KR20210042986A - 피나 근접 검출 - Google Patents

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KR20210042986A
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존 디. 헨드릭스
제프리 디. 앨더슨
비탈리 사포즈니코프
사이디 나피세 에르파니안
토마스 아이. 하비
로버트 루크
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Abstract

개인용 오디오 디바이스의 적어도 일부를 구현하기 위한 집적 회로는 변환기에 출력 신호를 제공하기 위한 출력부로서, 상기 출력 신호는 파일럿 신호를 포함하는, 상기 출력부, 상기 변환기의 출력을 나타내는 마이크로폰으로부터의 마이크로폰 신호를 수신하기 위한 마이크로폰 입력부, 및 프로세싱 회로를 포함할 수 있다. 상기 프로세싱 회로는 피나에 대한 상기 변환기의 근접과 관계없이 상기 파일럿 신호를 실질적으로 일정한 크기로 유지하기 위해 필요에 따라 상기 파일럿 신호에 조정을 적용하기 위해 파일럿 신호 제어를 실행하도록 구성될 수 있고, 상기 조정에 기초하여 상기 피나에 대한 상기 변환기의 근접을 결정하도록 구성된 근접 결정 블록을 구현하도록 구성될 수 있다.

Description

피나 근접 검출
본 개시는 일반적으로 음향 변환기(acoustic transducer)와 관련된 적응형 노이즈 제거에 관한 것으로, 특히 가청 아티팩트를 최소화하는 방식으로 적응형 노이즈 제거 시스템의 필터 계수를 재설정하는 것에 관한 것이다.
모바일/셀룰러 폰, 코드리스 폰, 및 mp3 플레이어와 같은 기타 소비자 오디오 디바이스와 같은 무선 전화들이 널리 사용되고 있다. 주변 음향 이벤트를 측정하기 위해 마이크로폰을 사용하여 노이즈 제거를 제공한 다음 주변 음향 이벤트를 제거하기 위해 디바이스의 출력에 안티-노이즈 신호를 삽입하는 신호 프로세싱을 사용함으로써 명료도와 관련하여 그러한 디바이스의 성능이 향상될 수 있다.
ANC(능동형 노이즈 제거) 시스템은 하나 이상의 마이크로폰들로 주변 노이즈을 관찰하고 디지털 필터들로 노이즈 신호를 처리함으로써 노이즈 억제를 달성하여 안티-노이즈 신호를 생성한 다음 스피커를 통해 플레이된다. 무선 전화 및 헤드폰과 같은 개인용 오디오 디바이스에 능동형 노이즈 제거 기능을 적용하는 것은, 명료도와 주변 노이즈으로부터의 분리와 관련하여 사용자의 청취 경험을 향상시키도록 의도된다. 개인용 오디오 디바이스 주변의 음향 환경은 존재하는 노이즈 소스와 디바이스 자체의 위치 또는 장착 상태에 따라서 변할 수 있으므로, 능동형 노이즈 제거 시스템은 그러한 환경 변화를 고려하도록 안티-노이즈에 적응하기 위해 적응형 필터들을 사용하여 구현될 수 있다.
많은 경우들에 있어, 사용자가 사용자의 귀(들)에서 헤드셋을 제거하는 때를 검출하는 것이 유용하다. 피나 근접 검출기(PPD: pinna proximity detector)는 그러한 이벤트를 검출할 수 있다. 피나 근접 검출은 많은 응용들과 용도들을 가질 수 있다. 예를 들어, 오디오 시스템은 스피커가 피나에 결합될 때 오디오를 재생하고 스피커가 피나에 결합되지 않을 때 오디오 재생을 일시 정지하도록 구성되어 사용자 경험을 향상시킬 수 있다. 다른 예로서, 오디오 시스템은 전력 소비를 줄이고 배터리 수명을 연장하기 위해 피나에 결합되지 않을 때 헤드셋의 전원을 끄도록 구성될 수 있다.
전통적으로, 피나 근접 검출은 단일 저주파수 톤(예를 들어, 20Hz)을 플레이하고 스피커와 사용자의 피나 사이의 헤드셋 상에 위치된 마이크로폰에서 이러한 톤의 진폭을 측정함으로써 수행되었다. 그러나, 이러한 접근 방식은 저주파수 노이즈가 시끄러운 주변 오디오 환경 내에 존재할 때 잘 작동하지 않고, 또한 그러한 접근 방식은 재생 오디오가 시끄러울 때 제대로 작동하지 않으며,또한 그러한 접근 방식은 적응형 ANC 시스템에서 잘 작동하지 않는다. 또한, 이러한 전통적인 솔루션은 저주파수 톤을 지속적으로 송신하기 위해 상당한 전력을 소비한다.
따라서, 모든 상이한 음향 시나리오들에 걸쳐 오프-이어(off-ear) 상황들을 신뢰 가능하게 검출하고 이를 ANC 헤드셋에서 수행하는 접근 방식이 필요하며, 이는 ANC 없는 헤드셋이 하지 못하는 피나 근접 검출에 대한 도전 관제들을 제시한다.
본 개시의 교시들에 따르면, 피나 근접 검출에 대한 기존 접근 방식과 연관된 특정 단점들과 문제점들이 감소되거나 제거될 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따르면, 개인용 오디오 디바이스의 적어도 일부를 구현하기 위한 집적 회로는 변환기(transducer)에 출력 신호를 제공하기 위한 출력부로서, 상기 출력 신호는 파일럿 신호를 포함하는, 상기 출력부, 상기 변환기의 출력을 나타내는 마이크로폰으로부터의 마이크로폰 신호를 수신하기 위한 마이크로폰 입력부, 및 프로세싱 회로를 포함할 수 있다. 상기 프로세싱 회로는 피나에 대한 상기 변환기의 근접과 관계없이 상기 파일럿 신호를 실질적으로 일정한 크기로 유지하기 위해 필요에 따라 상기 파일럿 신호에 조정을 적용하기 위해 파일럿 신호 제어를 실행하도록 구성될 수 있고, 상기 조정에 기초하여 상기 피나에 대한 상기 변환기의 근접을 결정하도록 구성된 근접 결정 블록을 구현하도록 구성될 수 있다.
본 개시의 이들 및 실시예들에 따라, 방법은 변환기에 출력 신호를 제공하는 단계로서, 상기 출력 신호는 파일럿 신호를 포함하는, 상기 출력 신호를 제공하는 단계, 상기 변환기의 출력을 나타내는 마이크로폰으로부터의 마이크로폰 신호를 수신하는 단계, 피나에 대한 상기 변환기의 근접과 관계없이 상기 파일럿 신호를 실질적으로 일정한 크기로 유지하기 위해 필요에 따라 상기 파일럿 신호에 조정을 적용하는 단계, 상기 조정에 기초하여 상기 피나에 대한 상기 변환기의 근접을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시 내용의 기술적 장점들은 본 명세서에 포함된 도면, 상세한 설명 및 청구 범위로부터 당업자에게 쉽게 명백하게 될 것이다. 상기 실시예들의 목적들 및 이점들은 적어도 청구 범위에서 특별 지적된 요소들, 특징들 및 조합들에 의해 실현되고 달성될 것이다.
앞서 말한 일반적인 설명과 다음의 상세한 설명은 양쪽 모두는 예들이고 설명적인 것이며 본 개시에서 제시되는 청구범위를 제한하지 않는다는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 실시예들과 그 이점들에 대한 더욱 완전한 이해는 수반된 도면들과 관련하여 취해진 다음의 설명을 참조함으로써 얻어 질 수 있으며, 여기에서 유사한 참조 번호들은 유사한 특징들을 나타낸다:
도 1a는 본 개시의 실시예들에 따른 예시적인 무선 모받일 폰의 예시이다.
도 1b는 본 개시의 실시예들에 따라 헤드폰 어셈블리가 결합된 예시적인 무선 모바일 폰의 예시이다.
도 2는 본 개시의 실시예들에 따라 도 1a에 도시된 무선 모바일 폰 내의 선택된 회로들의 블록도이다.
도 3은 본 개시의 실시예들에 따라 도 2의 코더-디코더 집적 회로의 적응형 노이즈 제거 회로 및 피나 근접 검출 회로 내의 선택된 신호 프로세싱 회로들 및 기능 블록들을 포함하는 시스템의 블록도이다.
도 4는 본 개시의 실시예들에 따라 파일럿 레벨 조정 블록의 선택된 기능 구성 요소들을 보여주는 추가 세부 사항을 갖는 도 3의 시스템의 블록도이다.
도 5는 본 개시의 실시예들에 따라 피나 근접 결정 블록이 귀의 피나에 대한 스피커의 근접을 결정하기 위해 이득 신호를 사용할 수 있는 방법을 예시하는 예시적인 파형들의 그래프를 도시한다.
도 6은 본 개시의 실시예들에 따라 감지된 파일럿 신호를 분리시키기 위한 대역 통과 필터를 더 포함하는 도 4의 시스템의 블록도이다.
도 7은 본 개시의 실시예들에 따라 에러 마이크로폰 신호(err)의 대역폭 필터링 없이 그리고 대역 통과 필터링을 사용하여 파일럿 신호 파일럿의 주파수 범위 가까운 소스 오디오 신호의 존재 하에 피나 근접 결정 블록의 동작을 예시하는 예시적인 파형들의 그래프들을 도시한다.
도 8은 본 개시의 실시예들에 따라 온-이어(on-ear) 및 오프-이어(off-ear) 이벤트들의 지연된 검출을 갖는 피나 근접 결정 블록의 동작을 예시하는 예시적인 파형들의 그래프들을 도시한다.
도 9는 본 개시의 실시예들에 따른 PID 컨트롤러의 선택된 구성 요소들의 블록도이다.
도 10은 본 개시의 실시예들에 따라 PID 컨트롤러 내의 클램핑의 존재 하에 피나 근접 결정 블록의 동작을 예시하는 예시적인 파형들의 그래프들을 도시한다.
도 11은 본 개시의 실시예들에 따라 시스템의 선택된 구성 요소들 및 시스템 내에 존재하는 다양한 제어 루프들을 도시하는 도 6의 시스템의 블록도이다.
도 12는 본 개시의 실시예들에 따라 적응형 노이즈 제거 회로 내에 노치 필터들을 더 포함하는 도 6의 시스템의 블록도이다.
도 13은 본 개시의 실시예들에 따라 주변 노이즈 추정기 및 파일럿 기준 계산기를 더 포함하는 도 12의 시스템의 블록도이다.
도 14는 본 개시의 실시예들에 따라 주변 노이즈의 함수로서 기준 파일럿 신호의 계산을 예시하는 예시적인 파형의 그래프를 도시한다.
도 15는 본 개시의 실시예들에 따라 기준 파일럿 신호의 함수로서 근접 검출 임계값들의 계산을 예시하는 예시적인 파형들의 그래프를 도시한다.
도 16은 본 개시의 실시예들에 따라 피드백 노이즈 방지 이득을 제어하기 위한 프로그래밍 가능한 이득 요소를 더 포함하는 도 6의 시스템의 블록도이다.
도 17a 및 도 17b는 각각 본 개시의 실시예들에 따라 피드백 안티-노이즈 이득의 함수로서 근접 검출 임계값들의 계산을 예시하는 예시적인 파형들의 그래프를 도시한다.
