JP4131252B2 - 拡声通話装置 - Google Patents

Description

本発明は、インターホンなどに用いられる拡声通話装置に関し、特に浴室に設置するのに好適な拡声通話装置に関するものである。

この種の拡声通話装置では、マイクロホンとスピーカの音響結合により形成される音響側の帰還経路や、相手側の通話端末との間で形成される回線側の帰還経路によって不快なエコー（音響エコーあるいは回線エコー）が聞こえてしまう場合があり、あるいは、上記帰還経路などにより任意の周波数成分における一巡利得が１倍を超えるような閉ループが通話系に形成されると当該周波数にてハウリングが生じてしまう場合があるので、上述のような不快なエコー及びハウリングの発生を防止するためにエコーキャンセラ並びに音声スイッチを備えている。

音声スイッチは、通話状態（送話状態、受話状態）を常時推定し、推定結果に基づき適切な配分で送話側及び受話側の信号経路に対して損失を挿入するものである。また、エコーキャンセラは、帰還経路のインパルス応答を適応的に同定して帰還経路への入力信号から帰還経路の擬似エコー成分を推定する適応フィルタと、適応フィルタで推定された擬似エコー成分を帰還経路からの出力信号より減算する減算器とで構成されるものである。ここで、エコーキャンセラの適応フィルタが帰還経路のインパルス応答を同定するのに通常数秒の学習時間を要するため、通話開始直後からの数秒間にはエコーキャンセラによるエコーの抑制効果が十分に期待できず、通話系に閉ループが形成された状態にあり、不快なエコーやハウリングが生じる虞がある。

そこで本出願人は、通話開始直後における不快なエコーやハウリングの抑制を可能とした拡声通話装置を既に提案している（特許文献１参照）。

この従来例では、通話開始直後のエコーキャンセラが収束していない状態においては、音声スイッチが信号経路に挿入する損失の総量（総損失量）を十分に大きい初期値に固定する固定モードで動作することで不快なエコーやハウリングを抑制し、エコーキャンセラが十分に収束した状態においては、音声スイッチが総損失量を随時更新する更新モードで動作することで双方向の同時通話を実現している。
特開２００２−３５９５８０号公報

ところで、一般的なインターホンシステムにおいては、住宅のリビングなどに拡声通話装置が設置されることが多いが、最近では浴室に設置される場合もある。浴室は、カラン（混合水栓）やシャワーヘッドから温水が吐出する際の音や換気扇による排気音などの背景騒音が多く存在し、しかも、リビングに比べて反響が大きいため、背景騒音によって通話が困難になる場合があった。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、浴室のように背景騒音が多く且つ反響が大きい場所においても通話が可能である拡声通話装置を提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、マイクロホン及びスピーカと、相手側の通話端末から送られてくる受話信号をスピーカに伝送する受話側信号経路並びにマイクロホンで集音された送話信号を伝送して相手側の通話端末へ送る送話側信号経路に損失を挿入することで通話状態を受話及び送話に切り換える音声スイッチと、マイクロホンとスピーカの音響結合によって生じる音響エコーを抑制するエコーキャンセラとを備え、音声スイッチは、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側損失挿入手段と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側損失挿入手段と、送話側及び受話側の各損失挿入手段から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御手段とを具備し、挿入損失量制御手段は、受話側損失挿入手段の出力点から音響エコー経路を介して送話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の音響側帰還利得を推定するとともに、送話側損失挿入手段の出力点から回線エコー経路を介して受話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の回線側帰還利得を推定し、音響側及び回線側の各帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出する総損失量算出部と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部の算出値に応じて送話側損失挿入手段及び受話側挿入損失手段の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部とからなり、総損失量算出部は、各帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出して適応更新する更新モード、並びに総損失量を所定の初期値に固定する固定モードの２つの動作モードを有し、相手側通話端末との通話開始からエコーキャンセラが充分に収束するまでの期間には固定モードで動作するとともに、エコーキャンセラが充分に収束した後の期間には更新モードで動作してなる拡声通話装置において、マイクロホンで集音された送話信号に含まれる背景騒音レベルを検出する背景騒音レベル検出手段と、背景騒音レベル検出手段で検出される背景騒音レベルを所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力する背景騒音レベル判定手段と、背景騒音レベル判定手段から制御指令を受け取ったときに受話信号の音量を増大させる音量調整手段と、背景騒音レベル判定手段から制御指令を受け取ったときに音声スイッチの総損失量算出部を固定モードに設定するとともに挿入損失量分配処理部における通話状態の推定処理を相対的に受話状態と推定し易くするモード設定手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１記載の拡声通話装置において、背景騒音レベル検出手段並びに背景騒音レベル判定手段に代えて、浴室内に設置されたシャワーの流量を検出するシャワー流量検出手段と、シャワー流量検出手段で検出されるシャワー流量を所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力するシャワー流量判定手段とを備えたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１記載の拡声通話装置において、背景騒音レベル検出手段並びに背景騒音レベル判定手段に代えて、浴室内に設置された混合水栓の流量を検出する混合水栓流量検出手段と、混合水栓流量検出手段で検出される混合水栓流量を所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力する混合水栓流量判定手段とを備えたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１記載の拡声通話装置において、背景騒音レベル検出手段並びに背景騒音レベル判定手段に代えて、浴室内に温風を送出して暖房する暖房設備の風量を検出する風量検出手段と、風量検出手段で検出される風量を所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力する風量判定手段とを備えたことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１記載の拡声通話装置において、背景騒音レベル検出手段並びに背景騒音レベル判定手段に代えて、浴室内に温風を送出すると同時に浴室内を換気する乾燥設備の風量を検出する風量検出手段と、風量検出手段で検出される風量を所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力する風量判定手段とを備えたことを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１記載の拡声通話装置において、背景騒音レベル検出手段並びに背景騒音レベル判定手段に代えて、浴室内を換気する換気設備の風量を検出する風量検出手段と、風量検出手段で検出される風量を所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力する風量判定手段とを備えたことを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１記載の拡声通話装置において、背景騒音レベル検出手段並びに背景騒音レベル判定手段に代えて、浴槽内の湯水を吸い込むとともに吸い込んだ湯水を噴出するジェットバス設備の吸込量並びに噴出量の少なくとも何れか一方を検出する水量検出手段と、水量検出手段で検出される吸込量又は噴出量を所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力する水量判定手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、浴室内で発生する様々な騒音のレベルが所定の閾値を超える状況においても、固定モードで動作する総損失量算出部によって総損失量が充分に大きい初期値に固定されるために不快なエコーやハウリングの発生が抑制されるとともに、挿入損失量分配処理部における通話状態の推定処理を相対的に受話状態と推定し易くすることで音声スイッチが送話状態から受話状態に切り換わり易くなって送話状態への片倒れが防止され、さらに音量調整手段によりスピーカの音量が増大されるために快適な通話が実現できるという効果がある。

