JP3381731B2

JP3381731B2 - 雑音低減装置

Info

Publication number: JP3381731B2
Application number: JP23904592A
Authority: JP
Inventors: 薫行徳; 徹佐々木; 仁大久保; 崇行水内
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-08-14
Filing date: 1992-08-14
Publication date: 2003-03-04
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: JPH0667693A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、適応処理を用いた雑
音低減装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、適応型雑音低減装置として、図８
に示すような回路が知られている。図８において、１は
主要入力端子、２は参照入力端子であって、主要入力端
子１を通じて入力された信号は遅延回路３を介して合成
回路４に供給される。また、参照入力端子２を通じて入
力された信号は、適応フィルタ回路５を介して合成回路
４に供給され、遅延回路３からの信号から減算される。
この合成回路４の出力は、適応フィルタ回路５に帰還さ
れると共に、出力端子６に導出される。

【０００３】この雑音低減装置においては、主要入力端
子１には、希望信号ｓと、これとは無相関の不要音声信
号（雑音）ｎ0 とが加算されたものが入力される。一
方、参照入力端子２には、雑音ｎ1 が入力される。この
参照入力の雑音ｎ1は、希望信号ｓとは無相関である
が、雑音ｎ0 とは相関があるようにされている。

【０００４】適応フィルタ回路５は、参照入力雑音ｎ1
を処理して、雑音ｎ0 に近似する信号ｙを出力する。こ
の適応フィルタ回路５の出力信号ｙとして、雑音ｎ0 と
逆相、等振幅の信号を得るようにすることもできる。遅
延回路３は、適応フィルタ回路５での処理時間を考慮し
て、減算処理する信号の時間合わせをするためのもので
ある。

【０００５】適応フィルタ回路５における適応のアルゴ
リズムは、合成回路４の出力である減算出力（残差出
力）ｅを最小にするように働く。すなわち、今、ｓ，ｎ
0 ，ｎ1 ，ｙが統計的に定常であり、平均値が０である
と仮定すると残差出力ｅは、ｅ＝ｓ＋ｎ0 −ｙとなる。これを二乗したものの期待値は、ｓがｎ0 と、
また、ｙと無相関であるから、Ｅ［ｅ²］＝Ｅ［ｓ²］＋Ｅ［（ｎ0 −ｙ）²］＋２Ｅ
［ｓ（ｎ0 −ｙ）］＝Ｅ［ｓ²］＋Ｅ［（ｎ0 −
ｙ）²］となる。適応フィルタ回路５が収束するものとすれば、
適応フィルタ回路５は、Ｅ［ｅ²］が最小になるように
調整される。このとき、Ｅ［ｓ²］は影響を受けないの
で、Ｅmin ［ｅ²］＝Ｅ［ｓ²］＋Ｅmin ［（ｎ0 −
ｙ）²］となる。

【０００６】すなわち、Ｅ［ｅ²］が最小化されること
によってＥ［（ｎ0 −ｙ）²］が最小化され、適応フィ
ルタ回路５の出力ｙは、雑音ｎ0 の推定量になる。そし
て、合成回路４からの出力の期待値は、希望信号ｓのみ
となる。すなわち、適応フィルタ回路５を調整して全出
力パワーを最小化することは、減算出力ｅが、希望音声
信号ｓの最小二乗推定値になることに等しい。

【０００７】合成回路４が音響合成手段となる場合もあ
る。すなわち、適応フィルタ回路５で、雑音と逆相、等
振幅の雑音打ち消し音声信号−ｙを形成し、これをスピ
ーカなどに供給して、主要音声に音響的に加算して雑音
を低減する構成とする。この場合の残差ｅは、残差検出
用マイクロホンで収音することなる。

【０００８】なお、適応フィルタ回路５はアナログ信号
処理回路で実現する場合とデジタル信号処理回路で実現
する場合の、いずれでも可能である。適応フィルタ回路
５を、デジタルフィルタを用いて実現した場合の例を図
９に示す。この例では、適応のアルゴリズムとして、い
わゆるＬＭＳ（Least Mean Squares；最小平均二乗）法
を使用する。

