(57)【要約】  電気音響変換器の性能を調整する方法は、利得調整回路によって、電気音響変換器の磁気構造と電気音響変換器のボイスコイルとの間の相対運動に対応する変位信号を受け取ることを含む。方法は、利得調整回路によって、変位信号しきい値に合致する値と変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方として、変位信号の変位信号値を検出することを含む。方法は、利得調整回路によって、変位信号の変位信号値が変位信号しきい値に合致する値と変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方であるときに、電気音響変換器に関連するアクティブノイズリダクションループのループ利得を修正することを含む。
2015506487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気音響変換器の性能を調整する方法であって、
利得調整回路によって、前記電気音響変換器の磁気構造と前記電気音響変換器のボイスコイルとの間の相対運動に対応する変位信号を受け取る段階と、
前記利得調整回路によって、変位信号しきい値に合致する値と前記変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方として前記変位信号の変位信号値を検出する段階と、
前記利得調整回路によって、前記変位信号の前記変位信号値が前記変位信号しきい値に合致する値と前記変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方であるときに、前記電気音響変換器に関連するアクティブノイズリダクションループのループ利得を修正する段階とを含む方法。
【請求項２】
変位信号しきい値に合致する値と前記変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方として前記変位信号の前記変位信号値を検出する段階が、前記利得調整回路のしきい値検出器によって、前記変位信号値として前記変位信号の絶対値を検出する段階を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
変位信号しきい値に合致する値と前記変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方として前記変位信号の前記変位信号値の前記絶対値を検出するのに応答して、
利得制御回路の前記しきい値検出器によって、電流制限電源を作動させて電流を生成する段階と、
前記利得制御回路の前記電流制限電源によって、前記利得制御回路の積分器コンポーネントに前記電流を提供する段階と、
前記利得制御回路の前記積分器コンポーネントによって、前記積分器コンポーネントの出力に基づいて前記利得調整回路の圧縮器コンポーネントに圧縮器制御信号を提供する段階とを含む、請求項2に記載の方法。
【請求項４】
前記電気音響変換器に関連する前記アクティブノイズリダクションループの前記ループ利得を修正する段階が、前記利得調整回路の前記圧縮器コンポーネントによって、前記受け取った圧縮器制御信号に基づいて、前記電気音響変換器に関連する前記アクティブノイズリダクションループの前記ループ利得を修正する段階を含む、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記変位信号を受け取る段階が、前記利得調整回路によって、前記電気音響変換器の前記磁気構造と前記電気音響変換器の前記ボイスコイルとの間の相対運動によって生み出された前記電気音響変換器内のキャパシタンスの変化に関連する変位信号を受け取る段階を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記利得調整回路によって、前記電気音響変換器に関連する駆動信号を受け取る段階であって、前記駆動信号が、前記電気音響変換器の前記磁気構造と前記電気音響変換器の前記ボイスコイルとの間の相対運動を生成するように構成された段階と、
前記利得調整回路によって、駆動信号しきい値に合致する値と前記駆動信号しきい値を超過する値とのうちの一方として前記駆動信号の駆動信号値の絶対値を検出する段階とをさらに含み、
前記電気音響変換器に関連する前記アクティブノイズリダクションループの前記ループ利得を修正する段階が、前記利得調整回路によって、前記変位信号が前記変位信号しきい値に合致する値と前記変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方であるときと、前記駆動信号値の前記絶対値が前記駆動信号しきい値に合致する値と前記駆動信号しきい値を超過する値とのうちの一方であるときと、のうちの少なくとも一方で、前記電気音響変換器に関連する前記アクティブノイズリダクションループの前記ループ利得を修正する段階を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
変位信号しきい値に合致する値と前記変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方として前記変位信号の前記変位信号値を検出する段階が、前記利得調整回路のしきい値検出器によって、前記変位信号値として前記変位信号の絶対値を検出する段階を含み、
駆動信号しきい値に合致する値と前記駆動信号しきい値を超過する値とのうちの一方として前記駆動信号の前記駆動信号値の前記絶対値を検出する段階が、利得制御回路の前記しきい値検出器によって、駆動信号しきい値に合致する値と前記駆動信号しきい値を超過する値とのうちの一方として前記駆動信号の前記駆動信号値の前記絶対値を検出する段階を含む、請求項6に記載の方法。
【請求項８】
前記電気音響変換器に関連する前記アクティブノイズリダクションループの前記ループ利得を修正する段階が、前記利得調整回路によって、前記変位信号の前記変位信号値が前記変位信号しきい値に合致する値と前記変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方であるときに、前記電気音響変換器に関連する前記アクティブノイズリダクションループの前記ループ利得を低減する段階を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項９】
電気音響変換器と、
前記電気音響変換器の付近に配置されたマイクロホン変換器と、
磁気構造とボイスコイルとのうちの少なくとも一方と電気的に通信するように配置された利得調整回路とを備える音響アセンブリであって、前記利得調整回路が、
