KR101901511B1 - A Method for Controlling a Noise in a Active Feedback Manner for a Headphone or Earphone and A System for Controlling a Noise by the Same - Google Patents

A Method for Controlling a Noise in a Active Feedback Manner for a Headphone or Earphone and A System for Controlling a Noise by the Same Download PDF

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KR101901511B1 KR1020170029479A KR20170029479A KR101901511B1 KR 101901511 B1 KR101901511 B1 KR 101901511B1 KR 1020170029479 A KR1020170029479 A KR 1020170029479A KR 20170029479 A KR20170029479 A KR 20170029479A KR 101901511 B1 KR101901511 B1 KR 101901511B1
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Abstract

본 발명은 헤드폰 또는 이어폰을 위한 피드백 능동 소음 제어 방법에 관한 것이고, 구체적으로 실시간으로 외부에서 헤드폰 또는 이어폰으로 유입되는 소음의 처리가 가능하도록 하는 헤드폰 또는 이어폰을 위한 피드백 능동 소음 제어 방법 및 그에 의한 능동 소음 제어 시스템에 관한 것이다. 헤드폰 또는 이어폰을 위한 피드백 능동 소음 제어 방법 및 그에 의한 능동 소음 제어 시스템은 외부로부터 유입되는 소음 신호를 능동적으로 제어하는 능동 소음 제어 방법에 있어서, 피드백 방식의 제약 최적화에 기초하여 주파수 워핑이 된(frequency-warped) 낮은 차수의 유한 임펄스 응답 필터를 무한 임펄스 응답 방식으로 근사하여 유입된 소음 신호를 처리하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a feedback active noise control method for a headphone or an earphone, and more particularly, to a feedback active noise control method for a headphone or an earphone that enables processing of noise introduced from the outside into a headphone or an earphone in real time, Noise control system. A method for controlling active noise in a headphone or an earphone and an active noise control system therefor, the active noise control method actively controlling a noise signal introduced from the outside, comprising the steps of: -warped) A finite impulse response filter of a low order is approximated by an infinite impulse response method to process the introduced noise signal.

Description

헤드폰 또는 이어폰을 위한 피드백 능동 소음 제어 방법 및 그에 의한 능동 소음 제어 시스템{A Method for Controlling a Noise in a Active Feedback Manner for a Headphone or Earphone and A System for Controlling a Noise by the Same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an active noise control method for a headphone or an earphone,

감사의 글Acknowledgments

본 발명은 산업통상자원부 두뇌역량우수전문기업기술개발사업으로 지원된 연구결과입니다(10053203).The present invention is a research result supported by the technology development project of a specialized enterprise having excellent brain capacity of the Ministry of Industry and Commerce (10053203).

본 발명은 헤드폰 또는 이어폰을 위한 피드백 능동 소음 제어 방법에 관한 것이고, 구체적으로 실시간으로 외부에서 헤드폰 또는 이어폰으로 유입되는 소음의 처리가 가능하도록 하는 헤드폰 또는 이어폰을 위한 피드백 능동 소음 제어 방법 및 그에 의한 능동 소음 제어 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a feedback active noise control method for a headphone or an earphone, and more particularly, to a feedback active noise control method for a headphone or an earphone that enables processing of noise introduced from the outside into a headphone or an earphone in real time, Noise control system.

일반적인 헤드폰/이어폰 환경에서 주변 소음이 발생하는 경우 쾌적한 음악 청취에 어려움을 느끼게 된다. 흡음재 또는 이어 컵과 같은 수단을 통하여 물리적으로 또는 수동적으로 소음 제거가 일정 수준까지 이루어질 수 있다. 그러나 주요 관심 대역에 해당하는 저주파 대역의 경우 이러한 물리적 소음 제어만으로 충분한 저감 성능을 확보하기 어렵다. 따라서 저주파 대역에서 합리적인 소음 제어 성능을 얻기 위해 능동 소음 제어(active noise control) 기술이 헤드폰 또는 이어폰에 적용될 필요가 있다. 능동 소음 제어 기법은 소음 신호와 반대 위상을 가지는 신호를 생성하여 출력함으로써 주변 소음을 제거하는 기술로 자동차, 항공기, 헤드폰, 이어폰 등에 널리 사용되고 있는 기술이다. 최근 디지털 능동 소음 제어 알고리즘을 탑재한 능동 소음 제어 이어폰이 출시되어 상업적으로 이용되고 있다.If the ambient noise is generated in a general headphone / earphone environment, it becomes difficult to hear pleasant music. Sound can be removed physically or passively through means such as sound absorbing materials or ear cups to a certain level. However, in the case of the low-frequency band corresponding to the main attention band, it is difficult to secure a sufficient reduction performance only by such a physical noise control. Therefore, active noise control technology needs to be applied to headphones or earphones to obtain reasonable noise control performance in a low frequency band. Active noise control techniques are technologies that are widely used in automobiles, aircrafts, headphones, earphones, etc., by removing noise by generating and outputting a signal having a phase opposite to that of a noise signal. Active noise control earphones equipped with a digital active noise control algorithm have recently been commercially available.

특허공개번호 제10-2012-0042218호는 헤드폰 착용자의 전방에서 발생하는 소리를 제외한 외부 소음을 제거하여 사용자가 주시 방향인 전방에 대해 청취 빔을 형성할 수 있는 소음 제거 헤드폰에 대하여 개시한다. 특허공개번호 제10-2015-0076140호는 능동 소음 제거 유닛의 전원을 공급하기 위한 추가적인 전원공급이 요구되지 않는 오디오 입출력 장치에 대하여 개시한다. Patent Publication No. 10-2012-0042218 discloses a noise canceling headphone capable of removing external noise other than a sound generated in front of a wearer of a headphone so that a user can form a listening beam with respect to the front of the user in the viewing direction. Patent Publication No. 10-2015-0076140 discloses an audio input / output device in which no additional power supply is required to supply power to the active noise canceling unit.

