JP2022543827A - オープンイヤー指向性音響デバイスのアクティブノイズ低減 - Google Patents

オープンイヤー指向性音響デバイスのアクティブノイズ低減 Download PDF

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Abstract

音響デバイスは、ヘッド装着状態で、音響デバイスのユーザーの外耳道が妨げられていないオープンイヤー構成にあるように配置された少なくとも１つの音響トランスデューサを含む。音響デバイスはまた、第１の方向とは異なる少なくとも第２の方向と比較して、第１の方向から優先的にオーディオを捕捉する２つ以上の第１のマイクロフォンのアレイであって、アレイを使用して捕捉されたオーディオが、少なくとも１つの音響トランスデューサを通して処理及び再生される、アレイと、１つ以上の処理デバイスを含むアクティブノイズ低減（ＡＮＲ）エンジンと、を含む。ＡＮＲエンジンは、少なくとも１つの音響トランスデューサのためのドライバ信号を生成するように構成され、ドライバ信号は、少なくとも第２の方向から捕捉されたオーディオの影響を低減する位相を有する。

Description

本開示は、概して、ウェアラブルオープンイヤー音響デバイスに関する。
オフイヤーヘッドフォンなどのウェアラブルオーディオデバイスは、ユーザーの外耳道の入り口から離間した電気音響トランスデューサを使用して音を生成する。これらのウェアラブルオーディオデバイスは、様々なフォームファクタをとり得る。いくつかの事例では、これらのウェアラブルオーディオデバイスは、ユーザーの耳及び鼻の上に置かれるように構成されたオーディオ眼鏡を含む。オーディオ眼鏡は、例えば眼鏡のアーム上に位置する、ユーザーの耳の一方又は両方に近接するトランスデューサを含み得る。
一態様では、本文書は、ヘッド装着状態で、音響デバイスのユーザーの外耳道が妨げられていないオープンイヤー構成にあるように配置された少なくとも１つの音響トランスデューサを含む音響デバイスを特徴とする。音響デバイスはまた、第１の方向とは異なる少なくとも第２の方向と比較して、第１の方向から優先的にオーディオを捕捉する２つ以上の第１のマイクロフォンのアレイであって、アレイを使用して捕捉されたオーディオが、少なくとも１つの音響トランスデューサを通して処理及び再生される、アレイと、１つ以上の処理デバイスを含むアクティブノイズ低減（active noise reduction、ＡＮＲ）エンジンと、を含む。ＡＮＲエンジンは、少なくとも１つの音響トランスデューサのためのドライバ信号を生成するように構成され、ドライバ信号は、少なくとも第２の方向から捕捉されたオーディオの影響を低減する位相を有する。
別の態様では、本文書は、フレーム、少なくとも１つの音響トランスデューサ、２つ以上の第１のマイクロフォンのアレイ、及び電子機器モジュールを含むウェアラブルオーディオ眼鏡のセットを特徴とする。フレームは、一対のレンズ容器を含む前面領域と、レンズ容器の間に配置されたブリッジと、を含む。フレームはまた、フレームの前面領域から延在する一対のアームを含む。少なくとも１つの音響トランスデューサは、オーディオ眼鏡のヘッド装着状態でユーザーの耳に音声出力を向けるように構成されている。２つ以上の第１のマイクロフォンのアレイは、第１の方向とは異なる少なくとも第２の方向と比較して、第１の方向からオーディオを優先的に捕捉する。電子機器モジュールは、アレイを使用して捕捉されたオーディオを受信し、オーディオに基づいて少なくとも１つの音響トランスデューサのための第１のドライバ信号を生成する増幅器回路を含む。電子機器モジュールはまた、１つ以上の処理デバイスを備えるアクティブノイズ低減（ＡＮＲ）エンジンを含み、ＡＮＲエンジンは、少なくとも１つの音響トランスデューサのための第２のドライバ信号を生成し、第２のドライバ信号は、少なくとも第２の方向から捕捉されたオーディオの影響を低減する位相を有する。
上記の態様の実装は、以下の特徴のうちの１つ以上を含むことができる。ＡＮＲエンジンは、３００～１５００Ｈｚ周波数帯域で第２の方向から捕捉されたオーディオの影響を低減するように構成することができる。ＡＮＲエンジンは、（ｉ）第１の方向から捕捉された、３００～１５００Ｈｚ周波数帯域におけるオーディオ信号と、（ｉｉ）少なくとも第２の方向から捕捉された、３００～１５００Ｈｚ周波数帯域におけるオーディオ信号と、の電力比を、少なくとも５ｄＢ増加させるように構成され得る。音響デバイスは、第２の方向からオーディオを捕捉するための少なくとも第２のマイクロフォンを含むことができる。ヘッド装着状態で、第２のマイクロフォンは、ユーザーの耳介の背後に位置することができる。音響デバイスは、アレイを使用して捕捉されたオーディオを処理するように構成された増幅器回路を含むことができる。少なくとも１つの音響トランスデューサ及び２つ以上の第１のマイクロフォンのアレイは、眼鏡フレームのテンプルに沿って配置することができる。第１の方向は、音響デバイスのユーザーの推定された視線方向とすることができる。アレイを使用して捕捉されたオーディオは、ビーム形成プロセスを使用して処理されて、第１の方向からオーディオを捕捉することができる。少なくとも１つの音響トランスデューサ及び２つ以上の第１のマイクロフォンのアレイは、オープンイヤーヘッドフォン内に配置することができる。少なくとも１つの音響トランスデューサは、音響トランスデューサのアレイの一部とすることができる。ヘッド装着状態で、少なくとも１つの音響トランスデューサからマイクロフォンへの音圧応答の大きさ及び位相は、少なくとも１つの音響トランスデューサから外耳道の場所への音圧応答と実質的に同様であり得る。ヘッド装着状態で、少なくとも１つの音響トランスデューサの放射線パターンのメインローブは、ユーザーの外耳道に向けられ得、（ｉ）ユーザーの外耳道に向かって放射される少なくとも１つの音響トランスデューサの出力の一部と、（ｉｉ）アレイのマイクロフォンに向かって放射される少なくとも１つの音響トランスデューサの出力の一部と、の電力比は、少なくとも１０ｄＢとすることができる。ＡＮＲエンジンは、アナログデジタル変換器と、増幅器と、補償器と、デジタルアナログ変換器とを含むことができる。
