KR101770355B1

KR101770355B1 - 전기음향 통신 장치들에 대한 에코 제거 방법 및 어셈블리

Info

Publication number: KR101770355B1
Application number: KR1020150018041A
Authority: KR
Inventors: 킴 스페츨러 베르텔센; 로버트 아담스; 카스퍼 스트레인지
Original assignee: 아날로그 디바이시즈 글로벌
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2015-02-05
Publication date: 2017-08-22
Also published as: KR20150099417A; NL2014251B1; NL2014251A; DE102015101729B4; US20150229353A1; US9531433B2; DE102015101729A1; CN104837092A; CN104837092B

Abstract

전기음향 통신 장치에 대한 피드백 제거 어셈블리는 발신 사운드 신호의 생성 및 발신 사운드 신호의 전기역학 라우드스피커를 통하여 외부 환경으로 방출을 위한 신호 송신 경로 및 외부 환경으로부터 수신된 사운드에 대응하는 마이크로폰 입력 신호의 생성을 위한 마이크로폰을 포함하는 신호 수신 경로를 포함할 수 있다. 신호 수신 경로는 디지털 마이크로폰 신호를 생성할 수 있다. 발신 사운드 신호는 마이크로폰에 음향적으로 커플링될 수 있다. 전자 피드백 제거 경로는 합산 노드에 피드백 제거 신호를 생성하기 위하여 탭핑 노드와 합산 노드 사이에 커플링될 수 있다.

Description

전기음향 통신 장치들에 대한 에코 제거 방법 및 어셈블리{ECHO CANCELLATION METHODOLOGY AND ASSEMBLY FOR ELECTROACOUSTIC COMMUNICATION APPARATUSES}

[1] 본 발명은 전기음향 통신 장치에 대한 피드백 제거 어셈블리에 관한 것이다. 피드백 제거 어셈블리는 발신 사운드 신호(outgoing sound signal)의 생성 및 전기역학 라우드스피커(electrodynamic loudspeaker)를 통해 외부 환경으로 방출을 위한 신호 송신 경로 및 외부 환경으로부터 수신된 사운드에 대응하는 마이크로폰 입력 신호의 생성을 위한 마이크로폰을 포함하는 신호 수신 경로를 포함한다. 신호 수신 경로는 오디오 신호 수신 경로의 합산 노드에서 마이크로폰 입력 신호에 대응하는 디지털 마이크로폰 신호를 생성한다. 발신 사운드 신호는 일정하거나 시변하는 전달 함수를 갖는 외부 피드백 경로를 통해 마이크로폰에 음향적으로 커플링된다. 피드백 제거 어셈블리의 전자 피드백 제거 경로는 합산 노드에 피드백 제거 신호를 생성하기 위하여 신호 송신 경로의 탭핑 노드(tapping node)와 오디오 신호 수신 경로의 합산 노드 사이에 커플링된다. 전자 피드백 제거 경로는 전기역학 라우드스피커의 음성 코일 전류 및/또는 음성 코일 전압으로부터 유도된적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터를 포함하는 복수의 라우드스피커 파라미터들을 포함하는 비-선형 디지털 라우드스피커 모델을 포함한다. 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터는 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터 및 미리 결정된 라우드스피커 변수 사이의 비-선형 함수에 의해 표현된다. 전자 피드백 제거 경로는 비-선형 디지털 라우드스피커 모델과 직렬로 커플링되고 외부 피드백 경로의 적어도 일정하거나 시변 전달 함수를 모델링하도록 구성된 적응성 디지털 필터를 포함한다.

[02] 본 발명은 넓은 범위의 전기음향 통신 장치들에서 피드백 제거 성능을 개선하기 위하여 활용될 수 있는 피드백 또는 에코 제거 어셈블리 및 방법에 관한 것이다. 피드백 또는 에코 제거 어셈블리는 스마트폰들, 랩톱들(latptops), 테블릿들 및 다른 타입들의 오디오 가능 휴대용 컴퓨팅 디바이스들 같은 휴대용 통신 디바이스들에 활용될 수 있다. 피드백 또는 에코 제거 어셈블리는 차 같은 차량들, 즉 자동차 애플리케이션의 전기음향 통신 장치에 또한 통합될 수 있다. 후자의 경우에서, 전기음향 통신 장치는 빌드-인 핸즈-프리 스피커 기능(build-in hands-free speaker functionality)을 가진 자동차용 뮤직 엔터테인먼트(in-car music entertainment) 및 통신 시스템의 일부를 형성할 수 있다. 피드백 또는 에코 제거 어셈블리는 반대 위상 피드백 제거 신호를 결정하고 이 신호를 전기음향 통신 장치의 신호 수신 경로의 합산 노드에 부가함으로써 전기음향 통신 장치의 라우드스피커와 마이크로폰 사이의 외부 피드백 경로를 통한 음향 커플링을 억제한다.

[03] 종래 기술 피드백 또는 에코 제거 시스템들 및 방법론들에서, 피드백 제거 신호는 통상적으로 전자 피드백 제거 경로의 선형 적응성 디지털필터에 의해 생성되었다. 선형 적응성 디지털 필터는 외부 음향 피드백 경로의 정적이고 일정하거나 시변하는 주파수 응답 특성들을 모델링하거나 추적하고 반대 위상 피드백 제거 신호를 생성한다. 적당히 구성된 선형 적응성 디지털 필터가 외부 음향 피드백 경로 자체의 특성을 정확하게 모델링할 수 있는 반면 ― 상기 외부 음향 피드백 경로가 보통 필연적으로 선형으로 거동하기 때문에 ―, 선형 적응성 디지털 필터는 신호들의 원하는 동작 범위 내에서 비-선형으로 거동하는 전기음향 통신 장치의 피드백 또는 에코 제거 어셈블리의 전기, 음향 또는 전기음향 성분들을 정확하게 모델링할 수 없다. 전기음향 통신 장치의 전기, 음향 및 전기음향 성분들을 정확하게 모델링하기 위한 능력 결핍은 부정확한 피드백 제거 신호를 유도하고, 그러므로 피드백 제거 어셈블리의 성능을 악화시킨다. 피드백 제거 성능을 악화시키는 것은 음향 전기통신 장치에서 에코들 또는 불안정 같은 재생된 사운드의 다양한 원하지 않는 음파 아티팩트(sonic artifact)들을 유도할 수 있다.

[04] 따라서, 전기음향 통신 장치들의 피드백 제거 어셈블리의 전기, 음향 및 전기음향 성분들의 비-선형 거동을 정확하게 모델링할 수 있는 개선된 피드백 또는 에코 제거 어셈블리 및 방법에 대한 필요가 존재한다. 피드백 또는 에코 제거 어셈블리의 라우드스피커와 같은 적어도 주된 비-선형 성분을 모델링할 수 있는 개선된 피드백 또는 에코 제거 어셈블리는 특히 유리할 것이다. 라우드스피커들, 특히 전기역학 라우드스피커들은 그들의 공칭 사운드 압력 출력 범위 내에서도 높은 사운드 압력 레벨들에서 일반적으로 매우 비-선형적 디바이스들이다. 따라서, 라우드스피커는 그러므로 종종 피드백 또는 에코 제거 어셈블리의 주된 비-선형 성분을 구성할 것이다.

[05] 본 발명은 피드백 제거 성능의 상당한 개선을 유도하는 라우드스피커의 비-선형 거동을 정확하게 모델링할 수 있는 비-선형 디지털 라우드스피커 모델을 포함하는 전자 피드백 제거 경로로 인해 개선된 피드백 또는 에코 제거 어셈블리를 제공한다. 비-선형 디지털 라우드스피커 모델은 라우드스피커의 음성 코일 전류 및/또는 음성 코일 전압으로부터 유도된 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터를 포함한다. 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터는 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터 예를 들어 B*l 곱과 미리 결정된 라우드스피커 변수 이를 테면 격판 행정(diaphragm excursion) 사이의 비-선형 함수에 의해 표현된다. 당업자는, 비-선형 디지털 라우드스피커 모델이, 임의의 원하는 성능 레벨까지 자신의 정확성을 개선하기 위하여, 개별 비-선형 함수들에 의해 표현된 몇몇 비-선형 라우드스피커 파라미터들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

[06] 게다가 본 피드백 또는 에코 제거 어셈블리의 제조 동안 각각의 개별 라우드스피커의 비-선형 라우드스피커 파라미터 또는 파라미터들의 거동의 시간-소비적이고 값비싼 개별 특성화를 요구하지 않고 캘리브레이팅(calibrate)될 수 있는 비-선형 디지털 라우드스피커 모델을 제공하는 것이 유리하다. 또한 비-선형 디지털 라우드스피커 모델의 비-선형 함수 또는 함수들을 구현하는 디지털 신호 프로세서의 계산 자원 소비 비용 량을 최소화하는 것이 바람직하다.

[07] 본 발명의 제 1 양상은 전기음향 통신 장치에 대한 피드백 제거 어셈블리에 관한 것이다. 피드백 제거 어셈블리는 발신 사운드 신호의 생성 및 전기역학 라우드스피커를 통해 외부 환경으로 방출을 위한 신호 송신 경로를 포함한다. 피드백 제거 어셈블리는 외부 환경으로부터 수신된 사운드에 대응하는 마이크로폰 입력 신호의 생성 및 오디오 신호 수신 경로의 합산 노드에서 대응하는 디지털 마이크로폰 신호의 생성을 위한 마이크로폰을 포함하는 신호 수신 경로를 포함한다. 발신 사운드 신호는 일정하거나 시변하는 전달 함수를 가진 외부 피드백 경로를 통하여 마이크로폰에 음향적으로 커플링된다. 피드백 제거 어셈블리의 전자 피드백 제거 경로는 합산 노드에 피드백 제거 신호를 생성하기 위하여 신호 송신 경로의 탭핑 노드와 신호 수신 경로의 합산 노드 사이에 커플링된다. 전자 피드백 제거 경로는 전기역학 라우드스피커의 음성 코일 전류 및/또는 음성 코일 전압으로부터 유도된 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터를 포함하는 복수의 라우드스피커 파라미터들을 포함하는 비-선형 디지털 라우드스피커 모델을 포함한다. 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터는 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터와 미리 결정된 라우드스피커 변수 사이의 비-선형 함수에 의해 표현된다. 피드백 제거 어셈블리의 적응성 디지털 필터는 비-선형 디지털 라우드스피커 모델과 직렬로 커플링되고 외부 피드백 경로의 적어도 일정하거나 시변하는 전달 함수를 모델링하도록 구성된다.

[08] 본 피드백 제거 어셈블리는 자동차 또는 PA(Public Address) 애플리케이션들 같은 다양한 애플리케이션들에서 넓은 범위의 전기음향 통신 장치들에 활용될 수 있다. 피드백 또는 에코 제거 어셈블리는 스마트폰, 모바일 폰 또는 오디오 가능 테블릿 같은 휴대용 통신 디바이스에 통합될 수 있다. 피드백 또는 에코 제거 어셈블리는 차 같은 차량, 즉 자동차 애플리케이션의 전기음향 통신 장치에 통합될 수 있다.

본 피드백 제거 어셈블리는 전기역학 라우드스피커의 비-선형 거동을 정확하게 모델링할 수 있는 전자 피드백 제거 경로의 비-선형 디지털 라우드스피커 모델로 인해 개선된 피드백 또는 에코 제거를 제공한다. 이런 비-선형 모델링 능력은 에코 제거 성능의 상당한 개선을 유도하는데, 그 이유는 전자 피드백 제거 경로의 신호 특성들이 신호 송신 경로의 탭핑 노드로부터 그리고 전기역학 라우드스피커 및 외부 피드백 경로를 통하여 다시 마이크로폰으로의 신호 특성들을 보다 정확하게 모델링하기 때문이다. 피드백 제거 신호는 바람직하게 신호 수신 경로의 합산 노드의 출력에 피드백 보상 마이크로폰 신호를 생성하기 위하여 신호 수신 경로의 합산 노드에서 디지털 마이크로폰 신호로부터 감산된다. 피드백 보상 마이크로폰 신호는 전기음향 통신 장치의 스피치/음성(speech/voice) 입력 채널로 전송될 수 있는 디지털 신호이다.

[10] 당업자는, 비-선형 디지털 라우드스피커 모델이 임의의 원하는 성능 레벨까지 모델 정확성을 개선하기 위하여, 개별 비-선형 함수들에 의해 표현되는 둘 또는 그 초과의 비-선형 라우드스피커 파라미터들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 개별 비-선형 함수들에 의해 복수의 라우드스피커 파라미터들 중 다수를 표현하는 것은 일반적으로 비-선형 디지털 라우드스피커 모델의 라우드스피커 파라미터들의 계산된 값들의 정확성을 개선할 것이고 따라서 에코 제거의 정확성을 개선할 것이다. 그러나, 이런 개선된 정확성은 증가된 계산 로드의 댓가로 비용을 치루고 도달될 수 있다. 결과적으로, 비-선형 라우드스피커 파라미터들의 수는 유리하게 특정 애플리케이션 관련 성능 요건들로 맞추어질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 비-선형 디지털 라우드스피커 모델은 전기역학 라우드스피커의 비-선형 상태-공간 모델을 포함한다. 당업자는 적어도 하나의 비-선형 함수가 전기역학 라우드스피커의 비-선형 상태-공간 모델의 필수 부분을 형성할 수 있거나 라우드스피커의 선형 상태-공간 모델에 적용하기 전에 별개의 사전-프로세싱 블록 또는 단계에 의해 계산될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 제 1 실시예에서, 비-선형 함수는 비-선형 상태-공간 모델의 비-선형 방정식(들)으로서 표현될 수 있다. 제 2 실시예에서, 비-선형 함수는, 별개의 사전-프로세싱 블록 또는 단계에서 미리 결정된 라우드스피커 변수, 예를 들어, 격판 변위 또는 음성 코일 전류의 대응하는 값과 함께 라우드스피커 파라미터 값에 적용될 수 있다. 별개의 사전-프로세싱 블록 또는 단계의 경우, 비-선형 디지털 라우드스피커 모델은 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터의 적어도 하나의 비-선형성 보상 값을 계산하도록 구성된다. 이런 비-선형성 보상 파라미터 값은 첨부된 도면들을 참조하여 부가적으로 상세히 설명된 바와 같이 전기역학 라우드스피커의 선형 상태-공간 모델에 추후 입력될 수 있다. 후자의 실시예는 비-선형 상태-공간 모델의 계산과 연관된 계산 로드를 감소시킨다.

