JP5406996B2

JP5406996B2 - いびき／環境騒音の軽減、ハンズフリー通信、ならびに非侵襲的な監視および記録のための電子まくら

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Publication number: JP5406996B2
Application number: JP2013025343A
Authority: JP
Inventors: セン−マウ・クオ
Original assignee: Northern Illinois University
Current assignee: Northern Illinois University
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2013-02-13
Publication date: 2014-02-05
Anticipated expiration: 2028-12-03
Also published as: EP2217113B1; EP2217113A1; JP2011505912A; US8325934B2; EP2217113A4; WO2009073671A1; US20090147965A1; JP2013157988A; US20130070934A1

Description

本願である国際特許出願は、２００８年１２月７日付の米国特許出願第１１／９５２，２５０号の優先権を主張し、その内容は本願の一部を構成する。

本発明は、電子まくらに関する。とくには、本発明は、能動騒音制御、反響音の打ち消し、ならびに記録および監視の装置を備える電子まくらに関する。

いびきは、睡眠時に上気道の閉塞に起因して組織構造が振動することによって生じる音響現象であり、現代社会における重要な問題である。Ｕ．Ｓ．ＮａｔｉｏｎａｌＣｏｍｍｉｓｓｉｏｎｏｎＳｌｅｅｐＤｉｓｏｒｄｅｒｓＲｅｓｅａｒｃｈは、７，４００万人の米国人が、毎日いびきをかいており、いびきに妨げられる米国人の３８％が、昼間の疲労に悩まされていると推定している。気に障る間欠的といういびきの性質が、いびきをかく者の隣で眠る者の睡眠を妨げ、ストレスおよび社会的迷惑を引き起こす。睡眠の妨げは、いびきをかく者および隣で眠る者の過度の昼間の眠気に結び付いている。これは、仕事環境において生産性の損失をもたらす可能性があり、職業上の事故につながる可能性があり、あるいは自動車を安全に運転する能力を損なう可能性すらある。

航空および地上の交通の騒音公害がますます増え続けるにつれて、騒音の低減が、生活の質の維持および向上のために、社会にとっての課題であり続けている。高密度での居住が進むにつれて、交通騒音源に曝される人口が増加し、コストの制約が、自動車および建物により軽量な材料を使用する傾向につながっており、このことが環境騒音の増加につながっている。都市地域において屋内の騒音公害を軽減するための効果的な設計のための技術が欠けている。

低周波のいびき／環境騒音については、耳覆いまたは耳栓などといった受動的な方法は、効果的でなく、あるいは睡眠時の着用が不快である。いくつかの騒音打ち消し方法が、能動騒音制御（ＡＣＮ）を使用していびきの騒音を低減するために開発されている。そのようなＡＮＣシステムは、低周波の一次騒音（不要な騒音）を減衰させるために、大きさが同じであるが位相が反対である二次逆騒音を使用する重ね合わせの原理にもとづいている。ＡＮＣによって、逆騒音および不要な騒音の両者が打ち消される。騒音源および環境の特性が時間変化するため、大部分の実用的なＡＮＣシステムは、必然的に適応型である。音響ＡＮＣは、室内の既存の設備および構成を変更することがない低周波の騒音の低減に大いに応用されている。

米国特許第５，８４４，９９６号明細書

Sen M. Kuo and Dennis R. Morgan, "Active Noise Control: A Tutorial Review,"Proceedings of The IEEE, vol. 87, no. 6, pp. 943-973, June 1999. Sen M. Kuo and Rakesh Gireddy, "Real-Time Experiment of Snore Active Noise Control," in proceeding of IEEE Int. Conf. On Control Applications, Oct. 2007, pp.1342-1346. Sreeram Chakravarthy and Sen M. Kuo, "Application of Active Noise Control for Reducing Snore," in Proc. IEEE ICASSP, May 2006, pp. V. 305-308. Sen M. Kuo, Bob H. Lee and Wenshun Tian, Real-Time Digital Signal Processing, 2nd-Ed., Section 10.6, "Acoustic Echo Cancellers," Wiley 2006.

