(57)【要約】【課題】拡声器において、スピーカとマイクロフォンの間の音波伝播経路の伝達特性が常時変化する場合でも、ノイズ信号やスイープ信号に基く耳障りな音声を出力することなく、ハウリングの発生を防止する。【解決手段】帰還音の音声信号の推定値を出力する適応フィルタ２０を設けて、Ａ／Ｄコンバータ９０から出力されたディジタル形式の音声信号（その時点でユーザにより入力された音声と帰還音とを含む音声に対応した音声信号）ｄ’（ｎ）から、適応フィルタ２０より出力されたディジタル形式の帰還音の音声信号の推定値ｙ（ｎ）を信号合成器９３で差し引くようにした。これにより、マイクロフォン１１から出力されてＡ／Ｄコンバータ９０によりディジタル形式に変換された音声信号全体から、帰還音の音声信号の影響を除去することができるので、帰還音に基くハウリングの発生を防止することができる。【選択図】図４
2007243242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声を電気信号に変換する音声・電気信号変換手段と、
前記音声の背景音となるディジタル形式の音楽の電気信号（以下、音楽信号と略す）を入力するための音楽信号入力手段と、
前記音声・電気信号変換手段から出力された音声の電気信号（以下、音声信号と略す）をディジタル形式の信号に変換するためのＡ／Ｄ変換手段と、
前記Ａ／Ｄ変換手段から出力されたディジタル形式の音声信号と前記音楽信号入力手段から出力されたディジタル形式の音楽信号とを合成する信号合成手段と、
前記信号合成手段により合成された信号（以下、合成信号という）をアナログ形式の信号に変換するためのＤ／Ａ変換手段と、
前記Ｄ／Ａ変換手段によりアナログ形式に変換された合成信号を音声に変換して、変換した音声を空間に出力する電気信号・音声変換手段と、
前記Ａ／Ｄ変換手段から出力されたディジタル形式の音声信号や前記音楽信号入力手段から出力されたディジタル形式の音楽信号を含むディジタル信号の処理を行うためのプロセッサと、
前記プロセッサにより実行されるプログラムを格納したメモリとを備え、
前記プログラムには、前記電気信号・音声変換手段から前記空間を介して前記音声・電気信号変換手段に入力された音声（以下、帰還音という）のみを前記音声・電気信号変換手段により音声信号に変換して、変換後の音声信号を前記Ａ／Ｄ変換手段によりディジタル形式に変換した場合における、ディジタル形式の帰還音の音声信号の推定値を出力する適応フィルタとして、前記プロセッサを動作させるための適応フィルタプログラムが含まれており、
前記適応フィルタは、前記推定値の算出に用いられる一つ以上の係数を有し、この係数の変更可能な可変フィルタを含んでおり、
前記適応フィルタプログラムは、前記電気信号・音声変換手段と前記空間と前記音声・電気信号変換手段とを含む伝達経路の伝達特性を同定して、同定した伝達特性に応じて前記可変フィルタの係数を修正するための逐次システム同定アルゴリズムを含み、
前記Ａ／Ｄ変換手段から出力されたディジタル形式の音声信号から、前記適応フィルタより出力されたディジタル形式の帰還音の音声信号の推定値を差し引くようにしたことを特徴とする拡声器。
【請求項２】
前記可変フィルタは、有限インパルスレスポンスフィルタ（ＦＩＲフィルタ）であることを特徴とする請求項１に記載の拡声器。
【請求項３】
前記逐次システム同定アルゴリズムは、ＬＭＳ（Least-Mean-Square）アルゴリズムであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の拡声器。
【請求項４】
入力された音声についての音波の振幅を大きくして空間に出力する拡声器本体と、この拡声器本体から出力された音声におけるハウリングの発生を防止するハウリングキャンセラとを備えた拡声器システムにおいて、
前記拡声器本体は、
音声を電気信号に変換する音声・電気信号変換手段と、
前記音声の背景音となる音楽の電気信号（以下、音楽信号と略す）を入力するための音楽信号入力手段と、
音声の電気信号（以下、音声信号と略す）を音声に変換して、変換した音声を空間に出力する電気信号・音声変換手段とを備え、
前記拡声器本体又は前記ハウリングキャンセラは、
前記音声・電気信号変換手段から出力された音声の電気信号（以下、音声信号と略す）、と前記音楽信号入力手段により入力された音楽信号とを合成して合成信号を生成する信号合成手段を備え、
前記電気信号・音声変換手段は、前記合成手段により生成された合成信号を音声に変換して、変換した音声を空間に出力し、
前記ハウリングキャンセラは、
前記音声信号や音楽信号を含む各種信号の処理を行うためのプロセッサと、
前記プロセッサにより実行されるプログラムを格納したメモリとを備え、
前記プログラムには、前記電気信号・音声変換手段から前記空間を介して前記音声・電気信号変換手段に入力された音声（以下、帰還音という）のみを前記音声・電気信号変換手段により音声信号に変換した場合における、帰還音の音声信号の推定値を出力する適応フィルタとして、前記プロセッサを動作させるための適応フィルタプログラムが含まれており、
前記適応フィルタは、前記推定値の算出に用いられる一つ以上の係数を有し、この係数の変更可能な可変フィルタを含んでおり、
