(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロホンとスピーカを用いて拡声通話を行う拡声通話系に用いられ、スピーカからマイクロホンへの回り込みなどによって生じるエコーを抑圧するエコー抑圧装置において、スピーカとマイクロホンの音響結合などにより形成される帰還経路のインパルス応答を適応的に同定して帰還経路への入力信号から帰還経路のエコー成分を推定する適応フィルタと、適応フィルタで推定されたエコー成分を帰還経路からの出力信号より減算する減算器と、適応フィルタの前段又は後段に設けられ、エコー成分がマイクロホンとスピーカとの間での反射が無反射状態となる予め求められた最小値となるときの帰還経路の帰還利得に所定の余裕利得を加算した利得を有する増幅器とを備えたことを特徴とするエコー抑圧装置。
【請求項２】
前記増幅器は、利得が可変である可変増幅器からなり、拡声通話の開始前に外部から利得が設定されることを特徴とする請求項１記載のエコー抑圧装置。
【請求項３】
前記増幅器が利得が可変である可変増幅器からなり、減算器への入力信号と減算器からの出力信号を比較してエコー成分の抑圧量を推定するエコー抑圧量推定部と、エコー抑圧量推定部で推定される通話中の抑圧量が有限利得区間で最大となる最適利得を抽出して増幅器に設定する最適利得抽出部とを備えたことを特徴とする請求項１記載のエコー抑圧装置。
【請求項４】
減算器への入力信号から、拡声通話による音声の周波数帯域以外の周波数成分を除去する通話帯域外除去フィルタを備えたことを特徴とする請求項１又は２又は３記載のエコー抑圧装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、拡声通話（ハンズフリー通話）機能を有する拡声通話装置（電話機、インターホン、ＰＨＳなど）に用いられるエコー抑圧装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロホン及びスピーカを用いて拡声通話（ハンズフリー通話）を実現する電話機、インターホン、ＰＨＳなどの拡声通話装置においては、スピーカから送出される受話音声の一部がマイクロホンに回り込み、これが送話音声（送話信号）となって相手側の通話端末に伝送されるため、相手側の通話者には自分の発した音声がエコーとなって聞こえてしまい、そのレベルが高い場合には不快感を生じてしまうことになる。そこで、従来より、上述のようなエコーを抑圧する技術が提案あるいは提供されており、その一つの手段としてエコー抑圧装置（所謂エコーキャンセラ）がある。
【０００３】
図７は従来のエコー抑圧装置ＥＣ’を用いた拡声通話装置の一部省略したブロック図である。この拡声通話装置はマイクロホンＭ、スピーカＳ、マイクロホンＭから出力される音声信号（送話信号）を増幅するマイクロホンアンプＧ１、マイクロホンアンプＧ１で増幅された送話信号をアナログ／ディジタル変換するＡ／Ｄ変換器ＡＤ、エコー抑圧装置ＥＣ’から出力されるディジタルの受話信号をアナログの受話信号に変換するＤ／Ａ変換器ＤＡ、Ｄ／Ａ変換器ＤＡで変換されたアナログの受話信号を増幅してスピーカＳに出力するスピーカアンプＧ２を備えている。
【０００４】
エコー抑圧装置ＥＣ’は、スピーカＳとマイクロホンＭの音響結合などにより形成される帰還経路（エコー経路）ＨABのインパルス応答を適応的に同定して帰還経路への入力信号（受話信号）から帰還経路ＨABのエコー成分を推定する適応フィルタ１と、適応フィルタ１で推定されたエコー成分を帰還経路からの出力信号（送話信号）より減算する減算器２とを備えている。適応フィルタ１は可変の係数を有するプロセッサと係数を随時決定していくアルゴリズムからなる従来周知のものであって、減算器２の出力信号（図７における点Ｃの信号）の自乗平均値を最小化するアルゴリズム、例えば、ＬＭＳ（the Least-Mean-Square）アルゴリズムにより可変の係数を適応更新することによって帰還経路ＨABのエコー成分（帰還経路ＨABを介した受話信号の回り込み成分）を推定する。