ハウリングキャンセラ
【課題】 周波数一定の楽音の持続音とハウリングとを区別して、楽音による音声信号を減衰させない適応フィルタを備えたハウリングキャンセラを提供する。
【解決手段】 波形分析部７は、マイクロフォン１から入力された音声信号がハウリング発生による入力信号であるか否かを判定し、ハウリング発生による入力信号でない場合は検出した周波数付近で適応フィルタ６の適応処理を鈍化するようにフィルタ係数を設定する。これにより、楽音による音声信号を減衰させることなくハウリングを抑制することが可能となる。
【解決手段】 波形分析部７は、マイクロフォン１から入力された音声信号がハウリング発生による入力信号であるか否かを判定し、ハウリング発生による入力信号でない場合は検出した周波数付近で適応フィルタ６の適応処理を鈍化するようにフィルタ係数を設定する。これにより、楽音による音声信号を減衰させることなくハウリングを抑制することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は講堂やホール等に設置される拡声システムにおいて、楽音を低減させずにハウリングを抑制するハウリングキャンセラに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に講堂やホール等で拡声装置を用いた場合、スピーカから出力された音声は、ある伝達関数をもつ音響経路を経て再びマイクロフォンに入力される。つまり、マイクロフォン−増幅器−スピーカ−音響経路−マイクロフォン、の経路で閉ループが形成される。この閉ループのゲインが１を越えるとスピーカからマイクロフォンに帰還した音声が増大してハウリングの発生となる。
【０００３】
このハウリングを効率的に防止するために、適応フィルタ（アダプティブ・ディジタル・フィルタ）を用いてハウリングの発生を防止するハウリングキャンセラが提案されている（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
図６は上記のハウリングキャンセラを示した図である。マイクロフォン１０１およびスピーカ１０４は講堂やホール等、同一の音響空間に設置されている。ここで、マイクロフォン１０１から入力された音声信号は、フロントエンドのマイクロフォンアンプで増幅されたのちＡ／Ｄコンバータによってディジタル信号ｙ（ｋ）に変換される。
【０００５】
信号ｙ（ｋ）は、加算器１０２を介して増幅器１０３に供給され、増幅される。Ｇ（ｚ）は、増幅器１０３の伝達関数である。増幅器１０３から出力された信号ｘ（ｋ）は、Ｄ／Ａコンバータによって音声信号に変換された後にスピーカ１０４から発音される。
【０００６】
スピーカ１０４から発音された音声は音響帰還路１０５を経てマイクロフォン１０１に帰還する。音響帰還路１０５は、スピーカ１０４からマイクロフォン１０１に至る音響経路である。Ｈ（ｚ）は音響帰還路１０５の伝達関数である。音響帰還路１０５を介して帰還される帰還信号ｄ（ｋ）は、話者等の音源が発生する音源信号ｓ（ｋ）とともにマイクロフォン１０１に入力される。マイクロフォン１０１は、この入力された音声をディジタル信号に変換してｙ（ｋ）として出力する。
【０００７】
このような拡声装置では、マイクロフォン１０１−増幅器１０３−スピーカ１０４−音響帰還路１０５−マイクロフォン１０１の経路で閉ループが形成される。この閉ループのゲインが１を超えると、帰還信号ｄ（ｋ）が増大されてハウリング発生となる。同図に示す拡声装置では、このようなハウリングの発生を防止するために、ディレイ回路１０６、適応フィルタ１０７および加算器１０２を含むハウリングキャンセラを有している。
【０００８】
ディレイ回路１０６は、増幅器１０３の出力信号ｘ（ｋ）を音響帰還路１０５の時間遅延に対応した遅延時間τを付与して信号ｘ（ｋ−τ）として適応フィルタ１０７に出力するものである。適応フィルタ１０７は、図７に示すようにフィルタ部１０７ａおよびフィルタ係数推定部１０７ｂを有しており、信号ｘ（ｋ−τ）は、フィルタ部１０７ａおよびフィルタ係数推定部１０７ｂの両方に入力される。
【０００９】
フィルタ部１０７ａは、音響帰還路１０５の伝達関数Ｈ（ｚ）を模擬した伝達関数Ｆ（ｚ）でマイクロフォン１０１から入力される信号を減衰するようにフィルタ係数が設定されている。したがって、適応フィルタ１０７から出力された信号ｄｏ（ｋ）は、音響帰還路１０５の伝達関数Ｈ（ｚ）を模擬した伝達関数Ｆ（ｚ）で信号ｘ（ｋ−τ）をフィルタリングした信号であるため、スピーカ１０４から音響帰還路１０５を伝達してマイクロフォン１０１に再入力される帰還信号ｄ（ｋ）を模擬したものとなる。
【００１０】
加算器１０２は、マイクロフォン１０１から入力された信号ｙ（ｋ）（ここで、ｙ（ｋ）は音源信号と帰還信号を加算した信号）から、帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を減算する。これにより、入力信号から帰還信号が除去され、ハウリングをキャンセルすることができる。
【００１１】
フィルタ係数推定部１０７ｂは、適応アルゴリズムを用いて信号ｘ（ｋ−τ）およびｅ（ｋ）に基づいて伝達関数Ｆ（ｚ）が伝達関数Ｈ（ｚ）に一致または近似するようにフィルタ部１０７ａのフィルタ係数を逐次更新する。この結果、信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）が得られ、ハウリング発生を防止することができる。
【非特許文献１】稲積，今井，小西，：”ＬＭＳアルゴリズムを用いた拡声系のハウリング防止”，日本音響学会講演論文集ｐｐ．４１７−４１８（１９９１，３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、ハウリングは一定周波数の正弦波（純音）の高レベル信号として現れるが、非特許文献１に記載のハウリングキャンセラは、このハウリングに対してフィルタを適応させ、信号の周波数ピークを減衰させるような模擬信号ｄｏ（ｋ）を生成する。すなわち、ハウリングキャンセラは、マイクロフォンから入力された信号のうち、ディレイ回路１０６で遅延された信号に類似する成分を帰還信号と判断して、これを減衰させるように適応フィルタのフィルタ係数を更新する。したがって、ハウリングキャンセラは、ハウリングの発生する前の帰還信号をキャンセルしてハウリングを防止することができるとともに、ハウリングが発生した場合のハウリング音も速やかに減衰させることができる。
【００１３】
このように、適応フィルタ内蔵のハウリングキャンセラの場合、マイクロフォンから入力した信号のうち遅延した信号と類似する成分を帰還信号とみなして減衰させる特性を有する。このため、例えばバイオリンやフルートなどの持続音を発する楽器の楽音は、ハウリング信号に類似した一定周波数の純音に近い高レベル信号であるために、マイクロフォンから入力された音源信号（ソース音）であっても、ハウリングキャンセラによってキャンセルされてしまうという問題点があった。
【００１４】
本発明は、上記の事情に鑑み、周波数一定の楽音の持続音とハウリングとを区別して、楽音による入力を減衰させずにハウリングのみ減衰させる適応フィルタを備えたハウリングキャンセラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に記載の発明は、スピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路の伝達関数を推定して、マイクロフォンの入力信号から帰還音声信号をキャンセルする適応フィルタを備えたハウリングキャンセラであって、一定周波数を有する信号であるピーク信号がマイクロフォンから入力されたとき、このピーク信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段と、マイクロフォンからピーク信号が入力され、かつこれを入力信号判定手段が楽音による入力信号と判定した場合に、検出したピーク周波数付近において適応フィルタの適応処理を停止または鈍化させるように設定することを特徴とする。
【００１６】
