JPS6041849A

JPS6041849A - 拡声電話

Info

Publication number: JPS6041849A
Application number: JP14955683A
Authority: JP
Inventors: Shigenobu Minami; 重信南
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-08-18
Filing date: 1983-08-18
Publication date: 1985-03-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、拡声電話において、スピーカーから出た音が
、人力壁で反射してマイクに入る事により発生する音響
結合により生ずる／・ウリングを防止スるエコー・キャ
ンセラーの構成に関する。

〔発明の技術的背景〕

受話器を用いずに、スピーカーから拡声された音で通話
できる拡声電話機は、通話中にも両手が自由に使え大変
便利なものであり、特に、近年注目されている会議電話
においては不可欠になると考えられる。

この拡声電話は、受話音をアンプで増巾してスビカーに
与えるため、スピーカーから出た音がマイクで拾われ、
送話アンプで増巾され、この信号が、ハイブリッドコイ
ルで発生する側音等で再び受話アンプに入力する事によ
る信号のループが生じる。したがって、単にマイク、ス
ピーカー、アンプで拡声電話機を構成すると、この信号
のループによりハウリングが発生し、通話が不可能とな
ってしまう恐れがある。

従来、このハウリングを防止するため、送話時には受話
側に、受話時には送話側に損失を挿入して、このループ
を断つボイス・スイッチ方式が、拡声電話用として広く
用いられて来た。しかし、この方式は、通話路のいずれ
かに損失が入るため同時通話が不可能である、損失の切
り替え時に話者に不自然なスイッチ感を与える、といっ
た欠点を有していた。

一方、ディジタル信号技術の進歩により、エコー・キャ
ンセラーがＬＳＩ等により比較的容易に実現され゛る様
になり、ボイス・スイッチ方式に代わる技術として注目
されてきた。

このエコー・キャンセラーはｓ　ｄ！　１図に示す様に
拡声電話においては、マイクに入力する信号ｎ　（ｔ）
　＋　ｙ　（ｔ）のうち、スピーカーから出て壁等で反
射した信号ｙ（ｔ）のみを打ち消すため、すでに述べた
様々信号のループがスピーカー、マイク間で断たれる事
となシハウリングを防止できる。したがって、このエコ
ー・キャンセラーを用いれば、通話路に損失を入れる必
要が無くなる為、ボイス・スイッチ方式に比較して、良
好な通話品質が得られるのである。

このエコー・キャンセラーは例えば第２図の様に構成で
きる。

同図において、トランスバーサルフィルタ２０１は、ス
ピーカーからの信号ｘ（ｔ）が、反射によりｙ（１）と
なる伝達関数（これを反響路の伝達関数と称する）と近
似特性を持つフィルタ（このフィルタを擬似反響路と称
する）であり、一般に前記伝達関数のインパルス応答と
近似のタップ係数を有するトランスバーサルフィルタに
より構成される。

この回路で、信号Ｘ（切によシ、反射信号ｙ　（ｔ）の
近／＼似である擬似反響信号ｙ　（ｔ）を生成し、マイク入力
信号Ｙ　ｔｔｌ＋ｎ　（ｔ）よシ、減算器２０２で９（
す（キｙ（ｔ））を差し引く事により、反響信号ｙ（ｔ
）のみを打消し真の送話信号ｎ　（ｔ）を抽出する。

ここで、トランパーサルフィルタ２０１のタップ係数は
、スピーカーからの信号ｘ　（ｔ）と、減算器２０２の
出力信号ｅ　（ｔ）とにより、例えば学習同定法といっ
た、広く知られた学習アルゴリズムにより逐次的にめら
れる。図中、推定回路２０３が、このタップ係数をフィ
ルタ２０１より入力し、学習同定法に従い、修正を加え
、再びフィルタ２０１にもどす、これを逐次的に行う事
により、最終的にトランスバーサルフィルタのタップ係
数が、反射信号の伝達関数のインパルス応答の近似とな
る様にする。

なお、このタップ係数の推定は、マイク入力が反射信号
ｙ　（ｔ）の時のみ行う必要がある。さもないと、送話
信号ｎ　（ｔＪにより反射信号ｙ　（ｔ）がマスクされ
、タップ係数の推定が不正確になる。そのだめ、ダブル
トーワディチェクタ２０４は、マイク入力１百号ｎ（ｔ
ｌ＋ｙ（１１と、受話信号ｘ（ｔＪとの電力を比較し、
ｎ（ｔ）十ｙ（ｔ）の電力が、ｘ　（ｔ）の電力の一定
値減少しだ値より大きい時は、送話信号ｎ　（ｔ）が存
在すると判断し、推定回路２０３のタップ係数更新を禁
止する。

