JP2020120154A - 信号処理装置、ヘッドセット、プログラム、及びコンピュータ読み取り可能な媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】適応フィルタを使用しないでエコーキャンセルを行う。【解決手段】信号処理装置１０−１は、予め定められた伝達関数推定信号を発生する伝達関数推定信号発生部１２１と、伝達関数推定信号、又は信号処理装置１０−１に入力された音声信号を出力する切替部１３と、マイク２２により収音された信号を受信し、該受信した受信信号と伝達関数推定信号とから、伝達関数推定信号を耳装着装置２０を介して送受信する系の伝達関数を推定し、該伝達関数を有するフィルタの係数を決定するフィルタ係数決定部１２２と、受信信号から、音声信号及びフィルタ係数の畳み込み演算結果を減じるエコーキャンセル部と１１、を備え、切替部１３が出力する信号をスピーカ２１に送信する。【選択図】図１

Description

本発明は、エコーキャンセルを行うための信号処理装置、プログラム、及びコンピュータ読み取り可能な媒体、並びに該信号処理装置を備えるヘッドセットに関する。

従来、受話音を出力するスピーカと発話音を収音するマイクとを備えるヘッドセットが知られている。しかし、マイクが外部に露出されている場合には、発話音と共に周囲の騒音が比較的大きく収音されてしまい、発話信号のＳＮ比（信号対雑音比）が低下する。

そこで、耳孔に挿入可能に構成された耳孔装着型のヘッドセット（マイク一体型イヤホン）が開発されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された耳孔装着型のヘッドセットでは、発話音を収音するマイクは、外部から略密閉とされ、且つ発話者の外耳道と通じる空間内に配置されたものとなるため、騒音の影響を効果的に低減することができる。また、発話者の外耳道を経由して伝播する発話音を収音するものとしたことで、装着者から発せられ外界を伝播する発話音を収音する従来のヘッドセットよりも、ＳＮ比を改善することができる。

特許第６１９７９３０号公報

外耳道側に配置されたマイクによる通話を行うことは、ヘッドセットにより外部ノイズを抑制するため、騒音環境下でも会話をしやすいという利点がある。しかし、スピーカとマイクが近接するため、通話で使用するためにはエコーキャンセル技術が必須となる。このエコーキャンセル技術において、エコーの個人差に対応するために、一般には、適応フィルタを用いてエコーキャンセルを行うことが多い。しかしながら、適応フィルタを使用すると、回路規模及び消費電力が大きくなるため、特に携帯型のヘッドセットにおいては望ましくない。

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、適応フィルタを使用しないでエコーキャンセルを行うことが可能な信号処理装置、ヘッドセット、プログラム、及びコンピュータ読み取り可能な媒体を提供することにある。なお、このヘッドセットは、耳孔に挿入可能に構成された耳孔装着型のヘッドセットに限るものではなく、一般的なヘッドフォン、及びイヤホンを含むものである。

上記課題を解決するため、本発明に係る信号処理装置は、耳に装着される耳装着装置が有するスピーカに信号を送信するとともに、前記耳装着装置が有するマイクが収音する信号を受信する信号処理装置であって、予め定められた伝達関数推定信号を発生する伝達関数推定信号発生部と、前記伝達関数推定信号、又は当該信号処理装置に入力された音声信号を出力する切替部と、前記マイクにより収音された信号を受信し、該受信した受信信号と前記伝達関数推定信号とから、前記伝達関数推定信号を前記耳装着装置を介して送受信する系の伝達関数を推定し、該伝達関数を有するフィルタの係数を決定するフィルタ係数決定部と、前記受信信号から、前記音声信号及び前記係数の畳み込み演算結果を減じるエコーキャンセル部と、を備え、前記切替部が出力する信号を前記スピーカに送信する。

さらに、本発明に係る信号処理装置において、前記切替部が出力する信号から前記受信信号を減じてフィードバック信号を生成する減算部と、前記フィードバック信号に対してフィルタ処理を行ってフィルタ処理信号を生成するフィードバックフィルタ処理部と、を更に備え、前記切替部が出力する信号に代えて前記フィルタ処理信号を前記スピーカに送信するようにしてもよい。

