(57)【要約】【課題】新たなＡＮＣ雑音低減技法を提案すること。【解決手段】ヘッドセット（ＨＳ）は、能動雑音制御機能を含み、内部ＡＮＣマイクロフォン（ＭＰ）が音響空洞内部に配置され、音響雑音成分を含む信号を送出する。デジタルシグナルプロセッサＤＳＰが、ＡＮＣＭＰが送出する信号にフィルタリング伝達関数ＨＦＢ２を適用するフィードバック（ＦＢ）ＡＮＣブランチと、ＦＢブランチの信号を再生するオーディオ信号Ｍと混合する手段とを備える。ＨＳは移動センサを備える。ＤＳＰは、内部ＭＰによって送出される信号と、移動センサが送出する信号とを同時に分析し、これらの信号の現特性が一組の所定基準を満たすかを検証する手段を備える。ＦＢＡＮＣフィルタの上流では、飽和防止フィルタＨＦＢ１を検証の結果に応じて選択的に切り換える。再生する信号Ｍの等化ブランチのフィルタリングＨＥＱ２を同様の飽和防止フィルタＨＥＱ１によって変更する。【選択図】図５
2015219527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーディオヘッドセットであって、
各々が、再生されることになるオーディオ信号の音響再生用のトランスデューサ（１８）を含む２つのイヤホン（１０）であって、該トランスデューサは耳音響空洞（２２）内に収容されている、イヤホン（１０）と、
音響雑音成分を含む拾われた信号を送出するように構成される少なくとも１つのマイクロフォンと、
前記イヤホンのうちの少なくとも１つに搭載され、加速度計信号を送出するように構成される移動センサ（６４）と、
デジタルシグナルプロセッサ、すなわちＤＳＰ（５０）であって、
前記マイクロフォンに由来する信号と、再生されることになる前記オーディオ信号（Ｍ）とを入力として受け取り、前記トランスデューサ（１８）を動作させるように構成される信号を出力として送出する混合手段（６０）と、
ｉ）前記マイクロフォンによって送出される前記マイクロフォン信号及びｉｉ）前記移動センサ（６４）によって送出される前記加速度計信号を同時に分析し、これらのマイクロフォン信号及び加速度計信号の現特性が第１の組の所定基準を満たすか否かを検証するように構成される手段（６８）を備える雑音低減手段と、
を備える、ＤＳＰ（５０）と、
を備え、
該ヘッドセットは、ＡＮＣ能動雑音制御システムを備え、
前記マイクロフォンは、前記音響空洞（２２）内部に配置された内部ＡＮＣマイクロフォン（２８）であり、
前記ＤＳＰ（５０）は、
前記内部ＡＮＣマイクロフォン（２８）によって拾われる前記信号に対してフィルタリング伝達関数（ＨＦＢ）を適用するように構成されるフィードバックＡＮＣフィルタ（５４）を備える閉ループフィードバックブランチ（３６）と、
前記フィードバックＡＮＣフィルタ（５４）の前記出力において前記フィードバックブランチによって送出される前記信号と、再生されることになる前記オーディオ信号（Ｓ）とを入力として受け取り、前記トランスデューサ（１８）を動作させるように構成される前記信号を出力として送出する前記混合手段（４６）と、
を備え、
前記ＤＳＰは、前記内部マイクロフォン（２８）によって送出される前記信号の飽和の前記フィードバックブランチに対する前記影響を防止する手段を更に備え、該手段は、
ｉ）前記マイクロフォン（２８）によって送出される前記マイクロフォン信号及びｉｉ）前記移動センサ（６４）によって送出される前記加速度計信号を同時に分析し、これらのマイクロフォン信号及び加速度計信号の現特性が第１の組の所定基準を満たすか否かを検証するように構成される前記手段（６８）と、
前記フィードバックブランチにおいて前記フィードバックＡＮＣフィルタ（５４）の上流における、前記第１の組の基準の前記検証の結果に応じて選択的に切換可能なフィードバック飽和防止フィルタ（７０）と、
を備えることを特徴とする、オーディオヘッドセット。
【請求項２】
前記フィードバック飽和防止フィルタ（７０）は、複数の選択的に切換可能な事前構成されたフィルタのうちの１つであり、
前記ＤＳＰ（５０）は、
前記第１の組の基準の前記検証の前記結果に応じて、前記事前構成された飽和防止フィルタのうちの１つを選択するように構成される手段（６８）、
を更に備える、請求項１に記載のオーディオヘッドセット。
【請求項３】
前記ＤＳＰ（５０）は、
再生されることになる前記オーディオ信号（Ｍ）を前記混合手段（６０）に印加する前に、該再生されることになるオーディオ信号（Ｍ）に対して等化伝達関数（ＨＥＱ）を適用するように構成される等化フィルタ（５８）を備える等化ブランチと、
前記等化ブランチにおいて前記等化フィルタ（５８）の上流における、前記フィードバック飽和防止フィルタ（７０）と同時に選択的に切換可能な等化飽和防止フィルタ（７２）と、
を更に備える、請求項１に記載のオーディオヘッドセット。
【請求項４】
前記フィードバック飽和防止フィルタ（７２）は、複数の選択的に切換可能な事前構成された等化フィルタのうちの１つであり、
前記ＤＳＰ（５０）は、
前記第１の組の基準の前記検証の前記結果に応じて前記事前構成された等化フィルタのうちの１つを選択するように構成される手段（６８）、
を更に備える、請求項１に記載のオーディオヘッドセット。
【請求項５】
前記加速度計信号の前記現特性は、前記加速度計信号のエネルギーの値（Ｒｍｓａｃｃ）を含み、前記所定基準は、前記エネルギーの値が比較される閾値（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＿ａ）を含む、請求項１に記載のオーディオヘッドセット。