前記電気音響変換器の磁気構造と前記電気音響変換器のボイスコイルとの間の相対運動に対応する変位信号を受け取り、
変位信号しきい値に合致する値と前記変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方として前記変位信号の変位信号値を検出し、
前記変位信号の前記変位信号値が前記変位信号しきい値に合致する値と前記変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方であるときに、前記電気音響変換器に関連するアクティブノイズリダクションループのループ利得を修正するように構成された、音響アセンブリ。
【請求項１０】
前記利得調整回路がしきい値検出器を備え、前記しきい値検出器が、変位信号しきい値に合致する値と前記変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方として前記変位信号の前記変位信号値を検出するとき、前記変位信号値として前記変位信号の絶対値を検出するように構成された、請求項9に記載の音響アセンブリ。
【請求項１１】
前記利得調整回路が電流制限電源および積分器コンポーネントを備え、変位信号しきい値に合致する値と前記変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方として前記変位信号の前記変位信号値の前記絶対値を検出するのに応答して、
前記しきい値検出器が前記電流制限電源を作動させて電流を生成するように構成され、
前記電流制限電源が前記利得調整回路の前記積分器コンポーネントに前記電流を提供するように構成され、
前記積分器コンポーネントが前記積分器コンポーネントの出力に基づいて前記利得調整回路の圧縮器コンポーネントに圧縮器制御信号を提供するように構成された、請求項10に記載の音響アセンブリ。
【請求項１２】
前記電気音響変換器に関連する前記アクティブノイズリダクションループの前記ループ利得を修正するとき、前記利得調整回路の前記圧縮器コンポーネントが、前記受け取った圧縮器制御信号に基づいて、前記電気音響変換器に関連する前記アクティブノイズリダクションループの前記ループ利得を修正するように構成された、請求項11に記載の音響アセンブリ。
【請求項１３】
前記変位信号を受け取るとき、前記利得調整回路が、前記電気音響変換器の前記磁気構造と前記電気音響変換器の前記ボイスコイルとの間の相対運動によって生み出された前記電気音響変換器内のキャパシタンスの変化に関連する変位信号を受け取るように構成された、請求項9に記載の音響アセンブリ。
【請求項１４】
前記利得調整回路がさらに、
前記電気音響変換器に関連する駆動信号を受け取るように構成され、前記駆動信号が前記電気音響変換器の前記磁気構造と前記電気音響変換器の前記ボイスコイルとの間の相対運動を生成するように構成され、前記利得調整回路がさらに、
駆動信号しきい値に合致する値と前記駆動信号しきい値を超過する値とのうちの一方として前記駆動信号の駆動信号値の絶対値を検出し、
前記電気音響変換器に関連する前記アクティブノイズリダクションループの前記ループ利得を修正するときに、前記変位信号が前記変位信号しきい値に合致する値と前記変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方であるときと、前記駆動信号の前記駆動信号値の前記絶対値が前記駆動信号しきい値に合致する値と前記駆動信号しきい値を超過する値とのうちの一方であるときと、のうちの少なくとも一方で、前記電気音響変換器に関連する前記アクティブノイズリダクションループの前記ループ利得を修正するように構成された、請求項9に記載の音響アセンブリ。
【請求項１５】
変位信号しきい値に合致する値と前記変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方として前記変位信号の前記変位信号値を検出するとき、前記しきい値検出器が、前記変位信号値として前記変位信号の絶対値を検出するように構成され、
駆動信号しきい値に合致する値と前記駆動信号しきい値を超過する値とのうちの一方として前記駆動信号の前記駆動信号値の前記絶対値を検出するとき、前記しきい値検出器が、駆動信号しきい値に合致する値と前記駆動信号しきい値を超過する値とのうちの一方として前記駆動信号の前記駆動信号値の前記絶対値を検出するように構成された、請求項14に記載の音響アセンブリ。
【請求項１６】
前記電気音響変換器に関連する前記アクティブノイズリダクションループの前記ループ利得を修正するとき、前記利得調整回路が、前記変位信号の前記変位信号値が前記変位信号しきい値に合致する値と前記変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方であるときに、前記電気音響変換器に関連する前記アクティブノイズリダクションループの前記ループ利得を低減するように構成された、請求項9に記載の音響アセンブリ。
【請求項１７】
前記利得調整回路がディジタル信号プロセッサとして構成された、請求項9に記載の音響アセンブリ。
【請求項１８】
電気音響変換器と、前記電気音響変換器の付近に配置されたマイクロホン変換器と、前記マイクロホンおよび前記電気音響変換器と電気的に通信するように配置された増幅器段とを有するアクティブノイズリダクションアセンブリであって、ループ利得を有するアクティブノイズリダクションループを定義するアクティブノイズリダクションアセンブリと、
前記電気音響変換器の磁気構造と前記電気音響変換器のボイスコイルとのうちの少なくとも一方と電気的に通信するように配置された変位感知回路と、
前記アクティブノイズリダクションアセンブリの前記アクティブノイズリダクションループと電気的に通信するように、かつ前記変位感知回路と電気的に通信するように配置された利得調整回路であって、前記変位感知回路によって生成された変位信号の変位信号値が変位信号しきい値に合致する値と前記変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方であるときに、前記アクティブノイズリダクションループの前記ループ利得を修正するように動作可能な利得調整回路とを備える音響アセンブリ。
【請求項１９】
前記利得調整回路が、前記変位信号しきい値に合致する値と前記変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方として、前記変位感知回路によって生成された変位信号の前記変位信号値を検出するように構成されたしきい値検出器を備える、請求項18に記載の音響アセンブリ。
【請求項２０】