この発明では、マイクロフォンから入力された音声信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段を有している。入力信号判定手段は、一定周波数の持続音を検出したときに、楽音による入力信号であるか否かを判定する。楽音による入力信号であると判定した場合、マイクロフォンから入力された信号をキャンセルしないように検出したピーク周波数において適応フィルタの適応処理を停止または鈍化させるように設定する。これにより、周波数一定の楽音の持続音が入力されても、その信号をキャンセルしないように適応フィルタが動作することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、スピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路の伝達関数を推定して、マイクロフォンの入力信号から帰還音声信号をキャンセルする適応フィルタを備えたハウリングキャンセラであって、一定周波数を有する信号であるピーク信号がマイクロフォンから入力されたとき、このピーク信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段と、マイクロフォンからピーク信号が入力され、かつこれを入力信号判定手段が楽音による入力信号と判定した場合に、検出したピーク周波数付近において適応フィルタの出力信号の周波数特性が平滑化されるように出力信号を制御するフィルタ出力信号制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
この発明では、マイクロフォンから入力された音声信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段を有している。入力信号判定手段は、一定周波数の持続音を検出したときに、楽音による入力信号であるか否かを判定する。さらに、適応フィルタの出力信号を修正するフィルタ出力信号制御手段を備えており、入力信号判定手段が楽音による入力信号であると判定した場合は、検出したピーク周波数付近においてフィルタ出力信号の周波数特性を平滑化する。例えば検出したピーク周波数付近において、フィルタ出力信号の周波数特性の移動平均をとるように演算処理する。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、スピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路の伝達関数を推定して、マイクロフォンの入力信号から帰還音声信号をキャンセルする適応フィルタを備えたハウリングキャンセラであって、一定周波数を有する信号であるピーク信号がマイクロフォンから入力されたとき、このピーク信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段と、マイクロフォンからピーク信号が入力され、かつこれを入力信号判定手段が楽音による入力信号と判定した場合に、検出したピーク周波数において適応フィルタの出力信号の振幅を減衰させるフィルタ出力信号抑制手段と、を備えたことを特徴とすることを特徴とする。
【００２０】
この発明では、マイクロフォンから入力された音声信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段を有している。入力信号判定手段は、一定周波数の持続音を検出したときに、楽音による入力信号であるか否かを判定する。さらに、適応フィルタの出力信号を抑制するフィルタ出力信号抑制手段を備えており、入力信号判定手段が楽音による入力信号であると判定した場合は、検出したピーク周波数付近においてフィルタ出力信号を減衰させる。減衰には出力信号を０に修正することも含む。他の周波数においては減衰等せずにそのまま出力する。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、この発明によれば、マイクロフォンからピーク信号が入力されたときに楽音による入力信号であるか否かを判定し、ピーク周波数において適応フィルタの適応処理を停止または鈍化することで、楽音による入力信号を抑制せずにハウリングのみ抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態のハウリングキャンセラについて図を用いて詳細に説明する。
【００２３】
［第１実施形態］
図１は第１実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムのブロック図である。同図に示すように、この適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムは、マイクロフォン１、加算器２、増幅器３、スピーカ４、ディレイ回路５、適応フィルタ６、および波形分析部７からなり、マイクロフォン１およびスピーカ４は講堂やホール等に配置される。
【００２４】
マイクロフォン１に入力された音声信号はＡ／Ｄ変換処理によりディジタル信号として加算器２と波形分析部７に入力される。加算器２は、マイクロフォン１からの入力信号から適応フィルタ６の出力信号を差し引いて出力する。加算器２の出力信号は、増幅器３を介して増幅されたのちスピーカ４に出力される。スピーカ４に伝達された信号はアナログ音声信号に変換されたのち放音される。ここでスピーカ４から発音された音声はマイクロフォン１に帰還信号として再入力される。
【００２５】
この例におけるハウリングキャンセラは、ディレイ回路５および適応フィルタ６により、マイクロフォン１から入力された音声信号が増幅器３およびスピーカ４、マイクロフォン１が設置されている音響空間を伝搬して再度マイクロフォン１に入力されるまでの一連の音声伝達経路の伝達特性を模擬するものである。
【００２６】
ディレイ回路５は、スピーカ４からマイクロフォン１に帰還する帰還信号の時間遅延を推定した時間遅延を付与するものである。ディレイ回路４で時間遅延を付与されて出力した信号は適応フィルタ６に入力される。
【００２７】
適応フィルタ６は、音響帰還経路の伝達関数を模擬するフィルタであり、ディレイ回路５が遅延した信号をフィルタリングする。このフィルタリングされた出力信号を模擬信号として加算器２に出力する。
【００２８】
適応フィルタ６は、図２に示すようにフィルタ部６ａおよびフィルタ係数推定部６ｂからなるもので、フィルタ部６ａおよびフィルタ係数推定部６ｂにはそれぞれディレイ回路５から遅延した信号が入力される。フィルタ部６ａは入力された信号をフィルタリングし、加算器２に出力する。加算器２は、フィルタ部６ａの出力信号をマイクロフォンの入力信号から差し引く。
【００２９】
フィルタ係数推定部６ｂは、ディレイ回路５で遅延された過去の信号と加算器２の出力信号である現在の信号とに基づいて帰還信号の消去誤差を検出し、模擬信号を帰還信号に一致または近似させるべくフィルタ部６ａの伝達関数を自動更新する。
【００３０】
フィルタ係数推定部６ｂの伝達関数更新は適応アルゴリズムを用いる。適応アルゴリズムは、例えばＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムを用いる。
【００３１】
波形分析部７は、マイクロフォン１から入力された信号を高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴと言う）し、入力された信号の周波数特性を分析する。その結果入力された信号が楽音による入力信号であるか否かを判定するものである。楽音による入力信号であるか否かの判定は、入力された波形とあらかじめ記憶しておいた楽音波形パターンを比較し、楽音波形パターンとの相関が高いときに楽音による入力信号と判定する。比較方法は相互相関関数を用いたり、ＨＭＭ（Ｈｉｄｄｅｎ Ｍａｒｃｏｖ Ｍｏｄｅｌ）法等の音声認識の手法を用いたりすればよい。楽音による入力信号と判定した場合は、適応フィルタ６にマイクロフォンから入力された信号をキャンセルしないよう指示する。なお、入力信号の周波数特性をあらかじめ記憶しておいた楽音波形の周波数特性と比較して、楽音による入力信号と判定してもよい。また、楽音波形に代えてハウリング波形を記憶し、入力信号を記憶したハウリング波形と比較し、ハウリングであるか否かを判定してハウリングでないと判定した場合に楽音による入力信号と判定するようにしてもよい。
【００３２】
以下、上記のハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの動作について詳細に説明する。
図３は第１実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの伝達特性を示すブロック図である。同図に示すように、マイクロフォン１を介して入力された音声信号は、Ａ／Ｄ変換処理によりディジタル信号ｙ（ｋ）に変換されて加算器２を介して増幅器３に入力される。増幅器３は、入力された信号ｙ（ｋ）を増幅するためのものである。Ｇ（ｚ）は増幅器３の伝達関数である。
