JP6208792B2 - パーソナルオーディオデバイスのノイズキャンセリングにおける耳結合検出および適合的応答の調節 - Google Patents
パーソナルオーディオデバイスのノイズキャンセリングにおける耳結合検出および適合的応答の調節 Download PDFInfo
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Description
本発明は、概して、適合的ノイズキャンセレーション(ANC)を含む、例えば、無線電話機のようなパーソナルオーディオデバイスに関し、より詳細には、パーソナルオーディオデバイスの出力トランスデューサの、ユーザの耳との結合の質に対して応答するパーソナルオーディオデバイスにおけるANCの管理に関する。
無線電話機(例えば、移動/携帯電話)、コードレス電話、および、例えばmp3プレイヤのような他の消費者オーディオデバイスが、広く用いられている。了解度に関するそのようなデバイスの性能は、周囲の音響イベントを測定するためにマイクロフォンを用い、次に、周囲の音響イベントをキャンセルするためにデバイスの出力の中にアンチノイズ信号を挿入するために信号処理を用い、ノイズキャンセリングを提供することによって改善されることができる。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
(項目1)
パーソナルオーディオデバイスであって、該パーソナルオーディオデバイスは、
パーソナルオーディオデバイス筐体と、
オーディオ信号を再生するために該筐体に設置されているトランスデューサであって、該オーディオ信号は、リスナへの再生のためのソースオーディオと、該トランスデューサの音響出力における周囲のオーディオサウンドの影響を打ち消すためのアンチノイズ信号との両方を含む、トランスデューサと、
該周囲のオーディオサウンドを示す基準マイクロフォン信号を提供するために該筐体に設置されている基準マイクロフォンと、
該トランスデューサの音響出力を示すエラーマイクロフォン信号を提供するために該トランスデューサの近くにおいて該筐体に設置されているエラーマイクロフォンと、
応答を有する適合的フィルタを実装する処理回路であって、該応答は、該リスナによって聞き取られる周囲のオーディオサウンドの存在を低減するためのアンチノイズ信号を成形する、処理回路と
を備え、該処理回路は、該トランスデューサと該リスナの耳との間の結合の程度を決定し、該トランスデューサと該リスナの耳との間の該結合の程度に従って該適合的フィルタの応答を変更する、パーソナルオーディオデバイス。
(項目2)
前記処理回路は、前記結合の程度が高いほうの閾値を上回ることを決定することに応答して、前記適合的フィルタの応答を所定の応答に強制的に移すことによって、該適合的フィルタの応答を変更する、項目1に記載のパーソナルオーディオデバイス。
(項目3)
前記所定の応答は、前記結合の程度が高いほうの閾値を上回る場合、前記リスナによって聞き取られる前記周囲のオーディオサウンドの存在をキャンセルするように調整されている応答である、項目2に記載のパーソナルオーディオデバイス。
(項目4)
前記適合的フィルタの応答の適合的制御は、調節可能な変化率で該適合的フィルタの応答を前記所定の応答に戻すリーク(leakage)特性を有し、前記処理回路は、前記結合の程度が前記高いほうの閾値を上回ることを決定することに応答して、該調節可能な変化率を増大させる、項目2に記載のパーソナルオーディオデバイス。
(項目5)
前記処理回路は、前記結合の程度が低いほうの閾値を下回ることを決定することに応答して、前記アンチノイズ信号をミュートする、項目1に記載のパーソナルオーディオデバイス。
(項目6)
前記処理回路は、前記結合の程度が前記低いほうの閾値を下回ることを決定することに応答して、前記適合的フィルタの応答の適合を停止する、項目5に記載のパーソナルオーディオデバイス。
(項目7)
前記処理回路は、前記結合の程度が高いほうの閾値を上回ることを決定することに応答して、前記適合的フィルタの応答を所定の応答に強制的に移すことによって、該適合的フィルタの応答を変更する、項目5に記載のパーソナルオーディオデバイス。
(項目8)
