KR101625361B1 - 액티브 오디오 잡음 소거 - Google Patents

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Abstract

잡음 소거 시스템은, 오디오 환경에서, 캡처된 신호를 발생시키는 마이크로폰(103) 및 사운드 소거 오디오 신호를 방출하는 사운드 변환기(101)를 포함한다. 마이크로폰(103)으로부터 사운드 변환기(101)에 이르는 피드백 경로(109)는 비적응형 소거 필터(115) 및 가변 이득(117)을 포함하고, 캡처된 신호를 수신하고, 사운드 변환기(101)에 대한 구동 신호를 발생시킨다. 이득 검출기는 피드백 루프의 2차 경로의 적어도 일부에 대한 2차 경로 이득을 결정한다. 2차 경로는 마이크로폰(103), 사운드 변환기(101) 및 그들 사이의 음향 경로를 포함할 수도 있지만, 비적응형 소거 필터(115) 또는 가변 이득(117)을 포함하지는 않는다. 이득 제어기(121)는 2차 경로 이득에 응답하여 가변 이득(117)의 이득을 조정한다. 시스템은 간단한 이득 추정을 사용하고, 개선된 안전성 및 잡음 소거 성능을 제공하기 위해 2차 경로에서의 변동들을 효과적으로 보상하도록 제어한다.

Description

액티브 오디오 잡음 소거{ACTIVE AUDIO NOISE CANCELLING}
본 발명은 오디오 잡음 소거 시스템에 관한 것으로, 특히, 비 배타적으로는 해드폰들을 위한 액티브 오디오 잡음 소거 시스템에 관한 것이다.
액티브 잡음 소거(active noise cancelling)는 원하지 않는 사운드가 사용자들에 의해 감지되는 많은 오디오 환경들에서 점점 더 인기를 끌고 있다. 예를 들어, 액티브 잡음 소거 기능성을 포함하는 헤드폰들이 인기를 끌고 있고, 시끄러운 작업 현장들, 비행기들 및 사람이 조작하는 시끄러운 장비와 같은 많은 오디오 환경들에서 종종 사용된다.
액티브 잡음 소거 헤드폰들 및 유사한 시스템들은 (예를 들어, 귀 주변의 이어폰들에 의해 생성되는 음향 볼륨 내에서) 일반적으로 사용자들의 귀와 가까운 오디오 환경을 감지하는 마이크로폰에 기초한다. 잡음 소거 신호는 이어서 결과적인 사운드 레벨을 감소시키기 위해서 오디오 환경으로 방출된다. 구체적으로, 잡음 소거 신호는 마이크로폰에 도달하는 사운드파의 반대 위상을 갖는 신호를 제공하려고 함으로써, 결과적으로 오디오 환경에서 잡음을 적어도 부분적으로 소거하는 상쇄 간섭(destructive interference)을 발생시킨다. 일반적으로, 액티브 잡음 소거 시스템은 잡음 및 잡음 소거 신호 모두가 존재할 때 마이크로폰에 의해 측정된 오디오 신호에 기초하여 사운드 소거 신호를 발생시키는 피드백 루프를 구현한다.
이러한 잡음 소거 루프들의 성능은 피드백 루프의 일부로서 구현되는 소거 필터에 의해 제어된다. 소거 필터는 최적의 잡음 소거 효과가 달성될 수 있도록 설계되어 왔다. 소거 필터를 설계하기 위한 다양한 알고리즘들 및 방식들이 공지되어 있다. 예를 들어, 켑스트럴 도메인(Cepstral domain)에 기초한 소거 필터를 설계하기 위한 방식이 IEEE 신호 처리 서한, 2007년 4월, 14(4):225 내지 227의 제이.라로쉐에 의한 "켑스트럴 도메인에서의 최적의 제약-기반 루프-형성"에 기술되어 있다.
그러나, 피드백 루프는 기본적으로 무한 임펄스 응답(IIR) 필터를 나타내기 때문에, 소거 필터의 설계는 피드백 루프가 안정되도록 하기 위한 요건에 의해 제약된다. 전체 폐쇄 루프 필터의 안정성은, 전체 폐쇄 루프 전달 함수가 0≤θ<2π에 대해 z=exp(jθ)에 대한 복소 평면에서 지점 z=-1을 둘러싸지 않을 것을 요구하는 나이퀴스트 안정성 이론(Nyquist' stability theorem)을 사용함으로써 보장된다.
그러나, 소거 필터는 고정된 비-적응형 필터가 되는 경향이 있는 반면에, 복잡도를 감소시키고 설계 처리를 간단하게 하기 위해서, 피드백 루프의 일부분들의 전달 함수들은 실질적으로 가변하는 경향이 있다. 구체적으로, 피드백 루프는 아날로그-디지털 및 디지털-아날로그 컨버터들, 안티-앨리어싱 필터들(anti-aliasing filgers), 전력 증폭기, 라우드스피커, 마이크로폰 및 라우드스피커로부터 에러 마이크로폰으로의 음향 경로의 전달 함수의 응답을 포함한 소거 필터와는 다른 루프 요소들을 나타내는 2차 경로를 포함한다. 2차 경로의 전달 함수는 실질적으로 헤드폰들의 현재 설정의 기능에 따라 가변한다. 예를 들어, 2차 경로의 전달 함수는 실질적으로 헤드폰들이 통상의 조작 구성으로 되어 있는지(즉, 사용자가 쓰고 있는지), 사용자가 쓰고 있지 않은지, 사용자의 머리 쪽으로 눌려져 있는지 등에 의존하여 변경될 수도 있다.
피드백 루프는 모든 시나리오들에서 안정해야 하기 때문에, 소거 필터는 2차 경로의 모든 상이한 가능한 전달 함수들에 대한 안정성을 보장해야 함으로써 제약을 받게 된다. 따라서, 소거 필터의 설계는 2차 경로의 전달 함수에 대한 최악의 경우를 가정하는 것에 기초하는 경향이 있다. 그러나, 이러한 방식이 시스템의 안정성을 보장할 수도 있을지라도, 특정 현재의 2차 경로 전달 함수에 대한 이상적인 잡음 소거 함수는 소거 필터에 의해 구현되지 않기 때문에, 성능이 감소되는 결과를 초래하는 경향이 있다.
따라서, 개선된 잡음 소거 시스템이 유리할 수도 있고, 특히, 유연성을 증가시킬 수 있고, 잡음 소거를 개선할 수 있고, 복잡도를 감소시킬 수 있고, 안정성 성능 및 특성들을 개선할 수 있고 및/또는 성능을 개선할 수 있는 잡음 소거 시스템이 유리할 수도 있다.
따라서, 본 발명은 바람직하게 상기 언급된 결점들 중 하나 이상을 개별적으로 또는 임의의 조합으로 경감하거나 완화하거나 또는 제거하도록 한다.
잡음 소거 시스템은: 오디오 환경에서 사운드를 나타내는 캡처된 신호를 발생시키기 위한 마이크로폰; 오디오 환경에서 사운드 소거 오디오 신호를 방출하기 위한 사운드 변환기; 마이크로폰으로부터 사운드 변환기(sound transducer)에 이르는 피드백 수단으로서, 상기 피드백 수단은 캡처된 신호를 수신하고 사운드 변환기에 대한 구동 신호를 발생시키고 비-적응형 소거 필터 및 가변 이득를 포함하는, 상기 피드백 수단; 피드백 루프의 2차 경로의 적어도 일부에 대한 2차 경로 이득을 결정하기 위한 이득 결정 수단으로서, 피드백 루프는 마이크로폰, 사운드 변환기 및 피드백 수단을 포함하고, 2차 경로는 비-적응형 소거 필터 및 가변 이득을 포함하지 않는, 상기 이득 결정 수단; 및 2차 경로 이득에 응답하여 가변 이득의 이득을 조정하기 위한 이득 설정 수단을 포함한다.
