(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面に設けられたウインドスクリーンと、
前記第１面から０ではない距離でずらされた第２面であって、前記第１面と前記第２面との間に取り囲まれた容量を規定する、第２面と、
前記第２面及び前記取り囲まれた容量によって前記第１面から離されたカプセル内に収容された傾度マイクロホンであって、前記カプセルが、前記第２面を貫通する開口部を通じて前記取り囲まれた容量に連結される第１出口及び第２出口を有する、傾度マイクロホンと、
前記第１面及び前記第２面間に取り付けられた圧力マイクロホンと、
前記傾度マイクロホン及び前記圧力マイクロホンに連結され且つ前記傾度マイクロホン及び前記圧力マイクロホンの信号を結合し、且つ結合されたマイクロホン信号を提供するために動作可能な電気回路と、を備えることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記取り囲まれた容量が、前記第１面と前記第２面との間の少なくとも１つの壁によってさらに取り囲まれ、
前記圧力マイクロホンの感知部材は、前記取り囲まれた容量に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記圧力マイクロホンは、前記第１面と前記第２面との間の前記壁に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ノイズを除去するために、ペア型マイクロホンを用いることに関する。
【背景技術】
【０００２】
有線または無線に関わらず、遠隔通信システムで通信するためのヘッドセットは、通常、着用者の声を検出するためのマイクロホンを含んでいる。このようなマイクロホンは、周囲からの周辺ノイズ、例えば他の人々の会話と、空気がマイクロホンを通過することによって引き起こされる風ノイズと、を含むさまざまな種類のノイズにさらされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１は、フレーミングハムにあるボーズコーポレーションから入手できるインイヤ型ヘッドセット１０を示している。ヘッドセット１０は、エレクトロニクスモジュール１２と、音響ドライバモジュール１４と、ヘッドセットを保持し且つドライバモジュール１４の音響出力部を使用者の外耳道に連結させるために、着用者の耳内に密着する耳用接触部分１６と、を含んでいる。図１のヘッドセットの例において、耳用接触部分１６は、ヘッドセットの保持を支援するために着用者の耳の上部に密着する延在部１８を含んでいる。ヘッドセットは、無線式であってもよく、すなわち、イヤホンを任意の他のデバイスに機械的または電気的に連結させる線またはケーブルがなくてもよい。このヘッドセットは、単に参照するために示される。以下で開示する発想は、潜在的にノイズの多い環境下で使用されるマイクロホンを有した任意のデバイスに適用可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
該して、一側面では、デバイスは、第１面に設けられたウインドスクリーンと、第１面からずらされた第２面の開口部に連結された第１出口及び第２出口を有したカプセル内に収納された傾度マイクロホンと、第１面及び第２面間に取り付けられた圧力マイクロホンと、傾度マイクロホン及び圧力マイクロホンに連結され且つ傾度マイクロホン及び圧力マイクロホンの信号を結合し、且つ結合されたマイクロホン信号を提供するために動作可能な電気回路と、を含んでいる。
【０００５】
実施は、以下の１つ以上を含んでもよい。第１面及び第２面は、互いから０ではない距離でずらされている。第１面と、第２面と、第１面と第２面との間の少なくとも１つの壁と、が所定容量を取り囲み、第２面の開口部及び圧力マイクロホンの感知部材は、双方が所定容量に連結されている。圧力マイクロホンは、第１面と第２面との間の壁に取り付けられている。
【０００６】
