(57)【要約】      （修正有）【課題】ハウリングが発達して耳障りな強度になって聴覚的に確認できるレベルに到達する前にハウリングを検知できる検知装置を提供する。【解決手段】時間依存自己相関行列を用いて予測係数の連立方程式を解くことにより、ハウリングの発生を速やかに検知し、ハウリング発生判定が一定時間連続する場合にハウリング発生と判定する検出安定化手段を有する。ハウリングが聴覚的に確認できる強度に発達する前にハウリングを検知することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ信号を入力しサンプリングして得られたデジタルの時系列信号Ｓｎを記憶手段に記憶させる入力手段と、
前記記憶手段から時系列信号Ｓｎを読み出して、当該時系列信号Ｓｎの線形予測式（２０）（但し、Ｍは１以上の自然数）に含まれるＭ個の予測係数ａｍをＭ個の連立方程式（２１）（但し、Ｎは１以上の自然数、ｍ’は１からＭまでの値をとる仮パラメータ）を解くことによって計算し、当該予測係数ａｍを係数に用いたＸに関する式（２２）と式（２２）を因数分解して得られる式（２３）（但し、ｂｍは複素係数）との関係を満たす複素増幅率λｍを式（２４）（但し、ΔＴは時系列信号Ｓｎのサンプリング間隔）により計算する信号解析手段と、
計算されたＭ個の複素増幅率λｍのうち実部が正となる複素増幅率λｍが１個以上ある場合にハウリングが発生していると判定するハウリング検知手段と、を有し、
前記信号解析手段は、
時間依存自己相関行列式（２５）（但し、δｋ，ｊは時間依存自己相関係数）を対角化することによって前記Ｍ個の連立方程式（２１）を解くことを特徴とするハウリング検知装置。
【数２０】
2012044553.tif 000022
【数２１】
2012044553.tif 000023
【数２２】
2012044553.tif 000024
【数２３】
2012044553.tif 000025
【数２４】
2012044553.tif 000026
【数２５】
2012044553.tif 000027
【請求項２】
ハウリングの発生判定が一定時間で連続する場合にハウリングが発生していると判定する検出安定化手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載のハウリング検知装置。
【請求項３】
コンピュータにより行うハウリング検知方法において、
アナログ信号を入力しサンプリングして得られたデジタルの時系列信号Ｓｎを記憶手段に記憶させる第１のステップと、
前記記憶手段から時系列信号Ｓｎを読み出して、当該時系列信号Ｓｎの線形予測式（２６）（但し、Ｍは１以上の自然数）に含まれるＭ個の予測係数ａｍをＭ個の連立方程式（２７）（但し、Ｎは１以上の自然数、ｍ’は１からＭまでの値をとる仮パラメータ）を解くことによって計算し、当該予測係数ａｍを係数に用いたＸに関する式（２８）と式（２８）を因数分解して得られる式（２９）（但し、ｂｍは複素係数）との関係を満たす複素増幅率λｍを式（３０）（但し、ΔＴは時系列信号Ｓｎのサンプリング間隔）により計算する第２のステップと、
計算されたＭ個の複素増幅率λｍのうち実部が正となる複素増幅率λｍが１個以上ある場合にハウリングが発生していると判定する第３のステップと、を有し、
前記第２のステップは、
時間依存自己相関行列式（３１）（但し、δｋ，ｊは時間依存自己相関係数）を対角化することによって前記Ｍ個の連立方程式（２７）を解くことを特徴とするハウリング検知方法。
【数２６】
2012044553.tif 000028
【数２７】
2012044553.tif 000029
【数２８】
2012044553.tif 000030
【数２９】
2012044553.tif 000031
【数３０】
2012044553.tif 000032
【数３１】
2012044553.tif 000033
【請求項４】
