JP6302541B2 - 適応雑音消去システムの係数の動的バイアスを含む適応雑音消去のためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

関連出願
本開示は、２０１３年４月１５日に出願された米国仮特許出願第６１／８１１，９１５号に対する優先権を主張する２０１３年７月２５日に出願された米国特許出願第１３／９５０，８５４号に対する優先権を主張し、これらのそれぞれが参照によりその全体において本明細書に組み込まれる。

本開示は、一般に、音響トランスデューサに関連する適応雑音消去、より詳細には、適応雑音消去システムの係数を動的にバイアスすることによる、音響トランスデューサの近傍に存在する周囲雑音の検出と消去に関する。

モバイル／携帯電話などの無線電話、コードレス電話、ｍｐ３プレーヤーなどの他の民生用オーディオ機器が、幅広く使用されている。明瞭度に関してのそのような機器の性能は、周囲の音響事象を計測するためにマイクロホンを使用し、次いで、周囲の音響事象を消去するように機器の出力にアンチノイズ信号を挿入するよう信号処理を使用して雑音消去を行うことによって改善することができる。無線電話などのパーソナル・オーディオ機器の周囲の音響環境は、存在する雑音源及び装置自体の位置に応じて劇的に変わる場合があるため、そのような環境の変化を考慮に入れた雑音消去を適応させることが望ましい。

適応雑音消去は、ヘッドホンを含むパーソナル・オーディオ機器の多くの要素において使用されることがある。また、リスナーに適応雑音消去を提供するヘッドホンを使用して、様々な場合でヘッドホンへのオーディオ・コンテンツを再生することができる。例えば、通話では、オーディオ・コンテンツは、３００Ｈｚ〜３．４ｋＨｚ（両端を含む）の電話音声帯域を占有することがあり、又は高忠実度のオーディオ再生状況では、オーディオ・コンテンツは、一部のオーディオ・トラックに対しては２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ（両端を含む）の、若しくは一部の圧縮されたオーディオ・コンテンツに対しては１００Ｈｚ〜８ｋＨｚの周波数範囲を占有することがある。適応雑音消去システムは、周囲雑音の帯域幅又はソース・オーディオ信号の帯域幅には無関係にすべての条件下で安定していなければならない。トランスデューサを通るソース・オーディオ信号の電気的及び音響的経路のモデルに依存するいかなる適応システムも、例えば、フィルタードＸ最小２乗平均フィードフォワード適応システムも、適応における不安定性が回避されるように、含まれている様々な信号の周波数スペクトルを把握していなければならない。

米国特許出願公開第２０１２／０３０８０２４号明細書

本開示の教示によると、音響トランスデューサに関連付けられる周囲雑音の検出及び低減に関連付けられる欠点及び問題を低減し又はなくすことができる。

本開示の実施例によると、パーソナル・オーディオ機器は、トランスデューサと、リファレンス・マイクロホンと、エラー・マイクロホンと、処理回路とを含むことができる。トランスデューサは、リスナー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音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オーディオ信号を再現することができる。リファレンス・マイクロホンは、周囲のオーディオ音を示すリファレンス・マイクロホン信号を提供することができる。エラー・マイクロホンは、トランスデューサの近傍に位置することができ、トランスデューサの音響出力と、トランスデューサにおける周囲のオーディオ音とを示すエラー・マイクロホン信号を提供することができる。処理回路は、リスナーに聞こえる周囲のオーディオ音の存在を低減させるように、リファレンス・マイクロホン信号からアンチノイズ信号を生成する応答を有する適応フィルタと、エラー・マイクロホン信号中の周囲のオーディオ音を最小化するように、適応フィルタの応答を適応させることによって、エラー・マイクロホン信号及びリファレンス・マイクロホン信号に合わせて適応フィルタの応答を成形する係数制御ブロックと、ソース・オーディオ信号の周波数応答の範囲外の周波数範囲において係数制御ブロックの係数をゼロの方にバイアスする係数バイアス制御ブロックと、を実装することができる。

本開示のこれら及び他の実施例によると、パーソナル・オーディオ機器のトランスデューサの近傍の周囲のオーディオ音を消去するための方法は、周囲のオーディオ音を示すリファレンス・マイクロホン信号を受信するステップを含むことができる。また、本方法は、トランスデューサの出力と、トランスデューサにおける周囲のオーディオ音とを示すエラー・マイクロホン信号を受信するステップを含むことができる。本方法は、エラー・マイクロホン信号中の周囲のオーディオ音を最小化するように、リファレンス・マイクロホンの出力をフィルタする適応フィルタの応答を適応させることによって、トランスデューサの音響出力での周囲のオーディオ音の影響を打ち消すアンチノイズ信号を、リファレンス・マイクロホンでの測定の結果から適応的に生成するステップをさらに含むことができる。本方法は、ソース・オーディオ信号の周波数応答の範囲外の周波数範囲において適応フィルタの応答を制御するための係数をゼロの方にバイアスするステップをさらに含むことができる。加えて、本方法は、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ように、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ステップを含むことができる。

本開示のこれら及び他の実施例によると、パーソナル・オーディオ機器の少なくとも一部を実装するための集積回路は、出力部と、リファレンス・マイクロホン入力部と、エラー・マイクロホン入力部と、処理回路とを含むことができる。出力部は、リスナーへの再生のためのソース・オーディオ信号と、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音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トランスデューサへ提供することができる。リファレンス・マイクロホン入力部は、周囲のオーディオ音を示すリファレンス・マイクロホン信号を受信することができる。エラー・マイクロホン入力部は、トランスデューサの出力と、トランスデューサにおける周囲のオーディオ音とを示すエラー・マイクロホン信号を受信することができる。処理回路は、リスナーに聞こえる周囲のオーディオ音の存在を低減させるように、リファレンス・マイクロホン信号からアンチノイズ信号を生成する応答を有する適応フィルタと、エラー・マイクロホン信号中の周囲のオーディオ音を最小化するように、適応フィルタの応答を適応させることによって、エラー・マイクロホン信号及びリファレンス・マイクロホン信号に合わせて適応フィルタの応答を成形する係数制御ブロックと、ソース・オーディオ信号の周波数応答の範囲外の周波数範囲において係数制御ブロックの係数をゼロの方にバイアスする係数バイアス制御ブロックと、を実装することができる。

