JP3714005B2 - 拡声通話機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭内、ビルディング、工場等で用いられる拡声通話機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インターホンや電話機あるいはＰＨＳ等の拡声通話機においては、スピーカからマイクロホンへの音響フィードバックおよびハイブリッド回路（２−４線変換回路）におけるインピーダンスの不整合により閉ループが形成され、増幅器の利得が大きすぎる等の理由により上記閉ループの利得が１倍以上になるとハウリングが生じるため、通話品質を確保する上でハウリングの抑圧が必要不可欠な課題となっていた。
【０００３】
そこで従来は、送受話信号のレべルに応じて受話信号または送話信号に所定量の損失を挿入することで閉ループ利得を抑圧するというハウリング抑圧方式が用いられてきた。また、別の方式としてエコーキャンセラを用いるものもあるが、エコーキャンセラにおける適応フィルタの係数が収束していない過渡状態や系の変動によりエコー経路が急激に変化した場合等において不安定化しやすいため、挿入損失と併用する場合が多い。
【０００４】
上記何れの場合においても、挿入損失量を大きくしすぎた場合には通話中に切断感を生じる（音声が途切れる）等の通話品質の劣化を招くため、挿入損失量を必要最小限とすることが望ましい。
【０００５】
このような課題に対して本発明者らは既に、拡声通話系に形成される閉ループの利得余裕を随時監視し、推定された利得余裕値に基づいて挿入損失量を適応的に調整するようにした拡声通話機を提案している（特願平９−６１４３４号参照）。
【０００６】
図７（ａ）は上記出願に係る拡声通話機を示すブロック図であり、集音した音を送話側の音声信号（以下、送話信号と呼ぶ）として出力するマイクロホン１と、マイクロホン１からの送話信号を増幅する第１の増幅器２と、受話側の音声信号（以下、受話信号と呼ぶ）に応じて鳴動するスピーカ３と、スピーカ３へ出力される受話信号を増幅する第２の増幅器４と、送話側及び受話側と外部の通話回線との間で２−４線変換を行う２−４線変換手段たるハイブリッド回路５と、送話側及び受話側の信号経路に所定量の損失を挿入する損失挿入手段たる減衰器（アッテネータ）６1，６2と、各減衰器６1，６2の損失量を可変制御する制御器７と、信号経路に送出したサンプル信号に対する応答信号に応じて、マイクロホン１からスピーカ３への音響結合及びハイブリッド回路５における反射により形成される閉ループにおける利得余裕を推定するとともに制御器７を介して推定結果に基づく損失量の調整を行う挿入損失量調整手段８とを備えている。なお、挿入損失量調整手段８は送話側の信号経路上に設けることも可能である。
【０００７】
一方、同図（ｂ）は上記挿入損失量調整手段８の具体的な構成を示すブロック図であり、受話側の信号経路にサンプル信号たるインパルス信号を送出するインパルス信号発生器９と、受話信号にインパルス信号を加算する加算器１０と、インパルス信号に対する応答信号の包絡線を検波する包絡線検波器１１と、包絡線検波器１１の出力信号に基づいて閉ループ系における利得余裕を推定する閉ループ利得余裕推定部１２とを備えている。ここで、閉ループ利得余裕推定部１２は、包絡線検波器１１の出力信号レベルを予め求めた閾値レベルと比較する比較器１３と、比較結果に基づいて閉ループ系の利得余裕値を推定する判定部１４とを具備している。なお、サンプル信号としてはパルス幅が充分に短い単一パルス信号であってもよいし、バースト信号（バーストノイズ）であってもよい。そして、図８に示すように、第２の増幅器４→スピーカ３→マイクロホン１→第１の増幅器２→減衰器６1→ハイブリッド回路５→減衰器６2→挿入損失量調整手段８→第２の増幅器４により閉ループが形成されている。
【０００８】
而して、加算器１０の出力信号は、上記閉ループ系にサンプル信号を入力したときの応答信号であり、加算器１０の出力信号を観測することにより閉ループ系のインパルス応答を推定することができる。抽出された包絡線成分は、閉ループ系の伝達関数における支配極（複素平面上において最も虚軸に近い極）の実部と密接な関係があり、包絡線の時間軸に対する減衰特性から閉ループ系の安定度すなわち利得余裕を推定することができる。しかしながら、図７（ａ）における加算器１０の出力信号は、サンプル信号に対する応答成分の他に送受話音声信号および周囲雑音が重畳しており、上記挿入損失量調整手段８にはサンプル信号に対する応答成分のみを抽出する手段がないため、有音声区間および周囲騒音信号のレベルが大きい場合には利得余裕値の推定精度が劣化するという問題がある。このうち送受話音声による推定精度の劣化に対しては、受話信号のレベルから（あるいは送話信号のレベルであってもよい）、通話中の無音区間を検出する無音検出器を設け、この無音検出器にて無音区間が検出された場合にのみ閉ループ系にサンプル信号（インパルス信号又はバーストノイズ）を入力し、閉ループ利得余裕推定部１２にて利得余裕値の推定処理を行うことにより推定精度を改善することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記拡声通話系の閉ループ中に定常的な周囲騒音信号が存在し、かつ、そのレベルが大きい場合には、上記出願に係る拡声通話機では、利得余裕値を精度よく推定することができない。また、上記手法では、閉ループ中に音声信号が存在している状態では利得余裕値の推定処理を止める必要があるため、通話中に系の利得余裕値が変動するような場合にはこれに対応できず、系が不安定化する場合がある。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、閉ループ中に周囲騒音や音声信号が存在し、かつそれらの信号のレベルが大きい場合においても十分な精度で利得余裕値を推定し、常に安定した通話を実現することのできる拡声通話機を提供することにある。
【００１１】
【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、集音した音を送話側の音声信号として出力するマイクロホンと、マイクロホンからの音声信号を増幅する第１の増幅手段と、受話側の音声信号に応じて鳴動するスピーカと、スピーカへ出力される音声信号を増幅する第２の増幅手段と、送話側及び受話側の少なくとも一方の信号経路に所定量の損失を挿入する損失挿入手段と、損失挿入手段から挿入される損失量を可変制御する制御手段と、信号経路に送出したサンプル信号に対する応答信号に応じて、マイクロホン及びスピーカを通じて形成される閉ループにおける利得余裕を推定するとともに制御手段を介して推定結果に基づく損失量の調整を行う挿入損失量調整手段とを備え、挿入損失量調整手段が、信号経路にサンプル信号を送出するサンプル信号発生器と、音声信号にサンプル信号を加算する加算器と、サンプル信号に対する応答信号の包絡線を検波する包絡線検波器と、包絡線検波器の出力信号に基づいて閉ループにおける利得余裕を推定する閉ループ利得余裕推定部と、所定の時間間隔でサンプル信号発生器から信号経路へ複数回にわたってサンプル信号を送出させるためのタイミング制御を行う同期制御部と、包絡線検波器の前段に設けられ同期制御部からのタイミング情報を受けてサンプル信号に対する応答信号を同期加算平均処理する同期加算平均部とを具備して成ることを特徴とし、スピーカからマイクヘの音響結合や送話側及び受話側と外部の通話回線との間で２−４線変換を行う必要がある場合に用いられる２−４線変換手段におけるインピーダンスの不整合による反射が原因となり形成される閉ループ系に対して、サンプル信号を入力したときに観測される応答信号の包絡線成分の減衰特性により利得余裕値を推定し、所望の利得余裕値に対する過不足分を算出することで挿入損失量を調整するため、ハウリングが発生するまでの閉ループ系の利得余裕を所望の値に維持することができ、ハウリングを生じることなく安定した通話品質を維持することができるとともに、必要以上に挿入損失量を大きくすることがないため、双方向同時通話性能の実現可能性が高まる。しかも、同期制御部においてサンプル信号の送出タイミングを制御し、同期加算平均部でサンプル信号に同期した移動平均処理を行うとともに、同期加算平均部の出力信号から包絡線検波器にて包絡線成分を抽出するため、閉ループ中に存在する定常的な周囲騒音のレベルが大きい場合においても周囲騒音による影響を軽減して十分な精度で利得余裕値を推定し、挿入損失量が適切な値に設定可能となって、常に安定した通話を実現することができる。
【００１２】
請求項２の発明は、上記目的を達成するために、集音した音を送話側の音声信号として出力するマイクロホンと、マイクロホンからの音声信号を増幅する第１の増幅手段と、受話側の音声信号に応じて鳴動するスピーカと、スピーカへ出力される音声信号を増幅する第２の増幅手段と、送話側及び受話側の少なくとも一方の信号経路に所定量の損失を挿入する損失挿入手段と、損失挿入手段から挿入される損失量を可変制御する制御手段と、信号経路に送出したサンプル信号に対する応答信号に応じて、マイクロホン及びスピーカを通じて形成される閉ループにおける利得余裕を推定するとともに制御手段を介して推定結果に基づく損失量の調整を行う挿入損失量調整手段とを備え、挿入損失量調整手段が、信号経路に周期が有限の疑似白色信号を挿入する疑似白色信号発生器と、音声信号に疑似白色信号を加算する加算器と、疑似白色信号と当該疑似白色信号に対する応答信号の相互相関値を求めるとともに求めた相互相関値に基づいて閉ループのインパルス応答を推定する相互相関演算部と、相互相関演算部により推定された閉ループのインパルス応答信号の包絡線を検波する包絡線検波器と、包絡線検波器の出力信号に基づいて閉ループにおける利得余裕を推定する閉ループ利得余裕推定部とを具備して成ることを特徴とし、スピーカからマイクヘの音響結合や送話側及び受話側と外部の通話回線との間で２−４線変換を行う必要がある場合に用いられる２−４線変換手段におけるインピーダンスの不整合による反射が原因となり形成される閉ループ系に対して、周期が有限の疑似白色信号を入力したときに観測される応答信号と当該疑似白色信号との相互相関値を求めるとともに求めた相互相関値から推定される閉ループ系のインパルス応答信号の包絡線成分の減衰特性により利得余裕値を推定し、所望の利得余裕値に対する過不足分を算出することで挿入損失量を調整するため、ハウリングが発生するまでの閉ループ系の利得余裕を所望の値に維持することができ、ハウリングを生じることなく安定した通話品質を維持することができるとともに、必要以上に挿入損失量を大きくすることがないため、双方向同時通話性能の実現可能性が高まる。