<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る音響処理装置100を利用した拡声装置10のブロック図である。拡声装置10は、周囲の音響(音声や楽音)の音量を調整して放射する装置であり、収音機器12と放音機器14と音響処理装置100とを具備する。
収音機器12(例えばマイクロホン)は、周囲の音響に応じた観測信号x(t)を生成して音響処理装置100に供給する。観測信号x(t)は、放音機器14から収音機器12に対して直接的に到来する直接音に対し、音響空間内での反射後に収音機器12に到達する残響(初期反射音および後部残響音)を付加した音響の波形を示す時間領域の音響信号である(t:時間)。
音響処理装置100は、観測信号x(t)から音響信号z(t)を生成して放音機器14に出力する。放音機器14(例えばスピーカ)は、音響処理装置100から供給される音響信号z(t)に応じた音波を放射する。なお、収音機器12が生成した観測信号x(t)をアナログからデジタルに変換するA/D変換器や、音響処理装置100が生成した音響信号z(t)をデジタルからアナログに変換するD/A変換器の図示は便宜的に省略されている。
放音機器14から放射された音波の一部(帰還音)が収音機器12に到達するループ状の音響系では、音響系全体のゲインが1を上回る場合にハウリングが発生し得る。第1実施形態の音響処理装置100は、ハウリングを防止するための処理を観測信号x(t)に対して実行することで音響信号z(t)を生成するハウリング抑制装置として機能する。音響処理装置100は、例えばプログラムを実行する汎用の演算処理装置(CPU)や観測信号x(t)の処理に専用される電子回路(DSP)で実現される。
ハウリングは、放音機器14からの放射音が収音機器12に到達するまでの伝達経路の音響特性(空間内の反射特性や遅延特性)に影響されるから、観測信号x(t)のうち残響成分(特に後部残響音)はハウリングの発生および増加を促進する重要な要因となり得る。したがって、観測信号x(t)の残響成分を抑制することでハウリングの発生および増加を有効に防止できるという傾向がある。以上の傾向を考慮して、第1実施形態では、観測信号x(t)のうち残響成分の強度が高い周波数の帯域成分を抑圧することでハウリングを防止する。
図1に示すように、音響処理装置100は、帯域抑圧部22と残響解析部24Aと増幅部26とを具備する。残響解析部24Aは、収音機器12が生成した観測信号x(t)の残響成分(後部残響音)が存在する周波数(以下「残響周波数」という)FR(m)を時間軸上の単位期間(フレーム)毎に推定する。記号mは、時間軸上の任意の1個の単位期間(時間軸上の特定の時点)を意味する。図1の帯域抑圧部22は、収音機器12から供給される観測信号x(t)のうち残響解析部24Aが推定した残響周波数FR(m)を含む帯域成分を抑圧することで音響信号z(t)を生成する。具体的には、残響周波数FR(m)を中心周波数とする狭帯域成分が減衰するように周波数特性(阻止帯域)が可変に設定されるノッチフィルタが帯域抑圧部22として好適に採用される。増幅部26は、帯域抑圧部22による処理後の音響信号z(t)を増幅する。増幅部26のゲインは、例えば利用者からの指示に応じて可変に設定される。増幅部26による処理後の音響信号z(t)が放音機器14に供給されて音波として放射される。
図2は、残響解析部24Aのブロック図である。図2に示すように、残響解析部24Aは、周波数分析部32と解析処理部34と残響抽出部36と周波数特定部38とを含んで構成される。周波数分析部32は、観測信号x(t)のスペクトル(複素スペクトル)X(k,m)を時間軸上の単位期間毎に順次に生成する。記号kは、周波数軸上の任意の1個の周波数(帯域)を指定する変数である。スペクトルX(k,m)の生成には、短時間フーリエ変換等の公知の周波数分析が任意に採用され得る。なお、通過帯域が相違する複数の帯域通過フィルタを配列したフィルタバンクを周波数分析部32として利用することも可能である。
解析処理部34は、観測信号x(t)のスペクトルX(k,m)に応じた残響優勢度Gr(k,m)を各周波数について単位期間毎に算定する。第1実施形態の残響優勢度Gr(k,m)は、観測信号x(t)のうち残響成分(後部残響音)の比率の指標となる変数である。概略的には、観測信号x(t)のスペクトルX(k,m)において残響成分以外の初期音成分(直接音および初期反射音)の強度に対して残響成分の強度が高いほど残響優勢度Gr(k,m)は大きい数値に設定される。すなわち、残響優勢度Gr(k,m)は、観測信号x(t)のスペクトルX(k,m)における残響成分の優勢度とも換言され得る。
