KR20120054036A

KR20120054036A - 능동적 음향 감소 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20120054036A
Application number: KR1020127005759A
Authority: KR
Inventors: 파울 사. 보이지; 레스트 아드리안 야. 반; 로날두스 엠. 아르츠
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2012-05-29
Also published as: EP2462585A2; CN102473406B; BR112012002428A2; JP5771205B2; WO2011015979A2; US20120163626A1; US9384727B2; JP2013501946A; CN102473406A; WO2011015979A3

Abstract

본 발명은 주 음원에 의해 방출된 음향의 감쇠를 위한, 특히, 인간에 의해 방출된 코골이 음향의 감쇠를 위한 능동적 음향 감소 시스템 및 방법을 설명한다. 이 시스템은 주 음원과, 상기 주 음원에 의해 방출되는 음향과 중첩되는 감쇠 음향을 생성하기 위한 보조 음원으로서의 적어도 하나의 스피커와, 상기 주 음원으로부터의 음향을 수신하기 위한 기준 마이크로폰과, 스피커/마이크로폰 쌍을 형성하도록 각 스피커에 할당되는 적어도 하나의 에러 마이크로폰을 포함한다. 적어도 하나의 에러 마이크로폰은 주 음원 및 대응 스피커로부터의 음향들의 중첩으로부터 초래되는 잔류 음향을 수신하기 위해 그 할당된 스피커를 지향하는 지향성 마이크로폰으로서 제공된다. 주 음원과 적어도 하나의 스피커/마이크로폰 쌍의 스피커 및 에러 마이크로폰은 실질적으로 동일선상에 배열된다. 기준 마이크로폰에 의해 수신된 음향을 나타내는 기준 마이크로폰의 출력 기준 신호 및 적어도 하나의 에러 마이크로폰에 의해 수신된 음향을 나타내는 적어도 하나의 에러 마이크로폰의 출력 에러 신호를 수신하고 출력 기준 신호 및 출력 에러 신호로부터 스피커를 위한 제어 신호를 산출하도록 제어 유닛이 제공된다.

Description

능동적 음향 감소 시스템 및 방법 {ACTIVE SOUND REDUCTION SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 주 음원에 의해 방출되는 음향의 감쇠, 특히, 인간에 의해 방출되는 코골이 음향(snoring sound)들을 감쇠하기 위한 능동적 음향 감소 시스템 및 대응하는 능동적 음향 감소 방법에 관한 것이다.

능동적 음향 감소 시스템들은 주 음원의 소음 또는 임의의 부적합한 음향 방출들을 소거하는 것이 바람직한 다양한 분야들에서 다양한 기술 구현예들로 존재한다. 용어 "능동적"은 소거 대상 소음에 반응하여 절연 매트들, 소음 흡수 벽들 또는 케이싱들 등 같은 수동적 수단들에 비해 다수의 장점들을 제공하는 임의의 수단을 지칭한다. 가장 일반적인 능동적 음향 감소 시스템은 소위 능동적 음향 제어(ANC)라 지칭되며, 이는 주 음원으로부터의 원래 소음과 파괴적으로 간섭하는 추가적 음향 필드를 도입함으로써 원하지 않는 소음을 소거하는 것을 목적으로 한다. 이 추가적 음파는 때때로 "안티-노이즈"이라 지칭된다. 안티-노이즈 필드의 진폭 및 위상이 주 음원에 의해 방출되는 소음과 일치하면, 주 음원과 안티-노이즈를 생성하는 보조 음원으로부터의 음향들의 중첩으로부터 초래되는 잔류 소음은 완전히 소거된다. 비록, 능동적 소음 제어의 기본 개념이 이미 수십년에 걸쳐 개발되어왔지만, 매우 성공적인 용례들은 소수이다. 그 이유는 안티-노이즈에 의해 소음을 소거하는 이론적 원리는 실제 성공적인 경우가 많지 않으며, 그 이유는 충족되지 못하는 경우가 많은 다수의 결정적 조건들이 존재하기 때문이다. 단지 일 예를 언급하자면, 원래의 소음을 완전히 사라지게 하기 위해서는 주 음원에 의해 방출되는 음향의 반사들도 소거되어야하지만, 이는 단지 방대한 작업 비용 및 노력에 의해서만 달성될 수 있는 것이다.

최근, 상술한 종류의 능동적 소음 감소 시스템을 성공적으로 사용하기 위해 잘 규정된 조건들을 제공하는 용례들에 대해 연구가 집중되어 왔다. 이런 용례에 대한 한 가지 예는 동침자에게 주요한 불쾌감이 될 수 있는 인간이 방출하는 코골이 소음의 소거이다. 코골이와 연계된 음향은 상부 기도의 부분의 진동에 의해 유발된다. 이 진동은 연성의 구개(plate), 혀, 편도선 또는 후두개에서 발생될 수 있으며, 이 중 구개 코골이가 가장 일반적이다. 코고는 사람의 10%에서, 상부 기도는 부분적 또는 완전한 접힘이 발생함으로써, 호흡 기류의 중단을 초래하고, 이는 수면으로부터의 조기 각성을 초래한다. 이 폐색이 10초 이상 지속되고, 반복적으로 발생하는 경우, 코고는 사람은 폐색 수면 질식(OSA)이 발생하게 된다. 이 심각한 상태는 고혈압, 빈혈성 심장 질환 및 마비와 연계되어 있을 뿐만 아니라, 일과중 수면부족에 기인한 산업적 사고들, 운전 치사들 및 생산성 손실과도 연계되어 있다. 상술한 바로부터 코골이가 괴로울 뿐만 아니라 일반적 인구에서 매우 일상적인 심각한 의료적 문제를 나타낸다는 결과를 얻을 수 있다.

