JP4317947B2 - ヘッドホン装置 - Google Patents

Description

この発明は、外部音マイク付きのヘッドホン装置に係り、特に、目的とするオーディオ信号源を聴取しつつも、周囲音についても的確に聴取可能としたヘッドホン装置に関する。

外部音マイク付きのヘッドホンとしては、短距離無線通信用ヘッドセットが従来より知られている。このヘッドセットは、短距離無線通信により信号を送受信する送受信機と、外部から伝播する直接音を検知する外部音マイクと、送受信機で受信された受信信号と外部音マイクで検知された直接音を入力として受信信号と直接音との比率を選択的に制御する音声処理部と、音声処理部により比率制御された音声を出力するスピーカとを備えている（特許文献１参照）。
特開２００３−１９８７１９

しかしながら、上述の特許文献に記載された外部音マイク付きのヘッドホンにあっては、ブルートゥース等の短距離無線通信用ヘッドセットを利用して想定される状況において、外部の直接音と通信系を介して伝達される音の比率を選択的に変えて、音声コミュニケーションや音声コマンドを円滑にすること目的とするものであるから、一般家庭におけるオーディオ源の聴取環境下にあって、聴力に格差のある者同士（例えば、若者と老人等）の音声コミュニケーション等の場面を想定した場合には、必ずしも充分に機能し得ないと言う問題点があった。

この発明は、上述の技術的な背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、目的とするオーディオ信号源を聴取しつつも、周囲音についても的確に聴取可能としたヘッドホン装置を提供することにある。

この発明の他の目的とするところは、一般家庭におけるオーディオ源の聴取環境下にあって、聴力に格差のある者同士（例えば、若者と老人等）の音声コミュニケーション等を想定した場合にも充分に機能し得るヘッドホン装置を提供することにある。

この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、明細書の以下の記載を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。

本発明のヘッドホン装置は、聴取対象となる音源に接続される聴取音入力部と、左右の外部音マイクと、左右の内部スピーカと、聴取音入力部から入力されかつボリューム調整された聴取音信号のレベルを検出する聴取音レベル検知器と、左右の外部音マイクにより生成される外部音信号のレベルを検出する外部音レベル検知器と、左右の外部音マイクにより生成される外部音信号を増幅する可変利得増幅器と、可変利得増幅器で増幅された外部音信号と聴取音入力部から入力されかつボリューム調整された聴取音信号とを混合する混合増幅器と、混合増幅器にて混合生成された左右の音信号を電力増幅して左右の内部スピーカを駆動する左右の電力増幅器と、聴取音レベル検知器にて検知された聴取音レベルと外部音検知器にて検知された外部音レベルとに基づいて可変利得増幅器の利得を制御する利得制御手段と、を具備するものである。

ここで、利得制御手段は、聴取音レベルが所定下限閾値と所定上限閾値とで定まるレベル範囲内に存在するとき、外部音レベルとスピーカ出力レベルとの間に常に一定のレベル差が生ずるように、可変利得増幅器の利得を変化させる。

このような構成によれば、利得制御手段の機能構成を適切に設定することにより、可変利得増幅器の利得をその時々に応じて細やかに制御することで、目的とするオーディオ信号源を聴取しつつも、周囲音についても的確に聴取可能としたヘッドホン装置を提供可能となる。このとき、前記一定のレベル差は、所定の設定範囲内において手動により設定変更可能としてもよい。また、前記所定の設定範囲は負の特定値から正の特定値にまで及ぶようにしてもよい。

好ましい実施の形態においては、利得制御手段は、聴取音レベルが所定の上限値を越えるときには、スピーカ出力レベルが所定の上限値に固定されるように、可変利得増幅器の利得を変化させる、ようにしてもよい。

好ましい実施の形態においては、利得制御手段は、聴取音レベルが所定の下限値を下回るときには、外部音レベルとスピーカ出力レベルとの比が常に一定となるように、可変利得増幅器の利得を所定の固定利得とする、ようにしてもよい。このとき、前記固定利得は、所定の範囲内において手動により設定変更可能としてもよい。

