WO2010035760A1 - ループゲイン推定装置およびハウリング防止装置 - Google Patents

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WO2010035760A1
WO2010035760A1 PCT/JP2009/066558 JP2009066558W WO2010035760A1 WO 2010035760 A1 WO2010035760 A1 WO 2010035760A1 JP 2009066558 W JP2009066558 W JP 2009066558W WO 2010035760 A1 WO2010035760 A1 WO 2010035760A1
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unit
gain
howling
value
frequency
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PCT/JP2009/066558
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櫻田　信弥
卓朗 曽根
貴也 柿▲ざき▼
幸弥 佐々木
康祐 齋藤
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ヤマハ株式会社
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Priority claimed from JP2009208285A external-priority patent/JP5515538B2/ja
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/02—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for preventing acoustic reaction, i.e. acoustic oscillatory feedback

Definitions

  • the present invention relates to a loop gain estimation device that estimates a closed-loop gain and a howling prevention device that prevents howling.
  • a general howling suppression method is to attenuate a frequency band causing howling with a filter when the occurrence of howling is detected.
  • a low-pass filter for removing howling is operated to lower the gain of the acoustic signal amplification circuit.
  • the acoustic signal amplifier circuit checks whether or not howling is detected by stopping the operation of the low-pass filter at predetermined intervals.
  • the acoustic signal amplification circuit gradually decreases the gain until no howling is detected.
  • the howling is fixed to a gain that is no longer detected.
  • Patent Document 2 describes a technique for detecting the presence or absence of howling from the frequency characteristics of an input signal and calculating filter characteristics for suppressing howling.
  • Non-Patent Document 1 proposes a howling canceller using synchronous addition of M-sequence noise.
  • the howling canceller of Non-Patent Document 1 emits high-level M-sequence noise in advance and trains the adaptive filter. During operation, it emits M-sequence noise at a weak level and applies the adaptive filter. It will continue to be updated.
  • the howling canceller of Non-Patent Document 1 inhibits the update of the adaptive filter when the disturbance increases due to the speaker's continued speaking or the instrument continues to ring. The update of the adaptive filter is stopped.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-15788 Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-327088 Makoto Itami and Mitsutoshi Hatori “Examination of howling removal in acoustic system”, IEICE Technical Report, 1989, EA89-4
  • the attenuation method using a general filter as described in Patent Documents 1 and 2 is a method for suppressing the frequency band in which howling has occurred, and therefore cannot be suppressed until after howling has occurred once.
  • Non-Patent Document 1 cannot keep up with the update of the filter coefficient and cannot suppress howling. Further, as in Non-Patent Document 1, if updating of the adaptive filter is stopped when the microphone input level is high, there is a possibility that howling cannot be suppressed.
  • an object of the present invention is to provide a loop gain estimation device capable of estimating a loop gain even when a closed loop environment changes in order to prevent howling from occurring.
  • the first aspect of the present invention is: An input unit for inputting an acoustic signal; A noise generator that generates and outputs pseudo noise; A superimposing unit that superimposes a frequency component higher than a predetermined frequency of the pseudo noise output from the noise generation unit on the acoustic signal input by the input unit, and outputs the superimposed component to an amplification system; A correlation calculation unit that calculates a correlation value between the acoustic signal input by the input unit and the pseudo noise generated by the noise generation unit; A loop gain estimation unit that estimates a gain of a closed loop based on the correlation value calculated by the correlation calculation unit; A gain control unit that controls to suppress the gain of the acoustic signal based on the gain of the closed loop estimated by the loop gain estimation unit; A howling prevention device comprising:
  • the second aspect of the present invention is: An input unit for inputting an acoustic signal; A noise generator that generates and outputs pseudo noise; A superimposing unit that superimposes a frequency component higher than a predetermined frequency of the pseudo noise output from the noise generation unit on the acoustic signal input by the input unit, and outputs the superimposed component to an amplification system; A correlation calculation unit that calculates a correlation value between the acoustic signal input by the input unit and the pseudo noise generated by the noise generation unit; A loop gain estimation device comprising: a loop gain estimation unit that estimates a closed loop gain based on the correlation value calculated by the correlation calculation unit.
  • howling can be predicted based on the estimated loop gain before howling occurs, for example, when the closed loop environment changes, for example, the position of the microphone moves.
  • the loop gain can be estimated and various measures can be taken before howling occurs, howling can be prevented.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a howling prevention apparatus 1 of the present invention according to a first embodiment.
  • all acoustic signals are digital signals, and the configurations of A / D conversion and D / A conversion are omitted.
  • the howling prevention apparatus 1 includes a calculation unit 5 and a pseudo noise superimposing unit 7 for inputting an acoustic signal picked up by a microphone 11 (sound collecting unit).
  • the pseudo noise superimposing unit 7 superimposes pseudo noise on the acoustic signal picked up by the microphone 11.
  • the acoustic signal on which the pseudo noise is superimposed by the pseudo noise superimposing unit 7 is amplified by a subsequent amplification system (amplifier) (not shown) and emitted from the speaker 3.
  • 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 in the arithmetic unit 5.
  • the howling prevention apparatus 1 can prevent howling by suppressing the gain of an acoustic signal or giving a warning when the estimated loop gain approaches a predetermined threshold value. .
  • the howling prevention apparatus 1 includes an LPF 12, an acoustic signal volume 13, a superposition unit 14, an M-sequence generator 15, an N-times oversampling unit 16, an HPF 17, a pseudo noise volume 18, an HPF 19, and a correlation calculation.
  • Unit 20 timer 21, loop gain estimation unit 22, and gain control unit 23.
  • the calculation unit 5 includes an M-sequence generator 15, an HPF 19, a correlation calculation unit 20, a timer 21, and a loop gain estimation unit 22.
  • the pseudo noise superimposing unit 7 includes an acoustic signal volume 13, a superimposing unit 14, an M-sequence generator 15, an N-times oversampling unit 16, an HPF 17, a pseudo noise volume 18, and a gain control unit 23.
  • the acoustic signal collected by the microphone 11 is input to the LPF 12 of the pseudo noise superimposing unit 7 and the HPF 19 of the computing unit 5.
  • the configuration and function of the pseudo noise superimposing unit 7 will be described with reference to FIG.
  • the lower column of each component shows the waveform of the signal output by each component.
  • the acoustic signal picked up by the microphone 11 is input to the LPF 12 of the pseudo noise superimposing unit 7.
  • the waveform indicating the frequency component of the signal shown in the lower column of the microphone 11 is merely an example, and signals having various waveforms are actually input to the LPF 12.
  • the LPF 12 cuts a signal component at a frequency higher than the cut-off frequency (for example, an arbitrary frequency value between 10 kHz and 20 kHz) from the collected acoustic signal and outputs the cut signal component to the acoustic signal volume 13 (see FIG. (Refer to the waveform formed along the frequency axis shown in the lower column of the LPF 12).
  • the cut-off frequency for example, an arbitrary frequency value between 10 kHz and 20 kHz
  • the sound signal volume 13 outputs the signal collected by the microphone 11 to the superimposing unit 14 with the gain set by the gain control unit 23.
  • the M-sequence generator 15 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 the signal to the N-times oversampling unit 16 (Refer to the waveform formed along the frequency axis shown in the lower column of the M-sequence generator 15 in the figure, but the lower column shows the waveform formed along the time axis.)
  • M-sequence PN code
  • the pseudo-noise output period is the time until the component of the reflected wave (indirect wave) decreases to a predetermined level or more (impulse in the acoustic transmission system) so that the loop gain estimation unit 22 described later can perform loop gain estimation processing. Longer than the response convergence time).
  • the N-times oversampling unit 16 oversamples the pseudo-noise signal (PN code bit string) output from the M-sequence generator 15 with a sampling clock having a frequency N times the bit frequency and outputs the signal to the HPF 17 (see FIG. Reference is made to the waveform formed along the frequency axis shown in the lower column of the N-times oversampling unit 16, except that the lowermost column shows the waveform formed along the time axis).
  • Oversampling by the N-times oversampling unit 16 is not essential in the present invention, but 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.
  • the HPF 17 cuts the low frequency component of the signal input from the N-times oversampling unit 16 (refer to the waveform formed along the frequency axis shown in the lower column of the HPF 17 in the figure, but the bottom column is the time axis) Shows the waveform formed along the line).
  • the cutoff frequency of the HPF 17 is set to a value of the cutoff frequency set by the LPF 12 or a value higher than that.
  • the LPF 12 and the HPF 17 are not indispensable configurations in the present invention, but the auditory sensation can be improved by these configurations. That is, since the HPF 17 cuts the low noise (human audible band) of the pseudo noise, even if the pseudo noise is emitted from the speaker 3, it becomes difficult to hear the pseudo noise and there is no sense of incongruity in hearing. . Further, the LPF 12 prevents the high-frequency pseudo-noise once input to the microphone from being output again to the amplification system, thereby suppressing the pseudo-noise loop phenomenon. When the LPF 12 and the HPF 17 are not provided, the pseudo-noise loop phenomenon can be suppressed by subtracting the pseudo-noise component from the acoustic signal picked up by the microphone 11 and then outputting it to the amplification system.
  • oversampling by the N-times oversampling unit 16 is not essential in the present invention.
  • the temporal redundancy of pseudo noise increases, and the accuracy of correlation calculation can be improved.
  • the presence or absence of oversampling may be set according to the required accuracy and the code length of the pseudo noise.
  • the signal output from the HPF 17 is input to the pseudo noise volume 18.
  • the pseudo noise volume 18 outputs the output signal of the HPF 17 to the superposition unit 14 with the gain set by the gain control unit 23.
  • 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.
  • the superimposing unit 14 superimposes the signal (pseudo noise) output from the HPF 17 on the acoustic signal output from the acoustic signal volume 13 and outputs the signal to the amplification system.
  • the lower column of each component shows the waveform of the signal output by each component.
  • the M-sequence generator 15 outputs the same pseudo noise output to the N-times oversampling unit 16 to the correlation calculation unit 20 (formed along the time axis shown in the lower column of the M-sequence generator 15 in FIG. See waveform.) Further, after outputting the pseudo noise, the M series generator 15 transmits a signal (timing signal) indicating the output timing to the timer 21. When receiving the timing signal, the timer 21 starts time counting and transmits a timer signal indicating the count time to the loop gain estimating unit 22. Note that the timer 21 is not essential in the present invention.
  • the microphone 11 picks up sound including pseudo noise.
  • An acoustic signal picked up by the microphone 11 is input to the HPF 19 of the calculation unit 5.
  • the HPF 19 cuts a low frequency component from the acoustic signal picked up by the microphone 11 and outputs it to the correlation calculation unit 20 (refer to the waveform formed along the frequency axis shown in the lower column of the HPF 19 in the figure).
  • the cutoff frequency of the HPF 19 is determined corresponding to the HPF 17.
  • the correlation calculation unit 20 obtains a correlation between the pseudo noise input from the M-sequence generator 15 and the output signal of the HPF 19 (acoustic signal collected by the microphone 11). Since the M-sequence code has very high autocorrelation, if the same M-sequence pseudo noise is included in the output signal of the HPF 19, the time of the correlation value shown in the lower column of the correlation detection unit 20 is shown. As shown in the transition waveform (the horizontal axis is the time axis), the level of the correlation value becomes high. The correlation calculation unit 20 outputs a signal indicating 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 22.
  • the loop gain estimation unit 22 refers to the timer signal from the timer 21 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. Note that the output of the reception timing of the correlation calculation unit 20 is not essential unless the delay time of the closed loop is measured (when the timer 21 is not provided).
  • the loop gain estimation unit 22 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.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the time axis characteristic of the correlation.
  • the loop gain estimation unit 22 When the loop gain estimation unit 22 first calculates a correlation value of a predetermined level or more from the timing when the pseudo noise is output, the loop gain estimation unit 22 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 22 calculates a correlation value equal to or higher than a predetermined level, the loop gain estimation unit 22 then temporarily stores the correlation value in a predetermined time zone t1 in a memory (not shown) and has the highest level in the predetermined time zone 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 (code length of pseudo noise, etc.), the presence or absence of the HPF 19, and the cutoff frequency.
  • the loop gain estimation unit 22 When the loop gain estimation unit 22 first calculates a correlation value of a predetermined level or higher and then calculates the correlation value of the predetermined level or higher again after the predetermined time period t1 has elapsed, the loop gain estimation unit 22 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 more is calculated, the loop gain estimation unit 22 then temporarily stores the correlation value of the predetermined time zone t1 in the memory, extracts the correlation value of the highest level, 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.
  • the loop gain estimation unit 22 calculates absolute values (
  • the loop gain estimation unit 22 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.
  • the dummy noise is output until the next pseudo noise is output after the pseudo noise is output.
  • the silent section may be eliminated by outputting. By always outputting a noise sound, the pseudo noise becomes inconspicuous and there is no sense of incongruity in hearing.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the time axis characteristic of the correlation.
  • the loop gain estimation unit 22 extracts all correlation values above a predetermined level until a predetermined time length t2 elapses 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 corresponds to a pseudo-noise output period.
  • the second estimation method performs the loop gain estimation with high accuracy by summing all the components of the direct wave and the indirect wave.
  • FIG. 6A is a diagram showing the time-axis characteristic (absolute value) of the correlation
  • FIG. 6B schematically shows the time-axis characteristic. Note that this estimation method is a method applicable when the LPF 12 is not provided.
  • the loop gain estimation unit 22 first extracts the peak value of the direct wave and obtains the absolute value
  • is not limited to the value of the timing at which the time t3 has elapsed from the first peak, but after the time t3 has elapsed and in the vicinity thereof (for example, It may be a value when the absolute value of the correlation is the largest at around several tens of ⁇ sec.
  • the time t3 is further increased from the first peak.
  • the waveform until elapses can be determined as a reflected wave on the wall or the like.
  • the waveform around the timing at which the time t3 has passed can be determined as a direct wave that has been returned to the howling prevention apparatus 1 again by the rounding of the pseudo noise output from the speaker 3.
  • the loop gain estimation unit 22 estimates a ratio (
  • the waveform around the timing at which the time t3 has passed is determined as a direct wave in which the pseudo noise output from the speaker 3 is looped again, The loop gain is estimated.
  • 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.
  • the maximum peak component among a plurality of peak components generated during the pseudo noise output period may be extracted and estimated as a loop gain.
  • the dummy noise is output until the next pseudo noise is output after the pseudo noise is output.
  • Noise may be output and the silent section may be eliminated.
  • the loop gain estimated by the loop gain estimation unit 22 as described above is output to the gain control unit 23.
