JPH08251083A - 波形パラメータ制御によるハウリング防止方式を用いた 拡声通話法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】伝送特性の変動や雑音による影響が少なく、同
時通話にも支障のない拡声通話方法を提供する。 【構成】端子９に入力された信号は、信号加算部７、
５、波形パラメータ発生器１、周波数比較／パラメータ
変更部２、波形再生器３、信号伝送路４、６なるループ
を一巡するが、伝送路６の入力信号と出力信号は、それ
ぞれ、波形パラメータ発生器８と１で周波数が検出され
るので、周波数は同じになる。従って、周波数比較／パ
ラメータ変更部で周波数が同じ正弦波の振幅を０に変更
すれば、一巡した信号は波形再生器で再生されることは
なく、伝送路４に再び生じることはない。また、端子１
０に信号が入力された場合も、波形パラメータ発生器に
よって検出される信号の周波数は等しくなり、伝送路４
に達する前に除かれる。すなわち、いずれの端子に信号
が入力されてもループで発振を生じることはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】会議電話、自動車電話、拡声電話

【０００２】

【従来の技術】会議電話において実用化されている技術
は、マイクロホンと拡声スピーカの音響的結合を電気的
に阻止するために、拡声スピーカからマイクロホンまで
の伝送特性を測定し、これを電気回路（ディジタルフィ
ルタ）で実現して、マイクロホンの出力側で拡声スピー
カからの信号を電気回路からの信号で消去するというも
ので、ハウリングサプレッサあるいはエコーキャンセラ
として知られている。通常、前述の伝送特性は人の動き
により変化するために、通話中の音声信号を利用してそ
の変化を測定し、逐次ディジタルフィルタの係数を更新
することが行われている。しかしながらこの方法は、外
部雑音による影響を受けやすいことと、同時通話（ダブ
ルトーク）が伝送特性測定の障害になるという問題があ
り、ハンドフリーの自動車電話などに利用できないとい
う欠点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】伝送特性の変化や雑音
による影響の少ない同時通話を可能にする拡声通話法を
提供すること。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、少なくとも送話側あるいは受話側の一方
の側において、マイクロホンの後段および拡声スピーカ
の前段に、音声波形を所定時間長ごとに非調和的周波数
分析法により分折して正弦波成分の名正弦波の振幅、位
相および周波数を特定する波形パラメータを求める波形
パラメータ発生器を配置し、更にマイクロホンの後段に
配置された波形パラメータ発生器の後に波形パラメータ
から正弦波を復元して音声波形を再生する波形再生器を
配置し、マイクロホンの後段に配置された波形パラメー
タ発生器から得られる周波数が拡声スピーカの前段に配
置された波形パラメータ発生器から得られる周波数と等
しい場合にはその周波数の正弦波を波形再生器の正弦波
の復元において除去することにより、拡声通話における
ハウリングを防止するようにしたことを特徴とする、波
形パラメータ制御によるハウリング防止方式を用いた拡
声通話法をその手段とするものであり、前記非調和的周
波数分析法とは、ある値の時間変化を表わす波形データ
に、所定周期の一定振幅正弦波形および一定振幅余弦波
形をそれぞれ掛けて前記所定周期の整数倍で定められる
ところの所定区間にわたって加算して得られる２つの値
を少なくとも用いて、前記波形データの前記所定区間に
含まれている前記所定周期の正弦波形の振幅および余弦
波形の振幅を求め、前記波形データから前記正弦波形の
振幅をもった前記所定周期の正弦波形および前期余弦波
形の振幅をもった前期所定周期の余弦波形を差し引いた
残差波形データを求め、該残差波形データの二乗もしく
は絶対値を一定区間にわたって加算して得られるところ
の残差量に関して、前記所定周期を変数としたときに前
記残差量が極小となる周期と振幅をもった第１の正弦波
形および余弦波形を求め、前記波形データから前記第１
の正弦波形および余弦波形を除いて第１の残差波形を求
め、前記第１の残差波形に所定周期の一定振幅正弦波形
および一定振幅余弦波形をそれぞれ掛けて前記所定周期
の整数倍で定められるところの所定区間にわたって加算
して得られる２つの値を少なくとも用いて、前記第１の
残差波形の前記所定区間に含まれている前記所定周期の
正弦波形の振幅および余弦波形の振幅を求め、前記第１
の残差波形から前記正弦波形の振幅をもった前記所定周
期の正弦波形および前期余弦波形の振幅をもった前期所
定周期の余弦波形を差し引いた残差波形データを求め、
該残差波形データの二乗もしくは絶対値を一定区間にわ
たって加算して得られるところの残差量に関して、前記
所定周期を変数としたときに前記残差量が極小となる周
期と振幅をもった第２の正弦波形および余弦波形を求
め、前記第１の残差波形から前記第２の正弦波形および
余弦波形を除いて第２の残差波形を求め、以下同様にし
て、一般にｎを１より大きい整数とすると、第ｎの残差
波形から第（ｎ＋１）の正弦波形および余弦波形を除い
て第（ｎ＋１）の残差波形を求め、前記第（ｎ＋１）の
残差波形に所定周期の一定振幅正弦波形および一定振幅
余弦波形をそれぞれ掛けて前記所定周期の整数倍で定め
られるところの所定区間にわたって加算して得られる２
つの値を少なくとも用いて、前記第（ｎ＋１）の残差波
形の前記所定区間に含まれている前記所定周期の正弦波
形の振幅および余弦波形の振幅を求め、前記第（ｎ＋
１）の残差波形から前記正弦波形の振幅をもった前記所
定周期の正弦波形および前期余弦波形の振幅をもった前
期所定周期の余弦波形を美し引いた残差波形データを求
め、該残差波形データの二乗もしくは絶対値を一定区間
にわたって加算して得られるところの残差量に関して、
前記所定周期を変数としたときに前記残差量が極小とな
る周期と振幅をもった第（ｎ＋２）の正弦波形および余
弦波形を求め、前記第１の正弦波形および余弦波形の振
幅と周期あるいは周波数、前記第２の正弦波形および余
弦波形の振幅と周期あるいは周波数、一般に前記第（ｎ
＋２）の正弦波形および余弦波形の振幅と周期あるいは
周波数を少なくとも分析値として求めることを特徴とす
る分折法である。

