JP4274949B2 - オーディオ・フィードバック処理システム - Google Patents

Description

発明の背景
１．関係出願
この申請書は、米国暫定特許出願シリアル番号６０／３６３，９９４、２００２年３月１３日に出願され、参考提示された、題名「フィードバック排除への狭帯域幅ノッチフィルタ採用」の優先権を請求するものである。

２．技術分野
本発明は、オーディオ・システムのフィードバック全般に関係するものである。すなわち、本発明は、オーディオ・システムにおけるフィードバックの周波数の識別及びフィードバック信号の適応ろ波に関するものである。

３．背景技術
オーディオ・システムには、一般的に、入力トランスデューサ（マイクロフォン）、増幅器、マイクロプロセッサ及びオーディオ出力装置（スピーカー）が含まれている。入力トランスデューサは、音声をシステムに受け入れ、増幅器はその音声を増幅し、マイクロプロセッサは信号処理を行い、出力装置（スピーカー）は、システムのユーザに音声を提供する。多くのオーディオ・システムでは、並行動作が可能となっており、音声をマイクロフォンに入力しながら、スピーカーで音声を提供することができる。しかしながら、マイクロフォンが、スピーカーから発する音声の一部を入力として受け取ると不安定な閉ループ・システムが創生され、オーディオ・フィードバックが発生する。

オーディオ・フィードバックは、スピーカーでの一つ以上のオーディオ・フィードバック信号として現れ、それぞれのフィードバック信号を一つの正弦波信号としてモデル化することができる（すなわち、これらのフィードバック信号は正弦波信号としての特性を示す）。特定のフィードバック信号を除去するために、マイクロプロセッサが、音声信号を、離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）、スペクトル推定、フイルタ・バンクや類似表現のような、離散的（サンプルされた）周波数スペクトラム表現に変換する。音声信号をサンプルされた周波数スペクトラムに変換することにより、フィードバック信号の周波数の全般的識別ができる。離散的周波数領域において最大の大きさを持つ周波数サンプルが、フィードバック信号の周波数として選定される。

フィードバック信号の識別された周波数に合わせ、その特定の周波数を除去するためのノッチフィルタを取り付ける。しかしながら、マイクロプロセッサの演算及び記憶上の制約のため、サンプルされた周波数スペクトラム表現によるサンプル技法には限界がある。この故に、選定された周波数サンプルが、フィードバック信号の実際の周波数の精度高い推定値を提示しない。選定された周波数サンプルが精度の高い推定値でないために、フィードバック信号をろ波するため実際に必要なよりも相当に広いバンド幅や大きな切込み深さを持つノッチフィルタが使用される。このようなより広いバンド幅やより大きな切込み深さは、出力信号からのフィードバック信号の除去を確実にするために必要なものである。しかしながら、より広いバンド幅やより大きな切込み深さを持つノッチフィルタの使用は、スピーカーからの音声のオーディオ品質を劣化させることがある。

マイクロプロセッサの演算及び記憶上の制約のために、オーディオ・フィードバック信号を除去するために使えるノッチフィルタの数には限界がある。フィードバック信号の数が、使えるノッチフィルタの数を超える場合には、そのシステムでは、一部のフィードバック信号を除去することができない。少なくとも一部のフィードバック信号を除去できなければ、システム利得の低減が必要となることがあり、システム性能の劣化を招くことがある。

要約
本発明は、補間フィードバック識別を用いてフィードバック信号の周波数を識別するオーディオ・システムを提供するものである。フィードバック信号に対応するサンプル周波数スペクトラム信号に周波数補間を用いることにより、この補間フィードバック識別を達成することができる。このフィードバック補間により、フィードバック周波数が周波数スペクトラム信号のサンプルの間にある場合には特に、フィードバック信号の周波数の識別が可能となる。この補間方式には、サンプルされた周波数スペクトラム信号のサンプルを使って、固有の二次式（又はこれより次元の高い多項式）を生成することが含まれ、これは、周波数スペクトラムで表示されたフィードバック信号の元の主ローブに近似している。この多項式は、多項式補間、有理関数補間、三次スプライン関数補間、及び類似の方法を使って、サンプルから構築することができる。この多項式のピーク、すなわちフィードバック信号の実際の周波数の表現／推定値を、例えば、生成された多項方程式の導関数をゼロに設定することによって算定することができる。ノッチフィルタのような狭帯域幅に調整されたフィルタを算定されたフィードバックの周波数に合わせ取り付けてそのフィードバック信号を除去、又は低減できる。また、このようなフィルタはオーディオ・システムが提供する音声信号の品質への影響をも低減する。

このオーディオ・システムは、ノッチフィルタのような単一のフィルタを使って、複数のフィードバック信号を適応ろ波できる。この適応ろ波には、音声信号中のフィードバックの周波数を識別すること、及び、隣り合うサンプルで構成されるサンプル周波数スペクトラムの周波数ウィンドウの中にあるどの周波数がフィードバックかを判定することが含まれる。ノッチフィルタのような一つのフィルタを、周波数ウィンドウに含まれる周波数範囲内に識別された複数の周波数をろ波除去するように構成し、これにより余分のノッチフィルタを他のフィードバック信号をろ波するために使うことができ、また、オーディオ・システムのプロセッサに対するメモリ及び処理への要求事項が軽減される。この周波数ウィンドウに含まれる周波数範囲はどのような数の隣り合うサンプルで構成されていてもよく、あらかじめ定めた数又は設定可能な数でもよい。さらに、検査する周波数帯域やサンプルされた周波数スペクトラムの分離度に応じて、この周波数ウィンドウに含まれる周波数範囲を変更することができる。

本発明の他のシステム、方法、特徴及び利点は、この技術に精通したものが後記の図及び詳細記述内容を検証すれば、明らかであるか、明らかになろう。このような全ての追加されるシステム、方法、特徴及び利点を、この記述に含めること、本発明の適用範囲に入れること、及び後記の請求で保護することが意図されている。

以下の図と記述を参照すれば、本発明についてより良く理解することができる。図中の構成要素は必ずしも尺度合わせをしたものでなく、本発明の原理を図示することに重点を置いている。

さらに、これらの図では、同一の参照数字は、相異なる図全体を通して同一の部分を示している。

発明を実施するための最良の形態
図１は、フィードバックの識別及びその低減又は除去技法を保持する一つのオーディオ・システム１００の構成図である。このオーディオ・システムは、補間フィードバック識別を用いており、一つのノッチフィルタを用いて複数のフィードバック信号を適応ろ波することができる。補間フィードバック識別では、フィードバック信号の離散的周波数スペクトラム表現中の複数サンプルより得られた単一のフィードバック周波数推定値を提示する。補間フィードバック識別には、離散的周波数スペクトラム表現中の一つ以上のサンプルを使った二次又はこれより次元の高い多項式の生成による周波数補間の使用が含まれる。フィードバック信号の実際の周波数の精度の高い表現を、例えば、生成された多項方程式の導関数をゼロに設定することによって算定することができる。補間方式によるフィードバック識別に応じて、ノッチフィルタのような一つのフィルタを取り付けることによって、オーディオ・システムが提供する音声信号の品質にほとんど又は全く影響を与えずに、フィードバック信号を低減もしくは除去することができる。適応ろ波をするには、ノッチフィルタのような一つのフィルタを複数のフィードバック信号を除去するように構成する必要があり、これにより、他のフィルタを他のフィードバック信号の低減や除去に使用することができる。適応ろ波は、同様に、又は別の方法で、オーディオ・システムのプロセッサ・メモリや演算要求事項を軽減する。

オーディオ・システム１００には、音声信号を受け取るためのオーディオ入力装置すなわちマイクロフォン１０２が含まれている。マイクロフォン１０２は、オーディオ・システム１００の動作を制御する能力を持つマイクロプロセッサ１０４に結合される。マイクロプロセッサ１０４は、受け取った音声信号のいっさいのアナログ／ディジタル変換及びディジタル信号処理を実施する。さらに、マイクロプロセッサ１０４は、オーディオ・システム１００が提供する音声のディジタル／アナログ変換を実施する能力を持つ。マイクロプロセッサ１０４は、出力音声信号増幅する能力を持つ増幅器１０６に結合される。増幅器１０６は、オーディオ・システムのユーザに出力音声信号を提供するために、スピーカーと結合される。ここでは特定の構成を示しているが、このオーディオ・システムは、構成要素がより少ないまたは多いものも含め、これと違った構成にすることができる。

図２は、オーディオ・システム中のフィードバック信号を識別し、低減／除去するための方法のフローチャートである。マイクロフォン１０２からの時間領域オーディオ信号Ｓ［ｎ］は２００でマイクロプロセッサ１０４が受け取る。マイクロフォン１０２がスピーカー１０８から提供される音声の一つ又は複数の部分を受け取ると、オーディオ・フィードバックが発生し、これにより不安定な、閉ループ・システムを形成することがある。マイクロプロセッサ１０４は、２０２で時間領域オーディオ信号をサンプルされた周波数領域信号｜Ｓ（ｋ）｜に変換する。マイクロプロセッサ１０４は、周波数領域信号を演算するために、矩形、ハミング、バートレットや類似技法のようなウィンドウ化技法を使うことができる。次に、マイクロプロセッサ１０４は、２０４でフィードバックを検出する。フィードバックの検出には、離散的フーリエ変換（ＤＦＴ）、スペクトル推定、フイルタ・バンクや類似技法のような周波数スペクトル分析の実施を含めることができる。周波数領域信号のサンプルを使って、２０６の補間でフィードバック信号の周波数を算定し、そのフィードバック信号を２０８でろ波することができる。２０６の補間及び２０８のろ波については、図１０と関連して後記でさらに論じる。

図３〜１０は、マイクロプロセッサ１０４によるフィードバックの検出を図示したものである。図３は、時間領域フィードバック信号Ｓ［ｎ］を図示したものである。図４は、例えば離散時間型フーリエ変換（ＤＴＦＴ）を使ってフィードバック信号Ｓ［ｎ］を周波数領域に変換して得られた周波数領域信号｜Ｓ（ｅ^ｊｗ）｜を図示したものである。図５は、時間領域ウィンドウ関数ｗ［ｎ］を図示したものである。図６は、ウィンドウ関数ｗ［ｎ］のＤＴＦＴ（｜Ｗ（ｅ^ｊｗ）｜）を図示したものである。図７は、時間領域フィードバック信号Ｓ［ｎ］と時間領域ウィンドウ関数ｗ［ｎ］と乗じた積を図示したものである。図８は、周波数領域信号｜Ｓ（ｅ^ｊｗ）｜を中心としてウィンドウ化した周波数領域信号

を図示したもので、Ｓ［ｎ］とｗ［ｎ］との積のＤＴＦＴをとって得られたものである。図９は、Ｓ［ｎ］とｗ［ｎ］との積のＤＦＴをとって得られたサンプル周波数領域信号

を図示したものである。これは、例えば、図８のウィンドウ化した周波数領域信号

を同じ頻度間隔でサンプリングするのと同等である。図１０は、フィードバック信号の主ローブ周辺のさらなる詳細を明確に示すために、図９のウィンドウ化されたサンプル周波数領域信号｜Ｓ（ｋ）｜の一部を図示したものである。図４、６及び８に図示された周波数スペクトル信号はＤＴＦＴである。図９及び１０に図示された周波数スペクトル信号はＤＦＴである。時間領域信号を周波数領域に変換し、その周波数領域信号を解析するために、他の周波数スペクトル解析技法を用いることができる。

図２のフローチャートにおいて、２０６の補間では、周波数信号の離散的周波数スペクトル表現中の複数サンプルから算定された一つのフィードバック周波数の表現／推定値が提示される。補間フィードバック識別は、例えば、図１０のグラフと関連して後記するような補間手法を使って算定することができ、その中では、それぞれの周波数サンプルが一つの周波数分別を形成する。図１０の中で使われている記号は次のとおりである。

Ｂ_推定 ＝フィードバック信号の周波数推定値
Ｂ_ｐ ＝ピーク（最大高さ）分別番号
Ｂ_ｐ−１ ＝ピーク分別番号より（周波数が）一つ下の分別番号
Ｂ_ｐ＋１ ＝ピーク分別番号より（周波数が）一つ上の分別番号
Ａ_推定 ＝フィードバック信号の周波数推定値の振幅
Ａ_ｐ ＝ピーク分別番号の振幅
Ａ_ｐ−１ ＝ピーク分別番号より（周波数が）一つ下の分別番号の振幅
Ａ_ｐ＋１ ＝ピーク分別番号より（周波数が）一つ上の分別番号の振幅
Ｂ_推定は、フィードバック信号の周波数推定値であり、後記の補間手法を使って算定することができる。理想的には、Ｂ_推定は実際のフィードバック信号の周波数と一致することになる。いずれにしても、一般的には、従来の技術で選択されていた周波数Ｂ_ｐよりも、Ｂ_推定の方が実際のフィードバック信号周波数のより精度の高い推定値となる。

周波数補間のような補間フィードバック識別は、実際のフィードバックの周波数のより精度の高い推定値を提供するもので、ＤＦＴ｜Ｓ［ｋ］｜のサンプルを使って算定できる。ＤＦＴ信号｜Ｓ［ｋ］｜のサンプルを使って、固有の二次式（又はこれより次元の高い多項式）を生成し、これによりフィードバック信号を表現するＤＴＦＴの元の主ローブを近似できる。ＤＦＴ｜Ｓ［ｋ］｜のサンプル点から多項式を再構築することができる。Ｎ−１度の補間多項式は、次のようなラグランジュ多項式として示される。

多項式補間、有理関数補間、三次スプライン関数補間、及び類似の方法を含め他の補間多項式技法を使ってもよい。

周波数補間にラグランジュ多項式を適用して（ここでは二次式）、次のフィードバック周波数算式ｆ（Ｂ）を得る。

この二次曲線の頂点、すなわちフィードバック信号周波数の推定値／表現をｆ（Ｂ）の最大値を求めることによって算定できる。例えば、ｆ（Ｂ）の導関数をとりこれをゼロと設定することによって最大値を求めることができ、次のようなＢ_推定を得ることができる。

この二次曲線の極点は、最高の分別の周波数Ｂ_ｐだけよりも、もっと精度のあるフィードバック信号の周波数表現を提供する。補間をする前に、Ａ_ｐがＡ_ｐ＋１及びＡ_ｐ−１の双方よりも大きいことが判明している場合には、補間多項式は、この位置には最小値を持たず最大値の一つを持つと判断できる。従って補間多項式の導関数をとってこれをゼロに設定することによって最大値が得られ、これにより、周波数Ｂ_ｐだけよりも、もっと精度のあるフィードバック信号の周波数表現が得られる。しかしながら、補間をする前に、Ａ_ｐがＡ_ｐ＋１及びＡ_ｐ−１の双方よりも大きいことが判明していない場合には、Ｂ_推定の周波数が二次式の最大点であって最小点でないことを判定する必要があることがある。

Ｂ_推定の周波数が二次式の最大点である（最小点でない）ことを判定するため、前記のｆ（Ｂ）式を使ってマイクロプロセッサ１０４にＡ_推定の値を計算させ、補間されたＢ_推定周波数のフィードバック信号の振幅を表現させることができる。Ａ_推定を、周波数Ｂ_ｐ及びＢ_ｐ＋１に対応するフィードバック信号の振幅であるＡ_ｐ＋１及びＡ_ｐ−１と比較し、Ａ_推定が最大の振幅であることを確実にできる。

図２の２０６の補間は、フィードバック信号の実際の周波数のより精度の高い推定値を提供する。周波数推定値Ｂ_推定を使って、２０８で音声信号をろ波するためのフィルタを構成することができる。このフィルタは帯域幅ノッチフィルタでもよい。他のフィルタを使うこともできる。周波数補間を使って、フィードバック信号周波数の近似推定値が識別されているので、マイクロプロセッサにより、フィードバック信号を除去することのできる狭帯域幅ノッチフィルタとして、この帯域幅ノッチフィルタを構成（すなわち、品質係数及び／又は利得／切込み深さを含めた各種係数を計算）することができる。また、マイクロプロセッサ１０４は、少なくともノッチフィルタの帯域幅か切込み深さのいずれか一つを最小化することができる。そこで構成されたフィルタを周波数Ｂ_推定に合わせて（周波数Ｂ_推定を中心周波数に設計して）取り付けることができる。有限インパルス応答（ＦＩＲ）及び無限インパルス応答（ＩＩＲ）技法のようなろ波技法、又は、当業者がよく理解しているような、フィードバック信号を除去するのに有効な他のろ波技法を使って、このようなろ波を行うことができる。このようにして、補間フィードバック識別を使ってフィードバック信号周波数を識別することにより、ノッチフィルタをより高い精度でフィードバック信号周波数に設定することができ、より高い精度でフィードバック信号を除去するための構成がされる。

図１０は、元の周波数スペクトルの主ローブをモデル化した多項式の生成による補間の一例を図示したものであり、ここでは、微分法により多項式の最大点を求めることにより補間を行っている。当業者は、フィードバック周波数を識別するためにどのような補間手法も使用できることを理解するであろう。例えば、図１０に示されたサンプル周波数領域信号の各サンプルの間に、ゼロ・エネルギー値の分別を追加して挿入することができる。そこで、サンプルされた周波数領域スペクトルをローパス・フィルタに通して、補間されたサンプル・スペクトルを得ることができる。この補間されたサンプル・スペクトルを使って、ろ波された周波数スペクトル最大値を識別し、より高い精度のフィードバック信号周波数推定値を得ることができる。

図１１及び１２は、従来技術のノッチフィルタと補間フィードバック識別に従って構成されたノッチフィルタの特性を対比したグラフを示したものである。図１０中のＢ_ｐ点の最大振幅を持つサンプル周波数分別が、図１１及び１２中の９９４Ｈｚに対応している。図１０中のフィードバック信号周波数のもっと精度の高い表現Ｂ_推定点は、図１１及び１２中の１０００Ｈｚに対応している。サンプルされた周波数分別（区分）とフィードバック信号が異なることがある。図１１及び１２に示すように、従来の技術によるフィードバック識別技法では最大の分別である周波数９９４Ｈｚ点の周波数を除去するようにノッチフィルタが構成されており、そのため、実際のフィードバックの周波数点での利得（Ｇ）がフィードバック信号を除去するのに十分なことを確実にするためには、図１１の１１００に示すように帯域幅を大きくしなければならない、もしくは、図１２の１２００に示すように切込み深さを深くしなければならない。

これに対し、補間フィードバック識別法を用いたフィードバック識別技法は、実際のフィードバック周波数のより精度の高い表現を提供する（ここでは約１０００Ｈｚ）。従って、図１１及び１２の１１０５及び１２０５に示した特性を持つノッチフィルタを、実際のフィードバック信号周波数のより高い精度の推定値に設定することができる。より精度の高いフィルタを取り付けることができるので、フィードバック信号の周波数点で、フィードバック信号を除去又は低減するのに十分な利得を確実にし、スピーカー１０８から提供される信号の品質にほとんど又は全く影響を与えずに、又は、いずれにせよ従来技術のフィードバック識別技法を使って構成されたノッチフィルタよりも少ない音声品質への影響で、これを狭い範囲に調整（帯域幅や切込み深さの低減）することができる。

図１３は、オーディオ・システム中のフィードバックの適応ろ波を実施する方法のフローチャートである。マイクロプロセッサ１０４が複数のフィードバック信号があるかどうかを１３００で識別／推定する。このような複数周波数は、前述したように補間フィードバック識別を使って、又はその他の方法で識別することができる。マイクロプロセッサ１０４が、１３０２で、規定周波数範囲を含む周波数ウィンドウの中に複数のフィードバック信号があるかどうかを判定する。この周波数ウィンドウに含まれる周波数は、あらかじめ定めておくか及び／又は設定可能とすることができ、検査する周波数帯域によって変えることができる。周波数ウィンドウに含まれる規定周波数範囲については、後記で図１４及び１５と関連してさらに論ずることにする。

マイクロプロセッサ１０４は、１３０４で周波数ウィンドウに含まれる周波数範囲内にあるフィードバック信号をろ波する。マイクロプロセッサ１０４は、この周波数範囲内に存在すると判断したいっさいの周波数のフィードバック信号を除去するためのフィルタを構成する。このフィルタは、ノッチフィルタでも他の種類のフィルタでもよい。マイクロプロセッサは、品質係数、切込み深さ及びフィルタの中心周波数などのフィルタ係数を算定することができる。

図１４は、フィードバック信号の時間領域表現のための、規定周波数範囲を含む周波数ウィンドウを図示したグラフであり、図１３と関連して前に論じた適応ろ波を設定するために使うことができる。図１４に示すように、一般的に１４０５で表されるような周波数ウィンドウには、規定周波数範囲、例えばαｆを含めることができる。２つのフィードバック波数、例えば、フィードバック周波数ｆ１及びフィードバック周波数ｆ２が周波数ウィンドウ１４０５に存在する場合には、１３０２で、これらのフィードバック信号を除去するための単一のフィルタを構成するために適応ろ波を用いることを決めることができる。

周波数ウィンドウ１４０５に複数のフィードバック周波数が存在するかどうか判定するために、それらフィードバック周波数間の差Δｆを、例えば一つの周波数からもう一つの周波数を差し引くことによって算定することができる。例えば、図１４に示すように、フィードバックが所在する第二の周波数を表すｆ２からフィードバックが所在する最初の周波数を表すｆ１を差し引いてΔｆを求めることができる。Δｆの値がαｆより小さく、周波数範囲が周波数ウィンドウ１４０５に含まれている場合には、ｆ１及びｆ２に所在するフィードバックを、一つのフィルタで適応ろ波することができるか判定する。

周波数ｆ１及びｆ２のフィードバックを除去するために、例えばマイクロプロセッサ１０４に、周波数ウィンドウ１４０５内に、中心周波数ｆｃで十分な品質係数及び／又は切込み深さを持つフィルタを構成させることができる。

例えば図１４に示すように、同時に又は後で、周波数ｆ３にフィードバック信号が所在することが識別された場合には、マイクロプロセッサ１０４が、ｆ３とｆｃの間の周波数差Δｆが周波数ウィンドウ１４０５に含まれる周波数範囲αｆより小さいかどうかを算定することができる。新しく計算したΔｆがαｆより小さいと判定された場合には、マイクロプロセッサ１０４が、ｆ３に識別されたフィードバックをｆｃのフィルタを使って適応ろ波できるかどうかを判定し、周波数ｆ１、ｆ２及びｆ３で識別されたフィードバックを除去するために、中心周波数ｆｃのフィルタを再構成する（すなわち、品質係数、切込み深さやｆｃ値を再構成）ことができる。

他の方法として、ｆ３とｆｃの周波数差を算定する代わりに、マイクロプロセッサ１０４は、ｆ３とｆ１の間の周波数差Δｆをを算定し、これを周波数ウィンドウ１４０５の周波数範囲αｆと比較して、フィードバック周波数ｆ１、ｆ２及びｆ３を１個のフィルタで適応ろ波できるかどうかを判定することができる。同時に又は後でフィードバック周波数が追加して識別された場合には、マイクロプロセッサ１０４は、それら同時に又は後で識別されたフィードバック周波数を処理するために、追加のフィルタを採用するか、あるいは既存のフィルタを使うかを判定することができる。

さらに、マイクロプロセッサ１０４は、識別された複数のフィードバック周波数を除去するために必要なフィルタの数を最小化するためのアルゴリズムを使用することができる。図１４では、フィードバック周波数ｆ１は１０００Ｈｚ、フィードバック周波数ｆ２は１０１２Ｈｚ及びフィードバック周波数ｆ３は１０２４Ｈｚとなっている。周波数ウィンドウ１４０５の規定周波数範囲はどのような値でもよい、例えば、６Ｈｚ、１２Ｈｚ、２０Ｈｚ、１００Ｈｚ又は他のどのような値でもよい。規定周波数範囲αｆを、検査される特定のフィードバック周波数の周波数関数として、周波数スペクトルの全域で変えることができる。例えば、フィードバックの検査対象となる特定の周波数が増大するにつれて、周波数範囲αｆは、対数的に増大することになる。従って、低い周波数でのαｆはより高い周波数でのαｆよりも小さな値となる。さらに、周波数ウィンドウ１４０５を定義するαｆの値を、システム１００のユーザが設定することができる。

図１４のグラフは、時間領域で表されたフィードバック信号についての １３０２での算定をどのように行うかを図示したものである。周波数領域の中で識別されたフィードバック信号に対する１３１０での算定も、例えば、図１５のグラフに関連して述べたように、同様にして実施することができる。

図１５は、フィードバック信号の周波数領域表現に対する規定周波数範囲を含む周波数ウィンドウを図示したグラフであり、これを前に論じた適応ろ波のために用いることができる。特定の数の周波数分別（周波数サンプル）で表される規定周波数範囲αＢを含む周波数ウィンドウを１５０５で示す。１３０２で、フィードバック周波数が周波数ウィンドウ１５０５の中に存在するかどうかを判定するために、ここではいくつかの周波数分別の数で表される差ΔＢを、例えば、一つの周波数分別値から他の周波数分別値を差し引くことによってフィードバック周波数分別の間隔として算定することができる。図１５に示すように、フィードバックが所在する二番目の周波数を表す分別番号３２６からフィードバックが所在する最初の周波数を表す分別番号３２８を差し引くことによりΔＢを算定することができる。このΔＢの値がαＢより小さく、従って周波数ウィンドウ１５０５内に含まれている場合には、一つのフィルタで、周波数分別Ｂ３２８とＢ３２６に所在するフィードバックを適応ろ波できるかどうかを判定することになる。

例えば、マイクロプロセッサ１０４によって、中心周波数がｆｃが周波数ウィンドウ１５０５内にあり、周波数分別Ｂ３２６及びＢ３２８のフィードバックを除去するのに十分な品質係数及び／又は切込み深さを持つ一つのフィルタを構成することができる。

同時に又は後で、例えば図１５に示す周波数分別番号Ｂ３３３にフィードバック信号が識別された場合には、マイクロプロセッサ１０４が、番号Ｂ３３３とｆｃの間の周波数差ΔＢが周波数ウィンドウ１５０５に含まれる規定周波数範囲αＢより小さいかどうかを判定することができる。新しく計算したΔＢがαＢより小さいと判定された場合には、マイクロプロセッサ１０４が、周波数分別番号Ｂ３３３に識別されたフィードバックをｆｃのフィルタを使って適応ろ波できるかどうかを判断することができる。マイクロプロセッサ１０４は、周波数分別Ｂ３２６、３２８及び３３３で表された周波数に識別されたフィードバックを除去するために、中心周波数ｆｃのフィルタを再構成する（すなわち、品質係数、切込み深さやｆｃ値を再構成）ことができる。例えば図１５では、この中心周波数ｆｃは分別番号Ｂ３２７上に示されている。

前に図１４に関連して論じたと同様に、番号Ｂ３３３とｆｃの周波数差を算定する代わりに、マイクロプロセッサ１０４は、分別Ｂ３３３とＢ３２６の間の周波数差ΔＢを算定することができる。この周波数差ΔＢを周波数ウィンドウ１５０５の周波数範囲αＢと比較して、分別Ｂ３２６、Ｂ３２８及びＢ３３３に示されたフィードバック周波数を１個のフィルタで適応ろ波できるかどうかを判定することができる。同時に又は後でフィードバック周波数が追加して識別された場合には、マイクロプロセッサ１０４は、それら同時に又は後で識別されたフィードバック周波数を処理するために、追加のフィルタを採用するか、あるいは既存のフィルタを使うかを判定することができる。

さらに、前に論じたように、マイクロプロセッサ１０４は、識別された複数のフィードバック周波数を除去するために必要なフィルタの数を最小化するためのアルゴリズムを使用することができる。図１５では、周波数ウィンドウ１５０５の規定周波数範囲αＢは三つの周波数分別で示されており、そのうちの分別番号３２６は１０００Ｈｚの周波数サンプルを表し、各周波数サンプル／分別の間隔は約６Ｈｚとなっている。しかしながら、図１４に関連して前に論じたと同様、当業者ならばよく理解しているように、αＢはどのような数の周波数分別で構成されていてもよく、例えば、２、３、５、又は１０個の周波数分別のいずれでもよい、また、αＢで表される周波数差を、検査されるフィードバック周波数の関数として変化させることができる。さらに、周波数ウィンドウ１５０５を定義するαＢの値を、システム１００のユーザが設定することができる。

図１６は、隣接して取り付けられたノッチフィルタの特性を示すグラフを図示したもので、本文書で論じた適応ろ波による利点を得られるものである。約１０００Ｈｚ相当のｆ１と約１０１２Ｈｚ相当のｆ２周波数にフィードバックが識別されている。これらの周波数で識別されたフィードバックを排除するために、１６００と１６０５に示す特性を持つノッチフィルタが使われることになる。１６００は、フィードバックを除去又は低減するため、約１２８相等の品質係数と約−６ｄＢ相等の切込み深さの特性を持っている。１６０５は、フィードバックを除去又は低減するため、約１２８相等の品質係数と約−６ｄＢ相等の切込み深さの特性を持っている。しかしながら、適応ろ波を用いるために、マイクロプロセッサ１０４は、ｆ１及びｆ２のフィードバック周波数の間の周波数差Δｆが、周波数ウィンドウを定義する周波数範囲αｆ以内にあることを判定することができ、この場合αｆは１５Ｈｚとなる。マイクロプロセッサ１０４は、識別された両方の周波数のフィードバックを除去するための単一のノッチフィルタを構成することができる。

図１７では、マイクロプロセッサ１０４が構成した単一のノッチフィルタの特性を１７００として示している。この特性は、中心周波数ｆｃが約１００６Ｈｚで、約４５相等の品質係数及び約−６ｄＢ相等の切込み深さを持つように設計したノッチフィルタのものである。このノッチフィルタを、フィードバック信号周波数を除去するために、識別された２つの周波数、ここでは約１０００Ｈｚのｆ１及び約１０１２Ｈｚのｆ２、の間に配置する。このノッチフィルタを識別されたフィードバックの双方の周波数間の、ここでは約１００６Ｈｚの、中央点に配置する（すなわち、そこを中心周波数として設計する）ことができる。このノッチフィルタを、識別されたフィードバック周波数の間の、あるいは検証する周波数ウィンドウ内（図示せず）の、識別されたフィードバックを除去するのに十分な他のどのような周波数に合わせて取り付けてもよい。二つよりも多いフィードバック信号周波数が、周波数範囲αｆ内に含まれると判定された場合には、判定されたフィードバック周波数の平均周波数を計算することができ、フィルタはその平均値に合わせて取り付けられる。他の方法として、周波数ウィンドウを定義する周波数範囲αｆ内にあると判定された最高と最低の周波数の間の中央点をノッチフィルタの配置点として選定することができる。

このように、周波数範囲αｆで定義された周波数ウィンドウ内の複数のフィードバック信号を除去するために二個以上のノッチフィルタを要求せずに、単一のフィルタを使用することができる。これにより、オーディオ・システムに利用できる他のノッチフィルタを他の周波数でのフィードバックを除去又は低減するために使用することができる。追加のフィルタを使うのでなく、フィードバック信号をろ波するためのノッチフィルタの数を削減することにより、マイクロプロセッサ１０４に対するメモリや処理要求事項を軽減することができる。このろ波は、マイクロプロセッサ１０４上で実行されるソフトウエアとして遂行できる。

さらに、マイクロプロセッサ１０４は、複数フィードバック信号周波数の複数のセットを識別することができ、マイクロプロセッサ１０４が、それぞれのフィードバック周波数セットに対応する一つずつのフィードバック信号ろ波ノッチフィルタを構成することができる。

前記で論じたオーディオ・システム１００は、携帯電話、拡声装置、双方向動作のスピーカーフォンやフィードバック障害を持つ他のいっさいのオーディオ・システムに使用することができる。マイクロフォン１０２は、音声をオーディオ・システム１００に受け入れるに十分などのような入力トランスジューサであってもよい。マイクロプロセッサ１０４は、時間領域信号をサンプルされた周波数領域信号に変換することを含め、該機能／処理を実施する能力を持つどのようなマイクロプロセッサでもよい。さらに、明示していないが、本文書に記述した機能の一つ以上を実行するために、マイクロプロセッサ１０４上で実行可能なコンピュータ・プログラムを内蔵するコンピュータ・メモリのような外部の記憶媒体をマイクロプロセッサ１０４に含めるか、これらと結合することができる。この記憶媒体は、マイクロプロセッサ１０４にプログラムを提供する能力のある磁気、光又は他のどのような記憶媒体でもよい。

スピーカー１０８は、オーディオ・システム１００からの音声出力を提供できるどのようなスピーカーでもよい。他の方法として、サンプルされた周波数領域への変換の実施するため、ここに明示していないハードウエア構成要素をマイクロプロセッサ１０４と結合し、マイクロプロセッサ１０４がそのような機能を保持しないようにすることもできる。このろ波は、ソフトウエア、ハードウエア又は双方の組み合わせによって遂行することができ、ノッチフィルタ技法に限定する必要はない。これらソフトウエアは、ディジタル信号処理や類似処理のような、マイクロプロセッサ上で実行可能なものとすることができる。これらハードウエアをマイクロプロセッサ１０４と組み合わせて、そのハードウエアに所望の処理やろ波特性を遂行させるよう構成することができる。

加えて、これらの図に関連して、説明し、論じた値は、模範例であって、フィードバックの識別及び除去又は低減システムを制約するものではない。さらに、適応ろ波に関する周波数範囲αｆの値は、少なくともこの文書で論じた利点のいくつかを達成するものならばどのような値でもよい。フィードバックを除去するのに必要なフィルタの数を減らすために、周波数範囲αｆ／αＢを増大（大きくする）してもよい。フィードバックをろ波するのに使えるフィルタの数よりもフィードバック信号の数のほうが多い場合、又は、ろ波を実行するマイクロプロセッサのメモリや処理能力に制約がある場合には、フィルタの数を減らすことが望まれることになる。周波数範囲αｆ／αＢで定義された周波数ウィンドウを、使用される特定のオーディオ・システムだけについての検討事項に基づいて決めてもよく、ユーザが構成できるようにしてもよい。このような検討事項には、オーディオ・システムが提供する音声品質に過度な影響を与えることなく、複数のフィードバック信号周波数を組み合わせることのできる周波数範囲を選定することが含まれることになる。しかしながら、様々なオーディオ・システムは、それらが提供する音声品質に関して異なる要求事項を持っている。例えば、拡声装置は、コンサートホールや類似で使われるオーディオ・システムよりも、ゆるい基準の音声品質要求事項を持つことになる。要求される音声品質を成就する上で、前者には、後者よりも大きな値の周波数範囲αｆ／αＢが望まれることになる。

さらに、当業者は、周波数範囲αｆ／αＢ内のどの周波数がフィードバックかを識別するのに、様々な技法が使えることを理解しているであろう。さらに、マイクロプロセッサは、それぞれが一つのフィルタでろ波されるべき、識別されたフィードバック信号のセットをグループ分けするために様々な技法を使うことができ、その技法によって、識別されたフィードバック信号をろ波するのに必要なフィルタの数を最小化することができる。

オーディオ・システム１００は、フィードバック信号の周波数を識別するための補間フィードバック識別、及び複数のフィードバック信号周波数を除去するためのフィルタを構成するための適応ろ波の両方を実行することができる。オーディオ・システム１００が、補間フィードバック識別を使ってフィードバック識別をし、かつ適応ろ波を実行する必要はない。むしろ、他のハードウエアや超小型演算処理能力と結合し、オーディオ・システム１００を補間フィードバック識別を用いたフィードバック周波数の識別に使用し、結合したハードウエアを識別されたフィードバック周波数の除去又は低減に使用することができる。このハードウエアには、適応ろ波を含めることができる。さらに、外部のハードウエアや演算処理機能によって識別されたフィードバックの周波数（これには補間フィードバック識別を用いて識別されたフィードバック周波数を含めても含めなくてもよい）を使ってオーディオ・システム１００が適応ろ波を実施することもできる。

これらの説明は、モジュール及び構成要素として識別され、別々の仕組みを表すことを意図されたものでなく、組み合わせたり、さらに細かく分割できる機能ブロックに関連して論じた。加えて、本発明の様々の実施例について記述したが、当業者には、本発明の適用範囲内で、他の実施及び実現形態が可能なことは明らかであろう。したがって、本発明は、付記された特許請求範囲及びその同等事項からの観点を除き、適用制約を受けるものではない。

図１は、フィードバックの識別及び低減技法を保持するオーディオ・システムの構成図である。 図２は、図１のオーディオ・システムがフィードバック信号の周波数を識別する動作を図示したフローチャートである。 図３は、時間領域でフィードバック信号を図示したグラフである。 図４は、図３のフィードバック信号の離散時間型フーリエ変換を図示したグラフである。 図５は、時間領域でウィンドウ機能を図示したグラフである。 図６は、図５の時間領域ウィンドウ機能の離散時間型フーリエ変換を図示したグラフである。 図７は、図３のフィードバック信号に図５のウィンドウ機能を乗じて得られた時間領域信号を図示したグラフである。 図８は、図７のウィンドウ化されたフィードバック信号の離散時間型フーリエ変換を図示したグラフである。 図９は、図７のウィンドウ化されたフィードバック信号の離散的フーリエ変換を図示したグラフである。 図１０は、図９のグラフの一部を拡大して、フィードバック信号の周波数を補間する際に使うことのできる周波数の分別を示したものである。 図１１は、従来技術によるノッチフィルタの特性と補間フィードバック識別を使って構成されたノッチフィルタの特性を対比したグラフである。 図１２は、従来技術によるノッチフィルタの特性と補間方フィードバック識別を使って構成されたノッチフィルタの特性を対比したもう一つのグラフである。 図１３は、図１のオーディオ・システムが適応ろ波を実施する際の動作を図示したフローチャートである。 図１４は、規定された周波数範囲を含む周波数ウィンドウを時間領域信号で図示したグラフであり、これを適応ろ波を実施するために使うことができる。 図１５は、規定された周波数範囲を含む周波数ウィンドウを周波数領域信号で図示したグラフであり、これを適応ろ波を実施するために使うことができる。 図１６は、二つのノッチフィルタがそれぞれ対応するフィードバック信号をろ波する特性を図示したグラフである。 図１７は、二つのフィードバック信号を適応ろ波するように構成された一つのノッチフィルタの特性を図示したグラフである。

Claims (21)

1. オーディオ・フィードバック信号を処理する方法であって、
   第１のフィードバック信号を第１の周波数領域信号に変換することと、
   第２のフィードバック信号を第２の周波数領域信号に変換することと、
   第１の多項式を生成することによって、該第１の周波数領域信号の複数の周波数サンプル点に補間フィードバック識別を適用し、第２の多項式を生成することによって、該第２の周波数領域信号の複数の周波数サンプル点に補間フィードバック識別を適用することと、
   該第１の周波数領域信号の該複数の周波数サンプル点の間で、該第１のフィードバック信号に対応する第１のフィードバック周波数を識別することと、
   該第２の周波数領域信号の該複数の周波数サンプル点の間で、該第２のフィードバック信号に対応する第２のフィードバック周波数を識別することと、
   該第１および第２のフィードバック周波数の両方が、単一の可変フィルタ構成の周波数ウィンドウ内に存在しているか否かを判定することであって、該単一の可変フィルタ構成の周波数ウィンドウは、該第１および第２のフィードバック周波数の関数として変化する周波数範囲をカバーする、ことと、
   該第１および第２のフィードバック周波数の両方が、該単一の可変フィルタ構成の周波数ウィンドウ内に存在している場合には、該第１および第２のフィードバック周波数の両方を減衰するように単一のフィルタを構成することと、
   該第１および第２のフィードバック周波数の両方が、該単一の可変フィルタ構成の周波数ウィンドウ内に存在していない場合には、該第１のフィードバック周波数を減衰するように第１のフィルタを構成し、該第２のフィードバック周波数を減衰するように第２のフィルタを構成することと
   を含む、方法。
2. 前記第１のフィードバック周波数を識別するために前記第１の多項式の最大値を求めることと、
   前記第２のフィードバック周波数を識別するために前記第２の多項式の最大値を求めることと
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１のフィードバック周波数が前記第１の周波数領域信号の隣接する複数の周波数サンプル点が有している大きさよりも大きい大きさを有していることを検証することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１および第２のフィードバック周波数の両方が、前記単一の可変フィルタ構成の周波数ウィンドウ内に存在している場合には、
   該第１および第２のフィードバック周波数に応答して、ノッチフィルタの係数を計算することと、
   該ノッチフィルタを用いて、該第１および第２のフィードバック周波数をフィルタリング除去することと
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記第１および第２のフィードバック周波数に応答して、前記ノッチフィルタの帯域幅および切込み深さのうちの少なくとも一方を最小化することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記補間フィードバック識別に応答して前記第１および第２のフィードバック周波数をなくすために前記第１および第２のフィードバック信号を含むオーディオ信号をフィルタリングすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記第１および第２のフィードバック周波数の両方を減衰するように単一のフィルタを構成することは、該第１および第２のフィードバック周波数の間に該フィルタの中心周波数を配置することを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記第１および第２のフィードバック周波数の中点に前記中心周波数を配置することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 第１のフィードバック信号および第２のフィードバック信号を含む時間領域オーディオ信号を受信するオーディオ信号ポートと、
   該信号ポートに結合されたプロセッサと
   を備えたオーディオ・システムであって、
   該プロセッサは、
   該第１のフィードバック信号を第１の周波数領域信号に変換することと、
   該第２のフィードバック信号を第２の周波数領域信号に変換することと、
   第１の多項式を生成することによって、該第１の周波数領域信号の複数の周波数サンプル点に補間フィードバック識別を適用し、第２の多項式を生成することによって、該第２の周波数領域信号の複数の周波数サンプル点に補間フィードバック識別を適用することと、
   該第１の周波数領域信号の該複数の周波数サンプル点の間で、該第１のフィードバック信号に対応する第１のフィードバック周波数を識別することと、
   該第２の周波数領域信号の該複数の周波数サンプル点の間で、該第２のフィードバック信号に対応する第２のフィードバック周波数を識別することと、
   該第１および第２のフィードバック周波数の両方が、単一の可変フィルタ構成の周波数ウィンドウ内に存在しているか否かを判定することであって、該単一の可変フィルタ構成の周波数ウィンドウは、該第１および第２のフィードバック周波数の関数として変化する周波数範囲をカバーする、ことと、
   該第１および第２のフィードバック周波数の両方が、該単一の可変フィルタ構成の周波数ウィンドウ内に存在している場合には、該第１および第２のフィードバック周波数の両方を減衰するように単一のフィルタを構成することと、
   該第１および第２のフィードバック周波数の両方が、該単一の可変フィルタ構成の周波数ウィンドウ内に存在していない場合には、該第１のフィードバック周波数を減衰するように第１のフィルタを構成し、該第２のフィードバック周波数を減衰するように第２のフィルタを構成することと
   を実行する、オーディオ・システム。
10. 前記プロセッサは、前記第１の多項式の最大値を求めることによって、前記第１のフィードバック周波数を識別し、前記第２の多項式の最大値を求めることによって、前記第２のフィードバック周波数を識別する、請求項９に記載のオーディオ・システム。
11. 前記プロセッサは、前記第１のフィードバック周波数が前記第１の周波数領域信号の隣接する複数の周波数サンプル点が有している大きさよりも大きな大きさのエネルギーを有していることを検証することによって、前記補間フィードバック識別に応答して前記第１のフィードバック周波数を識別する、請求項１０に記載のオーディオ・システム。
12. 前記プロセッサは、前記第１および第２のフィードバック周波数の両方が、前記単一の可変フィルタ構成の周波数ウィンドウ内に存在している場合には、前記第１および第２のフィードバック周波数に応答してノッチフィルタの係数を計算する、請求項９に記載のオーディオ・システム。
13. 前記プロセッサは、前記第１および第２のフィードバック周波数に応答して前記ノッチフィルタの帯域幅および切込み深さのうちの少なくとも一方を最小化することによって、該ノッチフィルタの係数を計算する、請求項１２に記載のオーディオ・システム。
14. 前記プロセッサおよび前記オーディオ信号ポートに結合されたフィルタであって、前記補間フィードバック識別に応答して前記第１および第２のフィードバック周波数におけるフィードバックを低減するように前記オーディオ信号をフィルタリングするフィルタをさらに備えた、請求項９に記載のオーディオ・システム。
15. 前記フィルタは、前記第１および第２のフィードバック周波数に調整されたノッチフィルタである、請求項１４に記載のオーディオ・システム。
16. 前記第１および第２のフィードバック周波数の両方を減衰するように単一のフィルタを構成することは、該第１および第２のフィードバック周波数の間に該フィルタの中心周波数を配置することを含む、請求項９に記載のオーディオ・システム。
17. 前記第１および第２のフィードバック周波数の中点に前記中心周波数を配置することをさらに含む、請求項１６に記載のオーディオ・システム。
18. プログラムが記録された記憶媒体であって、
    該プログラムは、
    複数のフィードバック信号を含む時間領域オーディオ信号を受信することと、
    該時間領域オーディオ信号を周波数領域信号に変換することと、
    該複数のフィードバック信号のうちの少なくとも１つのフィードバック信号の複数の周波数サンプル点に補間フィードバック識別を適用することと、
    該少なくとも１つのフィードバック信号のそれぞれの複数の周波数サンプル点の間で、複数のフィードバック周波数を識別することであって、各フィードバック周波数は、該少なくとも１つのフィードバック信号のうちの１つに対応している、ことと、
    該複数のフィードバック周波数のうちの少なくとも２つのフィードバック周波数が可変周波数範囲内に存在しているか否かを判定することであって、該可変周波数範囲は、該少なくとも２つのフィードバック周波数の関数として変化する、ことと、
    該判定に応答して該少なくとも２つの判定されたフィードバック周波数をフィルタリング除去するように単一のフィルタが動作可能であるように、該単一のフィルタを構成することと
    をオーディオ・システムのプロセッサに実行させる、記憶媒体。
19. 前記プログラムは、前記少なくとも２つの判定された周波数をフィルタリング除去するようにノッチフィルタを構成することを前記オーディオ・システムの前記プロセッサに実行させる、請求項１８に記載の記憶媒体。
20. 前記ノッチフィルタは、近似ノッチフィルタであり、前記プログラムは、該ノッチフィルタを近似することを前記オーディオ・システムの前記プロセッサに実行させる、請求項１９に記載の記憶媒体。
21. 前記少なくとも２つの判定されたフィードバック周波数をフィルタリング除去するように前記単一のフィルタが動作可能であるように、該単一のフィルタを構成することは、前記プログラムが、該２つのフィードバック周波数の間に該フィルタの中心周波数を配置することを前記オーディオ・システムの前記プロセッサに実行させることを含む、請求項１８に記載の記憶媒体。

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