KR101689339B1 - 이어폰 구조체 및 그 작동 방법 - Google Patents

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스리람 스리니바산
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코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Abstract

이어폰 구조체는 마이크 신호를 발생하는 마이크(109) 및 구동 신호에 반응하여 사용자 귀(103)에 제 1 사운드 성분을 방출하는 사운드 변환기(101)를 포함한다. 사용자 귀(103)에 제 2 사운드 성분을 제공하도록 외부 사운드를 채널링하기 위한 음향 채널(111)이 추가로 제공된다. 음향 밸브(117)는 음향 채널(111)의 감쇠가 밸브 제어 신호에 반응하여 제어되도록 허용한다. 제어 회로(105)는 마이크 신호에 반응하여 밸브 제어 신호를 발생시켜 사용자 귀(103)에 도달하는 제 1 사운드 성분 및 제 2 사운드 성분의 혼합 사운드를 초래하는 가변 감쇠를 제공한다. 음향 신호 경로와 예로서 전기 신호 경로의 혼합된 사용으로 인하여 성능이 개선되고 특히 외부 사운드에 대하여 개방 이어폰 디자인 특성과 폐쇄 이어폰 디자인 특성 사이의 트레이드-오프가 가능하게 된다.

Description

이어폰 구조체 및 그 작동 방법{Earphone arrangement and method of operation therefor}
본 발명은 이어폰 구조체에 관한 것으로서, 특히 폐쇄형 인이어(in-ear) 이어폰에 관한 것이나, 이것으로 제한하지 않는다.
개인용 오디오 재생의 사용은 휴대용 통신 및 오디오 재생 장치의 도래와 인기에 따라 점차 넓게 퍼지고 있으며 그 결과 대중이 공유하는 환경에서 개인용 오디오 공급이 빈번하게 되고 있다.
개인용 오디오를 제공하기 위해, 일부 형태의 이어폰들이 통상적으로 사용되고 있다. 예를 들어, 헤드폰 세트는 각각의 귀를 위한 이어폰을 포함하며, 예를 들어 인이어 이어폰 또는 사용자의 귀를 둘러싸는 폐쇄형 이어폰 디자인일 수 있다. 개인용 오디오를 제공하기 위한 이어폰들의 사용의 다른 예는 예를 들어 청각 장애(hearing impared) 사용자들이 보청기를 사용하는 경우이다.
많은 그러한 이어폰들은 또한 외부 주변 노이즈의 수동적 감쇠를 제공하도록 배치되어 있다. 예를 들어, 잘 설계된 인이어 이어폰은 귓구멍과 음향(acoustic) 환경 사이의 음향 밀봉으로 인하여 대략 25dB로 외부 노이즈를 감소시킬 수 있다. 유사하게 귀 밖의(out-of-ear) 폐쇄형 이어폰들도 또한 특히 고주파수들에 대해 외부 환경의 실질적인 수동적 감쇠를 제공할 수 있다.
그러한 노이즈 감소는 많은 경우에 유리할 수 있다. 예를 들어, 소음이 많은 환경에서 (예로서 전화기 링크를 초과하는) 원단(far-end) 통신을 위해, 원단 당사자의 명료도를 감소시키는 경향이 있는 외부 노이즈를 감소시키는 것이 바람직하다. 다른 예로서, 소음이 많은 환경에서의 음악 감상은 예를 들어 비행기, 버스, 기차 및 사람이 많은 공공장소에서 외부 노이즈가 감소될 때 또한 더 큰 즐거움을 가지는 경향이 있다.
더구나, 폐쇄형 또는 인이어 이어폰 디자인들은 외부 사운드(sound)의 감쇠를 제공할 뿐만 아니라 이어폰과 사용자 귀 사이의 밀접한 커플링으로 인하여 생성된 오디오의 질을 향상시킬 수 있다. 실제로 많은 경우에 폐쇄형 또는 인이어 디자인은 이어폰의 주어진 크기에 대해 달성될 수 있는 오디오 품질 때문에 선택될 수 있다.
그러나, 많은 경우에 외부 사운드의 감쇠는 불리할 수도 있다. 예를 들어, 외부 사운드의 감쇠는 불필요한 노이즈를 감쇠할 뿐만 아니라 또한 필요한 외부 사운드를 감쇠할 수도 있다.
예로서, 음향 환경에 대한 주의가 중요한 교통 및 다른 상황에서 폐쇄형 또는 인이어 이어폰들을 착용하는 것은 비실용적이 될 수 있고 그리고 실제로 외부 사운드의 감소는 오히려 위험한 상황을 초래할 수 있다. 또한, 그러한 이어폰의 사용은 귀가 (예를 들어 물에 의해) 차단될 때의 경험과 유사한 폐색(occlusion) 효과를 초래한다. 그러한 폐색 효과는 귀가 차단되어 있음을 느낄 때 편안함을 현저히 감소시키고 그리고 사용자 자신의 목소리 감지에 실질적으로 악영향을 주어 인지 왜곡(perceived distortion)을 초래한다.
동일한 이어폰들이 통상적으로 많은 다른 시나리오들에 사용될 때, 일부 시나리오에서는 이어폰이 차선책이 되는 경우가 있고, 실제로 일부 시나리오에서는 이어폰이 사용자에게 충분한 외부 사운드를 제공하지 못하는 경우도 있으며, 다른 시나리오에서는 사용자에게 너무 많은 외부 사운드를 제공하는 경우도 있다.
주어진 이어폰에 대해 인지적 품질 및 사용자 경험을 개선하기 위해, 이어폰에 의해 만들어질 신호를 처리하기 위한 신호 처리 알고리즘이 많이 제안되어있다. 예를 들어, 이어폰의 사운드 변환기로부터 사운드 신호를 제거하는 역위상(inverse phase)을 발생하는데 사용되는 주변 노이즈 신호를 마이크가 측정하는 능동형 소음제거(active noise cancelling)가 제안되어있다. 다른 실례로서, 폐쇄형 또는 인이어 이어폰에 대해서, 마이크가 외부 사운드를 캡쳐(capture)하여 이 외부 사운드를 재생되는 사운드에 추가하는 것이 제안되어있다.
그러나, 이어폰의 사운드 변환기에 의해 재생된 사운드를 수정하기 위한 그와 같은 알고리즘들이 많은 경우에 향상된 성능을 제공할 수 있을지라도, 그러한 알고리즘들은 또한 일부의 경우에 차선책(suboptimal)이 되는 경향이 있고 특히 최적화를 위한 완전한 유연성(flexibility)을 제공할 수 없다. 실제로, 일부의 경우에 그러한 접근법들은 차선의 오디오 품질 또는 사용자 경험을 제공할 수 있다. 또한 그러한 접근법들은 비교적 복잡하게 되는 경향이 있고 그 결과 이어폰 시스템의 비용을 증가시키는 경향이 있다.
따라서, 개선된 접근법이 유리할 것이며 특히, 유연성의 증가, 다른 오디오 환경 및/또는 사용자 시나리오에 대한 동적 적응의 향상, 인지적 오디오 품질의 향상, 복잡성의 감소, 용이한 조작, 용이한 실행 및/또는 향상된 성능을 허용하는 접근법이 유리할 것이다.
이에 따라서, 본 발명은 하나 또는 그 이상의 상술한 단점들을 단독으로 또는 조합하여 양호하게 경감하거나 완화하거나 제거하는 것을 추구한다.
본 발명의 하나의 양상에 따라, 마이크 신호를 발생하는 마이크; 구동 신호에 반응하여 사용자 귀에 제 1 사운드 성분을 방출하도록 배열된 사운드 변환기; 상기 사용자 귀에 제 2 사운드 성분을 제공하도록 외부 사운드를 채널링(channeling)하기 위한 음향 채널; 밸브 제어 신호에 반응하여 상기 음향 채널의 감쇠를 제어하는 음향 밸브; 및 상기 마이크 신호에 반응하여 상기 밸브 제어 신호를 발생시켜 상기 사용자 귀에 도달하는 상기 제 1 사운드 성분 및 상기 제 2 사운드 성분의 혼합 사운드를 초래하는 가변 감쇠를 제공하는 제어 회로를 포함하는 이어폰 구조체를 제공한다.
본 발명은 많은 경우에 향상된 이어폰 구조체를 제공할 수 있다. 특히, 다른 사용자 시나리오 및 다른 전류 조건에 적응될 수 있는 이어폰이 달성될 수 있다. 이어폰은 오디오 환경으로부터 오는 직접 음향 사운드와 사운드 변환기에 의해 재생된 사운드 사이에 향상된 혼합을 제공할 수 있다.
특히, 상기 이어폰은 외부 오디오 환경으로부터 직접 오는 사운드와, 사운드 변환기에 의해 재생된 사운드의 동적 및/또는 점진적 믹싱(mixing)을 허용함으로써 향상된 사용자 경험을 제공할 수 있다. 이러한 접근법은 예로서 노이즈 억제 및 폐색 효과의 감소와 같은 상충하는 조건들 사이의 더욱 유연하고 동적이며 점진적인 트레이드-오프(trade-off)를 가능하게 한다.