【請求項６】
前記マイクロフォン信号の前記現特性は、複数のそれぞれの周波数帯域（フィルタ１、フィルタ２、．．．）における前記マイクロフォン信号のエネルギーの値（Ｒｍｓ１、Ｒｍｓ２．．．）を含み、前記所定基準は、前記加速度計信号の前記エネルギーの値（Ｒｍｓａｃｃ）が前記閾値（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＿ａ）を超えた場合に前記マイクロフォン信号の前記エネルギー値が比較される一続きのそれぞれの閾値（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ１、Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ２、．．．ＴｈｒｅｓｈｏｌｄＮ）を含む、請求項５に記載のオーディオヘッドセット。
【請求項７】
前記フィードバックＡＮＣフィルタ（５４）は、複数の選択的に切換可能な事前構成されたフィードバックＡＮＣフィルタのうちの１つであり、
前記ＤＳＰ（５０）は、
前記内部マイクロフォンによって送出される前記信号の現特性が第２の組の所定基準を満たすか否かを検証するように構成される、前記内部マイクロフォンによって送出される前記信号を分析する手段（６２）と、
前記第２の組の基準の前記検証の結果に応じて前記事前構成されたフィードバックＡＮＣフィルタのうちの１つを選択するように構成される選択手段（６２）と、
を更に備える、請求項１に記載のオーディオヘッドセット。
【請求項８】
前記ＤＳＰ（５０）は、
再生されることになる前記オーディオ信号（Ｍ）を前記混合手段（６０）に印加する前に、該再生されることになるオーディオ信号（Ｍ）に対して等化伝達関数（ＨＥＱ）を適用するように構成される等化フィルタ（５８）を備える等化ブランチ、
を更に備え、
前記等化フィルタ（５８）は、複数の選択可能に切換可能な事前構成された等化フィルタのうちの１つであり、
前記選択手段（６２）は、前記現在選択されているフィードバックＡＮＣフィルタに応じて前記事前構成された等化フィルタのうちの１つを選択するようにも適合されている、請求項７に記載のオーディオヘッドセット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、「能動雑音制御（active noise control：アクティブノイズコントロール）」システムを備えたオーディオヘッドセットに関する。
【背景技術】
【０００２】
こうしたヘッドセットは、有線接続によって、又は無線接続、特にＢｌｕｅｔｏｏｔｈリンク（Bluetooth SIGの登録商標）によってそのヘッドセットが接続されるＭＰ３プレイヤー、ラジオ、スマートフォン等の装置に由来する音源（例えば、音楽）を聴くために使用することができる。
【０００３】
ヘッドセット装着者の声を拾うように構成されるマイクロフォンセットが設けられている場合、このヘッドセットは、音源を聴くことの補足として「ハンズフリー」電話機能等の通信の機能に使用することもできる。そして、ヘッドセットトランスデューサは、ヘッドセット装着者が会話している遠隔の話者の声を再生する。
【０００４】
ヘッドセットは、一般に、ヘッドバンドによって連結された２つのイヤホンを備えている。各イヤホンは、閉鎖されたケーシングを備えており、こうしたケーシングは、音響再生トランスデューサ（以下、単に「トランスデューサ」と呼ぶ）を収容し、かつ耳を外部音響環境から隔離するサーカムオーラル型パッドを介挿入して使用者の耳の周囲にあてがわれるように意図されている。
【０００５】
「イントラオーラル（intra-aural）」型のイヤホンもある。このイヤホンは、素子が外耳道内に配置され、そのため、耳を包囲するか又は覆うパッドを持たない。以下、トランスデューサが耳を包囲する（「サーカムオーラル型」ヘッドセット）、又は耳の上に載る（「スープラオーラル（supra-aural）ヘッドセット）ケーシング内に収容されている「ヘッドセット」型のイヤホンについて主に言及するが、この例は、限定的であるものとしてみなされてはならず、それは、本発明は、理解されるように、イントラオーラル型イヤホンにも適用することができるためである。
【０００６】
ヘッドセットが雑音の多い環境（地下鉄、繁華街、列車、飛行機等）で使用される場合、装着者は、閉鎖されたケーシング及びサーカムオーラル型パッドによって装着者を隔離するヘッドセットイヤホンによって、雑音から部分的に保護される。
【０００７】
しかしながら、この全く受動的な保護は単に部分的であり、それは、特に周波数スペクトルの低い部分における音の一部が、イヤホンケーシングを通して又は装着者の頭蓋骨を介して耳に伝達される可能性があるためである。
【０００８】
そのため、いわゆる「能動雑音制御」すなわちＡＮＣ技法が開発され、その原理は、入ってくる雑音成分を拾い、この雑音成分に対して、理想的にはその雑音成分の圧力波の反転したコピーである音波を、時間的にかつ空間的に重ね合わせることにある。問題は、雑音成分との弱め合う干渉をそのように生成すること、及びスプリアス音波の圧力の変動を低減する、理想的には相殺することである。
【０００９】