概して、一側面において、信号を結合させるためのシステムは、第１音声成分及び第１ノイズ成分を有する第１入力信号を発生させる第１マイクロホンと、第２音声成分及び第２ノイズ成分を有する第２入力信号を発生させる第２マイクロホンと、混合回路と、適応フィルタと、を含んでいる。混合回路は、第１スケーリング信号を作り出すために、第１入力信号に値αを有する第１ゲインを適用し、第２スケーリング信号を作り出すために、第２入力信号に値１−αを有する第２ゲインを適用し、合計信号を作り出すために、第１スケーリング信号及び第２スケーリング信号を合計する。適応フィルタは、合計信号、第１入力信号及び第２入力信号に基づいて、合計信号のエネルギーを最小化させるために、αの更新値を計算し、且つαの更新値を混合回路に提供する。
【０００７】
実施は、以下の１つ以上を含んでもよい。第１ノイズ成分は、風ノイズよりも周辺ノイズをより拾うものであってもよい。第１マイクロホンは、圧力マイクロホンを含んでもよい。第２ノイズ成分は、周辺ノイズよりも風ノイズをより拾うものであってもよい。第１マイクロホンは、風ノイズよりも周辺ノイズに対してより感度がよくてもよい。第２マイクロホンは、周辺ノイズよりも風ノイズに対してより感度がよくてもよい。第２マイクロホンは、傾度マイクロホンを含んでもよい。第１マイクロホンは、圧力マイクロホンを含んでもよく、第２マイクロホンは、傾度マイクロホンを含んでもよく、第１マイクロホン及び第２マイクロホンは、システム内の共通の場所に設置されてもよい。
【０００８】
適応フィルタは、αの更新値を計算するために、最小２乗平均アルゴリズムを適用するように構成されてもよい。適応フィルタは、第１信号と第２信号との間の差を計算するようにプログラムされたデジタル信号プロセッサに実装され、差及び予め決定されたステップサイズ値を合計信号にかけ、αの最新値から積を引き、αの更新値を作り出してもよい。適応フィルタは、合計信号と第１入力信号及び第２入力信号とを周波数バンドに分解し且つ第１エネルギーバンドにおける合計信号のエネルギーを最小化するようにプログラムされたデジタル信号プロセッサに実装されてもよい。混合回路は、異なる周波数バンドにおいてそれぞれ異なる値α及び１−αを適用することによって第１ゲイン及び第２ゲインを適用してもよい。
【０００９】
イコライザが、第１入力信号または第２入力信号の少なくとも１つを受け、予め規定された等化曲線に従って受けた信号を等化し、第１音声成分を第２音声成分と対等にさせてもよい。イコライザは、第１等化信号を作り出すために第１等化曲線を第１入力信号に適用する第１イコライザと、第２等化信号を作り出すために第２等化曲線を第２入力信号に適用する第２イコライザと、を含み、第１等化信号及び第２等化信号は、対等な音声成分を有してもよい。イコライザは、第１等化信号を作り出すために第１入力信号に等化曲線を適用するように構成された単一のイコライザを含み、第１等化信号は、第２入力信号からの第２音声成分と対等な等化音声成分を有してもよい。ローパスフィルタが、第２入力信号が適応フィルタに提供される前に、第２入力信号をフィルタリングしてもよい。第２イコライザが、混合回路の出力部に連結されており、通信システムにおいて使用するために合計信号の音声応答を最適化してもよい。
【００１０】
混合回路は、第１入力信号及び第２入力信号を適応フィルタに提供する前に、第１入力信号または第２入力信号の少なくとも１つにゲインを適用するようにさらに構成されてもよい。混合回路及び適応フィルタのどちらかまたは双方が、デジタル信号プロセッサに実装されてもよい。混合回路は、第１ゲインを適用するように構成された第１電圧制御増幅器と、第２ゲインを適用するように構成された第２電圧制御増幅器と、を含み、第１電圧制御増幅器及び第２電圧制御増幅器の出力部は、合計信号を作り出すために連結されてもよい。
【００１１】
利点は、さまざまな環境においてノイズを除去することと、さまざまな環境において存在するノイズに対してそれぞれ最も適した異なるマイクロホンからの信号を途切れなく結合させることと、を含む。
【００１２】
