JP5982880B2

JP5982880B2 - ハウリング抑圧装置及びプログラム、並びに、適応ノッチフィルタ及びプログラム

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Publication number: JP5982880B2
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Inventors: 尚也川畑
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Description

本発明はハウリング抑圧装置及びプログラム、並びに、適応ノッチフィルタ及びプログラムに関し、例えば、テレビ会議や電話会議などの拡声通話系の音声受信装置に適用し得るものである。

テレビ会議や電話会議などの拡声通話系では、スピーカから発音された音（音響や音声など）がマイクに回り込んで送話側に戻る音響エコーが発生する。さらに、この帰還系のゲインが１以上になると、いわゆるハウリングと呼ばれる発振状態となる。ハウリングは通話の著しい妨げとなるため、その抑圧方法に関しては、これまでも多くの研究、開発が行なわれている。

ハウリングを抑圧する１つの手法として、ノッチフィルタを使用する手法がある。ノッチフィルタとは、特定の周波数を抑圧するフィルタであり、抑圧する周波数が定まっていればフィルタ係数を設計できる。しかし、ハウリングする周波数は、部屋の形状、温度、湿度、マイクとスピーカの種類、設置位置などによって異なり、何Ｈｚの周波数がハウリングするかは未知であるため、ハウリングした周波数を検出し、その周波数を抑圧するノッチフィルタを装置が自動的に設計してハウリングを抑圧するハウリング抑圧装置が特許文献１によって提案されている。

特許文献１のハウリング抑圧装置では、出力信号（受話信号）を高速フーリエ変換し、周波数スペクトルを求め、ピークを検出する。過大なピークが検出された周波数をハウリングした周波数と判断して、その周波数を抑圧するノッチフィルタを設計し、ノッチフィルタに信号を流すスイッチをオン状態にすることで、入力信号（送話信号）がノッチフィルタを通り、ハウリングを抑圧する。

特開２００４−２５４０１６号

しかしながら、特許文献１のハウリング抑圧装置では、ハウリングが発生していないときに周波数スペクトルにピークがある信号が入力されると、ハウリングしていない状態でもピークを検出し、過大なピークに対応した周波数を抑圧するノッチフィルタを設計して抑圧するので音質が劣化する。また、ハウリングが発生しているときにピークを誤検出すると、ハウリングしていない誤検出されたピークを有する周波数を抑圧するノッチフィルタを設計するためにハウリングを抑圧できない。このように、ピークを誤検出すると、音質が劣化したり、ハウリングが抑圧できなかったりする問題点があった。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、周波数スペクトルを求めてピークを検出することなく、１又は複数の周波数がハウリングした環境でもハウリングした周波数を抑圧することができるハウリング抑圧装置及びプログラムを提供しようとしたものである。

また、本発明は、減衰したい１又は複数の周波数が変化してもそれに対応できる適応ノッチフィルタ及びプログラムを提供しようとしたものである。

第１の本発明は、適応ノッチフィルタとフィルタ係数制御部とを有する適応ノッチフィルタ部を利用してハウリングする周波数を抑圧するハウリング抑圧装置において、上記適応ノッチフィルタが、抑圧する周波数が異なる、下記の（Ａ１）式で表される伝達関数Ｈ_ｆ（ｚ）を有する適応ノッチフィルタ単位を、ｊ（ｊは１以上の自然数）段接続したと等価な伝達関数を有すことを特徴とする。

（Ａ１）式において、ｎは時間、ａ_１（ｎ）、ａ_２（ｎ）、ｂ_１（ｎ）はフィルタ係数であり、これらフィルタ係数はそれぞれ、（Ａ２）式又は（Ａ３）式で表される。（Ａ２）式及び（Ａ３）式において、μはステップゲイン、Δａ_ｉ、Δｂ_ｉはフィルタ係数更新量、ｅ（ｎ）は適応ノッチフィルタの出力と目的信号との誤差信号である。

第２の本発明は、適応ノッチフィルタとフィルタ係数制御部とを有する適応ノッチフィルタ部を利用してハウリングする周波数を抑圧するハウリング抑圧装置に搭載されるコンピュータを、上記適応ノッチフィルタ部として機能させるプログラム部分を有するハウリング抑圧プログラムであって、プログラムの実行によって実現される上記適応ノッチフィルタが、抑圧する周波数が異なる、下記の（Ｂ１）式で表される伝達関数Ｈ_ｆ（ｚ）を有する適応ノッチフィルタ単位を、ｊ（ｊは１以上の自然数）段接続したと等価な伝達関数を有すことを特徴とする。

（Ｂ１）式において、ｎは時間、ａ_１（ｎ）、ａ_２（ｎ）、ｂ_１（ｎ）はフィルタ係数であり、これらフィルタ係数はそれぞれ、（Ｂ２）式又は（Ｂ３）式で表される。（Ｂ２）式及び（Ｂ３）式において、μはステップゲイン、Δａ_ｉ、Δｂ_ｉはフィルタ係数更新量、ｅ（ｎ）は適応ノッチフィルタの出力と目的信号との誤差信号である。