好ましい実施の形態においては、利得制御手段は、外部音レベルが所定の上限閾値を越えるときには、可変利得増幅器出力が遮断されるように、可変利得増幅器の利得を変化させる、ようにしてもよい。

好ましい実施の形態においては、左右の外部音マイクの出力側にはバランサボリュームが設けられていてもよい。また、左右の外部音マイクは耳型集音器にて集音された外部音を検知するものであってもよい。

本発明によれば、目的とするオーディオ信号源を聴取しつつも、周囲音についても的確に聴取可能としたヘッドホン装置を提供することができる。

以下に、この発明の好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明に係わるヘッドホン装置の全体回路図が図１に示されている。

同図において、符号１が付されているのが聴取対象となる音源に接続される聴取音入力部である。ここで、音源としては、ＣＤプレイヤ、ＤＶＤプレイヤ、ＴＶチューナ、ラジオチューナ等々のように、様々な形態が存在する。

音源からの信号が無線で到来する場合、入力部１は無線送受信機（例えば、赤外線送受信機など）となる。音源からの信号が銅線ワイヤを通して到来する場合、入力部１は単なる受信端子となる。音源からの信号が光ケーブル（ＳＰＤＩＦ）を介して到来する場合、入力部１はコーデック（ＣＯＤＥＣ）等となる。

入力部１の出力側にはステレオボリューム２が存在する。ステレオボリューム２には、図示しないボリュームつまみが存在する。このボリュームつまみを操作することによって、入力部１から取り込まれた聴取音信号は適当に音量調整された後、混合アンプ５へと供給される。ステレオボリューム２で音量調整された左右の信号は、ローカット及びハイカット機能を有する左右のフィルタ３ａ，３ｂを介してレベルセンサ４へと供給される。レベルセンサ４では、ステレオボリューム２によって音量調整された後の聴取音信号のレベルを検出する。レベルセンサ４による音量検出値はコントローラ１１へと送られる。

左側の外部音マイク６ａ及び右側の外部音マイク６ｂで検出された外部音は、左側のヘッドアンプ（Ｌ）７ａ及び右側のヘッドアンプ（Ｒ）７ｂにより増幅された後、バランサボリューム８へと供給される。バランサボリューム８は、ユーザの聴覚に左右の相違があるときに、この相違を修正して、難聴者等であっても聴覚バランスを補正し、これにより音像定位を成し遂げるためのものである。このバランサボリューム８にも図示しないボリュームつまみが存在する。このボリュームつまみを手動操作することによって、左右の聴覚に相違のある利用者であっても、正しい音像定位を獲得することができる。

バランサボリューム８でバランス調整された後の左右の外部音信号はレベルセンサ９へと供給される。レベルセンサ９では左右の信号ラインから外部音信号のレベルを検出する。こうして得られた検出信号は、コントローラ１２へと供給される。

レベルセンサ９の出力側には、左側の可変利得アンプ（Ｌ）１０ａと右側の可変利得アンプ（Ｒ）１０ｂとが存在する。これらの可変利得アンプ１０ａ，１０ｂで増幅された外部音信号は混合アンプ５へと供給される。

混合アンプ５では、入力部１から取り込まれた後、ステレオボリューム２において音量調整された聴取音信号と、外部音マイク６ａ，６ｂから取り込まれた後、バランサボリューム８でバランス調整され、可変利得アンプ１０ａ，１０ｂで増幅された外部音信号とを混合する。こうして得られた混合後の左右の音信号は、左右のパワーアンプ１３ａ，１３ｂを介して一定利得で増幅された後、左右の内部スピーカ１４ａ，１４ｂから発音される。

一方、コントローラ１１は、レベルセンサ４で検出されたボリューム調整後の聴取音レベルとレベルセンサ９で検出された外部音レベルとに基づいて、左右の可変利得アンプ１０ａ，１０ｂの利得を制御する。コントローラ１１は所定の機能を有するアナログ回路で構成されており、後に図４を参照して説明するように、様々な制御態様をもって可変利得アンプ１０ａ，１０ｂの利得を制御する。尚、符号１２が付されているのは、ユーザ個々の聴覚を補正するための補聴用ボリュームである。

