特許 6881565 ヘッドフォン

(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】6881565

(24)【登録日】2021年5月10日

(45)【発行日】2021年6月2日

(54)【発明の名称】ヘッドフォン

(51)【国際特許分類】

   H04R 1/10 20060101AFI20210524BHJP

   H04R 3/00 20060101ALI20210524BHJP

【ＦＩ】

   H04R1/10 101B

   H04R3/00 320

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2019-505610(P2019-505610)

(86)(22)【出願日】2017年3月16日

(86)【国際出願番号】JP2017010592

(87)【国際公開番号】WO2018167901

(87)【国際公開日】20180920

【審査請求日】2019年8月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004075

【氏名又は名称】ヤマハ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100125689

【弁理士】

【氏名又は名称】大林 章

(74)【代理人】

【識別番号】100128598

【弁理士】

【氏名又は名称】高田 聖一

(74)【代理人】

【識別番号】100121108

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 太朗

(72)【発明者】

【氏名】増井 英喜

【審査官】 堀 洋介

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１４３６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２００６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１６６８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０２３４９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１２３７５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｒ １／１０

Ｈ０４Ｒ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力信号に基づいて放音するスピーカーと、
ユーザーに対する接触音を収音するマイクと、
前記マイクの収音に基づく収音信号から、前記ユーザーに対する接触操作を判定し、当該接触操作に対応したコマンドを出力するコマンド出力部と、
を含み、
前記コマンド出力部は、
前記入力信号の所定の高周波域をカットするローパスフィルターと、
前記ローパスフィルターで処理された信号の振幅について、短時間平均値と長時間平均値との差を所定のしきい値と比較する比較器と、
を含むヘッドフォン。

【請求項2】

前記コマンドは、
前記入力信号を供給する外部機器に対する制御を指示するもの、または、前記入力信号に対する信号処理を指示するもの
である請求項１に記載のヘッドフォン。

【請求項3】

前記入力信号に所定の特性を付与する特性付与フィルターと、
前記収音信号から前記特性が付与された信号を減算する減算器と、
を有し、
前記コマンド出力部は、
前記減算器の出力信号に基づいて前記接触操作を判定する
請求項１に記載のヘッドフォン。

【請求項4】

前記コマンド出力部は、
前記差がしきい値以上である場合であって、かつ、前記ローパスフィルターで処理された信号のパワーが所定範囲内となる状態が所定時間で継続した場合に、前記コマンドを出力する
請求項１に記載のヘッドフォン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヘッドフォンに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、スマートフォンのような携帯型の外部機器が普及し、ユーザーが屋内または屋外においてヘッドフォンを装着して、当該外部機器から出力される音を聴く場合が多い。このような場合に、ヘッドフォンまたは外部機器に指示を与えるために、ヘッドフォンまたは外部機器の操作子を操作することはユーザーにとって面倒である。
そこで、ヘッドフォンの筐体に内蔵された加速度センサーが当該筐体への叩打（タッピング）を検出して、その検出結果によりコマンドを出力し、指示を与える技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−１４３６８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、筐体への叩打を検出してコマンドを出力する構成では、筐体が叩打されたときに筐体の位置、すなわちヘッドフォンの装着位置がずれる場合がある。この場合、ユーザーは、ヘッドフォンを元の位置に戻す必要があるので、ユーザーにとって使い勝手が悪い、という問題もあった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、ユーザーの使い勝手の悪化を招かない技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るヘッドフォンは、入力信号に基づいて放音するスピーカーと、ユーザーに対する接触音を収音するマイクと、前記マイクの収音に基づく収音信号から、前記ユーザーに対する接触操作を判定し、当該接触操作に対応したコマンドを出力するコマンド出力部と、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態に係るヘッドフォンを示す図である。