第３の本発明は、抑圧する周波数を適応的に変更可能な適応ノッチフィルタにおいて、抑圧する周波数が異なる、下記の（Ｃ１）式で表される伝達関数Ｈ_ｆ（ｚ）を有する適応ノッチフィルタ単位を、ｊ（ｊは１以上の自然数）段接続したと等価な伝達関数を有すことを特徴とする。

（Ｃ１）式において、ｎは時間、ａ_１（ｎ）、ａ_２（ｎ）、ｂ_１（ｎ）はフィルタ係数であり、これらフィルタ係数はそれぞれ、（Ｃ２）式又は（Ｃ３）式で表される。（Ｃ２）式及び（Ｃ３）式において、μはステップゲイン、Δａ_ｉ、Δｂ_ｉはフィルタ係数更新量、ｅ（ｎ）は適応ノッチフィルタの出力と目的信号との誤差信号である。

第４の本発明は、コンピュータを、抑圧する周波数を適応的に変更可能な適応ノッチフィルタとして機能させる適応ノッチフィルタプログラムにおいて、上記適応ノッチフィルタが、抑圧する周波数が異なる、下記の（Ｄ１）式で表される伝達関数Ｈ_ｆ（ｚ）を有する適応ノッチフィルタ単位を、ｊ（ｊは１以上の自然数）段接続したと等価な伝達関数を有すことを特徴とする。

（Ｄ１）式において、ｎは時間、ａ_１（ｎ）、ａ_２（ｎ）、ｂ_１（ｎ）はフィルタ係数であり、これらフィルタ係数はそれぞれ、（Ｄ２）式又は（Ｄ３）式で表される。（Ｄ２）式及び（Ｄ３）式において、μはステップゲイン、Δａ_ｉ、Δｂ_ｉはフィルタ係数更新量、ｅ（ｎ）は適応ノッチフィルタの出力と目的信号との誤差信号である。

本発明によれば、周波数スペクトルを求めてピークを検出することなく、１又は複数の周波数がハウリングした環境でもハウリングした周波数を抑圧できるハウリング抑圧装置及びプログラムを提供できる。

また、他の本発明によれば、減衰したい１又は複数の周波数が変化してもそれに対応できる適応ノッチフィルタ及びプログラムを提供できる。

本発明によるハウリング抑圧装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。本発明によるハウリング抑圧装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。適応ノッチフィルタの多段接続構成（多段適応ノッチフィルタ）を示すブロック図である。

（Ａ）適応ノッチフィルタの実施形態
第１及び第２の実施形態のハウリング抑圧装置を説明する前に、これら実施形態のハウリング抑圧装置に適用される適応ノッチフィルタ（多段適応ノッチフィルタ）の実施形態を説明する。

従来の一般的なノッチフィルタの伝達関数ＨNotch（ｚ）は、（１）式で表される。（１）式において、ｆは抑圧する周波数、ｆｓはサンプリング周波数、ｒはノッチの帯域幅を決定するパラメータである。

各実施形態では、（１）式の伝達関数Ｈ（ｚ）に基づいて、適応ノッチフィルタの伝達関数を新たに提案する。

（１）式に示す伝達関数Ｈ_{Ｎｏｔｃｈ}（ｚ）を有するノッチフィルタは、（１）式の構成から、ＩＩＲ（無限インパルス応答）型のフィルタになっていることが分かる。一方、一般的なＩＩＲ型の適応フィルタの伝達関数Ｈ_ＩＩＲ（ｚ）は、（２）式で表される。（２）式において、ｎは時間、ａ_１（ｎ）、ａ_２（ｎ）、ｂ_０（ｎ）、ｂ_１（ｎ）、ｂ_２（ｎ）はＩＩＲ型の適応フィルタのフィルタ係数である。

今、（１）式に示す伝達関数Ｈ_{Ｎｏｔｃｈ}（ｚ）と（２）式に示す伝達関数Ｈ_ＩＩＲ（ｚ）を比較する。伝達関数Ｈ_{Ｎｏｔｃｈ}（ｚ）では、分子の定数項とｚ^−２項の係数と分母の定数項の係数はそれぞれ１になっている。そこで、（２）式に示すＩＩＲ型適応フィルタの伝達関数Ｈ_ＩＩＲ（ｚ）の分子の定数項とｚ^−２項の係数を１にし、その他の項の係数を更新することとすると、（２）式に示すＩＩＲ型適応フィルタの伝達関数Ｈ_ＩＩＲ（ｚ）を、ノッチフィルタの伝達関数にすることができる。この場合のノッチフィルタは適応ノッチフィルタとなり、この適応ノッチフィルタの伝達関数Ｈ_ｆ（ｚ）は、（３）式で表される。（３）式において、ｎは時間、ａ_１（ｎ）、ａ_２（ｎ）、ｂ_１（ｎ）は適応ノッチフィルタのフィルタ係数であり、これらフィルタ係数はそれぞれ、（４）式又は（５）式で表される。（４）式及び（５）式において、μはステップゲイン、Δａ_ｉ、Δｂ_ｉはフィルタ係数更新量、ｅ（ｎ）は適応ノッチフィルタの出力と目的信号（ハウリング成分が存在しない所望信号）との誤差信号である。フィルタ係数更新量Δａ_ｉ、Δｂ_ｉは、フィルタ係数更新アルゴリズム（例えば二乗誤差最小アルゴリズムやＳＨＡＲＦ（ＳｉｍｐｌｅＨｙｐｅｒｓｔａｂｌｅＡｄａｐｔｉｖｅＲｅｃｕｒｓｉｖｅＦｉｌｔｅｒ）アルゴリズム）を用いて求めることができる。