  • the gain control unit 23 instructs to suppress the gain of the acoustic signal volume 13 because the possibility of howling is high.
  • the gain control unit 23 may perform a warning (lights the LED, displays a warning on the display, etc.) when the loop gain approaches the threshold value. 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 acoustic signal. Alternatively, a warning may be given first, and then gain suppression processing may be performed.
  • 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.
  • the user performs an operation of increasing or decreasing the gain, and when howling occurs, an operation of inputting howling occurrence is performed at the operation unit (not shown) of the howling prevention device 1.
  • the frequency characteristic of the acoustic signal is analyzed, and when a single frequency component becomes a high level for a predetermined time or more, it is detected as howling.
  • the calculation unit 5 estimates the closed-loop gain, and when the estimated loop gain approaches a predetermined threshold, performs processing for suppressing the gain of the acoustic signal and processing for performing a warning, Howling can be prevented in advance.
  • the howling prevention apparatus 1 of the present embodiment can predict howling based on the estimated loop gain, it is suitable even when the position of the microphone often moves such as in a presentation or live performance. Howling can be prevented.
  • the gain control unit 23 instructs to suppress the gain of the acoustic signal volume 13 and also suppresses the gain of the pseudo noise volume 18.
  • a gain equal to or higher than a predetermined value is held so that the first peak of the pseudo noise correlation can always be detected.
  • a predetermined value a value measured in advance in a laboratory or the like may be used, a test is performed prior to actual use in an installation environment, and a limit gain that can calculate a correlation peak is obtained. A value considering the margin may be set.
  • a plurality of pseudo noise patterns generated by the M-sequence generator 15 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.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a howling prevention apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • all acoustic signals are digital signals, and a configuration for performing A / D conversion and D / A conversion is omitted.
  • the same number is attached
  • the howling prevention apparatus 101 includes a calculation unit 105, a pseudo noise superimposing unit 107, and a control unit 109.
  • a microphone 11 is connected to the howling prevention device 101, and the microphone 11 is connected to the LPF 12 and the HPF 19 inside the howling prevention device 101.
  • the howling prevention apparatus 101 controls the gain of the acoustic signal to be output by the pseudo noise superimposing unit 107 according to the closed loop delay time and the loop gain output from the arithmetic unit 105 to prevent howling from occurring.
  • the control unit 109 determines the frequency of obtaining a correlation between the acoustic signal picked up by the microphone 11 and the pseudo noise generated by the calculation unit 105 according to the closed loop delay time and the loop gain value counted by the calculation unit 105. change.
  • the pseudo noise superimposing unit 107 of the second embodiment has the same configuration as that of the pseudo noise superimposing unit 7 of the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • the control unit 109 outputs a trigger signal to the M-sequence generator 15 and the timer 21 at a predetermined cycle.
  • the M-sequence generator 15 When the trigger signal from the control unit 109 is input, the M-sequence generator 15 outputs the same pseudo noise output to the N-times oversampling unit 16 to the correlation calculation unit 20.
  • the timer 21 starts measuring time and transmits a timer signal indicating the count time to the calculation unit 123.
  • the microphone 11 connected to the howling prevention device 101 picks up sound including pseudo noise and outputs this sound signal to the HPF 19.
  • the HPF 19 cuts a low frequency (for example, less than 20 kHz) from the acoustic signal picked up by the microphone 11 and outputs it to the correlation calculation unit 20.
  • the correlation calculation unit 20 obtains a correlation between the pseudo noise input from the M-sequence generator 15 and the output signal of the HPF 19 (acoustic signal collected by the microphone 11). Since the M-sequence code has a very high autocorrelation, if the output signal of the HPF 19 includes the same M-sequence pseudo noise, the level of the correlation value increases.
  • the correlation calculation unit 20 outputs the correlation value at that time to the gain estimation unit 22 and the calculation unit 123 at the timing when the high level correlation value is calculated (reception timing). Although details will be described later, the correlation calculation unit 20 changes the frequency of obtaining the correlation according to the control signal from the control unit 109.
  • the calculation unit 123 When the correlation value is input from the correlation calculation unit 20, the calculation unit 123 refers to the timer signal (time count value) from the timer 21 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. The calculation unit 123 outputs the delay time information to the control unit 109. Further, the calculation unit 123 may be set so as to calculate the distance from the speaker 3 to the microphone element 11 by multiplying the delay time by the sound speed and output this distance information to the control unit 109.
  • the gain estimation unit 22 corresponds to estimation means, estimates the loop gain based on the correlation value, and outputs information on the estimated loop gain to the control unit 109.
  • Various modes can be considered for the loop gain estimation method. For example, each estimation method mentioned in the first embodiment can be used.
  • the loop gain estimated by the gain estimation unit 22 as described above is output to the control unit 109.
  • the control unit 109 controls the acoustic signal volume 13 based on the information input from the gain estimation unit 22 and the calculation unit 123 to adjust the gain of the acoustic signal.
  • control unit 109 adjusts the gain according to the estimated loop gain value. That is, the control unit 109 outputs a control signal for decreasing the gain to the acoustic signal volume 13 assuming that the possibility of howling increases as the estimated loop gain value approaches the predetermined threshold th. Further, the control unit 109 outputs a control signal for increasing the gain to the acoustic signal volume 13, assuming that the possibility of howling decreases as the estimated loop gain value departs from the predetermined threshold th. Thereby, howling can be prevented beforehand.
  • control unit 109 may adjust the gain based on the closed loop delay time calculated by the calculation unit 123 or the distance between the microphone 11 and the speaker 3 in addition to the above loop gain value. That is, the control unit 109 determines that the possibility of howling increases as the closed-loop delay time calculated by the calculation unit 123 or the distance between the microphone 11 and the speaker 3 becomes shorter. Output to volume 13.
  • the predetermined threshold th may be set by a user operation input or may be a specified value.
  • control unit 109 may be configured to display a warning on a display unit (not shown) when the loop gain value approaches the predetermined threshold th and howling is likely to occur.
  • the user having the microphone 11 can prevent howling by moving away from the speaker 3 in response to the warning display.
  • control unit 109 may perform gain adjustment and / or warning display.
  • control unit 109 controls based on the information input from the gain estimation unit 22 and the calculation unit 123 to change the frequency with which the correlation calculation unit 20 obtains the correlation. Specifically, the control unit 109 increases the frequency of obtaining the correlation as the estimated loop gain value approaches the predetermined threshold th, and the estimated loop gain value departs from the predetermined threshold th. Accordingly, the correlation calculation unit 20 is operated so as to intermittently obtain the correlation by decreasing the frequency of obtaining the correlation.
  • control unit 109 may change the frequency at which the correlation calculation unit 20 obtains the correlation based on the closed loop delay time or the distance between the microphone 11 and the speaker 3 instead of the loop gain value. That is, the control unit 109 increases the frequency of obtaining the correlation as the closed-loop delay time or distance calculated by the calculation unit 123 decreases, and decreases the frequency of obtaining the correlation as the closed-loop delay time or distance increases.
  • the correlation calculation unit 20 is controlled so as to obtain the correlation intermittently.
  • control unit 109 changes the frequency at which the correlation calculation unit 20 obtains the correlation based on both the loop gain value and the closed loop delay time or the distance between the microphone 11 and the speaker 3. Also good.
  • the control unit 109 When the loop gain value is close to the predetermined threshold th and the closed loop delay time or the distance between the microphone 11 and the speaker 3 is short, the control unit 109 always operates the correlation calculation unit 20. Control to obtain the correlation. Further, (2) when the value of the loop gain is away from the predetermined threshold value th and the delay time of the closed loop or the distance between the microphone 11 and the speaker 3 is longer than the predetermined value, the control unit 109 sets those values. Accordingly, the correlation calculation unit 20 is operated intermittently so that the time during which the operation is stopped is prolonged. Further, (3) when the loop gain value is close to the predetermined threshold th and the delay time of the closed loop or the distance between the microphone 11 and the speaker 3 is long, or (4) the loop gain value is the predetermined threshold th. When the closed loop delay time or the distance between the microphone 11 and the speaker 3 is short, the control unit 109 shortens the time during which the correlation calculation unit 20 stops operating according to those values. Operate intermittently.
  • the time during which the correlation calculation unit 20 stops operating is set to It is good to operate intermittently so as to shorten.
  • the time for which the correlation calculation unit 20 is operated intermittently may be obtained by conducting an experiment in advance. Further, when dividing into cases as described above, a plurality of threshold values are set, and these threshold values, loop gain value, closed loop delay time or distance between the microphone 11 and the speaker 3, The frequency for obtaining the correlation may be set according to the magnitude relationship.
  • the code length of the M sequence may be changed according to the frequency of estimating the loop gain. For example, when the frequency of estimating the loop gain is high, the M sequence length may be shortened, and when the frequency of estimating the loop gain is low, the M sequence length may be increased. When the frequency of estimating the loop gain is high, since the gain of the acoustic signal is large and the distance between the microphone 11 and the speaker 3 is short, the correlation of the pseudo noise can be reliably obtained even if the M sequence length is shortened. . Although the calculation time changes according to the distance, it is possible to follow the environmental change by changing the code length according to the distance in this way.
  • the generation interval of the PN code to be used may be changed according to the frequency of estimating the loop gain. For example, when the frequency of estimating the loop gain is high, the generation interval of the PN code is made dense, and when the frequency of estimating the loop gain is low, the generation interval of the PN code is preferably made sparse. Thereby, since a PN code can be generated as necessary, the loop gain can be reliably estimated.
  • the number of PN code sequences to be used may be changed according to the frequency of estimating the loop gain. For example, when the frequency of estimating the loop gain is high, a plurality (for example, three) of different PN codes (M-sequence codes) are sequentially output from the M-sequence generator 15 with the timing slightly shifted. . On the other hand, when the frequency of estimating the loop gain is low, one PN code is output from the M-sequence generator 15 at a predetermined timing. In this way, even when the frequency of estimating the loop gain is high, the loop gain can be estimated continuously in a short time, so that howling can be prevented with high accuracy. Even when the frequency of estimating the loop gain is low, the loop gain can be reliably estimated.
  • M-sequence codes PN codes
  • the control unit 109 sends a control signal to the correlation calculation unit 20.
  • the frequency of obtaining the correlation may be reduced.
  • the distance between the microphone unit 101 and the speaker 3 is constant and the sound volume is constant, and howling hardly occurs. Therefore, the power consumption can be suppressed by reducing the frequency with which the correlation calculation unit 20 obtains the correlation and reducing the number of operations of the correlation calculation unit 20.
  • the howling prevention apparatus of this embodiment changes the frequency of performing correlation processing according to the condition of whether or not howling is likely to occur, so by reducing the number of processing when there is no need to frequently perform correlation processing.
  • the power consumption can be suppressed while reliably preventing howling.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a howling prevention apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • all acoustic signals are digital signals, and a configuration for performing A / D conversion and D / A conversion is omitted.
  • the same number is attached
  • the howling prevention apparatus 201 includes a calculation unit 205 that inputs an acoustic signal collected by the microphone 11 (sound collection unit), a pseudo noise superimposing unit 207, an operation unit 208, and a howling detection unit 209.
  • the pseudo noise superimposing unit 207 superimposes pseudo noise on the acoustic signal picked up by the microphone 11.
  • howling prevention apparatus 201 includes LPF 12, variable equalizer 213, superposition unit 14, M-sequence generator 15, N-times oversampling unit 16, HPF 17, pseudo noise volume 18, HPF 19, and correlation calculation unit 20.
  • Timer 21 loop gain estimation unit 22, gain control unit 23, and storage unit 224.
  • the configuration of the calculation unit 205 has the same configuration, function, and operation as the calculation unit 5 of the first embodiment.
  • the pseudo noise superimposing unit 207 includes a variable equalizer 213, a superimposing unit 14, an M-sequence generator 15, an N-times oversampling unit 16, an LPF 12, an HPF 17, a pseudo noise volume 18, a gain control unit 23, and a storage unit 224.
  • the superimposing unit 14, the M-sequence generator 15, the N-times oversampling unit 16, the LPF 12, the HPF 17, the pseudo noise volume 18, and the gain control unit 23 have the same configuration, function, and operation as described in the first embodiment. Have
  • the variable equalizer 213 corresponds to the suppression unit of the present invention, suppresses the output signal of the LPF 12 of the microphone 11 with the frequency characteristic set by the gain control unit 23, and outputs it to the superimposition unit 14.
  • the degree of suppression of the variable equalizer 213 is set by the detection result of the howling detection unit 209.
  • the superimposing unit 14 superimposes the signal (pseudo noise) output from the HPF 17 on the acoustic signal output from the variable equalizer 213 and outputs the signal to the amplification system.
  • the howling prevention apparatus 201 according to the third embodiment can estimate the loop gain by using the estimation methods described in the first embodiment.
  • the loop gain estimated by the loop gain estimation unit 22 is output to the gain control unit 23.
  • the gain control unit 23 sets the degree of suppression of the variable equalizer 213 according to the estimated loop gain (hereinafter referred to as an estimated value), and performs the suppression process.
  • an estimated value the estimated loop gain
  • FIG. 9A is a block diagram illustrating a detailed configuration of the variable equalizer 213.
  • the variable equalizer 213 includes a gain adjuster 51, an adder 52, an equalizer (EQ) 53, an adder 54, and a gain adjuster 55.
  • the gain adjuster 51 outputs an input signal with a gain Ga set by the gain control unit 23.
  • Adder 52 subtracts the output signal of gain adjuster 51 from the input signal and outputs the result to EQ 53.
  • the EQ 53 is, for example, a notch filter, and the equalizer curve (the center frequency of the notch filter) is determined by the howling occurrence frequency detected by the howling detection unit 9.
  • the adder 54 adds the output signal of the gain adjuster 51 and the output signal of the EQ 53 and outputs the result to the gain adjuster 55.
  • the gain adjuster 55 is set by the gain control unit 23 and is used to adjust the gain of the entire frequency band.
  • the gain adjuster 55 is fixed during normal use, and is mainly used for gain adjustment during initial setting described later.
  • the gain controller 23 sets the degree of EQ 53, that is, the frequency characteristic of the equalizer, by setting the gain Ga.
  • the gain controller 23 sets the gain Ga according to the estimated value input from the loop gain estimator 22.
  • the characteristics of the gain Ga are stored in the storage unit 224, and the gain control unit 23 reads and sets the characteristics of the gain Ga from the storage unit 224.
  • FIG. 9B is a diagram showing the relationship between the estimated value and the gain Ga.