상기 선행기술에서 개시되거나 공지된 대표적인 디지털 능동 소음 제어 방식은 크게 피드포워드 능동 소음 제어와 피드백 능동 소음 제어 방식 및 이러한 두 개의 방식을 융합한 하이브리드 능동 소음 제어 방식으로 나누어질 수 있다. 피드포워드 방식은 2차 경로에 대하여 소음 제어를 위해 참고 마이크(reference microphone)를 통해 외부로부터 제어 필터의 참고 입력(reference input) 신호를 취득하여 헤드폰 내부의 오차 마이크(error microphone)에서 취득되는 소음을 제어하는 구조를 지닌다(참조 1). 그러나 실제 환경에서 사용자나 유입되는 소음의 종류에 따라 소음 제거 성능 추정의 어려움으로 인해 강인한 성능을 얻기 어려운 단점을 가진다. 피드백 능동 소음 제어 방식은 참고 마이크가 없이 오차 마이크를 이용하여 취득된 오차 신호로부터 제어 필터의 참고 입력을 재생성하는 것을 특징으로 한다. 이러한 과정에서 생성된 참고 신호는 헤드폰의 기구적 특성을 반영하여 얻은 것이므로 사용자에 따라서 비교적 강인한 성능을 확보할 수 있다. 그러나 피드백 능동 소음 제어를 적응 방식으로 구현할 경우 시간에 따라 변하는 2차 경로에 대한 실시간 2차 경로 추정을 위해 전체 능동 소음 제어 시스템 외에 부가적인 적응 필터를 통한 2차 경로 추정이 요구된다. 이러한 추정을 위해 일반적으로 사용되는 입력 신호는 백색 잡음으로 전체 시스템의 잔여 잡음 크기를 증가시킬 수 있다는 단점을 가진다(참조 1). 또한 적응형 피드백 방식의 특성상 주기적인 토널 신호에 대해서는 합리적인 제거 성능을 보이는 반면, 광대역 신호에 대한 충분한 제어가 이루어지지 않는 단점도 있다. 언급한 문제들을 해결하기 위한 다른 피드백 능동 소음 제어 기술로 제약 최적화(constrained optimization) 기술이 적용될 수 있다.Representative digital active noise control schemes disclosed or known in the prior art can roughly be divided into feedforward active noise control, feedback active noise control, and hybrid active noise control scheme combining these two schemes. The feedforward method obtains the reference input signal of the control filter from the outside through the reference microphone to control the noise for the secondary path so that the noise obtained from the error microphone inside the headphone (See reference 1). However, it is difficult to obtain robust performance due to the difficulty in estimating the noise canceling performance depending on the type of the user or the incoming noise in a real environment. The feedback active noise control method regenerates the reference input of the control filter from the error signal obtained by using the error microphone without the reference microphone. Since the reference signal generated in this process is obtained by reflecting the mechanical characteristics of the headphone, relatively strong performance can be secured according to the user. However, when the feedback active noise control is implemented adaptively, it is required to perform secondary path estimation through an additional adaptive filter in addition to the total active noise control system for real - time second - order path estimation for a second - order path that varies with time. The input signal, which is commonly used for this estimation, has the disadvantage that it can increase the residual noise size of the entire system with white noise (Ref. 1). In addition, due to the characteristics of the adaptive feedback method, it is reasonable to remove periodic tonal signals, but there is a disadvantage that sufficient control is not performed on the wideband signals. Constrained optimization techniques can be applied to other feedback active noise control techniques to solve the mentioned problems.

제약 최적화(참조 2)는 설정된 여러 가지 제약 조건하에 설계된 목적 함수(cost function)의 최적해를 도출하는 반복법으로 공지되어 있다. 대표적인 기술에 해당하는 컨벡스 최적화(convex optimization)는 주파수 이산화(frequency discretization)를 통해 주파수 영역에서 주어진 목적 함수의 최적해를 순차 이차 프로그래밍(sequential quadratic programming) 기술을 통해 얻어질 수 있다(참조 3). 컨벡스 최적화를 통한 피드백 방식의 소음 제어 필터는 선행 연구를 통해 피드백 방식을 채택하면서도 토널 신호만을 제거하지 않고 전체 저주파 대역의 소음을 잘 제어하며 추가적인 잡음 생성 없이 서로 다른 2차 경로에 강인한 소음 제어 성능을 확보할 수 있는 것으로 공지되어 있다(참조 3 및 4).Constraint optimization (Ref. 2) is known as an iterative method of deriving an optimal solution of a designed cost function under various set constraints. Convex optimization, which is a representative technique, can be obtained through sequential quadratic programming techniques (Ref. 3) by using frequency discretization to find the optimal solution of a given objective function in the frequency domain. The feedback control method using the convex optimization is based on the previous research. However, it does not remove only the tonal signal but controls the noise of the whole low frequency band. The noise control function is robust to different secondary paths without generating additional noise. (Cf. 3 and 4).

컨벡스 최적화를 이용하여 능동 소음 제어 시스템의 제어 필터를 설계할 경우 기본적으로 요구되는 소음 제어라는 주요 목적 외에도 피드백 이론 등에서 언급되는 피드백 시스템의 기본적인 문제점에 대한 방지가 가능하게 된다. 예를 들어 서로 다른 2차 경로로 인한 시스템의 불안정성 문제를 방지하는 것, 피드백 제어 방식에서 발생하는 물침대 효과(참조 5 및 6)를 방지하는 것과 같은 문제점 해결을 위한 제약 조건의 설정이 가능해진다. 또한 기존의 적응 방식의 디지털 피드백 방식과 다르게 목적 함수의 설계 단계에서 원하는 제어 대역을 설정하는 것 또한 가능하게 된다는 장점을 가진다. 이와 같이 다양한 제약 조건을 설정하는 동시에 목적 함수를 설계하는 방식으로 공식화하면 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.When designing the control filter of the active noise control system by using the convex optimization, it is possible to prevent the basic problems of the feedback system mentioned in the feedback theory besides the main purpose of the noise control which is basically required. For example, it is possible to set constraints for problem solving, such as preventing system instability problems due to different secondary paths, and preventing waterbed effects (refs 5 and 6) occurring in feedback control schemes. It is also possible to set a desired control band at the design stage of the objective function differently from the conventional adaptive digital feedback method. If the formulas are formulated by designing the objective function while setting various constraints as described above, Equation 1 can be expressed.

수학식 1:Equation 1:

Figure 112017023164817-pat00001
Figure 112017023164817-pat00001

상기에서

Figure 112017023164817-pat00002
은 주파수 영역에서 필터 계수를 얻기 위해 취해주는 FFT 크기,
Figure 112017023164817-pat00003
는 주파수 빈 색인,
Figure 112017023164817-pat00004
는 Q-파라미터화(Q-parameterization)(참조 4)의 결과로 얻어지는 유한 임펄스 응답 제어 벡터,
Figure 112017023164817-pat00005
는 제어 필터 설계에 사용되는 명목 경로가 되고, 명목 경로는 실제 2차 경로를 모델링하여 얻는다. 또한
Figure 112017023164817-pat00006
는 목적 함수와 제약 조건 설정을 위해 설계되는 가중 함수를 나타낸다. 먼저 목적 함수식에 포함된
Figure 112017023164817-pat00007
는 원하는 제어 대역을 설정해주는 함수로 이에 따라 제어 대역이 결정된다.
Figure 112017023164817-pat00008
는 필터 설계에 사용된 2차 경로 외에 서로 다른 2차 경로들에 대해서도 안정적인 성능을 확보하기 위해 설정하는 함수로 2차 경로들의 응답 특성에 따라 결정된다.
Figure 112017023164817-pat00009
는 물침대 효과로 인한 소음 증폭의 크기를 제한하고자 설정하는 함수로 소음 제어 성능과 증폭 성능의 보상(trade-off)을 고려하여 적절한 값으로 설정될 수 있다. 수학식 1을 통해 얻은 제어 벡터
Figure 112017023164817-pat00010
는 실제 능동 소음 제어 시스템에 적용하기 위해 다음과 같은 식에 따라 최종 필터로 변환된다.In the above,
Figure 112017023164817-pat00002
Is the FFT size taken to obtain the filter coefficients in the frequency domain,
Figure 112017023164817-pat00003
A frequency bin index,
Figure 112017023164817-pat00004
Is a finite impulse response control vector obtained as a result of Q-parameterization (Ref. 4)
Figure 112017023164817-pat00005
Is the nominal path used in the control filter design, and the nominal path is obtained by modeling the actual secondary path. Also
Figure 112017023164817-pat00006
Represents a weighting function designed for objective function and constraint setting. First,
Figure 112017023164817-pat00007
Is a function for setting a desired control band, and the control band is determined accordingly.
Figure 112017023164817-pat00008
Is a function set to secure stable performance for different secondary paths in addition to the secondary paths used in the filter design, and is determined according to the response characteristics of the secondary paths.
Figure 112017023164817-pat00009
Is a function for setting the magnitude of the noise amplification due to the water bed effect and can be set to an appropriate value in consideration of the noise control performance and the trade-off of the amplification performance. The control vector < RTI ID = 0.0 >
Figure 112017023164817-pat00010
Is converted to the final filter according to the following equation for application to the actual active noise control system.

