JP4462080B2 - 拡声装置 - Google Patents

Description

この発明は、スピーカからマイクロフォンに至る帰還伝達系を介して帰還音が入力されることに起因するハウリングを防止するためのハウリングキャンセラを備えた拡声装置に関するものである。

拡声装置は、マイクロフォンから入力された入力音声信号を拡声回路部によって増幅してスピーカに入力するものであるが、この拡声装置において、スピーカからマイクロフォンに至る経路で閉ループが形成され、スピーカから出力されてマイクロフォンに入力された帰還音信号が繰り返し増幅されることによってハウリングが生じることはよく知られている。

このようなハウリングを防止するために、ノッチフィルタを用いたハウリングキャンラを拡声装置に用いることが提案されている。かかる拡声装置では、ハウリング周波数検出部によってマイクロフォンからの入力音声信号においてハウリングが生じている周波数が検出されると、その周波数を含むその周波数帯域近傍の音声成分を減衰させるようにノッチフィルタが設定される。これにより、マイクロフォンからの入力音声信号からハウリング成分がノッチフィルタによって取り除かれて増幅回路部に入力される（例えば、特許文献１を参照）。

また、他の方式として、適応フィルタを用いて帰還音信号に模擬した模擬信号を生成し、マイクロフォンからの入力信号から模擬信号を除くハウリングキャンセラを拡声装置に用いることが提案されている（非特許文献１を参照）。このハウリングキャンセラでは、スピーカへ入力する音声信号と同一の音声信号が遅延部に入力され、この音声信号がスピーカからマイクロフォンに至る遅れ時間に対応した遅れ時間だけ遅延部によって遅延される。この遅延された信号をフィルタ係数でたたみ込み演算を行うことで模擬信号が生成される。そして、マイクロフォンからの入力音声信号から模擬信号が引算部によって除かれた残差信号が拡声回路部に出力される。そして、拡声回路部部で増幅された残差信号がスピーカに入力されてスピーカから放音される。ここで、適応フィルタには、残差信号が参照信号として入力され、この残差信号が最小になるように周知の適応アルゴリズム（例えばＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズム）を用いてフィルタ係数（フィルタ特性）が補正される。 拡声装置は、マイクロフォンから入力された入力音を増幅してスピーカから出力するものであるが、この拡声装置において、スピーカからマイクロフォンに至る経路で閉ループが形成され、スピーカから出力されてマイクロフォンに入力された帰還音信号が何度も増幅されることによってハウリングが生じることは周知の課題である。
この課題を解決するために、適応フィルタを用いてマイクロフォンからスピーカまでの伝達関数を模擬した模擬伝達関数を求め、この模擬伝達関数を用いて帰還音信号に模擬した擬似信号を算出し、マイクロフォンからの入力信号から擬似信号を除くハウリングキャンセラを拡声装置に用いることは知られている。このハウリングキャンセラでは、増幅された入力信号にスピーカからマイクロフォンに至る遅延時間が遅延部によって付与される。この遅延時間が付与された入力信号と、模擬伝達関数としての適応フィルタ係数とを用いてたたみ込み演算を行うことで、適応フィルタによって擬似信号が算出される。そして、マイクロフォンを介した入力信号から擬似信号を除いた誤差信号が増幅部に出力されて再生され、スピーカから放音される。ここで、適応フィルタには、リファレンス信号として誤差信号が入力される。そして、この誤差信号が最小になるように周知の適応アルゴリズム（例えばＬＭＳ（LeastMean Square）アルゴリズム）を用いて算出された修正量と更新前のフィルタ係数とを用いて、適応フィルタ係数が算出されて更新される。このため、適応フィルタのフィルタ係数がスピーカからマイクロフォンに至るまでの帰還伝達系の伝達関数と適応されてゆき、フィルタ係数が帰還伝達系の伝達関数を模擬するものとなる。このため、適応フィルタで処理した信号、すなわち模擬信号が帰還音信号と近似するものとなってゆく。これによって、残差信号から帰還音信号成分を除くことができるため、ハウリングを防止できる。
特許第３０９７３７６号公報 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）？？？

ノッチフィルタを用いた従来のハウリングキャンセラでは、上述のようにマイクロフォンから入力された音声信号に対して、ハウリング成分であると検出された周波数帯域の信号成分を除去する処理を行う。このため、処理後の音声信号の音質が劣化するという問題点があった。すなわち、例えばマイクロフォンを使用するユーザの音声（話者の話声）等の拡声目的となる音声信号成分がハウリング成分であると検出された周波数帯域に含まれる場合には、この周波数帯域の音声成分がノッチフィルタによって減衰されると拡声目的となる音声信号が除かれてしまう。このため、拡声目的となる音声の音質が劣化してしまう。

