JP4630956B2 - ハウリング周波数成分強調方法およびその装置、ハウリング検出方法およびその装置、ハウリング抑圧方法およびその装置、ピーク周波数成分強調方法およびその装置 - Google Patents
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Description
ハウリングの原因となる伝達関数の極のARS表現を、等比級数となる伝達関数の例
上記の例では、ARSを原理的に説明するために、観測信号を矩形窓関数で切り取った後にそのz変換を累積(累算)する方式を記述した。しかし、累積方法はこれに限るものではなく、矩形窓関数に代えて、従来から信号分析に用いられているハニング、ハミングを含む任意の窓関数を用いた分析結果を、上記の累積原理に従って累積することができる。また、極をさらに強調するために、観測信号に任意の信号分析窓関数をかけて分析することもできる。各種信号分析窓関数の中でも特に逆指数窓関数を用いると、伝達系の特性をより強調することができる。また、この信号分析窓関数のひとつとして、観測信号自身を用いることもできる。
この発明の実施の形態を以下説明する。図1は、この発明のハウリング抑圧装置の実施の形態を示す。マイクロフォン(以下「マイク」)10とラウドスピーカ(以下「スピーカ」)12は、ホール等の同一空間内に配置されている。マイク10は拡声音源(楽器、歌唱者、話者等)14から発生する音声を収音する。マイク10で収音された音声は、適応帯域フィルタ16に入力される。適応帯域フィルタ16は中心周波数が連続可変のノッチフィルタ等で構成され、マイク収音信号に含まれるハウリング周波数成分を抑圧する(減衰あるいは除去する)。ハウリング周波数成分が抑圧されたマイク収音信号は、増幅器18で増幅されて、スピーカ12で拡声される。スピーカ12で拡声された音声の一部は、マイク10に帰還されて再び収音される。
Xim(m,k):X(m,k)の虚数部データ
j:虚数単位
ARS[n,k]=0 n<0
すなわち、入力データが無い状態ではARSの値は0である(0にクリアされる)。また、
w(m,n)=(n−m+1)
である。これは、前述した三角窓関数を意味する。
ARS[n,k]=0 n<0
すなわち、入力データが無い状態ではARSの値は0である(0にクリアされる)。周波数振幅特性算出手段42は、さらに、(8)式によりARSの絶対値を求める。このARSの絶対値がハウリング周波数成分強調手段20の出力信号となる。
n mod K=0
すなわちサンプル数nを、予め設定された値K(Kは、フレームバッファ30の全サンプル数Nの約数)で割った余りが0となるごとに(つまり、サンプル数nが設定値Kの倍数となるごとに)、周波数振幅特性算出手段42は累算された実数部データと虚数部データとに基づき、前記(8)式により、累算値の周波数振幅特性の絶対値|ARS(n,k)|を求める(S13、P13)。求められた周波数振幅特性は表示手段22に表示される(S14)。また、ハウリング検出のためにハウリング検出手段24(図1)に送出される(S15)。そして、サンプル数nがフレームバッファ30の全サンプル数Nに達すると(S16)、初期状態にリセットされ(S1〜S3)、次のフレームの最初のサンプルデータから、以上の処理が繰り返される。
図1のハウリング周波数成分強調手段20の他の構成例を図9に示す。入力信号(マイク収音信号)は、A/D変換器44において、所定のサンプリング周波数でディジタルデータに変換される。A/D変換器44から出力されるサンプルデータは、フレームバッファ46(メモリ)に順次格納される。フレームバッファ46は観測区間を構成する1フレーム(Nサンプル)分のサンプルデータを格納する領域を有している。フレームバッファ46は、リセットされた当初は全格納領域にデータ値0が埋め込まれ、その後入力されるサンプルデータによって該当する領域が順次書き換えられる。フレームバッファ46からは、サンプリング周期毎に、すでにサンプルが格納された領域からは該格納されたサンプルデータが読み出され、未だサンプルが格納されていない領域からはデータ値0が読み出される。そして、フレームバッファ46は1フレーム(Nサンプル)毎にリセットされ、以後、以上の格納動作を繰り返す。
