(57)【要約】【課題】フィルタ処理手段で用いるフィルタ係数が反響消去のための真の特性に近づく速度を高める。【解決手段】模擬誤差出力手段が出力する模擬誤差の大きさに対する収音信号に含まれる反響信号以外の外乱信号成分の大きさの比率を表わす外乱比率を周波数領域毎に逐次推定する外乱比率推定手段と、第一更新量調整手段の前段又は後段において、フィルタ係数の特性誤差又は第一調整係数を乗じたフィルタ係数の特性誤差に、外乱比率の大きさに応じ、外乱比率が大きい程大きく、０から所定値をとる第二調整係数を周波数領域毎に乗じる第二更新量調整手段とを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響再生手段へと出力される再生信号を入力し一定時間蓄積し再生信号列を得る再生信号入力処理と、前記音響再生手段と同一空間に存在する音響収音手段から収音信号を入力し一定時間蓄積し収音信号列を得る収音信号入力処理と、前記再生信号列を周波数領域変換し再生信号変換列を得る再生信号変換処理と、前記再生信号変換列を周波数領域毎に入力しフィルタ処理することにより前記音響再生手段から前記音響収音手段へと回り込む反響信号の周波数領域変換列を模擬する模擬反響信号変換列を生成するフィルタ処理と、前記模擬反響信号変換列と前記収音信号列とを入力し模擬反響信号変換列の模擬誤差を出力する模擬誤差出力処理と、前記再生信号変換列と前記模擬誤差を入力し前記フィルタ処理のフィルタ係数の周波数領域毎の特性誤差を計算するフィルタ誤差計算処理と、前記フィルタ誤差計算処理が計算した特性誤差に周波数領域毎に第一調整係数を乗じる第一更新量調整処理と、前記第一調整係数を乗じられた特性誤差を加えることにより前記フィルタ処理のフィルタ係数を更新するフィルタ更新処理とを実行する反響消去方法において、
前記模擬誤差出力処理で出力される前記模擬誤差の大きさに対する前記収音信号に含まれる前記反響信号以外の外乱信号成分の大きさの比率を表わす外乱比率を周波数領域毎に逐次推定する外乱比率推定処理と、前記第一更新量調整処理の前段又は後段において、前記フィルタ係数の特性誤差又は前記第一調整係数を乗じた前記フィルタ係数の特性誤差に、０から所定値の間で、前記外乱比率の大きさに応じ、外乱比率が大きい程小さい値をとる第二調整係数を周波数領域毎に乗じる第二更新量調整処理とを実行することを特徴とする反響消去方法。
【請求項２】
音響再生手段へと出力される再生信号を入力し一定時間蓄積し再生信号列を得る再生信号入力手段と、前記音響再生手段と同一空間に存在する音響収音手段から収音信号を入力し一定時間蓄積し収音信号列を得る収音信号入力手段と、前記再生信号列を周波数領域変換し再生信号変換列を得る再生信号変換手段と、前記再生信号変換列を周波数領域毎に入力しフィルタ処理することにより前記音響再生手段から前記音響収音手段へと回り込む反響信号の周波数領域変換列を模擬する模擬反響信号変換列を生成するフィルタ処理手段と、前記模擬反響信号変換列と前記収音信号列とを入力し模擬反響信号変換列の模擬誤差を出力する模擬誤差出力手段と、前記再生信号変換列と前記模擬誤差を入力し前記フィルタ処理手段のフィルタ係数の周波数領域毎の特性誤差を計算するフィルタ誤差計算手段と、前記フィルタ誤差計算手段が計算した特性誤差に周波数領域毎に第一調整係数を乗じる第一更新調整手段と、前記第一調整係数を乗じられた特性誤差を加えることにより前記フィルタ処理手段のフィルタ係数を更新するフィルタ更新手段とを有する反響消去装置において、
前記模擬誤差出力手段が出力する前記模擬誤差の大きさに対する前記収音信号に含まれる前記反響信号以外の外乱信号成分の大きさの比率を表わす外乱比率を周波数領域毎に逐次推定する外乱比率推定手段と、前記第一更新量調整手段の前段又は後段において、前記フィルタ係数の特性誤差又は前記第一調整係数を乗じた前記フィルタ係数の特性誤差に、０から所定値の間で前記外乱比率の大きさに応じ、外乱比率が大きい程小さい値をとる第二調整係数を周波数領域毎に乗じる第二更新量調整手段とを有することを特徴とする反響消去装置。
【請求項３】
