特許 5737915 ノイズキャンセリング装置及び電気機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5737915

(24)【登録日】2015年5月1日

(45)【発行日】2015年6月17日

(54)【発明の名称】ノイズキャンセリング装置及び電気機器

(51)【国際特許分類】

   G10K 11/178 20060101AFI20150528BHJP

【ＦＩ】

   G10K11/16 H

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2010-268617(P2010-268617)

(22)【出願日】2010年12月1日

(65)【公開番号】特開2012-118334(P2012-118334A)

(43)【公開日】2012年6月21日

【審査請求日】2013年11月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】311012169

【氏名又は名称】ＮＥＣパーソナルコンピュータ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100084250

【弁理士】

【氏名又は名称】丸山 隆夫

(72)【発明者】

【氏名】岸田 昌弘

【審査官】 下林 義明

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−２５５９５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００６６９４０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−０５５９１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｒ ３／００ − ３／１４

Ｇ１０Ｋ １１／００ − １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

周囲の騒音源からの第１伝搬音波と所定のスピーカからの第２伝搬音波とを含む伝搬音波を検出して第１電気信号に変換するマイクロホンと、
前記マイクロホンで変換された第１電気信号を取得し、前記第１電気信号と逆位相である第１逆相電気信号を生成する信号生成部と、
前記信号生成部で生成された前記第１逆相電気信号を、前記伝搬音波を打ち消すための第１干渉音波に変換し、所定の空間に向けて出力する第１スピーカと、
外部装置から取得される前記第２伝搬音波の音声データである第２電気信号と逆位相である第２逆相電気信号を変換した第２干渉音波を前記マイクロホンに向けて出力する第２スピーカと、
を有することを特徴とするノイズキャンセリング装置。

【請求項2】

前記マイクロホンは、前記第１スピーカが第１干渉音波を出力する側と反対側に配置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リング装置。

【請求項3】

前記第１スピーカから出力される第１干渉音波を遮断するための防音壁が、前記第１スピーカと前記マイクロホンとの間に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のノイズキャンセリング装置。

【請求項4】

前記所定のスピーカは、自装置のスピーカとして設けられ、前記第２伝搬音波を出力する第３スピーカであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のノイズキャンセリング装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載のノイズキャンセリング装置を搭載することを特徴とする電気機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ノイズキャンセリング装置及び電気機器に関し、特に、周囲の騒音を低減して所定の音声や音楽を聴者に聴取しやすくするのに好ましく適用される技術に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、携帯型音楽再生装置や携帯電話機等で音楽を聴取する際に用いるヘッドホンに、周囲の騒音を低減させるノイズキャンセリング機能（ノイズ低減機能）が搭載されている。また、現状で実用されているノイズキャンセリング機能としては、フィードバック方式が知られている。

【0003】

このフィードバック方式では、ヘッドホンの内部にマイクロホンを設置し、マイクロホンで集音した騒音の電気信号（ノイズ信号）の位相を反転した逆位相の電気信号（ノイズキャンセル信号）を生成する。そして、このノイズキャンセル信号をヘッドホンのドライバユニットに供給することにより、ヘッドホンから騒音を打ち消す干渉音波を出力させ、ユーザに聞こえる騒音を低減させることができるように構成されている。

【0004】

例えば特許文献１には、マイクロホン及び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の効果が最大となるようなノイズキャンセルを行うことができるノイズキャンセリング装置が開示されている。当該ノイズキャンセリング装置は、マイクロホン、メインスピーカ、サブスピーカを備え、メインスピーカからノイズ信号に対して逆位相のノイズキャンセル信号を出力し、サブスピーカからノイズ信号と同位相で音圧の低い信号（正相信号）を出力する。マイクロホンにはノイズキャンセル信号とこの正相信号が入力され、ノイズキャンセル信号を正相信号により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ホンに到達するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９−２６２８８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

例えば家電量販店では、その量販店自体で放送される広告のほか、顧客や店員の話し声、商品から出る音（音声や音楽）といった様々な音が混在している。商品を提供するメーカや販売会社にとって、このような状況においても、ある商品の説明音声や宣伝広告映像を興味のある顧客に聴取させることができることが望ましい。当該要望に対して、上記のノイズキャンセリング機能は有効といえる。つまり、顧客に所定の音声を聞かせるために、周囲の雑音を集音してそれを打ち消す干渉音波を発せさせて静寂状態を作り出す。