残響抽出部36は、解析処理部34が算定した残響優勢度Gr(k,m)を観測信号x(t)に作用させることで観測信号x(t)内の残響成分のスペクトル(以下「残響スペクトル」という)YR(k,m)を生成する。すなわち、残響抽出部36は、観測信号x(t)に含まれる残響成分を抽出する。残響抽出部36による残響スペクトルYR(k,m)の生成は、各周波数について単位期間毎に順次に実行される。具体的には、残響抽出部36は、観測信号x(t)のスペクトルX(k,m)に対し、そのスペクトルX(k,m)と共通の単位期間および周波数に対応する残響優勢度Gr(k,m)を乗算することで残響スペクトルYR(k,m)を算定する(YR(k,m)=Gr(k,m)X(k,m))。すなわち、残響優勢度Gr(k,m)は、観測信号x(t)のスペクトルX(k,m)に対するゲインに相当し、観測信号x(t)の残響成分を抽出(強調)するための係数(残響強調用の調整値)として利用される。
周波数特定部38は、残響抽出部36が生成した残響スペクトルYR(k,m)においてピークが存在する周波数を残響周波数FR(m)として単位期間毎に順次に特定する。例えば周波数特定部38は、残響スペクトルYR(k,m)の強度が最大となる1個の周波数を残響周波数FR(m)として特定する。なお、雑音等に起因した残響周波数FR(m)の瞬間的な変動を抑制するために、残響スペクトルYR(k,m)を時間軸方向に平滑化したうえで単位期間毎に残響周波数FR(m)を特定する構成も好適である。前述の通り、観測信号x(t)のうち周波数特定部38が特定した残響周波数FR(m)を含む帯域成分が図1の帯域抑圧部22により抑圧される。
以上に説明した通り、第1実施形態では、観測信号x(t)のうちハウリングの発生の原因となる残響成分が抑圧される。すなわち、ハウリングを発生後に抑圧する特許文献1の技術とは対照的に、第1実施形態では、実際にハウリングが発生する以前からその原因となる残響成分が抑圧され、結果的にハウリングが未然に防止される。したがって、第1実施形態によれば、特許文献1の技術と比較してハウリングを迅速に抑制することが可能である。
なお、初期音成分(直接音および初期反射音)および残響成分の双方を含む観測信号x(t)のスペクトルX(k,m)のピークの周波数を残響周波数FR(m)として帯域抑圧部22に適用する構成(以下「対比例」という)も想定され得る。しかし、初期音成分と残響成分とでスペクトルのピークの周波数は相違するから、対比例では、初期音成分のピークの周波数が残響周波数FR(m)として特定され、結果的に、観測信号x(t)のうち本来ならば維持されるべき初期音成分が帯域抑圧部22にて抑圧される(ひいては音響信号z(t)の音質が低下する)可能性がある。第1実施形態では、観測信号x(t)のうち残響成分の残響スペクトルYR(k,m)のピークの周波数が残響周波数FRとして特定されるから、観測信号x(t)のうち初期音成分が抑圧される可能性は対比例と比較して低減される。したがって、第1実施形態によれば、帯域抑圧に起因した音質の低下を抑制しながらハウリングを防止できるという利点がある。
次に、図3を参照して解析処理部34の具体的な構成を説明する。図3に示すように、第1実施形態の解析処理部34は、指標値算定部42Aと優勢度算定部44とを具備する。指標値算定部42Aは、観測信号x(t)に応じた第1指標値Q1(k,m)および第2指標値Q2(k,m)を順次に算定する。具体的には、指標値算定部42Aは、第1平滑部51と第2平滑部52とを含んで構成される。第1平滑部51は、観測信号x(t)のパワー|X(k,m)|2の時系列を平滑化することで各周波数の第1指標値Q1(k,m)を単位期間毎に順次に算定する。同様に、第2平滑部52は、観測信号x(t)のパワー|X(k,m)|2の時系列を平滑化することで各周波数の第2指標値Q2(k,m)を単位期間毎に順次に算定する。
第1指標値Q1(k,m)は、以下の数式(1A)で定義されるように、相前後するN1個(N1は2以上の自然数)の単位期間で構成される第1期間内におけるパワー|X(k,m)|
2の移動平均(単純移動平均)である。第1期間は、例えば第m番目の単位期間を最後尾とするN1個の単位期間の集合である。他方、第2指標値Q2(k,m)は、以下の数式(1B)で定義されるように、相前後するN2個(N2は2以上の自然数)の単位期間で構成される第2期間内におけるパワー|X(k,m)|
2の移動平均である。第2期間は、例えば第m番目の単位期間を最後尾とするN2個の単位期間の集合である。以上の説明から理解されるように、第1平滑部51および第2平滑部52はFIR(finite impulse response)型のローパスフィルタに相当する。
