KR20210149857A - 액티브 노이즈 소거 시스템들 및 방법들을 위한 윈드 노이즈 억제 - Google Patents

액티브 노이즈 소거 시스템들 및 방법들을 위한 윈드 노이즈 억제 Download PDF

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KR20210149857A
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Abstract

액티브 노이즈 소거 (ANC) 는 외부 노이즈를 감지하고 레퍼런스 신호를 생성하는 레퍼런스 센서, 노이즈 소거 구역에서 노이즈를 감지하고 에러 신호를 생성하는 에러 센서, 레퍼런스 신호 및 에러 신호를 수신하고 제 1 안티-노이즈 신호를 생성하도록 노이즈 소거 구역에서 외부 노이즈를 소거하는 피드포워드 ANC 서브시스템, 에러 신호를 수신하고 제 2 안티-노이즈 신호를 생성하여 소거 구역에서 외부 노이즈를 제거하는 피드백 ANC 서브시스템, 레퍼런스 신호에 윈드 노이즈가 존재하는지 여부를 결정하고 윈드 노이즈 검출 상태를 출력하는 윈드 검출기, 및 윈드 노이즈 검출 상태에 따라 피드포워드 ANC 서브시스템 및 피드백 ANC 서브시스템을 제어하고 제 1 안티-노이즈 신호 및 상기 제 2 안티-노이즈 신호를 혼합하여 출력 안티-노이즈 신호를 생성하는 윈드 핸들러를 포함한다.

Description

액티브 노이즈 소거 시스템들 및 방법들을 위한 윈드 노이즈 억제
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2019 년 4 월 30 일 출원되고 명칭이 "WIND NOISE SUPPRESSION FOR ACTIVE NOISE CANCELLING SYSTEMS AND METHODS" 인 미국 특허출원 제 16/399,980 호의 이익 및 우선권을 주장하며, 이는 그 전부가 본 명세서에 참조로 통합된다.
기술분야
본 출원은 일반적으로 노이즈 소거 (noise cancelling) 시스템들 및 방법들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 예를 들어, 헤드폰 (예를 들어, 청각주변 (circum-aural), 초청각 및 인-이어 타입들), 이어버드, 보청기 및 다른 개인용 청취 디바이스들에서 윈드 노이즈 (wind noise) 의 적응적 소거 및/또는 억제에 관한 것이다.
액티브 노이즈 소거 (active noise cancellation; ANC) 시스템은 일반적으로 레퍼런스 마이크로폰을 통해 주변 노이즈를 감지하고 감지된 주변 노이즈와 크기는 대략 동일하지만 위상은 반대인 대응하는 안티-노이즈 (anti-noise) 신호를 생성함으로써 동작한다. 주변 노이즈와 안티-노이즈 신호는 음향적으로 서로 상쇄되어, 사용자가 원하는 오디오 신호만을 들을 수 있게 한다. 이러한 효과를 달성하기 위해, 레퍼런스 마이크로부터 안티-노이즈 신호를 출력하는 라우드-스피커로의 저-지연, 프로그램가능 경로가 구현될 수도 있다. 동작 시, 종래의 안티-노이즈 필터링 시스템은 모든 노이즈를 완전히 소거하지 않아서, 잔여 노이즈를 남기고 및/또는 사용자를 산만하게 할 수도 있는 가청 인공물을 생성한다.
주변 노이즈와 달리, 윈드 노이즈는 국부적인 난기류로 인해 레퍼런스 마이크로폰에서 발생하며 외이도에 도달하는 주변 노이즈와 상관되지 않는다. 윈드 노이즈는 적어도 2 가지 측면에서 ANC 성능을 저하시킨다. 첫째, 윈드 노이즈는 통상적으로 적응적 필터를 통과하여 사용자에게 들리게 될 것이다. 둘째, 윈드 노이즈의 존재는 잘못된 레퍼런스 신호, 안티-노이즈 신호 및/또는 ANC 필터의 잘못된 적응을 초래할 수 있다.
전술한 것을 고려하여, 바람이 부는 환경에서 동작할 수도 있는 헤드폰, 이어버드 및 다른 개인용 청취 디바이스들을 위한 개선된 액티브 노이즈 소거 시스템들 및 방법들에 대한 계속적인 요구가 있다.
바람이 많이 부는 환경에서 사용될 수도 있는 오디오 청취 디바이스들에서 액티브 노이즈 소거를 위한 시스템들 및 방법들이 개시된다. 하나 이상의 실시형태들에서, 액티브 노이즈 소거 시스템은 환경 노이즈를 감지하고 대응하는 레퍼런스 신호를 생성하는 레퍼런스 센서, 노이즈 소거 구역에서 노이즈를 감지하고 대응하는 에러 신호를 생성하는 에러 센서, 레퍼런스 신호 및 에러 신호를 수신하고 안티-노이즈 신호를 생성하여 소거 구역에서 환경 노이즈를 소거하도록 구성된 노이즈 소거 필터, 레퍼런스 신호 및 에러 신호를 수신하고 안티-노이즈 신호를 적응적으로 조정하도록 구성된 적응 모듈, 및 레퍼런스 신호를 수신하고, 윈드 노이즈 이벤트를 검출하며, 윈드 노이즈 이벤즈 정보에 응답하여 적응 모듈들을 선택적으로 인에이블 및 디스에이블하도록 구성된 윈드 노이즈 검출 모듈을 포함한다.
일부 실시형태들에서, 액티브 노이즈 소거 시스템은 레퍼런스 신호에서 윈드 노이즈의 존재를 검출하도록 구성된 윈드 검출기 모듈, 및 신호 이득 및/또는 적응 파라미터를 조정하여 검출된 윈드 노이즈를 조정하도록 구성된 윈드 핸들러 모듈을 포함한다.
