JP2018142886A - フィルタ設定装置、フィルタ設定方法、およびフィルタ設定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】複数のマイクを同時に使用する状況に対応したフィルタ設定装置、フィルタ設定方法およびフィルタ設定プログラムを提供する。【解決手段】フィルタ設定装置は、複数のマイクのそれぞれの音信号を、各音信号のレベルに応じたゲインでミキシングするミキサと、前記複数のマイクのそれぞれの音信号の周波数特性を調整する複数の入力側フィルタと、スピーカに供給される音信号の周波数特性を調整する出力側フィルタと、前記ミキサに前記複数のマイクのいずれかの音信号を出力させて、各系統のループゲインを変化させながら前記複数の入力側フィルタの各周波数特性を設定した後に、前記ミキサに複数の音信号をミキシングさせ、複数の系統を統合した統合系統のループゲインを変化させながら前記出力側フィルタの周波数特性の設定を行なう設定部と、を備えている。【選択図】図１

Description

この発明は、フィルタ設定装置、フィルタ設定方法およびフィルタ設定プログラムに関するものである。

マイクで取得した音をスピーカから拡声させる場合、ハウリングの対策を講じる必要がある。例えば、特許文献１は、マイクとスピーカの組み合わせ毎に伝達関数を測定して、システムの設定を変更する構成を開示している。

また、特許文献２、３は、ハウリングの周波数を検出して、当該周波数を抑制する構成を開示している。

特開平９−２４７７８７号公報 特開平１０−１４５８８８号公報 特開２００５−３４１１２９号公報

しかし、複数のマイクを同時に使用する場合には、同時に複数の帰還系統が生じる。先行技術文献に係るハウリングの対策手法は、いずれも、複数の帰還系統が相互に作用することにより生じるハウリングが考慮されていない。特許文献１においても、マイクとスピーカの組み合わせ毎に伝達関数を測定して、個々の系統について最適な設定を行なっているだけであり、実際の使用中に、同時に形成されている複数の帰還系統が相互に作用した状況には対応されていない。

本願発明は、複数のマイクを同時に使用する状況に対応したフィルタ設定装置、フィルタ設定方法およびフィルタ設定プログラムを提供することを目的とする。

この発明のフィルタ設定装置は、複数のマイクのそれぞれの音信号を、各音信号のレベルに応じたゲインでミキシングするミキサと、前記複数のマイクのそれぞれの音信号の周波数特性を調整する複数の入力側フィルタと、スピーカに供給される音信号の周波数特性を調整する出力側フィルタと、前記ミキサに前記複数のマイクのいずれかの音信号を出力させて、各系統のループゲインを変化させながら前記複数の入力側フィルタの各周波数特性を設定した後に、前記ミキサに複数の音信号をミキシングさせ、複数の系統を統合した統合系統のループゲインを変化させながら前記出力側フィルタの周波数特性の設定を行なう設定部と、を備えている。

この様に、フィルタ設定装置は、まず各入力側フィルタの周波数特性の設定を個別に行なった後に、出力側フィルタの周波数特性の設定を行なう。フィルタ設定装置は、出力側フィルタの設定を行なう際には、複数のマイクからの入力をミキシングした状態で設定を行なうため、実際の使用中に同時に形成されている複数の帰還系統が相互に作用した状況において、適切な設定を行なうことができる。

本発明のフィルタ設定装置は、複数のマイクを同時に使用する状況に対応することができる。

拡声システムが設置された室内の平面図である。 拡声システムの構成を示すブロック図である。 設定時の拡声システムの構成を示すブロック図である。 拡声システムの動作を示すフローチャートである。 拡声システムの動作を示すフローチャートである。 変形例１に係る拡声システムの動作を示すフローチャートである。 変形例２に係る信号処理装置４Ａの構成を示すブロック図である。

図１は、拡声システム１が設置された室内の平面図である。図２は、拡声システム１の構成を示すブロック図である。

拡声システム１は、複数のマイク（この例では２つのマイクＭ１およびマイクＭ２）、複数のスピーカ（この例では９つのスピーカＳ１〜スピーカＳ９）、信号処理装置４、および情報処理装置５を備えている。

