JP2006197496A - 拡声装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高精度に音響特性の変化を検出でき、効果的にハウリングを防止することが可能な適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムを提供する。
【解決手段】 位置情報制御部１１は、マイクロフォン１とスピーカ７の距離を検出する。検出した位置情報はディレイ回路８と適応フィルタ９に入力される。ディレイ回路８はスピーカ７からマイクロフォン１への帰還音声信号の時間遅延を位置情報から想定してマイクロフォン１からの信号に遅延を付加して適応フィルタ９に入力する。適応フィルタ９は遅延が付加されて入力された信号から帰還音声信号を模擬した信号を出力し、マイクロフォン１から入力された信号から差し引く。また、適応フィルタ９の適応アルゴリズムはマイクロフォン１とスピーカ７の距離の変化に応じてフィルタ係数を更新するように設定する。これにより、効果的にハウリングを防止することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は講堂やホール等に設置される拡声装置において、ハウリング発生を防止するのに好適なハウリングキャンセラを内蔵した拡声装置に関する。

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。

上記のようなハウリングの発生を防止するには、ハウリングが発生する周波数成分をカットするフィルタを用いることがよく行われている。この方式では、拡声装置の設置条件によってハウリング周波数が異なるため、効果的にハウリングを防止するにはフィルタを割り当てる周波数を制御することが不可欠となる。そこで、あらかじめマイクロフォンとスピーカの間の音響特性を測定し、その結果を用いてフィルタの周波数を制御するハウリングキャンセラが提案されている（例えば特許文献１）。

また、スピーカからマイクロフォンに至る帰還伝達系を模擬した信号をマイクロフォンの入力信号から減算し、さらに減算後の誤差信号が小さくなるように模擬信号を修正する適応フィルタ（アダプティブ・ディジタル・フィルタ）を用いてハウリング発生を防止する適応ハウリングキャンセラが用いられている（例えば非特許文献１）。
特開平６−１９５０９２号公報 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）

しかしながら、特許文献１に記載のハウリングキャンセラでは、発話者が移動等して、あらかじめ測定した音響特性から使用条件がずれた場合、ハウリング周波数が変化してしまうため、ハウリングを防止することが困難である。

また、非特許文献１に記載のように適応ハウリングキャンセラは、マイクロフォンからの入力信号の情報だけを用いて、スピーカとマイクロフォンの間の音響経路を推定しなければならない。したがってこの適応ハウリングキャンセラだけでは、発話者が大きく移動等して音響特性が急激に変化した場合に推定が追いつかないという問題がある。

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、高精度に音響特性の変化を検出でき、効果的にハウリングを防止することが可能な適応ハウリングキャンセラ内蔵した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、マイクロフォンから入力された入力信号を増幅し、増幅した音声信号をスピーカに出力する拡声手段と、前記スピーカからマイクロフォンへの帰還伝達系を模擬する遅延手段及び適応フィルタを有し、前記スピーカに出力する音声信号を遅延手段および適応フィルタで処理した模擬信号を前記マイクロフォンから入力された音声信号から減算するハウリングキャンセラと、を備えた拡声装置であって、前記マイクロフォンとスピーカの位置関係を検出する位置検出手段と、位置検出手段の検出結果に基づいて、前記遅延手段の遅延時間を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、マイクロフォンとスピーカの位置関係を検出する位置検出手段を備えている。位置検出手段は、例えばマイクロフォン、スピーカに無線送受信器を取り付け、発信と受信の時間差から距離を計算するものである。マイクロフォンから入力された信号は拡声手段（例えばアンプ）によって増幅され、スピーカから発音される。また、増幅された信号は遅延時間を付与されてフィルタに出力される。フィルタはこの信号と、マイクロフォンから入力された信号に基づいて音響帰還路の伝達関数を推定し、帰還信号を差し引いてハウリングを抑制する。ここで、遅延時間はマイクロフォンとスピーカの位置関係から決定される。すなわち、スピーカとマイクの位置が近い時は音響帰還路を経て帰還する信号の到達時間が短いので遅延時間を短くする。スピーカとマイクの位置が遠い時は音響帰還路で帰還する信号の到達時間が長いので遅延時間を長くする。これにより、音響帰還路の伝達関数をより正確に推定することが可能となり、ハウリングを効果的に抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、上記発明において、前記適応フィルタは、フィルタ部とフィルタ係数推定部を有し、前記設定手段は、位置検出手段の検出結果に基づいて、フィルタ係数を更新するように前記フィルタ係数推定部に設定することを特徴とする。

