(57)【要約】【課題】ハウリング発生の基となる周波数帯域を継続的に検出し、当該周波数帯域を抑制することができるハウリング抑制装置を提供する。【解決手段】疑似ノイズ重畳部７は、マイク素子１１が収音した音声に疑似ノイズ（Ｍ系列）を重畳し、増幅系統に出力する。演算部５は、マイク素子１１が収音した音声と上記疑似ノイズの相関計算を行う。演算部５は、増幅系統に出力した疑似ノイズが再び収音される受信タイミングを算出し、当該受信タイミングと送信タイミングとの差から、閉ループの遅延時間を算出する。この遅延時間を求めることにより、ハウリング発生の基となる周波数帯域を求め、当該周波数帯域を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号を収音する収音部と、
疑似ノイズを生成するノイズ生成部と、
前記収音部が収音した音声信号に前記疑似ノイズを重畳して外部の増幅系統に出力する重畳部と、
前記収音部が収音した音声信号と前記ノイズ生成部が生成する疑似ノイズの相関を求める相関計算部と、
前記相関計算部が算出した相関値のピークに基づいて、増幅系統に出力した疑似ノイズが前記収音部から収音される受信タイミングを算出し、当該受信タイミングと送信タイミングとの差から、閉ループの遅延時間を算出する遅延時間算出部と、
増幅系統に出力する信号から、前記遅延時間に相当する周波数帯域を抑制するハウリング抑制部と、
を備えたハウリング抑制装置。
【請求項２】
前記ノイズ生成部は、前記収音部の収音レベルに応じて疑似ノイズのレベルを制御する請求項１に記載のハウリング抑制装置。
【請求項３】
前記ノイズ生成部は、前記相関計算部が相関値のピークを算出できない場合に、前記疑似ノイズの周期を長くする請求項１、または請求項２に記載のハウリング抑制装置。
【請求項４】
前記ノイズ生成部は、前記相関計算部が相関値を算出した後、前記疑似ノイズの周期を長くするとともに、レベルを下げる請求項１、請求項２、または請求項３に記載のハウリング抑制装置。
【請求項５】
前記ノイズ生成部は、複数パターンの疑似ノイズを生成する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のハウリング抑制装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のハウリング抑制装置を内蔵したマイクロフォン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ハウリングを抑制するハウリング抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エコーを抑制するものとして、特許文献１のようなものがある。特許文献１の装置は、ホワイトノイズ等のある基準信号を外部に送信する測定モードを備え、この基準信号を出力してからマイクに入力されるまでの遅延時間を測定することでループ系の遅延時間を測定するものである。ループ系の遅延時間を測定し、その遅延時間に相当する周波数帯域を抑制することでエコーを抑制することができる。
【特許文献１】特開２００７−２１４９７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、ループ系の遅延時間は、マイクの位置等の変化で刻一刻と変化する。特に、プレゼンテーションやライブ演奏のような拡声系である場合、マイクの位置が移動することが多く、特許文献１のような測定を行っても、都度ループ系の遅延時間が変化し、ハウリングを抑制することはできなかった。結果的に、実使用上では、音質を犠牲にして広帯域で強い帯域制限を行っていた。
【０００４】
また、特許文献１のような構成は、アンプ装置にあらかじめ組み込むことはできても、既存のアンプ装置に後から組み込むことは極めて困難であった。
【０００５】
さらに、上記の構成を内蔵したアンプ装置であっても、マイクを複数接続した場合には、全てのマイクの入力信号を統合した単一の信号について帰還信号の除去を行う必要があり、複数のマイクそれぞれに入力される帰還信号に個別に対応することができず、ハウリングを抑制するのは困難であった。
【０００６】