  • the characteristic of decreasing the gain Ga in proportion to the increase of the estimated value or as shown in FIG.
  • the characteristic that the gain reduction degree of the gain Ga further increases, or the estimated value is as shown in FIG.
  • Each characteristic that the gain Ga is fixed when the threshold value th2 is exceeded is stored in the storage unit 224 in advance.
  • the increase in the estimated value and the decrease in the gain Ga do not have to be in a proportional relationship.
  • a mode in which the degree of decrease in the gain Ga is gradually reduced according to the increase in the estimated value may be employed.
  • the gain characteristics (threshold values th1 and th2) and the slope (proportional coefficient) may be set as default values stored in the storage unit 224 as they are, but are initially set according to the installation environment. May be.
  • the gain of the gain adjuster 55 is fixed, and the user brings the microphone 11 close to the speaker 3 to generate howling.
  • the howling detection unit 209 When the howling detection unit 209 detects howling, the howling detection unit 209 outputs information indicating howling occurrence (referred to as howling generation information) to the gain control unit 23.
  • the gain control unit 23 stores the estimated value at that time in the storage unit 224. This estimated value is set as a maximum estimated value and is set as a threshold value th2. Thereafter, the gain control unit 23 decreases the gain Ga, and when the howling detection unit 209 detects that the howling is suppressed, the gain value Ga at that time is used as a limit gain and is associated with the maximum estimated value, and the storage unit It is stored in 224.
  • the suppression start estimated value (threshold value th1) is an estimated value when the gain Ga becomes 1, so the estimated value and the gain Ga It is calculated by the correspondence.
  • the proportionality coefficient may be an arbitrary value, but can also be obtained by moving the microphone 11 and measuring another limit gain at a position where the distance from the speaker is different. For example, when the user moves the microphone 11 and operates the operation unit 8 to instruct to perform the second measurement, the gain control unit 23 gradually increases the gain Ga and generates howling again. The gain control unit 23 sets the value of the gain Ga immediately before the howling occurs as the second limit gain.
  • the microphone 11 is brought close to the speaker 3 to generate howling, and the gain control unit 23 decreases the gain Ga, and the value of the gain Ga when suppressing howling is set as a limit gain. Then, a proportionality coefficient is obtained from the two measured limit gains and estimated values.
  • the gain characteristics shown in FIGS. 9B, 10A, and 10B are initially set.
  • the initial setting method as described above is a setting method when it is assumed that the estimated value changes when the distance between the speaker and the microphone changes, and the limit gain changes in proportion to the change of the estimated value. That is, this is a method when it is assumed that the relative angle between the speaker and the microphone does not change, the distance between the speaker and the microphone is increased, the actual loop gain is decreased, and the limit gain is increased.
  • the relative angle between the speaker and the microphone changes (the circumference of the microphone centered on the speaker).
  • the estimated value changes and the limit gain changes proportionally. That is, since the sound emitted from the speaker has directivity, it is considered that the loop gain decreases and the limit gain increases even when the microphone moves away from the sound output axis of the speaker.
  • the directivity of the voice is sharp in the high range (for example, 10 kHz or more), and the mid-low range is dull.
  • the loop gain does not decrease at higher frequencies in the mid-low range, and there is a difference in the loop gain change between the high and mid-low ranges. . Therefore, if the estimated value is calculated using pseudo noise only in the high range, the change in the limit gain relative to the estimated value change in the circumferential direction is the distance direction (in the circumferential direction when considering the circumference centered on the speaker). It is considered that the change is smaller than the change in the direction in which only the diameter changes, that is, the radial direction). Therefore, a method for initially setting the gain characteristics can be considered as follows.
  • measurement processing is performed at three points with different microphone positions.
  • two points (points A and B) on the sound output axis of the speaker and two points (points A and C) where the distance is constant are shown.
  • the point C may be any position as long as the position is not on the sound output axis of the speaker.
  • the gain control unit 23 decreases the gain Ga.
  • the gain control unit 23 sets the gain Ga at that time to the limit gain G.
  • A is stored in the storage unit 224 as A.
  • the estimated value X A at that time and the distance r A between the speaker 3 and the microphone 11 are obtained and stored in the storage unit 224.
  • the distance between the speaker 3 and the microphone 11 is obtained from the closed loop delay time and the sound speed using the timer 21.
  • the delay time is obtained by closely contacting the speaker 3 and the microphone 11 (distance zero) in advance, and the delay time at the distance zero is set as a delay time (in-device delay time) other than the delay due to the acoustic time,
  • the difference between the measured delay time and the in-device delay time may be used as the closed loop delay time.
  • the above measurement process is also performed at the remaining points B and C. That is, after the measurement at point A, the user uses the operation unit 8 to instruct the start of measurement at the second point (referred to as point B). Similarly to the above, the gain control unit 23 obtains the limit gain G B at the point B , the estimated value X B at that time, and the distance r B between the speaker 3 and the microphone 11 and stores them in the storage unit 224. Thereafter, the user uses the operation unit 8 to instruct the start of measurement of the third point (C point), and the gain control unit 23 determines the limit gain G C at the C point, the estimated value X C at that time, the speaker 3. And the distance r C between the microphone 11 and the microphone 11 (the value of r A may be used as it is) is stored in the storage unit 224.
  • the change in the estimated value due to the change in distance has the same characteristics in the high range and the middle and low range, and the relationship between the estimated value and the limit gain Is considered to have the steepest slope (this slope is a).
  • the point A and the point C have the same distance to the speaker 3 and have only moved in the circumferential direction of the circumference around the speaker. Therefore, it is considered that the relationship between the estimated value and the limit gain has the most gradual slope (this slope is b).
  • the gain control unit 23 sets the gain characteristic obtained by the speaker having the largest estimated value, or sets the gain characteristic obtained by the speaker having the closest distance.
  • the gain control unit 23 changes the gain Ga according to the estimated value (and distance) input from the loop gain estimation unit 22 during normal use according to the characteristics of the gain Ga set as described above.
  • the gain Ga is set to the minimum (for example, 0)
  • Gout Geq
  • the frequency characteristic of the EQ 53 becomes the frequency characteristic of the variable equalizer 213 as it is.
  • the gain Ga is changed between 0 and 1
  • the frequency characteristic of the EQ 53 changes from a flat characteristic. That is, the gain control unit 23 changes the gain Ga according to the estimated value, thereby changing the equalizer characteristic of the variable equalizer 213.
  • the entire characteristic is set to a value lower by a predetermined value (for example, 3 dB).
  • the gain Ga may be decreased until the howling is suppressed, and the set gain characteristic may be updated, or the gain of the gain adjuster 55 may be decreased so as to decrease the gain uniformly in all frequency bands. May be.
  • the characteristic of EQ 53 is also set by the detection result of howling detection section 209.
  • the EQ 53 functions as a notch filter that lowers the gain of a predetermined frequency.
  • the gain control unit 23 inputs howling occurrence information from the howling detection unit 209, and sets the center frequency F1 of the EQ 53 according to the frequency at which howling occurs.
  • a plurality of variable equalizers 213 are provided, and the gain Ga and the center frequency are set.
  • the set center frequency of EQ 53 is stored in the storage unit 224.
  • the bandwidth (Q value) is arbitrary.
  • the gain control unit 23 reads the center frequency of the EQ 53 determined as described above from the storage unit 224, decreases the gain Ga in accordance with the increase in the estimated value, and controls the degree of application of the equalizer.
  • any detection method may be used by the howling detection unit 209, for example, as follows. That is, the howling detection unit 209 converts (FFT) the signal input from the microphone 11 into a frequency domain signal, and holds the signal after the 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 209 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.
  • FFT Fast Fourier transform
  • the EQ53 has a gain of 1 (flat characteristic) at all frequencies.
  • the center frequency F1 of EQ53 is set as the howling occurrence frequency.
  • the estimated value at this time is set as the maximum estimated value.
  • the gain control unit 23 stores the maximum estimated value and the center frequency F1 in the storage unit 224.
  • the gain control unit 23 reads a predetermined gain characteristic (for example, the characteristic shown in FIG. 10A or FIG. 11D) stored in the storage unit 224.
  • the gain control unit 23 may decrease the gain Ga until howling is suppressed, and store the gain value when the howling is suppressed in the storage unit 224.
  • the frequency characteristic indicated by the solid line in FIG. 14B is set as the overall frequency characteristic of the variable equalizer 213.
  • the gain controller 23 changes the gain of the gain adjuster 51 according to the estimated value input from the loop gain estimator 22 and controls the degree of application of the equalizer.
  • the gain control unit 23 performs the following process. First, when howling occurrence information indicating that howling has occurred at a frequency different from the frequency detected in the past is input, as shown in FIG. 14C, the center of another EQ is set to a new howling occurrence frequency. The frequency F2 is set. At this time, the center frequency F1 and gain value of EQ53 already stored in the storage unit 224 are fixed. In this case, as a frequency characteristic of the entire equalizer, a characteristic indicated by a one-dot broken line in FIG. 14C is set. Then, the gain control unit 23 reduces the gain of the variable equalizer in which the center frequency F2 is set until the gain characteristic similar to the above or howling is suppressed, and stores the gain value when the howling is suppressed. It is stored in 224.
  • the estimated value when a new howling occurs may be different from the above-described maximum estimated value or may be the same.
  • the suppression start estimated value (threshold value th1) may be common or different in each stage of the variable equalizer 213. If they are different, the maximum estimated value and the suppression start estimated value are stored in the storage unit 224.
  • the gain controller 23 controls the degree of application of the equalizer in a plurality of bands according to the estimated value input from the loop gain estimator 22.
  • the gain at the frequency F1 is further reduced. That is, as shown in FIG. 13A or 13B, the gain Ga is set to a value lower by a predetermined value (for example, 3 dB). Alternatively, the gain Ga is changed to a lower value until howling is suppressed.
  • a predetermined value for example, 3 dB
  • the threshold th1 that is the estimated suppression start value is also changed to a lower value.
  • the threshold value th2 may be left as it is, and the entire gain Ga may be lowered (characteristic of the broken line), or the gain Ga at the threshold value th2 before the change may be maintained.
  • the threshold value th2 may be reduced.
  • the gain adjuster 55 is set to suppress the gain in the entire frequency band, or the estimated value is the threshold as shown in FIG.
  • the threshold value th2 is changed to a large value.
  • FIG. 15 is a flowchart showing the gain characteristic changing operation during normal use.
  • the gain control unit 23 starts this operation when the howling occurrence information is input from the howling detection unit.
  • the gain control unit detects a frequency included in howling occurrence information (s51).
  • the gain control unit 23 sets the center frequency of the EQ 53 when detecting howling at a frequency different from the frequency detected in the past, or when detecting howling first (s52 ⁇ Yes) (s53). Then, the gain control unit 23 sets the characteristics of the gain Ga (s54). For example, the gain characteristic as shown in FIG. 10A or FIG. 11D is set. The characteristics of the set gain Ga are stored in the storage unit 224. The gain characteristic at this time may be determined by a storage process shown in FIG.
  • the processes of s53 and s54 are passed and the gain characteristic is changed (s55).
  • the gain Ga is changed to a characteristic that reduces the gain Ga as a whole by 3 dB (see FIG. 13A or FIG. 13B).
  • the gain control unit 23 reads the characteristics of the gain Ga stored in the storage unit 224 in the storage process from the storage unit 224, and the gain adjuster 51 of the variable equalizer 213 according to the estimated value input from the loop gain estimation unit 22. Adjust the gain.
  • FIG. 16 is a flowchart showing the operation of the storage process showing another aspect of the gain Ga characteristic setting method.
  • the gain control unit 23 starts this operation when the howling occurrence information is input from the howling detection unit. First, the gain controller 23 stores the currently input estimated value as the maximum estimated value (s11). If the maximum estimated value is already stored in the storage unit 224, this process is ignored. However, when the estimated value currently input is larger than the maximum estimated value that is already stored, the estimated value that is currently input is updated. Thereafter, the gain control unit 23 detects the frequency included in the howling occurrence information (s12).
  • the gain control unit 23 sets the center frequency of the EQ53 (s14). . If it is the same frequency as the frequency detected in the past, the process of s14 passes.
  • the gain control unit 23 decreases the gain of the gain adjuster 51 of the variable equalizer 213 (s15).
  • the gain reduction amount in one step may be any value, but is set to -3 dB, for example.
  • the gain control unit 23 determines whether howling is suppressed (whether howling occurrence information is no longer input from the howling detection unit 209) (s16). If howling is not suppressed, the gain of the gain adjuster 51 is lowered again (s16 ⁇ s15). When the howling is suppressed, the gain control unit 23 stores the gain value at that time in the storage unit 224 (s17).
  • a suppression start estimated value is calculated from the maximum estimated value stored in s11 and the gain value stored in s17, and stored in the storage unit 224 (s18). If the gain value and the threshold value th1 are already stored in the storage unit 224, these values are updated.
  • the gain control unit 23 reads the threshold value th1, the maximum estimated value, and the gain value stored in the storage unit 224 in the storage process from the storage unit 224, and according to the estimated value input from the loop gain estimation unit 22
  • the gain of the gain adjuster 51 of the variable equalizer 213 is adjusted. That is, the gain control unit performs a suppression process for controlling the degree of application of the equalizer according to the estimated value at that time. When howling occurrence information is input in the suppression process, the storage process is performed again.
  • the howling prevention apparatus estimates the closed loop gain and suppresses the acoustic signal with the frequency and gain (equalizer characteristic) to be suppressed based on the estimated loop gain, thereby preventing howling from occurring. can do.
  • the howling prevention device 201 automatically sets the equalizer characteristics based on the estimated loop gain, so that it does not require skilled skills and can accurately prevent howling in response to environmental changes in the acoustic space. it can.
  • variable equalizer 213 includes an equalizer, and the equalizer characteristic is set according to the loop gain estimated by the gain control unit 23.
  • the configuration has only a gain adjustment and is suppressed. It may be an aspect of controlling the gain in the entire frequency band as the degree.
  • FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of a howling prevention apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • all acoustic signals are digital signals, and a configuration for performing A / D conversion and D / A conversion is omitted.
  • the same number is attached
  • the howling prevention apparatus 301 performs a process of superimposing pseudo noise on an acoustic signal collected by the microphone 11 (sound collecting unit) and outputting the superimposed 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 301 estimates the closed-loop gain by obtaining the correlation between the superimposed pseudo noise and the returned acoustic signal.
  • the howling prevention device can prevent howling by suppressing the gain of an acoustic signal or giving a warning when the estimated loop gain approaches a predetermined threshold value.