침실 같은 통상적 환경에서 인간에 의해 방출되는 코골이 음향들의 감쇠를 위한 능동적 소음 제어(ANC)를 적용하기 위한 시도들이 이루어져 왔다. 미국 특허 제5,844,996호는 능동적 전자 소음 억제 시스템 및 대응하는 코골이 소음을 감소시키기 위한 방법을 개시하고 있으며, 이는 주 음원으로서 코고는 사람으로부터의 음향을 수신하기 위해 코고는 사람 위에 장착된 기준 마이크로폰과, 코고는 사람에 의해 방출된 음향과 중첩되는 감쇠 음향을 생성하는 스피커와 코고는 사람으로부터의 음향들의 중첩으로부터 초래되는 잔류 음향을 수신하도록 배열된 다수의 에러 마이크로폰들을 사용하고 있다. 스피커는 기준 마이크로폰에 의해 수신된 음향에 대응하는 기준 신호와 잔류 음향에 대응하는 에러 마이크로폰에 의해 수신된 출력 에러 신호에 따라 제어된다. 이 시스템은 에러 마이크로폰이 위치된 영역에서의 소음이 완전히 소거되도록 잔류 음향을 0으로 감쇠하는 것을 목적으로 한다. 달리 말하면, 감쇠 음향을 생성하는 스피커를 위한 제어 신호는 잔류 신호가 최소화되어 동침자가 위치된 특정 영역에서 "무소음 영역(quiet zone)"을 생성하는 방식으로 기준 마이크로폰에 의한 기준 신호를 처리함으로써 계산된다.

다른 용례들과 유사하게, 상술한 능동적 소음 제어의 용례는 벽들로부터의 반사들 등 같은 환경에 의해 제공되는 전제조건들에 의해 유발되는 특정 약점들을 갖고 있다. 한가지 결과적인 문제점은 가능한 커지기를 바라는 무소음 영역이 매우 작다는 것이다. 그 이유는 동침자가 임의의 방향으로 이동하여 위상 불일치를 유발할 때 주 및 보조 음향의 소거를 위한 조건인 위상 대립(phase opposition)이쉽게 소실된다는 점이다. 수면 중인 인간의 이동들이 제어불가능하기 때문에, 공지된 ANC 시스템에 의해 생성되는 매우 작은 무소음 영역 내에서 동침자를 유지할 어떠한 실용적 방식도 존재하지 않는다. 따라서, 이 시스템의 효율성은 낮고 그 실제 유용성도 마찬가지이다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 능동적 음향 감소 시스템 및 방법의 효율성을 개선시키는 것이다. 더욱 정확하게 말하면, 본 발명의 한 가지 목적은 코고는 사람에 의해 방출되는 음향의 최적의 감쇠가 이루어지는 무소음 영역의 크기를 확장시키는 능동적 음향 감소를 위한 시스템 및 방법을 제공하는 데에 있다.

이러한 목적은 청구항 1의 특징들을 포함하는 능동적 음향 감소 시스템 및 청구항 9의 특징들을 포함하는 능동적 음향 감소 방법에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 능동적 음향 감소 시스템은 감쇠 음향을 생성하기 위한 보조 음원으로서 적어도 하나의 스피커와, 주 음원으로부터의 음향을 수신하기 위한 기준 마이크로폰과 스피커에 할당된 적어도 하나의 에러 마이크로폰을 포함한다. 하나의 스피커와 하나의 에러 마이크로폰은 쌍을 형성하며, 이 쌍은 이하의 설명에서 스피커-마이크로폰 쌍이라 지칭된다. 스피커가 최대 감쇠를 위해 주 음원에 의해 방출되는 음향과 중첩되는 감쇠 음향을 생성하게 제어될 수 있도록 적어도 하나의 에러 마이크로폰에 의해 출력된 에러 신호와 기준 마이크로폰에 의해 출력된 기준 신호로부터 제어 신호를 계산하도록 스피커를 제어하기 위한 제어 유닛이 제공된다.

에러 마이크로폰은 강한 지향성을 갖는, 즉, 주로 하나의 결정된 방향으로부터 음향을 수신하는 지향성 마이크로폰으로서 제공된다. 이 방향으로, 스피커/마이크로폰 쌍을 형성하도록 마이크로폰에 할당되어 있는 스피커가 배열된다. 달리 말하면, 하나의 스피커/마이크로폰 쌍의 에러 마이크로폰과 스피커는 지향성 에러 마이크로폰이 그 할당된 스피커를 지향하도록 배열된다.