【０００５】

【作用】所定時間長Ｌの時間窓で切り出された波形を、
従来のフーリエ変換（ＦＦＴあるいはＤＦＴ）で周波数
分析すると、一般に波形を実際に構成している正弦波の
周波数にかかわりなく、１／Ｌ，２／Ｌ，３／Ｌ，…な
る１／Ｌの整数倍で表わされる調和周波数成分が分析結
果として出てくる。一方、前述の非調和的周波数分析法
によれば、波形を実際に構成している正弦波あるいはそ
れに近い正弦波を高い精度で検出することができる。

【０００６】この非調和的周波数分析法を用いて所定時
間長２０ｍｓごとの音声波形の分析を行なうと、分析に
よって求まる正弦波１０個の合成で十分了解できる音声
波形が得られ、正弦波２０個の合成では原音に近い明瞭
な音声波形を得ることができる。波形パラメータ発生器
はこのような特徴をもった非調和的周波数分析法で波形
分析を行なう演算処理部を内部に持つ装置であり、その
出力である波形パラメータは正弦波形（ｓｉｎ）の振幅
Ａ_ｋ，余弦波形（ｃｏｓ）の振幅Ｂ_ｋ，および周期Ｔ_ｋ
で与えられる。ただし、添字のｋは分析で順次検出され
る正弦波に付けられる番号（１，２，３，…）を表わ
す。

【０００７】従って、第ｋの正弦波の振幅Ｖ_ｋ，位相ｂ
_ｋおよび周波数ｆ_ｋは、それぞれ

【数１】 となる。また、波形再生器において波形パラメータ（Ａ
_ｋ，Ｂ_ｋ，Ｔ_ｋ）から第ｋの正弦波を復元するには、次
式の演算を行なえばよい。

【数２】 ただし、ｍは離散的時間に対応した値を表わす。これら
の正弦波の加算によって音声波形が再生される。前述の
ように、所定時間長２０ｍｓごとの音声波形の分析で求
まる正弦波をｋ＝１０まで加算して波形合成を行なう
と、十分了解可能な音声波形が再生され、更にｋ＝２０
まで加算した場合は原音に近い明瞭な音声波形が得られ
るが、第ｋまでの正弦波による合成波形に第ｋの残差波
形を加えれば、非調和的周波数分析法の原理から明らか
なように、元の音声波形が得られることになる。

