JP5352634B2 - 入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヘッドホンに接続される入力装置に関する。

従来のヘッドホンは、音を出力するだけの出力装置である。なお、ここで言うヘッドホンは、イヤホン、ステレオホン、ヘッドセット等を含む耳にスピーカを装着させて音を出力する装置全般を指す。そのため、ユーザが音楽プレーヤを操作するためには、リモコン等の入力装置を用いるか、音楽プレーヤ本体に実装された入力装置を用いる必要があった。リモコンや音楽プレーヤ本体に比べ、ヘッドホンはユーザが素早くアクセスできる位置にあるため、もしヘッドホンで入力操作を行うことができれば、より早い操作が可能になる。

ヘッドホンで入力操作を行うために様々な方法が考えられてきた。ヘッドホンにスイッチを加え、そのスイッチを用いて入力する方法は、単純でローコストであるため、よく用いられている。操作する力を小さくするために、タッチセンサを用いたものもある（例えば、非特許文献１参照）。また、一般にヘッドセットやイヤホンマイク等と呼ばれるマイクが付加されたヘッドホンを用いれば、音声による入力が可能である。多くの場合、マイクは口の近くに配置されるが、ヘッドホン内部に実装したマイクで外耳道から漏れてくる音声を検出する方式（例えば、特許文献１及び２参照）や、ヘッドホンと皮膚とが接触する部位にマイクを設置し、骨伝道音を検出する方式等もある。

また、モーションセンサをヘッドホンに組み込み、頭部のジェスチャで入力操作を行うことや、ヘッドホンの耳への着脱をトリガにして音楽プレーヤを操作するものもある。更には、外耳道の動きヘッドホン内部に実装した距離センサで検出して、それを入力操作とする方式（例えば、非特許文献２参照）や、ヘッドホンに実装した電極でＥＯＧ（Electro-Oculogram：眼電位図）を検出し、眼球の動きで入力を行う方式（例えば、非特許文献３参照）等が知られている。

また、ヘッドホンを叩くことで入力操作を行うものが存在する。これは、ヘッドホンに加速度センサを設けておき、当該加速度センサによってヘッドホンが叩かれたことを検出して、入力操作とするものである。

また、ヘッドホンのスピーカのみを用いて、音声の出力と入力とを行う全二重通信を行う方法も考えられている（例えば、特許文献３及び４参照）。この技術を用いれば、ユーザは音声によるコマンド入力が可能になる。

特開２００７−２０１８８７号公報 特開２００６−１７３９３０号公報 特開２０１１−２３８４８号公報 特開２００５−１０９８４５号公報

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ところで、ヘッドホンの選定にはユーザの嗜好が強く反映されるため、ユーザが気に入ったヘッドホンを使い続けることが望ましい。従って、任意のヘッドホンで利用できる入力機能を実現することが重要となる。

しかしながら、上述した方法ではヘッドホンでの入力操作が可能になるが、その目的のために特別なセンサ等を付け加えている。そのため、入力操作を行うためには入力操作を行うためにはセンサ付きの特別なヘッドホンを利用する必要があり、ユーザが既に保持しているヘッドホンを使うことができなくなってしまう。

また、スピーカのみを用いて全二重通信を行う場合も、全二重通信を行うことができる特別のヘッドホンを用いる必要があり、ユーザは特別のヘッドホンを利用せざるを得なくなってしまう。任意のヘッドホンで全二重通信を行うためには、高度なエコーキャンセル及びノイズキャンセル機能が必要となり、回路が複雑化し、消費電力が大きくなってしまうという問題があった。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、任意のヘッドホンを用いてヘッドホンによる入力を行うことができ、簡易に実現することができる入力装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る入力装置は、スピーカユニットを備えるヘッドホンに接続される入力装置であって、スピーカユニットから出力される電気信号を検出して、予め設定される振動検出パラメータに基づいて当該検出した電気信号からヘッドホンの振動を検出する振動検出手段と、振動検出手段によって検出された振動に応じて、入力される情報を決定する入力情報決定手段と、を備えることを特徴とする。

通常、スピーカは電気信号を振動に変換するトランスデューサとして用いられるが、その逆の振動を電気信号に変換することも可能である。そこで、本発明に係る入力装置では、ヘッドホンに備えられるスピーカユニットから出力される電気信号が検出されることでヘッドホンの振動が検出される。そして、検出された振動に応じて入力される情報が決定される。即ち、ユーザがヘッドホンを振動（打鍵）することで、ヘッドホンが接続される音響機器等への入力コマンド等の情報の入力を行うことが可能になる。

また、本発明によれば、ヘッドホンに備えられるスピーカユニットを用いてヘッドホンによる入力を実現しているので、任意のヘッドホンを用いたヘッドホンによる入力を行うことが可能になる。また、振動によって出力される電気信号を検出すればよいので簡易に実現することが可能である。

振動検出手段は、ヘッドホンに音信号を出力するヘッドホンアンプと当該ヘッドホンとの間に設けられる抵抗を備え、当該抵抗の電位変化を検出することでヘッドホンの振動を検出する。この構成によれば、振動による抵抗の電位変化を検出すればよいので、確実かつより簡易に本発明の実施を行うことが可能になる。
また、入力装置は、ヘッドホンとは別体として構成され、任意のヘッドホンに接続可能であることとしてもよい。

振動検出手段は、抵抗のヘッドホンアンプ側の電位を分圧した電位と当該抵抗のヘッドホン側の電位とを差動増幅した電位に基づいて、当該抵抗の電位変化を検出することが望ましい。この構成によれば、振動による抵抗の電位変化を検出すればよいので、適切かつ確実に本発明の実施を行うことが可能になる。

