(57)【要約】【課題】  音場環境の変化による異った周波数帯域でのハウリングの発生にも対応でき、急激にハウリングが発生してもスピーカを保護することが可能である拡声装置を提供する。【解決手段】  ハウリング検出器１２は、入力信号からハウリング発生を検出する。ハウリングが発生したときは、その発生周波数帯域について入力信号を抑制するように音質調整回路２００に指示する。また、ハウリング検出器１２は、スピーカへの出力信号レベルを検出し、所定レベル以上の入力がなされたときは、スイッチ回路８に信号を遮断するように指示する。音質調整回路２００が入力信号を減衰し、さらにハウリングキャンセラ１００が機能して、ハウリングが抑制されたときに信号遮断を解除する。【選択図】  図１
2006197407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロフォンからの入力信号を音質調整等する調整回路と、スピーカに出力する信号をオン／オフする信号遮断手段と、マイクロフォンからの入力信号レベルまたはスピーカへの出力信号レベルを検出し、ハウリングの発生およびその周波数を検出するハウリング検出手段を備え、
前記ハウリング検出手段は、ハウリングの発生を検出した場合、検出した周波数帯域について前記調整回路に入力信号のレベルを抑制するように指示し、
ハウリングの発生を検出し、かつ、所定レベルよりも高レベルの信号がスピーカに出力された場合、前記信号遮断手段に信号を遮断するように指示することを特徴とする拡声システム。
【請求項２】
前記ハウリング検出手段は、ハウリングの発生が検出されなくなった場合に、信号の遮断を解除するように前記信号遮断手段に指示することを特徴とする請求項１に記載の拡声システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は講堂やホール等に設置される拡声システムにおいて、ハウリングを抑制し、スピーカを保護する拡声システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に講堂やホール等で拡声装置を用いた場合、スピーカから出力された音声は、ある伝達関数をもつ音響経路を経て再びマイクロフォンに入力される。つまり、マイクロフォン−増幅器−スピーカ−音響経路−マイクロフォン、の経路で閉ループが形成される。この閉ループのゲインが１を越えるとスピーカからマイクロフォンに帰還した音声が増大してハウリングの発生となる。
【０００３】
このハウリングを防止するための手法としては、イコライザやコンプレッサ（リミッタ）等をマイクロフォンからスピーカに至る増幅経路に挿入し、これらを手動調整するものがある。
【０００４】
このような方式においては、ハウリングを実際に生じさせ、グラフィックイコライザやパラメトリックイコライザを用いてハウリングが発生している周波数を手動で検出し、その周波数の音量レベルを手動で下げる必要があった。このような方法では、調整時間が多大にかかるばかりでなく、調整した後であってもスピーカとマイクロフォンの位置関係が変化するとハウリングが発生することもあり、ハウリングを抑制するための調整には熟練を要していた。
【０００５】
このような問題を解決するために、ハウリングが生じているピーク周波数を自動検出し、ハウリングが発生した時にそのピーク周波数の音量を自動低減するようにイコライザを調整し、コンプレッサをかける方法が提案されている。（例えば特許文献１参照）
【特許文献１】特開平６−４６４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のハウリング防止プロセッサは、設置時等に手動でゲインを上げる等してハウリングを発生させ、ハウリングが発生する周波数を測定したのち動作をさせるものである。したがって、スピーカやマイクロフォンの位置関係の変化や、設置環境の変化（例えば温度、湿度変化）により測定時の周波数と異なる帯域でハウリングが発生した場合に対処できないという問題点があった。
【０００７】
