JP3286981B2 - 音声出力装置 - Google Patents
音声出力装置Info
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- JP3286981B2 JP3286981B2 JP08940191A JP8940191A JP3286981B2 JP 3286981 B2 JP3286981 B2 JP 3286981B2 JP 08940191 A JP08940191 A JP 08940191A JP 8940191 A JP8940191 A JP 8940191A JP 3286981 B2 JP3286981 B2 JP 3286981B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特にカーステレオ装置
や自動車電話装置に採用される場合に好適な音声出力装
置に関するものである。
や自動車電話装置に採用される場合に好適な音声出力装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車電話装置やカーステレオ装置等に
おいて、外部環境音に応じて出力音声信号に対して所定
の制御を加える装置が各種提案されている。（例えば特
開平１−１７５４０５号）これらの装置では一般にマイ
クロフォン手段によって外部環境音（ノイズ）を検出し
て、この検出された音声信号のレベルに応じて出力する
オーディオ信号を上下させたり、或は車速度センサ等に
よって検出した自動車の走行速度に応じて外部ノイズレ
ベルを推定算出し、これに基づいて出力するオーディオ
信号の音量を上下させたり或はイコライジング処理を行
なうことなどによって、使用者（運転者）が手動で音量
や音質を調整しなくても外部ノイズ環境に適応した音声
出力が得られるようにしている。
おいて、外部環境音に応じて出力音声信号に対して所定
の制御を加える装置が各種提案されている。（例えば特
開平１−１７５４０５号）これらの装置では一般にマイ
クロフォン手段によって外部環境音（ノイズ）を検出し
て、この検出された音声信号のレベルに応じて出力する
オーディオ信号を上下させたり、或は車速度センサ等に
よって検出した自動車の走行速度に応じて外部ノイズレ
ベルを推定算出し、これに基づいて出力するオーディオ
信号の音量を上下させたり或はイコライジング処理を行
なうことなどによって、使用者（運転者）が手動で音量
や音質を調整しなくても外部ノイズ環境に適応した音声
出力が得られるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、マイクロフ
ォン手段によって外部環境音を検出するようにした場
合、その電話装置又はステレオ装置自体がスピーカ出力
したオーディオ信号までも集音することになり、正確に
環境ノイズ音成分を検出することができず、必ずしも出
力オーディオ信号に対して正確な制御を行なうことはで
きない。また、このように、マイクロフォン手段によっ
てノイズ音声成分と出力オーディオ音声成分が良好に分
離できない場合は、マイクロフォン手段からの検出レベ
ルが大きくなったときにノイズが増大したと判断してオ
ーディオ信号出力レベルを上げるように制御することに
より、ハウリングを発生し易くしているという問題もあ
った。また、車速度センサ等によりノイズレベルを間接
的に検出する方式では必ずしも正確なノイズレベルが検
出されるわけではなく、これも出力オーディオ信号に対
して正確な制御を行なうことはできない。
ォン手段によって外部環境音を検出するようにした場
合、その電話装置又はステレオ装置自体がスピーカ出力
したオーディオ信号までも集音することになり、正確に
環境ノイズ音成分を検出することができず、必ずしも出
力オーディオ信号に対して正確な制御を行なうことはで
きない。また、このように、マイクロフォン手段によっ
てノイズ音声成分と出力オーディオ音声成分が良好に分
離できない場合は、マイクロフォン手段からの検出レベ
ルが大きくなったときにノイズが増大したと判断してオ
ーディオ信号出力レベルを上げるように制御することに
より、ハウリングを発生し易くしているという問題もあ
った。また、車速度センサ等によりノイズレベルを間接
的に検出する方式では必ずしも正確なノイズレベルが検
出されるわけではなく、これも出力オーディオ信号に対
して正確な制御を行なうことはできない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
点に鑑みて、実際にマイクロフォンで集音した環境音声
信号の中から、その装置自体がスピーカ出力した音声信
号成分を検出して、正確なノイズ成分を検出し、このノ
