JP4683070B2 - ノイズキャンセル装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば車内の騒音を低減する際に適用されるノイズキャンセリング装置に関する。

近年、携帯型音楽再生装置の普及に伴い、屋外で音楽を聴取する機会が増加している。例えば電車やバスなどの乗り物の中で音楽を聴取する場合には、騒音レベルが大きいため、再生する音楽の音量を大きくすることが多い。その結果、音漏れが大きくなり、周囲の人に迷惑がかかってしまう場合がある。この問題を解決するため、最近では、周囲の騒音を低減させるノイズキャンセリング機能を搭載したノイズキャンセリングヘッドフォンが実用化されている。

ノイズキャンセリングヘッドフォンとしては、例えばフィードバック方式が知られている。この方式は、ヘッドフォンの内部にマイクロフォンを設置し、マイクロフォンで騒音として集音した信号（以下、ノイズ信号と適宜称する）の位相を反転した逆位相の信号を生成する。そして、この騒音に対して逆位相となる信号（以下、ノイズキャンセル信号と適宜称する）をヘッドフォンのドライバーユニットに供給することにより、ユーザに対して聞こえる騒音を低減させることができるようにされている。

フィードバック方式を適用したノイズキャンセリングヘッドフォンでは、例えば、図９に示すように、ユーザの耳の位置である観測点Ｐ₀の近傍にマイクロフォン１０１（以下、マイク１０１と適宜称する）およびスピーカ１０２が設置される。ノイズ源からのノイズ信号がマイク１０１によって集音されると、スピーカ１０２からノイズ信号に対して逆位相となるノイズキャンセル信号が出力される。観測点Ｐ₀では、これらのノイズ信号およびノイズキャンセル信号が合成された信号が観測されることになる。

例えば、図１０Ａに示すように、観測点Ｐ₀において、振幅レベルが「１」であるノイズ信号が観測される。このノイズ信号がマイク１０１で集音された場合、スピーカ１０２からは、図１０Ｂに示すように、マイク１０１で集音されたノイズ信号を打ち消すために、ノイズ信号に対して振幅レベルが「０．９」であり、位相が逆位相となるノイズキャンセル信号が出力される。なお、以下では、ノイズキャンセル信号の振幅レベルおよび位相を、数値および符号で表す。例えば、振幅レベルが「０．９」であり、位相が逆位相である信号を、単に「「−０．９」の信号」と表記する。

観測点Ｐ₀では、図１０Ａに示す「１」のノイズ信号と、図１０Ｂに示す「−０．９」のノイズキャンセル信号が合成され、図１０Ｃに示すように、「０．１」に減衰したノイズ信号が観測される。したがって、ノイズキャンセルの効果は、１／１０（＝−２０ｄＢ）となる。

従来のノイズキャンセリング装置１００は、図１１に示すように、マイク１０１、スピーカ１０２、アナログ回路１０３およびアンプ１０４で構成されている。マイク１０１は、騒音として集音した周囲の音をノイズ信号に変換し、アナログ回路１０３に供給する。アナログ回路１０３は、供給されたノイズ信号に対して所定の信号処理を施し、位相を反転したノイズキャンセル信号を生成する。アナログ回路１０３から出力されたノイズキャンセル信号は、アンプ１０４で所定に増幅された後にスピーカ１０２に供給され、スピーカ１０２から出力される。

このように、従来のフィードバック方式によるノイズキャンセリング方法では、マイクの位置でノイズキャンセルの効果が最大となるようにされている。そのため、マイクおよびスピーカが観測点の近傍に設置されている場合には、観測点においてノイズキャンセルの効果を十分に得ることができる。

また、最近では、車載用の音楽再生装置にノイズキャンセリング機能を搭載し、自動車の車内で騒音を低減させることが提案されている。車載用の音楽再生装置でノイズキャンセリングを行う場合においても、上述したノイズキャンセリングヘッドフォンと同様に、自動車のドアなどに設置されたスピーカの近傍にマイクロフォンを設置する。そして、マイクロフォンで検出した車内のノイズ信号を、スピーカを駆動する増幅器にフィードバックし、スピーカからノイズ信号と逆位相のノイズキャンセル信号を出力し、マイクロフォンの近傍の騒音を低減させるものである。例えば下記の特許文献１には、車内の騒音を低減させる騒音低減装置が記載されている。