第2指標値Q2(k,m)の算定に加味される単位期間の個数N2は、第1指標値Q1(k,m)の算定に加味される単位期間の個数N1を上回る(N2>N1)。すなわち、第2期間は第1期間よりも長い。例えば、第1期間は100ミリ秒から300ミリ秒程度の時間に設定され、第2期間は300ミリ秒から600ミリ秒程度の時間に設定される。したがって、第2平滑部52による平滑化の時定数τ2は第1平滑部51による平滑化の時定数τ1を上回る(τ2>τ1)。第1平滑部51および第2平滑部52をローパスフィルタで実現する場合を想定すると、第2平滑部52の遮断周波数が第1平滑部51の遮断周波数を下回ると換言することも可能である。
図4の部分(B)は、観測信号x(t)の任意の周波数について算定される第1指標値Q1(k,m)および第2指標値Q2(k,m)の時間変化のグラフである。図4の部分(A)のようにパワー|X(k,m)|2(パワー密度)が指数減衰する室内インパルス応答(RIR)を観測信号x(t)として音響処理装置100に供給した場合の第1指標値Q1(k,m)および第2指標値Q2(k,m)が図4の部分(B)には図示されている。
図4の部分(B)から理解されるように、第1指標値Q1(k,m)および第2指標値Q2(k,m)は、観測信号x(t)のパワー|X(k,m)|2に追従して経時的に変化する。ただし、第2平滑部52による平滑化の時定数τ2は第1平滑部51による平滑化の時定数τ1を上回るから、第2指標値Q2(k,m)は、第1指標値Q1(k,m)と比較して低い追従性(変化率)で観測信号x(t)のパワー|X(k,m)|2の時間変化に追従する。具体的には、図4の部分(B)に示すように、室内インパルス応答の開始の時点t0の直後の区間では、第1指標値Q1(k,m)が第2指標値Q2(k,m)を上回る変化率で増加する。そして、第1指標値Q1(k,m)および第2指標値Q2(k,m)は、時間軸上の相異なる時点でピークに到達し、第1指標値Q1(k,m)は第2指標値Q2(k,m)を上回る変化率で減少する。
以上のように第1指標値Q1(k,m)と第2指標値Q2(k,m)とは相異なる変化率で変化するから、第1指標値Q1(k,m)と第2指標値Q2(k,m)との大小は時間軸上の特定の時点txで反転する。すなわち、時点t0から時点txまでの区間SAでは第1指標値Q1(k,m)が第2指標値Q2(k,m)を上回り、時点tx以降の区間SBでは第2指標値Q2(k,m)が第1指標値Q1(k,m)を上回る。区間SAは、室内インパルス応答の初期音成分(直接音および初期反射音)が存在する区間に相当し、区間SBは、室内インパルス応答の残響成分(後部残響音)が存在する区間に相当する。
図3の優勢度算定部44は、指標値算定部42Aが算定した第1指標値Q1(k,m)と第2指標値Q2(k,m)とに応じた残響優勢度Gr(k,m)を各周波数について単位期間毎に順次に算定する。第1実施形態の優勢度算定部44は、比算定部62と第1処理部64と第2処理部66とを含んで構成される。
比算定部62は、第1指標値Q1(k,m)と第2指標値Q2(k,m)との比R(k,m)を算定する。具体的には、比算定部62は、以下の数式(2)で表現される通り、第2指標値Q2(k,m)に対する第1指標値Q1(k,m)の比R(k,m)を単位期間毎に算定する。
図3の第1処理部64は、比算定部62が算定した比R(k,m)に応じて初期音優勢度Ge(k,m)を各周波数について単位期間毎に順次に算定する。残響成分の比率の指標に相当する残響優勢度Gr(k,m)とは対照的に、初期音優勢度Ge(k,m)は、観測信号x(t)のうち初期音(直接音および初期反射音)の比率の指標となる変数である。したがって、概略的には、観測信号x(t)のスペクトルX(k,m)において残響成分の強度が初期音成分の強度に対して小さいほど、初期音優勢度Ge(k,m)は大きい数値に設定される。すなわち、初期音優勢度Ge(k,m)は、観測信号x(t)のスペクトルX(k,m)における初期音成分の優勢度とも換言され得る。
第1実施形態の第1処理部64は、比算定部62が算定した比R(k,m)と所定値Gmaxおよび所定値Gminとを比較した結果に応じた初期音優勢度Ge(k,m)を単位期間毎に算定する。所定値Gmaxおよび所定値Gminは、例えば利用者からの指示に応じて事前に設定されて比R(k,m)と比較される閾値である。第1実施形態では、所定値Gmaxを1に設定した場合を例示する。所定値Gminは、所定値Gmaxを下回る数値(0以上かつ1未満の範囲内の数値)に設定される。
