(57)【要約】  通信装置（１０，１１０）は、受話器（１４）、センサ（２０）、および能動等化回路（２２）を備えている。受話器（１４）は、通信装置（１０，１１０）から音響出力信号（５９）を送信する。センサ（２０）は、受話器（１４）に対して近接して配置され、受話器（１４）における音響圧力（６１）を測定し、応答信号（５６）を生成する。能動等化回路（２２）は、センサ（２０）に結合し、応答信号（５６）を用いて音響出力信号（５９）を等化する。
2005512440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信装置から音響出力信号を送信する受話器と、
該受話器に対して近接して配置されており、該受話器における音響圧力を測定し、応答信号を生成するセンサと、
該センサに結合し、該応答信号を受信して、該受話器における該音響出力信号を等化する能動等化回路とを備えた通信装置であって、該能動等化回路は、
複数の音声信号を受信および処理し、それによって、デジタル入力信号を生成する音声処理ブロックと、
該音声処理ブロックに結合し、該デジタル入力信号を受信およびフィルタリングするデジタル信号プロセッサと、
該デジタル信号プロセッサに結合して、該フィルタリングされた音声信号を受信し、処理し、該処理されフィルタリングされた音声信号を該受話器に送出する出力音声処理ブロックとを備え、該デジタル信号プロセッサは、
適応回路から受信される調整信号に応答して調整されるフィルタ応答を用いて、該デジタル入力信号をフィルタリングし、それによって、フィルタリングされた音声信号を生成する調整可能等化フィルタを備え、
該適応回路は、調整可能等化フィルタと、さらに該センサとに結合し、該デジタル入力信号および該応答信号を用いて、該調整信号を生成する、通信装置。
【請求項２】
前記音声処理ブロックは、
前記複数の音声信号を受信する音声入力と、
該音声入力に結合し、前記複数の音声信号を増幅し、それによって、複数の増幅された音声信号を生成する増幅器とを備え、前記複数の音声信号が複数のデジタル音声信号を含む場合に、前記デジタル入力信号は複数の増幅された音声信号である、請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記音声処理ブロックは、
前記増幅器に結合し、前記複数の増幅された音声信号を前記デジタル入力信号に変換するアナログ・デジタル変換器をさらに備える、請求項２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記適応回路は雑音補償情報を含む請求項１に記載の通信装置。
【請求項５】
前記出力音声処理ブロックは、
前記フィルタリングされた信号をアナログ信号に変換するデジタル・アナログ変換器と、
該デジタル・アナログ変換器に結合し、該デジタル・アナログ変換器から受信した該アナログ信号を増幅する出力増幅器とを含む、請求項１に記載の通信装置。
【請求項６】
前記受話器は、前記出力音声処理ブロックに結合したスピーカを備える、請求項１に記載の通信装置。
【請求項７】
前記センサに結合し、前記センサからの応答信号を処理し、それによって、応答データ信号を生成する応答信号処理ブロックをさらに備え、前記適応回路は、前記デジタル入力信号および該応答データ信号を用いて、前記調整信号を生成する、請求項１に記載の通信装置。
【請求項８】
前記応答信号処理ブロックは、
前記応答信号を増幅する応答増幅器と、
該応答増幅器に結合し、前記増幅された応答信号を前記応答データ信号に変換する応答
アナログ・デジタル変換器とを備える、請求項７に記載の通信装置。
【請求項９】
トーク信号を生成するマイクロフォンと、
合算ブロックとをさらに備え、該合算ブロックは、
前記マイクロフォンに結合し、かつ前記センサに結合し、該トーク信号および前記応答信号を加算し、それによって、合算信号を生成する合算器と、
該合算器に結合し、該合算信号をデジタル合算信号に変換する共有アナログ・デジタル変換器と、
該共有アナログ・デジタル変換器に結合し、かつ前記音声処理ブロックにさらに結合し、該デジタル合算信号を分離し、トーク信号出力および前記応答信号を生成するエコーキャンセラとを備える、請求項１に記載の通信装置。
【請求項１０】
通信装置における、能動等化方法であって、
受話器に対して近接して配置されたセンサから受信された応答データ信号を高速フーリエ変換し、それによって、変換された応答データ信号を生成すること、
音声処理ブロックから受信されたデジタル入力信号を高速フーリエ変換し、それによって、変換されたデジタル入力信号を生成すること、
該変換された応答データ信号および該変換されたデジタル入力信号を分割し、それによって、分割信号を生成すること、
該分割信号を用いて伝達関数を概算すること、
該伝達関数を平均化し、それによって、周波数応答を生成すること、
移動平均窓を用いて、周波数領域において該周波数応答を平滑化すること、
該平滑化された周波数応答を反転すること、
