JP2006238254A - 拡声システム - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のマイクを使用したときのハウリングの発生を抑制する。
【解決手段】 話者Ａが発話すると、音源位置及び発話順検出部２は話者Ａの近傍のマイクＭＩＣａを音源位置として検出し、入力切替部３はＭＩＣａからの入力信号をスピーカ出力調整部４に供給する。ＭＩＣａからの入力信号はスピーカ出力調整部４で各スピーカまでの距離に応じた拡声ゲインとされ複数のスピーカから拡声される。話者Ｂが発話を開始すると、音源位置及び発話順検出部２は話者Ｂの近傍のマイクＭＩＣｂを第２の音源位置として検出し、ＭＩＣｂの近傍のスピーカＳＰｂの拡声ゲインを低下させる（スイッチＳＷｂをオフとする）。これにより、ＳＰｂからＭＩＣｂへの回り込みがなくなり、ＭＩＣａ→ＳＰｂ→ＭＩＣｂ→ＳＰａ→ＭＩＣａの閉ループが形成されるのを防止する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数のマイクと複数のスピーカを用いる拡声システムに関する。

会議室やホールなどのようにマイクロフォンからの入力信号を増幅して同じ空間内に配置されたスピーカから拡声する拡声システムにおいては、スピーカから拡声された音声がマイクロフォンに回り込んで閉ループが形成され、ハウリングが発生することがある。
このようなハウリングを防止するために、ハウリングを検出して手動あるいは自動で拡声ゲインを低下させることや、前記閉ループの伝達関数を推定して信号処理を行うハウリングキャンセラーなどを用いることが行われている。

また、特許文献１には、マイクロフォンアレーを用いて発話者の発声した音声を収音し、複数のスピーカから場内に拡声する場内拡声装置において、発話者の位置に近いスピーカのゲインを下げることにより、スピーカに近い位置の発話者にマイクロフォンアレーの指向性を向けたときに該スピーカから放射される音声がマイクロフォンアレーに収音されて閉ループが形成されるのを防止することが提案されている。
特開平１１−０５５７８４号公報

会議室やホールなどに用いられる拡声システムにおいて、講演者と質問者が存在し、同一会場内で同時に２系統以上のマイクを使用することがある。このような場合には、複数の音響パスが存在し、ハウリングが発生しやすい状態ができる。
図３を参照して、複数のマイクロフォンからの音声入力を拡声する場合について説明する。なお、この例では、天井に複数のマイクロフォンと複数のスピーカが分散配置されているものとする。
この図において、話者Ａのみが発話しているときには、１系統のマイクが使用される。すなわち、話者Ａの発話はその近傍のマイクMICaで収音され、増幅されて、離れた位置のスピーカSPbなどから再生される。これにより、話者Ａから離れた位置にいる聴取者も十分な音量で話者Ａの発話を聴取することができる。
このように話者Ａが発話しているときに話者Ｂが発話を開始したとすると、２系統のマイクを使用して拡声が行われる。すなわち、上述した話者Ａの発話を収音するマイクMICaの系統に加えて、話者Ｂの近傍のマイクMICbにより話者Ｂの発話が収音され、増幅されて、離れた位置にあるスピーカSPaなどから再生される。
このとき、図示するように、話者Ａの発話は、マイクMICaで収音され、増幅されてスピーカSPbから拡声され、該拡声された信号が話者Ｂの発話を収音するマイクMICbに回り込み、増幅されて話者Ａの近傍のスピーカSPaから拡声され、該拡声された信号が話者ＡのマイクMICaに回り込むという閉ループができ、そのループゲインが１より大きいときにハウリングが発生してしまう。

このようなハウリングの発生を防止するために、従来は、専用のオペレータにより拡声ゲインの調整が行われていた。また、ハウリングの発生を防止するために拡声ゲインを低下させると、十分な拡声を行うことができなかった。
さらに、上述のように、ハウリングキャンセラー等による信号処理も知られているが、これは、１系統のマイク−スピーカを使用する場合には効果を発揮するが、複数系統のマイクを使用する場合には、推定する伝達関数が特定できず、効果を十分発揮することができなかった。また、複数系統に対応させるためには、複雑で高価なシステムが必要とされていた。