前記利得調整回路がさらに、前記しきい値検出器と電気的に通信するように配置された電流制限電源および積分器を備え、前記電流制限電源が、前記しきい値検出器によって作動されたときに電流を生成するように動作可能であり、前記積分器が、前記電流を、前記電流に比例する値を有する圧縮器制御信号に変換するように動作可能である、請求項19に記載の音響アセンブリ。
【請求項２１】
前記利得調整回路がさらに、前記圧縮器制御信号に基づいて前記アクティブノイズリダクションループの前記ループ利得を修正するように動作可能な圧縮器コンポーネントを備える、請求項20に記載の音響アセンブリ。
【請求項２２】
変位信号しきい値に合致する値と前記変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方として前記変位信号の前記変位信号値の前記絶対値を検出するのに応答して、前記利得調整回路の積分器コンポーネントによって、前記積分器コンポーネントの出力に基づいて前記利得調整回路の圧縮器コンポーネントに圧縮器制御信号を提供する段階を含む、請求項2に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電気音響変換器のコンポーネント間の相対運動を検出するのに応答して変換器の性能を調整することに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のアクティブノイズリダクション(ANR)ヘッドセットは、ヘッドセットの電気音響変換器によって生成される音響出力を利用して、周囲騒音に対するユーザの知覚を最小限に抑える。例えば、従来のANRヘッドセットは、各電気音響変換器に関連するノイズキャンセルアセンブリを有する。ノイズキャンセルアセンブリは、ヘッドセットの各イヤーカップ内の電気音響変換器の付近に搭載されたマイクロホンを備えてよい。動作中、マイクロホンは、ユーザに聞こえるオーディオ入力を受け取り、関連する電子回路が、得られたオーディオ信号をフィードバック制御の原理に基づいてフィルタにかけて、ノイズキャンセル信号を生成する。ノイズキャンセルアセンブリは、ノイズキャンセル信号を電気音響変換器の増幅器に供給し、増幅器は、音源からの所望のオーディオが存在する場合に、ノイズキャンセル信号を所望のオーディオと合成する。周囲騒音(ヘッドセットの外で生成されたノイズなど)と合成オーディオ信号とがユーザの耳に到達すると、ノイズキャンセル信号は、周囲騒音との、弱め合う干渉を生み出す。このように、ノイズキャンセルアセンブリは、ユーザによって知覚される周囲騒音を最小限に抑え、音源からのほぼクリアなオーディオ入力をユーザが体験できるようにする。
【０００３】
使用時、ヘッドセットに関連するイヤーカップは、ユーザの耳を覆うように配置されたとき、ユーザの頭と、各電気音響変換器を含む体積との間で封着を形成する。ユーザの耳と各電気音響変換器との間で捕獲された空気が、比較的高いばね定数を有するばねとしての働きをし、それにより、この空気は、動作中の各電気音響変換器の変位または偏位を低減する(すなわち、イヤーカップが頭に封着されていない場合にユーザの耳と電気音響変換器との間で捕獲された空気の効果と比較して)。しかし、場合によっては、イヤーカップの片方または両方がユーザの頭に対して完全に封着されないことがある。そのような場合、イヤーカップ内の体積が外部の大気圧に晒されるので、ユーザの耳と電気音響変換器との間で捕獲された空気は、比較的低いばね定数を有するばねとしての働きをする。場合によっては、イヤーカップがユーザの頭に対して比較的ぴったりした封着を形成するときなどの正常な装着状況で、高レベルのノイズをキャンセルするために、関連するANRヘッドセット増幅器は、高振幅信号を電気音響変換器に提供するように設計される。封着がそれほどぴったりしていない(例えば漏れやすい)状況の間は、ユーザの耳と電気音響変換器との間で捕獲された空気のばね定数が結果的に低減されることにより、通常電圧の駆動信号レベルであっても、変換器に過剰な負担が課される可能性がある。
【０００４】
比較的高い電圧の駆動信号を使用したときのクリッピングまたは歪みを最小限に抑えるために、従来のANRヘッドセットは、増幅器クリッピング限度に近づくしきい値を駆動信号電圧が越えるとき、圧縮器を利用してANRループ利得を低減する。通常、比較的高ノイズ環境で利用される従来のANRヘッドセットの場合、電圧しきい値は、電気音響変換器またはドライバが自由空気または無負荷状況において低周波数で安全に耐えられる最大駆動信号電圧に基づく。これは、電気音響変換器またはドライバを、損傷を与える可能性のあるレベルの変位から保護するために行われる。クリッピングに近づくときにANRループ利得を低減することによって、ドライバは保護され、また、クリッピング、したがって不快なオーディオアーチファクトを防止することもできる。よって、駆動信号電圧に基づいて電気音響変換器の増幅器に対するループ利得を低減することによって、ヘッドセットは、オーディオ信号出力のクリッピングと、作動過剰によって引き起こされる電気音響変換器のコンポーネントに対する損傷の可能性との両方を、最小限に抑える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
駆動信号電圧に基づく、従来のANRループ利得低減の圧縮は、通常の使用ケースでは、電気音響変換器への駆動信号を制約しすぎる可能性がある。例えば、ループ利得の低減は、周波数から独立した、電気音響変換器の最大安全自由空気変位に対応する駆動信号電圧に基づく。しかし、イヤーカップがユーザの頭に対して完全に封着されていない場合、電気音響変換器とユーザの頭との間で捕獲された空気が比較的低いばね定数を有するにもかかわらず、空気は、電気音響変換器に対する負荷を生成して、電気音響変換器のコンポーネントの相対変位を低減する。したがって、従来のANRヘッドセット中の圧縮器は、ANRヘッドセット増幅器から電気音響変換器に提供される利得を低減するが、そのような低減は、頭に対するイヤーカップの部分的封着のどんな所与の程度においても、変換器のコンポーネントの相対変位限度よりもかなり低く、これにより、生成できる音圧の量が低減される。
【０００６】