本開示のこれら及び他の実施例によると、パーソナル・オーディオ機器は、トランスデューサと、リファレンス・マイクロホンと、エラー・マイクロホンと、処理回路とを含むことができる。トランスデューサは、リスナー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音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オーディオ信号を再現することができる。リファレンス・マイクロホンは、周囲のオーディオ音を示すリファレンス・マイクロホン信号を提供することができる。エラー・マイクロホンは、トランスデューサの近傍に位置することができ、トランスデューサの音響出力と、トランスデューサにおける周囲のオーディオ音とを示すエラー・マイクロホン信号を提供することができる。処理回路は、リスナーに聞こえる周囲のオーディオ音の存在を低減させるように、リファレンス・マイクロホン信号からアンチノイズ信号を生成する応答を有するフィードフォワード・フィルタと、ソース・オーディオ信号の電気的及び音響的経路をモデル化し、ソース・オーディオから二次経路推定を生成する応答を有するように構成された二次経路推定適応フィルタと、再生補正エラーを最小化するように、二次経路推定フィルタの応答を適応させることによって、ソース・オーディオ信号と再生補正エラーとに合わせて二次経路推定適応フィルタの応答を成形する係数制御ブロックであって、再生補正エラーがエラー・マイクロホン信号と二次経路推定との差に基づく、係数制御ブロックと、ソース・オーディオ信号の周波数応答の範囲外の周波数範囲において係数制御ブロックの係数をゼロの方にバイアスする係数バイアス制御ブロックと、を実装することができる。

本開示のこれら及び他の実施例によると、パーソナル・オーディオ機器のトランスデューサの近傍の周囲のオーディオ音を消去するための方法は、周囲のオーディオ音を示すリファレンス・マイクロホン信号を受信するステップを含むことができる。また、本方法は、トランスデューサの出力と、トランスデューサにおける周囲のオーディオ音とを示すエラー・マイクロホン信号を受信するステップを含むことができる。本方法は、リファレンス・マイクロホンの出力をフィルタすることによって、トランスデューサの音響出力での周囲のオーディオ音の影響を打ち消すアンチノイズ信号成分を、リファレンス・マイクロホンでの測定の結果から生成するステップをさらに含むことができる。本方法は、ソース・オーディオ信号の電気的及び音響的経路をモデル化する二次経路推定適応フィルタでソース・オーディオ信号をフィルタし、エラー信号と二次経路推定との差に基づいて再生補正エラーを最小化するように、二次経路推定適応フィルタの応答を適応させることによって、ソース・オーディオ信号から二次経路推定を適応的に生成するステップをさらに含むことができる。加えて、本方法は、ソース・オーディオ信号の周波数応答の範囲外の周波数において二次経路推定適応フィルタの応答を制御するための係数をゼロの方にバイアスするステップを含むことができる。本方法は、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ように、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ステップをさらに含むことができる。

本開示のこれら及び他の実施例によると、パーソナル・オーディオ機器の少なくとも一部を実装するための集積回路は、出力部と、リファレンス・マイクロホン入力部と、エラー・マイクロホン入力部と、処理回路とを含むことができる。出力部は、リスナーへの再生のためのソース・オーディオ信号と、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音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トランスデューサへ提供することができる。リファレンス・マイクロホン入力部は、周囲のオーディオ音を示すリファレンス・マイクロホン信号を受信することができる。エラー・マイクロホン入力部は、トランスデューサの出力と、トランスデューサにおける周囲のオーディオ音とを示すエラー・マイクロホン信号を受信することができる。処理回路は、リスナーに聞こえる周囲のオーディオ音の存在を低減させるように、リファレンス・マイクロホン信号からアンチノイズ信号を生成する応答を有するフィードフォワード・フィルタと、ソース・オーディオ信号の電気的及び音響的経路をモデル化するための、ソース・オーディオから二次経路推定を生成する応答を有する二次経路推定適応フィルタと、再生補正エラーを最小化するように、二次経路推定フィルタの応答を適応させることによって、ソース・オーディオ信号と再生補正エラーとに合わせて二次経路推定適応フィルタの応答を成形する係数制御ブロックであって、再生補正エラーがエラー・マイクロホン信号と二次経路推定との差に基づく、係数制御ブロックと、ソース・オーディオ信号の周波数応答の範囲外の周波数範囲において係数制御ブロックの係数をゼロの方にバイアスする係数バイアス制御ブロックと、を実装することができる。

本開示の技術的な利点は、本明細書に含まれる図、説明、及び特許請求の範囲から当業者には容易に明らかになる可能性がある。実施例の目的及び利点は、特許請求の範囲において特に指摘される要素、特徴、及び組合せによって少なくとも実現され、達成されるであろう。

前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は両方とも、実例であって説明のためのものであり、本開示で述べられた特許請求の範囲を限定しないことを理解されたい。

本実施例及びその利点についてのより完全な理解は、同様の参照番号が同様の特徴を指す添付図面と併せて以下の説明を参照することによって得られる可能性がある。

本開示の実施例による、例示的な無線携帯型電話の図である。 本開示の実施例による、ヘッドホン・アセンブリが結合された例示的な無線携帯型電話の図である。 本開示の実施例による、図１に描かれた無線電話内部の選択された回路のブロック図である。 本開示の実施例による、図２のコーダ・デコーダ（コーデック）集積回路の例示的な適応雑音消去（ＡＮＣ：adaptive noise canceling）回路内部の選択された信号処理回路及び機能ブロックを描くブロック図である。

本開示は、無線電話などのパーソナル・オーディオ機器において実装することができる雑音消去技法及び回路を包含する。パーソナル・オーディオ機器は、周囲の音響環境を計測し、周囲の音響事象を消去するためにスピーカ（又は他のトランスデューサ）出力部において注入される信号を生成することができるＡＮＣ回路を含む。周囲の音響環境を計測するためにリファレンス・マイクロホンが設けられてもよく、並びに、周囲のオーディオ音を消去するアンチノイズ信号の適応を制御するために、及び処理回路の出力部からトランスデューサまでの電気的及び音響的経路を補正するためにエラー・マイクロホンが含まれてもよい。