特開平１０−３３３６８７号公報

自動車などの車内でノイズキャンセリングを行う場合、ドアなどの座席から離れた位置にスピーカが設置されていることが多い。そのため、座席に着座したユーザの耳の位置と、マイクおよびスピーカの位置が離れることになる。例えば、図１２に示すように、ユーザの耳の位置である観測点Ｐ₁の位置と、マイク１０１およびスピーカ１０２の位置とが離れている場合について考える。この例では、観測点Ｐ₁からスピーカ１０２までの距離が２０ｃｍ（センチメートル）である場合について説明する。

上述したノイズキャンセリングヘッドフォンの例と同様に、ノイズ源からのノイズ信号がマイク１０１によって集音されると、スピーカ１０２からノイズ信号に対して逆位相となるノイズキャンセル信号が出力される。観測点Ｐ₁では、これらのノイズ信号およびノイズキャンセル信号が合成された信号が観測される。

観測点Ｐ₁では、例えば図１３Ａに示すように、振幅レベルが「１」であるノイズ源からのノイズ信号が観測される。また、十分に離れた位置にあるノイズ源からのノイズ信号は、場所に依存せず略一定の音圧で観測されると見なすことができるため、マイク１０１においても、振幅レベルが「１」であるノイズ信号が集音される。このノイズ信号がマイク１０１で集音された場合、スピーカ１０２からは、マイク１０１で集音されたノイズ信号を打ち消すために、「−０．９」のノイズキャンセル信号が出力される。

ここで、一般に、音源からの距離が遠くなるにしたがって音圧が減衰することが知られている。この例では、スピーカ１０２から２０ｃｍ離れた位置においては、スピーカ１０２から出力された信号の音圧が１／４（＝１２ｄＢ）程度となると仮定する。

この場合、スピーカ１０２から出力されたノイズキャンセル信号は、２０ｃｍ離れた観測点Ｐ₁に到達するまでに、その音圧が１／４に減衰してしまう。そのため、観測点Ｐ₁では、図１３Ｂに示すように、「−０．２２５（＝−０．９／４）」のノイズキャンセル信号が観測されることになる。

したがって、観測点Ｐ₁では、図１３Ａに示す「１」のノイズ信号と、図１３Ｂに示す「−０．２２５」に減衰したノイズキャンセル信号が合成され、図１３Ｃに示すように、振幅レベルが「０．７７５」のノイズ信号が観測される。すなわち、ノイズキャンセルの効果は、０．７７５（＝−２．２ｄＢ）となる。

このように、従来のフィードバック方式によるノイズキャンセリング方法では、マイクの位置でノイズキャンセルの効果が最大となるようにされている。そのため、マイクおよびスピーカの位置が観測点から離れている場合には、スピーカから出力されたノイズキャンセル信号が、観測点に到達する際に減衰してしまい、観測点においてノイズキャンセルの効果を十分に得ることができないという問題点があった。

したがって、この発明の目的は、マイクロフォンおよびスピーカから離れた地点においてもノイズキャンセリングを行うことができるノイズキャンセリング装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、この発明は、周囲の音を騒音として集音するマイクロフォンと、
マイクロフォンからの信号が供給され、該信号に対して逆位相とするとともに、マイクロフォンから離れた観測点までの距離に応じた減衰量を考慮した振幅レベルのノイズキャンセル信号を生成する第１の信号生成部と、
マイクロフォンの近傍に設置され、ノイズキャンセル信号を出力するスピーカと、
第１の信号生成部で生成されたノイズキャンセル信号が供給され、該ノイズキャンセル信号に対して逆位相となる正相の信号を生成する第２の信号生成部と、
マイクロフォンからの信号および正相の信号を合成する合成部と
を有し、
スピーカから出力されマイクロフォンに入力されたノイズキャンセル信号が、合成部において正相の信号と合成されることにより減衰されて第１の信号生成部に入力され、
減衰されることで、第１の信号生成部に入力される信号の振幅レベルが観測点において観測されるノイズキャンセル信号と同等の振幅レベルとされるノイズキャンセリング装置である。