そこで、本発明は、複数のマイクロフォンを同時に使用した場合に、簡単な構成でハウリングの発生を抑制することができる拡声システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の拡声システムは、室内に配置された複数のマイクロフォンと、前記室内に配置された複数のスピーカと、前記複数のマイクロフォンからの入力信号に基づいて話者を検出し、その位置に対応するマイクロフォンを選択する音源位置検出部と、前記音源位置検出部で選択されたマイクロフォンからの入力信号を、それぞれのスピーカに応じた出力レベルで前記複数のスピーカに出力する出力調整部とを有する拡声システムであって、前記出力調整部は、前記音源位置検出部により、話者が検出されている場合に新たな話者が検出されたときに、該新たに検出された話者の近傍に位置するスピーカの出力レベルを低くするようになされているものである。
また、前記複数のマイクロフォンと前記複数のスピーカは、天井に分散配置されているものである。

このような本発明の拡声システムによれば、複数話者の対話ルールを反映した拡声ゲインの制御を行っているため、特別な信号処理を必要とすることなく、複数のマイクロフォンを使用する場合におけるハウリングの発生を抑制することができる。

図１は、本発明の拡声システムの一実施の形態の全体構成を示すブロック図である。
この図において、１は本発明の拡声システムが設備される会議室やホールの天井に分散配置された複数（ｍ個）のマイクロフォン、５は同じく天井に分散配置された複数（ｎ個）のスピーカである。ここで、各マイクロフォン１（MIC1〜MICm）はそれぞれの近傍のエリアにおける音のみを収音するように制限された指向性を有しており、天井に分散配置されたｍ個のマイクロフォン１で全室内をカバーするようになされている。同様に、各スピーカ５（SP1〜SPn）もそれぞれの近傍エリアにのみ拡声するように制限された指向性を有するものとされており、天井に分散配置されたｎ個のスピーカ５で全室内をカバーすることができるようになされている。
なお、前記複数のマイクロフォン１の配置間隔及び前記複数のスピーカ５の配置間隔は、それぞれの指向性や天井高に応じて決定される。ただし、マイクロフォンとスピーカの間隔はなるべく離れた位置になるように配置することが望ましい。
また、前記複数のスピーカ５には平面スピーカを使用しても良く、また、スピーカをシステム天井の一部として使用しても良い。

２は、前記複数のマイクロフォン１の各マイクロフォン（MIC1〜MICm）からの入力信号のレベルを監視して話者の位置及び話者の発話の順番を検知し、入力切替部３及びスピーカ出力調整部４への制御信号を出力する音源位置及び発話順検出部、３は前記音源位置及び発話順検出部２からの制御信号（音源位置検出信号）に基づいて話者が位置する場所に対応するマイクロフォンからの入力信号を選択してスピーカ出力調整部４に出力する入力切替部、４は該入力切替部３からの入力信号に対して前記音源位置及び発話順検出部２から供給される制御信号に基づいて前記複数のスピーカ５にそれぞれ対応したレベル制御及びディレイ制御を行って各スピーカ５（SP1〜SPn）に出力するスピーカ出力調整部である。
ここで、前記入力切替部３は複数系統（例えば、２系統）のマイクロフォン入力を選択することができるように構成されており、前記スピーカ出力調整部４は前記入力切替部３で選択された複数（例えば、２本）のマイクロフォンからの入力信号に対して、それぞれ、各スピーカに出力する信号のレベルとディレイ量の制御を行った後、両系統の出力信号を加算して、各スピーカ５に出力するように構成されている。

前記音源位置及び発話順検出部２は、前記複数のマイクロフォン（MIC1〜MICm）からの入力信号を常時モニタし、所定レベル以上の入力信号があるときには、そのうちの最も入力信号レベルの高いマイクMICiを音源位置（話者の位置）であると判定する。また、所定レベル以上の入力信号が検出されないときは話者がないものと判定する。そして、所定レベル以上の入力信号があり、第１の話者の存在を検出しているときに、別の場所のマイクロフォンMICjからの入力信号レベルがピークを示したときは、そのマイクロフォンMICjを新たな話者（第２の話者）の位置であるとして検出する。このように、前記音源位置及び発話順検出部２は、複数の話者の位置（音源位置）とその発話順を検出することができる。
そして、前述のように、該検出した音源位置に関する情報（音源位置検出信号）は前記入力切替部３に供給され、入力切替部３は該音源位置検出信号に基づいて入力信号を選択して前記スピーカ出力調整部４に出力する。

