JP5315506B2 - 骨伝導音伝播のための方法及びシステム - Google Patents
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Description
空気伝導振動は、外耳によって捉えられ、外耳道を鼓膜に向かって進む。鼓膜では、この振動は力学的エネルギに変換される。この力学的エネルギは中耳に渡る。中耳では、この領域の骨である槌骨、砧骨、及び鐙骨が、この信号を受信する(ここで、鐙骨は、中耳の骨と内耳との間の良好な伝達物質として機能する流体で覆われている)。信号は、上記流体を通じて内耳内の蝸牛の内部内層(inner lining)へ送信される。ここで、蝸牛には、聴覚神経に向かって伸びる極微毛(minuscule hair)が立ち並んでいる。これらの極微毛の一部は信号のさまざまな周波数に応じて励起し、この励起によって聴覚神経に電気インパルスが発生し、この電気インパルスは脳へ送信される。
実質的にあらゆる環境において、非常に多くの音がユーザを取り囲んでいる。大音量の拡声器を有する集団又は混雑したロケーション等のいくつかの環境では、環境音が非常に強力であるのに対して、それ以外の状況では、あまり大きくはない環境音が、実際には、ユーザを困らせる場合がある。
装着型周囲音低減システムは、(a)周囲音信号を検出するようになっているマイクロホンと、(b)周囲音信号に応じて出力信号を生成するようになっているプロセッサであって、出力信号は、ユーザの骨に伝達されると、周囲音信号がユーザに与える影響を低減し、マイクロホンはプロセッサに結合されている、プロセッサと、(c)プロセッサに結合され、出力信号をユーザの骨に伝達するようになっている骨伝導スピーカとを備える。
通常、プロセッサ210は、ハードウェアコンポーネントとソフトウェアコンポーネントとの双方を含んでいる。
本発明の一実施形態によれば、システム200は複数の骨伝導スピーカを備える。プロセッサ210は、1又は複数の出力信号を生成すると共に、各出力信号を骨伝導スピーカ230のうちの1又は複数に提供する。
本発明の一実施形態によれば、システム200は、外部システム410及び/又は通信デバイス420と無線で通信するようになっている。
本発明のこれまで考察した実施形態によれば、システム200は、外部システム410及び/又は通信デバイス420と無線で通信するよう構成されている。
本発明の一実施形態によれば、プロセッサ210は、ユーザ骨伝導信号に含まれるユーザ要求に応じるよう構成されている。
(i)IES(n)=ASS(n)*UHF(n)
−[ASS(n)*NRF(n)*BPAE(n)*BCTF(n)*HBF(n)]
であることが、当業者に理解されるであろう。
(ii)NRF(f)=UHF(f)/[BPAE(f)BCTF(f)HBF(f)]
ここで、NRF(f)、UHF(f)、BPAE(f)、BCTF(f)、HBF(f)は、それぞれNRF(n)、UHF(n)、BPAE(n)、BCTF(n)、HBF(n)のフーリエ変換である。
(iii)NRF(f)
=UHF(f)/[(BPAE(f)BCTF(n)HBF(f)+αENPS(n))
(iv)IES(n)=ASS(n−Tu)−ASS(n−T−T1)
である。
(v)IES(w)=ASS(w)(ejw(Tu)−ejw(T+T1))
となる。人間の耳は、位相に反応しないので、
(vi)Abs(IES(w))
=2Abs(ASS(w))(1−cos(w(T+T1−Tu))
であり、
(vii)T+T1=Tu又はT1≠Tu−Tである場合、
(viii)IES(w)≠0⇒IES(n)≠0
となる。
骨における音伝播速度は、約4080m/秒であり、空気中では、音伝播速度は約331m/sであることが既知である。発話信号は、耳において約5cm伝播すると仮定すると、信号が空気を介して伝播する時刻と、骨を介して伝播する時刻との間の差は、0.05/331−0.05/4080=0.139msである。
これは、非常に重要な事実である。その理由は、この差が負であった場合、骨伝導性技法を使用することによって、外部の空気経路を進む周囲雑音信号をキャンセルすることが不可能となるからである。