そして、適応フィルタ１で推定されたエコー成分を減算器２において送話信号から減算することにより、送話信号に含まれるエコー成分のみを相殺し、マイクロホンＭで集音されたエコー以外の成分（マイクロホンＭに対して通話者から発せられた音声や周囲の騒音）に対しては損失を与えないものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、適応フィルタ１が固定小数点演算型のプロセッサで構成されるエコー抑圧装置ＥＣ’においては、帰還経路ＨABの特性により、得られるエコー抑圧量が異なるという性質がある。通常、適応フィルタ１の各係数は−１〜１の範囲に収まるように設計されるが、この場合には、帰還経路ＨABの利得が１倍以上になると係数のオーバーフローが生じてしまう。適応フィルタ１の演算においては、係数のオーバーフローが生じるとエコー抑圧量が低減してしまう。したがって、固定小数点演算型のプロセッサで適応フィルタ１を構成する場合、帰還経路ＨABの利得が１倍以下となるように通話系を構成する各部の増幅器の利得を設計する必要がある。例えば、図７に示す拡声通話装置において、スピーカアンプＧ２の利得はＤ／Ａ変換器ＤＡの最大出力電圧と、スピーカＳの電気音響変換特性と、通話装置としてスピーカＳから送出すべき最大音圧とから必然的に定まる。また、スピーカＳからマイクロホンＭへの音響伝搬系の利得は通話装置の筐体の構造や設置環境（周囲の反射条件）から決定される値である。
【０００６】
故に、帰還経路ＨABの利得を１倍以下とするためには、マイクロホンアンプＧ１の利得を所定の閾値（スピーカアンプＧ２の利得と音響伝搬系の利得の積の逆数）以下に設計する必要がある。すなわち、通話装置から送出すべき最大音圧レベルが高く、また、スピーカＳ、マイクロホンＭ間の距離が短くて音響伝搬系の利得が大きいほど、マイクロホンアンプＧ１の利得を小さい値に設計する必要がある。その結果、Ａ／Ｄ変換器ＡＤへの入力信号のＳ／Ｎ比（音声対回路系が持つ信号／雑音比）が小さくなり、送話信号の音質や抑圧特性が劣化するという問題が生じる虞がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、帰還経路の利得が１倍以上であっても適応フィルタの演算においてオーバーフローを生じることなく所望のエコー抑圧量を得ることができるエコー抑圧装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、マイクロホンとスピーカを用いて拡声通話を行う拡声通話系に用いられ、スピーカからマイクロホンへの回り込みなどによって生じるエコーを抑圧するエコー抑圧装置において、スピーカとマイクロホンの音響結合などにより形成される帰還経路のインパルス応答を適応的に同定して帰還経路への入力信号から帰還経路のエコー成分を推定する適応フィルタと、適応フィルタで推定されたエコー成分を帰還経路からの出力信号より減算する減算器と、適応フィルタの前段又は後段に設けられ、エコー成分がマイクロホンとスピーカとの間での反射が無反射状態となる予め求められた最小値となるときの帰還経路の帰還利得に所定の余裕利得を加算した利得を有する増幅器とを備えたことを特徴とし、適応フィルタへの入力又は適応フィルタからの出力が、エコー成分が、マイクロホンとスピーカとの間での反射が無反射状態となる、予め求められた最小値となるときの帰還経路の帰還利得に所定の余裕利得を加算した利得で増幅されるため、帰還経路の利得が１倍以上であっても適応フィルタの演算においてオーバーフローを生じることなく、所望（例えば、利得が１倍未満の場合と同程度）のエコー抑圧量を得ることができる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記増幅器は、利得が可変である可変増幅器からなり、拡声通話の開始前に外部から利得が設定されることを特徴とし、相手側通話端末との通話系に応じた適切な利得を増幅器に設定することが可能となり、如何なる通話系が形成される場合においても所望のエコー抑圧量が得られる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記増幅器が利得が可変である可変増幅器からなり、減算器への入力信号と減算器からの出力信号を比較してエコー成分の抑圧量を推定するエコー抑圧量推定部と、エコー抑圧量推定部で推定される通話中の抑圧量が有限利得区間で最大となる最適利得を抽出して増幅器に設定する最適利得抽出部とを備えたことを特徴とし、通話中に増幅器の利得を最適値に設定することができる。