(57)【要約】      （修正有）【課題】外部音声源からの指向性音を向上させるための人工聴覚ヘッドセットを提供する。【解決手段】ヘッドセットは、一対のヘッドホンと、マイクロホンアレイ１１４ａ、１１４ｂを有し、マイクロホンアレイ信号ＶＬＦ、ＶＬＲ、ＶＲＦ、ＶＲＲはビーム形成された指向性信号ＵＬＦ、ＵＬＲ、ＵＲＦ、ＵＲＲに変換され、ノイズ低減ブロック（共通のノイズ低減マスク）３１４ａ、３１４ｂを用いて拡散信号成分が抑制され、複数の頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）対３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃ、３１６ｄを用いてバイノーラル形式に変換される。【選択図】図３
2015165658.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
左スピーカを有する左ヘッドホンと、右スピーカを有する右ヘッドホンとを含む一対のヘッドホンと、
前記左ヘッドホンと一体化した左マイクロホンアレイと、前記右ヘッドホンと一体化した右マイクロホンアレイとを含む一対のマイクロホンアレイであって、その各々が、外部音源から外部音声を受信するために少なくとも前方マイクロホンおよび後方マイクロホンを含む、一対のマイクロホンアレイと、
前記外部音声と関連付けられた左および右マイクロホンアレイ信号を受信するように構成されたデジタル信号プロセッサであって、
前記左および右マイクロホンアレイ信号の各々から一対の指向性信号を生成し、
前記指向性信号対から拡散音を抑制し、
頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）対のパラメトリックモデルを指向性信号の各対に適用し、
ＨＲＴＦ対の各対からのＨＴＲＦ出力信号を追加して、左ヘッドホン出力信号および右ヘッドホン出力信号を生成するようにさらに構成される、デジタル信号プロセッサと、を備える、ヘッドセット。
【請求項２】
前記ヘッドホン対は、電子音声源からの音声コンテンツを再生するようにさらに構成される、請求項１に記載のヘッドセット。
【請求項３】
指向性信号の各対は、前方および後方ポインティングビーム信号を含む、請求項１に記載のヘッドセット。
【請求項４】
前記左マイクロホンアレイ信号は、少なくとも左前方マイクロホン信号ベクトルおよび左後方マイクロホン信号ベクトルを含む、請求項１に記載のヘッドセット。
【請求項５】
前記左マイクロホンアレイ信号から前記指向性信号対を生成するように構成された前記デジタル信号プロセッサは、
前記左前方および後方マイクロホン信号ベクトルから左カージオイド信号対を計算し、
前記左カージオイド信号対および前記左マイクロホンアレイ信号に基づいて、実数値の時間依存性および周波数依存性マスクを計算し、
前記時間依存性および周波数依存性マスクに前記それぞれの左前方および後方マイクロホン信号ベクトルを乗算して、左前方および後方ポインティングビーム信号を取得するように構成される、前記デジタル信号プロセッサを含む、請求項４に記載のヘッドセット。
【請求項６】
前記右マイクロホンアレイ信号は、少なくとも右前方マイクロホン信号ベクトルおよび右後方マイクロホン信号ベクトルを含む、請求項１に記載のヘッドセット。
【請求項７】
前記右マイクロホンアレイ信号から前記指向性信号対を生成するように構成された前記デジタル信号プロセッサは、
前記右前方および後方マイクロホン信号ベクトルから右カージオイド信号対を計算し、
前記右カージオイド信号対および前記右マイクロホンアレイ信号に基づいて、実数値の時間依存性および周波数依存性マスクを計算し、
前記時間依存性および周波数依存性マスクに前記それぞれの右前方および後方マイクロホン信号ベクトルを乗算して、右前方および後方ポインティングビーム信号を取得するように構成される、前記デジタル信号プロセッサを含む、請求項６に記載のヘッドセット。
【請求項８】
前記指向性信号対から拡散音を抑制するように構成された前記デジタル信号プロセッサは、
無相関信号成分を抑制するために共通のマスクを用いて、前記指向性信号対にノイズ低減を適用するように構成される、前記デジタル信号プロセッサを含む、請求項１に記載のヘッドセット。
【請求項９】
ヘッドセットの外部の音声源からの指向性音を向上させるための方法であって、前記ヘッドセットが、左マイクロホンアレイを有する左ヘッドホンと、右マイクロホンアレイを有する右ヘッドホンとを含み、
前記外部音声源に対応する一対のマイクロホンアレイ信号を受信することであって、前記マイクロホンアレイ信号対が、左マイクロホンアレイ信号および右マイクロホンアレイ信号を含む、受信することと、
前記マイクロホンアレイ信号対の各々から一対の指向性信号を生成することと、
前記指向性信号対から拡散信号成分を抑制することと、
頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）対のパラメトリックモデルを各対の指向性信号に適用することと、
ＨＲＴＦ対の各対からのＨＴＲＦ出力信号を追加して、左ヘッドホン出力信号および右ヘッドホン出力信号を生成することと、を含む、方法。
【請求項１０】
前記左マイクロホンアレイ信号は、少なくとも左前方マイクロホン信号ベクトルおよび左後方マイクロホン信号ベクトルを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記左マイクロホンアレイ信号から前記指向性信号対を生成することは、
前記左前方および後方マイクロホン信号ベクトルから左カージオイド信号対を計算することと、
前記左カージオイド信号対および前記左マイクロホンアレイ信号に基づいて、実数値の時間依存性および周波数依存性マスクを計算することと、
前記時間依存性および周波数依存性マスクに前記それぞれの左前方および後方マイクロホン信号ベクトルを乗算して、左前方および後方ポインティングビーム信号を取得することと、を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記右マイクロホンアレイ信号は、少なくとも右前方マイクロホン信号ベクトルおよび右後方マイクロホン信号ベクトルを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記右マイクロホンアレイ信号から前記指向性信号対を生成することは、
前記右前方および後方マイクロホン信号ベクトルから右カージオイド信号対を計算することと、
前記右カージオイド信号対および前記右マイクロホンアレイ信号に基づいて、実数値の時間依存性および周波数依存性マスクを計算することと、
前記時間依存性および周波数依存性マスクに前記それぞれの右前方および後方マイクロホン信号ベクトルを乗算して、右前方および後方ポインティングビーム信号を取得することと、を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記指向性信号対から拡散信号成分を抑制することは、
無相関信号成分を抑制するために共通のマスクを用いて、前記指向性信号対にノイズ低減を適用することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