상기 방식은 잡음 소거 시스템에 있어서 개선된 성능을 제공할 수도 있다. 상이한 조작 구성들에 대한 유연한 적응도 가능하게 하면서, 복잡도를 낮게 유지할 수도 있다. 구체적으로, 발명자는 2차 경로에서의, 특히, 사운드 변환기로부터 마이크로폰으로의 음향부에 대한 전달 함수에서의 변동들이 유리하게는 피드백 수단의 이득만을 조정함으로써 보상될 수 있다는 것을 인식하였다. 특히, 소거 필터의 전달 함수의 주파수 및 위상 응답은 개선된 잡음 소거를 달성하면서도 일정하게 유지될 수도 있다. 또한, 발명자는 피드백 루프의 이득 조정이 이어지는 2차 경로에 대한 낮은 복잡도의 이득 결정이 2차 경로에서의 변동들에 대한 잡음 소거 성능을 개선하기에 충분할 수도 있다는 것을 인식하였다. 또한, 발명자는 2차 경로 이득을 측정하고 그에 따라서 피드백 수단의 이득을 조정함으로써, 소거 필터에 대한 안정성 제약들이 감소될 수 있고, 그에 의해, 더욱 최적의 소거 필터의 구현을 가능하게 한다는 것을 인식하였다.
잡음 소거 시스템은 피드백 수단의 이득을 조정하도록 구성되지만, 2차 경로의 측정된 특성에 응답하여 피드백 수단의 전달 함수에 대한 다른 수정들은 이루어지지 않는다.
2차 경로의 전달 함수는 소거 필터 및 가변 이득 외에 피드백 루프의 모든 다른 요소들의 전달 함수에 대응할 수도 있고, 구체적으로는 사운드 변환기로부터 마이크로폰으로의 음향 경로를 포함할 수도 있다.
이득 결정 수단은: 피드백 루프에 검사 신호를 주입하기 위한 수단; 2차 경로의 적어도 일부의 입력에서 검사 신호에 대응하는 제 1 신호 레벨을 결정하기 위한 수단; 2차 경로의 적어도 일부의 출력에서 검사 신호에 대응하는 제 2 신호 레벨을 결정하기 위한 수단; 및 제 1 신호 레벨 및 제 2 신호 레벨에 응답하여 2차 경로 이득을 결정하기 위한 수단을 포함한다.
이것은 효율적이고 높은 성능의 잡음 소거 시스템을 제공할 수도 있다. 검사 신호는 피드백 루프 신호 및 검사 신호의 합산(또는 다른 조합)에 의해 2차 경로의 적어도 일부의 입력에서 주입될 수도 있다. 제 1 신호 레벨은, 예를 들어, 검사 신호 특성들과의 상관과 조합되는 2차 경로의 적어도 일부로의 입력에서 (검사 신호 및 피드백 루프 신호의) 조합된 신호의 측정에 의해 결정될 수도 있다(예를 들어, 대역 통과 필터링). 몇몇 실시예들에 있어서, 제 1 신호 레벨은 검사 신호의 신호 레벨로서 결정될 수도 있다. 예를 들어, 검사 신호의 신호 레벨이 실질적으로 피드백 루프 신호를 초과한다면, 2차 경로의 적어도 일부의 입력에서의 (예를 들어, 신호를 주입하기 위해 사용되는 합산 유닛/조합기의 출력에서의) 신호 레벨은 합산 유닛/조합기에 입력되는 검사 신호의 신호 레벨로서 결정될 수도 있다.
제 2 신호 레벨은 (예를 들어, 대역 통과 필터링의 형태로, 검사 신호 특성들과의 상관과 조합되는) 2차 경로의 적어도 일부의 출력에서 신호 레벨을 직접 측정함으로써 결정될 수도 있거나, 예를 들어, 피드백 루프에서 또 다른 신호를 측정하고 그로부터 2차 경로의 적어도 일부의 출력에서 신호 레벨을 결정함으로써 결정될 수도 있다.
2차 경로 이득은 구체적으로 제 2 신호 레벨 및 제 1 신호 레벨 간의 비율에 응답하여 결정될 수도 있다.
본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 2차 경로의 적어도 일부의 출력은 가변 이득(117)의 입력 및 비-적응형 소거 필터의 입력 중 적어도 하나에 대응한다.
이것은 성능을 개선할 수도 있다. 특히, 피드백 루프의 개선된 특성화를 제공할 수도 있고, 예를 들어, 2차 경로의 모든 요소들의 영향을 고려하는 것도 가능하다. 구체적으로, 완전한 2차 경로에 대한 이득 결정에 대응할 수도 있다.
본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 제 1 신호 레벨을 결정하기 위한 수단은 검사 신호의 신호 레벨에 응답하여 및 피드백 루프의 신호를 측정하지 않고 제 1 신호 레벨을 결정하도록 구성된다.
이것은 많은 실시예들에서 2차 경로 이득의 정확한 결정을 유지하면서 복잡도를 감소시킬 수도 있고 및/또는 조작을 간단하게 할 수도 있다. 이 방식은, 검사 신호가 주입되는 지점에서의 피드백 루프 신호보다 검사 신호의 신호 레벨이 실질적으로 더 높게 설정되는 실시예들에 특히 적합할 수도 있다.
본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 검사 신호는 10㎐ 보다 적은 3㏈ 대역폭을 갖는 협대역 신호이다.
발명자는, 많은 실시예들에서의 2차 경로 이득의 일반적인 변동들은, 2차 경로에서의 변동들에 대한 유리한 보상이 매우 좁은 주파수 대역에서 수행되는 이득 측정에 기초하는 것을 가능하게 하기 위해 상이한 주파수들에서의 이득 변동이 충분히 낮게 되도록 한다는 것을 인식하였다. 협대역 신호의 사용은 사용자에 대한 신호의 지각력을 감소시킬 수도 있고, 피드백 루프 행동에 대한 검사 신호의 영향 및 잡음 소거 효율을 감소시킬 수도 있다. 또한, 검사 신호가 (예를 들어, 통상의 인간 가청 주파수 범위 밖에서) 사용자에 의해 덜 인지될 수도 있는 주파수에 놓이도록 하는 것을 용이하게 할 수도 있거나 또는 가능하게 할 수도 있다.
본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 검사 신호는 실질적으로 사인곡선이다.
이것은 특히 유리한 성능을 제공할 수도 있고 및/또는 조작을 용이하게 할 수도 있고 및/또는 복잡도를 감소시킬 수도 잇다.
본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 검사 신호는 10㎐ 내지 40㎐의 간격 내에 있는 중심 주파수를 갖는다.
이것은 특히 유리한 검사 성능을 가능하게 할 수도 있고, 특히, 사용자가 알아챌 수 있는 및 정확한 측정들에 적합한 신호 간에 개선된 트레이드-오프를 제공할 수도 있다. 특히, 이것이 사용자에 의해 인지되지 않도록 하는(또는 낮은 레벨에서 인지되도록 하는) 동시에 사운드 변환기가 검사 신호를 재생하도록 할 수도 있다.
본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 검사 신호는 잡음 신호이다.
이것은 성능 개선을 가능하게 할 수도 있고 및/또는 많은 실시예들에서 구현 및/또는 조작을 용이하게 할 수도 있다.
본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 잡음 소거 시스템은, 검사 신호가 없을 때 2차 경로의 적어도 일부의 입력에 대응하는 신호에 대한 제 3 신호 레벨을 측정하기 위한 수단; 및 제 3 신호 레벨에 응답하여 검사 신호의 신호 레벨을 설정하기 위한 수단을 더 포함한다.