図１の例では、拡声システム１は、天井に吊り下げられているマイクＭ１およびマイクＭ２から室内の下方に向けて音を出力する。話者Ｔは、マイクＭ１またはマイクＭ２の下に位置する。話者Ｔは、移動しながら会話を行なうため、各マイクとの距離が変化する。なお、マイクの数および設置位置は、図１に示した例に限るものではない。

マイクＭ１およびマイクＭ２は、話者Ｔの発話した音を収音する。マイクＭ１およびマイクＭ２は、取得した音に係る音信号を、それぞれマイクアンプ４９１およびマイクアンプ４９２に出力する。マイクアンプ４９１およびマイクアンプ４９２は、入力された音信号を増幅して、信号処理装置４に入力する。

図３に示すように、信号処理装置４は、ＦＢＳ（フィードバックサプレッサ）４５０、ＦＢＳ４５１、オートミキサ４２０、ＦＢＳ４５５、マトリクスミキサ４２、およびゲイン調整器４３を備えている。

マイクＭ１は、取得した音に係る音信号を、ＦＢＳ４４０に入力する。マイクＭ２は、取得した音に係る音信号を、ＦＢＳ４４１に入力する。

ＦＢＳ４４０およびＦＢＳ４４１は、それぞれ入力側フィルタに相当する。ＦＢＳ４４０およびＦＢＳ４４１は、ノッチフィルタを備え、入力信号のうち特定の周波数のレベルを減衰させる。ＦＢＳ４４０およびＦＢＳ４４１は、ノッチフィルタの周波数特性（中心周波数、レベル、および帯域幅等）を、後述の検出モードにおいて設定する。ＦＢＳ４４０およびＦＢＳ４４１は、処理後の音信号を、オートミキサ４２０に入力する。

オートミキサ４２０は、マイクＭ１およびマイクＭ２から入力される音信号をミキシングして後段のＦＢＳ４４５に出力する。オートミキサ４２０は、マイクＭ１およびマイクＭ２から入力される音信号のレベルに応じて各マイクのゲインを自動調整する。

例えば、オートミキサ４２０は、マイクＭ１およびマイクＭ２から入力される音信号のうち、最も高レベルであるいずれかのマイクを選択して、選択したマイクの音信号を後段に出力する。あるいは、オートミキサ４２０は、レベルが高い系統のゲインを高く設定し、レベルが低い系統のゲインを低く設定する。

ＦＢＳ４４５は、出力側フィルタに相当する。ＦＢＳ４４５も、ノッチフィルタを備え、入力信号のうち特定の周波数のレベルを減衰させる。ＦＢＳ４４５は、処理後の音信号をマトリクスミキサ４２に入力する。

マトリクスミキサ４２は、入力された音信号を複数系統（この例では、スピーカの数と同じ９つの系統）に分配する。

ゲイン調整器４３は、マトリクスミキサ４２で分配された各系統のゲイン調整器４３１〜ゲイン調整器４３９において、入力された音信号のゲインを調整し、スピーカアンプに出力する。

スピーカアンプ４５１〜スピーカアンプ４５９は、それぞれ入力された音信号を増幅して、スピーカＳ１〜スピーカＳ９に出力する。

拡声システム１は、天井に埋め込まれた複数のスピーカＳ１〜スピーカＳ９から室内の下方に向けて音を出力する。なお、スピーカの数、および平面視した設置態様も、図１に示した例に限るものではない。

以上の様にして、拡声システム１は、マイクＭ１およびマイクＭ２で取得された音を拡声し、受聴者Ｌ１〜Ｌ９に届ける。

情報処理装置５は、本発明のフィルタ設定装置に対応し、例えばパーソナルコンピュータからなる。情報処理装置５は、不図示のＣＰＵおよび記憶媒体を備えている。ＣＰＵは、記憶媒体に記憶されているプログラムを実行することで、設定部５３を実現する。

設定部５３は、オートミキサ４２０に複数のマイクのいずれかの音信号を出力させて、各系統のループゲインを変化させながらＦＢＳ４４０およびＦＢＳ４４１の各周波数特性を設定した後に、オートミキサ４２０に複数の音信号をミキシングさせ、複数の系統を統合した統合系統のループゲインを変化させながらＦＢＳ４４５の周波数特性の設定を行なう。