この発明では、スピーカとマイクロフォンとの位置関係からフィルタ係数の更新を設定する。すなわち、スピーカとマイクロフォンの位置が変化した時、音響帰還路の伝達関数も大きく変化するので、より素早くフィルタを更新するようにフィルタ係数の更新パラメータを設定する。例えばステップサイズを大きくする等すればよい。

請求項３に記載の発明は、上記発明において、マイクロフォンおよびスピーカのゲイン調整を行い、ゲイン調整をした情報を検出するゲイン調整手段をさらに備え、前記設定手段は、マイクロフォンおよびスピーカのゲインに応じて、前記適応フィルタの模擬信号の減算量を設定することを特徴とする。

この発明では、マイクロフォンとスピーカのゲイン調整をした時は、そのゲイン調整をした情報をフィルタに通知する。例えばマイクロフォンのゲインを大きくした場合、マイクロフォンから入力される信号レベルが大きくなるので、帰還音声信号の入力レベルも大きくなる。このとき、フィルタはマイクロフォンのゲインを大きくした情報を基に、フィルタ出力信号のレベルを大きくして帰還音声信号から差し引く。これにより、マイクロフォンやスピーカのゲインを変更しても直ちに帰還信号を差し引くことが可能となり、ハウリングの発生を効果的に抑制することができる。

以上のように、この発明によれば、マイクロフォンとスピーカの位置関係を基にしてフィルタに入力する信号の遅延時間を決定するため、音響帰還路の伝達関数を高精度に推定することが可能となり、ハウリングの発生を確実に抑制することができる。

以下、本発明の実施形態の適応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。

［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、マイクロフォンアンプ２、Ａ／Ｄコンバータ３、イコライザアンプ４、スピーカアンプ６、スピーカ７、ディレイ回路８、適応フィルタ９、加算器１０、および位置情報制御部１１からなり、マイクロフォン１およびスピーカ７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、マイクロフォンアンプ２に入力される。マイクロフォンアンプ２は、入力された音声信号を増幅調整等をするためのものである。

マイクロフォンアンプ２から出力された音声信号は、Ａ／Ｄコンバータ３でディジタル形式の信号に変換される。ディジタル形式に変換された信号は、イコライザアンプ４に入力され、周波数成分調整等される。その後、Ｄ／Ａコンバータ５でアナログ形式の音声信号に変換され、スピーカアンプ６で出力最終段の調整がなされてスピーカ７から音声を発音する。

また、イコライザアンプ４から出力された信号は、ディレイ回路８にも入力される。ディレイ回路８は、入力された信号に対し、時間遅延を付与して出力するもので、ここではスピーカからマイクロフォン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。

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から出力された信号が入力される。フィルタ部９ａはスピーカ７からマイクロフォン１への帰還音声信号を模擬した信号を加算器１０に出力して、加算器１０でイコライザアンプ４に伝達される信号からその帰還音声信号を模擬した信号を差し引くようにする。帰還音声信号を模擬した信号は、ある伝達関数に従って上記ディレイ回路８から出力された信号を基に決定される。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とイコライザアンプ４に伝達される信号のうち上記帰還音声信号を模擬した信号を差し引いた信号とを基にして、適応アルゴリズムを用い、帰還音声信号を模擬した信号が実際の帰還音声信号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、例えばＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムを用いる。

ここで、時間遅延付与が無い場合、マイクロフォン１に入力された音声信号は直ちに適応フィルタ９に入力されるため、フィルタ係数の更新が進むとマイクロフォン１に入力された信号を全てキャンセルするようになってしまう。これは適応フィルタ９が帰還音声信号を模擬した信号と実際の帰還音声信号との誤差を少なくするようにフィルタ係数を更新するためであり、ここで時間遅延付与が無いと、時間経過とともにマイクロフォン１から入力される信号が全て帰還音声信号であると適応アルゴリズムが判断してしまうためである。時間遅延を付与することでマイクロフォン１に入力される音声信号を全て差し引かずに帰還音声信号のみをキャンセルすることが可能となる。

