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公開番号2024153755
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-29
出願番号2024120392,2022167349
出願日2024-07-25,2018-02-05
発明の名称セグメント化された周波数依存位相キャンセレーションを用いたノイズキャンセレーション
出願人サイレンサーデバイシズ,エルエルシー
代理人弁理士法人一色国際特許事務所
主分類G10K 11/178 20060101AFI20241022BHJP(楽器;音響)
要約【課題】リアルタイムで信号スペクトルに必要とされる正確なアンチノイズ信号を構築する方法を提供する。
【解決手段】空中サイレンサーシステムにおいて、処理回路10は、ノイズ信号を取得し40、取得したノイズ信号を異なる周波数帯域42セグメントに細分化することによって複数のセグメント化ノイズ信号44を生成する。セグメント化ノイズ信号それぞれについて個別に、セグメント化ノイズ信号の選択された周波数に依存する周波数依存遅延時間46だけ、セグメント化ノイズ信号の時間シフトを行い、複数のシフトされたセグメント化ノイズ信号を生成する。セグメント化ノイズ信号が合成されて複合アンチノイズ信号50を形成し、信号ストリームに出力されて、減殺的干渉によりノイズを軽減する。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
ノイズと呼ばれる不要な信号を含む信号ストリーム内のノイズを軽減する方法であって、
デジタル化ノイズ信号を取得し、
デジタルプロセッサ回路を使用して、前記取得されたデジタル化ノイズ信号を異なる周波数帯域セグメントに細分化することによって、複数のセグメント化ノイズ信号を生成し、
セグメント化ノイズ信号それぞれについて個別に、前記デジタルプロセッサ回路を使用して、前記セグメント化ノイズ信号の時間シフトを行い、それによって、複数のシフトされたセグメント化ノイズ信号を生成し、
前記複数のシフトされたセグメント化ノイズ信号を合成し、複合アンチノイズ信号を形成し、
前記複合アンチノイズ信号を前記信号ストリームに出力して、減殺的干渉によって前記ノイズを軽減することを含み、
前記時間シフトの量は、前記セグメント化ノイズ信号の選択された周波数に依存し、前記ノイズ信号に付随する伝搬時間と、前記デジタルプロセッサ回路および付随する機器のスループット速度に付随するシステム伝搬時間の両方を考慮している、方法。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記セグメント化ノイズ信号の前記時間シフトは、前記セグメント化ノイズ信号の位相のシフトに対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
セグメント化ノイズ信号それぞれについて個別に、用途に適した振幅スケーリング係数を適用し、
シフトされて振幅スケーリングされた前記複数のセグメント化ノイズ信号を合成して、複合アンチノイズ信号を形成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記デジタルプロセッサ回路を使用して、前記取得されたノイズ信号を一組の異なる周波数帯域範囲に細分化し、各々の周波数帯域範囲を前記周波数帯域セグメントにさらに細分化することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
異なる周波数帯域セグメント各々および振幅スケーリング係数の大きさは、前記デジタルプロセッサ回路によってプログラム的に確立される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
一組の異なる周波数帯域範囲および付随する振幅スケーリング係数各々の大きさは、前記デジタルプロセッサ回路によってプログラム的に確立される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記デジタルプロセッサ回路は、セグメント化ノイズ信号の位相を、セグメントごとに選択された周波数の逆数の半分として計算される位相シフト時間に対応する量だけシフトするようにプログラムされる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
デジタルプロセッサ回路は、前記ノイズ信号に付随する伝搬時間と、前記デジタルプロセッサ回路および付随する機器の前記スループット速度に付随するシステム伝搬時間の両方を考慮したシステムオフセット時間を測定し、計算するようにプログラムされる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記デジタルプロセッサ回路は、セグメント化ノイズ信号の位相を、選択された周波数の逆数の半分として計算され、前記システムオフセット時間によってさらに調整される位相シフト時間に対応する量だけシフトするようにプログラムされる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記デジタルプロセッサ回路は、前記セグメント化された複合アンチノイズ信号を振幅スケーリング係数によって調整するようにプログラムされる、請求項９に記載の方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願へのクロスリファレンス
本出願は、２０１７年４月２６日に出願された米国特許出願第１５／４９７，４１７号および２０１７年２月６日に出願された米国特許仮出願第６２／４５５，１８０号の優先権の利益を主張するものである。上記出願の開示内容全体を本明細書に援用する。
続きを表示（約 2,700 文字）【０００２】
本開示は、広義には電子的な自動ノイズキャンセレーション技術に関する。特に、本開示は、システムおよび用途に合わせて正確に計算された複数のスペクトルセグメントで周波数依存のアンチノイズ成分を生成するノイズキャンセレーション技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