指向性信号の各対は、前方および後方ポインティングビーム信号を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
ヘッドセットの外部の音声源からの指向性音を向上させるための方法であって、前記ヘッドセットが、左マイクロホンアレイを有する左ヘッドホンと、右マイクロホンアレイを有する右ヘッドホンとを含み、各マイクロホンアレイが、少なくとも前方マイクロホンおよび後方マイクロホンを含み、各マイクロホンアレイに対して、
前記外部音声源に対応するマイクロホンアレイ信号を受信することであって、前記マイクロホンアレイ信号が、前記前方マイクロホンに対応する少なくとも前方マイクロホン信号ベクトルと、前記後方マイクロホンに対応する後方マイクロホン信号ベクトルとを含む、受信することと、
前記前方および後方マイクロホン信号ベクトルから前方ポインティングビーム信号および後方ポインティングビーム信号を計算することと、
前記前方ポインティングおよび後方ポインティングビーム信号にノイズ低減マスクを適用して、無相関信号成分を抑制し、ノイズ低減された前方ポインティングビーム信号およびノイズ低減された後方ポインティングビーム信号を取得することと、
前方頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）対を前記ノイズ低減された前方ポインティングビーム信号に適用して、前方直接ＨＲＴＦ出力信号および前方間接ＨＲＴＦ出力信号を取得することと、
前記ノイズ低減された後方ポインティングビーム信号に後方ＨＲＴＦを適用して、後方直接ＨＲＴＦ出力信号および後方間接ＨＲＴＦ出力信号を取得することと、
前記前方直接ＨＲＴＦ出力信号および前記後方直接ＨＲＴＦ出力信号を追加して、第１のヘッドホン信号の少なくとも一部分を取得することと、
前記前方間接ＨＲＴＦ出力信号および前記後方間接ＨＲＴＦ出力信号を追加して、第２のヘッドホン信号の少なくとも一部分を取得することと、を含む、方法。
【請求項１７】
前記左マイクロホンアレイと関連付けられた前記第１のヘッドホン信号を前記右マイクロホンアレイと関連付けられた前記第２のヘッドホン信号に追加して、左ヘッドホン出力信号を形成することと、
前記右マイクロホンアレイと関連付けられた前記第１のヘッドホン信号を前記左マイクロホンアレイと関連付けられた前記第２のヘッドホン信号に追加して、右ヘッドホン出力信号を形成することと、をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記前方および後方マイクロホン信号ベクトルから前記前方ポインティングビーム信号および後方ポインティングビーム信号を計算することは、
前記前方および後方マイクロホン信号ベクトルからカージオイド信号対を計算することと、
前記カージオイド信号対および前記マイクロホンアレイ信号に基づいて、実数値の時間依存性および周波数依存性マスクを計算することと、
前記時間依存性および周波数依存性マスクに前記それぞれの前方および後方マイクロホン信号ベクトルを乗算して、前方ポインティングおよび後方ポインティングポインティングビーム信号を取得することと、を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記時間依存性および周波数依存性マスクは、時間平均によって計算された前記前方および後方マイクロホン信号ベクトルの正規化相互スペクトル密度の絶対値として計算される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記時間依存性および周波数依存性マスクは、前記前方ポインティングおよび後方ポインティングビーム信号を縮小または拡大するために非線形マッピングを用いてさらに修正される、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、拡散音を抑制しながら外部音源の指向性音を向上させる人工聴覚ヘッドセットに関する。
【背景技術】
【０００２】
人工聴覚は、音楽および音声の知覚を向上させるように設計された電子デバイスを指す。一般的な人工聴覚デバイスとしては、人工内耳、補聴器、および聴覚障害者に音の感覚を提供する他のデバイスが挙げられる。多くのヘッドホンは今日、ユーザの集中力またはヘッドホンに接続された電子デバイスから再生された音声を聴く能力に悪影響を及ぼす外部ノイズを遮断または抑制するノイズキャンセル機能を含む。これらのノイズキャンセル機能は典型的に、同様にヘッドホン着用者を効果的に聴覚障害にする拡散音および指向性音の両方を含むすべての外部音を抑制する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示の１つ以上の実施形態は、左スピーカを有する左ヘッドホンと、右スピーカを有する右ヘッドホンとを含む一対のヘッドホンを備えるヘッドセットに関する。マイクロホンアレイ対は、左ヘッドホンと一体化した左マイクロホンアレイと、右ヘッドホンと一体化した右マイクロホンアレイとを含むことができる。マイクロホンアレイ対の各々は、外部音源から外部音声を受信するために少なくとも前方マイクロホンおよび後方マイクロホンを含むことができる。ヘッドセットは、外部音声と関連付けられた左および右マイクロホンアレイ信号を受信するように構成されたデジタル信号プロセッサをさらに含むことができる。デジタル信号プロセッサは、左および右マイクロホンアレイ信号の各々から一対の指向性信号を生成し、指向性信号対から拡散音を抑制し、頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）対のパラメトリックモデルを指向性信号の各対に適用し、ＨＲＴＦ対の各対からのＨＴＲＦ出力信号を追加して、左ヘッドホン出力信号および右ヘッドホン出力信号を生成するようにさらに構成され得る。
【０００４】
ヘッドホン対は、電子音声源からの音声コンテンツを再生することができる。指向性信号の各対は、前方および後方ポインティングビーム信号を含むことができる。デジタル信号プロセッサは、無相関信号成分を抑制するために共通のマスクを用いて、指向性信号対にノイズ低減を適用することができる。
【０００５】
左マイクロホンアレイ信号は、少なくとも左前方マイクロホン信号ベクトルおよび左後方マイクロホン信号ベクトルを含むことができる。さらに、デジタル信号プロセッサは、左前方および後方マイクロホン信号ベクトルから左カージオイド信号対を計算することができる。さらに、デジタル信号プロセッサは、左カージオイド信号対および左マイクロホンアレイ信号に基づいて、実数値の時間依存性および周波数依存性マスクを計算し、時間依存性および周波数依存性マスクにそれぞれの左前方および後方マイクロホン信号ベクトルを乗算して、左前方および後方ポインティングビーム信号を取得することができる。
【０００６】
右マイクロホンアレイ信号は、少なくとも右前方マイクロホン信号ベクトルおよび右後方マイクロホン信号ベクトルを含む。さらに、デジタル信号は、右前方および後方マイクロホン信号ベクトルから右カージオイド信号対を計算することができる。さらに、デジタル信号プロセッサは、右カージオイド信号対および右マイクロホンアレイ信号に基づいて、実数値の時間依存性および周波数依存性マスクを計算し、時間依存性および周波数依存性マスクにそれぞれの右前方および後方マイクロホン信号ベクトルを乗算して、右前方および後方ポインティングビーム信号を取得することができる。
