JP4438632B2 - Howling canceller - Google Patents
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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。 The present invention relates to a howling canceller that suppresses howling without reducing musical sound in a loudspeaker system installed in a lecture hall or hall.
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。 In general, when a loudspeaker is used in a lecture hall, a hall, or the like, sound output from a speaker is input to a microphone again through an acoustic path having a certain transfer function. That is, a closed loop is formed by the path of microphone-amplifier-speaker-acoustic path-microphone. When the gain of the closed loop exceeds 1, the sound returned from the speaker to the microphone increases, and howling occurs.
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)。 In order to efficiently prevent this howling, a howling canceller that uses an adaptive filter (adaptive digital filter) to prevent howling has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1).
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。 FIG. 6 is a view showing the above howling canceller. The microphone 101 and the speaker 104 are installed in the same acoustic space such as a lecture hall or a hall. Here, the audio signal input from the microphone 101 is amplified by a front-end microphone amplifier and then converted into a digital signal y (k) by an A / D converter.
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。 The signal y (k) is supplied to the amplifier 103 via the adder 102 and amplified. G (z) is a transfer function of the amplifier 103. The signal x (k) output from the amplifier 103 is sounded from the speaker 104 after being converted into an audio signal by the D / A converter.
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。
The sound generated from the speaker 104 returns to the microphone 101 via the
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。 In such a loudspeaker, a closed loop is formed by the path of the microphone 101 -the amplifier 103 -the speaker 104 -the acoustic feedback path 105 -the microphone 101. When the gain of the closed loop exceeds 1, the feedback signal d (k) is increased and howling occurs. The loudspeaker shown in FIG. 1 has a howling canceller including a delay circuit 106, an adaptive filter 107, and an adder 102 in order to prevent the occurrence of such howling.
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。
The delay circuit 106 gives a delay time τ corresponding to the time delay of the
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。
In the
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。 The adder 102 is a signal do (k) simulating the feedback signal d (k) from the signal y (k) input from the microphone 101 (where y (k) is a signal obtained by adding the sound source signal and the feedback signal). ) Is subtracted. Thereby, the feedback signal is removed from the input signal, and howling can be canceled.
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。
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。
By the way, although howling appears as a high-level signal of a sine wave (pure tone) having a constant frequency, the howling canceller described in Non-Patent
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。 As described above, the howling canceller with a built-in adaptive filter has a characteristic in which a component similar to a delayed signal among signals input from the microphone is regarded as a feedback signal and attenuated. For this reason, for example, the musical tone of a musical instrument that emits a continuous sound such as a violin or flute is a high-level signal close to a pure tone of a constant frequency similar to a howling signal. However, there was a problem that it was canceled by the howling canceller.
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。 In view of the above circumstances, the present invention has an object to provide a howling canceller including an adaptive filter that distinguishes between a continuous sound of a musical tone having a constant frequency and a howling, and attenuates only howling without attenuating input due to the musical tone. To do.
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して出力するとともに、キャンセルした後の信号を入力してフィルタ係数を更新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、マイクロフォンからピーク信号が入力され、かつこれを入力信号判定手段が楽音による入力信号と判定した場合に、検出したピーク周波数付近において前記適応フィルタのフィルタ係数の更新を停止または鈍化させるように設定することを特徴とする。
The invention according to
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、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検出したピーク周波数において適応フィルタの適応処理を停止または鈍化させるように設定する。これにより、周波数一定の楽音の持続音が入力されても、その信号をキャンセルしないように適応フィルタが動作することができる。 In the present invention, there is provided an input signal determining means for determining whether or not the audio signal input from the microphone is an input signal based on a musical sound. The input signal determination means determines whether or not the input signal is a musical sound when a continuous sound having a constant frequency is detected. When it is determined that the input signal is a musical tone input signal, the adaptive filter is set to stop or slow down the adaptive processing at the peak frequency detected so as not to cancel the signal input from the microphone. As a result, even if a continuous tone having a constant frequency is input, the adaptive filter can operate so as not to cancel the signal.