本発明に係るヘッドホン装置の断面図が図２に示されている。同図に示されるように、ヘッドホン装置２０は、左側ユニット２１ａと、右側ユニット２１ｂと、ユニット間結合バンド２６とを有する。左側ユニット２１ａには、内部スピーカ１４ａと、電源となる乾電池２３ａと、マイク系回路基板２４ａとが収容されている。また、左側ユニット２１ａの外側には、シリコンゴム等で構成された耳型集音器２２ａが設けられ、この集音器２２ａで集音された音を外部音マイク６ａが拾うように構成されている。同様にして、右側ユニット２１ｂには、内部スピーカ１４ｂと、電源となる乾電池２３ｂと、マイク回路基板２４ｂとが収容されている。また、右側ユニット２１ｂの外側には、シリコンゴム等で構成された耳型集音器２２ｂが設けられ、この集音器２２ｂで集音された音をマイク６ｂが拾うように構成されている。尚、２５ａ，２５ｂはイヤーパッドである。さらに、２７はステレオボリューム２のボリュームつまみ、２８はバランサボリューム８のボリュームつまみ、２９はコントローラ１１の補聴用ボリュームつまみである。

次に、外部音マイクに対する耳型集音器の作用を示す説明図が図３に示されている。同図に示されるように、耳型集音器２２ａはシリコンゴム等で構成され、ほぼ人間の耳と同一の形状を有する。そのため、あらゆる方向から到来する音波は、この耳型集音器２２ａの内周面で反射された後、方向別に固有の位相成分をもってマイク６ａへと到達する。そのため、マイク６ａでは、音波の到来する各方向に対応した位相差をもって、様々な音を検出することができ、これをもって音像定位が可能となる。

次に、本発明に係るヘッドホン装置の特性曲線が図４に示されている。このような特性曲線は、コントローラ１１の機能により実現される。この特性曲線において、横軸は外部音レベル、縦軸はスピーカ出力レベルまたは聴取音入力レベルとされている。外部音レベルとは、集音器で集音する外部音の音圧をしめし、スピーカ出力レベルとは、スピーカより出力される音圧とする。

いま仮に、聴取音入力レベルが、所定の下限閾値ＴＨ１（この例では、２０ｄＢ）と所定の上限閾値ＴＨ２（この例では、１００ｄＢ）との間に存在するものと想定する。この場合、コントローラ１１は、外部音レベルとスピーカ出力レベルとの間に常に一定のレベル差が生ずるように、可変利得増幅器１０ａ，１０ｂの利得を変化させる。このとき、上述の一定のレベル差は、所定の設定範囲内において補聴用ボリューム１２の操作で設定変更が可能とされている。すなわち、補聴用ボリューム１２を操作することによって、図４における曲線ａ１，ａ２，ａ３，ａ４を選択することができる。ここで、曲線ａ１はレベル差＝０、曲線ａ２はレベル差＝１０ｄＢ、曲線ａ３はレベル差＝１５ｄＢ、曲線ａ４はレベル差＝−２０ｄＢである。このように、所定の設定範囲は負の特定値から正の特定値にまで及んでいる。ここで、レベル差が正であるということは、外部音レベルを増幅してスピーカを駆動していることを意味し、レベル差が負であるということは、外部音を減衰させていることを意味している。一般に聴覚障害者や老人等にあっては、このレベル差を正とすることによって、補聴機能を実現している。一方、幼児や赤ちゃんのような聴覚が過敏な者に対しては、この一定のレベル差を負とすることによって、減衰機能を実現している。

次に、聴取音レベルが所定の上限値ＴＨ２（この例では１００ｄＢ）を越えるときには、コントローラ１１は、スピーカ出力レベルが所定の上限値（この例では１０５ｄＢ）に固定されるように、可変利得増幅器１０ａ，１０ｂの利得を外部音レベルに応じて変化させる。これにより、内部スピーカ１４ａ，１４ｂから過大な音量の発生を未然に防止している。