ハウリングの発生判定が一定時間で連続する場合にハウリングが発生していると判定するステップを更に有することを特徴とする請求項３に記載のハウリング検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アナログ電気信号のハウリングを検知する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
音声や音楽等の音響信号をマイクを用いて収集し、収集したアナログ電気信号を電気的に増幅して、スピーカーを用いて空気中に音響信号として出力するシステムにおいて、ハウリングの検知は、ハウリングによる音響信号強度の増大を耳で聞いて聴覚的に検知するか、又は、アナログ電気信号強度の増大として電気的に検知する必要があった（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１４７７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来の技術では、ハウリングを聴覚的に検知するか、フーリエ解析等によって得られるパワースペクトルやパワーエンベロープ等を用いて検知する必要があるため、ハウリングが耳障りな強度にまで発達してからでなければハウリングを検知できないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、ハウリングが聴覚的に確認できる強度に発達する前にハウリングを検知することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載のハウリング検知装置は、アナログ信号を入力しサンプリングして得られたデジタルの時系列信号Ｓｎを記憶手段に記憶させる入力手段と、前記記憶手段から時系列信号Ｓｎを読み出して、当該時系列信号Ｓｎの線形予測式（１）（但し、Ｍは１以上の自然数）に含まれるＭ個の予測係数ａｍをＭ個の連立方程式（２）（但し、Ｎは１以上の自然数、ｍ’は１からＭまでの値をとる仮パラメータ）を解くことによって計算し、当該予測係数ａｍを係数に用いたＸに関する式（３）と式（３）を因数分解して得られる式（４）（但し、ｂｍは複素係数）との関係を満たす複素増幅率λｍを式（５）（但し、ΔＴは時系列信号Ｓｎのサンプリング間隔）により計算する信号解析手段と、計算されたＭ個の複素増幅率λｍのうち実部が正となる複素増幅率λｍが１個以上ある場合にハウリングが発生していると判定するハウリング検知手段と、を有し、前記信号解析手段は、時間依存自己相関行列式（６）（但し、δｋ，ｊは時間依存自己相関係数）を対角化することによって前記Ｍ個の連立方程式（２）を解くことを特徴とする。
【数１】
2012044553.tif 000003
【数２】
2012044553.tif 000004
【数３】
2012044553.tif 000005
【数４】
2012044553.tif 000006
【数５】
2012044553.tif 000007
【数６】
2012044553.tif 000008
【０００７】
本発明にあっては、時間依存自己相関行列式を対角化することによってＭ個の連立方程式を解くため、ハウリングの発生を速やかに検知することができる。これにより、ハウリングが聴覚的に確認できる強度に発達する前にハウリングを検知することができる。
【０００８】
請求項２に記載のハウリング検知装置は、請求項１に記載のハウリング検知装置において、ハウリングの発生判定が一定時間で連続する場合にハウリングが発生していると判定する検出安定化手段を更に有することを特徴とする。
【０００９】
本発明にあっては、ハウリングの発生判定が一定時間で連続する場合にハウリングが発生していると判定する検出安定化手段を更に有するため、ハウリングの発生検出をより安定化することができる。
【００１０】