具体的には、第1処理部64は、以下の数式(3)の演算を実行する。第1に、比R(k,m)が所定値Gmax(Gmax=1)を上回る場合(R(k,m)≧Gmax)、第1処理部64は、所定値Gmaxを初期音優勢度Ge(k,m)として設定する。第2に、比R(k,m)が所定値Gminを下回る場合(R(k,m)≦Gmin)、第1処理部64は、所定値Gminを初期音優勢度Ge(k,m)として設定する。第3に、比R(k,m)が所定値Gmaxと所定値Gminとの間の数値である場合(Gmin<R(k,m)<Gmax)、第1処理部64は、比R(k,m)を初期音優勢度Ge(k,m)として設定する。
第1指標値Q1(k,m)および第2指標値Q2(k,m)が図4の部分(B)のように変化する場合の初期音優勢度Ge(k,m)の変化が図4の部分(C)に図示されている。図4の部分(C)から理解されるように、概略的には、第1指標値Q1(k,m)が第2指標値Q2(k,m)を上回る場合(区間SA)の初期音優勢度Ge(k,m)は、第1指標値Q1(k,m)が第2指標値Q2(k,m)を下回る場合(区間SB)の初期音優勢度Ge(k,m)よりも大きい数値となる。具体的には、第1指標値Q1(k,m)が第2指標値Q2(k,m)を上回る区間SA内では比R(k,m)が所定値Gmax(Gmax=1)を上回るから、初期音優勢度Ge(k,m)は所定値Gmaxに維持される。また、第1指標値Q1(k,m)が第2指標値Q2(k,m)を下回る区間SBのうち比R(k,m)が所定値Gminを上回る区間SB1では、初期音優勢度Ge(k,m)は比R(k,m)に設定されて経時的に減少する。そして、区間SBのうち比R(k,m)が所定値Gminを下回る区間SB2では、初期音優勢度Ge(k,m)は所定値Gminに維持される。
すなわち、第1処理部64が算定する初期音優勢度Ge(k,m)は、直接音および初期反射音が存在する区間SAでは所定値(最大値)Gmaxに設定され、残響成分が存在する区間SBでは所定値(最小値)Gminまで経時的に減少する。したがって、観測信号x(t)のスペクトルX(k,m)に初期音優勢度Ge(k,m)を乗算した場合、観測信号x(t)の残響成分を抑圧(直接音や初期反射音を強調)した音響信号が生成される。すなわち、初期音優勢度Ge(k,m)は、観測信号x(t)のスペクトルX(k,m)に対するゲインとして適用された場合に観測信号x(t)の残響成分を抑圧するための係数(残響抑圧用の調整値)として利用される。
第2処理部66は、第1処理部64が算定した初期音優勢度Ge(k,m)に応じた残響優勢度Gr(k,m)を各周波数について単位期間毎に順次に算定する。初期音優勢度Ge(k,m)が増加するほど残響優勢度Gr(k,m)が減少するように残響優勢度Gr(k,m)は算定される。具体的には、第2処理部66は、数式(3)で算定された初期音優勢度Ge(k,m)を所定値(以下の例示では1)から減算することで残響優勢度Gr(k,m)を算定する(Gr(k,m)=1−Ge(k,m))。したがって、残響優勢度Gr(k,m)は、初期音成分が存在する区間SAではゼロに維持され、残響成分が存在する区間SBでは所定値(1−Gmin)まで経時的に増加する。すなわち、第1指標値Q1(k,m)が第2指標値Q2(k,m)を上回る場合(区間SA)の残響優勢度Gr(k,m)は、第1指標値Q1(k,m)が第2指標値Q2(k,m)を下回る場合(区間SB)の残響優勢度Gr(k,m)よりも小さい数値となる。したがって、第2処理部66が算定した残響優勢度Gr(k,m)を残響抽出部36の演算(YR(k,m)=Gr(k,m)X(k,m))に適用することで残響成分の残響スペクトルYR(k,m)が算定される。
以上に説明したように、第1実施形態では、観測信号x(t)の時間変化に追従する第1指標値Q1(k,m)および第2指標値Q2(k,m)の比R(k,m)に応じて残響優勢度Gr(k,m)が算定されるから、観測信号x(t)の残響成分を簡易な処理で抽出できるという利点がある。
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態を以下に説明する。なお、以下に例示する各形態において作用や機能が第1実施形態と同等である要素については、第1実施形態の説明で参照した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。
第2実施形態の音響処理装置100は、第1実施形態の残響解析部24Aを図5の残響解析部24Bに置換した構成である。図5に示すように、第2実施形態の残響解析部24Bは、周波数分析部32と解析処理部34と周波数特定部38とを含んで構成される。すなわち、第1実施形態の残響抽出部36は省略される。周波数分析部32および解析処理部34の動作および構成は第1実施形態と同様である。すなわち、周波数分析部32は、観測信号x(t)のスペクトルX(k,m)を単位期間毎に生成し、解析処理部34は、観測信号x(t)に応じた残響優勢度Gr(k,m)を各周波数について単位期間毎に順次に算定する。