상기 구조체는 많은 실시예들에서 향상된 사운드 품질 및 사용자 경험을 제공할 수 있고, 그리고 음향 특성 및 전기 특성 사이에 효과적인 상호연동(interworking)을 제공할 수 있다.
시스템은 사용자가 인지한 사운드가 사운드 변환기에 의해 제공된 전기적 제어된 사운드와 지역적 오디오 환경으로부터 직접 음향적으로 결합된 사운드의 조합이 되도록 허용한다. 이것은 많은 경우에 더 자연적이며 더 높은 품질의 사운드를 인지할 수 있게 한다. 이어폰 구조체는 그 작동 및 2가지 기여도(contributions)의 가중(weighting)을 마이크 신호에서 반사된 대로 지역적 오디오 환경에서의 특성들에 의존하여 사용자에게 도달하는 믹싱에 자동적으로 적응시킬 수 있다.
이어폰 구조체는 예를 들어, 인이어 이어폰, 보청기, 폐쇄형 헤드폰 및 개방형 헤드폰 모두를 포함하는 헤드폰 세트의 귀 밖의 이어폰을 포함하는 어떤 형식의 이어폰이라도 포함할 수 있다.
본 발명의 선택사양의 형태에 따라서, 제어 회로는 마이크 신호에 반응하여 구동 신호를 발생하도록 배치된다.
이것은 많은 실시예들에서 향상된 성능을 제공할 수 있고 그리고 특히 향상된 인지적 오디오 품질 및/또는 향상된 사용자 경험을 제공할 수 있다. 구동 신호는 마이크 신호에 해당하는 적어도 하나의 성분을 포함하도록 특별하게 발생될 수 있고, 제 1 사운드 성분은 지역적 오디오 환경을 반영하도록 발생될 수 있다. 따라서 외부 지역적 오디오 환경의 인지는 음향 채널을 경유하여 음향적으로 직접 결합된 사운드와 사운드 변환기를 경유하여 전기적으로 발생된 사운드의 조합으로서 제공될 수 있다. 이 접근법은 다른 경로들과 관련된 다른 특성들 사이의 향상된 트레이드-오프를 가능하게 하고 그리고 예를 들어 음향 경로의 자연적 사운드 및 작은 복잡성{및 리소스 사용(resource usage)}과 전기 경로의 가능한 복잡한 신호 처리 사이의 트레이드-오프 및 이들의 조합을 가능하게 한다.
본 발명의 선택사양의 형태에 따라서, 제어 회로는 구동 신호 및 밸브 제어 신호를 결합적으로(jointly) 발생하도록 배치된다.
이것은 많은 경우에 향상된 성능을 제공할 수 있고 그리고 종종 최적화된 성능 및 트레이드-오프를 유도할 수 있다. 공동 결정은 구동신호가 밸브 제어 신호/음향 밸브 특성을 고려하여 발생되도록, 및/또는 밸브 제어 신호가 구동 신호 및/또는 전기 경로의 특성을 고려하여 발생되도록 그렇게 이루어진다.
예를 들어, 음향 밸브가 제 2 사운드 성분(음향 커플링 또는 감쇠와 같은)에 필요한 효과를 제공하도록 조절될 수 없으면, 구동신호는 필요한 효과를 제공하도록 적응될 수 있다(예를 들어, 사운드 변환기가 추가의 외부 사운드를 제공하도록 하거나 또는 제 2 사운드 성분을 위해 사운드 제거 신호를 제공하도록 함으로써).
본 발명의 선택사양의 형태에 따라서, 제어 회로는 구동 신호 및 밸브 제어 신호를 결합적으로 발생하여 필요한 주변 사운드 특성을 제공하도록 배치된다.
이것은 향상된 사용자 경험을 제공할 수 있다. 필요한 주변 사운드 특성은 예를 들어 사용사 귀에 도달하는 주변 사운드를 위해 레벨 또는 게인(gain)이 될 수 있다.
본 발명의 선택사양의 형태에 따라서, 제어 회로는 구동 신호를 발생할 때 마이크 신호에 기초한 노이즈 감소를 실행하며 그리고 상기 노이즈 감소의 특성에 반응하여 밸브 제어 신호를 발생하도록 배치된다.
이것은 많은 실시예들 및 시나리오들에서 향상된 노이즈 성능을 제공할 수 있다. 특히, 이것은 음향 및 전기 노이즈 감소 및/또는 수동형 및 능동형 노이즈 감소의 효과적인 조합을 제공할 수 있다. 노이즈 감소의 특성은 특별히 노이즈 감소를 따라가는 잔류 노이즈 성분을 나타낼 수 있다.
본 발명의 선택사양의 형태에 따라서, 제어 회로는 음향 밸브의 작동 특성에 반응하여 마이크 신호로부터 구동 신호를 발생하기 위한 전달 특성을 수정하도록 배치된다.
이것은 많은 경우에 향상된 성능을 제공할 수 있다. 전달 특성은 특별히 주파수 반응이 될 수 있다. 전달 특성은 예를 들어 음향 채널을 위한 현재의 음향 전달 기능을 반영하도록 수정될 수 있다. 이 접근법은 예를 들어 전달 특성을 수정하여 음향 채널의 전달 기능에서의 변화들에 대한 전체 피드백 루프 특성을 보상함으로써 발생되는 불안정의 위험을 감소시키는데 사용될 수 있다.
본 발명의 선택사양의 형태에 따라서, 제어 회로는 마이크 신호에서 음향 피드백 지시를 검출하며 그리고 상기 음향 피드백 지시에 반응하여 구동 신호 및 밸브 제어 신호 중 적어도 하나를 발생하도록 배치된다.
이것은 많은 경우에 향상된 성능을 제공할 수 있고 그리고 특히 향상된 안정 성능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 이것은 사운드 변환기로부터 마이크로 가서 자여발진(self-oscillation)을 초래하는 음향 피드백을 방지 또는 경감하는데 사용될 수 있다. 음향 피드백 지시는 예를 들어 이어폰 구조체를 위한 잠재적 음향 피드백과 관련되는 것으로 알려진 주파수에서의 음색(tone) 신호의 지시가 될 수 있다.
본 발명의 선택사양의 형태에 따라서, 이어폰 구조체는 이어폰으로 재생하기 위한 오디오 신호를 수신하는 수단을 추가로 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 오디오 신호에 반응하여 구동 신호를 발생하도록 배치된다.
이어폰 구조체는 외부에서 수신한 오디오 신호의 사운드를 재생하는데 사용될 때 향상된 사용자 경험을 제공할 수 있다. 예를 들어, 통신 디바이스 또는 미디어 플레이어로부터 만들어진 사운드를 들을 때 향상된 사용자 경험이 달성될 수 있다.
오디오 신호는 마이크 신호와 조합될 수 있고, 또는 제 1 사운드 성분이 예로서 수신된 오디오 신호에만 대응할 수 있다.
본 발명의 선택사양의 형태에 따라서, 이어폰 구조체는 원격 이어폰의 추가 음향 밸브의 세팅의 지시를 수신하는 수단을 추가로 포함하고, 상기 제어 회로는 상기 지시에 반응하여 밸브 제어 신호를 발생하도록 배치된다.
이것은 하나 이상의 이어폰이 사용되는 시나리오에서 향상된 성능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 스테레오 헤드폰의 경우, 좌측 이어폰 및 우측 이어폰은 음향 밸브의 세팅을 특정하는 데이터를 교환할 수 있고, 이에 의해 청취자의 두 귀에 제공된 사운드가 조화를 이룰 수 있게 된다.
본 발명의 선택사양의 형태에 따라서, 제어 회로는 음향 밸브의 세팅을 상기 추가 음향 밸브의 세팅과 정렬하도록 배치된다.
이것은 많은 경우에 향상된 사용자 경험을 제공할 수 있다. 상기 정렬은 음향 밸브들의 세팅들의 변화들이 조화되도록 동기화(synchronization)를 특별히 포함할 수 있다. 특히, 추가 음향 밸브의 세팅의 변화는 수신된 지시에 반응하여 음향 밸브의 세팅의 변화를 초래할 수 있다.
본 발명의 선택사양의 형태에 따라서, 제어 회로는 음향 밸브의 세팅과 상기 추가 음향 밸브의 세팅 사이의 오프셋(offset)을 도입하도록 배치된다.
이것은 많은 경우에 향상된 성능을 제공할 수 있고 그리고 특히 구조체가 두 귀들 사이에서 청취자의 듣기에서 차이들을 고려하도록 허용한다.
본 발명의 선택사양의 형태에 따라서, 제어 회로는 마이크 신호에서 청각 장면 분석(auditory scene analysis)을 실행하며 그리고 상기 청각 장면 분석에 반응하여 밸브 제어 신호를 발생하도록 배치된다.
이것은 많은 경우에 향상된 성능을 제공할 수 있다.
본 발명의 선택사양의 형태에 따라서, 제어 회로는 마이크 신호에 반응하여 노이즈 분석을 실행하며 상기 노이즈 분석에 반응하여 밸브 제어 신호를 발생하도록 배치된다.