しかも、利得余裕の推定に疑似白色信号を用いるので、使用者に聴感上の不快感を与えるのを防止することができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、所定の時間間隔で疑似白色信号発生器から信号経路へ複数回にわたって疑似白色信号を送出させるためのタイミング制御を行う同期制御部と、包絡線検波器の前段に設けられ同期制御部からのタイミング情報を受けて相互相関演算部により推定された閉ループのインパルス応答信号を同期加算平均処理する同期加算平均部とを挿入損失量調整手段が具備して成ることを特徴とし、同期制御部において疑似白色信号の送出タイミングを制御し、同期加算平均部で疑似白色信号に同期した移動平均処理を行うとともに、同期加算平均部の出力信号から包絡線検波器にて包絡線成分を抽出するため、閉ループ中に存在する定常的な周囲騒音のレベルが大きい場合においても周囲騒音による影響を軽減して十分な精度で利得余裕値を推定し、挿入損失量が適切な値に設定可能となって、常に安定した通話を実現することができる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１又は３の発明において、閉ループ中に存在する周囲騒音のレベルを推定する騒音レベル推定部と、騒音レベル推定部による推定結果に基づいてサンプル信号又は疑似白色信号の送出レベルを調整する送出レベル調整部とを挿入損失量調整手段が具備して成ることを特徴とし、閉ループ系に送出するサンプル信号又は疑似白色信号のレベルを周囲騒音レベルに対して充分な大きさに設定することにより、観測点において高いＳ／Ｎ比でサンプル信号又は疑似白色信号に対する応答信号を得ることができ、利得余裕値の推定精度を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を説明する前に、基本となる先願（特願平９−６１４３４号）に係る拡声通話機の構成並びに動作について詳細に説明する。
【００１６】
従来技術でも説明したように、上記公報に記載された拡声通話機は、集音した音を送話側の音声信号（以下、送話信号と呼ぶ）として出力するマイクロホン１と、マイクロホン１からの送話信号を増幅する第１の増幅器２と、受話側の音声信号（以下、受話信号と呼ぶ）に応じて鳴動するスピーカ３と、スピーカ３へ出力される受話信号を増幅する第２の増幅器４と、送話側及び受話側と外部の通話回線との間で２−４線変換を行う２−４線変換手段たるハイブリッド回路５と、送話側及び受話側の信号経路に所定量の損失を挿入する損失挿入手段たる減衰器（アッテネータ）６1，６2と、各減衰器６1，６2の損失量を可変制御する制御器７と、信号経路に送出したサンプル信号に対する応答信号に応じて、マイクロホン１及びスピーカ３を通じて形成される閉ループ系における利得余裕を推定するとともに制御器７を介して推定結果に基づく損失量の調整を行う挿入損失量調整手段８とを備えている。
【００１７】
一方、挿入損失量調整手段８は、受話側の信号経路にサンプル信号たるインパルス信号を送出するインパルス信号発生器９と、受話信号にインパルス信号を加算する加算器１０と、インパルス信号に対する応答信号の包絡線を検波する包絡線検波器１１と、包絡線検波器１１の出力信号に基づいて閉ループ系における利得余裕を推定する閉ループ利得余裕推定部１２とを備え、マイコンやＤＳＰ（ＤigitalＳignalＰrocessor）などで構成される。ここで、閉ループ利得余裕推定部１２は、後述するように包絡線検波器１１の出力信号レベルを予め求めた閾値レベルと比較する比較器１３と、比較結果に基づいて閉ループ系の利得余裕値を推定する判定部１４とを具備している。なお、サンプル信号として用いるインパルス信号は、パルス幅が充分に短い単一パルス信号であってもよい。また包絡線検波器１１は、整流回路とローパスフィルタ回路の合成回路や、巡回型ローパスフィルタやリーク積分器等のデジタル回路、あるいはＤＳＰ（ＤigitalＳignalＰrocessor）などの信号処理手段によって構成することができる。
【００１８】
また、図８に示すように第２の増幅器４→スピーカ３→マイクロホン１→第１の増幅器２→減衰器６1→ハイブリッド回路５→減衰器６2→挿入損失量調整手段８→第２の増幅器４により閉ループが形成されている。ここで、各部における伝達関数を以下のように定義する。
【００１９】
Ｓ ：スピーカ３の電気機械変換特性
Ｇ ：スピーカ３からマイクロホン１への音響伝達特性
Ｍ ：マイクロホン１の音響電気変換特性
Ｋｒ：第２の増幅器４の増幅特性
Ｋｘ：第１の増幅器２の増幅特性
Ａｒ：受話側の減衰器６2の減衰特性
Ａｘ：送話側の減衰器６1の減衰特性
Γ ：ハイブリッド回路５における反射伝達関数
また、インパルス信号発生器９から出力されるインパルス信号をＰ、外部の通話回線から伝送されてくる遠端話者音声入力信号をＹ（以下、「受話信号」と呼ぶ）、マイクロホン１の集音する近端話者音声信号と周囲雑音との和をＸ（以下、「音響信号」と呼ぶ）とすると、挿入損失量調整手段８の構成要素の一つである加算器１０の出力信号（応答信号）Ｑは下記式で表される。
【００２０】
【式１】
【００２１】
なお、上記式のＬ(s)は上記閉ループ系における一巡伝達関数、ｓはラプラス変数をそれぞれ表す。
【００２２】
ここで、閉ループ系の安定性は上記一巡伝達関数Ｌ(s)により判別することができる。すなわち、極座標系における一巡伝達関数Ｌ(s)のθ成分（＝∠Ｌ(s)）が∠Ｌ(s)＝２ｎπ（ｎは整数）となる全ての周波数において、ｒ成分（＝｜Ｌ(s)｜）が｜Ｌ(s)｜＜１ならば閉ループ系は安定、｜Ｌ(s)｜≧１となる周波数が存在すれば閉ループ系は不安定となり、その周波数において発振してハウリングが生じる。また、閉ループ系が安定である場合に、∠Ｌ(s)＝２ｎπとなる全ての周波数における利得の最大値をＬMAXとすれば、閉ループ系の利得余裕値は１／ＬMAXで表される。よって、閉ループ系の安定性の尺度は閉ループ利得余裕値により評価することができる。
【００２３】
一方、閉ループ利得余裕値は、閉ループ系のインパルス応答特性と密接な関係があり、閉ループ利得余裕値が大きいほどインパルス応答信号Ｑの振幅が時間とともに急激に減衰し、閉ループ利得余裕値が小さいほど減衰が緩やかになる。そこで、閉ループ利得余裕推定部１２において閉ループ利得余裕値を推定するためのサンプル信号（インパルス信号）Ｐを上記閉ループ系に与えたときの応答信号Ｑを観測し、その応答信号Ｑの包絡線成分から閉ループ系の時定数に関する情報を抽出して閉ループ系におけるハウリング発生限界までの閉ループ利得余裕値の推定を行うとともに、推定結果に基づき、挿入損失量調整手段８にて上記所望の閉ループ利得余裕値に対する実際の挿入損失量の過不足分を算出して閉ループ系への挿入損失量を調整する。
【００２４】
すなわち、上述のように包絡線検波器１１で得られる応答信号Ｑの包絡線成分の時間特性が閉ループ利得余裕値が大きいほど減衰が早く且つ小さいほど減衰が緩やかになるという性質を有することから、閉ループ利得余裕推定部１２において事前に学習された種々の利得余裕値に対する包絡線検波器１１の出力データから閾値レベルを求めておき、比較器１３において観測される包絡線検波器１１の出力信号レベルを上記閾値レベルと比較することにより、その比較結果に基づいて判定部１４にて閉ループ利得余裕値が推定できる。そして、その推定結果から、閉ループ利得余裕値を設計仕様で定めた値とするために必要な損失量を挿入するべく、制御器７に信号を伝送して制御器７によって減衰器６1，６2の減衰量を調節している。
【００２５】
上述のように上記拡声通話機では、インパルス信号に対する応答信号から、閉ループ系での利得余裕値を推定し、この利得余裕値の推定値と、目標とする利得余裕値との差分を算出し、その算出結果に基づいて信号経路に挿入する損失量を調整する挿入損失量調整手段８を備えているので、通話中においても閉ループ系の安定度に応じて挿入損失量を制御し、常に利得余裕値を仕様で定めた値に維持することができ、ハウリングを生じることなく安定した通話品質を維持することができる。また、従来例に比較して必要以上に挿入損失量を大きくする必要がないため、双方向同時通話性能の実現可能性が高まるという利点もある。
【００２６】
なお、上記基本構成並びに後述する各実施形態においてはサンプル信号発生器にインパルス信号発生器９を用いたが、代わりにバースト信号発生器を用いてバースト信号をサンプル信号に用いてもよい。この場合には、信号を送出している状態から送出を停止した瞬間からの閉ループ系の過渡応答を観測し、その包絡線成分から閉ループ系の時定数に関する情報を抽出する。而してサンプル信号にバースト信号を用いた場合にも、信号送出時間が閉ループ系の遅延時間に対して十分に短ければ、その応答波形の包絡線成分より閉ループ系の時定数に関する情報を抽出することができ、バースト信号の信号送出時間を適切な値とすることにより通話中における違和感をなくし、サンプル信号の送出による通話品質の劣化を抑えることができるという利点がある。但し、種々の利得余裕値に対する閾値レべルを求めておく必要があることはインパルス信号の場合と同様である。
【００２７】
（実施形態１）
ところで、上記基本構成においては式１で表される応答信号Ｑから利得余裕値を推定しているが、上記式１からも明らかなように応答信号Ｑにはサンプル信号Ｐのみに対する応答信号（式１の右辺第１項）以外の信号が含まれている。そのため、受話信号Ｙ及びマイクロホン１の集音する音響信号Ｘのレベルが大きく、式１の右辺第２項及び第３項が無視できない場合においては、利得余裕値を精度良く推定することが難しくなる。
【００２８】
そこで、本発明の各実施形態においては、式１で表される応答信号Ｑのサンプル信号に対応する信号（式１の右辺第１項）のみを抽出することにより、その他の信号（式１の右辺第２項及び第３項）を充分に抑圧し、精度良く利得余裕値を推定することができるようにしている。
【００２９】
図１は本実施形態における挿入損失量調整手段８の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態の拡声通話機の全体構成は上述の基本例と共通であるから図示並びに説明は省略し、共通する部分については同一の符号を付す。図１に示すように本実施形態における挿入損失量調整手段８は、インパルス信号発生器９、加算器１０、包絡線検波器１１並びに閉ループ利得余裕推定部１２に加えて、所定の時間間隔でインパルス信号発生器９から信号経路へ複数回にわたってインパルス信号を送出させるためのタイミング制御を行う同期制御部１５と、包絡線検波器１１の前段に設けられ同期制御部１５からのタイミング情報を受けてインパルス信号に対する応答信号Ｑを同期加算平均処理する同期加算平均部１６とを具備している。
【００３０】
図２は同期制御部１５並びに同期加算平均部１６を示すブロック図である。同期制御部１５は、図３に示すように所定の時間間隔Ｔ1，Ｔ2，…，ＴN-1毎に複数回励振されるインパルス信号（サンプル信号）Ｐ0，Ｐ1，…，ＰN-1（以下、｛Ｐ｝と表記する。）をインパルス信号発生器９から送出させるとともに、図２に示すようにインパルス信号Ｐ0…の送出に同期した同期信号を同期加算平均部１６に出力する。