図1のハウリング周波数成分強調手段20のさらに別の構成例を図10に示す。入力信号(マイク収音信号)は、A/D変換器54において、所定のサンプリング周波数でディジタルデータに変換される。A/D変換器54から出力されるサンプルデータは、フレームバッファ56(メモリ)に順次格納される。フレームバッファ56は観測区間を構成する1フレーム(Nサンプル)分のサンプルデータを格納する領域を有している。フレームバッファ56は、リセットされた当初は全格納領域にデータ値0が埋め込まれ、その後入力されるサンプルデータによって該当する領域が順次書き換えられる。
最初のサンプルデータにK
2番目のサンプルデータにK−1
3番目のサンプルデータにK−2
:
K番目のサンプルに1
の各重みを付与する。また、サンプル数nが2回目に設定値Kに達したとき(総サンプル数2K)には、
最初のサンプルデータに2K
2番目のサンプルデータに2K−1
3番目のサンプルデータに2K−2
:
K番目のサンプルデータにK+1
K+1番目のサンプルデータにK
:
2K番目のサンプルデータに1
の各重み付けをする。
前記実施の形態では、マイク10の収音信号に基づいて、ハウリング周波数成分を強調しハウリング検出を行うようにしたが、マイク10→スピーカ12→マイク10で構成される音響帰還系のいずれの箇所からの信号に基づいても、ハウリング周波数成分を強調してハウリング検出を行うことができる。
前記実施の形態では、音響帰還系が構成される拡声システムにおけるハウリング周波数の強調および検出にこの発明のピーク周波数成分強調手法を用いた場合について示した。この場合、拡声音源14(図1)のピーク周波数に比べて、スピーカ・マイク間の伝達関数に起因するピーク周波数(ハウリング周波数成分)の成長の方がはるかに速いため、音源信号自身のピークかハウリング周波数のピークかを識別することができた。また、この発明のピーク周波数成分強調手法は、音響帰還系を構成しない場合の一般的な音声信号の分析(話者認識、音声認識、音響特性分析等)にも適用することができる。この発明をこれらの用途に適用した場合の実施の形態を図11を参照して説明する。
Claims (24)
- 空間内にマイクとスピーカを配置し、該マイクで収音した音声を該スピーカで拡声し、該スピーカで拡声された音が再び該マイクで収音されて音響帰還系を構成する拡声システムにおいて、前記マイクから前記スピーカを経て前記マイクに至る前記音響帰還系のいずれかの箇所で観測される音声信号について、該音声信号を所定のサンプリング周波数でディジタルデータに変換した信号である音声信号サンプルを得、該音声信号サンプルの所定サンプリング周期分の時間である所定長の観測区間で1または複数の新たな音声信号サンプルが得られる毎に、該観測区間の音声信号サンプルを時間軸/周波数軸変換して該観測区間全体の周波数特性を算出し、該算出された周波数特性を周波数軸を合わせて累算し、もってハウリング周波数成分を強調した周波数特性を得るハウリング周波数成分強調方法。
- 前記算出された周波数特性を実数部と虚数部に分け、前記累算を実数部と虚数部とで個別に行い、実数部の累算値と虚数部の累算値を合成して、周波数特性の累算値を得る請求項1記載のハウリング周波数成分強調方法。