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して出力するとともに、キャンセルした後の信号を入力してフィルタ係数を更新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、マイクロフォンからピーク信号が入力され、かつこれを入力信号判定手段が楽音による入力信号と判定した場合に、検出したピーク周波数付近において前記模擬信号の周波数に対する移動平均を演算することにより周波数特性を平滑化するフィルタ出力信号制御手段と、を備えたことを特徴とする。
The invention according to
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、楽音による入力信号であるか否かを判定する。さらに、適応フィルタの出力信号を修正するフィルタ出力信号制御手段を備えており、入力信号判定手段が楽音による入力信号であると判定した場合は、検出したピーク周波数付近においてフィルタ出力信号の周波数特性を平滑化する。例えば検出したピーク周波数付近において、フィルタ出力信号の周波数特性の移動平均をとるように演算処理する。 In the present invention, there is provided an input signal determining means for determining whether or not the audio signal input from the microphone is an input signal based on a musical sound. The input signal determination means determines whether or not the input signal is a musical sound when a continuous sound having a constant frequency is detected. In addition, filter output signal control means for correcting the output signal of the adaptive filter is provided, and when the input signal determination means determines that the input signal is a musical sound, the frequency characteristic of the filter output signal is detected in the vicinity of the detected peak frequency. Smooth. For example, calculation processing is performed so as to take a moving average of the frequency characteristics of the filter output signal in the vicinity of the detected peak frequency.
請求項3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して出力するとともに、キャンセルした後の信号を入力してフィルタ係数を更新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、マイクロフォンからピーク信号が入力され、かつこれを入力信号判定手段が楽音による入力信号と判定した場合に、検出したピーク周波数において前記模擬信号の振幅を減衰させるフィルタ出力信号抑制手段と、を備えたことを特徴とする。
The invention according to
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、楽音による入力信号であるか否かを判定する。さらに、適応フィルタの出力信号を抑制するフィルタ出力信号抑制手段を備えており、入力信号判定手段が楽音による入力信号であると判定した場合は、検出したピーク周波数付近においてフィルタ出力信号を減衰させる。減衰には出力信号を0に修正することも含む。他の周波数においては減衰等せずにそのまま出力する。 In the present invention, there is provided an input signal determining means for determining whether or not the audio signal input from the microphone is an input signal based on a musical sound. The input signal determination means determines whether or not the input signal is a musical sound when a continuous sound having a constant frequency is detected. Furthermore, filter output signal suppression means for suppressing the output signal of the adaptive filter is provided, and when the input signal determination means determines that the input signal is a tone, the filter output signal is attenuated in the vicinity of the detected peak frequency. Attenuation also includes modifying the output signal to zero. At other frequencies, it is output as it is without being attenuated.
以上のように、この発明によれば、マイクロフォンからピーク信号が入力されたときに楽音による入力信号であるか否かを判定し、ピーク周波数において適応フィルタの適応処理を停止または鈍化することで、楽音による入力信号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。 As described above, according to the present invention, when the peak signal is input from the microphone, it is determined whether or not the input signal is a musical sound, and the adaptive processing of the adaptive filter is stopped or blunted at the peak frequency. It is possible to suppress only howling without suppressing the input signal due to the musical sound.