또한, 적어도 하나의 스피커/마이크로폰 쌍의 에러 마이크로폰과 스피커 및 주 음원은 실질적으로 동일선상에 배열된다.

이 배열에 의해, 상술된 무소음 영역은 가능한 크게 생성될 수 있고, 주 음원으로서 작용하는 코고는 사람의 동침자가 무소음 영역을 쉽게 벗어나는 것을 방지한다. 이 조치에 의해, 능동적 소음 감소는 더욱 효율적 방식으로 수행될 수 있다.

무소음 영역의 확장은 주 음원, 스피커 및 에러 마이크로폰의 동일선상 배열에서, 동참자가 임의의 방향으로 이동할 때 주 음원과 보조 음원(즉, 스피커)의 원하는 위상 대립이 쉽게 소실되지 않는다는 발견에 기초한다. 종래의 능동적 소음 제어 시스템들에서 일반적으로 그러한 바와 같이 일 지점에서의 감쇠를 최적화하는 대신, 주 음원과 보조 음원의 이상적 위상 대립에 의해 최적의 노이즈 소거가 이루어지는 지점 주변의 더 넓은 영역에서 능동적 파두(wavefront) 소거가 이루어진다. 이 배열은 에러 마이크로폰과 주 음원 사이의 거리에 비해 주 음원 가까이에 보조 음원을 배치함으로써 더욱 최적화될 수 있다.

에러 마이크로폰들로서 지향성 마이크로폰들을 사용하는 것은 다양한 스피커/마이크로폰 쌍들을 위한 다양한 방향들을 구별하는 것을 도우며, 이는 전형적 환경 조건들하에서 소거 결과들을 최적화하는 것을 돕는다. 침실 상황에서, 무한한 양의 방향들로부터 진입하는 무한한 양의 파두들이 존재한다. 따라서, 보조 음원들의 수가 더 많으면 본 발명에 따른 시스템을 향상시키게 된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따라서, 주 음원은 주 음원과 실질적 동일선상에 배열된 스피커/마이크로폰 쌍의 스피커와 에러 마이크로폰 사이에 위치된다.

이 배열에서, 주 음원으로부터의 파두들은 각 스피커에 의한 파두들보다 빠르게 에러 마이크로폰에 도달한다. 따라서, 주 음원에 의한 음향은 가능한 양호하게 예측되어야 한다. 이 예측은 선형적 예측으로서 수행될 수 있으며, 그 이유는 통상적 코골이 음향이 특정 시간 윈도우들에서 반복되는 주기적 부분들을 가지며, 예측이 가능하기 때문이다.

다른 양호한 실시예에 따라서, 본 발명에 따른 능동적 음향 감소 시스템은 주 음원이 위치되는 영역 내에서 함께 그룹화된 다수의 에러 마이크로폰들을 포함하며, 상기 에러 마이크로폰들과 함께 스피커/마이크로폰 쌍들을 형성하도록 상기 영역 둘레에 배열되는 다수의 스피커들을 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 영역은 침대의 눕는 면에 의해 구현되며, 에러 마이크로폰들은 상기 눕는 면 상에 또는 위에 그룹화되고, 그 대응 스피커들은 침대의 에지 부분들에 배열된다.

양호한 실시예에서, 시스템은 침대의 네 개의 서로 다른 측부들에 배열된 네 개의 스피커와 네 개의 에러 마이크로폰들을 포함한다.

다른 양호한 실시예에 따라서, 에러 마이크로폰들은 베개에 통합된다.

다른 양호한 실시예는 주 음원에 의해 방출되는 음향을 차폐하기 위한 추가적 차폐 음향을 제공하기 위한 적어도 하나의 음원을 포함한다.

추가적 차폐 음향을 생성하기 위한 이 음원은 스피커/마이크로폰 쌍들의 스피커들 중 하나에 의해 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 시스템의 제어기 유닛은 바람직하게는 출력 기준 신호의 예측가능한 부분을 식별하고 예측가능한 부분에 대응하는 제어 신호를 생성하도록 제공된다.

주 음원에 의해 방출되는 음향을 감쇠하기 위한, 특히, 인간에 의해 방출되는 코골이 음향들을 감쇠하기 위한 본 발명에 따른 능동적 음향 감소 방법은 주 음원에 의해 방출되는 음향과 중첩되는 감쇠 음향을 생성하기 위해 보조 음원으로서 적어도 하나의 스피커를 제공하는 단계와, 스피커/마이크로폰 쌍을 형성하도록 각 스피커에 적어도 하나의 에러 마이크로폰을 할당하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 에러 마이크로폰은 스피커와 주 음원으로부터의 음향들의 중첩으로부터 초래되는 잔류 음향을 수신하기 위해 그 할당된 스피커에 지향된 지향성 스피커로서 제공되는, 적어도 하나의 에러 마이크로폰을 할당하는 단계와, 적어도 하나의 스피커/마이크로폰 쌍의 적어도 하나의 에러 마이크로폰 및 스피커를 상기 주 음원과 실질적으로 동일 선상에 배열하는 단계와, 기준 음향에 대응하는 출력 기준 신호로부터, 그리고, 잔류 음향에 대응하는 출력 에러 신호로부터 제어 신호를 계산하는 단계와, 제어 신호에 의해 스피커를 제어하는 단계를 포함한다.

