(57)【要約】低レイテンシを有するオーディオシステムは、デジタルオーディオプロセッサと、該プロセッサに連結されたセンサ入力部とを含む。センサ入力部は、マイクロホン入力部である。オーディオプロセッサは、センサ入力部と同じ周波数で動作する。それは、オーディオプロセッサに供給されるオーディオ信号よりも一般的にはるかに高い。いくつかの態様では、オーディオプロセッサはノイズキャンセレーション処理装置として動作し、オーディオ入力部を含まない。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
５０ＫＨｚより高い第１のレートでデジタルセンサ信号を生成するセンサと、
前記第１のレートで動作し、前記第１のレートで入力オーディオ信号を受信するための第１の入力と、前記第１のレートで前記デジタルセンサ信号を受信する第２の入力と、出力とを有するデジタルオーディオプロセッサと、を含むことを特徴とするオーディオシステム。
【請求項２】
前記センサは、マイクロホンである請求項１に記載のオーディオシステム。
【請求項３】
前記マイクロホンは、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）へ連結された前記マイクロホンを含むシステムの一部であり、
前記アナログデジタル変換器の出力は、前記デジタルセンサ信号である請求項２に記載のオーディオシステム。
【請求項４】
前記アナログデジタル変換器は、シグマ‐デルタ処理を実行するように構成される請求項３に記載のオーディオシステム。
【請求項５】
前記アナログデジタル変換器は、ＳＡＲ処理を実行するように構成される請求項３に記載のオーディオシステム。
【請求項６】
前記出力は、トランスデューサに連結される請求項１に記載のオーディオシステム。
【請求項７】
前記トランスデューサは、スピーカである請求項６に記載のオーディオシステム。
【請求項８】
前記第１のレートは、５０ＫＨｚまたはそれより速いレートである請求項１に記載のオーディオシステム。
【請求項９】
前記第１のレートは、９６ＫＨｚまたはそれより速いレートである請求項１に記載のオーディオシステム。
【請求項１０】
前記第１のレートは、２００ＫＨｚまたはそれより速いレートである請求項１に記載のオーディオシステム。
【請求項１１】
前記第１のレートは、３５０ＫＨｚまたはそれより速いレートである請求項１に記載のオーディオシステム。
【請求項１２】
前記第１のレートは、７５０ＫＨｚまたはそれより速いレートである請求項１に記載のオーディオシステム。
【請求項１３】
前記第１のレートは、１ＭＨｚまたはそれより速いレートである請求項１に記載のオーディオシステム。
【請求項１４】
前記第１のレートは、３ＭＨｚまたはそれより速いレートである請求項１に記載のオーディオシステム。
【請求項１５】
前記第１のレートは、６ＭＨｚまたはそれより速いレートである請求項１に記載のオーディオシステム。
【請求項１６】
第２のレートでデジタルオーディオ信号を受信するための入力を有し、前記第２のレートを有する前記デジタルオーディオ信号を、前記第１のレートを有する前記デジタルオーディオ信号に変換するインターポレータをさらに含む請求項１に記載のオーディオシステム。
【請求項１７】
前記第２のレートは、前記第１のレートより低い請求項１６に記載のオーディオシステム。
【請求項１８】
前記第２のレートは、１００ＫＨｚまたはそれより遅い請求項１６に記載のオーディオシステム。
【請求項１９】
前記デジタルオーディオプロセッサは、複数のプログラム可能なフィルタと、複数の制御可能なゲインステージと、を含み、
前記複数の制御可能なゲインステージの少なくとも一部は、それぞれ、前記複数のプログラム可能なフィルタの少なくとも一部に連結される請求項１に記載のオーディオシステム。
【請求項２０】
第１のレートでデジタルオーディオ信号を受信するための入力部と、
前記デジタルオーディオ信号のサンプルレートを、前記第１のレートから前記第１のレートより高い第２のレートへ変更するインターポレータと、
前記第２のレートでセンサ信号を生成する少なくとも１つのセンサと、
前記インターポレータおよび前記センサに連結されるデジタルオーディオプロセッサと、を含み、
前記デジタルオーディオプロセッサは、再構成可能であり、前記第２のレートで動作し、
複数のプログラム可能なフィルタと、
複数の制御可能なゲインステージと、
前記１または複数のゲインステージの出力を組み合わせるように構成された加算器と、
