KR20060127131A - 음향 피드백 억제 - Google Patents

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KR20060127131A
KR20060127131A KR1020067016144A KR20067016144A KR20060127131A KR 20060127131 A KR20060127131 A KR 20060127131A KR 1020067016144 A KR1020067016144 A KR 1020067016144A KR 20067016144 A KR20067016144 A KR 20067016144A KR 20060127131 A KR20060127131 A KR 20060127131A
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acoustic feedback
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KR1020067016144A
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코넬리스 피. 잔세
첸 씨. 창
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

음향 피드백 보상 디바이스(1)는 적응형 필터(4), 적응형 필터의 계수를 조절하기 위한 조절 유닛(5), 잔류 신호를 생성하기 위하여 입력 신호로부터 적응형 필터 신호를 감산하기 위한 결합 유닛(3), 및 노이즈 신호를 생성하기 위한 노이즈 유닛(8)을 포함한다. 노이즈 유닛(8)은 잔류 신호에 기초하여 마스킹된 노이즈를 형성하기 위하여 배열되고, 노이즈 신호는 잔류 신호에 의해 제어되는 주파수 스펙트럼을 갖는다. 청각 마스킹 모델은 노이즈 스펙트럼을 성형화하기 위하여 사용될 수 있다. 노이즈 신호는 잔류 신호가 비교적 큰 크기를 갖는 주파수들에서 잔류 신호보다 작은 크기, 및 잔류 신호가 비교적 작은 크기의 몇몇 주파수들에서 잔류 신호보다 큰 크기를 가질 수 있다.
적응형 필터, 음향 피드백 보상용 디바이스, 노이즈 유닛

Description

음향 피드백 억제{Acoustic feedback suppression}
본 발명은 음향 피드백 억제에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 사운드 증폭 시스템들에 사용하기에 적당한 음향 피드백 억제 디바이스에 관한 것이다.
사운드 증폭 시스템들에서 소위 "하울링(howling)"을 유발하는, 사운드가 라우드스피커로부터 마이크로폰으로 피드백될 수 있다는 문제는 잘 알려져 있다: 피드백으로 인해, 사운드의 특정 주파수들은 시스템에 의해 바람직하지 않게 증폭되고 하울링 효과를 생성한다. 이런 문제를 해결하기 위한 다양한 시도들이 있었다. 제안된 해결책들의 일부는 라우드스피커와 마이크로폰 사이 공중 경로(air path)의 사운드 전송 특성들을 모델링하고 모조하는 필터를 포함한다. 필터는 마이크로폰 신호로부터 감산된 보상 신호를 생성하기 위하여 사용된다. 최종 잔류 신호는 이상적으로 바람직하지 않은 피드백 효과들이 없다.
필터에 의한 모조된 공중 경로의 특징들이 예를 들어 물체들 또는 사람들의 온도 변화들 또는 이동으로 인해 시간에 따라 가변할 수 있기 때문에, 필터는 통상적으로 적응형 필터이고 그 필터 계수들은 주기적으로 또는 연속적으로 조절된다, 즉 변화된 환경에 적응된다. 이런 목적을 위하여, 음향 피드백 보상 회로들은 통상적으로 적응형 필터의 계수들을 조절하기 위한 조절 유닛을 포함한다. 상기 조 절 유닛은 상기된 잔류 신호와 출력 신호 사이의 상관을 결정하고, 상기 상관을 최소화하기 위하여 필터 계수들을 조절하기 위하여 배열될 수 있다. 필터 계수들의 적응 속도는 일반적으로 조절 유닛에 공급되는 신호 레벨들에 의존한다.
그러나, 출력 신호 및 잔류 신호가 고유 상관될 때, 예를 들어, 조절 유닛은 출력 신호가 잔류 신호를 증폭함으로써 얻어질 때, 에러들을 도입할 수 있다. 이런 이유로, 예를 들어, 입력 신호 주파수를 시프팅함으로써 잔류 신호 및 출력 신호를 상관해제(decorrelate)하는 것이 제안되었다. 이 방법의 예는 미국특허 US 5 748 751호에 개시된다. 비록 이런 주파수 시프트 방법이 매우 효과적이지만, 주파수 시프트가 가청가능하고 사운드 증폭 시스템의 사용자들에 의해 평가될 수 없기 때문에 모든 애플리케이션들에 사용될 수 없다.