【０００９】図９に示すように、この例では、ＦＩＲフ
ィルタ型の適応線形結合器３００を使用する。これは、
それぞれ単位サンプリング時間の遅延時間Ｚ^-1を有する
複数個の遅延回路ＤＬ１，ＤＬ２，……ＤＬｍ（ｍは正
の整数）と、入力雑音ｎ1 及び各遅延回路ＤＬ１，ＤＬ
２，……ＤＬｍの出力信号と加重係数との掛け算を行う
加重回路（係数乗算器）ＭＸ０，ＭＸ１，ＭＸ２，……
ＭＸｍと、加重回路ＭＸ０〜ＭＸｍの出力を加算する加
算回路３１０を備える。加算回路３１０の出力はｙであ
る。

【００１０】加重回路ＭＸ０〜ＭＸｍに供給する加重係
数は、例えばマイクロコンピュータからなるＬＭＳ演算
回路３２０で、合成回路４からの残差信号ｅと参照入力
とに基づいて形成される。このＬＭＳ演算回路３２０で
実行されるアルゴリズムは、次のようになる。

【００１１】今、時刻k における参照入力ベクトルＸ_k
を、図９にも示すように、Ｘ_k＝［ｘ_0k ｘ_1k ｘ_2k ・・・ｘ_mk］^T とし、出力をｙ_k、加重係数をｗ_jk（j=0,1,2,…m ）と
すると、入出力の関係は、次の数１に示すように、

【００１２】

【数１】となる。

【００１３】そして、時刻k における加重ベクトルＷ_k
を、Ｗ_k＝［ｗ_0k ｗ_1k ｗ_2k ・・・ｗ_mk］^T と定義すれば、入出力関係は、ｙ_k＝Ｘ_k ^T・Ｗ_k … （１）で与えられる。希望の応答をｄ_kとすれば、出力との誤
差ｅ_kは次のように表される。ｅ_k＝ｄ_k−ｙ_k ＝ｄ_k−Ｘ_k ^T・Ｗ_k … （２）ＬＭＳ法では、加重ベクトルの更新を、Ｗ_k+1＝Ｗ_k＋２μ・ｅ_k・Ｘ_k … （３）なる式により行っていく。ここで、μは適応の速度と安
定性を決める利得因子（ステップゲイン）である。

【００１４】上記式（３）において、ある時点k での係
数ベクトルＷ_kを修正するベクトルが、式（３）の右辺
の第２項であるが、利得因子μと瞬時誤差ｅ_kとはスカ
ラー値で、ともに修正値を直接左右する。同じく参照入
力ベクトルＸ_kも積の形で働くので、これも修正値を左
右する。平均的な収束の時定数τ_aは、 τ_a＝（ｎ＋１）／４μ・trＥ〔Ｘ_iＸ_j ^T〕で表される。ここで、ｎは参照入力ベクトルの次数（Ｆ
ＩＲフィルタのタップ数に対応）、trＥ〔Ｘ_iＸ_j ^T〕
は参照入力の平均パワーである。つまり、ＦＩＲフィル
タのタップ数が大きいほど収束速度は遅くなり、利得因
子μが大きいほど収束速度が速くなる。

【００１５】定常的な信号の場合、収束速度が速いと最
終的な残留雑音レベルが大きく、逆に収束が緩慢である
と最終的な雑音レベルが小さくなる。しかし、対象とす
る信号が音声のように変動する場合には、収束しきる前
にその性質が変化してしまうため、ある程度収束速度が
速い方がキャンセル量が大きくなる。

【００１６】利得因子μの値は、適応フィルタ回路５の
出力ｙが雑音ｎ0 を打ち消すものに近づき、装置の出力
が希望信号ｓと同等のものになるように収束するために
は、次の条件を満足する必要がある。０＜μ＜（信号の電力）／（ＦＩＲフィルタのタップ数
＋１）…（４） μが、式（４）の範囲より大きくなると、適応フィルタ
回路５の出力ｙは発散してしまい、装置の出力として大
きな雑音を発する。

【００１７】従来、利得因子μの値は、処理後の信号の
品位に直接に影響する適応フィルタ３００のタップ数
と、参照入力信号の大きさ（電力）とを勘案して、上記
の式（４）を満足して適応フィルタ回路５が正常に動作
する（収束する）ように、一定の値に定められている。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば、電
話機には、受話器とは別にマイクロホンとスピーカが設
けられて、受話器を置いたままで通話が可能な、いわゆ
るスピーカホン機能を備えたものがある。この機能を備
えた電話装置では、マイクロホンが送話者の声をキャッ
チし、一方、スピーカから相手の声が聞こえるので、い
わゆるハンドフリーで通話することができて、手がふさ
がっているときや、大勢で相手と話がしたい場合に便利
である。

