JP4367328B2 - ハウリングキャンセラ - Google Patents

Description

本発明は講堂やホール等に設置される拡声システムにおいて、楽音を低減させずにハウリングを抑制するハウリングキャンセラに関する。

一般に講堂やホール等で拡声装置を用いた場合、スピーカから出力された音声は、ある伝達関数をもつ音響経路を経て再びマイクロフォンに入力される。つまり、マイクロフォン−増幅器−スピーカ−音響経路−マイクロフォン、の経路で閉ループが形成される。この閉ループのゲインが１を越えるとスピーカからマイクロフォンに帰還した音声が増大してハウリングの発生となる。

このハウリングを効率的に防止するために、適応フィルタ（アダプティブ・ディジタル・フィルタ）を用いてハウリングの発生を防止するハウリングキャンセラが提案されている（例えば非特許文献１参照）。

図６は上記のハウリングキャンセラを示した図である。マイクロフォン１０１およびスピーカ１０４は講堂やホール等、同一の音響空間に設置されている。ここで、マイクロフォン１０１から入力された音声信号は、フロントエンドのマイクロフォンアンプで増幅されたのちＡ／Ｄコンバータによってディジタル信号ｙ（ｋ）に変換される。

信号ｙ（ｋ）は、加算器１０２を介して増幅器１０３に供給され、増幅される。Ｇ（ｚ）は、増幅器１０３の伝達関数である。増幅器１０３から出力された信号ｘ（ｋ）は、Ｄ／Ａコンバータによって音声信号に変換された後にスピーカ１０４から発音される。

スピーカ１０４から発音された音声は音響帰還路１０５を経てマイクロフォン１０１に帰還する。音響帰還路１０５は、スピーカ１０４からマイクロフォン１０１に至る音響経路である。Ｈ（ｚ）は音響帰還路１０５の伝達関数である。音響帰還路１０５を介して帰還される帰還信号ｄ（ｋ）は、話者等の音源が発生する音源信号ｓ（ｋ）とともにマイクロフォン１０１に入力される。マイクロフォン１０１は、この入力された音声をディジタル信号に変換してｙ（ｋ）として出力する。

このような拡声装置では、マイクロフォン１０１−増幅器１０３−スピーカ１０４−音響帰還路１０５−マイクロフォン１０１の経路で閉ループが形成される。この閉ループのゲインが１を超えると、帰還信号ｄ（ｋ）が増大されてハウリング発生となる。同図に示す拡声装置では、このようなハウリングの発生を防止するために、ディレイ回路１０６、適応フィルタ１０７および加算器１０２を含むハウリングキャンセラを有している。

ディレイ回路１０６は、増幅器１０３の出力信号ｘ（ｋ）を音響帰還路１０５の時間遅延に対応した遅延時間τを付与して信号ｘ（ｋ−τ）として適応フィルタ１０７に出力するものである。適応フィルタ１０７は、図７に示すようにフィルタ部１０７ａおよびフィルタ係数推定部１０７ｂを有しており、信号ｘ（ｋ−τ）は、フィルタ部１０７ａおよびフィルタ係数推定部１０７ｂの両方に入力される。

フィルタ部１０７ａは、音響帰還路１０５の伝達関数Ｈ（ｚ）を模擬した伝達関数Ｆ（ｚ）でマイクロフォン１０１から入力される信号を減衰するようにフィルタ係数が設定されている。したがって、適応フィルタ１０７から出力された信号ｄｏ（ｋ）は、音響帰還路１０５の伝達関数Ｈ（ｚ）を模擬した伝達関数Ｆ（ｚ）で信号ｘ（ｋ−τ）をフィルタリングした信号であるため、スピーカ１０４から音響帰還路１０５を伝達してマイクロフォン１０１に再入力される帰還信号ｄ（ｋ）を模擬したものとなる。

加算器１０２は、マイクロフォン１０１から入力された信号ｙ（ｋ）（ここで、ｙ（ｋ）は音源信号と帰還信号を加算した信号）から、帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を減算する。これにより、入力信号から帰還信号が除去され、ハウリングをキャンセルすることができる。

フィルタ係数推定部１０７ｂは、適応アルゴリズムを用いて信号ｘ（ｋ−τ）およびｅ（ｋ）に基づいて伝達関数Ｆ（ｚ）が伝達関数Ｈ（ｚ）に一致または近似するようにフィルタ部１０７ａのフィルタ係数を逐次更新する。この結果、信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）が得られ、ハウリング発生を防止することができる。
稲積，今井，小西，："ＬＭＳアルゴリズムを用いた拡声系のハウリング防止"，日本音響学会講演論文集ｐｐ．４１７−４１８（１９９１，３）