また、コンプレッサはスレッショルドレベル以上の信号が入力された時に圧縮を開始し、徐々に出力信号を低下させるものであるため、音場環境の変化等により急激にハウリングが発生したときには即時に信号の低下ができず、スピーカに許容以上の信号を入力させることとなり、スピーカを破損させるおそれがあった。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑み、音場環境の変化による異った周波数帯域でのハウリングの発生にも対応でき、急激にハウリングが発生してもスピーカを保護することが可能である拡声システム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】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、マイクロフォンからの入力信号を音質調整等する調整回路と、スピーカに出力する信号をオン／オフする信号遮断手段と、マイクロフォンからの入力信号レベルまたはスピーカへの出力信号レベルを検出し、ハウリングの発生およびその周波数を検出するハウリング検出手段を備え、前記ハウリング検出手段は、ハウリングの発生を検出した場合、検出した周波数帯域について前記調整回路に入力信号のレベルを抑制するように指示し、ハウリングの発生を検出し、かつ、所定レベルよりも高レベルの信号がスピーカに出力された場合、前記信号遮断手段に信号を遮断するように指示することを特徴とする。
【００１０】
この発明では、マイクロフォンからの入力信号レベルを検出して、ハウリング発生周波数を検出するハウリング検出手段を備えている。入力信号の周波数スペクトルを検出し、ある周波数の信号レベルが増大したと判定された時にその周波数でハウリングが発生していると判断する。ハウリング発生を検出したときは、検出した周波数帯域の入力信号レベルを抑制する。例えば、検出した周波数帯域の成分を減衰させるようにイコライザを動作させてもよいし、アッテネータやコンプレッサで信号を減衰するようにしてもよい。また、検出した周波数帯域だけを減衰するようにイコライジングしてもよい。さらに、ハウリング検出手段はスピーカへの出力信号レベルも検出し、所定のレベルよりも高レベルの信号がスピーカに出力された場合、スイッチをオフして信号を遮断する。所定のレベルは例えばスピーカの定格入力の１／２程度の入力がなされたときである。これにより急激にハウリングが発生してもスピーカを保護することが可能となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、上記発明において、前記ハウリング検出手段は、ハウリングの発生が検出されなくなった場合に、信号の遮断を解除するように前記信号遮断手段に指示することを特徴とする。
【００１２】
この発明では、所定のレベルよりも高レベルの信号がスピーカに入力されると、スイッチをオフして信号を遮断し、検出した周波数帯域の入力信号レベルを抑制するが、ハウリング発生が抑制された場合にスイッチをオンにする。急激にハウリングが発生したときは高レベルの信号がスピーカに入力されるので信号を遮断するが、検出した周波数帯域の信号レベルを抑制することでスピーカの入力レベルを下げることが可能となる。したがって、ハウリングが抑制された場合にスイッチをオンにする。これにより、信号を遮断する時間は最小限とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、この発明によれば、ハウリング発生の周波数帯域を検出し、ハウリング発生時には検出した周波数帯域のレベルを抑制することで、音場環境の変化による異なる周波数帯域でのハウリングの発生にも対応できる。
【００１４】
また、スピーカの入力レベルを検出して、所定レベル以上の入力信号が検出されたときに瞬時にスイッチをオフにして信号を遮断するので、急激にハウリングが発生してもスピーカを保護することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態の拡声システムについて図を用いて詳細に説明する。
【００１６】
