(57)【要約】【課題】  音場環境の変化によるハウリングの発生にも対応でき、初期設置時の設定を容易にするハウリングキャンセラを提供する。【解決手段】  信号生成部９は、測定用信号を加算器５と自動設定部１０に出力する。測定用信号はスピーカ６から音響帰還路を経てマイクロフォン１に帰還する。自動設定部１０は、測定用信号のインパルス応答を基にして、直接音到来時間やインパルス応答の減衰を測定する。適応フィルタ８で推定されるインパルス応答を用いて直接音到来時間や減衰を測定する。測定した直接音到来時間からディレイ回路７の遅延量を設定し、インパルス応答の減衰から適応フィルタ８のタップ数を設定する。これにより、設置する音場環境に最も適したパラメータを設定することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路の伝達関数を推定して、マイクロフォンの入力信号から帰還音声信号をキャンセルする適応フィルタを備えたハウリングキャンセラであって、
入力信号から帰還音声信号をキャンセルした後の信号である残差信号を所定時間遅延させるディレイ回路と、
スピーカとディレイ回路に測定用信号を入力する音源部と、
適応フィルタが推定する測定用信号の帰還音声信号を基にして、少なくともディレイ回路の遅延量を設定する設定手段、
を備えたことを特徴とするハウリングキャンセラ。
【請求項２】
前記設定手段は、適応フィルタが推定する測定用信号の帰還音声信号を基にして、前記適応フィルタのパラメータを設定することを特徴とする請求項１に記載のハウリングキャンセラ。
【請求項３】
残差信号を遮断するスイッチ手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハウリングキャンセラ。
【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用いられ、ハウリングを抑制するハウリングキャンセラに関する。
【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ハウリングを抑制するための調整に熟練を要していた。
【０００５】
上記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）
一方で、ハウリングを効率的に防止するために、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の発生を防止するハウリングキャンセラが提案されている（例えば非特許文献１参照）。
【０００６】
図８は上記のハウリングキャンセラを示した図である。マイクロフォン１０１およびスピーカ１０４は講堂やホール等、同一の音響空間に設置されている。ここで、マイクロフォン１０１から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で増幅されたのちＡ／Ｄコンバータによってディジタル信号ｙ（ｋ）に変換される。
【０００７】
信号ｙ（ｋ）は、加算器１０２を介して増幅器１０３に供給され、増幅される。Ｇ（ｚ）は、増幅器１０３の伝達関数である。増幅器１０３から出力された信号ｘ（ｋ）は、Ｄ／Ａコンバータによって音声信号に変換された後にスピーカ１０４から発音される。
【０００８】
スピーカ１０４から発音された音声は音響帰還路１０５を経てマイクロフォン１０１に帰還する。音響帰還路１０５は、スピーカ１０４からマイクロフォン１０１に至る音響経路である。Ｈ（ｚ）は音響帰還路１０５の伝達関数である。音響帰還路１０５を介して帰還される帰還信号ｄ（ｋ）は、話者等の音源が発生する音源信号ｓ（ｋ）とともにマイクロフォン１０１に入力される。マイクロフォン１０１は、この入力された音声をディジタル信号に変換してｙ（ｋ）として出力する。
【０００９】
このような拡声装置では、マイクロフォン１０１−増幅器１０３−スピーカ１０４−音響帰還路１０５−マイクロフォン１０１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を超えると、帰還信号ｄ（ｋ）が増大されてハウリング発生となる。同図に示す拡声装置では、このようなハウリングの発生を防止するために、ディレイ回路１０６、適応フィルタ１０７および加算器１０２を含むハウリングキャンセラを有している。
【００１０】
ディレイ回路１０６は、増幅器１０３の出力信号ｘ（ｋ）を音響帰還路１０５の時間遅延に対応した遅延時間τを付与して信号ｘ（ｋ−τ）として適応フィルタ１０７に出力するものである。適応フィルタ１０７は、図９に示すようにフィルタ部１０７ａおよびフィルタ係数推定部１０７ｂを有しており、信号ｘ（ｋ−τ）は、フィルタ部１０７ａおよびフィルタ係数推定部１０７ｂの両方に入力される。
【００１１】
