JP2014011717A - Sound processor and feedback cancelling method - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of implementing a feedback canceller stably without using a complicated process.SOLUTION: A feedback canceller 20 applied to a sound processor generates an adaptive filter output signal y(n), with a sound signal after a hearing aiding (amplification) process by a hearing aiding process part 12 used as a reference signal u(n) of an adaptive filter 22, and using adaptive filter coefficients w(n). Howling is suppressed by providing an error signal e(n) to the hearing aiding process part 12. The e(n) is a difference between an adaptive filter output signal y(n) and a desired signal d(n), where the d(n) is a sum of an ambient sound input signal s(n) to a microphone 10 and a feedback signal b(n) from a feedback path 16. An adaptive filter coefficient calculation part 24 updates adaptive filter coefficients w(n) using an update formula obtained by combining two algorithms used in a NLMS adaptive filter and a SLMS adaptive filter.

Description

本発明は、補聴器等で起きるハウリングの抑制に適した音処理装置及びフィードバックキャンセル方法に関する。   The present invention relates to a sound processing apparatus and a feedback cancellation method suitable for suppressing howling that occurs in a hearing aid or the like.

従来、補聴器等のハウリングを抑制するフィードバックキャンセラ(AFBC:Adaptive Feedback Canceller)に関して、各種の適応フィルタを用いた先行技術(特許文献1〜3)が知られている。   Conventionally, related art (Patent Documents 1 to 3) using various adaptive filters is known for a feedback canceller (AFBC) that suppresses howling of a hearing aid or the like.

例えば第1の先行技術として、聴覚補助装置(補聴器)のフィードバックキャンセラに急速適応動作を行う適応フィルタと低速適応動作を行う適応フィルタの2つを備え、これら2つの適応フィルタをユーザ操作によって切り替える手法がある(特許文献1参照。)。この手法では、デフォルトで低速適応を開始しておき、音環境の変化等でユーザに好ましくないノイズが感じられると、ユーザ操作によって急速適応動作に切り替え、直ちにハウリングを抑制することができる。   For example, as a first prior art, a feedback canceller of a hearing aid device (hearing aid) includes two adaptive filters that perform a rapid adaptive operation and an adaptive filter that performs a low-speed adaptive operation, and a method of switching between these two adaptive filters by a user operation (See Patent Document 1). In this method, low-speed adaptation is started by default, and when an undesirable noise is felt by the user due to a change in the sound environment, the user can switch to the rapid adaptation operation and immediately suppress howling.

また第2の先行技術(特許文献2)として、聴覚装置に固有の不変フィードバックパスをモデル化した固定フィルタとともに、フィードバックパスの変動部分をモデル化する適応フィルタを備え、適応フィルタには、適応速度が異なる緩変動型と急変動型の2つを用いた手法がある。この手法では、2つの適応フィルタのいずれをアクティブにするかを制御スイッチによって自動的に切り替えることができる。   As a second prior art (Patent Document 2), a fixed filter that models an invariant feedback path unique to a hearing device and an adaptive filter that models a fluctuation part of the feedback path are provided. There are two methods using a slow fluctuation type and a sudden fluctuation type. In this method, which of the two adaptive filters is activated can be automatically switched by the control switch.

その他に第3の先行技術(特許文献3)として、補聴器の内部回路に第1の適応フィルタと第2の適応フィルタを設け、このうち第1の適応フィルタをフィードバックキャンセラとして働かせるときに、その適応速度を第2の適応フィルタで最適化する手法がある。この手法では、第1の適応フィルタに適応速度の緩やかな正規化最小二乗平均(Normalised LMS)アルゴリズムを採用しているが、第2の適応フィルタの出力は主要信号処理(音処理)に影響しないため、より高速な符号最小二乗平均(Signed LMS)アルゴリズムを用いて適応フィルタ係数を更新することができる。   In addition, as a third prior art (Patent Document 3), when a first adaptive filter and a second adaptive filter are provided in an internal circuit of a hearing aid, and the first adaptive filter functions as a feedback canceller, the adaptation is performed. There is a technique for optimizing the speed with a second adaptive filter. In this method, a normalized least mean square (Normalized LMS) algorithm with a slow adaptation speed is used for the first adaptive filter, but the output of the second adaptive filter does not affect the main signal processing (sound processing). Therefore, the adaptive filter coefficient can be updated using a faster sign least mean square (Signed LMS) algorithm.

特開平6−189397号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-189597 特開2011−254468号公報JP 2011-254468 A 特表2004−509543号公報JP-T-2004-509543

上述した第1,第2の先行技術(特許文献1,2)はいずれも、必要に応じて適応速度を切り替える手法であり、フィードバックキャンセラを適切に機能させるためには、適応速度を切り替えるタイミングを正しく判断しなければならない。このため、第1の先行技術のようにユーザ操作で適応速度を切り替える場合、日常的にユーザの負担が大きくなってしまうという問題がある。また、第2の先行技術のように自動で適応速度を切り替える場合であっても、制御上で切り替えタイミングを判断する処理が必要となり、その分の処理負荷が大きくなるという問題がある。   Both the first and second prior arts (Patent Documents 1 and 2) described above are techniques for switching the adaptation speed as necessary. In order for the feedback canceller to function properly, the timing for switching the adaptation speed is required. You must judge correctly. For this reason, when the adaptive speed is switched by a user operation as in the first prior art, there is a problem that the burden on the user is increased daily. Further, even when the adaptive speed is automatically switched as in the second prior art, there is a problem that a process for determining the switching timing is necessary in the control, and the processing load corresponding to that is increased.

第3の先行技術(特許文献3)については、主要信号経路に用いる適用フィルタが1種類だけであり、2つの適用フィルタの切り替えタイミングを判断する必要はない。しかし、主要となる第1の適応フィルタ(NLMS)の適応速度を第2の適応フィルタ(SLMS)で高頻度に変化させるため、それだけ複雑な計算処理を必要とする。また、第2の適応フィルタが安定性を欠くと、本来のフィードバックキャンセラが正しく機能しなくなるおそれがある。   In the third prior art (Patent Document 3), only one type of application filter is used for the main signal path, and there is no need to determine the switching timing of the two application filters. However, since the adaptation speed of the main first adaptive filter (NLMS) is frequently changed by the second adaptive filter (SLMS), a complicated calculation process is required. Also, if the second adaptive filter lacks stability, the original feedback canceller may not function correctly.

そこで本発明は、複雑な処理を用いることなく、安定してフィードバックキャンセラを機能させることができる技術の提供を課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a technique capable of stably functioning a feedback canceller without using complicated processing.

上記の課題を解決するため、本発明は以下の解決手段を採用する。
本発明の音処理装置は、内部で入力された音信号を音処理手段により増幅処理し、その増幅処理後の音信号に基づいてスピーカから音を出力する一方で、マイクロホンで採取した周囲音を入力信号としつつ、スピーカから出力された音がマイクロホンに到達して得られる帰還成分をフィードバック信号として共にマイクロホンに入力する構成を基本とするが、上記の帰還成分に起因して生じるハウリングを抑制するため、適応フィルタを用いたフィードバックキャンセラとしての機能を有している。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following solutions.
The sound processing device of the present invention amplifies the sound signal input inside by the sound processing means, and outputs the sound from the speaker based on the sound signal after the amplification processing, while the ambient sound collected by the microphone is Basically, the feedback component obtained by the sound output from the speaker reaching the microphone is input to the microphone as a feedback signal while the input signal is used. However, the howling caused by the feedback component is suppressed. Therefore, it has a function as a feedback canceller using an adaptive filter.

