(57)【要約】【課題】本発明は、前記振動マイクの特性を適応フィルタの生成に利用してハウリングを確実に抑制するハウリングキャンセラの提供を目的とする。【解決手段】増幅器２と音響マイク１と振動マイク７とスピーカ３に対し、遅延部５が遅延した音声信号ｘ（ｋ−τ）および誤差信号ｅ０（ｋ）に基づいて、前記スピーカ３から前記音響マイク１に帰還する帰還音声信号ｄ１（ｋ）を模した模擬信号ｄ２（ｋ）を、生成する適応フィルタ４と、前記音響マイク１から入力された入力信号ｙ（ｋ）から前記模擬信号を減算した残差信号を前記増幅器に入力される音声信号として出力する第１の減算部８を有している。さらに、振動マイク７から収集される音声信号に空気を介した音の混入が少ない特性を活用し、増幅器に入力される音声信号から振動マイク７からの信号ｓ２（ｋ）を減算して、前記誤差信号として適応フィルタ４に出力する第２の減算部９を備えている。【選択図】図２
2006279385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅器と、発声体が発した音声を収音し、前記増幅器の入力信号として出力する音響マイクと、前記発声体の振動を検出し振動検出信号として出力する振動マイクと、前記増幅器により増幅された音声信号を音響として出力するスピーカと、を接続する拡声装置に設けられるハウリングキャンセラであって、
前記増幅器により増幅された音声信号を取り込んで遅延する遅延部と、
前記遅延部が遅延した音声信号および誤差信号に基づいて、前記スピーカから前記音響マイクに帰還して収音される帰還音声信号を模した模擬信号を、生成する適応フィルタと、
前記音響マイクから入力された入力信号から前記模擬信号を減算した残差信号を前記増幅器に入力される音声信号として出力する第１の減算部と、
前記残差信号から前記振動検出信号を減算して前記誤差信号として適応フィルタに出力する第２の減算部と、
を備えたハウリングキャンセラ。
【請求項２】
前記音響マイクの収音周波数特性に前記振動マイクの振動検出周波数特性が近似するよう前記振動マイクの振動検出周波数特性を変換する変換フィルタを、前記振動マイクと前記第２の減算部との間に設けた請求項１に記載のハウリングキャンセラ。
【請求項３】
前記第２の減算部は、前記残差信号と前記信号振動検出信号とを時間軸上で同期させる同期回路を含む請求項１または請求項２に記載のハウリングキャンセラ。
請求項１に記載のハウリングキャンセラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、適応フィルタを用いたハウリングキャンセラに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハウリングとは、マイクと、増幅器と、スピーカからなる系において、スピーカからの音声出力がマイクに帰還することで閉ループが形成され、その帰還する信号の中のある周波数成分が、時間とともに発散成長することにより生じる不安定現象である。
【０００３】
従来、ハウリング抑制のため、適応フィルタを用いたものがあった（例えば、非特許文献１参照。）。図１に適応フィルタを用いた一般的な従来構成のハウリングキャンセラの構成図を示す。まず、拡声装置は、発声体が発した音声を収音し、入力信号として出力する音響マイク１と、増幅器２と、入力された音声信号を音響として出力するスピーカ３と、を接続する構成からなる。
【０００４】
前記音響マイク１に入力される音波ｙ（ｋ）には、発声体が発した音声ｓ（ｋ）のみならず、スピーカ３から帰還した音波ｄ（ｋ）が含まれる。そして、前記音響マイク１により、前記音波ｙ（ｋ）は、電気信号からなる音声入力信号ｙ１（ｋ）に変換される。当該音声入力信号ｙ１（ｋ）には、ｓ（ｋ）、ｄ（ｋ）による成分を電気信号に変換した音声信号入力ｓ１（ｋ）、帰還音声信号ｄ１（ｋ）が含まれる。
【０００５】
