JP7119210B2 - 能動ノイズ制御システムの自動較正 - Google Patents

Description

［関連出願］
本願は、米国仮特許出願番号第６２/７１３,６４３号、２０１８年８月２日出願、及び米国仮特許出願番号第６２/８５７,７５１号、２０１９年６月５日出願の優先権を主張する。両出願は、参照によりその全体がここに組み込まれる。

［技術分野］
本開示は、音響データの処理に関する。特に、本開示は、フィードバックに基づく能動ノイズ制御（Active Noise Control (ANC)）システムの較正に関する。

ヘッドホン及びイヤホン（又はカナル型（in－ear）ヘッドホン）のような音響装置の使用は、非常に一般的になってきている。このような音響装置は、本願明細書で「耳装置」と呼ばれ得る。幾つかの耳装置は、フィードバックに基づくＡＮＣシステムを実装可能である。ＡＮＣシステムは、不要な音を打ち消すよう特に設計された第２の音を追加することにより、本願明細書では「外乱（disturbance）」と呼ばれ得る不要な音を低減することができる。第２の音は、外乱の逆位相表現であってよい。現在展開されているＡＮＣシステムは、満足のいく性能を提供できるが、改良されたＡＮＣシステムを有する音響装置を提供することは有利であろう。

幾つかの開示される実装は、イヤホン又はヘッドホンのような耳装置のフィードバックに基づくノイズキャンセルシステムを較正する方法を含む。このような較正方法は、例えば、耳装置を製造する処理の部分として実施されてよい。

幾つかのこのような実装は、耳装置の測定された機械応答を取得するステップを含む。例えば、このような実装は、試験用治具から測定された機械応答を取得するステップを含んでよい。測定された機械応答は、スピーカドライバ及び耳装置マイクロフォンを含む耳装置の回路及び音響応答を含んでよい。幾つかのこのような実装は、参照機械応答値を取得するステップを含んでよい。参照機械応答値は、例えば、複数の耳装置の応答に基づいてよく、本願明細書に開示される方法に従う特定の耳装置の較正の前に取得されてよい。このような例は、参照機械応答値と測定された機械応答に対応する値との間の機械応答変異を決定するステップを含んでよい。

幾つかのこのような例は、耳装置の測定されたカプラ応答を取得するステップを含む。測定されたカプラ応答は、スピーカドライバに関連する回路及び音響応答を含む、スピーカドライバから試験用治具マイクロフォンまでの応答を含んでよい。幾つかのこのような例は、参照カプラ応答値を取得するステップを含んでよい。参照カプラ応答値は、本願明細書に開示される方法に従う特定の耳装置の較正の前に取得されてよい。このような例は、参照カプラ応答値と測定されたカプラ応答に対応する値との間のカプラ応答変異を決定するステップを含んでよい。

幾つかの実装は、機械応答変異及びカプラ応答変異に少なくとも部分的に基づき、耳装置のマイクロフォンの変異を補償するために、マイクロフォン信号利得補正係数を決定するステップを含んでよい。幾つかのこのような実装は、フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムのフィードバックループに入力される耳装置マイクロフォン信号に、マイクロフォン信号利得補正係数を適用するステップを含んでよい。

幾つかの開示される実装は、潜在的な利点を有する。幾つかの例では、耳装置の１つ以上のコンポーネントは、例えば許容波にないで変動する特性を有してよい。このようなコンポーネントは、スピーカドライバ及びマイクロフォンを含んでよい。このようなコンポーネントの変動をユニット毎に考慮することは、耳装置の提供するＡＮＣの量を向上できる。幾つかの実装は、耳装置毎に測定された変異を考慮する、耳装置のフィードバックに基づくノイズキャンセルシステムを較正する自動処理を提供し得る。幾つかのこのような実装は、各耳装置のスピーカドライバ、マイクロフォン、及び／又は他のコンポーネントのようなコンポーネントの測定された周波数依存変異を考慮することにより、耳装置のフィードバックに基づくノイズキャンセルシステムを較正するステップを含む。このような実装は、ＡＮＣが有向である周波数範囲全体を調整することを含む較正方法と比べて、利点をもたらすことができる。幾つかのこのような実装は、ＡＮＣシステムがその指定された動作許容範囲内で動作すること、及びこれらの許容範囲が最小化され又は縮小され得ることを保証し得る。

本願明細書に記載の主題の１つ以上の実装の詳細は、添付の図面及び以下の説明において説明される。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかになる。以下の図面の相対的寸法は縮尺通りに描かれないことがある。

一例によるＡＮＣシステムのブロックを示す。 本開示の種々の態様を実装可能な機器のコンポーネントの例を示すブロック図である。 図２に示したような機器により実行され得る方法の一例の概要を示すフロー図である。 一例によるＡＮＣシステム及び試験用治具のブロックを示す。 試験用治具に取り付けられる耳装置の一例を示す。