以下、本発明の実施形態のハウリングキャンセラについて図を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, a howling canceller according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は第1実施形態に係る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、この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1、加算器2、増幅器3、スピーカ4、ディレイ回路5、適応フィルタ6、および波形分析部7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。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram of a loudspeaker system with an adaptive howling canceller according to the first embodiment. As shown in the figure, this loudspeaker built-in adaptive howling canceller includes a
マイクロフォン1に入力された音声信号はA/D変換処理によりディジタル信号として加算器2と波形分析部7に入力される。加算器2は、マイクロフォン1からの入力信号から適応フィルタ6の出力信号を差し引いて出力する。加算器2の出力信号は、増幅器3を介して増幅されたのちスピーカ4に出力される。スピーカ4に伝達された信号はアナログ音声信号に変換されたのち放音される。ここでスピーカ4から発音された音声はマイクロフォン1に帰還信号として再入力される。
The audio signal input to the
この例におけるハウリングキャンセラは、ディレイ回路5および適応フィルタ6により、マイクロフォン1から入力された音声信号が増幅器3およびスピーカ4、マイクロフォン1が設置されている音響空間を伝搬して再度マイクロフォン1に入力されるまでの一連の音声伝達経路の伝達特性を模擬するものである。
In the howling canceller in this example, the audio signal input from the
ディレイ回路5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を付与するものである。ディレイ回路4で時間遅延を付与されて出力した信号は適応フィルタ6に入力される。
The
適応フィルタ6は、音響帰還経路の伝達関数を模擬するフィルタであり、ディレイ回路5が遅延した信号をフィルタリングする。このフィルタリングされた出力信号を模擬信号として加算器2に出力する。
The
適応フィルタ6は、図2に示すようにフィルタ部6aおよびフィルタ係数推定部6bからなるもので、フィルタ部6aおよびフィルタ係数推定部6bにはそれぞれディレイ回路5から遅延した信号が入力される。フィルタ部6aは入力された信号をフィルタリングし、加算器2に出力する。加算器2は、フィルタ部6aの出力信号をマイクロフォンの入力信号から差し引く。
As shown in FIG. 2, the
フィルタ係数推定部6bは、ディレイ回路5で遅延された過去の信号と加算器2の出力信号である現在の信号とに基づいて帰還信号の消去誤差を検出し、模擬信号を帰還信号に一致または近似させるべくフィルタ部6aの伝達関数を自動更新する。
The filter coefficient estimator 6b detects the erasure error of the feedback signal based on the past signal delayed by the
フィルタ係数推定部6bの伝達関数更新は適応アルゴリズムを用いる。適応アルゴリズムは、例えばLMS(Least Mean Square)アルゴリズムを用いる。 An adaptive algorithm is used to update the transfer function of the filter coefficient estimation unit 6b. As the adaptive algorithm, for example, a LMS (Least Mean Square) algorithm is used.
波形分析部7は、マイクロフォン1から入力された信号を高速フーリエ変換(以下、FFTと言う)し、入力された信号の周波数特性を分析する。その結果入力された信号が楽音による入力信号であるか否かを判定するものである。楽音による入力信号であるか否かの判定は、入力された波形とあらかじめ記憶しておいた楽音波形パターンを比較し、楽音波形パターンとの相関が高いときに楽音による入力信号と判定する。比較方法は相互相関関数を用いたり、HMM(Hidden Marcov Model)法等の音声認識の手法を用いたりすればよい。楽音による入力信号と判定した場合は、適応フィルタ6に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指示する。なお、入力信号の周波数特性をあらかじめ記憶しておいた楽音波形の周波数特性と比較して、楽音による入力信号と判定してもよい。また、楽音波形に代えてハウリング波形を記憶し、入力信号を記憶したハウリング波形と比較し、ハウリングであるか否かを判定してハウリングでないと判定した場合に楽音による入力信号と判定するようにしてもよい。
The
以下、上記のハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの動作について詳細に説明する。
図3は第1実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの伝達特性を示すブロック図である。同図に示すように、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。
Hereinafter, the operation of the above-described sounding system with a howling canceller will be described in detail.