増幅器２により増幅した音声信号ｘ（ｋ）に基づいて、前記スピーカ３から前記音響マイク１に帰還して収音される帰還音声信号ｄ１（ｋ）を模した模擬信号ｄ２(ｋ)を生成する適応フィルタ４と、前記音響マイク１から入力された入力信号ｙ１(ｋ)から前記模擬信号ｄ２（ｋ)を減算した残差信号ｅ(ｋ)を前記増幅器２に入力される音声信号として出力する第１の減算部８を有している。前記帰還音声信号ｄ１（ｋ）を模した模擬信号ｄ２(ｋ)を精度よく生成できれば、音響マイク１による音声入力信号から模擬信号ｄ２(ｋ)を取り除いた残差を増幅器２に入力できるから、ハウリングをキャンセルできる。
【０００６】
一方、骨伝導マイク（例えば、特許文献１，２参照。）や振動ピックアップマイク（以下、これらをまとめて「振動マイク」と呼ぶ。）を使用し、例えば、人間の鼻や、楽器につけて検出する拡声システムがある（例えば、非特許文献２参照。）。これらは、楽器演奏者への効果音付与方法（例えば、非特許文献３参照。）に応用されている。
【特許文献１】特開平５−１９９５７７号公報
【特許文献２】特開平５−２７６５８７号公報
【非特許文献１】稲積，今井，小西，：”ＬＭＳアルゴリズムを用いた拡声系のハウリング防止”，日本音響学会講演論文集ｐｐ．４１７−４１８（１９９１，３）
【非特許文献２】日本音響学会講演論文集  「体内伝導音認識システムに関する一考察」  ２００４年３月  １−１０−２０  ｐ５３９
【非特許文献３】日本音響学会講演論文集  「楽器−両耳間インパルス応答を用いた音場合成方法の検討−音源の特性を考慮した音場合成手法の構築（その４）」  ２００２年３月  ２−Ｐ−５  ｐ９４３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ハウリングを動的に適応フィルタで抑制するには、スピーカからマイクへ混入する帰還音声信号の模擬信号を精度よく生成して、これを、音響マイク入力から差し引く必要がある。しかし、新たなマイク入力信号が入ってくると、前述した図１のｄ１（ｋ）とｄ２（ｋ）の誤差を純粋に０にするのが困難となる。したがって、従来構成ではハウリングキャンセルの効果を十分得ることが難しい。
【０００８】
一方、前記振動マイクのみを用いたハウリングキャンセラは、音質が悪いという欠点があった。
【０００９】
これら文献では、前記模擬信号の生成において、振動マイクからの入力が空気を介した音の混入が少ない特性を利用し、ハウリングキャンセラに活用した旨の記載はない。
【００１０】
そこで、本発明は、前記振動マイクの特性を適応フィルタの生成に利用して、ハウリングを確実に抑制するハウリングキャンセラの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。
【００１２】
（１）増幅器と、発声体が発した音声を収音し、前記増幅器の入力信号として出力する音響マイクと、前記発声体の振動を検出し振動検出信号として出力する振動マイクと、前記増幅器により増幅された音声信号を音響として出力するスピーカと、を接続する拡声装置に設けられるハウリングキャンセラであって、
前記増幅器により増幅された音声信号を取り込んで遅延する遅延部と、
前記遅延部が遅延した音声信号および誤差信号に基づいて、前記スピーカから前記音響マイクに帰還して収音される帰還音声信号を模した模擬信号を、生成する適応フィルタと、
前記音響マイクから入力された入力信号から前記模擬信号を減算した残差信号を前記増幅器に入力される音声信号として出力する第１の減算部と、
前記残差信号から前記振動検出信号を減算して前記誤差信号として適応フィルタに出力する第２の減算部と、
を備える。
【００１３】
