(57)【要約】【課題】信号の増幅量（G）が帰還ループの減衰量（L）より大きくても信号の発振が生じにくい電気音響変換再生装置に適用されるハウリング抑制装置を提供すること。【解決手段】音響信号をアナログ電気信号に変換する音響信号入力部１と、前記アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器２と、前記デジタル信号を処理する信号処理部３と、信号処理部３より出力されるデジタル信号をアナログ電気信号に変換するＤＡ変換器４と、前記アナログ電気信号を音響信号として出力する音響出力部６とを備え、信号処理部３は、少なくとも２種類の櫛型フィルタ８を備えることを特徴とするハウリング抑制装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響信号をアナログ電気信号に変換する音響信号入力部と、前記アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、前記デジタル信号を処理する信号処理部と、該信号処理部より出力されるデジタル信号をアナログ電気信号に変換するＤＡ変換器と、前記アナログ電気信号を音響信号として出力する音響出力部とを備え、前記信号処理部は、少なくとも２種類の櫛型フィルタを備えることを特徴とするハウリング抑制装置。
【請求項２】
ハウリングの生じやすい周波数帯域が既知の場合は、前記２種類の櫛型フィルタをハウリングの生じやすい周波数付近に対してのみ機能させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のハウリング抑制装置。
【請求項３】
音響信号をアナログ電気信号に変換する音響信号入力部と、前記アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、前記デジタル信号を処理する信号処理部と、該信号処理部より出力されるデジタル信号をアナログ電気信号に変換するＤＡ変換器と、前記アナログ電気信号を音響信号として出力する音響出力部とを備え、前記信号処理部は、全域通過経路と少なくとも２種類の櫛型フィルタを備える経路とを並列接続し、通常は前記全域通過経路を機能させ、前記音響信号入力部に入力される音響信号又は前記音響出力部から出力される音響信号のレベルが所定値を超え前記所定値以下となるまでの間は、前記２種類の櫛型フィルタを備える経路を機能させるようにしたことを特徴とするハウリング抑制装置。
【請求項４】
前記２種類の櫛型フィルタの特性は、互いに通過領域と阻止領域が互い違いに構成されており、前記２種類の櫛型フィルタが一定時間毎に切り替わるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つの請求項に記載のハウリング抑制装置。
【請求項５】
前記２種類の櫛型フィルタは、FIRフィルタ又はIIRフィルタにて構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つの請求項に記載のハウリング抑制装置。
【請求項６】
前記２種類の櫛型フィルタを、永久に又は複数回繰り返し動作させることにより、前記２種類の櫛型フィルタのサイドローブによる残留成分が前記音響信号入力部に帰還することによるハウリングを抑制することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つの請求項に記載のハウリング抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気音響変換再生装置に適用されるハウリング抑制装置に係り、特に、補聴器や拡声器、カラオケ装置のような音響入力信号を増幅してスピーカやイヤホンから出力させる電気音響変換再生装置に適用されるハウリング抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、補聴器は小型化、高出力化が進んでおり、音を入力するマイクロホン部と音を出力するイヤホン部が数十ミリメートルほどの距離を隔てて配置されている。重度難聴者用補聴器の場合、イヤホン部からの出力レベルが最大140 dB SPL（sound pressure level）を超える場合がある。また拡声器においても、高出力スピーカがマイクロホンに近接して配置される場合がある。
【０００３】
しかし、スピーカ又はイヤホンがマイクロホンに近接するこれらの装置では、スピーカやイヤホンからの出力信号の一部がマイクロホンに帰還することになる。このとき、音響出力信号は、マイクロホンに達するまでの間に減衰するが、この減衰量（L）にくらべて装置の増幅量（G）が大きいと、帰還が繰り返され、信号レベルは無限に増大してしまう。
ハウリングと呼ばれるこの現象は、不快な音を生じるだけでなく、スピーカやイヤホンを酷使し、不必要な電力を消費するといった問題を生じる。
【０００４】
このハウリングを抑制するために、ハウリングが発生しているかどうか、及びハウリングの発生している周波数を自動的に推定し、その周波数の成分を逆位相の信号にて相殺する、又はその周波数付近の増幅率を選択的に低下させるといった方法（特開平6-22397号）や信号の位相を変調する方法、遅延時間を変化させる方法などが提案されている（特開2000-341707、特開平3-263999、特開平9-168195、US5621802、US5033090）。