【００１９】また、遠隔の複数地点間での、テレビジョ
ン会議システムでも、各会議室の複数の出席者ごとに、
マイクロホンとスピーカからなる音声端末が設けられ
て、各出席者は、同様にハンドフリーで、相手方の発言
を聞くことができると共に、随時発言することができ
る。

【００２０】しかしながら、上述のようなスピーカホン
機能を備えた電話機では、周囲の騒音がマイクロホンに
入って通話を妨げ、また、テレビジョン会議システムの
各音声端末では、同じ会議室の他の出席者の発言が不要
に収音されてしまう。

【００２１】また、例えばカメラ一体型ＶＴＲの収音用
マイクロホンは、一般に被写体側からの音声のみを収音
し、後方からの音声、例えば撮影者の音声は収音しない
ようにすることが望ましい。

【００２２】以上のような目的を達成するために、上述
の適応処理を用いた雑音低減装置を用いることが考えら
れる。すなわち、前述のような適応処理において、不要
信号を参照入力信号として、これを用いて主要入力信号
中の不要信号（雑音）を低減することが考えられる。

【００２３】ところが、参照入力収音用のマイクロホン
の指向特性を完全に希望音声信号を収音しないような特
性にすることが困難であるので、希望音声信号が、ある
程度のレベルで参照入力信号中に混入してしまう。

【００２４】この状態は、希望音声と参照入力音声の両
入力信号が無相関であるという適応処理の前提条件から
外れており、特に、参照信号中の不要信号（雑音）のレ
ベルがかなり低い場合には、上述のような通常の適応処
理では、希望音声信号自体が低減の対象となってしまう
という問題があった。

【００２５】この発明は、以上の点にかんがみ、希望音
声自体の低減を防止することができる雑音低減装置を提
供することを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、この発明による雑音低減装置は、希望音声を収音す
るための第１のマイクロホンと、上記希望音声の到来方
向の感度が低い指向性を有する第２のマイクロホンと、
係数乗算器を備え、上記第２のマイクロホンからの音声
信号が供給される適応フィルタ手段と、この適応フィル
タ手段の出力信号を上記第１のマイクロホンの音声信号
から減算する合成手段と、この合成手段の出力パワーが
最小化されるように上記適応フィルタ手段を調整する手
段と、上記係数乗算器での加重係数と規定の基準値との
比較結果に基づいて、上記適応フィルタ手段における適
応処理動作を制限する手段と、を備えることを特徴とす
る。

【００２７】

【作用】例えば主要入力用のマイクロホンの指向特性を
無指向性とし、また、参照入力用のマイクロホンの指向
特性を単一指向性であって、希望音声到来方向とは逆方
向に等しい感度を有し、希望音声の到来方向には感度が
低いとした場合、参照入力用のマイクロホンでは、主要
入力用のマイクロホンとの感度比に相当する電圧レベル
で、希望音声が収音される。

【００２８】上記のこの発明の構成によれば、低減対象
ではない希望音声到来方向からの音声が、第１，第２の
マイクロホンの感度比に応じて、参照入力に混入した場
合、適応フィルタ手段２４もしくは６３の係数乗算器の
加重係数に基づいて、この低減対象外の音声の混入が検
出され、適応フィルタ手段２４の動作が制限されて、希
望音声自体の低減が防止される。

【００２９】

【実施例】以下、図１〜図５を参照しながら、この発明
による雑音低減型の音声入力装置の一実施例について説
明する。

【００３０】図１において、１１は希望音声を収音する
ための主要入力用マイクロホン、２１は雑音として除去
したい方向の不要音声や周囲騒音を収音するための参照
入力用マイクロホンである。この例は、希望音声の到来
方向は、主として、図２において矢印ＡＲで示すよう
に、図上、上方から下方に向かう方向（以下正面方向と
いう）であり、この方向と逆方向（以下背面方向とい
う）からの不要音を雑音として収音しないようにする雑
音低減型の音声入力装置を実現する例である。

【００３１】この例の場合には、主要入力用マイクロホ
ン１１は、図２に示すような無指向性のマイクロホンで
構成される。一方、参照入力用マイクロホン２１は、図
２に示すように、希望音声到来方向に感度が低く、背面
方向に感度が高い単一指向性のマイクロホンで構成され
る。

