(57)【要約】【課題】残響時間が長い室内のハウリング発生を確実に防止できる適応ハウリングキャンセラを提供する。【解決手段】適応ハウリングキャンセラは、第１，第２の加算器１４（１），１４（２）、遅延器２２及び第１，第２の適応フィルタ２４（１），２４（２）を含む。遅延器２２の時間遅延τは、スピーカ１８からマイクロホン１２に至る音響帰還路２０の時間遅延に対応し、遅延器２２は、信号ｘ（ｋ−τ）をフィルタ２４（１），２４（２）に供給する。フィルタ２４（１）は、タップ数が多く、フィルタ係数の更新間隔が長いが、フィルタ２４（２）は、タップ数が少なく、フィルタ係数の更新間隔が短い。加算器１４（１），１４（２）は、それぞれ信号ｅ１（ｋ）＝ｙ（ｋ）−ｄ１（ｋ），ｅ２＝ｅ１（ｋ）−ｄ２（ｋ）をフィルタ２４（１），２４（２）に供給する。各フィルタは、帰還路２０の伝達関数Ｈ（ｚ）を模擬するようにフィルタ係数の更新を行なう。【選択図】図１
2006025292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の空間内に配置されるマイクロホン及びスピーカと、前記マイクロホンの出力側及び前記スピーカの入力側の間に接続された増幅手段とを含む拡声装置において前記スピーカから前記マイクロホンに至る音響帰還路を介して帰還される帰還音信号を抑圧するために用いられる適応ハウリングキャンセラであって、
前記増幅手段を介して前記スピーカに供給される電気信号に対して前記音響帰還路の時間遅延に対応する時間遅延を付与して出力する遅延手段と、
各々前記遅延手段の出力信号が入力される第１及び第２の適応フィルタであって、前記第１の適応フィルタに比べて前記第２の適応フィルタのフィルタ係数の更新間隔が小さく設定されたものと、
前記第１及び第２の適応フィルタの出力信号がそれぞれ入力される第１及び第２の加算手段であって、前記第１の加算手段が前記マイクロホンを介して入力される音信号から前記第１の適応フィルタの出力信号を差引いた信号を出力し、前記第２の加算手段が前記第１の加算手段の出力信号から前記第２の適応フィルタの出力信号を差引いた信号を出力するものと
を備え、前記第１及び第２の加算手段の出力信号をそれぞれ前記第１及び第２の適応フィルタに入力し、前記第２の加算手段の出力信号を前記増幅手段を介して前記電気信号として前記スピーカ及び前記遅延手段に供給し、前記第１及び第２の各適応フィルタでは対応する加算手段の出力信号と前記遅延手段の出力信号とに基づいて前記音響帰還路の伝達関数を模擬するようにフィルタ係数の更新を行なう適応ハウリングキャンセラ。
【請求項２】
所定の空間内に配置されるマイクロホン及びスピーカと、前記マイクロホンの出力側及び前記スピーカの入力側の間に接続された増幅手段とを含む拡声装置において前記スピーカから前記マイクロホンに至る音響帰還路を介して帰還される帰還音信号を抑圧するために用いられる適応ハウリングキャンセラであって、
前記増幅手段を介して前記スピーカに供給される電気信号に対して前記音響帰還路の時間遅延に対応する時間遅延を付与して出力する遅延手段と、
各々前記遅延手段の出力信号が入力される第１〜第ｍ（ｍは３以上の整数）の適応フィルタであって、前記第１の適応フィルタから前記第ｍの適応フィルタに進むにつれてフィルタ係数の更新間隔が減少するように前記第１〜第ｍの各適応フィルタ毎にフィルタ係数の更新間隔が設定されたものと、
前記第１〜第ｍの適応フィルタの出力信号がそれぞれ入力される第１〜第ｍの加算手段であって、前記第１の加算手段が前記マイクロホンを介して入力される音信号から前記第１の適応フィルタの出力信号を差引いた信号を出力し、前記第２の加算手段が前記第１の加算手段の出力信号から前記第２の適応フィルタの出力信号を差引いた信号を出力し、前記第３の加算手段が前記第２の加算手段の出力信号から前記第３の適応フィルタの出力信号を差引いた信号を出力し…というようにして前記マイクロホンの出力側に直列に接続されたものと
を備え、前記第１〜第ｍの加算手段の出力信号をそれぞれ前記第１〜第ｍの適応フィルタに入力し、前記第ｍの加算手段の出力信号を前記増幅手段を介して前記電気信号として前記スピーカ及び前記遅延手段に供給し、前記各適応フィルタでは対応する加算手段の出力信号と前記遅延手段の出力信号とに基づいて前記音響帰還路の伝達関数を模擬するようにフィルタ係数の更新を行なう適応ハウリングキャンセラ。
【請求項３】
前記第２の適応フィルタに入力される前記遅延手段の出力信号に対して前記第１の適応フィルタの出力信号を混合する混合手段を更に備えた請求項１又は２記載の適応ハウリングキャンセラ。
【請求項４】