本明細書に記載される様々な実装は、以下の利点のうちの１つ以上を提供し得る。オープンイヤーデバイス内に配置されたマイクロフォンのアレイは、例えば、特定の方向（例えば、ユーザーの外観／視線方向）から来るオーディオを増幅するための指向性捕捉を容易にすることができる。１つ以上の音響トランスデューサは、マイクロフォンに大きな結合することなく、ユーザーの耳へのオーディオの送達を容易にすることができる。場合によっては、マイクロフォンのうちの１つ以上は、そのようなマイクロフォンによって検出された信号がエコーキャンセラの参照として使用され得るように、耳に実質的に近い位置に配置され得る。そのようなエコーキャンセラの使用は、ユーザーの耳に送達されるオーディオの質を潜在的に改善し、それによってユーザー体験を改善することができる。
場合によっては、オープンイヤーデバイスはまた、特定の方向（例えば、ユーザーの外観／視線方向）から信号対雑音比（signal to noise ratio、ＳＮＲ）を少なくとも５ｄＢ改善するように構成され得るフィードフォワード及び／又はフィードバックアクティブノイズ低減（ＡＮＲ）信号経路を含むことができる。スペクトルの特定の部分（例えば、発話帯域の一部）に対するそのような改善は、いくつかのユーザーにとって発話明瞭度を潜在的に改善することができる。ノイズ低減（場合によっては、指向性捕捉／増幅と組み合わせて）は、補聴器としてだけでなく、一般に聴力損失を有さないユーザーに対する発話明瞭度を改善する聴覚補助デバイスとしても、オープンイヤーデバイスを使用する可能性を改善することができる。
一般に、本明細書に記載の技術は、オーディオ眼鏡又はヘッドマウント音響デバイスなどのオープンイヤーオーディオデバイスの音響性能を潜在的に改善することができる。場合によっては、指向性捕捉、ＳＮＲ、及び／又はマイクロフォンと音響トランスデューサとの間の結合の低減の改善は、補聴器などのオープンイヤーデバイスの使用を容易にすることができる。そのようなオープンイヤーフォームファクタは、一部のユーザー、特に他の方法で補聴器を使用することを躊躇しているユーザーにとって、（例えば、社会的使用の観点から）補聴器をより許容できるようにすることができる。
本概要の項に記載される特徴を含む、本開示に記載される特徴のうちの２つ以上を組み合わせて、特に本明細書に記載されない実装を形成することができる。１つ以上の実装形態の詳細が、添付図面及び以下の説明において述べられる。他の特徴、目的、及び利点は、本説明及び図面から、並びに「特許請求の範囲」から明らかになるであろう。
オープンイヤー音響デバイスの一例としての一対のオーディオ眼鏡の概略図を示す。 図１Ａのオーディオ眼鏡に含まれる電子機器モジュールの概略図である。 ＡＮＲデバイス内の複数の信号経路のブロック図である。 図１Ａに示す一対のオーディオ眼鏡のアームの表面上の音響分布を示すヒートマップ図である。
本文書は、オープンイヤー音響デバイス内のオーディオ信号の捕捉を容易にし、マイクロフォンと音響トランスデューサとの間の結合が有意ではなく、音響トランスデューサの出力がユーザーの近くの他の人々に到達しないように十分に低いように、捕捉された（及び増幅された）オーディオをユーザーの耳に送達するための技術を記載する。更に、本文書はまた、１つ以上の目標方向の外側の方向から来るオーディオの影響を低減することを可能にするフィードフォワード及びフィードバックノイズ低減プロセスについて説明する。このようなノイズ低減は、特に発話帯域の部分において、信号対雑音比（ＳＮＲ）の改善の少なくとも５ｄＢをもたらす可能性があり、これにより、聴力損失を有さないユーザーにとって、発話知覚／明瞭度を改善することができる。マイクロフォンアレイを使用してオーディオの指向性捕捉と組み合わされると、本明細書に記載の技術は、ユーザーがオーディオを強調するための目標方向を選択することを可能にすることができる。例えば、目標方向は、ユーザーが見ている方向とすることができ、本明細書では、ユーザーの外観方向又は視線方向と称される。
図１Ａは、オープンイヤー音響装置の一例としての一対又はセットのウェアラブルオーディオ眼鏡１０の概略図を示す。図示のように、オーディオ眼鏡１０は、前面領域３０を有するフレーム２０と、前面領域３０から延びる一対のアーム（テンプルとも称される）４０ａ及び４０ｂ（一般に４０）とを含むことができる。従来の眼鏡と同様に、レンズ領域３０及びアーム４０は、ユーザーの頭部に置かれるように設計されている。前面領域３０は、対応するレンズ容器に取り付けられたレンズ５０のセットを含むことができる。２つのレンズ容器は、オーディオ眼鏡のヘッド装着状態でユーザーの鼻に静止するためのブリッジ６０（パディングを含み得る）によって接続されている。レンズは、処方、非処方、及び／又は光フィルタリングレンズを含み得る。アーム４０は、ユーザーのそれぞれの耳に載せるための輪郭６５を含み得る。
フレーム２０は、特定の実装による、電子機器モジュール７０及びオーディオ眼鏡１０を制御するための他の構成要素を含む。いくつかの事例では、電子機器モジュール７０の別個のセット又は重複セットがフレームの一部、例えば、フレーム２０内の対応するアーム４０の各々に収容される。しかしながら、本明細書に記載されるある特定の構成要素は、単一の形態で存在し得る。また、電子機器モジュール７０は、フレーム２０のアーム４０内に配置されているが、いくつかの実装では、電子モジュール７０の少なくとも一部は、フレーム内の他の場所（例えば、ブリッジ６０などの前面領域３０の一部）に配置され得る。
