JP3765567B2

JP3765567B2 - 収音装置、収音方法、収音プログラムおよび記録媒体

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Publication number: JP3765567B2
Application number: JP2001277295A
Authority: JP
Inventors: 和則小林; 賢一古家
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2001-09-12
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2021-09-12
Also published as: JP2003087891A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、講堂や会議室での拡声や、通信会議等に用いられる収音装置、収音方法、収音プログラムおよび記録媒体に係り、特に、ハウリングを防止するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、話者音声をマイクロホンで収音し、スピーカから出力する場合の説明図である。
【０００３】
上記の場合、マイクロホン５２と、スピーカ５４との間における伝達関数Ｐ（ω）は、次の式（１）で表される。
【０００４】
Ｐ（ω）＝Ｗ（ω）／（１−Ｗ（ω）Ｆ（ω）） … 式（１）
ただし、Ｗ（ω）は、マイクロホン５２、スピーカ５４間のアンプ、イコライザ等伝達関数であり、Ｆ（ω）は、スピーカ５２、マイクロホン５４間の空間伝達関数（スピーカ、マイクロホンの伝達関数を含む）である。
【０００５】
上記式（１）において、ハウリングが生じるのは、分母が０となる場合であり、ハウリングを起こさないための充分条件は、｜Ｗ（ω）Ｆ（ω）｜が、全ての周波数において、１未満となることである。
【０００６】
従来、ハウリングを防止する場合、遅延和アレーが使用され、この遅延和アレーは、スピーカ５２に対する感度を低くすることによって、Ｆ（ω）を小さくする遅延和アレーである。
【０００７】
図８は、従来の遅延和アレーを説明する図である。
【０００８】
従来の遅延和アレーは、マイクロホン１１₁〜１１_Mと、遅延器６１₁〜６１_Mと、加算器６２とによって構成されている。
【０００９】
まず、ｍ番目マイクロホンが位置Ｐ_mにあり、目的音源が位置Ｐ_Sにあり、スピーカが位置Ｐ_Nにある場合を仮定する。
【００１０】
遅延器６１₁〜６１_Mには、それぞれ遅延量ｄ₁〜ｄ_Mが設定され、これら遅延量ｄ₁〜ｄ_Mは、目的音源から到来する直接波が同相になるような遅延量であり、次の式（２）によって設定される。
【００１１】
ｄ_m＝Ｄ₀−｜Ｐ_m−Ｐ_s｜／ｃ … 式（２）
ただし、Ｄ₀は、遅延量が負の値とならないようにするための固定遅延量であり、ｃは、音速である。
【００１２】
次に、１番目マイクロホンに到来した目的音をフーリエ変換したものを、Ｓ（ω）とし、１番目マイクロホンに到来したスピーカ音と、上記フーリエ変換したものとを、Ｎ（ω）とし、出力をフーリエ変換したものＹ（ω）を求めれば、次の式（３）になる。
【００１３】
【数１】

【００１４】
ただし、ｄ_Nmは、スピーカからｍ番目マイクロホンまでの遅延量であり、次の式（４）によって表される。
【００１５】
ｄ_Nm＝｜Ｐ_m−Ｐ_N｜／ｃ … 式（４）
次に、目的音源に対する感度を１として正規化した場合に、スピーカに対する相対感度（｜Ｆ'（ω）｜）を求めれば、次の式（５）となる。
【００１６】
【数２】