前記第１の適応フィルタのフィルタ係数を更新するときに前記第２の適応フィルタのフィルタ係数を初期値にリセットする請求項１〜３のいずれかに記載の適応ハウリングキャンセラ。
【請求項５】
前記第２の適応フィルタのフィルタ係数をリセットする前に該フィルタ係数を参照して前記第１の適応フィルタの新たなフィルタ係数を推定する請求項４記載の適応ハウリングキャンセラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、講堂、ホール等に設置される拡声装置においてハウリング発生を防止するために用いられる適応ハウリングキャンセラの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、適応フィルタ（アダプティブ・ディジタル・フィルタ）を用いてハウリング発生を防止する適応ハウリングキャンセラは知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
図１２は、この種のハウリングキャンセラを備えた拡声装置の回路構成を示すものである。所定の部屋内には、マイクロホン１及びスピーカ４が配置される。マイクロホン１を介して入力される音信号は、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換処理によりディジタル形式の信号ｙ（ｋ）に変換される。ｙ（ｋ）は、時刻ｋＴ（Ｔはサンプリング周期）における信号である。信号ｙ（ｋ）は、加算器２を介して増幅器３に供給され、増幅される。Ｇ（ｚ）は、増幅器３の伝達関数である。増幅器３からの信号ｘ（ｋ）は、Ｄ／Ａ（ディジタル／アナログ）変換処理によりアナログ形式の信号に変換され、この信号がスピーカ４により音響に変換される。
【０００４】
音響帰還路５は、スピーカ４からマイクロホン１に至る音響系路であり、この系路は、伝達関数Ｈ（ｚ）を有する。音響帰還路５を介して帰還される帰還音信号ｄ（ｋ）は、話者等の音源からの音信号からなる音源信号ｓ（ｋ）と混合されてマイクロホン１に入力される。マイクロホン１は、入力に係る混合音信号を電気信号に変換して出力する。
【０００５】
上記したような拡声装置では、マイクロホン１−増幅器３−スピーカ４−音響帰還路５−マイクロホン１の系路で閉ループが形成され、帰還音信号ｄ（ｋ）の増大によりハウリングが発生する。このようなハウリング発生を防止するために設けられたのが、遅延器６、適応フィルタ７及び加算器２を含む適応ハウリングキャンセラである。
【０００６】
遅延器６は、信号ｘ（ｋ）に対して音響帰還路５の時間遅延に対応した時間遅延τを付与して出力するもので、出力信号ｘ（ｋ−τ）は、適応フィルタ７に供給される。適応フィルタ７は、図１３に示すようにディジタルフィルタ７ａ及びフィルタ係数推定部７ｂを含むもので、フィルタ７ａ及び推定部７ｂには、信号ｘ（ｋ−τ）が入力される。ディジタルフィルタ７ａは、帰還音信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄ０（ｋ）を伝達関数Ｆ（ｚ）に従って出力するもので、信号ｄ０（ｋ）は、加算器２により信号ｙ（ｋ）から差引かれる。信号ｙ（ｋ）は、ｙ（ｋ）＝ｓ（ｋ）＋ｄ（ｋ）なる式で表わされる。加算器２の出力信号ｅ（ｋ）は、ｅ（ｋ）＝ｙ（ｋ）−ｄ０（ｋ）＝ｓ（ｋ）＋Δｋ（ただし、Δｋ＝ｄ（ｋ）−ｄ０（ｋ））なる式で表わされる。従って、Δｋが十分小さくなるようにすれば、信号ｅ（ｋ）は、信号ｄ（ｋ）の影響を免れて実質的にｓ（ｋ）のみとなり、ハウリング発生を防止することができる。なお、遅延器６がないと、マイクロホン１に入力した音源信号ｓ（ｋ）は、加算器２に入力されると共に遅延なく適応フィルタ７へも入力される。適応フィルタ７は、誤差記号ｅ（ｋ）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２では音源信号ｓ（ｋ）が適応フィルタ７の出力信号によっ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ｓ（ｋ）のキャンセルを防止しつつ帰還音信号ｄ（ｋ）を信号ｄ０（ｋ）によってキャンセルするためには遅延器６が不可欠である。
【０００７】
フィルタ係数推定部７ｂは、適応アルゴリズムを用い且つ信号ｘ（ｋ−τ）及びｅ（ｋ）に基づいて伝達関数Ｆ（ｚ）が伝達関数Ｈ（ｚ）に一致又は近似するようにディジタルフィルタ７ａのフィルタ係数を逐次的に更新する。適応アルゴリズムとしては、例えばＬＭＳ（Least  Mean  Square）アルゴリズムが用いられる。信号ｅ(k)の二乗平均値Ｊ＝Ｅ［ｅ（ｋ）２］（Ｅ［・］は期待値）とすれば、Ｊを最小にするようなフィルタ係数が演算により推定され、推定に係るフィルタ係数を用いてディジタルフィルタ７ａのフィルタ係数が更新される。この結果、信号ｄ０（ｋ）としては、信号ｄ（ｋ）を模擬した信号が得られ、ハウリング発生を防止することができる。
