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KR102150844B1 - 개인용 오디오 디바이스 및 개인용 오디오 디바이스의 변환기의 근처의 주변 오디오 사운드들을 소거하기 위한 방법 - Google Patents

개인용 오디오 디바이스 및 개인용 오디오 디바이스의 변환기의 근처의 주변 오디오 사운드들을 소거하기 위한 방법 Download PDF

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KR102150844B1
KR102150844B1 KR1020167009609A KR20167009609A KR102150844B1 KR 102150844 B1 KR102150844 B1 KR 102150844B1 KR 1020167009609 A KR1020167009609 A KR 1020167009609A KR 20167009609 A KR20167009609 A KR 20167009609A KR 102150844 B1 KR102150844 B1 KR 102150844B1
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양 루
다용 조우
닝 리
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씨러스 로직 인코포레이티드
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Abstract

프로세싱 회로는: (i) 기준 마이크로폰 신호로부터 잡음 방지 신호를 생성하는 응답을 가지는 적응형 필터로서, 상기 응답은 기준 마이크로폰 신호 및 재생 정정 에러에 따라 형성되는, 상기 적응형 필터; (ii) 소스 오디오 신호의 전기 음향 경로를 모델링하고 소스 오디오 신호로부터 부 경로 추정을 생성하는 응답을 갖도록 구성된 부 경로 추정 필터; (iii) 재생 정정 에러를 최소화하기 위해 부 경로 추정 필터의 응답을 적응시킴으로써 소스 오디오 신호 및 재생 정정 에러에 따라 부 경로 추정 필터의 응답을 형성하는 부 계수 제어 블록; 및 (iv) 소스 오디오 신호에 잡음 신호를 주입하기 위한 잡음 주입 부분으로서, 상기 잡음 신호는 재생 정정 에러에 기초하여 형성되는, 상기 잡음 주입 부분을 포함할 수 있다.

Description

개인용 오디오 디바이스 및 개인용 오디오 디바이스의 변환기의 근처의 주변 오디오 사운드들을 소거하기 위한 방법{A PERSNAL AUDIO DEVICE, AND A METHOD OF CANCELING AMBIENT AUDIO SOUNDS IN THE PROXIMITY OF A TRANSDUCER OF A PERSONAL AUDIO DEVICE}
본 발명은 일반적으로 음향 변환기(acoustic transducer)와 관련되어 적응형 잡음 소거에 관한 것이고, 특히 적응형 잡음 소거에 의해 생성된 잡음 방지를 위한 잡음 방지 레벨의 바이어싱(biasing)을 포함하는, 음향 변환기의 근처에 존재하는 주변 잡음의 검출 및 소거에 관한 것이다.
모바일/셀룰러 전화들, 무선(cordless) 전화들과 같은 무선 전화들, 및 mp3 플레이어들과 같은, 다른 소비자 오디오 디바이스들이 널리 이용되고 있다. 명료도(intelligibility)에 관한 이러한 디바이스들의 성능은 주변 음향 이벤트(event)들을 측정하기 위해 마이크로폰을 이용하고 그 다음, 주변 음향 이벤트들을 소거하기 위해 잡음 방지 신호를 디바이스의 출력에 삽입하는 신호 프로세싱을 이용하여 잡음 소거를 제공함으로써 개선될 수 있다. 무선 전화들과 같은 개인용 오디오 디바이스들 주위의 음향 환경이 극적으로 변할 수 있기 때문에, 존재하는 잡음의 소스들 및 디바이스 그 자체의 위치에 의존하여, 이러한 환경 변화들을 고려하기 위해 잡음 소거를 적응시키는 것이 바람직하다.
전형적인 적응형 잡음 소거(ANC) 시스템은 개인용 오디오 디바이스에 근접한 주변 오디오 사운드들을 나타내는 기준 마이크로폰 신호를 제공하기 위한 기준 마이크로폰 및 변환기의 음향 출력과 변환기에서의 주변 오디오 사운드들을 나타내는 에러 마이크로폰 신호를 제공하기 위한 변환기에 근접한 에러 마이크로폰을 포함할 수 있다. 전형적인 ANC 시스템은 재생 정정 에러에 기초하여 에러 마이크로폰 신호에서 주변 오디오 사운드들을 최소화하기 위해 기준 마이크로폰의 출력을 필터링(filtering)하는 적응형 필터의 응답을 적응시킴으로써 변환기의 음향 출력에서의 주변 오디오 사운드들의 효과들에 대응하도록 기준 마이크로폰 신호로부터 잡음 방지 신호를 생성하는 적응형 피드포워드(feedforward) 필터를 더 포함할 수 있고, 재생 정정 에러는 에러 마이크로폰 신호와 부(secondary) 경로 추정 사이의 차에 기초한다. 게다가, 전형적인 ANC 시스템은 재생 정정 에러를 최소화하기 위해 부 경로 추정 적응형 필터의 응답을 적응시킴으로써 소스 오디오 신호로부터 부 경로 추정을 생성하는 소스 오디오 신호의 전기 음향 경로를 모델링(modeling)하기 위한 적응형 부 경로 추정 필터를 포함할 수 있고, 재생 정정 에러는 에러 마이크로폰 신호와 부 경로 추정 사이의 차에 기초한다. 전형적인 ANC 시스템은 변환기에 제공된 오디오 신호를 생성하기 위해 잡음 방지 신호를 소스 오디오 신호와 조합할 수 있다.
본 발명의 관련 종래기술은 미국특허출원공개공보인 US 2008/0181442 A1, US 2010/0195844 A1, US 2012/0308027 A1, US 2002/0003887 A1 등에 개시되어 있다.