ここで、（３）式の零点を確認する。伝達関数Ｈ_ｆ（ｚ）の零点はＨ_ｆ（ｚ）＝０である点より、分子が０であることを示している（６）式が得られる。この（６）式に示す方程式を解くと、（７）式が得られ、（７）式に基づいてｚのノルム｜ｚ｜を求めると、（８）式が得られる。

（８）式に示す｜ｚ｜＝１は、零点がｚ平面の単位円上にあることを示している。また、ｚ平面で単位円上のｚ変換が周波数特性を表していることから、分子の定数項とｚ^−２項の係数を１にすることで、ｚ平面の単位円周上に零点ができ、（３）式の伝達関数Ｈ_ｆ（ｚ）の周波数特性はある周波数でノッチができることが分かる。

この適応ノッチフィルタを適用して複数の周波数を抑圧できるように、図３のように、抑圧周波数が異なる適応ノッチフィルタ３０−１〜３０−ｊを多段接続して１つのノッチフィルタにまとめ、係数を更新することで適応ノッチフィルタ３１（実施形態の適応ノッチフィルタ）を構成（設計）する。適応ノッチフィルタ３０−１〜３０−ｊの多段接続は、ソフトウェア的には、各適応ノッチフィルタ３０−１、…、３０−ｊの伝達関数を掛け算したものを伝達特性とすることにより実現することができる。伝達関数を掛け算することにより、多段適応ノッチフィルタ３１はフィルタ長が長いノッチフィルタになり、ノッチフィルタの数がハウリングした周波数の数より多いときは、ノッチが鋭いノッチフィルタに収束する。

なお、適応ノッチフィルタ３１は、必ずしも適応ノッチフィルタ３０−１〜３０−ｊを多段接続して構成しなくても良く、要は、適応ノッチフィルタ３０−１〜３０−ｊを多段接続した場合と同じ伝達関数を有するものであれば良い。

図３に示す多段接続の適応ノッチフィルタ３１に入出力Ｘ（ｚ）、Ｙ（ｚ）の関係を、各適応ノッチフィルタ３０−１、…、３０−ｊの伝達関数を用いて表すと、（９）式に示すようになる。（９）式において、Ｈ_ｋ（ｚ）（ｋ＝１、２、…、ｊ）は各適応ノッチフィルタの伝達関数３０−１、…、３０−ｊ、Ｘ（ｚ）は入力信号のｚ変換、Ｙ（ｚ）は多段適応ノッチフィルタ３１の出力信号のｚ変換、ｊは適応ノッチフィルタの個数である。例えばｊ＝４のときは、多段適応ノッチフィルタ３１は最大で４つの異なる周波数を抑圧するフィルタになる。

適応ノッチフィルタ３０−１、…、３０−ｊを多段接続して１つの適応ノッチフィルタにした多段適応ノッチフィルタ３１の伝達関数は、（９）式の該当箇所に（２）式を代入して整理することにより、（１０）式で表すことができる。（１０）式において、ｎは時間、ａ_１（ｋ、ｎ）、ａ_２（ｋ、ｎ）、ｂ_１（ｋ、ｎ）（ｋ＝１、２、…、ｊ）は各適応ノッチフィルタのフィルタ係数、ａ_ｋ（ｎ）（ｋ＝１、２、…、２ｊ）、ｂ_ｋ（ｎ）（ｋ＝１、２、…、２ｊ−１）は複数の周波数を抑圧する多段適応ノッチフィルタ３１のフィルタ係数であり、これらフィルタ係数はそれぞれ、（１１）式又は（１２）式で表される。（１１）式及び（１２）式において、μはステップゲイン、Δａ_ｉ、Δｂ_ｉはフィルタ係数更新量、ｅ（ｎ）は適応ノッチフィルタの出力と目的信号との誤差信号である。

この（１０）式から、分母の定数項と分子の定数項と最高次数のフィルタ係数がそれぞれ１になっていることが分かる。このことより、複数の周波数を抑圧する適応ノッチフィルタ３１は、分母の定数項と分子の定数項と分子の最高次数の係数を１にし、その他のフィルタ係数を更新することで複数の周波数を抑圧する適応ノッチフィルタになっていることが分かる。

（９）式に（１０）式を代入した後、ｚ平面から時間軸に数式を変換すると、（１３）式が得られる。（１３）式において、ここで、ｎは時間、ｘ（ｎ）は適応ノッチフィルタ３１への入力信号、ｙ（ｎ）は適応ノッチフィルタ３１からの出力信号である。

適応ノッチフィルタ３１が（１０）式に示す伝達関数を有することにより、複数の周波数がハウリングした環境で、適応ノッチフィルタ３１のフィルタ係数が適応的にハウリングした周波数を抑圧するように更新され、ハウリングを適切に抑圧することができる。

