JP3941580B2 - Loudspeaker - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、住宅や事務所等で用いられる拡声通話装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、通話時にハンドセットを持つ必要がなく、通話端末から離れた通話者に対して相手側の通話端末から伝送されてくる音声信号をスピーカによって拡声出力し、かつ、上記通話者の発する音声をマイクロホンにより集音して相手側通話端末へ伝送することで拡声通話(ハンズフリー通話)を実現する拡声通話装置が提供されている。このような拡声通話装置においては、通話者が発した音声の一部が相手側通話端末のスピーカからマイクロホンヘの音響結合や通話端末と伝送路との間のインピーダンスの不整合によって生じる反射などが原因で再び受話信号と重畳して帰還することがあり、この帰還成分のレベルが大きい場合には、不快なエコー(音響エコーあるいは回線エコー)として通話者に聴こえてしまう。また、上記音響結合や反射、および自端末における音響結合により通話系に閉ループが形成され、閉ループの一巡利得が1倍を超える周波数成分が存在する場合には、その周波数においてハウリングを生じ、安定した通話を継続することが不可能となる。したがって、通話端末としての拡声通話装置を設計する上で、上述した不快なエコーやハウリングを如何に抑圧するかが重要な課題となる。
【0003】
このような課題に対して、従来、通話状態(送話状態、受話状態など)を常時推定し、推定結果に基づき適切な配分で送話路および受話路に対して損失を挿入する音声スイッチを用いて閉ループの一巡利得を低減し不快なエコーやハウリングを抑圧する方式が広く用いられてきた。図3は、上記音声スイッチ10’を備えた拡声通話装置としてのインターホン親機(以下、「親機」と略す)M’と、相手側通話端末としてのドアホン子器Sとからなる、いわゆるハンズフリーインターホンの従来例を示すブロック図である。親機M’は、マイクロホン1、スピーカ2、2線−4線変換回路3、マイクロホンアンプG1、回線(2線の伝送路)への送話信号を増幅する回線出力アンプG2、回線からの受話信号を増幅する回線入力アンプG3、スピーカアンプG4、並びに音声スイッチ10’で構成される。また、ドアホン子器Sはマイクロホン1’、スピーカ2’、2線−4線変換回路3’、マイクロホンアンプG1’、並びにスピーカアンプG4’で構成される。
【0004】
音声スイッチ10’は、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側減衰器11と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側減衰器12と、送話側及び受話側の各減衰器11,12から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御部13’とを具備する。挿入損失量制御部13’は、受話側減衰器12の出力点Routから音響エコー経路HACを介して送話側減衰器11の入力点Tinへ帰還する経路(以下、「音響側帰還経路」という)の音響側帰還利得を推定するとともに、送話側減衰器11の出力点Toutから回線エコー経路HLINを介して受話側減衰器12の入力点Rinへ帰還する経路(以下、「回線側帰還経路」という)の回線側帰還利得を推定し、音響側及び回線側の各帰還利得の推定値に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和(送話側減衰器11の挿入損失量と受話側減衰器12の挿入損失量の和)を算出するとともに、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と上記総和挿入損失量の算出値に応じて送話側減衰器11及び受話側減衰器12の各挿入損失量の配分を決定している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、遠端側(相手側通話端末であるドアホン子器S側)における周囲騒音と、近端側(マイクロホン1側)における周囲騒音とのレベル差が大きい場合、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定する音声スイッチ10’の挿入損失量制御部13’では、例えば遠端側の周囲騒音レベルが大きい状況においては常に受話状態と判定し、近端側の周囲騒音レベルが大きい状況においては常に送話状態と判定してしまい、実際の通話状態に関係なく、通話状態を受話状態又は送話状態の何れか一方に固定してしまう現象(いわゆる音声スイッチ10’の片倒れ)が生じることがある。