イズレベルに応じて出力音声信号の音量等を制御できる
ようにするものである。
点に鑑みて、実際にマイクロフォンで集音した環境音声
信号の中から、その装置自体がスピーカ出力した音声信
号成分を検出して、正確なノイズ成分を検出し、このノ
イズレベルに応じて出力音声信号の音量等を制御できる
ようにするものである。
【０００５】すなわち、供給された音声信号をスピーカ
出力する音声出力手段と、この音声出力手段に供給され
る音声信号の処理、例えば音量調節を行なう信号処理手
段と、機器外部の音声を入力して音声信号とする集音手
段と、音声出力手段から出力された出力音声が集音手段
に達するまでの伝達関数に基づいて、集音手段によって
得られる音声信号内における、音声出力手段から出力さ
れ集音手段によって集音された音声信号成分を算出する
算出手段と、集音手段から入力された音声信号から算出
手段で算出された音声信号成分を除去した音声信号成分
を出力する減算手段と、減算手段から出力された音声信
号成分のレベルを検出して、信号処理手段における音量
調節等の信号処理動作を制御することができる制御手段
を設ける。そして算出手段は、伝達関数に対応した、所
定のフィルタ係数を持つフィルタを有し、所定のフィル
タ係数は、フィルタにフィードバックされた減算手段の
出力に基づいて、減算手段の出力を最小化するように適
応的に調整されるようにして音声出力装置を構成する。
出力する音声出力手段と、この音声出力手段に供給され
る音声信号の処理、例えば音量調節を行なう信号処理手
段と、機器外部の音声を入力して音声信号とする集音手
段と、音声出力手段から出力された出力音声が集音手段
に達するまでの伝達関数に基づいて、集音手段によって
得られる音声信号内における、音声出力手段から出力さ
れ集音手段によって集音された音声信号成分を算出する
算出手段と、集音手段から入力された音声信号から算出
手段で算出された音声信号成分を除去した音声信号成分
を出力する減算手段と、減算手段から出力された音声信
号成分のレベルを検出して、信号処理手段における音量
調節等の信号処理動作を制御することができる制御手段
を設ける。そして算出手段は、伝達関数に対応した、所
定のフィルタ係数を持つフィルタを有し、所定のフィル
タ係数は、フィルタにフィードバックされた減算手段の
出力に基づいて、減算手段の出力を最小化するように適
応的に調整されるようにして音声出力装置を構成する。
【０００６】
【作用】スピーカ等の音声出力手段からマイクロフォン
による集音手段までの伝達関数に基づいて常に、音声出
力手段から出力されて集音手段から入力された音声信号
成分を算出していれば、集音手段からの入力信号からこ
の算出された音声信号成分を除去することによってほぼ
正確な環境音（ノイズ）レベルを得ることができる。
による集音手段までの伝達関数に基づいて常に、音声出
力手段から出力されて集音手段から入力された音声信号
成分を算出していれば、集音手段からの入力信号からこ
の算出された音声信号成分を除去することによってほぼ
正確な環境音（ノイズ）レベルを得ることができる。
【０００７】
【実施例】図１は本発明の音声出力装置の一実施例を示
すブロック図であり、自動車電話装置又はカーオーディ
オ装置の音声出力部として適用されるものである。
すブロック図であり、自動車電話装置又はカーオーディ
オ装置の音声出力部として適用されるものである。
【０００８】図１において１はデジタル信号処理回路で
あり、デジタル信号として供給された電話の相手方の通
話音声信号やラジオ、カセットテープ、ＣＤ等からの音
楽等の音声信号は、このデジタル信号処理回路１におい
て音量調整、音質調整等の所定の処理がなされる。な
お、アナログ音声信号が供給される装置に本発明が採用
される場合は、当然この信号処理回路は音量調整等のた
めのアナログ信号処理回路として構成する。
あり、デジタル信号として供給された電話の相手方の通
話音声信号やラジオ、カセットテープ、ＣＤ等からの音
楽等の音声信号は、このデジタル信号処理回路１におい
て音量調整、音質調整等の所定の処理がなされる。な
お、アナログ音声信号が供給される装置に本発明が採用
される場合は、当然この信号処理回路は音量調整等のた
めのアナログ信号処理回路として構成する。
【０００９】２はＤ／Ａ変換器であり、デジタル信号処
理回路１から出力される音声信号ＳはＤ／Ａ変換器２で
アナログ信号に変換され、パワーアンプ３を介してスピ
ーカ４に供給され、音声として出力される。
理回路１から出力される音声信号ＳはＤ／Ａ変換器２で
アナログ信号に変換され、パワーアンプ３を介してスピ
ーカ４に供給され、音声として出力される。
