JP2014521989A - ノイズキャンセリングパーソナルオーディオデバイスにおける二次経路適合的応答の連続的適合 - Google Patents

ノイズキャンセリングパーソナルオーディオデバイスにおける二次経路適合的応答の連続的適合 Download PDF

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Abstract

パーソナルオーディオデバイスは、適合的ノイズキャンセリング回路を含み、適合的ノイズキャンセリング回路は、アンチノイズ信号を適合的に生成し、アンチノイズ信号をスピーカまたは他のトランスデューサ出力の中に注入し、周囲のオーディオサウンドのキャンセレーションを引き起こす。ノイズキャンセレーションの効果を示すエラー信号を提供するために、エラーマイクロフォンも、スピーカに隣接して提供される。ソースオーディオがエラー信号から除去されることができるように、電子音響経路を推定するために、二次経路推定適合的フィルタが使用される。ノイズが、連続的かつソースオーディオより低く不可聴的に、または、ソースオーディオが振幅において低いことを検出することに応答して、注入され、それによって、二次経路推定適合的フィルタの適合は、ソースオーディオの存在および振幅に関わりなく維持されることができる。

Description

（発明の分野）
本発明は、概して、適合的ノイズキャンセレーション（ＡＮＣ）を含む、例えば、無線電話機のようなパーソナルオーディオデバイスに関し、より詳細には、ソースオーディオが存在していないか、または、振幅が低い場合、二次経路推定の連続した適合を提供するために、注入されたノイズを用いるパーソナルオーディオデバイスにおけるＡＮＣの制御に関する。
（発明の背景）
無線電話機（例えば、移動／携帯電話）、コードレス電話、および、例えばｍｐ３プレイヤのような他の消費者オーディオデバイスが、広く用いられている。了解度に関するそのようなデバイスの性能は、周囲の音響イベントを測定するためにマイクロフォンを用い、次に、周囲の音響イベントをキャンセルするためにデバイスの出力の中にアンチノイズ信号を挿入するために信号処理を用い、ノイズキャンセリングを提供することによって改善されることができる。
ノイズキャンセリング動作は、エラーマイクロフォンを用いて、トランスデューサにおけるデバイスのトランスデューサ出力を測定し、ノイズキャンセリングの効果を決定することによって改良されることができる。測定されるトランスデューサの出力は、理想的には、ソースオーディオ（例えば、電話におけるダウンリンクオーディオおよび／または専用のオーディオプレイヤもしくは電話のいずれかにおける再生オーディオ）である。なぜなら、ノイズキャンセリング信号（複数可）は、トランスデューサの位置において、理想的には、周囲のノイズによってキャンセルされるからである。エラーマイクロフォン信号からソースオーディオを除去するために、トランスデューサからエラーマイクロフォンまで通る二次経路が推定されることができ、トランスデューサからエラーマイクロフォンまで通る二次経路は、ソースオーディオを正しい位相および振幅に対してフィルタリングすることにより、エラーマイクロフォン信号から差し引くために使用される。しかし、ソースオーディオが存在しない場合、二次経路推定は、通常、更新されることができない。
従って、トランスデューサの出力を測定するために二次経路推定を用いるノイズキャンセレーションを提供し、かつ、充分な振幅のソースオーディオが存在するかどうかから独立して、二次経路推定を連続的に適合することのできる、無線電話機を含むパーソナルオーディオデバイスを提供することが望ましい。
十分な振幅のソースオーディオが存在するか否かに関わらず、連続的に適合されることのできる二次経路推定を含むノイズキャンセリングを提供するパーソナルオーディオデバイスを提供する上述の目的は、パーソナルオーディオデバイス、操作方法、および集積回路において達成される。
パーソナルオーディオデバイスは、筐体を含み、トランスデューサが、オーディオ信号を再生するために筐体に設置され、このオーディオ信号は、リスナに提供するためのソースオーディオ（ｓｏｕｒｃｅ ａｕｄｉｏ）と、トランスデューサの音響出力における周囲のオーディオサウンドの影響を打ち消すためのアンチノイズ信号との両方を含む。基準マイクロフォンが、周囲のオーディオサウンドを示す基準マイクロフォン信号を提供するために、筐体に設置されている。パーソナルオーディオデバイスは、基準マイクロフォン信号からアンチノイズ信号を適合的に生成するための適合的ノイズキャンセリング（ＡＮＣ）処理回路を筐体内にさらに含み、それによって、アンチノイズ信号は、周囲のオーディオサウンドの実質的なキャンセレーションを引き起こす。エラーマイクロフォンが、周囲のオーディオサウンドをキャンセルするためにアンチノイズ信号の適合を制御するため、および、処理回路の出力からトランスデューサまで通る電子音響経路に対して修正するために含まれている。ＡＮＣ処理回路は、連続的に、または、少なくとも、ソースオーディオ（例えば、電話におけるダウンリンクオーディオおよび／またはメディアプレイヤ（ｍｅｄｉａ ｐｌａｙｅｒ）もしくは電話における再生オーディオ）が、二次経路推定適合的フィルタが適切に適合を続けることができないほどに低いレベルである場合に、ソースオーディオレベルより十分に低いレベルで、気付かれないようにノイズを注入する。