残響優勢度Gr(k,m)は、観測信号x(t)のうち残響成分の比率に相当するから、残響成分が豊富に存在する周波数では残響優勢度Gr(k,m)が大きい数値になるという傾向がある。そこで、第2実施形態の周波数特定部38は、周波数軸上での残響優勢度Gr(k,m)のピークの周波数を残響周波数FR(m)として特定する。具体的には、周波数特定部38は、残響優勢度Gr(k,m)が最大値となる周波数を残響周波数FR(m)として特定する。なお、雑音等に起因した残響周波数FR(m)の瞬間的な変動を抑制するために、残響優勢度Gr(k,m)を時間軸方向に平滑化したうえで単位期間毎に残響周波数FR(m)を特定することも可能である。観測信号x(t)のうち周波数特定部38が特定した残響周波数FR(m)を含む帯域成分を帯域抑圧部22が抑圧する動作は第1実施形態と同様である。
第2実施形態においても第1実施形態と同様の効果が実現される。また、第2実施形態では、残響成分の抽出が不要であるから、第1実施形態と比較して音響処理措置の構成や動作が簡素化されるという利点もある。
<第3実施形態>
図6は、第3実施形態の音響処理装置100のブロック図である。図6に示すように、第3実施形態の音響処理装置100は、第1実施形態と同様の要素(帯域抑圧部22,残響解析部24A,増幅部26)に残響抑圧部72を追加した構成である。残響抑圧部72は、収音機器12が生成した観測信号x(t)のうち残響成分を抑圧することで観測信号v(t)を生成する。帯域抑圧部22は、残響抑圧部72による残響抑圧後の観測信号v(t)のうち残響周波数FR(m)を含む帯域成分を抑圧する。
第3実施形態の残響解析部24Aの解析処理部34は、図3の例示と同様に、初期音優勢度Ge(k,m)を算定する第1処理部64と、残響優勢度Gr(k,m)を算定する第2処理部66とを含んで構成される。図6の残響抑圧部72は、第1処理部64が算定した初期音優勢度Ge(k,m)を観測信号x(t)に適用することで観測信号v(t)を生成する。具体的には、残響抑圧部72は、観測信号x(t)のスペクトルX(k,m)に初期音優勢度Ge(k,m)を乗算することで観測信号v(t)のスペクトルV(k,m)を生成し(V(k,m)=Ge(k,m)X(k,m))、例えば短時間逆フーリエ変換によりスペクトルV(k,m)を時間領域に変換することで観測信号v(t)を生成する。
前述の通り、初期音優勢度Ge(k,m)は、初期音成分が優勢に存在する区間SAにて所定値Gmaxに設定され、残響成分が優勢に存在する区間SBでは所定値Gminまで経時的に減少する。したがって、残響抑圧部72による処理後の観測信号v(t)は、初期音成分を強調(残響成分を抑圧)した音響信号となる。すなわち、初期音優勢度Ge(k,m)は、観測信号x(t)のスペクトルX(k,m)に対するゲインに相当し、観測信号x(t)の残響成分を抑圧するための係数として利用される。
第3実施形態においても第1実施形態と同様の効果が実現される。なお、観測信号x(t)のうち残響周波数FR(m)の帯域成分のみを抑圧する第1実施形態では、残響周波数FR(m)以外の帯域成分が維持されて経時的に増加することでハウリングの原因となる可能性がある。他方、第3実施形態では、帯域抑圧部22による残響周波数FR(m)の帯域成分の抑圧に加えて、残響抑圧部72による残響成分の抑圧が実行される。したがって、残響周波数FR(m)の帯域成分の抑圧のみを実行する第1実施形態と比較すると、残響周波数FR(m)以外の帯域成分についてもハウリングの経時的な増加を抑制することが可能である。また、第3実施形態では、第1処理部64が算定した初期音優勢度Ge(k,m)が、第2処理部66による残響優勢度Gr(k,m)の算定と残響抑圧部72による残響成分の抑圧とに流用されるから、残響優勢度Gr(k,m)の算定と残響成分の抑圧とが独立に実行される構成と比較して処理が簡素化されるという利点がある。もっとも、第1処理部64による初期音優勢度Ge(k,m)の算定とは独立に残響抑圧部72が観測信号x(t)の残響成分を抑圧する構成も採用され得る。
なお、第2実施形態に第3実施形態を適用することも可能である。また、残響抑圧部72と帯域抑圧部22との順序は逆転され得る。具体的には、帯域抑圧部22による処理後の音響信号z(t)の残響成分を残響抑圧部72が抑圧する構成(残響抑圧部72による処理前の観測信号を帯域抑圧部22が処理する構成)も採用され得る。
<第4実施形態>
