JP6556795B2 - インナーイヤー式雑音低減イヤホン - Google Patents

Description

本明細書は、インナーイヤー式能動雑音低減（ＡＮＲ）イヤホンを説明する。

能動雑音低減イヤホンは、特許文献１で説明されている。インナーイヤー式イヤホンは、イヤホンの全体または特定の部分をユーザの耳の中に入れて使用するように設計されている。インナーイヤー式イヤホンは、主として、イヤホンが所定位置にあるときにユーザの外耳道内にある部分を有する。

米国特許第４，４５５，６７５号明細書

一態様において、装置は、イヤホンを有する。イヤホンは、外耳道への入口で封止してキャビティを形成するノズルを有し、キャビティは、外耳道の封止された部分と、ノズル内にある経路と、を有する。イヤホンは、キャビティ内の雑音を検出するためのフィードマイクロホンと、フィードバック雑音除去音声信号を供給するためにフィードバックマイクロホンに応答するフィードバック回路と、を有する。イヤホンは、フィードバック雑音除去音声信号を有する出力雑音除去音声信号を雑音を減衰させる音響エネルギーに変換するための音響駆動器と、キャビティを環境に連結する開口部と、開口部内にあるインピーダンス提供構造体と、をさらに有する。インピーダンス提供構造体は、開口部内にある音響抵抗材料を有する。音響抵抗材料は、ワイヤメッシュである。インピーダンス提供構造体は、開口部と環境とを音響的に連結する管体を有する。管体には、発泡体が充填されている。キャビティとユーザの鼓膜とは、インピーダンスｚによって特徴付けられており、インピーダンス提供構造体のインピーダンスの絶対値は、所定周波数未満の周波数においてｚの絶対値未満であり、所定周波数よりも高い周波数においてｚの絶対値よりも大きい。装置は、外耳に係合させるための構造体をさらに有し、そのため、イヤホンは、ヘッドバンドを用いることなく、ユーザの耳内に位置付けられ保持される。経路は、１３ｍｍ^２より大きい開口横断面積を有する。音響駆動器は、音響駆動器の軸と平行でありまたは一致してノズルの中心線と交差する線がノズルの中心線と角度θ＞±３０°（角度θの絶対値｜θ｜＞３０°）で交差するように方向付けられている。ノズルは、１０００［ｍ／ｍ^２］以下の比率ｌ／Ａを有し、ここで、Ａは経路の開口横断面積であり、ｌは経路の長さである。ノズルは、１２００［ｋｇ／ｍ^４］以下の音響質量を有し、ここで、Ｍ＝ρｌ／Ａであり、Ａは経路の開口横断面積であり、ｌは経路の長さである。経路の質量インピーダンスの絶対値｜ｚ｜は、１ｋＨｚにおいて８．０ｘ１０^６［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］以下であり、ここで、｜ｚ｜＝Ｍｆであり、Ｍ＝ρｌ／Ａであり、ρが空気の密度であり、Ａが当該経路の開口横断面積であり、ｌが前記経路の長さである。装置は、イヤホンの外側における雑音を検出するためのフィードフォワードマイクロホンと、フィードフォワード雑音低減音声信号を供給するために、フィードフォワードマイクロホンに応答するフィードフォワード回路と、フィードバック雑音低減音声信号とフィードフォワード雑音低減音声信号とを結合し、出力雑音低減音声信号を供給するための回路と、をさらに有する。

別の態様において、装置は、イヤホンを有する。イヤホンは、ユーザの外耳道を含むキャビティを有する。イヤホンは、キャビティ内の雑音を検出するためのフィードバックマイクロホンと、フィードバック雑音除去音声信号を供給するために、フィードバックマイクロホンに応答するフィードバック回路と、をさらに有する。イヤホンは、フィードバック雑音低減音声信号を有する出力雑音低減音声信号を音響エネルギーに変換し、音響エネルギーをキャビティ内に放射して雑音を減衰させるための音響駆動器をさらに有する。イヤホンは、キャビティと環境とを連結する開口部と、開口部内にあるインピーダンス提供構造体と、をさらに有する。インピーダンス提供構造体は、開口部内にある音響抵抗材料を有する。インピーダンス提供構造体は、開口部と環境とを音響的に連結する管体をさらに有する。管体には、発泡体が充填されている。キャビティとユーザの鼓膜とは、インピーダンスｚを規定し、インピーダンス提供構造体のインピーダンスの絶対値は、所定周波数未満の周波数においてｚの絶対値未満であり、所定周波数より高い周波数においてｚの絶対値より大きい。キャビティは、キャビティを環境から音響的に封止するために、外耳道と封止構造体とを音響的に連結する経路をさらに有する。装置は、イヤホンの外側の雑音を検出するためのフィードフォワードマイクロホンと、フィードフォワード雑音除去音声信号を供給するために、フィードフォワードマイクロホンに応答するフィードフォワード回路と、フィードフォワード雑音除去音声信号とフィードバック雑音除去音声信号とを結合し、出力雑音除去音声信号を供給するための回路と、をさらに有する。

別の態様において、装置は、ユーザの外耳道を含むキャビティと、キャビティ内の雑音を検出するためのフィードバックマイクロホンと、フィードバック雑音除去音声信号を供給するために、フィードバックマイクロホンに応答するフィードバック回路と、フィードバック雑音除去音声信号を有する出力雑音除去音声信号を音響エネルギーに変換し、音響信号をキャビティ内へ放射して検出した雑音を減衰させるための音響駆動器と、キャビティと環境とを連結し、キャビティと環境との間に音響インピーダンスを形成する音響シャントと、を有する。シャントは、キャビティと環境との間にある開口部と、開口部内にある音響抵抗メッシュと、を有する。シャントは、イヤホンの外殻にある孔部の１つを含む。シャントは、インサートであって孔部がインサート内に形成されたインサートを有する。装置は、イヤホンの外側の雑音を検出するためのフィードフォワードマイクロホンと、フィードフォワード雑音除去音声信号を供給するために、フィードフォワードマイクロホンに応答するフィードフォワード回路と、フィードバック雑音除去音声信号とフィードフォワード雑音除去音声信号とを結合して出力雑音除去音声信号を供給するための回路と、をさらに有する。

別の態様において、装置は、能動雑音低減（ＡＮＲ）イヤホンを有する。ＡＮＲイヤホンは、雑音を検出するために、ユーザの外耳道に音響的に連結されたフィードバックマイクロホンを備えるＡＮＲ回路と、フィードバック雑音除去音声信号を供給するために、フィードバックマイクロホンに応答するフィードバック回路と、フィードバック雑音低減音声信号を備える出力雑音除去音声信号を変換するための音響駆動器と、を備える。イヤホンは、音響駆動器とユーザの外耳道とを音響的に連結する経路をさらに有する。音響駆動器は、音響駆動器と平行でありまたは一致して経路の中心線と交差する線が経路の中心線と交差する線が経路の中心線と角度θ＞±３０°で交差するように方向付けられている。マイクロホンは、音響駆動器薄膜へのボイスコイルの取付点と音響駆動器薄膜の縁部との間に径方向に位置する。経路は、１０００［ｍ／ｍ^２］以下の比率ｌ／Ａを有し、ここで、Ａは経路の開口横断面積であり、ｌは経路の長さである。経路は、甲介のボウル部と外耳道への入口との間の移行部において外耳道で音響的に封止しており、キャビティを形成する。経路は、１２００［ｋｇ／ｍ^４］以下の音響質量を有し、ここで、Ｍ＝ρｌ／Ａであり、Ａは経路の開口横断面積であり、ｌは経路の長さである。経路の質量インピーダンスの絶対値｜ｚ｜は、１００Ｈｚにおいて８００ｘ１０^３［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］以下であり、１ｋＨｚにおいて８．０ｘ１０^６［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］以下であり、ここで、｜ｚ｜は、Ｍｆであり、Ｍ＝ρｌ／Ａであり、ρが空気の密度であり、Ａが当該経路の開口横断面積であり、ｌが前記経路の長さである。装置は、イヤホンを耳内に位置付けて保持するために外耳に係合する構造体をさらに有する。角度θは、±４５°より大きい。装置は、キャビティを環境に連結する開口部と、開口部内にあるインピーダンス提供構造体と、をさらに有する。インピーダンス提供構造体は、開口部内にある音響抵抗材料を有する。音響抵抗材料は、ワイヤメッシュである。音響抵抗材料は、そこを貫通する孔部を有するプラスチック部材を有する。インピーダンス提供構造体は、開口部と環境とを音響的に連結する管体を有する。管体には、発泡体が充填されている。音響駆動器は、１０ｍｍより大きい公称直径を有する。音響駆動器は、１４ｍｍより大きい公称直径を有してもよい。イヤホンは、イヤホンが所定位置にあるときに、音響駆動器の一部がユーザの甲介内にありかつ音響駆動器の別の部分がユーザの甲介の外側にあるように、構成されている。装置は、イヤホンの外側の雑音を検出するために、フィードフォワードマイクロホンと、フィードフォワード雑音除去音声信号を供給するために、フィードフォワードマイクロホンに応答するフィードフォワード回路と、フィードバック雑音除去音声信号とフィードフォワード雑音除去音声信号とを結合して出力雑音除去音声信号を供給するための回路と、をさらに有する。空気の密度ρは、１．２［ｋｇ／ｍ^３］と推測されてもよい。