種々の図面において類似する番号および指示は、同様の要素示す。

以下の説明は、本開示の幾つかの新規な態様、および該新規な態様の実装され得るコンテキストの例を説明することを目的として、特定の実装を対象とする。しかしながら、本願明細書における教示は、種々の異なる方法で適用できる。例えば、種々の実装が特定の用途及び環境の観点で記載されるが、本願明細書の教示は,他の知られている用途及び環境に広く適用可能である。更に、記載される実装は、少なくとも部分的に、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、クラウドに基づくシステム、等のような種々の装置及びシステム内に実装されてよい。したがって、本開示の教示は、本願明細書に図示されたおよび／または記載された実装に限定されず、むしろ広範な適用可能性を有する。

種々の開示される実装は、ヘッドホン及びイヤホンのような耳装置の能動ノイズ制御（active noise control (ANC)）方法を含む。幾つかのこのような方法は、高忠実度ヘッドホン及びイヤホンの用途に適するフィードバックに基づくＡＮＣ方法である。これらの装置は、メディア音声入力信号を組み込む。

図１は、一例によるＡＮＣシステムのブロックを示す。幾つかのこのような実装によると、図１のブロックは、図２を参照して後述するような制御システムにより実装されてよい。制御システムは、耳装置の制御システムであってよく又はそれを含んでよい。例えば、図１のブロックは、特にＡＮＣ逆位相信号及びメディア出力信号を生成することを目的とする高速アナログ－デジタル（analog－to－digital (ADC)）及びデジタル－アナログ（digital－to－analog (DAC)）変換器を組み込むデジタル集積回路上に実装されてよい。しかしながら、他の例では、本願明細書に開示されるＡＮＣ方法は、他のハードウェア及び／又はソフトウェアにより実装されてよい。本例では、単一のヘッドホンのイヤカップまたは単一のイヤホンのような耳装置の単一の例のＡＮＣシステムのブロックのみが図１に示される。本例によると、耳装置の対応する例（例えば、反対側のいやカップ又は他方のイヤホン）は、同一のＡＮＣシステム１００を含む。

図１に示される大文字の変数は、それらの現れるブロックの伝達関数を表す。一方で、小文字の変数は、広帯域利得較正項を表す。機械ブロック１２０は、ドライバ１２５（これは、本願明細書で「スピーカ」又は「トランスデューサ」とも呼ばれてよい）と、本例では内部マイクロフォンであるマイクロフォン１３０とを含む。本例では、機械ブロック１２０は、図１に示されない、ドライバ１２５のためのデジタル－アナログ変換器（ＤＡＣ）及びマイクロフォン１３０のためのアナログ－デジタル変換器（ＡＤＣ）を含む関連する回路も含む。従って、機械応答（plant response）Ｐは、ＤＡＣ及びＡＤＣを含む、ドライバからマイクロフォンまでの電気－音響パスの応答を含む。

内部マイクロフォン１３０は、ドライバ１２５と耳装置を装着している人の耳との間の電気－音響パスにおける音圧を検知する。この電気－音響パスの中では、外乱ｄを中和するために音響ノイズキャンセルが通常適用される。

本実装によると、制御フィルタ１１５は、メディア入力１０５から来る信号、及び内部マイクロフォン１３０により提供されるフィードバック信号１３５を、スペクトル成形するよう構成される。制御フィルタ１１５の伝達関数Ｗは、このスペクトル成形を提供する。本例では、制御フィルタ１１５は、静的（非能動）制御フィルタである。しかしながら、他の実施形態では、制御フィルタ１１５は、適応型制御フィルタであってよい。

本例では、ＡＮＣシステム１００は、自身の入力としてメディア入力１０５を取り入れ、自身の出力を加算ブロック１１７へ向けるメディアフィルタ１１０を更に含む。本例では、メディア入力１０５がメディアフィルタ１１０に提供される前に、利得ｍがメディア入力１０５に提供される。メディアフィルタ１１０の伝達関数Ｂは、スペクトル成形を提供する。加算ブロック１１７は、制御フィルタ１１０及びメディアフィルタ１１０の出力を加算し、加算信号１１９をドライバ１２５に提供する。

このＡＮＣシステムにおける利点の２つの重要な形態がある。１つ目は除去（rejection）応答であり、外乱ｄから出力ｅへの伝達関数として測定される。このうち後者は、図１に要素１４０として示される。２つ目はメディア応答であり、メディア入力１０５から出力ｅへの伝達関数として測定される。

利点のうちの１つ目の形態の分析について、システムは、ドライバからの外乱（本例ではｄ’として参照される）の逆位相表現を環境からの実際の外乱ｄと加算することにより、音響キャンセルを達成する。十分に低い周波数では、ｄ＝ｄ’と想定できるが、より高い周波数では、この同一性は保証されない。従って、このようなフィードバックＡＮＣシステムは、音響チャネル内のノイズを減衰するそれらの能力の観点で、帯域制限される。ＡＮＣキャンセルのこの上限をキャンセル帯域と定義し、ｆ_ＢＷと呼ぶ。ｆ_ＢＷより高い周波数では、（高品質ヘッドホンのパディングにより提供できるような）受動的絶縁が、これらのより高い周波数において減衰を提供できる。