フィルタ部１０７ａは、音響帰還路１０５の伝達関数Ｈ（ｚ）を模擬した伝達関数Ｆ（ｚ）でマイクロフォン１０１から入力される信号を減衰するようにフィルタ係数が設定されている。したがって、適応フィルタ１０７から出力された信号ｄｏ（ｋ）は、音響帰還路１０５の伝達関数Ｈ（ｚ）を模擬した伝達関数Ｆ（ｚ）で信号ｘ（ｋ−τ）をフィルタリングした信号であるため、スピーカ１０４から音響帰還路１０５を伝達してマイクロフォン１０１に再入力される帰還信号ｄ（ｋ）を模擬したものとなる。
【００１２】
加算器１０２は、マイクロフォン１０１から入力された信号ｙ（ｋ）（ここで、ｙ（ｋ）は音源信号と帰還信号を加算した信号）から、帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を減算した信号ｅ（ｋ）を生成する。これにより、入力信号から帰還信号が除去され、ハウリングをキャンセルすることができる。
【００１３】
フィルタ係数推定部１０７ｂは、適応アルゴリズムを用いて信号ｘ（ｋ−τ）およびｅ（ｋ）に基づいて伝達関数Ｆ（ｚ）が伝達関数Ｈ（ｚ）に一致または近似するようにフィルタ部１０７ａのフィルタ係数を逐次更新する。この結果、信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）が得られ、ハウリング発生を防止することができる。
【特許文献１】特開平６−４６４９０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）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
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。
【００１５】
一方で、非特許文献１に記載のハウリングキャンセラは、スピーカやマイクロフォンの位置関係の変化や、設置環境の変化に適応していくものであるが、上述のディレイ回路の遅延時間量は初期設置時等に手動で設定するものであった。したがって、設置環境におけるスピーカからマイクロフォンへの帰還時間に正確に合わせるには熟練を要し、設定後に大きな環境変化があった場合には対応できなかった。
【００１６】
本発明は、上記の事情に鑑み、音場環境の変化によるハウリングの発生にも対応でき、初期設置時の設定を容易にするハウリングキャンセラ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】
【００１７】
請求項１に記載の発明は、スピーカからマイクロフォンに至る音響帰還路の伝達関数を推定して、マイクロフォンの入力信号から帰還音声信号をキャンセルする適応フィルタを備えたハウリングキャンセラであって、入力信号から帰還音声信号をキャンセルした後の信号である残差信号を所定時間遅延させるディレイ回路と、スピーカとディレイ回路に測定用信号を入力する音源部と、適応フィルタが推定する測定用信号の帰還音声信号を基にして、少なくともディレイ回路の遅延量を設定する設定手段、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
この発明では、測定用の信号をディレイ回路とスピーカに入力する。測定用信号は例えばホワイトノイズやピンクノイズ等である。使用者等が測定開始を指示すると、測定用信号がスピーカから発音され、マイクロフォンに帰還して入力される。設定手段は、測定用信号のインパルス応答を基にして、スピーカからマイクロフォンへの直接音到来時間を測定し、ディレイ回路の遅延量を設定する。インパルス応答は適応フィルタの推定したものを用いる。例えば、インパルス応答のパワーが所定の閾値を超えるタイミングを測定することで直接音到来時間と判断する。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、上記発明において、前記設定手段は、適応フィルタが推定する測定用信号の帰還音声信号を基にして、前記適応フィルタのパラメータを設定することを特徴とする。
【００２０】
この発明では、設定手段は、測定用信号のインパルス応答を基に、音響帰還路の残響時間等をさらに測定し、適応フィルタのタップ数を残響時間に応じて設定する。これにより無駄なタップ数を削減して演算量を抑えることが可能となる。また、スピーカからマイクロフォンへの直接音と、間接音（ノイズ等）の比を計測して適応フィルタの収束パラメータを設定する。間接音成分が多く含まれる場合には、適応フィルタの収束が低速になるように収束パラメータを小さくする。これにより誤差の増大を防止できる。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、上記発明において、残差信号を遮断するスイッチ手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００２２】