외부 피드백 경로의 전달 함수는, 피드백 제거 어셈블리가 통합되는 특정 타입의 전기음향 통신 장치에 상당히 의존하여 가변할 수 있다. 외부 피드백 경로는 음향 전달 함수 또는 진동 전달 함수 또는 이 둘의 조합을 포함할 수 있다. 전달 함수는 종종, 피드백 제거 어셈블리가 휴대용 통신 디바이스들, 이를 테면 스마트폰들, 테블릿들 및 다른 타입들의 오디오 가능 휴대용 컴퓨팅 디바이스들에 통합된다면 시변될 것인데, 그 이유는 외부 환경의 시변 음향들, 예를 들면 사용자의 머리 및 몸체로부터의 반사 때문이다. 피드백 제거 어셈블리가 헤드셋 또는 보청기(hearing instrument)에 통합된다면 동일한 것이 적용된다. 적응성 디지털 필터는 외부 피드백 경로의 이런 시변 특성을 모델링 및 추적한다. 다른 타입들의 장비에서 외부 피드백 경로의 전달 함수는 실질적으로 변화가 없지만 정적이지만 미리 알려지지 않을 수 있다. 이 경우, 적응성 디지털 필터는 외부 피드백 경로의 전달 함수를 식별 및 모델링할 수 있고 라우드스피커로부터 마이크로폰으로 이동하는 피드백 사운드 또는 진동 신호들을 억제한다.

[12] 복수의 라우드스피커 파라미터들은 바람직하게 {힘 계수(B*l), 서스펜션 컴플라이언스(suspension compliance) 또는 강도, 음성 코일 저항, 총 기계적 댐핑(damping), 총 이동 질량, 음성 코일 인덕턴스}의 그룹으로부터 선택된 하나 또는 그 초과의 라우드스피커 파라미터(들)를 포함한다. 게다가, 라우드스피커 파라미터들 중 적어도 하나는 비-선형 디지털 라우드스피커 모델이 문제의 라우드스피커 파라미터(들)의 값(들)의 느리게 시변하는 변화들을 추적하거나 모델링하게 하도록 바람직하게 적응한다. 라우두스피커 파라미터 값들의 이들 느리게 시변하는 변화들은 통상적으로 라우드스피커의 재료 노화 및/또는 라우드스피커의 음향 로딩(예를 들어, 인클로저(enclosure) 누설)의 변화들 같은 환경 조건들 및/또는 메카니즘들을 변화시킴으로써 유발된다. 적응성 라우드스피커 파라미터 또는 파라미터들을 결정하거나 계산하기 위하여 비-선형디지털 라우드스피커 모델은 바람직하게 선형 적응성 디지털 라우드스피커 모델을 포함한다. 선형 적응성 디지털 라우드스피커 모델은 적응성 라우드스피커 파라미터의 파라미터 값 또는 파라미터들의 파라미터 값들이 유도되는 복수의 적응 가능한 모델 파라미터들을 포함하는 제 2 차, 또는 보다 고차의 적응성 IIR 필터를 포함할 수 있다. 적응성 IIR 필터는 미리 결정된 오디오 주파수 범위, 예를 들어 10 Hz 내지 10 kHz에 걸친 라우드스피커의 시변 및 주파수 종속 임피던스를 모델링하거나 추적한다. 검출된 음성 코일 전류 및 검출된 음성 코일 전압은 바람직하게 첨부된 도면들을 참조하여 하기에 추가적으로 상세하게 설명된 바와 같이, 각각 디지털 음성 코일 전류 신호 및 디지털 음성 코일 전압에 의해 표현된다. 선형 적응성 디지털 라우드스피커 모델의 적당한 적응을 돕기 위하여, 후자는 바람직하게 하나 또는 그 초과의 적응 가능하거나 자유로운 모델 파라미터들에 더하여 라우드스피커의 총 이동 질량 같은 적어도 하나의 고정된 라우드스피커 파라미터를 포함한다.

[13] 피드백 제거 어셈블리의 일 실시예에서 비-선형 함수는 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터와 미리 결정된 라우드스피커 변수 사이의 전기역학 라우드스피커의 개별 측정된 비-선형 함수를 표현한다. 개별적으로 측정된 비-선형 함수는 전기음향 통신 장치에 장착될 때 피드백 제거 어셈블리의 팩토리 캘리브레이션(factory calibration) 동안 측정되거나 결정될 수 있다. 그러므로 비-선형 함수는 피드백 제거 어셈블리의 특정 전기역학 라우드스피커에서 라우드스피커 파라미터 또는 파라미터들의 비-선형 거동을 드러내는 개별 캘리브레이션 측정들에 의해 결정될 수 있다. 비-선형 함수 또는 함수들 프로세스의 이런 종류의 개별 측정은 비-선형 디지털 라우드스피커 모델에 고 정확성을 제공할 수 있다. 그러나, 개별 캘리브레이션 측정들은 특정 타입들의 대량 생산되고 비용-민감한 전기음향 통신 장치들에 대해 복잡하고 시간 소비적이게 할 수 있다.

[14] 피드백 제거 어셈블리의 다수의 대안 실시예들에 따라, 비-선형 함수는 복수의 대표 전기역학 라우드스피커들에 대한 비-선형성 측정들로부터 결정된 미리 결정된 라우드스피커 변수와 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터 사이의 평균 비-선형 관계를 표현한다. 이것은 피드백 제거 어셈블리들에 활용된 것과 동일한 모델의 5 내지 50개의 대표 전기역학 라우드스피커들을 포함할 수 있다. 본 발명자들은 적어도 하나의 라우드스피커 파라미터와 미리 결정된 라우드스피커 변수 사이의 비-선형 관계가 특정 라우드스피커 모델에 대해 비교적 잘 정의된 시불변 관계라는 것을 인식했다. 이것은, 복수의 라우드스피커 파라미터들의 개별 선형 파라미터 값들의 시간 및 온도에 걸친 종종 표명된 변동 및 종종 동일한 파라미터 값들의 종종 큰 샘플-대-샘플 변동들에도 불구하고 그렇다.

[14] According to a number of alternative embodiments of the feedback cancellation assembly, the non-linear function represents an average non-linear relationship between the at least one non-linear loudspeaker parameter and the predetermined loudspeaker variable determined from non-linearity measurements on a plurality of representative electrodynamic loudspeakers. This may include between 5 and 50 representative electrodynamic loudspeakers of the same model as the one utilized in the feedback cancellation assemblies. The present inventors have recognized that the non-linear relationship between the at least one loudspeaker parameter and the predetermined loudspeaker variable is a relatively well-defined and time invariant relationship for a particular loudspeaker model. This is despite an often pronounced variation over time and temperature of the respective linear parameter values of the plurality of loudspeaker parameters and often large sample-to-sample variations of the same parameter values.

평균 비-선형 함수는 상이한 방법론들에 의해 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 동일한 모델의 상기 언급된 5-50개의 대표 전기역학 라우드스피커들 각각의 비-선형 함수는 결정된다. 평균 비-선형 함수는 도면들을 참조하여 하기에 추가적으로 상세히 설명되는 바와 같이 미리 결정된 라우드스피커 변수의 각각의 값에 대한 모든 측정된 비-선형 라우드스피커 파라미터 값들에 걸쳐 적당한 계산 분석 툴, 예를 들어 MATLAB로 간단한 평균화, 또는 가중 평균화에 의해 추후 결정된다. 다른 실시예에서, 평균 비-선형 함수는 미리 결정된 라우드스피커 변수의 각각의 값에 대한 모든 측정된 비-선형 라우드스피커 파라미터 값들의 중앙 값으로서 결정된다. 또 다른 실시예에서, 평균 비-선형 함수는 대표 라우드스피커들의 콜렉션(collection)으로부터 선택된 단일하지만 통상적인 라우드스피커의 비-선형 함수에 의해 표현될 수 있다. 콜렉션은 5-50개의 대표 전기역학 라우드스피커들 ― 상기 5-50개의 대표 전기역학 라우드스피커들 상에서 개별 비-선형 함수들은 결정됨 ― 및 수동으로 또는 적당한 알고리즘에 의해 식별된 단일의 통상적인 라우드스피커를 포함할 수 있다. 아래 도 7을 첨부한 설명은 평균 비-선형 함수가 대표 라우드스피커들의 콜렉션의 힘 계수 대 격판 변위를 표현하는 특정 비-선형 함수에 대해 어떻게 결정될 수 있는지를 추가로 상세히 설명한다.

[17] 다양한 라우드스피커 변수들은 전기역학 라우드스피커들의 다수의 복합 비-선형성들 측면에서 비-선형 함수들 또는 비-선형 함수들 각각의 미리 결정된 라우드스피커 변수로서 선택될 수 있다. 자연히, 미리 결정된 라우드스피커 변수는 바람직하게 문제의 라우드스피커 파라미터의 비-선형 거동에 상당한 기여를 하게 하는 변수이다. 따라서, 미리 결정된 라우드스피커 변수는 바람직하게, 미리 결정된 비-선형 함수가 전기역학 라우드스피커의 행정의존 비-선형 거동을 표현하도록 격판 행정 또는 변위를 포함하는데, 그 이유는 격판 변위가 통상적으로 상이한 라우드스피커 파라미터들, 특히 힘 계수(B*l 또는 Bl 곱), 총 기계적 컴플라이언스 또는 강도, 음성 코일 인덕턴스 등 같은 파라미터들의 비-선형 거동에 상당한 기여를 하기 때문이다.

[17] Various loudspeaker variables may be selected as the predetermined loudspeaker variable of the non-linear functions or of each of the non-linear functions in view of the large number of complex non-linearities of electrodynamic loudspeakers. Naturally, the predetermined loudspeaker variable is preferably a variable which makes a significant contribution to the non-linear behaviour of the loudspeaker parameter in question. Hence, the predetermined loudspeaker variable preferably comprises the diaphragm excursion or displacement such that the predetermined non-linear function represents an excursion dependent non-linear behaviour of the electrodynamic loudspeaker because the diaphragm displacement typically makes a significant contribution to the non-linear behaviour of different loudspeaker parameters, in particular parameters such as force factor (B*l or Bl product), total mechanical compliance or stiffness, voice coil inductance etc.

[19] 다른 실시예에 따라, 복수의 라우드스피커 파라미터들은 격판의 총 기계적 컴프라이언스 또는 강도를 포함하고 미리 결정된 비-선형 함수는 전기역학 라우드스피커의 비-선형 상태 공간 모델의 비-선형성 보상 격판 서스펜션 컴프라이언스 또는 강도를 제공하기 위하여 총 기계적 컴프라이언스 또는 강도의 측정된 행정 의존성을 표현한다. 당업자는, 복수의 라우드스피커 파라미터들이 그들의 개별 측정된 행정 의존성들을 표현하는 개별 비-선형 함수들에 의해 표현된 총 기계적 컴플라이언스 또는 강도와 힘 계수 둘 다를 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다.

[20] 피드백 제거 어셈블리의 신호 송신 경로는 탭핑 노드에서의 오디오 신호로부터 전기역학 라우드스피커에 음성 코일 전류 및 전압을 인가하도록 구성된 출력 증폭기 및 디지털-투-아날로그 컨버터를 포함할 수 있고; 및/또는 신호 수신 경로는 디지털 마이크로폰 신호를 생성하기 위해 마이크로폰 입력 신호를 샘플링 및 디지털화하도록 구성된 제 1 A/D(아날로그-투-디지털) 컨버터를 포함할 수 있다. 피드백 제거 어셈블리는 음성 코일 전압 및/또는 음성 코일 전류를 샘플링 및 디지털화하도록 구성된 제 2 A/D 컨버터를 포함할 수 있다. 따라서, 당업자는, 마이크로폰 입력 신호, 음성 코일 전압, 음성 코일 전류, 피드백 제거 신호 및 탭핑 노드의 오디오 신호 각각이 디지털 신호, 예를 들어 적당한 샘플링 주파수 또는 레이트 및 분해능으로 이진 방식으로 코딩되는 샘플링된 신호에 의해 표현될 수 있는 것을 인식할 것이다. 디지털 신호들은 동일한 샘플링 주파수 또는 상이한 샘플링 주파수들을 가질 수 있다. 각각의 디지털 신호의 샘플링 주파수는 32, 44.1 또는 48 kHz 등 같은 16 kHz 내지 96 kHz에 놓일 수 있다. 이들 디지털 신호들 각각의 분해능은 16 내지 32 비트들에 놓일 수 있다.

[20] The signal transmission path of the feedback cancellation assembly may comprise a digital-to-analog converter and an output amplifier configured to apply the voice coil current and voltage of the electrodynamic loudspeaker from the audio signal at the tapping node; and/or the signal reception path may comprises a first A/D (analog-to-digital) converter configured to sample and digitize the microphone input signal to generate the digital microphone signal. The feedback cancellation assembly may comprise a second A/D converter configured to sample and digitize the voice coil voltage and/or the voice coil current. Hence, the skilled person will appreciate that each of the microphone input signal, the voice coil voltage, the voice coil current, the feedback cancellation signal and an audio signal at the tapping node may be represented by a digital signal, e.g. a sampled signal that is coded in binary format at a suitable sampling frequency or rate and resolution. The digital signals may have the same sampling frequency or different sampling frequencies. The sampling frequency of each digital signal may lie between 16 kHz and 96 kHz such as 32, 44.1 or 48 kHz etc. The resolution of each of these digital signals may lie between 16 and 32 bits.

