JP2022540886A - マイクロホンアレイにおける非音響刺激への感度の低減 - Google Patents

Abstract

非音響刺激に対する感度を低減するための技術が記載される。いくつかの実施形態では、差動ビームフォーミングは、音響刺激および非音響刺激に対するマイクロホンの応答に基づいて生成されたマイクロホン信号に適用される。補償された信号は、補償された信号が音響刺激に対して同相であるように、マイクロホン信号に基づいて生成することができる。非音響刺激は、第１の信号を第２の信号と比較して、１つの信号がより大きな瞬間的な大きさを有すると判定することによって検出可能である。第１の信号は、ビーム形成信号またはビーム形成信号から導出された信号であり得、第２の信号は、補償された信号または補償された信号から導出された信号の平均であり得る。出力オーディオ信号は、ノイズ低減信号の寄与が増加し、ビーム形成信号の寄与が減少するように、ビーム形成信号とノイズ低減信号との間の切り替えまたはクロスフェードによって生成することができる。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、「カプセルマッチングおよび防風バフェティングシステム」と題する、２０１９年７月１４日に出願された米国仮出願第６２／８７３，９６２号の利益および優先権を主張する。米国仮出願第６２／８７３，９６２号の内容は、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示の態様は、非音響刺激に応答して生成され、マイクロホンアレイ（例えば、直線軸に沿って離間したマイクロホンのアレイ）を使用して生成された音響信号のノイズを検出して低減することに関する。非音響刺激は、様々な角度から様々な速度でマイクロホンアレイ内のマイクロホンに当たる風を含むことができる。非音響刺激の別の例は、誰かがマイクロホンアレイ内の１つまたは複数のマイクロホンに触れているか、そうでなければ接触することであり得る。通常、マイクロホンアレイは非音響刺激に反応しないことが望ましい。対照的に、すべてではないが一部の音響刺激に対する感度が一般に望ましい。例えば、話者からの音声は、通常、望ましい音響刺激であるが、競合する話者からの音声は、通常、望ましい音響刺激ではない。話者からの音声を捕捉することを目的としたアレイの場合、望ましくない音響刺激の例には、道路およびタイヤの雑音、ファンの雑音、クラクションホーン、キーのジャラジャラ音、背景のテレビ音、およびラジオからの音楽が含まれるが、これらに限定されない。

マイクロホンアレイでは、２つ以上のマイクロホンによって生成された信号を組み合わせて出力オーディオ信号を形成することができる。例えば、出力オーディオ信号はビームフォーミングによって生成することができ、これは、マイクロホンカプセル間の空間的関係を利用するために１つまたは複数のマイクロホン信号に時間遅延を導入することを含み得る。ビームフォーミングは、例えば、無指向性マイクロホンによって捕捉された固有の位相情報を利用することにより、指向性ピックアップ応答をプログラムで設計するために使用することができる。ビームフォーミングは、カージオイド、高カージオイド、ｆｉｇｕｒｅ－８などを含む多くの異なる方法でマイクロホンアレイの全体的な応答の極性パターンを成形することを可能にする。

本開示の態様はまた、不一致のマイクロホンを補償するために、マイクロホンアレイを有するシステムを較正することに関する。マイクロホンアレイでは、正確なビームフォーミングを可能にするために、個々のマイクロホンの応答は理想的には同じでなければならない。音響エネルギーを電気信号に変換するトランスデューサなどのマイクロホン構成要素の変動による不一致は、通常、製造時のゲイン較正によって処理される。トランスデューサアセンブリは、通常、マイクロホンカプセルと呼ばれる。カプセルは、一般に、音に応答して振動するダイヤフラムと、ダイヤフラムの振動を電気信号に変換する電気部品とを含む。本開示では、「カプセル」および「マイクロホン」という用語は、マイクロホンの挙動がそのカプセルによって決定されるため、時々互換的に使用される。カプセルが完全に密閉されると（例えば、格子および発泡体の風よけを備えたハウジング内に配置されると）、カプセルの応答は、測定するのに適したエンクロージャ（例えば、ハウジング）を通る音響経路を含むが、製造過程のこの段階では、電気部品（例えば、ゲイントリミング抵抗器）を追加または除去することができないため、従来のゲイン較正を使用することは禁止される。あるいは、オンボードメモリおよび信号処理を含むマイクロホンアセンブリの場合、較正をデジタル的に適用できるように、測定結果をメモリに記憶することが可能である。しかしながら、これは、マイクロホン感度が経時的に、異なる周波数に対して異なる速度で変化し得るという事実に対処しない。

マイクロホンアレイを使用して生成されたマイクロホン信号におけるノイズの検出および低減を改善するための方法、装置、システム、およびコンピュータ可読媒体が開示される。特に、アレイ内のマイクロホンからの信号が非音響刺激（例えば、風）によるものであるかどうかを判定し、相関する信号に著しく影響を与えることなく、そのような非音響刺激に属するアレイの出力の部分を除去するか、または少なくとも実質的に低減するための技術が記載される。本明細書に記載の技術の主な使用事例は、風バフェティングによって引き起こされるノイズの検出および低減である。しかしながら、これらの技術は、他の非音響刺激を検出およびキャンセルするために適用することができる。

本開示の様々な態様は、非音響刺激の存在を検出する方法に関する。いくつかの実施形態では、非音響刺激の存在は、ビームフォーマによって生成されたビーム形成信号と基準信号（例えば、２つ以上のマイクロホンからの信号の平均）との間の差を判定することによって検出される。比較が、ビーム形成信号の大きさが基準信号よりも著しく大きいことを示す場合、非音響刺激が存在し、したがってマイクロホン信号は無相関であると結論付けることができる。いくつかの実施形態では、ビーム形成信号と基準信号との間の差は、差が超えられた場合に非音響刺激の存在を示す閾値と比較される。別の方法は、アレイ内の複数のマイクロホンの各々からのサンプルの集合上の相関係数の行列を直接計算し、この行列の要素を閾値と比較することであり、閾値を超えると非音響刺激の存在を示す。

本開示の様々な態様は、２つ以上のマイクロホンによって生成された信号が結合されて出力オーディオ信号を生成する方法を調整することによって、非音響刺激に対する感度を低減することに関する。例えば、個々のマイクロホンからの信号の出力オーディオ信号への寄与は、非音響刺激が存在するか否かに応じて変えることができる。いくつかの実施形態では、マイクロホンアレイは、非音響刺激の検出に応答して、第１の動作モードと第２の動作モードとの間でクロスフェードされる。第２のモードは、例えば、単一の無指向性マイクロホンなどの非音響刺激に対して本質的に感度が低くてもよく、または非音響刺激に対する応答の大きさが能動的に最小化されることを保証するためにアレイからの複数のマイクロホン信号を組み合わせる固有の処理であってもよい。いくつかの実施形態では、第２のモードの出力オーディオ信号は、第１のオーディオ信号と第２のオーディオ信号との和として生成され、第１のオーディオ信号は、主にまたは全体的に、非音響刺激に対する最小感度に関連するマイクロホン信号からの低周波成分に対応し、第２のオーディオ信号は、複数のマイクロホンからの信号に関連する高周波成分に対応する。

本開示の様々な態様は、マイクロホンアレイが使用されている間に、異なるマイクロホンの感度間の不一致を検出し、次に、不一致を補正するためにマイクロホンのゲインを調整することに関する。不一致の検出および補正は、マイクロホンアレイの寿命にわたって様々な時点で実行することができる。これにより、マイクロホンアレイが最初に組み立てられて補正されるときに存在しない不一致、例えば、マイクロホン部品のその後の経年劣化または音孔入口の物理的閉塞による不一致を可能にする。感度の不一致を補正することにより、マイクロホンアレイの寿命全体にわたってマイクロホンアレイの指向性を実質的に一定に維持することによってビームフォーミングを改善することができる。また、感度の不一致を補正することにより、すべてのマイクロホンがすべてのマイクロホンにわたって同じ（ある程度の）感度を有することを保証することによって、非音響刺激に対応するノイズの検出精度を向上させることができる。

特定の実施形態では、２つ以上のマイクロホン間の不一致度を測定するための技術は、不一致度に基づいて、例えば、特定のマイクロホンからの信号に適用される増幅量を増減することによって、特定のマイクロホンのゲインを調整すべき程度を決定するために適用される。一実施形態では、感度マッチングは、例えば、マイクロホンアレイ内のすべてのマイクロホン信号の平均について、音場への長期曝露からの個々のマイクロホンカプセルの振幅応答と、音場への長期曝露からの振幅応答とを比較することによって実行される。いくつかの実施形態では、特定の周波数または周波数帯域に対して補正が実行される。

特定の実施形態では、方法は、音響刺激および非音響刺激に対するマイクロホンアレイ内の第１のマイクロホンの応答に基づいて生成された第１のマイクロホン信号を受信することと、音響刺激および非音響刺激に対するマイクロホンアレイ内の第２のマイクロホンの応答に基づいて生成された第２のマイクロホン信号を受信することと、を含む。本方法はさらに、差動ビームフォーミングを用いて第１のマイクロホン信号と第２のマイクロホン信号とを組み合わせることによって、ビーム形成信号を生成することと、第１のマイクロホン信号に基づいて第１の補償された信号を生成することと、第２のマイクロホン信号に基づいて第２の補償された信号を生成することと、を含む。第１の補償された信号および第２の補償された信号は、音響刺激に対して同相である。本方法はさらに、第１の補償された信号と第２の補償された信号との平均に対応する平均信号を生成することと、第１の補償された信号および第２の補償された信号における非音響刺激の存在を検出することと、を含む。検出は、第１の信号を第２の信号と比較することと、比較の結果に基づいて、第１の信号の瞬間的な大きさが第２の信号の瞬間的な大きさよりも大きいと判定することと、を含み得る。第１の信号は、ビーム形成信号であるか、またはビーム形成信号から導出された信号であり得る。第２の信号は、平均信号であるか、または平均信号から導出された信号であり得る。本方法はさらに、第１の信号の瞬間的な大きさが第２の信号の瞬間的な大きさよりも大きいという判定に応じて、出力オーディオ信号に対するノイズ低減信号の寄与が増加し、出力オーディオ信号に対するビーム形成信号の寄与が減少するように、ビーム形成信号とノイズ低減信号との間の切り替えまたはクロスフェードによって出力オーディオ信号を生成することを含む。

特定の実施形態では、システムは、マイクロホンアレイと、ビームフォーマと、出力信号発生器と、ノイズ検出サブシステムとを含む。マイクロホンアレイは、第１のマイクロホンと第２のマイクロホンとを含む。ビームフォーマは、音響刺激および非音響刺激に対する第１のマイクロホンの応答に基づいて生成された第１のマイクロホン信号を受信し、音響刺激および非音響刺激に対する前記第２のマイクロホンの応答に基づいて生成された第２のマイクロホン信号を受信し、差動ビームフォーミングを用いて第１のマイクロホン信号と第２のマイクロホン信号とを組み合わせることによってビーム形成信号を生成するように構成される。ノイズ検出サブシステムは、第１のマイクロホン信号に基づいて第１の補償された信号を生成し、第２のマイクロホン信号に基づいて第２の補償された信号を生成するように構成される。第１の補償された信号および第２の補償された信号は、音響刺激に対して同相である。ノイズ検出サブシステムはさらに、第１の補償された信号と第２の補償された信号との平均に対応する平均信号を生成し、第１の補償された信号および第２の補償された信号における非音響刺激の存在を検出するように、構成される。非音響刺激の存在を検出するために、ノイズ検出サブシステムは、第１の信号を第２の信号と比較し、比較の結果に基づいて、第１の信号の瞬間的な大きさが第２の信号の瞬間的な大きさよりも大きいと判定するように構成される。第１の信号は、ビーム形成信号であるか、またはビーム形成信号から導出された信号であり得る。第２の信号は、平均信号であるか、または平均信号から導出された信号であり得る。ノイズ検出サブシステムはさらに、第１の信号の瞬間的な大きさが第２の信号の瞬間的な大きさよりも大きいという判定に応じて、出力オーディオ信号に対するノイズ低減信号の寄与が増加し、出力オーディオ信号に対するビーム形成信号の寄与が減少するように、ビーム形成信号とノイズ低減信号との間の切り替えまたはクロスフェードによって出力オーディオ信号を生成するように、出力信号発生器に命令するように構成される。

特定の実施形態では、コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータの１つまたは複数のプロセッサによって実行されると、１つまたは複数のプロセッサに、音響刺激および非音響刺激に対するマイクロホンアレイ内の第１のマイクロホンの応答に基づいて生成された第１のマイクロホン信号を受信させ、音響刺激および非音響刺激に対するマイクロホンアレイ内の第２のマイクロホンの応答に基づいて生成された第２のマイクロホン信号を受信させ、差動ビームフォーミングを用いて第１のマイクロホン信号と第２のマイクロホン信号とを組み合わせることによってビーム形成信号を生成させる命令を含む。命令はさらに、１つまたは複数のプロセッサに、第１のマイクロホン信号に基づいて第１の補償された信号を生成させ、第２のマイクロホン信号に基づいて第２の補償された信号を生成させる。第１の補償された信号および第２の補償された信号は、音響刺激に対して同相である。命令はさらに、１つまたは複数のプロセッサに、第１の補償された信号と第２の補償された信号との平均に対応する平均信号を生成させ、第１の信号を第２の信号と比較することによって、また、比較の結果に基づいて第１の信号の瞬間的な大きさが第２の信号の瞬間的な大きさよりも大きいと判定することによって、第１の補償された信号および第２の補償された信号における非音響刺激の存在を検出させる。第１の信号は、ビーム形成信号であるか、またはビーム形成信号から導出された信号であり得る。第２の信号は、平均信号であるか、または平均信号から導出された信号であり得る。命令はさらに、１つまたは複数のプロセッサに、第１の信号の瞬間的な大きさが第２の信号の瞬間的な大きさよりも大きいという判定に応じて、出力オーディオ信号に対するノイズ低減信号の寄与が増加し、出力オーディオ信号に対するビーム形成信号の寄与が減少するように、ビーム形成信号とノイズ低減信号との間の切り替えまたはクロスフェードによって出力オーディオ信号を生成させる。

特定の実施形態によるマイクロホンシステムの簡略ブロック図である。

特定の実施形態による非音響刺激を検出するためのシステムの簡略図である。

特定の実施形態による非音響刺激に対する振幅応答を低減するためのシステムの簡略図である。

非音響刺激の検出に応答してノイズ低減信号に切り替えることによって生成されたビーム形成信号および出力オーディオ信号の一例を示すグラフである。

図２に示すノイズ検出技術と図３に示すノイズ低減技術とを組み合わせたシステムの簡略図である。

特定の実施形態による、非音響刺激に対する感度を検出および低減するための回路の異なる部分を示す図である。 特定の実施形態による、非音響刺激に対する感度を検出および低減するための回路の異なる部分を示す図である。 特定の実施形態による、非音響刺激に対する感度を検出および低減するための回路の異なる部分を示す図である。 特定の実施形態による、非音響刺激に対する感度を検出および低減するための回路の異なる部分を示す図である。 特定の実施形態による、非音響刺激に対する感度を検出および低減するための回路の異なる部分を示す図である。