〔背景技術の問題点〕

上述の様にエコー・キャンセラーは拡声電話のハウリン
グ防止に有効な技術であるが、なお、以下の様な問題点
を有しているため、実用化の障害となっている。

その問題点は、エコー・キャンセラーが常に反響路の伝
達関数を正確に近似した擬似反響路を有していなければ
ならない事による。もし、擬似反響路が不正確であれば
、反射信号ｙ　（ｔ）が充分に減衰せず、すでに述べた
様に信号ループのマージンが低下し、ハウリングが発生
してしまう。

この問題点は、エコー・キャンセラーが音声によシ常に
推定動作を行なっているので解決される様であるが、実
際には、例えば拡声電話の前の話者の移動等によっては
、反響路の伝達関数が大きく変化シ、エコー・キャンセ
ラーの推定が間に合わずパウリングが発生する可能性が
ある。そして、さらに重要な問題点は、ダブルトークデ
ィチェフタ動作時の反響路の変化である。この時には、
エコーキャンセラーは推定動作を行なっていないので、
話者が移動したりして反響路が変動すれば、擬似反響路
と実際の反響路の誤差が増大し、ハウリングを招いてし
まった。

〔発明の目的〕

本発明は上述の問題点に鑑みなされたもので、その目的
は、エコー・キャンセラーの利点を損う事なく反響路の
大巾な変化があった場合、たとえそれがダブルートクデ
ィチェクタ動作時でもハウリングの発生しない、拡声電
話を提供する事にある。

〔発明の概要〕

本発明の主旨は、音声帯域以外の新たな音波（例えば超
音波）もしくは電波を反響路に送出し、この信号の反射
信号により反響路の変化を検知し、もし反響路が大巾に
変化し、エコー・キャンセラーの推定動作が間に合わな
い場合やダブルトークディテエクタによりエコー・キャ
ンセラーの推定動作がなされていない場合には、一時的
な世失をハウリングのループに挿入し、ハウリングの発
生を防止するものである。

なお、この損失は、例えば受話信号と送話信号のｌ／ヘ
ル比等により、エコー・キャンセラーの推定が正常に行
なわれ、反響路キ擬似反響路となったと判断した時点で
取り去れば良い。

〔発明の実施例〕

本発明の実施例を第３図に示し、以下詳細に説明する。

同図において、マイク１０１、スピーカー１０４、エコ
ーキャンセラー１０５、減算器１０６、増巾器１０２　
、　］、　０３、ハイグリッドコイル１０７は、従来の
エコー・キャンセラーを用いた拡声電話の部分で、この
動作については、第１図ですでに説明した。本発明にお
いては、エコー・キャンセラーの動作を補うためにボイ
ス・スイッチ方式も併用する。送受判定回路３０３、ス
イッチ３０１゜３０５挿入損失３０２．３０４が、この
部分であり、送受判定回路３０３は送話アンプ１０２と
、受話アンプ１０３の出力の電力を比較する事により送
受を判定し、送話時には、スイッチ３０５゜３０１をＢ
側に倒す事により、受話側に損失を挿入し、受話時には
、スイッチ３０５，３０１をＡ側に倒す事により送話側
に損失を挿入する。このボイス・スイッチ動作は、反響
路変動検出回路の出力により、反響路が大きく変動した
直後のみ動作し、他は、スイッチ３０５がＢ側スイッチ
３０１がＡ側を選択する事により、禁止される。

反響路変動検出回路３１０、゛、アンプ３０８　、３０
７、マイク（又は発振子）３０６、スピーカー（又は共
振子、共振子の場合は第４図のフィルタ４０３は不要）
３０７、打消量検出回路３１１が本発明の中心となる部
分である。

ここで、反響路変動検出回路３１０は、可聴範囲外の監
視信号（例えば超音波）を、一定時間間隔で常にアンプ
３０９、スピーカー３０７を経て室内に送出する。この
信号は、例えば話者等で反射して、マイク３０６、アン
プ３０８で検出され、反響路変動検出回路３１０に入力
する。本回路は、フィルタで監視信号のみを検出（−１
送出タイミングとの遅れ、減衰量の変化を検出し、これ
らの変化量が一定値を超えた時は、反響路に大巾な変化
があったと判断し、送受判定回路に制御信号を送出し、
ボイス・スイッチ動作を指示する。