請求項３に記載のハウリング検知方法は、コンピュータにより行うハウリング検知方法において、アナログ信号を入力しサンプリングして得られたデジタルの時系列信号Ｓｎを記憶手段に記憶させる第１のステップと、前記記憶手段から時系列信号Ｓｎを読み出して、当該時系列信号Ｓｎの線形予測式（７）（但し、Ｍは１以上の自然数）に含まれるＭ個の予測係数ａｍをＭ個の連立方程式（８）（但し、Ｎは１以上の自然数、ｍ’は１からＭまでの値をとる仮パラメータ）を解くことによって計算し、当該予測係数ａｍを係数に用いたＸに関する式（９）と式（９）を因数分解して得られる式（１０）（但し、ｂｍは複素係数）との関係を満たす複素増幅率λｍを式（１１）（但し、ΔＴは時系列信号Ｓｎのサンプリング間隔）により計算する第２のステップと、計算されたＭ個の複素増幅率λｍのうち実部が正となる複素増幅率λｍが１個以上ある場合にハウリングが発生していると判定する第３のステップと、を有し、前記第２のステップは、時間依存自己相関行列式（１２）（但し、δｋ，ｊは時間依存自己相関係数）を対角化することによって前記Ｍ個の連立方程式（８）を解くことを特徴とする。
【数７】
2012044553.tif 000009
【数８】
2012044553.tif 000010
【数９】
2012044553.tif 000011
【数１０】
2012044553.tif 000012
【数１１】
2012044553.tif 000013
【数１２】
2012044553.tif 000014
【００１１】
本発明にあっては、時間依存自己相関行列式を対角化することによってＭ個の連立方程式を解くため、ハウリングの発生を速やかに検知することができる。これにより、ハウリングが聴覚的に確認できる強度に発達する前にハウリングを検知することができる。
【００１２】
請求項４に記載のハウリング検知方法は、請求項３に記載のハウリング検知方法において、ハウリングの発生判定が一定時間で連続する場合にハウリングが発生していると判定するステップを更に有することを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、ハウリングの発生判定が一定時間で連続する場合にハウリングが発生していると判定する検出安定化手段を更に有するため、ハウリングの発生検出をより安定化することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ハウリングが聴覚的に確認できる強度に発達する前にハウリングを検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施の形態に係るハウリング検知装置の機能ブロック構成を示す図である。
【図２】第２の実施の形態に係るハウリング検知装置の機能ブロック構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態によって得られる効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。但し、本発明は多くの異なる様態で実施することが可能であり、本実施の形態の記載内容に限定して解釈すべきではない。
【００１７】
本発明は、時間依存自己相関行列を用いて予測係数の連立方程式を解くことを最も主要な特徴とする。この特徴により、ハウリングの発生を速やかに検知し、ハウリングが聴覚的に確認できる強度に発達する前にハウリングを検知することができるという効果が得られるものである。
【００１８】
〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係るハウリング検知装置の機能ブロック構成を示す図である。このハウリング検知装置は、マイク等で収集された音声等のアナログ信号を入力する信号入力部１と、そのアナログ信号から変換されたデジタル信号を解析する信号解析部２と、その解析結果に基づいてハウリングの有無を判定するハウリング検出部３と、その判定結果をハウリング検出結果として出力する検出結果出力部４と、デジタル信号を一時的に記憶しておく記憶部５とで構成されている。以下、具体的に説明する。
【００１９】
信号入力部１は、マイクにより収集された音声等をハウリング検知対象のアナログ信号として入力し、そのアナログ信号をサンプリングして得られたデジタルの時系列信号Ｓｎを信号解析部２に出力する機能を有している。ｎは、デジタル信号を所定の時間区間で分割した場合における信号区間内の信号の番号を意味する。
【００２０】