- 空間内にマイクとスピーカを配置し、該マイクで収音した音声を該スピーカで拡声し、該スピーカで拡声された音が再び該マイクで収音されて音響帰還系を構成する拡声システムにおいて、前記マイクから前記スピーカを経て前記マイクに至る前記音響帰還系のいずれかの箇所で観測される音声信号について、該音声信号を所定のサンプリング周波数でディジタルデータに変換した信号である音声信号サンプルを得、該音声信号サンプルの所定サンプリング周期分の時間である所定長の観測区間で1または複数の新たな音声信号サンプルが得られる毎に該観測区間の音声信号サンプルを時間軸を合わせて累算し、該観測区間の音声信号サンプルの該累算値を時間軸/周波数軸変換して該累算値の周波数特性を算出し、もってハウリング周波数成分を強調した周波数特性を得るハウリング周波数成分強調方法。
- 空間内にマイクとスピーカを配置し、該マイクで収音した音声を該スピーカで拡声し、該スピーカで拡声された音が再び該マイクで収音されて音響帰還系を構成する拡声システムにおいて、前記マイクから前記スピーカを経て前記マイクに至る前記音響帰還系のいずれかの箇所で観測される音声信号について、該音声信号を所定のサンプリング周波数でディジタルデータに変換した信号である音声信号サンプルを得、該音声信号サンプルの所定サンプリング周期分の時間である所定長の観測区間について、三角窓関数により、古い音声信号サンプルに相対的に大きい重みを付与し、新しい音声信号サンプルに相対的に小さい重みを付与して、該重み付けされた該観測区間の音声信号サンプルを時間軸/周波数軸変換して該観測区間全体の周波数特性を算出し、もってハウリング周波数成分を強調した周波数特性を得るハウリング周波数成分強調方法。
- 音響帰還系で観測される音声信号について、所定長の観測区間について、前記周波数特性を算出する前に信号分析窓関数により音声信号サンプルに適宜の重みを付与して、該重み付けされた該観測区間の音声信号サンプルについて該観測区間全体の周波数特性を算出する請求項1から4のいずれかに記載のハウリング周波数成分強調方法。
- 前記信号分析窓関数が逆指数窓関数である請求項5記載のハウリング周波数成分強調方法。
- 前記信号分析窓関数として、前記観測される音声信号と同じ信号を用いることを特徴とする請求項5記載のハウリング周波数成分強調方法。
- 請求項1から7のいずれかの方法でハウリング周波数成分を強調した周波数特性に基づきハウリングを検出するハウリング検出方法。
- 請求項8の方法によるハウリング検出に基づき、前記マイクから前記スピーカに至る信号路において、該信号路に供給される信号の該ハウリングを生じた周波数のゲインを低下させることにより前記音響帰還系でのハウリングを抑圧するハウリング抑圧方法。
- 空間内にマイクとスピーカを配置し、該マイクで収音した音声を該スピーカで拡声し、該スピーカで拡声された音が再び該マイクで収音されて音響帰還系を構成する拡声システムにおいて、前記マイクから前記スピーカを経て前記マイクに至る前記音響帰還系のいずれかの箇所で観測される音声信号について、該音声信号を所定のサンプリング周波数でディジタルデータに変換した信号である音声信号サンプルを順次入力し、該音声信号サンプルの所定サンプリング周期分の時間である所定長の観測区間で入力される該音声信号サンプルを順次格納するサンプル格納手段と、
該サンプル格納手段に1または複数の新たな音声信号サンプルが格納される毎に、該サンプル格納手段の格納データを時間軸/周波数軸変換して前記観測区間全体の周波数特性を算出する第1の周波数特性算出手段と、
該算出された周波数特性の実数部を周波数軸を合わせて累算する実数部累算手段と、
該算出された周波数特性の虚数部を周波数軸を合わせて累算する虚数部累算手段と、
該累算で求められた実数部累算値と虚数部累算値を合成して周波数特性を算出し、もってハウリング周波数成分を強調した周波数特性データを出力する第2の周波数特性算出手段と
を具備してなるハウリング周波数成分強調装置。 - 空間内にマイクとスピーカを配置し、該マイクで収音した音声を該スピーカで拡声し、該スピーカで拡声された音が再び該マイクで収音されて音響帰還系を構成する拡声システムにおいて、前記マイクから前記スピーカを経て前記マイクに至る前記音響帰還系のいずれかの箇所で観測される音声信号について、該音声信号を所定のサンプリング周波数でディジタルデータに変換した信号である音声信号サンプルを順次入力し、該音声信号サンプルの所定サンプリング周期分の時間である所定長の観測区間で入力される該音声信号サンプルを順次格納するサンプル格納手段と、