前記適合的フィルタの応答の適合的制御は、調節可能な変化率で該適合的フィルタの応答を前記所定の応答に戻すリーク特性を有し、前記処理回路は、前記結合の程度が前記高いほうの閾値を上回ることを決定することに応答して、該調節可能な変化率を増大させる、項目7に記載のパーソナルオーディオデバイス。
(項目9)
前記処理回路は、前記ソースオーディオを成形する二次経路推定応答を有する二次経路適合的フィルタと、コンバイナとを実装し、該コンバイナは、前記リスナに送達される組み合わされたアンチノイズと周囲のオーディオサウンドとを示すエラー信号を提供するために、前記エラーマイクロフォン信号から該ソースオーディオを除去し、該処理回路は、該エラー信号を最小化するように前記適合的フィルタの応答を適合させ、該処理は、該二次経路推定応答の変化から前記結合の程度の変化を決定する、項目1に記載のパーソナルオーディオデバイス。
(項目10)
前記処理回路は、前記二次経路適合的フィルタの前記二次経路応答のピーク値の逆数によって重みが加えられた前記エラー信号の大きさから前記トランスデューサと前記リスナの耳との間の前記結合の程度を決定し、該二次経路適合的フィルタの該二次経路応答の該ピーク値の逆数によって重みが加えられた該エラー信号の大きさの減少は、該トランスデューサと該リスナの耳との間の結合のより大きな程度を指示する、項目9に記載のパーソナルオーディオデバイス。
(項目11)
前記処理回路は、前記二次経路適合的フィルタの前記二次経路応答のピーク値の指示を閾値と比較することによって、前記トランスデューサと前記リスナの耳との間の前記結合の程度を決定し、該二次経路適合的フィルタの該二次経路応答の該ピーク値の増大は、該トランスデューサと該リスナの耳との間の結合のより大きな程度を指示する、項目9に記載のパーソナルオーディオデバイス。
(項目12)
パーソナルオーディオデバイスのトランスデューサの近くにおける周囲のオーディオサウンドをキャンセルする方法であって、該方法は、
基準マイクロフォンを用いて該周囲のオーディオサウンドの第1の測定を行うことと、
エラーマイクロフォンを用いて該トランスデューサの出力の第2の測定を行うことと、
該基準マイクロフォンの出力をフィルタリングする適合的フィルタの応答を適合させることにより、該トランスデューサの音響出力における該周囲のオーディオサウンドの影響を打ち消すために、該第1の測定の結果からアンチノイズ信号を適合的に生成することと、
該アンチノイズ信号をソースオーディオ信号と組み合わせることにより、該トランスデューサに提供されるオーディオ信号を生成することと、
該トランスデューサとリスナの耳との間の結合の程度を決定することと、
該トランスデューサと該リスナの耳との間の該結合の程度に従って該適合的フィルタの応答を変更することと、
該アンチノイズ信号をソースオーディオ信号と組み合わせることと、
該音響出力を生成するために、該組み合わせの結果を該トランスデューサに提供することと
を含む、方法。
(項目13)
前記変更することは、前記結合の程度が高いほうの閾値を上回ることを決定することに応答して、前記適合的フィルタの応答を所定の応答に強制的に移すことによって、前記適合的フィルタの応答を変更する、項目12に記載の方法。
(項目14)
前記所定の応答は、前記結合の程度が高いほうの閾値を上回ることを決定することに応答して、前記リスナによって聞き取られる前記周囲のオーディオサウンドの存在をキャンセルするように調整されている応答である、項目13に記載の方法。
(項目15)
前記適合的フィルタの応答の適合的制御は、調節可能な変化率で該適合的フィルタの応答を所定の応答に戻すリーク特性を有し、前記変更することは、前記結合の程度が低いほうの閾値を下回ることを決定することに応答して、該調節可能な変化率を増大させる、項目13に記載の方法。
(項目16)
前記結合の程度が低いほうの閾値を下回ることを決定することに応答して、前記アンチノイズ信号をミュートすることをさらに含む、項目12に記載の方法。
(項目17)
前記変更することは、前記結合の程度が前記低いほうの閾値を下回ることを決定することに応答して、前記適合的フィルタの応答の適合を停止する、項目16に記載の方法。
(項目18)