【図2】第１実施形態に係るヘッドフォンの使用状態を示す図である。

【図3】コマンドを入力する場合の例を示す図である。

【図4】第１実施形態に係るヘッドフォンの使用状態を示す詳細な図である。

【図5】第１実施形態に係るヘッドフォンの電気的な構成を示すブロック図である。

【図6】第２実施形態に係るヘッドフォンの電気的な構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

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。

【0008】

図１は、第１実施形態に係るヘッドフォン１を示す図である。この図に示されるように、ヘッドフォン１は、右耳用のライトユニット１０Ｒと、左耳用のレフトユニット１０Ｌと、当該ライトユニット１０Ｒおよび当該レフトユニット１０Ｌ同士を連結するバンド２０とを含む。

【0009】

ライトユニット１０Ｒは、ベースユニット３とイヤーピース５とを含む。このうち、ベースユニット３は、例えばプラスチックのような硬質の素材により円柱状に形成されて、バンド２０の一端に固定される。また、イヤーピース５は、例えばウレタンおよびスポンジなどのような弾力性を有する素材で形成されて、ベースユニット３に取り付けられる。
なお、レフトユニット１０Ｌは、ライトユニット１０Ｒと同様にベースユニットとイヤーピースとを含む。

【0010】

図２は、当該ヘッドフォン１の使用状態を示す図である。なお、ここでは、ユーザーＷは、スマートフォンのような外部機器２００を携帯し、当該外部機器２００で再生される音楽等をヘッドフォン１で聴く場合を想定する。
この場合において、ユーザーＷは、ヘッドフォン１を次のように装着する。すなわち、ユーザーＷは、ライトユニット１０Ｒおよびレフトユニット１０Ｌをバンド２０に対してそれぞれ前方にして、バンド２０を耳に掛ける。そして、ユーザーＷは、ライトユニット１０Ｒのイヤーピース５を右の外耳道に、レフトユニット１０Ｌのイヤーピース５を左の外耳道に、それぞれ挿入して、ヘッドフォン１を装着する。

【0011】

図３は、当該ヘッドフォン１に対してコマンドを入力する場合の操作例を示す図である。本実施形態において、ヘッドフォン１を装着したユーザーＷは、コマンドを次のようにして入力する。詳細には、ユーザーＷは、当該ユーザーＷ自身の身体のうち、ヘッドフォン１を装着した部位の周辺を、図の例では右頬を、指などで叩打することによって入力する。なお、第１実施形態においては、コマンドとして、ミュートの指示のようにヘッドフォン１に対する制御または処理の指示を想定する。

【0012】

図４は、ヘッドフォンの構造について使用状態との関係で示す図であり、特に、ライトユニット１０Ｒについて右耳への装着状態を示す図である。
この図に示されるように、ベースユニット３において、円柱底面の一方側には、すなわち、イヤーピース５が取り付けられる面側には、マイク１２とスピーカー１５とが設けられている。さらに、マイク１２とスピーカー１５とを覆うように、開口部４ａを有する円筒状のポート４が、例えばベースユニット３と一体に形成されている。

【0013】

イヤーピース５の外形は、上記弾力性を有する素材により例えばドーム状または砲弾状に形成される一方、内部には底部から開口する孔５ａが設けられる。イヤーピース５は、孔５ａの内周面によってポート４を被覆するようにベースユニット３に取り付けられる。そして、使用時には、図に示されるように、イヤーピース５の先端側がユーザーの外耳道３１４に挿入される。

【0014】

より詳細には、ライトユニット１０Ｒについていえば、ベースユニット３の一端側が外耳道３１４から露出した状態で、イヤーピース５が鼓膜３１２に到達しない程度で外耳道３１４に挿入される。この状態において、マイク１２は、スピーカー１５から発せられた音を、外耳道３１４をイヤーピース５で閉塞した空間において収音するほか、ベースユニット３並びにイヤーピース５などを伝搬した周辺音を収音する。
なお、図４では、便宜的にバンド２０は省略されている。