【0007】

ここで問題となるのは、図５に示すように、顧客に聴取させるために出力する音声は、キャンセリングするべき周囲の雑音を集音するマイクにも届いてしまい、結果として、顧客に向けた音声を打ち消す干渉音波が生成されて出力されてしまうということである。つまり、本来顧客に聴いてもらう音声も周囲の雑音とともにキャンセリングされてしまい、その商品の周辺に静寂状態のみが発生することになる。

【0008】

引用文献１の発明は、観測点（ユーザが音を聴取する場所）と離れた地点（スピーカ設置場所の近傍）に設けられたマイクロホンで、観測点で観測されるはずの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を検出できるようにするもの（いわば実際には離れた地点にあるマイクロホンを観測点に設置したかのような状況を仮想的に作り出すもの）であり、喧騒状態の中で所定の領域にいる者に対して所定の音声を聴取させたい場合には適用できない。また、マイクロホンは周囲の騒音のみならずメインスピーカからのノイズキャンセル信号も検出するように構成されているため、ハウリングが発生する可能性もある。

【0009】

そこで、本発明は、上述した事情に鑑み、喧騒状態の中で所定の領域にいる者に対して所定の音声を聴取させることができるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一側面であるノイズキャンセリング装置は、周囲の騒音源からの第１伝搬音波と所定のスピーカからの第２伝搬音波とを含む伝搬音波を検出して第１電気信号に変換するマイクロホンと、マイクロホンで変換された第１電気信号を取得し、第１電気信号と逆位相である第１逆相電気信号を生成する信号生成部と、信号生成部で生成された第１逆相電気信号を、伝搬音波を打ち消すための第１干渉音波に変換し、所定の空間に向けて出力する第１スピーカと、外部装置から取得される第２伝搬音波の音声データである第２電気信号と逆位相である第２逆相電気信号を変換した第２干渉音波をマイクロホンに向けて出力する第２スピーカと、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、喧騒状態の中で所定の領域にいる者に対して所定の音声を聴取させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態に係るノイズキャンセリング装置の仕組みを説明するための図である。

【図2】本発明の実施形態に係るノイズキャンセリング装置の構成を示したブロック図である。

【図3】本発明の実施形態における雑音及び広告音声の伝搬音波及び干渉音波の信号波形を示した略線図である。

【図4】本発明の実施形態に係る情報処理装置の構成を示したブロック図である。

【図5】従来のノイズキャンセリング装置の仕組みを説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

【0019】

図１は、本発明の実施形態に係るノイズキャンセリング装置の仕組みを説明するための図である。従来は、図５に示すように、キャンセリングの対象としてマイクロホン１１０で検出する音群に、店舗宣伝用スピーカ８１ａや８１ｂからの音声、店員や顧客が発する音声のほか、商品説明用スピーカ５１から出力された音声が含まれてしまい、スピーカ１２０から商品に関する説明や宣伝広告の音声を打ち消す干渉音波が出力されて、顧客が商品説明等の音声を聴取できないという問題があった。

【0020】

本発明では、図１に示すように、マイクロホン１１に対して、顧客に聴取させたい音声をキャンセリングする干渉音波を出力し、マイクロホン１１の検出領域において商品説明用スピーカ５１からの音声（伝搬音波）が打ち消されるようにする。そして、マイクロホン１１が、商品説明用スピーカ５１からの音声以外の音群を周囲の雑音として検出できるようにする。このように構成することにより、マイクロホン１１の検出した伝搬音波に基づいて生成されスピーカａ１２から出力される干渉音波に、商品説明用スピーカ５１からの商品説明の音声を打ち消すものが含まれず、例えば電気量販店等における喧騒状態の中で商品近辺にいる顧客が商品説明の音声を聴取することができる。

【0021】

また、マイクロホン１１で検出した音波から生成した干渉音波が、マイクロホン１１に到達して検出されないようにする。このように構成することで、ハウリングを防止することができる。

