JP5151943B2

JP5151943B2 - 音響装置

Info

Publication number: JP5151943B2
Application number: JP2008310401A
Authority: JP
Inventors: 貴也柿▲さき▼; 信弥櫻田; 卓朗曽根
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2028-12-05
Also published as: JP2010136125A

Description

この発明は、ハウリングを検出する音響装置に関する。

音響装置において、自装置のスピーカから放音した音声をマイクで収音することにより発生したハウリングを抑止する方法が各種提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載の音声信号増幅回路では、ハウリングを検出すると、ハウリングを除去するためのローパスフィルタを動作させて、音声信号増幅回路のゲインを下げる。音声信号増幅回路は、所定間隔毎に、ローパスフィルタの動作を停止させてハウリングを検出するか否かを調べる。音声信号増幅回路は、ハウリングを検出しなくなるまで、ゲインを段階的に下げる。そして、音声信号増幅回路では、ハウリングを検出しなくなったゲインに固定する。
特開平７−１５７８８号公報

特許文献１に記載された音声信号増幅回路のように一般的な音響装置は、常にハウリングの検出処理を行っているため、消費電力が大きくなる。特に、バッテリ駆動する音響装置では、消費電力が大きいと問題になる。そこで、消費電力を抑えながら、ハウリングを検出することができる音響装置を提供する。

この発明の音響装置は、ワイヤレスマイク、拡声器、ミキサ等に内蔵される。音響装置は、疑似ノイズを生成し、生成した疑似ノイズに基づいてループゲインを推定する。音響装置は、推定したループゲインに応じて、疑似ノイズの生成間隔を変更する。例えば、推定したループゲインが小さい場合は、ハウリングが発生しにくくなるため、疑似ノイズの生成間隔を広げ、推定したループゲインが大きい場合は、ハウリングが発生しやすくなるため、疑似ノイズの生成間隔を狭める。このように、音響装置は、推定したループゲインに応じて、ループゲインの推定間隔を変更する。

これにより、音響装置は、ループゲインの推定処理の間隔を変更することで、ループゲインの推定処理の回数を削減することができるため、消費電力を抑えながら、ループゲインの推定処理を行うことができる。

また、この発明の音響装置は、例えば、加速度センサを備え、自装置の移動（加速度や速度）を検出する構成としてもよい。音響装置は、自装置の移動を検出すると、疑似ノイズの生成間隔を狭める。

これにより、音響装置は、移動するとハウリングが発生しやすくなる恐れがあるため、自装置の移動を検出すると、ループゲインの推定間隔を速くすることで、急にループゲインが変わるような場合であっても、ループゲインを推定することができる。

更に、この発明の音響装置は、推定したループゲインが所定値より小さくなると、疑似ノイズの生成を停止させるとともに、ループゲインの推定処理を停止させる。また、音響装置は、自装置の移動を検出すると、疑似ノイズの生成を開始するとともに、ループゲインの推定処理を開始する構成としてもよい。

これにより、音響装置は、ハウリングが発生しない状態（ループゲインが閾値未満の状態）になると、疑似ノイズの生成処理とループゲインの推定処理を停止するため、消費電力を削減することができる。また、音響装置は、移動してハウリングが発生しやすくなる恐れがあると、ループゲインの推定処理を開始するため、ハウリングを検出することができる。

この発明の音響装置は、消費電力を抑えながら、ループゲインの推定処理を行うことができる。

この発明に係る音響装置１を含むマイクＭＩＣ、及びスピーカＳＰについて、図１，２を参照して説明する。まず、音響装置１の機能、構成について、図１を参照して説明する。図１は、音響装置の機能、構成を示すブロック図である。図１に示すように、マイクＭＩＣは、バッテリ駆動するワイヤレスマイクである。マイクＭＩＣは、加速度検出部１１、積分器１２、収音部１３、ＬＰＦ部１４、ゲイン調整部１５、信号生成部２１、ＨＰＦ部２２、重畳部２３、ＨＰＦ部２４、相関部２５、ゲイン推定部２６、及び制御部２７を備える。

加速度検出部１１は、所謂加速度センサであり、マイクＭＩＣの加速度を検出して積分器１２へ出力する。

積分器１２は、加速度検出部１１から入力された加速度を積分して、マイクＭＩＣの速度を算出する。積分器１２は、算出した速度を制御部２７へ出力する。なお、加速度検出部１１及び積分器１２は、本発明の移動検出手段に相当する。

