JP2022502687A - 能動ノイズ制御システムの自動較正 - Google Patents

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Abstract

耳装置のフィードバックに基づくノイズキャンセルシステムを構成する方法は、前記耳装置の測定された機械応答を取得するステップと、参照機械応答値を取得するステップと、前記参照機械応答値と前記測定された機械応答に対応する値との間の機械応答変異を決定するステップと、を含んでよい。前記方法は、前記耳装置の測定されたカプラ応答を取得するステップと、参照カプラ応答値を取得するステップと、前記参照カプラ応答値と前記測定されたカプラ応答に対応する値との間のカプラ応答変異を決定するステップと、を含んでよい。前記方法は、前記機械応答変異及び前記カプラ応答変異に少なくとも部分的に基づき、マイクロフォン信号利得補正係数を決定するステップと、前記フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムのフィードバックループに入力される耳装置マイクロフォン信号に、前記マイクロフォン信号利得補正係数を適用するステップと、を含んでよい。

Description

[関連出願]
本願は、米国仮特許出願番号第62/713,643号、2018年8月2日出願、及び米国仮特許出願番号第62/857,751号、2019年6月5日出願の優先権を主張する。両出願は、参照によりその全体がここに組み込まれる。
[技術分野]
本開示は、音響データの処理に関する。特に、本開示は、フィードバックに基づく能動ノイズ制御(Active Noise Control (ANC))システムの較正に関する。
ヘッドホン及びイヤホン(又はカナル型(in−ear)ヘッドホン)のような音響装置の使用は、非常に一般的になってきている。このような音響装置は、本願明細書で「耳装置」と呼ばれ得る。幾つかの耳装置は、フィードバックに基づくANCシステムを実装可能である。ANCシステムは、不要な音を打ち消すよう特に設計された第2の音を追加することにより、本願明細書では「外乱(disturbance)」と呼ばれ得る不要な音を低減することができる。第2の音は、外乱の逆位相表現であってよい。現在展開されているANCシステムは、満足のいく性能を提供できるが、改良されたANCシステムを有する音響装置を提供することは有利であろう。
幾つかの開示される実装は、イヤホン又はヘッドホンのような耳装置のフィードバックに基づくノイズキャンセルシステムを較正する方法を含む。このような較正方法は、例えば、耳装置を製造する処理の部分として実施されてよい。
幾つかのこのような実装は、耳装置の測定された機械応答を取得するステップを含む。例えば、このような実装は、試験用治具から測定された機械応答を取得するステップを含んでよい。測定された機械応答は、スピーカドライバ及び耳装置マイクロフォンを含む耳装置の回路及び音響応答を含んでよい。幾つかのこのような実装は、参照機械応答値を取得するステップを含んでよい。参照機械応答値は、例えば、複数の耳装置の応答に基づいてよく、本願明細書に開示される方法に従う特定の耳装置の較正の前に取得されてよい。このような例は、参照機械応答値と測定された機械応答に対応する値との間の機械応答変異を決定するステップを含んでよい。
幾つかのこのような例は、耳装置の測定されたカプラ応答を取得するステップを含む。測定されたカプラ応答は、スピーカドライバに関連する回路及び音響応答を含む、スピーカドライバから試験用治具マイクロフォンまでの応答を含んでよい。幾つかのこのような例は、参照カプラ応答値を取得するステップを含んでよい。参照カプラ応答値は、本願明細書に開示される方法に従う特定の耳装置の較正の前に取得されてよい。このような例は、参照カプラ応答値と測定されたカプラ応答に対応する値との間のカプラ応答変異を決定するステップを含んでよい。
幾つかの実装は、機械応答変異及びカプラ応答変異に少なくとも部分的に基づき、耳装置のマイクロフォンの変異を補償するために、マイクロフォン信号利得補正係数を決定するステップを含んでよい。幾つかのこのような実装は、フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムのフィードバックループに入力される耳装置マイクロフォン信号に、マイクロフォン信号利得補正係数を適用するステップを含んでよい。
幾つかの開示される実装は、潜在的な利点を有する。幾つかの例では、耳装置の1つ以上のコンポーネントは、例えば許容波にないで変動する特性を有してよい。このようなコンポーネントは、スピーカドライバ及びマイクロフォンを含んでよい。このようなコンポーネントの変動をユニット毎に考慮することは、耳装置の提供するANCの量を向上できる。幾つかの実装は、耳装置毎に測定された変異を考慮する、耳装置のフィードバックに基づくノイズキャンセルシステムを較正する自動処理を提供し得る。幾つかのこのような実装は、各耳装置のスピーカドライバ、マイクロフォン、及び/又は他のコンポーネントのようなコンポーネントの測定された周波数依存変異を考慮することにより、耳装置のフィードバックに基づくノイズキャンセルシステムを較正するステップを含む。このような実装は、ANCが有向である周波数範囲全体を調整することを含む較正方法と比べて、利点をもたらすことができる。幾つかのこのような実装は、ANCシステムがその指定された動作許容範囲内で動作すること、及びこれらの許容範囲が最小化され又は縮小され得ることを保証し得る。
本願明細書に記載の主題の1つ以上の実装の詳細は、添付の図面及び以下の説明において説明される。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかになる。以下の図面の相対的寸法は縮尺通りに描かれないことがある。
一例によるANCシステムのブロックを示す。 本開示の種々の態様を実装可能な機器のコンポーネントの例を示すブロック図である。 図2に示したような機器により実行され得る方法の一例の概要を示すフロー図である。 一例によるANCシステム及び試験用治具のブロックを示す。 試験用治具に取り付けられる耳装置の一例を示す。
種々の図面において類似する番号および指示は、同様の要素示す。
