JP2006197075A - マイクロフォンおよび拡声装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 既存のアンプ装置にも容易に設置が可能なハウリングキャンセラを備えたマイクロフォン、および拡声装置を提供する。
【解決手段】 加算器２は、マイク素子１からの入力信号から適応フィルタ９の出力信号を差し引いて残差信号を出力する。残差信号は、接続端子３ａを介してアンプ装置２００に伝達されるとともにディレイ回路８にも伝達される。ディレイ回路８は、スピーカ７からマイク素子１に帰還する遅延時間を推定して時間遅延を付与する。適応フィルタ９は、ディレイ回路８の出力信号をフィルタリングして加算器２に出力する。さらに適応フィルタ９は、ディレイ回路８の出力信号と、現在の残差信号を基にフィルタ係数を更新する。これにより一般的な既存のアンプ装置に接続してもハウリングを抑制することが可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ハウリングを抑制することができるマイクロフォン、および講堂やホール等に設置される拡声装置のうちハウリングを抑制することができる拡声装置に関する。

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。

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）。

図１１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３０１およびスピーカ３０４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３０１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。

信号ｙ（ｋ）は、加算器３０２を介して増幅器３０３に供給され、増幅される。Ｇ（ｚ）は、増幅器３０３の伝達関数である。増幅器３０３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３０４から発音される。

スピーカ３０４から発音された音声は音響帰還路３０５を経てマイクロフォン３０１に帰還する。音響帰還路３０５は、スピーカ３０４からマイクロフォン３０１に至る音響経路である。Ｈ（ｚ）は音響帰還路３０５の伝達関数である。音響帰還路３０５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３０１に入力される。マイクロフォン３０１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。

このような拡声装置では、マイクロフォン３０１−増幅器３０３−スピーカ３０４−音響帰還路３０５−マイクロフォン３０１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３０６、適応フィルタ３０７および加算器３０２を含むハウリングキャンセラを有している。

ディレイ回路３０６は、増幅器３０３の出力信号ｘ（ｋ）を音響帰還路３０５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３０７に出力するものである。適応フィルタ３０７は、図１２に示すようにフィルタ部３０７ａおよびフィルタ係数推定部３０７ｂを有しており、信号ｘ（ｋ−τ）は、フィルタ部３０７ａおよびフィルタ係数推定部３０７ｂの両方に入力される。

フィルタ部３０７ａは、音響帰還路３０５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３０１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３０７から出力された信号ｄｏ（ｋ）は、音響帰還路３０５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３０４から音響帰還路３０５を伝達してマイクロフォン３０１に再入力される帰還信号ｄ（ｋ）を模擬したものとなる。

加算器３０２は、マイクロフォン３０１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。

フィルタ係数推定部３０７ｂ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３０７ａ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。
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）

ところで、非特許文献１に記載のハウリングキャンセラは、適応フィルタにマイクロフォンからの入力信号とスピーカへの出力信号の両方を入力する必要があった。そのため、アンプ装置にあらかじめ組み込むことはできても、既存のアンプ装置に後から組み込むことは極めて困難であった。したがって、ハウリングを効果的にキャンセルするためには、ハウリングキャンセラを内蔵したアンプ装置を新たに購入する必要性があり、コストがかかるという問題があった。

また、非特許文献１に記載のハウリングキャンセラを内蔵したアンプ装置であっても、ハウリングキャンセラは１つ設けられているのみであるため、マイクロフォンを複数接続した場合には、全てのマイクロフォンの入力信号を統合した単一の信号についてハウリングキャンセルを行うため、複数のマイクロフォンそれぞれに入力される帰還信号に個別に対応することができず、ハウリングをキャンセルするのは困難であった。

本発明は、上記の事情に鑑み、既存の拡声装置に接続した場合でも、１台のアンプ装置に複数台を接続した場合も的確にハウリングをキャンセルすることができるマイクロフォン、および拡声装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、入力信号を増幅してスピーカから放音するアンプ装置に接続されるマイクロフォンであって、音声信号を集音するマイク素子と、マイク素子で集音された音声信号から、前記スピーカからマイク素子に回り込んだ帰還信号を模擬した模擬信号を減算し、この減算した信号を残差信号として出力する加算器と、該残差信号を前記アンプ装置に伝送する接続手段と、該残差信号を所定時間遅延させるディレイ回路と、ディレイ回路で遅延された過去の残差信号と前記加算器から出力された現在の残差信号に基づいて前記残差信号を生成して前記加算器に入力する適応フィルタと、を備えたことを特徴とする。

この発明では、スピーカからマイクロフォンに回り込んだ帰還信号を模擬した模擬信号を入力信号から減算して残差信号としてアンプ装置等に出力するとともに、内蔵するディレイ回路にも出力する。ディレイ回路は残差信号に時間遅延を付与して適応フィルタに伝達する。適応フィルタは、ディレイ回路から出力された信号を所定の伝達関数でフィルタリングして模擬信号として加算器に出力し、加算器は入力信号から模擬信号を差し引く。適応フィルタはディレイ回路から出力された過去の残差信号と加算器から出力される現在の残差信号とを基にして、自身の伝達関数がスピーカからマイクロフォンへ至る音響帰還路の伝達関数に一致、または近似するように伝達関数を更新する。これによりこの発明のマイクロフォンは、ハウリングをキャンセルすることが可能となる。

請求項２に記載の発明は、上記発明において、前記加算器とディレイ回路との間に、前記アンプ装置の伝達関数を模擬した模擬アンプフィルタを挿入し、前記残差信号をこの模擬アンプフィルタでフィルタリングしたのち前記ディレイ回路に供給することを特徴とする。

