(57)【要約】マイクロフォンを備えたヘッドフォンによる、ラウドスピーカのような少なくとも１つの外部音源からの不要な信号をキャンセルする方法において、前記少なくとも１つの外部音源からの少なくとも既知の音声信号が、反対の位相の音声信号によって補償される。これらの音声信号は、前記少なくとも１つの外部音源からの前記少なくとも既知の音声信号を反対の位相でシミュレートする。前記反対の位相の音声信号は、フィルタ装置において前記少なくとも１つの外部音源のオーディオ入力信号から得られた信号に応じて前記ヘッドフォンにおいて生成される。前記フィルタ装置は結果のマイクロフォン信号によって制御される。
2005505009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロフォンを備えたヘッドフォンによって、ラウドスピーカのような少なくとも１つの外部音源からの不要な信号をキャンセルする方法であって、前記少なくとも１つの外部音源からの少なくとも既知の音声信号は、前記少なくとも１つの外部音源からの前記少なくとも既知の音声信号を反対の位相でシミュレートする音声信号によって補償され、前記反対の位相の音声信号は、フィルタ装置において前記少なくとも１つの外部音源のオーディオ入力信号から得られた信号に応じて前記ヘッドフォンにおいて生成され、前記フィルタ装置は結果のマイクロフォン信号によって制御される方法。
【請求項２】
初期化の間、前記フィルタ装置の特性が音源シミュレーションアルゴリズムによって計算され、前記アルゴリズムは、前記マイクロフォン信号が最小化されるように又は略ゼロになるように前記特性を制御する、請求項１に記載の少なくとも１つの外部音源からの不要な信号をキャンセルする方法。
【請求項３】
異なるフィルタ特性のセットを得るために、前記計算の処理は、聴取位置のすぐ近傍における種々の位置について実行され、音声の再生の間、ヘッドトラッカによって示される前記ヘッドフォンを担持する人物の頭部の位置に依存して、前記フィルタ特性の１つのセットが前記アルゴリズムによって選択される、請求項２に記載の少なくとも１つの外部音源からの不要な信号をキャンセルする方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの外部音源からの既知の不要な信号が抑制される一方、未知の不要な特に環境のノイズ信号が、前記マイクロフォン信号から、音声信号へ変換された後に前記未知の不要な信号を反対の位相で表す更なる信号を得ることによって減少されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の、不要な信号をキャンセルする方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの外部音源からの不要な信号が抑制される一方、更なるオーディオ入力信号が前記ヘッドフォンに供給され、訂正信号が前記マイクロフォン信号に供給され、前記訂正信号は、訂正されたマイクロフォン信号がなお最小化される又はなお略ゼロとなるように前記更なるオーディオ入力信号から得られることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の、少なくとも１つの外部音源からの不要な信号をキャンセルする方法。
【請求項６】
音声生成手段及びマイクロフォンを備えたヘッドフォンと、制御手段とを有し、前記制御手段は、既知のオーディオ入力信号に応じて少なくとも１つの外部音源をシミュレートするために前記音声生成手段によって生成される音声信号を制御するフィルタ装置と、前記既知のオーディオ入力信号もまた前記少なくとも１つの外部音源に供給される場合に、前記マイクロフォンによって供給され前記制御手段に送られる信号が最小化される又は略ゼロであるように前記フィルタ装置を調整する調整手段とを備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法を適用するための音声再生システム。
【請求項７】
前記制御手段はフィルタ特性の１以上のセットを決定する音源シミュレーションアルゴリズムを有し、前記フィルタ特性の各セットは、前記ヘッドフォンを装着している人物の頭部の１つの位置に対応することを特徴とする、請求項６に記載の音声再生システム。
【請求項８】
ヘッドトラッカが備えられ、該ヘッドトラッカによって前記ヘッドフォンを装着している人物の頭部の位置が決定されることができることを特徴とする、請求項６又は７に記載の音声再生システム。