上述したように、この発明では、周囲の音を騒音として集音するマイクロフォンからの信号が供給され、マイクロフォンからの信号に対して逆位相とするとともに、マイクロフォンから離れた観測点までの距離に応じた減衰量を考慮した振幅レベルのノイズキャンセル信号を生成し、マイクロフォンの近傍に設置された第１のスピーカからノイズキャンセル信号を出力し、マイクロフォンからの信号が供給され、マイクロフォンからの信号と同位相である正相の信号を生成し、マイクロフォンの近傍に設置された第２のスピーカから正相の信号を出力し、第１のスピーカから出力されたノイズキャンセル信号が第２のスピーカから出力された正相の信号によって減衰することにより、観測点において観測されるノイズキャンセル信号と同等の振幅レベルのノイズキャンセル信号がマイクロフォンに到達するようにしているため、恰も観測点の近傍にマイクロフォンが設置されているような仮想的な状態を作り出すことができる。

この発明は、スピーカから出力されマイクロフォンに入力されるノイズキャンセル信号を正相の信号によって減衰させることにより、観測点で観測されるノイズキャンセル信号と同等の振幅レベルのノイズキャンセル信号がマイクロフォンに到達するようにしている。そのため、観測点から離れた地点にマイクロフォンを設置した場合であっても、恰も観測点の近傍にマイクロフォンが設置されているような仮想的な状態を作り出し、マイクロフォンから離れた観測点においてノイズキャンセリングを行うことができるという効果がある。

以下に、この発明の実施の一形態について、図面を参照しながら説明する。この発明の実施の一形態では、観測点から離れた地点にマイクロフォンおよびスピーカを設置し、スピーカから離れた地点において、ノイズキャンセリングを行うことができるようにしている。

先ず、この発明の実施の一形態についての理解を容易とするため、スピーカから離れた地点に位置する観測点の近傍にマイクロフォンを設置した場合のノイズキャンセリング方法について説明する。例えば、図１に示すように、スピーカ１２が設置された地点から２０ｃｍ（センチメートル）程度離れた観測点Ｐの近傍にマイクロフォン１１（以下、マイク１１と適宜称する）を設置する。

ノイズ源からのノイズ信号がマイク１１によって集音されると、スピーカ１２からノイズ信号に対して逆位相となるノイズキャンセル信号が出力される。観測点Ｐでは、これらのノイズ信号およびノイズキャンセル信号が合成された信号が観測される。

ここで、フィードバック方式を用いたノイズキャンセリング方法では、マイクの位置でノイズキャンセルの効果が最大となるようにしている。そのため、スピーカ１２からは、マイク１１の位置でノイズキャンセルの効果が最大となるように、ノイズキャンセル信号が出力される。例えば、スピーカ１２から２０ｃｍ離れた地点で音圧が１／４（−２０ｄＢ）に減衰すると仮定した場合、スピーカ１２からは、マイク１１までの距離に応じた減衰量を考慮して４倍の振幅レベルのノイズキャンセル信号が出力される。

観測点Ｐでは、例えば図２Ａに示すように、振幅レベルが「１」であるノイズ源からのノイズ信号が観測され、マイク１１で集音される。このノイズ信号がマイク１１で集音された場合、スピーカ１２からは、図２Ｂに示すように、マイク１１で集音されたノイズ信号を打ち消すために、マイク１１とスピーカ１２との距離に応じた減衰量を考慮して、振幅レベルが「３．６」であり、位相が逆位相であるノイズキャンセル信号が出力される。なお、以下では、ノイズキャンセル信号の振幅レベルおよび位相を、数値および符号で表す。例えば、「振幅レベルが「３．６」であり、位相が逆位相である信号」を、単に「「−３．６」の信号」と表記する。

観測点Ｐでは、図２Ｃに示すように、スピーカ１２から出力された「−３．６」のノイズキャンセル信号が１／４に減衰した「−０．９」のノイズキャンセル信号が観測される。そして、図２Ａに示す「１」のノイズ信号と、図２Ｃに示す「−０．９」のノイズキャンセル信号が合成され、図２Ｄに示すように、振幅レベルが「０．１」に減衰したノイズ信号が観測される。

このように、スピーカ１２から離れた地点に位置する観測点Ｐの近傍にマイク１１を設置することにより、観測点Ｐにおいてノイズキャンセル効果が最大となるようなノイズキャンセリングを行うことができる。

しかしながら、実際には、観測点Ｐはユーザの耳の位置であるため、マイク１１を観測点Ｐの近傍に設置することは、困難である。そこで、この発明の実施の一形態では、観測点から離れた地点に設置されたスピーカの近傍にマイクロフォンを設置した場合に、恰も観測点の近傍にマイクロフォンが設置されているような仮想的な状態を作り出すようにした。そして、スピーカから離れた観測点の位置において騒音を低減させるようにした。

