JP5381256B2 - Howling prevention device - Google Patents

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Description

この発明は、ハウリングを防止するハウリング防止装置に関する。   The present invention relates to a howling prevention device for preventing howling.

従来、講演やコンサート等の拡声システムにおいて、ハウリングを防止するための技術が種々提案されている。一般的なハウリング抑制手法は、ハウリングの発生を検出したときに、ハウリングの原因となる周波数帯域をフィルタで減衰するものである。   Conventionally, various techniques for preventing howling have been proposed in loudspeaking systems such as lectures and concerts. A general howling suppression method is to attenuate a frequency band causing howling with a filter when the occurrence of howling is detected.

例えば、特許文献1には、入力信号の周波数特性からハウリング発生の有無を検出し、ハウリング抑制のためのフィルタ特性を算出する手法が記載されている。   For example, Patent Document 1 describes a method of detecting the presence or absence of howling from the frequency characteristics of an input signal and calculating filter characteristics for suppressing howling.

特開平6−327088号公報JP-A-6-327088

しかし、特許文献1の装置のような従来のハウリング抑制手法は、ハウリング発生原因となる周波数帯域を抑制する手法に過ぎず、ループゲインを推定するものではなく、ハウリング発生を未然に防ぐことができるものではない。   However, the conventional howling suppression method such as the device of Patent Document 1 is only a method for suppressing the frequency band that causes howling, and does not estimate the loop gain, and can prevent howling from occurring. It is not a thing.

そこで、この発明は、ループゲインを推定してハウリング発生を的確に防止するハウリング防止装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a howling prevention device that estimates a loop gain and accurately prevents howling.

この発明のハウリング防止装置は、音声信号を入力する入力部、疑似ノイズを生成するノイズ生成部、音声信号に疑似ノイズを重畳する重畳部、相関計算器、およびループゲイン推定部を備えている。相関計算器は、入力された音声信号と前記ノイズ生成部が生成する疑似ノイズの相関を求める。ループゲイン推定部は、前記相関計算器が算出した相関のピークから、閉ループのゲインを推定する。例えば、各ピーク成分の相関値の和をループゲインと推定する。ここで、ハウリング防止装置は、推定したループゲインに基づいて(例えば推定したループゲインが所定のしきい値に近づいた場合)、音声信号を抑制する第1の抑制部を備えている。さらに、本発明のハウリング防止装置は、ハウリングを検出するハウリング検出部を備え、ハウリング発生を検出したときに、音声信号を抑制する第2の抑制部を備えている。抑制手法は、単にゲインを下げる態様であってもよいし、ノッチフィルタ等でハウリングが発生した周波数を抑制する態様であってもよい。ハウリング検出部がハウリング発生を検出しなくなった場合には、前記ゲインを元に戻すように構成してもよい。   The howling prevention apparatus according to the present invention includes an input unit that inputs an audio signal, a noise generation unit that generates pseudo noise, a superimposition unit that superimposes pseudo noise on the audio signal, a correlation calculator, and a loop gain estimation unit. The correlation calculator obtains a correlation between the input audio signal and the pseudo noise generated by the noise generation unit. The loop gain estimator estimates a closed loop gain from the correlation peak calculated by the correlation calculator. For example, the sum of correlation values of peak components is estimated as a loop gain. Here, the howling prevention apparatus includes a first suppression unit that suppresses the audio signal based on the estimated loop gain (for example, when the estimated loop gain approaches a predetermined threshold value). Furthermore, the howling prevention apparatus of the present invention includes a howling detection unit that detects howling, and includes a second suppression unit that suppresses an audio signal when howling is detected. The suppression method may be a mode in which the gain is simply lowered, or a mode in which the frequency at which howling is generated by a notch filter or the like may be suppressed. When the howling detection unit does not detect howling, the gain may be restored.

この発明によれば、ループゲインを推定してハウリング発生を未然に防ぎながら、万が一ハウリングが発生した場合であってもこれを抑制することができる。   According to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of howling by any chance while estimating the loop gain and preventing howling from occurring.

ハウリング防止装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a howling prevention apparatus. 疑似ノイズの重畳処理について説明する図である。It is a figure explaining the superimposition process of a pseudo noise. 相関演算部の構成、機能について説明する図である。It is a figure explaining the structure and function of a correlation calculating part. 相関の時間軸特性を模式的に表した図である。It is the figure which represented the time-axis characteristic of correlation typically. 相関の時間軸特性を模式的に表した図である。It is the figure which represented the time-axis characteristic of correlation typically. 相関の時間軸特性を示した図である。It is the figure which showed the time-axis characteristic of correlation.

図1(A)は、本発明のハウリング防止装置の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態の説明において、特に記載がない限り音声信号は全てデジタル信号とし、A/D変換、D/A変換の構成は省略する。   FIG. 1A is a block diagram showing the configuration of the howling prevention apparatus of the present invention. In the description of this embodiment, unless otherwise specified, all audio signals are digital signals, and the configurations of A / D conversion and D / A conversion are omitted.

