JP2006166375A - Howling canceller - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a howling canceller that suppresses howling without reducing musical sound in a loudspeaker system installed in a lecture hall or hall.
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。 In general, when a loudspeaker is used in a lecture hall, a hall, or the like, sound output from a speaker is input to a microphone again through an acoustic path having a certain transfer function. That is, a closed loop is formed by the path of microphone-amplifier-speaker-acoustic path-microphone. When the gain of the closed loop exceeds 1, the sound returned from the speaker to the microphone increases, and howling occurs.
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)。 In order to efficiently prevent this howling, a howling canceller that uses an adaptive filter (adaptive digital filter) to prevent howling has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1).
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。
FIG. 6 is a view showing the above howling canceller. The
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。 The signal y (k) is supplied to the amplifier 103 via the adder 102 and amplified. G (z) is a transfer function of the amplifier 103. The signal x (k) output from the amplifier 103 is sounded from the speaker 104 after being converted into an audio signal by the D / A converter.
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。
The sound generated from the speaker 104 returns to the
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。
In such a loudspeaker, a closed loop is formed by the path of the microphone 101 -the amplifier 103 -the speaker 104 -the acoustic feedback path 105 -the
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。
The delay circuit 106 gives a delay time τ corresponding to the time delay of the acoustic feedback path 105 to the output signal x (k) of the amplifier 103 and outputs it to the
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。
In the
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。 The adder 102 is a signal do (k) simulating the feedback signal d (k) from the signal y (k) input from the microphone 101 (where y (k) is a signal obtained by adding the sound source signal and the feedback signal). ) Is subtracted. Thereby, the feedback signal is removed from the input signal, and howling can be canceled.
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。
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。
By the way, although howling appears as a high-level signal of a sine wave (pure tone) having a constant frequency, the howling canceller described in Non-Patent
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。 As described above, the howling canceller with a built-in adaptive filter has a characteristic in which a component similar to a delayed signal among signals input from the microphone is regarded as a feedback signal and attenuated. For this reason, for example, musical tones of musical instruments that emit continuous sounds such as violins and flutes are high-level signals that are close to pure tones with a constant frequency similar to howling signals, and are therefore sound source signals (source sounds) input from a microphone. However, there was a problem that it was canceled by the howling canceller.
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。 An object of the present invention is to provide a howling canceller including an adaptive filter that distinguishes between a continuous sound of a musical tone having a constant frequency and a howling, and attenuates only howling without attenuating the input due to the musical tone, in view of the above circumstances. To do.
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、ピーク信号が入力され、かつ入力信号判定手段が該ピーク信号を楽音による入力信号と判定した場合に、入力信号をキャンセルしないように適応フィルタを制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
The invention according to
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、その入力信号が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適応フィルタに設定する。適応フィルタの処理を停止、または、適応フィルタの適応処理を鈍化させるようにフィルタ係数を更新する。 In the present invention, there is provided an input signal determining means for determining whether or not the audio signal input from the microphone is an input signal based on a musical sound. The input signal determination means determines whether or not the input signal is an input signal based on a musical sound when a continuous sound having a constant frequency is detected. When it is determined that the input signal is a musical sound, the adaptive filter is set so as not to cancel the signal input from the microphone. The filter coefficient is updated so that the process of the adaptive filter is stopped or the adaptive process of the adaptive filter is slowed down.
請求項2に記載の発明は、上記発明において、前記入力信号判定手段は、ピーク信号が入力されたとき、このピーク信号がハウリングであるか否かを判定することにより、該ピーク信号が楽音であるか否かを判定することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the above invention, when the peak signal is input, the input signal determination means determines whether the peak signal is howling by determining whether or not the peak signal is howling. It is characterized by determining whether or not there is.
この発明では、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、その入力信号がハウリングによる入力信号であるか否かを判定する。ハウリングによる入力信号でないと判断したときは、その入力信号は楽音による入力信号であると判断する。 In this invention, the input signal determination means determines whether or not the input signal is an input signal by howling when a continuous sound having a constant frequency is detected. When it is determined that it is not an input signal by howling, it is determined that the input signal is an input signal by musical sound.