収音部１３は、ユーザの発話音声を含む周囲の音声を収音して、音声信号を生成する。収音部１３は、生成した音声信号をＬＰＦ部１４、及びＨＰＦ部２４へ出力する。

ＬＰＦ部１４は、収音部１３から音声信号が入力されると、後述するＰＮ符号をループさせないように、所定の周波数帯域未満（例えば２０ｋＨｚ未満）の音声信号のみを通過させて、ゲイン調整部１５へ出力する。なお、ＬＰＦ部１４は必須の構成ではない。

ゲイン調整部１５は、後述する制御部２７からの指示に基づいて、ＬＰＦ部１４から入力された音声信号のゲインを調整する。ゲイン調整部１５は、ゲイン調整後の音声信号を重畳部２３へ出力する。

信号生成部２１は、後述する制御部２７からの指示に基づいて、定期的に疑似ノイズとして自己相関性の高いＰＮ符号（Ｍ系列）を生成する。信号生成部２１は、ＨＰＦ部２２、及び相関部２５へＰＮ符号を出力する。なお、Ｍ系列に限らず、Ｇｏｌｄ系列等、他の乱数を用いてもよい。特に、Ｇｏｌｄ系列のＰＮ符号を用いる場合、符号生成回路（シフトレジスタ）のタップ位置を切り替えることにより、多種類の符号系列を生成することが可能であるため、大規模なＰＡシステムにも対応することができる。また、ＰＮ符号の信号レベルは、聴感上違和感のない微弱なレベルとすればよいが、ＰＮ符号の相関のピーク（以下、相関ピークと称す。）を検出できる程度のレベルを確保する。

ＨＰＦ部２２は、信号生成部２１からＰＮ符号が入力されると、ユーザに聞こえ難い周波数帯域（例えば２０ｋＨｚ以上）のＰＮ符号のみを通過させて、重畳部２３へ出力する。なお、ＨＰＦ部２２は、本発明において必須の構成ではない。但し、ＨＰＦ部２２により、ＰＮ符号の高域以外の音がカットされるため、スピーカＳＰから放音されたとしても聴感上違和感がなくなる（ノイズが聞こえにくくなる）。

重畳部２３は、ゲイン調整部１５からの音声信号にＨＰＦ部２２からのＰＮ符号を重畳させて合成信号を生成し、該合成信号をスピーカＳＰへ出力する。なお、実際には、マイクＭＩＣとスピーカとの間にミキサやアンプ等が存在するが省略している。

スピーカＳＰは、重畳部２３から入力された合成信号に基づいて、音声を放音する。スピーカＳＰから放音された音声は、マイクＭＩＣの収音部１３により収音され、収音部１３、ＬＰＦ部１４、ゲイン調整部１５、重畳部２３、及びスピーカＳＰによる閉ループが形成される。

ＨＰＦ部２４は、収音部１３から音声信号が入力されると、ＰＮ符号が存在する周波数帯域（例えば、２０ｋＨｚ以上）の音声信号のみを通過させて相関部２５へ出力する。

相関部２５は、後述する制御部２７からの指示に基づいて、ＨＰＦ部２４から入力された音声信号（収音部１３にて収音した音声信号にＰＮ符号が含まれる）と、信号生成部２１から入力されたＰＮ符号と、の相関を求める。ＰＮ符号は、非常に高い自己相関性を有しているため、ＨＰＦ部２４から入力された音声信号に、同じＰＮ符号が含まれていると、定期的に急峻な相関ピーク（所定の閾値以上のレベルを有する相関ピーク）が現れる。相関部２５は、この相関ピークを算出した時の相関値をゲイン推定部２６へ出力する。

ゲイン推定部２６は、相関値に基づいてループゲインを推定し、推定したループゲインを制御部２７へ出力する。具体的なループゲインの推定方法について図２を参照して説明する。図２は、相関値の時間軸特性を模式化したものである。図２に示すように、ゲイン推定部２６は、ＰＮ符号を出力してから最初に検出した相関ピークの絶対値｜Ａ｜を取得する。最初の相関ピークが検出されるタイミング周辺の波形は、マイクＭＩＣに帰還した直接音（直接波）とみなすことができる。ゲイン推定部２６は、例えば、絶対値｜Ａ｜をループゲインと推定する。