ハウリング防止装置1は、マイク11(収音部)が収音した音声信号に疑似ノイズを重畳して後段の増幅系統(不図示)を経てスピーカ3に出力する処理を行う。スピーカ3から放音された音声は、マイク11に帰還し、閉ループが形成される。ハウリング防止装置1は、重畳した疑似ノイズと帰還した音声信号との相関を求めることで、閉ループのゲインを推定する。ハウリング防止装置は、推定したループゲインが所定のしきい値に近づいた場合、音声信号のゲインを抑制したり、警告を行ったりすることで、ハウリングを未然に防止することができるものである。さらに、本実施形態のハウリング防止装置1は、ハウリング検出部を備え、ハウリングの発生を検出した場合に、音声信号のゲインをさらに抑制し、ハウリングを抑制するものである。   The howling prevention apparatus 1 performs a process of superimposing pseudo noise on the audio signal collected by the microphone 11 (sound collecting unit) and outputting the signal to the speaker 3 via a subsequent amplification system (not shown). The sound emitted from the speaker 3 returns to the microphone 11 to form a closed loop. The howling prevention apparatus 1 estimates the closed-loop gain by obtaining the correlation between the superimposed pseudo noise and the voice signal that has been fed back. The howling prevention device can prevent howling in advance by suppressing the gain of the audio signal or giving a warning when the estimated loop gain approaches a predetermined threshold value. Furthermore, the howling prevention apparatus 1 of the present embodiment includes a howling detection unit, and when the occurrence of howling is detected, further suppresses the gain of the audio signal and suppresses howling.

図1(A)に示すように、ハウリング防止装置1は、LPF12、前段ボリューム13、後段ボリューム14、重畳部15、M系列発生器16、N倍オーバーサンプリング部17、HPF18、疑似ノイズ用ボリューム19、相関演算部20、ゲイン制御部21、ハウリング検出部22、および後段ゲイン制御部23を備えている。   As shown in FIG. 1A, the howling prevention apparatus 1 includes an LPF 12, a front volume 13, a rear volume 14, a superposition unit 15, an M-sequence generator 16, an N-times oversampling unit 17, an HPF 18, and a pseudo noise volume 19. A correlation calculation unit 20, a gain control unit 21, a howling detection unit 22, and a post-stage gain control unit 23.

相関演算部20は、同図(B)に示すように、HPF51、相関計算器52、タイマ53、およびループゲイン推定部54により構成される。   The correlation calculation unit 20 includes an HPF 51, a correlation calculator 52, a timer 53, and a loop gain estimation unit 54, as shown in FIG.

マイク11が収音した音声信号は、LPF12および相関演算部20のHPF51に入力される。図2を参照して、疑似ノイズの重畳処理について説明する。各構成部の下欄には、各構成部が出力する信号の波形を示している。   The audio signal picked up by the microphone 11 is input to the LPF 12 and the HPF 51 of the correlation calculation unit 20. With reference to FIG. 2, the pseudo noise superimposing process will be described. The lower column of each component shows the waveform of the signal output by each component.

LPF12には、マイク11が収音した音声信号が入力される。なお、マイク11の下欄に示す信号の波形は一例であり、実際には種々の波形を有した信号がLPF12に入力される。LPF12は、この収音した音声信号から高域をカットし、前段ボリューム13に出力する(同図LPF12の下欄波形を参照)。   An audio signal picked up by the microphone 11 is input to the LPF 12. Note that the waveform of the signal shown in the lower column of the microphone 11 is an example, and signals having various waveforms are actually input to the LPF 12. The LPF 12 cuts the high frequency from the collected audio signal and outputs it to the front volume 13 (see the lower waveform of the LPF 12 in the figure).

前段ボリューム13は、ゲイン制御部21により設定されたゲインで、入力された信号を後段ボリューム14に出力する。後段ボリューム14は、後段ゲイン制御部23により設定されたゲインで入力された信号を重畳部15に出力する。   The front volume 13 outputs the input signal to the rear volume 14 with the gain set by the gain controller 21. The rear-stage volume 14 outputs a signal input with the gain set by the rear-stage gain control unit 23 to the superposition unit 15.

M系列発生器16は、本発明のノイズ生成部に相当し、疑似ノイズとしてPN符号(M系列)のような自己相関性の高い信号を定期的に生成し、N倍オーバーサンプリング部17に出力する(同図M系列発生器16の下欄波形を参照、ただし、最下欄の波形は時間軸を表す)。なお、M系列に限らず、Gold系列など、他の乱数を用いてもよい。   The M-sequence generator 16 corresponds to the noise generation unit of the present invention, periodically generates a signal with high autocorrelation such as a PN code (M-sequence) as pseudo noise, and outputs it to the N-times oversampling unit 17 (Refer to the lower waveform of the M series generator 16 in the figure, where the waveform in the lowermost column represents the time axis). In addition, you may use other random numbers, such as not only M series but Gold series.

なお、疑似ノイズの出力周期は、後述のループゲイン推定部54においてループゲイン推定処理ができるように、反射波(間接波)の成分が所定レベル以上に低下するまでの時間(音響伝達系におけるインパルス応答の収束時間)よりも長く設定されている。   Note that the pseudo-noise output period is the time until the component of the reflected wave (indirect wave) drops to a predetermined level or more (impulse in the acoustic transmission system) so that the loop gain estimation unit 54 described later can perform loop gain estimation processing. Longer than the response convergence time).