【００３２】そして、主要入力用マイクロホン１１によ
り収音され、電気信号に変換されて得られた音声信号
は、増幅器１２を介してＡ−Ｄ変換器１３に供給され
て、デジタル信号に変換され、遅延回路１４を介して減
算回路１５に供給される。また、参照入力用マイクロホ
ン２１により収音され、電気信号に変換されて得られた
音声信号は、増幅器２２を介してＡ−Ｄ変換器２３に供
給されて、デジタル信号に変換されて、適応フィルタ回
路２４に供給される。

【００３３】この実施例では、適応フィルタ回路２４
は、前出図９に示すような、ＦＩＲフィルタ型の適応線
形結合器３００と、この線形結合器３００を適応制御す
る演算回路（マイクロコンピュータ）３２０から構成さ
れ、Ａ−Ｄ変換器２３からのデジタル信号は、演算回路
３２０に供給されると共に、線形結合器３００を介して
減算回路１５に供給される。減算回路１５の出力信号
は、演算回路３２０に帰還されると共に、Ｄ−Ａ変換器
１６によりアナログ信号に戻され、出力端子１７に導出
される。

【００３４】なお、Ｄ−Ａ変換器１６を省いて、減算回
路１５の出力信号をデジタル信号のままで出力端子１７
に導出するようにしてもよい。また、遅延回路１４は、
適応フィルタ回路２４での伝播時間や適応処理のための
演算に要する時間遅れなどの時間遅延を補償するための
ものである。

【００３５】基本的には、適応フィルタ回路２４では、
主要入力音声信号中に含まれる雑音に、参照入力音声信
号が近似するように制御される。これにより、主要入力
用マイクロホン１１で収音された音声中の希望音声と雑
音とが無相関であるとすると、減算回路１５では、主要
入力用マイクロホン１１の音声信号から、参照入力用マ
イクロホン２１の音声信号（雑音）が減算されて除去さ
れ、減算回路１５からは、希望音声信号のみが得られ
る。すなわち、この実施例の基本的構成は、主要入力と
して主要入力用マイクロホン１１の出力音声信号が供給
され、参照入力としての雑音として参照入力用マイクロ
ホン２１の出力音声信号が供給された適応型雑音低減シ
ステムの構成となっている。そして、出力端子１７に
は、雑音、この例では背面方向からの不要音声信号が選
択的に除去されて、結果的には、希望音声信号だけが、
所要の品位で出力される。換言すれば、適応型システム
として、超指向性が実現されたことになる。

【００３６】次に、図２〜図５を参照しながら、図１の
実施例の適応フィルタ回路の動作制限について説明す
る。前述のように、参照入力用のマイクロホンでも希望
音声が収音されて、参照入力信号に希望信号が混入した
状態では、希望・参照の両入力信号は互いに相関がある
ので、通常の適応処理がなされた場合、希望音声信号自
体が低減されてしまう。

【００３７】この現象は、参照入力信号に希望信号が混
入したことにより、適応型システムとしての指向性が変
化して、システムの低減対象方向が正面方向に移動した
として説明される。または、システムの低減対象範囲が
正面方向まで拡大したともいえる。

【００３８】この希望音声信号自体の低減を防止するた
めには、参照入力信号に希望信号が混入したことによる
システムの低減対象方向の変化を検出して、適応フィル
タ回路の動作を制限する必要がある。この実施例では、
後述のように、適応フィルタの加重係数を解析して、シ
ステムの低減対象方向を知るようにしている。

【００３９】ここで、時刻k における主要入力の遅延回
路１４の出力ｄ_k中に、θ＝０゜の正面方向の希望音声
信号成分ｄ_dkが含まれ、適応フィルタ回路２４に供給さ
れる参照入力ｘ_jk中にも、上述のような混入により、希
望音声信号成分ｘ_djkが含まれているとする。このと
き、希望・参照の両入力信号中の、希望音声信号成分ど
うしのレベル比（混入比）はｄ_dk／ｘ_djk＝Ｒ_k（０）のように表わされる。

【００４０】前出の式（２）に示すように、参照入力ｘ
_jk中の希望音声信号成分ｘ_djkは、適応フィルタ回路２
４においてＷ_jkの重み付けをされて、減算回路１５に供
給され、主要入力ｄ_k中の希望音声信号成分ｄ_dkから差
し引かれる。そして、希望音声信号成分の残差ｅ_dkはｅ_dk＝ｄ_dk−Ｗ_jk・ｘ_djk のように表わされる。

【００４１】適応フィルタ回路２４においては、加重係
数Ｗ_jkが適応処理に伴って刻々変化しており、ある時点
で、混入比Ｒ_k（０）に近い値（Ｗ_jk＝約Ｒ_k（０））
になったとする。