도 18은 본 개시의 실시예들에 따라 듀티 사이클링 피나 근접 검출을 위한 회로를 더 포함하는 도 3의 시스템의 블록도이다.
도 19는 본 개시의 실시예들에 따라 순방향 수동 폐색에 기초한 피나 근접 검출을 위한 회로를 더 포함하는 도 18의 시스템의 블록도이다.
도 20은 본 개시의 실시예들에 따라 순방향 수동 폐색에 기초한 피나 근접 검출을 위한 회로 대신에 추가된 역 수동 폐색에 기초한 피나 근접 검출을 위한 회로를 갖는 도 19의 시스템의 블록도이다.
도 21은 본 개시의 실시예들에 따라 순방향 수동 폐색에 기초한 피나 근접 검출을 위한 회로 대신에 추가된 능동 노이즈 제거 효과에 기초한 피나 근접 검출을 위한 회로를 갖는 도 19의 시스템의 블록도이다.
도 22는 본 개시의 실시예들에 따라 시스템 동작 파라미터들에 따라 피나 근접 검출 기술들을 선택하고 결합하기 위한 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 23은 본 개시의 실시예들에 따라 도 2의 코더-디코더 집적 회로의 적응형 노이즈 제거 회로 및 피나 근접 검출 회로 내의 선택된 신호 프로세싱 회로들 및 기능 블록들을 포함하는 전술한 도면들의 시스템들에 대한 대안적인 시스템의 블록도이다.
도 24는 본 개시의 실시예들에 따라 적응형 이득 제어 요소들이 없는 도 24의 시스템과 유사한 시스템의 블록도이다.
도 25는 본 개시의 실시예들에 따른 예시적인 주변 노이즈 추정기의 블록도이다.
본 개시는 무선 전화기와 같은 개인용 오디오 디바이스에서 구현될 수 있는 노이즈 제거 기술들 및 회로들을 포함한다. 개인용 오디오 디바이스는 주변 음향 환경(ambient acoustic environment)을 측정하고, 주변 음향 이벤트들(ambient acoustic events)을 제거하기 위해 스피커(또는 다른 변환기) 출력에 주입되는 신호를 생성할 수 있는 ANC 회로를 포함한다. 주변 음향 환경을 측정하기 위해 기준 마이크로폰이 제공될 수 있으며, 주변 오디오 사운드를 제거하기 위해 안티-노이즈 신호의 적응을 제어하고 변환기를 통해 프로세싱 회로의 출력부로부터 전기-음향 경로(electro-acoustic path)를 수정하기 위해 에러 마이크로폰이 포함될 수 있다.
이제 도 1a를 참조하면, 본 개시의 실시예에 따라 예시된 개인용 오디오 디바이스(10)가 인간의 귀(5)에 근접하여 도시된다. 개인용 오디오 디바이스(10)는 본 개시 내용의 실시예들에 따른 기술들이 이용될 수 있는 디바이스의 예이지만, 도시된 개인용 오디오 장치(10)에서 또는 후속하는 설명에서 기재된 회로들 내에서 나타낸 모든 요소들 또는 구성들이 본 청구범위에서 인용된 특징들을 실시하기 위해 요구되는 것은 아니다라는 것을 이해해야 한다. 개인용 오디오 디바이스(10)는, 균형있는 대화의 지각 작용을 제공하도록 착신음, 저장된 오디오 프로그램 재료, 근단 음성(near-end speech)(즉, 개인용 오디오 디바이스(10)의 사용자의 음성)의 주입과 같은 다른 로컬 오디오 이벤트들과 함께 개인용 오디오 장치(10)에 의해 수신된 원거리 음성(distant speech)을 재생하고, 저 배터리 표시 및 기타 시스템 이벤트 알림과 같은 오디오 표시들 및 개인용 오디오 디바이스(10)에 의해 수신된 웹페이지 또는 다른 네트워크 통신으로부터의 소스와 같이 개인용 오디오 디바이스(10)에 의해 재생을 필요로 하는 다른 오디오를 재생하는 스피커(SPKR)와 같은 변환기(transducer)를 포함할 수 있다. 근거리 음성 마이크로폰(near-speech microphone)(NS)은 개인용 오디오 디바이스(10)로부터 다른 대화 참가자(들)로 전송되는 근단 음성(near-end speech)을 캡처하기 위해 제공될 수 있다.
개인용 오디오 디바이스(10)는 ANC 회로들 및 스피커(SPKR)에 의해 재생되는 원거리 음성 및 다른 오디오의 명료성을 향상시키기 위해 안티-노이즈 신호를 스피커(SPKR)에 주입하는 특징들을 포함할 수 있다. 주변 음향 환경을 측정하기 위해 기준 마이크로폰(R)이 제공될 수 있으며, 이는 사용자의 입의 일반적인 위치로부터 멀리 위치되어 기준 마이크로폰(R)에 의해 생성되는 신호에서 근단 음성이 최소화될 수 있다. 또 다른 마이크로폰인, 에러 마이크로폰(E)은 개인용 오디오 디바이스(10)가 귀(5)에 가까이 근접할 때 귀(5)에 가까운 스피커(SPKR)에 의해 재생되는 오디오와 결합된 주변 오디오의 측정치를 제공함으로써 ANC 작동을 더욱 개선하기 위해 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 추가의 기준 및/또는 에러 마이크로폰들이 사용될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, ANC 시스템은 에러 마이크로폰(E)을 포함할 수 있지만, 기준 마이크로폰(R)을 포함하지 않는다.
개인용 오디오 디바이스(10) 내의 회로(14)는 기준 마이크로폰(R), 근거리 음성 마이크로폰(NS), 및 에러 마이크로폰(E)로부터 신호들을 수신하고, 무선 전화 송수신기를 갖는 무선 주파수(RF) 집적 회로(12)와 같은 다른 집적 회로들과 인터페이스하는 오디오 코덱 집적 회로(CODEC IC)(20)를 포함할 수 있다. 본 개시의 일부 실시예들에서, 본 명세서에 개시된 회로들 및 기술들은 MP3 플레이어-온-어-칩 집적 회로와 같은 개인용 오디오 디바이스의 전체를 구현하기 위한 다른 기능 및 제어 회로를 포함하는 단일 집적 회로에 통합될 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 본 명세서에 개시된 회로들 및 기술들은 컴퓨터 판독 가능 매체에 포함되고 컨트롤러 또는 다른 프로세싱 디바이스에 의해 실행 가능한 소프트웨어 및/또는 펌웨어로 부분적으로 또는 전체적으로 구현될 수 있다.
일반적으로, 본 개시의 ANC 기술들은 (기준 마이크로폰(R)이 존재하는 실시예들에서) 기준 마이크로폰(R)에 영향을 주는 (스피커(SPKR)의 출력 및/또는 근단 음성에 반대되는) 주변 음향 이벤트들을 측정할 수 있고, 에러 마이크로폰(E)에 영향을 주는 동일한 주변 음향 이벤트들을 측정함으로써 개인용 오디오 디바이스(10)의 ANC 프로세싱 회로들은 에러 마이크로폰(E)에서 주변 음향 이벤트들의 진폭을 최소화하는 특성을 갖도록 기준 마이크로폰(R)의 출력으로부터 생성된 안티-노이즈 신호를 적응시킬 수 있다. 음향 경로 P(z)가 기준 마이크로폰(R)으로부터 에러 마이크로폰(E)으로 확장되기 때문에 ANC 회로들은 전기-음향 경로 S(z)의 효과들을 제거하면서 음향 경로 P(z)를 효과적으로 추정할 수 있으며, 여기서 전기-음향 경로의 효과들은 코덱 IC(20)의 오디오 출력 회로들의 응답과, 개인용 오디오 디바이스(10)가 귀(5)에 단단히 눌려있지 않은 경우 개인용 오디오 디바이스(10)에 근접할 수 있는 인간의 머리 구조와 다른 물체들 및 귀(5)의 구조와 근접에 의해 영향을 받을 수 있는 특정 음향 환경에서의 스피커(SPKR)와 에러 마이크로폰(E) 간의 결합을 포함하는 스피커(SPKR)의 음향/전기 전달 함수를 나타낸다. 예시된 개인용 오디오 디바이스(10)가 제 3 근거리 음성 마이크로폰(NS)을 갖는 2-마이크로폰 ANC 시스템을 포함하지만, 본 개시의 일부 양태들은 별도의 에러 및 기준 마이크로폰을 포함하지 않는 시스템 또는 기준 마이크로폰(R)의 기능을 수행하기 위해 근거리 음성 마이크로폰 NS를 사용하는 무선 전화기에서 실행될 수 있다. 또한, 오디오 재생 전용으로 설계된 개인용 오디오 디바이스들에서 근거리 음성 마이크로폰(NS)은 일반적으로 포함되지 않으며, 아래에서 더 상세히 설명되는 회로들에서의 근거리 음성 신호 경로들은 마이크로폰에 대한 입력을 위해 제공되는 옵션들을 제한하는 것 외에 본 개시의 범위를 변경하지 않고 생략될 수 있다.
이제 도 1b를 참조하면, 개인용 오디오 디바이스(10)가 도시되며 오디오 포트(15)를 통해 헤드폰 어셈블리(13)가 개인용 오디오 디바이스에 결합된다. 오디오 포트(15)는 RF 집적 회로(12) 및/또는 코덱 IC(20)에 통신 가능하게 결합될 수 있고, 그에 따라 헤드폰 어셈블리(13)의 구성 요소들과 RF 집적 회로(12) 및/또는 코덱 IC(20) 중 하나 이상 사이의 통신을 허용한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 헤드폰 어셈블리(13)는 콤박스(combox)(16), 좌측 헤드폰(18A) 및 우측 헤드폰(18B)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 헤드폰 어셈블리(13)는 무선 헤드폰 어셈블리를 포함할 수 있으며, 이 경우 코덱 IC(20)의 전부 또는 일부가 헤드폰 어셈블리(13)에 존재할 수 있고, 헤드폰 어셈블리(13)는 헤드폰 어셈블리(13)와 개인용 오디오 디바이스(10) 사이의 통신을 위해 무선 통신 인터페이스(예를 들어, BLUETOOTH)를 포함할 수 있다.
본 개시에서 사용된 바와 같이, "헤드폰"이라는 용어는 청취자의 외이도(listener's ear canal)에 근접한 위치에 기계적으로 고정되도록 의도된 임의의 라우드스피커 및 그와 관련된 구조를 광범위하게 포함하며, 제한 없이 이어폰, 이어버드, 및 다른 유사한 디바이스들을 포함한다. 보다 구체적인 예들로서, "헤드폰"은 인트라-콘차(intra-concha) 이어폰, 수프라-콘차(supra-concha) 이어폰, 및 수프라-어럴(supra-aural) 이어폰을 지칭할 수 있다.