다양한 실시형태들에서, 액티브 노이즈 소거 시스템은 외부 노이즈로부터 레퍼런스 신호를 생성하도록 구성된 레퍼런스 센서 및 노이즈 소거 구역에서 감지된 노이즈로부터 에러 신호를 생성하도록 구성된 에러 센서를 포함한다. 피드포워드 노이즈 소거 서브시스템은 레퍼런스 신호 및 에러 신호를 사용하여 제 1 안티-노이즈 신호를 생성하도록 구성되고, 피드백 노이즈 소거 서브시스템은 에러 신호를 사용하여 제 2 안티-노이즈 신호를 생성하도록 구성된다. 윈드 검출 모듈은 레퍼런스 신호에 윈드 노이즈가 존재하는지 여부를 결정하고 윈드 검출 상태를 출력하도록 구성되고, 윈드 핸들러 모듈은 윈드 검출 상태에 따라 피드포워드 노이즈 소거 서브시스템 및 피드백 노이즈 소거 서브시스템을 제어하고 제 1 안티-노이즈 신호 및 상기 제 2 안티-노이즈 신호를 사용하여 출력 안티-노이즈 신호를 생성하도록 구성된다.
액티브 노이즈 소거 시스템은 제 1 안티-노이즈 신호의 제 1 이득을 조정하도록 구성된 제 1 가변 이득 모듈, 및 제 2 안티-노이즈 신호의 제 2 이득을 조정하도록 구성된 제 2 가변 이득 모듈을 더 포함할 수도 있다. 윈드 핸들러 모듈은 윈드 검출 상태에 응답하여 제 1 이득 및 제 2 이득을 설정하도록 구성된다. 출력 안티-노이즈 신호는 제 1 이득 조정된 제 1 안티-노이즈 신호 및 제 2 이득 조정된 제 2 안티-노이즈 신호를 포함할 수도 있다. 윈드 핸들러는 또한 윈드 노이즈 검출 상태의 변화에 응답하여 피드백 적응적 노이즈 소거와 피드포워드 적응적 노이즈 소거 사이에서 트랜지션하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 윈드 핸들러 모듈은 검출된 윈드 노이즈에 응답하여 적응적 피드포워드 노이즈 소거를 디스에이블하고 윈드 노이즈가 검출되지 않은 경우 적응적 피드백 노이즈 소거를 디스에이블하도록 구성된다.
액티브 노이즈 소거 시스템은 프로세서 및 프로세서에 의한 실행을 위한 프로그램 명령들을 저장하는 메모리를 더 포함할 수도 있고, 윈드 핸들러 모듈은 메모리에 저장된 프로그램 명령들을 포함할 수도 있다. 액티브 노이즈 소거 시스템은 제 1 안티-노이즈 신호와 제 2 안티-노이즈 신호를 조합하여 출력 안티-노이즈 신호를 생성하도록 구성된 가산기를 더 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 액티브 노이즈 소거 시스템은 액티브 노이즈 소거 헤드폰, 이어버드, 보청기 또는 다른 디바이스에서 구현될 수 도 있다.
다양한 실시형태들에서, 액티브 노이즈 소거 시스템에서 윈드 노이즈를 억제하기 위한 방법은, 외부 노이즈로부터 레퍼런스 신호를 생성하는 단계, 노이즈 소거 구역에서 감지된 노이즈로부터 에러 신호를 생성하는 단계, 피드포워드 노이즈 소거 프로세스를 사용하여, 레퍼런스 신호 및 에러 신호를 사용한 제 1 안티-노이즈 신호를 생성하는 단계, 및 피드백 노이즈 소거 프로세스를 사용하여, 에러 신호를 사용한 제 2 안티-노이즈 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 방법은 레퍼런스 신호에 윈드 노이즈가 존재하는지 여부를 결정하고 대응하는 윈드 노이즈 검출 상태를 설정하는 단계, 및 윈드 노이즈 검출 상태에 따라 피드포워드 노이즈 소거 프로세스 및 피드백 노이즈 소거 프로세스에서 적응 프로세싱을 제어하고 제 1 안티-노이즈 신호 및 제 2 안티-노이즈 신호를 혼합하여 출력 안티-노이즈 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다.
방법은 윈드 노이즈 검출 상태에 응답하여 제 1 안티-노이즈 신호의 제 1 이득 및/또는 제 2 안티-노이즈 신호의 제 2 이득을 조정하는 단계, 및 제 1 안티-노이즈 신호의 제 1 이득 및/또는 제 2 안티-노이즈 신호의 제 2 이득을 조정한 후, 제 1 안티-노이즈 신호와 제 2 안티-노이즈 신호를 조합함으로써 출력 안티-노이즈 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수도 있다. 방법은 윈드 노이즈 검출 상태의 변화들을 검출하고 피드백 적응적 노이즈 소거 프로세스와 피드포워드 적응적 노이즈 소거 프로세스 사이에서 트랜지션하는 단계, 윈드 노이즈가 검출되는 경우 적응적 피드포워드 노이즈 소거를 디스에이블하는 단계, 및/또는 윈드 노이즈가 부재인 경우 적응적 피드백 노이즈 소거를 디스에이블하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 피드포워드 노이즈 소거 프로세스의 적응 프로세싱을 제어하는 단계는 디지털 신호 프로세서의 윈드 핸들러 모듈에 의해 수행된다. 방법은 제 1 안티-노이즈 신호와 제 2 안티-노이즈 신호를 조합하여 출력 안티-노이즈 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
발명의 범위는 참조에 의해 이 섹션에 통합되는, 청구항들에 의해 정의된다. 본 개시의 실시형태들의 보다 완전한 이해는 다음의 상세한 설명의 고려에 의해, 그의 부가적인 이점들의 실현뿐만 아니라 당업자에게 제공될 것이다. 먼저 간략하게 설명될 첨부 시트의 도면들에 대해 참조가 이루어질 것이다.
