(57)【要約】  本発明は、能動騒音低減ANRイヤホンに適用されるハウリング抑制方法及び装置を開示している。この方法は、前記ANRイヤホンの装着時に耳道外に位置するポジションに設けられた第１のマイクロホン及び前記ANRイヤホンの装着時に耳道内に位置するポジションに設けられた第２のマイクロホンによって信号を採集するステップと、第１のマイクロホン及び第２のマイクロホンによって採集された信号の間の関係により、前記ANRイヤホンの現在の状態が、ハウリング発生の可能性がない状態であるか、それとも、ハウリング発生の可能性がある状態であるかを判断するステップと、前記ANRイヤホンの現在の状態が、ハウリング発生の可能性がある状態である場合、ハウリングの発生を防止する処理を行うステップと、を含む。この技術内容により、ANRイヤホンにハウリングが終始発生しないことを実現可能である。【選択図】図６
2016526862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ANRイヤホンの装着時に耳道外に位置するポジションに設けられた第１のマイクロホン及び前記ANRイヤホンの装着時に耳道内に位置するポジションに設けられた第２のマイクロホンによって信号を採集するステップと、
前記第１のマイクロホン及び前記第２のマイクロホンによって採集された信号の間の関係により、前記ANRイヤホンの現在の状態が、ハウリング発生の可能性がない状態であるか、それとも、ハウリング発生の可能性がある状態であるかを判断するステップと、
前記ANRイヤホンの現在の状態が、ハウリング発生の可能性がある状態である場合、ハウリングの発生を防止する処理を行うステップと
を含む能動騒音低減ANRイヤホンに適用されるハウリング抑制方法。
【請求項２】
前記第１のマイクロホン及び前記第２のマイクロホンによって採集された信号の間の関係により、前記ANRイヤホンの現在状態が、ハウリング発生の可能性がない状態であるか、それとも、ハウリング発生の可能性がある状態であるかを判断するステップは、
前記第１のマイクロホン及び前記第２のマイクロホンによって採集された信号により、前記第１のマイクロホンから前記第２のマイクロホンまでの伝達関数を算出する処理と、
前記伝達関数の時間領域特性により、前記ANRイヤホンの現在の状態が、ハウリング発生の可能性がない状態であるか、それとも、ハウリング発生の可能性がある状態であるかを判断し、若しくは、前記伝達関数の周波数領域特性により、前記ANRイヤホンの現在の状態が、ハウリング発生の可能性がない状態であるか、それとも、ハウリング発生の可能性がある状態であるかを判断する処理と
を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記伝達関数の時間領域特性により、前記ANRイヤホンの現在の状態が、ハウリング発生の可能性がない状態であるか、それとも、ハウリング発生の可能性がある状態であるかを判断する処理は、
時間領域の判定統計量を、前記第１のマイクロホンから前記第２のマイクロホンまでの時間領域の伝達関数の前M次の平方和と前N次の平方和との比とすることであって、ここで、Nが自然数で前記時間領域の伝達関数の長さであり、MがNより小さい自然数であることと、
前記時間領域の判定統計量が、イヤホン構造により変化し統計により得られる判定閾値より小さい場合、ハウリング発生の可能性がない状態と判断し、前記時間領域の判定統計量が前記判定閾値より大きい場合、ハウリング発生の可能性がある状態と判断することと
を含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記伝達関数の周波数領域特性により、前記ANRイヤホンの現在の状態が、ハウリング発生の可能性がない状態であるか、それとも、ハウリング発生の可能性がある状態であるかを判断する処理は、
周波数領域の判定統計量を、前記第１のマイクロホンから前記第２のマイクロホンまでの周波数領域の伝達関数の前M次のモジュラ平方和と前M＋1からN/2次までのモジュラ平方和との比とすることであって、 ここで、Nが自然数で前記周波数領域の伝達関数の長さであり、MがN/2より小さい自然数であることと、
前記周波数領域の判定統計量が、イヤホン構造により変化し統計により得られる判定閾値より小さい場合、ハウリング発生の可能性がある状態と判断し、前記周波数領域の判定統計量が前記判定閾値より大きい場合、ハウリング発生の可能性がない状態と判断することと
を含む請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記ハウリングの発生を防止する処理は、ANRパラメータを変更するか、又は、ANR回路をオフにすることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ANRイヤホンがフィードフォワード型ANRイヤホンである場合、前記第１のマイクロホンが、フィードフォワード型ANRを実現するために必要な参照マイクロホンREF MICであり、
前記ANRイヤホンがフィードバック型ANRイヤホンである場合、前記第２のマイクロホンが、フィードバック型ANRを実現するために必要な誤差マイクロホンERR MICであり、
前記ANRイヤホンがハイブリッド型ANRイヤホンである場合、前記第１のマイクロホンが、フィードフォワード型ANRを実現するために必要な参照マイクロホンREF MICであり、前記第２のマイクロホンが、フィードバック型ANRを実現するために必要な誤差マイクロホンERR MICである、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
能動騒音低減ANRイヤホンに適用されるハウリング抑制装置であって、
前記ANRイヤホンの装着時に耳道外に位置するポジションに設けられた第１のマイクロホンと、
前記ANRイヤホンの装着時に耳道内に位置するポジションに設けられた第２のマイクロホンと、
前記第１のマイクロホン及び第２のマイクロホンによって採集された信号の間の関係により、前記ANRイヤホンの現在の状態が、ハウリング発生の可能性がない状態であるか、それとも、ハウリング発生の可能性がある状態であるかを判断する状態判断器と、