この発明では、残差信号をアンプ装置等に出力するとともに、所定の伝達関数でフィルタリングした後内蔵するディレイ回路にも出力する。所定の伝達関数は一般的なアンプ装置を推定してあらかじめ設定しておく。これにより、適応フィルタの同定が容易になり、帰還伝達を正確かつ速やかに模擬することができるためハウリングが発生しにくくなる。

請求項３に記載の発明は、上記発明において、複数種類のアンプ装置の伝達関数を記憶する記憶手段と、選択された１つの伝達関数を記憶手段から読み出して前記模擬アンプフィルタに設定する切り替え手段と、を備えたことを特徴とする。

この発明では、異なった複数種類の伝達関数を記憶する内蔵メモリを備えている。内蔵メモリから伝達関数を読み出して、入力信号をその伝達関数でフィルタリングした後にディレイ回路に出力する。伝達関数はアンプ装置の規模を想定してあらかじめ複数記憶しておく。例えば大ホール、小ホール、講堂、会議室、カラオケ等のアンプ装置を想定しておく。マイクロフォンを使用する場所に応じて伝達関数を切り替えることで、適応フィルタの同定を容易にすることができる。

請求項４に記載の発明は、入力された音声信号を増幅または音質調整する信号処理回路を備え、マイクロフォンから入力された音声信号を増幅または音質調整してスピーカから放音するアンプ装置と、音声信号を集音するマイク素子と、マイク素子で集音された音声信号から、前記スピーカからマイク素子に回り込んだ帰還信号を模擬した模擬信号を減算し、この減算した信号を残差信号として出力する加算器と、該残差信号を前記アンプ装置に伝送する接続手段と、該残差信号を前記アンプ装置を模擬した伝達関数でフィルタリングする模擬アンプフィルタと、フィルタリングされた残差信号を所定時間遅延させるディレイ回路と、ディレイ回路で遅延された過去の残差信号と前記加算器から出力された現在の残差信号に基づいて前記模擬信号を生成して前記加算器に入力する適応フィルタと、を備えたマイクロフォンと、からなる拡声装置であって、前記アンプ装置に、前記信号処理回路のゲイン設定値または音質調整値を収集して前記マイクロフォンに転送するパラメータ転送手段を備え、前記マイクロフォンに、パラメータ転送手段から転送されてきたゲイン設定値または音質調整値を受信し、受信したゲイン設定値または音質調整値に基づいて前記アンプ装置の伝達関数を再現して前記模擬アンプフィルタに設定する設定手段と、を備えたことを特徴とする。

この発明では、アンプ装置にゲイン設定値や音質調整値等の調整パラメータをマイクロフォンに転送する転送手段を備えている。マイクロフォンはそのパラメータを受信してアンプ装置の伝達関数を再現する。スピーカからマイクロフォンに回り込んだ帰還信号を模擬した模擬信号を入力信号から減算して残差信号としてアンプ装置等に出力するとともに、再現したアンプ装置の伝達関数でフィルタリングしてディレイ回路に伝送する。ディレイ回路は時間遅延を付与して適応フィルタに伝達する。適応フィルタは、ディレイ回路から出力された信号を所定の伝達関数でフィルタリングして加算器に出力し、加算器は入力信号から適応フィルタの出力信号を差し引く。適応フィルタはディレイ回路から出力された過去の残差信号と加算器から出力される現在の残差信号とを基にして、自身の伝達関数がスピーカからマイクロフォンへ至る音響帰還路の伝達関数に一致、または近似するように更新する。これにより、適応フィルタの同定が容易になり、帰還伝達を正確かつ速やかに模擬することができるためハウリングが発生しにくくなる。

請求項５に記載の発明は、入力された音声信号を増幅または音質調整する信号処理回路を備え、マイクロフォンから入力された音声信号を増幅または音質調整してスピーカから放音するアンプ装置と、音声信号を集音するマイク素子と、マイク素子で集音された音声信号から、前記スピーカからマイク素子に回り込んだ帰還信号を模擬した模擬信号を減算し、この減算した信号を残差信号として出力する加算器と、該残差信号を前記アンプ装置に伝送する接続手段と、該残差信号を前記アンプ装置を模擬した伝達関数でフィルタリングする模擬アンプフィルタと、フィルタリングされた残差信号を所定時間遅延させるディレイ回路と、ディレイ回路で遅延された過去の残差信号と前記加算器から出力された現在の残差信号に基づいて前記模擬信号を生成して前記加算器に入力する適応フィルタと、を備えたマイクロフォンと、からなる拡声装置であって、前記アンプ装置に、アンプ装置の伝達関数を測定して前記マイクロフォンに転送する伝達関数転送手段を備え、前記マイクロフォンに、伝達関数転送手段から転送されてきた伝達関数を受信し、受信した伝達関数を前記模擬アンプフィルタに設定する設定手段と、を備えたことを特徴とする。

この発明では、アンプ装置に入出力の信号を計測してその伝達関数を測定し、マイクロフォンに転送する伝達関数転送手段を備えている。マイクロフォンはその測定された伝達関数を受信する。スピーカからマイクロフォンに回り込んだ帰還信号を模擬した模擬信号を入力信号から減算して残差信号としてアンプ装置等に出力するとともに、受信したアンプ装置の伝達関数でフィルタリングしてディレイ回路に伝送する。ディレイ回路は時間遅延を付与して適応フィルタに伝達する。適応フィルタは、ディレイ回路から出力された信号を所定の伝達関数でフィルタリングして加算器に出力し、加算器は入力信号から適応フィルタの出力信号を差し引く。適応フィルタはディレイ回路から出力された過去の残差信号と加算器から出力される現在の残差信号とを基にして、自身の伝達関数がスピーカからマイクロフォンへ至る音響帰還路の伝達関数に一致、または近似するように伝達関数を更新する。これにより、適応フィルタの同定が容易になり、帰還伝達を正確かつ速やかに模擬することができるためハウリングが発生しにくくなる。