別の態様において、装置は、能動雑音低減（ＡＮＲ）イヤホンを有する。ＡＮＲイヤホンは、イヤホンをユーザの耳内に位置付けて保持するように外耳に係合させるための構造体と、雑音を検出するためにユーザの外耳道に音響的に連結されたフィードバックマイクロホンを備える能動雑音低減回路と、雑音を検出するために、フィードバック雑音除去音声信号を供給するために、フィードバックマイクロホンに応答するフィードバック回路と、フィードバック雑音除去音声信号を備える出力雑音除去音声信号を変換して雑音を減衰させるために、１０ｍｍより大きい公称直径を有する音響駆動器と、を有する。装置は、甲介のボウル部と外耳道への入口との間の移行部においてユーザの外耳道で音響駆動器を外耳道と音響的に連結させる経路をさらに有する。イヤホンは、イヤホンが所定位置にあると、音響駆動器の一部がユーザの甲介内にありかつ音響駆動器の別の部分がユーザの甲介の外側にあるように、構成されている。音響駆動器は、音響駆動器の軸と平行でありまたは一致してノズルの中心線と交差する線がノズルの中心線と角度θ＞±３０°で交差するように方向付けられている。

別の態様において、装置は、装置は、能動雑音低減（ＡＮＲ）イヤホンを有する。ＡＮＲイヤホンは、イヤホンをユーザの耳内で位置付けて保持するように外耳に係合させるための構造体と、甲介のボウル部と外耳道への入口との間の移行部において外耳道でイヤホンを封止するための構造体と、イヤホンの内側における雑音を検出するために、ユーザの外耳道に音響的に連結されたフィードバックマイクロホンを備える能動雑音低減回路と、フィードバック雑音除去音声信号を供給するために、フィードバックマイクロホンに応答するフィードバック回路と、フィードバック雑音除去音声信号を備える出力雑音除去音声信号を雑音除去音響エネルギーに変換するための音響駆動器と、を有する。装置は、音響駆動器とユーザの外耳道とを音響的に連結する経路をさらに有する。経路は、所定長さｌ及び所定開口横断面積Ａを有し、比率ｌ／Ａは、１０００［ｍ／ｍ^２］以下である。比率ｌ／Ａは、９００［ｍ／ｍ^２］以下であってもよい。ノズルは、１０ｍｍ^２より大きい開口横断面積及び１４ｍｍ未満の長さを有してもよい。ノズルは、硬質部分と弾性部分とを有する。ノズルは、外耳道と甲介のボウル部との間の移行領域に係合し、ノズルを外耳道で音響的に封止するための円錐台状の構造体を有する。

別の態様において、装置は、能動雑音低減（ＡＮＲ）イヤホンのためのイヤホンを有する。能動雑音低減イヤホンは、イヤホンをユーザの耳内に位置付けて保持するように外耳に係合するための構造体と、イヤホンをユーザの外耳道で封止するための構造体と、イヤホン内の雑音を検出するために、外耳道に音響的に連結されたフィードバックマイクロホンを備える能動雑音低減回路と、フィードバック雑音除去音声信号を供給するために、フィードバックマイクロホンに応答するフィードバック回路と、フィードバック雑音除去音声信号を備える出力雑音除去音声信号を雑音除去音響エネルギーに変換するための音響駆動器と、を有する。装置は、音響駆動器とユーザの外耳道とを音響的に連結する経路をさらに有する。経路は、少なくとも１０ｍｍ^２の開口横断面積を有する。装置のノズルは、１０００［ｍ／ｍ^２］以下の比率ｌ／Ａを有し、ここで、Ａは経路の開口横断面積であり、ｌは経路の長さである。経路は、甲介のボウル部と外耳道への入口との間の移行部において外耳道で音響的に封止しており、キャビティを形成する。音響駆動器は、音響駆動器の軸と平行でありまたは一致して経路の中心線と交差する線が経路の中心線と角度θ＞±３０°で交差するように方向付けられている。音響駆動器は、１０ｍｍより大きい公称直径を有する。経路の質量インピーダンスの絶対値｜ｚ｜は、１００Ｈｚにおいて８００ｘ１０^３以下であり、１ｋＨｚにおいて８．０ｘ１０^６以下である。経路は、１２００［ｋｇ／ｍ^４］以下の音響質量を有し、ここで、Ｍ＝ρｌ／Ａであり、Ａは経路の開口横断面積であり、ｌは経路の長さである。空気の密度ρは、１．２［ｋｇ／ｍ^３］と推測されてもよい。

別の態様において、装置は、能動雑音低減（ＡＮＲ）イヤホンを有する。ＡＮＲイヤホンは、ヘッドバンドを使用することなくイヤホンをユーザの耳内で位置付けて保持するように外耳に係合させるための構造体と、公称直径が１０ｍｍより大きい音響駆動器を備える能動雑音低減回路と、イヤホン内の雑音を検出するために、ユーザの外耳に音響的に連結されたフィードバックマイクロホンと、フィードバック雑音除去音声信号を供給するために、フィードバックマイクロホンに応答するフィードバック回路と、フィードバック雑音除去音声信号を備える出力雑音除去音声信号を雑音除去音響エネルギーに変換するための音響駆動器と、を有する。装置は、音響駆動器をユーザの外耳道に音響的に連結する経路をさらに有する。音響駆動器は、音響駆動器の軸と平行でありまたは一致して経路の中心線と交差する線が経路の中心線と角度θ＞±３０°で交差するように方向付けられている。音響駆動器は、音響駆動器の軸と平行でありまたは一致して経路の中心線と交差する線が経路の中心線と角度θ＞±４５°で交差するように方向付けられてもよい。マイクロホンは、音響駆動器の薄膜を音響駆動器のボイスコイルに取り付ける点と薄膜の縁部との中間に径方向で位置付けられている。マイクロホンは、音響駆動器モジュールと経路との交差部に位置付けられている。音響駆動器の一部は、イヤホンが所定位置にあると、甲介の外側にある。

別の態様において、能動雑音低減（ＡＮＲ）イヤホンは、イヤホンをユーザの耳内で位置付けて保持するように外耳に係合させるための構造体と、公称直径が１０ｍｍより大きい音響駆動器を備える能動雑音低減回路と、イヤホン内の雑音を検出するために、ユーザの外耳道に音響的に連結されたフィードバックマイクロホンと、フィードバック雑音除去音声信号を供給するためにフィードバックマイクロホンに応答するフィードバック回路と、出力雑音除去音声信号を変換するための音響駆動器と、を有する。雑音除去音声信号は、フィードバック雑音除去音声信号から雑音除去音響エネルギーを有する。装置は、音響駆動器をユーザの外耳道に音響的に連結する経路をさらに有する。１ｋＨｚにおいて８．０×１０^６［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］以下の質量インピーダンス｜ｚ｜を有してもよく、ここで、｜ｚ｜は、Ｍｆであり、Ｍ＝ρｌ／Ａであり、ρが空気の密度であり、Ａが当該経路の開口横断面積であり、ｌが前記経路の長さである。経路の質量インピーダンスの絶対値｜ｚ｜は、１ｋＨｚにおいて８００×１０^３［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］以下である。空気の密度ρは、１．２［ｋｇ／ｍ^３］と推測されてもよい。

別の態様において、装置は、能動雑音低減（ＡＮＲ）イヤホンを有する。ＡＮＲイヤホンは、イヤホンがユーザの耳内で位置付けられて保持されるように外耳に係合させるための構造体と、公称直径が１０ｍｍより大きい音響駆動器を備える能動雑音低減回路と、イヤホン内の雑音を検出するために、ユーザの外耳道に音響的に連結されたフィードバックマイクロホンと、フィードバック雑音除去音声信号を供給するためにフィードバックマイクロホンに応答するフィードバック回路と、フィードバック雑音除去音声信号を有する出力雑音除去音声信号を雑音除去音響エネルギーに変換するための音響駆動器と、を有する。装置は、音響駆動器をユーザの外耳道に音響的に連結するための経路をさらに有する。経路は、１２００［ｋｇ／ｍ^４］以下の音響質量Ｍを有し、ここで、Ｍ＝ρｌ／Ａであり、ρは空気の密度であり、Ａは経路の開口横断面積であり、ｌは経路の長さである。空気の密度ρは、１．２［ｋｇ／ｍ^３］と推測されてもよい。経路は、１１００［ｋｇ／ｍ^４］以下の音響質量を有してもよく、ここで、Ｍ＝ρｌ／Ａであり、Ａは経路の開口横断面積であり、ｌは経路の長さである。