振動検出手段は、抵抗のヘッドホンアンプ側の電位を分圧した電位と当該抵抗のヘッドホン側の電位との何れかの位相をシフトさせることが望ましい。この構成によれば、差動増幅した電位におけるヘッドホンアンプからヘッドホンに入力される音信号の影響を減らすことができ、適切に振動による抵抗の電位変化を検出することができる。

入力装置は、接続されるヘッドホンに応じて、ヘッドホンアンプ側の電位の分圧に係る分圧比を調整する分圧比調整手段を更に備えることが望ましい。この構成によれば、ヘッドホンに応じて、振動による抵抗の電位変化を検出しやすいようにできる。これにより、より頑強にヘッドホンによる入力が可能になる。

入力装置は、抵抗のヘッドホンアンプ側から当該抵抗を経由してヘッドホンに入力されるインパルス信号、又は周波数が変化する正弦波信号を発生させる信号発生手段を更に備え、分圧比調整手段は、信号発生手段によって発生されたインパルス信号又は正弦波信号のヘッドホンからの応答を検出して、当該応答に応じて分圧比を調整する、ことが望ましい。この構成によれば、ヘッドホンに応じて、振動による抵抗の電位変化を更に検出しやすいようにできる。これにより、更に適切にヘッドホンによる入力が可能になる。

入力装置は、抵抗のヘッドホンアンプ側から当該抵抗を経由してヘッドホンに入力されるインパルス信号、又は周波数が変化する正弦波信号を発生させる信号発生手段を更に備え、振動検出手段は、信号発生手段によって発生されたインパルス信号又は正弦波信号のヘッドホンからの応答を検出して、当該応答に応じて振動検出パラメータを設定する、ことが望ましい。この構成によれば、ヘッドホンに応じて、検出した電位変化から振動を更に検出しやすいようにできる。これにより、更に適切にヘッドホンによる入力が可能になる。

振動検出手段は、キャリブレーションとしてスピーカユニットから出力される電気信号を検出して振動検出パラメータを設定することが望ましい。この構成によれば、ユーザがヘッドホンを振動（打鍵）させてキャリブレーションを行えば、ユーザの振動のさせ方毎に振動による抵抗の電位変化を検出しやすいようにできる。これにより、ユーザの振動のさせ方に応じた適切なヘッドホンによる入力が可能になる。

入力装置は、振動検出手段によって設定された振動検出パラメータに基づいて、ヘッドホンに入力される音信号の最大音量を設定する音量設定手段を更に備えることが望ましい。この構成によれば、ヘッドホンに入力される音信号によるヘッドホンの振動の誤検出を防止することができる。これにより、ヘッドホンに入力される音信号に起因する誤動作等を防止することができる。

入力情報決定手段は、振動検出手段によって検出された振動のリズムに応じて、入力される情報を決定することが望ましい。この構成によれば、様々な情報の入力を行うことが可能になり、ユーザの利便性を向上させることができる。

ヘッドホンは、２つのスピーカユニットを備えており、入力装置は、当該２つのスピーカユニットの一方を音信号を出力し、他方をヘッドホンを装着するユーザの外耳道から漏れてくる音声を検出するモードに設定するモード設定手段を更に備えることが望ましい。これにより例えば、上記の一方のスピーカユニットからは音楽等の音声を出力させ、他方のスピーカユニットをマイクとして用いることによって、ヘッドホンを用いてユーザに通話を行わせることができる。即ち、この構成によれば、ユーザの利便性を向上させることができる。

本発明によれば、ヘッドホンに備えられるスピーカユニットを用いてヘッドホンによる入力を実現しているので、任意のヘッドホンを用いたヘッドホンによる入力を行うことが可能になる。また、振動によって出力される電気信号を検出すればよいので簡易に実現することが可能である。

本発明の実施形態に係る入力装置の機能構成を示す図である。 実施形態において、打鍵検出に用いられる回路を示す図である。 実施形態において、（ｉ）回路上に入力される信号と（ｉｉ）差動増幅器から出力される打鍵信号とを示すグラフである。 実施形態において、入力される情報を決定するために予め記憶している情報である。 本発明の実施形態に係る入力装置でキャリブレーション時に実行される処理を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る入力装置でユーザの打鍵による情報の入力時に実行される処理を示すフローチャートである。

以下、図面と共に本発明に係る入力装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に本実施形態に係る入力装置１０を示す。入力装置１０は、ヘッドホン２０に接続されて、ヘッドホン２０を用いた、ユーザからの情報の入力を行う装置である。この情報の入力は、ユーザが入力したい情報に応じてヘッドホン２０を振動させて行われる。ヘッドホン２０の振動は、ユーザがヘッドホン２０を打鍵する（叩く）ことによって行われる。入力される情報は、任意の情報でよいが、例えば、ヘッドホン２０に音信号を入力する音響機器に対する入力コマンド（具体的には、再生、停止や曲の選択等のコマンド）である。

入力装置１０は、ケーブル等の有線でヘッドホン２０と接続されており、信号の入出力を行うことができる。また、入力装置１０には、有線等のケーブルでヘッドホン２０に音信号を入力する音響機器（の一機能）であるヘッドホンアンプ３０と接続されている。ヘッドホンアンプ３０は、入力装置１０を介してヘッドホン２０に音信号を出力する。即ち、入力装置１０は、例えば、ヘッドホン２０とヘッドホンアンプ３０との間にアダプタとして設けられ、ヘッドホン２０に音信号を出力する出力装置でもある。なお、入力装置１０とヘッドホン２０との間の接続、及び入力装置１０とヘッドホンアンプ３０との間の接続は、必ずしも有線による接続でなくてもよく、無線による接続であってもよい。