図7は、第4実施形態における音響処理装置100のブロック図である。図7に示すように、第4実施形態の音響処理装置100は、第1実施形態と同様の要素(帯域抑圧部22,残響解析部24A,増幅部26)に遅延部74を追加した構成である。遅延部74は、収音機器12が生成した観測信号x(t)を遅延させる。残響解析部24Aは、遅延部74による遅延前の観測信号x(t)を処理し、帯域抑圧部22は、遅延部74による遅延後の観測信号x(t)を処理する。
残響解析部24Aによる処理(残響優勢度Gr(k,m)の算定や残響周波数FR(m)の検出)は周波数領域で実行されるのに対し、帯域抑圧部22による帯域抑圧は時間領域で実行される。したがって、第1実施形態では、解析処理部34による残響周波数FR(m)の算定が、周波数分析部32による短時間フーリエ変換の窓サイズに相当する時間だけ帯域抑圧部22の動作に対して遅延する。以上に説明した遅延が解消されるように、第4実施形態の遅延部74は、周波数分析部32による短時間フーリエ変換の窓サイズに相当する遅延量だけ観測信号x(t)を遅延させる。したがって、帯域抑圧部22が観測信号x(t)の特定の時点を処理する段階では、観測信号x(t)のうちその時点に対応する単位期間について解析処理部34が特定した残響周波数FR(m)が帯域抑圧部22に指示される。
第4実施形態においても第1実施形態と同様の効果が実現される。また、第4実施形態では、観測信号x(t)の各単位期間について特定された残響周波数FR(m)が、観測信号x(t)のうちその単位期間に対応する時点の帯域抑圧に適用されるから、例えば観測信号x(t)の音響特性(残響優勢度Gr(k,m)や初期音優勢度Ge(k,m))が短時間で頻繁に変動する場合でも、残響成分に起因したハウリングを有効に防止できるという利点がある。なお、第2実施形態や第3実施形態に第4実施形態を適用することも可能である。
<第5実施形態>
図8は、第5実施形態における解析処理部34のブロック図である。第5実施形態の解析処理部34は、図3に例示した第1実施形態の指標値算定部42Aを指標値算定部42Bに置換した構成である。指標値算定部42Bは、第1指標値Q1(k,m)および第2指標値Q2(k,m)を単位期間毎に順次に算定する要素であり、第1平滑部51と第2平滑部52と遅延部54とを含んで構成される。なお、優勢度算定部44の構成および動作は第1実施形態と同様である。
第1平滑部51は、第1実施形態と同様に、観測信号x(t)のパワー|X(k,m)|2の時系列を平滑化することで第1指標値Q1(k,m)を単位期間毎に順次に算定する。遅延部54は、観測信号x(t)のスペクトルX(k,m)を単位期間のd個分(dは自然数)に相当する時間だけ遅延させる記憶回路である。第2平滑部52は、遅延部54による遅延後のスペクトルX(k,m)のパワー|X(k,m)|2の時系列を平滑化することで第2指標値Q2(k,m)を単位期間毎に順次に算定する。ただし、第2実施形態では、第2平滑部52による平滑化の時定数τ2は第1平滑部51による平滑化の時定数τ1と同等である(τ2=τ1)。したがって、第2指標値Q2(k,m)の時間変化は、第1指標値Q1(k,m)の時間変化を単位期間のd個分だけ遅延させた関係にある(Q2(k,m)=Q1(k,m-d))。なお、第1平滑部51による平滑化の時定数τ1と第2平滑部52による平滑化の時定数τ2とを相違させることも可能である。また、第1平滑部51が算定した第1指標値Q1(k,m)を遅延させることで第2指標値Q2(k,m)を算定する構成(第2平滑部52を省略した構成)も採用され得る。
図9の部分(B)は、図4の部分(A)と同様の室内インパルス応答(図9の部分(A))を観測信号x(t)として第2実施形態の音響処理装置100に供給した場合の第1指標値Q1(k,m)および第2指標値Q2(k,m)の時間変化のグラフである。
図9の部分(B)から理解されるように、第1指標値Q1(k,m)と第2指標値Q2(k,m)とで時間変化の態様(波形)は共通するが、第2指標値Q2(k,m)の時間変化は第1指標値Q1(k,m)の時間変化に対して単位期間のd個分だけ遅延する。すなわち、第2指標値Q2(k,m)は、第1指標値Q1(k,m)と比較して低い追従性で観測信号x(t)のパワー|X(k,m)|2に追従する。したがって、第1実施形態と同様に、第1指標値Q1(k,m)と第2指標値Q2(k,m)との大小は時間軸上の特定の時点txで反転する。すなわち、時点txまでの区間SAでは第1指標値Q1(k,m)が第2指標値Q2(k,m)を上回り、時点tx以降の区間SBでは第2指標値Q2(k,m)が第1指標値Q1(k,m)を上回る。
