KR101894708B1 - 적응적인 잡음 소거를 하는 개인용 오디오 디바이스들에서 스피커 손상 방지 - Google Patents

적응적인 잡음 소거를 하는 개인용 오디오 디바이스들에서 스피커 손상 방지 Download PDF

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Abstract

무선 전화기와 같은 개인용 오디오 디바이스는 잡음 소거 회로를 포함하는데, 이 회로는 기준 마이크 신호로부터 잡음-방지 신호를 생성하고, 잡음-방지 신호을 스피커 또는 다른 트랜스듀서 출력에 주입하여, 주변 오디오 사운드들의 소거를 야기한다. 처리 회로는 잡음-방지 신호의 레벨을 모니터링하고, 상기 잡음-방지 신호가 상기 트랜듀서에 대한 손상을 야기할 수 있는지를 결정하고, 상기 트랜듀서에 대한 손상이 방지되도록 상기 잡음-방지 신호의 생성을 조정한다.

Description

적응적인 잡음 소거를 하는 개인용 오디오 디바이스들에서 스피커 손상 방지{SPEAKER DAMAGE PREVENTION IN ADAPTIVE NOISE-CANCELING PERSONAL AUDIO DEVICES}
본 발명은 잡음 소거를 포함하는 무선 전화들과 같은 개인용 오디오 디바이스들에 관한 것이고, 보다 특별히 적응적인 잡음 소거를 여전히 제공하면서 출력 트랜스듀서에 대한 손상이 방지되는 개인용 오디오 디바이스에 관한 것이다.
모바일/셀룰러 전화기들, 코드 없는 전화기들과 같은 무선 전화기들, 및 mp3 플레이어들과 같은 다른 소비자 오디오 디바이스들은 널리 보급되어 사용되고 있다. 가해성에 관한 이러한 디바이스들의 성능은 마이크를 사용하여 주변 음향 이벤트를 측정하고 이후 신호 처리를 사용하여 디바이스 출력에 잡음-방지 신호를 삽입함으로써 주변 음향 이벤트들을 소거하는 잡음 소거를 제공함으로써 개선될 수 있다.
무선 전화기들과 같은 개인용 오디오 디바이스들 주위의 음향 환경이 존재하는 잡음 소스들 및 디바이스 자체의 위치에 따라 극적으로 변할 수 있기 때문에, 잡음 소거를 이러한 환경 변화들을 고려하도록 적응시키는 것이 바람직하다. 그러나, 적응 잡음 소거 회로는 복잡할 수 있고, 추가적인 전력을 소비할 수 있고, 특정 환경들 하에서 바람직하지 못한 결과들을 생성할 수 있다.
그러므로, 다양한 환경들에서 잡음 소거를 제공하는, 무선 전화기를 포함하는 개인용 오디오 디바이스를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
다양한 환경들에서 잡음 소거를 제공하는, 개인용 오디오 디바이스를 제공하는 위에서 언급한 목적은 개인용 오디오 디바이스, 동작 방법, 및 집적 회로로서 달성된다.
개인용 오디오 디바이스는 하우징을 포함하고, 이러한 하우징에 오디오 신호를 재생하기 위한 트랜스듀서가 장착되고, 오디오 신호는 청취자에게 재생할 소스 오디오와 트랜스듀서의 음향 출력에서 주변 오디오 사운드들의 영향을 상쇄시키기 위한 잡음-방지 신호 모두를 포함한다. 기준 마이크가 하우징에 장착되어 주변 오디오 사운드들을 나타내는 기준 마이크 신호를 제공한다. 개인용 오디오 디바이스는, 잡음-방지 신호가 주변 오디오 사운드들의 실질적인 소거를 야기하도록 기준 마이크 신호로부터 잡음-방지 신호를 적응적으로 생성하기 위한 적응 잡음-소거(ANC) 처리 회로를 하우징 내에 포함한다. ANC 처리 회로는 잡음-방지 신호의 레벨을 모니터하여, 잡음-방지 신호가 트랜듀스에 손상을 야기할 수 있는지를 결정하고, 트랜듀서에 대한 손상이 방지되도록 잡음-방지 신호의 생성을 조정한다. 집적 회로는 이러한 모니터링 및 조정을 수행하는 처리 회로를 포함하고, 방법은 집적 회로의 동작의 방법이다.
본 발명의 상술한 및 다른 목적들, 특징들, 및 장점들은, 첨부된 도면들에 도시된, 본 발명의 바람직한 실시예의 보다 특별한 다음의 설명으로부터 자명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전화기(10)를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전화기(10) 내의 회로들의 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 CODEC 집적 회로(20)의 ANC 회로(30) 내의 신호 처리 회로들 및 기능 블록들을 도시하는 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 3의 스피커 손상 방지 회로(60)의 세부 사항을 도시하는 블록도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 집적 회로 내의 신호 처리 회로 및 기능 블록들을 도시하는 블록도.
본 발명은 무선 전화기와 같은 개인용 오디오 디바이스 내에서 구현될 수 있는 잡음 소거 기술들 및 회로들을 포함한다. 개인용 오디오 디바이스는, 주변 음향 환경을 측정하고, 주변 음향 이벤트들을 소거하기 위하여 스피커(또는 다른 트랜스듀서) 출력에 삽입되는 적응 신호를 생성하는 적응 잡음 소거(ANC) 회로를 포함한다. ANC 회로는 잡음-방지 신호의 레벨을 모니터링하여, 스피커 또는 다른 트랜듀서에 대한 손상이 긴급한 것인지를 결정하고, 스피커 손상이 발생할 수 있다면 잡음-방지 신호를 조정한다.