【００１０】５は装置周囲の音声、例えば車載用の装置
の場合は車内の音声を集音できるように設けられたマイ
クロフォンであり、マイクロフォン５から入力された音
声は増幅回路６を介してＡ／Ｄ変換器７に供給されデジ
タル信号とされる。なお、スピーカ４から出力される音
声信号Ｓのマイクロフォン５までの伝達関数（線形）を
Ｈ、マイクロフォン５に入力される音声のうちスピーカ
４から出力された音声信号Ｓ以外の環境音（ノイズ）成
分をｎで表わす。
の場合は車内の音声を集音できるように設けられたマイ
クロフォンであり、マイクロフォン５から入力された音
声は増幅回路６を介してＡ／Ｄ変換器７に供給されデジ
タル信号とされる。なお、スピーカ４から出力される音
声信号Ｓのマイクロフォン５までの伝達関数（線形）を
Ｈ、マイクロフォン５に入力される音声のうちスピーカ
４から出力された音声信号Ｓ以外の環境音（ノイズ）成
分をｎで表わす。
【００１１】すなわち、マイクロフォン５からは伝達関
数Ｈによって影響を受けたスピーカ出力音声信号Ｓ×Ｈ
（以下ＳH で示す）と、ノイズｎの和である（ＳH ＋
ｎ）という音声が入力されることになる。なお、伝達関
数Ｈの値は例えば人の動きや物の配置等の各種の環境要
因により変動していることはいうまでもない。
数Ｈによって影響を受けたスピーカ出力音声信号Ｓ×Ｈ
（以下ＳH で示す）と、ノイズｎの和である（ＳH ＋
ｎ）という音声が入力されることになる。なお、伝達関
数Ｈの値は例えば人の動きや物の配置等の各種の環境要
因により変動していることはいうまでもない。
【００１２】８は上記信号ＳH を算出するための手段と
して設けられた適応フィルタを示し、後述するようにこ
の適応フィルタ８はスピーカ４から出力されマイクロフ
ォン５から入力された音声信号成分ＳH の推定値として
算出した信号ＳMLを出力する。そして出力された信号Ｓ
MLは減算器９に供給され、（ＳH ＋ｎ）の値から減算さ
れて信号εとして出力される。
して設けられた適応フィルタを示し、後述するようにこ
の適応フィルタ８はスピーカ４から出力されマイクロフ
ォン５から入力された音声信号成分ＳH の推定値として
算出した信号ＳMLを出力する。そして出力された信号Ｓ
MLは減算器９に供給され、（ＳH ＋ｎ）の値から減算さ
れて信号εとして出力される。
【００１３】信号εは適応フィルタ８に対して制御信号
としてフィードバックされるとともにレベル検出部１０
に供給される。そして制御信号発生部１１はレベル検出
部１０からのレベル検出信号に基づいて例えば音量制御
信号を発生し、デジタル信号処理回路１に対して出力す
る。例えばレベル検出部１０では信号εの主要帯域(0.3
〜3.4KHz) の短時間パワー計算を例えば１秒毎等の所定
の周期で行なっており、制御信号発生部１１はこの算出
された信号レベルがその前回の算出レベル値より一定値
以上変化したことを検出した場合に、その変化の方向
（レベルアップかレベルダウンか）によって音量値のア
ップまたはダウンを指示する制御信号を発生させる。デ
ジタル信号処理回路１においてはこのような制御信号発
生部１１からの音量制御信号によってボリュームレベル
が設定されることになる。このため、外部騒音がうるさ
いときなどは自動的にスピーカ４からの出力音量が上げ
られる。
としてフィードバックされるとともにレベル検出部１０
に供給される。そして制御信号発生部１１はレベル検出
部１０からのレベル検出信号に基づいて例えば音量制御
信号を発生し、デジタル信号処理回路１に対して出力す
る。例えばレベル検出部１０では信号εの主要帯域(0.3
〜3.4KHz) の短時間パワー計算を例えば１秒毎等の所定
の周期で行なっており、制御信号発生部１１はこの算出
された信号レベルがその前回の算出レベル値より一定値
以上変化したことを検出した場合に、その変化の方向
（レベルアップかレベルダウンか）によって音量値のア
ップまたはダウンを指示する制御信号を発生させる。デ
ジタル信号処理回路１においてはこのような制御信号発
生部１１からの音量制御信号によってボリュームレベル
が設定されることになる。このため、外部騒音がうるさ
いときなどは自動的にスピーカ４からの出力音量が上げ
られる。
【００１４】このような音声出力装置では、適応フィル
タ８から出力される信号ＳML、即ち信号ＳH の推定値が
信号ＳH と等しいものであれば、信号εは正確にノイズ
ｎを示すものとなり、従ってデジタル信号処理回路１は
制御信号発生部１１によってノイズレベルに基づいた適
切な音量調整動作を行なうことができることになる。以
下、適応フィルタ８における信号ＳMLの算出動作につい
て説明する。
タ８から出力される信号ＳML、即ち信号ＳH の推定値が