【００３１】
一方、同期加算平均部１６は、図２に示すように同期制御部１５からの同期信号によってオン・オフされるスイッチ要素１６ａと、スイッチ要素１６ａを介して入力されるインパルス信号｛Ｐ｝の応答信号｛Ｑ｝を所定の時間だけ遅延させる遅延器１６ｂ1〜１６ｂN-1と、各遅延器１６ｂ1〜１６ｂN-1の出力を加算する加算器１６ｃ1〜１６ｃN-1と、全遅延器１６ｂ1〜１６ｂN-1の出力信号の和（加算器１６ｃN-1の出力）を同期加算回数Ｎで除算する除算器１６ｄとを備えて、インパルス信号｛Ｐ｝に同期して加算平均処理を行って応答信号｛Ｑ｝の移動平均を求めている。而して、音響信号Ｘや受話信号Ｙの位相はインパルス信号｛Ｐ｝が送出される時間間隔Ｔ1，Ｔ2，…，ＴN-1とは無関係であるため、同期加算回数Ｎを充分に大きくとることで式１における右辺第２項及び第３項が抑制されるとともに右辺第１項のインパルス信号｛Ｐ｝に対する応答成分のみが強調され、実質的に式１の右辺第１項の上記応答成分のみを抽出することが可能となる。なお、応答信号｛Ｑ｝の移動平均が求められたら、同期制御部１５から出力されるリセット信号により、同期加算平均部１６の各遅延器１６ｂ1〜１６ｂN-1がリセットされ、同期加算平均部１６が新たに移動平均の算出可能な初期状態に復帰する。
【００３２】
そして、同期加算平均部１６から出力される応答信号｛Ｑ｝の移動平均が包絡線検波器１１に入力され、同期加算平均処理により得られたインパルス信号｛Ｐ｝に対する閉ループ系の応答信号の包絡線成分が抽出される。さらに、閉ループ利得余裕推定部１２では、包絡線検波器１１で抽出された包絡線成分の時間軸に対する減衰特性から利得余裕値を推定し、推定された利得余裕値に基づいて所要の挿入損失量を算出する。なお、インパルス信号｛Ｐ｝の時間間隔Ｔ1，Ｔ2，…，ＴN-1は、利得余裕値の推定処理に必要な応答時間τに対して充分に大きくする必要がある。また、利得余裕値の推定処理に要する加算器１１の出力信号の観測時間Ｔ（＝Ｔ0＋Ｔ1＋…＋ＴN-1＋τ）は、この時間Ｔ内における閉ループ系の特性の変動が無視できる程度に短くする必要がある。
【００３３】
上述のように本実施形態では、基本構成の挿入損失量調整手段８に同期制御部１５と同期加算平均部１６とを付加して、インパルス信号｛Ｐ｝に対する応答信号｛Ｑ｝の移動平均を求め、求めた移動平均を包絡線検波器１１に出力するようにしているため、閉ループ中に周囲騒音や音声信号が存在する場合においても、応答信号｛Ｑ｝に対する周囲騒音の影響を軽減し、利得余裕値を精度良く推定することができる。その結果、上記のような場合においても挿入損失量を適切な値に設定して、閉ループ系を安定化することができる。特に、本手法では、閉ループ中に存在する周囲騒音が広い周波数帯域を持ち、自己相関が少ない場合にその効果が大きい。
【００３４】
（実施形態２）
ところで、実施形態１においては閉ループ系の利得余裕値を推定するためにサンプル信号（インパルス信号又はバースト信号）を系に与えているが、通話中にインパルス信号やバースト信号がスピーカ３から聞こえるために使用者に聴感上の不快感を与えてしまう虞がある。
【００３５】
そこで本実施形態は、インパルス信号やバースト信号のように聴感上不快感を与える虞があるサンプル信号を使う代わりに、疑似白色信号を用いて利得余裕値を推定することによって、上述のような聴感上の不快感を与えるのを防止している。
【００３６】
図４は本実施形態の挿入損失量調整手段８を示すブロック図であり、信号経路に周期が有限の疑似白色信号を挿入する疑似白色信号発生器２４と、音声信号に疑似白色信号を加算する加算器１０と、疑似白色信号と当該疑似白色信号に対する応答信号の相互相関値を求めるとともに求めた相互相関値に基づいて閉ループのインパルス応答を推定する相互相関演算部２５と、相互相関演算部２５により推定された閉ループのインパルス応答信号の包絡線を検波する包絡線検波器１１と、包絡線検波器１１の出力信号に基づいて閉ループにおける利得余裕を推定する閉ループ利得余裕推定部１２とを具備している。なお、実施形態１と共通する部分については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３７】
ここで、疑似白色信号としては、例えばＭ系列信号を用いる。Ｍ系列信号とは、次式のｆ(x)がｍｏｄ２の原始多項式であるとき、
ｆ(x)＝１＋ｃ1ｘ＋ｃ2ｘ2＋…ｃpｘp
次式により生成されるｍｏｄ２上の数列ａtで表される。
【００３８】
ａt＝ｃ1ａt-1＋ｃ2ａt-2＋…＋ｃpａt-p
また、この周期Ｔは２p−１である。信号経路へ送出する信号ｐ(t)がＭ系列信号であり、その周期Ｔが充分に長ければ、Ｍ系列信号ｐ(t)に対して次式が成り立つ。
【００３９】
【式２】
【００４０】
ここで、ΨppはＭ系列信号ｐ(t)の自己相関値を表すが、Ｍ系列信号の自己相関値が時間に依存しないため、次式のように表現することができる。
【００４１】
Ψpp(t、t＋τ)＝Ψpp(τ)
相互相関演算部２５においては、次式によりＭ系列信号ｐ(t)と加算器１０の出力信号（応答信号）ｑ(t)との相互相関値を上記Ａで規格化した値を求める。
【００４２】
【式３】
【００４３】
ここで、加算器１０の出力信号ｑ(t)は次式で表される。
【００４４】
【式４】
【００４５】
但し、ｈp(σ)、ｈy(σ)並びにｈx(σ)は各々Ｍ系列信号ｐ(t)の入力点から加算器１０の出力点への閉ループ系のインパルス応答、受話信号Ｙの入力点から加算器１０の出力点への閉ループ系のインパルス応答、送話信号Ｘの入力点から加算器１０の出力点への閉ループ系のインパルス応答をそれぞれ表している。上記式４を式３に代入すると次式が得られる。
【００４６】
【式５】
【００４７】
上記式５は次式のように変形できる。
【００４８】
【式６】
【００４９】
但し、Ψpy及びΨpxはそれぞれＭ系列信号ｐ(t)と受話信号Ｙとの相互相関値、Ｍ系列信号ｐ(t)と送話信号Ｘとの相互相関値を表し、各々次式で与えられる。
【００５０】
【式７】
【００５１】
【式８】
【００５２】
ここで、Ｍ系列信号ｐ(t)と受話信号Ｙ、並びにＭ系列信号ｐ(t)と送話信号Ｘとは互いに因果関係がないため、それぞれの相互相関値Ψpy、Ψpxは時間ｔに依存して変化する。また、Ｍ系列信号ｐ(t)の周期Ｔが充分に長いときには上記相互相関値Ψpy、Ψpxはゼロとなる。よって、この場合には上記式６の右辺第２項及び第３項がゼロとなり、次式のように変形できる。
【００５３】
【式９】
【００５４】
従って、Ψpp(t、t＋τ)＝Ψpp(τ)で与えられるＭ系列信号（疑似白色信号）ｐ(t)と応答信号ｑ(t)との相互相関値を上記Ａで規格化した値を算出することにより、Ｍ系列信号ｐ(t)から応答信号ｑ(t)への系のインパルス応答の遅延時間τにおける係数を求めることができる。但し、上記式９が成り立つのは、式７及び式８で与えられる相互相関値Ψpy，ΨpxがゼロとみなせるほどＭ系列信号ｐ(t)の周期Ｔが充分に長い場合であり、それ以外の場合においては、上記式６の右辺第２項及び第３項は外乱成分となり、インパルス応答の推定精度を劣化させる要因となる。
【００５５】
ところで、相互相関演算部２５をデジタル回路により実現する場合には、上記Ψpp(t、t＋τ)＝Ψpp(τ)を上記Ａで規格化した相互相関値は次式で表される
【００５６】
【式１０】
【００５７】
但し、Ｉは離散時間系におけるＭ系列信号ｐ(t)の周期を表し、ｐ(i)、ｑ(i+j)は各々サンプル時刻ｉ，ｉ＋ｊにおけるＭ系列信号ｐ(t)及び応答信号ｑ(t)のデータを表す。また、上記式７により得られる値はＭ系列信号ｐ(t)から応答信号ｑ(t)への系のインパルス応答の１係数ｈp(j)であり、閉ループ系の利得余裕を推定するために必要なインパルス応答観測時間をサンプル時間Ｊとすると、ｈp(0)，ｈ(1)，ｈ(2)，…，ｈ(J-1)の合計Ｊ個の係数を求める必要がある。よって、本実施形態においては、Ｍ系列信号（疑似白色信号）ｐ(t)から応答信号ｑ(t)への系のインパルス応答を推定するために、Ｉ×Ｊ回の積和演算を必要とする。
【００５８】
上述のような演算処理により求められる疑似白色信号ｐ(t)から応答信号ｑ(t)への系のインパルス応答（応答信号Ｑ）が包絡線検波器１１に入力され、実施形態１で説明したように閉ループ利得余裕推定部１２において包絡線検波器１１で抽出された包絡線成分の時間軸に対する減衰特性から利得余裕値を推定し、推定された利得余裕値に基づいて所要の挿入損失量を算出する。
【００５９】
上述のように本実施形態では、基本構成の挿入損失量調整手段８に対してインパルス信号発生器９の代わりに疑似白色信号発生器２４を付加するとともに、疑似白色信号と当該疑似白色信号に対する応答信号の相互相関値を求めて相互相関値に基づいて閉ループのインパルス応答を推定する相互相関演算部２５を付加して、推定したインパルス応答（応答信号）から包絡線検波器１１並びに閉ループ利得余裕推定部１２により利得余裕値を推定するため、使用者に聴感上の不快感を与えることなく利得余裕値を精度よく推定でき、挿入損失量を適切な値に設定して、閉ループ系を安定化することができる。
【００６０】
（実施形態３）
図５は本発明の実施形態３における挿入損失量調整手段８を示すブロック図であり、実施形態２に対して実施形態１で説明した同期制御部１５並びに同期加算平均部１６を設けた点に特徴がある。
【００６１】
本実施形態は、信号経路に送出する疑似白色信号の周期が充分に長くなく、上記式６の右辺第２項及び第３項がゼロとはみなせずに外乱要素となる場合に、同期加算平均処理によりこれらの影響を低減し、閉ループ系のインパルス応答の推定精度を向上させるものである。いま、Ｍ系列信号ｐ(t)の周期をＴ1、同期加算回数をＮとすると、同期加算平均部１６の出力値は次式で表される。
【００６２】
【式１１】
【００６３】
上記式１１に式６及び式９を代入して整理すると次式が得られる。
【００６４】
【式１２】
【００６５】
ここで、相互相関値Ψpy，Ψpxは時間ｔに関して不規則に変動するため、上記式１２における右辺第２項及び第３項が同期加算回数Ｎの値を充分に大きくすることにより抑圧することができる。
【００６６】
本実施形態によれば、信号経路に送出するＭ系列信号ｐ(t)の周期Ｔを実施形態２に比較して短くすることができるため、挿入損失量調整手段８をデジタル回路で実現する場合にＭ系列信号ｐ(t)の発生及び上記式１０の演算に必要となる記憶装置の容量や積和回数を低減することができるという利点がある。なお、同期加算平均部１６より出力される閉ループ系のインパルス応答（応答信号）は包絡線検波器１１に入力され、実施形態１と同様の演算処理によって所要の挿入損失量が算出される。
【００６７】
（実施形態４）