図３は、設定時における拡声システム１のブロック図であり、図４および図５は、設定時における拡声システム１の動作を示すフローチャートである。設定時における拡声システム１の信号処理装置は、信号検出部４９０および発振器４７０を備えている。これら信号検出部４９０および発振器４７０は、情報処理装置５のソフトウェアにより実現されてもよい。そのため、信号検出部４９０および発振器４７０は、本発明において必須の構成ではない。

まず、設定部５３は、対象となる系統（例えばマイクＭ１の系統）を選択する（ｓ１１）。その後、設定部５３は、オートミキサ４２０に対して、複数のマイクのうち対象系統（例えばマイクＭ１）の音信号を出力させる状態に設定する（ｓ１２）。設定部５３は、対象となる系統に対応するＦＢＳ４４０またはＦＢＳ４４１の設定を初期化した後に、ＦＢＳ４４０またはＦＢＳ４４１を検出モードに移行させる。また、設定部５３は、ゲイン調整器４３におけるゲイン調整器４３１〜ゲイン調整器４３９の全てを−∞ｄＢに設定し、対象となる系統のゲインを最小（−∞ｄＢ）に設定する。オートミキサ４２０のゲイン、マトリクスミキサ４２のゲインを−∞ｄＢに設定することでも、対象となる系統のゲインを設定することができる。

また、設定部５３は、発振器（図中のＧｅｎ．）４９１の動作を停止する。発振器４７０は、例えばホワイトノイズまたはピンクノイズ等の定常音、断続音、またはクリック音（パルス音）等の測定音を出力する。発振器４７０が当該測定音を室内に出力することで、ＦＢＳ４４０、ＦＢＳ４４１およびＦＢＳ４４５は、周波数特性の設定を高精度に行なうことができる。また、測定音は、信号検出部４９０に入力される。信号検出部４９０は、発振器４７０の測定音に係る音信号と、マトリクスミキサ４２の入力信号と、を比較することで、オープンループゲインを測定することができる。また、信号検出部４９０は、マトリクスミキサ４２の入力信号を観察することで、特定の周波数のレベルが増大しているか否か（すなわち、特定の周波数においてループゲインが０ｄＢを超えているか否か）を判断する。

その後、設定部５３は、発振器４７０を動作させ（ｓ１３）、例えば断続音を出力する。また、設定部５３は、ゲインを所定値ΔＧ（例えばΔＧ＝１ｄＢ）だけ上昇させ（ｓ１４）、ＦＢＳ４４０またはＦＢＳ４４１の設定を行なう（ｓ１５）。

ＦＢＳ４４０またはＦＢＳ４４１は、測定モードにおいて、入力された音信号の周波数特性に応じて、ノッチフィルタの周波数特性を調整する。ＦＢＳ４４０またはＦＢＳ４４１は、検出モード時において、入力された音信号を周波数信号に変換し、ハウリングが生じる可能性の高い周波数の検出を行なう。ＦＢＳ４４０またはＦＢＳ４４１は、例えば、各周波数の信号レベルが時間経過に従って増大し、かつ全周波数の平均値から所定値（例えば＋６ｄＢ）以上となった場合に、当該周波数においてハウリングが発生する可能性が高いと判断して、当該周波数のレベルが所定値未満となるように、ノッチフィルタの中心周波数、レベルおよび帯域幅を設定する。

その後、設定部５３は、ＦＢＳの設定が完了したか否か、またはハウリングが生じているか否かを判断する（ｓ１６）。設定部５３は、ＦＢＳ４４０またはＦＢＳ４４１のリソースが上限に達した場合等、ノッチフィルタの使用可能な数が上限に達した場合には、ＦＢＳの設定が完了したとみなす。設定部５３は、信号検出部４９０を介して、特定の周波数のレベルが増大しているか否かを判断することにより、ハウリングが生じているか否かを判断する。特定の周波数のレベルが増大する場合、当該周波数においてはループゲインが０ｄＢを超えているため、ハウリングが生じるとみなすことができる。この場合、ＦＢＳ４４０またはＦＢＳ４４１によるノッチフィルタでは抑えきれない程度のループゲインが生じているため、ＦＢＳ４４０またはＦＢＳ４４１の設定は完了したものとみなし、ＦＢＳ４４０およびＦＢＳ４４１の検出モードをオフにする。

