増幅
手段と、前記変換された信号を前記電力増幅手段に負のフイード
バックを行い、前記ドライバ手段からの信号成分を前記
空洞に発生してヘツドホーン装置の外部から空洞に入る
音響信号をキャンセルする手段と、を有する、ヘツドホ
ーン装置。
【請求項６】前記負のフイードバック手段が、負のフイードバックされた変換信号を前記空洞内で再生
されるべき所望の音響信号の入力信号特性と代数的に組
合せる組合せ手段から成り、更に、前記組合せ手段に結合される前記入力電気信号を受ける
入力端子と、前記組合せ手段によって供給される組合された信号を前
記電力増幅手段に結合して、前記入力信号を表す成分を
有する音響信号を空洞に与える手段と、を有する請求項
５のヘツドホーン装置。
【請求項７】前記電力増幅手段に組合された信号を結
合する手段が、所定の低いオーディオ周波数及び中間の
オーディオ周波数範囲に亘って最大ゲインを有するオー
プン・ループ・ゲインを達成する補償回路手段から成る
請求項６のヘツドホーン装置。
【請求項８】前記周波数範囲が約４０乃至２０００Ｈ
zである請求項７のヘツドホーン装置。
【請求項９】前記負のフイードバック手段が、ループ
ゲインによって特徴づけられるループ内にあり、該ルー
プが前記入力電気信号及び変換された電気信号とに応答
して前記ループゲインを減少させ可聴アーティファクト
及び発振を生ぜずに、過負荷及び可聴歪を防止する圧縮
器手段から成る請求項５のヘツドホーン装置。