수학식 2:Equation 2:

Figure 112017023164817-pat00011
Figure 112017023164817-pat00011

한편 높은 샘플링 주파수를 가지는 고성능 능동 소음 제어 헤드폰의 경우 일반적으로 높은 차수의 제어 필터가 적용되어야 합리적인 소음 제거 성능을 얻을 수 있다. 그러나 높은 차수의 필터는 실시간 신호 처리 시스템에 부적합하므로 일반적으로 차수를 줄여 사용되고, 이러한 경우 균형 모델 절단(Balanced Model Truncation)(BMT)(참조 7)과 같은 방법이 사용될 수 있다. BMT 기술은 특이 값 분해 기술을 기반으로 유한 임펄스 응답 필터를 무한 임펄스 응답 필터로 근사하는 대표적인 방법에 해당하고 주어진 유한 임펄스 응답 필터의 상태 공간 방정식으로부터 한켈(Hankel) 행렬을 구성하고, 이로부터 지배적인 특이 값 및 이에 상응하는 특이 벡터를 선정하여 줄어든 차수의 상태 공간 방정식을 재구성하는 것에 의하여 만들어질 수 있다(참조 8). On the other hand, in the case of a high performance active noise control headphone having a high sampling frequency, generally a high-order control filter is applied to obtain a reasonable noise cancellation performance. However, high-order filters are not suitable for real-time signal processing systems and are generally used in reduced order. In this case, methods such as Balanced Model Truncation (BMT) (Ref. 7) can be used. The BMT technique corresponds to a representative method of approximating a finite impulse response filter with an infinite impulse response filter based on singular value decomposition techniques and constructs a Hankel matrix from the state space equations of a given finite impulse response filter, Can be constructed by reconstructing the reduced state-space space equation by selecting the singular value and the corresponding singular vector (ref. 8).

BMT 기법을 단순히 컨벡스 최적화를 통해 얻은 제어 필터

Figure 112017023164817-pat00012
에 적용하면
Figure 112017023164817-pat00013
에 유사한 무한 임펄스 응답 필터를 얻을 수 있지만, 근사하고자 하는 유한 임펄스 응답 필터의 특성에 따라 정확한 근사가 요구되는 대역에서 부정확한 근사로 인해 관심 대역에서 제어 필터의 성능이 열화가 될 가능성이 있다. 그러므로 이와 같은 문제의 해결을 위한 능동 소음 제어 방식이 개발될 필요가 있다. The BMT technique is simply a control filter obtained through convex optimization
Figure 112017023164817-pat00012
When applied to
Figure 112017023164817-pat00013
It is possible that the performance of the control filter in the band of interest may deteriorate due to an inaccurate approximation in a band requiring accurate approximation depending on the characteristics of the finite impulse response filter to be approximated. Therefore, an active noise control method for solving such a problem needs to be developed.

본 발명은 선행기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다. The present invention has been made to solve the problems of the prior art and has the following purpose.

선행기술 1: 특허공개번호 제10-2012-0042218호(문성규, 2012년05월03일 공개) 적응 빔 포밍 기법을 적용한 능동 소음 제거 헤드폰Prior art 1: Patent No. 10-2012-0042218 (Moon Sung Kyun Moon, May 03, 2012) Active Noise Canceling Headphone with Adaptive Beam Forming Technique 선행기술 2: 특허공개번호 제10-2015-0076140호(크레신 주식회사, 2015년07월06일 공개) 능동 소음 제어 오디오 입출력 장치Prior Art 2: Patent Publication No. 10-2015-0076140 (published by Cresyn Co., Ltd. on Jul. 06, 2015) Active noise control audio input / output device

본 발명의 목적은 주파수 워핑 컨벡스 최적화에 기초하여 외부에서 유입되는 소음 신호의 처리가 효과적으로 이루어지도록 하는 헤드폰 또는 이어폰을 위한 피드백 능동 소음 제어 방법 및 그에 의한 능동 소음 제어 시스템을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a feedback active noise control method for a headphone or an earphone that effectively processes noise signals introduced from the outside on the basis of frequency warping convex optimization, and an active noise control system thereby.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 외부로부터 유입되는 소음 신호를 능동적으로 제어하는 능동 소음 제어 방법은 피드백 방식의 제약 최적화에 기초하여 주파수 워핑이 된(frequency-warped) 낮은 차수의 유한 임펄스 응답 필터를 무한 임펄스 응답 방식으로 근사하여 유입된 소음 신호를 처리한다. According to a preferred embodiment of the present invention, an active noise control method for actively controlling a noise signal introduced from the outside includes a frequency-warped low-order finite impulse response filter based on constraint optimization of a feedback method The noise signal processed by the approximate impulse response method is processed.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 주파수 워핑은 주파수 워핑 컨벡스 최적화가 된다. According to another preferred embodiment of the present invention, the frequency warping is frequency warping convex optimization.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 낮은 차수의 유한 임펄스 응답 필터를 얻는 단계는 명목 경로를 획득하는 단계; 최적화를 위한 가중 함수를 설정하는 단계; 명목 함수와 가중 함수에 대하여 주파수 워핑을 적용하여 WFIR 필터(Warped Finite Impulse Response Filter)를 합성하는 단계; 주파수 워핑이 된 명목 경로와 가중 함수를 적용하여 주파수 워핑 컨벡스 최적화에 의한 낮은 차수의 WFIR 제어 필터를 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 무한 임펄스 응답으로 근사하는 단계는 획득된 WFIR 제어 필터로부터 BTM(Blanced Model Truncation) 기법을 적용하여 낮은 차수의 WIIR 필터(Warped Infinite Impulse Response Filter)로 변환하는 단계; 변환된 WIIR 필터의 극점과 영점으로부터 주파수 디워핑에 의하여 선형 주파수 영역의 IIR 필터로 변환하는 단계; 및 변환된 IIR 필터를 2차 IIR 필터의 종속 연결 구조로 만드는 단계를 포함한다. According to another preferred embodiment of the present invention, the step of obtaining the low order finite impulse response filter comprises: obtaining a nominal path; Setting a weighting function for optimization; Synthesizing a WFIR filter (Warped Finite Impulse Response Filter) by applying frequency warping to a nominal function and a weight function; Further comprising the step of obtaining a low-order WFIR control filter by frequency warping convex optimization by applying a frequency warping nominal path and a weight function, wherein approximating with the infinite impulse response comprises obtaining BTM from the obtained WFIR control filter Transforming a low order WIIR filter (Warped Infinite Impulse Response Filter) by applying a Blanched Model Truncation technique; Converting the polarity of the converted WIIR filter and the zero point into an IIR filter in a linear frequency domain by frequency despreading; And transforming the transformed IIR filter into a cascaded structure of the second IIR filter.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 헤드폰 또는 이어폰을 위한 피드백 능동 소음 제어 방법은 유입되는 소음 신호에 주파수 워핑 컨벡스 최적화를 적용하여 획득된 낮은 차수의 유한 임펄스 응답 필터를 무한 임펄스 응답 근사 기술을 적용하여 얻어진 IIR 필터를 통과하여 스피커로 전송되도록 한다.According to another preferred embodiment of the present invention, a feedback active noise control method for a headphone or an earphone comprises the steps of applying an infinite impulse response approximation technique to a low order finite impulse response filter obtained by applying frequency warping convex optimization to an incoming noise signal And then passed through the IIR filter obtained by applying it to the speaker.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 헤드폰 또는 이어폰을 위한 능동 소음 처리 필터는 유입되는 소음 신호에 주파수 워핑 컨벡스 최적화를 적용하여 획득된 낮은 차수의 유한 임펄스 응답 신호를 무한 임펄스 응답으로 근사하여 IIR 신호가 획득되도록 한다. According to another preferred embodiment of the present invention, an active noise reduction filter for a headphone or earphone approximates a low order finite impulse response signal obtained by applying frequency warping convex optimization to an incoming noise signal with an infinite impulse response to obtain an IIR Signal to be acquired.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 헤드폰 또는 이어폰을 위한 능동 소음 제어 시스템은 외부로부터 유입되는 소음 신호로부터 오차 신호를 획득하는 오차 마이크; 획득된 오차 신호의 필터링을 위한 2차 IIR 필터; 및 필터링이 된 오차 신호를 출력하는 스피커를 포함하고, 상기 2차 IIR 필터는 오차 신호에 주파수 워핑 컨벡스 최적화를 적용하여 획득된 낮은 차수의 유한 임펄스 응답 신호를 무한 임펄스 응답으로 근사하는 신호를 발생시킨다. According to another preferred embodiment of the present invention, an active noise control system for a headphone or an earphone includes an error microphone for acquiring an error signal from an externally supplied noise signal; A second order IIR filter for filtering the obtained error signal; And a speaker outputting the filtered error signal. The second IIR filter generates a signal approximating the low-order finite impulse response signal obtained by applying frequency warping convex optimization to the error signal to an infinite impulse response .

