JPH08275281A - ノイズキャンセル型ヘッドホン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 外来ノイズをマイクロホンによって検出し、
ノイズを打消す信号音をドライバユニットによって発生
するようにしたフィードバック方式のノイズキャンセル
型ヘッドホンにおいて、ノイズキャンセル量とノイズキ
ャンセル帯域とを拡大することを目的とする。 ［構成］ 外部から耳へ伝わる外来ノイズを検出するノ
イズ検出用マイクロホン１８をドライバユニット１９と
同軸状に、しかもドライバユニット１９のダイヤフラム
２６とできるだけ近接できるように、プロテクタ３０の
中央部に設けた穴から成る欠如部３１の部分にドライバ
ユニット１９と同軸状に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はノイズキャンセル型ヘッ
ドホンに係り、とくに外耳道とほぼ同一の内径を有する
音響管から成り、外来ノイズをノイズ検出用マイクロホ
ンによって検出し、ノイズを打消す信号をドライバユニ
ットに供給して外来ノイズを打消すようにしたノイズキ
ャンセル型ヘッドホンに関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の無反射型ヘッドホンを用い
たフィードバック方式のノイズキャンセル型ヘッドホン
を示している。このヘッドホンはほぼ直線状をなす音響
管１を備え、この音響管１の外周側の所定の部位にドラ
イバユニット２とノイズ検出用マイクロホン３とをそれ
ぞれ取付けるようにしている。そして音響管１のイヤピ
ース４が取付けられた部分が耳介への装着部とされると
ともに、この音響管１の反対側の端部が吸音材５を充填
した無反射端となされている。

【０００３】検出用マイクロホン３は外来ノイズを検出
するとともに、検出信号をイコライザ６に供給し、この
イコライザ６でノイズを打消す信号を発生し、アンプ７
で増幅してドライバユニット３に供給し、このドライバ
ユニット３においてノイズを打消すようにしていた。

【０００４】このように従来の無反射型ヘッドホンを用
いたフィードバック方式のノイズキャンセル型ヘッドホ
ンは、ノイズ検出用マイクロホン３をノイズを打消す音
声を発生するドライバユニット２と耳との間に配置して
いた。これはドライバユニット２とマイクロホン３の音
響管１上におけるレイアウト上の制約によるものであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようにドライバユ
ニット２とノイズ検出用マイクロホン３とが離れて配置
されていると、２つの弊害があった。第１の弊害は、ノ
イズ検出用マイクロホン３に対するドライバユニット２
の最も近い端部と最も遠い端部とから放出される信号に
よって、比較的高い周波数、例えば２０ｋＨｚの付近に
おいて信号が打消されるディップが図１０に示すように
発生し、そこで位相回りが多くなるという問題があっ
た。

【０００６】第２の弊害は、ドライバユニット２から検
出用マイクロホン３までの距離による遅延期間が、比較
的高い周波数において位相回りを多くしていた。すなわ
ち図１０に示すように６Ｈｚのところで位相が完全に反
転してノイズキャンセルの効果が低減することであっ
た。

【０００７】以上の２つの理由によってフィードバック
方式のノイズキャンセルの制御が比較的高い周波数まで
行なうことができず、外来ノイズのキャンセル量とキャ
ンセル帯域とが制限される問題があった。

【０００８】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、とくに高域側でのディップの発生を防
止するとともに、フィードバック方式のノイズキャンセ
ルを比較的高い周波数まで行ない得るようにしたノイズ
キャンセル型ヘッドホンを提供することを目的とするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、外耳道とほぼ
同一の内径を有し、一端側が耳介の装着部とされるとと
もに、他端側が音声のほぼ無反射端となるようにされた
音響管を備え、この音響管の内部に振動板が臨むように
音響管の結合穴の部分にドライバユニットを取付けら
れ、ドライバユニット上にこのドライバユニットとほぼ
同軸状に外来ノイズを検出するマイクロホンを配置し、
しかもノイズキャンセル信号回路によってマイクロホン
で検出された外来ノイズと逆相のノイズ打消し信号を形
成し、この信号をトライバユニットに供給するようにし
たものである。

【００１０】音響管はマイクロホンユニットの外周部を
囲むように湾曲されてよい。また音響管が湾曲される場
合には、この湾曲される部分に円弧状に結合穴を形成
し、この結合穴の部位においてドライバユニットの振動
板が音響管の内部と連通するように取付けるようにすれ
ばよい。