そこで、この発明は、ハウリング発生の基となる周波数帯域を継続的に検出し、当該周波数帯域を抑制することができるハウリング抑制装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明のハウリング抑制装置は、音声信号を収音する収音部と、疑似ノイズを生成するノイズ生成部と、前記収音部が収音した音声信号に前記疑似ノイズを重畳して外部の増幅系統に出力する重畳部と、前記収音部が収音した音声信号と前記ノイズ生成部が生成する疑似ノイズの相関を求める相関計算部と、前記相関計算部が算出した相関値のピークに基づいて、増幅系統に出力した疑似ノイズが前記収音部から収音される受信タイミングを算出し、当該受信タイミングと送信タイミングとの差から、閉ループの遅延時間を算出する遅延時間算出部と、増幅系統に出力する信号から、前記遅延時間に相当する周波数帯域を抑制するハウリング抑制部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
このように、マイクが収音した音声に疑似ノイズを重畳し、相関計算を行うことで、閉ループの遅延時間を算出する。相関のピークが算出されるということは、疑似ノイズがマイクに帰還したと判断することができる。よって、疑似ノイズを出力してから相関のピークを算出するまでの遅延時間を求めることにより、ハウリング発生の基となる周波数帯域を求め、当該周波数帯域を抑制する。ハウリングが発生する前に、継続的に閉ループの遅延時間を求め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、ハウリングを抑制することができる。また、増幅系統の前段（マイクユニットやミキサ）で閉ループの遅延時間を求め、その周波数帯域を抑制するため、既存のアンプ装置であっても、マイクを複数接続した場合であっても、ハウリングを抑制することができる。
【０００９】
また、上記発明において、前記ノイズ生成部は、前記収音部の収音レベルに応じて疑似ノイズのレベルを制御するように構成することも可能である。
【００１０】
この場合、収音レベルに応じて疑似ノイズのレベルを調整することで、聴感上違和感のない音声を出力することができる。すなわち、収音レベルが高ければノイズレベルを高くして相関算出の精度を高くし、収音レベルが低ければノイズレベルを小さくして聴取者に聞き取れないようにする。
【００１１】
また、上記発明において、前記ノイズ生成部は、前記相関計算部が相関値を算出できない場合に、前記疑似ノイズの周期を長くするように構成することも可能である。
【００１２】
この場合、疑似ノイズのレベルを高くしてＳＮ比を確保するのではなく、疑似ノイズの周期を長くすることでＳＮ比を確保するため、聴感上違和感が生じることがない。
【００１３】
また、上記発明において、前記ノイズ生成部は、前記ノイズ生成部は、相関計算部が相関値を算出した後、前記疑似ノイズの周期を長くするとともに、レベルを下げるように構成することも可能である。
【００１４】
このように、遅延時間を測定することができた場合、疑似ノイズを完全にオフするのではなく、疑似ノイズの周期を長くしてＳＮ比を確保したままレベルを下げる。よって継続的に遅延時間を測定することができる。
【００１５】
また、上記発明において、前記ノイズ生成部は、複数パターンの疑似ノイズを生成するように構成することも可能である。複数パターンの疑似ノイズを生成することで、例えば、複数のマイク毎に疑似ノイズのパターンを切り替えることが可能である。この場合、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。また、マイク毎に個別に閉ループの遅延時間を算出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抑制することができる。
【００１６】
また、上記ハウリング抑制装置をマイクに内蔵させる、という態様も可能である。マイクに内蔵することで、どのようなアンプ装置に接続した場合であっても、ハウリングを抑制することができ、マイク毎の閉ループ系に応じた理想的なハウリング抑制を行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、ハウリングが発生する前に、継続的に閉ループの遅延時間を求め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、ハウリングを抑制することができる。また、増幅系統の前段（マイクユニットやミキサ）で閉ループの遅延時間を求め、その周波数帯域を抑制するため、既存のアンプ装置であっても、マイクを複数接続した場合であっても、ハウリングを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１（Ａ）は、本実施形態の拡声装置の全体構成を示すブロック図であり、同図（Ｂ）は、本発明のハウリング抑制装置を内蔵したマイクユニット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、音声信号は全てデジタル信号とし、Ａ／Ｄ変換、Ｄ／Ａ変換の構成は省略する。