ところで、ハウリングは一定周波数の正弦波（純音）の高レベル信号として現れるが、非特許文献１に記載のハウリングキャンセラは、このハウリングに対してフィルタを適応させ、信号の周波数ピークを減衰させるような模擬信号ｄｏ（ｋ）を生成する。すなわち、ハウリングキャンセラは、マイクロフォンから入力された信号のうち、ディレイ回路１０６で遅延された信号に類似する成分を帰還信号と判断して、これを減衰させるように適応フィルタのフィルタ係数を更新する。したがって、ハウリングキャンセラは、ハウリングの発生する前の帰還信号をキャンセルしてハウリングを防止することができるとともに、ハウリングが発生した場合のハウリング音も速やかに減衰させることができる。

このように、適応フィルタ内蔵のハウリングキャンセラの場合、マイクロフォンから入力した信号のうち遅延した信号と類似する成分を帰還信号とみなして減衰させる特性を有する。このため、例えばバイオリンやフルートなどの持続音を発する楽器の楽音は、ハウリング信号に類似した一定周波数の純音に近い高レベル信号であるために、マイクロフォンから入力された音源信号（ソース音）であっても、ハウリングキャンセラによってキャンセルされてしまうという問題点があった。

本発明は、上記の事情に鑑み、周波数一定の楽音の持続音とハウリングとを区別して、楽音による入力を減衰させずにハウリングのみ減衰させる適応フィルタを備えたハウリングキャンセラを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、スピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路の伝達関数を推定し、推定した伝達関数でスピーカへの出力信号をフィルタ処理して模擬信号を生成し、当該模擬信号を、入力信号である帰還音声信号からキャンセルする適応フィルタを備えたハウリングキャンセラであって、周波数軸上に所定レベル以上のピーク成分を有するピーク信号が入力信号として入力されたとき、このピーク信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段と、ピーク信号が入力され、かつ入力信号判定手段が該ピーク信号を楽音による入力信号と判定した場合に、模擬信号を帰還音声信号からキャンセルしないように適応フィルタを制御する制御手段と、を備え、前記入力信号判定手段は、前記ピーク信号をリファレンス波形パターンと比較することで、該ピーク信号が楽音又はハウリングであるか否かを判定することを特徴とする。

この発明では、マイクロフォンから入力された音声信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段を有している。入力信号判定手段は、一定周波数の持続音を検出したときに、その入力信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する。楽音による入力信号であると判定した場合、マイクロフォンから入力された信号をキャンセルしないように適応フィルタに設定する。適応フィルタの処理を停止、または、適応フィルタの適応処理を鈍化させるようにフィルタ係数を更新する。

また、この発明では、マイクロフォンから入力された信号をリファレンス波形と比較する。リファレンス波形は、楽音の波形やハウリング波形等である。比較方法は、例えば時間軸において入力された信号とリファレンス波形の相互相関関数を計算し、その計算結果を用いる。所定の時間領域で入力信号波形とリファレンス波形の積和を計算すればよい。相互相関関数の値が大きければリファレンス波形と近似していると判断できる。また、マイクロフォンから入力された音声信号を高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴと言う。）し、音圧値がピークを示すピーク周波数およびその周波数の倍音周波数を求め、入力信号の波形の周波数スペクトルとリファレンス波形の周波数スペクトルを比較してもよい。比較方法は、ＨＭＭ（Ｈｉｄｄｅｎ Ｍａｒｃｏｖ Ｍｏｄｅｌ）等のパターンマッチングの手法を用いる。その結果入力信号が楽音による入力信号であるか否かを判断する。