科学者および技術者らは、数十年にわたって、電子的な自動ノイズキャンセリング（ＡＮＣ）の問題に取り組んできた。波伝搬の基本的な物理学では、ノイズ信号と位相が１８０度ずれた「アンチノイズ」波を作り、減殺的干渉によってノイズを完全になくせることが示唆される。これは、単純で反復性の低周波音では確かにうまく機能する。しかしながら、動的で急激に変化する音、高めの周波数を含む音の場合は、うまく機能しない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
（フィードフォワードとフィードバックを組み合わせたハイブリッド設計を採用している）現時点で最良のシステムでは、出力時に実用的な最小ノイズを発生することになる伝達関数を繰り返し推定することによってアンチノイズ信号を生成するのに、ＬＭＳ（最小二乗平均）適応フィルタリングを改変したものを使用して、２ｋＨｚまでの周波数で反復性のノイズ（エンジンまたはファンなど）を低減することができる。企業はＡＮＣの結果の改善に投資しつづけているが、その活動はこれら既存の手法の改善に焦点を当てているようである。さらに、大きな処理能力を利用できるにもかかわらず、さまざまな適応フィルターを使用するＡＮＣの周波数上限は４ｋＨｚ未満であり、信号を１０ｄＢから３０ｄＢ減衰させる機能があるとされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従来の手法とは対照的に、開示されたシステムは、現在使用されている方法よりも効果的に、オフラインモードで実質的にあらゆる周波数範囲をキャンセルし、商業的に一般的な処理速度で少なくとも全オーディオスペクトルをリアルタイムでキャンセルすることができる。
【０００６】
処理速度および計算能力は、一貫して急速に大きくなり続けている（たとえば、１９６５年以来、ムーアの法則は正しい）。商業市場および軍事市場の中には、（ほとんどの消費者製品用途よりも）コストに鈍感であり、現在の最高速度／電力のより高いコストに対応できる。また、量子コンピューティングの並外れた力が用いられる兆しがみえている。したがって、本発明者らは、時間の経過とともにいずれは商業的に実行可能になると予想される、開示されたシステムおよび方法の実施形態を想定し、包含している。したがって本開示では、簡単にするために、本発明者らは実施形態の数を、本発明の無数の用途を実現するのに必要な最小数の異なるハードウェアシステム構造によって定義される５つの主要な実施形態におさえた。ハードウェアシステム構造は、本発明者らが「コアエンジン」信号処理方法と呼ぶもののバリエーションに特定の方法で統合されるという点で、発明の一部である。これらの５つの実施形態の主要な要素を、図１から図５に示す。大まかに言うと、５つの実施形態を、空中システム、テレコミュニケーションおよび個人使用システム、オフライン信号処理システム、暗号化／解読システムおよび信号シグネチャの認識、検出ならびに受信システムと説明することができる。
【０００７】
開示された技術は、リアルタイムで信号スペクトルに必要とされる正確なアンチノイズを構築、利用および適用する。システム／アルゴリズムは柔軟性があり、用途の必要性に応じてより高いまたは低い解像度と制御を可能にする（あるいは実際には、処理能力のコスト的な制約または本発明を利用する製品エンジニアに課される他の律速因子を考慮する）。この汎用性の高い効果的な手法を特定のハードウェアおよびソフトウェアシステム構造に統合すると、さまざまな用途が容易になる。本発明者らは、これまでに想定したシステム構造に基づいて、これらを次の５つの領域に大まかに分類している。空中システム、テレコミュニケーションおよび個人使用システム、オフライン信号処理システム、暗号化／解読システムおよび信号シグネチャの認識、検出ならびに受信システム。システムの可能性を表すこのリストは、本開示の範囲を限定することを意図していないため、考慮することを推奨する。
【０００８】
開示された技術はオーディオスペクトルに有用であることに加えて、この技術を電磁信号にも同様に用いることができる。したがって、開示された技術は、現在市販されているプロセッサを使用して、オフラインモードで実質的にあらゆる周波数範囲をキャンセルし、商業的に一般的な処理速度で少なくとも全オーディオスペクトルをリアルタイムでキャンセルすることができる。プロセッサの速度が増すにつれて、あるいは、複数のプロセッサの能力を集約することにより、どのような電磁信号でも本発明を用いてリアルタイム処理が可能になると予想される。
【０００９】
このアルゴリズムは、システムまたは用途に合う理想的なアンチノイズを計算することにより、個別の周波数セグメントを個々に処理し、オーディオスペクトル全体に対するノイズキャンセリング性能を大幅に向上させる。実際、このアルゴリズムは、オフラインおよび信号処理アプリケーションで、オーディオスペクトル全体をうまくキャンセルすることができる。また、ヘッドフォンおよび空中システムのオーディオスペクトル全体で一層効果的であり、利用されている他のどのシステムよりも高い周波数を処理できる。個別の周波数セグメントを処理する（および後述するように、周波数の範囲または帯域をグループ化できるようにする）と、オーディオスペクトル内またはそれをはるかに超える特定の用途で適切に実行できるようにアルゴリズムをカスタマイズすることができる。
【００１０】
個別の周波数セグメントを処理することにより、時間とともに急速に変化する動的ノイズ源に対するアンチノイズを作成することが可能になる。（商業的に利用されている現在の方法は、エンジンノイズなどの周期性のある定常状態の音に限られる。）個別の周波数セグメントを処理することで、ヘッドフォン／イヤホン用の複数の入力マイクロフォンの必要性も減る。
（【００１１】以降は省略されています）

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