JP2011024071A

JP2011024071A - ハウリングキャンセラ

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Publication number: JP2011024071A
Application number: JP2009168558A
Authority: JP
Inventors: Makoto Tanaka; 田中　　良
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2029-07-17
Also published as: CN102474682B; EP2456232A1; EP2456232A4; US20120114141A1; EP2456232B1; US8995682B2; CN102474682A; WO2011007812A1; JP5278219B2

Abstract

【課題】複数の音響帰還系を有する音響システムにおいて、ハウリングが発生するマイクの収音信号の周波数成分のみを抑制することができるハウリングキャンセラを提供する。
【解決手段】
ハウリングキャンセラ１０は、マイク毎に設けたハウリング検出部１Ａ，１Ｂ、及びハウリング判定部２を備える。ハウリング検出部１Ａ，１Ｂは、各マイクの収音信号を周波数領域の信号に変換する。ハウリング検出部１Ａ，１Ｂは、周波数成分のパワーが所定値以上のパワーの場合に、当該周波数にハウリングが発生している可能性があるとして検出する。ハウリング判定部２は、ハウリング検出部１Ａ，１Ｂから入力された周波数成分をそれぞれ比較して、最大パワーの周波数成分（ハウリングとなる周波数成分）を周波数毎に判定する。ハウリング判定部２は、最大パワーの周波数成分を抑制するようハウリング検出部１Ａ，１Ｂの各ノッチフィルタ１３に個別に設定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、音響帰還系に生じるハウリングを抑制するハウリングキャンセラに関する。

従来、所定の空間内に、スピーカとマイクを有し、マイクの収音信号がスピーカで放音されて再びマイクで収音されるループからなる音響帰還系で形成される環境では、特定周波数の信号のループゲインが１を超えることで発生するハウリングが問題となっている。そして、このようなハウリングを抑制させるためのハウリングキャンセラは各種提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１のハウリングキャンセラは、複数のノッチフィルタを備え、マイクとその後段のアンプとの間に接続されている。ハウリングキャンセラは、ハウリングが発生している周波数成分を検出すると、検出した周波数にノッチフィルタを割り当てることで、ハウリングを抑制している。

特開２００８−０１７２４４号公報

上述の特許文献１では、マイクとスピーカとが１つずつの系においてハウリングを抑制する場合を示しているため、単純にハウリングを検出した周波数にノッチフィルタを割り当てれば、ハウリングを抑制することができる。

しかしながら、複数のマイクが配置されており、当該複数のマイクの収音信号が合成されてスピーカから放音されるような環境では、マイク毎に音響帰還系が構成されるため、どの音響帰還系（マイクの収音信号）でハウリングが生じているかが単純には判断できない。

この場合、一般的には、各マイクの後段に特許文献１のハウリングキャンセラを接続する。そして、いずれかの音響帰還系でハウリングが発生すると、各マイクの後段に接続された全てのハウリングキャンセラは、ハウリングが発生している周波数成分と同じ周波数にノッチフィルタを割り当てる。

このため、ハウリングが発生していない音響帰還系に対しても、ハウリング検出した周波数成分を抑制してしまうという問題が生じる。すなわち、ハウリングが発生していない音響帰還系では、本来抑制すべきでない周波数成分まで抑制してしまうという問題が生じる。

そこで、この発明は、ハウリングが発生しているマイクの収音信号に対してのみ、ハウリングが発生している周波数成分を減衰させることができるハウリングキャンセラを提供することを目的とする。

この発明のハウリングキャンセラは、次の音響システムに適用される。音響システムは、マイクの収音信号に基づいてスピーカから音声を放音するとともに、スピーカから放音された音声をマイクにて収音する音響帰還系を複数備える。