ＦＢＳ４４０またはＦＢＳ４４１のリソースが上限に達していない場合、あるいはハウリングが生じていない場合には、設定部５３は、再度、ゲインを所定値ΔＧ（例えばΔＧ＝−１ｄＢ）だけ上昇させ（ｓ１４）、ＦＢＳ４４０またはＦＢＳ４４１の設定を行なう（ｓ１５）。

ＦＢＳ４４０またはＦＢＳ４４１のリソースが上限に達したか、あるいはハウリングが生じた場合には、設定部５３は、全マイクの系統の設定が完了したか否かを判断する（ｓ１７）。設定部５３は、設定が未完了のマイクがある場合、ｓ１１に戻り、対象となる系統を変更して、再度設定を繰り返す。

設定部５３は、全マイクの系統の設定が完了した場合、図５に示すように、オートミキサ４２０の全系統をオンして、オートミキサ４２０を動作モードに設定する（ｓ２２）。オートミキサ４２０は、動作モードにおいては、マイクＭ１およびマイクＭ２から入力される音信号のレベルに応じて各マイクのゲインを自動調整する。すなわち、オートミキサ４２０は、動作モードにおいて、複数のマイクの系統を統合する。

また、設定部５３は、ＦＢＳ４４５の設定を初期化した後に、ＦＢＳ４４５を検出モードに移行させる。また、設定部５３は、ゲイン調整器４３におけるゲイン調整器４３１〜ゲイン調整器４３９の全てを−∞ｄＢに設定し、統合系統のゲインを最小（−∞ｄＢ）に設定する。あるいは、マトリクスミキサ４２のゲインを−∞ｄＢに設定することでも、統合系統のゲインを設定することができる。また、設定部５３は、発振器（図中のＧｅｎ．）４９１の動作を停止する。

次に、設定部５３は、発振器４７０を動作させ（ｓ２３）、断続音を出力させる。また、設定部５３は、ゲインを所定値ΔＧ（例えばΔＧ＝＋１ｄＢ）だけ上昇させる（ｓ２４）。設定部５３は、ゲイン調整器４３におけるゲイン調整器４３１〜ゲイン調整器４３９の全てを一律にΔＧだけ上昇させる。

そして、設定部５３は、ＦＢＳ４４５の設定を行なう（ｓ２５）。ＦＢＳ４４５は、ＦＢＳ４４０およびＦＢＳ４４１と同様に、測定モードにおいて、入力された音信号の周波数特性に応じて、ノッチフィルタの周波数特性を調整する。ＦＢＳ４４５は、検出モード時において、入力された音信号を周波数信号に変換し、ハウリングが生じる可能性の高い周波数の検出を行なう。ＦＢＳ４４５は、例えば、時間経過に従って増大し、かつ全周波数の平均値から各周波数の信号レベルが所定値（例えば＋６ｄＢ）以上となった場合に、当該周波数においてハウリングが発生する可能性が高いと判断して、当該周波数のレベルが所定値未満となるように、ノッチフィルタの中心周波数、レベルおよび帯域幅を設定する。

その後、設定部５３は、ＦＢＳ４４５の設定が完了したか否か、またはハウリングが生じているか否かを判断する（ｓ２６）。設定部５３は、ＦＢＳ４４５のリソースが上限に達したか、あるいはハウリングが生じた場合には、設定部５３は、ＦＢＳ４４５の検出モードをオフにして、動作モードに設定し（Ｓ２８）、設定されたノッチフィルタの周波数特性を固定する。その後、設定部５３は、オープンループゲインを測定する（ｓ２７）。

オープンループゲインの測定時には、マトリクスミキサ４２は、発振器４７０から入力された測定音を全てのスピーカに同一レベルで分配する。また、オープンループゲインの測定時には、マトリクスミキサ４２は、入力信号を信号検出部４９０に出力して、後段のゲイン調整器４３には出力しない。