さらに、本発明に係る信号処理装置において、前記切替部が出力する信号に対してフィルタ処理を行って補正信号を生成する補正フィルタ処理部を更に備え、前記減算部は、前記補正信号から前記受信信号を減じて前記フィードバック信号を生成するようにしてもよい。

さらに、本発明に係る信号処理装置において、前記受信信号に対してフィルタ処理を行ってフィルタ処理信号を生成するフィードバックフィルタ処理部と、前記切替部が出力する信号から前記フィルタ処理信号を減じてフィードバック信号を生成する減算部と、を更に備え、前記切替部が出力する信号に代えて前記フィードバック信号を前記スピーカに送信するようにしてもよい。

さらに、本発明に係る信号処理装置において、前記切替部が出力する信号に対してフィルタ処理を行って補正信号を生成する補正フィルタ処理部を更に備え、前記減算部は、前記補正信号から前記フィルタ処理信号を減じて前記フィードバック信号を生成するようにしてもよい。

また、上記課題を解決するため、本発明に係るヘッドセットは、上記信号処理装置と、前記スピーカ及び前記マイクを一体に有する耳装着装置と、を備える。

また、上記課題を解決するため、本発明に係るプログラムは、コンピュータを上記信号処理装置として機能させる。

また、上記課題を解決するため、本発明に係るコンピュータ読み取り可能な媒体は、上記プログラムを有する。

本発明によれば、適応フィルタを使用しないでエコーキャンセルを行うことができるため、回路規模及び消費電力の増大を抑制することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る信号処理装置及びヘッドセットの構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るヘッドセットの動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る信号処理装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る信号処理装置の構成例を示すブロック図である。

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る信号処理装置及びヘッドセットについて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る信号処理装置及びヘッドセットの構成例を示す図である。図１に示すように、ヘッドセット１は、信号処理装置１０−１と、耳装着装置２０とを備える。信号処理装置１０−１と耳装着装置２０とは一体に構成されてもよいし、分離していてもよい。

信号処理装置１０−１は、エコーキャンセル部１１と、伝達関数推定部１２と、切替部１３と、ＤＡ変換部１４と、ＡＤ変換部１５とを備える。なお、図示を省略するが、ＤＡ変換部１４の出力側に増幅器を設けてもよいし、ＡＤ変換部１５の入力側に増幅器を設けてもよい。また、ＤＡ変換部１４及びＡＤ変換部１５の一方又は双方は、耳装着装置２０側に備えられていてもよい。信号処理装置１０−１は、耳装着装置２０が有するスピーカ２１に信号を送信するとともに、耳装着装置２０が有するマイク２２が収音する信号を受信する。

耳装着装置２０は、耳に装着される装置であり、スピーカ２１と、マイク２２とを備える。耳装着装置２０の耳への装着方法は特に限定されるものではなく、例えば耳孔に挿入してもよいし、一般的なイヤホン・ヘッドホンのように耳に掛けたり押し当てたりしてもよい。なお、耳装着装置２０はハイブリッド方式のＡＮＣ（Active Noise Cancellation）処理を行うためにマイクを２つ備えていてもよく、その場合にはマイク２２は内側（外耳道側）に設置されたマイクを指す。

伝達関数推定部１２は、伝達関数推定信号発生部１２１と、フィルタ係数決定部１２２と、フィルタ係数記憶部１２３とを備える。伝達関数推定信号発生部１２１は、耳装着装置２０におけるスピーカ２１からマイク２２までの空間伝達関数を推定するために、予め定められた伝達関数推定信号を発生する。そして、伝達関数推定信号発生部１２１は、伝達関数推定信号を切替部１３及びフィルタ係数決定部１２２に出力する。伝達関数推定信号は、例えばＴＳＰ（Time Stretched Pulse）信号とすることができる。なお、ＴＳＰ信号を用いることにより伝達関数推定の演算処理が容易になるが、伝達関数推定信号はＴＳＰ信号に限られない。

切替部１３は、伝達関数推定信号発生部１２１から入力された伝達関数推定信号と、信号処理装置１０−１に入力された音声信号とを切り替えて、いずれか一方の信号をＤＡ変換部１４に出力する。音声信号は、図示しない携帯端末から入力された受話信号、音楽信号などである。切替部１３は、伝達関数の推定時には伝達関数推定信号を選択し、それ以外では音声信号を選択する。