少なくとも１つの加算器に連結され、前記入力されたオーディオ信号から修正された出力オーディオ信号を伝達するためのオーディオ出力部と、を備え、
前記複数の制御可能なゲインステージの少なくとも一部は、それぞれ、前記複数のプログラム可能なフィルタの少なくとも一部に連結されていることを特徴とする再構成可能なノイズキャンセレーションシステム。
【請求項２１】
前記少なくとも１つのセンサは、前記第２のレートで動作するデジタルサンプリングマイクロホンである請求項２０に記載の再構成可能なノイズキャンセレーションシステム。
【請求項２２】
前記少なくとも１つのセンサは、前記第２の処理レートで動作するアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）へ連結されたアナログマイクロホンである請求項２０に記載の再構成可能なノイズキャンセレーションシステム。
【請求項２３】
前記アナログデジタル変換器は、シグマ‐デルタ処理を実行するように構成される請求項２２に記載の再構成可能なノイズキャンセレーションシステム。
【請求項２４】
前記アナログデジタル変換器は、ＳＡＲ処理を実行するように構成される請求項２２に記載の再構成可能なノイズキャンセレーションシステム。
【請求項２５】
前記プログラム可能なフィルタは、前記ノイズキャンセレーションシステムの動作中に、プログラムされるように構成される請求項２０に記載の再構成可能なノイズキャンセレーションシステム。
【請求項２６】
前記複数の制御可能なゲインステージの少なくとも一部は、前記ノイズキャンセレーションシステムの動作中に、アップデートされるように構成される請求項２０に記載の再構成可能なノイズキャンセレーションシステム。
【請求項２７】
５０ＫＨｚ以上の第１のレートで、デジタルオーディオプロセッサを動作させる工程と、
前記デジタルオーディオプロセッサで、前記第１のレートを有するデジタル入力オーディオ信号を受信する工程と、
前記デジタルオーディオプロセッサで、前記第１のレートを有するデジタルセンサ信号を受信する工程と、
前記第１のレートで動作する前記デジタルオーディオプロセッサにおいて、前記デジタル入力オーディオ信号と、前記デジタルセンサ信号から得られた信号とを組み合わせることにより、前記デジタル入力オーディオ信号を処理する工程と、
前記処理されたデジタル入力オーディオ信号を出力部で出力する工程とを含むことを特徴とするオーディオシステムを動作させる方法。
【請求項２８】
前記第１のレートを有するデジタルセンサ信号を受信する工程は、前記第１のレートでマイクロホン信号を受信する工程を含む請求項２７に記載のオーディオシステムを動作させる方法。
【請求項２９】
前記処理されたデジタル入力オーディオ信号を出力部で出力する工程は、前記デジタル入力オーディオ信号をトランスデューサへ出力する工程を含む請求項２７に記載のオーディオシステムを動作させる方法。
【請求項３０】
前記第１のレートは、９６ＫＨｚまたはそれより速いレートである請求項２７に記載のオーディオシステムを動作させる方法。
【請求項３１】
前記第１のレートは、１ＭＨｚまたはそれより速いレートである請求項２７に記載のオーディオシステムを動作させる方法。
【請求項３２】
前記第１のレートは、３ＭＨｚまたはそれより速いレートである請求項２７に記載のオーディオシステムを動作させる方法。
【請求項３３】
前記第１のレートは、６ＭＨｚまたはそれより速いレートである請求項２７に記載のオーディオシステムを動作させる方法。
【請求項３４】
第２のレートでデジタルオーディオ信号を受信する工程と、
前記デジタルオーディオ信号を、前記第２のレートから前記第１のレートに変換する工程と、
前記第１のレートで、前記デジタルオーディオ信号を前記デジタルオーディオプロセッサに送信する工程とを含む請求項２７に記載のオーディオシステムを動作させる方法。
【請求項３５】
前記第２のレートは、前記第１のレートより低い請求項３４に記載のオーディオシステムを動作させる方法。
【請求項３６】
前記第２のレートは、１００ＫＨｚまたはそれより遅い請求項３４に記載のオーディオシステムを動作させる方法。
【請求項３７】
再構成可能なノイズキャンセレーション処理装置を動作させる方法であって、
第１の周波数で、オーディオ入力部を介してオーディオ信号を受信する工程と、
１つ以上のセンサ入力部を介して、前記第１の周波数で、モニターされた環境の１つ以上のセンサ信号を受信する工程と、
前記再構成可能なノイズキャンセレーション処理装置において、複数のプログラム可能なフィルタのフィルタパラメータ部を構成する工程と、