【0006】
これに対して本発明者らは、受話信号に含まれる遠端側の背景雑音レベルを推定する遠端側背景雑音レベル推定部と、送話信号に含まれる近端側の背景雑音レベルを推定する近端側背景雑音レベル推定部と、挿入損失量制御部13’で監視している受話信号を増幅する受話偏重モード設定用増幅器と、挿入損失量制御部13’で監視している送話信号を増幅する送話偏重モード設定用増幅器と、遠端側背景雑音レベル並びに近端側背景雑音レベルの各推定値に応じて受話偏重モード設定用増幅器並びに送話偏重モード設定用増幅器の各利得を調整する偏重モード制御部とを設け、この偏重モード制御部により、遠端側背景雑音レベルの推定値が近端側背景雑音レベルの推定値よりも充分に大きい値であれば送話偏重モード設定用増幅器の利得を受話偏重モード設定用増幅器の利得よりも増大させて通話処理手段を送話偏重モードに設定し、近端側背景雑音レベルの推定値が遠端側背景雑音レベルの推定値よりも充分に大きい値であれば受話偏重モード設定用増幅器の利得を送話偏重モード設定用増幅器の利得よりも増大させて通話処理手段を受話偏重モードに設定し、遠端側背景雑音レベルの推定値と近端側背景雑音レベルの推定値の差が充分に大きい値でなければ受話偏重モード設定用増幅器並びに送話偏重モード設定用増幅器の各利得を略ゼロとして通話処理手段を中立モードに設定することによって、遠端側の通話端末における周囲騒音のレベルと近端側の拡声通話装置(親機M’)における周囲騒音のレベルとの差が大きい場合でも周囲騒音のレベルが高い方に通話方向が片倒れすることを防止したものを既に出願している(特願2001−175521参照)。
【0007】
しかしながら、本発明者らによる上記拡声通話装置において、例えば送話偏重モードのときには送話偏重モード設定用増幅器の利得を増大させているために所謂受話ブロッキングが生じ易くなり、あるいは受話偏重モードのときには受話偏重モード設定用増幅器の利得を増大させているために所謂送話ブロッキングが生じ易くなってしまう。ここで受話ブロッキングとは、近端側が無音の状態で遠端側より音声が入力されたときに、近端側のスピーカ−マイクロホン間の音響結合によって生じる音響エコー信号の送話偏重モード設定用増幅器の出力点におけるパワーレベルが、原信号(受話信号)の受話偏重モード設定用増幅器の出力点におけるパワーレベルよりも大きくなって音声スイッチが送話状態になってしまうことにより、遠端側から入力された音声が近端側で受聴できなくなる現象を言う。また送話ブロッキングとは、遠端側が無音の状態で近端側より音声が入力されたときに、遠端側における音響結合又は伝送処理手段における信号の回り込みによって生じる回線エコー信号の受話偏重モード設定用増幅器の出力点におけるパワーレベルが、原信号(送話信号)の送話偏重モード設定用増幅器の出力点におけるパワーレベルよりも大きくなって音声スイッチが受話状態になってしまうことにより、近端側から入力された音声が遠端側で受聴できなくなる現象を言う。
【0008】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、送話ブロッキング及び受話ブロッキングを生じることなく、音声スイッチの片倒れを防止した拡声通話装置を提供することにある。
【0009】
【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、集音した音声を送話信号として出力するマイクロホンと、相手側の通話端末からの受話信号に応じて鳴動するスピーカと、ハウリングを抑制して拡声通話を可能とする通話処理手段とを備え、通話処理手段は、マイクロホンとスピーカの音響結合によって音響エコーが生じる音響エコー経路、並びに相手側の通話端末における音響結合又は伝送処理手段における信号の回り込みによって回線エコーが生じる回線エコー経路により形成される閉ループの一巡利得を低減してハウリングを抑制する音声スイッチとを有し、音声スイッチは、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側損失挿入手段と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側損