図６は本発明の実施形態４における挿入損失量調整手段８を示すブロック図であり、実施形態１に対して騒音レベル推定部２０とインパルス信号送出レベル調整部２１とを設けた点に特徴がある。
【００６８】
騒音レベル推定部２０は、インパルス信号｛Ｐ｝の閉ループ系への送出以前に閉ループ中に存在する周囲騒音のレベルを推定するものであり、インパルス信号送出レベル調整部２１は、推定された周囲騒音のレベルに応じてインパルス信号発生器９から出力されるインパルス信号Ｐ0…のレベルを調整するものである。すなわち、本発明に係る利得余裕値の推定処理においては、閉ループ中の周囲騒音レベルに対するインパルス信号送出レベルの比（この比をここではＳ／Ｎ比と定義する）が利得余裕値の推定精度に影響を及ぼすことから、閉ループにインパルス信号Ｐ0…が送出される以前の周囲騒音レベルを騒音レベル推定部２０で推定し、推定された周囲騒音レベルに対して上記Ｓ／Ｎ比が所定値以上となるようにインパルス信号送出レベル調整部２１にてインパルス信号Ｐ0…の送出レベルを調整することで、利得余裕値の推定精度を向上させることができる。
【００６９】
上述のように本実施形態では、閉ループ中に存在する周囲騒音のレベルを推定する騒音レベル推定部２０と、騒音レベル推定部２０による推定結果に基づいてサンプル信号（インパルス信号）の送出レベルを調整するインパルス信号送出レベル調整部２１とを挿入損失量調整手段８に設けたので、閉ループ系に送出するインパルス信号のレベルを周囲騒音レベルに対して充分な大きさに設定することにより、観測点において高いＳ／Ｎ比でインパルス信号｛Ｐ｝に対する応答信号｛Ｑ｝を得ることができ、利得余裕値の推定精度を向上させることができる。なお、実施形態３の構成に対して騒音レベル推定部２０並びに疑似白色信号の送出レベルを調整する手段を設けても同様の作用効果を奏することができる。
【００７０】
【発明の効果】
請求項１の発明は、集音した音を送話側の音声信号として出力するマイクロホンと、マイクロホンからの音声信号を増幅する第１の増幅手段と、受話側の音声信号に応じて鳴動するスピーカと、スピーカへ出力される音声信号を増幅する第２の増幅手段と、送話側及び受話側の少なくとも一方の信号経路に所定量の損失を挿入する損失挿入手段と、損失挿入手段から挿入される損失量を可変制御する制御手段と、信号経路に送出したサンプル信号に対する応答信号に応じて、マイクロホン及びスピーカを通じて形成される閉ループにおける利得余裕を推定するとともに制御手段を介して推定結果に基づく損失量の調整を行う挿入損失量調整手段とを備え、挿入損失量調整手段が、信号経路にサンプル信号を送出するサンプル信号発生器と、音声信号にサンプル信号を加算する加算器と、サンプル信号に対する応答信号の包絡線を検波する包絡線検波器と、包絡線検波器の出力信号に基づいて閉ループにおける利得余裕を推定する閉ループ利得余裕推定部と、所定の時間間隔でサンプル信号発生器から信号経路へ複数回にわたってサンプル信号を送出させるためのタイミング制御を行う同期制御部と、包絡線検波器の前段に設けられ同期制御部からのタイミング情報を受けてサンプル信号に対する応答信号を同期加算平均処理する同期加算平均部とを具備して成るので、スピーカからマイクヘの音響結合や送話側及び受話側と外部の通話回線との間で２−４線変換を行う必要がある場合に用いられる２−４線変換手段におけるインピーダンスの不整合による反射が原因となり形成される閉ループ系に対して、サンプル信号を入力したときに観測される応答信号の包絡線成分の減衰特性により利得余裕値を推定し、所望の利得余裕値に対する過不足分を算出することで挿入損失量を調整するため、ハウリングが発生するまでの閉ループ系の利得余裕を所望の値に維持することができ、ハウリングを生じることなく安定した通話品質を維持することができるとともに、必要以上に挿入損失量を大きくすることがないため、双方向同時通話性能の実現可能性が高まるという効果がある。しかも、同期制御部においてサンプル信号の送出タイミングを制御し、同期加算平均部でサンプル信号に同期した移動平均処理を行うとともに、同期加算平均部の出力信号から包絡線検波器にて包絡線成分を抽出するため、閉ループ中に周囲騒音や音声信号が存在する場合であっても、これらの影響を軽減して十分な精度で利得余裕値を推定し、挿入損失量が適切な値に設定可能となって、常に安定した通話を実現することができるという効果がある。特に、本発明は、閉ループ中に存在する周囲騒音が広い周波数帯域を持ち、自己相関が少ない場合に効果が大きい。
【００７１】
請求項２の発明は、集音した音を送話側の音声信号として出力するマイクロホンと、マイクロホンからの音声信号を増幅する第１の増幅手段と、受話側の音声信号に応じて鳴動するスピーカと、スピーカへ出力される音声信号を増幅する第２の増幅手段と、送話側及び受話側の少なくとも一方の信号経路に所定量の損失を挿入する損失挿入手段と、損失挿入手段から挿入される損失量を可変制御する制御手段と、信号経路に送出したサンプル信号に対する応答信号に応じて、マイクロホン及びスピーカを通じて形成される閉ループにおける利得余裕を推定するとともに制御手段を介して推定結果に基づく損失量の調整を行う挿入損失量調整手段とを備え、挿入損失量調整手段が、信号経路に周期が有限の疑似白色信号を挿入する疑似白色信号発生器と、音声信号に疑似白色信号を加算する加算器と、疑似白色信号と当該疑似白色信号に対する応答信号の相互相関値を求めるとともに求めた相互相関値に基づいて閉ループのインパルス応答を推定する相互相関演算部と、相互相関演算部により推定された閉ループのインパルス応答信号の包絡線を検波する包絡線検波器と、包絡線検波器の出力信号に基づいて閉ループにおける利得余裕を推定する閉ループ利得余裕推定部とを具備して成るので、スピーカからマイクヘの音響結合や送話側及び受話側と外部の通話回線との間で２−４線変換を行う必要がある場合に用いられる２−４線変換手段におけるインピーダンスの不整合による反射が原因となり形成される閉ループ系に対して、周期が有限の疑似白色信号を入力したときに観測される応答信号と当該疑似白色信号との相互相関値を求めるとともに求めた相互相関値から推定される閉ループ系のインパルス応答信号の包絡線成分の減衰特性により利得余裕値を推定し、所望の利得余裕値に対する過不足分を算出することで挿入損失量を調整するため、ハウリングが発生するまでの閉ループ系の利得余裕を所望の値に維持することができ、ハウリングを生じることなく安定した通話品質を維持することができるとともに、必要以上に挿入損失量を大きくすることがないため、双方向同時通話性能の実現可能性が高まるという効果がある。しかも、利得余裕の推定に疑似白色信号を用いるので、使用者に聴感上の不快感を与えるのを防止することができるという効果がある。
【００７２】
請求項３の発明は、所定の時間間隔で疑似白色信号発生器から信号経路へ複数回にわたって疑似白色信号を送出させるためのタイミング制御を行う同期制御部と、包絡線検波器の前段に設けられ同期制御部からのタイミング情報を受けて相互相関演算部により推定された閉ループのインパルス応答信号を同期加算平均処理する同期加算平均部とを挿入損失量調整手段が具備して成るので、同期制御部において疑似白色信号の送出タイミングを制御し、同期加算平均部で疑似白色信号に同期した移動平均処理を行うとともに、同期加算平均部の出力信号から包絡線検波器にて包絡線成分を抽出するため、閉ループ中に存在する定常的な周囲騒音のレベルが大きい場合においても周囲騒音による影響を軽減して十分な精度で利得余裕値を推定し、挿入損失量が適切な値に設定可能となって、常に安定した通話を実現することができるという効果がある。特に、本発明は、閉ループ中に存在する周囲騒音が広い周波数帯域を持ち、自己相関が少ない場合に効果が大きい。
【００７３】
請求項４の発明は、閉ループ中に存在する周囲騒音のレベルを推定する騒音レベル推定部と、騒音レベル推定部による推定結果に基づいてサンプル信号又は疑似白色信号の送出レベルを調整する送出レベル調整部とを挿入損失量調整手段が具備して成るので、閉ループ系に送出するサンプル信号又は疑似白色信号のレベルを周囲騒音レベルに対して充分な大きさに設定することにより、観測点において高いＳ／Ｎ比でサンプル信号又は疑似白色信号に対する応答信号を得ることができ、利得余裕値の推定精度を向上させ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における挿入損失量調整手段を示すブロック図である。
【図２】 同上における同期制御部並びに同期加算平均部を示すブロック図である。
【図３】 同上の動作を説明するための説明図である。
【図４】 実施形態２における挿入損失量調整手段を示すブロック図である。
【図５】 実施形態３における挿入損失量調整手段を示すブロック図である。
【図６】 実施形態４における挿入損失量調整手段を示すブロック図である。
【図７】 （ａ）は本発明の基本構成を示すブロック図、（ｂ）は同じく挿入損失量調整手段の基本構成を示すブロック図である。
【図８】 同上における閉ループを説明するための説明図である。
【符号の説明】
８ 挿入損失量調整手段
９ インパルス信号発生器
１０ 加算器
１１ 包絡線検波器
１２ 閉ループ利得余裕推定部
１５ 同期制御部
１６ 同期加算平均部
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭内、ビルディング、工場等で用いられる拡声通話機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インターホンや電話機あるいはＰＨＳ等の拡声通話機においては、スピーカからマイクロホンへの音響フィードバックおよびハイブリッド回路（２−４線変換回路）におけるインピーダンスの不整合により閉ループが形成され、増幅器の利得が大きすぎる等の理由により上記閉ループの利得が１倍以上になるとハウリングが生じるため、通話品質を確保する上でハウリングの抑圧が必要不可欠な課題となっていた。
【０００３】
そこで従来は、送受話信号のレべルに応じて受話信号または送話信号に所定量の損失を挿入することで閉ループ利得を抑圧するというハウリング抑圧方式が用いられてきた。また、別の方式としてエコーキャンセラを用いるものもあるが、エコーキャンセラにおける適応フィルタの係数が収束していない過渡状態や系の変動によりエコー経路が急激に変化した場合等において不安定化しやすいため、挿入損失と併用する場合が多い。
【０００４】
上記何れの場合においても、挿入損失量を大きくしすぎた場合には通話中に切断感を生じる（音声が途切れる）等の通話品質の劣化を招くため、挿入損失量を必要最小限とすることが望ましい。
【０００５】
このような課題に対して本発明者らは既に、拡声通話系に形成される閉ループの利得余裕を随時監視し、推定された利得余裕値に基づいて挿入損失量を適応的に調整するようにした拡声通話機を提案している（特願平９−６１４３４号参照）。
【０００６】
