JP2008263280A

JP2008263280A - ハウリング防止装置

Info

Publication number: JP2008263280A
Application number: JP2007102748A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Morita; 稔幸森田
Original assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Current assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2008-10-30

Abstract

【課題】ハウリング検出・防止の精度を著しく損なうことなくリアルタイム性を確保することのできるハウリング防止装置を提供する。
【解決手段】マイクロフォンによって検出された音響信号とスピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路を介して帰還される帰還音信号との相関を示す相関パラメタを求める相関検出部と、この相関検出部が求めた相関パラメタから前記音響信号と前記帰還音信号とにそれぞれ所定の演算処理を行いハウリングが発生している前記音響信号の周波数を求めるハウリング判定部と、このハウリング判定部によってハウリングの発生があると判定されたとき、そのハウリングが発生した周波数における前記増幅器の増幅度を低下させハウリングの発生を抑制するハウリング除去部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明はハウリング防止装置に係り、特に複数の音声入力端子と音声出力端子を備えた音声会議装置や拡声装置を使用した際に発生するハウリングを抑圧するに好適なハウリング防止装置に関する。

従来、複数の音声入力端子と音声出力端子を備えた音声会議装置や拡声装置等の装置に発生したハウリングを検出し、それを抑圧する方法として適応ノッチフィルタを用いたハウリング抑制装置（例えば、特許文献１を参照）や、各種の適応アルゴリズムを用いた適応ハウリングキャンセラが知られている（例えば、特許文献２を参照）。
特開２００１−２８５９８６号公報特開２００６−２５２９２号公報

しかしながら、上述した特許文献に開示されたハウリングを検出・防止する方法は、適応ノッチフィルタや各種の適応アルゴリズムを用いているので、ハウリングの検出および除去精度の向上を図るほど演算量が増加し、ハウリング抑制に係る処理のリアルタイム性が損なわれるという問題があった。
本発明は、このような従来の問題を解決するべくなされたものであって、その目的とするところは、ハウリング検出・防止の精度を著しく損なうことなくリアルタイム性を確保することのできるハウリング防止装置を提供するところにある。

上述した目的を達成するため本発明のハウリング防止装置は、スピーカと、このスピーカからそれぞれ等距離に配置されて、その近傍の音響を検出して音響信号として出力する複数のマイクロフォンと、これらマイクロフォンがそれぞれ出力した前記音響信号を増幅し、前記スピーカから出力する増幅器とを備えた拡声装置において前記スピーカから前記マイクロフォンに至る音響帰還路を介して帰還される帰還音信号によって生じるハウリングを抑圧するハウリング防止装置であって、特に、
前記拡声装置は、前記マイクロフォンによって検出された前記音響信号と前記帰還音信号との相関を示す相関パラメタを求める相関検出部と、この相関検出部が求めた相関パラメタから前記音響信号と前記帰還音信号とにそれぞれ所定の演算処理を行いハウリングが発生している前記音響信号の周波数を求めるハウリング判定部と、このハウリング判定部によってハウリングの発生があると判定されたとき、そのハウリングが発生した周波数における前記増幅器の増幅度を低下させハウリングの発生を抑制するハウリング除去部と
を備えることを特徴としている。

好ましくは前記演算処理は、前記音響信号と前記帰還音信号をそれぞれ時間軸上に高速フーリエ展開する高速フーリエ展開部であって、前記ハウリング判定部は、この高速フーリエ展開部で得られた時間軸上でハウリングの有無を判定することが望ましい。
上述のハウリング防止装置は、複数のマイクロフォンがスピーカから等距離に配置された配置条件を利用し、スピーカから出力された音響信号が再びマイクロフォンに戻って増幅されるハウリングを効果的に抑圧する。

本発明の請求項１に記載のハウリング防止装置によれば、相関検出部は、スピーカから出力された音響（スピーカ出力信号）を複数のマイクロフォンがそれぞれ検出した帰還音信号と、各マイクロフォンの近傍の音響（例えば、音声）を捉えた音響信号との相関を示す相関パラメタを求める一方、ハウリング検出部は、音響信号および帰還音信号に得られた相関パラメタを用いて所定の演算処理を行い、ハウリングの有無を検出すると共に、ハウリングが発生していると判定されたときは、ハウリング除去部にハウリングが発生した周波数における増幅器の増幅度を低下させる指示を与えているのでハウリングの発生を効果的に抑制することができる。