該反転された伝達関数を逆高速フーリエ変換し、それによって、実数値のインパルス応答を生成すること、および、
有限インパルス応答デジタル・フィルタを用いて該受話器を等化すること、から成る方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に通信装置に関し、詳細には、音声処理用の能動等化回路を有する通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可搬型携帯電話またはコードレス電話および有線大陸通信（ｗｉｒｅｄ  ｌａｎｄｌｉｎｅ）電話などの通信装置が、当該技術分野でよく知られている。音声通信装置は通常、マイクロフォンと、受話器と、キーパッドとを備えている。最近、多くの通信装置は、ディスプレイも備えている。マイクフォンは音響入力信号を電気入力信号に変換する。受話器は電気出力信号を音響出力信号に変換する。通常、人は、通信装置の位置をその人の頭に対して決め、マイクロフォンをその人の口と位置を合わせ、受話器をその人の耳と位置合わせ、その人が、音響入力信号をマイクロフォンに向かって話し、受話器によって生成された音響出力信号を聞き取ることが可能になる。通信装置によって、人が、別の相手に同時に話しかつ聞くことが可能な場合、これは全二重音声通信として知られている。キーパッドにより、人は、電話番号などのデータを通信装置に入力することができる。受話器からの音響出力信号のボリューム・レベルは、人の耳が、受話器によって生成された音響出力信号レベルを聞き取れるように十分に高いレベルであるが、人の耳を害するほどには高くないレベルに設定される。
【０００３】
技術進歩によって、通信装置は、より小さなサイズかつより軽量に作られることが可能になったため、マイクロフォンや受話器などの必要な機構を実装するのに利用可能な空間が制限されるようになっている。小型化の１つのこうした傾向は、特許文献１〜３を概観すると明らかであり、これらは全て本発明の譲受人に譲渡されており、これらは全て参照により本明細書に援用される。これらの電話の設計の各々は、１つまたは複数のハウジングによって保持され、２つのハウジングが使用時に開いた位置にある時に一方のハウジングまたは２つのハウジング上に配列される、受話器、ディスプレイ、キーパッド、およびマイクロフォンを有する。受話器とマイクロフォンは、１つまたは複数のハウジングの全長を最小にしつつ、受話器とマイクロフォンの間の距離を最大にし、かつ、受話器およびマイクロフォンを各々人の耳および口と位置合わせするようにするために、使用中、１つまたは複数のハウジングの対向する端部にある。しかし、大きなキーパッドまたは大きなディスプレイなどの容易にアクセス可能な機構を有するという利点は、こうした機構を設置するための、電話機の１つまたは複数のハウジング上の空間が制限されており利用可能できないことと対照をなす。
【０００４】
従来の通信装置にとっての１つの欠点は、体験される音響出力信号のボリューム・レベルと周波数スペクトルが、人の耳に対する通信装置の音響インピーダンス負荷が変動するにつれて変動することである。音響インピーダンス負荷は、空間の大きさ、ならびに、通信装置と聞き手との耳の間の任意の漏れ経路に関係する。通信装置の耳への結合が変わるため、インピーダンス負荷が変わる。たとえば、図１は、従来の可搬型電話の、聴覚増強前の周波数応答を示す。図１のグラフは、シミュレートした聞き手の耳の３つの音響負荷（耳を塞いだのをシミュレートしたもの、漏れが小さいのをシミュレートしたもの、漏れが大きいのをシミュレートしたもの）の周波数応答を示す。図示するように、周波数応答は、３つの負荷状況の間で著しく変動し、それによって、聞き手は、好ましくない音響応答の変わりやすさを体験する。通信装置が、耳に対してしっかりと塞いだ状態から、耳から少し離れた（漏れが小さい）状態へ、さらに、耳から十分に離れた（漏れが大きい、すなわち、耳から０．６４センチメートル（１／４インチ）から０．３２センチメートル（１／８インチ）離れている）状態へと移る時に、この好ましくない音響応答の変わりやす
さは、任意所与の音声による通話中の通信の音響的不快さおよび不明瞭さのようなものになり得る。
【０００５】
最近では、通信装置の設計者は、聞き手の聴覚体験を改善し、かつ、通信装置の受話器と聞き手の耳の間の音響負荷の変化の影響を最小にするために、機械的等化を実装する。図２は、受話器と、一定の音響応答に対して最適化された関連構造とを有する、従来の可搬型電話の周波数応答を示す。図２のグラフは、図１に示し、説明した、聞き手の耳の同じ３つのシミュレートした音響負荷の周波数応答を示す。図２に示すように、耳を塞いだ音響負荷の状況に対して漏れが大きい負荷の状況下では、より低い周波数が著しく減衰して、ある周波数では２５ｄＢになる。低周波数での減衰とは対照的に、より高い周波数応答は、シミュレートした３つの負荷について、ほぼ同じレベルに合わさる。３つの負荷状況全てについて周波数スペクトルの明瞭さは維持されているが、聞き手の耳の音響負荷が変動するにつれて、結果は、聞き手にとって音声通信が音響的に変わりやすいものであり続けている。