본 개시의 양태들 및 그 이점들은 다음의 도면들 및 후속하는 상세한 설명을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다. 같은 참조 번호들은 도면들 중 하나 이상에 도시된 같은 엘리먼트들을 식별하는데 사용되고, 도면들에서 나타내는 것은 본 개시의 실시형태들을 예시하기 위한 것이며 이를 제한하기 위한 것은 아님을 이해해야 한다. 도면들에서의 컴포넌트들이 반드시 일정비율일 필요는 없으며, 대신 본 개시의 원리를 명확하게 설명하는데 중점을 둔다.
도 1 은 본 개시의 하나 이상의 실시형태들에 따른, 윈드 노이즈 소거 및/또는 억제를 제공하는 액티브 노이즈 소거 헤드셋을 도시한다.
도 2 는 본 개시의 하나 이상의 실시형태들에 따른, 윈드 노이즈 검출 및 핸드링을 제공하는 컴포넌트들을 포함하는 액티브 노이즈 소거 시스템을 도시한다.
도 3 은 본 개시의 하나 이상의 실시형태들에 따른, 액티브 노이즈 소거 시스템에서 윈드 노이즈를 검출 및 핸들링하기 위한 프로세스를 도시한다.
도 4 는 본 개시의 하나 이상의 실시형태들에 따른, 노이즈 이벤트 검출 및 핸들링 컴포넌트들을 포함하는 액티브 노이즈 소거 시스템을 도시한다.
다양한 실시형태들에 따라, 주변 노이즈 및 윈드 노이즈를 소거 및/또는 억제하기 위한 개선된 액티브 노이즈 소거 (ANC) 시스템들 및 방법들이 개시된다. 헤드폰 또는 다른 개인용 청취 디바이스는 주변 노이즈를 감쇠시키는 액티브 노이즈 소거 (ANC) 시스템을 포함할 수도 있다. 일반적인 배열에서, ANC 시스템은 레퍼런스 센서 (예를 들어, 마이크로폰 또는 다른 오디오 센서), 적응적 필터, 및 에러 센서 (예를 들어, 마이크로폰 또는 다른 오디오 센서) 를 포함한다. 레퍼런스 센서는 주변 노이즈를 감지하고 대응하는 레퍼런스 오디오 신호를 생성한다. 적응적 필터는 레퍼런스 오디오 신호와 에러 신호에서 안티-노이즈 신호를 생성하고 이를 라우드스피커나 다른 트랜스듀서로 전달하여 청취자의 귀에서 주변 사운드를 오프셋한다. 에러 센서는 잔여 사운드를 모니터링하여, 적응적 필터의 성능에 대한 피드백을 제공한다. ANC 시스템은 레퍼런스 오디오 신호와 에러 신호를 지속적으로 평가하고 적응적 필터를 적응적으로 보정하여 우수한 주변 노이즈 감쇠 효과를 달성한다.
주변 노이즈와 달리, 윈드 노이즈는 국부적인 난기류로 인해 레퍼런스 센서에서 발생한다. 이러한 윈드 노이즈는 청취자가 듣는 주변 노이즈에 상관되지 않으며 적어도 2 가지 측면에서 ANC 성능을 저하시킨다. 첫째, 윈드 노이즈는 적응적 필터를 통과하여 사용자에게 들리게 될 것이다. 둘째, 윈드 노이즈가 잘못된 안티-노이즈를 생성하고 ANC 필터가 잘못 적응할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 윈드 검출기 및 윈드 이벤트 핸들러는 바람직하지 않은 윈드 노이즈를 소거 및/또는 억제하기 위해 제공된다. 윈드 노이즈가 부재일 때, 윈드 이벤트 핸들러는 피드포워드 배열에서 레퍼런스 신호 및 에러 신호 양자 모두를 사용하여 레퍼런스 신호를 적응적으로 필터링하고 안티-노이즈를 생성한다. 윈드 노이즈가 검출될 때, 윈드 이벤트 핸들러는 피드백 배열에서 에러 신호를 사용하여 에러 신호를 적응적으로 필터링하고 안티-노이즈를 생성하도록 ANC 를 구성한다 (레퍼런스 신호를 사용하지 않음).
이제 윈드 노이즈 억제를 위한 적응적 노이즈 소거 시스템들의 예시적인 실예형태들이 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도 1 은 본 개시의 하나 이상의 실시형태들에 따른, 윈드 노이즈 소거 및/또는 억제를 제공하는 액티브 노이즈 소거 헤드셋을 도시한다. 액티브 노이즈 소거 (ANC) 시스템 (100) 은 오디오 디바이스, 예컨대 헤드폰 (110), 및 오디오 프로세싱 회로부, 예컨대 디지털 신호 프로세서 (DSP)(120), 디지털-아날로그 컨버터 (DAC)(130), 증폭기 (132), 레퍼런스 마이크로폰 (140), 라우드스피커 (150), 에러 마이크로폰 (162), 및 다른 컴포넌트들을 포함한다.
동작 시, 청취자는 헤드폰 (110) 의 컴포넌트들 및 하우징을 통해 외부 노이즈 d(n) 를 들을 수도 있다. 노이즈 d(n) 를 소거하기 위해, 레퍼런스 마이크로폰 (140) 은 외부 노이즈 (예컨대 주변 노이즈 (180)) 를 감지하여, 아날로그-디지털 컨버터 (ADC)(142) 를 통해 DSP (120) 에 공급되는 레퍼런스 신호 x(n) 를 생성한다. DSP (120) 는 노이즈 소거 구역 (160) 에서 안티-노이즈를 생성하기 위해 라우드스피커 (150) 로 DAC (130) 및 증폭기(13 2) 를 통해 공급되는 안티-노이즈 신호 y(n) 를 생성한다. DSP (120) 는 노이즈 소거 구역 (160) 에서의 노이즈 d(n) 와 크기가 동일하고 위상이 반대인 안티-노이즈를 생성함으로써 노이즈 소거 구역 (160) 에서 노이즈 d(n) 를 소거 및/또는 억제하도록 구성된다. 결과의 노이즈 및 안티-노이즈의 혼합은 노이즈 소거의 효과를 측정하기 위해 에러 신호 e(n) 를 생성하는 에러 마이크로폰 (162) 에 의해 캡처된다. 에러 신호 e(n) 는 ADC (164) 를 통해 DSP (120) 에 공급되며, 이는 안티-노이즈 신호 y(n) 의 크기 및 위상을 조정하여 소거 구역 (160) 내에서 에러 신호 e(n) 를 최소화 (예를 들어, 에러 신호 e(n) 를 0 으로 드라이브) 한다.