請求項６に記載の発明は、上記発明において、前記アンプ装置は、マイクロフォンから入力された音声信号レベルを検出する入力信号検出手段と、入力信号レベルが所定の閾値以下のときにマイクロフォンからの入力信号およびスピーカに出力する信号を遮断する信号遮断手段と、を備え、前記伝達関数転送手段は、前記アンプ装置に測定信号を入力することで伝達関数を測定する、ことを特徴とする。

この発明では、マイクロフォンからの入力信号レベルを検出し、入力信号レベルが所定の閾値以下のとき、つまりマイクロフォンからソース音等が入力されていないと判断できるときはマイクロフォンからの入力信号を遮断する。さらに、入力信号を遮断した後入力から出力に至る音響増幅路に測定信号を入力する。測定信号はホワイトノイズ等である。これにより、正確にアンプ装置の伝達関数を測定してマイクロフォンで再現することが可能となる。

請求項７に記載の発明は、入力された音声信号を増幅または音質調整する信号処理回路を備え、マイクロフォンから入力された音声信号を増幅または音質調整してスピーカから放音するとともに、この増幅または音質調整した信号をマイクロフォンに転送する信号転送手段を備えたアンプ装置と、音声信号を集音するマイク素子と、マイク素子で集音された音声信号から、前記スピーカからマイク素子に回り込んだ帰還信号を模擬した模擬信号を減算し、この減算した信号を残差信号として出力する加算器と、該残差信号を前記アンプ装置に伝送する接続手段と、信号転送手段から転送されてきた信号を受信する信号受信手段と、信号受信手段が受信した信号を所定時間遅延させるディレイ回路と、ディレイ回路で遅延された過去の残差信号と前記加算器から出力された現在の残差信号に基づいて前記模擬信号を生成して前記加算器に入力する適応フィルタと、を備えたマイクロフォンと、からなることを特徴とする。

この発明では、アンプ装置はスピーカに伝送する信号をマイクロフォンにも転送する。マイクロフォンでは転送された信号を受信し、ディレイ回路に入力する。ディレイ回路は時間遅延を付与して適応フィルタに伝達する。適応フィルタは、ディレイ回路から出力された信号を所定の伝達関数でフィルタリングして加算器に出力し、加算器は入力信号から適応フィルタの出力信号を差し引く。適応フィルタは差し引いた信号である残差信号とディレイ回路から出力された過去の残差信号とを基にして、自身の伝達関数がスピーカからマイクロフォンへ至る音響帰還路の伝達関数に一致、または近似するように伝達関数を更新する。これにより、正確にアンプ装置の伝達関数を測定してマイクロフォンで再現することが可能となる。

以上のように、この発明のマイクロフォンは、既存のアンプ装置に接続した場合であってもハウリングをキャンセルすることが可能となる。また、１台のアンプ装置に複数台のマイクロフォンを接続する場合であっても、それぞれのマイクロフォンで入力される帰還音声をキャンセルし、的確にハウリングをキャンセルすることが可能となる。

以下、本発明の実施形態の拡声装置について図を用いて詳細に説明する。

［第１実施形態］
まず、図１は第１実施形態に係る拡声装置のブロック図である。同図に示すように、この拡声装置は、マイク素子１、Ａ／Ｄコンバータ、ハウリングキャンセラＨＣ、Ｄ／Ａコンバータ、および接続端子３ａからなるマイクロフォン１００と、接続端子３ｂ、マイクロフォンアンプ４、イコライザ５、およびパワーアンプ６からなるアンプ装置２００と、スピーカ７と、を備えている。なお、マイク素子１とＡ／Ｄコンバータの間にマイクロフォンアンプを備えた構成であってもよい。この場合アンプ装置２００はマイクロフォンアンプ４を備えていなくてもよい。

ハウリングキャンセラＨＣは、Ａ／ＤコンバータとＤ／Ａコンバータとの間に挿入された加算器２、加算器２に模擬信号を入力する適応フィルタ９、および加算器２から出力された信号である残差信号を所定時間遅延したのち適応フィルタ９に供給するディレイ回路８を備えている。

マイク素子１から入力された音声信号は、Ａ／Ｄコンバータでディジタル信号に変換されて加算器２を介してＤ／Ａコンバータに伝達され、アナログ音声信号で接続端子３ａに入力される。接続端子３ａと接続端子３ｂは互いに接続され、信号を伝達することができるものであり、例えばＸＬＲ端子等である。なお、両端子間は信号を伝達することができるものであればどのようなものであってもよい。例えば、接続端子３ａをトランスミッタに、接続端子３ｂをレシーバに置き換えて、無線で伝達してもよい。

接続端子３ｂに伝達された信号は、マイクロフォンアンプ４を介してイコライザ５に伝達され、イコライザ５で音質調整された後、パワーアンプ６を介してスピーカ７に伝達される。スピーカ７は伝達された信号から音声を発音する。ここで、スピーカ７から発音された音声はマイク素子１に帰還する。