  • the howling prevention apparatus 301 of the present embodiment includes a howling detection unit, and when the occurrence of howling is detected, further suppresses the gain of the acoustic signal and suppresses howling.
  • the howling prevention apparatus 301 includes an LPF 12, a front volume 313, a rear volume 324, a superimposing unit 314, an M-sequence generator 15, an N-times oversampling unit 16, an HPF 17, and a pseudo noise volume 318. , A calculation unit 305, a gain control unit 23, a howling detection unit 22, and a post-stage gain control unit 23.
  • the calculation unit 305 includes an HPF 19, a correlation calculation unit 20, a timer 21, and a loop gain estimation unit 22, as shown in FIG.
  • the acoustic signal picked up by the microphone 11 is input to the LPF 12 and the HPF 19 of the calculation unit 305.
  • the acoustic signal picked up by the microphone 11 is input to the LPF 12.
  • the LPF 12 cuts a high frequency from the collected sound signal and outputs it to the front volume 313.
  • the front volume 313 outputs the input signal to the rear volume 324 with the gain set by the gain controller 323.
  • the rear volume 324 outputs a signal input with the gain set by the rear gain control unit 323 to the superimposing unit 314.
  • the M-sequence generator 15, the N-times oversampling unit 16, the HPF 17, and the superimposing unit 314 have the same configuration, function, and operation as those described in the first embodiment.
  • the correlation calculation unit 20 also has the same configuration, function, and operation as those described in the first embodiment.
  • each estimation method demonstrated in 1st Embodiment can be used for the estimation method of the loop gain in the loop gain estimation part 22.
  • FIG. 1st Embodiment can be used for the estimation method of the loop gain in the loop gain estimation part 22.
  • the loop gain estimated by the loop gain estimation unit 22 is output to the gain control unit 23.
  • the gain control unit 23 instructs to suppress the gain of the pre-stage volume 313, assuming that there is a high possibility of howling. Further, the gain control unit 23 may perform a warning (lights the LED, displays a warning on the display, etc.) when the loop gain approaches the threshold value. If a warning is issued, the user manually adjusts the gain and equalizer.
  • gain suppression processing and the warning processing may be performed, and further warning may be performed while suppressing the gain of the acoustic signal.
  • a warning may be given first, and then gain suppression processing may be performed.
  • 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.
  • the gain control unit 323 sets the input estimated loop gain value to the maximum threshold value thmax and sets a certain coefficient ⁇ (0 ⁇ ⁇ 1).
  • Use th ⁇ ⁇ thmax.
  • the gain control unit 323 instructs to suppress the gain of the pseudo noise volume 318 as well. However, a gain greater than a predetermined value is held so that the first peak of the pseudo noise correlation can be detected.
  • the calculation unit 305 estimates the closed-loop gain, and when the estimated loop gain approaches a predetermined threshold, performs processing for suppressing the gain of the acoustic signal and processing for performing a warning, Howling can be prevented in advance.
  • the howling detection method of the howling detection unit 322 may be any method. For example, the following method is used.
  • the howling detection unit 322 analyzes the frequency of the acoustic signal and detects the presence or absence of howling. That is, howling detection section 322 converts the signal input from microphone 11 into a frequency domain signal (FFT), 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 322 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 a stationary sound of a musical instrument or voice (such as a violin sound) from howling. The presence / absence of a harmonic component is determined, and howling is determined only when there is no harmonic component.
  • FFT frequency domain signal
  • the occurrence of howling and information indicating its frequency (referred to as howling occurrence information) is input to the subsequent gain control section 323.
  • the subsequent stage gain control unit 323 sets the gain of the rear stage volume 324 to be suppressed.
  • the gain is restored (set to 0 dB).
  • the post-stage gain control unit 323 suppresses the gain in a stepwise manner (for example, ⁇ 3 dB every second) and suppresses the gain until no howling is detected.
  • the gain 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). .
  • the gain When howling occurrence information is input again while the gain is being returned, the gain is suppressed until no howling occurrence is detected again.
  • the howling prevention apparatus of the present embodiment can estimate the loop gain by the calculation unit 305 and prevent the occurrence of howling in advance.
  • the calculation unit 305 causes the correlation peak. There is a possibility that it cannot be calculated.
  • the correlation peak cannot be calculated due to the Doppler shift occurring when the microphone moves or the like, and the pseudo noise frequency changing. Therefore, when the howling detection unit 322 detects howling, the gain is suppressed by the rear volume 324 so that even if howling occurs, this is immediately suppressed.
  • the gain of the acoustic signal is suppressed by the rear volume 324 is shown.
  • howling may be suppressed by a notch filter or the like that suppresses the frequency detected by the howling detection unit 322.
  • the post-stage volume 324 is replaced with a notch filter, and the post-stage gain control unit 23 sets the frequency and gain of the notch filter.
  • the howling prevention apparatuses 1, 101, 201, and 301 may be built in a mixer for music production or a microphone for collecting sound, or built in an adapter. It may be.
  • a howling prevention device is built in the adapter, a microphone is connected to the input unit (input interface) of the adapter, and an acoustic signal collected by the microphone and input from the input unit is supplied to the arithmetic unit and the pseudo noise superimposing unit. It is good also as a structure.
  • howling prevention devices 1, 101, 201, and 301 need only be provided upstream of an amplification system such as an amplifier device.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of a mixer 80 including the howling prevention apparatuses 1, 101, 201, and 301 according to the first to fourth embodiments.
  • the acoustic signal picked up by the microphone 11 is input to the mixer 80, and the acoustic signal output from the mixer 80 is processed by the howling prevention devices 1, 101, 201, and 301 and output to the subsequent amplification system (amplifier device). Is amplified and emitted from the speaker 3.
  • the mixer 80 actually has a plurality of input channels and output channels, but in this modification, only one channel system is shown for ease of explanation.
  • FIG. 19 is a block diagram showing a configuration of a microphone (microphone unit) 90 in which the howling prevention apparatuses 1, 101, 201, and 301 according to the first to fourth embodiments are built.
  • the microphone unit 90 is driven by a battery as an example.
  • the microphone unit 90 includes a microphone 11 (microphone element) and howling prevention devices 1, 101, 201, and 301.
  • the sound picked up by the microphone 11 is processed by the howling prevention devices 1, 101, 201, and 301, output to the subsequent amplification system (amplifier device), amplified, and emitted from the speaker 3.
  • the present invention may be configured as a loop gain estimation device that estimates a closed loop gain.
  • the loop gain estimation device outputs the information of the estimated closed loop gain to, for example, an external device such as a mixer or an amplification system without controlling the gain of the acoustic signal, so that the estimated closed loop gain is obtained. It is possible to control the gain of the acoustic signal based on the external device.

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Abstract