特許文献１（Parrot）は、閉ループフィードバックフィルタリングタイプ及び開ループフィードフォワードフィルタリングタイプを結合したＡＮＣシステムが設けられた、こうしたヘッドセットについて記載している。フィードバックフィルタリングパスは、イヤホンケーシング、サーカムオーラル型パッド及びトランスデューサによって境界が定められた音響空洞の内部に配置されたマイクロフォンによって収集される信号に基づく。言い換えれば、このマイクロフォンは、使用者の耳の近くに配置され、主に、トランスデューサによって生成される信号及び前方空洞内で依然として知覚可能な、相殺されていない残留雑音信号を受け取る。トランスデューサによって再生される音源のオーディオ信号が差し引かれるこのマイクロフォンの信号は、ＡＮＣシステムのフィードバックループに対する誤差信号を構成する。フィードフォワードフィルタリングパスは、ヘッドセットの装着者の現在置かれている環境に存在するスプリアス雑音を収集する外部マイクロフォンによって拾われる信号を使用する。最後に、第３のフィルタリングパスが、再生される音源に由来するオーディオ信号を処理する。３つのフィルタリングパスの出力信号が合成されてトランスデューサに印加され、周囲雑音の抑制信号に関連する音源信号を再生する。
【００１０】
特許文献２（Parrot）は、特に「ハンズフリー」電話機能において使用可能な、マイクロフォン／ヘッドセットの組合せ型の装置について記載している。ヘッドセットには、生理学的センサが設けられており、生理学的センサは、ヘッドセット装着者の頬又はこめかみに接触してあてがわれ、本質的に周囲雑音によってほとんど損なわれない特徴を有する音声振動を収集する。生理学的センサは、より近接した有り得る結合状態で使用者の頬又はこめかみにあてがわれるように、ヘッドセットイヤホンのパッドの表皮の内面に配置された、加速度計とすることができる。このように収集された信号は、フィルタリングされ、従来の外部マイクロフォンによって拾われる信号と結合された後、近接した話者（ヘッドセット装着者）の発話信号を通信システムに送るのを可能にし、話者の了解度を大幅に向上させることになる。このセンサの別の利点は、動的フィルタの遮断周波数を計算するために、センサから送出される信号を使用することができるということである。
【００１１】
特許文献３は、適応型、すなわち、伝達関数が、信号をリアルタイムに分析するアルゴリズムによって動的にかつ連続的に変更されるフィルタを用いるＡＮＣシステムを備える、別の装置について記載している。ヘッドセットイヤホンのケーシングの上に配置された外部マイクロフォンは、周囲雑音を収集し、その雑音のレベルは、ヘッドセットの外部環境に存在する雑音に対して適応するように、フィードバックフィルタの伝達関数を調整するために分析される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２５９７８８９号
【特許文献２】欧州特許出願公開第２５１８７２４号
【特許文献３】国際公開第２０１０／１２９２１９号（欧州特許出願公開２４２５４２１号）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
既存のＡＮＣシステムには、イヤホンの内部音響空洞に急峻な加圧及び減圧があるときに現れる現象があり、上記加圧及び減圧は、聞こえないが、その振幅は、マイクロフォンの膜が急峻に圧搾されその公称限界を超える電気信号を生成するほど高い。
【００１４】
この現象は、特に、ヘッドセットを手で触っている間に、又は使用者が激しく歩くか若しくは走っているときに発生する。そして、ヘッドセットの移動により、前方空洞内に過度の過圧又は減圧が発生し、それが低周波数の高い電気ピークになる。マイクロフォンによって拾われた過度の信号により、フィードバックＡＮＣフィルタ内に飽和が発生し、それが、トランスデューサの出力において生成されかつ使用者に対して不快な可聴信号又は「プロップ（plop）」の原因となる。
【００１５】
この現象は、通常の歩行状態で発生する可能性さえもあり、その場合、１００Ｈｚ未満の低周波数の歩行（step）雑音の共鳴音が聞こえ、厄介である場合がある。フィードバックＡＮＣフィルタは、これらの歩行雑音の共鳴音を、内部マイクロフォンの信号を増幅することによって減衰させることができるが、歩行が激しくなると、マイクロフォン信号の電気レベルが、その通常動作の限界を超え、この場合もまた、ＡＮＣフィルタ及びトランスデューサの飽和をもたらす場合がある。
【００１６】
この飽和は、信号処理チェーンの幾つかの位置で介入する場合があり、すなわち、アナログ／デジタル変換器の入力ダイナミクスの電気的超過、デジタルシグナルプロセッサＤＳＰにおける最大デジタル値の超過、又はトランスデューサによって再生される信号が、デジタル／アナログ変換器が生成することができる最大値を超えた場合の出力飽和であり、これらの現象の各々は、不快な「プロップ」をもたらしやすい。
【００１７】
本発明の目的は、以下のように、これらの現象を補償するのを可能にする新たなＡＮＣ雑音低減技法を提案することである。
−特にヘッドホン使用者の歩行移動による、イヤホンの音響空洞内の過圧／減圧の空気圧現象を補償することにより、
−ＡＮＣシステムの雑音防止性能の低下なしに、すなわち、使用者が知覚する残留雑音が、特にｉ）低周波の強力な減衰及びｉｉ）広い周波数抑制帯域幅により、常に最高に低減され、