特許文献１（Ｅｎｚｍａｎｎらの米国特許第５，８４４，９９６号）が、いびきなど、人間の気道からの無意識の騒音を打ち消すためのシステムを開示している。スピーカが、騒音の打ち消しをもたらすためにベッドのヘッドボードに取り付けられ、マイクロホンが、いびきをかく者からの騒音を検出するために、いびきをかく者の頭部の付近に取り付けられる。いびきをかかずに眠る者は、自身の耳の付近にパッチの形態のエラーマイクロホンを装着しなければならない。睡眠時にそのようなマイクロホンを着用することは、いびきをかかずに眠る者にとって、不快かつ不便である。さらに、この設計では、ベッドがヘッドボードを有する必要があり、ユーザにとって追加の出費である。また、いびきをかかずに眠る者からのスピーカの距離ゆえに、より大量の騒音の打ち消しが必要であり、すなわちスピーカによって生成される騒音が、ベッドで眠る者へと達するために充分に大きくなければならない。その結果、スピーカから基準マイクロホンへの音響フィードバックの音量も大きくなる。スピーカをいびきをかかずに眠る者の近くに配置することによって、必要とされる打ち消し用騒音の音量を小さくすることが好都合であると考えられる。

非特許文献２（ＫｕｏらのＩＥＥＥＩｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎＣｏｎｔｒｏｌＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、２００７年１０月、１３４２〜１３４６頁）および非特許文献３（ＣｈａｋｒａｖａｒｔｈｙらのＰｒｏｃ．ＩＥＥＥＩＣＡＳＳＰ、２００６年５月、３０５〜３０８頁）の文献が、ＡＮＣ技法にもとづいていびきをかく者の隣で眠る者の頭部におけるいびきの騒音レベルを低減するためのシステムを開示している。スピーカおよびエラーマイクロホンが、ベッドのヘッドボードに取り付けられ、睡眠者がマイクロホンを着用する必要をなくしている。しかしながら、やはりこのシステムにおいても、ベッドがヘッドボードを有する必要があり、このシステムは、追加の設置コストを伴うヘッドボードの実際の変更を必要とする。これは、すべてのヘッドボードが容易に変更可能というわけではないという理由でも、不都合となりうる。また、ひとたび取り付けられると、システムが審美的に喜ばしい見た目とはいえず、すべての設備に囲まれて眠ろうとする者の一部にとって、恐ろしいと感じられる可能性すらある。さらに、やはりスピーカから基準マイクロホンへの音響フィードバックの音量が大きくなる。

したがって、いびきの騒音を低減するためのシステムであって、審美的に心地良く、ユーザにとって便利かつ移動可能であり、騒音の軽減を達成するために過度の騒音を必要としないシステムについて、ニーズが存在している。

スピーカホンおよびハンズフリーホンは、とくには電話機を操作することや、電話機を耳へと保持することができない可能性がある障害者または入院患者にとって、ハンズフリー通信の利便性を提供するための重要な設備となっている。したがって、ベッドに横たわっているときや、椅子に座っているときに使用するためのハンズフリーの通信装置を有することが、好都合であると考えられる。

睡眠障害を抱える多数の人々が、特定の障害を突き止めて治療を求めることができるよう、睡眠検査室に出向いている。多くの場合に、自身の自宅とは異なる環境に身を置くことで、睡眠が乱れる可能性がある。自宅で行うことができる睡眠障害の非侵襲的検出を提供することが、好都合であると考えられる。

本発明は、まくらユニット、コントローラユニット、および検出ユニットを備える電子まくらを提供する。まくらユニットが、コントローラユニットに電気的に接続された少なくとも１つのエラーマイクロホンおよび少なくとも１つのスピーカを内蔵しており、基準検出ユニットが、コントローラユニットに電気的に接続された少なくとも１つの基準マイクロホンを備えている。コントローラユニットが、電源と、エラーマイクロホン、スピーカ、および基準マイクロホンの間の相互作用を制御するためのアルゴリズムとを備えている。

本発明は、不要な騒音の能動騒音制御のためのまくら機構も含む。

さらに本発明は、不要な騒音を基準マイクロホンで検出し、不要な騒音を分析し、まくらにおいて不要な騒音に対応する逆騒音を生成し、不要な騒音を低減することによって、不要な騒音を低減する方法を含む。

本発明は、電話インターフェイスに接続されたまくらを介して音波を送信および受信することによるハンズフリー通信の方法を含む。

本発明は、まくらに内蔵されたマイクロホンで睡眠者が発する音を記録することによって睡眠障害を記録および監視する方法を含む。

本発明は、緊急事態に対してリアルタイムの応答をもたらす方法であって、まくらの基準マイクロホンで騒音を検出するステップ、騒音を分析するステップ、および分析された騒音によって示される緊急事態へのリアルタイムの応答をもたらすステップを含んでいる方法も含む。

さらに本発明は、上述のまくらにおいてオーディオサウンドを再生する方法であって、まくらユニットのスピーカによってオーディオサウンドを再生するステップを含んでいる方法を含む。

本発明の他の利点が、添付の図面に関連して検討される以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解されることで、容易に理解されるであろう。