失挿入手段と、送話信号と受話信号のレベルを比較して送話側及び受話側の各損失挿入手段から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御手段とを具備する拡声通話装置であって、通話処理手段は、受話信号に含まれる遠端側の背景雑音レベルを推定する遠端側背景雑音レベル推定部と、送話信号に含まれる近端側の背景雑音レベルを推定する近端側背景雑音レベル推定部と、挿入損失量制御手段で監視している受話信号を増幅する受話偏重モード設定用増幅器と、挿入損失量制御手段で監視している送話信号を増幅する送話偏重モード設定用増幅器と、受話側損失挿入手段の出力点から音響エコー経路を介して送話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の音響側帰還利得を推定する音響側帰還利得推定部と、送話側損失挿入手段の出力点から回線エコー経路を介して受話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の回線側帰還利得を推定する回線側帰還利得推定部と、遠端側背景雑音レベル、近端側背景雑音レベル、音響側帰還利得並びに回線側帰還利得の各推定値に応じて受話偏重モード設定用増幅器並びに送話偏重モード設定用増幅器の各利得を調整する偏重モード制御部とを備え、偏重モード制御部は、遠端側背景雑音レベルの推定値が近端側背景雑音レベルの推定値よりも充分に大きい値であり且つ音響側帰還利得の推定値が所定値よりも小さい値となる状態が一定時間以上継続すれば送話偏重モード設定用増幅器の利得を受話偏重モード設定用増幅器の利得よりも増大させて通話処理手段を送話偏重モードに設定し、近端側背景雑音レベルの推定値が遠端側背景雑音レベルの推定値よりも充分に大きい値であり且つ回線側帰還利得の推定値が所定値よりも小さい値となる状態が一定時間以上継続すれば受話偏重モード設定用増幅器の利得を送話偏重モード設定用増幅器の利得よりも増大させて通話処理手段を受話偏重モードに設定し、遠端側背景雑音レベルの推定値と近端側背景雑音レベルの推定値の差の絶対値が充分に大きい値となる状態が一定時間以上継続しなければ受話偏重モード設定用増幅器並びに送話偏重モード設定用増幅器で受話信号及び送話信号を増幅しないことにより通話処理手段を中立モードに設定することを特徴とし、遠端側と近端側の周囲騒音のレベル差だけでなく、音響側帰還利得並びに回線側帰還利得の各推定値も考慮して送話偏重モード、受話偏重モード、中立モードに設定しているため、送話ブロッキング及び受話ブロッキングを生じることなく、音声スイッチの片倒れを防止することができる。
【0010】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、偏重モード制御部は、受話偏重モード設定用増幅器並びに送話偏重モード設定用増幅器の各利得を音響側帰還利得並びに回線側帰還利得の推定値に応じて段階的に増減させることを特徴とし、音声スイッチを受話状態あるいは送話状態に切り換えるために必要な遠端側又は近端側の発声音圧レベルを下げることができる。
【0011】
請求項3の発明は、請求項1の発明において、偏重モード制御部は、受話偏重モード設定用増幅器並びに送話偏重モード設定用増幅器の各利得を遠端側背景雑音レベル並びに近端側背景雑音レベルの推定値に応じて段階的に増減させることを特徴とし、音声スイッチを送話状態と受話状態にバランスよく切り換えることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は本実施形態の拡声通話装置を示すブロック図である。なお、本実施形態は従来例で説明したハンズフリーインターホンの親機Mとして拡声通話装置を構成したものであり、また、本実施形態の基本構成は本発明者らがした先の出願(特願2001−175521)に記載した実施形態と共通である。なお、図1では相手側通話端末であるドアホン子機Sの図示を省略している。
【0013】
本実施形態は、マイクロホン1、スピーカ2、2線−4線変換回路3、マイクロホンアンプG1、回線(2線の伝送路)への送話信号を増幅する回線出力アンプG2、回線からの受話信号を増幅する回線入力アンプG3、スピーカアンプG4、送話音量調整用増幅器G5、受話音量調整用増幅器G6、第1及び第2のエコーキャンセラ30A,30B、並びに音声スイッチ10で構成される。
【0014】