前記状態判断器から出力された前記ANRイヤホンの現在の状態が、ハウリング発生の可能性がある状態である場合、ハウリングの発生を防止する処理を行うハウリング処理器と
を含むハウリング抑制装置。
【請求項８】
前記状態判断器は、
前記第１のマイクロホンによって採集されたデジタル信号をキャッシュする第１のデータキャッシュと、
前記第２のマイクロホンによって採集されたデジタル信号をキャッシュする第２のデータキャッシュと、
前記第１のデータキャッシュ及び前記第２のデータキャッシュにおけるデータにより、前記第１のマイクロホンから前記第２のマイクロホンまでの時間領域の伝達関数を算出する伝達関数推定器と、
前記時間領域の伝達関数の前M次の平方和と前N次の平方和との比である時間領域の判定統計量を得るために用いられる判定統計量演算器と、ここで、Nが自然数で、前記時間領域の伝達関数の長さであり、MがNより小さい自然数であって、
前記時間領域の判定統計量が、イヤホン構造により変化し統計により得られる判定閾値より小さい場合、ハウリング発生の可能性がない状態と判断し、前記時間領域の判定統計量が前記判定閾値より大きい場合、ハウリング発生の可能性がある状態と判断するために用いられる状態判定器と
を含む請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記状態判断器は、
前記第１のマイクロホンによって採集されたデジタル信号をキャッシュする第１のデータキャッシュと、
前記第２のマイクロホンによって採集されたデジタル信号をキャッシュする第２のデータキャッシュと、
前記第１のデータキャッシュ及び前記第２のデータキャッシュにおけるデータにより、前記第１のマイクロホンから前記第２のマイクロホンまでの周波数領域の伝達関数を算出する伝達関数推定器と、
前記周波数領域の伝達関数の前M次のモジュラ平方和と前M＋1からN/2次までのモジュラ平方和との比である周波数領域の判定統計量を得るために用いられる判定統計量演算器と、ここで、Nが自然数で、前記周波数領域の伝達関数の長さであり、MがN/2より小さい自然数であって、
前記周波数領域の判定統計量が、イヤホン構造により変化し統計により得られる判定閾値より小さい場合、ハウリング発生の可能性がある状態と判断し、前記周波数領域の判定統計量が前記判定閾値より大きい場合、ハウリング発生の可能性がない状態と判断するために用いられる状態判定器と
を含む請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記ANRイヤホンがフィードフォワード型ANRイヤホンである場合、前記第１のマイクロホンが、フィードフォワード型ANRを実現するために必要な参照マイクロホンREF MICであり、
前記ANRイヤホンがフィードバック型ANRイヤホンである場合、前記第２のマイクロホンが、フィードバック型ANRを実現するために必要な誤差マイクロホンERR MICであり、
前記ANRイヤホンがハイブリッド型ANRイヤホンである場合、前記第１のマイクロホンが、フィードフォワード型ANRを実現するために必要な参照マイクロホンREF MICであり、前記第２のマイクロホンが、フィードバック型ANRを実現するために必要な誤差マイクロホンERR MICである、請求項７から９のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響学処理技術分野に関し、特に、能動騒音低減ANRイヤホンに適用されるハウリング抑制方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のイヤホンは、通常、能動騒音低減（ANR、Active Noise Reduction）技術を用いて環境騒音による人の耳への影響を低減する。ANR技術は、通常、フィードフォワード（Feed Forward ）ANR回路（FF ANR）又はフィードバック（Feed Back）ANR回路（FB ANR）を含み、若しくは、その両方を含むものである。
【０００３】
FF ANRを実現するには、通常、イヤホンの外側（イヤホンの装着時に耳道外に位置する側）に、環境騒音を感知するための参照（Reference）マイクロホン（REF MIC）を配置する必要があり、このREF MICの信号が、イヤホン内部回路で処理されてからスピーカ（SPK、Speaker）によって再生され、再生信号が、外耳道に伝播された環境騒音を相殺して、環境騒音による人の耳への影響を除去する。FB ANRを実現するには、通常、イヤホンの内側（イヤホンの装着時に耳道内に位置する側）に、イヤホンを通した環境騒音を感知するための誤差（Error）マイクロホン（ERR MIC）を配置する必要があり、このERR MICの信号が、イヤホン内部回路で処理されてからスピーカによって再生され、再生信号が、外耳道に伝播された環境騒音を相殺して、環境騒音を除去する。
【０００４】
図１は、ANRイヤホンの構造模式図である。図１に、イヤホンの外側に配置されたREF MIC101、イヤホンの内側に配置されたERR MIC102及びスピーカ103を模式的に示している。
【０００５】
ANRイヤホンに用いられた技術により、ANRイヤホンを、フィードフォワード型能動騒音低減（FF ANR）イヤホン、フィードバック型能動騒音低減（FB ANR）イヤホン、及び、ハイブリッド型能動騒音低減（ハイブリッド型ANR）イヤホンに分類することができる。
【０００６】