この発明の実施の一形態では、例えば、図３に示すように、ユーザの耳の位置である観測点Ｐから離れた地点に、マイク１１およびメインスピーカ１２ａを互いに近傍に位置するように設置するとともに、サブスピーカ１２ｂをさらに設置する。ここでは、観測点Ｐから２０ｃｍ程度離れた地点に、マイク１１、メインスピーカ１２ａおよびサブスピーカ１２ｂが設置された場合の例を示す。

マイク１１は、メインスピーカ１２ａおよびサブスピーカ１２ｂから出力されるそれぞれの信号が入力されるように設置される。サブスピーカ１２ｂは、マイク１１までの距離がメインスピーカ１２ａからマイク１１までの距離よりも近い位置となるように設置される。また、サブスピーカ１２ｂは、サブスピーカ１２ｂから出力される信号が観測点Ｐにおいて観測し難いような向きで設置される。

メインスピーカ１２ａは、ノイズ源からのノイズ信号に対して逆位相となるノイズキャンセル信号を出力する。サブスピーカ１２ｂは、メインスピーカ１２ａから出力されるノイズキャンセル信号に対して逆位相、すなわち、ノイズ信号に対して同位相である正相の信号を出力する。マイク１１は、メインスピーカ１２ａから出力されたノイズキャンセル信号と、サブスピーカ１２ｂから出力された信号とが合成された信号が入力される。

観測点Ｐに対して、図３に示すようにマイク１１、メインスピーカ１２ａおよびサブスピーカ１２ｂが設置された場合の観測点Ｐにおけるノイズキャンセリング方法について説明する。図３に示す例では、通常のノイズキャンセリングにより、ノイズ信号に対して逆位相となるノイズキャンセル信号がメインスピーカ１２ａから出力される。また、ノイズキャンセル信号に対して比較的音圧の低い正相の信号がサブスピーカ１２ｂから出力される。マイク１１には、メインスピーカ１２ａから出力されたノイズキャンセル信号と、サブスピーカ１２ｂから出力された正相の信号とが合成されて入力される。

このとき、サブスピーカ１２ｂからマイク１１までの距離は、メインスピーカ１２ａからマイク１１までの距離と比較して近い。そのため、サブスピーカ１２ｂから低い音圧で正相の信号を出力した場合であっても、マイク１１の位置で観測されるサブスピーカ１２ｂから出力された正相の信号の音圧は、メインスピーカ１２ａから出力されたノイズキャンセル信号と同程度の音圧で観測される。

したがって、マイク１１の地点では、メインスピーカ１２ａからのノイズキャンセル信号と、サブスピーカ１２ｂからの正相の信号とが打ち消し合い、非常に低い音圧の逆位相の信号がマイク１１に入力される。

このように、サブスピーカ１２ｂを用いて、ノイズ信号に対して逆位相のノイズキャンセル信号を正相の信号で打ち消し、マイク１１に入力される信号の音圧を低くするようにしている。こうすることにより、図３に示すように、マイク１１が観測点Ｐから離れた地点に設置されているにもかかわらず、上述した図１に示すような、スピーカ１２から離れた地点に位置する観測点Ｐの近傍にマイク１１が設置されている状態と同じ状態を仮想的に作り出すことが可能となる。

例えば、観測点Ｐにおいて、図４Ａに示すように、振幅レベルが「１」であるノイズ源からのノイズ信号が観測される。また、背景技術の項で説明したように、十分に離れた位置にあるノイズ源からのノイズ信号は、場所に依存せず略一定の音圧で観測されると見なすことができるため、マイク１１が設置された地点においても同様に、振幅レベルが「１」のノイズ信号が観測される。

メインスピーカ１２ａからは、ノイズ信号をキャンセルするためのノイズキャンセル信号が出力される。このとき、この実施の一形態においては、観測点Ｐにおいてノイズキャンセル効果が最大となるようにする。そのためには、観測点Ｐにおいて「１」のノイズ信号を打ち消すための「−０．９」のノイズキャンセル信号が観測される必要がある。そのため、メインスピーカ１２ａからは、マイク１１およびメインスピーカ１２ａから観測点Ｐまでの距離に応じた減衰量を考慮したノイズキャンセル信号が出力される。

この例では、マイク１１およびメインスピーカ１２ａから観測点Ｐまでの距離が２０ｃｍであり、メインスピーカ１２ａから２０ｃｍ離れた地点で音圧が１／４（−２０ｄＢ）に減衰すると仮定する。この場合、メインスピーカ１２ａからは、図４Ｂに示すように、４倍の振幅レベルである「−３．６」のノイズキャンセル信号が出力される。