図１は拡声システムのブロック図である。同図に示すように、この拡声システムは、音声信号が入力されるマイクロフォン１、フロントエンドのアンプであるマイクロフォンアンプ２、マイクロフォンアンプ２の出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３、Ａ／Ｄコンバータ３の出力端子に接続されるハウリングキャンセラ１００、ハウリングキャンセラ１００の出力信号を調整する音質調整回路２００、音質調整回路２００の出力端子に接続されるスイッチ回路８、スイッチ回路８の出力信号をアナログ音声信号に変換するＤ／Ａコンバータ９、音声信号を増幅するパワーアンプ１０、パワーアンプ１０から入力された音声信号から音声を発音するスピーカ１１、およびＡ／Ｄコンバータ３の出力信号とパワーアンプ１０の出力信号が入力されるハウリング検出器１２からなり、マイクロフォン１およびスピーカ１１は講堂やホール等に配置される。なお、ハウリング検出器１２は、ディジタル信号とアナログ信号の両方を入力できるものである。アナログ信号が入力されたときは内部でＡ／Ｄ変換してディジタル処理をすることができる。
【００１７】
ハウリングキャンセラ１００は、Ａ／Ｄコンバータ３と音質調整回路２００との間に挿入された加算器４、加算器４に信号を入力する適応フィルタ１４、および音質調整回路２００から出力された信号を所定時間遅延したのち適応フィルタ１４に供給するディレイ回路１３を備えている。
【００１８】
音質調整回路２００は、加算器４の出力側に接続されるイコライザ５、イコライザ５の出力に接続されるアッテネータ６、およびアッテネータ６とスイッチ回路８の間に接続されるコンプレッサ７とを備えている。
【００１９】
マイクロフォン１に入力された音声信号はフロントエンドのマイクロフォンアンプ２を経てＡ／Ｄコンバータ３でディジタル信号に変換されて加算器４に入力される。加算器４は、マイクロフォン１からの入力信号から適応フィルタ１４の出力信号を差し引いて出力する。加算器４の出力信号は、イコライザ５で音質調整され、アッテネータ６に入力される。アッテネータ６は、入力信号を減衰させて信号出力する。アッテネータ６から出力した信号は、コンプレッサ７に入力される。コンプレッサ７は、入力信号が所定のレベル（スレッショルド）を超えた時に入力信号に対する音量の比を変化させて減衰するものである。コンプレッサ７から出力した信号は、スイッチ回路８を介してＤ／Ａコンバータ９でアナログ音声信号に変換され、パワーアンプ１０で増幅後スピーカ１１に入力される。スピーカ１１は入力された音声信号から音声を発音する。ここでスピーカ１１から発音された音声はマイクロフォン１に帰還信号として再入力される。
【００２０】
このような構成においては、マイクロフォン１−音質調整回路２００−スピーカ１１−マイクロフォン１、の経路で閉ループが形成される。この閉ループのゲインが１を越えるとスピーカからマイクロフォンに帰還する音声が増大してハウリングの発生となる。
【００２１】
ハウリングキャンセラ１００は、ディレイ回路１３および適応フィルタ１４により、マイクロフォン１から入力された音声信号が音質調整回路２００およびスピーカ１１、マイクロフォン１が設置されている音響空間を伝搬して再度マイクロフォン１に帰還信号として入力されるまでの一連の音声伝達経路の伝達特性を模擬するものである。
【００２２】
ディレイ回路１３は、スピーカ１１からマイクロフォン１に帰還する帰還信号の時間遅延を推定した時間遅延を付与するものである。ディレイ回路１３で時間遅延を付与されて出力した信号は適応フィルタ１４に入力される。
【００２３】
適応フィルタ１４は、音響帰還経路の伝達関数を模擬するフィルタであり、ディレイ回路１３が遅延した信号をフィルタリングする。このフィルタリングされた出力信号を模擬信号として加算器４に出力する。加算器４は、模擬信号をマイクロフォン１の入力信号から差し引く。
【００２４】
このような適応フィルタ１４を備えたハウリングキャンセラ１００は、マイクロフォン１の入力信号から模擬信号を差し引いた後の信号である現在の残差信号とディレイ回路１３から出力される過去の残差信号とを元に、模擬信号が帰還信号に一致または近似するようにフィルタ係数を更新していくので、ハウリングが発生して一定周波数の持続音が入力されたときに、時間経過とともにその持続音をキャンセルすることが可能である。
【００２５】