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１又は２又は３の発明において、減算器への入力信号から、拡声通話による音声の周波数帯域以外の周波数成分を除去する通話帯域外除去フィルタを備えたことを特徴とし、音声の周波数帯域以外の周波数成分が多いために適応フィルタのみでは充分なエコー抑圧量が得られない場合においても、通話帯域外除去フィルタにより音声の周波数帯域以外の周波数成分を除去することができ、ハウリングに対する耐性を向上することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
図１は本実施形態のエコー抑圧装置ＥＣを用いた拡声通話装置の一部省略したブロック図である。ここで、本実施形態のエコー抑圧装置ＥＣの構成のうちで従来のエコー抑圧装置ＥＣ’と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。また、拡声通話装置の構成は従来例と同一であるから、同一の構成要素に同一の符号を付して説明を省略する。
【００１３】
本実施形態は、適応フィルタ１の前段に増幅器３を設けるとともに、この増幅器３の利得Ｇを、以下のような値に設定している点に特徴がある。すなわち、マイクロホンＭ及びスピーカＳの前方が無反射の状態（前方に音波を反射する物体が存在しない状態）において予め測定された帰還経路ＨABの利得Ｇ０［ｄＢ］と、想定される拡声通話装置の設置環境における反射条件を考慮した余裕利得ＭＧ［ｄＢ］との和を増幅器３の利得Ｇとする（Ｇ＝Ｇ０＋ＭＧ）。但し、このようにして算出される利得Ｇが０［ｄＢ］よりも小さい場合にはＧ＝０［ｄＢ］とする。
【００１４】
而して、適応フィルタ１への入力信号が増幅器３によってＧ倍され、しかも、増幅器３の利得Ｇが実使用時の帰還経路ＨABの利得以上となるため、適応フィルタ１が固定小数点演算型のプロセッサで構成されている場合において帰還経路ＨABの利得が１倍以上となっても、適応フィルタ１の演算においてオーバーフローを生じることなく、所望（例えば、利得が１倍未満の場合と同程度）のエコー抑圧量を得ることができる。
【００１５】
なお、本実施形態では増幅器３を適応フィルタ１の前段に設けているが、適応フィルタ１の後段に増幅器３を設けても同様の効果を奏することはいうまでもない。また、増幅器３に利得が可変である可変増幅器を用いれば、上述の測定結果に応じて増幅器３の利得Ｇが変更可能となり、汎用性を高めることができる。
【００１６】
（実施形態２）
本実施形態は、増幅器３を可変増幅器とし、通話開始前に外部から増幅器３の利得Ｇを設定する点に特徴がある。また、本実施形態における拡声通話装置は、相手側通話端末としてのドアホン子機（図示せず）との間で双方向の同時通話を実現可能とした所謂ハンズフリーインターホンの親機として構成される。この親機は、図２に示すように図示しない通話ボタンの押操作によって発生しドアホン子機との通話開始のトリガ信号となる通話開始信号等を受信し、親機が具備する通話制御用のスイッチやリレー等の接続、開放の制御を行う通話路制御モジュール１１と、エコー抑圧装置ＥＣの増幅器３に対して利得Ｇを設定する利得設定モジュール１２を実装したＣＰＵからなる通話制御部１０と、利得Ｇの候補値を記憶する不揮発性メモリ１３とを備えている。
【００１７】
ここで、本実施形態における親機は有線又は無線の伝送系を介して複数台のドアホン子機や他の親機等の通話端末と通話が可能となっている。このように親機からみた相手側通話端末が複数台存在し、且つこれらの種類が異なるような場合、何れの通話端末との間で通話路が形成されるかによって増幅器３の利得Ｇの最適値が異なることとなる。
【００１８】