또한 입력 신호와 상관되지 않는 노이즈 신호를 주입하고 필터 계수들을 조절하기 위하여 잔류 신호 및 주입된 노이즈 신호를 사용하는 것이 제안되었다. 보청기에 특정 목적의 보상 음향 피드백에 대한 이런 방법의 일실시예는 유럽 특허 출원 EP 0 415 677호에 개시된다. 노이즈는 보청기의 주파수 범위를 넘어서는 편평한 레벨을 가질 수 있다. 선택적으로, 노이즈 레벨은 입력 신호 레벨의 함수로서 가변할 수 있고, 신호 대 노이즈의 비율을 다소 일정하게 유지한다. 이런 목적을 위하여, 노이즈 신호는 잔류 신호 레벨에 따른 값에 의해 곱셈된다.
비록 주입된 노이즈 접근법이 효과적일 수 있지만, 필터 계수들의 합리적인 적응 속도를 제공하기 위하여 노이즈 레벨이 비교적 높아야 하는 단점을 갖는다. 이것은 명료성이 사운드 품질보다 중요할 때 몇몇 가청 가능한 노이즈가 허용될 수 있는 경우, 및 통상적인 사용자가 좁은 유효 주파수 범위를 가지기 때문에 인식된 노이즈 레벨이 여전히 매우 낮을 수 있는 경우 보청기 분야에서 별 문제가 아닐 수 있다. 그러나, 높은 노이즈 레벨은 특히 큰 방들 및 회랑들에 사용될 때, 스피치 또는 음악이 비교적 넓은 주파수 범위에 걸쳐 증폭되는 경우 사운드 증폭 시스템들에 명확하게 바람직하지 않다. 게다가, 일반 어드레스 시스템들 같은 사운드 증폭 시스템들에 사용된 적응형 필터들은 보청기의 필터 길이가 10 내지 30배이고, 그러므로 대응하는 주입된 노이즈 레벨들에서 매우 낮은 적응 속도를 갖는다.
단순히 노이즈 레벨을 감소시키는 것은 적응형 필터 계수들의 적응 속도가 비교적 낮은 노이즈 레벨들에서 실제적인 해결책이 아니고, 이것은 만약 적응 처리 동안 음향 경로가 변경되면 사운드 신호에 바람직하지 않은 과도 현상을 유발하고 심지어 하울링을 유발한다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 이들 및 다른 문제들을 극복하는 것이고 비교적 낮은 노이즈 레벨들에서 비교적 높은 적응 속도를 허용하는 음향 피드백 보상을 위한 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 음향 피드백 보상을 위한 디바이스가 사용되는 사운드 시스템을 제공하는 것이다. 따라서, 본 발명은 음향 피드백 보상을 위한 디바이스를 제공하고, 상기 디바이스는:
- 음향 피드백 보상 신호를 제공하기 위한 적응형 필터,
- 잔류 신호를 생성하기 위하여 입력 신호와 음향 피드백 보상 신호를 결합하기 위한 제 1 결합 유닛,
- 노이즈 신호를 생성하기 위한 노이즈 유닛,
- 적응형 필터의 계수들을 조절하기 위한 조절 유닛, 및
- 출력 신호를 형성하기 위하여 잔류 신호와 노이즈 신호를 결합하기 위한 제 2 결합 유닛을 포함하고,
상기 노이즈 유닛이 잔류 신호에 의해 제어되는 주파수 스펙트럼을 갖는 노이즈 신호를 제공하기 위하여 배열된다.
잔류 신호에 의해 제어되는 주파수 스펙트럼을 갖는 노이즈 신호를 제공함으로써, 인식된 노이즈 레벨 및 필터 적응 속도 사이의 보다 우수한 트레이드 오프를 달성하는 것이 가능하다. 특히, 보다 높은 필터 적응 속도는 변화하지 않는 주파수 스펙트럼을 갖는 노이즈 신호가 사용되는 장치들과 비교하여 달성될 수 있다. 게다가, 잔류 신호에 적응되는 노이즈는 주입된 노이즈 신호의 보다 우수한 마스킹을 허용한다.
본 발명에서, 노이즈 신호의 주파수 스펙트럼의 진폭뿐 아니라 모양이 잔류 신호에 의해 제어될 수 있다는 것이 주의된다. 따라서, 잔류 신호는 최적의 마스킹을 위하여 노이즈 스펙트럼을 형성한다고 말하여 질 수 있다.