이것은 향상된 노이즈 성능을 제공할 수 있고 그리고 특히 더욱 자연적으로 사운드를 내는 억제된 노이즈를 특별하게 초래할 수 있는 향상된 노이즈 억제를 가능하게 한다.
본 발명의 선택사양의 형태에 따라서, 제어 회로는 마이크 신호에서 언어 검출을 실행하며 상기 언어 검출에 반응하여 밸브 제어 신호를 발생하도록 배치된다.
이것은 많은 경우에 향상된 사용자 경험을 제공할 수 있다. 특히, 이것은 사용자가 말하고 있을 때 폐색 효과를 감소하면서 동시에 사용자가 들을 때 향상된 노이즈 감소를 제공할 수 있다.
본 발명의 한 양상에 따라서, 사용자 귀에 제 1 사운드 성분을 제공하도록 외부 사운드를 채널링하기 위한 음향 채널과, 밸브 제어 신호에 반응하여 상기 음향 채널의 감쇠를 제어하기 위한 음향 밸브를 갖는 이어폰 구조체의 작동 방법이 제공되고, 이 방법은 마이크로부터 마이크 신호를 발생하고; 구동 신호에 반응하여 사운드 변환기로부터 사용자 귀에 제 2 사운드 성분을 방출하고; 상기 마이크 신호에 반응하여 상기 구동 신호를 발생하고; 및 상기 마이크 신호에 반응하여 상기 밸브 제어 신호를 발생시켜 상기 사용자 귀에 도달하는 상기 제 1 사운드 성분과 상기 제 2 사운드 성분의 혼합 사운드를 초래하는 상기 음향 채널의 가변 감쇠를 제공한다.
본 발명의 상기 및 다른 양상들, 특징들 및 장점들은 하기에 설명된 실시예(들)로부터 명백하게 되고 또한 이하의 실시예(들)를 참고하여 설명될 것이다.
본 발명의 실시예들을 도면을 참고하여 실례로서만 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이어폰 구조체의 실례를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이어폰 구조체의 실례를 도시한다.
아래 설명은 사용자의 각각의 귀를 위한 이어폰을 포함하는 스테레오 헤드폰 세트의 이어폰에 적용될 수 있는 본 발명의 실시예들에 초점을 두고 있다. 그러나, 본 발명은 이러한 적용으로 제한되지 않고 예를 들어 보청기와 같은 다른 많은 경우에 적용될 수 있음을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 이어폰 구조체의 실례를 도시한다. 이 실례에서, 도 1의 이어폰 구조체는 사용시에 사용자 귀 내에 또는 둘레에 배치되는 단일 이어폰으로 실시된다. 특히, 이어폰은 사용자의 귀 도관 내에 부분적으로 배치되는 인이어 이어폰이거나 또는 폐쇄형 이어폰이 될 수 있고, 따라서 사용자 귀 둘레에 제위치에 배치되어 폐쇄된 체적(volume)을 형성할 수 있다. 또한 일부 실시예들에서 도 1의 하나 또는 그 이상의 요소가 이어폰 유닛 외부에 배치될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 외부 마이크가 일부 실시예들에서 사용될 수 있다.
도 1의 이어폰은 스테레오 헤드셋의 하나의 이어폰에 해당하며, 상기 스테레오 헤드셋은 도 1의 이어폰과 동일한 제 2 이어폰을 추가로 포함한다. 다시 말하면, 도 1은 스테레오 헤드폰의 이어폰들 중 어느 것을 예시하는 것으로 생각될 수 있다.
이어폰은 사용자의 하나의 귀에 사운드 신호를 만들 수 있는 어떤 디바이스가 될 수 있다. 이어폰은 사용될 때 사용자 귀들 중 하나에 밀접하게 연결되지만, 사용자의 다른 귀에는 연결되지 않는다. 이어폰들의 실례는 보청기, 인이어 이어폰, 폐쇄형 이어폰 등을 포함한다. 이어폰들은 착용될 수 있는 경향이 있다.
도 1의 이어폰은 사운드 변환기(101)를 포함하고, 이 사운드 변환기는 여기에 공급되는 구동 신호에 반응하여 음향 신호를 발생하도록 배열되어 있다. 사운드 변환기(101)는 사용자 귀(103)에 도달할 수 있는 제 1 사운드 성분을 방출한다. 예를 들어, 인이어 이어폰에서, 사운드 변환기(101)는 직접 사운드를 사용자의 귀 도관 내로 방출하고, 폐쇄형 이어폰에서는, 사운드 변환기(101)는 사운드를 사용자 귀를 둘러싸는 폐쇄된 체적 내로 방출한다. 사운드 변환기(101)는 특히 확성기가 될 수 있다.
사운드 변환기(101)는 제어 회로(105)에 연결되고, 이 제어 회로는 사운드 변환기(101)를 위한 구동 신호를 발생하도록 배열되어 있다. 따라서, 제어 회로(105)는 사운드 변환기(101)로 공급되는 전기 구동 신호를 발생하여 제 1 사운드 성분으로 변환되도록 한다.
제어 회로(105)는 신호 수신기(107)에 추가로 연결되고, 이 신호 수신기는 외부 소스 또는 내부 소스(도시되지 않음)로부터 오는 오디오 신호를 수신하도록 배열된다. 오디오 신호는 이어폰에 의해 표현될 오디오 신호가 될 수 있다. 예를 들어, 이 오디오 신호는 사용자에게 재생될 미디어 플레이어로부터 나오는 오디오 신호가 될 수 있다. 오디오 신호는 어떠한 적절한 소스 및 어떠한 적절한 방법으로도 수신될 수 있다. 예를 들어, 오디오 신호는 소스에 연결된 와이어들을 경유하여 아날로그 전기 신호로서 수신될 수 있다. 다른 예로서, 신호 수신기(107)는 BluetoothTM 수신기와 같은 무선 트랜시버(transceiver)를 포함할 수 있으며, 오디오 신호는 부호화된 오디오 데이터를 포함하는 무선 데이터 신호로서 수신될 수 있다. 그러한 실례에서, 신호 수신기(107)는 부호화된 오디오 데이터를 해독하기 위한 복호기를 포함할 수 있다.
이어폰은 추가로 마이크(109)를 포함하고, 이 마이크는 제어 회로(105)에 연결되어 있다. 마이크(109)는 외부 오디오 환경에서의 오디오를 캡쳐하여 이 오디오를 제어 회로(105)에 제공하도록 배열되어 있다.
일부 실시예들에서, 구동 신호는 마이크(109)로부터 오는 마이크 신호에 기초하여 발생될 수 있다. 예를 들어, 마이크(109)는 제 1 사운드 성분이 주변/외부 사운드를 포함하도록 사운드 변환기(101)로 공급되는 외부 사운드를 픽업할 수 있다. 다른 실례로서, 이어폰은 노이즈 감소/제거를 제공하는데 사용될 수 있고, 마이크(109)는 사용자의 귀에 밀접한 사운드를 픽업하도록 배치될 수 있다. 제어 회로(105)는 이에 따라 검출된 사운드의 역상(opposite phase)을 갖는 사운드 제거 신호를 발생할 수 있다. 따라서, 제 1 사운드 성분은 사용자에게 도달되는 노이즈의 적어도 일부를 제거할 수 있는 노이즈 제거 사운드 신호를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 마이크가 이어폰에 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 하나의 마이크는 외부 사운드를 캡쳐할 수 있도록 배열될 수 있고 다른 마이크는 사용자의 귀에 근접한 사운드를 캡쳐하도록 배열될 수 있다. 다른 마이크들이 함께 사용될 수 있는데, 예로서 외부 마이크 및 내부 마이크 모두가 노이즈 제거를 제공하도록 사용될 수 있고, 또는 마이크들이 다르게 사용될 수 있는데, 예로서 내부 마이크는 전기 노이즈 제거를 위해 사용될 수 있고 외부 마이크는 음향 밸브(117)의 세팅을 제어하는데 사용될 수 있다. 또한 각각의 마이크가 마이크 어레이로서 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 이것은 예를 들어 다른 마이크들로부터 오는 신호들을 적절히 조합함으로써 지향성 특성이 달성될 수 있게 허용한다. 따라서 마이크(109)는 일부 실시예들에서 복수의 마이크를 대표하는 것으로 간주될 수 있다.
다른 실시예들에서, 구동 신호는 수신기(107)로부터 수신된 오디오 신호로부터 발생될 수 있다. 따라서 제 1 사운드 성분은 수신된 오디오 신호의 표현(presentation)에 해당할 수 있다. 예를 들어, 이어폰은 미디어 플레이어 또는 통신 유닛으로부터 오는 사운드를 사용자에게 제공하기 위한 헤드셋의 일부로서 사용될 수 있다.