【００１１】ドライバユニット上にこのドライバユニッ
トとほぼ同軸状にマイクロホンを取付ける構成は、ドラ
イバユニットのプロテクタの中心部を欠如させるととも
に、この欠如された部位においてマイクロホンをドライ
バユニットと対向するように同軸状に取付けるようにす
ればよい。

【００１２】

【作用】ドライバユニット上にこのドライバユニットと
ほぼ同軸状に配置されているマイクロホンによって外来
ノイズが検出される。そしてこの外来ノイズと逆相であ
ってノイズ打消し信号がノイズキャンセル信号形成回路
によって形成され、このノイズ打消し信号がドライバユ
ニットに供給されるようになり、ドライバユニットはノ
イズを打消す信号音を発生してノイズキャンセルを行な
う。

【００１３】

【実施例】図１〜図５は本発明の一実施例に係るノイズ
キャンセル型ヘッドホンを示すものであって、このヘッ
ドホンは音響管１１を備えている。音響管１１は図１お
よび図２に示すように円筒状の管から構成され、その中
間部が湾曲されるとともに、一端にはイヤピース１２が
取付けられ、このイヤピース１２が取付けられた部分が
図２に示すように耳介３４の外耳道３５の入口の部分に
装着されるようになっている。なお外耳道３５の奥の部
分に鼓膜３６が位置している。これに対して音響管１２
の他端側には吸音材１３が充填されており、音声のほぼ
無反射端となるように構成されている。

【００１４】この音響管１１の湾曲された部分にはほぼ
軸線方向に延びるように結合穴１７が形成されるととも
に、音響管１１の湾曲された部分の内側に位置するよう
にノイズ検出用マイクロホン１８が取付けられている。
そしてドライバユニット１９がマイクロホン１８と同軸
状に音響管１１の側部に取付けられるようになってい
る。すなわちドライバユニット１９の振動板（ダイヤフ
ラム）が上記結合穴１７を介して音響管１１の内部に臨
むようになっている。

【００１５】上記ノイズ検出用マイクロホン１８の出力
端は図３に示すようにイコライザ２０に接続されるとと
もに、このイコライザ２０がアンプ２１に接続されるよ
うになっている。

【００１６】図４は上記ドライバユニット１９の内部の
構造を示すものであって、ドライバユニット１９はフレ
ーム２５を備えるとともに、このフレーム２５内にはダ
イヤフラム２６が配されている。そしてダイヤフラム２
６の中心部には円筒状のボビン２７が取付けられてい
る。ボビン２７にはボイスコイル２８が巻装されてお
り、このボイスコイル２８がマグネット２９の外周部に
臨むように配されている。そしてダイヤフラム２６の上
面を覆うようにプロテクタ３０が取付けられるととも
に、このプロテクタ３０の中心部が欠如されて欠如部３
１になっており、この欠如部３１にノイズ検出用マイク
ロホン１８が取付けられるようになっている。このよう
な取付けによってノイズ検出用マイクロホン１８はドラ
イバユニット１９と同軸状に結合されることになる。

【００１７】このように本実施例のノイズキャンセル型
ヘッドホンは、外耳道３５の直径とほぼ同じ内径の音響
管１１がイヤピース１２によって密閉を保ちつつ外耳道
３５と結合されるようになっている。そして音響管１１
の長さ方向の中間位置はヘッドホンドライバユニット１
９との結合面積を多くとるためにユニット１９に合わせ
て湾曲され、ドライバユニット１９と結合されている。

【００１８】また音響管１１の耳に装着される一端側と
は反対側の端部は吸音材１３が充填され、無反射ヘッド
ホンを構成している。またヘッドホンドライバユニット
１９の中央には図４に示すようにプロテクタ３０に穴３
１をあけ、マイクロホン１８をダイヤフラム２６と同軸
にダイヤフラム２６に近付けた状態で結合するようにし
ている。

【００１９】次にこのような構成に係るノイズキャンセ
ル型ヘッドホンの作動原理を図３および図５によって説
明する。ノイズ検出用マイクロホン１８によって検出さ
れた外来ノイズ信号Ｐ_N はフィードバック制御回路によ
り適切なノイズキャンセルを実現するためのイコライザ
回路２０を経てアンプ２１を通ってヘッドホンドライバ
ユニット１９に供給され、このドライバユニット１９に
よってキャンセル信号を出力している。