別の態様において、装置は、能動雑音低減（ＡＮＲ）イヤホンを有する。ＡＮＲイヤホンは、ヘッドバンドなくイヤホンを耳内の所定位置で保持するための構造体と、能動雑音低減回路と、を有する。能動雑音低減回路は、イヤホン内の雑音を検出するために、ユーザの外耳道に音響的に連結されたフィードバックマイクロホンと、フィードバック雑音除去音声信号を供給するために、フィードバックマイクロホンに応答するフィードバック回路と、イヤホンの外側の雑音を検出するためのフィードフォワードマイクロホンと、フィードフォワード雑音除去音声信号を供給するために、フィードフォワードマイクロホンに応答するフィードフォワード回路と、フィードバック雑音除去音声信号とフィードフォワード雑音除去音声信号とを結合して出力雑音除去音声信号を供給するための回路と、フィードバック雑音低減音声信号を備える出力雑音除去音声信号を変換するための音響駆動器と、を有する。イヤホンは、音響駆動器とユーザの外耳道とを音響的に連結する経路を有する。経路は、７．５ｍｍ^２以上の開口横断面積を有する。経路は、１０ｍｍ^２以上の開口横断面積を有してもよい。

他の特徴、目的及び利点は、以下の図面に関連して読むと、以下の詳細な説明から明らかになる。

耳を示す前方横断面図及び側面図である。 ＡＮＲイヤホンを示すブロックダイアグラムである。 イヤホンを示す前方横断面図である。 イヤホンを示す前方横断面図である。 従来のインナーイヤー式ＡＮＲイヤホンを示す前方横断面図である。 インナーイヤー式イヤホンを示す等角図である。 耳内にあるイヤホンの一部を示す側面図である。 耳内にあるイヤホンを示す横断面図である。 イヤホンを示す横断面図である。 イヤホンを示す概略図である。 イヤホンを示す概略図である。 イヤホンを示す概略図である。 イヤホンを示す概略図である。 イヤホンを示す概略図である。 音響駆動器及びマイクロホンを示す概略部分断面図である。 イヤホンを示す概略図である。 イヤホンを示す概略図である。 イヤホンを示す概略図である。 イヤホンを示す概略図である。 振幅及び位相それぞれの周波数に対するプロットである。 振幅及び位相それぞれの周波数に対するプロットである。 イヤホン構造を示す概略図である。 イヤホン構造を示す概略図である。 イヤホンを示す概略図である。 振幅及び位相それぞれの周波数に対するプロットである。 振幅及び位相それぞれの周波数に対するプロットである。 振幅の周波数に対するプロットである。 インピーダンスの周波数に対するプロットである。 減衰の周波数に対するプロットである。

図面におけるいくつかの図の要素をブロックダイアグラムにおいて別個の要素として示しかつ説明しており、「回路」として称するが、意図しない限り、要素は、アナログ回路、デジタル回路もしくはソフトウエアの指示を実行する１以上のマイクロプロセッサのうちの１つまたはこれらの組み合わせとして実行されてもよい。ソフトウエアの指示は、デジタル信号処理（ＤＳＰ）指示を含んでもよい。操作は、アナログ回路によってまたはアナログ操作と数学的にもしくは論理的に同等のものを実行するソフトウエアを実行するマイクロプロセッサによって、実行されてもよい。意図しない限り、信号線は、音声信号の個別の流れを処理するための適切な信号処理を有する単一の別個のデジタル信号線としてまたは無線通信システムの要素として、別個のアナログまたはデジタル信号線として実施されてもよい。一部の処理をブロックダイアグラムで説明する。各ブロックで実行される動作は、１つの要素によってまたは複数の要素によって実行されてもよく、時間で分離されてもよい。ブロックの動作を実行する要素は、物理的に分離されてもよい。意図しない限り、音声信号もしくは映像信号または双方は、デジタルまたはアナログの形態でコード化され伝送されてもよく、従来のデジタル−アナログまたはアナログ―デジタル変換器を図面で示さない。

本明細書で使用する「イヤホン」は、耳の周囲に、耳にまたは耳内に適合し、外耳道内に音響エネルギーを放射するデバイスを称する。イヤホンは、音響駆動器を有し、音声信号を音響エネルギーに変換する。図面及び以下の説明が単一のイヤホンを使用しているが、イヤホンは、単一の独立型ユニットまたは各耳に１つずつある一対のイヤホンのうちの一方であってもよい。イヤホンは、音声信号を音響駆動器に伝達させる例えばヘッドバンドによってまたはリードによって別のイヤホンに機械的に接続されてもよい。イヤホンは、音声信号を無線受信するための構成部材を有してもよい。特定しない限り、イヤホンは、能動雑音低減（ＡＮＲ）システムの構成部材を有しており、このシステムを後述する。

寸法に関して本明細書で使用する「公称」は、例えば製品仕様書にある製造者によって指定されたような寸法を称する。実際の寸法は、公称寸法とは若干異なっていてもよい。

図１は、本願で使用するいくつかの専門用語を説明する目的で、耳の前方横断面図及び側面図を示す。明確にするため、耳毛、外耳道への入口の側面図において多くの人の間で部分的にまたは完全に目立たない特徴を省略する。甲介は、破線８０２によって全体的に囲まれる耳の歪なボウル状領域である。外耳道８０４は、甲介を鼓膜１３０に連結する非直線的な中心線を有する歪な形状のシリンダである。具体的な耳の構造が個人ごとに大きく変化するので、かつ、耳の解剖的部位間の正確な境界が良好に画定されていないので、いくつかの耳要素を正確に説明することは困難である。したがって、本明細書は、線８０６で全体的に囲まれたボウル状の甲介と外耳道との間の移行領域に言及する。移行領域は、外耳道の一部もしくはボウル状の甲介の一部または双方を含んでもよい。

図２を参照すると、例えば特許文献１で説明したような能動雑音低減ＡＮＲイヤホンにあるフィードバックループの論理的配置を示すブロックダイアグラムが示されている。信号結合器３０は、入力音声信号Ｖ_１のための端子２４に、及びフィードバックプリアンプ３５に、動作可能に連結され、いくつかの実施形態において信号結合器３０を介して電力増幅器３２に順に連結された補償器３７に連結されている。電力増幅器３２は、外耳道に音響的に連結された音響駆動器１７に連結されている。音響駆動器１７及び（外耳道に入る雑音Ｐ_１を示す）端子２５は、結合器３６によって連結されており、雑音Ｐ１及び音響駆動器の出力を示す。結合器３６の音響出力Ｐ_０は、出力プリアンプ３５に連結されたマイクロホン１１に付与され、この出力プリアンプは、順に信号結合器３０に個別に連結されている。端子２４、信号結合器３０、電力増幅器３２、フィードバックプリアンプ３５及び補償器３７を本明細書では説明せず、以下の図面においてフィードバック回路７１として集約的に称する。

集約的に、マイクロホン１１、音響駆動器１７及び結合器３６は、ＡＮＲイヤホンの前方キャビティ１０２、すなわち音響駆動器及び鼓膜を音響的に連結する音響空間にある能動フィードバックループの要素を示す。いくつかのＡＮＲイヤホンは、同様に、後方キャビティ、すなわち音響駆動器及び環境間にあるキャビティを有しており、この後方キャビティは、主として音響駆動器に取り付けられたバッフルによって前方キャビティから分離されている。存在する場合、後方キャビティは、音響的にまたは圧力的に解放する目的で環境への開口部を有してもよいカバーによって環境から離間されてもよい。

動作時において、マイクロホン１１は、前方キャビティ１０２から雑音を検出する。フィードバック回路７１は、増幅器３２へ供給されるフィードバック雑音低減信号を作り出し、この増幅器は、フィードバック雑音低減信号を増幅し、増幅した出力雑音低減信号を音響駆動器１７に供給する。音響駆動器１７は、出力雑音低減音声信号を音響エネルギーに変換し、この音響エネルギーは、前方キャビティ内へ放射される。

