JP2022048107A - ロバストな適応ノイズキャンセリングシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2018年12月19日に出願された「ロバストな適応ノイズキャンセリングシステムおよび方法(ROBUST ADAPTIVE NOISE CANCELLING SYSTEMS AND METHODS)」と題された米国仮出願第62/782,299号、2018年12月19日に出願された「適応ノイズキャンセリングシステムにおけるノイズ増幅制御(NOISE AMPLIFICATION CONTROL IN ADAPTIVE NOISE CANCELLING SYSTEMS)」と題された米国仮出願第62/782,305号、および2018年12月19日に出願された「拡張帯域幅適応ノイズキャンセリングシステムおよび方法(EXTENDED BANDWIDTH ADAPTIVE NOISE CANCELLING SYSTEM AND METHODS)」と題された米国仮出願第62/782,312号の優先権および利益を主
張し、これらの各々は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、一般に、ノイズキャンセリングシステムおよび方法に関し、より具体的には、例えば、ヘッドフォン(例えば、オーバーイヤー型、オンイヤー型およびインイヤー型)、イヤホン、補聴器、および他のパーソナルリスニングデバイスにおいて用いるための適応ノイズキャンセリングシステムならびに方法に関する。
適応ノイズキャンセル(ANC)システムは、一般に、基準マイクロフォンを介してノイズを感知し、感知されたノイズと大きさがほぼ等しいが位相が逆である対応するアンチノイズ信号を生成することによって、動作する。ノイズとアンチノイズ信号とは音響的に打ち消し合い、ユーザは所望の音声信号のみを聞くことができる。この効果を達成するために、基準マイクロフォンからアンチノイズ信号を出力するスピーカまでの、低レイテンシで、プログラム可能なフィルタ経路が実現され得る。動作中、従来のアンチノイズフィルタリングシステムは、すべてのノイズを完全には打ち消さず、残留ノイズを残し、および/またはユーザの気を散らし得る可聴アーチファクトを発生させる。したがって、ヘッドフォン、イアバッド、および他のパーソナルリスニングデバイスのための改善された適応ノイズキャンセルシステムならびに方法が引き続き必要とされている。
オーディオリスニングデバイスにおいて適応ノイズキャンセルを提供するためのシステムおよび方法が開示される。さまざまな実施形態において、適応ノイズキャンセルシステムおよび方法は、改善された過渡アクティブノイズ検出を含む。
本開示の局面およびそれらの利点は、以下の図面および以下の詳細な説明を参照することによって、よりよく理解することができる。当然のことながら、図面のうちの1つまたは複数に示される同様の要素を識別するために同様の参照番号が用いられ、その中の表示は、本開示の実施形態を例示する目的のためのものであり、本開示を限定するためのものではないことが理解されるべきである。図面中の構成要素は必ずしも縮尺通りではなく、代わりに、本開示の原理を明確に示すことに重点が置かれる。
さまざまな実施形態によれば、改善された適応ノイズキャンセル(ANC)システムおよび方法が開示される。ヘッドセットまたは他のパーソナルリスニングデバイスのためのANCシステムは、環境ノイズを感知するためのノイズ感知基準マイクロフォンと、ANCデバイスによって生成されるノイズとアンチノイズとの音響混合を感知するための誤差マイクロフォンと、環境ノイズを打ち消すためにアンチノイズを生成する信号処理サブシステムとを含むことができる。信号処理サブシステムは、ユーザ、環境ノイズ条件、およびデバイスユニットにわたって一貫したキャンセル性能を達成するためにアンチノイズ信号を継続的に調整するように構成され得る。さまざまな実施形態において、本明細書に開示される適応システムおよび方法は、環境ノイズの打消しを改善し、知覚可能な適応アーチファクトを低減する。