콤박스(16) 또는 헤드폰 어셈블리(13)의 다른 부분은 개인용 오디오 디바이스(10)의 근거리 음성 마이크로폰(NS)에 추가하여 또는 대신하여 근단 음성을 캡처하기 위해 근거리 음성 마이크로폰(NS)을 가질 수 있다. 또한, 각각의 헤드폰(18A, 18B)은, 균형있는 대화의 지각 작용을 제공하도록 착신음, 저장된 오디오 프로그램 재료, 근단 음성(즉, 개인용 오디오 디바이스(10)의 사용자의 음성)의 주입과 같은 다른 로컬 오디오 이벤트들과 함께 개인용 오디오 장치(10)에 의해 수신된 원거리 음성을 재생하고, 저 배터리 표시 및 기타 시스템 이벤트 알림과 같은 오디오 표시들 및 개인용 오디오 디바이스(10)에 의해 수신된 웹페이지 또는 다른 네트워크 통신으로부터의 소스들과 같이 개인용 오디오 디바이스(10)에 의해 재생을 필요로 하는 다른 오디오를 재생하는 스피커(SPKR)와 같은 변환기를 포함할 수 있다. 각 헤드폰(18A, 18B)은 주변 음향 환경을 측정하기 위한 기준 마이크로폰(R) 및 그러한 헤드폰(18A, 18B)이 청취자의 귀에 결합될 때 청취자의 귀에 가까운 스피커(SPKR)에 의해 재생되는 오디오와 결합된 주변 오디오를 측정하기 위한 에러 마이크로폰(E)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 코덱 IC(20)는 각 헤드폰 및 근거리 음성 마이크로폰(NS)의 기준 마이크로폰(R) 및 에러 마이크로폰(E)으로부터 신호들을 수신할 수 있고, 여기에 설명된 바와 같이 각 헤드폰에 대해 적응형 노이즈 제거를 수행할 수 있다. 다른 실시예들에서, 코덱 IC 또는 다른 회로가 헤드폰 어셈블리(13) 내에 존재할 수 있고, 기준 마이크로폰(R), 근거리 음성 마이크로폰(NS), 및 에러 마이크로폰(E)에 통신 가능하게 결합될 수 있고, 여기에 설명된 바와 같이 적응형 노이즈 제거를 수행하도록 구성될 수 있다. 도 1a에서와 같이, 일부 실시예들에서, 도 1b에 도시된 구성은 에러 마이크로폰들(E)을 포함할 수 있지만, 기준 마이크로폰들(R)을 포함하지 않을 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 개인용 오디오 디바이스(10) 내의 선택된 회로들이 블록도로 도시되어 있으며, 하나 이상의 헤드폰들 또는 이어버드들과 같이 다른 실시예들에서는 전체적으로 또는 부분적으로 다른 위치들에 배치될 수 있다. 기준 마이크로폰(R)이 존재하는 실시예들에서, 코덱 IC(20)는 마이크로폰(R)으로부터 기준 마이크로폰 신호를 수신하고 기준 마이크로폰 신호의 디지털 표현(ref)을 생성하기 위한 아날로그-디지털 변환기(ADC: analog-to-digital converter)(21A)를 포함할 수 있다. 코덱 IC(20)는 또한 에러 마이크로폰(E)으로부터 에러 마이크로폰 신호를 수신하고 에러 마이크로폰 신호의 디지털 표현(err)을 생성하기 위한 ADC(21B), 및 근거리 음성 마이크로폰(NS)으로부터 근거리 음성 마이크로폰 신호를 수신하고 근거리 음성 마이크로폰 신호의 디지털 표현(ns)을 생성하기 위한 ADC(21C)를 포함할 수 있다. 코덱 IC(20)는 결합기(26)의 출력을 수신하는 디지털-아날로그 변환기(DAC)(23)의 출력을 증폭할 수 있는 증폭기(A1)로부터 스피커(SPKR)를 구동하기 위한 출력을 생성할 수 있다. 결합기(26)는 내부 오디오 소스들(24)로부터의 오디오 신호들(ia), 피나 근접 검출기(PPD)(32)에 의해 생성된 파일럿 신호(PILOT), 변환에 의해 기준 마이크로폰 신호(ref)의 노이즈와 동일한 극성을 가지며 따라서 결합기(26)에 의해 감산되는, ANC 회로(30)에 의해 생성된 안티-노이즈 신호, 및 근거리 음성 마이크로폰 신호(ns)의 일부를 결합할 수 있어, 무선 주파수(RF) 집적 회로(22)로부터 수신될 수 있고 상기 결합기(26)에 의해 역시 결합될 수 있는 다운링크 음성(downlink speech)(ds)와 적절히 관련하여 개인용 오디오 디바이스(10)의 사용자가 그(그녀) 자신의 목소리를 들을 수 있도록 한다. 근거리 음성 마이크로폰 신호(ns)는 또한 RF 집적 회로(22)에 제공될 수 있고, 안테나(ANT)를 통해 서비스 제공자에게 업링크 음성으로서 전송될 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, ANC 회로(30) 및 PPD(32)를 포함하는 코덱 IC(20)의 선택된 구성 요소들을 포함하는 시스템(40)의 세부 사항들이 본 개시의 실시예들에 따라 도시된다. 도 3에 도시된 ANC 회로(30)는 기준 마이크로폰 신호에 대한 입력을 포함하지 않으며, 따라서 에러 마이크로폰(E)으로부터의 에러 마이크로폰 신호에 기초하여 피드백 ANC에 의존한다.
ANC 회로(30)는, SE 계수 제어 블록(33)에 의해 제어되는 계수들을 가질 수 있는 경로 S(z)의 응답을 추정하기 위한 적응형 필터(34)를 포함할 수 있으며, SE 계수 제어 블록은 소스 오디오 신호(예를 들어, 다운 링크 오디오 신호(ds) 및/또는 내부 오디오 신호(ia))와 재생-수정된 에러 신호(playback-corrected error signal)(PBCE)를 비교하여 그러한 계수를 생성할 수 있다. 재생 수정된 에러 신호(PBCE)는, 에러 마이크로폰(E)에 전달된 예상 다운 링크 오디오를 나타내기 위해 적응형 필터(34)에 의해 필터링되고, 재생-수정된 에러 신호(PBCE)를 생성하기 위해 결합기(36)에 의해 적응형 필터(34)의 출력으로부터 제거되는, 소스 오디오 신호 다운링크 오디오 신호(ds) 및/또는 내부 오디오 신호(ia)의 제거 후 에러 마이크로폰 신호(err)를 포함할 수 있다. SE 계수 제어 블록(33)은 소스 오디오 신호(예를 들어, 실제 다운링크 음성 신호(ds) 및/또는 내부 오디오 신호(ia))를 소스 오디오 신호의 성분들과 상관시킬 수 있다. 동작시, SE 계수 제어 블록(33)은 최소 평균 제곱 알고리즘(least-means-square algorithm)과 같은 적응형 알고리즘을 구현할 수 있으며, 이는 트레이닝 신호로서 소스 오디오 신호를 받아들이고 다른 입력으로서 재생-수정된 에러 신호(PBCE)를 받아들일 수 있으며, (예를 들어, 평균-제곱 의미에서) 재생-수정된 에러 신호(PBCE)를 최소화하기 위한 시도에서 적응형 필터(34)의 계수를 적응시킬 수 있다. 재생 수정된 에러 신호(PBCE)를 최소화하는 프로세스에서, 적응형 필터(34)는 스피커(SPKR)와 귀(5)의 피나 사이의 결합 함수일 수 있는, 전기-음향 경로 S(z)의 전달 함수에 접근할 수 있다. 따라서, 적응형 필터(34) 및 SE 계수 제어 블록(33)은 사실상 적응형 스피커-피나 모델(adaptive speaker-to-pinna model)을 구현하여, 피드백 필터(44)를 포함하는 피드백 루프를 지원하여 재생 오디오를 제거하지 않고 오히려 에러 마이크로폰(E)에 의해 관찰되는 바와 같이 헤드셋을 통해 귀(5)의 피나 안쪽으로 전달되는 소변 노이즈만을 제거한다.
이에 따라 적응형 필터(34)는 소스 오디오 신호로부터 신호를 생성하도록 구성될 수 있으며, 이는 에러 마이크로폰 신호(err)에서 감산될 때 재생-정정 에러 신호(PBCE)를 생성하기 위해 소스 오디오 신호로 인한 것이 아닌 에러 마이크로폰 신호(err)의 콘텐트를 포함한다.
도 3에서, 도 2의 결합기(26)의 기능은 결합기들(26A 및 26B)에 의해 수행된다. 결합기(26A)는 소스 오디오 신호(예를 들어, 다운링크 오디오 신호(ds) 및/또는 내부 오디오 신호(ia))를 PPD(32)에 의해 생성된 파일럿 신호(PILOT)와 결합할 수 있다. ANC 회로(30)에 의해 처리될 수 있는 것은 파일럿 신호(PILOT)와 결합되는 소스 오디오 신호이다. 결합기(26B)는 결합기(26A)의 결과 신호를 안티-노이즈 신호(ANTI-NOISE)와 결합하여 스피커(SPKR)로 재생될 오디오 출력 신호를 생성할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, ANC 회로(30)는 또한 피드백 필터(44)를 포함할 수 있다. 피드백 필터(44)는 재생 수정된 에러 신호(PBCE)를 수신하고 응답 FB(z)를 적용하여 재생 수정된 에러에 기초하여 피드백 안티-노이즈 신호(ANTI-NOISE)를 생성할 수 있다. 피드백 신호(ANTI-NOISE)는 스피커(SPKR)에 의해 재생되도록 소스 오디오 신호 및 파일럿 신호(PILOT)와 결합기(26B)에 의해 결합될 수 있다.
PPD(32)에 의해 수행되는 피나 근접 검출은 원시 파일럿 신호를 생성하는 파일럿 신호 생성기(52)로 시작할 수 있으며, 원시 파일럿 신호는 단일 저주파수 톤, 톤들의 그룹, 또는 스피커(SPKR)가 피나에서 멀어지는 것이 아니라 피나 가까이에 있을 때 충분히 큰 진폭 변화를 갖는 협대역의 비-재생 오디오를 포함할 수 있다. 이득 요소(54)는 결합기(26A)를 통해 소스 오디오 신호와 결합될 수 있고 이어서 결합기(26B)를 통해 안티-노이즈 신호(ANTI-NOISE)에 추가될 수 있는 이상적으로는 사람이 들을 수 없는 파일럿 신호(PILOT)를 생성하기 위해 원시 파일럿 신호에 이득을 적용할 수 있다. 파일럿 신호(PILOT)를 포함하는 결과 오디오 출력 신호는 DAC(23)에 의해 아날로그 도메인으로 변환되고 증폭기(A1)에 의해 증폭되고 스피커(SPKR)에 의해 재생될 수 있다. 에러 마이크로폰(E)은 스피커(SPKR)에 의해 제생된 (파일럿 신호(PILOT)를 포함할 수 있는) 결합된 음향 신호를 수신할 수 있으며, 결합된 음향 신호를 디지털 도메인으로 변환하여 에러 마이크로폰 신호(err)를 생성한 후 PPD(32)의 파일럿 추적기(pilot tracker)(56)가 파일럿 신호(PILOT)를 에러 마이크로폰 신호(err)로부터 분리하여 감지된 파일럿 신호(PILOT')를 생성할 수 있다.