N倍オーバーサンプリング部17は、疑似ノイズをオーバーサンプリングする。例えば、16倍オーバーサンプリングを行い、PN符号の各ビットの符号周期を拡大し、疑似ノイズ長を16倍とする(同図N倍オーバーサンプリング部17の下欄波形を参照、ただし、最下欄の波形は時間軸を表す)。N倍オーバーサンプリング部17は、このオーバーサンプリングした信号をHPF18に出力する。   The N-times oversampling unit 17 oversamples the pseudo noise. For example, 16 times oversampling is performed, the code period of each bit of the PN code is expanded, and the pseudo noise length is 16 times (refer to the lower waveform of the N-times oversampling unit 17 in FIG. Represents the time axis). The N-times oversampling unit 17 outputs the oversampled signal to the HPF 18.

HPF18は、N倍オーバーサンプリング部17から入力された信号の低域をカットする(同図HPF18の下欄波形を参照、ただし、最下欄の波形は時間軸を表す)。カットオフ周波数は、例えば10kHzに設定される。   The HPF 18 cuts the low frequency range of the signal input from the N-times oversampling unit 17 (refer to the lower waveform of the HPF 18 in the figure, where the waveform in the lowermost column represents the time axis). The cutoff frequency is set to 10 kHz, for example.

なお、LPF12およびHPF18は、本発明において必須ではない。ただし、HPF18により、疑似ノイズの高域以外の音がカットされるため、スピーカ3から放音されたとしても聴感上違和感がなくなる(ノイズが聞えにくくなる)。また、LPF12により、一度マイクに入力された高域の疑似ノイズが再び増幅系統に出力されることがなくなり、疑似ノイズのループ現象を抑えることもできる。なお、LPF12およびHPF18を省く場合、マイク11が収音した音声信号から、疑似ノイズ成分を減算してから増幅系統に出力することで、疑似ノイズのループ現象を抑えるようにしてもよい。   Note that LPF 12 and HPF 18 are not essential in the present invention. However, since the sound other than the high frequency of the pseudo noise is cut by the HPF 18, even if the sound is emitted from the speaker 3, there is no sense of incongruity in hearing (noise is difficult to hear). Further, the LPF 12 prevents the high-frequency pseudo noise once input to the microphone from being output to the amplification system again, and the pseudo noise loop phenomenon can be suppressed. When the LPF 12 and the HPF 18 are omitted, the pseudo noise loop phenomenon may be suppressed by subtracting the pseudo noise component from the audio signal picked up by the microphone 11 and then outputting it to the amplification system.

なお、N倍オーバーサンプリング部17によるオーバーサンプリングも本発明において必須ではない。ただし、オーバーサンプリングを行うことで疑似ノイズの時間的冗長性が増し、相関算出の精度を向上させることができる。実際には、必要となる精度と疑似ノイズの符号長に応じてオーバーサンプリングの有無を設定すればよい。   Note that oversampling by the N-times oversampling unit 17 is not essential in the present invention. However, by performing oversampling, the temporal redundancy of pseudo noise increases, and the accuracy of correlation calculation can be improved. Actually, the presence or absence of oversampling may be set according to the required accuracy and the code length of the pseudo noise.

HPF18から出力された信号は、疑似ノイズ用ボリューム19に入力される。疑似ノイズ用ボリューム19は、ゲイン制御部21により設定されたゲインで、HPF18の出力信号を重畳部15に出力する。疑似ノイズのレベルは、聴感上違和感のない微弱なレベルとすればよいが、疑似ノイズ相関のピーク値を検出できる程度のレベルを確保する。   The signal output from the HPF 18 is input to the pseudo noise volume 19. The pseudo noise volume 19 outputs the output signal of the HPF 18 to the superimposing unit 15 with the gain set by the gain control unit 21. The level of the pseudo noise may be a weak level that does not cause a sense of incongruity, but a level that can detect the peak value of the pseudo noise correlation is secured.

重畳部15は、後段ボリューム14から出力された音声信号にHPF18から出力された信号(疑似ノイズ)を重畳し、増幅系統に出力する。   The superimposing unit 15 superimposes the signal (pseudo noise) output from the HPF 18 on the audio signal output from the rear volume 14 and outputs the signal to the amplification system.

次に、図3を参照して、相関演算部の構成、機能について説明する。各構成部の下欄には、各構成部が出力する信号の波形を示している。M系列発生器16は、N倍オーバーサンプリング部17に出力したものと同じ疑似ノイズを相関計算器52に出力する(同図M系列発生器16の下欄波形を参照、ただし、当該波形は時間軸を表す)。また、この疑似ノイズを出力した後、出力タイミングを示す信号(タイミング信号)をタイマ53に送信する。タイマ53は、タイミング信号を受信すると、タイムカウントを開始し、ループゲイン推定部54に、カウント時間を示すタイマ信号を送信する。なお、タイマ53は、本発明において必須ではない。   Next, the configuration and function of the correlation calculation unit will be described with reference to FIG. The lower column of each component shows the waveform of the signal output by each component. The M-sequence generator 16 outputs the same pseudo noise output to the N-times oversampling unit 17 to the correlation calculator 52 (refer to the lower waveform of the M-sequence generator 16 in FIG. Represents the axis). Further, after outputting the pseudo noise, a signal indicating the output timing (timing signal) is transmitted to the timer 53. Upon receiving the timing signal, the timer 53 starts time counting and transmits a timer signal indicating the count time to the loop gain estimation unit 54. Note that the timer 53 is not essential in the present invention.