信号ＳH と等しいものであれば、信号εは正確にノイズ
ｎを示すものとなり、従ってデジタル信号処理回路１は
制御信号発生部１１によってノイズレベルに基づいた適
切な音量調整動作を行なうことができることになる。以
下、適応フィルタ８における信号ＳMLの算出動作につい
て説明する。
【００１５】推定値ＳMLは、まず伝達関数Ｈを同定した
フィルタ関数ＨMLを得、このＨMLとデジタル信号処理回
路１から出力される信号Ｓの積によって求められる（Ｓ
ML＝Ｓ・ＨML）。すなわち信号Ｓから信号ＳH の値を推
定するものである。ＨMLの同定にはＬＭＳ法、最急降下
法、ニュートン法等が考えられる。
フィルタ関数ＨMLを得、このＨMLとデジタル信号処理回
路１から出力される信号Ｓの積によって求められる（Ｓ
ML＝Ｓ・ＨML）。すなわち信号Ｓから信号ＳH の値を推
定するものである。ＨMLの同定にはＬＭＳ法、最急降下
法、ニュートン法等が考えられる。
【００１６】図２はこの動作を行なう適応フィルタ８を
ＦＩＲフィルタで構成した場合の例である。図中８ａは
遅延手段、８ｂはそれぞれｗ0 〜ｗk までの係数（重み
付係数）を有する係数回路で、ｗ0 〜ｗk の値は可変と
されている。８ｃは加算器を示す。また、デジタル信号
処理回路１から入力される信号Ｓについて、各係数回路
８ｂに供給される信号をＳ0 〜Ｓk で示している。
ＦＩＲフィルタで構成した場合の例である。図中８ａは
遅延手段、８ｂはそれぞれｗ0 〜ｗk までの係数（重み
付係数）を有する係数回路で、ｗ0 〜ｗk の値は可変と
されている。８ｃは加算器を示す。また、デジタル信号
処理回路１から入力される信号Ｓについて、各係数回路
８ｂに供給される信号をＳ0 〜Ｓk で示している。
【００１７】この適応フィルタ８では減算器９の出力で
ある信号εが最小値となるように係数ｗ0 〜ｗk を調整
するようにしてフィルタ関数ＨMLを定め、信号ＳMLを生
成するものである。つまり、信号ε（＝ＳH ＋ｎ−
ＳML）が最小となるように信号ＳMLが算出された場合
が、信号ＳMLはほぼ正確に信号ＳH の値を推定してお
り、即ち信号εが最小値とされるような信号ＳMLを生成
するように係数ｗ0 〜ｗk が、常時調整されることによ
り、適応フィルタ８のフィルタ関数ＨMLは、各種環境要
因で変動している伝達関数Ｈをほぼ正確に同定すること
になる。まず、この理由を説明する。
ある信号εが最小値となるように係数ｗ0 〜ｗk を調整
するようにしてフィルタ関数ＨMLを定め、信号ＳMLを生
成するものである。つまり、信号ε（＝ＳH ＋ｎ−
ＳML）が最小となるように信号ＳMLが算出された場合
が、信号ＳMLはほぼ正確に信号ＳH の値を推定してお
り、即ち信号εが最小値とされるような信号ＳMLを生成
するように係数ｗ0 〜ｗk が、常時調整されることによ
り、適応フィルタ８のフィルタ関数ＨMLは、各種環境要
因で変動している伝達関数Ｈをほぼ正確に同定すること
になる。まず、この理由を説明する。
【００１８】今、各係数回路８ｂに供給される信号Ｓ0
〜ＳkをベクトルＳV 、係数ｗ0 〜ｗk をベクトルｗV
で表わす。すると、信号ＳH の推定値である信号Ｓ
MLは、
〜ＳkをベクトルＳV 、係数ｗ0 〜ｗk をベクトルｗV
で表わす。すると、信号ＳH の推定値である信号Ｓ
MLは、
【数１】 となる。なお“ T ”は転置行列を示す符号として、以
下の式にも使用する。また、ベクトルについては“ V”
を使用する。
下の式にも使用する。また、ベクトルについては“ V”
を使用する。
【００１９】ここで、ε＝ＳH −ＳML＋ｎであり、εが
最小値となる場合はε2 も最小値をとるから、ε2 ＝
（ＳH −ＳML＋ｎ）2 の式で考える。ε2 ＝（ＳH −Ｓ
ML）2 ＋ｎ2＋２ｎ（ＳH −ＳML）であり、ここでεの
期待値をＥ［ε］というように、以下、期待値をＥ［
］で表わすと、
最小値となる場合はε2 も最小値をとるから、ε2 ＝
（ＳH −ＳML＋ｎ）2 の式で考える。ε2 ＝（ＳH −Ｓ
ML）2 ＋ｎ2＋２ｎ（ＳH −ＳML）であり、ここでεの
期待値をＥ［ε］というように、以下、期待値をＥ［
］で表わすと、
【数２】 となる。今、Ｅ［ｎ］＝Ｅ［ＳH ］＝Ｅ［ＳML］＝０と
する（信号ｎ及び信号ＳH についてはＤＣ成分がなく平
均的には０レベルとみなすことができる）。また、信号
ｎと信号ＳH 、及び信号ｎと信号ＳMLは無相関とみなせ
るので、
する（信号ｎ及び信号ＳH についてはＤＣ成分がなく平
均的には０レベルとみなすことができる）。また、信号
ｎと信号ＳH 、及び信号ｎと信号ＳMLは無相関とみなせ
るので、
【数３】 したがって、
【数４】 となる。