図１Ｂは、図１Ａのオーディオ眼鏡に含まれる電子機器モジュール７０の概略図である。いくつかの実装では、電子機器モジュール７０内の構成要素は、ハードウェア及び／又はソフトウェアとして実装され得、そのような構成要素は、有線及び／又は無線接続によって互いに接続され得る。いくつかの実装では、オーディオ眼鏡１０又は他のシステム内の他の構成要素に接続又は結合された構成要素は、優先接続を介して、及び／又は通信プロトコルを使用して通信し得る。いくつかの実装では、電子機器モジュール７０は、トランシーバ７２と、別の電子機器モジュール及び／又は携帯電話、タブレット、又はスマートウォッチなどの他の無線対応デバイスとの無線通信を容易にするアンテナ７４を含む。いくつかの事例では、互いに通信する際に電子機器モジュール７０によって使用される通信プロトコルは、例えば、無線ローカルエリアネットワーク（local area network、ＬＡＮ）を使用するＷｉ－Ｆｉプロトコル、ＩＥＥＥ ８０２．１１ｂ／ｇなどの通信プロトコル、セルラーネットワークベースのプロトコル（例えば、第３世代、第４世代、又は第５世代（３Ｇ、４Ｇ、５Ｇのセルラーネットワーク））、又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＢＬＥ Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＺｉｇＢｅｅ（メッシュＬＡＮ）、Ｚ波（サブＧＨｚメッシュネットワーク）、６ＬｏＷＰＡＮ（軽量ＩＰプロトコル）、ＬＴＥプロトコル、ＲＦＩＤ、超音波オーディオプロトコルなどの、複数のモノのインターネット（internet-of-things、ＩｏＴ）プロトコルのうちの１つを含み得る。
いくつかの実装では、電子機器モジュール７０は、対応するデバイスのヘッド装着状態において、１つ以上の電気音響トランスデューサ８０がオープンイヤー構成にあるように配置された１つ以上の電気音響トランスデューサ８０を含む。これは、音響トランスデューサ（及び／又は対応するデバイスの他の部分）が環境から外耳道を完全に閉塞しないように、ユーザーの外耳道と対応する音響トランスデューサとの間に物理的分離が存在する構成を指す。例えば、図１に戻って参照すると、音響トランスデューサ８０は、トランスデューサ８０がユーザーの外耳道を覆わないように、オーディオ眼鏡１０のアーム４０上に配置することができる。いくつかの実装では、少なくとも２つの電気音響トランスデューサ８０が、ユーザーの耳（例えば、各々の耳に近接する１つのトランスデューサ８０に近接して（ただし、物理的に分離されて）位置付けられる。いくつかの実装では、１つ以上のトランスデューサ８０は、それら（又は耳とインターフェースするためのそれぞれのハウジング又は構造）が、環境から外耳道を閉塞しない一方で、ユーザーの耳の少なくとも一部に物理的に接触するように、アーム４０から延在するように配置され得る。しかしながら、図１Ａのオーディオ眼鏡１０が頭部装着型オープンイヤー音響デバイスの例として示されているが、他のタイプのオープンイヤーデバイスも本開示の範囲内にあることに留意されたい。例えば、本明細書に記載される技術は、オープンイヤーヘッドフォン又は他のヘッド装着音響デバイスで使用することができ、その例は、米国特許第９，７９４，６７６号、及び同第９，７９４，６７７号に示され、その内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
いくつかの実装では、各トランスデューサ８０は、その前側から前側音響放射を放出し、その後側から後側音響放射を放出する音響ドライバ又はラジエータを有する双極子ラウドスピーカとして使用することができる。双極子ラウドスピーカは、オーディオ眼鏡１０のフレーム２０内に組み込まれ得る。いくつかの実装では、眼鏡１０のハウジング内（例えば、アーム４０内）に画定された音響チャネルは、前側音響放射を方向付けることができ、別の音響チャネルは、後側音響放射を方向付けることができる。ハウジング内の複数の音響電動通気孔（開口部）は、音がハウジングから出ることを可能にする。眼鏡フレーム２０内の開口部は、音がフレーム２０からも出るように、これらの通気孔と位置合わせされ得る。いくつかの実装では、音響伝導開口部間の距離は、ラウドスピーカの音響双極子の有効長を画定する。有効長は、任意の特定の周波数で放出される放射に最も寄与する２つの開口部間の距離であると考えることができる。ハウジング及びその開口部は、有効双極子長が周波数依存性であるように構築及び配置され得る。ある特定の事例では、トランスデューサ８０（例えば、ラウドスピーカ双極子トランスデューサ）は、この特徴を有さないオフイヤーヘッドフォンと比較して、（ｉ）耳に送達される音圧と（ｉｉ）漏出する音とのより高い比を達成することができる。例示的な双極子トランスデューサは、２０１８年１０月４日に出願された米国特許出願第１６／１５１，５４１号、及び２０１９年５月９日に出願された同第１６／４０８，１７９に示され、記載されている。