特定の実施形態による、非音響刺激に対する感度を検出および低減するための処理を示すフローチャートである。 特定の実施形態による、非音響刺激に対する感度を検出および低減するための処理を示すフローチャートである。

特定の実施形態によるノイズ低減信号を生成するための処理を示すフローチャートである。

特定の実施形態による感度マッチングのためのシステムの簡略図である。

図１３のシステムを実装するために使用することができる回路の異なる部分を示す図である。 図１３のシステムを実装するために使用することができる回路の異なる部分を示す図である。

特定の実施形態による感度マッチングのためのシステムの簡略図である。

特定の実施形態による、感度マッチング、ノイズ検出、およびノイズ低減を提供するシステムを示す図である。 特定の実施形態による、感度マッチング、ノイズ検出、およびノイズ低減を提供するシステムを示す図である。

図１６Ａに示す実施形態の代替例を示す図である。

特定の実施形態による時間領域における感度マッチングのための処理を示すフローチャートである。

特定の実施形態による周波数領域における感度マッチングのための処理を示すフローチャートである。

１つまたは複数の実施形態を実施するために使用可能なコンピュータシステムの簡略ブロック図である。

ここで、本明細書の一部を形成する添付の図面に関していくつかの例示的な実施形態を説明する。本開示の１つまたは複数の態様を実施することができる特定の実施形態を以下に説明するが、本開示の範囲または添付の特許請求の範囲の精神から逸脱することなく、他の実施形態を使用することができ、様々な変更を行うことができる。

実施形態は、無指向性マイクロホンに関して説明されているが、指向性マイクロホンにも等しく適用可能である。さらに、実施形態は、いかなる特定のタイプのマイクロホンにも限定されない。例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ－Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ベースのマイクロホン、コンデンサ／コンデンサマイクロホン、圧電マイクロホン、およびリボンマイクロホンに適用することができる。

マイクロホンアレイでは、捕捉される音（例えば、ユーザの音声）は、各マイクロホンが同じ音を捕捉し、実質的に同じ方法で音に応答するため、互いに相関する信号をマイクロホンに生成させる。これは、マイクロホンが一致している、例えば、それらが同じ周波数応答および感度を有することを想定している。これはまた、マイクロホンが互いの近くに間隔を置いて配置されていることを想定している。アレイ内のマイクロホン間の間隔が広いと、間隔よりも波長が長い周波数でマイクロホンが受けるものの類似性が低下する。マイクロホンが一致する場合、各マイクロホンから等距離にあり、各マイクロホンに向かって同じ方向を向いている音源に応答してマイクロホンによって生成される信号は、時間領域において実質的に同一である。

非音響刺激により、ビームフォーマの出力にノイズが入る可能性がある。そのようなノイズの主な原因は、風バフェティングであり、これは、異なる方法で異なるマイクロホンにほぼ常に現れる。マイクロホンアレイ内のマイクロホンに衝突する風は、同じアレイ内の別のマイクロホンに同じ強度で同時に衝突することはほとんどない。これにより、この非音響刺激に応答してマイクロホンによって生成される信号間の相関度が低下する。したがって、マイクロホン信号を組み合わせることによって生成される出力オーディオ信号は、非音響刺激（例えば、突風）および音響刺激（例えば、音声、周囲の音響ノイズ）に対応する合成の混合を含む。そのようなノイズの影響は、いくつかのビームフォーマのトポロジが無相関信号を増幅するポストフィルタまたは段を含むという事実のために悪化する。無相関信号を引き起こす可能性があり、マイクロホンアレイの使用中にしばしば遭遇する他の非音響刺激がある。例えば、ユーザがマイクロホンカバーを引っ掻いたり、マイクロホンアレイが収容されているアセンブリを取り扱ったりした結果、ノイズが入る可能性がある。

図１は、特定の実施形態によるマイクロホンシステム１００の簡略ブロック図である。システム１００は、マイクロホンアレイ１１０と、出力信号発生器１２０と、ノイズ検出サブシステム１３０と、不一致検出サブシステム１４０とを含む。システム１００は、いかなる特定の動作環境にも限定されない。いくつかの実装形態では、システム１００は、車両、例えば自動車に搭載された少なくともいくつかの構成要素を備える。例えば、システム１００は、車載用公告システムまたは車載通信システムを実装するために使用されてもよい。さらに、システム１００は、ソフトウェアまたはハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを使用して実装することができる。出力信号発生器１２０、ノイズ検出サブシステム１３０、または不一致検出サブシステム１４０の回路実装に関して以下に説明する機能は、コンピュータシステムの１つまたは複数のプロセッサ上で実行される命令によって実装することができる。

マイクロホンアレイ１１０は、特定の物理的構成で配置された複数のマイクロホンを備える。例えば、マイクロホンアレイ１１０は、エンドファイア構成として知られるものにおいて、隣接するマイクロホンの各対の間に一定の距離を置いて、直線軸に沿って連続的に配置された２つ以上の無指向性マイクロホンを含むことができる。エンドファイア構成では、音源がマイクロホンアレイの一端に近い場合、音源からの音は各マイクロホンによって異なる時間に捕捉され、音源に最も近いマイクロホンは、音を捕捉するための第１のマイクロホンである。しかしながら、音源がマイクロホンから等距離（例えば、対向する幅広面）にある場合、音源からの音はアレイ内の各マイクロホンによって同時に捕捉される。

出力信号発生器１２０は、マイクロホンアレイ１１０内の複数のマイクロホンからの信号を組み合わせることによって出力オーディオ信号を生成するように構成される。出力信号発生器１２０によって生成された出力音声信号は、スピーカ（例えば、車載スピーカ）を介して出力され、その後の使用のために（例えば、後で再生するためのオーディオ録音として）記憶されるか、または下流処理を受けることができる。

特定の実施形態では、出力信号発生器１２０は、ビームフォーミングによってマイクロホンアレイ１１０の応答を制御するように構成されたビームフォーマを含む。例えば、ビームフォーマは、マイクロホン信号が組み合わされて（例えば、一緒に加算または互いから減算されて）出力オーディオ信号を形成するときにマイクロホン信号が特定の位相関係を有するように、１つまたは複数のマイクロホン信号に時間遅延を導入することができる。ビームフォーミングは、特定の方向にヌルを生成し、マイクロホンアレイ１１０の所望の極性パターンをもたらす。いくつかの実施形態では、ビームフォーマは、２つ以上のマイクロホン信号間の差に基づいて出力オーディオ信号を生成する差動ビームフォーマである。

上述したように、ビームフォーマ内のポストフィルタは、非音響刺激に応答して生成される信号を増幅することができる。例えば、差動ビームフォーマのポストフィルタは、周波数に反比例して増加するゲインを適用することができる。このような増幅は、異なるマイクロホンからの信号がより高い周波数で次第に異なるようになるという事実を補償するために行われる。一般に、差動ビームフォーミングを使用するマイクロホンアレイの場合、ビームフォーミングのポストフィルタは、近接して配置された２つのマイクロホン間で音響信号が高度に相関すると予想されるため、低周波数で大幅なブーストを追加する。近接して配置された２つのマイクロホンの信号間の差は、最も低い周波数では０に非常に近いため、このブーストを使用して音響刺激に対する軸上応答を回復することは理にかなっている。しかしながら、非音響刺激（例えば、風、物理的取り扱い）は、近接して配置されたこれらのマイクロホンにおいて、その差が０に近いものよりもかなり大きい信号を生成する。さらに、差動ビームフォーミングはマイクロホン信号間の勾配に作用するため、マイクロホン信号の差動が計算された後、互いに無相関なマイクロホン信号は大きな勾配値を有する。例えば、風事象中、差動ビームフォーマによって出力されるビーム形成信号の大きさは、ビーム形成信号を生成するために使用される任意の個々のマイクロホン信号の大きさの１０倍を超える可能性がある。

出力信号発生器１２０は、風または他の非音響刺激を検出するノイズ検出サブシステム１３０に応答して出力オーディオ信号を調整するようにさらに構成されてもよい。例えば、以下に説明するように、特定の実施形態では、出力オーディオ信号は、非音響刺激が検出されなかったときのビームフォーマの出力と、非音響刺激が検出されたときのノイズ低減回路の出力とを切り替えることによって生成される。

ノイズ検出サブシステム１３０は、上述したように、マイクロホンアレイ１１０によって生成された無相関信号をもたらす非音響刺激の存在を検出するように構成される。特に、ノイズ検出サブシステム１３０は、特定のマイクロホンからの信号がマイクロホンアレイ１１０内の別のマイクロホンからの信号と十分に無相関であるかどうかを判定するように構成されてもよい。ノイズ検出サブシステム１３０は、非音響刺激による出力オーディオ信号のノイズ量が低減されるように出力信号発生器１２０を制御するようにさらに構成される。例えば、ノイズ検出サブシステム１３０は、出力信号発生器１２０に、ビームフォーマの出力とノイズ低減回路の出力との間の上述の切り替えを行わせる制御信号を生成することができる。

ノイズ検出サブシステム１３０は、風または他の非音響刺激の検出に応答して、出力信号発生器１２０によって生成された出力オーディオ信号に対する１つまたは複数のマイクロホン信号の寄与を変更することができる。いくつかの実施形態では、ノイズ検出サブシステム１３０は、出力信号発生器１２０を第１の動作モードから第２の動作モードに切り替える。例えば、ノイズ検出サブシステム１３０は、非音響刺激が検出されないときに指向性モードで動作するように出力信号発生器１２０を構成し、その後、ノイズ検出サブシステムがそのような刺激を肯定的に検出したときに、指向性が低く、非音響刺激に対する感度が著しく低い第２のモードに出力信号発生器を切り替えることができる。指向性モードは、マイクロホンアレイ１１０内の複数のマイクロホンからのマイクロホン信号を使用して、指向性応答に従って出力オーディオ信号を形成するモードであり得る。第２のモードは、出力オーディオ信号が少なくとも単一の無指向性マイクロホンの応答に対応するモードであり得る。あるいは、第２のモードは、マイクロホンアレイ１１０内の複数のマイクロホンからのマイクロホン信号を使用して、非音響刺激に対する感度が著しく低く、指向性モードよりも指向性が低いという欠点もあるが、依然として何らかの指向特性を有する出力信号を形成するモードであり得る。

非音響刺激の検出に応答した出力信号発生器１２０の再構成は、必ずしも別個の動作モード間の切り替えを含まない。例えば、図３の実施形態に関連して以下に説明するように、出力オーディオ信号は、（例えば、加算演算によって）中間信号をブレンドした結果とすることができ、中間信号の少なくともいくつかへの個々のマイクロホン信号の寄与は、非音響刺激が検出されるかどうかに応じて変化する。非音響刺激が検出されたとき、マイクロホンアレイ１１０からの各マイクロホン信号は、どのマイクロホン信号が最も小さい瞬間的な大きさを有するかを規則的な間隔で繰り返し決定するように、時々刻々と（例えば、デジタル実装の場合は１つまたは複数のサンプルごとに、アナログ実装の場合は瞬時ごとに）評価することができ、この場合、時々刻々と変化する最も小さい信号は、他のすべてのマイクロホン信号よりもゲイン係数だけ高く重み付けされる。ゲイン係数は、クロスフェーダを用いて適用することができる。クロスフェーダは、最新の最小値を有する信号をフェードインする一方で、以前の最小値を有する信号をフェードアウトすることができる。フェードインは、例えば、出力信号における第１の入力信号の寄与を直線的に増加させ、出力信号における第２の入力信号の寄与を直線的に減少させることに対応する。

不一致検出サブシステム１４０は、マイクロホンアレイ１１０内のマイクロホンの感度間の不一致を検出し、マイクロホンアレイ１１０内のすべてのマイクロホンの感度がほぼ同じになるように、１つまたは複数のマイクロホンに適用されるゲイン量を調整するように構成される。以下に説明するように、特定の実施形態では、１つまたは複数のマイクロホンのＲＭＳ（二乗平均平方根）信号を生成し、次に、比較の結果に基づいて１つまたは複数のマイクロホンのゲインを調整するために、各ＲＭＳ信号を基準マイクロホンからの基準ＲＭＳ信号と比較することによって、不一致検出が実施される。あるいは、いくつかの実施形態では、基準ＲＭＳ信号は、アレイ内のすべてのマイクロホンの信号の平均のＲＭＳに対応する。平均を使用することには、基準マイクロホンに問題がある場合（例えば、基準マイクロホンが経年劣化により、詰まっているか、破損しているか、または損なわれている場合）のより良好なマッチング性能を含めて、単一の基準を使用するよりも特定の利点がある。さらに、すべてのマイクロホンカプセルの感度は、通常、許容誤差（例えば、３００ｍＶ／Ｐａ＋／－３ｄＢ）で指定され、この許容誤差は、複数のカプセルの平均を基準信号として使用して全体的な感度許容誤差を減少させるのに役立つ通常分布またはガウス分布に従う。

不一致検出サブシステム１４０は、例えば、特定のマイクロホン信号を増幅する増幅器（例えば、演算増幅器（オペアンプ））への入力を変えることによってゲイン調整を行うことができる。増幅されたマイクロホン信号は、不一致検出中に元のマイクロホン信号の代わりに使用することができる。例えば、増幅されたマイクロホン信号は、上述のＲＭＳ信号の１つを生成するため、および出力信号発生器１２０のビームフォーマに入力するために使用することができる。いくつかの実施形態では、ゲインは、２つのＲＭＳ信号を互いに比較する比較器の入力間、例えば、調整されるマイクロホンからのＲＭＳ信号と基準ＲＭＳ信号との間の差に比例して調整される。そのような実施形態では、比較器の出力は、ゲイン調整をトリガするための制御信号を形成することができる。

図２は、特定の実施形態による非音響刺激を検出するためのシステム２００の簡略図である。図２に示すブロック要素は、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせで実装することができる。システム２００は、図１のノイズ検出サブシステム１３０を実装するために使用することができ、複数のマイクロホン（例えば、マイクロホン２１０Ａおよび２１０Ｂ）を備えるマイクロホンアレイを含む。システム２００は、差動ビームフォーマ２２０と、ＲＭＳユニット２３０および２３２と、比較器２４０とをさらに含む。

マイクロホン２１０Ａ、２１０Ｂは無指向性であり得るが、必ずしもそうである必要はない。マイクロホン２１０Ａ、２１０Ｂの各々は、カプセルに衝突する音に応答して対応するマイクロホン信号を生成するように構成されたカプセルを備える。マイクロホン２１０Ａ、２１０Ｂは、共有ハウジング内、例えば、スマートスピーカまたは他のポータブル電子デバイスの本体内に配置することができる。あるいは、マイクロホン２１０Ａ、２１０Ｂの各々は、別個のハウジング内に配置することができる。いくつかの実施形態では、マイクロホン２１０Ａ、２１０Ｂは、会議室のテーブルの周りなどの所望の位置に再配置することができる外部マイクロホンである。マイクロホン２１０Ａ、２１０Ｂは、例えば車室内のパネルに取り付けられた動作環境に恒久的に設置することもできる。別の例では、外部マイクロホンが会議室に配置されている場合、適応信号処理を使用して、各話者の到着位置を推定し、推定された到着位置に対応する「目的の方向」からの信号を保存することができる。