コンピュータが解読可能な符号列によって記述され、コンピュータに請求項１記載の反響消去方法を実行させる反響消去プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピーカのような音響再生手段からマイクロホンのような音響収音手段へと回り込む反響を消去するための反響消去装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音響再生手段から音響収音手段へ回り込む反響を消去する反響消去装置は、図６のように接続される。図６に示す１０は従来の反響消去装置を示す。従来の反響消去装置１０内では、音響再生手段１と音響収音手段２間の反響路のインパルス応答ｈを推定し、推定したインパルス応答ｈ´と再生信号入力端子３に入力された再生信号ｘの畳込み演算ｈ´＊ｘを生成し、実際の反響信号ｙから減算することで、反響消去信号出力端子４に反響消去信号ｅを得る。
しかし、推定したインパルス応答と再生信号畳込み演算には、多くの演算量を必要とし、実装上の問題となっている。
【０００３】
近年、この問題を解決するため、再生信号や反響信号を一旦周波数領域変換し、反響路のインパルス応答の周波数領域変換に対応したパラメータを推定し、畳込みの代わりに乗算処理を用いたり（非特許文献１）、あるいはより小さい畳込み演算に分割したりする（特許文献１）などして、演算量を削減する方法が提案されている。周波数領域変換の例としては、（高速）離散フーリエ変換、（高速）離散コサイン変換、（高速）ハートレー変換などがある。
図６で音響再生手段１としてスピーカを挙げているが、音響再生手段１としては、再生前段の増幅器やバッファも含む。また、同様に音響収音手段２は、マイクロホンの後段の増幅器やバッファも含む。
【０００４】
また、（非特許文献１）などに記載されている構成を模式的に図７に示す。図７の構成は以下の手段を含んでいる。すなわち、再生信号入力端子３から入力されて音響再生手段１へと出力される再生信号を入力し一定時間蓄積し再生信号列を得る再生信号入力手段１０１と、音響再生手段１と同一空間に存在する音響収音手段２から収音信号を入力し一定時間蓄積し収音信号列を得る収音信号入力手段１０２と、再生信号列を周波数領域変換し再生信号変換列を得る再生信号変換手段１０３と、再生信号変換列を周波数領域毎に入力しフィルタ処理することにより、音響再生手段１から音響収音手段２へと回り込む反響信号の周波数領域変換列を模擬する模擬反響信号変換列を生成するフィルタ処理手段１０４と、模擬反響信号変換列と収音信号列とを入力し模擬反響信号変換列の模擬誤差を出力する模擬誤差出力手段１０５と、再生信号変換列と模擬誤差を入力し、フィルタ処理手段１０４のフィルタ係数の周波数領域毎の特性誤差を計算するフィルタ誤差計算手段１０６と、フィルタ誤差計算手段１０６が計算した特性誤差に周波数領域毎に第一調整係数を乗じる第一更新量調整手段１０７と、第一調整係数を乗じられた特性誤差を加えることによりフィルタ処理手段１０４のフィルタ係数を更新するフィルタ更新手段１０８とを含む。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１１６４７２号（図６）
【非特許文献１】
Ｓｉｍｏｎ  Ｈａｙｋｉｎ  著  「適応フィルタ理論」  科学技術出版、２００１年１月１０日、ｐｐ．５００−５４１
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図７の構成において、フィルタ誤差計算手段１０６が、反響消去のための真の特性とフィルタ処理手段１０４で用いるフィルタ係数との特性誤差を正しく計算し出力できれば、フィルタ誤差計算手段１０６から出力される特性誤差に対して、第一更新量調整手段１０７が乗じる第一調整係数は１でよい。すなわち最も速く特性誤差を修正できる。
然し乍ら、実際にフィルタ誤差計算手段１０６が特性誤差を正しく計算し出力することは困難である。その原因の一つは、音響収音手段２が収音した収音信号に含まれる反響信号以外の周囲騒音、回路雑音などの外乱成分の影響である。この外乱成分が、フィルタ誤差計算手段１０６が出力する特性誤差の計算に悪影響を及ぼす。従って、この影響を避けるため、第一更新量調整手段１０７を導入し、第一調整係数を小さく設定したのが従来の技術である。
【０００７】