前記再構成可能なノイズキャンセレーション処理装置において、複数の制御可能なゲインステージを構成する工程と、
修正されたオーディオ信号出力を生成するように、前記第１の周波数で、前記複数の制御可能なゲインステージの出力のうちの選択されたものを前記オーディオ信号と混合する工程とを含み、
前記複数の制御可能なゲインステージの少なくとも一部は、それぞれ、前記複数のプログラム可能なフィルタの少なくとも一部に連結されていることを特徴とする再構成可能なノイズキャンセレーション処理装置を動作させる方法。
【請求項３８】
前記再構成可能なノイズキャンセレーション処理装置の動作中に、前記複数のプログラム可能なフィルタの前記フィルタパラメータ部を修正する工程をさらに含む請求項３７に記載の再構成可能なノイズキャンセレーション処理装置を動作させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、音響処理装置に関する。より具体的には、リアルタイムまたはほぼリアルタイムで動作することができる再構成可能な音響処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、リスニング環境に存在するノイズは、ヘッドホンを介して音声を聞く経験にほとんど常に悪影響を与える。例えば、飛行機のキャビンでは、飛行機からのノイズは、望ましくない音波、すなわち、オーディオプログラムに加えて、リスナーの耳に伝わるノイズを生成する。他の例として、オフィスまたは家のコンピュータおよび空調のノイズ、公的または私的輸送における車両および乗客のノイズ、または他の騒々しい環境が挙げられる。
【０００３】
リスナーが受けるノイズの量を低減する努力において、ノイズ低減の２つの主要なスタイルが開発されており、それは、パッシブノイズリダクションとアクティブノイズキャンセレーションである。パッシブノイズリダクションとは、一般的にヘッドホンやイヤープラグなどの物理的な障壁を耳腔とノイズの多い外部環境との間に置くことによってもたらされるノイズの低減である。低減されるノイズの量は、障壁の品質に依存する。一般に、より多くの質量を有するノイズリダクションヘッドホンは、より高いパッシブノイズリダクションを提供する。しかし、大型で重いヘッドホンを長時間着用するのは不快である。所定のヘッドホンでは、パッシブノイズリダクションは、より高周波数のノイズを低減するためにはより効果的に作用するが、低周波数はパッシブノイズリダクションシステムを通過する可能性がある。
【０００４】
アクティブノイズキャンセレーション（ＡＮＣ）とも呼ばれるアクティブノイズリダクションシステムとは、ヘッドホンスピーカを介してアンチノイズ信号を再生することによって達成されるノイズの低減である。アンチノイズ信号は、ＡＮＣがない場合に耳腔内に存在するノイズ信号の負の近似値として生成される。ノイズ信号は、アンチノイズ信号と組み合わせたときに相殺される。
【０００５】
一般的なノイズキャンセレーションプロセスでは、１つまたは複数のセンサ（例えば、マイクロホン）が、周囲ノイズまたはヘッドホンのイヤーカップ内のノイズをリアルタイムでモニターし、その後、そのシステムは、周囲ノイズまたは残留ノイズからアンチノイズ信号を生成する。アンチノイズ信号は、例えば、ＡＮＣシステム（例えば、ヘッドホンなど）の物理的形状およびサイズ、センサおよびトランスデューサ（例えばスピーカなど）の周波数応答、様々な周波数でのトランスデューサのレイテンシ、センサの感度、トランスデューサおよびセンサの配置などの要因に応じて異なるように生成される。異なるセンサおよびトランスデューサ（例えば、ヘッドホン）間、さらには、同じヘッドホンシステムの２つのイヤーカップ間の上記要因のバリエーションは、アンチノイズを生成するための最適なフィルタ設計もまた異なることを意味する。
【０００６】
アンチノイズ信号を処理する際のレイテンシは、アクティブノイズキャンセレーションシステムが効率的に動作することを妨げる。例えば、センサ信号をデジタル化し、４４．１ＫＨｚまたは４８ＫＨｚのようなオーディオ処理において共通のレートで、その信号を処理すると、高レイテンシが生じる。ＡＮＣのような音響処理装置の性能は、ノイズを検出し、そのノイズをキャンセルするのに十分早くアンチノイズ信号を生成する能力に依存するので、高レイテンシは、音響ノイズキャンセレーション処理に有害である。
【０００７】
本発明の実施形態は、従来技術のこのような課題および他の課題に対処するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、フィードフォワードアクティブノイズキャンセレーションの従来の形態を示す回路図である。