前記適応フィルタプログラムは、前記電気信号・音声変換手段と前記空間と前記音声・電気信号変換手段とを含む伝達経路の伝達特性を同定して、同定した伝達特性に応じて前記可変フィルタの係数を修正するための逐次システム同定アルゴリズムを含み、
前記音声・電気信号変換手段から出力された音声信号から、前記適応フィルタより出力された帰還音の音声信号の推定値を差し引くようにしたことを特徴とする拡声器システム。
【請求項５】
前記可変フィルタは、有限インパルスレスポンスフィルタ（ＦＩＲフィルタ）であることを特徴とする請求項４に記載の拡声器システム。
【請求項６】
前記逐次システム同定アルゴリズムは、ＬＭＳ（Least-Mean-Square）アルゴリズムであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の拡声器システム。
【請求項７】
音声を電気信号に変換する音声・電気信号変換手段と、前記音声の背景音となる音楽の電気信号（以下、音楽信号と略す）を入力するための音楽信号入力手段と、音声の電気信号（以下、音声信号と略す）を音声に変換して、変換した音声を空間に出力する電気信号・音声変換手段とを有する拡声器本体に接続されて、この拡声器本体から出力された音声におけるハウリングの発生を防止するハウリングキャンセラにおいて、
前記音声信号や音楽信号を含む各種信号の処理を行うためのプロセッサと、
前記プロセッサにより実行されるプログラムを格納したメモリとを備え、
前記プログラムには、前記電気信号・音声変換手段から空間を介して前記音声・電気信号変換手段に入力された音声（以下、帰還音という）のみを前記音声・電気信号変換手段により音声信号に変換した場合における、帰還音の音声信号の推定値を出力する適応フィルタとして、前記プロセッサを動作させるための適応フィルタプログラムが含まれており、
前記適応フィルタは、前記推定値の算出に用いられる一つ以上の係数を有し、この係数の変更可能な可変フィルタを含んでおり、
前記適応フィルタプログラムは、前記電気信号・音声変換手段と空間と前記音声・電気信号変換手段とを含む伝達経路の伝達特性を同定して、同定した伝達特性に応じて前記可変フィルタの係数を修正するための逐次システム同定アルゴリズムを含み、
前記音声・電気信号変換手段から出力された音声信号から、前記適応フィルタより出力された帰還音の音声信号の推定値を差し引くようにしたことを特徴とするハウリングキャンセラ。
【請求項８】
前記可変フィルタは、有限インパルスレスポンスフィルタ（ＦＩＲフィルタ）であることを特徴とする請求項７に記載のハウリングキャンセラ。
【請求項９】
前記逐次システム同定アルゴリズムは、ＬＭＳ（Least-Mean-Square）アルゴリズムであることを特徴とする請求項７又は請求項８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、入力された音声についての音波の振幅を大きくして空間に出力する拡声器に係り、特にハウリングの発生を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から拡声器におけるハウリングの発生を防止するための種々の発明が知られている。これらの発明には、ノッチフィルタやバンドエリミネションフィルタを用いて、ハウリングの発生する周波数帯域の音声信号をカットするようにしたものが多い。
【０００３】
けれども、従来におけるハウリングの発生を防止するための発明では、カラオケ装置のように、スピーカとマイクロフォンの間の距離が常に変化し、スピーカとマイクロフォンの間の音波伝播経路の伝達特性が経時的に変化する場合には、ハウリングを防止することができなかった。
【０００４】
そこで、下記の特許文献１に記載されたカラオケ装置は、ノイズ信号又はスイープ信号からなるテスト信号を用いて各マイク位置におけるハウリングが発生する周波数帯域（ハウリング発生周波数帯域）を測定して記憶しておき、その時点のマイク位置におけるハウリング発生周波数帯域の音声信号をノッチフィルタによりカットすることで、ハウリングの発生を防止するようにした。この発明によれば、マイクロフォンの位置が常に変化する場合でも、ハウリングを防止することが可能である。
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の発明を用いて、スピーカとマイクロフォンの間の音波伝播経路の伝達特性が、マイクロフォンの位置の変化以外の理由（例えば、湿度やスピーカの配置）で変化した場合にも、ハウリングの発生を防止しようとすると、ノイズ信号又はスイープ信号を常に増幅して音声として出力する必要があり、ユーザにとって耳障りであるという問題があった。また、この発明では、各マイク位置におけるハウリング発生周波数帯域を測定する必要があり、装置内のプロセッサによる信号処理の負荷が大きいという問題があった。
【特許文献１】特開平６―１９５０９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、スピーカとマイクロフォンの間の音波伝播経路の伝達特性が常時変化する場合でも、ノイズ信号やスイープ信号に基く耳障りな音声を出力することなく、ハウリングの発生を防止することができると共に、機器内のプロセッサによる信号処理の負荷を減らすことが可能な拡声器及び拡声器システム、並びにこの拡声器システムに適用され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】