前記変更することは、前記結合の程度が高いほうの閾値を上回ることを決定することに応答して、前記適合的フィルタの応答を所定の応答に強制的に移すことによって、該適合的フィルタの応答を変更する、項目16に記載の方法。
(項目19)
前記適合的フィルタの応答の適合的制御は、調節可能な変化率で該適合的フィルタの応答を所定の応答に戻すリーク特性を有し、前記変更することは、前記結合の程度が前記低いほうの閾値を下回ることを決定することに応答して、該調節可能な変化率を増大させる、項目18に記載の方法。
(項目20)
二次経路推定応答を有する二次経路適合的フィルタを用いて前記ソースオーディオを成形することと、
前記リスナに送達される組み合わされたアンチノイズと周囲のオーディオサウンドとを示すエラー信号を提供するために、前記エラーマイクロフォン信号から該ソースオーディオを除去することと
をさらに含み、前記適合的に生成することは、該エラー信号を最小化するように前記適合的フィルタの応答を適合させ、前記決定することは、該二次経路推定応答の変化から前記結合の程度の変化を決定する、項目12に記載の方法。
(項目21)
前記決定することは、前記二次経路適合的フィルタの前記二次経路応答のピーク値の逆数によって重みが加えられた前記エラー信号の大きさから前記トランスデューサと前記リスナの耳との間の前記結合の程度を決定し、該二次経路適合的フィルタの該二次経路応答の該ピーク値の逆数によって重みが加えられた該エラー信号の大きさの減少は、該トランスデューサと該リスナの耳との間の結合のより大きな程度を指示する、項目20に記載の方法。
(項目22)
前記決定することは、前記二次経路適合的フィルタの前記二次経路応答のピーク値の指示から前記トランスデューサと前記リスナの耳との間の前記結合の程度を決定し、該二次経路適合的フィルタの該二次経路応答の該ピーク値の増大は、該トランスデューサと該リスナの耳との間の結合のより大きな程度を指示する、項目20に記載の方法。
(項目23)
パーソナルオーディオデバイスの少なくとも一部分を実装するための集積回路であって、該集積回路は、
リスナへの再生のためのソースオーディオと、トランスデューサの音響出力における周囲のオーディオサウンドの影響を打ち消すためのアンチノイズ信号との両方を含む信号を該トランスデューサに提供するための出力部と、
該周囲のオーディオサウンドを示す基準マイクロフォン信号を受信するための基準マイクロフォン入力部と、
該トランスデューサの出力を示すエラーマイクロフォン信号を受信するためのエラーマイクロフォン入力部と、
応答を有する適合的フィルタを実装する処理回路であって、該応答は、該リスナによって聞き取られる周囲のオーディオサウンドの存在を低減するためにアンチノイズ信号を成形する、処理回路と
を備え、該処理回路は、該トランスデューサと該リスナの耳との間の結合の程度を決定し、該トランスデューサと該リスナの耳との間の該結合の程度に従って該適合的フィルタの応答を変更する、集積回路。
(項目24)
前記処理回路は、前記結合の程度が高いほうの閾値を上回ることを決定することに応答して、前記適合的フィルタの応答を所定の応答に強制的に移すことによって、該適合的フィルタの応答を変更する、項目23に記載の集積回路。
(項目25)
前記所定の応答は、前記結合の程度が前記高いほうの閾値を上回ることを決定することに応答して、前記リスナによって聞き取られる周囲のオーディオサウンドの存在をキャンセルするように調整されている応答である、項目24に記載の集積回路。
(項目26)
前記適合的フィルタの応答の適合的制御は、調節可能な変化率で該適合的フィルタの応答を所定の応答に戻すリーク特性を有し、前記処理回路は、前記結合の程度が前記高いほうの閾値を上回ることを決定することに応答して、該調節可能な変化率を増大させる、項目24に記載の集積回路。
(項目27)
前記処理回路は、前記結合の程度が低いほうの閾値を下回ることを決定することに応答して、前記アンチノイズ信号をミュートする、項目26に記載の集積回路。
(項目28)
前記処理回路は、前記結合の程度が前記低いほうの閾値を下回ることを決定することに応答して、前記適合的フィルタの応答の適合を停止する、項目27に記載の集積回路。
(項目29)
前記処理回路は、前記結合の程度が高いほうの閾値を上回ることを決定することに応答して、前記適合的フィルタの応答を所定の応答に強制的に移すことによって、該適合的フィルタの応答を変更する、項目27に記載の集積回路。