ハウリングをキャンセルするためには、前記帰還音声信号とできるだけ近似したものをマイク入力から取り除く必要がある。前述の通り、マイク入力には、帰還音声信号のみならず、前記発声体が発した音声からの入力が含まれ、帰還音声信号を精度よく同定することが困難である。そこで、本構成では振動マイクからの入力が空気を介した音の混入が少ない特性を適応フィルタの生成に利用して、この振動マイクからの信号（振動検出信号）で、前記音声音響マイクへの原信号を生成する。これにより、帰還音声信号を模した模擬信号をより正確に生成できる。したがってハウリングの抑制をより確実にすることができる。
【００１４】
（２）前記音響マイクの収音周波数特性に前記振動マイクの振動検出周波数特性が近似するよう前記振動マイクの振動検出周波数特性を変換する変換フィルタを、前記振動マイクと前記第２の減算部との間に設ける。
【００１５】
前記（１）の構成のハウリングキャンセラでは、前記音響マイクに帰還して収音される帰還音声信号を模した模擬信号を生成するため、前記発声体が発した音声からの音響マイク入力を模した信号を精度よく生成する必要がある。そのために、振動マイクからの入力を利用している。しかし、振動マイクと音響マイクそれぞれの周波数特性は、互いに異なるから、精度の点で好ましくない。そこで、この伝達系の周波数特性を補償するフィルタ（変換フィルタ）を設けることにより、上記模擬信号の生成をより一層精度よく行うことができる。したがってハウリングの抑制をより確実にすることができる。
【００１６】
（３）前記第２の減算部は、前記残差信号と前記信号振動検出信号とを時間軸上で同期させる同期回路を含む。
【００１７】
このように構成すれば、前記残差信号と前記信号振動検出信号とを時間軸上でずれがある場合にこれを是正できるから、ハウリングの抑制をより確実にすることができる。
【００１８】
なお、前記同期回路は、電気回路に限らずソフトウェア等を用いて構成されるものであっても良い。
【発明の効果】
【００１９】
空間伝達系に影響されることが少ない振動マイクからの振動検出信号を適応フィルタに利用したことにより、帰還音声信号を模した模擬信号をより正確に生成できる。したがってハウリングの抑制をより確実にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図２に本実施形態に係るハウリングキャンセラの構成図を示す。
【００２１】
まず、拡声装置について説明する。
【００２２】
拡声装置の構成は、
発声体が発した音声を収音し、入力信号として出力する音響マイク１と、
前記発声体の振動を検出し、振動検出信号として出力する振動マイク７と、
Ｇ（ｚ）の伝達関数の特性を有している増幅器２と、
入力された音声信号を音響として出力するスピーカ３と、
を接続する構成からなる。
【００２３】
なお、振動マイク７は、人間の耳、鼻、または楽器に取り付けるなどの態様であってもよい。また、音響マイク１または振動マイク７と、ハウリングキャンセラ本体の間は、ワイヤレスで送信するものであってもよい。
【００２４】
ここで、入力信号について説明する。従来構成と同様に、前記音響マイク１に入力される音波ｙ（ｋ）には、発声体が発した音声ｓ（ｋ）のみならず、スピーカ３から帰還した音波ｄ（ｋ）が含まれる。そして、前記音響マイク１により、前記音波ｙ（ｋ）は、電気信号からなる音声入力信号ｙ１（ｋ）に変換される。当該音声入力信号ｙ１（ｋ）には、それぞれ上記ｓ（ｋ）、ｄ（ｋ）に相当する成分を前記音響マイク１を介して電気信号に変換したｓ１（ｋ）、ｄ１（ｋ）が含まれる。また、振動マイク７には、発声体が発した音声ｓ（ｋ）が発声体の表面や内部を伝わったものが振動検出信号ｖ（ｋ）として入力される。
【００２５】
次に、ハウリングキャンセラについて説明する。この拡声装置についてハウリングをキャンセルするためには、前記スピーカ３から空間伝達系Ｈ（ｚ）を介して前記音響マイク１に帰還して収音される帰還音声信号に相当する成分ｄ１（ｋ）（以下単に「帰還音声信号ｄ１（ｋ）」という。）をマイク入力から差し引きすればよい。
【００２６】