フィードバックキャンセラとしての機能を実現するため、音処理装置は適応フィルタ、帰還成分除去手段及び適応フィルタ係数計算手段としての構成を有する。本発明のフィードバックキャンセル方法は、音処理装置の機能を用いて実現される。   In order to realize the function as a feedback canceller, the sound processing apparatus has a configuration as an adaptive filter, a feedback component removing unit, and an adaptive filter coefficient calculating unit. The feedback cancellation method of the present invention is realized by using the function of the sound processing device.

すなわち、適応フィルタは、増幅処理後の音信号を参照信号として、この参照信号に適応フィルタ係数を畳み込みして帰還成分を推測した出力信号を形成する。また、帰還成分除去手段は、マイクロホンの入力である入力信号とフィードバック信号との和を適応フィルタの所望信号とし、この所望信号と出力信号との差である誤差信号を音処理手段に対して増幅処理前の音信号として入力することにより、音処理手段による増幅処理後の音信号から帰還成分を除去する。これにより、スピーカから出力される音がマイクロホンに帰還入力して生じるハウリングを抑制することができる。   In other words, the adaptive filter uses the amplified sound signal as a reference signal and convolves an adaptive filter coefficient with the reference signal to form an output signal in which a feedback component is estimated. Further, the feedback component removing means uses the sum of the input signal that is the input of the microphone and the feedback signal as a desired signal of the adaptive filter, and amplifies an error signal that is a difference between the desired signal and the output signal to the sound processing means. By inputting the sound signal before processing, the feedback component is removed from the sound signal after the amplification processing by the sound processing means. As a result, it is possible to suppress howling caused by the sound output from the speaker being fed back to the microphone.

また、適応フィルタ係数算出手段は、適応フィルタによる出力信号の算出に必要な適応フィルタ係数を、参照信号と誤差信号とを個別に用いる正規化LMS(Normalized Least Mean Square:以下「NLMS」という。)アルゴリズムと符号付きLMS(Signed Least Mean Square:以下「SLMS」という。)アルゴリズムとを結合して得られる1つの計算式を用いて更新することができる。   Further, the adaptive filter coefficient calculation means is a normalized LMS (Normalized Least Mean Square: hereinafter referred to as “NLMS”) that uses the reference signal and the error signal individually as the adaptive filter coefficient necessary for calculating the output signal by the adaptive filter. The algorithm and the signed LMS (Signed Least Mean Square: hereinafter referred to as “SLMS”) algorithm can be updated using one calculation formula obtained.

このように、本発明の音処理装置及びフィードバックキャンセル方法は、適応フィルタ係数の更新に際してNLMS及びSLMSという複数通りのアルゴリズムを適用しているものの、実際の適応フィルタ係数の算出には、2つのアルゴリズムを結合して得られる1つの計算式を用いている。すなわち、NLMS及びSLMSという複数通りのアルゴリズムは合成された1つのアルゴリズムとなるため、個別の計算過程は必要でない。   As described above, the sound processing apparatus and the feedback cancellation method of the present invention apply a plurality of algorithms, NLMS and SLMS, when updating the adaptive filter coefficients, but two algorithms are used for calculating the actual adaptive filter coefficients. One calculation formula obtained by combining is used. That is, since a plurality of algorithms NLMS and SLMS are combined into one algorithm, no separate calculation process is required.

その上で本発明では、適応フィルタ係数を更新していく過程で、例えば(1)初期適応速度は速いが、ある程度収束すると係数の更新がほとんどストップするアルゴリズム(SLMS)と、(2)適応速度は緩やかでも長時間の安定性に優れるアルゴリズム(NLMS)の両者を共存させることで、それぞれの利点を最大限に発揮させることができる。これにより、NLMS又はSLMSのいずれか単独の適応フィルタだけでは「適応速度」と「安定性」といった所望の特性がトレードオフの関係となっていても、複数種類の適応フィルタが持つそれぞれの利点を相補的に作用させることで、全体として理想的な適応フィルタを構築することができる。   In the present invention, in the process of updating the adaptive filter coefficient, for example, (1) an algorithm (SLMS) in which the initial adaptation speed is fast but the coefficient update is almost stopped when it converges to some extent, and (2) the adaptive speed. By combining both algorithms (NLMS) that are gentle but excellent in long-term stability, the advantages of each can be maximized. As a result, even if the desired characteristics such as “adaptive speed” and “stability” are in a trade-off relationship with only one adaptive filter of NLMS or SLMS, the advantages of each of the multiple types of adaptive filters can be obtained. By acting in a complementary manner, an ideal adaptive filter as a whole can be constructed.

また本発明によれば、フィードバックキャンセラとしての機能において、NLMS適応フィルタとしての機能とSLMS適応フィルタとしての機能を併存させることができる。したがって、例えばハウリング発生初期では、より収束速度の速いSLMS適応フィルタとしての機能を活用してハウリングを素速く抑制しつつ、その後にSLMS適応フィルタが顕著に動作しなくなった場合、NLMS適応フィルタとしての機能により高い精度の適応を維持しつつ安定性の維持を図ることが可能となる。   Further, according to the present invention, in the function as the feedback canceller, the function as the NLMS adaptive filter and the function as the SLMS adaptive filter can coexist. Therefore, for example, in the early stage of howling, when the howling is quickly suppressed by utilizing the function of the SLMS adaptive filter having a faster convergence speed, and the SLMS adaptive filter does not operate remarkably thereafter, as the NLMS adaptive filter, It is possible to maintain stability while maintaining high precision adaptation by function.

以上のように、本発明の音処理装置及びフィードバックキャンセル方法によれば、複雑な処理を用いることなく、安定してフィードバックキャンセラを機能させることができる。   As described above, according to the sound processing device and the feedback cancellation method of the present invention, the feedback canceller can function stably without using complicated processing.

音処理装置の構成を概略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a sound processing apparatus roughly. 補聴器モデルにNLMS適応フィルタ(ステップサイズ大)を単独で適用した場合に得られる特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic acquired when an NLMS adaptive filter (large step size) is independently applied to a hearing aid model. 補聴器モデルにNLMS適応フィルタ(ステップサイズ小)を単独で適用した場合に得られる特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic acquired when an NLMS adaptive filter (small step size) is independently applied to a hearing aid model. 補聴器モデルにSLMS適応フィルタを単独で適用した場合に得られる特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic acquired when a SLMS adaptive filter is applied independently to a hearing aid model. 特有のアルゴリズムを用いた適応フィルタの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the adaptive filter using a peculiar algorithm. 補聴器に2種類の適応フィルタを実装した場合に想定されるモデルを表したブロック図である。It is a block diagram showing the model assumed when two types of adaptive filters are mounted in a hearing aid.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、一実施形態の音処理装置の構成を概略的に示すブロック図である。音処理装置は、例えば補聴器1としての用途に好適する。以下、補聴器1としての実施形態を例に挙げて説明する。また、以下の説明を通じて、音処理装置を用いて実現されるフィードバックキャンセル方法も明らかとなる。   FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a sound processing apparatus according to an embodiment. The sound processing apparatus is suitable for use as a hearing aid 1, for example. Hereinafter, an embodiment of the hearing aid 1 will be described as an example. In addition, through the following description, a feedback cancellation method realized using the sound processing device will also be clarified.