添付の図面に例示されているとおり、本発明の前述の目的、特徴、および利点、ならびに、他の目的、特徴、および利点は、本発明の好ましい実施形態の以下のより詳細な説明から明らかとなる。
図１は、本発明の実施形態による無線電話機１０の例示である。 図２は、本発明の実施形態による無線電話機１０内の回路のブロック図である。 図３は、本発明の実施形態による、図２のＣＯＤＥＣ集積回路２０のＡＮＣ回路３０内の信号処理回路および機能ブロックを描いているブロック図である。 図４は、本発明の実施形態による、集積回路内の信号処理回路および機能ブロックを描いているブロック図である。
（本発明を実行するための最良のモード）
本発明は、例えば無線電話機のようなパーソナルオーディオデバイスにおいて実装されることができるノイズキャンセリング技術および回路を包含する。パーソナルオーディオデバイスは、適合的ノイズキャンセリング（ＡＮＣ）回路を含み、適合的ノイズキャンセリング（ＡＮＣ）回路は、周囲の音響環境を測定し、周囲の音響イベントをキャンセルするためにスピーカ（または他のトランスデューサ）出力の中に注入される信号を生成する。基準マイクロフォンが、周囲の音響環境を測定するために提供され、エラーマイクロフォンが、周囲のオーディオ、および、トランスデューサにおけるトランスデューサ出力を測定するために、従って、ノイズキャセレーションの効果の指示を与えるために含まれる。二次経路推定適合的フィルタが、エラーマイクロフォン信号から再生オーディオを除去することによりエラー信号を生成するために用いられる。しかし、パーソナルオーディオデバイスによって再生されるオーディオ信号（例えば、電話での会話中におけるダウンリンクオーディオ、または、メディアファイル／接続からの再生オーディオ）の存在（およびレベル）次第で、二次経路適合的フィルタは、二次経路を推定するために適合することを続けることができないことがある。従って、本発明は、リスナに気付かれないレベルのままでありながら、二次経路推定適合的フィルタが適合を続けるために充分なエネルギーを提供するために、注入されるノイズを用いる。
ここで図１を参照すると、無線電話機１０が、本発明の実施形態に従って例示され、ヒトの耳５の近くに示されている。例示されている無線電話機１０は、本発明の実施形態による技術が使用され得るデバイスの例であるが、しかし、例示されている無線電話機１０において、またはこれ以降の図に描かれている回路において具現化されている要素もしくは構成のうちの全てが、請求項に記載されている本発明を実行するために必要とされるわけではないことが理解される。無線電話機１０は、例えばスピーカＳＰＫＲのようなトランスデューサを含み、スピーカＳＰＫＲは、バランスの取れた会話認知を提供するための他のローカルオーディオイベント（例えば、呼び出し音、格納されたオーディオプログラム材料、近端音声（すなわち、無線電話機１０のユーザの音声）の注入）と共に、無線電話機１０によって受け取られた遠い音声、ならびに、無線電話機１０による再生を必要とする他のオーディオ（例えば、無線電話機１０によって受け取られたウェブページまたは他のネットワーク通信からのソース（ｓｏｕｒｃｅ）、ならびに、例えばバッテリ電力低下および他のシステムイベント通知のようなオーディオ指示）を再生する。近い音声マイクロフォンＮＳが、近端音声を捕捉するために提供され、この近端音声は、無線電話機１０から他の会話参加者（複数可）に伝達される。
無線電話機１０は、適合的ノイズキャンセリング（ＡＮＣ）回路および機能を含み、適合的ノイズキャンセリング（ＡＮＣ）回路および機能は、アンチノイズ信号をスピーカＳＰＫＲの中に注入し、遠い音声およびスピーカＳＰＫＲによって再生される他のオーディオの了解度を向上させる。基準マイクロフォンＲが、周囲の音響環境を測定するために提供され、基準マイクロフォンＲは、ユーザの口の通常の位置から離して位置決めされ、その結果、近端音声は、基準マイクロフォンＲによって生成される信号において最小化される。無線電話機１０が耳５の近くにある場合、耳５の近くのスピーカＳＰＫＲによって再生されたオーディオと組み合わされた周囲のオーディオの尺度を提供することによりＡＮＣ動作をさらに向上させるために、第３のマイクロフォン、すなわちエラーマイクロフォンＥが提供されている。無線電話機１０内の例示的回路１４は、オーディオＣＯＤＥＣ集積回路２０を含み、オーディオＣＯＤＥＣ集積回路２０は、基準マイクロフォンＲ、近い音声マイクロフォンＮＳ、およびエラーマイクロフォンＥから信号を受信し、他の集積回路（例えば、無線電話機トランシーバを含むＲＦ集積回路１２）と接続する。本発明の他の実施形態において、本明細書に開示されている回路および技術は、単一の集積回路の中に組み込まれ得、この単一の集積回路は、パーソナルオーディオデバイス（例えば、ＭＰ３プレイヤオンチップ（ｐｌａｙｅｒ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）集積回路）全体を実装するための制御回路および他の機能性を含む。