図７（ａ）は上記出願に係る拡声通話機を示すブロック図であり、集音した音を送話側の音声信号（以下、送話信号と呼ぶ）として出力するマイクロホン１と、マイクロホン１からの送話信号を増幅する第１の増幅器２と、受話側の音声信号（以下、受話信号と呼ぶ）に応じて鳴動するスピーカ３と、スピーカ３へ出力される受話信号を増幅する第２の増幅器４と、送話側及び受話側と外部の通話回線との間で２−４線変換を行う２−４線変換手段たるハイブリッド回路５と、送話側及び受話側の信号経路に所定量の損失を挿入する損失挿入手段たる減衰器（アッテネータ）６1，６2と、各減衰器６1，６2の損失量を可変制御する制御器７と、信号経路に送出したサンプル信号に対する応答信号に応じて、マイクロホン１からスピーカ３への音響結合及びハイブリッド回路５における反射により形成される閉ループにおける利得余裕を推定するとともに制御器７を介して推定結果に基づく損失量の調整を行う挿入損失量調整手段８とを備えている。なお、挿入損失量調整手段８は送話側の信号経路上に設けることも可能である。
【０００７】
一方、同図（ｂ）は上記挿入損失量調整手段８の具体的な構成を示すブロック図であり、受話側の信号経路にサンプル信号たるインパルス信号を送出するインパルス信号発生器９と、受話信号にインパルス信号を加算する加算器１０と、インパルス信号に対する応答信号の包絡線を検波する包絡線検波器１１と、包絡線検波器１１の出力信号に基づいて閉ループ系における利得余裕を推定する閉ループ利得余裕推定部１２とを備えている。ここで、閉ループ利得余裕推定部１２は、包絡線検波器１１の出力信号レベルを予め求めた閾値レベルと比較する比較器１３と、比較結果に基づいて閉ループ系の利得余裕値を推定する判定部１４とを具備している。なお、サンプル信号としてはパルス幅が充分に短い単一パルス信号であってもよいし、バースト信号（バーストノイズ）であってもよい。そして、図８に示すように、第２の増幅器４→スピーカ３→マイクロホン１→第１の増幅器２→減衰器６1→ハイブリッド回路５→減衰器６2→挿入損失量調整手段８→第２の増幅器４により閉ループが形成されている。
【０００８】
而して、加算器１０の出力信号は、上記閉ループ系にサンプル信号を入力したときの応答信号であり、加算器１０の出力信号を観測することにより閉ループ系のインパルス応答を推定することができる。抽出された包絡線成分は、閉ループ系の伝達関数における支配極（複素平面上において最も虚軸に近い極）の実部と密接な関係があり、包絡線の時間軸に対する減衰特性から閉ループ系の安定度すなわち利得余裕を推定することができる。しかしながら、図７（ａ）における加算器１０の出力信号は、サンプル信号に対する応答成分の他に送受話音声信号および周囲雑音が重畳しており、上記挿入損失量調整手段８にはサンプル信号に対する応答成分のみを抽出する手段がないため、有音声区間および周囲騒音信号のレベルが大きい場合には利得余裕値の推定精度が劣化するという問題がある。このうち送受話音声による推定精度の劣化に対しては、受話信号のレベルから（あるいは送話信号のレベルであってもよい）、通話中の無音区間を検出する無音検出器を設け、この無音検出器にて無音区間が検出された場合にのみ閉ループ系にサンプル信号（インパルス信号又はバーストノイズ）を入力し、閉ループ利得余裕推定部１２にて利得余裕値の推定処理を行うことにより推定精度を改善することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記拡声通話系の閉ループ中に定常的な周囲騒音信号が存在し、かつ、そのレベルが大きい場合には、上記出願に係る拡声通話機では、利得余裕値を精度よく推定することができない。また、上記手法では、閉ループ中に音声信号が存在している状態では利得余裕値の推定処理を止める必要があるため、通話中に系の利得余裕値が変動するような場合にはこれに対応できず、系が不安定化する場合がある。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、閉ループ中に周囲騒音や音声信号が存在し、かつそれらの信号のレベルが大きい場合においても十分な精度で利得余裕値を推定し、常に安定した通話を実現することのできる拡声通話機を提供することにある。
【００１１】
【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、集音した音を送話側の音声信号として出力するマイクロホンと、マイクロホンからの音声信号を増幅する第１の増幅手段と、受話側の音声信号に応じて鳴動するスピーカと、スピーカへ出力される音声信号を増幅する第２の増幅手段と、送話側及び受話側の少なくとも一方の信号経路に所定量の損失を挿入する損失挿入手段と、損失挿入手段から挿入される損失量を可変制御する制御手段と、信号経路に送出したサンプル信号に対する応答信号に応じて、マイクロホン及びスピーカを通じて形成される閉ループにおける利得余裕を推定するとともに制御手段を介して推定結果に基づく損失量の調整を行う挿入損失量調整手段とを備え、挿入損失量調整手段が、信号経路にサンプル信号を送出するサンプル信号発生器と、音声信号にサンプル信号を加算する加算器と、サンプル信号に対する応答信号の包絡線を検波する包絡線検波器と、包絡線検波器の出力信号に基づいて閉ループにおける利得余裕を推定する閉ループ利得余裕推定部と、所定の時間間隔でサンプル信号発生器から信号経路へ複数回にわたってサンプル信号を送出させるためのタイミング制御を行う同期制御部と、包絡線検波器の前段に設けられ同期制御部からのタイミング情報を受けてサンプル信号に対する応答信号を同期加算平均処理する同期加算平均部とを具備して成ることを特徴とし、スピーカからマイクヘの音響結合や送話側及び受話側と外部の通話回線との間で２−４線変換を行う必要がある場合に用いられる２−４線変換手段におけるインピーダンスの不整合による反射が原因となり形成される閉ループ系に対して、サンプル信号を入力したときに観測される応答信号の包絡線成分の減衰特性により利得余裕値を推定し、所望の利得余裕値に対する過不足分を算出することで挿入損失量を調整するため、ハウリングが発生するまでの閉ループ系の利得余裕を所望の値に維持することができ、ハウリングを生じることなく安定した通話品質を維持することができるとともに、必要以上に挿入損失量を大きくすることがないため、双方向同時通話性能の実現可能性が高まる。しかも、同期制御部においてサンプル信号の送出タイミングを制御し、同期加算平均部でサンプル信号に同期した移動平均処理を行うとともに、同期加算平均部の出力信号から包絡線検波器にて包絡線成分を抽出するため、閉ループ中に存在する定常的な周囲騒音のレベルが大きい場合においても周囲騒音による影響を軽減して十分な精度で利得余裕値を推定し、挿入損失量が適切な値に設定可能となって、常に安定した通話を実現することができる。
【００１２】
請求項２の発明は、上記目的を達成するために、集音した音を送話側の音声信号として出力するマイクロホンと、マイクロホンからの音声信号を増幅する第１の増幅手段と、受話側の音声信号に応じて鳴動するスピーカと、スピーカへ出力される音声信号を増幅する第２の増幅手段と、送話側及び受話側の少なくとも一方の信号経路に所定量の損失を挿入する損失挿入手段と、損失挿入手段から挿入される損失量を可変制御する制御手段と、信号経路に送出したサンプル信号に対する応答信号に応じて、マイクロホン及びスピーカを通じて形成される閉ループにおける利得余裕を推定するとともに制御手段を介して推定結果に基づく損失量の調整を行う挿入損失量調整手段とを備え、挿入損失量調整手段が、信号経路に周期が有限の疑似白色信号を挿入する疑似白色信号発生器と、音声信号に疑似白色信号を加算する加算器と、疑似白色信号と当該疑似白色信号に対する応答信号の相互相関値を求めるとともに求めた相互相関値に基づいて閉ループのインパルス応答を推定する相互相関演算部と、相互相関演算部により推定された閉ループのインパルス応答信号の包絡線を検波する包絡線検波器と、包絡線検波器の出力信号に基づいて閉ループにおける利得余裕を推定する閉ループ利得余裕推定部とを具備して成ることを特徴とし、スピーカからマイクヘの音響結合や送話側及び受話側と外部の通話回線との間で２−４線変換を行う必要がある場合に用いられる２−４線変換手段におけるインピーダンスの不整合による反射が原因となり形成される閉ループ系に対して、周期が有限の疑似白色信号を入力したときに観測される応答信号と当該疑似白色信号との相互相関値を求めるとともに求めた相互相関値から推定される閉ループ系のインパルス応答信号の包絡線成分の減衰特性により利得余裕値を推定し、所望の利得余裕値に対する過不足分を算出することで挿入損失量を調整するため、ハウリングが発生するまでの閉ループ系の利得余裕を所望の値に維持することができ、ハウリングを生じることなく安定した通話品質を維持することができるとともに、必要以上に挿入損失量を大きくすることがないため、双方向同時通話性能の実現可能性が高まる。しかも、利得余裕の推定に疑似白色信号を用いるので、使用者に聴感上の不快感を与えるのを防止することができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、所定の時間間隔で疑似白色信号発生器から信号経路へ複数回にわたって疑似白色信号を送出させるためのタイミング制御を行う同期制御部と、包絡線検波器の前段に設けられ同期制御部からのタイミング情報を受けて相互相関演算部により推定された閉ループのインパルス応答信号を同期加算平均処理する同期加算平均部とを挿入損失量調整手段が具備して成ることを特徴とし、同期制御部において疑似白色信号の送出タイミングを制御し、同期加算平均部で疑似白色信号に同期した移動平均処理を行うとともに、同期加算平均部の出力信号から包絡線検波器にて包絡線成分を抽出するため、閉ループ中に存在する定常的な周囲騒音のレベルが大きい場合においても周囲騒音による影響を軽減して十分な精度で利得余裕値を推定し、挿入損失量が適切な値に設定可能となって、常に安定した通話を実現することができる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１又は３の発明において、閉ループ中に存在する周囲騒音のレベルを推定する騒音レベル推定部と、騒音レベル推定部による推定結果に基づいてサンプル信号又は疑似白色信号の送出レベルを調整する送出レベル調整部とを挿入損失量調整手段が具備して成ることを特徴とし、閉ループ系に送出するサンプル信号又は疑似白色信号のレベルを周囲騒音レベルに対して充分な大きさに設定することにより、観測点において高いＳ／Ｎ比でサンプル信号又は疑似白色信号に対する応答信号を得ることができ、利得余裕値の推定精度を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を説明する前に、基本となる先願（特願平９−６１４３４号）に係る拡声通話機の構成並びに動作について詳細に説明する。