図１に示すように、ヘッドホン２０は、スピーカユニット２１を備えている。スピーカユニット２１は、電気信号として入力される音信号を信号に変換して音声を出力するトランスデューサである。ヘッドホン２０は、ユーザがスピーカユニット２１から出力される音声が聞けるようにユーザの耳に装着される。ヘッドホン２０には、左耳用、右耳用の２つのスピーカユニット２１が備えられていてもよい。

その一方で、スピーカユニット２１は、振動を電気信号として変換するトランスデューサでもある。即ち、ヘッドホン２０に振動が与えられると、スピーカユニット２１から当該振動に応じた電気信号が出力される。出力された電気信号は、ヘッドホン２０から入力装置１０に入力される。スピーカユニット２１としては、例えば、ダイナミック型、バランスドアーマチュア型、圧電型、静電型、マグネチック型等のスピーカユニット（トランスデューサ）を用いることができる。

引き続いて、本実施形態に係る入力装置１０の機能構成について説明する。入力装置１０は、図１に示すように打鍵検出部１１と、入力情報決定部１２と、分圧比調整部１３と、信号発生部１４と、音量設定部１５と、モード設定部１６とを備えて構成される。

打鍵検出部１１は、情報の入力を行うためにユーザがヘッドホン２０を打鍵した（叩いた）ことによるヘッドホン２０の振動を検出する振動検出手段である。打鍵検出部１１は、ヘッドホン２０のスピーカユニット２１から出力される電気信号を検出して、後述するような予め設定される振動検出パラメータに基づいて当該検出した電気信号からヘッドホン２０の振動を検出する。

打鍵検出部１１は、図２に示す基本回路１１ａを用いてスピーカユニット２１から出力される電気信号を検出する。図２示すように、基本回路１１ａは、４つの抵抗Ｒ１〜Ｒ４と、差動増幅器１１１とを備えている。抵抗Ｒ１は、ヘッドホンアンプ３０とヘッドホン２０（のスピーカユニット２１）との間に設けられる。ヘッドホンアンプ３０からヘッドホン２０への音信号の入力は、抵抗Ｒ１を介して行われる。なお、抵抗Ｒ１は、過電流の防止、ヘッドホンアンプ３０の発振防止を目的として、従来のヘッドホンアンプとヘッドホンとの通常の接続形態であっても挿入されることが多い。打鍵検出部１１は、当該抵抗Ｒ１の電位変化を、振動によってスピーカユニット２１から出力される電気信号として検出することでヘッドホン２０の振動を検出する。

ヘッドホン２０が打鍵されると、ヘッドホン２０内部のスピーカユニット２１に振動が与えられ電流が発生する。これに伴い、抵抗Ｒ１のヘッドホン２０側の位置Ｐ１の電位が変化する。打鍵検出部１１は、この位置Ｐ１の電位を差動増幅器１１１のマイナス入力端子に入力し、ヘッドホンアンプ３０の出力電位（抵抗Ｒ１のヘッドホンアンプ３０側の位置Ｐ２の電位）を抵抗Ｒ２で適切に分圧した電位を差動増幅器１１１のプラス入力端子に入力して、差動増幅した電位に基づいて抵抗の電位変化を検出する。このようにして得られる電位は、ヘッドホンアンプ３０からヘッドホン２０に入力される（再生している）音信号がキャンセルされ、打鍵に伴う電位変化のみが増幅されたものとすることができる。本実施形態においては、差動増幅器１１１から出力される電圧値を打鍵信号と呼ぶ。なお、打鍵信号は、ユーザによる打鍵が行われていない場合の信号を含んでいる。

ここで抵抗Ｒ２は、ＩＣ制御により抵抗値を変更することが可能な可変抵抗であり、例えば、後述するように抵抗値が設定される。また、打鍵信号の検出は、打鍵検出部１１が備える従来の電圧検出器（図示せず）を用いて行うことができる。

具体例を図３に示す。（ｉ）は位置Ｐ１での電位であり、（ｉｉ）は打鍵信号であり、横方向は時間の経過を示し、縦方向は電位の大きさを示している。この例では、ヘッドホン２０には５００Ｈｚ、１００ｍＶｐ−ｐの正弦波を与えている。この時、ヘッドホン２０が打鍵されると、図３（ｉ）に示すように位置Ｐ１での電位に打鍵に伴って波形に乱れが生じる。一方、打鍵信号は図３（ｉｉ）に示すような信号となる。打鍵信号では、ヘッドホン２０に与えられた正弦波が減衰し、打鍵に伴うピークが明瞭に観測される。打鍵検出部１１は、この打鍵に伴うピークを検出することでヘッドホン２０への打鍵を検出することができる。

打鍵の伴うピークの検出は、従来からの波形のピーク検出の技術を利用することができる。ここで、ピークの検出は、打鍵信号の電圧値が単純にある予め設定された閾値を超えた場合にピークであるとして検出してもよいし、閾値を超えてなおかつ直前の変化量が別な閾値を超えた場合をピークであると検出してもよい。更に、差動増幅器１１１が出力する打鍵信号に対して、ローパスフィルタやバンドパスフィルタをかけ、フィルタを通った後の信号に対して、ピーク検出を行ってもよい。打鍵（による振動）の検出に用いられる振動検出パラメータは、例えば、上記の打鍵信号の電圧値（ピーク）の閾値や、電圧値の変化量あるいはピークの間隔の閾値である。また、振動検出パラメータは、ピーク検出の手法に応じて上記以外のものが用いられてもよい。なお、信号検出パラメータは、後述するように適宜設定される。

打鍵検出部１１は、ヘッドホン２０の振動（打鍵）を検出するとその旨を検出毎に入力情報決定部１２に通知する。また、スピーカユニット２１が２つある場合には、何れのスピーカユニット２１の振動であるかを示す情報も合わせて出力する。