次に、聴取音レベルが所定の下限値ＴＨ１（この例では２０ｄＢ）を下回るときには、外部音レベルとスピーカ出力レベルとの比が常に一定となるように、コントローラ１１は可変利得増幅器１０ａ，１０ｂの利得を所定の固定利得とする。この固定利得は、所定の範囲内において補聴用ボリューム１２を操作することにより設定変更が可能とされている。このことは、下限閾値ＴＨ１を下回る領域については、曲線ａ１〜ａ５は原点を通過する傾きの異なる直線で表されていることから明らかである。

次に、外部音レベルが所定の上限閾値ＴＨ３（この例では１３０ｄＢ）を越えるときには、可変利得増幅器１０ａ，１０ｂの出力が遮断されるように、コントローラ１１は可変利得増幅器１０ａ，１０ｂの利得を変化させる。

このように、コントローラ１１は、聴取音レベルセンサ４で検出される聴取音レベルと外部音センサ９で検知される外部音レベルとに基づいて可変利得増幅器１０ａ，１０ｂの利得を制御する。利得制御手段として機能するコントローラ１１は、聴取音レベルが所定下限閾ＴＨ１と所定上限閾値ＴＨ２とで定まるレベル範囲内に存在するとき、外部音レベルとスピーカ出力レベルとの間に常に一定のレベル差が生ずるように、可変利得増幅器１０ａ，１０ｂの利得を変化させる。このとき、前記一定のレベル差は、補聴用ボリューム１２の操作によって、所定の設定範囲内において手動により設定変更が可能とされる。また、所定の設定範囲は負の特定値から正の特定値にまで及ぶ。そのため、前記一定のレベル差を正の値とすれば、外部音は増幅されてユーザの耳に届くことになり、いわゆる補聴機能が実現される。これに対して、一定のレベル差を負とすれば、外部音は減衰されてユーザの耳へと届く。そのため、聴覚過敏な幼児や子供に対しては、適切な音量を与えることができる。

また、利得制御手段として機能するコントローラ１１は、聴取音レベルが所定の上限値ＴＨ２を越えるときには、スピーカ出力レベルが所定の上限値（例えば、１０５ｄＢ）に固定されるように、可変利得増幅器１０ａ，１０ｂの利得を変化させる。これにより、スピーカから過大な音量が流れ出すことが未然に防止される。

また、利得制御手段として機能するコントローラ１１は、聴取音レベルが所定の下限値ＴＨ１を下回るときには、外部音レベルとスピーカ出力レベルとの比が常に一定となるように、可変利得増幅器１０ａ，１０ｂの利得を所定の固定利得とする。これにより、聴取音が無音に近い状態にあっては、外部音は一定の利得で増幅されてユーザの耳に届くこととなる。このときも、補聴用ボリューム１２を操作することによって、前記固定利得は、所定の範囲内において手動により設定変更可能とされる。これにより、聴取音が殆ど存在しない無音状態は、ヘッドホン式の補聴器としての機能を実現することができる。この補聴器においては、補聴用ボリューム１２を適宜操作することによって、増幅機能と減衰機能とを選択的に実現することができる。

さらに、本発明にあっては、ヘッドアンプ７ａ，７ｂの出力側にバランサボリューム８が存在するため、難聴者は通常左右の聴覚に相違があるが、これもバランサボリューム８を操作することによって左右の聴覚のバランスをとり、難聴者であっても音量定位を正常化した上で、以上述べた補聴機能を実現することができる。

さらに、利得制御手段として機能するコントローラ１１は、外部音レベルが所定の上限閾値ＴＨ３を越えるときには、可変利得増幅器１０ａ，１０ｂが遮断されるように、可変利得増幅器１０ａ，１０ｂの利得を変化させる。殊に、この実施形態のヘッドホン装置にあっては、先に図２及び図３を参照して説明したように、左右の外部音マイク６ａ，６ｂは、シリコンゴム等で構成された耳型集音器２２ａ，２２ｂによって集音された音を拾うように配置されているため、人間の耳と同様に３６０度の空間において音量定位を実現することができる。

このように、本発明のヘッドホン装置によれば、目的とするオーディオ信号源を聴取しつつも、周囲音についても的確に聴取が可能となると共に、一般家庭におけるオーディオ源の聴取環境下にあって、聴力に格差のある者同士（例えば、若者と老人など）の音声コミュニケーション等を想定した場合にも十分に機能をし得るヘッドホン装置を提供することができる。