周波数に渡る環境雑音のほぼ均一な減衰を有することが望ましい。ここで、低周波数で（例えば、１ｋＨｚより低いｆ_ＢＷで）、ＡＮＣは、減衰の大部分を提供でき、ｆ_ＢＷより高い周波数では、受動減衰が外部雑音に対する減衰を提供できる。図１に示す例は、フィードバックに基づくシステムなので、フィードバックループを介して到来する信号１１９は、理想的に等しいが、ｆ_ＢＷより下では逆位相である。除去応答は、対数振幅特性、２０＊ｌｏｇ_１０（Ｈ_ｒｅｊ（ｊｗ））、単位デシベル（ｄＢ）で測定できる。Ｈ_ｒｅｊは以下の通り定義され得る：

式１で、ｇは、（図１に示されるような）マイクロフォン１３０からの信号１３５に適用される利得を表し、Ｐは、機械ブロック１２０の伝達関数を表す。利得ｇは、マイクロフォン１３０の感度の変異を保証することに関連する利得であると考えられてよい。Ｗ’は、以下のように表すことができる：
Ｗ’＝ｔＷ 式２
式２で、ｔは、（図１に示されるような）制御フィルタ１１５に適用される利得を表す。利得ｔは、スピーカドライバ１２５の変異を補償するための制御フィルタ利得値であると考えられてよい。Ｗは、制御フィルタ１１５の伝達関数を表す。

除去の量を最大化することが望ましいので、Ｈ_ｒｅｊを最大減衰に向けて駆動するために、利得係数ｇが実行可能な限り開ループ応答ＰＷ’を引き上げることが望ましい。しかしながら、１つの制約は、任意の複素周波数でｒｅ｛ｇＰＷ’｝＝－１の場合、システムは不安定になることである。複素周波数領域の開ループ応答の安定性を保証するために、ｇＰＷ’＞－１．０＋０ｊ、ｊ＝√（－１）、であることが重要である。複素開ループ応答に対してナイキスト（Nyquist）分析を実行することにより、安定性を分析できる。ここでは、制御フィルタ係数Ｗ’及び機械応答Ｐの測定が必要なだけである。Ｗは、制御フィルタ１１５の伝達関数であり、望ましくは、ドライバ１２５の後に、音響信号加算結合において、逆位相信号が存在するよう設計される。これは、目的関数ＰＷ＝－１に向けてＷを設計することにより実現され得る。従って、Ｗは、理想的には、Ｐの大きさの逆数であるが、ｆＢＷより上のループクロージャ（loop closure）を達成するために適用される低域通過応答を有する。

特にメディアパスに適用される振幅応答である２つ目の形態の分析では、例えば以下のように代数の方法で、メディア応答Ｈ_ｍを表すことができる：

式３で、Ｂは、メディア音声のドライバへの直接通過のための高域通過フィルタを表す。Ｈ_{ｐａｓｓｔｈｒｕ}は、メディアフィルタ１１０及び機械ブロック１２０を含むパスに沿った応答を表す。一方、Ｈ_{ｃｌｏｓｅｄ＿ｌｏｏｐ}は、制御フィルタ１１５及び機械ブロック１２０を含むパスに沿った応答を表す。Ｂ及びＡＮＣ閉ループ応答Ｈ_{ｃｌｏｓｅｄ＿ｌｏｏｐ}との組み合わせは、本例においてメディア信号に適用される全体応答を提供する。

多くの例において、Ｈ_ｍの閉ループ応答部分は、低周波数におけるノイズを取り消すために機能するだけなので、幾つかの例によると、Ｗ、制御フィルタ１１５の伝達関数は、一般に、低域通過であるよう設計されてよい。このような例では、Ｈ_{ｃｌｏｓｅｄ＿ｌｏｏｐ}も低域通過であり得る。従って、幾つかのこのような例によると、Ｂは、低域通過Ｈ_{ｃｌｏｓｅｄ＿ｌｏｏｐ}応答に対して補足的高域通過として機能するよう設計されてよい。その結果、Ｈ_ｍは、メディアパス信号に適用されるとき、ほぼ平坦な周波数応答を有する。幾つかのこのような実装では、メディアパスの目標応答から除去したい残りの平坦ではない特徴は、メディアパスにのみ追加のアップストリームフィルタを適用することにより解決され得る。このアップストリームフィルタは、Ｈ_ｍの中の平坦ではない応答を補償する。

本開示の幾つかの新規な態様は、図１の利得値ｔ、ｇ、及びｍの計算に関連する。本願明細書の文脈では、ｔ、ｇ、及びｍは、全部、対数値に基づく。ｔの対数値は、それらのスケーリングする音響サンプルに適用される前に、式ｔ_ｌｉｎ＝１０^ｔ／２０により、線形値に変換され得る。利得ｇ及びｍの対数値は、対応する式により線形値に変換されてよい。

ループ利得ｇ及びｔの主な機能は、（１）安定性を保ちながらキャンセル性能を最大化すること、及び（２）製造された耳装置ユニットに渡るコンポーネントの変異を補償すること、である。発明者らは、幾つかの例では、このようなコンポーネントが最大で６ｄＢもの全体的変異をもたらし得ることに気付いた。発明者らは、ＡＮＣに影響する最も大きな量の変異を有する２つのコンポーネントが、ドライバ１２５及びマイクロフォン１３０であると判断した。幾つかの開示される実装によると、較正手順は、耳装置（例えば、ヘッドホン）に渡るユニット毎の変異を補償するために、製造過程の間に利得ｇ及びｔを設定する。