ここで図１Ａを参照すると、本開示の実施例により示されるような無線電話１０が人間の耳５に近接して示されている。無線電話１０は、本開示の実施例による技法が用いられてもよい機器の実例であるが、図示された無線電話１０において又は後の図に描かれる回路において具現化される要素若しくは構成のすべてが、特許請求の範囲に規定された本発明を実施するために必要なわけではないことを理解されたい。無線電話１０は、無線電話１０によって受信された遠方の音声を再現するスピーカＳＰＫＲなどのトランスデューサを、例えば、リングトーン、保存されたオーディオ・プログラム素材、バランスのとれた会話理解を行うための近端音声（すなわち、無線電話１０のユーザの音声）の注入、並びに無線電話１０による再現を必要とする他のオーディオなどの他のローカルなオーディオ事象、例えば、無線電話１０よって受信されたウェブ・ページ又は他のネットワーク通信からのソース、並びにバッテリ低下の指示や他のシステム事象の通知などのオーディオ指示などと共に、含むことができる。無線電話１０から他の会話参加者（複数可）に送信される近端音声を捕らえるために近接音声マイクロホンＮＳが設けられてもよい。

無線電話１０は、スピーカＳＰＫＲによって再現される遠方の音声及び他のオーディオの明瞭度を改善するために、スピーカＳＰＫＲにアンチノイズ信号を注入するＡＮＣ回路及び機能を含むことができる。リファレンス・マイクロホンＲは、周囲の音響環境を計測するために設けられてもよく、近端音声がリファレンス・マイクロホンＲによって生成される信号において最小化され得るように、ユーザの口の典型的な位置から離れて置かれてもよい。別のマイクロホンであるエラー・マイクロホンＥは、無線電話１０が耳５のすぐそばにあるときに、耳５に近いスピーカＳＰＫＲによって再現されるオーディオと組み合わされる周囲オーディオの尺度を提供することによって、ＡＮＣの動作をさらに改善するために設けられることがある。これら及び他の実施例では、追加のリファレンス・マイクロホン及び／又はエラー・マイクロホンが用いられてもよい。無線電話１０内部の回路１４は、リファレンス・マイクロホンＲ、近接音声マイクロホンＮＳ、及びエラー・マイクロホンＥからの信号を受信し、無線電話トランシーバを有する無線周波数（ＲＦ）集積回路１２などの他の集積回路とインターフェースするオーディオコーデック集積回路（ＩＣ）２０を含むことができる。本開示の一部の実施例では、本明細書に開示される回路及び技法は、例えばチップ上ＭＰ３プレーヤー集積回路のような、パーソナル・オーディオ機器全体を実現するための制御回路及び他の機能性を含む単一の集積回路に組み込まれてもよい。本開示の一部の実施例では、本明細書に開示される回路及び技法は、例えばチップ上ＭＰ３プレーヤー集積回路のような、パーソナル・オーディオ機器全体を実現するための制御回路及び他の機能性を含む単一の集積回路に組み込まれてもよい。これら及び他の実施例では、本明細書に開示される回路及び技法は、コンピュータ可読媒体において具現化され、コントローラ又は他の処理機器によって実行可能なソフトウェア及び／又はファームウェアにおいて部分的に又は完全に実施されてもよい。

一般に、本開示のＡＮＣ技法は、リファレンス・マイクロホンＲに飛び込んでくる（スピーカＳＰＫＲの出力及び／又は近端音声とは対照的に）周囲の音響事象を計測し、また、エラー・マイクロホンＥに飛び込んでくる同じ周囲の音響事象を計測することによって、無線電話１０のＡＮＣ処理回路が、エラー・マイクロホンＥでの周囲の音響事象の大きさを最小化する特性を有するようにリファレンス・マイクロホンＲの出力から生成されるアンチノイズ信号を適応させる。音響経路Ｐ（ｚ）がリファレンス・マイクロホンＲからエラー・マイクロホンＥまで延在しているため、ＡＮＣ回路は、コーデックＩＣ２０の音声出力回路の応答と、特定の音響環境におけるスピーカＳＰＫＲとエラー・マイクロホンＥとの間の結合を含むスピーカＳＰＫＲの音響／電気伝達関数とを表わす電気的及び音響的経路Ｓ（ｚ）の影響を除去しながら、音響経路Ｐ（ｚ）を効果的に推定しており、この特定の音響環境は、無線電話１０が耳５にしっかりと押し当てられていないときには、耳５及び他の物理的物体の近さ及び構造、並びに無線電話１０に近接しているかもしれない人間の頭の構造によって影響を受け得る。図示する無線電話１０は、第３の近接音声マイクロホンＮＳを有する２マイクロホンＡＮＣシステムを含んでいるが、本発明の一部の態様は、別個のエラー及びリファレンス・マイクロホンを含まないシステム、又はリファレンス・マイクロホンＲの機能を行うために近接音声マイクロホンＮＳを使用する無線電話において実施されてもよい。また、オーディオ再生のためにのみ設計されたパーソナル・オーディオ機器では、近接音声マイクロホンＮＳは一般に含まれず、以下でさらに詳細に説明する回路の近接音声信号経路は、本開示の範囲を変更することなく省略されてもよい。