【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）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記した従来技術によると、伝達関数Ｈ（ｚ）の長さに比べて短い（タップ数の少ない）適応フィルタ７を用いた場合、音質への影響が大きいという問題点がある。本願の発明者は、図１２の拡声装置を用いてハウリング防止のシミュレーション実験を行なった。
【０００９】
図１１は、シミュレーション実験の結果を示すものである。図１１において、縦軸のｅ２（ｋ）をｅ（ｋ）と読替えるものとすると、図１１は、信号ｅ（ｋ）の経時変化を示している。シミュレーション実験では、伝達関数Ｈ（ｚ）を４８，０００タップ、適応フィルタ７のタップ数を２５６にそれぞれ設定した。図１１によれば、振幅の発散はなく、ハウリング発生を抑制できることがわかる。しかし、適応フィルタ７は、４８，０００タップの伝達関数Ｈ（ｚ）に関してたかだか先頭２５６タップを模擬しているにすぎないため、伝達関数Ｈ（ｚ）の模擬が十分でなく、信号ｅ（ｋ）のレベルが高く、音質への影響が大きい。
【００１０】
音質への影響を少なくするためには適応フィルタ７のタップ数を伝達関数Ｈ（ｚ）の長さに近づけるようにすればよい。しかし、ＬＭＳアルゴリズムは、１サンプル毎にフィルタ係数を更新するため、更新間隔が短く（新しいフィルタ係数を計算するための時間が短く）、タップ数に比例してフィルタ係数の更新に要する単位時間当りの演算量（以下では「演算量」と略記する）が増加する。このため、伝達関数Ｈ（ｚ）が長い（残響時間が長い）室内については、伝達関数Ｈ（ｚ）の長さに近づけるようにタップ数を多くしようとしても、演算量によりタップ数が制約を受け、タップ数を多くすることができない。従って、音質への影響が大きく、音質低下を免れない。
【００１１】
一方、適応アルゴリズムとしては、数万サンプル毎にフィルタ係数を更新するような更新間隔の長いアルゴリズム、例えばＳＴＦＴ−ＣＳ（Short  Time Fourier  Transform  and Cross Spectrum）法が知られており、この適応アルゴリズムを用いて適応フィルタ７のフィルタ係数を更新することが考えられる。このようにした場合、適応フィルタのタップ数を増加しても少ない演算量でフィルタ係数を更新することができるので、伝達関数が長い（残響時間が長い）室内についても伝達関数の模擬を十分に行ない、音質への影響を少なくすることができる。しかしながら、フィルタ係数の更新に比べてハウリングの成長が高速であると、ハウリングの成長に対してフィルタ係数の更新が遅れるため、一時的にハウリングは発生する可能性がある。
【００１２】
この発明の目的は、残響時間が長い室内のハウリング発生を確実に防止できる新規な適応ハウリングキャンセラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係る第１の適応ハウリングキャンセラは、
所定の空間内に配置されるマイクロホン及びスピーカと、前記マイクロホンの出力側及び前記スピーカの入力側の間に接続された増幅手段とを含む拡声装置において前記スピーカから前記マイクロホンに至る音響帰還路を介して帰還される帰還音信号を抑圧するために用いられる適応ハウリングキャンセラであって、
前記増幅手段を介して前記スピーカに供給される電気信号に対して前記音響帰還路の時間遅延に対応する時間遅延を付与して出力する遅延手段と、
各々前記遅延手段の出力信号が入力される第１及び第２の適応フィルタであって、前記第１の適応フィルタに比べて前記第２の適応フィルタのフィルタ係数の更新間隔が小さく設定されたものと、
前記第１及び第２の適応フィルタの出力信号がそれぞれ入力される第１及び第２の加算手段であって、前記第１の加算手段が前記マイクロホンを介して入力される音信号から前記第１の適応フィルタの出力信号を差引いた信号を出力し、前記第２の加算手段が前記第１の加算手段の出力信号から前記第２の適応フィルタの出力信号を差引いた信号を出力するものと
を備え、前記第１及び第２の加算手段の出力信号をそれぞれ前記第１及び第２の適応フィルタに入力し、前記第２の加算手段の出力信号を前記増幅手段を介して前記電気信号として前記スピーカ及び前記遅延手段に供給し、前記第１及び第２の各適応フィルタでは対応する加算手段の出力信号と前記遅延手段の出力信号とに基づいて前記音響帰還路の伝達関数を模擬するようにフィルタ係数の更新を行なうものである。