差動ビームフォーマ２２０は、ビーム形成信号をＲＭＳユニット２３２に出力するように構成される。ビーム形成信号は、マイクロホン２１０Ａによって生成されたマイクロホン信号と、マイクロホン２１０Ｂによって生成されたマイクロホン信号との組み合わせに基づいて生成される。ビームフォーマ２２０は、ビームフォーマ２２０の出力がマイクロホン２１０Ａおよび２１０Ｂの信号の差に基づくという点で差動である。図２は２つのマイクロホンのみを示しているが、マイクロホンアレイは任意の複数のマイクロホンを含むことができる。また、ビームフォーマ２２０への入力は２つのマイク信号に限定されない。例えば、ビームフォーマ２２０は、第１の対のマイクロホン間の差と第２の対のマイクロホン間の差との組み合わせに基づいてビーム形成信号を生成してもよい。

上述のように、ビームフォーマは、マイクロホン信号を組み合わせて、所望の極性パターンに従ってマイクロホンアレイの全体的な応答を生成することができる。したがって、ビームフォーマ２２０は、例えば、マイクロホン２１０Ａから受信したマイクロホン信号をマイクロホン２１０Ｂから受信したマイクロホン信号に対して遅延させることによって、ヌルステアリングを実行することができる。例えば、ビームフォーマ２２０は、マイクロホン２１０Ａからの信号を遅延させる遅延段と、それに続く、遅延された信号をマイクロホン２１０Ｂからの信号と合計する加算段とを含むことができる。遅延段は、マイクロホン２１０Ａからの信号がマイクロホン２１０Ｂからの信号と位相がずれて、これらの信号を合計することが減算演算と等価であるようにすることができる。加算段はまた、数学的積分を実行することができる。例えば、マイクロホン２１０Ａからの遅延信号およびマイクロホン２１０Ｂからの信号は、加算積分器として構成されたオペアンプへの入力として提供することができ、したがってポストフィルタの機能も果たす。

ＲＭＳユニット２３０は、マイクロホン２１０Ａおよび２１０Ｂからの信号に基づいてＲＭＳ値を生成するように構成される。特に、ＲＭＳユニット２３０は、マイクロホン２１０Ａおよび２１０Ｂ（およびマイクロホンアレイ内の任意の追加のマイクロホン）の信号の平均のＲＭＳ値を計算して、平均信号のＲＭＳを生成することができる。

ＲＭＳユニット２３２は、ＲＭＳユニット２３０と同様に、ＲＭＳ信号を生成するように構成される。ＲＭＳユニット２３０とは異なり、ＲＭＳユニット２３２は、ビームフォーマ２２０の出力である単一の入力に対して動作する。したがって、ＲＭＳユニット２３２によって生成されるＲＭＳ信号は、ビーム形成信号のＲＭＳを表す。

比較器２４０は、ＲＭＳユニット２３０によって生成されたＲＭＳ信号をＲＭＳユニット２３２によって生成されたＲＭＳ信号と比較して、比較の結果に基づいて検出信号２４２を生成するように構成される。検出信号２４２は、風または他の非音響刺激が存在するかどうかを示す。検出信号２４２の大きさが特定の閾値を超える場合、これは、マイクロホンアレイ全体における各マイクロホンの平均のＲＭＳ値とビーム形成信号のＲＭＳ値との間に有意差があることを示す。特に、非音響刺激の存在下では、ビームフォーマ２２０の出力は、平均マイクロホン信号よりも大幅に大きくなるか、あるいは、個々の無指向性マイクロホンの出力よりも大幅に大きくなると予想することができる。

代替の実施形態では、マイクロホン２１０Ａおよび２１０Ｂのうちの一方が基準マイクロホンとして指定されてもよく、ＲＭＳユニット２３０は、アレイ内のすべてのマイクロホンの平均ではなく、基準マイクロホンからの信号のみを使用してそのＲＭＳ信号を生成する。アレイ内のマイクロホンのいずれを基準マイクロホンとして用いるかは固定することができる。

比較器２４０の入力を生成するためにＲＭＳユニット２３０および２３２を使用することは、ＲＭＳがマイクロホン間の位相不一致（例えば、到着時間の差に起因する）に反応しない場合に有利である。これは、ＲＭＳユニット２３０および２３２を、それらの出力信号のそれぞれの立ち上がりおよび立ち下がり時間制限を支配する適切な時定数を有する大きさ検出器として設計することによって保証することができる。したがって、ＲＭＳユニット２３０および２３２は、それぞれの入力の平均レベルを平滑化するように動作する。ＲＭＳを計算すると、非ゼロの時間加重平均が生成される。一方、ローパスフィルタの時間加重平均は０である（波形が正と負となる期待値がランダムに分布しているため）。したがって、ＲＭＳユニット２３０および２３２を使用すると、ビーム形成信号にローパスフィルタを適用し、ローパスフィルタの出力を閾値と比較する代替の検出方法と比較して、検出精度が向上する。

図３は、特定の実施形態による非音響刺激に対する振幅応答を低減するためのシステム３００の簡略図である。図３に示すブロック要素は、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせで実装することができる。システム３００は時間領域で動作し、ノイズ検出サブシステム１３０および出力信号発生器１２０を実装するために使用することができる。システム３００は、平均化ユニット３１０と、整流器３３０および３３２と、比較器３４０と、クロスフェーダまたはスイッチ３５０と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３６０と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３６２と、加算ユニット３７０とを含む。

平均化ユニット３１０は、マイクロホンアレイ内のすべてのマイクロホンからのマイクロホン信号の平均に対応する平均信号を生成するように構成される。図３は、２つのマイクロホン（２１０Ａ，２１０Ｂ）を示す。しかしながら、前述したように、マイクロホンアレイは、任意の複数のマイクロホンを含むことができる。平均信号は、ＨＰＦ３６０に入力される。いくつかの実施形態では、平均化ユニット３１０は、アレイ１１０内のすべてのマイクロホンからの、目的の方向からの音響刺激に対する応答が互いに同相であることを確実にするために到着時間整合機能を実装する。平均化ユニット３１０は、結果として生じる補償された信号が目的の方向からの音響刺激に対して同相になるように、１つまたは複数のマイクロホン信号に遅延を導入することによって整合を実行することができる。例えば、平均化ユニットは、第１のマイクロホン信号に基づいて第１の補償された信号を生成し、第２のマイクロホン信号に基づいて第２の補償された信号を生成することができ、第１のマイクロホン信号および第２のマイクロホン信号は、音響刺激に対して等しい大きさおよび位相関係を有する。

整流器３３０は、マイクロホン２１０Ａからのマイクロホン信号に作用する。整流器３３２は、マイクロホン２１０Ｂからのマイクロホン信号に作用する。マイクロホンアレイ内の各マイクロホンに別個の整流器を設けることができる。整流器３３０，３３２は、それらのそれぞれのマイクロホン信号を、それらのそれぞれのマイクロホン信号の瞬間的な大きさを表す単一の極性を有する信号に変換するように構成される（例えば、負の信号値を反転することによって）。整流されたマイク信号は、比較器３４０に入力される。

比較器３４０は、整流されたマイクロホン信号を比較して、どの整流マイクロホン信号がより小さい瞬間的な大きさを有するかを示す制御信号をクロスフェーダ／スイッチ２５０への入力として生成するように構成される。３つ以上のマイクロホンを特徴とする実装形態では、比較器３４０は、そのような追加のマイクロホンからの整流信号の比較を提供することができ、その結果、比較器３４０の出力は、３つ以上のマイクロホンのうちのどのマイクロホンが最も小さい瞬間的な大きさを有するかを示す。したがって、比較器３４０は、複数の比較段、例えば、第１の対のマイクロホンからの信号を比較する第１段、第２の対のマイクロホンからの信号を比較する第２段、および第１段の結果と第２段の結果とを比較する第３段を含むことができる。あるいは、他の実施形態では、比較器内のソートアルゴリズムを利用して、最も小さい瞬間的な大きさを識別し、最小値が属する正しいマイクロホン信号を関連付けるためのインデックスを提供することができる。

クロスフェーダ／スイッチ３５０は、マイクロホン２１０Ａおよび２１０Ｂ（およびマイクロホンアレイ内の任意の追加のマイクロホン）によって生成されたマイクロホン信号を使用して、ＬＰＦ３６２に入力するための信号を生成するように構成される。クロスフェーダ／スイッチ３５０の出力は、マイクロホン信号のうちの１つに対応する信号とすることができ、例えば、比較器３４０の出力が、マイクロホン２１０Ｂからの信号が最も小さい瞬間的な大きさを有することを示す場合、マイクロホン２１０Ｂからの信号に完全に切り替える。

クロスフェーダとして実装される場合、クロスフェーダ／スイッチ３５０の出力は、異なるマイクロホンからの信号のブレンドに対応する。個々のマイクロホン信号がクロスフェーダの出力に寄与する度合いは、比較器３４０の出力に基づいて制御することができる。例えば、比較器３４０の出力が、マイクロホン２１０Ｂからの信号が最も小さい瞬間的な大きさを有することを示す場合、２１０Ｂからの信号をその最大許容レベル（例えば、ゲイン１）までフェードインすることができると同時に、マイクロホン２１０Ａからの信号をその最小許容レベル（例えば、ゲイン０）までフェードアウトすることができる。フェードインおよびフェードアウトには同じ変化速度でゲインが適用される。ゲインの変化速度が遅すぎると、非音響刺激に対する応答が効果的に低減されない。しかしながら、ゲインの時間変化速度は、目的の音響刺激に対する応答を歪ませることを回避するために速すぎてはならない。

ＬＰＦ３６２は、クロスフェーダ／スイッチ２５０によって生成された信号の高周波成分を除去するように構成される。したがって、ＬＰＦ３６２の出力は、非音響刺激に対する感度が低い信号の低周波成分に対応する。上述したように、高指向性ビームフォーマは、結果として、特に低周波数で、非音響刺激に対する感度を増加させ得る。したがって、処理されるマイクロホン信号から生成されるオーディオ出力信号の低周波数部分は、非音響刺激に対して感度が低いが、目的の方向からの音響刺激に対して等しく敏感であることが望ましい。クロスフェーダ／スイッチ３５０とＬＰＦ３６２とを組み合わせることで、このような低周波部分を生成することができる。

ＨＰＦ３６０は、平均化ユニット３１０によって生成された平均信号の高周波成分を除去するように構成される。ＨＰＦ３６０の出力は、ＬＰＦ３６２の出力とともに、加算ユニット３７０に供給される。風または他の非音響刺激が同時にアレイ１１０内のすべてのマイクロホンに等しい外乱を生成する可能性は非常に低いため、平均化ユニット３１０によって実行される平均化は、それ自体のマイクロホン信号のいずれかと比較して非音響刺激に対する感度が低い出力信号を生成する。平均化は、クロスフェーダ動作と比較した場合、この感度を下げるのにそれほど効率的ではないが、クロスフェーダ動作は結果として、より高い周波数にノイズおよび歪みを加える。したがって、いくつかの実施形態では、ＬＰＦ３６２を使用することによってクロスフェーダ／スイッチ３５０からより低い周波数が維持され、ＨＰＦ３６０を使用することによって平均化ユニット３１０の出力のより高い周波数が維持される。

加算ユニット３７０は、ＨＰＦ３６０およびＬＰＦ３６２の出力を加算することによってノイズ低減信号３７２を生成するように構成される。したがって、ノイズ低減信号３７２は、その低周波数成分が、非音響刺激に対する感度が最大限に低く、音響刺激に対して歪みがないままである、１つまたは複数のマイクロホン信号から導出される信号に対応する。加えて、信号の高周波成分は、非音響刺激に対する感度が低減され、目的の方向からの音響刺激に対して歪みがないままであり、非音響刺激に対するより低い感度を達成するために追加のノイズおよび歪みを生成せず、すべてのマイクロホン信号の平均から導出される。Ｎ個のマイクロホンを平均すると、非音響刺激に対する感度が１０＊ｌｏｇ（Ｎ）の係数で低下する。風バフェティング事象中に２つのマイクロホンを平均した出力は、典型的には、いずれかの単一のマイクロホンの出力よりも３ｄＢ低い（長期曝露の場合）。

このノイズ低減信号３７２は、ビームフォーマの出力の代わりに（例えば、図２のビームフォーマ２２０の出力の代わりに）、出力オーディオ信号として用いることができる。マイクロホンアレイ１１０が複数の無指向性カプセルを含む場合、ノイズ低減信号は、音響刺激に応答して、低周波数用ではなく高周波数用の指向性挙動を提供する。あるいは、図５の実施形態に示すように、クロスフェーダユニット５４０を使用して、クロスフェーダ／スイッチ３５０によって実行されるマイクロホン信号のブレンドと同様に、ノイズ低減信号をビーム形成信号とブレンドすることによって、出力オーディオ信号を生成することができる。これは、非音響源に対する感度を低減することと、低周波数源に対して高い指向性応答特性を有することとの間の瞬間ごとのトレードオフを作り出すために潜在的に有用であり得る。

システム３００は、１つまたは複数のマイクロホン上に風バフェティングまたは他の非音響刺激が存在する場合に、目的の方向からの音響刺激に対する感度を維持しながら、非音響刺激に対する感度が最も低いノイズ低減信号を生成するように動作する。マイクロホンは空間的に多様であり、任意の特定の瞬間に非音響刺激に非類似的に応答することがほぼ保証されているため、風の存在下では、マイクロホン信号の１つは、他のマイクロホン信号に比べてほぼ常により小さい瞬間的な大きさを有する。対照的に、すべてのマイクロホンは、音響刺激にまったく同様に応答すると予想される。整流されたマイクロホン信号を比較することによって、システム３００は、どちらがより小さい瞬間的な大きさを有するかを識別することができる。システム３００は、各マイクロホン信号間で切り替えまたはクロスフェードして、（例えば、任意の特定の時間間隔で）最も小さい瞬間的な大きさを有するマイクロホン信号を優先させる。音声などの音響刺激への応答に対応するマイクロホン信号は、ノイズおよび歪みなどのアーチファクトを処理することなくＨＰＦ３６０の出力に保持され、したがって、切り替えまたはクロスフェードの影響を受けずに通過する。音響刺激への応答に対応するマイクロホン信号はまた、ＬＰＦ３６２の出力に保持されるが、ある程度までＬＰＦ３６２を通過するクロスフェード／切り替え動作から生成されるノイズアーチファクトが存在し得る。したがって、非音響刺激に対する感度を最大限に低減するためのトレードオフは、クロスフェーダ／スイッチ動作において生成されるノイズアーチファクトである。いくつかの実施形態では、ＬＰＦ３６２およびＨＰＦ３６０のコーナー周波数は、このトレードオフのバランスをとるように選択される。

図４は、非音響刺激の検出に応答してノイズ低減信号に切り替えることによって生成されたビーム形成信号４１０（例えば、ビームフォーマ２２０の出力）および出力オーディオ信号４２０の一例を示すグラフである。ビーム形成信号４１０および出力オーディオ信号４２０は、時間ＴＯおよびＴｌの間で同一である。Ｔｌにおいて、非音響刺激の検出に応答して、ビーム形成信号４１０からノイズ低減信号（例えば、加算ユニット３７０の出力）への切り替えが行われる。図４に示すように、Ｔｌの後、ビーム形成信号４１０の振幅変動４１２は、出力オーディオ信号４２０の振幅変動４２２よりも著しく大きい。したがって、非音響刺激に対する応答は、ビーム形成信号４１０においてはるかに顕著であるのに対して、非音響刺激に対する応答は、出力オーディオ信号４２０において抑制される。