以下の説明は、本開示の幾つかの新規な態様、および該新規な態様の実装され得るコンテキストの例を説明することを目的として、特定の実装を対象とする。しかしながら、本願明細書における教示は、種々の異なる方法で適用できる。例えば、種々の実装が特定の用途及び環境の観点で記載されるが、本願明細書の教示は,他の知られている用途及び環境に広く適用可能である。更に、記載される実装は、少なくとも部分的に、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、クラウドに基づくシステム、等のような種々の装置及びシステム内に実装されてよい。したがって、本開示の教示は、本願明細書に図示されたおよび/または記載された実装に限定されず、むしろ広範な適用可能性を有する。
種々の開示される実装は、ヘッドホン及びイヤホンのような耳装置の能動ノイズ制御(active noise control (ANC))方法を含む。幾つかのこのような方法は、高忠実度ヘッドホン及びイヤホンの用途に適するフィードバックに基づくANC方法である。これらの装置は、メディア音声入力信号を組み込む。
図1は、一例によるANCシステムのブロックを示す。幾つかのこのような実装によると、図1のブロックは、図2を参照して後述するような制御システムにより実装されてよい。制御システムは、耳装置の制御システムであってよく又はそれを含んでよい。例えば、図1のブロックは、特にANC逆位相信号及びメディア出力信号を生成することを目的とする高速アナログ−デジタル(analog−to−digital (ADC))及びデジタル−アナログ(digital−to−analog (DAC))変換器を組み込むデジタル集積回路上に実装されてよい。しかしながら、他の例では、本願明細書に開示されるANC方法は、他のハードウェア及び/又はソフトウェアにより実装されてよい。本例では、単一のヘッドホンのイヤカップまたは単一のイヤホンのような耳装置の単一の例のANCシステムのブロックのみが図1に示される。本例によると、耳装置の対応する例(例えば、反対側のいやカップ又は他方のイヤホン)は、同一のANCシステム100を含む。
図1に示される大文字の変数は、それらの現れるブロックの伝達関数を表す。一方で、小文字の変数は、広帯域利得較正項を表す。機械ブロック120は、ドライバ125(これは、本願明細書で「スピーカ」又は「トランスデューサ」とも呼ばれてよい)と、本例では内部マイクロフォンであるマイクロフォン130とを含む。本例では、機械ブロック120は、図1に示されない、ドライバ125のためのデジタル−アナログ変換器(DAC)及びマイクロフォン130のためのアナログ−デジタル変換器(ADC)を含む関連する回路も含む。従って、機械応答(plant response)Pは、DAC及びADCを含む、ドライバからマイクロフォンまでの電気−音響パスの応答を含む。
内部マイクロフォン130は、ドライバ125と耳装置を装着している人の耳との間の電気−音響パスにおける音圧を検知する。この電気−音響パスの中では、外乱dを中和するために音響ノイズキャンセルが通常適用される。
本実装によると、制御フィルタ115は、メディア入力105から来る信号、及び内部マイクロフォン130により提供されるフィードバック信号135を、スペクトル成形するよう構成される。制御フィルタ115の伝達関数Wは、このスペクトル成形を提供する。本例では、制御フィルタ115は、静的(非能動)制御フィルタである。しかしながら、他の実施形態では、制御フィルタ115は、適応型制御フィルタであってよい。
本例では、ANCシステム100は、自身の入力としてメディア入力105を取り入れ、自身の出力を加算ブロック117へ向けるメディアフィルタ110を更に含む。本例では、メディア入力105がメディアフィルタ110に提供される前に、利得mがメディア入力105に提供される。メディアフィルタ110の伝達関数Bは、スペクトル成形を提供する。加算ブロック117は、制御フィルタ110及びメディアフィルタ110の出力を加算し、加算信号119をドライバ125に提供する。
このANCシステムにおける利点の2つの重要な形態がある。1つ目は除去(rejection)応答であり、外乱dから出力eへの伝達関数として測定される。このうち後者は、図1に要素140として示される。2つ目はメディア応答であり、メディア入力105から出力eへの伝達関数として測定される。
利点のうちの1つ目の形態の分析について、システムは、ドライバからの外乱(本例ではd’として参照される)の逆位相表現を環境からの実際の外乱dと加算することにより、音響キャンセルを達成する。十分に低い周波数では、d=d’と想定できるが、より高い周波数では、この同一性は保証されない。従って、このようなフィードバックANCシステムは、音響チャネル内のノイズを減衰するそれらの能力の観点で、帯域制限される。ANCキャンセルのこの上限をキャンセル帯域と定義し、fBWと呼ぶ。fBWより高い周波数では、(高品質ヘッドホンのパディングにより提供できるような)受動的絶縁が、これらのより高い周波数において減衰を提供できる。
周波数に渡る環境雑音のほぼ均一な減衰を有することが望ましい。ここで、低周波数で(例えば、1kHzより低いfBWで)、ANCは、減衰の大部分を提供でき、fBWより高い周波数では、受動減衰が外部雑音に対する減衰を提供できる。図1に示す例は、フィードバックに基づくシステムなので、フィードバックループを介して到来する信号119は、理想的に等しいが、fBWより下では逆位相である。除去応答は、対数振幅特性、20*log10(Hrej(jw))、単位デシベル(dB)で測定できる。Hrejは以下の通り定義され得る:
Figure 2022502687
式1で、gは、(図1に示されるような)マイクロフォン130からの信号135に適用される利得を表し、Pは、機械ブロック120の伝達関数を表す。利得gは、マイクロフォン130の感度の変異を保証することに関連する利得であると考えられてよい。W’は、以下のように表すことができる:
W’=tW 式2
式2で、tは、(図1に示されるような)制御フィルタ115に適用される利得を表す。利得tは、スピーカドライバ125の変異を補償するための制御フィルタ利得値であると考えられてよい。Wは、制御フィルタ115の伝達関数を表す。