一般的に、本発明のＡＮＣ技術は、基準マイクロフォンＲに衝突する周囲の音響イベント（スピーカＳＰＫＲの出力および／または近端音声と対立するものとしての）を測定し、そして、例示されている無線電話機１０のＡＮＣ処理回路は、エラーマイクロフォンＥに衝突する同じ周囲の音響イベントも測定することにより、基準マイクロフォンＲの出力から生成されるアンチノイズ信号が、エラーマイクロフォンＥに存在している周囲の音響イベントの振幅を最小化する特性を有するように、基準マイクロフォンＲの出力から生成されるアンチノイズ信号を適合させる。音響経路Ｐ（ｚ）は、基準マイクロフォンＲからエラーマイクロフォンＥまで延びているので、ＡＮＣ回路は、電子音響経路Ｓ（ｚ）の除去効果と組み合わされた音響経路Ｐ（ｚ）を本質的に推定している。電子音響経路Ｓ（ｚ）は、特定の音響環境におけるスピーカＳＰＫＲとエラーマイクロフォンＥとの間の結合を含み、ＣＯＤＥＣ ＩＣ ２０のオーディオ出力回路の応答、および、スピーカＳＰＫＲの音響／電気伝達関数を表す。Ｓ（ｚ）は、耳５の近さおよび構造ならびに他の物体、ならびに、無線電話機が耳５にしっかりと押圧されていない場合、無線電話機１０の近くにあり得るヒトの頭の構造によって影響される。例示されている無線電話機１０は、第３の近い音声マイクロフォンＮＳを有する２マイクロフォンのＡＮＣシステムを含むが、本発明の一部の局面は、別個のエラーマイクロフォンおよび基準マイクロフォンを含まない本発明の他の実施形態、または、無線電話機が、基準マイクロフォンＲの機能を実行するために、近い音声マイクロフォンＮＳを用いる本発明のさらに他の実施形態に従うシステムにおいて実行され得る。さらに、オーディオ再生のためにのみ設計されているパーソナルオーディオデバイスにおいては、近い音声マイクロフォンＮＳは一般的に含まれず、以下にさらに詳細に記述されている回路における近い音声信号経路は、本発明の範囲を変更することなく省略されることができる。
ここで図２を参照すると、無線電話機１０内の回路が、ブロック図において示されている。ＣＯＤＥＣ集積回路２０は、基準マイクロフォン信号を受信し、基準マイクロフォン信号のデジタル表現ｒｅｆを生成するためのアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２１Ａと、エラーマイクロフォン信号を受信し、エラーマイクロフォン信号のデジタル表現ｅｒｒを生成するためのＡＤＣ２１Ｂと、近い音声マイクロフォン信号を受信し、エラーマイクロフォン信号のデジタル表現ｎｓを生成するためのＡＤＣ２１Ｃとを含む。ＣＯＤＥＣ ＩＣ ２０は、スピーカＳＰＫＲを駆動するための出力を増幅器Ａ１から生成し、増幅器Ａ１は、コンバイナ２６の出力を受信するデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）２３の出力を増幅する。コンバイナ２６は、内部オーディオソース２４からのオーディオ信号ｉａと、ＡＮＣ回路３０によって生成されるアンチノイズ信号ａｎｔｉ−ｎｏｉｓｅであって、該アンチノイズ信号ａｎｔｉ−ｎｏｉｓｅは、慣例上、基準マイクロフォン信号ｒｅｆにおけるノイズと同じ極性を有し、従って、コンバイナ２６によって差し引かれる、アンチノイズ信号ａｎｔｉ−ｎｏｉｓｅと、無線電話機１０のユーザが、ダウンリンク音声ｄｓとの適切な関連で彼ら自身の声を聞くようにするためのものである、近い音声信号ｎｓの一部分とを組み合わせ、ダウンリンク音声ｄｓは、無線周波数（ＲＦ）集積回路２２から受信される。本発明の実施形態に従って、ダウンリンク音声ｄｓが、ＡＮＣ回路３０に提供され、ＡＮＣ回路３０は、ダウンリンク音声ｄｓと内部オーディオｉａとの両方が存在しないか、または、振幅が低い場合、ダウンリンク音声ｄｓと内部オーディオｉａとを含む組み合わされたソースオーディオ信号にノイズを加えるか、または、ソースオーディオ（ｄｓ＋ｉａ）を注入されたノイズ信号と取り替える。ダウンリンク音声ｄｓ、内部オーディオｉａ、およびノイズ（または、代替信号として適用された場合、ソースオーディオ／ノイズ）が、コンバイナ２６に提供され、それによって、信号（ｄｓ＋ｉａ＋ノイズ）が、ＡＮＣ回路３０内の二次経路適合的フィルタを用いて音響経路Ｐ（ｚ）を推定するために常に存在する。近い音声信号ｎｓは、ＲＦ集積回路２２にも提供され、アップリンク音声としてサービスプロバイダにアンテナＡＮＴを介して送信される。
ここで図３を参照すると、ＡＮＣ回路３０の詳細が、本発明の実施形態に従って示されている。適合的フィルタ３２は、基準マイクロフォン信号ｒｅｆを受信し、そして、適合的フィルタ３２は、理想的な状況の下で、その伝達関数Ｗ（ｚ）をＰ（ｚ）／Ｓ（ｚ）となるように適合してアンチノイズ信号ａｎｔｉ−ｎｏｉｓｅを生成し、このアンチノイズ信号ａｎｔｉ−ｎｏｉｓｅは、図２のコンバイナ２６によって例示されたような、アンチノイズ信号をトランスデューサによって再生されるオーディオと組み合わせる出力コンバイナに提供される。適合的フィルタ３２の係数は、Ｗ係数制御ブロック３１によって制御され、Ｗ係数制御ブロック３１は、２つの信号の相関関係を用いて適合的フィルタ３２の応答を決定し、適合的フィルタ３２は、一般的に、最小二乗平均の意味で、エラーマイクロフォン信号ｅｒｒの中に存在する、基準マイクロフォン信号ｒｅｆの成分間におけるエラーを最小化する。Ｗ係数制御ブロック３１によって処理される信号は、フィルタ３４Ｂによって提供される経路Ｓ（ｚ）の応答の推定のコピーによって成形された基準マイクロフォン信号ｒｅｆと、エラーマイクロフォン信号ｅｒｒを含む別の信号とである。基準マイクロフォン信号ｒｅｆを経路Ｓ（ｚ）の応答の推定のコピー、応答ＳＥＣＯＰＹ（ｚ）によって変形し、ソースオーディオの再生に起因するエラーマイクロフォン信号ｅｒｒの成分を除去した後のエラーマイクロフォン信号ｅｒｒを最小化することによって、適合的フィルタ３２は、所望の応答のＰ（ｚ）／Ｓ（ｚ）に適合する。