また本発明の請求項２に記載のハウリング防止装置によれば、複数のマイクロフォンによってそれぞれ検出された音響信号および帰還音信号をそれぞれ高速フーリエ展開して時間軸上の信号に変換し、この時間軸上で音響信号と帰還音信号との相関を得、ハウリング検出部がハウリングの判定を行っているので、ハウリングの発生を高精度に検出することができ、効果的にハウリングの発生を抑圧することができる等の実用上多大なる効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。図１〜図８は本発明の一実施形態に係るハウリング防止装置を示す図である。これらの図は、本発明の一実施形態を例示するものであって、これらの図によって本発明が限定されるものではない。
さて図１は、本発明のハウリング防止装置を適用した音声会議装置（拡声装置）の構造を模式的に表した図である。この図において１は、音声会議装置の略直方体を構成する筐体である。この筐体１の上面、中央部には、スピーカ２が配置されている。このスピーカ２は、後述する増幅器によって増幅された音響信号（例えば、音声信号）を出力する。また筐体１の上面の四隅には、スピーカ２の中心から等距離（この図では、長さａ）にそれぞれ位置づけられたマイクロフォン３が取り付けられている。

このような構造をとる音声会議装置は、図２のブロック図に示されるようにマイクロフォン３から取り込まれたアナログ音響信号（例えば音声信号）信号ｘ_１（ｔ）〜ｘ_４（ｔ）に含まれる所定の周波数帯域の信号を通過させ、それ以外の周波数帯域の信号を取り除く帯域制限フィルタ部４、この帯域制限フィルタ部４によって所定の周波数帯域に制限されたアナログの音声信号をそれぞれディジタル信号ｘ_１（ｎ）〜ｘ_４（ｎ）に変換するＡ／Ｄ変換部５、所定のディジタル信号ｄ（ｎ）を受けて、このディジタル信号ｄ（ｎ）をアナログ信号ｄ（ｔ）に変換してスピーカ２から出力するＤ／Ａ変換部６、Ａ／Ｄ変換部５によって変換されたディジタル信号ｘ_１（ｎ）〜ｘ_４（ｎ）および所定のディジタル信号ｄ（ｎ）をそれぞれ所定のレベルに増幅するバッファ部７、このバッファ部７で増幅されたディジタル信号ｘ_１（ｎ）〜ｘ_４（ｎ）および所定のディジタル信号ｄ（ｎ）との相関を検出する相関検出部８、この相関検出部８によって検出された相関パラメタを保持する相関パラメタ部９、バッファ部７で増幅されたディジタル信号をそれぞれ高速フーリエ展開するＦＦＴ処理部１０、ＦＦＴ処理部１０によって高速フーリエ展開されたディジタル信号と相関検出部８で検出されたディジタル信号ｘ_１（ｎ）〜ｘ_４（ｎ）および所定のディジタル信号ｄ（ｎ）との相関および相関パラメタ部９が保持する相関パラメタからハウリングが発生しているか否かを判定するハウリング判定部１１、このハウリング判定部１１によってハウリングが発生していると判定されたとき、そのハウリングを除去するハウリング除去部１２を備える。

概略的には上述したように構成された本発明のハウリング防止装置は、音声会議装置等の拡声装置に適用される。ここでは、図３に示すように理解をしやすくするため異なる地点（地点Ａ，Ｂ）に配置した二台の音声会議装置を用いて説明する。この図において図２と同符号を付したものは、前述した図２と同一部位であるのでその説明を省略する。
まずこの図においてｗ_ｎ（ｎ：１，２，３−１〜３−４，４）は、それぞれ音響空間を示す。つまり音響空間ｗ_１は、地点Ａに配置された音声会議装置のスピーカ２と地点Ｂに設けられた音声会議装置のマイクロフォン３との音響空間であり、音響空間ｗ_２は、地点Ａに配置された音声会議装置のスピーカ２とその装置が備える四つのマイクロフォン３との音響空間（音響帰還路）であり、また音響空間Ｗ_３−１〜Ｗ_３−４は、地点Ｂに配置された音声会議装置が備えるスピーカ２と地点Ａに配置された音声会議装置が備える四つのマイクロフォン３との音響空間であり、音響空間ｗ_４は、地点Ｂに配置された音声会議装置のスピーカ２とその装置が備えるマイクロフォン３との間の音響空間である。