従来の手法とは対照的に、本発明の実施形態は、電気音響変換器の変位に基づく信号圧縮に関する。高ノイズヘッドセットなどのANRヘッドセット中で、電気音響変換器のコンポーネントがそれらの基本的な変位限度に近づくことに基づいて、圧縮器または利得調整コンポーネントが、フィードバック圧縮などを介してANRループ利得を調整するように構成される。このような構成により、ヘッドセットがユーザによって正常に装着されている(すなわちユーザの頭によく封着されている)ときは、電気音響変換器の増幅器は、動作中、増加した量の電力を電気音響変換器に提供することができ、それにより、電気音響変換器は、最大変位限度に達する前、従来のヘッドセットによって提供されるレベルよりも約20dB高い音圧レベルなど、比較的より高い音圧レベルをANRヘッドセット中で生成することができる。加えて、信号圧縮回路の動作は電気音響変換器の変位に依存するので、回路は、ユーザの頭とヘッドセットとの間にある任意の封着状況に基づいて、その動作を適応させることができる。例えば、ヘッドセットが漏れやすいかまたはユーザの頭から外され、それにより電気音響変換器が、そのような状況の結果として生じる比較的低いばね定数によって実質的に負荷軽減された場合、変換器の変位は、所与の電圧で、正常に負荷をかけられた変換器に対して相対的に増大することになる。したがって、変位感知圧縮器は、従来の電圧制限圧縮器における制限に類似するドライバ電圧でトリガすることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一般に、本開示の一態様は、音響アセンブリを特色とする。この音響アセンブリは、電気音響変換器と、電気音響変換器の付近に配置されたマイクロホン変換器と、磁気構造とボイスコイルとのうちの少なくとも一方と電気的に通信するように配置された利得調整回路と、を備える。利得調整回路は、電気音響変換器の磁気構造と電気音響変換器のボイスコイルとの間の相対運動に対応する変位信号を受け取り、変位信号しきい値に合致する値と変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方として変位信号の変位信号値を検出し、変位信号の変位信号値が変位信号しきい値に合致する値と変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方であるときに、電気音響変換器に関連するアクティブノイズリダクションループのループ利得を修正するように、構成される。
【０００８】
様々な追加の実装形態が、次の特徴の1つまたは複数を含みうる。音響アセンブリは、変位信号値として変位信号の絶対値を検出するように構成されたしきい値検出器を備えてよい。利得調整回路はまた、電流制限電源および積分器コンポーネントを備えてよい。変位信号しきい値に合致する値と変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方として変位信号の変位信号値の絶対値を検出するのに応答して、しきい値検出器は、電流制限電源を作動させて電流を生成するように構成される。加えて、電流制限電源は、利得調整回路の積分器コンポーネントに電流を提供するように構成され、積分器コンポーネントは、積分器コンポーネントの出力に基づいて、利得調整回路の圧縮器コンポーネントに圧縮器制御信号を提供するように構成される。
【０００９】
一実装形態では、電気音響変換器に関連するアクティブノイズリダクションループのループ利得を修正するとき、利得調整回路の圧縮器コンポーネントは、受け取った圧縮器制御信号に基づいて、電気音響変換器に関連するアクティブノイズリダクションループのループ利得を修正するように構成されてよい。また、変位信号を受け取るとき、利得調整回路は、電気音響変換器の磁気構造と電気音響変換器のボイスコイルとの間の相対運動によって生み出された電気音響変換器内のキャパシタンスの変化に関連する変位信号を受け取るように構成されてよい。
【００１０】
一実装形態では、利得調整回路はさらに、電気音響変換器に関連する駆動信号を受け取るように構成されてよく、駆動信号は、電気音響変換器の磁気構造と電気音響変換器のボイスコイルとの間の相対運動を生成するように構成され、利得調整回路はさらに、駆動信号しきい値に合致する値と駆動信号しきい値を超過する値とのうちの一方として、駆動信号の駆動信号値の絶対値を検出するように構成されてよい。電気音響変換器に関連するアクティブノイズリダクションループのループ利得を修正するとき、利得調整回路は、変位信号が変位信号しきい値に合致する値と変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方であるときと、駆動信号値の絶対値が駆動信号しきい値に合致する値と駆動信号しきい値を超過する値とのうちの一方であるときと、のうちの少なくとも一方で、電気音響変換器に関連するアクティブノイズリダクションループのループ利得を修正するように動作可能である。変位信号しきい値に合致する値と変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方として変位信号の変位信号値を検出するとき、しきい値検出器は、変位信号値として変位信号の絶対値を検出するように構成されてよい。駆動信号しきい値に合致する値と駆動信号しきい値を超過する値とのうちの一方として駆動信号の駆動信号値の絶対値を検出するとき、しきい値検出器は、駆動信号しきい値に合致する値と駆動信号しきい値を超過する値とのうちの一方として、駆動信号値の絶対値を検出するように構成されてよい。
【００１１】
一実装形態では、電気音響変換器に関連するアクティブノイズリダクションループのループ利得を修正するとき、利得調整回路は、変位信号の変位信号値が変位信号しきい値に合致する値と変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方であるときに、電気音響変換器に関連するアクティブノイズリダクションループのループ利得を低減するように構成される。
【００１２】
一般に、本開示の別の態様は、電気音響変換器の性能を調整する方法を特色とする。この方法は、利得調整回路によって、電気音響変換器の磁気構造と電気音響変換器のボイスコイルとの間の相対運動に対応する変位信号を受け取ることを含む。方法は、利得調整回路によって、変位信号しきい値に合致する値と変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方として、変位信号の変位信号値を検出することを含む。方法は、利得調整回路によって、変位信号の変位信号値が変位信号しきい値に合致する値と変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方であるときに、電気音響変換器に関連するアクティブノイズリダクションループのループ利得を修正することを含む。
【００１３】