マイク11には、疑似ノイズが含まれた音声が収音される。相関演算部20のHPF51には、マイク11が収音した音声信号が入力される。HPF51は、マイク11が収音した音声信号から低域をカットし、相関計算器52に出力する(同図HPF51の下欄波形を参照、ただし、当該波形は周波数軸を表す)。カットオフ周波数は、上記HPF18に対応して決定される(例えば10kHz)。   The microphone 11 picks up sound including pseudo noise. The audio signal picked up by the microphone 11 is input to the HPF 51 of the correlation calculation unit 20. The HPF 51 cuts the low frequency from the audio signal picked up by the microphone 11 and outputs it to the correlation calculator 52 (refer to the lower waveform of the HPF 51 in the figure, where the waveform represents the frequency axis). The cut-off frequency is determined corresponding to the HPF 18 (for example, 10 kHz).

相関計算器52は、M系列発生器16から入力された疑似ノイズと、HPF51の出力信号の相関を求める。M系列の符号は非常に高い自己相関性を有しているため、HPF51の出力信号に同じM系列の疑似ノイズが含まれていると、同図の波形に示すように、相関値のレベルが高くなる。相関計算器52は、高レベルの相関値を算出したタイミング(受信タイミング)およびそのときの相関値をループゲイン推定部54に出力する。   The correlation calculator 52 obtains the correlation between the pseudo noise input from the M-sequence generator 16 and the output signal of the HPF 51. Since the M-sequence code has a very high autocorrelation, if the output signal of the HPF 51 includes the same M-sequence pseudo noise, the level of the correlation value is as shown in the waveform of FIG. Get higher. The correlation calculator 52 outputs the timing (reception timing) at which the high-level correlation value is calculated and the correlation value at that time to the loop gain estimation unit 54.

ループゲイン推定部54は、受信タイミングを入力すると、タイマ53からのタイマ信号を参照し、疑似ノイズを出力したタイミングから受信タイミングまでの時間差を求める。この時間差が、閉ループの遅延時間に相当する。なお、閉ループの遅延時間を測定しない(タイマ53がない)場合、相関計算器52の受信タイミングの出力は必須ではない。   When the reception timing is input, the loop gain estimation unit 54 refers to the timer signal from the timer 53 and obtains a time difference from the timing at which the pseudo noise is output to the reception timing. This time difference corresponds to the delay time of the closed loop. If the delay time of the closed loop is not measured (there is no timer 53), the output of the reception timing of the correlation calculator 52 is not essential.

ループゲイン推定部54は、ループゲインを推定する処理を行う。ループゲインの推定手法は、種々の態様が考えられるが、例えば以下のような態様で行われる。   The loop gain estimation unit 54 performs processing for estimating the loop gain. Although various modes can be considered as a method for estimating the loop gain, for example, it is performed in the following modes.

まず、第1の推定手法について、図4を用いて説明する。図4は、相関の時間軸特性を模式的に表した図である。   First, the first estimation method will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram schematically showing the time axis characteristic of the correlation.

ループゲイン推定部54は、疑似ノイズを出力したタイミングから最初に所定レベル以上の相関値を算出した場合、当該最初に算出した時間帯における相関値を直接波とみなし、直接波のピーク成分を求める。すなわち、ループゲイン推定部54は、所定レベル以上の相関値を算出した場合、その後所定時間帯t1の相関値をメモリ(不図示)に一時記憶し、所定時間帯t1の中で最も高レベルの相関値を抽出し、ピーク値a0とする。なお、所定レベルは、定常ノイズのレベルに応じて設定する。ピーク値を抽出する所定時間帯t1は、相関値算出の精度(疑似ノイズの符号長等)やHPF51の有無、およびカットオフ周波数等に応じて設定する。   When the loop gain estimation unit 54 first calculates a correlation value of a predetermined level or more from the timing at which the pseudo noise is output, the loop gain estimation unit 54 regards the correlation value in the first calculated time zone as a direct wave and obtains a peak component of the direct wave. . That is, when the loop gain estimator 54 calculates a correlation value equal to or higher than a predetermined level, the loop gain estimation unit 54 temporarily stores the correlation value for a predetermined time period t1 in a memory (not shown) and has the highest level in the predetermined time period t1. A correlation value is extracted and set as a peak value a0. The predetermined level is set according to the level of stationary noise. The predetermined time period t1 for extracting the peak value is set according to the accuracy of correlation value calculation (such as the code length of pseudo noise), the presence or absence of the HPF 51, and the cutoff frequency.