ここでは、音響空間ｗ_２の音響信号（地点Ａでの音響エコー）をｇ（ｔ）、音響空間Ｗ_３−１〜Ｗ_３−４の音響信号（地点Ｂのスピーカ２からの出力）をそれぞれｓ_１（ｔ）〜ｓ_４（ｔ）、地点Ａにおける話者および雑音が四つのマイクロフォン３からそれぞれ取り込まれる信号をｖ_１（ｔ）〜ｖ_４（ｔ）とする。
さて、時刻ｔにおいて地点Ａに配置された音声会議装置のスピーカ２から出力された音声（話者の声）をｓ_０（ｔ）とすれば、この音声ｓ_０（ｔ）は、音響空間Ｗ_３−１〜Ｗ_３−４の影響を受けて、音響信号ｓ_１（ｔ）〜ｓ_４（ｔ）となり、さらに外部雑音ｖ_１（ｔ）〜ｖ_４（ｔ）が加わり、四つのマイクロフォン３からアナログ音声信号ｘ_１（ｔ）〜ｘ_４（ｔ）として、それぞれ取り込まれる。これらの音声等におけるアナログ信号の関係は、図４に示すようになる。つまり、アナログ音声信号ｘ_１（ｔ）〜ｘ_４（ｔ）は、それぞれ、
ｘ_１（ｔ）＝ｓ_１（ｔ）＋ｖ_１（ｔ）
ｘ_２（ｔ）＝ｓ_２（ｔ）＋ｖ_２（ｔ）
ｘ_３（ｔ）＝ｓ_３（ｔ）＋ｖ_３（ｔ）
ｘ_４（ｔ）＝ｓ_４（ｔ）＋ｖ_４（ｔ）
となる。

ハウリングがない状態であるとき、スピーカ２によるマイクロフォン３へ回り込みのレベルは、話者の音声ｓ_０（ｔ）のレベルより小さい。また、話者から四つのマイクロフォン３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにそれぞれ到達する音声の位相は、図５に示すように話者に最も近いマイクロフォン３ｂ、マイクロフォン３ａおよびマイクロフォン３ｃ、そしてマイクロフォン３ｄの順になる。これは、話者と各マイクロフォン３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとの距離が異なることに由来する。

一方、ハウリングが発生すると各マイクロフォン３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄには、図６に示すようにそれぞれ同位相の音響信号（帰還音信号）が入力され、ループする。帰還音信号が同位相になるのは、スピーカ２と各マイクロフォン３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとの距離が等しいからである。
各マイクロフォン３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄからそれぞれ入力された音声信号をＡ／Ｄ変換部５によってディジタル信号に変換されたディジタル信号ｘ_１（ｎ）〜ｘ_４（ｎ）は、相関検出部８によって、その相関が求められる。

ハウリングがないとき相関検出部８が求める相関パラメタを模式的に図示すると図７が得られる。この図７（ａ），（ｂ），（ｃ）は、ディジタル信号ｘ_１（ｎ）とｘ_２（ｎ），ディジタル信号ｘ_１（ｎ）とｘ_３（ｎ）ディジタル信号ｘ_１（ｎ）とｘ_４（ｎ）の相関をそれぞれ示したものである。この図に示されるように得られた相関は、話者と各マイクロフォン３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとの距離が異なり、音声の位相が異なることから、時間的に異なる相関（相関パラメタ）が得られる。

一方、ハウリングがあるとき相関検出部８が求める相関パラメタを模式的に図示すると図８が得られる。図８（ａ），（ｂ），（ｃ）は、同様にディジタル信号ｘ_１（ｎ）とｘ_２（ｎ），ディジタル信号ｘ_１（ｎ）とｘ_３（ｎ）ディジタル信号ｘ_１（ｎ）とｘ_４（ｎ）の相関をそれぞれ示したものである。得られた相関は、この図に示されるようにスピーカ２と各マイクロフォン３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとの距離が等しいため、時間的に等しい相関となる。このようにして相関検出部８が求めた相関パラメタは、相関パラメタ部９に保持される。