比算定部62による比R(k,m)の算定(数式(2))や第1処理部64による初期音優勢度Ge(k,m)の算定や第2処理部66による残響優勢度Gr(k,m)の算定は第1実施形態と同様である。したがって、図9の部分(C)に示すように、初期音優勢度Ge(k,m)は、直接音および初期反射音が存在する区間SAにて所定値Gmaxに設定され、後部残響音が存在する区間SBでは所定値Gminまで経時的に減少する。第1実施形態と同様に、初期音優勢度Ge(k,m)に応じた残響優勢度Gr(k,m)を利用して残響周波数FR(m)が特定される。第5実施形態においても第1実施形態と同様の効果が実現される。なお、第2実施形態から第4実施形態に第5実施形態を適用することも可能である。
<変形例>
前述の各形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された2以上の態様は適宜に併合され得る。
(1)前述の各形態では、観測信号x(t)のパワー|X(k,m)|
2の単純移動平均を第1指標値Q1(k,m)および第2指標値Q2(k,m)として算定したが、第1指標値Q1(k,m)および第2指標値Q2(k,m)の算定方法は以上の例示に限定されない。例えば、以下の数式(4A)および数式(4B)で表現されるように、観測信号x(t)のパワー|X(k,m)|
2の指数平均(指数移動平均)を第1指標値Q1(k,m)および第2指標値Q2(k,m)として算定することも可能である。
すなわち、第1平滑部51および第2平滑部52は、IIR(infinite impulse response)型のローパスフィルタに相当する。数式(4A)の記号α1および数式(4B)の記号α2は平滑化係数(忘却係数)である。具体的には、平滑化係数α1は、過去の第1指標値Q1(k,m-1)に対する現在のパワー|X(k,m)|2の重みを意味し、平滑化係数α2は、過去の第2指標値Q2(k,m-1)に対する現在のパワー|X(k,m)|2の重みを意味する。平滑化係数α2は、平滑化係数α1を下回る数値に設定される(α2<α1)。したがって、第1実施形態と同様に、第2平滑部52による平滑化の時定数τ2は第1平滑部51による平滑化の時定数τ1を上回る(τ2>τ1)。すなわち、第2指標値Q2(k,m)は、第1指標値Q1(k,m)と比較して低い追従性で観測信号x(t)のパワー|X(k,m)|2に追従する。
また、以下の数式(5A)および数式(5B)で表現されるように、観測信号x(t)のパワー|X(k,m)|
2の加重移動平均を第1指標値Q1(k,m)および第2指標値Q2(k,m)として算定することも可能である。数式(5A)の記号w1(i)および数式(5B)の記号w2(i)は、第m番目の単位期間からみて前方の第i番目に位置する単位期間に対する加重値を意味する。第2期間が第1期間よりも長いという条件(N2>N1)は前掲の例示と同様である。
(2)前述の各形態では、周波数特定部38が単位期間毎に1個の残響周波数FR(m)を特定したが、単位期間毎に複数の残響周波数FR(m)を特定することも可能である。例えば周波数特定部38は、残響スペクトルYR(k,m)の強度の降順で所定個のピークを選択し、各ピークの周波数を残響周波数FR(m)として特定する。帯域抑圧部22は、観測信号x(t)のうち各残響周波数FR(m)の帯域成分を抑圧する。例えば、残響周波数FR(m)の個数に相当する総数のノッチフィルタを縦続に配置した要素が帯域抑圧部22として採用される。
(3)残響優勢度Gr(k,m)や初期音優勢度Ge(k,m)の算定方法は任意である。例えば、前述の各形態の説明から理解されるように、残響優勢度Gr(k,m)を以下の数式(3A)の演算で算定することも可能である。
初期音優勢度Ge(k,m)を使用する構成(例えば第3実施形態)において残響優勢度Gr(k,m)を数式(3A)で算定する場合、初期音優勢度Ge(k,m)を前掲の数式(3)で算定する構成(すなわち、初期音優勢度Ge(k,m)と残響優勢度Gr(k,m)とを並列に算定する構成)や、数式(3A)で算定された残響優勢度Gr(k,m)を1から減算することで初期音優勢度Ge(k,m)(Ge(k,m)=1−Gr(k,m))を算定する構成(すなわち、第1処理部64と第2処理部66とを入替えた構成)も採用され得る。
また、例えば、第1指標値Q1(k,m)および第2指標値Q2(k,m)を変数とする所定の演算や比R(k,m)を変数とする所定の演算により残響優勢度Gr(k,m)や初期音優勢度Ge(k,m)を算定する構成も採用され得る。また、前述の各形態では第2指標値Q2(k,m)に対する第1指標値Q1(k,m)の比R(k,m)に応じて残響優勢度Gr(k,m)を算定したが、例えば第1指標値Q1(k,m)に対する第2指標値Q2(k,m)の比R(k,m)を数式(3)の演算に適用することで残響優勢度Gr(k,m)を直接的に(すなわち初期音優勢度Ge(k,m)の算定を経ずに)算定することも可能である。すなわち、初期音優勢度Ge(k,m)の算定は省略され得る。以上の説明から理解されるように、優勢度算定部44は、観測信号x(t)の残響成分の比率(観測信号x(t)の信号強度に対する残響成分の強度の比率)に応じた残響優勢度Gr(k,m)を算定する要素として包括される。
