JP5401953B2

JP5401953B2 - 音響システム

Info

Publication number: JP5401953B2
Application number: JP2008310402A
Authority: JP
Inventors: 信弥櫻田
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2028-12-05
Also published as: JP2010136126A

Description

この発明は、閉ループのゲインが大きくなることによって生じるハウリングを防止する音響システムに関する。

従来、ハウリングを防止するハウリングキャンセラ等が各種提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特許文献１のハウリングキャンセル装置は、ハウリングが発生したことを検知して、発生した周波数のゲインを下げてハウリングを抑えている。

また、特許文献２の拡声装置は、マイクからスピーカへの空気伝達特性を推定し、適応フィルタで疑似回帰音を減算することで、ハウリングを防止している。

更に、事前にスピーカからホワイトノイズ等を放出して、閉ループのゲイン特性を推定しておく手法もある。その場合、使用時には、推定済みのゲイン特性を用いて、ハウリングを防止する。
特開平１０−２１０５９２号公報特開平１０−１１１６９１号公報

しかしながら、特許文献１のハウリングキャンセル装置は、一度ハウリングが発生した後にハウリングを抑制するため、初期のハウリングによる発生音を抑えることができない。また、特許文献２の拡声装置は、リアルタイムで伝達関数を推定して、適応フィルタを更新するため、処理に負荷がかかってしまい、コストがかかる。更に、事前にゲイン特性を推定しておく手法では、事前にホワイトノイズを放音しなければならないため、いつでもゲイン特性を計測することができない。すなわち、この手法では、系の変化に追従することができない。

そこで、系のゲイン特性を推定しつつ、低負荷でありながら、ハウリングを防止することができる音響システムを提供することを目的とする。

この発明の音響システムは、複数の音響機器（例えば、マイク、ミキサ、アンプ、スピーカ等）と補正機器とから構成される。これらの音響機器は、スピーカが放音した音声をマイクが収音して、ミキサ、アンプを介してスピーカから放音して、閉ループを形成する。これらの音響機器は、自装置のゲイン特性（例えば、周波数特性や振幅の変化を示すゲイン特性）を示す特性情報を音声信号に重畳して出力する。補正機器は、入力された音声信号から各音響機器の特性情報を復調して、これらの特性情報に基づいて、閉ループのゲイン特性を推定する。例えば、補正機器は、各音響機器のゲイン特性を平均化して、閉ループのゲイン特性とみなす。そして、補正機器は、推定したゲイン特性の逆特性で、入力された音声信号を補正する。なお、補正機器は、いずれかの音響機器に搭載されるソフトウェアで実現してもよい。

これにより、音響システムは、低負荷でありながら、系の変更（例えば、音響システム１を構成する音響機器の変更や、音響機器の設定変更等）に応じて、閉ループのゲイン特性を推定することができるため、ハウリングを防止することができる。

また、この発明の音響システムは、音響機器として複数のマイクを備える。そして、補正機器は、各マイクが生成する音声信号毎に、該音声信号を補正する。

これにより、音響システムは、複数の閉ループからなる場合であっても、閉ループ毎にゲイン特性を推定することができ、ハウリングを防止することができる。

更に、この発明の音響システムの音響機器は、特性情報に代えて、自装置を識別するための識別情報を音声信号に重畳して出力する。また、補正機器は、識別情報と特性情報とを対応付けて記憶している。補正機器は、入力された音声信号から各音響機器の識別情報を復調して取得し、これらの識別情報に対応する特性情報を取得する。補正機器は、取得した特性情報に基づいて、閉ループのゲイン特性を推定する。

これにより、音響システムは、データ量の多いゲイン特性に代えて、データ量の少ない識別情報のみを音声信号に重畳するだけでよい。

この発明の音響システムは、低負荷でありながら、閉ループのゲイン特性を推定して、ハウリングを防止することができる。

この発明の実施形態に係る音響システムについて、図１を参照して説明する。図１は、複数の音響機器により形成される閉ループの説明図である。図１に示すように、音響システム１は、複数の音響機器から構成される。例えば、音響システム１は、２台のマイクＭＩＣ１、マイクＭＩＣ２、ミキサ２、アンプ３、及びスピーカＳＰから構成される。なお、音響システム１を構成するマイクの台数は２台に限らない。以下、本実施形態では、ゲイン特性の一例として、周波数特性を例に挙げて説明する。