일부 실시형태들에서, 라우드스피커 (150) 는 또한 에러 마이크로폰 (162) 에 의해 수신되고 DSP (120)(또는 다른 오디오 컴포넌트들) 에 의한 프로세싱 동안 에러 신호 e(n) 로부터 제거되는 원하는 오디오 (예를 들어, 음악) 을 생성할 수도 있다. 도 1 의 실시형태는 액티브 노이즈 소거 시스템의 일 예이고 본 명세서에 개시된 시스템들 및 방법들은 레퍼런스 마이크로폰 및 에러 마이크로폰을 포함하는 다른 적응적 노이즈 소거 구현들로 구현될 수도 있음을 알 것이다.
레퍼런스 마이크로폰 (140) 은 또한 레퍼런스 마이크로폰 (140) 에 부딪힐 수도 있는 바람 (182) 으로부터 생성된 오디오 신호와 같은 윈드 노이즈와 연관된 오디오 신호들을 생성할 수도 있다. 일부 구현들에서, 윈드 노이즈는 DSP (120) 의 표준 ANC 프로세싱을 통과하고 청취자를 위해 재생될 수도 있다. 일부 구현들에서, DSP (120) 의 표준 ANC 프로세싱은 윈드 노이즈의 전부 또는 일부를 소거하거나 억제하기 위해 안티-노이즈 신호를 생성할 수도 있다. 그러나, 레퍼런스 마이크로폰 (140) 에 의해 포착된 윈드 노이즈는 에러 마이크로폰 (162) 및/또는 청취자의 외이도에서 수신된 주변 노이즈 (180) 와 상관하지 않을 수도 있어서, 청취 경험에 부정적인 영향을 미치는 안티-노이즈 인공물을 초래한다.
윈드 노이즈를 소거 및/또는 억제하기 위해, DSP (120) 는 레퍼런스 마이크로폰 (140) 에 의해 생성된 윈드 노이즈를 검출하고 검출된 윈드 노이즈를 억제하기 위한 프로세싱을 관리하도록 구성된 윈드 검출기 및 윈드 핸들러 컴포넌트들 (124) 을 포함한다. DSP (120) 는 프로세서, 마이크로프로세서, 프로그램가능 로직 디바이스, 디지털 신호 프로세서 또는 다른 로직 디바이스 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 윈드 검출기 및 윈드 핸들러 컴포넌트들 (124), 및 본 명세서에 개시된 다른 ANC 컴포넌트들 및 프로세스들은 DSP (120) 에 의한 실행을 위해 메모리에 저장된 소프트웨어 명령들을 포함할 수도 있다.
다양한 실시형태들에서, DSP (120) 는 피드포워드 ANC (FFANC) 서브시스템 및 피드백 ANC (FBANC) 서브시스템을 통해 안티-노이즈 신호들을 프로세싱하도록 구성된다. FFANC 서브시스템은 레퍼런스 신호 x(n) 및 에러 마이크로폰 신호 e(n) 양자 모두를 분석하여 노이즈 소거를 위한 안티-노이즈 신호를 생성하도록 구성된다. FFANC 서브시스템은 윈드 노이즈가 부재일 때 (예를 들어, 윈드 노이즈가 검출되지 않았을 때) 윈드 검출기 및 윈드 핸들러 컴포넌트들 (124) 에 의해 활성화된다. FBANC 서브시스템은 에러 신호 e(n) 에 기초하여 안티-노이즈 신호를 에측하고 (예를 들어, 안티-노이즈 신호는 레퍼런스 신호 x(n) 를 사용하지 않으면서 에러 신호 e(n) 에 기초할 수도 있음) 검출된 윈드 노이즈를 억제하도록 구성된다. FFANC 서브시스템은 윈드 노이즈가 존재할 때 (예를 들어, 윈드 노이즈가 검출되었을 때) 윈드 검출기 및 윈드 핸들러 컴포넌트들 (124) 에 의해 활성화된다.
도 2 는 종래 시스템들과 비교할 때 바람직하지 않은 오디오 인공물이 실질적으로 없는, 개선된 윈드 노이즈 소거 성능을 포함하는 예시의 액티브 노이즈 소거 (ANC) 시스템 (200) 을 도시한다. ANC 시스템 (200) 은 레퍼런스 신호 x(n) 를 생성하는 외부 레퍼런스 마이크로폰 (예를 들어, 도 1 의 마이크로폰 (140)) 에서 주변 노이즈를 감지한다. 주변 노이즈는 또한 청취 디바이스의 하우징 및 컴포넌트들을 포함하는 노이즈 경로 P(z) 를 통과하고, 에러 마이크로폰 (예를 들어, 에러 마이크로폰 (162)) 에서 d(n) 으로서 수신된다.