一般に、本開示の別の態様は、電気音響変換器と、電気音響変換器の付近に配置されたマイクロホン変換器と、マイクロホンおよび電気音響変換器と電気的に通信するように配置された増幅器段と、を有するアクティブノイズリダクションアセンブリを備える音響アセンブリを特色とし、アクティブノイズリダクションアセンブリは、ループ利得を有するアクティブノイズリダクションループを定義する。音響アセンブリは、電気音響変換器の磁気構造と電気音響変換器のボイスコイルとのうちの少なくとも一方と電気的に通信するように配置された変位感知回路を備える。音響アセンブリはまた、アクティブノイズリダクションアセンブリのアクティブノイズリダクションループと電気的に通信するように、かつ変位感知回路と電気的に通信するように配置された利得調整回路であって、変位感知回路によって生成された変位信号の変位信号値が変位信号しきい値に合致する値と変位信号しきい値を超過する値とのうちの一方であるときに、アクティブノイズリダクションループのループ利得を修正するように動作可能な利得調整回路を備える。
【００１４】
前述の、および他の目的、特徴、および利点は、添付の図面に示す本発明の特定の実施形態に関する後続の記述から明らかであろう。図面では、異なる図を通して、同じ参照符号は同じ部分を指す。図面は必ずしも正確な縮尺とは限らない。そうではなく、本発明の様々な実施形態の原理を説明することに重点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一構成による、ヘッドセットの部分断面図の概略表現である。
【図２】一構成による、図1のヘッドセットの利得調整回路の概略表現である。
【図３】電気音響変換器の性能を調整する方法を示すフローチャートである。
【図４】代替構成による、図1の電気音響変換器アセンブリの調整回路の概略表現である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態は、電気音響変換器の変位に基づく信号圧縮に関する。高ノイズヘッドセットなどのANRヘッドセット中で、電気音響変換器のコンポーネントがそれらの基本的な変位限度に近づくことに基づいて、圧縮器または利得調整コンポーネントが、フィードバック圧縮などを介して電気音響変換器とのANRループ利得を調整するように構成される。このような構成により、ヘッドセットがユーザによって正常に装着されている(すなわちユーザの頭によく封着されている)ときは、電気音響変換器の増幅器は、動作中、増加した量の電力を電気音響変換器に提供することができ、それにより、電気音響変換器は、最大変位限度に達する前、従来のヘッドセットによって提供されるレベルよりも約20dB高い音圧レベルなど、比較的より高い音圧レベルをANRヘッドセット中で生成することができる。加えて、信号圧縮回路の動作は電気音響変換器の変位に依存するので、回路は、ユーザの頭とヘッドセットとの間にある任意の封着状況に基づいて、その動作を適応させることができる。例えば、ヘッドセットが漏れやすいかまたはユーザの頭から外され、それにより電気音響変換器が、そのような状況の結果として生じる比較的低いばね定数によって実質的に負荷軽減された場合、変換器の変位は、所与の電圧で、正常に負荷をかけられた変換器に対して相対的に増大することになる。したがって、変位感知圧縮器は、従来の電圧制限圧縮器における制限に類似するドライバ電圧でトリガすることになる。
【００１７】
図1は、オンイヤー型(on-ear)アクティブノイズリダクション(ANR)ヘッドセットなどのヘッドセット20の例示的な概略表現である。図示のように、ヘッドセット20は、第1の筺体アセンブリ24と第2の筺体アセンブリ26とをその両端に担持する支持装置22を備える。図示の例示的なヘッドセット20では、支持装置22はヘッドストラップとして示されているが、支持装置22は様々な方式で構成されてよい。例えば、支持装置22は、首バンドまたはアンダーヘルメット支持として構成されてよい。一構成では、第1および第2の筺体アセンブリ24、26の各々は、頭部支持装置22を介してユーザの頭に対して保持されて、ユーザの耳の各々の周りでユーザの頭とのそれぞれの封着を形成するように構成される。動作中、第1および第2の筺体アセンブリ24、26の各々は、既知のノイズキャンセル技法に基づいて、ノイズ低減されたオーディオをユーザに送達するように構成される。
【００１８】
図示のように、第1および第2の筺体アセンブリ24、26の各々は、対応する筺体28-1、28-2を備え、筺体28-1、28-2は音響アセンブリ30-1、30-2を担持し、音響アセンブリ30-1、30-2は、アクティブノイズリダクションアセンブリ35、変位感知回路34、および利得調整回路36を備える。一構成では、音響アセンブリ30-1のコンポーネントの構成は、第2の筺体アセンブリ26の音響アセンブリ30-2とほぼ同様である。便宜上、以下では、第1の筺体アセンブリ24のコンポーネントに関する記述を提供する。
【００１９】
図示のように、変位感知回路34は、アクティブノイズリダクションアセンブリ35と利得調整回路36の両方と電気的に通信するように配置され、利得調整回路36は、変位感知回路34およびアクティブノイズリダクションアセンブリ35と電気的に通信するように配置される。使用時には、また後で詳細に述べるように、利得調整回路36は、変位感知回路34によって検出された、アクティブノイズリダクションアセンブリ35の電気音響変換器のコンポーネントの相対変位に基づいて、アクティブノイズリダクションアセンブリ35に関連するループ利得を調整するように構成される。
【００２０】
図2を参照すると、アクティブノイズリダクション(ANR)アセンブリ35は、ANRループを形成するように構成された、電気音響変換器32と、マイクロホン変換器50および回路(図示せず)と、補償器33と、増幅器段38とを備える。例えば、マイクロホン変換器50は、電気音響変換器32の付近(すなわちその正面)に配置され、かつ、DCブロッキングコンデンサ51ならびに抵抗器37および65を介して補償器33と電気的に通信するように配置される。補償器33は、増幅器段38と電気的に通信するように配置され、増幅器段38は、電気音響変換器32と電気的に通信するように配置される。
【００２１】
図示のように、電気音響変換器32は、バスケット44によって筺体28-1に固定されボイスコイル40に接続された、振動板39を備える。ボイスコイル40は、自己支持形であってもよく、または、巻型もしくはボビン(図示せず)に巻かれていてもよい。電気音響変換器32はまた、ボイスコイル40と電磁的に通信するように配置された磁気アセンブリ42を備える。いくつかの例では、ボイスコイル40と磁気アセンブリ42の少なくとも一部とは逆であり、したがって、磁気アセンブリ42が振動板39を動かし、ボイスコイル40はバスケット44に対して静止したままである。
【００２２】