【００１９】
マイクユニット１は、マイク素子１１が収音した音声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、マイク素子１１が収音した音声信号に疑似ノイズを重畳し、外部に出力する。
【００２０】
マイクユニット１から出力された音声信号は、アンプ装置２で増幅され、スピーカ３から放音される。スピーカ３から放音された音声は、マイクユニット１に帰還し、閉ループが形成される。
【００２１】
マイクユニット１は、上記演算部５において、閉ループの遅延時間を測定する。この測定した遅延時間に応じて、ハウリングが発生すると想定される周波数帯域を算出する。マイクユニット１は、ノッチフィルタ等のハウリング抑制部により、演算部５が算出した周波数帯域を抑制して後段の増幅系統（アンプ装置２）に出力するものである。
【００２２】
図１（Ｂ）に示すように、マイクユニット１は、マイク素子１１、ＬＰＦ１２、ノッチフィルタ１３、重畳部１４、ＨＰＦ１５、相関計算部１６、Ｍ系列発生器１７、Ｎ倍オーバーサンプリング部１８、ＨＰＦ１９、タイマ２０、およびハウリング周波数算出部２１を備えている。
【００２３】
演算部５は、Ｍ系列発生器１７、ＨＰＦ１５、相関計算部１６、タイマ２０、およびハウリング周波数検出部２１により構成される。疑似ノイズ重畳部７は、ＬＰＦ１２、重畳部１４、Ｍ系列発生器１７、Ｎ倍オーバーサンプリング部１８、およびＨＰＦ１９により構成される。
【００２４】
マイク素子１１が収音した音声信号は、ＬＰＦ１２およびＨＰＦ１５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。
【００２５】
疑似ノイズ重畳部７のＬＰＦ１２には、マイク素子１１が収音した音声信号が入力される。ＬＰＦ１２は、この収音した音声信号から高域をカットし、ノッチフィルタ１３に出力する（同図ＬＰＦ１２の下欄波形を参照）。
【００２６】
ノッチフィルタ１３は、ＬＰＦ１２の出力信号から、ハウリング周波数検出部２１によって設定された周波数帯域を抑制し、重畳部１４に出力する。詳細は後述する。
【００２７】
Ｍ系列発生器１７は、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生成し、Ｎ倍オーバーサンプリング部１８に出力する（同図Ｍ系列発生器１７の下欄波形を参照、ただし、最下欄の波形は時間軸を表す）。疑似ノイズのレベルや周期は、マイク素子１１の収音レベルや、相関計算部１６の相関算出結果に応じて設定されるが、聴感上違和感のない微弱なレベルとする。詳細については後述する。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。
【００２８】
Ｎ倍オーバーサンプリング部１８は、疑似ノイズをオーバーサンプリングする。例えば、１６倍オーバーサンプリングを行い、ＰＮ符号の各ビットの符号周期を拡大し、疑似ノイズ長を１６倍とする（同図Ｎ倍オーバーサンプリング部１８の下欄波形を参照、ただし、最下欄の波形は時間軸を表す）。Ｎ倍オーバーサンプリング部１８は、このオーバーサンプリングした信号をＨＰＦ１９に出力する。
【００２９】
ＨＰＦ１９は、Ｎ倍オーバーサンプリング部１８から入力された信号の低域をカットする（同図ＨＰＦ１９の下欄波形を参照、ただし、最下欄の波形は時間軸を表す）。カットオフ周波数は、上記ＬＰＦ１２に対応して決定されるが、例えば１０ｋＨｚとする。
【００３０】
なお、ＬＰＦ１２およびＨＰＦ１９は必須ではない。ただし、ＨＰＦ１９により、疑似ノイズの高域以外の音がカットされるため、スピーカ３から放音されたとしても聴感上違和感がなくなる（ノイズが聞えにくくなる）。また、マイク素子１１から入力される信号は、主に人の声域など、１０ｋＨｚ以下の成分が多いため、ＬＰＦ１２により高域をカットし、疑似ノイズとの帯域を分断することで、後述の相関算出の精度を向上させることができる。また、ＬＰＦ１２およびＨＰＦ１９により、一度マイクに入力された高域の疑似ノイズが再び増幅系統に出力されることがなくなり、疑似ノイズのループ現象を抑えることもできる。また、ＬＰＦ１２およびＨＰＦ１９を省く場合、マイク素子１１が収音した音声信号から、疑似ノイズ成分を減算してから増幅系統に出力し、ループ現象を抑えるようにしてもよい。
