エコー除去
ベル研究所での発明以来、エコー除去アルゴリズムは改良が加えられてきた。エコーキャンセラは次のように機能する。
受信音声信号をデジタル的に標本化し、参照信号とする。
その受信音声信号をスピーカーで再生する。
マイクロフォンが直接経路音や反射音を拾う。
マイクロフォンが拾った音声もエコー信号としてデジタル標本化する。
参照信号とエコー信号を比較する。理想的な系では、これらは全く同じである。
参照信号と180°位相をずらしたエコー信号を合成する。理想的な系では、これによってエコー信号が完全に除去される。
この過程を常に繰り返す。
エコーキャンセラには、2つの大きな問題がある。第一に、スピーカー、マイクロフォン、周囲の空間などの特性によってエコー信号が変質することである。第二は、エコー信号の変質の特性はその時どきで変わるという点である。
第一の問題に対しては、音響空間を時系列領域と周波数領域でモデル化することで対処する。音響エコー除去アルゴリズムは、現在と過去のサンプルの差分を比較することで、次のサンプルを予測する。単純化すると、サンプルはスピーカーが再生する直前とマイクロフォンで拾った直後に採られる。
音響エコーは、スピーカーからの音声(例えば、電話機の受話器の耳にあてる部分)をマイクロフォン(例えば、同じ受話器の口にあてる部分)が拾ってしまうことで発生する。一般に、電気信号を使った双方向の音声通信では常にスピーカーとマイクロフォンが近くにあるため、音響エコーも多かれ少なかれ存在する。音響エコーの身近な例として、次のようなものがある。
自動車電話のハンズフリー通話
普通の電話をスピーカーフォンあるいはハンズフリーモードで使った場合
電話会議システム(Polycom の Soundstation など)
部屋の天井などにスピーカー、テーブル上にマイクロフォンを配置したシステム
物理的な結合(スピーカーの振動が受話器本体を伝わって、マイクロフォンに拾われる)
いずれの場合も、スピーカーからの音声はほとんど変化することなくマイクロフォンに拾われる。これを直接音響経路エコー(direct acoustic path echo)と呼ぶ。エコー除去の困難な点は、このときの周囲の環境によって音響エコーの特性がオリジナルの信号とは変わってしまう点にある。このとき、マイクロフォンが拾う音の音色は変わってしまう。例えば、柔らかい家具などが音を一部吸収するために一部の周波数成分が無くなったり、周波数によって反射する強さが異なったりということがある。スピーカーとマイクロフォンのある部屋での音の反射は様々な遅延を生じ、これが残響となる。
音響エコーはオリジナルの音声を発した側に到達する。つまり、A から B に音声が送信されたとき、B の部屋の中で音響エコーが発生し、それが A に送信されるのである。音響エコーは常に何らかの遅延を生じるため、耳障りなものとなる。