ハウリングキャンセラは、ハウリングを抑制する抑制処理を行うハウリング抑制手段を有する。ハウリング抑制手段は、マイクの収音信号毎にハウリングが発生している可能性のある周波数を検出する。例えば、ハウリング抑制手段は、マイクの収音信号毎にＦＦＴ処理を行い、所定値以上のパワー値を持つ周波数成分をハウリングが発生している可能性のある周波数成分として検出する。ハウリング抑制手段は、マイクの収音信号毎に検出した周波数成分を比較して、最大パワーを持つマイクの収音信号を周波数毎に検出して、マイクの収音信号毎にハウリングが発生している周波数成分を抑制する。

これにより、ハウリングキャンセラは、複数の音響帰還系を有する音響システムにおいて、ハウリングが発生するマイクの収音信号の周波数成分のみを抑制することでき、ハウリングが発生していないマイクの収音信号の周波数成分を抑制しない。このため、ハウリングキャンセラは、音声信号をほとんど劣化させずに、発生したハウリングを抑制することができる。

また、この発明のハウリングキャンセラのハウリング抑制手段は、ハウリング検出手段と、ハウリング判定手段と、から構成される。ハウリング検出手段は、マイクの収音信号毎にハウリングが発生している可能性がある周波数成分を検出する。ハウリング判定手段は、ハウリングが発生する可能性がある周波数成分から、最大パワーの周波数成分を周波数毎に検出する。ハウリング判定手段は、検出した周波数毎の最大パワーの周波数成分をハウリングとなる周波数成分であるとして、周波数毎にハウリングとなるマイクの収音信号を判定する。ハウリング検出手段は、ハウリング判定手段の判定結果に基づいて、すなわち、ハウリングと判定された周波数成分を抑制するように音響帰還系毎にノッチフィルタを挿入する。

また、この発明のハウリングキャンセラは、マイクの直後にハウリング抑制手段をそれぞれ接続する。

これにより、ハウリングキャンセラは、複数のマイクの収音信号が合成される前にハウリング抑制処理を行うため、マイクが収音した音声信号毎にハウリングとなる周波数成分を抑制することができる。ハウリングキャンセラは、ハウリングとなる周波数成分をマイク毎に抑制することができる。

また、この発明のハウリングキャンセラは、前述の抑制処理を繰り返し行う。

これにより、ハウリングキャンセラは、重前のハウリング抑制処理では抑制できなかったハウリングがあったとしても繰り返しハウリング抑制処理ができるため、ハウリングを常に抑制することができる。

この発明のハウリングキャンセラは、複数の音響帰還系を有する音響システムにおいて、ハウリングが発生する収音信号の周波数成分のみを抑制することできる。これにより、ハウリングキャンセラは、抑制すべきでない収音信号の周波数成分が抑制されることを防止できる。

実施例１に係る音響システムの機能、構成を示すブロック図である。ハウリングが発生している可能性のある周波数成分を示す一例である。ハウリング抑制処理の流れを示すフローチャートである。実施例２に係る音響システムの機能、構成を示すブロック図である。

この発明の実施例１に係るハウリングキャンセラ１０を備えた音響システム１００Ａについて、図１、図２を参照して説明する。図１は、音響システムの機能、構成を示すブロック図である。図１に示すように、音響システム１００Ａは、マイクＭ１、マイクＭ２、ハウリングキャンセラ１０、加算器３、アンプ４、及びスピーカＳを備える。

音響システム１００Ａは、マイクＭ１及びマイクＭ２が収音した音声信号（以下、収音信号と称す。）を加算器３で加算し、アンプ４で増幅して、スピーカＳへ出力する。この際、音響システム１００Ａでは、スピーカＳとマイクＭとの配置位置の関係や、これらが配置される環境により、スピーカＳから放音した音声を再度マイクＭ１及びマイクＭ２が収音するという音響帰還系が形成される。このため、音響システム１００Ａでは、マイクＭ１及びマイクＭ２の収音信号に、スピーカＳが放音した音声信号（マイクＭ１及びマイクＭ２の収音信号を含む。）が含まれるので、マイクＭ１及びマイクＭ２の収音信号は、アンプ４にて繰り返し増幅され、状況に応じて特定周波数成分が強められることがある。この結果、当該特定周波数に対するループゲインが１を超えてハウリングが発生する。そこで、この音響システム１００Ａでは、ハウリングキャンセラ１０がハウリング抑制処理を行うことで、このように発生するハウリングを抑制する。