動作中、マイクロホン変換器50は、ユーザに聞こえるオーディオ入力を受け取る。マイクロホン変換器回路は、マイクロホン変換器50によって生成された対応するオーディオ信号を、フィードバック制御の原理に基づいてフィルタにかけて、ノイズキャンセル信号を生成し、このノイズキャンセル信号を、抵抗器37および65を介して、次いで補償器33を通して増幅器段38に供給する。増幅器段38は、ノイズキャンセル信号を、音源46からの所望のオーディオ信号と合成することができ、合成オーディオ信号を電気音響変換器32に供給する。
【００２３】
増幅器段38が合成オーディオ信号を電気音響変換器32に提供する結果、ボイスコイル40は、磁気アセンブリ42の磁界と相互に作用して力を生み出し、この力は、磁気アセンブリ42およびバスケット44に対して相対的にボイスコイル40および振動板39を動かして、合成オーディオ信号をオーディオ入力としてユーザの耳に音響的に放射する。したがって、周囲騒音と合成オーディオ信号とがユーザの耳に到達すると、合成オーディオ信号のノイズキャンセル部分が、周囲騒音との弱め合う干渉を生み出して、ユーザによって知覚される周囲騒音の存在を最小限に抑え、音源46からのほぼクリアなオーディオをユーザが体験できるようにする。
【００２４】
変位感知回路34は、電気音響変換器32のコンポーネントの相対変位を検出するように構成される。変位感知回路34は様々な方式で構成されてよいが、一構成では、変位感知回路34は、電気音響変換器32のいくつかのコンポーネント間のキャパシタンスの変化に基づいて変位を測定し、キャパシタンスを、変位を表す信号に変換する。
【００２５】
電気音響変換器32に関連するキャパシタンスに関して、一構成では、ボイスコイル40と磁気アセンブリ42の側壁との間に、キャパシタンスが存在する。ボイスコイル40が方向52に沿って磁気アセンブリ42から出たり入ったりするのに伴って、ボイスコイル40と磁気アセンブリ42の側壁との間の表面積の重なり、およびそれらの間の結果的なキャパシタンスが変動する。したがって、ボイスコイル40と磁気アセンブリ42との間のキャパシタンスは、ボイスコイル40と磁気アセンブリ42との間の相対的な位置決めに比例する。変位感知回路34は、ボイスコイル40と磁気アセンブリ42との間のキャパシタンスの変化に影響された変動する信号を受け取るのに応答して、対応する変位信号54を生成する。ボイスコイル40と磁気アセンブリ42との容量結合に関する追加の記述は、2011年3月30日に出願された「Measuring Transducer Displacement」という名称の米国特許出願第13/075,899号に提供されており、この特許出願の内容および教示の全体は参照により本明細書に組み込まれる。
【００２６】
別の構成では、電気音響変換器32の振動板39は、金属の層で被覆される。加えて、対応する金属化されたリミタ(図示せず)が、振動板39の付近に配置される。2板式コンデンサの後部プレートを、リミタ上の金属の層が形成し、前部プレートを、振動板39上の金属の層が形成する。前部プレートと後部プレートとの間のキャパシタンスは、ボイスコイル40と磁気アセンブリ42との間の相対的な位置決めに比例する。例えば、動作時、直列抵抗器を伴う電圧源(その値は、プレートにまたがってほぼ一定の電荷を維持するように選択される)が、一定電荷条件を課す。金属化されたリミタに対して振動板39が動くのに伴って、プレート間のキャパシタンスが、振動板39とリミタとの間の距離の相対的な変化に比例して変化する。キャパシタンスの変化は、プレートにわたる対応する電圧を変化させる。変位感知回路34は、変化した電圧信号を受け取るのに応答して、対応する変位信号54を生成する。振動板39とリミタとの容量結合に関する追加の記述は、2011年1月9日に出願された「Transducer with Integrated Sensor」という名称の米国特許出願第12/969,685号に提供されており、この特許出願の内容および教示の全体は参照により本明細書に組み込まれる。
【００２７】
変位感知回路34は、電気音響変換器32のコンポーネント間のキャパシタンスの変化を利用して、電気音響変換器32のコンポーネントの相対変位を検出する。このような構成では、ヘッドセット20は、光学エンコーダやレーザ干渉計など、別個の変位感知要素を組み込む必要はない。
【００２８】
利得調整回路36は、変位感知回路34から変位信号54を受け取り、変位信号54に基づいて、ANRアセンブリ35に関連するループ利得を調整するように構成される。利得調整回路36は様々な方式で構成されてよいが、図2に示す例示的な構成では、利得調整回路36は、しきい値検出器58、電流制限電源59、積分器コンポーネント62、および圧縮器コンポーネント64を備える。
【００２９】
しきい値検出器58は、比較器と組み合わされた、ダイオード、トランジスタ、または全波精密整流器回路などであり、変位信号54の正部分と負部分の両方を検出し、正部分および負部分を変位信号しきい値60と比較するように構成される。例えば、動作中、しきい値検出器58は、変位信号54を受け取ると、変位信号54を構成する変位信号電圧または値の絶対値をとり、得られた変位信号値を変位信号しきい値60と比較する。このしきい値60は、一構成では、結果的なオーディオ信号のクリッピングを引き起こすかまたは電気音響変換器32への損傷を引き起こす可能性のある相対変位をボイスコイル40および磁気構造42が被るときの変位信号54に関連する電圧に対応する電圧レベルである。例えば、ボイスコイル40と磁気構造42との相対的な偏位の距離が1.0mmであると、結果的なオーディオ信号のクリッピングが引き起こされ始めることになり、対応する4Vの変位信号値を変位感知回路34が変位信号54の一部として含めることになる場合を仮定する。このような場合、製造業者は、4Vよりもわずかに低い変位信号しきい値60でしきい値検出器58を構成して、クリッピングの発生を最小限に抑えることができる。
【００３０】
変位信号値がしきい値60に合致するかまたはしきい値60を超過する場合、しきい値検出器58は、動作状態に入り、電流制限電源を作動させて、電流66を積分器コンポーネント62に提供する。
【００３１】
積分器コンポーネント62は、電流制限電源59から電流66を受け取って、電流66を、電流66の蓄積に比例する電圧または圧縮器制御信号70、すなわちViに変換するように構成される。例えば、図示のように、積分器コンポーネント62は、コンデンサとして構成される。このような構成では、積分器コンポーネント62は、電流制限電源59から電流66を受け取るとすぐに、圧縮器制御信号70(Vi)を比較的速いアタックレートで増加させる。時間の経過に伴い、変位信号54の変位信号値がしきい値60よりも小さくなると、積分器コンポーネント62上の電圧は、比較的遅いリリースレートで抵抗器76を介して減衰して、低レベルまたは静かな条件で生じるような定常状態の方へと戻り、したがって圧縮器制御信号70をその定常状態値に戻す。一構成では、積分コンデンサ62の値と組み合わされた放電抵抗器76が、放電レートの時定数を設定する。したがって、製造業者または設計者によって選択された放電抵抗器76が積分器コンポーネント62と共に利用されて、電荷が積分器コンポーネント62から比較的遅いレートで排出される。