２台のマイクＭＩＣ１及びマイクＭＩＣ２は、それぞれ音声（発話音声、スピーカＳＰから放音された音声、ノイズ等）を収音して、音声信号を生成し、該音声信号を収音信号としてミキサ２へ出力する。また、ミキサ２は、入力された各マイクの収音信号を合成して合成収音信号を生成し、アンプ３を介してスピーカＳＰへ出力する。スピーカＳＰは、合成収音信号に基づいて、音声を放音する。以上のように、音響システム１では、スピーカＳＰから放音された音声をマイクＭＩＣ１及びマイクＭＩＣ２が収音して、ミキサ２、アンプ３を介してスピーカＳＰから放音するため、これらの音響機器により閉ループが形成される。

次に、各音響機器の機能、構成について、図２〜６を参照して説明する。図２は、アンプの機能、構成を示すブロック図である。図３は、スピーカの機能、構成を示すブロック図である。図４は、マイクの機能、構成を示すブロック図である。図５は、ミキサの機能、構成を示すブロック図である。図６は、音声信号を重畳する周波数帯域の一例を示す図である。

まず、アンプ３の機能、構成について説明する。図２に示すように、アンプ３は、入力Ｉ／Ｆ３１、重畳処理部３２及び出力Ｉ／Ｆ３３を備える。また、重畳処理部３２は、重畳部３２１及び記憶部３２２を備える。記憶部３２２は、自装置（アンプ３）の入力に対する出力の周波数特性を示す特性情報を記憶している。

入力Ｉ／Ｆ３１は、後述するミキサ２から入力された合成収音信号を重畳処理部３２の重畳部３２１へ出力する。重畳部３２１は、記憶部３２２から自装置の特性情報を取得して、入力Ｉ／Ｆ３１からの合成収音信号の非可聴領域の周波数帯域Ｆ２（図６参照）に重畳して、出力Ｉ／Ｆ３３へ出力する。そして、出力Ｉ／Ｆ３３は、合成収音信号を後段のスピーカＳＰへ出力する。なお、図６に示すように、特性情報を重畳する周波数帯域Ｆ１〜Ｆ３は、予め音響機器毎に定められている。このため、重畳部３２１は、自装置に割り当てられた周波数帯域Ｆ２へ特性情報を重畳する。

次に、スピーカＳＰの機能、構成について説明する。図３に示すように、スピーカＳＰは、入力Ｉ／Ｆ５１、重畳処理部５２及び放音部５３を備える。また、重畳処理部５２は、重畳部５２１及び記憶部５２２を備える。記憶部５２２は、自装置（スピーカＳＰ）の入力に対する出力の周波数特性を示す特性情報を記憶している。

入力Ｉ／Ｆ５１は、アンプ３から入力された合成収音信号を重畳処理部５２の重畳部５２１へ出力する。重畳部５２１は、記憶部５２２から自装置の特性情報を取得して、入力Ｉ／Ｆ５１からの合成収音信号の非可聴領域の周波数帯域Ｆ３（図６参照）に重畳して、放音部５３へ出力する。そして、放音部５３は、合成収音信号に基づいて、音声を放音する。

次に、２台のマイクＭＩＣ１及びマイクＭＩＣ２の機能、構成について説明する。なお、２台のマイクは、同じ機能、構成を備えるため、代表してマイクＭＩＣ１について説明する。図４に示すように、マイクＭＩＣ１は、収音部４１、重畳処理部４２及び出力Ｉ／Ｆ４３を備える。また、重畳処理部４２は、重畳部４２１及び記憶部４２２を備える。記憶部４２２は、自装置（マイクＭＩＣ１）の入力に対する出力の周波数特性を示す特性情報を記憶している。

収音部４１は、周囲の音声（発話音声、スピーカＳＰから放音された音声、ノイズ等）を収音して収音信号を生成し、重畳処理部４２の重畳部４２１へ出力する。重畳部４２１は、記憶部４２２から自装置の特性情報を取得して、収音部４１からの収音信号の非可聴領域の周波数帯域Ｆ１（図６参照）に重畳して、出力Ｉ／Ｆ４３へ出力する。そして、出力Ｉ／Ｆ４３は、収音信号を後段のミキサ２へ出力する。