除去の量を最大化することが望ましいので、Hrejを最大減衰に向けて駆動するために、利得係数gが実行可能な限り開ループ応答PW’を引き上げることが望ましい。しかしながら、1つの制約は、任意の複素周波数でre{gPW’}=−1の場合、システムは不安定になることである。複素周波数領域の開ループ応答の安定性を保証するために、gPW’>−1.0+0j、j=√(−1)、であることが重要である。複素開ループ応答に対してナイキスト(Nyquist)分析を実行することにより、安定性を分析できる。ここでは、制御フィルタ係数W’及び機械応答Pの測定が必要なだけである。Wは、制御フィルタ115の伝達関数であり、望ましくは、ドライバ125の後に、音響信号加算結合において、逆位相信号が存在するよう設計される。これは、目的関数PW=−1に向けてWを設計することにより実現され得る。従って、Wは、理想的には、Pの大きさの逆数であるが、fBWより上のループクロージャ(loop closure)を達成するために適用される低域通過応答を有する。
特にメディアパスに適用される振幅応答である2つ目の形態の分析では、例えば以下のように代数の方法で、メディア応答Hを表すことができる:
Figure 2022502687
式3で、Bは、メディア音声のドライバへの直接通過のための高域通過フィルタを表す。Hpassthruは、メディアフィルタ110及び機械ブロック120を含むパスに沿った応答を表す。一方、Hclosed_loopは、制御フィルタ115及び機械ブロック120を含むパスに沿った応答を表す。B及びANC閉ループ応答Hclosed_loopとの組み合わせは、本例においてメディア信号に適用される全体応答を提供する。
多くの例において、Hの閉ループ応答部分は、低周波数におけるノイズを取り消すために機能するだけなので、幾つかの例によると、W、制御フィルタ115の伝達関数は、一般に、低域通過であるよう設計されてよい。このような例では、Hclosed_loopも低域通過であり得る。従って、幾つかのこのような例によると、Bは、低域通過Hclosed_loop応答に対して補足的高域通過として機能するよう設計されてよい。その結果、Hは、メディアパス信号に適用されるとき、ほぼ平坦な周波数応答を有する。幾つかのこのような実装では、メディアパスの目標応答から除去したい残りの平坦ではない特徴は、メディアパスにのみ追加のアップストリームフィルタを適用することにより解決され得る。このアップストリームフィルタは、Hの中の平坦ではない応答を補償する。
本開示の幾つかの新規な態様は、図1の利得値t、g、及びmの計算に関連する。本願明細書の文脈では、t、g、及びmは、全部、対数値に基づく。tの対数値は、それらのスケーリングする音響サンプルに適用される前に、式tlin=10t/20により、線形値に変換され得る。利得g及びmの対数値は、対応する式により線形値に変換されてよい。
ループ利得g及びtの主な機能は、(1)安定性を保ちながらキャンセル性能を最大化すること、及び(2)製造された耳装置ユニットに渡るコンポーネントの変異を補償すること、である。発明者らは、幾つかの例では、このようなコンポーネントが最大で6dBもの全体的変異をもたらし得ることに気付いた。発明者らは、ANCに影響する最も大きな量の変異を有する2つのコンポーネントが、ドライバ125及びマイクロフォン130であると判断した。幾つかの開示される実装によると、較正手順は、耳装置(例えば、ヘッドホン)に渡るユニット毎の変異を補償するために、製造過程の間に利得g及びtを設定する。
幾つかのこのような例によると、較正時に製造中の耳装置毎に、機械応答p(n)が測定される。本願明細書で使用されるとき、用語「機械応答(plant response)」は、ADC、DAC、及び当該パスの中の任意の追加の付随回路を含むドライバからマイクロフォンまでの応答を表す。幾つかのこのような例では、カプラ応答c(n)も測定される。本願明細書で使用されるとき、用語「カプラ応答(coupler response)」は、ドライバ(DACを含む)から試験用治具マイクロフォンまでの応答を表す。幾つかの例では、カプラ応答は、後述する試験用治具のような試験用治具に耳装置を取り付けることにより取得されてよい。試験用治具マイクロフォンは、耳ユニット毎に変化しないので、試験用治具マイク基準点として機能する。幾つかの例では、分析は、周波数領域で実行されてよい。
図2は、本開示の種々の態様を実装可能な機器のコンポーネントの例を示すブロック図である。幾つかの実装では、機器200は、例えば製造過程の間に、耳装置を較正する処理の間に使用されるコンピュータであってよく又はそれを含んでよい。本例では、機器200は、インタフェースシステム205および制御システム210を含む。インタフェースシステム205は、1つ以上のネットワークインタフェース、及び/又は1つ以上の外部装置インタフェース(例えば、1つ以上のUSB(universal serial bus)インタフェース)を含んでよい。幾つかの例では、インタフェースシステム205は、制御システム210とメモリシステム、例えば図2に示される任意的メモリシステム215との間の1つ以上のインタフェースを含んでよい。しかしながら、制御システム210は、メモリシステムを含んでよい。
制御システム210は、例えば、汎用の単一または複数チッププロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、又は他のプログラマブル論理素子、個別ゲートまたはトランジスタロジック、および/または個別ハードウェアコンポーネント、を含んでよい。幾つかの実装では、制御システム210は、本願明細書に開示した方法を少なくとも部分的に実行可能であってよい。
本願明細書に記載の方法のうちの一部または全部は、1つ以上の非一時的媒体に記憶された命令(例えば、ソフトウェア)に従い1つ以上の装置により実行されてよい。このような非一時的媒体は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み出し専用メモリ(ROM)、等を含むがこれらに限定されない、本願明細書に記載のようなメモリ装置を含んでよい。1つ以上の非一時的媒体は、例えば、図2に示される任意的メモリシステム215内に、及び/又は制御システム210内に、存在してよい。したがって、本開示に記載された主題の種々の新規な態様は、ソフトウェアを記憶された1つ以上の非一時的媒体に実装されてよい。ソフトウェアは、例えば、オーディオデータを処理するよう少なくとも1つの装置を制御するための命令を含んでよい。ソフトウェアは、例えば、図2の制御システム210のような制御システムの1つ以上のコンポーネントにより実行可能であってよい。