（Ｂ）ハウリング抑圧装置の第１の実施形態
次に、本発明によるハウリング抑圧装置の第１の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

第１の実施形態のハウリング抑圧装置は、上述した実施形態の適応ノッチフィルタを実装したものであり、入力信号に対して常に適応ノッチフィルタの処理を行い、ハウリングしている周波数を抑圧するものである。

（Ｂ−１）第１の実施形態のハウリング抑圧装置の構成
図１は、本発明によるハウリング抑圧装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。デジタル信号でなる信号を処理する各部は、ＣＰＵと、ＣＰＵが実行するプログラムで構成することもできるが、この場合であっても、機能的には図１で表すことができる。

図１において、第１の実施形態のハウリング抑圧装置１００は、アナログ音信号が入力される音信号入力端子１０１と、音信号入力端子１０１に入力された音信号をアナログからデジタルに変換するＡＤ変換器１０２と、ＡＤ変換器１０２からのデジタル音信号を入力とし適応ノッチフィルタの処理を行う多段適応ノッチフィルタ部１０３と、多段適応ノッチフィルタ部１０３から出力された音信号をデジタルからアナログに変換するＤＡ変換器１０７と、アナログの音信号が出力される音信号出力端子１０８とを備える。

多段適応ノッチフィルタ部１０３は、ＡＤ変換器１０２から出力されたデジタル音信号を入力信号として適応ノッチフィルタの処理を行うフィルタ処理部１０４と、フィルタ処理部１０４から出力された信号と目的信号から誤差信号を求める誤差計算部１０５と、フィルタ処理部１０４に入力されたデジタル音信号（後述する入力信号レジスタに保持される信号）とフィルタ処理部１０４の出力信号（後述する出力信号レジスタに保持される信号）と誤差計算部１０５の出力信号からフィルタ係数の更新量を計算するフィルタ係数制御部１０６とを備える。

（Ｂ−２）第１の実施形態のハウリング抑圧装置の動作
次に、第１の実施形態のハウリング抑圧装置１００の動作を説明する。

音信号入力端子１０１には、マイクアンプで増幅されマイクロホン入力信号や、オーディオミキサなどで複数のマイクロホン入力信号が増幅されて加算された信号や、エコーキヤンセラでエコーが削除された信号などのアナログ音信号が入力される。音信号入力端子１０１に入力されたアナログの音信号は、ＡＤ変換器１０２において、サンプリング周波数に応じて通過帯域が設定されたローパスフィルタ（ＡＤ変換器１０２が内蔵する）を通すことで、折り返しが発生しないよう高域成分の周波数がカットされてからアナログからデジタルに変換され、デジタル化されたデジタル音信号がＡＤ変換器１０２から出力される。デジタル音信号は、多段適応ノッチフィルタ部１０３のフィルタ処理部１０４に入力される。

フィルタ処理部１０４は、入力信号レジスタ及び出力信号レジスタを内蔵しており、ＡＤ変換器１０２からのデジタル音信号と当該フィルタ処理部１０４からの出力信号とが各レジスタに保持される。フィルタ処理部１０４は、ＡＤ変換部１０２からデジタル音信号の新しいデジタル音信号が１サンプル入力されると、入力信号レジスタの最後尾の最も過去に保存された１サンプルのデジタル音信号を削除し、入力信号レジスタの値をシフトしてから新しい１サンプルのデジタル音信号を入力信号レジスタの先頭に保存する。フィルタ処理部１０４は、入力信号レジスタ（（１３）式のｘ（ｎ）やｘ（ｎ−ｋ）参照）と出力信号レジスタ（（１３）式のｙ（ｎ−ｋ）参照）とフィルタ係数制御部１０６から出力されたフィルタ係数（（１３）式のｂ_ｋ（ｎ）やａ_ｋ（ｎ）参照）を用いて計算し、当該フィルタ処理部１０４からの出力信号（（１３）式のｙ（ｎ）参照）を求める。フィルタ処理部１０４は出力信号を求めると、出力信号レジスタの最後尾の最も過去に保存された１サンプルの出力信号を削除し、出力信号レジスタの値をシフトしてから求めた出力信号を出力信号レジスタの先頭に保存し、また、求めた出力信号を誤差計算部１０５とフィルタ係数制御部１０６とＤＡ変換器１０７に与える。また、フィルタ処理部１０４は、入力信号レジスタに保持される入力信号をフィルタ係数制御部１０６に与える。

誤差計算部１０５は、フィルタ処理部１０４から出力された信号と目的信号との誤差を計算して誤差信号を求める。誤差信号は、フィルタ係数制御部１０６に出力される。

フィルタ係数制御部１０６は、フィルタ処理部１０４内の入力信号レジスタ及び出力信号レジスタの保持信号と、誤差計算部１０５の出力信号とから、フィルタ処理部１０４に係る適応ノッチフィルタのフィルタ係数更新量を計算し、その適応ノッチフィルタのフィルタ係数を、上述した（１３）式の分母の定数項と分子の定数項と分子の最高次数の係数を１にしたまま、その他のフィルタ係数を更新する。