まくらユニット、コントローラユニット、および基準検出ユニットを備えている電子まくらのブロック図である。電子まくらおよびまくらユニットの写真である。コントローラユニットのブロック図である。基準検出ユニットを備える電子まくらの図である。１×２×２のＦＸＬＭＳアルゴリズムを有する適応ＦＩＲフィルタを使用するマルチチャネルフィードフォワードＡＮＣシステムの図である。部屋のスピーカホンによって生成される反響音の図である。反響音打ち消し装置のブロック図である。

一般に、本発明は、図面に１０で示されている電子まくらである。電子まくら１０は、図１に大まかに示されている３つの主たるユニットを備えており、すなわち、コントローラユニット１４に電気的に接続されたまくらユニット１２と、基準検出ユニット１６とを備えている。電子まくら１０を、本明細書において詳述されるさまざまな用途に使用することができ、好ましくはいびきの低減などのＡＮＣの用途に使用することができる。電子まくら１０は、可搬であってよく、従来技術のＡＮＣ装置と異なり、さまざまな寝室で使用することができ、ベッドのさまざまな側で使用することができ、ユーザが旅行時にもまくらの利益を受けることができる。

まくらユニット１２は、より一般的には、さまざまなサイズのまくらカバーに適合するために望まれる任意のサイズであってよいまくら１８であり、したがってまくら１８は、任意のベッドに適合することができる。あるいは、まくら１８は、電子まくら１０の用途に応じて、椅子のヘッドレストの形態であってよい。例えば、まくら１８は、ハンズフリー通信に使用されるときの家庭の椅子（肘掛け椅子）、航空機の座席、列車の座席、または自動車の座席のヘッドレストであってよい。まくら１８は、上述のように可搬であってよく、椅子へと取り付けられるように設計でき、あるいはヘッドレストとして椅子へと直接的に作り付けられてもよい。好ましくは、まくら１８は、メモリ発泡体で製作されるが、別の充てん材も使用可能である。さらに、まくら１８は、図２に示されるとおり、コントローラユニット１４に電気的に接続される少なくとも１つのエラーマイクロホン２０および少なくとも１つのスピーカ２２を内蔵している。

好ましくは、２つのエラーマイクロホン２０が、まくら１８に内蔵されて存在し、図２に示されるとおり、各々がユーザ３０の耳２８の近くになるように配置されている。エラーマイクロホン２０は、ユーザ３０が生成する種々の信号または騒音を検出し、それらの信号を、処理のためのコントローラユニット１４へと中継する。例えば、エラーマイクロホン２０は、電子まくら１０がハンズフリーの通信装置として使用される場合に、ユーザからのスピーチ音を検出することができる。また、エラーマイクロホン２０は、電子まくら１０がＡＮＣ用に使用される場合には、いびきまたは他の環境騒音など、ユーザ３０の耳に入る騒音を検出することができる。ＡＮＣによって生み出される静穏領域は、エラーマイクロホン２０に中心を有する。エラーマイクロホン２０を、おおむねまくら１８の中部３分の１の辺りのユーザ３０の耳２８の下方のまくら１８の内部に配置することで、ユーザ３０が、従来技術よりも騒音軽減の程度が大きい静穏領域の中心に近く位置することが保証される。

好ましくは、２つのスピーカ２２が、まくら１８に内蔵されて存在し、図２に示されるとおり、各々がユーザ３０の耳２８に比較的近く、まくら１８の上部裏側の角２６に位置している。電子まくら１０の所望の機能に応じて、より多数またはより少数のスピーカ２２を使用することができる。スピーカ２２は、種々の音を生成するように機能する。例えば、スピーカ２２は、電子まくら１０がハンズフリーの通信装置として機能する場合に、スピーチ音を生成することができ、スピーカ２２は、電子まくら１０が医療用の監視装置として機能する場合に、警報音を生成することができ、スピーカ２２は、不要な騒音を軽減するために逆騒音を生成することができ、あるいはスピーカ２２は、娯楽または残余の騒音の遮蔽のために、オーディオ信号を生成することができる。好ましくは、スピーカ２２は、ユーザ３０がまくら１８にて休む場合に知覚できないように充分に小さい。

スピーカ２２をまくら１８の内部でユーザの耳２８に比較的近く配置することには、いくつかの利点が存在する。スピーカ２２によって生成される音および逆騒音のレベルが、スピーカがベッドのヘッドボードにおいてユーザの上方に配置される従来技術の装置に比べて、低減される。より低い騒音レベルは、電力の消費も少なくし、スピーカ２２から基準検出ユニット１６への不要な音響フィードバックも少なくする。