【０００６】
したがって、ユーザの耳の固有の特性および通信装置がユーザの耳にどれほどうまく音響的に結合しているかに無関係に、通信装置を使用する人に一定の周波数応答およびボリューム・レベルを提供する、低価格で最小サイズの手段が必要とされている。
【特許文献１】米国意匠特許４２４，５５７号（２０００年５月９日発行、Ｎａｇｌｅら、名称「Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ  Ｈｏｕｓｉｎｇ」）
【特許文献２】米国意匠特許第４２１，００５号  （２０００年２月２２日発行、Ｌｕｃａｃｉら、名称「Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ」）
【特許文献３】米国意匠特許第４１７，４４９号（１９９９年１２月７日発行、Ｈａｒｒｉｓら、名称「Ｐｏｒｔａｂｌｅ  Ｔｅｌｅｐｈｏｎｅ」）
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明を、限定としてではなく、添付図面に示される例示的な実施形態として述べる。添付図面において、同じ参照符号は同じ要素を示す。
【０００８】
必要に応じて、本発明の詳細な実施形態を本明細書において開示する。しかし、開示した実施形態は、様々な形態で具体化することが可能な本発明を、単に例示してにすぎないものと理解すべきである。したがって、本明細書で開示される特定の構造および機能の詳細は、制限的なものではなく、単に、請求項のための基礎として、および、実質的に任意の適切に詳細な構造で本発明をさまざまに採用するように当業者に教示するための、代表的な基礎として解釈されるべきである。さらに、本明細書で用いられる単語および熟語は、制限的なものではなく、むしろ、本発明の理解可能な説明を提供するためのものである。
【０００９】
図３は、本発明による通信装置１０を示す。通信装置１０は音声通信装置であるのが好ましい。通信装置１０はたとえば、（図示されている）携帯電話、コードレス電話、有線大陸通信電話、または、モトローラ社（Ｍｏｔｏｒｏｌａ  Ｉｎｃ．）［米国イリノイ州シャンバーグ（Ｓｃｈａｕｍｂｅｒｇ）所在］が製造したＶ２００  ＰＥＲＳＯＮＡＬ  ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＯＲなどの個人通信機であり得る。以下の説明において、「通信装置」という用語は、上述の任意の通信装置またはそれらの等価物を指す。通信装置１０は、マイクロフォン１２、受話器１４、キーパッド１６、ディスプレイ１８、およびセンサ２０を備えるのが好ましい。本発明の好ましい実施形態によるセンサ２０は、図示するように、受話器１４とに対して近接するように配置される。マイクフォン１２は、音声送信から通信装置１０へと受信した音響入力信号を電気入力信号に変換する。受話器１４は、電気出力信号を、通信装置１０の聞き手が聞き取る、通信装置１０から送信される音響出力信号に変換する。キーパッド１６によって、通信装置１０のユーザは、電話番号および
テキストのメモなどのデータを入力可能である。ディスプレイ１８は、１つまたは複数の通信メッセージ、電話番号、または、発信者識別情報などのデータを表示する。センサ２０は、受話器１４における音響圧力に関連する音声応答を測定する。センサ２０には、受話器１４における音声応答を等化するために、能動等化回路（図示せず、図４参照）が結合されるのが好ましい。
【００１０】
図４は、本発明の好ましい実施形態による、図３の通信装置１０内で用いられる能動等化回路２２の一実施形態の電子ブロック図である。図４に示す能動等化回路２２は、音声処理ブロック２４、デジタル信号プロセッサ２６、出力音声処理ブロック２８、およびセンサ２０を含む。センサ２０は、能動等化回路２２の一要素であってもよいが、代替的に、能動等化回路２２に結合した通信装置１０内の別個の要素であってもよいことが当業者には理解されるであろう。能動等化回路２２は、本明細書で述べる能動等化回路２２の動作を向上させる、さらなる他の回路ブロックを含み得ることが当業者には理解されるであろう。同様に、能動等化回路２２を、図４で示すように、または等価物として実施し得ることが当業者には理解されるであろう。
【００１１】