　疑似ノイズ重畳部は、マイクが収音した音響信号に疑似ノイズ（Ｍ系列）を重畳し、増幅系統に出力する。演算部は、マイクが収音した音響信号と上記疑似ノイズの相関値を計算する。演算部は、上記相関値に基づいて、閉ループのゲインを推定する。ゲイン制御部は、推定された閉ループのゲインに基づいて、音響信号のゲインを抑制するように制御する。

Description

ループゲイン推定装置およびハウリング防止装置
　この発明は、閉ループのゲインを推定するループゲイン推定装置およびハウリングを防止するハウリング防止装置に関する。
　従来、講演、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。
　特許文献１に記載の音響信号増幅回路では、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、音響信号増幅回路のゲインを下げる。音響信号増幅回路は、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。音響信号増幅回路は、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、音響信号増幅回路では、ハウリングを検出しなくなったゲインに固定する。
　また、特許文献２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。
　また、非特許文献１には、Ｍ系列ノイズの同期加算を用いたハウリングキャンセラが提案されている。非特許文献１のハウリングキャンセラは、事前に高レベルのＭ系列ノイズを放音して、適応型フィルタのトレーニングを行い、運用中には微弱なレベルでＭ系列ノイズを放音して適応フィルタを更新し続けるものである。また、非特許文献１のハウリングキャンセラは、話者がしゃべり続けたり、楽器が鳴り続けたりして外乱が大きくなると、適応フィルタの更新を阻害することになるため、マイク入力レベルが大きい場合、外乱が大きいとみなして適応フィルタの更新を停止している。
日本国特開平７－１５７８８号公報 日本国特開平６－３２７０８８号公報 伊丹　誠、羽鳥　光俊、"音響系におけるハウリング除去に関する検討"、電子情報通信学会技術研究報告、１９８９年、ＥＡ８９－４
　しかし、特許文献１，２のような一般的なフィルタによる減衰手法では、ハウリングが発生した周波数帯域を抑制する手法であるため、一旦ハウリングが発生した後でなければ抑制することができない。
　また、講演やコンサートでは、マイクの位置が移動することが多く、閉ループの環境は、マイクの位置等の変化で刻一刻と変化する。閉ループの環境が変化し、ループゲインが変化すると、非特許文献１に記載されているような適応フィルタでは、フィルタ係数の更新が追いつかず、ハウリングを抑制することができない。さらに、非特許文献１のように、マイク入力レベルが大きい場合に適応フィルタの更新を停止すると、ハウリングを抑止できなくなる可能性がある。
　また、いずれも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。
　そこで、この発明は、ハウリング発生を未然に防ぐために、閉ループの環境が変化してもループゲインを推定することができるループゲイン推定装置を提供することを目的とする。
　また、音響空間の環境に応じてハウリングの発生を未然に防止するハウリング防止装置を提供することを更なる目的とする。
　本発明の第１の態様は、
　音響信号を入力する入力部と、
　疑似ノイズを生成し出力するノイズ生成部と、
　前記入力部により入力された音響信号に、前記ノイズ生成部から出力された前記疑似ノイズの所定の周波数よりも高い周波数の成分を重畳して増幅系統に出力する重畳部と、
　前記入力部により入力された音響信号と前記ノイズ生成部が生成した疑似ノイズとの相関値を算出する相関計算部と、
　前記相関計算部が算出した相関値に基づき、閉ループのゲインを推定するループゲイン推定部と、
　前記ループゲイン推定部により推定された前記閉ループのゲインに基づいて前記音響信号のゲインを抑制するよう制御するゲイン制御部と、
　を備えたことを特徴とするハウリング防止装置である。
　本発明の第２の態様は、
　音響信号を入力する入力部と、
　疑似ノイズを生成し出力するノイズ生成部と、
　前記入力部により入力された音響信号に、前記ノイズ生成部から出力された前記疑似ノイズの所定の周波数よりも高い周波数の成分を重畳して増幅系統に出力する重畳部と、
　前記入力部により入力された音響信号と前記ノイズ生成部が生成した疑似ノイズとの相関値を算出する相関計算部と、
　前記相関計算部が算出した相関値に基づき、閉ループのゲインを推定するループゲイン推定部と
　を備えたことを特徴とするループゲイン推定装置である。
　この発明によれば、ハウリングが発生する前に、推定したループゲインに基づいてハウリング発生を予測することができるため、例えば、マイクの位置が移動する等、閉ループの環境が変化する場合であっても、ハウリングが発生する前にループゲインを推定して種々の対処を行うことができるため、ハウリングを防止することができる。
第１の実施形態にかかるハウリング防止装置の構成を示したブロック図である。 疑似ノイズ重畳部の構成および処理内容を示したブロック図である。 演算部の構成および処理内容を示したブロック図である。 相関の時間軸特性を示した図である。 相関の時間軸特性を示した図である。 相関の時間軸特性を示した図である。 第２の実施形態にかかるハウリング防止装置の構成を示すブロック図である。 第３の実施形態にかかるハウリング防止装置の構成を示したブロック図である。 可変イコライザについて説明する図である。 しきい値の変更態様を示した図である。 初期設定の手法を示す図である。 初期設定の手法を示す図である。 設定したゲイン特性を更新する例を示した図である。 しきい値およびイコライザカーブの設定態様を示した図である。 通常使用時におけるゲイン特性変動動作を示すフローチャートである。 記憶処理の動作を示したフローチャートである。 第４の実施形態にかかるハウリング防止装置の構成を示す図である。 第１乃至４の実施形態にかかるハウリング防止装置が内蔵されたミキサの構成を示す図である。 第１乃至４の実施形態にかかるハウリング防止装置が内蔵されたマイクロフォン（マイクユニット）の構成を示すブロック図である。
第１の実施形態
　図１は、第１の実施形態にかかる本発明のハウリング防止装置１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は、特に記載がない限り音響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。
　ハウリング防止装置１は、マイク１１（収音部）が収音した音響信号を入力する演算部５および疑似ノイズ重畳部７を備えている。疑似ノイズ重畳部７は、マイク１１が収音した音響信号に疑似ノイズを重畳する。
　疑似ノイズ重畳部７で疑似ノイズが重畳された音響信号は、図示しない後段の増幅系統（アンプ）で増幅され、スピーカ３から放音される。スピーカ３から放音された音響は、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、上記演算部５において、閉ループのゲインを推定する。ハウリング防止装置１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、音響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。
　図１に示すように、ハウリング防止装置１は、ＬＰＦ１２、音響信号用ボリューム１３、重畳部１４、Ｍ系列発生器１５、Ｎ倍オーバーサンプリング部１６、ＨＰＦ１７、疑似ノイズ用ボリューム１８、ＨＰＦ１９、相関計算部２０、タイマ２１、ループゲイン推定部２２、およびゲイン制御部２３を備えている。
　演算部５は、Ｍ系列発生器１５、ＨＰＦ１９、相関計算部２０、タイマ２１、およびループゲイン推定部２２により構成される。疑似ノイズ重畳部７は、音響信号用ボリューム１３、重畳部１４、Ｍ系列発生器１５、Ｎ倍オーバーサンプリング部１６、ＨＰＦ１７、疑似ノイズ用ボリューム１８、およびゲイン制御部２３により構成される。
　マイク１１が収音した音響信号は、疑似ノイズ重畳部７のＬＰＦ１２および演算部５のＨＰＦ１９に入力される。図２を参照して、疑似ノイズ重畳部７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。
　疑似ノイズ重畳部７のＬＰＦ１２には、マイク１１が収音した音響信号が入力される。なお、マイク１１の下欄に示す信号の周波数成分を示す波形は一例であり、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、この収音した音響信号から、カットオフ周波数（例えば、１０ｋＨｚから２０ｋＨｚの間の任意の周波数値）よりも高域の信号成分をカットし、音響信号用ボリューム１３に出力する（同図ＬＰＦ１２の下欄に示す周波数軸に沿って形成された波形を参照）。
　音響信号用ボリューム１３は、ゲイン制御部２３により設定されたゲインで、マイク１１の収音した信号を重畳部１４に出力する。
　Ｍ系列発生器１５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１６に出力する（同図Ｍ系列発生器１５の下欄に示す周波数軸に沿って形成された波形を参照、ただし、最下欄は時間軸に沿って形成された波形を示す）。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。
　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２２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。
　Ｎ倍オーバーサンプリング部１６は、Ｍ系列発生器１５が出力する疑似ノイズ信号（ＰＮ符号のビット列）を、そのビット周波数のＮ倍の周波数のサンプリングクロックによりオーバーサンプリングしてＨＰＦ１７に出力する（同図Ｎ倍オーバーサンプリング部１６の下欄に示す周波数軸に沿って形成された波形を参照、ただし最下欄は時間軸に沿って形成された波形を示す）。Ｎ倍オーバーサンプリング部１６によるオーバーサンプリングは、本発明において必須ではないが、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良い。
　ＨＰＦ１７は、Ｎ倍オーバーサンプリング部１６から入力された信号の低域成分をカットする（同図ＨＰＦ１７の下欄に示す周波数軸に沿って形成された波形を参照、ただし、最下欄は時間軸に沿って形成された波形を示す）。ＨＰＦ１７のカットオフ周波数は、ＬＰＦ１２で設定されたカットオフ周波数の値或いはそれよりも高い値に設定される。
　なお、ＬＰＦ１２及びＨＰＦ１７は、本発明において必須の構成ではないが、これらの構成により聴感を改善することができる。すなわち、ＨＰＦ１７により、疑似ノイズの低域（人の可聴帯域）の音がカットされるため、スピーカ３から疑似ノイズが放音されたとしても、この疑似ノイズが聞こえにくくなり、聴感上違和感がなくなる。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ができる。なお、ＬＰＦ１２及びＨＰＦ１７を設けない場合、マイク１１が収音した音響信号から、疑似ノイズ成分を減算した後に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ことができる。
　なお、Ｎ倍オーバーサンプリング部１６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。
　ＨＰＦ１７から出力された信号は、疑似ノイズ用ボリューム１８に入力される。疑似ノイズ用ボリューム１８は、ゲイン制御部２３により設定されたゲインで、ＨＰＦ１７の出力信号を重畳部１４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。
　重畳部１４は、音響信号用ボリューム１３から出力された音響信号にＨＰＦ１７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。
　次に、図３を参照して、演算部５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１５は、Ｎ倍オーバーサンプリング部１６に出力したものと同じ疑似ノイズを相関計算部２０に出力する（同図Ｍ系列発生器１５の下欄に示す時間軸に沿って形成された波形を参照。）。また、Ｍ系列発生器１５は、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２１に送信する。タイマ２１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２２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２１は、本発明において必須ではない。
　マイク１１には、疑似ノイズが含まれた音響が収音される。演算部５のＨＰＦ１９には、マイク１１が収音した音響信号が入力される。ＨＰＦ１９は、マイク１１が収音した音響信号から低域成分をカットし、相関計算部２０に出力する（同図ＨＰＦ１９の下欄に示す、周波数軸に沿って形成された波形を参照。）。ＨＰＦ１９のカットオフ周波数は、上記ＨＰＦ１７に対応して決定される。
　相関計算部２０は、Ｍ系列発生器１５から入力された疑似ノイズと、ＨＰＦ１９の出力信号（マイク１１が収音した音響信号）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、ＨＰＦ１９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、相関検出部２０の下欄に示す、相関値の時間変移の波形（横軸は時間軸）に示すように、相関値のレベルが高くなる。相関計算部２０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）を示す信号およびそのときの相関値をループゲイン推定部２２に出力する。
　ループゲイン推定部２２は、相関計算部２０から受信タイミングを示す信号が入力されると、タイマ２１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２１がない場合）、相関計算部２０の受信タイミングの出力は必須ではない。
　ループゲイン推定部２２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。
　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。
　ループゲイン推定部２２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２２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ＨＰＦ１９の有無、およびカットオフ周波数等に応じて設定する。
　そして、ループゲイン推定部２２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２２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。
　そして、ループゲイン推定部２２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２２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。
　なお、上記の手法では、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良い。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。
　次に、第２の推定手法について図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。
　ループゲイン推定部２２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。ここで、所定時間長ｔ２は、疑似ノイズの出力周期に相当する。
　このように、第２の推定手法は、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。
　次に、第３の推定手法について図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。なお、この推定手法は、ＬＰＦ１２が設けられていない場合に適応可能な手法である。
　ループゲイン推定部２２は、まず上記第１の推定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２２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２１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。
　スピーカからマイクまでの空間放音系統の遅延時間は、マイクからスピーカまでの信号処理系統の遅延時間よりも大きく、かつ時間ｔ３は、閉ループの遅延時間に相当するため、最初のピークからさらに時間ｔ３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。時間ｔ３が経過したタイミング周辺の波形は、スピーカ３から出力された疑似ノイズが一周し、ハウリング防止装置１に再度帰還した直接波と判断することができる。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。
　第３の推定手法は、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。
　なお、それ以外の推定手法として、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。或いは、擬似ノイズの出力周期の間に生成される複数のピーク成分の中で最大のピーク成分を抽出し、それをループゲインとして推定してもよい。
　なお、上記した各推定手法において、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。
　以上のようにしてループゲイン推定部２２が推定したループゲインは、ゲイン制御部２３に出力される。ゲイン制御部２３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、音響信号用ボリューム１３のゲインを抑制するよう指示する。また、ゲイン制御部２３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。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、音響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。