エラーマイクロフォン信号ｅｒｒに加えて、Ｗ係数制御ブロック３１によってフィルタ３４Ｂの出力と共に処理される他の信号は、フィルタ応答ＳＥ（ｚ）（応答ＳＥＣＯＰＹ（ｚ）は、そのコピーである）によって処理された、ダウンリンクオーディオ信号ｄｓと内部オーディオｉａとを含むソースオーディオの反転された量を含む。ソースオーディオの反転された量を注入することによって、適合的フィルタ３２が、エラーマイクロフォン信号ｅｒｒに存在するソースオーディオの比較的大きな量に適合することが防止され、ダウンリンクオーディオ信号ｄｓと内部オーディオｉａとの反転されたコピーを経路Ｓ（ｚ）の応答の推定を用いて変形することによって、処理の前にエラーマイクロフォン信号ｅｒｒから除去されるソースオーディオは、エラーマイクロフォン信号ｅｒｒで再生されるダウンリンクオーディオ信号ｄｓと内部オーディオｉａとの予期されるバージョン（ｖｅｒｓｉｏｎ）と整合するはずである。なぜなら、Ｓ（ｚ）の電気的および音響的経路は、エラーマイクロフォンＥに到達するために、ダウンリンクオーディオ信号ｄｓと内部オーディオｉａとによって取られる経路であるからである。フィルタ３４Ｂは、本質的に、適合的フィルタではないが、しかし、適合的フィルタ３４Ａの応答と整合するように調整される調節可能な応答を有し、それによって、フィルタ３４Ｂの応答は、適合的フィルタ３４Ａの適合を追跡する。
上記を実行するために、適合的フィルタ３４Ａは、ＳＥ係数制御ブロック３３によって制御される係数を有し、ＳＥ係数制御ブロック３３は、ソースオーディオ（ｄｓ＋ｉａ）と、上述のフィルタリングされたダウンリンクオーディオ信号ｄｓおよび内部オーディオｉａのコンバイナ３６による除去後のエラーマイクロフォン信号ｅｒｒとを処理し、このフィルタリングされたダウンリンクオーディオ信号ｄｓおよび内部オーディオｉａは、適合的フィルタ３４Ａによってフィルタリングされており、エラーマイクロフォンＥに送達される予期されるソースオーディオを表す。それによって、適合的フィルタ３４Ａは、エラーマイクロフォン信号ｅｒｒから差し引かれる場合、ソースオーディオ（ｄｓ＋ｉａ）に起因しないエラーマイクロフォン信号ｅｒｒの内容を含む信号をダウンリンクオーディオ信号ｄｓおよび内部オーディオｉａから生成するように適合される。しかし、ダウンリンクオーディオ信号ｄｓおよび内部オーディオｉａが両方とも存在しないか、または、非常に低い振幅を有する場合、ＳＥ係数制御ブロック３３は、音響経路Ｓ（ｚ）を推定するために充分な入力を有しない。従って、ＡＮＣ回路３０において、充分なソースオーディオ（ｄｓ＋ｉａ）が存在するかどうかを検出するソースオーディオ検出器３５が存在し、ソースオーディオ検出器３５は、充分なソースオーディオ（ｄｓ＋ｉａ）が存在する場合、二次経路推定を更新する。ソースオーディオ検出器３５は、音声存在信号（ダウンリンクオーディオ信号ｄｓのデジタルソースからこのようなものが入手可能である場合）、または、メディア再生制御回路から提供される再生活性信号によって取って代わられ得る。セレクタ３８は、ソースオーディオ（ｄｓ＋ｉａ）が存在していないか、または、振幅が低い場合、ノイズジェネレータ３７の出力を選択し、ノイズジェネレータ３７の出力は、図２のコンバイナ２６に出力ｄｓ＋ｉａ／ノイズを提供し、二次経路適合的フィルタ３４ＡおよびＳＥ係数制御ブロック３３に入力を提供し、ＡＮＣ回路３０が、音響経路Ｓ（ｚ）を推定することを維持することを可能にする。あるいは、セレクタ３８は、ノイズ信号をソースオーディオ（ｄｓ＋ｉａ）に加えるコンバイナによって取って代わられることができる。
ソースオーディオ（ｄｓ＋ｉａ）が存在しない場合、図１のスピーカＳＰＫＲは、実際には、ノイズジェネレータ３７から注入されたノイズを再生し、従って、デバイスのユーザが、注入されたノイズを聞くことは望ましくない。従って、ＡＮＣ回路３０は、二次経路適合的フィルタ３４Ａの出力をエラーマイクロフォン信号ｅｒｒと比較する信号レベルコンパレータ３９を含む。二次経路適合的フィルタ３４Ａの出力は、ユーザが実際に聞くダウンリンク音声ｄｓまたは注入されたノイズの良好な推定を提供する。なぜなら、二次経路適合的フィルタ３４Ａによって推定される音響経路Ｓ（ｚ）は、スピーカＳＰＫＲからエラーマイクロフォンＥまでの経路であるからである。このとき、エラーマイクロフォン信号ｅｒｒは、比較閾値を決定するために用いられる。なぜなら、エラーマイクロフォン信号ｅｒｒは、ユーザによって聞き取られる総エネルギーの尺度であるからである。代替として、例えば、基準マイクロフォン信号ｒｅｆまたは近い音声信号ｎｓから決定される閾値のような、所定の閾値または他の動的な閾値が用いられ得る。例えば、二次経路適合的フィルタ３４Ａの出力のレベルを、対応するエラーマイクロフォン信号ｅｒｒの正常化されたレベルより２０ｄＢ低く維持する基準は、ゲイン制御部Ａ２を用いてノイズジェネレータ３７の出力のゲインを調節するため、または、二次経路適合的フィルタ３４Ａの出力の振幅がエラーマイクロフォン信号ｅｒｒに対してあまりにも大きくなりすぎた場合、ノイズ注入を中止するように、セレクタ３８によるノイズジェネレータ３７の出力の選択をさらに条件付けるため、いずれかのために用いられることができる。二次経路適合的フィルタ３４Ａおよびエラーマイクロフォン信号ｅｒｒの出力の振幅は、例えば、最小二乗平均、スクエアラズ（ｓｑｕａｒｅｒｓ）、絶対値ピーク検出器、またはデシメータのような技術によって決定されることができる。以下の制御方程式が、注入されたノイズに適用されるゲインを調節するために用いられることができる。