能動等化回路２２の音声処理ブロック２４は、複数の音声信号３２を受信し、図３の通信装置１０内で用いるために、受信した複数の音声信号３２を処理する。複数の音声信号３２は、アナログ音声信号、デジタル音声信号、またはその任意の組み合わせを含み得ることが当業者には理解されるであろう。音声処理ブロック２４は、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３８に結合する増幅器３６に結合した音声入力部３４を含むことが好ましい。アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３８は、機能的には必ずしも必要というわけではなく、複数の音声信号３２が１つまたは複数のデジタル音声信号であるときには無くすことができることが当業者には理解されるであろう。音声処理ブロック２４は、本明細書に説明し図示した要素か、または、音声処理ブロック２４に要求されることを実行する等価物であることが、当業者には理解されるであろう。複数の音声信号３２は、音声入力部３４によって受信された後、増幅器３６によって増幅され、それによって、複数の増幅された音声信号４０が生成され、（必要であれば）アナログ・デジタル変換器３８によって、デジタル入力信号４２に変換される。複数の増幅された音声信号４０の各々について、結果として生じるデジタル入力信号４２は、デジタル・サンプルの連続ストリームから成ることが好ましい。デジタル入力信号４２は、処理のためにデジタル信号プロセッサ２６に入力される。
【００１２】
音声処理ブロック２４に結合したデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２６を利用して、通信装置１０内で数学的アプリケーションが実行される。たとえば、デジタル信号プロセッサ２６にプログラムされたソフトウェアは、通信装置１０が用いるための、複数のＤＳＰアルゴリズム実施態様をサポートする。デジタル信号プロセッサ２６は、受信信号をフィルタリングするか、あるいは、その他の方法で受信信号の算術評価または変換を実行する。デジタル信号プロセッサ２６はたとえば、モトローラ社（Ｍｏｔｏｒｏｌａ  Ｉｎｃ．）［米国イリノイ州シャンバーグ（Ｓｃｈａｕｍｂｅｒｇ）所在］から市販されているＤＳＰ  ５６３００の２４ビット・デジタル信号プロセッサであり得る。他の同様なデジタル信号プロセッサをデジタル信号プロセッサ２６に利用することが可能であること、および、必要であれば、同じ型または代替の型の追加のデジタル信号プロセッサを利用して、デジタル信号プロセッサ２６の処理要求を扱うことが可能であることが当業者には理解されるであろう。能動等化回路２２の要素として、デジタル信号プロセッサ２６は、デジタル入力信号４２を受信し、調整可能等化フィルタ４４によってデジタル入力信号４２をフィルタリングする。調整可能等化フィルタ４４は、調整可能なフィルタ応答および利得を用いて動作する。調整可能等化フィルタ４４に結合した適応回路４６は、調整信号４８を介して、フィルタ応答および利得の調整用の情報を提供する。本発明の好ましい実施形態による適応回路４６は、調整信号４８を生成することによって調整可能等化フィルタ４
４を調整するための情報（ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）を含む。調整可能等化フィルタ４４によってフィルタリングされると、フィルタリングされた音声信号５０は、出力音声処理ブロック２８によって処理され、処理された出力音声信号５３はスピーカ５５に送出される。
【００１３】
本発明の一実施形態において、適応回路４６は雑音補償情報（ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）を含む。たとえば、適応回路４６は、コヒーレント測定技法用いて、頭をこすり付けるなどの、センサ２０への入力部における外部音声雑音源を補償する。雑音補償情報が、本明細書で述べられるようなものか、または、等価物であり得ることが当業者には理解されるであろう。
【００１４】
デジタル信号プロセッサ２６に結合した出力音声処理ブロック２８は、出力増幅器５４に結合したデジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器５２を含むのが好ましい。出力音声処理ブロック２８は、本明細書で説明し図示した要素か、または、出力音声処理ブロック２８に要求されることを実行する等価物であり得ることが当業者には理解されるであろう。フィルタリングされた信号５０は、デジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器５２によってアナログ信号に変換され、次に、出力増幅器５４によって増幅される。スピーカ５５は次に、処理された出力音声信号５３を受信する。出力音声処理ブロック２８に結合したスピーカ５５は、通信装置１０の聞き手の耳に発するために、処理された出力音声信号５３を音響出力信号５９に変換するようになっている。スピーカ５５は、通信装置１０の受話器１４に対して近接するように配置されるのが好ましい。代替的に、スピーカ５５は受話器１４から離れて位置決めされてもよい。能動等化回路２２は、このように、受信された音声信号が再生される前、したがって、通信装置１０のユーザの耳によって聞き取られる前に、該音声信号を調整可能等化工程を用いて処理する手段を提供する。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態において、能動等化回路２２はセンサ２０を含む。