　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、実際に使用する時より前に、ユーザがゲインを上げ下げする動作を行い、ハウリングが発生した時、ハウリング防止装置１の操作部（不図示）でハウリング発生を入力する動作を行う。あるいは、ハウリング防止装置１のいずれかの処理部において、音響信号の周波数特性を解析し、所定時間以上単一周波数成分が高レベルとなったとき、ハウリング発生として検出する。ゲイン制御部２３は、このときに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。
　以上のようにして、演算部５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、音響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。
　本実施形態のハウリング防止装置１は、推定したループゲインに基づいてハウリング発生を予測することができるため、プレゼンテーションやライブ演奏のようなマイクの位置が移動することが多い場合であっても、好適にハウリングを防止することができる。
　なお、ゲイン制御部２３は、音響信号用ボリューム１３のゲインを抑制するように指示するとともに、疑似ノイズ用ボリューム１８のゲインも抑制するように指示する。ただし、必ず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に使用する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考慮した値を設定してもよい。
　なお、Ｍ系列発生器１５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。
　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。
　この実施形態によれば、ハウリングが発生する前に、推定したループゲインに基づいてハウリング発生を予測することができるため、例えば、マイクの位置が移動する等、閉ループの環境が変化する場合であっても、ハウリングが発生する前にループゲインを推定して種々の対処を行うことができるため、ハウリングを防止することができる。
第２の実施形態
　図７は、本発明の第２の実施形態にかかる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は、特に記載が無い限り音響信号は全てデジタル信号とし、Ａ／Ｄ変換やＤ／Ａ変換を行う構成は省略する。また、図１に示したハウリング防止装置１の演算部５と疑似ノイズ重畳部７と同一の構成の部分は同一番号を付して、それらの説明は省略する。
　ハウリング防止装置１０１は、演算部１０５、疑似ノイズ重畳部１０７、及び制御部１０９を備えている。ハウリング防止装置１０１には、マイク１１が接続され、マイク１１は、ハウリング防止装置１０１内部のＬＰＦ１２及びＨＰＦ１９に結線されている。
　また、ハウリング防止装置１０１は、演算部１０５が出力した閉ループの遅延時間やループゲインに応じて、疑似ノイズ重畳部１０７が出力すべき音響信号のゲインを制御してハウリングの発生を防止する制御部１０９を備える。制御部１０９は、演算部１０５が計時した閉ループの遅延時間やループゲインの値に応じて、マイク１１が収音した音響信号と、演算部１０５で生成した疑似ノイズと、の相関を求める頻度を変更する。
　第２の実施形態の疑似ノイズ重畳部１０７は、第１の実施形態の疑似ノイズ重畳部７の構成と同様の構成を有するので、その説明は省略する。
　次に、演算部１０５の構成及び機能について説明する。
　制御部１０９は、Ｍ系列発生器１５とタイマ２１に、所定の周期でトリガ信号を出力する。
　Ｍ系列発生器１５は、制御部１０９からのトリガ信号が入力されると、Ｎ倍オーバーサンプリング部１６に出力したものと同じ疑似ノイズを相関計算部２０に出力する。
　タイマ２１は、制御部１０９からのトリガ信号が入力されると、計時を開始し、計算部１２３に、カウント時間を示すタイマ信号を送信する。
　ハウリング防止装置１０１に接続されたマイク１１は、疑似ノイズを含んだ音響を収音して、この音響信号をＨＰＦ１９に出力する。ＨＰＦ１９は、マイク１１が収音した音響信号から低域（例えば２０ｋＨｚ未満）をカットし、相関計算部２０に出力する。
　相関計算部２０は、Ｍ系列発生器１５から入力された疑似ノイズと、ＨＰＦ１９の出力信号（マイク１１が収音した音響信号）と、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、ＨＰＦ１９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、相関値のレベルが高くなる。相関計算部２０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）に、そのときの相関値をゲイン推定部２２及び計算部１２３に出力する。また、詳細は後述するが、相関計算部２０は、制御部１０９からの制御信号に応じて、相関を求める頻度を変更する。
　計算部１２３は、相関計算部２０から相関値が入力されると、タイマ２１からのタイマ信号（時間カウント値）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。計算部１２３は、この遅延時間情報を制御部１０９へ出力する。また、計算部１２３では、上記の遅延時間に音速を乗算して、スピーカ３からマイク素子１１までの距離を算出し、この距離情報を制御部１０９へ出力するように設定しても良い。
　ゲイン推定部２２は、推定手段に相当し、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の情報を制御部１０９へ出力する。ループゲインの推定手法は、種々の態様が考えられる。例えば、第１の実施形態で挙げた各推定手法を用いることができる。
　以上のようにしてゲイン推定部２２が推定したループゲインは、制御部１０９に出力される。
　制御部１０９は、ゲイン推定部２２と計算部１２３から入力された情報に基づいて音響信号用ボリューム１３を制御して、音響信号のゲインを調整する。
　具体的には、制御部１０９は、推定したループゲインの値に応じてゲインを調整する。すなわち、制御部１０９は、推定したループゲインの値が所定のしきい値ｔｈに近くなるにつれて、ハウリング発生の可能性が高くなるとして、ゲインを下げる制御信号を音響信号用ボリューム１３へ出力する。また、制御部１０９は、推定したループゲインの値が所定のしきい値ｔｈから離れるにつれて、ハウリング発生の可能性が低くなるとして、ゲインを上げる制御信号を音響信号用ボリューム１３へ出力する。これにより、ハウリングを未然に防ぐことができる。
　また、制御部１０９は、上記のループゲインの値に加えて、計算部１２３が算出した閉ループの遅延時間またはマイク１１とスピーカ３の距離に基づいてゲインを調整するようにしても良い。すなわち、制御部１０９は、計算部１２３が算出した閉ループの遅延時間、またはマイク１１とスピーカ３の距離が短くなるにつれて、ハウリング発生の可能性が高くなるとして、ゲインを下げる制御信号を音響信号用ボリューム１３へ出力する。
　なお、上記の所定のしきい値ｔｈは、ユーザの操作入力により設定されても良いし、規定値であっても良い。
　また、制御部１０９は、ループゲインの値が所定のしきい値ｔｈに近づいて、ハウリングが発生しそうになったときに警告を表示部（不図示）に表示させるように構成しても良い。この場合、マイク１１を持つユーザは、警告表示に応じてスピーカ３から離れることで、ハウリングを未然に防ぐことができる。
　なお、制御部１０９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うようにしても良い。
　次に、制御部１０９は、ゲイン推定部２２と計算部１２３から入力された情報に基づいて、相関計算部２０が相関を求める頻度を変更するように制御する。具体的には、制御部１０９は、推定したループゲインの値が所定のしきい値ｔｈに近くなるにつれて、相関を求める頻度を上げ、推定したループゲインの値が所定のしきい値ｔｈから離れるにつれて、相関を求める頻度を下げて間欠的に相関を求めるように、相関計算部２０を動作させる。
　また、制御部１０９は、ループゲインの値に代えて、閉ループの遅延時間またはマイク１１とスピーカ３の距離に基づいて、相関計算部２０で相関を求める頻度を変更するようにしても良い。すなわち、制御部１０９は、計算部１２３が算出した閉ループの遅延時間または距離が短くなるにつれて、相関を求める頻度を上げ、閉ループの遅延時間または距離が長くなるにつれて、相関を求める頻度を下げて、間欠的に相関を求めるように、相関計算部２０を制御する。
　また、制御部１０９は、ループゲインの値と、閉ループの遅延時間またはマイク１１とスピーカ３の距離と、の両方の値に基づいて、相関計算部２０で相関を求める頻度を変更するようにしても良い。
　すなわち、（１）ループゲインの値が所定のしきい値ｔｈに近く、閉ループの遅延時間またはマイク１１とスピーカ３の距離が短い場合には、制御部１０９は、相関計算部２０が常に動作して相関を求めるように制御する。また、（２）ループゲインの値が所定のしきい値ｔｈから離れて、かつ閉ループの遅延時間またはマイク１１とスピーカ３の距離が所定値以上長い場合には、制御部１０９は、それらの値に応じて、相関計算部２０が動作を停止している時間が長くなるように間欠的に動作させる。また、（３）ループゲインの値が所定のしきい値ｔｈに近く、閉ループの遅延時間またはマイク１１とスピーカ３の距離が長い場合や、（４）ループゲインの値が所定のしきい値ｔｈから離れて、閉ループの遅延時間またはマイク１１とスピーカ３の距離が短い場合には、制御部１０９は、それらの値に応じて、相関計算部２０が動作を停止している時間が短くなるように間欠的に動作させる。
　なお、上記の（２）～（４）においては、例えば、ループゲインの値がしきい値に近いほど、また遅延時間または距離が短いほど、相関計算部２０が動作を停止している時間を短くなるように、間欠的に動作させると良い。
　また、上記の（１）においては、ループゲインの値、閉ループの遅延時間またはマイク１１とスピーカ３の距離が、予め設定しておいたしきい値よりも小さくなると、相関計算部２０が常に動作させると良い。
　なお、相関計算部２０を間欠的に動作させる時間は、予め実験を行って求めておくと良い。また、上記のように場合分けする場合には、複数のしきい値を設定しておき、これらのしきい値と、ループゲインの値・閉ループの遅延時間またはマイク１１とスピーカ３の距離と、の大小関係に応じて、相関を求める頻度を設定すると良い。
　また、ループゲインを推定する頻度に応じて、Ｍ系列の符号長を変更するようにしても良い。例えば、ループゲインを推定する頻度が高い場合には、Ｍ系列長を短くして、ループゲインを推定する頻度が低い場合には、Ｍ系列長を長くすると良い。ループゲインを推定する頻度が高い場合には、音響信号のゲインが大きく、マイク１１とスピーカ３の距離が短いので、Ｍ系列長を短くしても、疑似ノイズの相関を確実に求めることができる。距離に応じて算出時間が変化するが、このように距離に応じて符号長を変化させることで、環境変化に追従できる。
　また、ループゲインを推定する頻度に応じて、使用するＰＮ符号の生成間隔を変更するようにしても良い。例えば、ループゲインを推定する頻度が高い場合には、ＰＮ符号の生成間隔を密にし、ループゲインを推定する頻度が低い場合には、ＰＮ符号の生成間隔を疎にすると良い。これにより、必要に応じてＰＮ符号を生成することができるので、確実にループゲインを推定できる。
　また、ループゲインを推定する頻度に応じて、使用するＰＮ符号の系列数を変更するようにしても良い。例えば、ループゲインを推定する頻度が高い場合には、Ｍ系列発生器１５から複数（例えば３つ）の異なるＰＮ符号（Ｍ系列の符号）を、少しずつタイミングをずらして順次出力させるようにする。一方、ループゲインを推定する頻度が低い場合には、Ｍ系列発生器１５から１つのＰＮ符号を所定のタイミングで出力させるようにする。このようにすることで、ループゲインを推定する頻度が高い場合でも、短い時間で連続的にループゲインを推定できるので、ハウリングの発生を精度良く防止できる。また、ループゲインを推定する頻度が低い場合にも、確実にループゲインを推定できる。
　また、制御部１０９は、ゲイン推定部２２が算出したループゲインと、計算部１２３が算出した遅延時間または音の伝播距離と、がそれぞれ一定期間変化しなければ、相関計算部２０に制御信号を出力して相関を求める頻度を低下させるようにしても良い。この場合、マイクユニット１０１とスピーカ３の距離が一定で、音量も一定の状態が続いており、ハウリングが発生しにくい。そのため、相関計算部２０が相関を求める頻度を低下させて、相関計算部２０の動作回数を低下させることで、消費電力を抑制できる。
　この実施形態のハウリング防止装置は、ハウリングが発生しそうか否かの条件に応じて、相関処理を行う頻度を変更するので、相関処理を頻繁に行う必要が無いときにはその処理回数を低減することで、ハウリングを確実に防止しつつ、電力消費量を抑制することができる。
第３の実施形態
　図８は、本発明の第３の実施形態にかかる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は、特に記載が無い限り音響信号は全てデジタル信号とし、Ａ／Ｄ変換やＤ／Ａ変換を行う構成は省略する。また、図１に示したハウリング防止装置１の演算部５と疑似ノイズ重畳部７と同一の構成の部分は同一番号を付して説明は省略する。
　ハウリング防止装置２０１は、マイク１１（収音部）が収音した音響信号を入力する演算部２０５、疑似ノイズ重畳部２０７、操作部２０８、およびハウリング検出部２０９を備えている。疑似ノイズ重畳部２０７は、マイク１１が収音した音響信号に疑似ノイズを重畳する。
　図８に示すように、ハウリング防止装置２０１は、ＬＰＦ１２、可変イコライザ２１３、重畳部１４、Ｍ系列発生器１５、Ｎ倍オーバーサンプリング部１６、ＨＰＦ１７、疑似ノイズ用ボリューム１８、ＨＰＦ１９、相関計算部２０、タイマ２１、ループゲイン推定部２２、ゲイン制御部２３、および記憶部２２４を備えている。
　演算部２０５の構成は、第１の実施形態の演算部５と同様の構成・機能・動作を有する。疑似ノイズ重畳部２０７は、可変イコライザ２１３、重畳部１４、Ｍ系列発生器１５、Ｎ倍オーバーサンプリング部１６、ＬＰＦ１２、ＨＰＦ１７、疑似ノイズ用ボリューム１８、ゲイン制御部２３、および記憶部２２４により構成される。重畳部１４、Ｍ系列発生器１５、Ｎ倍オーバーサンプリング部１６、ＬＰＦ１２、ＨＰＦ１７、疑似ノイズ用ボリューム１８、ゲイン制御部２３は、第１の実施形態で説明したものと同様の構成・機能・動作を有する。
　可変イコライザ２１３は、本発明の抑制部に相当し、ゲイン制御部２３により設定された周波数特性でマイク１１のＬＰＦ１２の出力信号を抑制し、重畳部１４に出力する。可変イコライザ２１３の抑制度合いは、ハウリング検出部２０９の検出結果によって設定される。重畳部１４は、可変イコライザ２１３から出力された音響信号にＨＰＦ１７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。
　尚、第３の実施形態にかかるハウリング防止装置２０１は、第１の実施形態で挙げた各推定手法を用いてループゲインを推定することができる。
　ループゲイン推定部２２が推定したループゲインは、ゲイン制御部２３に出力される。ゲイン制御部２３は、推定したループゲイン（以下、推定値と言う。）に応じて可変イコライザ２１３の抑制度合いを設定し、抑制処理を行う。以下、抑制度合いの設定の一例として、可変イコライザ２１３の周波数特性を設定する例について説明する。図９（Ａ）は、可変イコライザ２１３の詳細な構成を示すブロック図である。
　図９（Ａ）に示すように、可変イコライザ２１３は、ゲイン調整器５１、加算器５２、イコライザ（ＥＱ）５３、加算器５４、およびゲイン調整器５５を備えている。ゲイン調整器５１は、ゲイン制御部２３により設定されたゲインＧａで入力信号を出力する。加算器５２は、入力信号からゲイン調整器５１の出力信号を減算し、ＥＱ５３に出力する。ＥＱ５３は、例えばノッチフィルタであり、イコライザカーブ（ノッチフィルタの中心周波数）は、ハウリング検出部９で検出したハウリング発生周波数で決定される。
　加算器５４は、ゲイン調整器５１の出力信号とＥＱ５３の出力信号を加算してゲイン調整器５５に出力する。ゲイン調整器５５は、ゲイン制御部２３により設定され、全周波数帯域のゲインを調整するためのものであり、通常使用時は固定されており、主に後述の初期設定時におけるゲイン調整に使用される。加算器５４の出力信号のゲインＧｏｕｔは、ＥＱ５３のゲインをＧｅｑとすると、
　Ｇｏｕｔ＝Ｇａ＋（１－Ｇａ）×Ｇｅｑ＝Ｇｅｑ＋（１－Ｇｅｑ）×Ｇａ
　で表される。ゲイン制御部２３は、ゲインＧａを設定することにより、ＥＱ５３のかかり具合、すなわちイコライザの周波数特性を設定することになる。ここで、ゲイン制御部２３は、ループゲイン推定部２２から入力される推定値に応じてゲインＧａを設定する。ゲインＧａの特性は、記憶部２２４に記憶されており、ゲイン制御部２３は、記憶部２２４からゲインＧａの特性を読み出して設定する。
　　図９（Ｂ）は、推定値とゲインＧａの関係を示した図である。例えば、図９（Ｂ）に示すように、推定値が所定のしきい値ｔｈ１より大きくなった場合、推定値の上昇に比例してゲインＧａを低下させる特性や、図１０（Ａ）に示すように、推定値が所定のしきい値ｔｈ２（ｔｈ２＞ｔｈ１）を超えた場合、さらにゲインＧａのゲイン低下度合いが大きくなるような特性や、図１０（Ｂ）に示すように、推定値がしきい値ｔｈ２を超えた場合、ゲインＧａを固定とするような特性が、それぞれ、記憶部２２４に予め記憶されている。なお、推定値の上昇とゲインＧａの低下は、比例関係である必要はない。例えば、推定値の上昇に応じてゲインＧａの低下度合いを緩やかに低減する様態であってもよい。
　上記ゲイン特性（しきい値ｔｈ１、ｔｈ２）、および傾き（比例係数）は、記憶部２２４に記憶されているデフォルト値をそのまま設定してもよいが、設置環境に応じて初期設定を行うようにしてもよい。
　初期設定を行う場合、ユーザは、操作部８を操作して、各値を初期設定する旨を指示する。すると、ゲイン制御部２３は、ゲインＧａを最大（Ｇａ＝１．０）としたままゲイン調整器５５のゲインを最小値から徐々に上昇させてループゲインを増大させ、ハウリングを発生させる。あるいは、ゲイン調整器５５のゲインは固定で、ユーザがマイク１１をスピーカ３に近づけてハウリングを発生させる。