一方で、時間遅延付与が大きすぎる場合、実際の帰還音声信号の時間遅延よりも大きく遅れた音声信号が適応フィルタに入力され、帰還音声信号の推定ができないために、ハウリングを抑制することが困難となる。また、時間遅延付与が小さすぎる場合、実際に帰還音声信号が入力されるまでの時間は適応フィルタ９から何も出力されないために無駄が多くなる。したがってディレイ回路８が時間遅延を正確に付与することがハウリングの抑制に重要となる。

位置情報制御部１１は、マイクロフォン１とスピーカ７の位置情報を検出するものである。位置情報とはマイクロフォン１とスピーカ７の距離がどの程度であるかを示すものである。マイクロフォン１とスピーカ７にはそれぞれ無線送受信器（図示せず）が備えられており、互いに無線を送受信し、その無線到達時間を計測することで距離を測定することができる。なお、マイクロフォン１、スピーカ７のいずれかに送信器を備え、他方に受信器を備える構成であってもよい。

なお、無線送受信に限らず、互いの距離を測定できるものであればどのようなものであってもよい。例えばレーザーにより互いの距離を実際に測定してもよいし、ＧＰＳを用いてポジション測定をしてもよい。また、スピーカ７から特定のパルス音を出力し、マイクロフォン１で集音して距離を測定するようにしてもよい。

位置情報制御部１１は、入力された位置情報を基に帰還音声信号の時間遅延を計算する。このときマイクロフォン１とスピーカ７を設置している空間の温度等の環境を測定し、時間遅延の計算に考慮してもよい。この後、位置情報制御部１１は、計算した時間遅延を付与するようにディレイ回路８に設定する。

なお、マイクロフォン１とスピーカ７の向きを方向情報として検出し、位置情報を基にして計算した時間遅延を方向情報を基に補正してもよい。例えば、マイクロフォン１とスピーカ７が反対方向に向いている場合は、時間遅延が長くなるように補正する。マイクロフォン１とスピーカ７が反対方向に向いている場合は、直接音成分よりも壁面等からの反射音成分が大きくなり、壁面等からの反射音は直接音よりも時間遅延が長いためである。

また、位置情報制御部１１は、フィルタ係数推定部９ｂに対して、入力された位置情報を基にフィルタ係数を変更するよう指示する。マイクロフォン１とスピーカ７の位置が変化すると、スピーカ７からマイクロフォン１に帰還する帰還音声信号も変化するため、フィルタ部９ａが出力する帰還音声信号を模擬した信号と実際の帰還音声信号との誤差が大きくなる。したがって、フィルタ部９ａの伝達関数を変更する必要があり、フィルタ係数推定部９ｂは位置情報を基にすることで伝達関数が直ちに更新されるようにフィルタ係数の更新パラメータを設定する。

以下、上記の適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムを伝達される信号について詳細に説明する。

図３は、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図である。同図の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）に変換される。信号ｙ（ｋ）は増幅路１３に供給される。その後信号ｙ（ｋ）は増幅路１３で伝達関数Ｇ（ｚ）によって増幅され、信号ｘ（ｋ）としてスピーカ７に供給される。信号ｘ（ｋ）はＤ／Ａ変換処理により音声信号に変換されてスピーカ７から出力される。増幅路１３は、加算器１０からイコライザアンプ４を介してＤ／Ａコンバータ５に伝達する経路の伝達関数である。

スピーカ７から出力した信号は音響帰還路１２を経てマイクロフォン１に帰還する。ここで音響帰還路１２は、スピーカ７からマイクロフォン１に至る音響経路であり、この経路は伝達関数Ｈ（ｚ）で表される。ここで、音響帰還路１２を介して帰還される帰還音声信号ｄ（ｋ）は、話者などの音源からの音声信号からなる音源音声信号ｓ（ｋ）と混合されてマイクロフォン１に入力される。マイクロフォン１は、入力された混合音声信号をＡ／Ｄ変換処理によりディジタル信号として出力する。