入力情報決定部１２は、打鍵検出部１１によって検出された振動に応じて、入力される情報を決定する入力情報決定手段である。例えば、入力情報決定部１２は、打鍵検出部１１によって検出された振動のリズムに応じて、入力される情報を決定する。具体的には、図４の表に示すように、振動のリズムと入力される情報（例えば、ヘッドホンアンプ３０を操作するためのコマンド）との対応関係を示す情報を記憶しておき、その情報に基づいて入力される情報の決定を行う。図４において、振動のリズムは、「両手モード」あるいは「片手モード」の欄の情報である。「両手モード」及び「片手モード」とは、ヘッドホン２０の振動による情報の入力方法のモードであり、ユーザ等によって入力の前に設定されるものである。「両手モード」とは、両手を使い、左右のスピーカユニット２１を打鍵することでコマンドを発行するモードである。「片手モード」とは、片手を使い、右又は左のスピーカユニット２１のみを打鍵することでコマンドを発行するモードである。

入力情報決定部１２は、スピーカユニット２１の振動が発生した旨が打鍵検出部１１から入力されると、一定の時間幅における当該振動のリズムが予め入力コマンドに対応付けられて記憶されている振動のリズムと一致しているか否かを判断する。ここで、振動のリズムには、２つのスピーカユニット２１の振動の順番も含む。例えば、図４の「両手モード」における、左右の順番等である。また、振動のリズムを構成する個々の振動の長さ（図４の「片手モード」における、四分音符と八分音符との違い）や振動の間隔が考慮されてもよい。

入力情報決定部１２は、打鍵検出部１１からの通知に係る振動のリズムが予め記憶している振動のリズムの何れかと一致していると判断した場合には、当該記憶している振動のリズムに対応付けて記憶しているコマンドを入力される情報として決定する。入力情報決定部１２は、決定したコマンドを示す情報を当該情報が用いられる装置、例えば、ヘッドホンアンプ３０に出力される。打鍵検出部１１からの通知に係る振動のリズムが予め記憶している振動のリズムの何れかとも一致していないと判断した場合には、情報の入力は行われない。

分圧比調整部１３は、接続されるヘッドホン２０に応じて、抵抗Ｒ１のヘッドホンアンプ３０側の電位の分圧に係る分圧比を調整する分圧比調整手段である。信号発生部１４は、抵抗Ｒ１のヘッドホンアンプ３０側から当該抵抗Ｒ１を経由してヘッドホン２０に入力されるキャリブレーション用の信号を発生させる信号発生手段である。キャリブレーション用の信号は、任意の信号を用いることができるが、後述するようにインパルス信号、又は周波数が変化する正弦波信号を用いることが望ましい。正弦波信号において周波数を変化させる範囲は、ヘッドホンアンプ３０から出力される音楽等の音信号の周波数の範囲であることが望ましい。分圧比調整部１３及び信号発生部１４は、打鍵検出部１１によって適切に振動を検出できるようにキャリブレーションを行うための構成である。

キャリブレーションは、ユーザの打鍵による情報の入力が行われる前に行われる。例えば、入力装置１０に対してユーザからキャリブレーションを行う旨の操作が行われた場合、あるいは、新たにヘッドホン２０が入力装置１０に接続されたことが検出された場合に行われる。

具体的には、基本回路１１ａの抵抗Ｒ２の抵抗値を、接続されるヘッドホン２０に応じて上記の構成によって決定する。ヘッドホン２０には、インピーダンス、共振周波数等のいくつかのパラメータがあり、それらのパラメータはヘッドホン２０によって異なる。それらのパラメータに合わせて抵抗Ｒ２の抵抗値を調整することによって、打鍵信号に重畳する音信号をより小さくすることが可能である。

信号発生部１４は、具体的には、従来の信号発生器によって実現することができ、基本回路１１ａの位置Ｐ２に発生（生成）させた信号を入力するように構成されている。このように発生させた信号は、ヘッドホン２０に入力され、ヘッドホン２０からは入力した信号とヘッドホン２０の上記のパラメータに応じた信号が出力される。ヘッドホン２０から出力される信号は、基本回路１１ａの位置Ｐ１の電位に相当して、差動増幅器１１１のマイナス入力端子に入力される。その一方で、基本回路１１ａの位置Ｐ２に発生（生成）させた信号は、基本回路１１ａの位置Ｐ２の電位に相当して、差動増幅器１１１のプラス入力端子に入力される。このとき、ヘッドホン２０が振動していなければ、振動していないときの打鍵信号が得られる。ヘッドホン２０が振動していないときの打鍵信号は、振動が適切に検出できるように、その振幅（電圧値）の大きさがなるべく小さくなることが望ましい。

分圧比調整部１３は、このときの打鍵信号を検出して、検出した打鍵信号（の振幅）が最も小さくなるように抵抗Ｒ２の抵抗値を探索する。この探索は、例えば、抵抗Ｒ２の抵抗値を少しずつ変化させなから、打鍵信号の振幅を測定することで行われる。なお、上記の探索は、例えば、ヘッドホンアンプ３０から出力される音信号に基づいて行われてもよく、必ずしも信号発生部１４から発生される信号に基づかずに行われてもよい。

また、信号発生部１４から発生される信号が、インパルス信号、又は周波数が変化する正弦波信号であれば、分圧比調整部１３は、検出した打鍵信号に基づいて、インピーダンスや共振周波数等のヘッドホン２０のパラメータを推定することができる。分圧比調整部１３は、推定したパラメータに基づいて打鍵信号が最も小さくなるように抵抗Ｒ２の抵抗値を設定してもよい。ヘッドホン２０のパラメータの推定は、従来の方法を用いることができる。また、ヘッドホン２０のパラメータから打鍵信号が最も小さくなるように抵抗Ｒ２の抵抗値を設定することも従来の方法により可能である。

