JPH0753119Y2 - アクティブ・ノイズ・キャンセラー - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、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フピーカを設
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が入力されるようにしている。

（考案が解決しようとする課題） しかしながら、この先行技術では、外部騒音のキャンセ
ルのみ考慮されているが、キャンセルしない場合につい
ては何等考慮されていない。即ち、この先行技術のアク
ティブ・ノイズ・キャンセラーは、耳腔に装着して使用
するヘッドホンタイプのものであるが、使用時におい
て、時には外部騒音をキャンセルすることなく、必要な
音を聴きたい場合もある。この場合、ヘッドホンタイプ
のように耳腔全体を覆い、特に、消音スピーカと副スピ
ーカとの間を隔壁で完全に遮断したようなものである
と、騒音をキャンセルしない場合に聴ける外来音は、ヘ
ッドホンのカバーを通過したものであり、特に副スピー
カ側から到来する外来音は、両スピーカの振動膜を通過
したものしか伝達されず、聴きたい外部の音が十分に聴
きとれないという問題があるし、しかも、このようなも
のでは、通気性が低く、耳腔側で圧迫感や閉塞感を感じ
てしまうという問題もあった。

本考案は、上述のような問題に着目してなされたもの
で、騒音をキャンセルしない時には、外来音を十分に聴
けることができ、また、使用時に圧迫感や閉塞感を受け
ることのないアクティブ・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） 本考案のアクティブ・ノイズ・キャンセラーでは、耳腔
を覆うカバーに固定され、カバー内の空間を２つの空間
に画成する支持部材と、前記支持部材の耳腔側に支持さ
れ、使用者の耳腔に対し消音対象音とは逆位相のキャン
セル音を放射させる消音スピーカと、前記支持部材の外
来音側に前記消音スピーカとは対向配置で支持され、外
来音空間に対しキャンセル音と逆位相であって、使用者
の耳腔に対しキャンセル音と同位相に副キャンセル音を
放射する副スピーカと、前記支持部材に設けられ、両ス
ピーカから放射される音が打ち消し合う両スピーカから
等距離の対象面上に配設されて消音対象音を含む外来音
を入力する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に基づき、前記消音スピーカに対し
キャンセル音を放射させるキャンセル音発生信号を出力
すると共に、副スピーカに対し副キャンセル音を放射さ
せる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、前記支持部材に形成され、消音スピーカの耳腔
側空間である消音スピーカ側空間と、副スピーカの耳腔
とは反対側空間である副スピーカ側空間とを、両スピー
カの外周のうち両スピーカを支持する支持腕の部分を除
いて連通する連通路と、を設けた。

（作用） 本考案のアクティブ・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音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、モニ
タ用マイクロホンは、両スピーカから放射される音の影
響を受けることなく消音対象音のみを入力可能である
点、ハウリングの発生を防止して消音性能の向上を図る
ことができる点、モニタ用マイクロホンを消音スピーカ
に近接させて配置し消音性能の向上を図ることができる
点、モニタ用マイクロホンを消音スピーカの振動部材正
圧面の放射前面から外した位置に設置して高周波域の消
音性能を向上させることができる点については、先行技
術と同様である。

さらに、本考案のアクティブ・ノイズ・キャンセラーで
は、消音スピーカ側空間（耳側空間）と副スピーカ側空
間を連通する連通路を設けたことで、消音スピーカを耳
腔に向けた装着状態における通気性が向上し、圧迫感や
閉塞感がない。

また、カバー等を経て副スピーカ側空間に伝達された外
来音は、両スピーカの膜面等を通過するだけでなく、両
スピーカの外周位置に設けた連通路を通過して消音スピ
ーカ側空間へ伝達され、騒音をキャンセルしない時に
は、外来音を十分に聴くことができる。

従って、この連通路は断面積が大きい方が好ましい。

尚、連通路は、両スピーカのダイヤフラム等の振動部材
の振動による空間容積の変化を吸収するための、空気抜
き穴としても作用する。

（実施例） 以下、本考案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図は本考案第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はモニタ用マイク
ロホン、４は騒音キャンセル回路、５は支持部材であ
る。

前記消音スピーカ１は、消音対象音に向かってキャンセ
ル音を放射させるためのものであって、ハウジング1a,
ダイヤフラム1b,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がキャンセル音を放射する正
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1g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と同一のスピ
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1c,マグネット2dを有
し、ハウジング2aを消音スピーカ１のハウジング1aと面
対称的に対向させて、即ち、この副スピーカ２の負圧面
であるダイヤフラム裏面2fを消音スピーカ１のダイヤフ
ラム裏面1fに対向させて設けられている。尚、一点鎖線
Ａは両スピーカ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2g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６により覆われて
いて、両スピーカ1,2は、このカバー６の内側に支持部
材５で固定されている。よって、このカバー６内の空間
は、前記支持部材５によって、消音スピーカ１のダイヤ
フラム表面1eに面した消音スピーカ側空間Ｂと、両スピ
ーカ1,2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。また、カバー６の副スピーカ側空間Ｄ側の部位に
は、外来音ｃを入力するための開口部6aが形成されてい
る。

そして、前記支持部材５は、第３図に示すように、内側
に支持腕5dを有した環状に形成されていて、この支持腕
5dの先端に両スピーカ1,2が取り付けられている。ま
た、支持腕5d同士の間の部分は両スピーカ側空間B,Dを
連通する連通路が5bとして開設されていて、また、この
連通路5bと中間空間Ｃとは連通されている。