−音源（又は、電話用途では遠隔話者の声）に由来するオーディオ信号が歪むことなく、かつこの信号のスペクトルなしに、全てがＡＮＣ処理によって切り離され、
−ただし、雑音相殺信号及び再生されることになるオーディオ信号は、同じチャネルによって増幅され、同じトランスデューサによって再生される。
【００１８】
本発明の別の目的は、特にデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）内で実施可能な、こうしたＡＮＣシステムに対するデジタル技術（上述した特許文献１におけるようなアナログ技術ではない）を実施することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
これらの目的を達成するために、本発明は上述した特許文献２によって開示されるようなオーディオヘッドセットを提案する。そのようなヘッドセットは、
−各々が、再生されることになるオーディオ信号の音響再生用のトランスデューサを含む２つのイヤホンであって、トランスデューサは耳音響空洞内に収容されている、イヤホンと、
−音響雑音成分を含む拾われた信号を送出するように構成される少なくとも１つのマイクロフォンと、
−イヤホンのうちの少なくとも１つに搭載され、加速度計信号を送出するように構成される移動センサと、
−デジタルシグナルプロセッサ、すなわちＤＳＰであって、
マイクロフォンに由来する信号と、再生されることになるオーディオ信号とを入力として受け取り、トランスデューサを誘導するように構成される信号を出力として送出する混合手段と、
ｉ）マイクロフォンによって送出されるマイクロフォン信号及びｉｉ）移動センサによって送出される加速度計信号を同時に分析し、これらのマイクロフォン信号及び加速度計信号の現特性が第１の組の所定基準を満たすか否かを検証するように構成される手段を備える雑音低減手段と、
を備える、ＤＳＰと、
を備える。
【００２０】
本発明の特徴として、
−ヘッドセットは、ＡＮＣ能動雑音制御システムを備え、
−マイクロフォンは、音響空洞内部に配置された内部ＡＮＣマイクロフォンであり、
−ＤＳＰは、
内部ＡＮＣマイクロフォンによって送出される信号に対してフィルタリング伝達関数を適用するように構成されるフィードバックＡＮＣフィルタを備える閉ループフィードバックブランチと、
フィードバックＡＮＣフィルタの出力においてフィードバックブランチによって送出される信号と、再生されることになるオーディオ信号とを入力として受け取り、トランスデューサを誘導するように構成される信号を出力として送出する混合手段と、
を備え、
−ＤＳＰは、内部マイクロフォンによって送出される信号の飽和のフィードバックブランチに対する影響を防止する手段を更に備え、手段は、
ｉ）マイクロフォンによって送出されるマイクロフォン信号及びｉｉ）移動センサによって送出される加速度計信号を同時に分析し、これらのマイクロフォン信号及び加速度計信号の現特性が第１の組の所定基準を満たすか否かを検証するように構成される手段と、
フィードバックブランチにおいてフィードバックＡＮＣフィルタの上流における、第１の組の基準の検証の結果に応じて選択的に切換可能なフィードバック飽和防止フィルタと、
を備える。
【００２１】
様々な有利な従属的特徴によれば、
−フィードバック飽和防止フィルタは、複数の選択的に切換可能な事前構成されたフィルタのうちの１つであり、ＤＳＰは、第１の組の基準の検証の結果に応じて、事前構成された飽和防止フィルタのうちの１つを選択するように構成される手段を更に備え、
−ＤＳＰは、再生されることになるオーディオ信号を混合手段に印加する前に、再生されることになるオーディオ信号に対して等化伝達関数を適用するように構成される等化フィルタを備える等化ブランチと、等化ブランチにおいて等化フィルタから上流における、フィードバック飽和防止フィルタと同時に選択的に切換可能な等化飽和防止フィルタとを更に備え、
−等化飽和防止フィルタは、複数の選択的に切換可能な事前構成された等化フィルタのうちの１つであり、ＤＳＰは、第１の組の基準の検証の結果に応じて、事前構成された等化フィルタのうちの１つを選択するように構成される手段を更に備え、
−加速度計信号の現特性は、加速度計信号のエネルギーの値を含み、所定基準は、エネルギーの値が比較される閾値を含む。それは、特に、複数のそれぞれの周波数帯域におけるエネルギーの値とすることができ、所定基準は、加速度計信号のエネルギーの値が閾値を超えた場合にこれらのエネルギー値が比較される一続きのそれぞれの閾値を含み、
−フィードバックＡＮＣフィルタは、複数の選択的に切換可能な事前構成されたフィードバックＡＮＣフィルタのうちの１つであり、ＤＳＰは、内部マイクロフォンによって送出される信号の現特性が第２の組の所定基準を満たすか否かを検証するように構成される、内部マイクロフォンによって送出される信号を分析する手段と、第２の組の基準の検証の結果に応じて、事前構成されたフィードバックＡＮＣフィルタのうちの１つを選択するように構成される選択手段とを更に備え、
−ＤＳＰは、再生されることになるオーディオ信号を混合手段に印加する前に、再生されることになるオーディオ信号に対して等化伝達関数を適用するように構成される等化フィルタを備える等化ブランチを更に備える。等化フィルタは、複数の選択可能に切換可能な事前構成された等化フィルタのうちの１つであり、選択手段は、現在選択されているフィードバックＡＮＣフィルタに応じて、事前構成された等化フィルタのうちの１つを選択するようにも適合されている。