ANC 시스템 (200) 은 d(n) 를 소거하는 안티-노이즈 신호를 생성하기 위해 피드포워드 ANC 서브시스템 (210) 및 피드백 ANC 서브시스템 (240) 을 포함한다. 피드포워드 ANC 서브시스템 (210) 은 필터링된-X 최소 평균 제곱 (FxLMS) 적응적 필터, 또는 다른 적응적 피드포워드 접근법으로서 구현될 수도 있다. 피드포워드 ANC 서브시스템 (210) 은 레퍼런스 신호 x(n) 로부터 디지털 필터 (214) 를 통해 안티-노이즈 신호 y(n) 를 적응적으로 생성한다. 안티-노이즈 신호는 라우드스피커를 통해 출력되고 2차 경로 S(n)(262) 를 통해 에러 마이크로폰에서 수신되며, 이는 필터 (214) 로부터 라우드스피커를 통해 에러 마이크로폰으로의 경로를 포함한다.
피드포워드 적응 모듈 (212)(예를 들어, LMS 적응적 필터) 은 에러 마이크로폰 및 레퍼런스 신호 x(n) 에 의해 측정된 에러 신호 e(n) 에 기초하여 가중치 W FF (z) (예를 들어, 피드포워드 경로에서 디지털 필터 (214) 에 대한 필터 계수들의 세트) 를 업데이트한다. 도시된 실시형태에서, 레퍼런스 신호 x(n) 는 레퍼런스 신호 x(n) 및 에러 신호 e(n) 의 위상들을 정렬하는, 2차 경로 (216)(
Figure pct00001
(z)) 의 모델로 필터링된다. 피드포워드 적응 모듈 (212) 은 그 후 필터 계수들/가중치들 W FF (z) 을 적응적으로 조정하여 예상된 평균 제곱 에러
Figure pct00002
를 최소화한다.
피드백 ANC 서브시스템 (240) 은 입력으로서 레퍼런스 마이크폰 신호 x(n) 를 사용하지 않으면서 안티-노이즈 신호를 생성하도록 구성됨으로써, 피드포워드 윈드 노이즈 억제와 연관된 많은 문제를 회피한다. 피드백 ANC 서브시스템 (240) 은 안티-노이즈 신호 y(n) 의 추정치 및 에러 신호 e(n) 로부터 주변 사운드 d(n) 를 예측한다. 주변 사운드 d(n) 의 추정치인 입력 신호 x'( n) 는, 가산기 (250) 를 통해 추정된 안티-노이즈 신호 y'(n) 의 필터링된 버전 및 에러 신호 e(n) 를 조합함으로써 생성된다. 필터 (248) 는 2차 경로
Figure pct00003
(z) (예를 들어, 디지털 필터 (246) 와 에러 마이크로폰 사이의 전기-음향 경로) 를 모델링하여 에러 신호 e(n) 와 안티-노이즈 신호 y(n) 의 위상을 정렬한다. 입력 신호 x'(n) 는 피드백 디지털 필터 (246) 로의 입력으로서 제공되고 피드백 적응 블록 (242) 으로의 입력에 대해, (전기-음향 2차 경로에서의 지연을 처리하기 위해) 2차 경로 (
Figure pct00004
(z)) 의 모델로 필터 (244) 를 통해 필터링된다. 피드백 적응 모듈 (242) 은 에러 신호 e(n) 및 필터링된 추정된 주변 사운드 x'(n) 를 수신하고 필터의 가중치들 W FF (z) 을 업데이트하여 예상된 평균 제곱 에러를 최소화한다 (예를 들어, 피드포워드 ANC 서브시스템 (210) 을 참조하여 위에 논의된 바와 유사한 LMS 업데이트 프로세스를 사용함). 일부 실시형태들에서, 디지털 필터들 (214 및 246) 은 무한 임펄스 응답 (IIR) 또는 유한 임펄스 응답 (FIR) 필터들로서 구현될 수 있다.
ANC 시스템 (200) 은 또한 피드포워드 ANC 서브시스템 (210) 및 피드백 ANC 서브시스템 (240) 양자 모두를 사용하여 윈드 노이즈를 억제하도록 구성된다. 일 실시형태에서, 안티-노이즈 y(n) 는 G 1 및 G 2 의 이득 팩터들과 피드포워드 디지털 필터 (214) 출력 및 피드백 디지털 필터 (246) 의 (가산기 260) 에서의) 중첩이다. 일 실시형태에서, 이득 팩터들은 0 과 1 사이이며, G 1 및 G 2 의 합은 대략 1 과 같다.
ANC 시스템 (200) 은 윈드 검출기 (270) 및 윈드 핸들러 (272) 를 더 포함한다. 윈드 검출기 (270) 는 입력으로서 레퍼런스 마이크로폰 신호 x(n) 를 검출하고 레퍼런스 마이크로폰 신호에서 윈드 노이즈의 존재를 검출한다. 윈드 핸들러 (272) 는 윈드 검출기 (270) 의 출력 (예를 들어, 윈드 노이즈가 검출되었는지 여부를 표시하는 출력 플래그) 에 의해 트리거되고 (각각, 피드포워드 적응 모듈 (212) 및 피드백 적응 모듈 (242) 을 통해) 피드포워드 ANC 적응 및 피드백 ANC 적응과 이득 값들 (G 1 및 G 2 ) 을 제어한다. 일부 실시형태들에서, 윈드 검출기 (270) 는 윈드 노이즈의 검출 또는 윈드 노이즈의 부재를 검출하는 검출 상태를 출력한다. 윈드 검출기 (270) 는 예를 들어, 당업계에 알려진 전력 스펙트럼 방법들 및 상관 방법들에 기초하여 다양한 기법들을 사용하여 구현될 수도 있다. 입력 신호에서 윈드 사운드의 존재 또는 부재를 검출할 수 있고 적어도 다음의 2 가지 상태들을 표시하는 출력을 생성하는 다른 윈드 노이즈 검출 컴포넌트들 및 프로세스들이 사용될 수도 있다: (i) 윈드 노이즈가 검출되는 것 및 (ii) 윈드 노이즈가 검출되지 않는 것.