この発明では、マイクロフォンに帰還した測定信号が再びスピーカより発音されないように、測定時に信号を遮断する。これにより測定時にハウリングが発生するのを防止することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、この発明によれば、測定用の信号をディレイ回路とスピーカに入力し、適応フィルタが推定するマイクロフォンへの帰還信号を基にしてディレイ回路等の設定を行うことで、設置環境に最も適したパラメータを適応フィルタに設定することが可能となる。これにより、音場環境の変化によるハウリングの発生にも高精度に対応でき、初期設置時の設定を容易に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】
【００２４】
以下、本発明の実施形態の適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムについて図を用いて詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明の実施形態に係るハウリングキャンセラ内蔵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、マイクロフォン１、加算器２、スイッチ回路３、増幅器４、加算器５、スピーカ６、ディレイ回路７、適応フィルタ８、信号生成部９、および自動設定部１０からなり、マイクロフォン１およびスピーカ６は講堂やホール等に配置される。
【００２６】
マイクロフォン１に入力された音声信号はＡ／Ｄ変換処理によりディジタル信号として加算器２に入力される。加算器２は、マイクロフォン１の入力信号から適応フィルタ８の出力信号を差し引いて出力する。加算器２の出力信号は、スイッチ回路３を経て増幅器４に入力される。増幅器４は加算器２から入力された信号を増幅する。増幅器４で増幅された信号は加算器５を経てスピーカ６に出力される。スピーカ６に伝達された信号はアナログ音声信号に変換されて放音される。ここでスピーカ６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。
【００２７】
この例におけるハウリングキャンセラは、ディレイ回路７および適応フィルタ８により、マイクロフォン１から入力された音声信号が増幅器４およびスピーカ６、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。
【００２８】
ディレイ回路７は、スピーカ６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。具体的には、増幅器４から出力された信号が、スピーカ６を経てマイクロフォン１に帰還するまでの時間量と合致するようにディレイ回路７の時間遅延をあらかじめ設定する。設定した遅延量が実際の帰還信号の時間遅延に近いほどハウリング抑制の精度が高くなる。ディレイ回路７で時間遅延を付与されて出力した信号は適応フィルタ８に入力される。
【００２９】
適応フィルタ８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７が遅延した信号をフィルタリングする有限長のフィルタ（ＦＩＲフィルタ）である。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２に出力する。適応フィルタ８は、音響空間の残響時間を想定したタップ数を備える。具体的には、スピーカ６から出力された信号が音響空間で残響する時間に合致するように適応フィルタ８のタップ数をあらかじめ設定する。設定したタップ数（タップ長）が実際の音響空間における残響時間に近いほどハウリング抑制の精度が高くなる。
【００３０】
適応フィルタ８は、図２に示すようにフィルタ部８ａおよびフィルタ係数推定部８ｂからなるもので、フィルタ部８ａおよびフィルタ係数推定部８ｂにはそれぞれディレイ回路７から遅延した信号が入力される。フィルタ部８ａは入力された信号をフィルタリングし、加算器２に出力する。加算器２は、フィルタ部８ａの出力信号をマイクロフォンの入力信号から差し引く。
【００３１】
フィルタ係数推定部８ｂは、ディレイ回路７で遅延された過去の信号と加算器２の出力信号である現在の信号とに基づいて帰還信号の消去誤差を検出し、模擬信号を帰還信号に一致または近似させるべくフィルタ部８ａの伝達関数を自動更新する。
【００３２】
フィルタ係数推定部８ｂの伝達関数更新は適応アルゴリズムを用いる。適応アルゴリズムは、例えばＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムを用いる。
【００３３】
この実施形態におけるハウリングキャンセラは、ディレイ回路７の遅延量や適応フィルタ８のタップ数を変更できるモードである設定動作を行うものである。
【００３４】