この例におけるハウリングキャンセラＨＣは、ディレイ回路８および適応フィルタ９により、マイク素子１から入力された音声信号がアンプ装置２００およびスピーカ７、マイクロフォン１００が設置されている音響空間を伝搬して再度マイク素子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。ディレイ回路８は、スピーカ７からマイク素子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８で時間遅延を付与されて出力した信号は適応フィルタ９に入力される。この時間遅延の値は、マイクロフォン１００を使用する環境を想定してあらかじめ設定しておく。また、使用する環境で実際に時間遅延を測定してその値を設定してもよい。

適応フィルタ９は、音声伝達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８が遅延した残差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。

適応フィルタ９は、図２に示すようにフィルタ部９ａおよびフィルタ係数推定部９ｂからなるもので、フィルタ部９ａおよびフィルタ係数推定部９ｂにはそれぞれディレイ回路８から遅延した残差信号が入力される。フィルタ部９ａは入力された残差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９ａの出力信号をマイクロフォンの入力信号から差し引く。

フィルタ係数推定部９ｂは、ディレイ回路８で遅延された過去の残差信号と加算器２の出力端子から直接入力された現在の残差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９ａの伝達関数を自動更新する。

フィルタ係数推定部９ｂ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。

次に、上記の拡声装置の動作について詳細に説明する。
図３は本発明の第１実施形態に係る拡声装置の伝達特性を示す図である。同図のように、マイク素子１を介して入力された信号ｙ（ｋ）は、加算器２に入力される。加算器２では、信号ｙ（ｋ）から適応フィルタ９の出力信号を差し引き、残差信号ｅ（ｋ）を出力する。残差信号ｅ（ｋ）は、接続端子３ａ、および接続端子３ｂを介して増幅路５１に入力される。増幅路５１は、マイク素子１からスピーカ７に至る信号伝達経路を統合して表したものである。Ｇ（ｚ）は増幅路５１の伝達関数である。

増幅路５１から出力された信号ｘ（ｋ）は、スピーカ７に伝達され、スピーカ７から音声を発音する。スピーカ７から発音された音声は音響帰還路５２を経てマイク素子１に帰還する。音響帰還路５２は、スピーカ７からマイク素子１に至る音響経路である。Ｈ（ｚ）は音響帰還路５２の伝達関数である。音響帰還路５２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）とともにマイク素子１に入力され、マイク素子１は再び信号ｙ（ｋ）として出力する。

また、加算器２から入力された残差信号ｅ（ｋ）は、ディレイ回路８にも入力される。ディレイ回路８は、入力された残差信号ｅ（ｋ）に対し、時間遅延を付与して過去の残差信号として出力するもので、ここではスピーカ７からマイク素子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８で時間遅延τを付与されて出力した過去の残差信号ｅ（ｋ−τ）は適応フィルタ９に入力される。

適応フィルタ９は、図２に示したようにフィルタ部９ａおよびフィルタ係数推定部９ｂからなるもので、フィルタ部９ａおよびフィルタ係数推定部９ｂにはそれぞれディレイ回路８から出力された過去の残差信号ｅ（ｋ−τ）が入力される。フィルタ部９ａはスピーカ７からマイク素子１への帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した模擬信号ｄｏ（ｋ）を加算器２に出力する。加算器２は、マイク素子１から再入力される信号ｙ（ｋ）から帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した模擬信号ｄｏ（ｋ）を差し引いて、現在の残差信号ｅ（ｋ）を出力する。帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した模擬信号ｄｏ（ｋ）は、伝達関数Ｆ（ｚ）に従って上記ディレイ回路８から出力された過去の残差信号ｅ（ｋ−τ）を基に決定される。

フィルタ係数推定部９ｂは、ディレイ回路８から出力された過去の残差信号ｅ（ｋ−τ）とマイク素子１から増幅路５１に伝達される信号のうち上記帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した模擬信号ｄｏ（ｋ）を差し引いた信号である現在の残差信号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模擬信号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９ａ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アルゴリズムが用いられる。残差信号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９ａのフィルタ係数が更新される。

なお、ディレイ回路８がないと、マイク素子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９にも入力される。適応フィルタ９は、残差信号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ではマイク素子１から入力された信号が適応フィルタ９の出力信号によって全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）を模擬信号ｄｏ（ｋ）によってキャンセルするためにはディレイ回路８が不可欠である。

上述のように適応フィルタ９を備えたマイクロフォン１００は、ディレイ回路８から出力された過去の残差信号ｅ（ｋ−τ）とマイク素子１から入力される信号ｙ（ｋ）のから上記帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した模擬信号ｄｏ（ｋ）を差し引いた現在の残差信号ｅ（ｋ）とを基にしてフィルタ係数を更新するので、マイク素子１−増幅路５１−スピーカ７−音響帰還路５２−マイク素子１の経路で形成される閉ループのゲインが１を超えてハウリング発生が起きても、時間経過とともにキャンセルすることが可能となる。このような構成のマイクロフォンであれば、複数のマイクロフォンをアンプ装置に接続した場合であっても、各マイクロフォンのそれぞれについてハウリングをキャンセルすることが可能となる。また、マイクロフォン１００はこの例におけるアンプ装置２００と接続して使用する場合に限らず、一般的な既存のアンプ装置にも接続して使用でき得るものである。

また、上述のような構成を備えたマイクロフォン１００は、一般的なマイクロフォンの形状と何ら変わらない形態で使用することが可能であり、例えばハンディーマイクやワイヤレスピンマイク等様々な形態に用いることができるものである。