他の特性及び利点は、以下の説明及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】無線式ヘッドセットを示している。
【図２】マイクロホン信号混合回路のブロック図を示している。
【図３】無線式ヘッドセットにおけるマイクロホンハウジングの断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に示すブルートゥース（登録商標）ヘッドセットの市販の実施形態が、同時係属出願１３／０７５，７３２において説明されるように、遠端(far-end)音声通信におけるノイズを減少させるためにスクリーンの後方において２つのポートの物理的構造体に包まれた単一のマイクロホンを用いている。同時係属出願１３／０７５，７３２は、参照することによって本明細書に組み込まれる。物理的構造体は、マイクロホンによって検出されるノイズの量を減らし、遠くの通信相手が聞く音のノイズを減少させる。第２マイクロホンを加えること及び図２に示されるように２つのマイクロホンからの電気的信号を混合することは、ノイズ除去においてさらなる改善を与える。特に、包まれたマイクロホン１０２は、周辺ノイズ（例えば近くの他の人々の会話、交通、機械）の良好な除去を与えるが、風からのノイズ、すなわち、ヘッドセットを通過する空気のノイズを拾う傾向がある。第２マイクロホン１０４は、周辺ノイズを拾う可能性が高くなるとしても、風ノイズの良好な除去を提供するように選択される。混合回路１０６は、２つのマイクロホンからの信号１０８，１１０を結合させ、強い音声成分及び弱いノイズを有する出力信号１１２を作り出す。
【００１５】
第１マイクロホン１０２からのマイクロホン信号１０８が値Ｗ＝Ｖｗ＋Ｎｗを有すると表し、ここで、Ｖｗは音声成分であり、Ｎｗはノイズ成分であり、ノイズ成分は、周辺ノイズよりも風ノイズによってより大きく影響される。同様に、第２マイクロホン１０４からのマイクロホン信号１１０が値Ｄ＝Ｖｄ＋Ｎｄを有すると表し、ここで、Ｖｄは、音声成分であり、Ｎｄは、ノイズ成分であり、このマイクロホンに対するノイズ成分は、風ノイズよりも周辺ノイズによってより大きく影響される。この特別な実施例では、ノイズ成分Ｎｗは、周囲ノイズよりも風ノイズによってより大きく影響され、且つノイズ成分Ｎｄは、風ノイズよりも周辺ノイズによってより大きく影響されるが、混合回路１０６は、通常、ノイズに対する異なる応答を有する２つの入力を結合させるための任意のシステムに適用可能である。混合回路１０６は、まず、マイクロホン信号の一方または双方を等化する。イコライザ１１４及び１１６が、それぞれのマイクロホン信号１０８及び１１０に対して等化曲線を適用して、等化信号１１８，１２０を作り出す。ここでは、この信号をＷｅ＝Ｖｗｅ＋Ｎｗｅ及びＤｅ＝Ｖｄｅ＋Ｎｄｅとして表す。イコライザ１１４及び１１６によって適用される等化曲線は、マイクロホンの音声応答を対等とするように構成されており、音声応答に関係なく、マイクロホンのノイズは、Ｖｗｅ＝Ｖｄｅとなる。いくつかの実施例では、１つのイコライザのみが使用され、対応するマイクロホン信号を他方のマイクロホン信号における等化されていない音声応答と対等とさせ、例えばＶｗｅ＝ＶｄまたはＶｄｅ＝Ｖｗである。等化は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、マイクロプロセッサにおいてまたはアナログ要素、例えばＲ−Ｌ−Ｃネットワークによって実行される。
【００１６】
等化信号は、その後、スケーリングブロック１２４及び１２６において、一方がスケーリング係数α及び他方がスケーリング係数１−αによってスケーリングされ、値（１−α）（Ｖｗｅ＋Ｎｗｅ）及びα（Ｖｄｅ＋Ｎｄｅ）のスケーリング信号１２８及び１３０を作り出す。スケーリング信号１２８及び１３０は、その後、アナログ加算器(summer)１３２によって合計される。値Ｙ＝（１−α）（Ｖｗｅ＋Ｎｗｅ）＋α（Ｖｄｅ＋Ｎｄｅ）の合計信号１３４は、音声イコライザ１３６へ通される。音声イコライザ１３６は、次の通信回路１３８によって使用するための適切な音声応答を作り出すために、合計信号を等化する。ここでは、信号をスケーリングすること及び合計することを“混合する”と呼ぶ。等化と同様に、混合は、スケーリング係数を信号にかけ且つ結果を加えるようにプログラムされたマイクロプロセッサまたはＤＳＰにおいて実行することができる。あるいは、混合は、アナログ要素、例えば合計信号を作り出すために、それらの端部が連結された一対の電圧制御増幅器においてなされてもよい。