【００１６】
従来技術でも説明したように、上記公報に記載された拡声通話機は、集音した音を送話側の音声信号（以下、送話信号と呼ぶ）として出力するマイクロホン１と、マイクロホン１からの送話信号を増幅する第１の増幅器２と、受話側の音声信号（以下、受話信号と呼ぶ）に応じて鳴動するスピーカ３と、スピーカ３へ出力される受話信号を増幅する第２の増幅器４と、送話側及び受話側と外部の通話回線との間で２−４線変換を行う２−４線変換手段たるハイブリッド回路５と、送話側及び受話側の信号経路に所定量の損失を挿入する損失挿入手段たる減衰器（アッテネータ）６1，６2と、各減衰器６1，６2の損失量を可変制御する制御器７と、信号経路に送出したサンプル信号に対する応答信号に応じて、マイクロホン１及びスピーカ３を通じて形成される閉ループ系における利得余裕を推定するとともに制御器７を介して推定結果に基づく損失量の調整を行う挿入損失量調整手段８とを備えている。
【００１７】
一方、挿入損失量調整手段８は、受話側の信号経路にサンプル信号たるインパルス信号を送出するインパルス信号発生器９と、受話信号にインパルス信号を加算する加算器１０と、インパルス信号に対する応答信号の包絡線を検波する包絡線検波器１１と、包絡線検波器１１の出力信号に基づいて閉ループ系における利得余裕を推定する閉ループ利得余裕推定部１２とを備え、マイコンやＤＳＰ（ＤigitalＳignalＰrocessor）などで構成される。ここで、閉ループ利得余裕推定部１２は、後述するように包絡線検波器１１の出力信号レベルを予め求めた閾値レベルと比較する比較器１３と、比較結果に基づいて閉ループ系の利得余裕値を推定する判定部１４とを具備している。なお、サンプル信号として用いるインパルス信号は、パルス幅が充分に短い単一パルス信号であってもよい。また包絡線検波器１１は、整流回路とローパスフィルタ回路の合成回路や、巡回型ローパスフィルタやリーク積分器等のデジタル回路、あるいはＤＳＰ（ＤigitalＳignalＰrocessor）などの信号処理手段によって構成することができる。
【００１８】
また、図８に示すように第２の増幅器４→スピーカ３→マイクロホン１→第１の増幅器２→減衰器６1→ハイブリッド回路５→減衰器６2→挿入損失量調整手段８→第２の増幅器４により閉ループが形成されている。ここで、各部における伝達関数を以下のように定義する。
【００１９】
Ｓ ：スピーカ３の電気機械変換特性
Ｇ ：スピーカ３からマイクロホン１への音響伝達特性
Ｍ ：マイクロホン１の音響電気変換特性
Ｋｒ：第２の増幅器４の増幅特性
Ｋｘ：第１の増幅器２の増幅特性
Ａｒ：受話側の減衰器６2の減衰特性
Ａｘ：送話側の減衰器６1の減衰特性
Γ ：ハイブリッド回路５における反射伝達関数
また、インパルス信号発生器９から出力されるインパルス信号をＰ、外部の通話回線から伝送されてくる遠端話者音声入力信号をＹ（以下、「受話信号」と呼ぶ）、マイクロホン１の集音する近端話者音声信号と周囲雑音との和をＸ（以下、「音響信号」と呼ぶ）とすると、挿入損失量調整手段８の構成要素の一つである加算器１０の出力信号（応答信号）Ｑは下記式で表される。
【００２０】
【式１】
なお、上記式のＬ(s)は上記閉ループ系における一巡伝達関数、ｓはラプラス変数をそれぞれ表す。
【００２２】
ここで、閉ループ系の安定性は上記一巡伝達関数Ｌ(s)により判別することができる。すなわち、極座標系における一巡伝達関数Ｌ(s)のθ成分（＝∠Ｌ(s)）が∠Ｌ(s)＝２ｎπ（ｎは整数）となる全ての周波数において、ｒ成分（＝｜Ｌ(s)｜）が｜Ｌ(s)｜＜１ならば閉ループ系は安定、｜Ｌ(s)｜≧１となる周波数が存在すれば閉ループ系は不安定となり、その周波数において発振してハウリングが生じる。また、閉ループ系が安定である場合に、∠Ｌ(s)＝２ｎπとなる全ての周波数における利得の最大値をＬMAXとすれば、閉ループ系の利得余裕値は１／ＬMAXで表される。よって、閉ループ系の安定性の尺度は閉ループ利得余裕値により評価することができる。
【００２３】
一方、閉ループ利得余裕値は、閉ループ系のインパルス応答特性と密接な関係があり、閉ループ利得余裕値が大きいほどインパルス応答信号Ｑの振幅が時間とともに急激に減衰し、閉ループ利得余裕値が小さいほど減衰が緩やかになる。そこで、閉ループ利得余裕推定部１２において閉ループ利得余裕値を推定するためのサンプル信号（インパルス信号）Ｐを上記閉ループ系に与えたときの応答信号Ｑを観測し、その応答信号Ｑの包絡線成分から閉ループ系の時定数に関する情報を抽出して閉ループ系におけるハウリング発生限界までの閉ループ利得余裕値の推定を行うとともに、推定結果に基づき、挿入損失量調整手段８にて上記所望の閉ループ利得余裕値に対する実際の挿入損失量の過不足分を算出して閉ループ系への挿入損失量を調整する。
【００２４】
すなわち、上述のように包絡線検波器１１で得られる応答信号Ｑの包絡線成分の時間特性が閉ループ利得余裕値が大きいほど減衰が早く且つ小さいほど減衰が緩やかになるという性質を有することから、閉ループ利得余裕推定部１２において事前に学習された種々の利得余裕値に対する包絡線検波器１１の出力データから閾値レベルを求めておき、比較器１３において観測される包絡線検波器１１の出力信号レベルを上記閾値レベルと比較することにより、その比較結果に基づいて判定部１４にて閉ループ利得余裕値が推定できる。そして、その推定結果から、閉ループ利得余裕値を設計仕様で定めた値とするために必要な損失量を挿入するべく、制御器７に信号を伝送して制御器７によって減衰器６1，６2の減衰量を調節している。
【００２５】
上述のように上記拡声通話機では、インパルス信号に対する応答信号から、閉ループ系での利得余裕値を推定し、この利得余裕値の推定値と、目標とする利得余裕値との差分を算出し、その算出結果に基づいて信号経路に挿入する損失量を調整する挿入損失量調整手段８を備えているので、通話中においても閉ループ系の安定度に応じて挿入損失量を制御し、常に利得余裕値を仕様で定めた値に維持することができ、ハウリングを生じることなく安定した通話品質を維持することができる。また、従来例に比較して必要以上に挿入損失量を大きくする必要がないため、双方向同時通話性能の実現可能性が高まるという利点もある。
【００２６】
なお、上記基本構成並びに後述する各実施形態においてはサンプル信号発生器にインパルス信号発生器９を用いたが、代わりにバースト信号発生器を用いてバースト信号をサンプル信号に用いてもよい。この場合には、信号を送出している状態から送出を停止した瞬間からの閉ループ系の過渡応答を観測し、その包絡線成分から閉ループ系の時定数に関する情報を抽出する。而してサンプル信号にバースト信号を用いた場合にも、信号送出時間が閉ループ系の遅延時間に対して十分に短ければ、その応答波形の包絡線成分より閉ループ系の時定数に関する情報を抽出することができ、バースト信号の信号送出時間を適切な値とすることにより通話中における違和感をなくし、サンプル信号の送出による通話品質の劣化を抑えることができるという利点がある。但し、種々の利得余裕値に対する閾値レべルを求めておく必要があることはインパルス信号の場合と同様である。
【００２７】
（実施形態１）
ところで、上記基本構成においては式１で表される応答信号Ｑから利得余裕値を推定しているが、上記式１からも明らかなように応答信号Ｑにはサンプル信号Ｐのみに対する応答信号（式１の右辺第１項）以外の信号が含まれている。そのため、受話信号Ｙ及びマイクロホン１の集音する音響信号Ｘのレベルが大きく、式１の右辺第２項及び第３項が無視できない場合においては、利得余裕値を精度良く推定することが難しくなる。
【００２８】
そこで、本発明の各実施形態においては、式１で表される応答信号Ｑのサンプル信号に対応する信号（式１の右辺第１項）のみを抽出することにより、その他の信号（式１の右辺第２項及び第３項）を充分に抑圧し、精度良く利得余裕値を推定することができるようにしている。
【００２９】
図１は本実施形態における挿入損失量調整手段８の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態の拡声通話機の全体構成は上述の基本例と共通であるから図示並びに説明は省略し、共通する部分については同一の符号を付す。図１に示すように本実施形態における挿入損失量調整手段８は、インパルス信号発生器９、加算器１０、包絡線検波器１１並びに閉ループ利得余裕推定部１２に加えて、所定の時間間隔でインパルス信号発生器９から信号経路へ複数回にわたってインパルス信号を送出させるためのタイミング制御を行う同期制御部１５と、包絡線検波器１１の前段に設けられ同期制御部１５からのタイミング情報を受けてインパルス信号に対する応答信号Ｑを同期加算平均処理する同期加算平均部１６とを具備している。
【００３０】
図２は同期制御部１５並びに同期加算平均部１６を示すブロック図である。同期制御部１５は、図３に示すように所定の時間間隔Ｔ1，Ｔ2，…，ＴN-1毎に複数回励振されるインパルス信号（サンプル信号）Ｐ0，Ｐ1，…，ＰN-1（以下、｛Ｐ｝と表記する。）をインパルス信号発生器９から送出させるとともに、図２に示すようにインパルス信号Ｐ0…の送出に同期した同期信号を同期加算平均部１６に出力する。
【００３１】
一方、同期加算平均部１６は、図２に示すように同期制御部１５からの同期信号によってオン・オフされるスイッチ要素１６ａと、スイッチ要素１６ａを介して入力されるインパルス信号｛Ｐ｝の応答信号｛Ｑ｝を所定の時間だけ遅延させる遅延器１６ｂ1〜１６ｂN-1と、各遅延器１６ｂ1〜１６ｂN-1の出力を加算する加算器１６ｃ1〜１６ｃN-1と、全遅延器１６ｂ1〜１６ｂN-1の出力信号の和（加算器１６ｃN-1の出力）を同期加算回数Ｎで除算する除算器１６ｄとを備えて、インパルス信号｛Ｐ｝に同期して加算平均処理を行って応答信号｛Ｑ｝の移動平均を求めている。而して、音響信号Ｘや受話信号Ｙの位相はインパルス信号｛Ｐ｝が送出される時間間隔Ｔ1，Ｔ2，…，ＴN-1とは無関係であるため、同期加算回数Ｎを充分に大きくとることで式１における右辺第２項及び第３項が抑制されるとともに右辺第１項のインパルス信号｛Ｐ｝に対する応答成分のみが強調され、実質的に式１の右辺第１項の上記応答成分のみを抽出することが可能となる。なお、応答信号｛Ｑ｝の移動平均が求められたら、同期制御部１５から出力されるリセット信号により、同期加算平均部１６の各遅延器１６ｂ1〜１６ｂN-1がリセットされ、同期加算平均部１６が新たに移動平均の算出可能な初期状態に復帰する。
【００３２】