ｇａｉｎ（ｉ）＝ｇａｉｎ（ｉ−１）＋（ｍａｇ（ｅｒｒ）／ａｔｔｅｎ−ｍａｇ（ｓｅｏｕｔ））
ここで、ｉは、ステップ間隔であり、ａｔｔｅｎは、ノイズに対するエラー信号の振幅の所望の比率（所望の減衰、例えば、２０ｄＢ）であり、ａｍｐｌ（ｅｒｒ）は、エラー信号の大きさであり、ｍａｇ（ｓｅｏｕｔ）は、二次経路適合的フィルタ３４Ａの出力の大きさである。
ここで図４を参照すると、ＣＯＤＥＣ集積回路２０内で実行され得る、本発明の実施形態によるＡＮＣ技術を例示するために、ＡＮＣシステムのブロック図が示されている。基準マイクロフォン信号ｒｅｆは、デルタ−シグマＡＤＣ４１Ａによって生成され、デルタ−シグマＡＤＣ４１Ａは、６４倍オーバサンプリングで動作し、その出力は、デシメータ４２Ａにより２の因数によってデシメートされ、３２倍オーバサンプリングされた信号を生成する。デルタ−シグマシェーパ４３Ａは、並列の一対のフィルタステージ４４Ａおよび４４Ｂの結果として生じる応答が有意な応答を有する帯域の外へイメージのエネルギーを広げる。フィルタステージ４４Ｂは、固定応答ＷＦＩＸＥＤ（ｚ）を有し、固定応答ＷＦＩＸＥＤ（ｚ）は、一般的に、通常のユーザ用の無線電話機１０の特定の設計のためのＰ（ｚ）／Ｓ（ｚ）の推定における開始点を提供するために予め決定されている。Ｐ（ｚ）／Ｓ（ｚ）の推定の応答の適合的部分ＷＡＤＡＰＴ（ｚ）は、適合的フィルタステージ４４Ａによって提供され、適合的フィルタステージ４４Ａは、リーキー（ｌｅａｋｙ）最小二乗平均（ＬＭＳ）型の係数コントローラ５４Ａによって制御される。エラー入力が提供されない場合、応答は、フラットな応答または所定の応答に経時的に正常化することによりリーキーＬＭＳ係数コントローラ５４Ａを適合させるという点で、リーキーＬＭＳ係数コントローラ５４Ａは、リーキーである。リーキーなコントローラを提供することは、特定の環境条件の下で生じ得る長期にわたる不安定性を防止し、一般的に、ＡＮＣ応答の特定の感知性に対してシステムをよりロバストにする。
図４に描かれているシステムにおいて、基準マイクロフォン信号は、経路Ｓ（ｚ）の応答の推定のコピーＳＥＣＯＰＹ（ｚ）によって、すなわち、応答ＳＥＣＯＰＹ（ｚ）を有するフィルタ５１によってフィルタリングされ、その出力はデシメータ５２Ａにより３２の因数によってデシメートされ、ベースバンドオーディオ信号を生成し、このベースバンドオーディオ信号は、無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタ５３Ａを通して、リーキーＬＭＳ５４Ａに提供される。フィルタ５１は、本質的に、適合的フィルタではないが、しかし、フィルタステージ５５Ａおよび５５Ｂの組み合わされた応答と整合するように調整される調節可能な応答を有し、それによって、フィルタ５１の応答は、応答ＳＥ（ｚ）の適合を追跡する。エラーマイクロフォン信号ｅｒｒは、デルタ−シグマＡＤＣ４１Ｃによって生成され、デルタ−シグマＡＤＣ４１Ｃは、６４倍オーバサンプリングで動作し、その出力は、デシメータ４２Ｂにより２の因数によってデシメートされ、３２倍オーバサンプリングされた信号を生成する。図３のシステムにおいてそうであるように、応答Ｓ（ｚ）を適用するために適合的フィルタによってフィルタリングされたある量のソースオーディオ（ｄｓ＋ｉａ）は、コンバイナ４６Ｃによってエラーマイクロフォン信号ｅｒｒから除去され、コンバイナ４６Ｃの出力は、デシメータ５２Ｃにより３２の因数によってデシメートされ、ベースバンドオーディオ信号を生成し、このベースバンドオーディオ信号は、無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタ５３Ｂを通して、リーキーＬＭＳ５４Ａに提供される。応答Ｓ（ｚ）は、別の並列の一組のフィルタステージ５５Ａおよび５５Ｂによって生成され、そのうちの一方、フィルタステージ５５Ｂは、固定応答ＳＥＦＩＸＥＤ（ｚ）を有し、そのうちの他方、フィルタステージ５５Ａは、適合的応答ＳＥＡＤＡＰＴ（ｚ）を有し、適合的応答ＳＥＡＤＡＰＴ（ｚ）は、リーキーＬＭＳ係数コントローラ５４Ｂによって制御される。フィルタステージ５５Ａおよび５５Ｂの出力は、コンバイナ４６Ｅによって組み合わされる。上述のフィルタ応答Ｗ（ｚ）の実装と同様に、応答ＳＥＦＩＸＥＤ（ｚ）は、一般的に、電気的／音響的経路Ｓ（ｚ）に対する様々な動作条件の下での適切な開始点を提供するために既知である所定の応答である。フィルタ５１は、適合的フィルタ５５Ａ／５５Ｂのコピーであるが、しかし、それ自体は、適合的フィルタではなく（すなわち、フィルタ５１は、それ自体の出力に応答して別個に適合しない）、フィルタ５１は、単一のステージまたは二重のステージを用いて実装されることができる。図４のシステムにおいて、別個の制御値が、フィルタ５１の応答を制御するために提供され、フィルタ５１は、単一の適合的フィルタステージとして示されている。しかし、フィルタ５１は、代替として、２つの並列のステージを用いて実装され得、適合的フィルタステージ５５Ａを制御するために用いられる同じ制御値が、フィルタ５１の実装における調節可能なフィルタ部分を制御するために用いられ得る。