いくつかの実施形態において、フィードバックループは、任意的な（破線で示すような）フィードフォワード雑音低減回路１７１によって補完される。フィードフォワード回路１７１は、主としてイヤホンの外側に位置するフィードフォワードマイクロホン１１１から雑音信号を受け取り、フィードフォワード雑音低減信号を導出し、このフィードフォワード雑音低減信号は、信号結合器２３０においてフィードバック雑音低減信号とまとめられ、出力雑音低減音声信号を供給する。増幅器は、出力雑音低減音声信号を増幅させ、増幅した出力雑音音声信号を音響駆動器へ供給する。フィードフォワード回路は、主として、適応可能なフィルタを有してもよいフィルタ構造を有する。フィードフォワード雑音低減に適切ないくつかの例にかかる回路は、米国特許第８，１４４，８９０号明細書で説明されており、そのすべてを参考として本明細書に組み込む。

前方キャビティが大きくなるとより受動的な減衰を可能とするので、前方キャビティは、雑音低減イヤホンの動作に重要であり、この受動的な減衰は、全体的な減衰をより大きくすることもしくは能動雑音低減に関する要件をより低くすることまたは双方を可能とする。ＡＮＲイヤホンにおいて、より受動的な減衰を可能とすることに加えて、前方キャビティは、能動雑音低減イヤホンの動作に大きな影響を有する。寸法または幾何形状のような特性は、音響駆動器と鼓膜との間の、マイクロホンと音響駆動器との間の、及び、マイクロホンと鼓膜との間の、移送機能に影響を与える。予想できないかつ一貫性のない移送機能は、結果として、フィードバックループの不安定性を招き、この不安定性は、「スクイール(squeal)」によってあらわされ、この「スクイール」は、スクイールが外耳道内へ直接放射されることがあり、鼻腔を通ってまたはユーザの骨構造を通って内耳へ伝達されることがあるので、イヤホンにとって迷惑である。スクイールを防止することは、例えば、フィードバックループの利得を制限することによって、または、ＡＮＲ回路が動作する周波数範囲を制限することによって、ＡＮＲ回路のＡＮＲ能力を制限することを意味する。

様々な種類のイヤホンの例を図３Ａ及び図３Ｂに示す。図３Ａは、耳覆い型イヤホンである。耳覆い型イヤホンにおいて、前方キャビティ１０２は、主として、頭の側部に当接して封止するクッションによって画成される。したがって、例えば米国特許第６，５９７，７９２号明細書にあるように、特にクッションによって占有される容積を使用する場合には、大型の前方キャビティを形成できる。耳覆い型イヤホンの前方キャビティの典型的な容積は、１１４ｃｃである。図３Ｂは、耳載せ型イヤホンである。耳載せ型イヤホンにおいて、前方キャビティは、外耳に当接して封止するクッションによって画成される。耳覆い型イヤホンのようには前方キャビティを大きく形成することはより困難であるが、前方キャビティは、例えば米国特許第８，１１１，８５８号明細書にあるように、前方キャビティの一部としてクッションにより占有される容積を使用することによって、例えば２０ｃｃなど依然として比較的大きく形成されることが可能である。

従来のインナーイヤー式ＡＮＲイヤホンの概略図を図４に示す。図４のイヤホンは、音響駆動器２１７と位置付け及び保持構造体２２０とを有する。位置付け及び保持構造体は、少なくとも４つの機能を有する。この構造体は、イヤホンを挿入したときに耳にイヤホンを位置合わせし；この構造体は、外耳道で封止を形成して環境騒音が外耳道に入ることを防止し；この構造体は、イヤホンを所定位置で保持し、そのため、ユーザの頭が動いても、イヤホンは所定位置のままであり；この構造体は、音響駆動器から外耳道への通路を形成する。外耳道のサイズ及び幾何形状が個人ごとに大きく異なるので、かつ、外耳道の壁が痛みに敏感でありかつイヤホンのうち耳内へ突出する部分によって損傷されることがあるので、位置付け及び位置合わせ構造は、主として、軟質の適合可能な材料で形成されており、そのため、位置付け及び保持構造体は、外耳のサイズ及び幾何形状に適合でき、ユーザの外耳に痛みや損傷を引き起こさない。主として、適合可能な材料は、シリコーンなど発泡性または中実のエラストマからなるいくつかのタイプである。イヤホンを耳内で保持するため、かつ、有効的な封止を形成するため、位置付け及び保持構造体２２０は、外耳道内に突出する。しかしながら、図４に示すように、位置付け及び保持構造体は、外耳道内に位置し、これにより、外耳道の有効容積を低減する。このため、設計のトレードオフがある、すなわち、位置付け及び保持構造体の壁部が厚すぎる場合には、壁部は、前方キャビティの容積を低減し、音響駆動器と鼓膜との間の経路の横断面積は、望ましいことにとどまらない；しかし、壁部が薄すぎる場合には、位置付け及び保持構造体は、外耳道を適切に封止しないことがあり、雑音が外耳道の中に入ることを適切に防止できないことがあり、イヤホンを所定位置で保持するための十分な構造的強度または安定性を有しないことがある。

あるいは、適合可能な材料は、連続気泡発泡体であってもよく、この発泡体は、発泡体の容積を前方キャビティの一部として使用することを可能とするが、連続気泡発泡体は、音響的に半透過性を有しており、そのため、受動減衰を損なわせる。同様に、位置付け及び保持構造体が外耳道内へ突出しすぎる場合、前方キャビティの容積は、望ましいことにとどまらない；しかし、位置付け及び保持構造体が外耳道内へ十分には突出していない場合、適切には封止しないことがあり、イヤホンを所定位置で保持しないことがある。

図４に示すタイプのイヤホンの音響駆動器は、主として、音響駆動器が通路に結合する位置において、音響駆動器２１７の軸２３０が音響駆動器から外耳道への通路の中心線２３２とほぼ平行であるまたは（この例において）一致する。この配置により、音響駆動器の直径は、甲介のボウル状の外耳道への入口の直径に、または外耳の他の特徴に制限される。例えば音響駆動器２１７’のような大型の駆動器を用いることが望ましい場合、音響駆動器は、機械的に完全に支持されていない必要がある。大型の音響駆動器がイヤホンの他の部分に対して大きな質量を有するので、支持されていない質量は、イヤホンを耳の中で機械的に不安定にさせる。素子１３２及び１３４を後述する。マイクロホンのような主としてインナーイヤー式ＡＮＲイヤホンのいくつかの素子をこの図面では示さない。

外耳道に係合する位置付け及び保持構造体の代替物は、米国特許第６，６８３，９６５号明細書に示すようなヘッドバンドである。ヘッドバンドは、インナーイヤー式イヤホンの一部のユーザによって望ましくないと考えられる。

イヤホンを位置付けて保持することの機械的な困難性に加え、小型の前方キャビティのインナーイヤー式ＡＮＲイヤホンは、ＡＮＲイヤホンのフィードバックループの設計にさらなる困難を形成する。前方キャビティは、外耳道を含む。外耳道の容積及び幾何形状は、個人ごとに著しく異なる。耳覆い型及び耳載せ型イヤホンにおいて、耳の寸法及び構造におけるバラツキは、ＡＮＲシステムの動作に小さな影響しか与えない。しかしながら、インナーイヤー式イヤホンを用いると、外耳道は、前方キャビティのうちのかなりの部分である。したがって、外耳道の寸法及び幾何形状のバラツキは、ＡＮＲシステムに大きな影響を与え、また、外耳道に係合するイヤホンの部分の閉塞、捻れまたは狭窄は、ＡＮＲシステムの動作に大きな影響を与える。しかしながら、閉塞、捻れ及び狭窄を防止することを試みることは、外耳道内へ突出するイヤホンの部分の適合性及び快適性の目的とは矛盾する。

図５は、ＡＮＲシステムで使用するのに適したインナーイヤー式イヤホン１１０を示す。イヤホン１１０は、ケーブル配線などを位置付けるためのステム１５２と、音響駆動器モジュール１１４と、チップ１６０と、を有する。いくつかのイヤホンは、ステム１５２を有さないが、外部デバイスとの無線通信のための電子モジュール（図示略）を有してもよい。他のイヤホンは、ステム及び音響駆動器モジュールを有さず、受動イヤプラグとして機能する。チップ１６０は、位置付け及び保持構造体１２０を有し、この構造体は、この例において、外側脚部１２２及び内側脚部１２４を有する。チップは、同様に、封止構造体４８を有し、外耳道への開口部に当接して封止し、前方キャビティを形成する。