이 방법의 양호한 실시예는 주 음원과 실질적으로 동일선상에 배열된 스피커/마이크로폰 쌍의 스피커와 에러 마이크로폰 사이에 주 음원을 배열하는 단계를 포함한다.

다른 양호한 실시예는 주 음원이 배치되는 영역 내에서 다수의 에러 마이크로폰들을 그룹화하는 단계와, 상기 영역 주변에 상기 에러 마이크로폰들에 할당된 스피커들을 배열하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 능동적 음향 감소 방법은 침대의 눕는 면 상에 또는 위에 다수의 에러 마이크로폰들을 그룹화하는 단계와, 침대의 에지 부분들에 스피커들을 배열하는 단계를 포함한다.

바람직하게는 이 방법은 침대의 눕는 면 상에 또는 위에 네 개의 에러 마이크로폰들을 배열하는 단계와, 침대의 네 개의 서로 다른 측부들에 네 개의 스피커들을 배열하는 단계를 포함한다.

본 방법의 양호한 실시예에 따라서, 출력 기준 신호의 예측가능한 부분이 식별되고, 이 예측가능한 부분에 대응하는 제어 신호가 생성된다. 이 예측가능한 부분은 코골이 음향의 주기적 부분에 의해 대표될 수 있다.

이 방법의 다른 양호한 실시예는 주 음원에 의해 방출된 음향을 차폐하기 위한 추가적 차폐 음향을 생성하는 단계를 포함한다.

이하에 제공된 상세한 설명으로부터 본 발명의 다른 양태들 및 이득을 명백히 알 수 있을 것이다. 본 발명의 예시적 실시예를 통한 이 상세한 설명 및 특정 예들은 단지 예시의 목적을 가지며, 본 발명의 범주를 제한하는 것은 아니라는 것을 이해하여야 한다.

첨부 도면을 참조하는 하기의 설명으로부터 본 발명의 상술한 특징들, 양태들 및 장점들을 더 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 능동적 음향 감소 시스템의 제1 실시예의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 능동적 음향 감소 시스템의 제2 실시예를 도시하는 도 1에 따른 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 능동적 음향 감소 시스템을 위한 신호 흐름을 도시하는 도면이다.

도 1에서, 주 음원으로서 인간(12)에 의해 방출되는 코골이 음향을 감쇠하기 위한, 전체가 참조 번호 10으로 표시되어 있는 능동적 음향 감소 시스템이 도시되어 있다. 시스템(10)은 실질적 직사각형인 매트리스 같은 눕는 면을 갖는 침대(14)를 포함한다. 도 1에서, 눕는 면(16)은 위로부터의 시점에서 도시되어 있으며, 주 음원을 나타내는 인간(12)은 침대(14)의 우측 상에 누워있다. 침대(14)의 좌측 측부 상에는 제2 인간(18)이 제1 인간(12)에 인접하게 누워 있다. 제1 인간(12)은 모든 방향들로 제1 인간(12)의 머리(20)로부터 방출되는 코골이 음향을 생성하는 것으로 가정된다. 능동적 음향 감소 시스템(10)은 제2 인간(18)의 머리(22)의 귀의 위치에서 제1 인간(12)으로부터 방출되는 음향들을 가능한 많이 감쇠하여 제2 인간(18)의 머리(22)가 위치되어 있는 영역에 무소음 영역을 생성하도록 기능한다.

능동적 음향 감소 시스템(10)은 눕는 면(16)의 에지에서 침대(14)의 우측 측부 상에 배열된 스피커(24)를 더 포함한다. 이 스피커(24)는 눕는 면(16)을 향해, 즉, 침대(14) 상에 누워 있는 두 명의 인간(12, 18)을 향해 지향되어 있다. 기준 마이크로폰(28)은 제1 인간의 머리(20) 부근에, 특히, 입 부근에 위치되어 주 음원으로부터 코골이 음향들을 수신한다. 기준 마이크로폰(28)은 개략적으로 도시되어 있는 제어 유닛(32)에 연결되어 있고, 상기 제어 유닛(32)은 기준 마이크로폰(28)에 의해 수신된 음향을 나타내는 기준 마이크로폰(28)에 의한 출력 기준 신호를 수신하도록 제공되어 있다.