本発明に係わるヘッドホン装置の全体回路図である。 本発明に係るヘッドホン装置の断面図である。 外部音マイクに対する耳型集音器の作用を示す説明図である。 本発明に係るヘッドホン装置の特性曲線である。

１ 入力部
２ ステレオボリューム
３ａ，３ｂ 左右のフィルタ
４ 聴取音のレベルセンサ
５ 混合アンプ
６ａ，６ｂ 左右の外部音マイク
７ａ，７ｂ 左右のヘッドアンプ
８ バランサボリューム
９ レベルセンサ
１０ａ，１０ｂ 左右の可変利得アンプ
１１ コントローラ
１２ 補聴用ボリューム
１３ａ，１３ｂ 左右のパワーアンプ
１４ａ，１４ｂ 左右の内部スピーカ
２０ ヘッドセット
２１ａ 左側ユニット
２１ｂ 右側ユニット
２２ａ，２２ｂ 耳型集音器
２３ａ，２３ｂ 乾電池
２４ａ，２４ｂ マイク回路基板
２５ａ，２５ｂ イヤーパッド
２６ 連結バンド
２７ ステレオボリューム調整用ボリュームつまみ
２８ バランサボリューム調整用ボリュームつまみ
２９ 補聴用ボリューム調整用ボリュームつまみ
Ｓ１〜Ｓ４ 到来する音波の方向

Claims (9)

1. 聴取対象となる音源に接続される聴取音入力部と、
   左右の外部音マイクと、
   左右の内部スピーカと、
   前記聴取音入力部から入力されかつボリューム調整された聴取音信号のレベルを検出する聴取音レベル検知器と、
   前記左右の外部音マイクにより生成される外部音信号のレベルを検出する外部音レベル検知器と、
   前記左右の外部音マイクにより生成される外部音信号を増幅する可変利得増幅器と、
   前記可変利得増幅器で増幅された外部音信号と前記聴取音入力部から入力されかつボリューム調整された聴取音信号とを混合する混合増幅器と、
   前記混合増幅器にて混合生成された左右の音信号を電力増幅して前記左右の内部スピーカを駆動する左右の電力増幅器と、
   前記聴取音レベル検知器にて検知された聴取音レベルと前記外部音検知器にて検知された外部音レベルとに基づいて前記可変利得増幅器の利得を制御する利得制御手段とを具備し、かつ
   前記利得制御手段は、前記聴取音レベルが所定下限閾値と所定上限閾値とで定まるレベル範囲内に存在するとき、前記外部音レベルとスピーカ出力レベルとの間に常に一定のレベル差が生ずるように、前記可変利得増幅器の利得を変化させる、ことを特徴とするヘッドホン装置。
2. 前記一定のレベル差は、所定の設定範囲内において手動により設定変更可能とされている、ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドホン装置。
3. 前記所定の設定範囲は負の特定値から正の特定値にまで及ぶ、ことを特徴とする請求項２に記載のヘッドホン装置。
4. 前記利得制御手段は、聴取音レベルが所定の上限値を越えるときには、スピーカ出力レベルが所定の上限値に固定されるように、前記可変利得増幅器の利得を変化させる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヘッドホン装置。
5. 前記利得制御手段は、聴取音レベルが所定の下限値を下回るときには、外部音レベルとスピーカ出力レベルとの比が常に一定となるように、前記可変利得増幅器の利得を所定の固定利得とする、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のヘッドホン装置。
6. 前記固定利得は、所定の範囲内において手動により設定変更可能とされている、ことを特徴とする請求項５に記載のヘッドホン装置。
7. 前記利得制御手段は、外部音レベルが所定の上限閾値を越えるときには、前記可変利得増幅器出力が遮断されるように、前記可変利得増幅器の利得を変化させる、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のヘッドホン装置。
8. 前記左右の外部音マイクの出力側にはバランサボリュームが設けられている、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のヘッドホン装置。
9. 前記左右の外部音マイクは耳型集音器にて集音された外部音を検知するものである、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のヘッドホン装置。

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