第1のエコーキャンセラ30Aは適応フィルタ31Aと減算器32Aからなる従来周知の構成を有し、スピーカ2−マイクロホン1間の音響結合により形成される音響エコー経路HACのインパルス応答を適応フィルタ31Aにより適応的に同定し、参照信号(スピーカアンプG4への入力信号)から推定したエコー成分(音響エコー)を減算器32AによりマイクロホンアンプG1の出力信号(図1における点Aの信号)から減算することでエコー成分を相殺して消去するものである。また、第2のエコーキャンセラ30Bも適応フィルタ31Bと減算器32Bからなる従来周知の構成を有し、2線−4線変換回路3と伝送路との間のインピーダンスの不整合による反射およびドアホン子機Sにおけるスピーカ2’−マイクロホン1’間の音響結合とにより形成される回線エコー経路HLINのインパルス応答を適応フィルタ31Bにより適応的に同定し、参照信号(回線出力アンプG2への入力信号、すなわち送話信号)から推定したエコー成分(回線エコー)を減算器32Bにより受話信号(図1における点Cの信号)から減算することでエコー成分を相殺して消去するものである。
【0015】
音声スイッチ10は、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側損失挿入手段たる送話側減衰器11と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側損失挿入手段たる受話側減衰器12と、送話側及び受話側の各減衰器11,12から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御部13とを具備する。挿入損失量制御部13は、受話側減衰器12の出力点Routから音響エコー経路HACを介して送話側減衰器11の入力点Tinへ帰還する経路(以下、「音響側帰還経路」という)の音響側帰還利得αを推定するとともに、送話側減衰器11の出力点Toutから回線エコー経路HLINを介して受話側減衰器12の入力点Rinへ帰還する経路(以下、「回線側帰還経路」という)の回線側帰還利得βを推定し、音響側及び回線側の各帰還利得α,βの推定値α’,β’に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和(送話側減衰器11の挿入損失量と受話側減衰器12の挿入損失量の和)を算出する総損失量算出部14と、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定し、この推定結果と総損失量算出部14の算出値に応じて送話側減衰器11及び受話側減衰器12の各挿入損失量の配分を決定する挿入損失量分配処理部15とからなる。なお、第1及び第2のエコーキャンセラ30A,30Bと音声スイッチ10を含む通話処理手段は、DSP(Digital Signal Processor)を用いて従来周知の技術により実現可能である。
【0016】
総損失量算出部14では、整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて送話側減衰器11の入力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、同じく整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて受話側減衰器12の出力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、音響側帰還経路HACにて想定される最大遅延時間において受話側減衰器12の出力信号の時間平均パワーの推定値の最小値を求め、この最小値で送話側減衰器11の入力信号の時間平均パワーの推定値を除算した値を音響側帰還利得αの推定値α’とするとともに、整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて受話側減衰器12の入力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、同じく整流平滑器や低域通過フィルタ等を用いて送話側減衰器11の出力信号の短時間における時間平均パワーを推定し、回線側帰還経路HLINにて想定される最大遅延時間において送話側減衰器11の出力信号の時間平均パワーの推定値の最小値を求め、この最小値で受話側減衰器12の入力信号の時間平均パワーの推定値を除算した値を回線側帰還利得βの推定値β’とする。そして、総損失量算出部14は音響側帰還利得α及び回線側帰還利得βの各推定値α’,β’から所望の利得余裕MGを得るために必要な総損失量Ltを算出し、その値Ltを挿入損失量分配処理部15に出力する。