【０００９】
【図２】図２は、フィードバックアクティブノイズキャンセレーションの従来の形態を示す回路図である。
【００１０】
【図３】図３は、フィードフォワードおよびフィードバックを組み合わせたアクティブノイズキャンセレーションの従来の形態を示す回路図である。
【００１１】
【図４】図４は、本発明の実施形態にかかる再構成可能な音響処理装置を含むオーディオシステムのブロック図である。
【００１２】
【図５】図５は、図４の再構成可能な音響処理装置の一例の機能ブロック図である。
【００１３】
【図６】図６は、フィードフォワードおよびフィードバックを組み合わせたアクティブノイズキャンセレーション動作を実行するように構成された、図４の再構成可能な音響処理装置を示すブロック図である。
【００１４】
【図７】図７は、本発明の実施形態にかかる図４の再構成可能な音響処理装置の一例のコンポーネントの機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態は、デジタル化されたセンサ入力を使用するオーディオシステムで使用する再構成可能な音響処理装置（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：ＲＡＰ）などのデジタル音響処理装置に関する。
【００１６】
アクティブノイズキャンセレーション（ＡＮＣ）には、センサ、またはシステム内のマイクロホンの配置に基づいて区別される３つの主要なタイプがある。フィードフォワードＡＮＣでは、センサが周囲のノイズを感知するが、スピーカなどのトランスデューサによって生成された信号をほとんど感知しない。このようなシステムが図１に示される。図１を参照すると、フィードフォワードＡＮＣシステム１０は、周囲ノイズを感知するがトランスデューサ１４からの信号を直接的にモニター（ｍｏｎｉｔｏｒ）しないセンサ１２を含む。センサ１２からの出力は、フィードフォワードフィルタ１６でフィルタリングされ、そのフィルタ出力は、フィルタリングされた信号が入力オーディオ信号と混合されるフィードフォワードミキサ１８に連結される。フィルタ１６からフィルタリングされた信号は、センサ１２の出力から生成されたアンチノイズ信号である。ミキサ１８内でアンチノイズ信号が所望の信号と混合されると、フィルタリングされたアンチノイズ信号と混合された入力信号の組合せであるトランスデューサ１４の出力は、アンチノイズ信号が生成されなかった場合よりもノイズが少ない。
【００１７】
フィードバックＡＮＣにおいて、センサは、耳腔内に存在するすべてのオーディオ信号を感知する位置に配置される。換言すれば、センサは、トランスデューサによって再生されるオーディオと周囲ノイズの両方の合計を感知する。このようなシステムが図２に示される。図２を参照すると、フィードバックＡＮＣシステム２０において、センサ３２は、トランスデューサ２４からの出力を直接的にモニターする。センサ３２からの出力は、フィードバックミキサ３０においてオーディオ入力信号と混合され、その後、組み合わせられた信号は、フィードバックフィルタ３４に送信される。フィードバックフィルタ３４では、アンチノイズ信号を生成するために、組み合わせられた信号がフィルタリングされる。フィルタ３４からのこのアンチノイズ信号は、ミキサ２８でオリジナルオーディオ信号と混合され、その組み合わせられた出力がトランスデューサ２４に供給される。フィードバックＡＮＣシステム２０も、スピーカ２４のリスナーによって聞かれるノイズを低減する。
【００１８】
フィードフォワードおよびフィードバックを組み合わせたＡＮＣシステムは、２つ以上のセンサを使用する。センサの第１の位置は、図１に示すようにフィードフォワード経路にあり、センサの第２の位置は、図２に示すようにフィードバック経路にある。フィードフォワードおよびフィードバックを組み合わせたＡＮＣシステム４０は、図３に示され、センサ位置４２、５２、および図示される位置４４で１つまたは複数のトランスデューサを含む。位置５２のフィードバックセンサから感知された信号は、フィードバックミキサ５０で混合され、組み合わせられた信号は、フィードバックフィルタ５４によってフィルタリングされる。同様に、位置４２のフィードフォワードセンサから感知された信号は、フィードフォワードフィルタ４６でフィルタリングされ、フィルタリングされた信号はフィードフォワードミキサ４８で入力オーディオ信号と組み合わせられる。フィルタリングおよびミキシング動作によって、位置４４でのトランスデューサの出力は低減されたノイズを有する。