(項目30)
前記適合的フィルタの応答の適合的制御は、調節可能な変化率で該適合的フィルタの応答を前記所定の応答に戻すリーク特性を有し、前記処理回路は、前記結合の程度が前記高いほうの閾値を上回ることを決定することに応答して、該調節可能な変化率を増大させる、項目29に記載の集積回路。
(項目31)
前記処理回路は、前記ソースオーディオを成形する二次経路推定応答を有する二次経路適合的フィルタと、コンバイナとを実装し、該コンバイナは、前記リスナに送達される組み合わされたアンチノイズと周囲のオーディオサウンドとを示すエラー信号を提供するために、前記エラーマイクロフォン信号から該ソースオーディオを除去し、該処理回路は、該エラー信号を最小化するように前記適合的フィルタの応答を適合させ、該処理は、該二次経路推定応答の変化から前記結合の程度の変化を決定する、項目23に記載の集積回路。
(項目32)
前記処理回路は、前記二次経路適合的フィルタの前記二次経路応答のピーク値の逆数によって重みが加えられた前記エラー信号の大きさから前記トランスデューサと前記リスナの耳との間の前記結合の程度を決定し、該二次経路適合的フィルタの該二次経路応答の該ピーク値の逆数によって重みが加えられた該エラー信号の大きさの減少は、該トランスデューサと該リスナの耳との間の結合のより大きな程度を指示する、項目31に記載のパーソナルオーディオデバイス。
(項目33)
前記処理回路は、前記二次経路適合的フィルタの前記二次経路応答のピーク値の指示を閾値と比較することによって、前記トランスデューサと前記リスナの耳との間の前記結合の程度を決定し、該二次経路適合的フィルタの該二次経路応答の該ピーク値の増大は、該トランスデューサと該リスナの耳との間の結合のより大きな程度を指示する、項目31に記載の集積回路。
本発明は、例えば無線電話機のようなパーソナルオーディオデバイスにおいて実装されることができるノイズキャンセリング技術および回路を包含する。パーソナルオーディオデバイスは、適合的ノイズキャンセリング(ANC)回路を含み、適合的ノイズキャンセリング(ANC)回路は、周囲の音響環境を測定し、周囲の音響イベントをキャンセルするためにスピーカ(または他のトランスデューサ)出力の中に注入される信号を生成する。基準マイクロフォンが、周囲の音響環境を測定するために提供され、エラーマイクロフォンが、周囲のオーディオ、および、トランスデューサにおけるトランスデューサ出力を測定するために、従って、ノイズキャセレーションの効果の指示を与えるために含まれる。しかし、ユーザの耳とパーソナルオーディオデバイスとの間の接触圧次第で、ANC回路は、不適切に動作し得、アンチノイズは、効果がないことがあるか、または、ユーザに提示されているオーディオ情報の可聴性を悪化させることさえあり得る。本発明は、デバイスとユーザの耳との間の接触圧のレベルを決定し、望ましくない応答を回避するためにANC回路に対して措置を取るためのメカニズムを提供する。
1)W係数制御部31の適合を停止する。
2)増幅器A1を不能にすることによってアンチノイズ信号をミュートする。
図3の回路におけるコンパレータK2が、ユーザの耳と無線電話機との間の結合が、高いほうの閾値より上に増大したことを指示し、結合の程度が、通常の動作範囲より上であることを指示した場合、以下の措置が、耳圧応答論理38によって取られる。
1)W係数制御部31のリークを増大させるか、または、応答WADAPT(z)をリセットし、応答WADAPT(z)の適合を凍結する。代替として、計算ブロック37によって生成される値は、様々な耳圧レベルの多値または連続指示であることができ、上述の措置は、耳圧のレベルに従って減衰因数をアンチノイズ信号に適用し、それによって、耳圧が通常の動作範囲の外にはみ出す場合、アンチノイズ信号レベルも、増幅器A1のゲインを下げることによって減衰させられることによって取って代わられることができる。本発明の一実施形態において、固定フィルタ32Aの応答WFIXED(z)は、最大耳圧に対して調整される。すなわち、耳圧の最大レベル(完全なシール)に対する適切な応答に設定される。次に、適合的フィルタ32Bの適合的応答、応答WADAPT(z)は、応答W(z)の適合が停止され、アンチノイズ信号がミュートされる、耳との接触が最小限となる(シールがない)点まで、または、耳に対する圧力が、応答WADAPT(z)がリセットされ、応答WADAPT(z)の適合が凍結されるか、または、リークが増大させられる、最大圧力を超える点まで、耳圧の変化と共に変動することが可能とされる。