【請求項９】
前記制御手段は更に、前記マイクロフォン信号に応じて、前記音声生成手段に供給されると、未知の不要な特に環境のノイズ信号を減少する信号を提供するための結合手段及び訂正手段を有し、前記訂正手段の伝達関数は、当該伝達関数と、前記マイクロフォンへの前記音声生成手段の伝達関数との積が、特定の周波数範囲に渡って約１であるようなものであることを特徴とする、請求項６乃至８のいずれか一項に記載の音声再生システム。
【請求項１０】
前記制御手段は更に、前記音声生成手段に更なる音声信号を挿入し、前記更なるオーディオ入力信号から得られる訂正信号を用いて前記マイクロフォン信号を訂正するために、結合手段及び更なる訂正手段を有し、前記訂正手段の伝達関数は前記マイクロフォンへの前記音声生成手段の伝達関数と略同一であることを特徴とする、請求項６乃至９のいずれか一項に記載の音声再生システム。
【請求項１１】
請求項６乃至１０のいずれか一項に記載のフィルタ装置を処理するための、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法に適用されるアルゴリズム。
【請求項１２】
請求項６乃至１０のいずれか一項に記載の音声再生システムを備えるオーディオ機器。
【請求項１３】
又は請求項６乃至１０のいずれか一項に記載の音声再生装置を有するオーディオ機器における信号処理手段上で動作可能な、又は前記オーディオ機器と協働することが可能なコンピュータプログラム。
【請求項１４】
信号処理手段によって実行されるべき命令を担持する情報担体であって、前記命令は前記信号処理手段が請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法を実行することを可能とするようなものである情報担体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロフォンを備えたヘッドフォンによる、ラウドスピーカのような少なくとも１つの外部音源からの不要な信号をキャンセルする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際特許出願公開ＷＯ９４／３００２９より、ヘッドフォンのためのノイズキャンセルシステムが知られている。この文献においては、急速にノイズを変化させる、未知の低周波及び高周波をキャンセルするノイズキャンセルシステムが記載されている。ここでは、ヘッドフォンに含まれたマイクロフォンが前記ヘッドフォンにおける音声信号をピックアップする。前記マイクロフォンからの信号に基づいて未知のノイズが推定され、その後ノイズキャンセルアルゴリズムによってアンチノイズ（anti-noise）信号が生成される。前記ヘッドフォンに供給されるこれらのアンチノイズ信号は、前記ノイズを減少させる。この方法の不利点は全ての音声信号がある程度抑制されることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば、同時に他の誰かがテレビジョンを見ている間に、誰かが静かに新聞を読みたいとき、上述したタイプのノイズキャンセル・ヘッドフォンの適用は、前記テレビジョンのラウドスピーカからの音声信号を抑制する方法のための基礎となり得る。しかしながらこの場合においては、未知のノイズ信号の代わりに、抑制されるべき既知の信号があり、前記ノイズの推定は必須ではない。上述したタイプのようなノイズキャンセルシステムが利用される場合、上述した不利点、即ち制限された性能は依然として当てはまる。更に、かようなシステムにおいては、前記ラウドスピーカから来るものではない、部屋の中の音声のような会話も同様に抑制される。
【０００４】
本発明の目的は、上述したノイズキャンセルシステムの不利点が回避され又は少なくとも緩和される、少なくとも１つの外部音源からの不要な信号をキャンセルする方法を見出すことである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
それ故本発明によれば、マイクロフォンを備えたヘッドフォンによって、ラウドスピーカのような少なくとも１つの外部音源からの不要な信号をキャンセルする方法であって、前記少なくとも１つの外部音源からの少なくとも既知の音声信号は、前記少なくとも１つの外部音源からの前記少なくとも既知の音声信号を反対の位相でシミュレートする音声信号によって補償され、前記反対の位相の音声信号は、フィルタ装置において前記少なくとも１つの外部音源のオーディオ入力信号から得られた信号に応じて前記ヘッドフォンにおいて生成され、前記フィルタ装置は結果のマイクロフォン信号によって制御される方法が提供される。本方法の利点は、不要な信号は既知であるため、ノイズ即ち前記不要な信号の推定が必要ではなく、本発明によるキャンセル方法はかなり容易であり、上述したような未知のノイズのキャンセルの不利点が回避される点である。