ちなみに相関検出部８が求める相関パラメタをｆ（ｋ）、周期をＴとすれば、相関パラメタｆ（ｋ）は、次式で示される畳み込み積分によって求めることができる。
ｆ（ｋ）＝∫Ｔｘ_ｍ（ｔ）・ｘ_ｎ（Ｔ−ｔ）ｄｔ
ただし、ｍ＝１，２，３・・・，ｎ＝１，２，３・・・，ｋ＝０，１，２・・・
ＦＦＴ処理部１０は、これら相関パラメタをＦＦＴ処理する役割を担っている。そしてハウリング判定部１１は、ＦＦＴ処理された音響信号および帰還音信号について、周期毎にその周波数とパラメタの大きさを比較する。つまりハウリングが発生すると、特定の周波数が滞在あるいは増幅される。このためハウリング判定部１１は、この状態を監視することでハウリング発生の有無を判定する。そしてハウリング判定部１１は、ハウリングが発生していると判定した場合、ハウリングが発生している周波数を求めると共に、この周波数におけるバッファ部７の増幅度を低下させるためのパラメタをハウリング除去部１２に設定する。具体的にパラメタの設定は、ＦＦＴパラメタに１未満の係数を乗じるのと同等の処理をする。

かくして本発明のハウリング防止装置によれば、複数のマイクロフォン３がスピーカ２から出力された帰還音信号をそれぞれ検出し、各マイクロフォン３の近傍を捉えた音響信号との相関関係を相関検出部８が求めて相関パラメタを得て相関パラメタ部９に保持させる一方、ハウリング判定部１１は、得られた相関パラメタを用いて音声信号に対して所定の演算処理を行ってハウリングの有無を検出すると共に、ハウリングが発生していると判定したとき、ハウリング除去部１２に対してハウリングが発生している周波数の増幅度を低下させるパラメタを設定し、バッファ部７の増幅度を低下させているのでハウリングの発生を効果的に抑制することができる。このため、複数の音声入力端子と音声出力端子を備えた音声会議装置や拡声装置を使用した際に発生するハウリングを防止するに好適なハウリング防止装置を提供することができる等の実用上多大なる効果を奏する。

尚、本発明のハウリング防止装置は、上述の一実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもかまわない。例えば、本発明のハウリング防止装置は、複数のマイクロフォンがスピーカから等距離に配置されていればよく、上述した実施形態で説明したように四つのマイクロフォンや音声会議装置だけに限定されないことは云うまでもない。

本発明のハウリング防止装置を適用した音声会議装置の構造を模式的に表した図。図１に示す音声会議装置の要部構成を示すブロック図。異なる地点（地点Ａ，Ｂ）に配置された二台の音声会議装置を模式的に表した図。図３に示す二台の音声会議装置における音声等のアナログ信号の関係を模式的に表した図。図４に示す音声会議装置においてハウリングが発生していないとき、音声等のアナログ信号における位相関係の一例を示した図。図４に示す音声会議装置においてハウリングが発生しているとき、音声等のアナログ信号における位相関係の一例を示した図。図５に示した位相関係から得られる相関パラメタを模式的に表した図。図６に示した位相関係から得られる相関パラメタを模式的に表した図。

符号の説明

１筐体
２スピーカ
３マイクロフォン
４帯域制限フィルタ部
５Ａ／Ｄ変換部
６Ｄ／Ａ変換部
７バッファ部
８相関検出部
９相関パラメタ部
１０ＦＦＴ処理部
１１ハウリング判定部
１２ハウリング除去部

Claims

スピーカと、
このスピーカからそれぞれ等距離に配置されて、その近傍の音響を検出して音響信号として出力する複数のマイクロフォンと、
これらマイクロフォンがそれぞれ出力した前記音響信号を増幅し、前記スピーカから出力する増幅器と
を備えた拡声装置において前記スピーカから前記マイクロフォンに至る音響帰還路を介して帰還される帰還音信号によって生じるハウリングを抑圧するハウリング防止装置であって、
前記拡声装置は、前記マイクロフォンによって検出された前記音響信号と前記帰還音信号との相関を示す相関パラメタを求める相関検出部と、
この相関検出部が求めた相関パラメタから前記音響信号と前記帰還音信号とにそれぞれ所定の演算処理を行い、ハウリングが発生している前記音響信号の周波数を求めるハウリング判定部と、
このハウリング判定部によってハウリングの発生があると判定されたとき、そのハウリングが発生した周波数における前記増幅器の増幅度を低下させ、ハウリングの発生を抑制するハウリング除去部と
を備えることを特徴とするハウリング防止装置。
前記演算処理は、前記音響信号と前記帰還音信号をそれぞれ時間軸上に高速フーリエ展開する高速フーリエ展開部であって、
前記ハウリング判定部は、この高速フーリエ展開部で得られた時間軸上でハウリングの有無を判定することを特徴とする請求項１に記載のハウリング防止装置。