図３のＡＮＣ回路３０においてそうであるように、フィルタステージ５５Ａおよび５５Ｂへの入力は、ソースオーディオ（ｄｓ＋ｉａ）または、セレクタ３８によって選択され、ゲインがゲイン制御部Ａ２によって制御される、ノイズジェネレータ３７の出力から選択される成分を有し、セレクタ３８の出力は、コンバイナ４６Ｄの入力に提供され、コンバイナ４６Ｄは、シグマ−デルタＡＤＣ４１Ｂによって生成され、そして、フィードバック状態を防止するために側音減衰器５６によってフィルタリングされた近端マイクロフォン信号ｎｓの一部分を加える。コンバイナ４６Ｄの出力は、フィルタステージ５５Ａおよび５５Ｂが有意な応答を有する帯域の外へイメージをシフトするように成形されている入力をフィルタステージ５５Ａおよび５５Ｂに提供するシグマ−デルタシェーパ４３Ｂによって成形される。信号レベルコンパレータ３９は、フィルタステージ５５Ａおよび５５Ｂによって形成された二次経路適合的フィルタの出力である、コンバイナ４６Ｅの出力とエラーマイクロフォン信号ｅｒｒとを比較し、比較の結果に従って、ノイズジェネレータ３７の出力に適用されるゲインをゲイン制御部Ａ２を介して制御する。図３のＡＮＣ回路３０においてそうであるように、音声検出器３５は、セレクタが、ソースオーディオ（ｄｓ＋ｉａ）を選択するか、または、ゲイン制御部Ａ２の出力を選択するかを制御する。リーキーＬＭＳ制御ブロック５４Ｂへの入力も、ベースバンドにおけるものであり、該入力は、セレクタ３８によって提供された、選択されたソースオーディオ／ノイズの組み合わせを３２の因数によってデシメートするデシメータ５２Ｂによりデシメートすることによって提供され、別の入力が、コンバイナ４６Ｃの出力をデシメートすることによって提供され、コンバイナ４６Ｃは、適合的フィルタステージ５５Ａとフィルタステージ５５Ｂとの組み合わされた出力から生成された信号をエラーマイクロフォン信号ｅｒｒから除去しており、この組み合わされた出力は、別のコンバイナ４６Ｅによって組み合わされている。上述のように、セレクタ３８は、代替として、ノイズ信号をソースオーディオ（ｄｓ＋ｉａ）と組み合わせるコンバイナによって取って代わられることができる。コンバイナ４６Ｃの出力は、ソースオーディオ（ｄｓ＋ｉａ）に起因する成分が除去されたエラーマイクロフォン信号ｅｒｒを表し、コンバイナ４６Ｃの出力は、デシメータ５２Ｃによるデシメーションの後にＬＭＳ制御ブロック５４Ｂに提供される。ＬＭＳ制御ブロック５４Ｂへの他の入力は、デシメータ５２Ｂによって生成されるベースバンド信号である。ベースバンドおよびオーバサンプリングされた信号伝達の上述の構成は、オーバサンプリングされたレートで適合的フィルタステージ４４Ａ〜４４Ｂ、５５Ａ〜５５Ｂ、およびフィルタ５１を実装することにより与えられるタップ（ｔａｐ）柔軟性を提供しながら、単純化された制御、および、適合的制御ブロック（例えば、リーキーＬＭＳコントローラ５４Ａおよび５４Ｂ）において消費される低減された電力を提供する。
本発明の実施形態に従って、コンバイナ４６Ｄの出力は、適合的フィルタステージ４４Ａ〜４４Ｂの出力とも組み合わされるが、この適合的フィルタステージ４４Ａ〜４４Ｂの出力は、フィルタステージの各々に対して対応するハードミュートブロック（ｈａｒｄ ｍｕｔｅ ｂｌｏｃｋ）４５Ａ、４５Ｂと、ハードミュートブロック４５Ａ、４５Ｂの出力を組み合わせるコンバイナ４６Ａと、ソフトミュート４７と、次のソフトリミッタ４８とを含む制御チェーンによって処理されてアンチノイズ信号を生成し、このアンチノイズ信号は、コンバイナ４６Ｄのソースオーディオ出力を用いてコンバイナ４６Ｂによって差し引かれる。コンバイナ４６Ｂの出力は、補間器４９により２の因数によって挿入が行われ、次に、６４ｘオーバサンプリングレートで操作されるシグマ−デルタＤＡＣ５０によって再生される。ＤＡＣ５０の出力は、増幅器Ａ１に提供され、増幅器Ａ１は、スピーカＳＰＫＲに送達される信号を生成する。
図４のシステム、ならびに、図２および図３の例示的回路における要素の各々または一部は、論理で直接的に実装されることができるか、または、例えば、演算（例えば、適合的フィルタリングおよびＬＭＳ係数計算）を行うプログラム命令を実行するデジタル信号処理（ＤＳＰ）コアのようなプロセッサによって実装されることができる。ＤＡＣおよびＡＤＣステージは、一般的に、専用の混合性信号回路で実装される一方、本発明のＡＮＣシステムのアーキテクチャは、一般的に、ハイブリッドアプローチに適しており、このハイブリッドアプローチにおいて、論理は、例えば、高度にオーバサンプリングされた設計の区分において用いられ得、一方、プログラムコードまたはマイクロコード駆動処理要素は、より複雑ではあるが、しかし、より低速の演算（例えば、適合的フィルタに対するタップを計算すること、および／または、本明細書において記述されたように、検出された耳圧の変化に応答すること）のために選択される。
本発明は、特に、その好ましい実施形態を参照して示され、記述されたが、しかし、前記およびその他は、形態において変化すること、および、本発明の精神および範囲から逸脱することなく細部が、前記およびその他において決められ得ることが当業者によって理解される。

Claims (24)

  1. パーソナルオーディオデバイスであって、該パーソナルオーディオデバイスは、
    パーソナルオーディオデバイス筐体と、