[22] 신호 송신 경로에 대한 오디오 입력 신호는 상기 논의된 바와 같이 본 발명의 몇몇 실시예들에서 디지털 오디오 입력 신호로서 및 다른 실시예들에서 수신 후 샘플링 및 디지털화된 아날로그 오디오 입력 신호로서 제공될 수 있다. 본 발명의 유리한 실시예에 따라, 탭핑 노드에서 오디오 신호의 샘플링 주파수는 비-선형 디지털 라우드스피커 모델에 적용되기 전에 보다 낮은 샘플링 주파수로 감소된다. 샘플링 주파수는 예를 들어 2 내지 8의 정수 요소로 감소될 수 있다. 감소된 샘플링 주파수는 신호 프로세서의 전력 소비를 감소시키기 위하여 비-선형 디지털 라우드스피커 모델에 의해 발생된 계산 로드를 감소시킨다. 당업자는 피드백 제거 어셈블리의 비-선형 디지털 라우드스피커 모델 및 다른 신호 프로세싱 함수들이 신호 프로세서에 의해 구현될 수 있는 것을 인식할 것이다. 신호 프로세서는 주문형 디지털 하드웨어 또는 소프트웨어 프로그램 가능 마이크로프로세서 코어 또는 DSP 코어를 포함할 수 있다. 후자의 경우, 비-선형 디지털 라우드스피커 모델 및 다른 신호 프로세싱 함수들은 마이크로프로세서 코어 또는 DSP 코어 상에서 실행된 실행 가능 프로그램 명령들, 또는 프로그램 루틴들의 세트들에 의해 구현될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들에서 신호 프로세서는 전기음향 통신 장치의 애플리케이션 프로세서의 통합 부분을 형성할 수 있는 반면, 본 발명의 다른 실시예들에서 신호 프로세서는 어셈블리의 전용 마이크로프로세서 또는 DSP일 수 있다.

[23] 본 발명의 제 2 양상은 전기음향 통신 장치의 라우드스피커 및 마이크로폰 사이의 피드백 신호들을 억제하는 방법에 관한 것이다. 방법은:

[23] A second aspect of the invention relates to a method of supressing feedback signals between a loudspeaker and a microphone of a loudspeaker of an electroacoustic communication apparatus. The method comprises steps of:

b) 마이크로폰에서 필터링된 사운드 신호를 생성하기 위하여 라우드스피커와 마이크로폰 사이의 전기음향 통신 장치의 외부 피드백 경로를 통해, 방출된 사운드 신호를 전송하는 단계,

b) transmitting the emitted sound signal through an external feedback path of the electroacoustic communication apparatus between the loudspeaker and the microphone to produce a filtered sound signal at the microphone,

c) receiving a filtered sound signal at the microphone and producing a corresponding digital microphone signal in a signal reception path,

d) tapping the audio signal from the signal transmission path,

f) 음성 코일 전류 및/또는 음성 코일 전압으로부터 유도된 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터를 포함하는 복수의 라우드스피커 파라미터들을 포함하는 비-선형 디지털 라우드스피커 모델에 의해 탭핑된 오디오 신호를 필터링하는 단계 ― 여기서 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터는 라우드스피커 사운드 압력을 추정하는 제 1 피드백 보상 신호를 생성하기 위하여 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터와 미리 결정된 라우드스피커 변수 사이의 비-선형 함수에 의해 표현됨 ―,

g) 제 2 피드백 보상 신호를 생성하기 위하여 외부 피드백 경로의 적어도 일정하거나 시변하는 전달 함수를 모델링하는 적응성 디지털 필터에 의해 제 1 피드백 보상 신호를 필터링하는 단계,

wherein the least one non-linear loudspeaker parameter is represented by a non-linear function between the at least one non-linear loudspeaker parameter and a predetermined loudspeaker variable to produce a first feedback compensation signal estimating the loudspeaker sound pressure,

g) filtering the first feedback compensation signal by an adaptive digital filter modelling at least a constant or time-varying transfer function of the external feedback path to produce a second feedback compensation signal,

h) subtracting the second feedback compensation signal and the digital microphone signal to produce a feedback compensated microphone signal,

i) processing the feedback compensated microphone signal in the signal reception path.

[24] The method may comprise an additional step of:

[26] 이미 언급된 바와 같이, 비-선형 함수는 바람직하게 동일한 모델의 복수의 대표 전기역학 라우드스피커, 또는 대표 전기역학 라우드스피커들의 콜렉션에 대한 측정들로부터 결정된 미리 결정된 라우드스피커 변수 및 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터 사이의 평균 비-선형 함수를 표현할 수 있다.

[25] At least one non-linear loudspeaker parameter is selected from a group of {a force factor (B*l), a suspension compliance or stiffness, a voice coil resistance, a total mechanical damping, a total moving mass, a voice coil inductance}.

a1) 복수의 대표 라우드스피커들의 각각의 라우드스피커에 테스트 신호를 적용하는 단계 ― 테스트 신호는 라우드스피커 변수의 미리 결정된 범위에 걸쳐 미리 결정된 라우드스피커 변수와 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터 사이의 특정 관계를 자극하도록 구성됨 ―,

[27] The determination of the average non-linear function may comprise steps of:

a1) applying a test signal to each loudspeaker of a plurality of representative loudspeakers wherein the test signal is configured to excite a particular relationship between the at least one non-linear loudspeaker parameter and the predetermined loudspeaker variable across a predetermined range of the loudspeaker variable,

b1) recording a plurality of parameter values of the least one non-linear loudspeaker parameter across the predetermined range of the loudspeaker variable for each loudspeaker of the plurality of representative loudspeakers,

c1) normalizing the plurality of recorded parameter values of the least one non-linear loudspeaker parameter for each loudspeaker at a common reference value of the predetermined loudspeaker variable,

d1) computing an average value of the plurality of normalized parameter values of the loudspeaker variable for the plurality of representative loudspeakers across the predetermined range of the loudspeaker variable for representing the average non-linear function between the least one non-linear loudspeaker parameter and the loudspeaker variable.

[28] Normalizing the plurality of recorded parameter values according to step c1) may comprise:

increasing or decreasing each of the plurality of recorded parameter values for each loudspeaker at the common reference value of the loudspeaker variable such that all parameter values of the loudspeaker parameter are substantially equal at the common reference value. The reference value of the predetermined loudspeaker variable is preferably zero diaphragm excursion.

[29] The least one non-linear loudspeaker parameter may comprises one of a force factor (B*l) and a suspension compliance or stiffness of the plurality of representative loudspeakers; and

the predetermined loudspeaker variable comprises a diaphragm excursion or displacement of the plurality representative loudspeakers.

[32] 본 발명의 바람직한 실시예들은 첨부된 도면들과 관련하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1a는 본 발명에 따른 피드백 제거 어셈블리들에 사용하기에 적당한 예시적 소형 전기역학 라우드스피커의 개략 단면도이다.
도 1b는 통상적인 인클로저에 장착된 예시적인 소형 전기역학 라우드스피커의 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 피드백 제거 어셈블리의 개략 블록도이다.
도 3은 도 2에 묘사된 피드백 제거 어셈블리의 비-선형 디지털 라우드스피커 모델의 블록 및 선택된 신호 프로세싱 기능들의 상세 개략 블록도를 도시한다.
도 4는 복수의 적응성 라우드스피커 파라미터들의 결정을 위한 전기역학 라우드스피커의 적응성 IIR 필터 기반 임피던스 모델을 도시한다.
도 5는 힘 계수(B*l) 대 격판 변위의 실험적으로 측정된 평균 비-선형 거동의 그래프이고, 대응하는 계산된 다항식 계수들은 힘 계수(B*l)와 격판 변위 사이의 다항식 곡선 피트(fit)를 표현한다.
도 6은 총 기계적 컴플라이언스(C_MS) 대 격판 변위의 실험적으로 측정된 평균 비-선형 거동 및 총 기계적 컴플라이언스 및 격판 변위 사이의 다항식 곡선 피트를 표현하는 대응하는 계산된 다항식 계수들의 그래프이다.
도 7은 비-정규화 및 정규화 표현의 복수의 대표 전기역학 라우드스피커들에 대한 힘 계수(B*l)와 격판 변위 사이의 개별적으로 측정된 비-선형 관계들의 그래프들을 도시한다.
도 8은 도 7상에 묘사된 복수의 대표 전기역학 라우드스피커들에 대한 정규화 표현의 힘 계수(B*l)와 격판 변위 사이의 계산된 대응하는 평균 비-선형 관계의 그래프를 도시한다.

[33] 도 1a는 밀봉 박스 장착을 위한 그리고 모바일 폰들 및 스마트폰들 같은 휴대용 오디오 애플리케이션들에 사용하기 위한 통상적인 소형 전기역학 라우드스피커(1)의 개략 단면도이고, 여기서 라우드스피커(1)는 차량 사운드 재생, 스피커 폰 및 음악 재생 같은 다양한 타입들의 애플리케이션들에 대한 사운드 재생을 제공한다. 당업자는 전기역학 라우드스피커들이 의도된 애플리케이션에 따른 다수의 형상들 및 크기들로 존재함을 인식할 것이다. 격판 행정을 추정하는 하기된 방법론들 및 격판 행정을 추정하기 위한 대응하는 어셈블리들에 사용된 전기역학 라우드스피커(1)는 대략 15 mm의 최대 외부 치수(D) 및 약 11 mm의 횡방향 외부 치수를 가진 직사각형 형상을 가진다. 그러나, 당업자는 전기역학 라우드스피커들의 격판 행정을 추정하기 위한 본 방법론들이 사실상 모든 타입들의 전기역학 라우드스피커들에 적용할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 소형 전기역학 라우드스피커(1)는 음성 코일의 상부 에지 표면에 고정된 격판(10)을 포함한다. 격판(10)은 또한 탄성 에지 또는 외부 서스펜션(12)을 통하여 스피커 프레임(22)에 기계적으로 커플링된다. 환형 영구 자석 구조(18)는 원형 에어 갭(air gap)(24)이 내부에 배열되어 있는 자기적으로 투과성 구조(16)를 통하여 전도되는 자속을 생성한다. 원형 통기관(ventilation duct)(19)은 프레임 구조(22) 내에 배열되고 격판(10) 아래에 형성된 다르게 밀봉된 챔버 구조로부터 멀리 열을 전도하기 위하여 사용될 수 있다. 탄성 에지 서스펜션(12)은 이동 가능 격판 어셈블리(음성 코일(20) 및 격판(10))의 비교적 잘-정의된 컴플라이언스를 제공한다. 탄성 에지 서스펜션(12)의 컴프라이언스 및 격판(10)의 이동 질량은 소형 라우드스피커의 자유-공기 기본 공명 주파수를 결정한다. 탄성 에지 서스펜션(12)은 이동 가능 격판 어셈블리의 최대 행정 또는 최대 변위를 제한하도록 구성된다. 소형 라우드스피커(1)의 동작 동안, 음성 코일 전압 또는 구동 전압은 적당한 출력 증폭기 또는 전력 증폭기에 전기적으로 연결된 한 쌍의 스피커 단자들(도시되지 않음)을 통하여 라우드스피커(1)의 음성 코일(20)에 인가된다. 대응하는 음성 코일 전류는 응답하여 음성 코일(20)을 통하여 흘러, 라우드스피커의 피스톤 범위에서, 속도 화살표(V)에 의해 표시된 방향으로 격판 어셈블리의 필수적으로 균일한 진동 움직임을 유도한다. 이에 의해, 대응하는 사운드 압력은 라우드스피커(1)에 의해 생성된다. 음성 코일전류의 흐름에 응답하여 음성 코일(20)과 격판(10)의 진동 움직임은 공기 갭(24) 내의 방사상-지향 자기장의 존재에 의해 유발된다. 인가된 음성 코일 전류 및 전압은 동작 동안 음성 코일(20)을 가열하는 음성 코일(20) 내의 전력 소실을 유도한다. 따라서, 너무 높은 구동 전압과 전류의 연장된 적용은 전기역학 라우드스피커들에서 실패(failure)의 다른 흔한 원인인 음성 코일(20)의 과열을 유도할 수 있다.

[34] 이동 가능 격판 어셈블리를 그의 최대 허용 가능 행정 제한을 넘게 강제하는 과도하게 큰 음성 코일 전류들의 적용은 되돌릴 수 없는 다양한 종류들의 기계적 손상을 유도하는 전기역학 라우드스피커들에서 다른 흔한 고장(fault) 메카니즘이다. 기계적 손상의 하나의 타입은 예를 들어 음성 코일(20)의 최하부 에지와 자기적으로 투과성 구조(16)의 환형 페이싱 부(facing portion)(17) 사이의 충돌에 의해 유발될 수 있다. 특정 타입의 전기역학 라우드스피커의 최대 행정은 그의 치수들 및 구성 상세들에 좌우된다. 대략 11 mm × 15 mm의 외부 치수들을 가진 상기-논의된 소형 라우드스피커(1)에 대해, 최대 허용 가능 격판 행정은 통상적으로 약 +/-0.45 mm이다.