そして、ループゲイン推定部54は、最初に所定レベル以上の相関値を算出してから上記所定時間帯t1が経過した後に再び所定レベル以上の相関値を算出した場合、当該相関値を反射波とみなし、反射波のピーク成分を求める。上記と同様、ループゲイン推定部54は、所定レベル以上の相関値を算出した場合、その後所定時間帯t1の相関値をメモリに一時記憶し、最も高レベルの相関値を抽出し、ピーク値a1とする。以下、同様にして反射波のピーク値(a1,a2,・・・)を所定時間長t2だけ抽出する。なお、ここで言う所定時間長t2は、疑似ノイズの出力周期に相当する。なお、室内の残響時間がある程度判明している場合、時間t2は予め設定しておいてもよいし、ユーザが手動で入力するようにしてもよい。   When the loop gain estimation unit 54 first calculates a correlation value of a predetermined level or higher and then calculates the correlation value of a predetermined level or higher again after the predetermined time period t1 has elapsed, the loop gain estimation unit 54 converts the correlation value as a reflected wave. The peak component of the reflected wave is determined. Similarly to the above, when the correlation value of the predetermined level or higher is calculated, the loop gain estimation unit 54 then temporarily stores the correlation value in the predetermined time period t1 in the memory, extracts the highest level correlation value, and the peak value a1 And Similarly, the peak value (a1, a2,...) Of the reflected wave is extracted for a predetermined time length t2. The predetermined time length t2 referred to here corresponds to a pseudo-noise output period. When the reverberation time in the room is known to some extent, the time t2 may be set in advance or may be manually input by the user.

そして、ループゲイン推定部54は、抽出した直接波および反射波のピーク値の絶対値(|a1|,|a2|,・・・)を求め、各絶対値の総和からループゲインを推定する。このように、ループゲイン推定部54は、ハウリングに影響する直接波の帰還成分および反射波の帰還成分からループゲインを推定する処理を行うため、高精度にループゲインを推定することができる。第1の推定手法は、ハウリング発生に影響するのはピーク成分である場合が多いとみなし、直接波および反射波の各ピーク成分の相関値の和に基づいてループゲイン推定を行うものである。   Then, the loop gain estimation unit 54 obtains absolute values (| a1 |, | a2 |,...) Of the peak values of the extracted direct wave and reflected wave, and estimates the loop gain from the sum of the absolute values. As described above, the loop gain estimation unit 54 performs the process of estimating the loop gain from the feedback component of the direct wave and the reflected component of the reflected wave that affects howling, and thus can estimate the loop gain with high accuracy. The first estimation method assumes that it is often the peak component that affects howling, and performs loop gain estimation based on the sum of correlation values of the peak components of the direct wave and the reflected wave.

次に、第2の手法について図5を用いて説明する。図5は、相関の時間軸特性を模式的に表した図である。   Next, the second method will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram schematically showing the time axis characteristic of the correlation.

ループゲイン推定部54は、疑似ノイズを出力したタイミングから所定時間長t2が経過するまで、所定レベル以上の相関値を全て抽出し、これらの絶対値の総和を求める(積分値を求める)。なお、この場合の所定レベルも、定常ノイズのレベルに応じて設定する。所定時間長t2についても、疑似ノイズの出力周期に相当する。   The loop gain estimator 54 extracts all correlation values above a predetermined level until a predetermined time length t2 has elapsed from the timing at which the pseudo noise is output, and calculates the sum of these absolute values (determines an integral value). The predetermined level in this case is also set according to the level of stationary noise. The predetermined time length t2 also corresponds to the pseudo-noise output period.

このように、第2の手法は、直接波および間接波の全ての成分を総和することで高精度にループゲイン推定を行うものである。   As described above, the second method performs the loop gain estimation with high accuracy by summing all the components of the direct wave and the indirect wave.

次に、第3の手法について図6を用いて説明する。図6(A)は、相関の時間軸特性(絶対値)を示した図であり、同図(B)は、当該時間軸特性を模式化したものである。   Next, the third method will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a diagram showing the time-axis characteristic (absolute value) of the correlation, and FIG. 6B schematically shows the time-axis characteristic.

ループゲイン推定部54は、まず上記第1の手法で示したように、直接波のピーク値を抽出し、その絶対値|a0|を取得する。そして、ループゲイン推定部54は、当該ピークからさらに時間t3が経過したときの相関の絶対値|b0|を取得する。時間t3は、疑似ノイズを出力したタイミングから最初に相関のピークを算出するタイミングまでの時間(閉ループの遅延時間)で求められる。(この手法においては、タイマ53は必須である。)
なお、絶対値|b0|は、最初のピークから時間t3が経過したタイミングの値に限らず、時間t3経過後で、かつその付近(例えば数十μsec前後)で最も相関の絶対値が大きいときの値としてもよい。そして、ループゲイン推定部22は、絶対値|a0|と絶対値|b0|の比(|b0|/|a0|)をループゲインと推定する。
First, as shown in the first method, the loop gain estimation unit 54 extracts the peak value of the direct wave and obtains the absolute value | a0 |. Then, the loop gain estimation unit 54 obtains the absolute value | b0 | of the correlation when the time t3 further elapses from the peak. The time t3 is obtained as the time (closed loop delay time) from the timing at which the pseudo noise is output to the timing at which the correlation peak is first calculated. (In this method, the timer 53 is essential.)
The absolute value | b0 | is not limited to the value at the timing when the time t3 has passed since the first peak, but when the absolute value of the correlation is the largest after the time t3 has passed and in the vicinity thereof (for example, around several tens of μsec). It is good also as the value of. Then, the loop gain estimation unit 22 estimates a ratio (| b0 | / | a0 |) between the absolute value | a0 | and the absolute value | b0 | as a loop gain.