FIG. 3 is a block diagram showing transfer characteristics of the loudspeaker system with built-in adaptive howling canceller according to the first embodiment. As shown in the figure, the audio signal input via the
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8を経てマイクロフォン1に帰還する。音響帰還路8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8の伝達関数である。音響帰還路8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。
The signal x (k) output from the
また、増幅器3から出力された信号x(k)は、ディレイ回路5にも入力される。ディレイ回路5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に帰還する帰還音声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5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6に入力される。
The signal x (k) output from the
適応フィルタ6は、図2に示したようにフィルタ部6aおよびフィルタ係数推定部6bからなるもので、フィルタ部6aおよびフィルタ係数推定部6bにはそれぞれディレイ回路5から出力された信号x(k−τ)が入力される。フィルタ部6a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、加算器2でマイクロフォン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5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6bは、ディレイ回路5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6a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、例えばLMSアルゴリズムを用いる。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6aのフィルタ係数が更新される。
As shown in FIG. 2, the
上述のように適応フィルタ6では、ディレイ回路5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8−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、ある周波数の振幅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6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。
As described above, the
波形分析部7は、前述のようにマイクロフォン1から入力された信号y(k)をFFTし、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、振幅値が所定の閾値以上となる周波数帯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周波数ピークを入力信号の1次ピークとし、1次ピークの整数倍の周波数の近傍のピークを倍音ピークとする。
The
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から楽音による入力信号であるか否かを判定する。具体的には、入力信号の波形とあらかじめ記憶しておいた楽音波形パターンを比較し、楽音波形パターンとの相関が高いときに楽音による入力信号と判定する。入力信号の波形と楽音波形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。なお、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。また、楽音波形に代えてハウリング波形を記憶し、入力信号を記憶したハウリング波形と比較し、ハウリングであるか否かを判定してハウリングでないと判定した場合に楽音による入力信号と判定するようにしてもよい。また、検出した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して、ピーク幅に所定の閾値を設定し、閾値以上のときに楽音による入力信号と判定するようにしてもよい。これらのように、楽音による入力信号であるか否かを判定することができればどのような手法であってもよい。 When the detected peak frequency is continuously input for a predetermined time or more, it is determined whether or not the input signal is a musical sound from the spectrum shape near each peak frequency. Specifically, the waveform of the input signal is compared with a previously stored musical sound waveform pattern, and when the correlation with the musical sound waveform pattern is high, it is determined that the input signal is a musical sound. A cross-correlation function between the waveform of the input signal and the musical sound waveform is obtained to determine whether the signal is a musical sound signal. A pattern matching technique such as HMM may be used instead of the cross correlation function. In addition, a howling waveform is stored instead of a musical sound waveform, and the input signal is compared with a stored howling waveform. May be. Alternatively, the frequency width of the detected peak shape may be calculated, a predetermined threshold value may be set for the peak width with this frequency width as the peak width, and an input signal based on a musical sound may be determined when the frequency is equal to or greater than the threshold value. As described above, any method may be used as long as it can be determined whether or not the input signal is a musical sound.
楽音による入力信号でなく、ハウリング発生による入力信号であると判定したときは、適応フィルタ6がハウリングを抑制する。ピーク周波数を検出し、かつ楽音による入力信号であると判定したときは、適応フィルタ6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。
When it is determined that the input signal is not an input signal due to a musical sound but an input signal due to howling, the
ここでは、フィルタ係数推定部6bに対して、検出したピーク周波数において適応処理を停止または鈍化するように指示する。適応フィルタ6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と呼ばれる係数を用いて更新される。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。
Here, the filter coefficient estimation unit 6b is instructed to stop or slow down the adaptive processing at the detected peak frequency. The transfer function of the