【００３３】
増幅器３から出力された信号ｘ（ｋ）は、Ｄ／Ａ変換処理によりアナログ音声信号に変換されてスピーカ４から音声を発音する。スピーカ４から発音された音声は音響帰還路８を経てマイクロフォン１に帰還する。音響帰還路８は、スピーカ４からマイクロフォン１に至る音響経路である。Ｈ（ｚ）は音響帰還路８の伝達関数である。音響帰還路８を介して帰還される帰還信号ｄ（ｋ）は、話者等の音源が発生する音源信号ｓ（ｋ）とともにマイクロフォン１に入力される。
【００３４】
また、増幅器３から出力された信号ｘ（ｋ）は、ディレイ回路５にも入力される。ディレイ回路５は、入力された信号ｘ（ｋ）に対し、時間遅延を付与して出力するもので、ここではスピーカ４からマイクロフォン１に帰還する帰還音声信号の時間遅延を推定した時間遅延τを付与するものである。ディレイ回路５で時間遅延τを付与されて出力した信号ｘ（ｋ−τ）は適応フィルタ６に入力される。
【００３５】
適応フィルタ６は、図２に示したようにフィルタ部６ａおよびフィルタ係数推定部６ｂからなるもので、フィルタ部６ａおよびフィルタ係数推定部６ｂにはそれぞれディレイ回路５から出力された信号ｘ（ｋ−τ）が入力される。フィルタ部６ａはスピーカ４からマイクロフォン１への帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を出力して、加算器２でマイクロフォン１から再入力される信号ｙ（ｋ）から帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を差し引くようにする。帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）は、伝達関数Ｆ（ｚ）に従って上記ディレイ回路５から出力された信号ｘ（ｋ−τ）を基に決定される。フィルタ係数推定部６ｂは、ディレイ回路５から出力された信号ｘ（ｋ−τ）とマイクロフォン１から増幅器３に伝達される信号のうち上記帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を差し引いた信号ｅ（ｋ）とを基にして、適応アルゴリズムを用い、帰還信号を模擬した信号ｄｏ（ｋ）が実際の帰還信号ｄ（ｋ）に一致もしくは近似するようにフィルタ部６ａのフィルタ係数を更新するものである。適応アルゴリズムは、例えばＬＭＳアルゴリズムを用いる。信号ｅ（ｋ）の２乗平均値Ｊ＝Ｅ［ｅ（ｋ）２］（ただし、Ｅ［・］は期待値）とすれば、Ｊを最小にするようなフィルタ係数が演算により推定され、推定されたフィルタ係数を用いてフィルタ部６ａのフィルタ係数が更新される。
【００３６】
上述のように適応フィルタ６では、ディレイ回路５から出力された信号ｘ（ｋ−τ）とマイクロフォン１から増幅器３に伝達される信号ｙ（ｋ）のうち上記帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を差し引いた信号ｅ（ｋ）とを基にしてフィルタ係数を更新するので、マイクロフォン１から入力された信号のうち、信号ｄ（ｋ）をキャンセルすることが可能である。マイクロフォン１−増幅器３−スピーカ４−音響帰還路８−マイクロフォン１の経路で形成される閉ループのゲインが１を超えたとき、帰還信号ｄ（ｋ）のうち、ある周波数の振幅値が時間経過とともに増大して周波数スペクトル上でピークを形成し、ハウリング発生となるが、適応フィルタ６は特にこのピークを減衰させるようにフィルタ係数を更新して、生成した模擬信号ｄｏ（ｋ）を入力信号ｙ（ｋ）から減算する。したがって、マイクロフォンから入力された音源信号ｓ（ｋ）と帰還信号ｄ（ｋ）を加算した信号ｙ（ｋ）が周波数一定の持続音であるときに、フィルタ係数を逐次更新してその持続音を減衰させることができる。
【００３７】
波形分析部７は、前述のようにマイクロフォン１から入力された信号ｙ（ｋ）をＦＦＴし、ピーク周波数を検出する。ピーク周波数検出の手法は例えば、振幅値が所定の閾値以上となる周波数帯域のうち極大となる周波数をピーク周波数とすればよい。さらに、検出したピーク周波数のうち最も低い周波数ピークを入力信号の１次ピークとし、１次ピークの整数倍の周波数の近傍のピークを倍音ピークとする。
【００３８】
検出したピーク周波数が一定時間以上継続して入力される場合、それぞれのピーク周波数付近のスペクトル形状から楽音による入力信号であるか否かを判定する。具体的には、入力信号の波形とあらかじめ記憶しておいた楽音波形パターンを比較し、楽音波形パターンとの相関が高いときに楽音による入力信号と判定する。入力信号の波形と楽音波形の相互相関関数を求めて楽音による信号であるか否かを判定する。なお、相互相関関数に替えてＨＭＭ等のパターンマッチングの手法を用いてもよい。また、楽音波形に代えてハウリング波形を記憶し、入力信号を記憶したハウリング波形と比較し、ハウリングであるか否かを判定してハウリングでないと判定した場合に楽音による入力信号と判定するようにしてもよい。また、検出したピーク形状の周波数幅を計算し、この周波数幅をピーク幅として、ピーク幅に所定の閾値を設定し、閾値以上のときに楽音による入力信号と判定するようにしてもよい。これらのように、楽音による入力信号であるか否かを判定することができればどのような手法であってもよい。
【００３９】
楽音による入力信号でなく、ハウリング発生による入力信号であると判定したときは、適応フィルタ６がハウリングを抑制する。ピーク周波数を検出し、かつ楽音による入力信号であると判定したときは、適応フィルタ６にマイクロフォン１から入力された信号をキャンセルしないよう指示する。
【００４０】
ここでは、フィルタ係数推定部６ｂに対して、検出したピーク周波数において適応処理を停止または鈍化するように指示する。適応フィルタ６の伝達関数はＦ（ｚ）で表されるが、この伝達関数は忘却係数λやステップサイズαと呼ばれる係数を用いて更新される。忘却係数λはそれまでの伝達関数に乗ずる係数であり、０〜１の範囲に設定する。忘却係数λを小さくするとそれまでの伝達関数を消去して更新を促進することになる。ステップサイズαは修正の大きさを表す係数であり、ステップサイズαを大きくすると修正した伝達関数をより多く利用することとなり、更新を促進することになる。修正後の伝達関数Ｆ’（ｚ）はＦ’（ｚ）＝λＦ（ｚ）＋αΔＦ（ｚ）（ただし、ΔＦ（ｚ）はフィルタ差分）なる式で表される。
【００４１】
したがって波形分析部７は、ピーク周波数を検出し、かつ楽音による入力信号であると判定したときは、検出したピーク周波数において伝達関数Ｆ（ｚ）を更新しないように適応フィルタ６のステップサイズαを小さくするように設定する。なお、検出した１次ピーク周波数だけでなく、倍音ピーク周波数についてもステップサイズαを小さくするようにしてもよい。また、ステップサイズαを小さくするように設定するとともに忘却係数λを大きくするように設定してもよい。これにより、マイクロフォン１からの新たな入力信号のうち、楽音と判定された入力信号のピーク周波数帯域をキャンセルしないようにすることができる。
【００４２】
［第２実施形態］
図４は第２実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムのブロック図である。なお、第１実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムと同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。同図に示すように、この例における拡声システムは、第１実施形態のハウリングキャンセラに加え、適応フィルタ６と加算器２の間に信号修正部９をさらに備えている。
【００４３】
信号修正部９は、適応フィルタ６の出力信号のうち、任意周波数範囲の信号を修正演算するものである。ここでは、適応フィルタ６の出力信号をＦＦＴして、波形分析部７が検出した周波数帯域について適応フィルタ６の出力信号の周波数特性を平滑化するように修正演算する。適応フィルタ６の出力信号の修正動作について以下に説明する。
【００４４】