なお、信号入力部１は、そのデジタルの時系列信号Ｓｎを一時的に記憶部５に記憶させ、その記憶部５から読み出して信号解析部２に出力する。信号入力部１が時系列信号Ｓｎを記憶部５から読み出すのに代えて、信号解析部２が記憶部５から読み出して時系列信号Ｓｎを自ら取得することも可能である。
【００２１】
信号解析部２は、以下のアルゴリズムに従って時系列信号Ｓｎを解析し、そのｎ番目の信号区間について、最大Ｍ個の複素増幅率λｍを算出する機能を有している。以下、アルゴリズムを説明する。
【００２２】
まず、時系列信号Ｓｎの解析にあたり、予測係数なるパラメタの数をＭ個とし、そのｍ番目のパラメタをａｍと表記するものとする。なお、Ｍは１以上の自然数であり８前後の値が好ましい。
【００２３】
その上で、式（１３）に示す線形予測式を考える。
【数１３】
2012044553.tif 000015
【００２４】
次に、この式（１３）に含まれる予測係数ａｍの値を、式（１４）で与えられる予測残差が最小になるという条件で求める。
【数１４】
2012044553.tif 000016
【００２５】
Ｍ＋Ｎは１回の解析に用いる時系列信号Ｓｎのデータ数である。Ｎは１以上の自然数であり、必要に応じて任意の正の値で与える。このＮが大きいほどハウリング検出の安定性が高まるが、その一方で時間分解能が低下する。複素増幅率λｍは、この１回の解析区間（上述した信号区間）ごとに最大Ｍ個算出される。
【００２６】
ここで、上記予測係数ａｍの値を、式（１５）のｍ’に関するＭ個の連立方程式を解くことによって求める。ｍ’は、１からＭまでの値をとる仮のパラメータである。
【数１５】
2012044553.tif 000017
【００２７】
本実施の形態では、この連立方程式を、時間依存自己相関係数δｋ，ｊを用いた式（１６）の時間依存自己相関行列を対角化することによって計算する。
【数１６】
2012044553.tif 000018
【００２８】
次に、ここまで説明した計算方法により求められた予測係数ａｍを係数に用いたＸに関する式（１７）と、
【数１７】
2012044553.tif 000019
【００２９】
ＤＫＡ法の公知の手法を用いて式（１７）を因数分解して得られる式（１８）と、
【数１８】
2012044553.tif 000020
【００３０】
の関係を満たす複素増幅率λｍを式（１９）を用いて計算する。なお、ｂｍは複素係数であり、ΔＴは時系列信号Ｓｎのサンプリング間隔である。
【数１９】
2012044553.tif 000021
【００３１】
そして、信号解析部２は、以上の計算方法により得られた最大Ｍ個の複素増幅率λｍをハウリング検出部３に送る。
【００３２】
ハウリング検出部３は、信号解析部２から送られたＭ個の複素増幅率λｍのうち、その実部が正となる複素増幅率λｍが１個以上ある場合にハウリングが発生していると判定し、その実部が正の複素増幅率λｍを検出結果出力部４に出力する機能を有している。なお、複素増幅率λｍの虚部は、ハウリングを起こしている周波数（ハウリングの周波数）を示している。
【００３３】
検出結果出力部４は、実部が正の複素増幅率λｍが入力された場合に、ハウリング検知装置に入力されたアナログ信号がハウリングを起こしているとして、ハウリング検出結果を出力する機能を有している。複素増幅率λｍの虚部を参照してハウリングの周波数を出力するようにしてもよい。
【００３４】
次に、第１の実施の形態に係るハウリング検知装置の動作フローについて説明する。最初に、信号入力部１により、ハウリング検知対象のアナログ信号が入力され、そのアナログ信号をサンプリングして得られたデジタルの時系列信号Ｓｎが出力される（Ｓ１）。
【００３５】
次いで、信号解析部２により、Ｓ１で出力された時系列信号Ｓｎの線形予測式（上記式（１３））に含まれるＭ個の予測係数ａｍが、Ｍ個の連立方程式（上記式（１５））を解くことによって計算され、その予測係数ａｍを係数に用いたＸに関する上記式（１７）と当該式（１７）を因数分解して得られる上記式（１８）との関係を満たす複素増幅率λｍが上記式（１９）により計算される（Ｓ２）。ただし、Ｍ個の連立方程式は、時間依存自己相関行列式（上記式（１６））を対角化することによって計算される。
【００３６】