【００１４】
第１の適応ハウリングキャンセラによれば、第１の適応フィルタは、フィルタ係数の更新間隔が長く設定され、第２の適応フィルタは、フィルタ係数の更新間隔が短く設定される。第１の適応フィルタにおいて、タップ数は、例えば数千〜数万とし、フィルタ係数の更新間隔は、例えば数千〜数万サンプル毎に更新するものとすることができる。このような条件に適合する適応アルゴリズムとしては、ＳＴＦＴ-ＣＳ法等を用いることができる。ＳＴＦＴ-ＣＳ法等の適応アルゴリズムは、フィルタのタップ数を多くしてもフィルタ係数の更新に要する演算量が少なく、伝達関数の推定精度も高い。第１の適応フィルタでは、音響帰還路の伝達関数が長い（残響時間が長い）場合にも、タップ数を多くすることで長い伝達関数を十分に模擬可能であり、音質への影響を少なくすることができる。
【００１５】
第２の適応フィルタにおいて、タップ数は、数十〜数百とし、フィルタ係数の更新間隔は、例えば１〜数百サンプル毎に更新するものとすることができる。このような条件に適合する適応アルゴリズムとしては、ＬＭＳアルゴリズム又はＲＬＳ（Recursive  Least  Square）アルゴリズム等を用いることができる。この種のアルゴリズムは、フィルタ係数の更新を高速で行なうため、フィルタ  のタップ数の増加に伴って演算量が著しく増加する。しかし、第１の適応ハウリングキャンセラでは、第１の適応フィルタでタップ数を多くし、第２の適応フィルタでタップ数を少なくするようにしたので、第２の適応フィルタでの演算量を少なくすることができる。このため、第２の適応フィルタでは、ハウリングへの対応速度が向上し、音響帰還路の伝達関数の急激な変動時などに高速で成長するハウリングを確実に抑圧することができる。
【００１６】
従って、第１の適応ハウリングキャンセラによれば、伝達関数が長い（残響時間が長い）室内であっても、音質への影響を少なくしつつハウリング発生を確実に防止することができ、しかも演算量を少なく抑えることができる。
【００１７】
この発明に係る第２の適応ハウリングキャンセラは、
所定の空間内に配置されるマイクロホン及びスピーカと、前記マイクロホンの出力側及び前記スピーカの入力側の間に接続された増幅手段とを含む拡声装置において前記スピーカから前記マイクロホンに至る音響帰還路を介して帰還される帰還音信号を抑圧するために用いられる適応ハウリングキャンセラであって、
前記増幅手段を介して前記スピーカに供給される電気信号に対して前記音響帰還路の時間遅延に対応する時間遅延を付与して出力する遅延手段と、
各々前記遅延手段の出力信号が入力される第１〜第ｍ（ｍは３以上の整数）の適応フィルタであって、前記第１の適応フィルタから前記第ｍの適応フィルタに進むにつれてフィルタ係数の更新間隔が減少するように前記第１〜第ｍの各適応フィルタ毎にフィルタ係数の更新間隔が設定されたものと、
前記第１〜第ｍの適応フィルタの出力信号がそれぞれ入力される第１〜第ｍの加算手段であって、前記第１の加算手段が前記マイクロホンを介して入力される音信号から前記第１の適応フィルタの出力信号を差引いた信号を出力し、前記第２の加算手段が前記第１の加算手段の出力信号から前記第２の適応フィルタの出力信号を差引いた信号を出力し、前記第３の加算手段が前記第２の加算手段の出力信号から前記第３の適応フィルタの出力信号を差引いた信号を出力し…というようにして前記マイクロホンの出力側に直列に接続されたものと
を備え、前記第１〜第ｍの加算手段の出力信号をそれぞれ前記第１〜第ｍの適応フィルタに入力し、前記第ｍの加算手段の出力信号を前記増幅手段を介して前記電気信号として前記スピーカ及び前記遅延手段に供給し、前記各適応フィルタでは対応する加算手段の出力信号と前記遅延手段の出力信号とに基づいて前記音響帰還路の伝達関数を模擬するようにフィルタ係数の更新を行なうものである。
【００１８】
第２の適応ハウリングキャンセラは、例えばｍ＝３とすれば、前述した第１の適応ハウリングキャンセラにおいて、第２の適応フィルタ及び第２の加算器の組と同様の構成の第３の適応フィルタ及び第３の加算器の組を第２の適応フィルタ及び第２の加算器の組に並列に接続し、第２の適応フィルタに比べて第３の適応フィルタのフィルタ係数の更新間隔を小さく設定したものに相当する。同様にして適応フィルタ及び加算器の組を４つ以上設けることもできる。
【００１９】
第２の適応ハウリングキャンセラによれば、第１の適応ハウリングキャンセラに関して前述したと同様の作用効果が得られる他、大ホール等の大空間における音響設備でのハウリング発生を防止するのが容易となる実益がある。