該サンプル格納手段に1または複数の新たな音声信号サンプルが格納される毎に、該サンプル格納手段に格納されている音声信号サンプルの同一時刻のサンプルデータどうしを累算するサンプルデータ累算手段と、
該累算されたサンプルデータを時間軸/周波数軸変換して前記観測区間全体の周波数特性を算出し、もってハウリング周波数成分を強調した周波数特性データを出力する周波数特性算出手段と
を具備してなるハウリング周波数成分強調装置。 - 前記サンプル格納手段は前記観測区間の全音声信号サンプルを格納するごとにリセットされる請求項10または11に記載のハウリング周波数成分強調装置。
- 空間内にマイクとスピーカを配置し、該マイクで収音した音声を該スピーカで拡声し、該スピーカで拡声された音が再び該マイクで収音されて音響帰還系を構成する拡声システムにおいて、前記マイクから前記スピーカを経て前記マイクに至る前記音響帰還系のいずれかの箇所で観測される音声信号について、該音声信号を所定のサンプリング周波数でディジタルデータに変換した信号である音声信号サンプルを順次入力し、該音声信号サンプルの所定サンプリング周期分の時間である所定長の観測区間で入力される該音声信号サンプルを順次格納するサンプル格納手段と、
該サンプル格納手段に格納された音声信号サンプルについて、三角窓関数により、古いサンプルに相対的に大きい重みを付与し、新しいサンプルに相対的に小さい重みを付与する重み付け手段と、
該重み付けされたサンプルデータを時間軸/周波数軸変換して前記観測区間全体の周波数特性を算出し、もってハウリング周波数成分を強調した周波数特性データを出力する周波数特性算出手段と
を具備してなるハウリング周波数成分強調装置。 - 前記観測区間の全サンプル数の約数に相当する所定のサンプリング周期ごとに前記ハウリング周波数成分を強調した周波数特性データを出力する請求項10から13のいずれか1つに記載のハウリング周波数成分強調装置。
- 請求項10から14のいずれかに記載のハウリング周波数成分強調装置と、
該ハウリング周波数成分強調装置で得られるハウリング周波数成分を強調した周波数特性データに基づきハウリングを検出するハウリング検出手段と
を具備してなるハウリング検出装置。 - 請求項15記載のハウリング検出装置と、
前記マイクから前記スピーカに至る信号路に配置され、該ハウリング検出装置によるハウリング検出に基づき、該信号路に供給される信号の該ハウリングを生じた周波数のゲインを低下させるフィルタ手段と
を具備してなるハウリング抑圧装置。 - 外部から入力される音声信号について、該音声信号を所定のサンプリング周波数でディジタルデータに変換した信号である音声信号サンプルを順次入力し、
該音声信号サンプルの所定サンプリング周期分の時間である所定長の観測区間で1または複数の新たな音声信号サンプルが入力される毎に、該観測区間の音声信号サンプルを時間軸/周波数軸変換して該観測区間全体の周波数特性を算出し、該算出された周波数特性を周波数軸を合わせて累算し、もって前記入力音声信号の振幅値が最大となる周波数成分であるピーク周波数成分を強調した周波数特性を得るピーク周波数成分強調方法。 - 外部から入力される音声信号について、該音声信号を所定のサンプリング周波数でディジタルデータに変換した信号である音声信号サンプルを順次入力し、
該音声信号サンプルの所定サンプリング周期分の時間である所定長の観測区間で1または複数の新たな音声信号サンプルが入力される毎に該観測区間の音声信号サンプルを時間軸を合わせて累算し、該観測区間の音声信号サンプルの該累算値を時間軸/周波数軸変換して該累算値の周波数特性を算出し、もって前記入力音声信号の振幅値が最大となる周波数成分であるピーク周波数成分を強調した周波数特性を得るピーク周波数成分強調方法。 - 外部から入力される音声信号について、該音声信号を所定のサンプリング周波数でディジタルデータに変換した信号である音声信号サンプルを順次入力し、