第3の手法は、最初に直接波のピーク成分を抽出してから、さらに時間t3が経過したタイミング周辺の波形を、スピーカ3から出力された疑似ノイズが再度ループした直接波と判断し、ループゲインを推定するものである。   In the third method, after first extracting the peak component of the direct wave, the waveform around the timing when the time t3 has passed is determined as a direct wave in which the pseudo noise output from the speaker 3 is looped again, and the loop The gain is estimated.

なお、第3の手法の変形例として、単に最初に抽出した直接波のピーク成分をループゲインとして推定してもよい。ハウリング発生に影響するのは直接波の成分が大きいため、簡易的にループゲインを推定することができる。   As a modification of the third method, the peak component of the direct wave extracted first may be estimated as the loop gain. Since the direct wave component has a large influence on the occurrence of howling, the loop gain can be easily estimated.

なお、上記第1の手法、第2の手法、第3の手法ともに、疑似ノイズの出力周期が音響伝達系におけるインパルス応答の収束時間よりも長く設定されているため、疑似ノイズを出力した後、次に疑似ノイズを出力するまで、ダミーノイズを出力し、無音区間を無くすようにしてもよい。常にノイズ音を出力することで、疑似ノイズが目立たなくなり、聴感上の違和感がなくなる。   In addition, since the output period of the pseudo noise is set to be longer than the convergence time of the impulse response in the acoustic transmission system in each of the first method, the second method, and the third method, after outputting the pseudo noise, Next, until the pseudo noise is output, dummy noise may be output to eliminate the silent section. By always outputting a noise sound, the pseudo noise becomes inconspicuous and there is no sense of incongruity in hearing.

以上のようにしてループゲイン推定部54が推定したループゲインは、ゲイン制御部21に出力される。ゲイン制御部21は、推定したループゲインが所定のしきい値thに近づいた場合、ハウリング発生の可能性が高いとして、前段ボリューム13のゲインを抑制するよう指示する。また、ゲイン制御部21は、ループゲインがしきい値に近づいた場合に警告(LEDを点灯させる、ディスプレイに警告を表示する等)を行ってもよい。警告を行った場合は、ユーザが手動でゲインやイコライザを調整する。   The loop gain estimated by the loop gain estimation unit 54 as described above is output to the gain control unit 21. When the estimated loop gain approaches the predetermined threshold th, the gain control unit 21 determines that the possibility of howling is high and instructs to suppress the gain of the front volume 13. Further, the gain control unit 21 may perform a warning (lights the LED, displays a warning on the display, etc.) when the loop gain approaches the threshold value. When warning is given, the user manually adjusts the gain and equalizer.

なお、ゲイン抑制の処理および警告の処理は、いずれか一方のみ行ってもよく、音声信号のゲインを抑制しつつ、さらに警告を行うようにしてもよい。また、最初に警告を行い、その後ゲイン抑制処理を行う、という態様であってもよい。   Note that only one of the gain suppression processing and the warning processing may be performed, and further warning may be performed while suppressing the gain of the audio signal. Alternatively, a warning may be given first, and then gain suppression processing may be performed.

ここで、所定のしきい値thは、ループゲインの推定手法により異なる。所定のしきい値thは、どのような値であってもよいが、ある程度のマージンを設定しておく。例えば、実際に使用時より前に、ユーザがゲインを上げ下げする動作を行う。このとき、ハウリング検出部22においてハウリング発生を検出すると、ゲイン制御部54は、入力されているループゲインの推定値をしきい値の最大値thmaxとし、ある係数α(0<α≦1)を用いてth=α×thmaxとする。   Here, the predetermined threshold th differs depending on the loop gain estimation method. The predetermined threshold th may be any value, but a certain margin is set in advance. For example, before the actual use, the user performs an operation to increase or decrease the gain. At this time, when the howling detection unit 22 detects howling, the gain control unit 54 sets the inputted estimated value of the loop gain as the maximum threshold value thmax and sets a certain coefficient α (0 <α ≦ 1). Use th = α × thmax.

なお、ゲイン制御部21は、疑似ノイズ用ボリューム19のゲインも抑制するように指示する。ただし、疑似ノイズ相関の最初のピークを検出できるように、所定値以上のゲインを保持するものとする。この所定値については、予め実験室等で測定した値を用いてもよいし、設置環境において実際の使用時より前にテストを行い、相関のピークを算出できる限界のゲインを求め、ある程度のマージンを見た値を設定してもよい。   The gain control unit 21 instructs to suppress the gain of the pseudo noise volume 19. However, a gain greater than a predetermined value is held so that the first peak of the pseudo noise correlation can be detected. For this predetermined value, a value measured in advance in a laboratory or the like may be used, or a test is performed before actual use in the installation environment to obtain a limit gain that can calculate a correlation peak, and a certain margin is obtained. You may set the value which saw.