파일럿 레벨 조정 블록(58)은 감지된 파일럿 신호(PILOT')를 수신하고 감지된 파일럿 신호(PILOT')를 미리 결정된 일정한 레벨로 유지하기 위해 이득 요소(54)의 이득을 제어하도록 이득 제어 신호(GAIN)를 생성할 수 있다. 피나 근접 결정 블록(60)은 파일럿 레벨 조정 블록(58)에 의해 생성된 이득 제어 신호(GAIN)를 수신하고, 스피커(SPKR)가 귀(5)의 피나 가까이에 있지 않을 때 일정한 파일럿 레벨을 유지하는 데 필요한 이득에 대해 이득 제어 신호(GAIN)에 의해 표시된 이득을 비교할 수 있다. 이러한 비교에 기초하여, 피나 근접 결정 블록(60)은 귀(5)의 피나와 스피커(SPKR) 사이의 근접성을 결정할 수 있다. 예를 들어, 스피커(SPKR)가 피나 가까이에 있을 때, 음향 부하(acoustic load)는 스피커(SPKR)가 파일럿 신호(PILOT)를 효율적으로 구동할 수 있게 하며, 이득 요소(54)는 파일럿 레벨을 원하는 미리 결정된 레벨로 유지하기 위해 많은(있는 경우) 이득을 제공할 필요가 없다. 그러나, 스피커(SPKR)가 피나 가까이에 있지 않을 때, 음향 부하는 상이하고 스피커(SPKR)는 비효율적일 수 있으며, 이는 이득 요소(54)가 에러 마이크로폰(E)에서 관찰되는 바와 같은 파일럿 신호(PILOT)의 원하는 미리 결정된 레벨을 보존하기 위해 더 많은 이득을 제공해야 함을 의미한다.
도 4는 본 개시의 실시예들에 따라 파일럿 레벨 조정 블록(58)의 선택된 기능 구성 요소들을 보여주는 추가 세부 사항을 갖는 도 3에 도시된 시스템(40)의 블록도이다. 파일럿 레벨 조정 블록(58)은 일정한 파일럿 레벨을 자동으로 강력하게 유지하기 위해 비례 적분 미분(PID) 기반 적응형 이득 제어(AGC) 루프(proportional-integral-derivative (PID) based adaptive gain control (AGC) loop)를 구현할 수 있다.
PID 제어를 잘못 구동할 수 있는 직류 신호 성분들로부터 파일럿 레벨 조정 블록(58)의 AGC 루프를 보호하기 위해, 고역 통과 필터(62)(예를 들어, 파일럿 신호(PILOT) 중심의 1/10의 차단 주파수를 갖는)는 파일럿 신호(PILOT)의 저주파수 성분을 필터링할 수 있다.
또한, 고역 통과 필터링된 파일럿 신호(PILOT)는 데시메이터(64)에 의해 데시메이팅되어 파일럿 레벨 조정 블록(58)의 AGC 루프가 상당히 감소된 속도로 작동되게 하며, 이는 AGC 루프의 프로세싱 요건들을 감소시킬 수 있다.
파일럿 레벨 조정 블록(58)은 선형-데시벨 변환기(linear-to-decibel converter)(66)를 포함하여 감지된 파일럿 신호(PILOT')를 감지된 파일럿 신호(PILOT')에 대한 전체 스케일 크기에 대한 데시벨들로 주어진 값(PILOTdB')으로 변환할 수 있다. 데시벨-도메인에서의 작동은 파일럿 신호(PILOT)의 동적 범위의 압축을 가능하게 하고 적절한 수의 고정 소수점 비트들(fixed-point bits)에 대한 신호의 보존을 가능하게 할 수 있다.
결합기(68)는 에러 신호(ERROR)를 생성하기 위해 감지된 파일럿 신호(PILOTdB')로부터 기준 파일럿 신호(PILOTREF)를 감산할 수 있다. PID 컨트롤러(70)는 에러 신호(ERROR)를 적응적으로 최소화하기 위해 에러 신호를 수신하고 에러 신호에 기초하여 데시벨 단위의 이득 신호(GAINdB)를 생성할 수 있다. 데시벨-선형 변환기(72)는 데시벨-도메인 이득 신호(GAINdB)를 선형 스케일 등가물로 변환할 수 있으며, 이러한 변환된 선형 스케일 등가물은 이득 신호(GAIN)을 생성하기 위해 ADC(21B)와 동일한 샘플 주파수를 갖도록 보간기(74)에 의해 보간될 수 있다.
도 5는 본 개시의 실시예들에 따라 귀(5)의 피나에 대한 스피커(SPKR)의 근접성을 결정하기 위해 피나 근접 결정 블록(60)이 데시벨-도메인 이득 신호(GAINdB)를 사용할 수 있는 방법을 예시하는 예시적인 파형의 그래프들을 도시한다. 도 5의 상단 파형은 데시벨-도메인 이득 신호(GAINdB) 대 일정 기간 동안의 시간을 나타내며, 그 시작에서 사용자는 귀에 헤드셋을 착용하고 이후 잠시 제거한 다음 다시 귀에 다시 놓는다. 피나 결정 근접 블록(60)은 데시벨-도메인 이득 신호(GAINdB)를 임계값들의 쌍과 비교함으로써 스피커(SPKR)가 귀에 놓여 있는지 귀를 벗어났는지를 결정할 수 있다: (i) 스피커(SPKR)는 데시벨-도메인 이득 신호(GAINdB)가 상위 임계값(upper threshold)을 초과할 때 "귀에 있는" 것으로 선언될 수 있다; (ii) 스피커(SPKR)는 데시벨-도메인 이득 신호(GAINdB)가 하위 임계값(lower threshold) 아래로 떨어질 때 "귀를 벗어난" 것으로 선언될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따라 소스 오디오 신호로부터 감지된 파일럿 신호(PILOT')를 분리하기 위한 대역 통과 필터(76)를 더 포함하는, 도 4에 도시된 바와 같은 시스템(40)의 블록도이다. 스피커(SPKR)에 의해 재생되고 에러 마이크로폰(E)에 의해 캡처된 소스 오디오는 파일럿 신호(PILOT)의 주파수 영역에 가까운 신호 콘텐트를 가질 수 있기 때문에, 대역 통과 필터(76)는 PPD(32)의 기능에 대한 소스 오디오 신호의 영향을 최소화하기 위해 그리고 파일럿 추적기(56)가 파일럿 신호(PILOT)에 대해 집중할 수 있도록 하기 위해 파일럿 신호(PILOT)의 주파수 영역에 가까운 주파수 범위에서 에러 마이크로폰 신호(err)을 필터링할 수 있다. 도 7은 본 개시의 실시예들에 따라 에러 마이크로폰 신호(err)의 대역 통과 필터링 없이 그리고 대역 통과 필터링을 사용하여 파일럿 신호 파일럿의 주파수 범위에 가까운 소스 오디오 신호의 존재 하에 피나 근접 결정 블록(60)의 동작을 예시하는 예시적인 파형들의 그래프들을 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 에러 마이크로폰 신호(err)의 대역 통과 필터링 없이, 피나 근접 검출기 블록(60)은 소스 오디오 신호로부터 감지된 파일럿 신호(PILOT')를 구별하는 데 어려움을 가질 수 있으며, 에러 마이크로폰 신호(err)의 대역 통과 필터링으로 감지된 파일럿 신호(PILOT')를 효과적으로 추적할 수 있다.
스피커(SPKR)가 귀(5)의 피나로부터 벗어나면서(pulled away), 스피커(SPKR)를 포함하는 헤드셋이 더 타이트한 밀폐(tighter seal)를 형성하고 스피커가 에러 마이크로폰(E)에 대해 더욱 강력한 음향 결합을 형성하는 짧은 순간이 종종 있다. 이 경우, 원하는 레벨에서 파일럿 신호(PILOT)를 유지하기 위해 이득 요소(54) 내에서 필요한 이득은 매우 작을 수 있다. 유사하게, 스피커(SPKR)를 포함하는 헤드셋이 귀(5)로 다시 밀려질(pushed back) 때, 더 타이트한 밀폐가 잠깐 형성될 수 있다. 이러한 경우들에서, PPD(32)는 스피커(SPKR)가 귀(5)의 피나에 근접하는 것과 관련하여 올바른 결정을 내리는 데 더 오래 걸릴 수 있는데, 이는 이득 신호(GAIN)가 안정화되는 값으로부터 일시적으로 더 멀리 밀려 오프-이어(off-ear) 이벤트를 나타내기 위해 교차해야 하는 임계값으로부터 멀어 질 수 있기 때문이다. 도 8은 본 개시의 실시예들에 따른 이러한 현상을 예시하는 예시적인 파형들의 그래프들을 도시한다.
이러한 현상을 완화하기 위해, PID 컨트롤러(70)는 전형적인 PID 컨트롤러에 존재하지 않는 특징들, 특히 신호 클램프를 포함할 수 있다. 도 9는 본 개시의 실시예들에 따른 PID 컨트롤러(70)의 선택된 구성 요소들의 블록도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 입력 신호(INPUT)가 임계값(CLAMP_THRESHOLD) 아래로 떨어지면 PID 컨트롤러(70)의 출력 신호(OUTPUT)(데시벨-도메인 이득 신호(GAINdB)에 대응할 수 있음)가 도 10에 도시된 바와 같이 CLAMP_THRESHOLD의 레벨로 유지되도록, 클램프(78)는 전형적인 PID 컨트롤러의 적분 구성 요소(integral component)에 추가될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 클램프된 데시벨-도메인 이득 신호(GAINdB)는, 데시벨-도메인 이득 신호(GAINdB)가 도 8에 도시된 바와 같이 클램프 해제된 경우에 비해 데시벨-도메인 이득 신호(GAINdB)의 오프-이어 값에서 감소된 안정화 시간을 가능하게 할 수 있으며, 따라서 오프-이어 및 온-이어 이벤트들을 더 빠르게 검출할 수 있다.
도 11은 본 개시의 실시예들에 따라, 시스템(40)의 선택된 구성 요소들 및 시스템 내에 존재하는 다양한 제어 루프들을 도시하는, 도 6에 도시된 시스템(40)의 블록도이다. 특히, 도 11은 스피커 대 에러 마이크로폰 모델링 루프(speaker-to-error microphone modeling loop), 안티-노이즈 피드백 루프, 및 적응형 이득 제어 루프를 도시한다. 명확성과 설명을 위해, 도 6에 존재하는 시스템(40)의 일부 구성 요소들은 도 11에 도시되지 않았다.
파일럿 신호(PILOT)의 레벨은 PPD(32)의 적응형 이득 제어에 의해서만 제어되는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 에러 마이크로폰(E)에서 볼 수 있는 파일럿 신호(PILOT)의 레벨은 또한 안티-노이즈 피드백 루프와 스피커 대 에러 마이크로폰 모델링 루프의 상호 작용에 의해 영향을 받을 수도 있다. 적응형 스피커 대 에러 마이크로폰 모델링 루프가 스피커(SPKR)와 에러 마이크로폰(E) 사이의 음향 결합을 모델링하려고 시도함에 따라, 파일럿 신호(PILOT)의 것에 가까운 협대역의 저주파들에서 이러한 모델링 작업이 매우 열악할 수 있다. 결국 이러한 불량한 모델링은 결합기(36)의 출력에서 파일럿 신호를 크게 변하게 할 수 있다. 파일럿 신호(PILOT)의 이러한 변화하는 잔재(varying remnant)는 피드백 루프 내에서 끝날 수 있으며, 스피커(SPKR)에 의해 재생되고 에러 마이크로폰(E)에 의해 감지됨에 따라 다양한 방식으로 삭제되거나 증폭될 수 있다. 결국 AGC 루프는 파일럿 신호(PILOT)의 레벨을 자동으로 조정하는 것을 시도할 수 있다. 이 경우, AGC 루프는 파일럿 신호(PILOT)를 제어하는 유일한 메커니즘이 아닐 수 있으며, 따라서 AGC 루프는 과보상 또는 과소 보상될 수 있고, AGC 루프가 불안정하게 될 수 있다. 결과적으로, PPD(32)가 잘못된 결정을 내릴 수도 있을 뿐만 아니라 적응형 스피커 대 에러 마이크로폰 모델링 루프가 강력한 파일럿 신호에 적응할 수 있으며, 그 결과로 발생하는 잘못된 적응으로 인해 적응형 스피커 대 에러 마이크로폰 모델링 루프도 불안정하게 될 수 있다.