図５は、図２に示すノイズ検出技術と図３に示すノイズ低減技術とを組み合わせたシステム５００の簡略図である。図５に示すブロック要素は、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせで実装することができる。図２および図３に関連して前述したものに対応する構成要素は、同じ参照番号で示されている。システム５００は時間領域で動作し、ノイズ検出サブシステム１３０および出力信号発生器１２０を実装するために使用することができる。

図５の実施形態では、信号のＲＭＳが信号の整流およびその後のローパスフィルタリングと実質的に同じであるため、ＲＭＳユニット２３０の機能と同等の機能は、整流器３３０，３３２と加算プラスＬＰＦユニット５１０との組み合わせによって提供される。同様に、ＲＭＳユニット２３２の機能と同等の機能は、整流器５２０とＬＰＦ５３０との組み合わせによって提供される。図５に示すように、システム５００は、加算ユニット３７０の出力（図３のノイズ低減信号３７２）とビームフォーマ２２０の出力とのブレンドまたは切り替えによって、比較器２４０からの制御信号に従って出力オーディオ信号５５０を形成するクロスフェーダ／スイッチ５４０を含む。

出力オーディオ信号に寄与する２つの信号（例えば、平均または単一のマイクロホン）間の切り替えまたはクロスフェードは、２つの形態のより高い周波数の情報（新しいノイズ）を生成する。第１に、切り替えまたはクロスフェードは、小さな時間変化（大きなｄＶ／ｄｔ）にわたって電圧の急激な変化をもたらすことがあり、広い帯域幅を有するノイズを生成する。第２に、（アナログ回路に実装されている場合）切り替え機構自体が、切り替え機構の両側での蓄積エネルギーの伝達から急激な過渡現象を発生させる可能性がある。これらの過渡現象は、いくつかの異なる方法で除外することができる。例えば、いくつかの実施形態では、クロスフェーダ／スイッチ５４０によって実行される切り替えの結果として出力オーディオ信号５５０に導入される切り替えノイズは、出力オーディオ信号５５０を１つまたは複数のローパスフィルタ段（図示せず）を通してローパスフィルタリングすることによって低減される。あるいは、クロスフェーダ／スイッチ５４０を、その最大スルーレートの制限、および／またはフェードインおよび同時フェードアウト時間を制御するクロスフェード関数の時定数で構成することによって、切り替えノイズを低減することができる。

図６は、特定の実施形態による、非音響刺激に対する感度を検出および低減するための部分回路６００を示す。回路６００は、図７～図１０に示す回路と共に動作し、ゲイン段６２０と、遅延段６３０と、加算およびポストフィルタ段６４０とを含む。ゲイン段６２０は、さらなる処理のために、マイクロホンアレイからのマイクロホン信号を増幅するように動作する低雑音ゲイン段である。ゲイン段６２０は、それぞれのマイクロホン信号６１０Ａ（カプセル１）および６１０Ｂ（カプセル２）を増幅して増幅されたマイクロホン信号６１２Ａ（ＯＭＮＩ１）および６１２Ｂ（ＯＭＮＩ２）を生成するオペアンプ６２２Ａおよび６２２Ｂを含む。したがって、ゲイン段６２０は、マイクロホン信号６１０Ａ、６１０Ｂによって生成される低振幅信号の劣化による後続の回路の電気ノイズフロアの影響を低減するのに役立つ。

遅延段６３０は、増幅されたマイクロホン信号６１２Ａに時間遅延および位相反転を適用するように構成されたオペアンプ６３２を含む。加算およびポストフィルタ段６４０は、共通ノードを介して遅延段６３０の出力と増幅されたマイクロホン信号６１２Ｂとを加算するように構成される。次に、加算結果は、オペアンプ６４２によってフィルタリングおよび増幅されて、差動ビームフォーマ出力信号６５０を生成する。信号６５０は、通信端末および／または音声認識システムなどの下流接続機器を駆動するのに適切な大きさレベルになっている。

図７は、図６の回路６００によって生成された増幅されたマイクロホン信号６１２Ａ、６１２Ｂで動作する部分回路７００を示す。回路７００は、整流器７１０Ａ，７１０Ｂを含む。整流器７１０Ａは、図３の整流器３３０に類似しており、増幅されたマイクロホン信号６１２Ａを整流して整流信号７１２Ａ（ＯＭＮＩ１整流）を生成する。整流器７１０Ｂは、整流器３３２に類似しており、増幅されたマイクロホン信号６１２Ｂを整流して整流信号７１２Ｂ（ＯＭＮＩ２整流）を生成する。整流器７１０Ａ，７１０Ｂは、ダイオードを用いて電圧整流を行うオペアンプ方式の回路である。

比較器７２０は、比較器３４０と同様のオペアンプ方式の回路である。比較器７２０は、整流信号７１２Ａと整流信号７１２Ｂとを比較し、整流信号７１２Ａ，７１２Ｂの電圧差に基づいてバイポーラ接合トランジスタ７２２を制御する。バイポーラ接合トランジスタ７２２のエミッタは、クロスフェーダ７３０の動作を制御するための制御信号を形成する。

クロスフェーダ７３０は、クロスフェーダ／スイッチ３５０と同様のオペアンプ方式の回路である。クロスフェーダ７３０は、バイポーラ接合トランジスタ７２２で生成された制御信号に基づいて、増幅されたマイクロホン信号６１２Ａ，６１２Ｂの寄与を調整する。制御信号は、オペアンプ７３４によって混合される６１２Ａおよび６１２Ｂの混合物の組成に影響を及ぼす。オペアンプ７３４は、クロスフェーダ７３０の出力を生成する。オペアンプ７３４の出力は、信号６１２Ａの逆極性にオペアンプ７３２の出力の逆を加えたものに等しく、これは信号６１２Ｂマイナス６１２Ａである。トランジスタ７２２からの制御信号が完全にオンであるとき、オペアンプ７３２の出力は接地にプルされる。したがって、７１２Ｂが７１２Ａより大きい場合、オペアンプ７３４の出力は逆極性（負）６１２Ａに等しい。７１２Ｂが７１２Ａより小さい場合、オペアンプ７３４の出力は、負６１２Ａ＋正６１２Ａ＋負６１２Ｂの合計に等しく、これは負６１２Ｂに等しい。

図８は、図７のクロスフェーダ７３０の出力で動作する部分回路８００を示す。回路８００は、反転平均化ユニット８１０と、ＨＰＦ８２０と、ＬＰＦ８３０と、加算ユニット８４０とを含む。平均化ユニット８１０は、平均化ユニット３１０と類似のオペアンプ方式の回路である。平均化ユニット８１０は、増幅されたマイクロホン信号６１２Ａおよび６１２Ｂの平均に対応する信号を生成するが、ＨＰＦ８２０およびＬＰＦ８３０を介してクロスフェーダ７３０からの出力と組み合わせたときに位相が揃うように、位相が反転されている。

ＨＰＦ８２０は、ＨＰＦ３６０に類似しており、１つまたは複数のハイパスフィルタリング段を含む。図８に示す実施形態では、ＨＰＦ８２０は、平均化ユニット８１０によって生成された信号の低周波数成分を除去するように構成されたオペアンプ方式の２つのフィルタを有する。具体的には、ＨＰＦ８２０は、Ｓａｌｌｅｎ－Ｋｅｙトポロジに従って構成された二次ハイパスフィルタである。

ＬＰＦ８３０は、ＬＰＦ３６２に類似しており、ＨＰＦ８２０のトポロジに対応するトポロジに従って構成された１つまたは複数のローパスフィルタ段を含む。図８に示す実施形態では、ＬＰＦ８３０は、クロスフェーダ７３０によって生成された信号の高周波数成分を除去するように構成されたオペアンプ方式の２つのフィルタを有する。

加算ユニット８４０は、加算ユニット３７０と同様のオペアンプ方式の回路である。加算ユニット８４０は、ＨＰＦ８２０およびＬＰＦ８３０の出力を合計して、ノイズ低減信号３７２に対応するノイズ低減信号８４２（ＯＭＮＩ－ＯＵＴ）を生成するように構成される。

図９は、（図６の加算およびポストフィルタ段６４０によって生成された）ビーム形成信号６５０および（図８の加算ユニット８４０によって生成された）ノイズ低減信号８４２に対して動作する部分回路９００を示す。回路９００は、ＲＭＳユニット９１０と、比較器９２０と、クロスフェーダ９３０とを含む。

ＲＭＳユニット９１０は、図２のＲＭＳユニット２３２と同様のオペアンプ方式の回路である。ＲＭＳユニット９１０は、整流およびローパスフィルタを用いて、ビーム形成信号６５０のＲＭＳ振幅に対応するＲＭＳ信号９１２（ＢＦ－ＲＭＳ）を生成するように構成される。

比較器９２０は、比較器２４０と同様のオペアンプ方式の回路である。比較器９２０は、ＲＭＳ信号９１２をＲＭＳ信号９２２と比較してクロスフェーダ９３０の制御信号を生成するように構成される。ＲＭＳ信号９２２は、すべてのマイクロホン信号の平均ＲＭＳであり、図１０に示す回路を使用して生成することができる。比較器９２０は、図７の比較器７２０と同様に動作し、ＲＭＳ信号９１２，９２２間の電圧差に基づいてバイポーラ接合トランジスタ９３２のエミッタを制御する。説明を容易にするために、バイポーラ接合トランジスタ９３２は、図９では、比較器９２０の代わりにクロスフェーダ９３０の一部として示されている。

クロスフェーダ９３０は、図５のクロスフェーダ／スイッチ５４０と同様のオペアンプ方式の回路である。クロスフェーダ９３０は、図７のクロスフェーダ７３０と同様に動作し、バイポーラ接合トランジスタ９３２によって生成された制御信号に基づいて、ビーム形成信号６５０およびノイズ低減信号８４２の寄与を調整する。クロスフェーダ９３０は、図５の出力オーディオ信号５５０に対応する出力オーディオ信号９５０を生成する。

図１０は、図９の比較器９２０に入力するためのＲＭＳ信号９２２を生成する部分回路１０００を示す。回路１０００は、図２のＲＭＳユニット２３０に類似しており、図７の整流器７１０Ａおよび７１０Ｂによって生成された整流信号７１２Ａおよび７１２Ｂを合計するオペアンプ方式の加算段１０１０を含む。加算段１０１０の後には、抵抗器およびコンデンサを使用して実装されたローパスフィルタ１０２０が続く。

図１１Ａおよび図１１Ｂは、特定の実施形態による、非音響刺激に対する感度を検出および低減するための処理１１００を示すフローチャートである。処理１１００は、ノイズ検出システム（例えば、図２の実施形態または図５の実施形態に従って実施される）と組み合わせて出力信号発生器を使用して実行することができる。いくつかの実施形態では、処理１１００は、少なくとも部分的に、コンピュータシステムの１つまたは複数のプロセッサ（例えば、デジタル信号プロセッサ）によって実行される命令を通じて実行される。

１１０２において、マイクロホンアレイを使用して音が捕捉される。マイクロホンアレイは、少なくとも第１のマイクロホンと第２のマイクロホンとを含み、アレイ内の各マイクロホンは、物理的環境における音響刺激および非音響刺激に応答してそれぞれのマイクロホン信号を生成する。先に説明したように、環境内の特定の音響刺激からの音は、マイクロホンが刺激に対してどのように配置されているかに応じて、異なるマイクロホンに異なる時間に到達し得る。したがって、ある期間にわたってマイクロホンアレイによって複数のマイクロホン信号が生成され得る。マイクロホン信号は、ノイズ検出サブシステムによって受信されてもよく、第１のマイクロホンの応答に基づいて生成された第１のマイクロホン信号と、同じ音響刺激に対する第２のマイクロホンの応答に基づいて生成された第２のマイクロホン信号とを含んでもよい。

１１０４において、マイクロホン信号は、さらなる処理のために任意選択的に調整される。そのような調整は、増幅、整流、到着時間同期、遅延、フィルタ、および／または他のタイプの信号処理を含むことができる。

１１０６において、差動ビームフォーミングを使用して第１のマイクロホン信号と第２のマイクロホン信号とを組み合わせることによってビーム形成信号が生成される。ビーム形成信号は、例えば、差動ビームフォーマによって生成され得る。

１１０８において、平均信号が生成される。平均信号は、第１のマイクロホン信号と第２のマイクロホン信号との平均に対応し、平均化ユニット（例えば、平均化ユニット３１０）によって生成することができる。あるいは、上述したように、音響刺激に対して同相になるようにマイクロホン信号を時間整合することができる。したがって、いくつかの実施形態では、１１０８の平均信号は、２つ以上の補償された信号の平均として生成され（例えば、図１７に示す信号１７１２Ａおよび１７１２Ｂ）、補償された各信号は、それぞれのマイクロホン信号に基づいて生成され、補償された信号はすべて、１つまたは複数の音響刺激に対して同相である。

１１１０において、非音響刺激の検出の一部として、第１の信号が第２の信号と比較される。第１の信号は、ビーム形成信号であるか、またはビーム形成信号から導出された信号であり得る（例えば、ビーム形成信号のＲＭＳ）。第２の信号は、平均信号であるか、または平均信号から導出された信号であり得る（例えば、平均信号のＲＭＳ）。１１１０の比較は、比較器２４０などの比較器を用いて行うことができる。

１１１２において、１１１０の比較結果に基づいて、第１の信号の瞬間的な大きさが第２の信号の瞬間的な大きさよりも大きいという判定が行われる。１１１０の比較が比較器を使用して行われる場合、１１１２における判定は、比較の実行の一部として暗黙的に行うことができ、比較器の出力に反映される。１１１２の判定により、非音響刺激の存在（すなわち、少なくとも１つの非音響源が存在すること）が確認される。いくつかの実施形態では、１１１２における判定は、例えば、第１の信号の大きさが第２の信号の大きさを特定の量だけ超える場合に、非音響刺激に対する応答の大きさが閾値を超えると判定することを含んでもよい。

１１１４において、１１１２の判定に応じて、出力オーディオ信号に対するノイズ低減信号の寄与が増加し（最大ゲイン値１）、出力オーディオ信号に対するビーム形成信号の寄与が減少するように（最小ゲイン値０）、ビーム形成信号とノイズ低減信号との間の切り替えまたはクロスフェード（例えば、クロスフェーダ／スイッチ５４０を用いる）によって出力オーディオ信号が生成される。クロスフェーダ動作におけるすべての信号のゲインの時間変化速度は、結果として得られる出力信号が体積変動を伴わないように制御することができる。特定の実施形態では、ノイズ低減信号の生成は、図１１Ｂに示す処理に従って実行することができる。

ブロック１１１４における切り換えまたはクロスフェードは、少なくとも特定の周波数に関して、実質的に指向性である全体的な応答（例えば、ビームフォーマ出力に基づいて生成された出力信号）から実質的に無指向性である全体的な応答への切り換えを含み得る。例えば、切り替えは、より低い周波数ではより指向性が高く（例えば、高指向性）、より高い周波数ではより指向性が低い第１の全体的な応答から、同じより低い周波数では無指向性であり、同じより高い周波数ではより指向性が低い（例えば、中程度の指向性）第２の全体的な応答への切り替えであり得る。