図５は第２実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの伝達特性を示す図である。同図に示すように、マイクロフォン１を介して入力された音声信号は、Ａ／Ｄ変換処理によりディジタル信号ｙ（ｋ）に変換されて加算器２を介して増幅器３に入力される。増幅器３は、入力された信号ｙ（ｋ）を増幅するためのものである。Ｇ（ｚ）は増幅器３の伝達関数である。
【００４５】
増幅器３から出力された信号ｘ（ｋ）は、Ｄ／Ａ変換処理によりアナログ音声信号に変換されてスピーカ４から音声を発音する。スピーカ４から発音された音声は音響帰還路８を経てマイクロフォン１に帰還する。音響帰還路８は、スピーカ４からマイクロフォン１に至る音響経路である。Ｈ（ｚ）は音響帰還路８の伝達関数である。音響帰還路８を介して帰還される帰還信号ｄ（ｋ）は、話者等の音源が発生する音源信号ｓ（ｋ）とともにマイクロフォン１に入力される。マイクロフォン１は、この入力された音声をディジタル信号に変換してｙ（ｋ）として出力する。
【００４６】
また、増幅器３から出力された信号ｘ（ｋ）は、ディレイ回路５にも入力される。ディレイ回路５は、入力された信号ｘ（ｋ）に対し、時間遅延を付与して出力するもので、ここではスピーカ４からマイクロフォン１に帰還する帰還音声信号の時間遅延を推定した時間遅延τを付与するものである。ディレイ回路５で時間遅延τを付与されて出力した信号ｘ（ｋ−τ）は適応フィルタ６に入力される。
【００４７】
適応フィルタ６は帰還音声信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を伝達関数Ｆ（ｚ）にしたがって出力する。さらに信号修正部９は、信号ｄ１（ｋ）を伝達関数Ｆ１（ｚ）にしたがって出力する。加算器２は、マイクロフォン１から再入力された信号ｙ（ｋ）から信号ｄ１（ｋ）を差し引く。
【００４８】
信号ｄ１（ｋ）は、信号ｄｏ（ｋ）の周波数特性において、波形分析部７で検出したピーク周波数付近の周波数特性を、その周波数特性の周波数に対する移動平均をとったものに置き換えるように変換されたものである。これにより、適応フィルタ７の出力信号ｄｏ（ｋ）の周波数特性は平滑化され、楽音による入力信号ｙ（ｋ）をキャンセルしないようにすることができる。なお、この例においても検出したピーク周波数付近だけでなく、その倍音周波数付近においても移動平均を演算し、出力信号の周波数特性を平滑化するようにしてもよい。
【００４９】
また、信号修正部９は、模擬信号ｄｏ（ｋ）のうち波形分析部７が検出したピーク周波数における信号をカットするようにしてもよい。模擬信号ｄｏ（ｋ）のうち、波形分析部７が検出した周波数の出力信号を切り出して減衰または０に修正演算し、修正演算を行わない他の周波数と合成して出力する。このように信号修正部９は、バンドカットフィルタのように機能するようにしてもよい。なお、この場合も検出したピーク周波数付近だけでなく、その倍音周波数付近においても修正演算するようにしてもよい。
【００５０】
また、第２実施形態においても波形分析部７は、ピーク周波数を検出し、かつハウリング発生による入力信号でないと判定したときは、伝達関数Ｆ（ｚ）を更新しないように適応フィルタ６のステップサイズαを小さくするように設定するようにしてもよい。これにより、マイクロフォン１からの新たな入力信号をキャンセルしなくなる。
【００５１】
以上のように本発明におけるハウリングキャンセラは、マイクロフォンから入力された音声信号をＦＦＴして、そのピーク周波数の波形から、入力信号がハウリング発生によるものであるか否かを判定し、ハウリング発生による入力信号でないと判定したときは、検出したピーク周波数において適応フィルタの出力信号がマイクロフォンの入力信号をキャンセルしないように設定する。検出したピーク周波数において適応フィルタの適応処理を停止、または鈍化させることで入力信号をキャンセルしないようにすることができる。また、適応フィルタの出力信号の周波数特性において、検出したピーク周波数付近の移動平均を演算することにより入力信号をキャンセルしないようにすることができる。
【００５２】
これにより、バイオリン等のように周波数一定の楽音の持続音が入力された時にその楽音をキャンセルせずに、ハウリングのみを抑制することが可能となる。
【００５３】
なお、入力信号はマイクロフォンからの入力に限らず、振動センサ等、話者等の音源信号を集音するものであればどのようなものであってもよい。また、周波数分析の手法は上述したＦＦＴに限らず、周波数ピークを算出できる手法であればどのようなものであってもよい。例えば帯域通過フィルタ等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムのブロック図
【図２】本発明の第１実施形態に係る適応フィルタの構成を詳細に示すブロック図
【図３】本発明の第１実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの伝達特性を示す図
【図４】本発明の第２実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの構成を示すブロック図
【図５】本発明の第２実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの伝達特性を示す図
【図６】従来の適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの回路構成を示すブロック図
【図７】従来の適応フィルタの構成を詳細に示すブロック図
【符号の説明】
【００５５】
１−マイクロフォン
２−加算器
３−増幅器
４−スピーカ
５−ディレイ回路
６−適応フィルタ
６ａ−フィルタ部
６ｂ−フィルタ係数推定部
７−波形分析部
８−音響帰還路
９−信号修正部
１０１−従来の拡声システムにおけるマイクロフォン
１０２−従来の拡声システムにおける加算器
１０３−従来の拡声システムにおける増幅器
１０４−従来の拡声システムにおけるスピーカ
１０５−従来の拡声システムにおける音響帰還路
１０６−従来の拡声システムにおけるディレイ回路
１０７−従来の拡声システムにおける適応フィルタ
１０７ａ−従来の適応フィルタにおけるフィルタ部
１０７ｂ−従来の適応フィルタにおけるフィルタ係数推定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は講堂やホール等に設置される拡声システムにおいて、楽音を低減させずにハウリングを抑制するハウリングキャンセラに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に講堂やホール等で拡声装置を用いた場合、スピーカから出力された音声は、ある伝達関数をもつ音響経路を経て再びマイクロフォンに入力される。つまり、マイクロフォン−増幅器−スピーカ−音響経路−マイクロフォン、の経路で閉ループが形成される。この閉ループのゲインが１を越えるとスピーカからマイクロフォンに帰還した音声が増大してハウリングの発生となる。
【０００３】
このハウリングを効率的に防止するために、適応フィルタ（アダプティブ・ディジタル・フィルタ）を用いてハウリングの発生を防止するハウリングキャンセラが提案されている（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
図６は上記のハウリングキャンセラを示した図である。マイクロフォン１０１およびスピーカ１０４は講堂やホール等、同一の音響空間に設置されている。ここで、マイクロフォン１０１から入力された音声信号は、フロントエンドのマイクロフォンアンプで増幅されたのちＡ／Ｄコンバータによってディジタル信号ｙ（ｋ）に変換される。
【０００５】
信号ｙ（ｋ）は、加算器１０２を介して増幅器１０３に供給され、増幅される。Ｇ（ｚ）は、増幅器１０３の伝達関数である。増幅器１０３から出力された信号ｘ（ｋ）は、Ｄ／Ａコンバータによって音声信号に変換された後にスピーカ１０４から発音される。
【０００６】
スピーカ１０４から発音された音声は音響帰還路１０５を経てマイクロフォン１０１に帰還する。音響帰還路１０５は、スピーカ１０４からマイクロフォン１０１に至る音響経路である。Ｈ（ｚ）は音響帰還路１０５の伝達関数である。音響帰還路１０５を介して帰還される帰還信号ｄ（ｋ）は、話者等の音源が発生する音源信号ｓ（ｋ）とともにマイクロフォン１０１に入力される。マイクロフォン１０１は、この入力された音声をディジタル信号に変換してｙ（ｋ）として出力する。
【０００７】