ＤＡ変換部１４は、切替部１３から入力された音声信号又は伝達関数推定信号を、デジタル信号からアナログ信号に変換する。そして、ＤＡ変換部１４は、生成したアナログ信号をスピーカ２１に送信する。

スピーカ２１は、ＤＡ変換部１４から入力されたアナログの電気信号を振動に変換して出力する。

マイク２２は、ヘッドセット１の装着者によって発せられ、外耳道を通じて伝搬する発話音を収音し、収音した信号をＡＤ変換部１５に出力する。マイク２２は発話音のみを収音するのが理想的であるが、実際にはスピーカ２１が出力する信号も収音してしまう。

ＡＤ変換部１５は、マイク２２により収音された信号を受信し、該受信した受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。そして、ＡＤ変換部１５は、生成したデジタル信号を、伝達関数推定時にはフィルタ係数決定部１２２に出力し、エコーキャンセル時にはエコーキャンセル部１１に出力する。

フィルタ係数決定部１２２は、伝達関数推定信号発生部１２１から入力された伝達関数推定信号と、ＡＤ変換部１５から入力されたデジタル信号とから、伝達関数推定信号を耳装着装置２０を介して送受信する系（切替部１３、ＤＡ変換部１４、耳装着装置２０、及びＡＤ変換部１５で構成される系）の伝達関数を推定し、該伝達関数を有するフィルタ（エコーキャンセルフィルタ）の係数を決定する。そして、フィルタ係数決定部１２２は、決定したフィルタの係数をフィルタ係数記憶部１２３に出力する。

耳装着装置２０が耳に装着された状態で、伝達関数推定信号発生部１２１は、伝達関数推定信号を出力する。この伝達関数推定信号を周波数領域の表現でＸとする。以下の説明において、数式は周波数領域で表現する。伝達関数推定信号が、切替部１３、ＤＡ変換部１４、及びスピーカ２１を通してマイク２２で収音されると、ＡＤ変換部１５の出力信号Ｙは、次式で表される。すなわち、信号Ｙは切替部１３により伝達関数推定信号が選択された場合（伝達関数推定処理時）のＡＤ変換部１５の出力信号である。Ｈは耳装着装置２０のスピーカ２１からマイク２２までの空間伝達関数である。

よって、フィルタ係数決定部１２２は、Ｙ／Ｘの演算を行うことにより、伝達関数Ｈを取得し、伝達関数Ｈを有するフィルタの係数を決定する。ただし、実際には各種測定誤差、外乱などにより理想値に対して誤差を含む推定値となる。なお、ＴＳＰ信号では１／Ｘを作りやすいため、伝達関数推定信号をＴＳＰ信号とすることにより、伝達関数推定の処理を容易に行うことが可能となる。一方、ＴＳＰ信号（スイープ信号）がユーザにとって耳障りである場合には、任意の音声信号についても１／Ｘに対応する逆特性を取得すれば、同様の処理が可能となる。

フィルタ係数記憶部１２３は、フィルタ係数決定部１２２により決定されたエコーキャンセルフィルタの係数を記憶する。

エコーキャンセル部１１は、キャンセル信号生成部１１１と、減算部１１２とを有する。キャンセル信号生成部１１１は、音声信号Ｒと、フィルタ係数記憶部１２３から取得したエコーキャンセルフィルタの係数（＝伝達関数）Ｈとの畳み込み演算を行い、ＨＲをキャンセル信号として生成する。そして、キャンセル信号生成部１１１は、キャンセル信号を減算部１１２に出力する。

減算部１１２は、ＡＤ変換部１５から入力されたデジタル信号から、キャンセル信号生成部１１１から入力されたキャンセル信号を減じて、送話信号を生成する。そして、減算部１１２は、生成した送話信号を信号処理装置１０−１の外部に出力する。