従来は第一係数を小さく設定するため、フィルタ処理手段１０４で用いるフィルタ係数が反響消去のための真の特性に近づく速度は低くなり、完全な反響消去を達成するまでに長い時間を要していた。
本発明の目的は、上記のように、音響収音手段２が収音した収音信号に含まれる外乱成分の影響を最小限とし、第一更新調整手段１０７が極力大きな第一調整係数をとることができ、フィルタ処理手段１０４で用いるフィルタ係数が反響消去のための真の特性に近づく速度を高めることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１では音響再生手段へと出力される再生信号を入力し一定時間蓄積し再生信号列を得る再生信号入力処理と、音響再生手段と同一空間に存在する音響収音手段から収音信号を入力し一定時間蓄積し収音信号列を得る収音信号入力処理と、再生信号列を周波数領域変換し再生信号変換列を得る再生信号変換処理と、再生信号変換列を周波数領域毎に入力しフィルタ処理することにより音響再生手段から音響収音手段へと回り込む反響信号の周波数領域変換列を模擬する模擬反響信号変換列を生成するフィルタ処理と、模擬反響信号変換列と収音信号列とを入力し模擬反響信号変換列の模擬誤差を出力する模擬誤差出力処理と、再生信号変換列と模擬誤差を入力し前記フィルタ処理のフィルタ係数の周波数領域毎の特性誤差を計算するフィルタ誤差計算処理と、フィルタ誤差計算処理が計算した特性誤差に周波数領域毎に第一調整係数を乗じる第一更新量調整処理と、第一調整係数を乗じられた特性誤差を加えることによりフィルタ処理のフィルタ係数を更新するフィルタ更新処理とを実行する反響消去方法において、模擬誤差出力処理で出力される模擬誤差の大きさに対する収音信号に含まれる反響信号以外の外乱信号成分の大きさの比率を表わす外乱比率を周波数領域毎に逐次推定する外乱比率推定処理と、第一更新量調整処理の前段又は後段において、フィルタ係数の特性誤差又は前記第一調整係数を乗じたフィルタ係数の特性誤差に、０から所定値の間で外乱比率の大きさに応じ、外乱比率が大きい程小さい値をとる第二調整係数を周波数領域毎に乗じる第二更新量調整処理とを実行する反響消去方法を提案する。
【０００９】
この発明の請求項２では音響再生手段へと出力される再生信号を入力し一定時間蓄積し再生信号列を得る再生信号入力手段と、音響再生手段と同一空間に存在する音響収音手段から収音信号を入力し一定時間蓄積し収音信号列を得る収音信号入力手段と、再生信号列を周波数領域変換し再生信号変換列を得る再生信号変換手段と、再生信号変換列を周波数領域毎に入力しフィルタ処理することにより音響再生手段から音響収音手段へと回り込む反響信号の周波数領域変換列を模擬する模擬反響信号変換列を生成するフィルタ処理手段と、模擬反響信号変換列と収音信号列とを入力し模擬反響信号変換列の模擬誤差を出力する模擬誤差出力手段と、再生信号変換列と模擬誤差を入力しフィルタ処理手段のフィルタ係数の周波数領域毎の特性誤差を計算するフィルタ誤差計算手段と、フィルタ誤差計算手段が計算した特性誤差に周波数領域毎に第一調整係数を乗じる第一更新量調整手段と、第一調整係数を乗じられた特性誤差を加えることによりフィルタ処理手段のフィルタ係数を更新するフィルタ更新手段とを有する反響消去装置において、模擬誤差出力手段が出力する模擬誤差の大きさに対する収音信号に含まれる反響信号以外の外乱信号成分の大きさの比率を表わす外乱比率を周波数領域毎に逐次推定する外乱比率推定手段と、第一更新量調整手段の前段又は後段において、フィルタ係数の特性誤差又は第一調整係数を乗じたフィルタ係数の特性誤差に、０から所定値の間で外乱比率の大きさに応じ、外乱比率が大きい程小さい値をとる第二調整係数を周波数領域毎に乗じる第二更新量調整手段とを有する反響消去装置を提案する。
【００１０】
この発明の請求項３ではコンピュータが解読可能な符号列によって記述され、コンピュータに請求項１記載の反響消去方法を実行させる反響消去プログラムを提案する。
作用
この発明の構成によれば音響収音手段２が収音した収音信号に含まれる外乱成分が、フィルタ誤差計算手段が出力するフィルタ係数の特性誤差に及ぼした比率に応じて、計算されたフィルタ係数の特性誤差の不確かな部分を小さくすることができる。このため、第一更新量調整手段では極力大きな第一調整係数をとることができ、フィルタ処理手段で用いるフィルタ係数が反響消去のための真の近づく速度を高めることができる。