センサ２０はたとえば、通信装置１０の受話器１４に近接して配置されたマイクロフォンであってもよいし、または代替的に、伝送線を介して受話器１４に接続されたマイクロフォンであってもよい。本発明によれば、センサ２０は、本明細書で述べた通信装置１０または等価物内に配置され得ることが当業者には理解される。センサ２０は、音響圧力６１を測定することによって、受話器１４の周波数応答を監視する。通信装置１０が、通信装置１０のユーザの耳に対して近づけられたり、離されたりすると、音響圧力６１が変動することが当業者には理解されるであろう。センサ２０は、応答信号処理ブロック５７に結合し、応答信号処理ブロック５７に応答信号５６を供給する。応答信号処理ブロック５７は、応答アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器６０に結合した応答増幅器５８を含むのが好ましい。応答信号処理ブロック５７は、本明細書で説明し図示した要素か、または、応答信号処理ブロック５７に要求されることを実行する等価物であり得ることが当業者には理解されるであろう。応答信号５６は、応答増幅器５８によって増幅され、応答Ａ／Ｄ変換器６０によってデジタル信号に変換され、応答データ信号６２を生ずる。応答信号処理ブロック５７に結合したデジタル信号プロセッサ２６は、応答データ信号６２を受信し処理する。デジタル信号プロセッサ２６の適応回路４６は、デジタル入力信号４２と共に応答データ信号６２を用いて、調整可能等化フィルタ４４の所望の周波数応答を達成するために調整信号４８を更新する方法を決定する。この工程により、受話器１４が「等化」される（すなわち、ボリューム制御に関して一定の感度応答を提供する）。次に、調整可能等化フィルタ４４の新しい周波数応答を用いて、デジタル入力信号４２がフィルタリングされる。この工程により、問題の周波数範囲（たとえば、３００〜３４００Ｈｚ）にわたって通常は平坦で、かつ、センサ２０において一定音圧レベルに維持される周波数応答が得られる。しかし、所望の周波数応答は、ユーザの好み、または、背景雑音概算値に基づく改善のための理解度（ｉｎｔｅｌｌｉｇｉｂｉｌｉｔｙ）に基づいて選択された任意所望のスペクトル形状であってもよい。この工程は、ユーザが通信装置１０をユーザの耳に保持する
仕方についての任意の変化を考慮して、調整可能等化フィルタ４４が定期的に更新されながら続く。
【００１６】
図５は、本発明の好ましい実施形態による、図４の調整可能等化フィルタ４４のフィルタ応答を示す。図５に示すように、調整可能等化フィルタ４４の周波数応答および利得は、種々の音響負荷状態（すなわち、耳を塞いでいる状態、漏れが小さい状態、漏れが大きい状態）に対して変動して、全スペクトル適応を可能にする。たとえば、１０３Ｈｚにおいて、受話器が耳にしっかり押し付けられている（すなわち、耳を塞いでいる）時のフィルタ利得と、受話器が耳から１２．７センチメートル（１／２インチ）離れている（すなわち、漏れが大きい）時のフィルタ利得の間に３５ｄＢの差が存在する。同様に、１０３Ｈｚにおいて、受話器が耳にしっかり押し付けられている（すなわち、耳を塞いでいる）時のフィルタ利得と、受話器が耳に軽く押し付けられている（すなわち、漏れが小さい）時のフィルタ利得の間に１０ｄＢの差が存在する。
【００１７】
図６は、本発明の好ましい実施形態による、図４の能動等化回路２２の動作を示すフローチャートである。工程は、能動等化回路２２がスタンドバイ・モードにあるステップ６４で始まる。次に、ステップ６６で、調整可能等化フィルタ４４のフィルタ応答がプリセット・フィルタ応答に設定される。プリセット・フィルタ応答は、製造中にデジタル信号プロセッサ２６にハードコード化されるか、またはプログラムされるか、デジタル信号プロセッサ２６に無線でプログラムされるか、あるいは、手動設定値であってもよい。プリセット・フィルタ応答をプログラムする他のプログラム法を利用することが可能であることが当業者には理解されるであろう。次に、ステップ６８で、音声信号が受信された否かが判定される。たとえば、音声処理ブロック２４が複数の音声信号３２を受信するかどうかが判定される（図４参照）。ステップ６８で、音声信号が受信されなかった時、工程は、ステップ６４へ戻るのが好ましく、能動等化回路２２はスタンドバイ・モードに戻る。代替的に、能動等化回路２２は、新しい音声信号が受信されたか否かにかかわらず、連続して処理し、等化してもよいことが当業者には理解されるであろう。ステップ６８で、音声信号の受信が検出されると、工程は、受信された音声信号がフィルタの現在のフィルタ応答を用いてフィルタリングされるステップ７０へ続く。フィルタ応答は、プリセット・フィルタ応答値であるか、またはフィルタに対して設定された最新の値であり得る。たとえば、複数の音声信号３２が音声処理ブロック２４を通して処理され、次に、結果として生じるデジタル入力信号４２が、デジタル信号プロセッサ２６の調整可能等化フィルタ４４に供給される。次に、ステップ７２で、音声が送信される。