이것은 2차 경로 이득의 개선된 결정 및 그에 따른 개선된 잡음 소거 및/또는 안정성 특성들을 가능하게 할 수도 있다. 예를 들어, 검사 신호의 신호 레벨은, (예를 들어, 검사 신호의 대역폭 내에 있는) 제 2 신호 레벨이 검사 신호에 의해 조절되는 것을 보장하도록 설정될 수도 있다.
본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 비-적응형 소거 필터에 의한 검사 신호에 대응하는 신호 성분의 감쇠는 적어도 6㏈이다.
이것은 구현 및/또는 조작을 용이하게 할 수도 있고 및/또는 2차 경로 이득의 결정에서 정확도를 개선할 수도 있고, 그에 따라서 잡음 소거가 개선될 수도 있다. 예를 들어, 검사 신호에 대한 피드백의 영향을 무시될 수 있는 레벨로 감소시킬 수도 있음으로써, 2차 경로 이득의 측정을 용이하게 한다.
본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 잡음 소거 시스템은 사용자 오디오 신호를 사운드 변환기에 공급하기 위한 수단을 더 포함하고, 이득 결정 수단은: 2차 경로의 적어도 일부의 입력에서 사용자 오디오 신호에 대응하는 제 1 신호 레벨을 결정하기 위한 수단; 2차 경로의 적어도 일부의 출력에서 사용자 오디오 신호에 대응하는 제 2 신호 레벨을 결정하기 위한 수단; 및 제 1 신호 레벨 및 제 2 신호 레벨에 응답하여 2차 경로 이득을 결정하기 위한 수단을 포함한다.
이것은 성능을 개선할 수도 있고 및/또는 많은 실시예들에서 구현 및/또는 조작을 용이하게 할 수도 있다.
본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 2차 경로 이득 및 가변 이득의 이득의 조합된 이득이 미리 결정된 값을 갖도록 가변 이득의 이득을 설정하도록 이득 설정 수단이 구성된다.
이것은 특히 많은 실시예들에서 2차 경로에서의 변동들에 대한 유리한 보상을 제공할 수도 있다.
본 발명의 선택적인 특징에 따르면, 2차 경로는 디지털부를 포함하고, 2차 경로의 적어도 일부는 아날로그-디지털 컨버터 및 디지털-아날로그 컨버터 중 적어도 하나를 포함한다.
잡음 소거 시스템은 디지털 기술들을 사용하여 구현될 수도 있고, 보상은, 예를 들어, 부분적으로 디지털 피드백 루프들에 적합하다.
본 발명의 양태에 따르면, 오디오 환경에서 사운드를 나타내는 캡처된 신호를 발생시키기 위한 마이크로폰; 오디오 환경에서 사운드 소거 오디오 신호를 방출하기 위한 사운드 변환기; 및 마이크로폰으로부터 사운드 변환기에 이르는 피드백 수단으로서, 상기 피드백 수단은 캡처된 신호를 수신하고 사운드 변환기에 대한 구동 신호를 발생시키고 비-적응형 소거 필터 및 가변 이득을 포함하는, 상기 피드백 수단을 포함하는 잡음 소거 시스템의 동작 방법이 제공되고, 상기 방법은: 피드백 루프의 2차 경로의 적어도 일부에 대한 2차 경로 이득을 결정하는 단계로서, 피드백 루프는 마이크로폰, 사운드 변환기 및 피드백 수단을 포함하고, 2차 경로는 비-적응형 소거 필터 및 가변 이득을 포함하지 않는, 상기 2차 경로 이득을 결정하는 단계; 및 2차 경로 이득에 응답하여 가변 이득의 이득을 조정하는 단계를 포함하고; 상기 2차 경로 이득을 결정하는 단계는: 피드백 루프에 검사 신호를 주입하는 단계; 2차 경로의 적어도 일부의 입력에서 검사 신호에 대응하는 제 1 신호 레벨을 결정하는 단계; 2차 경로의 적어도 일부의 출력에서 검사 신호에 대응하는 제 2 신호 레벨을 결정하는 단계; 및 제 1 신호 레벨 및 제 2 신호 레벨에 응답하여 2차 경로 신호 이득을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 이들 및 다른 양태들, 특징들 및 이점들은 이하 설명되는 실시예(들)로부터 명백할 것이며, 이를 참조하여 설명될 것이다.
본 발명의 실시예들은 도면들을 참조하여 단지 예시적인 방식으로 설명될 것이다.
본 발명에 따른 개선된 잡음 소거 시스템에 따르면, 잡음 소거 시스템의 유연성을 증가시킬 수 있고, 잡음 소거를 개선할 수 있고, 복잡도를 감소시킬 수 있고, 안정성 성능 및 특성들을 개선할 수 있고 및/또는 성능을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 잡음 소거 시스템의 예를 도시하는 도면.
도 2는 밀폐형 헤드폰들의 세트에 대한 패시브 전달 함수의 예를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 잡음 소거 시스템에 대한 분석 모델의 예를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 잡음 소거 시스템에 대한 분석 모델의 예를 도시하는 도면.
도 5는 상이한 설정들에 대한 잡음 소거 헤드폰의 2차 경로에 대해 측정된 크기 주파수 응답들의 예들을 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 잡음 소거 시스템에 대한 크기 전달 함수의 예를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 잡음 소거 시스템의 예를 도시하는 도면.
다음 설명은 헤드폰용 오디오 잡음 소거 시스템에 응용할 수 있는 본 발명의 실시예들에 초점을 맞춘다. 그러나, 본 발명은 이 응용으로 제한되지 않고, 예를 들어, 차량용 잡음 소거를 포함한 많은 다른 응용들에 적용될 수도 있다는 것이 인식될 것이다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 잡음 소거 시스템의 예를 도시한다. 특정 예에서, 잡음 소거 시스템은 헤드폰용 잡음 소거 시스템이다. 도 1은 한쪽 귀에 대한 예시적인 기능성을 도시하고, 동일한 기능성이 다른 쪽 귀에 대해 구현될 수도 있다는 것이 인식될 것이다.
잡음 소거 시스템은 특정 예에서는 헤드폰의 스피커(101)인 사운드 변환기를 포함한다. 시스템은 또한 사용자의 귀와 가깝게 위치되는 마이크로폰(103)을 포함한다. 특정 예에서, 헤드폰은 사용자의 귀를 에워싸는 덮개형(circumaural) 헤드폰일 수도 있고, 덮개형 헤드폰에 의해 사용자의 귀 주변에서 형성되는 음향 공간 내에서 오디오 신호를 캡처하기 위해 마이크로폰이 장착되어 있다.
잡음 소거 시스템의 목적은 사용자가 인지하는 사운드를 감쇠시키거나 소거함으로써, 시스템이 마이크로폰(103)에 의해 측정되는 에러 신호(e)를 최소화하도록 하는 것이다. 밀폐형 헤드폰을 사용하는 것은 또한 고주파수들에서 특히 효율적인 경향을 보이는 패시브 잡음 감쇠(passive noise attenuation)를 제공할 수도 있다. 밀폐형 헤드폰들의 세트에 대한 일반적인 패시브 전달 함수의 예가 도 2에 도시되어 있다. 또한, 도 1의 액티브 잡음 소거 시스템은 특히 저주파수들에서의 잡음을 소거하기에 적합하다. 이것은 오디오 신호에 대한 역위상 신호를 발생시키고 이것을 사용자가 인지하는 음향 환경으로 방출하기 위한 스피커(101)에 공급함으로써 달성된다. 따라서, 마이크로폰(103)은 소거될 오디오 잡음(N)의 음향 조합에 대응하는 에러 신호 및 스피커(101)에 의해 제공되는 잡음 소거 신호를 캡처한다.
잡음 소거 신호를 발생시키기 위해서, 도 1의 시스템은 마이크로폰(103)의 출력으로부터 스피커(101)의 입력에 이르는 피드백 경로를 포함함으로써, 폐쇄 피드백 루프를 생성한다.