［第２実施形態］
次に、図４は第２実施形態に係る拡声装置のブロック図である。なお、第１実施形態に係る拡声装置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。第２実施形態における拡声装置は、第１実施形態におけるマイクロフォン１００に替えて、加算器２からディレイ回路８に至る経路の間に再現部１０が接続されたマイクロフォン１０１を備えている。

再現部１０は、マイク素子１からスピーカ７に至る経路の伝達関数を再現し、加算器２から出力された信号をフィルタリングしてディレイ回路８に伝達するディジタルフィルタで構成されている。再現部１０の伝達関数は、一般的な拡声装置等を想定してあらかじめ決定しておく。これによりディレイ回路８に入力される信号は、実際にスピーカ７に伝達される信号に近似し、適応フィルタ９のフィルタ係数同定が容易になり、ハウリングの発生時にすばやく対応することが可能となる。

次に第２実施形態における拡声装置の動作について詳細に説明する。
図５は第２実施形態に係る拡声装置の伝達特性を示す図である。同図のように、マイク素子１を介して入力された信号ｙ（ｋ）は、加算器２に入力される。加算器２では、信号ｙ（ｋ）から適応フィルタ９の出力信号を差し引き、残差信号ｅ（ｋ）を出力する。残差信号ｅ（ｋ）は、接続端子３ａ、および接続端子３ｂを介して増幅路５１に入力される。増幅路５１は、マイク素子１からスピーカ７に至る信号伝達経路を統合して表したものである。Ｇ（ｚ）は増幅路５１の伝達関数である。

増幅路５１から出力された信号ｘ（ｋ）は、スピーカ７に伝達され、スピーカ７から音声を発音する。スピーカ７から発音された音声は音響帰還路５２を経てマイク素子１に帰還する。音響帰還路５２は、スピーカ７からマイク素子１に至る音響経路である。Ｈ（ｚ）は音響帰還路５２の伝達関数である。音響帰還路５２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）とともにマイク素子１に入力され、マイク素子１は再び信号ｙ（ｋ）として出力する。

また、加算器２から出力された残差信号ｅ（ｋ）は、再現部１０にも入力される。再現部１０は、入力された残差信号ｅ（ｋ）を所定の伝達関数Ｇｏ（ｚ）でフィルタリングするものであり、この伝達関数は増幅路５１の伝達関数Ｇ（ｚ）を想定してあらかじめ設定しておく。再現部１０の出力信号ｘｏ（ｋ）はディレイ回路８に伝達される。

ディレイ回路８は再現部１０の出力信号ｘｏ（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７からマイク素子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８で時間遅延τを付与されて出力した信号ｘｏ（ｋ−τ）は適応フィルタ９に入力される。

適応フィルタ９は、図２に示したようにフィルタ部９ａおよびフィルタ係数推定部９ｂからなるもので、ここではフィルタ部９ａおよびフィルタ係数推定部９ｂにはそれぞれディレイ回路８から出力された信号ｘｏ（ｋ−τ）が入力される。フィルタ部９ａはスピーカ７からマイク素子１への帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した模擬信号ｄｏ（ｋ）を加算器２に出力する。加算器２は、マイク素子１から再入力される信号ｙ（ｋ）から帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した模擬信号ｄｏ（ｋ）を差し引いて残差信号ｅ（ｋ）を出力する。帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した模擬信号ｄｏ（ｋ）は、伝達関数Ｆ（ｚ）に従って上記ディレイ回路８から出力された信号ｘｏ（ｋ−τ）を基に決定される。フィルタ係数推定部９ｂは、ディレイ回路８から出力された信号ｘｏ（ｋ−τ）とマイク素子１から増幅路５１に伝達される信号のうち上記帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した模擬信号ｄｏ（ｋ）を差し引いた残差信号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９ａの伝達関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アルゴリズムが用いられる。

以上のように、再現部１０をさらに備えたマイクロフォン１０１は、スピーカ７に伝達される信号ｘ（ｋ）に近似した信号ｘｏ（ｋ−τ）とマイク素子１から増幅路５１に伝達される信号ｙ（ｋ）のうち上記帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した模擬信号ｄｏ（ｋ）を差し引いた残差信号ｅ（ｋ）とを基にしてフィルタ係数を更新するので、ハウリング発生時にすばやくキャンセルすることが可能となる。また、マイクロフォン１０１もこの例におけるアンプ装置２００と接続して使用する場合に限らず、一般的な既存のアンプ装置にも接続して使用でき得るものである。

なお、第２実施形態における拡声装置は以下のような変形例が可能である。図６は第２実施形態の変形例に係る拡声装置のブロック図である。同図に示すように、この例における拡声装置のマイクロフォン１０２は、マイク素子１からディレイ回路８に至る経路の間に再現部１０が接続されている点では上記第２実施形態におけるマイクロフォン１０１と同様であるが、さらにユーザ操作部１１、制御部１２、およびメモリ１３を備えている。

メモリ１３は、複数種類の伝達関数を記憶している。制御部１２は、メモリ１３から伝達関数を読み出し、再現部１０の伝達関数を変更することができる。ユーザ操作部１１は、ユーザが伝達関数の切り替えを指示するものであり、制御部１２は再現部１０の伝達関数を、ユーザ操作部１１でユーザが指定した伝達関数に切り替える。メモリ１３が記憶する複数の伝達関数は、例えば大ホール、小ホール、講堂、会議室、カラオケ等で用いられるアンプ装置を想定してあらかじめ記憶しておく。ユーザはマイクロフォン１０２を使用する環境に応じて上記のようなプリセット条件から自由に選択する。これにより、ディレイ回路８に入力される信号は、スピーカ７に伝達される信号に近似され、より正確かつ高速にハウリングをキャンセルすることが可能となる。