【００２０】
上記した第１及び第２の適応ハウリングキャンセラにあっては、前記第２の適応フィルタに入力される前記遅延手段の出力信号に対して前記第１の適応フィルタの出力信号を混合する混合手段を更に設けてもよい。この場合、第２の適応フィルタでは、混合手段の出力信号と第２の加算手段の出力信号とに基づいて適切なフィルタ係数を推定することができる。
【００２１】
上記した第１又は第２の適応ハウリングキャンセラにあっては、前記第１の適応フィルタのフィルタ係数を更新するときに前記第２の適応フィルタのフィルタ係数を初期値にリセットするようにしてもよい。このようにすると、第２の適応フィルタにおいて過去のフィルタ係数の残響を少なくすることができ、フィルタ係数の推定精度が向上する。この場合、第２の適応フィルタのフィルタ係数をリセットする前に該フィルタ係数を参照して第１の適応フィルタの新たなフィルタ係数を推定してもよい。このようにすると、第１の適応フィルタでは、第２の適応フィルタのフィルタ係数も加味して適切なフィルタ係数を推定することができる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、適応ハウリングキャンセラにおいて、フィルタ係数の更新間隔が長い第１の適応フィルタと、フィルタ係数の間隔が短い第２の適応フィルタとを設け、各適応フィルタ毎に帰還音信号を抑圧する構成にしたので、残響時間が長い室内のハウリング発生を確実に防止できると共に音質を損なうことも少なくなる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、この発明の第１の実施形態に係る適応ハウリングキャンセラを備えた拡声装置を示すものである。講堂又はホール等の所定の空間内には、マイクロホン１２及びスピーカ１８が配置される。マイクロホン１２を介して入力される音信号は、Ａ／Ｄ変換処理によりディジタル形式の信号ｙ（ｋ）に変換される。信号ｙ（ｋ）は、加算器１４（１），１４（２）を介して増幅器１６に供給され、増幅される。増幅器１６は、増幅機能のみならず、フィルタ機能（周波数成分変更機能）を有することもある。Ｇ（ｚ）は、増幅器１６の伝達関数である。増幅器１６からの信号ｘ（ｋ）は、Ｄ／Ａ変換処理によりアナログ形式の信号に変換され、この信号がスピーカ１８により音響に変換される。なお、ｒ（ｋ）は、雑音成分を示し、ｒ（ｋ）を受取る加算器のシンボルは、雑音混入を示す。
【００２４】
音響帰還路２０は、スピーカ１８からマイクロホン１２に至る音響系路であり、この系路は、伝達関数Ｈ（ｚ）を有する。音響帰還路２０を介して帰還される帰還音信号ｄ（ｋ）は、話者等の音源からの音信号からなる音源信号ｓ（ｋ）と混合されてマイクロホン１２に入力される。マイクロホン１２は、入力に係る混合音信号を電気信号に変換して出力する。
【００２５】
適応ハウリングキャンセラは、遅延器２２、適応フィルタ２４（１），２４（２）、加算器１４（１），１４（２）を備えている。遅延器２２は、信号ｘ（ｋ）に対して音響帰還路２０の時間遅延に対応する時間遅延τを付与して出力するもので、出力信号ｘ（ｋ−τ）を適応フィルタ２４（１），２４（２）に供給する。適応フィルタ２４（１），２４（２）は、いずれも図１３に関して前述した適応フィルタと同様の構成であり、帰還音信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄ１（ｋ），ｄ２（ｋ）をそれぞれ伝達関数Ｈ１（ｚ），Ｈ２（ｚ）に従って出力する。
【００２６】
信号ｄ１（ｋ）は、加算器１４（１）に供給され、信号ｙ（ｋ）から差引かれる。加算器１４（１）は、信号ｅ１（ｋ）＝ｙ（ｋ）−ｄ１（ｋ）＝ｓ（ｋ）＋ｄ（ｋ）−ｄ１（ｋ）を出力し、出力信号ｅ１（ｋ）を加算器１４（２）及び適応フィルタ２４（１）に供給する。信号ｄ２（ｋ）は、加算器１４（２）に供給され、信号ｅ１（ｋ）から差引かれる。加算器１４（２）は、信号ｅ２（ｋ）＝ｅ１（ｋ）−ｄ２（ｋ）＝ｓ（ｋ）＋ｄ（ｋ）−ｄ１（ｋ）−ｄ２（ｋ）を出力し、出力信号ｅ２（ｋ）を適応フィルタ２４（２）及び増幅器１６に供給する。Δｋ１２＝ｄ（ｋ）−ｄ１（ｋ）−ｄ２（ｋ）とすれば、信号ｅ２（ｋ）は、ｅ２（ｋ）＝ｓ（ｋ）＋Δｋ１２なる式で表わされる。Δｋ１２を十分小さくするようにすれば、信号ｅ２（ｋ）は、信号ｄ（ｋ）の影響を免れて実質的にｓ（ｋ）のみとなり、ハウリング発生を防止可能となる。
【００２７】