【００１９】
既存のシステムが、固定された形態およびフィルタを使用するのに対して、本発明の実施形態は、以下で詳細に説明するように、多くの異なるアプリケーションをカバーするように選択可能なシステムを使用する。
【００２０】
典型的なオーディオ処理レートは、４４．１ｋＨｚまたは４８ｋＨｚである。これは、典型的な人間の聴覚の周波数範囲に基づく。これらのサンプルレートでは、サンプリングタイムは約２０μｓである。ＡＮＣシステムにおけるデジタル化とフィルタリングは、常に複数のサンプルを取る。これらのレートでは、生じる遅延は数百マイクロ秒オーダーである。処理の遅延がアンチノイズ信号の生成を低下させるので、これはＡＮＣの性能を著しく低下させる。これは通常、キャンセルされる最大ノイズ周波数を制限するものとして現れる。
【００２１】
図４は、低レイテンシまたは超低レイテンシ音響処理装置を含むオーディオシステム１００のブロック図である。いくつかの実施形態では、音響処理装置は再構成可能であり、再構成可能なオーディオプロセッサ（ＲＡＰ）１５０という。図４のオーディオシステムは、３つの一般的な部分に分割される。それは、アナログ部１０２と、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）のレートで動作するデジタル部１０４と、４４．１または４８ＫＨｚなどの標準オーディオサンプルレートで動作するデジタル部１０６とである。これらの部分は、ドメインということもある。
【００２２】
アナログ部１０２は、クロック（ｃｌｏｃｋ）を必要とせず、典型的には、この部分の信号は、一般的な連続するアナログ信号である。例えば、トランスデューサまたはスピーカ１１０は、ヘッドホンまたは他のスピーカからのようなアナログオーディオ信号を生成する。デジタルマイクロホン１１２などのセンサは、アナログ入力信号からデジタル出力を自動的に生成する。一方、マイクロホン１１４などの標準アナログセンサは、アナログセンサ１１４からデジタル信号を生成するためにＡＤＣ１２４と組み合わせることができる。また、マイクロホンなどのセンサ１１６は、フィードバック位置に配置され、ＡＤＣ１２６に連結される。ＡＤＣ１２４、１２６は、例えば、シグマ‐デルタ処理を使用することができる。他の実施形態では、ＡＤＣ１２４、１２６は、パルス符号変調（ＰＣＭ）または逐次比較レジスタ（ＳＡＲ）タイプであってもよい。単一のセンサ１１２、１１４、１１６は、例えば、電話機の入力マイクロホンとして機能しつつ、周囲雑音をサンプリングするなど、多目的に使用することができる。ＡＤＣ１２４、１２６からの出力をフィルタリングするために、１つまたは複数のフィルタ１２８があるが、すべての実施形態において必要ではない。
【００２３】
デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１３０または他のオーディオソースは、デジタル部１０６において標準オーディオサンプルレートの周波数で動作する。典型的には、オーディオシステム１００のデジタル部１０６の動作周波数は、４４．１または４８ＫＨｚである。
【００２４】
これに対して、デジタル部１０４の動作周波数は、約５０ＫＨｚの低周波数から約１００ＭＨｚのレートで（好ましくは２−１００ＭＨｚのような範囲内で）動作する。いくつかの実施形態では、デジタル部１０４は、５０ＫＨｚ、９６ＫＨｚ、数百ＫＨｚの範囲内、１‐６などの低ＭＨｚ範囲の周波数、１０‐２０ＭＨｚのような十数ＭＨｚの範囲、最大約１００ＭＨｚまでで動作してもよい。本発明の実施形態では、特定のドメインの各コンポーネントは、そのドメインの周波数で動作する。例えば、図４を参照すると、ＡＤＣ１２４、１２６は、オーディオプロセッサまたはＲＡＰ１５０と同じ周波数で動作する。これは、オーディオプロセッサで処理する前にデシメーションフィルタを典型的に使用してセンサ信号をダウンサンプリングする従来のシステムとは全く異なる。
【００２５】
インターポレータ１４０は、例えば、４８ＫＨｚで動作するＤＳＰ１３０からのオーディオ信号を、ＲＡＰ１５０への入力信号として３ＭＨｚまたは６ＭＨｚで動作するオーディオ信号に変換する。これに対して、デシメータ１４４は、全てのオーディオシステム１００に存在する必要はないが、例えば３または６ＭＨｚで動作するＲＡＰ１５０からの信号をデジタル部１０６の動作周波数に変換する。その結果、ＲＡＰ１５０のレイテンシは、例えば２．５μｓ未満、好ましくは０．５μｓ未満と非常に低くなる。なぜなら、ＲＡＰ１５０は、センサがデジタルマイクロホンであろうがなかろうが、またはセンサ信号がＡＤＣ１２４、１２６によってデジタル信号に変換されようが、センサまたはマイクロホン１１２、１１４、１１６によって信号が生成されるのと同じ速度で信号を処理するからである。