また、第１図に示すように、連通路5bに先端を突出させ
て前記モニタ用マイクロホン３が設置されている。

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、消音スピーカ１のダイヤフラム表面
1e側からモニタ用マイクロホン３の入力音とは略逆位相
のキャンセル音（第２図ａ）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、副スピーカ２のダイヤフラム裏面2fからキャンセル
音と同位相（副スピーカ２のダイヤフラム表面2e側では
キャンセル音と逆位相）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
る回路であって、前置増幅するプリアンプ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18
0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を与えている。

次に、作用を説明する。

本実施例のアクティブ・ノイズ・キャンセラーは、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、図示のように耳腔Ｅにあてて使用する。また、こ
の実施例では、外来音が全て騒音とし、この外来音を全
て消音対象音として除去する場合を説明する。

この場合、外来音（外部騒音）ｃは、主としてカバーの
開口部6aから副スピーカ側空間Ｄを通り、連通路5bを経
てモニタ用マイクロホン３に入力される。尚、それ以外
にもカバー６を経て消音スピーカ側空間Ｂからも入力さ
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に向け第２図に示すよ
うなキャンセル音ａが放射され、使用者の耳腔Ｅへ伝わ
る外来音ｃ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のダイヤフラム裏面（負圧
面）1fからは、第２図に示すようなそれとは逆位相の負
キャンセル音ｂが放射される。

一方、副スピーカ２では、キャンセル音発生信号ｅとは
逆位相の副キャンセル発生信号ｆ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からのキャンセル音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、両音が打ち消し合っ
て０となる。

従って、モニタ用マイクロホン３では、外部騒音ｃ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。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
い入力穴5b内に設置しているので、使用者の耳腔Ｅに近
く耳腔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構成が簡単であると
いう効果が得られる。

また、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
ニタ用マイクロホン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。

さらに上述の効果に加え、本実施例では、支持部材５に
連通路5bを大きく形成しているため、通気性が向上し、
それにより、圧迫感、閉塞感を感じないという効果が得
られる。

また、外来音ｃを聴くためにキャンセル音ａの放射を停
止させた場合には、カバー６の開口部6aから副スピーカ
側空間Ｄに入力された外来音ｃが連通路5bを通って消音
スピーカ側空間Ｂに十分に伝わり、容易にはっきりと聴
き取ることができる。

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、本考案の
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
考案に含まれる。

例えば、実施例では、支持部材に連通路を形成した例を
示したが、支持部材自体を例えばロッド状のもの等のよ
うな小さなものを用いて、残った空間を連通路としても
よい。また、連通路としては、少なくとも両スピーカの
ダイヤフラムのような振動部材の変位を許容するための
空気穴よりも大きな断面積であれば、両スピーカを隔壁
で遮断したものよりもはっきりと外来音を聴き取れるよ
うにするという目的は達成することができる。

また、本考案は、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。

（考案の効果） 以上説明してきたように、本考案のアクティブ・ノイズ
・キャンセラーにあっては、キャンセル音と副キャンセ
ル音が打ち消し合う位置、即ち、消音スピーカと副スピ
ーカから等距離の対象面上にモニタ用マイクロホンを設
けたため、先行技術と同様に、先行技術と同様に、消音
対象音のみを入力することができ、かつハウリングの発
生を防止でき、かつ、モニタ用マイクロホンをキャンセ
ル音の放射全面から外した位置で消音スピーカに近接配
置できることで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。

加えて、本考案のアクティブ・ノイズ・キャンセラーに
あっては、耳腔を覆うカバーに固定され、カバー内の空
間を２つの空間に画成する支持部材に形成され、消音ス
ピーカの耳腔側空間である消音スピーカ側空間と、副ス
ピーカの耳腔とは反対側空間である副スピーカ側空間と
を、両スピーカの外周のうち両スピーカを支持する支持
腕の部分を除いて連通する連通路を設けたため、通気性
が向上して、使用に際して圧迫感や閉塞感がないという
効果が得られ、また、連通路により外来音が十分に消音
スピーカ側空間へ伝達されるため、騒音をキャンセルし
ない場合には、外部の音を十分聴き取ることができると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案第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実施例アク
ティブ・ノイズ・キャンセラーによるキャンセル音並び
に負キャンセル音及び外部騒音を示す特性図、第３図は
本考案第１実施例のアクティブ・ノイズ・キャンセラー
の要部を示す斜視図である。 ａ……キャンセル音 Ｂ……消音スピーカ側空間 Ｄ……副スピーカ側空間 １……消音スピーカ ２……副スピーカ ３……モニタ用マイクロホン ４……騒音キャンセル回路 5b……連通路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】耳腔を覆うカバーに固定され、カバー内の
   空間を２つの空間に画成する支持部材と、 前記支持部材の耳腔側に支持され、使用者の耳腔に対し
   消音対象音とは逆位相のキャンセル音を放射させる消音
   スピーカと、 前記支持部材の外来音側に前記消音スピーカとは対向配
   置で支持され、外来音空間に対しキャンセル音と逆位相
   であって、使用者の耳腔に対しキャンセル音と同位相に
   副キャンセル音を放射する副スピーカと、 前記支持部材に設けられ、両スピーカから放射される音
   が打ち消し合う両スピーカから等距離の対象面上に配設
   されて消音対象音を含む外来音を入力するモニタ用マイ
   クロホンと、 該モニタ用マイクロホンからの入力音に基づき、前記消
   音スピーカに対しキャンセル音を放射させるキャンセル
   音発生信号を出力すると共に、副スピーカに対し副キャ
   ンセル音を放射させる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、 前記支持部材に形成され、消音スピーカの耳腔側空間で
   ある消音スピーカ側空間と、副スピーカの耳腔とは反対
   側空間である副スピーカ側空間とを、両スピーカの外周
   のうち両スピーカを支持する支持腕の部分を除いて連通
   する連通路と、 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。