以下、本発明を住宅の浴室に設置される拡声通話装置（インターホン端末）に適用した実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すようにマイクロホン１、スピーカ２、２線−４線変換回路３、マイクロホンアンプＧ１、回線（２線の伝送路）への送話信号を増幅する回線出力アンプＧ２、回線からの受話信号を増幅する回線入力アンプＧ３、スピーカアンプＧ４、送話音量調整用増幅器Ｇ５、受話音量調整用増幅器Ｇ６、音声スイッチ１０、第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂを備えている。

第１のエコーキャンセラ３０Ａは適応フィルタ３１Ａと減算器３２Ａからなる従来周知の構成を有し、スピーカ２−マイクロホン１間の音響結合により形成される帰還経路（音響エコー経路）Ｈ_ACのインパルス応答を適応フィルタ３１Ａにより適応的に同定し、参照信号（スピーカアンプＧ４への入力信号）から推定した擬似エコー成分（音響エコー）を減算器３２ＡによりマイクロホンアンプＧ１の出力信号から減算することで音響エコーを抑制するものである。また、第２のエコーキャンセラ３０Ｂも適応フィルタ３１Ｂと減算器３２Ｂからなる従来周知の構成を有し、２線−４線変換回路３と伝送路との間のインピーダンスの不整合による反射および相手の通話端末（例えば、インターホンシステムのドアホン子機など）におけるスピーカ−マイクロホン間の音響結合とにより形成される帰還経路（回線エコー経路）Ｈ_LINのインパルス応答を適応フィルタ３１Ｂにより適応的に同定し、参照信号（回線出力アンプＧ２への入力信号、すなわち送話信号）から推定した擬似エコー成分（回線エコー）を減算器３２Ｂにより受話信号から減算することで回線エコーを抑制するものである。

音声スイッチ１０は、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側減衰器１１と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側減衰器１２と、送話側及び受話側の各減衰器１１，１２から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御部１３とを具備する。挿入損失量制御部１３は、受話側減衰器１２の出力点Ｒoutから音響エコー経路Ｈ_ACを介して送話側減衰器１１の入力点Ｔinへ帰還する経路（以下、「音響側帰還経路」という）の音響側帰還利得αを推定するとともに、送話側減衰器１１の出力点Ｔoutから回線エコー経路Ｈ_LINを介して受話側減衰器１２の入力点Ｒinへ帰還する経路（以下、「回線側帰還経路」という）の回線側帰還利得βを推定し、音響側及び回線側の各帰還利得α，βの推定値α’，β’に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和（送話側減衰器１１の挿入損失量と受話側減衰器１２の挿入損失量の和）を算出する総損失量算出部１４と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部１４の算出値に応じて送話側減衰器１１及び受話側減衰器１２の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部１５とからなる。なお、本実施形態における第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂ並びに音声スイッチ１０は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）のハードウェアをエコーキャンセラ用並びに音声スイッチ用のソフトウェア（プログラム）で制御することによって実現されている。従って、以下の説明における音声スイッチ１０並びに第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂの入出力信号（受話信号及び送話信号）は所定のサンプリング周期でサンプリングされ、且つＡ／Ｄ変換器により量子化されている。