請求項２に記載の発明は、スピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路の伝達関数を推定し、推定した伝達関数でスピーカへの出力信号をフィルタ処理して模擬信号を生成し、当該模擬信号を、入力信号である帰還音声信号からキャンセルする適応フィルタを備えたハウリングキャンセラであって、周波数軸上に所定レベル以上のピーク成分を有するピーク信号が入力信号として入力されたとき、このピーク信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段と、ピーク信号が入力され、かつ入力信号判定手段が該ピーク信号を楽音による入力信号と判定した場合に、模擬信号を帰還音声信号からキャンセルしないように適応フィルタを制御する制御手段と、を備え、前記入力信号判定手段は、前記ピーク信号のスペクトル形状が急峻であるか否かを判断することにより、該ピーク信号が楽音又はハウリングであるか否かを判定することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、前記入力信号判定手段は、ピーク信号の周波数スペクトルのピーク周波数におけるピーク幅の値に所定の閾値を設定し、ピーク幅の値が所定の閾値以上であれば該ピーク信号のスペクトル形状が急峻でないと判断し、楽音による入力信号であると判定することを特徴とする。

この発明では、マイクロフォンから入力された音声信号をＦＦＴし、ピーク周波数およびその倍音周波数を求め、ピーク幅を求める。ピーク幅に所定の閾値を設定し、その閾値よりもピーク幅が大きければ楽音による入力信号であると判断して入力信号をキャンセルしないようにする。閾値よりもピーク幅が小さければ正弦波に近い信号であるためハウリングとして判断する。
請求項４に記載の発明は、スピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路の伝達関数を推定し、推定した伝達関数でスピーカへの出力信号をフィルタ処理して模擬信号を生成し、当該模擬信号を、入力信号である帰還音声信号からキャンセルする適応フィルタを備えたハウリングキャンセラであって、周波数軸上に所定レベル以上のピーク成分を有するピーク信号が入力信号として入力されたとき、このピーク信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段と、ピーク信号が入力され、かつ入力信号判定手段が該ピーク信号を楽音による入力信号と判定した場合に、模擬信号を帰還音声信号からキャンセルしないように適応フィルタを制御する制御手段と、を備え、前記入力信号判定手段は、前記ピーク信号のスペクトル形状の左右対称性に基づいて、該ピーク信号が楽音又はハウリングであるか否かを判定することを特徴とする。

以上のように、この発明によれば、入力されたピーク信号が楽音であるか否かを判断することでハウリングによる入力信号と区別し、楽音による入力信号であると判断したときは入力信号をキャンセルしないようにすることで、一定周波数の楽音の持続音を抑制せずにハウリングのみ抑制することが可能となる。

以下、本発明の実施形態の適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムについて図を用いて詳細に説明する。

図１は適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムのブロック図である。同図に示すように、マイクロフォン１、加算器２、増幅器３、スピーカ４、音響帰還路５、ディレイ回路６、適応フィルタ７、波形分析部８、および波形記憶部９からなり、マイクロフォン１およびスピーカ４は講堂やホール等に配置される。マイクロフォン１を介して入力された音声信号は、Ａ／Ｄ変換処理によりディジタル形式の信号ｙ（ｋ）に変換されて加算器２を介して増幅器３に入力される。増幅器３は、入力された信号ｙ（ｋ）を増幅するためのものである。Ｇ（ｚ）は増幅器３の伝達関数である。

増幅器３から出力された信号ｘ（ｋ）は、Ｄ／Ａ変換処理によりアナログ形式の音声信号に変換されてスピーカ４から音声を発音する。スピーカ４から発音された音声は音響帰還路５を経てマイクロフォン１に帰還する。音響帰還路５は、スピーカ４からマイクロフォン１に至る音響経路である。Ｈ（ｚ）は音響帰還路５の伝達関数である。音響帰還路５を介して帰還される帰還信号ｄ（ｋ）は、話者等の音源が発生する音源信号ｓ（ｋ）とともにマイクロフォン１に入力される。マイクロフォン１は、この入力された音声をディジタル信号に変換してｙ（ｋ）として出力する。

また、増幅器３から出力された信号ｘ（ｋ）は、ディレイ回路６にも入力される。ディレイ回路６は、入力された信号ｘ（ｋ）に対し、時間遅延を付与して出力するもので、ここではスピーカ４からマイクロフォン１に帰還する帰還信号の時間遅延を推定した時間遅延τを付与するものである。ディレイ回路６で時間遅延τを付与されて出力した信号ｘ（ｋ−τ）は適応フィルタ７に入力される。