【００１７】
マイクロホンが１本だけ設けられている場合の相対感度は、１であるので、上記式（５）が示す相対感度（｜Ｆ'（ω）｜）は、遅延和アレーによって得られたスピーカに対する感度が低下した感度である。上記式（５）は、必ず１以下になるので、マイクロホンが１本だけ設けられている場合よりも、スピーカ、マイクロホン間の空間伝達関数Ｆ（ω）が小さくなる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例では、その減衰量が数ｄＢ程度であり、ハウリング防止に対して高い効果を得ることができないという問題がある。
【００１９】
上記従来例のハウリング防止方法では、スピーカに対する感度を減衰させる量が少ないので、ハウリング防止に対して高い効果を得ることができないという問題がある。
【００２０】
本発明は、スピーカに対する感度を大きく減衰させ、ハウリングを効果的に防止することができる収音装置、収音方法、収音プログラムおよび記録媒体を提供することを目的とするものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、等間隔直線配置されているＭ個（Ｍは３以上の整数）の収音手段のうちで隣り合う収音手段のペア毎に、収音した収音信号から、目的音方向からの到来音成分が除去されたＭ−１個の信号を得る目的音除去手段と、目的音方向から第ｍ番目（ｍは１以上Ｍ−１以下の整数）の収音手段への到来時間と、目的音方向から第１番目の収音手段への到来時間との差を与えるフィルタ係数によって、擬似目的音をフィルタリングし、Ｍ−１個の信号を生成する擬似目的音生成手段と、Ｍ−１個の収音手段のペア毎に、上記目的音除去手段の出力信号と、上記擬似目的音生成手段の出力信号とを加算する加算手段と、上記擬似目的音に固定の遅延を与える遅延手段と、Ｍ−１個の収音手段が出力したペア毎の上記加算手段の出力信号をそれぞれ異なるフィルタ係数でフィルタリングし、上記遅延手段の出力信号を、上記Ｍ−１個のフィルタリングした信号を加算した信号の所望信号として上記フィルタ係数を学習する適応フィルタと、上記第１〜第Ｍ−１番目の収音手段が収音したそれぞれの収音信号を、上記適応フィルタと同じフィルタ係数でフィルタリングした信号を加算して出力するフィルタ部とを有する収音装置である。
【００２２】
【発明の実施の形態および実施例】
図１は、本発明の第１の実施例であるハウリング防止装置ＨＰＳ１を示すブロック図である。
【００２３】
ハウリング防止装置ＨＰＳ１は、マイクロホン１１₁〜１１_Mと、目的音除去部（ＮＢＦ：Null Beam Former）１２₁〜１２_M-1と、擬似目的音生成部１３と、加算器１４₁〜１４_M-1と、適応フィルタ部１５と、遅延器１６と、減算器１７と、学習制御部１８と、フィルタ部１９とを有する。
【００２４】
ハウリング防止装置ＨＰＳ１は、等間隔直線配置の複数のマイクロホンによって収音された信号を用いて、スピーカ方向の感度が低くなるようなフィルタ係数を、適応的に求めることによって、スピーカ方向の感度を大きく減衰させ、ハウリングを防止するものである。
【００２５】
まず、隣接するマイクロホンペア（たとえば、マイクロホン１１₁と１１₂、マイクロホン１１₂と１１₃）毎に、目的音除去部１２₁〜１２_M-1が設けられ、目的音除去部１２₁〜１２_M-1は、目的音方向に感度が０（Ｎｕｌｌ）である指向性を有する。なお、目的音除去部１２₁〜１２_M-1に接続されているマイクペアは、全て等間隔であり、また、目的音除去部１２₁〜１２_M-1は、隣り合う収音手段毎に設けられ、収音手段数よりも１つ少ない数だけ設けられている。
【００２６】
目的音除去部１２₁〜１２_M-1が形成する死角方向に受話信号の拡声器があることが予め分かっていれば、目的音除去部１２₁〜１２_M-1を、必ずしも死角方向を制御する必要がない。ただし、拡声器が動いたり、反射音が優勢な場合には、死角方向を制御する必要がある。このために、各マイクロホンからの出力への振幅や、遅延またはフィルタ係数を制御することによって、対応することができる。
【００２７】
マイクロホン１１₁〜１１_Mが収音した信号は、隣接するマイクロホンペア毎に設けた目的音除去部１２₁〜１２_M-1に入力され、目的音方向から到来する音波が除去される。これによって、目的音源からの直接波を取り除いたＭ−１個の信号が得られる。
【００２８】
擬似目的音生成部１３のフィルタ係数ｇ１，ｇ２，…，ｇＭ−１は、擬似目的音位置からマイクロホンアレーまでの直接波の伝達関数（マイクロホン間の遅延差のみ）を指す。
【００２９】
加算器１４₁〜１４_M-1が、目的音除去部１２₁〜１２_M-1の出力信号と、擬似目的音生成部１３が生成した擬似目的音とを加算し、この加算した信号を、適応フィルタ部１５に入力する。
【００３０】
適応フィルタ部１５は、擬似目的音生成部１３の信号源１３１に、遅延器１６が遅延させた信号を所望信号として、たとえば、次の式（６）に示すＮＬＭＳで学習される。
【００３１】
ｈ（ｎ＋１）＝ｈ（ｎ）−α［ｕ（ｎ）ｅ（ｎ）／ｕ（ｎ）^Tｕ（ｎ）］… 式（６）
ただし、記号の意味は以下の通りである。
【００３２】
フィルタ係数行列：ｈ（ｎ）＝［ｈ₁（ｎ），…，ｈ₁（ｎ−Ｌ＋１），ｈ₂（ｎ），…，ｈ_M-1（ｎ−Ｌ＋１）］^T
適応フィルタ入力信号行列：ｕ（ｎ）＝｛ｕ₁（ｎ），…，ｕ₁（ｎ−Ｌ＋１），ｕ₂（ｎ），…，ｕ_M-1（ｎ−Ｌ＋１）｝^T
αは、ステップサイズである。
【００３３】
ただし、スピーカ音がない場合には、学習できないので、学習制御部１８は、マイクロホンが収音した信号のパワーを監視し、パワーが閾値を超えない場合には、学習を停止する。上記のように学習することによって、目的音源方向に感度を拘束しつつ、目的音除去部の出力信号を最小化するフィルタ部１９が形成される。
【００３４】
なお、所定ｍｓ毎に短時間平均パワーを求め、この平均パワーが所定値以上である場合に、有音であると判断する等、有音無音判定は、他にも、色々な方法が考えられる。
【００３５】
次に、マイクロホン１１₁〜１１_M-1の出力端子に接続されているフィルタ部１９に、上記学習されたフィルタ係数をコピーし、出力を求める。これによって、スピーカ音が抑圧された出力信号を得ることができる。
【００３６】
図９は、上記実施例において、スピーカ５４を用いて拡声する場合における構成を示す図である。
【００３７】
直接波のみを考慮すれば、ｍ番目マイクロホン１１_mで受音される信号Ｘ_m（ω）は、次の式（７）で表される。
【００３８】
【数３】

【００３９】
ただし、Ｓ（ω）は、１番目のマイクロホン１１₁で受音される目的音であり、Ｙ（ω）は、スピーカ５４から出力されるスピーカ音である。τ_S、τ_Yは、それぞれ、上記目的音、上記スピーカ音がマイクロホンアレーに到来したときに、隣接マイクロホン間の到来時間差であり、マイクロホン間隔ｄと、話者方向θ_Sと、スピーカ方向θ_Yと、音速ｃとを用い、次の式（８）、（９）によって表される。
【００４０】
τ_s＝ｄ・ｓｉｎθ_s／ｃ … 式（８）
τ_Y＝ｄ・ｓｉｎθ_Y／ｃ … 式（９）
また、τ₀は、スピーカから１番目のマイクロホン１１₁まで、音波が到達する時間である。
【００４１】
スピーカ出力Ｙ（ω）は、各マイクロホンで受音された信号に、フィルタＨ_m（ω）をかけ、加算したものであり、次の式（１０）によって表される。
【００４２】
【数４】