次いで、ハウリング検出部３により、Ｓ２で計算されたＭ個の複素増幅率λｍのうち、その実部が正となる複素増幅率λｍが１個以上ある場合にハウリングが発生していると判定され、その実部が正の複素増幅率λｍが検出結果出力部４に出力される（Ｓ３）。
【００３７】
最後に、検出結果出力部４により、実部が正の複素増幅率λｍが入力された場合に、ハウリング検知装置に入力されたアナログ信号がハウリングを起こしているとして、ハウリング検出結果が出力される（Ｓ４）。
【００３８】
〔第２の実施の形態〕
図２は、第２の実施の形態に係るハウリング検知装置の機能ブロック構成を示す図である。このハウリング検知装置は、第１の実施の形態で説明したハウリング検出装置（図１参照）に、ハウリング検出部３におけるハウリングの発生判定が一定時間で連続する場合にハウリングが発生していると判定する検出安定化部６を更に有して構成される。信号入力部１と、信号解析部２と、記憶部５とにおける各機能は第１の実施の形態で説明したものと同様なので、ハウリング検出部３と、検出安定化部６と、検出結果出力部４とについて以下具体的に説明する。
【００３９】
ハウリング検出部３は、信号解析部２から送られたＭ個の複素増幅率λｍのうち、その実部が正となる複素増幅率λｍが１個以上ある場合にハウリングが発生していると判定し、その実部が正の複素増幅率λｍを検出安定化部６に出力する機能を有している。
【００４０】
検出安定化部６は、ｃを１以上とする定数と定め、時間幅ｃ（Ｍ＋Ｎ）ΔＴ以上の時間で、ハウリング検出部３から実部が正の複素増幅率λｍを連続して受け取った場合に、その複素増幅率λｍの虚部に対応する周波数においてハウリングが発生しているものと判定し、その複素増幅率λｍを検出結果出力部４に出力する機能を有している。
【００４１】
検出結果出力部４は、検出安定化部６から実部が正の複素増幅率λｍが入力された場合に、ハウリング検知装置に入力されたアナログ信号がハウリングを起こしているとして、ハウリング検出結果を出力する機能を有している。
【００４２】
次に、第２の実施の形態に係るハウリング検知装置の動作フローについて説明する。なお、以下の動作フローで使用する式番号は、第１の実施の形態で説明したものと同様である。
【００４３】
最初に、信号入力部１により、ハウリング検知対象のアナログ信号が入力され、そのアナログ信号をサンプリングして得られたデジタルの時系列信号Ｓｎが出力される（Ｓ１１）。
【００４４】
次いで、信号解析部２により、Ｓ１１で出力された時系列信号Ｓｎの線形予測式（式（１３））に含まれるＭ個の予測係数ａｍが、Ｍ個の連立方程式（式（１５））を解くことによって計算され、その予測係数ａｍを係数に用いたＸに関する式（１７）と当該式（１７）を因数分解して得られる式（１８）との関係を満たす複素増幅率λｍが式（１９）により計算される（Ｓ１２）。ただし、Ｍ個の連立方程式は、時間依存自己相関行列式（式（１６））を対角化することによって計算される。
【００４５】
次いで、ハウリング検出部３により、Ｓ１２で計算されたＭ個の複素増幅率λｍのうち、その実部が正となる複素増幅率λｍが１個以上ある場合にハウリングが発生していると判定され、その実部が正の複素増幅率λｍが検出安定化部６に出力される（Ｓ１３）。
【００４６】
次いで、検出安定化部６により、時間幅ｃ（Ｍ＋Ｎ）ΔＴ以上の時間で、ハウリング検出部３から実部が正の複素増幅率λｍを連続して受け取った場合に、その複素増幅率λｍの虚部に対応する周波数においてハウリングが発生しているものと判定され、その複素増幅率λｍが検出結果出力部４に出力される（Ｓ１４）。
【００４７】
最後に、検出結果出力部４により、検出安定化部６から実部が正の複素増幅率λｍが入力された場合に、ハウリング検知装置に入力されたアナログ信号がハウリングを起こしているとして、ハウリング検出結果が出力される（Ｓ１５）。
【００４８】
続いて、第１の実施の形態によって得られる効果について、より詳細に説明する。第２の実施の形態によって得られる効果も同様である。図３は、第１の実施の形態によって得られる効果を説明する図である。図３（ａ）は、ハウリング検知に用いる信号波形を表示したものであり、図３（ｂ）と図３（ｃ）とは、それぞれ、図３（ａ）に示された信号波形から、第１の実施の形態に従って検知されたハウリングとハウリング周波数とを表示したものである。