電子モジュール７０はまた、１つ以上のマイクロフォンのアレイ７５を含むことができる。いくつかの実装では、アレイ７５内のマイクロフォンを使用して、特定の方向から優先的にオーディオを捕捉することができる。例えば、アレイ７５内のマイクロフォンの各々は、特定の方向からオーディオを捕捉する本質的に指向性であり得る。他の例では、アレイによって捕捉された音声は、（例えば、スマートアンテナ又はビーム形成プロセスを使用して）処理されて、特定の方向から捕捉された音声を強調することができる。いくつかの実装では、マイクロフォンアレイ７５は、（例えば、第１の方向とは異なる少なくとも第２の方向と比較して）第１の方向から優先的に周囲オーディオを捕捉する。例えば、マイクロフォンアレイ７５は、２つのアーム４０に平行な方向に沿ってフレーム２０の前面から優先的にオーディオを捕捉／強調するように構成することができる。場合によっては、これにより、オーディオ眼鏡１０のユーザーの視線方向と一致する方向からオーディオを優先的に捕捉することが可能になる。捕捉されたオーディオが１つ以上の音響トランスデューサ８０を通って再生される実装では（場合によっては、いくつかの増幅を有する）、これにより、ユーザーは、例えば、他の方向からの音と比較して、その方向からの音をよりよく聞くように視線の方向を変更することができる。いくつかの実装では、そのような増幅を容易にするために、電子モジュール７０は、アレイ７５のマイクロフォンを使用して捕捉されたオーディオを表す信号を処理し、１つ以上の音響トランスデューサ８０のためのドライバ信号を生成する増幅器回路８６を含む。場合によっては、これは、ノイズ環境におけるユーザーの発話の知覚を改善することができる。例えば、特定の方向からの電力と他の方向からの電力の比率における５～１０ｄＢの改善でさえ、特に改善がオーディオスペクトルの発話帯域内（例えば、３００～１５００Ｈｚ周波数帯域内）にあるとき、発話の知覚を改善することができる。
複数のマイクロフォンは、様々な方法で対応するデバイス内に配置することができる。図１Ａの例示的なデバイスの場合（オーディオ眼鏡１０）、アレイ７５の１つ以上のマイクロフォンは、眼鏡フレーム２０のアーム又はテンプル４０に沿って配置され得る。いくつかの実装では、アレイ７５の少なくとも１つのマイクロフォンは、フレーム２０の前面領域３０に（例えば、ブリッジ６０上に）配置され得る。いくつかの実装では、アレイ７５のマイクロフォンは、（例えば、発話コマンド、電話会話などのために）ユーザーの声を捕捉する目的で配置された任意のマイクロフォンとは別個であり得る。いくつかの実装では、アレイ７５の１つ以上のマイクロフォンを使用して、ユーザーの声を捕捉することもできる。
いくつかの実装では、アレイ７５内のマイクロフォンの位置及び１つ以上の音響トランスデューサ８０の位置は、オープンイヤー音響デバイス内の指向性オーディオ送達及び捕捉を提供する音響パッケージを実装するために一緒に決定され得る。例えば、トランスデューサ８０及びアレイ７５内のマイクロフォンの位置は、目標又は閾値量にわたってマイクロフォンにオーディオを向けることなく、トランスデューサ８０がユーザーの耳に向かってオーディオを十分に送達するように決定することができる。例えば、１つ以上の音響トランスデューサ８０及びアレイ７５の複数のマイクロフォンは、頭部装着音響デバイス（例えば、オーディオ眼鏡１０）上に配置することができ、そのため、ヘッド装着状態で、指向性音響トランスデューサの放射線パターンのメインローブが、ユーザーの外耳道に向けられ、（ｉ）ユーザーの外耳道に向かって放射される１つ以上の音響トランスデューサの出力の一部と、（ｉｉ）アレイ７５のマイクロフォンに向かって放射される少なくとも１つの音響トランスデューサの出力の一部と、の電力比が閾値条件を満たす。例えば、閾値条件は、上記で参照された電力比が少なくとも１０ｄＢであることを決定することができる。いくつかの実装では、トランスデューサ８０及びアレイ７５のマイクロフォンの位置は、トランスデューサ、及び／又はマイクロフォン、及び／又は対応するアレイの指向性を考慮して決定され得る。
いくつかの実装では、アレイ７５のマイクロフォンの位置が最初に決定され、次いで、音響トランスデューサ８０の位置が、上で考察された目標性能を達成するために決定される。例えば、マイクロフォンアレイ７５に関連付けられた位置が決定されると、１つ以上の音響トランスデューサ８０の位置は、目標又は閾値量にわたってマイクロフォンにオーディオを向けることなく、トランスデューサ８０が、アレイ７５のマイクロフォンに向かってオーディオを標的又は閾値量にわたって方向付けることなく、ユーザーの耳に向かってオーディオを十分に送達するように決定される。双極子トランスデューサが使用される場合、マイクロフォンは、双極子トランスデューサの放射線パターン内の音響ヌル内又はその近くに位置し得る。場合によっては、マイクロフォンは、トランスデューサの第１の放射面から放射される音響エネルギーが、トランスデューサの第２の放射面から放射される音響エネルギーと破壊的に干渉する領域に位置付けられる。
いくつかの実装では、電子モジュール７０は、電子モジュール７０の様々な部分を調整し、制御するコントローラ８２を含む。コントローラ８２は、１つ以上の非一時的な機械可読記憶デバイスと通信して、電子モジュール７０の様々な動作を実行する１つ以上の処理デバイスを含むことができる。いくつかの実装では、コントローラ８２は、「ノイズ」と見なされるオーディオ信号の効果を低減するためのドライバ信号を生成するアクティブノイズ低減（ＡＮＲ）エンジン８４を実装する。例えば、特定の使用事例のシナリオでは、特定の方向（例えば、ユーザーの視線方向）から捕捉されたオーディオは、関心のある信号であると見なすことができ、他の方向から捕捉されたオーディオは、ノイズと見なすことができる。ＡＮＲエンジン８４は、ノイズ信号の位相に対して実質的に反転された位相を有する１つ以上のドライバ信号を生成するように構成することができ、これにより、ＡＮＲエンジン８４によって生成されたドライバ信号は、（重ね合わせの原理に基づいて）ノイズ信号に破壊的に干渉し、ノイズの影響が低減する。
いくつかの実装では、ＡＮＲエンジン８４は、対応する参照信号を捕捉するためにマイクロフォンの使用を必要とするフィードバック経路及びフィードフォワード経路（一般にＡＮＲ経路、ＡＮＲ信号経路と称される）などの複数のノイズ低減経路を含むことができる。いくつかの実装では、アレイ７５の１つ以上のマイクロフォンを、ＡＮＲ信号経路のマイクロフォンとして使用することができ、そのような場合、対応するマイクロフォンの配置は、フィードフォワード経路又はフィードバック経路の参照オーディオを捕捉するためにマイクロフォンが使用されるかどうかによって管理され得る。しかしながら、そのような配置の理解を容易にするために、ＡＮＲエンジン８４の説明が最初に提供される。