【００４３】
ただし、ｂは、スピーカからマイクロホンまでの固定ゲインである。
【００４４】
上記式（９）において、固定遅延Ｄと固定ゲインｂだけで、目的音が出力されると、次の式（１１）に示す理想的な出力になる。
【００４５】
Ｙ（ω）＝ｂ・ｅ―^jω^D・Ｓ（ω） … 式（１１）
次の式（１２）が成立する場合に、上記式（１０）に示すスピーカ出力Ｙ（ω）は、理想的な出力信号になる。また、式（１０）において、分母が０になると、スピーカ出力Ｙ（ω）が無限大になり、ハウリングが起こる。
【００４６】
【数５】

【００４７】
次に、上記式（１２）を行列で表現すれば、次の式（１３）になる。
【００４８】
【数６】

【００４９】
Ｈ（ω）＝［Ｈ₁（ω） … Ｈ_M-1（ω）］^T … 式（１６）
ただし、Ｔは、転置を示す。
【００５０】
上記式（１３）を、フィルタＨ（ω）について、最小ノルム解を求めれば、次の式（１７）になり、これが最適なフィルタである。
【００５１】
Ｈ（ω）＝｛ａ_S（ω）ａ_S（ω）^*T＋ｂ²・ａ_Y（ω）ａ_Y（ω）^*T｝^-1ａ_S（ω）ｅ^-jω^D … 式（１７）
ただし、＊は、共役を表す。
【００５２】
次に、ハウリング防止装置ＨＰＳ１の適応フィルタの収束解を求める。
【００５３】
図１０は、第１の実施例と第２の実施例とにおける目的音除去部１２₁〜１２_M-1の構成を示すブロック図である。
【００５４】
まず、目的音除去部を、図１０に示すように、遅延器１２１_mと減算器１２２_mとによって構成した場合、適応フィルタに入力される信号Ｕ_m（ω）は、次の式（１８）で表される。
【００５５】
【数７】

【００５６】
ただし、Ｖ（ω）は、図１に示す信号源から出力される信号であり、ｇ_m（ω）は、擬似的な目的音を生成するフィルタであり、
【００５７】
【数８】

【００５８】
である。
【００５９】
式（１７）を行列で表現すれば、次の式（１９）になる。
【００６０】
【数９】

【００６１】
Ｕ（ω）＝［Ｕ₁（ω） … Ｕ_M-1（ω）］^T … 式（２０）
次に、適応フィルタ部１５の誤差信号Ｅ（ω）は、Ｖ（ω）に遅延Ｄを与えた所望信号から、適応フィルタ出力を減算した信号であるので、次の式（２１）で表される。
【００６２】
【数１０】

【００６３】
ＮＬＭＳやＲＬＳ等の適応アルゴリズムを用いた場合における適応フィルタの収束解は、誤差の２乗平均を最小とするものであるので、式（２１）の２乗平均を、フィルタＨ（ω）で変微分し、０と置いたものを、フィルタＨ（ω）について解けば、求めることができる。まず、上記式（２１）の２乗平均をフィルタＨ（ω）について変微分したものは、次の式（２２）になる。ただし、Ｖ（ω）とスピーカ出力Ｙ（ω）とは無相関であるので、
【００６４】
【数１１】

【００６５】
は０になる。
【００６６】
【数１２】

【００６７】
次に、式（１５）を、フィルタＨ（ω）について解けば、次の式（２３）になり、この式が、ハウリング防止装置ＨＰＳ１における適応フィルタの収束解である。
【００６８】
【数１３】