Claims (18)
- パーソナルオーディオデバイスのトランスデューサの近くの周囲のオーディオサウンドをキャンセルする方法であって、前記方法は、
基準マイクロフォンを用いて周囲のオーディオサウンドの第1の測定を行うことにより、基準マイクロフォン信号を提供することと、
エラーマイクロフォンを用いて前記トランスデューサの出力の第2の測定を行うことにより、エラーマイクロフォン信号を提供することと、
前記基準マイクロフォンの出力をフィルタリングする適合的フィルタの応答を適合することにより、前記トランスデューサの音響出力での周囲のオーディオサウンドの影響を打ち消すために、前記基準マイクロフォン信号からアンチノイズ信号を適合的に生成することと、
前記アンチノイズ信号をソースオーディオ信号と組み合わせることにより、前記トランスデューサに提供されるオーディオ信号を生成することと、
二次経路推定応答を有する二次経路適合的フィルタを用いて前記ソースオーディオ信号を成形することにより、成形されたソースオーディオ信号を生成することと、
前記成形されたソースオーディオ信号を前記エラーマイクロフォン信号から取り除くことにより、リスナに送達されるアンチノイズと周囲のオーディオサウンドとの組み合わせを示すエラー信号を提供することであって、前記適合的に生成することは、前記適合的フィルタの応答を前記エラー信号を最小化するように適合する、ことと、
前記トランスデューサと前記リスナの耳との間の結合の程度を前記二次経路適合的フィルタの係数の値から決定して、前記結合の程度の変化を検出することと、
前記トランスデューサと前記リスナの耳との間の結合の程度における変化を検出することに従って、前記適合的フィルタの応答を変更することと、
前記アンチノイズ信号をソースオーディオ信号と組み合わせることと、
前記組み合わせの結果を前記トランスデューサに提供することにより、前記音響出力を生成することと
を含む、方法。 - 前記変更することは、前記結合の程度が高いほうの閾値を上回ることを決定することに応答して、前記適合的フィルタの応答を所定の応答に強制的に移すことによって、前記適合的フィルタの応答を変更する、請求項1に記載の方法。
- 前記所定の応答は、前記結合の程度が高いほうの閾値を上回ることを決定することに応答して、前記リスナによって聞き取られる周囲のオーディオサウンドの存在をキャンセルするように調整されている応答である、請求項2に記載の方法。
- 前記適合的フィルタの応答の適合的な制御は、リーキー(leaky)最小二乗平均(LMS)型の係数コントローラによって実装され、前記適合的フィルタの応答は、適合することを引き起こすエラー入力が前記LMS型の係数コントローラに提供されないことを決定することに応答して、経時的に所定の応答に強制的に移される、請求項2に記載の方法。
- 前記結合の程度が低いほうの閾値を下回ることを決定することに応答して、前記アンチノイズ信号をミュートすることをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記変更することは、前記結合の程度が低いほうの閾値を下回ることを決定することに応答して、前記適合的フィルタの応答の適合を停止する、請求項5に記載の方法。
- 前記変更することは、前記結合の程度が高いほうの閾値を上回ることを決定することに応答して、前記適合的フィルタの応答を所定の応答に強制的に移すことによって、前記適合的フィルタの応答を変更する、請求項5に記載の方法。
- 前記適合的フィルタの応答の適合的な制御は、リーキー(leaky)最小二乗平均(LMS)型の係数コントローラによって実装され、前記適合的フィルタの応答は、適合することを引き起こすエラー入力が前記LMS型の係数コントローラに提供されないことを決定することに応答して、経時的に所定の応答に強制的に移される、請求項7に記載の方法。