最後に、ミキサ２の機能、構成について説明する。図５に示すように、ミキサ２は、記憶部２１、合成部２５、及び出力Ｉ／Ｆ２６と、チャンネル数に応じて操作部２２Ａ、入力Ｉ／Ｆ２３Ａ、及び補正処理部（本発明の補正機器に相当する。）２４Ａと、を備える。本実施形態では、ミキサ２は、２台のマイクが接続され、２チャンネルを備えるため、操作部２２Ｂ、入力Ｉ／Ｆ２３Ｂ、及び補正処理部２４Ｂを更に備える。なお、操作部２２Ａ、操作部２２Ｂ、入力Ｉ／Ｆ２３Ａ、入力Ｉ／Ｆ２３Ｂ、補正処理部２４Ａ、及び補正処理部２４Ｂは、それぞれ同じ機能、構成を備えるため、操作部２２Ａ、入力Ｉ／Ｆ２３Ａ、及び補正処理部２４Ａについて説明する。

記憶部２１は、自装置（ミキサ２）の入力に対する出力の周波数特性を示す特性情報を記憶している。

操作部２２Ａは、ユーザからの操作入力を受け付ける。例えば、操作部２２Ａは、イコライザの設定の変更を指示する操作入力を受け付ける。その場合、操作部２２Ａは、操作信号を補正処理部２４Ａの逆特性算出部２４２Ａ及びイコライザ２４４Ａへ出力する。

入力Ｉ／Ｆ２３Ａは、マイクＭＩＣ１から入力された収音信号を補正処理部２４Ａの復調部２４１Ａ及び除去部２４３Ａへ出力する。

補正処理部２４Ａは、音響システム１が形成する閉ループの周波数特性に基づいて、収音信号を補正する機能部である。閉ループの周波数特性は、音響システム１を構成する各音響機器の周波数特性と、スピーカＳＰからマイクＭＩＣ１及びマイクＭＩＣ２へ至る空間の周波数特性と、からなる。そこで、音響システム１の各音響機器の特性情報に基づいて、閉ループの周波数特性を推定する。補正処理部２４Ａは、復調部２４１Ａ、逆特性算出部２４２Ａ、除去部２４３Ａ、及びイコライザ２４４Ａを備える。

復調部２４１Ａは、収音信号を復調して、特性情報を取得し、逆特性算出部２４２Ａへ出力する。この際、図６に示すように、復調部２４１Ａは、音響機器毎に特性情報を重畳する周波数帯域Ｆ１〜Ｆ３が定められているため、周波数帯域Ｆ１〜Ｆ３より音響機器（マイクＭＩＣ１、アンプ３、及びスピーカＳＰ）の特性情報を取得する。

逆特性算出部２４２Ａは、閉ループの周波数特性を推定して、推定した周波数特性の逆特性を算出する。具体的には、逆特性算出部２４２Ａは、操作部２２Ａからの操作信号に応じて（すなわち、イコライザの設定に応じて）、自装置の周波数特性が決まるため、記憶部２１から取得した特性情報を用いて、イコライザの設定に応じた周波数特性を算出する。また、閉ループの周波数特性は、音響システム１の設置場所にある程度の空間が存在すると、閉ループを構成する音響機器の周波数特性で決まる。このため、逆特性算出部２４２Ａは、復調部２４１から入力された音響機器（マイクＭＩＣ１、アンプ３、及びスピーカＳＰ）の特性情報が示す周波数特性と、算出した周波数特性と、を平均化して、１台のフィルタとみなして、そのフィルタの周波数特性を推定する。そして、逆特性算出部２４２Ａは、推定した周波数特性の逆特性を算出して、イコライザ２４４Ａへ出力する。

また、逆特性算出部２４２Ａは、操作部２２Ａからの操作信号が入力されると（すなわち、イコライザの設定が変更になると）、自装置の周波数特性が変更になり、閉ループを形成する音響システム１の系が変更になるため、周波数特性を再度推定する。

除去部２４３Ａは、ローパスフィルタであり、収音信号から音響機器（マイクＭＩＣ１、アンプ３、及びスピーカＳＰ）の特性情報が重畳された周波数帯域Ｆ１〜Ｆ３（図６参照）を除去して、イコライザ２４４Ａへ出力する。なお、除去部２４３Ａは、必須の構成ではない。ミキサ２は、除去部２４３Ａを備えることで、特性情報の再重畳を防止することができる。

イコライザ２４４Ａは、操作部２２Ａからの操作信号に応じて、除去部２４３Ａから入力された収音信号の周波数特性を変更する。そして、イコライザ２４４Ａは、逆特性算出部２４２Ａから入力された逆特性に基づいて、変更後の収音信号を補正する。イコライザ２４４Ａは、補正後の収音信号を合成部２５へ出力する。