信号生成部９は、設定動作において、測定用信号を加算器５に入力する。測定用信号は例えば、ホワイトノイズやピンクノイズ等である。加算器５は、測定用信号をスピーカ６とディレイ回路７に入力する。
【００３５】
自動設定部１０は、設定動作において、スイッチ回路３をオフするように指示し、適応フィルタ８で推定される伝達関数を基にしてスピーカ６からマイクロフォン１への直接音到来時間や音響空間における残響時間等を測定する。具体的には、適応フィルタ８で推定されるフィルタ係数を測定し、フィルタ係数のパワーが所定の閾値を超えるタップ番号から算出される時間を直接音到来時間とみなす。また、インパルス応答の減衰を調べることで、音響空間の残響時間を測定する。さらに、測定した直接音到来時間や残響時間等を基にしてディレイ回路７遅延量と適応フィルタ８のタップ数を設定する。また、適応フィルタ８の収束パラメータの設定も行う。
【００３６】
なお、設定動作時にスイッチ回路３をオフにすることで、測定用信号が再度スピーカ６に入力することが無くなるためにハウリングを発生させないことが確実となるが、このスイッチ回路３が無い場合であっても本実施形態の設定動作を行うことは可能である。
【００３７】
ディレイ回路７の遅延量が、スピーカ６からマイクロフォン１に帰還する時間遅延に比べて大きすぎる場合、実際の帰還音声信号の時間遅延よりも大きく遅れた信号が適応フィルタ８に入力され、帰還音声信号の推定ができないために、ハウリングを抑制することが困難となる。
【００３８】
適応フィルタ８のタップ数は、残響時間、すなわちインパルス応答の減衰に対応するものであり、実際の残響時間よりも多いタップ数は帰還音声信号のキャンセルには寄与せずに逆位相の信号を加算することもあり、かえって別の信号が加わってしまうことにもなる。また、タップ数が多いと演算量が増大し、適応フィルタ８の処理に負担がかかることとなる。
【００３９】
適応フィルタ８のフィルタ係数は忘却係数λやステップサイズαと呼ばれる収束パラメータで更新される。忘却係数λはそれまでのフィルタ係数に乗ずる係数であり、０〜１の範囲に設定する。忘却係数λを小さくするとそれまでのフィルタ係数を消去して更新を促進することになる。ステップサイズαは修正の大きさを表す係数であり、ステップサイズαを大きくすると修正したフィルタ係数をより多く利用することとなり、更新を促進することになる。インパルス応答に誤差が多く含まれた状態でステップサイズαを大きくすると、この誤差を増大させることとなる。
【００４０】
本発明の適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムは、自動設定部１０が上記パラメータを最適な値に設定することで安定してハウリングを防止することができるものである。
【００４１】
次に、ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの動作について詳細に説明する。
【００４２】
図３は本発明の実施形態のハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの伝達特性を示した図である。同図（Ａ）は通常動作時におけるハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの伝達特性を示した図である。同図に示すように、マイクロフォン１を介して入力された音声信号は、Ａ／Ｄ変換処理によりディジタル信号ｙ（ｋ）に変換されて加算器２を介して増幅器４に入力される。増幅器４は、入力された信号ｙ（ｋ）を増幅するためのものである。Ｇ（ｚ）は増幅器４の伝達関数である。
【００４３】
増幅器４から出力された信号ｘ（ｋ）は、Ｄ／Ａ変換処理によりアナログ音声信号に変換されてスピーカ６から音声を発音する。スピーカ６から発音された音声は音響帰還路１１を経てマイクロフォン１に帰還する。音響帰還路１１は、スピーカ６からマイクロフォン１に至る音響経路である。Ｈ（ｚ）は音響帰還路１１の伝達関数である。音響帰還路１１を介して帰還される帰還信号ｄ（ｋ）は、話者等の音源が発生する音源信号ｓ（ｋ）とともにマイクロフォン１に入力される。マイクロフォン１は、この入力された音声信号をディジタル信号に変換してｙ（ｋ）として出力する。
【００４４】
また、増幅器４から出力された信号ｘ（ｋ）は、ディレイ回路７にも入力される。ディレイ回路７は、入力された信号ｘ（ｋ）に対し、時間遅延を付与して出力するもので、ここではスピーカ６からマイクロフォン１に帰還する帰還音声信号の時間遅延を推定した時間遅延τを付与するものである。ディレイ回路７で時間遅延τを付与されて出力した信号ｘ（ｋ−τ）は適応フィルタ８に入力される。
【００４５】