なお、以下の式(1)〜(12)及び図1,図6において、斜体で示される各種シンボルは変数を表すものとする。便宜上、本文中では各種シンボルを標準体で表記するが、対応するシンボルが式(1)〜(12)及び図1,図6で斜体表記されているものは全て変数を表している。   In the following formulas (1) to (12) and FIGS. 1 and 6, various symbols shown in italics represent variables. For convenience, various symbols are described in standard form in the text, but the corresponding symbols shown in italics in equations (1) to (12) and FIGS. 1 and 6 all represent variables.

例えば補聴器1としての音処理装置は、マイクロホン10、補聴処理部12及びスピーカ14を備えている。マイクロホン10に入力された音のアナログ信号は、図示しないA/Dコンバータでデジタル信号に変換される。補聴処理部12は、入力されたデジタル信号(音信号)を増幅(補聴)処理する。また、補聴処理部12で増幅処理された音信号は、図示しないD/Aコンバータでアナログ信号に変換され、スピーカ14から音として出力される。スピーカ14は、補聴器ユーザの耳(鼓膜)に出力音を提供する。   For example, the sound processing device as the hearing aid 1 includes a microphone 10, a hearing aid processing unit 12, and a speaker 14. A sound analog signal input to the microphone 10 is converted into a digital signal by an A / D converter (not shown). The hearing aid processor 12 amplifies (hears) the input digital signal (sound signal). The sound signal amplified by the hearing aid processing unit 12 is converted to an analog signal by a D / A converter (not shown) and output from the speaker 14 as sound. The speaker 14 provides output sound to the hearing aid user's ear (tympanic membrane).

〔状態モデル〕
以上が補聴器1としての基本的な動作であるが、例えば離散時間系の状態空間モデルを考えると、一般的に補聴器1内部の補聴処理部12は、音の入力から出力の方向への伝達関数G(z)で表される(増幅+遅延)。また、スピーカ14から出力された音がマイクロホン10に帰還入力するため、この間のフィードバックパス16が逆向きの伝達関数F(z)で表される。なお、フィードバックパス16の伝達関数F(z)は、補聴器の形状や構造、装用者の身体構造や挙動、周囲の環境等によって変化する。
[State model]
The basic operation of the hearing aid 1 has been described above. Considering, for example, a discrete-time state space model, the hearing aid processing unit 12 in the hearing aid 1 generally has a transfer function from the sound input to the output direction. It is represented by G (z) (amplification + delay). Further, since the sound output from the speaker 14 is fed back to the microphone 10, the feedback path 16 during this period is represented by a reverse transfer function F (z). Note that the transfer function F (z) of the feedback path 16 varies depending on the shape and structure of the hearing aid, the body structure and behavior of the wearer, the surrounding environment, and the like.

〔フィードバックキャンセラ(AFBC)〕
補聴器はフィードバックキャンセラ20を内蔵しており、このフィードバックキャンセラ20は、適応フィルタ22を用いてハウリングを抑制する。またフィードバックキャンセラ20は、適応フィルタ係数計算部24を有しており、この適応フィルタ係数計算部24により、適応フィルタ22で用いる適応フィルタ係数を更新(離散時間更新)している。
[Feedback canceller (AFBC)]
The hearing aid incorporates a feedback canceller 20 that suppresses howling using an adaptive filter 22. Further, the feedback canceller 20 has an adaptive filter coefficient calculation unit 24, and the adaptive filter coefficient calculation unit 24 updates the adaptive filter coefficient used in the adaptive filter 22 (discrete time update).

〔状態変数〕
補聴器モデルにおける状態変数は、マイクロホン10への周囲音の入力に相当する入力信号s(n)、フィードバックパス16からの帰還成分に相当するフィードバック信号b(n)となり、マイクロホン10には周囲音の入力信号s(n)とフィードバック信号b(n)を加算した音(=s(n)+b(n))が入力される。
[State variable]
The state variables in the hearing aid model are an input signal s (n) corresponding to an input of ambient sound to the microphone 10 and a feedback signal b (n) corresponding to a feedback component from the feedback path 16. A sound (= s (n) + b (n)) obtained by adding the input signal s (n) and the feedback signal b (n) is input.

フィードバックキャンセラ20は、補聴処理部12で増幅処理された音信号を適応フィルタ22の参照信号u(n)としたとき、この参照信号u(n)と適応フィルタ係数w(n)を畳み込み演算して適応フィルタ出力信号y(n)を出力する。 When the sound signal amplified by the hearing aid processor 12 is used as the reference signal u (n) of the adaptive filter 22, the feedback canceller 20 performs a convolution operation on the reference signal u (n) and the adaptive filter coefficient w R (n). Then, the adaptive filter output signal y (n) is output.

一方でフィードバックキャンセラ20は、マイクロホン10に入力された音(=s(n)+b(n))を適応フィルタ22の所望信号d(n)とすると、加算部26で所望信号d(n)から上記の適応フィルタ出力信号y(n)を減算し、その結果を誤差信号e(n)として補聴処理部12に入力させる。このとき適応フィルタ22は、フィードバックパス16の伝達関数F(z)を推定した伝達関数W(z)で表される。これにより、補聴処理部12による補聴(増幅)処理の対象は、スピーカ14の音がマイクロホン10に到達して得られる帰還成分が除去された誤差信号e(n)となる。 On the other hand, the feedback canceller 20 assumes that the sound (= s (n) + b (n)) input to the microphone 10 is the desired signal d (n) of the adaptive filter 22, and then adds the desired signal d (n) by the adder 26. The adaptive filter output signal y (n) is subtracted, and the result is input to the hearing aid processor 12 as an error signal e (n). At this time, the adaptive filter 22 is expressed by a transfer function W R (z) obtained by estimating the transfer function F (z) of the feedback path 16. As a result, the target of hearing aid (amplification) processing by the hearing aid processor 12 is the error signal e (n) from which the feedback component obtained by the sound of the speaker 14 reaching the microphone 10 is removed.

本実施形態の特徴は、適応フィルタ係数計算部24における適応フィルタ係数の更新アルゴリズムにある。具体的には、以下に示す一連の計算式を用いて適応フィルタ係数を更新する。   A feature of this embodiment is an adaptive filter coefficient update algorithm in the adaptive filter coefficient calculation unit 24. Specifically, the adaptive filter coefficient is updated using a series of calculation formulas shown below.