幾つかのこのような例によると、較正時に製造中の耳装置毎に、機械応答ｐ（ｎ）が測定される。本願明細書で使用されるとき、用語「機械応答（plant response）」は、ＡＤＣ、ＤＡＣ、及び当該パスの中の任意の追加の付随回路を含むドライバからマイクロフォンまでの応答を表す。幾つかのこのような例では、カプラ応答ｃ（ｎ）も測定される。本願明細書で使用されるとき、用語「カプラ応答（coupler response）」は、ドライバ（ＤＡＣを含む）から試験用治具マイクロフォンまでの応答を表す。幾つかの例では、カプラ応答は、後述する試験用治具のような試験用治具に耳装置を取り付けることにより取得されてよい。試験用治具マイクロフォンは、耳ユニット毎に変化しないので、試験用治具マイク基準点として機能する。幾つかの例では、分析は、周波数領域で実行されてよい。

図２は、本開示の種々の態様を実装可能な機器のコンポーネントの例を示すブロック図である。幾つかの実装では、機器２００は、例えば製造過程の間に、耳装置を較正する処理の間に使用されるコンピュータであってよく又はそれを含んでよい。本例では、機器２００は、インタフェースシステム２０５および制御システム２１０を含む。インタフェースシステム２０５は、１つ以上のネットワークインタフェース、及び／又は１つ以上の外部装置インタフェース（例えば、１つ以上のＵＳＢ（universal serial bus）インタフェース）を含んでよい。幾つかの例では、インタフェースシステム２０５は、制御システム２１０とメモリシステム、例えば図２に示される任意的メモリシステム２１５との間の１つ以上のインタフェースを含んでよい。しかしながら、制御システム２１０は、メモリシステムを含んでよい。

制御システム２１０は、例えば、汎用の単一または複数チッププロセッサ、デジタル信号プロセッサ（DSP）、特定用途向け集積回路（ASIC）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）、又は他のプログラマブル論理素子、個別ゲートまたはトランジスタロジック、および／または個別ハードウェアコンポーネント、を含んでよい。幾つかの実装では、制御システム２１０は、本願明細書に開示した方法を少なくとも部分的に実行可能であってよい。

本願明細書に記載の方法のうちの一部または全部は、１つ以上の非一時的媒体に記憶された命令（例えば、ソフトウェア）に従い１つ以上の装置により実行されてよい。このような非一時的媒体は、ランダムアクセスメモリ（RAM）、読み出し専用メモリ（ROM）、等を含むがこれらに限定されない、本願明細書に記載のようなメモリ装置を含んでよい。１つ以上の非一時的媒体は、例えば、図２に示される任意的メモリシステム２１５内に、及び／又は制御システム２１０内に、存在してよい。したがって、本開示に記載された主題の種々の新規な態様は、ソフトウェアを記憶された１つ以上の非一時的媒体に実装されてよい。ソフトウェアは、例えば、オーディオデータを処理するよう少なくとも１つの装置を制御するための命令を含んでよい。ソフトウェアは、例えば、図２の制御システム２１０のような制御システムの１つ以上のコンポーネントにより実行可能であってよい。

図３は、図２に示したような機器により実行され得る方法の一例の概要を示すフロー図である。方法３００のブロックは、本願明細書に記載の他の方法度同様に、必ずしも示された順序で実行されない。さらに、このような方法は、図示及び／又は記載のものより多数または少数のブロックを含んでよい。

本例では、ブロック３０５は、耳装置の測定された機械応答を取得するステップを含む。耳装置は、例えば、イヤホン又はヘッドホンであってよい。ここで、測定された機械応答は、スピーカドライバから耳装置マイクロフォンまでの応答を含む。測定された機械応答は、スピーカドライバ及び耳装置マイクロフォンを含む耳装置の回路及び音響応答を含んでよい。ブロック３０５は、例えば、制御システム（例えば、図２の制御システム２１０）が、インタフェースシステム（例えば、図２のインタフェースシステム２０５）を介して測定された機械応答を受信するステップを含んでよい。幾つかの例では、ブロック３０５は、メモリから測定された機械応答を取得するステップを含んでよい。幾つかの例では、ブロック３０５は、試験用治具マイクロフォンから測定された機械応答を取得するステップを含んでよい。

本例によると、ブロック３１０は、（例えば、インタフェースシステムを介して）参照機械応答値を取得するステップを含む。幾つかの例では、ブロック３１０は、メモリから参照機械応答値を取得するステップを含んでよい。参照機械応答値は、例えば、複数の耳装置の測定された機械応答に基づく平均機械応答値であってよい。平均機械応答値は、幾つかの例では、方法３００の処理の前に計算され又は決定されてよい。

本実装では、ブロック３１５は、（例えば、制御システムにより）参照機械応答値と測定された機械応答に対応する値との間の機械応答変異を決定するステップを含む。幾つかのこのような例では、ブロック３１５（又は方法３００の別の部分）は、参照機械応答値と測定された機械応答に対応する値との間の差を計算するステップを含んでよい。