音声信号Ｒが切替部１３及びＤＡ変換部１４を通してスピーカ２１から出力され、ヘッドセット１の装着者が発話信号Ｖを発した場合、ＡＤ変換部１５が出力する信号Ｙ’は、次式で表される。よって、減算部１１２により、ＡＤ変換部１５の出力信号Ｙ’からキャンセル信号であるＨＲを減じることで、理想的には、送話信号Ｓは発話信号Ｖと等しくなり、エコーのない、装着者の発話信号のみを出力することができる。

次に、ヘッドセット１の動作について、図２を参照して説明する。図２は、ヘッドセット１の動作を示すフローチャートである。

ステップＳ１０１において、ヘッドセット１はユーザに装着される。耳装着装置２０はユーザの耳に装着される。

ステップＳ１０２において、エコーキャンセルフィルタの推定を行うか否か、すなわち伝達関数の推定を行うか否かが選択される。伝達関数の推定は、例えば、ヘッドセット１の装着時、通話開始時、音声認識開始時などの処理の最初に実施される。伝達関数の推定は、所定の時間が経過した場合に再度実施するようにしてもよい。

伝達関数を推定する場合には（ステップＳ１０２−Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３において、伝達関数推定信号発生部１２１により伝達関数推定信号を発生し、切替部１３により伝達関数推定信号を選択する。伝達関数推定信号はＤＡ変換部１４を通って耳装着装置２０のスピーカ２１に送信される。

続いて、ステップＳ１０４において、スピーカ２１により伝達関数推定信号を出力し、マイク２２によりスピーカ２１から出力された伝達関数推定信号を収音する。

続いて、ステップＳ１０５において、フィルタ係数決定部１２２により、伝達関数推定信号とＡＤ変換部１５から入力された応答信号とから伝達関数を推定し、エコーキャンセルフィルタの係数を決定する。

続いて、ステップＳ１０５において、フィルタ係数記憶部１２３によりエコーキャンセルフィルタの係数を記憶する。

ステップＳ１０３からステップＳ１０６によるエコーキャンセルフィルタの推定が終了した場合、あるいは、ステップＳ１０２において、エコーキャンセルフィルタの推定を行わない場合には（ステップＳ１０２−Ｎｏ）、ステップＳ１０７において、エコーキャンセル処理を実施する。

ステップＳ１０７では、切替部１３により音声信号を選択し、エコーキャンセル部１１によりフィルタ係数記憶部１２３に記憶されたエコーキャンセルフィルタの係数を取得する。そして、エコーキャンセル部１１により、エコーキャンセル処理を実施する。

上述したように、第１の実施形態に係る信号処理装置１０−１は、予め定められた伝達関数推定信号を用いて伝達関数を推定し、推定した伝達関数を用いてエコーキャンセルを実施する。そのため、信号処理装置１０−１、及び信号処理装置１０−１を備えるヘッドセット１によれば、適応フィルタを使用しないでエコーキャンセルを行うことができ、回路規模及び消費電力の増大を抑制することが可能となる。

また、エコーキャンセルフィルタを固定とした場合には、耳装着装置の装着の程度が不十分であるなどのヘッドセットの装着の状況や、個人ごとの外耳道の形状などによっては、十分なエコーキャンセルができないことがある。その点、信号処理装置１０−１は、ヘッドセット１の装着時にユーザごとに個別にエコーキャンセルフィルタを決定することができるため、エコーキャンセルの効果を向上させることが可能となる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る信号処理装置及びヘッドセットについて説明する。図３は、本発明の第２の実施形態に係る信号処理装置及びヘッドセットの構成例を示す図である。図３に示すように、ヘッドセット２は、信号処理装置１０−２と、耳装着装置２０とを備える。信号処理装置１０−２と耳装着装置２０とは一体に構成されてもよいし、分離していてもよい。

信号処理装置１０−２は、エコーキャンセル部１１と、伝達関数推定部１２と、切替部１３と、ＤＡ変換部１４と、ＡＤ変換部１５と、補正フィルタ処理部１６と、減算部１７と、フィードバックフィルタ処理部１８とを備える。第２の実施形態は第１の実施形態と比較して、信号処理装置１０−２が更に補正フィルタ処理部１６、減算部１７、及びフィードバックフィルタ処理部１８を備える点が相違する。その他の構成については第１の実施形態と同一であるため、同一の参照番号を付して適宜説明を省略する。