そこで、増幅器２により増幅した音声信号ｘ（ｋ）を取り込んで、時間軸上で一定の遅延を行う遅延部５により遅延する。遅延された信号を入力する伝達関数Ｈ１（ｚ）からなる適応フィルタ４から帰還音声信号ｄ１（ｋ）に相当する模擬信号ｄ２（ｋ）を生成する。なお、前記遅延は、帰還音声信号ｄ１（ｋ）が、伝達関数Ｈ（ｚ）を介して伝達されることによる遅延を考慮したものである。
【００２７】
そして、前記音響マイク１から入力された入力信号ｙ１(ｋ)から、前記模擬信号ｄ２（ｋ）を減算した残差信号ｅ(ｋ)を前記増幅器２に入力される音声信号として出力する第１の減算部８を有している。
【００２８】
さらに、本実施形態のハウリングキャンセラの構成は、振動マイク７から得られた音声入力信号である振動検出信号ｖ（ｋ）を前記適応フィルタ４の生成に用いる。振動マイク７は、空気を介して伝達される音をほとんど含んでいないから、振動検出信号ｖ（ｋ）を用いることにより、発声体が発した音声ｓ（ｋ）を収音した音声入力信号ｓ１（ｋ）の模擬信号ｓ２（ｋ）を生成することが可能となる。ここで、上記音声入力信号ｓ１（ｋ）と振動検出信号ｖ（ｋ）は、振動マイク７と音響マイク１との収音周波数特性が異なるから、厳密には異なっている。そこで、このハウリングキャンセラでは、変換フィルタ１０を用いて、前記模擬信号ｓ２（ｋ）を生成し、第２の減算部９を用いて当該ｓ２（ｋ）を前記適応フィルタ４の生成に用いる。以下変換フィルタ１０、第２の減算部９についてそれぞれ説明する。
【００２９】
変換フィルタ１０においては、詳細については後述するように、振動検出信号ｖ（ｋ）と変換フィルタ１０とを畳み込む演算を行う。これにより、振動検出信号ｖ（ｋ）に基づく上記模擬信号ｓ２（ｋ）を得る。
【００３０】
第２の減算部９においては、残差信号ｅ（ｋ）と、上記音声入力信号ｓ１（ｋ）の模擬信号ｓ２（ｋ）との残差ｅ０（ｋ）を計算する。本実施形態では、この残差ｅ０（ｋ）を適応フィルタ４に入力する。そして、その伝達関数Ｈ１（ｚ）は、当該残差ｅ０（ｋ）がゼロになるようにパラメータを変えていく。
【００３１】
ここで、第１の減算部９において計算される前記残差信号ｅ（ｋ）は、前記帰還音声信号ｄ１（ｋ）と前記音声信号入力ｓ１（ｋ）との和からなる音声入力信号ｙ１（ｋ）と、前記帰還音声信号ｄ１（ｋ）に相当する模擬信号ｄ２（ｋ）との差である。一方、模擬信号ｓ２（ｋ）は、前述の通り、音声入力信号ｓ１（ｋ）を模擬したものである。したがって、もし仮にｓ１（ｋ）が模擬信号ｓ２（ｋ）と一致するならば、第２の減算部９において計算される残差ｅ０（ｋ）は、前記帰還音声信号ｄ１（ｋ）と模擬信号ｄ２（ｋ）との誤差となる。
【００３２】
とすれば、本実施形態のハウリングキャンセラは、当該誤差（ｄ１（ｋ）―ｄ２（ｋ））を適応フィルタ４に反映させ、前記帰還音声信号ｄ１（ｋ）と模擬信号ｄ２（ｋ）の誤差が常に０になるように、追従させるものである。即ち、本実施形態のハウリングキャンセラは、残差信号ｅ（ｋ）が純粋なエラー信号となるため、効果的にハウリングをキャンセルできる。
【００３３】
一方、従来構成では、ｙ（ｋ）には、スピーカ３から帰還した前記帰還音声信号ｄ１（ｋ）のみならず、音声ｓ（ｋ）も含まれるから、これを分離して前記帰還音声信号ｄ１（ｋ）を生成することは困難である。したがって、従来構成では、適応フィルタ４がハウリングキャンセラとして機能するのは十分でない面があった。
【００３４】
なお、音声入力信号ｓ１（ｋ）の模擬信号ｓ２（ｋ）として、単にそのままｖ（ｋ）を入力することも考えられるが、上述した理由から、振動マイク７の周波数特性を前記音響マイク１により収音された入力信号の周波数特性に近似するよう前記振動検出信号ｖ(ｋ)を変換する変換フィルタ１０を介して、上記ｓ２（ｋ）を生成することが、より一層効果的である。振動検出信号ｖ（ｋ）と伝達関数Ｈｖｓ（ｚ）とを畳み込むことにより、振動検出信号ｖ（ｋ）から音声入力信号ｓ１（ｋ）に対応する模擬信号ｓ２（ｋ）を生成することができる。また、図４の通り、振動マイク７と音響マイク１の信号の伝達に時間軸上のずれがある場合、第２の遅延部６を設けて時間軸上で同期させることも考えられる。これにより、上記音声入力信号ｓ１（ｋ）と模擬信号ｓ２（ｋ）を一層近似させることができる。