コントローラユニット１４は、図３に示されるとおり、信号の送信および受信ならびに信号の処理および分析のための信号処理ユニットである。コントローラユニット１４は、これらに限られるわけではないが、電源、増幅器、メモリを有するコンピュータプロセッサ、および入力／出力チャネルなど、種々の処理コンポーネントを備えている。コントローラユニット１４を、随意により、まくら１８に内蔵することができ、あるいはまくら１８の外部に配置することができる。

コントローラユニット１４は、電源２４をさらに備えている。電源２４は、壁のコンセントへと差し込まれるコードなどのＡＣや、充電式の電池パックなどの電池電力であってよい。

少なくとも１つの入力チャネル３２が存在する。入力チャネル３２の数は、まくらユニット１２のエラーマイクロホン２０および基準検出ユニット１６の基準マイクロホン５２の総数に等しい。入力チャネル３２は、アナログであり、信号調整回路、適切な利得を有するプリアンプ３４、アンチエイリアス低域通過フィルタ３６、およびアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）３８を備えている。入力チャネル３２は、エラーマイクロホン２０および基準マイクロホン５２から信号（または、騒音）を受信する。

少なくとも１つの出力チャネル４０が存在する。出力チャネル４０の数は、まくらユニット１２のスピーカ２２の数に等しい。出力チャネル４０は、アナログであり、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）４２、平滑化（再生）低域通過フィルタ４４、およびスピーカ２２を駆動するためのパワーアンプ４６を備えている。出力チャネル４０は、音を生じさせるためにスピーカ２２へと信号を送信する。

デジタル信号処理ユニット（ＤＳＰ）４８が、通常は、メモリを有するプロセッサを備えている。ＤＳＰは、入力チャネル３２から信号を受信し、出力チャネル４０へと信号を送信する。また、ＤＳＰは、これらに限られるわけではないが、娯楽用のオーディオプレーヤ、音を記録するためのデジタル記憶装置、およびハンズフリー通信のための電話インターフェイスなど、他のデジタルシステム５０とのやり取り（すなわち、入力および出力）を行うこともできる。

また、ＤＳＰは、電子まくら１０を動作させるためのアルゴリズムを含んでいる。一般に、アルゴリズムが、エラーマイクロホン２０、スピーカ２２、および基準マイクロホン５２の間の相互作用を制御する。好ましくは、アルゴリズムは、（ａ）騒音低減のためのマルチチャンネル広帯域フィードフォワード能動騒音制御、（ｂ）ハンズフリー通信のための適応型の反響音打ち消し、（ｃ）無音期間の録音を避けるための信号検出および非侵襲的検出のための音認識、あるいは（ｄ）能動騒音制御および反響音打ち消しの統合のうちの１つである。これらのアルゴリズムの各々を、実施例においてさらに詳しく後述する。また、ＤＳＰは、マイクロホン信号を使用した非侵襲の監視ならびにユーザ３０を眠りから起こすためのアラームまたは非常の状況における介護人の呼び出しなど、他の機能を備えることもできる。

基準検出ユニット１６が、少なくとも１つの基準マイクロホン５２を備えている。好ましくは、基準マイクロホン５２は、配置を容易にするために無線であるが、有線であってもよい。基準マイクロホン５２は、低減が所望される特定の騒音を検出するために使用され、したがって、そのような音の近くに配置される。例えば、電子まくら１０のユーザ３０が、寝室の扉５４を介して聞き取ることができる他の部屋からの騒音を軽減したいと望む場合、基準マイクロホン５２を、図４に示されるように、直接的に寝室の扉５４に配置することができる。基準マイクロホン５２を、いびきの騒音を軽減するために、いびきをかく者のまくら、いびきをかく者の毛布、いびきをかく者の上方の壁、または任意の他の適切な場所など、いびきをかく者の近くに配置することができる。まくら１８がヘッドレストである場合、基準マイクロホン５２を、任意の騒音源の近くに配置することができ、あるいは航空機または自動車の天井など、ユーザ３０のおおむね周囲に配置することができる。

電子まくら１０を、アルゴリズムと連動してさまざまな方法に使用することができる。例えば、電子まくらを、基準マイクロホンで不要な騒音を検出し、不要な騒音を分析し、不要な騒音に対応する逆騒音をまくらにおいて生成して、不要な損音を軽減することによる不要な騒音の軽減方法において使用することができる。やはり、基準マイクロホン５２は、軽減すべき騒音が位置する任意の場所に配置される。これらの基準マイクロホン５２が、不要な騒音を検出し、エラーマイクロホン２０が、ユーザ３０の位置における不要な騒音のレベルを検出し、両方のマイクロホン５２および２０が、コントローラユニット１４の入力チャネル３２へと信号を送信し、信号がＤＳＰのアルゴリズムによって分析され、信号が出力チャネル４０からスピーカ２２へと送信される。その結果、スピーカ２２が、不要な騒音を軽減する逆騒音を生成する。この方法においては、実施例１に記載されるように、騒音を低減するためのマルチチャンネル広帯域フィードフォワード能動騒音制御のアルゴリズムが、電子まくら１０を制御するために使用される。