(ix)FS(n)=MUBCS(n)−RAS(n)*CF(n)
となる。
ここで、
(x)MUBCS(n)=[USS(n)+MRAS(n)]*IR(n)*IMF(n)
(xi)MRAS(n)=RAS(n)*RASMF(n)
である。
(xii)E{[FS(n)−USS(n)]^2}
=E{[MUBCS(n)−RAS(n)*CF(n)−USS(n)]^2}
(xiii)E{[MUBCS(n)−RAS(n)*CF(n)]^2}
に等しくなる場合に、容易に行われる。
(xiv)MUBCS(n)=RAS(n)*RASMF(n)*IR(n)*IMF(n)
に縮小される。
したがって、最小にされるべき数式(xiii)は、
(xv)E{[RAS(n)*RASMF(n)*IR(n)*IMF(n)−RAS(n)*CF(n)]^2}
に等しい。
数式(xv)の最小値は、明らかに、
(xvi)CF(n)=RASMF(n)*IR(n)*IMF(n)
のときに得られる。
本発明の一実施形態によれば、エネルギ検出器286はさらに、要求オーディオ信号の静寂期間を検出するようになっており、したがって、システム205による節電を容易にする。
通常、プロセッサ310は、ハードウェアコンポーネント及びソフトウェアコンポーネントの双方を含む。
該方法500は、周囲音信号を検出するステージ510で開始する。好適には、この検出は、音響スペクトルに含まれる周囲音信号と、特に、可聴音スペクトル全体に含まれる周囲音信号とを検出することを含む。この検出は、装着型周囲音低減システムに属する1又は複数のマイクロホンによって行われる。本発明の一実施形態によれば、装着型周囲音低減システムは、必ずしもそうとは限らないが、ほとんど目立たないように控えめな方法で、好適には両耳のうちの少なくとも方耳の後ろにユーザによって装着されるようになっている隠蔽型コンパクトシステムである。
これまでの図面で述べた例を参照すると、この検出は、マイクロホン220によって好都合に行われる。
これまでの図面で述べた例を参照すると、この生成はプロセッサ210によって行われる。
本発明の一実施形態によれば、ステージ521では、高域通過フィルタ、低域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、帯域消去フィルタ等の周囲ボリュームオーディオフィルタに応じて出力信号を生成する。周囲ボリュームオーディオフィルタに応じた出力信号の生成は、本発明の範囲を限定することを何ら意図するものではないが、周囲音が、限られた周波数帯域によって特徴付けられる1又は複数の雑音発生源から到来している音を含む状況で有用である。
本発明の一実施形態によれば、ステージ523は、要求オーディオ信号を別の通信デバイスから受信するステージ525を含む。本発明の範囲を限定することを何ら意図するものではなく単なる一例であるが、他の通信デバイスは、携帯電話すなわち移動電話、携帯情報端末、ポータブル双方向ラジオ等とすることができる。
これまでの図面で述べた例を参照すると、受信は、プロセッサ210によって、外部システム410又は通信デバイス420から行われ、本発明の一実施形態によれば、通信ユニット260によって、特にアンテナ266又はデータケーブル261を介して行われる。
これまでの図面で述べた例を参照すると、伝達は骨伝導スピーカ230によって行われる。
これまでの図面で述べた例を参照すると、少なくとも1つの音響スピーカによる伝達は、音響スピーカ240によって行われる。
これまでの図面で述べた例を参照すると、1又は複数のユーザ骨伝導信号の検出は、骨伝導マイクロホン250によって行われる。
本発明の一実施形態によれば、ステージ542は、無視することができるユーザ骨伝導信号に応じてキャンセルフィルタを求めるステージ543を含む。ここで、ステージ541の低減することは、キャンセルフィルタに応答する。
本明細書で上記で述べたように、ユーザ骨伝導信号は出力信号に応答し、したがって、要求オーディオ信号にも応答するため、実際には、ユーザ骨伝導信号の検出中に、装着型周囲音低減システムは、装着型周囲音低減システム自体がサンプル骨に伝達した出力信号のエコーを(したがって、要求オーディオ信号のエコーも)検出することが当業者に明らかである。