ここで、音響システム１００Ａには、スピーカが１個、マイクが２個存在するので、２個の音響帰還系Ｌ１、音響帰還系Ｌ２が生じる。音響帰還系Ｌ１は、マイクＭ１、ハウリングキャンセラ１０、加算器３、アンプ４、及びスピーカＳを有する。音響帰還系Ｌ２は、マイクＭ２、ハウリングキャンセラ１０、加算器３、アンプ４、及びスピーカＳを有する。

マイクＭ１及びマイクＭ２は、それぞれ収音信号をハウリングキャンセラ１０へ出力する。

ハウリングキャンセラ１０は、ハウリング検出部１Ａ、ハウリング検出部１Ｂ及びハウリング判定部２を備え、音響帰還系Ｌ１及び音響帰還系Ｌ２に発生しているハウリングを抑制する。ハウリングキャンセラ１０のハウリング検出部１Ａには、マイクＭ１からの収音信号が入力され、ハウリング検出部１Ｂには、マイクＭ２からの収音信号が入力される。なお、ハウリング検出部１Ａとハウリング検出部１Ｂとは、同じ機能、構成からなるため、ハウリング検出部１として説明する。

ハウリング検出部１は、ＦＦＴ処理部１１、ハウリング可能性検出部１２、及びノッチフィルタ１３を備える。収音信号は、ＦＦＴ処理部１１とノッチフィルタ１３へ入力される。

ＦＦＴ処理部１１は、高速フーリエ変換処理回路であり、時間領域の関数である収音信号を周波数領域の関数である収音信号へ変換して、ハウリング可能性検出部１２へ出力する。

ハウリング可能性検出部１２は、例えば、周波数成分のパワーが所定値以上の場合に、当該周波数にハウリングが発生している可能性があるとして検出する。ハウリング可能性検出部１２は、図２に示すようなハウリングが発生している可能性のある周波数成分の情報をハウリング判定部２へ出力する。図２は、横軸を周波数とし、縦軸をパワー値として、ハウリングが発生している可能性のある周波数成分を示す一例である。図２（Ａ）は、マイクＭ１の収音信号を示し、図２（Ｂ）は、マイクＭ２の収音信号を示す。

ハウリング判定部２は、ハウリング検出部１Ａ、ハウリング検出部１Ｂの各ハウリング可能性検出部１２から入力された周波数成分をそれぞれ比較して、最大パワーの周波数成分（図２におけるマイクＭ１のｆ１、ｆ４の周波数成分、及びマイクＭ２のｆ２、ｆ３の周波数成分）を周波数毎に判定する。この最大パワーの周波数成分がハウリングとなる周波数成分に該当すると判断し、ハウリング判定部２は、ハウリング検出部１Ａ、ハウリング検出部１Ｂの各ノッチフィルタ１３に当該最大パワーの周波数成分を抑制するよう個別に設定する。

ノッチフィルタ１３は、例えば、適応型ＩＩＲフィルタであり、狭帯域の周波数成分のゲインを急激に下げることで、当該周波数成分を抑制する。ノッチフィルタ１３は、収音信号から最大パワーの周波数成分（ハウリングが発生している周波数成分）を抑制した音声信号を加算器３へ出力する。例えば、図２の例であれば、ハウリング検出部１Ａのノッチフィルタ１３は、ｆ１、ｆ４の周波数成分を減衰させて、ｆ２、ｆ３の周波数成分は減衰させないで、音声信号を加算器３へ出力する。ハウリング検出部１Ｂのノッチフィルタ１３は、ｆ２、ｆ３の周波数成分を減衰させて、ｆ１、ｆ４の周波数成分は減衰させないで、音声信号を加算器３へ出力する。