適応フィルタ８は、図２に示したようにフィルタ部８ａおよびフィルタ係数推定部８ｂからなるもので、フィルタ部８ａおよびフィルタ係数推定部８ｂにはそれぞれディレイ回路７から出力された信号ｘ（ｋ−τ）が入力される。フィルタ部８ａはスピーカ６からマイクロフォン１への帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を出力して、加算器２でマイクロフォン１から再入力される信号ｙ（ｋ）から帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を差し引くようにする。帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）は、伝達関数Ｆ（ｚ）に従って上記ディレイ回路７から出力された信号ｘ（ｋ−τ）を基に決定される。フィルタ係数推定部８ｂは、ディレイ回路７から出力された信号ｘ（ｋ−τ）とマイクロフォン１から増幅器４に伝達される信号のうち上記帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を差し引いた信号ｅ（ｋ）とを基にして、適応アルゴリズムを用い、帰還信号を模擬した信号ｄｏ（ｋ）が実際の帰還信号ｄ（ｋ）に一致もしくは近似するようにフィルタ部８ａのフィルタ係数を更新するものである。適応アルゴリズムは、例えばＬＭＳアルゴリズムを用いる。信号ｅ（ｋ）の２乗平均値Ｊ＝Ｅ［ｅ（ｋ）２］（ただし、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、推定されたフィルタ係数を用いてフィルタ部８ａのフィルタ係数が更新される。
【００４６】
上述のように適応フィルタ８では、ディレイ回路７から出力された信号ｘ（ｋ−τ）とマイクロフォン１から増幅器４に伝達される信号ｙ（ｋ）のうち上記帰還信号ｄ（ｋ）を模擬した信号ｄｏ（ｋ）を差し引いた信号ｅ（ｋ）とを基にしてフィルタ係数を更新するので、マイクロフォン１から入力された信号のうち、信号ｄ（ｋ）をキャンセルすることが可能である。マイクロフォン１−増幅器４−スピーカ６−音響帰還路１１−マイクロフォン１の経路で形成される閉ループのゲインが１を超えたとき、帰還信号ｄ（ｋ）のうち、ある周波数の音圧値が時間経過とともに増大して周波数スペクトル上でピークを形成し、ハウリング発生となるが、適応フィルタ８は特にこのピークを減衰させるようにフィルタ係数を更新して、生成した模擬信号ｄｏ（ｋ）を入力信号ｙ（ｋ）から減算する。したがって、マイクロフォンから入力された音源信号ｓ（ｋ）と帰還信号ｄ（ｋ）を加算した信号ｙ（ｋ）が周波数一定の持続音であるときに、フィルタ係数を逐次更新してその持続音を減衰させることができる。
【００４７】
同図（Ｂ）は設定動作時におけるハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの伝達特性を示した図である。設定動作は、このハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの使用者等が設定を指示した場合に行うものである。
【００４８】
信号生成部９は、測定用信号ｎ（ｋ）を加算器５に出力する。加算器５は測定用信号ｎ（ｋ）をスピーカ６とディレイ回路７に出力する。測定用信号ｎ（ｋ）はＤ／Ａ変換処理によりアナログ音声信号に変換されてスピーカ６から音声を発音する。スピーカ６から発音された音声は音響帰還路１１を経てマイクロフォン１に帰還する。音響帰還路１１を介して帰還される帰還信号ｄ１（ｋ）は、外部からの間接音（ノイズ等）である信号ｓ１（ｋ）とともにマイクロフォン１に入力される。マイクロフォン１は、この入力された音声信号をディジタル信号に変換してｙ１（ｋ）として出力する。
【００４９】
また、信号生成部９から出力された信号ｎ（ｋ）は、ディレイ回路７にも入力される。ディレイ回路７は、入力された信号ｎ（ｋ）に対し、時間遅延τを付与するものである。ディレイ回路７で時間遅延τを付与されて出力した信号ｎ（ｋ−τ）は適応フィルタ８に入力される。
【００５０】
適応フィルタ８は、上述のようにスピーカ６からマイクロフォン１への帰還信号ｄ１（ｋ）を模擬した信号ｄ２（ｋ）を出力して、加算器２でマイクロフォン１から入力される信号ｙ１（ｋ）から帰還信号ｄ１（ｋ）を模擬した信号ｄ２（ｋ）を差し引くようにする。帰還信号ｄ１（ｋ）を模擬した信号ｄ２（ｋ）は、伝達関数Ｆ１（ｚ）に従って上記ディレイ回路７から出力された信号ｎ（ｋ−τ）を基に決定される。フィルタ係数推定部８ｂは、ディレイ回路７から出力された信号ｎ（ｋ−τ）と信号ｙ１（ｋ）から信号ｄ２（ｋ）を差し引いた信号ｅ１（ｋ）とを基にして、適応アルゴリズムを用い、帰還信号を模擬した信号ｄ２（ｋ）が実際の帰還信号ｄ１（ｋ）に一致もしくは近似するようにフィルタ部８ａのフィルタ係数を更新するものである。
【００５１】
自動設定部１０は、上記適応フィルタ８のフィルタ係数推定部８ｂを参照して、適応フィルタ８のフィルタ係数、ここではフィルタ係数推定部８ｂが推定したインパルス応答を測定する。この推定したインパルス応答を基に各種パラメータを設定する。