〔適応フィルタ出力信号〕
適応フィルタ22からの適応フィルタ出力信号y(n)は、以下の式(1)で表される。
ここに、
:適応フィルタ係数
M:適応フィルタ係数のタップ数
u:参照信号
である。上式(1)より、適応フィルタ出力信号y(n)は適応フィルタ係数と参照信号を時間畳み込みしたものとなる。
[Adaptive filter output signal]
The adaptive filter output signal y (n) from the adaptive filter 22 is expressed by the following equation (1).
here,
w R : Adaptive filter coefficient M: Number of taps of adaptive filter coefficient u: Reference signal. From the above equation (1), the adaptive filter output signal y (n) is obtained by time convolution of the adaptive filter coefficient and the reference signal.

〔誤差信号〕
加算部26において、誤差信号e(n)は以下の式(2)で得られる。
[Error signal]
In the adder 26, the error signal e (n) is obtained by the following equation (2).

〔適応フィルタ係数〕
適応フィルタ係数計算部24は、以下の式(3)により更新後の適応フィルタ係数w(k,n+1)を算出する。
ここに、
μ:正規化LMS(NLMS)のステップサイズ
「 ̄u」:参照信号uの二乗の時間平均値
μ:符号付きLMS(SLMS)のステップサイズ
「sign{}」:符号関数
である。
[Adaptive filter coefficient]
The adaptive filter coefficient calculation unit 24 calculates the updated adaptive filter coefficient w R (k, n + 1) by the following equation (3).
here,
μ N : Step size “ ̄u 2 ” of normalized LMS (NLMS): Time average value of square of reference signal u μ S : Step size “sign {}” of signed LMS (SLMS): sign function.

〔アルゴリズムの特徴〕
上式(3)の特徴は、NLMS適応フィルタとSLMS適応フィルタの2種類のアルゴリズムを1つの更新式に合成したところにある。すなわち、上式(3)の右辺第2項まではNLMS適応フィルタのアルゴリズムに相当し、右辺第3項はSLMS適応フィルタのアルゴリズムに相当する。以下、より詳細に説明する。
[Features of the algorithm]
The characteristic of the above equation (3) is that two types of algorithms, NLMS adaptive filter and SLMS adaptive filter, are combined into one update equation. That is, up to the second term on the right side of Equation (3) corresponds to the algorithm of the NLMS adaptive filter, and the third term on the right side corresponds to the algorithm of the SLMS adaptive filter. This will be described in more detail below.

〔NLMS適応フィルタ〕
一般に、NLMS適応フィルタの適応フィルタ係数更新式は、次式(4)で表される。
[NLMS adaptive filter]
In general, the adaptive filter coefficient update formula of the NLMS adaptive filter is expressed by the following formula (4).

〔SLMS適応フィルタ〕
また一般に、SLMS適応フィルタの適応フィルタ係数更新式は、次式(5)で表される。
[SLMS adaptive filter]
In general, the adaptive filter coefficient update formula of the SLMS adaptive filter is expressed by the following formula (5).

なお、上に挙げた2つの式(4),(5)は、いずれも単独で図1のモデルに適用した場合に成り立ち得るアルゴリズムである。したがって、図1の補聴器モデルにおいて適応フィルタ22に式(4)を単独で適用した場合、フィードバックキャンセラ20はNLMS適応フィルタとしての固有特性を表す。一方、図1の補聴器モデルにおいて適応フィルタ22に式(5)を適用した場合、フィードバックキャンセラ20はSLMS適応フィルタとしての固有特性を表すことになる。   Note that the two equations (4) and (5) listed above are algorithms that can be realized when both are applied to the model of FIG. Therefore, when Equation (4) is applied alone to the adaptive filter 22 in the hearing aid model of FIG. 1, the feedback canceller 20 represents the characteristic characteristic of the NLMS adaptive filter. On the other hand, when Equation (5) is applied to the adaptive filter 22 in the hearing aid model of FIG. 1, the feedback canceller 20 represents the characteristic characteristic of the SLMS adaptive filter.

〔NLMS適応フィルタの固有特性〕
上式(4)に示されているように、NLMS適応フィルタは、参照信号u(n)の平均パワーでステップサイズを除すアルゴリズムである。このためNLMS適応フィルタは、参照信号u(n)の振幅の大きさに適応フィルタの収束スピードが依存しない特性を有している。
[Inherent characteristics of NLMS adaptive filter]
As shown in the above equation (4), the NLMS adaptive filter is an algorithm that divides the step size by the average power of the reference signal u (n). For this reason, the NLMS adaptive filter has a characteristic that the convergence speed of the adaptive filter does not depend on the amplitude of the reference signal u (n).

したがって、NLMS適応フィルタは、ハウリングを抑制した後で参照信号u(n)が極端に小さくなっても、フィードバックパス16の伝達関数F(z)を推定し続けるため、ハウリングを抑制するだけでなく、フィードバックパス16に起因する残留ハウリング(いわゆるリンギング現象)も抑圧することが可能である。   Therefore, the NLMS adaptive filter not only suppresses howling because it continues to estimate the transfer function F (z) of the feedback path 16 even if the reference signal u (n) becomes extremely small after suppressing howling. Residual howling (so-called ringing phenomenon) caused by the feedback path 16 can also be suppressed.

またNLMS適応フィルタは、ステップサイズμの調整(大小調整)により、収束速度(ハウリング抑制スピード)を調整することができる。ただし、あまり収束を速く設定しすぎると、フィルタ係数の更新が不安定となり、発振が起きやすい。特に、純音性の高い(周期性の高い)信号が入力された場合に適応フィルタ係数の更新が不安定となったときは、エントレインメントが起きやすい。エントレインメントとは、補聴器における適応フィルタを用いたフィードバックキャンセラにおいて、このフィードバックキャンセラが誤動作して正弦波に近い入力信号を歪ませてしまうことをいう。このような現象を抑制するためには、ステップサイズμをできるだけ小さくする必要があるが、あまり小さくし過ぎると、かえってハウリングを抑制するまでの時間が長くなる。 The NLMS adaptive filter, by adjusting the step size mu N (magnitude adjustment), it is possible to adjust the convergence rate (howling suppression speed). However, if the convergence is set too fast, the update of the filter coefficient becomes unstable and oscillation tends to occur. In particular, entrainment is likely to occur when the update of the adaptive filter coefficient becomes unstable when a signal with high purity (high periodicity) is input. Entrainment means that in a feedback canceller using an adaptive filter in a hearing aid, this feedback canceller malfunctions and distorts an input signal close to a sine wave. In order to suppress such a phenomenon, it is necessary to minimize the step size mu N, too much small, rather the time to suppress the howling longer.

図2及び図3は、補聴器モデルにNLMS適応フィルタを単独で適用した場合に得られる特性を示す図である。図2と図3の違いは、NLMS適応フィルタのステップサイズμの違いによるものであり、ステップサイズを比較的大きくした場合は図2の特性となり、ステップサイズを比較的小さくした場合は図3の特性となる。このとき図2中(A)及び図3中(A)は、ハウリング発生時からの音圧レベルの時間変化を表す。また、図2中(B)及び図3中(B)は、適応フィルタ係数のミスアライメントの時間変化を表している。 2 and 3 are diagrams showing characteristics obtained when the NLMS adaptive filter is applied alone to the hearing aid model. The difference in Figure 2 and Figure 3 is due to the difference of the step size mu N of NLMS adaptive filter, if relatively large step size becomes the characteristic of FIG. 2, when a relatively small step size 3 It becomes the characteristic. At this time, (A) in FIG. 2 and (A) in FIG. 3 represent temporal changes in the sound pressure level from the time of howling. Further, (B) in FIG. 2 and (B) in FIG. 3 represent time changes in misalignment of adaptive filter coefficients.