이 문제를 완화하기 위해, 응답 SE_NOTCH(z)를 갖고 파일럿 신호(PILOT)의 중심 주파수를 중심으로 하는 대역 리젝션 또는 노치 필터(band-rejection or notch filter)(80A)가 도 12에 도시된 바와 같이 적응형 필터(34)의 출력에 추가될 수 있다. 또한, 최소 평균 제곱 안정성 기준(least-mean-squares stability criteria)으로 인해, 노치 필터(80A)의 등가 위상 효과가 SE 계수 제어 블록(33)에 입력된 트레이닝 신호와 인라인으로 배치되어야 하고, 따라서 노치 필터(80A)의 카피(80B)이 SE 계수 제어 블록(33)의 트레이닝 신호 입력에 앞서 배치될 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이 노치 필터들(80A 및 80B)가 존재하면 적응형 스피커 대 에러 마이크로폰 모델링 루프와 안티-노이즈 피드백 루프는 파일럿 신호(PILOT)의 레벨을 변경하도록 상호 작용하지 않을 수 있으며, PPD(32)에 의해 구현된 AGC 루프만이 파일럿 신호(PILOT)의 레벨을 제어할 수 있다. 따라서, 파일럿 신호(PILOT)의 레벨은 헤드셋이 귀(5)의 피나에 있거나 또는 벗어나도록 조정됨에 따라 스피커 대 에러 마이크로폰 결합의 변화에 응답해서만 변경될 수 있다. 또한, 적응형 스피커 대 에러 마이크로폰 루프는, 파일럿 신호(PILOT)가 스피커 대 에러 마이크로폰 루프의 트레이닝 신호의 일부가 아니기 때문에, 파일럿 신호(PILOT) 자체에 적응하지 못할 수도 있다.
주변 노이즈(예를 들어, 스피커(SPKR)를 포함하는 헤드셋 외부)가 큰 경우, 파일럿 추적기(56)는 파일럿 신호를 따라가는 데 어려움을 겪을 수 있으며, 따라서 PPD(32)는 귀(5)의 피나에 대한 스피커(SPKR)의 근접성과 관련하여 잘못된 결정을 내릴 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해, 도 13에 도시된 바와 같이, PPD(32)의 주변 노이즈 추정기(82)는 감지된 파일럿 신호(PILOT')에 존재하는 주변 노이즈의 양을 추정할 수 있다. 주변 노이즈의 추정치를 생성하는 접근 방식들은 본 개시의 다른 곳에서 설명된다. 감지된 파일럿 신호(PILOT')에 존재하는 주변 노이즈의 양에 기초하여, PPD(32)의 파일럿 기준 계산기(84)는 기준 파일럿 신호(PILOTREF)를 결정할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 주변 노이즈가 최소 노이즈 임계값 이상으로 증가하면, 기준 파일럿 신호(PILOTREF)는 예를들어 도 14에 도시된 바와 같이 주변 노이즈의 증가와 함께 데시벨 당 데시벨로(decibel-per-decibel) 증가될 수 있다. 또한, 피나 근접 결정 블록(60)은 이득 신호(GAIN)의 임의의 증가가 예를 들어 도 15에 도시된 바와 같이, 기준 파일럿 신호(PILOTREF)의 증가에 의해 적도 부분적으로 야기될 것이라는 사실을 설명하기 위해 오프-이어 및 온-이어 이벤트들을 검출하기 위한 결정 임계값들을 수정하도록 구성될 수 있다.
도 16은 본 개시의 실시예들에 따라 프로그래밍 가능한 피드백 안티-노이즈 이득을 제어하기 위한 프로그래밍 가능한 이득 요소(46)를 더 포함하는 도 6의 시스템의 블록도이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 피드백 안티-노이즈의 경로는 피드백 필터(44)와 직렬로 연결된 프로그래밍 가능한 이득 요소(46)를 가질 수 있어, 응답 FB(z)과 프로그래밍 가능한 이득 요소(46)의 이득의 곱이 안티-노이즈 신호(ANTI-NOISE)를 생성하기 위해 재생 수정된 에러 신호(PBCE)에 적용된다. 프로그래밍 가능한 이득 요소(46)의 이득은 개인용 오디오 디바이스(10)의 사용자에 의해 입력된 사용자 설정들에 따라 수정될 수 있다. 피드백 필터(44) 및 이득 요소(46)가 ANC 회로(30)의 개별 구성 요소들로서 도시되어 있지만, 일부 실시예들에서 피드백 필터(44) 및 이득 요소(46)의 일부 구조 및/또는 기능이 결합될 수 있다. 예를 들어, 이러한 실시예들 중 일부에서, 피드백 필터(44)의 유효 이득은 피드백 필터(44)의 하나 이상의 필터 계수들의 제어를 통해 변경될 수 있다. 이득 요소(46)가 가변 이득을 갖는 범위까지, 이득 요소(46)와 결합하는 피드백 필터(44)는 적응형 필터로 간주될 수 있으며, 여기서 이득 요소(46)의 이득은 피드백 필터(44)의 필터 계수들과 유사하다.
프로그래밍 가능한 피드백 안티-노이즈 이득을 변경함으로써 발생하는 다양한 안티-노이즈는 파일럿 신호(PILOT)를 부분적으로 제거하고 및/또는 파일럿 신호(PILOT)를 증폭함으로써 에러 마이크로폰(E)에서 검출된 파일럿 신호(PILOT)의 레벨에 영향을 미칠 수 있다. 프로그래밍 가능한 피드백 안티-노이즈 이득이 사용자에 의해 수정될 수 있고 제품 설계시에 예상되지 않을 수 있기 때문에, 피나 근접 결정 블록(60)은 도 16에 도시된 바와 같이, 프로그래밍 가능한 피드백 이득이 피나 근접 결정 블록(60)으로 전달되는 것으로 도시된 바와 같이, 프로그래밍 가능한 피드백 안티-노이즈 이득에 관계없이 올바른 스피커 대 귀 근접 결정(correct speaker-to-ear proximity decision)을 이루기 위해 프로그래밍 가능한 피드백 안티-노이즈 이득을 동적으로 보상할 수 있다.
프로그래밍 가능한 피드백 안티-노이즈 이득에 대한 변화들에 응답하여 피나 근접 결정 블록(60)에 의해 사용되는 근접 검출 임계값들을 조정하는 것은, 프로그래밍 가능한 피드백 안티-노이즈 이득을 증가시키는 것이 파일럿 신호(PILOT)를 부분적으로 제거하거나 증폭하는지 여부에 기초할 수 있다. 예를 들어, 개인용 오디오 디바이스(10)의 제품 설계시에, 테스트 장비는 프로그래밍 가능한 피드백 안티-노이즈 이득이 최대로 설정될 때 안티-노이즈 피드백 루프가 파일럿 신호(PILOT)에 대해 (만일 있다면) 얼마나 많은 영향을 미치는지를 측정할 수 있다. 안티-노이즈 피드백 루프가 파일럿 신호(PILOT)를 부분적으로 제거하는 경우, 도 17a에 도시된 바와 같이, 피나 근접 결정 블록(60)의 결정 임계값들은 프로그래밍 가능한 피드백 안티-노이즈 이득이 증가함에 따라 증가할 수 있다. 한편, 안티-노이즈 피드백 루프가 파일럿 신호(PILOT)를 부분적으로 증폭시키는 경우, 도 17b에 도시된 바와 같이, 피나 근접 결정 블록(60)의 결정 임계값들은 프로그래밍 가능한 피드백 안티-노이즈 이득이 증가함에 따라 감소할 수 있다.
도 18은 본 개시의 실시예들에 따라 듀티 사이클링 피나 근접 검출을 위한 회로를 더 포함하는 도 3에 도시된 바와 같은 시스템(40)의 블록도이다. 재생 오디오 및 안티-노이즈가 없는 경우, PPD(32)를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 전력 소비를 줄이고 배터리 수명을 최대화하려면, PPD(32)의 듀티 사이클 기능성이 바람직할 수 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, PPD(32)는 램프 스케일러(86) 및 듀티 사이클 타이머(88)를 포함할 수 있다. 동작시, 듀티 사이클 타이머(88)는 규칙적인 간격들로 짧은 시간 동안 활성화될 수 있다(예를 들어, 각 10 초 주기 중 1 초 동안 활성화 됨). 듀티-사이클 타이머(88)는 파일럿 레벨 조정 블록(58)의 작동을 가능하게 하고(도 18에서 "조정 인에이블"로 표시됨), 피나 근접 결정 블록(60)의 작동을 가능하게 하고(도 18에서 "결정 인에이블"로 표시됨), 램프 스케일러(86)의 작동을 가능하게 하기(도 18에서 "램프 인에이블"로 표시됨) 위해 제어 신호들을 생성할 수 있다. 따라서, 도 18의 하단에 도시된 파형들에 도시된 바와 같이, 듀티 사이클 타이머(88)가 활성일 때, 파일럿 레벨 조정 블록(58), 피나 근접 결정 블록(60), 및 램프 스케일러(86)의 작동을 가능하게 할 수 있다. 가능하게 될 때, 램프 스케일러(86)는 각각의 듀티 사이클 활성 기간의 시작에서, 파일럿 신호 생성기(52)에 의해 생성된 신호에 적용될 이득을 최소 이득(예를 들어, 0)으로부터 최대 이득(예를 들어, 1)으로 램핑(ramp)할 수 있으며, 그리고 각각의 듀티 사이클 활성 기간의 끝에서, 파일럿 신호 생성기(52)에 의해 생성된 신호에 적용될 이득을 최대 이득에서 최소 이득으로 다시 램핑한다. 이러한 램핑은 주기적인 파일럿 신호의 적용으로 인한 오디오 아티팩트들의 발생을 최소화할 수 있다.
램프 스케일러(86)가 그 이득을 램핑 업 및 램핑 다운하는 기간 동안, PPD(32)의 AGC 루프는 파일럿 레벨에 책임을 갖지 않으며, 따라서 피나 근접 검출은 고정(frozen)되어야 하고, 도 18에 도시된 바와 같이, 파일럿 레벨에 대한 조정들은 비활성화되어야 한다. 파일럿 신호(PILOT)이 램프 스케일러(86)에 의해 음소거(mute)될 때, 가장 최근의 근접 결정은 듀티 사이클 타이머(88)의 다음 활성 기간까지 유지될 수 있다.
따라서, 파일럿 신호(PILOT)는 규칙적인 간격들로 짧은 시간 동안 0이 아닐 수 있으며, 연속적인 신호로 구동 증폭기(A1) 및 스피커(SPKR)를 갖지 않음으로써 전력 절감이 달성될 수 있다.