図２Ａは、FF ANRイヤホンの機能ブロック図である。図２Ｂは、FB ANRイヤホンの機能ブロック図である。図２Ｃは、ハイブリッド型ANRイヤホンの機能ブロック図である。図２Ａ及び図２Ｃにおいて、FF ANRモジュールが、REF MICによって採集された信号に対して対応する処理を行ってからスピーカ（SPK）によって再生し、図２Ｂ及び図２Ｃにおいて、FB ANRモジュールは、ERR MICによって採集された信号に対して対応する処理を行ってからSPKによって再生する。図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃにおいて、OUTPUTはイヤホンへの出力信号を表すものであり、例えば、再生される音楽信号、又は、電話する時の相手の音声等である。環境騒音信号はREF MIC及びERR MICによってピックアップされて、FF ANRモジュール及びFB ANRモジュールによって処理されてからSPKによって再生される。SPKによって再生された音声信号は、再びREF MIC及びERR MICによってピックアップされて、それぞれ、FF ANRモジュール及びFB ANRモジュールによって処理されてから再びSPKによって再生され、何らかの条件を満たす場合に正のフィードバックを形成し、ハウリングを発生させてしまう。
【０００７】
図３は、ハウリングのモデル図である。開ループ応答をTO（z, n）= G（z）F（z, n）と定義する。ここで、zは周波数ポイントを表し、nは時間を表す。ハウリングの発生条件としては、周波数がfOscである某位置で、
【数１】
2016526862.tif 000003
【数２】
2016526862.tif 000004
という関係を満たすと、
フィードバックシステムが不安定になって、発振を形成し、ハウリングを発生させてしまう。上記条件を満たす場合、周波数がfOscである信号の振幅は、
2016526862.tif 000005
の循環過程において指数関数的に増加し、理想的な状態では、複数回循環した後にその振幅が無限大に近くなる。しかし、ANRイヤホンにおいては、回路の総電圧又はMICの振幅が制限されるため、通常、その最大振幅値まで増大することになる。
【０００８】
図４は、FF ANRイヤホンのハウリングのモデル図である。図４に示すように、システムのフォワード経路の伝達関数がTFREF~SPKであり、フィードバック経路の伝達関数がTFSPK~REFであり、ハウリング条件を満たすと、ハウリングが発生する。
【０００９】
図５は、FB ANRイヤホンのハウリングのモデル図である。図５に示すように、システムのフォワード経路の伝達関数がTFERR~SPKであり、フィードバック経路の伝達関数がTFSPK~ERRであり、ハウリング条件を満たすと、ハウリングが発生する。
【００１０】
ハイブリッド型ANRイヤホンにおいて、フィードフォワード回路又はフィードバック回路がハウリング条件を満たし、若しくは、フィードフォワード及びフィードバック回路が同時にハウリング条件を満たし、若しくは、フィードフォワード、フィードバック回路の作用が結合してハウリング条件を満たすと、ハウリングが発生する。
【００１１】
ハウリングが発生すると、スピーカの再生パワーが最大まで達し、MICにおける音圧レベルが最高値に達し、回路における電流が最大値に達してしまい、スピーカ、MICの損傷を招きやすく、電力消費量が著しく増加し、且つ、回路の焼損を起こしやすくなる。ハウリング後、スピーカは、ハウリングの周波数ポイントで高い音圧レベルの音波を発生させ、ユーザに不快感を与えやすい。
【００１２】
ハウリング抑制の作用は、ハウリングを抑制して、部品、回路を損傷することや、ユーザに不快感を与えることを回避することである。ハウリング抑制は、通常、ハウリング検出とハウリング処理との二つの部分を含む。ハウリング検出は、現時点でハウリングが発生しているか否か、又は、現時点でハウリングの発生可能性があるか否かを検出することであり、ハウリング処理は、ハウリングを発生させる正のフィードバックループを解消して、その回路にハウリングを発生させないようにすることである。ANRイヤホンのハウリング処理方法には、ANRパラメータを変更することや、ANR回路をオフにすること等が含まれる。
【００１３】
ハウリングの特徴は、通常、ある周波数ポイントでハウリングが発生することであり、環境騒音、音声、音楽等は、通常、広帯域信号である。従って、従来技術において通常用いられるハウリング抑制方法では、ハウリング時の信号の周波数領域の特徴による検出、即ち、単一周波数信号検出方法を行う。単一周波数信号が検出されると、ハウリングの発生と見なし、その後、ハウリング処理を行い、これにより、ハウリングを抑制する。具体的な手順としては、まず、A/D変換後のデジタル信号を周波数領域（周波数スペクトル）に変換し、周波数領域（周波数スペクトル）を複数の異なる周波数帯域に分けて、周波数領域（周波数スペクトル）ピーク対平均値比を算出する方法によって、どの周波数帯域にハウリングが存在するかを検出し、その後、ハウリングが存在する周波数帯域に対して周波数抑制を行う。このような方法は、フィードフォワード型、フィードバック型、ハイブリッド型ANRイヤホンに用いることができる。しかし、このような方法の欠点としては、ハウリングはそれが発生してから初めて検出できるため、ハウリングが存在する時間が少しある。ANRイヤホンに適用すると、短時間のハウリング音が発生する可能性がある。即ち、ユーザは短時間のハウリング音が聞こえ、また、ハウリングが依然として発生してしまうため、MIC又はSPKの損傷を引き起こす可能性がある。従って、最良の方法としては、ハウリングの発生を未然に防止することである。
【発明の概要】
【００１４】
本発明は、ANRイヤホンにハウリングが発生することを防止するために、ANRイヤホンに適用されるハウリング抑制方法及び装置を提供する。
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の技術内容は、次のように実現される。
【００１６】
本発明は、能動騒音低減ANRイヤホンに適用されるハウリング抑制方法を開示しており、この方法は、
前記ANRイヤホンの装着時に耳道外に位置するポジションに設けられた第１のマイクロホン及び前記ANRイヤホンの装着時に耳道内に位置するポジションに設けられた第２のマイクロホンによって信号を採集するステップと、
前記第１のマイクロホン及び第２のマイクロホンによって採集された信号の間の関係により、前記ANRイヤホンの現在の状態が、ハウリング発生の可能性がない状態であるか、それとも、ハウリング発生の可能性がある状態であるかを判断するステップと、