適応フィルタ２４（１）において、タップ数は多く、例えば数千〜数万とし、フィルタ係数の更新間隔は長く、例えば数千〜数万サンプル毎に更新するものとする。このような条件に適合する適応アルゴリズムとして、例えばＳＴＦＴ−ＣＳ法等を用いる。このような適応アルゴリズムを用い且つ信号ｘ（ｋ−τ）及びｅ１（ｋ）に基づいて伝達関数Ｈ１（ｚ）が伝達関数Ｈ（ｚ）に一致又は近似するようにフィルタ係数の更新を長い更新間隔で行なうことにより信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄ１（ｋ）を得る。
【００２８】
適応フィルタ２４（２）において、タップ数は少なく、例えば数十〜数百とし、フィルタ係数の更新間隔は短く、例えば１〜数百サンプル毎に更新するものとする。このような条件に適合する適応アルゴリズムとして、例えばＬＭＳアルゴリズム又はＲＬＳアルゴリズム等を用いる。このような適応アルゴリズムを用い且つ信号ｘ（ｋ−τ）及びｅ２（ｋ）に基づいて伝達関数Ｈ２（ｚ）が伝達関数Ｈ（ｚ）に一致又は近似するようにフィルタ係数の更新を短い更新間隔で行なうことにより信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄ２（ｋ）を得る。
【００２９】
上記のようにして信号ｄ１（ｋ），ｄ２（ｋ）を得ることにより前述のΔｋ１２を小さくすることができ、ハウリング発生を防止することができる。この発明によれば、フィルタ係数の更新間隔が異なる適応フィルタ２４（１），２４（２）を用いたので、音源信号によらず収束性能（収束精度及び収束速度）が良好な適応ハウリングキャンセラを実現できる。
【００３０】
次の表１は、適応フィルタ２４（１）で用いるＳＴＦＴ−ＣＳ法等の更新間隔が長い適応アルゴリズムと、適応フィルタ２４（２）で用いるＬＭＳアルゴリズム等の更新間隔が短い適応アルゴリズムとに関してハウリングへの対応速度を対比して示すと共にフィルタ係数の更新に必要な演算量を対比して示すもので、○印は利点を、×印は欠点をそれぞれ表わす。
【００３１】
【表１】
2006025292.tif 000003
【００３２】
表１によれば、更新間隔が長い適応アルゴリズムは、ハウリングへの対応速度が遅いものの、タップ数が増加してもフィルタ係数の更新に必要な演算量が少ない利点を有する。これに対し、更新間隔が短い適応アルゴリズムは、フィルタ係数の更新に必要な演算量が多いものの、ハウリングへの対応速度が速い利点を有する。
【００３３】
次の表２は、適応フィルタ２４（１）で適応アルゴリズムとして用いられるＳＴＦＴ−ＣＳ法と、適応フィルタ２４（２）で適応アルゴリズムとして用いられるＬＭＳアルゴリズムとに関してフィルタ係数の更新に必要な演算量のオーダーを適応フィルタのタップ数Ｎの関数として示すものである。
【００３４】
【表２】
2006025292.tif 000004
【００３５】
表２によれば、ＳＴＦＴ−ＣＳ法では、タップ数Ｎが増加しても演算量の増加はわずかであるのに対し、ＬＭＳアルゴリズムではタップ数Ｎに比例して、ＲＬＳアルゴリズムではタップ数Ｎの二乗に比例してそれぞれ著しく演算量が増加することがわかる。
【００３６】
この発明では、適応フィルタ２４（１）においてＳＴＦＴ−ＣＳ法等の更新間隔が長い適応アルゴリズムを用いるので、タップ数が多くても演算量が少ない。このため、タップ数を多くすることで伝達関数Ｈ（ｚ）の長い区間を模擬するように伝達関数Ｈ１（ｚ）を精度良く推定することができる。従って、音質への影響を少なくすることができる。また、このようにしても、演算量は少なくて済む。
【００３７】
一方、適応フィルタ２４（２）においては、更新間隔が短いＬＭＳアルゴリズム等の適応アルゴリズムを用いるので、ハウリングへの対応速度が速く、伝達関数Ｈ（ｚ）の急激な変動時などに高速で成長するハウリングを確実に抑圧することができる。また、伝達関数Ｈ（ｚ）が長い（残響時間が長い）室内であっても、適応フィルタ２４（２）でタップ数を少なく設定できるため、演算量が少なくて済む。適応フィルタ２４（１），２４（２）の合計の演算量は、例えば図１２の回路においてＬＭＳアルゴリズムのみを用いてタップ数の多い適応フィルタのフィルタ係数を更新するのに比べて少なくなる。
【００３８】
更新間隔が長い適応アルゴリズムを用いる適応フィルタ２４（１）及び更新間隔が短い適応アルゴリズムを用いる適応フィルタ２４（２）は、フィルタ係数の推定精度と、ハウリング発生防止機能とを損わないように接続する必要がある。適応アルゴリズムは、「適用する時変システムの時間変化に比べて十分に短い時間でフィルタ係数を推定する」という仮定に基づいている。従って、適応フィルタ２４（１）より更新間隔が短い（つまり、フィルタ係数の時間変化が高速な）適応フィルタ２４（２）は、適応フィルタ２４（１）を適用するシステムに入らないように接続しなければならない。一方、適応フィルタ２４（１）は、適応フィルタ２４（２）に比べて十分遅くフィルタ係数が変化するため、適応フィルタ２４（２）を適用するシステムに入っても構わない。このため、図１の回路では、適応フィルタ２４（２）を適用するシステムに適応フィルタ２４（１）を入れるようにしている（適応フィルタ２４（１）を適用するシステムに適応フィルタ２４（２）を入れないようにしている）。