【０００７】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、音声を電気信号に変換する音声・電気信号変換手段と、前記音声の背景音となるディジタル形式の音楽の電気信号（以下、音楽信号と略す）を入力するための音楽信号入力手段と、前記音声・電気信号変換手段から出力された音声の電気信号（以下、音声信号と略す）をディジタル形式の信号に変換するためのＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段から出力されたディジタル形式の音声信号と前記音楽信号入力手段から出力されたディジタル形式の音楽信号とを合成する信号合成手段と、前記信号合成手段により合成された信号（以下、合成信号という）をアナログ形式の信号に変換するためのＤ／Ａ変換手段と、前記Ｄ／Ａ変換手段によりアナログ形式に変換された合成信号を音声に変換して、変換した音声を空間に出力する電気信号・音声変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段から出力されたディジタル形式の音声信号や前記音楽信号入力手段から出力されたディジタル形式の音楽信号を含むディジタル信号の処理を行うためのプロセッサと、前記プロセッサにより実行されるプログラムを格納したメモリとを備え、前記プログラムには、前記電気信号・音声変換手段から前記空間を介して前記音声・電気信号変換手段に入力された音声（以下、帰還音という）のみを前記音声・電気信号変換手段により音声信号に変換して、変換後の音声信号を前記Ａ／Ｄ変換手段によりディジタル形式に変換した場合における、ディジタル形式の帰還音の音声信号の推定値を出力する適応フィルタとして、前記プロセッサを動作させるための適応フィルタプログラムが含まれており、前記適応フィルタは、前記推定値の算出に用いられる一つ以上の係数を有し、この係数の変更可能な可変フィルタを含んでおり、前記適応フィルタプログラムは、前記電気信号・音声変換手段と前記空間と前記音声・電気信号変換手段とを含む伝達経路の伝達特性を同定して、同定した伝達特性に応じて前記可変フィルタの係数を修正するための逐次システム同定アルゴリズムを含み、前記Ａ／Ｄ変換手段から出力されたディジタル形式の音声信号から、前記適応フィルタより出力されたディジタル形式の帰還音の音声信号の推定値を差し引くようにしたものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載の拡声器において、前記可変フィルタは、有限インパルスレスポンスフィルタ（ＦＩＲフィルタ）であるものである。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の拡声器において、前記逐次システム同定アルゴリズムは、ＬＭＳ（Least-Mean-Square）アルゴリズムであるものである。
【００１０】
請求項４の発明は、入力された音声についての音波の振幅を大きくして空間に出力する拡声器本体と、この拡声器本体から出力された音声におけるハウリングの発生を防止するハウリングキャンセラとを備えた拡声器システムにおいて、前記拡声器本体は、音声を電気信号に変換する音声・電気信号変換手段と、前記音声の背景音となる音楽の電気信号（以下、音楽信号と略す）を入力するための音楽信号入力手段と、音声の電気信号（以下、音声信号と略す）を音声に変換して、変換した音声を空間に出力する電気信号・音声変換手段とを備え、前記拡声器本体又は前記ハウリングキャンセラは、前記音声・電気信号変換手段から出力された音声の電気信号（以下、音声信号と略す）、と前記音楽信号入力手段により入力された音楽信号とを合成して合成信号を生成する信号合成手段を備え、前記電気信号・音声変換手段は、前記合成手段により生成された合成信号を音声に変換して、変換した音声を空間に出力し、前記ハウリングキャンセラは、前記音声信号や音楽信号を含む各種信号の処理を行うためのプロセッサと、前記プロセッサにより実行されるプログラムを格納したメモリとを備え、前記プログラムには、前記電気信号・音声変換手段から前記空間を介して前記音声・電気信号変換手段に入力された音声（以下、帰還音という）を前記音声・電気信号変換手段により音声信号に変換した場合における、帰還音の音声信号の推定値を出力する適応フィルタとして、前記プロセッサを動作させるための適応フィルタプログラムが含まれており、前記適応フィルタは、前記推定値の算出に用いられる一つ以上の係数を有し、この係数の変更可能な可変フィルタを含んでおり、前記適応フィルタプログラムは、前記電気信号・音声変換手段と前記空間と前記音声・電気信号変換手段とを含む伝達経路の伝達特性を同定して、同定した伝達特性に応じて前記可変フィルタの係数を修正するための逐次システム同定アルゴリズムを含み、前記音声・電気信号変換手段から出力された実際の帰還音の音声信号から、前記適応フィルタより出力された帰還音の音声信号の推定値を差し引くようにしたものである。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項４に記載の拡声器システムにおいて、前記可変フィルタは、有限インパルスレスポンスフィルタ（ＦＩＲフィルタ）であるものである。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項４又は請求項５に記載の拡声器において、前記逐次システム同定アルゴリズムは、ＬＭＳ（Least-Mean-Square）アルゴリズムであるものである。