이제, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 도시된 무선 전화기(10)는 인간의 귀(5)에 근접하여 도시되었다. 도시된 무선 전화기(10)는 본 발명의 실시예들에 따른 기술들이 구현될 수 있는 디바이스의 일 예이지만, 도시된 무선 전화기(10)에서, 또는 후속 설명들에서 도시된 회로들에서, 구현된 요소들 또는 구성들 모두가 청구항들에서 언급된 본 발명을 실시하기 위하여 필요한 것은 아니다. 무선 전화기(10)는 다른 로컬 오디오 이벤트와 함께 무선 전화기(10)에 의해 수신된 멀리 떨어진 음성을 재생하는 스피커(SPKR)와 같은 트랜스듀서를 포함하는데, 다른 로컬 오디오 이벤트는, 벨소리들, 저장된 오디오 프로그램 재료, 균형잡힌 대화 인식을 제공하기 위한 근단 음성(near-end speech)(즉, 무선 전화기(10)의 사용자의 음성)의 주입, 및 무선 전화기(10)에 의한 재생을 필요로 하는 다른 오디오를 예로 들 수 있고, 다른 오디오는 무선 전화기(10)에 의해 수신된 웹-페이지 또는 다른 네트워크 통신으로부터의 소스들과, 배터리 낮음 및 다른 시스템 이벤트 통지들과 같은 오디오 표시들을 예로 들 수 있다. 근-음성(near-speech) 마이크(NS)는 근단 음성을 캡처하기 위하여 제공되고, 근단 음성은 무선 전화기(10)로부터 다른 대화 참여자(들)에 송신된다.
무선 전화기(10)는, 잡음-방지 신호을 스피커(SPKR)에 주입하여 스피커(SPKR)에 의해 재생된 멀리 떨어진 음성 및 다른 오디오의 가해성을 개선시키는 적응 잡음 소거(ANC) 회로들 및 특징들을 포함한다. 기준 마이크(R)는 주변 음향 환경을 측정하기 위하여 제공되고, 사용자의 입의 전형적인 위치로부터 떨어져 위치하여, 기준 마이크(R)에 의해 생성된 신호 내에서 근단 음성은 최소화된다. 제 3의 마이크인 에러 마이크(E)는, 무선 전화기(10)가 귀(5)의 근처에 있을 때, 귀(5)에 근접한 스피커(SPKR)에 의해 재생된 오디오와 결합된 주변 오디오의 측정치를 제공함으로써 ANC 동작을 추가로 개선하기 위하여 제공된다. 무선 전화기(10) 내의 예시적인 회로(14)는, 기준 마이크(R), 근-음성 마이크(NS) 및 에러 마이크(E)로부터 신호들을 수신하고, 무선 전화기 트랜시버를 포함하는 무선 주파수(RF) 집적 회로(12)와 같은 다른 집적 회로들과 인터페이스하는 오디오 CODEC 집적 회로(20)를 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 본 명세서에서 개시된 회로들 및 기술들은, 한 칩상의 MP3 플레이어 집적 회로와 같은, 개인용 오디오 디바이스의 전체를 구현하기 위한 제어 회로들 및 다른 기능을 포함하는 단일 집적 회로에 통합될 수 있다.
일반적으로, 본 발명의 ANC 기술들은 기준 마이크(R)에 영향을 주는 주변 음향 이벤트들(스피커(SPKR)의 출력 및/또는 근단 음성과는 대조되는)을 측정하고, 또한 에러 마이크(E)에 영향을 주는 동일한 주변 음향 이벤트들을 측정함으로써, 도시된 무선 전화기(10)의 ANC 처리 회로들은 기준 마이크(R)의 출력으로부터 생성된 잡음-방지 신호를, 에러 마이크(E)에서 주변 음향 이벤트의 진폭을 최소화하는 특성을 갖도록 적응시킨다. 음향 경로(P(z))가 기준 마이크(R)로부터 에러 마이크(E)까지 확장하기 때문에, ANC 회로들은 필수적으로 전기-음향 경로(S(z))의 이동 효과들과 결합된 음향 경로(P(z))를 추정하는데, 전기-음향 경로(S(z))는 CODEC IC(20)의 오디오 출력 회로들의 응답과, 특별한 음향 환경에서 스피커(SPKR)와 에러 마이크(E) 사이의 결합을 포함하는 스피커(SPKR)의 음향/전기 전달함수를 나타내고, S(z)는 무선 전화기가 귀(5)에 확실하게 압착되지 않았을 때, 귀(5) 및 다른 물리적 대상들의 근처 및 구조와, 무선 전화기(10)의 근처에 있을 수 있는 인간 머리 구조들에 의해 영향을 받는다. 도시된 무선 전화기(10)가 제 3의 근-음성 마이크(NS)를 갖는 2개의 마이크 ANC 시스템을 포함하지만, 본 발명의 일부 양상들은 별도의 에러 및 기준 마이크들을 포함하지 않는 시스템, 또는 기준 마이크(R)의 기능을 수행하기 위하여 근-음성 마이크(NS)를 사용하는 무선 전화기에서 실시될 수 있다. 또한, 오로지 오디오 재생을 위해 설계된 개인용 오디오 디바이스들에 있어서, 근-음성 마이크(NS)는 일반적으로 포함되지 않을 것이고, 아래에서 더 상세하게 기술된 회로들 내에서 근-음성 신호 경로들은, 본 발명의 범주를 변경하지 않고도, 생략될 수 있다.