도 1의 예에서, 피드백 루프는 주로 디지털 도메인에서 구현되고, 그에 따라서, 마이크로폰(103)은 (일반적으로 저 잡음 증폭기를 포함하는) 안티-앨리어싱 필터(105)에 연결되고, 이 필터는 또한 아날로그-디지털(A/D) 컨버터(107)에 연결된다.
디지털화된 신호는 디지털 피드백 경로(109)에 공급되고, 이 경로는 또한 디지털-아날로그(D/A) 컨버터(111)에 연결된다. 결과적인 아날로그 신호는 (일반적으로 전력 증폭기를 포함하는) 구동 회로(113)에 공급되고, 이 구동 회로는 스피커(101)에 연결되어 잡음 소거 신호를 방출하기 위해 스피커(101)를 구동한다.
시스템에서, 피드백 경로(109) 및 피드백 경로(109)의 일부가 아닌 소자들을 포함하는 2차 경로를 포함하는 피드백 루프가 그에 따라서 생성된다. 따라서, 2차 경로는 피드백 경로(109)를 제외한 피드백 루프의 구성요소들의 조합된 전달 함수에 대응하는 전달 함수를 갖는다. 따라서, 2차 경로의 전달 함수는 피드백 경로(109)의 출력으로부터 피드백 경로(109)의 입력에 이르는 (개방 루프) 경로의 전달 함수에 대응한다. 특정 예에서, 2차 경로는 D/A 컨버터(111), 구동 회로(113), 스피커(101), 스피커(101)로부터 마이크로폰(103)에 이르는 음향 경로, 안티-앨리어싱 필터(105) 및 A/D 컨버터(107)를 포함한다.
도 1의 잡음 소거 시스템은 또한 2차 경로의 적어도 일부에 대한 전달 함수에서의 변동들에 응답하여 피드백 루프를 동적으로 적응시키기 위한 기능성을 포함한다. 그러나, 피드백 루프의 적응은 피드백 이득의 적응으로 제한되고, 어떠한 주파수 응답의 적응도 없다(위상 또는 진폭 응답). 따라서, 특정 예에서, 피드백 경로(109)는 소거 필터(115) 및 가변 이득(117)을 포함한다.
다른 몇몇 실시예들에 있어서, 가변 이득(117) 및 소거 필터(115)는, 예를 들어, (이득은 수정하지만 주파수 응답은 수정하기 않기 위해서, 예를 들어, 모든 계수들은 동일하게 스케일링되는) 소거 필터를 제공하는 필터의 필터 계수들을 변화시킴으로써 달성되는 가변 이득에 의해 함께 구현될 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 또한, 몇몇 실시예들에 있어서, 가변 이득(117) 및 소거 필터(115)는 개별 기능 요소들로서 구현될 수도 있고, 피드백 루프에서 상이하게 위치될 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 가변 이득(117)은 소거 필터(115) 앞에 또는 예를 들어, 아날로그 도메인에 위치될 수도 있다(예를 들어, 구동 회로(113)의 일부로서 구현될 수도 있다).
도 3은 도 1의 시스템의 분석 모델을 도시한다. 이 모델에서, 마이크로폰(103)에 의해 수행되는 오디오 합산은 합산기(301)로 표시되어 있고, 마이크로폰으로부터 소거 필터(115)에 이르는 경로는 제 1의 2차 경로 필터(s1)(303)로 표시되어 있고, 소거 필터(115)는 대응하는 필터 응답(305)으로 표시되어 있고, 가변 이득(117)은 이득 함수(307)로 표시되어 있고, 가변 이득(117)으로부터 마이크로폰(103)에 이르는 2차 경로의 일부는 제 2의 2차 경로 필터(s2)(309)로 표시되어 있다.
이 모델에서, 피드백 경로의 소자들의 순서는 교환될 수도 있고, 그에 따라서, 제 1의 2차 경로 필터(s1)(303) 및 제 2의 2차 경로 필터(s2)(309)는 도 4에 도시된 바와 같이 단일 2차 경로 필터(s=s1·s2)로 조합될 수도 있다.
따라서, 잡음 신호(N)에 대한 폐쇄 루프 전달 함수(E(f)/N(f))는 다음과 같이 결정될 수도 있거나:
Figure 112011054424218-pct00001
디지털 z-변환 도메인에서 다음과 같이 결정될 수도 있다.
Figure 112011054424218-pct00002
잡음 소거 시스템의 목적은 가능한 한 많은 인입 신호를 감쇠시키는 전체 전달 함수(H(f))(또는 H(z))를 제공하는 것이다(즉, 결과적으로는 마이크로폰(103)에 의해 캡처된 신호가 가능한 한 낮아지도록 한다).
본 발명의 발명자는, 2차 경로의 전달 함수들에서의 및 특히 스피커(101)로부터 마이크로폰(103)에 이르는 음향 경로에서의 변동들을 보상하기 위해 피드백 루프의 매우 효율적인 적응이 소거 필터(115)의 복잡한 적응을 수행하지 않고 및 구체적으로는 이것의 주파수 응답의 어떠한 적응도 필요없이 달성될 수 있다는 것을 알게 되었다. 따라서, 비-적응형 소거 필터(115)가 사용된다. 소거 필터의 복잡한 주파수 응답 적응 대신, 낮은 복잡도를 유지하면서 개선된 성능을 제공하기 위해 낮은 복잡도 이득 변동이 사용될 수 있다.
도 1의 시스템은 피드백 루프의 2차 경로의 적어도 일부에 대한 이득을 결정하도록 구성되는 이득 검출기(119)를 포함한다. 특정 예에서, 이러한 2차 경로 이득은, 특정 예에서는 D/A 컨버터(111)의 입력으로부터 A/D 컨버터(107)의 출력에 이르는 2차 경로 이득에 대응하는, 피드백 경로(109)의 출력으로부터 피드백 경로(109)의 입력으로의 전달 함수에 대해 결정된다. 따라서, 특정 예에서, 이득 검출기(119)는 A/D 컨버터(107)의 출력 및 D/A 컨버터(111)의 입력에 연결된다.
예에서, 이득은 따라서 전체 2차 경로에 대해 결정되지만 다른 예들에 있어서는 이득이 2차 경로의 일부에 대해서만 결정될 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 이득에 영향을 미치지 않을 것 같은 또는 정적으로만 영향을 미치는 소자들은 이 결정으로부터 배제될 수도 있고, 그에 따라서, 무시되거나 보상될 수도 있다. 대부분의 일반적인 시스템들에 있어서, 2차 경로에 대한 전달 함수 변동들은 스피커(101)로부터 마이크로폰(103)에 이르는 음향 경로에서의 변동들에 의해 조절될 것이며, 결정된 2차 경로 이득은 그에 따라서 많은 실시예들에서는 유리하게 이러한 음향 경로를 포함하는 제 2 경로의 일부에 대해 결정될 것이다.
특정 예에서, 이득 검출기(119)는 피드백 경로(109)의 출력에서의 제 1 신호 레벨(x1) 및 피드백 경로(109)에 대한 입력에서의 제 2 신호 레벨(x2)을 측정함으로써 이득을 결정할 수도 있다. 2차 경로 이득은 이어서 이들 사이의 비율에 따라 다음과 같이 결정될 수도 있다:
Figure 112011054424218-pct00003
이러한 결정은 많은 실시예들에서는 비현실적일 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 특히, 피드백 루프와 함께 마이크로폰으로의 입력 신호에 잡음(N)이 존재하는 것은 상기 비율이 2차 경로 이득의 이득을 아마도 정확하게 반영하지 못하는 결과를 가져올 것이다. 따라서, 2차 경로 이득을 결정하기 위한 이 특정 방식은 특히 잡음 신호(N)가 제거될 수 있거나 보상될 수 있는 시나리오들에서 사용될 수도 있다. 예를 들어, (이를테면 일시적으로 스위치 오프될 수 있는 머신과 같이) 스위치 오프될 수 있는 잡음원으로부터의 잡음을 소거하기 위해 잡음 소거 시스템이 사용되면, 이것은 일시적으로 행해질 수도 있고, 대신에, 현재 헤드폰 설정에 대한 2차 경로 이득을 결정하기 위해서 공지된 잡음 신호가 주입될 수도 있다. 또 다른 예로서, (예를 들어, 헤드폰 외부에 있는) 제 2 마이크로폰이 잡음 신호(N)를 추정하기 위해 사용될 수도 있고, 그 추정치는 N으로부터의 기여도에 대한 제 2 신호 레벨(x2)을 보상하기 위해 사용될 수도 있다.