【００５２】
次に、自動設定部１０の動作について詳細に説明する。
【００５３】
図４は、設定動作と通常動作の切り替えを示したフローチャートである。電源をオンするとこの動作を開始する。同図に示すように、まず設定を行うか否かの判断をする（ｓ１）。適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの使用者等が電源をオンしたときに設定を指示した場合は設定動作に移る（ｓ２）。使用者等が何も指示しなければ過去の設定を読み出す。なお、過去の設定がなされていなければハウリングキャンセラのデフォルトの設定を読み出す（ｓ３）。これらの設定はハウリングキャンセラのメモリ（図示せず）等に記憶されている。設定モードを終えた後、あるいは設定を読み出した後は通常動作を開始する（ｓ４）。
【００５４】
図５は、設定動作を示したフローチャートである。同図に示したように、設定動作を開始すると、まずディレイ回路７と適応フィルタ８のパラメータを全てリセットする（ｓ５）。リセットするパラメータは、ディレイ回路７の遅延量、適応フィルタ８のタップ数、および収束パラメータである。リセットすると、ディレイ回路７の遅延量は０に設定する。タップ数と収束パラメータは適応フィルタ８の設定でき得る最大値に設定する。収束パラメータのうち、忘却係数λは最大値である１に設定すればよい。ステップサイズαは、使用する適応アルゴリズムに応じて最大値に設定する。
【００５５】
パラメータをリセットした後、スイッチ回路３をオフにして信号生成部９から測定用信号を出力する（ｓ６）。測定用信号はホワイトノイズやピンクノイズ等である。なお、スイッチ回路３を備えていない場合、スイッチ回路をオフにする処理は行わない。
【００５６】
その後、上述のように適応フィルタ８が、ディレイ回路７の出力信号とマイクロフォン１の入力信号から模擬信号を差し引いた後の残差信号を基にしてインパルス応答を推定し、フィルタ係数に反映するので、これを測定する（ｓ７）。測定したフィルタ係数のパワーを計算し、このパワーが最大となるピークパワーが所定の閾値（閾値ａ１とする）を超えたか否かを判断する（ｓ８）。すなわち、フィルタ係数のパワーが所定の閾値を超えたか否かで、スピーカ６から発音された測定用信号がマイクロフォン１に帰還しているか否かを判断する。例えばディレイ回路７の遅延量が０であると、測定用信号をディレイ回路７とスピーカ６に入力した直後に適応フィルタ８のフィルタ係数推定部８ｂに測定用信号が入力され、マイクロフォン１からの帰還信号は入力されないので、フィルタ係数のパワーは小さくなる。なお、それぞれのタップ係数の絶対値を計算して、タップ係数の絶対値のうち、最大値が所定の閾値（閾値ａ２とする）を超えたか否かで判断するようにしてもよい。
【００５７】
ピークパワーが所定の閾値以下と判断した場合、測定開始後の経過時間が所定の時間以上となるか否かを判断し（ｓ９）、所定時間以上となるまでフィルタ係数のパワーを計算する（ｓ９→ｓ７）。所定時間は、例えば適応フィルタ８のタップ数の定数倍（０．５倍等）に設定する。経過時間が所定時間以上となった場合はディレイ回路７の遅延量を変更し（ｓ１０）、フィルタ係数の測定から処理を繰り返す（ｓ１０→ｓ７）。
【００５８】
測定したフィルタ係数のパワーが閾値ａ１を超えたとき、そのパワーを示すタップとサンプリング周波数からマイクロフォン１に音声信号が到来する時間を計算し、その時間を直接音到来時間としてみなす（ｓ１１）。実際にはスピーカ６から到来した真の直接音ではなく、音響空間での反射音が到来していることになった場合であっても、本実施形態ではその時間を直接音到来時間とする。
【００５９】
なお、マイクロフォン１とスピーカ６の位置が遠すぎる等で、ディレイ回路７の遅延量を大きくしてもフィルタ係数のパワーが閾値ａ１を超えないときは設定動作を停止し、ディレイ回路７の最大遅延量を設定して通常動作に移行する。
【００６０】
直接音到来時間を測定した後、その直接音到来時間を基にしてディレイ回路７の遅延量を設定する（ｓ１２）。このとき、直接音到来時間から所定の補正時間を差し引いた時間を遅延量として設定する。例えば、直接音到来時間が１００ｍｓｅｃであった場合、補正時間として４０ｍｓｅｃ程度を設定しておき、遅延量を６０ｍｓｅｃに設定する。これは、通常動作時に、話者などが移動してマイクロフォン１とスピーカ６の位置関係が変化したときに対応できるように遅延量にマージンを持たせるためである。
【００６１】
その後、再度フィルタ係数を測定して残響時間、すなわちインパルス応答を調べる（ｓ１３）。インパルス応答の減衰は、インパルス応答の２乗積分値Ｓｆ（ｍ）を用いて次式のように表す。
【００６２】
【数１】
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【００６３】