また、電子まくら１０を、電話インターフェイスに関連してまくらを介して音波を送信および受信することによって、ハンズフリーの通信方法において使用することもできる。この方法は、基本的には上述のとおりに動作するが、エラーマイクロホン２０が、スピーチを検出するために使用され、スピーカが、ユーザ３０の通話相手のスピーチを伝えるために使用される。この方法においては、実施例２に記載されるように、ハンズフリー通信のための適応型の反響音打ち消しアルゴリズムが、電子まくら１０を制御するために使用され、このアルゴリズムを、実施例４に記載されるように能動騒音制御に組み合わせることができる。

電子まくらを、まくらに内蔵されたマイクロホンによって睡眠者の発する騒音を記録することによって、睡眠障害を記録および監視する方法に使用することができる。やはり、この方法も、基本的には上述のように機能するが、エラーマイクロホン２０が、睡眠障害を診断すべくユーザ３０の音を記録するために使用される。この方法においては、実施例３に記載されるように、無音期間の録音を避けるための信号検出および非侵襲的検出のための音認識のアルゴリズムが、電子まくら１０を制御するために使用される。

さらに電子まくらを、まくらの基準マイクロホンによって騒音を検出し、騒音を分析し、分析した騒音によって示される緊急事態に対してリアルタイムの応答をもたらすことによって、緊急事態に対してリアルタイムの応答をもたらす方法に使用することができる。この方法は、基本的には、上述のとおりに実行される。検出される特定の騒音が、これらに限られるわけではないが、呼吸の停止、極度に荒い呼吸、閉塞音、および助けを求める叫びなど、考えられる非常の状態として分類される。そのような騒音の検出が、スピーカ２２によって騒音を発生させてユーザ３０を起こし、あるいは介護人または緊急要員に緊急事態を通知するなど、リアルタイムの応答作用の実行を生じさせる。通知は、電子まくら１０のハンズフリー通信の特徴と協力して行うことができ、すなわち電話回線を介してメッセージを送信することによって行うことができ、あるいは介護人へと送信される任意の他の警報信号によって行うことができる。

電子まくらを、まくらユニット１２のスピーカ２２によってオーディオサウンドを再生することによって、オーディオサウンドの再生方法に使用することができる。オーディオサウンドは、癒しの音楽または自然の音など、ユーザ３０が聴きたいと思う任意の音であってよい。また、オーディオサウンドは、テレビ、ステレオ、娯楽システム、またはコンピュータからの音であってもよい。この方法を、オーディオサウンドがいびきおよび環境騒音を遮蔽するため、不要な騒音を軽減するために使用することも可能である。また、スピーカ２２をまくらユニット１２の内部に埋め込むことによって、オーディオサウンドを再生するために、より小さい音量を使用することができ、したがって隣で眠る別の者との干渉を少なくできる。

さらに、本発明を、以下の実験による実施例を参照することによって詳しく説明する。これらの実施例は、あくまでも例示を目的として提示され、とくに記載されない限りは、本発明を限定しようとするものではない。すなわち、本発明を、決して以下の実施例に限られると解釈してはならず、むしろ本明細書に提示の教示の結果として明らかになるあらゆるすべての変種を包含すると理解しなければならない。

マルチチャンネル広帯域フィードフォワード能動騒音制御
マルチチャンネルフィードフォワードＡＮＣシステムは、１つの基準マイクロホン、２つのスピーカ、および２つのエラーマイクロホンを別個独立に使用する。１×２×２のＦＸＬＭＳアルゴリズム［非特許文献１］を有する適応ＦＩＲフィルタを使用するマルチチャネルＡＮＣシステムが、図５に示されている。基準信号ｘ（ｎ）が、基準検出ユニットの基準マイクロホンによって検出される。２つのエラーマイクロホン（まくらユニットに配置）が、エラー信号ｅ_１（ｎ）およびｅ_２（ｎ）を取得し、したがってシステムが、睡眠者の耳の近くに位置するエラーマイクロホンを中心とする２つの別個の静穏領域を形成することができる。ＡＮＣアルゴリズムが、２つの適応フィルタＷ_１（ｚ）およびＷ_２（ｚ）を使用し、２つの別個独立のスピーカ（やはり、まくらユニットの内部に埋め込まれている）を駆動するための２つの逆いびきｙ_１（ｎ）およびｙ_２（ｎ）を生成する。図５において、