그러나, 많은 예들에 있어서, 잡음 소거는 2차 경로에서 및 (잡음원을 스위치 오프하는 것과 같이) 특정 교정 동작들을 필요로 하지 않고 동적 변동들을 반영하도록 동적으로 그리고 연속적으로 적응되는 것이 바람직하다. 이러한 예들에 대한 2차 경로 이득을 결정하기에 유리한 상이한 방식들이 이하 설명될 것이다.
이득 검출기(119)는 또한 이득 제어기(121)에 연결되고, 이 제어기는 또한 가변 이득(117)에 연결된다. 이득 제어기(121)는 결정된 2차 경로 이득을 수신하고, 2차 경로 이득에 의존하여 가변 이득(117)의 이득을 제어한다.
구체적으로, 이득 제어기(121)는 공칭값으로부터 2차 경로 이득의 편차를 보상하도록 가변 이득의 이득을 설정할 수도 있다. 구체적으로, 이득 제어기는, 2차 경로 이득 및 가변 이득의 조합된 이득이 실질적으로 일정하도록 가변 이득을 설정할 수도 있다. 예를 들어, 다음과 같으며,
Figure 112011054424218-pct00004
여기서, gVG는 가변 이득(117)의 이득이고, gN은 공칭 이득이고, gSP는 2차 경로 이득이다.
다른 실시예들에 있어서, 가변 이득은 2차 경로 이득으로부터의 적절한 매핑에 의해 결정될 수도 있다. 매핑은 룩업 테이블로 표현될 수도 있거나, 또는 예를 들어, x1 및 x2의 함수로 정의될 수도 있다.
2차 경로(의 적어도 일부)에 대한 단일 결정된 이득에 기초한 주파수 응답을 적응시키지 않고 단지 피드백 루프의 이득만을 적응시키는 유리한 방식은, 구성들을 서로 다르게 사용하기 위한 2차 경로(및 특히 음향 경로)의 일반적인 변동들이 상세한 주파수 특성화 또는 적응을 포함하는 일 없이 개선된 성능 및 안정성 특성들을 제공하는 것과 충분히 관련된다는 것을 발명자가 인식하는 것에 기초한다.
예를 들어, 도 5는 다음과 같은 4개의 상이한 구성들에 대한 잡음 소거 헤드폰의 2차 경로에 대해 측정된 크기 주파수 응답에서의 변동들의 예들을 도시한다.
- 일반적인 사용
- 사용자의 귀들에 대해 단단히 눌려지는 헤드폰들
- 테이블 위에 놓여있는 헤드폰들(미사용)
- 헤드폰들과 사용자의 머리 사이에 약간의 틈이 있음
알 수 있는 바와 같이, 크기 응답에는, 특히, 약 2㎑까지의 큰 주파수 변동들이 존재한다. 따라서, 잡음 소거 성능은 특정 구성에 크게 의존할 수도 있고, 다양한 구성들에서 저하되는 경향이 있을 것이다. 또한, 모든 구성들에서 안정성이 보장되어야 하고, 그에 따라서, 소거 필터(115)의 설계에는 상당한 제약들이 따른다.
예를 들어, 도 5의 예의 모든 4개의 2차 경로들에 적합한 소거 필터(115)를 설계하고 구현하는 것은 몇몇 구성들에서 상당한 열화의 결과를 가져올 수도 있다. 예를 들어, 도 6은 헤드폰들이 사용자의 머리에 대해 단단히 눌려지는 상황에 대한 H(f)에 대한 결과적인 크기 전달(601) 함수를 도시한다. 크기 응답(601)은 (도 6의 곡선(603)에 대응하는) 헤드폰의 패시브 전달 함수의 크기 응답과 조합된다. 알 수 있는 바와 같이, 낮은 주파수들에 대해서는 상당한 개선이 달성되지만, 결과적으로 약 800㎐ 이상의 주파수들에서는 상당한 이득이 발생하고, 그에 의해, 결과적으로는 이들 가청 주파수들에서의 잡음의 증폭을 발생시킨다.
그러나, 도 5는, 2차 경로에서의 변동들이 강한 상관성을 갖고, 구체적으로 이득이 변할 수도 있지만, 곡선들의 형태는 비교적 유사한 것을 나타낸다. 이 효과는, 전체 전달 함수(H(f))에서의 감소된 조작 변동들 및 소거 필터(115)를 최적화할 때의 증가된 자유도로 인해 실질적으로 개선된 잡음 소거 성능의 결과를 가져오는 피드백 루프의 보상에만 기초한 이득을 제공하기 위해 도 1의 시스템에서 사용된다.
도 7은, 2차 경로 이득이 검사 신호를 주입하고 주입된 검사 신호에 대한 신호 레벨들을 측정함으로써 측정되는 도 1의 시스템의 예를 도시한다. 이 예에서, 시스템은, 구체적으로 합산 유닛(703)인 조합 유닛에 의해 가변 이득(117) 및 D/A 컨버터(111) 사이에 피드백 루프를 부가하기 위해 검사 신호를 발생시키는 신호 발생기(701)를 포함한다.
따라서, 시스템은 검사 신호를 주입하고, 이득 검출기(119)는 합산 유닛(703)의 출력(x1) 및 소거 필터(115)에 대한 입력(x2)에서 이 검사 신호에 대한 신호 레벨을 결정하도록 구성될 수도 있다. 2차 경로 이득은 이어서 이들 값들 사이의 비율에 따라 발생될 수도 있다. 다른 예들에서, 2차 경로 이득을 결정하기 위해 피드백 루프에 있는 다른 위치들에서의 신호들이 측정되어 사용될 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 일정한 이득을 갖는 소자들은 측정들에 포함되지 않을 수도 있다.
이득 검출기(119)는 몇몇 실시예들에서 신호들(x1 및 x2)의 신호 레벨들을 간단히 측정할 수도 있다. 예를 들어, 검사 신호가 실질적으로 잡음 신호(N)로부터의 임의의 기여도보다 크다면, 직접 측정된 신호 레벨들은 검사 신호와 관련된 신호 성분들의 신호 레벨들과 실질적으로 동일한 것으로 고려될 수도 있다.
그러나, 다른 실시예들에 있어서, 측정들은 구체적으로 검사 신호(로부터 비롯되는 것)에 대응하는 신호 성분들에 대한 신호 레벨들을 결정하는 것을 목적으로 할 수도 있다. 예를 들어, 검사 신호는 이득 검출기(119)에 알려져 있는 의사 잡음 신호일 수도 있다. 따라서, 이득 검출기는 신호들(x1 및 x2)을 알려져 있는 의사 잡음 시퀀스와 상관시킬 수도 있고, 주입된 검사 신호로 인한 x1 및 x2의 신호 성분들에 대한 신호 레벨 측정치로서 상관 값을 사용할 수도 있다.