補正フィルタ処理部１６は、切替部１３から入力された信号に対して、補正フィルタを用いて適宜フィルタ処理を行い、信号を補正して補正信号を生成する。そして、補正フィルタ処理部１６は、補正信号を減算部１７に出力する。信号処理装置１０−２は補正フィルタ処理部１６を備えなくてもよいが、補正フィルタ処理部１６を備えることにより、後述するフィードバックフィルタ処理部１８の不完全性を補完したり、通常動作時の音声信号の聴感を調整したりすることができる。

減算部１７は、補正フィルタ処理部１６から入力された補正信号から、ＡＤ変換部１５から入力されたデジタル信号を減じてフィードバック信号を生成する。そして、減算部１７は、フィードバック信号をフィードバックフィルタ処理部１８に出力する。

フィードバックフィルタ処理部１８は、減算部１７から入力されたフィードバック信号に対して、フィードバックフィルタを用いてフィルタ処理を行い、フィルタ処理信号を生成する。そして、フィードバックフィルタ処理部１８は、フィルタ処理信号をＤＡ変換部１４に出力する。フィードバックフィルタを用いることにより、外部ノイズを軽減するＡＮＣ(Active Noise Cancellation)や、オクルージョン効果（外耳道閉塞効果）を抑制するＡＯＣ(Active Occlusion Cancellation)などを実現することができる。オクルージョン効果とは、イヤホンなどのヘッドセットにより外耳道が密閉されると、自分の音声について、ドラム缶やトンネルの中で話しているような洞音（ハロー音）やブーンと低音が響く音（ブーミー音）がする現象である（例えば、「補聴器ハンドブック 原著第２版」、ｐ１４８を参照）。このとき、１００〜１．５ｋＨｚ程度の周波数領域で最大１５ｄＢ前後のＳＰＬ（Sound Pressure Levels）の増加がみられる。

ＤＡ変換部１４は、フィードバックフィルタ処理部１８から入力されたフィルタ処理信号を、デジタル信号からアナログ信号に変換する。そして、ＤＡ変換部１４は、生成したアナログ信号をスピーカ２１に送信する。

＜伝達関数の推定＞
伝達関数推定処理時には、伝達関数推定信号発生部１２１は伝達関数推定信号Ｘを出力する。伝達関数推定信号Ｘが、切替部１３、補正フィルタ処理部１６、減算部１７、フィードバックフィルタ処理部１８、ＤＡ変換部１４、及びスピーカ２１を通してマイク２２で収音されると、ＡＤ変換部１５の出力信号Ｙは、次式で表される。すなわち、信号Ｙは切替部１３により伝達関数推定信号が選択された場合（伝達関数推定処理時）のＡＤ変換部１５の出力信号である。Ｈは耳装着装置２０のスピーカ２１からマイク２２までの空間伝達関数である。Ｋは補正フィルタの周波数領域の表現であり、Ｆはフィードバックフィルタの周波数領域の表現である。

フィルタ係数決定部１２２は、Ｙ／Ｘの演算を行うことで、伝達関数推定信号Ｘを耳装着装置２０を介して送受信する系（切替部１３、補正フィルタ処理部１６、減算部１７、フィードバックフィルタ処理部１８、ＤＡ変換部１４、耳装着装置２０、及びＡＤ変換部１５で構成される系）の伝達関数Ｈ^＊を得る。式（３）より、伝達関数Ｈ^＊は次式で表される。

＜エコーキャンセル＞
本実施形態では、オクルージョン効果を考慮してエコーキャンセルを実施する。発話信号をＶとし、オクルージョン効果による補正項をＧとすると、オクルージョン効果を含んだ音声信号はＧＶで表される。Ｇは、音声帯域に対して低域の周波数領域（１００〜１．５ｋＨｚ程度）で正のゲインを持つ。

切替部１３が音声信号Ｒを選択し、音声信号を上記のＧＶとし、マイク２２に入力される外乱信号（外部ノイズ）をＮとした場合、ＡＤ変換部１５の出力信号Ｙ’は（ＫＲ−Ｙ’）ＦＨ＋ＧＶ＋Ｎとなる。整理すると信号Ｙ’は次式で表される。