【００３２】
積分器コンポーネント62は、電流66の変化に応答して、バッファ77を介して比例出力(Vi)を圧縮器コンポーネント64に提供する。圧縮器コンポーネント64は、積分器コンポーネント出力(Vi)を受け取るのに応答して、ANRアセンブリ35に関連するループ利得を調整するように構成される。圧縮器コンポーネント64およびバッファ77は様々な方式で構成されてよいが、一構成では、圧縮器コンポーネント64およびバッファ77は、バッファおよび可変抵抗器として動作する電界効果トランジスタ(FET)として構成される。使用時には、後で詳細に述べるように、圧縮器コンポーネント64は、積分器コンポーネント出力70(Vi)に基づいて、ループ利得フィードバック信号を減衰させて、電気音響変換器32によって生み出されるオーディオ信号のクリッピングを最小限に抑え、かつ、電気音響変換器32のコンポーネントの相対的な偏位過剰によって引き起こされるこれらのコンポーネントへの損傷の可能性を最小限に抑える。
【００３３】
図3は、電気音響変換器32の性能を調整するために利得調整回路36によって実施される方法を示すフローチャート100である。
【００３４】
ステップ102で、利得調整回路36は、電気音響変換器32の磁気構造42と電気音響変換器32のボイスコイル40との間の相対運動に対応する変位信号54を受け取る。上に示したように、かつ図2を参照すると、動作中、変位感知回路34は、ボイスコイル40と磁気構造42との相対変位に比例する、電気音響変換器32のコンポーネント間のキャパシタンスの変化を検出する。これに応答して、変位感知回路34は、キャパシタンスに比例する電圧を有する、したがってボイスコイル40と磁気構造42との間の相対的な位置決めに比例する電圧を有する、対応する変位信号54を生成する。変位感知回路34は、ほぼ連続するようにして、変位信号54をしきい値検出器58に提供する。
【００３５】
図3に戻り、ステップ104で、利得調整回路36は、変位信号しきい値60に合致する値と変位信号しきい値60を超過する値とのうちの一方として、変位信号54の変位信号値を検出する。例えば、図2に関して、変位信号しきい値60が4Vの値に設定されている場合を仮定する。しきい値検出器58は、動作中に変位信号54を受け取ると、変位信号54の絶対値をとり、変位信号54の絶対値を変位信号しきい値60と比較する。変位信号54が+/-4Vの変位信号電圧値を含む場合、しきい値検出器58は、しきい値60に合致する値として変位信号値を検出し、電流制限電源59を作動させて電流66を生成する。電流制限電源59は、電流66を積分器62に提供し、積分器62は、電流66の蓄積に比例する電圧を有する対応する圧縮器制御信号(Vi)70を、圧縮器コンポーネント64に提供する。
【００３６】
図3に戻り、ステップ106で、変位信号54の変位信号値が、変位信号しきい値60に合致する値と変位信号しきい値60を超過する値とのうちの一方であるとき、利得調整回路36は、電気音響変換器32に関連するアクティブノイズリダクションループ35のループ利得を修正する。例えば、図2に関して、圧縮器コンポーネント64は、積分器62から受け取った圧縮器制御信号70に基づいて、ANRアセンブリ35のループ利得に関してフィードバック圧縮を開始する。一構成では、ANRアセンブリ35の電圧Vinは、Vin=(Rcomp/(Rcomp+Ri))*Vmicの関係に基づき、Rcompは、圧縮器コンポーネント64の抵抗であり、Riは、抵抗器37の抵抗であり、Vmicは、マイクロホン変換器50に関連する電圧である。圧縮器コンポーネント64が圧縮器制御信号Vi70を積分器62から受け取ると、圧縮器コンポーネント64は、その抵抗Rcompを、圧縮器制御信号70に反比例する値に低減する。したがって、上記の関係に基づいて、Rcompが減少するとVinもまた減少し、Vinの低減は、ANRアセンブリ35のループ利得の低減に関係する。積分器62の比較的遅いリリースレートによって引き起こされるように、時間の経過に伴って圧縮器制御信号Vi70の値が減少する場合、圧縮器コンポーネント64は、その抵抗Rcompを増大させて、ANRアセンブリ35のループ利得を相応に遅いレートで増大させることに留意されたい。
【００３７】
高ノイズヘッドセットなどのヘッドセット20の場合に、電気音響変換器32のコンポーネントの相対変位に基づくフィードバック圧縮または利得低減が、電気音響変換器32に提供されるオーディオ信号を制限して、変換器偏位クリッピングを、および電気音響変換器32のコンポーネントへの損傷の可能性を最小限に抑える。したがって、ヘッドセットがユーザによって装着されているとき、利得調整回路36は、従来のヘッドセットと比較して増加した量の電力を電気音響変換器32が受け取れるようにする。このような電力量の増加により、ヘッドセット20は、電気音響変換器がボイスコイル40と磁気アセンブリ42との変位限度に達する前、約20dB増加したキャンセル圧力など、より高いキャンセル圧力を生成することができる。加えて、ヘッドセット20がユーザの頭から外されたとき、電気音響変換器32の前面部は無負荷になり、所与の音源信号電圧に対してボイスコイル40と磁気アセンブリ42との間の相対変位が増大する可能性がある。このような場合は、利得調整回路36を作動させて、電気音響変換器ドライバ電圧を、従来の電圧制限ヘッドセットに見られる電圧レベルなどに低減することができる。
【００３８】
本発明の様々な実施形態について特に図示および記述したが、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の主旨および範囲を逸脱することなく、これらの実施形態に形式および詳細の様々な変更を加えることができることは、当業者には理解されるであろう。
【００３９】