そして、同期加算平均部１６から出力される応答信号｛Ｑ｝の移動平均が包絡線検波器１１に入力され、同期加算平均処理により得られたインパルス信号｛Ｐ｝に対する閉ループ系の応答信号の包絡線成分が抽出される。さらに、閉ループ利得余裕推定部１２では、包絡線検波器１１で抽出された包絡線成分の時間軸に対する減衰特性から利得余裕値を推定し、推定された利得余裕値に基づいて所要の挿入損失量を算出する。なお、インパルス信号｛Ｐ｝の時間間隔Ｔ1，Ｔ2，…，ＴN-1は、利得余裕値の推定処理に必要な応答時間τに対して充分に大きくする必要がある。また、利得余裕値の推定処理に要する加算器１１の出力信号の観測時間Ｔ（＝Ｔ0＋Ｔ1＋…＋ＴN-1＋τ）は、この時間Ｔ内における閉ループ系の特性の変動が無視できる程度に短くする必要がある。
【００３３】
上述のように本実施形態では、基本構成の挿入損失量調整手段８に同期制御部１５と同期加算平均部１６とを付加して、インパルス信号｛Ｐ｝に対する応答信号｛Ｑ｝の移動平均を求め、求めた移動平均を包絡線検波器１１に出力するようにしているため、閉ループ中に周囲騒音や音声信号が存在する場合においても、応答信号｛Ｑ｝に対する周囲騒音の影響を軽減し、利得余裕値を精度良く推定することができる。その結果、上記のような場合においても挿入損失量を適切な値に設定して、閉ループ系を安定化することができる。特に、本手法では、閉ループ中に存在する周囲騒音が広い周波数帯域を持ち、自己相関が少ない場合にその効果が大きい。
【００３４】
（実施形態２）
ところで、実施形態１においては閉ループ系の利得余裕値を推定するためにサンプル信号（インパルス信号又はバースト信号）を系に与えているが、通話中にインパルス信号やバースト信号がスピーカ３から聞こえるために使用者に聴感上の不快感を与えてしまう虞がある。
【００３５】
そこで本実施形態は、インパルス信号やバースト信号のように聴感上不快感を与える虞があるサンプル信号を使う代わりに、疑似白色信号を用いて利得余裕値を推定することによって、上述のような聴感上の不快感を与えるのを防止している。
【００３６】
図４は本実施形態の挿入損失量調整手段８を示すブロック図であり、信号経路に周期が有限の疑似白色信号を挿入する疑似白色信号発生器２４と、音声信号に疑似白色信号を加算する加算器１０と、疑似白色信号と当該疑似白色信号に対する応答信号の相互相関値を求めるとともに求めた相互相関値に基づいて閉ループのインパルス応答を推定する相互相関演算部２５と、相互相関演算部２５により推定された閉ループのインパルス応答信号の包絡線を検波する包絡線検波器１１と、包絡線検波器１１の出力信号に基づいて閉ループにおける利得余裕を推定する閉ループ利得余裕推定部１２とを具備している。なお、実施形態１と共通する部分については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３７】
ここで、疑似白色信号としては、例えばＭ系列信号を用いる。Ｍ系列信号とは、次式のｆ(x)がｍｏｄ２の原始多項式であるとき、
ｆ(x)＝１＋ｃ1ｘ＋ｃ2ｘ2＋…ｃpｘp
次式により生成されるｍｏｄ２上の数列ａtで表される。
【００３８】
ａt＝ｃ1ａt-1＋ｃ2ａt-2＋…＋ｃpａt-p
また、この周期Ｔは２p−１である。信号経路へ送出する信号ｐ(t)がＭ系列信号であり、その周期Ｔが充分に長ければ、Ｍ系列信号ｐ(t)に対して次式が成り立つ。
【００３９】
【式２】
ここで、ΨppはＭ系列信号ｐ(t)の自己相関値を表すが、Ｍ系列信号の自己相関値が時間に依存しないため、次式のように表現することができる。
【００４１】
Ψpp(t、t＋τ)＝Ψpp(τ)
相互相関演算部２５においては、次式によりＭ系列信号ｐ(t)と加算器１０の出力信号（応答信号）ｑ(t)との相互相関値を上記Ａで規格化した値を求める。
【００４２】
【式３】
ここで、加算器１０の出力信号ｑ(t)は次式で表される。
【００４４】
【式４】
但し、ｈp(σ)、ｈy(σ)並びにｈx(σ)は各々Ｍ系列信号ｐ(t)の入力点から加算器１０の出力点への閉ループ系のインパルス応答、受話信号Ｙの入力点から加算器１０の出力点への閉ループ系のインパルス応答、送話信号Ｘの入力点から加算器１０の出力点への閉ループ系のインパルス応答をそれぞれ表している。上記式４を式３に代入すると次式が得られる。
【００４６】
【式５】
上記式５は次式のように変形できる。
【００４８】
【式６】
但し、Ψpy及びΨpxはそれぞれＭ系列信号ｐ(t)と受話信号Ｙとの相互相関値、Ｍ系列信号ｐ(t)と送話信号Ｘとの相互相関値を表し、各々次式で与えられる。
【００５０】
【式７】
【式８】
ここで、Ｍ系列信号ｐ(t)と受話信号Ｙ、並びにＭ系列信号ｐ(t)と送話信号Ｘとは互いに因果関係がないため、それぞれの相互相関値Ψpy、Ψpxは時間ｔに依存して変化する。また、Ｍ系列信号ｐ(t)の周期Ｔが充分に長いときには上記相互相関値Ψpy、Ψpxはゼロとなる。よって、この場合には上記式６の右辺第２項及び第３項がゼロとなり、次式のように変形できる。
【００５３】
【式９】
従って、Ψpp(t、t＋τ)＝Ψpp(τ)で与えられるＭ系列信号（疑似白色信号）ｐ(t)と応答信号ｑ(t)との相互相関値を上記Ａで規格化した値を算出することにより、Ｍ系列信号ｐ(t)から応答信号ｑ(t)への系のインパルス応答の遅延時間τにおける係数を求めることができる。但し、上記式９が成り立つのは、式７及び式８で与えられる相互相関値Ψpy，ΨpxがゼロとみなせるほどＭ系列信号ｐ(t)の周期Ｔが充分に長い場合であり、それ以外の場合においては、上記式６の右辺第２項及び第３項は外乱成分となり、インパルス応答の推定精度を劣化させる要因となる。
【００５５】
ところで、相互相関演算部２５をデジタル回路により実現する場合には、上記Ψpp(t、t＋τ)＝Ψpp(τ)を上記Ａで規格化した相互相関値は次式で表される
【００５６】
【式１０】
但し、Ｉは離散時間系におけるＭ系列信号ｐ(t)の周期を表し、ｐ(i)、ｑ(i+j)は各々サンプル時刻ｉ，ｉ＋ｊにおけるＭ系列信号ｐ(t)及び応答信号ｑ(t)のデータを表す。また、上記式７により得られる値はＭ系列信号ｐ(t)から応答信号ｑ(t)への系のインパルス応答の１係数ｈp(j)であり、閉ループ系の利得余裕を推定するために必要なインパルス応答観測時間をサンプル時間Ｊとすると、ｈp(0)，ｈ(1)，ｈ(2)，…，ｈ(J-1)の合計Ｊ個の係数を求める必要がある。よって、本実施形態においては、Ｍ系列信号（疑似白色信号）ｐ(t)から応答信号ｑ(t)への系のインパルス応答を推定するために、Ｉ×Ｊ回の積和演算を必要とする。
【００５８】
上述のような演算処理により求められる疑似白色信号ｐ(t)から応答信号ｑ(t)への系のインパルス応答（応答信号Ｑ）が包絡線検波器１１に入力され、実施形態１で説明したように閉ループ利得余裕推定部１２において包絡線検波器１１で抽出された包絡線成分の時間軸に対する減衰特性から利得余裕値を推定し、推定された利得余裕値に基づいて所要の挿入損失量を算出する。
【００５９】
上述のように本実施形態では、基本構成の挿入損失量調整手段８に対してインパルス信号発生器９の代わりに疑似白色信号発生器２４を付加するとともに、疑似白色信号と当該疑似白色信号に対する応答信号の相互相関値を求めて相互相関値に基づいて閉ループのインパルス応答を推定する相互相関演算部２５を付加して、推定したインパルス応答（応答信号）から包絡線検波器１１並びに閉ループ利得余裕推定部１２により利得余裕値を推定するため、使用者に聴感上の不快感を与えることなく利得余裕値を精度よく推定でき、挿入損失量を適切な値に設定して、閉ループ系を安定化することができる。
【００６０】
（実施形態３）
図５は本発明の実施形態３における挿入損失量調整手段８を示すブロック図であり、実施形態２に対して実施形態１で説明した同期制御部１５並びに同期加算平均部１６を設けた点に特徴がある。
【００６１】
本実施形態は、信号経路に送出する疑似白色信号の周期が充分に長くなく、上記式６の右辺第２項及び第３項がゼロとはみなせずに外乱要素となる場合に、同期加算平均処理によりこれらの影響を低減し、閉ループ系のインパルス応答の推定精度を向上させるものである。いま、Ｍ系列信号ｐ(t)の周期をＴ1、同期加算回数をＮとすると、同期加算平均部１６の出力値は次式で表される。
【００６２】
【式１１】
上記式１１に式６及び式９を代入して整理すると次式が得られる。
【００６４】
【式１２】
ここで、相互相関値Ψpy，Ψpxは時間ｔに関して不規則に変動するため、上記式１２における右辺第２項及び第３項が同期加算回数Ｎの値を充分に大きくすることにより抑圧することができる。
【００６６】
本実施形態によれば、信号経路に送出するＭ系列信号ｐ(t)の周期Ｔを実施形態２に比較して短くすることができるため、挿入損失量調整手段８をデジタル回路で実現する場合にＭ系列信号ｐ(t)の発生及び上記式１０の演算に必要となる記憶装置の容量や積和回数を低減することができるという利点がある。なお、同期加算平均部１６より出力される閉ループ系のインパルス応答（応答信号）は包絡線検波器１１に入力され、実施形態１と同様の演算処理によって所要の挿入損失量が算出される。
【００６７】
（実施形態４）
図６は本発明の実施形態４における挿入損失量調整手段８を示すブロック図であり、実施形態１に対して騒音レベル推定部２０とインパルス信号送出レベル調整部２１とを設けた点に特徴がある。
【００６８】
騒音レベル推定部２０は、インパルス信号｛Ｐ｝の閉ループ系への送出以前に閉ループ中に存在する周囲騒音のレベルを推定するものであり、インパルス信号送出レベル調整部２１は、推定された周囲騒音のレベルに応じてインパルス信号発生器９から出力されるインパルス信号Ｐ0…のレベルを調整するものである。すなわち、本発明に係る利得余裕値の推定処理においては、閉ループ中の周囲騒音レベルに対するインパルス信号送出レベルの比（この比をここではＳ／Ｎ比と定義する）が利得余裕値の推定精度に影響を及ぼすことから、閉ループにインパルス信号Ｐ0…が送出される以前の周囲騒音レベルを騒音レベル推定部２０で推定し、推定された周囲騒音レベルに対して上記Ｓ／Ｎ比が所定値以上となるようにインパルス信号送出レベル調整部２１にてインパルス信号Ｐ0…の送出レベルを調整することで、利得余裕値の推定精度を向上させることができる。
【００６９】
上述のように本実施形態では、閉ループ中に存在する周囲騒音のレベルを推定する騒音レベル推定部２０と、騒音レベル推定部２０による推定結果に基づいてサンプル信号（インパルス信号）の送出レベルを調整するインパルス信号送出レベル調整部２１とを挿入損失量調整手段８に設けたので、閉ループ系に送出するインパルス信号のレベルを周囲騒音レベルに対して充分な大きさに設定することにより、観測点において高いＳ／Ｎ比でインパルス信号｛Ｐ｝に対する応答信号｛Ｑ｝を得ることができ、利得余裕値の推定精度を向上させることができる。なお、実施形態３の構成に対して騒音レベル推定部２０並びに疑似白色信号の送出レベルを調整する手段を設けても同様の作用効果を奏することができる。
【００７０】
【発明の効果】