【００１３】
請求項７の発明は、音声を電気信号に変換する音声・電気信号変換手段と、前記音声の背景音となる音楽の電気信号（以下、音楽信号と略す）を入力するための音楽信号入力手段と、音声の電気信号（以下、音声信号と略す）を音声に変換して、変換した音声を空間に出力する電気信号・音声変換手段とを有する拡声器本体に接続されて、この拡声器本体から出力された音声におけるハウリングの発生を防止するハウリングキャンセラにおいて、前記音声信号や音楽信号を含む各種信号の処理を行うためのプロセッサと、前記プロセッサにより実行されるプログラムを格納したメモリとを備え、前記プログラムには、前記電気信号・音声変換手段から空間を介して前記音声・電気信号変換手段に入力された音声（以下、帰還音という）を前記音声・電気信号変換手段により音声信号に変換した場合における、帰還音の音声信号の推定値を出力する適応フィルタとして、前記プロセッサを動作させるための適応フィルタプログラムが含まれており、前記適応フィルタは、前記推定値の算出に用いられる一つ以上の係数を有し、この係数の変更可能な可変フィルタを含んでおり、前記適応フィルタプログラムは、前記電気信号・音声変換手段と空間と前記音声・電気信号変換手段とを含む伝達経路の伝達特性を同定して、同定した伝達特性に応じて前記可変フィルタの係数を修正するための逐次システム同定アルゴリズムを含み、前記音声・電気信号変換手段から出力された実際の帰還音の音声信号から、前記適応フィルタより出力された帰還音の音声信号の推定値を差し引くようにしたものである。
【００１４】
請求項８の発明は、請求項７に記載の拡声器システムにおいて、前記可変フィルタは、有限インパルスレスポンスフィルタ（ＦＩＲフィルタ）であるものである。
【００１５】
請求項９の発明は、請求項７又は請求項８に記載の拡声器において、前記逐次システム同定アルゴリズムは、ＬＭＳ（Least-Mean-Square）アルゴリズムであるものである。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、Ａ／Ｄ変換手段から出力されたディジタル形式の音声信号（その時点でユーザにより入力された音声と帰還音とを含む音声に対応した音声信号）から、適応フィルタより出力されたディジタル形式の帰還音の音声信号の推定値が差し引かれる。これにより、音声・電気信号変換手段から出力されてＡ／Ｄ変換手段によりディジタル形式に変換された音声信号全体から、帰還音の音声信号の影響を除去することができるので、帰還音に基くハウリングの発生を防止することができる。
【００１７】
しかも、適応フィルタに適用される逐次システム同定アルゴリズムは、上記の帰還音の推定値を算出する際に、電気信号・音声変換手段（例えばスピーカ）と空間と音声・電気信号変換手段（例えばマイクロフォン）とを含む伝達経路の伝達特性を同定して、同定した伝達特性に応じて可変フィルタ（推定値の算出に用いられるフィルタ）の係数を修正する。これにより、上記特許文献１の発明と異なり、上記の伝達経路の伝達特性が常時変化する場合でも、ノイズ信号やスイープ信号に基く耳障りな音声を出力することなく、ハウリングの発生を防止することができる。また、上記特許文献１の発明と異なり、各マイク位置におけるハウリング発生周波数帯域を測定する必要がないので、機器内のプロセッサによる信号処理の負荷を減らすことができる。
【００１８】
請求項２、請求項５及び請求項８の発明によれば、可変フィルタを、適応フィルタに適した有限インパルスレスポンスフィルタ（ＦＩＲフィルタ）としたことにより、適応フィルタから安定した帰還音の音声信号の推定値を出力することができる。
【００１９】
請求項３、請求項６及び請求項９の発明によれば、一般に、ＬＭＳ（Least-Mean-Square）アルゴリズムにおける係数の修正量は、｛（定数）×（誤差）×(入力)｝で表されるので、一般的な最急降下法に比べて、簡単な計算で可変フィルタの係数を修正することができる。
【００２０】
請求項４の発明によれば、音声・電気信号変換手段から出力された音声信号（その時点でユーザにより入力された音声と帰還音とを含む音声に対応した音声信号）から、適応フィルタより出力された帰還音の音声信号の推定値が差し引かれる。これにより、音声・電気信号変換手段から出力された音声信号全体から、帰還音の音声信号の影響を除去することができるので、帰還音に基くハウリングの発生を防止することができる。
【００２１】
しかも、適応フィルタに適用される逐次システム同定アルゴリズムは、上記の帰還音の推定値を算出する際に、電気信号・音声変換手段（例えばスピーカ）と空間と音声・電気信号変換手段（例えばマイクロフォン）とを含む伝達経路の伝達特性を同定して、同定した伝達特性に応じて可変フィルタ（推定値の算出に用いられるフィルタ）の係数を修正する。これにより、上記特許文献１の発明と異なり、上記の伝達経路の伝達特性が常時変化する場合でも、ノイズ信号やスイープ信号に基く耳障りな音声を出力することなく、ハウリングの発生を防止することができる。また、上記特許文献１の発明と異なり、各マイク位置におけるハウリング発生周波数帯域を測定する必要がないので、機器内のプロセッサによる信号処理の負荷を減らすことができる。
