JP2509629B2

JP2509629B2 - 反響打消し装置

Info

Publication number: JP2509629B2
Application number: JP18361487A
Authority: JP
Inventors: 弘及川; 昭二牧野; 重信南; 隆佐伯
Original assignee: Toshiba Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-07-24
Filing date: 1987-07-24
Publication date: 1996-06-26
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: JPS6429096A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明はスピーカと複数のマイクロフォンとの間の音
響エコーやハウリングを効果的に防止し得る反響打消し
装置に関する。

（従来の技術）通信回線を介して実現される遠隔会議システムでは、
別の会議場から通信回線を介して伝送された音声信号を
スピーカを介して会議場内に音声出力される。またその
会議場における会議参加者の音声を複数のマイクロフォ
ンにてそれぞれ収集し、その音声信号を合成して前記通
信回線を介して上述した別の会議場に通信している。と
ころがこのようなシステムにあっては上記会議場内にお
ける前記スピーカと複数のマイクロフォン間の音響結合
が生じることが否めず、音響エコーやハウリング発生の
原因となっていた。

そこで従来では、例えばアダプティブ・フィルタを主
体とするエコー・キャンセラー回路を設け、このエコー
・キャンセラー回路にて前記スピーカと複数のマイクロ
フォンとの間の反響路特性を推定する。そしてこの推定
された反響路特性に従って前記複数のマイクロフォンの
各出力を加算してなる送信信号と前記スピーカを介して
出力される受信信号とから疑似反響信号を前記アダプテ
ィブ・フィルタにて生成し、この疑似反響信号を上記送
信信号から減算することにより、上述した問題点を解消
することが試みられている。

ところがこのエコー・キャンセラー方式にあってはマ
イクロフォンの本数を増加させた場合、次のような不具
合があった。即ち、マイクロフォンの数の増加に伴って
音響結合量および雑音の入力レベルがほぼ比例的に増大
する。その反面、発話者から離れた位置に設けられたマ
イクロフォンでは、その音声を十分に拾うことができな
いので、マイクロフォンの増加に見合うだけの送信信号
のレベル増加がさほど見込めないと云う問題がある。こ
の結果、送信信号のS/Nが劣化し、また反響打消し性能
の劣化の要因となっている。

一方、例えば各マイクロフォン毎にボイス・スイッチ
を設け、発話者に近いマイクロフォンの利得を上げると
共に、その発話者から離れたマイクロフォンの利得を下
げることによって上述した問題点を解決することが試み
られている。しかしこのボイス・スイッチだけではマイ
クロフォンの利得を上げるに従ってその音響結合量や雑
音も増大するので、上述した問題点を本質的に解決する
ことができない。

そこで最近では、第４図に示すようにエコー・キャン
セラーとボイス・スイッチとを併用し、これらの利点を
相互に活かすことが考えられている。

ここで第４図において、１は受信信号x_(k)を音声出力
するスピーカ、2a,2b,〜2nは複数のマイクロフォン、3
a,3b,〜3nは各マイクロフォン2a,2b,〜2nの出力に対す
る利得（ボイス・スイッチ）、４はその出力を加算して
送信信号を生成する加算器である。

また６は上記スピーカ１と各マイクロフォン2a,2b,〜
2nとの間に生じる音響結合の反響路特性を推定し、その
推定した反響路特性に従って上記受信信号x_(k)から疑似
反響信号_(k)を生成するアダプティブ・フィルタであ
り、７はこの疑似反響信号_(k)を前記加算器４の出力
から減算してその反響信号y_(k)を打消す減算器である。
このアダプティブ・フィルタ５と減算器６とによりエコ
ー・キャンセラー回路が構成されている。

ところがこのようにエコー・キャンセラーとボイス・
スイッチとを併用すると、ボイス・スイッチの作用によ
り各マイクロフォン2a,2b,〜2nに対する利得の変化に伴
って前記エコー・キャンセラー回路からみた反響路特性
が大幅に変化し、反響信号の打消し効果が大きく劣化す
ると云う問題が生じる。

即ち、前記ｎ本のマイクロフォン2a,2b,〜2nに対する
利得が一定の定常期間ｉにおける利得の組を L_i＝(l_1i,l_2i，……，l_ni)^T （１）とすると、スピーカ１と各マイクロフォン2a,2b,〜2nと
の間の音響結合を示すサンプル化されたインパルス応答
は、で近似される。但し、Ｍはインパルス長（サンプル数）
を示す。従って上記定常期間ｉにおいて、前記エコー・
キャンセラー回路から見た反響路特性は、 H_i＝l_1iH_A＋l_2iH_B＋…＋l_niH_N （３）となる。