〔ミスアライメントの定義〕
ここで、ミスアライメント(M(w(n))は、ある時刻nにおいて、適応フィルタ係数w(n)が推定する伝達関数F(z)の正解値f(n)にどれだけ近づいているかを示す指標である。すなわち、ミスアライメントは、その値が小さいほど推定誤差が少ないことを意味しており、次式(6)で定義される。
ここに、|| ||はノルムを示している。w(n)が完全に正解値f(n)を推定できた場合、上式(6)よりミスアライメントは−∞[dB]となる。
なお、上式(6)において、シンボル「w」,「f」の太字表記はベクトルを意味するものであるが、本段落中では便宜的に標準体を用いている(以下でも同じ。)。
[Definition of misalignment]
Here, the misalignment (M (w (n)) indicates how close the correct value f (n) of the transfer function F (z) estimated by the adaptive filter coefficient w (n) is at a certain time n. That is, misalignment means that the smaller the value, the smaller the estimation error, and it is defined by the following equation (6).
Here, || || represents a norm. When w (n) can completely estimate the correct value f (n), the misalignment is −∞ [dB] from the above equation (6).
In the above formula (6), the symbols “w” and “f” in bold letters mean vectors, but in this paragraph, a standard is used for convenience (the same applies below).

〔ステップサイズが大きい場合〕
図2中(A)に示されているように、NLMS適応フィルタのステップサイズμを比較的大きくすることで、ハウリングの抑制をより急速にすることが可能である。ただし、図2中(B)に示されているように、ハウリングを抑制した後もミスアライメントは変動し続けており、依然として動作が不安定であることがわかる。したがって、この間に純音性の高い音が入力されると、上記のように発振現象が起きやすい。
[When step size is large]
As shown in FIG. 2 (A), the by relatively large step size mu N of NLMS adaptive filters, it is possible to more rapidly suppressing feedback. However, as shown in FIG. 2B, it can be seen that the misalignment continues to fluctuate even after the howling is suppressed, and the operation is still unstable. Therefore, if a high-pure sound is input during this period, the oscillation phenomenon is likely to occur as described above.

〔ステップサイズが小さい場合〕
これに対し、NLMS適応フィルタのステップサイズμを比較的小さくすると、図3中(A)に示されているように、ハウリングを抑制するのに長い時間を要することになる。その代わり、図3中(B)に示されるように、ハウリングを抑制した後でミスアライメントが減少傾向のみを示すため、動作が極めて安定的であることが分かる。したがって、この間に純音性の高い音が入力されても発振現象は起きにくい。
[When the step size is small]
In contrast, when a relatively small step size mu N of NLMS adaptive filter, as shown in FIG. 3 (A), the it takes a long time to suppress the howling. Instead, as shown in FIG. 3B, it can be seen that the operation is extremely stable because the misalignment shows only a decreasing tendency after the howling is suppressed. Therefore, even if a pure tone sound is input during this period, the oscillation phenomenon hardly occurs.

〔SLMS適応フィルタの固有特性〕
次に、上式(5)に示されているように、SLMS適応フィルタは、参照信号u(n)を「+1」と「−1」の二値へ符号化するアルゴリズムである。すなわち、参照信号u(n)の振幅がプラス側に振れているかマイナス側に振れているかに応じて、プラス側ならば「+1」を割り当て、マイナス側ならば「−1」を割り当てる。その結果、「+1」又は「+1」に割り当てた二値化信号をそのまま適応フィルタ係数の計算に使用する。このためSLMS適応フィルタには、計算量を比較的少なく済ませることができるという利点がある。
[Inherent characteristics of SLMS adaptive filter]
Next, as shown in the above equation (5), the SLMS adaptive filter is an algorithm that encodes the reference signal u (n) into binary values of “+1” and “−1”. That is, “+1” is assigned if the amplitude of the reference signal u (n) is on the plus side or on the minus side, and “−1” is assigned if the amplitude is on the minus side. As a result, the binarized signal assigned to “+1” or “+1” is used as it is for the calculation of the adaptive filter coefficient. For this reason, the SLMS adaptive filter has an advantage that the amount of calculation can be relatively reduced.

またSLMS適応フィルタは、ステップサイズμを適宜に選択することで、ハウリングを抑制するまでのスピードを速くしつつ、その抑制後は適応フィルタ係数の更新量が小さくなるに従い、適応フィルタ係数の更新を実質的にほとんど止めてしまう設定が可能である。したがって、ハウリングをなるべく速く抑制しながら、適応フィルタ係数の更新停止によって発振現象(エントレインメント)が起きにくいアルゴリズムを実現することができる。 The SLMS adaptive filter, by selecting the step size mu S appropriately, while faster speeds of up to suppress howling in accordance later suppression update of the adaptive filter coefficients is reduced, the update of the adaptive filter coefficients It is possible to make a setting that substantially stops. Therefore, it is possible to realize an algorithm in which an oscillation phenomenon (entrainment) is unlikely to occur by stopping the update of the adaptive filter coefficient while suppressing howling as quickly as possible.

しかし、SLMS適応フィルタの大きな問題は、ハウリングが一旦止まってしまうと、そこで適応フィルタ係数の更新もほとんど止まってしまうため、残留ハウリング(リンギング)現象を抑制できない点にある。   However, a major problem with the SLMS adaptive filter is that once the howling stops, the updating of the adaptive filter coefficient almost stops there, so that the residual howling (ringing) phenomenon cannot be suppressed.

図4は、補聴器モデルにSLMS適応フィルタを単独で適用した場合に得られる特性を示す図である。ここでも同様に、図4中(A)はハウリング発生時からの音圧レベルの時間変化を表し、図4中(B)は適応フィルタ係数のミスアライメントの時間変化を表している。   FIG. 4 is a diagram showing characteristics obtained when an SLMS adaptive filter is applied alone to a hearing aid model. Similarly, (A) in FIG. 4 represents a time change in sound pressure level from the time of occurrence of howling, and (B) in FIG. 4 represents a time change in misalignment of adaptive filter coefficients.

図4中(A)に示されているように、SLMS適応フィルタは、ハウリングの抑制を極めて急速に行うことが可能であることがわかる。ただし、図4中(B)に示されているように、ハウリングを抑制した後は適応フィルタ係数の更新がほぼ止まり、それ以上は動作しなくなる。このため、上記のように残留ハウリング(リンギング)現象の抑制には不向きである。   As shown in FIG. 4A, it can be seen that the SLMS adaptive filter can suppress howling very rapidly. However, as shown in FIG. 4B, after the howling is suppressed, the update of the adaptive filter coefficient is almost stopped, and no further operation is performed. Therefore, as described above, it is not suitable for suppressing the residual howling (ringing) phenomenon.