前記ANRイヤホンの現在の状態が、ハウリング発生の可能性がある状態である場合、ハウリングの発生を防止する処理を行うステップと、を含む。
【００１７】
本発明は、更に、能動騒音低減ANRイヤホンに適用されるハウリング抑制装置を開示しており、この装置は、
前記ANRイヤホンの装着時に耳道外に位置するポジションに設けられた第１のマイクロホンと、
前記ANRイヤホンの装着時に耳道内に位置するポジションに設けられた第２のマイクロホンと、
前記第１のマイクロホン及び第２のマイクロホンによって採集された信号の間の関係により、前記ANRイヤホンの現在の状態が、ハウリング発生の可能性がない状態であるか、それとも、ハウリング発生の可能性がある状態であるかを判断する状態判断器と、
前記状態判断器から出力された前記ANRイヤホンの現在の状態が、ハウリング発生の可能性がある状態である場合、ハウリングの発生を防止する処理を行うハウリング処理器と、を含む。
【００１８】
本発明の技術内容は、ANRイヤホンの装着時に耳道外に位置するポジションに設けられた第１のマイクロホン、及び、ANRイヤホンの装着時に耳道内に位置するポジションに設けられた第２のマイクロホンによって採集された信号の間の関係により、ANRイヤホンがハウリング発生の可能性がある状態にあるか否かを判定することができ、そして、ANRイヤホンがハウリング発生の可能性がある状態にあると判定した場合にハウリング処理を行うことで、ハウリングの発生を有効に防止することができる。本発明の技術内容は、ANRイヤホンにハウリングが終始発生しないことを実現可能であり、これにより、デバイスの損傷が回避され、ユーザの不快感が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ANRイヤホンの構造模式図である。
【図２Ａ】FF ANRイヤホンの機能ブロック図である。
【図２Ｂ】FB ANRイヤホンの機能ブロック図である。
【図２Ｃ】ハイブリッド型ANRイヤホンの機能ブロック図である。
【図３】ハウリングのモデル図である。
【図４】FF ANRイヤホンのハウリングのモデル図である。
【図５】FB ANRイヤホンのハウリングのモデル図である。
【図６】本発明の実施例におけるANRイヤホンに適用されるハウリング抑制方法のフローチャートである。
【図７】本発明の実施例におけるREF MICからERR MICまでの時間領域の伝達関数の実測結果の比較模式図である。
【図８】本発明の実施例におけるREF MICからERR MICまでの周波数領域の伝達関数の実測結果の比較模式図である。
【図９】本発明の実施例におけるANRイヤホンに適用されるハウリング抑制装置の構造図である。
【図１０】本発明の一つの実施例における状態判断器903の構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
上記従来技術において通常用いられる、信号の周波数領域（周波数スペクトル）の特徴によりハウリングを検出する方法とは異なって、本願においては、ANRイヤホンの状態を、ハウリング発生の可能性がある状態（Howling）と、ハウリング発生の可能性がない状態（NoHowling）とに分ける。現時点でのイヤホンの状態が区別できれば、現時点でイヤホンにハウリング発生の可能性があるか否かが分かる。即ち、ANRイヤホンが、現時点で、ハウリング発生の可能性がある状態にあるか、それとも、ハウリング発生の可能性がない状態にあるかを区別する必要があり、ハウリング発生の可能性がある状態にある場合、直接にハウリング処理を行うことができ、ハウリング発生の可能性がない状態にある場合、処理を行わない。イヤホンがハウリング発生の可能性がある状態にあっても、必ずしもすぐにハウリングが発生するとは限らず、ハウリングの発生には、更にハウリングの発生条件を満たす必要があるが、本願においては、イヤホンがハウリング発生の可能性がある状態にあると検出するとすぐにハウリング処理を行う。即ち、現時点でのイヤホンの状態が、ハウリング発生の可能性がある状態である場合、ハウリングの発生条件を満たすか否かに関わらず、例外なくハウリングが発生していると見なして処理を行う。そのため、本願の技術内容は、ハウリングが発生してから初めて処理を行うのではないため、ANRイヤホンにハウリングが終始発生しないことを実現可能である。
【００２１】
本発明の目的、技術内容及び利点がより明確になるように、以下、図面を参照して本発明の実施形態に対して更に詳しく説明する。
【００２２】
図６は、本発明の実施例におけるANRイヤホンに適用されるハウリング抑制方法のフローチャートである。図６に示すように、この方法は、次のステップを含む。
【００２３】
ステップS601は、前記ANRイヤホンの装着時に耳道外に位置する第１のマイクロホン及び前記ANRイヤホンの装着時に耳道内に位置する第２のマイクロホンによって信号を採集する。
【００２４】
本発明の一つの実施例において、ANRイヤホンがフィードフォワード型ANRイヤホンである場合、第１のマイクロホンが、フィードフォワード型ANRを実現するために必要な参照マイクロホンREF MICであってもよい。ANRイヤホンがフィードバック型ANRイヤホンである場合、第２のマイクロホンが、フィードバック型ANRを実現するために必要な誤差マイクロホンERR MICであってもよい。ANRイヤホンがハイブリッド型ANRイヤホンである場合、第１のマイクロホンが、フィードフォワード型ANRを実現するために必要な参照マイクロホンREF MICであってもよく、ならびに、第２のマイクロホンが、フィードバック型ANRを実現するために必要な誤差マイクロホンERR MICであってもよい。
【００２５】
もちろん、第１のマイクロホンが必ずしもREF MICである必要はなく、専用に設置されたマイクロホンであってもよい。第２のマイクロホンも必ずしもERR MICである必要はなく、専用に設置されたマイクロホンであってもよい。ただし、この場合、コストが増加してしまう。
【００２６】