請求項3に記載の発明は、上記発明において、前記入力信号判定手段は、ピーク信号をリファレンス波形パターンと比較することで、該ピーク信号が楽音又はハウリングであるか否かを判定することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the above invention, the input signal determining means determines whether or not the peak signal is a tone or howling by comparing the peak signal with a reference waveform pattern. And
この発明では、マイクロフォンから入力された信号をリファレンス波形と比較する。リファレンス波形は、楽音の波形やハウリング波形等である。比較方法は、例えば時間軸において入力された信号とリファレンス波形の相互相関関数を計算し、その計算結果を用いる。所定の時間領域で入力信号波形とリファレンス波形の積和を計算すればよい。相互相関関数の値が大きければリファレンス波形と近似していると判断できる。また、マイクロフォンから入力された音声信号を高速フーリエ変換(以下、FFTと言う。)し、音圧値がピークを示すピーク周波数およびその周波数の倍音周波数を求め、入力信号の波形の周波数スペクトルとリファレンス波形の周波数スペクトルを比較してもよい。比較方法は、HMM(Hidden Marcov Model)等のパターンマッチングの手法を用いる。その結果入力信号が楽音による入力信号であるか否かを判断する。 In the present invention, a signal input from a microphone is compared with a reference waveform. The reference waveform is a musical tone waveform, a howling waveform, or the like. In the comparison method, for example, a cross-correlation function between a signal input on the time axis and a reference waveform is calculated, and the calculation result is used. What is necessary is just to calculate the product sum of an input signal waveform and a reference waveform in a predetermined time domain. If the value of the cross-correlation function is large, it can be determined that the reference waveform is approximated. Also, the audio signal input from the microphone is subjected to fast Fourier transform (hereinafter referred to as FFT) to obtain a peak frequency at which the sound pressure value shows a peak and a harmonic frequency of the frequency, and a frequency spectrum of the waveform of the input signal and a reference You may compare the frequency spectrum of a waveform. As a comparison method, a pattern matching technique such as HMM (Hidden Markov Model) is used. As a result, it is determined whether or not the input signal is an input signal based on a musical sound.
請求項4に記載の発明は、上記発明において、前記入力信号判定手段は、入力信号の周波数スペクトルのピーク周波数におけるピーク幅の値に所定の閾値を設定し、ピーク幅の値に基づいて、該ピーク信号が楽音又はハウリングであるか否かを判定することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the above invention, the input signal determining means sets a predetermined threshold value for the peak width value at the peak frequency of the frequency spectrum of the input signal, and based on the peak width value, It is characterized by determining whether a peak signal is a musical sound or howling.
この発明では、マイクロフォンから入力された音声信号をFFTし、ピーク周波数およびその倍音周波数を求め、ピーク幅を求める。ピーク幅に所定の閾値を設定し、その閾値よりもピーク幅が大きければ楽音による入力信号であると判断して入力信号をキャンセルしないようにする。閾値よりもピーク幅が小さければ正弦波に近い信号であるためハウリングとして判断する。 In the present invention, an audio signal input from a microphone is subjected to FFT, a peak frequency and its harmonic frequency are obtained, and a peak width is obtained. A predetermined threshold is set for the peak width, and if the peak width is larger than the threshold, it is determined that the input signal is a musical sound and the input signal is not canceled. If the peak width is smaller than the threshold, the signal is close to a sine wave, so that it is determined as howling.
以上のように、この発明によれば、入力されたピーク信号が楽音であるか否かを判断することでハウリングによる入力信号と区別し、楽音による入力信号であると判断したときは入力信号をキャンセルしないようにすることで、一定周波数の楽音の持続音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。 As described above, according to the present invention, the input peak signal is distinguished from the input signal by howling by determining whether or not the input peak signal is a musical sound. By not canceling, it is possible to suppress only howling without suppressing a continuous tone of a constant frequency.