【００２２】
ここで、本発明の実施形態の一例について、図を通して同じ参照記号が同一の又は機能的に類似する要素を示す添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】使用者の頭部にあるオーディオヘッドセットを概略的に示す図である。
【図２】種々の音響信号及び電気信号とともに、能動雑音制御オーディオヘッドセットの動作に伴う様々な機能ブロックを示す概略図である。
【図３】様々な機械要素及びその電気機械部材の構成を示す、本発明によるヘッドセットのイヤホンのうちの一方の正面断面図である。
【図４】ヘッドセット装着者の２回のジャンプの間の、ＡＮＣヘッドセットの内部マイクロフォンによる増幅の前に送出された電気信号の一般的な波形の一例を示す図である。
【図５】本発明による雑音除去処理が行われる方法を、機能ブロックとして概略的に示す図である。
【図６】マイクロフォン信号の分析、及びヘッドセットトランスデューサに送出される信号に適用されるフィルタの選択の機能を実施する要素をより厳密に示す図である。
【図７】図６の分析及び選択の機能の状態機械の動作を記述するフローチャートである。
【図８】検出された移動の関数として自動的に選択された、本発明による飽和防止フィルタリングあり及びなしのＡＮＣフィルタの伝達関数を振幅及び位相で示す図である。
【図９】図８に例示する２つの場合で得られた減衰の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１に、使用者の頭部に配置されたオーディオヘッドセットを示す。このヘッドセットは、本来従来の方法では、保持ヘッドバンド１２によって連結された２つのイヤホン１０、１０’を含む。イヤホン１０の各々は、使用者の耳の輪郭の上にくる外部ケーシング１４を備え、ケーシング１４と耳の周囲との間に、耳領域と外部音環境との間に音響の観点から十分な気密性を確保するように意図されたサーカムオーラル型可撓性パッド１６が介在している。導入部で示したように、トランスデューサが耳を包囲するか又は耳の上に載っているケーシング内に収容されている「ヘッドセット」型の構成のこの例は、限定的であるものとしてみなされてはならず、それは、本発明はまた、外耳道に配置される素子を備えるイントラオーラル型イヤホン、したがって、耳を包囲するか又は覆うケーシング及びパッドのないイヤホンにも適用することができるためである。
【００２５】
図２は、種々の音響信号及び電気信号とともに、能動雑音制御オーディオヘッドセットの動作に伴う様々な機能ブロックを示す概略図である。
【００２６】
イヤホン１０は、２つの空洞、すなわち耳側の前方空洞２２及び反対側の後方空洞２４を画定する仕切り２０によって支持される、以下、単に「トランスデューサ」と呼ぶ音響再生トランスデューサ１８を封入している。
【００２７】
前方空洞２２は、内部仕切り２０、イヤホンの壁１４、パッド１６、及び耳領域における使用者の頭部の外面によって画定される。この空洞は、パッド１６の接触領域における不可避な音の漏れを除き、閉鎖された空洞である。後方空洞２４は、放音口２６がイヤホンの前方空洞２２内で低周波の増強を得るのを可能にすることを除き、閉鎖された空洞である。
【００２８】
最後に、能動雑音制御のために、内部空洞２２に存在する残留雑音、すなわち使用者によって知覚されることになる雑音を拾うように、外耳道に可能な限り近接して配置された内部マイクロフォン２８が設けられている。トランスデューサによって再生された音源（又は、電話用途における遠隔話者の声）のオーディオ信号を別にして、内部マイクロフォン２８によって拾われる音響信号は、以下の組合せである。
−イヤホンケーシング１４を通した周囲の外部雑音３０の伝達に由来する残留雑音３２、及び
−理想的には弱め合う干渉の原理に従って、残留雑音３２、すなわち聴取点において抑制されるべき雑音の反転コピーである、トランスデューサ１８によって生成された音波３４。
【００２９】
音波３４による雑音相殺は決して完全ではなく、内部マイクロフォン２８は、閉ループフィードバックフィルタリングブランチ３６に印加される誤差信号ｅとして使用される残留信号を収集する。
【００３０】
場合によっては、外部マイクロフォン３８は、波３０によって図式化されている、イヤホンの外側の周囲雑音を拾うように、ヘッドセットイヤホンのケーシングの上に配置することができる。この外部マイクロフォン３８によって収集される信号は、能動雑音制御システムのフィードフォワードフィルタリングステージ４０に印加される。フィードバックブランチ３６から、かつ存在する場合はフィードフォワードブランチ４０から来る信号は、４２において合成され、トランスデューサ１８を誘導する。
【００３１】
さらに、トランスデューサ１８は、音源（Ｗａｌｋｍａｎ、ラジオ等）、又は電話用途の場合の遠隔話者の声に由来する再生されることになるオーディオ信号を受け取る。この信号は、それを歪ませる閉ループの影響を受けるため、開ループの利得及び能動制御なしでの目標応答によって決まる所望の伝達関数を有するように、等化によって前処理されなければならない。ヘッドセットは、場合によっては、図１に示すように、例えば「ハンズフリー」電話機能が与えられている場合、通信機能向けの別の外部マイクロフォン４４を搭載することができる。この追加の外部マイクロフォン４４は、ヘッドセット装着者の声を拾うように意図されており、能動雑音制御に介在せず、以下では、能動雑音制御に専用マイクロフォン３８のみをＡＮＣシステムによって使用される可能性がある外部マイクロフォンとしてみなす。