。多くの適応ノイズキャンセルシステムの目的は、聴き手の鼓膜におけるノイズを推定することである。これは、しばしば、鼓膜から短い距離に位置する基準マイクロフォンおよび誤差マイクロフォンからのノイズ測定値を用いることによって達成される。次いで、推定されたノイズは、実際のノイズと弱め合うように干渉し、ノイズの打ち消しをもたらすアンチノイズ信号に反転される。アンチノイズ信号は、アンチノイズをノイズと整列させるために各周波数について振幅および位相シフトを推定するように適合するフィルタを用いて生成される。レイテンシおよび問題の物理的伝達関数に依存して、弱め合う干渉は、特定の帯域幅において維持され得る一方で、強めあう干渉は、これらの帯域幅を超えて経験され得る。この強めあう干渉は、聴き手によって、周囲ノイズの狭帯域増幅(例えば、「ヒス」音)として知覚され得る。打消しの深さおよび帯域幅を犠牲にすることなく「ヒス」音を低減または除去することは、多くのANC製品設計において課題である。従来の低電力組込みシステム(例えば、消費者ヘッドフォン)では、ヒスの低減は、計算上禁止的であり、制御および整調が困難である。
号y’(n)である。いくつかの実施形態では、重み更新規則は、NAC320によって勾配法に基づいて導出される。本方法の実施形態は、フィルタリングされた最小平均二乗手法、適応フィードバック、適応ハイブリッド手法、および他のノイズキャンセル手法に適用することができる。さまざまな実施形態において、適応は、コスト関数最適化を規定し、それを達成することができる適応アルゴリズムを導出することによって、ノイズ増幅を最小化する方法で、制御される。
RP信号を最小化することを試みる。従来の手法では、ERPからDRPへの伝達関数を用いる適応アルゴリズムが用いられる。これらの手法は、伝達関数推定が高周波数では不正確であり、低い推定精度が広帯域キャンセル性能に影響を及ぼし、一時的なヒスレベル、高い計算コスト、およびすべての使用条件について整調および較正の困難を引き起こし得、多くのデバイスにとって展開を非実用的にすることを含む、多くの欠点を有する。図4A~図4Bの実施形態は、従来のシステムの欠点の多くを克服し、例えばシステム設計中に特定の伝達関数を測定することによって整調が容易であり、自己較正する、計算が安価な手法を提供する。
に、プログラム可能な期間の間持続させる。
以下、本開示のさまざまな実施形態について説明する。1つまたは複数の実施形態では、ロバストな適応ノイズキャンセルシステムは、環境ノイズを感知し、対応する基準信号を生成するように動作可能な基準センサと、ノイズキャンセルゾーンにおいてノイズを感知し、対応する誤差信号を生成するように動作可能な誤差センサと、基準信号を受信し、アンチノイズ信号を生成して、キャンセルゾーン内において環境ノイズを打ち消すように動作可能なノイズキャンセルフィルタと、基準信号および誤差信号を受信し、アンチノイズ信号を適応的に調整するように動作可能な適応モジュールと、基準信号を受信し、過渡ノイズ事象を検出し、検出された過渡ノイズ事象の間、適応モジュールを選択的に無効化するように動作可能な過渡活動検出モジュールとを備える。
ーリングされた平均的なノイズの大きさは、プログラム可能なスケールファクタを平均的なノイズの大きさに適用することによって導出され得る。
誤差信号を規定するように動作可能である。ノイズ整形フィルタは、動作中に適応的に時限式であってもよく、および/または重み更新規則は、勾配を用いて導出される。
積極性を制御する定数であり、e1(n)は、ノイズ整形されたアンチノイズ信号y’(n)である。過渡活動検出モジュールは、上記基準信号を受信し、過渡ノイズ事象を検出し、検出された上記過渡ノイズ事象の間、上記適応モジュールを選択的に無効化するよう設けられてもよい。上記ノイズキャンセルフィルタは、さらに、記憶されたフィルタ係数に従って上記アンチノイズ信号を生成するように動作可能であってもよく、上記適応モジュールは、さらに、上記記憶されたフィルタ係数を修正するように動作可能である。システムは、さらに、上記アンチノイズ信号を受信し、アンチノイズを生成して、キャンセルゾーン内のノイズを打ち消すように動作可能なスピーカを含んでもよい。
待演算子であり、γは、積極性を制御する定数であり、e1(n)は、ノイズ整形されたアンチノイズ信号y’(n)である。重み更新規則は、勾配を用いて導出されてもよい。
ることをさらに含む。