補聴器に関しては、イヤホン部からの出力が外耳道から外に漏れるいわゆる音漏れを防ぐためのイヤモールドの素材や成型技術が各種提案されている。また、イヤモールドが外耳に正しく装着されているときにのみ補聴器の電源をonにできるといったものが提案されている。
【特許文献１】特開平6-22397号
【特許文献２】特開2000-341707
【特許文献３】特開平3-263999
【特許文献４】特開平9-168195
【特許文献５】US5621802
【特許文献６】US5033090
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ハウリングの有無やハウリング発生周波数を確実に自動推定させるのはきわめて難しく、特定の周波数の増幅率を選択的に低下させる方法では、所望する音質及び音量が得られなくなる。位相変調や周波数変調は定常的なハウリングを抑制するが、音質変化を招いたり発振と相殺が交互に繰り返され耳障りな音質になったりする場合がある。
【０００６】
また、補聴器の音漏れの防止には限界があり、特に発汗時や咀嚼時、運動の際には期待する効果が得られにくい。音漏れをなくすためには外耳道を完全に塞ぐ必要があるが、これは閉塞感や圧迫感といった心理的ストレスを生じる。さらに、成長期の子供の場合、成長にともなってイヤモールドを何度も交換するためコストが高くなるといった問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、信号の増幅量（G）が帰還ループの減衰量（L）より大きくても信号の発振が生じにくい電気音響変換再生装置に適用されるハウリング抑制装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の問題を解決するために、下記の手段を採用した。第１の手段は、音響信号をアナログ電気信号に変換する音響信号入力部と、前記アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、前記デジタル信号を処理する信号処理部と、該信号処理部より出力されるデジタル信号をアナログ電気信号に変換するＤＡ変換器と、前記アナログ電気信号を音響信号として出力する音響出力部とを備え、前記信号処理部は、一定時間毎に切り替わる２種類あるいはそれ以上の櫛型フィルタを備えることを特徴とするハウリング抑制装置である。
第２の手段は、第１の手段において、ハウリングの生じやすい周波数帯域が既知の場合は、前記２種類の櫛型フィルタをハウリングの生じやすい周波数付近に対してのみ機能させるようにしたことを特徴とするハウリング抑制装置である。
第３の手段は、音響信号をアナログ電気信号に変換する音響信号入力部と、前記アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、前記デジタル信号を処理する信号処理部と、該信号処理部より出力されるデジタル信号をアナログ電気信号に変換するＤＡ変換器と、前記アナログ電気信号を音響信号として出力する音響出力部とを備え、前記信号処理部は、全域通過経路と少なくとも２種類の櫛型フィルタを備える経路とを並列接続し、通常は前記全域通過経路を機能させ、前記音響信号入力部に入力される音響信号又は前記音響出力部から出力される音響信号のレベルが所定値を超え前記所定値以下となるまでの間は、前記２種類の櫛型フィルタを備える経路を機能させるようにしたことを特徴とするハウリング抑制装置である。
第４の手段は、第１の手段乃至第３の手段のいずれか１つの手段において、前記２種類の櫛型フィルタの特性は、相補的、すなわち互いに通過領域と阻止領域が互い違いに構成されており、前記２種類の櫛型フィルタが一定時間毎に切り替わるように構成されていることを特徴とするハウリング抑制装置である。
第５の手段は、第１の手段乃至第４の手段のいずれか１つの手段において、前記２種類の櫛型フィルタは、FIRフィルタ又はIIRフィルタにて構成されることを特徴とするハウリング抑制装置である。
第６の手段は、第１の手段乃至第５の手段のいずれか１つの手段において、前記２種類の櫛型フィルタを、永久に又は複数回繰り返し動作させることにより、前記２種類の櫛型フィルタのサイドローブによる残留成分が前記音響信号入力部に帰還することによるハウリングを抑制することを特徴とするハウリング抑制装置である。
【発明の効果】
【０００９】
上述のごとく、本発明によれば、信号処理部において、ハウリングの発生源となる帰還ループを遮断するために２種類の櫛型フィルタを設けたので、帰還ループにより増幅が繰り返される周波数成分の出力レベルを数ミリから数十ミリ秒にわたり、充分小さくすることができ、発振を未然に防ぐことができる。そしてハウリングが生じる可能性のあるすべての周波数に対して上記の処理を施すことにより、従来必要とされていたハウリングの生じている周波数の推定が不要となる。