제2 마이크로폰(34)은 제2 인간(18)의 귀 부근의 위치에 배열되고, 상기 제2 마이크로폰(34)은 보조 음원으로서의 스피커(24)와 주 음원(12)에 의해 방출되는 음향들의 중첩으로부터 초래되는 잔류 음향을 수신하기 위한 에러 마이크로폰이다. 기준 마이크로폰(28)과 유사하게, 에러 마이크로폰(34)은 에러 마이크로폰(34)에 의해 수신된 잔류 음향을 나타내는 출력 에러 신호를 제어 유닛(32)에 전송하기 위해 적절한 배선에 의해 제어 유닛(32)에 연결되어 있다. 제어 유닛(32)은 스피커(24)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성하고, 상기 제어 신호는 배선을 거쳐 스피커(24)에 전송된다. 스피커(24)를 제어하기 위한 이 제어 신호는 기준 마이크로폰(28)으로부터의 출력 기준 신호와, 에러 마이크로폰(34)으로부터 수신된 출력 에러 신호로부터 계산된다.

달리 말하면, 보조 음원으로서의 스피커를 위한 제어 신호는 두 개의 입력들, 즉, 기준 마이크로폰(28)에 의해 요구되는 기준 신호와, 에러 마이크로폰(34)에 의해 요구되는 잔류 신호에 기초하여 계산된다. 기준 신호는 주 음원으로서의 제1 인간(12)에 의해 방출되는 음향, 즉, 코골이의 정확한 기록이어야 하기 때문에, 기준 마이크로폰(28)은 인간(12)의 머리(20)에 근접하게 배치되어야 한다. 다른 한편, 에러 마이크로폰(34)은 제2 인간(18)의 귀에 가능한 근접하게 배치되어야 한다. 스피커(24)를 위한 제어 신호는 잔류 신호가 최소화되는 방식으로 계산되며, 잔류 신호가 최소화된다는 것은 "무소음 상태"가 달성된다는 것을 의미하고, 주 및 보조 음원의 음향들이 에러 마이크로폰(34)의 위치에서 서로 소거되게 된다.

에러 마이크로폰(34) 및 제2 인간(18)의 머리(22)가 위치된 영역에서 무소음 영역을 생성하기 위해, 에러 마이크로폰(34), 스피커(24) 및 주 음원, 즉, 제1 인간(12)은 도 1에 참조 번호 40으로 표시된 라인 상에서 동일선상에 배열된다. 에러 마이크로폰(34)은 스피커(24)를 지향하는 지향성 마이크로폰으로서 제공되고, 그래서, 스피커(24)의 방향으로부터 도입되는 음향이 에러 마이크로폰(34)에 의해 수신된다. 지향성 에러 마이크로폰(34) 및 스피커(24)는 스피커/마이크로폰 쌍(42)을 형성하고, 이 쌍(42)은 두 구성요소들은 주 음원이 동일선상에 있는 형태로 위치되어 있는 라인(40) 상에 배열된다.

에러 마이크로폰(34), 주 음원(12) 및 대응하는 할당된 스피커(24)의 이러한 동일선상 배열은 에러 마이크로폰(34)이 위치되는 무소음 영역의 크기를 최적화하는 것으로 판명되었다. 이는 보조 음원으로서의 스피커(24)와 주 음원(12)에 의해 방출되는, 에러 마이크로폰(34)의 위치에 도달하는 파두들이 더 넓은 영역에 걸쳐 쉽게 소거될 수 있기 때문이다. 주 및 보조 음원들(12, 24)에 의한 파두들 사이의 바람직한 위상 대립이 더 넓은 영역에 걸쳐 유지된다. 예로서, 제2 인간(18)은 바람직한 위상 대립이 유지되도록 파두들을 따라 이동할 수 있다. 주 음원(12)이 하나의 스피커/마이크로폰 쌍(42)의 스피커(24)와 에러 마이크로폰(34) 사이에 위치되어 있는 도 1에 따른 제1 실시예에 예시된 경우에서, 무소음 영역은 위상 일치 원추의 형태를 갖는다. 주 음원에 가능한 근접하게 보조 음원을 유지함으로써 최상의 결과들이 달성된다.

본 내용에서, 정확한 동일선상 배열이 최상의 결과를 도출하며, 그 이유는 이 경우에 무소음 영역이 최적화되기 때문이라는 것을 주의하여야 한다. 그러나, 충분히 큰 무소음 영역을 달성하는 데에는 동일선상 배열로부터의 작은 편차들이 여전히 수용가능할 수 있다.