フィードバックフィルタ処理部１８は、減算部１７から入力された信号に対して、フィルタ処理を行う。フィードバックシステムにおける安定性を確保しながら、特定の周波数領域において高ゲインのフィルタを作成すれば、その周波数領域におけるマイク２２に入力される外乱信号Ｎなどに対して、抑圧することができる。ＡＤ変換部１５の出力信号Ｙ’は式（５）で表されることから、例えばオクルージョン効果を抑制するためには、フィードバックフィルタＦは次式を満たすように設計される。しかしながら、ＨやＧの測定誤差により、通常は理想値からの差分δを含むため、厳密には式（６）の右辺は１＋δとなる。

補正フィルタ処理部１６は、例えば、式（５）で表される信号Ｙ’に対して、次式を満たすように補正フィルタＫを設計した場合には、信号Ｙ’の音声信号成分を、フィードバックフィルタＦが存在しない場合と同様の信号とすることができる。しかしながら、ＨやＧの測定誤差により、通常は理想値からの差分δを含むため、厳密には式（７）の右辺は１＋δとなる。

キャンセル信号生成部１１１は、音声信号Ｒと、フィルタ係数記憶部１２３から取得したフィルタ係数（＝伝達関数）Ｈ^＊との畳み込み演算を行い、Ｈ^＊Ｒをキャンセル信号として算出する。そして、キャンセル信号生成部１１１は、キャンセル信号を減算部１１２に出力する。

減算部１１２は、ＡＤ変換部１５から入力された信号Ｙ’から、キャンセル信号生成部１１１から入力されたキャンセル信号を減じて、送話信号Ｓを生成する。信号Ｙ’が式（５）で表される場合には、送話信号Ｓは次式で表され、音声信号Ｒに関してエコーキャンセルを行うことができる。

ここで、オクルージョンキャンセルのために、フィードバックフィルタＦを式（６）を満たすように設計し、誤差δを考慮すると、送話信号Ｓは次式で表される。一般に、Ｇは音声帯域に対して低域の周波数領域（１００〜１．５ｋＨｚ程度）で正のゲインを持つという特徴があるため、この周波数領域で外乱Ｎもまた抑圧されることを意味する。

上述したように、第２の実施形態に係る信号処理装置１０−２は、減算部１７から入力された信号に対してフィルタ処理を行うフィードバックフィルタ処理部１８を備える。そのため、信号処理装置１０−２、及び信号処理装置１０−２を備えるヘッドセット２によれば、さらにオクルージョン効果を抑制するとともに、外部ノイズを軽減することが可能となる。

また、第２の実施形態に係る信号処理装置１０−２は、切替部１３が出力する信号に対してフィルタ処理を行う補正フィルタ処理部１６を備えてもよい。その場合には、フィードバックフィルタ処理部１８の不完全性を補完したり、音声信号の聴感を調整したりすることが可能となる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る信号処理装置及びヘッドセットについて説明する。図４は、本発明の第３の実施形態に係る信号処理装置及びヘッドセットの構成例を示す図である。図４に示すように、ヘッドセット３は、信号処理装置１０−３と、耳装着装置２０とを備える。信号処理装置１０−３と耳装着装置２０とは一体に構成されてもよいし、分離していてもよい。

信号処理装置１０−３は、エコーキャンセル部１１と、伝達関数推定部１２と、切替部１３と、ＤＡ変換部１４と、ＡＤ変換部１５と、補正フィルタ処理部１６と、減算部１７と、フィードバックフィルタ処理部１８とを備える。第３の実施形態は第２の実施形態と比較して、フィードバックフィルタ処理部１８の配置位置が相違する。その他の構成については第２の実施形態と同一であるため、同一の参照番号を付して適宜説明を省略する。

フィードバックフィルタ処理部１８は、ＡＤ変換部１５から入力された信号に対して、フィードバックフィルタを用いてフィルタ処理を行い、フィルタ処理信号を生成する。そして、フィードバックフィルタ処理部１８は、フィルタ処理信号を減算部１７に出力する。

減算部１７は、補正フィルタ処理部１６から入力された補正信号から、フィードバックフィルタ処理部１８から入力されたフィルタ処理信号を減じてフィードバック信号を生成する。そして、減算部１７は、フィードバック信号をＤＡ変換部１４に出力する。