また、前記音源位置及び発話順検出部２は、音源位置であると判定されたマイクMICi，MICjからの入力信号を前記複数のスピーカ５（SP1〜SPn）から拡声して出力するときに、室内のどの位置においても聴取位置の高さにおける音圧レベルが均一となるように、前記各スピーカ５（SP1〜SPn）から出力する信号に対する出力レベルと遅延時間（ディレイ）を設定するための制御信号を前記スピーカ出力調整部４に出力する。
ここで、前記各スピーカからの出力レベルは、話者からの直接音とそのスピーカからの拡声音の和が室内のどの位置でも一定となるように決定する。すなわち、直接音の距離減衰を補うように、音源位置から遠い位置にあるスピーカの出力レベルを制御するものであり、音源位置（話者の近傍のマイクロフォンの位置）と各スピーカとの距離に基づいて演算により各スピーカの出力レベルを求めても良いし、予め各音源位置ごとに各スピーカに対応する出力レベルを記録したテーブルを作成しておき、該テーブルを参照することにより各スピーカから出力する信号の出力レベルを決定するようにしても良い。
ただし、第１の話者の発話中に新たに発話を開始した第２の話者が検出されたときには、その新たな音源位置（第２の話者の位置）の近傍のスピーカの出力レベルを低下させるように制御する。例えば、そのスピーカの出力をオフとしてもよい。これにより、後述するように、複数系統のマイクロフォンを使用することによって閉ループが形成されるのを防止することができる。

また、前記ディレイ量は、音源位置から発せられる直接音が各スピーカ位置に到達するのに要する時間に対応する遅延時間をそれぞれのスピーカから出力される拡声信号に付与するものであり、音源位置（マイクロフォンの位置）と各スピーカとの距離に基づいて算出するようにしてもよいし、予め各音源位置ごとに各スピーカまでの遅延時間を記録したテーブルを作成しておき、該テーブルを参照することによりディレイ量を決定するようにしても良い。

このように構成された拡声システムの動作について、図２を参照しつつ説明する。
最初に、話者Ａが発話を開始したとする。
前記音源位置及び発話順検出部２は、話者Ａの近傍のマイクMICaからの入力信号レベルが最も高くなったことを検出して、該MICaを音源位置として検出する。前記入力切替部３は音源位置及び発話順検出部２からの音源位置検出信号に基づき、MICaからの入力信号を前記スピーカ出力調整部４に出力する。
このとき、他の話者は存在しないため、前記音源位置及び発話順検出部２は、話者Ａから遠いスピーカの拡声ゲイン（出力レベル）を大きくし、話者Ａの近傍のスピーカの拡声ゲインは低くするか又は出力をオフとする制御信号を前記スピーカ出力調整部４に供給する。なお、図においては、スピーカの拡声ゲインが低下されている状態を分かりやすく示すために、スイッチSWa、SWbを記載している。このとき、図中破線で示すように、話者Ａの近傍のスピーカSPaに接続されたスイッチSWaはオフ、話者Ａから離れた位置にあるスイッチSWbはオンとされていることとなる。

次に、話者Ｂが発話を開始したとする。
前記音源位置及び発話順検出部２は、MICaに続いて話者Ｂの近傍のマイクMICbからの入力信号レベルが他のマイクからの入力信号よりも大きな値となったことを検出すると、該MICbを新たな話者の音源位置であるとして検出する。そして、発話順が後の新たな音源位置としてMICbを識別する音源位置検出信号を前記入力切替部３に供給する。これに応じて、前記入力切替部３は、既に選択されているマイクMICaからの入力信号に加えて、マイクMICbからの入力信号を前記スピーカ出力調整部４に出力する。スピーカ出力調整部４は、前記音源位置及び発話順検出部２から供給される制御信号に応じて、該マイクMICbから入力される音声信号に対しても、話者Ｂ（MICb）の位置とそれぞれのスピーカとの距離に応じたレベル調整を行って、各スピーカから拡声する。これにより、各スピーカからは、第１の話者Ａからの距離に応じた拡声ゲインを有する話者Ａの音声信号と第２の話者Ｂからの距離に応じた拡声ゲインを有する話者Ｂの音声信号が加算されて出力されることとなる。