ここで図１Ｂを参照すると、オーディオ・ポート１５を介してヘッドホン・アセンブリ１３が結合された無線電話１０が描かれている。オーディオ・ポート１５は、ＲＦ集積回路１２及び／又はコーデックＩＣ２０に通信可能に結合されてもよく、したがってヘッドホン・アセンブリ１３の構成要素と、ＲＦ集積回路１２及び／又はコーデックＩＣ２０の１つ又は複数との間の通信を可能にしている。図１Ｂに示すように、ヘッドホン・アセンブリ１３は、コンボックス（combox）１６、左のヘッドホン１８Ａ、及び右のヘッドホン１８Ｂを含むことができる。本開示において使用されるように、用語「ヘッドホン」は、あらゆるスピーカ、及びリスナーの耳もしくは外耳道に近接して適所に機械的に保持されることが意図された、スピーカに関連付けられた構造を幅広く含み、限定することなく、イヤホン、小型イヤホン、及び他の同様の機器を含む。より具体的で非限定的な実例として、「ヘッドホン」は、挿入型（intra-canal）イヤホン、イントラコンカ型（intra-concha）イヤホン、スープラコンカ型（supra-concha）イヤホン、及び耳載せ型（supra-aural）イヤホンを指すことがある。

コンボックス１６、又はヘッドホン・アセンブリ１３の別の部分は、無線電話１０の近接音声マイクロホンＮＳに加えて若しくはその代わりに、近端音声を捕らえるための近接音声マイクロホンＮＳを有してもよい。加えて、各ヘッドホン１８Ａ、１８Ｂは、他のローカルなオーディオ事象、例えば、リングトーン、保存されたオーディオ・プログラム素材、バランスのとれた会話理解を行うための近端音声（すなわち、無線電話１０のユーザの音声）の注入、並びに無線電話１０による再現を必要とする他のオーディオ、例えば、無線電話１０よって受信されたウェブ・ページ又は他のネットワーク通信からのソース、並びにバッテリ低下指示及び他のシステム事象通知などのオーディオ指示などと共に、無線電話１０によって受信された遠方の音声を再現するスピーカＳＰＫＲなどのトランスデューサを含んでもよい。各ヘッドホン１８Ａ、１８Ｂは、そのようなヘッドホン１８Ａ、１８Ｂがリスナーの耳にかけられたときに、周囲の音響環境を計測するためのリファレンス・マイクロホンＲ、及びリスナーの耳近くのスピーカＳＰＫＲによって再現されるオーディオと組み合わされる周囲のオーディオを計測するためのエラー・マイクロホンＥを含んでもよい。一部の実施例では、コーデックＩＣ２０は、各ヘッドホンのリファレンス・マイクロホンＲ、近接音声マイクロホンＮＳ、及びエラー・マイクロホンＥからの信号を受信し、本明細書に記載されるような各ヘッドホンに対する適応雑音消去を行うことができる。他の実施例では、コーデックＩＣ又は別の回路は、ヘッドホン・アセンブリ１３内部に存在し、リファレンス・マイクロホンＲ、近接音声マイクロホンＮＳ、及びエラー・マイクロホンＥに通信可能に結合され、本明細書に記載されるような適応雑音消去を行うように構成されてもよい。

ここで図２を参照すると、他の実施例では、１つ又は複数のヘッドホン・アセンブリ１３などの他の場所に全体又は一部が配置され得る、無線電話１０の内部の選択された回路がブロック図で示されている。コーデックＩＣ２０は、リファレンス・マイクロホン信号を受信し、リファレンス・マイクロホン信号のディジタル表現ｒｅｆを生成するためのアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）２１Ａと、エラー・マイクロホン信号を受信し、エラー・マイクロホン信号のディジタル表現ｅｒｒを生成するためのＡＤＣ２１Ｂと、近接音声マイクロホン信号を受信し、近接音声マイクロホン信号のディジタル表現ｎｓを生成するためのＡＤＣ２１Ｃとを含むことができる。コーデックＩＣ２０は、増幅器ＡｌからスピーカＳＰＫＲを駆動するための出力を生成することができ、この増幅器Ａｌが結合器２６の出力を受信するディジタル・アナログコンバータ（ＤＡＣ）２３の出力を増幅することができる。結合器２６は、内部オーディオ・ソース２４からのオーディオ信号ｉａと、慣例によりリファレンス・マイクロホン信号ｒｅｆの雑音と同一極性を有し、したがって結合器２６によって減算される、ＡＮＣ回路３０によって生成されたアンチノイズ信号と、近接音声マイクロホン信号ｎｓの一部とを組み合わせることができ、それによって、無線電話１０のユーザは、無線周波数（ＲＦ）集積回路２２から受信され得て、やはり結合器２６によって組み合わされてもよいダウンリンク音声ｄｓとの適切な関係において彼又は彼女自身の声を聞くことができる。また、近接音声マイクロホン信号ｎｓは、ＲＦ集積回路２２に提供されてもよく、アンテナＡＮＴを介してサービス・プロバイダーにアップリンク音声として送信されてもよい。