上記のような拡声システムでは、マイクロフォン１−増幅路１３−スピーカ７−音響帰還路１２−マイクロフォン１の経路で閉ループが形成される。これにより、帰還音声信号ｄ（ｋ）が増大し、ハウリングの発生となる。このようなハウリングの発生を防止するために設けられたのが、ディレイ回路８、適応フィルタ９、および加算器１０からなる適応ハウリングキャンセラである。

ディレイ回路８は、信号ｘ（ｋ）に対して音響帰還路１２の遅延時間を推定した遅延τを付与して出力するもので、出力信号ｘ（ｋ−τ）が適応フィルタ９に供給される。適応フィルタ９のフィルタ部９ａ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。加算器１０は、信号ｙ（ｋ）から信号ｄｏ（ｋ）を差し引く。ここで信号ｙ（ｋ）は、音源音声信号ｓ（ｋ）と帰還音声信号ｄ（ｋ）との和すなわち、ｙ（ｋ）＝ｓ（ｋ）＋ｄ（ｋ）なる式で表される。したがって加算器１０の出力信号ｅ（ｋ）は、ｅ（ｋ）＝ｙ（ｋ）−ｄｏ（ｋ）＝ｓ（ｋ）＋ｄ（ｋ）−ｄｏ（ｋ）＝ｓ（ｋ）＋Δ（ｋ）（ただし、Δ（ｋ）＝ｄ（ｋ）−ｄｏ（ｋ））なる式で表される。よって、Δ（ｋ）を充分に小さくすればハウリングを抑制することができる。

また、適応フィルタ９のフィルタ係数推定部９ｂ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９ａを更新する。適応アルゴリズムは前述のようにＬＭＳアルゴリズム等を用いる。信号ｅ（ｋ）の二乗平均値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る。

位置情報制御部１１は前述のようにマイクロフォン１とスピーカ７の距離を示す位置情報を検出し、位置情報を基にスピーカ７からマイクロフォン１への帰還音声信号の時間遅延を計算するものである。すなわち、音響帰還路１２の伝達関数Ｈ（ｚ）の変化を位置情報を基に短時間に推定することになり、これを基に遅延τの決定と適応フィルタ９のフィルタ係数更新を行う。

例えば帰還音声信号の時間遅延が１０００タップであるとする。ここで遅延τを８００タップに設定したとすると、実際の時間遅延から２００タップのズレが生じる。したがって帰還音声信号がマイクロフォン１に入力されるまでの２００タップについてはノイズ成分のみが適応フィルタ９から出力されることになるばかりでなく、伝達関数Ｈ（ｚ）のうち適応フィルタの使用タップ数（例えば２０４８タップ）を超えた部分に対応する帰還音声信号をキャンセルすることができなくなる。一方で遅延τを１２００タップに設定したとすると、適応フィルタ９の出力が帰還音声信号よりも２００タップ遅れるために、伝達関数Ｈ（ｚ）のうち最初の２００タップの部分の伝達関数に対応する帰還音声信号をキャンセルすることができなくなる。すなわち、その間はマイクロフォン１から入力される信号ｙ（ｋ）から帰還音声信号ｄ（ｋ）を差し引くことができないためにハウリングを抑制することが困難となる。ここで遅延τを９５０タップに設定したとすると、実際の時間遅延とのズレは５０タップに過ぎないため精度よくハウリングを抑制することが可能となる。

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は、位置情報制御部１１がマイクロフォン１とスピーカ７の距離を測定して音速から帰還音声信号の時間遅延を計算し、遅延τを設定する。音速をｃ、マイクロフォン１とスピーカ７の検出距離をＬとすると遅延τはＬ／ｃなる計算で算出できる。音速はマイクロフォン１およびスピーカ７の設置環境によって変化するので、位置制御部１１が温度、気圧等を検出する機能をさらに備えて計算に考慮してもよい。なお、マイクロフォン１とスピーカ７の方向情報を遅延τの計算に考慮してもよい。このようにして計算した遅延τをサンプリング周期時間で除算するとタップを求めることができる。