종래 기술 장치들에서, 노이즈 레벨은 우수한 노이즈 마스킹을 달성하여 노이즈가 가청되는 것을 방지하기 위하여 잔류 신호 레벨보다 낮다. 일정한 노이즈 레벨들이 사용될 때, 이것은 잔류 신호 레벨보다 상당히 낮은 노이즈 레벨을 요구한다. 그러나, 본 발명에서, 노이즈 레벨이 잔류 신호에 의해 제어되는 경우, 이런 요구는 모든 주파수들에 더 이상 적용되지 않고, 몇몇 주파수들에서 노이즈 레벨은 잔류 신호 레벨을 초과할 수 있다. 이것은 적응형 필터의 임의의 잘못된 적응이 (잔류) 신호 대 (주입된) 노이즈 비율 및 필터의 적응 속도에 비례하기 때문에 매우 바람직하다. 그러므로, 일정한 적응 속도에서 비교적 높은 노이즈 레벨은 필터의 최소 잘못된 적응 및 결과적으로 높은 사운드 품질을 유발할 것이다. 선택적으로, 적응 속도는 (잔류) 신호 대 (주입된) 노이즈 비율에 비례할 수 있고, 적응형 필터 상수의 잘못된 적응을 유지한다. 비교적 높은 노이즈 레벨은 보다 높은 적응 속도를 유발한다.
바람직한 실시예에서, 노이즈 유닛은 청각 마스킹 모델에 따라 노이즈 신호를 제공하기 위하여 배열된다. 즉, 원하는 신호의 존재에서 노이즈의 인간 지각에 기초하여 하는 모델은 노이즈 신호의 주파수 스펙트럼을 제어하기 위하여 사용된다. 노이즈의 지각을 최소화하면서 노이즈 레벨을 최대화하기 위하여 사용하는 청각 마스킹 모델은 그 자체로(per se) 잘 알려질 수 있다. 몇몇 청각 마스킹 모델들은 노이즈 레벨이 몇몇 주파수들에서 잔류 신호의 레벨을 초과하게 한다.
바람직한 실시예에서, 노이즈 유닛은 잔류 신호가 비교적 큰 진폭을 갖는 주파수들에서 잔류 신호보다 작은 진폭을 가지며 잔류 신호가 비교적 작은 진폭을 갖는 주파수들에서 잔류 신호보다 큰 진폭을 가지는 노이즈 신호를 제공하기 위하여 제공된다. 다른 말로, 노이즈 유닛은 잔류 신호가 피크일 때 잔류 신호보다 작은 진폭을 가지며, 잔류 신호가 골(trough)일 때 잔류 신호보다 큰 진폭을 갖는 노이즈를 생성하기 위하여 배열된다. 따라서, 노이즈 신호는 적어도 몇몇 주파수들에서 잔류 신호보다 크고, 따라서 적응형 필터의 빠른 적응을 허용한다.
노이즈 신호가 모든 주파수들에서 잔류 신호보다 작은 진폭을 가질 필요가 없다는 것이 발견되었다. 잔류 신호 레벨이 비교적 높은 주파수들에서 노이즈 레벨이 잔류 신호 레벨보다 작은 것을 보장함으로써, 노이즈 신호의 충분한 마스킹은 달성된다. 결과적으로, 노이즈 신호는 심지어 그 진폭이 잔류 신호를 초과하는 주파수들에서 조차 가청할 수 없다.
바람직한 실시예에서, 노이즈 유닛은 랜덤 단계를 형성하기 위하여 랜덤 단계를 포함한다. 랜덤 단계를 제공함으로써, 노이즈 신호는 특히 잔류 신호가 아닌 임의의 다른 신호와 상관되지 않는 것이 보장된다.
노이즈 유닛이 잔류 신호의 주파수 스펙트럼을 형성하기 위한 스펙트럼 유닛, 주파수 스펙트럼의 크기를 결정하기 위한 크기 유닛, 주파수 스펙트럼의 크기와 관련한 마스킹된 노이즈 크기를 결정하기 위한 노이즈 크기 유닛, 및 마스킹된 노이즈의 크기와 랜덤 단계에 기초하여 마스킹된 노이즈 신호를 재구성하기 위한 재구성 유닛을 포함하는 것이 바람직하다. 이 실시예에서, 노이즈 신호는 잔류 신호에 기초하여 하지만, 랜덤 단계로 인해 상관 해제되고 적당한 마스킹을 제공하기 위하여 조절되는 진폭이다. 노이즈 크기 유닛이 주파수에 의존하는, 특히 특정 주파수 또는 특정 주파수 대역에서 잔류 신호의 진폭에 의존하는 크기를 결정하는 것이 주의된다.