外側脚部１２２及び内側脚部１２４は、音響駆動器モジュール１１４から延在する。２つの脚部それぞれは、一端部において本体部に接続されている。外側脚部は、甲介の後方において対輪壁の湾曲をほぼ辿るように湾曲されている。各脚部の第２端部は、結合されている。結合した内側及び外側脚部は、取付点を超えて先端の位置付け及び保持構造体まで延在する。適切な位置付け及び保持構造体は、米国特許出願第１２／８６０，５３１号で説明されており、そのすべてを参照として本明細書に組み込む。一実施形態において、封止構造体４８は、適合可能な円錐台状の構造体であり、この構造体は、イヤホンを外耳道へ押し込むと、内側に反る。構造体は、甲介のボウル部と外耳道との間の移行領域において外耳の外観と一致し、外耳道を封止して環境騒音が外耳道へ入ることを阻止する。１つのこのような封止構造体は、米国特許出願第１３／１９３，２８８号で説明されており、そのすべてを参照として本明細書に組み込む。位置付け及び保持構造体と封止構造体４８との組み合わせにより、機械的安定性を提供する。内側への圧力をかけてイヤホンを所定位置で保持するためのヘッドバンドまたは他のデバイスを必要としない。イヤホンは、従来の位置付け及び保持構造体に関する限りでは、外耳道内へ突出する必要はない。いくつかの場合において、封止構造体４８自体は、イヤホンを耳内へ位置付けて保持するのに十分である。位置付け及び保持構造体は、さらなる機械的安定性を提供し、頭のさらなる急激な運動を可能とする。

図６は、ユーザの耳内にある図５のイヤホンの一部を示す。詳細を示すため、いくつかの実施形態において、音響駆動器モジュール１１４、封止構造体４８及びステム１５２のようなものを省略し、チップ１６０を部分的に切除する。位置付け及び保持構造体１２０は、外耳の外観と係合し、そのため、音響駆動器モジュール（音響駆動器を含む）は、イヤホンを使用するときにイヤホンの大部分が耳の甲介の外側にあるにもかかわらず、ユーザの耳に対して機械的に安定する。音響駆動器モジュールを耳の甲介のほぼ外側に位置付けすることにより、音響駆動器を甲介内に（または部分的にもしくは完全に外耳道内に）嵌め込まなければならないイヤホンで使用するよりも、ヘッドバンドを使用することなくかつイヤホンを外耳道内へ深く延在させる必要なく、十分に大型の音響駆動器を使用することが可能となる。大型の音響駆動器を用いることにより、特にうるさい環境において、低周波数におけるより良好な雑音除去性能を可能とする。一実施形態において、直径が公称１４．８ｍｍである音響駆動器を使用する。主として、音響駆動器は、甲介内に嵌め込むために、直径で１０ｍｍ未満でなければならない。

図７Ａは、横断平面で破断して下方から見た、ユーザの右耳内の所定位置にある図５及び図６のイヤホンの実際の実施を示す横断面図である。音響駆動器１７は、ノズル７０、すなわち音響駆動器１７と外耳道とを音響的に結合する経路によって外耳道７５へ音響的に結合されている。外耳道の封止された部分７７と鼓膜の前方の空間７３とノズル７０とは、イヤホンの前方キャビティを形成する。図４の構造を有するイヤホンにおいて、ノズルは、位置付け及び保持構造体の一部またはすべてを含んでもよい。ノズルは、硬質セクション７２と弾性セクション６７とを有してもよく、ノズルの全長は、約１０ｍｍから１２ｍｍである。ノズルは、例えば約５．３ｍｍの主軸及び約３．６ｍｍの副軸を有する楕円開口部を有し、横断面積は、約１５ｍｍ^２から１６ｍｍ^２であり、容積は、約１５０ｍｍ^３から１９０ｍｍ^３である。

ＡＮＲイヤホンによってもたらされる能動減衰量は、前方キャビティのインピーダンスによって制限される。一般的に、インピーダンスを低減することによって前方キャビティが小さくなっても、低いインピーダンスは好ましい。一般的に、インピーダンスを低減することに起因した能動雑音低減における改善は、前方キャビティを小さくすることに起因した受動低減における低減を相殺するにとどまらない。インピーダンスは、いくつかは関連するさまざまな方法によって低減されてもよい。インピーダンスは、周波数依存性を有しており、広い範囲の周波数にわたって、または少なくともＡＮＲシステムが動作する範囲の周波数にわたって、インピーダンスを低減することは、望ましい。例えば双方とも絶対項において音響駆動器と鼓膜との間の音響経路の横断面積を増大させることによって、音響駆動器と鼓膜との間の音響経路の横断面積に対する音響経路の長さとの間の比率を低減することによって、及び、前方キャビティの音響質量を低減することによって、インピーダンスを広範囲の周波数にわたって低減してもよい。前方キャビティの構成部材において、音響駆動器の前方の空間（図７Ａの符号７３）の寸法を変更することによってインピーダンスを十分に低減することを実現することは困難であり、外耳道の横断面積を増大させるまたは外耳道の音響質量を増大させることは不可能でありまたは少なくとも非常に実行不可能であり、そのため、広範囲の周波数にわたって前方キャビティのインピーダンスを低減させる最も有効な方法は、ノズル７０の横断面積（ノズルの全長にわたって均一な横断面積を有していないノズルに関してノズルの平均横断面積に、または、特定すればノズルの最小横断面積に、言及する）を増大させることによって、ノズル横断面積に対するノズル長さの比率を低減することによって、及び、ノズルの音響質量を低減することによって、ノズル７０のインピーダンスを低減することである。一般的に、１００Ｈｚにおいて８×１０^５［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］未満、好ましくは７×１０^５［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］未満の絶対値｜ｚ｜を有しかつ１ｋＨｚにおいて８×１０^６［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］未満、好ましくは７×１０^６［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］未満の絶対値｜ｚ｜を有するインピーダンスは、受動減衰を著しく低減させることなく能動雑音減衰における著しい改善をもたらす。インピーダンスは、２つの成分、抵抗成分（直流流れ抵抗Ｒ）と無効成分または質量成分ｊωＭとを有しており、ここで、Ｍは、後述する音響質量である。これら２つの成分において、ｊωＭ項は、Ｒ項よりもかなり大きい。例えば、１つの実施において、１００Ｈｚにおける全インピーダンスの絶対値または強度は、６．４７×１０^５［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］であり、質量インピーダンスは、６．４６×１０^５［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］である。したがって、以降、質量インピーダンスのみを考慮する。上述した値未満の質量インピーダンスは、これを通って音響エネルギー伝播できる横断面積Ａが少なくとも７．５ｍｍ^２であり好ましくは１０ｍｍ^２であるノズルの組み合わせを提供することによって、得られ、比率ｌ／Ａ（ここでｌはノズル長）は、１０００［ｍ／ｍ^２］未満であり好ましくは９００［ｍ／ｍ^２］未満であり、音響質量Ｍは、１２００［ｋｇ／ｍ^４］未満であり好ましくは１１００［ｋｇ／ｍ^４］未満であり、ここで、Ｍ＝ρｌ／Ａであり、ρは空気の密度（実測が困難であるまたは不可能である場合、１．２［ｋｇ／ｍ^３］と推測される）。図７における一実施形態にかかるイヤホンにおいて、横断面積ＡＮＲは、約１．４×１０^−５ｍ^２から１．６×１０^−５ｍ^２（１４ｍｍ^２から１６ｍ^２、比率ｌ／Ａは６２５［ｍ／ｍ^２］と８５７［ｍ／ｍ^２］の間）であり、音響質量は、７５０［ｋｇ／ｍ^４］及び１０２９［ｋｇ／ｍ^４］の間であり、質量インピーダンスの絶対値は、１００Ｈｚにおいて４．７×１０^５［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］及び６．５×１０^５［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］の間、１ｋＨｚにおいて４．７×１０^６［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］及び６．５×１０^６［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］である。

イヤホンが位置付け及び保持構造体１２０を有するので、ノズルは、ユーザの耳内でイヤホンを位置付けて保持することを実行する必要がなく、外耳道を適切に封止するのに必要なものを超えて耳に接触する必要がない。したがって、ノズルの構造、寸法及び材料は、機械的要件よりもむしろ音響及び快適性を考慮して選択されてもよい。例えば、ノズルは、少なくとも部分的に外耳道の最も幅広の部分の横断面積と同じ大きさの横断面積を有してもよく、これにより、インピーダンスを低減する。