도 19는 본 개시의 실시예들에 따라 순방향 수동 폐색(forward passive occlusion)에 기초하여 피나 근접 검출을 위한 회로를 더 포함하는 도 18에 도시된 바와 같은 시스템(40)의 블록도이다. 도 1a, 도 1b, 및 도 2를 참조하여 위에서 언급한 바와 같이, 개인용 오디오 디바이스(10)는 주변 오디오를 감지하기 위한 기준 마이크로폰을 포함할 수 있다. 기준 마이크로폰(R)을 시스템(40)에 추가하는 것은 순방향 수동 폐색으로 알려진 기술에 의해 추가적인 피나 근접 검출를 가능하게 할 수 있다. 기준 마이크로폰(R)과 에러 마이크로폰(E) 모두에서 특정 주파수 대역의 사운드 에너지들을 비교함으로써, PPD(32)는 헤드셋(예를 들어, 도 1b의 헤드폰(18A, 18B))의 물리적 특성들의 이점, 및 더 높은 주파수들(예를 들어, 2 KHz ~ 5 KHz 대역에서)이 헤드셋이 온-이어(헤드셋의 사운드 차단 효과로 인해) 및 오프-이어일 때 상당한 차이를 보일 수 있다는 사실을 취할 수 있다. 이러한 추가 정보는 파일럿 신호 기반 결정 대신에 사용되거나, 파일럿 신호 기반 결정을 보완하여 최종 결정에서 더 많은 신뢰를 구축할 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, PPD(32)는 또한 기준 마이크로폰 신호(ref)를 수신하고 대역 통과 필터링하도록 구성된 주파수 범위 분리 필터(frequency-range isolating filter)(90), 대역 통과 필터 범위에서 기준 마이크로폰 신호(ref)의 신호 엔벨로프를 검출하기 위한 엔벨로프 검출기(92), 및 엔벨로프 검출된 대역 통과 필터링된 기준 마이크로폰 신호를 기준 마이크로폰 신호(ref)에 대한 전체-스케일 크기에 대한 데시벨들로 주어진 값(REFdB)으로 변환하도록 구성된 선형 대 데시벨 변환기(94)를 포함할 수 있다. 유사하게, PPD(32)는 또한 에러 마이크로폰 신호(err)를 수신하고 대역 통과 필터링하도록 구성된 주파수-범위 분리 필터(96), 대역 통과 필터 범위에서 에러 마이크로폰 신호(err)의 신호 엔벨로프를 검출하기 위한 엔벨로프 검출기(98), 및 엔벨로프 검출된 대역 통과 필터링된 에러 마이크로폰 신호를 에러 마이크로폰 신호(err)에 대한 전체-스케일 크기에 대한 데시벨들로 주어진 값(ERRdB)으로 변환하도록 구성된 선형 대 데시벨 변환기(100)를 포함할 수 있다. 보완 결정 블록(102)은 값 REFdB와 ERRdB 사이의 차이를 비교하고, 그러한 차이를 임계값 TH_FPO와 비교하고, 신호를 피나 근접 결정 블록(60)에 의해 이루어진 근접 결정을 무효로 하거나(override) 보완할 수 있는 피나 근접 결정 블록(60)에 전달할 수 있다.
도 20은 본 개시의 실시예들에 따라 순방향 수동 폐색에 기초한 피나 근접 검출을 위한 회로 대신에 추가된 역 수동 폐색에 기초한 피나 근접 검출을 위한 회로를 갖는 도 19에 도시된 바와 같은 시스템(40)의 블록도이다. 시스템(40)에서 기준 마이크로폰(R)의 존재는 역 수동 폐색으로 알려진 기술에 의해 추가적인 피나 근접 검출을 가능하게 할 수 있다. 기준 마이크로폰(R)과 에러 마이크로폰(E) 모두에서 특정 주파수 대역의 사운드 에너지들을 비교함으로써, PPD(32)는 헤드셋(예를 들어, 도 1b의 헤드폰(18A, 18B))의 물리적 특성들의 이점, 및 낮은 주파수들(예를 들어, 100 Hz 미만)이 헤드셋이 온-이어(예를 들어, 골 전도 결과의 턱 움직임, 목 움직임으로 인한 머리 내의 관절 진동) 및 오프-이어에 있을 때 상당한 차이를 보일 수 있다는 사실을 취할 수 있다. 실례로, 에러 마이크로폰(E)은 골전도 효과를 수신할 수 있지만 기준 마이크로폰(R)은 그렇지 않을 수 있으며, 골전도 효과는 온-이어 상태에서만 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 추가 정보는 파일럿 신호 기반 결정 및/또는 순방향 수동 폐색 기반 결정 대신에 사용될 수 있거나, 또는 최종 결정에서 더 많은 신뢰를 구축하기 위해 파일럿 신호 기반 결정 및/또는 순방향 수동 폐색 기반 결정을 보완할 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, PPD(32)는 또한 기준 마이크로폰 신호(ref)를 수신하고 저역 통과 필터링하도록 구성된 주파수 범위 분리 필터(104), 저역 통과 필터 범위에서 기준 마이크로폰 신호(ref)의 신호 엔벨로프를 검출하기 위한 엔벨로프 검출기(106), 및 엔벨로프 검출된 저역 통과 필터링된 기준 마이크로폰 신호를 기준 마이크로폰 신호(ref)에 대한 전체-스케일 크기에 대한 데시벨들로 주어진 값(REFdB)으로 변환하도록 구성된 선형 대 데시벨 변환기(108)를 포함할 수 있다. 유사하게, PPD(32)는 또한 에러 마이크로폰 신호(err)를 수신하고 저역 통과 필터링하도록 구성된 주파수-범위 분리 필터(110), 저역 통과 필터 범위에서 에러 마이크로폰 신호(err)의 신호 엔벨로프를 검출하기 위한 엔벨로프 검출기(112), 및 엔벨로프 검출된 저역 통과 필터링된 에러 마이크로폰 신호를 에러 마이크로폰 신호(err)에 대한 전체-스케일 크기에 대한 데시벨들로 주어진 값(ERRdB)으로 변환하도록 구성된 선형 대 데시벨 변환기(114)를 포함할 수 있다. 보완 결정 블록(116)은 값 REFdB와 ERRdB 사이의 차이를 비교하고, 그러한 차이를 임계값 TH_RPO와 비교하고, 신호를 피나 근접 결정 블록(60) 및/또는 보완 결정 블록(102)에 의해 이루어진 근접 결정을 무효로 하거나 보완할 수 있는 피나 근접 결정 블록(60)에 전달할 수 있다.
도 21은 본 개시의 실시예들에 따라 순방향 수동 폐색에 기초한 피나 근접 검출을 위한 회로 대신에 추가된 능동 노이즈 제거 효과에 기초한 피나 근접 검출을 위한 회로를 갖는 도 19에 도시된 바와 같은 시스템(40)의 블록도이다. 시스템(40)에서 기준 마이크로폰(R)의 존재는 능동 노이즈 제거 효과로 알려진 기술에 의해 추가적인 피나 근접 검출을 가능하게 할 수 있다. 기준 마이크로폰(R)과 에러 마이크로폰(E) 모두에서 특정 주파수 대역의 사운드 에너지를 비교함으로써, PPD(32)는 헤드셋(예를 들어, 도 1b의 헤드폰(18A, 18B))의 물리적 특성들의 이점, 및 중간 주파수들(예를 들어, 300 Hz ~ 2 KHz)이 헤드셋이 온-이어(예를 들어, 능동 노이즈 제거 효과로 인해) 및 오프-이어일 때 상당한 차이를 보일 수 있다는 사실을 취할 수 있다. 따라서, 이러한 추가 정보는 파일럿 신호 기반 결정, 순방향 수동 폐색 기반 결정, 및/또는 역 수동 폐색 기반 결정 대신에 사용될 수 있거나, 또는 최종 결정에서 더 많은 신뢰를 구축하기 위해 파일럿 신호 기반 결정, 순방향 수동 폐색 기반 결정, 및/또는 역 수동 폐색 기반 결정을 보완할 수 있다.
도 21에 도시된 바와 같이, PPD(32)는 또한 기준 마이크로폰 신호(ref)를 수신하고 대역 통과 필터링하도록 구성된 주파수 범위 분리 필터(118), 대역 통과 필터 범위에서 기준 마이크로폰 신호(ref)의 신호 엔벨로프를 검출하기 위한 엔벨로프 검출기(120), 및 엔벨로프 검출된 대역 통과 필터링된 기준 마이크로폰 신호를 기준 마이크로폰 신호(ref)에 대한 전체-스케일 크기에 대한 데시벨들로 주어진 값(REFdB)으로 변환하도록 구성된 선형 대 데시벨 변환기(122)를 포함할 수 있다. 유사하게, PPD(32)는 또한 에러 마이크로폰 신호(err)를 수신하고 대역 통과 필터링하도록 구성된 주파수-범위 분리 필터(124), 대역 통과 필터 범위에서 에러 마이크로폰 신호(err)의 신호 엔벨로프를 검출하기 위한 엔벨로프 검출기(126), 및 엔벨로프 검출된 대역 통과 필터링된 에러 마이크로폰 신호를 에러 마이크로폰 신호(err)에 대한 전체-스케일 크기에 대한 데시벨들로 주어진 값(ERRdB)으로 변환하도록 구성된 선형 대 데시벨 변환기(128)를 포함할 수 있다. 보완 결정 블록(130)은 값 REFdB와 ERRdB 사이의 차이를 비교하고, 그러한 차이를 임계값 TH_ANCE와 비교하고, 신호를 피나 근접 결정 블록(60), 보완 결정 블록(102), 및/또는 보완 결정 블록(116)에 의해 이루어진 근접 결정을 무효로 하거나 보완할 수 있는 피나 근접 결정 블록(60)에 전달할 수 있다.
주변 및/또는 청취 시나리오(예를 들어, 소스 오디오가 있는지 또는 그렇지 않은지 여부, ANC가 ON 상태인지 아닌지 여부)에 따라 여러 피나 근접 방법들(파일럿 신호 기반, 순방향 수동 폐색, 역 수동 폐색, 및 능동 노이즈 제거 효과)을 사용함으로써, PPD(32)는 그 시나리오에 가장 적합한 검출기를 사용할 수 있다. 또한, PPD(32)는 잠재적으로 더 강력한 피나 근접 결정을 위한 결과를 위해 검출기 결정들을 결합할 수 있다. 도 22는 본 개시의 실시예들에 따라 시스템 동작 파라미터들에 따라 피나 근접 검출 기술들을 선택하고 결합하기 위한 예시적인 방법(132)의 흐름도이다. 일부 실시예들에서, 방법(132)은 피나 근접 결정 블록(60) 또는 PPD(32)의 다른 구성 요소에 의해 실행될 수 있다.
방법(132)은 단계 134에서 시작할 수 있으며, 여기서 PPD(32)는 소스 오디오 신호가 존재하는지를 결정할 수 있다. 소스 오디오 신호가 존재하면, 방법(132)은 단계(146)로 진행할 수 있다. 소스 오디오 신호가 존재하지 않는 경우, 방법(132)은 단계 136로 진행할 수 있다.