본 발명에 따른 방법은 능동 소음 제어 헤드폰 환경에 최적화된 낮은 차수의 IIR 필터의 설계가 가능하도록 한다. 본 발명에 따른 방법은 워핑된 주파수 영역에서 최적화 기법을 적용하여 제어 필터를 설계하는 것에 의하여 공지의 선형 주파수 영역에서 설계한 높은 차수의 제어 필터와 비교할 때 적은 차수를 사용하면서 동일한 성능이 확보되도록 한다. 본 발명에 따른 방법은 획득된 WFIR 제어 필터를 BMT와 주파수 디워핑을 통해 선형 주파수 영역의 IIR 필터로 변환하여 사용하는 것을 특징으로 한다. 이러한 경우 근사하고자 하는 WFIR 필터의 차수가 낮으므로 높은 차수의 FIR 필터로부터 IIR 필터로 변환하는 방법과 대비하여 저주파 대역에서 훨씬 정교한 근사 정확도를 가지면서도 더욱 낮은 차수의 필터가 확보될 수 있도록 한다. 구체적으로 IIR 근사로 인한 제어 필터의 소음 제어 성능의 열화를 최소화 할 수 있게 된다. 또한 주파수 디워핑을 통해 선형 주파수 영역에서 동작하므로 워핑된 주파수 영역에서 신호처리를 수행하는 경우 발생할 수 있는 부가적 연산량 증가와 같은 문제가 방지되도록 한다. The method according to the invention makes it possible to design a low order IIR filter optimized for active noise control headphone environment. The method according to the present invention ensures that the same performance is ensured while using less orders when compared with a higher order control filter designed in the known linear frequency domain by designing the control filter by applying the optimization technique in the warped frequency domain . The method according to the present invention is characterized in that the obtained WFIR control filter is converted into an IIR filter in a linear frequency domain through frequency demodulation with BMT. In this case, since the degree of the WFIR filter to be approximated is low, a lower order filter can be obtained while having a more precise approximation accuracy in a low frequency band compared with a method of converting from a high order FIR filter to an IIR filter. The deterioration of the noise control performance of the control filter due to the IIR approximation can be minimized. In addition, since the frequency despreading operates in the linear frequency domain, it is possible to prevent problems such as an increase in the amount of computation that may occur when signal processing is performed in the warped frequency domain.

도 1은 본 발명에 따른 피드백 능동 소음 제어 방법을 블록 다이어그램으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 주파수 워핑 컨벡스 최적화 기법과 IIR 근사 기법을 접목하여 낮은 차수의 IIR 제어 필터를 설계하는 과정의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 능동 소음 제어 헤드폰 환경에서 작동하는 능동 소음 제어 시스템의 실시 예를 도시한 것이다.
1 is a block diagram illustrating a method of controlling a feedback active noise according to the present invention.
FIG. 2 illustrates an example of a process for designing a low-order IIR control filter by combining a frequency warping convex optimization technique and an IIR approximation technique according to the present invention.
FIG. 3 illustrates an embodiment of an active noise control system operating in an active noise control headphone environment in accordance with the present invention.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, but the present invention is not limited thereto. In the following description, components having the same reference numerals in different drawings have similar functions, so that they will not be described repeatedly unless necessary for an understanding of the invention, and the known components will be briefly described or omitted. However, It should not be understood as being excluded from the embodiment of Fig.

도 1은 본 발명에 따른 피드백 능동 소음 제어 방법을 블록 다이어그램으로 도시한 것이다. 1 is a block diagram illustrating a method of controlling a feedback active noise according to the present invention.

본 발명에 따른 피드백 능동 소음 제어 방법은 피드백 방식의 제약 최적화에 기초하여 주파수 워핑이 된(frequency-warped) 낮은 차수의 유한 임펄스 응답 필터를 무한 임펄스 응답으로 근사하여 유입된 소음 신호를 처리하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 제약 최적화는 주파수 워핑 컨벡스 최적화가 된다. The feedback active noise control method according to the present invention is characterized by processing a noise signal introduced by approximating a frequency-warped finite impulse response filter with a infinite impulse response based on constraint optimization of a feedback method . The constraint optimization is also a frequency warping convex optimization.

도 1을 참조하면, 외부에서 유입되는 소음 신호(d(n))로부터 오차 신호(e(n))가 얻어지고, 오차 신호(e(n))는 2차의 IIR 필터(Infinite Impulse Response Filter)(11)에 의하여 필터링이 2차 경로(12)를 통하여 외부로부터 유입되는 소음 신호(d(n))와 함께 혼합기(13)를 경유하여 출력될 수 있다. IIR 필터(11)는 종속 연결 구조가 될 수 있고, 주파수 워핑이 된 낮은 차수의 유한 임펄스 응답 필터로부터 얻어질 수 있다. 1, an error signal e (n) is obtained from an externally introduced noise signal d (n), and an error signal e (n) is obtained by a second IIR filter (Infinite Impulse Response Filter ) 11 can be output via the mixer 13 together with the noise signal d (n) flowing from the outside through the secondary path 12. The IIR filter 11 can be a cascaded structure and can be obtained from a low order finite impulse response filter that is frequency warped.

아래에서 구체적으로 설명된다. This is explained in detail below.