【００４２】このとき、希望音声信号成分の残差ｅ
_dkは、次の数２の式に示すようになる。

【００４３】

【数２】即ち、加重係数Ｗ_jkが、適応処理に伴って、正面方向に
おける混入比Ｒ_k（０）に近い値になったときは、その
正面方向の希望音声信号成分が低減されてしまうことに
なる。

【００４４】また、音声の到来方向が正面ではない（θ
≠０゜）一般の場合にも、到来方向θにおける混入比Ｒ
_k（θ）に応じて、参照入力中に希望音声成分が混入す
ることにより、上述と同様に、希望音声信号成分が低減
されてしまうことがわかる。

【００４５】そこで、加重係数Ｗ_jkが混入比Ｒ_k（θ）
に近くなったとき、若しくは混入比Ｒ_k（θ）に近づく
ことが予想されるとき、適応処理を制限すれば、主要入
力中の希望音声信号成分が低減されてしまう事態を防止
できる。

【００４６】ところで、適応処理によっても、主要・参
照の両入力用マイクロホン１１，２１の個々の指向性が
変化することはない。図２に示すような主要・参照の両
マイクロホン１１，２１の指向性を、一般的に、Ｄ11
（θ），Ｄ21（θ）とすれば、方位角θにおける両マイ
クロホン１１，２１の感度比はＲ（θ）＝Ｄ11（θ）／Ｄ21（θ）となる。そして、方位角θの同一音源に対する、両マイ
クロホン１１，２１の出力信号Ｓｄ11，Ｓｄ21のレベル
も、当然ながら、感度比と同じ比率になり、Ｓｄ11／Ｓｄ21＝Ｒ（θ）のように表される。

【００４７】ここで、方位角θの同一音源から希望音声
が到来するものとすれば、両マイクロホン１１，２１の
感度比Ｒ（θ）は、前述のような混入比Ｒk(θ) と等し
くなる。したがって、以下の説明では、この混入比Ｒk
(θ) に代えて、マイクロホン１１，２１の感度比Ｒ
（θ）を用いることとする。

【００４８】図２に示すように、主要入力用の無指向性
マイクロホン１１の感度は全方向に対して０ｄＢであ
り、Ｄ11（θ）＝１と表される。

【００４９】また、参照入力用のマイクロホン２１が、
希望音声が到来する正面方向（θ＝０゜）には−２０ｄ
Ｂの感度、背面方向（θ＝１８０゜）には０ｄＢの感度
の単一指向性である場合、マイクロホン２１の指向性
は、Ｄ21（θ）＝−0.45ｃｏｓθ＋0.55 のように表わされる。また、両マイクロホン１１，２１
の感度比Ｒ（θ）は図３に示すようになり、θ＝０゜の
正面方向からθ＝１８０゜の背面方向までの範囲で、１
０から１まで単調に減少する。

【００５０】この実施例では、図４に示すような手順に
よって、システムとしての低減対象方向の変化を検出し
て、適応処理を制限する。この制限処理に先立ち、適応
フィルタ回路２４の演算回路（マイクロコンピュータ）
３２０においては、予め、低減処理の対象となる不要音
の到来方向の限界値θthに応じて主要入力が低減されて
しまうと検出される限界の感度比Ｒ（θth）が設定され
ている。この限界の感度比Ｒ（θth）は、ユーザが限界
値θthを入力することにより、演算回路３２０で設定す
るようにすることもできる。

【００５１】例えば、θ＝３０〜１８０゜の範囲に不要
音の音源が存在するとすれば、低減処理対象の到来方向
の限界値はθth＝３０゜となり、対応する加重係数Ｗjk
の上限、Ｒ（θth）は、図３に示すように、６よりやや
大きくなるので、例えば限界の感度比Ｒ（θth）＝６と
設定される。

【００５２】そして、前述のような適応処理が始まり、
時刻k での残差ｅ_kと参照入力ｘ_kが適応フィルタ回路
２４に供給されて（ステップＳ１）、演算回路３２０で
は、次の時刻k+1 で更新されるべき加重係数Ｗ_k+1が演
算される（ステップＳ２）。そして、次のステップＳ３
において、この加重係数Ｗ_k+1がその限界の感度比Ｒ
（θth）より小さいか否かが判断される。