適応フィルタ７は、図２に示すようにフィルタ部７ａおよびフィルタ係数推定部７ｂからなるもので、フィルタ部７ａおよびフィルタ係数推定部７ｂにはそれぞれディレイ回路６から出力された信号ｘ（ｋ−τ）が入力される。フィルタ部７ａはスピーカ４からマイクロフォン１への帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を出力して、マイクロフォン１から再入力される信号ｙ（ｋ）から帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を差し引くようにする。帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）は、伝達関数Ｆ（ｚ）に従って上記ディレイ回路６から出力された信号ｘ（ｋ−τ）を基に決定される。フィルタ係数推定部７ｂは、ディレイ回路６から出力された信号ｘ（ｋ−τ）とマイクロフォン１から増幅器３に伝達される信号のうち上記帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を差し引いた信号ｅ（ｋ）とを基にして、適応アルゴリズムを用い、帰還信号を模擬した信号ｄｏ（ｋ）が実際の帰還信号ｄ（ｋ）に一致もしくは近似するようにフィルタ部７ａのフィルタ係数を更新するものである。適応アルゴリズムは、たとえばＬＭＳ(Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ)アルゴリズムが用いられる。信号ｅ（ｋ）の２乗平均値Ｊ＝Ｅ［ｅ（ｋ）^２］（ただし、Ｅ［・］は期待値）とすれば、Ｊを最小にするようなフィルタ係数が演算により推定され、推定されたフィルタ係数を用いてフィルタ部７ａのフィルタ係数が更新される。

なお、ディレイ回路６がないと、マイクロフォン１に入力した信号は、加算器２に入力されるとともに遅延なく適応フィルタ７にも入力される。適応フィルタ７は、誤差信号ｅ（ｋ）を小さくするようにフィルタ係数を更新するので、フィルタ係数の更新が進むにつれて、加算器２ではマイクロフォンから入力された信号が適応フィルタ７の出力信号によってキャンセルされるようになってしまう。このため、音源信号ｓ（ｋ）のキャンセルを防止しつつ帰還信号ｄ（ｋ）を信号ｄｏ（ｋ）によってキャンセルするためにはディレイ回路６が不可欠である。

上述のように適応フィルタ７では、ディレイ回路６から出力された信号ｘ（ｋ−τ）とマイクロフォン１から増幅器３に伝達される信号ｙ（ｋ）のうち上記帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を差し引いた信号ｅ（ｋ）とを基にしてフィルタ係数を更新するので、マイクロフォン１から入力された信号のうち、信号ｄ（ｋ）をキャンセルすることが可能である。マイクロフォン１−増幅器３−スピーカ４−音響帰還路５−マイクロフォン１の経路で形成される閉ループのゲインが１を超えたとき、帰還信号ｄ（ｋ）のうち、ある周波数の音圧値が時間経過とともに増大して周波数スペクトル上でピークを形成し、ハウリング発生となるが、適応フィルタ７は特にこのピークを減衰させるようにフィルタ係数を更新して、生成した模擬信号ｄｏ（ｋ）を入力信号ｙ（ｋ）から減算する。したがって、マイクロフォンから入力された音源信号ｓ（ｋ）と帰還信号ｄ（ｋ）を加算した信号ｙ（ｋ）が周波数一定の持続音であるときに、フィルタ係数を逐次更新してその持続音を減衰させることができる。

波形分析部８は、マイクロフォン１から入力された信号ｙ（ｋ）をＦＦＴして信号Ｙ（ｆ）を得る。さらに、ＦＦＴした信号Ｙ（ｆ）についてピーク周波数を検出する。ピーク周波数検出の手法は例えば、音圧値が所定の閾値以上となる周波数領域のうち極大となる周波数をピーク周波数とすればよい。さらに、検出したピーク周波数のうち最も低いピーク周波数を入力信号の１次ピークとし、１次ピークの整数倍の周波数を倍音ピークとする。

検出したピーク周波数が一定時間以上継続して入力される場合、それぞれのピーク周波数付近のスペクトル形状を解析して信号Ｙ（ｆ）がハウリング発生による信号であるか否かを判断する。ハウリング発生による信号でないと判断した場合は、楽音の持続音であると判断して適応フィルタ７にマイクロフォン１から入力された信号をキャンセルしないよう指示する。ここでは図２に示した適応フィルタ７のフィルタ部７ｂにフィルタ係数の更新を停止するように設定する。