＜伝達関数の推定＞
伝達関数推定処理時には、伝達関数推定信号発生部１２１は伝達関数推定信号Ｘを出力する。伝達関数推定信号Ｘが、切替部１３、補正フィルタ処理部１６、減算部１７、ＤＡ変換部１４、及びスピーカ２１を通してマイク２２で収音されると、ＡＤ変換部１５の出力信号は、次式で表される。すなわち、信号Ｙは切替部１３により伝達関数推定信号が選択された場合（伝達関数推定処理時）のＡＤ変換部１５の出力信号である。Ｈは耳装着装置２０のスピーカ２１からマイク２２までの空間伝達関数である。Ｋは補正フィルタの周波数領域の表現であり、Ｆはフィードバックフィルタの周波数領域の表現である。

フィルタ係数決定部１２２は、Ｙ／Ｘの演算を行うことで、伝達関数推定信号を耳装着装置２０を介して送受信する系（切替部１３、補正フィルタ処理部１６、減算部１７、ＤＡ変換部１４、耳装着装置２０、ＡＤ変換部１５、及びフィードバックフィルタ処理部１８で構成されるシステム）の伝達関数Ｈ^＊を得る。式（１０）より、伝達関数Ｈ^＊は次式で表される。

＜エコーキャンセル＞
切替部１３が音声信号Ｒを選択し、第２の実施形態と同様に音声信号をＧＶとし、マイク２２に入力される外乱信号をＮとした場合、ＡＤ変換部１５の出力信号Ｙ’は（ＫＲ−ＦＹ’）Ｈ＋ＧＶ＋Ｎとなる。整理すると信号Ｙ’は次式で表される。

フィードバックフィルタ処理部１８は、ＡＤ変換部１５から入力された信号に対して、フィルタ処理を行う。フィードバックシステムにおける安定性を確保しながら、特定の周波数領域において高ゲインのフィルタを作成すれば、その周波数領域におけるマイク２２に入力される外乱信号Ｎなどに対して、抑圧することができる。ＡＤ変換部１５の出力信号Ｙ’は式（１２）で表されることから、例えばオクルージョン効果を抑制するためには、フィードバックフィルタＦは第２の実施形態と同様に式（６）を満たすように設計される。

補正フィルタ処理部１６は、例えば、式（１２）で表される信号Ｙ’に対して、次式を満たすように補正フィルタＫを設計した場合には、信号Ｙ’を、フィードバックフィルタＦが存在しない場合と同様の信号とすることができる。しかしながら、ＨやＧの測定誤差により、通常は理想値からの差分δを含むため、厳密には式（１３）の右辺は１＋δとなる。

キャンセル信号生成部１１１は、音声信号Ｒに、フィルタ係数記憶部１２３から取得したフィルタ係数（＝伝達関数）Ｈ^＊との畳み込み演算を行い、Ｈ^＊Ｒをキャンセル信号として算出する。そして、キャンセル信号生成部１１１は、キャンセル信号を減算部１１２に出力する。

減算部１１２は、ＡＤ変換部１５から入力された信号Ｙ’から、キャンセル信号生成部１１１から入力されたキャンセル信号を減じて、送話信号Ｓを生成する。信号Ｙ’が式（１２）で表される場合には、減算部１１２が出力する送話信号Ｓは第２の実施形態と同様に式（８）で表され、音声信号Ｒに関してエコーキャンセルを行うことができる。また、オクルージョンキャンセルのために、フィードバックフィルタＦを式（６）を満たすように設計すると、送話信号Ｓは第２の実施形態と同様に式（９）で表される。

上述したように、第３の実施形態に係る信号処理装置１０−３は、ＡＤ変換部１５から入力された信号に対してフィルタ処理を行うフィードバックフィルタ処理部１８を備える。そのため、信号処理装置１０−３、及び信号処理装置１０−３を備えるヘッドセット３によれば、第２の実施形態と同様に、オクルージョン効果を抑制するとともに、外部ノイズを軽減することが可能となる。