【００３２】
図３は、イヤホン１０のうちの一方（他方のイヤホン１０’は同一であるように作成されている）に対して図２に概略的に示す種々の機械要素及び電気音響要素の例示的な実施形態を断面図で示す。そこでは、ケーシング１４の内部を前方空洞２２及び後方空洞２４に分割する仕切り２０を見ることができ、この仕切りには、トランスデューサ１８が搭載され、内部マイクロフォン２８が使用者の外耳道に近接して内部マイクロフォン２８を保持するグリッド４８によって支持されている。
【００３３】
本発明の目的は、特に１００Ｈｚを下回る低周波数で、内部マイクロフォン２８によって送出される信号の値の極度な超過をもたらしやすい、前方空洞２２内の急峻な過圧／減圧からもたらされる、導入部で明らかにした現象を補償することである。
【００３４】
ここで、図４は、内部マイクロフォン２８、ここでは１１０ｄＢ  ＳＰＬ（音圧レベル）の音響圧力に対して１００ｍＶを超過しない信号を送出するエレクトレットマイクロフォンによって送出される信号の一例を示す。しかしながら、図４に示すように、２回の小さい連続的なジャンプの場合、この値は非常に広く超過される（この例では、６００ｍＶに達しかつそれを超える）場合があり、それによって、処理チェーンの様々な位置で増幅後に飽和の影響がもたらされる場合がある。
【００３５】
本発明の基本概念は、特に使用者が歩いているか又は走っている場合に、ヘッドセットの急峻な移動中の全ての飽和現象を回避するために、こうした信号ピークを生成しやすい状況を、フィードバックフィルタから上流で、非常に短い待ち時間で検出することにある。
【００３６】
図５は、本発明による、この現象を補償することができる飽和防止機能を組み込んだＡＮＣ能動雑音制御システムを機能ブロックとして概略的に示す。
【００３７】
それは、デジタルシグナルプロセッサＤＳＰ５０によって実施されるデジタル型のＡＮＣシステムである。これらの方式は相互接続された回路として提示されているが、種々の機能の実施態様は本質的にソフトウェアベースであり、この表現は単に例示的なものであることが留意されよう。
【００３８】
そこではまた、内部マイクロフォン２８によって拾われる誤差信号ｅのＡＤＣ変換器５２によるデジタル化の後の、原理について図２を参照して上述したフィードバックブランチも見ることができる。デジタル化された誤差信号は、フィードバックフィルタ５４によって処理され、その後、イヤホン１０の空洞内でトランスデューサ１８によって再生されるように、ＤＡＣ５６によってアナログ信号に変換される。再生された信号は、場合によっては音楽信号Ｍに結合され、音楽信号Ｍは、５８における等化の後、６０において雑音相殺信号に合成され、ＤＡＣ５６によって変換されトランスデューサ１８によって再生される。
【００３９】
ブロック５４（マイクロフォン信号に対するフィードバック伝達関数ＨＦＢ２）及びブロック５８（音楽Ｍを等化する伝達関数ＨＥＱ２）によって実行されるフィルタリング動作は、特に、本出願人の名義による、「Casque audio a controle actif de bruit ANC avec reduction du souffle electrique（電気的雑音の低減及びＡＮＣ雑音の能動制御されたオーディオ・ヘッドフォン）」と題する２０１４年１１月４日の仏国特許出願第１４５３２８４号に記載されているように、実行することができ、上記出願は、使用者に再生される信号のレベル及びスペクトルコンテンツに応じて、イヤホンの前方空洞２２内に配置されたマイクロフォン２８によって拾われるような、周囲雑音のある程度の高い減衰と同様にある程度高い電気ヒスの減衰との妥協を最適化するように、内部マイクロフォン２８によって拾われた信号に応じて複数の選択的に切換可能な事前構成されたフィルタ構成を実施するように提案している。
【００４０】
しかしながら、この特定のヒス防止フィルタリング技法は、決して限定的なものではなく、本発明による飽和防止システムはまた、他の技法によって実行されるフィードバックフィルタリング動作及び等化フィルタリング動作に適用される。
【００４１】
図示する例では、ＡＮＣ能動雑音制御は、ＡＮＣモジュール６２によって制御され、ＡＮＣモジュール６２は、信号ｅを分析して、結果的に、フィードバックブランチ５４の伝達関数ＨＦＢ２及び音楽信号等化ブランチ５８の伝達関数ＨＥＱ２を適応させる。
【００４２】
より厳密には、内部マイクロフォン２８によって拾われる信号ｅ（ヘッドセット使用者の耳によって拾われる信号と同一であると想定される）は、（図５の構成において）以下のように与えられる。
【数１】
2015219527.tif 000003
Ｂは、外部雑音信号３０であり、
Ｍは、入力音楽信号であり、
Ｈｅｘｔは、外部雑音源と内部マイクロフォン２８との間の伝達関数であり、
ＨＦＢ２は、フィードバックフィルタ５４の伝達関数であり、
ＨＥＱ２は、等化フィルタ５８の伝達関数であり、
Ｈａは、トランスデューサ１８と内部マイクロフォン２８との間の伝達関数である。
【００４３】