特定の信号を入力して抵抗Ｒ２の抵抗値を少しずつ変化させなから抵抗Ｒ２の抵抗値を探索する方法では、ある特定の信号に対する調整でしかなかった。これに対して、インピーダンス、共振周波数等のヘッドホン２０のパラメータに基づいて抵抗Ｒ２の抵抗値を設定する方法や周波数を変化させて抵抗値を探索する方法では総合的な視点で抵抗値を調整できる点で異なる。通常、ヘッドホン２０の特性は、周波数依存性があるため抵抗Ｒ２の抵抗値は周波数によって異なる。例えば５００Ｈｚの正弦波を用いて抵抗Ｒ２の抵抗値を少しずつ変化させなから抵抗Ｒ２の抵抗値を探索する方法では、５００Ｈｚの正弦波に対する最適な抵抗値を求めることができるが、５００Ｈｚにおける最適値を他の周波数に対して適用しても問題ないかどうかは考慮されない。ヘッドホン２０において再生される音楽は、５００Ｈｚに限らず様々な周波数で再生されえる。

もし、５００Ｈｚ付近に特異な周波数依存性があれば、５００Ｈｚに対する最適値を他の周波数に適用するのは問題となる。一方、周波数を可変にさせた場合には、例えばどの周波数での最適値を用いるのがよいのかを判定できるようになる。

また、ヘッドホン２０を打鍵した時に現れる信号は、ユーザの打鍵動作の影響を強く受けるが、それだけでなくヘッドホン２０のパラメータの影響も受ける。例えば、ヘッドホン２０の共振周波数は、打鍵時の打鍵信号の周波数に影響を与える。

そこで、打鍵検出部１１は、キャリブレーションとして、信号発生部１４から発生された信号、具体的には、インパルス信号又は正弦波信号のヘッドホン２０からの応答を検出して、当該応答に応じて振動検出パラメータを設定することとしてもよい。具体的には、打鍵検出部１１は、キャリブレーションの際に信号発生部１４から信号を発生させたときの打鍵信号を上記の応答として検出する。打鍵検出部１１は、検出した打鍵信号に基づいて、インピーダンスや共振周波数等のヘッドホン２０のパラメータを推定する。当該パラメータを用いて、振動検出パラメータを設定する。ヘッドホン２０のインピーダンスは、信号の周波数に応じて変化し、共振周波数のときに最小となる。従って、例えば共振周波数のときのインピーダンスを基準に、振動検出パラメータである打鍵信号の電圧値の閾値や電圧値の変化量の閾値の設定を行う。これにより、より頑強に打鍵信号から打鍵検出を行うことができるようになる。

また、打鍵検出部１１は、信号発生部１４から発生された信号を用いるのではなく、予めユーザにヘッドホン２０を打鍵させ、そこで得られる打鍵信号を基に、振動検出パラメータを設定することとしてもよい。打鍵検出部１１は、キャリブレーションとしてスピーカユニット２１から出力される電気信号を検出して振動検出パラメータを設定する。このキャリブレーションの際に、ユーザがヘッドホン２０を打鍵したものとして、打鍵検出部１１は振動検出パラメータを設定する。具体的には、キャリブレーションの際に検出された打鍵信号から、打鍵に相当するピークが検出できるように打鍵信号の電圧値の閾値を設定する。この際、確実に振動検出パラメータを設定するため、ユーザは複数回、ヘッドホン２０を打鍵することが望ましい。

例えば、打鍵の強さはユーザによって異なるため、打鍵に伴う打鍵信号のピークの大きさもユーザによって異なる。この時、振動検出パラメータを変化させないと、弱いピークを発生させるユーザでは、打鍵を検出できないという問題が生じる。これに対して、予めユーザに打鍵させておけば、そのユーザに合わせて振動検出パラメータを設定することができ、弱いピークを発生させるユーザに対しても打鍵検出が行えるようになる。

音量設定部１５は、打鍵検出部１１によって設定された振動検出パラメータに基づいて、ヘッドホン２０に入力される音信号の最大音量を設定する音量設定手段である。当該音量設定は、キャリブレーションの一環として行われる。分圧比調整部１３によって、抵抗Ｒ２の抵抗値が調整された場合であっても、図２の打鍵信号に重畳する音信号はゼロにはならない。それはヘッドホン２０がリアクタンス成分を持っているため、位相差が生じるためである。ここで、ユーザの打鍵に伴う打鍵信号のピークが小さい場合に、大きな音量の音信号が入力（再生）されると、打鍵していないにも関わらず、打鍵検出部１１が打鍵を検出してしまう誤認識が発生する。

音量設定部１５は、ヘッドホン２０に入力される（再生する）音信号の最大音量を、ピークの誤検出が発生しない範囲に設定することで、この問題を解決する。具体的には、例えば、音量設定部１５は、抵抗Ｒ２の抵抗値が調整された後に、一定の音量で特定の周波数の正弦波をヘッドホン２０に与えている時の打鍵信号を観測する。この正弦波は、例えば、信号発生部１４によって発生される。音量設定部１５は、このときの打鍵信号が何倍になると打鍵検出部１１において打鍵と判断されるのかを判定する。この際、音量設定部１５は、打鍵検出部１１によって設定された振動検出パラメータを参照して上記の判定を行う。音量設定部１５は、この倍率を判定すると、上記の一定の音量に倍率をかけたレベルの音量を最大音量に設定する。音量設定部１５は、設定した最大音量をヘッドホンアンプ３０に通知して当該最大音量を超える音量の音信号を出力しないようにさせる。あるいは、入力装置１０において、当該最大音量を超える音信号がヘッドホンアンプ３０から入力された場合には、音量が最大音量以下となるように信号を処理してからヘッドホン２０に出力させるようにしてもよい。