【０００７】
本開示の１つ以上の追加の実施形態は、ヘッドセットの外部の音声源からの指向性音を向上させるための方法に関する。ヘッドセットは、左マイクロホンアレイを有する左ヘッドホンと、右マイクロホンアレイを有する右ヘッドホンとを含むことができる。本方法は、外部音声源に対応する一対のマイクロホンアレイ信号を受信することを含むことができる。マイクロホンアレイ信号対は、左マイクロホンアレイ信号および右マイクロホンアレイ信号を含むことができる。本方法はまた、マイクロホンアレイ信号対の各々から一対の指向性信号を生成することと、指向性信号対から拡散信号成分を抑制することとを含むことができる。本方法は、頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）対のパラメトリックモデルを指向性信号の各対に適用することと、ＨＲＴＦ対の各対からのＨＴＲＦ出力信号を追加して、左ヘッドホン出力信号および右ヘッドホン出力信号を生成することとをさらに含むことができる。
【０００８】
指向性信号対から拡散信号成分を抑制することは、無相関信号成分を抑制するために共通のマスクを用いて、指向性信号対にノイズ低減を適用することを含むことができる。
【０００９】
左マイクロホンアレイ信号は、少なくとも左前方マイクロホン信号ベクトルおよび左後方マイクロホン信号ベクトルを含むことができる。左マイクロホンアレイ信号から指向性信号対を生成することは、左前方および後方マイクロホン信号ベクトルから左カージオイド信号対を計算することを含むことができる。これは、左カージオイド信号対および左マイクロホンアレイ信号に基づいて、実数値の時間依存性および周波数依存性マスクを計算することと、時間依存性および周波数依存性マスクにそれぞれの左前方および後方マイクロホン信号ベクトルを乗算して、左前方および後方ポインティングビーム信号を取得することとをさらに含むことができる。
【００１０】
右マイクロホンアレイ信号は、少なくとも右前方マイクロホン信号ベクトルおよび右後方マイクロホン信号ベクトルを含むことができる。右マイクロホンアレイ信号から指向性信号対を生成することは、右前方および後方マイクロホン信号ベクトルから右カージオイド信号対を計算することを含むことができる。これは、右カージオイド信号対および右マイクロホンアレイ信号に基づいて、実数値の時間依存性および周波数依存性マスクを計算することと、時間依存性および周波数依存性マスクにそれぞれの右前方および後方マイクロホン信号ベクトルを乗算して、右前方および後方ポインティングビーム信号を取得することとをさらに含むことができる。
【００１１】
指向性信号対から拡散信号成分を抑制することは、無相関信号成分を抑制するために共通のマスクを用いて、指向性信号対にノイズ低減を適用することを含むことができる。
【００１２】
さらに、本開示の１つ以上の追加の実施形態は、ヘッドセットの外部の音声源からの指向性音を向上させるための方法に関する。ヘッドセットは、左マイクロホンアレイを有する左ヘッドホンと、右マイクロホンアレイを有する右ヘッドホンとを含むことができる。各マイクロホンアレイは、少なくとも前方マイクロホンおよび後方マイクロホンを含むことができる。各マイクロホンアレイに対して、本方法は、外部音声源に対応するマイクロホンアレイ信号を受信することを含むことができる。マイクロホンアレイ信号は、前方マイクロホンに対応する少なくとも前方マイクロホン信号ベクトルと、後方マイクロホンに対応する後方マイクロホン信号ベクトルとを含むことができる。本方法は、前方および後方マイクロホン信号ベクトルから前方ポインティングビーム信号および後方ポインティングビーム信号を計算することと、前方ポインティングおよび後方ポインティングビーム信号にノイズ低減マスクを適用して、無相関信号成分を抑制し、ノイズ低減された前方ポインティングビーム信号およびノイズ低減された後方ポインティングビーム信号を取得することとをさらに含むことができる。本方法はまた、前方頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）対をノイズ低減された前方ポインティングビーム信号に適用して、前方直接ＨＲＴＦ出力信号および前方間接ＨＲＴＦ出力信号を取得することと、ノイズ低減された後方ポインティングビーム信号に後方ＨＲＴＦ対を適用して、後方直接ＨＲＴＦ出力信号および後方間接ＨＲＴＦ出力信号を取得することとを含むことができる。さらに、本方法は、前方直接ＨＲＴＦ出力信号および後方直接ＨＲＴＦ出力信号を追加して、第１のヘッドホン信号の少なくとも一部分を取得することと、前方間接ＨＲＴＦ出力信号および後方間接ＨＲＴＦ出力信号を追加して、第２のヘッドホン信号の少なくとも一部分を取得することとを含むことができる。
【００１３】
本方法は、左マイクロホンアレイと関連付けられた第１のヘッドホン信号を右マイクロホンアレイと関連付けられた第２のヘッドホン信号に追加して、左ヘッドホン出力信号を形成することと、右マイクロホンアレイと関連付けられた第１のヘッドホン信号を左マイクロホンアレイと関連付けられた第２のヘッドホン信号に追加して、右ヘッドホン出力信号を形成することとをさらに含むことができる。
【００１４】
前方および後方マイクロホン信号ベクトルから前方ポインティングビーム信号および後方ポインティングビーム信号を計算することは、前方および後方マイクロホン信号ベクトルからカージオイド信号対を計算することを含むことができる。これは、カージオイド信号対およびマイクロホンアレイ信号に基づいて、実数値の時間依存性および周波数依存性マスクを計算することと、時間依存性および周波数依存性マスクにそれぞれの前方および後方マイクロホン信号ベクトルを乗算して、前方ポインティングおよび後方ポインティングポインティングビーム信号を取得することとをさらに含むことができる。
【００１５】
時間依存性および周波数依存性マスクは、時間平均によって計算された前方および後方マイクロホン信号ベクトルの正規化相互スペクトル密度の絶対値として計算され得る。さらに、時間依存性および周波数依存性マスクは、前方ポインティングおよび後方ポインティングビーム信号を縮小および拡大するために非線形マッピングを用いてさらに修正され得る。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
左スピーカを有する左ヘッドホンと、右スピーカを有する右ヘッドホンとを含む一対のヘッドホンと、
上記左ヘッドホンと一体化した左マイクロホンアレイと、上記右ヘッドホンと一体化した右マイクロホンアレイとを含む一対のマイクロホンアレイであって、その各々が、外部音源から外部音声を受信するために少なくとも前方マイクロホンおよび後方マイクロホンを含む、一対のマイクロホンアレイと、
上記外部音声と関連付けられた左および右マイクロホンアレイ信号を受信するように構成されたデジタル信号プロセッサであって、
上記左および右マイクロホンアレイ信号の各々から一対の指向性信号を生成し、
上記指向性信号対から拡散音を抑制し、
頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）対のパラメトリックモデルを指向性信号の各対に適用し、
ＨＲＴＦ対の各対からのＨＴＲＦ出力信号を追加して、左ヘッドホン出力信号および右ヘッドホン出力信号を生成するようにさらに構成される、デジタル信号プロセッサと、を備える、ヘッドセット。
（項目２）
上記ヘッドホン対は、電子音声源からの音声コンテンツを再生するようにさらに構成される、上記項目に記載のヘッドセット。
（項目３）
指向性信号の各対は、前方および後方ポインティングビーム信号を含む、上記項目のいずれか一項に記載のヘッドセット。
（項目４）
上記左マイクロホンアレイ信号は、少なくとも左前方マイクロホン信号ベクトルおよび左後方マイクロホン信号ベクトルを含む、上記項目のいずれか一項に記載のヘッドセット。
（項目５）
上記左マイクロホンアレイ信号から上記指向性信号対を生成するように構成された上記デジタル信号プロセッサは、
上記左前方および後方マイクロホン信号ベクトルから左カージオイド信号対を計算し、
上記左カージオイド信号対および上記左マイクロホンアレイ信号に基づいて、実数値の時間依存性および周波数依存性マスクを計算し、
上記時間依存性および周波数依存性マスクに上記それぞれの左前方および後方マイクロホン信号ベクトルを乗算して、左前方および後方ポインティングビーム信号を取得するように構成される、上記デジタル信号プロセッサを含む、上記項目のいずれか一項に記載のヘッドセット。
（項目６）
上記右マイクロホンアレイ信号は、少なくとも右前方マイクロホン信号ベクトルおよび右後方マイクロホン信号ベクトルを含む、上記項目のいずれか一項に記載のヘッドセット。
（項目７）
上記右マイクロホンアレイ信号から上記指向性信号対を生成するように構成された上記デジタル信号プロセッサは、
上記右前方および後方マイクロホン信号ベクトルから右カージオイド信号対を計算し、
上記右カージオイド信号対および上記右マイクロホンアレイ信号に基づいて、実数値の時間依存性および周波数依存性マスクを計算し、
上記時間依存性および周波数依存性マスクに上記それぞれの右前方および後方マイクロホン信号ベクトルを乗算して、右前方および後方ポインティングビーム信号を取得するように構成される、上記デジタル信号プロセッサを含む、上記項目のいずれか一項に記載のヘッドセット。
（項目８）
上記指向性信号対から拡散音を抑制するように構成された上記デジタル信号プロセッサは、
無相関信号成分を抑制するために共通のマスクを用いて、上記指向性信号対にノイズ低減を適用するように構成される、上記デジタル信号プロセッサを含む、上記項目のいずれか一項に記載のヘッドセット。
（項目９）
ヘッドセットの外部の音声源からの指向性音を向上させるための方法であって、上記ヘッドセットが、左マイクロホンアレイを有する左ヘッドホンと、右マイクロホンアレイを有する右ヘッドホンとを含み、
上記外部音声源に対応する一対のマイクロホンアレイ信号を受信することであって、上記マイクロホンアレイ信号対が、左マイクロホンアレイ信号および右マイクロホンアレイ信号を含む、受信することと、
上記マイクロホンアレイ信号対の各々から一対の指向性信号を生成することと、
上記指向性信号対から拡散信号成分を抑制することと、
頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）対のパラメトリックモデルを各対の指向性信号に適用することと、
ＨＲＴＦ対の各対からのＨＴＲＦ出力信号を追加して、左ヘッドホン出力信号および右ヘッドホン出力信号を生成することと、を含む、方法。
（項目１０）
上記左マイクロホンアレイ信号は、少なくとも左前方マイクロホン信号ベクトルおよび左後方マイクロホン信号ベクトルを含む、上記項目に記載の方法。
（項目１１）
上記左マイクロホンアレイ信号から上記指向性信号対を生成することは、
上記左前方および後方マイクロホン信号ベクトルから左カージオイド信号対を計算することと、
上記左カージオイド信号対および上記左マイクロホンアレイ信号に基づいて、実数値の時間依存性および周波数依存性マスクを計算することと、
上記時間依存性および周波数依存性マスクに上記それぞれの左前方および後方マイクロホン信号ベクトルを乗算して、左前方および後方ポインティングビーム信号を取得することと、を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１２）
上記右マイクロホンアレイ信号は、少なくとも右前方マイクロホン信号ベクトルおよび右後方マイクロホン信号ベクトルを含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１３）
上記右マイクロホンアレイ信号から上記指向性信号対を生成することは、
上記右前方および後方マイクロホン信号ベクトルから右カージオイド信号対を計算することと、
上記右カージオイド信号対および上記右マイクロホンアレイ信号に基づいて、実数値の時間依存性および周波数依存性マスクを計算することと、
上記時間依存性および周波数依存性マスクに上記それぞれの右前方および後方マイクロホン信号ベクトルを乗算して、右前方および後方ポインティングビーム信号を取得することと、を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１４）
上記指向性信号対から拡散信号成分を抑制することは、
無相関信号成分を抑制するために共通のマスクを用いて、上記指向性信号対にノイズ低減を適用することを含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１５）
指向性信号の各対は、前方および後方ポインティングビーム信号を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１６）
ヘッドセットの外部の音声源からの指向性音を向上させるための方法であって、上記ヘッドセットが、左マイクロホンアレイを有する左ヘッドホンと、右マイクロホンアレイを有する右ヘッドホンとを含み、各マイクロホンアレイが、少なくとも前方マイクロホンおよび後方マイクロホンを含み、各マイクロホンアレイに対して、
上記外部音声源に対応するマイクロホンアレイ信号を受信することであって、上記マイクロホンアレイ信号が、上記前方マイクロホンに対応する少なくとも前方マイクロホン信号ベクトルと、上記後方マイクロホンに対応する後方マイクロホン信号ベクトルとを含む、受信することと、
上記前方および後方マイクロホン信号ベクトルから前方ポインティングビーム信号および後方ポインティングビーム信号を計算することと、
上記前方ポインティングおよび後方ポインティングビーム信号にノイズ低減マスクを適用して、無相関信号成分を抑制し、ノイズ低減された前方ポインティングビーム信号およびノイズ低減された後方ポインティングビーム信号を取得することと、
前方頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）対を上記ノイズ低減された前方ポインティングビーム信号に適用して、前方直接ＨＲＴＦ出力信号および前方間接ＨＲＴＦ出力信号を取得することと、
上記ノイズ低減された後方ポインティングビーム信号に後方ＨＲＴＦを適用して、後方直接ＨＲＴＦ出力信号および後方間接ＨＲＴＦ出力信号を取得することと、