따라서, 일부 실시예들에서, 제 1 사운드 성분은 단지 오디오 수신기(107)로부터 오는 오디오 신호에만 기초를 두고, 마이크(109)로부터 오는 마이크 신호에 의존하지 않는다. 다른 실시예들에서, 제 1 사운드 성분은 마이크(109)로부터 오는 마이크 신호에만 기초를 두고, 오디오 수신기(107)로부터 오는 오디오 신호에 의존하지 않는다. 따라서 오디오 수신기(107)는 선택사양이 될 수 있고 그리고 일부 실시예들에서만 포함될 수 있다. 또한 일부 실시예들에서 구동 신호는 오디오 수신기(107)로부터 오는 오디오 신호와 마이크(109)로부터 오는 마이크 신호 모두에 반응하여 발생되는 것임을 이해할 것이다. 따라서 제 1 사운드 성분은 오디오 신호와 마이크 신호 모두에서 오는 기여(contribution)를 포함할 수 있다.
제어 회로(105)는 어떠한 적절한 방법으로도 실행될 수 있으며 그리고 디지털 또는 아날로그 수단에 의하여 특별하게 실행될 수 있음을 이해할 것이다. 통상적으로, 제어 회로(105)는 수신된 신호들에 관한 적절한 디지털 신호 처리 알고리즘을 수행하도록 배열된 디지털 신호 프로세서를 포함할 것이다. 이에 따라 제어 회로(105)는 적절한 경우에 아날로그 대 디지털 및 디지털 대 아날로그 변환을 위한 적절한 수단을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 또한 제어 회로(105)는 예를 들어 마이크 신호를 위한 저노이즈 증폭기와, 구동 신호를 위한 전력 증폭기와 같은 다른 적절한 회로를 포함할 수 있다.
예로서, 이어폰은 폐쇄형 이어폰 또는 인이어 이어폰이다. 그러한 이어폰들의 특성은 상기 이어폰들이 외부 오디오 환경과 사용자 귀 사이에 음향 감쇠를 제공한다는 점이다. 이러한 감쇠는 상당히 크다(예로서, 인이어 이어폰에서는 통상 20 내지 30 dB의 값이 보통이다). 그러한 감쇠는 많은 시나리오들에 유익하며, 즉 예를 들어 소극적 노이즈 감소가 필요하거나 요구되는 경우에 유익하다. 그러나, 다른 시나리어에서는 사용자가 말하고 있을 때 발생하는 폐색 효과 때문에 또는 사용자에게 흥미를 주는 외부 오디오 환경 때문에 바람직하지 않을 수 있다.
도 1의 이어폰은 추가로 외부 오디오 환경으로부터 오는 외부 사운드를 사용자 귀(103)에 채널링함으로써 제 2 사운드 성분을 사용자 귀(103)에 제공하기 위한 음향 채널(111)을 포함한다. 따라서, 도 1의 이어폰을 위해, 사용자 귀에 도달하는 사운드는 함께 혼합된 2개의 사운드 성분으로 (주로) 구성될 것이다. 특히, 사용자가 수신한 사운드는 사운드 변환기(101)에 의해 제공된 제 1 사운드 성분과 음향 채널(111)에 의해 제공된 제 2 사운드 성분의 조합이 될 것이다.
음향 채널(111)은 특히 사용자 귀(103)를 둘러싸는 (또는 내부의) 체적을 외부 환경에 연결하는 벤트(vent)로서 발생될 수 있다. 특히, 튜브 또는 홀이 이어폰 내에 형성되며, 제 1 개구(113)가 이어폰 외부에 있고 제 2 개구(115)가 사용자 귀(103)에 사운드를 제공하는 체적 내에 있다.
이러한 음향 채널이 있음으로 인하여 외부 사운드가 직접 공기 매체를 통해 즉, 전기 신호로의 어떠한 변환도 없이 사용자 귀(103)에 도달할 수 있게 된다. 따라서 음향 채널(111)은 이어폰에 의해 제공된 외부 사운드의 감쇠를 감소시키고 그리고 이러한 외부 주변 사운드가 왜곡이 감소된 상태로 사용자 귀(103)에 도달하도록 허용한다. 이에 따라 음향 채널(111)은 폐쇄형 또는 인이어 이어폰 디자인에서 체험할 수 있는 약점들의 일부를 경감 또는 제거할 수 있다. 예를 들어, 음향 채널은 폐색 효과를 감소시켜 주변 사운드들을 사용자가 들을 수 있게 허용한다. 그러나, 음향 채널(111)의 존재는 폐쇄형 또는 인이어 이어폰에 의해 제공된 소극적 노이즈 감소를 감소시킬 수 있다. 음향 채널(111)의 존재는 특히 개방형 이어폰 디자인과 더 흡사한 이어폰 디자인을 초래할 수 있다.
도 1의 이어폰은 추가로 음향 밸브(117)를 포함하며, 상기 음향 밸브(117)는 밸브 제어 신호에 반응하여 음향 채널(111)을 통과하는 외부 사운드 방출의 감쇠를 제어하도록 배열되어 있다. 특히, 음향 채널(111)에는 음향 채널(111)의 적어도 일부의 단면을 점차적으로 변화시킬 수 있는 음향 밸브(117)가 장착될 수 있다. 인가된 제어 신호에 의존하여, 음향 밸브(117)는 음향 채널(111)을 점차로 개방 또는 폐쇄할 수 있고 그리고 특히 음향 채널(111)의 개구가 항상 완전 개방되는 것으로부터 완전 폐쇄되는 것으로 변화되도록 배열될 수 있다.
따라서, 음향 밸브(117)는 얼마나 많은 수동적 감쇠가 이어폰에 의해 제공되는지 그리고 얼마나 많은 직접 음향 주변 사운드가 사용자에게로 통과되도록 허용되는지를 제어하는데 사용될 수 있다.
음향 밸브(117)는 밸브 제어 신호를 제공하는 제어 회로(105)에 연결되어 있다. 제어 회로(105)는 마이크 신호에 반응하여 밸브 제어 신호를 발생한다. 따라서, 제어 신호는 음향 채널(111)을 위한 가변 감쇠를 제공하는데 사용되어서 이것이 사용자 귀(103)에 도달하는 제 1 사운드 성분 및 제 2 사운드 성분의 혼합 사운드를 만들게 한다.
음향 채널(111)의 감쇠는 따라서 일부 사운드가 음향적으로 사용자 귀(103)에 도달하게 함과 동시에 여전히 이어폰이 일부 수동적 감쇠를 제공하도록 허용하는 점진적 감쇠가 될 수 있다. 따라서, 상술한 접근법은 마이크(109)에 의해 캡쳐된 오디오에 의존하여 이어폰의 수동적 감쇠의 더욱 유연하고 동적인 변화를 제공할 수 있게 한다.
예를 들어, 마이크(109)가 외부 주변 사운드를 캡쳐하도록 배열되면, 사운드의 정확한 감쇠는 이러한 사운드의 특성을 반영하도록 조절될 수 있다.
특별한 실례로서, 도 1의 이어폰은 수신기(107)에 의해 수신된 오디오 신호를 제시하는데 사용될 수 있다. 동시에, 제어 회로(105)는 마이크(109)에 의해 픽업된 마이크 신호를 평가할 수 있고 그리고 음향 밸브(117)를 위한 적절한 밸브 제어 신호를 발생함으로써 상기 평가에 의존하여 음향 채널(111)의 감쇠를 제어할 수 있다. 제어 회로(105)는 예로서 주변 노이즈의 레벨을 결정할 수 있으며 외부 사운드의 레벨에 의존하도록 음향 밸브(117)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 외부 사운드 레벨이 매우 낮으면, 제어 회로(105)는 음향 밸브(117)가 완전 개방되게 만드는 제어 신호를 발생하도록 처리될 수 있다. 이러한 경우에, 음향 채널(111)과 관련된 감쇠는 매우 낮을 것이며, 제 2 사운드 성분이 정확하고 감쇠되지 않은 외부 사운드 신호와 일치할 수 있다. 따라서, 사용자가 조용한 환경에 있을 때 사용자는 폐쇄형 또는 인이어 이어폰 디자인과 관련된 어떠한 약점들에 지배되지 않으면서 현재 표현된 오디오에 귀를 기울일 수 있을 것이다. 예를 들어, 사용자는 어떠한 폐색 효과를 경험하지 않을 것이며 그리고 외부 사운드 소스들을 들을 것이다(예로서, 사용자는 다른 사람이 자신을 부르는 소리를 들을 수 있을 것이다). 그러나, 사용자가 소음이 나는 오디오 환경으로 이동함에 따라 주변 사운드 레벨이 증가하면, 이것이 마이크(109)에 의해 캡쳐되고 제어 회로(105)가 이에 따라 음향 밸브(117)를 점진적으로 폐쇄시켜 증가된 주변 사운드 레벨을 보정하도록 처리할 수 있다. 따라서, 사용자는 여전히 음향 채널(111)에서 사운드들이 감쇠된 그대로 배경 외부 사운드의 레벨이 낮은 상태에서 현재 표현된 오디오를 들을 수 있다. 그러나, 이러한 감쇠된 사운드 레벨은 예로서 폐색 효과를 증가시키기 때문에 달성된다. 주변 사운드 레벨이 너무 커서 음향 밸브(117)가 최대화되는 이어폰의 수동적 감쇠에 따라 완전히 폐쇄되면, 제어 회로(105)는 일부 실시예들에서 능동 노이즈 제거를 실시하여 사운드 변환기(101)로부터 방출된 사운드가 수신기(107)로부터 오는 오디오 신호를 포함할 만 아니라 외부 노이즈를 위한 노이즈 제거 신호를 포함하도록 처리할 수 있다. 이 실례에서, 외부 사운드 레벨의 결정은 마이크 신호를 위한 단순한 노이즈 분석에 고려될 수 있다.