【００１７】
また、マイクロホン信号及び合計信号は、スケーリング係数αを出力する適応フィルタ１２２に提供される。フィルタ１２２は、等化されていない信号１０８及び１１０または等化信号１１８及び１２０のどちらに用いてもよい。いくつかの実施例では、音声成分がすでに対等とされているように、等化信号を用いることが有利である。スケーリング係数αは、小さいノイズを有するマイクロホン信号でも合計信号１３４に対して、より大きく寄与させるために計算される。いくつかの実施例では、αは、ゼロから１の間で変化する。この値としては、（例えば、少なくともいくらかの信号が各マイクロホンから使用されるために）より狭い範囲の、（例えば、１つの信号が合計信号を働かせることを可能とするために）より広い範囲の、あるいは継続的に変化可能な値ではなく個別の値のセットを含む別の値が用いられてもよい。
【００１８】
合計信号１３４は、αＶｄｅ−αＶｗｅ＋Ｖｗｅからなる音声成分及びαＮｄｅ−αＮｗｅ＋Ｎｗｅからなるノイズ成分を有している。等化が早期にＶｗｅ＝Ｖｄｅとさせているので、総音声成分は、Ｖｗｅに等しく、この値は、値αから独立している。ノイズ成分のみがスケーリング係数αの影響を受けるので、αの値は、そのソースが何であろうとも音声信号に影響を与えることなくノイズを最小化させるために選択される。ＤＳＰ実施においては、適応フィルタ出力αがスケーリング段階のゲインを制御するためにデータとして提供され、アナログ実施においては、フィルタ出力は、電圧制御増幅器を制御するために電圧であってもよい。また、別の実施も考えられる。
【００１９】
いくつかの実施例において、適応フィルタ１２２は、合計信号１３４をエラー入力として処理すること及び合計の“エラー”信号の総エネルギーを最小化させるために出力αを定めることによって、αを選択するアルゴリズムを適用する。合計信号が一定の音声成分を有するので、総エネルギーを最小化させることは、総量に対してより大きいノイズに寄与するマイクロホン信号でも寄与を低下させるフィルタをもたらす。弱い周辺ノイズまたは風ノイズが同時に生じる場合には、適応アルゴリズムは、マイクロホンが総量に対して重大なノイズにどちらも寄与しないので、αを継続的に変化させる。これは、望ましくない。これに対処するために、フィルタは、ノイズ比に対して高い信号を有する場合の全体的に良好な品質を有するマイクロホンのどれかを選択してバイアスをかけられる。付加的なノイズ排除アルゴリズムが、続く電子回路１３８において適用されてもよい。
【００２０】
混合係数αを決定するために用いられる適応フィルタ１２２は、多くのさまざまな方法で実施されてもよい。一実施例では、最小平均２乗適応フィルタが、混合信号において総エネルギーを最小化するために使用される。これは、実施することが比較的容易であり、且つ実施に対するコスト効率が高い利点を有している。上述した信号表現に基づくと、所定時間ｔで総混合信号Ｙは：
Ｙｔ＝αＤｔ＋（１−α）Ｗｔ＝α（Ｄｔ−Ｗｔ）＋Ｗｔ                      （１）
である。ここで、Ｗｔ及びＤｔは、時刻ｔでの総等化マイクロホン信号１１８及び１２０である。ＬＭＳフィルタは、総混合“エラー”信号Ｙのエネルギーを最小化するために動作する。
【数１】
0005681326.tif 000002
【００２１】
（２）のコスト関数は、αの二次方程式であり、且つノイズ環境を変更するとともに変化する単一の最適解を有している。小さなステップサイズパラメータμを用いる最急降下アルゴリズムは、適応フィルタに用いることができ、更新されたαは：
【数２】
0005681326.tif 000003
であることが分かる。