総損失量算出部１４では、整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて送話側減衰器１１の入力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、同じく整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて受話側減衰器１２の出力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、音響側帰還経路Ｈ_ACにて想定される最大遅延時間において受話側減衰器１２の出力信号の時間平均パワーの推定値の最小値を求め、この最小値で送話側減衰器１１の入力信号の時間平均パワーの推定値を除算した値を音響側帰還利得αの推定値α’とするとともに、整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて受話側減衰器１２の入力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、同じく整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて送話側減衰器１１の出力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、回線側帰還経路Ｈ_LINにて想定される最大遅延時間において送話側減衰器１１の出力信号の時間平均パワーの推定値の最小値を求め、この最小値で受話側減衰器１２の入力信号の時間平均パワーの推定値を除算した値を回線側帰還利得βの推定値β’とする。そして、総損失量算出部１４は音響側帰還利得α及び回線側帰還利得βの各推定値α’，β’から所望の利得余裕ＭＧを得るために必要な総損失量Ｌｔを算出し、その値Ｌｔを挿入損失量分配処理部１５に出力する。

挿入損失量分配処理部１５では、送話側減衰器１１の入出力信号及び受話側減衰器１２の入出力信号を監視し、これらの信号のパワーレベルの大小関係並びに音声信号の有無などの情報から通話状態（受話状態、送話状態等）を判定するとともに、判定された通話状態に応じた割合で総損失量Ｌｔを送話側減衰器１１と受話側減衰器１２に分配するように各減衰器１１，１２の挿入損失量を調整する。

ところで本実施形態における総損失量算出部１４は、上述のように各帰還利得α，βの推定値α’，β’に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出して適応更新する更新モード、並びに総損失量を所定の初期値に固定する固定モードの２つの動作モードを有し、相手側の通話端末との通話開始から第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂが充分に収束するまでの期間には固定モードで動作するとともに第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂが充分に収束した後の期間には更新モードで動作する。すなわち、総損失量算出部１４では音響側帰還利得α及び回線側帰還利得βの推定値α’，β’がともに通話開始から所定時間（数百ミリ秒）以上継続して所定の閾値ε（例えば、通話開始時における各推定値α’，β’に対して１０ｄＢ〜１５ｄＢ小さい値）を下回った時点で第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂが充分に収束したものとみなし、上記時点以前には総損失量を初期値に固定する固定モードで動作し、上記時点以降には各推定値α’，β’に基づいて総損失量を適応更新する更新モードに動作モードを切り換える。なお、固定モードにおける総損失量の初期値は更新モードにおいて随時更新される総損失量よりも充分に大きな値に設定される。

而して、通話開始直後の第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂが充分に収束していない状態においては、固定モードで動作する総損失量算出部１４によって充分に大きな値に設定される初期値の総損失量が閉ループに挿入されるため、不快なエコー（音響エコー並びに回線エコー）やハウリングの発生を抑制して安定した半二重通話を実現することができる。また、通話開始から時間が経過して第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂが充分に収束した状態においては、総損失量算出部１４の動作モードが固定モードから更新モードに切り換わって閉ループに挿入する総損失量が初期値よりも充分に低い値に減少するため、双方向の同時通話が実現できるものである。

ここで、更新モードにおける総損失量算出部１４の具体的な動作を図２のフローチャートを参照して説明する。

総損失量算出部１４は、固定モードから更新モードに移行した時点（ｔ＝ｔ１）から所定のサンプリング周期で音響側帰還利得α並びに回線側帰還利得βの推定処理を実行してその推定値α'(n)，β'(n)を算出し（ステップ１）、これら２つの推定値α'(n)，β'(n)の積と利得余裕ＭＧとから、閉ループの利得余裕をＭＧ[ｄＢ]に保つために必要とされる総損失量所望値Ｌｒ(n)を下式により算出する（ステップ２）。

Ｌｒ(n)＝２０log|α'(n)・β'(n)|＋ＭＧ[ｄＢ]
なお、α'(n)，β'(n)，Ｌｒ(n)はそれぞれ更新モード移行時点からｎ回目のサンプリングによって算出された帰還利得の推定値並びに総損失量所望値を示す。さらに、総損失量算出部１４は上式から算出したｎ回目の総損失量所望値Ｌｒ(n)と、前回（ｎ−１回目）の総損失量Ｌｔ(n-1)、すなわち前回の処理で決定されて実際に挿入された総損失量に対して今回算出した総損失量所望値Ｌｒ(n)が大きい場合、前回の総損失量Ｌｔ(n-1)に微少な増加量Δｉ[ｄＢ]を加算した値を今回の総損失量Ｌｔ(n)＝Ｌｔ(n-1)＋Δｉとし（ステップ３、ステップ４）、前回の総損失量Ｌｔ(n-1)に対して今回算出した総損失量所望値Ｌｒ(n)が小さい場合、前回の総損失量Ｌｔ(n-1)から微少な減少量Δｄ[ｄＢ]を減算した値を今回の総損失量Ｌｔ(n)＝Ｌｔ(n-1)−Δｄとする（ステップ５、ステップ６）。

このように総損失量算出部１４による総損失量の増減をΔｉ又はΔｄの微少な値に抑えることにより、相手側の通話端末との通話開始直後のように第１及び第２のエコーキャンセラ３０Ａ，３０Ｂが収束に向かって活発に係数を更新しているために音響側帰還利得α及び回線側帰還利得βの変化が激しい状態においても、聴感上の違和感をなくすことができる。