その後、打消量判定回路が、エコー・キャンセラーの打
消能力が回復したと判断し、ボイス・スイッチ解除信号
を出す迄、反響路変動検出回路３１０は、送受判定回路
３０３にボイスｂスイッチ動作を指示し続ける。

以上により、話者の移動等で反響路が大巾に変化すれば
、反響路変動検出回路３１０で検出でき、すみやかにボ
イス・スイッチ方式を併用する事によシ、例えダブルト
ークディチェフタ動作時でもハウリングを起こす事なく
正常な通話が可能となる。そして、打消量検出回路によ
り、エコー・キャンセラーの打消量の回復が検出されれ
ば、ボイス・スイッチを除去して、再びエコー・キャン
セラーを用いた面品位の通話が復旧する。

なお、第３図の反響路変動検出回路３１０、および打消
量検出回路３１１は、第４図、第６図の構成で実現でき
る。まず、反響路変動検出回路の動作を第４図および第
５回のタイムチャートで説明する。

第５図（ａ）は、発振器４０１の出力を示す図、同図ｔ
ｂＪは発振器４０２の出力を示す図、同図（Ｃ）はアン
プ３０６の出力を示す図、同図（ｄｌは積分回路（４０
５）の出力を示す図、同図（ｅ）はしきい値回路４０６
の出力を示す図、同図ｉｆ）はインターバルカウンタ４
０７の出力を示す図、同図（ｇｌは遅延回路４０８の出
力を示す図、同図（１１）は減算器４０９の出力を示す
図、同図（１）はしきい値回路４０９の出力を示す図、
同図（」）は遅延回路４１１の出力を示す図、同図（ｋ
ｌは減算器４１２の出力を示す図、同図（１）はしきい
値回路４１３の出力を示す図、同図１旬はオワ回路４１
４の出力を示す図、同図（ｎ）はラッチ回路４１５の出
力を示す図、同図（０）はＲ／Ｓフリップフロップ４１
６の出力を示す図である。

発振器４０１は第５図ｔａ＋に示す様に一部間隔τでパ
ルスを生成する。そして、発振器４０２は、このパルス
に同期して、可聴帯域外信号（例えば超音波）を生成し
アンプ、スピーカーを経て室内に送出する。

室内に送出された帯域外信号は、話者、壁等によって反
射され、時間τｄ　遅れて、マイクおよびアンプで拾わ
れ、バンドパスフィルタ４０３で抽出された後、検波回
路４０４、積分回路４０５でレベル検出されｆｃｌ）の
波形を得る。

本検出回路は、この波形をもとに遅延量、減衰量の測定
を行い、反響路の大巾な変化を検出するのであるが、そ
れらの検出手段の例を以下に示す。

まず、遅延量の変化は、積分回路４０５の出力をしきい
値回路４０６に入力して得た波形（ｅ）と、発振器４０
１の波形（１）との立上りの時間差で検出する。

第５図に示す様に反響路変化前の遅延量はτｄ、変化後
はτｄ２とする。インターバルカウンタ４０７は、これ
らの時間間隔を計数し、カウンタの出力として（δ）に
示す様に出力する。本例ではτｄ１は１０、τ、２は５
になっている。また、このカウンタの出力は、遅延回路
４０８に導かれ、（ｇ）の様に発振器４０１の一周期τ
分遅れて出力する。そして、これらの値は、減算器４０
７で差がとられ、しきい値回路４１０に入力する。しき
い値回路４１０は、差の絶対値が一定値以上大きい場合
は、遅延量に大きな変化があったとみなし、（ｉ）に示
す様に論理値「１」を出力する。

一方、減衰量の変化は、遅延回路４１１を用い、一定時
間τ過去のレベルとの差（ｌＯを減算器４１２でとり、
この値の絶対値が一定値以上の場合には、大きなレベル
変動があったと判断しく１）に示す様に「１」を出力す
る。

そして、しきい値回路４１０，４１３のこれらの出力は
、オワ回路４１４を経て、少なくともいずれかが「１」
の時に、「１」となシ、Ｒ，／Ｓフリップフロップ４１
６をセットし、（０１の出力を得る。

このＲ／Ｓフリップフロップの出力「１」は、打消量検
出回路が、エコー・キャンセラーの打消量の回復を検出
する迄保持され、エコー・キャンセラーの打消量が回復
するとリセットされる。