[35] 도 1b는 미리 결정된 내부 볼륨(30)을 가진 인클로저, 박스 또는 챔버(31)에 장착된 소형 전기역학 라우드스피커(1)의 개략 단면도이다. 인클로저 또는 챔버(31)는 라우드스피커(1)의 격판(10) 아래에 배열된다. 라우드스피커(1)의 프레임 구조(22)의 외주부 벽은 주변 환경으로부터 볼륨(30) 내에 가두어진 공기를 음향적으로 격리하는 실질적으로 기밀 커플링을 형성하기 위하여 밀봉된 박스(31)의 짝을 이룬 벽 표면에 단단하게 부착된다. 밀봉된 볼륨(30)은 모바일 폰들 및 스마트폰들 같은 통상적인 휴대용 통신 디바이스 또는 단말 애플리케이션들에 대해 약 1 cm³ 같은 0.5 내지 2.0 cm³일 수 있다. 당업자는 본 발명이 상이한 타입들의 애플리케이션들 및 음향 장착 어레인지먼트들에서 사운드 재생을 위해 라우드스피커를 사용하는 피드백 제거 어셈블리의 정확성을 개선하기 위하여 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

[36] 밀봉된 인클로저(30) 내에 라우드스피커(1)의 장착은 챔버(30) 내에 가두어진 공기의 컴플라이언스로 인해 상기 논의된 소형 라우드스피커의 자유-공기 기본 공명 주파수보다 높은 기본 공명 주파수를 유도한다. 챔버(30) 내에 가두어진 공기의 컴플라이언스는 라우드스피커의 이동 질량 상에 작용하는 총 컴플라이언스를 감소(즉, 강도 증가)시키기 위하여 탄성 에지 서스펜션(12)의 컴플라이언스와 병행하여 작동한다. 그러므로, 인클로저 장착 라우드스피커(1)의 기본 공명 주파수는 자유 공기 공명보다 높다. 기본 공명 주파수의 증가량은 인클로저(30)의 볼륨에 좌우된다. 밀봉된 인클로저(31)를 둘러싸는 벽 구조는 제한된 충격 강도를 갖는 몰딩된 탄성 중합체 화합물에 의해 형성될 수 있다.

[37] 도 2는 넓은 범위의 전기역학 통신 장치들에서 피드백 제거 성능을 개선하기 위하여 활용될 수 있는 피드백 또는 에코 제거 어셈블리(200)의 단순화된 개략 블록도이다. 피드백 또는 에코 제거 어셈블리(200)는 휴대용 통신 디바이스들, 이를 테면 스마트폰들, 테블릿들 및 다른 타입들의 오디오 가능 휴대용 컴퓨팅 디바이스들에 활용될 수 있다. 피드백 또는 에코 제거 어셈블리는 또한 차 같은 차량, 즉 자동차 애플리케이션의 전기음향 통신 장치에 통합될 수 있다. 차량의 경우에서, 전기음향 통신 장치는 빌드-인 핸즈-프리 스피커 기능을 가진 자동차용 뮤직 엔터테인먼트 및 원격 통신 시스템의 일부를 형성할 수 있다. 도시된 마이크로폰(212)은 따라서 원격 통신 시스템에서 음성 픽-업을 위해 차량 내(vehicle cabin)에 배열될 수 있다. 에코 제거 어셈블리(200)는 예를 들어 차량용 뮤직 엔터테인먼트 및 원격 통신 시스템의 헤드 유닛(head unit)에 통합될 수 있고, 여기서 하나 또는 그 초과의 전기역학 라우드스피커(들)의 음성 코일 전류들 및/또는 음성 코일 전압들은 에코 제거 어셈블리(200)에 의해 모델링 또는 샘플링될 수 있다.

[38] 당업자는 본 전기역학 라우드스피커와 다른 타입들의 라우드스피커들, 예를 들어 압전기 또는 이동 가능 전기자 라우드스피커들이 본 에코 제거 어셈블리의 대응하는 비-선형 디지털 라우드스피커 모델과 함께 본 에코 제거 어셈블리에 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

[39] 에코 제거 어셈블리(200)는 전기역학 라우드스피커(1)로부터 발신 사운드 신호의 생성 및 송신을 위한 신호 송신 경로를 포함한다. 신호 송신 경로는 한쌍의 외부 액세스 가능 스피커 단자들(211a, 211b)을 통해 전기역학 라우드스피커(1)에 커플링되는 전력 증폭기(206)를 포함한다. 전력 증폭기(206)는 스피커 단자들(211a, 211b)을 통해 라우드스피커의 음성 코일에 펄스 변조 방식으로 오디오 출력 신호를 공급하는 H-브리지 출력 스테이지에 기초한 펄스 변조 클래스 D 출력 증폭기를 포함할 수 있다. 클래스 D 출력 증폭기는 어셈블리(200)의 디지털 오디오 신호 입력(201)에 공급된 디지털 오디오 입력 신호로부터 유도된 아날로그 오디오 신호를 증폭기입력(205)에서 수신한다. 디지털 오디오 입력 신호는 제 1 샘플링 주파수, 예를 들어 16 kHz 내지 96 kHz의 샘플링 주파수로 외부 디지털 오디오 신호 소스에 의해 공급될 수 있다. 외부디지털 오디오 신호 소스는 본 어셈블리(200)가 통합되는 휴대용 통신 디바이스의 애플리케이션 프로세서의 디지털 오디오 포트 또는 인터페이스를 포함할 수 있다. 외부 생성 디지털 오디오 신호는 I²C 또는 SPI 같은 표준화된 직렬 데이터 통신 프로토콜에 따라 포맷화될 수 있거나, I²S, SPDIF 등 같은 디지털 오디오 프로토콜에 따라 포맷화될 수 있다. 신호 송신 경로는 또한 입력(201)에서 디지털 오디오 입력 신호로 적용된 하나 또는 그 초과의 디지털 신호 프로세싱 알고리즘을 포함하는 신호 프로세싱 블록(202)을 포함한다. 이들 디지털 신호 프로세싱 알고리즘은 주파수 응답 형상화, 동적 범위 압축, 노이즈 감소 등 같은 기능들을 구현할 수 있다. 프로세싱된 디지털 오디오 신호는 신호 프로세싱 블록(202)에 의해 신호 송신 경로의 탭핑 포인트 또는 노드(203)에 공급된다. 프로세싱된 디지털 오디오 신호는 디지털-투-아날로그 컨버터(204) 및 비-선형 디지털 라우드스피커 모델(218) 둘 다에 적용된다. 디지털-투-아날로그 컨버터(204)는 프로세싱된 디지털 오디오 신호를 대응하는 아날로그 오디오 신호로 변환하고 대응하는 아날로그 오디오 신호를 상기 논의된 바와 같이 전력 증폭기(206)의 입력에 공급한다. 당업자는 디지털-투-아날로그 컨버터(204) 및 전력 증폭기(206)가 디지털 전력 증폭기의 형태로 본 발명의 다른 실시예들에서 일체형으로 형성될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

[40] 피드백 또는 에코 제거 어셈블리(200)는 어셈블리(200)의 신호 수신 경로의 프론트-엔드(front-end)를 형성하는 마이크로폰(212)을 더 포함한다. 마이크로폰(212)은 원격 통신 디바이스들을 위한 저-비용 소형 일렉트릿(electret) 또는 MEMS 마이크로폰 같은 콘덴서 마이크로폰을 포함할 수 있다. 라우드스피커(1)에 의해 생성된 발신 사운드 신호는 도면상 점선 화살표에 의해 개략적으로 예시된 바와 같이 외부 피드백 경로(H_f(S))를 통해 마이크로폰(212)에 음향적으로 커플링된다. 외부 피드백 경로(H_f(S))의 특성들은 본 피드백 또는 에코 제거 어셈블리(200)가 통합되는 전기음향 통신 장치의 타입에 따라 상당히 가변할 것이다. 전기음향 통신 장치가 스마트폰이면, 라우드스피커(1)와 마이크로폰(212) 사이의 거리, 또는 보다 정확하게 개별 사운드 포트들 사이의 거리는 5 내지 15 cm에 놓일 수 있고 스마트폰의 비교적 단단한 외부 표면을 따라 연장될 수 있다. 전기음향 통신 장치가 이전에 논의된 차량 내에 장착되면, 라우드스피커(1)와 마이크로폰(212) 사이의 외부 피드백 경로는 상당히 더 길 수 있고 일반적으로 차량 내 구조들의 다수의 반사 표면들을 포함할 수 있다. 그러나, 양쪽 경우들에서, 외부 피드백 경로는 일정하지만 알려지지 않은 전달 함수 또는 시변 전달 함수를 소유할 것이다. 양쪽 경우들에서, 전달 함수는 사용자가 움직이고 있을 때 사용자의 헤드, 손 및 몸체로부터 가변하는 반사들 같은 팩터들에 의해 영향을 받는다. 그러므로 마이크로폰(212)의 사운드 신호는 라우드스피커(1)의 발신 사운드 신호의 필터링된 성분, 즉 외부 피드백 경로의 시변 전달 함수에 의해 필터링된 성분을 포함한다. 게다가, 마이크로폰(212)의 사운드 신호는 전기음향 통신 장치의 사용자에 의해 생성된 음성 및/또는 노이즈 사운드 성분들을 포함할 수 있다.

[41] 외부 피드백 경로는 또한 라우드스피커(1)와 마이크로폰(212) 사이의 다양한 타입들의 기계적 커플링 및/또는 전기 커플링으로부터의 기여들을 포함할 수 있다. 마이크로폰(212)은 예를 들어, 사운드 생성 하에서 라우드스피커의 기계적 진동들이 외부 피드백 경로의 기계적 커플링 경로를 통해 마이크로폰에 커플링되도록 진동 감지적일 수 있다. 외부 피드백 경로의 존재는 일반적으로 원해지지 않는데, 그 이유는 이런 외부 피드백 경로의 존재는 마이크로폰을 통해 수신된 직접 사운드 성분들에 에코들을 도입하고 루프 이득 및 위상 시프트가 충분히 크다면 전기음향 통신 장치가 자체-진동하게 할 수 있기 때문이다.

[42] 라우드스피커(1)와 마이크로폰(212) 사이의 원하지 않는 음향/기계적/전기적 커플링을 제거, 또는 적어도 감쇠시키기 위하여, 피드백 또는 에코 제거 어셈블리(200)는 신호 수신 경로의 합산 노드(215)에서 신호 수신 경로에 주입되는 피드백 제거 신호를 생성하는 전자 피드백 제거 또는 억제 경로를 더 포함한다. 전자 피드백 제거 경로는 신호 송신 경로의 탭핑 노드(203) 및 합산 노드로부터 연장된다. 전자 피드백 제거 경로는 이전에 논의된 비-선형 디지털 라우드스피커 모델(218)과 비-선형 디지털 라우드스피커 모델과 직렬로 커플링된 적응성 디지털 필터(210)의 캐스케이드를 포함한다. 적응성 디지털 필터는 외부 피드백 경로(H_f(S))의 적어도 시변 전달 함수를 모델링하거나 추적하도록 구성된 선형 필터이다. 적응성 디지털 필터(210)는 탭핑 노드(203)와 합산 노드(215) 사이의 신호 수신 경로와 신호 송신 경로의 회로들 및 컴포넌트들, 이를 테면 전력 증폭기(206), 마이크로폰(212), 아날로그-투-디지털 컨버터(214) 등의 특정 선형 전달 함수들을 부가적으로 모델링할 수 있다. 적응성 디지털 필터는 바람직하게 LMS 알고리즘에 의해 편리하게 제어될 수 있는 FIR 타입 필터를 포함한다. 에러 신호는 에코/피드백 문제가 존재하는 대역통과 필터의 통과 대역에 FIR 필터의 직접적인 적응을 개선하기 위하여 대역통과 필터링될 수 있다. 특정 애플리케이션에서 적응성 IIR 필터는 그의 안정성에 대한 적당한 관심이 취해지면 우수한 결과들과 함께 사용될 수 있다. 양쪽 경우들에서, 적응성 필터는 합산 노드(215)의 출력에서 에러 신호(e(n))의 값을 최소화하고자 한다.

[41] The external feedback path can also comprise contributions from various types of mechanical coupling and/or electrical coupling between the loudspeaker 1 and the microphone 212. The latter may for example be vibration sensitive such that mechanical vibrations of the loudspeaker under sound production are coupled to the microphone via a mechanical coupling path of the external feedback path. The presence of the external feedback path is generally unwanted because it introduces echoes in direct sound components received via the microphone and may cause the electroacoustic communication apparatus to self-oscillate provided the loop gain and phase shift are sufficiently large.

[44] 이 문제를 처리하고 제거하기 위하여, 전자 피드백 제거 경로는 상기논의된 라우드스피커(1)의 비-선형 거동을 효과적이고 정확하게 모델링할 수 있는 비-선형 디지털 라우드스피커 모델(218)을 포함한다. 비-선형 디지털 라우드스피커 모델(218)은 도 2에 개략적으로 예시된 바와 같이 전기역학 라우드스피커(1)의 음성 코일 전류(Icoil) 및/또는 음성 코일 전압(Vcoil)으로부터 유도된 복수의 라우드스피커 파라미터들을 포함한다. 복수의 라우드스피커 파라미터들은 전기역학 라우드스피커의 음성 코일 전류 및/또는 음성 코일 전압으로부터 유도된 힘 계수(B*l), 서스펜션 컴플라이언스 또는 강도, 음성 코일 저항, 총 기계적 댐핑, 총 이동 질량, 음성 코일 인덕턴스 등 같은 라우드스피커 파라미터들 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 비-선형 디지털 라우드스피커 모델(218)은 전기역학 라우드스피커의 음성 코일 전류 및/또는 음성 코일 전압으로부터 유도된 비-선형 라우드스피커 파라미터를 더 포함한다. 비-선형 라우드스피커 파라미터는 비-선형 라우드스피커 파라미터와 미리 결정된 라우드스피커 변수 사이의 비-선형 함수에 의해 표현된다. 비-선형 라우드스피커 파라미터는 바람직하게 상기 언급된 복수의 라우드스피커 파라미터들 중 하나; 특히 선택된 타입의 라우드스피커 변수에 대해 선험적으로 매우 비-선형적으로 거동하는 것으로 알려진 라우드스피커 파라미터이다. 선택된 비-선형 라우드스피커 파라미터는 그러므로 라우드스피커(1)의 주된 비-선형 왜곡 메카니즘을 구성할 수 있다.