도 1의 능동적 음향 감소 시스템(10)의 제1 실시예는 주 음원(12)으로부터 직접적으로 방출되는 음향을 감쇠하는 데 매우 양호한 결과들을 달성한다. 그러나, 실제 침실 상황에서, 벽들 및 물체들 상에서의 반사들이 고려되어야 한다. 결과적 파두들은 제2 인간(18)의 위치에서 달성되는 소음 수준에 기여하며, 그래서, 도 1의 시스템(10)은 추가적 파두들을 보상하도록 추가로 개선될 수 있다. 이런 추가적 개선형은 도 2에 따른 시스템(50)으로 나타나 있으며, 이 시스템은 도 1에 도시된 스피커/마이크로폰 쌍(42)에 대응하는 추가적 스피커/마이크로폰 쌍들(52, 54, 56)을 포함한다. 전체적으로, 네 개의 스피커/마이크로폰 쌍들(42, 52, 54, 56)이 시스템(50)에 존재한다. 시스템(50)이 주로 도 1의 시스템(10)의 추가적 개선형을 나타내기 때문에, 동일한 부분들에 대해 설명 및 도면들 전반에 걸쳐 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 따라서, 스피커/마이크로폰 쌍(42)은 주 음원(12)과 동일선상에 배열된 스피커(24) 및 에러 마이크로폰(34)을 포함한다. 다른 에러 마이크로폰들(58, 60, 62)은 이들 마이크로폰들(58, 60, 62)에 할당된 각각의 스피커들(64, 66, 68)을 지향하는 지향성 마이크로폰들이다. 즉, 하나의 에러 마이크로폰(58)은 침대(14)의 머리 측부에 배열된 스피커(64)를 지향하고, 하나의 다른 에러 마이크로폰(60)은 스피커(24)가 위치되어 있는 측부에 대향한 침대(14)의 측부에서 다른 스피커(66)를 향해 제2 인간(18)의 방향으로 지향하고, 하나의 에러 마이크로폰(62)은 스피커(68)가 위치되어 있는 침대의 발 측부를 향해 지향된다.

스피커들(24, 64, 66, 68)이 침대(14)의 눕는 면(16)의 에지들에 배열되어 있지만, 대응하는 네 개의 에러 마이크로폰들은 서로 다른 방향을 지향하는 상태로 제2 인간(18)의 귀 부근에서 제1 인간(12)과 제2 인간(18) 사이의 작은 영역에서 함께 그룹화되어 있다. 네 개의 에러 마이크로폰들(34, 58, 60, 62)은 베개에 통합될 수 있다. 지향성 마이크로폰들(34, 58, 60, 62)의 강한 지향성은 감쇠되어야 하는 코골이 음향을 생성하는 다양한 파두들의 다양한 방향들을 구별할 수 있게 한다.

시스템(50)의 각 스피커(24, 64, 66, 68)는 그 스피커가 소거하여야 하는 파두들에만 기초하여 계산되는 그 자신의 제어 신호에 의해 제어된다. 이는 왜 에러 마이크로폰들(34, 58, 60, 62)이 그들이 측정하는 음향 강도에 대한 방향 정보를 취득하여야 하는지의 이유이다. 음향 측정의 원하는 방향성을 달성하기 위해 소위 1차 마이크로폰들(first order microphone)이 에러 마이크로폰들(34, 58, 60, 62)을 위해 사용될 수 있다.

도 1의 시스템(10)과 연계하여 설명한 바와 같이, 네 개의 에러 마이크로폰들(34, 58, 60, 62)의 출력 에러 신호들은 제어 유닛(32)에 전달되고, 기준 마이크로폰(28)으로부터의 출력 기준 신호도 마찬가지이다. 네 개의 에러 마이크로폰들(34, 58, 60, 62)의 신호 경로들은 서로 완전히 독립적이며, 그래서, 4개 채널 시스템이 생성된다. 도 3은 간단한 형태로 능동적 음향 감소 시스템(10, 50)을 위한 신호 흐름을 도시한다. 원론적으로, 1개 채널 시스템(10)을 위한 신호 흐름은 4개 채널 시스템(50)으로 일반화될 수 있으며, 그래서, 도 3의 견지에서 이하의 설명은 다소 단순화되어 있다.

도 3에서, 주 음원으로부터의 음향 신호(x(n))는 주 경로(P(z))(78)를 통해 하나의 에러 마이크로폰으로 전파되고, 여기서, 음파의 공압(air presssure)은 d(n)으로 표시되어 있다. 에러 측정치(e(n))과 완전한 기준 신호(x(n))에 기초하여, 알고리즘(참조 번호 80으로 개략적으로 표시됨)은 적응성 필터(W(z))(참조 번호 82)를 갱신한다. 본 실시예에서, 알고리즘은 소위 LMS 알고리즘(최소 평균 자승 알고리즘을 위한), 다른 적절한 유형의 알고리즘들이 사용될 수 있다. 필터(W(z))(82)는 신호(x(n))를 필터링하여 y'(n)으로 표시된 에러 마이크로폰에 도달하기 위해 보조 경로(S(z))를 횡단하는 제어 신호(y(n))를 도출하기 위해 사용된다. 보조 경로(S(z))는 제어 신호(y(n))와 에러 신호(e(n)) 사이의 경로이며, 보조 음원 전달 함수(증폭기 및 스피커), 보조 음원과 에러 마이크로폰 사이의 음향 경로, 에러 마이크로폰 전달 함수 및 아날로그 및 디지털 도메인들 사이의 모든 필요한 변환들을 포함한다.

또한, 신호(x(n))는 제어 유닛(32)(도 3에 파선으로 표시됨)에 입력되어 필터(W(z))(82)에 의해 필터링되고, LMS 알고리즘(80)을 위한 입력으로서 사용된다. S(z)가 일반적으로 알려져 있지 않다는 점을 고려하기 위해, 임펄스 응답(

)과 함께 추산치(

)가 사용되고, 그래서, 이상적 신호(x(n)) 대신 필터 신호(x'(n))만이 LMS 알고리즘(80)에 의해 사용된다.