고성능 능동 소음 제어 헤드폰 환경과 같은 소음 제어 시스템에서 높은 차수의 유한 임펄스 응답 필터의 소음 제어 성능을 최대한 유지하기 위해서는 BMT 기법 외에 주파수 워핑(frequency warping) 기술(참조 9)이 적용되면 소음 제어 성능 열화가 일정 수준에서 방지될 수 있다. 주파수 워핑 기술은 특정 주파수 대역의 분해능을 높이거나 낮추는 기법으로 음향 신호 처리 분야에서 적용되는 기술이 될 수 있다. 주파수 워핑은 선형 주파수 영역의 단위 지연 요소를 전역 통과 요소로 변환하여 만들어질 수 있고, 예를 들어 아래의 수학식 3으로 표시될 수 있다.In order to maintain the maximum noise control performance of a high-order finite impulse response filter in a noise control system such as a high-performance active noise control headphone environment, noise suppression performance deterioration occurs when frequency warping technology (Reference 9) Can be prevented at a certain level. The frequency warping technique can be applied in the field of acoustic signal processing by increasing or decreasing the resolution of a specific frequency band. The frequency warping can be made by converting the unit delay elements of the linear frequency domain into the global pass elements, and can be expressed, for example, by the following equation (3).

수학식 3:Equation (3)

Figure 112017023164817-pat00014
Figure 112017023164817-pat00014

상기에서

Figure 112017023164817-pat00015
는 전역 통과 요소가 되고,
Figure 112017023164817-pat00016
는 워핑 파라미터로 0과 1 사이의 값이 설정되면 저주파 대역의 분해능이 높아질 수 있다. 이러한 과정이 제어 필터 설계 알고리즘에 적용되면, 컨벡스 최적화를 통해 얻은 유한 임펄스 응답 제어 필터가 그대로 무한 임펄스 응답 필터로 변환되지 않고, 주파수 워핑하여 얻은 워핑된 주파수 영역의 필터에 BMT 기법이 적용되는 것에 의하여 저주파 대역에서 근사 정확도가 향상될 수 있다. 그러나 이러한 과정을 거치는 경우라고 할지라도 목표로 하는 유한 임펄스 응답 필터가 고주파 대역에 지배적인 성분을 가진다면 여전히 성능 열화가 발생하여 원하는 소음 제어 성능이 얻어지지 않을 수 있다. In the above,
Figure 112017023164817-pat00015
≪ / RTI > becomes a global pass element,
Figure 112017023164817-pat00016
Is set to a value between 0 and 1 as a warping parameter, the resolution of the low frequency band can be increased. When this process is applied to the control filter design algorithm, the finite impulse response control filter obtained through the convex optimization is not directly transformed into the infinite impulse response filter, but the BMT technique is applied to the warped frequency domain filter obtained by frequency warping The approximation accuracy can be improved in the low frequency band. However, if the target finite impulse response filter has a dominant component in the high frequency band even if this process is performed, the performance deterioration still occurs and desired noise control performance may not be obtained.

본 발명에 따르면, 낮은 차수의 필터를 사용하면서 합리적인 소음 제어 성능이 나타날 수 있다. 만약 주파수 워핑이 컨벡스 최적화 기법 적용 후 사용되면 이미 설계된 높은 차수의 필터로 인해 차수 감소 기법의 사용에 따른 성능 열화가 불가피하다는 문제가 발생된다. 그러므로 주파수 워핑 기법을 컨벡스 최적화에 직접 활용하는 주파수 워핑 컨벡스 최적화(frequency-warped convex optimization) 기법이 적용되는 것이 유리하다. 이에 따라 워핑된 주파수 영역의 낮은 차수의 유한 임펄스 응답 필터가 획득되고, 이를 무한 임펄스 응답 필터로 근사하여도 근사 과정에서 발생하는 성능 열화가 최소화되고 이에 따라 합리적인 소음 제어 성능을 가지는 필터 설계가 가능해진다. According to the present invention, reasonable noise control performance can be obtained while using a low-order filter. If frequency warping is used after applying the convex optimization technique, there is a problem that performance degradation due to the use of the order reduction technique is inevitable due to the already designed high order filter. Therefore, it is advantageous to apply the frequency-warped convex optimization technique that directly utilizes the frequency warping technique for convex optimization. Accordingly, even if a finite impulse response filter of a low order in the warped frequency domain is obtained and approximated by an infinite impulse response filter, the performance deterioration occurring in the approximation process is minimized, thereby enabling a filter design having a reasonable noise control performance .

아래에서 본 발명에 따른 능동 소음 제어 방법에 구체적인 실시 예에 대하여 설명된다. A specific embodiment of the active noise control method according to the present invention will be described below.

도 2는 본 발명에 따른 주파수 워핑 컨벡스 최적화 기법과 IIR 근사 기법을 접목하여 낮은 차수의 IIR 제어 필터를 설계하는 과정의 실시 예를 도시한 것이다. FIG. 2 illustrates an example of a process for designing a low-order IIR control filter by combining a frequency warping convex optimization technique and an IIR approximation technique according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 피드백 능동 소음 제어 방법은 주파수 워핑 컨벡스 최적화를 위하여 2차 경로로부터 명목 경로를 얻는 단계; 최적화를 위한 가중 함수를 설정하는 단계; 상기 명목 경로와 가중 함수들에 대하여 주파수 워핑을 이용하여 WFIR 필터로 합성하는 단계(P21); 상기 주파수 워핑된 명목 경로와 가중 함수들을 이용하여 주파수 워핑 컨벡스 최적화를 통한 낮은 차수의 WFIR 제어 필터를 설계하는 단계(P22); 획득한 WFIR 제어 필터로부터 BMT 기법을 통해 낮은 차수의 WIIR 필터로 변환하는 단계(P23); 상기 WIIR 필터의 극점과 영점으로부터 주파수 디워핑을 통해 선형주파수 영역의 IIR 필터로 변환하는 단계(P24); 및 설계된 IIR 필터를 2차 IIR 필터의 종속 연결 구조로 재구성하는 단계(P25)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the feedback active noise control method according to the present invention includes: obtaining a nominal path from a secondary path for frequency warping convex optimization; Setting a weighting function for optimization; Synthesizing the nominal path and the weighting functions into a WFIR filter using frequency warping (P21); Designing a low order WFIR control filter through frequency warping convex optimization using the frequency warped nominal path and weighting functions (P22); Converting the obtained WFIR control filter to a low-order WIIR filter through a BMT technique (P23); (P24) from the pole and zero of the WIIR filter to a IIR filter in a linear frequency domain through frequency divergence; And reconstructing the designed IIR filter into a cascaded structure of the secondary IIR filter (P25).

본 발명에 따른 방법은 주파수 워핑 컨벡스 최적화를 통해 얻은 WFIR 필터를 IIR 필터로 변환하여 전역 통과 요소를 사용하지 않고 선형 주파수 영역에서 적은 차수의 필터로 효과적인 소음 제어를 가능하게 하는 알고리즘을 특징으로 한다. 주파수 워핑 컨벡스 최적화는 공지의 컨벡스 최적화의 공식화를 구성하는 것과 유사하지만 설계 영역이 워핑된 주파수 영역이라는 점에서 차이를 가진다. 피드백 능동 소음 제어 방법의 적용을 위하여 주파수 워핑 컨벡스 최적화의 공식화는 아래의 수학식 4와 같이 표시될 수 있다. The method according to the present invention is characterized in that it converts an WFIR filter obtained through frequency warping convex optimization to an IIR filter to enable effective noise control with a low order filter in a linear frequency domain without using a global pass element. Frequency warping Convex optimization is similar to constructing the formulation of the known convex optimization, but differs in that the design domain is the warped frequency domain. For the application of the feedback active noise control method, the formulation of frequency warping convex optimization can be expressed as Equation (4) below.