〔本実施形態の適応フィルタの特性評価〕
図5は、本実施形態に特有のアルゴリズムを用いた適応フィルタの特性を示す図である。以下では、NLMS適応フィルタ及びSLMS適応フィルタをそれぞれ単独適用した場合の各特性との比較を通して本実施形態の有用性を評価する。
[Characteristic Evaluation of Adaptive Filter of this Embodiment]
FIG. 5 is a diagram illustrating characteristics of an adaptive filter using an algorithm unique to the present embodiment. Below, the usefulness of this embodiment is evaluated through the comparison with each characteristic at the time of applying NLMS adaptive filter and SLMS adaptive filter individually, respectively.

〔適応速度評価〕
図5中(A)に示されているように、本実施形態の適応フィルタを用いることで、発生から短時間(この例では1secより短い時間)内にハウリングを抑制することが可能となることがわかる。この適応速度は、NLMS適応フィルタのステップサイズを比較的大きくした場合(図2中(A))より速く、また、SLMS適応フィルタを単独で用いた場合(図3中(A))の速度に比肩する。
[Adaptive speed evaluation]
As shown in FIG. 5A, by using the adaptive filter of the present embodiment, it is possible to suppress howling within a short time (in this example, shorter than 1 sec) from the occurrence. I understand. This adaptive speed is faster than when the step size of the NLMS adaptive filter is relatively large ((A) in FIG. 2), and also when the SLMS adaptive filter is used alone ((A) in FIG. 3). Comparable.

〔安定性評価〕
図5中(B)は、本実施形態のアルゴリズムで得られる適応フィルタ係数のミスアライメントの時間変化を表している。ここに示されるミスアライメントの変化は、本実施形態に特有のアルゴリズム全体に起因(依存)するものである。この場合、ハウリング発生時からフィルタ係数の計算値が急速に正解値に向かって近づいていき、ハウリングを抑制した後もフィルタ係数の更新が続けて行われることで、フィルタ係数はその後も正解値に近づき続けることができることが分かる。
[Stability evaluation]
(B) in FIG. 5 represents the time change of the misalignment of the adaptive filter coefficient obtained by the algorithm of the present embodiment. The change in misalignment shown here is due to (depends on) the entire algorithm specific to this embodiment. In this case, the calculated value of the filter coefficient rapidly approaches the correct value from the time of occurrence of howling, and the filter coefficient is continuously updated even after suppressing howling. You can see that you can keep approaching.

すなわち、本実施形態に特有のアルゴリズムでは、SLMS適応フィルタに相当する部分はハウリングの素早い抑制に特化し、それ以外の状態ではほとんど動かない。その一方で、NLMS適応フィルタに相当する部分は、一旦ハウリングを抑制した後も更にフィードバック成分を精度よく推定するために動作し続ける。このためNLMSについては、比較的ゆっくりとした更新スピード(ステップサイズ小)に設定することが好ましい。これにより、ハウリングを素速く抑制しながらも、発振現象(リンギング)が生じにくく、エントレインメントの起きにくい状態を安定して維持することができる。   That is, in the algorithm specific to the present embodiment, the portion corresponding to the SLMS adaptive filter is specialized for quick suppression of howling, and hardly moves in other states. On the other hand, the portion corresponding to the NLMS adaptive filter continues to operate to accurately estimate the feedback component even after once suppressing howling. For this reason, it is preferable to set the NLMS to a relatively slow update speed (small step size). Accordingly, it is possible to stably maintain a state in which an oscillation phenomenon (ringing) hardly occurs and an entrainment hardly occurs while suppressing howling quickly.

また本実施形態では、考え方としてNLMSとSLMSの2種類の適応フィルタを用いていたとしても、実際にはモデル内で別個新規な1つの適応フィルタ22が構築されている。したがって、どちらかの適応フィルタ係数を場合に応じて選択するという複雑な処理を必要としない。   In this embodiment, even if two types of adaptive filters, NLMS and SLMS, are used as a concept, one new adaptive filter 22 is actually constructed in the model. Therefore, a complicated process of selecting one of the adaptive filter coefficients depending on the case is not required.

さらに、比較的計算量の多いNLMS適応フィルタに相当する部分の収束スピードはゆっくりでよいため、SLMS適応フィルタに対して適応フィルタ係数の計算及び更新の頻度を大幅に低下させることができる。これにより、実際にハードウエアへの実装形態においてプロセッサの演算負荷を軽減し、消費電力を低く抑えることができる。   Furthermore, since the convergence speed of the portion corresponding to the NLMS adaptive filter having a relatively large amount of calculation may be slow, the frequency of calculating and updating the adaptive filter coefficient can be greatly reduced with respect to the SLMS adaptive filter. As a result, the processing load on the processor can be reduced in actual hardware implementation, and the power consumption can be kept low.

〔比較検討〕
以上より、本実施形態に特有のアルゴリズムによる有用性は既に明らかとなっているが、本発明の発明者等はさらなる追求を行い、本実施形態に特有のアルゴリズムが2種類の適応フィルタの単なる集合物ではないことを明らかにしている。以下、この点について言及する。
〔Comparison〕
From the above, the usefulness of the algorithm specific to the present embodiment has already been clarified, but the inventors of the present invention have made further pursuits, and the algorithm specific to the present embodiment is merely a set of two types of adaptive filters. It makes clear that it is not a thing. Hereinafter, this point will be referred to.

図6は、補聴器(参照符号省略)に2種類の適応フィルタを単純実装した場合に想定されるモデルを表したブロック図である。このモデルは、単純にNLMS適応フィルタとSLMS適応フィルタの2つを同時(並列)に動作させることを想定した構成である。   FIG. 6 is a block diagram showing a model assumed when two types of adaptive filters are simply implemented in a hearing aid (reference numeral omitted). This model simply assumes that two NLMS adaptive filters and SLMS adaptive filters are operated simultaneously (in parallel).

この場合、補聴器は2つの独立したフィードバックキャンセラ40,50を備え、それぞれに種類の異なる適応フィルタ42,52が配置されることになる。ここでは、一方のフィードバックキャンセラ40にNLMS適応フィルタ42を使用し、もう一方のフィードバックキャンセラ50にSLMS適応フィルタ52を使用するものとする。したがって、各フィードバックキャンセラ40,50には、適応フィルタ42,52のアルゴリズムに応じてNLMS適応フィルタ係数計算部44、SLMS適応フィルタ係数計算部54が必要となる。   In this case, the hearing aid is provided with two independent feedback cancellers 40 and 50, and different types of adaptive filters 42 and 52 are arranged in each of them. Here, it is assumed that the NLMS adaptive filter 42 is used for one feedback canceller 40 and the SLMS adaptive filter 52 is used for the other feedback canceller 50. Therefore, each of the feedback cancellers 40 and 50 requires an NLMS adaptive filter coefficient calculation unit 44 and an SLMS adaptive filter coefficient calculation unit 54 according to the algorithm of the adaptive filters 42 and 52.