이제, 도 2를 참조하면, 무선 전화기(10) 내에서의 회로들은 블록도로 도시된다. CODEC 집적회로(20)는, 기준 마이크 신호를 수신하여 기준 마이크 신호의 디지털 표현(ref)을 생성하기 위한 아날로그-디지털 변환기(ADC; 21A), 에러 마이크 신호를 수신하고 에러 마이크 신호의 디지털 표현(err)을 생성하기 위한 ADC(21B), 및 근-음성 마이크 신호를 수신하고 근-음성 마이크 신호의 디지털 표현(ns)을 생성하기 위한 ADC(21C)를 포함한다. CODEC 집적회로(20)는 증폭기(A1)로부터 스피커(SPKR)를 구동하기 위한 출력을 생성하고, 증폭기(A1)는 결합기(26)의 출력을 수신하는 디지털-아날로그 변환기(DAC;23)의 출력을 증폭한다. 결합기(26)는, 내부 오디오 소스들(24)로부터의 오디오 신호들과, 관례에 의해 기준 마이크 신호(ref) 내의 잡음과 동일한 극성을 갖고 따라서 결합기(26)에 의해 감산되는 ANC 회로(30)에 의해 생성된 잡음-방지 신호를 결합한다. 결합기(26)는, 무선 전화기(10)의 사용자가 다운링크 음성(ds)에 적절한 관계로 그들 자신의 음성을 듣도록 근-음성 신호(ns)의 일부를 주입하고, 다운링크 음성(ds)는 RF 집적회로(22)로부터 수신되어 또한 결합기(26)에 의해 결합된다. 근-음성 신호(ns)는 또한 RF 집적회로(22)에 제공되고, 업링크 음성으로서 안테나(ANT)를 통해 모바일 전화기 서비스 공급자에게 송신된다.
이제, 도 3을 참조하면, ANC 회로(30)의 세부사항들은 본 발명의 일 실시예에 따라 도시된다. 적응 필터(32)는 기준 마이크 신호(ref)를 수신하고, 이상적인 환경 하에서 전달함수(W(Z))가 P(z)/S(z)가 되도록 적응시켜, 잡음-방지 신호를 생성한다. 적응 필터(32)의 계수들은 W 계수 제어 블록(31)에 의해 제어되고, W 계수 제어 블록(31)은, 기준 마이크 신호(ref)의 성분들과 에러 마이크 신호(err) 사이의, 최소-평균 제곱에 관해 에러를 일반적으로 최소화하는 적응 필터(32)의 응답을 결정하기 위하여 두 신호들의 상관을 이용한다. W 계수 제어 블록(31)에 의해 비교된 신호들은, 필터(34B)에 의해 제공된 경로(S(z))의 추정치의 복제물에 의해 성형된 기준 마이크 신호(ref)와, 에러 마이크 신호(err)를 포함하는 다른 신호이다. 경로(S(z))의 응답의 추정치의 복제물(SECOPY(z))을 통해 기준 마이크 신호(ref)를 변환하고, 최종 신호와 에러 마이크 신호(err) 사이의 차이를 최소화함으로써, 적응 필터(32)는, 기준 마이크 신호(ref)로부터 응답(SECOPY(z))을 적용하는 영향을 제거하도록 적응시킴으로써, P(Z)/S(z)의 원하는 응답으로 적응된다. 에러 마이크 신호(err)에 덧붙여, W 계수 제어 블록(31)에 의해 필터(34B)의 출력에 비교되는 신호는, 필터 응답(SE(z))에 의해 처리된 다운링크 오디오 신호(ds)의 반전된 양을 포함하는데, 응답(SECOPY(z))은 복제물이다. 다운링크 오디오 신호(ds)의 반전된 양을 주입함으로써, 적응 필터(32)는 에러 마이크 신호(err)에 존재하는 다운링크 오디오의 상대적으로 큰 양에 적응되는 것이 방지되고, 경로(S(z))의 응답의 추정치를 갖는 다운링크 오디오 신호(ds)의 반전된 복제를 변환함으로써, 비교 이전에 에러 마이크 신호(err)로부터 제거되는 다운링크 오디오 신호는 에러 마이크 신호(err)에서 재생된 다운링크 오디오 신호(ds)의 예상된 형태와 부합해야 하는데, 왜냐하면 S(z)의 전기 및 음향 경로가 에러 마이크(E)에 도달하기 위해 다운링크 오디오 신호(ds)에 의해 취해진 경로이기 때문이다.
위의 사항을 구현하기 위하여, 적응 필터(34A)는 SE 계수 제어 블록(33)에 의해 제어되는 계수들을 갖고, SE 계수 제어 블록(33)은, 다운링크 오디오 신호(ds)와 상술한 필터링된 다운링크 오디오 신호(ds)의 제거 이후의 에러 마이크 신호(err)를 비교하고, 다운링크 오디오 신호(ds)는 적응 필터(34A)에 의해 필터링되어 에러 마이크(E)에 전달되는 예상된 다운링크 오디오를 나타내고, 결합기(36)에 의해 적응 필터(34A)의 출력으로부터 제거된다. SE 계수 제어 블록(33)은 실제 다운링크 음성 신호(ds)를, 에러 마이크 신호(err)에 존재하는 다운링크 오디오 신호(ds)의 성분들과 상관시킨다. 적응 필터(34A)는 이에 의해 다운링크 오디오 신호(ds)로부터 신호를 생성하도록 적응되는데, 다운링크 오디오 신호(ds)는 에러 마이크 신호(err)로부터 감산될 때, 다운링크 오디오 신호(ds)에 기인하지 않는 에러 마이크 신호(err)의 내용을 함유한다. 이벤트 검출 및 제어 로직(38)은, 아래에서 더 상세하게 기술되는 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 다양한 이벤트에 응답하여 다양한 작용들을 수행한다.