ところで、浴室のように比較的に狭い空間は反響が大きくなるので、比較的に広いリビング空間（低反響空間）に比較してエコーキャンセラが収束するまでに長い時間を要する。ここで、ディジタルのＦＩＲフィルタにより構成される適応フィルタでは、擬似エコー成分の減算で消去されなかった消去誤差を最小とするように動作するアルゴリズムによってフィルタ係数を逐次修正しており、特許文献１に記載されている従来例では、消去誤差の自乗平均値を最小化するアルゴリズム（例えば、ＬＭＳ（Least-Mean-Square）法）が用いられていた。このＬＭＳ法では、フィルタ係数の修正の大きさを調整する修正幅（ステップゲイン）がスカラ量として与えられており、浴室のような高反響空間においては音声信号のような有色信号に対する収束時間が相当長くなってしまうので、通話開始直後から音声スイッチが固定モードで動作する時間が相対的に長くなり、片方向の通話しかできない状態が長く続いてしまうという問題があった。

そこで本実施形態においては、第１のエコーキャンセラ３０Ａが具備する適応フィルタ３１ＡをディジタルのＦＩＲフィルタにより構成し、擬似エコー成分の減算で消去されなかった消去誤差を最小とするように動作するアルゴリズムによってフィルタ係数を逐次修正するとともに、フィルタ係数の修正の大きさを調整するために対角行列で表されるステップゲイン行列を用いている。なお、本実施形態では、上記アルゴリズムとしてＬＭＳ法の代わりに従来周知の射影法を用いている。射影法は、アルゴリズム内部において入力信号の自己相関を取り除くことにより、音声信号のような有色信号に対する収束速度を改善したものである。２次の射影法により適応フィルタ３１Ａのフィルタ係数（タップ係数ともいう）ｈ（ｎ）が下記の式（１）に従って逐次修正される。

ｈ(n+1)＝ｈ(n)＋μ［δ(n)ｘ(n)＋ε(n)ｘ(n-1)］ （１）
但し、
ｈ(n)＝（ｈ₁(n)，ｈ₂(n)，…，ｈ_L(n)）^T
T：ベクトルの転置
ｎ：サンプリング時間
Ｌ：タップ長（タップ数）
μ：ステップゲイン（スカラ量）
ｘ(n)＝（ｘ(n)，ｘ(n-1)，…，ｘ(n-L+1)）^T：入力信号（受話信号）ベクトル
δ(n)，ε(n)は下記の連立方程式（２），（３）から求められる定数である。

δ(n)ｘ(n)^Tｘ(n)＋ε(n)ｘ(n-1)^Tｘ(n)＝ｅ(n) （２）
δ(n)ｘ(n-1)^Tｘ(n)＋ε(n)ｘ(n-1)^Tｘ(n-1)＝(1-μ)ｅ(n-1) （３）
但し、ｅ（ｎ）は真のエコー成分と擬似エコー成分との差（消去誤差）である。

そして本実施形態では、スカラ量として与えられているステップゲインμをステップゲイン行列Ｍという対角行列に拡張する、いわゆるＥＳ法を上記射影法に組み合わせることにより、適応フィルタ３１Ａのフィルタ係数ｈ（ｎ）を下記の式（４）に従って逐次修正する。

ｈ(n+1)＝ｈ(n)＋Ｍ［δ(n)ｘ(n)＋ε(n)ｘ(n-1)］ （４）
但し、
Ｍ＝diag［μ₁，μ₂，…，μ_L］
μ_i＝μ₀λ^i-1（ｉ＝１，２，…，Ｌ）
λ：インパルス応答変動量の減衰率（０＜λ≦１）
ここで、ＦＩＲフィルタにインパルスを入力したときの出力（インパルス応答）がフィルタ係数そのものとなるから、フィルタ係数の修正の大きさは、設置空間（例えば、浴室）におけるインパルス応答の変動量と一致することになる。一般に、反響の程度に関わらず室内におけるインパルス応答は指数関数的に減衰し、インパルス応答の変動量もインパルス応答と同じ減衰率で減衰することが知られている。従って、ＥＳ法においては、変動が大きいインパルス応答初期のフィルタ係数は大きなステップゲインで修正し、変動が小さくなったインパルス応答の後期のフィルタ係数は小さなステップゲインで修正するように重み付けする。具体的には、ステップゲイン行列Ｍの対角要素μ_i（ｉ＝１，２，…，Ｌ）を図３に示すようにｉの増加に伴って最大値μ₀からインパルス応答の減衰特性と同じ傾きで減衰させることにより、結果的に収束時間を短縮することができる。

而して、適応フィルタ３１Ａでは、サンプリング周期毎に取り込んだ入力信号（受話信号）を受話信号ベクトルｘ(n)とし、ｘ(n)^Tｘ(n)，ｘ(n-1)^Tｘ(n)，ｘ(n-1)^Tｘ(n)，ｘ(n-1)^Tｘ(n-1)を演算するとともに、メモリに記憶した消去誤差ｅ(n)並びにステップゲイン行列Ｍの対角要素μ_iを読み出し、式（２）、（３）の連立方程式を解くことで定数δ(n)，ε(n)を求め、さらに求めた定数δ(n)，ε(n)とメモリから読み出したステップゲイン行列Ｍを用いて式（４）の右辺第２項を演算し、これをメモリから読み出したフィルタ係数ｈ(n)に加算して次のフィルタ係数ｈ(n+1)を演算することによりフィルタ係数ｈ(n+1)を逐次修正し、フィルタ係数ｈ(n+1)を真のインパルス応答に近付けていく処理を行っている。

上述のように本実施形態によれば、第１のエコーキャンセラ３０Ａの適応フィルタ３１Ａにおいて射影法とＥＳ法を組み合わせたＥＳ射影法のアルゴリズムによりフィルタ係数を適応的に同定させているので、従来のＬＭＳ法や学習同定法に比較して、浴室のような高反響空間におけるフィルタ係数の収束時間を短縮することができる。しかも、本実施形態では、第１のエコーキャンセラ３０Ａが収束するまでは音声スイッチ１０を固定モードで動作させることで不快なエコーやハウリングの発生を抑制した半二重通話を実現し、第１のエコーキャンセラ３０Ａが収束したら音声スイッチ１０を更新モードで動作させることで双方向の同時通話を実現しており、第１のエコーキャンセラ３０Ａの収束時間を短縮することで音声スイッチ１０が固定モードで動作する期間、すなわち、半二重通話となる期間を短縮して早期に双方向の同時通話に移行させることができる。その結果、浴室のような高反響空間においても快適な拡声通話が行えるものである。

ところで、予めメモリに記憶しておいたステップゲイン行列Ｍの対角要素μ_i（ｉ＝１，２，…，Ｌ）を随時読み出して適応フィルタ３１Ａに対して設定するステップゲイン行列設定手段を備える構成であれば、対角要素としてインパルス応答への近似精度が高い値を用いることができて第１のエコーキャンセラ３０Ａの収束時間を確実に短縮することができるという利点がある。なお、ステップゲイン行列設定手段はエコーキャンセラ３０Ａと同様にＤＳＰのハードウェアをソフトウェアで制御することにより実現される。しかしながら、タップ長Ｌの増加に伴って対角要素μ_iの個数も増加するから、メモリの記憶領域も増えてコストアップを招く虞がある。

そこで、図４に示すようにステップゲイン行列Ｍの対角要素μ_iを、その最大値μ₀、減衰率λ及び設定間隔Ｄの３つのパラメータにより階段状に近似して設定するステップゲイン行列設定手段を備えれば、メモリの記憶領域を大幅に削減できるとともに対角要素μ_iの調整も容易に行える。但し、このように３つのパラメータによって対角要素μ_iを設定する構成では、各対角要素μ_iをメモリに記憶する上記構成に比べてインパルス応答への近似精度が低くなるというデメリットがあるので、ステップゲイン行列設定手段がメモリから各対角要素μ_iを読み出してステップゲイン行列Ｍを作成する前者の処理と、最大値μ₀、減衰率λ及び設定間隔Ｄの３つのパラメータで対角要素μ_iを階段状に近似してステップゲイン行列Ｍを作成する処理とを択一的に切り換えて実行するようにしても良い。そうすれば、設置場所における反響の大きさなどの条件に応じてステップゲイン行列Ｍの対角要素μ_iの設定方法を適切な方法に変えることができる。

ところで、浴室にはカランやシャワーヘッドから温水が吐出する際の音、あるいは換気扇による排気音などの背景騒音が多く存在し、しかも、リビングに比べて空間が狭くて反響が大きいこともあり、背景騒音によって通話が困難になる場合がある。例えば、カランやシャワーヘッドから温水が吐出する際に発生する騒音（背景騒音）が大きいときに音声スイッチ１０を更新モードで動作させた場合、閉ループに挿入する総損失量が背景騒音レベルに比べてかなり小さくなり、音声スイッチ１０が送話モードに固定してしまう現象（いわゆる「片倒れ」）が生じて来訪者の話声が聞こえなくなってしまう虞がある。

そこで本実施形態では、マイクロホン１で集音された送話信号に含まれる背景騒音レベルを検出する背景騒音レベル検出部４０と、背景騒音レベル検出部４０で検出される背景騒音レベルを所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力する背景騒音レベル判定部４１と、背景騒音レベル判定部４１から制御指令を受け取ったときに音声スイッチ１０の総損失量算出部１４を固定モードに設定するとともに挿入損失量分配処理部１５における通話状態の推定処理を相対的に受話状態と推定し易くし且つスピーカアンプＧ４の利得を調整してスピーカ２の音量を増大させるモード設定／音量調整部４２とを備えている。但し、本実施形態における背景騒音レベル検出部４０、背景騒音レベル判定部４１並びにモード設定／音量調整部４２はＤＳＰのハードウェアをソフトウェアで制御することにより実現される。

背景騒音レベル検出部４０は、立ち上がりが緩やかであり且つ立ち下がりが急峻な特性、すなわち、立ち上がり時定数が相対的に大きく且つ立ち下がり時定数が相対的に小さい応答特性を有するデジタルフィルタからなり、送話信号中に定常的に存在する背景騒音レベルを検出（推定）するものである。そして、背景騒音レベル判定部４１が背景騒音レベル検出部４０で検出された背景騒音レベルを所定の閾値と比較し、背景騒音レベルが閾値を超えているときにモード設定／音量調整部４２に制御指令を出力する。なお、背景騒音レベルと比較する閾値の大きさは、例えば、その背景騒音レベル下で人が通話可能な最大限のレベルに設定すればよい。

一方、モード設定／音量調整部４２は、背景騒音レベル判定部４１から制御指令を受け取ると、音声スイッチ１０の総損失量算出部１４を固定モードに設定するとともに、音声スイッチ１０の損失量分配処理部１５における通話状態の推定処理を相対的に受話状態と推定し易くし、さらにスピーカアンプＧ４の利得を調整してスピーカ２の音量を増大させる。ここで、損失量分配処理部１５における通話状態の推定処理を相対的に受話状態と推定し易くする、言い換えると音声スイッチ１０の感度（送話状態と受話状態の切り換わり易さ）が、受話状態から送話状態へ切り換えるときよりも送話状態から受話状態へ切り換えるときに高くなるようにする具体的な方法としては、例えば、受話信号の信号レベルに１よりも大きい係数を乗算するか、あるいは送話信号の信号レベルに１未満の係数を乗算することで受話信号に重み付けを行い、送話信号と受話信号の信号レベルの比較において受話信号の信号レベルが送話信号の信号レベルを越え易くする方法などがある。

而して、本実施形態の拡声通話装置から他のインターホン端末を呼び出した場合に相手端末との通話が開始される前、若しくは他のインターホン端末から呼び出された場合に本実施形態の拡声通話装置で応答釦（図示せず）が操作された後の通話開始前に、上述のように音声スイッチ１０の動作モードを固定モードに設定するとともに音声スイッチ１０の感度を補正し、さらにスピーカ２の音量を増大させれば、浴室内で発生する様々な騒音のレベルが所定の閾値を超える状況においても、固定モードで動作する総損失量算出部１４によって総損失量が充分に大きい初期値に固定されるために不快なエコーやハウリングの発生を抑制されるとともに、音声スイッチ１０が送話状態から受話状態に切り換わり易くなって浴室内の騒音が大きいことによる送話状態への片倒れが防止され、さらにスピーカ２の音量が増大されるため、快適な通話が実現できるものである。

（実施形態２）
本実施形態は、図５に示すように背景騒音レベル検出部４０並びに背景騒音レベル判定部４１に代えて、浴室内に設置されたシャワーの流量を検出するシャワー流量検出部４３と、浴室内に設置されたカランの流量を検出するカラン流量検出部４４と、シャワー流量検出部４３並びにカラン流量検出部４４で検出されるシャワー流量及びカラン流量を各々所定の閾値と比較し、少なくとも何れか一方の流量が対応する閾値を超えるときにモード設定／音量調整部４２に対して制御指令を出力するシャワー／カラン流量判定部４５とを備えた点に特徴がある。但し、これ以外の構成については実施形態１と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して適宜図示並びに説明は省略する。

シャワー流量検出部４３並びにカラン流量検出部４４は、給湯器から供給される温水と給水管より供給される水を混合する混合栓からシャワーヘッド及びカランへの配管に設置される流量センサと、流量センサのセンサ出力を信号処理（増幅や波形整形など）した流量検出信号を出力する信号処理回路とを具備している。なお、流量センサは羽根車式、電磁誘導式、超音波式などの従来周知のものである。

而して、本実施形態の拡声通話装置から他のインターホン端末を呼び出した場合に相手端末との通話が開始される前、若しくは他のインターホン端末から呼び出された場合に本実施形態の拡声通話装置で応答釦（図示せず）が操作された後の通話開始前に、シャワー流量検出部４３から出力される流量検出信号と、カラン流量検出部４４空出力される流量検出信号とがシャワー／カラン流量判定部４５に入力され、シャワー／カラン流量判定部４５にてシャワーの検出流量とカランの検出流量がそれぞれ所定の閾値と比較され、少なくとも何れか一方の検出流量が閾値を超えているときにモード設定／音量調整部４２に対して制御指令が出力される。その結果、実施形態１と同様に音声スイッチ１０の動作モードが固定モードに設定されるとともに音声スイッチ１０の感度が補正され且つスピーカ２の音量が増大させられるから、シャワーやカランから温水が吐出する際に発生する騒音のレベルが相対的に大きい状況においても、固定モードで動作する総損失量算出部１４によって総損失量が充分に大きい初期値に固定されるために不快なエコーやハウリングの発生を抑制されるとともに、音声スイッチ１０が送話状態から受話状態に切り換わり易くなって浴室内の騒音が大きいことによる送話状態への片倒れが防止され、さらにスピーカ２の音量が増大されるため、快適な通話が実現できる。なお、本実施形態ではシャワー流量検出部４３とカラン流量検出部４４を備えているが、何れか一方のみを備える構成であっても構わない。

（実施形態３）
ところで、近年では浴室内の空気を循環させる循環ファンとその空気を給湯機からの温水との熱交換によって加熱する浴室用熱交換器とを備え、浴室の換気、暖房、乾燥を行う浴室暖房換気乾燥機が普及しているが、このような浴室暖房換気乾燥機の運転中には浴室内に空気が吹き出され若しくは浴室内から空気が吸い出される際の風量に応じた騒音が発生し、シャワーやカランの温水吐出と同様の騒音源となっている。

そこで本実施形態では、図６に示すように背景騒音レベル検出部４０並びに背景騒音レベル判定部４１に代えて、浴室内に温風を送出して暖房する暖房設備、浴室内を換気する換気設備、浴室内に温風を送出すると同時に浴室内を換気する乾燥設備を兼ねる上記浴室暖房換気乾燥機の風量を検出する風量検出部４６と、風量検出部４６で検出される風量を所定の閾値と比較して閾値を超えるときにモード設定／音量調整部４２に対して制御指令を出力する風量判定部４７とを備えている。

ここで、浴室暖房換気乾燥機の暖房、換気、乾燥の各運転時における風量は予め決められた数段階（例えば、「強」と「弱」の２段階）に切り換えられるだけであるので、本実施形態においては、浴室外の脱衣室に設置される浴室暖房換気乾燥機のリモートコントローラから出力される風量調整用の制御信号を、風量検出部４６がモニタして当該制御信号の内容から風量（「強」又は「弱」）を検出し、風量判定部４７に対して検出した風量を表す風量検出信号を出力するようにしている。

而して、本実施形態の拡声通話装置から他のインターホン端末を呼び出した場合に相手端末との通話が開始される前、若しくは他のインターホン端末から呼び出された場合に本実施形態の拡声通話装置で応答釦（図示せず）が操作された後の通話開始前に、風量検出部４６から出力される風量検出信号が風量判定部４７に入力され、風量判定部４７にて浴室暖房換気乾燥機の検出風量が所定の閾値と比較され、検出風量が閾値を超えているときにモード設定／音量調整部４２に対して制御指令が出力される。その結果、実施形態１、２と同様に音声スイッチ１０の動作モードが固定モードに設定されるとともに音声スイッチ１０の感度が補正され且つスピーカ２の音量が増大させられるから、浴室暖房換気乾燥機の動作時に風量に応じて発生する騒音のレベルが相対的に大きい状況においても、固定モードで動作する総損失量算出部１４によって総損失量が充分に大きい初期値に固定されるために不快なエコーやハウリングの発生を抑制されるとともに、音声スイッチ１０が送話状態から受話状態に切り換わり易くなって浴室内の騒音が大きいことによる送話状態への片倒れが防止され、さらにスピーカ２の音量が増大されるため、快適な通話が実現できる。

（実施形態４）
ところで、最近では一般住宅においても、浴槽の吸込部と噴出部とを連通接続する循環水路を設け、循環水路の途中にモーターによって運転され且つ浴槽内の湯水を吸込部から吸込んで噴出部から浴槽内に噴出するポンプ部を設けたジェットバス設備が設置されるようになってきているが、このようなジェットバス設備の運転中には浴槽内の湯水が吸い込まれたり浴槽内に湯水が噴出される際の吸込量又は噴出量（以下、「水量」と呼ぶ）に応じた騒音が発生し、シャワーやカランの温水吐出並びに浴室暖房換気乾燥機の温風吹き出し等と同様の騒音源となっている。

そこで本実施形態では、図７に示すように背景騒音レベル検出部４０並びに背景騒音レベル判定部４１に代えて、浴槽内の湯水を吸い込むとともに吸い込んだ湯水を噴出するジェットバス設備の吸込量並びに噴出量の少なくとも何れか一方を検出する水量検出部４８と、水量検出部４８で検出される吸込量又は噴出量を所定の閾値と比較して閾値を超えるときにモード設定／音量調整部４２に対して制御指令を出力する水量判定部４９とを備えている。

ここで、ジェットバス設備の吸込量又は噴出量は予め決められた数段階（例えば、「強」と「弱」の２段階）に切り換えられるだけであるので、本実施形態においては、浴室内に設置されるジェットバス設備のリモートコントローラから出力される吸込量又は噴出量調整用の制御信号を、水量検出部４８がモニタして当該制御信号の内容から吸込量又は噴出量（「強」又は「弱」）を検出し、水量判定部４９に対して検出した吸込量又は噴出量を表す検出信号を出力するようにしている。

而して、本実施形態の拡声通話装置から他のインターホン端末を呼び出した場合に相手端末との通話が開始される前、若しくは他のインターホン端末から呼び出された場合に本実施形態の拡声通話装置で応答釦（図示せず）が操作された後の通話開始前に、水量検出部４８から出力される水量検出信号が水量判定部４９に入力され、水量判定部４９にてジェットバス設備の検出水量が所定の閾値と比較され、検出水量が閾値を超えているときにモード設定／音量調整部４２に対して制御指令が出力される。その結果、実施形態１〜３と同様に音声スイッチ１０の動作モードが固定モードに設定されるとともに音声スイッチ１０の感度が補正され且つスピーカ２の音量が増大させられるから、ジェットバス設備の動作時に水量（吸込量又は噴出量）に応じて発生する騒音のレベルが相対的に大きい状況においても、固定モードで動作する総損失量算出部１４によって総損失量が充分に大きい初期値に固定されるために不快なエコーやハウリングの発生を抑制されるとともに、音声スイッチ１０が送話状態から受話状態に切り換わり易くなって浴室内の騒音が大きいことによる送話状態への片倒れが防止され、さらにスピーカ２の音量が増大されるため、快適な通話が実現できる。