[45] 나머지 라우드스피커 파라미터들은 선형 라우드스피커 파라미터들일 수 있고 고정되거나 적응성인, 즉 아래에 추가로 상세히 논의되는 바와 같이 시변할 수 있다. 비-선형 라우드스피커 파라미터는 예를 들어 라우드스피커의 힘 계수(B*l) 또는 서스펜션 컴플라이언스/강도일 수 있고 라우드스피커 변수는 격판 행정 또는 변위일 수 있다. 이들 라우드스피커 파라미터들 둘 다는, 힘 계수의 값이 통상적인 라우드스피커 설계 또는 구성에 대한 증가하는 격판 행정 또는 변위에 따라 종종 감소하도록 명백한 행정 종속 거동 또는 특성을 나타낸다. 마찬가지로, 서스펜션 컴플라이언스의 값은 종종 통상적인 라우드스피커 구성들에 대한 증가하는 격판 행정에 따라 감소한다. 비-선형 디지털 라우드스피커 모델(218)의 출력은 제 1 피드백 보상 신호(Pout)이고, 제 1 피드백 보상 신호(Pout)는 라우드스피커의 비-선형 거동을 적당하게 고려하여 라우드스피커(1)에 의해 방출된 발신 사운드 신호 또는 압력을 모델링하거나, 표현하거나 또는 추정한다. 따라서, 비-선형 디지털 라우드스피커 모델(218)은 전자 피드백 제거 경로에, 선형 및 비-선형 라우드스피커 특성들 둘 다를 포함하는 라우드스피커(1)에 의해 생성된 발신 사운드 신호의 전용되고 매우 정확한 모델을 제공한다. 그러므로, 전자 피드백 제거 경로는 라우드스피커가 예를 들어 높은 사운드 압력으로 인해 비-선형으로 거동할 때에도 탭핑 노드(203)와 합산 노드(215) 사이의 어셈블리의 외부 피드백 경로의 정확한 모델을 유지할 수 있다.

[44] To address and eliminate this problem, the electronic feedback cancellation path comprises the non-linear digital loudspeaker model 218 capable of effectively and accurately modelling the above discussed non-linear behaviour of the loudspeaker 1. The non-linear digital loudspeaker model 218 comprises a plurality of loudspeaker parameters which are derived from a voice coil current Icoil and/or a voice coil voltage Vcoil of the electrodynamic loudspeaker 1 as schematically illustrated on FIG. 2. The plurality of loudspeaker parameters may comprise one or more of loudspeaker parameters like a force factor (B*l), a suspension compliance or stiffness, a voice coil resistance, a total mechanical damping, a total moving mass, a voice coil inductance etc. derived from a voice coil current and/or a voice coil voltage of the electrodynamic loudspeaker. The non-linear digital loudspeaker model 218 furthermore comprises a non-linear loudspeaker parameter derived from the voice coil current and/or voice coil voltage of the electrodynamic loudspeaker. The non-linear loudspeaker parameter is represented by a non-linear function between the non-linear loudspeaker parameter and a predetermined loudspeaker variable. The non-linear loudspeaker parameter is preferably one of the above-mentioned plurality of loudspeaker parameters; in particular a loudspeaker parameter that a priori is known to behave highly non-linearly for the selected type of loudspeaker variable. The selected non-linear loudspeaker parameter may therefore constitute a dominant non-linear distortion mechanism of the loudspeaker 1.

[45] The residual loudspeaker parameters may be linear loudspeaker parameters and either fixed or adaptive, i.e. time varying as discussed below in further detail. The non-linear loudspeaker parameter may for example be a force factor (B*l) or a suspension compliance/stiffness of loudspeaker and the loudspeaker variable may be the diaphragm excursion or displacement. Both of these loudspeaker parameters exhibit a pronounced excursion dependent behaviour or property such that a value of the force factor often decreases with increasing diaphragm excursion of displacement for a typical loudspeaker design or construction. Likewise, the value of the suspension compliance often decreases with increasing diaphragm excursion for typical loudspeaker constructions. The output of the non-linear digital loudspeaker model 218 is a first feedback compensation signal, Pout, which models, represents or estimates the outgoing sound signal or pressure emitted by the loudspeaker 1 taking the non-linear behaviour of the loudspeaker into proper account. Hence, the non-linear digital loudspeaker model 218 provides, to the electronic feedback cancellation path, a dedicated and highly accurate model of the outgoing sound signal generated by the loudspeaker 1 including both linear and non-linear loudspeaker characteristics. Therefore, the electronic feedback cancellation path is capable of maintaining an accurate model of the external feedback path of the assembly between the tapping node 203 and the summing node 215 even when the loudspeaker behaves non-linearly for example due to a high sound pressure level.

[48] 도 3은 도 2에 묘사된 피드백 제거 어셈블리(200)의 비-선형 디지털 라우드스피커 모델(218)의 신호 프로세싱 기능들 및 블록도의 상세 개략 블록도를 도시한다. 비-선형 디지털 라우드스피커 모델(218)은 전기역학 라우드스피커(1)의 비-선형 상태-공간 모델(314)을 포함한다. 비-선형 상태-공간 모델(314)은 아래에 상세히 설명되는 바와 같이, 선형 상태-공간 모델(302) 및 비-선형 함수 블록(304)의 조합을 포함한다. 비-선형 디지털 라우드스피커 모델(218)은 디지털 음성 코일 전류 신호(Im[n]) 및 디지털 음성 코일 전압(Vm[n])에 응답하여 조정되는 복수의 적응가능 또는 적응성 모델 파라미터들을 포함하는 전기역학 라우드스피커(1)의 선형 적응성 디지털 라우드스피커 모델(306)을 더 포함한다. 선형 적응성 디지털 라우드스피커 모델(306)은 복수의 라우드스피커 파라미터들의 적응 가능 라우드스피커 파라미터(들) 중 상기 논의된 하나 또는 그 초과를 계산하고 그리고 비-선형 함수가 문제의 라우드스피커 파라미터에 적용되면 이들/이런 파라미터(들)를 비-선형 함수 블록(304)에 공급한다. 대안적으로, 라우드스피커 파라미터의 현재 값은, 문제의 라우드스피커 파라미터와 연관된 비-선형 함수가 없는 경우 선형 적응성 디지털 라우드스피커 모델(306)로부터 선형 상태-공간 모델(302)로 직접 전달될 수 있다.

[49] 라우드스피커의 선형 적응성 디지털 라우드스피커 모델(306)은 바람직하게 디지털 음성 코일 전류 신호(Im[n]) 및 디지털 음성 코일 전압(Vm[n])에 의해 표현된 바와 같이 검출되거나 측정된 음성 코일 전류 및 음성 코일 전압에 기초하여, 미리 결정된 오디오 주파수 범위, 예를 들어 10 Hz 내지 10 kHz에 걸쳐 라우드스피커(1)의 주파수 종속 임피던스를 모델링하는 적응성 필터를 포함한다. 선형 적응성 디지털 라우드스피커 모델(306)은 복수의 적응성 파라미터들을 포함한다. 선형 적응성 디지털 라우드스피커 모델(306)은 선형 라우드스피커 파라미터들의 복수의 개별 파라미터 값들을 계산하기 위하여 구성된다. 적응성 선형 디지털 라우드스피커 모델(306)의 기능성의 상세들은 도 4를 참조하여 이하에 추가로 상세히 논의된다. 적응성 선형 디지털 라우드스피커 모델(306)은 예를 들어 전기역학 라우드스피커(1)의 시변 임피던스 대 주파수 함수를 계산하거나 추적하도록 구성될 수 있다. 다양한 중요 선형 라우드스피커 파라미터들의 개별 파라미터 값들은 라우드스피커(1)의 임피던스 함수 또는 곡선을 추적하는 시변 모델 파라미터들의 값들로부터 유도될 수 있다. 선형 적응성 디지털 라우드스피커 모델(306)의 출력은 개별 선형의, 시변하지만, 적응성있는 라우드스피커 파라미터들, 예를 들어 라우드스피커의 힘 계수 또는 서스펜션 컴플라이언스의 복수의 파라미터 값들을 포함한다. 따라서, 적응성 라우드스피커 파라미터들의 파라미터 값들은, 이들 중 개별의 이전에 논의된 시변 및 온도 가변 특성들이 라우드스피커의 비-선형 상태-공간 모델(314)에서 적당하게 추적되도록 개별 적응성 라우드스피커 파라미터의 개별 현재 파라미터 값들을 표현하거나 추정한다.

[50] 선형 적응성 디지털 라우드스피커 모델(306)에 디지털 음성 코일 전류 신호(Im[n]) 및 디지털 음성 코일 전압 신호(Vm[n])를 전달하는 목적을 위해, 비-선형 디지털 라우드스피커 모델(218)은 스피커 단자들(도 2 아이템들 211a, 221b)에 걸쳐 순시 음성 코일 전압을 샘플링 및 디지털화함으로써 디지털 음성 코일 전류 신호(Im[n]) 및 디지털 음성 코일 전압 신호(Vm[n])를 생성하는 적어도 하나의 A/D 컨버터(308)를 포함한다. A/D 컨버터(308)는 컨버터(308)의 제 1 입력(Icoil)에서 전달된 아날로그 음성 코일 전류를 샘플링 및 디지털화하도록 구성된 제 2 입력을 더 포함한다. 디지털 음성 코일 전류 신호(Im[n]) 및 디지털 음성 코일 전압 신호(Vm[n])는 16 kHz, 32 kHz, 44.1 kHz, 48 kHz 또는 96 kHz 등 같은 디지털 오디오 입력 신호의 제 1 샘플링 주파수와 동일할 수 있는 동일한 샘플링 주파수로 바람직하게 샘플링된다. 디지털 음성 코일 전류 신호(Im[n]) 및 디지털 음성 코일 전압 신호(Vm[n])의 샘플링 주파수는 대안적으로 비-선형 디지털 라우드스피커 모델(218)에서 적응성 선형 디지털 모델(306)을 구현하는 디지털 신호 프로세서상 계산 로드를 감소시키기 위하여 제 1 샘플링 주파수보다 낮을 수 있는데 예를 들어 제 1 샘플링 주파수의 절반보다 적을 수 있다. 당업자는, 적어도 하나의 A/D 컨버터(308)가 음성 코일 전압 및 아날로그 음성 코일 전류 신호를 대안적으로 샘플링하는 멀티플렉싱된 타입의 컨버터를 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 대안적으로, 적어도 하나의 A/D 컨버터(308)는 음성 코일 전압 및 음성 코일 전류 신호 각각에 불변하게 커플링된 두 개의 별개의 A/D 컨버터들을 포함할 수 있다. 당업자는, 음성전류신호가 음성 코일을 흐르는 순시 음성 코일 전류에 비례하는 전압, 전류 또는 전하 신호를 생성하는 다양한 타입들의 전류 센서들에 의해 생성될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

[51] 비-선형 함수 블록(304)에서, 개별 비-선형 함수들은 바람직하게 하나 또는 그 초과의 대응하는 비-선형성 보상 파라미터 값들을 계산하기 위하여 적응성 라우드스피커 파라미터들의 인입 파라미터 값들 중 하나 또는 그 초과에 적용된다. 비-선형성 보상 파라미터 값(들)은 특정 라우드스피커 변수에 관련하여 문제의 라우드스피커 파라미터(들)의 이미 논의된 비-선형 거동 또는 특성을 고려한다. 이것은 예를 들어 라우드스피커의 힘 계수(B*l)와 격판 변위 사이의 함수 또는 음성 코일 인덕턴스(L_e)와 음성 코일 전류 사이의 비-선형 관계 등일 수 있다. 명확히, 적응성 선형 디지털 모델(306)에 의해 공급되는 적응성 라우드스피커 파라미터들의 인입 파라미터 값들 중 단지 일부 또는 단일 파라미터는 비-선형 함수(들) 및 응답하여 계산된 개별 비-선형성 보상 파라미터 값(들)에 영향을 받을 수 있다. 나머지 적응성 라우드스피커 파라미터들의 나머지 인입 파라미터 값들은 비-선형 보상 없이 남겨질 수 있고 상기 논의된 바와 같이 비-선형 파라미터 블록(304)을 바이패싱하여 선형 상태-공간 모델(302)에 직접 전송될 수 있다. 당업자는, 비-선형 함수 블록(304) 내 다수의 비-선형 함수들을 활용하는 것이 일반적으로 비-선형 상태-공간 모델(314)의 계산된 라우드스피커 파라미터 값들의 정확성을 개선할 것을 인식할 것이다. 그러나 이런 개선된 정확성은 증가하는 계산 로드의 댓가를 치루고 도달될 수 있다. 결과적으로, 라우드스피커 사운드 압력의 추정을 위한 정확성 요건들은, 비-선형 함수 블록(304)에 적용된 비-선형 함수들의 수가 애플리케이션 특정 요건들에 맞추어질 수 있도록 상이한 타입들의 애플리케이션들과 사용자 요건들 사이에서 가변할 것이다. 선형 상태-공간 모델(302)은 라우드스피커(1)에 의해 방출된 발신 사운드 신호 또는 압력을 표현하는 이미 논의된 제 1 피드백 보상 신호(Pout)에 더하여 순시 격판 변위를 추정하는 변위 신호(x)를 계산한다. 변위 신호(x)는 비-선형 함수 블록(304)이 x의 이전 값에 기초하여 업데이트된 비-선형성 보상 파라미터 값(들)을 계산하게 하도록 비-선형 함수 블록(304)의 제 2 입력에 다시 공급된다.