以下、本発明の実施形態の適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムについて図を用いて詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a loudspeaker system with a built-in adaptive howling canceller according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は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、マイクロフォン1、加算器2、増幅器3、スピーカ4、音響帰還路5、ディレイ回路6、適応フィルタ7、波形分析部8、および波形記憶部9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。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形式の信号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。
FIG. 1 is a block diagram of a loudspeaker system with an adaptive howling canceller. As shown in the figure, the
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形式の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5を経てマイクロフォン1に帰還する。音響帰還路5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5の伝達関数である。音響帰還路5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。
The signal x (k) output from the
また、増幅器3から出力された信号x(k)は、ディレイ回路6にも入力される。ディレイ回路6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6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7に入力される。
The signal x (k) output from the
適応フィルタ7は、図2に示すようにフィルタ部7aおよびフィルタ係数推定部7bからなるもので、フィルタ部7aおよびフィルタ係数推定部7bにはそれぞれディレイ回路6から出力された信号x(k−τ)が入力される。フィルタ部7a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、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6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7bは、ディレイ回路6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7a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、たとえばLMS(Least Mean Square)アルゴリズムが用いられる。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7aのフィルタ係数が更新される。
As shown in FIG. 2, the
なお、ディレイ回路6がないと、マイクロフォン1に入力した信号は、加算器2に入力されるとともに遅延なく適応フィルタ7にも入力される。適応フィルタ7は、誤差信号e(k)を小さくするようにフィルタ係数を更新するので、フィルタ係数の更新が進むにつれて、加算器2ではマイクロフォンから入力された信号が適応フィルタ7の出力信号によってキャンセルされるようになってしまう。このため、音源信号s(k)のキャンセルを防止しつつ帰還信号d(k)を信号do(k)によってキャンセルするためにはディレイ回路6が不可欠である。
If the
上述のように適応フィルタ7では、ディレイ回路6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5−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、ある周波数の音圧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7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。
As described above, the
波形分析部8は、マイクロフォン1から入力された信号y(k)をFFTして信号Y(f)を得る。さらに、FFTした信号Y(f)について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、音圧値が所定の閾値以上となる周波数領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ピーク周波数を入力信号の1次ピークとし、1次ピークの整数倍の周波数を倍音ピークとする。
The
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を解析して信号Y(f)がハウリング発生による信号であるか否かを判断する。ハウリング発生による信号でないと判断した場合は、楽音の持続音であると判断して適応フィルタ7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。ここでは図2に示した適応フィルタ7のフィルタ部7bにフィルタ係数の更新を停止するように設定する。
When the detected peak frequency is continuously input for a predetermined time or longer, the spectrum shape near each peak frequency is analyzed to determine whether the signal Y (f) is a signal due to howling. If it is determined that the signal is not due to howling, it is determined that the signal is a continuous tone of music and the
入力信号の解析方法は以下の2態様で行う。 The input signal analysis method is performed in the following two modes.
[第1態様]
図3は、解析方法の第1態様の動作を示したフローチャートである。波形分析部8は、マイクロフォン1に信号が入力されたときにこの動作を開始する。同図のように、波形分析部8は、まずマイクロフォン1から入力された信号y(k)を取り込み、FFTする(s1)。さらにFFTした信号Y(f)の波形を調べ、ピーク周波数を検出する(s2)。その後、ピーク周波数が検出できたか否かを判断し(s3)、ピーク周波数が検出できなければ、入力信号の取り込みから処理を繰り返す(s3→s1)。さらに、そのピーク周波数が所定の時間以上継続して発生しているか否かを判断する(s4)。ピーク周波数が所定の時間以上継続しなければ入力信号の取り込みから処理を繰り返す(s4→s1)。
[First aspect]
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the first mode of the analysis method. The