一方、サブスピーカ１２ｂからは、マイク１１に入力されるノイズキャンセル信号が観測点Ｐにおいて観測されるノイズキャンセル信号と同等の振幅レベルとなるように、メインスピーカ１２ａから出力されるノイズキャンセル信号を打ち消すための正相の信号が出力される。このとき、サブスピーカ１２ｂから出力される正相の信号は、その振幅レベルが所望の値となるように増幅量が調整されて出力される。例えば、この例では、図４Ｃに示すように、正相の信号の振幅レベルが「０．３」となるように増幅量が調整される。

したがって、マイク１１には、メインスピーカ１２ａから出力された「−３．６」のノイズキャンセル信号と、サブスピーカ１２ｂから出力された「０．３」の正相の信号と、ノイズ源からの「１」のノイズ信号とが合成された信号が入力される。

観測点Ｐでは、図４Ｄに示すように、メインスピーカ１２ａから出力された「−３．６」のノイズキャンセル信号が１／４に減衰した「−０．９」のノイズキャンセル信号が観測される。そして、図４Ａに示すノイズ源からの「１」のノイズ信号と、図４Ｄに示す「−０．９」のノイズキャンセル信号とが合成され、図４Ｅに示すように、振幅レベルが「０．１」に減衰されたノイズ信号が観測される。

このように、この発明の実施の一形態では、マイク１１に入力されるノイズキャンセル信号成分を、サブスピーカ１２ｂを用いて観測点Ｐにおけるノイズキャンセル信号と同等の信号となるように調整するようにしている。こうすることにより、マイク１１が観測点Ｐの近傍に設置された場合と同様に、メインスピーカ１２ａが設置された地点から離れた観測点Ｐにおいて、ノイズキャンセル効果が最大となるようにノイズキャンセリングを行うことができる。

なお、この発明の実施の一形態では、マイク１１およびメインスピーカ１２ａから観測点Ｐまでの距離に応じて、サブスピーカ１２ｂから出力される正相の信号の振幅レベルを調整することにより、任意の地点でノイズキャンセル効果を最大とすることができる。

例えば、サブスピーカ１２ｂから出力される正相の信号の振幅レベルを大きくすることにより、この正相の信号とメインスピーカ１２ａから出力されたノイズキャンセル信号とが合成された、マイク１１に入力されるノイズキャンセル信号の振幅レベルがより小さくなる。そのため、メインスピーカ１２ａからより離れた地点においてノイズキャンセル効果を最大とすることができる。

また、サブスピーカ１２ｂから出力される正相の信号の振幅レベルを小さくすることにより、マイク１１に入力されるノイズキャンセル信号の振幅レベルがより大きくなる。そのため、メインスピーカ１２ａにより近い地点においてノイズキャンセル効果を最大とすることができる。

この発明の実施の一形態に適用可能なノイズキャンセリング装置１の一例の構成について、図５を参照して説明する。ノイズキャンセリング装置１は、マイクアンプ２１、周波数調整部２２および２３、位相反転部２４、アンプ２５および２６で構成され、マイク１１、メインスピーカ１２ａおよびサブスピーカ１２ｂが接続されている。マイク１１は、騒音として集音した周囲の音をノイズ信号に変換し、マイクアンプ２１に供給する。マイクアンプ２１は、供給されたノイズ信号を所定に増幅し、周波数調整部２２および２３に供給する。

周波数調整部２２は、例えばＬＰＦ（Low Pass Filter）やイコライザであり、例えば、供給されたノイズ信号の周波数成分のうち低域以外の周波数成分を遮断したり、ノイズ信号の周波数特性を変更するなどの処理を施す。位相反転部２４は、供給されたノイズ信号の位相を反転させ、ノイズ信号に対して逆位相となるノイズキャンセル信号を生成する。位相反転部２４から出力されたノイズキャンセル信号は、アンプ２５を介してメインスピーカ１２ａに供給されて出力される。

周波数調整部２３は、供給された信号の周波数特性を所定に調整する処理を行う。周波数調整部２３から出力された信号は、アンプ２６を介してサブスピーカ１２ｂに供給されて出力される。アンプ２６による増幅量は可変とされ、マイク１１およびメインスピーカ１２ａから観測点Ｐまでの距離に応じて変更することができる。