次に、打消量検出回路の構成例について述べる。

打消量は、例えば第６図に示す様に、レベルによシ検出
できる。

同図において、スピーカー出力ｘ　（ｔ）および、エコ
ー嗜キャンセラー試差信号ｅ　（ｔ）は、レベル検出回
路６０１，６０２で検波、積分され、対数回路６０３．
６０４で−ＬＯＧの変換がなされ、減算器６０５で差が
とられる。この減算器の出力は、しきい値回路６０６で
、一定値以上あるか否か検出され、一定値以上ある場合
は、エコー・キャンセラーは充分打消を行なっていると
判断し、ボイス・スイッチ動作を禁止するため、第４図
のフリップフロップ４１６をリセットする。

以下が本発明の実施例であり、本実施例における各回路
は全て現在の技術で容易に実現できる。

なお、本実施例においては、可聴範囲外信号として超音
波を例に説明したが、これは超音波に限らない、例えば
、電磁波でも可能であり、この場合第３図のマイク３０
６と、スピーカー３０７は、アンテナが赤外線等の光で
は発光体とセンサになる。

また、本実施例では、拡声電動機を２線回線に接続する
ものとしてハイブリッドコイル１０７を用いたが、４線
回線に接続される場合は、このコイルは不必要である。

最後に本発明の拡張、１？Ｉ′ｉ路化について述べる。

第３図においてアンプ１０２，１０３の利得が大きい時
は、エコー・キャンセラーの打消し性能が、はんの少し
減少しただけでもハウリングが発生する恐れがある。こ
の場合、本発明を用いて、このハウリングを防止するた
めには、反響路変動検出回路の検出精度を増す必要があ
るが、帯域外信号に指向性がある場合は、指向性の範囲
外の変動は検出できない。この場合は、これを防ぐため
、スピーカー３０７、マイク３０６を複数個具なる方向
に配置し、各々に反響路変動検出回路３１０を有する様
にして、検出精度を上ける事ができる。

また、逆にアンプ１０２，１０３の利得が少なくて、エ
コー・キャンセラーの打消し性能が、それほど大きく要
求されない時は、例えば、反響路変動検出を遅延量のみ
、またはレベルのみの変化で検出する裸部単化できる。

これは、常時エコー・キャンセラーとボイス・スイッチ
（但し損失量は、それほど大きくはない）を併用して、
エコー・キャンセラーの負担を少なくしたシステムにお
いても同様である。なお、この様なシステムでは、反響
路変動時にはボイス・スイッチの損失を大にする。

〔発明の効果〕

以上の様に、本発明を用いれば、従来エコー・キャンセ
ラーを用いた拡声電話では困難であったダブルトーク時
のハウリングの防止、反響路の大きな変化によるハウリ
ングの防止が可能になり、エコー・キャンセラーを用い
た拡声電話の実用性が増す。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の構成図、第２図はエコー・キャンセラ
ーの構成図、第３図は本発明の実施例を示す構成図、第
４図は反響路変動検出回路の構成を示す図、第５図は反
響路変動検出回路でのタイミングチカート図、第６図は
打消量検出回路の構成を示す図である。１０１．３０６・・・マイク１０４．３０７・・・スピーカー１０５・・・エコ−１キャンセラー３０１．３０５・・・スイッチ３０４・・・送受判定回路３１０・・・反響路変動検出回路３１１・・・打消量検出回路代理人　弁理士　則　近　憲　佑（ほか１名）第１図第２図第３図第４図五す第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マイク、スピ□−カー間の音響結合をエコー・キ
ャンセラーを用いて防止し、ハウリングの発生を抑える
拡声電話において、可聴帯域外信号を前記音響結合の発
生する反響路に送出する手段と、前記可聴帯域外信号の
反響信号により、前記反響路の変化を検出する手段とを
備えることを特徴とする拡声電話。
（２）可聴帯域外信号とは、超音波である事を特徴とす
る特許ｄ請求の範囲第１項記載の拡声電話。
（３）可聴帯域外信号とは、電磁波である事を特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の拡声電話。
（４）反響路変化検出時には、送話側および受話側の少
なくともいずれか一方に、損失を挿入する事を特徴とす
る特許請求の範囲第１項乃至第３項記載の拡声電話。
（５）損失の挿入は、送話信号、受話信号の電力の少な
くとも近似の地紋による事を特徴とする特許請求の範囲
第４項記載の拡声電話。
（６）反響路の変化の検出手段は、可聴帯域外信号の反
響信号の遅延量の変化、減衰量の変化の少なくとも、い
ずれか１つである事を特徴とする特許請求の範囲第１項
乃至第４項記載の拡声電話。