이러한 ANC 시스템은 부 경로 추정 필터의 응답을 적절하게 적응시키거나 "트레이닝(training)"하기 위해 소스 오디오 신호를 요구한다. 그러나, 소스 오디오 신호를 통한 트레이닝의 단점은, 이러한 신호들이 부 경로 추정 필터의 응답을 효과적으로 트레이닝하기 위해 요구된 지속성(persistence) 또는 스펙트럼 밀도를 갖지 않을 수 있고, 소스 오디오 신호가 사일런트(silent) 간격들을 가질 수 있거나 주파수들의 특정 범위들에서 콘텐트가 부족할 수 있는 것일지도 모른다. 이러한 단점은 특히, 스테레오 재생 모드들에서 존재할 수 있는데, 이는 스테레오 신호의 각각의 채널이 소스 오디오 신호의 단지 일부를 전달할 수 있기 때문이다.
본 발명의 교시들에 따라, 적응형 잡음 소거에 대한 기존의 접근법과 연관된 단점들 및 문제점들이 감소되거나 제거될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따라, 개인용 오디오 디바이스는 개인용 오디오 디바이스 하우징(housing), 변환기, 기준 마이크로폰, 에러 마이크로폰, 및 프로세싱 회로를 포함할 수 있다. 변환기는 청취자에 대한 재생용 소스 오디오 신호 및 변환기의 음향 출력에서의 주변 오디오 사운드들의 효과들에 대응하기 위한 잡음 방지 신호 둘 모두를 포함하는 오디오 신호를 재생하기 위한 하우징에 결합될 수 있다. 기준 마이크로폰은 주변 오디오 사운드들을 나타내는 기준 마이크로폰 신호를 제공하기 위한 하우징에 결합될 수 있다. 에러 마이크로폰은 변환기의 음향 출력 및 변환기에서의 주변 오디오 사운드들을 나타내는 에러 마이크로폰 신호를 제공하기 위한 변환기에 근접한 하우징에 결합될 수 있다. 프로세싱 회로는 기준 마이크로폰 신호로부터 잡음 방지 신호를 생성하는 응답을 가지는 적응형 필터를 포함할 수 있고, 응답은 기준 마이크로폰 신호 및 재생 정정 에러에 따라 형성되며, 재생 정정 에러는 에러 마이크로폰 신호와 부 경로 추정 사이의 차에 기초한다. 프로세싱 회로는 또한, 소스 오디오 신호의 전기 음향 경로를 모델링하고 소스 오디오 신호로부터 부 경로 추정을 생성하는 응답을 갖도록 구성된 부 경로 추정 필터, 재생 정정 에러를 최소화하기 위해 부 경로 추정 필터의 응답을 적응시킴으로써 소스 오디오 신호 및 재생 정정 에러에 따라 부 경로 추정 필터의 응답을 형성하는 부 계수 제어 블록, 및 소스 오디오 신호에 잡음 신호를 주입하기 위한 잡음 주입 부분을 포함할 수 있고, 잡음 신호는 재생 정정 에러에 기초하여 형성된다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들에 따라, 개인용 오디오 디바이스의 변환기의 근처의 주변 오디오 사운드들을 소거하기 위한 방법은 주변 오디오 신호들을 나타내는 기준 마이크로폰 신호를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한, 변환기의 출력 및 변환기에서의 주변 오디오 사운드들을 나타내는 에러 마이크로폰 신호를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 청취자에 대한 재생용 소스 오디오 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 부가적으로, 기준 마이크로폰을 통한 측정의 결과로부터, 에러 마이크로폰 신호에서 주변 오디오 사운드들을 최소화하기 위해 기준 마이크로폰의 출력을 필터링하는 적응형 필터의 응답을 적응시킴으로써 변환기의 음향 출력에서의 주변 오디오 사운드들의 효과들에 대응하는 잡음 방지 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한, 소스 오디오 신호로부터, 소스 오디오 신호의 전기 음향 경로를 모델링하도록 구성된 부 경로 추정 적응형 필터를 통해 소스 오디오 신호를 필터링함으로써, 그리고 재생 정정 에러를 최소화하기 위해 부 경로 추정 적응형 필터의 응답을 적응시킴으로써 부 경로 추정을 적응적으로 생성하는 단계를 포함할 수 있고, 재생 정정 에러는 에러 마이크로폰 신호와 부 경로 추정 사이의 차에 기초한다. 방법은 소스 오디오 신호에 잡음 신호를 주입하는 단계를 더 포함할 수 있고, 잡음 신호는 재생 정정 에러에 기초하여 형성된다. 방법은 부가적으로, 변환기에 제공된 오디오 신호를 생성하기 위해 잡음 방지 신호를 소스 오디오 신호와 조합하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예들에 따라, 개인용 오디오 디바이스의 적어도 일부를 구현하기 위한 집적 회로는 출력부, 기준 마이크로폰 입력부, 에러 마이크로폰 입력부, 및 프로세싱 회로를 포함할 수 있다. 출력부는 변환기에, 청취자에 대한 재생용 소스 오디오 신호 및 변환기의 음향 출력에서 주변 오디오 사운드들의 효과에 대응하기 위한 잡음 방지 신호 둘 모두를 포함하는 신호를 제공하기 위한 것일 수 있다. 기준 마이크로폰 입력부는 주변 오디오 사운드들을 나타내는 기준 마이크로폰 신호를 수신하기 위한 것일 수 있다. 에러 마이크로폰 입력부는 변환기의 출력 및 변환기에서의 주변 오디오 사운드들을 나타내는 에러 마이크로폰 신호를 수신하기 위한 것일 수 있다. 프로세싱 회로는 기준 마이크로폰 신호로부터 잡음 방지 신호를 생성하는 응답을 가지는 적응형 필터를 포함할 수 있고, 응답은 기준 마이크로폰 신호 및 재생 정정 에러에 따라 형성되며, 재생 정정 에러는 에러 마이크로폰 신호와 부 경로 추정 사이의 차에 기초한다. 프로세싱 회로는 또한, 소스 오디오 신호의 전기 음향 경로를 모델링하고 소스 오디오 신호로부터 부 경로 추정을 생성하는 응답을 갖도록 구성된 부 경로 추정 필터, 재생 정정 에러를 최소화하기 위해 부 경로 추정 필터의 응답을 적응시킴으로써 소스 오디오 신호 및 재생 정정 에러에 따라 부 경로 추정 필터의 응답을 형성하는 부 계수 제어 블록, 및 소스 오디오 신호에 잡음 신호를 주입하기 위한 잡음 주입 부분을 포함할 수 있고, 잡음 신호는 재생 정정 에러에 기초하여 형성된다.