例えば、サブスピーカ１２ｂから出力される信号は、メインスピーカ１２ａから出力されるノイズキャンセル信号の音圧と比較して低い音圧で出力されるので、メインスピーカ１２ａよりも口径の小さいスピーカを用いることができる。

ただし、一般にスピーカは、その口径の大きさによって周波数特性が異なり、特に、口径の小さいスピーカでは、信号の低域側の周波数特性が悪化してしまう。そのため、サブスピーカ１２ｂとして、メインスピーカ１２ａよりも口径の小さいスピーカを使用する場合には、周波数調整部２３において、低域の周波数成分を増幅するなどして、ノイズ信号の周波数特性を調整する。このように、ノイズ信号の低域の周波数成分を調整することにより、メインスピーカ１２ａに用いられる口径の大きいスピーカと同等の周波数特性を持たせることができる。

図６は、この発明の実施の一形態によるノイズキャンセリング装置１を自動車に適用した場合の設置例を示す。自動車の座席のバックレスト５１の上部には、支持棒などによってヘッドレスト５２が取り付けられている。ヘッドレスト５２の左右の側面には、右チャンネル用および左チャンネル用のスピーカユニット５３がそれぞれ取り付けられている。

スピーカユニット５３の内部には、マイク１１およびメインスピーカ１２が互いに近傍に位置するように設けられている。スピーカユニット５３は、例えばヘッドレスト５２に取り付けられている。

ヘッドレスト５２の内部の側面側には、サブスピーカ１２ｂが設置されている。サブスピーカ１２ｂは、出力した信号がマイク１１によって確実に集音されるように、スピーカユニット５３に設けられたマイク１１の方向に向くように設置され、サブスピーカ１２ｂから出力される信号がユーザの耳の位置で観測し難いようにされている。

なお、スピーカユニット５３の取り付け位置は、この例に限らず、例えばバックレスト５１に取り付けられるようにしてもよい。また、例えば、スピーカユニット５３がヘッドレスト５２と一体となった構成としてもよい。

上述したように、この発明の実施の一形態では、サブスピーカ１２ｂから出力される信号の音圧は、メインスピーカ１２ａから出力される信号の音圧と比較して低い音圧である。したがって、サブスピーカ１２ｂに用いられるスピーカの口径は、メインスピーカ１２ａに用いられるスピーカの口径よりも小さいものを使用することができる。この例では、メインスピーカ１２ａとしては、例えば、口径が２０ｃｍであり、厚みが５ｃｍであるスピーカを用いることができる。また、サブスピーカ１２ｂとしては、例えば、口径が１０ｃｍであるスピーカを用いることができる。

また、サブスピーカ１２ｂは、マイク１１からメインスピーカ１２ａまでの距離よりも近くなるように設置される。この例では、メインスピーカ１２ａの中心からマイク１１までの距離が、例えば１５ｃｍとなるように設置され、サブスピーカ１２ｂからマイク１１までの距離が３ｃｍとなるように設置される。

次に、この発明の実施の一形態の第１の変形例について説明する。この発明の実施の一形態の第１の変形例では、観測点から離れた地点にマイクおよびスピーカを互いに近傍となるように設置する。そして、ノイズキャンセリング装置の内部において、マイクに入力されるノイズキャンセル信号成分をマイク入力直後の段階で減衰させることにより、マイクが恰も観測点の近傍に設置されているような仮想的な状態を作り出すようにしている。

この発明の実施の一形態の第１の変形例に適用可能なノイズキャンセリング装置１’の一例の構成について、図７を参照して説明する。ノイズキャンセリング装置１’は、マイクアンプ２１、周波数調整部２２、位相反転部２４、アンプ２５、加算器３１、アナログフィルタ３２およびアンプ３３で構成され、マイク１１およびスピーカ１２が接続されている。なお、この発明の実施の一形態と同様の部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

マイク１１に入力されたノイズ信号が加算器３１に供給される。加算器３１は、マイク１１から入力されたノイズ信号と、アンプ３３から出力された信号とを加算する。加算器３１から出力された信号は、マイクアンプ２１で所定に増幅され、周波数調整部２２で周波数成分に対して所定の調整が行われる。そして、位相反転部２４で位相が逆位相となるように反転されたノイズキャンセル信号が生成され、アンプ２５を介してスピーカ１２から出力される。