ＤＡ変換器１０７は、多段適応ノッチフィルタ部１０３のフィルタ処理部１０４の出力信号をデジタルからアナログに変換し、その後、サンプリング周波数に応じた内蔵するローパスフィルタを通すことで、折り返しが発生しないよう高域成分の周波数をカットし、アナログ音信号として音信号出力端子１０８に与え、アナログ音信号が音信号出力端子１０８からスピーカアンプや通信路に出力される。

次に、第１の実施形態のハウリング抑圧装置１００における動作開始からハウリングが発生したときまでの動作について説明する。

ハウリング抑圧装置１００が動作を開始すると、音信号が音信号入力端子１０１を通り、ＡＤ変換器１０２でデジタル化され、多段適応ノッチフィルタ部１０３に音信号が入力される。

ハウリングが発生しなければ、フィルタ処理部１０４のフィルタ係数が収束しないため、フィルタ処理部１０４で特定の周波数が抑圧されずにＤＡ変換器１０７に音信号が出力される。ＤＡ変換器１０７では、多段適応ノッチフィルタ部１０３から出力された音信号がアナログ化されて、音信号出力端子１０８を介して出力される。

ハウリングが発生し始めると、フィルタ処理部１０４における適応ノッチフィルタのフィルタ係数は、まだ、発生した周波数を抑圧するフィルタ係数に収束していないので、フィルタ処理部１０４は、ハウリングした信号を抑圧できずにＤＡ変換器１０７と誤差計算部１０５に音信号を出力する。ＤＡ変換器１０７が多段適応ノッチフィルタ部１０３から出力された音信号をアナログ化し、音信号出力端子１０８を介して出力するので、ハウリングが発生し始めたときはハウリングが抑圧されていない音信号が出力される。誤差計算部１０５は、フィルタ処理部１０４から出力された信号に対して誤差を計算し、フィルタ係数制御部１０６に誤差信号を出力する。フィルタ係数制御部１０６は、入力された誤差信号を用いてフィルタ係数更新アルゴリズムに基づきフィルタ係数の更新量を計算する。計算された更新量で、フィルタ処理部１０４における適応ノッチフィルタのフィルタ係数を更新する。

更新が進むとフィルタ処理部１０４における適応ノッチフィルタのフィルタ係数は、ハウリングした周波数を抑圧するフィルタ係数に収束するので、フィルタ処理部１０４は、ハウリングが抑圧された信号をＤＡ変換器１０７と誤差計算部１０５に出力する。ＤＡ変換器１０７は、多段適応フィルタ処理部１０３から出力された音信号をアナログ化し、音信号出力端子１０８を介してハウリングを抑圧した信号を出力する。誤差計算部１０５は、ハウリングが抑圧された信号が入力されるので誤差信号がほぼ０になる。フィルタ係数制御部１０６は、誤差信号がほぼ０になるので、(１１)式と（１２）式のｅ(ｎ)はほぼ０になり、更新量がほぼ０になるので、フィルタ処理部１０４に係る適応ノッチフィルタのフィルタ係数は更新されずに収束する。これによって、フィルタ係数の収束状態が継続され、ハウリングが抑圧され続ける。

異なる周波数がハウリングし始めると、フィルタ処理部１０４における適応ノッチフィルタは異なる周波数を抑圧するようにフィルタ係数が収束していないので、ハウリングした信号を抑圧できずにＤＡ変換器１０７と誤差計算部１０５に音信号を出力する。ＤＡ変換器１０７は、多段適応ノッチフィルタ部１０３から出力された音信号をアナログ化し、音信号出力端子１０８を介してアナログ音信号を出力するが、異なる周波数のハウリングが発生し始めたときはハウリングしたアナログ音信号が出力される。誤差計算部１０５は抑圧されていないハウリングした信号が入力されるため誤差信号が大きくなりフィルタ係数制御部１０６に大きな誤差信号を出力する。フィルタ係数制御部１０６は入力された誤差信号を用いてフィルタ係数更新アルゴリズムに基づきフィルタ係数の更新量を計算する。計算された更新量に基づいて、フィルタ処理部１０４における適応ノッチフィルタのフィルタ係数が更新される。このとき、誤差信号が大きいので更新量も大きくなり、フィルタ係数は収束しない。

更新が進むと、フィルタ処理部１０４における適応ノッチフィルタのフィルタ係数は、再び異なる周波数を抑圧するフィルタ係数に収束するので、多段適応ノッチフィルタ部１０３から、ハウリングが抑圧された信号がＤＡ変換器１０７と誤差計算部１０５に出力される。ＤＡ変換器１０７では多段適応ノッチフィルタ部１０３から出力された音信号をアナログ化し、音信号出力端子１０８を介して、ハウリングが抑圧された音信号が出力する。誤差計算部１０５は、ハウリングが抑圧された信号が入力されるので、誤差信号が再びほぼ０になる。フィルタ係数制御部１０６は誤差信号がほぼ０なので、(１１)式と（１２）式のｅ（ｎ）が再びほぼ０になり、更新量がほぼ０になるので、フィルタ処理部１０４に係る適応ノッチフィルタのフィルタ係数は更新されずに収束する。このようにして異なる周波数に対しても、フィルタ係数が収束してその周波数を抑圧し続ける。