[52] 비-선형 함수 블록(304)의 비-선형 함수들 각각의 특성들은 바람직하게 사용중인 라우드스피커(1)와 동일한 제품(make) 및 모델의 대표 전기역학 라우드스피커들의 적당한 세트 또는 콜렉션 상에서 특정 실험 측정들과 관련하여 결정되었다. 선택된 라우드스피커 변수와 문제의 라우드스피커 파라미터 사이의 개별적으로 결정된 비-선형 관계는 캘리브레이션 측정들 동안 각각의 라우드스피커 샘플에 대해 측정되었다. 대표 전기역학 라우드스피커들의 한 그룹(batch)에 걸쳐 평균 비-선형 범함수 관계는 하기에 추가적으로 상세히 설명된 바와 같이 결정되었다. 이런 평균 비-선형 범함수 관계는 선택된 라우드스피커 변수와 문제의 라우드스피커 파라미터 사이의 다항식 곡선 맞춤을 표현하는 하나 또는 그 초과의 다항식 계수(들) 같은 다양한 타입들의 비-선형 함수들에 의해 정의될 수 있다. 다른 실시예에서, 평균 비-선형 범함수 관계는 라우드스피커 변수를 라우드스피커 파라미터의 대응하는 비-선형성 보상 값들에 맵핑하는 룩-업 테이블에 의해 정의될 수 있다. 따라서, 비-선형 함수들은 라우드스피커 변수와 라우드스피커 파라미터들의 개별 비-선형성 보상 파라미터 값들 사이의 계산된 평균 비-선형 범함수 관계들을 맵핑하기 위하여 활용된 복수의 룩-업 테이블들을 포함할 수 있다. 룩-업 테이블 또는 테이블들은 사운드 재생 어셈블리의 적당한 비-휘발성 메모리 어드레스 공간 또는 사운드 재생 어셈블리의 DSP에 의해 판독하기 위해 액세스 가능한 적어도 비-휘발성 메모리 공간에 저장될 수 있다. 후자 상황에서, 당업자는, 비-휘발성 메모리 어드레스 공간은 휴대용 통신 디바이스의 애플리케이션 프로세서의 데이터 메모리 디바이스에 위치될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 양쪽 예들에서, 룩-업 테이블 또는 테이블들의 콘텐츠는 바람직하게 예를 들어 비-선형 디지털 라우드스피커 모델(218)의 초기화와 관련한 적당한 비-휘발성 메모리 어드레스 공간으로부터 비-선형 함수 블록(304)으로 판독된다.

[53] 비-선형 디지털 라우드스피커 모델(218)에서 선택된 라우드스피커 변수와 문제의 라우드스피커 파라미터 사이의 개별 평균 비-선형 관계들을 표현하는 이들 비-선형 함수들의 사용은 유리한데, 그 이유는 이것이 전기역학 통신 장치의 제조 동안 각각의 개별 라우드스피커상 라우드스피커 파라미터 또는 파라미터들의 비-선형 거동을 결정하기 위하여 복잡한 개별 캘리브레이션 측정들을 할 필요를 제거하기 때문이다.

[54] 적응성 선형 디지털 모델(306)에 의해 계산된 복수의 선형 라우드스피커 파라미터들의 개별 파라미터 값들의 적응성 또는 추적 특성의 유리한 효과는, 시변이지만 선형의 라우드스피커 모델이 습도 및 온도 같은 가변하는 환경 동작 조건들에 의해 유발된 선형 라우드스피커 파라미터들의 변화들에도 불구하고 시간에 걸쳐 정확하게 유지된다는 것이다. 마찬가지로, 라우드스피커에서 재료 노화 및/또는 라우드스피커의 음향 동작 조건들의 변화들(예를 들어, 인클로저 누설) 같은 다른 메카니즘들에 의해 유발된 선형 라우드스피커 파라미터들의 변화들은 정확하게 모델링될 수 있다. 적응성 선형 디지털 라우드스피커 모델(306)은 적응성 라우드스피커 파라미터들의 파라미터 값들의 그런 비교적 느리게 가변하는 변화들을 추적할 수 있다. 다른 한편, 이전에 설명된 바와 같이 큰 신호 비-선형 거동에도 불구하고 라우드스피커 격판의 순시 사운드 압력을 결정하게 하기 위해, 본 발명에 따라 라우드스피커의 비-선형 모델을 사용하는 것이 계속 매우 유리하다. 후자의 특징은 전자 피드백 제거 경로에서 라우드스피커 격판에서 방출된 순시 사운드 압력을 정확하게 예측 또는 추정할 수 있게 하고 그러므로 피드백 억제가 관련 라우드스피커 파라미터들의 명백한 비-선형성들에도 불구하고 유효하게 이루어지도록 합산 노드에 공급되는 제 1 보상 신호가 피드백 경로의 선형 및 비-선형 효과들 둘 다의 정확한 표현인 것을 확인할 수 있게 한다.

[55] 디지털 오디오 입력 신호(203)는 비-선형 상태-공간 모델(314)의 제 3 입력에 적용되고 상태-공간 모델(302)은 디지털 오디오 입력 신호, 적응성 라우드스피커 파라미터들의 파라미터 값들 및 비-선형성 보상 파라미터 값(들)에 기초하여 순시 격판 행정(x) 및 격판 가속 또는 사운드 압력(Pout)을 추정한다. 디지털 오디오 입력 신호(203)는, 디지털 오디오 신호(203)가 실제 음성 코일 전압을 정확하게 표현하도록 전력 증폭기(206)의 DC 공급 전압에 따라 스케일링(scale)될 수 있다. 이런 스케일링은 디지털 오디오 입력 신호의 크기와 음성 코일 전압의 크기 사이의 알려진 관계로 인해 달성될 수 있다. 상태-공간 모델(302)은 순시 격판 행정(x)을 과도하게 큰 음성 코일 전압들과 전류들로부터 라우드스피커의 기계적 손상을 회피하도록 구성된 피드백 제거 어셈블리(200)의 선택적 진폭 또는 레벨 제한기 함수에 공급할 수 있다. 레벨 제한기 함수는 추정된 순시 격판 행정(x)을 특정 타입의 라우드스피커에 대한 최대 허용 가능하거나 추천된 격판 변위 또는 행정을 표시하는 미리 결정된 행정 제한 또는 임계치와 비교할 수 있다. 따라서, 최대 허용 가능하거나 추천된 격판 변위는 라우드스피커 제조자의 추천들에 따라 설정될 수 있다. 순시 격판 행정(x)이 미리 결정된 행정 제한보다 작으면, 레벨 제한기 함수는 디지털 오디오 입력 신호를 감쇠 또는 레벨 제한 없이 출력 증폭기(206)의 입력에 전송할 수 있다. 다른 한편, 순시 격판 행정(x)이 미리 결정된 행정 제한을 초과하면, 레벨 제한기 함수가 전력 증폭기에 송신하기 전에 디지털 오디오 입력 신호를 감쇠 또는 제한하도록 적응된다. 감쇠는 바람직하게 보다 높은 주파수들이 감쇠되지 않은 채로 유지되면서 800 Hz 또는 500 Hz 미만의 저-주파수 대역 같은 지연된 디지털 오디오 입력 신호의 저-주파수 서브-대역을 선택적으로 감쇠함으로써 달성된다. 이것은 종종 저-주파수 오디오 신호 성분들이 라우드스피커 격판의 최대 허용 가능한 행정 제한 외측으로 라우드스피커 격판을 구동할 가능성이 가장 크기 때문에 보호 목적들을 위해 매우 효과적이다. 저-주파수 대역은 800 Hz 또는 500 Hz 같은 특정 임계 주파수 미만의 모든 주파수들 또는 저-주파수 범위에서 400 Hz 또는 300 Hz 같은 중앙 주파수 주위의 1/3 옥타브대역 같은 단일 저-주파수 대역만을 포함할 수 있다. 저 주파수 대역은 스피커 타입 및 보다 자세히 스피커의 공명 주파수에 좌우된다.

[54] A beneficial effect of the adaptive or tracking property of the respective parameter values of the plurality of linear loudspeaker parameters computed by the adaptive linear digital model 306 is that the linear, albeit time-varying, loudspeaker model remains accurate over time despite changes of the linear loudspeaker parameters caused by varying environmental operating conditions such as humidity and temperature. Likewise, changes of the linear loudspeaker parameters caused by other mechanisms such as material aging in the loudspeaker and/or changes of its acoustic operating conditions (e.g. enclosure leakage) can be accurately modelled. The adaptive linear digital loudspeaker model 306 is capable of tracking such relatively slowly varying changes of the parameter values of the adaptive loudspeaker parameters. On the other hand, to make an accurate determination of the instantaneous sound pressure of the loudspeaker diaphragm despite large signal non-linear behaviour as described earlier, it remains highly advantageous to use the non-linear model of the loudspeaker in accordance with the present invention. The latter feature makes it feasible to accurately predict or estimate the instantaneous sound pressure emitted at the loudspeaker diaphragm in the electronic feedback cancellation path and therefore ascertain that the first compensation signal supplied to the summing node is an accurate representation of both linear and non-linear effects of the feedback path such that the feedback suppression remains effective despite pronounced non-linearities of the relevant loudspeaker parameters.

[57] 도 4는 도 3에 묘사된 이미 논의된 적응성 선형 디지털 라우드스피커 모델(306), 또는 축약해서 라우드스피커 모델(306)의 적응성 디지털 임피던스 모델(306)의 내부 신호 프로세싱 컴포넌트들 또는 계산 블록들의 상세 개략 블록도이다. 적응성 디지털 임피던스 모델(306)은 5개의 적응성 모델 파라미터들, R_DC(음성 코일의 DC 전기 저항); B*l(힘 계수), L_e(음성 코일 인덕턴스) 및 이하에 설명된 바와 같이 z-도메인 임피던스 모델 파라미터들인 a1 및 a2를 적응적으로 계산 및 출력하도록 구성된 적응성 디지털 임피던스 모델을 포함한다. 5개의 적응성 모델 파라미터들의 파라미터 값들의 각각은 적응성 디지털 임피던스 모델이 올바르게 작동하는 것을 나타내는 것, 예를 들어 임피던스 모델이 벗어나지 않고 감지 가능 파라미터 값들을 출력하는 것을 검증하기 위하여 특정 미리 설정된 파라미터 제한들에 대해 선택적으로 체크된다. 5개의 적응성 모델 파라미터들의 계산된 값들은 5개의 적응성 모델 파라미터들을 라우드스피커 모델(306)에 의해 출력된 이전에 논의된 복수의 적응성 라우드스피커 파라미터들로 변환하는 변환 블록에 추후 전송된다. 본 실시예에서, 라우드스피커 모델(306)은 다음 5개의 적응성 라우드스피커 파라미터들: R_DC(음성 코일의 DC 전기 저항); B*l(힘 계수); R_MS(총 기계적 댐핑); K_MS(총 기계적 강도) 및 L_e(음성 코일 인덕턴스)을 계산하기 위하여 구성되었다. 당업자는 파라미터 선택이 충분히 상세한 라우드스피커 정보를 라우드스피커의 상태 공간 모델(302)에 제공하면, 다른 적응성 라우드스피커 파라미터들이 본 발명의 다른 실시예들에서 선택될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

[56] The skilled person will appreciate that each of the above discussed signal processing circuits, functions or models 202, 210, 218, 302, 304 and 306 may be implemented as a set of executable program instructions, or program routines, executed on a software programmable microprocessor core or DSP core. The skilled person will understand that the programmable DSP core may be integrated together with the previously discussed application processor of the portable communication terminal or be implemented as a separate programmable DSP core configured to perform the above-described signal processing functions or models. The skilled person will understand that one or more of the signal processing circuits, functions or models 202, 210, 218, 302, 304 and 306 may be implemented as respective sets of executable program instructions while any residual signal processing circuits, functions or models may be implemented as a separate hard-wired digital logic circuits comprising appropriately configured sequential and combinatorial digital logic. The hard-wired digital logic circuit may be integrated on an Application Specific Integrated Circuit (ASIC) or configured by programmable logic or any combination thereof.

[57] FIG. 4 is a detailed schematic block diagram of interior signal processing components or computational blocks of an adaptive digital impedance model 306 of the previously discussed adaptive linear digital loudspeaker model 306, or loudspeaker model 306 in abbreviation, depicted on FIG. 3. The adaptive digital impedance model 306 comprises an adaptive digital impedance model which is configured to adaptively computing and outputting five adaptive model parameters, R_DC(DC electrical resistance of voice coil); B*l (force factor), L_e (voice coil inductance) and a1 and a2 which are z-domain impedance model parameters as described below. Each of the parameter values of the five adaptive model parameters is optionally checked against certain preset parameter limits to verify that the adaptive digital impedance model appears to work correctly, e.g. that the impedance model is not diverging and outputs sensible parameter values. The computed values of the five adaptive model parameters are subsequently transmitted to a conversion block which converts the five adaptive model parameters into previously discussed plurality of adaptive loudspeaker parameters outputted by the loudspeaker model 306. In the present embodiment, the loudspeaker model 306 has been configured to compute the following five adaptive loudspeaker parameters: R_DC (DC electrical resistance of voice coil); B*l (Force factor); R_MS (Total mechanical damping); K_MS (Total mechanical stiffness) and L_e (voice coil inductance).The skilled person will appreciate that other adaptive loudspeaker parameters may be selected in other embodiments of the invention provided the parameter selection gives sufficiently detailed loudspeaker information to the state space model 302 of the loudspeaker.

[58] In the adaptive digital impedance model 306 the digital voice coil current signal Im[n] and the digital voice coil voltage signal Vm[n] are applied to respective inputs of the impedance model. Each of the Im[n] and Vm[n] signals may be lowpass filtered by a digital lowpass filter 301 and applied to an input of an optional decimator (now shown) which down samples each of the Im[n] and Vm[n] signals from the first sampling frequency of the digital audio input signal to a significantly lower sampling frequency such as less than 0.5, 0.25 or 0.125 times the first sampling frequency. This combined lowpass filtering and down sampling operation reduces the sample rate of the signals in loudspeaker model 306 and other signal processing functions of the assembly leading to a reduction of computational load and reduced power consumption. The adaptive digital impedance or admittance model 306 of the loudspeaker comprises an adaptive 2nd order IIR filter 401 which adaptively tracks or models a time-varying impedance of the voice coil of the loudspeaker reflecting inter alia a fundamental resonance frequency of the loudspeaker. The previously discussed digital voice coil current signal Im[n] is applied to a first input of the adaptive digital loudspeaker model 210 and the digital voice coil voltage signal Vm[n] is applied to a second input of the adaptive digital impedance model 306. The parameter outputs (not shown) of the adaptive digital impedance or admittance model 306 are the previously discussed four adaptive model parameters, R_DC (DC electrical resistance of voice coil); B*l (Force factor); L_e (voice coil inductance) and a1 and a2. These five adaptive model parameters are depicted inside the respective internal computational blocks 401, 403, 405 and 407.