단계 136에서, PPD(32)는 주변 사운드가 더 높은 주파수들(예를 들어, 2 KHz와 5kHz 사이)의 콘텐트를 갖는지를 결정할 수 있다. 주변 사운드가 더 높은 주파수의 콘텐트를 갖는 경우, 방법(132)은 단계 138로 진행할 수 있다. 그렇지 않으면, 주변 사운드가 더 높은 주파수들에서 콘텐트를 갖지 않는다면, 방법(132)은 단계 140으로 진행할 수 있다.
단계 138에서, PPD(32)는 순방향 수동 폐색 검출을 활성화할 수 있다. 단계 138의 완료 후, 방법(132)은 단계 148로 진행할 수 있다.
단계 140에서, PPD(32)는 적응형 노이즈 제거가 시스템(40)에서 활성인지 여부를 결정할 수 있다. 적응형 노이즈 제거가 활성화되면, 방법(132)은 단계 142로 진행할 수 있다. 적응형 노이즈 제거가 비활성이면, 방법(132)은 단계 146로 진행할 수 있다.
단계 142에서, PPD(32)는 주변 사운드가 중간 주파수들(예를 들어, 300 Hz와 2 kHz 사이)에서 콘텐트를 갖는지를 결정할 수 있다. 주변 사운드가 중간 주파수에서 콘텐트를 갖는 경우, 방법(132)은 단계 144로 진행할 수 있다. 그렇지 않으면, 주변 사운드가 중간 주파수들에서 콘텐트를 갖지 않는다면, 방법(132)은 단계 146로 진행할 수 있다.
단계 144에서, PPD(32)는 능동 노이즈 제거 효과 검출을 활성화할 수 있다. 단계 144의 완료 후, 방법(132)은 단계 148로 진행할 수 있다.
단계 146에서, PPD(32)는 파일럿 신호 기반 검출을 활성화할 수 있다. 단계 146의 완료 후, 방법(132)은 단계 148로 진행할 수 있다.
단계 148에서, PPD(32)는 역 수동 폐색 검출을 활성화할 수 있다. 단계 148의 완료 후, 방법(132)은 단계 150로 진행할 수 있다.
단계 150에서, PPD(32)는 활성화된 근접 검출 방법들의 검출기 결정들을 결합하여 피나 근접 검출 결정을 렌더링할 수 있다. 단계 150의 완료 후, 방법(132)이 종료될 수 있다.
피나 근접 검출 방법들을 선택하고 결합하기 위해 위에서 기술된 접근 방식에 추가하여, 채택할 피나 근접 검출 방법들을 선택하기 위해 다른 파라미터들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 검출 방법들은 다른 것보다 더 많은 배터리 전력을 소비할 수 있다(예를 들어, 소스 오디오 또는 안티-노이즈가 없는 경우 파일럿 검출기가 강력한 파일럿을 플레이하는 경우, 그러한 접근 방식은 스피커(SPKR)을 통해 파일럿 신호(PILOT)를 구동하기 위해 적정한 양의 전력을 소비한다). 그러한 경우, 주변/청취 시나리오에 아주 적합한 다른 검출 방법이 있는 경우, PPD(32)는 이를 대신 선택할 수 있다.
도 23은 본 개시의 실시예들에 따라 ANC 회로(30) 및 PPD(32A)를 포함하는 코덱 IC(20)의 선택된 구성 요소들을 포함하는 시스템(40A)의 블록도이다. 도 23의 시스템(40A)은 많은 점들에서 도 3의 시스템(40)과 유사하며, 따라서 시스템들(40A 및 40) 사이의 주요 차이점들만이 아래에서 기술된다. 시스템(40A)과 시스템(40) 사이의 주요 차이점 중 하나는 시스템(40A)이 PPD(32)대신 PPD(32A)를 포함한다는 것이다. PPD(32)와 다르게, PPD(32A)는 파일럿 신호를 사용하지 않고 피나 근접 검출를 수행할 수 있다. 대신, 소스 오디오가 존재할 때, 소스 오디오 신호는 적응형 이득 기반 피나 근접 검출기에 대한 트레이닝 신호를 제공할 수 있다. 도 23에 도시된 바와 같이, PPD(32A)는 저역 통과 필터들(152 및 154)을 포함할 수 있다. 저역 통과 필터들(152 및 154)은 스피커(SPKR)와 에러 마이크로폰(E) 사이의 음향 결합의 저주파수 응답에 분석의 초점을 맞추기 위해 에러 마이크로폰 신호(err) 및 소스 오디오 신호를 각각 저역 통과 필터링할 수 있다. PPD(32A)는 또한 2 개의 필터들(156 및 158)을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 헤드폰이 귀(5)의 피나에 가까이 있지 않을 때(오프-이어) 에러 마이크로폰(E)에 대한 선험적 저주파수 스피커(SPKR)를 나타낼 수 있는 응답 S_OE_LP(z)를 각각 갖는다. 필터(158)는 이득 제어 블록(160)에 대한 모든 입력들에 대한 위상 균형을 유지하기 위해 필요할 수 있다.
이득 제어 블록(160)(최소 평균 제곱 접근 방식을 사용할 수 있음)은 저역 통과 필터링된 에러 마이크로폰 신호와 필터(156)의 출력 사이의 차이 신호(difference signal)(결합기(164)에 의해 생성됨)를 최소화하기 위한 시도로 이득 요소(162)의 이득을 적응적으로 제어할 수 있다. 결합기(164)의 출력이 최소화될 때, 필터(158)와 이득 요소(162)의 적응 이득의 결합은 스피커(SPKR)와 에러 마이크로폰(E) 사이의 저주파수 결합 응답을 적절하게 모델링할 수 있다. 스피커(SPKR)가 오프-이어일 때, 이러한 이득은 1에 가까울 수 있다. 스피커(SPKR)가 온-이어일 때, 이러한 이득은 1보다 훨씬 작을 수 있다. 피나 근접 결정 블록(60A)은 이러한 이득을 스피커(SPKR)와 귀(5)의 피나 사이의 근접성에 관한 결정을 내리기 위해 사용할 수 있다.
소스 오디오가 사용 가능한 경우, PPD(32A)로부터 적응형 이득 기반 구성 요소들을 제거함으로써 근접 검출이 수행될 수 있다. 도 24은 본 개시의 실시예들에 따라 ANC 회로(30) 및 PPD(32B)를 포함하는 코덱 IC(20)의 선택된 구성 요소들을 포함하는 시스템(40B)의 블록도이다. 도 24의 시스템(40B)은 많은 점들에서 도 23의 시스템(40A)과 유사하며, 따라서 시스템들(40B 및 40) 사이의 주요 차이점들만이 아래에서 기술된다. 시스템(40B)과 시스템(40A) 사이의 주요 차이점 중 하나는 시스템(40B)이 PPD(32A)대신 PPD(32B)를 포함한다는 것이다. PPD(32A)와 다르게, PPD(32B)는 적응형 이득 제어 회로를 사용하지 않고 피나 근접 검출를 수행할 수 있다. 스피커(SPKR)가 오프-이어일 때 저역 통과 필터링된 에러 마이크로폰 신호의 에너지와 필터(156)의 출력 사이의 차이(결합기(164)에 의해 생성됨)가 작을 수 있으며, 스피커(SPKR)가 온-에어일 때 이러한 차이는 상당히 클 수 있다. 따라서, 피나 근접 결정 블록(60B)은 이러한 차이를 이용하여 피나 근접 결정을 렌더링할 수 있다.
다시 도 13으로 돌아가면, 주변 노이즈 추정기(82)를 사용하는 시스템(40)이 도시되어 있다. 도 25는 본 개시의 실시예들에 따른 예시적인 주변 노이즈 추정기(82)의 블록도이다. 주변 노이즈를 효과적으로 추정하기 위해, 대역 통과 필터링된 에러 마이크로폰 신호로부터 감지된 파일럿 신호(PILOT')를 가능한 많이 제거해야 할 필요가 있을 수 있다. 그러한 제거는 감지된 파일럿 신호(PILOT')를 예측하기 위해, 도 13에 도시된 파일럿 추적기(56)에 의해 또는 도 25에 도시된 추가 파일럿 추적기(166)에 의해 수행될 수 있다. 결합기(168)는 대역 통과 필터링된 에러 마이크로폰 신호로부터 이러한 예측된 파일럿 신호를 감산하여, 파일럿 없는 대역 통과 필터링된 에러 마이크로폰 신호를 생성할 수 있다. 엔벨로프 검출기(170) 및 선형 대 데시벨 변환기(172)는 또한 주변 노이즈 추정기(82)가 파일럿 기준 계산기(84)에 전달할 수 있는 주변 노이즈의 추정치를 생성하기 위해 파일럿 없는 대역 통과 필터링된 에러 마이크로폰 신호를 처리할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 둘 이상의 요소들이 서로 "결합된" 것으로 언급될 때, 그러한 용어는 그러한 둘 이상의 요소들이 간접적으로 또는 직접적으로 또는 개재 요소들의 여부와 상관없이 적용 가능한 것으로서 전자 통신 또는 기계적 통신 상태에 있음을 나타낸다.
본 개시 내용은 당업자가 이해할 수 있는 본 명세서의 예시적인 실시예에 대한 모든 변화, 대체, 변형, 변경, 및 수정을 망라한다. 유사하게, 바람직한 것으로서, 첨부된 청구범위는 당업자가 이해할 수 있는 본 명세서의 예시적인 실시예에 대한 모든 변화, 대체, 변형, 변경, 및 수정을 망라한다. 또한, 특정 기능을 수행하도록 적응되거나, 배열되거나, 할 수 있거나, 구성되거나, 할 수 있게 되거나, 동작 가능하거나, 또는 동작하는 장치 또는 시스템, 또는 장치 또는 시스템의 구성요소에 대한 첨부된 청구범위에서의 참조는, 그 장치, 시스템, 또는 구성성분이 적응되고, 배열되고, 할 수 있고, 구성되고, 할 수 있게 되고, 동작 가능하고, 동작하는 한, 그 장치, 시스템, 또는 구성성분, 또는 그 특정 기능이 활성화되거나, 턴 온되거나, 또는 잠금해제되는 것과는 무관하게 그 장치, 시스템, 또는 구성요소를 망라한다. 따라서, 수정들, 부가들, 또는 생략들이 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않고 여기에서 설명된 시스템들, 장치들, 및 방법들에 대해 이루어질 수 있다. 예를 들어, 시스템들 및 장치들의 구성요소들은 통합되거나 또는 분리될 수 있다. 게다가, 여기에서 개시된 시스템들 및 장치들의 동작들은 더 많은, 더 적은, 또는 다른 구성요소들에 의해 수행될 수 있으며 설명된 방법들은 더 많은, 더 적은, 또는 다른 단계들을 포함할 수 있다. 부가적으로, 단계들은 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다. 본 문서에서 사용된 바와 같이, "각각"은 세트의 각각의 멤버 또는 세트의 서브세트의 각각의 멤버를 지칭한다.
대표적인 실시예들이 도면들에서 예시되고 아래에 설명되었지만, 본 개시의 원리들은 현재 알려져 있는지에 관계없이, 임의의 기술들을 사용하여 구현될 수 있다. 본 개시는 결코 도면들에 예시되고 상기 설명된 대표적인 구현예들 및 기술들에 제한되지 않아야 한다.
달리 구체적으로 주지되지 않는다면, 도면들에서 묘사된 부품들은 반드시 일정한 비율로 그려진 것은 아니다.