유리하게, 조절 유닛은 잔류 신호 및 노이즈 신호에 기초하여 적응형 필터의 계수들을 조절하기 위하여 제 1 결합 유닛 및 노이즈 유닛에 결합된다. 적응형 필터의 일정한 잘못된 적응에 대한 조절 유닛을 배열하는 것을 더 바람직하여, 모든 주파수들에 대한 적응형 필터의 적응성 속도가 (잔류) 신호 대 (주입된) 노이즈 비율에 역으로 비례하게 된다. 이런 잘못된 적응은 바람직하게 사운드 품질에서 약간의 감소만을 유발하도록 비교적 작게 선택된다.
만약 본 발명의 디바이스가 증폭 유닛을 더 포함하면, 사운드 증폭 디바이스로서 사용될 수 있다.
본 발명은 적어도 하나의 마이크로폰, 적어도 하나의 라우드스피커 및 상기된 디바이스를 포함하는 사운드 증폭을 위한 시스템을 제공한다.
본 발명은 음향 피드백 보상 방법을 부가적으로 제공하고, 상기 방법은:
잔류 신호를 형성하기 위하여 음향 피드백 보상 신호와 입력 신호를 결합하는 단계,
노이즈 신호를 형성하는 단계,
출력 신호를 형성하기 위하여 잔류 신호 및 노이즈 신호를 결합하는 단계, 및
음향 피드백 보상 신호를 제공하기 위하여 출력 신호를 적응적으로 필터링하는 단계를 포함하고,
상기 노이즈 신호는 잔류 신호에 의해 제어되는 주파수 스펙트럼을 갖는다.
바람직하게, 노이즈 신호는 잔류 신호가 비교적 큰 진폭을 갖는 주파수들에서 잔류 신호보다 작은 진폭 및 잔류 신호가 비교적 작은 진폭을 갖는 주파수들에서 잔류 신호보다 큰 진폭을 갖는다.
본 발명은 상기된 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품을 추가로 제공한다.
본 발명은 첨부 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 하기에 추가로 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 음향 피드백 보상을 위한 제 1 디바이스를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 음향 피드백 보상을 위한 제 2 디바이스를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 음향 피드백 보상을 위한 제 1 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 노이즈 마스킹을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 노이즈를 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 음향 피드백 보상을 위한 제 2 실시예를 개략적으로 도시한 도면.
도 1에 개략적으로 도시된 종래 기술 디바이스(1')는 신호 보상 유닛(3), 적응형 필터(4), 조절 유닛(5) 및 상관 해제기(6)를 포함한다. 디바이스(1')는 입력 신호 z(n)를 형성하는 마이크로폰(2), 및 디바이스(1')의 출력 신호 x(n)를 렌더하는 라우드스피커(9)에 결합된다. 적응형 필터(4)는 결합(가산기) 회로(3)의 입력 신호 z(n)로부터 감산된 음향 피드백 보상 신호 y(n)를 형성하여, 잔류 신호 r(n)를 형성한다. 상관 해제기(6)는 잔류 신호 r(n)를 상관 해제하고 (선택적) 증폭기(11)에 의해 증폭되는 출력 신호 x(n)를 형성한다. 임의의 A/D(아날로그/디지털) 및 D/A(디지털/아날로그) 컨버터들이 간략화를 위하여 도 1에 도시되지 않은 것이 주의된다.
조절 유닛(5)은 잔류 신호 r(n) 및 출력 신호 x(n)에 기초하여 적응형 필터(4)의 계수들을 조절한다. 통상적으로, 조절 유닛(5)은 잔류 신호 r(n) 및 출력 신호 x(n) 사이의 임의의(잔류) 상관을 결정하는 상관기이다. 조절 유닛(5)은 r(n) 및 x(n) 사이의 상관이 최소화되고, 이상적으로 제거되는 방식으로 적응형 필터의 계수들을 조절한다.
상관 해제기(6) 없이, 출력 신호 x(n)는 실질적으로 잔류 신호 r(n)와 동일하고, 결과적으로 적응형 필터(4)는 신호의 왜곡을 유발하는 잔류 신호를 상쇄하도록 시도한다. 비록 증폭기들 같은 다른 회로 구성요소들이 제공되지만, 그 결과로서 x(n)이 r(n)과 동일하지만, 신호들 x(n) 및 r(n)은 강하게 상관되고 입력 신호 z(n)는 실질적으로 적응형 필터에 의해 상쇄될 수 있다.