【００２２】
請求項７の発明によれば、上記請求項４に記載の発明と同様な効果を得ることができると共に、既存の拡声器（本体）に手を加えることなく、外付けのハウリングキャンセラを既存の拡声器（本体）に接続することで、ハウリングの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係るハウリングキャンセラ組込型拡声器（請求項１における拡声器）の概略の構成を示す。第１の実施形態は、主に請求項１乃至３に対応する。ハウリングキャンセラ組込型拡声器１は、図中の一点鎖線で示されるハウリングキャンセラ２を機器内部に組み込んだタイプの拡声器である。ハウリングキャンセラ２は、拡声器本体（ハウリングキャンセラ組込型拡声器１内におけるハウリングキャンセラ２以外の部分）から出力された音声におけるハウリングの発生を防止するための装置である。
【００２４】
ハウリングキャンセラ組込型拡声器１は、上記のハウリングキャンセラ２と、入力された音声を電気信号に変換するマイクロフォン１１（音声・電気信号変換手段）と、マイクロフォン１１から出力された音声の電気信号（以下、音声信号と略す）を増幅する増幅器１２と、増幅器１２から出力された増幅後の音声信号から、適応フィルタ２０より出力された帰還音の音声信号の推定値２４を差し引いた信号を生成する信号合成器１３と、信号合成器１３から出力された（帰還音の影響を取り除いた）音声信号と上記音声の背景音となる音楽の電気信号３（以下、音楽信号と略す）とを合成するための信号合成器１４（信号合成手段）と、信号合成器１４により合成された信号（以下、合成信号という）を増幅する増幅器１７と、増幅器１７により増幅された合成信号を音声に変換して、変換した音声を空間１９に出力するスピーカ１８（電気信号・音声変換手段）とを含んでいる。
【００２５】
上記のハウリングキャンセラ２は、図３に示されるように、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）７０を有しており、このＤＳＰ７０は、音声信号や音楽信号を含むディジタル信号の処理を行うためのプロセッサと、このプロセッサにより実行されるプログラムを格納したメモリとを有している。このメモリに格納されたプログラムには、ＤＳＰ７０内のプロセッサを適応フィルタ２０として動作させるための適応フィルタプログラム（不図示）が含まれている。図１に示される適応フィルタ２０は、スピーカ１８から空間１９を介してマイクロフォン１１に入力された音声（図３中の破線で示される音声：以下、帰還音という）のみをマイクロフォン１１により音声信号に変換した場合における、帰還音の音声信号の推定値を出力するディジタルフィルタである。適応フィルタ２０は、上記の推定値の算出に用いられる一つ以上の係数を有し、この係数の変更可能な可変フィルタ２１を含んでいる。上記の適応フィルタプログラムは、上記の増幅器１７とスピーカ１８と空間１９とマイクロフォン１１と増幅器１２とを含む伝達経路（図１中の破線で示される伝達経路）の伝達特性を同定して、同定した伝達特性に応じて可変フィルタ２１の係数を修正するための逐次システム同定アルゴリズム２２を含んでいる。従って、ＤＳＰ７０中のプロセッサと適応フィルタプログラムとを用いて実現される適応フィルタ２０には、逐次システム同定アルゴリズム２２が採用されている。
【００２６】
上記の拡声器本体（ハウリングキャンセラ組込型拡声器１内におけるハウリングキャンセラ２以外の部分）は、マイクロフォン１１から出力された音声信号を増幅器１２により増幅して、増幅後の音声信号と背景音となる音楽の音楽信号３とを信号合成器１４により合成した後、その合成信号１５を増幅器１７により増幅して、増幅後の合成信号をスピーカ１８により音声に変換して空間１９に出力する（放射する）。一方、適応フィルタ２０は、上記の合成信号１５を分岐した信号１６を受信して、受信した信号１６に基いて、合成信号１５を増幅器１７により増幅してスピーカ１８から出力した際における帰還音をマイクロフォン１１により音声信号に変換して増幅器１２で増幅した場合における、増幅後の帰還音の音声信号の推定値２４を出力する。そして、信号合成器１３が、マイクロフォン１１から出力された音声信号から、適応フィルタ２０より出力された帰還音の音声信号の推定値２４を差し引いた信号を生成する。
【００２７】
図２は、上記の適応フィルタ２０の具体例を示す。この適応フィルタ２０は、図１における可変フィルタ２１に有限インパルスレスポンスフィルタ（ＦＩＲフィルタ）３１を採用しており、逐次システム同定アルゴリズム２２にＬＭＳ（Least-Mean-Square）アルゴリズム３２を採用している。上記のように、可変フィルタ２１を、適応フィルタ２０に適したＦＩＲフィルタ３１としたことにより、適応フィルタ２０から安定した帰還音の音声信号の推定値２４を出力することができる。また、ＬＭＳアルゴリズム３２における係数の修正量は、｛（定数）×（誤差）×(入力)｝で表されるので、上記のように逐次システム同定アルゴリズム２２にＬＭＳアルゴリズム３２を採用したことにより、逐次システム同定アルゴリズム２２に一般的な最急降下法を採用した場合に比べて、簡単な計算でＦＩＲフィルタ３１の係数を修正することができる。