しかして（L_i≠L_i+1）で、それぞれのインパルス応答
が無相関であるならば H_i≠H_i+1 （４）となり、その反響路特性が変化することになる。仮にｋ
サンプル時点の前記エコー・キャンセラー回路（アダプ
ティブ・フィルタ５）のタップ係数が_(k) ＝（_1(k)，_2(k)，…_M(k))^T （５）で示され、その定常期間ｉ内で学習（反響路特性の推
定）が終り、_(k) ≒H_i （６）となっている時点でマイクロフォン利得が変化するもの
とすると、_(k) ≒H_i≠H_i+1 （７）となり、その推定タップ係数の誤差が増加する。この結
果、反響信号に対する打消し効果が劣化することにな
る。このようにマイクロフォン利得に変化が生じた場
合、その反響路特性が大幅に変化することからエコー・
キャンセラー回路による反響信号の打消し効果が大きく
劣化することが否めない。

そこで各マイクロフォン2a,2b,〜2nとスピーカ１との
間の各音響結合（反響路特性）をそれぞれ推定し、推定
された各反響路特性をマイクロフォン2a,2b,〜2nに対応
させてタップ係数メモリに記憶しておく。そしてオン・
マイクが選択されたとき、そのマイクロフォンに対応し
た反響路特性を上記タップ係数メモリから求め、これを
初期値としてアダプティブ・フィルタに設定することが
考えられている。ところがオン・マイクの切替に比較し
てアダプティブ・フィルタへの反響路特性（タップ係
数）の初期設定には時間が掛かり、オン・マイクの切替
に応動させてアダプティブ・フィルタを作動させるまで
に時間遅れが生じる。この結果、オン・マイクの切替が
行われた時点からアダプティブ・フィルタが作動するま
での期間、その反響打消し性能が急激に劣化すると云う
不具合があった。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来にあっては、例えば遠隔会議システム
におけるスピーカと複数のマイクロフォンとの間の音響
結合による音響エコーやハウリングを防止する上で種々
の問題があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、上述した問題を解消し、エコ
ー・キャンセラー方式とボイス・スイッチ方式とを併用
してスピーカと複数のマイクロフォンとの間に生じる反
響信号を常に効果的に打消すことのできる実用性の高い
反響打消し装置を提供することにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は、複数のマイクロフォンの中で入力信号レベ
ルが所定の閾値を越えたマイクロフォンを検出したと
き、そのマイクロフォンについて求められている反響路
特性をタップ係数メモリから求めて前記アダプティブフ
ィルタに初期設定すると共に、この反響路特性の前記ア
ダプティブフィルタへの初期設定の終了に同期して前記
入力信号レベルが所定の閾値を越えたマイクロフォンを
オン・マイクとして設定するようにしたことを特徴とす
るものである。つまりオン・マイクの切替を、そのマイ
クロフォンに対する反響路特性のアダプティブ・フィル
タへの初期設定の完了に同期させて実行させるように制
御することを特徴とするものである。

（作用）本発明によれば、複数のマイクロフォンの入力信号レ
ベルに応じてこれらのマイクロフォンをオン・マイク制
御し、同時にエコー・キャンセラー回路によってオン・
マイクとスピーカとの間の疑似反響路特性を推定し、そ
の反響路特性に従って擬似反響信号を生成して上記スピ
ーカとオン・マイクとの間の音響結合成分である反響を
打消すようにした反響打消し装置において、オン・マイ
クの切替を行うに際して、そのマイクロフォンに対する
反響路特性をタップ係数メモリから求めてアダプティブ
・フィルタに初期設定し、このアダプティブ・フィルタ
への反響路特性の初期設定の完了を待って、つまりアダ
プティブ・フィルタの作動開始に同期させてオン・マイ
クの切替を実行させるので、オン・マイクの切替時に反
響打消し特性が急激に劣化してハウリングが生じる等の
不具合を招来することがない。

換言すればアダプティブ・フィルタに対する反響路特
性の初期設定に同期してオン・マイクの切替が行われる
ので、オン・マイクが切替えられた時点ではそのオン・
マイクに対応した擬似反響信号がアダプティブ・フィル
タによって生成されていることになり、反響打消し特性
の大幅な劣化を効果的に防ぐことが可能となる。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の一実施例につき説明す
る。