また、位置情報制御部１１は検出した位置情報を基にフィルタ係数の更新を行うように適応フィルタ９に指示する。適応フィルタ９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。

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は、位置情報制御部１１がマイクロフォン１とスピーカ７の位置情報を検出して、互いの位置が変化したときに、忘却係数λを小さくかつステップサイズαを大きくするように適応フィルタ９に指示する。これにより適応フィルタ９の本来の係数更新よりも高速に更新することが可能となり、より効果的にハウリングを抑制することができるのである。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような変形が可能である。

図４は第１実施形態の変形例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である。なお、図１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。同図のように、この例においてはゲイン情報制御部１４はマイクロフォンアンプ２、スピーカアンプ６、および適応フィルタ９に接続されている。ゲイン情報制御部１４は、マイクロフォンアンプ２とスピーカアンプ６からゲイン情報を取得し、ゲイン情報に応じて模擬信号ｄｏ（ｋ）の出力レベルを設定するように適応フィルタ９に指示する。

マイクロフォンアンプ２のゲインあるいはスピーカアンプ６のゲインを変更すると帰還音声信号のレベルも変化する。例えば、スピーカアンプ６のゲインを２倍に設定変更すると、帰還音声信号ｄ（ｋ）のレベルは約２倍となる。しかしながら適応フィルタ９が出力する模擬信号ｄｏ（ｋ）のレベルはその時点では２倍とはならない。したがってΔｋは大きくなりハウリング発生の可能性が大きくなる。この変形例に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムは、マイクロフォンアンプ２のゲインあるいはスピーカアンプ６のゲインを変更したとき、その情報がゲイン情報制御部１４に送信され、ゲイン情報制御部１４は変更されたゲインに応じて適応フィルタ９の出力信号のレベルを変更するように設定するので、帰還音声信号ｄ（ｋ）のレベルが変化した後、即座に適応フィルタの出力信号ｄｏ（ｋ）のレベルを適応フィルタの係数更新に適切なレベルに変更することが可能となる。マイクロフォンアンプ２またはスピーカアンプ６のゲインを大きくしたときに適応フィルタの出力信号レベルも大きくするといった制御をすることで、マイクロフォンアンプ２のゲインあるいはスピーカアンプ６のゲインが急激に変化しても効果的にハウリングを抑制することが可能となる。

［第２実施形態］
図５は本発明の第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。同図のようにこの例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１を介して入力された音声信号が、マイクロフォンアンプ２を経てＡ／Ｄコンバータ３でディジタル形式の信号に変換され、イコライザアンプ４で周波数成分調整等された後にＤ／Ａコンバータ５でアナログ形式の信号に変換されるまでは上記第１実施形態と同様であるが、その後、スピーカアンプＡ１〜Ａｎに入力される。それぞれのスピーカアンプＡ１〜ＡｎにスピーカＳ１〜Ｓｎが接続されており、スピーカアンプＡ１〜Ａｎで出力最終段の調整がなされてスピーカＳ１〜Ｓｎより音声を発音する。

この例においては複数のスピーカＳ１〜Ｓｎが全て同じ信号を並行して出力するが、マイクロフォン１に帰還する帰還音声信号はそれぞれのスピーカから出力した音声が統合してある一つの伝達関数で入力されることになる。

この例においてもそれぞれのスピーカＳ１〜Ｓｎと位置情報制御部１１が接続されており、位置情報制御部１１は各スピーカＳ１〜Ｓｎの位置とマイクロフォン１の位置情報を検出する。マイクロフォン１と各スピーカＳ１〜Ｓｎは無線を送受信し、その無線到達時間を計測することで距離を測定することができる。なお、この例においても無線送受信に限らず、互いの距離を測定できるものであればどのようなものであってもよい。例えばレーザーにより互いの距離を実際に測定してもよいし、ＧＰＳを用いてポジション測定をしてもよい。また、スピーカＳ１〜Ｓｎより特定のパルス音を出力し、マイクロフォン１で集音して距離を測定するようにしてもよい。