【００２８】
図３は、上記のハウリングキャンセラ組込型拡声器１の具体的なハードウェア構成の例を示す。図において、上記図１及び図２と同様な部材には、同じ番号を付している。ハウリングキャンセラ組込型拡声器１は、主に、上記のマイクロフォン１１と、スピーカ１８と、アンプ７５（図１及び２中の増幅器１７に相当）と、装置本体３０とから構成されている。装置本体３０は、音楽信号３のディジタル入力端子９１（請求項における音楽信号入力手段）と、マイクロフォン１１から出力された音声信号をディジタル形式の信号に変換するためのＡ／Ｄコンバータ９０（請求項におけるＡ／Ｄ変換手段）と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）７０と、ＤＳＰ７０内において合成された上記のディジタル形式の音声信号とディジタル形式の音楽信号との合成信号をアナログ形式の信号に変換するためのＤ／Ａコンバータ９５（請求項におけるＤ／Ａ変換手段）とを備えている。なお、音楽信号３がアナログ信号である場合には、請求項における音楽信号入力手段（図３中におけるディジタル入力端子９１に相当）は、Ａ／Ｄコンバータとなる。ＤＳＰ７０は、上記の適応フィルタ２０に加えて、増幅器９２、増幅器１２、増幅器９７、信号合成器９３、増幅器９４、及び信号合成器８０として機能する。増幅器９２は、ディジタル入力端子９１から出力された音楽信号３を増幅する。増幅器１２は、マイクロフォン１１からＡ／Ｄコンバータ９０を介して入力された音声信号を増幅する。増幅器９７は、適応フィルタ２０から出力された帰還音の音声信号の推定値を増幅する。信号合成器９３は、増幅器９２で増幅された音楽信号３と増幅器１２で増幅された音声信号とを合成すると共に、これらの信号の合成信号から、上記の帰還音の音声信号の推定値の増幅信号を差し引いた信号を生成する。増幅器９４は、信号合成器９３から出力された信号を増幅する。信号合成器８０は、マイクロフォン１１から入力された、ユーザの声と帰還音に基く音声信号から、適応フィルタ２０から出力された帰還音の音声信号の推定値を差し引いた信号を生成する。
【００２９】
図４は、上記のハウリングキャンセラ組込型拡声器１における信号の流れを示す。図中におけるｍ（ｎ）、ｓ（ｎ）、ｄ（ｎ）、ｘ（ｎ）、ｙ（ｎ）は、それぞれ増幅器９２から出力された音楽信号、ユーザの声に対応した音声信号、帰還音（スピーカ１８から出力されてマイクロフォン１１に帰還する音声）に対応した音声信号、スピーカ１８から実際に出力される音声に対応した音声信号、上記帰還音に対応した音声信号の推定値（の信号）を示す。
【００３０】
マイクロフォン１１に入力される信号ｄ’（ｎ）は、
ｄ’（ｎ）＝ユーザの声に対応した音声信号ｓ（ｎ）
＋帰還音に対応した音声信号ｄ（ｎ）  ・・・（１）
となる。
【００３１】
また、上記の帰還音に対応した音声信号の推定値ｙ（ｎ）は、スピーカ１８から実際に出力される音声に対応した音声信号ｘ（ｎ）を、可変フィルタ２１に入力した場合における可変フィルタ２１からの出力値である。
【００３２】
従って、ＬＭＳアルゴリズム３２に入力される誤差信号ｅ’（ｎ）は、
ｅ’（ｎ）＝ｄ’（ｎ）−ｙ（ｎ）
＝ｓ（ｎ）＋ｄ（ｎ）−ｙ（ｎ）
＝ｓ（ｎ）＋ｅ（ｎ）  ・・・・（２）
となる。
【００３３】
ここで、ｅ（ｎ）は、適応フィルタ２０の適応誤差（帰還音に対応した音声信号の推定値と実際の帰還音に対応した音声信号との誤差）で、次式で表される。
ｅ（ｎ）＝ｄ（ｎ）−ｙ（ｎ）
【００３４】
通常、一般的な適応フィルタでは、上記の（真の）適応誤差ｅ（ｎ）の二乗（ｅ２（ｎ））の期待値が０となるような適応処理がなされる。ところが、図４に示されるように、このハウリングキャンセラ組込型拡声器１では、ｅ’（ｎ）が適応フィルタ２０のＬＭＳアルゴリズム３２に入力されるようになっており、ＬＭＳアルゴリズム３２は、ｅ'２（ｎ）の期待値が０となるような適応処理を実行する（ｅ'２（ｎ）の期待値が０となるように可変フィルタの係数を修正する）。ここで、上記の式（２）に示されるように、適応フィルタ２０に入力される誤差信号ｅ’（ｎ）には、適応フィルタ２０にとっての真の誤差ｅ（ｎ）だけではなく、ユーザの声の音声信号ｓ（ｎ）も含まれている。従って、ＬＭＳアルゴリズム３２は、誤差信号ｅ’（ｎ）に含まれるユーザの声の音声信号ｓ（ｎ）を含めて上記の伝達経路の伝達特性を同定し、同定した伝達特性に応じて可変フィルタ２１の係数の修正量を決定してしまう可能性がある。
【００３５】
しかしながら、一般に、ＬＭＳアルゴリズムは、長い時間単位でみると、入力信号と無相関な誤差成分に対しては反応しない。つまり、長い時間単位でみると、入力信号である音声信号ｘ（ｎ）と無相関な音声信号ｓ（ｎ）が存在しても、可変フィルタ２１は、上記の音声信号ｓ（ｎ）が存在しない場合と同様な係数を有するようになる。そこで、このハウリングキャンセラ組込型拡声器１では、誤差信号ｅ’（ｎ）に音楽信号ｍ（ｎ）を加算することで、入力信号である音声信号ｘ（ｎ）と音声信号ｓ（ｎ）との相関関係をなくすようにしている。すなわち、信号合成器９３は、適応フィルタ２０への入力信号である音声信号ｘ（ｎ）を、以下のように生成している。