【０００６】
第１の実施例においては、初期化の間、前記フィルタ装置の特性が音源シミュレーションアルゴリズムによって計算され、前記アルゴリズムは、前記マイクロフォン信号が最小化されるように又は略ゼロになるように前記特性を制御する。
【０００７】
この初期化の後、前記フィルタ装置は固定される。本実施例は実装のためには比較的単純であるが、前記不要な音声信号のキャンセルは、前記ヘッドフォンの聴取者が頭を動かさない場合のみに働く。
【０００８】
それ故好適な第２の実施例においては、異なるフィルタ特性のセットを得るために、前記計算の処理は、聴取位置のすぐ近傍における種々の位置について実行され、音声の再生の間、ヘッドトラッカによって示される前記ヘッドフォンを装着している人物の頭部の位置に依存して、前記フィルタ特性の１つのセットが前記アルゴリズムによって選択される。ヘッドトラッカは、特に例えば欧州特許出願公開ＥＰ−Ａ−０７６２８０３より知られていることに留意されたい。
【０００９】
既知の不要な信号の抑制の方法は、未知の不要な、特に環境のノイズ信号の減少と組み合わせられても良い。この場合においては、本発明による方法は更に、前記少なくとも１つの外部音源からの既知の不要な信号が抑制される一方、未知の不要な特に環境のノイズ信号が、前記マイクロフォン信号から、音声信号へ変換された後に前記未知の不要な信号を反対の位相で表す更なる信号を得ることによって減少されることを特徴とする。
【００１０】
ヘッドフォンを装着した人物は、前記少なくとも１つの外部音源からの不要な信号が抑えられる一方で、該人物自身の音楽を聴くことが望ましい。それ故、更に本発明によれば、前記方法は、前記少なくとも１つの外部音源からの不要な信号が抑制される一方、更なるオーディオ入力信号が前記ヘッドフォンに供給され、訂正信号が前記マイクロフォン信号に供給され、前記訂正信号は、訂正されたマイクロフォン信号がなお最小化される又はなお略ゼロとなるように前記更なるオーディオ入力信号から得られることを特徴とする。
【００１１】
本発明はまた、音声生成手段及びマイクロフォンを備えたヘッドフォンと、制御手段とを有し、前記制御手段は、既知のオーディオ入力信号に応じて少なくとも１つの外部音源をシミュレートするために前記音声生成手段によって生成される音声信号を制御するフィルタ装置と、前記既知のオーディオ入力信号もまた前記少なくとも１つの外部音源に供給される場合に、前記マイクロフォンによって供給され前記制御手段に送られる信号が最小化される又は略ゼロであるように前記フィルタ装置を調整する調整手段とを備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法を適用するための音声再生システムに関する。特に、前記制御手段はフィルタ特性の１以上のセットを決定する音源シミュレーションアルゴリズムを有し、前記フィルタ特性の各セットは、前記ヘッドフォンを装着している人物の頭部の１つの位置に対応する。より多くのフィルタ特性のセットが確立される場合には、ヘッドトラッカが備えられ、該ヘッドトラッカによって前記ヘッドフォンを装着している人物の頭部の位置が決定されることができる。国際特許出願公開ＷＯ０１／４９０６６は、同様な音声再生システムを示している。しかしながら、前記制御装置は異なって働く。前記国際特許出願におけるシステムは、以下の２つのフェーズにおいて動作可能である。第１のフェーズにおいては、前記フィルタ装置は、前記フィルタ装置に供給されるオーディオ入力信号によって、前記音声生成手段において前記オーディオ入力信号を補償する信号が生成されるように調節される。次いで第２のフェーズにおいては、前記少なくとも１つの外部音源が動作不可能とされ、それにより前記音声生成手段は、前記少なくとも１つの外部音源をシミュレートするマイクロフォンを通した音声の再生を提供する。前記第１のフェーズは、外部音源（ラウドスピーカ）から聴取者の耳の内部のヘッドフォン中のマイクロフォンへの伝達関数を測定するために導入される。前記音声は次いで、前記オーディオ信号をこれらの伝達関数に調節された前記フィルタ手段に通し、結果の音声を前記ヘッドフォンを通して再生することにより生成される。