このインパルス応答の２乗積分値Ｓｆ（ｍ）を基にしてタップ数を設定する（ｓ１４）。インパルス応答の２乗積分値Ｓｆ（ｍ）とタップ数の設定は通常動作の条件によって決定する。例えば、残響成分まで確実に消去できることが望まれる場合には、インパルス応答が十分に減衰するまでのタップ数に設定する。すなわち、２乗積分値Ｓｆ（ｍ）の値が十分に小さくなるところ、例えば２０ｄＢ減衰するところとする。また、例えば適応フィルタに高速な応答を求める場合にはインパルス応答が検出されたところの周辺が含まれる程度のタップ数に設定する。１０ｄＢ減衰することろとすればよい。これらは、使用者等が自由に設定することができる。例えば設定ボタンなどを設置し、使用者等がどちらかの条件を選択するようにすればよい。
【００６４】
また、測定したインパルス応答を基に適応フィルタ８の収束パラメータを設定してもよい。収束パラメータを設定するには、ピークパワー周辺のパワー累積とフィルタ係数全体のパワー累積の比を基準にする。例えば累積比は次式のように表す。
【００６５】
【数２】
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【００６６】
この累積比は、ピークパワーをしめすタップ番号の前後タップ数ｊのパワー累積とインパルス応答全体のパワー累積の比である。ｊは任意の数であるが、例えば５０ｍｓｅｃに相当するタップ数とする。この値が小さければ直接音以外の間接音（ノイズ等）の収音が大きいと判断できる。すなわち、推定したインパルス応答の誤差が大きいと判断することができ、この状態で更新を促進すると誤差を増大させることとなる。前述のように収束パラメータはステップサイズαと忘却係数λであるが、推定したインパルス応答の誤差が大きいと判断したときには更新を遅らせるためにステップサイズαを小さく設定する。また、同時に忘却係数λを大きくしてもよい。これにより、誤差の増大を防止できる。
【００６７】
なお、自動設定部１０は、音響伝達系のループゲインを測定するようにしてもよい。図６は、ループゲインを測定する場合のハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの伝達特性を示した図である。なお、図３に示したハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの伝達特性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。同図のように、信号生成部９は、測定用信号ｎ（ｋ）をスピーカ６、ディレイ回路７、および自動設定部１０に出力する。また、自動設定部１０は、マイクロフォン１からの信号ｙ１（ｋ）も入力する。
【００６８】
この場合において、自動設定部１０は、入力された信号について高速フーリエ変換等を行うことができる。これにより入力された信号のパワースペクトルを測定することが可能である。測定用信号ｎ（ｋ）のパワースペクトルＰＳｎと入力信号ｙ１（ｋ）のパワースペクトルＰＳｙ１を測定する。このパワースペクトルＰＳｎとパワースペクトルＰＳｙ１の比であるＰＳｙ１／ＰＳｎをループゲインとする。
【００６９】
ループゲインが大きい値を示す周波数は、ハウリングが発生しやすいと判断することができ、また、ループゲインが大きい場合は直接音のパワーが大きいと判断することができる。したがって、ループゲインに所定の閾値を設定し、閾値を超える周波数とその周辺周波数帯域については、ハウリングの発生を防止するために適応フィルタ８のステップサイズαを大きくし、更新を促進するようにする。また、忘却係数λを小さく設定してもよい。
【００７０】
なお、この場合において適応フィルタ８は、周波数領域で適応処理をすることができるものであり、各々の周波数帯域毎にステップサイズα、忘却係数λ等の収束パラメータを設定することができるものである。
【００７１】
なお、本発明の実施形態に係るハウリングキャンセラ内蔵拡声システムは、以下のような応用例が可能である。
【００７２】
図７は、本発明の応用例に係るハウリングキャンセラ内蔵拡声システムのブロック図である。なお、上述のハウリングキャンセラ内蔵拡声システム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。同図に示すように、このハウリングキャンセラ内蔵拡声システムはディレイ回路１２、適応フィルタ１３、および加算器１４をさらに備えている。スピーカ６に出力する信号はディレイ回路７とディレイ回路１２に入力され、ディレイ回路１２の出力信号は適応フィルタ１３に入力される。また、加算器２の出力端子には、加算器１４が接続されている。加算器１４は、加算器２の出力信号から適応フィルタ１３の出力信号を差し引くものである。自動設定部１０は、ディレイ回路７、ディレイ回路１２、適応フィルタ８、および適応フィルタ１３のパラメータを設定することができる。
【００７３】