たとえば、フィルタリングされた音声信号５０は、出力音声処理ブロック２８によって処理され、通信装置１０のユーザの耳が、聞き取れるように送信するために、スピーカ５５に送出される。次に、ステップ７４で、本発明の好ましい実施形態に従って、センサ２０は音響圧力６１の測定を行う。次に、ステップ７６で、この測定値が適応回路４６に供給される。たとえば、センサ２０からの応答信号５６は、応答信号処理ブロック５７によって処理され、結果として生ずる応答データ信号６２は適応回路４６に供給される。次に、ステップ７８で、調整可能等化フィルタ４４に対する調整が必要かどうかが判定される。たとえば、適応回路４６は、応答データ信号６２をデジタル入力信号４２と比較して、調整信号４８を調整可能等化フィルタ４４に送出するか否かが判定される。ステップ７８で調整が必要でない時、工程はステップ６８に一巡して戻り、音声信号の受信があるかをチェックする。ステップ７８で調整が必要である時、ステップ８０でフィルタが調整される。たとえば、等化フィルタ４４は、調整信号４８を受信すると、調整信号４８に含まれる情報を用いて、そのフィルタ応答を調整する。工程は次に、一巡してステップ６８に戻り、音声信号の受信があるかをチェックする。
【００１８】
図６に図示し説明した工程は、通信装置１０において、第１音声信号を受信し、フィルタ応答を用いて第１音声信号をフィルタリングし、それにより第１のフィルタリングされ
た音声信号を生成し、受話器１４を通して第１のフィルタリングされた音声信号を送信し、受話器１４における音響圧力６１を測定し、測定された音響圧力６１を用いてフィルタ応答を調整し、それにより調整されたフィルタ応答値を生成し、第２音声信号を受信し、調整されたフィルタ応答を用いて第２音声信号をフィルタリングし、受話器１４を通して第２のフィルタリングされた音声信号を送信する方法を提供する。図示するように、この工程は、複数の受信された音声信号について無期限に続くことが可能である。
【００１９】
図６で説明した能動等化回路２２の動作によって、受話器がユーザの耳にどれほどぴったりと結合しているかに無関係に、一定のボリューム・レベルで、常に平坦な周波数応答などの所望の応答をユーザが聞き取ることが可能になる。ユーザは、受話器を耳にしっかりと押し当て、その後、受話器を引き離しても、受話器が耳にしっかりと押し当てられている時とほぼ同じボリューム・レベルで、かつ、同じスペクトル内容（低音領域および高音領域）で音声を聞き取ることが可能である。この結果はユーザにとって利点がある。第１に、平坦な周波数応答は聞き取るのに心地がよい。平坦でない応答は通常、「キャンキャンして聞こえ（ｔｉｎｎｙ）」、すぐにユーザにとってイライラするものとなり得る。第２に、ユーザはもはや、通信装置を耳にしっかりと押し当てる必要はなく、通信装置が耳に触れないように、通信装置を耳に対し軽くささえるか、または通信装置を保持することが可能である。通信装置がユーザの耳にしっかりと押し付けられると、圧力によって、数分後にユーザにとってかなりの不快感が生じ、ユーザは、通信装置を一方の耳から他方の耳へ頻繁に交換するようになる。本発明を用いると、ユーザはもはや、良好な音声品質を得るために、耳に大きな圧力を加える必要がなくなり、したがって、通信装置を使用する時の快適さが著しく増す。
【００２０】
図７は、本発明の好ましい実施形態による、図４の能動等化回路２２において用いるデジタル信号プロセッサ２６のプログラミング・アルゴリズムを示す。本発明によるプログラミング・アルゴリズムは、本明細書で説明し図示したものか、または、等価物であり得ることが当業者には理解されるであろう。
【００２１】
調整可能等化フィルタ４４を作成する、図７に示すプログラミング・アルゴリズムは、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）法を用いる。アルゴリズムは、いくつかのＦＦＴを取得し、それらの平均を用いて、受話器の周波数応答を概算する。図示するように、応答データ信号６２の２５６点ＦＦＴ８２およびフィルタリングされた音声信号５０の２５６点ＦＦＴ８４は、除算器ブロック８６に供給される。除算器ブロック８６の出力は、伝達関数概算ブロック８８に供給される。伝達関数概算ブロック８８の出力は、平均化ブロック９０に供給され、ここで平均が求められる。この周波数応答は次に、ブロック９２において、移動平均窓を用いて周波数領域で平滑化される。この平滑化された周波数応答は、ブロック９４にて反転される。この時点で、低周波数を減衰させ、高周波数を増強する任意選択の周波数整形を適用することが可能であるが、任意の所望の周波数応答を用いてもよい。ブロック９６にて、反転された伝達関数は、逆ＦＦＴが行われ、実数値インパルス応答が生成される。実数値インパルス応答は、受話器を等化するであろうブロック９８の有限インパルス応答（ＦＩＲ）デジタル・フィルタ用のタップである。古いフィルタから新しいフィルタへのスムースな移行を維持するために、以前のタップの重み付き平均およびこの新しいフィルタを用いて、新しいデジタル等化フィルタが作成される。例のパラメータとしては、ＦＦＴサイズが２５６点であり、サンプルレートが８ＫＨｚであり、平均されるＦＦＴの数が４であり、フィルタ・タップの重み付けが、古いタップに対して０．５で、新しいタップに対して０．５である。