イヤホンは、ノズルを阻害するまたは閉塞する可能性を減少させるために様々な機能を有する。ノズルが従来のイヤホンのようには外耳道内へ遠くまで延在しないので、耳の幾何形状及びサイズにおけるユーザのバラツキに対してユーザによって引き起こされる阻害または閉塞の影響を受けにくい。硬質セクション７２は、弾性セクションの過剰な変形に抗し、一方、弾性セクションは、不快を発生させることなくイヤホンがユーザの耳のサイズ及び幾何形状に適合することを可能とする。一実施において、硬質セクションは、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（またはＡＢＳ）で形成されており、弾性セクションは、シリコーンで形成されている。素子８１及び８３を後述する。

再び図７Ａを参照すると、硬質セクションの端部においてメッシュスクリーン７９があり、このメッシュスクリーンは、破片が音響駆動器モジュール１４に入ることを防止する。メッシュは、例えば約６レイリーなど３０レイリー未満の低音響抵抗を有する。

図７Ｂは、ユーザの耳の外観のない図７Ａの一実施を示す。ノズルの一端部は、音響駆動器薄膜７８の縁部７６に近接して位置する。音響駆動器の軸３３０は、軸３３０に平行または一致する線がノズルの中心線３３２と角度θ＞３０°、好ましくはθ＞４５°で交差するように方向付けられている。一実施において、θ≒７８°である。

図８Ａから図８Ｅは、図７の角度θを示す概略図である。図８Ａ及び図８Ｂは、「フェイスファイア(facefire)」配置を示し、θ＝０°である。図８Ａにおいて、音響駆動器の軸３３０及びノズルの中心線３３２は、一致し、図８Ｂにおいて、音響駆動器の軸３３０とノズルの中心線とは、平行である。図８Ｃは、「エッジファイア(edgefire)」配置であり、θ＝９０°である。図８Ｄ及び図８Ｅは、「フェイスファイア」配置と「エッジファイア」配置との間の配置を示す。図８Ｄにおいて、θ＝３０°であり、図８Ｅにおいて、θ＝４５°である。

図９を参照すると、望ましいことは、米国特許第８，０７７，８７４号明細書で説明するように、薄膜７８を音響駆動器のボイスコイルに取り付ける点３１１に径方向で近接する点５１１Ａにおいてマイクロホンを配置し、薄膜７８からの音響エネルギーの放射とマイクロホン１１による音響エネルギーの測定との間の時間遅延を最小化することである。一般的に、マイクロホンが薄膜からさらに離間するようにマイクロホンの位置を変更することは、マイクロホンを薄膜に対して異なる径方向位置になるようにマイクロホンを変更するよりも時間遅延に関して大きな悪影響を有する。マイクロホンを鼓膜に近接して、例えばノズルに配置することにより、より緩やかな圧力勾配をもたらし、この圧力勾配は、より大きな能動雑音低減を可能とする。「フェイスファイア」方位とした従来の能動雑音低減設定において、マイクロホンを鼓膜に近接するように移動させて圧力勾配を改善することは、マイクロホンを薄膜から離間するように移動させ、これは、時間遅延に悪影響を及ぼす。したがって、マイクロホンの配置を変更して圧力勾配を改善することは、時間遅延を悪化させ、マイクロホンの配置を変更して時間遅延を改善することは、圧力勾配を悪化させる。

図９は、マイクロホンの場所を点５１１Ａ（ボイスコイルと薄膜との取付点３１１の上方にある）から点５１１Ｂ（鼓膜により近く、ノズルに近接するまたはノズル内にある）に変更した例を示す。矢印５１２で示す場所の変更は、矢印５２３で示す薄膜から離間する成分と、矢印５２４で示す薄膜を横断する成分と、を有する。薄膜から離間するように場所を変更すること（ｃｏｓθに比例する）は、時間遅延に悪影響を与える。薄膜を横断するように場所を変更すること（ｓｉｎθに比例する）は、時間遅延に悪影響を与えない、すなわち、薄膜から離間するように場所を変更することのようには悪影響を与えない。「フェイスファイア」方位において、θ＝０°であり、そのため、ｃｏｓθ＝１かつｓｉｎθ＝０であり、それにより、鼓膜に向かうようにかつノズルに向かうようにもしくはノズル内になるように場所を変更することは、薄膜から離間するように場所を変更することに等しい結果になる。「エッジファイア」方位において、θ＝９０°であり、そのため、ｃｏｓθ＝０°かつｓｉｎθ＝１であり、それにより、薄膜から離間するようには場所を変更しない結果になる。θ＝３０°に関して、図５Ｅに示すように、薄膜を横断するように場所を変更する量は、薄膜から離間するように場所を変更する量の０．５倍であり、θ＝４５°に関して、ノズル内になるように場所を変更することは、薄膜を横断するように場所を変更する量と薄膜から離間するように場所を変更する量とが等しい結果となる。θ＝７８°である実際の実施に関して、鼓膜に向けてノズル内へ５単位だけ場所を変更することは、約１単位薄膜を横断するように場所を変更する結果となる。

図７Ａを再び参照すると、（線８１によって全体的に示される）音響駆動器１７の実質的な部分は、ユーザの甲介の外側に位置する。位置付け及び保持構造体１２０は、外耳の外観８３に係合し、ヘッドバンドの必要なくイヤホンを所定位置で保持する。

ノズルを閉塞する可能性を減少させる機能に加えて、イヤホンは、阻害または閉塞からの悪影響を低減するための他の機能を有してもよい。機能の１つを後述する。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、イヤホンの別の機能を示す。図１０Ａは、図５及び図７のＡＮＲイヤホンにおいて実施されているような図２のフィードバックループを示す。フィードバックループを採用するＡＮＲイヤホンの前方キャビティ１０２は、音響容積ｖを含み、この音響容積ｖは、図５のノズル７０の容積ｖ_{ｎｏｚｚｌｌｅ}にユーザの外耳道の容積ｖ_{ｅａｒｃａｎａｌ}を加えたものを有する。前方キャビティは、同様に、鼓膜の音響抵抗ｒ_{ｅａｒｄｒｕｍ}を示す音響抵抗によって特徴付けられる。ｒ_{ｅａｒｄｒｕｍ}及び容積ｖは、共にインピーダンス ｚ_{ｉｎｔｅｒｎａｌ}を形成する。図１０Ｂに示すように、前方キャビティの幾何形状及び寸法と鼓膜の抵抗とは、伝達関数Ｇ_ｄｓ、すなわち音響駆動器１７からマイクロホン１１までの伝達関数を決定する要素の中にある。

幾何形状、寸法、音響抵抗またはインピーダンスが設計しているフィードバックループで使用した幾何形状、寸法、音響抵抗またはインピーダンスとは異なる（例えば、図１１Ａのように、ノズルをｖ≠ｖ_{ｅａｒｐｉｅｃｅ}＋ｖ_{ｅａｒｃａｎａｌ}例えばｖ＝ｖ_{ｅａｒｐｉｅｃｅ}となるように閉塞している）場合、伝達関数は、いくつかの別の関数、例えば図１１のＧ’_ｄｓであってもよく、この伝達関数は、フィードバックを不安定にさせるまたは実行を低迷させる。例えば、図１２Ａ及び図１２Ｂそれぞれは、ノズルを閉塞している状態の伝達関数の強度（９７Ｂ）及び（位相９８Ｂ）と比較した伝達関数Ｇ_ｄｓの強度（９７Ａ）及び（位相９８Ａ）を示す。２つの曲線は、１ｋＨｚにおいて約２０ｄＢだけ、１ｋＨｚから３ｋＨｚの間で４５°から９０°だけ、分岐している。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、ノズルの阻害及び閉塞がフィードバックループを不正確にさせるのに十分なほど伝達関数を変化させる可能性を減少させる構成を示す。図１３Ａの構成において、前方キャビティ１０２は、インピーダンスｚ_{ｅｘｔｅｒｎａｌ}のシャント８０によって環境に連結されている。シャント８０は、ノズルの阻害及び閉塞がフィードバックループを不正確にさせる可能性を減少させる。インピーダンスｚ_{ｅｘｔｅｒｎａｌ}は、低周波数において低く、かつ高周波数においてｚ_{ｉｎｔｅｒｎａｌ}よりも多きいべきである。シャントは、開口部にあるインピーダンス提供構造体を有する環境への開口部であってもよい。インピーダンス提供構造体は、図１３Ａに示すような抵抗性スクリーン８２であってもよい。あるいは、シャントは、イヤホンの外殻に音響的抵抗穴部を形成することによって、または、インサートであって穴部がこのインサートに形成されているインサートによって、形成されてもよい。シャントにより、音響駆動器は、インピーダンスｚ_{ｅｘｔｅｒｎａｌ}によって環境に、及び、図１３Ｂに示す伝達関数Ｇ_ｄｓによってフィードバック回路７１に、音響的に連結される。