ただし、話者Ｂの近傍のスピーカSPbの拡声ゲインについては、次のように制御される。
先に話者Ａが存在しているときに、話者Ｂが発話を開始する場合、話者Ｂは、話者Ａの発話内容を先読み、あるいは、それ以上聞く必要なしとの判断から発話を開始すると予測されるため、話者Ｂに対して話者Ａの発話を拡声する必要はない。
そこで、前記音源位置及び発話順検出部２は、発話順が後である話者Ｂの発話を収音するマイクMICbの近傍のスピーカSPbの拡声ゲインを低下させるか又は出力をオフとするように前記スピーカ出力調整部４を制御する。すなわち、図においては、話者Ｂ（MICb）の近傍のスピーカSPbに接続されているスイッチSWbがオフ状態とされる。
これにより、スピーカSPbからマイクMICbへの回り込みをなくすことができ、話者Ａ→マイクMICa→スピーカSPb→マイクMICb→スピーカSPa→マイクMICaという閉ループが形成されなくなり、２系統のマイクを使用することによるハウリングを防止することができる。
なお、このとき、話者Ｂの発話を話者Ａ又はその近傍の人が聴取することができるように、低いゲインとされていた話者Ａの近傍のスピーカSPaの拡声ゲインは通常の大きさとなるように制御する。すなわち、図において、オフとされていた話者Ａの近傍のスピーカSPaに接続されているスイッチSWaをオン状態される。
以下、新しい話者が検出されると、該検出された話者の発話を収音するマイクの近傍に位置するスピーカからの出力レベルを低下又はオフとし、それまで出力レベルが低下又はオフとされていたスピーカからは通常の出力レベルで拡声信号を出力するように制御する。

このように、対話パターンに基づくルールによってスピーカからの拡声ゲインを制御することにより、複数マイク同時使用時におけるハウリングループを、既存の話者の発話の拡声信号が、新たに検出された話者の発話を収音するマイクに回り込む部分で、カットすることができる。したがって、複雑な制御を行うことなく、複数系統のマイクを使用する拡声システムにおけるハウリングを防止することができる。

なお、前記図１に示した実施の形態においては、天井に複数のマイクと複数のスピーカが分散配置されている拡声システムの場合について説明したが、これに限られることはなく、同一音響空間内で複数のマイクからの入力を複数のスピーカから出力する拡声システムであれば、全く同様に適用することができる。

本発明の拡声システムの一実施の形態の概略構成を示すブロック図である。 本発明の拡声システムの動作を説明するための図である。 複数系統のマイクを使用した場合におけるハウリングの発生について説明するための図である。

符号の説明

１：マイクロフォン群、２：音源位置及び発話順検出部、３：入力切替部、４：スピーカ出力調整部、５：スピーカ群、MICa，MICb：マイクロフォン、SPa，SPb：スピーカ、SWa，SWb：スイッチ

Claims (2)

1. 室内に配置された複数のマイクロフォンと、
   前記室内に配置された複数のスピーカと、
   前記複数のマイクロフォンからの入力信号に基づいて話者を検出し、その位置に対応するマイクロフォンを選択する音源位置検出部と、
   前記音源位置検出部で選択されたマイクロフォンからの入力信号を、それぞれのスピーカに応じた出力レベルで前記複数のスピーカに出力する出力調整部とを有する拡声システムであって、
   前記出力調整部は、前記音源位置検出部により、話者が検出されている場合に新たな話者が検出されたときに、該新たに検出された話者の近傍に位置するスピーカの出力レベルを低くするようになされていることを特徴とする拡声システム。
2. 前記複数のマイクロフォンと前記複数のスピーカは、天井に分散配置されていることを特徴とする請求項１記載の拡声システム。

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