また、ゲイン推定部２６は、最初の相関ピークから所定時間が経過するまでに（すなわち、信号生成部２１が次のＰＮ符号を出力するまでに）現れる相関ピークを取得する。ゲイン推定部２６は、取得した相関ピークの中で、所定レベルＬ以上の相関ピークの絶対値｜Ａ｜、絶対値｜Ｂ｜、及び絶対値｜Ｃ｜を選択する。スピーカＳＰからマイクＭＩＣまでの空間放音系統の遅延時間は、マイクＭＩＣからスピーカＳＰまでの信号処理系統の遅延時間よりも大きい。このため、最初の相関ピークから更に所定時間が経過するまでの波形は、壁などの反射波と判断することができる。ゲイン推定部２６は、直接波と反射波の相関ピークの絶対値を積分した結果｜Ａ｜＋｜Ｂ｜＋｜Ｃ｜をループゲインと推定する。

制御部２７は、ゲイン推定部２６から入力されたループゲインに基づいて、ゲイン調整部１５を制御する。具体的には、制御部２７は、予め設定した値をループゲインが超える前に、ハウリングが発生するとみなして、ゲインを下げるようにゲイン調整部１５へ指示する。また、制御部２７は、ハウリングの発生を示す警告を表示部（不図示）に表示する。この予め設定した値とは、ユーザの操作入力により設定されてもよいし、規定値であってもよい。なお、制御部２７は、ゲインの調整、警告の表示の両方、又はどちらか一方を行えばよい。これにより、音響装置１は、ハウリングを未然に防ぐことができる。

また、制御部２７は、ゲイン推定部２６から入力されたループゲインや積分器１２から入力された速度に基づいて、ループゲインの推定処理を制御する。

例えば、制御部２７は、前回入力されたループゲインを一時記憶しておく。制御部２７は、今回入力されたループゲインが前回入力されたループゲイン以上の場合（ループゲインが大きくなる場合）は、ハウリングが発生しやすい状態になるため、ＰＮ符号の生成間隔を狭めるよう信号生成部２１に指示して、ループゲインの推定間隔を速める。また、制御部２７は、今回入力されたループゲインが前回入力されたループゲイン未満の場合（ループゲインが小さくなる場合）は、ハウリングが発生しにくい状態になるため、ＰＮ符号の生成間隔を広げるよう信号生成部２１に指示して、ループゲインの推定間隔を遅くする。

また、例えば、制御部２７は、複数の閾値を設け、閾値に応じてループゲインの推定間隔を決めることで、ループゲインの推定間隔を段階的に制御する。具体的には、制御部２７は、推定したループゲイン＜閾値Ａの間は、１回／２０秒間隔でループゲインの推定処理を行い、閾値Ａ＜推定したループゲイン＜閾値Ｂの間は、１回／１０秒間隔でループゲインの推定処理を行う。

以上のように、音響装置１は、ハウリングが発生しにくい状況下においてループゲインの推定処理の回数を減らすことで、消費電力を抑えながら、ループゲインの推定処理を行うことができる。

また、制御部２７は、入力されたループゲインが所定値ＥＧより小さくなると、ハウリングが発生しない状態になるとみなして、ループゲインの推定処理を停止する。制御部２７は、ＰＮ符号の生成間隔を無限大（∞）に設定（ＰＮ符号の生成を停止）するよう信号生成部２１に指示するとともに、相関値の算出を停止するように相関部２５に指示することで、ループゲインの推定処理を停止する。この所定値ＥＧは、ユーザの操作入力により設定されてもよいし、規定値であってもよい。

制御部２７は、ループゲインの推定処理が停止した状態で、積分器１２から速度が入力されると（自装置の移動を検出すると）、ループゲインの推定処理を開始する。制御部２７は、ＰＮ符号の生成を開始するよう信号生成部２１に指示するとともに、相関値の算出を開始するよう相関部２５に指示することで、ループゲインの推定処理を開始する。これにより、音響装置１は、ハウリングが発生しない状態になるとループゲインの推定処理を停止することで、消費電力をより低減することができる。また、音響装置１は、ループゲインの推定処理を停止した場合であっても、ハウリングが発生しやすくなる恐れがあるとループゲインの推定処理を再開することができる。このため、音響装置１は、消費電力をより抑えながら、ループゲインの推定処理を行うことができる。

更に、制御部２７は、速度に応じてループゲインの推定間隔を更に制御してもよい。例えば、制御部２７は、前回入力された速度を一時記憶しておく。制御部２７は、今回入力された速度が前回入力された速度以上の場合は、マイクＭＩＣがスピーカＳＰに急に近づき、ハウリングが急に発生する可能性があるため、ＰＮ符号の生成間隔を狭めるよう信号生成部２１に指示する。また、制御部２７は、今回入力された速度が前回入力された速度未満の場合は、マイクＭＩＣがスピーカＳＰに急に近づくことがない（ハウリングが急に発生しない）ため、ＰＮ符号の生成間隔を広げるよう信号生成部２１に指示する。