【００２６】
以下でより詳細に説明するように、ＲＡＰ１５０は、例えばトランスデューサ１１０から送信される音響信号をリアルタイムで制御する。上述したように、ＲＡＰ１５０は、デシメーションフィルタまたは他のサンプルレート変換器のような中間処理を行うことなく、マイクロホン１１２、１１４、および／または１１６からの生のセンササンプルで動作するように構成される。これは、ＲＡＰ１５０における計算遅延が無いまたはほぼ無い状態でマイクロホン信号に応答することを可能にし、リアルタイム音響処理アルゴリズムの実行を可能にする。リアルタイムセンササンプリングを使用することの効果は、従来システムのデシメーションフィルタからの遅延が除去され、制御ループの応答性が劇的に向上することである。
【００２７】
デジタル部１０４のサンプルレートは、デジタルセンサ１１２またはアナログセンサ１１４に連結されたＡＤＣ１２４のサンプルレートに従って変更されてもよい。サンプルレートとサンプルごとに処理される処理量との間には、直線的なトレードオフがある。
【００２８】
図５は、図４のＲＡＰ１５０の一実施形態である再構成可能な音響処理装置（ＲＡＰ）２５０の一例の機能ブロック図である。図５のＲＡＰ２５０は、６つのバイクワッドチェーン（バイクワッドフィルタ）ＢＱ０‐ＢＱ６を含み、それらの機能は以下で説明される。バイクワッドフィルタは、電気処理、特にオーディオ処理において周知である。バイクワッドフィルタは、通常、２つのゼロと２つの極を含む。バイクワッドチェーンＢＱ０‐ＢＱ６は、それぞれ、バイクワッドフィルタのカスケード（ｃａｓｃａｄｅ）を含む。いくつかの実施形態では、チェーンＢＱ０‐ＢＱ６は、４、６、８、１２、または１６のカスケードされたバイクワッドフィルタを含み、８が好ましい。バイクワッドフィルタチェーンＢＱ０‐ＢＱ６はプログラム可能であり、それらのフィルタリング値は、所望の実行に従って変更される。バイクワッドフィルタチェーンＢＱ０‐ＢＱ６は、パススルーまたは単一に設定することもできる。これは、バイクワッドフィルタチェーンＢＱ０‐ＢＱ６が、それらを通過する信号にほとんど影響を及ぼさないことを意味する。
【００２９】
各バイクワッドフィルタチェーンＢＱ０‐ＢＱ６には、ゲインユニットＭ０‐Ｍ６がそれぞれ接続され、ゲインユニットＭ７が追加されている。その目的は以下に記載される。ゲインユニットＭ０‐Ｍ７は、それらの入力と出力との間で生成されるゲイン量が制御可能であるという点で、プログラム可能である。特定のバイクワッドフィルタチェーンＢＱ０‐ＢＱ６の出力は、それに連結されたゲインユニットＭ０‐Ｍ６によって制御される。ゲインユニットＭ０‐Ｍ６のいずれかのゲインをゼロに設定することは、その特定の回路分岐を効果的にオフにする。バイクワッドフィルタチェーンとゲインユニットの間に１対１の関係を維持することは厳密には必要ないが、その関係を維持することでＲＡＰを柔軟に設定できる。図５のＲＡＰ２５０は、単一のオーディオチャネルを示す。ステレオ処理などの２つ以上のチャンネルに対しては、追加のハードウェアが用いられる。
【００３０】
以下に説明するように、バイクワッドフィルタチェーンＢＱ０‐ＢＱ６の特定のフィルタ係数およびゲインユニットＭ０‐Ｍ６の特定のゲイン値をプログラムすることによって、オーディオノイズキャンセレーションなどの異なるオーディオアプリケーションをＲＡＰ２５０において実行することができる。
【００３１】
また、ＲＡＰ２５０に連結されるものは、マイクロホンとされ得るデジタルセンサ２１２、２１４からの入力、デシメータ２１８およびインターポレータ２２０を含む。センサ入力部２１２、２１４のいずれかまたは両方は、ＡＤＣに連結されたアナログマイクロホンを有することにより形成されてもよい。デシメータ２１８およびインターポレータ２２０は、図４を参照して説明したように動作する。
【００３２】
動作中、ＲＡＰ２５０は、バイクワッドフィルタチェーンＢＱ０およびＢＱ３でセンサ２１２からの入力を受信し、バイクワッドフィルタチェーンＢＱ１およびＢＱ５でセンサ２１４からの入力を受信する。オーディオ信号は、バイクワッドフィルタチェーンＢＱ２およびＢＱ６で受信される。いくつかの実施形態では、オーディオ信号は厳密には必要ない。例えば、ハンター用や産業用のノイズキャンセレーションヘッドホンでは、オーディオ信号が存在しなくてよい。