    オーディオ信号を再生するために該筐体に設置されているトランスデューサであって、該オーディオ信号は、リスナへの再生のためのソースオーディオと、該トランスデューサの音響出力における周囲のオーディオサウンドの影響を打ち消すためのアンチノイズ信号との両方を含む、トランスデューサと、
    該周囲のオーディオサウンドを示す基準マイクロフォン信号を提供するために該筐体に設置されている基準マイクロフォンと、
    該トランスデューサの音響出力および該トランスデューサにおける該周囲のオーディオサウンドを示すエラーマイクロフォン信号を提供するために、該トランスデューサの近くにおいて該筐体に設置されている、エラーマイクロフォンと、
    ノイズ信号を提供するための制御可能なノイズソース（ｎｏｉｓｅ ｓｏｕｒｃｅ）と、
    処理回路であって、該処理回路は、エラー信号および該基準マイクロフォン信号に従い、該基準信号から、該リスナによって聞き取られる該周囲のオーディオサウンドの存在を低減するための該アンチノイズ信号を生成する、処理回路と、
    を備え、該処理回路は、該ソースオーディオを成形する二次経路応答を有する二次経路適合的フィルタと、コンバイナとを実装し、該コンバイナは、該エラー信号を提供するために、該エラーマイクロフォン信号から該ソースオーディオを除去し、該処理回路は、該ソースオーディオが、存在しないか、または、低減された振幅を有する場合、該ソースオーディオの代わりに、または、該ソースオーディオとの組み合わせで、該ノイズジェネレータから、該二次経路適合的フィルタおよび該ドランスデューサによって再生される該オーディオ信号の中にノイズを注入することにより、該二次経路適合的フィルタに適合することを続けさせ、該処理回路は、該二次経路適合的フィルタの出力に従い、該制御可能なノイズソースを制御する、
    パーソナルオーディオデバイス。
  2. 前記処理回路は、前記二次経路適合的フィルタの出力の振幅を測定し、該二次経路適合的フィルタの出力の振幅が、閾値振幅を超過する場合、前記制御可能なノイズソースを変更する、請求項１に記載のパーソナルオーディオデバイス。
  3. 前記処理回路は、前記二次経路適合的フィルタの出力の振幅が、前記閾値振幅を超過する場合、前記ノイズ信号に適用されるゲインを調節する、請求項２に記載のパーソナルオーディオデバイス。
  4. 前記処理回路は、前記二次経路適合的フィルタの出力の振幅が、前記閾値振幅を超過する場合、前記ノイズ信号の注入を不能にする、請求項２に記載のパーソナルオーディオデバイス。
  5. 前記処理回路は、さらに、前記エラー信号の振幅から前記閾値振幅を決定し、該閾値振幅は、該エラー信号の振幅に従って動的に調節される、請求項２に記載のパーソナルオーディオデバイス。
  6. 前記閾値振幅は、前記エラー信号の振幅より２０ｄＢ低いレベルである、請求項５に記載のパーソナルオーディオデバイス。
  7. 前記処理回路は、前記ソースオーディオの振幅が、閾値振幅より低いことを検出し、該処理回路は、該ソースオーディオの振幅が、該閾値振幅より低い場合、前記制御可能なノイズソースを変更することのみを行う、請求項１に記載のパーソナルオーディオデバイス。
  8. 前記処理回路は、応答を有する適合的フィルタを実装し、該応答は、前記基準信号から、前記リスナによって聞き取られる前記周囲のオーディオサウンドの存在を低減するための前記アンチノイズ信号を生成し、該処理回路は、前記エラー信号および前記基準マイクロフォン信号に従い、該適合的フィルタの該応答を成形する、請求項１に記載のパーソナルオーディオデバイス。
  9. パーソナルオーディオデバイスのトランスデューサの近くにおける周囲のオーディオサウンドをキャンセルする方法であって、該方法は、
    基準マイクロフォン信号を生成するために、基準マイクロフォンを用いて、該周囲のオーディオサウンドの第１の測定を行うことと、
    エラーマイクロフォンを用いて、該トランスデューサの出力および該トランスデューサにおける該周囲のオーディオサウンドの第２の測定を行うことと、
    該第１の測定および該第２の測定の結果から、該トランスデューサの音響出力における該周囲のオーディオサウンドの影響を打ち消すためのアンチノイズ信号を適合的に生成することと、
    該アンチノイズ信号をソースオーディオ信号と組み合わせることにより、該トランスデューサに提供されるオーディオ信号を生成することと、
    二次経路応答により、該ソースオーディオのコピーを成形することと、
    該エラーマイクロフォン信号から、該ソースオーディオのコピーを該成形することの結果を除去することにより、該リスナに送達される該組み合わされたアンチノイズと周囲のオーディオサウンドとを示すエラー信号を生成することと、
    ノイズ信号を生成することと、
    該ソースオーディオが、存在しないか、または、低減された振幅を有する場合、該ソースオーディオの代わりに、または、該ソースオーディオとの組み合わせで、該二次経路適合的フィルタおよび該ドランスデューサによって再生される該オーディオ信号の中に該ノイズ信号を注入することにより、該二次経路適合的フィルタに適合することを続けさせ、該二次経路適合的フィルタの出力に従い、該制御可能なノイズソース（ｎｏｉｓｅ ｓｏｕｒｃｅ）を制御することと
    を含む、方法。