および

が、［非特許文献１］に記載のオンラインまたはオフラインの両方の二次経路モデル化技法を使用する二次経路の伝達関数の推定である。

１×２×２のＦＸＬＭＳアルゴリズムは、以下のように要約され［非特許文献１］、

ここで、ｗ_１（ｎ）およびｗ_２（ｎ）は、係数ベクトルであり、μ_１およびμ_２は、それぞれ適応フィルタＷ_１（ｚ）およびＷ_２（ｚ）のステップサイズであり、

および

は、それぞれ二次経路の推定

および

のインパルス応答である。

いびきのＡＮＣに１×２×２のＦＸＬＭＳアルゴリズムを適用することは、［非特許文献２］および［非特許文献３］にて公開されている。しかしながら、これらの施策においては、２つのマイクロホンおよび２つのスピーカがヘッドボードに配置されており、その欠点は上述したとおりである。

適応型の反響音打ち消し
スピーカホンまたはハンズフリーホンが、とくには障害者および病院のベッドの患者のためにハンズフリーの会話の利便性を提供するため、重要な設備となっている。説明の目的のために、スピーカホンを使用する者を、近端側通話者６０とし、他端に位置する者を、遠端側通話者６２とする。図６において、遠端側でのスピーチが、まくらユニットの内部の１つまたは２つのスピーカによって伝えられる。残念ながら、スピーカによって再生される遠端側のスピーチは、まくらの内部のマイクロホンによっても検出され、この反響音が遠端側へと返され、遠端側の通話者を悩ませる。適応型の反響音の打ち消しの機構が、この不要な反響を軽減する。

反響音打ち消し装置のブロック図が、図７に示されている［非特許文献４］。反響音の経路Ｓ（ｚ）は、Ａ／ＤおよびＤ／Ａ変換器、平滑化およびアンチエイリアス低域通過フィルタ、スピーカのパワーアンプ、スピーカ、マイクロホン、およびマイクロホンのプリアンプの伝達関数、ならびにスピーカからマイクロホンまでの部屋の伝達関数を含んでいる。適応フィルタＷ（ｚ）が、反響音の経路Ｓ（ｚ）をモデル化し、ｄ（ｎ）のうちの反響音成分を打ち消すための反響の複製ｙ（ｎ）をもたらす。この音響経路Ｓ（ｚ）が、まくらの内部の１つのスピーカおよび１つのマイクロホンだけが使用される場合に、能動騒音制御において二次経路と呼ばれることに、注意すべきである。これは、反響音の打ち消しを先のくだりで提示した能動騒音制御と統合するという革新を提供する。

適応フィルタＷ（ｚ）は、反響の複製を

として生成する。次いで、この複製が、マイクロホン信号ｄ（ｎ）から引き算され、ｅ（ｎ）が生成される。Ｗ（ｚ）フィルタの係数は、正規化ＬＭＳアルゴリズムによって

として更新され、ここでμ（ｎ）は、ｘ（ｎ）というパワーの推定によって正規化されたステップサイズである。

効率的な記録および非侵襲的監視のための信号処理技術
効率的な記録および非侵襲的な監視における最も重要な構成要素は、信号活性検出器（ＳＡＤ）である。ＳＡＤは、所望の信号の正確な分析および記録を行うことができるよう、背景騒音のみの期間を特定する。基本的な法則は、背景騒音の統計を評価することであり、背景騒音を含んでいない可能性が高い信号サンプルのみを処理および記録することが常に望まれる。これを実現するために、騒音サンプルと騒音にまみれた所望の信号サンプルとの間に存在するであろう境界を示す適応型のエネルギーしきい値が、エネルギーをサンプルごとのやり方で監視することによって確立される。

窓長技法が、きわめて長い窓、中間的な窓、および短い窓など、さまざまなサイズの窓を使用して、信号活性、すなわち信号電力、騒音レベル、および検出しきい値（ｔｈｒｅｓ）を検出する。これらの変数は、ｓｆ、ｎｆ、およびｔｈｒｅｓによって表わされる。ｓｆ＞ｔｈｒｅｓである場合、信号サンプルが検出される。ｓｆ＜ｔｈｒｅｓである場合、背景騒音サンプルが検出される。スピーチなどの信号の開始または消失のいずれであるかに応じて、きわめて長い窓および中間的な窓が、騒音レベルを得るためにそれぞれ使用される。