【0022】

図２は、本発明の実施形態に係るノイズキャンセリング装置の構成を示したブロック図である。本実施形態のノイズキャンセリング装置１は、マイクロホン１１、スピーカａ１２、スピーカｂ１３、信号生成部１５、アンプａ１６、アンプｂ１７、通信部１８を有して構成される。また、図１に示すように、ノイズキャンセリング装置１は、マイクロホン１１とスピーカａ１２の間に防音壁１４を設けている。

【0023】

マイクロホン１１は、周囲の音源からの伝搬音波をキャンセリングの対象となる雑音として検出し、検出した音波を電気信号（音声信号）に変換する。信号生成部１５は、マイクロホン１１から周囲の雑音の音声信号（以下、雑音音声信号という）を入力し、この雑音音声信号と逆位相の音声信号（以下、雑音キャンセル信号という）を生成してアンプａ１６に出力する。アンプａ１６は、信号生成部１５から入力した雑音キャンセル信号を増幅し、スピーカａ１２に出力する。スピーカａ１２は、アンプａ１６から入力した雑音キャンセル信号を音波に変換し、マイクロホン１１が検出した伝搬音波を打ち消す干渉音波として出力する。

【0024】

通信部１８は、商品説明用スピーカ５１から出力される商品説明の音声のデータを保持する外部装置５から該音声のデータを取得し、信号生成部１５に出力する。信号生成部１５は、通信部１８から商品説明の音声信号（以下、説明音声信号という）を入力し、この説明音声信号と逆位相の音声信号（以下、説明キャンセル信号という）を生成してアンプｂ１７に出力する。アンプｂ１７は、信号生成部１５から入力した説明キャンセル信号を増幅し、スピーカｂ１３に出力する。スピーカｂ１３は、アンプｂ１７から入力した説明キャンセル信号を音波に変換し、商品説明用スピーカ５１からの伝搬音波（商品説明の音声）を打ち消す干渉音波として出力する。

【0025】

ここで、商品説明用スピーカ５１や店舗宣伝用スピーカ８１ａ、８１ｂは、通常のスピーカであってもよいが、騒音に対する干渉音波を出力するスピーカａ１２と、商品説明や広告の音声に対する干渉音波を出力するスピーカｂ１３は、超指向性スピーカであることが望ましい。静寂状態を作り出す空間としては、広範囲ではなく限られた領域であることが適当で、喧騒状態の中でその商品の説明や宣伝広告を聴取できるようにするという目的からも商品の近傍で十分である。また、商品説明や広告の音声に対する干渉音波は、マイクロホン１１のみに届き、これらの音声を聴取する顧客には到達しないようにしなければならない。このため、図１に示すように、スピーカａ１２からの干渉音波を商品近傍の空間のみに放射し、スピーカｂ１３からの干渉音波をマイクロホン１１付近の空間のみに放射することが可能な超指向性スピーカが好適である。

【0026】

通常のスピーカは、振動板を介して直接空気等の媒体中へ可聴帯域の音波を放射し、回折効果により比較的広範囲に可聴帯域の音波を伝搬させることができる。これに対して、超指向性スピーカは、パラメトリックスピーカとも呼ばれ、可聴帯域の信号を搬送波として超音波帯域の信号に変調し、さらに特定の倍率で増幅した後、この変調された信号を超音波振動子等からなる放音部へ入力し、空気等の媒体中へ超音波帯域の音波として放射する。超指向性スピーカは、音波が伝搬する媒体の非線形性と超音波が有する指向性の高さを利用したもので、特定の空間範囲内に存在する人物にのみ可聴帯域の音波を伝えることができる。超指向性スピーカは、現在既に実用化されており、また本発明の特徴と直接関係するものではないことから、具体的な構成等については省略する。

【0027】

なお、マイクロホン１１は、無指向性で、周囲３６０°の音を検出することが可能である。また、防音壁１４は、音を反射あるいは吸収するような素材からなり、可能な限りスピーカａ１２からの干渉音波がマイクロホン１１に到達しないようにする。