본 발명의 기술적 장점들은 본 명세서에 포함된 도면들, 설명 및 청구항들로부터 당업자에게 용이하게 명백할 수 있다. 실시예들의 목적들 및 장점들은 요소들, 특징들, 및 청구항들에 특히 언급된 조합들에 의해 적어도 실현되고 성취될 것이다.
상기 일반 설명 및 다음의 상세한 설명 둘 모두가 예들이고 설명하기 위한 것이며 본 발명에서 제시된 청구항들을 제한하지 않음이 이해될 것이다.
본 실시예들 및 그의 장점들의 더 완전한 이해는 첨부된 도면들과 결부하여 취해진 다음 설명을 참조함으로써 얻어질 수 있고, 상기 첨부된 도면들에서 유사한 참조 부호들은 유사한 피쳐(feature)들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른, 일 예시적인 무선 모바일 전화의 예시를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른, 도 1에 묘사된 무선 전화 내의 선택된 회로들의 블록도.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른, 도 2의 코더-디코더(CODEC)의 일 예시적인 적응형 잡음 소거(ANC) 회로 내의 선택된 신호 프로세싱 회로들 및 기능 블록들을 묘사하는 블록도.
본 발명은 무선 전화와 같은, 개인용 오디오 디바이스에서 구현될 수 있는 잡음 소거 기술들 및 회로들을 포함한다. 개인용 오디오 디바이스는 주변 음향 환경을 측정하고 주변 음향 이벤트들을 소거하기 위해 스피커(또는 다른 변환기) 출력에 주입되는 신호를 생성할 수 있는 ANC 회로를 포함한다. 기준 마이크로폰은 주변 음향 환경을 측정하기 위해 제공될 수 있고 에러 마이크로폰은 주변 오디오 사운드들을 소거하기 위해 잡음 방지 신호의 적응을 제어하고 변환기를 통해 프로세싱 회로의 출력으로부터 전기 음향 경로를 정정하기 위해 포함될 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들을 따라 도시된 바와 같은 무선 전화(10)는 인간 귀(5)에 근접하여 보여진다. 무선 전화(10)는, 본 발명의 실시예에 따른 기술들이 이용될 수 있는 디바이스의 일례이지만, 도시된 무선 전화(10)에서, 또는 후속 예시들에서 묘사된 회로들에서 구체화된 요소들 또는 구성들 모두가 청구항들에서 인용된 본 발명을 실행하기 위해 요구되는 것은 아님이 이해된다. 무선 전화(10)는 링톤들과 같은 다른 로컬 오디오 이벤트들, 저장된 오디오 프로그램 자료, 균형잡힌 대화 지각을 제공하기 위한 근단 음성(near-end speech)(즉, 무선 전화(10)의 이용자의 음성)의 주입, 및 웹페이지들로부터의 소스들 또는 무선 전화(10)에 의해 수신된 다른 네트워크 통신들과 같은, 무선 전화(10)에 의한 재생을 요구하는 다른 오디오 및 저 배터리 표시와 다른 시스템 이벤트 통보들과 같은 오디오 표시들과 함께, 무선 전화(10)에 의해 수신된 원거리 음성을 재생하는 스피커(SPKR)와 같은 변환기를 포함할 수 있다. 근거리 음성 마이크로폰(NS)은 근단 음성을 캡쳐하기 위해 제공될 수 있고, 상기 근단 음성은 무선 전화(10)로부터 다른 대화 참여자(들)로 송신된다.
무선 전화(10)는 ANC 회로들 및 스피커(SPKR)에 의해 재생된 원거리 음성 및 다른 오디오의 명료도를 개선하기 위해 스피커(SPKR)에 잡음 방지 신호를 주입하는 피쳐들을 포함할 수 있다. 기준 마이크로폰(R)은 주변 음향 환경을 측정하기 위해 제공될 수 있고, 근단 음성이 기준 마이크로폰(R)에 의해 생성된 신호에서 최소화될 수 있도록 이용자의 입의 전형적인 위치로부터 멀리 위치될 수 있다. 또 다른 마이크로폰인, 에러 마이크로폰(E)은 무선 전화(10)가 귀(5)에 가까이 근접할 때, 귀(5)에 가까운 스피커(SPKR)에 의해 재생된 오디오와 조합된 주변 오디오의 측정치를 제공함으로써 ANC 동작을 더 개선하기 위해 제공될 수 있다. 무선 전화(10) 내의 회로(14)는 기준 마이크로폰(R), 근거리 음성 마이크로폰(NS), 및 에러 마이크로폰(E)으로부터 신호들을 수신하고, 무선 전화 송수신기를 가지는 라디오 주파수(RF) 집적 회로(12)와 같은 다른 집적 회로들과 인터페이싱(interfacing)하는 오디오 CODEC 집적 회로(IC)(20)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에서, 본 명세서에 개시된 회로들 및 기술들은 MP2 플레이어 온 어 칩(on-a-chip) 집적 회로와 같은, 개인용 오디오 디바이스의 전체를 구현하기 위한 다른 기능 및 제어 회로들을 포함하는 단일 집적 회로에 통합될 수 있다. 이들 및 다른 구현들에서, 본 명세서에 개시된 회로들 및 기술들은 컴퓨터 판독가능한 매체들에서 구체화되고 제어기 또는 다른 프로세싱 디바이스에 의해 실행가능한 소프트웨어 및/또는 펌웨어에서 부분적으로 또는 완전하게 구현될 수 있다.