請求項１の発明は、集音した音を送話側の音声信号として出力するマイクロホンと、マイクロホンからの音声信号を増幅する第１の増幅手段と、受話側の音声信号に応じて鳴動するスピーカと、スピーカへ出力される音声信号を増幅する第２の増幅手段と、送話側及び受話側の少なくとも一方の信号経路に所定量の損失を挿入する損失挿入手段と、損失挿入手段から挿入される損失量を可変制御する制御手段と、信号経路に送出したサンプル信号に対する応答信号に応じて、マイクロホン及びスピーカを通じて形成される閉ループにおける利得余裕を推定するとともに制御手段を介して推定結果に基づく損失量の調整を行う挿入損失量調整手段とを備え、挿入損失量調整手段が、信号経路にサンプル信号を送出するサンプル信号発生器と、音声信号にサンプル信号を加算する加算器と、サンプル信号に対する応答信号の包絡線を検波する包絡線検波器と、包絡線検波器の出力信号に基づいて閉ループにおける利得余裕を推定する閉ループ利得余裕推定部と、所定の時間間隔でサンプル信号発生器から信号経路へ複数回にわたってサンプル信号を送出させるためのタイミング制御を行う同期制御部と、包絡線検波器の前段に設けられ同期制御部からのタイミング情報を受けてサンプル信号に対する応答信号を同期加算平均処理する同期加算平均部とを具備して成るので、スピーカからマイクヘの音響結合や送話側及び受話側と外部の通話回線との間で２−４線変換を行う必要がある場合に用いられる２−４線変換手段におけるインピーダンスの不整合による反射が原因となり形成される閉ループ系に対して、サンプル信号を入力したときに観測される応答信号の包絡線成分の減衰特性により利得余裕値を推定し、所望の利得余裕値に対する過不足分を算出することで挿入損失量を調整するため、ハウリングが発生するまでの閉ループ系の利得余裕を所望の値に維持することができ、ハウリングを生じることなく安定した通話品質を維持することができるとともに、必要以上に挿入損失量を大きくすることがないため、双方向同時通話性能の実現可能性が高まるという効果がある。しかも、同期制御部においてサンプル信号の送出タイミングを制御し、同期加算平均部でサンプル信号に同期した移動平均処理を行うとともに、同期加算平均部の出力信号から包絡線検波器にて包絡線成分を抽出するため、閉ループ中に周囲騒音や音声信号が存在する場合であっても、これらの影響を軽減して十分な精度で利得余裕値を推定し、挿入損失量が適切な値に設定可能となって、常に安定した通話を実現することができるという効果がある。特に、本発明は、閉ループ中に存在する周囲騒音が広い周波数帯域を持ち、自己相関が少ない場合に効果が大きい。
【００７１】
請求項２の発明は、集音した音を送話側の音声信号として出力するマイクロホンと、マイクロホンからの音声信号を増幅する第１の増幅手段と、受話側の音声信号に応じて鳴動するスピーカと、スピーカへ出力される音声信号を増幅する第２の増幅手段と、送話側及び受話側の少なくとも一方の信号経路に所定量の損失を挿入する損失挿入手段と、損失挿入手段から挿入される損失量を可変制御する制御手段と、信号経路に送出したサンプル信号に対する応答信号に応じて、マイクロホン及びスピーカを通じて形成される閉ループにおける利得余裕を推定するとともに制御手段を介して推定結果に基づく損失量の調整を行う挿入損失量調整手段とを備え、挿入損失量調整手段が、信号経路に周期が有限の疑似白色信号を挿入する疑似白色信号発生器と、音声信号に疑似白色信号を加算する加算器と、疑似白色信号と当該疑似白色信号に対する応答信号の相互相関値を求めるとともに求めた相互相関値に基づいて閉ループのインパルス応答を推定する相互相関演算部と、相互相関演算部により推定された閉ループのインパルス応答信号の包絡線を検波する包絡線検波器と、包絡線検波器の出力信号に基づいて閉ループにおける利得余裕を推定する閉ループ利得余裕推定部とを具備して成るので、スピーカからマイクヘの音響結合や送話側及び受話側と外部の通話回線との間で２−４線変換を行う必要がある場合に用いられる２−４線変換手段におけるインピーダンスの不整合による反射が原因となり形成される閉ループ系に対して、周期が有限の疑似白色信号を入力したときに観測される応答信号と当該疑似白色信号との相互相関値を求めるとともに求めた相互相関値から推定される閉ループ系のインパルス応答信号の包絡線成分の減衰特性により利得余裕値を推定し、所望の利得余裕値に対する過不足分を算出することで挿入損失量を調整するため、ハウリングが発生するまでの閉ループ系の利得余裕を所望の値に維持することができ、ハウリングを生じることなく安定した通話品質を維持することができるとともに、必要以上に挿入損失量を大きくすることがないため、双方向同時通話性能の実現可能性が高まるという効果がある。しかも、利得余裕の推定に疑似白色信号を用いるので、使用者に聴感上の不快感を与えるのを防止することができるという効果がある。
【００７２】
請求項３の発明は、所定の時間間隔で疑似白色信号発生器から信号経路へ複数回にわたって疑似白色信号を送出させるためのタイミング制御を行う同期制御部と、包絡線検波器の前段に設けられ同期制御部からのタイミング情報を受けて相互相関演算部により推定された閉ループのインパルス応答信号を同期加算平均処理する同期加算平均部とを挿入損失量調整手段が具備して成るので、同期制御部において疑似白色信号の送出タイミングを制御し、同期加算平均部で疑似白色信号に同期した移動平均処理を行うとともに、同期加算平均部の出力信号から包絡線検波器にて包絡線成分を抽出するため、閉ループ中に存在する定常的な周囲騒音のレベルが大きい場合においても周囲騒音による影響を軽減して十分な精度で利得余裕値を推定し、挿入損失量が適切な値に設定可能となって、常に安定した通話を実現することができるという効果がある。特に、本発明は、閉ループ中に存在する周囲騒音が広い周波数帯域を持ち、自己相関が少ない場合に効果が大きい。
【００７３】
請求項４の発明は、閉ループ中に存在する周囲騒音のレベルを推定する騒音レベル推定部と、騒音レベル推定部による推定結果に基づいてサンプル信号又は疑似白色信号の送出レベルを調整する送出レベル調整部とを挿入損失量調整手段が具備して成るので、閉ループ系に送出するサンプル信号又は疑似白色信号のレベルを周囲騒音レベルに対して充分な大きさに設定することにより、観測点において高いＳ／Ｎ比でサンプル信号又は疑似白色信号に対する応答信号を得ることができ、利得余裕値の推定精度を向上させ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における挿入損失量調整手段を示すブロック図である。
【図２】 同上における同期制御部並びに同期加算平均部を示すブロック図である。
【図３】 同上の動作を説明するための説明図である。
【図４】 実施形態２における挿入損失量調整手段を示すブロック図である。
【図５】 実施形態３における挿入損失量調整手段を示すブロック図である。
【図６】 実施形態４における挿入損失量調整手段を示すブロック図である。
【図７】 （ａ）は本発明の基本構成を示すブロック図、（ｂ）は同じく挿入損失量調整手段の基本構成を示すブロック図である。
【図８】 同上における閉ループを説明するための説明図である。
【符号の説明】
８ 挿入損失量調整手段
９ インパルス信号発生器
１０ 加算器
１１ 包絡線検波器
１２ 閉ループ利得余裕推定部
１５ 同期制御部
１６ 同期加算平均部
Claims (4)
- 集音した音を送話側の音声信号として出力するマイクロホンと、マイクロホンからの音声信号を増幅する第１の増幅手段と、受話側の音声信号に応じて鳴動するスピーカと、スピーカへ出力される音声信号を増幅する第２の増幅手段と、送話側及び受話側の少なくとも一方の信号経路に所定量の損失を挿入する損失挿入手段と、損失挿入手段から挿入される損失量を可変制御する制御手段と、信号経路に送出したサンプル信号に対する応答信号に応じて、マイクロホン及びスピーカを通じて形成される閉ループにおける利得余裕を推定するとともに制御手段を介して推定結果に基づく損失量の調整を行う挿入損失量調整手段とを備え、挿入損失量調整手段が、信号経路にサンプル信号を送出するサンプル信号発生器と、音声信号にサンプル信号を加算する加算器と、サンプル信号に対する応答信号の包絡線を検波する包絡線検波器と、包絡線検波器の出力信号に基づいて閉ループにおける利得余裕を推定する閉ループ利得余裕推定部と、所定の時間間隔でサンプル信号発生器から信号経路へ複数回にわたってサンプル信号を送出させるためのタイミング制御を行う同期制御部と、包絡線検波器の前段に設けられ同期制御部からのタイミング情報を受けてサンプル信号に対する応答信号を同期加算平均処理する同期加算平均部とを具備して成ることを特徴とする拡声通話機。
- 集音した音を送話側の音声信号として出力するマイクロホンと、マイクロホンからの音声信号を増幅する第１の増幅手段と、受話側の音声信号に応じて鳴動するスピーカと、スピーカへ出力される音声信号を増幅する第２の増幅手段と、送話側及び受話側の少なくとも一方の信号経路に所定量の損失を挿入する損失挿入手段と、損失挿入手段から挿入される損失量を可変制御する制御手段と、信号経路に送出したサンプル信号に対する応答信号に応じて、マイクロホン及びスピーカを通じて形成される閉ループにおける利得余裕を推定するとともに制御手段を介して推定結果に基づく損失量の調整を行う挿入損失量調整手段とを備え、挿入損失量調整手段が、信号経路に周期が有限の疑似白色信号を挿入する疑似白色信号発生器と、音声信号に疑似白色信号を加算する加算器と、疑似白色信号と当該疑似白色信号に対する応答信号の相互相関値を求めるとともに求めた相互相関値に基づいて閉ループのインパルス応答を推定する相互相関演算部と、相互相関演算部により推定された閉ループのインパルス応答信号の包絡線を検波する包絡線検波器と、包絡線検波器の出力信号に基づいて閉ループにおける利得余裕を推定する閉ループ利得余裕推定部とを具備して成ることを特徴とする拡声通話機。
- 所定の時間間隔で疑似白色信号発生器から信号経路へ複数回にわたって疑似白色信号を送出させるためのタイミング制御を行う同期制御部と、包絡線検波器の前段に設けられ同期制御部からのタイミング情報を受けて相互相関演算部により推定された閉ループのインパルス応答信号を同期加算平均処理する同期加算平均部とを挿入損失量調整手段が具備して成ることを特徴とする請求項２記載の拡声通話機。
- 閉ループ中に存在する周囲騒音のレベルを推定する騒音レベル推定部と、騒音レベル推定部による推定結果に基づいてサンプル信号又は疑似白色信号の送出レベルを調整する送出レベル調整部とを挿入損失量調整手段が具備して成ることを特徴とする請求項１又は３記載の拡声通話機。
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| JP6559198 | 1998-03-16 | ||
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