幾つかの実装では、ブロック３１５は、周波数領域で計算を実行するステップを含んでよい。幾つかのこのような実装では、測定された機械応答に対応する値は、時間領域で測定された機械応答の周波数領域表現であってよい。例えば、測定された機械応答に対応する値は、上述の機械応答ｐ（ｎ）のフーリエ変換であってよい。

本例によると、ブロック３２０は、耳装置の測定されたカプラ応答を取得するステップを含む。測定されたカプラ応答は、スピーカドライバから試験用治具マイクロフォンまでの応答を含んでよい。従って、測定されたカプラ応答は、スピーカドライバに関連する回路及び音響応答を含んでよい。幾つかの例では、ブロック３２０は、メモリから測定されたカプラ応答を取得するステップを含んでよい。一方、幾つかの例では、ブロック３２０は、試験用治具マイクロフォンから測定されたカプラ応答を取得するステップを含んでよい。

本実装では、ブロック３２５は、参照カプラ応答値を取得するステップを含む。幾つかの例では、ブロック３２５は、メモリから参照カプラ応答値を取得するステップを含んでよい。参照カプラ応答値は、例えば、複数の耳装置の測定されたカプラ応答に基づく平均カプラ応答値であってよい。平均カプラ応答値は、幾つかの例では、方法３００の処理の前に計算され又は決定されてよい。

本実装によると、ブロック３３０は、（例えば、制御システムにより）参照カプラ応答値と測定されたカプラ応答に対応する値との間のカプラ応答変異を決定するステップを含む。幾つかのこのような例では、ブロック３３０（又は方法３００の別の部分）は、参照カプラ応答値と測定されたカプラ応答に対応する値との間の差を計算するステップを含んでよい。幾つかの実装では、ブロック３３０は、周波数領域で計算を実行するステップを含んでよい。幾つかのこのような実装では、測定されたカプラ応答に対応する値は、時間領域で測定されたカプラ応答の周波数領域表現であってよい。例えば、測定されたカプラ応答に対応する値は、上述のカプラ応答ｃ（ｎ）のフーリエ変換であってよい。

本例によると、ブロック３３５は、機械応答変異及びカプラ応答変異に少なくとも部分的に基づき、耳装置のマイクロフォンの変異を補償するために、マイクロフォン信号利得補正係数を決定するステップを含む。幾つかの例が以下に与えられる。本開示では、較正中の耳装置のマイクロフォンにおける変異の結果として適用されるべき利得相関係数は、ｇ（ｉ）として又は単にｇとして表されてよい。本実装では、ブロック３４０は、フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムのフィードバックループに入力される耳装置マイクロフォン信号に、マイクロフォン信号利得補正係数を適用するステップを含む。

幾つかの例では、方法３００は、機械応答に対応する値、及びマイクロフォン信号利得相関係数に少なくとも部分的に基づき、制御フィルタ利得値を決定するステップを含んでよい。制御フィルタ利得値は、本願明細書では、ｔ（ｉ）として又は単にｔとして表されてよい。幾つかのこのような方法は、フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムの制御フィルタに入力される音響信号に、制御フィルタ利得値を適用するステップを含んでよい。

幾つかの開示される方法では、制御フィルタ利得を決定するステップは、複数の耳装置についての機械応答及びフィードバックループ利得値に対応する複数のデータ点に適合する線形曲線を決定するステップを含んでよい。幾つかの例では、適合する曲線は、適合する線形曲線であってよい。例えば、制御フィルタ利得値を決定するステップは、機械応答に対応する値をスケーリング係数により乗算し、バイアス値を加算するステップを含んでよい。スケーリング係数は、適合する線形曲線に対応する直線の勾配に対応してよい。バイアス値は、該直線のｙ切片（y intercept）に対応してよい。

図４は、一例によるＡＮＣシステム及び試験用治具のブロックを示す。本例では、図４のシステム４００は、図１に示したものと同じ要素を含み、試験用治具４０５を追加で備える。ここで、試験用治具４０５は、試験用治具マイクロフォン４１０を含む。従って、図４は、耳装置の測定されたカプラ応答ｃ（ｎ）を決定するために使用され得るシステムの一例を提供する。本例では、測定されたカプラ応答ｃ（ｎ）は、スピーカドライバ１２５に関連する回路及び音響応答を含む、スピーカドライバ１２５から試験用治具マイクロフォンへ４１０までの応答を含む。幾つかの例では、上述の測定されたカプラ応答に対応する値は、測定されたカプラ応答ｃのフーリエ変換であってよく、例えば以下である：
Ｃ＝ＦＦＴ｛ｃ｝ 式４
式４で、Ｃは図１及び４に示したカプラ応答を表す。同様に、上述の測定された機械応答に対応する値は、測定された機械応答ｐのフーリエ変換であってよく、例えば以下である：
Ｐ＝ＦＦＴ｛ｐ｝ 式５
式５で、Ｐは図１及び４に示した機械応答を表す。本例では、ｐ及びｃの両方は、最小位相特性を有する時間領域のインパルス応答波形である。