図１４において、シャント８０は、図１２の開口部及びスクリーン８２を有する。あるいは、開口部８０及びスクリーン８２は、発泡体８６を充填した管体８４によって環境に連結されてもよい。管体は、インピーダンスｚ_{ｅｘｔｅｒｎａｌ}を判断することをより正確にすることをもたらし、発泡体は、管体内で発生することがある共鳴を減衰させる。他の構成は可能であり、例えば、管体８４の外端部８８に抵抗性スクリーンがあってもよく、または、管体８４の開口部８０及び外端部８８に抵抗性スクリーンがあってもよい。

図１５Ａ及び図１５Ｂそれぞれは、ノズルが閉塞されていない（曲線９７Ｂ）及び閉塞されている（曲線９８Ｂ）図９にかかるイヤホンの伝達関数Ｇ_ｄｓの強度及び位相を示す。曲線は、図８の曲線よりも分岐していない。

図１６は、シャントがある及びシャントがない前の図のシステムマイクロホン１１における全能動除去を示す。曲線８３で示すシャントがない場合、約３００Ｈｚと８００Ｈｚとの間には、０ｄＢ未満への顕著な落ち込みがある。曲線８５で示すシャントがある場合、落ち込みがなく、そのため、約７００Ｈｚと１ｋＨｚとの間には、２つの構成間で１０ｄＢ以上の差がある。

図１７は、シャント８０の作用の一例を示す。図１７は、周波数の関数としての強度｜ｚ｜を示す。曲線９０は、前方キャビティのインピーダンスの強度を示す。低周波数において、例えば約１００Ｈｚ未満において、前方キャビティのインピーダンスは、非常に高く、インピーダンスは、約１ｋＨｚにおいて最大に達し、高周波数において増大する。曲線９１は、シャントのインピーダンスの強度｜ｚ_{ｅｘｔｅｒｎａｌ}｜を示す。低周波数において、約１ｋＨｚ未満において、シャントのインピーダンスは、非常に低い。１ｋＨｚ以降、インピーダンスは、前方キャビティの及び鼓膜のインピーダンスよりも急速に増大する。このため、１ｋＨｚ未満の周波数において、シャントのインピーダンスは、優位であり、約１ｋＨｚを超える周波数において、前方キャビティのインピーダンスは、優位である。

シャント８０を採用することは、受動雑音減衰と能動雑音減衰との間にトレードオフを必要とする。トレードオフを図１８に示し、この図は、周波数に対するｄＢにおける減衰の点である（垂直軸において正の値が大きくなると、より大きい減衰を示す）。図１８において、曲線９２は、シャントを有するイヤホンによってもたらされる受動減衰を示し、曲線９３は、シャントを有さないイヤホンによってもたらされる受動減衰を示す。受動減衰が優位である約１ｋＨｚを超える周波数範囲において、例えばｆ_１などの任意の既知の周波数では、シャントを有さないイヤホンによってもたらされる受動減衰は、シャントを有する受動減衰よりも大きい。曲線９４は、シャントを有するイヤホンによってもたらされる能動減衰を示し、曲線９５は、シャントを有さないイヤホンによってもたらされる能動減衰を示す。能動減衰が優位である約１ｋＨｚ未満の周波数範囲において、例えばｆ２などの任意の既知の周波数では、シャントを有するイヤホンによってもたらされる減衰は、シャントを有さないイヤホンによってもたらされる減衰よりも大きい。

全減衰の観点から見ると、シャントを有さないイヤホンは、低周波数において減衰が小さく、高周波数において減衰が大きくなる一方、シャントを有するイヤホンについてはその逆が当てはまり、そのため、もたらされる全減衰において著しい差異はない。しかしながら、ノズルを閉塞するまたは阻害する場合に、もたらされる減衰及び良好な安定性に加え、図１３及び図１４の構造が有利である別の理由がある。例えば、シャントは、周囲の音に関して及びユーザに起因する音（例えば、ユーザが、外耳道を通して、骨構造を通して及び鼻道を通して、伝達された自身の声を聴く）に関してより自然な音を提供する。シャントがないと、イヤホンは、耳栓のように機能し、そのため、鼓膜に達する周囲の音は、「低音が大きすぎ(boomy)」、「籠った(stuffy)」音を有する。シャントがあると、周囲の音及びユーザに起因する音は、より自然な音を有する。

本明細書で開示した具体的な器具及び技術のさまざまな用途及び具体的な器具及び技術からの逸脱は、本発明のコンセプトから逸脱することなくなされてもよい。したがって、本発明は、本明細書で開示した新規な特徴及び新規な特徴の組合せそれぞれ及びすべてを包括しており、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲によってのみ限定されると解される。

１１ システムマイクロホン，マイクロホン、１７ 音響駆動器、３０ 信号結合器、３２ 電力増幅器，増幅器、４８ 封止構造体、７０ ノズル、７１ フィードバック回路、７５ 外耳道、７８ 音響駆動器薄膜，薄膜、７９ メッシュスクリーン、８０ シャント，開口部、８２ 抵抗性スクリーン，スクリーン、１０２ 前方キャビティ、１１０ インナーイヤー式イヤホン，イヤホン、１１１ フィードフォワードマイクロホン、１２０ 保持構造体、１３０ 鼓膜、１７１ フィードフォワード回路、２１７，２１７’ 音響駆動器、２２０ 位置付け及び保持構造体

Claims (33)