なお、M系列発生器16が生成する疑似ノイズのパターンを複数用意しておき、これらのパターンを切り替えるようにしてもよい。例えば、マイク毎(入力チャンネル毎)に疑似ノイズのパターンを切り替えることで、複数のマイクを同時に使用する場合であっても、互いの疑似ノイズが干渉することなく、高精度に相関を算出することができる。マイク毎に個別に閉ループのループゲインを推定することができるため、複数のマイクを同時に使用した場合であっても好適にハウリングを防止することができる。   A plurality of pseudo noise patterns generated by the M-sequence generator 16 may be prepared and these patterns may be switched. For example, by switching the pseudo noise pattern for each microphone (for each input channel), even when multiple microphones are used at the same time, the correlation can be calculated with high accuracy without interfering with each other's pseudo noise. Can do. Since the loop gain of the closed loop can be estimated individually for each microphone, howling can be suitably prevented even when a plurality of microphones are used simultaneously.

特に、疑似ノイズとしてGold系列を用いる場合、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。   In particular, when a Gold sequence is used as the pseudo-noise, it is possible to generate many types of code sequences by switching the tap position of the code generation circuit (shift register), so that it is compatible with a large-scale PA system. be able to.

以上のようにして、相関演算部20は、閉ループのゲインを推定し、推定したループゲインが所定のしきい値に近づいた場合に、音声信号のゲインを抑制する処理や警告を行う処理をし、ハウリング発生を未然に防止することができるものである。   As described above, the correlation calculation unit 20 estimates the closed loop gain, and performs processing for suppressing the gain of the audio signal and processing for warning when the estimated loop gain approaches a predetermined threshold value. It is possible to prevent howling from occurring.

次に、ハウリング検出部22および後段ボリューム14のゲイン制御について説明する。ハウリング検出部22のハウリング検出手法は、どのようなものであってもよいが、例えば以下の手法で行う。   Next, gain control of the howling detection unit 22 and the rear volume 14 will be described. The howling detection method of the howling detection unit 22 may be any method. For example, the following method is used.

ハウリング検出部22は、音声信号の周波数を分析し、ハウリング発生の有無を検出する。すなわち、ハウリング検出部22は、マイク11から入力した信号を周波数領域の信号に変換(FFT)し、FFT後の信号を複数フレーム分保持する。そして、各周波数成分の信号が所定レベル以上で、かつ所定時間以上継続した状態となった場合に、その周波数においてハウリングが発生していると判断する。なお、ハウリング検出部22は、楽器や声の定常的な音声(バイオリンの音等)とハウリングとを区別すべく、所定レベル以上で、かつ所定時間以上継続する周波数成分を検出した場合、その周波数に対して倍音成分の有無を判断し、倍音成分が無い場合にのみハウリングが発生していると判断する。   The howling detection unit 22 analyzes the frequency of the audio signal and detects the presence or absence of howling. That is, the howling detection unit 22 converts (FFT) the signal input from the microphone 11 into a signal in the frequency domain, and holds the signal after FFT for a plurality of frames. Then, when the signal of each frequency component is at a predetermined level or higher and continues for a predetermined time or longer, it is determined that howling has occurred at that frequency. Note that the howling detection unit 22 detects a frequency component that is equal to or higher than a predetermined level and continues for a predetermined time or more in order to distinguish between a regular sound of a musical instrument or a voice (such as a violin sound) and howling. The presence / absence of a harmonic component is determined, and howling is determined only when there is no harmonic component.

ハウリングの発生、およびその周波数を示す情報(ハウリング発生情報とする。)は、後段ゲイン制御部23に入力される。後段ゲイン制御部23は、ハウリング検出部22からハウリング発生情報が入力されると、後段ボリューム14のゲインを抑制するように設定する。ハウリング検出部22がハウリング発生を検出しなくなった場合には、ゲインを元に戻す(0dBとする)。なお、後段ゲイン制御部23は、ハウリング発生情報が入力された時、段階的に(例えば1秒毎に−3dBずつ)ゲインを抑制し、ハウリング発生を検出しなくなるまでゲインを抑制する。ゲインを元に戻す場合、抑制時と同じ変化量で(例えば1秒ごとに3dBずつ)ゲインを戻してもよいし、抑制時よりも緩やかに(例えば1秒毎に1dBずつ)戻してもよい。ゲインを戻す途中で再びハウリング発生情報を入力した場合、再びハウリング発生を検出しなくなるまでゲインを抑制する。   Information indicating howling occurs and its frequency (referred to as howling occurrence information) is input to the subsequent gain control unit 23. When the howling occurrence information is input from the howling detection unit 22, the rear stage gain control unit 23 sets the gain of the rear stage volume 14 to be suppressed. When the howling detection unit 22 stops detecting howling, the gain is restored (set to 0 dB). When the howling occurrence information is input, the latter-stage gain control unit 23 suppresses the gain in a stepwise manner (for example, by −3 dB every second) and suppresses the gain until no howling is detected. When returning the gain to the original value, the gain may be returned with the same amount of change as at the time of suppression (for example, 3 dB per second), or may be returned more slowly than at the time of suppression (for example, 1 dB per second). . When howling occurrence information is input again while the gain is being returned, the gain is suppressed until no howling occurrence is detected again.