上記前方直接ＨＲＴＦ出力信号および上記後方直接ＨＲＴＦ出力信号を追加して、第１のヘッドホン信号の少なくとも一部分を取得することと、
上記前方間接ＨＲＴＦ出力信号および上記後方間接ＨＲＴＦ出力信号を追加して、第２のヘッドホン信号の少なくとも一部分を取得することと、を含む、方法。
（項目１７）
上記左マイクロホンアレイと関連付けられた上記第１のヘッドホン信号を上記右マイクロホンアレイと関連付けられた上記第２のヘッドホン信号に追加して、左ヘッドホン出力信号を形成することと、
上記右マイクロホンアレイと関連付けられた上記第１のヘッドホン信号を上記左マイクロホンアレイと関連付けられた上記第２のヘッドホン信号に追加して、右ヘッドホン出力信号を形成することと、をさらに含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１８）
上記前方および後方マイクロホン信号ベクトルから上記前方ポインティングビーム信号および後方ポインティングビーム信号を計算することは、
上記前方および後方マイクロホン信号ベクトルからカージオイド信号対を計算することと、
上記カージオイド信号対および上記マイクロホンアレイ信号に基づいて、実数値の時間依存性および周波数依存性マスクを計算することと、
上記時間依存性および周波数依存性マスクに上記それぞれの前方および後方マイクロホン信号ベクトルを乗算して、前方ポインティングおよび後方ポインティングポインティングビーム信号を取得することと、を含む、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目１９）
上記時間依存性および周波数依存性マスクは、時間平均によって計算された上記前方および後方マイクロホン信号ベクトルの正規化相互スペクトル密度の絶対値として計算される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（項目２０）
上記時間依存性および周波数依存性マスクは、上記前方ポインティングおよび後方ポインティングビーム信号を縮小または拡大するために非線形マッピングを用いてさらに修正される、上記項目のいずれか一項に記載の方法。
（摘要）
外部音声源からの指向性音を向上させるための人工聴覚ヘッドセット。ヘッドセットは、一対のヘッドホンであって、各々が、電子音声源からヘッドホンを通じて提示されるコンテンツを聴く間であっても、複数のマイクロホンを通じて聴取者を環境に結び付けるマイクロホンアレイを有する、一対のヘッドホンを含む。マイクロホンアレイ信号は最初に、ビーム形成された指向性信号に変換される。拡散信号成分は、共通のノイズ低減マスクを用いて抑制され得る。音声信号は次に、複数の頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）対を用いてバイノーラル形式に変換される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本開示の１つ以上の実施形態に従う、人によって着用された例示的な人工聴覚ヘッドセットを示す環境図である。
【図２】本開示の１つ以上の実施形態に従う、人工聴覚ヘッドセットの単純化された例示的な概略図である。
【図３】本開示の１つ以上の実施形態に従う、例示的な信号処理ブロック図である。
【図４】本開示の１つ以上の実施形態に従う、別の例示的な信号処理ブロック図である。
【図５】本開示の１つ以上の実施形態に従う、マイクロホンアレイ信号処理方法の単純化された例示的なプロセスフロー図である。
【図６】本開示の１つ以上の実施形態に従う、マイクロホンアレイ信号処理方法の別の単純化された例示的なプロセスフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の詳細な説明では、この一部を形成する添付図面を参照する。図面では、文脈上、特に指示がない限り、類似の符号が典型的に、類似の構成要素を特定する。図面に示される機能ブロック、モジュール、またはユニットにおける例の分割は、これらの機能ブロック、モジュール、またはユニットが物理的に別個のユニットとして必然的に実装されることを示すものとして解釈されるべきではない。図示または記載される機能ブロック、モジュール、またはユニットは、別個のユニット、回路、チップ、機能、モジュール、または回路素子として実装されてもよい。１つ以上の機能ブロックまたはユニットはまた、共通の回路、チップ、回路素子、またはユニットで実装されてもよい。
【００１８】
詳細な説明、図面、および特許請求の範囲に記載される例示的な実施形態は、限定的であるものではない。本明細書に提示される主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用されてもよく、他の変更がなされてもよい。本開示の態様は、本明細書に一般的に記載され、図面に図解されるように、多種多様な異なる構成で配列され、置換され、組み合わせられ、設計されてもよく、これらのすべては、明示的に企図され、本開示の一部にする。
【００１９】
図１は、本開示の１つ以上の実施形態に従う、左耳１０４および右耳１０６を有する人１０２によって着用された例示的な人工聴覚ヘッドセット１００を表す環境図を示す。ヘッドセット１００は、左ヘッドホン１０８ａと、右ヘッドホン１０８ｂと含む一対のヘッドホン１０８を含むことができ、これは、音波１１０、１１２を人１０２の各それぞれの耳１０４、１０６に送信する。各ヘッドホン１０８は、ヘッドセット１００が着用されるとき、左マイクロホンアレイ１１４ａがユーザの頭部の左側に配設され、右マイクロホンアレイ１１４ｂがユーザの頭部の右側に配設されるように、マイクロホンアレイ１１４を含むことができる。マイクロホンアレイ１１４は、それらのそれぞれのヘッドホン１０８と一体化されてもよい。さらに、各マイクロホンアレイ１１４は、少なくとも前方マイクロホンおよび後方マイクロホンを含む複数のマイクロホン１１６を含むことができる。例えば、左マイクロホンアレイ１１４ａは、少なくとも左前方マイクロホン１１６ａおよび左後方マイクロホン１１６ｃを含むことができるが、右マイクロホンアレイ１１４ｂは、少なくとも右前方マイクロホン１１６ｂおよび右後方マイクロホン１１６ｄを含むことができる。複数のマイクロホン１１６は、全指向性であってもよいが、単一指向性または二指向性マイクロホン等の異なる極性パターンを有する他のタイプの指向性マイクロホンが使用されてもよい。
【００２０】
一対のヘッドホン１０８は、しっかりと密封されたノイズキャンセルの耳周りのヘッドホン、耳上のヘッドホン、インイヤ型のイヤホンなどであってもよい。したがって、聴取者は、電子音声源１１８からヘッドホン１０８を介して提示される音楽または音声等のコンテンツを聴きながら、しっかりと隔絶され、マイクロホン１１６を通じて外部世界にのみ可聴に接続されてもよい。信号処理は、聴衆または群衆ノイズ、航空機の内部ノイズ、交通ノイズ等の望ましくない拡散音を抑制しながら、ある特定の方向から来る声などの所望の外部音源の自然な聴覚を保つようにマイクロホン信号に適用されてもよい。１つ以上の実施形態によれば、指向性聴覚は、例えば、正常に聴こえないノイズからの遠い音声源を判別するために自然な聴覚によって向上され得る。このように、人工聴覚ヘッドセット１００は、「超人的聴覚」または「音響拡大鏡」を提供することができる。