この例においては、マイクロフォン１に帰還する帰還音声信号はそれぞれのスピーカから出力した音声が統合してある一つの伝達関数で考えることができるが、マイクロフォン１に帰還する帰還音声信号の時間遅延は各スピーカＳ１〜Ｓｎのそれぞれにおいて異なる。したがって第１実施形態と同様に単一のスピーカ７とマイクロフォン１の帰還音声信号の時間遅延を計算して遅延τを入力したとしても、他のスピーカとマイクロフォンの位置が変更されると音響帰還路の伝達関数が変化してハウリングが発生する可能性がある。

第２実施形態における位置情報制御部１１は、入力された位置情報を基に帰還音声信号の時間遅延を計算するが、スピーカＳ１〜Ｓｎとマイクロフォン１のすべての位置情報を検出し、その中から最もマイクロフォン１と距離の近いスピーカＳの時間遅延を計算する。帰還音声信号に実質的に影響するのはマイクロフォン１に最も距離の近いスピーカＳであり、最も距離の近いスピーカＳとマイクロフォン１の時間遅延を計算することで効果的にハウリングを抑制することができる。

例えば、最もマイクロフォン１に近いスピーカＳが、スピーカＳ１からスピーカＳ２に変化したとき、位置情報制御部１１はスピーカＳ１とマイクロフォン１の時間遅延を計算している状態からスピーカＳ２とマイクロフォン１の時間遅延を計算する状態に変更する。

図６は本発明の第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回路構成を示す図である。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構成部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。同図の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）に変換される。信号ｙ（ｋ）は増幅路１６に供給される。その後信号ｙ（ｋ）は増幅路１６で伝達関数Ｇ₁（ｚ）によって増幅され、信号ｘ₁（ｋ）としてスピーカＳに供給される。信号ｘ₁（ｋ）はＤ／Ａ変換処理により音声信号に変換されてスピーカＳから出力される。増幅路１６は、加算器１０からイコライザアンプ４を介してＤ／Ａコンバータ５に伝達する経路の伝達関数である。

スピーカＳ１〜Ｓｎより出力した信号は音響帰還路１５を経てマイクロフォン１に帰還する。ここで音響帰還路１５は、スピーカＳ１〜Ｓｎよりマイクロフォン１に至る音響経路を統合したものであり、この経路は伝達関数Ｈ₁（ｚ）で表される。音響帰還路１５を介して帰還される帰還音声信号ｄ₁（ｋ）は、音源音声信号ｓ（ｋ）と混合されてマイクロフォン１に入力される。マイクロフォン１に入力された混合音声信号はＡ／Ｄ変換処理によりディジタル信号として加算器１０に出力される。

ディレイ回路８は、信号ｘ₁（ｋ）に対して音響帰還路１５の遅延時間を推定した遅延τを付与して出力するもので、出力信号ｘ₁（ｋ−τ）が適応フィルタ９に供給される。適応フィルタ９は帰還音声信号ｄ₁（ｋ）を模擬した信号ｄ2（ｋ）を伝達関数Ｆ₁（ｚ）にしたがって出力する。加算器１０は、信号ｙ（ｋ）から信号ｄ₂（ｋ）を差し引く。ここで信号ｙ（ｋ）は、音源音声信号ｓ（ｋ）と帰還音声信号ｄ₁（ｋ）との和すなわち、ｙ（ｋ）＝ｓ（ｋ）＋ｄ₁（ｋ）なる式で表される。したがって加算器１０の出力信号ｅ₁（ｋ）は、ｅ₁（ｋ）＝ｙ（ｋ）−ｄ₂（ｋ）＝ｓ（ｋ）＋ｄ₁（ｋ）−ｄ₂（ｋ）＝ｓ（ｋ）＋Δ₁（ｋ）（ただし、Δ（ｋ）＝ｄ₁（ｋ）−ｄ₂（ｋ））なる式で表される。よって、Δ₁（ｋ）を充分に小さくすればハウリングを抑制することができる。