エコーキャンセル、フィードバックノイズキャンセル、フィードフォワードノイズキャンセルなどの機能を可能にするために、様々な信号伝達トポロジをＡＮＲデバイスに実装することができる。例えば、図２のＡＮＲエンジン８４の例示的なブロック図に示されるように、信号伝達トポロジは、出力トランスデューサ８０を駆動して、（例えば、フィードフォワード補償器２１２を使用して）騒音防止信号を生成して、フィードフォワードマイクロフォン２０２によって拾われる騒音信号の効果を低減する、フィードフォワードノイズ低減経路２１０を含むことができる。別の実施例では、信号伝達トポロジは、フィードバックノイズ低減経路２１４を含むことができ、フィードバックノイズ低減経路２１４は、出力トランスデューサ８０を駆動して、（例えば、フィードバック補償器２１６を使用して）騒音防止信号を生成して、フィードバックマイクロフォン２０４によって拾われる騒音信号の効果を低減することができる。信号伝達トポロジはまた、ＡＮＲエンジン８４のノイズ低減性能を更に改善するための回路（例えば、エコーキャンセラ２２０）を含む追加の信号処理経路２１８を含むことができる。いくつかの実装では、ＡＮＲエンジン８４は、様々な信号伝達トポロジ及びフィルタ構成を実装するために使用することができる構成可能なデジタル信号プロセッサ（digital signal processor、ＤＳＰ）を含むことができる。そのようなＤＳＰの例は、米国特許第８，０７３，１５０号及び同第８，０７３，１５１号に記載されており、それらは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。ＡＮＲエンジン８４はまた、アナログデジタル変換器（マイクロフォンによって捕捉されたアナログ信号を処理デバイスによって処理可能なデジタル信号に変換するための）、及びデジタルアナログ変換器（処理デバイスの出力をトランスデューサ８０によって再生可能な信号に変換するための）など１つ以上の追加の構成要素を含むこともできる。
いくつかの実装では、フィードフォワードマイクロフォン２０２及び／又はフィードバックマイクロフォン２０４は、マイクロフォンアレイ７５に含まれ得る。そのような場合、フィードフォワードマイクロフォン２０２及び／又はフィードバックマイクロフォン２０４の場所は、１つ以上のトランスデューサ８０の場所を決定する前に最初に決定され得る。例えば、フィードバックマイクロフォン２０４は、デバイスのヘッド装着状態において、フィードバックマイクロフォン２０４がユーザーの耳の近くに位置するような位置で、デバイス上に配置することができる。これにより、ユーザーが実際に聞いているものと、マイクロフォンが捕捉したものとの間に高いコヒーレンス度が生じ得る。図１Ａに戻って参照すると、位置４２は、フィードバックマイクロフォン２０４の可能な位置を表す。次いで、音響トランスデューサ８０（例えば、双極子）を、フィードバックマイクロフォンが双極子のヌルに位置するように配置することができる。これは、いくつかの用途、例えば、オーディオ眼鏡１０が補聴器として使用されているときに特に有利であり得る。いくつかの実装では、フィードバックマイクロフォンは、トランスデューサ８０とマイクロフォンとの間の音響経路の伝達関数が、トランスデューサと外耳道との間の音響経路の伝達関数と大きさ及び位相で類似している位置にあり得る。したがって、このマイクロフォンの位置は、トランスデューサと環境の両方からの音のための外耳道の近似プロキシとして機能するため、フィードバックマイクロフォンで音を制御するためにＡＮＲエンジンを構成することにより、外耳道で同様に制御された音が得られる。一対のオーディオ眼鏡１０の場合、フィードフォワードマイクロフォン２０２は、例えば、マイクロフォンがデバイスの頭部装着状態でユーザーの耳介の後ろに位置するような位置に配置することができる。図１Ａに戻って参照すると、アーム４０の端部の位置４４は、フィードフォワードマイクロフォンの可能な位置を表す。いくつかの実装態様では、フィードフォワードマイクロフォン２０２のそのような耳介の後ろの位置は、デバイスのヘッド装着（head-word）状態においてユーザーの後ろから来る音の効果的なフィードフォワードキャンセルを可能にし、次いで、正面方向から来る音の知覚を改善する（例えば、ユーザーの視線方向と一致し得る）。
いくつかの実装では、オープンイヤーデバイスの性能は、フィードバックマイクロフォン２０４などのマイクロフォンによって選択されるように、トランスデューサ８０の任意の出力の影響を低減するエコーキャンセラ（又はエコーキャンセル回路）を実装することによって更に改善され得る。例えば、参照マイクロフォン２０８は、フィードバックマイクロフォン２０４によって拾い上げられるか又は捕捉される信号の異なるバージョンを拾い上げるために使用することができる。信号の２つのバージョンに基づいて、エコーキャンセル回路（Ｋｅｃｈｏ）２２０は、追加の信号を生成することができ、これは、フィードバック補償器２１６の出力と組み合わせたときに、トランスデューサ８０とマイクロフォンとの間の結合の効果を更に低減する。図２の実施例に示されるエコーキャンセル回路は、フィードバック信号経路に関連するエコーをキャンセルするためのものであるが、フィードバック経路内のエコーキャンセラの有無にかかわらず、同様のエコーキャンセラをフィードバック信号経路に実装することができる。いくつかの実装では、エコーキャンセル回路は、エコーキャンセル（又は補聴器の場合のフィードバックキャンセル）のための参照信号を生成するバイクワッドフィルタを含む。