【0017】
挿入損失量分配処理部15では、送話側減衰器11の入出力信号及び受話側減衰器12の入出力信号を監視し、これらの信号のパワーレベルの大小関係並びに音声信号の有無などの情報から通話状態(受話状態、送話状態等)を判定するとともに、判定された通話状態に応じた割合で総損失量Ltを送話側減衰器11と受話側減衰器12に分配するように各減衰器11,12の挿入損失量を調整する。
【0018】
ところで本実施形態における総損失量算出部14は、上述のように各帰還利得α,βの推定値α’,β’に基づいて閉ループに挿入すべき損失量の総和を算出して適応更新する更新モード、並びに総損失量を所定の初期値に固定する固定モードの2つの動作モードを有し、相手側通話端末(ドアホン子機S)との通話開始から第1及び第2のエコーキャンセラ30A,30Bが充分に収束するまでの期間には固定モードで動作するとともに第1及び第2のエコーキャンセラ30A,30Bが充分に収束した後の期間には更新モードで動作する。すなわち、総損失量算出部14では音響側帰還利得α及び回線側帰還利得βの推定値α’,β’がともに通話開始から所定時間(数百ミリ秒)以上継続して所定の閾値ε(例えば、通話開始時における各推定値α’,β’に対して10dB〜15dB小さい値)を下回った時点で第1及び第2のエコーキャンセラ30A,30Bが充分に収束したものとみなし、上記時点以前には総損失量を初期値に固定する固定モードで動作し、上記時点以降には各推定値α’,β’に基づいて総損失量を適応更新する更新モードに動作モードを切り換える。なお、固定モードにおける総損失量の初期値は更新モードにおいて随時更新される総損失量よりも充分に大きな値に設定される。
【0019】
而して、通話開始直後の第1及び第2のエコーキャンセラ30A,30Bが充分に収束していない状態においては、固定モードで動作する総損失量算出部14によって充分に大きな値に設定される初期値の総損失量が閉ループに挿入されるため、不快なエコー(音響エコー並びに回線エコー)やハウリングの発生を抑制して安定した半二重通話を実現することができる。また、通話開始から時間が経過して第1及び第2のエコーキャンセラ30A,30Bが充分に収束した状態においては、総損失量算出部14の動作モードが固定モードから更新モードに切り換わって閉ループに挿入する総損失量が初期値よりも充分に低い値に減少するため、双方向の同時通話が実現できるものである。しかも、総損失量の初期値を適切な値に設定することにより、通話開始直後の第1及び第2のエコーキャンセラ30A,30Bが収束していない状態のハウリング防止のために閉ループの一巡利得が1倍を超えないように各増幅器の利得を設計するという制約がなくなり、親機Mのハウジング(図示せず)の形状や構造等に関わらずに所望の通話音量が得られるように増幅器の利得を設計することができる。
【0020】
次に、更新モードにおける総損失量算出部14の具体的な動作を図2のフローチャートを参照して説明する。
【0021】
総損失量算出部14は、固定モードから更新モードに移行した時点(t=t1)から所定のサンプリング周期で音響側帰還利得α並びに回線側帰還利得βの推定処理を実行してその推定値α'(n),β'(n)を算出し(ステップ1)、これら2つの推定値α'(n),β'(n)の積と利得余裕MGとから、閉ループの利得余裕をMG[dB]に保つために必要とされる総損失量所望値Lr(n)を下式により算出する(ステップ2)。
【0022】
Lr(n)=20log|α'(n)・β'(n)|+MG[dB]
なお、α'(n),β'(n),Lr(n)はそれぞれ更新モード移行時点からn回目のサンプリングによって算出された帰還利得の推定値並びに総損失量所望値を示す。さらに、総損失量算出部14は上式から算出したn回目の総損失量所望値Lr(n)と、前回(n−1回目)の総損失量Lt(n-1)、すなわち前回の処理で決定されて実際に挿入された総損失量に対して今回算出した総損失量所望値Lr(n)が大きい場合、前回の総損失量Lt(n-1)に微少な増加量Δi[dB]を加算した値を今回の総損失量Lt(n)=Lt(n-1)+Δiとし(ステップ3、ステップ4)、前回の総損失量Lt(n-1)に対して今回算出した総損失量所望値Lr(n)が小さい場合、前回の総損失量Lt(n-1)から微少な減少量Δd[dB]を減算した値を今回の総損失量Lt(n)=Lt(n-1)−Δdとする(ステップ5、ステップ6)。