　ハウリング検出部２０９は、ハウリング発生を検出したとき、ハウリング発生を示す情報（ハウリング発生情報とする。）をゲイン制御部２３に出力する。ゲイン制御部２３は、ハウリング検出部２０９からハウリング発生情報を入力したとき、そのときの推定値を記憶部２２４に記憶しておく。この推定値を最大推定値とし、しきい値ｔｈ２とする。その後、ゲイン制御部２３は、ゲインＧａを低下していき、ハウリング検出部２０９でハウリングを抑制したことを検出すると、そのときのゲイン値Ｇａを限界ゲインとして、最大推定値と対応付けて記憶部２２４に記憶しておく。そして、推定値とゲインＧａの関係が比例関係であるとすれば、抑制開始推定値（しきい値ｔｈ１）は、ゲインＧａが１となるときの推定値であるから、推定値とゲインＧａの対応関係により演算で求められる。比例係数は、任意の値であってもよいが、ユーザがマイク１１を移動させ、スピーカとの距離が異なる位置でもう１点の限界ゲインを測定することでも求められる。例えば、ユーザがマイク１１を移動させ、操作部８を操作して２点目の測定を行う旨を指示すると、ゲイン制御部２３は、ゲインＧａを徐々に上昇させ、再びハウリングを発生させる。ゲイン制御部２３は、ハウリングが発生する直前のゲインＧａの値を２点目の限界ゲインとする。あるいは、マイク１１をスピーカ３に近づけてハウリングを発生させ、ゲイン制御部２３がゲインＧａを低下させ、ハウリングを抑制したときのゲインＧａの値を限界ゲインとする。そして、測定した２点の限界ゲインおよび推定値から比例係数が求められる。なお、しきい値ｔｈ１は、実際にはある程度のマージンを考慮して、演算で求める値よりも若干低い値であることが望ましい。すなわち、演算により求められるしきい値をｔｈ１’とし、ある係数α（０＜α≦１）を用いてｔｈ１＝α×ｔｈ１’とする。以上のようにして、図９（Ｂ）、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示したゲイン特性が初期設定される。
　以上のような初期設定手法は、スピーカとマイク間の距離が変化した場合に推定値が変化し、限界ゲインが推定値の変化に応じて比例変化すると仮定した場合の設定手法である。つまり、スピーカとマイクの相対角度が変化せずにスピーカとマイク間の距離が離れ、実際のループゲインが低下して限界ゲインが上昇するものと仮定した場合の手法である。
　一方、図１１（Ａ）に示すように、実際には、スピーカとマイク間の距離が一定であっても、スピーカとマイク間の相対角度が変化した場合（マイクがスピーカを中心とした円周のその円周方向に移動した場合）も、推定値が変化して限界ゲインが比例変化すると考えられる。すなわち、スピーカから放音される音声には指向性があるため、マイクがスピーカの放音軸から離れる場合もループゲインが低下して限界ゲインが上昇すると考えられる。ただし、音声の指向性は、高域（例えば１０ｋＨｚ以上）に鋭く、中低域は鈍い。したがって、スピーカを中心とした円周のその円周方向にマイクが移動した場合、中低域は高域ほどループゲインが低下せず、高域と中低域ではループゲインの変化に差が生じる。よって、高域だけの疑似ノイズを用いて推定値を算出すると、円周方向における推定値の変化に対する限界ゲインの変化は、距離方向（スピーカを中心とした円周を考えた場合、円周方向には変化せず径の大きさのみが変化する方向、すなわち径方向）の変化よりも小さくなると考えられる。そこで、以下のようにゲイン特性を初期設定する方法が考えられる。
　この例におけるゲイン特性の初期設定手法では、図１１（Ａ）に示すように、マイクの位置が異なる３点で測定処理を行うものである。なお、図１１（Ａ）の例では、説明を容易にするために、スピーカの放音軸上の２点（Ａ点とＢ点）、距離が一定である２点（Ａ点とＣ点）で測定する例を示すが、Ｃ点については、スピーカの放音軸上以外の位置であればどの位置であってもよい。
　まず、ユーザが操作部８を用いて初期設定指示を行い、１点目（Ａ点とする。）の測定開始を指示すると、ゲイン制御部２３は、ゲインＧａを最大（Ｇａ＝１．０）としたままゲイン調整器５５のゲインを最小値から徐々に上昇させてループゲインを増大させ、ハウリングを発生させる。または、ゲインＧａを固定して、ユーザがマイク１１をスピーカ３に近づけ、ハウリングを発生させる。
　ゲイン制御部２３は、ハウリング検出部２０９からハウリング発生情報を入力したとき、ゲインＧａを低下していき、ハウリング検出部２０９でハウリングを抑制したことを検出すると、そのときのゲインＧａを限界ゲインＧＡとして記憶部２２４に記憶しておく。また、そのときの推定値ＸＡ、およびスピーカ３とマイク１１間の距離ｒＡを求め、記憶部２２４に記憶しておく。スピーカ３とマイク１１間の距離は、タイマ２１を用いて閉ループの遅延時間と音速から求められる。なお、距離を求める前に、予めスピーカ３とマイク１１を密接（距離ゼロと）させて遅延時間を求め、距離ゼロにおける遅延時間を音響時間による遅延以外の遅延時間（装置内遅延時間）とし、測定した遅延時間と装置内遅延時間との差分を閉ループの遅延時間としてもよい。
　この例における初期設定では、以上のような測定処理を残るＢ点およびＣ点でも行う。すなわち、Ａ点での測定後、ユーザは操作部８を用いて２点目（Ｂ点とする。）の測定開始を指示する。ゲイン制御部２３は、上記と同様に、Ｂ点における限界ゲインＧＢ、そのときの推定値ＸＢ、スピーカ３とマイク１１間の距離ｒＢを求め、記憶部２２４に記憶しておく。その後、ユーザは操作部８を用いて３点目（Ｃ点とする。）の測定開始を指示し、ゲイン制御部２３はＣ点における限界ゲインＧＣ、そのときの推定値ＸＣ、スピーカ３とマイク１１間の距離ｒＣ（ｒＡの値をそのまま用いても良い。）を求め、記憶部２２４に記憶しておく。
　以上のようにして測定したそれぞれの位置における限界ゲイン、推定値、距離の関係は、図１１（Ｂ）および図１１（Ｃ）に示すグラフのようになる。
　Ａ点とＢ点は、スピーカ３の放音軸上であるため、距離の変化による推定値の変化は、高域と中低域とで同様の特性と有し、推定値と限界ゲインの関係は最も急峻な傾き（この傾きをａとする。）を有すると考えられる。一方、Ａ点とＣ点は、スピーカ３との距離が同じであり、スピーカを中心とした円周のその円周方向に移動しただけであるため、高域の推定値の変化ほど中低域のループゲインが変化しないため、推定値と限界ゲインの関係は最も緩やかな傾き（この傾きをｂとする。）を有すると考えられる。
　したがって、図１１（Ｃ）に示すＡ点およびＢ点を結ぶ直線（Ｇａ＝ａＸ＋ａ０）上、およびＡ点とＣ点を結ぶ直線（Ｇａ＝ｂＸ＋ｂ０）上の各点におけるゲインの値以下ではハウリングが発生せず、各直線上のゲインの値を超えるとハウリングが発生すると考えられる。よって、図１１（Ｄ）に示すように、各推定値において、最小の限界ゲインの値をゲイン特性として設定すれば、距離方向の変化および円周方向の変化の両方に対応したゲイン特性を設定することができる。尚、上限ゲインＧｍａｘは、最大値（Ｇａ＝１）であってもよいし、ユーザが操作部８を用いて手動設定してもよい。
　ただし、Ａ点とＣ点を結ぶ直線の切片ｂ０の値は、図１１（Ｅ）に示すように、通常使用時に測定される推定値と距離に応じて変化させるものとする。すなわち、切片ｂ０は、図１１（Ｂ）に示した距離と推定値との関係（Ｘ＝（（ＸＢ－ＸＡ）／（ｒＢ－ｒＡ））ｒ＋ｘ０）、およびｂ０＝Ｇａ－ｂＸの関係から、推定値Ｘと距離ｒの関数として表すことができる。したがって、通常使用時に測定される推定値Ｘと距離ｒによって、切片ｂ０を変更する。その結果、距離が近くなるほど切片ｂ０が小さくなり、限界ゲインが小さくなるようにゲイン特性を設定するものである。
　なお、上述の設定方法は、全てスピーカが１つである場合の例を示したが、スピーカが複数ある場合、それぞれのスピーカについて同じ測定を行う。ゲイン制御部２３は、測定した結果、推定値が最も大きいスピーカで求められたゲイン特性を設定する、または距離が最も近いスピーカで求められたゲイン特性を設定する。
　なお、図１２（Ａ）に示すように、スピーカの放音軸上の２点以外（Ｃ点）をＡ点およびＢ点と距離の異なる位置に設定した場合、図１２（Ｂ）に示すように、距離と推定値の関係におけるＡ点およびＢ点を結ぶ直線上にＣ点で測定した距離の値をプロットしたＣ′点を求め、そのときの推定値ＸＣ′を求める。そして、図１２（Ｃ）に示すように、推定値距離とゲインの関係におけるＡ点およびＢ点を結ぶ直線上に推定値ＸＣ′を代入し、限界ゲインＧＣ′を求める。これにより、距離が同一で円周方向に移動した２点（Ｃ点およびＣ′点）を定めることができ、ゲイン特性を設定することができる。
　ゲイン制御部２３は、以上のようにして設定したゲインＧａの特性に応じて、通常使用時には、ループゲイン推定部２２から入力される推定値（および距離）に応じてゲインＧａを変化させる。
　ゲインＧａを変化させると、可変イコライザ２１３の周波数特性は、図９（Ｃ）に示すような特性を示す。図９（Ｃ）に示すように、ゲインＧａが最大（＝１．０）であれば、Ｇｏｕｔ＝Ｇａとなり、ＥＱ５３はまったく寄与せず、全周波数においてゲイン１（フラットな特性）となる。ゲインＧａを最小（例えば０）とすると、Ｇｏｕｔ＝Ｇｅｑとなり、ＥＱ５３の周波数特性がそのまま可変イコライザ２１３の周波数特性となる。ゲインＧａを０～１の間で変化させると、ＥＱ５３の周波数特性からフラットな特性まで変化することになる。すなわち、ゲイン制御部２３が推定値に応じてゲインＧａを変化させることで、可変イコライザ２１３のイコライザ特性を変化させることになる。
　なお、図１３（Ａ）や図１３（Ｂ）に示すように、一旦設定したゲインＧａの特性において再びハウリングが発生した時は、全体の特性を所定値（例えば３ｄＢ）だけ低い値に設定する、またはハウリングが抑制されるまでゲインＧａを低下させ、設定したゲイン特性を更新するようにしてもよいし、ゲイン調整器５５のゲインを低くし、全周波数帯域において一律にゲインを低下させるようにしてもよい。
　次に、ＥＱ５３のイコライザカーブ（フィルタ係数）の設定手法について説明する。ＥＱ５３の特性も、ハウリング検出部２０９の検出結果によって設定される。ここでは、ＥＱ５３が所定周波数のゲインを低下させるノッチフィルタとして機能する場合の例について説明する。上述したようにハウリング検出部２０９は、ハウリングが発生したことを検出すると、ハウリングが発生している周波数を検出し、ハウリング発生情報に周波数の情報を含めて出力する。ゲイン制御部２３は、ハウリング発生情報をハウリング検出部２０９から入力し、ハウリングが発生している周波数に応じてＥＱ５３の中心周波数Ｆ１を設定する。複数の周波数においてハウリングが発生している場合は、複数の中心周波数を設定する（図１４（Ｃ）を参照。）。複数の周波数を抑制する場合、可変イコライザ２１３を複数段設け、それぞれのゲインＧａおよび中心周波数を設定する。設定したＥＱ５３の中心周波数は、記憶部２２４に記憶しておく。なお、バンド幅（Ｑ値）については、任意である。ゲイン制御部２３は、以上のようにして決定したＥＱ５３の中心周波数を記憶部２２４から読み出し、推定値の上昇に応じてゲインＧａを低下させ、イコライザのかかり具合を制御する。
　なお、ハウリング検出部２０９の検出手法はどの様なものであってもよいが、例えば以下の様にして行う。すなわち、ハウリング検出部２０９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２０９は、楽器や声の定常的な音響（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。
　図１４を参照して、上述のしきい値およびイコライザカーブの設定（記憶処理）、および推定値の入力に応じてゲインを制御する抑制処理についてのまとめを説明する。
　図１４（Ａ）に示すように、ハウリングが１度も発生していないとき、ＥＱ５３の特性は、全周波数においてゲイン１（フラットな特性）となる。ここで、ハウリング発生情報が入力されると、図１４（Ｂ）に示すように、ハウリング発生周波数にＥＱ５３の中心周波数Ｆ１が設定される。この場合、図１４（Ｂ）の１点破線に示すイコライザカーブがＥＱ５３に設定される。この時の推定値が最大推定値として設定される。ゲイン制御部２３は、最大推定値と中心周波数Ｆ１を記憶部２２４に記憶する。
　そして、ゲイン制御部２３は、記憶部２２４に記憶されている所定のゲイン特性（例えば、図１０（Ａ）や図１１（Ｄ）で示した特性）を読み出す。または、ゲイン制御部２３は、ハウリングが抑制されるまでゲインＧａを低下させ、ハウリングが抑制されたときのゲイン値を記憶部２２４に記憶しておいてもよい。結果、図１４（Ｂ）の実線に示す周波数特性が、可変イコライザ２１３の全体の周波数特性として設定される。以後、ゲイン制御部２３は、ループゲイン推定部２２から入力されるその時々の推定値に応じてゲイン調整器５１のゲインを変更し、イコライザのかかり具合を制御する。
　このような抑制処理を行っていても、再びハウリングの発生を検出する場合がある。この場合、ゲイン制御部２３は、以下の様な処理を行う。まず、過去に検出した周波数と異なる周波数においてハウリングが発生していることを示すハウリング発生情報が入力されると、図１４（Ｃ）に示すように、新たなハウリング発生周波数に別のＥＱの中心周波数Ｆ２を設定する。このとき、既に記憶部２２４に記憶済のＥＱ５３の中心周波数Ｆ１、およびゲイン値は固定とする。この場合、イコライザ全体の周波数特性としては、図１４（Ｃ）の１点破線に示す特性が設定される。そして、ゲイン制御部２３は、上述と同様のゲイン特性、またはハウリングが抑制されるまで、中心周波数Ｆ２が設定された可変イコライザのゲインを低下させ、ハウリングが抑制されたときのゲイン値を記憶部２２４に記憶しておく。
　なお、新たにハウリングが発生したときの推定値は、上述の最大推定値と異なる場合もあるし、同一である場合もある。また、抑制開始推定値（しきい値ｔｈ１）も、各段の可変イコライザ２１３において共通であっても異なっていてもよい。異なる場合は、それぞれの最大推定値および抑制開始推定値を記憶部２２４に記憶しておく。
　以後、ゲイン制御部２３は、ループゲイン推定部２２から入力される推定値に応じて、複数の帯域においてイコライザのかかり具合を制御する。
　また、図１４（Ｄ）に示すように、既に設定されている周波数と同じ周波数（例えば周波数Ｆ１）においてハウリングが発生した場合、その周波数Ｆ１におけるゲインをさらに低下させる。すなわち、図１３（Ａ）または図１３（Ｂ）で示したように、ゲインＧａを所定値（例えば３ｄＢ）だけ低い値に設定する。あるいは、ハウリングが抑制されるまでゲインＧａをより低い値に変更する。
　なお、図１３（Ａ）または図１３（Ｂ）に示すように、ゲインＧａを低い値に変更すると、抑制開始推定値であるしきい値ｔｈ１も、より低い値に変更される。また、図１３（Ｂ）において、しきい値ｔｈ２はそのままでゲインＧａ全体を下げる（破線の特性）ようにしてもよいし、変更前のしきい値ｔｈ２の時のゲインＧａを維持するように、しきい値ｔｈ２を小さくしてもよい。
　なお、しきい値ｔｈ２より大きい推定値においてハウリングが発生した場合は、ゲイン調整器５５で全周波数帯域においてゲインを抑制する設定を行うか、図１３（Ｃ）のように推定値がしきい値ｔｈ２を超えた場合にゲインＧａを固定とする特性を設定している場合、しきい値ｔｈ２を大きい値に変更する設定を行う。
　次に、図１５は、通常使用時におけるゲイン特性変更動作を表すフローチャートである。ゲイン制御部２３は、ハウリング検出部からハウリング発生情報を入力するとこの動作を開始する。まず、ゲイン制御部は、ハウリング発生情報に含まれる周波数を検出する（ｓ５１）。
　ゲイン制御部２３は、過去に検出した周波数と異なる周波数においてハウリング発生を検出した場合、または最初にハウリング発生を検出した場合（ｓ５２→Ｙｅｓ）、ＥＱ５３の中心周波数を設定する（ｓ５３）。そして、ゲイン制御部２３は、ゲインＧａの特性を設定する（ｓ５４）。例えば、図１０（Ａ）や図１１（Ｄ）に示したようなゲイン特性を設定する。設定したゲインＧａの特性は、記憶部２２４に記憶しておく。なお、このときのゲイン特性は、後述の図１６に示す記憶処理で決定してもよい。
　一方、ｓ５２の処理において、過去に検出した周波数と同じ周波数であればｓ５３およびｓ５４の処理は通過し、ゲイン特性の変更を行う（ｓ５５）。例えば、ゲインＧａを全体として３ｄＢだけ低下させる特性に変更する（図１３（Ａ）または図１３（Ｂ）を参照）。以後、ゲイン制御部２３は、記憶処理において記憶部２２４に記憶したゲインＧａの特性を記憶部２２４から読み出し、ループゲイン推定部２２から入力される推定値に応じて可変イコライザ２１３のゲイン調整器５１のゲインを調整する。
　次に、図１６は、ゲインＧａの特性の設定手法の他の態様を示す記憶処理の動作を示すフローチャートである。ゲイン制御部２３は、ハウリング検出部からハウリング発生情報を入力するとこの動作を開始する。まず、ゲイン制御部２３は、現在入力されている推定値を最大推定値として記憶する（ｓ１１）。なお、既に最大推定値が記憶部２２４に記憶されている場合はこの処理を無視する。ただし、現在入力されている推定値が既に記憶されている最大推定値よりも大きい場合、現在入力されている推定値に更新する。その後、ゲイン制御部２３は、ハウリング発生情報に含まれる周波数を検出する（ｓ１２）。
　ここで、ゲイン制御部２３は、過去に検出した周波数と異なる周波数においてハウリング発生を検出した場合、または最初にハウリング発生を検出した場合（ｓ１３→Ｙｅｓ）、ＥＱ５３の中心周波数を設定する（ｓ１４）。過去に検出した周波数と同じ周波数であればｓ１４の処理は通過する。
　そして、ゲイン制御部２３は、可変イコライザ２１３のゲイン調整器５１のゲインを低下させる（ｓ１５）。１ステップにおけるゲイン低下量はどの様な値であってもよいが、例えば－３ｄＢとする。その後、ゲイン制御部２３は、ハウリングが抑制されたか否か（ハウリング検出部２０９からハウリング発生情報が入力されなくなったか）を判断する（ｓ１６）。ハウリングが抑制されていなければ、再びゲイン調整器５１のゲインを低下させる（ｓ１６→ｓ１５）。ゲイン制御部２３は、ハウリングが抑制された場合、そのときのゲイン値を記憶部２２４に記憶しておく（ｓ１７）。そして、ｓ１１において記憶した最大推定値およびｓ１７において記憶したゲイン値から抑制開始推定値を算出し、記憶部２２４に記憶する（ｓ１８）。なお、既にゲイン値やしきい値ｔｈ１が記憶部２２４に記憶されている場合は、これらの値を更新する。
　以後、ゲイン制御部２３は、記憶処理において記憶部２２４に記憶したしきい値ｔｈ１、最大推定値、およびゲイン値を記憶部２２４から読み出し、ループゲイン推定部２２から入力される推定値に応じて可変イコライザ２１３のゲイン調整器５１のゲインを調整する。すなわち、ゲイン制御部は、そのときの推定値に応じて、イコライザのかかり具合を制御する抑制処理を行う。抑制処理においてハウリング発生情報が入力された場合は、再び記憶処理の動作を行う。
　以上のようにして、ハウリング防止装置は、閉ループのゲインを推定し、推定したループゲインに基づいて抑制すべき周波数やゲイン（イコライザ特性）で音響信号を抑制することにより、ハウリング発生を未然に防止することができる。また、ハウリング防止装置２０１は、推定したループゲインに基づいてイコライザ特性が自動設定されるため、熟練した技能を必要とせず、音響空間の環境変化に応じてハウリングの発生を的確に防止することができる。