따라서, 도 1의 이어폰은 작동이 사용자가 경험하는 특정한 조건들에 자동적으로 적응되는 개선되고 유연한 사용자 경험을 제공할 수 있다. 사실, 이 접근법은 이어폰 디자인을 개방형 디자인에서 완전 폐쇄형/인이어 디자인으로 유연한 적용을 제공할 수 있는 것으로 보여진다. 따라서, 이 시스템은 단일 이어폰이 현재의 사용 시나리오에 필요한 특성들을 제공하도록 적용될 수 있게 허용한다.
특히, 전기 사운드 성분과 음향 사운드 성분 사이의 밀접한 상호작용은 현재의 조건들에 적절한 오디오 경험을 제공함으로써 향상된 인지적 오디오 품질을 제공하는데 사용되고 있다. 사실, 이 접근법은 제 1 사운드 성분 및 제 2 사운드 성분 모두가 동시에 사용자에게 잘 들리게 하여, 예를 들어 만들어질 오디오 신호와 필요한 레벨에서의 외부 사운드 모두를 포함하는 향상된 오디오 경험을 제공할 수 있게 한다. 더구나, 폐색과 같은 불필요한 효과들이 감소될 수 있고, 특히 그 효과들이 필요한 트레이드-오프가 되는 시나리오로 제한될 수 있다.
따라서, 귀마개를 완전 투명과 완전 차단 사이로 전환하기 위해 귀마개의 벤트를 완전 개방 또는 완전 폐쇄시키는데 사용되는 음향 밸브의 실례를 공개하고 있는 미국특허출원 US2007/0086599호의 접근법과 같은 접근법과는 대조적으로, 상술한 본원의 접근법은 예를 들어 오디오 신호로부터 오디오의 유익한 표현을 제공하는데 사용될 수 있는 이어폰을 제공한다. 이 시스템은 만들어진 사운드의 사용자 인식이 현재의 조건들에 대해 가능한 최적의 오디오 경험을 제공하기 위해 상호협동하는 제 1 및 제 2 사운드 성분들에 의해 최적화되도록 유연하고 가변적인 적응력을 제공한다.
음향 밸브(117)가 음향 채널(111)을 통과하는 사운드 신호들을 위한 감쇠를 변화시킬 수 있는 어떠한 기능(function)도 할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 특히 음향 밸브(117)는 음향 채널(111)의 단면을 변화시킬 수 있는 어떠한 기능성(functionality)도 가질 수 있다.
특정한 실례로서, 음향 밸브(117)는 예를 들어 개구를 제어하기 위해 작은 스테퍼 모터를 사용하여 조리기 셔터(diaphragm shutter)(사진 카메라에서 사용되는 것과 유사한)처럼 실행될 수 있다. 다른 실례는 음향 밸브가 튜브 내로 밀리는 물체에 의해 흐름이 차단될 수 있는 라디에이터 밸브로 실행되는 방법이 될 수 있다. 차단하는 물체의 위치는 예를 들어 전기장 및/또는 자기장 또는 압전 액추에이터에 의해 제어될 수 있다.
상술한 특정한 실례에서, 이어폰은 오디오 신호를 발행하는데 사용되고, 제어 회로는 특히 오디오 신호에 의존하는 구동 신호를 발생한다. 이 실례에서, 마이크(109)는 외부 노이즈를 픽업하기 위해 이어폰의 외부 측면에 배열되는 것이 아니라, 일부 실시예에서는 마이크가 폐쇄형 헤드폰에 의하여 귀 둘레에 형성된 체적 내의 사운드를 캡쳐하도록 배열될 수 있다. 따라서 이 실례에서는 마이크(109)가 직접 외부 사운드를 캡쳐하는 것이 아니고, 그보다는 사용자 귀(103)에 의해 수신된 사운드를 측정한다. 마이크 신호는 이에 따라 제 1 및 제 2 사운드 성분의 조합된 기여를 반영할 수 있다.
제어 회로(105)는 마이크 신호(109)에 관한 노이즈 분석을 실행하도록 처리될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 제 1 사운드 성분에 해당하는 신호 성분을 추출한 다음에 남아있는 잔류 신호를 평가할 수 있다. 이 신호는 직접적으로 불필요한 노이즈 성분과 일치하는 것으로 생각될 수 있고, 제어 회로(105)는 이러한 잔류 신호의 레벨에 의존하며 음향 밸브(117)를 개방 또는 폐쇄하도록 처리될 수 있다. 예를 들어, 레벨이 임계값보다 높으면 음향 밸브(117)가 더 폐쇄되고, 레벨이 임계값보다 낮으면 음향 밸브(117)가 더 개방된다. 따라서, 이러한 실례에서 사용자 귀(103)에서의 노이즈 레벨을 주어진 값보다 작게 유지하기 위해 음향 밸브(117)를 조정하도록 피드백 루프(feed back loop)가 제공되어 있다.
일부 실시예들에서, 제어 회로(105)는 잔류 신호의 더욱 향상된 평가를 수행하도록 더 처리할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 음성 성분들 및 노이즈 성분들을 분리하며 그리고 이들 추정치들을 사용하여 음향 밸브 개방을 제어하도록 처리할 수 있다.
다른 실시예들에서 사운드 변환기(101)를 위한 구동 신호는 추가로 또는 대안으로 마이크 신호로부터 발생된다. 예를 들어, 마이크 신호는 능동 노이즈 제거를 수행하도록 사용될 수 있으며, 여기서 사운드 성분이 불필요한 사운드 성분을 제거하기 위하여 사운드 변환기(101)로부터 방출된다. 그러한 기능성은 사운드 변환기(101)가 오디오 수신기(107)로부터 수신한 오디오 신호를 나타내는데 사용되는지 여부에 관계없다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 제 1 사운드 성분은 일부 경우들에서 오디오 수신기(107)로부터 오디오 신호에 해당하는 오디오 신호 사운드 성분과, 마이크 신호로부터 발생되어 외부 사운드를 제거하도록 계획된 사운드 제거 성분 모두를 포함하도록 발생될 수 있다.
아래 특정 실례들은 실시예에 명료함 및 간략함에 초점을 두고 있으며, 즉 이어폰은 순수하게 노이즈 감소 또는 제거에 사용되고 어떠한 사운드를 만들지 않는다. 따라서 이 실례들에서, 어떠한 오디오 신호도 수신되지 않고, 제 1 사운드 성분이 오직 제 2 사운드 제거 성분만을 포함한다.
이러한 실시예들 일부에서, 제어 회로(105)는 결합적으로 구동 신호 및 밸브 제어 신호를 발생할 수 있다. 따라서, 밸브 제어 신호는 구동 신호에 의존할 수 있고 및/또는 구동 신호는 밸브 제어 신호에 의존할 수 있다. 따라서 이러한 실시예들에서 이어폰의 필요한 작동은 사운드 변환기(101)에 의해 발생된 사운드와, 음향 채널(111)을 경유하여 제공된 사운드 모두를 정밀하게 제어함으로써 달성된다. 따라서, 2개의 다른 경로가 함께 제어되고 그리고 향상된 성능을 제공하도록 함께 최적화된다.
실례로서, 제어 회로(105)는 예를 들어 주어진 최대 외부 사운드 레벨과 같은 주어진 필요한 외부 사운드 특성을 유지하려고 시도할 수 있다. 그러한 시나리오에서, 마이크가 현재의 외부 사운드 레벨이 매우 낮다는 것을 검출하면, 제어 회로(105)는 음향 밸브(117)를 완전히 개방하여 제로값 구동 신호를 발생하도록 처리함으로써 어떠한 사운드 제거 신호도 사운드 변환기(101)로부터 발생하지 않도록 만든다. 그러나, 검출된 사운드 레벨이 증가하면, 제어 회로(105)는 능동 및 수동 노이즈 제거를 모두 함께 도입하도록 처리할 수 있다. 수동 노이즈 제거는 음향 채널(111)의 감쇠를 증가시키며 따라서 전체적으로 이어폰의 수동 감쇠를 증가시키기 위해 음향 밸브(117)를 점진적으로 폐쇄함으로써 달성된다. 동시에, 제어 회로(105)는 사운드 제거 구동 신호를 발생하도록 처리하여 결과적으로 사운드 제거 사운드 성분이 사운드 변환기(101)로부터 방출되도록 만든다. 2개의 사운드 감소 접근법 각각의 상대적 효과들은 외부 사운드 레벨의 함수로서 변화될 수 있다. 실제로, 통상 능동 사운드 제거 절차는 차선책이 될 수 있고 그리고 심지어 약간의 인공물을 도입할 수 있다. 따라서 낮은 사운드 레벨들에서, 능동 노이즈 제거의 레벨은 상대적으로 낮게 유지됨으로써 대부분의 감쇠가 음향 채널(111)의 증가된 감쇠에 의하여 제공되도록 허용한다. 그러나, 더 높은 사운드 레벨에서, 능동 노이즈 감소는 더욱 효과적이고 실질적인 노이즈 제거를 제공하기 위해 실질적으로 증가될 수 있다. 그러나, 이것이 많은 시나리오들에서 더 자연적으로 소리를 내는 잔류 사운드를 제공할 수 있기 때문에 음향 채널(111)을 부분적으로 개방을 유지하는데 여전히 유리할 수 있다.