(4)残響スペクトルYR(k,m)の強度が最大となる周波数を残響周波数FR(m)として帯域抑圧部22による帯域抑圧を実行したが、観測信号x(t)に残響成分が殆ど存在しない場合に帯域抑圧部22による帯域抑圧を停止することも可能である。例えば、残響スペクトルYR(k,m)の強度の最大値が所定の閾値THを下回る場合(すなわち、残響成分が殆ど存在しない場合)に帯域抑圧部22による帯域成分の抑圧を停止する構成が採用される。閾値THは固定値に設定される。以上の構成によれば、観測信号x(t)に残響成分が殆ど存在しない状態では帯域抑圧に起因した音質の劣化を抑制できるという利点がある。なお、閾値THを可変に制御することも可能である。例えば、残響スペクトルYR(k,m)の平均値に対して所定値を加算または減算した数値を閾値THに設定する構成が採用される。
(5)前述の各形態では、帯域抑圧部22としてノッチフィルタを例示したが、帯域抑圧部22の構成や動作は任意である。例えば、観測信号x(t)のうち残響周波数FR(m)の帯域成分を抑圧するイコライザ(パラメトリックイコライザ)が帯域抑圧部22として利用される。また、観測信号x(t)のスペクトルX(k,m)から残響周波数FR(m)の帯域成分(例えば残響スペクトルYR(k,m)のうち残響周波数FR(m)を含む帯域成分や事前に用意された所定の帯域成分)を減算する構成(スペクトル減算)や、観測信号x(t)のスペクトルX(k,m)のうち残響周波数FR(m)を含む帯域成分に1未満の所定値(スペクトルゲイン)を乗算する構成も採用され得る。また、観測信号x(t)の帯域成分を抑圧する複数種の方法を併用することも可能である。
(6)前述の各形態では、第1平滑部51による平滑化の時定数τ1と第2平滑部52による平滑化の時定数τ2との各々を複数の周波数にわたり共通させたが、時定数τ1と時定数τ2とを周波数毎(帯域毎)に個別に設定することも可能である。また、時定数τ1および時定数τ2の一方または双方を経時的に変化させることも可能である。
(7)第1実施形態では残響スペクトルYR(k,m)が最大となる1個の周波数を残響周波数FR(m)として特定し、第2実施形態では残響優勢度Gr(k,m)が最大となる1個の周波数を残響周波数FR(m)として特定したが、残響周波数FR(m)を特定する方法は適宜に変更され得る。例えば、残響スペクトルYR(k,m)の経時的な増加量(直前の単位期間の残響スペクトルYR(k,m)からの強度の増加量)が最大となる周波数を残響周波数FR(m)として特定する構成や、残響優勢度GR(k,m)の経時的な増加量が最大となる周波数を残響周波数FR(m)として特定する構成が採用され得る。
(8)前述の各形態では、観測信号x(t)のパワー|X(k,m)|2の時系列を平滑化することで第1指標値Q1(k,m)および第2指標値Q2(k,m)を算定したが、第1平滑部51や第2平滑部52による平滑化の対象はパワー|X(k,m)|2に限定されない。例えば、観測信号x(t)の振幅|X(k,m)|や振幅の4乗|X(k,m)|4を平滑化することで第1指標値Q1(k,m)や第2指標値Q2(k,m)を算定する構成も採用され得る。すなわち、前述の各形態における第1平滑部51や第2平滑部52は、観測信号x(t)の信号強度の時系列を平滑化する要素として包括され、信号強度は、観測信号x(t)のパワー|X(k,m)|2のほかに振幅|X(k,m)|や振幅の4乗|X(k,m)|4を包含する。また、前述の各形態では、残響抽出部36が残響優勢度Gr(k,m)を観測信号x(t)のスペクトルX(k,m)に作用させ、残響抑圧部72が初期音優勢度Ge(k,m)を観測信号x(t)のスペクトルX(k,m)に作用させたが、例えば観測信号x(t)のパワー|X(k,m)|2に残響優勢度Gr(k,m)や初期音優勢度Ge(k,m)を作用させることも可能である。
(9)前述の各形態では、帯域抑圧部22と残響解析部24(24A,24B)とを含む構成によりハウリング抑制装置として機能する音響処理装置100を例示したが、残響解析部24を具備する構成(例えば前述の各形態から帯域抑圧部22や増幅部26を省略した構成)により残響周波数FR(m)を特定するハウリング周波数特定装置としても本発明は実施され得る。