また、適応フィルタを用いた従来のハウリングキャンセラでは、適応フィルタがスピーカからマイクロフォンに至る帰還伝達系の伝達関数を模擬することによって、模擬信号を生成する。そして、かかるハウリングキャンセラでは、この模擬信号をマイクロフォンからの入力音声信号から引算することによってハウリングを除去・予防する。このため、適応フィルタで帰還伝達系の伝達関数の推定誤差がある場合には、模擬信号をマイクロフォンから入力された音声信号から除くことで、拡声目的となる音声信号成分までをも除去してしまう場合がある。このため、拡声目的となる音声信号の音質を損なう場合があった。

また、適応フィルタの適応にはある程度時間がかかるため、急激に発生するハウリングに対して即座に適応できないという問題点があった。

上記課題を解決するために、本発明は拡声目的となる音声の音質を維持しながら、迅速かつ効果的にハウリングを抑制することのできる拡声装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明では以下の手段を採用している。

（１）本発明は、スピーカとマイクロフォンを接続し、前記マイクロフォンから入力された入力音声信号を拡声して前記スピーカに供給する拡声部と、前記スピーカから前記マイクロフォンに帰還する帰還音を模擬する模擬信号を生成する模擬信号生成部と、前記模擬信号生成部で生成された前記模擬信号を前記マイクロフォンからの入力音声信号から減算した残差信号を生成し、前記拡声部に対して出力する減算部と、を備えた拡声装置であって、前記マイクロフォンからの入力音声信号に含まれるハウリング音声の成分の周波数を検出するハウリング周波数検出部と、前記ハウリング周波数検出部がハウリング音声の成分の周波数を検出した場合に、検出された周波数を含むこの周波数近傍の周波数帯域のみで帰還音を模擬する模擬信号を生成し、該ハウリング周波数検出部がハウリング音声の成分の周波数を検出しない場合に、前記模擬信号を生成しないように制限する制限部と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、ハウリング周波数検出部によって、マイクロフォンからの入力音声信号に含まれるハウリング音声の成分の周波数が検出される。そして、模擬信号生成部によって、スピーカからマイクロフォンに帰還する帰還音を模擬する模擬信号が生成される。ここで、帯域制限部によって、ハウリング周波数検出部で検出された周波数を含むこの周波数近傍の周波数帯域のみで帰還音を模擬する模擬信号が生成するよう制限される。そして、減算部によって、模擬信号がマイクロフォンからの入力音声信号から減算されて、残差信号が生成され、この残差信号が拡声部に対して出力される。このように、ハウリング周波数検出部で検出された周波数を含むこの周波数近傍の周波数帯域のみの模擬信号しか減算されないため、拡声対象となる音声信号成分が除去されることを効果的に防止しながらも、ハウリング成分を除去することが可能となる。

（２）本発明は、上記拡声装置において、前記模擬信号生成部は、周波数領域のフィルタ処理で模擬して前記模擬信号を生成し、前記制限部は、前記ハウリング周波数検出部がハウリング音声の成分の周波数を検出した場合に、検出された周波数を含むこの周波数近傍の周波数帯域以外でフィルタ更新を行わないように制限することを特徴とする。

（３）本発明は、スピーカとマイクロフォンを接続し、前記マイクロフォンから入力された入力音声信号を拡声して前記スピーカに供給する拡声部と、前記スピーカから前記マイクロフォンに帰還する帰還音を模擬する模擬信号を生成する模擬信号生成部と、前記模擬信号生成部で生成された前記模擬信号を前記マイクロフォンからの入力音声信号から減算した残差信号を生成し、前記拡声部に対して出力する減算部と、を備えた拡声装置であって、前記マイクロフォンからの入力音声信号に含まれるハウリング音声の成分の周波数を検出するハウリング周波数検出部と、前記ハウリング周波数検出部がハウリング音声の成分の周波数を検出した場合に、前記模擬信号のうち、検出された周波数を含むこの周波数近傍の周波数帯域の成分のみを前記減算部によって減算し、該ハウリング周波数検出部がハウリング音声の成分の周波数を検出しない場合に、該減算部によって何も減算しないように制限する制限部と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、ハウリング周波数検出部によって、マイクロフォンからの入力音声信号に含まれるハウリング音声の成分の周波数が検出される。そして、模擬信号生成部によって、スピーカからマイクロフォンに帰還する帰還音を模擬する模擬信号が生成される。そして、減算部によって、模擬信号がマイクロフォンからの入力音声信号から減算されて、残差信号が生成され、この残差信号が拡声部に対して出力される。ここで、帯域制限部によって、前記模擬信号のうち、ハウリング周波数検出部で検出された周波数を含むこの周波数近傍の周波数帯域の成分のみが減算部によって減算されるように制限される。このように、模擬信号のうち、ハウリング周波数検出部で検出された周波数を含むこの周波数近傍の周波数帯域の成分のみしか減算されないため、拡声対象となる音声信号成分が除去されることを効果的に防止しながらも、ハウリング成分を除去することが可能となる。

（４）本発明は、上記拡声装置において、前記ハウリング周波数検出部は、前記入力音声信号のピーク値が、各周波数スペクトルの平均値より閾値を超えて大きい場合に、該ピーク値に対応する周波数にてハウリングが発生していると検出することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ハウリング周波数を含むハウリング周波数近傍の周波数帯域のみで帰還音を模擬した模擬信号がマイクロフォンからの音声信号から除かれる。また、請求項３に記載の発明によれば、模擬信号のうち、ハウリング周波数を含むハウリング周波数近傍の周波数帯域の成分のみがマイクロフォンからの音声信号から除かれる。このため、模擬信号をマイクロフォンからの入力音声信号から除くことで、ハウリング周波数近傍の周波数帯域より他の周波数帯域の音声信号を除くことが防止される。これによって、マイクロフォンからの入力音声信号からハウリング成分を除去しながらも、拡声目的となる音声信号を除くことが効果的に防止されるため、ハウリング成分を効果的にマイクロフォンから入力された音声信号から除去しながらも、拡声目的となる音声の音質の劣化を効果的に防止することができる。

以下に図面を用いて、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態にかかる拡声装置は、適応フィルタを用いたハウリングキャンセラを搭載しており、これによってハウリングを防止する。具体的には、拡声装置は、マイクロフォンから入力された音声信号からハウリング発生の有無及びその周波数（ハウリング周波数）を検出し、このハウリング周波数を含むハウリング周波数近傍の周波数帯域のみで、適応フィルタを動作させて、スピーカからマイクロフォンに至る帰還音の帰還伝達系の伝達関数を模擬する。そして、この適応フィルタで処理した模擬信号がマイクロフォンから入力された音声信号から除かれる。これによって、第１の実施形態では、マイクロフォンを使用するユーザの音声等の拡声目的となる音声信号成分を除くことを効果的に防止しながら、マイクロフォンからの入力音声信号からハウリング成分を除くことができることを特徴とする。

以下、図１を用いて第１の実施形態を説明する。図１は、第１の実施形態にかかる拡声装置１の概略構成を示すブロック図である。拡声装置１は、マイクロフォン２、増幅部３、スピーカ４３に接続され、信号処理部４と、パワーアンプ５と、ハウリング周波数検出部６と、ハウリングキャンセラ７とを備える。

マイクロフォン２は、マイクロフォン２を使用する話者の話声等の拡声目的となる音声を装置外部からマイクロフォン入力信号として入力する。この信号は入力端子８を介して拡声装置１に入力されるものである。拡声装置１に入力された信号は、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）コンバータ（図略）によってＡ／Ｄ変換され、ハウリング周波数検出部６に入力されるとともに、ハウリングキャンセラ７を介して信号処理部４に入力される。

スピーカ３は、拡声装置１から出力端子９を介して入力されたアナログ音声信号を音響に変えて放音する。スピーカ３はマイクロフォン２と同じ音響空間に配置されている。このため、スピーカ３から放音された音響は、スピーカ３からマイクロフォン２に至る音響伝達経路である帰還伝達系１００によって伝達されて、帰還音として再度マイクロフォン２に入力される。このため、マイクロフォン入力信号には拡声目的となる音声信号ｓ（ｋ）と帰還音信号ｄ（ｋ）とが含まれる。

信号処理部４は、入力端子８及びハウリングキャンセラ７を介して入力された音声信号に対して、イコライジング等の音声信号を調整する処理を施す。信号処理部４はこの処理を施した音声信号を音声信号ｘ（ｋ）としてスピーカ３に対して出力する。信号処理部４から出力された信号は、Ｄ／Ａコンバータ（図略）によってアナログ音声信号に変換された上で、パワーアンプ５に入力される。パワーアンプ５は、本発明の拡声部に対応し、入力したアナログ音声信号の信号レベルを増幅して出力端子９を介してスピーカ３に入力する。

ハウリング周波数検出部６は、マイクロフォン２からの入力音声信号を入力し、所定時間間隔毎にこの入力信号におけるハウリング成分の有無及びハウリング周波数を検出する処理（ハウリング検出処理）を実行する。このハウリング検出処理は、例えば、ハウリング周波数検出部６が入力信号にＦＦＴ（Fast Fourier Translation）処理等の周波数分析を施して、周波数スペクトルを算出し、次に各スペクトルのうちピークとなるスペクトル（ピーク値）を取得する。そして、ハウリング周波数検出部６が周波数帯域毎の各スペクトルの平均値を算出し、ピーク値が平均値より閾値（所定レベル）を超えて大きい場合にハウリング成分が入力信号に含まれていると検出する。そして、ハウリング周波数検出部６がこのハウリング成分であると検出したピーク値に対応する周波数をハウリング周波数とする。このハウリング周波数を含む所定の狭い周波数帯域（ハウリング周波数近傍の周波数帯域）はハウリング周波数帯域とされる。

ハウリング成分は繰り返しパワーアンプ５によって増幅されることで振幅が大きくなっているため、ピーク値が平均値より閾値を超えて大きいに場合にはピークに対応する成分がハウリング成分である可能性が高い。このため、ピーク値が平均値より閾値（所定レベル）を超えて大きいかどうかを判断するだけの簡易な処理で、精度良くハウリング成分の有無及びハウリング周波数帯域を検出することが可能となる。

ハウリング周波数検出部６は、ハウリング成分が入力信号に含まれると検出した場合に、ハウリング周波数帯域をハウリングキャンセラ７（後述のバンドパスフィルタ７１）に通知する。また、ハウリング周波数検出部６は、ハウリング成分が入力信号に含まれると検出しない場合には、ハウリング周波数帯域を「０」としてハウリングキャンセラ７に通知する。

ハウリングキャンセラ７は、バンドパスフィルタ７１、遅延部７２、適応フィルタ７３、減算部７４を備える。バンドパスフィルタ７１は、本発明の帯域制限部に対応し、信号処理部４から音声信号ｘ（ｋ）が入力され、この音声信号ｘ（ｋ）から設定された周波数の音声信号のみを抽出して遅延部７２に出力する。上述したように、ハウリング周波数検出部６でハウリング成分が入力信号に含まれると検出される場合には、バンドパスフィルタ７１にはハウリング周波数検出部６で検出されたハウリング周波数帯域が通知される。一方、ハウリング成分が入力信号に含まれると検出されない場合には、ハウリング周波数帯域を「０」として通知される。バンドパスフィルタ７１は、この通知された周波数帯域でのみ信号を通過させるように特性を自己設定する。

このため、ハウリング周波数検出部６でハウリング成分が入力信号に含まれると検出されている場合には、音声信号ｘ（ｋ）のうちバンドパスフィルタ７１を通過するのは、ハウリング周波数検出部６によって検出されたハウリング周波数を含む狭い周波数帯域の成分（音声信号ｘ´（ｋ））のみとなる。一方、ハウリング周波数検出部６でハウリング成分が入力信号に含まれていないと検出されている場合には、バンドパスフィルタ７１は音声信号ｘ（ｋ）を全く通過させず、ハウリングキャンセラ７は機能しない。

遅延部７２及び適応フィルタ７３は、帰還伝達系１００を模擬する。すなわち、遅延部７２は帰還伝達系１００の帰還音の遅れ時間τを模擬するものであり、適応フィルタ７３は帰還伝達系１００の音声伝播特性である伝達関数ｈを模擬する。

具体的には、遅延部７２は入力された音声信号ｘ´（ｋ）を帰還伝達系１００の遅れ時間を模擬した遅れ時間τだけ遅延させ、この遅延させた音声信号ｘ（ｋ−τ）´を適応フィルタ７３に出力する。

適応フィルタ７３は、本発明の模擬信号生成部に対応し、デジタルフィルタ（典型的にはＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ）を備え、帰還伝達系１００の伝達関数ｈを推定し、推定した伝達関数ｈに合わせて（模擬するように）このデジタルフィルタのフィルタ係数（フィルタ特性）を算出して自己設定する。伝達関数ｈの推定及びフィルタ係数の算出は、減算部７４から入力された信号である残差信号ｅ（ｋ）を参照信号として使用して、遅延部７２から入力された音声信号ｘ´（ｋ−τ）に基づいて適応アルゴリズムを用いて行われる。適応アルゴリズムとしては、例えば、学習同定法、ＬＭＳ法、射影法及びＲＬＳ法などを適用することができる。このフィルタ係数は、所定の時間間隔毎（例えば、数秒毎）に算出され、残差信号ｅ（ｋ）の２乗平均値Ｊ＝Ｅ[ｅ（ｋ）２]（ただし、Ｅ[Ｅ[・]は期待値]）とすれば、Ｊを最小にするように算出される。

上述したように、フィルタ係数は音声信号ｘ´（ｋ−τ）に基づいて算出され、音声信号ｘ´（ｋ−τ）はスピーカ３に入力される音声信号ｘ（ｋ）からハウリング成分であると推定された周波数帯域のみが抽出されたものである。このため、算出されたフィルタ係数は、伝達関数ｈをハウリング周波数検出部６によって検出された周波数を含むハウリング周波数帯域でのみ模擬するものとなる。これによって、適応フィルタ７３によって処理された模擬信号は、ハウリング周波数帯域でのみ帰還音を模擬することになり、バンドパスフィルタ７１によって、ハウリング周波数帯域でのみ模擬信号を生成するよう制限されることになる。

適応フィルタ７３は、入力された音声信号ｘ´（ｋ−τ）を自己設定したフィルタ係数で畳み込み演算を行うことで（フィルタ特性を付与して）模擬信号ｄｏ（ｋ）を生成する。上述したように、フィルタ係数はハウリング成分と推定された周波数帯域の範囲のみで伝達関数ｈを模擬し、音声信号ｘ´（ｋ−τ）は音声信号ｘ（ｋ）からハウリング成分と推定された周波数帯域のみが抽出された信号である。このため、模擬信号ｄｏ（ｋ）はマイクロフォン２から入力される帰還音のうちハウリング成分のみを模擬することになる。適応フィルタ７３は生成した模擬信号ｄｏ（ｋ）を減算部７４に出力する。

減算部７４は、適応フィルタ７３から模擬信号ｄｏ（ｋ）が入力されるとともに、マイクロフォン２から入力端子８を介してマイクロフォン入力信号が入力される。減算部７４は、マイクロフォン入力信号から模擬信号ｄｏ（ｋ）を除いた残差信号ｅ（ｋ）を生成する。減算部７４は生成した残差信号ｅ（ｋ）を信号処理部４に入力するとともに、適応フィルタ７３に参照信号として入力する。上述したように、模擬信号ｄｏ（ｋ）は帰還音のうちハウリング成分のみを模擬するため、マイクロフォン入力信号から模擬信号ｄｏ（ｋ）を除くことで、ハウリング成分を除去しながらも、拡声目的となる音声信号までをも除去することが効果的に防止される。また、ハウリング周波数検出部６で入力信号にハウリング成分が含まれていると判断されない場合には、減算部７４は休止状態にあるため、マイクロフォン入力信号は減算部７４をそのまま通過して信号処理部４に入力される。

以下に拡声装置１の動作を説明する。話者が話す等によって、マイクロフォン２に対して話者の話声等の音声信号が入力される。マイクロフォン２に入力されたマイクロフォン入力信号は入力端子８及び減算部７４を介して信号処理部４に入力される。ここで、マイクロフォン入力信号はハウリング周波数検出部６にも入力される。ハウリング周波数検出部６はマイクロフォン入力信号から上述した方法によってハウリング成分の有無及びハウリング周波数を検出する。

ハウリング成分が有ると検出された場合には、検出されたハウリング周波数を含むハウリング周波数帯域がハウリング周波数検出部６によってバンドパスフィルタ７１に通知される。一方、ハウリング成分が無いと検出された場合には、ハウリング周波数帯域が「０」としてハウリング周波数検出部６によってバンドパスフィルタ７１に通知される。ここで、通知を受けたバンドパスフィルタ７１は、通知されたハウリング周波数帯域の信号のみを通過させるように自己設定する。

信号処理部４に入力されたマイクロフォン入力信号はイコライジング等の所定の信号処理が施される。この信号処理がなされた音声信号ｘ（ｋ）は、Ｄ／Ａコンバータ（図略）にＤ／Ａ変換され、パワーアンプ５によって信号レベルが増幅された後、出力端子９を介してスピーカ３に入力される。また、音声信号ｘ（ｋ）はバンドパスフィルタ７１に入力される。バンドパスフィルタ７１では、音声信号ｘ（ｋ）のうち設定されている周波数帯域の成分である音声信号ｘ´（ｋ）のみが通過され、遅延部７２に入力される。すなわち、ハウリング周波数検出部６でハウリング成分が有ると検出されている場合には、ハウリング周波数検出部６で検出されたハウリング周波数帯域の成分のみが遅延部７２に入力される。

一方、ハウリング周波数検出部６でハウリング成分が無いと検出されている場合には、ハウリング周波数帯域が「０」となるため、バンドパスフィルタ７１では音声信号ｘ（ｋ）を全く通過させず、遅延部７２に全く音声信号ｘ（ｋ）が入力されない。この場合にはハウリングキャンセラ７が休止状態となる。

遅延部７２では、音声信号ｘ´（ｋ）が入力されると、帰還伝達系１００の遅れ時間に対応する遅れ時間τだけ遅延されて音声信号ｘ´（ｋ−τ）として適応フィルタ７３に入力される。適応フィルタ７３では、音声信号ｘ´（ｋ−τ）をフィルタ係数で畳み込むことで、模擬信号ｄｏ（ｋ）が生成される。この生成された模擬信号ｄｏ（ｋ）は減算部７４に入力される。また、適応フィルタ７３では、音声信号ｘ´（ｋ−τ）と残差信号ｅ（ｋ）とを用いて適応アルゴリズムを用いてフィルタ係数が算出され、算出されたフィルタ係数でフィルタ係数が補正される。

減算部７４には上述のようにマイクロフォン入力信号が入力され、模擬信号ｄｏ（ｋ）が減算部７４に入力されると、減算部７４によってこのマイクロフォン入力信号から模擬信号ｄｏ（ｋ）が除かれる。そして、マイクロフォン入力信号から模擬信号ｄｏ（ｋ）が除かれた残差信号ｅ（ｋ）は、信号処理部４に入力されるとともに参照信号として適応フィルタ７３に入力される。一方、ハウリング周波数検出部６でハウリング成分が無いと検出されている場合には、上述したようにハウリングキャンセラ７が休止状態になっており、減算部７４には模擬信号ｄｏ（ｋ）が入力されない。このため、減算部７４では、マイクロフォン入力信号がそのまま通過して信号処理部４に入力される。

上記構成によって、本実施形態では、ハウリング周波数検出部６によってハウリング成分が有ると検出されている場合には、バンドパスフィルタ７１によって、音声信号ｘ（ｋ）のうちハウリング周波数帯域の成分のみである音声信号ｘ´（ｋ）が通過される。そして音声信号ｘ´（ｋ）が遅延部７２を介して適応フィルタ７３に入力される。このため、適応フィルタ７３で生成された模擬信号ｄｏ（ｋ）は帰還音のうちハウリング成分と推定された成分のみを模擬することになる。これによって、減算部７４によってマイクロフォン入力信号から模擬信号ｄｏ（ｋ）を除くことで、ハウリング成分を除去しながらも、拡声目的となる音声信号までをも除去してしまい、拡声対象となる音声信号の音質を劣化させることが効果的に防止される。これによって、拡声目的となる音声の音質を維持しながら、効果的にハウリングを防止することができる。

（第２の実施形態）
以下、図１を用いて本発明の第２の実施形態にかかる拡声装置１Ａを説明する。第１の実施形態では、模擬信号ｄｏ（ｋ）がハウリング周波数帯域でのみ帰還音を模擬する模擬信号を生成するように制限されるが、第２の実施形態では、模擬信号ｄｏ（ｋ）のうちハウリング周波数帯域の成分のみが減算部７４によってマイクロフォン２からの入力信号から減算されるように制限される。

図１を参照して、第１の実施形態では、バンドパスフィルタ７１は音声信号ｘ（ｋ）の信号経路における遅延部７２の手前に配置されているが、第２の実施形態では、適応フィルタ７３から減算部７４までの模擬信号ｄｏ（ｋ）の信号経路上に配置されている。これによって、バンドパスフィルタ７１は、模擬信号ｄｏ（ｋ）をハウリング周波数帯域のみ通過させて減算部７４に入力することになる。このため、ハウリング周波数帯域のみの模擬信号ｄｏ（ｋ）が減算部７４によってマイクロフォン２からの入力音声信号から減算されることになる。上記第２の実施形態の構成によっても、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。

（第３の実施形態）
以下に図２を用いて本発明の第３の実施形態にかかる拡声装置１Ｂを説明する。図２は第３の実施形態にかかる拡声装置１Ｂの概略構成を示すブロック図である。第１及び第２の実施形態では、適応型の（適応フィルタ７３を用いた）ハウリングキャンセラ７を用いてハウリングを防止する構成である。これに対して、第３の実施形態では、マイクロフォン入力信号におけるハウリング成分（ハウリング成分信号）の打ち消し信号を生成し、この生成した打ち消し信号をマイクロフォン入力信号に加算することで、ハウリング成分をマイクロフォン入力信号から除去する構成である。なお、打ち消し信号とは、ハウリング周波数の正弦波であり、位相がハウリング成分信号から「１／２周期分」或いは「周期の整数倍＋１／２周期分」だけ遅れた或いは進んだ信号である。

図２において、拡声装置１Ｂは、ハウリング周波数検出部６に代えて後述のハウリング周波数検出部６Ｂを備え、ハウリングキャンセラ７に代えて後述のハウリングキャンセラ１０を備えることが拡声装置１とは異なっており、その他の構成及び該構成の動作については同じであるため説明を省略する。

ハウリング周波数検出部６Ｂは、マイクロフォン入力信号に対して第１の実施形態と同様にハウリング検出処理を実行することで、ハウリング成分の有無及びハウリング周波数を所定時間間隔毎に検出する。そして、ハウリング周波数検出部６Ｂは、ハウリング成分が有ると検出した場合にハウリング成分の信号の位相を検出し、この位相及び検出したハウリング周波数とハウリング信号のレベルを示す情報（ハウリング成分情報）を生成する。ハウリング周波数検出部６Ｂはハウリング成分情報をハウリングキャンセラ１０（後述の打ち消し信号生成部１１）に出力する。

ハウリングキャンセラ１０は、打ち消し信号生成部１１及び加算部１２を備える。打ち消し信号生成部１１は、ハウリング成分情報がハウリング周波数検出部６Ｂから入力される。打ち消し信号生成部１１は、このハウリング成分情報に基づいてハウリング成分信号の打ち消し信号を生成する。この打ち消し信号は、ハウリング成分情報の示すハウリング周波数と同じ周波数および同じ信号レベルであるとともに、ハウリング成分情報の示す位相から例えば１／２周期分、位相が遅れた正弦波を示す信号である。打ち消し信号生成部１１は、生成した打ち消し信号に対応するハウリング生成信号成分が加算部１２に入力されるのと同期させて、打ち消し信号を加算部１２に入力する。

加算部１２は、マイクロフォン２からの入力音声信号が入力されるとともに、打ち消し信号が打ち消し信号生成部１１から入力される。加算部１２は、マイクロフォン２からの入力音声信号に打ち消し信号を加算する。これによって、マイクロフォン２からの入力音声信号に含まれるハウリング成分信号が打ち消し信号によって相殺されて、マイクロフォン２からの入力音声信号から除去される。

上記構成によって、ハウリング周波数検出部６Ｂによって、ハウリング成分がマイクロフォン入力信号に含まれると検出された場合に、打ち消し信号が生成され、マイクロフォン２からの入力音声信号に加算されることで、ハウリング成分信号が打ち消し信号によって相殺される。これによって、拡声目的となる音声成分までをも除去することによる拡声目的となる音声の劣化を防止しながらも、マイクロフォン入力信号からハウリング成分を好適に除去することができる。また、第３の実施形態では、打ち消し信号を生成して、マイクロフォン２からの入力音声信号に加算することで、ハウリング成分が除去されるため、第１及び第２の実施形態のような適応型のハウリングキャンセラ７と比較して、迅速にハウリング成分を除去することができる。

なお、本発明の実施形態は以下の変形例を採用することができる。

（１）第１及び第３の実施形態において、拡声装置１は、マイクロフォン２及びスピーカ３を外付けで取り付け可能に構成されているが、これに限定されず一体的に備える構成であってもよい。

（２）また、第１の実施形態では、バンドパスフィルタ７１によって音声信号ｘ（ｋ）から検出された周波数帯域の信号を抽出して音声信号ｘ´（ｋ）として遅延部７２に入力する構成であるがこの構成に限定されない。例えば、バンドパスフィルタ７１を減算部７４から適応フィルタ７３までの残差信号ｅ（ｋ）の経路に配置する構成等であってもよい。この構成では、適応フィルタ７３に音声信号ｘ（ｋ−τ）が入力される。そして、検出された周波数帯域の信号が残差信号ｅ（ｋ）から抽出されて、参照信号として適応フィルタ７３に入力される。適応フィルタ７３では、音声信号ｘ（ｋ−τ）と参照信号とに基づいてフィルタ係数が算出される。かかる構成によっても、適応フィルタ７３を検出された周波数帯域の範囲で伝達関数ｈに同定させるという第１の実施形態の目的を達成することができる。また、適応フィルタ７３に音声信号ｘ´（ｋ−τ）を入力する第１の実施形態の方法と、残差信号ｅ（ｋ）から検出された周波数帯域の信号を抽出して適応フィルタ７３に入力する上述の方法とを併用する構成によっても、上記第１の実施形態の目的を達成することができる。

（３）また、第１の実施形態では、適応フィルタ７３は時間領域で適応アルゴリズムを実行できるだけのものであるが、これに代えて周波数領域型の適応フィルタを用いてもよい。周波数領域型の適応フィルタでは、ハウリング周波数検出部６によって周波数分析された各周波数帯域毎に適応アルゴリズムを実行できるようになっている。そして、ハウリング周波数検出部６によって検出された周波数帯域が周波数領域型の適応フィルタに通知され、この通知された周波数帯域でのみフィルタ係数の更新が行われ、その他の周波数帯域ではフィルタ係数の更新を行われない。通知された周波数帯域でのみフィルタ係数の更新を行う具体的な方法としては、例えば、検出された周波数帯域以外でのステップサイズの値を０に設定する。ここで、フィルタ係数は（修正量×ステップサイズの値）＋（忘却係数×更新前のフィルタ係数）によって求められるため、ステップサイズの値が０にされることで、フィルタ係数の算出が行われなくなる。これによって、フィルタ係数の算出のための演算量を減らすことができ、より簡易な処理を用いて検出された周波数帯域の範囲で伝達関数ｈに適応フィルタを同定させることができる。

第１の実施形態にかかる拡声装置の概略構成を示すブロック図である。 第３の実施形態にかかる拡声装置の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ−拡声装置 ２−マイクロフォン ３−スピーカ ５−パワーアンプ ６，６Ｂ−ハウリング周波数検出部 ７，１０−ハウリングキャンセラ ７１−バンドパスフィルタ ７３−適応フィルタ ７４−減算部 １１−打ち消し信号生成部 １２−加算部 １００−帰還伝達系

Claims (4)

1. スピーカとマイクロフォンを接続し、
   前記マイクロフォンから入力された入力音声信号を拡声して前記スピーカに供給する拡声部と、
   前記スピーカから前記マイクロフォンに帰還する帰還音を模擬する模擬信号を生成する模擬信号生成部と、
   前記模擬信号生成部で生成された前記模擬信号を前記マイクロフォンからの入力音声信号から減算した残差信号を生成し、前記拡声部に対して出力する減算部と、を備えた拡声装置であって、
   前記マイクロフォンからの入力音声信号に含まれるハウリング音声の成分の周波数を検出するハウリング周波数検出部と、
   前記ハウリング周波数検出部がハウリング音声の成分の周波数を検出した場合に、検出された周波数を含むこの周波数近傍の周波数帯域のみで帰還音を模擬する模擬信号を生成し、該ハウリング周波数検出部がハウリング音声の成分の周波数を検出しない場合に、前記模擬信号を生成しないように制限する制限部と、
   を備えることを特徴とする拡声装置。
2. 前記模擬信号生成部は、周波数領域のフィルタ処理で模擬して前記模擬信号を生成し、
   前記制限部は、前記ハウリング周波数検出部がハウリング音声の成分の周波数を検出した場合に、検出された周波数を含むこの周波数近傍の周波数帯域以外でフィルタ更新を行わないように制限することを特徴とする請求項１に記載の拡声装置。
3. スピーカとマイクロフォンを接続し、
   前記マイクロフォンから入力された入力音声信号を拡声して前記スピーカに供給する拡声部と、
   前記スピーカから前記マイクロフォンに帰還する帰還音を模擬する模擬信号を生成する模擬信号生成部と、
   前記模擬信号生成部で生成された前記模擬信号を前記マイクロフォンからの入力音声信号から減算した残差信号を生成し、前記拡声部に対して出力する減算部と、を備えた拡声装置であって、
   前記マイクロフォンからの入力音声信号に含まれるハウリング音声の成分の周波数を検出するハウリング周波数検出部と、
   前記ハウリング周波数検出部がハウリング音声の成分の周波数を検出した場合に、前記模擬信号のうち、検出された周波数を含むこの周波数近傍の周波数帯域の成分のみを前記減算部によって減算し、該ハウリング周波数検出部がハウリング音声の成分の周波数を検出しない場合に、該減算部によって何も減算しないように制限する制限部と、
   を備えることを特徴とする拡声装置。
4. 前記ハウリング周波数検出部は、前記入力音声信号のピーク値が、各周波数スペクトルの平均値より閾値を超えて大きい場合に、該ピーク値に対応する周波数にてハウリングが発生していると検出することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の拡声装置。

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