【００６９】
式（１７）に示す理論的な最適フィルタＨ（ω）と、上記式（２３）に示すハウリング防止装置ＨＰＳ１で求められがフィルタＨ（ω）とを比較するとａ_Y（ω）ａ_Y（ω）^*Tの前に乗算されている重みが異なっている点だけが、上記両フィルタの間における違いである。
【００７０】
上記違いの物理的意味は、スピーカから出力される音と、話者音声のパワースペクトルとが異なっていることであり、話者位置に対して感度拘束し、スピーカに対して感度を低くすることに変わりはない。
【００７１】
したがって、上記実施例では、話者位置に対して感度拘束し、スピーカに対して感度を低くするフィルタを得ることができる。
【００７２】
図１１は、上記実施例の有効性を示すために行ったシミュレーションの結果を示す図である。
【００７３】
上記シミュレーションの条件は、
・サンプリング周波数：１６ｋＨｚ
・目的音：音声
・擬似目的音：白色雑音
・受話音：上記実施例の出力（音声）
・学習時間：１０ｓ
・フィルタ長：１２８タップ
・学習アルゴリズム：ＮＬＭＳ
である。
【００７４】
図１１に示すシミュレーション結果は、５素子を２ｃｍ間隔の等間隔で直線状に配置したマイクロホンを用い、スピーカと目的音方向とを、それぞれ２５度、１５５度とした場合の結果である。図１１には、従来例である遅延和アレーの結果も合わせて示してある。
【００７５】
ハウリング防止装置ＨＰＳ１のシミュレーション結果では、３００Ｈｚ〜８ｋＨｚの帯域で、スピーカに対する感度が２０ｄＢ以上減衰し、有効性を確認することができる。また、従来例の遅延和アレーと比べた場合、上記実施例では、１５ｄＢ程度、減衰が大きく、遅延和アレーよりも、効果が高いことを確認することができる。
【００７６】
上記のように、上記実施例では、スピーカに対する感度を大きく減衰させることができ、ハウリング防止について高い効果を有することが確認された。
【００７７】
なお、上記実施例において、フィルタ部１９は、最も端の収音手段を除いた各収音手段（マイクロホン）が収音した各収音信号を、適応フィルタ部１５と同じフィルタ係数でフィルタリングするものである。
【００７８】
つまり、上記実施例は、擬似目的音源（Ｎチャネル）を参照信号とし、Ｍ個の収音手段からのＮ個の入力チャネルの組で形成される死角方向（ＮＢＦ）からの成分を加え、Ｎチャネルの擬似目的音源を入力信号とし、Ｎ個の適応フィルタを動作させ、求められたＮ個の適応フィルタ係数を、Ｎ個の可変フィルタにセットし、Ｍ個のうちで、Ｎ個の収音手段からの信号に作用し、そのＮ個の出力を加算する例である。ただし、Ｎチャネル擬似目的音源と、Ｎ個の収音手段とは、一意に対応し、必ず各入力チャネルに属するものが用いられる。
【００７９】
図２は、本発明の第２の実施例であるハウリング防止装置ＨＰＳ２を示すブロック図である。
【００８０】
ハウリング防止装置ＨＰＳ２は、第１の実施例であるハウリング防止装置ＨＰＳ１において、マイクロホン１１₁〜１１_Mと、フィルタ部１９との間に、目的音強調部（ＦＢＦ：Fixed Beam Former）２１₁〜２１_M-1を設けた装置である。
【００８１】
目的音強調部２１₁〜２１_M-1は、隣り合うマイクロホン毎に設けられ、目的音を強調する。これによって、ハウリング防止装置ＨＰＳ１よりも高いハウリング防止効果を得ることができる。
【００８２】
まず、適応フィルタの収束解は、ハウリング防止装置ＨＰＳ１と同じであり、上記式（２２）で表される。
【００８３】
次に、目的音強調部２１₁〜２１_M-1が、各マイクロホンで受音された信号について、その目的音方向の成分を強調した後、フィルタＨ_m（ω）をかけて、加算された信号が、スピーカ出力Ｙ（ω）であるので、次の式（２４）によって、スピーカ出力Ｙ（ω）が表される。
【００８４】
【数１４】

【００８５】
図１２は、ハウリング防止装置ＨＰＳ２における目的音強調部２１_mの構成を示す図である。
【００８６】
目的音強調部２１_mは、図１２に示すように、遅延器２１１_mと、減算器２１２_mと、ゲイン２１３_mとによって構成されている。
【００８７】
ハウリング防止装置ＨＰＳ１におけるスピーカ出力を示す式（１０）と、ハウリング防止装置ＨＰＳ２におけるスピーカ出力を示す式（２４）とを比較すると、式（２４）の分母だけに、
【００８８】
【数１５】

【００８９】
の項が存在することが分かる。式（２４）において、分母が０になった場合に、ハウリングが生じるので、
【００９０】
【数１６】

【００９１】
が小さいほど、ハウリング防止効果が高い。
【００９２】
また、
【００９３】
【数１７】

【００９４】
の絶対値は、必ず１以下の値をとるので、ハウリング防止装置ＨＰＳ１におけるハウリング防止効果よりも、ハウリング防止装置ＨＰＳ２におけるハウリング防止効果が高い。
【００９５】
ハウリング防止装置ＨＰＳ２において、これら以外の部分の説明は、ハウリング防止装置ＨＰＳ１における説明と同じであるので、その説明を省略する。
【００９６】
なお、目的音除去部１２₁〜１２_M-1に接続されているマイクペアは、全て等間隔であり、また、目的音除去部１２₁〜１２_M-1は、隣り合う収音手段毎に設けられ、収音手段数よりも１つ少ない数だけ設けられている。また、フィルタ部１９は、最も端の収音手段を除いた各収音手段が収音した各収音信号を、適応フィルタ部１５と同じフィルタ係数でフィルタリングするものである。
【００９７】
図３は、本発明の第３の実施例であるハウリング防止装置ＨＰＳ３を示すブロック図である。
【００９８】
ハウリング防止装置ＨＰＳ３は、ハウリング防止装置ＨＰＳ１において、マイクロホン１１₁〜１１_Mが、複数のサブマイクロホンアレー１１１〜１１Ｍに置き換わり、目的音除去部３１₁〜３１_Mが、サブマイクロホンアレー毎に設けられている装置である。
【００９９】
図１３は、ハウリング防止装置ＨＰＳ３における複数のサブマイクロホンアレーを示す図である。
【０１００】
ハウリング防止装置ＨＰＳ３は、図１３に示すように、同じマイクロホン配置を持つ複数のサブマイクロホンアレーを用い、マイクロホンを任意配置で用いることができる点のみが、ハウリング防止装置ＨＰＳ１とは異なる。
【０１０１】
つまり、サブマイクロホンアレーを構成するマイクロホンは、全て同じ配置である必要がある。
【０１０２】
図１４は、ハウリング防止装置ＨＰＳ３において、サブマイクロホンアレー１１ｍ₁と、目的音除去部３１_mとの関係を示す図である。
【０１０３】
各サブマイクロホンアレー１１ｍ₁に設けられている目的音除去部３１₁〜３１_Mは、図１４に示すように、複数のフィルタ３１ｍ₁〜３１ｍ_Nと加算器３２ｍとによって構成され、各フィルタには、目的音方向に対して指向性の死角を形成するフィルタ係数が設定されている。
【０１０４】
次に、フィルタ３１ｍ₁〜３１ｍ_Nの具体的なフィルタ設計方法について説明する。
【０１０５】
まず、感度を制御するためのＲ個の方向を設定し（たとえば５度間隔で７２方向等）、その方向から到来する音波のうちで、目的音方向からの音波に対する感度のみが１となるように、フィルタＱ’（ω）を求める。これは、式（２５）の最小ノルム解を求めることによって得られる。
【０１０６】
次に、フィルタＱ’（ω）によって形成される指向性と、逆の指向性を持つフィルタ係数Ｑ（ω）とを、式（３０）によって求める。この求められたフィルタ係数Ｑ（ω）を、目的音除去部の各フィルタのフィルタ係数とすることによって、目的音方向に死角を持つ目的音除去部３１₁〜３１_Mが実現する。
【０１０７】
【数１８】