일반적으로, 본 발명의 ANC 기술들은 기준 마이크로폰(R)에 영향을 주는 (스피커(SPKR)의 출력 및/또는 근단 음성과 대조적으로) 주변 음향 이벤트들을 측정하고, 에러 마이크로폰(E)에 영향을 주는 동일한 주변 음향 이벤트들을 또한 측정함으로써, 무선 전화(10)의 ANC 프로세싱 회로들은 에러 마이크로폰(E)에서 주변 음향 이벤트들의 진폭을 최소화하는 특성을 갖도록 기준 마이크로폰(R)의 출력으로부터 스피커(SPKR)의 출력부에서 생성된 잡음 방지 신호를 적응시킨다. 음향 경로(P(z))가 기준 마이크로폰(R)으로부터 에러 마이크로폰(E)으로 연장하기 때문에, ANC 회로들은 CODEC IC(20)의 오디오 출력 회로들의 응답 및 특정한 음향 환경에서 스피커(SPKR)와 에러 마이크로폰(E) 사이의 결합을 포함하는 스피커(SPKR)의 음향/전기 전달 함수를 표현하는 전기 음향 경로(S(z))의 효과들을 제거하면서 음향 경로(P(z))를 효과적으로 추정하고 있고, 이는 무선 전화(10)가 귀(5)를 꼭 누르지 않을 때, 귀(5) 및 다른 물리 객체들의 근접성과 구조 및 무선 전화(10)에 근접할 수 있는 인간 머리 구조들에 의해 영향을 받을 수 있다. 도시된 무선 전화(10)가 제 3 근거리 음성 마이크로폰(NS)을 갖는 2-마이크로폰 ANC 시스템을 포함하기는 하지만, 본 발명의 일부 양태들은 별개의 에러 및 기준 마이크로폰들, 또는 기준 마이크로폰(R)의 기능을 수행하기 위해 근거리 음성 마이크로폰(NS)를 이용하는 무선 전화를 포함하지 않는 시스템에서 실행될 수 있다. 또한, 단지 오디오 재생을 위해 설계된 개인용 오디오 디바이스들에서, 근거리 음성 마이크로폰(NS)은 일반적으로 포함되지 않을 것이고, 아래에 더 상세하게 설명된 회로들에서의 근거리 음성 신호 경로들은 검출 방식들을 커버하는 마이크로폰에 대한 입력을 위해 제공된 옵션들을 제한하기 위해서라기보다, 본 발명의 범위를 변경하지 않고 생략될 수 있다. 게다가, 단지 하나의 기준 마이크로폰(R) 및 하나의 에러 마이크로폰(E)이 도 1에서 묘사될지라도, 본 명세서에 개시된 회로들 및 기술들은 본 발명의 범위를 변경하지 않고, 복수의 기준 마이크로폰들 및/또는 에러 마이크로폰들을 포함하는 개인용 오디오 디바이스들에 적응될 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 무선 전화(10) 내의 선택된 회로들이 블록도에 도시된다. CODEC IC(20)는 기준 마이크로폰 신호를 수신하고 기준 마이크로폰 신호의 디지털 표현(ref)을 생성하기 위한 아날로그-디지털 컨버터(converter)(ADC)(21A), 에러 마이크로폰 신호를 수신하고 에러 마이크로폰 신호의 디지털 표현(err)을 생성하기 위한 ADC(21B), 및 근거리 음성 마이크로폰 신호를 수신하고 근거리 음성 마이크로폰 신호의 디지털 표현(ns)을 생성하기 위한 ADC(21C)를 포함할 수 있다. CODEC IC(20)는 조합기(26)의 출력을 수신하는 디지털-아날로그 컨버터(DAC)(23)의 출력을 증폭시킬 수 있는 증폭기(A1)로부터 스피커(SPKR)를 구동하기 위한 출력을 생성할 수 있다. 조합기(26)는 내부 오디오 소스들(24)로부터의 오디오 신호들(ia), 관례적으로 기준 마이크로폰 신호(ref)에서의 잡음과 동일한 극성을 갖고 따라서, 조합기(26)에 의해 감산되는 ANC 회로(30)에 의해 생성된 잡음 방지 신호, ANC 회로(30)로부터의 주입된 잡음, 및 근거리 음성 마이크로폰 신호(ns)의 일부를 조합할 수 있어서, 무선 전화(10)의 이용자가 라디오 주파수(RF) 집적 회로(22)로부터 수신될 수 있고 조합기(26)에 의해 또한 조합될 수 있는 다운링크 음성(ds)과 적절한 관련이 있는 이용자 자신의 음성을 들을 수 있게 한다. 근거리 음성 마이크로폰 신호(ns)는 또한, RF 집적 회로(22)에 제공될 수 있고 안테나(ANT)를 통해 서비스 제공자로 업링크 음성으로서 송신될 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, ANC 회로(30)의 상세들이 본 발명의 실시예들에 따라 도시된다. 적응형 필터(32)는 기준 마이크로폰 신호(ref)를 수신할 수 있고 이상적인 상황들 하에서, 잡음 방지 신호를 생성하기 위해 P(z)/S(z)가 되도록 그것의 전달 함수(W(z))를 적응시킬 수 있으며, 상기 잡음 방지 신호는 도 2의 조합기(26)에 의해 예시화된 바와 같이, 잡음 방지 신호를 변환기에 의해 재생될 오디오와 조합하는 출력 조합기에 제공될 수 있다. 적응형 필터(32)의 계수들은 적응형 필터(32)의 응답을 결정하기 위해 신호들의 상관을 이용하는 W 계수 제어 블록(31)에 의해 제어될 수 있고, 이는 일반적으로 에러 마이크로폰 신호(err)에 존재하는 기준 마이크로폰 신호(ref)의 그들의 구성요소들 사이의 에러를 최소 제곱 평균의 의미에서 최소화한다. W 계수 제어 블록(31)에 의해 비교된 신호들은 필터(34B)에 의해 제공된 경로(S(z))의 응답의 추정의 카피(copy)에 의해 형성된 바와 같은 기준 마이크로폰 신호(ref) 및 에러 마이크로폰 신호(err)에 적어도 부분적으로 기초하여, 도 3에서 "PBCE"로서 라벨링(labeling)된, 재생 정정 에러일 수 있다. 재생 정정 에러는 아래에 더 상세하게 설명된 바와 같이 생성될 수 있다.