수학식 4:Equation 4:

Figure 112017023164817-pat00017
Figure 112017023164817-pat00017

상기에서

Figure 112017023164817-pat00018
은 FFT 크기,
Figure 112017023164817-pat00019
는 주파수 빈 색인을 나타낸다.
Figure 112017023164817-pat00020
는 제어 필터 설계에 사용되는 워핑된 명목 경로에 해당하고, FIR 필터 형태로 주어지는 명목 경로
Figure 112017023164817-pat00021
를 주파수 워핑을 하는 것에 의하여 얻어질 수 있다. 가중 함수
Figure 112017023164817-pat00022
또한 공지의 가중 함수
Figure 112017023164817-pat00023
를 주파수 워핑을 하는 것에 의하여 얻어질 수 있다.
Figure 112017023164817-pat00024
는 워핑된 주파수 영역에서 주파수 워핑 컨벡스 최적화를 통해 얻은 WFIR 제어 벡터가 되고 수학식 5와 같은 형태로 본 발명에 따른 최적화 기법의 최종적인 제어 필터를 얻기 위하여 사용될 수 있다. In the above,
Figure 112017023164817-pat00018
FFT size,
Figure 112017023164817-pat00019
Represents a frequency bin index.
Figure 112017023164817-pat00020
Corresponds to the warped nominal path used in the control filter design, and the nominal path given in the form of an FIR filter
Figure 112017023164817-pat00021
Can be obtained by performing frequency warping. Weight function
Figure 112017023164817-pat00022
The known weighting function
Figure 112017023164817-pat00023
Can be obtained by performing frequency warping.
Figure 112017023164817-pat00024
Is a WFIR control vector obtained through frequency warping convex optimization in the warped frequency domain and can be used to obtain the final control filter of the optimization technique according to the present invention in the form of Equation (5).

수학식 5:Equation 5:

Figure 112017023164817-pat00025
Figure 112017023164817-pat00025

상기에서

Figure 112017023164817-pat00026
는 WFIR 제어 벡터
Figure 112017023164817-pat00027
로부터 얻은 최종적 제어 필터
Figure 112017023164817-pat00028
의 전달함수를 나타낸다. 또한
Figure 112017023164817-pat00029
은 그 자체로 공지의 컨벡스 최적화를 통해 얻을 수 있는 제어 필터
Figure 112017023164817-pat00030
에 비해 훨씬 낮은 차수를 가지지만 이를 그대로 능동 소음 제어 시스템의 필터로 사용하기 위하여 워핑된 주파수 영역에서 신호처리를 수행하기 위한 전역 통과 요소(all-pass element)가 부가적으로 사용되어야 한다. 이는 동일 차수의 FIR 필터를 사용하는 경우 대비 연산량 증가를 발생시킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 이러한 문제를 해결하기 위해 전역 통과 요소 없이 소음 제어가 가능하도록 선형 주파수 영역의 필터로 변환하는 알고리즘이 부가적으로 사용된다. 무한 임펄스 응답 근사 기법 BMT를 이용하여 WFIR 제어 필터
Figure 112017023164817-pat00031
를 워핑된 무한 임펄스 응답 (warped IIR, WIIR) 필터
Figure 112017023164817-pat00032
로 변환하고,
Figure 112017023164817-pat00033
의 극점과 영점
Figure 112017023164817-pat00034
을 주파수 디워핑하여 아래의 수학식 6에 따라 선형 주파수 영역의 극점과 영점
Figure 112017023164817-pat00035
을 얻게 된다.In the above,
Figure 112017023164817-pat00026
Is a WFIR control vector
Figure 112017023164817-pat00027
Lt; RTI ID = 0.0 >
Figure 112017023164817-pat00028
. Also
Figure 112017023164817-pat00029
Lt; RTI ID = 0.0 > a < / RTI > control filter
Figure 112017023164817-pat00030
But it is necessary to additionally use an all-pass element for performing signal processing in the warped frequency domain in order to use it as a filter of the active noise control system. This may result in an increase in the amount of contrast computation when an FIR filter of the same order is used. According to the present invention, in order to solve such a problem, an algorithm for converting a linear frequency domain filter is additionally used so that noise control can be performed without using a global pass element. Infinite impulse response approximation technique WFIR control filter using BMT
Figure 112017023164817-pat00031
A warped IIR, WIIR filter,
Figure 112017023164817-pat00032
≪ / RTI >
Figure 112017023164817-pat00033
Pole and zero
Figure 112017023164817-pat00034
And calculates the pole position in the linear frequency domain and the zero point
Figure 112017023164817-pat00035
.

수학식 6:Equation (6)

Figure 112017023164817-pat00036
Figure 112017023164817-pat00036

상기에서

Figure 112017023164817-pat00037
는 WIIR 필터의 극점과 영점의 개수, 즉 필터 차수를 뜻한다.
Figure 112017023164817-pat00038
로부터 선형 주파수 영역의 IIR 필터
Figure 112017023164817-pat00039
가 합성될 수 있다. 이러한 과정에서 디워핑이 된 영점과 극점
Figure 112017023164817-pat00040
들은 서로 인접할 경우 이로부터 구성되는 IIR 필터의 안정성 문제가 발생될 수 있다. 이러한 문제점을 방지하기 위해 본 발명에 따르면 IIR 필터
Figure 112017023164817-pat00041
는 1차 또는 2차 IIR 필터의 종속 연결 구조로 재구성이 될 수 있다(참조 10). 그리고 최종 제어 필터는 아래의 수학식 7로 표시될 수 있다. In the above,
Figure 112017023164817-pat00037
Means the pole number of the WIIR filter and the number of zero points, i.e., the filter order.
Figure 112017023164817-pat00038
Lt; RTI ID = 0.0 > IIR < / RTI &
Figure 112017023164817-pat00039
Can be synthesized. In this process, the diverted zero and pole
Figure 112017023164817-pat00040
The problems of stability of the IIR filter constituted from these can arise. In order to prevent such a problem, according to the present invention,
Figure 112017023164817-pat00041
Can be reconstructed into a cascade of primary or secondary IIR filters (Ref. 10). And the final control filter can be expressed by Equation (7) below.

수학식 7:Equation (7)

Figure 112017023164817-pat00042
Figure 112017023164817-pat00042

상기에서

Figure 112017023164817-pat00043
는 수학식 6에서 합성된 IIR 필터
Figure 112017023164817-pat00044
의 전달함수,
Figure 112017023164817-pat00045
Figure 112017023164817-pat00046
의 개수,
Figure 112017023164817-pat00047
Figure 112017023164817-pat00048
의 이득을 나타낸다.
Figure 112017023164817-pat00049
Figure 112017023164817-pat00050
로부터 분해된 1차 또는 2차 IIR 필터의 전달함수에 해당하고, 수학식 6에서 얻은 극점과 영점이 실수인 경우 이들을 1차 IIR 필터의 전달 함수의 분모와 분자의 계수로 구성되고,
Figure 112017023164817-pat00051
과 같은 관계식을 갖게 된다. 실수의 영점과 극점을 제외한 복소수의 극점과 영점들에 대해서는 이들 중 상호 켤레 복소수 관계에 있는 것들을 결합한 후 전개하여 2차 IIR 필터의 전달함수의 분자와 분모의 계수
Figure 112017023164817-pat00052
가 얻어질 수 있다. 이후 종속 연결 구조가 구성되어 발생하는 출력의 오차가 최소화 되도록 적절한 순서로 정렬되면 본 발명에 따른 종속 연결 구조의 IIR 필터가 얻어질 수 있다. In the above,
Figure 112017023164817-pat00043
Lt; RTI ID = 0.0 > IIR < / RTI &
Figure 112017023164817-pat00044
Transfer function,
Figure 112017023164817-pat00045
silver
Figure 112017023164817-pat00046
≪ / RTI >
Figure 112017023164817-pat00047
The
Figure 112017023164817-pat00048
.
Figure 112017023164817-pat00049
The
Figure 112017023164817-pat00050
And the poles and zeros obtained from the equation (6) are real numbers, these are denominators of the transfer function of the first order IIR filter and the coefficients of the molecules,
Figure 112017023164817-pat00051
And so on. For the poles and zeros of the complex number except for the zero and pole of the real number, we combine those in the mutual conjugate complex relationship and develop them so that the numerator and denominator of the transfer function of the second IIR filter
Figure 112017023164817-pat00052
Can be obtained. The IIR filter of the cascade connection structure according to the present invention can be obtained if the cascade connection structure is constructed and arranged in an appropriate order so that the output error generated is minimized.