【００５３】加重係数Ｗ_k+1がＲ（θth）より小さい場
合、この加重係数Ｗ_k+1がそのまま出力されて（ステッ
プＳ４）、通常の適応処理が行なわれる。また、加重係
数Ｗ_k+1がＲ（θth）より小さくない場合は、前述した
式（３）のステップゲインμをゼロとし、または、通常
動作時の例えば１／１０に小さくして（ステップＳ
５）、しかる後、更新すべき加重係数Ｗ_k+1が出力され
る（ステップＳ６）。これにより、加重係数の更新が休
止ないしは抑制されて、参照入力中に希望音声成分が混
入した場合でも、システムとしての低減対象方向の変化
による、希望音声自体の低減を防止することができて、
所要の品位で、希望音声が安定に出力される。

【００５４】図５は、この実施例の効果を実験的に確認
したものを示すための図である。θ＝１８０°の背面方
向からの到来信号が図５Ａに示すようなものであり、θ
＝０°の正面方向からの到来信号が図５Ｂに示すような
ものであるとき、従来の適応処理によれば、図５Ａの背
面方向からの到来信号が微弱な期間では、参照信号中の
正面方向からの到来信号が相対的に大きくなり、主要信
号と参照信号の相関性が高くなり、正面方向からの到来
信号がキャンセル対象となるため、図５Ｃに示すよう
に、処理後の出力信号のレベルが、図５Ｂの正面方向か
らの到来信号に比べて、低下している。また、図５Ｅに
示すように、計数乗算器の加重係数が増大している。

【００５５】この加重係数の増大は、低減対象となる背
面方向からの到来信号が、正面方向からの到来信号に比
べて、かなり低レベルであるため、システムとしての低
減対象方向が正面方向にまで移動してきたことを示して
いる。そして、従来の適応処理によれば、この低減対象
方向の変化によって、出力信号のレベル低下が惹起され
る。

【００５６】これに対して、この実施例では、上述のよ
うな加重係数の更新休止により、図５Ａの背面方向から
の到来信号が微弱な期間にも、図５Ｆに示すように、加
重係数が一定に維持されて、低減対象方向の変化が抑制
される。そして、図５Ｄに示すように、処理後の出力信
号のレベルが、図５Ｂの正面方向からの到来信号と概ね
等しくなっている。

【００５７】次に、図６を参照しながら、この発明によ
るマイクロホン装置の他の実施例について説明する。こ
の発明の他の実施例の構成を図６に示す。

【００５８】図６の実施例では、前述の図１の実施例の
構成に加えて、加重係数が希望方向の音声をも低減して
しまう限界値になったか否かを検出するための系を別個
に設ける。すなわち、第２の遅延回路６１，減算回路６
２と、第２の適応フィルタ回路６３とが設けられる。

【００５９】そして、第１のマイクロホン１１から、増
幅器１２，Ａ−Ｄ変換器１３を経た主要入力信号が、遅
延回路６１を介して減算回路６２に供給される。また、
第２のマイクロホン２１から、増幅器２２，Ａ−Ｄ変換
器２３を経た参照入力信号が適応フィルタ回路６３に供
給される。

【００６０】そして、この実施例では、適応フィルタ回
路６３は、１タップのＦＩＲフィルタ型の適応線形結合
器４００と、この線形結合器４００を適応制御する演算
回路（マイクロコンピュータ）４２０とから構成され
る。１タップの線形結合器４００は、この例では、遅延
時間が単位サンプリング時間Ｚ-1の遅延回路４０１と、
この遅延回路４０１の出力信号と加重係数との掛け算を
行う単一の係数乗算器４０２からなる。

【００６１】この適応フィルタ回路６３の出力信号が減
算回路６２に供給されて、減算回路６２の出力信号は、
演算回路４２０に帰還される。そして、この実施例で
は、第２の適応フィルタ回路６３の演算回路４２０の出
力が、制御信号として、第１の適応フィルタ回路２４の
演算回路３２０に供給される。その余の構成は前述の図
１の例と同様である。

【００６２】図６の実施例では、第２の適応フィルタ回
路６３において、次のようにして、希望音声信号が参照
入力信号中に混入したことによる、システムとしての低
減対象方向の変化を検出する。即ち、この実施例では、
単一の係数乗算器４０２の加重係数Ｗ_jkを、例えば不要
音の到来方向の限界値θthに対応する値に固定してお
き、演算回路４２０の適応アルゴリズムによる係数更新
量ΔＷ_jkの符号や絶対値に基づいて、低減対象方向の変
化を検出し、第１の適応フィルタ回路２４における適応
処理を制限する。