경로(S(z))의 응답의 추정치의 카피, 기준 마이크로폰 신호(ref)를 필터(34B)의 응답(SECOPY(z))으로 변환시킴으로써, 그리고 결과적인 신호와 에러 마이크로폰 신호(err) 사이의 차를 최소화함으로써, 적응형 필터(32)는 P(z)/S(z)의 원하는 응답으로 적응할 수 있다. 에러 마이크로폰 신호(err)에 더하여, W 계수 제어 블록(31)에 의해 필터(34B)의 출력에 비교된 신호는, 그 응답(SECOPY(z))이 카피인 필터 응답(SE(z))에 의해 프로세싱된 반전된 양의 수정된 소스 오디오 신호(예로서, 잡음 주입 부분(40)에 의해 생성된 잡음 신호와 조합될 수 있는 다운링크 오디오 신호(ds) 및/또는 내부 오디오 신호(ia))를 포함할 수 있다. 반전된 양의 소스 오디오 신호를 주입함으로써, 적응형 필터(32)는 에러 마이크로폰 신호(err)에 존재하는 상대적으로 많은 양의 소스 오디오 신호에 적응하는 것이 방지될 수 있다. 그러나, 소스 오디오 신호의 그 반전된 카피를 경로(S(z))의 응답의 추정치로 변환시킴으로써, 에러 마이크로폰 신호(err)로부터 제거되는 소스 오디오는 에러 마이크로폰 신호(err)에서 재생된 예상된 버전의 소스 오디오 신호에 매칭(matching)해야 하는데, 이는 S(Z)의 전기 및 음향 경로가 에러 마이크로폰(E)에 도달하기 위해 소스 오디오 신호에 의해 취해진 경로이기 때문이다. 필터(34B)는 그 자체로 적응형 필터가 아닐 수 있지만, 적응형 필터(34A)의 응답에 매칭하도록 조정되는 조정가능한 응답을 가질 수 있어서, 필터(34B)의 응답이 적응형 필터(34A)의 적응을 추적하게 한다.
상기 내용을 구현하기 위해, 적응형 필터(34A)는 수정된 소스 오디오 신호 및 재생 정정 에러를 비교할 수 있는, SE 계수 제어 블록(33)에 의해 제어된 계수들을 가질 수 있다. 수정된 소스 오디오 신호는 잡음 주입 부분(40)에 의해 생성된 주입된 잡음을 갖고 조합기(42)에 의해 합 소스 오디오 신호와 조합된 소스 오디오 신호(예로서, 다운링크 오디오 신호(ds) 및/또는 내부 오디오 신호(ia))를 포함할 수 있다. 재생 정정 에러는 조합기(36)에 의한 소스 오디오 신호의 제거 (에러 마이크로폰(E)에 전달된 예상된 재생 오디오를 표현하기 위해 적응형 필터(34A)에 의해 필터링된 바와 같이) 후에 에러 마이크로폰 신호(err)와 같을 수 있다. SE 계수 제어 블록(33)은 실제 수정된 소스 오디오 신호를 에러 마이크로폰 신호(err)에 존재하는 수정된 소스 오디오 신호의 구성요소들과 상관시킬 수 있다. 적응형 필터(34A)는 그에 의해, 재생 정정 에러를 생성하기 위해 에러 마이크로폰 신호(err)로부터 감산될 때, 수정된 소스 오디오 신호에 의한 것이 아닌 에러 마이크로폰 신호(err)의 콘텐트를 포함하는 수정된 소스 오디오 신호로부터 부 추정 신호를 생성하기 위해 적응될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, ANC 회로(30)는 또한, 근거리 음성 신호(ns), 소스 오디오 신호, 및 잡음 방지 신호와 조합될 수 있는(예로서, 조합기(26)에 의해) 주입된 잡음 신호를 생성할 수 있다. 이러한 주입된 잡음 신호의 생성은 아래에, 도 3에 대하여 더 상세하게 논의된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 소스 오디오 신호와 조합된 잡음 신호는 잡음 주입 부분(40)에 의해 생성될 수 있다. 잡음 주입 부분(40)은 백색 잡음(예로서, 인간 청력의 범위 내의 모든 주파수들과 같은, 관심 있는 상기 모든 주파수들에 걸쳐 일정한 진폭을 갖는 오디오 신호)을 생성하기 위한 백색 잡음 소스(44)를 포함할 수 있다. 주파수 형성 필터(46)는 백색 잡음 신호를 필터링함으로써 잡음 신호를 생성할 수 있고, 주파수 형성 필터의 응답은 재생 정정 에러에 따라 주파수 형성 필터 계수 제어 블록(48)에 의해 형성된다. 일부 실시예들에서, 계수 제어 블록(48)은 재생 정정 에러의 주파수 스펙트럼을 추정하는 적응형 선형 예측 계수 시스템을 구현한다. 따라서, 주파수 형성 필터(46)에 의해 생성된 잡음 신호는, 백색 잡음 신호가 재생 정정 에러의 주파수 스펙트럼 내의 그들의 주파수들에서 감쇠되거나 제거되도록 필터링된 백색 잡음 신호를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 잡음 주입 부분(40)은, 잡음 신호가 청취자에게 실질적으로 감지될 수 없도록 실질적으로 에러 마이크로폰 신호(err)의 진폭 미만의 진폭으로 잡음 신호를 감쇠시키도록 구성된 이득 요소(50)를 포함할 수 있다. 이들 및 다른 실시예들에서, 잡음 주입 부분(40)은 부 경로 추정 필터의 응답에 반대인 응답을 가지는 역 부 경로 추정 필터(52)를 포함할 수 있고, 역 부 경로 추정 필터(52)는 부 경로(S(z))의 잡음 신호 및 필터(34A)의 부 경로 추정(SE(z))에 관한 효과를 무효화(undo)하기 위해, 소스 오디오 신호에 대한 잡음 신호의 주입 전에 그것의 응답을 잡음 신호에 적용한다.