図５は、試験用治具に取り付けられる耳装置の一例を示す。本例では、耳装置５００はヘッドホンである。図５に示す例では、イヤカップ５０２ａは、試験用治具４０５のマウント５０５ａに位置付けられ、イヤカップ５０２ｂは試験用治具４０５のマウント５０５ｂに位置付けられる。マウント５０５ａ及び５０５ｂは、イヤカップ５０５ａ及び５０２ｂが試験用治具４０５に取り付けられる領域の周辺の音響漏れを最小化するよう設計されてよい。本例では、ヘッドホン５００は、ヘッドホン５００と試験用治具４０５との間の漏れを低減するようパッドが入っている。本実装によると、試験用治具４０５は、イヤカップ毎にマイクロフォンを有し、マウント５０５ａはマイクロフォン４１０ａを有し、マウント５０５ｂはマイクロフォン４１０ｂを有する。本例では、マイクロフォン４１０ａは、左マイクロフォン治具信号５１５ａを送信するよう示され、マイクロフォン４１０ｂは、右マイクロフォン治具信号５１５ｂを送信するよう示される。従って、マイクロフォン４１０ａ及び４１０ｂは、上述のカプラ応答ｃを取得するために使用され得る。

上述のように、幾つかの例では、参照機械応答値は、複数の耳装置について測定された機械応答（例えば、試験用治具４０５のような試験用治具により測定された機械応答）に基づく平均機械応答値であってよい。幾つかのこのような例によると、参照機械応答値は、以下のように決定されてよい：

式６で、Ｐ_ｍｅａｎは平均機械応答値を表し、Ｎ_{ｕｎｉｔｓ}は平均を計算する際に考慮される耳装置のユニットの数を表し、ｋは周波数を表し、ｈｉＦｒｅｑ及びｌｏｗＦｒｅｑは、平均を計算する際に考慮される周波数範囲限度を表す。ｈｉＦｒｅｑ及びｌｏｗＦｒｅｑの値は、通常、ｆ_ＢＷより下の周波数範囲内にあり、異なる因子、例えばＰのピーク応答、最大ノイズキャンセルのユニット及び／又は領域（例えば周波数帯）に渡る最小（又は最大）変異、の数に従い設定されてよい。一実施形態では、ｌｏｗＦｒｅｑは５００Ｈｚであり、ｈｉＦｒｅｑは１０００Ｈｚである。しかしながら、これらは単なる例である。他の実装では、ｌｏｗＦｒｅｑ及び／又はｈｉＦｒｅｑは異なる値を有してよい。

幾つかのこのような例によると、参照カプラ応答値は、同様の方法で決定されてよく、例えば以下の通りである：

式７で、Ｃ_ｍｅａｎは、平均カプラ応答値を表す。Ｐ_ｍｅａｎ及びＣ_ｍｅａｎの計算は、望ましくは、本願明細書に開示されるような較正処理の開始前に行われる。Ｐ_ｍｅａｎ及びＣ_ｍｅａｎの値は、計算手順の間に読み出されるために、コンピュータファイル又はメモリ位置に格納されてよい。

上述のように、幾つかの実装では、試験用治具マイクロフォンは、較正中の耳装置の個々のユニットに渡り変化しない。従って、機械応答の変異のうちのどれ位が較正中の耳装置の内部マイクロフォンの特性に起因するか、これは幾つかの実装ではｇの値により解決できる、及び、幾つかの実装ではｔの値により解決できるどれ位が較正中の耳装置のドライバの特性に起因するか、を分離するためにこの不変の情報を使用できる。幾つかのこのような例では、カプラ応答はドライバ内の変異の関数としてのみ変動するので、幾つかの実装では、ｈｉＦｒｅｑとｌｏｗＦｒｅｑとの間のカプラ及び機械エネルギの平均からの変異が先ず計算されてよく、例えば以下の通りである：
Ｃ（ｉ）_ｖ＝Ｃ_{ｒａｎｇｅ}（ｉ）－Ｃ_ｍｅａｎ 式８
Ｐ（ｉ）_ｖ＝Ｐ_{ｒａｎｇｅ}（ｉ）－Ｐ_ｍｅａｎ 式９
式８及び９で、Ｃ_ｍｅａｎ及びＰ_ｍｅａｎは式６及び７に従い決定されてよく、インデックスｉは、現在較正中のヘッドホン（又は他の耳装置）のユニットインデックスを表す。従って、式８で、Ｃ（ｉ）は、試験用治具で測定されたレベルの、現在較正中のヘッドホン（又は他の耳装置）の平均（Ｃ_ｍｅａｎ）からの変異を表す。同様に、式９で、Ｐ（ｉ）は、マイクロフォンにおけるレベルの、現在較正中のヘッドホン（又は他の耳装置）の平均（Ｐ_ｍｅａｎ）からの変異を表す。