주입된 신호를 사용하는 것은 많은 시나리오들에서 2차 경로 이득의 개선되고 단순화된 결정을 제공할 수도 있다. 예를 들어, 잡음원이 스위치 오프될 수 없거나 스피커(101)로부터 마이크로폰(103)에 이르는 음향 경로로부터 분리될 수 없는 시나리오들에 있어서, 신호의 주입은, 예를 들어, 잡음 신호(N)보다 실질적으로 더 강한 검사 신호를 주입함으로써 2차 경로 이득이 정확하게 결정되도록 할 수도 있다.
검사 신호는 구체적으로 협대역 신호일 수도 있다. 실제로, 발명자는, 협대역폭에서 액세스되는 2차 경로의 이득에 기초하여 간단히 피드백 루프의 이득을 조정함으로써, 잡음 소거 시스템의 정확한 적응이 달성될 수 있다는 것을 인식하였다. 따라서, 협대역폭을 갖는 검사 신호를 주입함으로써, 이 작은 대역폭에 대해서만 결정되는 2차 경로 이득은 전체 주파수 범위에 대해 일정한 이득 보상을 제공하도록 확장된다.
협대역폭 검사 신호의 사용은 사용자에 의한 검사 신호의 인지를 감소시키기 위해 사용될 수도 있다. 실제로, 검사 신호는 단지 10㎐의 3㏈ 대역폭을 가질 수도 있다(즉, 3㏈만큼 감소되는 신호의 스펙트럼 밀도에 의해 규정되는 대역폭은 10㎐보다 작다). 특히, 유리한 성능은, 구체적으로 검사 신호 성분의 신호 레벨의 검출 및 측정을 용이하게 할 수도 있는 단일 톤 신호(사인 곡선)를 사용함으로써 달성될 수도 있다. 구체적으로, 이득 검출기(119)는 간단히 측정된 신호들(x1 및 x2)에 대해 간단히 이산 푸리에 변환을 수행할 수도 있고, 검사 신호의 주파수에 대응하는 빈(들)(bin(s))의 크기로부터 신호 레벨을 결정할 수도 있다. 대안적으로(또는 마찬가지로) 이득 검출기(119)는 측정된 신호들을 검사 신호와 동일한 주파수를 갖는 (사인 또는 코사인 신호에 대응하는) 사인 곡선과 상관시킬 수도 있다(그리고, 구체적으로, 측정된 신호들을, 마이크로폰 신호의 타이밍/위상을 검사 신호에 대해 정렬하고 상관성을 측정함으로써 디지털 검사 신호와 직접 상관시킬 수도 있다). 또 다른 예로서, (DFT 매트릭스의 대응하는 행의 계수들에 대응하는) 검사 주파수에서의 사인 곡선에 대한 복소 값들은 마이크로폰 신호와 상관될 수도 있고, 결과적인 크기가 결정될 수도 있다. 또한, 사인 곡선의 사용은 검사 신호의 발생을 간단히 할 수도 있다.
또한, 협대역 검사 신호가 저주파수 신호로서 발생된다. 구체적으로, 검사 신호의 중심 주파수는 10㎐ 내지 40㎐(두 값들 모두 포함됨)의 간격 내에서 중심 주파수를 갖도록 선택된다. 이것은, 일반적으로 적어도 2㎑까지의 2차 경로 응답에 대한 대표적인 이득이 단일 협대역 신호에 기초하여 결정되도록 할 수도 있기 때문에, 매우 유리한 트레이드-오프를 제공한다. 또한, 저주파수는 청취자가 쉽게 인지하지 못하는 주파수 범위에서 제공됨으로써, 사용자에게 있어서의 어떠한 불편사항이 제거되거나 감소된다. 또한, 이것은 검사 신호가 여전히 스피커(101)로부터 마이크로폰(103)에 이르는 음향 경로를 가로질러 연결될 수 있도록 하면서 달성된다. 달리 말해서, 주파수는, 예를 들어, 헤드폰들용의 일반적인 스피커들이 적정한 신호 레벨들에서 신호를 방출할 수 있도록 충분히 높다.
특정 예에서, 15㎐ 내지 25㎐(두 값들 모두 포함됨) 사이의 신호 톤으로 이루어지는 검사 신호가 약 20㎐의 일반적인 주파수에 대해 사용된다. 따라서, 이 방식은, 2차 경로 이득이 2㎑보다 낮은 하나의 주파수에 대해 공지되어 있다면, 약 2㎑까지의 주파수들에 대한 대응하는 2차 경로 이득은 간단한 이득 적응을 수행함으로써 성능을 개선할 수 있도록 하기에 충분한 정확도로 공지되어 있다는 인식을 이용한다. 따라서, 인간의 귀가 감지하지 못하는(진폭이 너무 크지 않도록 제공되는) 주파수를 갖는 사인 곡선이 피드백 루프에 부가되고, 2차 경로 이득들을 추정하기 위해 결과적인 신호 레벨들이 측정되고 사용된다.
잡음 신호(N)가 0이 아니라면, 신호 레벨들(x1 및 x2)에 대한 잡음 신호(N)의 기여도는 결정된 2차 경로 이득에 영향을 미칠 것이라는 것이 인식될 것이다. 협대역 검사 신호에 대해서, 측정된 신호들(x1 및 x2)은 이득 검출기(119)에 의해 (예를 들어, 이산 푸리에 변환을 사용하거나 신호들을 검사 신호와 상관시킴으로써) 필터링된 통과 대역일 수도 있고, 이 통과 대역 내의 잡음 신호(N)의 신호 성분들의 기여도는 결정된 2차 경로 이득에 영향을 미칠 수도 있다.
그러나, 기여도는 검사 신호가 잡음 신호(N)로부터의 기여도보다 소정의 통과 대역 내에서 상당히 높은 신호 레벨을 갖는 것을 보장함으로써 용인할 수 있거나 또는 심지어는 무시해도 될 정도의 레벨들로 감소될 수도 있다. 예를 들어, 주입된 검사 신호에 대한 신호 레벨은 검사 신호가 측정되는 통과 대역 내의 일반적인 주변 잡음 레벨보다 훨씬 높은 레벨로 설정될 수도 있다. 또한, 협대역 신호를 사용함으로써, 또한 주변 잡음에 대한 검사 신호의 기여도만이 사용자가 통상적으로 인지할 수 있는 주파수 범위 밖에서 선택될 수도 있는 매우 작은 대역폭에서 두드러질 필요가 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 검사 신호의 신호 레벨은 주변 잡음에 대한 대응하는 신호 레벨에 의존하여 동적으로 적응될 수도 있다.
구체적으로, 이득 검출기(119)는, 검사 신호가 없을 때는 제외하고, 검사 신호가 주입되는 지점에서 초기에 신호 레벨을 측정할 수도 있다. 예를 들어, 이득 검출기(119)는 검사 신호 발생기(701)를 스위치 오프할 수도 있고, 검사 신호에 대응하는 x1의 신호 성분에 대한 신호 레벨을 측정하도록 진행할 수도 있으며, 즉, 특정 예에 있어서, x1에 대한 검사 신호 기여도를 측정하기 위해 사용되는 협대역폭 내에서 신호 레벨을 측정하도록 진행할 수도 있다. 검사 신호의 신호 레벨은 이어서 이 측정된 신호 레벨에 의존하여 결정될 수도 있다. 구체적으로, 신호 레벨은 검사 신호가 없을 때의 측정된 레벨보다 상당히 높게, 예를 들어, 적어도 10배 정도 높게 설정될 수도 있다. 이것은 이득 검출기(119)가 대개 검사 신호 성분들의 신호 레벨들을 결정하고 이들 성분들이 특정 대역폭에서의 주변 잡음(N)으로부터의 기여도에서는 가장 두드러진다는 것을 보장할 것이다. 또한, 이 대역폭은 청취자가 들을 수 있는 주파수 범위 밖에 있기 때문에, 강한 검사 신호를 부가하는 것은 사용자 경험을 (받아들이기 어려울 정도로) 저하시키지 않는다.