したがって波形分析部7は、ピーク周波数を検出し、かつ楽音による入力信号であると判定したときは、検出したピーク周波数において伝達関数F(z)を更新しないように適応フィルタ6のステップサイズαを小さくするように設定する。なお、検出した1次ピーク周波数だけでなく、倍音ピーク周波数についてもステップサイズαを小さくするようにしてもよい。また、ステップサイズαを小さくするように設定するとともに忘却係数λを大きくするように設定してもよい。これにより、マイクロフォン1からの新たな入力信号のうち、楽音と判定された入力信号のピーク周波数帯域をキャンセルしないようにすることができる。
Accordingly, when the
[第2実施形態]
図4は第2実施形態に係る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。なお、第1実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムと同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。同図に示すように、この例における拡声システムは、第1実施形態のハウリングキャンセラに加え、適応フィルタ6と加算器2の間に信号修正部9をさらに備えている。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a block diagram of a speech enhancement system with an adaptive howling canceller according to the second embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part similar to the sounding system with a built-in adaptive howling canceller which concerns on 1st Embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted. As shown in the figure, the loudspeaker system in this example further includes a
信号修正部9は、適応フィルタ6の出力信号のうち、任意周波数範囲の信号を修正演算するものである。ここでは、適応フィルタ6の出力信号をFFTして、波形分析部7が検出した周波数帯域について適応フィルタ6の出力信号の周波数特性を平滑化するように修正演算する。適応フィルタ6の出力信号の修正動作について以下に説明する。
The
図5は第2実施形態に係る適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの伝達特性を示す図である。同図に示すように、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。
FIG. 5 is a diagram showing transfer characteristics of the loudspeaking system with a built-in adaptive howling canceller according to the second embodiment. As shown in the figure, the audio signal input via the
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8を経てマイクロフォン1に帰還する。音響帰還路8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8の伝達関数である。音響帰還路8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。
The signal x (k) output from the
また、増幅器3から出力された信号x(k)は、ディレイ回路5にも入力される。ディレイ回路5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に帰還する帰還音声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5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6に入力される。
The signal x (k) output from the
適応フィルタ6は帰還音声信号d(k)を模擬した信号do(k)を伝達関数F(z)にしたがって出力する。さらに信号修正部9は、信号d1(k)を伝達関数F1(z)にしたがって出力する。加算器2は、マイクロフォン1から再入力された信号y(k)から信号d1(k)を差し引く。
The
信号d1(k)は、信号do(k)の周波数特性において、波形分析部7で検出したピーク周波数付近の周波数特性を、その周波数特性の周波数に対する移動平均をとったものに置き換えるように変換されたものである。これにより、適応フィルタ7の出力信号do(k)の周波数特性は平滑化され、楽音による入力信号y(k)をキャンセルしないようにすることができる。なお、この例においても検出したピーク周波数付近だけでなく、その倍音周波数付近においても移動平均を演算し、出力信号の周波数特性を平滑化するようにしてもよい。
The signal d1 (k) is converted so as to replace the frequency characteristic around the peak frequency detected by the
また、信号修正部9は、模擬信号do(k)のうち波形分析部7が検出したピーク周波数における信号をカットするようにしてもよい。模擬信号do(k)のうち、波形分析部7が検出した周波数の出力信号を切り出して減衰または0に修正演算し、修正演算を行わない他の周波数と合成して出力する。このように信号修正部9は、バンドカットフィルタのように機能するようにしてもよい。なお、この場合も検出したピーク周波数付近だけでなく、その倍音周波数付近においても修正演算するようにしてもよい。
Further, the
また、第2実施形態においても波形分析部7は、ピーク周波数を検出し、かつハウリング発生による入力信号でないと判定したときは、伝達関数F(z)を更新しないように適応フィルタ6のステップサイズαを小さくするように設定するようにしてもよい。これにより、マイクロフォン1からの新たな入力信号をキャンセルしなくなる。
Also in the second embodiment, when the
以上のように本発明における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音声信号をFFTして、そのピーク周波数の波形から、入力信号がハウリング発生によるものであるか否かを判定し、ハウリング発生による入力信号でないと判定したときは、検出したピーク周波数において適応フィルタの出力信号がマイクロフォンの入力信号をキャンセルしないように設定する。検出したピーク周波数において適応フィルタの適応処理を停止、または鈍化させることで入力信号をキャンセルしないようにすることができる。また、適応フィルタの出力信号の周波数特性において、検出したピーク周波数付近の移動平均を演算することにより入力信号をキャンセルしないようにすることができる。 As described above, the howling canceller in the present invention performs FFT on the audio signal input from the microphone, determines whether the input signal is due to howling from the waveform of the peak frequency, and inputs due to howling. When it is determined that the signal is not a signal, the adaptive filter output signal is set so as not to cancel the microphone input signal at the detected peak frequency. It is possible to prevent the input signal from being canceled by stopping or slowing down the adaptive processing of the adaptive filter at the detected peak frequency. Further, in the frequency characteristic of the output signal of the adaptive filter, it is possible to avoid canceling the input signal by calculating a moving average near the detected peak frequency.