ここで図３を参照すると、本開示の実施例によるＡＮＣ回路３０の詳細が示されている。適応フィルタ３２は、リファレンス・マイクロホン信号ｒｅｆを受信し、理想的な状況下では、その伝達関数Ｗ（ｚ）をＰ（ｚ）／Ｓ（ｚ）となるように適応させてアンチノイズ信号を生成することができ、これを、図２の結合器２６によって例示されるように、アンチノイズ信号をトランスデューサによって再現されるオーディオと組み合わせる出力結合器に提供することができる。適応フィルタ３２の係数は、信号の相関関係を用いて適応フィルタ３２の応答を決定するＷ係数制御ブロック３１によって制御されてもよく、この適応フィルタ３２が、エラー・マイクロホン信号ｅｒｒ中に存在するリファレンス・マイクロホン信号ｒｅｆのそれらの成分間の、最小２乗平均の意味での誤差を全体的に最小化する。Ｗ係数制御ブロック３１によって比較される信号は、（以下でより詳細に説明されるように結合器３５Ａによるノイズ注入信号によって修正されるような）フィルタ３４Ｂによって提供される経路Ｓ（ｚ）の応答の推定のコピーによって成形されるようなリファレンス・マイクロホン信号ｒｅｆと、（以下でより詳細に説明されるように結合器３７Ａによるノイズ注入信号によって修正されるような）エラー・マイクロホン信号ｅｒｒを含む別の信号とであってもよい。経路Ｓ（ｚ）の応答の推定のコピーである応答ＳＥ_ＣＯＰＹ（Ｚ）によってリファレンス・マイクロホン信号ｒｅｆを変換し、結果として生じる信号とエラー・マイクロホン信号ｅｒｒとの差を最小化することによって、適応フィルタ３２は、Ｐ（ｚ）／Ｓ（ｚ）の所望の応答に適応することができる。エラー・マイクロホン信号ｅｒｒに加えて、Ｗ係数制御ブロック３１によってフィルタ３４Ｂの出力と比較される信号には、応答ＳＥ_ＣＯＰＹ（Ｚ）がそのコピーであるフィルタ応答ＳＥ（ｚ）によって処理されたダウンリンク・オーディオ信号ｄｓ及び／又は内部オーディオ信号ｉａの反転量が含まれてもよい。ダウンリンク・オーディオ信号ｄｓ及び／又は内部オーディオ信号ｉａの反転量を注入することによって、適応フィルタ３２が、エラー・マイクロホン信号ｅｒｒ中に存在する比較的大きな量のダウンリンク・オーディオ信号及び／又は内部オーディオ信号に適応するのを防止することができ、ダウンリンク・オーディオ信号ｄｓ及び／又は内部オーディオ信号ｉａのその反転コピー（inverted copy）を経路Ｓ（ｚ）の応答の推定で変換することによって、エラー・マイクロホン信号ｅｒｒから除去されるダウンリンク・オーディオ及び／又は内部オーディオは、Ｓ（ｚ）の電気的及び音響的経路が、ダウンリンク・オーディオ信号ｄｓ及び／又は内部オーディオ信号ｉａがエラー・マイクロホンＥに到達するために辿る経路であるため、エラー・マイクロホン信号ｅｒｒで再現されるダウンリンク・オーディオ信号ｄｓ及び／又は内部オーディオ信号ｉａの予期されるバージョンと一致するはずである。フィルタ３４Ｂは、それ自体適応フィルタでなくてもよいが、フィルタ３４Ｂの応答が適応フィルタ３４Ａの適応に追従するように、適応フィルタ３４Ａの応答と一致するように調整される調節可能な応答を有することができる。

上記を実装するために、適応フィルタ３４Ａは、（以下でより詳細に説明されるように結合器３５Ｂによるノイズ注入信号によって修正されるような）ダウンリンク・オーディオ信号ｄｓ及び／又は内部オーディオ信号ｉａを、エラー・マイクロホンＥに送達される予期されるダウンリンク・オーディオを表わすように適応フィルタ３４Ａによってフィルタされており、結合器３６によって適応フィルタ３４Ａの出力から除去される（及び以下でより詳細に説明されるように結合器３７Ｂによるノイズ注入信号によって修正されてもよい）上記のフィルタされたダウンリンク・オーディオ信号ｄｓ及び／又は内部オーディオ信号ｉａを除去した後のエラー・マイクロホン信号ｅｒｒと等しい再生補正エラーと比較するＳＥ係数制御ブロック３３によって制御される係数を有することができる。ＳＥ係数制御ブロック３３は、実際のダウンリンク音声信号ｄｓ及び／又は内部オーディオ信号ｉａをエラー・マイクロホン信号ｅｒｒ中に存在するダウンリンク・オーディオ信号ｄｓ及び／又は内部オーディオ信号ｉａの成分と相関させることができる。それによって、エラー・マイクロホン信号ｅｒｒから減算されたときにはダウンリンク・オーディオ信号ｄｓ及び／又は内部オーディオ信号ｉａに起因しないエラー・マイクロホン信号ｅｒｒのコンテンツを含むことになる信号を、ダウンリンク・オーディオ信号ｄｓ及び／又は内部オーディオ信号ｉａから生成するように、適応フィルタ３４Ａを適応させることができる。

図３に描かれるように、ＡＮＣ回路３０は、以下でさらに詳細に説明されるように、Ｗ係数制御ブロック３１及びＳＥ係数制御ブロック３３の１つ又は複数の係数を１つ又は複数の特定の周波数範囲においてゼロへ向かってバイアスする係数バイアス制御ブロック４０を含むことができる。一部の実施例では、係数バイアス制御ブロック４０は、「Methods for Bandlimiting Antinoise in Earpiece Active Noise Cancel Headset」という題名の、参照により本明細書に組み込まれている、２０１１年１２月２１日に出願された米国特許出願第１３／３３３，４８４号に開示されたものと同一若しくは同様の構造及び／又は機能性を有することができる。本開示の明瞭さ及び説明の目的のため、係数バイアス制御ブロック４０の特定の機能性に関する米国特許出願第１３／３３３，４８４号に開示されたレベルの詳細は本明細書では繰り返さないが、むしろ本開示に関する実装態様の詳細を説明するために要約することとする。

図３に示すように、係数バイアス制御ブロック４０は、ノイズ源４２と、帯域通過フィルタ４４と、周波数バイアス・セレクタ４６と、適応フィルタ３２の応答のコピーである応答を適用するように構成されたフィルタ３２Ａと、適応フィルタ３４Ａの応答のコピーである応答を適用するように構成されたフィルタ３４Ｃとを含むことができる。動作において、ノイズ源４２は、注入されるノイズ信号を生成するために帯域通過フィルタ４４によってフィルタされるホワイト・ノイズ（例えば、対象とするすべての周波数、例えば、人間の聴覚範囲内のそれらの周波数にわたって一定振幅を有するオーディオ信号）を生成することができる。注入されるノイズ信号を生成するために帯域通過フィルタ４４によって通過させられるホワイト・ノイズの周波数の帯域通過範囲は、周波数バイアス・セレクタ４６によって制御されてもよく、この周波数バイアス・セレクタ４６は、以下でより詳細に説明されるように、リファレンス信号ｒｅｆ、ソース・オーディオ信号（例えば、ダウンリンク音声信号ｄｓ及び／若しくは内部オーディオ信号ｉａ）、並びに／又はソース・オーディオ信号を再生するためのトランスデューサ（例えば、スピーカーＳＰＫＲ）の周波数限界に基づいて、帯域通過範囲の上限及び下限を選択することができる。一部の実施例では、注入されるノイズ信号は、フィルタ３４Ｂによってフィルタされるようなリファレンス・マイクロホン信号ｒｅｆと（例えば、結合器３５Ａによって）組み合わされ、Ｗ係数制御ブロック３１に伝達されてもよい。これら及び他の実施例では、注入されるノイズ信号は、ソース・オーディオ信号（ダウンリンク音声信号ｄｓ及び／又は内部オーディオ信号ｉａ）と（例えば、結合器３５Ｂによって）組み合わされ、ＳＥ係数制御ブロック３３に伝達されてもよい。