(xvii)FS(n)=MUBCS(n)−RAS(n)*CF(n)
(xviii)MUBCS(n)=[USS(n)+MRAS(n)]*IR(n)*IMF(n)
である。
(xix)MRAS(n)=RAS(n)*RASMF(n)
である。
(xx)E{[FS(n)−USS(n)]^2}
=E{[MUBCS(n)−RAS(n)*CF(n)−USS(n)]^2}
(xxi)E{[MUBCS(n)−RAS(n)*CF(n)]^2}
に等しくなる場合に容易に行われる。
(xxii)MUBCS(n)=RAS(n)*RASMF(n)*IR(n)*IMF(n)
に縮小される。
したがって、最小にされるべき数式(xx)は、
(xxiii)E{[RAS(n)*RASMF(n)*IR(n)*IMF(n)−RAS(n)*CF(n)]^2}
に等しい。
(xxiv)CF(n)=RASMF(n)*IR(n)*IMF(n)
のときに得られる。
本発明の一実施形態によれば、ステージ540は、ユーザ骨伝導信号に含まれるユーザ命令(user order)に応じるステージ544を含む。
方法600は、ユーザによって聴取される要求オーディオ信号を表す入力信号を受信するステージ610で開始する。本発明の範囲を限定することを何ら意図するものではなく単なる一例として、要求オーディオ信号は、音楽、発話、コンピュータプログラムによって生成された音等とすることができる。必ずしもそうとは限らないが、要求オーディオ信号は、サラウンドサウンドを表すように相関される。
本発明の一実施形態によれば、ステージ610の受信は無線又は有線の様式で行われる。
ステージ610の後には、要求オーディオ信号に応じて複数の出力信号を生成するステージ620が続く。好都合なことに、複数の出力信号は、装着型サラウンドサウンドシステムによってユーザに伝達されると、ユーザの包囲音知覚を刺激するように相互に関係付けられる。本発明の一実施形態によれば、少なくとも1つの出力信号成分は、少なくとも1つの他の出力信号成分と相互に関係付けられない。
図面で述べた例を参照すると、この生成はプロセッサ310によって行われる。
これまでの図面で述べた例を参照すると、この周囲音信号の検出は、マイクロホン320によって行われる。
好適には、出力信号は、周囲音信号が許容周囲ボリュームレベルを遵守するレベルに上記信号を静めるために、許容周囲ボリュームレベルよりも大きな周囲音信号にのみ相関する。
本発明の一実施形態によれば、ステージ621は、高域通過フィルタ、低域通過フィルタ、帯域通過フィルタ、帯域消去フィルタ等の周囲ボリュームオーディオフィルタに応じて出力信号を生成することを含む。周囲ボリュームオーディオフィルタに応じて出力信号の生成は、本発明の範囲を限定することを何ら意図するものではなく単なる例として、周囲音が、限られた周波数帯域によって特徴付けられる1又は複数の雑音発生源から到来している音を含む状況で有用である。
ステージ620の後には、複数の骨伝導スピーカによって、出力信号をユーザの少なくとも1つの骨に伝達するステージ630が続く、ここで、骨伝導スピーカはユーザの包囲音知覚を刺激するように配置される。
これまでの図面で述べた例を参照すると、この伝達は骨伝導スピーカ330によって行われる。
これまでの図面で述べた例を参照すると、ステージ631の伝達は少なくとも1つの音響スピーカ340によって行われる。
Claims (25)
- 装着型サラウンドサウンドシステムであって、
ユーザによって聴取される要求されたオーディオ信号を表す入力信号を受信すると共に、それに応じて、複数の出力信号を生成するプロセッサであって、ユーザ音信号が無視できるときにキャンセルフィルタを決定するエコー低減回路を備え、かつ、会話における1又は複数の無音期間を検出して、該無音期間のときに骨伝導マイクロホンを遮断するよう制御するプロセッサと、
前記プロセッサに結合され、前記ユーザの少なくとも1つの骨に前記複数の出力信号を伝達するための複数の骨伝導スピーカであって、前記ユーザの包囲音知覚を刺激するように配置されている複数の骨伝導スピーカと
