JP2013150246A

JP2013150246A - ハウリング低減システム及びそれに用いられるアナログ電子回路

Info

Publication number: JP2013150246A
Application number: JP2012010991A
Authority: JP
Inventors: Masashi Kato; 正史加藤; Atsunori Taniguchi; 淳紀谷口
Original assignee: Nagoya Institute of Technology NUC
Current assignee: Nagoya Institute of Technology NUC
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2013-08-01

Abstract

【課題】マイク、増幅器及びスピーカで構成される音響系システムに適用可能な応答性が高いハウリング低減システムを提供する。
【解決手段】マイク、増幅器及びスピーカで構成される音響系システムにおいて、ハウリングと同一の周波数の信号を得るためにアナログ位相同期回路を用いるとともに、アナログ電子回路を利用したアクティブノイズコントロール回路１０からハウリングと同じ振幅のアナログ信号を出力させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、音響系システムで発生するハウリングを低減させるハウリング低減システム及びそれに用いられるアナログ電子回路に関するものである。

マイクにより得られた信号を増幅器で増幅し、スピーカから出力する音響系システムではスピーカからの出力が十分に大きい場合、ハウリングが発生することがあり、マイクからスピーカへの出力を制約する要因の一つになっているともに、音響系システムを構成するマイクとスピーカの配置を制約する要因の一つとなっている。

従来、音響系システムのハウリング周波数を低減するためには、マイクからのアナログ信号をA/D（アナログ／デジタル）変換によりデジタル信号に変換し、DSP（デジタルシグナルプロセッサ）にて信号処理し、ハウリング周波数成分を取り除いたデジタル信号を取り出し、その後、デジタル信号をD/A（デジタル／アナログ）変換し、最終的にアナログ信号が出力される手法がとられていた。

特許文献１によると、アナログ信号をA/D変換し、FFT（高速フーリエ変換）解析によりハウリング周波数を分析する。分析した周波数に対してデジタルフィルタを用いてハウリングを除去する。その後D/A変換し、アナログ信号が出力される。

特許文献２によると、アナログ信号をA/D変換し、DSPによる適応フィルタを用いて、スピーカからマイクへの伝達特性を推定する。推定した伝達特性から、遅延回路の出力である遅延信号が決定され、その後、出力信号から遅延信号が取り除かれた信号をD/A変換し、アナログ信号が出力される。

特開２００６−１６６３７５公報特開２００６−２７０３６８公報

ハウリング周波数成分を取り除くプロセスをデジタル回路で構成すると、次のような課題があった。

Ａ．A/D変換器及びD/A変換器が必要となり、ハウリング低減システムのコストがアップする。

Ｂ． A/D及びD/A変換及びDSPによる信号処理に時間を要すため、ハウリングが発生しても、直ちにハウリングが除去されない。即ちハウリング低減システムの応答性が低い。

本発明は上記課題に鑑みて、アナログ電子回路及びアナログ信号処理技術のみでハウリング音を低減させることにより、デジタル回路とデジタル信号処理を多用するハウリング低減システムに比べて、低コストで応答性が高いハウリング低減システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明ではハウリング周波数と同一の周波数の信号を得るためにアナログPLL（位相同期）回路を利用することを第１の特徴とする。また、本発明ではアナログ電子回路を利用したANC（アクティブノイズコントロール）回路からハウリングに対して逆位相のアナログ信号を出力させることを第２の特徴とする。

具体的には、本発明は、ハウリングした信号が入力され、ハウリング周波数を検出し、同じ周波数の信号を出力するアナログPLL回路と、このアナログPLL回路の出力信号が入力され、ハウリングした信号の位相とアナログPLL回路の出力信号の位相を合わせた信号を出力するアナログの位相調整回路と、この位相調整回路の出力信号が入力され、ハウリング周波数の信号に対して同じ振幅のアナログ信号を出力するアナログANC回路と、ハウリングした信号とアナログANC回路の出力信号とを重ね合わせて、ハウリングした信号を減衰させるアナログの加減算器と、を備えたハウリング低減システムに用いられるアナログ電子回路を特徴とする。

また、本発明は、音を集音するためのマイクと、このマイクの出力を増幅する増幅器と、上記アナログ電子回路と、上記アナログ電子回路の出力を音に変換するスピーカと、を備えたハウリング低減システムを特徴とする。

なお、上記位相調整回路としては、例えば積分器を用いることができ、上記加減算器としては、ANC回路の正又は負の信号に応じて、減算器又は加算器を用いることができる。

本発明によれば、アナログ電子回路及びアナログ信号処理技術のみでハウリング周波数と同一の周波数の信号を得ることが可能になり、また、ANC回路を用いることにより、出力信号の振幅を調整することが可能となり、A/D変換器及びD/A変換器および信号処理に演算時間を要するDSPが不要となり、ハウリング低減システムを低コスト化でき、さらにはハウリングを応答性良く低減させることができる。

本発明の第１実施形態に係るハウリング低減システムの構成を示す図である。図１中のアナログ電子回路の構成を示すブロック図である。ハウリングしたアナログ信号とPLL回路のアナログ出力信号を示す図である。ハウリングしたアナログ信号と積分器のアナログ出力信号を示す図である。ハウリングしたアナログ信号とANC回路のアナログ出力信号を示す図である。本発明の第３実施形態に係るハウリング低減システムの構成を示す図である。本発明の第４実施形態に係るハウリング低減システムの構成を示す図である。

（第１実施形態）
以下、１つのマイク2、１つの増幅器3及び１つのスピーカ4で構成される音響系システムを例として、図１〜図５に従って、本実施形態に係るハウリング低減システムについて詳細に説明する。