なお、ディレイ回路１３がないと、マイクロフォン１に入力した信号は、加算器４に入力されるとともに遅延なく適応フィルタ１４にも入力される。適応フィルタ１４は、残差信号を小さくするようにフィルタ係数を更新するので、フィルタ係数の更新が進むにつれて、加算器４ではマイクロフォンから入力された信号が適応フィルタ１４の出力信号によって全てキャンセルされるようになってしまう。このため、音源信号のキャンセルを防止しつつ帰還信号を模擬信号によってキャンセルするためにはディレイ回路１３が不可欠である。
【００２６】
ハウリング検出器１２は、マイクロフォン１から入力された信号を常時監視し、ハウリング発生を検出するものである。具体的には、ハウリング検出器１２は、入力信号の特定周波数成分が所定の時間以上減衰せずに入力されるときにハウリング発生として判断する。ハウリング発生と判断したときは、音質調整回路２００に入力信号を抑制するように指示する。
【００２７】
ハウリングが発生している周波数を検出するために、ハウリング検出器１２は入力信号を高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴと言う）等する。ハウリング発生している周波数を検出することで、その周波数帯域のみ抑制することが可能となる。なお、ＦＦＴに限らずに複数の周波数帯域でそれぞれハウリング発生を検出できる手法であればどのようなものであってもよい。例えば帯域通過フィルタ等を用いて、信号を複数の周波数帯域に分けてハウリングを検出すればよい。
【００２８】
ハウリング発生を検出したときは、ハウリング検出器１２は音質調整回路２００のイコライザ５とコンプレッサ７に入力信号を抑制して出力するように指示する。上記のようにハウリングが発生している周波数を検出したときは、その周波数帯域で信号の振幅レベルを抑制するようにイコライザ５に指示する。また、ハウリング検出器１２は、コンプレッサ７にあらかじめ設定した振幅レベル以上の入力信号に対し、所定の圧縮率の信号レベルの抑制処理を行うよう指示する。イコライザ５は、複数の周波数帯域の制御を行ってもよい。
【００２９】
図２は、イコライザ５を詳細に説明するブロック図である。同図のようにイコライザ５は、低音域イコライザ５ａ、中音域イコライザ５ｂ、および高音域イコライザ５ｃを備えている。それぞれのイコライザはさらに周波数帯域を複数に分けて調整することができる。また、それぞれのイコライザは調整周波数帯域を可変することができるパラメトリックイコライザである。低音域イコライザ５ａ、中音域イコライザ５ｂ、および高音域イコライザ５ｃは、それぞれハウリング検出器１２に接続されている。ハウリング検出器１２は、検出したハウリング発生周波数を抑制するように各イコライザを制御する。なお、パラメトリックイコライザに限らず、グラフィックイコライザであってもよい。周波数帯域を複数に分けて調整することができるイコライザであればどのようなものであってもよい。
【００３０】
なお、このときに低音域イコライザ５ａ、中音域イコライザ５ｂ、および高音域イコライザ５ｃに、それぞれ異なる周波数帯域幅で信号を抑制するように指示してもよい。例えば低音域イコライザ５ａは広い周波数帯域で抑制し、高音域イコライザ５ｃは狭い周波数帯域で抑制するようにする。これにより、音質を劣化させることなくハウリング発生による信号を抑制することが可能となる。
【００３１】
なお、この例で示したような３帯域のイコライザに限らず、さらに複数の帯域に分けてイコライザを備えていてもよい。例えば低音域、低中音域、中音域、高音域の４帯域に分けてもよい。
【００３２】
また、ハウリング検出器１２は、スピーカ１１への出力信号レベルも検出する。ハウリングが発生すると一定周波数の高レベル信号が入力されることになり、スピーカ１１には通常使用時よりも高い電圧が入力されることになり、スピーカを破損するおそれがある。したがって、スピーカ１１に所定のレベル以上の信号が入力された時に、スイッチ回路８に信号を遮断するよう指示する。その後、アッテネータ６を作動させ、信号レベルを抑制してからスイッチ回路８に信号を接続するよう指示する。アッテネータ６は入力信号レベルを１／２に調整する。これによりスイッチ回路８を接続するときはアッテネータが入力信号を抑制しながら接続するのでスピーカを保護することが可能となる。
【００３３】