幾つかの例では、式８は次式のように決定されてよい：

幾つかの実装では、式９のＰ_{ｒａｎｇｅ}（ｉ）は次式のように決定されてよい：

幾つかのこのような実装によると、Ｃ（ｉ）_ｖ及びＰ（ｉ）_ｖを決定した後に、較正中の耳装置のマイクロフォンの変異の結果として適用されるべき利得補正係数ｇ（ｉ）が以下のように決定されてよい：
ｇ（ｉ）＝Ｃ（ｉ）_ｖ－Ｐ（ｉ）_ｖ 式１２
幾つかのこのような実装では、利得補正係数ｇ（ｉ）を決定した後に、較正中の耳装置のドライバの変異の結果として適用されるべき利得補正係数ｔ（ｉ）は、複数の耳装置についての機械応答及びフィードバックループ利得値に対応する複数のデータ点の適合する曲線（curve fit）に従い決定されてよい。１つのこのような例では、利得補正係数ｔ（ｉ）は、このようなデータ点の線形曲線適合に従い決定されてよく、例えば以下の通りである：
ｔ（ｉ）＝Ｂｉａｓ＋Ｓｃａｌｅ・Ｐ（ｉ）－ｇ（ｉ）_ｖ 式１３
式１３は、ｙ＝ｂ＋ｍｘの形式であり、勾配ｍ及び切片ｂを有する直線の式である。従って、式１３で、Ｂｉａｓは、直線のｙ切片に対応するバイアス値を表し、Ｓｃａｌｅは直線の勾配を表す。従って、本例では、Ｂｉａｓ及びＳｃａｌｅは、耳装置の個体群に基づき計算され、結果として、全ユニットに渡る目標の所望のループ利得を生じた。式１３は、全ての製造されたユニットに渡る全体的な、キャンセル性能と安定性との間のトレードオフを制御する得手段を表す。

幾つかの実装では、同様の計算が、メディアパスフィルタＢの所望の利得ｍを設定するために実行されてよい。しかしながら、この場合、周波数範囲は、通常、ｆ_ＢＷより上であり、より広い周波数範囲をカバーしてよい。従って、以上で言及された測定された機械応答、参照機械応答値、測定されたカプラ応答、及び参照カプラ応答値は、全て、フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムの第１周波数範囲について決定される。第１周波数範囲は、フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムのキャンセル帯域幅に対応してよい。幾つかの開示される方法は、第１周波数範囲より高い第２周波数範囲について、高周波数機械応答を決定するステップを含む。

幾つかのこのような方法は、参照高周波数機械応答値を取得するステップと、参照高周波数機械応答値と高周波数機械応答に対応する値との間の高周波数機械応答変異を決定するステップと、を含んでよい。このような方法は、高周波数機械応答変異に基づき、フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムのメディアパスのメディアパス利得値を決定するステップを含んでよい。

幾つかのこのような例によると、この高周波数範囲の参照機械応答値Ｐ_{ＨＦ＿ｍｅａｎ}は、以下のように決定されてよい：

式１４は式６と類似することが分かる。Ｐ_{ＨＦ＿ｍｅａｎ}を取得する処理は、式６に関して上述したものと並列であってよい。しかしながら、式１４で、ｍＨｉＦｒｅｑ及びｍＬｏｗＦｒｅｑは、ｆ_ＢＷより上の周波数範囲の高周波数及び低周波数を表す。幾つかの実装では、ｍＨｉＦｒｅｑ及びｍＬｏｗＦｒｅｑは、上述のｈｉＦｒｅｑ及びｌｏｗＦｒｅｑより遙かに高くてよい。例えば、ｍＨｉＦｒｅｑ及びｍＬｏｗＦｒｅｑは、ｋＨｚの範囲にあってよい。一実施形態では、ｍＬｏｗＦｒｅｑは５ｋＨｚであり、ｍＨｉＦｒｅｑは１０ｋＨｚであってよい。しかしながら、これらは単なる例である。他の実装では、ｍＬｏｗＦｒｅｑ及び／又はｍＨｉＦｒｅｑは異なる値を有してよい。

幾つかの例では、この高周波数範囲における特定のユニットの機械応答値Ｐ_ＨＦ（ｉ）は、以下のように決定されてよい：

式１５は式１１と類似することが分かる。幾つかのこのような実装では、この高周波数範囲における機械エネルギの平均からの変異Ｐ（ｉ）_ＨＦ＿ｖは、以下のように決定されてよい：
Ｐ（ｉ）_ＨＦ＿ｖ＝Ｐ_ＨＦ（ｉ）－Ｐ_{ＨＦ＿ｍｅａｎ} 式１６
幾つかのこのような例によると、メディアパスフィルタＢの所望の利得ｍ（ｉ）は、以下のように決定されてよい：
ｍ（ｉ）＝Ｐ（ｉ）_ＨＦ＿ｖ 式１７
本例では、ｍＨｉＦｒｅｑ及びｍＬｏｗＦｒｅｑがｆ_ＢＷより遙かに上であると想定されるので、カプラ応答はｍ（ｉ）の計算には影響しないことに留意する。上述の方法に従いｇ、ｔ、及びｍを設定することは、ＡＮＣシステムがその指定された動作許容範囲内で動作すること、及びこれらの許容範囲が最小化され又は縮小され得ることを保証し得る。

本開示に記載の実装に対する種々の変更は、当業者に直ちに明らかであってよい。本願明細書で定められた一般的な原理は、本開示の範囲から逸脱することなく他の実装に適用されてよい。したがって、請求の範囲は、本願明細書で示された実装を限定することを意図せず、本開示、本願明細書に開示された原理および新規な特徴と整合する最も広い範囲と考えられる。