また、例えば、制御部２７は、複数の閾値を設け、閾値に応じてループゲインの推定間隔を決めることで、ループゲインの推定間隔を段階的に制御する。具体的には、制御部２７は、入力された速度＜閾値Ａ’の間は、１回／２０秒間隔でループゲインの推定処理を行い、閾値Ａ＜入力された速度＜閾値Ｂ’の間は、１回／１０秒間隔でループゲインの推定処理を行う。

以上のように、音響装置１は、ハウリングが急に発生しない状況下においてループゲインの推定処理の回数を減らすことで、消費電力を抑えながら、ループゲインの推定処理を行うことができる。

また、制御部２７は、速度が０になると、自装置が停止したためループゲインが変わらないとみなして、ループゲインの推定処理を停止する。そして、制御部２７は、速度が上昇する（速度＞０）と、ループゲインの推定処理を開始する。

なお、制御部２７は、上述のように、推定したループゲイン及び速度の両方に応じてループゲインの推定間隔を変更したが、いずれか一方の値に応じてループゲインの推定間隔を変更してもよい。また、制御部２７は、速度が速くなると、ハウリングが急に発生する可能性があるためループゲインの推定間隔を狭め、推定したループゲインが小さくなると、ハウリングが発生しにくい状態になるため、ループゲインの推定間隔を広げてもよい。

また、積分器１２は必須の構成ではない。積分器１２を備えない場合は、速度に代えて加速度を制御部２７へ出力する。この場合、例えば、制御部２７は、入力された加速度が０以上の場合にＰＮ符号の生成間隔を狭め、加速度が０未満の場合にＰＮ符号の生成間隔を広げる。これにより、マイクＭＩＣの移動の開始（加速度≧０）及び停止（加速度＜０）に基づいてＰＮ符号の生成間隔を変更することができる。また、例えば、制御部２７は、加速度が上昇（加速度≧前回の加速度）するとＰＮ符号の生成間隔を狭め、加速度が下降（加速度＜前回の加速度）するとＰＮ符号の生成間隔を広げてもよい。このように、マイクのＭＩＣの急激な移動に応じて、ループゲインの推定間隔を変更してもよい。

また、上述の実施形態では、ループゲインとマイクＭＩＣの速度とに基づいて、ＰＮ符号の生成間隔を変化させた。しかし、マイクＭＩＣとスピーカＳＰとの距離Ｄに基づいて、ＰＮ符号の生成間隔を変化させてもよい。この場合、距離Ｄが狭まるとＰＮ符号の生成間隔を狭め、距離Ｄが広がるとＰＮ符号の生成間隔を広げる。また、距離Ｄは、信号生成部２１からＰＮ符号の生成タイミングが入力されてから、相関部２５にて相関ピークを算出したタイミングまでの時間差Ｔと、音速Ｃと、を乗算することで算出することができる。

更に、上述の実施形態では、マイクＭＩＣに含めた音響装置１を例に挙げて説明した。しかし、マイクとスピーカが一体となった拡声器に音響装置１を含めてもよいし、ミキサに音響装置１を設けてもよい。

音響装置の機能、構成を示すブロック図である。相関値の時間軸特性を模式化したものである。

符号の説明

１…音響装置，１１…加速度検出部，１２…収音部，１３…ＬＰＦ部，１４…ゲイン調整部，２１…信号生成部，２２…ＨＰＦ部，２３…重畳部，２４…ＨＰＦ部，２５…相関部，２６…距離計測部，２７…ゲイン推定部，２８…制御部，ＭＩＣ…マイク，ＳＰ…スピーカ

Claims

疑似ノイズを生成する信号生成手段と、
前記信号生成手段が生成した疑似ノイズに基づいて、ループゲインを推定する推定手段と、
前記推定手段が推定したループゲインに応じて、前記信号生成手段が生成する疑似ノイズの生成間隔を変更する制御手段と、を備えた音響装置。
自装置の移動を検出する移動検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記移動検出手段が自装置の移動を検出すると、前記信号生成手段が生成する疑似ノイズの生成間隔を狭めるよう制御する請求項１に記載の音響装置。
前記制御手段は、前記推定手段が推定したループゲインが所定値より小さくなると、前記信号生成手段に疑似ノイズの生成を停止させるとともに、前記推定手段にループゲインの推定処理を停止させ、その後、前記移動検出手段が自装置の移動を検出すると、前記信号生成手段に疑似ノイズを生成させるとともに、前記推定手段にループゲインの推定処理を開始させる請求項２に記載の音響装置。