図１１Ｂは、図１１Ａのフローチャートを継続し、１１１６で始まる。図１１Ｂの特定のステップは、図１１Ａに示す処理と並行して実行することができる。１１１６において、図１１Ａの１１０２における捕捉に基づいて受信されたマイクロホン信号（例えば、第１のマイクロホン信号および第２のマイクロホン信号）が互いに比較される。特定の実施形態では、１１１６において比較される信号は、１１０４における処理に基づいて生成された調整されたマイクロホン信号である。例えば、１１１６における比較は、第１のマイクロホン信号および第２のマイクロホン信号をそれぞれ整流することによって生成された第１の整流信号および第２の整流信号に対して実行される動作に対応し得る。

１１１８において、１１１６の比較に基づいて、非音響刺激に対するより小さい応答が第２のマイクロホン信号よりも第１のマイクロホン信号に存在するという判定が行われる。１１０２において３つ以上のマイクロホン信号が生成された場合、１１１８における判定は、例えば、第１のマイクロホン信号または第１のマイクロホン信号の整流バージョンが最も小さい瞬間的な大きさを有し、１１１２における判定が非音響刺激の存在を判定したために、第１のマイクロホン信号がすべてのマイクロホン信号の中で非音響刺激に対する最も小さい応答を有することを瞬間ごとに判定することを含んでもよい。

１１２０において、ノイズ低減信号の生成の一部として、および１１１８における瞬間ごとの決定に応答して、ローパスフィルタ（例えば、ＬＰＦ３６２）の入力に対する第１のマイクロホン信号（または１１１８において最も小さい応答を有すると決定されたいずれかのマイクロホン信号）の寄与は、クロスフェードまたはマイクロホン信号間の瞬間ごとの切り替えによって増加する。いくつかの実施形態では、第１のマイクロホン信号の寄与は、他のマイクロホン信号の寄与に比べて増加するが、他のマイクロホン信号の寄与を完全に排除することはない。あるいは、第１のマイクロホン信号のみを使用するように（例えば、第２のマイクロホン信号がノイズ低減信号に決して寄与しないように）切り替えることも可能である。

１１２２において、平均信号がハイパスフィルタ（例えば、ＨＰＦ３６０）への入力として生成される。平均信号は、すべてのマイクロホン信号（例えば、第１のマイクロホン信号と第２のマイクロホン信号）の平均に対応する。

１１２４において、ローパスフィルタおよびハイパスフィルタの出力は（例えば、加算ユニット３７０によって）合計されてノイズ低減信号を生成する。ノイズ低減信号を生成するためにローパスフィルタと組み合わせてハイパスフィルタを使用することは任意である。いくつかの実施形態では、ノイズ低減信号は、単に、最も小さい瞬間的な大きさを有するマイクロホン信号である。したがって、ノイズ低減信号は、少なくとも第１のマイクロホン信号、場合によっては第１のマイクロホン信号のみを使用して生成することができる。その後、１１２４で生成されたノイズ低減信号は、図１１Ａの１１１４の処理のための入力として提供される。

図１２は、特定の実施形態によるノイズ低減信号を生成するための処理１２００を示すフローチャートである。処理１２００は、図１１Ｂに示す処理の代替として使用することができる。処理１２００は、ノイズ検出システムと組み合わせて出力信号発生器によって実行することができる（例えば、図１の出力信号発生器１２０およびノイズ検出サブシステム１３０の実装形態）。出力信号発生器およびノイズ検出システムは、アナログおよび／またはデジタル補正回路に実装することができる。いくつかの実施形態では、処理１２００は、少なくとも部分的に、コンピュータシステムの１つまたは複数のプロセッサ（例えば、デジタル信号プロセッサ）によって実行される命令を通じて実行される。

１２０２において、マイクロホンアレイを使用して生成された複数のマイクロホン信号の周波数成分が抽出される。周波数成分の抽出は、例えば、マイクロホンアレイ内の少なくとも第１のマイクロホンおよび第２のマイクロホンからのアナログマイクロホン信号のデジタルバージョンに離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を適用することを含んでもよい。ＤＦＴの出力は、各マイクロホン信号について、ある周波数範囲にわたるスペクトル分布を含むことができる。周波数は、各ビンに割り当てられた値を有する周波数ビンに分割されてもよく、ビンに割り当てられた値は、ビンが対応する周波数または周波数範囲における特定のマイクロホン信号のエネルギー量を示す。

１２０４において、１２０２で抽出された多くの周波数ビンの各々の大きさが、ある期間にわたって平均化される。周波数成分の適切な平均化は、各マイクロホン信号に対して、平均周波数成分のセットを生成する。周波数成分の平均化は、外れ値の周波数成分（例えば、周波数スペクトルの偽スパイク）の数を減らし、一定期間にわたるマイクロホン信号の周波数挙動を反映する各マイクロホン信号のスペクトル表現を生成する。

１２０６において、平均化された周波数成分に対して、周波数領域においてスペクトル平滑化が実行される。スペクトル平滑化は、外れ値の周波数成分の数をさらに減少させ、それによって各マイクロホン信号のより正確なスペクトル表現を生成する。

１２０８において、平滑化され平均化された周波数成分のサブセットは、最小量のエネルギーを有するものとして識別される。サブセットは、例えば、値が特定の閾値を超える任意の周波数成分を排除することによって識別することができる。閾値を超える値は、通常、非音響刺激に関連する値であるが、閾値を下回る値は、捕捉されるべき音響源（例えば、人の声）に関連する傾向がある。

１２１０において、フィルタを適用することによってノイズ低減信号が生成される。フィルタは、１２０８で識別された周波数成分のサブセットに基づいて生成され、識別されたサブセットに含まれない周波数成分をフィルタリングするように動作する。これにより、すべてのマイクロホン信号からの寄与を含むことができるが、非音響刺激に関連するマイクロホン信号の部分を除外する、合成信号を生成する。

上述の実施形態は、非音響刺激に対する感度の低減をもたらし、マイクロホンアレイにおける非音響刺激に対する応答を検出および低減するように動作可能な様々な回路実装を含む。マイクロホンアレイ内のマイクロホン間の感度マッチングに関する実施形態を以下に説明する。ビームフォーミングによって極性パターンが達成される精度は感度が一致したマイクロホンに依存するため、感度一致自体が有用である。ビームフォーミングのために不一致のマイクロホンからの信号を使用すると、所望の極性パターンから著しく逸脱する極性パターンが生じる可能性がある。逸脱は、より低い周波数で特に顕著である。例から、１５．６ミリメートル離れて配置され、その所望の応答がカージオイドパターンであるマイクロホンのペア間の１デシベルの不一致は、約３キロヘルツ（ｋＨｚ）から約８００Ｈｚまでの範囲の周波数では所望のカージオイドパターンから大きく逸脱することはないが、極性パターンは、８００Ｈｚ未満のカージオイドのように徐々に小さくなり得る。約３００Ｈｚ以下では、得られるパターンは完全に円形または無指向性に見える。

感度マッチングがない場合、マイクロホン間の感度の不一致が実質的である場合、１つの解決策は、より低い感度を有するマイクロホンを単に選択することである。しかしながら、より低い感度を有するマイクロホンを選択することは最適ではないが、感度マッチングは、音響刺激および非音響刺激に対して可能な限り最良の瞬時信号対雑音比で出力オーディオ信号を生成することを可能にする。

感度マッチングを使用して、ノイズ検出およびノイズ低減の性能を向上させることもできる。この意味で、ノイズは、非音響刺激に対する任意の応答を指す。そのような応答を検出および低減するための上述の例示的な実施形態は、比較器を使用して、マイクロホンの応答（例えば、増幅および整流されたマイクロホン信号、ビーム形成信号、およびＲＭＳ信号）から導出された信号を比較する実施形態を含む。マイクロホンの感度がマイクロホンアレイ内の他のマイクロホンの感度から著しく逸脱している場合、これは比較器への入力の精度を低下させ、したがって比較の結果に悪影響を及ぼす。例えば、不一致は、偽陽性、偽陰性、または誤った量のクロスフェードをもたらす可能性がある。

さらに、ノイズ検出は、感度マッチングに有益であり得る。例えば、いくつかの実施形態では、感度マッチングシステム（例えば、図１３に示すシステム）は、非音響刺激が検出されたときに一時的に停止される。非音響刺激は、周囲の音響刺激に関する情報を与えないようにマイクロホンを乱す。したがって、相関の高いマイクロホン信号、例えば音響刺激への応答に関連する信号に基づいて感度不一致推定値を更新することが有利であろう。したがって、いくつかの実施形態では、図２のシステム２００などのノイズ検出システムを使用して、いつ感度マッチングを実行するかを制御することができる。

図１３は、特定の実施形態による感度マッチングのためのシステム１３００の簡略図である。図１３に示すブロック要素は、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせで実装することができる。システム１３００は、図１の不一致検出サブシステム１４０の実装形態である。システム１３００は、マイクロホンアレイ内の各マイクロホンのゲイン段を含む。例えば、図１３に示すように、システム１３００は、マイクロホン２１０Ａからの信号を増幅するゲイン段１３１０Ａと、マイクロホン２１０Ｂからの信号を増幅するゲイン段１３１０Ｂとを含むことができる。システム１３００は、ＲＭＳユニット１３２０Ａ、１３２０Ｂおよび比較器１３３０をさらに含む。図１３の実施形態では、マイクロホン２１０Ｂは、その感度がアレイ内の他のマイクロホン（例えば、マイクロホン２１０Ａ）の増幅量を決定する基準マイクロホンとして使用される。

ゲイン段１３１０Ａは、増幅されたマイクロホン信号１３１２Ａを生成するように構成される。ゲイン段１３１０Ｂは、増幅されたマイクロホン信号１３１２Ｂを生成するように構成される。ゲイン段１３１０Ａ、１３１０Ｂは、前述のノイズ検出および低減システムに統合または共有することができる。例えば、ゲイン段１３１０Ａ、１３１０Ｂは、図６のゲイン段６２０に対応してもよく、その場合、増幅されたマイクロホン信号１３１２Ａおよび１３１２Ｂは、それぞれ増幅されたマイクロホン信号６１２Ａおよび６１２Ｂに対応することになる。

図１３に示すように、ゲイン段１３１０Ａは、マイクロホン２１０Ａからの信号に加えられる増幅量を変化させるように調整可能である。マイクロホンアレイ内の各マイクロホンは、調整可能な対応するゲイン段に結合することができる。図１３の実施形態では、ゲイン段３１０Ａは、比較器１３３０によって生成された制御信号１３１６に基づいて調整される。

ＲＭＳユニット１３２０Ａ、１３２０Ｂは、入力としてＲＭＳ信号を比較器１３３０に供給する。ＲＭＳユニット１３２０Ａは、増幅されたマイクロホン信号１３１２ＡのＲＭＳに対応するＲＭＳ信号を生成する。ＲＭＳユニット１３２０Ｂは、増幅されたマイクロホン信号１３１２ＢのＲＭＳに対応するＲＭＳ信号を生成する。ＲＭＳユニット１３２０Ａ、１３２０Ｂは、例えば整流およびローパスフィルタユニットの組み合わせを使用して、前述のＲＭＳユニットと同様の方法で実装することができる。ＲＭＳユニット１３２０Ａ、１３２０Ｂによって生成されるＲＭＳ信号は、比較的長い時定数（例えば、０．５秒以上の時間窓）にわたって生成される。長い時定数を使用することにより、マイクロホンアレイに沿った異なる位置に対して異なる時間に音が到達する指向性音響刺激が存在する場合でも、感度マッチングが堅牢であることが保証される。安定性および不一致推定精度を確保するために、１３１０Ａが提供するゲインの時間変化速度に制限を課すことも非常に重要である。比較的長い時定数を使用して、または増幅信号の大きさを比較的長い期間にわたって積分して、各マイクロホンが受ける音場への真の露出を測定する。マイクロホンが測定に含まれる波長よりも離れて配置されていても、話者からの音を捕捉するように設計され配置されたすべてのマイクロホンは、同じ長期音響曝露を受ける。したがって、比較的長い時定数を使用した結果として、増幅されたマイクロホン信号１３１２Ａの長期ＲＭＳ値は、増幅されたマイクロホン信号１３１２ＢのＲＭＳ値と一致し、これにより、マイクロホン２１０Ａ、２１０Ｂの感度は、互いに同一になるか、または特定の狭い範囲内になる。０．００５ｄＢ未満の安定した不一致を達成することが実用的である。

制御信号１３１６は、ＲＭＳユニット１３２０ＡからのＲＭＳ信号がＲＭＳユニット１３２０ＢからのＲＭＳ信号よりも大きいか否かを示す。大きい場合、制御信号１３１６の値は、ゲイン段１３１０Ａに、マイクロホン２１０Ａからの信号に適用される増幅量を減少させるように命令する。安定性を確保するために、ゲインユニット１３１０Ａは、１秒あたりのゲインの現在の限界（例えば、０．２ｄＢ／秒）によって、または１秒あたりの測定された不一致の現在の割合（例えば、毎秒不一致の５％）によってのみ応答することが可能であってもよい。同様に、制御信号１３１６が、ＲＭＳユニット１３２０ＡからのＲＭＳ信号がＲＭＳユニット１３２０ＡからのＲＭＳ信号よりも小さいことを示す場合、制御信号１３１６は、マイクロホン２１０Ａからの信号に適用される増幅量を増加させるようにゲイン段１３１０Ａに命令する。

システム１３００は、マイクロホン２１０Ａの感度がマイクロホン２１０Ｂの感度の特定の範囲内に留まることを確実にするために、経時的に動作する（例えば、連続的または定期的に起動される）ことができる。システム１３００は、感度マッチングのためのシステムの一例にすぎない。システム１３００の変形が可能である。例えば、いくつかの実施形態では、マイクロホン２１０Ａ、２１０Ｂは、制御信号１３１６に基づいてタンデムに調整される（例えば、ゲイン段１３１０Ａの増幅を増加させつつ、ゲイン段１３１０Ｂの増幅を減少させる）。３つ以上のマイクロホンを特徴とするマイクロホンアレイでは、ゲインをグループで調整することができる。例えば、第１のマイクロホンからのＲＭＳ信号を第２のマイクロホンからのＲＭＳ信号と比較して第１のマイクロホンのゲインを調整し、次に、（第１のマイクロホンのゲインが調整された後に更新された）第１のマイクロホンからのＲＭＳ信号を第３のマイクロホンからのＲＭＳ信号と比較して第３のマイクロホンのゲインを調整することによって、ペア方式で調整を行うことができる。

いくつかの実施形態では、入力を低周波数範囲に制限するために、ＲＭＳユニットへの入力は、バンドパスフィルタおよび／またはローパスフィルタを使用してフィルタリングされる。感度の不一致は通常、周波数にわたって一定ではなく、低周波数は高周波数よりも正確な感度マッチングを必要とする傾向があるため、（例えば、良好な低周波差動ビームフォーミング性能のために）ＲＭＳ入力を低周波数範囲に制限することは、最も補正を必要とする周波数範囲の信号を使用してゲイン調整が実行されることを確実にするのに役立つ。