일부 실시형태들에서, 윈드 노이즈 검출은 명칭이 "WIND NOISE DETECTION SYSTEM AND METHODS" 인, 공동 계류 중인 미국 출원 제 16/399,961 호에 개시된 윈드 노이즈 검출 시스템들 및 방법들에 따라 수행될 수도 있으며, 이는 본 출원과 동시에 출원되고 그 전부가 본 명세서에 참조로 통합된다. 예를 들어, 윈드 노이즈 검출기는 복수의 레퍼런스 마이크로폰들로부터 복수의 오디오 입력 신호들을 수신하고 단일 채널 윈드 노이즈 검출 플래그 및 크로스-채널 윈드 노이즈 검출 플래그를 포함하는 복수의 윈드 노이즈 검출 플래그들을 출력하도록 구성될 수도 있고, 각각의 윈드 노이즈 검출 플래그는 윈드 노이즈의 존재 또는 부재를 표시하며, 융합 평활화 모듈은 복수의 윈드 노이즈 검출 플래그들을 수신하고 출력 윈드 노이즈 검출 플래그를 생성하도록 구성된다. 윈드 핸들러는 본 명세서에 개시된 바와 같은 출력 윈드 노이즈 검출 플래그에 따라 안티-노이즈 신호를 생성하도록 ANC 시스템을 구성한다.
다양한 실시형태들에서, 윈드 노이즈 검출기는 단일 오디오 채널을 수신하고 단일 채널 윈드 노이즈 검출 플래그를 생성하도록 동작가능한 단일 채널 검출기를 포함한다. 단일 채널 검출기는 스펙트럼 기울기 및 주파수 성분들의 일부의 전력비의 표준 편차 및 평균을 포함하는 윈드 스펙트럼 모델과 단일 오디오 채널을 비교하도록 동작가능할 수도 있다. 윈드 노이즈 검출기는 전력 비율의 평균이 임계치 평균보다 작고 표준 편차가 임계치 표준 편차보다 큰 경우 (예를 들어, 윈드 노이즈가 부재인 것으로 결정될 때) 플래그를 클리어하고, 스펙트럼 기울기가 미리결정된 임계치 스펙트럼 기울기보다 큰 경우 (예를 들어, 윈도으 노이즈가 존재하는 것으로 결정될 때) 플래그를 설정하도록 구성될 수도 있다. 윈드 노이즈 검출기는 2 이상의 오디오 채널들 사이의 크로스 상관 및 자동 상관들을 계산하고, 예를 들어 자동 상관이 상호 상관보다 작은 경우 플래그를 설정하도록 동작가능한 크로스-채널 검출기를 더 포함할 수도 있다.
윈드 핸들러 (272) 는 윈드 검출기 (270) 출력들에 응답하여 ANC 시스템 (200) 을 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 윈드 핸들러 (272) 는 피드포워드 ANC 서브시스템 (210) 및 피드백 ANC 서브시스템 (240) 을 선택적으로 활성화/비활성화하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 윈드 노이즈가 검출될 때, 윈드 핸들러 (272) 는 (예를 들어, 피드포워드 적응 모듈 (212) 을 통해) 피드포워드 적응을 동결하고 피드백 ANC 서브시스템 (240) 의 적응이 (예를 들어, 피드백 적응 모듈 (242) 을 통해) 안티-노이즈 y(n) 를 생성하는 것을 가능하게 한다. 이 상태에서, 이득 값 G 1 은 0 (이득 없음) 으로 설정되고 이득 값 G 2 는 1 로 설정된다. 윈드 노이즈가 검출되지 않을 때, 윈드 핸들러 (272) 는 (예를 들어, 피드백 적응 모듈 (242) 을 통해) 피드백 적응을 동결하고 피드포워드 ANC 서브시스템 (210) 의 적응이 (예를 들어, 피드백 적응 모듈 (242) 을 통해) 안티-노이즈를 생성하는 것을 가능하게 한다. 이러한 상태에서, 이득 값 G 2 는 0 으로 설정되고 이득 값 G 1 은 1 로 설정된다.
하나 이상의 실시형태들에 따라, 윈드 검출기 (270) 는 윈드 노이즈가 검출되었는지 여부를 표시하기 위해 윈드 노이즈 검출 플래그를 설정하도록 구성되고, 윈드 핸들러 (272) 는 윈드 노이즈 검출 플래그의 변화들에 응답하여 ANC 시스템 (200) 을 구성하도록 동작가능하다. 윈드 노이즈 검출 플래그가 윈드 노이즈 부재에서 윈드 노이즈 검출 상태로 변경되는 경우, 윈드 핸들러 (272) 는 피드포워드 적응 모듈 (212) 을 동결하고 G 1 을 1 부터 0 까지 G 2 를 0 부터 1 까지 변화시켜 피드포워드 ANC 서브시스템 (210) 에서 피드백 ANC 서브시스템 (240) 으로 안티-노이즈 신호를 트랜지션한다. 피드백 적응 모듈 (242) 은 에러 신호 e(n) 에 응답하여 윈드 노이즈를 적응적으로 제거하도록 활성화된다. 상이한 페이딩 기능들은 원치않는 오디오 인공물들을 제한하기 위해 (예를 들어, 가청 클릭들 및 팝들을 회피/감소시키기 위해) 트랜지션 동안 G 1 및 G 2 의 이득 값들을 증가/감소시키는데 사용될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 페이딩 함수는 선형, 지수, 사인 및 로그 함수들을 포함할 수도 있고 샘플 기반 또는 프레임 기반 접근법들에서 구현될 수도 있다.