［第３実施形態］
次に、図７は第３実施形態に係る拡声装置のブロック図である。なお、第１実施形態に係る拡声装置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。第３実施形態における拡声装置は、第１実施形態におけるマイクロフォン１００に替えて、マイク素子１からディレイ回路８に至る経路の間に再現部１０が接続され、再現部１０に接続される制御部１２と受信部１４を有するマイクロフォン１０３と、アンプ装置２００に替えて、マイクロフォンアンプ４、イコライザ５、およびパワーアンプ６にパラメータ収集部１５が接続され、パラメータ収集部１５に接続される送信部１６を有するアンプ装置２０１を備えている。

パラメータ収集部１５は、マイクロフォンアンプ４、イコライザ５、およびパワーアンプ６のゲイン設定値やイコライジング設定値等のパラメータ情報を収集する。送信部１６は、パラメータ収集部１５の収集したパラメータ情報をマイクロフォン１０３の受信部１４に転送することが可能である。なお、送信部１６から受信部１４へのパラメータ情報の転送は、無線通信であっても有線通信であってもよい。接続端子３ａと３ｂが有線で接続されている場合には、可聴周波数よりも十分に高い周波数で変調して接続端子３ａと３ｂ間のケーブルを介して伝送すればよい。また、接続端子３ａと３ｂ間が無線通信の場合には、この無線通信ユニットを双方向にして、アンプ装置２０１からマイクロフォン１０３へ転送すればよい。

制御部１２は、この例においては、受信部１４が受信したマイクロフォンアンプ４、イコライザ５、およびパワーアンプ６のゲイン設定値やイコライジング設定値の情報を基に、アンプ装置２０１の伝達関数を再現し、再現部１０に設定する。再現部１０は設定された伝達関数で加算器２から出力された信号をフィルタリングしてディレイ回路８に伝達する。これによりディレイ回路８に入力される信号は、実際にスピーカ７に伝達される信号に極めて近似し、より正確かつ高速にハウリングをキャンセルすることが可能となる。

なお、第３実施形態における拡声装置は以下のような変形例が可能である。図８は第３実施形態の変形例Ａに係る拡声装置のブロック図である。同図に示すように、この例における拡声装置は、マイクロフォン１０３と、接続端子３ｂからマイクロフォンアンプ４に至る経路およびパワーアンプ６からスピーカ７に至る経路に伝達関数測定部１７が接続されているアンプ装置２０２と、スピーカ７とを備えている。

伝達関数測定部１７は、接続端子３ｂからマイクロフォンアンプ４に至る経路を伝達される信号とパワーアンプ６からスピーカ７に至る経路を伝達される信号とを取得し、これらの信号の特性の差から接続端子３ｂからスピーカ７に至る経路の伝達関数を測定するものである。測定した伝達関数は送信部１６からマイクロフォン１０３の受信部１４に転送される。なお、この場合も送信部１６から受信部１４への伝達関数の転送は、無線通信であっても有線通信であってもよい。

制御部１２は、受信部１４が受信した伝達関数を再現部１０に設定する。再現部１０は、設定された伝達関数で加算器２の出力信号をフィルタリングしてディレイ回路８に伝達する。これによりマイクロフォン１０３においては、伝達関数を再現演算等する必要なく実際に測定した伝達関数で入力信号をフィルタリングすることができる。

図９は第３実施形態の変形例Ｂに係る拡声装置のブロック図である。同図に示すように、この例における拡声装置のアンプ装置２０３は、接続端子３ｂとマイクロフォンアンプ４の間に接続されたノイズゲート１８ａ、パワーアンプ６とスピーカ７の間に接続されたノイズゲート１８ｂ、およびノイズゲート１８ａとノイズゲート１８ｂに接続されるノイズゲート制御部１９を備えている。また、伝達関数測定部１７は、ノイズゲート１８ａとマイクロフォンアンプ４の間およびパワーアンプ６とノイズゲート１８ｂの間に接続されている。

ノイズゲート１８ａおよびノイズゲート１８ｂは、ノイズゲート制御部１９の指示に応じて信号を遮断するものである。ノイズゲート１８ａおよびノイズゲート１８ｂが信号を遮断している時は、ノイズゲート１８ａからノイズゲート１８ｂに至る経路には外部からの入力信号が０となる。また、ノイズゲート１８ａはノイズゲート制御部１９の指示に応じてホワイトノイズ等の信号を出力することができるものである。ノイズゲート１８ａがホワイトノイズ等の信号を出力してもノイズゲート１８ｂが信号を遮断するので、スピーカ７には信号は伝達されない。

ノイズゲート制御部１９は、接続端子３ｂからノイズゲート１８ａに至る経路に接続されており、入力信号の有無を判定できる。入力信号の値が所定の閾値以下のときは、マイク素子１に信号が入力されていないと判定する。マイク素子１に信号が入力されていないと判定したときは、ノイズゲート１８ａおよびノイズゲート１８ｂに信号を遮断するように指示する。さらに、ノイズゲート１８ａにホワイトノイズ等の信号を出力するように指示する。