다른 실례로서, 제어 회로(105)는 마이크 신호에 기초하여 노이즈 감소를 수행하도록 배열될 수 있고 그리고 다음에 이러한 노이즈 감소의 특성에 의존하여 밸브 제어 신호를 조정할 수 있다. 예를 들어, 음향 밸브(117)는 능동 제거 후에 유지되는 노이즈 양에 의존하여 개방 또는 폐쇄될 수 있다.
예를 들어, 일부 실시예들에서, 능동 노이즈 제거는 규정된 특성의 사운드에서 최적화되어 특별하게 타겟이 될 수 있다. 예를 들어, 이어폰은 소음이 많은 기계를 조작하는 작업자를 위해 청력 보호에 사용될 수 있다. 능동 노이즈 제거는 따라서 이러한 기계에 의해 발생된 사운드에 특별하게 최적화될 수 있으며, 예를 들어 기계는 능동 노이즈 제거에 의해 효율적으로 제거될 수 있는 하나 또는 그 이상의 피크에 집중된 에너지에 따라 규정된 주파수 반응을 가질 수 있다.
이러한 경우에, 능동 노이즈 제거는 특정한 기계로부터 잠재적으로 큰 사운드를 제거하는데 매우 효과적이 될 수 있지만, 다른 형식의 노이즈를 제거하는 데에는 매우 비효율적으로 될 수 있다. 따라서, 사용자가 주로 기계로부터 나오는 노이즈를 받을 때의 정상 작업 동안에, 능동 노이즈 제거는 노이즈를 효율적으로 제거할 수 있으며 그리고 음향 채널(111)이 개방을 유지하여 사용자가 다른 사운드 소스를 청취할 수 있게 허용한다. 그러나, 사용자가 다른 노이즈 소스들이 지배하게 되는 다른 환경으로 이동하면(예로서, 작업자가 이 기계로부터 다른 형식의 기계로 일시적으로 이동하면), 능동 노이즈 제거 알고리즘은 매우 비효율적으로 되어 큰 잔류 노이즈 성분을 초래할 수 있다. 이것은 제어 회로(105)에 의하여 [예를 들어, 사용자의 귀(103)에 밀접하게 위치한 마이크(109)를 위한 레벨 검출에 의하여] 검출될 수 있고 따라서 제어 회로(105)는 음향 밸브(117)를 폐쇄하도록 처리하여 음향 채널(111)의 감쇠를 증가시킬 수 있다. 따라서 이 시스템은 능동 노이즈 제거가 불충분하다는 것을 검출할 때 수동 노이즈 제거를 제공하도록 자동적으로 적응할 수 있다.
사용자 귀에 도달하는 주어진 사운드를 제공하도록 전기 경로 및 음향 경로를 조합하는 설명된 접근법이 많은 다른 방법으로 사용될 수 있으며, 상기 실례들은 단순히 가능한 몇 가지 용도를 예시한다는 것을 인식할 것이다.
또한 많은 실시예들에서, 이어폰은 다른 상황에서 다른 특성들을 제공하도록 배열될 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 이어폰은 다른 모드들, 즉 각각의 모드가 특정한 용도를 위해 필요한 특성들을 제공하는 모드들에서 작동하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 이어폰은 아래의 다른 모드들 사이로 전환할 수 있다.
안전 모드/투명 모드
이 모드에서, 음향 채널(111)은 완전 개방되어 외부 환경으로부터 오는 모든 사운드들이 들릴 수 있다. 폐색이 최소이고, 안락함이 좋다. 실제로, 이어폰은 개방 디자인에 해당하는 특성들을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서 필요한 인식된 외부 사운드 레벨은 이어폰의 개인화를 제공하기 위해 음향적 및 전기적 사운드 성분들을 트레이드 오프함으로써 발생될 수 있다. 이 모드에서, 오디오는 예로서 이어폰이 음성 통신에 사용될 수 있게 하는 사운드 변환기(101)를 통해 재생될 수 있다.
노이즈 감소 모드
이 모드에서, 음향 채널은 폐쇄될 수 있고 그리고 외부 노이즈가 감소된다. 이 모드에서, 오디오는 또한 예로서 음성 통신을 지지하는 확성기를 통해 재생될 수 있다. 만약 필요한 경우, 능동형 노이즈 감소가 외부 마이크를 사용하여 제공될 수 있다.
면-대-면( face - to - face ) 통신 모드
이 모드는 헤드폰들이 소음이 많은 환경에서 사용될 때 면-대-면 통신을 향상시킬 수 있도록 사용된다. 노이즈는 예를 들어 음향 밸브(117)를 폐쇄함으로써 감소될 수 있으며 그리고 필요한 소스는 오디오 증강 알고리즘에 의해 처리될 수 있다. 예를 들어, 지향성 신호 프로세싱 및 노이즈 억제는 더욱 또렷한 신호를 발생하도록 복수의 마이크에 기초하여 적용될 수 있다.
음향 경로와 전기 경로 사이의 상호작용의 다른 실례로서, 제어 회로(105)는 음향 밸브(117)를 위한 작동 특성에 반응하여 마이크 신호로부터 구동 신호로의 전달 특성을 수정하도록 배열될 수 있다.
예를 들어, 음향 밸브(117)를 위한 밸브 제어 신호 또는 측정된 특성에 의존하여, 제어 회로(105)는 마이크 신호로부터 구동 신호를 발생하도록 하는 방법으로 변경하도록 처리할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(105)는 마이크 신호로부터 구동 신호를 발생하는(적어도 부분적으로) 신호 경로를 위한 주파수 반응을 변화시키도록 처리할 수 있다. 이것은 예를 들어 사용자 귀(103)에 향상된 사운드 품질을 제공하는데 사용될 수 있다. 특정한 실례로서, 이어폰은 보청기의 부품으로서 사용될 수 있으며, 즉 음향 채널(111)로부터의 사운드가 사운드 변환기(101)로부터의 사운드와 혼합되어 증강된 오디오 신호를 제공한다. 예를 들어, 어떠한 주파수 간격들은 이것이 청각 장애 사용자를 위한 인지를 강화하도록 제 1 신호 성분에 대해 증폭될 수 있다. 그러한 실례에서, 음향 밸브(117)는 마이크 신호의 주파수 스펙트럼에 의존하여 제어될 수 있다.
특정한 실례로서, 청각 장애 사용자는 높은 주파수 성분들에 대해 양호한 청력을 가질 수 있는 반면, 저주파수 성분들은 사용자가 인식하기 어렵고 심지어 고주파수들의 인지를 저하시킬 수 있다. 외부 사운드가 고주파수에서의 신호 에너지의 높은 농도와 저주파수들에서의 신호 에너지의 낮은 농도에 해당하는 특성을 가질 때, 사운드는 음향 채널(111)에 의해 사용자에게 음향적으로 공급될 수 있다. 덧붙여, 이것은 단순한 레벨 증가에 해당하는 정주파수(flat frequency) 반응을 사용하는 특별하게 발생될 수 있는 제 1 사운드 성분에 의해 더 강화될 수 있다.
그러나, 외부 사운드가 저주파수에서의 신호 에너지의 높은 농도와 고주파수들에서의 신호 에너지의 낮은 농도를 갖는 것을 특징으로 할 때, 외부 사운드는 청각 장애 사용자가 인지할 수 없을 수 있다. 이에 따라, 제어 회로(105)는 이러한 주파수 분포를 검출하여 밸브(117)를 추가로 폐쇄함으로써 음향 채널(111)의 감쇠를 증가시키도록 처리할 수 있다. 이것은 제 2 사운드 성분의 신호 레벨을 감소시키며 이에 의해 저주파수들에서의 높은 에너지 농도가 사용자에게 더 어려움을 인지하게 만드는 것을 방지한다. 덧붙여, 제어 회로(105)는 제 1 사운드 성분이 증가된 레벨을 갖게 만드는 증폭된 구동 신호를 발생할 뿐만 아니라 고주파수들에 대하여 저주파수들을 실질적으로 감쇠하는 고대역 필터링(high pass filtering)에 적용한다. 따라서, 이것은 음향 채널(111)의 증가된 감쇠와 구동 신호를 위한 고대역 필터링 모두로부터 초래되는 청각 장애 사용자에 의한 인지를 향상시키게 된다.
그러한 적용은 예를 들어 여성 및 어린이들의 목소리를 알아들을 수 있지만 남성 연설가를 알아듣는데 어려움을 겪는 청각 장애 사용자에게 적합할 수 있다.