入力信号の解析方法は以下の２態様で行う。

［第１態様］
図３は、解析方法の第１態様の動作を示したフローチャートである。波形分析部８は、マイクロフォン１に信号が入力されたときにこの動作を開始する。同図のように、波形分析部８は、まずマイクロフォン１から入力された信号ｙ（ｋ）を取り込み、ＦＦＴする（ｓ１）。さらにＦＦＴした信号Ｙ（ｆ）の波形を調べ、ピーク周波数を検出する（ｓ２）。その後、ピーク周波数が検出できたか否かを判断し（ｓ３）、ピーク周波数が検出できなければ、入力信号の取り込みから処理を繰り返す（ｓ３→ｓ１）。さらに、そのピーク周波数が所定の時間以上継続して発生しているか否かを判断する（ｓ４）。ピーク周波数が所定の時間以上継続しなければ入力信号の取り込みから処理を繰り返す（ｓ４→ｓ１）。

ピーク周波数が検出され、所定の時間以上継続したときは、記憶装置である波形記憶部９から検出されたピーク周波数に対応する正弦波形データを読み出す（ｓ５）。なお、正弦波形データは波形記憶部９から読み出すのではなく、算出するようにしてもよい。その後、マイクロフォン１から入力された信号の波形と相互相関関数を計算する（ｓ６）。相互相関関数は、入力信号に対し検出したピーク周波数に対応する周波数帯域通過フィルタを通した信号に対して計算するようにしてもよい。また検出したピーク周波数の他、その倍音ピーク周波数においても計算するようにしてもよい。なお、波形記憶部９は波形データを記憶できるものであればどのようなものであってもよく、例えばフラッシュメモリ等を用いればよい。なお、正弦波形データを算出する場合にはこの波形記憶部９は無くてもよいものである。

相互相関関数は２信号間の類似度を表すものであり、２つの信号が完全に異なる場合は０に近づく。ハウリングの波形は周波数一定の持続音であるため、正弦波形との相関が高い。したがって正弦波形との相互相関関数の値が大きい場合はハウリングによる信号と判断することができ、相互相関関数の値が小さい場合はハウリングによる信号でないと判断することができる。ここでは相互相関関数の値に所定の閾値を設定し、閾値以上のときにハウリングによる信号と判断して解析動作を停止し、（ｓ７→ＥＮＤ）閾値以下のときにハウリングによる信号でないと判断する（ｓ７）。なお、正弦波形との相互相関関数の値を求めるのではなく、楽音の波形との相互相関関数を求めて楽音による信号であるか否かを判定するようにしてもよい。その場合、楽音による信号と判断できるときにはハウリングでないと判断すればよい。

ハウリングによる信号でないと判断したときは、入力された信号をキャンセルしないように適応フィルタ７に設定する（ｓ８）。ここでは検出した１次ピークおよび倍音ピークの周波数成分を低減しないように適応フィルタ７に適応処理を停止するよう指示する。なお、適応フィルタ７の適応処理を鈍化させるように設定するようにしてもよい。

適応フィルタ７の伝達関数はＦ（ｚ）で表されるが、この伝達関数は忘却係数λやステップサイズαと呼ばれる係数で更新される。忘却係数λはそれまでの伝達関数に乗ずる係数であり、０〜１の範囲に設定する。忘却係数λを小さくするとそれまでの伝達関数を消去して更新を促進することになる。ステップサイズαは修正の大きさを表す係数であり、ステップサイズαを大きくすると修正した伝達関数をより多く利用することとなり、更新を促進することになる。修正後の伝達関数Ｆ’（ｚ）はＦ’（ｚ）＝λＦ（ｚ）＋αΔＦ（ｚ）（ただし、ΔＦ（ｚ）はフィルタ差分）なる式で表される。

したがって、ハウリングでないと判断したときは、上記の忘却係数λとステップサイズαの値を０付近に設定する。忘却係数λとステップサイズαの値を０に設定すると伝達関数Ｆ’（ｚ）は０に近くなり、適応フィルタ７の出力信号ｄｏ（ｋ）も０に近くなる。したがって、マイクロフォン１からの入力信号ｙ（ｋ）をキャンセルしなくなる。また、忘却係数λの値を大きくし、ステップサイズαの値を小さくしてもよい。忘却係数λの値を大きくし、ステップサイズαの値を小さくすると伝達関数を更新しなくなるため、持続音の入力信号を低減しないようにすることができる。

なお、ある１次ピークが楽音と判定された場合は、その倍音ピークについての判定処理は省略してもよい。なお、２信号間の類似度を算出する手法として、相互相関関数に替えてＨＭＭ等のパターンマッチングの手法を用いてもよい。この場合、正弦波形データと比較してハウリングによる信号か否かを判定してもよいし、楽音の波形データと比較して楽音による信号であるか否かを判定するようにしてもよい。