적응 필터(32)가, W 계수 제어(31)가 적응 필터(32)의 응답을 적응시키는 환경에 의존하는 다양한 주파수들에서 폭넓은 이득을 갖기 때문에, ANC 회로(30)에 의해 생성된 잡음-방지 신호는, 특히 스피커(SPKR)가 열악한 음향 응답을 갖는 낮은 주파수들에서 스피커(SPKR)에 손상을 야기할 수 있는 높은 진폭을 가정할 수 있다. 높은 진폭들은, W 계수 제어(31)가 스피커(SPKR)의 주파수 응답에 관계없이 이들 주파수 대역들에서 적응 필터(32)의 이득을 상승시킴으로써 임의의 낮은 주파수 주변 이벤트들을 상쇄하려 시도할 것이기 때문에, 발생한다. 더욱이, 낮은 주파수 신호 성분들은 더 높은 주파수 성분들보다 스피커(SPKR)에 더 손상을 입히는 공진들을 자극할 수 있다. 그러므로, 스피커 손상 방지 회로(60)는 ANC 회로(20)에 포함되어, 잡음-방지 신호를 처리함으로써, 스피커(SPKR)에 대한 손상을 방지한다.
이제, 도 4을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스피커 손상 방지 회로(60)의 세부사항이 도시된다. 입력 신호(in)는 적응 필터(32)의 출력으로부터 수신되고, 곱셈기(66A)는 신호 레벨 검출기(64A)에 의해 결정된 다양한 감쇄값(atten1)을 인가하는데, 신호 레벨 검출기(64A)는 저역 필터(62)에 의해 생성된 입력 신호(in)의 필터링된 형태의 레벨을 검출한다. 저역 필터(62)는 입력 신호(in)로부터 높은 주파수 성분들, 예커대 500Hz 이상의 주파수 성분들을 제거하고, 따라서 감쇄값(atten1)은 500 Hz 미만의 주파수 범위 내에 놓이는 입력 신호(in) 내의 에너지에 의해 거의 전적으로 결정된다. 곱셈기(66A)는, 입력 신호(in)를 필터링하지 않고 입력 신호(in)의 레벨을 조정하는, 즉 입력 신호(in)의 스펙트럼을 변경하지 않고 전체적인 이득만을 변경하는, 이득 제어 블록을 제공한다. 다른 곱셈기(66B)는 값쇄값(atten2)에 따라 제 1 곱셈기(66A)의 출력의 레벨을 조정하는 제 2 이득 제어 셀을 제공하는데, 값쇄값(atten2)은 제 2 신호 레벨 검출기(64B)에 의해 제 1 곱셈기(66A)의 필터링되지 않은 출력으로부터 결정된다. 도시된 실시예에서 신호 레벨 검출기들(64A 및 66B)은 임계값 검출기들이다, 즉 감쇄값들(atten1 및 atten2)은, 신호 레벨 검출기들(64A 및 66B)의 입력들에 도달하는 대응하는 신호 레벨들이 일단 미리 결정된 임계값을 초과하면, 인가된다. 또한, 신호 레벨들에 대한 감쇄값들(atten1 및 atten2)의 변화는 무한 압축 비율이 적용되는 방식이다, 즉 감쇄값들(atten1 및 atten2)은 대응하는 신호 레벨들이 대응하는 임계값들을 초과하지 않는 것을 보장하기 위하여 변한다. 그러므로, 저역 필터(62), 신호 레벨 검출기(64A) 및 곱셈기(66A)는 제 1 소프트 리미터를 형성하고, 신호 레벨 검출기(64B)와 곱셈기(66B)는 제 2 소프트 리미터를 형성한다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 압축 비율이 무한보다는 작을 수 있고, 임계 검출은 생략될 수 있어서, 제한이 아닌 순수한 압축이 인가된다.
추가로, 제 1 및 제 2 리미터들 중 하나 또는 둘 모두가 활성일 때, 그리고 적응 필터 제어 수학식들이 더 이상 적용되지 않는 이후로, 이벤트 검출 및 제어 블록(38)은 W(z)의 적응을 중지시키도록 작용한다, 즉 W 계수 제어 블록(31)은, 신호 레벨 검출기들(64A 및 64B) 모두가 제한이 더 이상 잡음-방지 신호에 인가되지 않는다는 것을 나타낼 때까지, 적응 필터(32)의 계수들의 값들을 변경하는 것을 중지하도록 신호발신한다.
이제, 도 5을 참조하면, CODEC 집적회로(20) 내에서 구현될 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 ANC 시스템의 블록도가 도시된다. 기준 마이크 신호(ref)는 델타-시그마 ADC(41A)에 의해 생성되는데, 델타-시그마 ADC(41A)는 64배의 오버샘플링으로 동작하고, 이의 출력은 데시메이터(42A)를 통해 2의 인자에 의해 데시메이팅되어, 32배의 오버샘플링을 산출한다. 델타-시그마 성형기(43A)는 이미지들의 에너지를, 적응 필터 스테이지들(44A 및 44B)의 병렬 쌍의 최종 응답이 상당한 응답을 가질 대역들 밖으로 분산시킨다. 필터 스테이지(44B)는 고정된 응답(WFIXED(z))을 갖는데, 이러한 고정된 응답(WFIXED(z))은 일반적으로 전형적인 사용자에 대한 무선 전화기(10)의 특별한 설계를 위한 P(z)/S(z)의 추정치에서 시작점을 제공하기 위하여 미리 결정된다. P(z)/S(z)의 추정치의 응답의 적응 부분(WADAPT(z))은 적응 필터 스테이지(44A)에 의해 제공되는데, 필터 스테이지(44A)는 누설 최소-평균-제곱(LMS) 계수 제어기(54A)에 의해 제어된다. 누설 LMS 계수 제어기(54A)는, 응답이 평탄하게, 또는 그렇지 않을 경우 어떠한 에러 입력도 제공되지 않는 시간에 걸쳐 미리 결정된 응답에 정상화되어, 누설 LMS 계수 제어기(54A)가 적응되게 한다는 점에서, 누설적이다. 누설 제어기를 제공하는 것은 특정 환경 조건들 하에서 발생할 수 있는 장기간의 불안정성들을 방지하고, 일반적으로 시스템을 ANC 응답의 특정 감도들에 대해 더 강력하게 한다.