본 발명에 따른 능동 소음 제어 방법은 헤드폰 또는 소음 환경 또는 이와 유사한 소음 환경에 적용될 수 있다. The active noise control method according to the present invention can be applied to a headphone or a noise environment or a similar noise environment.

도 3은 본 발명에 따른 능동 소음 제어 헤드폰 환경에서 작동하는 능동 소음 제어 시스템의 실시 예를 도시한 것이다.FIG. 3 illustrates an embodiment of an active noise control system operating in an active noise control headphone environment in accordance with the present invention.

도 3을 참조하면, 헤드폰 또는 이어폰을 위한 능동 소음 제어 시스템은 외부로부터 유입되는 소음 신호(d(n))로부터 오차 신호를 획득하는 오차 마이크(31); 획득된 오차 신호의 필터링을 위한 2차 IIR 필터(32); 및 필터링이 된 오차 신호를 출력하는 스피커(33)를 포함하고, 상기 2차 IIR 필터(32)는 오차 신호에 주파수 워핑 컨벡스 최적화를 적용하여 획득된 낮은 차수의 유한 임펄스 응답 신호를 무한 임펄스 응답으로 근사하는 신호를 발생시킨다. Referring to FIG. 3, an active noise control system for a headphone or an earphone includes an error microphone 31 for obtaining an error signal from a noise signal d (n) input from the outside; A second order IIR filter 32 for filtering the obtained error signal; And a speaker (33) for outputting a filtered error signal, wherein the second IIR filter (32) applies a low order finite impulse response signal obtained by applying frequency warping convex optimization to the error signal in an infinite impulse response And generates an approximate signal.

외부로부터 유입되는 소음 신호

Figure 112017023164817-pat00053
을 최소화하기 위하여 헤드폰 내부에 위치한 오차 마이크(31)로부터 취득한 오차 신호가 최소가 되도록 능동 소음 제어 시스템이 작동된다. 설계된 2차의 IIR 필터
Figure 112017023164817-pat00054
(32)은 종속 연결 구조로 연결되어 제어 필터의 입력 신호인 오차 신호
Figure 112017023164817-pat00055
을 필터링한 후, 출력 신호
Figure 112017023164817-pat00056
을 스피커(33)를 통해 출력하여 유입된 소음을 최소화하는 기능을 가질 수 있다. 이에 의하여 소음이 제거된 소리 신호가 사용자의 귀(34)로 전달될 수 있다. Noise signal from the outside
Figure 112017023164817-pat00053
The active noise control system is operated so that the error signal obtained from the error microphone 31 located inside the headphone is minimized. Designed second order IIR filter
Figure 112017023164817-pat00054
(32) are connected in a cascade connection structure, and an error signal
Figure 112017023164817-pat00055
The output signal < RTI ID = 0.0 >
Figure 112017023164817-pat00056
May be output through the speaker 33 to minimize the noise introduced. Thus, the noise-canceled sound signal can be transmitted to the user's ear 34.

본 발명에 따른 방법은 능동 소음 제어 헤드폰 환경에 최적화된 낮은 차수의 IIR 필터의 설계가 가능하도록 한다. 본 발명에 따른 방법은 워핑된 주파수 영역에서 최적화 기법을 적용하여 제어 필터를 설계하는 것에 의하여 공지의 선형 주파수 영역에서 설계한 높은 차수의 제어 필터와 비교할 때 적은 차수를 사용하면서 동일한 성능이 확보되도록 한다. 본 발명에 따른 방법은 획득된 WFIR 제어 필터를 BMT와 주파수 디워핑을 통해 선형 주파수 영역의 IIR 필터로 변환하여 사용하는 것을 특징으로 한다. 이러한 경우 근사하고자 하는 WFIR 필터의 차수가 낮으므로 높은 차수의 FIR 필터로부터 IIR 필터로 변환하는 방법과 대비하여 저주파 대역에서 훨씬 정교한 근사 정확도를 가지면서도 더욱 낮은 차수의 필터가 확보될 수 있도록 한다. 구체적으로 IIR 근사로 인한 제어 필터의 소음 제어 성능의 열화를 최소화 할 수 있게 된다. 또한 주파수 디워핑을 통해 선형 주파수 영역에서 동작하므로 워핑된 주파수 영역에서 신호처리를 수행하는 경우 발생할 수 있는 부가적 연산량 증가와 같은 문제가 방지되도록 한다.The method according to the invention makes it possible to design a low order IIR filter optimized for active noise control headphone environment. The method according to the present invention ensures that the same performance is ensured while using less orders when compared with a higher order control filter designed in the known linear frequency domain by designing the control filter by applying the optimization technique in the warped frequency domain . The method according to the present invention is characterized in that the obtained WFIR control filter is converted into an IIR filter in a linear frequency domain through frequency demodulation with BMT. In this case, since the degree of the WFIR filter to be approximated is low, a lower order filter can be obtained while having a more precise approximation accuracy in a low frequency band compared with a method of converting from a high order FIR filter to an IIR filter. The deterioration of the noise control performance of the control filter due to the IIR approximation can be minimized. In addition, since the frequency despreading operates in the linear frequency domain, it is possible to prevent problems such as an increase in the amount of computation that may occur when signal processing is performed in the warped frequency domain.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention . The invention is not limited by these variations and modifications, but is limited only by the claims appended hereto.

:참조 문헌: References

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11: IIR 필터 12: 2차 경로
13: 혼합기 31: 오차 마이크
32: 2차 IIR 필터 33: 스피커
34: 귀
11: IIR filter 12: secondary path
13: mixer 31: error microphone
32: Secondary IIR filter 33: Speaker
34: Ear

Claims (6)