【００３１】
なお、Ｎ倍オーバーサンプリング部１８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長さ（１周期を出力する時間）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。
【００３２】
ＨＰＦ１９から出力された信号（疑似ノイズ）と、ノッチフィルタ１３から出力された信号（収音した音声信号）は、重畳部１４で重畳され、外部の増幅系統（アンプ装置２）に出力される。
【００３３】
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１７は、Ｎ倍オーバーサンプリング部１８に出力したものと同じ疑似ノイズを相関計算部１６に出力する（同図Ｍ系列発生器１７の下欄波形を参照、ただし、当該波形は時間軸を表す）。また、この疑似ノイズを出力した後、出力タイミングを示す信号（タイミング信号）をタイマ２０に送信する。タイマ２０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、ハウリング周波数検出部２１に、カウント時間を示すタイマ信号を送信する。
【００３４】
マイク素子１１には、図２で示した重畳信号、および外部からの音声（発話音声等）が収音される。演算部５のＨＰＦ１５には、マイク素子１１が収音した音声信号が入力される。ＨＰＦ１５は、この収音した音声信号から低域をカットし、相関計算部１６に出力する（同図ＨＰＦ１５の下欄波形を参照、ただし、当該波形は周波数軸を表す）。カットオフ周波数は、上記ＨＰＦ１９に対応して決定されるが、例えば１０ｋＨｚとする。
【００３５】
相関計算部１６は、Ｍ系列発生器１７から入力された疑似ノイズと、ＨＰＦ１５の出力信号の相関を求める。Ｍ系列の符号は非常に高い自己相関性を有しているため、ＨＰＦ１５の出力信号に同じＭ系列の疑似ノイズが含まれていると、同図の波形に示すように、定期的に急峻なピーク（所定しきい値以上のレベルを有するピーク）が現れる。相関計算部１６は、このピークを算出したタイミング（受信タイミング）をハウリング周波数算出部２１に送信する。
【００３６】
ハウリング周波数検出部２１は、ピーク算出のタイミングを受信すると、タイマ２０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ピークを算出したタイミングとの差を求める。このタイミング差が、閉ループの遅延時間に相当する。
【００３７】
以上のようにして、演算部５は、閉ループの遅延時間を測定する。ハウリング周波数検出部２１は、この測定した遅延時間に相当する周波数帯域を抑制すべく、ノッチフィルタ１３の周波数帯域を設定する。ノッチフィルタ１３の抑制の手法はどのようなものであってもよいが、例えば、測定した周波数帯域（基音）のみを抑制してもよいし、２倍音、３倍音等、高次倍音まで抑制するように設定してもよい。なお、ノッチフィルタ１３の強度は、相関計算部１６で求めた相関のピーク強度に応じて設定される。相関のピーク強度が強い場合、ハウリング発生の蓋然性が高いとして、その周波数帯域の抑制を強く設定する。
【００３８】
このように、マイクが収音した音声に疑似ノイズを重畳し、相関計算を行うことで、閉ループの遅延時間を算出することができ、ハウリング発生の基となる周波数帯域を求めることができる。よって、ハウリングが発生する前に、継続的に閉ループの音響パスを抑え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抑制することができる。また、マイクユニットで閉ループの遅延時間を求め、その周波数帯域を抑制するため、既存のアンプ装置であっても、マイクを複数接続した場合であっても、ハウリングを抑制することができる。
【００３９】
なお、Ｍ系列発生器１７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遅延時間を算出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抑制することができる。