加算器３は、入力された音声信号を加算して、アンプ４へ出力する。すなわち、加算器３は、マイクＭ１の収音信号からハウリングとなる周波数成分を抑制した音声信号と、マイクＭ２の収音信号からハウリングとなる周波数成分を抑制した音声信号と、を加算する。

アンプ４は、加算器３から入力された音声信号を増幅して、スピーカＳへ出力する。

スピーカＳは、入力された音声信号に基づいて、音声を放音する。

以上より、ハウリングキャンセラ１０は、マイクの収音信号毎にハウリングが発生している周波数を特定することができるため、マイクの収音信号毎にハウリングが発生している周波数成分のみを抑制することができる。すなわち、ハウリングキャンセラ１０は、他のマイクの収音信号でハウリングが発生している周波数に対しては、ハウリングが発生していないマイクの収音信号の周波数成分を誤って抑制することがない。この結果、ハウリングキャンセラ１０は、収音信号の周波数成分を必要以上に抑制してしまうことがなく、出力する音声信号を劣化させることが少ない。

更に、音響システム１００Ａは、図３に示すように、上述のハウリング抑制処理を繰り返し、実行する。図３は、ハウリング抑制処理の流れを示すフローチャートである。

図３に示すように、マイクＭ１は、周囲の音声を収音して収音信号を生成して、ハウリングキャンセラ１０のハウリング検出部１ＡのＦＦＴ処理部１１、及びノッチフィルタ１３へ出力する。また、マイクＭ２は、周囲の音声を収音して収音信号を生成して、ハウリング検出部１ＢのＦＦＴ処理部１１、及びノッチフィルタ１３へ出力する（Ｓ１０１）。

ハウリング検出部１Ａ及びハウリング検出部１Ｂの各ＦＦＴ処理部１１は、それぞれ入力された収音信号を周波数スペクトルに変換して、それぞれハウリング可能性検出部１２へ出力する（Ｓ１０２）。

ハウリング検出部１Ａ及びハウリング検出部１Ｂの各ハウリング可能性検出部１２は、それぞれ周波数スペクトルの中から、所定値以上のパワーを持つ周波数成分にハウリングとなる可能性があると検出して、ハウリング判定部２へ出力する（Ｓ１０３）。

ハウリング判定部２は、ハウリング検出部１Ａ及びハウリング検出部１Ｂの各ハウリング可能性検出部１２から入力された周波数成分をそれぞれ比較して、最大パワーの周波数成分を周波数毎に判定する（Ｓ１０４）。

ハウリング判定部２は、ハウリング検出部１Ａ及びハウリング検出部１Ｂの各ノッチフィルタ１３に、当該最大パワーの周波数成分を抑制するように個別に設定する（Ｓ１０５）。

ハウリング検出部１Ａ及びハウリング検出部１Ｂの各ノッチフィルタ１３は、それぞれマイクＭ１及びマイクＭ２から入力された収音信号から、最大パワーを持つ周波数成分を抑制した音声信号を加算器３で加算する。加算後の音声信号は、アンプ４で増幅され、スピーカＳへ出力される（Ｓ１０６）。そして、Ｓ１０１の処理へ戻り、順次処理が繰り返される。

以上のように、ハウリングキャンセラ１０は、繰り返しハウリング抑制処理を行うことで、１度のハウリング抑制処理では、抑制されなかった周波数成分も抑制することができる。したがって、ハウリングキャンセラ１０は、音響システム１００Ａに発生しているハウリングを正確、確実に抑制することができる。

例えば、図２の周波数ｆ１の成分のハウリングが音響帰還系Ｌ１のみに起因して発生するものではなく、音響帰還系Ｌ２にも起因する場合、上述の処理で、音響帰還系Ｌ１の周波数ｆ１の成分のハウリング抑制を行っても、音響帰還系Ｌ２の周波数ｆ１の成分は残る。しかしながら、繰り返しハウリング抑制処理を実行することで、抑制できなかった音響帰還系Ｌ２の周波数ｆ１の成分もハウリングを検出でき、ハウリングを抑制することができる。