【００３３】
ゲインユニットＭ７は、コンバイナＡ２においてインターポレータ２２０からの未処理のオーディオ信号との最終的な組合せ前の処理されたオーディオ信号に対して、制御可能なゲインとして使用される。ゲインユニットＭ７は、そのゲインを徐々に増加するように制御される。その結果、ノイズキャンセレーションや他の処理が未処理のオーディオ信号に徐々に加えられ、リスナーにとっては不快な出力オーディオ信号におけるポップや他の急激な変化を排除することができる。
【００３４】
図５に示すように、加算器またはコンバイナＡ０、Ａ１およびＡ２は、バイクワッドフィルタチェーンからの中間信号出力を組み合わせる。
【００３５】
一実施形態では、ＲＡＰ３５０は、オーディオ処理の標準レートである４９．１５２ＭＨｚで動作する。入力サンプルレートは、典型的には３．０７２Ｍｓｐｓであり、フィルタ部も同じレートで動作する。
【００３６】
ＲＡＰ２５０の動作の簡単な例は、センサ２１２、２１４のいずれかからの入力を使用しない単純なオーディオプロセッサである。そのような例では、ゲインユニットＭ７はゼロに設定、すなわちオフにされる。一方、インターポレータからのオーディオ信号は、バイクワッドフィルタチェーンＢＱ６によってフィルタリングされる。ゲインユニットＭ６の制御は、トランスデューサ２１０に送信されるフィルタリングされたオーディオ信号の出力信号レベルを制御する。トランスデューサ２１０は、スピーカまたは他のトランスデューサ出力部であってもよい。
【００３７】
より複雑な例では、ＲＡＰ２５０は、図３に示すフィードフォワードおよびフィードバックＡＮＣ回路と同じ機能を有するフィードフォワード／フィードバックＡＮＣとして構成される。図６は、そのような構成のためにＲＡＰ２５０がどのように設定されるかを示す。この構成では、ゲインユニットＭ０およびＭ５はゼロに設定される。これは、ゲインユニットＭ０およびＭ５が処理に何も寄与しないことを示す「ｘ」を有するものとして図６に示される。ゲインユニットＭ２、Ｍ４、Ｍ６およびＭ７は１に設定される。ゲインユニットＭ１およびＭ３は、その出力が減算されることを意味する−１に設定される。バイクワッドフィルタチェーンＢＱ１、ＢＱ２およびＢＱ６は、パススルー設定にされる。図３および図６を参照すると、バイクワッドフィルタチェーンＢＱ３はフィードフォワードフィルタ４６の役割を有し、バイクワッドフィルタチェーンＢＱ４はフィードバックフィルタ５４の役割を有する。
【００３８】
ＲＡＰ２５０、特にゲインユニットＭ０‐Ｍ７およびバイクワッドフィルタチェーンＢＱ１‐ＢＱ６を構成することによって、ＲＡＰは、ほとんどのタイプのオーディオ処理を実行するように構成される。例えば、ＲＡＰ２５０は、フィードバック構成、フィードフォワード構成、またはフィードフォワードおよびフィードバックを組み合わせた構成のいずれかで、アクティブノイズキャンセレーションヘッドホン用のＡＮＣ処理装置として構成される。ＲＡＰ２５０は、ハンドセットマイクロホンからの入力を用いることにより、また、ハンドセット内の１つ以上のスピーカのためのオーディオ出力を生成することにより、電話ハンドセットにおいてアクティブノイズキャンセレーションのために使用される。また、ＲＡＰ２５０は、ノイズキャンセレーションを実行するとともに、入力オーディオ信号をさらに増幅することができる。また、ＲＡＰ２５０は、マイクロホン入力の１つで周囲音を受信し、それを１つ以上のバイクワッドフィルタチェーンを通して修正し、適切なゲインレベルを設定して、次いで修正された周囲信号を出力することによって、周囲音の増幅のために使用される。
【００３９】
実際には、図６のＲＡＰ２５０または図５のＲＡＰ１５０は、オーディオ信号入力を修正するための機能、処理、または動作を含む。また、実際には、これらの機能は、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）のような汎用または専用処理装置で動作するプログラムされた機能として特別に形成されたハードウェア回路によって提供されてもよく、またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡｓ）またはプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤｓ）において実行されてもよい。他のバリエーションも可能である。
【００４０】