第１図は実施例装置の概略構成図であり、１はスピー
カ、2a,2b,〜2nは複数のマイクロフォンである。これら
のマイク2a,2b,〜2nからそれぞれ入力された信号（各マ
イクロフォン2a,2b,〜2nの出力）はマイクロフォン切替
えユニット11を介して出力される。

尚、このマイクロフォン切替えユニット11は、例えば
第２図に示すように各マイクロフォン2a,2b,〜2nの入力
信号レベルをそれぞれ検出するレベル検出器22a,22b,〜
22n、これらの入力信号レベルが予め定められた閾値を
上回るか否か比較してオン・マイクとその数（信号Ｓ）
を求めるレベル比較部23、前記各マイクロフォン2a,2b,
〜2nの出力に所定の利得を与える可変利得増幅器（ボイ
ス・スイッチ）24a,24b,〜24n（前述した3a,3b,〜3nに
相当）、前記レベル比較部13の出力信号Ｓをラッチ回路
27を介して受けて上記各可変利得増幅器24a,24b,〜24n
の利得（マイクロフォン利得）をそれぞれ設定する利得
制御部25、そして利得制御されたマイクロフォン出力を
加算して出力する加算器26（前述した４に相当）により
構成される。

そして利得制御部25はオン・マイクが１本の場合、例
えばそのオン・マイクに対して約9.5dBの利得を設定
し、オフ・マイクについては0dBを設定するものとなっ
ている。同様にしてオン・マイクが２本の場合には、そ
れらのオン・マイクに対して約6dBの利得をそれぞれ設
定し、オフ・マイクについては0dBを設定するものとな
っている。

しかして第１図に戻ってマイクロフォン切替えユニッ
ト11から出力された信号は、減算器６に入力されアダプ
ティブ・フィルタ５にて生成された疑似反響信号_(k)
にてその反響信号成分y_(k)が打消された後、出力され
る。

尚、図中n_(k)はマイクロフォン2a,2b,〜2nを介して入
力される室内ノイズ等の雑音成分を示している。

さてアダプタブ・フィルタ５は、前記スピーカ１と複
数のマイクロフォン2a,2b,〜2n間の反響路特性を推定
し、これに近似したフィルタ特性（疑似反響路）を内部
に形成する。そしてこのフィルタ特性に従って受信信号
x_(k)から疑似反響信号_(k)を生成するものである。し
かしてこのアダプティブ・フィルタ５は、周波数領域や
時間領域等において種々実現可能なものであるが、例え
ば現在、最も一般的な学習同定法を用いた場合には、次
のようにな演算により反響路特性の推定と疑似反響信号
の生成が行われる。

但し、上式においてH_(k)は以下に示すようなアダプティ
ブ・フィルタ５の推定タップ係数であり、X_(k)は受信信
号系列である。

H_(k)＝(l_1(k),l_2(k)，…l_N(k))^T X_(k)＝(x_(k),x_(k-1)…x_(k-N+1))^T またαは反響路特性の推定における収束速度を決定する
ステップ・ゲインであり、一般的には（α＝１）で与え
られる。

このような演算処理は、例えばダブルトーク検出器
（DTD）12を用いて、通話信号（送信信号）がないとき
に行われる。

しかして反響路特性の推定が正確に行われ、実際の反
響路の特性をH_optとしたとき、_(k) ＝H_opt として疑似反響路が生成されたならば、反響打消し処理
された残差信号e_(k)は e_(k)＝H_opt ^T＋X_(k)−H_(k) ^T＋X_(k) ＝（H_opt−_(k))^TX_(k) ＝０（９）となり、その反響信号を効果的に打消すことが可能とな
る。

さてタップ係数選択回路13は前述したマイクロフォン
切替ユニット11からの信号Ｓを受けて作動し、マイクロ
フォン利得の変化に応じて、つまりオン・マイクの切替
え動作に応じて、これに起因する反響信号打消し効果の
劣化を防ぐものである。

即ち、タップ係数選択回路13は前記信号Ｓを常時監視
しており、信号Ｓの変化時に次の手順で前記アダプティ
ブ・フィルタ５のタップ係数を変更している。このタッ
プ係数の変更はタップ係数メモリ14a,14b,〜14Nを用い
て行われる。