ステップS602は、第１のマイクロホン及び第２のマイクロホンによって採集された信号の間の関係により、前記ANRイヤホンの現在の状態が、ハウリング発生の可能性がない状態であるか、それとも、ハウリング発生の可能性がある状態であるかを判断する。
【００２７】
ANRイヤホンの、ハウリング発生の可能性がない状態と、ハウリング発生の可能性がある状態とでは、第１のマイクロホン及び第２のマイクロホンによって採集された信号の間の関係には一定の区別があり、本発明において、この区別によって、ANRイヤホンのハウリング発生の可能性がない状態と、ハウリング発生の可能性がある状態とを区別する。
【００２８】
ステップS603は、前記ANRイヤホンの現在の状態が、ハウリング発生の可能性がある状態である場合、ハウリングの発生を防止する処理を行う。
【００２９】
このステップにおいて、ハウリングの発生を防止する処理を行うために具体的に採用可能な技術としては、ANRパラメータを変更してハウリングの発生条件を解消することや、直接にANR回路をオフにすること等を含む。
【００３０】
図６に示す方法は、ANRイヤホンがハウリング発生の可能性がある状態にあるか否かを判定することができ、ANRイヤホンがハウリング発生の可能性がある状態にあると判定した場合にハウリング処理を行うため、ANRイヤホンがハウリング発生の可能性がある状態にある時、ハウリングの発生を防止することができる。この方法では、ハウリングが発生してから初めて処理することと違って、ハウリングが発生する前に、ハウリングを抑制する処理を行うことができる。
【００３１】
上記に説明したように、ステップS602において、第１のマイクロホン及び第２のマイクロホンによって採集された信号の間の関係により、ANRイヤホンの、ハウリング発生の可能性がない状態と、ハウリング発生の可能性がある状態とを区別する。具体的には、第１のマイクロホン及び第２のマイクロホンによって採集された信号により、第１のマイクロホンから第２のマイクロホンまでの伝達関数を算出し、第１のマイクロホンから第２のマイクロホンまでの伝達関数の時間領域特性により、ANRイヤホンの状態が、ハウリング発生の可能性がない状態であるか、それとも、ハウリング発生の可能性がある状態であるかを判断し、若しくは、第１のマイクロホンから第２のマイクロホンまでの伝達関数の周波数領域特性により、ANRイヤホンの状態が、ハウリング発生の可能性がない状態であるか、それとも、ハウリング発生の可能性がある状態であるかを判断する。
【００３２】
というのは、ANRイヤホンがハウリング発生の可能性がない状態にある場合、二つのマイクロホンによってピックアップされた信号の特徴は、環境騒音が常に第１のマイクロホンに先に到達し、その後に第２のマイクロホンに到達するので、第１のマイクロホンから第２のマイクロホンまでの伝達関数の因果性によって判定することができることと、環境騒音が第２のマイクロホンによってピックアップされる前にイヤホンケース及び外耳に遮られ、これがフィルタを通過することに相当し、このフィルタの高周波部分の減衰が低周波部分より大きいこととである。一方、ANRイヤホンがハウリング発生の可能性がある状態にある場合、二つのマイクロホンによってピックアップされた信号の特徴は、環境騒音が第１のマイクロホン及び第２のマイクロホンに到達する順序が固定的なものではなく、且つ、音波にとっては、第１のマイクロホンと第２のマイクロホンとの間では明らかな障害がないため、明らかなフィルタリング効果が現れないことである。
【００３３】
環境騒音が第１のマイクロホンに先ず到達し、その後に第２のマイクロホンに到達し、且つ、第２のマイクロホンによってピックアップされる前に先にイヤホンケース及び外耳に遮られ、これがフィルタを通過することに相当する場合、ハウリングの発生条件から分かるように、正のフィードバックが形成されない限り、ハウリング発生の可能性が発生しない。この状態では、信号の振幅に減衰があり、フィルタリング効果もあるため、ハウリングの発生条件を満たさず、よって、ハウリングが発生しない。一方、環境騒音が第１のマイクロホン及び第２のマイクロホンに到達する前後の順序が固定的なものではなく、且つ、音波にとっては、第１のマイクロホンと第２のマイクロホンとの間では明らかな障害がなく、明らかなフィルタリング効果が現れない場合、ハウリングの発生条件から分かるように、この状態では、ハウリングの発生条件を満たしてハウリングが発生する場合がある。
【００３４】
以下、ハイブリッド型ANRイヤホンを例として、これを詳しく説明する。本実施例において、第１のマイクロホンが、ハイブリッド型ANRイヤホンのREF MICであり、第２のマイクロホンが、ハイブリッド型ANRイヤホンのERR MICである。イヤホンは、ハウリング発生の可能性がない正常な状態では、環境騒音が常にREF MICに先に到達し、その後にERR MICに到達するため、REF MICからERR MICまでの伝達関数の因果性によって判定することができる。
【００３５】
図７は、本発明の実施例におけるREF MICからERR MICまでの時間領域の伝達関数の実測結果の比較模式図である。図７において、破線で表すのは、ハウリング発生の可能性がある（Howling）状態におけるREF MICからERR MICまでの時間領域の伝達関数であり、実線で表すのは、ハウリング発生の可能性がない（NoHowling）状態におけるREF MICからERR MICまでの時間領域の伝達関数である。時間領域の伝達関数の最大値点が音波の群遅延を表す。図７から分かるように、Howling状態での群遅延が0であり、NoHowling状態での群遅延が、0より大きい正の値である。即ち、REF MICからERR MICまでの伝達関数の遅延特性によって、Howling状態とNoHowling状態とを区別することができる。
【００３６】