［第２態様］
図４は解析方法の第２態様の動作を示したフローチャートである。波形分析部８は、マイクロフォン１に信号が入力されたときにこの動作を開始する。同図のように、まずマイクロフォン１から入力された信号を取り込み、ＦＦＴにより周波数スペクトルを算出する（ｓ９）。算出した周波数スペクトルを調べ、ピーク周波数を検出する（ｓ１０）。その後、ピーク周波数が検出できたか否かを判断し（ｓ１１）、ピーク周波数が検出できなければ、入力信号の取り込みから処理を繰り返す（ｓ１１→ｓ９）。さらに、そのピーク周波数が所定の時間以上継続して発生しているか否かを判断する（ｓ１２）。ピーク周波数が所定の時間以上継続しなければ入力信号の取り込みから処理を繰り返す（ｓ１２→ｓ９）。

ピーク周波数が検出され、所定の時間以上継続したときは、周波数スペクトルにおいて、検出したピーク周波数に対応するピーク形状から、ピーク音圧値に対して所定の値だけ低い音圧値におけるピーク形状の周波数の幅であるピーク幅を計算する（ｓ１３）。

図５は、周波数スペクトルを説明する図である。同図（Ａ）のように、検出したピーク周波数の音圧値を取得し、そのピーク音圧値に対して所定の値だけ低い音圧値であるピーク幅算出音圧値を算出する。このピーク幅算出音圧値はどのように設定してもよいが、例えばピーク音圧値の半値等であってもよい。この音圧値におけるピーク形状の周波数幅を計算し、この周波数幅をピーク幅とする。

計算したピーク幅が小さいほどピークのスペクトル形状は急峻であることになる。ハウリングの波形は正弦波形に近いのでピーク幅が小さく、ピーク周波数における周波数スペクトルのピーク形状は急峻となる。したがって、ピーク幅に所定の閾値を設定し、閾値以下のときにハウリングと判断して解析動作を停止し（ｓ１４→ＥＮＤ）、閾値以上のときにハウリングでない、すなわち楽音による信号が入力されていると判断する（ｓ１４）。

ハウリングでないと判断したときは、入力された信号をキャンセルしないように適応フィルタ７を修正する（ｓ１５）。この例においても検出したピーク周波数の周波数成分を低減しないように適応フィルタ７に適応処理を停止するよう指示する。なお、適応フィルタ７の適応処理を鈍化させるように設定するようにしてもよい。上述のように忘却係数λとステップサイズαの値を０に近くするか、伝達関数を更新しないように忘却係数λの値を大きくし、ステップサイズαの値を小さく設定すればよい。これにより持続音の入力信号を低減しないようにすることができる。

なお、上述の２態様以外にも、例えば周波数スペクトルのピーク波形の左右対称性を基準にハウリングか否かを判断してもよい。ハウリング波形はピーク周波数を中心に左右対称性が高いため、これによりハウリングであるか否かを判断することもできる。また、偏差の分布を調査してもよい。図５（Ｂ）に示すように、ピーク周波数を中心とする所定の周波数幅において、各周波数におけるピーク周波数からの偏差の２乗値に音圧値を乗じた値の合計値をばらつき値として判断する。ハウリング波形は周波数スペクトルのピーク形状が急峻であるため、ばらつき値が小さい。したがってばらつき値が小さければハウリングと判断できる。ハウリング波形と楽音の波形とを区別できる解析方法であればどのようなものであってもよい。

なお、本実施形態ではピーク周波数を検出し、ハウリングでないと判断したときは、適応フィルタの適応処理を停止したり適応処理を遅らせたりして、入力信号をキャンセルしない方法を示したが、これに限るものではない。適応フィルタと加算器の間に、任意周波数帯域の信号を減衰させるバンドカットフィルタ等を備え、検出したピーク周波数に応じて、適応フィルタの出力信号を減衰するように制御してもよい。このようにすれば、入力される楽音信号の帯域は適応フィルタを動作させないようにできる。

以上のように本発明における適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムは、マイクロフォンから入力された音声信号をＦＦＴして、そのピーク周波数および倍音周波数付近の波形から、マイクロフォンから入力された信号がハウリングであるか否かを判断し、ハウリングでないと判断したときは、適応フィルタにその音声信号をキャンセルしないように指示する。これにより、バイオリン等のように周波数一定の楽音の持続音が入力された時にその楽音をキャンセルせずに、ハウリングのみを抑制することが可能となる。