【００１２】
既知の不要な音声信号の抑制は、未知の不要な、特に環境のノイズ音声信号の減少と組み合わせられても良いため、前記制御手段は更に、前記マイクロフォン信号に応じて、前記音声生成手段に供給されると、未知の不要な特に環境のノイズ信号を減少する信号を提供するための結合手段及び訂正手段を有しても良く、前記訂正手段の伝達関数は、当該伝達関数と、前記マイクロフォンへの前記音声生成手段の伝達関数との積が、特定の周波数範囲に渡って約１であるようなものである。
【００１３】
前記ヘッドフォンを装着している人物が、前記少なくとも１つの外部音源からの不要な信号が抑制される一方で、該人物自身の音楽を聴くことを可能とするため、前記制御手段は更に、前記音声生成手段に更なる音声信号を挿入し、前記更なるオーディオ入力信号から得られる訂正信号を用いて前記マイクロフォン信号を訂正するために、結合手段及び更なる訂正手段を有しても良く、前記訂正手段の伝達関数は前記マイクロフォンへの前記音声生成手段の伝達関数と略同一である。
【００１４】
本発明は更に、上述のフィルタ装置を処理するための、上述した方法において適用されるアルゴリズムに関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、以下に記載されるような例及び添付する図を参照しながら明らかとなり説明されるであろう。
【００１６】
説明される例においては、ラウドスピーカ１乃至５の形をとる５つの外部音源、即ちオーディオ中央チャネル、左及び右チャネル、並びにサラウンドチャネル用のものがある。これらのラウドスピーカのためのオーディオ入力信号はそれぞれｘＣ、ｘＬ、ｘＲ、ｘＬＳ及びｘＲｓによって示され、一般にはｘｉによって示される。図の中央において、人物の頭部が示されている。該人物は音声生成手段７及びマイクロフォン８を備えたヘッドフォン６を担持している。本発明による処理は、前記人物の左耳についてのみ考慮される。右耳についての処理は同様であるからである。マイクロフォン８は、ラウドスピーカ１乃至５からの及び音声生成手段７からの音声信号に応じてマイクロフォン信号ｍを供給する。音声生成手段７の入力信号は制御手段９によって供給される。該制御手段は、フィルタ１１乃至１５及び結合手段１６を備えたフィルタ装置１０、並びに調整装置１７を有する。フィルタ１１乃至１５の伝達関数は、それぞれｈＣ，Ｌ、ｈＬ，Ｌ、ｈＲ，Ｌ、ｈＬＳ，Ｌ及びｈＲＳ，Ｌによって示され、一般にはｘｉ，Ｌによって示される。これらのフィルタの入力信号は、簡単さのため、前記ラウドスピーカ即ちそれぞれｘＣ、ｘＬ、ｘＲ、ｘＬＳ及びｘＲＳのための入力信号と同一となるように選択される。フィルタ装置１０は、信号Σｘｉ・ｈｉ，Ｌを音声生成手段７に供給する。この表現、及び以下の数学的な表現における「点」は、関連する信号及び関数の周波数ドメインにおける乗算及び時間ドメインにおける繰り込みを表す。
【００１７】
後に議論される、線１８及び１９並びに結合手段２０を介して音声生成手段７に供給される信号とは別に、マイクロフォン８によって確立される音声生成手段７の出力信号はｇｘＬ・Σｘｉ・ｈｉ，Ｌによって表されることができる。ここで、ｇｘＬは左のマイクロフォン８への音声生成手段７の伝達関数である。ラウドスピーカ１乃至５から左のマイクロフォン８への伝達関数が、ｇｘＣ，Ｌ、ｇｘＬ，Ｌ、ｇｘＲ，Ｌ、ｇｘＬＳ，Ｌ及びｇｘＲＳ，Ｌによって、一般にはｇｘｉ，Ｌによって表される場合には、左のマイクロフォン８からの信号ｍは、以下によって表されることができる：
ｍ＝Σｘｉ・[ｈｉ，Ｌ・ｇｘＬ＋ｇｘｉ，Ｌ]
フィルタ特性は、ｍが最小化されるように、理想的な状況においてｍ＝０となるように、前記調整手段において音源シミュレーションアルゴリズムによって計算され調整される。このことは、初期化の後、音声生成手段７からの信号が前記ラウドスピーカからの信号と等しいが反対の位相であり、従って前記フィルタによって前記ラウドスピーカからの音声信号がシミュレートされることを意味する。
【００１８】
初期化の間、マイクロフォン信号ｍが最小化されるようにフィルタ１１乃至１５が調節される場合、前記ラウドスピーカの所望のキャンセルが得られる。この場合においては、フィルタ１１乃至１５の伝達関数：ｈｉ，Ｌ＝−ｇｘｉ，Ｌ／ｇｘＬは固定される。
【００１９】