도 3의 예에서와 같이, 기준 마이크 신호(ref)는 응답(SECOPY(z))을 갖는 필터(51)에 의해, 경로(S(z))의 응답의 추정치의 복제물인 필터 응답(SECOPY(z))에 의해 필터링되고, 필터(51)의 출력은 데시메이터(52A)를 통해 인자 32에 의해 데시메이팅되어 기저대역 오디오 신호를 산출하고, 이러한 기저대역 오디오 신호는 무한 임펄스 응답(IIR) 필터(53A)를 통해 누설 LMS(54A)에 제공된다. 에러 마이크 신호(err)는 델타-시그마 ADC(41)에 의해 생성되는데, 델타-시그마 ADC(41)는 64배의 오버샘플링에서 동작하고, 이의 출력은 데시메이터(42B)를 통해 인자 2에 의해 데시메이팅되어, 32배의 오버샘플링 신호를 산출한다. 도 3의 시스템에서와 같이, 경로(S(z))의 추정 응답을 적용하기 위하여 적응 필터에 의해 필터링된 다운링크 오디오(ds)의 양은 결합기(46C)에 의해 에러 마이크 신호(err)로부터 제거되고, 결합기(46C)의 출력은 데시메이터(52C)를 통해 인자 32에 의해 데시메이팅되어 기저대역 오디오 신호를 산출하고, 기저대역 오디오 신호는 무한 임펄스 응답(IIR) 필터(53B)를 통해 누설 LMS(54A)에 제공된다. 응답(S(z))은 적응 필터 스테이지들(55A 및 55B)의 다른 병렬 세트에 의해 생성되는데, 이들 중 하나인 필터 스테이지(55B)는 고정된 응답(SEFIXED(z))을 갖고, 다른 필터 스테이지(55A)는 누설 LMS 계수 제어기(54B)에 의해 제어되는 적응 응답(SEADAPT(z))을 갖는다. 적응 필터 스테이지들(55A 및 55B)의 출력들은 결합기(46E)에 의해 결합된다. 위에서 기술된 전달함수(W(z))의 구현과 유사하게, 필터 응답(SEFIXED(z))은 일반적으로 전기/음향 경로(S(z))에 대한 다양한 동작 조건들 하에서 적합한 시작점을 제공하기 위하여 알려진 미리 결정된 응답이다. 독립적인 제어 값은, 단일 적응 필터 스테이지로서 도시된, 응답(SECOPY(z))을 갖는 적응 필터(51)를 제어하기 위하여 도 5의 시스템 내에서 제공된다. 그러나, 적응 필터(51)는 두 개의 병렬 스테이지들을 사용하여 대안적으로 사용될 수 있고, 적응 필터 스테이지(55A)를 제어하기 위하여 사용된 동일한 제어 값은 이후 적응 필터(51)의 구현에서 적응 스테이지를 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 누설 LMS 제어 블록(54B)의 입력들은 또한, 다운링크 오디오 신호(ds)를 데시메이터(52B)를 통해 데시메이팅함으로써 기저대역에서 제공되는데, 데시메이터(52B)는 다른 결합기(46E)에 의해 결합된 적응 필터 스테이지(55A)와 필터 스테이지(55B)의 결합된 출력들로부터 생성된 신호를 결합기(46C)가 제거한 이후 인자 32에 의해 데시메이팅한다. 결합기(46C)의 출력은 다운링크 오디오 신호(ds)에 기인한 성분들이 제거된 에러 마이크 신호(err)를 나타내고, 데시메이터(52B)에 의한 데시메이션 이후 LMS 제어 블록(54B)에 제공된다. LMS 제어 블록(54B)의 다른 입력은 데시메이터(52C)에 의해 생성된 기저대역 신호이다.
기저대역 및 오버샘플링된 시그널링의 위의 장치는 누설 LMS 제어기들(54A 및 54B)과 같은 적응 제어 블록들에서 소비되는 단순화된 제어 및 감소된 전력을 제공하고, 동시에 적응 필터 스테이지들(44A-44B, 55A-55B) 및 적응 필터(51)를 오버샘플링된 레이트로 구현함으로써 제공되는 탭 유연성을 제공한다. 도 5의 시스템의 나머지는 다운링크 오디오(ds)와 내부 오디오(ia) 및 근단 음성의 일부를 결합하는 결합기(46D)를 포함하는데, 근단 음성의 일부는 시그마-델타 ADC(41B)에 의해 생성되고 측음 감쇄기(56)에 의해 필터링되어 피드백 조건을 제공한다. 결합기(46D)의 출력은 시그마-델타 성형기(43B)에 의해 성형되고, 시그마-델타 성형기(43B)는 필터 스테이지들(55A 및 55B)에 입력들을 제공하는데, 이러한 입력들은 이미지들을 필터 스테이지들(55A 및 55B)이 상당한 응답을 가질 대역 밖으로 이동시키도록 성형된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 결합기(46D)의 출력은 제어 체인에 의해 처리되는 적응 필터 스테이지들(44A-44B)의 출력과 결합되는데, 이러한 제어 체인은, 각 필터 스테이지에 대해 대응하는 하드 뮤트 블록(45A,45B), 하드 뮤트 블록(45A,45B)의 출력을 결합하는 결합기(46A), ANC 동작을 개시하거나 종료할 때 잡음-방지 채널의 이득을 램프업시키거나 이득을 램프다운시키는 소프트 뮤트(47), 및 잡음-방지 신호를 생성하는 소프트 리미터(48)를 포함한다. 잡음-방지 신호는 이후 결합기(46D)의 소스 오디오 출력으로부터 결합기(46B)에 의해 감산된다. 본 실시예에 있어서, 소프트 리미터(48)는 도 3 및 도 4를 참조하여 위에서 기술한 스피커 손상 방지 회로를 포함한다. 결합기(46B)의 출력은 보간기(49)를 통해 인자 2에 의해 상향 보간되고, 이후 64배 오버샘플링 레이트로 동작하는 시그마-델타 DAC(50)에 의해 재생된다. DAC(50)의 출력은 증폭기(A1)에 제공되고, 증폭기(A1)는 스피커(SPKR)에 전달되는 신호를 생성한다.