法は、プログラム可能なフィルタを用いて上記適応利得制御プロセスへの入力を調節して、上記外部ノイズにおける低周波数の過渡変化および/または高周波数のディストラクタから保護することをさらに含み、調節することは、キャンセルゾーンと鼓膜基準点との間に強め合う干渉を生じさせる範囲にあると判定された高周波数を低域通過フィルタリングにより除去することをさらに含み、および/または調節することは、ユーザが聞こえない範囲にあると判定された低周波数を高域通過フィルタリングにより除去することをさらに含む。
Claims (59)
- 適応ノイズキャンセルシステムであって、
環境ノイズを感知し、対応する基準信号を生成するように動作可能な基準センサと、
ノイズキャンセルゾーンにおいてノイズを感知し、対応する誤差信号を生成するように動作可能な誤差センサと、
前記基準信号を受信し、アンチノイズ信号を生成して、前記キャンセルゾーンにおいて前記環境ノイズを打ち消すように動作可能なノイズキャンセルフィルタと、
前記基準信号および前記誤差信号を受信し、前記アンチノイズ信号を適応的に調整するように動作可能な適応モジュールと、
前記基準信号を受信し、過渡ノイズ事象を検出し、検出された前記過渡ノイズ事象の間、前記適応モジュールを選択的に無効化するように動作可能な過渡活動検出モジュールとを備える、適応ノイズキャンセルシステム。 - 前記過渡ノイズ事象は、前記適応ノイズキャンセルシステムのオペレータが話すこと含む、請求項1に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記過渡活動検出モジュールは、前記過渡ノイズ事象を検出し、状態コマンドを前記適応モジュールに送信するように動作可能な状態機械を含み、前記適応モジュールは、前記状態コマンドを受信し、それに従って適応を有効化および/または無効化するように動作可能である、請求項1に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記過渡ノイズ事象は、受信信号の平滑化された瞬間的な大きさが前記受信信号のスケーリングされた平均的なノイズの大きさよりも大きい場合に検出される、請求項3に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記過渡ノイズ事象の終了が検出された後、適応を有効化にする前に遅延が適用される、請求項4に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記過渡ノイズ事象の終了は、前記平滑化された瞬間的な大きさが前記スケーリングされた平均的なノイズの大きさを下回るときに検出される、請求項5に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記スケーリングされた平均的なノイズの大きさは、プログラム可能なスケールファクタを前記平均的なノイズの大きさに適用することによって導出される、請求項6記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記ノイズキャンセルフィルタは、さらに、記憶されたフィルタ係数に従って前記アンチノイズ信号を生成するように動作可能であり、前記適応モジュールは、さらに、前記記憶されたフィルタ係数を修正するように動作可能である、請求項1に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記アンチノイズ信号を受信し、アンチノイズを生成して、キャンセルゾーン内のノイズを打ち消すように動作可能なスピーカをさらに備える、請求項1に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記適応モジュールは、ノイズ増幅制御サブシステムをさらに含む、請求項1に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記適応モジュールは、適応利得制御サブシステムをさらに含む、請求項1に記載の適
応ノイズキャンセルシステム。 - アクティブノイズキャンセルのための方法であって、
外部ノイズを表す基準信号を第1のセンサから受信することと、
ノイズキャンセルフィルタを介して前記基準信号を処理してアンチノイズ信号を生成することと、
前記アンチノイズ信号をスピーカに出力することと、
第2のセンサから、ノイズキャンセルゾーンにおけるノイズを表す誤差信号を受信することと、
前記基準信号、誤差信号および過渡ノイズ検出状態に応じて前記ノイズキャンセルフィルタを適応的に調整することと、