このような拡声装置では、マイクロフォン１０１−増幅器１０３−スピーカ１０４−音響帰還路１０５−マイクロフォン１０１の経路で閉ループが形成される。この閉ループのゲインが１を超えると、帰還信号ｄ（ｋ）が増大されてハウリング発生となる。同図に示す拡声装置では、このようなハウリングの発生を防止するために、ディレイ回路１０６、適応フィルタ１０７および加算器１０２を含むハウリングキャンセラを有している。
【０００８】
ディレイ回路１０６は、増幅器１０３の出力信号ｘ（ｋ）を音響帰還路１０５の時間遅延に対応した遅延時間τを付与して信号ｘ（ｋ−τ）として適応フィルタ１０７に出力するものである。適応フィルタ１０７は、図７に示すようにフィルタ部１０７ａおよびフィルタ係数推定部１０７ｂを有しており、信号ｘ（ｋ−τ）は、フィルタ部１０７ａおよびフィルタ係数推定部１０７ｂの両方に入力される。
【０００９】
フィルタ部１０７ａは、音響帰還路１０５の伝達関数Ｈ（ｚ）を模擬した伝達関数Ｆ（ｚ）でマイクロフォン１０１から入力される信号を減衰するようにフィルタ係数が設定されている。したがって、適応フィルタ１０７から出力された信号ｄｏ（ｋ）は、音響帰還路１０５の伝達関数Ｈ（ｚ）を模擬した伝達関数Ｆ（ｚ）で信号ｘ（ｋ−τ）をフィルタリングした信号であるため、スピーカ１０４から音響帰還路１０５を伝達してマイクロフォン１０１に再入力される帰還信号ｄ（ｋ）を模擬したものとなる。
【００１０】
加算器１０２は、マイクロフォン１０１から入力された信号ｙ（ｋ）（ここで、ｙ（ｋ）は音源信号と帰還信号を加算した信号）から、帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を減算する。これにより、入力信号から帰還信号が除去され、ハウリングをキャンセルすることができる。
【００１１】
フィルタ係数推定部１０７ｂは、適応アルゴリズムを用いて信号ｘ（ｋ−τ）およびｅ（ｋ）に基づいて伝達関数Ｆ（ｚ）が伝達関数Ｈ（ｚ）に一致または近似するようにフィルタ部１０７ａのフィルタ係数を逐次更新する。この結果、信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）が得られ、ハウリング発生を防止することができる。
【非特許文献１】稲積，今井，小西，：”ＬＭＳアルゴリズムを用いた拡声系のハウリング防止”，日本音響学会講演論文集ｐｐ．４１７−４１８（１９９１，３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、ハウリングは一定周波数の正弦波（純音）の高レベル信号として現れるが、非特許文献１に記載のハウリングキャンセラは、このハウリングに対してフィルタを適応させ、信号の周波数ピークを減衰させるような模擬信号ｄｏ（ｋ）を生成する。すなわち、ハウリングキャンセラは、マイクロフォンから入力された信号のうち、ディレイ回路１０６で遅延された信号に類似する成分を帰還信号と判断して、これを減衰させるように適応フィルタのフィルタ係数を更新する。したがって、ハウリングキャンセラは、ハウリングの発生する前の帰還信号をキャンセルしてハウリングを防止することができるとともに、ハウリングが発生した場合のハウリング音も速やかに減衰させることができる。
【００１３】
このように、適応フィルタ内蔵のハウリングキャンセラの場合、マイクロフォンから入力した信号のうち遅延した信号と類似する成分を帰還信号とみなして減衰させる特性を有する。このため、例えばバイオリンやフルートなどの持続音を発する楽器の楽音は、ハウリング信号に類似した一定周波数の純音に近い高レベル信号であるために、マイクロフォンから入力された音源信号（ソース音）であっても、ハウリングキャンセラによってキャンセルされてしまうという問題点があった。
【００１４】
本発明は、上記の事情に鑑み、周波数一定の楽音の持続音とハウリングとを区別して、楽音による入力を減衰させずにハウリングのみ減衰させる適応フィルタを備えたハウリングキャンセラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に記載の発明は、スピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路の伝達関数を推定して、マイクロフォンの入力信号から帰還音声信号をキャンセルする適応フィルタを備えたハウリングキャンセラであって、一定周波数を有する信号であるピーク信号がマイクロフォンから入力されたとき、このピーク信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段と、マイクロフォンからピーク信号が入力され、かつこれを入力信号判定手段が楽音による入力信号と判定した場合に、検出したピーク周波数付近において適応フィルタの適応処理を停止または鈍化させるように設定することを特徴とする。
【００１６】
この発明では、マイクロフォンから入力された音声信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段を有している。入力信号判定手段は、一定周波数の持続音を検出したときに、楽音による入力信号であるか否かを判定する。楽音による入力信号であると判定した場合、マイクロフォンから入力された信号をキャンセルしないように検出したピーク周波数において適応フィルタの適応処理を停止または鈍化させるように設定する。これにより、周波数一定の楽音の持続音が入力されても、その信号をキャンセルしないように適応フィルタが動作することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、スピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路の伝達関数を推定して、マイクロフォンの入力信号から帰還音声信号をキャンセルする適応フィルタを備えたハウリングキャンセラであって、一定周波数を有する信号であるピーク信号がマイクロフォンから入力されたとき、このピーク信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段と、マイクロフォンからピーク信号が入力され、かつこれを入力信号判定手段が楽音による入力信号と判定した場合に、検出したピーク周波数付近において適応フィルタの出力信号の周波数特性が平滑化されるように出力信号を制御するフィルタ出力信号制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
この発明では、マイクロフォンから入力された音声信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段を有している。入力信号判定手段は、一定周波数の持続音を検出したときに、楽音による入力信号であるか否かを判定する。さらに、適応フィルタの出力信号を修正するフィルタ出力信号制御手段を備えており、入力信号判定手段が楽音による入力信号であると判定した場合は、検出したピーク周波数付近においてフィルタ出力信号の周波数特性を平滑化する。例えば検出したピーク周波数付近において、フィルタ出力信号の周波数特性の移動平均をとるように演算処理する。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、スピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路の伝達関数を推定して、マイクロフォンの入力信号から帰還音声信号をキャンセルする適応フィルタを備えたハウリングキャンセラであって、一定周波数を有する信号であるピーク信号がマイクロフォンから入力されたとき、このピーク信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段と、マイクロフォンからピーク信号が入力され、かつこれを入力信号判定手段が楽音による入力信号と判定した場合に、検出したピーク周波数において適応フィルタの出力信号の振幅を減衰させるフィルタ出力信号抑制手段と、を備えたことを特徴とすることを特徴とする。
【００２０】