【0023】
このように総損失量算出部14による総損失量の増減をΔi又はΔdの微少な値に抑えることにより、相手側通話端末(ドアホン子機S)との通話開始直後のように第1及び第2のエコーキャンセラ30A,30Bが収束に向かって活発に係数を更新しているために音響側帰還利得α及び回線側帰還利得βの変化が激しい状態においても、聴感上の違和感をなくすことができる。
【0024】
一方、本実施形態の要旨は、受話信号に含まれる遠端側(相手側の通話端末)の背景雑音レベルを推定する遠端側背景雑音レベル推定部20と、送話信号に含まれる近端側(マイクロホン1側)の背景雑音レベルを推定する近端側背景雑音レベル推定部21と、挿入損失量制御部13で監視している受話信号を増幅する受話偏重モード設定用増幅器GRと、挿入損失量制御部13で監視している送話信号を増幅する送話偏重モード設定用増幅器GTと、受話側減衰器12の出力点Routから音響エコー経路HACを介して送話側減衰器11の入力点Tinへ帰還する経路の音響側帰還利得αを推定する音響側帰還利得推定部22と、送話側減衰器11の出力点Toutから回線エコー経路HLINを介して受話側減衰器12の入力点Rinへ帰還する経路の回線側帰還利得βを推定する回線側帰還利得推定部23と、遠端側背景雑音レベル、近端側背景雑音レベル、音響側帰還利得並びに回線側帰還利得の各推定値に応じて受話偏重モード設定用増幅器GR並びに送話偏重モード設定用増幅器GTの各利得を調整する偏重モード制御部24とを、第1及び第2のエコーキャンセラ30A,30B並びに音声スイッチ10を含む通話処理手段に備えた点にある。なお、遠端側背景雑音レベル推定部20、近端側背景雑音レベル推定部21、音響側帰還利得推定部22、回線側帰還利得推定部23並びに偏重モード制御部24は第1及び第2のエコーキャンセラ30A,30Bや音声スイッチ10とともにDSPを用いて実現される。
【0025】
遠端側背景雑音レベル推定部20並びに近端側背景雑音レベル推定部21は何れも、立ち上がりが緩やかであり且つ立ち下がりが急峻な特性をもつ積分回路又はデジタルフィルタ等によって実現され、遠端側背景雑音レベル推定部20では受話音量調整用増幅器G6から出力される受話信号中に定常的に存在する暗騒音(背景雑音)レベルを推定し、近端側背景雑音レベル推定部21では送話音量調整用増幅器G5から出力される送話信号中に定常的に存在する背景雑音レベルを推定する。なお、音響側帰還利得推定部22並びに回線側帰還利得推定部23における各帰還利得の推定処理は総損失量算出部14による推定処理と共通である。
【0026】
偏重モード制御部24は、遠端側背景雑音レベルの推定値PFnが近端側背景雑音レベルの推定値PNnよりも充分に大きい値(PFn≫PNn)であり且つ音響側帰還利得αの推定値|α'|が所定値α0よりも小さい値(|α'|<α0)となる状態が一定時間T1[秒]以上継続すれば、送話偏重モード設定用増幅器GTの利得をG1[dB](G1>0)、受話偏重モード設定用増幅器GRの利得を0[dB]とすることで音声スイッチ10を送話偏重モードに設定し、近端側背景雑音レベルの推定値PNnが遠端側背景雑音レベルの推定値PFnよりも充分に大きい値(PNn≫PFn)であり且つ回線側帰還利得βの推定値|β'|が所定値β0よりも小さい値(|β'|<β0)となる状態が一定時間T2[秒]以上継続すれば、受話偏重モード設定用増幅器GRの利得をG2[dB](G2>0)、送話偏重モード設定用増幅器GTの利得を0[dB]とすることで音声スイッチ10を受話偏重モードに設定し、遠端側背景雑音レベルの推定値PFnと近端側背景雑音レベルの推定値PNnの差が充分に大きい値となる状態が一定時間T1又はT2以上継続しなければ、受話偏重モード設定用増幅器GR並びに送話偏重モード設定用増幅器GTで受話信号及び送話信号を増幅しない、つまり各々の利得を略ゼロとすることにより音声スイッチ10を中立モードに設定する。
【0027】