【００１１】
外乱比率推定手段における、模擬誤差出力手段が出力する模擬誤差の大きさに対する音響収音手段からの収音信号に含まれる反響信号以外の外乱信号成分の大きさの比率を表わす外乱比率の推定は、次のように実現できる。ここで、Ｎ分割した周波数領域ω（ｎ＝１…Ｎ）における模擬誤差出力手段が出力する模擬誤差の大きさを｜Ｅ（ωｎ）｜とし、周波数領域ωｎにおける外乱の大きさの推定値を｜Ｎ（ωｎ）｜とする。外乱推定値｜Ｎ（ωｎ）｜は、無音声区間等に事前測定した値などを用いるものとする。このとき外乱比率ＤＲ（ωｎ）の計算は、
ＤＲ（ωｎ）＝｜Ｎ（ωｎ）｜／｜Ｅ（ωｎ）｜          …（１）
として計算できる。ここで、外乱比率ＤＲ（ωｎ）の値は、０から所定値Ｔで例えばＴ＝１の値をとるものとし、実使用環境で、この範囲を逸脱した場合は、０から所定値の範囲になるよう数値の打ち切りを行なう。ＤＲ（ωｎ）の値は、｜Ｅ（ωｎ）｜に対する｜Ｎ（ωｎ）｜の割合が大きくなるほど、大きな値を与えるようにすれば、（１）式以外に基づいてもよい。
【００１２】
また、第二更新量調整手段の第二調整係数β（ωｎ）は０から所定値例えば１までの値をとり、上記の外乱比率ＤＲ（ωｎ）を用いて、
β（ωｎ）＝（Ｔ−ＤＲ（ωｎ）ｐ）１／ｐ                    …（２）
のように決定できる。ここで、ｐは正の実数とする。また、（２）式の他、図４のＡに示すように、ＤＲ（ωｎ）の値に対して滑らかに対応させたり、図４のＢにしめすように、不連続に対応するようなものであっても、ＤＲ（ωｎ）の値が大きくなるほど、β（ωｎ）の値が小さくなるようなものであれば、本発明の効果を得られる実施例に含まれる。ＤＲ（ωｎ）が（１）式以外の形で求められた場合でも、ここに示したＤＲ（ωｎ）とβ（ωｎ）の対応の中から適切なものを選択可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１にこの発明による反響消去装置の一実施例を示す。図１に示す反響消去装置を反響消去装置方法と共に説明する。
図１に示す１００はこの発明による反響消去装置を示す。この発明による反響消去装置１００は図６に示した従来の反響消去装置１０に以下の手段が付加される。すなわち、模擬誤差出力手段１０５が出力する模擬誤差の大きさに対する音響収音手段２からの収音信号に含まれる反響信号以外の外乱信号成分の大きさの比率を表わす外乱比率ＤＲ（ωｎ）を周波数領域毎に逐次推定する外乱比率推定手段１１１と、実際にフィルタ誤差計算手段１０６が出力するフィルタ係数の特性誤差に、外乱比率推定手段１１１が推定した外乱比率の大きさに応じ、外乱比率が０パーセントの時は所定値、例えば１、外乱比率が１００パーセントの時は０、その間の外乱比率の時は０から所定値の間の値をとる第二調整係数β（ωｎ）を周波数領域毎に乗じる第二更新量調整手段１１０とを含む。
【００１４】
この構成により、音響収音手段２が収音した収音信号に含まれる外乱成分が、フィルタ誤差計算手段１０６が出力するフィルタ係数の特性誤差に及ぼした比率に応じて、計算されたフィルタ係数の特性誤差の不確かな部分の値を小さくすることができる。このため、第一更新量調整手段１０７では極力大きな第一調整係数をとることができ、フィルタ処理手段１０４で用いるフィルタ係数が反響消去のための真の特性に近づく速度を高めることができる。
【００１５】
発明の変形実施例
図１に示した実施例では第二更新量調整手段１１０を第一更新量調整手段１０７の前段に設けた例を説明したが、図２に示すように第二更新量調整手段１１０を第一更新量調整手段１０７の後段に配置しても図１に示した実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００１６】
また、図３に示すように、フィルタ誤差計算手段１０６とフィルタ更新手段１０８の間に第三更新量調整手段１１２を配置し、この第三更新量調整手段１１２で第一調整係数と第二調整係数との例えば積を求め、この積の値を第三調整係数とし、この第三調整係数を周波数領域毎のフィルタ係数の特性誤差に乗じる構成としても図１に示した実施例と同様の作用効果を得ることができる。