ｘ（ｎ）＝｛ｄ’（ｎ）−ｙ（ｎ）｝＋ｍ（ｎ）
＝ｅ’（ｎ）＋ｍ（ｎ）  ・・・・（３）
【００３６】
換言すると、ハウリングキャンセラ組込型拡声器１では、入力信号である音声信号ｘ（ｎ）に音楽信号ｍ（ｎ）を加算して、音声信号ｘ（ｎ）の値を変更することによって、入力信号である音声信号ｘ（ｎ）と、この音声信号ｘ（ｎ）に含まれるユーザの声の音声信号ｓ（ｎ）との相関関係をなくし、誤差信号ｅ’（ｎ）における音声信号ｓ（ｎ）の影響を少なくして、実質的に音声信号ｘ（ｎ）と誤差信号ｅ（ｎ）のみを用いてＬＭＳアルゴリズム３２で可変フィルタ２１の係数を決定する。そして、上記（３）式のように、誤差信号ｅ’（ｎ）に加算する（音声信号ｘ（ｎ）を構成する）信号として、ユーザの声に対する背景音（Ｂ．Ｇ．Ｍ．）となる音楽信号ｍ（ｎ）を採用することで、誤差信号ｅ’（ｎ）に加算する信号としてノイズ信号やスイープ信号を採用した場合と異なり、ユーザに耳障りな音声を出力することを防ぐことができる。
【００３７】
上記のように、第１の実施形態のハウリングキャンセラ組込型拡声器１によれば、Ａ／Ｄコンバータ９０から出力されたディジタル形式の音声信号（その時点でユーザにより入力された音声と帰還音とを含む音声に対応した音声信号）ｄ’（ｎ）から、適応フィルタ２０より出力されたディジタル形式の帰還音の音声信号の推定値ｙ（ｎ）が差し引かれる。これにより、マイクロフォン１１から出力されてＡ／Ｄコンバータ９０によりディジタル形式に変換された音声信号全体から、帰還音の音声信号の影響を除去することができるので、帰還音に基くハウリングの発生を防止することができる。
【００３８】
しかも、適応フィルタ２０に適用される逐次システム同定アルゴリズム２２（ＬＭＳアルゴリズム３２）は、上記の帰還音の推定値ｙ（ｎ）を算出する際に、スピーカ１８と空間１９とマイクロフォン１１とを含む伝達経路の伝達特性を同定して、同定した伝達特性に応じて可変フィルタ２１の係数を修正する。これにより、上記特許文献１の発明と異なり、スピーカ１８やマイクロフォン１１の位置が移動して上記の伝達経路の伝達特性が常時変化する場合でも、ノイズ信号やスイープ信号に基く耳障りな音声を出力することなく、ハウリングの発生を防止することができる。また、上記特許文献１の発明と異なり、各マイク位置におけるハウリング発生周波数帯域を測定する必要がないので、機器内のプロセッサ（ＤＳＰ７０）による信号処理の負荷を減らすことができる。従って、劇場やコンサート会場の音響システムやカラオケ装置等に使用される拡声器のように、音波伝達経路の伝達特性が変化し易い場合におけるハウリング防止に特に効果的である。また、機器の設置時に、ハウリングを起こさないように音量調整をする等の面倒な作業をする必要がなくなる。
【００３９】
次に、本発明の第２の実施形態に係る拡声器システムについて図５を参照して説明する。第２の実施形態は、主に請求項４乃至６における拡声器システムと、請求項７乃至９におけるハウリングキャンセラとに対応する。図５中の拡声器システム４０は、入力された音声についての音波の振幅を大きくして空間に出力する拡声器４１と、この拡声器４１から出力された音声におけるハウリングの発生を防止するハウリングキャンセラ２とから構成されている。図５中において、上記図１と同様な部材には、同じ番号を付している。図５に示されるように、拡声器４１は、入力された音声を電気信号に変換するマイクロフォン１１（音声・電気信号変換手段）と、マイクロフォン１１から出力された音声信号を増幅する増幅器１２と、増幅器１２から出力された増幅後の音声信号から、適応フィルタ２０より出力された帰還音の音声信号の推定値６４を差し引いた信号を生成する信号合成器１３と、信号合成器１３から出力された（帰還音の影響を取り除いた）音声信号と上記音声の背景音となる音楽の電気信号３（以下、音楽信号と略す）とを合成するための信号合成器１４（信号合成手段）と、信号合成器１４による合成信号１５を増幅する増幅器１７と、増幅器１７により増幅された合成信号を音声に変換して、変換した音声を空間１９に出力するスピーカ１８（電気信号・音声変換手段）とを有している。
【００４０】
また、拡声器４１は、信号合成器１３から出力された（帰還音の影響を取り除いた）音声信号６１を分岐した信号６２を出力するための出力端子５２と、信号合成器１４から出力された、増幅器１７への入力信号１５を分岐した信号６３を出力するための出力端子５３と、適応フィルタ２０より出力された帰還音の音声信号の推定値６４を入力するための入力端子５１とを持つ。一方、ハウリングキャンセラ２は、拡声器４１側の出力端子５２から出力された信号を入力するための入力端子５７と、拡声器４１側の出力端子５３から出力された信号を入力するための入力端子５８と、拡声器４１側の入力端子５１に帰還音の音声信号の推定値６４を出力するための出力端子５６とを持つ。
【００４１】
上記の拡声器システム４０では、拡声器４１側の入力端子５１、出力端子５２、及び出力端子５３と、ハウリングキャンセラ２側の出力端子５６、入力端子５７、及び入力端子５８とを介して、上記第１の実施形態のハウリングキャンセラ組込型拡声器１内の信号処理と同様な信号処理が行われる。
【００４２】