ここで、伝達関数測定部１７は上記のように、ノイズゲート１８ａとマイクロフォンアンプ４の間およびパワーアンプ６とノイズゲート１８ｂの間に接続されている。したがって、ノイズゲート１８ａが出力するホワイトノイズ等の信号のうち、ノイズゲート１８ａとマイクロフォンアンプ４の間を伝達する信号とパワーアンプ６とノイズゲート１８ｂの間を伝達する信号を取得することができ、これらの信号の特性の差からノイズゲート１８ａからノイズゲート１８ｂに至る経路の伝達関数を測定することが可能である。また、測定した伝達関数は送信部１６からマイクロフォン１０３の受信部１４に転送する。なお、この例においても送信部１６から受信部１４への伝達関数の転送は、無線通信であっても有線通信であってもよい。

制御部１２は、受信部１４が受信した伝達関数を再現部１０に設定する。再現部１０は、設定された伝達関数で加算器２の出力信号をフィルタリングしてディレイ回路８に伝達する。これによりマイクロフォン１０３においては、伝達関数を再現演算等する必要なく実際に測定した伝達関数で入力信号を増幅することができる。

以上のようにマイクロフォンからの入力信号が無いと判断した時に外部入力信号を遮断して、ホワイトノイズ等の伝達関数測定用の信号を入力信号として用いることで、増幅路の伝達関数を高精度に測定することが可能となり、より正確かつ高速にハウリングをキャンセルすることが可能となる。

［第４実施形態］
図１０は第４実施形態に係る拡声装置のブロック図である。なお、第１実施形態に係る拡声装置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。同図に示すように第４実施形態における拡声装置は、ディレイ回路８に接続される信号受信部２１を備えたマイクロフォン１０４と、パワーアンプ６とスピーカ７の間に接続される信号送信部２０を備えたアンプユニット２０４を備えている。

信号送信部２０は、スピーカ７に伝達される信号を取得してマイクロフォン１０４の信号受信部２１に転送するものである。信号受信部２１に受信されたスピーカ７に伝達される信号はＡ／Ｄコンバータでディジタル信号に変換されてディレイ回路８に入力される。なお、上記実施形態と同様に、信号送信部２０から信号受信部２１への信号転送は無線通信であっても有線通信であってもよい。これにより、ディレイ回路８は、実際にスピーカ７に伝達される信号に時間遅延を付与して適応フィルタ９に出力することになるので、より正確かつ高速にハウリングをキャンセルすることが可能となる。

以上のように、本実施形態の拡声装置は、適応ハウリングキャンセラを内蔵したマイクロフォンを用いることで、既存のアンプ装置に接続してもハウリングを抑制することが可能となる。また、伝達関数測定部等の拡張機能を備えた拡声ユニットと接続することで、より正確かつ高速にハウリングをキャンセルすることが可能となる。

また、このようなマイクロフォンを用いることで、複数のマイクロフォンをアンプ装置に接続する場合であっても、各マイクロフォンのそれぞれについてハウリングをキャンセルすることが可能となる。

なお、既存のアンプ装置に図１〜図６で説明したマイクロフォンを混在して接続し、使用することも可能である。例えば図１で説明したマイクロフォンと図４で説明したマイクロフォンを同時に１台の既存のアンプ装置に接続して使用することも可能である。また、図７〜図１０で説明したアンプ装置に対応するマイクロフォンと図１〜図６で説明したマイクロフォンを混在して使用することも可能である。例えば図７で説明したマイクロフォンと図１で説明したマイクロフォンを同時に、図７で説明したアンプ装置１台に接続して使用することも可能である。

本発明の第１実施形態に係る拡声装置のブロック図 ハウリングキャンセラの構成を詳細に示すブロック図 本発明の第１実施形態に係る拡声装置の伝達特性を示す図 本発明の第２実施形態に係る拡声装置のブロック図 本発明の第２実施形態に係る拡声装置の伝達特性を示す図 本発明の第２実施形態の変形例に係る拡声装置のブロック図 本発明の第３実施形態に係る拡声装置のブロック図 本発明の第３実施形態の変形例Ａに係る拡声装置のブロック図 本発明の第３実施形態の変形例Ｂに係る拡声装置のブロック図 本発明の第４実施形態に係る拡声装置のブロック図 従来の適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声装置の回路構成を示すブロック図 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

１−マイク素子
２−加算器
３ａ−マイクロフォンの接続端子
３ｂ−拡声装置の接続端子
４−マイクロフォンアンプ
５−イコライザ
６−パワーアンプ
７−スピーカ
８−ディレイ回路
９−適応フィルタ
９ａ−フィルタ部
９ｂ−フィルタ係数推定部
１０−再現部
１１−ユーザ操作部
１２−制御部
１３−メモリ
１４−受信部
１５−パラメータ収集部
１６−送信部
１７−伝達関数測定部
１８ａ−ノイズゲート
１８ｂ−ノイズゲート
１９−ノイズゲート制御部
２０−信号送信部
２１−信号受信部
１００−第１実施形態におけるマイクロフォン
１０１−第２実施形態におけるマイクロフォン
１０２−第２実施形態の変形例におけるマイクロフォン
１０３−第３実施形態におけるマイクロフォン
１０４−第４実施形態におけるマイクロフォン
２００−第１実施形態および第２実施形態におけるアンプ装置
２０１−第３実施形態におけるアンプ装置
２０２−第３実施形態の変形例Ａにおけるアンプ装置
２０３−第３実施形態の変形例Ｂにおけるアンプ装置
２０４−第４実施形態におけるアンプ装置
３０１−従来の拡声装置におけるマイクロフォン
３０２−従来の拡声装置における加算器
３０３−従来の拡声装置における増幅器
３０４−従来の拡声装置におけるスピーカ
３０５−従来の拡声装置における音響帰還路
３０６−従来の拡声装置におけるディレイ回路
３０７−従来の拡声装置における適応フィルタ
３０７ａ−従来の適応フィルタにおけるフィルタ部
３０７ｂ−従来の適応フィルタにおけるフィルタ係数推定部
ＨＣ−ハウリングキャンセラ
Ａ／Ｄ−Ａ／Ｄコンバータ
Ｄ／Ａ−Ｄ／Ａコンバータ