また、本発明によれば、個々の周波数成分は、定期的に小音量化あるいは無音化されるが、２つの櫛形フィルタの特性が互い違いであるため、一方の周波数グループが阻止域にあるとき、他方の周波数グループは必ず通過域にある。このため、信号が音声や音楽のような広帯域の複合音である限り、出力される信号波形は小音化、無音化されることなく、連続的に再生される。さらに、通過域及び阻止域の幅が聴覚の周波数分解能にくらべて狭ければ、櫛型フィルタによる音質変化はほとんど知覚されないため、聴感上は所望する周波数特性が実現できる。
また、本発明によれば、特性が互い違いな２種類の櫛型フィルタを交互に適用することによって、信号波形を途切れさせること無く、ハウリングの原因となる発振を遮断することができる。さらに、ハウリングの生じている周波数を推定することなく、また、所望の周波数特性及び増幅量を確保したままでハウリングを抑制するという、従来の手法では得られなかった効果が得られる。また、本発明を、補聴器、拡声器、カラオケ装置といった機器に適用することにより、不快なハウリング音を生じることなく、必要な音量を得ることが可能になる。特に、補聴器に適用した場合には、従来ほど厳密に外耳道を塞ぐ必要がなくなるため、閉塞感、圧迫感を改善し、快適性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
はじめに、本発明の第１の実施形態を図１乃至図４を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係るハウリング抑制装置の構成を示す図である。
同図に示すように、音響信号は音響入力部１にてアナログ電気信号に変換される。アナログ電気信号はＡＤ変換器２にてデジタル信号に変換され、信号処理部３へ送られる。信号処理部３は、所望の周波数特性変化を与えるための定常フィルタ７とハウリングを低減させるための交互櫛型フィルタ８とから構成される。交互櫛型フィルタ８は２種類の櫛型フィルタから構成される。この２種類の櫛型フィルタの特性は、相補的であり、互いに通過領域と阻止領域が互い違いに構成されており、この２種類の櫛型フィルタは、一定時間毎に切り替わるように構成されている。なお、定常フィルタ７と交互櫛型フィルタ８の順序は逆でもよい。信号処理部３から出力されたデジタル信号は、ＤＡ変換器４によってアナログ信号に変換され、アナログ増幅器である信号増幅部５によって所望の増幅量に増幅される。
なお、デジタル増幅器を用いる場合は、ＤＡ変換器４と信号増幅部５の順序を入れ替えることになる。
増幅されたアナログ信号は、スピーカやイヤホンといった電気音響変換器からなる音響出力部６にて音響信号に変換され、出力される。
【００１１】
なお、このハウリング抑制装置において、周波数特性変化が不要な場合は、定常フィルタ７の周波数特性を平坦にするか、あるいは定常フィルタ７自体を省略してもよい。また、対象となるすべての周波数成分は、交互櫛型フィルタ８を通過するため、一定の時間間隔で充分に小音量化されるため、出力信号が入力部に帰還しても、発振は生じにくい。
また、交互櫛型フィルタ８を実現する手段としては、IIRフィルタやFIRフィルタを用いる。安定な動作を保障するためにはFIRフィルタが望まれるが、櫛型特性が実現できるならこれら以外の手段を用いても構わない。
また、装置を簡素化するために、交互櫛型フィルタ８の特性に、あらかじめ所望の周波数特性変化を得るための定常フィルタ特性を乗じておいてもよい。
【００１２】
図２は、交互櫛型フィルタ８のフィルタ特性を示す図であり、この交互櫛型フィルタ８は２種類の櫛型フィルタＡ、Ｂから構成されており、各櫛型フィルタＡ、Ｂはそれぞれ周波数軸上に通過領域と阻止領域とが交互に配列されていると共に、２種類の櫛型フィルタＡ、Ｂの通過領域と阻止領域とは互い違い配列されている。櫛型フィルタＡとＢは、一定時間毎に切り替わるように構成されている。図３は、交互櫛型フィルタ８のフィルタ特性を時間−周波数座標上に示した図である。
【００１３】
通常、発振が生じている状態において、出力信号を一時的に無音化すると、帰還ループが遮断されるため、外部から新たな入力がない限り発振は続かない。しかし、全ての周波数成分を同時に無音化あるいは小音量化すると、その間、信号が途切れたり不自然に小さくなったりする。これを避けるために、本発明においては、対象とする周波数成分を２つあるいはそれ以上のグループに分け、それぞれのグループを交互に無音化あるいは小音量化するために、上述の交互櫛型フィルタ８を用いる。
【００１４】
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【００１５】
図４は、交互櫛型フィルタ８を数回繰り返し適用した場合のフィルタ特性を時間−周波数座標上に示した図である。
サイドローブのない理想的なフィルタであれば、交互櫛型フィルタ８を一回適用するだけであらゆる周波数の発振を止めることができるはずである。しかし、実現可能なフィルタでは、阻止領域内にフィルタのサイドローブによる残留成分が含まれ、これが再び発振を誘発すると考えられる。そこで、図４に示すようなフィルタ特性を有する交互櫛型フィルタ８を用いることにより、交互櫛型フィルタ８が繰り返し適用される間、フィルタのサイドローブによる残留成分は少なくなり、発振が誘発されにくくなる。なお、図４において、残留成分の量をグレー表示の濃さで表している。
【００１６】