ピーク周波数が検出され、所定の時間以上継続したときは、記憶装置である波形記憶部9から検出されたピーク周波数に対応する正弦波形データを読み出す(s5)。なお、正弦波形データは波形記憶部9から読み出すのではなく、算出するようにしてもよい。その後、マイクロフォン1から入力された信号の波形と相互相関関数を計算する(s6)。相互相関関数は、入力信号に対し検出したピーク周波数に対応する周波数帯域通過フィルタを通した信号に対して計算するようにしてもよい。また検出したピーク周波数の他、その倍音ピーク周波数においても計算するようにしてもよい。なお、波形記憶部9は波形データを記憶できるものであればどのようなものであってもよく、例えばフラッシュメモリ等を用いればよい。なお、正弦波形データを算出する場合にはこの波形記憶部9は無くてもよいものである。
When the peak frequency is detected and continues for a predetermined time or longer, sine waveform data corresponding to the detected peak frequency is read from the
相互相関関数は2信号間の類似度を表すものであり、2つの信号が完全に異なる場合は0に近づく。ハウリングの波形は周波数一定の持続音であるため、正弦波形との相関が高い。したがって正弦波形との相互相関関数の値が大きい場合はハウリングによる信号と判断することができ、相互相関関数の値が小さい場合はハウリングによる信号でないと判断することができる。ここでは相互相関関数の値に所定の閾値を設定し、閾値以上のときにハウリングによる信号と判断して解析動作を停止し、(s7→END)閾値以下のときにハウリングによる信号でないと判断する(s7)。なお、正弦波形との相互相関関数の値を求めるのではなく、楽音の波形と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ようにしてもよい。その場合、楽音による信号と判断できるときにはハウリングでないと判断すればよい。 The cross-correlation function represents the degree of similarity between two signals, and approaches zero when the two signals are completely different. Since the howling waveform is a continuous sound with a constant frequency, the correlation with the sine waveform is high. Therefore, when the value of the cross-correlation function with the sine waveform is large, it can be determined that the signal is due to howling. When the value of the cross-correlation function is small, it can be determined that the signal is not due to howling. Here, a predetermined threshold value is set for the value of the cross-correlation function, and when it is equal to or greater than the threshold value, it is determined that the signal is due to howling, and the analysis operation is stopped. (S7). Instead of obtaining the value of the cross-correlation function with the sine waveform, the cross-correlation function with the tone waveform may be found to determine whether the signal is a tone signal. In this case, when it can be determined that the signal is a musical sound, it may be determined that it is not howling.
ハウリングによる信号でないと判断したときは、入力された信号をキャンセルしないように適応フィルタ7に設定する(s8)。ここでは検出した1次ピークおよび倍音ピークの周波数成分を低減しないように適応フィルタ7に適応処理を停止するよう指示する。なお、適応フィルタ7の適応処理を鈍化させるように設定するようにしてもよい。
If it is determined that the signal is not a howling signal, the
適応フィルタ7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と呼ばれる係数で更新される。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。
The transfer function of the
したがって、ハウリングでないと判断したときは、上記の忘却係数λとステップサイズαの値を0付近に設定する。忘却係数λとステップサイズαの値を0に設定すると伝達関数F’(z)は0に近くなり、適応フィルタ7の出力信号do(k)も0に近くなる。したがって、マイクロフォン1からの入力信号y(k)をキャンセルしなくなる。また、忘却係数λの値を大きくし、ステップサイズαの値を小さくしてもよい。忘却係数λの値を大きくし、ステップサイズαの値を小さくすると伝達関数を更新しなくなるため、持続音の入力信号を低減しないようにすることができる。
Therefore, when it is determined that it is not howling, the values of the forgetting factor λ and the step size α are set to around zero. When the values of the forgetting factor λ and the step size α are set to 0, the transfer function F ′ (z) is close to 0, and the output signal do (k) of the
なお、ある1次ピークが楽音と判定された場合は、その倍音ピークについての判定処理は省略してもよい。なお、2信号間の類似度を算出する手法として、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。この場合、正弦波形データと比較してハウリングによる信号か否かを判定してもよいし、楽音の波形データと比較して楽音による信号であるか否かを判定するようにしてもよい。 When a certain primary peak is determined to be a musical sound, the determination process for the harmonic peak may be omitted. As a method for calculating the similarity between two signals, a pattern matching method such as an HMM may be used instead of the cross-correlation function. In this case, it may be determined whether or not the signal is due to howling compared to the sine waveform data, or it may be determined whether or not the signal is based on musical sound compared to the waveform data of musical sound.