図3は、図2に示したような機器により実行され得る方法の一例の概要を示すフロー図である。方法300のブロックは、本願明細書に記載の他の方法度同様に、必ずしも示された順序で実行されない。さらに、このような方法は、図示及び/又は記載のものより多数または少数のブロックを含んでよい。
本例では、ブロック305は、耳装置の測定された機械応答を取得するステップを含む。耳装置は、例えば、イヤホン又はヘッドホンであってよい。ここで、測定された機械応答は、スピーカドライバから耳装置マイクロフォンまでの応答を含む。測定された機械応答は、スピーカドライバ及び耳装置マイクロフォンを含む耳装置の回路及び音響応答を含んでよい。ブロック305は、例えば、制御システム(例えば、図2の制御システム210)が、インタフェースシステム(例えば、図2のインタフェースシステム205)を介して測定された機械応答を受信するステップを含んでよい。幾つかの例では、ブロック305は、メモリから測定された機械応答を取得するステップを含んでよい。幾つかの例では、ブロック305は、試験用治具マイクロフォンから測定された機械応答を取得するステップを含んでよい。
本例によると、ブロック310は、(例えば、インタフェースシステムを介して)参照機械応答値を取得するステップを含む。幾つかの例では、ブロック310は、メモリから参照機械応答値を取得するステップを含んでよい。参照機械応答値は、例えば、複数の耳装置の測定された機械応答に基づく平均機械応答値であってよい。平均機械応答値は、幾つかの例では、方法300の処理の前に計算され又は決定されてよい。
本実装では、ブロック315は、(例えば、制御システムにより)参照機械応答値と測定された機械応答に対応する値との間の機械応答変異を決定するステップを含む。幾つかのこのような例では、ブロック315(又は方法300の別の部分)は、参照機械応答値と測定された機械応答に対応する値との間の差を計算するステップを含んでよい。
幾つかの実装では、ブロック315は、周波数領域で計算を実行するステップを含んでよい。幾つかのこのような実装では、測定された機械応答に対応する値は、時間領域で測定された機械応答の周波数領域表現であってよい。例えば、測定された機械応答に対応する値は、上述の機械応答p(n)のフーリエ変換であってよい。
本例によると、ブロック320は、耳装置の測定されたカプラ応答を取得するステップを含む。測定されたカプラ応答は、スピーカドライバから試験用治具マイクロフォンまでの応答を含んでよい。従って、測定されたカプラ応答は、スピーカドライバに関連する回路及び音響応答を含んでよい。幾つかの例では、ブロック320は、メモリから測定されたカプラ応答を取得するステップを含んでよい。一方、幾つかの例では、ブロック320は、試験用治具マイクロフォンから測定されたカプラ応答を取得するステップを含んでよい。
本実装では、ブロック325は、参照カプラ応答値を取得するステップを含む。幾つかの例では、ブロック325は、メモリから参照カプラ応答値を取得するステップを含んでよい。参照カプラ応答値は、例えば、複数の耳装置の測定されたカプラ応答に基づく平均カプラ応答値であってよい。平均カプラ応答値は、幾つかの例では、方法300の処理の前に計算され又は決定されてよい。
本実装によると、ブロック330は、(例えば、制御システムにより)参照カプラ応答値と測定されたカプラ応答に対応する値との間のカプラ応答変異を決定するステップを含む。幾つかのこのような例では、ブロック330(又は方法300の別の部分)は、参照カプラ応答値と測定されたカプラ応答に対応する値との間の差を計算するステップを含んでよい。幾つかの実装では、ブロック330は、周波数領域で計算を実行するステップを含んでよい。幾つかのこのような実装では、測定されたカプラ応答に対応する値は、時間領域で測定されたカプラ応答の周波数領域表現であってよい。例えば、測定されたカプラ応答に対応する値は、上述のカプラ応答c(n)のフーリエ変換であってよい。
本例によると、ブロック335は、機械応答変異及びカプラ応答変異に少なくとも部分的に基づき、耳装置のマイクロフォンの変異を補償するために、マイクロフォン信号利得補正係数を決定するステップを含む。幾つかの例が以下に与えられる。本開示では、較正中の耳装置のマイクロフォンにおける変異の結果として適用されるべき利得相関係数は、g(i)として又は単にgとして表されてよい。本実装では、ブロック340は、フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムのフィードバックループに入力される耳装置マイクロフォン信号に、マイクロフォン信号利得補正係数を適用するステップを含む。
幾つかの例では、方法300は、機械応答に対応する値、及びマイクロフォン信号利得相関係数に少なくとも部分的に基づき、制御フィルタ利得値を決定するステップを含んでよい。制御フィルタ利得値は、本願明細書では、t(i)として又は単にtとして表されてよい。幾つかのこのような方法は、フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムの制御フィルタに入力される音響信号に、制御フィルタ利得値を適用するステップを含んでよい。
幾つかの開示される方法では、制御フィルタ利得を決定するステップは、複数の耳装置についての機械応答及びフィードバックループ利得値に対応する複数のデータ点に適合する線形曲線を決定するステップを含んでよい。幾つかの例では、適合する曲線は、適合する線形曲線であってよい。例えば、制御フィルタ利得値を決定するステップは、機械応答に対応する値をスケーリング係数により乗算し、バイアス値を加算するステップを含んでよい。スケーリング係数は、適合する線形曲線に対応する直線の勾配に対応してよい。バイアス値は、該直線のy切片(y intercept)に対応してよい。
図4は、一例によるANCシステム及び試験用治具のブロックを示す。本例では、図4のシステム400は、図1に示したものと同じ要素を含み、試験用治具405を追加で備える。ここで、試験用治具405は、試験用治具マイクロフォン410を含む。従って、図4は、耳装置の測定されたカプラ応答c(n)を決定するために使用され得るシステムの一例を提供する。本例では、測定されたカプラ応答c(n)は、スピーカドライバ125に関連する回路及び音響応答を含む、スピーカドライバ125から試験用治具マイクロフォンへ410までの応答を含む。幾つかの例では、上述の測定されたカプラ応答に対応する値は、測定されたカプラ応答cのフーリエ変換であってよく、例えば以下である:
C=FFT{c} 式4
式4で、Cは図1及び4に示したカプラ応答を表す。同様に、上述の測定された機械応答に対応する値は、測定された機械応答pのフーリエ変換であってよく、例えば以下である:
P=FFT{p} 式5
式5で、Pは図1及び4に示した機械応答を表す。本例では、p及びcの両方は、最小位相特性を有する時間領域のインパルス応答波形である。
図5は、試験用治具に取り付けられる耳装置の一例を示す。本例では、耳装置500はヘッドホンである。図5に示す例では、イヤカップ502aは、試験用治具405のマウント505aに位置付けられ、イヤカップ502bは試験用治具405のマウント505bに位置付けられる。マウント505a及び505bは、イヤカップ505a及び502bが試験用治具405に取り付けられる領域の周辺の音響漏れを最小化するよう設計されてよい。本例では、ヘッドホン500は、ヘッドホン500と試験用治具405との間の漏れを低減するようパッドが入っている。本実装によると、試験用治具405は、イヤカップ毎にマイクロフォンを有し、マウント505aはマイクロフォン410aを有し、マウント505bはマイクロフォン410bを有する。本例では、マイクロフォン410aは、左マイクロフォン治具信号515aを送信するよう示され、マイクロフォン410bは、右マイクロフォン治具信号515bを送信するよう示される。従って、マイクロフォン410a及び410bは、上述のカプラ応答cを取得するために使用され得る。
上述のように、幾つかの例では、参照機械応答値は、複数の耳装置について測定された機械応答(例えば、試験用治具405のような試験用治具により測定された機械応答)に基づく平均機械応答値であってよい。幾つかのこのような例によると、参照機械応答値は、以下のように決定されてよい:
Figure 2022502687
式6で、Pmeanは平均機械応答値を表し、Nunitsは平均を計算する際に考慮される耳装置のユニットの数を表し、kは周波数を表し、hiFreq及びlowFreqは、平均を計算する際に考慮される周波数範囲限度を表す。hiFreq及びlowFreqの値は、通常、fBWより下の周波数範囲内にあり、異なる因子、例えばPのピーク応答、最大ノイズキャンセルのユニット及び/又は領域(例えば周波数帯)に渡る最小(又は最大)変異、の数に従い設定されてよい。一実施形態では、lowFreqは500Hzであり、hiFreqは1000Hzである。しかしながら、これらは単なる例である。他の実装では、lowFreq及び/又はhiFreqは異なる値を有してよい。
幾つかのこのような例によると、参照カプラ応答値は、同様の方法で決定されてよく、例えば以下の通りである:
Figure 2022502687
式7で、Cmeanは、平均カプラ応答値を表す。Pmean及びCmeanの計算は、望ましくは、本願明細書に開示されるような較正処理の開始前に行われる。Pmean及びCmeanの値は、計算手順の間に読み出されるために、コンピュータファイル又はメモリ位置に格納されてよい。
上述のように、幾つかの実装では、試験用治具マイクロフォンは、較正中の耳装置の個々のユニットに渡り変化しない。従って、機械応答の変異のうちのどれ位が較正中の耳装置の内部マイクロフォンの特性に起因するか、これは幾つかの実装ではgの値により解決できる、及び、幾つかの実装ではtの値により解決できるどれ位が較正中の耳装置のドライバの特性に起因するか、を分離するためにこの不変の情報を使用できる。幾つかのこのような例では、カプラ応答はドライバ内の変異の関数としてのみ変動するので、幾つかの実装では、hiFreqとlowFreqとの間のカプラ及び機械エネルギの平均からの変異が先ず計算されてよく、例えば以下の通りである:
C(i)=Crange(i)−Cmean 式8
P(i)=Prange(i)−Pmean 式9
式8及び9で、Cmean及びPmeanは式6及び7に従い決定されてよく、インデックスiは、現在較正中のヘッドホン(又は他の耳装置)のユニットインデックスを表す。従って、式8で、C(i)は、試験用治具で測定されたレベルの、現在較正中のヘッドホン(又は他の耳装置)の平均(Cmean)からの変異を表す。同様に、式9で、P(i)は、マイクロフォンにおけるレベルの、現在較正中のヘッドホン(又は他の耳装置)の平均(Pmean)からの変異を表す。
幾つかの例では、式8は次式のように決定されてよい:
Figure 2022502687
幾つかの実装では、式9のPrange(i)は次式のように決定されてよい:
Figure 2022502687
幾つかのこのような実装によると、C(i)及びP(i)を決定した後に、較正中の耳装置のマイクロフォンの変異の結果として適用されるべき利得補正係数g(i)が以下のように決定されてよい:
g(i)=C(i)−P(i) 式12
幾つかのこのような実装では、利得補正係数g(i)を決定した後に、較正中の耳装置のドライバの変異の結果として適用されるべき利得補正係数t(i)は、複数の耳装置についての機械応答及びフィードバックループ利得値に対応する複数のデータ点の適合する曲線(curve fit)に従い決定されてよい。1つのこのような例では、利得補正係数t(i)は、このようなデータ点の線形曲線適合に従い決定されてよく、例えば以下の通りである:
t(i)=Bias+Scale・P(i)−g(i) 式13
式13は、y=b+mxの形式であり、勾配m及び切片bを有する直線の式である。従って、式13で、Biasは、直線のy切片に対応するバイアス値を表し、Scaleは直線の勾配を表す。従って、本例では、Bias及びScaleは、耳装置の個体群に基づき計算され、結果として、全ユニットに渡る目標の所望のループ利得を生じた。式13は、全ての製造されたユニットに渡る全体的な、キャンセル性能と安定性との間のトレードオフを制御する得手段を表す。