1. 能動雑音低減（ＡＮＲ）イヤホンであって、
   −前方キャビティ内に音響エネルギーを送達させるように構成された音響駆動器であって、
   前記前方キャビティが、当該イヤホンの内側にあり、当該音響駆動器が音響エネルギーを送達させる第１空間と、ユーザの外耳道の内側にある第２空間と、前記第１及び第２空間を連結するノズルセクションと、を有し、
   当該音響駆動器が、当該音響駆動器の軸に平行なまたは一致する軸が前記ノズルセクションの中心線と角度θ＞±３０°で交差するように方向付けられており、
   前記ノズルセクションの質量インピーダンスの絶対値｜ｚ｜が、１ｋＨｚにおいて８．０ｘ１０^６［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］以下である、
   音響駆動器と、
   −能動雑音低減回路であって、
   前記前方キャビティ内の雑音を検出するために、前記前方キャビティの前記第１空間に音響的に連結されたフィードバックマイクロホンと、
   フィードバック雑音除去音声信号を前記前方キャビティ内に供給するために、前記フィードバックマイクロホンに応答するフィードバック回路と、
   筐体の外側にある環境空間に音響的に連結されたフィードフォワードマイクロホンと、
   フィードフォワード雑音除去音声信号を前記前方キャビティに供給するために、前記フィードフォワードマイクロホンに応答するフィードフォワード回路と、
   を備える、能動雑音低減回路と、
   を備え、
   前記音響駆動器が、前記フィードバック雑音除去音声信号及び前記フィードフォワード雑音除去音声信号を備える出力雑音除去音声信号を音響エネルギーに変換するように構成されていることを特徴とする能動雑音低減イヤホン。
2. 前記ノズルセクションが、硬質材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の能動雑音低減イヤホン。
3. 前記ノズルセクションが、硬質部分と、弾性部分と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の能動雑音低減イヤホン。
4. 当該イヤホンをユーザの耳に連結するためのチップをさらに備え、
   前記チップが、前記前方キャビティの前記第１空間を前記前方キャビティの前記第２空間に連結する前記ノズルセクションの少なくとも一部を有することを特徴とする請求項１に記載の能増雑音低減イヤホン。
5. 前記チップが、外耳道と甲介のボウル部との間の移行部の領域に係合し、外耳道を前記ノズルセクションに連結させるための円錐台状の構造体を備えることを特徴とする請求項４に記載の能動雑音低減イヤホン。
6. 前記ノズルセクションの質量インピーダンスの絶対値が、１００Ｈｚにおいて８００ｘ１０^３［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］以下であることを特徴とする請求項１に記載の能動雑音低減イヤホン。
7. 前記ノズルセクションが、１２００［ｋｇ／ｍ^４］以下の音響質量Ｍを有し、
   ここで、Ｍ＝ρｌ／Ａであり、ρが空気の密度であり、Ａが前記ノズルセクションの開口横断面積であり、ｌが前記ノズルセクションの長さであることを特徴とする請求項１に記載の能動雑音低減イヤホン。
8. 前記音響駆動器が、１０ｍｍより大きい公称直径を有することを特徴とする請求項１に記載の能動雑音低減イヤホン。
9. 当該能動雑音低減イヤホンが、当該能動雑音低減イヤホンが所定位置にあると、前記音響駆動器の一部がユーザの甲介内にあり、前記音響駆動器の別の一部がユーザの甲介の外側にあるように、構成されていることを特徴とする請求項１に記載の能動雑音低減イヤホン。
10. 前記フィードバックマイクロホンが、前記音響駆動器の薄膜を当該音響駆動器のボイスコイルに取り付ける点と前記薄膜の縁部との中間に径方向で位置付けられていることを特徴とする請求項１に記載の能動雑音低減イヤホン。
11. 前記フィードバックマイクロホンが、前記音響駆動器を支持するモジュールと前記ノズルセクションとの交差部に位置付けられていることを特徴とする請求項１に記載の能動雑音低減イヤホン。
12. 能動雑音低減（ＡＮＲ）イヤホンであって、
    −前方キャビティ内に音響エネルギーを送達させるように構成された音響駆動器であって、
    前記前方キャビティが、当該イヤホンの内側にあり、当該音響駆動器が音響エネルギーを送達させる第１空間と、ユーザの外耳道の内側にある第２空間と、前記第１及び第２空間を連結するノズルセクションと、を有し、
    当該音響駆動器が、当該音響駆動器の軸に平行なまたは一致する軸が前記ノズルセクションの中心線と角度θ＞±３０°で交差するように方向付けられており、
    前記ノズルセクションの質量インピーダンスの絶対値｜ｚ｜が、１００Ｈｚにおいて８．０ｘ１０^３［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］以下である、
    音響駆動器と、
    −能動雑音低減回路であって、
    前記前方キャビティ内の雑音を検出するために、前記前方キャビティの前記第１空間に音響的に連結されたフィードバックマイクロホンと、
    フィードバック雑音除去音声信号を前記前方キャビティ内に供給するために、前記フィードバックマイクロホンに応答するフィードバック回路と、
    筐体の外側にある環境空間に音響的に連結されたフィードフォワードマイクロホンと、
    フィードフォワード雑音除去音声信号を前記前方キャビティに供給するために、前記フィードフォワードマイクロホンに応答するフィードフォワード回路と、
    を備える、能動雑音低減回路と、
    を備え、
    前記音響駆動器が、前記フィードバック雑音除去音声信号及び前記フィードフォワード雑音除去音声信号を備える出力雑音除去音声信号を音響エネルギーに変換するように構成されていることを特徴とする能動雑音低減イヤホン。
13. 前記ノズルセクションが、硬質材料で形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の能動雑音低減イヤホン。
14. 前記ノズルセクションが、硬質部分と、弾性部分と、を備えることを特徴とする請求項１２に記載の能動雑音低減イヤホン。
15. 当該イヤホンをユーザの耳に連結するためのチップをさらに備え、
    前記チップが、前記前方キャビティの前記第１空間を前記前方キャビティの前記第２空間に連結する前記ノズルセクションの少なくとも一部を有することを特徴とする請求項１２に記載の能増雑音低減イヤホン。
16. 前記チップが、外耳道と甲介のボウル部との間の移行部の領域に係合し、外耳道を前記ノズルセクションに連結させるための円錐台状の構造体を備えることを特徴とする請求項１５に記載の能動雑音低減イヤホン。
17. 前記ノズルセクションの質量インピーダンスの絶対値｜ｚ｜が、１ｋＨｚにおいて８．０ｘ１０^６［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］以下であることを特徴とする請求項１２に記載の能動雑音低減イヤホン。
18. 前記ノズルセクションが、１２００［ｋｇ／ｍ^４］以下の音響質量Ｍを有し、
    ここで、Ｍ＝ρｌ／Ａであり、ρが空気の密度であり、Ａが前記ノズルセクションの開口横断面積であり、ｌが前記ノズルセクションの長さであることを特徴とする請求項１に記載の能動雑音低減イヤホン。
19. 前記音響駆動器が、１０ｍｍより大きい公称直径を有することを特徴とする請求項１２に記載の能動雑音低減イヤホン。
20. 当該能動雑音低減イヤホンが、当該能動雑音低減イヤホンが所定位置にあると、前記音響駆動器の一部がユーザの甲介内にあり、前記音響駆動器の別の一部がユーザの甲介の外側にあるように、構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の能動雑音低減イヤホン。
21. 前記フィードバックマイクロホンが、前記音響駆動器の薄膜を当該音響駆動器のボイスコイルに取り付ける点と前記薄膜の縁部との中間に径方向で位置付けられていることを特徴とする請求項１２に記載の能動雑音低減イヤホン。
22. 前記フィードバックマイクロホンが、前記音響駆動器を支持するモジュールと前記ノズルセクションとの交差部に位置付けられていることを特徴とする請求項１２に記載の能動雑音低減イヤホン。
23. 能動雑音低減（ＡＮＲ）イヤホンであって、
    −前方キャビティ内に音響エネルギーを送達させるように構成された音響駆動器であって、
    前記前方キャビティが、当該イヤホンの内側にあり、当該音響駆動器が音響エネルギーを送達させる第１空間と、ユーザの外耳道の内側にある第２空間と、前記第１及び第２空間を連結するノズルセクションと、を有し、
    当該音響駆動器が、当該音響駆動器の軸に平行なまたは一致する軸が前記ノズルセクションの中心線と角度θ＞±３０°で交差するように方向付けられており、
    前記ノズルセクションが、１２００［ｋｇ／ｍ^４］以下の音響質量Ｍを有し、ここで、Ｍ＝ρｌ／Ａであり、ρが空気の密度であり、Ａが前記ノズルセクションの開口横断面積であり、ｌが前記ノズルセクションの長さである、
    音響駆動器と、
    −能動雑音低減回路であって、
    前記前方キャビティ内の雑音を検出するために、前記前方キャビティの前記第１空間に音響的に連結されたフィードバックマイクロホンと、
    フィードバック雑音除去音声信号を前記前方キャビティ内に供給するために、前記フィードバックマイクロホンに応答するフィードバック回路と、
    筐体の外側にある環境空間に音響的に連結されたフィードフォワードマイクロホンと、
    フィードフォワード雑音除去音声信号を前記前方キャビティに供給するために、前記フィードフォワードマイクロホンに応答するフィードフォワード回路と、
    を備える、能動雑音低減回路と、
    を備え、
    前記音響駆動器が、前記フィードバック雑音除去音声信号及び前記フィードフォワード雑音除去音声信号を備える出力雑音除去音声信号を音響エネルギーに変換するように構成されていることを特徴とする能動雑音低減イヤホン。
24. 前記ノズルセクションが、硬質材料で形成されていることを特徴とする請求項２３に記載の能動雑音低減イヤホン。
25. 前記ノズルセクションが、硬質部分と、弾性部分と、を備えることを特徴とする請求項２３に記載の能動雑音低減イヤホン。
26. 当該イヤホンをユーザの耳に連結するためのチップをさらに備え、
    前記チップが、前記前方キャビティの前記第１空間を前記前方キャビティの前記第２空間に連結する前記ノズルセクションの少なくとも一部を有することを特徴とする請求項２３に記載の能増雑音低減イヤホン。
27. 前記チップが、外耳道と甲介のボウル部との間の移行部の領域に係合し、外耳道を前記ノズルセクションに連結させるための円錐台状の構造体を備えることを特徴とする請求項２６に記載の能動雑音低減イヤホン。
28. 前記ノズルセクションの質量インピーダンスの絶対値｜ｚ｜が、１ｋＨｚにおいて８．０ｘ１０^６［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］以下であることを特徴とする請求項２３に記載の能動雑音低減イヤホン。
29. 前記ノズルセクションの質量インピーダンスの絶対値｜ｚ｜が、１００Ｈｚにおいて８００ｘ１０^３［ｋｇ／（ｍ^４×ｓｅｃ）］以下であることを特徴とする請求項２３に記載の能動雑音低減イヤホン。
30. 前記音響駆動器が、１０ｍｍより大きい公称直径を有することを特徴とする請求項２３に記載の能動雑音低減イヤホン。
31. 当該能動雑音低減イヤホンが、当該能動雑音低減イヤホンが所定位置にあると、前記音響駆動器の一部がユーザの甲介内にあり、前記音響駆動器の別の一部がユーザの甲介の外側にあるように、構成されていることを特徴とする請求項２３に記載の能動雑音低減イヤホン。
32. 前記フィードバックマイクロホンが、前記音響駆動器の薄膜を当該音響駆動器のボイスコイルに取り付ける点と前記薄膜の縁部との中間に径方向で位置付けられていることを特徴とする請求項２３に記載の能動雑音低減イヤホン。
33. 前記フィードバックマイクロホンが、前記音響駆動器を支持するモジュールと前記ノズルセクションとの交差部に位置付けられていることを特徴とする請求項２３に記載の能動雑音低減イヤホン。