そこで、本実施形態では上述の種々の状況に応じた増幅器３の利得Ｇの複数の候補値を不揮発性メモリ１３に予め記憶させておき、通話制御部１０の通話路制御モジュール１１にて親機と相手側通話端末との通話路が確定された後、利得設定モジュール１２が確定された通話路に適した利得Ｇの候補値を選出して不揮発性メモリ１３から読み出すとともに、通話開始前に増幅器３に対して読み出した利得Ｇの候補値を転送して設定する。而して、このように通話系毎に最適化された利得Ｇの候補値を不揮発性メモリ１３に記憶させておけば、回路構成を変更すること無しに種々の通話系に容易に対応することができる。
【００１９】
なお、本実施形態では利得Ｇの複数の候補値を不揮発性メモリ１３に格納しているが、通話制御部１０を構成するＣＰＵが具備するマスクＲＯＭに格納するようにしても良い。
【００２０】
（実施形態３）
本実施形態は、増幅器３を可変増幅器とし、減算器２への入力信号（エコー成分抑圧前の送話信号）と減算器２からの出力信号（エコー成分抑圧後の送話信号）を比較してエコー成分の抑圧量を推定するエコー抑圧量推定部４と、エコー抑圧量推定部４で推定される通話中の抑圧量が有限利得区間で最大となる最適な利得Ｇを抽出して増幅器３に設定する最適利得抽出部５とを備えた点に特徴がある。なお、エコー抑圧量推定部４並びに最適利得抽出部５はＤＳＰあるいはＣＰＵによって構成可能である。
【００２１】
次に、図４のフローチャートを参照してエコー抑圧量推定部４及び最適利得抽出部５の動作を説明する。最適利得抽出部５ではＮ個の最適利得の候補値Ｇ0〜ＧN-1を予め記憶しており、通話中に最適利得の抽出処理を開始すると、まず１番目の候補値Ｇ0を増幅器３の利得Ｇに設定する。そして、所定のウェイト時間経過後にエコー抑圧量推定部４が減算器２の入出力信号を比較することで候補値Ｇ0に対するエコー抑圧量の推定値ＥＲＬＥ0を求める。続いて、最適利得抽出部５が２番目の候補値Ｇ1を増幅器３の利得Ｇに設定し、所定のウェイト時間経過後にエコー抑圧量推定部４が候補値Ｇ1に対するエコー抑圧量の推定値ＥＲＬＥ1を求める。以下、順次Ｎ番目の候補値ＧN-1に対するエコー抑圧量の推定値ＥＲＬＥN-1までを求め、これらＮ個の推定値ＥＲＬＥ0〜ＥＲＬＥN-1の最大値ＥＲＬＥkを選出し、その最大値ＥＲＬＥkが得られる候補値Ｇkを利得Ｇの最適値として増幅器３に設定する。
【００２２】
而して、本実施形態は上述のように構成したものであるから、通話中に増幅器３の利得Ｇを最適値に設定することができる。したがって、想定される各種の通話系に応じた充分な数の候補値Ｇ0，…を用意しておけば、事前に各通話系毎に測定して最適利得を求めておく必要がなく、使い勝手の向上が図れるという利点がある。
【００２３】
（実施形態４）
ところで、これまで説明した親機における帰還経路ＨABの周波数特性（振幅特性）は、マイクロホンＭ並びにマイクロホンアンプＧ１の振幅特性がほぼ平坦とみなせることから、スピーカＳの周波数特性並びに親機の筐体の構造（マイクロホンＭ並びにスピーカＳの取付方を含む）によって決定される。そして、筐体の構造によっては、図６に示すように振幅特性に鋭いピークＰが生じる場合がある。ところが、適応フィルタ１への入力信号（受話信号）は相手側通話端末から伝送されてくる受話音声であり、大半のエネルギが人の声に応じた周波数帯域（これを「通話帯域」と呼ぶ）Ｔ内に集中している。したがって、適応フィルタ１では帰還経路ＨABの通話帯域Ｔにおける伝達特性については高い精度で近似することが可能であるが、通話帯域Ｔ以外における伝達特性については近似精度が低下することになる。そのため、送話信号に含まれるエコー成分の通話帯域Ｔ外のピークＰに関しては所望の抑圧効果を得ることができず、例えば、図５に示すように相手側通話端末においても回り込みが生じて通話回路内に閉ループが形成される場合には、通話帯域Ｔ外のピークＰの周波数付近において上記閉ループの一巡利得が大きくなってハウリングが生じ易くなる。
【００２４】
そこで、本実施形態では、図５に示すように減算器２への入力信号から通話帯域Ｔ以外の周波数成分を除去する通話帯域外除去フィルタ６を設けている。この通話帯域外除去フィルタ６は、通話帯域Ｔを通過域周波数範囲に略一致させた帯域通過型フィルタ（バンド・パス・フィルタ）からなり、減算器２の入力側に設けられる。