本実施形態のハウリング防止装置は、相関演算部20によりループゲインを推定し、ハウリング発生を未然に防止することができるものであるが、外乱ノイズが大きくなった場合、相関演算部20が相関のピークを算出することができない可能性もある。また、音声信号の相関を求める態様であるため、マイクが移動した場合等において、ドップラーシフトが発生し、疑似ノイズの周波数が変化することにより、相関のピークを算出することができない場合もある。そこで、ハウリング検出部22がハウリングを検出した場合に後段ボリューム14でゲインを抑制することで、万が一にハウリングが発生した場合であっても即座にこれを抑制する態様としている。   The howling prevention apparatus of the present embodiment can estimate the loop gain by the correlation calculation unit 20 and prevent the howling from occurring. However, when the disturbance noise increases, the correlation calculation unit 20 There is a possibility that the peak cannot be calculated. In addition, since the correlation of the audio signal is obtained, there is a case where the peak of the correlation cannot be calculated due to a Doppler shift occurring when the microphone moves or the like and the pseudo noise frequency changing. In view of this, when the howling detection unit 22 detects howling, the gain is suppressed by the rear volume 14 so that even if howling occurs, this is immediately suppressed.

なお、本実施形態では、後段ボリューム14により、音声信号のゲインを抑制する例を示しているが、ハウリング検出部22で検出した周波数を抑制するノッチフィルタ等でハウリングを抑制するようにしてもよい。この場合、後段ボリューム14をノッチフィルタに置き換え、後段ゲイン制御部23は、ノッチフィルタの周波数およびゲインを設定する。   In the present embodiment, an example is shown in which the gain of the audio signal is suppressed by the rear volume 14, but howling may be suppressed by a notch filter or the like that suppresses the frequency detected by the howling detection unit 22. . In this case, the post-stage volume 14 is replaced with a notch filter, and the post-stage gain control unit 23 sets the frequency and gain of the notch filter.

なお、ハウリング防止装置は、ミキサやマイクに内蔵されていてもよいし、アダプタに内蔵されていてもよい。いずれにしてもアンプ装置等の増幅系統の前段に備えていればよい。   The howling prevention device may be built in a mixer or a microphone, or may be built in an adapter. In any case, it suffices if it is provided before the amplification system such as an amplifier device.

1−ハウリング防止装置
3−スピーカ
11−マイク
15−重畳部
20−相関演算部
22−ハウリング検出部
23−後段ゲイン制御部
1-Howling prevention device 3-Speaker 11-Microphone 15-Superimposition unit 20-Correlation calculation unit 22-Howling detection unit 23-Rear stage gain control unit

Claims (2)

収音部が収音した音声信号を入力する入力部と、
疑似ノイズを生成するノイズ生成部と、
前記入力部が入力した音声信号に前記疑似ノイズを重畳して増幅系統に出力する重畳部と、
前記入力部が入力した音声信号と前記ノイズ生成部が生成する疑似ノイズの相関を求める相関計算器と、
前記相関計算器が算出した相関値から、閉ループのゲインを推定するループゲイン推定部と、
ハウリング発生の有無を検出するハウリング検出部と、
前記ループゲイン推定部の推定した閉ループのゲインに基づいて前記入力部が入力した音声信号を抑制する第1の抑制部と、
前記ハウリング検出部がハウリング発生を検出すると、前記入力部が入力した音声信号を抑制する第2の抑制部と、
を備えたハウリング防止装置。
An input unit for inputting an audio signal picked up by the sound pickup unit ;
A noise generator that generates pseudo noise;
A superimposing unit that superimposes the pseudo noise on the audio signal input by the input unit and outputs it to an amplification system;
A correlation calculator for obtaining a correlation between the audio signal input by the input unit and the pseudo noise generated by the noise generation unit;
A loop gain estimator for estimating a closed-loop gain from the correlation value calculated by the correlation calculator;
A howling detection unit for detecting the presence or absence of howling;
A first suppression unit that suppresses an audio signal input by the input unit based on a closed-loop gain estimated by the loop gain estimation unit ;
A second suppression unit that suppresses the audio signal input by the input unit when the howling detection unit detects occurrence of howling;
Howling prevention device equipped with.
前記第2の抑制部は、ゲインを抑制することで、前記音声信号を抑制し、
前記ハウリング検出部がハウリング発生を検出しなくなった場合に前記ゲインを元に戻す請求項1に記載のハウリング防止装置。
The second suppression unit suppresses the audio signal by suppressing a gain,
The howling prevention apparatus according to claim 1, wherein the gain is restored when the howling detection unit no longer detects howling.
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