【００２２】
（１）及び（２）から、（３）の導関数は、合計出力Ｙと、入力マイクロホン信号Ｄ及びＷ間の差と、の関数であることが分かる：
【数３】
0005681326.tif 000004
【００２３】
短期の適応解のために、ＬＭＳフィルタ出力を提供する予測の代わりに、導関数の瞬間的な推定が用いられる：
【数４】
0005681326.tif 000005
これは：
【数５】
0005681326.tif 000006
として正規化することができる。
【００２４】
別の実施例では、信号の周波数依存融合を提供するためにマルチタップ適応フィルタが用いられてもよい。同様に、再び異なる周波数バンドのために作り出される異なる値のαを用いて、周波数領域分析が行われる。周波数依存融合を用いることは、音声バンド以外のノイズが良好にフィルタリングされた音声成分の最適化を可能にするか、より一般的には、異なる応答特性を有する入力の最適な融合を可能にする。他の構成要素と同様に、フィルタは、アナログ電気回路もしくはＤＳＰまたは他の適切な電気回路、例えばプログラム化したマイクロプロセッサを用いて構成することができる。いくつかの実施例では、マイクロホンバイアス電力供給装置によって全体的に低電力アナログ電子部品で構成されたシステムに電力を供給することが可能である。また、ステップの順番は変更してもよく、例えば、音声応答の等化全体は、マイクロホン適合等化の一部として実行し、互いに独立する遅い音声処理のためにマイクロホンを最適化するようにしてもよい。
【００２５】
いくつかの実施例では、付加的なローパスフィルタが、風ノイズが支配的である周波数に対して信号のバンド幅を制限するために、信号が適応フィルタ１２２に入力されるときに風を感知しやすいマイクロホン信号１１８に適用される。これは、風が存在しないときに風を感知しやすいマイクロホンのためにフィルタにバイアスをかける効果を有する。このことは、風を感知しやすいマイクロホンが音声に関するノイズ比に対して全体的に良好な信号を有する場合に好ましい。
【００２６】
いくつかの実施例では、スケーリング係数が、数ｄＢだけ一方または他方のマイクロホン信号にバイアスをかけるために付加されてもよく、これにより、マイクロホン応答における起こり得るドリフトを相殺する。さらに、一方または双方のマイクロホン信号は、当該マイクロホンの特定の感度のための所定ユニットを調節するよう付与されるゲインを有していてもよい。前記特定の感度は、部分対部分(part-to-part)の比の関係となる有意な変量をもつ傾向にある。これは、２つのマイクロホンの音声応答が対等とされることを保証することを支援するので有利である。
【００２７】
２つのマイクロホン１０２及び１０４は、それらを区別するために傾度マイクロホン及び圧力マイクロホンとして図２において表されるが、回路１０６によって実行される混合は、通常、ノイズに対する異なる応答を提供する任意の２つのシステムからの信号を結合させることに適用可能である。周辺ノイズを感知しにくいマイクロホン１０２のために、例は、ベロシティマイクロホンまたは高次の差動マイクロホンアレイを含んでいてもよい。風ノイズを感知しにくいマイクロホン１０４のために、他の例は、遅延和型ビームフォーマ(delay and sum beamformer)を含んでもよい。遅延和型ビームフォーマは、圧力マイクロホン単体よりもより大きな周辺ノイズ抑制を有する一方で、さらに、傾度マイクロホンよりも風を感知しにくい。図１に示すヘッドセットに使用されるための１つの特別な実施形態は、以下で説明する。
【００２８】
一実施例では、第１マイクロホン１０２が、２つのポートのカプセルの内部に設置された傾度マイクロホンである。傾度マイクロホンは、２点間の圧力勾配に応答する電子音響トランスデューサを意味する。傾度マイクロホンは、双方向マイクロホンパターンを有する傾向があり、このことは、マイクロホンを全体的に使用者の口の方向に向けることができる無線式ヘッドセットにおいて良好な音声応答を提供するので有益である。このようなマイクロホンは、周辺ノイズにおける良好な応答を提供するが、風ノイズの影響を受けやすい。第２マイクロホン１０４は、全方向性マイクロホンパターンを有する傾向がある圧力マイクロホンである。圧力マイクロホンは、空気の圧力に応答する電子音響トランスデューサを意味し、トランスデューサは空気にさらされ、且つ該圧力を表す電気信号を作り出す。単一の圧力マイクロホンが、特に適切なウインドスクリーンが用いられる場合、風ノイズにおける良好な応答を提供するが、周辺ノイズは若干排除する。いくつかの実施例では、一対の圧力マイクロホンが、第１マイクロホン信号（一対の圧力マイクロホン間における傾斜を表す圧力マイクロホンからの信号間の差）のための傾度マイクロホンととともに使用され、この場合、同じ圧力マイクロホンの一方は、第２マイクロホン信号のための圧力マイクロホンとしてそのまま用いられるか、または、第３マイクロホンが用いられてもよい。
【００２９】
傾度マイクロホン及び圧力マイクロホンを用いる一実施形態は、図３に示している。この実施例では、無線式ヘッドセット２００が、双方のマイクロホンを収容するために前方に凹形棚２０２を有している。棚２０２は、棚を見せるために部分的に切り取って示す、ヘッドセットの外殻においてスクリーン２０４によって覆われている。スクリーンは、外見上の理由のために棚の端を越えて延在してもよい。傾度マイクロホン２０６は、凹形棚の表面２１０の下でカプセル２０８内に設置されている。２つのポート２１２及び２１４は、傾度マイクロホン２０６の２つの側を殻内の空気に接続する。圧力マイクロホン２１６は、凹形棚２０２の側壁２１８に設置されている。マイクロホン双方は、ヘッドセット内の他の場所の電気回路（図示せず）に接続されている。
【００３０】
有利なことに、ウインドスクリーンの下にマイクロホンを取り付けることは、マイクロホン双方からいくらかの風ノイズを除外する。一実施例では、ウインドスクリーンは、ウインドスクリーンがない場合と比較して、圧力マイクロホンで約８ｄＢだけ及び傾度マイクロホンで約１６ｄＢだけ風ノイズによる信号を減少させ、信号混合回路が、第１に取り除くノイズをより少なくすることを可能にする。また、ウインドスクリーンの下方の棚の位置は、ウインドスクリーンとマイクロホンとの間の空気容量及び直線距離を提供し、このことは、マイクロホンでの風ノイズの量をさらに減らす。特に、最も効果的とするために、ウインドスクリーンは、マイクロホンに実際にさらされるスクリーンの範囲において、マイクロホンの正面よりも大きい総表面積を有するべきである（装飾部分は何等の効果も有しない）。棚無しでは、マイクロホンを直接覆うスクリーンの部分のみが実体部分となり、且つ事実上マイクロホンと同じ領域となり、効果は減少する。また、ウインドスクリーンの抵抗は、傾度マイクロホンの応答がロールオフされる周波数を制御するために選択することができる。一実施形態では、１５レイルの抵抗が傾斜マイクロホンを約１００Ｈｚ以下にロールオフさせる。より高いかまたはより低い値が、特有の風の感度及び使用されるマイクロホンのロールオフ周波数に基づいて所定の実施形態において用いられてもよい。
【００３１】
本明細書において説明したマイクロホンの配置は、ヘッドセットに限定されず、ノイズの多い環境において用いられる他の通信デバイス、例えばポータルスピーカフォンまたは会議システムに役立てられてもよい。１つ以上の傾度マイクロホンが、携帯電話機の周りで人々の音声を拾うために用いられてもよい一方で、良好な風ノイズの除去を有する全方向マイクロホンが、風が１つ以上の傾度マイクロホンの性能を阻害するときに同じ音声を記録するために使用される。
【００３２】
他の実施は、以下の特許請求の範囲、及び本出願人が権利を有している他の請求の範囲内でなされる。
【符号の説明】
【００３３】
２０４  ウインドスクリーン、２０６  傾度マイクロホン、２１２  第１出口、２１４  第２出口、２１６圧力マイクロホン
【図１】
0005681326.tif 000007
【図２】
0005681326.tif 000008
【図３】
0005681326.tif 000009