본 명세서에 나열된 모든 예들 및 조건부 표현은 독자가 본 개시 내용과 기술을 발전시키기 위해 발명자에 의해 기여된 개념을 이해하는 데 도움이 되도록 교수적인 목적으로 의도된 것이며, 그와 같이 특정하게 인용된 예들 및 조건들에 대한 제한은 없는 것으로 해석된다. 본 개시 내용의 실시예들이 상세히 설명되었지만, 본 개시 내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변화, 대체 및 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.
특정 이점들이 위에서 열거되었지만, 다양한 실시예들은 열거된 이점들 중 일부, 또는 모두를 포함하거나, 또는 포함하지 않을 수 있다. 부가적으로, 다른 기술적 이점들은 앞서 말한 도면들 및 설명의 검토 후 이 기술분야의 통상의 기술자에게 쉽게 명백해질 것이다.
여기에 첨부된 청구항들을 해석하는 데 있어 본 출원에 대해 발행된 임의의 특허의 임의의 독자들 및 특허청을 돕기 위해, 출원인들은 단어들("~하기 위한 수단" 또는 "~하기 위한 단계")이 특정한 청구항에서 명시적으로 사용되지 않는다면 첨부된 청구항들 또는 청구항 요소들 중 어떠한 것도 35 U.S.C §112(f)를 적용하도록 의도하지 않는다는 것을 주목하길 원한다.

Claims (42)

  1. 개인용 오디오 디바이스의 적어도 일부를 구현하기 위한 집적 회로에 있어서:
    변환기(transducer)에 출력 신호를 제공하기 위한 출력부로서, 상기 출력 신호는 파일럿 신호를 포함하는, 상기 출력부;
    상기 변환기의 출력을 나타내는 마이크로폰으로부터의 마이크로폰 신호를 수신하기 위한 마이크로폰 입력부; 및
    프로세싱 회로로서,
    피나(pinna)에 대한 상기 변환기의 근접과 관계없이 상기 파일럿 신호를 실질적으로 일정한 크기로 유지하기 위해 필요에 따라 상기 파일럿 신호에 조정을 적용하기 위해 파일럿 신호 제어를 실행하고,
    상기 조정에 기초하여 상기 피나에 대한 상기 변환기의 근접을 결정하도록 구성된 근접 결정 블록을 구현하도록, 구성되는 상기 프로세싱 회로를 포함하는, 집적 회로.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 근접 결정 블록은 또한 상기 조정을 임계값에 비교함으로써 상기 피나에 대한 상기 변환기의 근접을 결정하도록 구성되는, 집적 회로.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 프로세싱 회로는 또한 상기 출력 신호의 구성 요소로서 안티-노이즈 신호를 생성하도록 적응형 노이즈 제어 시스템을 구현하도록 구성되는, 집적 회로.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 프로세싱 회로는 또한 상기 변환기에서 재생되는 소스 오디오 신호가 상기 안티-노이즈 신호에 의해 제거되는 것을 방지하기 위해 적응형 변환기 대 피나 모델(adaptive transducer-to-pinna model)을 구현하도록 구성되는, 집적 회로.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 프로세싱 회로는 또한 상기 파일럿 신호가 상기 적응형 노이즈 제어 시스템에 의해 수신되는 것을 방지하기 위해 상기 파일럿 신호를 필터링하는 대역-리젝션 필터(band-rejection filter)를 구현하도록 구성되는, 집적 회로.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 프로세싱 회로는 또한 상기 파일럿 신호가 상기 적응형 변환기 대 피나 모델에 의해 수신되는 것을 방지하기 위해 상기 파일럿 신호를 필터링하는 제 2 대역-리젝션 필터를 구현하도록 구성되는, 집적 회로.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 프로세싱 회로는 또한 상기 안티-노이즈 신호의 크기를 수정하기 위해 안티-노이즈 이득을 구현하도록 구성되는, 집적 회로.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 근접 결정 블록은 또한:
    상기 조정을 임계값에 비교함으로써 상기 피나에 대한 상기 변환기의 접근을 결정하고;
    상기 임계값이 상기 안티-노이즈 이득에 기초하여 변경되도록 구성되는, 집적 회로.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 파일럿 신호 제어는 비례-적분-미분 기반 자동 이득 제어(proportional-integral-derivative-based automatic gain control)로서 실행되는, 집적 회로.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 비례-적분-미분 기반 자동 이득 제어의 적분기 항목은 상기 조정의 네거티브 값들을 최소화하도록 클램프되는, 집적 회로.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱 회로는 또한 상기 파일럿 신호를 추적하는 파일럿 신호 추적기를 구현하도록 구성되고;
    상기 파일럿 신호 제어는 상기 파일럿 추적기의 것보다 느린 대역폭을 갖도록 조정되는, 집적 회로.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 파일럿 신호 제어는 상기 파일럿 추적기의 것보다 대략 10배 느린 대역폭을 갖도록 조정되는, 집적 회로.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 프로세싱 회로는 또한 상기 마이크로폰 신호의 저주파수 및 직류 성분들이 상기 파일럿 신호 제어의 작동에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 상기 마이크로폰 신호를 필터링하도록 구성된 고역 통과 필터를 구현하는, 집적 회로.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 프로세싱 회로는 또한 상기 파일럿 신호에 의해 점유된 주파수 범위 내에서 상기 마이크로폰 신호를 대역 통과 필터링하도록 구성된 대역 통과 필터를 구현하는, 집적 회로.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 파일럿 신호 제어는 상기 조정의 네거티브 값들을 최소화하도록 구성되는, 집적 회로.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세싱 회로는 또한 상기 마이크로폰에 결합된 주변 노이즈 추정기를 구현하고, 상기 파일럿 신호의 주파수에 가까운 주파수 영역에서 주변 노이즈의 추정치를 생성하도록 구성되고;
    상기 파일럿 신호는 또한 상기 주변 노이즈의 추정치에 기초하여 상기 조정을 적용하는, 집적 회로.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 주변 노이즈의 추정치는 상기 파일럿 신호를 최소화하기 위해 상기 마이크로폰 신호로부터 상기 파일럿 신호의 예측치를 감산함으로써 상기 주변 노이즈의 추정치를 생성하도록 구성되는, 집적 회로.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 파일럿 신호는 상기 파일럿 신호가 활성화되고 비활성화되는 사이에서 사이클링하도록 듀티 사이클링되는, 집적 회로.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 파일럿 신호는, 활성화 및 비활성화와 연관된 오디오 아피팩트들을 피하기 위해, 활성화될 때 증가 방식으로 램핑되고 비활성화될 때 감소 방식으로 램핑되는, 집적 회로.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 근접 결정 블록은 상기 파일럿 신호가 비활성화되거나 램핑될 때 상기 피나에 대한 상기 변환기의 근접 결정이 방지되는, 집적 회로.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 파일럿 신호는 상기 파일럿 신호가 비활성화되거나 램핑될 때 상기 파일럿 신호를 조정하는 것이 방지되는, 집적 회로.
  22. 방법으로서:
    변환기에 출력 신호를 제공하기 위한 단계로서, 상기 출력 신호는 파일럿 신호를 포함하는, 상기 제공하는 단계;
    상기 변환기의 출력을 나타내는 마이크로폰으로부터의 마이크로폰 신호를 수신하는 단계;
    피나에 대한 상기 변환기의 근접과 관계없이 상기 파일럿 신호를 실질적으로 일정한 크기로 유지하기 위해 필요에 따라 상기 파일럿 신호에 조정을 적용하는 단계; 및
    상기 조정에 기초하여 상기 피나에 대한 상기 변환기의 접근을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 조정을 임계값에 비교함으로써 상기 피나에 대한 상기 변환기의 근접을 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 출력 신호의 구성 요소로서 안티-노이즈 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 변환기에서 재생되는 소스 오디오 신호가 상기 안티-노이즈 신호에 의해 제거되는 것을 방지하기 위해 적응형 변환기 대 피나 모델을 구현하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 파일럿 신호가 상기 적응형 노이즈 제어 시스템에 의해 수신되는 것을 방지하기 위해 상기 파일럿 신호를 필터링하도록 대역-리젝션으로 필터링하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 파일럿 신호가 상기 적응형 변환기 대 피나 모델에 의해 수신되는 것을 방지하기 위해 상기 파일럿 신호를 필터링하도록 제 2 대역-리젝션 필터로 필터링하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  28. 제 24 항에 있어서, 안티-노이즈 이득으로 상기 안티-노이즈 신호의 크기를 수정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 조정을 임계값에 비교함으로써 상기 피나에 대한 상기 변환기의 근접을 결정하는 단계로서, 상기 임계값은 상기 안티-노이즈 이득에 기초하여 변경되는, 상기 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  30. 제 22 항에 있어서, 상기 파일럿 신호에 조정을 적용하는 단계는 비례-적분-미분 기반 자동 이득 제어를 사용하여 수행되는, 방법.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 비례-적분-미분 기반 자동 이득 제어의 적분기 항목은 상기 조정의 네거티브 값들을 최소화하도록 클램프되는, 방법.
  32. 제 22 항에 있어서, 상기 파일럿 신호를 추적하는 파일럿 신호 추적기를 구현하는 단계를 더 포함하며, 상기 파일럿 신호에 조정을 적용하기 위한 파일럿 신호 제어가 상기 파일럿 추적기의 것보다 느린 대역폭을 갖도록 조정되는, 방법.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 파일럿 신호 제어는 상기 파일럿 추적기의 것보다 대략 10배 느린 대역폭을 갖도록 조정되는, 집적 회로.
  34. 제 22 항에 있어서, 상기 마이크로폰 신호의 저주파수 및 직류 성분들이 상기 파일럿 신호 제어의 작동에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 고역 통과 필터를 사용하여 상기 마이크로폰 신호를 필터링하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  35. 제 22 항에 있어서, 대역 통과 필터를 사용하여 상기 파일럿 신호에 의해 점유된 주파수 범위 내에서 상기 마이크로폰 신호를 대역 통과 필터링하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  36. 제 22 항에 있어서, 상기 파일럿 신호에 조정을 적용하는 단계는 상기 조정의 네거티브 값들을 최소화하는 단계를 포함하는, 방법.
  37. 제 22 항에 있어서,
    상기 파일럿 신호의 주파수에 가까운 주파수 영역에서 주변 노이즈의 추정치를 생성하는 단계; 및
    상기 주변 노이즈의 추정치에 기초하여 상기 조정을 적용하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 파일럿 신호를 최소화하기 위해 상기 마이크로폰 신호로부터 상기 파일럿 신호의 예측치를 감산함으로써 상기 주변 노이즈의 추정치를 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  39. 제 22 항에 있어서, 상기 파일럿 신호가 활성화되고 비활성화되는 사이에서 사이클링하도록 상기 파일럿 신호를 듀티 사이클링하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  40. 제 39 항에 있어서, 활성화 및 비활성화와 연관된 오디오 아피팩트들을 피하기 위해, 활성화될 때 증가 방식으로 상기 파일럿 신호를 램핑하고 비활성화될 때 감소 방식으로 상기 파일럿 신호를 램핑하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  41. 제 40 항에 있어서, 상기 파일럿 신호가 비활성화되거나 램핑될 때 상기 피나에 대한 상기 변환기의 근접 결정을 방지하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  42. 제 40 항에 있어서, 상기 파일럿 신호가 비활성화되거나 램핑될 때 상기 파일럿 신호를 조정을 방지하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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