また、生成されたノイズキャンセル信号は、アナログフィルタ３２にも供給される。アナログフィルタ３２は、供給された信号の周波数特性を所定に調整する処理を行うとともに、信号の位相を反転させ、ノイズキャンセル信号に対して逆位相、すなわちノイズ信号に対して同位相である正相の信号を生成する。この信号は、上述した実施の一形態のノイズキャンセリング装置１においてサブスピーカ１２ｂから出力される正相の信号と同等の振幅レベルおよび位相特性を有する信号である。

アンプ３３は、アナログフィルタ３２から供給された信号を所定に増幅する。アンプ３３による増幅量は可変とされ、マイク１１およびスピーカ１２から観測点Ｐまでの距離に応じて変更することができる。例えば、マイク１１およびスピーカ１２から観測点Ｐまでの距離が遠い場合には、アンプ３３の増幅量を大きくする。また、マイク１１およびスピーカ１２から観測点Ｐまでの距離が近い場合には、アンプ３３の増幅量を小さくする。

このように、マイク１１に入力されるノイズキャンセル信号成分を、マイク１１に入力された直後に減衰させることにより、マイク１１の後段におけるノイズキャンセル信号成分が、観測点Ｐにおいて観測されるノイズキャンセル信号と同等の信号となる。すなわち、マイク１１が観測点Ｐの近傍に設置されている状態と同等の状態となり、観測点Ｐにおいてノイズキャンセル効果が最大となるようにすることができる。

次に、この発明の実施の一形態の第２の変形例について説明する。上述した実施の一形態および実施の一形態の第１の変形例によるノイズキャンセリング装置では、マイクおよびスピーカから離れた観測点においてノイズキャンセル効果が最大となるようにされている。しかしながら、例えば、このノイズキャンセリング装置を自動車などに適用した場合、座席に着座したユーザの頭の位置は、常に固定的な状態ではなく、周囲の状況に応じて動いていると考えられる。そのため、観測点であるユーザの耳の位置が予め決められた地点から外れた場合には、マイクおよびスピーカから観測点までの距離が変化してしまい、ノイズキャンセル効果を十分に得ることができなくなってしまう。

そこで、この発明の実施の一形態の第２の変形例では、マイクおよびスピーカから観測点までの距離を測定し、測定された距離に応じて観測点の位置が変化した場合であっても、観測点においてノイズキャンセル効果を最大とすることができるようにした。

図８は、この発明の実施の一形態の第２の変形例によるノイズキャンセリング装置を自動車に適用した場合の設置例を示す。この実施の一形態の第２の変形例では、例えば図８に示すように、メインスピーカ１２ａの近傍にセンサ部５４を設ける。

センサ部５４は、例えば、超音波センサやカメラなどが用いられ、マイク１１およびメインスピーカ１２ａから観測点Ｐ（この例の場合には、ユーザの頭の位置）までの距離を測定する。測定結果に応じて、サブスピーカ１２ｂから出力される正相の信号の振幅レベルを変化させる。

例えば、観測点Ｐがマイク１１およびメインスピーカ１２ａから離れた場合には、サブスピーカ１２ｂから出力される正相の信号の振幅レベルを大きくする。これにより、マイク１１に入力されるノイズキャンセル信号の振幅レベルがより小さくなり、メインスピーカ１２ａから離れた地点においてノイズキャンセル効果を最大とすることができる。

また、観測点Ｐがマイク１１およびメインスピーカ１２ａに近づいた場合には、サブスピーカ１２ｂから出力される正相の信号の振幅レベルを小さくする。これにより、マイク１１に入力されるノイズキャンセル信号の振幅レベルがより大きくなり、メインスピーカ１２ａに近い地点においてノイズキャンセル効果を最大とすることができる。

このように、この発明の実施の一形態の第２の変形例では、センサ部５４によって測定されたマイク１１から距離に応じて、サブスピーカ１２ｂから出力される正相の信号の振幅レベルを可変とするようにしている。こうすることにより、観測点Ｐの位置が変化した場合であっても、観測点Ｐにおけるノイズキャンセル効果が最大となるようにすることができる。

なお、この例では、実施の一形態によるノイズキャンセリング装置１に対してセンサ部５４を設けた場合を例にとって説明したが、これはこの例に限られない。例えば、実施の一形態の第１の変形例によるノイズキャンセリング装置１’に対しても同様に適用可能である。

以上、この発明の実施の一形態、実施の一形態の第１の変形例および第２の変形例について説明したが、この発明は、上述したこの発明の実施の一形態、実施の一形態の第１の変形例および第２の変形例に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