（１）信号電力が先行の騒音レベルよりも大きい場合、現在の状態は信号の発生である（ｎｆ＜ｓｆ）。信号が発生している間、騒音レベルｎｆは、きわめて長い窓を使用することによって

とゆっくりと増加し、ここで、α_ｌ＝１／３２０００である。

（２）信号電力が先行の騒音レベルよりも低い場合、現在の状態は信号の消失である（ｎｆ＞ｓｆ）。信号の消失においては、騒音レベルｎｆは、中間的な窓

を使用することによって速く現在の騒音レベルへと更新され、ここで、α_ｍ＝１／２５６である。

しきい値は、騒音レベルに比例する。安全な検出を得るために、安全マージンと呼ばれる追加のマージン値も存在する。しきい値は、

として計算される。現在の入力信号強度がしきい値よりも大きい場合、システムは信号が存在すると判断し、したがって短い窓が、騒音にまみれた信号レベルを推定するために使用される。信号が存在しない場合、騒音にまみれた信号レベルおよび騒音レベルを推定するために、長い窓が使用される。

能動騒音制御の反響音打ち消しとの革新的な統合
この実施例は、ハンズフリーの音声通信のための静穏環境をもたらすために、反響音打ち消し（ＡＥＣ）を能動騒音制御（ＡＮＣ）に統合するアルゴリズムの開発を取り扱う。ＡＥＣのＡＮＣシステムへの統合においては、２つの主たる問題が存在する。（ｉ）スピーチがＡＮＣシステムに対する干渉として機能して、適切な適応を妨げる可能性があり、（ｉｉ）ＡＮＣシステムが、意図されるスピーチ音を打ち消してしまう可能性がある。これら２つの問題が、両方の機能を組み合わせかつ費用対効果に優れる統合システムの開発を必要とする。これは、エラー信号をＡＮＣのための適応フィルタの係数を更新するために使用する前に、エラー信号からスピーチを引き算することができる方法を開発することによって行われる。

このアルゴリズムは、いくつかの利点を有することが明らかになっている。重要な態様は、二次経路をオンラインでモデル化できる能力にある。これは、ＡＮＣシステムの動作と並列に二次経路を推定することを含む。Ｓ（ｚ）フィルタが、システム認識の仕組みによってモデル化される。これは、スピーチを基準信号として使用し、二次経路を未知のシステムとして取り扱う。これは、アルゴリズムを時間変化する二次経路に敏感にする。

実施例１〜４において上述されたこれらのアルゴリズムの各々を、さまざまな方法のために電子まくら１０を制御するために使用することができる。したがって、電子まくら１０は、能動騒音制御、ハンズフリーの通信、睡眠の監視および非常の状態への応答、および睡眠分析のための記録のために有効でありうる。

本出願の全体において、米国特許を含む種々の刊行物が、著者名および年によって引用され、特許番号によって引用されている。それらの刊行物についての完全な引用が、以下に列挙される。これらの刊行物および特許の開示は、その全体が、本発明が属する技術分野の水準をより詳しく説明するために、ここでの言及によって本出願へと援用されて組み込まれる。

本発明を、例示のやり方で説明したが、使用されている専門用語が、限定ではなくて説明という用語の性質であるように意図されていることを、理解すべきである。

当然ながら、本発明の多数の変更および変種が、以上の教示に照らして可能である。したがって、添付の特許請求の技術的範囲において、本発明を具体的に記載されたやり方とは異なるやり方でも実施できることを、理解すべきである。

１２：まくらユニット
１４：コントローラユニット
１６：基準検出ユニット
３２：入力チャネル
３４：増幅器
３６：アンチエイリアスフィルタ
４０：出力チャネル
４４：復元フィルタ
４６：増幅器
４８：ＤＳＰハードウェア