幾つかの実装では、同様の計算が、メディアパスフィルタBの所望の利得mを設定するために実行されてよい。しかしながら、この場合、周波数範囲は、通常、fBWより上であり、より広い周波数範囲をカバーしてよい。従って、以上で言及された測定された機械応答、参照機械応答値、測定されたカプラ応答、及び参照カプラ応答値は、全て、フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムの第1周波数範囲について決定される。第1周波数範囲は、フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムのキャンセル帯域幅に対応してよい。幾つかの開示される方法は、第1周波数範囲より高い第2周波数範囲について、高周波数機械応答を決定するステップを含む。
幾つかのこのような方法は、参照高周波数機械応答値を取得するステップと、参照高周波数機械応答値と高周波数機械応答に対応する値との間の高周波数機械応答変異を決定するステップと、を含んでよい。このような方法は、高周波数機械応答変異に基づき、フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムのメディアパスのメディアパス利得値を決定するステップを含んでよい。
幾つかのこのような例によると、この高周波数範囲の参照機械応答値PHF_meanは、以下のように決定されてよい:
Figure 2022502687
式14は式6と類似することが分かる。PHF_meanを取得する処理は、式6に関して上述したものと並列であってよい。しかしながら、式14で、mHiFreq及びmLowFreqは、fBWより上の周波数範囲の高周波数及び低周波数を表す。幾つかの実装では、mHiFreq及びmLowFreqは、上述のhiFreq及びlowFreqより遙かに高くてよい。例えば、mHiFreq及びmLowFreqは、kHzの範囲にあってよい。一実施形態では、mLowFreqは5kHzであり、mHiFreqは10kHzであってよい。しかしながら、これらは単なる例である。他の実装では、mLowFreq及び/又はmHiFreqは異なる値を有してよい。
幾つかの例では、この高周波数範囲における特定のユニットの機械応答値PHF(i)は、以下のように決定されてよい:
Figure 2022502687
式15は式11と類似することが分かる。幾つかのこのような実装では、この高周波数範囲における機械エネルギの平均からの変異P(i)HF_vは、以下のように決定されてよい:
P(i)HF_v=PHF(i)−PHF_mean 式16
幾つかのこのような例によると、メディアパスフィルタBの所望の利得m(i)は、以下のように決定されてよい:
m(i)=P(i)HF_v 式17
本例では、mHiFreq及びmLowFreqがfBWより遙かに上であると想定されるので、カプラ応答はm(i)の計算には影響しないことに留意する。上述の方法に従いg、t、及びmを設定することは、ANCシステムがその指定された動作許容範囲内で動作すること、及びこれらの許容範囲が最小化され又は縮小され得ることを保証し得る。
本開示に記載の実装に対する種々の変更は、当業者に直ちに明らかであってよい。本願明細書で定められた一般的な原理は、本開示の範囲から逸脱することなく他の実装に適用されてよい。したがって、請求の範囲は、本願明細書で示された実装を限定することを意図せず、本開示、本願明細書に開示された原理および新規な特徴と整合する最も広い範囲と考えられる。

Claims (30)

  1. 耳装置のフィードバックに基づくノイズキャンセルシステムを較正する方法であって、前記方法は、
    前記耳装置の測定された機械応答を取得するステップであって、前記測定された機械応答は、スピーカドライバから耳装置マイクロフォンまでの応答を含み、前記測定された機械応答は、前記スピーカドライバ及び前記耳装置マイクロフォンを含む前記耳装置の回路及び音響応答を含む、ステップと、
    参照機械応答値を取得するステップと、
    前記参照機械応答値と前記測定された機械応答に対応する値との間の機械応答変異を決定するステップと、
    前記耳装置の測定されたカプラ応答を取得するステップであって、前記測定されたカプラ応答は、前記スピーカドライバから試験用治具マイクロフォンまでの応答を含み、前記測定されたカプラ応答は、前記スピーカドライバに関連する回路及び音響応答を含む、ステップと、
    参照カプラ応答値を取得するステップと、
    前記参照カプラ応答値と前記測定されたカプラ応答に対応する値との間のカプラ応答変異を決定するステップと、
    前記機械応答変異と前記カプラ応答変異とに少なくとも部分的に基づき、前記耳装置の前記マイクロフォンの変異を補償するために、マイクロフォン信号利得補正係数を決定するステップと、
    前記フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムのフィードバックループに入力される耳装置マイクロフォン信号に、前記マイクロフォン信号利得補正係数を適用するステップと、
    を含む方法。
  2. 前記機械応答に対応する前記値と前記マイクロフォン信号利得補正係数とに少なくとも部分的に基づき、前記スピーカドライバの変異を補償するために、制御フィルタ利得値を決定するステップと、
    前記フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムの制御フィルタに入力される音響信号に前記制御フィルタ利得値を適用するステップと、
    を更に含む請求項1に記載の方法。
  3. 前記制御フィルタ利得値を決定するステップは、前記機械応答に対応する前記値をスケーリング係数により乗算し、バイアス値を加算するステップを含む、請求項2に記載の方法。
  4. 前記スケーリング係数は、複数の耳装置についての機械応答及びフィードバックループ利得値に対応する複数のデータ点に適合する線形曲線の勾配に対応する、請求項3に記載の方法。
  5. 前記測定された機械応答、前記参照機械応答値、前記測定されたカプラ応答、及び前記参照カプラ応答値は、全て、前記フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムの第1周波数範囲について決定され、
    前記第1周波数範囲より高い第2周波数範囲の高周波数機械応答を決定するステップ、を更に含む請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 参照高周波数機械応答値を取得するステップと、