【0015】

次に、ヘッドフォン１の電気的な構成について説明する。

【0016】

図５は、ヘッドフォン１の電気的な構成を示すブロック図である。
この図において、受信器１５２は、例えばバンド２０に内蔵される。受信器１５２は、外部機器２００で再生されたステレオ信号を、例えばワイヤレスで受信し、当該ステレオ信号のうちの信号Ｒinをライトユニット１０Ｒに、信号Ｌinをレフトユニット１０Ｌに、それぞれ供給する。
なお、受信器１５２は、バンド２０ではなく、ライトユニット１０Ｒまたはレフトユニット１０Ｌの一方に組み込んでも良い。また、受信器１５２は、外部機器２００からの信号ＬinおよびＲinを、ワイヤレスではなく、有線により受信しても良い。

【0017】

さて、図５に示されるように、ヘッドフォン１におけるライトユニット１０Ｒには、上述したマイク１２およびスピーカー１５のほか、信号処理器１０２、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）１０４、特性付与フィルター１０６、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）１１０、減算器１１２、およびコマンド出力器１２０が設けられる。なお、これらの要素は、ライトユニット１０Ｒの、例えばベースユニット３に設けられる。

【0018】

信号処理器１０２は、信号ＲinにコマンドＲcomに対応した処理を施し、当該処理を施した信号ＲaをＤＡＣ１０４および特性付与フィルター１０６にそれぞれ供給する。なお、コマンドＲcomに対応した処理として、例えば無音状態とさせるミュート処理を想定するが、この処理に限定する趣旨ではない。
ＤＡＣ１０４は、信号Ｒaをアナログに変換して、スピーカー１５に供給する。スピーカー１５は、ＤＡＣ１０４により変換されたアナログ信号を空気の振動、すなわち音に変換して出力する。

【0019】

一方、マイク１２は、設置地点（図４参照）での音を収音し、当該収音信号をＡＤＣ１１０に供給する。
ＡＤＣ１１０は、マイク１２による収音信号をデジタル信号に変換して、減算器１１２における加算入力端（＋）に供給する。

【0020】

減算器１１２の減算入力端（−）には、特性付与フィルター１０６の出力信号が供給される。このため、減算器１１２は、ＡＤＣ１１０の出力信号から、特性付与フィルター１０６の出力信号を減算して出力することになる。減算器１１２による減算信号は、コマンド出力器１２０に供給される。
ここでは、減算器１１２によって、ＡＤＣ１１０の出力信号から特性付与フィルター１０６の出力信号を減算したが、特性付与フィルター１０６の出力信号に係数「−１」を乗算し、当該乗算結果をＡＤＣ１１０の出力信号に加算する構成であっても良い。

【0021】

特性付与フィルター１０６は、イヤーピース５が挿入された外耳道３１４において、スピーカー１５からマイク１２までの空間経路をシミュレートした伝達特性を有する。詳細には、特性付与フィルター１０６は、スピーカー１５により発せられる音に、スピーカー１５からマイク１２までに至る空間経路を伝搬したときの変化（反射および減衰など）を付与する。
減算器１１２では、ＡＤＣ１１０の出力信号（すなわちマイク１２で実際に収音された信号）から、音に変換される前の信号Ｒaに上記空間経路を伝搬したときの変化を付与した信号が減算される。このため、減算器１１２による減算信号は、マイク１２で収音された信号のうち、スピーカー１５から発せられた音の成分がキャンセルされたものになる。

【0022】

マイク１２で収音される音には、スピーカー１５から発せられる音のほか、ベースユニット３、イヤーピース５およびユーザーＷ自身の身体などを伝搬した周辺音が含まれる。マイク１２による収音信号から、スピーカー１５から発せられた音の成分がキャンセルされると、残余の信号は、当該周辺音を示すことになる。当該周辺音には、ユーザーＷを取り巻く騒音（環境音）およびユーザーＷへの叩打音などがある。
コマンド出力器１２０は、当該周辺音のうち、叩打音を検出するとともに、当該検出に対応してコマンドＲcomを出力するものである。