Claims

複数のエラー・マイクロホンおよび複数のスピーカを備えたまくらユニット、
少なくとも一つの基準マイクロホンを含む、基準検出ユニット、
複数のエラー・マイクロホン、複数のスピーカ、及び基準検出ユニットに接続されたコントローラ・ユニット、を含み、
前記コントローラ・ユニットは、エラー・マイクロホン、および基準検出ユニットから受けた信号を処理するマルチチャネルフィードフォワード能動騒音制御システムを有し、該マルチチャネルフィードフォワード能動騒音制御システムにより前記スピーカを使用して、複数のエラー・マイクロホンの間のエリアの騒音を減らす一方、
前記コントローラ・ユニットは更に、反響打ち消し装置を有し、該反響打ち消し装置により複数のエラー・マイクロホンから受けた信号を処理し、反響音の打ち消しを行なう、
電子まくら。
前記コントローラ・ユニットは、電話インターフェイスに接続されたデジタル信号処理ユニットをさらに含み、
前記反響音の打ち消しは、前記電話インターフェイスで受信した信号に対して行われる、請求項１に記載の電子まくら。
前記コントローラ・ユニットは、前記能動騒音制御と前記反響音の打ち消しを同時に行う、請求項２に記載の電子まくら。
前記複数のエラー・マイクロホンは、前記まくらユニットに埋め込まれた、請求項１に記載の電子まくら。
前記コントローラ・ユニットはエラー・マイクロホン及び基準マイクロホンの数と等しい数の入力チャネルを有すると共に、スピーカの数と等しい数の出力チャネルを含む、請求項１に記載の電子まくら。
前記コントローラ・ユニットは、スピーカからオーディオ音および逆騒音の少なくとも一つの音を発生させるための音信号を生成する、請求項１に記載の電子まくら。
基準検出ユニットおよびコントローラ・ユニットに接続されたまくらユニットを含む電子まくらによりいびき音を減少する方法であって、
まくらユニットで包まれ、互いに第１の所定の距離で離間した複数のエラー・マイクロホンによって信号を受けるステップ、
基準検出ユニットに含まれる少なくとも一つの基準検出マイクロホンから少なくとも一つの信号を受けるステップ、
まくらユニットに含まれる複数のスピーカにより、エラー・マイクロホン間のエリアの騒音を低減するため、エラー・マイクロホンおよび基準検出マイクロホンで受けた信号をコントローラ・ユニットで処理するステップ、
を含み、
前記複数のスピーカのそれぞれは、複数のエラー・マイクロホンのそれぞれから第２の所定の距離で離間しており、
前記コントローラ・ユニットによる処理するステップは、複数のエラー・マイクロホンの間のエリアの騒音を減らすため、前記スピーカを使用して行うマルチチャネルフィードフォワード能動騒音制御処理するステップを有する一方、
前記コントローラ・ユニットによる処理するステップは更に、複数のエラー・マイクロホンから受けた信号を処理し、反響音取り消し処理するステップを有する方法。
コントローラ・ユニットは、電話インターフェイスに接続されたデジタル信号処理ユニットを含み、
前記電話インターフェイスで受ける信号に対し反響音取り消しを行う、請求項７に記載の方法。
前記コントローラ・ユニットは、前記能動騒音制御と前記反響音の打ち消しを同時に行う、請求項８に記載の方法。
前記複数のエラー・マイクロホンは、前記まくらユニットに埋め込まれた、請求項７に記載の方法。
前記コントローラ・ユニットはエラー・マイクロホン及び基準マイクロホンの数と等しい数の入力チャネルを有すると共に、スピーカの数と等しい数の出力チャネルを含む、請求項７に記載の方法。
前記コントローラ・ユニットは、スピーカからオーディオ音および逆騒音の少なくとも一つの音を発生させるための音信号を生成する、請求項７に記載の方法。
互いに第１の所定の距離で離間した複数のエラー・マイクロホンと、前記複数のエラー・マイクロホンのそれぞれから第２の所定の距離で離間した複数のスピーカを備えたまくらユニット、
少なくとも一つの基準検出マイクロホンを含む基準検出ユニット、
複数のエラー・マイクロホン、複数のスピーカ、及び基準検出ユニットに接続されたコントローラ・ユニット、を含み、
前記コントローラ・ユニットは、エラー・マイクロホンおよび基準検出ユニットから受けた信号を処理するマルチチャネルフィードフォワード能動騒音制御システムを有し、該マルチチャネルフィードフォワード能動騒音制御システムにより前記スピーカを使用して、複数のエラー・マイクロホンの間のエリアの騒音を減らす一方、
前記コントローラ・ユニットは更に、反響打ち消し装置を有し、該反響打ち消し装置により、複数のエラー・マイクロホンから受けた信号を処理し、反響音の打ち消しを行ない、
前記コントローラ・ユニットは、前記マルチチャネルフィードフォワード能動騒音制御システムによる騒音の低減と前記反響打ち消し装置による反響音の打ち消しを同時に行うよう制御する、電子まくら。
前記コントローラ・ユニットは、電話インターフェイスに接続されたデジタル信号処理ユニットをさらに含み、
前記反響音の打ち消しは、前記電話インターフェイスで受信した信号に対して行われる、請求項１３に記載の電子まくら。
前記コントローラ・ユニットはエラー・マイクロホン及び基準マイクロホンの数と等しい数の入力チャネルを有すると共に、スピーカの数と等しい数の出力チャネルを含む、請求項１３に記載の電子まくら。