　なお、上述の実施形態では、可変イコライザ２１３がイコライザを有し、ゲイン制御部２３が推定したループゲインに応じてイコライザ特性を設定する例を示したが、単にゲイン調整だけの構成を備え、抑制度合いとして全周波数帯域におけるゲインを制御する態様であってもよい。
　なお、この第３の実施形態は、上述した第２の実施形態と組み合わせて実施してもよいものとする。
第４の実施形態
　図１７は、本発明の第４の実施形態にかかる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は、特に記載が無い限り音響信号は全てデジタル信号とし、Ａ／Ｄ変換やＤ／Ａ変換を行う構成は省略する。また、図１に示したハウリング防止装置１の演算部５と疑似ノイズ重畳部７と同一の構成の部分は同一番号を付して説明は省略する。
　ハウリング防止装置３０１は、マイク１１（収音部）が収音した音響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から放音された音響は、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３０１は、重畳した疑似ノイズと帰還した音響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、音響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３０１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、音響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。
　図１７（Ａ）に示すように、ハウリング防止装置３０１は、ＬＰＦ１２、前段ボリューム３１３、後段ボリューム３２４、重畳部３１４、Ｍ系列発生器１５、Ｎ倍オーバーサンプリング部１６、ＨＰＦ１７、疑似ノイズ用ボリューム３１８、演算部３０５、ゲイン制御部２３、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。
　演算部３０５は、図１７（Ｂ）に示すように、ＨＰＦ１９、相関計算部２０、タイマ２１、およびループゲイン推定部２２により構成される。
　マイク１１が収音した音響信号は、ＬＰＦ１２および演算部３０５のＨＰＦ１９に入力される。
　ＬＰＦ１２には、マイク１１が収音した音響信号が入力される。ＬＰＦ１２は、この収音した音響信号から高域をカットし、前段ボリューム３１３に出力する。
　前段ボリューム３１３は、ゲイン制御部３２３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３２４に出力する。後段ボリューム３２４は、後段ゲイン制御部３２３により設定されたゲインで入力された信号を重畳部３１４に出力する。
　Ｍ系列発生器１５、Ｎ倍オーバーサンプリング部１６、ＨＰＦ１７、重畳部３１４は、第１の実施形態で説明したものと同様の構成・機能・動作を有する。また、相関計算部２０についても、第１の実施形態で説明したものと同様の構成・機能・動作を有する。また、ループゲイン推定部２２におけるループゲインの推定方法は、第１の実施形態で説明した各推定手法を用いることができる。
　ループゲイン推定部２２が推定したループゲインは、ゲイン制御部２３に出力される。ゲイン制御部２３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３１３のゲインを抑制するよう指示する。また、ゲイン制御部２３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。警告が行われた場合は、ユーザが手動でゲインやイコライザを調整する。
　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、音響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。
　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、実際の使用時より前に、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３２２においてハウリング発生を検出すると、ゲイン制御部３２３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。
　なお、ゲイン制御部３２３は、疑似ノイズ用ボリューム３１８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。
　以上のようにして、演算部３０５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、音響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。
　次に、ハウリング検出部３２２および後段ボリューム３２４のゲイン制御について説明する。ハウリング検出部３２２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。
　ハウリング検出部３２２は、音響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３２２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３２２は、楽器や声の定常的な音響（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。
　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３２３に入力される。後段ゲイン制御部３２３は、ハウリング検出部３２２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３２４のゲインを抑制するように設定する。ハウリング検出部３２２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３２３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。
　本実施形態のハウリング防止装置は、演算部３０５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、演算部３０５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、音響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３２２がハウリングを検出した場合に後段ボリューム３２４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。
　なお、本実施形態では、後段ボリューム３２４により、音響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３２２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３２４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。
　この実施形態によれば、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。
変形例
　なお、第１乃至４の実施形態にかかるハウリング防止装置１、１０１、２０１、３０１は、音楽製作用のミキサや収音のための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。アダプタにハウリング防止装置が内蔵される場合は、アダプタの入力部（入力インターフェース）にマイクを接続し、マイクにより収音され入力部から入力された音響信号を演算部及び疑似ノイズ重畳部に供給する構成としてもよい。いずれにしてもアンプ装置等の増幅系統の前段にハウリング防止装置１、１０１、２０１、３０１が備えられていればよい。
　図１８は、第１乃至４の実施形態にかかるハウリング防止装置１、１０１、２０１、３０１を内蔵したミキサ８０の構成を示す図である。ミキサ８０にはマイク１１が収音した音響信号が入力され、ミキサ８０から出力される音響信号は、ハウリング防止装置１、１０１、２０１、３０１で処理され、後段の増幅系統（アンプ装置）に出力されて増幅され、スピーカ３から放音される。なお、ミキサ８０は、実際には複数の入力チャンネルおよび出力チャンネルを有しているが、本変形例では説明を容易にするために１チャンネルの系統のみ示している。
　図１９は、第１乃至４の実施形態にかかるハウリング防止装置１、１０１、２０１、３０１が内蔵されたマイクロフォン（マイクユニット）９０の構成を示すブロック図である。なお、マイクユニット９０は一例として電池で駆動される。マイクユニット９０は、マイク１１（マイク素子）及びハウリング防止装置１、１０１、２０１、３０１を備えている。マイク１１が収音した音響は、ハウリング防止装置１、１０１、２０１、３０１で処理され、後段の増幅系統(アンプ装置)に出力されて増幅され、スピーカ３から放音される。
　また、本発明は、閉ループのゲインを推定するループゲイン推定装置として構成してもよい。この場合、ループゲイン推定装置は、音響信号のゲインを制御せずに、推定された閉ループのゲインの情報を例えば外部装置であるミキサや増幅系統などに出力することで、推定された閉ループのゲインに基づいて音響信号のゲインを外部装置に制御させることが可能である。

Claims (24)

  1. 　音響信号を入力する入力部と、
    　疑似ノイズを生成し出力するノイズ生成部と、
    　前記入力部により入力された音響信号に、前記ノイズ生成部から出力された前記疑似ノイズの所定の周波数よりも高い周波数の成分を重畳して増幅系統に出力する重畳部と、
    　前記入力部により入力された音響信号と前記ノイズ生成部が生成した疑似ノイズとの相関値を算出する相関計算部と、
    　前記相関計算部が算出した相関値に基づき、閉ループのゲインを推定するループゲイン推定部と、
    　前記ループゲイン推定部により推定された前記閉ループのゲインに基づいて前記音響信号のゲインを抑制するよう制御するゲイン制御部と、
    　を備えたことを特徴とするハウリング防止装置。
  2. 　前記ゲイン制御部は、前記ループゲイン推定部により推定された前記閉ループのゲインが所定のしきい値を超えた場合に、前記音響信号のゲインを抑制することを特徴とする請求項１に記載のハウリング防止装置。
  3. 　前記ループゲイン推定部は、前記相関計算部が算出した相関値の時間的な推移を示す波形の１つのピークの値、或いは、複数のピークの各値の総和に基づき、前記閉ループのゲインを推定することを特徴とする請求項１又は２に記載のハウリング防止装置。
  4. 　前記ゲイン制御部は、前記音響信号のゲインを抑制するよう制御した場合、前記疑似ノイズのレベルを所定値以上に保持するよう制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のハウリング防止装置。
  5. 　前記ループゲイン推定部が推定した前記閉ループのゲインに応じて、前記相関計算部が相関値を算出する頻度を変更するよう制御する頻度制御部をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のハウリング防止装置。
  6. 　前記ノイズ生成部が前記疑似ノイズを出力した以降、前記相関計算部が所定値以上の相関値を算出するまでの遅延時間を算出する遅延時間計算部をさらに備え、
    　前記頻度制御部は、前記遅延時間計算部が算出した遅延時間に応じて、前記相関計算部が相関値を算出する頻度を変更するよう制御することを特徴とする請求項５に記載のハウリング防止装置。
  7. 　前記頻度制御部は、前記ループゲイン推定部が推定した前記閉ループのゲインと、前記遅延時間計算部が算出した遅延時間と、がそれぞれ一定期間変化しなければ、前記相関計算部が相関値を算出する頻度を変更するよう制御することを特徴とする請求項６に記載のハウリング防止装置。
  8. 　前記頻度制御部は、前記ループゲイン推定部が推定した前記閉ループのゲインに応じて、前記疑似ノイズ生成部が生成する疑似ノイズの長さ、生成間隔、または系列の数の少なくともいずれかを変更するよう制御することを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のハウリング防止装置。
  9. 　前記ループゲイン推定値が推定したゲインの値である推定値に応じた抑制度合いで前記入力部が入力した音響信号を抑制する抑制部と、
    　前記入力部に入力された音響信号の中にハウリングの発生の有無を検出するハウリング検出部と、
    　をさらに備え、
    　前記ゲイン制御部は、前記ハウリング検出部がハウリングの発生を検出したとき、前記推定値に応じた抑制度合いを設定することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のハウリング防止装置。
  10. 　前記推定値に対する前記抑制度合いの特性を初期設定するための初期設定指示を受け付ける操作部と、
    　前記ゲイン制御部は、前記操作部が前記初期設定指示を受け付けたとき、複数の点の各々において、前記抑制部に設定された抑制度合いを変更して、ハウリングを抑制することができる限界の抑制度合いを測定するとともに、そのときの前記推定値およびスピーカとマイクの間の距離を測定し、
    　当該複数の点で測定された、前記限界の抑制度合い、前記推定値、および前記スピーカとマイクの間の距離に基づいて、前記抑制度合いの特性を算出し設定する初期設定処理を行うことを特徴とする請求項９に記載のハウリング防止装置。
  11. 　前記ハウリング検出部は、前記音響信号の中でハウリングが発生している周波数を検出し、
    　前記抑制部は、前記音響信号を抑制するイコライザを有し、
    　前記抑制度合いは、前記イコライザの周波数特性を示す情報であり、
    　前記ゲイン制御部は、前記ハウリング検出部が検出した周波数を抑制するように、前記抑制部に設定し、前記イコライザの周波数特性を制御することを特徴とする請求項９又は１０に記載のハウリング防止装置。
  12. 　前記ゲイン制御部は、過去に発生したハウリングと異なる周波数においてハウリングの発生を検出したとき、当該周波数をさらに抑制するように、前記抑制部に設定することを特徴とする請求項１１に記載のハウリング防止装置。
  13. 　記憶部をさらに備え、
    　前記ゲイン制御部は、前記ループゲイン推定部から前記推定値を入力し、前記ハウリング検出部が、ハウリングの発生を検出したときに、入力された前記推定値を前記記憶部に記憶し、前記ハウリング検出部が前記ハウリングを抑制したことを検出すると、前記ハウリングを抑制したときの前記抑制部に設定された抑制度合いを前記記憶部に記憶し、
    　前記記憶部から前記推定部と前記抑制度合いとを読み出し、前記ループゲイン推定部から入力された推定部に応じて、前記抑制部での前記音響信号の抑制度合いを制御することを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載のハウリング防止装置。
  14. 　前記入力部に入力された音響信号の中に、ハウリングの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により推定された前記閉ループのゲインに基づいて前記入力部により入力された音響信号を抑制する第１の抑制部と、
    　前記ハウリング検出部がハウリングの発生を検出すると、前記入力部により入力された音響信号を抑制する第２の抑制部と
    　を備えた請求項１乃至８のいずれかに記載のハウリング防止装置。
  15. 　前記第２の抑制部は、ゲインを抑制することで、前記音響信号を抑制し、
    　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ことを特徴とする請求項１４に記載のハウリング防止装置。
  16. 　前記閉ループのゲインが所定のしきい値に近づいた場合に、警告を行う警告部を、さらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載のハウリング防止装置。
  17. 　前記ハウリング防止装置には、前記重畳部から前記増幅系列に出力された、前記疑似ノイズが重畳された前記音響信号に基づき放音する放音部が接続されていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載のハウリング防止装置。
  18. 　前記ハウリング防止装置には、音響を収音して前記音響信号を供給する収音部を備えたマイクロフォンが接続されており、
    　前記入力部には、前記マイクロフォンから供給された前記音響信号が入力されることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載のハウリング防止装置。
  19. 　音響信号を入力する入力部と、
    　疑似ノイズを生成し出力するノイズ生成部と、
    　前記入力部により入力された音響信号に、前記ノイズ生成部から出力された前記疑似ノイズの所定の周波数よりも高い周波数の成分を重畳して増幅系統に出力する重畳部と、
    　前記入力部により入力された音響信号と前記ノイズ生成部が生成した疑似ノイズとの相関値を算出する相関計算部と、
    　前記相関計算部が算出した相関値に基づき、閉ループのゲインを推定するループゲイン推定部と
    　を備えたことを特徴とするループゲイン推定装置。
  20. 　前記ループゲイン推定部は、前記相関計算部が算出した相関値の時間的な推移を示す波形の１つのピークの値、或いは、複数のピークの各値の総和に基づき、前記閉ループのゲインを推定することを特徴とする請求項１９に記載のループゲイン推定装置。
  21. 　前記閉ループのゲインが所定のしきい値に近づいた場合に、警告を行う警告部を、さらに備えたことを特徴とする請求項１９又は２０に記載のループゲイン推定装置。
  22. 　請求項１乃至１７のいずれかに記載のハウリング防止装置を内蔵し、音響を収音して前記入力部に音響信号を供給する収音部を備えたことを特徴とするマイクロフォン。
  23. 　請求項１乃至１６のいずれかに記載のハウリング防止装置を内蔵したことを特徴とするミキサ。
  24. 　請求項１乃至１６のいずれかに記載のハウリング防止装置を内蔵したことを特徴とするアダプタ。
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