【0023】

頬の叩打音には、次のような特徴がある。詳細には、第１に、叩打音は突発的な音である。すなわち、特に図示しないが、叩打音を収音した信号波形について時間軸を横軸にとり、振幅を縦軸にとった場合に、叩打が発生したタイミングにおいてスパイク状のノイズとなる。
第２に、叩打音を周波数解析すると、叩打が発生した以降、１００Ｈｚ以下の周波数成分のレベル（パワー）が１００ミリ秒程度時間にわたってほぼ一定の状態で継続する。
このような叩打音を検出するため、コマンド出力器１２０は、ＬＰＦ（Low Pass Filter）１２１、算出器１２２、１２３、減算器１２４、比較器１２５、レベル解析器１２６、および判定器１２７を有する構成となっている。

【0024】

ＬＰＦ１２１は、減算器１１２による減算信号のうち、周波数１００Ｈｚ以下の成分を通過させ、１００Ｈｚを超える成分を抑圧して出力する。
算出器１２２は、ＬＰＦ１２１による出力信号の振幅を短時間にわたって平均化した短時間平均値を算出する。算出器１２３は、ＬＰＦ１２１による出力信号の振幅を、上記短時間よりも長い時間にわたって平均化した長時間平均値を算出する。
減算器１２４は、短時間平均値から長時間平均値を減算する。比較器１２５は、減算器１２４による減算結果と振幅しきい値ｔhaとを比較して、当該減算結果が振幅しきい値ｔha以上であるときに、その旨の比較結果を判定器１２７に供給する。
ここで、マイク１２において突発的な音が収音されなければ、短時間平均値と長時間平均値とは互いにほぼ等しい。一方、マイク１２において突発的な音が収音されると、スパイク状のノイズの分だけ、短時間平均値が長時間平均値より大きくなる。したがって、減算器１２４による減算結果が振幅しきい値ｔha以上である旨の比較結果により、ユーザーＷの周辺において突発的な音の発生を検出することができる。

【0025】

一方、レベル解析器１２６は、ＬＰＦ１２１による出力信号、すなわち、１００Ｈｚ以下の周波数成分を有する信号のレベルが１００ミリ秒程度の時間にわたってほぼ一定の状態で継続したことを検出し、当該検出結果を判定器１２７に出力する。
レベル解析器１２６は、具体的には次のようにして検出する。すなわち、レベル解析器１２６は、カウンタを内蔵し、例えば当該レベルがしきい値th1以上であって、かつ、しきい値th2未満である範囲となったときに、ほぼ一定の状態にあるとみなし、当該カウンタの計時を開始して、当該カウント結果が１００ミリ秒に相当する時間を超えたか否かを判定する。このとき、しきい値th1＜しきい値th2である。また、当該レベルが上記範囲から逸脱したときに、カウンタの計時結果がゼロにリセットされる構成である。

【0026】

判定器１２７は、比較器１２５により突発的な音が検出され、かつ、ＬＰＦ１２１による出力信号のレベルが１００ミリ秒程度の時間にわたってほぼ一定の状態で継続した場合、叩打音が発生したと判定して、当該叩打音に対応するコマンドＲcomを信号処理器１０２に供給する。このコマンドＲcomにより信号処理器１０２は、信号Ｒinをミュートするので、スピーカー１５は無音状態となる。