Claims (7)

1. 入力信号を増幅してスピーカから放音するアンプ装置に接続されるマイクロフォンであって、
   音声信号を集音するマイク素子と、
   マイク素子で集音された音声信号から、前記スピーカからマイク素子に回り込んだ帰還信号を模擬した模擬信号を減算し、この減算した信号を残差信号として出力する加算器と、
   該残差信号を前記アンプ装置に伝送する接続手段と、
   該残差信号を所定時間遅延させるディレイ回路と、
   ディレイ回路で遅延された過去の残差信号と前記加算器から出力された現在の残差信号に基づいて前記残差信号を生成して前記加算器に入力する適応フィルタと、
   を備えたマイクロフォン。
2. 前記加算器とディレイ回路との間に、前記アンプ装置の伝達関数を模擬した模擬アンプフィルタを挿入し、前記残差信号をこの模擬アンプフィルタでフィルタリングしたのち前記ディレイ回路に供給することを特徴とする請求項１に記載のマイクロフォン。
3. 複数種類のアンプ装置の伝達関数を記憶する記憶手段と、
   選択された１つの伝達関数を記憶手段から読み出して前記模擬アンプフィルタに設定する切り替え手段と、
   を備えた請求項２に記載のマイクロフォン。
4. 入力された音声信号を増幅または音質調整する信号処理回路を備え、マイクロフォンから入力された音声信号を増幅または音質調整してスピーカから放音するアンプ装置と、
   音声信号を集音するマイク素子と、マイク素子で集音された音声信号から、前記スピーカからマイク素子に回り込んだ帰還信号を模擬した模擬信号を減算し、この減算した信号を残差信号として出力する加算器と、該残差信号を前記アンプ装置に伝送する接続手段と、該残差信号を前記アンプ装置を模擬した伝達関数でフィルタリングする模擬アンプフィルタと、フィルタリングされた残差信号を所定時間遅延させるディレイ回路と、ディレイ回路で遅延された過去の残差信号と前記加算器から出力された現在の残差信号に基づいて前記模擬信号を生成して前記加算器に入力する適応フィルタと、を備えたマイクロフォンと、
   からなる拡声装置であって、
   前記アンプ装置に、前記信号処理回路のゲイン設定値または音質調整値を収集して前記マイクロフォンに転送するパラメータ転送手段を備え、
   前記マイクロフォンに、パラメータ転送手段から転送されてきたゲイン設定値または音質調整値を受信し、受信したゲイン設定値または音質調整値に基づいて前記アンプ装置の伝達関数を再現して前記模擬アンプフィルタに設定する設定手段と、
   を備えた拡声装置。
5. 入力された音声信号を増幅または音質調整する信号処理回路を備え、マイクロフォンから入力された音声信号を増幅または音質調整してスピーカから放音するアンプ装置と、
   音声信号を集音するマイク素子と、マイク素子で集音された音声信号から、前記スピーカからマイク素子に回り込んだ帰還信号を模擬した模擬信号を減算し、この減算した信号を残差信号として出力する加算器と、該残差信号を前記アンプ装置に伝送する接続手段と、該残差信号を前記アンプ装置を模擬した伝達関数でフィルタリングする模擬アンプフィルタと、フィルタリングされた残差信号を所定時間遅延させるディレイ回路と、ディレイ回路で遅延された過去の残差信号と前記加算器から出力された現在の残差信号に基づいて前記模擬信号を生成して前記加算器に入力する適応フィルタと、を備えたマイクロフォンと、
   からなる拡声装置であって、
   前記アンプ装置に、アンプ装置の伝達関数を測定して前記マイクロフォンに転送する伝達関数転送手段を備え、
   前記マイクロフォンに、伝達関数転送手段から転送されてきた伝達関数を受信し、受信した伝達関数を前記模擬アンプフィルタに設定する設定手段と、
   を備えた拡声装置。
6. 前記アンプ装置は、マイクロフォンから入力された音声信号レベルを検出する入力信号検出手段と、
   入力信号レベルが所定の閾値以下のときにマイクロフォンからの入力信号およびスピーカに出力する信号を遮断する信号遮断手段と、を備え、
   前記伝達関数転送手段は、前記アンプ装置に測定信号を入力することで伝達関数を測定する、
   請求項５に記載の拡声装置。
7. 入力された音声信号を増幅または音質調整する信号処理回路を備え、マイクロフォンから入力された音声信号を増幅または音質調整してスピーカから放音するとともに、この増幅または音質調整した信号をマイクロフォンに転送する信号転送手段を備えたアンプ装置と、
   音声信号を集音するマイク素子と、マイク素子で集音された音声信号から、前記スピーカからマイク素子に回り込んだ帰還信号を模擬した模擬信号を減算し、この減算した信号を残差信号として出力する加算器と、該残差信号を前記アンプ装置に伝送する接続手段と、信号転送手段から転送されてきた信号を受信する信号受信手段と、信号受信手段が受信した信号を所定時間遅延させるディレイ回路と、ディレイ回路で遅延された過去の残差信号と前記加算器から出力された現在の残差信号に基づいて前記模擬信号を生成して前記加算器に入力する適応フィルタと、を備えたマイクロフォンと、
   からなる拡声装置。

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