【００３９】
適応フィルタ２４（１）におけるフィルタ係数の時間変化は、適応フィルタ２４（２）におけるフィルタ係数の時間変化に比べて十分遅いが、完全に無視できるほど小さくはない。このため、適応フィルタ２４（２）におけるフィルタ係数の更新に忘却係数を導入したり、適応フィルタ２４（１）でのフィルタ係数更新時に適応フィルタ２４（２）のフィルタ係数を初期値（例えばゼロ）にリセットしたりするなどして過去のフィルタ係数の影響を少なくするのが好ましい。また、適応フィルタ２４（１）でのフィルタ係数更新時に適応フィルタ２４（２）のフィルタ係数をリセットする際には、リセット前にリセット対象の適応フィルタ２４（２）のフィルタ係数を参照して適応フィルタ２４（１）のフィルタ係数を更新してもよい。
【００４０】
図２は、この発明の第２の実施形態に係る適応ハウリングキャンセラを備えた拡声装置を示すもので、図１と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４１】
図２の実施形態の特徴は、遅延器２２の出力信号ｘ（ｋ−τ）をバッファ２６を介して加算器２８に供給すると共に適応フィルタ２４（１）の出力信号ｄ１（ｋ）をバッファ３０を介して加算器２８に供給し、加算器２８から適応フィルタ２４（２）には加算出力としての混合信号ａ（ｋ）＝ｘ（ｋ−τ）＋ｄ１（ｋ）を供給するようにしたことである。適応フィルタ２４（２）では、図１に示した信号ｘ（ｋ−τ）の代りに混合信号ａ（ｋ）を用いることにより混合信号ａ（ｋ）と信号ｅ２（ｋ）とに基づいてフィルタ係数を推定する。このようにしても、図１の適応ハウリングキャンセラと同様の作用効果が得られる。
【００４２】
図３は、この発明の第３の実施形態に係る適応ハウリングキャンセラを備えた拡声装置を示すもので、図１と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４３】
図３の実施形態の特徴は、各々遅延器２２の出力信号ｘ（ｋ−τ）が供給される第１〜第ｍ（ｍは３以上の整数）の適応フィルタ２４（１）〜２４（ｍ）を設けると共にマイクロホン１２の出力側に第１〜第ｍの加算器を直列接続したことである。第１〜第ｍの適応フィルタは、それぞれ伝達関数Ｈ１（ｚ）〜Ｈｍ（ｚ）に従って信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄ１（ｋ）〜ｄｍ（ｋ）を出力し、加算器１４（１）〜１４（ｍ）にそれぞれ供給する。加算器１４（１）は、信号ｙ（ｋ）から信号ｄ１（ｋ）を差引いた信号ｅ１（ｋ）を出力し、加算器１４（２）は信号ｅ１（ｋ）から信号ｄ２（ｋ）を差引いた信号ｅ２（ｋ）を出力し、加算器１４（３）は信号ｅ２（ｋ）からｄ３（ｋ）を差引いた信号ｅ３（ｋ）を出力し…というようにして加算器１４（１）〜１４（ｍ）は直列接続され、適応フィルタ２４（１）〜２４（ｍ）には、加算器１４（１）〜１４（ｍ）の出力信号ｅ１（ｋ）〜ｅｍ（ｋ）がそれぞれ供給される。
【００４４】
適応フィルタ２４（１）から適応フィルタ２４（ｍ）に進むにつれてタップ数とフィルタ係数の更新間隔とがそれぞれ減少するように各適応フィルタ毎にタップ数とフィルタ係数の更新間隔とが設定される。一例として、ｍ＝３とした場合、適応フィルタ２４（１），２４（２），２４（３）のタップ数はそれぞれ数万，数千，数十〜数百とし、適応フィルタ２４（１），２４（２），２４（３）のフィルタ係数の更新間隔をそれぞれ数万サンプル毎，数千サンプル毎，１〜数百サンプル毎に更新するものとすることができる。
【００４５】
図３の回路は、図１の回路において、適応フィルタ及び加算器の組を３組以上にしたものに相当し、図１に関して前述したと同様の作用効果が得られる。その上、適応フィルタ及び加算器の組を３組以上とすることで大ホール等の大空間における音響設備でのハウリング発生を防止するのが容易となる利点もある。
【００４６】
なお、図３の回路においては、図２に関して前述したと同様に信号ｄ１（ｋ）を信号ｘ（ｋ−τ）に混合した信号を信号ｘ（ｋ−τ）の代りに適応フィルタ２４（２）に供給するようにしてもよい。また、同様にして信号ｄｍ−１（ｋ）を信号ｘ（ｋ−τ）に混合した信号を適応フィルタ２４（ｍ）に供給するようにしてもよい。
【００４７】