上述の実施の一形態および実施の一形態の第１の変形例では、メインスピーカ１２ａまたはスピーカ１２からノイズキャンセル信号のみが出力されるように説明したが、これはこの例に限られない。例えば、ノイズキャンセリング装置１および１’において、ノイズキャンセル信号に対して音楽などの音声信号を重畳させることにより、ノイズキャンセル信号および音声信号をスピーカ１２から同時に出力させることができる。

また、この例では、自動車に対してノイズキャンセリング装置を適用した場合について説明したが、これに限られず、例えば航空機や船舶などの乗り物に対しても適用可能である。また、乗り物に限らず、映画館や講演会場等の室内などユーザ毎に個別に座席が設けられている場所や、家庭用ＡＶ（Audio/Video）システムにおいても適用可能である。

スピーカから離れた地点に位置する観測点の近傍にマイクロフォンが設置された場合のノイズキャンセリング方法について説明するための略線図である。 スピーカから離れた地点に位置する観測点の近傍にマイクロフォンが設置された場合の各信号の波形を示す略線図である。 この発明の実施の一形態に適用可能なノイズキャンセリング方法について説明するための略線図である。 この発明の実施の一形態に適用可能なノイズキャンセリング方法を用いた場合の各信号の波形を示す略線図である。 この発明の実施の一形態に適用可能なノイズキャンセリング装置の一例の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の一形態によるノイズキャンセリング装置を自動車に適用した場合の設置例を示す略線図である。 この発明の実施の一形態の第１の変形例に適用可能なノイズキャンセリング装置の一例の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の一形態の第２の変形例によるノイズキャンセリング装置を自動車に適用した場合の設置例を示す略線図である。 観測点に対してマイクロフォンおよびスピーカが近傍に設置された場合のノイズキャンセリングについて説明するための略線図である。 観測点に対してマイクロフォンおよびスピーカが近傍に設置された場合の各信号の波形を示す略線図である。 従来のノイズキャンセリング装置の一例の構成を示すブロック図である。 観測点に対してマイクロフォンおよびスピーカが離れた位置に設置された場合のノイズキャンセリングについて説明するための略線図である。 観測点に対してマイクロフォンおよびスピーカが離れた位置に設置された場合の各信号の波形を示す略線図である。

符号の説明

１、１’ ノイズキャンセリング装置
１１ マイクロフォン
１２ スピーカ
１２ａ メインスピーカ
１２ｂ サブスピーカ
２１ マイクアンプ
２２、２３ 周波数調整部
２４ 位相反転部
２５、２６、３３ アンプ
３１ 加算器
３２ アナログフィルタ
５１ バックレスト
５２ ヘッドレスト
５３ スピーカユニット
５４ センサ部

Claims (3)

1. 周囲の音を騒音として集音するマイクロフォンと、
   上記マイクロフォンからの信号が供給され、該信号に対して逆位相とするとともに、上記マイクロフォンから離れた観測点までの距離に応じた減衰量を考慮した振幅レベルのノイズキャンセル信号を生成する第１の信号生成部と、
   上記マイクロフォンの近傍に設置され、上記ノイズキャンセル信号を出力するスピーカと、
   上記第１の信号生成部で生成された上記ノイズキャンセル信号が供給され、該ノイズキャンセル信号に対して逆位相となる正相の信号を生成する第２の信号生成部と、
   上記マイクロフォンからの信号および上記正相の信号を合成する合成部と
   を有し、
   上記スピーカから出力され上記マイクロフォンに入力された上記ノイズキャンセル信号が、上記合成部において上記正相の信号と合成されることにより減衰されて上記第１の信号生成部に入力され、
   上記減衰されることで、上記第１の信号生成部に入力される信号の振幅レベルが上記観測点において観測されるノイズキャンセル信号と同等の振幅レベルとされるノイズキャンセリング装置。
2. 上記第２の信号生成部は、
   上記マイクロフォンから上記観測点までの距離に応じて上記正相の信号の振幅レベルを設定する請求項１に記載のノイズキャンセリング装置。
3. 上記マイクロフォンから上記観測点までの距離を測定するセンサ部をさらに有し、
   上記センサ部で測定された距離に応じて、上記第２の信号生成部で生成された上記正相の信号の振幅レベルが可変とされる請求項１に記載のノイズキャンセリング装置。

Images