過渡ノイズ事象を検出し、前記過渡ノイズ検出状態を選択的に設定して、前記ノイズキャンセルを適応的に調整することを、それぞれ有効化および無効化することとを含む、方法。 - 前記過渡ノイズ事象は、ユーザが話すことを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記過渡ノイズ検出状態を選択的に設定することは、状態コマンドを送信することを含み、前記ノイズキャンセルフィルタを適応的に調整することは、前記状態コマンドを受信し、前記状態コマンドに従って、適応を、それぞれ有効化および無効化することをさらに含む、請求項12に記載の方法。
- 前記過渡ノイズ事象を検出することは、受信信号の平滑化された瞬間的な大きさを前記受信信号のスケーリングされた平均的なノイズの大きさと比較することを含む、請求項14に記載の方法。
- 前記過渡ノイズ事象の終了が検出された後、適応を有効化にする前に遅延が適用される、請求項15に記載の方法。
- 前記過渡ノイズ事象の終了は、前記平滑化された瞬間的な大きさが前記スケーリングされた平均的なノイズの大きさを下回るときに検出される、請求項16に記載の方法。
- 前記スケーリングされた平均的なノイズの大きさは、プログラム可能なスケールファクタを前記平均的なノイズの大きさに適用することによって導出される、請求項17に記載の方法。
- 前記ノイズキャンセルフィルタを適応的に調整することは、ノイズ増幅制御プロセスを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記ノイズキャンセルフィルタを適応的に調整することは、適応利得制御プロセスを含む、請求項12に記載の方法。
- 適応ノイズキャンセルシステムであって、
環境ノイズを感知し、対応する基準信号を生成するように動作可能な基準センサと、
ノイズキャンセルゾーンにおいてノイズを感知し、対応する誤差信号を生成するように動作可能な誤差センサと、
前記基準信号を受信し、アンチノイズ信号を生成して、前記キャンセルゾーンにおいて前記環境ノイズを打ち消すように動作可能なノイズキャンセルフィルタと、
前記基準信号および前記誤差信号を受信し、前記アンチノイズ信号を適応的に調整するように動作可能な適応モジュールとを備え、
前記適応モジュールは、前記アンチノイズ信号の非ヒス領域におけるキャンセルを達成しながら、前記アンチノイズ信号の少なくとも1つのヒス領域においてノイズ増幅を適応的に制御するように動作可能なノイズ増幅制御モジュールを含む、適応ノイズキャンセルシステム。 - 前記アンチノイズ信号の前記ヒス領域は、前記環境ノイズと前記アンチノイズ信号との間の強めあう干渉が検出される周波数帯域幅を含む、請求項21に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記ノイズ増幅制御モジュールは、ノイズ整形フィルタを組み込み、前記ノイズキャンセルフィルタのための新たな重み更新規則を導出する複合誤差信号を規定するように動作可能である、請求項21に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記ノイズ増幅制御モジュールは、最小平均二乗アルゴリズムを用いて新たな重み更新規則を導出するように動作可能である、請求項23記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記ノイズ整形フィルタは、動作中に適応的に整調される、請求項23記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記重み更新規則は、勾配を用いて導出される、請求項23記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記基準信号を受信し、過渡ノイズ事象を検出し、検出された前記過渡ノイズ事象の間、前記適応モジュールを選択的に無効化するように動作可能な過渡活動検出モジュールをさらに含む、請求項21に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記ノイズキャンセルフィルタは、さらに、記憶されたフィルタ係数に従って前記アンチノイズ信号を生成するように動作可能であり、前記適応モジュールは、さらに、前記記憶されたフィルタ係数を修正するように動作可能である、請求項21に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記アンチノイズ信号を受信し、アンチノイズを生成して、キャンセルゾーン内のノイズを打ち消すように動作可能なスピーカをさらに備える、請求項21に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 方法であって、