【０１０８】
ただし、τ_S,nは、目的音方向から各マイクロホンに音波が到来したときにおける、１番目マイクロホンと、ｎ番目マイクロホンとの間の音波到来時間差である。τ_Y,l,nは、ｌ番目の設定方向から各マイクロホンに音波が到来したときにおける、１番目マイクロホンと、ｎ番目マイクロホンとの間の音波到来時間差である。それぞれ、目的音、スピーカ音が、マイクロホンアレーに到来するときにおける隣接マイクロホン間の到来時間差である。
【０１０９】
この目的音除去部３１₁〜３１_Mによって、目的音を除去したＭ個の信号が得られる。Ｍ個の適応フィルタを、ハウリング防止装置ＨＰＳ１の場合と同様に学習し、各サブマイクロホンアレーの１番目マイクロホンに接続されているフィルタ部１９に、学習されたフィルタ係数をコピーし、出力を求める。
【０１１０】
これによって、ハウリング防止装置ＨＰＳ１、ＰＳ２のように、等間隔直線でマイクロホンを配置しなくても、ハウリング防止装置ＨＰＳ３では、ハウリングを防止することができる。
【０１１１】
その他の部分については、ハウリング防止装置ＨＰＳ１と同じであるので、その説明を省略する。
【０１１２】
なお、目的音除去部１２₁〜１２_M-1に接続されているマイクペアは、全て等間隔であり、また、目的音除去部１２₁〜１２_M-1は、隣り合う収音手段毎に設けられ、収音手段数よりも１つ少ない数だけ設けられている。また、フィルタ部１９は、最も端の収音手段を除いた各収音手段が収音した各収音信号を、適応フィルタ部１５と同じフィルタ係数でフィルタリングするものである。
【０１１３】
図４は、本発明の第４の実施例であるハウリング防止装置ＨＰＳ４を示すブロック図である。
【０１１４】
ハウリング防止装置ＨＰＳ４は、ハウリング防止装置ＨＰＳ３において、サブマイクロホンアレー１１１〜１１Ｍとフィルタ部１９との間に、目的音強調部４１₁〜４１_M-1が挿入されている装置である。
【０１１５】
目的音強調部４１₁〜４１_M-1は、サブマイクロホンアレー毎に設けられ、目的音を強調する。これによって、ハウリング防止装置ＨＰＳ３よりも高いハウリング防止効果を、ハウリング防止装置ＨＰＳ４が得ることができる。
【０１１６】
図１５は、ハウリング防止装置ＨＰＳ４において、サブマイクロホンアレー１１ｍ₁と、目的音除去部４１_mとの関係を示す図である。
【０１１７】
目的音強調部４１₁〜４１_M-1は、図１５に示すように、複数のフィルタ４１ｍ₁〜４１ｍ_Nと加算器４２ｍとによって構成され、各フィルタには、目的音方向に対して感度が高くなるようなフィルタ係数Ｑ’（ω）が設定されている。
【０１１８】
次に、フィルタ４１ｍ₁〜４１ｍ_Nの具体的な、フィルタ設計方法について説明する。
【０１１９】
まず、感度を制御するためのＬ個の方向を設定し、その方向から到来する音波のうちで、目的音方向からの音波に対する感度のみが１になるように、フィルタＱ’（ω）を求める。これは、上記式（２４）の最小ノルム解を求めることによって得られる。
【０１２０】
上記のように、ハウリング防止装置ＨＰＳ４において、ハウリング防止装置ＨＰＳ３に目的音強調部４１₁〜４１_M-1を付け加えることによって、目的音強調部４１₁〜４１_M-1によってスピーカ方向に対する感度が低下した分、ハウリングを防止する能力が高くなる。
【０１２１】
その他の部分については、ハウリング防止装置ＨＰＳ３と同じであるので、その説明を省略する。
【０１２２】
なお、目的音除去部１２₁〜１２_M-1に接続されているマイクペアは、全て等間隔であり、また、目的音除去部１２₁〜１２_M-1は、隣り合う収音手段毎に設けられ、収音手段数よりも１つ少ない数だけ設けられている。また、サブマイクロホンアレーを構成するマイクロホンは、全て同じ配置である必要がある。さらに、フィルタ部１９は、最も端の収音手段を除いた各収音手段が収音した各収音信号を、適応フィルタ部１５と同じフィルタ係数でフィルタリングするものである。
【０１２３】
図５は、本発明の第５の実施例であるハウリング防止装置ＨＰＳ５を示すブロック図である。
【０１２４】
ハウリング防止装置ＨＰＳ５は、ハウリング防止装置ＨＰＳ１において、マイクロホン１１₁〜１１_Mが任意配置になり、適応フィルタ部１５とフィルタ部１９との間に、フィルタ係数変換部５９を挿入した装置である。
【０１２５】
ハウリング防止装置ＨＰＳ５においては、目的音方向に死角が向いていれば、マイクロホンの組が隣接している必要はなく、３本以上の組でもよい。
【０１２６】
図６は、ハウリング防止装置ＨＰＳ５におけるフィルタ係数変換部５９を示すブロック図である。
【０１２７】
フィルタ係数変換部５９は、図６に示すように、指向特性計算部５９１と、指向特性変換部５９２と、フィルタ係数計算部５９３とを有する。
【０１２８】
まず、方向θに対する指向特性Ｐθ（ω）は、次の式（３１）によって計算することができる。
【０１２９】
【数１９】