몇몇 실시예들에 있어서, 주변 잡음은 검사 신호를 마스크하기 위해 사용될 수도 있고, 더욱 양호한 정확도를 위해 검사 신호 레벨이 증가될 수도 있다. 예를 들어, 주변 잡음의 주파수 스펙트럼이 결정될 수도 있고, 이 스펙트럼에 대응하는 마스킹 효과가 검사 신호의 특성을 설정하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 신호 레벨은 그 주파수에서의 주변 잡음 레벨보다 상당히 높지만 여전히, 예를 들어, 근접한 주파수에서의 높은 레벨의 주변 잡음 성분에 의해 마스크되는 레벨로 설정될 수도 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 검사 신호의 주파수는 또한 주변 잡음은 낮지만 마스킹 효과는 높은 영역 내에 있도록 선택될 수도 있다. 따라서, 주변 잡음의 마스킹 특성이 결정될 수도 있고, 이것(예를 들어, 신호 레벨 및/또는 주파수)에 응답하여 검사 신호의 특성이 설정될 수도 있다.
도 7의 예에서, 2차 경로 이득은 이득이 결정되는 2차 경로(의 일부)의 앞 또는 뒤에서 루프 신호들을 측정함으로써 결정된다. 주입된 검사 신호에 대한 피드백 루프의 영향으로 인해, 일반적으로 피드백 루프에서의 단일 측정된 신호 레벨과 주입된 검사 신호의 신호 레벨(즉, 합산 유닛(703)에 공급되는 검사 신호 발생기(201)의 출력에서의 공지된 신호 레벨)의 비교에 의해 간단히 2차 경로 이득을 기반으로 하기에는 충분하지 않다는 것이 인식될 것이다.
그러나, 몇몇 실시예들에 있어서, 신호(x1)에 대한 신호 레벨은 임의의 루프 신호의 특정 측정에 의해서 보다는 검사 신호의 신호 레벨로부터 결정될 수도 있다. 특히, 검사 신호는 실질적으로 소거 필터(115)에 의해 감쇠되도록 선택될 수도 있다. 검사 신호의 존재로부터 유발되는 비-소거 필터(115)에 대한 입력의 신호 성분의 감쇠는 구체적으로 6㏈ 이상일 수도 있다(예를 들어, 몇몇 실시예들에서는 유리하게 신호가 10㏈ 또는 심지어는 20㏈ 만큼 감쇠될 수도 있다).
따라서, 시스템은 검사 신호가 소거 필터(115)의 저지 대역에 있도록 설계될 수도 있다. 예를 들어, 검사 신호의 90% 이상은 소거 필터(115)의 통과 대역 밖에 있을 수도 있고, 여기서, 통과 대역은 소거 필터(115)의 이득이 소거 필터(115)의 최대 이득 내에 있는, 즉, 7㏈인 대역폭으로서 규정된다. 따라서, 검사 신호 성분은 소거 필터(115)에 의해 약 6㏈만큼 감쇠될 것이다(많은 시나리오들에 있어서, 예를 들어, 10 내지 20㏈ 감쇠의 높은 값들조차 사용될 수도 있다). 결과적으로, (검사 신호의 대역폭 내에 있는) x1에 대한 기여도는, 피드백 경로(109)로부터의 기여도가 낮고 많은 시나리오들에서는 무시해도 될 정도인, 검사 신호 발생기(701)로부터의 기여도에 의해 결정된다. 본질적으로, 시나리오는, 시스템이 검사 신호에 대한 비-피드백 루프 설정에 효과적으로 대응하도록 소거 필터(115)가 검사 신호에 대한 피드백 신호를 감쇠시키는(또는 심지어는 차단하는) 시스템에 대응한다.
따라서, 이러한 실시예에 있어서, 관련 협대역폭 내의 신호(x1)의 신호 레벨은 (대략) 검사 신호의 신호 레벨과 동일하다. 따라서, 이러한 실시예들에 있어서, 이득 검출기(119)는 2차 경로 이득을 결정할 때 검사 신호에 대한 신호 레벨 설정을 직접 사용할 수도 있다.
몇몇 시스템들에 있어서, 라우드스피커(101)는 또한 사용자 오디오 신호를 사용자에게 제공하기 위해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 사용자는 헤드폰들을 사용하여 음악을 들을 수도 있다. 이러한 시스템들에 있어서, 사용자 오디오 신호는 (예를 들어, D/A 컨버터(111)에 대한 입력에서) 피드백 루프 신호와 조합되고, 마이크로폰(103)으로부터의 에러 신호는 마이크로폰(103)에 의해 캡처된 추정된 사용자 오디오 신호에 대응하는 기여도를 뺌으로써 보상된다. 이러한 시스템들에 있어서, 음악 신호는 2차 경로 이득을 결정하기 위해 사용될 수도 있고, 구체적으로, 신호 값들(x1 및 x2)이 측정되어 사용자 오디오 신호와 상관될 수도 있다(여기서, x2는 추정된 사용자 오디오 신호에 대한 보상 이전에 측정된다). 따라서, 이러한 예들에 있어서, 사용자 오디오 신호는 또한 검사 신호로서 사용될 수도 있다. 다시 말해서, 몇몇 예들에 있어서, 검사 신호는 사용자 오디오 신호일 수도 있다.
명확성을 위해 상기 설명은 상이한 기능 유닛들 및 처리기들을 참조하여 본 발명의 실시예들이 기술되었다는 것이 인식될 것이다. 그러나, 상이한 기능 유닛들 또는 처리기들 간의 임의의 적절한 기능성 분배는 본 발명을 벗어나지 않고 사용될 수도 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 개별 처리기들 또는 제어기들에 의해 수행되는 것으로 예시된 기능성은 동일한 처리기 또는 제어기들에 의해 수행될 수도 있다. 따라서, 특정 기능 유닛들에 대한 참조들은 엄격한 논리적 또는 물리적 구조 또는 구성을 나타낸다기보다는 기술된 기능성을 제공하기 위한 적절한 수단에 대한 참조들로서만 이해된다.
본 발명은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 임의의 조합을 포함한 임의의 적절한 형태로 구현될 수도 있다. 본 발명은 선택적으로 적어도 부분적으로는 하나 이상의 데이터 처리기들 및/또는 디지털 신호 처리기들에서 작동하는 컴퓨터 소프트웨어로서 구현될 수도 있다. 본 발명의 실시예의 요소들 및 구성요소들은 임의의 적절한 방식으로 물리적으로, 기능적으로 및 논리적으로 구현될 수도 있다. 실제로, 기능성은 단일 유닛으로, 복수의 유닛들로 또는 다른 기능 유닛들의 일부로서 구현될 수도 있다. 이와 같이, 본 발명은 단일 유닛에서 구현될 수도 있거나, 또는 상이한 유닛들 및 처리기들 간에 물리적으로 및 기능적으로 분배될 수도 있다.
본 발명이 몇몇 실시예들과 함께 설명되었지만, 상기 제시된 특정 행태로 제한되는 것은 아니다. 오히려, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항들에 의해서만 제한된다. 부가적으로, 특징이 특정 실시예들과 함께 기술되는 것으로 나타날 수도 있지만, 당업자들은 설명된 실시예들의 다양한 특징들이 본 발명에 따라 조합될 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 청구항들에 있어서, 용어 "포함하는"은 다른 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.