すなわち、遠端側の周囲騒音レベルと近端側の周囲騒音レベルとの差が大きい場合、送話信号及び受話信号を監視して通話状態を推定する挿入損失量制御部13では、例えば遠端側の周囲騒音レベルが大きい状況においては常に受話状態と判定し、近端側の周囲騒音レベルが大きい状況においては常に送話状態と判定してしまい、実際の通話状態に関係なく、受話状態又は送話状態の何れか一方に通話状態を固定してしまう現象(所謂音声スイッチ10の片倒れ)が生じることがある。これに対して本発明者らは、偏重モード制御部24が遠端側背景雑音レベルの推定値PFnと近端側背景雑音レベルの推定値PNnを比較し、遠端側背景雑音レベルの推定値PFnの方が充分に大きい場合は挿入損失量制御部13で監視する送話信号を送話偏重モード設定用増幅器GTで利得G1[dB]だけ増幅することによって挿入損失量制御部13が送話状態と判定し易い状態(送話偏重モード)に設定し、反対に近端側背景雑音レベルの推定値PNnの方が充分に大きい場合は挿入損失量制御部13で監視する受話信号を受話偏重モード設定用増幅器GRで利得G2[dB]だけ増幅することによって挿入損失量制御部13が受話状態と判定し易い状態(受話偏重モード)に設定するようにして音声スイッチ10の片倒れを防止した拡声通話装置を既に提案している。しかしながら、偏重モード制御部24が遠端側背景雑音レベルの推定値PFnと近端側背景雑音レベルの推定値PNnの比較結果のみに基づいて送話偏重モード、受話偏重モード並びに中立モードの切り換えを行うと、例えば音響側帰還利得αがある程度大きな値である場合に、本来ならば受話状態となるべき状況であるのに受話状態とならない現象(受話ブロッキング)や、回線側帰還利得βがある程度大きな値である場合に、本来ならば送話状態となるべき状況であるのに送話状態とならない現象(送話ブロッキング)が生じる虞がある。
【0028】
そこで本発明においては、偏重モード制御部24が遠端側背景雑音レベルの推定値PFnと近端側背景雑音レベルの推定値PNnのレベル差だけでなく、音響側帰還利得α並びに回線側帰還利得βの各推定値|α'|,|β'|も考慮して送話偏重モード、受話偏重モード、中立モードに設定している。すなわち、遠端側背景雑音レベルの推定値PFnが近端側背景雑音レベルの推定値PNnよりも充分に大きい状況が一定時間T1以上継続した場合でも、音響側帰還利得αの推定値|α'|が所定値α0を上回るときには送話偏重モードに移行しないため、受話ブロッキングを生じることなく、音声スイッチ10の片倒れを防止することができる。また、近端側背景雑音レベルの推定値PNnが遠端側背景雑音レベルの推定値PFnよりも充分に大きい状況が一定時間T2以上継続した場合でも、回線側帰還利得βの推定値|β'|が所定値β0を上回るときには受話偏重モードに移行しないため、送話ブロッキングを生じることなく、音声スイッチ10の片倒れを防止することができる。
【0029】
ここで、受話ブロッキング及び送話ブロッキングを防止するためには、|α'|+G1<M1,|β'|+G2<M2(これを書き換えると、|α'|<M1−G1=α0,|β'|<M2−G2=β0)の関係が成立していなければならない。すなわち、上記所定値α0,β0は受話ブロッキング並びに送話ブロッキングに対するマージンM1,M2と送話偏重モード設定用増幅器GTの利得G1及び受話偏重モード設定用増幅器GRの利得G2に応じて決定される。なお、送話偏重モード設定用増幅器GTの利得G1並びに受話偏重モード設定用増幅器GRの利得G2は、それぞれ使用環境において想定される遠端側及び近端側の背景雑音レベルに対して、近端側及び遠端側からどの程度の音圧レベルで発声したときに音声スイッチ10を送話状態あるいは受話状態に切り換えるかという拡声通話装置としての要求仕様に基づいて決定される。
【0030】
ところで、偏重モード制御部24が中立モードから送話偏重モードあるいは受話偏重モードに切り換える場合に、送話偏重モード設定用増幅器GT並びに受話偏重モード設定用増幅器GRの各利得G1,G2を音響側帰還利得α並びに回線側帰還利得βの推定値|α'|,|β'|に応じて段階的に増減させるようにしてもよい。例えば、利得G1を3段階に増減させるとすると、偏重モード制御部24は、音響側帰還利得αの推定値|α'|が|α'|≧α01のときにGT=0、α02≦|α'|<α01のときにGT=G1”、α03≦|α'|<α02のときにGT=G1’、|α'|<α03のときにGT=G1となるように送話偏重モード設定用増幅器GTの利得G1を増減する(但し、α03<α02<α01、0<G1”<G1’<G1)。同じく、利得G2を3段階に増減させるとすると、偏重モード制御部24は、回線側帰還利得βの推定値|β'|が|β'|≧β01のときにGR=0、β02≦|β'|<β01のときにGR=G2”、β03≦|β'|<β02のときにGR=G2’、|β'|<β03のときにGR=G2となるように受話偏重モード設定用増幅器GRの利得G2を増減する(但し、β03<β02<β01、0<G2”<G2’<G2)。