【０１３０】
ただし、τ_S,mは、ｍ番目の目的音除去部１２_mを、図１０に示す構成とした場合に、遅延器に与える遅延量であり、τθ_,mは、方向θから各マイクロホンに音波が到来したときにおいて、１番目マイクロホンと、ｎ番目マイクロホンと間の音波到来時間差である。
【０１３１】
指向性特性計算部５９１は、まず、感度を制御するためのφ個の方向θ₁〜θφを設定する。ただし、これらの方向には、目的音方向が含まれない（たとえば５度間隔で、目的音方向を除いた７１方向等）。
【０１３２】
次に、上記式（３１）によって、各方向θφに対する指向特性
【０１３３】
【数２０】

【０１３４】
を、全ての設定方向について計算する。
【０１３５】
次に、指向特性変換部５９２は、目的音方向θ_Sに対する指向性を、振幅１で固定遅延量Ｄになるように、次の式（３２）に示すように設定し、指向特性計算部５９１によって計算された指向特性と合わせて、次の式（３３）の目標の指向特性行列を設定する。
【０１３６】
このように設定された指向性は、スピーカ方向に対して感度を低くし、目的音方向に対して感度が１になるような指向性になる。
【０１３７】
【数２１】

【０１３８】
フィルタ係数計算部５９３は、各マイクロホンに接続されたフィルタ部１９によって形成される指向特性が、指向特性変換部５９２で設定された目標の指向特性Ｐ（ω）とできるだけ近い指向特性になるように、フィルタ係数Ｈ’（ω）を求める。
【０１３９】
まず、フィルタ部１９によって形成される指向特性は、マイクロホン間の音波到来時間差行列Ａ（ω）と、フィルタ係数Ｈ’（ω）とによって求められる。この指向特性が、目標の指向特性Ｐ（ω）と等しくなる式は、次の式（３４）で表され、最小ノルム解を、次の式（３５）によって求めることによって、目標の指向特性にできるだけ近い指向性を形成するフィルタ係数を得ることができる。
【０１４０】
Ａ（ω）Ｈ’（ω）＝Ｐ（ω） … 式（３４）
Ｈ’（ω）＝（Ａ（ω）^TＡ（ω））^-1Ａ（ω）^TＰ（ω） … 式（３５）
ただし、式（３４）、式（３５）に含まれる記号は、下式で表される。
【０１４１】
【数２２】