【００２０】ここでＥ［ｎ］の値（ノイズレベル）は適
応フィルタ８によって変更させることはできない。従っ
て、数４におけるＥ［（ＳH −ＳML）2 ］が最小となっ
たときにＥ［ε2 ］は最小値をとる。つまり、Ｅ［ε
2 ］が最小となるようにベクトルｗV を調整すれば、Ｅ
［（ＳH −ＳML）2］は自動的に最小化される。また、
ＳH −ＳML＝ε−ｎであるので、Ｅ［（ε−ｎ）2 ］も
最小化されることになる。
応フィルタ８によって変更させることはできない。従っ
て、数４におけるＥ［（ＳH −ＳML）2 ］が最小となっ
たときにＥ［ε2 ］は最小値をとる。つまり、Ｅ［ε
2 ］が最小となるようにベクトルｗV を調整すれば、Ｅ
［（ＳH −ＳML）2］は自動的に最小化される。また、
ＳH −ＳML＝ε−ｎであるので、Ｅ［（ε−ｎ）2 ］も
最小化されることになる。
【００２１】ここで信号εが入力されるレベル検出部１
０はノイズレベル（ｎ）を検出する手段であるので、Ｓ
H −ＳMLはレベル検出部１０にとっては検出不要のノイ
ズ成分である。ゆえに、Ｅ［（ＳH −ＳML）2 ］が最小
化されることによりレベル検出部１０に入力される信号
εのＳ／Ｎ比は最大となる（即ちレベル検出部１０にと
っては『Ｓ／Ｎ比』の『Ｓ』は信号ｎ（ノイズレベル）
に相当し、『Ｎ』は信号ＳH に相当する）。これは適応
フィルタ８において伝達関数Ｈに対してほぼ正確に同定
されたフィルタ関数ＨMLが調整されたことを示すもので
ある。
０はノイズレベル（ｎ）を検出する手段であるので、Ｓ
H −ＳMLはレベル検出部１０にとっては検出不要のノイ
ズ成分である。ゆえに、Ｅ［（ＳH −ＳML）2 ］が最小
化されることによりレベル検出部１０に入力される信号
εのＳ／Ｎ比は最大となる（即ちレベル検出部１０にと
っては『Ｓ／Ｎ比』の『Ｓ』は信号ｎ（ノイズレベル）
に相当し、『Ｎ』は信号ＳH に相当する）。これは適応
フィルタ８において伝達関数Ｈに対してほぼ正確に同定
されたフィルタ関数ＨMLが調整されたことを示すもので
ある。
【００２２】このように適応フィルタ８ではＥ［ε2 ］
の最小化処理によりフィルタ関数ＨMLを得、入力信号Ｓ
から信号ＳMLを得るものである。以下、適応フィルタ８
におけるＥ［ε2 ］の最小化アルゴリズムの一例として
採用されるＬＭＳ法を示す。
の最小化処理によりフィルタ関数ＨMLを得、入力信号Ｓ
から信号ＳMLを得るものである。以下、適応フィルタ８
におけるＥ［ε2 ］の最小化アルゴリズムの一例として
採用されるＬＭＳ法を示す。
【００２３】ここで、時刻を表わす意味で添字“(j) ”
を、例えばＳ(j) （即ちｊ時点の信号Ｓ）、ＳH(j)（即
ちｊ時点の信号ＳH ）というように使用する。また適応
フィルタ８の入力をＳ(t) とすると、Ｓi(t)＝Ｓ(t-i)
である（なお、ここでｉは信号Ｓ0 〜Ｓk の０〜ｋを示
すもので、つまりＳi(t)＝Ｓ(t-i) は或る時刻ｔにおけ
るＳ0 〜Ｓk の各信号を示す一般式）。従って信号Ｓ0
〜Ｓk を示すベクトルＳV についてのＳV(j)は、
を、例えばＳ(j) （即ちｊ時点の信号Ｓ）、ＳH(j)（即
ちｊ時点の信号ＳH ）というように使用する。また適応
フィルタ８の入力をＳ(t) とすると、Ｓi(t)＝Ｓ(t-i)
である（なお、ここでｉは信号Ｓ0 〜Ｓk の０〜ｋを示
すもので、つまりＳi(t)＝Ｓ(t-i) は或る時刻ｔにおけ
るＳ0 〜Ｓk の各信号を示す一般式）。従って信号Ｓ0
〜Ｓk を示すベクトルＳV についてのＳV(j)は、
【数５】 で示される。また係数ｗ0 〜ｗk を示すベクトルｗV に
ついてのｗV(j)は
ついてのｗV(j)は
【数６】 となる。
【００２４】今、ＳH(j)＋ｎ(j) ＝ｄ(j) とおくと、
【数７】 となる。ここで、或る時点におけるｗV の最適値を得る
ためにｗV を固定して考えると、
ためにｗV を固定して考えると、
【数８】 とすることができ、従ってεの期待値Ｅ［ε(j) ］は、
【数９】 で示すことができる。
【００２５】今、評価関数をＪ＝Ｅ［ε(j) 2］で与え
る。ここで、
る。ここで、
【数１０】
【数１１】 であるから、Ｊの値については、
【数１２】 となる。ただしＰV ＝Ｅ［ｄ(j) ・ＳV(j)］で、またＲ
＝Ｅ［ＳV(j)・ＳV(j) T］である（すなわちＲは入力信
号の相関行列）。
＝Ｅ［ＳV(j)・ＳV(j) T］である（すなわちＲは入力信
号の相関行列）。
【００２６】Ｊが最小値をとるときはその微分値＝０と
なるから、数式１２を偏微分して、
なるから、数式１２を偏微分して、
【数１３】 ここで最適なｗV をｗV *とすると、数１３の微分結果か
ら、