【００２１】
図２は、本開示の１つ以上の実施形態に従う、ヘッドセット１００の単純化された例示的な概略図である。図２に示されるように、ヘッドセット１００は、アナログ音声信号をデジタル形式に変換するために各マイクロホン１１６と関連付けられたアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）２１０を含むことができる。ヘッドセットは、デジタル化マイクロホン信号を処理するためにデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２１２をさらに含むことができる。説明を簡単にするために、本開示にわたって使用されるように、マイクロホン信号またはマイクロホンアレイ信号への包括的言及は、特に特定されない限り、アナログまたはデジタル形式のいずれか、および時間または周波数領域におけるこれらの信号を指すことができる。
【００２２】
各ヘッドホン１０８は、入力音声信号に反応して音波１１０、１１２を発生させるためのスピーカ２１４を含むことができる。例えば、左ヘッドホン１０８ａは、ＤＳＰ２１２から左ヘッドホン出力信号ＬＨを受信するために左スピーカ２１４ａを含むことができ、右ヘッドホン１０８ｂは、ＤＳＰ２１２から右ヘッドホン出力信号ＲＨを受信するために右スピーカ２１４ｂを含むことができる。したがって、ヘッドセット１００は、デジタルアナログコンバータＤＡＣ、および／または各スピーカ２１４と関連付けられたスピーカドライバ（図示せず）をさらに含むことができる。ヘッドホンスピーカ２１４は、音声再生デバイス、携帯電話等の電子音声源１１８から音声信号を受信するようにさらに構成されてもよい。ヘッドセット１００は、電子音声源１１８から音声信号を受信するためにこの音声源に接続可能なワイヤ１２０（図１）およびアダプタ（図示せず）を含むことができる。加えてまたはあるいは、ヘッドセット１００は、無線で電子音声源１１８から音声信号を受信することができる。図解されないが、電子音声源からの音声信号は、スピーカ２１４に伝達される前にそれら独自の信号処理を受けることができる。ヘッドセット１００は、外部音源２１６からの音声を表す音波および電子音声源１１８からの音声を同時に送信するように構成されてもよい。したがって、ヘッドセット１００は、この環境に接続された状態で音楽または電話の会話を聴くことを望むあらゆるユーザに概して有用であり得る。
【００２３】
図３は、マイクロホンアレイ信号ｖを処理するためにＤＳＰ２１２で少なくとも一部、実装され得る例示的な信号処理ブロック図を示す。ＡＤＣ２１０は、ＤＳＰ信号処理ブロックを強調するために図３に示されない。同一の信号処理ブロックは、最終のヘッドホン信号を形成するために出力で追加された各耳および対単位で利用される。図示されるように、信号処理ブロックは、左マイクロホンアレイ信号処理部３０８ａと、右マイクロホンアレイ信号処理部３０８ｂとを含む同一の信号処理部３０８に分割される。説明を簡単にするために、マイクロホンアレイ信号のうちの１つに適用された信号処理アルゴリズムの同一部３０８は、特に指示されない限り、包括的に（すなわち、左または右の指定なしに）後述される。マイクロホンアレイ１１４と関連付けられた信号への参照の包括的表記は概して、（Ａ）前方（ｆｒｏｎｔ）もしくは前方（ｆｏｒｗａｒｄ）を表す信号識別子の下付き文字において「Ｆ」もしくは「＋」指定、または（Ｂ）後方（ｒｅａｒ）もしくは後方（ｒｅａｒｗａｒｄ）を表す信号識別子の下付き文字において「Ｒ」もしくは「−」指定のいずれかを含む。対照的に、左マイクロホンアレイ１１４ａと関連付けられた信号への特定の参照は、左耳の位置を指すことを表すために信号識別子の下付き文字において追加の「Ｌ」指定を含む。同様に、右マイクロホンアレイ１１４ｂと関連付けられた信号への特定の参照は、右耳の位置を指すことを表すために信号識別子の下付き文字において追加の「Ｒ」指定を含む。
【００２４】
この表記を使用すると、マイクロホンアレイ１１４の前方マイクロホン信号は、ｖＦで包括的に標識されてもよいが、左マイクロホンアレイ１１４ａと関連付けられた左前方マイクロホン信号への特定の参照は、ｖＬＦで標識されてもよく、右マイクロホンアレイ１１４ｂと関連付けられた右前方マイクロホン信号ベクトルへの特定の参照は、ｖＲＦで標識されてもよい。以下に定義される例示的な式の多くが左マイクロホンアレイ１１４ａまたは右マイクロホンアレイ１１４ｂのいずれかから受信された信号に等しく適用可能であるため、包括的参照表記は、適用可能な程度に使用される。しかしながら、図３に標識される信号は、左側信号処理部３０８ａおよび右側信号処理部３０８ｂの両方が示されるように特定の参照表記を使用する。
【００２５】
マイクロホン１１６は、時間領域信号ストリームを発生させる。図３を参照すると、マイクロホンアレイ信号ｖは、少なくとも前方マイクロホン信号ベクトルｖＦおよび後方マイクロホン信号ベクトルｖＲを含む。アルゴリズムは、短期フーリエ変換（ＳＴＦＴ）３０６を用いて周波数領域で動作する。左ＳＴＦＴ３０６ａは、周波数領域において左マイクロホンアレイ信号Ｖを形成するが、右ＳＴＦＴ３０６ｂは、周波数領域において右マイクロホンアレイ信号Ｖを形成する。周波数領域のマイクロホンアレイ信号Ｖは、少なくとも前方マイクロホン信号ベクトルＶＦおよび後方マイクロホン信号ベクトルＶＲを含む。第１の信号処理段階では、前方マイクロホン処理ブロック３１０（例えば、左前方マイクロホン処理ブロック３１０ａまたは右前方マイクロホン処理ブロック３１０ｂ）および後方マイクロホン処理ブロック３１２（例えば、左後方マイクロホン処理ブロック３１２ａまたは右後方マイクロホン処理ブロック３１２ｂ）は各々、前方マイクロホン信号ベクトルＶＦおよび後方マイクロホン信号ベクトルＶＲを受信する。各マイクロホン処理ブロック３１０、３１２は、各マイクロホンアレイ１１４のうちの２つのマイクロホン１１６から前方ポインティング指向性信号ＵＦおよび後方ポインティング指向性信号ＵＲを生成するためにビームフォーマとして本質的に機能する。マイクロホンアレイ１１４のための指向性信号を生成するために、一対のカージオイド信号Ｘ＋／−は、式１および２に後述されるように、既知の減算遅延式を用いて最初に計算されてもよい。
【００２６】
【数１】
2015165658.tif 000003
【００２７】
【数２】
2015165658.tif 000004
【００２８】
カージオイド反応パターンを取得するために、遅延値は、アレイ軸にわたって音響信号の移動時間を一致させるために選択されてもよい。ＤＳＰの遅延は、単一サンプルの期間によって量子化されてもよい。４８ｋＨｚのサンプルレートでは、例えば、最小遅延は、約２１μ秒である。空気中の音の速度は、温度で変動する。一例として７０°Ｆを用いると、空気中の音の速度は、約３４４ｍ／秒である。したがって、音波は、２１μ秒で約７ｍｍ移動する。このように、４８ｋＨｚのサンプルレートでの４〜５つのサンプルの遅延は、約２８ｍｍ〜３５ｍｍのマイクロホン間の距離に使用されてもよい。ビーム形成された指向性信号に対するカージオイド反応パターンの形状は、マイクロホン間の遅延または距離を変更することによって操作されてもよい。