加えて、フィルタ３２Ａは、注入されるノイズ信号を、適応フィルタ３２の応答Ｗ（ｚ）のコピーである応答Ｗ_ＣＯＰＹ（Ｚ）でフィルタし、Ｗフィルタされたノイズ注入信号を生成することができる。フィルタ３２Ａは、それ自体適応フィルタでなくてもよいが、フィルタ３２Ａの応答が適応フィルタ３２の適応に追従するように、適応フィルタ３２の応答と一致するように調整される調整可能な応答を有することができる。一部の実施例では、Ｗフィルタされたノイズ注入信号及び注入されるノイズ信号は、（例えば、結合器３７Ａによって）再生補正エラー信号と組み合わされ、Ｗ係数制御ブロック３１に伝達されてもよい。

これら及び他の実施例では、フィルタ３４Ｃは、注入されるノイズ信号を、適応フィルタ３４Ａの応答ＳＥ（ｚ）のコピーである応答ＳＥ_{ＣＯＰＹ２}（Ｚ）でフィルタし、ＳＥフィルタされたノイズ注入信号を生成することができる。フィルタ３４Ｃは、それ自体適応フィルタでなくてもよいが、フィルタ３４Ｃの応答が適応フィルタ３４Ａの適応に追従するように、適応フィルタ３４Ａの応答と一致するように調整される調整可能な応答を有することができる。一部の実施例では、ＳＥフィルタされたノイズ注入信号及び注入されるノイズ信号は、（例えば、結合器３７Ｂによって）再生補正エラー信号と組み合わされ、ＳＥ係数制御ブロック３３に伝達されてもよい。

上述したように、周波数バイアス・セレクタ４６は、リファレンス信号ｒｅｆ、ソース・オーディオ信号（例えば、ダウンリンク音声信号ｄｓ及び／若しくは内部オーディオ信号ｉａ）、並びに／又はソース・オーディオ信号を再生するためのトランスデューサ（例えば、スピーカーＳＰＫＲ）の周波数限界に基づいて、帯域通過フィルタ４４の帯域通過範囲の上限及び下限を選択することができる。一部の実施例では、周波数バイアス・セレクタ４６は、ソース・オーディオ信号の周波数コンテンツのほぼ上限と等しい帯域通過範囲の下限を選択することができる。そのような実施例では、周波数バイアス・セレクタ４６は、ソース・オーディオ信号の周波数コンテンツの上限の直近の傾向（例えば、周波数コンテンツの上限の移動平均（trailing average））に基づいて帯域通過範囲の下限を決定するために、ソース・オーディオ信号の周波数コンテンツを動的に追跡することができる。これら及び他の実施例では、周波数バイアス・セレクタ４６は、帯域通過範囲が、ソース・オーディオ信号を再生するためのトランスデューサ（例えば、スピーカーＳＰＫＲ）の周波数応答の範囲内に、及びリファレンス・マイクロホン信号ｒｅｆによって示されるような周囲のオーディオ音の周波数応答の範囲内にあるように、帯域通過範囲に対する上限及び下限を選択することができる。そのような実施例では、周波数バイアス・セレクタ４６は、トランスデューサの周波数応答のほぼ上限と等しい、又は周囲のオーディオ音の周波数応答のほぼ上限と等しい、帯域通過範囲に対する上限を選択することができる。

したがって、ソース・オーディオ信号の周波数コンテンツ、周囲のオーディオ音の周波数コンテンツ、及びトランスデューサの周波数応答が「重複（intersect）」しない周波数範囲、言いかえれば、ソース・オーディオ信号、周囲のオーディオ音、及びトランスデューサのうちの少なくとも１つがコンテンツ／応答を有するが、ソース・オーディオ信号、周囲のオーディオ音、及びトランスデューサのうちの少なくとも１つがコンテンツ／応答を有さない周波数範囲に対して、周波数バイアス・セレクタ４６が、帯域通過フィルタ４４に、ノイズ源４２によって生成されたホワイト・ノイズをそのような周波数範囲内で帯域通過フィルタさせ、したがって、そのような周波数範囲にあるコンテンツのみを有する、注入されるノイズ信号を生成することができる。このようにして、Ｗ係数制御ブロック３１がリファレンス・マイクロホン信号ｒｅｆを再生補正エラーと比較するとき、リファレンス・マイクロホン信号ｒｅｆと再生補正エラーとの周波数コンテンツが重複しない周波数範囲が存在する限りにおいて、係数バイアス制御ブロック４０は、そのような周波数範囲内でホワイト・ノイズをリファレンス・マイクロホン信号ｒｅｆ又は再生補正エラーに（例えば、結合器３５Ａ及び３７Ａのそれぞれによって）注入し、それによって、これらの比較される信号が、同じ重複する周波数スペクトル全体にわたってコンテンツを有するようになり、したがってその周波数範囲において適応係数をゼロの方にバイアスする。同様に、ＳＥ係数制御ブロック３３がソース・オーディオ信号を再生補正エラーと比較するとき、ソース・オーディオ信号と再生補正エラーとの周波数コンテンツが重複しない周波数範囲が存在する限りにおいて、係数バイアス制御ブロック４０は、そのような周波数範囲内でホワイト・ノイズをソース・オーディオ信号又は再生補正エラーに（例えば、結合器３５Ｂ及び３７Ｂのそれぞれによって）注入し、それによって、これらの比較される信号が、同じ重複する周波数スペクトル全体にわたってコンテンツを有するようになり、したがってその周波数範囲において適合係数をゼロの方にバイアスする。本明細書に記載されるようなノイズの注入がない場合は、Ｗ係数制御ブロック３１及び／又はＳ係数制御ブロック３３は、比較信号の周波数コンテンツが重複しない周波数範囲において、それにもかかわらずそのような周波数範囲においてフィルタ応答を適応させようとすることがあり、このことは、適応不安定性につながる可能性がある。