図８は、本発明の実施例におけるREF MICからERR MICまでの周波数領域の伝達関数の実測結果の比較模式図である。図８において、破線で表すのは、ハウリング発生の可能性がある（Howling）状態におけるREF MICからERR MICまでの周波数領域の伝達関数であり、実線で表すのは、ハウリング発生の可能性がない（NoHowling）状態におけるREF MICからERR MICまでの周波数領域の伝達関数である。図８から分かるように、Howling状態での伝達関数の振幅周波数特性がオールパスフィルタに近く、NoHowling状態での振幅周波数特性がローパスフィルタに近い。即ち、REF MICからERR MICまでの伝達関数の振幅周波数特性によっても、NoHowling状態とHowling状態とを区別することができる。
【００３７】
これで分かるように、本発明の実施例において、REF MICからERR MICまでの伝達関数を算出すれば、この伝達関数の時間領域特性によって、ANRイヤホンの、ハウリング発生の可能性がない状態を判断することができ、また、この伝達関数の周波数領域特性によっても、ANRイヤホンの、ハウリング発生の可能性がない状態を判断することができる。
【００３８】
本発明の一つの実施例において、第１のマイクロホンから第２のマイクロホンまでの伝達関数の時間領域特性により、ANRイヤホンの、ハウリング発生の可能性がない状態を判断することは、具体的には、時間領域の判定統計量を、第１のマイクロホンから第２のマイクロホンまでの時間領域の伝達関数の前M次の平方和と前N次の平方和との比とする。ここで、Nは自然数で、時間領域の伝達関数の長さであり、MはNより小さい自然数である。もし時間領域の判定統計量が判定閾値より小さい場合、ハウリングが発生する可能性がない状態と判断し、もし時間領域の判定統計量が判定閾値より大きい場合、ハウリングが発生する可能性がある状態と判断してもよい。ここで、判定閾値は、イヤホン構造によって変化し、統計により得られる。この方法の一つの具体的な計算方式については、後で図１０を参照して対応の説明を行い、ここでは、重複を避けるために、取りあえず説明しない。
【００３９】
本発明のもう一つの実施例において、第１のマイクロホンから第２のマイクロホンまでの伝達関数の周波数領域特性により、ANRイヤホンの状態が、ハウリング発生の可能性がない状態であるか、それとも、ハウリング発生の可能性がある状態であるかを判断することは、具体的には、周波数領域の判定統計量を、第１のマイクロホンから第２のマイクロホンまでの周波数領域の伝達関数の前M次のモジュラ平方和と前M＋1からN/2次までのモジュラ平方和との比とする。ここで、Nは自然数で、周波数領域の伝達関数の長さであり、MはN/2より小さい自然数である。周波数領域の判定統計量が判定閾値より小さい場合、ハウリング発生の可能性がある状態と判断し、周波数領域の判定統計量が判定閾値より大きい場合、ハウリング発生の可能性がない状態と判断する。ここで、判定閾値は、イヤホン構造によって変化し、統計により得られる。この方法の一つの具体的な計算方式については、後で図１０を参照して対応の説明を行い、ここでは、重複を避けるために、取りあえず説明しない。
【００４０】
図９は、本発明の実施例におけるANRイヤホンに適用されるハウリング抑制装置の構造図である。図９に示すように、この装置は、
ANRイヤホンの装着時に耳道外に位置するポジションに設けられた第１のマイクロホン901と、
ANRイヤホンの装着時に耳道内に位置するポジションに設けられた第２のマイクロホン902と、
第１のマイクロホン901及び第２のマイクロホン902によって採集された信号の間の関係により、ANRイヤホンの現在の状態が、ハウリング発生の可能性がない状態であるか、それとも、ハウリング発生の可能性がある状態であるかを判断する状態判断器903と、
状態判断器903から出力されたANRイヤホンの現在の状態が、ハウリング発生の可能性がある状態である場合、ハウリングの発生を防止する処理を行うハウリング処理器904と、を含む。
【００４１】
本発明の一つの実施例において、ANRイヤホンがフィードフォワード型ANRイヤホンである場合、第１のマイクロホン901が、フィードフォワード型ANRを実現するために必要な参照マイクロホンREF MICであり、一方、ANRイヤホンがフィードバック型ANRイヤホンである場合、第２のマイクロホン902が、フィードバック型ANRを実現するために必要な誤差マイクロホンERR MICである。また、ANRイヤホンがハイブリッド型ANRイヤホンである場合、第１のマイクロホン901が、フィードフォワード型ANRを実現するために必要な参照マイクロホンREF MICであり、第２のマイクロホン902が、フィードバック型ANRを実現するために必要な誤差マイクロホン ERR MICである。
【００４２】
本発明の一つの実施例において、状態判断器903は、第１のマイクロホン901及び第２のマイクロホン902によって採集された信号により、第１のマイクロホン901から第２のマイクロホン902までの伝達関数を算出し、そして、第１のマイクロホン901から第２のマイクロホン902までの伝達関数の時間領域特性により、ANRイヤホンの状態が、ハウリング発生の可能性がない状態であるか、それとも、ハウリング発生の可能性がある状態であるかを判断し、若しくは、第１のマイクロホン901から第２のマイクロホン902までの伝達関数の周波数領域特性により、ANRイヤホンの状態が、ハウリング発生の可能性がない状態であるか、それとも、ハウリング発生の可能性がある状態であるかを判断するために用いられる。
【００４３】
図９に示す装置は、ANRイヤホンがハウリング発生の可能性がある状態にあるか否かを判定することができ、そして、ANRイヤホンがハウリング発生の可能性がある状態にあると判定した場合にハウリング処理を行うため、ANRイヤホンがハウリング発生の可能性がある状態にある時、ハウリングの発生を防止することができる。
【００４４】
図１０は、本発明の一つの実施例における状態判断器903の構造図である。図１０に示すように、状態判断器903は、
第１のマイクロホン901によって採集されたデジタル信号をキャッシュするための第１のデータキャッシュ1001と、
第２のマイクロホン902によって採集されたデジタル信号をキャッシュするための第２のデータキャッシュ1002と、