이벤트 검출 및 제어 블록(38)은, ANC 시스템이 에러 마이크(E)에서 측정된 음향 잡음을 얼마나 잘 소거하는지를 나타내는 데시메이터(52C)의 출력, 경로(SE(z))에 의해 성형된 주변 음향 환경을 나타내는 데시메이터(52A)의 출력, 다운링크 오디오 신호(ds) 및 근단 음성 신호(ns)와 같은, 이벤트 검출을 위한 다양한 입력들을 수신한다. 검출된 음향 이벤트들, 또는 무선 전화기(10)의 귀(5)에 대한 위치와 같은 다른 환경 인자들에 의존하여, 이벤트 검출 및 제어 블록(38)은 다양한 출력들을 생성하는데, 이들은 명확성을 위해 도 5에 도시되지 않지만, 특히 하드 뮤트 블록들(45A-45B)이 적용되는지, 뮤트(47) 및 리미터(38)의 특성들, 누설 LMS 제어 블록(54A 및 54B)이 중지 또는 리셋되었는지, 및 본 발명의 일부 실시예들에서 적응 필터들, 예컨대 적응 필터 스테이지들(44B 및 55B)의 고정된 부분에 대해 어떤 고정된 응답들이 선택되었는지를 제어할 수 있다.
도 5의 시스템들 내에서, 및 도 2 내지 도 4의 예시적인 회로들 내에서의 요소들의 각각 또는 일부는 로직으로 직접 구현될 수 있거나, 또는 적응 필터링 및 LMS 계수 계산들과 같은 동작들을 수행하는 프로그램 명령들을 실행하는 디지털 신호 처리(DSP) 코어와 같은 프로세서에 의해 구현될 수 있다. DAC 및 ADC 스테이지들이 일반적으로 전용 혼합-신호 회로들로 구현되지만, 본 발명의 ANC 시스템의 구조는 일반적으로 하이브리드 접근방식에 적합한데, 이러한 하이브리드 접근방식에서는 로직이 예컨대 설계의 높게 오버샘플링된 부분들에서 사용될 수 있고, 반면에 프로그램 코드 또는 마이크로코드-구동 처리 요소들은 더 복잡하지만, 적응 필터들에 대한 탭들의 계산 및/또는 본 명세서에서 기술된 것과 같은 검출된 이벤트들에 응답하는 것과 같은 낮은 레이트의 동작들에 대해 선택된다.
본 발명이 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 특별히 도시되고 기술되었지만, 당업자라면 형태 및 세부사항들에서 전술한 및 다른 변화들이 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않고도 이루어질 수 있음을 인식할 것이다.

Claims (28)

  1. 개인용 오디오 디바이스에 있어서,
    개인용 오디오 디바이스 하우징;
    오디오 신호를 재생하기 위하여 상기 하우징에 장착된 트랜스듀서로서, 상기 오디오 신호는 청취자에게 재생하기 위한 소스 오디오와, 상기 트랜스듀서의 음향 출력에서 주변 오디오 사운드들의 영향들을 상쇄시키기 위한 잡음-방지 신호를 둘다 포함하는, 상기 트랜스듀서;
    상기 주변 오디오 사운드들을 나타내는 기준 마이크 신호를 제공하기 위하여 상기 하우징에 장착된 기준 마이크;
    상기 하우징 상에 장착되어 상기 트랜스듀서의 상기 음향 출력을 나타내는 에러 마이크 신호를 제공하는 에러 마이크; 및
    상기 잡음-방지 신호가 상기 주변 오디오 사운드들의 실질적인 소거를 야기하도록 상기 기준 마이크 신호로부터 상기 잡음-방지 신호를 적응적으로 생성하기 위한 상기 하우징 내의 처리 회로를 포함하고,
    상기 처리 회로는 상기 잡음-방지 신호의 레벨을 모니터링하고, 상기 잡음-방지 신호가 상기 트랜스듀서에 대한 손상을 야기할 수 있는지를 결정하고, 상기 트랜스듀서에 대한 손상이 방지되도록 상기 잡음-방지 신호의 생성을 조정하고, 상기 처리 회로는 상기 에러 마이크 신호 내의 상기 주변 오디오 사운드들의 존재를 줄이기 위하여 상기 잡음-방지 신호를 성형하는 응답을 갖는 적응 필터를 구현하고, 상기 처리 회로는 상기 잡음-방지 신호가 상기 트랜스듀서에 대한 손상을 야기할 수 있다는 결정에 응답하여 상기 적응 필터의 적응을 중지시키는, 개인용 오디오 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 회로는, 상기 잡음-방지 신호가 제 1 임계값을 초과하였다는 결정에 응답하여 상기 잡음-방지 신호를 제한하거나 압축하는, 개인용 오디오 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 처리 회로는, 상기 잡음-방지 신호가 상기 제 1 임계값을 초과한 낮은 주파수 성분을 갖는다는 결정에 응답하여 상기 잡음-방지 신호를 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하는, 개인용 오디오 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 처리 회로는, 신호를 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축한 결과의 완전한 대역폭이 제 2 임계값을 초과하였다고 결정함으로써 상기 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축한 결과를 두 번째로 제한하거나 두 번째로 압축하는, 개인용 오디오 디바이스.