以上説明したこの発明による反響消去装置および反響消去方法はコンピュータが解読可能な符号列によって記述された音響消去プログラムをコンピュータに実行させて実現される。図５にこの発明による音響消去プログラムをコンピュータ２０にインストールした状況を示す。
【００１７】
コンピュータ２０はよく知られているように、中央演算処理装置（ＣＰＵ）２１と、コンピュータの立上げおよび立下げ等を制御する基本プログラム等を記録した読み出専用メモリ（ＲＯＭ）２２と、データを一時記録する他に、この発明の反響消去方法を実行するためのプログラムを格納する読み出し、読み出し・書き込み可能なメモリ（ＲＡＭ）２３と、入力ポート２４、出力ポート２５等により構成することができる。
入力ポート２４には再生信号入力端子３と、音響収音手段２が接続され、再生信号Ｘと、収音信号とが入力される。また、出力ポート２５には音響再生手段１と反響消去信号出力端子４とが接続され、再生信号に対応する音響と、反響消去信号ｅ＝ｙ−ｙ´が出力される。
【００１８】
読み出し、書き込み可能なメモリ２３にはデータ格納領域２３Ａの他に、再生信号入力手段１０１として動作する再生信号入力処理プログラム２３Ｂと、収音信号入力手段１０２として動作する収音信号入力処理プログラム２３Ｃと、再生信号変換手段１０３として動作する再生信号変換処理プログラム２３Ｄと、フィルタ処理手段１０４として動作するフィルタ処理プログラム２３Ｅと、模擬誤差出力手段１０５として動作する模擬誤差出力処理プログラム２３Ｆと、フィルタ誤差計算手段１０６として動作するフィルタ誤差計算処理プログラム２３Ｇと、第一更新量調整手段１０７として動作する第一更新量調整処理プログラム２３Ｈと、フィルタ更新手段１０８として動作するフィルタ更新処理プログラム２３Ｉと、第二更新量調整手段１１０として動作する第二更新量調整処理プログラム２３Ｊと、外乱比率推定手段１１１として動作する外乱比率推定処理プログラム２３Ｋとがインストールされ、これらの各プログラムが中央演算処理装置２１によって解読されて反響消去動作を実行する。読み出し、書き込み可能なメモリ２３にインストールされた各プログラム２３Ｂ〜２３Ｋは予めコンピュータが読み出し可能な磁気ディスク或はＣＤ−ＲＯＭ等に記録され、これらの記録媒体からインストールされるか又は通信回路を通じてインストールされる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明による反響消去装置は、フィルタ処理手段で用いるフィルタ係数が反響消去のための真の特性に近づく速度の低下を抑えながら、音響収音手段が収音した収音信号に含まれる外乱成分の影響を低減でき、反響消去性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による反響消去装置の一実施例を説明するためのブロック図。
【図２】この発明による反響消去装置の他の実施例を説明するためのブロック図。
【図３】この発明による反響消去装置の更に他の実施例を説明するためのブロック図。
【図４】この発明の要部の動作を説明するための特性曲線図。
【図５】この発明による反響消去装置をコンピュータで実現した場合の構成を説明するための構成概念図。
【図６】反響消去装置の概要を説明するためのブロック図。
【図７】従来の反響消去装置を説明するためのブロック図。
【符号の説明】
１    音響再生手段          １０５    模擬誤差出力手段
２    音響収音手段          １０６    フィルタ誤差計算手段
３    再生信号入力端子      １０７    第一更新量調整手段
４    反響消去信号出力端子  １０８    フィルタ更新手段
１００    反響消去装置          １１０    第二更新量調整手段
１０１    再生信号入力手段      １１１    外乱比率推定手段
１０２    収音信号入力手段
１０３    再生信号変換手段
１０４    フィルタ処理手段
【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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