（Ｉ）信号Ｓが変化する以前のオン・マイクの数が１本
であり、上記信号Ｓによって別の１本にオン・マイクを
移つそうとする場合、タップ係数選択回路13は先ず、ア
ダプティブ・フィルタ５にセットされているタップ係数
を、変化前のオン・マイクに対応したタップ係数メモリ
14に退避させる。例えばオン・マイクが2aであって、こ
れが2bに変更された場合、アダプティブ・フィルタ５の
タップ係数をタップ係数メモリ14aに退避させる。

H_(k)→H_A その後、前記信号Ｓによって新たに設定しようとする
オン・マイクが、例えばマイクロフォン2bであることが
示されるから、そのオン・マイクに対応したタップ係数
メモリ14bからタップ係数を求め、これを前記アダプテ
ィブ・フィルタ５に初期値としてセットする。

H_B→H_(k) （II）信号Ｓが変化する以前のオン・マイクの数が２本
であり、上記信号Ｓによってオン・マイクの数が１本と
なることが示された場合、タップ係数選択回路13は先ず
アダプティブ・フィルタ５にセットされているタップ係
数を廃棄する。そして新たにオン・マイクとして設定し
ようとするマイクロフォンに対応したタップ係数メモリ
から、例えばタップ係数メモリ14bからそのタップ係数
を求め、これを前記アダプティブ・フィルタ５に初期値
としてセットする。

H_B→H_(k) （III）一方、信号Ｓが変化する以前のオン・マイクの
数が１本であり、上記信号Ｓによってオン・マイクとし
て設定しようとするマイクロフォンの数が２本であるこ
とが示された場合、タップ係数選択回路13は、先ずアダ
プティブ・フィルタ５にセットされているタップ係数
を、変化前のオン・マイクに対応したタップ係数メモリ
14、例えばタップ係数をタップ係数メモリ14aに退避さ
せる。

H_(k)→H_A その後、新たにオン・マイクとして設定しようとする
マイクロフォンに対応したタップ係数メモリ、例えばタ
ップ係数メモリ14b,14cからそれぞれタップ係数を求
め、これをオン・マイクの数により平均化する。そして
この平均化されたタップ係数を新たなタップ係数の初期
値として前記アダプティブ・フィルタ５にセットする。

（H_B+H_C）/2→H_(k) （IV）また信号Ｓが変化する以前のオン・マイクの数が
２本であり、上記信号Ｓによってオン・マイクが別の２
本になることが示された場合、タップ係数選択回路13は
アダプティブ・フィルタ５にセットされているタップ係
数を廃棄する。そして新たなマイクロフォンに対応した
タップ係数メモリ、例えばタップ係数メモリ14b,14cか
らそれぞれタップ係数を求め、これをオン・マイクの数
により平均化する。そしてこの平均化されたタップ係数
を新たなタップ係数の初期値として前記アダプティブ・
フィルタ５にセットする。

（H_B+H_C）/2→H_(k) 以上のようにしてタップ係数選択回路13は、信号Ｓの
変化に応じてアダプティブ・フィルタ５のタップ係数を
変更するものとなっている。

尚、ここではオン・マイクの数が１本または２本の場
合について説明したが、オン・マイクの数が３本以上の
場合にも同様にして、そのオン・マイクに対応したタッ
プ係数メモリからタップ係数が読出される。そして、そ
のオン・マイクの数にて平均化したタップ係数が前記ア
ダプティブ・フィルタ５に初期値としてセットされる。

しかしてこのようにしてアダプティブ・フィルタ5bに
対する反響路特性（タップ係数）の初期設定が完了する
と、タップ係数選択回路13から前記マイクロフォン切替
えユニット11に対して反響路特性の初期設定完了を示す
信号が与えられる。マイクロフォン切替えユニット11の
前述したラッチ回路27はこの信号を受けて前記信号Ｓに
対するラッチ動作を実行し、そのときに取込んだ信号Ｓ
を前記利得制御回路25に与えるものとなっている。この
結果、利得制御部25は前記レベル比較部23からオン・マ
イクの切替えを制御する為の信号Ｓが発生され、この信
号Ｓを受けて前記アダプティブ・フィルタ５に新たにオ
ン・マイクとするべくマイクロフォンに対する反響路特
性の初期設定が完了した時点でラッチ回路25を介して上
記信号Ｓを受けてオン・マイクの切替を実行することに
なる。