また、設定部５３は、発振器４７０の動作を停止させる。さらに、設定部５３は、測定したオープンループゲインに基づいて、統合系統のループゲインが所定値（例えば−６ｄＢ）になるように、ゲイン調整器４３のゲイン設定を行なう。これにより、統合系統のループゲインは、最大でも−６ｄＢとなるため、より適切に、ハウリングの発生を防止することができる。

この様に、拡声システム１は、まずＦＢＳ４４０およびＦＢＳ４４１の周波数特性の設定を個別に行なった後に、ＦＢＳ４４５の周波数特性の設定を行なう。拡声システム１は、ＦＢＳ４４５の設定を行なう際には、オートミキサ４２０をオンすることにより、複数のマイクからの入力をミキシングした状態で設定を行なう。オートミキサ４２０は、マイクＭ１およびマイクＭ２から入力される音信号のレベルに応じて各マイクのゲインを自動調整するため、複数の帰還系統を統合した統合系統を形成する。拡声システム１は、この統合系統においてＦＢＳ４４５の周波数特性の設定を行なう。したがって、拡声システム１は、実際の使用中に同時に形成されている複数の帰還系統が相互に作用した状況において、適切な設定を行なうことができる。また、オートミキサ４２０は、マイクＭ１およびマイクＭ２から入力される音信号のレベルに応じて各マイクのゲインを自動調整するため、統合系統のゲインが最も高い（ハウリングが生じやすい）状態となる。したがって、拡声システム１は、最もハウリングが生じやすい状態でＦＢＳ４４５の周波数特性を設定するため、ハウリングの発生を適切に防止することができる。

次に、図６は、変形例１に係る設定時における拡声システム１の動作を示すフローチャートである。変形例１では、拡声システム１は、ＦＢＳ４４５の設定が終了した後に、再設定（ｓ５１）を行なう。

すなわち、ＦＢＳ４４５の周波数特性を変更し、出力側の周波数特性を変化させると、入力側を含む帰還系統の伝達特性が変化するため、拡声システム１は、ＦＢＳ４４５の設定が終了した後に、図４に示したＦＢＳ４４０およびＦＢＳ４４１の設定を、再度行なう。これにより、拡声システム１は、より高精度にハウリングの発生を防止することができる。

なお、拡声システム１は、ＦＢＳ４４０、ＦＢＳ４４１、およびＦＢＳ４４５の設定を、最後に設定した内容で固定してもよいが、複数回の設定を行なう場合には、いずれか１つの設定を選択してもよい。

この場合、拡声システム１は、例えば、マトリクスミキサ４２の入力信号の音量（パワー）が最も大きくなる設定を選択する、拡声システム１は、例えば、ループゲインが最も小さくなる設定を選択する、または、最も音質が良い設定を選択する、等のいずれかの基準により、ＦＢＳ４４０、ＦＢＳ４４１、およびＦＢＳ４４５の周波数特性を設定する。最も音質が良い設定とは、ノッチフィルタによる制限が少ないものである。例えば、拡声システム１は、ＦＢＳ４４０、ＦＢＳ４４１、およびＦＢＳ４４５の周波数特性を積分し、該積分値が最も大きいものをすることで、最もノッチフィルタによる制限が少ないものを選択することができる。

図７は、変形例２に係る信号処理装置４Ａの構成を示すブロック図である。信号処理装置４Ａは、自動ＦＢＳ（ＦＢＳ Ａｕｔｏ）４８１、自動ＦＢＳ４８２、および自動ＦＢＳ４８３を備えている。信号処理装置４Ａは、ＦＢＳ４４０の後段に自動ＦＢＳ４８１を備え、ＦＢＳ４４１の後段に自動ＦＢＳ４８２を備え、ＦＢＳ４４５の後段に自動ＦＢＳ４８３を備えている。

自動ＦＢＳ４８１、自動ＦＢＳ４８２、および自動ＦＢＳ４８３は、それぞれノッチフィルタを備えている。自動ＦＢＳ４８１、自動ＦＢＳ４８２、および自動ＦＢＳ４８３は、それぞれハウリングが生じる可能性の高い周波数の検出を行なう。自動ＦＢＳ４８１、自動ＦＢＳ４８２、および自動ＦＢＳ４８３は、例えば、時間経過に従って増大し、かつ全周波数の平均値から各周波数の信号レベルが所定値（例えば＋６ｄＢ）以上となった場合に、当該周波数においてハウリングが発生する可能性が高いと判断して、当該周波数のレベルが所定値未満となるように、ノッチフィルタの中心周波数、レベルおよび帯域幅を設定する。したがって、信号処理装置４Ａは、さらにハウリングの発生を防止することができる。