  10. 前記二次経路適合的フィルタの出力の振幅を測定することをさらに含み、該二次経路適合的フィルタの出力の振幅が、閾値振幅を超過する場合、前記制御可能なノイズソースを前記制御することは、該制御可能なノイズソースを調節する、請求項９に記載の方法。
  11. 前記二次経路適合的フィルタの出力の振幅が、前記閾値振幅を超過する場合、前記制御可能なノイズソースを前記制御することは、前記ノイズ信号に適用されるゲインを調節する、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記二次経路適合的フィルタの出力の振幅が、前記閾値振幅を超過する場合、前記制御可能なノイズソースを前記制御することは、前記ノイズ信号の注入を不能にする、請求項１０に記載の方法。
  13. 前記エラー信号の振幅から前記閾値振幅を決定することをさらに含み、該閾値振幅は、該エラー信号の振幅に従って動的に調節される、請求項１０に記載の方法。
  14. 前記閾値振幅は、前記エラー信号の振幅より２０ｄＢ低いレベルである、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記ソースオーディオの振幅が、閾値振幅より低いことを検出することをさらに含み、該ソースオーディオの振幅が、該閾値振幅より低い場合、前記制御可能なノイズソースを前記制御することは、該制御可能なノイズソースを変更することのみを行う、請求項９に記載の方法。
  16. 前記適合的に生成することは、前記リスナによって聞き取られる前記周囲のオーディオサウンドの存在を低減するための前記アンチノイズ信号を生成するために、前記基準マイクロフォンの出力をフィルタリングする適合的フィルタの応答を適合させ、該適合的に生成することは、前記エラー信号および前記基準マイクロフォン信号に従い、該適合的フィルタの該応答を成形する、請求項９に記載の方法。
  17. パーソナルオーディオデバイスの少なくとも一部分を実装するための集積回路であって、該集積回路は、
    リスナへの再生のためのソースオーディオと、トランスデューサの音響出力における周囲のオーディオサウンドの影響を打ち消すためのアンチノイズ信号との両方を含む信号を該トランスデューサに提供するための出力部と、
    該周囲のオーディオサウンドを示す基準マイクロフォン信号を受信するための基準マイクロフォン入力部と、
    該トランスデューサの音響出力および該トランスデューサにおける該周囲のオーディオサウンドを示すエラーマイクロフォン信号を受信するためのエラーマイクロフォン入力部と、
    ノイズ信号を提供するための制御可能なノイズソース（ｎｏｉｓｅ ｓｏｕｒｃｅ）と、
    処理回路であって、該処理回路は、エラー信号および該基準マイクロフォン信号に従い、該基準信号から、該リスナによって聞き取られる該周囲のオーディオサウンドの存在を低減するための該アンチノイズ信号を生成する、処理回路と、
    を備え、該処理回路は、該ソースオーディオを成形する二次経路応答を有する二次経路適合的フィルタと、コンバイナとを実装し、該コンバイナは、該エラー信号を提供するために、該エラーマイクロフォン信号から該ソースオーディオを除去し、該処理回路は、該ソースオーディオが、存在しないか、または、低減された振幅を有する場合、該ソースオーディオの代わりに、または、該ソースオーディオとの組み合わせで、該ノイズジェネレータから、該二次経路適合的フィルタおよび該ドランスデューサによって再生される該オーディオ信号の中にノイズを注入することにより、該二次経路適合的フィルタに適合することを続けさせ、該処理回路は、該二次経路適合的フィルタの出力に従い、該制御可能なノイズソースを制御する、
    集積回路。
  18. 前記処理回路は、前記二次経路適合的フィルタの出力の振幅を測定し、該二次経路適合的フィルタの出力の振幅が、閾値振幅を超過する場合、前記制御可能なノイズソースを変更する、請求項１７に記載の集積回路。
  19. 前記処理回路は、前記二次経路適合的フィルタの出力の振幅が、前記閾値振幅を超過する場合、前記ノイズ信号に適用されるゲインを調節する、請求項１８に記載の集積回路。
  20. 前記処理回路は、前記二次経路適合的フィルタの出力の振幅が、前記閾値振幅を超過する場合、前記ノイズ信号の注入を不能にする、請求項１８に記載の集積回路。
  21. 前記処理回路は、さらに、前記エラー信号の振幅から前記閾値振幅を決定し、該閾値振幅は、該エラー信号の振幅に従って動的に調節される、請求項１８に記載の集積回路。
  22. 前記閾値振幅は、前記エラー信号の振幅より２０ｄＢ低いレベルである、請求項２１に記載の集積回路。
  23. 前記処理回路は、前記ソースオーディオの振幅が、閾値振幅より低いことを検出し、該処理回路は、該ソースオーディオの振幅が、該閾値振幅より低い場合、前記制御可能なノイズソースを変更することのみを行う、請求項１７に記載の集積回路。
  24. 前記処理回路は、応答を有する適合的フィルタを実装し、該応答は、前記基準信号から、前記リスナによって聞き取られる前記周囲のオーディオサウンドの存在を低減するための前記アンチノイズ信号を生成し、該処理回路は、前記エラー信号および前記基準マイクロフォン信号に従い、該適合的フィルタの該応答を成形する、請求項１７に記載の集積回路。
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