該音声信号サンプルの所定サンプリング周期分の時間である所定長の観測区間について、三角窓関数により、古い音声信号サンプルに相対的に大きい重みを付与し、新しい音声信号サンプルに相対的に小さい重みを付与して、該重み付けされた該観測区間の音声信号サンプルを時間軸/周波数軸変換して該観測区間全体の周波数特性を算出し、もって前記入力音声信号の振幅値が最大となる周波数成分であるピーク周波数成分を強調した周波数特性を得るピーク周波数成分強調方法。 - 外部から入力される音声信号について、該音声信号を所定のサンプリング周波数でディジタルデータに変換した信号である音声信号サンプルを順次入力し、該音声信号サンプルの所定サンプリング周期分の時間である所定長の観測区間で入力される該音声信号サンプルを順次格納するサンプル格納手段と、
該サンプル格納手段に1または複数の新たな音声信号サンプルが格納される毎に、該サンプル格納手段の格納データを時間軸/周波数軸変換して前記観測区間全体の周波数特性を算出する第1の周波数特性算出手段と、
該算出された周波数特性の実数部を周波数軸を合わせて累算する実数部累算手段と、
該算出された周波数特性の虚数部を周波数軸を合わせて累算する虚数部累算手段と、
該累算で求められた実数部累算値と虚数部累算値を合成して周波数特性を算出し、もって前記入力音声信号の振幅値が最大となる周波数成分であるピーク周波数成分を強調した周波数特性データを出力する第2の周波数特性算出手段と
を具備してなるピーク周波数成分強調装置。 - 外部から入力される音声信号について、該音声信号を所定のサンプリング周波数でディジタルデータに変換した信号である音声信号サンプルを順次入力し、該音声信号サンプルの所定サンプリング周期分の時間である所定長の観測区間で入力される該音声信号サンプルを順次格納するサンプル格納手段と、
該サンプル格納手段に1または複数の新たな音声信号サンプルが格納される毎に、該サンプル格納手段に格納されている音声信号サンプルの同一時刻のサンプルデータどうしを累算するサンプルデータ累算手段と、
該累算されたサンプルデータを時間軸/周波数軸変換して前記観測区間全体の周波数特性を算出し、もって前記入力音声信号の振幅値が最大となる周波数成分であるピーク周波数成分を強調した周波数特性データを出力する周波数特性算出手段と
を具備してなるピーク周波数成分強調装置。 - 前記サンプル格納手段は前記観測区間の全音声信号サンプルを格納するごとにリセットされる請求項20または21に記載のピーク周波数成分強調装置。
- 外部から入力される音声信号について、該音声信号を所定のサンプリング周波数でディジタルデータに変換した信号である音声信号サンプルを順次入力し、該音声信号サンプルの所定サンプリング周期分の時間である所定長の観測区間で入力される該音声信号サンプルを順次格納するサンプル格納手段と、
該サンプル格納手段に格納された音声信号サンプルについて、三角窓関数により、古いサンプルに相対的に大きい重みを付与し、新しいサンプルに相対的に小さい重みを付与する重み付け手段と、
該重み付けされたサンプルデータを時間軸/周波数軸変換して前記観測区間全体の周波数特性を算出し、もって前記入力音声信号の振幅値が最大となる周波数成分であるピーク周波数成分を強調した周波数特性データを出力する周波数特性算出手段と
を具備してなるピーク周波数成分強調装置。 - 前記観測区間の全サンプル数の約数に相当する所定のサンプリング周期ごとに前記ピーク周波数成分を強調した周波数特性データを出力する請求項20から22のいずれか1つに記載のピーク周波数成分強調装置。
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