外部ノイズを表す基準信号を第1のセンサから受信することと、
ノイズキャンセルフィルタを介して前記基準信号を処理してアンチノイズ信号を生成することと、
前記アンチノイズ信号をスピーカに出力することと、
誤差センサから、ノイズキャンセルゾーン内のノイズを表す誤差信号を受信することと、
前記基準信号、前記誤差信号およびノイズ増幅制御プロセスに応じて、前記ノイズキャンセルフィルタを適応的に調整することとを含み、
前記ノイズ増幅制御プロセスは、前記アンチノイズ信号の非ヒス領域におけるキャンセルを達成しながら、前記アンチノイズ信号の少なくとも1つのヒス領域においてノイズ増幅を適応的に制御することを含む、方法。 - 前記アンチノイズ信号の前記ヒス領域は、前記環境ノイズと前記アンチノイズ信号との間の強めあう干渉が検出される周波数帯域幅を含む、請求項31に記載の方法。
- 前記ノイズ増幅制御プロセスは、ノイズ整形フィルタを組み込む複合誤差信号を規定し、前記ノイズキャンセルフィルタのために新たな重み更新規則を導出することをさらに含む、請求項31に記載の方法。
- 前記ノイズ増幅制御プロセスは、最小平均二乗アルゴリズムを用いて新たな重み更新規則を導出することをさらに含む、請求項33に記載の方法。
- 前記ノイズ増幅制御プロセスは、動作中に前記ノイズ整形フィルタを適応的に整調することをさらに含む、請求項33に記載の方法。
- 前記重み更新規則は、勾配を用いて導出される、請求項33に記載の方法。
- 過渡ノイズ事象を検出し、過渡ノイズ検出状態を選択的に設定して、前記ノイズキャンセルフィルタを適応的に調整することを、それぞれ、有効化および無効化することをさらに含む、請求項31に記載の方法。
- 記憶されたフィルタ係数に従って前記アンチノイズ信号を生成することをさらに含む、請求項31に記載の方法。
- 適応ノイズキャンセルシステムであって、
環境ノイズを感知し、対応する基準信号を生成するように動作可能な基準センサと、
ノイズキャンセルゾーンにおいてノイズを感知し、対応する誤差信号を生成するように動作可能な誤差センサと、
ノイズキャンセルフィルタおよび可変利得成分を含むノイズキャンセル経路とを備え、前記ノイズキャンセル経路は、前記基準信号を受信し、アンチノイズ信号を生成して、鼓膜基準点において前記環境ノイズを打ち消すように動作可能であって、前記適応ノイズキャンセルシステムはさらに、
前記基準信号および前記誤差信号を受信し、前記ノイズキャンセルフィルタおよび/または前記可変利得成分の重みを適応的に調整するように動作可能な適応モジュールを備え、
前記適応モジュールは、前記可変利得成分を更新するように動作可能な適応利得制御ブロックを含む、適応ノイズキャンセルシステム。 - 前記適応利得制御ブロックへの入力は、前記環境ノイズにおける低周波数の過渡変化および/または高周波数のディストラクタから保護するように動作可能なプログラム可能なフィルタを用いて調節される、請求項40に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記プログラム可能なフィルタは、前記キャンセルゾーンと前記鼓膜基準点との間に強め合う干渉を生じさせる範囲にあると判定された高周波をフィルタリングして除去するローパスフィルタを含む、請求項41に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記プログラム可能なフィルタは、前記ノイズキャンセルシステムのユーザによって聞こえない範囲にあると判定された低周波数をフィルタリングして除去するハイパスフィルタを含む、請求項41に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記適応モジュールは、前記ノイズキャンセルゾーンにおいて感知された前記誤差信号を用いて、