この式では、再生される音楽信号に対して以下の伝達関数が与えられることを観察することができ、
【数２】
2015219527.tif 000004
それにより、フィードバックＡＮＣブランチ５４のフィルタＨＦＢ２が変更される場合、使用者による音楽の知覚もまた変更される。音楽の知覚が同じままであるために、ＡＮＣ制御アルゴリズム６２は、当然ながら音楽信号が存在する場合に、音楽等化ブランチ５８のフィルタＨＥＱ２をフィードバックＡＮＣブランチ５４のフィルタと同時に変更して、フィルタリングの効果を再度平衡化する。
【００４４】
本発明の特徴として、内部マイクロフォン２８の信号に対するのと一緒に、ＡＮＣ雑音能動制御処理は、ヘッドセット（図２及び図５）に搭載された加速度計６４に関わり、その役割は、内部マイクロフォン２８によって拾われる信号の飽和の影響をもたらしやすいイヤホンの移動、通常は、使用者が歩く、走る、ジャンプする等のとき、又は使用者が、例えば自身の耳の上のその位置を再調整するために、イヤホンを手で触るとき、使用者の変位からもたらされる移動を、非常に短い待ち時間で検出することである。
【００４５】
特許文献２（Parrot）は、イヤホンに一体化された加速度計を備えるヘッドセットについて記載しているが、この文献では、加速度計は、例えば、ヘッドセットが携帯電話と組み合わせて「ハンズフリー」装置として使用される場合、使用者が発する音声信号の骨伝導によって伝達される音声成分であり、したがって雑音の少ない非音響音声成分を収集するために、生理学センサとして使用される。本発明の場合、この同じ加速度計を使用することができるが、異なる役割で、すなわち、音声構成（使用者の声）ではなく聴取構成（音響再生）において、ヘッドセットのＡＮＣ機能を改善する役割で使用される。
【００４６】
ＡＤＣ変換器６６によるデジタル化後の加速度計信号６４は、「飽和防止」モジュール６８に印加され、飽和防止モジュール６８はまた、ＡＤＣ変換器５２によるデジタル化の後の、内部マイクロフォン２８によって収集される信号ｅも受け取る。
【００４７】
２つの加速度信号及びマイクロフォン信号は、飽和防止モジュール６８によって一緒に分析され、飽和防止モジュール６８は、フィードバックブランチにおいてフィードバックフィルタリング自体（ブロック５４、伝達関数ＨＦＢ２）の上流に配置されたフィルタ７０（伝達関数ＨＦＢ１）と、等化ブランチにおいて等化フィルタ（ブロック５８、伝達関数ＨＥＱ２）から上流に配置された等化フィルタ７２（伝達関数ＨＥＱ１）とを制御する。
【００４８】
非常に有利には、ただし非限定的に、フィードバックブランチ及び等化ブランチの伝達関数をそれぞれ定義するブロック７０及び７２に対して、選択的に切換可能な所定のフィルタリング構成を、加速度計６４及び内部マイクロフォン２８によって一緒に拾われる信号に応じてこれらの異なるフィルタの間でスワッピングする高性能な機構により提供することができる。
【００４９】
飽和防止モジュール６８は、これらの信号に基づき、フィードバックブランチのブロック７０のＸ個のフィルタのうち、選択するよう勧められるもの、及び同様に、音楽信号等化ブランチのブロック７２のＹ個のフィルタのうち、選択するように勧められるものを定義する（ここで、ＹをＸと同じとすることができるが、必ずしも同じでなくてもよい）。
【００５０】
ブロック７０の伝達関数ＨＦＢ１のＸ個のフィルタ（又は、ブロック７２の伝達関数ＨＥＱ１のＹ個のフィルタ）間の選択は、以下のように行われる。
【００５１】
フィルタの各々に対して、そのパラメータ（中心周波数ｆ０、品質係数Ｑ及び利得Ｇ）が、補間され、遷移時に、初期状態と最終状態との間のこれらの補間されたパラメータに対して係数が計算される。通常、無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタ、すなわち、このフィルタが生成したかもしれない応答の以前の値とともに入力として印加される信号の値に基づく応答によって特徴付けられるタイプのフィルタを使用することができる。特に、次数２の「双２次」と呼ばれるＩＩＲフィルタを使用することができ、時点ｎ、ｎ−１及びｎ−２における入力信号ｘの関数として時点ｎにおける出力信号ｙを与えるその伝達関数は、以下によって与えられ、
【数３】
2015219527.tif 000005
伝達関数の係数ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１及びｂ２は、フィルタのパラメータｆ０、Ｑ及びＧに由来する。
【００５２】
図６は、ブロック７０及び７２の信号の分析及びフィルタの選択に対して飽和防止モジュール６８によって実施される要素をより厳密に示す。
【００５３】
内部マイクロフォン２８によって収集されるデジタル化信号ｅは、一組のフィルタ７４によって周波数分解され、それにより、７６において、この信号ｅのエネルギーＲｍｓｉがそのＮ個の周波数成分の各々において計算される。例えば、Ｒｍｓ１は、１００Ｈｚ未満のマイクロフォン信号の電力とすることができ、Ｒｍｓ２は、約８００Ｈｚの信号の出力とすることができる等であり、それにより、スペクトル分析を介して様々な著しい状況を識別することが可能になり、すなわち、例えば、公共交通機関型（飛行機、列車）の雑音の多い環境におけるヘッドセットの使用の場合、低周波と高周波との間の比は、オフィスにおける等のより静かな環境におけるよりはるかに重要である。