【０１４２】
このようにして、求められたフィルタ係数を用い、フィルタ部で出力信号を求めることによって、任意配置のマイクロホンでも、スピーカ音を抑圧した信号を得ることができ、ハウリングを防止することができる。
【０１４３】
その他の部分については、ハウリング防止装置ＨＰＳ４と同じであるので、その説明を省略する。
【０１４４】
つまり、上記実施例は、等間隔直線配置されている複数の収音手段のそれぞれが収音した収音信号のうちで、目的音方向から到来する音成分を除去する目的音除去手段と、擬似目的音を生成する擬似目的音生成手段と、上記目的音除去手段の各出力信号と、上記擬似目的音生成手段の各出力信号とをそれぞれ加算する加算手段と、上記加算手段の出力信号を、それぞれ異なるフィルタ係数でフィルタリングする適応フィルタと、上記擬似目的音に固定の遅延を与える遅延手段と、上記各収音手段が収音したそれぞれの収音信号を、上記適応フィルタと同じフィルタ係数でフィルタリングするフィルタ部とを有する収音装置の例である。
【０１４５】
この場合、隣り合う上記収音手段毎に設けられ、しかも、上記収音手段と上記フィルタ部との間に設けられ、目的音を強調する目的音強調部を有する。また、上記収音装置が、複数のサブマイクロホンアレーであり、また、上記目的音除去手段が、上記サブマイクロホンアレー毎に設けられている手段である。
【０１４６】
さらに、上記サブマイクロホンアレー毎に設けられ、しかも、上記サブマイクロホンアレーと上記フィルタ部との間に設けられ、目的音を強調する目的音強調部を有する。そして、上記収音手段は、任意配置されることもある手段であり、上記適応フィルタ部と上記フィルタ部との間に、フィルタ係数変換部が設けられている。
【０１４７】
また、上記実施例を、方法の発明として把握することができ、つまり、上記実施例は、等間隔直線配置されている複数の収音手段のそれぞれが収音した収音信号のうちで、目的音方向から到来する音成分を除去する目的音除去段階と、擬似目的音を生成する擬似目的音生成段階と、上記目的音除去段階で出力された各出力信号と、上記擬似目的音生成段階で出力された各出力信号とをそれぞれ加算する加算段階と、上記加算段階で出力された出力信号を、それぞれ異なるフィルタ係数で適応フィルタがフィルタリングする第１のフィルタリング段階と、上記擬似目的音に固定の遅延を与える遅延段階と、上記各収音段階で収音したそれぞれの収音信号を、上記適応フィルタと同じフィルタ係数でフィルタ部がフィルタリングする第２のフィルタリング段階とを有する収音方法である。
【０１４８】
さらに、上記方法をコンピュータに実行させる収音プログラムとして、上記実施例を把握することができ、また、上記方法をコンピュータに実行させる収音プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体として、上記実施例を把握することができる。
【０１４９】
つまり、上記方法をコンピュータに実行させる収音プログラムを、通信回線に送出するようにしてもよく、また、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤ、ＨＤ、半導体メモリ等の記録媒体に記録し、これら記録媒体を介して、計算機等のＣＰＵにインストールし、実現するようにしてもよい。
【０１５０】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の収音手段を用いて、スピーカに対する感度を、適応的に小さくするので、スピーカに対する感度が大きく減衰し、したがって、ハウリングを防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例であるハウリング防止装置ＨＰＳ１を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施例であるハウリング防止装置ＨＰＳ２を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施例であるハウリング防止装置ＨＰＳ３を示すブロック図である。
【図４】本発明の第４の実施例であるハウリング防止装置ＨＰＳ４を示すブロック図である。
【図５】本発明の第５の実施例であるハウリング防止装置ＨＰＳ５を示すブロック図である。
【図６】ハウリング防止装置ＨＰＳ５におけるフィルタ係数変換部５９を示すブロック図である。
【図７】話者音声をマイクロホンで収音し、スピーカから出力する説明図である。
【図８】従来の遅延和アレーを説明する図である。
【図９】上記実施例において、スピーカ５４を用いて拡声する場合における構成を示す図である。
【図１０】上記実施例とにおける目的音除去部１２₁〜１２_M-1の構成を示すブロック図である。
【図１１】上記実施例の有効性を示すために行ったシミュレーションの結果を示す図である。
【図１２】ハウリング防止装置ＨＰＳ２における目的音強調部２１_mの構成を示す図である。
【図１３】ハウリング防止装置ＨＰＳ３における複数のサブマイクロホンアレーを示す図である。
【図１４】ハウリング防止装置ＨＰＳ３において、サブマイクロホンアレー１１ｍ₁と、目的音除去部３１_mとの関係を示す図である。
【図１５】ハウリング防止装置ＨＰＳ４において、サブマイクロホンアレー１１ｍ₁と、目的音除去部４１_mとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１１₁〜１１_M、１１１₁〜１１Ｍ_N、５２…マイクロホン、
１２₁〜１２_M-1、３１₁〜３１_M…目的音除去部、
１２１_m、１６、２１１_m、６１₁〜６１_M…遅延器、
１２２_m…減算器、
１３…擬似目的音生成部、
１３１…信号源、
１３２₁〜１３２_M-1…空間特性フィルタ部、
１４₁〜１４_M-1、１５２、１７、１９２、２１２_m、３２_m、４２_m、６２…加算器、
１５…適応フィルタ部、
１５₁〜１５_M-1…適応フィルタ、
１８…学習制御部、
１８１…パワー計算部、
１８２…閾値比較部、
１９…フィルタ部、
１９１₁〜１９１_M-1、３１ｍ₁〜３１ｍ_N、４１ｍ₁〜４１ｍ_N…フィルタ、
２１₁〜２１_M-1、４１₁〜４１_M…目的音強調部、
２１３_m、７２…ゲイン、
１１１〜１１Ｍ…サブマイクロホンアレー、
５１…目的音、
５３…アンプ、イコライザ等の伝達関数、
５４…スピーカ、
５９…フィルタ係数変換部、
５９１…指向特性計算部、
５９２…指向特性変換部、
５９３…フィルタ係数計算部、
７１…本発明のハウリング防止装置、
９１…相対感度を示す図。