다중 채널 상황에서, 도 3에 도시된 바와 같은 신호 흐름 원리는 다수의 K 보조 음원들 및 K 에러 마이크로폰들에 적용될 수 있다. 이들의 경우들에서, 실시간 계산이 어려울 수 있기 때문에, 스피커들을 위한 각각의 신호를 결정하기 위해 LMS 알고리즘(80)에서 단순화들이 이루어질 수 있다. 도 2에서, 제어 신호들은 원론적으로 도 1과 연계하여 도시된 바와 같이 대응 선들에 의해 제어 유닛(32)으로부터 스피커들(24, 64, 66, 68)로 전달되는 것으로 도시되어 있다.

상술한 바와 같은 시스템의 다양한 변형들이 이루어질 수 있다. 예로서, 주 음원의 음향을 차폐하기 위한 차폐 음향이 음원에 의해 생성될 수 있다. 이 음원은 스피커/마이크로폰 쌍들(42, 52, 54, 56)의 스피커들(24, 64, 66, 68) 중 적어도 하나에 의해 또는 추가적 음원들에 의해 생성될 수 있다. 다른 예에서, 시스템은 메모리에 저장될 수 있는 시스템 기능들의 이력을 기록하기 위한 기능들을 제공할 수 있으며, 그래서, 수면자 또는 수면자를 관리하는 의사가 추후 시점에서 코골이 거동에 대한 임의의 원하는 정보를 얻을 수 있다. 이 로그화 기능은 제어 유닛(32)에 의해 수행될 수 있다.

상술한 설명은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 첨부된 청구범위를 임의의 실시예 또는 실시예들의 그룹으로 제한하는 것으로서 간주되지 않아야 한다. 본 발명을 그 특정 예시적 실시예들을 참조로 상세히 설명하였지만, 청구범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 개념 및 범주로부터 벗어나지 않고 이에 대한 다양한 변경들 및 변형들이 이루어질 수 있다. 따라서, 명세서 및 도면들은 단지 예시적인 것으로 간주되어야 하며, 청구범위의 범주를 제한하는 것을 의도하지 않는다. 청구범위에서, 단어 "포함하는"은 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않으며, 부정 관사 "일"은 복수를 배제하지 않는다. 청구범위의 임의의 참조 부호들은 이러한 범주를 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 한다.