合成部２５は、補正処理部２４Ａのイコライザ２４４Ａ及び補正処理部２４Ｂのイコライザ２４４Ｂから入力された収音信号を合成して、合成収音信号を生成する。合成部２５は、合成収音信号を出力Ｉ／Ｆ２６へ出力する。出力Ｉ／Ｆ２６は、合成収音信号を後段のアンプ３へ出力する。

以上のように、音響機器（マイクＭＩＣ１、マイクＭＩＣ２、アンプ３、スピーカＳＰ）は、それぞれ自装置の特性情報を音声信号に重畳して出力する。そして、ミキサ２は、音声信号を復調して音響機器（マイクＭＩＣ１、マイクＭＩＣ２、アンプ３、スピーカＳＰ）の特性情報を取得して、取得した特性情報と自装置の特性情報とに基づいて閉ループの周波数特性を推定し、推定した周波数特性の逆特性で収音信号を補正する。このため、音響システム１は、低負荷でありながら、音響システム１を構成する音響機器の変更に応じて、閉ループの周波数特性を推定して、ハウリングの発生を防止することができる。また、音響システム１は、音響機器の設定を変更した場合も、各音響機器が周波数特性を重畳するため、系の変化に応じて、閉ループの周波数特性を推定して、ハウリングの発生を防止することができる。

なお、上述の実施形態では、音響機器（マイクＭＩＣ１、マイクＭＩＣ２、アンプ３、スピーカＳＰ）が自装置の特性情報をそれぞれ異なる周波数帯域に重畳した。しかし、音響機器（マイクＭＩＣ１、マイクＭＩＣ２、アンプ３、スピーカＳＰ）は、特定の周波数帯域に重畳された特性情報を取得した後に、自装置の周波数特性とともに取得した特性情報を特定の周波数帯域へ重畳してもよい。図７は、他の実施形態に係る重畳処理部の機能、構成を示すブロック図である。各マイクの重畳処理部４２’、アンプ３の重畳処理部３２’、及びスピーカＳＰの重畳処理部５２’は、同じ機能、構成であるため、マイクＭＩＣ１の重畳処理部４２’を例に挙げて説明する。

この場合、図７に示すように、重畳処理部４２’は、除去部４２３、復調部４２４、重畳部４２１’、及び自装置の特性情報を記憶する記憶部４２２を備える。除去部４２３は、ローパスフィルタであり、入力された収音信号から特性情報が重畳された周波数帯域を除去して、除去後の収音信号を重畳部４２１’へ出力する。復調部４２４は、入力された収音信号を復調して特性情報を取得して、重畳部４２１’へ出力する。重畳部４２１’は、復調部４２４からの特性情報と、記憶部４２２から取得した自装置の特性情報と、を除去部４２３から入力された収音信号に重畳して出力する。以上より、重畳処理部４２’は、入力された収音信号から予め重畳されている特性情報を取得して、自装置の特性情報とともに取得した特性情報を、該収音信号に重畳して出力する。これにより、音響システム１を構成する音響機器に関係なく、特性情報を重畳することができる。

また、上述の実施形態では、周波数分割多重方式を用いて、特性情報を重畳したが、時分割多重方式等の他の方式を用いてもよい。

更に、上述の実施形態では、各音響機器（マイクＭＩＣ１、マイクＭＩＣ２、ミキサ２、アンプ３、スピーカＳＰ）が自装置の特性情報を記憶しておき、該特性情報を音声信号に重畳した。しかし、各音響機器は、自装置の周波数特性の代わりに自装置の識別情報を記憶しておき、自装置の識別情報を重畳してもよい。図８は、他の実施形態に係るミキサの機能、構成を示すブロック図である。また、図９は、機器情報一覧の一例を示す図である。この場合、図８に示すように、ミキサ２は、記憶部２１’及び逆特性算出部２４２Ａ’の機能が上述の実施形態と相違する。以下に、相違点のみ説明する。

記憶部２１は、自装置の識別情報の他に、図７に示す機器情報一覧２１１を記憶している。機器情報一覧２１１には、音響機器の識別情報と、該識別情報に応じた特性情報とが対応付けて登録される。また、この機器情報一覧２１１は、ネットワーク等を介してサーバ装置からダウンロードしたり、ユーザの操作入力により登録したりすることで更新される。