モード設定部１６は、入力装置１０の動作モードを設定するモード設定手段である。モードの設定は、例えば、上述したユーザの打鍵による入力操作を受け付けて当該入力操作に応じて行われる。動作モードとしては、例えば、上述した両手を使ってヘッドホン２０を打鍵する「両手モード」と、片手のみを使う「片手モード」とがある。また、そのほか、２つのスピーカユニット２１の一方を音信号を出力（再生）し、他方をマイクロフォンとして使用する「イヤホンマイクモード」がある。スピーカユニット２１のマイクロフォンとしての利用は、具体的には例えば、ヘッドホン２０を装着するユーザの外耳道から漏れてくる音声を検出するものである。

「イヤホンマイクモード」では、ユーザはヘッドホン２０の一方のスピーカユニット２１からしか音が聞こえなくなってしまうが、例えば、電話機に接続されるヘッドホン２０であれば、通常のヘッドホン２０を装着するだけで通話を行うようにできるようになる。より具体的には、ユーザが音楽を聴いている際に電話がかかってきても、ヘッドホン２０を打鍵するだけで通話を行うことができる。

なお、入力装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ等のハードウェアからなるコンピュータを備えており（図示せず）、上述した機能手段における、ピーク検出や入力される情報の決定、分圧比の計算等の情報処理は、当該コンピュータによって行われる。以上が、入力装置１０の構成の説明である。

引き続いて、図５及び図６のフローチャートを用いて、本実施形態に係る入力装置１０で実行される処理（入力装置１０の動作）を説明する。まず、図５のフローチャートを用いてキャリブレーション時に実行される処理を説明し、その後、図６のフローチャートを用いてユーザの打鍵による情報の入力時に実行される処理を説明する。

キャリブレーションは、入力装置１０に対してユーザからキャリブレーションを行う旨の操作が行われた場合、あるいは、新たにヘッドホン２０が入力装置１０に接続されたことが検出された場合に行われる。入力装置１０では、まず、信号発生部１４によってキャリブレーション用の信号が発生する（Ｓ０１）。この信号は、例えば、一定の音量の正弦波である。

この信号は、図２に示す基本回路１１ａの位置Ｐ２に入力される。当該信号は、抵抗Ｒ２を介して差動増幅器１１１のプラス入力端子に入力される。その一方、当該信号は、抵抗Ｒ１を介して、入力装置１０に接続されているヘッドホン２０に入力される。ヘッドホン２０からは、入力した信号とヘッドホン２０のパラメータとに応じた信号が基本回路１１ａの位置Ｐ１に出力される。ヘッドホン２０から出力された信号は、差動増幅器１１１のマイナス入力端子に入力される。差動増幅器１１１からは、入力された２つの信号が差動増幅された打鍵信号が出力されて、分圧比調整部１３によって検出される（Ｓ０２）。なお、このとき、ヘッドホン２０は振動していない（打鍵されていない）ものとする。

検出された打鍵信号に基づいて、分圧比調整部１３によって抵抗Ｒ２の抵抗値が調整される（Ｓ０３）。具体的には、抵抗値が変化させられ、打鍵信号の振幅が最も小さくなる抵抗値が探索される。また、抵抗Ｒ２の抵抗値の調整は、インパルス信号や周波数が変化する正弦波信号が用いられてもよい。また、ヘッドホン２０のパラメータが検出されて、当該ヘッドホン２０のパラメータに基づいて行われてもよい。抵抗Ｒ２の抵抗値が決定されると、抵抗Ｒ２の抵抗値が決定された抵抗値となるように制御される。

続いて、打鍵検出部１１によって振動検出パラメータが設定される（Ｓ０４）。このときも引き続き、信号発生部１４によってキャリブレーション用の信号が発生されている。この設定を行うためユーザは、数回ヘッドホン２０を打鍵する。なお、入力装置１０では、この処理を行う前にユーザに打鍵を促す、表示あるいは音声出力等の通知が行われてもよい。打鍵検出部１１よって、その際の打鍵信号が検出されて、当該打鍵信号に基づいて、振動検出パラメータである打鍵信号の電圧値の閾値や電圧値の変化量の閾値の設定が行われる。

続いて、音量設定部１５によって、打鍵検出部１１によって設定された振動検出パラメータが参照されて、ヘッドホン２０に入力される音信号の最大音量が設定される（Ｓ０５）。以上が、入力装置１０のキャリブレーションの処理である。以降、ユーザはヘッドホン２０を打鍵することで情報の入力を行うことができるようになる。

引き続いて、図６のフローチャートを用いてユーザの打鍵による情報の入力時に実行される処理を説明する。この処理の際には、ヘッドホンアンプ３０からヘッドホン２０に対して、入力装置１０を介して音信号が入力されていてもよい（入力されていなくてもよい）。

本処理では、打鍵検出部１１によって、打鍵信号が検出される（Ｓ１１）。ユーザがヘッドホン２０の打鍵を行っている場合には、打鍵信号は、当該打鍵に応じた信号となる。続いて、打鍵検出部１１によって、Ｓ０４において設定された振動検出パラメータが用いられて、検出された打鍵信号から打鍵（に相当するピーク）が検出される（Ｓ１２）。打鍵が検出されると、その旨が打鍵検出部１１から入力情報決定部１２に通知される。