통상적인 상관 해제기들은 주파수 시프트 동작을 포함한다. 비록 주파수 시프트 동작이 신호를 상관해제하는데 매우 효과적이지만, 그 효과들은 특히 음악 신호들에서 가청할 수 있다. 주파수 시프트 동작 상관 해제기들은 일반적으로 적용할 수 없다.
다른 해결책은 도 2의 종래 기술 디바이스(1")에 사용되고, 여기서 노이즈 발생기(8')는 도 1의 상관해제기(6) 대신 사용된다. 유럽 특허 출원 EP 0 415 677에 보다 상세히 기술된 가청 보조기구들용 이런 알려진 피드백 보상 디바이스(1")는 잔류 신호 r(n)의 진폭을 제한하기 위한 제한기(13)를 더 포함한다. 노이즈 발생기(8')의 출력 신호는 적응형 필터(4)의 계수들을 조절하기 위하여 잔류 신호로서 조절 유닛(5)에 공급된다. 노이즈 발생기(8')에 의해 생성된 노이즈 신호 m(n)는 제 2 결합 유닛(7)의 출력 신호 x(n)에 부가되고 따라서 필터된 신호 y(n)에 기여한다.
도 2의 디바이스에서, 출력 신호 x(n)의 노이즈 레벨은 (제한된 진폭) 잔류 신호에 가산된 노이즈 신호의 레벨을 제어하는 곱셈 유닛(12)에 의해 제어된다. 주입된 노이즈 레벨은 잔류 신호 레벨의 함수로서 가변하도록 제어되어, (잔류) 신호 대 노이즈 비를 실질적으로 일정하게 유지한다.
그러나, 일정한 신호 대 노이즈 비는 신호 레벨이 낮을 때 노이즈 레벨이 낮은 것을 의미하고, 이것은 적응형 필터(4)의 낮은 적응성 속도를 발생시킨다. 본 발명은 이런 문제에 대한 해결책을 제공한다.
도 3에서 비제한 실시예 방식으로 도시된 본 발명의 디바이스(1)는 제 1 결합 유닛(3), 적응형 필터(4), 조절 유닛(5), 제 2 결합 유닛(7), 노이즈(발생기) 유닛(8) 및 (선택적) 증폭기(11)를 포함한다. 상관기일 수 있는 조절 유닛(5)은 적응형 필터(4)의 계수들을 조절하기 위한 적당한 필터 조절 신호들을 형성하기 위하여 잔류 신호 r(n) 및 노이즈 신호 rN(n) 모두를 수신한다. 노이즈 발생기(8)에 의해 형성된 노이즈 신호 rN(n)는 제 2 결합 유닛(7)에서 출력 신호 x(n)에 "주입(injected)"되고, 조절 유닛(5)에 공급된다. 도 2의 디바이스와 대조하여, 도 3의 노이즈 유닛(8)은 잔류 신호 r(n)에 기초하여 노이즈를 형성한다. 이것은 도 4를 참조하여 추가로 설명될 것이다.
도 4의 실시예에서, dB(decibel)의 사운드 압력 레벨(SPL)은 Hz(헤르쯔) 주파수의 함수로서 도시된다. 사운드 압력 레벨은 주파수 스펙트럼의 (절대값)에 해당하고 특정 주파수에서 사운드 레벨(진폭)을 가리킨다. 짙은 그래프(S)는 잔류 신호 r(n)의 주파수 스펙트럼을 나타내고 점선(RN)은 도 3의 노이즈 유닛(8)에 의해 형성된 (주입된) 노이즈 신호 rN(n)의 주파수 스펙트럼을 가리킨다.
도 4의 실시예에서, 주파수 스펙트럼(S)은 두 개의 피크들 및 하나의 골을 갖는다. 제 1 피크는 주파수(f1)이고 골은 주파수(f2)이다. 노이즈 주파수 스펙트럼(RN)은 주파수에 따라 변화하고 피크들 및 하나의 골을 갖는다. 주파수(f1)에서, RN의 레벨은 이 주파수에서 충분한 노이즈 마스킹을 제공하기 위하여 S의 레벨보다 낮은 D1 dB이다. 그러나, 주파수(D2)에서, RN의 레벨은 S의 레벨보다 높은 D2 dB이다. 즉, 그래프의 골에서 노이즈 레벨은 신호 레벨을 초과한다. 이것이 이들 주파수들에서 필터의 빠른 적응을 허용하면서 노이즈 신호의 충분한 마스킹을 제공하는 것이 발견되었다.