    前記参照高周波数機械応答値と前記高周波数機械応答に対応する値との間の高周波数機械応答変異を決定するステップと、
    前記高周波数機械応答変異に基づき、前記フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムのメディアパスのメディアパス利得値を決定するステップと、
    を更に含む請求項5に記載の方法。
  7. 前記第1周波数範囲は、前記フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムのキャンセル帯域幅に対応する、請求項5又は6に記載の方法。
  8. 前記参照機械応答値は、複数の耳装置の測定された機械応答に基づく平均機械応答値を含み、前記参照カプラ応答値は、複数の耳装置の測定されたカプラ応答に基づく平均カプラ応答値を含み、前記平均機械応答値及び前記平均カプラ応答値は、請求項1に記載の処理の前に計算される、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記機械応答に対応する前記値は、測定された機械インパルス応答の周波数変換を有し、前記カプラ応答に対応する前記値は、測定されたカプラインパルス応答の周波数変換を有する、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記耳装置は、イヤホン又はヘッドホンである、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記測定された機械応答は、アナログ−デジタル処理、又はデジタル−アナログ処理、のうちの少なくとも1つに対応する応答を含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
  12. 耳装置のフィードバックに基づくノイズキャンセルシステムを較正するシステムであって、前記システムは、
    インタフェースシステムと、
    制御システムと、を含み、前記制御システムは、
    前記インタフェースシステムを介して、前記耳装置の測定された機械応答を取得し、前記測定された機械応答は、スピーカドライバから耳装置マイクロフォンまでの応答を含み、前記測定された機械応答は、前記スピーカドライバ及び前記耳装置マイクロフォンを含む前記耳装置の回路及び音響応答を含み、
    前記インタフェースシステムを介して、参照機械応答値を取得し、
    前記参照機械応答値と前記測定された機械応答に対応する値との間の機械応答変異を決定し、
    前記インタフェースシステムを介して、前記耳装置の測定されたカプラ応答を取得し、前記測定されたカプラ応答は、前記スピーカドライバから試験用治具マイクロフォンまでの応答を含み、前記測定されたカプラ応答は、前記スピーカドライバに関連する回路及び音響応答を含み、
    前記インタフェースシステムを介して、参照カプラ応答値を取得し、
    前記参照カプラ応答値と前記測定されたカプラ応答に対応する値との間のカプラ応答変異を決定し、
    前記機械応答変異と前記カプラ応答変異とに少なくとも部分的に基づき、前記耳装置の前記マイクロフォンの変異を補償するために、マイクロフォン信号利得補正係数を決定し、
    前記フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムのフィードバックループに入力される耳装置マイクロフォン信号に、前記マイクロフォン信号利得補正係数を適用する、
    よう構成される、システム。
  13. 前記制御システムは、
    前記機械応答に対応する前記値と前記マイクロフォン信号利得補正係数とに少なくとも部分的に基づき、前記スピーカドライバの変異を補償するために、制御フィルタ利得値を決定し、
    前記フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムの制御フィルタに入力される音響信号に前記制御フィルタ利得値を適用する、
    よう更に構成される、請求項12に記載のシステム。
  14. 前記制御フィルタ利得値を決定することは、前記機械応答に対応する前記値をスケーリング係数により乗算し、バイアス値を加算することを含む、請求項13に記載のシステム。
  15. 前記スケーリング係数は、複数の耳装置についての機械応答及びフィードバックループ利得値に対応する複数のデータ点に適合する線形曲線の勾配に対応する、請求項14に記載のシステム。
  16. 前記測定された機械応答、前記参照機械応答値、前記測定されたカプラ応答、及び前記参照カプラ応答値は、全て、前記フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムの第1周波数範囲について決定され、
    前記第1周波数範囲より高い第2周波数範囲の高周波数機械応答を決定することを更に含む請求項12〜15のいずれか一項に記載のシステム。
  17. 前記制御システムは、
    参照高周波数機械応答値を取得し、
    前記参照高周波数機械応答値と前記高周波数機械応答に対応する値との間の高周波数機械応答変異を決定し、
    前記高周波数機械応答変異に基づき、前記フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムのメディアパスのメディアパス利得値を決定する、
    よう更に構成される、請求項16に記載のシステム。
  18. 前記第1周波数範囲は、前記フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムのキャンセル帯域幅に対応する、請求項16又は17に記載のシステム。
  19. 前記参照機械応答値は、複数の耳装置の測定された機械応答に基づく平均機械応答値を含み、前記参照カプラ応答値は、複数の耳装置の測定されたカプラ応答に基づく平均カプラ応答値を含み、前記平均機械応答値及び前記平均カプラ応答値は、請求項1に記載の処理の前に計算される、請求項12〜18のいずれか一項に記載のシステム。
  20. 前記システムは、前記測定された機械インパルス応答及び前記測定されたカプラインパルス応答を取得する機器を更に含む、請求項12〜19のいずれか一項に記載のシステム。
  21. 前記耳装置は、イヤホン又はヘッドホンである、請求項12〜20のいずれか一項に記載のシステム。