- 前記決定することは、前記二次経路適合的フィルタの応答のエネルギーと全体の値との間の比率から前記トランスデューサと前記リスナの耳との間の前記結合の程度を決定し、前記比率の減少は、前記トランスデューサと前記リスナの耳との間のより大きな結合の程度を示す、請求項1に記載の方法。
- パーソナルオーディオデバイスの少なくとも一部に実装するための集積回路であって、
リスナへの再生のためのソースオーディオと、トランスデューサの音響出力における周囲のオーディオサウンドの影響を打ち消すためのアンチノイズ信号との両方を含む信号を、前記トランスデューサに提供するための出力部と、
前記周囲のオーディオサウンドを示す基準マイクロフォン信号を受信するための基準マイクロフォン入力部と、
前記トランスデューサの出力を示すエラーマイクロフォン信号を受信するためのエラーマイクロフォン入力部と、
処理回路であって、前記処理回路は、前記アンチノイズ信号を成形して前記リスナによって聞き取られる前記周囲のオーディオサウンドの存在を低減する応答を有する適合的フィルタと、前記ソースオーディオを成形するための二次経路適合的フィルタとを実装する処理回路であって、前記二次経路適合的フィルタは、二次経路推定応答を有することにより成形されたソースオーディオを生成し、前記処理回路は、前記成形されたソースオーディオを前記エラーマイクロフォン信号から取り除くことにより、前記リスナに送達されるアンチノイズと周囲のオーディオサウンドとの組み合わせを示すエラー信号を生成し、前記処理回路は、前記二次経路推定応答を決定する前記二次経路適合的フィルタの係数の値から前記トランスデューサと前記リスナの耳との間の結合の程度を決定して、前記結合の程度の変化を検出し、前記処理回路は、前記トランスデューサと前記リスナの耳との間の結合の程度の変化を検出した前記処理回路に従って前記適合的フィルタの応答を変更する、処理回路と
を含む、集積回路。 - 前記処理回路は、前記結合の程度が高いほうの閾値を上回ることを決定することに応答して、前記適合的フィルタの応答を所定の応答に強制的に移すことにより、前記適合的フィルタの応答を変更する、請求項10に記載の集積回路。
- 前記所定の応答は、前記結合の程度が高いほうの閾値を上回ることを決定することに応答して、前記リスナによって聞き取られる周囲のオーディオサウンドの存在をキャンセルするように調整されている応答である、請求項11に記載の集積回路。
- 前記処理回路は、リーキー(leaky)最小二乗平均(LMS)型の係数コントローラを含み、前記適合的フィルタの応答の適合的な制御は、前記LMS型の係数コントローラによって実装され、前記適合的フィルタの応答は、適合することを引き起こすエラー入力が前記LMS型の係数コントローラに提供されないことを決定することに応答して、所定の応答に強制的に移される、請求項11に記載の集積回路。
- 前記処理回路は、前記結合の程度が低いほうの閾値を下回るときを決定することに応答して、前記アンチノイズ信号をミュートする、請求項10に記載の集積回路。
- 前記処理回路は、前記結合の程度が低いほうの閾値を下回ることを決定することに応答して、前記適合的フィルタの応答の適合を停止する、請求項14に記載の集積回路。
- 前記処理回路は、前記結合の程度が高いほうの閾値を上回ることを決定することに応答して、前記適合的フィルタの応答を所定の応答に強制的に移すことによって、前記適合的フィルタの応答を変更する、請求項14に記載の集積回路。
- 前記処理回路は、リーキー(leaky)最小二乗平均(LMS)型の係数コントローラを含み、前記適合的フィルタの応答の適合的な制御は、前記LMS型の係数コントローラによって実装され、前記適合的フィルタの応答は、適合することを引き起こすエラー入力が前記LMS型の係数コントローラに提供されないことを決定することに応答して、調整可能な変化率で所定の応答に強制的に移される、請求項16に記載の集積回路。
- 前記処理回路は、前記二次経路適合的フィルタの応答のエネルギーと全体の値との間の比率から前記トランスデューサと前記リスナの耳との間の前記結合の程度を決定し、前記比率の低減は、前記トランスデューサと前記リスナの耳との間の前記結合のより大きな程度を示す、請求項10に記載の集積回路。
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