を備えることを特徴とする装着型サラウンドサウンドシステム。 - 請求項1記載の装着型サラウンドサウンドシステムにおいて、該システムは複数のプロセッサを備え、該プロセッサの各々は、前記骨伝導スピーカによって前記ユーザの複数の骨に伝達される1又は複数の出力信号を生成するよう構成されていることを特徴とする装着型サラウンドサウンドシステム。
- 請求項1記載の装着型サラウンドサウンドシステムにおいて、該システムはさらに、複数のマイクロホンを備え、該マイクロホンの各々は、1又は複数の骨伝導スピーカに関連付けられており、各骨伝導スピーカに関連付けられたマイクロホンによって検出されたそれぞれの周囲音信号に応じて、異なる骨伝導スピーカ用の異なる出力信号を生成するよう構成されていることを特徴とする装着型サラウンドサウンドシステム。
- 請求項3記載の装着型サラウンドサウンドシステムにおいて、前記プロセッサはさらに、前記周囲音信号の方向に応じて、前記少なくとも1つの出力信号成分から或る出力信号成分を生成するよう構成されていることを特徴とする装着型サラウンドサウンドシステム。
- 請求項3記載の装着型サラウンドサウンドシステムにおいて、前記プロセッサは、許容周囲ボリュームレベルに応じて、前記周囲音信号の振幅を低減することによって、前記少なくとも1つの出力信号成分を生成するよう構成されていることを特徴とする装着型サラウンドサウンドシステム。
- 装着型周囲音低減システムであって
周囲音信号を検出するマイクロホンと、
ユーザ音信号が無視できるときにキャンセルフィルタを決定するエコー低減回路を備え、会話における1又は複数の無音期間を検出して、該無音期間のときに骨伝導マイクロホンを遮断するよう制御するとともに、前記マイクロホンからの前記周囲音信号及び許容周囲ボリュームレベルに応じて、前記周囲音信号の振幅を低減することによって出力信号を生成するプロセッサであって、該出力信号は、ユーザの骨に伝達されると、周囲音信号が該ユーザに与える影響を低減する、プロセッサと、
前記プロセッサに接続され、前記出力信号を前記ユーザの骨に伝達する骨伝導スピーカと
を備えることを特徴とする装着型周囲音低減システム。 - 請求項6記載の装着型周囲音低減システムにおいて、該システムは複数のプロセッサと複数の骨伝導スピーカとを備え、該プロセッサの各々は、前記複数の骨伝導スピーカによって前記ユーザの複数の骨に伝達される1又は複数の出力信号を生成するよう構成されていることを特徴とする装着型周囲音低減システム。
- 請求項6記載の装着型周囲音低減システムにおいて、前記プロセッサは、前記周囲音信号の方向に応じて前記出力信号を生成するよう構成されていることを特徴とする装着型周囲音低減システム。
- 請求項6記載の装着型周囲音低減システムにおいて、該システムは複数のマイクロホンを備え、該マイクロホンの各々は、1又は複数の骨伝導スピーカに関連付けられており、各骨伝導スピーカに関連付けられたマイクロホンによって検出されたそれぞれの周囲音信号に応じて、異なる骨伝導スピーカ用の異なる出力信号を生成するよう構成されていることを特徴とする装着型周囲音低減システム。
- 請求項9記載の装着型周囲音低減システムにおいて、該システムはさらに、外部システムからオーディオ信号を表す入力信号を受信するよう構成されていることを特徴とする装着型周囲音低減システム。
- 請求項10記載の装着型周囲音低減システムにおいて、該システムはさらに、前記プロセッサに接続され、ユーザ骨伝導信号を検出する骨伝導マイクロホンを備え、前記入力信号の受信と少なくとも部分的に同時に、前記ユーザへ骨伝導された信号に応じて送信信号を送信するよう構成されていることを特徴とする装着型周囲音低減システム。
- 請求項11記載の装着型周囲音低減システムにおいて、該システムはさらに、前記送信信号から、前記入力信号に応答した遅延信号を差し引くことによって、該送信信号からのエコー効果を低減するよう構成されていることを特徴とする装着型周囲音低減システム。
- 請求項12記載の装着型周囲音低減システムにおいて、前記プロセッサはさらに、前記キャンセルフィルタに応じて前記送信信号からのエコー効果を低減するよう構成されていることを特徴とする装着型周囲音低減システム。