本実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Ｌ１…受聴者
Ｍ１，Ｍ２…マイク
Ｓ１〜Ｓ９…スピーカ
Ｔ…話者
１…拡声システム
４，４Ａ…信号処理装置
５…情報処理装置
４２…マトリクスミキサ
４３…ゲイン調整器
５３…設定部
４２０…オートミキサ
４３１〜４３９…ゲイン調整器
４４０，４４１，４４５…ＦＢＳ
４５１〜４５９…スピーカアンプ
４７０…発振器
４８１，４８２，４８３…自動ＦＢＳ
４９０…信号検出部
４９１，４９２…マイクアンプ

Claims (8)

1. 複数のマイクのそれぞれの音信号を、各音信号のレベルに応じたゲインでミキシングするミキサと、
   前記複数のマイクのそれぞれの音信号の周波数特性を調整する複数の入力側フィルタと、
   スピーカに供給される音信号の周波数特性を調整する出力側フィルタと、
   前記ミキサに前記複数のマイクのいずれかの音信号を出力させて、各系統のループゲインを変化させながら前記複数の入力側フィルタの各周波数特性を設定した後に、前記ミキサに複数の音信号をミキシングさせ、複数の系統を統合した統合系統のループゲインを変化させながら前記出力側フィルタの周波数特性の設定を行なう設定部と、
   を備えたフィルタ設定装置。
2. 前記設定部は、前記ループゲインが所定値以下となるように、前記統合系統のゲインを設定する、
   請求項１に記載のフィルタ設定装置。
3. 前記設定部は、前記出力側フィルタの設定を行なった後に、再び前記複数のマイクのいずれかの音信号を出力させて再設定を行う、
   請求項１または請求項２に記載のフィルタ設定装置。
4. 前記設定部は、最初の設定と、前記再設定と、のうち前記スピーカから出力される音量が最も高くなる設定を選択する、
   請求項３に記載のフィルタ設定装置。
5. 前記設定部は、最初の設定と、前記再設定と、のうち前記統合系統のループゲインが最も低くなる設定を選択する、請求項３に記載のフィルタ設定装置。
6. 前記設定部は、最初の設定と、前記再設定と、のうち前記入力側フィルタの減衰量が最も低い設定を選択する、
   請求項３に記載のフィルタ設定装置。
7. 複数のマイクのそれぞれの音信号を、各音信号のレベルに応じたゲインでミキシングするミキサと、
   前記複数のマイクのそれぞれの音信号の周波数特性を調整する複数の入力側フィルタと、
   スピーカに供給される音信号の周波数特性を調整する出力側フィルタと、
   を備えた機器に対して、
   前記ミキサに前記複数のマイクのいずれかの音信号を出力させて、各系統のループゲインを変化させながら前記複数の入力側フィルタの各周波数特性を設定した後に、前記ミキサに複数の音信号をミキシングさせ、複数の系統を統合した統合系統のループゲインを変化させながら前記出力側フィルタの周波数特性の設定を行なう、
   フィルタ設定方法。
8. 複数のマイクのそれぞれの音信号を、各音信号のレベルに応じたゲインでミキシングするミキサと、
   前記複数のマイクのそれぞれの音信号の周波数特性を調整する複数の入力側フィルタと、
   スピーカに供給される音信号の周波数特性を調整する出力側フィルタと、
   を備えた機器に対して、
   前記ミキサに前記複数のマイクのいずれかの音信号を出力させて、各系統のループゲインを変化させながら前記複数の入力側フィルタの各周波数特性を設定した後に、前記ミキサに複数の音信号をミキシングさせ、複数の系統を統合した統合系統のループゲインを変化させながら前記出力側フィルタの周波数特性の設定を行なう、
   フィルタ設定プログラム。

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