図１Ｂに戻って参照すると、電子モジュール７０はまた、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）９０、及び電源１００を含むことができる。様々な実装形態では、電源１００はトランスデューサ８０に接続され、更にＩＭＵ９０に接続され得る。トランスデューサ８０、ＩＭＵ９０、及び電源１００の各々は、コントローラ８２と接続され、コントローラ８２は、本明細書に記載される様々な実装形態に従って制御機能を実行するように構成されている。ＩＭＵ９０は、多軸加速度計、ジャイロスコープ、及び／又は磁力計を組み合わせる微小電気機械システム（microelectromechanical system、ＭＥＭＳ）デバイスを含み得る。追加又は代替センサは、本明細書に記載されるような動きを検出するための、ＩＭＵ９０、例えば、光学系追跡システム、加速度計、磁力計、ジャイロスコープ、又はレーダーの機能を実行し得ることが理解される。ＩＭＵ９０は、位置／配向に基づく制御機能を可能にするために、オーディオ眼鏡１０の物理的位置及び／又は配向の変化を検出するように構成され得る。電子機器７０はまた、オーディオ眼鏡１０に位置する１つ以上の光学的若しくは視覚的検出システム、又はオーディオ眼鏡１０の位置／配向を検出するように構成された別の接続デバイスを含み得る。いずれの場合でも、ＩＭＵ９０（及び／又は追加のセンサ）は、オーディオ眼鏡１０の位置及び／又は配向に関するセンサデータをコントローラ８２に提供し得る。
トランスデューサ８０への電源１００は、局所的に（例えば、フレーム２０のつる領域の各々の電池を用いて）提供され得るか、又は単一の電池が、フレーム２０を通過するか、ないしは別の方法で一方のつるから他方のつるに転送される配線を介して電力を伝達し得る。電源１００は、様々な実装形態によるトランスデューサ８０の動作を制御するために使用され得る。
コントローラ８２は、本明細書に記載されるプロセスに従ってプログラム命令又はコードを実行するための従来のハードウェア及び／又はソフトウェア構成要素を含み得る。例えば、コントローラ８２は、１つ以上の処理デバイス、メモリ、構成要素間の通信経路、及び／又はプログラムコードを実行するための１つ以上の論理エンジンを含んでもよい。コントローラ８２は、任意の従来の無線接続及び／又は有線接続を介して電子機器モジュール７０内の他の構成要素と連結することができ、それにより、コントローラ８２は、それらの構成要素との間で信号を送受信し、それらの動作を制御することが可能になる。
図１Ａに戻ると（及び引き続き図１Ｂを参照すると）、ある特定の実装形態では、オーディオ眼鏡１０は、コントローラ８２と接続されたインターフェース９５を含む。これらの事例では、インターフェース９５は、オーディオ選択などの機能に使用され、オーディオ眼鏡に電力を供給するか、又は音声制御機能に従事し得る。ある特定の事例では、インターフェース９５は、ボタン又は静電容量式タッチインターフェースを含む。いくつかの追加の実装形態では、インターフェース９５は、ユーザーが、ユーザーインターフェースコマンドを開始するために、オーディオ眼鏡１０の１つ以上のセクション（例えば、アーム４０）を強く押すことを可能にし得る圧縮可能インターフェースを含む。いくつかの実装では、インターフェース９５は、ユーザーから発話されたコマンドを捕捉するために使用される１つ以上のマイクロフォンを含むことができる。いくつかの実装では、インターフェース９５に関連する１つ以上のマイクロフォンはまた、マイクロフォンアレイ７５の一部であり得る。いくつかの実装では、インターフェース９５のマイクロフォンは、指向性であってもよく、又はユーザーの口の方向から優先的に音を捕捉する指向性アレイの一部であってもよい。
図３は、図１Ａに示す一対のオーディオ眼鏡のアーム４０の表面上の音響分布を示すヒートマップ図３００である。そのような音響分布図３００は、基礎をなす１つ以上の音響トランスデューサの放射線パターンを表し、本明細書の技術による１つ以上のマイクロフォンの配置に使用することができる。ヒートマップ図は、周波数の関数として変化することができ、複数の周波数又は周波数範囲の図は、音響トランスデューサ及び／又はマイクロフォンの最適な位置を決定するために考慮される必要があり得る。図３の例は、それぞれ位置４０５ａ及び４０５ｂに２つの端部を有する双極子音響トランスデューサ（音響双極子とも称される）から発する１０００Ｈｚの音声のヒートマップ図を示す。ヒートマップは、耳の表面圧力に対して正規化された様々な位置での表面圧力の分布を示す。したがって、ヒートマップは、アーム４０上の位置の関数として、２つの量、（ｉ）Ｇｏｄ、対応する位置に配置された音響トランスデューサとマイクロフォンとの間の結合量、及び（ｉｉ）Ｇｅｄ、音響トランスデューサと耳の位置との間の結合量、の比率の変動を追跡する。１つ以上のマイクロフォンは、比率が低い位置（ｄＢで表現されるとき、より負である）に配置することができる。したがって、ヒートマップ凡例の底部３１５に向かう陰影は、マイクロフォンの配置のための良好な位置を表し、ヒートマップ凡例の頂部３１０に向かう陰影は、マイクロフォンが耳の位置で聞こえるものに近似するオーディオを拾い上げる可能性が高い位置を表す。図３の例では、領域３２０は、比率が非常に低い位置を表し（例えば、双極子などの音響トランスデューサの放射線パターンで音響ヌルで予想されるように）、そのような位置を１つ以上のマイクロフォンの配置に好適なものにする。同様に、比率は、位置３２５（アーム４０の後端）で非常に低く、図２を参照して上述したように、１つ以上のフィードフォワードマイクロフォン２０２の配置に理想的な位置となる。いくつかの実装では、外耳道での環境音信号とコヒーレントにするために、１つ以上のフィードバックマイクロフォン２０４を、外耳道の近くに配置することができる。これは、例えば、マッピングされた比率が約０ｄＢであるヒートマップの輪郭に沿って、例えば、最も明るい灰色と白色の輪郭との間の境界で１つ以上のフィードバックマイクロフォンを配置することによって行うことができる。そのような場合、フィードバックマイクロフォンによって拾い上げられたトランスデューサ８０から受信したオーディオは、トランスデューサ８０から外耳道に到達するオーディオと近似する。