윈드 검출기 (270) 가 윈드 노이즈 검출 플래그를 윈드 노이즈 검출에서 윈드 노이즈 부재로 변경할 때, 윈드 핸들러 (272) 는 피드백 적응 모듈 (242) 을 동결하고 G 2 를 1 부터 0 까지 G 1 을 0 부터 1 까지 변화시켜 피드백 ANC 서브시스템 (240) 에서 피드포워드 ANC 서브시스템 (210) 으로 안티-노이즈 신호를 트랜지션한다. 하나 이상의 페이딩 기능들은 이 이득 값 G 1 및 이득 값 G 2 를 점진적으로 증가/감소시키는데 사용되어 트랜지션을 평탄하게 하고 원치않는 오디오 인공물을 제한할 수도 있다. 피드포워드 적응 모듈 (212) 은 레퍼런스 마이크로폰 신호 x(n) 및 에러 신호 e(n) 에 응답하여 안티-노이즈 신호를 적응적으로 생성하도록 활성화된다.
이제 도 2 의 액티브 노이즈 소거 시스템 (200) 의 동작의 실시형태가 도 3 의 프로세스 (300) 를 참조하여 설명될 것이다. 프로세스 (300) 는 피드포워드 ANC 서브시스템을 사용하여 동작을 시작한다. 단계 (302) 에서, 피드백 적응이 동결되고, 단계 (304) 에서 피드포워드 경로 및 피드백 경로들에 대해 이득이 조정되어 노이즈 소거를 위해 라우드스피커로 피드포워드 ANC 서브시스템으로부터 수신된 안티-노이즈를 전달한다. 단계 (306) 에서, 감지된 주변 노이즈를 제거하기 위해 피드포워드 적응 노이즈 소거가 수행된다.
윈드 검출기는 레퍼런스 신호를 모니터링하여 윈드 노이즈를 검출한다. 단계 (308) 에서, 윈드 노이즈가 검출되지 않았던 경우, ANC 시스템은 피드포워드 적응적 노이즈 소거 프로세싱으로 계속된다. 윈드 노이즈가 검출되는 경우, 프로세싱은 단계 (310) 로 진행하여 윈드 노이즈가 더 이상 검출되지 않을 때까지 안티-노이즈 신호를 생성하기 위해 피드백 ANC 서브시스템을 사용하도록 ANC 시스템을 트랜지션한다. 단계 (310) 에서, 피드포워드 적응 프로세스는 동결된다. 단계 (312) 에서, 피드포워드 및 피드백 경로들에 대한 이득 값들은 노이즈 소거를 위해 라우드스피커로 피드백 ANC 서브시스템에 의해 생성된 안티-노이즈 신호를 전달하도록 조정된다. 단계 (314) 에서, 안티-노이즈 신호를 적응적으로 생성하도록 피드백 적응이 수행된다. 프로세스는 윈드 노이즈가 더 이상 검출되지 않을 때까지 계속되고 (단계 316), 그 후 프로세싱은 피드포워드 ANC 프로세싱 모드로 다시 트랜시션하기 위해 단계 (302) 에서 계속된다.
다른 실시형태에서, 도 2 의 액티브 노이즈 소거 시스템 (200) 의 피드백 노이즈 소거 서브시스템은 동작 동안 "온" 으로 유지된다. 윈드 핸들러 (272) 는 윈드 검출기 (270) 로부터의 결과들에 따라 피드포워드 노이즈 소거 서브시스템을 턴 "온" 및 "오프"하도록 구성된다. 윈드 노이즈가 검출될 때, 피드포워드 경로는 턴 "오프" 되고 피드백 경로의 출력으로부터 안티-노이즈 신호가 생성된다. 윈드 노이즈가 검출되지 않을 때, 피드포워드 경로는 턴 "온" 되고 피드포워드 경로로부터의 출력과 피드백 경로로부터의 출력의 중첩으로서 안티-노이즈 신호가 생성된다.
본 명세서에 개시된 시스템들 및 방법들은 헤드폰, 헤드셋, 셀 폰, 스마트폰, 태블릿 및 보청기와 같은 다양한 오디오 디바이스들에서 구현될 수 있다. 실시형태들은 적응적 및 고정된 ANC들 양자 모두에 적용될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 본 개시의 교시는 일시적인 레퍼런스 마이크로폰 오작동에 의해 야기된 노이즈와 같은, 국부적 레퍼런스 마이크로폰 노이즈들의 다른 소스들에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 4 에 도시된 바와 같이, 액티브 노이즈 소거 시스템 (400) 은 노이즈 이벤트 검출기 모듈 (470) 및 노이즈 이벤트 핸들러 모듈 (472) 을 포함하여 피드포워드 적응적 노이즈 소거 서브시스템 (410) 과 피드백 적응적 노이즈 소거 서브시스템 (440) 사이에서, 검출된 이벤트의 상태에 기초하여 트랜지션한다. 일부 실시형태들에서, 노이즈 이벤트는 주변 노이즈 조건들과 상관되지 않는 노이즈 이벤트들을 검출하는 것을 포함할 수도 있다. 동작 시, 각각의 서브시스템에 의해 생성된 안티-노이즈 신호는 이득 값들 G 1 및 G 2 에 의해 조정되고 가산기 컴포넌트 (460) 에서 결합된 이득이다.
전술한 개시는 개시된 사용의 특정 필드들 또는 정확한 형태들로 본 개시를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 이와 같이, 본 개시에 대한 다양한 대안의 실시형태들 및/또는 수정들은, 본 명세서에 명시적으로 기재되든 암시되든, 개시를 고려하여 가능하다. 따라서, 본 개시의 설명된 실시형태들로, 당업자는 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않으면서 상세 및 형태에서 변경들이 이루어질 수도 있음을 인식할 것이다. 따라서, 본 개시는 청구항들에 의해서만 제한된다.