続いて、打鍵検出部１１によって検出された振動に応じて、入力情報決定部１２によって入力される情報が決定される（Ｓ１３）。具体的には、「両手モード」又は「片手モード」の何れかの設定に応じて、打鍵検出部１１によって検出された振動のリズムが図４に示すように予め記憶されたものの何れかと一致しているか否かが判断される。何れかのリズムと一致していると判断された場合には、そのリズムに対応付けられて記憶されているコマンドが入力される情報として決定される。何れのリズムとも一致していないと判断された場合には、情報の入力は行われない。

入力コマンドが決定された場合、入力情報決定部１２から、例えばヘッドホンアンプ３０等の所定の出力先に入力コマンドが出力される（Ｓ１４）。

上述したように、本実施形態に係る入力装置１０では、ユーザによってヘッドホン２０に対する打鍵が行われると電気信号が生じて、当該電気信号が検出されることでヘッドホン２０の振動が検出される。そして、検出された振動に応じて入力される情報が決定される。即ち、ユーザがヘッドホン２０を振動（打鍵）することで、ヘッドホンが接続される音響機器等への入力コマンド等の情報の入力を行うことが可能になる。

上記のように本実施形態によれば、ヘッドホン２０に備えられるスピーカユニット２１を用いてヘッドホン２０による入力を実現しているので、任意のヘッドホンを用いたヘッドホンによる入力を行うことが可能になる。また、振動によって出力される電気信号を検出すればよいので簡易に実現することが可能である。
即ち、本実施形態によれば、ヘッドホンに情報を入力するためのスイッチ、タッチセンサ、加速度センサ、あるいはそれら以外のセンサを用いた入力手段を備える必要が無い。但し、更に多くの入力を可能とするため、上記の入力手段を備えていてもよい。

なお、全二重通信を行う従来技術を用いても、ヘッドホンの打鍵を検出することは可能である。しかし、この従来技術では、ヘッドホンの打鍵を検出することが目的ではなく、外耳道から漏れてくる音声を検出することを目的としている。外耳道から漏れてくる音声は、ヘッドホンの打鍵に比べ、信号のレベルがはるかに小さい。そのため、位相差を考慮した複雑な処理を行うことが必要である。一方、本発明では外耳道から漏れてくる音声に比べて、はるかに信号レベルの大きなヘッドホンの打鍵のみを対象としている。

そのため、上述した本実施形態のように、ヘッドホン２０とヘッドホンアンプ３０との間に設けられた抵抗Ｒ１の電位変化を検出することで、更に具体的には図２に示した位相差を考慮しない差動増幅器１１１だけで打鍵を検出することが可能となる。この回路は、単純で小さく実装可能であり、更に消費電力も小さい。本発明と従来技術との大きな違いは、検出対象が異なることであり、本発明は打鍵のみを対象とすることで簡単で低消費電力を実現している。即ち、本実施形態に記載したような構成によれば、適切、確実及び簡易に本発明の実施を行うことが可能になる。

また、上述したように本実施形態のように差動増幅した電位を検出する構成とすれば、ヘッドホンアンプ３０からヘッドホン２０に入力される音信号の影響を減らすことができ、適切に振動による抵抗の電位変化を検出することができる。

また、本実施形態に示したようにインパルス信号、又は周波数が変化する正弦波信号を入力して、分圧比や振動検出パラメータを調整することが望ましい。この構成によれば、ヘッドホンに応じて、振動による抵抗の電位変化や、打鍵信号からの振動を更に検出しやすいようにできる。これにより、更に適切にヘッドホンによる入力が可能になる。

また、上述した実施形態のようにキャリブレーションとして実際のユーザの打鍵に基づいて振動検出パラメータを設定することが望ましい。この構成によれば、ユーザの振動のさせ方毎に振動による抵抗の電位変化を検出しやすいようにできる。これにより、個々のユーザの振動のさせ方に応じた適切なヘッドホンによる入力が可能になる。なお、振動の検出については、必ずしも上述した方法をすべて利用する必要はなく、スピーカユニット２１から出力される電気信号を検出するものであれば任意の構成を用いることができる。

また、上述した実施形態のようにヘッドホン２０に入力される最大音量を設定することが望ましい。この構成によれば、ヘッドホン２０に入力される音信号によるヘッドホン２０の振動の誤検出を防止することができる。これにより、ヘッドホンに入力される音信号に起因する誤動作等を防止することができる。

また、上述したように振動（打鍵）のリズムに応じて入力される情報が決定されることが望ましい。この構成によれば、様々な情報の入力を行うことが可能になり、ユーザの利便性を向上させることができる。但し、入力される情報は、必ずしも振動のリズムに応じたものでなくてもよく、単一の振動のみで情報が入力される構成となっていてもよい。

また、上述したモード設定手段で設定可能なように、一方のスピーカユニット２１からは音信号を出力して、他方のスピーカユニット２１からはユーザの外耳道から漏れてくる音声を検出するモードを有することが望ましい。これにより例えば、上記の一方のスピーカユニットからは音楽等の音声を出力させ、他方のスピーカユニットをマイクとして用いることによって、ヘッドホンを用いてユーザに通話を行わせることができる。即ち、この構成によれば、ユーザの利便性を向上させることができる。

上述した実施形態においては、入力装置１０は、ヘッドホン２０及び音響機器であるヘッドホンアンプ３０と別体として構成されていたが、ヘッドホンアンプ３０と一体として（ヘッドホンアンプ３０の一機能として）構成されていてもよい。あるいは、ヘッドホン２０と一体として構成されていてもよい。但し、ヘッドホン２０に実装された場合は、そのヘッドホン２０のみでした本発明の機能を利用できない。