외부로부터 유입되는 소음 신호를 능동적으로 제어하는 피드백 능동 소음 제어 방법에 있어서,
피드백 방식의 제약 최적화 기법에 기초하여 주파수 워핑이 된(frequency-warped) 낮은 차수의 유한 임펄스 응답 필터를 무한 임펄스 응답 방식으로 근사하여 유입된 소음 신호를 처리하는 단계를 포함하고,
상기 제약 최적화 기법은 컨벡스 최적화 기법이 되고, 상기 낮은 차수의 유한 임펄스 응답 필터을 얻는 단계는 명목 경로를 획득하는 단계; 최적화를 위한 가중 함수를 설정하는 단계; 명목 함수와 가중 함수에 대하여 주파수 워핑을 적용하여 WFIR 필터(Warped Finite Impulse Response Filter)를 합성하는 단계; 주파수 워핑이 된 명목 경로와 가중 함수를 적용하여 주파수 워핑 컨벡스 최적화에 의한 낮은 차수의 WFIR 제어 필터를 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 무한 임펄스 응답으로 근사하는 단계는 획득된 WFIR 제어 필터로부터 BMT(Blanced Model Truncation) 기법을 적용하여 낮은 차수의 WIIR 필터(Warped Infinite Impulse Response Filter)로 변환하는 단계; 변환된 WIIR 필터의 극점과 영점으로부터 주파수 디워핑에 의하여 선형 주파수 영역의 IIR 필터로 변환하는 단계; 및 변환된 IIR 필터를 2차 IIR 필터의 종속 연결 구조로 만드는 단계를 포함하는 피드백 능동 소음 제어 방법.
1. A feedback active noise control method for actively controlling a noise signal introduced from the outside,
And processing the introduced noise signal by approximating a frequency-warped low-order finite impulse response filter based on an infinite impulse response scheme based on a feedback-based constraint optimization technique,
Wherein the constrained optimization technique is a convex optimization technique, the step of obtaining the low order finite impulse response filter comprises: obtaining a nominal path; Setting a weighting function for optimization; Synthesizing a WFIR filter (Warped Finite Impulse Response Filter) by applying frequency warping to a nominal function and a weight function; Further comprising the step of obtaining a low-order WFIR control filter by frequency warping convex optimization by applying a frequency warping nominal path and a weight function, wherein approximating with the infinite impulse response comprises obtaining a BMT from the obtained WFIR control filter Transforming a low order WIIR filter (Warped Infinite Impulse Response Filter) by applying a Blanched Model Truncation technique; Converting the polarity of the converted WIIR filter and the zero point into an IIR filter in a linear frequency domain by frequency despreading; And transforming the transformed IIR filter into a cascaded structure of a second order IIR filter.
삭제delete 삭제delete 헤드폰 및 이어폰 중 어느 하나를 위한 피드백 능동 소음 제어 방법에 있어서,
유입되는 소음 신호에 주파수 워핑 컨벡스 최적화 기법을 적용하여 획득된 낮은 차수의 유한 임펄스 응답 필터를 무한 임펄스 응답 근사 기술을 적용하여 얻어진 IIR 필터를 통과하여 스피커로 전송되도록 하고, 상기 낮은 차수의 유한 임펄스 응답 필터를 얻는 과정은 명목 경로를 획득하는 단계; 최적화를 위한 가중 함수를 설정하는 단계; 명목 함수와 가중 함수에 대하여 주파수 워핑을 적용하여 WFIR 필터(Warped Finite Impulse Response Filter)를 합성하는 단계; 주파수 워핑이 된 명목 경로와 가중 함수를 적용하여 주파수 워핑 컨벡스 최적화에 의한 낮은 차수의 WFIR 제어 필터를 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 무한 임펄스 응답으로 근사하는 단계는 획득된 WFIR 제어 필터로부터 BMT(Blanced Model Truncation) 기법을 적용하여 낮은 차수의 WIIR 필터(Warped Infinite Impulse Response Filter)로 변환하는 단계; 변환된 WIIR 필터의 극점과 영점으로부터 주파수 디워핑에 의하여 선형 주파수 영역의 IIR 필터로 변환하는 단계; 및 변환된 IIR 필터를 2차 IIR 필터의 종속 연결 구조로 만드는 단계를 포함하는 피드백 능동 소음 제어 방법.
A method of controlling a feedback active noise for either a headphone or an earphone,
Order low-order finite impulse response filter obtained by applying a frequency warping convolution optimization technique to an incoming noise signal is transmitted to an loudspeaker through an IIR filter obtained by applying an infinite impulse response approximation technique, Obtaining the filter includes obtaining a nominal path; Setting a weighting function for optimization; Synthesizing a WFIR filter (Warped Finite Impulse Response Filter) by applying frequency warping to a nominal function and a weight function; Further comprising the step of obtaining a low-order WFIR control filter by frequency warping convex optimization by applying a frequency warping nominal path and a weight function, wherein approximating with the infinite impulse response comprises obtaining a BMT from the obtained WFIR control filter Transforming a low order WIIR filter (Warped Infinite Impulse Response Filter) by applying a Blanched Model Truncation technique; Converting the polarity of the converted WIIR filter and the zero point into an IIR filter in a linear frequency domain by frequency despreading; And transforming the transformed IIR filter into a cascaded structure of a second order IIR filter.
삭제delete 헤드폰 및 이어폰 중 어느 하나를 위한 능동 소음 제어 시스템에 있어서,
외부로부터 유입되는 소음 신호(d(n))으로부터 오차 신호를 획득하는 오차 마이크;
획득된 오차 신호의 필터링을 위한 2차 IIR 필터; 및
필터링이 된 오차 신호를 출력하는 스피커를 포함하고,
상기 2차 IIR 필터는 오차 신호에 주파수 워핑 컨벡스 최적화 기법을 적용하여 획득된 낮은 차수의 유한 임펄스 응답 신호를 무한 임펄스 응답으로 근사하는 신호를 발생시키고,
상기 낮은 차수의 유한 임펄스 응답 신호는 상기 낮은 차수의 유한 임펄스 응답 필터을 얻는 단계는 명목 경로를 획득하는 단계; 최적화를 위한 가중 함수를 설정하는 단계; 명목 함수와 가중 함수에 대하여 주파수 워핑을 적용하여 WFIR 필터(Warped Finite Impulse Response Filter)를 합성하는 단계; 주파수 워핑이 된 명목 경로와 가중 함수를 적용하여 주파수 워핑 컨벡스 최적화에 의한 낮은 차수의 WFIR 제어 필터를 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 무한 임펄스 응답으로 근사하는 단계는 획득된 WFIR 제어 필터로부터 BMT(Blanced Model Truncation) 기법을 적용하여 낮은 차수의 WIIR 필터(Warped Infinite Impulse Response Filter)로 변환하는 단계; 변환된 WIIR 필터의 극점과 영점으로부터 주파수 디워핑에 의하여 선형 주파수 영역의 IIR 필터로 변환하는 단계; 및 변환된 IIR 필터를 2차 IIR 필터의 종속 연결 구조로 만드는 단계를 통하여 획득되는 것을 특징으로 하는 헤드폰 및 이어폰 중 어느 하나를 위한 능동 소음 제어 시스템.
1. An active noise control system for either a headphone or an earphone,
An error microphone for obtaining an error signal from a noise signal d (n) flowing from the outside;
A second order IIR filter for filtering the obtained error signal; And
And a speaker for outputting a filtered error signal,
The second IIR filter generates a signal approximating a low-order finite impulse response signal obtained by applying a frequency warping convex optimization technique to an error signal with an infinite impulse response,
Wherein the step of obtaining the low order finite impulse response filter comprises obtaining a nominal path; Setting a weighting function for optimization; Synthesizing a WFIR filter (Warped Finite Impulse Response Filter) by applying frequency warping to a nominal function and a weight function; Further comprising the step of obtaining a low-order WFIR control filter by frequency warping convex optimization by applying a frequency warping nominal path and a weight function, wherein approximating with the infinite impulse response comprises obtaining a BMT from the obtained WFIR control filter Transforming a low order WIIR filter (Warped Infinite Impulse Response Filter) by applying a Blanched Model Truncation technique; Converting the polarity of the converted WIIR filter and the zero point into an IIR filter in a linear frequency domain by frequency despreading; And converting the converted IIR filter into a cascaded structure of the second IIR filter. The active noise control system as claimed in claim 1,
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