Claims (20)

  1. 액티브 노이즈 소거 시스템으로서,
    외부 노이즈로부터 레퍼런스 신호를 생성하도록 구성된 레퍼런스 센서;
    노이즈 소거 구역에서 감지된 사운드로부터 에러 신호를 생성하도록 구성된 에러 센서;
    상기 레퍼런스 신호 및 상기 에러 신호를 사용하여 제 1 안티-노이즈 신호를 생성하도록 구성된 피드포워드 노이즈 소거 서브시스템;
    상기 에러 신호를 사용하여 제 2 안티-노이즈 신호를 생성하도록 구성된 피드백 노이즈 소거 서브시스템;
    상기 레퍼런스 신호에 윈드 노이즈가 존재하는지 여부를 결정하고, 윈드 노이즈 검출 상태를 출력하도록 구성된 윈드 검출 모듈; 및
    상기 윈드 노이즈 검출 상태에 따라 상기 피드포워드 노이즈 소거 서브시스템 및 피드백 노이즈 소거 서브시스템을 제어하고 상기 제 1 안티-노이즈 신호 및 상기 제 2 안티-노이즈 신호를 사용하여 출력 안티-노이즈 신호를 생성하도록 구성된 윈드 핸들러 모듈을 포함하는, 액티브 노이즈 소거 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 안티-노이즈 신호의 제 1 이득을 조정하도록 구성된 제 1 가변 이득 모듈, 및 상기 제 2 안티-노이즈 신호의 제 2 이득을 조정하도록 구성된 제 2 가변 이득 모듈을 더 포함하고, 상기 윈드 핸들러 모듈은 상기 윈드 노이즈 검출 상태에 응답하여 상기 제 1 이득 및 상기 제 2 이득을 설정하도록 구성되는, 액티브 노이즈 소거 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 출력 안티-노이즈 신호는 제 1 이득 조정된 제 1 안티-노이즈 신호 및 제 2 이득 조정된 제 2 안티-노이즈 신호를 포함하는, 액티브 노이즈 소거 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 윈드 핸들러 모듈은 또한 상기 윈드 노이즈 검출 상태의 변화에 응답하여 피드백 적응적 노이즈 소거와 피드포워드 적응적 노이즈 소거 사이에서 트랜지션하도록 구성되는, 액티브 노이즈 소거 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 윈드 핸들러 모듈은 검출된 윈드에 응답하여 적응적 피드포워드 노이즈 소거를 디스에이블하도록 구성되는, 액티브 노이즈 소거 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 윈드 핸들러 모듈은 윈드 노이즈가 존재하지 않는 경우 적응적 피드포워드 노이즈 소거를 디스에이블하도록 구성되는, 액티브 노이즈 소거 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 윈드 검출 모듈은 상기 노이즈 소거 구역에서 수신된 주변 노이즈와 상관되지 않는 윈드 노이즈를 검출하도록 구성되는, 액티브 노이즈 소거 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    프로세서 및 상기 프로세서에 의한 실행을 위한 프로그램 명령들을 저장하는 메모리를 더 포함하고, 상기 윈드 핸들러 모듈은 상기 메모리에 저장된 프로그램 명령들을 포함하는, 액티브 노이즈 소거 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 안티-노이즈 신호와 상기 제 2 안티-노이즈 신호를 조합하여 상기 출력 안티-노이즈 신호를 생성하도록 구성된 가산기를 더 포함하는, 액티브 노이즈 소거 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 액티브 노이즈 소거 시스템은 액티브 노이즈 소거 헤드폰, 이어버드 또는 보청기를 포함하는, 액티브 노이즈 소거 시스템.
  11. 방법으로서,
    외부 노이즈로부터 레퍼런스 신호를 생성하는 단계;
    노이즈 소거 구역에서 감지된 노이즈로부터 에러 신호를 생성하는 단계;
    피드포워드 노이즈 소거 프로세스를 사용하여, 상기 레퍼런스 신호 및 상기 에러 신호를 사용한 제 1 안티-노이즈 신호를 생성하는 단계;
    피드백 노이즈 소거 프로세스를 사용하여, 상기 에러 신호를 사용한 제 2 안티-노이즈 신호를 생성하는 단계;
    상기 레퍼런스 신호에 윈드 노이즈가 존재하는지 여부를 결정하고 대응하는 윈드 노이즈 검출 상태를 설정하는 단계; 및
    상기 윈드 노이즈 검출 상태에 따라 상기 피드포워드 노이즈 소거 프로세스 및 상기 피드백 노이즈 소거 프로세스에서 적응 프로세싱을 제어하고 상기 제 1 안티-노이즈 신호 및 상기 제 2 안티-노이즈 신호를 혼합하여 출력 안티-노이즈 신호를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 윈드 노이즈 검출 상태에 응답하여 상기 제 1 안티-노이즈 신호의 제 1 이득 및 상기 제 2 안티-노이즈 신호의 제 2 이득을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 안티-노이즈 신호의 제 1 이득 및 상기 제 2 안티-노이즈 신호의 제 2 이득을 조정한 후, 상기 제 1 안티-노이즈 신호와 상기 제 2 안티-노이즈 신호를 조합함으로써 상기 출력 안티-노이즈 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 윈드 노이즈 검출 상태의 변화들을 검출하는 단계 및 피드백 적응적 노이즈 소거 프로세스와 피드포워드 적응적 노이즈 소거 프로세스 사이에서 트랜지션하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    윈드 노이즈가 검출되는 경우 적응적 피드포워드 노이즈 소거를 디스에이블하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    윈드 노이즈가 부재인 경우 적응적 피드백 노이즈 소거를 디스에이블하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 윈드 노이즈는 상기 노이즈 소거 구역에서 수신된 주변 노이즈와 상관되지 않는, 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 피드포워드 노이즈 소거 프로세스의 적응적 프로세싱을 제어하는 단계는 디지털 신호 프로세서의 윈드 핸들러 모듈에 의해 수행되는, 방법.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 안티-노이즈 신호와 상기 제 2 안티-노이즈 신호를 조합하여 상기 출력 안티-노이즈 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 방법은 액티브 노이즈 소거 헤드폰, 이어버드 또는 보청기에서 수행되는, 방법.
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