また、2つの独立したフィードバックキャンセラ40,50が1つの補聴器システムに組み込まれるため、いずれか一方がもう一方のループ内に取り込まれた形態(いわゆる「入れ子」の状態)になる。この場合、マイクロホン10から補聴処理部12までの間に2つの加算部56,46(方向順に示す)が置かれ、このうち前方の加算部56では所望信号d(n)と適応フィルタ出力信号y(n)との誤差信号e(n)が演算されるが、次の加算部46では、適応フィルタ出力信号y(n)と誤差信号e(n)との誤差信号e(n)が演算されることになる。 Further, since two independent feedback cancellers 40 and 50 are incorporated in one hearing aid system, one of them is incorporated in the other loop (so-called “nested” state). In this case, two adders 56 and 46 (shown in the order of directions) are placed between the microphone 10 and the hearing aid processor 12, and the desired signal d (n) and the adaptive filter output signal y are included in the front adder 56. Although the error signal e S and S (n) (n) is calculated, the next addition unit 46, the error signal e n adaptive filter output signal y n (n) and the error signal e S (n) ( n) will be computed.

〔適応フィルタ更新の計算式〕
図6のモデルにおいて、適応フィルタの更新には以下に示す一連の計算式が必要となる。
[Calculation formula for adaptive filter update]
In the model of FIG. 6, the following series of calculation formulas are required for updating the adaptive filter.

〔SLMS適応フィルタ出力信号〕
SLMS適応フィルタ52の適応フィルタ出力信号y(n)は、以下の式(7)で計算(畳み込み演算)される。
ここに、
:SLMS適応フィルタ係数
M:適応フィルタ係数のタップ数
である。
[SLMS adaptive filter output signal]
The adaptive filter output signal y S (n) of the SLMS adaptive filter 52 is calculated (convolution operation) by the following equation (7).
here,
w S : SLMS adaptive filter coefficient M: The number of taps of the adaptive filter coefficient.

〔誤差信号〕
前方の加算部56において、誤差信号e(n)は以下の式(8)で計算される。
[Error signal]
In the front addition unit 56, the error signal e S (n) is calculated by the following equation (8).

〔SLMS適応フィルタ係数〕
SLMS適応フィルタ係数計算部54は、以下の式(9)により更新後の適応フィルタ係数w(k,n+1)を計算する。
[SLMS adaptive filter coefficient]
The SLMS adaptive filter coefficient calculation unit 54 calculates the updated adaptive filter coefficient w S (k, n + 1) by the following equation (9).

〔NLMS適応フィルタ出力信号〕
内側ループにおいて、NLMS適応フィルタ42の適応フィルタ出力信号y(n)は、以下の式(10)で計算(畳み込み演算)される。
ここに、
:NLMS適応フィルタ係数
M:適応フィルタ係数のタップ数
である。
[NLMS adaptive filter output signal]
In the inner loop, the adaptive filter output signal y N (n) of the NLMS adaptive filter 42 is calculated (convolution operation) by the following equation (10).
here,
w N : NLMS adaptive filter coefficient M: the number of taps of the adaptive filter coefficient.

〔誤差信号〕
後方の加算部46において、誤差信号e(n)は以下の式(11)で計算される。
[Error signal]
In the rear addition unit 46, the error signal e N (n) is calculated by the following equation (11).

〔NLMS適応フィルタ係数〕
そして、NLMS適応フィルタ係数計算部44は、以下の式(12)により更新後の適応フィルタ係数w(k,n+1)を計算する。
[NLMS adaptive filter coefficient]
Then, the NLMS adaptive filter coefficient calculation unit 44 calculates the updated adaptive filter coefficient w N (k, n + 1) by the following equation (12).

〔本実施形態との比較〕
図6の単純モデルは、本実施形態と同等又は近似した性能を得られるものの、2種類の適応フィルタ42,52を並列に動作させるために2つの適応フィルタ係数を別々に計算する必要があり、それだけ計算量が多くなっている。
これに対し、本実施形態では1つの適応フィルタ22だけで最適に動作できる上、計算量は図6のモデルに比較して圧倒的に少なく済ませることができるという利点がある。
[Comparison with this embodiment]
Although the simple model of FIG. 6 can obtain the same or approximate performance as the present embodiment, it is necessary to separately calculate two adaptive filter coefficients in order to operate the two types of adaptive filters 42 and 52 in parallel. The amount of calculation has increased accordingly.
On the other hand, this embodiment has an advantage that it can operate optimally with only one adaptive filter 22 and that the amount of calculation can be overwhelmingly less than that of the model of FIG.

本発明は上述した一実施形態に制約されることなく、種々に変形して実施可能である。一実施形態では、一般的なNLMS適応フィルタとSLMS適応フィルタの2種類のアルゴリズムを1つに合成して特有のアルゴリズムを構成しているが、その他の種類のアルゴリズムを合成してもよい。また、より細分化された複数種類に及ぶ適応フィルタのアルゴリズムを合成して適応フィルタ係数を計算することとしてもよい。   The present invention can be implemented with various modifications without being limited to the above-described embodiment. In one embodiment, two types of algorithms, a general NLMS adaptive filter and an SLMS adaptive filter, are combined into one to form a unique algorithm, but other types of algorithms may be combined. Further, the adaptive filter coefficients may be calculated by synthesizing a plurality of types of adaptive filter algorithms that are more finely divided.

例えば、ミスアライメント等の応答特性が相補的な傾向を示す複数種類の適応フィルタを任意に取り合わせ、それぞれのアルゴリズムを合成して適応フィルタ係数の更新を行うことができる。どのような性質の適応フィルタを取り合わせるかには広汎な任意性があり、本発明の実施に際して特に制約はない。   For example, the adaptive filter coefficient can be updated by arbitrarily combining a plurality of types of adaptive filters whose response characteristics such as misalignment tend to be complementary, and combining the respective algorithms. There is a wide range of arbitrary characteristics in combining adaptive filters of any nature, and there are no particular restrictions on the implementation of the present invention.

本発明は補聴器としての実施形態だけでなく、例えば電話機、マイクミキシング機能付きの音響機器、拡声器、モニタ機能付き録音機、放送機器等の各種の音響装置としても実施可能である。また、各種の音響装置により本発明のフィードバックキャンセル方法を実現可能である。   The present invention can be implemented not only as an embodiment as a hearing aid but also as various acoustic devices such as a telephone, an acoustic device with a microphone mixing function, a loudspeaker, a recording device with a monitor function, and a broadcasting device. Further, the feedback cancellation method of the present invention can be realized by various acoustic devices.

10 マイクロホン
12 補聴処理部(音処理手段)
14 スピーカ(イヤホン)
20 フィードバックキャンセラ
22 適応フィルタ
24 適応フィルタ係数計算部(適応フィルタ係数算出手段)
26 加算部(帰還成分除去手段)
10 Microphone 12 Hearing Aid Processing Unit (Sound Processing Means)
14 Speaker (Earphone)
20 feedback canceller 22 adaptive filter 24 adaptive filter coefficient calculation unit (adaptive filter coefficient calculation means)
26 Adder (feedback component removal means)

Claims (4)