なお、ハウリング検出器１２が検出するスピーカへの出力信号レベルは、図１に示したようにパワーアンプ１０の出力信号レベルに限るものではない。Ｄ／Ａコンバータ９の出力信号レベルであってもよいし、コンプレッサ７の出力信号レベルであってもよい。音質調整回路２００とスピーカ１１の間の信号レベルを検出すればよい。
【００３４】
また、スイッチ回路８は、図１に示したようにコンプレッサ７とＤ／Ａコンバータ９の間に接続する例に限るものではない。Ｄ／Ａコンバータ９とパワーアンプ１０の間に接続してもよいし、パワーアンプ１０とスピーカ１１の間に接続してもよい。音質調整回路２００とスピーカ１１の間のいずれかに接続すればよい。
【００３５】
次に、ハウリング検出器１２の動作について詳細に説明する。図３は、ハウリング検出器１２の動作を示すフローチャートである。入力信号を検出したときにこの動作を開始する。まず、入力信号を取り込み（ｓ１）、ＦＦＴ等を行い、周波数スペクトルを検出する。その後、ハウリングが発生しているか否かを判断する（ｓ２）。特定周波数成分が所定レベル以上の高レベル信号として検出されたときにハウリング発生として判断する。ハウリングが発生していないと判断したときは動作を終了する（ｓ２→ＥＮＤ）。
【００３６】
ハウリング発生を検出したときは、スピーカ１１への出力信号レベルを検出して、所定の閾値以上の出力信号レベルがあるか否かを判断する（ｓ３）。所定の閾値は、例えばスピーカの定格入力の１／２に設定する。スピーカ１１への出力信号レベルが所定レベル以上となったときは、スイッチ回路８に信号を遮断するように指示してから（ｓ４）、音質調整回路２００のアッテネータ６を作動させて入力信号のレベルを１／２に調整する（ｓ５）。なお、調整量は１／２に限らずにどのような量に設定してもよい。
【００３７】
その後、入力信号を抑制するように音質調整回路２００に指示する（ｓ６）。また、ハウリングが発生してもスピーカ１１への出力信号レベルが所定のレベル以下であったときは信号遮断せずに音質調整回路２００に指示する（ｓ３→ｓ６）。音質調整回路２００は前述のようにイコライザ５およびコンプレッサ７を備えているので、それぞれに検出したハウリングに応じて信号を抑制するように指示する。
【００３８】
その後、ハウリングが発生しているか否かを判断する（ｓ７）。依然としてハウリングが発生していれば信号抑制処理を繰り返す（ｓ７→ｓ３）。ハウリングが発生していないと判断した場合、スイッチ回路８を接続するように指示する（ｓ８）。ただし、すでにスイッチ回路８が接続された状態であればこの処理は省略される。
【００３９】
その後、イコライザ５の周波数特性をフラットに戻すとともに、コンプレッサ７による圧縮を解除し、アッテネータ６による信号抑制を解除する（ｓ９）。これらの解除処理は、時間をかけて徐々に抑制レベルを小さくしていけばよい。
【００４０】
以上のように、本発明の拡声システムは、入力信号からハウリング発生を検出し、ハウリングが発生したときは、その発生周波数帯域について入力信号を抑制することで、音場環境の変化による異なる周波数帯域でのハウリングの発生にも対応できる。
【００４１】
また、スピーカへの出力信号レベルを検出し、所定のレベル以上の入力がなされたときは、信号を遮断しアッテネータで信号を抑制するので、急激にハウリングが発生してもスピーカを保護することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の拡声システムのブロック図
【図２】イコライザを詳細に説明するブロック図
【図３】ハウリング検出器の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
【００４３】
１−マイクロフォン
２−マイクロフォンアンプ
３−Ａ／Ｄコンバータ
４−加算器
５−イコライザ
５ａ−低音域イコライザ
５ｂ−中音域イコライザ
５ｃ−高音域イコライザ
６−アッテネータ
７−コンプレッサ
８−スイッチ回路
９−Ｄ／Ａコンバータ
１０−パワーアンプ
１１−スピーカ
１２−ハウリング検出器
１３−ディレイ回路
１４−適応フィルタ
１００−ハウリングキャンセラ
２００−音質調整回路
【図１】
2006197407.tif 000003
【図２】
2006197407.tif 000004
【図３】
2006197407.tif 000005