【００３５】
図３に前記変換フィルタ１０の伝達関数Ｈｖｓ（ｚ）を生成する方法と、前記模擬信号ｓ２（ｋ）を生成する方法の概略を示す。スピーカからの拡散がない状態において、例えば、人間にマイク１、７を設置する場合は、図３（Ａ）のように音声を発生し、これを音響マイク１、振動マイク７にそれぞれ与える。また、楽器に設置する場合は音響マイク１を実際の設置形態と同様の位置に置き、楽音（広帯域の音が望ましい）を発生させる。このように設置すれば、振動体から音響マイク１を通して電気信号に変換するまでの系の、音波入力ｓ０（ｋ）（図３（Ａ）参照。）に対する応答ｓｉ（ｋ）を得ることができる。また、振動体から人間の頭または楽器を通して伝達した振動マイク７を通して電気信号に変換するまでの系の、前記音波入力ｓ０（ｋ）に対する応答ｖｉ（ｋ）を得ることができる。
【００３６】
そして、この応答ｓｉ（ｋ）、ｖｉ（ｋ）を用いて、図３（Ｂ）の通り、Ｈｖｓ（ｚ）＝ｓｉ（ｋ）ｖｉ（ｋ）−１とすることができ、これを生成する。具体的には、例えば、Ｎを所定の正の整数として、次式の通り、
【００３７】
【数１】
2006279385.tif 000003
【００３８】
と仮定して、これらｈｖｓ（ｎ）（ｎ＝１〜Ｎ）を決定する。即ち、
【００３９】
【数２】
2006279385.tif 000004
【００４０】
にｓｉ（ｋ）、ｖｉ（ｋ）の値を、入力した式を、所定の離散時間ｋの複数のデータについて連立方程式を立て、左辺Ｈｖｓ（ｚ）ｖi(ｋ）と右辺ｓｉ（ｋ）との誤差ノルムが最小になるようにｈｖｓ（ｎ）（ただし、ｎ＝１〜Ｎとする。）を決定する。なお、前記所定の離散時間ｋは、Ｈｖｓ（ｋ）の特性が現れるように十分なデータ数を取る。図３（Ｃ）の通り、前述の方法により生成して得られたＨｖｓ（ｚ）＝ｓｉ（ｋ）ｖｉ（ｋ）−１と振動検出信号ｖ（ｋ）とを畳み込む演算を行って、ｓ１（ｋ）の擬似信号ｓ２（ｋ）を生成する。このようにして擬似信号ｓ２（ｋ）を生成すれば、音響マイク１により収音された入力信号の周波数特性に近似するよう、前記振動検出信号ｖ（ｋ）を変換することができるので、より一層、擬似信号ｓ２（ｋ）をｓ１（ｋ）に近づけることができる。
【００４１】
また、第２の減算部９に入力される前記残差信号ｅ（ｋ）を、そのまま用いるのではなく、前記模擬信号ｓ２（ｋ）と時間軸上で同期させる同期回路を、図示しない遅延フィルタを第１の減算部と第２の減算部の間に介して、第２の減算部９に入力することも可能である。このようにすれば、前記残差信号ｅ（ｋ）よりも、前記模擬信号ｓ２（ｋ）が時間軸上で遅延している場合に、時間軸上で同期させるために有効である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】適応フィルタを用いた一般的な従来構成のハウリングキャンセラの構成図を示す
【図２】本発明の実施形態に係るハウリングキャンセラの構成図を示す。
【図３】振動検出周波数特性を音響マイクの収音周波数特性に近似するよう変換する変換フィルタ伝達関数Ｈｖｓ（ｚ）と、模擬信号ｓ２（ｋ）を生成する方法の概略を示す。
【図４】本発明の実施形態に係るハウリングキャンセラにおいて、第２の遅延部を含めた場合の構成図を示す。
【符号の説明】
【００４３】
１−音響マイク
２−増幅器
３−スピーカ
４−適応フィルタ
５−遅延部
６−第２の遅延部
７−振動マイク
８−第１の減算部
９−第２の減算部
１０−変換フィルタ
【図１】
2006279385.tif 000005
【図２】
2006279385.tif 000006
【図３】
2006279385.tif 000007
【図４】
2006279385.tif 000008