入力された音信号を増幅処理する音処理手段と、
前記音処理手段による増幅処理後の音信号に基づいて音を出力するスピーカと、
採取した周囲音を入力信号としつつ、前記スピーカから出力された音が前記マイクロホンに到達して得られる帰還成分をフィードバック信号として共に入力するマイクロホンと、
前記音処理手段による増幅処理後の音信号を参照信号として、この参照信号に適応フィルタ係数を畳み込みして前記帰還成分を推測した出力信号を形成する適応フィルタと、
前記マイクロホンの入力である前記入力信号と前記フィードバック信号との和を前記適応フィルタの所望信号とし、この所望信号と前記出力信号との差である誤差信号を前記音処理手段に対して増幅処理前の音信号として入力することにより、前記音処理手段による増幅処理後の音信号から前記帰還成分を除去する帰還成分除去手段と、
前記適応フィルタによる前記出力信号の算出に必要な前記適応フィルタ係数を、前記参照信号と前記誤差信号とを個別に用いる正規化LMS(Normalized Least Mean Square)アルゴリズムと符号付きLMS(Signed Least Mean Square)アルゴリズムとを結合して得られる1つの計算式を用いて更新する適応フィルタ係数計算手段と
を備えた音処理装置。
Sound processing means for amplifying the input sound signal;
A speaker that outputs sound based on the sound signal after amplification processing by the sound processing means;
While using the collected ambient sound as an input signal, a microphone that inputs a feedback component obtained by the sound output from the speaker reaching the microphone together as a feedback signal;
An adaptive filter that uses the sound signal amplified by the sound processing means as a reference signal, convolves an adaptive filter coefficient with the reference signal to form an output signal that estimates the feedback component;
The sum of the input signal that is the input of the microphone and the feedback signal is used as a desired signal of the adaptive filter, and an error signal that is the difference between the desired signal and the output signal is processed by the sound processing means before amplification processing. Feedback component removing means for removing the feedback component from the sound signal after amplification processing by the sound processing means,
A normalized LMS (Normalized Least Mean Square) algorithm and a signed LMS (Signed Least Mean Square) using the reference signal and the error signal individually as the adaptive filter coefficients necessary for the calculation of the output signal by the adaptive filter. A sound processing apparatus comprising: adaptive filter coefficient calculation means for updating using one calculation formula obtained by combining an algorithm.
請求項1に記載の音処理装置において、
離散時間系における前記所望信号をd(n)、前記出力信号をy(n)、前記誤差信号をe(n)、前記参照信号をu(n−k)、前記適応フィルタで用いられる前記適応フィルタ係数をw(k,n)、適応フィルタ係数のタップ数をMとしたとき、前記出力信号y(n)が次式(1)
により得られ、かつ、前記誤差信号e(n)が次式(2)
により得られるとき、
前記正規化LMSアルゴリズムのステップサイズをμ、前記符号付きLMSアルゴリズムのステップサイズをμとしたとき、前記適応フィルタ係数計算手段による更新後の前記適応フィルタ係数w(k,n+1)が次式(3)
により算出されることを特徴とする音処理装置。
The sound processing apparatus according to claim 1,
In the discrete-time system, the desired signal is d (n), the output signal is y (n), the error signal is e (n), the reference signal is u (nk), and the adaptation used in the adaptive filter. When the filter coefficient is w R (k, n) and the number of taps of the adaptive filter coefficient is M, the output signal y (n) is expressed by the following equation (1).
And the error signal e (n) is obtained by the following equation (2):
When obtained by
When the step size of the normalized LMS algorithm is μ N and the step size of the signed LMS algorithm is μ S , the adaptive filter coefficient w R (k, n + 1) updated by the adaptive filter coefficient calculation means is Formula (3)
A sound processing apparatus calculated by the following.
音処理装置内部の音処理部で入力された音信号を増幅処理し、この増幅処理後の音信号に基づいてスピーカから音を出力する一方、マイクロホンで採取した周囲音を入力信号としつつ、前記スピーカから出力された音が前記マイクロホンに到達して得られる帰還成分がフィードバック信号として共に前記マイクロホンに入力される過程で、
前記音処理部による増幅処理後の音信号を前記音処理装置内部で適応フィルタの参照信号とし、この参照信号に対し前記適応フィルタにより適応フィルタ係数を畳み込みして前記帰還成分を推測した出力信号を形成し、
前記音処理装置内部で前記マイクロホンの入力である前記入力信号と前記フィードバック信号との和を前記適応フィルタの所望信号とし、この所望信号と前記出力信号との差である誤差信号を前記音処理部に対して増幅処理前の音信号として入力することにより、前記音処理部による増幅処理後の音信号から前記帰還成分を除去しつつ、
前記適応フィルタによる前記出力信号の算出に必要な前記適応フィルタ係数を、前記参照信号と前記誤差信号とを個別に用いる正規化LMS(Normalized Least Mean Square)アルゴリズムと符号付きLMS(Signed Least Mean Square)アルゴリズムとを結合して得られる1つの計算式を用いて更新する
ことを特徴とするフィードバックキャンセル方法。
While amplifying the sound signal input by the sound processing unit inside the sound processing device, and outputting the sound from the speaker based on the sound signal after the amplification processing, while using the ambient sound collected by the microphone as the input signal, In the process in which the feedback component obtained by the sound output from the speaker reaching the microphone is input to the microphone together as a feedback signal,
The sound signal after the amplification processing by the sound processing unit is used as a reference signal for an adaptive filter inside the sound processing device, and an output signal obtained by convolution of the adaptive filter coefficient by the adaptive filter with respect to this reference signal and estimating the feedback component is obtained. Forming,
The sum of the input signal that is an input of the microphone and the feedback signal is set as a desired signal of the adaptive filter in the sound processing device, and an error signal that is a difference between the desired signal and the output signal is set as the sound processing unit. By inputting as a sound signal before the amplification processing for, while removing the feedback component from the sound signal after the amplification processing by the sound processing unit,
A normalized LMS (Normalized Least Mean Square) algorithm and a signed LMS (Signed Least Mean Square) using the reference signal and the error signal individually as the adaptive filter coefficients necessary for the calculation of the output signal by the adaptive filter. A feedback cancellation method, wherein updating is performed using one calculation formula obtained by combining an algorithm.
請求項4に記載のフィードバックキャンセル方法において、
離散時間系における前記所望信号をd(n)、前記出力信号をy(n)、前記誤差信号をe(n)、前記参照信号をu(n−k)、前記適応フィルタで用いられる前記適応フィルタ係数をw(k,n)、適応フィルタ係数のタップ数をMとしたとき、前記出力信号y(n)が次式(1)
により得られ、かつ、前記誤差信号e(n)が次式(2)
により得られるとき、
前記正規化LMSアルゴリズムのステップサイズをμ、前記符号付きLMSアルゴリズムのステップサイズをμとしたとき、前記適応フィルタ係数計算手段による更新後の前記適応フィルタ係数w(k,n+1)が次式(3)
により算出されることを特徴とするフィードバックキャンセル方法。
The feedback cancellation method according to claim 4,
In the discrete-time system, the desired signal is d (n), the output signal is y (n), the error signal is e (n), the reference signal is u (nk), and the adaptation used in the adaptive filter. When the filter coefficient is w R (k, n) and the number of taps of the adaptive filter coefficient is M, the output signal y (n) is expressed by the following equation (1).
And the error signal e (n) is obtained by the following equation (2):
When obtained by
When the step size of the normalized LMS algorithm is μ N and the step size of the signed LMS algorithm is μ S , the adaptive filter coefficient w R (k, n + 1) updated by the adaptive filter coefficient calculation means is Formula (3)
A feedback cancellation method characterized by being calculated by:
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