[第2態様]
図4は解析方法の第2態様の動作を示したフローチャートである。波形分析部8は、マイクロフォン1に信号が入力されたときにこの動作を開始する。同図のように、まずマイクロフォン1から入力された信号を取り込み、FFTにより周波数スペクトルを算出する(s9)。算出した周波数スペクトルを調べ、ピーク周波数を検出する(s10)。その後、ピーク周波数が検出できたか否かを判断し(s11)、ピーク周波数が検出できなければ、入力信号の取り込みから処理を繰り返す(s11→s9)。さらに、そのピーク周波数が所定の時間以上継続して発生しているか否かを判断する(s12)。ピーク周波数が所定の時間以上継続しなければ入力信号の取り込みから処理を繰り返す(s12→s9)。
[Second embodiment]
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the second mode of the analysis method. The
ピーク周波数が検出され、所定の時間以上継続したときは、周波数スペクトルにおいて、検出したピーク周波数に対応するピーク形状から、ピーク音圧値に対して所定の値だけ低い音圧値におけるピーク形状の周波数の幅であるピーク幅を計算する(s13)。 When the peak frequency is detected and continues for a predetermined time or longer, the frequency of the peak shape at a sound pressure value lower than the peak sound pressure value by a predetermined value from the peak shape corresponding to the detected peak frequency in the frequency spectrum The peak width which is the width of is calculated (s13).
図5は、周波数スペクトルを説明する図である。同図(A)のように、検出したピーク周波数の音圧値を取得し、そのピーク音圧値に対して所定の値だけ低い音圧値であるピーク幅算出音圧値を算出する。このピーク幅算出音圧値はどのように設定してもよいが、例えばピーク音圧値の半値等であってもよい。この音圧値における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する。 FIG. 5 is a diagram for explaining the frequency spectrum. As shown in FIG. 6A, the sound pressure value at the detected peak frequency is acquired, and a peak width calculation sound pressure value that is a sound pressure value lower than the peak sound pressure value by a predetermined value is calculated. The peak width calculation sound pressure value may be set in any way, but may be, for example, a half value of the peak sound pressure value. The frequency width of the peak shape in this sound pressure value is calculated, and this frequency width is set as the peak width.
計算したピーク幅が小さいほどピークのスペクトル形状は急峻であることになる。ハウリングの波形は正弦波形に近いのでピーク幅が小さく、ピーク周波数における周波数スペクトルのピーク形状は急峻となる。したがって、ピーク幅に所定の閾値を設定し、閾値以下のときにハウリングと判断して解析動作を停止し(s14→END)、閾値以上のときにハウリングでない、すなわち楽音による信号が入力されていると判断する(s14)。 The smaller the calculated peak width, the steeper peak spectral shape. Since the howling waveform is close to a sine waveform, the peak width is small, and the peak shape of the frequency spectrum at the peak frequency is steep. Therefore, a predetermined threshold value is set for the peak width, and when it is less than the threshold value, howling is determined and the analysis operation is stopped (s14 → END). (S14).
ハウリングでないと判断したときは、入力された信号をキャンセルしないように適応フィルタ7を修正する(s15)。この例においても検出したピーク周波数の周波数成分を低減しないように適応フィルタ7に適応処理を停止するよう指示する。なお、適応フィルタ7の適応処理を鈍化させるように設定するようにしてもよい。上述のように忘却係数λとステップサイズαの値を0に近くするか、伝達関数を更新しないように忘却係数λの値を大きくし、ステップサイズαの値を小さく設定すればよい。これにより持続音の入力信号を低減しないようにすることができる。
If it is determined that it is not howling, the
なお、上述の2態様以外にも、例えば周波数スペクトルのピーク波形の左右対称性を基準にハウリングか否かを判断してもよい。ハウリング波形はピーク周波数を中心に左右対称性が高いため、これによりハウリングであるか否かを判断することもできる。また、偏差の分布を調査してもよい。図5(B)に示すように、ピーク周波数を中心とする所定の周波数幅において、各周波数におけるピーク周波数からの偏差の2乗値に音圧値を乗じた値の合計値をばらつき値として判断する。ハウリング波形は周波数スペクトルのピーク形状が急峻であるため、ばらつき値が小さい。したがってばらつき値が小さければハウリングと判断できる。ハウリング波形と楽音の波形とを区別できる解析方法であればどのようなものであってもよい。 In addition to the two modes described above, for example, howling may be determined based on the left-right symmetry of the peak waveform of the frequency spectrum. Since the howling waveform has high left-right symmetry around the peak frequency, it can also be determined whether or not it is howling. Moreover, you may investigate distribution of deviation. As shown in FIG. 5B, in a predetermined frequency width centered on the peak frequency, the total value of the values obtained by multiplying the square value of the deviation from the peak frequency at each frequency by the sound pressure value is determined as the variation value. To do. Since the howling waveform has a steep peak shape of the frequency spectrum, the variation value is small. Therefore, if the variation value is small, it can be determined that howling. Any analysis method capable of distinguishing the howling waveform from the musical tone waveform may be used.