【００２５】
而して、本実施形態は上述のように構成したものであるから、通話帯域Ｔ以外の周波数成分が多いために適応フィルタ１のみでは充分なエコー抑圧量が得られない場合においても、通話帯域外除去フィルタ６により通話帯域Ｔ以外の周波数成分を除去することができ、ハウリングに対する耐性を向上することができる。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、マイクロホンとスピーカを用いて拡声通話を行う拡声通話系に用いられ、スピーカからマイクロホンへの回り込みなどによって生じるエコーを抑圧するエコー抑圧装置において、スピーカとマイクロホンの音響結合などにより形成される帰還経路のインパルス応答を適応的に同定して帰還経路への入力信号から帰還経路のエコー成分を推定する適応フィルタと、適応フィルタで推定されたエコー成分を帰還経路からの出力信号より減算する減算器と、適応フィルタの前段又は後段に設けられ、エコー成分がマイクロホンとスピーカとの間での反射が無反射状態となる予め求められた最小値となるときの帰還経路の帰還利得に所定の余裕利得を加算した利得を有する増幅器とを備えたので、適応フィルタへの入力又は適応フィルタからの出力が、エコー成分がマイクロホンとスピーカとの間での反射が無反射状態となる予め求められた最小値となるときの帰還経路の帰還利得に所定の余裕利得を加算した利得で増幅されるため、帰還経路の利得が１倍以上であっても適応フィルタの演算においてオーバーフローを生じることなく、所望（例えば、利得が１倍未満の場合と同程度）のエコー抑圧量を得ることができるという効果がある。
【００２７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記増幅器は、利得が可変である可変増幅器からなり、拡声通話の開始前に外部から利得が設定されるので、相手側通話端末との通話系に応じた適切な利得を増幅器に設定することが可能となり、如何なる通話系が形成される場合においても所望のエコー抑圧量が得られるという効果がある。
【００２８】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記増幅器が利得が可変である可変増幅器からなり、減算器への入力信号と減算器からの出力信号を比較してエコー成分の抑圧量を推定するエコー抑圧量推定部と、エコー抑圧量推定部で推定される通話中の抑圧量が有限利得区間で最大となる最適利得を抽出して増幅器に設定する最適利得抽出部とを備えたので、通話中に増幅器の利得を最適値に設定することができるという効果がある。
【００２９】
請求項４の発明は、請求項１又は２又は３の発明において、減算器への入力信号から、拡声通話による音声の周波数帯域以外の周波数成分を除去する通話帯域外除去フィルタを備えたので、音声の周波数帯域以外の周波数成分が多いために適応フィルタのみでは充分なエコー抑圧量が得られない場合においても、通話帯域外除去フィルタにより音声の周波数帯域以外の周波数成分を除去することができ、ハウリングに対する耐性を向上することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示すブロック図である。
【図２】実施形態２を示すブロック図である。
【図３】実施形態３を示すブロック図である。
【図４】同上の動作説明用のフローチャートである。
【図５】実施形態４を示すブロック図である。
【図６】同上の動作説明図である。
【図７】従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
ＥＣ  エコー抑圧装置
１  適応フィルタ
２  減算器
３  増幅器
【図１】
0004396053.tif 000002
【図２】
0004396053.tif 000003
【図３】
0004396053.tif 000004
【図４】
0004396053.tif 000005
【図５】
0004396053.tif 000006
【図６】
0004396053.tif 000007
【図７】
0004396053.tif 000008