[59] The adaptive impedance model 306 comprises the following model parameters of the loudspeaker:

V_e[n]: Estimate of voice coil voltage or drive voltage;

R_DC: DC electrical resistance of voice coil;

Bl: Force factor of loudspeaker (B*l product);

M_MS: Total mechanical moving mass (including acoustic loading);

K_MS: Total mechanical stiffness;

[60] 적응성 IIR 필터(401)는 이차 필터이고 바람직하게 편리함을 위하여 보다 낮은 이동성 방정식에 의해 예시된 바와 같이 z-도메인에서 자신의 기계적 이동성 전달 함수(Y_m(z))에 의해 표현된다. 적응성 디지털 임피던스 모델(306)의 전체 동작은 파라미터 추적 알고리즘이 음성 코일 전류(Im[n])의 측정 및 라우드스피커의 미리 선택된 임피던스 모델에 기초하여 음성 코일 전압(V_e[n])을 예측하고자 하는 것이다. 당업자는 본 적응성 디지털 임피던스 모델(306)이 밀봉된 인클로저 장착 전기역학 라우드스피커에 적용할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 에러 신호(V_ERR[n])는 측정된, 실제, 음성 코일 전압 신호(V_m[n])와 모델에 의해 생성된 음성 코일 전압 신호(V_m[n])의 추정(V_e[n]) 사이의 차로부터 얻어진다. 당업자는 LMS 같은 다양한 적응성 필터링 방법들이 에러 신호(V_ERR[n])를 최소화하기 위하여 선택된 라우드스피커 임피던스 모델에서 자유 모델 파라미터들을 적응시키기 위하여 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 자유 모델 파라미터들은 바람직하게 DSP에 연속적으로 전송되고 에러 신호가 충분히 작게 될 때, 예를 들어 미리 결정된 에러 기준을 따를 때, 적응된 모델 파라미터들이 올바른 것으로 가정된다. 도 4의 블록(401)에 묘사된 5개의 파라미터들(Bl, M_MS, K_MS, R_MS 및 L_w) 중 하나를 고정되게 유지함으로써, 나머지 4개의 파라미터들은 Im[n]과 Vm[n] 사이의 관계를 식별함으로써 결정될 수 있다. 수학적으로, 이들 4개의 파라미터들 중 어느 하나가 고정되더라도 큰 중요성이 없지만, 총 이동 질량(M_MS)이 통상적으로 우수한 선택이다. 이것은 총 이동 질량(M_MS) 파라미터가 종종 시간 및 온도에 걸쳐 제조 전개 및 변동 측면에서 비교적 안정하기 때문이다.

[61] 도 5는 한 세트의 대표 라우드스피커들의 곡선(511)에 의해 표시된 바와 같이 힘 계수(B*l) 대 격판 변위의 실험적으로 측정된 평균 비-선형 거동의 그래프(501)를 포함한다. 미러(mirror)된 곡선(513)은 단순히 묘사된 비-선형 관계의 대칭정도의 시각적 평가를 허용하기 위하여 측정 시스템에 의해 계산되고 디스플레이된 도움 곡선이다. 동일한 것은 도 6의 미러된 곡선(613)에 적용된다. 평균 곡선(501)은 상이한 방식들로 얻어질 수 있다. 본 실시예에서, 평균 곡선(501)은 도 2에 묘사된 전기역학 라우드스피커(1)와 동일한 메이크 및 모델의 측정된 대표 라우드스피커들의 콜렉션 중 평균 특성들을 가진 단일 라우드스피커를 식별 및 선택함으로써 얻어졌다. 대안적인 실시예에서, 평균 곡선은 도 2에 묘사된 전기역학 라우드스피커(1)와 동일한 메이크 및 모델의 5-10개의 대표 라우드스피커 샘플들에 대한 개별 힘 계수 대 격판 변위 특성들을 측정하고 평균함으로써 얻어질 수 있다. 5-10개의 대표 라우드스피커 샘플들은 예를 들어 제조 과정에서 라우드스피커 파라미터들의 변동들을 포함하도록 상이한 생산 로트(lot)들 또는 배치들로부터 선택될 수 있다. 단일 평균 라우드스피커 샘플에 대한 개별 힘 계수 대 격판 변위 특성들은 라우드스피커 특성화를 위해 활용된 KLIPPEL R&D SYSTEM의 컴포넌트인 레이저 변위 센서에 의해 측정되었다.

[62] 단일 평균 라우드스피커 샘플의 개별 힘 계수 대 격판 변위 특성들의 결과들은 예를 들어 MATLAB에 기초하며, 본 발명자들에 의해 개발된 사적 소프트웨어 분석 프로그램에 익스포트(export) 되었다. 소프트웨어 분석 프로그램은 측정된 힘 계수 대 격판 변위 곡선을 계산하여 그래프(501)에 도시된 바와 같이 적당한 그래픽 디스플레이 상에 디스플레이한다. Y 축은 더 적은 상대적 스케일 치수 상에 측정된 평균 힘 계수를 묘시하고 X 축은 바깥쪽 및 안쪽 방향으로 mm 단위의 격판 행정 또는 변위(x)를 묘사한다. 힘 계수(B*l)는 따라서 격판 변위의 +/- 0.45 mm의 범위에 대해 측정되었다. 평균 힘 계수 대 격판 변위 곡선(511)에 의해 예시된 바와 같이, 묘사된 변위 범위에 걸쳐 약 40%의 측정된 평균 힘 계수의 상당한 변동이 있다. 평균 힘 계수 대 격판 변위 곡선(511)에 대한 다항식 곡선 피트는 계산되었고 결과는 박스(503)에 디스플레이되었다. 영차부터 4차까지 계산된 대응하는 다항식 계수들은 각각 Bl0, Bl1, Bl2, Bl3 및 Bl4로서 디스플레이되었다. Bl0는 라우드스피커 격판의 영 변위에 대한 정규화 힘 계수를 표현하고 이 값은 하기 논의된 바와 같이 적응적으로 결정된다. 힘 계수 대 격판 변위 곡선(511)은 영 변위(x=0) 주변에서 명백히 비대칭을 나타내고 상기 비대칭은 문제의 라우드스피커의 자기 및 기계적 구성 상세들에 의해 유발된다. 하나보다 많은 평균 라우드스피커 샘플이 활용되면, 개별 힘 계수 대 격판 변위 특성들의 각각의 결과는 활용된 KLIPPEL R&D SYSTEM으로부터 사적 소프트웨어 분석 알고리즘에 기초하여 MATLAB로 익스포트될 수 있다. 소프트웨어 분석 프로그램은 5-10개의 대표 라우드스피커 샘플들에 대한 평균 측정된 힘 계수를 계산하도록 구성될 수 있고 유사하게 그래프(501)에 결과의 그래픽 디스플레이를 제공한다. 이런 평균 힘 계수 대 격판 변위 곡선에 대응하는 다항식 곡선 피트 및 다항식 계수들은 상기 논의된 것과 유사한 방식으로 계산될 수 있다.

[61] FIG. 5 comprises a graph 501 of the experimentally measured average non-linear behaviour of a force factor (B*l) versus diaphragm displacement as indicated by curve 511 of a set of representative loudspeakers. The mirrored curve 513 is simply a help curve that is computed and displayed by the measurement system to allow visual assessment of the degree of symmetry of the depicted non-linear relationship. The same applies for the mirrored curve 613 of FIG. 6. The average curve 501 may be obtained in different ways. In the present embodiment, the average curve 501 has been obtained by identifying and selecting a single loudspeaker with average characteristics out of a collection of measured representative loudspeakers of the same make and model as the electrodynamic loudspeaker 1 depicted on FIG. 2. In an alternative embodiment, the average curve may be obtained by measuring and averaging the individual force factor versus diaphragm displacement characteristics for 5-10 representative loudspeaker samples of the same make and model as the electrodynamic loudspeaker 1 depicted on FIG. 2. The 5-10 representative loudspeaker samples may for example be selected from different production lots or batches to include variations of the loudspeaker parameters in the course of manufacturing. The individual force factor versus diaphragm displacement characteristics for the single average loudspeaker sample have been measured by a laser displacement sensor which is a component of the utilized KLIPPEL R&D SYSTEM for loudspeaker characterization.

[64] 도 7의 그래프(701)는 비-정규화된 표현으로 복수의 대표 전기역학 라우드스피커들에 대한 힘 계수(B*l) 대 격판 변위의 복수의 개별적으로 측정된 곡선들을 도시한다. Y 축은 더 작은 상대적 스케일의 치수 상에 측정된 평균 힘 계수를 묘사하고 X 축은 바깥쪽 및 안쪽 방향으로 격판 행정 또는 변위(x)를 mm 단위로 묘사한다. 이 예에서, 대표 전기역학 라우드스피커들의 수는 약 20이지만, 더 적거나 많은 라우드스피커들은 힘 계수의 원하는 평균 비-선형 거동을 유도하기 위하여 단지 5개의 대표 전기역학 라우드스피커들을 사용하여 상기 예에 의해 표시된 바와 같이 사용될 수 있다. 개별 힘 계수 대 격판 변위 곡선들 또는 특성들은 라우드스피커 특성화를 위하여 이전에 논의된 레이저 변위 센서에 의해 측정되었다. 테스트된 대표 전기역학 라우드스피커들의 각각에 대한 힘 계수와 격판 변위 사이의 비-선형 관계 또는 함수는 그래프(701) 상에 묘사된 곡선들의 곡률로부터 명백하다. 힘 계수(B*l)는 따라서 +/- 0.20 mm의 격판 변위 범위에 걸쳐 측정 및 레코딩되었다. 다음 단계들이 실행되는 힘 계수 및 격판 변위 사이의 원하는 평균 비-선형 함수를 유도하거나 결정하기 위하여: 대표 라우드스피커들 각각에 대해, 그래프(701)의 묘사된 힘 계수 곡선들에 의해 그래픽으로 표현된 바와 같이 복수의 힘 계수 값들 대 격판 변위 값들은 적당한 계산 디바이스에서 레코딩된다. 그 후 대표 라우드스피커들의 각각에 대한 측정된 힘 계수 곡선은 그래프(703) 상에 묘사된 바와 같이 영의 격판 변위 같은 격판 변위의 임의의 기준 값(즉, 이 실시예에서 선택된 라우드스피커 변수)에서 수직으로, 즉 힘 계수 축을 따라 위 또는 아래로 힘 계수 곡선을 오프-세팅(off-setting) 또는 드래깅(dragging) 함으로써 정규화된다. 측정된 힘 계수 곡선들 각각은, 영의 격판 변위가 임의의 기준 값에 도달할 때까지, 요구된 바와 같이 위 또는 아래로 드래그되어, 모든 변위된 힘 계수 곡선들(707)은 그래프(703)의 참조 번호(705)에 의해 표시된 바와 같이 영의 격판 변위에서 동일한 임의의 힘 계수 값을 교차한다. 그 다음 단계에서, 그래프(703)의 힘 계수 곡선들에 의해 표현되고 묘사된 바와 같이 정규화된 힘 계수 값들의 평균 값은 계산되고 도 8의 그래프(801)상에 묘사된 단일 평균 정규화 힘 계수 곡선(803)에 의해 그래픽으로 표현될 수 있다. 따라서, 평균 정규화 힘 계수 곡선(803)은 영의 격판 변위에서 영으로 설정되고 변위에 걸쳐 단지 변동을 도시한다. 본 실시예에서, 정규화된 힘 계수 값들의 평균 값은 각각의 격판 변위 값에 대해 모든 대표 라우드스피커들의 정규화 힘 계수 값들을 합산하고 대표 라우드스피커들의 수로 나누고, 즉 본질적으로 힘 계수의 산술 평균 값을 계산함으로써 계산된다. 당업자는 다른 계산 방법들이 정규화 힘 계수 값들의 평균 값을 계산하기 위하여 적용될 수 있다는 것을 결코 덜 인식하지않을 것이다. 하나의 대안 실시예에서, 각각의 격판 변위 값에서 정규화 힘 계수 값들의 중앙 값은 평균 값을 표현하기 위하여 사용될 수 있다.

[63] FIG. 6 shows graph 601 depicting an experimentally measured average non-linear behaviour of a total mechanical compliance (C_MS) versus diaphragm displacement indicated by curve 611. The total mechanical compliance (C_MS) of the loudspeaker is the reciprocal quantity of the earlier discussed loudspeaker parameter total mechanical stiffness, K_MS. The average curve 601 has been obtained by identifying and selecting the single loudspeaker with average characteristics out of the batch of measured representative loudspeakers as discussed above with respect to Fig. 5. The alternative procedure where the total mechanical compliance versus diaphragm displacement characteristics of several representative loudspeaker samples are measured may be utilized instead. The Y-axis of graph 601 depicts the measured average total mechanical compliance in mm/N and the X-axis depicts the diaphragm excursion or displacement x in mm in outward and inward direction. The total mechanical compliance has accordingly been measured over a range of +/- 0.45 mm of diaphragm displacement. As illustrated by the curve 611, there is a significant variation of the measured total mechanical compliance, in the order of 20 %, across the depicted displacement range. A polynomial curve fit to the average total mechanical compliance versus diaphragm displacement curve 611 may be computed in a similar manner to the previously described one.