주파수 스펙트럼(RN)의 크기를 결정하는 것이 예를 들어 티. 페인터(T. Painter) 및 에이. 스파니아스(A. Spanias), IEEE의 회보, vol.88, pp.451-513, 2000에 의한 논문 "디지털 오디오의 지각 코딩(Perceptual coding of digital audio)"에 기술된 바와 같은 잘 알려진 마스킹 모델들을 사용하여 수행될 수 있다. 상기 마스킹 모델들은 음향 피드백 억제를 위한 것이 아니고 오디오 코딩 애플리케이션들에 사용된다.
노이즈 유닛(8)은 비록 보다 큰 시간 구간들 및 보다 작은 시간 구간들이 사용될 수 있지만, 예를 들어 매 5, 50 또는 100ms가 사용될 수 있지만, 예를 들어 매 10 또는 20ms에서 노이즈 신호 rN(n)를 반복적으로 결정하기 위하여 제공된다. 노이즈 신호 rN(n) 및 그것의 스펙트럼(RN)이 결정되는 각각의 시간에, 노이즈 신호 대 잔류 신호의 비율이 임의의 하나의 주파수에 대해 일반적으로 다를 것이라는 것이 주의된다. 따라서, 임의의 하나의 주파수, 예를 들어 주파수 f2(도 4)에서 노이즈 레벨은 하나의 순간에 보다 크고 다른 순간에 잔류 신호 레벨 보다 크다. 이런 방식에서, 임의의 하나의 주파수에 대해, 필터 계수들의 적응은 몇몇 시점에서 비교적 높은 노이즈 레벨을 사용하여 수행될 것이고, 이것은 빠르고 효과적인 적응을 유도한다.
노이즈 유닛(8)의 예시적인 실시예는 도 5에 보다 상세히 개략적으로 도시된다. 도시된 실시예에서, 노이즈 유닛(8)은 잔류 신호 r(n)의 주파수 스펙트럼을 형성하기 위한 스펙트럼 유닛(81), 주파수 스펙트럼의 크기를 결정하기 위한 크기 유닛(82), 주파수 스펙트럼의 크기와 관련하여 마스킹된 노이즈 크기를 결정하기 위한 노이즈 크기 유닛(83), 랜덤 위상을 형성하기 위한 랜덤 위상 유닛(84), 및 마스킹된 노이즈 크기 및 랜덤 위상에 기초하여 마스킹된 노이즈 신호를 재구성하기 위한 재구성 유닛(85)을 포함한다.
상기된 바와같이, 랜덤 위상은 잔류 신호 r(n) 및 노이즈 신호 rN(n)를 효과적으로 상관 해제한다. 노이즈 크기 유닛(83)은 도 4에 도시된 바와 같이 다양한 주파수들에 대한 노이즈 신호 rN(n)의 크기 또는 레벨을 결정한다. 노이즈 크기 유닛(83)은 바람직하게 지각된 노이즈 레벨을 최소화하거나 제거하면서 모든 주파수들에서 노이즈 레벨을 최대화하기 위하여 노이즈의 주파수 스펙트럼을 잔류 신호의 주파수 스펙트럼에 적응시키도록 상기된 바와 같은 청각 마스킹 모델을 사용한다.
본 발명의 디바이스(1)의 다른 실시예는 도 6에 도시되고, 상기 디바이스는 동적 에코 억제기(14)를 부가적으로 포함하는 것으로 도시된다. 상기 다이나믹 에코 억제기는 청각 경로 변화들로 인해 적응형 필터에 의해 형성된 음향 피드백 보상 신호가 위상 에러를 포함하게 될 때 잔류 신호의 진폭을 일시적으로 감소시키기 위하여 사용한다.
동적 에코 억제기(14)는 에코 보상 잔류 신호 r'(n)를 형성하기 위하여 음향 피드백 보상 신호 y(n), 잔류 신호 r(n) 및 입력 신호 z(n)를 수신한다. 동적 에코 억제기(14)는 위상(순수 지연과 별개로) 변화없이 입력 신호의 주파수 성분들의 진폭을 변형한다. 이것은 변환된 신호들(Y,Z 및 R)을 얻기 위하여 양쪽 음향 피드백 보상 신호 y(n), 입력 신호 z(n) 및 잔류 신호 r(n)의 주파수 스펙트럼(퓨리에 변환)을 결정하고, 결합된 변환 신호(R")를 얻기 위하여 Y, Z 및 R의 크기들을 사용하고 R의 결합된 변환 신호(R")의 크기 및 위상을 사용하여 시간 신호 r'(n)를 재구성하여 달성된다. 이런 종류의 동적 에코 억제기는 미국특허출원 US 2003/0026437호에 기술되고, 그 전체 내용들은 본 명세서에 통합된다.