【0028】

図３は、本発明の実施形態における雑音や広告音声の伝搬音波及び干渉音波の信号波形を示した略線図である。図３（ａ）は、各音源からの伝搬音波のそれぞれを表したもので、図中のＰ波を雑音、Ｑ波を商品説明の音声の伝搬音波とする。図５に示す従来のノイズキャンセリング装置では、マイクロホン１１０が検出する伝搬音波はＰ波とＱ波であり、２波が合成されて図３（ｂ）に示すような波形の音波が検出される。従来のノイズキャンセリング装置は、マイクロホン１１０で検出した伝搬音波（図３（ｂ））の音声信号と逆位相の音声信号が生成し、干渉音波（波形は図示しないが、図３（ｂ）と１８０°反対のもの）としてスピーカ１２０から出力する。このため、Ｐ波のみならずＱ波も打ち消してしまう。

【0029】

本実施形態のノイズキャンセリング装置は、スピーカｂ１３から図３（ｄ）に示す波形の干渉音波（Ｑ’波）を出力する。図３（ｄ）に示すＱ’波は、商品説明用スピーカ５１からの伝搬音波（Ｑ波）と逆位相でＱ波を打ち消す干渉音波である。図３（ｂ）の伝搬音波（Ｐ波＋Ｑ波）と図３（ｄ）の干渉音波（Ｑ’波）が合成されて、図３（ａ）に示すＰ波のみが残り、マイクロホン１１においてＰ波（店舗広告用スピーカ８１ａ、８１ｂからの伝搬音波）のみが検出されることになる。そして、マイクロホン１１で検出したＰ波から逆位相のＰ’波（図３（ｃ））の音声信号を信号生成部１５で生成してスピーカａ１２から出力する。

【0030】

商品の近傍にいる顧客には、図３（ｂ）の伝搬音波（Ｐ波＋Ｑ波）とスピーカ１２ａから出力された干渉音波（図３（ｃ）のＰ’波）が到達し、図３（ａ）に示すＱ波のみが残り、顧客においてＱ波（商品説明用スピーカ５１からの伝搬音波）が聴取されることになる。

【0031】

騒音元の店舗広告用スピーカ８１ａ（あるいは８１ｂ）と騒音の干渉音波を出力するスピーカａ１２とが比較的近くに配置されている場合、顧客までの距離もほぼ同等といえ、タイムラグはほとんど生じないと考えることができる。一方、双方のスピーカが比較的遠くに配置されている場合、多少のタイムラグは生じる。

【0032】

例えば顧客とスピーカａ１２との距離が２ｍ、顧客と店舗広告用スピーカ８１ａとの距離が１０ｍである場合、店舗広告用スピーカ８１ａからの伝搬音波が顧客に届くまでの時間は、顧客と店舗広告用スピーカ８１ａとの距離１０ｍを音速（２０℃の気温で考えたとき３４３．２６ｍ／ｓ）で除したものである。また、スピーカａ１２からの干渉音波が顧客に届くまでの時間は、店舗広告用スピーカ８１ａとスピーカａ１２との距離（例えば三角関数で算出可能）と、スピーカａと顧客との距離２ｍの合計を上記音速で除したものである（スピーカａ１２の近くに配置されたマイクロホン１１に店舗広告用スピーカ８１ａからの伝搬音波が到達して、干渉音波が生成されスピーカａ１２から出力される）。これらの差は５．２ｍｓとなり、これがタイムラグ（位相差）となる。この５．２ｍｓは、位相差として微少な範囲であるため、店舗広告用スピーカ８１ａからの伝搬音波はスピーカａ１２からの干渉音波により打ち消され、商品広告用スピーカ５１からの商品説明の音声が聴取できる程度に広告音声は消音されると考えられる。

【0033】

上記の１０ｍという数値は、店舗内での音を考慮して遅延が大きくなるであろう数値として考えたものである。しかし、逆に言えば、店舗広告用スピーカ８１は遠くに配置されるほど、該スピーカからの音が顧客とスピーカａ１２にほぼ同時に到達することになるので、店舗広告用スピーカ８１ａからの伝搬音波が顧客に届くまでの時間と、スピーカａ１２からの干渉音波が顧客に届くまでの時間は、結局のところ、顧客とスピーカａ１２との距離２ｍを上記音速で除した５．８ｍｓとなる。いずれにせよ、位相差として微少な範囲といえ、上記と同様に広告音声は消音されると考えられる。