本発明において重要なのは、ある周波数fnに関して、信号増幅部５の増幅量をG(fn)、音響出力部６から音響入力部１に帰還する際の減衰量をL(fn)、交互櫛型フィルタ８の阻止域におけるその周波数の減衰量をl(fn)としたとき、すべてのfnについて、L(fn)とl(fn)の和がG(fn)よりも大きくなるように交互櫛型フィルタ８を設計することである。
したがって、G(fn)とL(fn)のおおよその値が既知なら、G(fn) < L(fn)となる周波数だけを対象に交互櫛型フィルタ８を適用することで、不必要な音質変化を低減できる。
【００１７】
本実施形態の発明によれば、個々の周波数成分は、定期的に小音量化あるいは無音化されるが、交互櫛型フィルタ８の２つの櫛形フィルタが一定時間毎に切り替わるため、一方の周波数グループが阻止領域あるとき、他方の周波数グループは必ず通過領域にある。このため、信号が音声や音楽のような広帯域の複合音である限り、出力される信号波形は小音化、無音化されることなく、連続的に再生される。
【００１８】
また、通過領域及び阻止領域の幅が聴覚の周波数分解能にくらべて狭ければ、櫛型フィルタによる音質変化はほとんど知覚されないため、聴感上は所望する周波数特性が実現できる。
本発明では、対象とするすべての周波数成分が一定の時間間隔で小音量化あるいは無音化されるため、純音のように単一周波数の定常音はレベル変動音あるいは断続音になってしまうが、日常生活場面で重要な信号となる音声や音楽、その他大半の環境音は広帯域の複合音であり、周波数も変動している。したがって交互櫛型フィルタ処理によってこれらの信号に極端なレベル変動や不連続が生じることはない。
【００１９】
また、上述のごとく、交互櫛型フィルタ８として、少なくとも２種類の櫛型フィルタを切り替えて使用するものであるが、櫛型フィルタを瞬時に切り替えると、信号の不連続が生じるためクリック音が発生するので、これらの櫛型フィルタの切り替えは数ミリから数十ミリ秒かけて連続的にフィルタ特性を変化させる。これには、クロスフェードなどの技術が利用できる。
【００２０】
また、従来技術の一つに特定の周波数域の出力を低減させるノッチフィルタをフィルタの中心周波数を変化させながら適用するものがある（EP467499A3）が、ノッチフィルタでは一度に処理できる周波数範囲が限定される。それに対して本実施形態の発明に係る交互櫛型フィルタ８によれば、２種類の櫛型フィルタを連結するだけですべての周波数範囲が処理可能である。
【００２１】
次に、本発明の第２の実施形態を図５を用いて説明する。
図５は、本実施形態の発明に係るハウリング抑制装置の構成を示す図である。
図１に示した第１の実施形態においては、信号処理部３に入力されるデジタル信号が必ず交互櫛型フィルタ８を通過するが、ハウリングが問題となるのは、発振している信号がある程度のレベルを超えてからである。そこで、信号処理部３の演算量、及び不必要な音質変化をできるだけ減らすため、信号のレベルがある程度大きくなったときにのみ交互櫛型フィルタ８を有効にするのが現実的である。
図５に示すハウリング抑制装置では、信号処理部３に２つの信号経路（経路１、経路２）を設け、これらの信号経路を切り替え器１０によって切り替えるように構成している。このうち、経路１では、定常フィルタ７にて所望の周波数特性変化だけが与えられ、経路２では、定常フィルタ＋交互櫛型フィルタ９にて所望の周波数特性変化とハウリング低減のための交互櫛型フィルタ処理とが施されるのである。
レベル判定・比較器１１では、信号のレベルを判定し、あらかじめ設定されている閾値と比較する。信号のレベルが閾値を越えない間は切り替え器１０によって経路１が選択されるが、信号のレベルが閾値を越えたと判定されたときは、経路２に切り替えられ、交互櫛型フィルタ９が有効になる。この場合、交互櫛型フィルタ９は所定の回数、あるいは閾値以下の信号レベルが所定の長さ続くまで繰り返し適用される。
なお、図５に示したハウリング抑制装置は、あくまで一例であって、特にレベル判定・比較器１１の配置については同図に示す位置に必ずしも設ける必要はなく、様々な配置が可能である。
【００２２】
以上、本発明の基本的な実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜の変更が可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態の発明に係るハウリング抑制装置の構成を示す図である。
【図２】交互櫛型フィルタ８のフィルタ特性を示す図である。
【図３】交互櫛型フィルタ８のフィルタ特性を時間−周波数座標上に示した図である。
【図４】交互櫛型フィルタ８を数回繰り返し適用した場合のフィルタ特性を時間−周波数座標上に示した図である。
【図５】第２の実施形態の発明に係るハウリング抑制装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  音響入力部
２  ＡＤ変換器
３  信号処理部
４  ＤＡ変換器
５  信号増幅部
６  音響出力部
７  定常フィルタ
８  交互櫛型フィルタ
９  定常フィルタと交互櫛型フィルタ
１０  切り替え器
１１  レベル判定・比較器
【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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