ら、
【数１４】 とすることができる。
【００２７】ここで、Ｊの最小値を求めるため、式の変
形を行ない後述する数１８を求める。このために、まず
上記数１２を数１４に代入する。なお、Ｊの最小値をＪ
minで表わす。
形を行ない後述する数１８を求める。このために、まず
上記数１２を数１４に代入する。なお、Ｊの最小値をＪ
minで表わす。
【数１５】 この数１５と上記数１２から、
【数１６】 ここでｗV'＝ｗV −ｗV *とおくと、ｗV ＝ｗV'＋ｗV *と
なり、
なり、
【数１７】
【００２８】今、数１４より、ＰV ＝Ｒ・ｗV *とする
と、ＰV T＝ｗV *T ・ＲT から、ｗV *T＝ＰV T・（ＲT ）
-1＝ＰV T・Ｒ-1。またｗV *＝Ｒ-1・ＰV から、ｗV *T ＝
ＰV T（Ｒ-1）T ＝ＰV T・Ｒ-1。従って、
と、ＰV T＝ｗV *T ・ＲT から、ｗV *T＝ＰV T・（ＲT ）
-1＝ＰV T・Ｒ-1。またｗV *＝Ｒ-1・ＰV から、ｗV *T ＝
ＰV T（Ｒ-1）T ＝ＰV T・Ｒ-1。従って、
【数１８】 が導かれる。
【００２９】ところで、ｗV *、即ち最適なｗV を求める
には上記数１４を直接解いてもよいわけであるが、これ
にはＰV 及びＲの値を決定するために十分長い間入力信
号Ｓ（Ｓ1 〜Ｓk ）を測定しなければならず、またＲの
逆行列を計算しなければならない。これを避けるために
本実施例ではＬＭＳアルゴリズムを使用して簡単に近似
解を得ている。
には上記数１４を直接解いてもよいわけであるが、これ
にはＰV 及びＲの値を決定するために十分長い間入力信
号Ｓ（Ｓ1 〜Ｓk ）を測定しなければならず、またＲの
逆行列を計算しなければならない。これを避けるために
本実施例ではＬＭＳアルゴリズムを使用して簡単に近似
解を得ている。
【００３０】すなわち、上記数１２に最急降下法の考え
を適用する（すなわち最適のｗV(j)を求めるためｗV(j)
の値を逐次的に変化させていき最適値に収束させる）
と、
を適用する（すなわち最適のｗV(j)を求めるためｗV(j)
の値を逐次的に変化させていき最適値に収束させる）
と、
【数１９】 なお、∇(j) は時点ｊにおける評価関数の微分値（グラ
ジエント）、μは係数、である。即ち数１９は微分値＝
０に収束するようにｗV(j)を変化させていくことを意味
する。そこで、上記数１５〜数１７によって得た数１８
をｗV で微分して、
ジエント）、μは係数、である。即ち数１９は微分値＝
０に収束するようにｗV(j)を変化させていくことを意味
する。そこで、上記数１５〜数１７によって得た数１８
をｗV で微分して、
【数２０】
【００３１】ここで、Ｊ＝Ｅ［ε(j) 2］の推定値として
ε(j) 2をそのまま用いる。すると、グラジエント∇(j)
の推定値∇(j)ML は、上記数８より、
ε(j) 2をそのまま用いる。すると、グラジエント∇(j)
の推定値∇(j)ML は、上記数８より、
【数２１】 となり、従って上記数１９において∇(j) の代りに∇
(j)ML を使用し、即ち数２１を代入すると、
(j)ML を使用し、即ち数２１を代入すると、
【数２２】 が導かれる。すなわち、ｗV(j)の次の値ｗV(j+1)は、ｗ
(j) に２με(j)・Ｓ(j)を加えていくことによってｗV
を徐々に最適化（収束）していくように本実施例におい
て採用されるＬＭＳアルゴリズムを示すものである。つ
まり、このアルゴリズムによる動作によりｗV の最適値
であるｗV *が求められる。
(j) に２με(j)・Ｓ(j)を加えていくことによってｗV
を徐々に最適化（収束）していくように本実施例におい
て採用されるＬＭＳアルゴリズムを示すものである。つ
まり、このアルゴリズムによる動作によりｗV の最適値
であるｗV *が求められる。
【００３２】なお、数２２においてｗV(j)の値が適正に
収束していくためにはμの値が適当に選択されていなけ
ればならない。このμのとり得る値の範囲を以下説明す
る。上記数１９の両辺からｗV *を引くと、
収束していくためにはμの値が適当に選択されていなけ
ればならない。このμのとり得る値の範囲を以下説明す
る。上記数１９の両辺からｗV *を引くと、
【数２３】 となる。なお、Ｉは単位行列である。Ｒは相関行列（正
転置行列）であるから、固有値λ0 ・・・・λk が対角に表
われる行列Λ、すなわち
転置行列）であるから、固有値λ0 ・・・・λk が対角に表
われる行列Λ、すなわち
【数２４】 について、
【数２５】 と固有値展開ができるＱ及びΛが存在する。
【００３３】ここで上記数２３の両辺に左からＱの逆行
列Ｑ-1をかけると、
列Ｑ-1をかけると、
【数２６】 となる。そして上記数１８について数２６を使用する