また、入力信号はマイクロフォンからの入力に限らず、振動センサ等、話者等の音源信号を集音するものであればどのようなものであってもよい。また、周波数分析の手法は上述したＦＦＴに限らず、周波数ピークを算出できる手法であればどのようなものであってもよい。例えば帯域通過フィルタ等を用いてもよい。

本実施形態における適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの構成を示すブロック図 本実施形態における適応フィルタの構成を詳細に示す図 解析方法の第１態様の動作を示すフローチャート 解析方法の第２態様の動作を示すフローチャート 周波数スペクトルを説明する図 従来の拡声システムの構成を示すブロック図 従来の適応フィルタの構成を詳細に示す図

符号の説明

１−マイクロフォン
２−加算器
３−増幅器
４−スピーカ
５−音響帰還路
６−ディレイ回路
７−適応フィルタ
７ａ−フィルタ部
７ｂ−フィルタ係数推定部
８−波形分析部
９−波形記憶部
１０１−従来の拡声システムにおけるマイクロフォン
１０２−従来の拡声システムにおける加算器
１０３−従来の拡声システムにおける増幅器
１０４−従来の拡声システムにおけるスピーカ
１０５−従来の拡声システムにおける音響帰還路
１０６−従来の拡声システムにおけるディレイ回路
１０７−従来の拡声システムにおける適応フィルタ

Claims (4)

1. スピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路の伝達関数を推定し、推定した伝達関数でスピーカへの出力信号をフィルタ処理して模擬信号を生成し、当該模擬信号を、入力信号である帰還音声信号からキャンセルする適応フィルタを備えたハウリングキャンセラであって、
   周波数軸上に所定レベル以上のピーク成分を有するピーク信号が入力信号として入力されたとき、このピーク信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段と、
   ピーク信号が入力され、かつ入力信号判定手段が該ピーク信号を楽音による入力信号と判定した場合に、模擬信号を帰還音声信号からキャンセルしないように適応フィルタを制御する制御手段と、
   を備え、
   前記入力信号判定手段は、前記ピーク信号をリファレンス波形パターンと比較することで、該ピーク信号が楽音又はハウリングであるか否かを判定することを特徴とするハウリングキャンセラ。
2. スピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路の伝達関数を推定し、推定した伝達関数でスピーカへの出力信号をフィルタ処理して模擬信号を生成し、当該模擬信号を、入力信号である帰還音声信号からキャンセルする適応フィルタを備えたハウリングキャンセラであって、
   周波数軸上に所定レベル以上のピーク成分を有するピーク信号が入力信号として入力されたとき、このピーク信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段と、
   ピーク信号が入力され、かつ入力信号判定手段が該ピーク信号を楽音による入力信号と判定した場合に、模擬信号を帰還音声信号からキャンセルしないように適応フィルタを制御する制御手段と、
   を備え、
   前記入力信号判定手段は、前記ピーク信号のスペクトル形状が急峻であるか否かを判断することにより、該ピーク信号が楽音又はハウリングであるか否かを判定することを特徴とするハウリングキャンセラ。
3. 前記入力信号判定手段は、ピーク信号の周波数スペクトルのピーク周波数におけるピーク幅の値に所定の閾値を設定し、ピーク幅の値が所定の閾値以上であれば該ピーク信号のスペクトル形状が急峻でないと判断し、楽音による入力信号であると判定することを特徴とする請求項２に記載のハウリングキャンセラ。
4. スピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路の伝達関数を推定し、推定した伝達関数でスピーカへの出力信号をフィルタ処理して模擬信号を生成し、当該模擬信号を、入力信号である帰還音声信号からキャンセルする適応フィルタを備えたハウリングキャンセラであって、
   周波数軸上に所定レベル以上のピーク成分を有するピーク信号が入力信号として入力されたとき、このピーク信号が楽音による入力信号であるか否かを判定する入力信号判定手段と、
   ピーク信号が入力され、かつ入力信号判定手段が該ピーク信号を楽音による入力信号と判定した場合に、模擬信号を帰還音声信号からキャンセルしないように適応フィルタを制御する制御手段と、
   を備え、
   前記入力信号判定手段は、前記ピーク信号のスペクトル形状の左右対称性に基づいて、該ピーク信号が楽音又はハウリングであるか否かを判定することを特徴とするハウリングキャンセラ。

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