【００２０】この動作をブロック化して示したのが図５
である。外来ノイズＰ_N はフィードバックループによっ
て、次式で表わされるように減少することになる。すな
わち次の式において分母の利得分ノイズが減少すること
になる。

【数１】 本実施例の大きな特徴はとくに図４に示した音響回路の
構成にある。図４はヘッドホンドライバユニット１９の
構成を示しており、ダイヤフラム２６とマイクロホン１
８とが同軸状に相対して配置されている。これによって
従来同軸状に配置されていなかったためにヘッドホンか
らマイクロホンまでの伝達関数上に生じていたディップ
点（図１０参照）によって位相回りが速くなるという欠
点が解消されている。すなわち従来は図１０に示すよう
に位相が−１８０°で６ｋＨｚとなっていた。

【００２１】ところが本実施例においては、図６に示す
ようにディップ点がなくなるとともに、位相が−１８０
°になる周波数が７ｋＨｚまで上昇している。この理由
は、本実施例に係るマイクロホン１８とドライバユニッ
ト１９のダイヤフラム２６とが同軸状に配置されている
ことにある。両者が同軸状にないと、マイクロホン１８
から見てダイヤフラム２６の最も遠い部位と最も近い部
位とからの音波の伝達距離の差が大きくなり、ディップ
を生ずることになる。ところが本実施例のようにマイク
ロホン１８をドライバユニット１９のダイヤフラム２６
と同軸状に配置することによって、マイクロホン１８か
ら見てダイヤフラム２６の円周方向の総ての面からの音
波の伝達距離がほぼ等しくなり、ディップが解消される
ことになる。

【００２２】さらにマイクロホン１８をドライバユニッ
ト１９のプロテクタ３０の欠如部３１の部分に取付け、
ダイヤフラム２６にできるだけ近付けてマイクロホン１
８を配置することによって、ダイヤフラム２６とマイク
ロホン１８との間の距離が短くなり、従来６ｋＨｚであ
った位相が−１８０°のところが９ｋＨｚまで上昇する
ようになった（図７参照）。このような２つの大きな理
由から、ノイズキャンセルの効果は図８においてｂ、ｃ
のように変化する。なお図８においてａで示す特性は従
来のノイズキャンセル型ヘッドホンの特性である。

【００２３】同軸にマイクロホンとダイヤフラムとを配
置していない場合においては、キャンセル帯域は３０Ｈ
ｚ〜１．２ｋＨｚでキャンセル量のピーク値は１６ｄＢ
である。これを同軸にマイクロホン１８とダイヤフラム
２６とを配置することによって、図８でｂで示すように
キャンセル帯域は２２Ｈｚ〜３．１ｋＨｚになり、キャ
ンセル量のピーク値は２３ｄＢに改善される。さらにダ
イヤフラム２６にマイクロホン１８をできるだけ近付け
ることによって図８においてｃに示されるように、キャ
ンセル帯域が２０Ｈｚ〜３ｋＨｚ、キャンセル量のピー
ク値は３０ｄＢに達する。

【００２４】このように外来ノイズを検出するマイクロ
ホンユニット１８を外来ノイズを打消す信号音を発する
ドライバユニット１９と相対して同軸状に、しかもドラ
イバユニット１９のダイヤフラム２６にできるだけ近付
けて配置することによって、フィードバック方式のノイ
ズキャンセルループの特性の位相回りを小さくし、この
結果キャンセル量およびキャンセル可能な帯域を拡大す
るようにしたものである。

【００２５】従って従来よりも大きな騒音下でもより快
適な環境を実現することが可能になるとともに、今まで
のノイズルキャンセル型ヘッドホンにおいては実現でき
なかった高域の周波数のノイズキャンセルが可能にな
る。

【００２６】またノイズキャンセルループの安定性が改
善されるために、発振し難い安全なノイズキャンセラー
が実現可能になる。また音響回路の位相回りが小さくな
るために、電気的なイコライザ回路の段数を減らすこと
ができ、これによってとくに信号形成回路のローコスト
化が実現される。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明は、外耳道とほぼ同
一の内径を有し、一端側が耳介への装着部とされ、他端
側が音声のほぼ無反射端となるようになされた音響管の
内部に振動板が臨むように音響管の結合穴の部分にドラ
イバユニットを取付けるようにし、このドライバユニッ
ト上にこのドライバユニットとほぼ同軸状にノイズを検
出するマイクロホンを配置するようにし、マイクロホン
で検出された外来ノイズと逆相のノイズ打消し信号をノ
イズキャンセル信号形成回路によって形成し、このノイ
ズ打消し信号をドライバユニットに供給してノイズキャ
ンセルを行なうようにしたものである。