  22. 前記測定された機械応答は、アナログ−デジタル処理、又はデジタル−アナログ処理、のうちの少なくとも1つに対応する応答を含む、請求項12〜21のいずれか一項に記載のシステム。
  23. 耳装置のフィードバックに基づくノイズキャンセルシステムを較正するシステムであって、前記システムは、
    インタフェースシステムと、
    制御手段と、を含み、前記制御手段は、
    前記インタフェースシステムを介して、前記耳装置の測定された機械応答を取得し、前記測定された機械応答は、スピーカドライバから耳装置マイクロフォンまでの応答を含み、前記測定された機械応答は、前記スピーカドライバ及び前記耳装置マイクロフォンを含む前記耳装置の回路及び音響応答を含み、
    前記インタフェースシステムを介して、参照機械応答値を取得し、
    前記参照機械応答値と前記測定された機械応答に対応する値との間の機械応答変異を決定し、
    前記インタフェースシステムを介して、前記耳装置の測定されたカプラ応答を取得し、前記測定されたカプラ応答は、前記スピーカドライバから試験用治具マイクロフォンまでの応答を含み、前記測定されたカプラ応答は、前記スピーカドライバに関連する回路及び音響応答を含み、
    前記インタフェースシステムを介して、参照カプラ応答値を取得し、
    前記参照カプラ応答値と前記測定されたカプラ応答に対応する値との間のカプラ応答変異を決定し、
    前記機械応答変異と前記カプラ応答変異とに少なくとも部分的に基づき、前記耳装置の前記マイクロフォンの変異を補償するために、マイクロフォン信号利得補正係数を決定し、
    前記フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムのフィードバックループに入力される耳装置マイクロフォン信号に、前記マイクロフォン信号利得補正係数を適用する、
    よう構成される、システム。
  24. 前記制御手段は、
    前記機械応答に対応する前記値と前記マイクロフォン信号利得補正係数とに少なくとも部分的に基づき、前記スピーカドライバの変異を補償するために、制御フィルタ利得値を決定し、
    前記フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムの制御フィルタに入力される音響信号に前記制御フィルタ利得値を適用する、
    手段を含む、請求項23に記載のシステム。
  25. 格納されたソフトウェアを有する1つ以上の非一時的媒体であって、前記ソフトウェアは、耳装置のフィードバックに基づくノイズキャンセルシステムを較正する方法を実行するよう1つ以上の装置を制御するための命令を含み、前記方法は、
    前記耳装置の測定された機械応答を取得するステップであって、前記測定された機械応答は、スピーカドライバから耳装置マイクロフォンまでの応答を含み、前記測定された機械応答は、前記スピーカドライバ及び前記耳装置マイクロフォンを含む前記耳装置の回路及び音響応答を含む、ステップと、
    参照機械応答値を取得するステップと、
    前記参照機械応答値と前記測定された機械応答に対応する値との間の機械応答変異を決定するステップと、
    前記耳装置の測定されたカプラ応答を取得するステップであって、前記測定されたカプラ応答は、前記スピーカドライバから試験用治具マイクロフォンまでの応答を含み、前記測定されたカプラ応答は、前記スピーカドライバに関連する回路及び音響応答を含む、ステップと、
    参照カプラ応答値を取得するステップと、
    前記参照カプラ応答値と前記測定されたカプラ応答に対応する値との間のカプラ応答変異を決定するステップと、
    前記機械応答変異と前記カプラ応答変異とに少なくとも部分的に基づき、前記耳装置の前記マイクロフォンの変異を補償するために、マイクロフォン信号利得補正係数を決定するステップと、
    前記フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムのフィードバックループに入力される耳装置マイクロフォン信号に、前記マイクロフォン信号利得補正係数を適用するステップと、
    を含む、1つ以上の非一時的媒体。
  26. 前記方法は、
    前記機械応答に対応する前記値と前記マイクロフォン信号利得補正係数とに少なくとも部分的に基づき、前記スピーカドライバの変異を補償するために、制御フィルタ利得値を決定するステップと、
    前記フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムの制御フィルタに入力される音響信号に前記制御フィルタ利得値を適用するステップと、
    を更に含む、請求項25に記載の1つ以上の非一時的媒体。
  27. 前記制御フィルタ利得値を決定するステップは、前記機械応答に対応する前記値をスケーリング係数により乗算し、バイアス値を加算するステップを含む、請求項26に記載の1つ以上の非一時的媒体。
  28. 前記スケーリング係数は、複数の耳装置についての機械応答及びフィードバックループ利得値に対応する複数のデータ点に適合する線形曲線の勾配に対応する、請求項27に記載の1つ以上の非一時的媒体。
  29. 前記測定された機械応答、前記参照機械応答値、前記測定されたカプラ応答、及び前記参照カプラ応答値は、全て、前記フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムの第1周波数範囲について決定され、
    前記第1周波数範囲より高い第2周波数範囲の高周波数機械応答を決定することを更に含む請求項25〜28のいずれか一項に記載の1つ以上の非一時的媒体。
  30. 前記方法は、
    参照高周波数機械応答値を取得するステップと、
    前記参照高周波数機械応答値と前記高周波数機械応答に対応する値との間の高周波数機械応答変異を決定するステップと、
    前記高周波数機械応答変異に基づき、前記フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムのメディアパスのメディアパス利得値を決定するステップと、
    を更に含む、請求項29に記載の1つ以上の非一時的媒体。
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