図１４Ａは、図１３のシステム１３００を実施するために使用することができる部分回路１４００を示す。回路１４００は、マイクロホン信号１４１０Ａおよび１４１０Ｂを増幅して、対応する増幅されたマイクロホン信号１４１２Ａおよび１４１２Ｂを生成するように構成されたオペアンプのセットを含む。増幅されたマイクロホン信号１４１２Ｂは、オペアンプ１４２０、続いてオペアンプ１４２２を介して増幅された後のマイクロホン信号１４１２Ｂに相当する。増幅されたマイクロホン信号１４１２Ａは、オペアンプ１４２０を介して増幅された後のマイクロホン信号１４１２Ａに相当する。オペアンプ１４４０は、１４１２Ａからの増幅されたマイクロホン信号１４１２Ｂの減算を実行する。この減算処理は、音圧の勾配に対する応答を生成し、これによりマイクロホンが非常に指向性になる。したがって、オペアンプ１４４０の出力はビーム形成信号である。オペアンプ１４５０は、オペアンプ１４４０から出力されるビーム形成信号に周波数固有ゲインを適用して、前述の減算演算から生じる漸進的に強力な音響短絡を補正する。これにより、マイクロホンアレイの軸上応答が補正される。したがって、オペアンプ１４５０は、差動ビームフォーマのポストフィルタに相当する。

図１４Ａに示すように、オペアンプ１４３０は、制御信号１４３４を使用して駆動されるゲイン設定トランジスタ１４３２を使用してマイクロホン信号１４１０Ａに適用される全体的なゲインを制御する電圧制御増幅器（ＶＣＡ）として動作している。図１４Ａの実施形態において、トランジスタ１４３２は、オペアンプ１４３０の周りの回路のゲイン設定位置において可変抵抗器として作用するように構成されたＮ型ＪＦＥＴ（Ｎ型接合型電界効果トランジスタ）である。トランジスタ１４３２のゲートは、制御信号１４３４によって駆動される。本開示の教示から逸脱することなくＶＣ Ａを作成するために使用され得る他の方法もある。

図１４Ｂは、図１４Ａの制御信号１４３４を生成するために使用することができる部分回路１４０２を示す。回路１４０２は、増幅されたマイクロホン信号１４１２Ａを整流するように構成された整流器１４６０Ａと、増幅されたマイクロホン信号１４１２Ｂを整流するように構成された整流器１４６０Ｂとを含む。図１４Ｂに示すように、整流器１４６０Ａおよび１４６０Ｂは、図７の整流器７１０Ａおよび７１０Ｂと同様に実装することができる。

回路１４０２は、ローパスフィルタ段１４７０およびオペアンプ１４８０をさらに含む。ローパスフィルタ段１４７０は、整流器１４６０Ａ、１４６０Ｂの出力をローパスフィルタ処理してオペアンプ１４８０への一対の入力を生成するように構成される。オペアンプ１４８０は、積分比較器として機能し、整流器１４６０Ａおよび１４６０Ｂのローパスフィルタリングされた出力間の差の積分に基づいて制御信号１４３４を生成するように構成される。

図１５は、特定の実施形態による感度マッチングのためのシステム１５００の簡略図である。システム１５００は、図１の不一致検出サブシステム１４０の実装形態であり、ＲＭＳユニット１５０２と、ゲイン段１５１０Ａおよび１５１０Ｂと、ＲＭＳユニット１５２０Ａおよび１５２０Ｂと、比較器１５３０および１５４０とを含む。

ＲＭＳユニット１５０２は、マイクロホン２１０Ａおよび２１０Ｂからの信号の平均のＲＭＳに対応するＲＭＳ信号１５１２を生成するように構成される。

ゲイン段１５１０Ａおよび１５１０Ｂは、図１３のゲイン段１３１０Ａに類似している。ゲイン段１５１０Ａは、マイクロホン２１０Ａからの信号を増幅して増幅されたマイクロホン信号１５１２Ａを生成するように構成される。ゲイン段１５１０Ｂは、マイクロホン２１０Ｂからの信号を増幅して増幅されたマイクロホン信号１５１２Ｂを生成するように構成される。

ＲＭＳユニット１５２０Ａおよび１５２０Ｂは、図１３のＲＭＳユニット１３２０Ａおよび１３２０Ｂに類似しており、増幅されたマイクロホン信号１５１２Ａ、１５１２Ｂを使用してＲＭＳ信号を生成する。

比較器１５３０は、ＲＭＳユニット１５０２によって生成されたＲＭＳ信号をＲＭＳユニット１５２０Ａによって生成されたＲＭＳ信号と比較して、これらのＲＭＳ信号の差に基づいて制御信号１５３２を出力するように構成される。同様に、比較器１５４０は、ＲＭＳユニット１５０２によって生成されたＲＭＳ信号をＲＭＳユニット１５２０Ｂによって生成されたＲＭＳ信号と比較して、制御信号１５４２を出力するように構成される。したがって、比較器１５３０、１５４０の各々は、同じ平均ＲＭＳ信号をそれぞれのマイクロホンの信号から導出されたＲＭＳ信号と比較するように動作する。

図１５に示すように、制御信号１５３２は、ゲイン段１５１０Ａによって適用される増幅量を設定するために使用され、制御信号１５４２は、ゲイン段１５１０Ｂによって適用される増幅量を設定するために使用される。このように、マイクロホン２１０Ａからの信号に適用される増幅は、マイクロホン２１０Ｂからの信号に適用される増幅とは別に調整されるが、両方の調整は、マイクロホンアレイ全体における各マイクロホンの平均のＲＭＳに基づく。各マイクロホンをすべてのマイクロホンの平均ＲＭＳと一致させることには、いくつかの利点がある。例えば、平均ＲＭＳを使用すると、基準マイクロホンの問題（例えば、詰まった音の入口、破損または損傷したカプセル）に起因する誤ったゲイン調整から保護される。別の利点は、単一の基準マイクロホンのみに基づいていない結果として、目標感度がより正確であることである。特に、目標感度の絶対誤差は、Ｎの平方根の係数で低減され、Ｎはアレイ内のマイクロホンの総数に等しい。さらに、異なるマイクロホンのゲインを個別に調整することと組み合わせてマイクロホン信号の平均のＲＭＳを使用すると、いくつかの増幅経路（例えば、ゲイン段１５１０Ａの非線形挙動）には存在し得るが他の増幅経路（例えば、ゲイン段１５１０Ｂ）には存在しない非線形性による極性パターンの劣化を最小限に抑えることによって、得られる極性パターンが改善される。

図１６Ａは、感度マッチング、ノイズ検出、およびノイズ低減を提供するシステム１６００の部分概略図である。システム１６００は、図１５の実施形態に関連して上述したのと同じ感度マッチング機能を提供する。システム１６００は、図５の実施形態に関連して上述したのと同じノイズ検出および低減機能を提供する。図１５のシステム１５００からの対応する構成要素は、同じ参照番号で示されている。システム１６００の別の部分が図１６Ｂに示されている。図１６Ａおよび図１６Ｂに示すブロック要素は、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせで実装することができる。

図１６Ａに示すように、システム１６００は、図１５のゲイン段１５１０Ａ、１５１０Ｂおよび比較器１５３０、１５４０を含む。システム１６００は、ゲイン段１５１０Ａの出力で動作する整流器１６０２と、ゲイン段１５１０Ｂの出力で動作する整流器１６０４と、整流器１６０２、１６０４の出力を平均化してローパスフィルタリングするように構成された平均化ローパスフィルタユニット１６０６とをさらに含む。図１５のＲＭＳユニット１５０２は、整流器１６０２および平均化ローパスフィルタユニット１６０６と組み合わせて整流器１６０４によって実施される。同様に、ＲＭＳユニット１５２０Ａは、ＬＰＦ１６０８と組み合わせて整流器１６０２によって実装され、ＲＭＳユニット１５２０Ｂは、ＬＰＦ１６１０と組み合わせて整流器１６０４によって実装される。

システム１６００は、比較器１６２０と、クロスフェーダ／スイッチ１６３０と、差動ビームフォーマ１６４０とをさらに含む。比較器１６２０は、整流器１６０２および１６０４の出力を比較するように構成され、したがって、図３および図５の比較器３４０に類似している。クロスフェーダ／スイッチ１６３０は、比較器１６２０の出力に基づいてノイズ低減信号１６３２を生成し、したがって、クロスフェーダ／スイッチ３５０に類似している。

図１６Ｂは、図１６Ａに示すシステム構成要素によって生成された様々な信号で動作するシステム１６００の一部を示す部分概略図である。図１６Ｂに示すように、システム１６００は、ゲイン段１５１０Ａによって生成された増幅されたマイクロホン信号１５１２Ａおよびゲイン段１５１０Ｂによって生成された増幅されたマイクロホン信号１５１２Ｂを一緒に平均化するように構成された平均化ユニット１６５０を含む。平均化ユニット１６５０は、平均化ユニット３１０に類似している。システム１６００は、ＨＰＦ１６５２、ＬＰＦ１６５４、および加算ユニット１６５６をさらに含み、これらはそれぞれ、ＨＰＦ３６０、ＬＰＦ３６２、および加算ユニット３７０に類似している。システム１６００は、整流器１６６０、ＬＰＦ１６６２、比較器１６７０、およびクロスフェーダ／スイッチ１６８０をさらに含み、これらはそれぞれ整流器５２０、ＬＰＦ５３０、比較器２４０、およびクロスフェーダ／スイッチ５４０に類似している。クロスフェーダ／スイッチ１６８０は、出力オーディオ信号１６９０を生成する。

図１７は、図１６Ａに示す実施形態の代替例として使用することができるシステム１７００を示す。システム１７００は、図１６Ａに示されているものと同様であるが、増幅されたマイクロホン信号１５１２Ａおよび１５１２Ｂの時間整合バージョンをそれぞれ信号１７１２Ａおよび１７１２Ｂとして生成するように構成された到着時間整合ユニット１７１０を含む。

図１７では、増幅されたマイクロホン信号１５１２Ａおよび１５１２Ｂは、到着時間整合ユニット１７１０によって時間整合されて、目的の音響源（例えば、話者からの音声）に相当する音に対して互いに同相であるように信号１７１２Ａおよび１７１２Ｂを生成する。到着時間整合ユニット１７１０は、信号１７１２Ａおよび１７１２Ｂが目的の音響源からの音に関して互いに同相であるように、複数のマイクロホンセンサ（例えば、２１０Ａおよび２１０Ｂ）の各々の出力に静的であるが固有の遅延量を適用するように構成され得る。到着時間整合ユニット１７１０は、移動する音響源（例えば、話者が動いているとき）を考慮するために、適合処理を使用してリアルタイムでこれらの固有の遅延値を計算することができる。いくつかの実施形態では、これらの遅延値は、リアルタイムで更新されることなく固定されてもよい。

目的の音響源からの音に対して互いに同相であるようにマイクロホン信号を時間整合させることは、クロスフェード／切り替え（例えば、クロスフェーダ１６３０による）が目的の音響源からの音、すなわち目的の信号に対して発生する可聴歪みが少ない状態で実行されることを可能にするため、有利である。マイクロホン信号が完全に整合されて同相である場合、理論的には、目的の信号に対する歪みはゼロでなければならない。しかしながら、時間整合における一定量の誤差は一般に許容可能であることに留意されたい。結果として、時間整合は完全である必要はなく、図１７に示す実施形態と併せて固定遅延を使用することができる。

時間整合された信号１７１２Ａ、１７１２Ｂは、到着時間整合ユニット１７１０から出力された後、それぞれ整流器１６０２、１６０４に送られ、上述した非音響刺激の低減処理が行われる。図１７に示すように、クロスフェーダ／スイッチ１６３０への入力は、増幅されたマイクロホン信号１５１２Ａおよび１５１２Ｂの代わりに、時間整合された信号１７１２Ａおよび１７１２Ｂである。したがって、補償された信号が時間整合マイクロホン信号によって生成される実施形態では、補償された信号間でクロスフェードを実行することができる。

図１８は、特定の実施形態による時間領域における感度マッチングのための処理１８００を示すフローチャートである。処理１８００は、不一致検出システム、例えば、図１３の実施形態または図１５の実施形態に従って実施される図１の不一致検出サブシステム１４０によって実行することができる。いくつかの実施形態では、処理１８００は、コンピュータシステムの１つまたは複数のプロセッサによって実行される命令を通じて実行される。処理１８００は、２つのマイクロホン信号に関して説明される。しかしながら、上述した方法と同様に、処理１８００で実施される技術は、任意の複数のマイクロホン信号に適用することができ、したがって、特定のサイズのマイクロホンアレイに限定されない。

１８０２において、第１の増幅されたマイクロホン信号および第２の増幅されたマイクロホン信号は、それぞれ第１のマイクロホン信号および第２のマイクロホンに基づいて生成される。第１の増幅されたマイクロホン信号は、第１のマイクロホン信号を第１の増幅器（例えば、図１３のゲイン段１３１０Ａ）に入力することによって生成することができる。同様に第２の増幅されたマイクロホン信号は、第２のマイクロホン信号を第２の増幅器（例えば、ゲイン段１３１０Ｂ）に入力することによって生成することができる。第１のマイクロホン信号は、音場に対する第１のマイクロホンの応答を表すことができ、音場は、音響刺激および非音響刺激によって生成される。第２のマイクロホン信号は、同じ音場に対する第２のマイクロホンの応答を表すことができる。

１８０４において、第１のＲＭＳ信号が生成される。第１のＲＭＳ信号は、第１の増幅されたマイクロホン信号のＲＭＳに対応する。例えば、第１のＲＭＳ信号は、図１３のＲＭＳユニット１３２０Ａの出力または図１５のＲＭＳユニット１５２０Ａの出力とすることができる。

１８０６において、第２のＲＭＳ信号が生成される。第２のＲＭＳ信号は、第２の増幅されたマイクロホン信号のＲＭＳ（例えば、ＲＭＳユニット１３２０Ｂの出力）または第１の増幅されたマイクロホン信号と第２の増幅されたマイクロホン信号との平均のＲＭＳ（例えば、ＲＭＳユニット１５０２の出力）のいずれかに対応する。第１のＲＭＳ信号および第２のＲＭＳ信号が計算される時間間隔は、ＲＭＳ信号がマイクロホン全体の（例えば、マイクロホンアレイ内のすべてのマイクロホンにわたる）音響エネルギーへの曝露の程度を示すのに十分長いように選択することができる。

ブロック１８０４および１８０６は、音場が第１のマイクロホンを露出させる音響エネルギーの移動平均を表す第１の大きさ（例えば、第１のＲＭＳ信号の値）を計算するステップと、音場が第２のマイクロホンを露出させる音響エネルギーの移動平均を表す第２の大きさ（例えば、第２のＲＭＳ信号の値）を計算するステップと、を含むように一般化することができる。

１８０８において、第１のＲＭＳ信号が第２のＲＭＳ信号と比較される。１８０８における比較は、例えば、比較器１３３０、比較器１５３０または比較器１５４０を用いて行うことができる。より一般的には、ブロック１８０８は、上述した第１の大きさと第２の大きさとの間の差に基づいて、第１のマイクロホンと第２のマイクロホンとが不一致の感度を有すると判定することを含んでもよい。例えば、第１のＲＭＳ信号の値と第２のＲＭＳ信号の値との比に基づいて不一致を判定することができる。