상기 논의에서 모든 신호들이 특정 이산 시점(n)에서 특정 값들을 갖는 디지털 신호들인 것이 가정되는 것이 주의된다. 그러나, 본 발명은 여기에 제한되지 않고 유사한 실시예들은 또한 고안될 수 있다. 유사하게, 본 발명은 단일 마이크로폰 및 단일 라우드스피커에 결합된 디바이스들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 다중 마이크로폰들 및/또는 라우드스피커들 또는 등가 트랜스듀서들을 사용하여 적용될 수 있다. 본 발명은 특히 공적 어드레스 시스템들, 회담 시스템들 및 차량 내 통신 시스템들에 적당하지만, 이것으로 제한되지 않는다.
본 발명은 잔류 신호에 의해 제어되는 주파수 스펙트럼을 갖는 주입된 노이즈 신호가 임의의 노이즈가 가청되는 것을 방지하면서 필터 계수들의 빠른 적응을 달성하기 위하여 적응형 필터를 포함하는 디바이스에 사용될 수 있다는 사상에 기초하여 한다. 본 발명은 청각 마스킹 모델이 유리하게 적응형 필터 디바이스들에 주입되는 노이즈를 결정하기 위하여 사용될 수 있고, 결과적으로 마스킹된 노이즈의 레벨이 특정 주파수들에서 마스킹 신호 레벨을 초과할 수 있는 사상에서 장점을 가지며 여기서 마스킹 신호 레벨은 만약 마스킹된 노이즈 레벨이 다른 주파수들에서 마스킹 신호 레벨 보다 낮으면 비교적 낮다.
본 명세서에 사용된 임의의 용어들이 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것으 로 해석되어서는 않된다는 것이 주의된다. 특히, 단어 "포함하다"는 특히 지정되지 않은 임의의 엘리먼트들을 배제하는 것으로 의도되어서는 않된다. 단수의 (회로) 엘리먼트들은 다수의 (회로) 엘리먼트들 또는 그 등가물들로 대체될 수 있다.
컴퓨터 프로그램 제품은 처리기로의 명령들을 얻기 위한 일련의 로딩 단계들 후, 본 발명의 특성 함수들을 실행하기 위하여 범용 또는 특정 처리기를 인에이블링하는 명령들의 수집의 물리적 구현, 예를 들어 제조품으로 이해되어야 한다. 특히 컴퓨터 프로그램 제품은 메모리에 제공되고, 일시적으로 네트워크 접속부 상에 유선 또는 무선으로 제공되는 디스크 또는 다른 플러그 인 구성요소 같은 캐리어 상 프로그램 코드, 이 프로그램 코드로부터 유도된 처리기 적응 코드, 또는 이 프로그램 코드의 임의의 중간 전이부, 또는 페이퍼 상 프로그램 코드로서 실현될 수 있다. 프로그램 코드와 별개로, 프로그램을 위하여 요구된 본 발명의 특정 데이터는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다.