- サラウンドサウンドをユーザに伝達する方法であって、
無視することができるユーザ骨伝導信号に応じてキャンセルフィルタを決定するステップであって、1又は複数の無音期間を検出し、かつマイクロホンを遮断することにより、決定を行うステップと、
前記ユーザによって聴取される要求されたオーディオ信号を表す入力信号を受信するステップと、
前記要求されたオーディオ信号に応じて複数の出力信号を生成するステップと、
複数の骨伝導スピーカによって、前記出力信号を前記ユーザの少なくとも1つの骨に伝達するステップと
を含み、前記複数の骨伝導スピーカは、前記ユーザの包囲音知覚を刺激するように配置されていることを特徴とする方法。 - 請求項14記載の方法において、前記伝達するステップは、音響スピーカによって、出力信号を前記ユーザの耳に伝達するステップを含み、前記複数の骨伝導スピーカ及び前記音響スピーカは、前記ユーザの包囲音知覚を刺激するように配置されていることを特徴とする方法。
- 請求項14記載の方法において、該方法は、前記周囲音を検出するステップを含み、該ステップは、異なる複数の骨伝導スピーカに関連付けられた複数のマイクロホンによって実行されて、それぞれの周囲音信号に応じて、異なる骨伝導スピーカ用の異なる出力信号を生成することを特徴とする方法。
- 請求項16記載の方法において、前記生成するステップは、周囲音信号の方向に応じて前記出力信号成分を生成するステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項16記載の方法において、前記生成するステップは、許容周囲ボリュームレベルに応じて前記周囲音信号の振幅を低減することによって、前記出力信号を生成するステップを含むことを特徴とする方法。
- 装着型周囲音低減システムによる周囲音を低減する方法であって、
周囲音信号を検出するステップと、
前記周囲音信号及び許容周囲ボリュームレベルに応じて前記周囲音信号の振幅を低減することによって出力信号を生成するステップであって、該出力信号は、ユーザの骨に伝達されると、周囲音信号が該ユーザに与える影響を低減する、生成するステップと、
前記システムに備えられた骨伝導スピーカによって、前記出力信号を前記ユーザの骨に伝達するステップと、
ユーザによって聴取されるオーディオ信号を表す入力信号を受信するステップと、
ユーザ骨伝導信号を検出するステップと、
前記受信するステップと少なくとも部分的に同時に、前記ユーザ骨伝導信号に応答した送信信号を送信するステップと
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項19記載の方法において、前記装着型周囲音低減システムは、隠蔽型コンパクトシステムであることを特徴とする方法。
- 請求項19記載の方法において、前記周囲音を検出するステップは、異なる複数の骨伝導スピーカに関連付けられた複数のマイクロホンによって実行されて、それぞれの周囲音信号に応じて、異なる骨伝導スピーカ用に異なる出力信号を生成することを特徴とする方法。
- 請求項19記載の方法において、前記生成するステップは、前記周囲音信号の方向に応じて出力信号成分を生成するステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項19記載の方法において、前記入力信号は外部システムから受信されることを特徴とする方法。
- 請求項19記載の方法において、該方法はさらに、前記送信信号から、要求されたオーディオ信号に応答した遅延信号を差し引くことによって、該送信信号からのエコー効果を低減するステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項24記載の方法において、前記低減するステップは、無視することができるユーザ音信号に応じてキャンセルフィルタを決定し、前記キャンセルフィルタに応答してエコー効果を低減するステップを含んでいることを特徴とする方法。
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