【００２９】
ある特定の実施形態では、カージオイド信号Ｘ＋／−は、前方ポインティング指向性信号ＵＦおよび後方ポインティング指向性信号ＵＲとしてそれぞれ使用され得る。１つ以上の追加の実施形態によれば、カージオイド信号Ｘ＋／−を直接使用するのではなく、実数値の時間および周波数依存性マスクｍ＋／−が適用され得る。マスクを適用することは、非線形信号処理の形態である。１つ以上の実施形態によれば、実数値の時間および周波数依存性マスクｍ＋／−は、例えば、以下の式３を用いて計算され得る。
【００３０】
【数３】
2015165658.tif 000005
【００３１】
Ｖの再帰的に生成された時間平均を表す
【化１】
2015165658.tif 000006
では、α＝０．０１〜０．０５であり、ｉ＝時間指標であり、そこで
【化２】
2015165658.tif 000007
の複素共役である。
【００３２】
図示されるように、ＤＳＰ２１２は、時間平均によって計算された正規化相互スペクトル密度の絶対値として実数値の時間および周波数依存性マスクｍ＋／−を計算することができる。式３では、Ｖは、ＶＦまたはＶＲのいずれかであり得る。前方ポインティング指向性信号ＵＦおよび後方ポインティング指向性信号ＵＲは次に、要素単位で各マイクロホン信号ベクトルＶに、前方ポインティングビームに対してｍ＋、または後方ポインティングビームに対してｍ−のいずれかを乗算することによって取得され得る。
【００３３】
【数４】
2015165658.tif 000008
【００３４】
【数５】
2015165658.tif 000009
【００３５】
このように、マスクｍ＋／−、０〜１間の数は、ある特定の信号を空間的に強調するか、または強調しないように空間フィルタとして機能することができる。加えて、この方法を用いると、マスク機能は、以下の式６によって表されるように、非線形マッピングＦを用いてさらに修正され得る。
【００３６】
【数６】
2015165658.tif 000010
【００３７】
例えば、標準カージオイドより狭いビーム（例として超指向性ビーム形成）が必要とされる場合、この機能は、元のマイクロホン信号Ｖと差分信号Ｘとの間の低相関を示すｍの低値をさらに減衰させることができる。極端な場合に「バイナリマスク」が利用されてもよい。バイナリマスクは、閾値未満のすべての値を０に設定するステップ関数として表されてもよい。マスク機能を操作して、ビームを縮小することは、ひずみを追加し得るが、ビームを拡大することは、ひずみを減少させることができる。
【００３８】
図３における後続のノイズ低減ブロック３１４（例えば、左ノイズ低減ブロック３１４ａまたは右ノイズ低減ブロック３１４ｂ）は、拡散（すなわち、指向性ではない）音を示す無相関信号成分を抑制するために、第２の共通のマスクｍＮＲを結果として生じる前方ポインティング指向性信号ＵＦおよび後方ポインティング指向性信号ＵＲに適用することができる。共通のノイズ低減マスクｍＮＲは、以下に示される式７によって計算され得る。
【００３９】
【数７】
2015165658.tif 000011
【００４０】
拡散音の場合、共通のマスクｍＮＲの値は、０に近くなり得る。離散音の場合、共通のマスクｍＮＲの値は、１に近くなり得る。取得されると、共通のマスクｍＮＲは次に、式８および９に示されるように、ノイズ低減された前方ポインティングビーム信号ＹＦおよびノイズ低減された後方ポインティングビーム信号ＹＲを含む、ビーム形成された指向性信号およびノイズ低減された指向性信号を生成するように適用され得る。
【００４１】
【数８】
2015165658.tif 000012
【００４２】
【数９】
2015165658.tif 000013
【００４３】
左マイクロホンアレイ１１４ａおよび右マイクロホンアレイ１１４ｂの両方に対する結果として生じるノイズ低減された前方ポインティングビーム信号ＹＦおよびノイズ低減された後方ポインティングビーム信号ＹＲは次に、左逆ＳＴＦＴ３１５ａおよび右ＳＴＦＴ３１５ｂを含む逆ＳＴＦＴ３１５を用いて、時間領域に戻って変換され得る。逆ＳＴＦＴ３１５は、時間領域において前方ポインティングビーム信号ｙＦおよび後方ポインティングビーム信号ｙＲを生成する。時間領域ビーム信号は次に、頭部伝達関数対３１６のパラメトリックモデルを用いて空間化し得る。頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）は、耳がいかに空間のある点から音を受信するかを特徴付ける反応である。２つの耳に対する一対のＨＲＴＦは、空間の特定の点から来るように見えるバイノーラル音を合成するために使用され得る。一例として、−４５°（前方）および−１３５°（後方）の左耳ＨＲＴＦおよび＋４５°（前方）および＋１３５°（後方）の右耳ＨＲＴＦのパラメトリックモデルが利用されてもよい。
【００４４】
各ＨＲＴＦ対３１６は、直接ＨＲＴＦおよび間接ＨＲＴＦを含むことができる。図３に示される左マイクロホンアレイ信号処理部３０８ａへの特定の参照では、左前方ＨＲＴＦ対３１６ａは、左ノイズ低減された前方ポインティングビーム信号ｙＬＦに適用されて、左前方直接ＨＲＴＦ出力信号ＨＤ，ＬＦおよび左前方間接ＨＲＴＦ出力信号ＨＩ，ＬＦを取得することができる。同様に、左後方ＨＲＴＦ対３１６ｃは、左ノイズ低減された後方ポインティングビーム信号ｙＬＲに適用されて、左後方直接ＨＲＴＦ出力信号ＨＤ，ＬＲおよび左後方間接ＨＲＴＦ出力信号ＨＩ，ＬＲを取得することができる。左前方直接ＨＲＴＦ出力信号ＨＤ，ＬＦおよび左後方直接ＨＲＴＦ出力信号ＨＤ，ＬＲは、左ヘッドホン出力信号ＬＨの少なくとも第１の部分を取得するために追加されてもよい。一方、左前方間接ＨＲＴＦ出力信号ＨＩ，ＬＦおよび左後方間接ＨＲＴＦ出力信号ＨＩ，ＬＲは、右ヘッドホン出力信号ＲＨの少なくとも第１の部分を取得するために追加されてもよい。
【００４５】
右マイクロホンアレイ信号処理部３０８ｂへの特定の参照では、右前方ＨＲＴＦ対３１６ｂは、右ノイズ低減された前方ポインティングビーム信号ｙＲＦに適用されて、右前方直接ＨＲＴＦ出力信号ＨＤ，ＲＦおよび右前方間接ＨＲＴＦ出力信号ＨＩ，ＲＦを取得することができる。同様に、右後方ＨＲＴＦ対３１６ｄは、右ノイズ低減された後方ポインティングビーム信号ｙＲＲに適用されて、右後方直接ＨＲＴＦ出力信号ＨＤ，ＲＲおよび右後方間接ＨＲＴＦ出力信号ＨＩ，ＲＲを取得することができる。右前方直接ＨＲＴＦ出力信号ＨＤ，ＲＦおよび右後方直接ＨＲＴＦ出力信号ＨＤ，ＲＲは、右ヘッドホン出力信号ＲＨの少なくとも第２の部分を取得するために追加されてもよい。一方、右前方間接ＨＲＴＦ出力信号ＨＩ，ＲＦおよび右後方間接ＨＲＴＦ出力信号ＨＩ，ＲＲは、左ヘッドホン出力信号ＬＨの少なくとも第２の部分を取得するために追加されてもよい。
【００４６】
集合的に、それぞれの左ヘッドホンスピーカ２１４ａおよび右ヘッドホンスピーカ２１４ｂに送信された最終の左ヘッドホン出力信号ＬＨおよび右ヘッドホン出力信号ＲＨは、以下の式１０および１１を用いて表され得る。
【００４７】
【数１０】
2015165658.tif 000014
【００４８】
【数１１】
2015165658.tif 000015
【００４９】