결과적으로, 잡음 신호를 포함하는 수정된 소스 오디오 신호는 주입된 잡음 신호로 인해 관심 있는 모든 주파수 범위들에서 스펙트럼 콘텐트를 가질 수 있지만, 주입된 잡음 신호는 충분히 낮은 세기를 가질 수 있어서, 그것이 청취자에게 지각되지 않도록 하고, 따라서 SE 계수 제어 블록(33)이 청취자 경험에 최소한으로 영향을 주면서, 응답(SE(z))에 적응하도록 이용할 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 실시예들이 소스 오디오 신호, 주입된 잡음 신호, 및 잡음 방지 신호가 조합기(26)에서 조합됨을 고려할지라도, 일부 실시예들에서, (소스 오디오 신호 및 주입된 잡음의 조합을 포함하는) 수정된 소스 오디오 신호는 대신에, 조합기(26)에서 잡음 방지 신호와 조합될 수 있다.
본 발명은 당업자가 이해할 본 명세서에서의 예시적인 실시예들에 대한 모든 변경들, 대체들, 변형들, 변화들, 및 수정들을 포함한다. 유사하게, 적합한 경우에, 첨부된 청구항들은 당업자가 이해할 본 명세서에서의 예시적인 실시예들에 대한 모든 변경들, 대체들, 변형들, 변화들, 및 수정들을 포함한다. 게다가, 특정한 기능을 수행하도록 적응되거나, 배열되거나, 수행할 수 있거나, 구성되거나, 인에이블링(enabling)되거나, 동작가능하거나, 동작하는 장치 또는 시스템 또는 장치 또는 시스템의 구성요소에 대한 첨부된 청구항들에서의 참조는, 그 장치, 시스템, 또는 구성요소가 그렇게 적응되거나, 배열되거나, 할 수 있거나, 구성되거나, 인에이블링되거나, 동작가능하거나, 동작하는 한, 그것 또는 그 특정한 기능이 활성화되거나, 턴 온되거나, 잠금해제되든 아니든 간에 그 장치, 시스템, 또는 구성요소를 포함한다.
본 명세서에서 인용된 모든 예들 및 조건 언어는 본 분야를 발전시키기 위해 발명자에 의해 기여된 개념들 및 본 발명을 판독자가 이해하는데 도움을 줄 수 있는 교육학적인 목적들을 위해 의도되고, 이러한 구체적으로 인용된 예들 및 조건들에 대한 제한이 없는 것으로서 해석되어야 한다. 본 발명들의 실시예들이 상세하게 설명되었을지라도, 다양한 변경들, 대체들, 및 변화들이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 그에 대해 행해질 수 있음이 이해되어야 한다.
5: 인간 귀 10: 무선 전화
12: 무선 주파수 집적 회로 14: 회로
20: 오디오 CODEC 집적 회로
21A, 21B, 21C: 아날로그-디저털 컨버터
23: 디지털-아날로그 컨버터 24: 내부 오디오 소스들
26, 42: 조합기 30: ANC 회로
31: W 계수 제어 블록 32, 34A: 적응형 필터
33: SE 계수 제어 블록 34B: 필터
40: 잡음 주입 부분 44: 백색 잡음 소스
46: 주파수 형성 필터 48: 계수 제어 블록
50: 이득 요소
52: 역 부 경로 추정 필터

Claims (21)

  1. 개인용 오디오 디바이스에 있어서:
    개인용 오디오 디바이스 하우징(housing);
    상기 하우징에 결합된 변환기(transducer)로서, 청취자에 대한 재생용 소스 오디오 신호 및 상기 변환기의 음향 출력에서의 주변 오디오 사운드들의 효과들에 대응하기 위한 잡음 방지 신호 둘 모두를 포함하는 오디오 신호를 재생하기 위한, 상기 변환기;
    상기 하우징에 결합되어, 상기 주변 오디오 사운드들을 나타내는 기준 마이크로폰 신호를 제공하기 위한 기준 마이크로폰;
    상기 변환기에 근접하여 상기 하우징에 결합된 에러 마이크로폰으로서, 상기 변환기의 음향 출력 및 상기 변환기에서의 상기 주변 오디오 사운드들을 나타내는 에러 마이크로폰 신호를 제공하기 위한, 상기 에러 마이크로폰; 및
    프로세싱 회로를 포함하고,
    상기 프로세싱 회로는:
    상기 기준 마이크로폰 신호로부터 잡음 방지 신호를 생성하는 응답을 가지는 적응형 필터로서, 상기 응답은 상기 기준 마이크로폰 신호 및 재생 정정 에러에 따라 형성되고, 상기 재생 정정 에러는 상기 에러 마이크로폰 신호와 부(secondary) 경로 추정 사이의 차에 기초하는, 상기 적응형 필터;
    상기 소스 오디오 신호의 전기 음향 경로를 모델링하고 상기 소스 오디오 신호로부터 상기 부 경로 추정을 생성하는 응답을 갖도록 구성된 부 경로 추정 필터;
    상기 재생 정정 에러를 최소화하기 위해 상기 부 경로 추정 필터의 응답을 적응시킴으로써 상기 소스 오디오 신호 및 상기 재생 정정 에러에 따라 상기 부 경로 추정 필터의 응답을 형성하는 부 계수 제어 블록; 및
    상기 소스 오디오 신호에 잡음 신호를 주입하기 위한 잡음 주입 부분으로서, 상기 잡음 신호는 상기 재생 정정 에러에 기초하여 형성되는, 상기 잡음 주입 부분을 포함하고
    상기 잡음 주입 부분은:
    잡음 소스;
    상기 잡음 소스로부터 상기 잡음 신호를 생성하고, 상기 재생 정정 에러에 따라 상기 잡음 신호를 형성하는 응답을 가지는 주파수 형성 필터; 및
    상기 변환기에 의해 재생된 오디오 신호에서의 상기 잡음 신호의 가청성을 감소시키기 위해서, 상기 부 경로 추정 필터의 적어도 하나의 파라미터에 따라 상기 잡음 신호를 형성하는 필터를 포함하고,
    상기 잡음 주입 부분의 응답은 상기 부 경로 추정 필터의 응답의 적어도 일부분의 반대(inverse)인 응답을 포함하는, 개인용 오디오 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 잡음 주입 부분은, 상기 잡음 신호가 상기 청취자에게 감지될 수 없도록 상기 에러 마이크로폰 신호의 진폭 미만의 진폭으로 상기 잡음 신호를 감쇠시키도록 구성된 이득 요소를 포함하는, 개인용 오디오 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 잡음 주입 부분은 상기 부 경로 추정 필터의 응답에 반대인 응답을 가지는 역 부 경로 추정 필터를 포함하고, 상기 역 부 경로 추정 필터는 상기 소스 오디오 신호에 대한 상기 잡음 신호의 주입 전에 상기 역 부 경로 추정 필터의 응답을 상기 잡음 신호에 적용하는, 개인용 오디오 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 잡음 주입 부분은:
    상기 잡음 신호가 상기 청취자에게 감지될 수 없도록 상기 에러 마이크로폰 신호의 진폭 미만의 진폭으로 상기 잡음 신호를 감쇠시키도록 구성된 이득 요소; 및
    상기 부 경로 추정 필터의 응답에 반대인 응답을 가지는 역 부 경로 추정 필터를 포함하고, 상기 역 부 경로 추정 필터는 상기 소스 오디오 신호에 대한 상기 잡음 신호의 주입 전에 상기 역 부 경로 추정 필터의 응답을 상기 잡음 신호에 적용하는, 개인용 오디오 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 부 계수 제어 블록은 상기 에러 마이크로폰 신호의 주파수 콘텐츠를 결정하기 위해 상기 에러 마이크로폰 신호를 분석하고 상기 에러 마이크로폰 신호의 주파수 콘텐츠에 따라 상기 잡음 신호를 형성하는 필터의 주파수 응답을 적응적으로 제어하도록 더 구성된, 개인용 오디오 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 부 경로 추정 필터의 응답에 결정적인 파라미터들을 포함하는, 개인용 오디오 디바이스.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 잡음 주입 부분의 응답의 이득은 상기 부 경로 추정 필터의 응답의 적어도 일부분에 대한 상기 부 경로 추정 필터의 응답의 크기의 반대에 따라 설정되는, 개인용 오디오 디바이스.
  8. 개인용 오디오 디바이스의 변환기의 근처의 주변 오디오 사운드들을 소거하기 위한 방법에 있어서:
    상기 주변 오디오 사운드들을 나타내는 기준 마이크로폰 신호를 수신하는 단계;
    상기 변환기의 출력 및 상기 변환기에서의 상기 주변 오디오 사운드들을 나타내는 에러 마이크로폰 신호를 수신하는 단계;
    청취자에 대한 재생용 소스 오디오 신호를 생성하는 단계;
    상기 기준 마이크로폰 신호로부터, 상기 에러 마이크로폰 신호에서 상기 주변 오디오 사운드들을 최소화하기 위해 상기 기준 마이크로폰 신호의 출력을 필터링하는 적응형 필터의 응답을 적응시킴으로써 상기 변환기의 음향 출력에서의 주변 오디오 사운드들의 효과들에 대응하는 잡음 방지 신호를 생성하는 단계;
    상기 소스 오디오 신호로부터, 상기 소스 오디오 신호의 전기 음향 경로를 모델링하도록 구성된 부 경로 추정 적응형 필터로 상기 소스 오디오 신호를 필터링함으로써, 그리고 재생 정정 에러를 최소화하기 위해 상기 부 경로 추정 적응형 필터의 응답을 적응시킴으로써, 부 경로 추정을 적응적으로 생성하는 단계로서, 상기 재생 정정 에러는 상기 에러 마이크로폰 신호와 상기 부 경로 추정 사이의 차에 기초하는, 상기 부 경로 추정을 적응적으로 생성하는 단계;
    잡음 주입 부분으로 상기 소스 오디오 신호에 잡음 신호를 주입하는 단계로서, 상기 변환기에 의해 재생된 오디오 신호에서 상기 잡음 신호의 가청성을 감소시키기 위해, 상기 잡음 신호는, 상기 재생 정정 에러에 따라 주파수 형성 필터로 잡음 소스의 출력을 필터링하여 생성되고, 상기 부 경로 추정 필터의 응답의 적어도 일부분의 반대인 응답으로 상기 잡음 신호를 필터링함으로써 상기 부 경로 추정 필터의 적어도 하나의 파라미터에 따라 상기 잡음 신호를 필터링하여 생성되는, 상기 잡음 신호를 주입하는 단계; 및
    상기 변환기에 제공된 오디오 신호를 생성하기 위해 상기 잡음 방지 신호를 상기 소스 오디오 신호와 조합하는 단계를 포함하는, 주변 오디오 사운드들을 소거하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 잡음 신호가 상기 청취자에게 감지될 수 없도록 상기 에러 마이크로폰 신호의 진폭 미만의 진폭으로 상기 잡음 신호를 감쇠시키는 단계를 더 포함하는, 주변 오디오 사운드들을 소거하기 위한 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 소스 오디오 신호에 대한 상기 잡음 신호의 주입 전에 역 부 경로 추정 필터 응답의 응답을 상기 잡음 신호에 적용하는 단계를 더 포함하고, 상기 역 부 경로 추정 필터 응답은 상기 부 경로 추정 필터의 응답에 반대인, 주변 오디오 사운드들을 소거하기 위한 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 잡음 신호가 상기 청취자에게 감지될 수 없도록 상기 에러 마이크로폰 신호의 진폭 미만의 진폭으로 상기 잡음 신호를 감쇠시키는 단계; 및
    상기 소스 오디오 신호에 대한 상기 잡음 신호의 주입 전에 역 부 경로 추정 필터 응답의 응답을 상기 잡음 신호에 적용하는 단계를 더 포함하고, 상기 역 부 경로 추정 필터 응답은 상기 부 경로 추정 필터의 응답에 반대인, 주변 오디오 사운드들을 소거하기 위한 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 에러 마이크로폰 신호의 주파수 콘텐츠를 결정하기 위해 상기 에러 마이크로폰 신호를 분석하고 상기 에러 마이크로폰 신호의 주파수 콘텐츠에 따라 상기 잡음 신호를 형성하는 필터의 주파수 응답을 적응적으로 제어하는 단계를 더 포함하는, 주변 오디오 사운드들을 소거하기 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 부 경로 추정 필터의 응답에 결정적인 파라미터들을 포함하는, 주변 오디오 사운드들을 소거하기 위한 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 잡음 주입 부분의 응답의 이득은 상기 부 경로 추정 필터의 응답의 적어도 일부분에 대한 상기 부 경로 추정 필터의 응답의 크기의 반대에 따라 설정되는, 주변 오디오 사운드들을 소거하기 위한 방법.