図１において、音１は外部からの入力音であり、入力音はマイク2により電気信号に変換され、変換された電気信号は増幅器3により増幅され、増幅された電気信号はスピーカ4により音に変換され、変換された音はスピーカ4より出力音5として出力される。出力音5はマイク2とスピーカ4間の経路6を通ってマイク2に入る。

本発明のアナログ電子回路7はハウリング周波数のゲインを低減させるための回路である。ハウリングが発生した場合、ハウリング周波数を含むハウリング信号がアナログ電子回路7に入力され、ハウリング周波数はアナログ電子回路7により低減され、ハウリング周波数が低減された信号はスピーカ4により音に変換され、変換された音はハウリングが低減された音である出力音5として出力される。

次に、本発明のアナログ電子回路7の機能を図2に従って詳細に説明する。入力はハウリング周波数を含むハウリング信号である。アナログPLL（位相同期）回路8はハウリング周波数を検出し、同じ周波数を出力するための回路である。PLL回路8の出力の位相はハウリング信号に比べて90°進む。積分器9は位相を90°遅らせるための回路であり、積分器9によりハウリング信号とPLL回路8の出力の位相が合わせられる。従って、積分器9は、ハウリング信号とPLL回路8の出力の位相を合わせるアナログの位相調整回路を構成している。

アナログ電子回路を利用したANC（アクティブノイズコントロール）回路10は信号の振幅を調整し、ハウリング信号を打ち消すための回路である。このANC回路10としては、特開2008-070821号公報に記載のアクティブノイズコントロール用アナログ電子回路を用いることができる。加算器11はハウリング信号とANC回路10の出力信号を加算し、ハウリング信号を低減させるための回路である。

次に本発明のアナログ電子回路の動作について述べる。ハウリングした信号は入力としてPLL回路8に入力され、その後PLL回路8よりハウリングと同じ周波数が出力される。図3はハウリングしたアナログ信号とPLL回路８のアナログ出力信号の例を示している。

PLL回路8の出力信号は入力信号に対して90°位相が進む。PLL回路8の出力信号を例えば積分器9のような90°位相を遅らせる回路に入力することにより、位相ずれが相殺され、位相ずれの無い出力信号が得られる。図4はハウリングしたアナログ信号と積分器9のアナログ出力信号の例を示している。

ANC回路10では、PLL回路8及び積分器9で出力された周波数情報に基づき、逆位相の振幅が出力される。ANC回路10はANC回路10の出力信号とハウリングした信号の差分が0になるように動作する。図5はハウリングしたアナログ信号とANC回路10のアナログ出力信号の例を示している。

加算器11では、ハウリングした入力信号とANC回路10の出力信号を重ね合わせられ、ハウリングした信号が低減され、低減後の信号が出力信号として出力される。この出力信号はフィードバック信号としてANC回路10に入力される。入力されたフィードバック信号に基づき、ANC回路10の振幅はハウリングした信号とは逆位相で且つ同じ振幅になるように調整される。
（第２実施形態）
第１実施形態はハウリング信号とANC回路10の出力信号を加算して、ハウリング信号を低減させる例であるが、ANC回路10は正又は負の信号を出力できるため、加算器11の代わりに減算器を用いても構わない。
（第３実施形態）
第１及び第２実施形態は、１つのマイク2、１つの増幅器3及び１つのスピーカ4で構成される音響系システムにおいてハウリングを低減させる例であるが、図６に示すように、１つのマイク2、１つの増幅器3及び同じ音を出力する複数のスピーカ12〜17で音響系システムを構成しても構わない。この場合、スピーカ12〜17からの出力音18〜22はマイクとスピーカ間の経路23〜27を通ってマイク2に入る。
（第４実施形態）
また、図７に示すように、複数のマイク28〜32、1つの増幅器3及び１つのスピーカ4で音響系システムを構成しても構わない。この場合、スピーカ4からの出力音5はマイクとスピーカ間の経路34〜38を通ってマイク28〜32に入り、マイク28〜32で変換された電気信号は集音部33で加算され、加算された信号が増幅器3に入力される。

産業上の利用の可能性

本発明の方法は、マイク、増幅器、スピーカ、音、マイクという経路で正帰還を構成する音響系システムで発生し得るハウリングの低減や防止に利用することができる。

1、18〜22 音
2、28〜32 マイク
3 増幅器
4、12〜17 スピーカ
5、18〜22 出力音
6、23〜27、34〜38 マイクとスピーカ間の経路
7 アナログ電子回路
8 アナログPLL（位相同期）回路
9 積分器
10 ANC（アクティブノイズコントロール）回路
11 加算器
33 集音部

Claims

ハウリングした信号が入力され、ハウリング周波数を検出し、同じ周波数の信号を出力するアナログ位相同期回路と、このアナログ位相同期回路の出力信号が入力され、前記ハウリングした信号と前記アナログ位相同期回路の出力信号の位相を合わせた信号を出力するアナログ位相調整回路と、前記アナログ位相調整回路の出力信号が入力され、前記ハウリング周波数の信号に対して同じ振幅のアナログ信号を出力するアナログアクティブノイズコントロール回路と、前記ハウリングした信号と前記アナログアクティブノイズコントロール回路の出力信号とを重ね合わせて、前記ハウリングした信号を減衰させるアナログ加減算器と、を備えたことを特徴とするハウリング低減システムに用いられるアナログ電子回路。
音を集音するためのマイクと、このマイクの出力を増幅する増幅器と、請求項１に記載のアナログ電子回路と、このアナログ電子回路の出力を音に変換するスピーカと、を備えたことを特徴とするハウリング低減システム。