당업자는 본 발명이 상기된 실시예들로 제한되지 않고 많은 변형들 및 부가물들이 첨부 청구항들에 정의된 바와 같이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (20)

  1. 음향 피드백 보상용 디바이스(1)에 있어서,
    음향 피드백 보상 신호를 제공하기 위한 적응형 필터(4);
    잔류 신호를 형성하기 위하여 입력 신호와 음향 피드백 보상 신호를 결합하기 위한 제 1 결합 유닛(3);
    노이즈 신호를 형성하기 위한 노이즈 유닛(8);
    상기 적응형 필터의 계수들을 조절하기 위한 조절 유닛(5); 및
    출력 신호를 형성하기 위하여 상기 잔류 신호와 상기 노이즈 신호를 결합하기 위한 제 2 결합 유닛(7)을 포함하고,
    상기 노이즈 유닛(8)은 상기 잔류 신호에 의해 제어되는 주파수 스펙트럼(RN)을 갖는 노이즈 신호를 제공하기 위하여 배열되는, 음향 피드백 보상 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 노이즈 유닛(8)은 청각 마스킹 모델(auditory masking model)에 따라 노이즈 신호를 제공하기 위하여 배열되는, 음향 피드백 보상 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 노이즈 유닛(8)은 상기 잔류 신호가 비교적 큰 진폭을 갖는 주파수들에서 상기 잔류 신호보다 작은 진폭을 가지며 상기 잔류 신호가 비교적 작은 진폭을 갖는 적어도 일부 주파수들에서 상기 잔류 신호보다 큰 진폭을 갖는 노이즈 신호를 제공하기 위하여 배열되는, 음향 피드백 보상 디바이스.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노이즈 유닛(8)은 상기 노이즈 신호 대 상기 잔류 신호의 상기 주파수 스펙트럼을 반복적으로 적응시키기 위하여 배열되는, 음향 피드백 보상 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 노이즈 유닛(8)은 100ms 미만, 바람직하게 30ms 미만, 보다 바람직하게 약 15ms의 구간들에서 상기 노이즈 신호의 상기 주파수 스펙트럼을 적응시키기 위하여 배열되는, 음향 피드백 보상 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노이즈 유닛(8)은 랜덤 위상을 형성하기 위한 랜덤 위상 유닛(84)을 포함하는, 음향 피드백 보상 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 노이즈 마스킹 유닛(8)은 상기 잔류 신호의 주파수 스펙트럼을 형성하기 위한 스펙트럼 유닛(81), 상기 주파수 스펙트럼의 크기를 결정하기 위한 크기 유닛(82), 상기 주파수 스펙트럼의 크기에 관련하여 마스킹된 노 이즈의 크기를 결정하기 위한 노이즈 크기 유닛(83), 및 상기 마스킹된 노이즈 크기 및 상기 랜덤 위상에 기초하여 마스킹된 노이즈 신호를 재구성하기 위한 재구성 유닛(85)을 포함하는, 음향 피드백 보상 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 조절 유닛(5)은 상기 잔류 신호 및 상기 노이즈 신호에 기초하여 상기 적응형 필터의 계수들을 조절하기 위하여 상기 제 1 결합 유닛(3) 및 노이즈 유닛(8)에 연결되는, 음향 피드백 보상 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 조절 유닛(5)은 높은 적응 속도를 달성하기 위하여 상기 적응형 필터의 일정한 잘못된 적응을 위하여 배열되는, 음향 피드백 보상 디바이스.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 증폭 유닛(11)을 더 포함하는, 음향 피드백 보상 디바이스.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 잔류 신호에서 에코들을 억제하기 위하여 배열된 동적 에코 억제기(14)를 더 포함하는, 음향 피드백 보상 디바이스.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 동적 에코 억제기(14)는 에코 억제된 잔류 신호를 생성하기 위하여 상기 음향 피드백 보상 신호, 상기 입력 신호 및 상기 잔류 신호를 수신하도록 배열되는, 음향 피드백 보상 디바이스.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 마이크로폰(2), 적어도 하나의 라우드스피커(9) 및 디바이스(1)를 포함하는 사운드 증폭용 시스템.
  14. 음향 피드백 보상 방법에 있어서,
    - 잔류 신호를 생성하기 위하여 음향 피드백 보상 신호와 입력 신호를 결합하는 단계;
    - 노이즈 신호를 생성하는 단계;
    - 출력 신호를 형성하기 위하여 상기 잔류 신호 및 상기 노이즈 신호를 결합하는 단계; 및
    - 음향 피드백 보상 신호를 제공하기 위하여 상기 출력 신호를 적응적으로 필터링하는 단계를 포함하고,
    상기 노이즈 신호는 상기 잔류 신호에 의해 제어되는 주파수 스펙트럼을 갖는, 음향 피드백 보상 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 노이즈 신호는 청각 마스킹 모델에 따라 제공되는, 음향 피드백 보상 방법.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 노이즈 신호는 상기 잔류 신호가 비교적 큰 진폭을 갖는 주파수들에서 상기 잔류 신호보다 작은 진폭을 가지며 상기 잔류 신호가 비교적 작은 진폭을 갖는 적어도 일부 주파수들에서 상기 잔류 신호보다 큰 진폭을 갖는, 음향 피드백 보상 방법.
  17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노이즈 신호의 주파수 스펙트럼은 상기 잔류 신호에 반복적으로 적응되는, 음향 피드백 보상 방법.
  18. 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노이즈 신호의 주파수 스펙트럼은 100ms 미만, 바람직하게 30ms 미만, 보다 바람직하게 약 15ms 미만의 구간들로 적응되는, 음향 피드백 보상 방법.
  19. 제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노이즈 신호는 랜덤 위상을 갖는, 음향 피드백 보상 방법.
  20. 제 14 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품.
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