また、第３の実施形態に係る信号処理装置１０−３は、切替部１３が出力する信号に対してフィルタ処理を行う補正フィルタ処理部１６を備えてもよい。その場合には、第２の実施形態と同様に、フィードバックフィルタ処理部１８の不完全性を補完したり、音声信号の聴感を調整したりすることが可能となる。

なお、信号処理装置１０−１，１０−２，１０−３として機能させるためにコンピュータを用いることも可能である。そのようなコンピュータは、信号処理装置１０−１，１０−２，１０−３の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを該コンピュータの記憶部に格納しておき、該コンピュータのＣＰＵ(Central Processing Unit)やＤＳＰ(Digital Signal Processor)によってこのプログラムを読み出して実行させることで実現することができる。また、このプログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体に記録されていてもよい。コンピュータ読み取り可能な媒体を用いれば、コンピュータにインストールすることが可能である。ここで、プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な媒体は、非一過性の記録媒体であってもよい。非一過性の記録媒体は、特に限定されるものではないが、例えば、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭなどの記録媒体であってもよい。

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態の構成図に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。

１，２，３ ヘッドセット
１０−１，１０−２，１０−３ 信号処理装置
１１ エコーキャンセル部
１２ 伝達関数推定部
１３ 切替部
１４ ＤＡ変換部
１５ ＡＤ変換部
１６ 補正フィルタ処理部
１７ 減算部
１８ フィードバックフィルタ処理部
２０ 耳装着装置
２１ スピーカ
２２ マイク
１１１ キャンセル信号生成部
１１２ 減算部
１２１ 伝達関数推定信号発生部
１２２ フィルタ係数決定部
１２３ フィルタ係数記憶部

Claims (8)

1. 耳に装着される耳装着装置が有するスピーカに信号を送信するとともに、前記耳装着装置が有するマイクが収音する信号を受信する信号処理装置であって、
   予め定められた伝達関数推定信号を発生する伝達関数推定信号発生部と、
   前記伝達関数推定信号、又は当該信号処理装置に入力された音声信号を出力する切替部と、
   前記マイクにより収音された信号を受信し、該受信した受信信号と前記伝達関数推定信号とから、前記伝達関数推定信号を前記耳装着装置を介して送受信する系の伝達関数を推定し、該伝達関数を有するフィルタの係数を決定するフィルタ係数決定部と、
   前記受信信号から、前記音声信号及び前記係数の畳み込み演算結果を減じるエコーキャンセル部と、
   を備え、
   前記切替部が出力する信号を前記スピーカに送信する、信号処理装置。
2. 前記切替部が出力する信号から前記受信信号を減じてフィードバック信号を生成する減算部と、
   前記フィードバック信号に対してフィルタ処理を行ってフィルタ処理信号を生成するフィードバックフィルタ処理部と、を更に備え、
   前記切替部が出力する信号に代えて前記フィルタ処理信号を前記スピーカに送信する、請求項１に記載の信号処理装置。
3. 前記切替部が出力する信号に対してフィルタ処理を行って補正信号を生成する補正フィルタ処理部を更に備え、
   前記減算部は、前記補正信号から前記受信信号を減じて前記フィードバック信号を生成する、請求項２に記載の信号処理装置。
4. 前記受信信号に対してフィルタ処理を行ってフィルタ処理信号を生成するフィードバックフィルタ処理部と、
   前記切替部が出力する信号から前記フィルタ処理信号を減じてフィードバック信号を生成する減算部と、を更に備え、
   前記切替部が出力する信号に代えて前記フィードバック信号を前記スピーカに送信する、請求項１に記載の信号処理装置。
5. 前記切替部が出力する信号に対してフィルタ処理を行って補正信号を生成する補正フィルタ処理部を更に備え、
   前記減算部は、前記補正信号から前記フィルタ処理信号を減じて前記フィードバック信号を生成する、請求項４に記載の信号処理装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の信号処理装置と、
   前記スピーカ及び前記マイクを一体に有する耳装着装置と、
   を備える、ヘッドセット。
7. コンピュータを請求項１から５のいずれか一項に記載の信号処理装置として機能させる、プログラム。
8. 請求項７に記載のプログラムを有する、コンピュータ読み取り可能な媒体。
   

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