本発明の実施形態１を示すブロック図である。 同上における音声スイッチの動作説明用のフローチャートである。 同上における第１のエコーキャンセラの動作説明図である。 同上における第１のエコーキャンセラの動作説明図である。 本発明の実施形態２の要部を示すブロック図である。 本発明の実施形態３の要部を示すブロック図である。 本発明の実施形態４の要部を示すブロック図である。

符号の説明

１ マイクロホン
２ スピーカ
１０ 音声スイッチ
３０Ａ 第１のエコーキャンセラ
３１Ａ 適応フィルタ
３２Ａ 減算器
４０ 背景騒音レベル検出部
４１ 背景騒音レベル判定部
４２ モード設定／音量調整部

Claims (7)

1. マイクロホン及びスピーカと、相手側の通話端末から送られてくる受話信号をスピーカに伝送する受話側信号経路並びにマイクロホンで集音された送話信号を伝送して相手側の通話端末へ送る送話側信号経路に損失を挿入することで通話状態を受話及び送話に切り換える音声スイッチと、マイクロホンとスピーカの音響結合によって生じる音響エコーを抑制するエコーキャンセラとを備え、音声スイッチは、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側損失挿入手段と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側損失挿入手段と、送話側及び受話側の各損失挿入手段から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御手段とを具備し、挿入損失量制御手段は、受話側損失挿入手段の出力点から音響エコー経路を介して送話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の音響側帰還利得を推定するとともに、送話側損失挿入手段の出力点から回線エコー経路を介して受話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の回線側帰還利得を推定し、音響側及び回線側の各帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出する総損失量算出部と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部の算出値に応じて送話側損失挿入手段及び受話側挿入損失手段の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部とからなり、総損失量算出部は、各帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出して適応更新する更新モード、並びに総損失量を所定の初期値に固定する固定モードの２つの動作モードを有し、相手側通話端末との通話開始からエコーキャンセラが充分に収束するまでの期間には固定モードで動作するとともに、エコーキャンセラが充分に収束した後の期間には更新モードで動作してなる拡声通話装置において、マイクロホンで集音された送話信号に含まれる背景騒音レベルを検出する背景騒音レベル検出手段と、背景騒音レベル検出手段で検出される背景騒音レベルを所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力する背景騒音レベル判定手段と、背景騒音レベル判定手段から制御指令を受け取ったときに受話信号の音量を増大させる音量調整手段と、背景騒音レベル判定手段から制御指令を受け取ったときに音声スイッチの総損失量算出部を固定モードに設定するとともに挿入損失量分配処理部における通話状態の推定処理を相対的に受話状態と推定し易くするモード設定手段とを備えたことを特徴とする拡声通話装置。
2. 請求項１記載の拡声通話装置において、背景騒音レベル検出手段並びに背景騒音レベル判定手段に代えて、浴室内に設置されたシャワーの流量を検出するシャワー流量検出手段と、シャワー流量検出手段で検出されるシャワー流量を所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力するシャワー流量判定手段とを備えたことを特徴とする拡声通話装置。
3. 請求項１記載の拡声通話装置において、背景騒音レベル検出手段並びに背景騒音レベル判定手段に代えて、浴室内に設置された混合水栓の流量を検出する混合水栓流量検出手段と、混合水栓流量検出手段で検出される混合水栓流量を所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力する混合水栓流量判定手段とを備えたことを特徴とする拡声通話装置。
4. 請求項１記載の拡声通話装置において、背景騒音レベル検出手段並びに背景騒音レベル判定手段に代えて、浴室内に温風を送出して暖房する暖房設備の風量を検出する風量検出手段と、風量検出手段で検出される風量を所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力する風量判定手段とを備えたことを特徴とする拡声通話装置。
5. 請求項１記載の拡声通話装置において、背景騒音レベル検出手段並びに背景騒音レベル判定手段に代えて、浴室内に温風を送出すると同時に浴室内を換気する乾燥設備の風量を検出する風量検出手段と、風量検出手段で検出される風量を所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力する風量判定手段とを備えたことを特徴とする拡声通話装置。
6. 請求項１記載の拡声通話装置において、背景騒音レベル検出手段並びに背景騒音レベル判定手段に代えて、浴室内を換気する換気設備の風量を検出する風量検出手段と、風量検出手段で検出される風量を所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力する風量判定手段とを備えたことを特徴とする拡声通話装置。
7. 請求項１記載の拡声通話装置において、背景騒音レベル検出手段並びに背景騒音レベル判定手段に代えて、浴槽内の湯水を吸い込むとともに吸い込んだ湯水を噴出するジェットバス設備の吸込量並びに噴出量の少なくとも何れか一方を検出する水量検出手段と、水量検出手段で検出される吸込量又は噴出量を所定の閾値と比較し該閾値を超えるときに制御指令を出力する水量判定手段とを備えたことを特徴とする拡声通話装置。

Images