複数の周波数がハウリングし始めると、フィルタ処理部１０４における適応ノッチフィルタは複数の周波数を抑圧するフィルタ係数に収束していないので、ハウリングした信号を抑圧できずに、ＤＡ変換器１０７と誤差計算部１０５にハウリングした音信号が出力される。ＤＡ変換器１０７は、多段適応ノッチフィルタ部１０３から出力された音信号をアナログ化し、音信号出力端子１０８を介して出力するが、複数の周波数のハウリングが発生し始めたときはハウリングしたアナログ音信号が出力される。誤差計算部１０５は、抑圧されていないハウリングした信号が入力されるため、誤差信号が大きくなりフィルタ係数制御部１０６に大きな誤差信号を出力する。フィルタ係数制御部１０６は、入力された誤差信号を用いてフィルタ係数更新アルゴリズムに基づきフィルタ係数の更新量を計算する。計算された更新量で、フィルタ処理部１０４における適応ノッチフィルタのフィルタ係数が更新される。このとき、誤差信号が大きいので更新量も大きくなり、フィルタ係数は収束しない。

更新が進むと、フィルタ処理部１０４における適応ノッチフィルタのフィルタ係数は複数の周波数を抑圧するように収束し、多段適応ノッチフィルタ部１０３からハウリングが抑圧された信号がＤＡ変換器１０７と誤差計算部１０５に出力される。ＤＡ変換器１０７は多段適応ノッチフィルタ部１０３から出力された音信号をアナログ化し、音信号出力端子１０８を介して、ハウリングが抑圧されたアナログ音信号を出力する。誤差計算部１０５は、ハウリングが抑圧された信号が入力されるので、誤差信号が再びほぼ０になる。フィルタ係数制御部１０６は、誤差信号がほぼ０なので、（１１）式と（１２）式のｅ（ｎ）が再び０になり、更新量が０になるので、フィルタ処理部１０４に係る適応ノッチフィルタのフィルタ係数は更新されずに収束する。これによって、フィルタ係数の収束状態が継続され、ハウリングが抑圧され続ける。

（Ｂ−３）第１の実施形態のハウリング抑圧装置の効果
第１の実施形態のハウリング抑圧装置によれば、複数の周波数がハウリングする環境、しかも、ハウリング周波数が変化する環境でも、ハウリングを抑圧することができ、音質の劣化を軽減することができる。

（Ｃ）ハウリング抑圧装置の第２の実施形態
次に、本発明によるハウリング抑圧装置の第２の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

第２の実施形態のハウリング抑圧装置は、上述した実施形態の適応ノッチフィルタを実装したものであり、適応ノッチフィルタのフィルタ係数の収束を判断し、適応ノッチフィルタを通した信号を出力するか、入力信号をスルー出力するかを判断するものである。

（Ｃ−１）第２の実施形態のハウリング抑圧装置の構成
図２は、本発明によるハウリング抑圧装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図であり、第１の実施形態に係る上述した図１との同一部分には同一符号を付して示している。デジタル信号でなる信号を処理する各部は、ＣＰＵと、ＣＰＵが実行するプログラムで構成することもできるが、この場合であっても、機能的には図２で表すことができる。

図２において、第２の実施形態のハウリング抑圧装置１００Ａは、第１の実施形態と同様な構成に加え、フィルタ処理部１０４における適応ノッチフィルタのフィルタ係数が収束しているか判別する係数収束判定部２０１と、係数収束判定部２０１の判定結果に基づいてスイッチ２０３を制御するスイッチ制御部２０２と、スイッチ制御部２０２の出力信号に基づいて出力する入力信号を切り替える２入力１出力スイッチ２０３とを備える。

（Ｃ−２）第２の実施形態のハウリング抑圧装置の動作
次に、第２の実施形態のハウリング抑圧装置１００Ａで新たに設けられた部分の動作を説明する。

係数収束判定部２０１においては、フィルタ処理部１０４における適応ノッチフィルタのフィルタ係数が収束したか否かが判定される。適応ノッチフィルタのフィルタ係数は、ハウリングが発生していると、ハウリングした周波数を抑圧するようにフィルタ係数を更新し、ハウリングした周波数に基づいた値に収束する特徴を有している。そこで、フィルタ係数制御部１０６で求められるフィルタ係数の値が収束したか否かが判定され、スイッチ制御部２０２に収束判定信号を出力する。

係数収束判定部２０１によってフィルタ係数が収束していないと判定されると（言い換えると、ハウリングが発生していないと）、ＡＤ変換器１０２から出力された当該ハウリング抑圧装置１０２への入力信号がＤＡ変換器１０７に出力されるようにするスイッチ制御信号が、スイッチ制御部２０２から出力される。一方、係数収束判定部２０１によってフィルタ係数が収束したと判定されると（言い換えると、ハウリングが発生していると）、フィルタ処理部１０４の出力信号がＤＡ変換器１０７に出力されるようにするスイッチ制御信号が、スイッチ制御部２０２から出力される。