前記ヘッドフォンを装着した人物が移動即ち他の場所に行った場合、ラウドスピーカ１乃至５から前記マイクロフォンへの伝達関数は変化し、そのためフィルタ１１乃至１５の伝達関数は、もはやｍが最小化された形態とは一致しない。この場合において前記初期化は新たな位置について繰り返されることができるが、前記初期化フェーズにおいて、多くの頭部の位置及び／又は近隣の位置について、フィルタ特性のセットが確立され、調整手段１７において保存されると有利となり得る。好ましくはヘッドフォン６に取り付けられた既知のヘッドトラッカ２１によって、前記ヘッドフォンを装着した人物の頭部の位置が確立されることができ、それと共にフィルタ特性の特定のセットが選択されることができる。幾つかの場合においては、例えば、前記ヘッドトラッカのトラッキングレートが十分でないときは、固定されたフィルタ特性を持つフィルタ、又は前記ヘッドフォンを装着している人物の頭部が移動する度に連続的に測定される（更新される）フィルタ特性を持つフィルタが利用されることは有利である。
【００２０】
既知の不要な音声信号の抑制が、環境ノイズ信号のような未知の不要な音声信号の減少と組み合わせられる場合には、前記マイクロフォン信号が訂正手段２２に供給され、一方で訂正手段２２の出力信号は線１９及び結合手段２０を介して音声生成手段７に供給される。該結合手段２０において、前記出力信号はフィルタ装置１０からの信号と結合される。訂正手段２２の伝達関数、即ちｇ’ｘＬは、後者の伝達関数の、マイクロフォン８への音声生成手段７の伝達関数との積が、特定の周波数範囲に渡って約１であるようなものである：
ｇｘＬ・ｇ’ｘＬ≒１
音声生成手段７は、前記未知の不要な音声信号に近づくが反対の位相である音声信号を再生し、このことは前記未知の不要な音声信号の減少へと導く。
【００２１】
前記ヘッドフォンを装着した人物が何かの音楽を聴きたい場合、該音楽の所望のオーディオ信号ｘｄは、線１８を介して結合手段２０に供給され、フィルタ装置１０からの信号に加算されても良い。しかしながらこの場合においては、ｍについての表現において、項ｘｄ・ｇｘＬが導入される。マイクロフォン８と調整装置１７との間の接合においてこの項を補償するため結合手段２３が挿入される。該結合手段２３において、前記マイクロフォン信号の値は、更なる訂正手段２４から得られる値ｘｄ・ｇｘＬを用いて減少させられる。該更なる訂正手段２４の伝達関数は、マイクロフォン８への音声生成手段７の伝達関数と略同一である。
【００２２】
上述の音声再生システムによって、初期化の後、前記ラウドスピーカからの既知の不要な信号は、前記ヘッドフォンを担持している人物が前記ラウドスピーカが配置されている部屋の中で位置している場所とは無関係に抑制され、一方で任意に更なる未知の不要な音声信号が減少されることができる。
【００２３】
以上説明された方法及び実施例は、少なくともその一部が、本発明による音声再生システムを有するオーディオ機器中の信号処理手段上で実行可能な、又は本発明による音声再生システムを有するオーディオ装置と協働することが可能なコンピュータプログラムの形態をとり得るアルゴリズムによって実現されても良い。図の一部が特定のプログラム可能な機能を実行するユニットを示す限りにおいて、これらのユニットは前記コンピュータプログラムの一部として考慮されることができる。
【００２４】
図には示されていないが、対応する制御手段が右耳における不要な信号を抑制するために備えられることに留意されたい。
【００２５】
本発明は説明された実施例に限定されるものではない。変更が可能である。例えば、外部音源の数は重要ではない。前記フィルタに供給される前記オーディオ入力信号は、前記ラウドスピーカのオーディオ入力信号と等しい必要はない。両方のオーディオ入力信号の間に関連があれば十分である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による音声再生システムを模式的に示す。
【国際公開パンフレット】
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2005505009.tif 000012
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【国際調査報告】
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2005505009.tif 000015
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