なお、マイクの台数は、２台に限らず複数台であればよい。この場合、音響システム１００Ａでは、マイクの台数分だけ音響帰還系が形成されるので、ハウリングキャンセラ１０は、音響帰還系の数だけハウリング検出部１を備えればよい。

実施例２では、２台のスピーカと２台のマイクとを備えた音響システム１００Ｂにハウリングキャンセラ１０を適用する。この場合について、図４を参照して説明する。図４は、実施例２に係る音響システムの機能、構成を示すブロック図である。図４に示すように、音響システム１００Ｂは、マイクＭ１、マイクＭ２、ハウリングキャンセラ１０、加算器３Ａ、加算器３Ｂ、アンプ４Ａ、アンプ４Ｂ、スピーカＳ１、及びスピーカＳ２を備える。

図４の音響システム１００Ｂは、マイクＭ１及びマイクＭ２の収音信号を、加算器３Ａ、加算器３Ｂで加算し、加算器３Ａで加算した音声信号をアンプ４Ａにて増幅して、加算器３Ｂで加算した音声信号をアンプ４Ｂにて増幅する。音響システム１００Ｂは、アンプ４Ａで増幅した音声信号をスピーカＳ１へ出力し、アンプ４Ｂで増幅した音声信号をスピーカＳ２へ出力する。この際、音響システム１００Ｂでは、スピーカＳ１、スピーカＳ２から放音した音声を再度マイクＭ１及びマイクＭ２が収音するという音響帰還系が形成される。

この場合、音響システム１００Ｂでは、マイクＭ１及びマイクＭ２の収音信号に、スピーカＳ１、及びスピーカＳ２が放音した音声信号（マイクＭ１及びマイクＭ２の収音信号を含む。）が含まれるので、マイクＭ１及びマイクＭ２の収音信号は、アンプ４Ａ、アンプ４Ｂにて繰り返し増幅され、状況に応じて特定周波数成分が強められることがある。この結果、当該周波数に対するループゲインが１を超えると、ハウリングが発生する。そこで、この音響システム１００Ｂでは、ハウリングキャンセラ１０がハウリング抑制処理を行うことで、このように発生するハウリングを抑制する。

ここで、音響システム１００Ｂには、スピーカが２個、マイクが２個存在するので、現実的には、音響帰還系Ｌ１１、音響帰還系Ｌ１２、音響帰還系Ｌ２１、及び音響帰還系Ｌ２２が生じる。音響帰還系Ｌ１１は、マイクＭ１、ハウリングキャンセラ１０、加算器３Ａ、アンプ４Ａ、及びスピーカＳ１を有する。音響帰還系Ｌ１２は、マイクＭ１、ハウリングキャンセラ１０、加算器３Ａ、アンプ４Ａ、及びスピーカＳ２を有する。音響帰還系Ｌ２１は、マイクＭ２、ハウリングキャンセラ１０、加算器３Ｂ、アンプ４Ｂ、及びスピーカＳ１を有する。音響帰還系Ｌ２２は、マイクＭ２、ハウリングキャンセラ１０、加算器３Ｂ、アンプ４Ｂ、及びスピーカＳ２を有する。

マイクＭ１及びマイクＭ２の収音信号は、それぞれハウリングキャンセラ１０のハウリング検出部１Ａ、ハウリング検出部１Ｂへ出力される。このマイクＭ１の収音信号には、スピーカＳ１からの音声信号（音響帰還系Ｌ１１を経由した音声信号）と、スピーカＳ２からの音声信号（音響帰還系Ｌ１２を経由した音声信号）とが含まれる。マイクＭ２の収音信号には、スピーカＳ１からの音声信号（音響帰還系Ｌ２１を経由した音声信号）と、スピーカＳ２からの音声信号（音響帰還系Ｌ２２を経由した音声信号）とが含まれる。