なお、本実施形態ではピーク周波数を検出し、ハウリングでないと判断したときは、適応フィルタの適応処理を停止したり適応処理を遅らせたりして、入力信号をキャンセルしない方法を示したが、これに限るものではない。適応フィルタと加算器の間に、任意周波数帯域の信号を減衰させるバンドカットフィルタ等を備え、検出したピーク周波数に応じて、適応フィルタの出力信号を減衰するように制御してもよい。このようにすれば、入力される楽音信号の帯域は適応フィルタを動作させないようにできる。 In this embodiment, when the peak frequency is detected and it is determined that it is not howling, the adaptive filter processing is stopped or delayed so that the input signal is not canceled. It is not limited. A band cut filter or the like for attenuating a signal in an arbitrary frequency band may be provided between the adaptive filter and the adder, and control may be performed so as to attenuate the output signal of the adaptive filter according to the detected peak frequency. In this way, it is possible to prevent the adaptive filter from operating in the band of the input musical sound signal.
以上のように本発明における適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムは、マイクロフォンから入力された音声信号をFFTして、そのピーク周波数および倍音周波数付近の波形から、マイクロフォンから入力された信号がハウリングであるか否かを判断し、ハウリングでないと判断したときは、適応フィルタにその音声信号をキャンセルしないように指示する。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。 As described above, the speech enhancement system with a built-in adaptive howling canceller according to the present invention performs FFT on the audio signal input from the microphone, and determines whether the signal input from the microphone is howling based on the waveform near the peak frequency and the harmonic frequency. If it is determined that it is not howling, the adaptive filter is instructed not to cancel the audio signal. As a result, when a continuous sound having a constant frequency such as a violin is input, it is possible to suppress only howling without canceling the musical sound.
また、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。 Further, the input signal is not limited to the input from the microphone, but may be any signal as long as it collects a sound source signal of a speaker such as a vibration sensor. Further, the frequency analysis method is not limited to the FFT described above, and any method may be used as long as it is a method capable of calculating a frequency peak. For example, a band pass filter or the like may be used.
1−マイクロフォン
2−加算器
3−増幅器
4−スピーカ
5−音響帰還路
6−ディレイ回路
7−適応フィルタ
7a−フィルタ部
7b−フィルタ係数推定部
8−波形分析部
9−波形記憶部
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
1-microphone 2-adder 3-amplifier 4-speaker 5-acoustic feedback path 6-delay circuit 7-adaptive filter 7a-
Claims (4)
一定周波数を有する信号であるピーク信号が入力されたとき、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、
ピーク信号が入力され、かつ入力信号判定手段が該ピーク信号を楽音による入力信号と判定した場合に、入力信号をキャンセルしないように適応フィルタを制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とするハウリングキャンセラ。 A howling canceller including an adaptive filter that estimates a transfer function of an acoustic feedback path from a speaker to a microphone and cancels a feedback audio signal from a microphone input signal,
When a peak signal, which is a signal having a constant frequency, is input, input signal determination means for determining whether or not the peak signal is an input signal based on a musical sound;
Control means for controlling the adaptive filter so as not to cancel the input signal when the peak signal is input and the input signal determination means determines that the peak signal is an input signal based on music;
A howling canceller characterized by comprising
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