以下では、更に堅牢に打鍵を検出するための方法について説明する。図２に示した回路では、どんなに抵抗Ｒ２の抵抗値を調整しても、打鍵信号に重畳する音信号をゼロにすることはできない。それは、ヘッドホン２０がリアクタンス成分を持っているため、位相がシフトしてしまうためである。差動増幅器１１１のプラス入力端子からの入力の位相をシフトさせれば（あるいはマイナス入力端子からの入力の位相を逆にシフトさせれば）、打鍵信号に重畳する音信号を減らすことができる。シフトさせるべき位相量は、ヘッドホン２０や対象とする周波数によって異なる。本発明では、打鍵を検出できれば十分であるため、厳密に位相量を一致される必要はない。打鍵に伴うピークが持つ周波数は２００Ｈｚ以下であることから、そのような低周波に対する典型的なシフト量を設定し、位相シフト回路を図２の回路に導入することで、打鍵信号に重畳する音信号をより小さくすることができる。これにより、打鍵に伴う信号がより明瞭に観測されることとなり、より頑強な打鍵検出が可能になる。

更に、より頑強な打鍵検出を行うことも可能である。ソフトウェアで構成されるフィルタを用いて、ヘッドホンアンプ３０の出力値から図２の位置Ｐ１の電位を推定することができる。具体的には、音源がデジタル信号である場合、ヘッドホンアンプ３０の出力値はＤＡ（デジタル−アナログ）コンバータをモニタしておくことで把握することができる。他にも、ヘッドホンアンプ３０の出力値を直接ＡＤ（アナログ−デジタル）変換することで、ヘッドホンアンプ３０の出力値を把握することができる。一方で、ヘッドホン２０の周波数特性は、例えばインパルス応答によって知ることができる。これらから、位置Ｐ１の電位を推定可能である。

また、位置Ｐ１の電位を観測する。推定された電位はユーザの打鍵の影響が無い電位であり、観測された電位はユーザの打鍵の影響を受けた電位である。これらの電位を比較することで、打鍵に伴う信号をより明瞭にすることができ、頑強な打鍵検出が可能である。この方法の場合、信号の差動増幅が必要ないので、図２に示す基本回路１１ａは必ずしも必要ない。

１０…入力装置、１１…打鍵検出部、１１ａ…基本回路、Ｒ１〜Ｒ４…抵抗、１１１…差動増幅器、１２…入力情報決定部、１３…分圧比調整部、１４…信号発生部、１５…音量設定部、１６…モード設定部、２０…ヘッドホン、２１…スピーカユニット、３０…ヘッドホンアンプ。

Claims (11)

1. スピーカユニットを備えるヘッドホンに接続される入力装置であって、
   前記スピーカユニットから出力される電気信号を検出して、予め設定される振動検出パラメータに基づいて当該検出した電気信号から前記ヘッドホンの振動を検出する振動検出手段と、
   前記振動検出手段によって検出された振動に応じて、入力される情報を決定する入力情報決定手段と、
   を備え、
   前記振動検出手段は、前記ヘッドホンに音信号を出力するヘッドホンアンプと当該ヘッドホンとの間に設けられる抵抗を備え、当該抵抗の電位変化を検出することで前記ヘッドホンの振動を検出する入力装置。
2. 前記ヘッドホンとは別体として構成され、任意のヘッドホンに接続可能である請求項１に記載の入力装置。
3. 前記振動検出手段は、前記抵抗の前記ヘッドホンアンプ側の電位を分圧した電位と当該抵抗の前記ヘッドホン側の電位とを差動増幅した電位に基づいて、当該抵抗の電位変化を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の入力装置。
4. 前記振動検出手段は、前記抵抗の前記ヘッドホンアンプ側の電位を分圧した電位と当該抵抗の前記ヘッドホン側の電位との何れかの位相をシフトさせることを特徴とする請求項３に記載の入力装置。
5. 接続されるヘッドホンに応じて、前記ヘッドホンアンプ側の電位の分圧に係る分圧比を調整する分圧比調整手段を更に備える請求項３又は４に記載の入力装置。
6. 前記抵抗の前記ヘッドホンアンプ側から当該抵抗を経由して前記ヘッドホンに入力されるインパルス信号、又は周波数が変化する正弦波信号を発生させる信号発生手段を更に備え、
   前記分圧比調整手段は、前記信号発生手段によって発生されたインパルス信号又は正弦波信号の前記ヘッドホンからの応答を検出して、当該応答に応じて前記分圧比を調整する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の入力装置。
7. 前記抵抗の前記ヘッドホンアンプ側から当該抵抗を経由して前記ヘッドホンに入力されるインパルス信号、又は周波数が変化する正弦波信号を発生させる信号発生手段を更に備え、
   前記振動検出手段は、前記信号発生手段によって発生されたインパルス信号又は正弦波信号の前記ヘッドホンからの応答を検出して、当該応答に応じて前記振動検出パラメータを設定する、
   ことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の入力装置。
8. 前記振動検出手段は、キャリブレーションとして前記スピーカユニットから出力される電気信号を検出して振動検出パラメータを設定することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の入力装置。
9. 前記振動検出手段によって設定された前記振動検出パラメータに基づいて、前記ヘッドホンに入力される音信号の最大音量を設定する音量設定手段を更に備える請求項７又は８に記載の入力装置。
10. 前記入力情報決定手段は、前記振動検出手段によって検出された振動のリズムに応じて、入力される情報を決定することを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の入力装置。
11. 前記ヘッドホンは、２つのスピーカユニットを備えており、
    当該２つのスピーカユニットの一方を音信号を出力し、他方を前記ヘッドホンを装着するユーザの外耳道から漏れてくる音声を検出するモードに設定するモード設定手段を更に備える請求項１〜１０の何れか一項に記載の入力装置。

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