ハウリング検出部１Ａは、マイクＭ１の収音信号の中から、ハウリングが発生している可能性のある周波数成分を検出し、ハウリング検出部１Ｂは、マイクＭ２の収音信号の中から、ハウリングが発生している可能性のある周波数成分を検出する。そして、ハウリング判定部２にて、ハウリング検出部１Ａ及びハウリング検出部１Ｂが検出した周波数成分をそれぞれ比較して、最大パワーの周波数成分を周波数毎に判定する。ハウリング判定部２は、最大パワーの周波数成分を抑制するようハウリング検出部１Ａのノッチフィルタ１３、及びハウリング検出部１Ｂの各ノッチフィルタ１３に設定する。

このように、複数のスピーカを備える音響システム１００Ｂであっても、ハウリングキャンセラ１０は、ハウリングが発生している周波数成分をマイクの収音信号毎に特定することができる。このため、ハウリングキャンセラ１０は、ハウリングが発生している周波数成分を含むマイクの収音信号のみを抑制することができる。すなわち、ハウリングキャンセラ１０は、ハウリングが発生している周波数成分を含まないと判断したマイクの収音信号から、ハウリングが発生している周波数成分と同じ周波数の周波数成分を抑制することがない。この結果、ハウリングキャンセラ１０は、収音信号の周波数成分を必要以上に抑制してしまうことがなく、出力する音声信号を劣化させることが少ない。

更に、上述の実施例１と同様に、ハウリング抑制処理を繰り返し実行することで、より正確かつ確実にハウリングを抑制することができる。

なお、マイクの台数及びスピーカの台数は、２台に限らず複数台であればよい。この場合、ハウリングキャンセラ１０は、マイクの台数分だけハウリング検出部１を備えればよい。

１，１Ａ，１Ｂ…ハウリング検出部，１０…ハウリングキャンセラ，１００Ａ，１００Ｂ…音響システム，１１…ＦＦＴ処理部，１２…ハウリング可能性検出部，１３…ノッチフィルタ，２…ハウリング判定部，３，３Ａ，３Ｂ…加算器，４，４Ａ，４Ｂ…アンプ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ２１，Ｌ２２…音響帰還系，Ｍ１，Ｍ２…マイク，Ｓ，Ｓ１，Ｓ２…スピーカ

Claims

スピーカとマイクとを有し、該マイクの収音信号が該スピーカから放音され、該マイクへ再度収音される音響帰還系を複数備える音響システムに適用されるハウリングキャンセラであって、
前記マイクの収音信号毎にハウリングが発生している可能性のある周波数成分を検出して、該マイクの収音信号毎に検出した周波数成分を比較して周波数毎に最大パワーを検出し、各周波数成分に対する最大パワーを有するマイクの収音信号に対して最大パワーの周波数成分を抑制する抑制処理を行うハウリング抑制手段を備えるハウリングキャンセラ。
前記ハウリング抑制手段は、
前記マイク毎の収音信号に対するハウリングが発生している可能性のある周波数成分を検出するハウリング検出手段と、
前記ハウリング検出手段が検出したマイクの収音信号毎の周波数成分から周波数毎の最大パワーを検出し、周波数毎にハウリングとなるマイクの収音信号を判定するハウリング判定手段と、を備え、
前記ハウリング検出手段は、前記ハウリング判定手段の判定結果に基づいて、前記マイクの収音信号毎にノッチフィルタを挿入する請求項１に記載のハウリングキャンセラ。
前記ハウリング抑制手段は、前記マイクの直後にそれぞれ接続される請求項１又は２に記載のハウリングキャンセラ。
前記ハウリング抑制手段は、前記抑制処理を繰り返し行う請求項１〜３のいずれかの記載のハウリングキャンセラ。