スイッチ２０３においては、スイッチ制御部２０２からのスイッチ制御信号に基づいて、ＡＤ変換器１０２から出力された当該ハウリング抑圧装置１０２への入力信号、又は、フィルタ処理部１０４の出力信号が選択されてＤＡ変換器１０７に出力される。

以下、第２の実施形態のハウリング抑圧装置１００Ａの動作開始からハウリングが発生したときの動作について説明する。

初期状態においては、ＡＤ変換器１０２から出力された当該ハウリング抑圧装置１０２への入力信号がＤＡ変換器１０７に出力されるように、スイッチ２０３の選択状態が選定されている。

初期状態直後にハウリングが発生していないときには、フィルタ処理部１０４における適応ノッチフィルタのフィルタ係数は収束していないので、係数収束判定部２０１でフィルタ係数が収束していないと判定され、その判定結果が収束判定信号によってスイッチ制御部２０２に通知される。このとき、スイッチ制御部２０２からは、ＡＤ変換器１０２から出力された当該ハウリング抑圧装置１０２への入力信号をＤＡ変換器１０７に出力させるスイッチ制御信号が出力され、その結果、スイッチ２０３は、ＡＤ変換器１０２から出力された当該ハウリング抑圧装置のＡＤ変換１０２への入力信号をＤＡ変換器１０７に出力するスイッチ状態を継続する。

ハウリングが発生し、そのハウリングが継続している間においても、フィルタ処理部１０４における適応ノッチフィルタのフィルタ係数は徐々に収束していくが、収束はしていないので、係数収束判定部２０１でフィルタ係数が収束していないと判定される。その結果、スイッチ２０３は、ＡＤ変換器１０２から出力された当該ハウリング抑圧装置１０２への入力信号をＤＡ変換器１０７に出力するスイッチ状態を継続する。なお、このとき、収束の判定を緩くすることでハウリングが発生し始めのときに収束したと判断しハウリングを抑圧することもできる。

ハウリングが抑圧されフィルタ係数が収束すれば、誤差計算部１０５の誤差信号がほぼ０になる。フィルタ係数制御部１０６は、誤差信号がほぼ０になるので、(１１)式と（１２）式のｅ(ｎ)はほぼ０になり、更新量がほぼ０になるので、フィルタ処理部１０４に係る適応ノッチフィルタのフィルタ係数は更新されずに収束する。そして、係数収束判定部２０１でフィルタ係数が収束したと判定され、スイッチ制御部２０２に収束したことを知らせる収束判定信号が出力される。このとき、スイッチ制御部２０２から、フィルタ処理部１０４の出力信号をＤＡ変換器１０７に出力するようにするスイッチ制御信号がスイッチ２０３に出力され、スイッチ２０３は、フィルタ処理部１０４の出力信号をＤＡ変換器１０７に出力するように切り替わる。

同じ周波数がハウリング発生し続けた場合、誤差計算部１０５の誤差信号はほぼ０のままで、フィルタ係数制御部１０６のフィルタ係数更新量が０になり続け、フィルタ処理部１０４に係る適応ノッチフィルタのフィルタ係数は収束し続け、スイッチ制御部２０２に収束したことを知らせる収束判定信号が出力され続ける。このとき、スイッチ制御部２０２から、フィルタ処理部１０４の出力信号をＤＡ変換器１０７に出力するようにするスイッチ制御信号がスイッチ２０３に出力され続け、スイッチ２０３は、フィルタ処理部１０４の出力信号をＤＡ変換器１０７に出力し続ける。

ハウリングが発生しなくなれば、フィルタ処理部１０４の適応ノッチフィルタのフィルタ係数は抑圧すべき周波数がはっきりしないために変動するので（フィルタ係数が収束しないので）、係数収束判定部２０１でフィルタ係数が収束していないと判定され、スイッチ制御部２０２に収束していないことを知らせる収束判定信号が出力される。これにより、スイッチ制御部２０２からは、ＡＤ変換器１０２から出力された当該ハウリング抑圧装置１０２への入力信号をＤＡ変換器１０７に出力させるスイッチ制御信号が出力され、その結果、スイッチ２０３は、フィルタ処理部１０４の出力を選択していた状態から、ＡＤ変換器１０２から出力された当該ハウリング抑圧装置１０２への入力信号をＤＡ変換器１０７に出力するスイッチ状態に切り替わる。

（Ｃ−３）第２の実施形態のハウリング抑圧装置の効果
第２の実施形態によれば、ハウリングが発生していないときしか適応ノッチフィルタの出力信号を、当該ハウリング抑圧装置からの出力信号としないので、ハウリングが発生していないときに、ハウリングを考慮した処理を行い、却って音質が劣化している可能性がある信号が出力信号になることを抑えることができる。

（Ｄ）他の実施形態
上記第１及び第２の実施形態のハウリング抑圧装置では、実施形態の適応ノッチフィルタを、ハウリング抑圧装置に適用したものを示したが、実施形態の適応ノッチフィルタの適用装置はハウリング抑圧装置に限定されるものではない。

また、実施形態の適応ノッチフィルタでは、（３）式に示す伝達関数を有する適応ノッチフィルタを多段に接続したと等価なものを示したが、（３）式に示す伝達関数を有する適応ノッチフィルタを１つだけで所望する適応ノッチフィルタを構成するようにしても良い。