１８１０において、１８０８の比較結果に基づいて、第１のマイクロホンおよび第２のマイクロホンが不一致の感度を有するという判定が行われる。例えば、第１のＲＭＳ信号と第２のＲＭＳ信号との間に差がある場合、マイクロホンは不一致であると見なされてもよく、これは、この場合のＲＭＳが音響音場への長期曝露の測定値であり、マイクロホンがアレイ内で互いに近接して配置されるためである。あるいは、マイクロホンが不一致であると見なされる前に、差が特定の閾値を超える必要があってもよい。比較器を用いて１８０８での比較を行えば、判定を比較器の出力に反映させることができる。

１８１２において、１８１０の判定に応じて、第１のマイクロホンの感度と第２のマイクロホンの感度との間の差が低減されるように、少なくとも１つの増幅器（例えば、第１の増幅されたマイクロホン信号を生成する増幅器）によって使用される増幅量が調整される。調整は、例えば、１８０８で比較を実行した比較器の出力を制御信号として使用して実行することができる。制御信号は、第１のＲＭＳ信号と第２のＲＭＳ信号との間の差に比例し得るため、適用される増幅量が調整されるべき程度を示し得る。

いくつかの実施形態では、比較は、マイクロホンアレイ内の各マイクロホンに対して実行される。例えば、図１５の実施形態によれば、１８０２で生成された第２の増幅されたマイクロホン信号のＲＭＳに対応する第３のＲＭＳ信号（例えば、ＲＭＳユニット１５２０Ｂの出力）を生成することができ、第２のＲＭＳ信号は、第１の増幅されたマイクロホン信号と第２の増幅されたマイクロホン信号との平均のＲＭＳに対応する（例えば、ＲＭＳユニット１５０２の出力）。第２のＲＭＳ信号を第３のＲＭＳ信号と比較して、別の増幅器（例えば、第２の増幅されたマイクロホン信号を生成した増幅器）によって適用される増幅量を調整することができる。

いくつかの実施形態では、増幅器によって適用される増幅量の調整は、非音響刺激に起因して（例えば、音場に対するマイクロホンアレイ内の個々のマイクロホンの応答によって示されるように）存在するノイズの閾値量未満であることを条件とする。したがって、処理１８００は、第１のマイクロホン信号および第２のマイクロホン信号に基づいて、非音響刺激に対する応答によって引き起こされる、存在するノイズの量を判定する（例えば、図１のノイズ検出サブシステム１３０の実装を使用する）追加のステップを含んでもよく、１８１２における調整、および場合によっては、１８０８における比較などの追加のステップは、閾値量未満のそのようなノイズがある場合にのみ実行される。

さらに、特定の実施形態では、増幅されたマイクロホン信号を生成するために使用される増幅量が変化し得る速度は制限される。したがって、１８１２における調整は、ゲインの変化が実行されることが可能になる速度を制限するための時間変化速度の制限を受ける場合がある。例えば、１８０８における比較が、不一致の比１０（例えば、第１のマイクロホン信号から導出されたＲＭＳまたは他の大きさが、第２のマイクロホン信号から導出されたＲＭＳまたは他の大きさの１０倍である）が存在することを示す場合、第１のマイクロホン信号のゲインを１０倍低減するように増幅器に命令するために制御信号が生成されてもよい。しかしながら、所定の限界では、増幅器は、例えば、毎秒０．２ｄＢのゲインの最大変化を可能にするように構成されてもよい。限界は固定され得るか、または不一致の程度に依存し得る。例えば、増幅器は、不一致がより大きい場合、不一致がより小さい場合よりも多くの量の増幅調整を可能にするように構成され得る。ブロック１８０２から１８１２の処理を繰り返して、第１のマイクロホンと第２のマイクロホンの感度が一致する（例えば、マイクロホンのＲＭＳ値が同じまたはほぼ同じ値に収束するとき）まで増幅量を増分的に調整することができる。

上述の実施形態は、様々なアナログ回路実装を含む。感度マッチング、ノイズ検出、およびノイズ低減は、デジタル回路またはアナログ回路とデジタル回路との組み合わせを使用して実行することもできることが理解されよう。例えば、いくつかの実施形態では、マイクロホン間の不一致は、マイクロホン信号に対して周波数領域分析を実行するデジタル回路を使用して検出される。瞬間的な信号の大きさの差を判定するために時変信号を比較する代替として、感度マッチングに対する周波数領域手法は、図１２に関連して説明した抽出と同様に、マイクロホン信号またはそれから導出された信号の周波数成分を抽出することを含み得る。アナログ回路を使用して周波数領域分析を実行することもできるが、そのような分析はデジタル電子機器を使用してより容易に実施することができる。したがって、いくつかの実施形態では、デジタル信号プロセッサは、感度マッチング、ならびに非音響刺激によって引き起こされるノイズの検出および低減を実行するように構成されてもよい。

図１９は、特定の実施形態による周波数領域における感度マッチングのための処理１９００を示すフローチャートである。処理１９００は、アナログおよび／またはデジタル補正回路に実装された不一致検出システム（例えば、図１の不一致検出サブシステム１４０）によって実行することができる。いくつかの実施形態では、処理１９００は、コンピュータシステムの１つまたは複数のプロセッサによって実行される命令を通じて実行される。処理１９００は、上述した処理と同様に、任意の複数のマイクロホン信号に適用することができる。処理１９００は、時間ベースの感度マッチングと組み合わせて、またはその代わりに実行することができる。例えば、いくつかの実施形態では、図１９に示す処理は、第１のマイクロホンと第２のマイクロホンとの間の不一致をさらに低減するために、図１８に示す処理を実行した後に実行されてもよい。

１９０２において、第１の増幅されたマイクロホン信号および第２の増幅されたマイクロホン信号から周波数成分が抽出される。第１の増幅されたマイクロホン信号は、第１のマイクロホンからの信号を増幅した結果であり、したがって、第１のマイクロホンに関連付けられる。第２の増幅されたマイクロホン信号は、第２のマイクロホンからの信号を増幅した結果であり、したがって、第２のマイクロホンに関連付けられる。１９０２における抽出は、図１２の１２０２における抽出と同様に実行することができ、増幅されたマイクロホン信号ごとに、増幅されたマイクロホン信号のスペクトル表現を生成する。特に、各周波数成分は、増幅されたマイクロホン信号のスペクトル表現における対応する周波数ビンの平均値を表すことができる。例えば、増幅されたマイクロホン信号は、Ｎ個のフレームにわたる特定の周波数ビンの平均値として周波数成分を計算することができるように、各フレームが特定の数のサンプルであるいくつかのフレームにわたって捕捉されてもよい。そのような平均化は、特定の周波数ビンの音場への曝露の滑らかで正確で控えめな推定を提供する。

１９０４では、対応する周波数において、第１の増幅されたマイクロホン信号の周波数成分と第２の増幅されたマイクロホン信号の周波数成分とが比較される。例えば、同じ周波数ビンに関連する周波数成分を比較して、第１のマイクロホン信号および第２のマイクロホン信号が所与の周波数でどのように応答するかを決定することができる。

１９０６において、１９０４の比較結果に基づいて、第１のマイクロホンと第２のマイクロホンの感度が不一致である周波数が識別される。例えば、第１のマイクロホンおよび第２のマイクロホンは、スペクトル表現の周波数範囲全体にわたって特定の周波数または複数の周波数で不一致であると判定され得る。スペクトル表現が同じ周波数で異なるエネルギーレベル、例えば、同じ周波数ビンで異なる値、または閾値を超えて異なる値を有する場合、不一致を識別することができる。

１９０８において、各識別された周波数について、識別された周波数における、ゲイン段によって適用されるゲインの量、または少なくとも１つの増幅器によって適用される増幅の量が調整される。調整は、例えば、識別された周波数ごとに別個の制御信号を生成することによって実行することができる。増幅量／ゲインの変化速度に関する図１８に関連して上述した限度と同様に、１９０８の変化速度は、周波数または周波数ビンごとに制限することができる。

上述した感度マッチング技術は、非音響刺激の検出および感度の低減のための技術と組み合わせることができる。上述したように、増幅器によって適用される増幅量の調整は、非音響刺激に対する応答が閾値量未満であると判定することを条件とすることができる。別の例として、いくつかの実施形態では、感度不一致の検出に応答して増幅器によって適用される増幅量が調整された後（例えば、図１８または図１９に示す処理に基づく）、感度不一致を検出するために使用されたマイクロホン信号と同じマイクロホン信号を使用して非音響刺激を検出することができるが、ただし、マイクロホン信号はマイクロホンへのより最近の入力を反映するように更新された可能性がある。例えば、図１８の１８１２の調整後、非音響刺激が第２のマイクロホン信号よりも第１のマイクロホン信号において大きな変動を生成したと（例えば、第１のマイクロホン信号および第２のマイクロホン信号の瞬間的な大きさによって示されるように）判定される場合があり、この判定に応答して、出力オーディオ信号に対する第１のマイクロホン信号の寄与が低減された可能性がある。

さらに、上述した感度マッチング技術は、任意のサイズのマイクロホンアレイに拡張することができる。例えば、マイクロホンアレイが８つのマイクロホンを有する場合、マイクロホンをすべてまたはグループで、例えば、最初の３つのマイクロホンで構成される第１のグループ（アレイの一端で連続的に離間している）、次の３つのマイクロホンで構成される第２のグループ、および最後の２つのマイクロホンで構成される第３のグループで、一致させる可能性がある。３つ以上のマイクロホンの感度を一致させる場合、任意の特定のマイクロホンの増幅量は、平均信号レベルに基づいて、例えば、個々のマイクロホンからの増幅されたマイクロホン信号をアレイ全体の増幅されたマイクロホン信号の平均と比較することによって、調整され得る。さらに、グループ内でマッチングが行われる場合、ビームフォーミングは、すべてのグループについてマッチングが完了した後に各グループについて別々のビーム形成信号を生成することと、その後、ビーム形成信号を組み合わせて（例えば、加算によって）出力オーディオ信号を生成することと、を含み得る。いくつかの実施形態では、クロスオーバーフィルタ処理を適用して各ビーム形成信号を異なる周波数範囲（例えば、高周波数範囲および低周波数範囲）にわたって複数の信号に分割した後、分割されたビーム形成信号を組み合わせる。

図２０は、本開示の１つまたは複数の実施形態を実施するために使用可能なコンピュータシステム２０００の簡略ブロック図である。図２０は、そのいずれかまたはすべてが適切に利用され得る様々な構成要素の一般化された説明を提供することのみを意味することに留意されたい。場合によっては、図２０によって示される構成要素は、単一の物理デバイスに局在化することができ、および／または異なる物理的位置に配置され得る様々なネットワークデバイス間に分散させることができることに留意されたい。

コンピュータシステム２０００は、バス２００５を介して電気的に結合することができるハードウェア要素を備えて示されている。しかしながら、ハードウェア要素は、他の方法で通信可能に結合することができる。いくつかの実施形態では、コンピュータシステム２０００は自動車に配置され、バス２００５はコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスである。ハードウェア要素は処理ユニット２０１０を含み得、処理ユニット２０１０は、限定はしないが、１つまたは複数の汎用プロセッサ、１つまたは複数の専用プロセッサ（例えば、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、グラフィックスアクセラレーションプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）など）、および／または他の処理構造もしくは手段を含むことができる。いくつかの実施形態は、所望の機能に応じて、別個のＤＳＰ２０２０を有してもよい。コンピュータシステム２０００はまた、限定はしないが車載タッチスクリーン、タッチパッド、マイクロホン（例えば、マイクロホンアレイ内の個々のマイクロホン）、ボタン、ダイヤル、スイッチなどを制御することができる、１つまたは複数の入力デバイスコントローラ２０７０と、限定はしないがディスプレイ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スピーカなどを制御することができる、１つまたは複数の出力デバイスコントローラ２０１５と、を含むことができる。出力デバイスコントローラ２０１５は、いくつかの実施形態では、車内の様々な音を出すデバイスを個別に制御するコントローラを含み得る。

特定の実施形態では、コンピュータシステム２０００は、上述の感度マッチング、ノイズ検出、またはノイズ低減機能の少なくともいくつかを実施する。例えば、不一致のマイクロホンの検出または非音響刺激の検出は、１つまたは複数の処理ユニット２０１０および／またはＤＳＰ２０２０上で命令を実行することによって行うことができる。

コンピュータシステム２０００はまた、無線通信インターフェース２０３０を含み得、無線通信インターフェースは、限定はしないが、モデム、ネットワークカード、赤外線通信デバイス、無線通信デバイス、および／またはチップセット（例えば、ブルートゥースデバイス、ＩＥＥＥ８０２．１１デバイス、ＩＥＥＥ８０２．１６．４デバイス、ＷｉＦｉデバイス、ＷｉＭａｘデバイス、４Ｇ、５Ｇを含むセルラー通信設備など）などを含むことができる。無線通信インターフェース２０３０は、ネットワーク、無線アクセスポイント、他のコンピュータシステム、および／または本明細書に記載の任意の他の電子デバイスとデータを交換することを可能にすることができる。通信は、無線信号２０３４を送信および／または受信する１つまたは複数の無線通信アンテナ２０３２を介して実行することができる。

特定の実施形態では、無線通信インターフェース２０３０は、マイクロホン信号のリモート処理のための情報を送信し、および／またはマイクロホン信号のローカル処理に使用される情報を受信することができる。感度マッチング、ノイズ検出、およびノイズ低減は、少なくとも部分的に、リモートコンピュータシステムによって実行することができる。例えば、いくつかの実施形態では、コンピュータシステム２０００は、リモートコンピュータシステムから、マイクロホンアレイ内のマイクロホンの感度に関する履歴情報を受信してもよい。履歴情報は、マイクロホンアレイが完全に組み立てられた時点で、またはそれ以降の任意の時点で行われた測定、例えば、非音響刺激がない状態でマイクロホンアレイの寿命にわたって行われた周期的測定に基づくことができる。コンピュータシステム２０００は、履歴情報を使用して、マイクロホンの感度の過去の感度からの逸脱を識別し、マイクロホンのゲインをいつ調整するかを決定することを含む、取るべき適切なアクションを決定することができる。

コンピュータシステム２０００は、センサコントローラ２０４０をさらに含むことができる。そのようなコントローラは、限定はしないが、１つまたは複数のマイクロホン、１つまたは複数の加速度計、ジャイロスコープ、カメラ、ＲＡＤＡＲセンサ、ＬＩＤＡＲセンサ、超音波センサ、磁力計、高度計、マイクロホン、近接センサ、光センサなどを制御することができる。マイクロホンアレイに関して、センサコントローラ２０４０は、例えば、特定のマイクロホンへの電源のオンまたはオフを切り替えることによって、アレイ内のマイクロホンを選択的に作動させるように構成された一つ以上のコントローラを含んでもよい。