この発明では、マイクロフォンから入力された音声信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段を有している。入力信号判定手段は、一定周波数の持続音を検出したときに、楽音による入力信号であるか否かを判定する。さらに、適応フィルタの出力信号を抑制するフィルタ出力信号抑制手段を備えており、入力信号判定手段が楽音による入力信号であると判定した場合は、検出したピーク周波数付近においてフィルタ出力信号を減衰させる。減衰には出力信号を０に修正することも含む。他の周波数においては減衰等せずにそのまま出力する。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、この発明によれば、マイクロフォンからピーク信号が入力されたときに楽音による入力信号であるか否かを判定し、ピーク周波数において適応フィルタの適応処理を停止または鈍化することで、楽音による入力信号を抑制せずにハウリングのみ抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態のハウリングキャンセラについて図を用いて詳細に説明する。
【００２３】
［第１実施形態］
図１は第１実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムのブロック図である。同図に示すように、この適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムは、マイクロフォン１、加算器２、増幅器３、スピーカ４、ディレイ回路５、適応フィルタ６、および波形分析部７からなり、マイクロフォン１およびスピーカ４は講堂やホール等に配置される。
【００２４】
マイクロフォン１に入力された音声信号はＡ／Ｄ変換処理によりディジタル信号として加算器２と波形分析部７に入力される。加算器２は、マイクロフォン１からの入力信号から適応フィルタ６の出力信号を差し引いて出力する。加算器２の出力信号は、増幅器３を介して増幅されたのちスピーカ４に出力される。スピーカ４に伝達された信号はアナログ音声信号に変換されたのち放音される。ここでスピーカ４から発音された音声はマイクロフォン１に帰還信号として再入力される。
【００２５】
この例におけるハウリングキャンセラは、ディレイ回路５および適応フィルタ６により、マイクロフォン１から入力された音声信号が増幅器３およびスピーカ４、マイクロフォン１が設置されている音響空間を伝搬して再度マイクロフォン１に入力されるまでの一連の音声伝達経路の伝達特性を模擬するものである。
【００２６】
ディレイ回路５は、スピーカ４からマイクロフォン１に帰還する帰還信号の時間遅延を推定した時間遅延を付与するものである。ディレイ回路４で時間遅延を付与されて出力した信号は適応フィルタ６に入力される。
【００２７】
適応フィルタ６は、音響帰還経路の伝達関数を模擬するフィルタであり、ディレイ回路５が遅延した信号をフィルタリングする。このフィルタリングされた出力信号を模擬信号として加算器２に出力する。
【００２８】
適応フィルタ６は、図２に示すようにフィルタ部６ａおよびフィルタ係数推定部６ｂからなるもので、フィルタ部６ａおよびフィルタ係数推定部６ｂにはそれぞれディレイ回路５から遅延した信号が入力される。フィルタ部６ａは入力された信号をフィルタリングし、加算器２に出力する。加算器２は、フィルタ部６ａの出力信号をマイクロフォンの入力信号から差し引く。
【００２９】
フィルタ係数推定部６ｂは、ディレイ回路５で遅延された過去の信号と加算器２の出力信号である現在の信号とに基づいて帰還信号の消去誤差を検出し、模擬信号を帰還信号に一致または近似させるべくフィルタ部６ａの伝達関数を自動更新する。
【００３０】
フィルタ係数推定部６ｂの伝達関数更新は適応アルゴリズムを用いる。適応アルゴリズムは、例えばＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムを用いる。
【００３１】
波形分析部７は、マイクロフォン１から入力された信号を高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴと言う）し、入力された信号の周波数特性を分析する。その結果入力された信号が楽音による入力信号であるか否かを判定するものである。楽音による入力信号であるか否かの判定は、入力された波形とあらかじめ記憶しておいた楽音波形パターンを比較し、楽音波形パターンとの相関が高いときに楽音による入力信号と判定する。比較方法は相互相関関数を用いたり、ＨＭＭ（Ｈｉｄｄｅｎ Ｍａｒｃｏｖ Ｍｏｄｅｌ）法等の音声認識の手法を用いたりすればよい。楽音による入力信号と判定した場合は、適応フィルタ６にマイクロフォンから入力された信号をキャンセルしないよう指示する。なお、入力信号の周波数特性をあらかじめ記憶しておいた楽音波形の周波数特性と比較して、楽音による入力信号と判定してもよい。また、楽音波形に代えてハウリング波形を記憶し、入力信号を記憶したハウリング波形と比較し、ハウリングであるか否かを判定してハウリングでないと判定した場合に楽音による入力信号と判定するようにしてもよい。
【００３２】
以下、上記のハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの動作について詳細に説明する。
図３は第１実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの伝達特性を示すブロック図である。同図に示すように、マイクロフォン１を介して入力された音声信号は、Ａ／Ｄ変換処理によりディジタル信号ｙ（ｋ）に変換されて加算器２を介して増幅器３に入力される。増幅器３は、入力された信号ｙ（ｋ）を増幅するためのものである。Ｇ（ｚ）は増幅器３の伝達関数である。
【００３３】
増幅器３から出力された信号ｘ（ｋ）は、Ｄ／Ａ変換処理によりアナログ音声信号に変換されてスピーカ４から音声を発音する。スピーカ４から発音された音声は音響帰還路８を経てマイクロフォン１に帰還する。音響帰還路８は、スピーカ４からマイクロフォン１に至る音響経路である。Ｈ（ｚ）は音響帰還路８の伝達関数である。音響帰還路８を介して帰還される帰還信号ｄ（ｋ）は、話者等の音源が発生する音源信号ｓ（ｋ）とともにマイクロフォン１に入力される。
【００３４】
また、増幅器３から出力された信号ｘ（ｋ）は、ディレイ回路５にも入力される。ディレイ回路５は、入力された信号ｘ（ｋ）に対し、時間遅延を付与して出力するもので、ここではスピーカ４からマイクロフォン１に帰還する帰還音声信号の時間遅延を推定した時間遅延τを付与するものである。ディレイ回路５で時間遅延τを付与されて出力した信号ｘ（ｋ−τ）は適応フィルタ６に入力される。
【００３５】
適応フィルタ６は、図２に示したようにフィルタ部６ａおよびフィルタ係数推定部６ｂからなるもので、フィルタ部６ａおよびフィルタ係数推定部６ｂにはそれぞれディレイ回路５から出力された信号ｘ（ｋ−τ）が入力される。フィルタ部６ａはスピーカ４からマイクロフォン１への帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を出力して、加算器２でマイクロフォン１から再入力される信号ｙ（ｋ）から帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を差し引くようにする。帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）は、伝達関数Ｆ（ｚ）に従って上記ディレイ回路５から出力された信号ｘ（ｋ−τ）を基に決定される。フィルタ係数推定部６ｂは、ディレイ回路５から出力された信号ｘ（ｋ−τ）とマイクロフォン１から増幅器３に伝達される信号のうち上記帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を差し引いた信号ｅ（ｋ）とを基にして、適応アルゴリズムを用い、帰還信号を模擬した信号ｄｏ（ｋ）が実際の帰還信号ｄ（ｋ）に一致もしくは近似するようにフィルタ部６ａのフィルタ係数を更新するものである。適応アルゴリズムは、例えばＬＭＳアルゴリズムを用いる。信号ｅ（ｋ）の２乗平均値Ｊ＝Ｅ［ｅ（ｋ）２］（ただし、Ｅ［・］は期待値）とすれば、Ｊを最小にするようなフィルタ係数が演算により推定され、推定されたフィルタ係数を用いてフィルタ部６ａのフィルタ係数が更新される。
【００３６】