Claims

等間隔直線配置されているＭ個（Ｍは３以上の整数）の収音手段のうちで隣り合う収音手段のペア毎に、収音した収音信号から、目的音方向からの到来音成分が除去されたＭ−１個の信号を得る目的音除去手段と；
目的音方向から第ｍ番目（ｍは１以上Ｍ−１以下の整数）の収音手段への到来時間と、目的音方向から第１番目の収音手段への到来時間との差を与えるフィルタ係数によって、擬似目的音をフィルタリングし、Ｍ−１個の信号を生成する擬似目的音生成手段と；
Ｍ−１個の収音手段のペア毎に、上記目的音除去手段の出力信号と、上記擬似目的音生成手段の出力信号とを加算する加算手段と；
上記擬似目的音に固定の遅延を与える遅延手段と；
Ｍ−１個の収音手段が出力したペア毎の上記加算手段の出力信号をそれぞれ異なるフィルタ係数でフィルタリングし、上記遅延手段の出力信号を、上記Ｍ−１個のフィルタリングした信号を加算した信号の所望信号として上記フィルタ係数を学習する適応フィルタと；
上記第１〜第Ｍ−１番目の収音手段が収音したそれぞれの収音信号を、上記適応フィルタと同じフィルタ係数でフィルタリングした信号を加算して出力するフィルタ部と；
を有することを特徴とする収音装置。
請求項１において、
隣り合う上記収音手段毎に設けられ、しかも、上記収音手段と上記フィルタ部との間に設けられ、目的音を強調したＭ−１個の信号を得る目的音強調部を有し、
上記フィルタ部は、
上記Ｍ−１個の目的音強調部の出力信号を、上記適応フィルタと同じフィルタ係数でフィルタリングした信号を加算して出力する
ことを特徴とする収音装置。
同一の収音手段の配置を持ち、等間隔直線配置されているＭ個（Ｍは２以上の整数）のサブマイクロホンアレーのうちで隣り合うサブマイクロホンアレー毎に、収音した収音信号から、目的音方向からの到来音成分が除去されたＭ個の信号を得る目的音除去手段と；
目的音方向から第ｍ番目（ｍは１以上Ｍ以下の整数）の収音手段への到来時間と、目的音方向から第１番目の収音手段への到来時間との差を与えるフィルタ係数によって、擬似目的音をフィルタリングし、Ｍ個の信号を生成する擬似目的音生成手段と；
Ｍ個のサブマイクロホンアレー毎に、上記目的音除去手段の出力信号と、上記擬似目的音生成手段の出力信号とを加算する加算手段と；
上記擬似目的音に固定の遅延を与える遅延手段と；
Ｍ個のサブマイクロホンアレーが出力したペア毎の上記加算手段の出力信号をそれぞれ異なるフィルタ係数でフィルタリングし、上記遅延手段の出力信号を、上記Ｍ個のフィルタリングした信号を加算した信号の所望信号として上記フィルタ係数を学習する適応フィルタと；
上記Ｍ個のサブマイクロホンアレー中の特定位置の収音手段が収音したそれぞれの収音信号を、上記適応フィルタと同じフィルタ係数でフィルタリングした信号を加算して出力するフィルタ部と；
を有することを特徴とする収音装置。
請求項３において、
上記サブマイクロホンアレー毎に設けられ、しかも、上記サブマイクロホンアレーと上記フィルタ部との間に設けられ、目的音を強調したＭ個の信号を得る目的音強調部を有し、
上記フィルタ部は、
上記Ｍ個の目的音強調部の出力信号を、上記適応フィルタと同じフィルタ係数でフィルタリングした信号を加算して出力
することを特徴とする収音装置。
請求項１において、
上記収音手段は、任意配置されることもある手段であり、
上記適応フィルタ部と上記フィルタ部との間に、フィルタ係数変換部が設けられていることを特徴とする収音装置。
等間隔直線配置されているＭ個（Ｍは３以上の整数）の収音手段のうちで隣り合う収音手段のペア毎に、収音した収音信号から、目的音方向からの到来音成分が除去されたＭ−１個の信号を得る目的音除去段階と；
目的音方向から第ｍ番目（ｍは１以上Ｍ−１以下の整数）の収音手段への到来時間と、目的音方向から第１番目の収音手段への到来時間との差を与えるフィルタ係数によって、擬似目的音をフィルタリングし、Ｍ−１個の信号を生成する擬似目的音生成段階と；
Ｍ−１個の収音手段のペア毎に、上記目的音除去段階での出力信号と、上記擬似目的音生成段階での出力信号とを加算する加算段階と；
上記擬似目的音に固定の遅延を与える遅延段階と；
Ｍ−１個の収音手段が出力したペア毎の上記加算段階での出力信号をそれぞれ異なるフィルタ係数でフィルタリングし、上記遅延段階での出力信号を、上記Ｍ−１個のフィルタリングした信号を加算した信号の所望信号として上記フィルタ係数を学習する適応フィルタと；
上記第１〜第Ｍ−１番目の収音手段が収音したそれぞれの収音信号を、上記適応フィルタと同じフィルタ係数でフィルタリングした信号を加算して出力するフィルタ段階と；
を有することを特徴とする収音方法。
請求項６において、
隣り合う上記収音手段毎に設けられ、しかも、上記収音手段と上記フィルタ部との間に設けられ、目的音を強調したＭ−１個の信号を得る目的音強調段階を有し、
上記フィルタ段階は、
上記Ｍ−１個の目的音強調部の出力信号を、上記適応フィルタと同じフィルタ係数でフィルタリングした信号を加算して出力する
ことを特徴とする収音方法。
同一の収音手段の配置を持ち、等間隔直線配置されているＭ個（Ｍは２以上の整数）のサブマイクロホンアレーのうちで隣り合うサブマイクロホンアレー毎に、収音した収音信号から、目的音方向からの到来音成分が除去されたＭ個の信号を得る目的音除去段階と；
目的音方向から第ｍ番目（ｍは１以上Ｍ以下の整数）の収音手段への到来時間と、目的音方向から第１番目の収音手段への到来時間との差を与えるフィルタ係数によって、擬似目的音をフィルタリングし、Ｍ個の信号を生成する擬似目的音生成段階と；
Ｍ個のサブマイクロホンアレー毎に、上記目的音除去手段の出力信号と、上記擬似目的音生成手段の出力信号とを加算する加算段階と；
上記擬似目的音に固定の遅延を与える遅延段階と；
Ｍ個のサブマイクロホンアレーが出力したペア毎の上記加算手段の出力信号をそれぞれ異なるフィルタ係数でフィルタリングし、上記遅延段階での出力信号を、上記Ｍ個のフィルタリングした信号を加算した信号の所望信号として上記フィルタ係数を学習する適応フィルタ段階と；
上記Ｍ個のサブマイクロホンアレー中の特定位置の収音手段が収音したそれぞれの収音信号を、上記適応フィルタと同じフィルタ係数でフィルタリングした信号を加算して出力するフィルタ段階と；
を有することを特徴とする収音方法。
請求項８において、
上記サブマイクロホンアレー毎に設けられ、しかも、上記サブマイクロホンアレーと上記フィルタ部との間に設けられ、目的音を強調したＭ個の信号を得る目的音強調段階を有し、
上記フィルタ段階は、
上記Ｍ個の目的音強調部の出力信号を、上記適応フィルタと同じフィルタ係数でフィルタリングした信号を加算して出力することを特徴とする収音方法。
請求項６において、
上記収音手段は、任意配置されることもある手段であり、
上記適応フィルタ段階と上記フィルタ段階との間で、フィルタ係数変換が行われることを特徴とする収音方法。
請求項６〜請求項１０のいずれか１項に記載の方法をコンピュータに実行させる収音プログラム。
請求項６〜請求項１０のいずれか１項に記載の方法をコンピュータに実行させる収音プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体。