１０１…音信号入力端子、１０２…ＡＤ変換器、１０３…多段適応ノッチフィルタ部、１０４…フィルタ処理部、１０５…誤差計算部、１０６…フィルタ係数制御部、１０７…ＤＡ変換器、１０８…音信号出力端子、２０１…係数収束判定部、２０２…スイッチ制御部、２０３…出力切り替えスイッチ、３０−１〜３０−ｊ…適応ノッチフィルタ、３１…多段適応ノッチフィルタ。

Claims

適応ノッチフィルタとフィルタ係数制御部と誤差計算部とを有する適応ノッチフィルタ部を利用してハウリングする周波数を抑圧するハウリング抑圧装置において、
上記適応ノッチフィルタが、抑圧する周波数が異なる、下記の（Ａ１）式で表される伝達関数Ｈｆ（ｚ）を有する適応ノッチフィルタ単位を、ｊ（ｊは１以上の自然数）段接続したと等価な伝達関数を有すことを特徴とするハウリング抑圧装置。

（Ａ１）式において、ｎは時間、ａ１（ｎ）、ａ２（ｎ）、ｂ１（ｎ）はフィルタ係数であり、これらフィルタ係数はそれぞれ、（Ａ２）式又は（Ａ３）式で表される。（Ａ２）式及び（Ａ３）式において、μはステップゲイン、Δａｉ、Δｂｉはフィルタ係数更新量、ｅ（ｎ）は適応フィルタの出力と目的信号との誤差信号である。
上記適応ノッチフィルタのフィルタ係数が収束したか否かを判定する係数収束判定部と、
上記適応ノッチフィルタへの入力信号又は上記適応ノッチフィルタの出力信号の一方を選択して出力するスイッチと、
上記係数収束判定部が収束したと判定したときに上記適応ノッチフィルタの出力信号を選択させると共に、収束以外と判定した判定したときに上記適応ノッチフィルタの入力信号を選択させるスイッチ制御信号を形成して上記スイッチに出力するスイッチ制御部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載のハウリング抑圧装置。
適応ノッチフィルタとフィルタ係数制御部とを有する適応ノッチフィルタ部を利用してハウリングする周波数を抑圧するハウリング抑圧装置に搭載されるコンピュータを、上記適応ノッチフィルタ部として機能させるプログラム部分を有するハウリング抑圧プログラムであって、
プログラムの実行によって実現される上記適応ノッチフィルタが、抑圧する周波数が異なる、下記の（Ｂ１）式で表される伝達関数Ｈｆ（ｚ）を有する適応ノッチフィルタ単位を、ｊ（ｊは１以上の自然数）段接続したと等価な伝達関数を有すことを特徴とするハウリング抑圧プログラム。

（Ｂ１）式において、ｎは時間、ａ１（ｎ）、ａ２（ｎ）、ｂ１（ｎ）はフィルタ係数であり、これらフィルタ係数はそれぞれ、（Ｂ２）式又は（Ｂ３）式で表される。（Ｂ２）式及び（Ｂ３）式において、μはステップゲイン、Δａｉ、Δｂｉはフィルタ係数更新量、ｅ（ｎ）は適応フィルタの出力と目的信号との誤差信号である。
抑圧する周波数を適応的に変更可能な適応ノッチフィルタにおいて、
抑圧する周波数が異なる、下記の（Ｃ１）式で表される伝達関数Ｈｆ（ｚ）を有する適応ノッチフィルタ単位を、ｊ（ｊは１以上の自然数）段接続したと等価な伝達関数を有すことを特徴とする適応ノッチフィルタ。

（Ｃ１）式において、ｎは時間、ａ１（ｎ）、ａ２（ｎ）、ｂ１（ｎ）はフィルタ係数であり、これらフィルタ係数はそれぞれ、（Ｃ２）式又は（Ｃ３）式で表される。（Ｃ２）式及び（Ｃ３）式において、μはステップゲイン、Δａｉ、Δｂｉはフィルタ係数更新量、ｅ（ｎ）は適応フィルタの出力と目的信号との誤差信号である。
コンピュータを、抑圧する周波数を適応的に変更可能な適応ノッチフィルタとして機能させる適応ノッチフィルタプログラムにおいて、
上記適応ノッチフィルタが、抑圧する周波数が異なる、下記の（Ｄ１）式で表される伝達関数Ｈｆ（ｚ）を有する適応ノッチフィルタ単位を、ｊ（ｊは１以上の自然数）段接続したと等価な伝達関数を有すことを特徴とする適応ノッチフィルタプログラム。

（Ｄ１）式において、ｎは時間、ａ１（ｎ）、ａ２（ｎ）、ｂ１（ｎ）はフィルタ係数であり、これらフィルタ係数はそれぞれ、（Ｄ２）式又は（Ｄ３）式で表される。（Ｄ２）式及び（Ｄ３）式において、μはステップゲイン、Δａｉ、Δｂｉはフィルタ係数更新量、ｅ（ｎ）は適応フィルタの出力と目的信号との誤差信号である。