【0027】

このようにヘッドフォン１によれば、ユーザーＷがミュートの指示をしたい場合に、ヘッドフォン１に対して直接的な操作を加えることなく、自己の頬を図３に示されるように叩打すれば良い。
マイク１２については、特に説明しなかったが、周辺音をユーザーＷに積極的に聴かせる機能、または、マイク１２による収音信号の位相を反転させ（逆相にして）外部機器２００の信号と加算することによって当該周辺音を低減させる機能（いわゆるノイズキャンセリング機能）に用いることができる。このため、ヘッドフォン１では、背景技術で述べた加速度センサーのように音響に無関係の要素を別途設ける必要がないので、高コスト化を抑えることができる。
また、コマンドを入力する際に、ヘッドフォン１の筐体（ベースユニット３）などを直接叩打しないので、筐体の位置ずれが発生しない。このため、ヘッドフォン１によれば、叩打によってヘッドフォン１を元の装着位置に戻す必要がないので、ユーザーにとって使い勝手の低下を防止することができる。

【0028】

第１実施形態では、ヘッドフォン１に対するコマンドとしてミュートを例示したが、このほかにも、低音強調などのエフェクターのオン／オフ切り替えなどが挙げられる。コマンドとしてエフェクターのオン／オフ切り替えを指定するのであれば、信号処理部１０２は、コマンドＲcomが出力されたときにエフェクターをオンとし、再度、コマンドＲcomが出力されたときに、エフェクターをオフとする構成とすれば良い。

【0029】

なお、ここではライトユニット１０Ｒについて説明したが、レフトユニット１０Ｌについても、受信器１５２から信号Ｌinが供給され、コマンドＬcomが出力される以外、同様な構成となる。
コマンドＲcomおよびＬcomが、独立して出力される場合、左頬の叩打のみが検出されれば、左チャンネルのみがミュートされ、右頬の叩打のみが検出されれば、右チャンネルのみがミュートされる構成となる。
また、コマンドＲcomおよびＬcomの一方が出力されたときに、ライトユニット１０Ｒの信号処理器１０２およびレフトユニット１０Ｌの信号処理器１０２の双方に処理を指示する構成としても良い。この構成では、上述の例でいえば、右頬または左頬のいずれかの叩打により、左右両チャンネルがミュートされる。

【0030】

次に、第２実施形態について説明する。第１実施形態において、コマンドはヘッドフォン１に対して処理を指定するものであったが、第２実施形態において、コマンドは外部機器２００に対して処理を指定するものである。
なお、外部機器２００に対するコマンドとしては、例えば、音楽等の再生、停止およびスキップ等が挙げられる。また、第２実施形態は、第１実施形態に対して電気的な構成が異なるのみであり、他は共通である。そこで、第２実施形態では、電気的な構成の相違点を中心に説明することにする。

【0031】

図６は、第２実施形態に係るヘッドフォンの電気的な構成を示す図である。図６が図５と相違する点は、第１に、信号処理部１０２を廃した点、および、第２に、送信器１５４が設けられて、コマンドＲcomおよびＬcomが当該送信器１５４に供給される点である。
第２実施形態に係るヘッドフォン１は、信号処理部１０２を有さないので、受信器１５２からの信号Ｒin（Ｌin）が特性付与フィルター１０６およびＤＡＣ１０４に供給される構成となる。

【0032】

また、送信器１５４は、ライトユニット１０Ｒの判定器１２７から供給されるコマンドＲcomおよびレフトユニット１０Ｌから供給されるコマンドＬcomを外部機器２００にそれぞれ送信する。

【0033】

なお、送信器１５４は、受信器１５２と同様に、バンド２０に組み込んでも良いし、ライトユニット１０Ｒまたはレフトユニット１０Ｌに組み込んでも良い。また、送信器１５４は、外部機器とは無線または赤外線を介してではなく、有線によりコマンドを送信しても良い。

【0034】

第２実施形態に係るヘッドフォン１では、ユーザーＷが外部機器２００にコマンドを入力する場合、当該外部機器２００がカバンまたはポケットなどに収容されていても、当該ユーザーＷは、自己の頬を図３に示されるように叩打すれば良い。このため、第２実施形態では、ユーザーＷが、当該外部機器２００をカバン等から取り出して、当該外部機器を操作する必要がない。