【００４９】
図３（ａ）の横軸はミリ秒を単位とする時刻であり、縦軸は任意単位の振幅である。図３（ａ）に示された波形は、時刻が負の領域では、１ｋＨｚで振幅が１の正弦波であり、時刻が正の領域では、この正弦波信号に、０．０１ｅ０．２５ｔｓｉｎ２π・１．１ｔの波形を印加している。時刻が正の領域で印加される波形は、時刻０においての振幅が０．０１（前記正弦波信号の百分の一）、周波数が１．１ｋＨｚ、増幅率が０．２５（４ｍｓ（＝１／０．２５ｍｓ）ごとに振幅が２．７倍）のハウリングを模擬する波形である。なお、信号波形のサンプリング周波数は２０ｋＨｚ（＝０．０５ｍｓ）としている。
【００５０】
この図３（ａ）に示された信号波形を、第１の実施の形態におけるパラメタを、Ｍ＝６，Ｎ＝１４として信号解析部２により信号解析を行い、解析結果として得られた複素増幅率の実部と虚部とを示したのが、それぞれ、図３（ｂ）と図３（ｃ）である。ここで、１回の解析に用いるサンプル数が２０（＝Ｍ＋Ｎ）、サンプリング周波数が２０ｋＨｚであることから、１ミリ秒の時間幅のデータを用いてハウリングの検出が行われることになる。
【００５１】
図３（ｂ）には、負の時刻より、複素増幅率実部（以下、「増幅率」と別称する）が０（非ハウリング）の信号が検出されている。これは、負の時刻より与えている１ｋＨｚの正弦波を検出したものである。さらに、図３（ｂ）では、時刻が約１ミリ秒の位置より、増幅率が０．２５のハウリング信号が検出されている。これは、時刻０より印加した周波数１．１ｋＨｚで増幅率が０．２５のハウリングを模擬した信号を検出したものである。
【００５２】
図３（ｃ）は、検出された複素増幅率の虚部（信号の周波数に対応することから、以下、「周波数」と別称する）をプロットしたものであり、負の時刻より、１ｋＨｚの信号が検出されている。これに加え、時刻が約１ミリ秒の位置より、周波数が１．１ｋＨｚの信号が検出されている。これがハウリングを起こしている周波数である。これは、その複素増幅率実部の図３（ｂ）とあわせることにより、見て取ることができる。
【００５３】
以上より、第１の実施の形態によれば、時間依存自己相関行列式を対角化することによってＭ個の連立方程式を解くので、ハウリングの発生を速やかに検知することができる。これにより、ハウリングが聴覚的に確認できる強度に発達する前にハウリングを検知することができる。
【００５４】
第２の実施の形態によれば、ハウリングの発生判定が一定時間で連続する場合にハウリングが発生していると判定する検出安定化部６を更に有するので、ハウリングの発生検出をより安定化することができる。
【００５５】
最後に、本実施の形態で説明したハウリング検知装置は、コンピュータで構成される。すなわち、記憶部５は、メモリ等の記憶手段で実現される。また、信号入力部１と、信号解析部２と、ハウリング検出部３と、検出結果出力部４と、検出安定化部６とは、ＣＰＵ等の演算手段で実現され、プログラムで実行される。
【００５６】
また、本実施の形態で説明したハウリング検知装置をプログラムとして光記憶装置や磁気記憶装置等の記録媒体に読出可能に記録し、この記録媒体をコンピュータに組み込んだり、若しくは記録媒体に記録されたプログラムを、任意の通信回線を介してコンピュータにダウンロードしたり、又は記録媒体からインストールし、該プログラムでコンピュータを動作させることにより、上述した各処理動作をハウリング検知装置として機能させることができるのは勿論である。
【符号の説明】
【００５７】
１…信号入力部（入力手段）
２…信号解析部（信号解析手段）
３…ハウリング検出部（ハウリング検知手段）
４…検出結果出力部
５…記憶部（記憶手段）
６…検出安定化部（検出安定化手段）
Ｓ１〜Ｓ４、Ｓ１１〜Ｓ１５…ステップ
【図１】
2012044553.tif 000034
【図２】
2012044553.tif 000035
【図３】
2012044553.tif 000036