【００２２】
図８は、本発明の好ましい実施形態による、図４の能動等化回路２２を用いた可搬型電話の周波数応答を示す。図示するように、能動等化回路２２および本発明に従って本明細書で述べた動作によって、耳を塞いでいるか、漏れが小さいか、または、漏れが大きいか
のいずれにおいても、広帯域の周波数にわたって、平滑な周波数応答およびボリューム応答が可能になる。通信装置１０内にすでに含まれているデジタル信号プロセッサ２６などの回路部を用いることによって、本発明は、ユーザの耳の固有の特性および通信装置がユーザの耳にどれほどうまく音響的に結合しているかに無関係に、通信装置を使用する人に一定の周波数応答およびボリューム・レベルを提供する、低価格で最小サイズの手段を提供する。
【００２３】
図９は、本発明の好ましい実施形態による、能動等化回路２２を有する通信装置１０の一部の一実施態様を示す。図９は、たとえば、図３の通信装置１０の受話器１４の断面図であり得る。図示するように、センサ２０は、センサ通信経路１００を通して音響圧力を測定することによって、受話器１４の周波数応答を監視することが可能である。センサ通信経路１００によって、センサ２０は通信装置１０内のどこにでも配置することができ、それによって、通信装置の設計者に設計の柔軟性が提供される。たとえば、通信装置１０のディスプレイ１８を、センサ２０のサイズまたは場所に無関係に設計することが可能である。センサ通信経路１００は、センサ２０に伝達される、受話器１４の表面にあるセンサ・ポート１０８からの音声応答用の音響通信経路を提供する。センサ通信経路１００の距離は無視し得るか、または、通信装置１０内の任意の必要な距離であってよいことが当業者には理解されるであろう。本発明によれば、適応回路４６（図４参照）は、センサ・ポート１０８で受信される音響応答を回復するための、センサ通信経路１００の事前にプログラムされた伝達関数を含むのが好ましい。センサ通信経路１００の伝達関数は、代替的に、適応回路４６によって計算されるか、または、その他の方法で決定されてもよい。
【００２４】
同様に、図示するように、スピーカ５５は、聞き手の耳に発するために、スピーカ通信経路１０２を通して音響出力信号５９をスピーカ・ポート１０６に伝達することが可能である。スピーカ通信経路１０２によって、スピーカ５５は通信装置１０内のどこにでも配置することができ、それによって、通信装置の設計者に設計の柔軟性が提供される。スピーカ通信経路１０２の距離は無視し得るか、または、通信装置１０内の任意の必要な距離であってよいことが当業者には理解されるであろう。本発明によれば、適応回路４６は、適応回路４６の計算精度を確保するための、スピーカ通信経路１０２の伝達関数を自動で補償するアルゴリズムを含むのが好ましい。
【００２５】
好ましくは、本発明によれば、センサ通信経路１００とスピーカ通信経路１０２の間にバイパス経路１０４が結合される。バイパス経路１０４は、センサ・ポート１０８が閉鎖されているかまたは受話器１４内に設計されていない場合に、受話器１４の表面の音声応答をセンサ２０に伝達するための代替の音響通信経路を提供する。このことにより、音響応答測定用の代替パスをセンサ２０に与えることで、安全性の水準がいっそう高まる。たとえば、センサ・ポート１０８が閉鎖している時、デジタル信号プロセッサ２６（図４参照）が音声信号を大きくし続け、それにより音響的安全にとって危険な状態がもたらされる可能性がある。バイパス経路１０４は、この種の安全にとって危険な状態を最小にする。同様に、バイパス経路１０４は、スピーカ通信経路１０２が閉鎖している場合に、聞き手の耳に音響出力を発するための、代替の音響通信経路を提供する。これによって、聞き手が音響出力を聞き取るというさらなる保証が与えられる。
【００２６】
図１０は、本発明の好ましい実施形態による通信装置の代替の実施形態を示す。通信装置１１０は、たとえば、（図示されている）フリップ型の携帯電話、コードレス電話、有線大陸通信電話、または、モトローラ社（Ｍｏｔｏｒｏｌａ  Ｉｎｃ．）［米国イリノイ州シャンバーグ（Ｓｃｈａｕｍｂｅｒｇ）所在］が製造したＶ２００  ＰＥＲＳＯＮＡＬ
ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＯＲなどの個人通信機であり得る。以下の説明において、「通信装置」という用語は、上述の任意の通信装置またはそれらの等価物を指す。通信装置１１０は、第１アセンブリ部１１４および第２アセンブリ部１１６を含むように設計されるの