【０００８】次に、図面を用いて本発明の波形パラメー
タ制御によるハウリング防止方式を用いた拡声通話法の
作用を説明する。図１は、本発明の作用を説明するため
のブロック図であり、１と８は波形パラメータ発生器、
２は周波数比較およびパラメータ変更部、３は波形再生
器、４と６は電気音響系を含む信号伝送路、５と７は信
号加算部、９と１０は信号入力端子を表わす。同図にお
いて破線で囲んだ部分Ｄが波形パラメータ制御によるハ
ウリング防止装置である。仮に図１でＤが無く、ａとｂ
が直接接続した場合、信号入力端子９に入力された信号
は７，４，５，６，７なる一巡ループを回るが、このル
ープの利得が１より大きいと発振する。信号入力端子１
０に信号が入力された場合も同様である。

【０００９】次に、図１のようにＤが配置されている場
合について、Ｄの作用とそのハウリング防止効果の説明
を行なう。信号入力端子９に入力された信号は、７，
１，２，３，４，５，６，７なるループを一巡するが、
６の入力信号は８の波形パラメータ発生器でその周波数
が検出され、６の出力信号は１の波形パラメータ発生器
でその周波数が検出されることになるので、ループを一
巡する信号に関して、８の波形パラメータ発生器と１の
波形パラメータ発生器の検出する周波数は同じになる。
従って、２の周波数比較およびパラメータ変更部で周波
数が同じ正弦波の振幅（Ａ_ｋ，Ｂ_ｋ）を０に変更すれ
ば、上記の一巡した信号は３の波形再生器で再生される
ことはなく、再び４の信号伝送路に生じることはない。
また、信号入力端子１０に信号が入力された場合も、８
と１の波形パラメータ発生器によって検出される信号の
周波数は等しくなり、信号は４の信号伝送路に達する前
に除かれる。すなわち、信号入力端子９，１０のいずれ
に信号が入力されてもループで発振を生じることはな
い。

【００１０】信号伝送路の伝送特性を求めてハウリング
あるいはエコーを阻止する従来法は、前述のように伝送
特性の変動に影響されやすいが、本ハウリング防止方式
の場合は、伝送特性の変動は波形パラメータの振幅Ａ_ｋ
およびＢ_ｋにのみ影響し、周波数に対しては影響しない
ため、伝送特性が変化してもハウリング防止作用は支障
ない。更に、雑音による影響について述べれば、従来法
は伝送特性を求める必要があり、その際に雑音が測定誤
差となり、所望の効果が得られなくなるのに対して、本
ハウリング防止方式では、伝送特性を測定する必要がな
く、単にループ内の信号あるいは雑音を含んだ信号の周
波数成分を検出すればよいので、雑音によってハウリン
グ防止効果が低下することはない。

【００１１】

【実施例】図２は、本発明によるところの波形パラメー
タ制御によるハウリング防止方式を用いた拡声通話法
を、ハンドフリー自動車電話に利用した実施例のブロッ
ク図である。同図において、１と５は波形パラメータ発
生器、２は周波数比較およびパラメータ変更部、３は波
形再生器、４は残差成分の加算器を表わし、破線で囲ん
だ部分Ｄがハウリング防止装置である。図１との対応は
次のとおりである。電力増幅器、拡声スピーカおよびマ
イクロホンを含むｄからａまでが図１の６，７および９
で示した部分に対応し、無線電話回線以遠が図１の４，
５および１０で示した部分に対応する。

【００１２】なお、図２の実施例では、１の波形パラメ
ータ発生器でなされる非調和的周波数分析で生じる残差
成分（波形から第ｋまでの正弦波を除いた残りの波形）
を波形再生器で再生された波形に加えて、分析合成によ
る音質の劣化を防止している。残差成分は十分小さいも
のとするが、ループを巡回することにより振幅が増す
と、その周波数成分は波形パラメータ発生器によって検
出され除去される。音声波形の各分析波形の長さ、すな
わち所定時間長を２０ｍｓとすると、分折で検出する正
弦波の数を１０ないし２０とすれば、残差成分は十分小
さいものとすることができる。

【００１３】図３は、図２のハンドフリー自動車電話の
実施例に低域フィルター６と減算器７を付加した場合の
ブロック図を示したものである。近接した拡声スピーカ
とマイクロホンにおいては、低周波数成分の音波に限れ
ば、拡声スピーカからマイクロホンにはいった音は電気
的に除くことができるので、図３に示されるように低域
フィルタで検出した成分をマイクロホンの出力部で除去
するようにしてもよい。これによって、波形パラメータ
発生器での正弦波の検出数を減らすことができるが、こ
うした既知の方法との組合わせは本発明に変更を加える
ものではなく、従って新規なものではない。