本願の発明者は、この発明の効果を確認するためにシミュレーション実験を行なった。この実験には、図４に示すような回路構成の拡声装置が用いられた。図４の回路は、雑音成分ｒ（ｋ）を混入する加算器がない点を除いて図１の回路と同様の構成であり、同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。図４の回路において、シミュレーション条件は、一例として、
・適応フィルタ２４（１）
タップ数：１６，３８４
適応アルゴリズム：ＳＴＦＴ−ＣＳ法
・適応フィルタ２４（２）
タップ数：２５６
適応アルゴリズム：Leaky ＬＭＳアルゴリズム
・伝達関数Ｈ（ｚ）
タップ数：４８，０００
とした。図５には、このようなシミュレーション条件で図４の回路を用いて行なわれたシミュレーション実験の結果として信号ｅ２（ｋ）の経時変化を示す。
【００４８】
図６は、第１の比較例に係る拡声装置の回路構成を示すものである。図６の回路は、図４の回路から適応ハウリングキャンセラを除去したものに相当し、信号ｅ２（ｋ）は、信号ｙ（ｋ）からなっている。図７には、前述のシミュレーション条件で図６の回路を用いて行なわれたシミュレーション実験の結果として信号ｅ２（ｋ）の経時変化を示す。図７によれば、信号ｅ２（ｋ）が２［ｓｅｃ］経過の直前から発散状態となり、ハウリングが発生しているのがわかる。
【００４９】
図８は、第２の比較例に係る拡声装置の回路構成を示すものである。図８の回路は、図４の回路から適応フィルタ２４（２）及び加算器１４（２）を除去したものに相当し、信号ｅ２（ｋ）は、信号ｅ１（ｋ）からなっている。図９には、前述のシミュレーション条件で図８の回路を用いて行なわれたシミュレーション実験の結果として信号ｅ２（ｋ）の経時変化を示す。図９によれば、信号ｅ２（ｋ）が２［ｓｅｃ］経過の前後で発散傾向を示すものの、それ以降は低レベルとなり、ハウリング発生が抑制されているが、一時的にレベルが過大となっており、サチュレーションが生じる可能性が高い。
【００５０】
図１０は、第３の比較例に係る拡声装置の回路構成を示すものである。図１０の回路は、図４の回路から適応フィルタ２４（１）及び加算器１４（１）を除去したものに相当し、加算器１４（２）には、信号ｙ（ｋ）が入力されている。図１１には、前述のシミュレーション条件で図１０の回路を用いて行なわれたシミュレーション実験の結果として信号ｅ２（ｋ）の経時変化を示す。図１１によれば、ハウリング発生が抑制されているものの、信号ｅ２（ｋ）のレベルがやや高く、音質への影響が大きいことがわかる。
【００５１】
図５を図９，１１と対比すると、この発明に係る図５の場合には、信号ｅ２（ｋ）が２［ｓｅｃ］経過の前後で比較的低レベルとなり、それ以降は更に低レベルとなっているのがわかる。従って、この発明によれば、音質への影響を少なくしつつハウリング発生を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】この発明の第１の実施形態に係る適応ハウリングキャンセラを備えた拡声装置を示す回路図である。
【図２】この発明の第２の実施形態に係る適応ハウリングキャンセラを備えた拡声装置を示す回路図である。
【図３】この発明の第３の実施形態に係る適応ハウリングキャンセラを備えた拡声装置を示す回路図である。
【図４】この発明の効果確認実験に用いられた拡声装置を示す回路図である。
【図５】図４の拡声装置における信号ｅ２（ｋ）の経時変化を示す波形図である。
【図６】第１の比較例に係る拡声装置を示す回路図である。
【図７】図６の拡声装置における信号ｅ２（ｋ）の経時変化を示す波形図である。
【図８】第２の比較例に係る拡声装置を示す回路図である。
【図９】図８の拡声装置における信号ｅ２（ｋ）の経時変化を示す波形図である。
【図１０】第３の比較例に係る拡声装置を示す回路図である。
【図１１】図１０の拡声装置における信号ｅ２（ｋ）の経時変化を示す波形図である。
【図１２】従来の適応ハウリングキャンセラを備えた拡声装置を示す回路図である。
【図１３】図１２の適応フィルタの詳細を示す回路図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０：拡声装置、１２：マイクロホン、１４（１）〜１４（ｍ），２８：加算器、１６：増幅器、１８：スピーカ、２０：音響帰還路、２２：遅延器、２４（１）〜２４（ｍ）：適応フィルタ、２６，３０：バッファ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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