フィードバックマイクロフォンとフィードフォワードマイクロフォンとの間で区別が行われていることがあるが、オープンイヤー音響デバイスなどの音響デバイスにおいて、フィードフォワードマイクロフォンは、いくらかの量のトランスデューサ信号を捕捉することができ、したがってフィードバック挙動の可能性を有する。したがって、１つ以上のマイクロフォン及びそれらのそれぞれの位置は、より一般的には、外耳道とコヒーレントな環境音信号又はトランスデューサ音信号のいずれかを捕捉することができると考えることができる。ヒートマップ内の１（又は約０ｄＢ）近くの比率に対応するマイクロフォン位置は、ＡＮＲシステムの安定性を犠牲にして、外耳道で環境音信号を正確に捕捉するのにより好適であり得、逆もまた同様である。それにもかかわらず、特定のトランスデューサ及びマイクロフォンシステム構成では、ＡＮＲエンジンは、一般にフィードバックとフィードフォワード経路を厳密に区別することなく、それらのトレードオフを考慮するように設計することができる。
本明細書に記載される機能又はその部分、及びその様々な修正（以下「機能」）は、少なくとも部分的にコンピュータプログラム製品（例えば、１つ以上のデータ処理装置、例えば、プログラム可能プロセッサ、コンピュータ、複数のコンピュータ、及び／若しくはプログラム可能論理構成要素、による実行のための、又はその動作を制御するための、１つ以上の非一時的機械可読媒体又は記憶デバイスなどの情報担体において有形に具現化されたコンピュータプログラム）を介して実装され得る。
コンピュータプログラムは、コンパイラ型言語又はインタープリタ型言語を含む任意の形態のプログラム言語で書くことができ、それは、スタンドアローンプログラムとして、又はコンピューティング環境での使用に好適なモジュール、構成要素、サブルーチン、若しくは他のユニットとして含む任意の形態で配備され得る。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上で、若しくは１つのサイトにおける複数のコンピュータ上で実行されるように配備されるか、又は複数のサイトにわたって配信されて、ネットワークによって相互接続され得る。
機能の全部又は一部を実装することと関連した動作は、較正プロセスの機能を実施するために１つ以上のコンピュータプログラムを実行する１つ以上のプログラム可能なプロセッサによって実施され得る。機能の全部又は一部は、特殊目的論理回路、例えば、ＦＰＧＡ及び／又はＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ－ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ、特定用途向け集積回路）として実装され得る。いくつかの実装形態では、機能の少なくとも一部はまた、Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｉｎｃ．によって開発されたＳｕｐｅｒ Ｈａｒｖａｒｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｓｉｎｇｌｅ－Ｃｈｉｐ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ（Super Harvard Architecture Single-Chip Computer、ＳＨＡＲＣ）などの浮動小数点又は固定小数点デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）上で実行されてもよい。
コンピュータプログラムの実行に好適なプロセッサとしてはまた、例として、一般的及び特殊目的マイクロプロセッサの両方、並びに任意の種類のデジタルコンピュータの任意の１つ以上のプロセッサが挙げられる。一般的に、プロセッサは、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、又はそれらの両方から命令及びデータを受信することになる。コンピュータの構成要素は、命令を実行するためのプロセッサ、並びに命令及びデータを記憶するための１つ以上のメモリデバイスを含む。
本明細書に記載される異なる実装形態の要素は、特に上に記載されない他の実施形態を形成するために組み合わされ得る。要素は、それらの動作に悪影響を及ぼすことなく、本明細書に記載される構造から除かれ得る。更にまた、様々な別個の要素は、本明細書に記載される機能を実施するために、１つ以上の個々の要素と組み合わされ得る。
７０ 電子機器モジュール
７２ トランシーバ
７４ アンテナ
７５ マイクアレイ
８０ トランスデューサ
８２ コントローラ
９０ 慣性測定ユニット（ＩＭＵ）
９２ 電源
９５ インターフェース

Claims (20)

  1. 音響デバイスであって、
    ヘッド装着状態で、前記音響デバイスのユーザーの外耳道が妨げられていないオープンイヤー構成にあるように配置された少なくとも１つの音響トランスデューサと、
    第１の方向とは異なる少なくとも第２の方向と比較して、前記第１の方向から優先的にオーディオを捕捉する２つ以上の第１のマイクロフォンのアレイであって、前記アレイを使用して捕捉された前記オーディオが、前記少なくとも１つの音響トランスデューサを通して処理及び再生される、アレイと、
    １つ以上の処理デバイスを備えるアクティブノイズ低減（ＡＮＲ）エンジンであって、前記少なくとも１つの音響トランスデューサのためのドライバ信号を生成するように構成され、前記ドライバ信号が、少なくとも前記第２の方向から捕捉されたオーディオの影響を低減する位相を有する、ＡＮＲエンジンと、を備える、音響デバイス。