【００１４】図４は、本発明によるところの波形パラメ
ータ制御によるハウリング防止方式を用いた拡声通話法
を、会議電話に利用した場合の実施例のブロック図であ
る。同図において、１１，１５，２１および２５は波形
パラメータ発生器、１２と２２は周波数比較およびパラ
メータ変更部、１３と２３は波形再生器、１４と２４は
残差成分の加算器を表わし、破線で囲んだ部分Ｄ１とＤ
２がハウリング防止装置である。

【００１５】ここで、同時通話（ダブルトーク）が生じ
た場合の影響について説明する。第一会議室、第二会議
室いずれの話者の音声も、相手側の拡声スピーカから出
て、相手側のマイクロホンに入射すると、相手側のハウ
リング防止装置Ｄ１あるいはＤ２でその主要な正弦波成
分が除かれるので、ハウリングもエコー（話者に自分の
発生音が返ってくる現象）も生じない。しかし同時通話
になると、一方の話者の音声が他方の話者の音声によっ
て影響されることがある。例えば、第一会議室の話者の
音声と第二会議室から送られてきた話者の音声が、主要
な周波数成分において等しいものがあると、第一会議室
の話者の音声からその周波数成分が除かれて相手側に送
られるため、第二会議室での受聴音声は音質的に劣化し
たものとなる。ただし、これは重大なものとはならない
ことは、次の理由から明らかである。

【００１６】第一の理由は、異なる話者の音声の周波数
成分が一致する確率は小さいということである。典型的
な例として、非調和的周波数分析法による分析の周波数
帯域幅を１／３２オクターブバンド、音声伝送帯域を２
５０Ｈｚから４ｋＨｚまでの４オクターブとして、音声
波形は所定時間長（約２０ｍｓ）ごとに１２８バンドの
中の不特定の１０バンドでその主要周波数成分が検出さ
れるものとする。この場合、二人の話者の音声の周波数
成分が１つのバンドで一致する確率は１０／１２８，２
つのバンドで一致する確率は１０×９／（１２８×１２
７）（約１／１８０）、…、１０の総てのバンドで一致
する確率は（１０×９×…×１）／（１２８×１２７×
…×１１９）（約１０の１４乗分の１）となる。更に、
１つのバンドで一致する状態がｎ回続く確率は１／１
２．８のｎ乗、２つのバンドで一致する状態がｎ回続く
確率は１／１８０のｎ乗、…となる。従って、同時通話
（ダブルトーク）で音声が０．２秒間、少なくとも１つ
のバンドで一致してその周波数成分が除かれる確率は１
０の１０乗分の１以下になるということを考えれば、同
時通話の状態でも音声を十分伝えられる事がわかる。

【００１７】第二の理由は、受聴者自身の音声によるマ
スキング効果である。自分が話しながら相手の話を聞く
のは困難かつ不自然であるが、短い時間にそうした同時
通話状態が生じることは、通常の会話において頻繁にあ
る。そのような状態では、自分の音声の周波数成分と一
致した相手の音声の周波数成分が除かれたとしても、マ
スキング効果によってそれを感知するのは難しい。従っ
て、たとえ同時通話で音声の周波数成分の一部が除かれ
たとしても、実用上問題にはならない。

【００１８】図５は、本発明で用いられる非調和的周波
数分折法の実施例として、その信号処理の手順をフロー
チャートで示したものである。 Ｗ_１（ｍ） （ｍ＝
１，２，…，Ｍ）は標本化された波形データを表わし、
Ｘ（Ｔ）およびＹ（Ｔ）はＷ_ｋ（ｍ） （ｋ＝１，
２，…，Ｎ）とＭ≧ｎＴ（ｎは整数）で与えられた任意
の周期Ｔなる一定振幅正弦波形および一定振幅余弦波形
との積和によって得られる周期Ｔの正弦波形および余弦
波形の振幅をそれぞれ表わす。Ｒ（ｍ）は残差波形デー
タ、Ｉ（Ｔ）は残差量（ここではＲ（ｍ）のパワーで与
えられている）、Ｉ （Ｔ_ｋ） は与えられたＴにおけ
るＩ（Ｔ）の最小値、Ａ_ｋおよびＢ_ｋはＩ（Ｔ）が最小
となるときのＸ（Ｔ）およびＹ（Ｔ）の値を表わし、こ
れらＡ_ｋ，Ｂ_ｋ，Ｔ_ｋが第ｋの正弦波形および余弦波形
の振幅、および周期として求められる。 Ｗ
_ｋ＋１（ｍ） は Ｗ_ｋ（ｍ） から第ｋの正弦波形お
よび余弦波形を除いて得られる第（ｋ＋１）の残差波形
で、これをあらたな入力波形データとすれば、同様な手
順によって第（ｋ＋１）の正弦波形および余弦波形が求
まる。この方法をＮ回くり返すことによってＮ個の正弦
波形と余弦波形が分析量として得られる。