図３及び前述の説明は、Ｗ係数制御ブロック３１及びＳＥ係数制御ブロック３３の両方へのノイズ信号の注入を企図している。しかしながら、一部の実施例では、ＡＮＣ回路３０は、係数バイアス制御ブロック４０が、Ｗ係数制御ブロック３１及びＳＥ係数制御ブロック３３の両方ではなく、そのうちの１つにノイズを注入することができるように構成されてもよい。Ｗ（ｚ）応答が適応するように、Ｗ係数制御ブロック３１にノイズ注入が施される場合、Ｗ（ｚ）応答適合係数がそのような周波数範囲においてゼロの方にバイアスされることになるため、ＳＥ（ｚ）応答が、ノイズが注入される周波数範囲において二次経路の良好なモデルであることは問題とならない可能性がある。同様に、ＳＥ係数制御ブロック３３にノイズ注入が施される場合、ＳＥ（ｚ）応答は、ノイズが注入される周波数範囲において二次経路をモデル化しようとはせず、そのような周波数範囲におけるＳＥ（ｚ）応答が小さいため、ＳＥ（ｚ）応答は、最小２乗平均適応システムにおけるＷ（ｚ）応答の適応の安定性に害を及ぼさない。

一部の実施例では、ＳＥ係数制御ブロック３３の係数は、ＳＥ（ｚ）の応答について、帯域制限された周波数応答で初期化することができ、したがって、ＳＥ（ｚ）応答がいかなる可能性のある当初の再生帯域幅をも超えて真の二次経路をモデル化しようとしないように、ＳＥ（ｚ）応答をトレーニングするためのいかなるソース・オーディオ信号も現われる前のＳＥ（ｚ）応答の適応のための開始点を考慮に入れることとなる。このようにして、ソース・オーディオ信号が狭帯域（例えば、電話音声帯域におけるダウンリンク音声）の場合、不安定性につながる可能性のある、Ｗ係数制御ブロック３１への入力としてフィルタ３４Ｂを通過する、より高い周波数の有意の周囲のコンテンツがなくなる。

本開示は、当業者が理解する本明細書の例示的な実施例に対するすべての変更形態、置換形態、変形形態、代替形態及び修正形態を包含する。同様に、適切な場合は、添付された特許請求の範囲は、当業者が理解する本明細書の例示的な実施例に対するすべての変更形態、置換形態、変形形態、代替形態及び修正形態を包含する。さらに、特定の機能を行うように適合され、配置され、能力を有し、構成され、可能にされ、動作可能であり、又は作用効果がある、添付された特許請求の範囲における装置若しくはシステム又は装置若しくはシステムの構成要素への言及は、その装置、システム、若しくは構成要素、又はその特定の機能が、活性化され、電源投入され、若しくは解除されるか否かにかかわらず、その装置、システム、若しくは構成要素が、そのように適合され、配置され、能力を有し、構成され、可能にされ、動作可能であり又は作用効果がある限り、その装置、システム、若しくは構成要素を包含する。

本明細書に列挙された実例及び条件付き文言はすべて、本発明及び発明者が技術の推進に貢献した概念を読者が理解する手助けとなる教育的な目的が意図されており、そのような特別に列挙された実例及び条件に限定しないものとして解釈される。本発明の実施例について詳細に記載したが、本開示の趣旨及び範囲から逸脱せずに、本発明に対する様々な変更、置換え、及び代替を行うことができることを理解されたい。

Claims (24)