適応フィルタ１３は図２に示した適応フィルタ８の構成と同様のものである。ここで、適応フィルタ１３は、適応フィルタ８に比してタップ数は少なく、フィルタ係数の更新間隔が短いものである。
【００７４】
この例において、適応フィルタ８は、適応アルゴリズムとしてフィルタ係数更新に必要な演算量の少ないものを用いる。例えばＳＴＦＴ−ＣＳ（Ｓｈｏｒｔ  Ｔｉｍｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  ａｎｄ  Ｃｒｏｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）アルゴリズムを用いる。一方で適応フィルタ１３は、フィルタ係数更新の速いＬＭＳアルゴリズム等を用いる。
【００７５】
適応フィルタ１３においてはフィルタ係数の更新を高速で行うため、タップ数が多くなると演算量が著しく増加するが、本実施形態では、適応フィルタ８のタップ数を比較的に多くしているので適応フィルタ１３においてタップ数は少なくして演算量を少なくすることができる。これにより、音響帰還路の伝達関数が急激に変動してハウリングが高速に成長しても適応フィルタ１３で抑制することが可能となる。すなわち、適応フィルタ１３は、適応フィルタ８と加算器２で消去しきれない急激な信号の変化を推定することが可能であり、その信号のピークを主としてキャンセルする。
【００７６】
この例において自動設定部１０は、上述の設定動作と同様の動作を行うが、ディレイ回路７とディレイ回路１２は異なる遅延量を設定する。上述のようにディレイ回路７では、測定した直接音到来時間から所定の補正時間を差し引いた時間を遅延量として設定するが、ディレイ回路１２においては適応フィルタ１３のタップ数に相当する時間の半分程度を補正時間として差し引く。適応フィルタ１３のタップ数に相当する時間は、サンプリング周波数によって計算することができる。これにより、適応フィルタ１３は、話者などが移動してマイクロフォン１とスピーカ６の位置関係が変化したときにも対応できるようになる。
【００７７】
なお、補正時間を大きくすることで、音響空間における長い残響時間には対応することができないが、本実施形態では適応フィルタ８のタップ数を比較的に多くし、適応フィルタ１３においては、高速にフィルタ係数を更新して急激に発生するハウリングを抑制することを目的とするものであるので、インパルス応答のピーク周辺に対応したタップ数を備えていればよい。
【００７８】
以上のように、本発明の実施形態であるハウリングキャンセラ内蔵拡声システムは、測定用信号を用いて適応フィルタの推定したインパルス応答を測定することで、音響空間における直接音到来時間や残響時間を推定することが可能となる。これを基にディレイ回路の遅延量や適応フィルタのタップ数等を設定することで、設置する音場環境に最も適したパラメータを設定することができ、効率的に安定してハウリングを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明のハウリングキャンセラ内蔵拡声システムのブロック図
【図２】適応フィルタの構成を詳細に示すブロック図
【図３】本発明のハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの伝達特性を示す図
【図４】設定動作と通常動作の切り替えを示したフローチャート
【図５】設定動作を示したフローチャート
【図６】ループゲインを測定する場合のハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの伝達特性を示す図
【図７】本発明の応用例に係るハウリングキャンセラ内蔵拡声システムのブロック図
【図８】従来の適応ハウリングキャンセラ内蔵拡声システムの伝達特性を示すブロック図
【図９】従来の適応フィルタの構成を詳細に示すブロック図
【符号の説明】
【００８０】
１−マイクロフォン
２−加算器
３−スイッチ回路
４−増幅器
５−加算器
６−スピーカ
７−ディレイ回路
８−適応フィルタ
９−信号生成部
１０−自動設定部
１１−音響帰還路
１２−ディレイ回路
１３−適応フィルタ
１４−加算器
１０１−従来の拡声システムにおけるマイクロフォン
１０２−従来の拡声システムにおける加算器
１０３−従来の拡声システムにおける増幅器
１０４−従来の拡声システムにおけるスピーカ
１０５−従来の拡声システムにおける音響帰還路
１０６−従来の拡声システムにおけるディレイ回路
１０７−従来の拡声システムにおける適応フィルタ
１０７ａ−従来の適応フィルタにおけるフィルタ部
１０７ｂ−従来の適応フィルタにおけるフィルタ係数推定部
【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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