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 회로는, 상기 잡음-방지 신호가 제 1 임계값을 초과하는 낮은 주파수 성분들을 갖는다는 결정에 응답하여 상기 잡음-방지 신호를 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하고, 신호를 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하는 결과의 완전한 대역폭이 제 2 임계값을 초과하였다고 결정함으로써 상기 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축한 결과를 두 번째로 제한하거나 두 번째로 압축하고, 상기 처리 회로는 상기 잡음-방지 신호의 낮은 주파수 성분들이 상기 제 1 임계값을 초과하였다면 상기 적응 필터의 적응을 중지시키는, 개인용 오디오 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 처리 회로는 또한, 상기 신호를 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축한 결과의 완전한 대역폭이 제 2 임계값을 초과하였다면, 상기 적응 필터의 적응을 중지시키는, 개인용 오디오 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리 회로는, 상기 잡음-방지 신호가 제 1 임계값을 초과하는 낮은 주파수 성분들을 갖는다는 결정에 응답하여 상기 잡음-방지 신호를 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하고, 신호를 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축한 결과의 완전한 대역폭이 제 2 임계값을 초과하였다고 결정함으로써 상기 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축한 결과를 두 번째로 제한하거나 두 번째로 압축하고, 상기 처리 회로는 상기 제 1 임계값 또는 상기 제 2 임계값 중 어느 하나가 초과되었다면, 상기 적응 필터의 적응을 중지시키는, 개인용 오디오 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 개인용 오디오 디바이스는 다운링크 오디오 신호로서 상기 소스 오디오를 수신하기 위한 트랜시버를 더 포함하는 무선 전화기인, 개인용 오디오 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 개인용 오디오 디바이스는 오디오 재생 디바이스이고, 상기 소스 오디오는 프로그램 오디오 신호인, 개인용 오디오 디바이스.
  11. 적응적인 잡음 소거를 갖는 개인용 오디오 디바이스의 트랜스듀서에 대한 손상을 방지하는 방법에 있어서,
    기준 마이크 신호를 통해 주변 오디오 사운드들을 측정하는 단계;
    상기 트랜스듀서의 음향 출력에서 주변 오디오 사운드들의 영향들을 상쇄시키기 위하여 상기 측정하는 단계의 결과로부터 잡음-방지 신호를 적응적으로 생성하는 단계;
    상기 잡음-방지 신호와 소스 오디오 신호를 결합하는 단계;
    상기 결합하는 단계의 결과를 트랜스듀서에 제공하는 단계;
    에러 마이크를 통해 상기 트랜스듀서의 상기 음향 출력을 측정하는 단계로서, 상기 적응적으로 생성하는 단계는 상기 트랜스듀서의 상기 음향 출력을 측정하는 단계의 결과에서 상기 주변 오디오 사운드들의 존재를 줄이기 위하여 상기 잡음-방지 신호를 성형하는 응답을 갖는 적응 필터를 구현하는, 상기 음향 출력을 측정하는 단계;
    상기 잡음-방지 신호의 레벨을 모니터링하는 단계;
    상기 잡음-방지 신호가 상기 트랜스듀서에 대한 손상을 야기할 수 있는지를 결정하는 단계;
    상기 트랜스듀서에 대한 손상이 방지되도록 상기 잡음-방지 신호를 조정하는 단계; 및
    상기 잡음-방지 신호가 상기 트랜스듀서에 대한 손상을 야기할 수 있다는 결정에 응답하여 상기 적응 필터의 적응을 중지시키는 단계를 포함하는, 트랜스듀서에 대한 손상을 방지하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 조정하는 단계는, 상기 잡음-방지 신호가 제 1 임계값을 초과하였다는 결정에 응답하여 상기 잡음-방지 신호를 제한하거나 압축하는 단계를 포함하는, 트랜스듀서에 대한 손상을 방지하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제한하거나 압축하는 단계는, 상기 잡음-방지 신호가 제 1 임계값을 초과한 낮은 주파수 성분을 갖는다는 결정에 응답하여 상기 잡음-방지 신호를 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하는 단계를 포함하는, 트랜스듀서에 대한 손상을 방지하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    신호를 상기 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하는 단계의 결과의 완전한 대역폭이 제 2 임계값을 초과하였다고 결정함으로써 상기 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하는 단계의 결과를 두 번째로 제한하거나 두 번째로 압축하는 단계를 더 포함하는, 트랜스듀서에 대한 손상을 방지하는 방법.