【００６３】例えば、係数乗算器４０２の加重係数をＷ_jk＝６に設定すれば、前述のように、低減対象範囲は θ＝３０〜１８０゜に設定される。演算回路４２０の適応アルゴリズムによ
る係数更新量が ΔＷ_jk≦０の場合は、低減対象範囲が上述の設定のように維持され
るので、適応フィルタ回路２４における適応処理は、な
んら制限されない。

【００６４】また、 ΔＷ_jk＞０の場合には、加重係数Ｗ_jkが更に大きな値となること、
即ち、低減対象方向が正面方向に移動する傾向にあるこ
とを示しているので、演算回路４２０からの制御信号
が、演算回路３２０に供給されて、第１の適応フィルタ
回路２４における適応処理が制限される。この適応処理
の制限の方法は、前述の例と同様に加重係数Ｗ_jkの更新
休止（μ＝０）、あるいは抑制（μ→μ／１０）として
もよいが、この例では特に次のようにする。

【００６５】すなわち、この実施例では、演算回路４２
０からの制御信号に基づいて、第１の適応フィルタ回路
２４の各加重回路ＭＸ０〜ＭＸｍにデフォルト（既定）
の加重係数が設定される。例えば、適応フィルタ回路２
４の伝達特性が［０．５］となるような加重係数をロー
ドすることにより、図２に示すような指向性のマイクロ
ホン１１，２１から、ハイパーカーディオイドの鋭い指
向性が形成される。

【００６６】これにより、この実施例では、本来の適応
フィルタ回路とは別個に設けた、簡単な構成の第２の適
応フィルタ回路により、低減対象方向の変化を検出する
ようにしたので、参照入力中に希望音声成分が混入した
場合、これを速やかに検出することができて、希望音声
自体の低減を防止することができ、所要の品位で、希望
音声が出力される。

【００６７】ちなみに、ハイパーカーディオイドのマイ
クロホンは、その指向性指数が−６ｄＢであって、−５
ＤＢの単一指向性マイクロホンよりも鋭い指向性を備え
ている。ここに、指向性指数(directivity index) と
は、すべての方向から等しい確率でランダムに入射する
音に対する、指向性マイクロホンのエネルギーレスポン
スと、正面感度が等しい無指向性マイクロホンのエネル
ギーレスポンスとの比を常用対数で表わしたものであっ
て、指向性が鋭くなるほどマイナスの数値が大きくな
る。

【００６８】図６の例においては、１タップのＦＩＲフ
ィルタ４００の加重係数を所定値に固定し、演算回路４
２０で求めたその固定値の加重係数に対する更新変化分
を監視することにより、低減対象方向の変化を検出する
ようにしたが、ＦＩＲフィルタ４００の加重係数を演算
回路４２０の計算値で更新させ、その更新値が前記値６
を越えるか否かにより検出することも可能である。

【００６９】なお、上述の各実施例では、前出図２に示
すように、参照入力用のみに、背面方向に感度が高い単
一指向性のマイクロホンを使用したが、図７に示すよう
に、主要・参照入力用として、互いに逆方向に配置され
ている１対の単一指向性マイクロホンを使用することも
できる。

【００７０】この場合、主要・参照の両マイクロホン１
１，２１の指向性Ｄ11（θ），Ｄ21（θ）は、例えば、Ｄ11（θ）＝＋0.45ｃｏｓθ＋0.55 Ｄ21（θ）＝−0.45ｃｏｓθ＋0.55 のように表わされ、両マイクロホンの感度比Ｒ（θ）＝
Ｄ11（θ）／Ｄ21（θ）は、θ＝０゜の正面方向では１
０、θ＝９０゜の横方向では１、θ＝１８０゜の背面方
向では１／１０となる。

【００７１】また、上述の各実施例では、低減対象方向
の変化（または傾向）が検出された場合、適応フィルタ
回路の加重係数に関して、異なる技法で対処したが、そ
れぞれの対処方法を交換してもよく、組み合わせて用い
てもよい。更に、図１に示した第１の実施例において、
適応処理後の音声に要求される品位によっては、１タッ
プＦＩＲ型の適応フィルタ回路を用いることができる。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、適応フィルタ手段の係数乗算器の加重係数の大きさ
から、希望音声をも低減してしまう状態を検出すること
ができることを利用して、この適応フィルタ手段の係数
乗算器の加重係数に基づいて、適応フィルタ手段の適応
処理を制限するようにしたので、希望音声自体が低減さ
れてしまうのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による雑音低減装置の一実施例の構成
を示すブロック図である。