【００１９】図６は、波形再生器での信号処理を示すフ
ローチャートである。波形パラメータ（Ａ_ｋ，Ｂ_ｋ，Ｔ
_ｋ）ｋ＝１，２，…，Ｎから求まる正弦波の合成によっ
て波形Ｗ（ｍ）が出力される。

【００２０】図７は、周波数比較およびパラメータ変更
部での信号処理を示すフローチャートである。周波数の
代りに周期Ｔ_ｋが比較され、同じ周期があればその振幅
Ａ_ｋとＢ_ｋを０に変更してから再度波形パラメータ（Ａ
_ｋ，Ｂ_ｋ，Ｔ_ｋ）を出力する。

【００２１】図８は、上記の波形分析および合成を実現
するハードウエアの構成例を示したブロック図である。
以上の実施例において、ハウリング防止装置（図２，図
３のＤ、図４のＤ１，Ｄ２）はディジタル回路で構成さ
れる。従って、装置の入力部分（ａ，ｃ）にはＡＤ変換
器、出力部分（ｂ）にはＤＡ変換器が配置される。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、拡声スピーカとマイク
ロホン間での伝送特性の変動や雑音による影響が少な
く、しかも同時通話（ダブルトーク）による支障のない
拡声通話（ハンドフリー自動車電話、会議電話など）を
実現することができる。

【００２３】

【図面の簡単な説明】

【図１】波形パラメータ制御によるハウリング防止方式
を用いた拡声通話法の作用を説明するためのブロック
図。

【符号の説明】

１ 波形パラメータ発生器 ２ 周波数比較およびパラメータ変更部 ３ 波形再生器 ４ 信号伝送路 ５ 加算器 ６ 信号伝送路 ７ 加算器 ８ 波形パラメータ発生器 ９ 信号入力端子 １０ 信号入力端子 Ｄ ハウリング防止装置

【図２】ハンドフリー自動車電話の実施例ブロック図。

【符号の説明】

１，５ 波形パラメータ発生器 ２ 周波数比較およびパラメータ変更部 ３ 波形再生器 ４ 加算器 Ｄ ハウリング防止装置

【図３】ハンドフリー自動車電話のもう一つの実施例ブ
ロック図。

【符号の説明】

１，５ 波形パラメータ発生器 ２ 周波数比較およびパラメータ変更部 ３ 波形再生器 ４ 加算器 ６ 低域フィルタ ７ 減算器 Ｄ ハウリング防止装置

【図４】会議電話の実施例ブロック図。

【符号の説明】

１１，１５，２１，２５ 波形パラメータ発生器 １２，２２ 周波数比較およびパラメータ変更部 １３，２３ 波形再生器 １４，２４ 加算器 Ｄ１，Ｄ２ ハウリング防止装置

【図５】非調和的周波数分析法の信号処理を示すフロー
チャート。

【図６】波形再生器での信号処理を示すフローチャー
ト。

【図７】周波数比較およびパラメータ変更部での信号処
理を示すフローチャート。

【図８】波形の分析および合成を実現するハードウエア
構成例。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも送話側あるいは受話側の一方の
   側において、マイクロホンの後段および拡声スピーカの
   前段に、音声波形を所定時間長ごとに非調和的周波数分
   析法により分析して正弦波成分の名正弦波の振幅、位相
   および周波数を特定する波形パラメータを求める波形パ
   ラメータ発生器を配置し、更にマイクロホンの後段に配
   置された波形パラメータ発生器の後に波形パラメータか
   ら正弦波を復元して音声波形を再生する波形再生器を配
   置し、マイクロホンの後段に配置された波形パラメータ
   発生器から得られる周波数が拡声スピーカの前段に配置
   された波形パラメータ発生器から得られる周波数と等し
   い場合にはその周波数の正弦波を波形再生器の正弦波の
   復元において除去することにより、拡声通話におけるハ
   ウリングを防止するようにしたことを特徴とする、波形
   パラメータ制御によるハウリング防止方式を用いた拡声
   通話法。