[66] 라우드스피커 파라미터의 평균 비-선형 함수의 결정과 관련하여 이루어진 정규화 프로세스는 피드백 신호들을 억제하는 본 방법론의 장점인데, 그 이유는 이것이 도 3에 관련하여 설명된 바와 같이 전기역학 라우드스피커의 선형 적응성 디지털 라우드스피커 모델(306)의 적응성 성질의 장점을 취하기 때문이다. 선형 적응성 디지털 라우드스피커 모델(306)은, 문제의 라우드스피커 파라미터 값이 중요한 라우드스피커 파라미터들의 이전에 논의된 시간에 걸쳐 느리게 가변하는 변화들에도 불구하고 정확성을 유지하도록 시간에 걸쳐 영의 격판 변위에서, 힘 계수의 값, 또는 임의의 다른 선택된 라우드스피커 파라미터의 정확한 추정을 유지한다. 그러므로, 비-선형 함수는 도 5의 다항식 함수(503)의 일정한 부분(Bl=0)으로서, 선형 적응성 디지털 라우드스피커 모델에 의해 제공된 바와 같은 Bl 곱의 현재 값을 삽입함으로써 Bl 곱의 비-선형성 보상 값을 결정하기 위하여 활용될 수 있다. 상태-공간 모델(302)에 적용될 Bl 곱의 원하는 비-선형성 보상 값은 격판 변위(x)의 이전 값과 라우드스피커 파라미터의 평균 비-선형 함수를 표현하는 이미 결정된 다항식 계수들의 조합으로부터 직접 계산될 수 있다.

[65] A polynomial function, as discussed above in connection with FIG. 5, may finally be applied to the average normalized force factor values, as represented by curve 803 on graph 801, to represent the average non-linear relationship between the force factor and diaphragm displacement of the collection of representative loudspeakers. The corresponding polynomial coefficients may be determined by a suitable polynomial curve fit as discussed above. Hence, the adaptive value of the Bl product outputted by the linear adaptive digital loudspeaker model 306 discussed above is applied to the polynomial function of the non-linearity function block 304 inside the non-linear state-space loudspeaker model 314 to make a computation of the corresponding non-linearity compensated value of the Bl product. This non-linearity compensated value of the Bl product is applied to the state-space model 302 to improve the accuracy of the computed sound pressure output, Pout, and diaphragm displacement x.

[66] The normalization process made in connection with the determination of the average non-linear function of the loudspeaker parameter is an advantage of the present methodology of supressing feedback signals because it takes advantage of the adaptive nature of the linear adaptive digital loudspeaker model 306 of the electrodynamic loudspeaker as described in connection with FIG. 3. The linear adaptive digital loudspeaker model 306 maintains an accurate estimate of the value of the force factor, or any other selected loudspeaker parameter, at zero diaphragm displacement over time such that the loudspeaker parameter value in question remains accurate despite of the previously discussed slowly varying changes over time of important loudspeaker parameters. Therefore, the non-linear function can be utilized to determine the non-linearity compensated value of the Bl product by inserting the current value of the Bl product, as provided by the linear adaptive digital loudspeaker model, as a constant part, Bl = 0, of the polynomial function 503 of FIG. 5. The desired non-linearity compensated value of the Bl product to be applied to the state-space model 302 can be directly computed from a combination of the already determined polynomial coefficients representing the average non-linear function of the loudspeaker parameter and the previous value of the diaphragm displacement x.

Claims

전기음향(electroacoustic) 통신 장치에 대한 피드백 제거 어셈블리로서,
발신 사운드 신호의 생성 및 상기 발신 사운드 신호의 전기역학(electrodynamic) 라우드스피커를 통한 외부 환경으로의 방출을 위한 신호 송신 수단,
상기 외부 환경으로부터 수신된 사운드에 대응하는 마이크로폰 입력 신호를 수신하고 그리고 신호 수신 수단의 합산 노드에서의 대응하는 디지털 마이크로폰 신호의 생성을 위한 상기 신호 수신 수단,
피드백 제거 신호를 상기 합산 노드에 생성하기 위하여 상기 신호 송신 수단의 탭핑 노드(tapping node)와 상기 신호 수신 수단의 합산 노드 사이에 커플링된 전자 피드백 제거 수단
을 포함하고, 상기 전자 피드백 제거 수단은,
특정 라우드스피커 변수의 비-선형 함수 및 상기 전기역학 라우드스피커의 음성 코일 전류 및/또는 음성 코일 전압으로부터 유도된 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터를 포함하는 비-선형 디지털 라우드스피커 모델
을 포함하는,
피드백 제거 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 비-선형 디지털 라우드스피커 모델은 복수의 라우드스피커 파라미터들을 포함하고, 상기 복수의 라우드스피커 파라미터들은, 힘 계수, 서스펜션 컴플라이언스(suspension compliance) 또는 강도, 음성 코일 저항, 총 기계적 댐핑, 총 이동 질량 및 음성 코일 인덕턴스로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 적응성 라우드스피커 파라미터를 포함하는,
피드백 제거 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 비-선형 디지털 라우드스피커 모델은 상기 전기역학 라우드스피커의 비-선형 상태-공간 모델을 포함하는,
피드백 제거 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 비-선형 디지털 라우드스피커 모델은 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터의 적어도 하나의 비-선형성 보상 값을 계산하도록 구성되는,
피드백 제거 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터는 힘 계수 및 서스펜션 컴플라이언스 또는 강도 중 하나를 포함하고; 그리고 상기 특정 라우드스피커 변수는 상기 전기역학 라우드스피커의 격판 행정(diaphragm excursion) 또는 변위를 포함하는,
피드백 제거 어셈블리.
제 1 항에 있어서,
상기 신호 송신 수단은 상기 탭핑 노드에서의 오디오 신호로부터 상기 전기역학 라우드스피커의 상기 음성 코일 전류 및 상기 음성 코일 전압을 인가하도록 구성된 디지털-투-아날로그(digital-to-analog) 컨버터 및 출력 증폭기를 포함하고; 그리고
상기 신호 수신 수단은 상기 디지털 마이크로폰 신호를 생성하기 위하여 상기 마이크로폰 입력 신호를 샘플링 및 디지털화하도록 구성된 제 1 아날로그-투-디지털(analog-to-digital) 컨버터를 포함하는,
피드백 제거 어셈블리.
제 6 항에 있어서,
상기 음성 코일 전압 및/또는 상기 음성 코일 전류를 샘플링 및 디지털화하도록 구성된 제 2 아날로그-투-디지털 컨버터를 포함하는,
피드백 제거 어셈블리.
휴대용 통신 디바이스로서,
제 1 항에 따른 피드백 제거 어셈블리를 포함하는,
휴대용 통신 디바이스.
차량(motorized vehicle)으로서,
제 1 항에 따른 피드백 제거 어셈블리가 내부에 장착되어 있는 객실(passenger cabin)을 포함하는,
차량(motorized vehicle).
제 1 항에 있어서,
상기 비-선형 디지털 라우드스피커 모델에 커플링된 적응성 디지털 필터를 더 포함하고,
상기 발신 사운드 신호는 일정하거나 또는 시변하는(time-varying) 전달 함수를 갖는 외부 피드백 수단을 통해 음향적으로 수신되고, 상기 적응성 디지털 필터는 상기 외부 피드백 수단의 적어도 상기 일정하거나 또는 시변하는 전달 함수를 모델링하도록 구성되는,
피드백 제거 어셈블리.
제 10 항에 있어서,
상기 비-선형 함수는 복수의 대표 전기역학 라우드스피커들에 대한 비-선형성 측정들로부터 결정된 상기 특정 라우드스피커 변수와 상기 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터 사이의 평균 비-선형 관계를 표현하는,
피드백 제거 어셈블리.
제 10 항에 있어서,
상기 비-선형 함수는 상기 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터와 상기 특정 라우드스피커 변수 사이의 상기 전기역학 라우드스피커의 개별적으로 측정된 비-선형 함수를 표현하는,
피드백 제거 어셈블리.
제 12 항에 있어서,
상기 개별적으로 측정된 비-선형 함수는 상기 전기음향 통신 장치에 장착될 때, 상기 피드백 제거 어셈블리의 팩토리 캘리브레이션(factory calibration) 동안 측정되는,
피드백 제거 어셈블리.
전기음향 통신 장치의 라우드스피커와 마이크로폰 사이에서 피드백 신호들을 억제하는 방법으로서,
사운드 신호를 외부 환경으로 방출하도록 신호 송신 경로를 통해 상기 라우드스피커로 오디오 신호를 적용하는 단계,
필터링된 사운드 신호를 생성하기 위하여 상기 라우드스피커와 상기 마이크로폰 사이의 상기 전기음향 통신 장치의 외부 피드백 경로를 통해, 방출된 사운드 신호를 전송하는 단계,
상기 필터링된 사운드 신호를 수신하고 신호 수신 경로에서의 대응하는 디지털 마이크로폰 신호를 생성하는 단계,
상기 신호 송신 경로로부터 상기 오디오 신호를 탭핑하는 단계,
상기 라우드스피커의 음성 코일 전류 및/또는 음성 코일 전압을 결정하는 단계,
특정 라우드스피커 변수의 비-선형 함수 및 제 1 피드백 신호를 생성하기 위해 상기 음성 코일 전류 및/또는 상기 음성 코일 전압으로부터 유도된 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터를 포함하는 비-선형 디지털 라우드스피커 모델에 의해 상기 탭핑된 오디오 신호를 필터링하는 단계, 및
상기 제 1 피드백 신호에 기초하여 상기 신호 수신 경로에서의 상기 디지털 마이크로폰 신호를 보상하는 단계
를 포함하는,
전기음향 통신 장치의 라우드스피커와 마이크로폰 사이에서 피드백 신호들을 억제하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 라우드스피커의 상기 음성 코일 전류 및/또는 상기 음성 코일 전압에 기초하여 시간에 걸쳐 상기 적어도 하나의 라우드스피커 파라미터의 값을 적응시키는 단계를 포함하는,
전기음향 통신 장치의 라우드스피커와 마이크로폰 사이에서 피드백 신호들을 억제하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터는 힘 계수, 서스펜션 컴플라이언스 또는 강도, 음성 코일 저항, 총 기계적 댐핑, 총 이동 질량, 및 음성 코일 인덕턴스로 이루어진 그룹으로부터 선택되는,
전기음향 통신 장치의 라우드스피커와 마이크로폰 사이에서 피드백 신호들을 억제하는 방법.
제 14 항에 있어서,
제 2 피드백 신호를 생성하기 위하여 상기 외부 피드백 경로의 적어도 일정하거나 또는 시변하는 전달 함수를 모델링하는 적응성 디지털 필터에 의해 상기 제 1 피드백 신호를 필터링하는 단계,
피드백 보상된 마이크로폰 신호를 생성하기 위하여 상기 제 2 피드백 신호와 상기 디지털 마이크로폰 신호를 감산하는 단계, 및
상기 신호 수신 경로에서 상기 피드백 보상된 마이크로폰 신호를 프로세싱하는 단계
를 더 포함하고,
상기 제 1 피드백 신호는 상기 라우드스피커로부터의 상기 사운드 신호의 사운드 압력을 추정하는,
전기음향 통신 장치의 라우드스피커와 마이크로폰 사이에서 피드백 신호들을 억제하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 비-선형 함수는 복수의 대표 전기역학 라우드스피커들에 대한 측정들로부터 결정된 특정 라우드스피커 변수와 상기 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터 사이의 평균 비-선형 함수를 표현하는,
전기음향 통신 장치의 라우드스피커와 마이크로폰 사이에서 피드백 신호들을 억제하는 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 평균 비-선형 함수의 결정은:
복수의 대표 라우드스피커들의 각각의 라우드스피커에 테스트 신호를 적용하는 단계 ― 상기 테스트 신호는 상기 라우드스피커 변수의 특정 범위에 걸쳐 상기 특정 라우드스피커 변수와 상기 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터 사이의 특정 관계를 여기하도록 구성됨 ―,
상기 복수의 대표 라우드스피커들의 각각의 라우드스피커에 대한 상기 라우드스피커 변수의 특정 범위에 걸쳐 상기 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터의 복수의 파라미터 값들을 레코딩하는 단계,
상기 특정 라우드스피커 변수의 공통 기준 값에서 각각의 라우드스피커에 대한 상기 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터의 상기 복수의 레코딩된 파라미터 값들을 정규화하는 단계,
상기 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터와 상기 라우드스피커 변수 사이의 상기 평균 비-선형 함수를 표현하기 위하여 라우드스피커 변수의 상기 특정 범위에 걸쳐 상기 복수의 대표 라우드스피커들에 대한 상기 라우드스피커 변수의 복수의 정규화 파라미터 값들의 평균 값을 계산하는 단계
를 포함하는,
전기음향 통신 장치의 라우드스피커와 마이크로폰 사이에서 피드백 신호들을 억제하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 비-선형 라우드스피커 파라미터는 복수의 대표 라우드스피커들의 힘 계수 및 서스펜션 컴플라이언스 또는 강도 중 하나를 포함하고; 그리고
상기 특정 라우드스피커 변수는 상기 복수의 대표 라우드스피커들의 격판 행정 또는 변위를 포함하는,
전기음향 통신 장치의 라우드스피커와 마이크로폰 사이에서 피드백 신호들을 억제하는 방법.
제 19 항에 있어서,
상기 복수의 레코딩된 파라미터 값들을 정규화하는 단계는:
상기 라우드스피커 파라미터의 모든 파라미터 값들이 실질적으로 상기 공통 기준 값에서 동일하도록 상기 라우드스피커 변수의 공통 기준 값에서 각각의 라우드스피커에 대한 상기 복수의 레코딩된 파라미터 값들 각각을 증가 또는 감소시키는 단계를 포함하는,
전기음향 통신 장치의 라우드스피커와 마이크로폰 사이에서 피드백 신호들을 억제하는 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 특정 라우드스피커 변수의 기준 값은 영(zero)의 격판 행정인,
전기음향 통신 장치의 라우드스피커와 마이크로폰 사이에서 피드백 신호들을 억제하는 방법.