と、
と、
【数２７】 となる。なお、（Ｑ-1）T ＝（ＱT ）T ＝Ｑである。
【００３４】数２６が収束すれば、数２７の｛Ｑ-1（ｗ
V −ｗV *）｝も収束する。数２６は等比級数となってお
り、等比級数の収束条件は公比の絶対値が１より小さい
ことである。従って、数２６が収束するための必要十分
条件は、
V −ｗV *）｝も収束する。数２６は等比級数となってお
り、等比級数の収束条件は公比の絶対値が１より小さい
ことである。従って、数２６が収束するための必要十分
条件は、
【数２８】 で示される。なお“max ”は最大値を意味する。最大固
有値をλmax とすると、
有値をλmax とすると、
【数２９】 が示され、従って
【数３０】
【数３１】 となり、μの値は、
【数３２】 と与えられる。すなわち、この数３２を満たす範囲にμ
が設定されている時に数２６は収束し、従って数２７で
示される｛Ｑ-1（ｗV −ｗV *）｝も収束し、Ｊの値も収
束することになる。
が設定されている時に数２６は収束し、従って数２７で
示される｛Ｑ-1（ｗV −ｗV *）｝も収束し、Ｊの値も収
束することになる。
【００３５】ところで、上記数１９については、∇(j)
を使用した場合に上記数１８が収束することを説明した
が、実際には∇(j) の期待値Ｅ［∇(j)ML ］を使用する
ことになるためＥ［∇(j)ML ］＝∇(j) とならなければ
ならないが、数２１より、
を使用した場合に上記数１８が収束することを説明した
が、実際には∇(j) の期待値Ｅ［∇(j)ML ］を使用する
ことになるためＥ［∇(j)ML ］＝∇(j) とならなければ
ならないが、数２１より、
【数３３】 となる。従って、上記数２２による更新アルゴリズム
（ＬＭＳ）は収束する。
（ＬＭＳ）は収束する。
【００３６】本実施例では以上のアルゴリズムに基づい
て適応フィルタ８が動作して信号ＳMLを出力することに
よって、減算器９から出力される信号εはほぼ正確にノ
イズレベルを表わすものとなり、従って制御信号発生部
１１によってデジタル信号処理回路１における音量制御
が適正に行なわれることになる。なお、音量調節だけで
なくイコライジング等の制御を行なうようにすることも
当然考えられる。また本発明の音声出力装置は車載用の
オーディオ装置、電話装置以外にも各種機器に適用する
ことができる。
て適応フィルタ８が動作して信号ＳMLを出力することに
よって、減算器９から出力される信号εはほぼ正確にノ
イズレベルを表わすものとなり、従って制御信号発生部
１１によってデジタル信号処理回路１における音量制御
が適正に行なわれることになる。なお、音量調節だけで
なくイコライジング等の制御を行なうようにすることも
当然考えられる。また本発明の音声出力装置は車載用の
オーディオ装置、電話装置以外にも各種機器に適用する
ことができる。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように本発明の音声出力装
置では、スピーカ等の音声出力手段からマイクロフォン
による集音手段までの伝達関数に基づいて常に、音声出
力手段から出力されて集音手段から入力された音声信号
成分を算出しているので、集音手段からの入力信号から
この算出された音声信号成分を除去することによってほ
ぼ正確な環境音（ノイズ）レベルを得ることができ、環
境音にあわせて音量、音質等を的確に自動制御できるよ
うになるという効果がある。
置では、スピーカ等の音声出力手段からマイクロフォン
による集音手段までの伝達関数に基づいて常に、音声出
力手段から出力されて集音手段から入力された音声信号
成分を算出しているので、集音手段からの入力信号から
この算出された音声信号成分を除去することによってほ
ぼ正確な環境音（ノイズ）レベルを得ることができ、環
境音にあわせて音量、音質等を的確に自動制御できるよ
うになるという効果がある。
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】本実施例における適応フィルタの構成図であ
る。
る。
１ デジタル信号処理回路 ４ スピーカ ５ マイクロフォン ８ 適応フィルタ ９ 減算器 １０ レベル検出部 １１ 制御信号発生部
Claims (1)
- 【請求項１】 供給された音声信号をスピーカ出力する
音声出力手段と、 前記音声出力手段に供給されて出力される音声信号の信
号処理を行なう信号処理手段と、 外部の音声を入力して音声信号とする集音手段と、 前記音声出力手段から出力された出力音声の前記集音手
段までの伝達関数に基づいて、前記集音手段によって得
られる音声信号内における、前記音声出力手段から出力