逆特性算出部２４２Ａ’は、復調部２４１Ａから入力された音響機器（マイクＭＩＣ１、マイクＭＩＣ２、アンプ３、スピーカＳＰ）の識別情報と自装置の識別情報とに対応する特性情報を機器情報一覧２１１から取得する。そして、逆特性算出部２４２Ａ’は、取得した特性情報に基づいて、閉ループの周波数特性を推定する。逆特性算出部２４２’は推定した周波数特性の逆特性を算出して、イコライザ２４４Ａへ出力する。

以上より、ミキサ２は、音響機器（マイクＭＩＣ１、マイクＭＩＣ２、アンプ３、スピーカＳＰ）が音声信号に重畳した識別情報と自装置の識別情報とに基づいて、閉ループの周波数特性を推定する。ミキサ２は、推定した周波数特性の逆特性を算出して、音声信号を補正する。これにより、音響機器（マイクＭＩＣ１、マイクＭＩＣ２、アンプ３、スピーカＳＰ）は、データ量の大きい特性情報に代えて、データ量の小さい識別情報を音声信号に重畳するだけでよい。

加えて、上述の実施形態では、補正処理部２４Ａをミキサ２の内部に備え、ミキサ２が周波数特性を補正した。しかし、補正処理部２４Ａからなる補正装置を音声信号毎にミキサ２の前段に設けてもよい。

また、上述の実施形態では、音声信号の周波数特性を補正したが、音声信号の振幅の変化を示すゲイン特性を補正してもよい。この場合、各音響機器（マイクＭＩＣ１、マイクＭＩＣ２、アンプ３、スピーカＳＰ）が自装置の入力に対する振幅の変化を示すゲイン特性を示す特性情報を音声信号に重畳する。そして、ミキサ２は、音声信号に重畳された特性情報を取得し、取得した特性情報に基づいて、閉ループのゲイン特性を推定する。そして、ミキサ２は、推定したゲイン特性の逆特性で音声信号を補正する（具体的には、音声信号のゲインを下げる）。これにより、ミキサ２は、音声信号を合成することでゲインが大きくなりすぎる場合であっても、放音時に音割れしないように、ゲインを補正して音声信号を出力することができる。

複数の音響機器により形成される閉ループの説明図である。アンプの機能、構成を示すブロック図である。スピーカの機能、構成を示すブロック図である。マイクの機能、構成を示すブロック図である。ミキサの機能、構成を示すブロック図である。音声信号を重畳する周波数帯域の一例を示す図である。他の実施形態に係る重畳処理部の機能、構成を示すブロック図である。他の実施形態に係るミキサの機能、構成を示すブロック図である。機器情報一覧の一例を示す図である。

符号の説明

１…音響システム，２…ミキサ，２１…記憶部，２１１…機器情報一覧，２２…操作部，２３，３１，５１…入力Ｉ／Ｆ，２４…補正処理部，２４１…復調部，２４２…逆特性算出部，２４３…除去部，２４４…イコライザ，２５…合成部，２６，３３，４３…出力Ｉ／Ｆ，３…アンプ，３２，４２，５２…重畳処理部，３２１，４２１，５２１…重畳部，３２２，４２２，５２２…記憶部，４１…収音部，４２３…除去部，４２４…復調部，５３…放音部，ＭＩＣ１，ＭＩＣ２…マイク，ＳＰ…スピーカ

Claims

閉ループを形成する複数の音響機器と、補正機器と、を備えた音響システムであって、
前記複数の音響機器は、それぞれ自装置の入力に対する出力のゲイン特性を示した特性情報を音声信号に重畳して出力し、
前記補正機器は、入力された音声信号から各音響機器の特性情報を復調して、前記閉ループのゲイン特性を推定し、推定したゲイン特性の逆特性で該音声信号を補正する音響システム。
前記音響機器は、複数のマイクを含み、
前記補正機器は、各マイクが出力する音声信号毎に、該音声信号を補正する請求項１に記載の音響システム。
前記複数の音響機器は、前記特性情報に代えて、自装置を識別するための情報である識別情報を音声信号に重畳して出力し、
前記補正機器は、前記識別情報と特性情報とを対応付けて音響機器毎に記憶しており、入力された音声信号から各音響機器の識別情報を復調して、該各音響機器の識別情報に対応する特性情報を取得して、前記閉ループのゲイン特性を推定する請求項１又は請求項２に記載の音響システム。