コンピュータシステム２０００は、メモリ２０６０をさらに含み、および／またはメモリ２０６０と通信することができる。メモリ２０６０は、限定ではないが、ローカルおよび／またはネットワークアクセス可能ストレージ、ディスクドライブ、ドライブアレイ、光記憶装置、ソリッドステート記憶装置、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および／または読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）などを含むことができ、これらはプログラム可能、フラッシュ更新可能などであり得る。そのような記憶装置は、限定はしないが様々なファイルシステム、データベース構造などを含む、任意の適切なデータストアを実装するように構成することができる。

メモリ２０６０はまた、オペレーティングシステム、デバイスドライバ、実行可能ライブラリ、および／またはコンピュータ可読媒体に埋め込まれた他のコード、例えば、様々な実施形態によって提供されるコンピュータプログラムを含み得る、および／または本明細書に記載されるように他の実施形態によって提供される方法を実施および／またはシステムを構成するように設計され得る、１つまたは複数のアプリケーションプログラムなどを含む、ソフトウェア要素（図示せず）を含むことができる。一態様では、その場合、そのようなコードおよび／または命令は、記載された方法に従って１つまたは複数の動作を実行するように汎用コンピュータ（または他のデバイス）を構成および／または適合させるために使用することができる。メモリ２０６０は、ソフトウェア要素によって使用されるデータ用の記憶装置をさらに備えることができる。例えば、メモリ２０６０は、マイクロホンアレイ内の各マイクロホンについて、マイクロホンに結合された増幅器をどの程度調整すべきかを示す構成情報（例えば、ゲインオフセット値）を記憶することができる。

特定の要件に従って実質的な変形がなされ得ることは、当業者には明らかであろう。例えば、カスタマイズされたハードウェアが使用されてもよく、および／または特定の要素がハードウェア、ソフトウェア（アプレットなどのポータブルソフトウェアを含む）、またはその両方に実装されてもよい。さらに、ネットワーク入出力デバイスなどの他のコンピューティングデバイスへの接続を採用することができる。

添付の図面を参照すると、メモリを含むことができる構成要素は、非一時的な機械可読媒体を含むことができる。本明細書で使用される「機械可読媒体」および「コンピュータ可読媒体」という用語は、機械を特定の方法で動作させるデータの提供に関与する任意の記憶媒体を指す。上記で提供された実施形態では、様々な機械可読媒体が、実行のために処理ユニットおよび／または他のデバイスに命令／コードを提供することに関与し得る。追加的または代替的に、機械可読媒体は、そのような命令／コードを格納および／または搬送するために使用され得る。多くの実装形態では、コンピュータ可読媒体は、物理的および／または有形の記憶媒体である。そのような媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体、および伝送媒体を含むがこれらに限定されない多くの形態をとることができる。コンピュータ可読媒体の一般的な形態は、例えば、磁気および／または光学媒体、パンチカード、紙テープ、孔のパターンを有する任意の他の物理媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ－ＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップまたはカートリッジ、搬送波、またはコンピュータが命令および／またはコードを読み取ることができる任意の他の媒体を含む。

本開示で提示される方法およびシステムは、本開示の教示から逸脱することなく、車両、様々なタイプのヘッドセットおよび／または頭部装着型装置、補聴器、および／または任意のモバイルまたはハンドヘルド装置などの多くの異なる用途で使用することができる。

本明細書で説明される方法、システム、およびデバイスは例である。様々な実施形態は、必要に応じて様々な手順または構成要素を省略、置換、または追加することができる。例えば、特定の実施形態に関して説明した特徴は、様々な他の実施形態において組み合わせることができる。実施形態の異なる態様および要素は、同様の方法で組み合わせることができる。本明細書で提供される図の様々な構成要素は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアで実施することができる。また、技術は進化しており、したがって、要素の多くは、本開示の範囲をそれらの特定の例に限定しない例である。

いくつかの実施形態を説明してきたが、本開示の趣旨から逸脱することなく、様々な修正、代替構成、および均等物を使用することができる。例えば、上記の要素は、単により大きなシステムの構成要素であってもよく、他の規則が実施形態の適用に優先するか、そうでなければ実施形態の適用を変更し得る。また、上記の要素を検討する前、検討中、または検討後に、いくつかのステップを行うことができる。したがって、上記の説明は、本開示の範囲を記載された正確な実施形態に限定するものではない。

Claims (20)

1. 音響刺激および非音響刺激に対するマイクロホンアレイ内の第１のマイクロホンの応答に基づいて生成された第１のマイクロホン信号を受信するステップと、
   前記音響刺激および前記非音響刺激に対する前記マイクロホンアレイ内の第２のマイクロホンの応答に基づいて生成された第２のマイクロホン信号を受信するステップと、
   差動ビームフォーミングを用いて前記第１のマイクロホン信号と前記第２のマイクロホン信号とを組み合わせることによってビーム形成信号を生成するステップと、
   前記第１のマイクロホン信号に基づいて第１の補償された信号を生成するステップと、
   前記第２のマイクロホン信号に基づいて第２の補償された信号を生成するステップであって、前記第１の補償された信号および前記第２の補償された信号が前記音響刺激に対して同相である、ステップと、
   前記第１の補償された信号と前記第２の補償された信号との平均に対応する平均信号を生成するステップと、
   前記第１の補償された信号および前記第２の補償された信号内の前記非音響刺激の存在を検出するステップであって、前記検出するステップが、
   第１の信号を第２の信号と比較し、前記第１の信号は前記ビーム形成信号であるか、または前記ビーム形成信号から導出された信号であり、前記第２の信号は前記平均信号であるか、または前記平均信号から導出された信号であることと、
   前記比較の結果に基づいて、前記第１の信号の瞬間的な大きさが前記第２の信号の瞬間的な大きさよりも大きいと判定することと、
   を含む、検出するステップと、
   前記第１の信号の前記瞬間的な大きさが前記第２の信号の前記瞬間的な大きさよりも大きいという前記判定に応じて、前記出力オーディオ信号への前記ノイズ低減信号の寄与が増加し、前記出力オーディオ信号への前記ビーム形成信号の寄与が減少するように、前記ビーム形成信号と前記ノイズ低減信号との間の切り替えまたはクロスフェードによって出力オーディオ信号を生成するステップと、
   を含む方法。
2. 前記第１の信号を前記ビーム形成信号の二乗平均平方根として生成するステップ
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の信号を前記平均信号の二乗平均平方根として生成するステップ
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１の補償された信号および前記第２の補償された信号のどちらがより小さい瞬間的な大きさを有するかを規則的な間隔で繰り返し判定するステップと、
   任意の特定の間隔でより小さい瞬間的な大きさを有する前記第１の補償された信号および前記第２の補償された信号のいずれかが優先されるように、前記第１の補償信号と前記第２の補償信号との間のクロスフェードによって前記ノイズ低減信号を生成するステップと、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１の補償された信号および前記第２の補償された信号のどちらがより小さい瞬間的な大きさを有するかを判定するステップが、
   前記第１の補償された信号を整流することによって第１の大きさ値を生成することと、
   前記第２の補償された信号を整流することによって第２の大きさ値を生成することと、
   前記第１の補償された信号および前記第２の補償された信号のどちらがより小さい瞬間的な大きさを有するかを識別するために、前記第１の大きさ値を前記第２の大きさ値と比較することと、
   を含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記第１の補償された信号が、前記マイクロホンアレイ内の前記マイクロホンの各々に対応する補償された信号のセットの中で最も小さい瞬間的な大きさを有すると判定するステップ
   をさらに含む、請求項４に記載の方法。
7. 前記ノイズ低減信号を生成するステップが、
   ローパスフィルタの入力への前記第１の補償された信号の寄与が、前記第２の補償された信号よりも小さい瞬間的な大きさを有する前記第１の補償された信号に基づいて増加するように、前記第１の補償された信号と前記第２の補償された信号との間で切り替えまたはクロスフェードを行うことと、
   前記平均信号をハイパスフィルタに入力することと、
   前記ローパスフィルタの出力と前記ハイパスフィルタの出力とを加算して前記ノイズ低減信号を生成することと、
   を含む、請求項４に記載の方法。
8. 前記ノイズ低減信号を生成するステップが、
   前記第２の補償された信号が前記ノイズ低減信号に寄与しないように前記第１の補償された信号に切り替えること
   を含む、請求項４に記載の方法。
9. 前記第１の補償された信号および前記第２の補償された信号が、前記音響刺激に対して等しい大きさおよび位相関係を有する、請求項１に記載の方法。
10. 前記ビーム形成信号が、より低い周波数でより指向性であり、より高い周波数でより指向性が低い前記マイクロホンアレイの全体的な応答に対応し、前記ノイズ低減信号が、前記より低い周波数で無指向性であり、前記より高い周波数でより指向性が低い全体的な応答に対応する、請求項１に記載の方法。
11. 第１のマイクロホンと第２のマイクロホンとを含むマイクロホンアレイと、
    音響刺激および非音響刺激に対する前記第１のマイクロホンの応答に基づいて生成された第１のマイクロホン信号を受信し、
    前記音響刺激および前記非音響刺激に対する前記第２のマイクロホンの応答に基づいて生成された第２のマイクロホン信号を受信し、
    差動ビームフォーミングを用いて前記第１のマイクロホン信号と前記第２のマイクロホン信号とを組み合わせることによってビーム形成信号を生成する
    ように構成されたビームフォーマと、
    出力信号発生器と、
    前記第１のマイクロホン信号に基づいて第１の補償された信号を生成し、
    前記第２のマイクロホン信号に基づいて第２の補償された信号を生成し、前記第１の補償された信号および前記第２の補償された信号は前記音響刺激に対して同相であり、
    前記第１の補償された信号と前記第２の補償された信号との平均に対応する平均信号を生成し、
    前記第１および前記第２の補償された信号内の前記非音響刺激の存在を検出する
    ように構成されたノイズ検出サブシステムであって、前記非音響刺激の存在を検出するために、前記ノイズ検出サブシステムが、
    第１の信号を第２の信号と比較し、前記第１の信号は前記ビーム形成信号であるか、または前記ビーム形成信号から導出された信号であり、前記第２の信号は前記平均信号であるか、または前記平均信号から導出された信号であり、
    前記比較の結果に基づいて、前記第１の信号の瞬間的な大きさが前記第２の信号の瞬間的な大きさよりも大きいと判定し、
    前記第１の信号の瞬間的な大きさが前記第２の信号の瞬間的な大きさよりも大きいという前記判定に応じて、前記出力オーディオ信号への前記ノイズ低減信号の寄与が増加し、前記出力オーディオ信号への前記ビーム形成信号の寄与が減少するように、前記ビーム形成信号と前記ノイズ低減信号との間の切り替えまたはクロスフェードによって出力オーディオ信号を生成するように前記出力信号発生器に命令する
    ように構成される、ノイズ検出サブシステムと、
    を備えるシステム。
12. 前記ノイズ検出サブシステムが、前記ビーム形成信号の二乗平均平方根として前記第１の信号を生成するように構成される、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記ノイズ検出サブシステムが、前記平均信号の二乗平均平方根として前記第２の信号を生成するように構成される、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記ノイズ検出サブシステムが、
    前記第１の補償された信号および前記第２の補償された信号のどちらがより小さい瞬間的な大きさを有するかを規則的な間隔で繰り返し判定し、
    任意の特定の間隔でより小さい瞬間的な大きさを有する前記第１の補償された信号および前記第２の補償された信号のいずれかが優先されるように、前記第１の補償信号と前記第２の補償信号との間のクロスフェードによって前記ノイズ低減信号を生成する
    ように構成される、請求項１１に記載のシステム。
15. 前記第１の補償された信号および前記第２の補償された信号のどちらがより小さい瞬間的な大きさを有するかを判定するために、前記ノイズ検出サブシステムが、
    前記第１の補償された信号を整流することによって第１の大きさ値を生成し、
    前記第２の補償された信号を整流することによって第２の大きさ値を生成し、
    前記第１の大きさ値を前記第２の大きさ値と比較して、前記第１の補償された信号および前記第２の補償された信号のどちらがより小さい瞬間的な大きさを有するかを識別する
    ように構成される、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記ノイズ検出サブシステムが、前記第１の補償された信号が、前記マイクロホンアレイ内の前記マイクロホンの各々に対応する補償された信号のセットの中で最も小さい瞬間的な大きさを有すると判定するように構成される、請求項１４に記載のシステム。
17. 前記ノイズ低減信号を生成するために、前記ノイズ検出サブシステムが、
    ローパスフィルタの入力への前記第１の補償された信号の寄与が、前記第２の補償された信号よりも小さい瞬間的な大きさを有する前記第１の補償された信号に基づいて増加するように、前記第１の補償された信号と前記第２の補償された信号との間で切り替えまたはクロスフェードを行い、
    前記平均信号をハイパスフィルタに入力し、
    前記ローパスフィルタの出力と前記ハイパスフィルタの出力とを加算して前記ノイズ低減信号を生成する
    ように構成される、請求項１４に記載のシステム。
18. 前記ノイズ検出サブシステムが、前記第２の補償された信号が前記ノイズ低減信号に寄与しないように前記第１の補償された信号に切り替えるように構成される、請求項１４に記載のシステム。
19. 前記ビーム形成信号が、より低い周波数でより指向性であり、より高い周波数でより指向性が低い前記マイクロホンアレイの全体的な応答に対応し、前記ノイズ低減信号が、前記より低い周波数で無指向性であり、前記より高い周波数でより指向性が低い全体的な応答に対応する、請求項１１に記載のシステム。
20. コンピュータの１つまたは複数のプロセッサによって実行されると、前記１つまたは複数のプロセッサに、
    音響刺激および非音響刺激に対するマイクロホンアレイ内の第１のマイクロホンの応答に基づいて生成された第１のマイクロホン信号を受信させ、
    前記音響刺激および前記非音響刺激に対する前記マイクロホンアレイ内の第２のマイクロホンの応答に基づいて生成された第２のマイクロホン信号を受信させ、
    差動ビームフォーミングを用いて前記第１のマイクロホン信号と前記第２のマイクロホン信号とを組み合わせることによってビーム形成信号を生成させ、
    前記第１のマイクロホン信号に基づいて第１の補償された信号を生成させ、
    前記第２のマイクロホン信号に基づいて第２の補償された信号を生成させ、前記第１の補償された信号および前記第２の補償された信号は前記音響刺激に対して同相であり、
    前記第１の補償された信号と前記第２の補償された信号との平均に対応する平均信号を生成させ、
    第１の信号を第２の信号と比較し、前記第１の信号は前記ビーム形成信号であるか、または前記ビーム形成信号から導出された信号であり、前記第２の信号は前記平均信号であるか、または前記平均信号から導出された信号であることと、
    前記比較の結果に基づいて、前記第１の信号の瞬間的な大きさが前記第２の信号の瞬間的な大きさよりも大きいと判定することと、
    によって、前記第１および前記第２の補償された信号内の前記非音響刺激の存在を検出させ、
    前記第１の信号の前記瞬間的な大きさが前記第２の信号の前記瞬間的な大きさよりも大きいという判定に応じて、前記出力オーディオ信号への前記ノイズ低減信号の寄与が増加し、前記出力オーディオ信号への前記ビーム形成信号の寄与が減少するように、前記ビーム形成信号と前記ノイズ低減信号との間の切り替えまたはクロスフェードによって出力オーディオ信号を生成させる、
    命令を含むコンピュータ可読記憶媒体。

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