【図２】第１及び第２のマイクロホンの指向性の一例を
示す図である。

【図３】この発明の一実施例の動作を説明するための図
である。

【図４】この発明の一実施例の動作を説明するためのフ
ローチャート図である。

【図５】この発明の一実施例の動作を説明するための図
である。

【図６】この発明の他の実施例の構成を示すブロック図
である。

【図７】第１及び第２のマイクロホンの指向性の他の例
を示す図である。

【図８】適応雑音低減装置の概要を示すブロック図であ
る。

【図９】適応フィルタ回路の構成例を示す図である。

【符号の説明】

１１，２１マイクロホン１５，６２減算回路２４，６３適応フィルタ回路４０２，ＭＸ係数乗算器（加重回路）

フロントページの続き (72)発明者水内崇行東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (56)参考文献特開昭61−194913（ＪＰ，Ａ) 特開平５−119794（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G10L 15/20 G10L 21/02 H04R 3/00 320

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】希望音声を収音するための第１のマイクロ
ホンと、上記希望音声の到来方向の感度が低い指向性を有する第
２のマイクロホンと、係数乗算器を備え、上記第２のマイクロホンからの音声
信号が供給される適応フィルタ手段と、この適応フィルタ手段の出力信号を上記第１のマイクロ
ホンの音声信号から減算する合成手段と、この合成手段の出力パワーが最小化されるように上記適
応フィルタ手段を調整する手段と、上記係数乗算器での加重係数と規定の基準値との比較結
果に基づいて、上記適応フィルタ手段における適応処理
動作を制限する手段と、を備えた雑音低減装置。
【請求項２】希望音声を収音するための第１のマイクロ
ホンと、上記希望音声の到来方向の感度が低い指向性を有する第
２のマイクロホンと、上記第２のマイクロホンからの音声信号が供給される第
１の適応フィルタ手段と、この第１の適応フィルタ手段の出力信号を上記第１のマ
イクロホンの音声信号から減算処理する第１の合成手段
と、この第１の合成手段の出力パワーが最小化されるように
上記第１の適応フィルタ手段を調整する手段とを備える
と共に、上記第２のマイクロホンからの音声信号が供給される第
２の適応フィルタ手段と、この第２の適応フィルタ手段の出力信号を上記第１のマ
イクロホンの音声信号から減算処理する第２の合成手段
と、この第２の合成手段の出力パワーが最小化されるように
上記第２の適応フィルタ手段を調整する手段と、上記第２の適応フィルタ手段における加重係数に基づい
て、上記第１の適応フィルタ手段における適応処理動作
を制限する手段とを備えた雑音低減装置。
【請求項３】上記第２の適応フィルタ手段は、１タップ
の適応線形結合器で構成される請求項２に記載の雑音低
減装置。
【請求項４】上記適応フィルタ手段の適応処理動作の制
限が加重係数の更新休止である請求項１〜３のいずれか
に記載の雑音低減装置。
【請求項５】上記適応フィルタ手段の適応処理動作の制
限が加重係数の更新抑制である請求項１〜３のいずれか
に記載の雑音低減装置。
【請求項６】上記適応フィルタ手段の適応処理動作の制
限が加重係数の既定値への切り換えである請求項１〜３
のいずれかに記載の雑音低減装置。
【請求項７】希望音声を収音するための第１のマイクロ
ホンと、上記希望音声の到来方向の感度が低い指向性を有する第
２のマイクロホンと、上記第２のマイクロホンからの音声信号が供給される第
１の適応フィルタ手段と、この第１の適応フィルタ手段の出力信号を上記第１のマ
イクロホンの音声信号から減算処理する第１の合成手段
と、この第１の合成手段の出力パワーが最小化されるように
上記第１の適応フィルタ手段を調整する手段と、上記第２のマイクロホンからの音声信号が供給される第
２の適応フィルタ手段と、この第２の適応フィルタ手段の出力信号を上記第１のマ
イクロホンの音声信号から減算処理する第２の合成手段
と、この第２の合成手段の出力パワーが最小化されるように
上記第２の適応フィルタ手段を調整する手段とを備え、上記第２の適応フィルタ手段の係数乗算器の加重係数を
所定の限界値に固定し、この固定の加重係数値に対して
上記第２の適応フィルタ手段において求められる、上記
加重係数を更新するための変化量に基づいて、上記第１
の適応フィルタ手段の適応処理動作を制限するようにし
た雑音低減装置。