  15. 개인용 오디오 디바이스의 적어도 일부를 구현하기 위한 집적 회로에 있어서:
    변환기에, 청취자에 대한 재생용 소스 오디오 신호 및 상기 변환기의 음향 출력에서 주변 오디오 사운드들의 효과에 대응하기 위한 잡음 방지 신호 둘 모두를 포함하는 신호를 제공하기 위한 출력부;
    상기 주변 오디오 사운드들을 나타내는 기준 마이크로폰 신호를 수신하기 위한 기준 마이크로폰 입력부;
    상기 변환기의 출력 및 상기 변환기에서의 상기 주변 오디오 사운드들을 나타내는 에러 마이크로폰 신호를 수신하기 위한 에러 마이크로폰 입력부; 및
    프로세싱 회로를 포함하고,
    상기 프로세싱 회로는:
    상기 기준 마이크로폰 신호로부터 잡음 방지 신호를 생성하는 응답을 가지는 적응형 필터로서, 상기 응답은 상기 기준 마이크로폰 신호 및 재생 정정 에러에 따라 형성되고, 상기 재생 정정 에러는 상기 에러 마이크로폰 신호와 부 경로 추정 사이의 차에 기초하는, 상기 적응형 필터;
    상기 소스 오디오 신호의 전기 음향 경로를 모델링하고 상기 소스 오디오 신호로부터 상기 부 경로 추정을 생성하는 응답을 갖도록 구성된 부 경로 추정 필터;
    상기 재생 정정 에러를 최소화하기 위해 상기 부 경로 추정 필터의 응답을 적응시킴으로써 상기 소스 오디오 신호 및 상기 재생 정정 에러에 따라 상기 부 경로 추정 필터의 응답을 형성하는 부 계수 제어 블록; 및
    상기 소스 오디오 신호에 잡음 신호를 주입하기 위한 잡음 주입 부분으로서, 상기 잡음 신호는 상기 재생 정정 에러에 기초하여 형성되는, 상기 잡음 주입 부분을 포함하고,
    상기 잡음 주입 부분은:
    잡음 소스;
    상기 잡음 소스로부터 상기 잡음 신호를 생성하고, 상기 재생 정정 에러에 따라 상기 잡음 신호를 형성하는 응답을 가지는 주파수 형성 필터; 및
    상기 변환기에 의해 재생된 오디오 신호에서의 상기 잡음 신호의 가청성을 감소시키기 위해서, 상기 부 경로 추정 필터의 적어도 하나의 파라미터에 따라 상기 잡음 신호를 형성하는 필터를 포함하고,
    상기 잡음 주입 부분의 응답은 상기 부 경로 추정 필터의 응답의 적어도 일부분의 반대인 응답을 포함하는, 집적 회로.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 잡음 주입 부분은, 상기 잡음 신호가 상기 청취자에게 감지될 수 없도록 상기 에러 마이크로폰 신호의 진폭 미만의 진폭으로 상기 잡음 신호를 감쇠시키도록 구성된 이득 요소를 포함하는, 집적 회로.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 잡음 주입 부분은 상기 부 경로 추정 필터의 응답에 반대인 응답을 가지는 역 부 경로 추정 필터를 포함하고, 상기 역 부 경로 추정 필터는 상기 소스 오디오 신호에 대한 상기 잡음 신호의 주입 전에 상기 역 부 경로 추정 필터의 응답을 상기 잡음 신호에 적용하는, 집적 회로.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 잡음 주입 부분은:
    상기 잡음 신호가 상기 청취자에게 감지될 수 없도록 상기 에러 마이크로폰 신호의 진폭 미만의 진폭으로 상기 잡음 신호를 감쇠시키도록 구성된 이득 요소; 및
    상기 부 경로 추정 필터의 응답에 반대인 응답을 가지는 역 부 경로 추정 필터를 포함하고, 상기 역 부 경로 추정 필터는 상기 소스 오디오 신호에 대한 상기 잡음 신호의 주입 전에 상기 역 부 경로 추정 필터의 응답을 상기 잡음 신호에 적용하는, 집적 회로.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 부 계수 제어 블록은 상기 에러 마이크로폰 신호의 주파수 콘텐츠를 결정하기 위해 상기 에러 마이크로폰 신호를 분석하고 상기 에러 마이크로폰 신호의 주파수 콘텐츠에 따라 상기 잡음 신호를 형성하는 필터의 주파수 응답을 적응적으로 제어하도록 더 구성된, 집적 회로.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 부 경로 추정 필터의 응답에 결정적인 파라미터들을 포함하는, 집적 회로.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 잡음 주입 부분의 응답의 이득은 상기 부 경로 추정 필터의 응답의 적어도 일부분에 대한 상기 부 경로 추정 필터의 응답의 크기의 반대에 따라 설정되는, 집적 회로.

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