【0035】

なお、外部機器２００に対するコマンドを音楽等の再生、停止およびスキップ等とした場合、左右チャンネルに対して別々の処理を指定するものではないので、送信器１５４は、コマンドＲcomおよびＬcomの一方が出力されたときに、外部機器２００に対するコマンドとして出力すれば良い。
一方、外部機器２００に対するコマンドが、左右チャンネルに対して別々の処理を指定するものであれば、送信器１５４は、コマンドＲcomおよびＬcomを区別して出力すれば良い。

【0036】

第１実施形態および第２実施形態では、コマンドの入力を頬への叩打としたが、叩打する部位は頬に限られず、耳介、耳輪、および耳珠などのように、ライトユニット１０Ｒおよび１０Ｌが装着される近傍の部位であれば良い。
また、コマンドの入力をユーザーＷへの叩打としたが、ユーザーＷへの接触に際して音が発生すれば良く、例えば擦すりであっても良い。すなわち、コマンドの入力については、マイク１２による収音信号から環境音と区別し得る音であって、ユーザーＷへの接触に伴う接触音が発生する行為であれば良い。

【0037】

コマンドは１種類に限られない。すなわち、ユーザーＷへの接触音を、回数、振幅、周波数特性、および時間長などにより複数種類のなかから区別できるのであれば、区別した接触音の種類に応じたコマンドを出力する構成としても良い。

【0038】

また、ヘッドフォン１においてバンド２０は必須のものではない。このため、ヘッドフォン１として、バンド２０を設けないイヤーフォンタイプとすることも可能である。イヤーフォンタイプとする場合、ライトユニット１０Ｒおよびレフトユニット１０Ｌ同士を無線を介して信号接続する構成とすれば良い。この構成において、例えばライトユニット１０Ｒまたはレフトユニット１０Ｌの一方に受信器１５２を設け、他方に送信器１５４を設けても良い。

【0039】

上述した実施形態において、ユーザーの使い勝手の悪化を招かない、という観点より、以下の発明が把握され得る。

【0040】

まず、入力信号に基づいて放音するスピーカーと、ユーザーに対する接触音を収音するマイクと、前記マイクの収音に基づく収音信号から、前記ユーザーに対する接触操作を判定し、当該接触操作に対応したコマンドを出力するコマンド出力部と、を含むヘッドフォンが把握される。上記ヘッドフォンによれば、コマンドを発生させるために、ユーザーはヘッドフォンに触れないで済むので、位置ずれが発生せず、したがって、使い勝手の悪化を招かない。

【0041】

上記ヘッドフォンにおいて、前記コマンドは、前記入力信号を供給する外部機器に対する制御を指示するもの、または、前記入力信号に対する信号処理を指示するものであることが好ましい。
また、上記ヘッドフォンにおいて、前記入力信号に所定の特性を付与する特性付与フィルターと、前記収音信号から前記特性が付与された信号を減算する減算器と、を有し、前記コマンド出力部は、前記減算器の出力信号に基づいて前記接触操作を判定しても良い。
上記ヘッドフォンにおいて、前記コマンド出力部は、前記入力信号の所定の高周波域をカットするローパスフィルターと、前記ローパスフィルターで処理された信号の振幅について、短時間平均値と長時間平均値との差を所定のしきい値と比較する比較器と、を含む構成としても良い。
上記ヘッドフォンにおいて、前記差がしきい値以上である場合であって、かつ、前記ローパスフィルターで処理された信号のパワーが所定範囲内となる状態が所定時間で継続した場合に、前記コマンドを出力する構成としても良い。

【符号の説明】

【0042】

１…ヘッドフォン、１０Ｒ…ライトユニット、１０Ｌ…レフトユニット、１２…マイク、１５…スピーカー、１０６…特性付与フィルター、１２０…コマンド出力器、１２１…ローパスフィルター、１２２、１２３…算出器、１２４…減算器、１２５…比較器、１２６…レベル解析器、１２７…判定器。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】