Claims

주 음원에 의해 방출되는 음향의 감쇠, 특히, 인간에 의해 방출되는 코골이 음향들의 감쇠를 위한 능동적 음향 감소 시스템(10, 50)에 있어서,
주 음원(12)과,
상기 주 음원(12)에 의해 방출되는 음향과 중첩되는 감쇠 음향을 생성하기 위한 보조 음원으로서의 적어도 하나의 스피커(24, 64, 66, 68)와,
상기 주 음원(12)으로부터의 음향을 수신하기 위한 기준 마이크로폰(28)과,
스피커/마이크로폰 쌍(42, 52, 54, 56)을 형성하도록 각 스피커(24, 64, 66, 68)에 할당되는 적어도 하나의 에러 마이크로폰(34, 58, 60, 62)으로서, 상기 적어도 하나의 에러 마이크로폰(34, 58, 60, 62)은 주 음원(12) 및 대응 스피커(24, 64, 66, 68)로부터의 음향들의 중첩으로부터 초래되는 잔류 음향을 수신하도록 그 할당된 스피커(24, 64, 66, 68)를 지향하는 지향성 마이크로폰으로서 제공되는, 상기 적어도 하나의 에러 마이크로폰(34, 58, 60, 62)과,
상기 적어도 하나의 스피커(24, 64, 66, 68)를 제어하기 위한 제어 유닛(32)을 포함하고,
적어도 하나의 스피커/마이크로폰 쌍(42, 52, 54, 56)의 상기 에러 마이크로폰(34, 58, 60, 62) 및 스피커(24, 64, 66, 68)와 상기 주 음원(12)은 실질적으로 동일선상에 배열되고,
상기 제어 유닛(32)은 상기 기준 마이크로폰(28)에 의해 수신된 음향을 나타내는 상기 기준 마이크로폰(28)의 출력 기준 신호와 상기 적어도 하나의 에러 마이크로폰(34, 58, 60, 62)에 의해 수신된 음향을 나타내는 상기 적어도 하나의 에러 마이크로폰(34, 58, 60, 62)의 출력 에러 신호를 수신하고, 상기 출력 기준 신호 및 상기 출력 에러 신호로부터 제어 신호를 계산하도록 제공되는 능동적 음향 감소 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 주 음원(12)은 상기 주 음원(12)과 실질적으로 동일선상에 배열된 상기 스피커/마이크로폰 쌍(42, 52, 54, 56)의 상기 에러 마이크로폰(34, 58, 60, 62)과 상기 스피커(24, 64, 66, 68) 사이에 위치되는 능동적 음향 감소 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 주 음원(12)이 위치되는 영역 내에서 함께 그룹화된 다수의 에러 마이크로폰들(34, 58, 60, 62)을 포함하고,
상기 에러 마이크로폰들(34, 58, 60, 62)과 함께 스피커/마이크로폰 쌍들(42, 52, 54, 56)을 형성하도록 상기 영역 둘레에 배열되어 있는 다수의 스피커들(24, 64, 66, 68)을 더 포함하는 능동적 음향 감소 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 영역은 침대(14)의 눕는 면(16)으로 구현되고, 상기 에러 마이크로폰들(34, 58, 60, 62)은 상기 눕는 면(16) 상에 또는 그 위에 그룹화되며, 그 대응 스피커들(24, 64, 66, 68)은 상기 침대(14)의 에지 부분들에 배열되는 능동적 음향 감소 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 침대(14)의 네 개의 다른 측부들에 배열된 네 개의 스피커들(24, 64, 66, 68) 및 네 개의 에러 마이크로폰들(34, 58, 60, 62)을 포함하는 능동적 음향 감소 시스템.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 에러 마이크로폰들(34, 58, 60, 62)은 베개에 통합되는 능동적 음향 감소 시스템.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주 음원(12)에 의해 방출된 음향을 차폐하기 위한 추가적 차폐 음향을 제공하기 위한 적어도 하나의 음원을 포함하는 능동적 음향 감소 시스템.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기 유닛(32)은 상기 출력 기준 신호의 예측가능한 부분을 식별하고, 상기 예측가능한 부분에 대응하는 제어 신호를 생성하도록 제공되는 능동적 음향 감소 시스템.
주 음원(12)에 의해 방출된 음향을 감쇠하기 위한 능동적 음향 감소 방법에 있어서,
상기 주 음원(12)에 의해 방출되는 음향과 중첩되는 감쇠 음향을 생성하기 위한 보조 음원으로서 적어도 하나의 스피커(24, 64, 66, 68)를 제공하는 단계와,
스피커/마이크로폰 쌍(42, 52, 54, 56)을 형성하도록 각 스피커(24, 64, 66, 68)에 적어도 하나의 에러 마이크로폰(34, 58, 60, 62)을 할당하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 에러 마이크로폰(34, 58, 60, 62)은 상기 스피커(24, 64, 66, 68)와 상기 주 음원(12)으로부터의 음향들의 중첩으로부터 초래되는 잔류 음향을 수신하기 위해 그 할당된 스피커(24, 64, 66, 68)를 지향하는 지향성 마이크로폰으로서 제공되는, 할당 단계와,
상기 적어도 하나의 스피커/마이크로폰 쌍(42, 52, 54, 56)의 상기 적어도 하나의 에러 마이크로폰(34, 58, 60, 62)과 상기 스피커(24, 64, 66, 68)를 상기 주 음원(12)과 실질적으로 동일선상에 배열하는 단계와,
기준 음향으로서, 상기 주 음원(12)으로부터의 음향을 수신하는 단계와,
상기 잔류 음향에 대응하는 출력 에러 신호로부터, 그리고, 상기 기준 음향에 대응하는 출력 기준 신호로부터 제어 신호를 산출하는 단계와,
상기 제어 신호에 의해 상기 스피커(24, 64, 66, 68)를 제어하는 단계를 포함하는 능동적 음향 감소 방법.
제 9 항에 있어서, 상기 주 음원(12)과 실질적으로 동일선상에 배열된 상기 스피커/마이크로폰 쌍(42, 52, 54, 56)의 상기 스피커(24, 64, 66, 68)와 상기 에러 마이크로폰(34, 58, 60, 62) 사이에 상기 주 음원(12)을 배열하는 단계를 포함하는 능동적 음향 감소 방법.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 주 음원(12)이 위치되는 영역 내에 다수의 에러 마이크로폰들(34, 58, 60, 62)을 그룹화하는 단계와,
상기 영역 둘레에 상기 에러 마이크로폰들(34, 58, 60, 62)에 할당된 상기 스피커들(24, 64, 66, 68)을 배열하는 단계를 포함하는 능동적 음향 감소 방법.
제 11 항에 있어서, 침대(14)의 눕는 면(16) 상에 또는 그 위에 다수의 에러 마이크로폰들(34, 58, 60, 62)을 그룹화하는 단계와, 상기 침대(14)의 에지 부분들에 상기 스피커들(24, 64, 66, 68)을 배열하는 단계를 포함하는 능동적 음향 감소 방법.
제 12 항에 있어서, 상기 침대(14)의 눕는 면(16) 상에 또는 그 위에 배열된 네 개의 에러 마이크로폰들(34, 58, 60, 62)과, 상기 침대(14)의 네 개의 다른 측부들에 배열된 네 개의 스피커들(24, 64, 66, 68)을 포함하는 능동적 음향 감소 방법.
제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 출력 기준 신호의 예측가능한 부분을 식별하고 상기 예측가능한 부분에 대응하는 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하는 능동적 음향 감소 방법.
제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주 음원(12)에 의해 방출된 상기 음향을 차폐하기 위한 추가적 차폐 음향을 생성하는 단계를 포함하는 능동적 음향 감소 방법.