1. リスナーへの再生のためのソース・オーディオ信号と、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音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オーディオ信号を再現するためのトランスデューサと、
   前記周囲のオーディオ音を示すリファレンス・マイクロホン信号を提供するためのリファレンス・マイクロホンと、
   前記トランスデューサの前記音響出力と、前記トランスデューサにおける前記周囲のオーディオ音とを示すエラー・マイクロホン信号を提供するための、前記トランスデューサの近傍に位置するエラー・マイクロホンと、
   処理回路であって、
   前記リスナーに聞こえる前記周囲のオーディオ音の存在を低減させるように、前記リファレンス・マイクロホン信号から前記アンチノイズ信号を生成する応答を有する適応フィルタと、
   前記エラー・マイクロホン信号中の前記周囲のオーディオ音を最小化するように、前記適応フィルタの前記応答を適応させることによって、前記エラー・マイクロホン信号及び前記リファレンス・マイクロホン信号に合わせて前記適応フィルタの前記応答を成形する係数制御ブロックと、
   前記ソース・オーディオ信号の周波数応答の範囲外の周波数範囲において前記係数制御ブロックの係数をゼロの方にバイアスする係数バイアス制御ブロックと、
   を実装する処理回路と、
   を備えるパーソナル・オーディオ機器。
2. 前記周波数範囲が、前記トランスデューサの周波数応答の範囲内で、かつ、前記周囲のオーディオ音の周波数応答の範囲内である、請求項１に記載のパーソナル・オーディオ機器。
3. 前記トランスデューサがステレオ・オーディオ・ヘッドセットと一体である、請求項１に記載のパーソナル・オーディオ機器。
4. 前記係数バイアス制御ブロックが、前記ソース・オーディオ信号の周波数コンテンツの上限に基づいて前記周波数範囲の下限を決定するために、前記ソース・オーディオ信号の周波数コンテンツを動的に追跡する、請求項１に記載のパーソナル・オーディオ機器。
5. 前記周波数範囲の前記上限が、前記トランスデューサの周波数応答の上限である、請求項４に記載のパーソナル・オーディオ機器。
6. 前記係数制御ブロックに、ノイズ信号と組み合わされた前記エラー・マイクロホン信号と、前記ノイズ信号と組み合わされた前記リファレンス・マイクロホン信号とに合わせて、前記適応フィルタの前記応答を成形させることによって、前記係数バイアス制御ブロックが、前記係数制御ブロックの係数をバイアスするように前記周波数範囲内の前記ノイズ信号を前記係数制御ブロックに注入する、請求項１に記載のパーソナル・オーディオ機器。
7. 前記係数制御ブロックの係数が最小２乗平均アルゴリズムにより更新する、請求項６に記載のパーソナル・オーディオ機器。
8. 前記係数バイアス制御ブロックが、
   ホワイト・ノイズ信号を生成するためのノイズ源と、
   前記ノイズ信号を生成するために前記周波数範囲内の前記ホワイト・ノイズ信号をフィルタするための帯域通過フィルタと、
   を備える、請求項６に記載のパーソナル・オーディオ機器。
9. パーソナル・オーディオ機器のトランスデューサの近傍の周囲のオーディオ音を消去するための方法であって、
   前記周囲のオーディオ音を示すリファレンス・マイクロホン信号を受信するステップと、
   前記トランスデューサの前記出力と、前記トランスデューサにおける前記周囲のオーディオ音とを示すエラー・マイクロホン信号を受信するステップと、
   前記エラー・マイクロホン信号中の前記周囲のオーディオ音を最小化するように、前記リファレンス・マイクロホンの出力をフィルタする適応フィルタの応答を適応させることによって、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音の影響を打ち消すアンチノイズ信号を、前記リファレンス・マイクロホン信号から適応的に生成するステップと、
   ソース・オーディオ信号の周波数応答の範囲外の周波数範囲において前記適応フィルタの前記応答を制御するための係数をゼロの方にバイアスするステップと、
   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ように、前記アンチノイズ信号を前記ソース・オーディオ信号と組み合わせるステップと、
   を含む方法。
10. 前記周波数範囲が、前記トランスデューサの周波数応答の範囲内で、かつ、前記周囲のオーディオ音の周波数応答の範囲内である、請求項９に記載の方法。
11. 前記トランスデューサがステレオ・オーディオ・ヘッドセットと一体である、請求項９に記載の方法。
12. 前記ソース・オーディオ信号の周波数コンテンツの上限に基づいて前記周波数範囲の下限を決定するために、前記ソース・オーディオ信号の周波数コンテンツを動的に追跡するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
13. 前記周波数範囲の前記上限が、前記トランスデューサの周波数応答の上限である、請求項１２に記載の方法。
14. ノイズ信号と組み合わされた前記エラー・マイクロホン信号と、前記ノイズ信号と組み合わされた前記リファレンス・マイクロホン信号とに合わせて、前記適応フィルタの前記応答を成形することによって、係数をバイアスするために前記周波数範囲内の前記ノイズ信号を注入するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
15. 係数が最小２乗平均アルゴリズムにより更新する、請求項１４に記載の方法。
16. ホワイト・ノイズ信号を生成するステップと、
    前記ノイズ信号を生成するために前記周波数範囲内の前記ホワイト・ノイズ信号を帯域通過フィルタするステップと、
    をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
17. パーソナル・オーディオ機器の少なくとも一部を実装するための集積回路であって、
    リスナーへの再生のためのソース・オーディオ信号と、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音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トランスデューサへ提供するための出力部と、
    前記周囲のオーディオ音を示すリファレンス・マイクロホン信号を受信するためのリファレンス・マイクロホン入力部と、
    前記トランスデューサの前記出力と、前記トランスデューサにおける前記周囲のオーディオ音とを示すエラー・マイクロホン信号を受信するためのエラー・マイクロホン入力部と、
    処理回路であって、
    前記リスナーに聞こえる前記周囲のオーディオ音の存在を低減させるように、前記リファレンス・マイクロホン信号から前記アンチノイズ信号を生成する応答を有する適応フィルタと、
    前記エラー・マイクロホン信号中の前記周囲のオーディオ音を最小化するように、前記適応フィルタの前記応答を適応させることによって、前記エラー・マイクロホン信号及び前記リファレンス・マイクロホン信号に合わせて前記適応フィルタの前記応答を成形する係数制御ブロックと、
    前記ソース・オーディオ信号の周波数応答の範囲外の周波数範囲において前記係数制御ブロックの係数をゼロの方にバイアスする係数バイアス制御ブロックと、
    を実装する処理回路と、
    を備える集積回路。
18. 前記周波数範囲が、前記トランスデューサの周波数応答の範囲内で、かつ、前記周囲のオーディオ音の周波数応答の範囲内である、請求項１７に記載の集積回路。
19. 前記トランスデューサがステレオ・オーディオ・ヘッドセットと一体である、請求項１７に記載の集積回路。
20. 前記係数バイアス制御ブロックが、前記ソース・オーディオ信号の周波数コンテンツの上限に基づいて前記周波数範囲の下限を決定するために、前記ソース・オーディオ信号の周波数コンテンツを動的に追跡する、請求項１７に記載の集積回路。
21. 前記周波数範囲の前記上限が、前記トランスデューサの周波数コンテンツの上限である、請求項２０に記載の集積回路。
22. 前記係数制御ブロックに、ノイズ信号と組み合わされた前記エラー・マイクロホン信号と、前記ノイズ信号と組み合わされた前記リファレンス・マイクロホン信号とに合わせて、前記適応フィルタの前記応答を成形させることによって、前記係数バイアス制御ブロックが、前記係数制御ブロックの係数をバイアスするように前記周波数範囲内の前記ノイズ信号を前記係数制御ブロックに注入する、請求項１７に記載の集積回路。
23. 前記係数制御ブロックの係数がフィルタードＸ（Filtered-X）最小２乗平均アルゴリズムにより更新する、請求項２２に記載の集積回路。
24. 前記係数バイアス制御ブロックが、
    ホワイト・ノイズ信号を生成するためのノイズ源と、
    前記ノイズ信号を生成するために前記周波数範囲内の前記ホワイト・ノイズ信号をフィルタするための帯域通過フィルタと、
    を備える、請求項２２に記載の集積回路。