が好ましい。第１アセンブリ部１１４は、ディスレイ１８、マイクロフォン１２、および、キーパッド１６を含むのが好ましい。第２アセンブリ部１１６は、透明レンズ１１２、受話器１４、およびセンサ２０を含むのが好ましい。図示するように、受話器１４およびセンサ２０は、透明レンズ１１２内で近接して配置される。好ましくは、受話器１４は、スピーカ５５上に装飾用の金属キャップを含むなどの、美感的に心地よい設計を有するスピーカ５５（図示せず）を含み得る。通信装置１１０が閉じられる（すなわち、第２アセンブリ部１１６が第１アセンブリ部１１４の上部に閉じられる）と、透明レンズ１１２は、ディスプレイ１８の上に位置し、それによって、装置ユーザが、第２アセンブリ部１１６を通してディスプレイ１８を見ることが可能であることが好ましい。
【００２７】
図１１は、本発明の好ましい実施形態による、図１０に示す通信装置の側面図を示す。図示するように、第２アセンブリ部１１６の厚みは、本発明に従って、透明レンズ１１２の厚みまで最小にされることが可能である。受動等化を利用する従来の通信装置は、単にスピーカだけを用いて音響的に動作することが可能でない。本明細書で説明し、図４の能動等化回路２２を組み込んだ本発明によって、ボリューム、ポート、および減衰フェルトなどの追加の機械的部品の必要なしで、スピーカ要素だけを用いることが可能になる。
【００２８】
図１２は、本発明による、合算ブロック１１８で補強された、図４の能動等化回路２２の一部を示す。合算ブロック１１８によって、共有Ａ／Ｄ変換器１２０の使用を、図４の応答Ａ／Ｄ変換器６０と置き換えることが可能になる。共有Ａ／Ｄ変換器１２０の利用は、１つの追加のＡ／Ｄ変換器（すなわち、図４のＡ／Ｄ変換器３８）のみのための回路部を有する通信装置の既存の回路部を変更することで本発明を実施するのに、特に効果がある。従来の通信装置において、トーク・マイクロフォン、たとえば、図３および図１０のマイクロフォン１２によって受信される音声信号は、Ａ／Ｄ変換器によって処理される。図１２に示すように、本発明は、この既存のＡ／Ｄ変換器をマイクロフォン１２とセンサ２０の間で共有する。センサ２０からの応答信号５６およびマイクロフォン１２からのトーク信号１２４は、センサ２０およびマイクロフォン１２の両方に結合した合算器１２２によって加算される。結果として生ずる合算信号１２６は、応答信号５６およびトーク信号１２４の両方の要素を含む。合算信号１２６は次に、合算器１２２の出力に結合した共有Ａ／Ｄ変換器１２０を用いてアナログからデジタルに変換され、デジタル合算信号１２８を生成する。次に、デジタル入力信号４２に結合し、それを受信し、かつ、共有Ａ／Ｄ変換器１２０に結合したエコーキャンセラ１３０は、デジタル合算信号１２８を受信し分離する。エコーキャンセラ１３０は、代替的に、通信装置の別の要素のソフトウェアにプログラムされるか、または、ハードウェアで実施されてもよいことが当業者には理解されるであろう。エコーキャンセラ１３０の出力は、トーク信号出力１３２および応答データ信号６２を含む。その後、応答データ信号６２の処理が、図４に示し述べられるように続く。
【００２９】
好ましい実施形態に関して本明細書で述べた本発明は、ユーザの耳の固有の特性および通信装置がユーザの耳にどれほどうまく音響的に結合しているかに無関係に、通信装置を使用する人に一定の周波数応答およびボリューム・レベルを提供する、低価格で最小サイズの手段である。
【００３０】
本発明は、好ましい実施形態に関して説明してきたが、本発明から逸脱することなく、種々の変更および修正を行い得ることが当業者には明らかであろう。したがって、全てのこうした変更および修正は、請求項の精神および範囲内にあるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来の可搬型電話の周波数応答を示す図。
【図２】従来の可搬型電話の周波数応答を示す図。
【図３】本発明の好ましい実施形態による通信装置を示す図。
【図４】本発明の好ましい実施形態による、図３の通信装置内で用られる能動等化回路の一実施形態の電子ブロック図。
【図５】本発明の好ましい実施形態による、図４の能動等化回路において用いる調整可能等化フィルタの周波数応答を示す図。
【図６】本発明の好ましい実施形態による、図４の調整可能等化回路の動作を示す図。
【図７】本発明の好ましい実施形態による、図４の能動等化回路において用いるデジタル信号プロセッサのプログラミング・アルゴリズムを示す図。
【図８】本発明の好ましい実施形態による、図４の能動等化回路を用いた可搬型電話の周波数応答を示す図。
【図９】本発明の好ましい実施形態による、図３の通信装置の一部の断面図。
【図１０】本発明の好ましい実施形態による、図３の通信装置の代替実施形態を示す図。
【図１１】本発明の好ましい実施形態による、図１０に示す通信装置の側面図。
【図１２】本発明の好ましい実施形態による、図４の能動等化回路と共に用いる合算ブロックの電子ブロック図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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