図４は、２０１３年９月１９日に公開された米国特許出願第２０１３／０２４３２００  Ａ１号（参照により本明細書に組み込まれる）に開示されたパラメトリックモデルに従ってＨＲＴＦ対４１６ａ〜ｄを利用する例示的な信号処理用途を示す。図示されるように、各ＨＲＴＦ対４１６ａ〜ｄは、指向性信号ｙＬＦ、ｙＬＲ、ｙＲＦ、ｙＲＲをそれぞれの直接および間接ＨＲＴＦ出力信号に変換するために１つ以上の合計フィルタ（例えば、「Ｈｓｒｅａｒ」）、クロスフィルタ（例えば、「Ｈｃｆｒｏｎｔ」、「Ｈｃｒｅａｒ」等）、または両耳間遅延フィルタ（例えば、「Ｔｆｒｏｎｔ」、「Ｔｒｅａｒ」等）を含むことができる。
【００５０】
図５は、本開示の１つ以上の実施形態に従う、マイクロホンアレイ信号処理方法５００の単純化されたプロセスフロー図である。ステップ５０５では、ヘッドセット１００は、マイクロホンアレイ信号ｖを受信することができる。より具体的には、ＤＳＰ２１２は、左マイクロホンアレイ信号ｖＬＦ、ｖＬＲおよび右マイクロホンアレイ信号ｖＲＦ、ｖＲＲを受信し、これらの信号を周波数領域に変換することができる。マイクロホンアレイ信号から、ＤＳＰ２１２は次に、ステップ５１０で提供されるように、各マイクロホンアレイ１１４に対する一対のビーム形成された指向性信号ＵＦ、ＵＲを生成することができる。ステップ５１５では、ＤＳＰ２１２は、共通のマスクｍＮＲを適用することによって拡散音を抑制するためにノイズ低減を実施することができる。結果として生じたノイズ低減された指向性信号Ｙは、周波数領域（図示せず）に戻って変換され得る。次に、ＨＲＴＦ対３１６は、ステップ５２０で提供されるように、それぞれのノイズ低減された指向性信号ｙに適用されて、音声信号をバイノーラル形式に変換することができる。ステップ５２５では、最終の左ヘッドホン出力信号ＬＨおよび右ヘッドホン出力信号ＲＨは、図３に関して上述されるように、それぞれの左マイクロホンアレイ信号処理部３０８ａおよび右マイクロホンアレイ信号処理部３０８ｂから信号出力を対単位で追加することによって生成され得る。
【００５１】
図６は、本開示の１つ以上の実施形態に従う、マイクロホンアレイ信号処理方法６００のより詳細な例示的なプロセスフロー図である。図３に関して上述されるように、左マイクロホンアレイ信号および右マイクロホンアレイ信号の両方を処理する際に同一のステップが利用されてもよい。ステップ６０５では、ヘッドセット１００は、左マイクロホンアレイ信号ｖＬＦ、ｖＬＲおよび右マイクロホンアレイ信号ｖＲＦ、ｖＲＲを受信することができる。左マイクロホンアレイ信号ｖＬＦ、ｖＬＲは、左前方マイクロホン１１６ａおよび左後方マイクロホン１１６ｃで外部音源２１６から受信された音声を表し得る。同様に、右マイクロホンアレイ信号ｖＲＦ、ｖＲＲは、右前方マイクロホン１１６ｂおよび右後方マイクロホン１１６ｄで外部音源２１６から受信された音声を表し得る。各入力マイクロホン信号は、ステップ６１０で提供されるように、アナログ形式からデジタル形式に変換され得る。さらに、ステップ６１５では、デジタル化された左および右マイクロホンアレイ信号は、例えば、短期フーリエ変換（ＳＴＦＴ）３０６を用いて、周波数領域に変換され得る。左前方マイクロホン信号ベクトルＶＬＦおよび左後方マイクロホン信号ベクトルＶＬＲならびに右前方マイクロホン信号ベクトルＶＲＦおよび右後方マイクロホン信号ベクトルＶＲＲはそれぞれ、周波数領域への変換の結果として取得され得る。
【００５２】
ステップ６２０では、ＤＳＰ２１２は、左前方マイクロホン信号ベクトルＶＬＦおよび左後方マイクロホン信号ベクトルＶＬＲならびに右前方マイクロホン信号ベクトルＶＲＦおよび右後方マイクロホン信号ベクトルＶＲＲの各々に対して一対のカージオイド信号Ｘ＋／−を計算することができる。カージオイド信号Ｘ＋／−は、式１および２に示されるように、減算遅延ビームフォーマを用いて計算され得る。時間および周波数依存性マスクｍ＋／−は次に、ステップ６２５で提供されるように、カージオイド信号Ｘ＋／−の各対に対して計算され得る。例えば、ＤＳＰ２１２は、式３によって示されるように、左カージオイド信号および左マイクロホン信号ベクトルを用いて時間および周波数依存性マスクｍ＋／−を計算することができる。ＤＳＰ２１２はまた、右カージオイド信号および右マイクロホン信号ベクトルを用いて別個の時間および周波数依存性マスクｍ＋／−を計算することができる。時間および周波数依存性マスクｍ＋／−は次に、ステップ６３０で実証されるように、式４および５を用いて、それらマスクのそれぞれのマイクロホン信号ベクトルＶに適用されて、左側前方ポインティングビーム信号ＵＬＦおよび左側後方ポインティングビーム信号ＵＬＲならびに右側前方ポインティングビーム信号ＵＲＦおよび右側後方ポインティングビーム信号ＵＲＲを生成することができる。ビーム形成された信号は、ステップ６３５でノイズ低減を受けて、無相関信号成分を抑制することができる。この目的を達成するために、共通のマスクｍＮＲは、式８および９を用いて、左側前方ポインティングビーム信号ＵＬＦおよび左側後方ポインティングビーム信号ＵＬＲならびに右側前方ポインティングビーム信号ＵＲＦおよび右側後方ポインティングビーム信号ＵＲＲに適用され得る。共通のマスクｍＮＲは、拡散音を抑制し、それにより指向性音を強調することができ、式７に関して上述されるように計算され得る。
【００５３】
ステップ６４０では、結果として生じるノイズ低減されたビーム信号Ｙは、逆ＳＴＦＴ３１５を用いて時間領域に戻って変換され得る。結果として生じる時間領域のビーム信号ｙは次に、ステップ６４５でＨＲＴＦ対３１６のパラメトリックモデルを用いてバイノーラル形式に変換され得る。例えば、ＤＳＰ２１２は、左耳ＨＲＴＦ対３１６ａ、ｃのパラメトリックモデルを適用して、左マイクロホンアレイ１１４ａに対するノイズ低減された左側前方ポインティングビーム信号ｙＬＦおよび左側後方ポインティングビーム信号ｙＬＲを空間化することができる。同様に、ＤＳＰ２１２は、右耳ＨＲＴＦ対３１６ｂ、ｄのパラメトリックモデルを適用して、右マイクロホンアレイ１１４ｂに対するノイズ低減された右側前方ポインティングビーム信号ｙＲＦおよび右側後方ポインティングビーム信号ｙＲＲを空間化することができる。ステップ６５０では、様々な左側ＨＲＴＦ出力信号および右側ＨＲＴＦ出力信号は次に、式１０および１１に関して上述されるように、それぞれの左ヘッドホン出力信号ＬＨおよび右ヘッドホン出力信号ＲＨを生成するために対単位で追加され得る。
【００５４】
例示的な実施形態が上述されるが、これらの実施形態は、本発明のすべての考えられる形態を記載することを意図していない。むしろ、本明細書に使用される用語は、限定ではなく説明の用語であり、本明細書に提示される主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更がなされ得ることが理解される。加えて、様々な実装する実施形態の特徴は、本開示のさらなる実施形態を形成するために組み合わせられてもよい。
【図１】
2015165658.tif 000016
【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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