例えば、利得調整回路36は、他のコンポーネントと共に働いて、増幅器段38の利得を調整することができる。図4を参照すると、利得調整回路36は、変位信号54を受け取ることに加えて、駆動信号94を電気音響変換器32から受け取ることにも基づいて動作するように構成されてよい。図示のように、しきい値検出器58は、増幅器段38のクリッピング限度に関連するオーディオ信号または駆動信号の電圧の絶対値に対応する駆動信号しきい値92で構成される。動作中、しきい値検出器58は、駆動信号94を電気音響変換器32から受け取り、変位信号54を変位感知回路34から受け取る。しきい値検出器58が、駆動信号94に関連する駆動信号値の絶対値を、駆動信号しきい値92に合致するかまたは駆動信号しきい値92を超過する値として検出したときと、変位信号値(変位信号54の変位信号値90の絶対値など)を、変位信号しきい値60に合致するかまたは変位信号しきい値60を超過する値として検出したときとのいずれかで、しきい値検出器58は、前述のように圧縮器コンポーネント64にANRアセンブリ35のループ利得を低減させる。
【００４０】
駆動信号94と変位信号54の両方を利用することで、あるレベルの動作フレキシビリティがANRアセンブリ35にもたらされる。例えば、駆動信号94に基づくしきい値検出器58の動作は、熱の点から見て、または増幅器クリッピングが差し迫っている場合に、電気音響変換器32を保護するのに適切である可能性がある。
【００４１】
さらに、上に示したように、利得調整回路36は、しきい値検出器58、積分器コンポーネント62、および圧縮器コンポーネント64を備える。利得調整回路36の各コンポーネント58、62、64は、個別のアナログコンポーネントとして構成されてもよく、または単一のディスクリートアナログコンポーネントとして構成されてもよいことに留意されたい。加えて、利得調整回路36は、本明細書に述べた利得調整回路36の機能を実施するように動作可能な、コントローラを有するコンピュータ化されたデバイス(プロセッサおよびメモリなど)として、またはディジタル信号プロセッサとして構成されてもよい。コンピュータ化されたデバイスまたはディジタル信号プロセッサとして構成されるときは、積分器コンポーネント62および圧縮器コンポーネント64は、ANRループ利得を調整するように動作可能なカウンタとして構成されてよい。使用時、しきい値検出器58が、しきい値60を超過する値として変位信号54の絶対値を検出したときは、カウンタが比較的速いレート(例えば比較的大きい値ステップ)でインクリメントされて、ANRループ利得が急速に低減される。その後、変位信号54の絶対値がしきい値60よりも小さくなったときは、カウンタが比較的遅いレート(例えば比較的小さい値ステップ)でインクリメントされて、ANRループ利得がゆっくり復元される。
【００４２】
別の例では、かつ上に示したように、図1は、オーバーイヤー型(over ear)またはオンイヤー型ヘッドセット20の概略表現である。このような表現は例に過ぎない。一構成では、ヘッドセットはインイヤー型(in-ear)ヘッドセットとして構成され、この場合、ユーザは、筺体24、26の少なくとも一部を耳の中に配置し、筺体24、26とユーザの耳との間の摩擦が、ヘッドセット20をユーザの頭に維持する。別法として、ヘッドセットは、耳覆い型(circum-aural)または耳載せ型(supra-aural)ヘッドセットとして構成されてもよい。
【００４３】
別の例では、利得調整回路36については、マイクロホン変換器50と補償器33との間のANRループのループ利得を修正するものとして述べている。このような記述は例に過ぎない。利得調整回路36は、マイクロホン変換器50から増幅器段38までのANRループ信号経路のどこでもループ利得を修正するように動作可能である。
【００４４】
上に示したように、しきい値検出器58は、変位信号54の正部分と負部分の両方を検出して、正部分および負部分を変位信号しきい値60と比較するように構成される。動作中、しきい値検出器58は、変位信号54を受け取ると、変位信号54を構成する変位信号電圧または値の絶対値をとり、得られた変位信号値を変位信号しきい値60と比較する。述べたように、変位信号値の絶対値がしきい値60に合致するかまたはしきい値60を超過する場合、しきい値検出器58は、動作状態に入り、電流制限電源59を作動させて、電流66を積分器コンポーネント62に提供する。このような記述は例に過ぎない。一構成では、変位信号しきい値60は、正のしきい値に対応する第1の変位信号しきい値60-1と、負のしきい値に対応する第2の変位信号しきい値60-2とを含み、電流制限電源59は、第1の電流制限電源59-1および第2の電流制限電源59-2として構成される。
【００４５】
使用時、しきい値検出器58は、変位信号54を第1の変位信号しきい値60-1よりも大きいものとして検出したとき、第1の電流制限電源59-1を作動させて、正の電流66を積分器コンポーネント62に送達する。加えて、しきい値検出器58は、変位信号54を第2の変位信号しきい値60-2よりも小さいものとして検出したとき、第2の電流制限電源59-2を作動させて、正の電流66を積分器コンポーネント62に送達する。このような構成では、しきい値検出器58は、第1と第2の電流制限電源59-1、59-2のいずれかの電流制限電源を作動させて、変位信号54の正部分と負部分のいずれかがそれぞれのしきい値60-1、60-2に合致するかまたはそれを越えるのに応答して圧縮器コンポーネントにANRループ利得を調整させるように構成される。
【００４６】
前述のように、しきい値検出器58は、変位信号54の正部分と負部分の両方を検出して、正部分および負部分を変位信号しきい値60と比較するように構成される。このような記述は例に過ぎない。一構成では、しきい値検出器58は、変位信号54の正部分と負部分のいずれかを検出して、それぞれの正部分および負部分を変位信号しきい値60と比較するように構成される。
【符号の説明】
【００４７】
20  ヘッドセット
22  支持装置
24  第1の筺体アセンブリ
26  第2の筺体アセンブリ
28-1  筺体
28-2  筺体
30-1  音響アセンブリ
30-2  音響アセンブリ
32  電気音響変換器
33  補償器
34  変位感知回路
35  アクティブノイズリダクション(ANR)アセンブリ
36  利得調整回路
37  抵抗器
38  増幅器段
39  振動板
40  ボイスコイル
42  磁気アセンブリ、磁気構造
44  バスケット
46  音源
50  マイクロホン変換器
51  DCブロッキングコンデンサ
52  方向
54  変位信号
58  しきい値検出器
59  電流制限電源
59-1  第1の電流制限電源
59-2  第2の電流制限電源
【図１】
2015506487.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2015506487.tif 000007
2015506487.tif 000008