  2. 前記ＡＮＲエンジンが、３００～１５００Ｈｚ周波数帯域で前記第２の方向から捕捉された前記オーディオの前記影響を低減するように構成されている、請求項１に記載の音響デバイス。
  3. 前記ＡＮＲエンジンが、（ｉ）前記第１の方向から捕捉された、前記３００～１５００Ｈｚ周波数帯域におけるオーディオ信号と、（ｉｉ）少なくとも前記第２の方向から捕捉された、前記３００～１５００Ｈｚ周波数帯域におけるオーディオ信号と、の電力比を、少なくとも５ｄＢ増加させるように構成されている、請求項２に記載の音響デバイス。
  4. 前記第２の方向からオーディオを捕捉するための少なくとも第２のマイクロフォンを更に備える、請求項１に記載の音響デバイス。
  5. 前記ヘッド装着状態で、前記第２のマイクロフォンが、前記ユーザーの耳介の背後に位置する、請求項４に記載の音響デバイス。
  6. 前記アレイを使用して捕捉された前記オーディオを処理するように構成された増幅器回路を更に備える、請求項１に記載の音響デバイス。
  7. 前記少なくとも１つの音響トランスデューサ及び２つ以上の第１のマイクロフォンの前記アレイが、眼鏡フレームのテンプルに沿って配置されている、請求項１に記載の音響デバイス。
  8. 前記第１の方向が、前記音響デバイスの前記ユーザーの推定された視線方向である、請求項１に記載の音響デバイス。
  9. 前記アレイを使用して捕捉された前記オーディオが、ビーム形成プロセスを使用して処理されて、前記第１の方向からオーディオを捕捉する、請求項１に記載の音響デバイス。
  10. 前記少なくとも１つの音響トランスデューサ及び２つ以上の第１のマイクロフォンの前記アレイが、オープンイヤーヘッドフォン内に配置されている、請求項１に記載の音響デバイス。
  11. 前記少なくとも１つの音響トランスデューサが、音響トランスデューサのアレイの一部である、請求項１に記載の音響デバイス。
  12. 前記ヘッド装着状態で、前記少なくとも１つの音響トランスデューサからマイクロフォンへの音圧応答の大きさ及び位相が、前記少なくとも１つの音響トランスデューサから外耳道の場所への音圧応答と実質的に同様である、請求項１に記載の音響デバイス。
  13. 前記ヘッド装着状態で、前記少なくとも１つの音響トランスデューサの放射線パターンのメインローブが、前記ユーザーの前記外耳道に向けられ、（ｉ）前記ユーザーの前記外耳道に向かって放射される前記少なくとも１つの音響トランスデューサの出力の一部と、（ｉｉ）前記アレイのマイクロフォンに向かって放射される前記少なくとも１つの音響トランスデューサの出力の一部と、の電力比が少なくとも１０ｄＢである、請求項１に記載の音響デバイス。
  14. 前記ＡＮＲエンジンが、アナログデジタル変換器と、増幅器と、補償器と、デジタルアナログ変換器と、を備える、請求項１に記載の音響デバイス。
  15. ウェアラブルオーディオ眼鏡のセットであって、
    フレームであって、
    一対のレンズ容器を含む前面領域と、前記レンズ容器の間に配置されたブリッジと、
    前記フレームの前記前面領域から延在する一対のアームと、を備える、フレームと、
    前記一対のアームのうちの１つに配置された少なくとも１つの音響トランスデューサであって、前記音響トランスデューサが、前記オーディオ眼鏡のヘッド装着状態でユーザーの耳にオーディオ出力を向けるように構成されている、少なくとも１つの音響トランスデューサと、
    第１の方向とは異なる少なくとも第２の方向と比較して、第１の方向からオーディオを優先的に捕捉する２つ以上の第１のマイクロフォンのアレイと、
    電子機器モジュールであって、
    前記アレイを使用して捕捉された前記オーディオを受信し、前記オーディオに基づいて前記少なくとも１つの音響トランスデューサのための第１のドライバ信号を生成する増幅器回路と、
    １つ以上の処理デバイスを備えるアクティブノイズ低減（ＡＮＲ）エンジンであって、前記ＡＮＲエンジンが、前記少なくとも１つの音響トランスデューサのための第２のドライバ信号を生成し、前記第２のドライバ信号が、少なくとも前記第２の方向から捕捉されたオーディオの影響を低減する位相を有する、アクティブノイズ低減（ＡＮＲ）エンジンと、を備える、電子機器モジュールと、を備える、ウェアラブルオーディオ眼鏡のセット。
  16. 前記ＡＮＲエンジンが、３００～１５００Ｈｚ周波数帯域で前記第２の方向から捕捉された前記オーディオの前記影響を低減する、請求項１５に記載のウェアラブルオーディオ眼鏡。
  17. 前記ＡＮＲエンジンが、（ｉ）前記第１の方向から捕捉された、前記３００～１５００Ｈｚ周波数帯域におけるオーディオ信号と、（ｉｉ）少なくとも前記第２の方向から捕捉された、前記３００～１５００Ｈｚ周波数帯域におけるオーディオ信号と、の電力比を、少なくとも５ｄＢ増加させるように構成されている、請求項１６に記載のウェアラブルオーディオ眼鏡。
  18. 前記第２の方向からオーディオを捕捉するための少なくとも第２のマイクロフォンを更に備える、請求項１５に記載のウェアラブルオーディオ眼鏡。
  19. 前記ヘッド装着状態で、前記第２のマイクロフォンが、前記ユーザーの耳介の背後に位置する、請求項１８に記載のウェアラブルオーディオ眼鏡。
  20. 前記ヘッド装着状態で、前記少なくとも１つの音響トランスデューサの放射線パターンのメインローブが、前記ユーザーの前記外耳道に向けられ、（ｉ）前記ユーザーの前記外耳道に向かって放射される前記少なくとも１つの音響トランスデューサの出力の一部と、（ｉｉ）前記アレイのマイクロフォンに向かって放射される前記少なくとも１つの音響トランスデューサの出力の一部と、の電力比が少なくとも１０ｄＢである、請求項１５に記載のウェアラブルオーディオ眼鏡。
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