다른 실례로서, 반응은 시스템의 향상된 안정성을 제공하도록 변경될 수 있다. 예를 들어, 마이크(109)가 외부 사운드를 캡쳐하면, 피드백 경로가 사운드 변환기(101)로부터 음향 밸브(117)를 경유하여 마이크(109)로 이어진다. 이러한 피드백 경로의 특성은 음향 밸브(117)의 세팅에 의존하며 또한 이에 따라 발생하게 될 적극적 피드백 상황을 회피하기 위해 안정성 기준이 음향 밸브(117)의 세팅에 의존한다. 따라서, 마이크 신호로부터 구동 신호의 발생을 위한 주파수 반응은 음향 밸브(117)의 현재의 세팅을 위해 적절한 안정성 여유(margin)를 제공하도록 변경될 수 있다.
일부 실시예들에서 제어 회로는 마이크 신호에서 음향 피드백 지시를 검출하도록 배열될 수 있고 그리고 이러한 지시에 기초하여 구동 신호 및/또는 밸브 제어 신호의 발생을 변경할 수 있다.
특히, 스스로 진동을 초래하는 음향 피드백은 단일 음색 성분을 도입하는 것을 특징으로 하는 경향이 있다. 마이크 신호에서 그와 같은 음색 성분의 출현은 제어 회로(105)에 의해 검출될 수 있다. 실제로, 통상적으로 그와 같은 음색 성분이 작은 주파수 간격 내에서 발생하도록 정해질 수 있으며 따라서 제어 회로(105)가 이러한 작은 주파수 간격 내에서 어떠한 중대한 음색 성분들의 출연을 검출하도록 배열될 수 있다. 제어 회로(105)가 그러한 시간 성분을 검출하면 제어 회로는 구동신호의 발생을 위한 이득을 감소시키도록 및/또는 밸즈 제어 신호를 변경하여 음향 채널(111)의 감쇠를 증가시키도록 처리하여 불안정성 조건들을 제거할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제어 회로(105)는 마이크 신호에 관한 청각 장면 분석을 수행하도록 배열될 수 있다. 다음에 밸브 제어 신호는 이러한 청각 장면 분석의 결과에 의존하여 발생될 수 있다. 일부 실시예들에서, 구동 신호의 발생도 역시 청각 장면 분석의 결과에 반응할 수 있다.
따라서, 음향 채널(111)의 감쇠 및 제 1 사운드 성분의 발생은 청각 장면 분석에 의해 자동적으로 결정되거나 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 배경 노이즈가 많으면, 제어 회로(105)는 사용자가 수신한 사운드의 이해도가 음향 채널이 더 폐쇄되면 향상시킬 것인지를 결정할 수 있다.
청각 장면 분석은 시간-주파수 분석을 마이크 신호에 적용하고, 청각 물체들을 분리하고 그리고 그 물체들을 분급기(classifier)로 공급함으로써 수행될 수 있다. 시간-주파수 분석은 예를 들어 청각 모델에 의해 수행될 수 있다. 분급기는 다양한 사운드를 사용하여 훈련되어 청각 물체의 등급을 결정할 것이다. 다음에 제어 회로(105)가 그 물체의 등급에 기초하여 그 반응을 결정할 수 있다. 예를 들어, 어떤 트래픽(traffic) 사운드는 중요한 필요 신호들로서 분류될 것이며 따라서 사용자 귀(103)를 통과하도록 허용될 것이다. 술집에서 와글와글 떠드는 노이즈는 불필요한 신호로서 분류되어 가능한 많이 억제될 수 있다. 다중 마이크를 사용하여 양호하게는 효과적인 공간적 분리를 위해 양쪽 귀에 있는 디바이스들에 관하여, 이러한 분석은 또한 장면에서 청각 물체들의 공간적 특성들을 고려하도록 수행될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제어 회로는 마이크 신호에서 언어 검출을 수행하고 그리고 언어 검출에 반응하여 밸브 제어 신호를 발생하도록 배열될 수 있다.
어떠한 적절한 언어 검출은 본 발명에서 벗어나지 않고 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 제어 회로(105)는 특히 언어 검출기기 사용자가 현재 말하고 있음을 지시할 때 음향 밸브(117)를 개방하도록 처리할 수 있고 그리고 언어 검출기가 사용자가 말하지 않고 있음을 나타낼 때 음향 밸브를 폐쇄하도록 처리할 수 있다.
이것은 사용자가 귀를 기울이면서 동시에 많은 사용자들이 특별히 불쾌함을 발견하는 폐색 효과를 회피할 때 외부 사운드의 효율적인 수동 감쇠를 가능하게 한다. 따라서, 이 접근법은 사용자 자신의 목소리의 왜곡된 인식을 회피하면서 효율적인 외부 노이즈 억제를 제공할 수 있다. 그러한 접근법은 특히 이어폰이 예로서 2방향 음성 통신에 사용될 때 특히 유리할 수 있다.
일부 실시예들에서, 마이크 신호로부터 구동 신호의 발생은 예를 들어 2가지 사운드 성분이 모두 주위의 외부 노이즈의 비교적 깨끗한 표현을 제공하도록 허용하는 단순한 필터링 및/또는 증폭을 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 제어 회로(105)는 예를 들어 실질적으로 제시된 신호들을 변경하는 복잡한 프로세싱을 수행하도록 배열될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 제어 회로(105)는 특성이 음향 채널(111)을 경유하여 음향 신호에 대하여 실질적으로 변화되도록 구동 신호를 발생할 때 마이크 신호를 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 전기 신호는 지연될 수 있고 또는 헤드-관련(head-related) 전달 기능들이 전기 경로에서 적용될 수 있다. 이것은 예를 들어 스테레오 이미지의 확장과 같은 여러 가지 공간적 효과를 제공하는데 사용될 수 있다.
위의 설명은 단일 이어폰에 초점을 두고 있다. 그러나, 많은 실시예들에서 이어폰은 사용자의 다른 귀를 위한 제 2 이어폰과 함께 사용될 것이다. 제 2 이어폰은 많은 경우에 제 1 이어폰과 동일하며 이에 따라 역시 조정가능한 음향 밸브를 갖는 음향 채널을 포함할 수 있다.
그러한 실시예들에서, 2개의 이어폰은 음향 밸브의 세팅을 형성하는 제어 데이터를 교환하기 위한 기능성을 포함할 수 있다. 이것은 2개의 이어폰이 연결된 성능을 제공하도록 세팅들을 조화시킬 수 있도록 허용할 수 있다. 통신은 양쪽 방향으로 교환되는 데이터와 쌍방향(two-way) 통신이 되거나 또는 단 하나의 이어폰이 다른 이어폰에 데이터를 제공하는 단방향 통신이 될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도 2는 도 1의 이어폰이 다른 이어폰(이는 동등한 트랜시버를 포함할 수 있다)과 데이터를 교환하도록 배열되어 있는 트랜시버(201)를 포함하도록 어떻게 강화될 수 있는지 예시하고 있다. 실례로서, 트랜시버(201)는 BluetoothTM 트랜시버와 같은 단거리 무선 트랜시버이다. 그러나, 다른 실시예들에서 다른 통신 수단이 사용될 수 있으며 예를 들어 2개의 이어폰이 배선 접속을 통해 통신할 수 있음을 인식할 것이다.
이에 따라 2개의 이어폰 중 적어도 하나에 있는 제어 회로(105)는 음향 밸브(117)의 세팅의 지시를 트랜시버(201)에 공급하도록 배열된다. 이러한 이어폰의 트랜시버(201)는 상기 지시를 다른 이어폰으로 전달하며, 다른 이어폰에서 상기 지시가 트랜시버(201)에 의해 수신된다. 다음에 이러한 이어폰의 트랜시버(201)는 상기 지시를 지역 제어 회로(105)에 공급하도록 처리하고 다음에, 상기 지역 제어 회로가 자신의 음향 밸브(117)를 위한 밸브 제어 신호를 발생할 때 원격 이어폰의 음향 밸브(117)의 세팅을 고려하도록 처리한다.
제어 회로(105)는 특히 지역 음향 밸브(117)의 세팅을 다른 이어폰의 음향 밸브의 세팅과 정렬되도록 처리할 수 있다. 이러한 정렬은 특히 동기화가 될 수 있어서 밸브 세팅이 다른 이어폰에서 변화될 때 대응하는 변화도 역시 지역 이어폰에서 만들어지게 한다.
상기 정렬은 특히 세팅이 양쪽 이어폰에서 동일하게 되도록 이루어질 수 있고, 즉 대칭적 성능 및 작동이 달성되도록 이루어질 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 제어 회로는 2개의 이어폰의 음향 밸브의 세팅들 사이에 오프셋을 도입할 수 있다. 이러한 오프셋은 일정한 정적 값(static value)이거나 또는 다른 매개변수들에 반응하여 결정될 수 있다. 그러한 오프셋을 사용하면 특히 특정한 사용자를 위한 작동의 주문형 맞춤(customization)을 가능하게 하며 예를 들어 2개의 귀를 위한 사용자의 청취 능력에서의 비대칭을 반영하도록 설정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 원격 이어폰의 음향 밸브에 대한 세팅의 지시는 원격 이어폰의 제어 회로(105)에 의해 결정된 지역 음향 밸브를 위한 직접 세팅 지시가 될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 이어폰들 중 하나의 이어폰의 제어 회로(105)는 양쪽 이어폰을 위한 밸브 제어 신호들을 결정할 수 있고 그리고 이들 중 하나를 지시된 세팅을 수행하도록 단순하게 처리하는 다른 이어폰과 통신시킬 수 있다.