【００４０】
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。
【００４１】
次に、図４は、ハウリング抑制装置の動作を示したフローチャートである。演算部５および疑似ノイズ重畳部７は、マイクユニットをオンすると、このフローに示す動作を行う。
【００４２】
まず、疑似ノイズ重畳部７のＭ系列発生器１７は、マイク入力レベルをチェックし（ｓ１１）、Ｍ系列の符号を生成する（ｓ１２）。また、タイマ２０にタイミング信号を送信する（ｓ１３）。
【００４３】
すなわち、Ｍ系列発生器１７は、マイク入力レベルに応じて疑似ノイズのレベルを決定する。マイク入力レベルが高ければ疑似ノイズレベルを高くして相関算出の精度を高め、マイク入力レベルが低ければ疑似ノイズレベルを小さくして、聴取者に聞き取れないようにする。なお、疑似ノイズのレベルを小さくするとき、その分だけ疑似ノイズの周期を長くするようにしてもよい。疑似ノイズの周期を長くすることでＳＮ比が向上し、相関算出の精度が向上する。
【００４４】
その後、演算部５の相関計算部１６は、マイク素子１１から入力した信号とＭ系列発生器１７から入力信号との相関を求め、ピークを算出するか否かを判断する（ｓ１４）。所定時間以上経過してもピークを算出することができなければ（ｓ１５→Ｎ）、雑音が多い環境下で疑似ノイズの検出レベルが確保できていないと判断し、Ｍ系列発生器１７は、疑似ノイズの周期を長くし（ｓ１６）、再度疑似ノイズを出力する（ｓ１２）。
【００４５】
相関計算部１７は、相関のピークを算出した場合、ピークを算出したタイミング（受信タイミング）をハウリング周波数算出部２１に送信する。ハウリング周波数検出部２１は、タイマ２０からのタイマ信号を参照する（ｓ１７）。ハウリング周波数検出部２１は、疑似ノイズを出力したタイミングとピークを算出したタイミングとの時間差を求め、閉ループの遅延時間を算出し、ハウリング発生周波数を求める（ｓ１８）。そして、この測定した遅延時間に相当する周波数帯域を抑制すべく、ノッチフィルタ１３の周波数帯域を設定する（ｓ１９）。
【００４６】
この後、演算部５は、疑似ノイズをオフするのではなく、疑似ノイズの周期を長くし（ｓ２０）、ｓ１１から処理を繰り返す。疑似ノイズの周期を長くすることで、ＳＮ比が向上し、相関算出の精度が向上する。また、このときに疑似ノイズのレベルを下げるように設定してもよい。疑似ノイズの周期を長くすることで、ＳＮ比を確保したままレベルを下げることができ、継続的に遅延時間を測定することができる。
【００４７】
なお、疑似ノイズの周期を長くすると、相関算出までの時間が長くなるため、ｓ１１の処理において、マイク入力レベルが高くなった場合には、再び疑似ノイズの周期を短くして、相関算出までの時間を短縮し、ハウリング発生の抑止を重視するようにしてもよい。
【００４８】
このように、マイクを使用している最中にも疑似ノイズの重畳と相関の算出を継続し、ノッチフィルタ１３の周波数帯域設定を継続的に行うため、聴感上違和感のない状態を保ちながらも好適にハウリングを抑制することができる。
【００４９】
なお、演算部５および疑似ノイズ重畳部７は、マイクユニットではなく、ミキサの各チャンネルに内蔵されていてもよい。いずれにしてもアンプ装置等の増幅系統の前段に備えていればよい。また、演算部５および疑似ノイズ重畳部７を内蔵したアダプタを構成し、本発明のハウリング抑制装置を既存のマイクユニットとアンプ装置に適用させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】ハウリング抑制装置の構成を示したブロック図である。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】ハウリング抑制装置の動作を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
１−マイクユニット
２−アンプ装置
３−スピーカ
５−演算部
７−疑似ノイズ重畳部
【図１】
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【図２】
2010011270.tif 000004
【図３】
2010011270.tif 000005
【図４】
2010011270.tif 000006