上述のように適応フィルタ６では、ディレイ回路５から出力された信号ｘ（ｋ−τ）とマイクロフォン１から増幅器３に伝達される信号ｙ（ｋ）のうち上記帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を差し引いた信号ｅ（ｋ）とを基にしてフィルタ係数を更新するので、マイクロフォン１から入力された信号のうち、信号ｄ（ｋ）をキャンセルすることが可能である。マイクロフォン１−増幅器３−スピーカ４−音響帰還路８−マイクロフォン１の経路で形成される閉ループのゲインが１を超えたとき、帰還信号ｄ（ｋ）のうち、ある周波数の振幅値が時間経過とともに増大して周波数スペクトル上でピークを形成し、ハウリング発生となるが、適応フィルタ６は特にこのピークを減衰させるようにフィルタ係数を更新して、生成した模擬信号ｄｏ（ｋ）を入力信号ｙ（ｋ）から減算する。したがって、マイクロフォンから入力された音源信号ｓ（ｋ）と帰還信号ｄ（ｋ）を加算した信号ｙ（ｋ）が周波数一定の持続音であるときに、フィルタ係数を逐次更新してその持続音を減衰させることができる。
【００３７】
波形分析部７は、前述のようにマイクロフォン１から入力された信号ｙ（ｋ）をＦＦＴし、ピーク周波数を検出する。ピーク周波数検出の手法は例えば、振幅値が所定の閾値以上となる周波数帯域のうち極大となる周波数をピーク周波数とすればよい。さらに、検出したピーク周波数のうち最も低い周波数ピークを入力信号の１次ピークとし、１次ピークの整数倍の周波数の近傍のピークを倍音ピークとする。
【００３８】
検出したピーク周波数が一定時間以上継続して入力される場合、それぞれのピーク周波数付近のスペクトル形状から楽音による入力信号であるか否かを判定する。具体的には、入力信号の波形とあらかじめ記憶しておいた楽音波形パターンを比較し、楽音波形パターンとの相関が高いときに楽音による入力信号と判定する。入力信号の波形と楽音波形の相互相関関数を求めて楽音による信号であるか否かを判定する。なお、相互相関関数に替えてＨＭＭ等のパターンマッチングの手法を用いてもよい。また、楽音波形に代えてハウリング波形を記憶し、入力信号を記憶したハウリング波形と比較し、ハウリングであるか否かを判定してハウリングでないと判定した場合に楽音による入力信号と判定するようにしてもよい。また、検出したピーク形状の周波数幅を計算し、この周波数幅をピーク幅として、ピーク幅に所定の閾値を設定し、閾値以上のときに楽音による入力信号と判定するようにしてもよい。これらのように、楽音による入力信号であるか否かを判定することができればどのような手法であってもよい。
【００３９】
楽音による入力信号でなく、ハウリング発生による入力信号であると判定したときは、適応フィルタ６がハウリングを抑制する。ピーク周波数を検出し、かつ楽音による入力信号であると判定したときは、適応フィルタ６にマイクロフォン１から入力された信号をキャンセルしないよう指示する。
【００４０】
ここでは、フィルタ係数推定部６ｂに対して、検出したピーク周波数において適応処理を停止または鈍化するように指示する。適応フィルタ６の伝達関数はＦ（ｚ）で表されるが、この伝達関数は忘却係数λやステップサイズαと呼ばれる係数を用いて更新される。忘却係数λはそれまでの伝達関数に乗ずる係数であり、０〜１の範囲に設定する。忘却係数λを小さくするとそれまでの伝達関数を消去して更新を促進することになる。ステップサイズαは修正の大きさを表す係数であり、ステップサイズαを大きくすると修正した伝達関数をより多く利用することとなり、更新を促進することになる。修正後の伝達関数Ｆ’（ｚ）はＦ’（ｚ）＝λＦ（ｚ）＋αΔＦ（ｚ）（ただし、ΔＦ（ｚ）はフィルタ差分）なる式で表される。
【００４１】
したがって波形分析部７は、ピーク周波数を検出し、かつ楽音による入力信号であると判定したときは、検出したピーク周波数において伝達関数Ｆ（ｚ）を更新しないように適応フィルタ６のステップサイズαを小さくするように設定する。なお、検出した１次ピーク周波数だけでなく、倍音ピーク周波数についてもステップサイズαを小さくするようにしてもよい。また、ステップサイズαを小さくするように設定するとともに忘却係数λを大きくするように設定してもよい。これにより、マイクロフォン１からの新たな入力信号のうち、楽音と判定された入力信号のピーク周波数帯域をキャンセルしないようにすることができる。
【００４２】
［第２実施形態］
図４は第２実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムのブロック図である。なお、第１実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムと同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。同図に示すように、この例における拡声システムは、第１実施形態のハウリングキャンセラに加え、適応フィルタ６と加算器２の間に信号修正部９をさらに備えている。
【００４３】
信号修正部９は、適応フィルタ６の出力信号のうち、任意周波数範囲の信号を修正演算するものである。ここでは、適応フィルタ６の出力信号をＦＦＴして、波形分析部７が検出した周波数帯域について適応フィルタ６の出力信号の周波数特性を平滑化するように修正演算する。適応フィルタ６の出力信号の修正動作について以下に説明する。
【００４４】
図５は第２実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの伝達特性を示す図である。同図に示すように、マイクロフォン１を介して入力された音声信号は、Ａ／Ｄ変換処理によりディジタル信号ｙ（ｋ）に変換されて加算器２を介して増幅器３に入力される。増幅器３は、入力された信号ｙ（ｋ）を増幅するためのものである。Ｇ（ｚ）は増幅器３の伝達関数である。
【００４５】
増幅器３から出力された信号ｘ（ｋ）は、Ｄ／Ａ変換処理によりアナログ音声信号に変換されてスピーカ４から音声を発音する。スピーカ４から発音された音声は音響帰還路８を経てマイクロフォン１に帰還する。音響帰還路８は、スピーカ４からマイクロフォン１に至る音響経路である。Ｈ（ｚ）は音響帰還路８の伝達関数である。音響帰還路８を介して帰還される帰還信号ｄ（ｋ）は、話者等の音源が発生する音源信号ｓ（ｋ）とともにマイクロフォン１に入力される。マイクロフォン１は、この入力された音声をディジタル信号に変換してｙ（ｋ）として出力する。
【００４６】
また、増幅器３から出力された信号ｘ（ｋ）は、ディレイ回路５にも入力される。ディレイ回路５は、入力された信号ｘ（ｋ）に対し、時間遅延を付与して出力するもので、ここではスピーカ４からマイクロフォン１に帰還する帰還音声信号の時間遅延を推定した時間遅延τを付与するものである。ディレイ回路５で時間遅延τを付与されて出力した信号ｘ（ｋ−τ）は適応フィルタ６に入力される。
【００４７】
適応フィルタ６は帰還音声信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を伝達関数Ｆ（ｚ）にしたがって出力する。さらに信号修正部９は、信号ｄ１（ｋ）を伝達関数Ｆ１（ｚ）にしたがって出力する。加算器２は、マイクロフォン１から再入力された信号ｙ（ｋ）から信号ｄ１（ｋ）を差し引く。
【００４８】
信号ｄ１（ｋ）は、信号ｄｏ（ｋ）の周波数特性において、波形分析部７で検出したピーク周波数付近の周波数特性を、その周波数特性の周波数に対する移動平均をとったものに置き換えるように変換されたものである。これにより、適応フィルタ７の出力信号ｄｏ（ｋ）の周波数特性は平滑化され、楽音による入力信号ｙ（ｋ）をキャンセルしないようにすることができる。なお、この例においても検出したピーク周波数付近だけでなく、その倍音周波数付近においても移動平均を演算し、出力信号の周波数特性を平滑化するようにしてもよい。
【００４９】
また、信号修正部９は、模擬信号ｄｏ（ｋ）のうち波形分析部７が検出したピーク周波数における信号をカットするようにしてもよい。模擬信号ｄｏ（ｋ）のうち、波形分析部７が検出した周波数の出力信号を切り出して減衰または０に修正演算し、修正演算を行わない他の周波数と合成して出力する。このように信号修正部９は、バンドカットフィルタのように機能するようにしてもよい。なお、この場合も検出したピーク周波数付近だけでなく、その倍音周波数付近においても修正演算するようにしてもよい。
【００５０】
また、第２実施形態においても波形分析部７は、ピーク周波数を検出し、かつハウリング発生による入力信号でないと判定したときは、伝達関数Ｆ（ｚ）を更新しないように適応フィルタ６のステップサイズαを小さくするように設定するようにしてもよい。これにより、マイクロフォン１からの新たな入力信号をキャンセルしなくなる。
【００５１】