第１のデータキャッシュ1001及び第２のデータキャッシュ1002におけるデータにより、第１のマイクロホン901から第２のマイクロホン902までの時間領域の伝達関数を算出するための伝達関数推定器1003と、
第１のマイクロホンから第２のマイクロホンまでの時間領域の伝達関数の前M次の平方和と前N次の平方和との比である時間領域の判定統計量を得るために用いられる判定統計量演算器1004と、ここで、Nが自然数で、時間領域の伝達関数の長さであり、MがNより小さい自然数であって、
時間領域の判定統計量が、イヤホン構造により変化し統計により得られる判定閾値より小さい場合、ハウリング発生の可能性がない状態と判断し、時間領域の判定統計量が前記判定閾値より大きい場合、ハウリング発生の可能性がある状態と判断するために用いられる状態判定器1005と、を含む。
【００４５】
また、ハイブリッド型ANRイヤホンの例では、第１のマイクロホン901が、ハイブリッド型ANRイヤホンのREF MICであり、第２のマイクロホン902が、ハイブリッド型ANRイヤホンのERR MICである。まず、REF MICからERR MICまでの伝達関数を算出する。REF MICのデジタル信号
2016526862.tif 000006
及びERR MICのデジタル信号
2016526862.tif 000007
は、それぞれ、第１のデータキャッシュ1001及び第２のデータキャッシュ1002に入力され、データフレーム
2016526862.tif 000008
及び
2016526862.tif 000009
を形成し、
【数３】
2016526862.tif 000010
【数４】
2016526862.tif 000011
ここで、Lはデータフレームの長さである。
【００４６】
データフレーム
2016526862.tif 000012
及び
2016526862.tif 000013
は伝達関数推定器1003に入力され、伝達関数推定器1003がREF MICからERR MICまでの伝達関数
2016526862.tif 000014
を算出する。伝達関数の計算方式は、クロスパワースペクトルとオートパワースペクトルとの除算という方式を用いることができ、
2016526862.tif 000015
を
2016526862.tif 000016
の周波数領域形式として、
2016526862.tif 000017
を
2016526862.tif 000018
の周波数領域形式として、
2016526862.tif 000019
を伝達関数
2016526862.tif 000020
の周波数領域形式とすると、算式は次のようになる。
【数５】
2016526862.tif 000021
【数６】
2016526862.tif 000022
ここで、
2016526862.tif 000023
は
2016526862.tif 000024
の共役である。E(.)は期待値演算を表し、ifftは逆フーリエ変換を表す。
【００４７】
判定統計量演算器1004によって算出された時間領域の判定統計量rref_errは、
【数７】
2016526862.tif 000025
である。
ここで、Nは伝達関数の長さであり、自然数である。即ち、時間領域の判定統計量rref_errは、伝達関数の前M次の平方和と伝達関数全体の平方和との比である。この時間領域の判定統計量rref_errは、REF MIC信号とERR MIC信号との間の遅延特性即ち因果性を反映する。遅延が小さいほど、rref_errが大きくなり、ハウリング発生の可能性がある状態に近くなる。MはNより小さい自然数であり、通常、Mは1、2又は3を取る。判定閾値は、イヤホン構造によって変化し、統計により得られる。Howling状態の判定統計量はNoHowling状態の判定統計量より大きい。rref_errが閾値より大きい場合、ハウリング発生の可能性がある状態と判断し、そうでない場合、ハウリング発生の可能性がない状態と判断する。
【００４８】
即ち、伝達関数推定器1003によって得られた伝達関数推定値
2016526862.tif 000026
は判定統計量演算器1004に入力され、判定統計量演算器1004は時間領域の判定統計量rref_errを算出する。時間領域の判定統計量rref_errは状態判定器1005に入力され、状態判定器1005は、イヤホンの現在の状態（ハウリング発生の可能性がない状態、又は、ハウリング発生の可能性がある状態）を判断して出力する。状態判定器1005は、時間領域の判定統計量が判定閾値より小さい場合、ハウリング発生の可能性がない状態と判断し、時間領域の判定統計量が判定閾値より大きい場合、ハウリング発生の可能性がある状態と判断する。
【００４９】
上記実施例において、状態判断器903は、第１のマイクロホンから第２のマイクロホンまでの時間領域の伝達関数により、ANRイヤホンの状態を判断する。本発明のもう一つの実施例において、状態判断器903は、第１のマイクロホンから第２のマイクロホンまでの周波数領域の伝達関数により、ANRイヤホンの状態を判断してもよい。具体的には、
第１のデータキャッシュ1001は、第１のマイクロホン901によって採集されたデジタル信号をキャッシュするために用いられ、
第２のデータキャッシュ1002は、第２のマイクロホン902によって採集されたデジタル信号をキャッシュするために用いられ、
伝達関数推定器1003は、第１のデータキャッシュ1001及び第２のデータキャッシュ1002におけるデータにより、第１のマイクロホン901から第２のマイクロホン902までの周波数領域の伝達関数を算出するために用いられ、
判定統計量演算器1004は、第１のマイクロホンから第２のマイクロホンまでの周波数領域の伝達関数の前M次のモジュラ平方和と前M＋1からN/2次までのモジュラ平方和との比である周波数領域の判定統計量を得るために用いられ、ここで、Nが自然数で、周波数領域の伝達関数の長さであり、MがN/2より小さい自然数であり、