従って第３図にその動作タイミングを示すように複数
のマイクロフォンに対する入力信号レベルが変化し、例
えば音声入力されるマイクロフォンが＃1,＃２から＃3,
＃４に変化した場合、図中破線で示すように即時オン・
マイクの切替を行うことなく、上記音声入力されるマイ
クロフォンの変化に応動してエコー・キャンセラー回路
に対する反響路特性の切替が完了した時、オン・マイク
の切替が実行される。この結果、エコー・キャンセラー
回路に対する反響路特性の初期設定処理の遅れｄに先行
してオン・マイクの切替が行われることがなくなり、上
記遅れ期間ｄにおける反響打消し特性の劣化を効果的に
防ぐことが可能となる。

つまりエコー・キャンセラー回路に対する反響路特性
の初期設定に同期してオン・マイクの切替が行われるの
で、オン・マイクの切替時でのハウリングの発生等を効
果的に抑えることが可能となる。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えばアダプティブ・フィルタ５の構成や、そのタ
ップ数等は装置に要求される仕様に応じて定めれば良い
ものである。また制御対象とするマイクロフォンの数も
特に制限されない。更にはオン・マイクの切替制御をア
ダプティブ・フィルタ５が出力するタップ係数設定のフ
ラグ信号等に同期させて実行させるようにしても良い。
その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施することができる。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、マイクロフォン
の切替に起因するエコー・キャンセラー回路の動作特性
劣化（反響信号に対する打消し効果の劣化）を非常に効
果的に防止することができ、スピーカと複数のマイクロ
フォンとの間の音響結合による音響エコーやハウリング
の発生を、常に安定に防止することができる等の実用上
多大なる効果が奏せられる。しかもオン・マイクの切替
タイミングをエコー・キャンセラー回路に対する反響路
特性の初期設定の完了に同期させて実行制御するだけで
良いので、その制御が非常に簡単である等の効果が奏せ
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置の概略構成図、第２図は
実施例装置におけるマイクロフォン切替ユニットの構成
例を示す図、第３図はエコー・キャンセラー回路に対す
る反響路特性の初期設定とオン・マイクの切替制御のタ
イミングを示す図、第４図は従来装置における問題点を
示す図である。１……スピーカ、2a,2b,〜2n……マイクロフォン、５…
…アダプティブ・フィルタ、６……減算器、11……マイ
クロフォン切替ユニット、12……ダブルトーク検出器、
13……タップ係数選択回路、14a,14b,〜14n……タップ
係数メモリ、25……利得制御部、27……ラッチ回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者南重信神奈川県川崎市幸区柳町70番地株式会社東芝柳町工場内 (72)発明者佐伯隆東京都日野市旭が丘３丁目１番地の１株式会社東芝日野工場内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のマイクロフォンからの各入力信号レ
ベルをそれぞれ判定し、入力信号レベルが所定の閾値を
越えたマイクロフォンだけをオン・マイクとして該マイ
クロフォンから入力された信号に所定の利得を与えた
後、利得制御された各マイクロフォンからの入力信号を
加算合成して送信信号を生成するマイクロフオン選択回
路と、受信信号をスピーカから出力する手段と、このス
ピーカと前記オン・マイクとして設定されたマイクロフ
ォンとの間の反響路特性を推定し、この反響路特性に従
って前記受信信号から疑似反響信号を生成するアダプテ
ィブフィルタと、前記送信信号から上記疑似反響信号を
差引いて前記スピーカと複数のマイクロフォンとの間の
音響結合を除去する減算器と、前記アダプティブフィル
タにより推定された反響路特性をオン・マイクとなって
いるマイクロフォンに対応して記憶するタップ係数メモ
リとをを具備し、前記マイクロフォン選択回路は、入力信号レベルが所定
の閾値を越えたマイクロフォンを検出したとき、そのマ
イクロフォンについて求められている反響路特性を前記
タップ係数メモリから求めて前記アダプティブフィルタ
に初期設定する手段と、この反響路特性の前記アダプテ
ィブフィルタへの初期設定の終了に同期して前記入力信
号レベルが所定の閾値を越えたマイクロフォンをオン・
マイクとして設定する手段とを具備したことを特徴とす
る反響打消し装置。
【請求項２】タップ係数メモリは推定された反響路特性
をタップ係数として格納するものであって、アダプティ
ブフィルタはオン・マイクとすべきマイクロフォンが求
められたとき、そのマイクロフォンに対応するタップ係
数メモリに格納されたタップ係数を初期値として求め、
反響路特性の初期値設定が完了したときにオン・マイク
切替の為の同期信号を発するものである特許請求の範囲
第１項記載の反響打消し装置。