【0034】

本実施形態のノイズキャンセリング装置は、例えば商品の上部３〜４ｍ（顧客の頭上２ｍ程度）の位置に配置してもよい。これは、商品の陳列状態を考えたとき、上部にあった方が各商品の前にスポットを作り出すことができるためである。もちろん、干渉音波を出力するスピーカは顧客に近い方がノイズキャンセルに遅延が起きないことから、ノイズキャンセリング装置を商品に併設したり、あるいは商品に搭載したりすることも考えられる。

【0035】

図４は、本発明の実施形態に係る情報処理装置の構成を示したブロック図で、上述したノイズキャンセリング装置を搭載したものである。本実施形態の情報処理装置２は、例えばＰＣ等で、マイクロホン２１、スピーカａ２２、スピーカｂ２３、信号生成部２５、アンプａ２６、アンプｂ２７、音声データ保存部３１、音声信号取得部３２、アンプｃ３３、スピーカｃ３４を有して構成される。マイクロホン２１、スピーカａ２２、スピーカｂ２３、信号生成部２５、アンプａ２６、アンプｂ２７は、図２のノイズキャンセリング装置１の各部と同等の機能を持つため説明を省略する。

【0036】

情報処理装置２は、自機の説明や宣伝広告の音声あるいは任意のコンテンツ（音楽や映画等）を出力する機能を備える。音声データ保存部３１は、これらの音声データを保持する。音声信号取得部３２は、音声データ保存部３１から再生してスピーカ出力する音声データを取得し、音声信号として信号生成部２５及びアンプｃ３３に出力する。信号生成部２５に出力するのは、スピーカｂ２３から干渉音波として出力するためのキャンセル信号を信号生成部２５に生成させるためである。アンプｃ３３は、音声信号取得部３２から入力した音声信号を増幅し、スピーカｃ３４に出力する。スピーカｃ３４は、アンプｃ３３から入力した音声信号を音波に変換し、自機の説明や宣伝広告の音声あるいは任意のコンテンツとして出力する。

【0037】

図４の情報処理装置２は、自機の説明や宣伝広告の音声あるいは任意のコンテンツを出力するスピーカｃ３４と、それらを打ち消す干渉音波を出力するスピーカｂ２３をともに備えるが、マイクロホン２１をスピーカａ２２の出力が届かない位置に設け、またスピーカｂ２３を出力が顧客に届かずかつマイクロホン２１に届く位置に設ける等、マイクロホン２１、スピーカａ２２、スピーカｂ２３の配置を工夫することで、図１を示して述べた本発明の特有の構成を持たせる。

【0038】

すなわち、マイクロホン２１に対して、顧客に聴取させたい音声をキャンセリングする干渉音波をスピーカｂ２３から出力し、マイクロホン１１の検出領域においてスピーカｃ３４からの音声（伝搬音波）が打ち消されるようにする。そして、マイクロホン２１が、スピーカｃ３４からの音声以外の音群を周囲の雑音として検出できるようにする。また、スピーカａ２２から出力される干渉音波がマイクロホン２１に到達して検出されないようにし、ハウリングを防止する。

【0039】

なお、上述する実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。例えば、上記ノイズキャンセリング装置を搭載した装置としては、上記の情報処理装置のほか、テレビジョン装置、オーディオコンポ等の電気機器が挙げられる。

【符号の説明】

【0040】

１ ノイズキャンセリング装置
２ 情報処理装置
５ 外部装置
１１，２１，１２０ マイクロホン
１２，２２ スピーカａ
１３，２３ スピーカｂ
１４ 防音壁
１５，２５ 信号生成部
１６，２６ アンプａ
１７，２７ アンプｂ
１８ 通信部
３１ 音声データ保存部
３２ 音声信号取得部
３３ アンプｃ
３４ スピーカｃ
５１ 商品説明用スピーカ
８１ 店舗宣伝用スピーカ
１１０ スピーカ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】