状態判定器1005は、周波数領域の判定統計量が、イヤホン構造により変化し統計により得られる判定閾値より小さい場合、ハウリング発生の可能性がある状態と判断し、周波数領域の判定統計量が前記判定閾値より大きい場合、ハウリング発生の可能性がない状態と判断するために用いられる。
【００５０】
また、ハイブリッド型ANRイヤホンの例では、第１のマイクロホン901が、ハイブリッド型ANRイヤホンのREF MICであり、第２のマイクロホン902が、ハイブリッド型ANRイヤホンのERR MICである。まず、REF MICからERR MICまでの伝達関数を算出する。REF MICのデジタル信号
2016526862.tif 000027
及びERR MICのデジタル信号
2016526862.tif 000028
は、それぞれ、第１のデータキャッシュ1001及び第２のデータキャッシュ1002に入力され、データフレーム
2016526862.tif 000029
及び
2016526862.tif 000030
を形成し、
【数８】
2016526862.tif 000031
【数９】
2016526862.tif 000032
ここで、Lはデータフレームの長さである。
【００５１】
データフレーム
2016526862.tif 000033
及び
2016526862.tif 000034
は伝達関数推定器1003に入力され、伝達関数推定器1003はREF MICからERR MICまでの周波数領域の伝達関数
2016526862.tif 000035
を算出する。伝達関数の計算方式は、クロスパワースペクトルとオートパワースペクトルとの除算という方式を用いることができ、
2016526862.tif 000036
を
2016526862.tif 000037
の周波数領域形式として、
2016526862.tif 000038
を
2016526862.tif 000039
の周波数領域形式とし、
2016526862.tif 000040
を伝達関数
2016526862.tif 000041
の周波数領域形式とすると、算式は次のようになる。
【数１０】
2016526862.tif 000042
ここで、
2016526862.tif 000043
は
2016526862.tif 000044
の共役である。E(.)は期待値演算を表す。
判定統計量演算器1004によって算出された周波数領域の判定統計量Rref_errは、
【数１１】
2016526862.tif 000045
である。
ここで、Nは伝達関数の長さである。即ち、周波数領域の判定統計量Rref_errは、周波数領域の伝達関数の前M次のモジュラ平方和とM+1からN/2次までのモジュラ平方和との比である。この判定統計量は、伝達関数のローパスフィルタリング特性を反映し、Rref_errが大きいほど、ローパスフィルタリング特性がよくなり、ハウリング発生の可能性がない状態に近づく。判定閾値は、イヤホン構造によって変化し、統計により得られる。判定統計量Rref_errが閾値より大きい場合、ハウリング発生の可能性がない状態と判断し、そうでない場合、ハウリング発生の可能性がある状態と判断する。
【００５２】
伝達関数推定器1003によって得られた伝達関数推定値
2016526862.tif 000046
は判定統計量演算器1004に入力され、判定統計量演算器1004は周波数領域の判定統計量Rref_errを算出する。周波数領域の判定統計量Rref_errは状態判定器1005に入力され、状態判定器1005は、イヤホンの現在の状態を判断する。
【００５３】
本発明の一つの実施例において、イヤホンの現在状態がNoHowlingである場合、ANRをオンにし、イヤホンの現在状態がHowlingである場合、ANRをオフにする。このようにして、ハウリング抑制が実現される。
【００５４】
以上をまとめると、本発明では、ANRイヤホンの装着時に耳道外に位置するポジションに設けられた第１のマイクロホン及びANRイヤホンの装着時に耳道内に位置するポジションに設けられた第２のマイクロホンによって採集された信号の間の関係により、該ANRイヤホンの現在の状態が、ハウリング発生の可能性がない状態であるか、それとも、ハウリング発生の可能性がある状態であるかを判断し、該ANRイヤホンの現在の状態が、ハウリング発生の可能性がある状態である場合、ハウリングの発生を防止する処理を行うという技術内容を提供する。これにより、ANRイヤホンがハウリング発生の可能性がある状態にあるか否かを判定することができ、そして、ANRイヤホンがハウリング発生の可能性がある状態にあると判定した場合にハウリング処理を行うため、ANRイヤホンがハウリング発生の可能性がある状態にある時、ハウリングの発生を防止することができる。更に、ANRイヤホンにハウリングが終始発生しないことを実現可能であり、これにより、デバイスの損傷が回避され、ユーザの不快感が低減される。
【００５５】
上記したのは、あくまでも本発明の好ましい実施例であり、本発明の保護範囲を限定するためのものではない。本発明の精神及び原則内になされた如何なる変更、均等的な置換、改良等は、いずれも本発明の保護範囲に含まれるものである。
【図１】
2016526862.tif 000047
【図２Ａ】
2016526862.tif 000048
【図２Ｂ】
2016526862.tif 000049
【図２Ｃ】
2016526862.tif 000050
【図３】
2016526862.tif 000051
【図４】
2016526862.tif 000052
【図５】
2016526862.tif 000053
【図６】
2016526862.tif 000054
【図７】
2016526862.tif 000055
【図８】
2016526862.tif 000056
【図９】
2016526862.tif 000057
【図１０】
2016526862.tif 000058
【国際調査報告】
2016526862.tif 000059
2016526862.tif 000060
2016526862.tif 000061
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