図６乃至１０は、上記の拡声器システム４０の具体的なハードウェア構成の例を示す。図において、上記図５及び図３と同様な部材には、同じ番号を付している。図６乃至９は、拡声器４１がＤＳＰを有していない場合におけるハードウェア構成の例であり、図１０は、拡声器４１がＤＳＰを有している場合におけるハードウェア構成の例である。図６と図７との相違点は、図７の拡声器４１（の信号処理部７１）側には、図６の拡声器４１（の信号処理部７１）側と異なり、マイクロフォン１１から取り込んだ音声信号をハウリングキャンセラ２側に出力するための出力端子、及び信号６３をハウリングキャンセラ２側に出力するための出力端子がないという点である。図７と図８との相違点は、図８の拡声器４１（の信号処理部７１）側は、図７の拡声器４１（の信号処理部７１）側と異なり、入力端子の数が２つしかないという点（図７に示される帰還音の音声信号の推定値６４をハウリングキャンセラ２側から入力するための入力端子がないという点）である。図８と図９との相違点は、図９の拡声器４１（の信号処理部７１）側は、図８の拡声器４１（の信号処理部７１）側と異なり、入力端子の数が１つしかないという点である。
【００４３】
図６乃至９において、７２、７４、７６及び８８は、いずれも増幅器を示し、７３、８０、８１、８２、８６、及び８７は、いずれも信号合成器を示す。また、７７、７９、及び８４は、いずれもＡ／Ｄコンバータを示し、７８及び８５は、いずれもＤ／Ａコンバータを示す。
【００４４】
また、図１０において、９２及び９４は、いずれも増幅器を示し、８０及び９３は、いずれも信号合成器を示す。また、９０はＡ／Ｄコンバータを示し、９５は、Ｄ／Ａコンバータを示す。
【００４５】
第２の実施形態の拡声器システム４０によれば、第１の実施形態のハウリングキャンセラ組込型拡声器１と同様な効果を得ることができると共に、既存の拡声器４１に手を加えることなく、外付けのハウリングキャンセラ２を既存の拡声器４１に接続することで、ハウリングの発生を防止することができる。
【００４６】
なお、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、適応フィルタ２０に用いる逐次システム同定アルゴリズム２２は、通常のＬＭＳアルゴリズムに限られず、ｎＬＭＳ（Normalized LMS）アルゴリズム、再帰最小二乗（ＲＬＳ（Recursive Least-Squares））アルゴリズム、超安定適応再帰フィルタ（ＨＡＲＦ(Hyperstable Adaptive Recursive Filter)アルゴリズム、簡易化超安定適応再帰フィルタ（ＳＨＡＲＦ(Simplified HARF)アルゴリズム等のアルゴリズムであってもよい。また、可変フィルタ２１は、必ずしもＦＩＲフィルタである必要はなく、例えばＩＩＲ（Infinite Impulse Response）フィルタ等のデジタルフィルタであってもよい。さらにまた、上記各実施形態のハードウェア構成は、上記の構成に限られない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る拡声器の概略の構成図。
【図２】上記拡声器における適応フィルタの具体例を示す図。
【図３】上記拡声器の具体的なハードウェア構成の例を示す図。
【図４】上記拡声器における信号の流れを示す図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る拡声器システムの概略の構成図。
【図６】拡声器がＤＳＰを有していない場合における上記拡声器システムのハードウェア構成の第１の例を示す図。
【図７】拡声器がＤＳＰを有していない場合における上記拡声器システムのハードウェア構成の第２の例を示す図。
【図８】拡声器がＤＳＰを有していない場合における上記拡声器システムのハードウェア構成の第３の例を示す図。
【図９】拡声器がＤＳＰを有していない場合における上記拡声器システムのハードウェア構成の第４の例を示す図。
【図１０】拡声器がＤＳＰを有している場合における上記拡声器システムのハードウェア構成の例を示す図。
【符号の説明】
【００４８】
１    ハウリングキャンセラ組込型拡声器（請求項１における拡声器）
２    ハウリングキャンセラ
１１  マイクロフォン（音声・電気信号変換手段）
１４  信号合成器（信号合成手段）
１８  スピーカ（電気信号・音声変換手段）
２０  適応フィルタ
２１  可変フィルタ
２２  逐次システム同定アルゴリズム
３２  ＬＭＳアルゴリズム
４０  拡声器システム
４１  拡声器（拡声器本体）
７０  ＤＳＰ（プロセッサ）
９０  Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ変換手段）
９１  ディジタル入力端子（音楽信号入力手段）
９５  Ｄ／Ａコンバータ（Ｄ／Ａ変換手段）
【図１】
2007243242.tif 000003
【図２】
2007243242.tif 000004
【図３】
2007243242.tif 000005
【図４】
2007243242.tif 000006
【図５】
2007243242.tif 000007
【図６】
2007243242.tif 000008
【図７】
2007243242.tif 000009
【図８】
2007243242.tif 000010
【図９】
2007243242.tif 000011
【図１０】
2007243242.tif 000012