【００５４】
得られた値Ｒｍｓ１、Ｒｍｓ２．．．ＲｍｓＮは、状態機械７８に与えられ、状態機械７８は、エネルギーのこれらの値をそれぞれの閾値と比較し、これらの比較に応じて、フィードバックブランチのブロック７０のＸ個のフィルタのうちのいずれを、そして場合によっては（音楽が存在する場合）等化ブランチのブロック７２のＹ個のフィルタのうちのいずれを選択しなければならないかを判断する。
【００５５】
図７は、状態機械７８がいかに動作するかをより詳細に示す。ヘッドセットに存在する加速度計の信号の電力ＲＭＳａｃｃは、場合によってはプレフィルタリングの後に、永続的に分析される。この電力が所定閾値Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＿ａを超える場合（テスト８０）、状態機械は、ヘッドセットが、ＡＮＣ制御の飽和をもたらしやすいように移動しているとみなし、図７のアルゴリズムの左部分に対応する飽和防止制御プロセスをトリガーする。
【００５６】
このアルゴリズムでは、パラメータＡｃｔｉｖｉｔｙ及びＡｔｔｅｎｕａｔｉｏｎはブール変数であり、パラメータＴｉｍｅｒ１及びＴｉｍｅｒ２は、「Ｔｉｍｅｒ＝０」の実行によってゼロにリセットされる時間遅延の計数値であり、「Ｔｉｍｅｒ＋＋」という表記は、アルゴリズムが遅延時間を継続させることを示す。
【００５７】
規定閾値を超える加速がある場合、状態機械は、内部マイクロフォン２８の信号を分析する。電力ＲＭＳ１（或る特定の周波数範囲におけるマイクロフォン信号の出力）が所定閾値Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＿１を超える場合（テスト８２）、状態機械は、例えば、低周波数でのＡＮＣ減衰を低減する効果があるＸ個のフィルタのうちの１つを選択することによって、フィードバックブランチの伝達関数ＨＦＢ１を変更し、音楽の同じ知覚を維持するように等化ブランチの伝達関数ＨＥＱ１も変更する（ブロック８４）。
【００５８】
反対の場合、別の周波数帯域でのマイクロフォン信号の電力ＲＭＳ２は、第２閾値Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＿２（Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＿２＜Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＿１）に対して同様にテストされる（ブロック８２’）。ＲＭＳ２＞Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ＿２である場合、伝達関数ＨＦＢ１及びＨＥＱ１の変更（ブロック８４’）がまた適用され、通常、フィードバックＡＮＣの減衰があるが、上記の場合より重要ではない。このため、閾値を徐々に低くして、或る特定の数の連続した閾値を反復的にテストし（テスト８２’’）、それにより、フィードバックブランチＨＦＢ１のＸ個の選択可能なフィルタのうち、ＡＮＣ制御の減衰とＡＮＣ制御の飽和に対する保護との妥協を最適化するものを選択することができる（ブロック８４’’）。
【００５９】
全ての帯域において、内部マイクロフォン２８の信号電力が最低閾値より低い場合、飽和の危険はないとみなされ、Ｘ２秒間の遅延の満了後（テスト８６）、状態機械は、飽和防止モジュール７０及び７２を停止させる（ブロック８８）。
【００６０】
テスト８０において、加速度計信号の分析により加速度計信号が規定閾値を超えないことが示されるという仮定において、飽和防止処理が作動していた場合（テスト９０）、Ｘ１秒の遅延時間の満了時（テスト９２）、制御は、状態機械によって自動的に停止する（ブロック９４）。
【００６１】
飽和防止制御を停止させ、適切な時点にのみそれを「立ち上げる」ことにより、ＤＳＰ５０の電気消費量に対して著しい経済性の利点が与えられ、このため、ヘッドセットの自立性が向上する。
【００６２】
図８及び図９は、飽和防止モジュール６８による（Ａ）変更なし及び（Ｂ）変更ありの場合の、ＡＮＣ制御のフィードバックブランチに対して適用された伝達関数ＨＦＢ１の２つの例を示し、図８は、これら２つの場合における伝達関数ＨＦＢ１を振幅及び位相で示し、図９は、得られた対応する減衰を示す。
【００６３】
加速度の検出により、曲線Ａ（飽和防止制御なし）と曲線Ｂ（飽和防止制御あり）との間において４０Ｈｚにおいて１２ｄＢ〜１５ｄＢ程度のフィードバックＡＮＣブランチの利得の減衰が引き起こされていることが観察される。この変更は、本質的に、１５０Ｈｚ未満の低周波数で操作され、それは、通常実際に遭遇する歩行雑音の共鳴音等が位置するのがこの周波数範囲であるためである。当然ながら、飽和防止制御により、ＡＮＣ制御の減衰の性能が低減するが、対照的に、フィードバックＡＮＣ制御ブランチの飽和によるトランスデューサの出力における非常に不快な「プロップ」の生成が回避される。
【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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【外国語明細書】
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