명료화를 위해 상기 설명은 다른 기능적 회로들, 유닛들 및 프로세서들을 참고하여 본 발명의 실시예들을 설명하였음을 인식할 것이다. 그러나, 다른 기능적 회로들, 유닛들 또는 프로세서들 사이의 기능성의 어떠한 적절한 분포가 본 발명을 벗어나지 않고 사용될 수 있는 것은 명백하다. 예를 들어, 별개의 프로세스들 또는 컨트롤러들에 의해 수행되도록 예시된 기능성은 동일한 프로세서들 또는 컨트롤러들에 의해 수행될 수 있다. 따라서 특정한 기능적 유닛들의 인용은 엄격한 지역적 또는 물리적 구조물 또는 조직화를 지시하기 보다는 설명된 기능성을 제공하기 위한 적절한 수단을 인용한 것으로 볼 수 있다.
본 발명은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합을 포함하는 어떠한 형태로 실시될 수 있다. 본 발명은 선택사양으로서 하나 또는 그 이상의 데이터 프로세서 및/또는 디지털 신호 프로세서에서 작동되는 컴퓨터 소프트웨어로서 적어도 부분적으로 실시될 수 있다. 본 발명의 실시예의 요소들 및 컴포넌트들은 어떠한 적절한 방법으로 물리적, 기능적 및 지역적으로 실시될 수 있다. 실제로 기능성은 단일 유닛, 복수의 유닛, 또는 다른 기능적 유닛들의 부분으로서 실시될 수 있다. 그와 같이, 본 발명은 단일 유닛에서 실시될 수 있고, 또는 다른 유닛들과 프로세서들 사이에서 물리적 및 기능적으로 분배될 수 있다.
비록 본 발명이 일부 실시예들과 연결지어 설명되었지만, 본 발명은 여기에 설명된 특정 형태로 제한할 의도는 없다. 오히려, 본 발명의 범위는 첨부한 청구범위에 의해서만 제한된다. 덧붙여, 특징이 특별한 실시예들과 연결지어 설명되어 있도록 나타나 있지만, 기술에 숙련된 자는 기재된 실시예들의 다양한 특징들이 본 발명에 따라 조합될 수 있음을 인식할 것이다. 청구범위에서, 용어 "포함하는"은 다른 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하는 것은 아니다.
더구나, 개별적으로 언급되었지만, 복수의 회로, 수단들, 요소들 또는 방법 단계들은 예를 들어 단일 유닛 또는 프로세서에 의해 실시될 수 있다. 덧붙여, 개별 특징들이 다른 청구항들에 포함될 수 있지만, 이러한 특징들은 유리하게 조합될 수 있고, 다른 청구항들에 포함된 것이 특징들의 조합이 실행될 수 없거나 및/또는 불리하다는 것을 암시하지 않는다. 또한 청구항들의 하나의 카테고리에서 특징의 내포는 이러한 카테고리의 제한을 암시하지 않고 오히려 상기 특징이 적절한 다른 청구항 카테고리들에 동일하게 적용될 수 있음을 나타낸다. 더구나, 청구항들에서의 특징들의 순서는 그 특징들이 반드시 사용되어야 하는 어떠한 특정한 순서를 암시하지 않으며, 그리고 특히 방법 청구항에서 개별 단계들의 순서는 상기 단계들이 이러한 순서로 수행되어야 한다는 것을 암시하지 않는다. 오히려, 상기 단계들은 어떠한 적절한 순서로도 수행될 수 있다. 추가로, 단수의 인용물은 복수를 배제하지 않는다. 따라서 "하나", "제 1", 제 2" 등은 복수를 배제하지 않는다. 청구항들에서 참고부호는 단지 실례를 명백하게 하는 것으로서 제공되어 있으며 청구항들의 범위를 어떤 방법으로도 제한하려는 것으로 간주되어서는 안 된다.

Claims (15)

  1. 이어폰 구조체로서,
    마이크 신호를 발생시키는 마이크(109);
    구동 신호에 반응하여 사용자 귀(103)에 제 1 사운드 성분을 방출하도록 배열되는 사운드 변환기(101);
    상기 사용자 귀(103)에 제 2 사운드 성분을 제공하도록 외부 사운드를 채널링하기 위한 음향 채널(111);
    밸브 제어 신호에 반응하여 상기 음향 채널의 감쇠를 제어하기 위한 음향 밸브(117); 및
    상기 마이크 신호에 반응하여 상기 밸브 제어 신호를 발생시켜 상기 사용자 귀(103)에 도달하는 상기 제 1 사운드 성분 및 상기 제 2 사운드 성분의 혼합 사운드를 초래하는 상기 음향 채널(111)용 가변 감쇠를 제공하기 위한 제어 회로(105);를 포함하며,
    상기 제어 회로(105)는 상기 마이크 신호에 반응하여 상기 구동 신호를 발생시키도록 배열되고,
    상기 제어 회로(105)는 상기 음향 밸브(117)의 작동 특성에 반응하여 상기 마이크 신호로부터 상기 구동 신호를 발생시키기 위한 전달 특성을 수정하도록 배열되는 이어폰 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 회로(105)는 상기 구동 신호 및 상기 밸브 제어 신호를 결합적으로 발생시키도록 배열되는 이어폰 구조체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어 회로(105)는 상기 구동 신호 및 상기 밸브 제어 신호를 결합적으로 발생시켜 필요한 주변 사운드 특성을 제공하도록 배열되는 이어폰 구조체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 회로(105)는 상기 구동 신호를 발생시킬 때 상기 마이크 신호에 기초한 노이즈 감소를 실행하며 또한 상기 노이즈 감소의 특성에 반응하여 상기 밸브 제어 신호를 발생시키도록 배열되는 이어폰 구조체.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 회로(105)는 상기 마이크 신호에서 음향 피드백 지시를 검출하며 또한 상기 음향 피드백 지시에 반응하여 상기 구동 신호 및 상기 밸브 제어 신호 중 적어도 하나를 발생시키도록 배열되는 이어폰 구조체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 이어폰으로 재생하기 위한 오디오 신호를 수신하는 수단(107)을 추가로 포함하고, 상기 제어 회로(105)는 상기 오디오 신호에 반응하여 상기 구동 신호를 발생시키도록 배열되는 이어폰 구조체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    추가의 이어폰 구조체의 추가 음향 밸브의 세팅의 지시를 수신하는 수단(201)을 추가로 포함하고, 상기 제어 회로(105)는 상기 지시에 반응하여 상기 밸브 제어 신호를 발생시키도록 배열되는 이어폰 구조체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어 회로(105)는 상기 음향 밸브(117)의 세팅을 상기 추가 음향 밸브의 세팅과 정렬하도록 배열되는 이어폰 구조체.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어 회로(105)는 상기 음향 밸브(117)의 세팅과 상기 추가 음향 밸브의 세팅 사이의 오프셋을 도입하도록 배열되는 이어폰 구조체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 회로(105)는 상기 마이크 신호에 관하여 청각 장면 분석을 실행하며, 상기 청각 장면 분석에 반응하여 상기 밸브 제어 신호를 발생시키도록 배열되는 이어폰 구조체.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 회로(105)는 상기 마이크 신호에 반응하여 노이즈 분석을 실행하며 또한 상기 노이즈 분석에 반응하여 상기 밸브 제어 신호를 발생시키도록 배열되는, 이어폰 구조체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 회로(105)는 상기 마이크 신호에 관하여 언어 검출을 실행하며 또한 상기 언어 검출에 반응하여 상기 밸브 제어 신호를 발생시키도록 배열되는 이어폰 구조체.
  14. 사용자 귀(103)에 제 1 사운드 성분을 제공하도록 외부 사운드를 채널링하기 위한 음향 채널(111)과 밸브 제어 신호에 반응하여 상기 음향 채널의 감쇠를 제어하기 위한 음향 밸브(117)를 갖는 이어폰 구조체의 작동 방법으로서,
    마이크(109)로부터 마이크 신호를 발생시키는 단계;
    구동 신호에 반응하여 사운드 변환기(101)로부터 사용자 귀(103)로 제 2 사운드 성분을 방출하는 단계;
    상기 마이크 신호에 반응하여 상기 구동 신호를 발생시키는 단계;
    상기 마이크 신호에 반응하여 상기 밸브 제어 신호를 발생시켜 상기 사용자 귀(103)에 도달하는 상기 제 1 사운드 성분과 상기 제 2 사운드 성분의 혼합 사운드를 초래하는 상기 음향 채널(111)의 가변 감쇠를 제공하는 단계; 및
    상기 음향 밸브(117)의 작동 특성에 반응하여 상기 마이크 신호로부터 상기 구동 신호를 발생시키기 위한 전달 특성을 수정하는 단계;를 포함하는 이어폰 구조체의 작동 방법.
  15. 삭제
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