され前記集音手段によって集音された音声信号成分を算
出する算出手段と、 前記集音手段から入力された音声信号から前記算出手段
で算出された音声信号成分を除去した音声信号成分を出
力する減算手段と、 前記減算手段から出力された音声信号成分のレベルを検
出して、前記信号処理手段における音声信号の処理動作
を制御することができる制御手段と、 から成り、 前記算出手段は、前記伝達関数に対応した、所定のフィ
ルタ係数を持つフィルタを有し、 前記所定のフィルタ係数は、前記フィルタにフィードバ
ックされた前記減算手段の出力に基づいて、前記減算手
段の出力を最小化するように適応的に調整されること を
特徴とする音声出力装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08940191A JP3286981B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 音声出力装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08940191A JP3286981B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 音声出力装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04302204A JPH04302204A (ja) | 1992-10-26 |
| JP3286981B2 true JP3286981B2 (ja) | 2002-05-27 |
Family
ID=13969625
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08940191A Expired - Fee Related JP3286981B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 音声出力装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3286981B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2058945A1 (en) | 2007-11-09 | 2009-05-13 | Yamaha Corporation | Audio processing apparatus and program |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3306600B2 (ja) * | 1992-08-05 | 2002-07-24 | 三菱電機株式会社 | 自動音量調整装置 |
| DE10018666A1 (de) | 2000-04-14 | 2001-10-18 | Harman Audio Electronic Sys | Vorrichtung und Verfahren zum geräuschabhängigen Anpassen eines akustischen Nutzsignals |
| EP1720249B1 (en) | 2005-05-04 | 2009-07-15 | Harman Becker Automotive Systems GmbH | Audio enhancement system and method |
-
1991
- 1991-03-29 JP JP08940191A patent/JP3286981B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2058945A1 (en) | 2007-11-09 | 2009-05-13 | Yamaha Corporation | Audio processing apparatus and program |
| JP2009118391A (ja) * | 2007-11-09 | 2009-05-28 | Yamaha Corp | 音処理装置およびプログラム |
| US8259961B2 (en) | 2007-11-09 | 2012-09-04 | Yamaha Corporation | Audio processing apparatus and program |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04302204A (ja) | 1992-10-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |