JP4562573B2 - ハウリング防止装置 - Google Patents

Description

本発明は、音響装置におけるハウリング防止装置に関し、特に、ハウリングを有効に防止できると共に、スピーカから出力される音声信号の音質に与える悪影響を抑制できるハウリング防止装置に関する。

マイクロホンから入力された音声信号を増幅し、スピーカから出力する音響装置がある。そのような音響装置において、マイクロホンをスピーカに近づけたり、スピーカからの出力レベルを上げた場合に、ハウリングと呼ばれる現象が発生することがある。このようなハウリングの発生は、音場と音響装置とからなる系にフィードバックループが形成され、スピーカから出力された音がフィードバックとして繰り返しマイクロホンに入力されて増幅されたことによって発振状態となったことに起因する。

従来より、そのようなハウリングの発生を防止するための提案が多くなされている。例えば、特許第３２２７０６８号公報（特許文献１）には、入力信号（音声信号）の周波数特性を分析し、ハウリングの蓋然性の高い周波数帯域の信号レベルをノッチフィルタで低下させると共に、周波数成分の分析処理が不要になった場合に、その入力信号をＦＭ変調することによってハウリングの発生を防止するハウリング防止装置が開示されている。
特許第３２２７０６８号公報

上記のように、特許文献１に記載されるハウリング防止装置で用いられる手法は、フィードバックの発生の蓋然性が高い又はフィードバックの発生した周波数帯域に対してノッチフィルタをかけるという簡便な処理に基づいて、フィードバック発生の抑制（以下、これを「フィードバックキャンセル」と称する）を図り、その結果として、ハウリングを防止するものである。

しかしながら、特許文献１に記載されるハウリング防止装置の問題点は、マイクロホンに音声や楽音に基づく音声信号が入力された場合も、そうでない場合も同じ手法によって処理がなされることに起因して生じる。即ち、スピーカとマイクロホンとを同時に使用する系では、音声や楽音などの音声信号と共にフィードバックによる信号がマイクロホンへ入力される場合（以下、音声や楽音などの音声信号を含む状態を「有音状態」と称する）と、音声や楽音などの音声信号がない状態（以下、これを「無音状態」と称する）においてフィードバックによる信号のみがマイクロホンへ入力される場合とがあるにもかかわらず、特許文献１に記載されるハウリング防止装置は同じ手法をとるために、後述するような問題点が生じる。

その問題点とは、特許文献１に記載されるハウリング防止装置で用いられる手法によれば、無音状態に対しては優れた効果を発揮するが、その一方で、音声や楽音などの音声信号の入力があった場合にこの手法を用いると、周波数特性に変更を加えるために、スピーカから出力される音声信号の音色が変化し、聴感上の違和感を引き起こすという点である。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、ハウリングを有効に防止できると共に、スピーカから出力される音声信号の音質に与える悪影響を抑制できるハウリング防止装置を提供することを目的としている。

この目的を達成するために、請求項１記載のハウリング防止装置は、ハウリングの発生を防止するものであって、音声信号を入力する入力手段と、前記入力手段に入力された音声信号におけるハウリングの蓋然性の高い周波数を検出する周波数特性検出手段と、前記入力手段に入力された音声信号における、前記周波数特性検出手段により検出されたハウリングの蓋然性の高い周波数のレベルを低下させて出力するフィルタ手段と、そのフィルタ手段により出力された、前記ハウリングの蓋然性の高い周波数のレベルを低下させた音声信号のレベルを検出するレベル検出手段と、音声信号の出力レベルを、前記レベル検出手段により検出されたレベルに応じて低下させるレベル設定手段と、前記入力手段に入力されて前記フィルタ手段を介さずに供給された音声信号を、前記レベル設定手段により低下された出力レベルで出力する出力手段とを備えている。

請求項２記載のハウリング防止装置は、請求項１記載のハウリング防止装置において、前記レベル設定手段は、前記レベル検出手段により検出された前記音声信号のレベルが所定値以下又は所定値未満であるかを判定するレベル判定手段を備え、前記レベル設定手段は、前記レベル判定手段により、前記レベルが所定値以下又は所定値未満であると判定された場合に、前記入力手段から入力されて前記フィルタ手段を介さずに供給された音声信号のレベルを低下させる。

請求項３記載のハウリング防止装置は、請求項１又は２に記載のハウリング防止装置において、前記レベル設定手段は、前記入力手段から入力されて前記フィルタ手段を介さずに供給された音声信号のレベルをゼロとするものである。

請求項４記載のハウリング防止装置は、請求項２又は３に記載のハウリング防止装置において、前記レベル設定手段は、前記レベル判定手段により、前記レベルが前記所定値を越える又は前記所定値以上であると判定された場合には、前記入力手段に入力された音声信号を前記フィルタ手段を介さずに供給された音声信号のレベルを、前記出力手段から出力する音声信号のレベルとして設定する。

請求項１記載のハウリング防止装置によれば、入力手段に音声信号が入力されると、その入力された音声信号におけるハウリングの蓋然性の高い周波数が周波数特性検出手段により検出されて、該入力手段に入力された音声信号における、周波数特性検出手段により検出されたハウリングの蓋然性の高い周波数のレベルがフィルタ手段により低下される。次いで、そのように該フィルタ手段によって出力された音声信号のレベルがレベル検出手段により検出される。そして、そのレベル検出手段により検出されたレベルに応じて、音声信号の出力レベルが、レベル設定手段によって低下される。そして、入力手段に入力されてフィルタ手段を介さずに供給された音声信号が、出力手段により、レベル設定手段により低下された出力レベルで出力される。なお、請求項１における「音声信号」は、有音状態下における音声信号及び無音状態におけるフィードバックによる信号のいずれも含むことを意図している。

よって、レベル検出手段により検出されるレベルはフィルタ手段からの出力レベルであるので、入力手段から入力された音声信号のうちハウリングのない成分のレベルが検出されることになる。従って、レベル検出手段により検出されるレベルを参照することにより、入力手段から入力された音声信号が有音状態下のものであるか、無音状態下のものであるかを確実に区別して判断することができるという効果がある。その結果、入力手段から入力された音声信号が無音状態下のものであると判断された場合に、その出力レベルを下げることにより、ハウリングを有効に防止することができるという効果がある。

請求項２記載のハウリング防止装置によれば、請求項１記載のハウリング防止装置の奏する効果に加えて、レベル検出手段により検出された音声信号のレベルが所定値以下又は所定値未満であるかが、レベル判定手段により判定され、その結果、該音声信号のレベルが所定値以下又は所定値未満であれば、レベル設定手段により、入力手段から入力された音声信号は、そのレベルが下げられて出力手段から出力される。

よって、フィルタ手段から出力された音声信号のレベルが、所定値以下又は所定値未満であった場合に、入力手段から入力された音声信号が、そのレベルを下げられた上で出力手段から出力されるので、フィードバックキャンセルを無音状態の場合にのみ実行することができるという効果がある。その結果、ハウリングを有効に防止することができるという効果がある。

請求項３記載のハウリング防止装置によれば、請求項１又は２記載のハウリング防止装置の奏する効果に加えて、レベル設定手段により入力手段手段から入力された音声信号のレベルを下げる際には、そのレベルがゼロとされる。

よって、フィルタ手段から出力された音声信号のレベルが、所定値以下又は所定値未満であった場合に、入力手段から入力された音声信号のレベルがゼロとされる。即ち、その場合には、入力手段から入力された音声信号は出力されないように制御される。従って、無音状態に対してのみ有効なフィードバックキャンセルを実行することができるという効果がある。その結果、ハウリングを有効に防止することができるという効果がある。

請求項４記載のハウリング防止装置によれば、請求項２又は３記載のハウリング防止装置の奏する効果に加えて、フィルタ手段から出力された音声信号のレベルが所定値を越える又は所定値以上であった場合に、入力手段から入力された音声信号がフィルタ手段を介することなく出力手段から出力される。よって、スピーカから出力される音声信号の音質に与える悪影響を抑制できるという効果がある。

以下、本発明の好ましい実施例について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例におけるハウリング防止装置１の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、ハウリング防止装置１は、ＣＰＵ１０と、ＲＯＭ１２と、ＲＡＭ１４と、ＤＳＰ１６と、これらの構成間を接続するバスライン２２と、入力を介してマイクロホン等の集音装置（非図示）から入力されたアナログの音声信号を、ＤＳＰ１６で処理するためにディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）１８と、ＤＳＰ１６において処理されたディジタル信号を、出力を介してスピーカー等の出力装置（非図示）から出力するためにアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ（Ｄ／Ａ）２０とが主に搭載されている。なお、「音声信号」には、有音状態下における音声信号及び無音状態下におけるフィードバックによる信号のいずれも含まれる。

ＣＰＵ１０は、ハウリング防止装置１全体を制御する中央演算処理装置であり、ＲＯＭ１２には、このＣＰＵ１０により実行される各種の制御プログラムや、その実行の際に参照される固定値データが格納されている。また、ＲＡＭ１４は、ＣＰＵ１０で実行される制御プログラムに必要な各種レジスタ群などが設定されたワーキングエリアや、処理中のデータを一時的に格納するテンポラリエリア等を有しランダムにアクセスできる書き換え可能なメモリである。

ＤＳＰ１６は、ディジタル信号の楽音データを処理するための演算装置（Digital Signal Processor）であり、Ａ／Ｄ１８から入力されるディジタル信号に対し、図４を参照して後述するアンチフィードバック処理などの各種処理を実行するものである。ＤＳＰ１６には、後述するアンチフィードバック処理（図４参照）を実行する制御プログラムを初めとする各種制御プログラムを記憶するプログラムデータメモリや、その制御プログラム実行時に必要となるワーキングレジスタやシフトレジスタ等が内蔵されている。

図２は、このＤＳＰ１６の機能ブロック図であり、この図２を参照して、本発明の要部について概念的に説明する。

図２に示すように、Ａ／Ｄ１８によりディジタル信号に変換された音声信号がＤＳＰ１６に入力されると、その音声信号は、周波数ピーク選出部１６０、ノッチフィルタ部１６２、及び入力遮断部１６８にそれぞれ供給される。

周波数ピーク選出部１６０は、サンプリング周期毎にＡ／Ｄ１８から受け取ったディジタル信号を複数の帯域に分割し、各帯域毎の信号レベルを検出した後、各帯域毎の信号レベルのピークを検出し、そのピーク値を保持すると共に、そのピーク値に基づいてハウリングの蓋然性を判定し、ハウリングの蓋然性の高い帯域の信号レベルを低下させるようにノッチフィルタ部１６２の動作条件を設定し、その動作条件の情報をノッチフィルタ部１６２へ供給する。

ノッチフィルタ部１６２は、複数のノッチフィルタから構成されている。このノッチフィルタ部１６２が周波数ピーク選出部１６０から動作条件の情報を受け取ると、その情報に基づいて全てのフィルタの動作条件が順次設定され、ノッチフィルタ部１６２全体としての帯域が設定される。こうして帯域が設定されたノッチフィルタ部１６２は、Ａ／Ｄ１８から受け取ったディジタル音声信号を濾波し、ハウリングの蓋然性の高い帯域の信号レベルを、設定されたレベルに低下させ、その信号をレベル検出部１６６へ供給する。

レベル検出部１６６は、ノッチフィルタ部１６２から受け取った信号のレベルを検出し、検出された信号レベルの絶対値をシフトレジスタ１６４へ格納すると共に、シフトレジスタ１６４に格納されている値を全て読み出し、その総和を入力遮断部１６８へ供給する。なお、シフトレジスタ１６４の構造については図３を参照して後述する。

入力遮断部１６８は、レベル検出部１６６から受け取った値に応じて、Ａ／Ｄ１８から受け取ったディジタル音声信号の出力レベルをＤ／Ａ２０に設定する。この場合、レベル検出部１６６から受け取った値が基準値より大きければ、Ａ／Ｄ１８から受け取ったディジタル音声信号の信号レベル（Ａ／Ｄ値）をＤ／Ａ２０に設定し、レベル検出部１６６から受け取った値が基準値以下であれば、０（ゼロ）をＤ／Ａ２０に設定する。

図３は、シフトレジスタ１６４の構造を示す模式図である。図３に示すように、シフトレジスタ１６４は、要素数Ｎ＋１の記憶段ｄ［０］，ｄ［１］，ｄ［２］，…，ｄ［Ｎ］により構成されるレジスタである。

このシフトレジスタ１６４は、レベル検出部１６６から値が供給される毎（本実施例では、サンプリング周期毎）に、各記憶段ｄ［０］，ｄ［１］，ｄ［２］，…，ｄ［Ｎ］に記憶されている値をそれぞれ１段ずつ後段の記憶段にシフトさせると共に、レベル検出部１６６から供給された値を第１段であるｄ［０］に格納する。

なお、このシフトレジスタ１６４は、ハウリング防止装置１への電源投入の際に初期化され、シフトレジスタ１６４を構成する全ての記憶段ｄ［０］〜ｄ［Ｎ］に初期値として「０」が格納される。

次に、図４を参照して、上記のように構成されたハウリング防止装置１において、ハウリングを防止するハウリング防止処理について説明する。図４は、ハウリング防止装置１のＤＳＰ１６において、４４．１ｋＨｚのサンプリング周期で繰り返し実行されるハウリング防止処理を示すフローチャートである。

図４に示すように、このハウリング防止処理では、まず、シフトレジスタ１６４の各記憶段を１段ずつ後段へシフトし（Ｓ４０１）、変数ａの値を、レベル検出部１６６において検出された値、即ち、ノッチフィルタ部１６２から受け取った信号のレベル値に設定する（Ｓ４０２）。

Ｓ４０２の処理後、変数ａの絶対値をシフトレジスタ１６４の第１段であるｄ［０］に格納する（Ｓ４０３）。即ち、このＳ４０３の処理により、ノッチフィルタ部１６２から受け取った信号のレベル値が、シフトレジスタ１６４のｄ［０］に格納される。

Ｓ４０３の処理後、変数Ｓの値を、シフトレジスタ１６４における全ての記憶段（ｄ［０］，ｄ［１］，ｄ［２］，…，ｄ［Ｎ］）の総和とし（Ｓ４０４）、この変数Ｓの値、即ち、シフトレジスタ１６４における全ての記憶段の総和が、基準値Ｋより大きいか（Ｓ＞Ｋであるか）を確認する（Ｓ４０５）。なお、この基準値Ｋは、無音状態であるか否かを判定するための閾値である。

Ｓ４０５の処理により確認した結果、Ｓ＞Ｋであれば（Ｓ４０５：Ｙｅｓ）、入力された音声信号は音声や楽音などの信号に基づくものであると判定され、Ａ／Ｄ１８から出力された音声信号のＡ／Ｄ値をＤ／Ａ２０に設定し（Ｓ４０６）、このハウリング防止処理を終了する。

よって、Ｓ４０５におけるＹｅｓの分岐処理とＳ４０７の処理により、入力された音声信号が音声や楽音などの信号に基づくものであると判定された場合には、入力された音声信号の信号レベルがそのままＤ／Ａ２０に設定され、入力された音声信号がそのまま出力されることになる。

一方で、Ｓ４０５の処理により確認した結果、変数Ｓの値が基準値Ｋ以下であれば（Ｓ４０５：Ｎｏ）、無音状態であると判定され、Ｄ／Ａ２０にゼロを設定し（Ｓ４０７）、このハウリング防止処理を終了する。

よって、Ｓ４０５におけるＮｏの分岐処理とＳ４０７の処理により、無音状態であると判定された場合には、Ｄ／Ａ２０にゼロが設定されるので、結果として、入力された音声信号は出力されないことになる。

従って、このハウリング防止処理によれば、無音状態の場合にのみフィードバックキャンセルがかけられ、そうでない場合には入力された音声信号が、ノッチフィルタ部１６２を介することなくそのまま出力されるので、音声や楽音などの信号の周波数特性が変更されることなく出力される。そのため、音質を損なうことなく音声や楽音などを出力することができるのである。

以上説明したように、本実施例のハウリング防止装置１によれば、ノッチフィルタ部１６２から出力された信号のレベルに応じて、Ｄ／Ａ２０から出力する際の音声信号の出力レベルが制御される。この制御において、ノッチフィルタ部１６２から出力された信号のレベルが基準値Ｋより小さい場合に、Ｄ／Ａ２０から出力する際の出力レベルを、対応するＡ／Ｄ値より低下させるので、無音状態の場合にのみフィードバックキャンセルを実行することができるのである。その結果、スピーカから出力される音声信号の音質に与える悪影響を抑制しつつ、ハウリングを有効に防止することができる。

なお、請求項１記載の入力手段としては、ハウリング防止処理によって処理させるためのディジタル信号をＤＳＰ１６へ入力する入力が該当し、請求項１記載の出力手段としては、ハウリング防止処理による処理結果であるディジタル信号をＤＳＰ１６から出力する出力が該当する。また、請求項１記載のレベル設定手段としては、ハウリング防止処理（図４）におけるＳ４０７の処理が該当する。