  15. 삭제
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 잡음-방지 신호가 제 1 임계값을 초과하는 낮은 주파수 성분들을 갖는다는 결정에 응답하여 상기 잡음-방지 신호를 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하는 단계;
    신호를 상기 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하는 단계의 결과의 완전한 대역폭이 제 2 임계값을 초과하였다고 결정함으로써 상기 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하는 단계의 결과를 두 번째로 제한하거나 두 번째로 압축하는 단계를 더 포함하고,
    상기 중지시키는 단계는, 상기 잡음-방지 신호의 낮은 주파수 성분들이 상기 제 1 임계값을 초과하였다는 결정에 응답하여 수행되는, 트랜스듀서에 대한 손상을 방지하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 중지시키는 단계는 또한, 신호를 상기 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하는 단계의 결과의 완전한 대역폭이 제 2 임계값을 초과하였다는 결정에 응답하여 수행되는, 트랜스듀서에 대한 손상을 방지하는 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 잡음-방지 신호가 제 1 임계값을 초과하는 낮은 주파수 성분들을 갖는다는 결정에 응답하여, 상기 잡음-방지 신호를 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하는 단계; 및
    신호를 상기 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하는 단계의 결과의 완전한 대역폭이 제 2 임계값을 초과하였다고 결정함으로써 상기 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하는 단계의 결과를 두 번째로 제한하거나 두 번째로 압축하는 단계를 더 포함하고,
    상기 중지시키는 단계는, 상기 잡음-방지 신호의 낮은 주파수 성분들이 제 1 임계값을 초과하였다는 결정에 응답하여 수행되고, 상기 중지시키는 단계는 상기 제 1 임계값 또는 상기 제 2 임계값 중 어느 하나가 초과되었다는 결정에 응답하여 수행되는, 트랜스듀서에 대한 손상을 방지하는 방법.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 개인용 오디오 디바이스는 무선 전화기이고, 상기 방법은 다운링크 오디오 신호로서 상기 소스 오디오를 수신하는 단계를 더 포함하는, 트랜스듀서에 대한 손상을 방지하는 방법.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 개인용 오디오 디바이스는 오디오 재생 디바이스이고, 상기 소스 오디오는 프로그램 오디오 신호인, 트랜스듀서에 대한 손상을 방지하는 방법.
  21. 개인용 오디오 디바이스의 적어도 일부를 구현하기 위한 집적 회로에 있어서,
    트랜스듀서에 신호를 제공하기 위한 출력으로서, 상기 신호는 청취자에게 재생하기 위한 소스 오디오와, 상기 트랜스듀서의 음향 출력에서 주변 오디오 사운드들의 영향들을 상쇄시키기 위한 잡음-방지 신호를 모두 포함하는, 상기 출력;
    상기 주변 오디오 사운드들을 나타내는 기준 마이크 신호를 수신하기 위한 기준 마이크 입력;
    상기 트랜스듀서의 상기 음향 출력을 나타내는 에러 마이크 신호를 수신하기 위한 에러 마이크; 및
    상기 잡음-방지 신호가 상기 주변 오디오 사운드들의 실질적인 소거를 야기하도록 상기 기준 마이크 신호로부터 상기 잡음-방지 신호를 적응적으로 생성하기 위한 처리 회로를 포함하고,
    상기 처리 회로는 추가로, 상기 잡음-방지 신호의 레벨을 모니터링하고, 상기 잡음-방지 신호가 상기 트랜스듀서에 대한 손상을 야기할 수 있는지를 결정하고, 상기 트랜스듀서에 대한 손상이 방지되도록 상기 잡음-방지 신호의 생성을 조정하고, 상기 처리 회로는 상기 에러 마이크 신호 내의 상기 주변 오디오 사운드들의 존재를 줄이기 위하여 상기 잡음-방지 신호를 성형하는 응답을 갖는 적응 필터를 구현하고, 상기 처리 회로는 상기 잡음-방지 신호가 상기 트랜스듀서에 대한 손상을 야기할 수 있다는 결정에 응답하여 상기 적응 필터의 적응을 중지시키는, 집적 회로.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 처리 회로는, 상기 잡음-방지 신호가 제 1 임계값을 초과하였다는 결정에 응답하여 상기 잡음-방지 신호를 제한하거나 압축하는, 집적 회로.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 처리 회로는, 상기 잡음-방지 신호가 제 1 임계값을 초과한 낮은 주파수 성분을 갖는다는 결정에 응답하여 상기 잡음-방지 신호를 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하는, 집적 회로.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 처리 회로는, 신호를 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하는 결과의 완전한 대역폭이 제 2 임계값을 초과하였다고 결정함으로써 상기 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하는 결과를 두 번째로 제한하거나 두 번째로 압축하는, 집적 회로.
  25. 삭제
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 처리 회로는, 상기 잡음-방지 신호가 제 1 임계값을 초과하는 낮은 주파수 성분들을 갖는다는 결정에 응답하여 상기 잡음-방지 신호를 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하고, 신호를 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하는 결과의 완전한 대역폭이 제 2 임계값을 초과하였다고 결정함으로써 상기 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하는 결과를 두 번째로 제한하거나 두 번째로 압축하고, 상기 처리 회로는 상기 잡음-방지 신호의 낮은 주파수 성분들이 상기 제 1 임계값을 초과하였다면 상기 적응 필터의 적응을 중지시키는, 집적 회로.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 처리 회로는 또한, 신호를 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하는 결과의 완전한 대역폭이 상기 제 2 임계값을 초과하였다면, 상기 적응 필터의 적응을 중지시키는, 집적 회로.
  28. 제 21 항에 있어서,
    상기 처리 회로는, 상기 잡음-방지 신호가 제 1 임계값을 초과하는 낮은 주파수 성분들을 갖는다는 결정에 응답하여 상기 잡음-방지 신호를 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하고, 신호를 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하는 결과의 완전한 대역폭이 제 2 임계값을 초과하였다고 결정함으로써 상기 첫 번째로 제한하거나 첫 번째로 압축하는 결과를 두 번째로 제한하거나 두 번째로 압축하고, 상기 처리 회로는 상기 제 1 임계값 또는 상기 제 2 임계값 중 어느 하나가 초과되었다면, 상기 적응 필터의 적응을 중지시키는, 집적 회로.
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