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。 As a result, when a continuous sound having a constant frequency such as a violin is input, it is possible to suppress only howling without canceling the musical sound.
なお、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。 The input signal is not limited to the input from the microphone, but may be any signal as long as it collects a sound source signal of a speaker such as a vibration sensor. Further, the frequency analysis method is not limited to the FFT described above, and any method may be used as long as it is a method capable of calculating a frequency peak. For example, a band pass filter or the like may be used.
1−マイクロフォン
2−加算器
3−増幅器
4−スピーカ
5−ディレイ回路
6−適応フィルタ
6a−フィルタ部
6b−フィルタ係数推定部
7−波形分析部
8−音響帰還路
9−信号修正部
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
107a−従来の適応フィルタにおけるフィルタ部
107b−従来の適応フィルタにおけるフィルタ係数推定部
1-microphone 2-adder 3-amplifier 4-speaker 5-delay circuit 6-
Claims (3)
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、
マイクロフォンからピーク信号が入力され、かつこれを入力信号判定手段が楽音による入力信号と判定した場合に、検出したピーク周波数付近において前記適応フィルタのフィルタ係数の更新を停止または鈍化させるように設定することを特徴とするハウリングキャンセラ。 Estimate the transfer function of the acoustic feedback path from the speaker to the microphone, filter the output signal to the speaker with the estimated transfer function to generate a simulated signal, and cancel the simulated signal from the feedback audio signal that is the input signal A canceling canceller having an adaptive filter that inputs a signal after cancellation and updates a filter coefficient ,
When a peak signal having a peak component of a predetermined level or higher on the frequency axis is input as an input signal, input signal determination means for determining whether or not the peak signal is an input signal based on a musical sound;
Peak signal from the microphone is inputted, and when the input signal judgment means which determines that the input signal by tone, by setting so as to stop or slow down the update of the filter coefficient of the adaptive filter in the vicinity of the detected peak frequency Howling canceller characterized by.
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、
マイクロフォンからピーク信号が入力され、かつこれを入力信号判定手段が楽音による入力信号と判定した場合に、検出したピーク周波数付近において前記模擬信号の周波数に対する移動平均を演算することにより周波数特性を平滑化するフィルタ出力信号制御手段と、
を備えたことを特徴とするハウリングキャンセラ。 Estimate the transfer function of the acoustic feedback path from the speaker to the microphone, filter the output signal to the speaker with the estimated transfer function to generate a simulated signal, and cancel the simulated signal from the feedback audio signal that is the input signal A canceling canceller having an adaptive filter that inputs a signal after cancellation and updates a filter coefficient ,
When a peak signal having a peak component of a predetermined level or higher on the frequency axis is input as an input signal, input signal determination means for determining whether or not the peak signal is an input signal based on a musical sound;
When a peak signal is input from a microphone and the input signal determination means determines that the input signal is a musical sound, the frequency characteristic is smoothed by calculating a moving average with respect to the frequency of the simulated signal in the vicinity of the detected peak frequency . Filter output signal control means,
A howling canceller characterized by comprising
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、
マイクロフォンからピーク信号が入力され、かつこれを入力信号判定手段が楽音による入力信号と判定した場合に、検出したピーク周波数において前記模擬信号の振幅を減衰させるフィルタ出力信号抑制手段と、
を備えたことを特徴とするハウリングキャンセラ。 Estimate the transfer function of the acoustic feedback path from the speaker to the microphone, filter the output signal to the speaker with the estimated transfer function to generate a simulated signal, and cancel the simulated signal from the feedback audio signal that is the input signal A canceling canceller having an adaptive filter that inputs a signal after cancellation and updates a filter coefficient ,
When a peak signal having a peak component of a predetermined level or higher on the frequency axis is input as an input signal, input signal determination means for determining whether or not the peak signal is an input signal based on a musical sound;
A filter output signal suppression means for attenuating the amplitude of the simulated signal at the detected peak frequency when a peak signal is input from the microphone and the input signal determination means determines that the input signal is a musical sound;
A howling canceller characterized by comprising
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