位置情報制御部１１は前述のようにマイクロフォン１とスピーカＳ１〜Ｓｎの距離を示す位置情報を検出し、最もマイクロフォン１に近いスピーカＳの位置情報を基にマイクロフォン１への帰還音声信号の時間遅延を計算するものである。すなわち、音響帰還路１５の伝達関数Ｈ₁（ｚ）の変化を最もマイクロフォン１に近いスピーカＳの位置情報を基に短時間に推定することになり、これを基に遅延τの決定と適応フィルタ９のフィルタ係数更新を行う。

適応フィルタ９の伝達関数はＦ₁（ｚ）で表されるが、この伝達関数も第１実施形態と同様に忘却係数λやステップサイズαと呼ばれる係数で更新される。本実施形態においても、スピーカＳとマイクロフォン１の位置が変化し、音響帰還路の急激な変化が発生したときは、忘却係数λを小さくかつステップサイズαを大きくするように適応フィルタ９に指示する。これにより適応フィルタ９の本来の係数更新よりも高速に更新することが可能となり、より効果的にハウリングを抑制することができるのである。

なお、第２実施形態においても以下に例示するような変形が可能である。

図７は第２実施形態の変形例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である。このようにゲイン情報制御部１４はマイクロフォンアンプ２、スピーカアンプＡ１〜Ａｎ、および適応フィルタ９に接続されている。ゲイン情報制御部１４は、マイクロフォンアンプ２とスピーカアンプＡ１〜Ａｎよりゲイン情報を取得し、ゲイン情報に応じて模擬信号ｄ₂（ｋ）の出力レベルを設定するように適応フィルタ９に指示する。

この例においてもゲイン情報制御部１４は変更されたゲインに応じて適応フィルタ９の出力信号のレベルを変更するように設定するので、ｄ₁（ｋ）のレベルが変化した後、即座に適応フィルタの出力信号ｄ₂（ｋ）のレベルを適応フィルタの係数更新に適切なレベルに変更することが可能となる。これにより、マイクロフォンアンプ２のゲインあるいはスピーカアンプＡ１〜Ａｎのゲインが急激に変化しても効果的にハウリングを抑制することが可能となる。

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、マイクロフォンとスピーカの位置情報を検出し、その距離に応じて適応ハウリングキャンセラに入力する信号の遅延時間を設定することで、高精度に音響特性の変化を検出でき、効果的にハウリングを防止することが可能となる。

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構成を示すブロック図 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図 第１実施形態の変形例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 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 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回路構成を示す図 第２実施形態の変形例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

符号の説明

１−マイクロフォン
２−マイクロフォンアンプ
３−Ａ／Ｄコンバータ
４−イコライザアンプ
５−Ｄ／Ａコンバータ
６−スピーカアンプ
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−加算器
１１−位置情報制御部
１２−音響帰還路
１３−増幅路
１４−ゲイン情報制御部
１５−音響帰還路
１６−増幅路
Ｓ−スピーカ
Ａ−スピーカアンプ

Claims (3)

1. マイクロフォンから入力された入力信号を増幅し、増幅した音声信号をスピーカに出力する拡声手段と、
   前記スピーカからマイクロフォンへの帰還伝達系を模擬する遅延手段及び適応フィルタを有し、前記スピーカに出力する音声信号を遅延手段および適応フィルタで処理した模擬信号を前記マイクロフォンから入力された音声信号から減算するハウリングキャンセラと、
   を備えた拡声装置であって、
   前記マイクロフォンとスピーカの位置関係を検出する位置検出手段と、
   位置検出手段の検出結果に基づいて、前記遅延手段の遅延時間を設定する設定手段と、
   を備えた拡声装置。
2. 前記適応フィルタは、フィルタ部とフィルタ係数推定部を有し、
   前記設定手段は、位置検出手段の検出結果に基づいて、フィルタ係数を更新するように前記フィルタ係数推定部に設定する、
   請求項１に記載の拡声装置。
3. マイクロフォンおよびスピーカのゲイン調整を行い、ゲイン調整をした情報を検出するゲイン調整手段をさらに備え、
   前記設定手段は、マイクロフォンおよびスピーカのゲインに応じて、前記適応フィルタの模擬信号のレベルを設定する、
   請求項１または請求項２に記載の拡声装置。

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