【００２８】従ってとくにドライバユニット上にこのド
ライバユニットとほぼ同軸状に外来ノイズを検出するマ
イクロホンを配置したことによって、ドライバユニット
の振動板の円周方向の総ての位置とマイクロホンとの間
の距離が等しくなり、高域側におけるディップの発生を
防止できるようになる。またマイクロホンとドライバユ
ニットとの間の距離を短くすることが可能になり、位相
が−１８０°になる周波数が高域側へ移行することにな
り、より高い周波数までフィードバック方式のノイズキ
ャンセルを行なうことが可能になる。

【００２９】音響管がマイクロホンユニットの外周部を
囲むように湾曲した構成によれば、ドライバユニットと
音響管との結合面積が大きくなる。また音響管の湾曲し
ている部分に円弧状に結合穴を形成し、この結合穴の部
位においてドライバユニットが音響管の内部と連通する
ように取付けることにより、大きな結合穴によって音響
管の内部に振動板が臨むようにドライバユニットを音響
管に取付けることが可能になる。

【００３０】ドライバユニットのプロテクタの中心部を
欠如させ、この欠如された部分においてマイクロホンを
ドライバユニットと対向するように同軸状に取付けるよ
うにした構成によれば、ノイズ検出用マイクロホンとド
ライバユニットとの距離をより近接させることが可能に
なり、より高い周波数までノイズキャンセルをより確実
に行なうことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ノイズキャンセル型ヘッドホンの外観斜視図で
ある。

【図２】同ノイズキャンセル型ヘッドホンを耳に装着し
た状態の要部断面図である。

【図３】ノイズキャンセル型ヘッドホンのフィードバッ
クループを示すブロック図である。

【図４】ドライバユニットの横断面図である。

【図５】外来ノイズの伝達を示すブロック図である。

【図６】マイクロホンとダイヤフラムとが同軸状に配置
された場合の伝達関数を示すグラフである。

【図７】マイクロホンとダイヤフラムとが同軸状ででき
る限り近付けた場合のヘッドホンからマイクロホンまで
の伝達関数を示すグラフである。

【図８】キャンセル特性を示すグラフである。

【図９】従来のノイズキャンセル型ヘッドホンの要部断
面図である。

【図１０】同伝達特性を示す伝達関数のグラフである。

【符号の説明】

１１ 音響管 １２ イヤピース １３ 吸音材 １７ 結合穴 １８ ノイズ検出用マイクロホン １９ ドライバユニット ２０ イコライザ ２１ アンプ ２５ フレーム ２６ ダイヤフラム ２７ ボビン ２８ ボイスコイル ２９ マグネット ３０ プロテクタ ３１ 欠如部 ３４ 耳介 ３５ 外耳道 ３６ 鼓膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外耳道とほぼ同一の内径を有し、一端側が
   耳介への装着部とされ、他端側が音声のほぼ無反射端と
   なるようにされた音響管と、 前記音響管の内部に振動板が臨むように前記音響管の結
   合穴の部分に取付けられているドライバユニットと、 前記ドライバユニット上にこのドライバユニットとほぼ
   同軸状に配置されており、外来ノイズを検出するマイク
   ロホンと、 前記マイクロホンで検出された外来ノイズと逆相であっ
   て前記ドライバユニットに供給されるノイズ打消し信号
   を形成するノイズキャンセル信号形成回路と、 をそれぞれ具備するノイズキャンセル型ヘッドホン。
2. 【請求項２】前記音響管が前記マイクロホンユニットの
   外周部を囲むように湾曲されていることを特徴とする請
   求項１に記載のノイズキャンセル型ヘッドホン。
3. 【請求項３】前記音響管の湾曲している部分に円弧状に
   前記結合穴が形成され、該結合穴の部位において前記ド
   ライバユニットが前記音響管の内部と連通するように取
   付けられていることを特徴とする請求項２に記載のノイ
   ズキャンセル型ヘッドホン。
4. 【請求項４】前記ドライバユニットのプロテクタの中心
   部が欠如され、該欠如された部位において前記マイクロ
   ホンが前記ドライバユニットと対向するように同軸状に
   取付けられていることを特徴とする請求項１に記載のノ
   イズキャンセル型ヘッドホン。