前記鼓膜基準点においてノイズを打ち消すように整調される、請求項40に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記適応モジュールは、前記アンチノイズ信号の非ヒス領域におけるキャンセルを達成しながら、前記アンチノイズ信号の少なくとも1つのヒス領域においてノイズ増幅を適応的に制御するように動作可能なノイズ増幅制御モジュールをさらに含む、請求項40に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記アンチノイズ信号の前記ヒス領域は、前記環境ノイズと前記アンチノイズ信号との間の強めあう干渉が検出される周波数帯域幅を含む、請求項45に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記基準信号を受信し、過渡ノイズ事象を検出し、検出された前記過渡ノイズ事象の間、前記適応モジュールを選択的に無効化するように動作可能な過渡活動検出モジュールをさらに含む、請求項40に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記ノイズキャンセルフィルタは、さらに、記憶されたフィルタ係数に従って前記アンチノイズ信号を生成するように動作可能であり、前記適応モジュールは、さらに、前記記憶されたフィルタ係数を修正するように動作可能である、請求項40に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 前記アンチノイズ信号を受信し、アンチノイズを生成して、キャンセルゾーン内のノイズを打ち消すように動作可能なスピーカをさらに備える、請求項40に記載の適応ノイズキャンセルシステム。
- 方法であって、
外部ノイズを表す基準信号を第1のセンサから受信することと、
ノイズキャンセルフィルタおよび可変利得成分を含むノイズキャンセル経路を通じて前記基準信号を処理して、アンチノイズ信号を生成することと、
第2のセンサから、ノイズキャンセルゾーンにおけるノイズを表す誤差信号を受信することと、
前記基準信号と前記誤差信号と適応利得制御プロセスとに応じて前記ノイズキャンセルフィルタを適応的に調整して、前記外部ノイズを鼓膜基準点において打ち消すこととを含む、方法。 - プログラム可能なフィルタを用いて前記適応利得制御プロセスへの入力を調節して、前記外部ノイズにおける低周波数の過渡変化および/または高周波数のディストラクタから保護することをさらに含む、請求項50に記載の方法。
- 前記調節することは、前記キャンセルゾーンと前記鼓膜基準点との間に強め合う干渉を生じさせる範囲にあると判定された高周波を低域通過フィルタリングにより除去することをさらに含む、請求項51に記載の方法。
- 前記調節することは、ユーザが聞こえない範囲にあると判定された低周波数を高域通過フィルタリングにより除去することをさらに含む、請求項52に記載の方法。
- 前記ノイズキャンセルゾーンにおいて感知された前記誤差信号を用いて、前記鼓膜基準点においてノイズを打ち消すように前記ノイズキャンセル経路を整調することをさらに含む、請求項50に記載の方法。
- 前記アンチノイズ信号の非ヒス領域におけるキャンセルを達成しながら、前記アンチノイズ信号の少なくとも1つのヒス領域においてノイズ増幅を適応的に制御することを含むノイズ増幅制御プロセスをさらに含む、請求項50に記載の方法。
- 前記アンチノイズ信号の前記ヒス領域は、前記外部ノイズと前記アンチノイズ信号との間の強めあう干渉が検出される周波数帯域幅を含む、請求項55に記載の方法。
- 前記基準信号を受信し、過渡ノイズ事象を検出し、検出された前記過渡ノイズ事象の間、前記ノイズキャンセルフィルタを適応的に調整することを選択的に無効化する過渡活動検出プロセスをさらに含む、請求項50に記載の方法。
- 記憶されたフィルタ係数に従って前記アンチノイズ信号を生成することと、前記記憶されたフィルタ係数を動作中に適応的に修正することとをさらに含む、請求項50に記載の方法。
- 前記アンチノイズ信号をスピーカに出力してアンチノイズを発生させて、キャンセルゾーン内のノイズを打ち消すことをさらに含む、請求項50に記載の方法。
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