또한, 개별적으로 열거되어 있다고 할지라도, 복수의 수단들, 요소들 또는 방법 단계들은, 예를 들어, 단일 유닛 또는 처리기로 구현될 수도 있다. 부가적으로, 개개의 특징들이 상이한 청구항들에 포함될 수도 있지만, 이들은 가능하게는 유리하게 조합될 수도 있고, 상이한 청구항들에 포함되는 것은 특징들의 조합이 실현가능하지 않고 및/또는 유리하지 않다는 것을 의미하는 것은 아니다. 또한, 청구항들의 한 카테고리에 특징을 포함하는 것은 이 카테고리로 제한된다는 것을 의미하는 것이 아니라, 오히려 특징이 다른 청구항 카테고리들에 적절히 동등하게 응용될 수 있다는 것을 나타낸다. 또한, 청구항들에 있어서의 특징들의 순서는 특징들이 작동되어야 하는 임의의 특정 순서를 의미하는 것이 아니고, 특히, 방법 청구항에서의 개별 단계들의 순서는 단계들이 그 순서대로 수행되어야 한다는 것을 의미하는 것은 아니다. 오히려, 단계들은 임의의 적절한 순서로 수행될 수도 있다. 또한, 단수형 참조들은 복수를 배제하지 않는다. 따라서, "한", "하나의", "제 1", "제 2" 등에 대한 참조들은 복수를 불가능하게 하는 것이 아니다. 청구항들에서의 참조 부호들은 단지 명확한 예로서 제공되는 것으로서, 어떻든 간에 청구항들의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
101 : 사운드 변환기 103 : 마이크로폰
105 : 안티-앨리어싱 필터 107 : 아날로그-디지털(A/D) 컨버터
109 : 피드백 경로 111 : 디지털-아날로그(D/A) 컨버터
113 : 구동 회로 115 : 소거 필터
117 : 가변 이득 119 : 이득 검출기
121 : 이득 제어기

Claims (15)

  1. 잡음 소거 시스템에 있어서:
    오디오 환경에서의 사운드를 나타내는 제 1 아날로그 신호를 생성하도록 구성된 마이크로폰;
    상기 오디오 환경에서의 상기 사운드를 소거하기 위한 오디오를 방출하도록 아날로그 구동 신호에 의해 구동되는 사운드 변환기;
    상기 제 1 아날로그 신호를 제 1 디지털 신호로 변환하도록 상기 마이크로폰에 연결된 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter: A/D converter);
    상기 마이크로폰 및 상기 사운드 변환기 사이를 연결하고, 상기 제 1 디지털 신호를 수신하고, 상기 사운드 변환기를 구동하기 위한 디지털 구동 신호를 생성하도록 구성된 디지털 피드백 회로로서, 상기 디지털 피드백 회로는 비-적응형 소거 필터 및 가변 이득을 포함하고, 상기 마이크로폰, 상기 사운드 변환기, 및 상기 디지털 피드백 회로는 피드백 루프를 형성하는, 상기 디지털 피드백 회로;
    상기 디지털 구동 신호를 상기 아날로그 구동 신호로 변환하도록 상기 사운드 변환기에 연결된 디지털-아날로그 변환기(D/A converter);
    상기 피드백 루프의 2차 경로에 대한 2차 이득을 결정하도록 상기 아날로그-디지털 변환기 및 디지털-아날로그 변환기 사이에 상기 디지털 피드백 회로와 병렬로 연결된 이득 검출기로서, 상기 2차 경로는 상기 비-적응형 소거 필터 및 상기 가변 이득을 포함하지 않는, 상기 이득 검출기; 및
    상기 2차 이득에 응답하여 상기 가변 이득의 이득을 조정하기 위한 이득 설정기를 포함하고,
    상기 잡음 소거 시스템은,
    상기 피드백 루프에 검사 신호를 주입하도록 신호 생성기에 연결된 가산기를 추가로 포함하고,
    상기 이득 검출기는 상기 2차 경로의 입력에서의 상기 검사 신호에 대응하는 제 1 신호 레벨, 상기 2차 경로의 출력에서의 상기 검사 신호에 대응하는 제 2 신호 레벨, 및 상기 제 1 신호 레벨과 상기 제 2 신호 레벨에 응답하여 상기 2차 이득을 결정하도록 구성되는, 잡음 소거 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차 경로의 출력은 상기 가변 이득의 입력 및 상기 비-적응형 소거 필터의 입력 중 적어도 어느 하나에 대응하는, 잡음 소거 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이득 검출기는 상기 피드백 루프의 신호를 측정하지 않고 상기 검사 신호의 신호 레벨에 응답하여 상기 제 1 신호 레벨을 결정하도록 추가로 구성되는, 잡음 소거 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 검사 신호는 10㎐ 미만의 3㏈ 대역폭을 갖는 협대역 신호인, 잡음 소거 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 검사 신호는 실질적으로 사인 곡선인, 잡음 소거 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 검사 신호는 10㎐ 내지 40㎐의 간격 내의 중심 주파수를 갖는, 잡음 소거 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 검사 신호는 잡음 신호인, 잡음 소거 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 이득 검출기는:
    상기 검사 신호가 없을 때 상기 2차 경로의 상기 입력에 대응하는 신호에 대한 제 3 신호 레벨을 측정하고;
    상기 제 3 신호 레벨에 응답하여 상기 검사 신호의 신호 레벨을 설정하도록 추가로 구성된, 잡음 소거 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 비-적응형 소거 필터에 의한 상기 검사 신호에 대응하는 신호 성분의 감쇠는 적어도 6㏈인, 잡음 소거 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 사운드 변환기는 사용자에 대한 사용자 오디오 신호를 제공하도록 구성되고, 상기 이득 검출기는 상기 2차 경로의 입력에서의 상기 사용자 오디오 신호에 대응하는 상기 제 1 신호 레벨, 상기 2차 경로의 출력에서의 상기 사용자 오디오 신호에 대응하는 상기 제 2 신호 레벨, 및 상기 제 1 신호 레벨 및 상기 제 2 신호 레벨에 응답하여 상기 2차 이득을 결정하도록 구성되는, 잡음 소거 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 이득 설정기는, 상기 2차 이득 및 상기 가변 이득의 이득의 조합된 이득이 미리 결정된 값을 갖도록, 상기 가변 이득의 이득을 설정하도록 구성되는, 잡음 소거 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차 경로는 상기 사운드 변환기로부터 상기 마이크로폰에 이르는 음향 경로를 포함하는, 잡음 소거 시스템.
  13. 잡음 소거 시스템에 대한 동작 방법에 있어서:
    오디오 환경에서의 사운드를 소거하기 위한 오디오를 방출하도록 아날로그 구동 신호에 의해 사운드 변환기를 구동하는 단계;
    상기 오디오 환경에서의 상기 사운드를 나타내는 제 1 아날로그 신호를 마이크로폰에서 수신하는 단계;
    상기 제 1 아날로그 신호로부터 변환된 제 1 디지털 신호를 수신하고 상기 오디오를 방출하도록 상기 사운드 변환기를 구동하기 위한 디지털 구동 신호를 생성하기 위한 상기 마이크로폰 및 상기 사운드 변환기 사이의 디지털 피드백 회로를 제공함으로써 피드백 루프를 형성하는 단계로서, 상기 디지털 피드백 회로는 비-적응형 소거 필터 및 가변 이득을 포함하는, 상기 피드백 루프를 형성하는 단계;
    상기 디지털 피드백 회로와 병렬로 연결된 이득 검출기를 사용하여 상기 피드백 루프의 2차 경로에 대한 2차 이득을 결정하는 단계;
    상기 2차 이득에 응답하여 상기 가변 이득의 이득을 조정하는 단계; 및
    상기 디지털 구동 신호를 상기 아날로그 구동 신호로 변환하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은:
    신호 생성기를 사용하여 검사 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 검사 신호를 상기 피드백 루프로 주입하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 2차 이득은 상기 2차 경로의 입력에서의 상기 검사 신호에 대응하는 제 1 신호 레벨, 상기 2차 경로의 출력에서의 상기 검사 신호에 대응하는 제 2 신호 레벨, 및 상기 제 1 신호 레벨 및 상기 제 2 신호 레벨에 응답하여 상기 2차 이득을 결정함으로써 결정되는, 잡음 소거 시스템에 대한 동작 방법.
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