以上のように本発明におけるハウリングキャンセラは、マイクロフォンから入力された音声信号をＦＦＴして、そのピーク周波数の波形から、入力信号がハウリング発生によるものであるか否かを判定し、ハウリング発生による入力信号でないと判定したときは、検出したピーク周波数において適応フィルタの出力信号がマイクロフォンの入力信号をキャンセルしないように設定する。検出したピーク周波数において適応フィルタの適応処理を停止、または鈍化させることで入力信号をキャンセルしないようにすることができる。また、適応フィルタの出力信号の周波数特性において、検出したピーク周波数付近の移動平均を演算することにより入力信号をキャンセルしないようにすることができる。
【００５２】
これにより、バイオリン等のように周波数一定の楽音の持続音が入力された時にその楽音をキャンセルせずに、ハウリングのみを抑制することが可能となる。
【００５３】
なお、入力信号はマイクロフォンからの入力に限らず、振動センサ等、話者等の音源信号を集音するものであればどのようなものであってもよい。また、周波数分析の手法は上述したＦＦＴに限らず、周波数ピークを算出できる手法であればどのようなものであってもよい。例えば帯域通過フィルタ等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムのブロック図
【図２】本発明の第１実施形態に係る適応フィルタの構成を詳細に示すブロック図
【図３】本発明の第１実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの伝達特性を示す図
【図４】本発明の第２実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの構成を示すブロック図
【図５】本発明の第２実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの伝達特性を示す図
【図６】従来の適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの回路構成を示すブロック図
【図７】従来の適応フィルタの構成を詳細に示すブロック図
【符号の説明】
【００５５】
１−マイクロフォン
２−加算器
３−増幅器
４−スピーカ
５−ディレイ回路
６−適応フィルタ
６ａ−フィルタ部
６ｂ−フィルタ係数推定部
７−波形分析部
８−音響帰還路
９−信号修正部
１０１−従来の拡声システムにおけるマイクロフォン
１０２−従来の拡声システムにおける加算器
１０３−従来の拡声システムにおける増幅器
１０４−従来の拡声システムにおけるスピーカ
１０５−従来の拡声システムにおける音響帰還路
１０６−従来の拡声システムにおけるディレイ回路
１０７−従来の拡声システムにおける適応フィルタ
１０７ａ−従来の適応フィルタにおけるフィルタ部
１０７ｂ−従来の適応フィルタにおけるフィルタ係数推定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路の伝達関数を推定して、マイクロフォンの入力信号から帰還音声信号をキャンセルする適応フィルタを備えたハウリングキャンセラであって、
一定周波数を有する信号であるピーク信号がマイクロフォンから入力されたとき、このピーク信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段と、
マイクロフォンからピーク信号が入力され、かつこれを入力信号判定手段が楽音による入力信号と判定した場合に、検出したピーク周波数付近において適応フィルタの適応処理を停止または鈍化させるように設定することを特徴とするハウリングキャンセラ。
【請求項２】
スピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路の伝達関数を推定して、マイクロフォンの入力信号から帰還音声信号をキャンセルする適応フィルタを備えたハウリングキャンセラであって、
一定周波数を有する信号であるピーク信号がマイクロフォンから入力されたとき、このピーク信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段と、
マイクロフォンからピーク信号が入力され、かつこれを入力信号判定手段が楽音による入力信号と判定した場合に、検出したピーク周波数付近において適応フィルタの出力信号の周波数特性が平滑化されるように出力信号を制御するフィルタ出力信号制御手段と、
を備えたことを特徴とするハウリングキャンセラ。
【請求項３】
スピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路の伝達関数を推定して、マイクロフォンの入力信号から帰還音声信号をキャンセルする適応フィルタを備えたハウリングキャンセラであって、
一定周波数を有する信号であるピーク信号がマイクロフォンから入力されたとき、このピーク信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段と、
マイクロフォンからピーク信号が入力され、かつこれを入力信号判定手段が楽音による入力信号と判定した場合に、検出したピーク周波数において適応フィルタの出力信号の振幅を減衰させるフィルタ出力信号抑制手段と、
を備えたことを特徴とするハウリングキャンセラ。
【請求項１】
スピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路の伝達関数を推定して、マイクロフォンの入力信号から帰還音声信号をキャンセルする適応フィルタを備えたハウリングキャンセラであって、
一定周波数を有する信号であるピーク信号がマイクロフォンから入力されたとき、このピーク信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段と、
マイクロフォンからピーク信号が入力され、かつこれを入力信号判定手段が楽音による入力信号と判定した場合に、検出したピーク周波数付近において適応フィルタの適応処理を停止または鈍化させるように設定することを特徴とするハウリングキャンセラ。
【請求項２】
スピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路の伝達関数を推定して、マイクロフォンの入力信号から帰還音声信号をキャンセルする適応フィルタを備えたハウリングキャンセラであって、
一定周波数を有する信号であるピーク信号がマイクロフォンから入力されたとき、このピーク信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段と、
マイクロフォンからピーク信号が入力され、かつこれを入力信号判定手段が楽音による入力信号と判定した場合に、検出したピーク周波数付近において適応フィルタの出力信号の周波数特性が平滑化されるように出力信号を制御するフィルタ出力信号制御手段と、
を備えたことを特徴とするハウリングキャンセラ。
【請求項３】
スピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路の伝達関数を推定して、マイクロフォンの入力信号から帰還音声信号をキャンセルする適応フィルタを備えたハウリングキャンセラであって、
一定周波数を有する信号であるピーク信号がマイクロフォンから入力されたとき、このピーク信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段と、
マイクロフォンからピーク信号が入力され、かつこれを入力信号判定手段が楽音による入力信号と判定した場合に、検出したピーク周波数において適応フィルタの出力信号の振幅を減衰させるフィルタ出力信号抑制手段と、
を備えたことを特徴とするハウリングキャンセラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−２０３５５３（Ｐ２００６−２０３５５３Ａ）
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１３０９５（Ｐ２００５−１３０９５）
【出願日】平成１７年１月２０日（２００５．１．２０）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２０日（２００５．１．２０）
【出願人】（０００００４０７５）ヤマハ株式会社 (5,930)
【Ｆターム（参考）】
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