図７は、本発明の実施形態にかかる図４の再構成可能な音響処理装置の一例のコンポーネントの機能ブロック図である。図７において、ＲＡＰ３５０は、バイクワッドエンジン３１０と乗算アキュムレータ（ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ  ａｃｃｕｍｕｌａｔｏｒ）３２０とを含む。乗算アキュムレータ３２０は、図５よび図６の機能ブロック図において、乗算および加算のすべてを実行する。一実施形態では、サンプル当たり７回の積和演算がある。バイクワッドエンジン３１０は、マイクロホンなどの１つ以上のセンサからの入力と、処理されるオーディオ信号の入力とを含む。バイクワッドエンジンは、乗算アキュムレータ出力部からの入力を受信することもできる。センサからの入力は、バイクワッドエンジンと同じレートで記録される。換言すると、センサ入力は、デシメーションまたはレートリダクションなしに処理される。バイクワッドエンジン３１０は、１６のバイクワッドフィルタで動作するように作製される。バイクワッドディスクリプタ部３３０は、バイクワッドフィルタチェーンを実行するためのフィルタ値を含む。一方、バイクワッドステイトメモリ３３２は、バイクワッド処理中の中間値を記憶するためのメモリである。ゲインテーブル３２２はゲインユニットのための値を記憶する。一方、図５のゲインユニットＭ７によって提供されるようなフェザリング制御は、フェザリング制御部３３４によって別個に提供される。図７に示すように、ＲＡＰ３５０は、バイクワッドディスクリプタ３３０およびゲインテーブル３２２に特定の値を書き込むことによって、プログラムおよび構成される。
【００４１】
このようなプログラム可能な技術を使用することによって、フィルタは、ある特定の音またはノイズを低減するよりむしろ、増幅するために選択される。例えば、上述したように、特定のマイクロホンによって感知された音を低減する能力のために選択されたバイクワッドチェーンフィルタパラメータの代替として、特定の音を増幅するパラメータが選択されてもよい。例えば、ある者は、さまざまな騒音を伴う機械が設けられた騒々しい作業環境において、ノイズキャンセレーションヘッドホンを使用しているかもしれないが、依然としてノイズリデューシングキャンセレーションヘッドホンを取り外すことなく同僚と話すことができるようにしたいと考えている。適応のフィルタ係数を使用して、マイクロホンが声帯のノイズを検出したとき、異なるパラメータが、ＲＡＰシステムに自動的にロードされる。ＲＡＰは、同僚の声を増幅した。したがって、リスナーは、特定の音を最適に増幅するノイズキャンセレーションヘッドホンを有することになる。たとえば、音声、オーディオテレビジョン信号、およびトラフィックなどのサウンドが増幅される。このようなサウンドが無くなった時（例えば同僚が話しを止めた時）、標準のフィルタリング係数がＲＡＰシステムのフィルタに再び動的にロードされる。
【００４２】
本発明の実施形態は、サウンド処理回路または他のオーディオ回路などの集積回路に組み込まれてもよい。さらに、集積回路は、ヘッドホン、携帯電話、ポータブルコンピューティングデバイス、サウンドバー、オーディオドック、増幅器、スピーカなどのオーディオデバイスで使用されてもよい。
【００４３】
図示の実施形態を参照して本発明の原理を記述および図示したが、図示の実施形態は、本発明の原理から逸脱することなく、配置や詳細に関し変更可能であり、さらに、任意の所望の方法によって組合せ可能であることが理解される。さらに、上述の議論は、特定の実施形態にフォーカスしたものであるが、他の構成も考えられる。
【００４４】
特に、「本発明の実施形態にかかる」などの表現が本明細書で使用される場合でも、これらの文言は、実施形態の可能性を一般的に参照するものであり、本発明を特定の実施形態の構成に限定するものではない。本明細書で使用されるように、これらの文言は、他の実施形態に組合せ可能な同じまたは異なる実施形態を参照ことができる。
【００４５】
したがって、本明細書に記載された実施形態の広範な置換の観点から、この詳細な説明および添付資料は、例示に過ぎず、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【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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【国際調査報告】
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