また、請求項２記載のレベル判定手段は、ハウリング防止処理（図４）におけるＳ４０５の処理が該当する。

以上、実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は上述した実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能であることは容易に推察できるものである。

例えば、上記実施例では、ハウリング防止処理（図４）において、値Ｓが基準値Ｋ以下であった場合に、Ｓ４０７では、Ｄ／Ａ２０にゼロを設定するように構成したが、Ａ／Ｄ１８から出力された音声信号のＡ／Ｄ値（信号レベル）をハウリングが生じない程度に低下させるように構成してもよい。

また、上記実施例では、Ｓ４０５におけるＹｅｓの分岐処理とＳ４０７の処理により、入力された音声信号が音声や楽音などの信号に基づくものであると判定された場合には、入力された音声信号が、ノッチフィルタ部１６２を介することなくそのまま出力されるように構成した。しかし、入力された音声信号が音声や楽音などの信号に基づくものであると判定された場合に、ノッチフィルタ部１６２を通過した音声信号を出力させるように構成してももちろんよい。ただし、ノッチフィルタ部１６２を通過した音声信号を出力させた場合には、周波数特性の変更に起因する音質の劣化が生じやすいので、上記実施例において説明した構成（ノッチフィルタ部１６２を介することなくそのまま出力する構成）の方がより好ましい。

また、上記実施例では、要素数Ｎの記憶段を有するシフトレジスタ１６４を用いるように構成したが、シフトレジスタ１６４の代わりに、ノッチフィルタ部１６２から受け取った信号のレベルの値を順次ＲＡＭ１４に格納するように構成してもよい。この場合、上記実施例におけるＳ４０４の処理においてシフトレジスタ１６４の記憶段ｄ［０］〜ｄ［Ｎ］に対応するＮ＋１個分の値に対する総和を求めるように構成すればよい。

本発明の一実施例におけるハウリング防止装置の構成を示すブロック図である。 ＤＳＰの機能ブロック図である。 シフトレジスタの構造を示す模式図である。 ＤＳＰ１６において実行されるハウリング防止処理を示すフローチャートである。

１ ハウリング防止装置
１６ ＤＳＰ
１６０ 周波数ピーク選出部（周波数特性検出手段）
１６２ ノッチフィルタ部（フィルタ手段）
１６６ レベル検出部（レベル検出手段）
１６８ 入力遮断部（レベル設定手段の一部）

Claims (4)

1. ハウリングの発生を防止するハウリング防止装置であって、
   音声信号を入力する入力手段と、
   前記入力手段に入力された音声信号におけるハウリングの蓋然性の高い周波数を検出する周波数特性検出手段と、
   前記入力手段に入力された音声信号における、前記周波数特性検出手段により検出されたハウリングの蓋然性の高い周波数のレベルを低下させて出力するフィルタ手段と、
   そのフィルタ手段により出力された、前記ハウリングの蓋然性の高い周波数のレベルを低下させた音声信号のレベルを検出するレベル検出手段と、
   音声信号の出力レベルを、前記レベル検出手段により検出されたレベルに応じて低下させるレベル設定手段と、
   前記入力手段に入力されて前記フィルタ手段を介さずに供給された音声信号を、前記レベル設定手段により低下された出力レベルで出力する出力手段とを備えていることを特徴とするハウリング防止装置。
2. 前記レベル設定手段は、前記レベル検出手段により検出された前記音声信号のレベルが所定値以下又は所定値未満であるかを判定するレベル判定手段を備え、
   前記レベル設定手段は、前記レベル判定手段により、前記レベルが所定値以下又は所定値未満であると判定された場合に、前記入力手段から入力されて前記フィルタ手段を介さずに供給された音声信号のレベルを低下させることを特徴とする請求項１記載のハウリング防止装置。
3. 前記レベル設定手段は、前記入力手段から入力されて前記フィルタ手段を介さずに供給された音声信号のレベルをゼロとすることを特徴とする請求項１又は２に記載のハウリング防止装置。
4. 前記レベル設定手段は、前記レベル判定手段により、前記レベルが前記所定値を越える又は前記所定値以上であると判定された場合には、前記入力手段に入力された音声信号を前記フィルタ手段を介さずに供給された音声信号のレベルを、前記出力手段から出力する音声信号のレベルとして設定することを特徴とする請求項２又は３に記載のハウリング防止装置。

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