Claims (11)

1. スピーカドライバと内部マイクロフォンを有する耳装置のフィードバックに基づくノイズキャンセルシステムを較正する方法であって、前記内部マイクロフォンは、前記スピーカドライバと前記耳装置を装着する人の耳との間の電気－音響パスにおける音圧を検知し、
   前記ノイズキャンセルシステムは、
   フィードバックループと、
   前記耳装置の入力音響信号と前記フィードバックループへの入力である前記内部マイクロフォンからのフィードバック信号とをスペクトル成形する制御フィルタと、
   前記耳装置の前記入力音響信号をスペクトル成形するメディアフィルタと、
   前記制御フィルタ及び前記メディアフィルタの出力を加算し、加算信号を前記スピーカドライバへ提供する加算ブロックと、
   を含み、
   前記方法は、
   前記耳装置の測定された機械応答Ｐを取得するステップであって、前記測定された機械応答Ｐは、前記スピーカドライバから前記内部マイクロフォンまでの応答を含み、前記測定された機械応答Ｐは、前記スピーカドライバ及び前記内部マイクロフォンを含む前記耳装置の回路及び音響応答を含む、ステップと、
   参照機械応答値を取得するステップと、
   前記参照機械応答値と前記測定された機械応答Ｐに対応する値との間の機械応答変異を決定するステップと、
   前記耳装置の測定されたカプラ応答を取得するステップであって、前記測定されたカプラ応答は、前記スピーカドライバから試験用治具マイクロフォンまでの応答を含み、前記測定されたカプラ応答は、前記スピーカドライバに関連する回路及び音響応答を含む、ステップと、
   参照カプラ応答値を取得するステップと、
   前記参照カプラ応答値と前記測定されたカプラ応答に対応する値との間のカプラ応答変異を決定するステップと、
   前記機械応答変異及び前記カプラ応答変異に少なくとも部分的に基づき、マイクロフォン信号利得相関係数ｇを決定するステップと、
   前記マイクロフォン信号利得相関係数ｇを、前記フィードバックループに入力される前記内部マイクロフォンからの信号に適用される利得として設定するステップと、
   前記測定された機械応答Ｐ及び前記マイクロフォン信号利得相関係数ｇに少なくとも部分的に基づき、前記スピーカドライバの変異を補償するために、制御フィルタ利得値ｔを決定するステップと、
   前記制御フィルタ利得値ｔを、前記制御フィルタへの音響信号入力に適用される利得として設定するステップと、
   を含む方法。
2. 前記制御フィルタ利得値を決定するステップは、前記測定された機械応答に対応する前記値をスケーリング係数により乗算し、バイアス値を加算するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記スケーリング係数は、複数の耳装置についての機械応答及びフィードバックループ利得値に対応する複数のデータ点に適合する線形曲線の勾配に対応する、請求項２に記載の方法。
4. 前記測定された機械応答Ｐ、前記参照機械応答値、前記測定されたカプラ応答、及び前記参照カプラ応答値は、全て、前記フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムの第１周波数範囲について決定され、
   前記方法は、
   前記ノイズキャンセルシステムの第２周波数範囲について、測定された機械応答Ｐ_ＨＦを取得するステップと、
   前記第２周波数範囲の参照機械応答値を取得するステップと、
   前記第２周波数範囲について、前記第２周波数範囲の前記参照機械応答値と前記第２周波数範囲の前記測定された機械応答Ｐ_ＨＦに対応する値との間の機械応答変異を決定するステップと、
   前記第２周波数範囲の前記機械応答に基づき、メディアパス利得値ｍを決定するステップと、
   前記メディアパス利得値ｍを、前記メディアフィルタに入力される音響信号に適用されるべき利得として設定するステップと、
   を更に含み、前記第２周波数範囲は前記第１周波数範囲より高い、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第１周波数範囲の上限は、前記フィードバックに基づくノイズキャンセルシステムのキャンセル帯域幅に対応する、請求項４に記載の方法。
6. 前記参照機械応答値は、複数の耳装置の測定された機械応答に基づく平均機械応答値を含み、前記参照カプラ応答値は、複数の耳装置の測定されたカプラ応答に基づく平均カプラ応答値を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記測定された機械応答Ｐに対応する前記値は、時間領域で測定されたインパルス応答の周波数変換として決定され、前記測定されたカプラ応答に対応する前記値は、時間領域で測定されたインパルス応答の周波数変換として決定される、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記耳装置は、イヤホン又はヘッドホンである、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記スピーカドライバに関連する回路は、前記スピーカドライバのためのデジタル－アナログ変換器を含み、前記マイクロフォンに関連する回路は、前記マイクロフォンのためのアナログ－デジタル変換器を含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の方法を実行するよう構成される、耳装置のフィードバックに基づくノイズキャンセルシステムを較正するシステム。
11. ソフトウェアを記憶している１つ以上の非一時的媒体であって、前記ソフトウェアは、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法を実行するよう１つ以上の装置を制御するための命令を含む、非一時的媒体。

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