【0031】
例えば、送話偏重モード設定用増幅器GTの利得G1が大きな値に設定される場合には所定値α0が小さい値に設定されることになり、音響側帰還利得αの推定値|α'|の初期値が大きい場合や第1の音響エコーキャンセラ30Aの収束速度が遅い場合には、推定値|α'|が所定値α0を下回るまでに要する時間が長くなり、状況によっては通話中に推定値|α'|が所定値α0を下回る状態に達しないこともある。このような場合においても、上述のように偏重モード制御部24が中立モードから送話偏重モードに切り換える際に、送話偏重モード設定用増幅器GTの利得G1を音響側帰還利得αの推定値|α'|に応じて段階的に増減させれば、音声スイッチ10を送話状態に切り換えるために必要な近端側の発声音圧レベルを下げることができ、音声スイッチ10が送話状態に切り換わり易くなる。同様に、受話偏重モード設定用増幅器GRの利得G2が大きな値に設定される場合には所定値β0が小さい値に設定されることになり、回線側帰還利得βの推定値|β'|の初期値が大きい場合や第2の音響エコーキャンセラ30Bの収束速度が遅い場合には、推定値|β'|が所定値β0を下回るまでに要する時間が長くなり、状況によっては通話中に推定値|β'|が所定値β0を下回る状態に達しないこともある。このような場合においても、上述のように偏重モード制御部24が中立モードから受話偏重モードに切り換える際に、受話偏重モード設定用増幅器GRの利得G2を回線側帰還利得βの推定値|β'|に応じて段階的に増減させれば、音声スイッチ10を受話状態に切り換えるために必要な遠端側の発声音圧レベルを下げることができ、音声スイッチ10が受話状態に切り換わり易くなる。
【0032】
また、偏重モード制御部24が中立モードから送話偏重モードあるいは受話偏重モードに切り換える場合に、送話偏重モード設定用増幅器GT並びに受話偏重モード設定用増幅器GRの各利得G1,G2を遠端側背景雑音レベルの推定値PFnと近端側背景雑音レベルの推定値PNnとの差に応じて段階的に増減させるようにしてもよい。例えば、利得G1を3段階に増減させるとすると、偏重モード制御部24は、上記差X(=PFn−PNn)がX≦X1のときにGT=0、X1<X≦X2のときにGT=G1”、X2<X≦X3のときにGT=G1’、X>X3のときにGT=G1となるように送話偏重モード設定用増幅器GTの利得G1を増減する(但し、X1<X2<X3、0<G1”<G1’<G1)。同じく、利得G2を3段階に増減させるとすると、偏重モード制御部24は、上記差Y(=PNn−PFn)がY≦Y1のときにGR=0、Y1<Y≦Y2のときにGR=G2”、Y2<Y≦Y3のときにGR=G2’、Y>Y3のときにGR=G2となるように受話偏重モード設定用増幅器GRの利得G2を増減する(但し、Y1<Y2<Y3、0<G2”<G2’<G2)。
【0033】
上述のように偏重モード制御部24が中立モードから送話偏重モードあるいは受話偏重モードに切り換える場合に、送話偏重モード設定用増幅器GT並びに受話偏重モード設定用増幅器GRの各利得G1,G2を遠端側背景雑音レベルの推定値PFnと近端側背景雑音レベルの推定値PNnとの差に応じて段階的に増減させるようにすれば、例えば遠端側背景雑音レベルの推定値PFnと近端側背景雑音レベルの推定値PNnとの差が大きく、且つ利得G1,G2の設定値が大きい場合、近端側及び遠端側の背景雑音レベル差に応じて音声スイッチ10を送話状態と受話状態にバランスよく切り換えることができる。
【0034】
【発明の効果】
請求項1の発明は、集音した音声を送話信号として出力するマイクロホンと、相手側の通話端末からの受話信号に応じて鳴動するスピーカと、ハウリングを抑制して拡声通話を可能とする通話処理手段とを備え、通話処理手段は、マイクロホンとスピーカの音響結合によって音響エコーが生じる音響エコー経路、並びに相手側の通話端末における音響結合又は伝送処理手段における信号の回り込みによって回線エコーが生じる回線エコー経路により形成される閉ループの一巡利得を低減してハウリングを抑制する音声スイッチとを有し、音声スイッチは、送話側の信号経路に損失を挿入する送話側損失挿入手段と、受話側の信号経路に損失を挿入する受話側損失挿入手段と、送話信号と受話信号のレベルを比較して送話側及び受話側の各損失挿入手段から挿入する損失量を制御する挿入損失量制御手段とを具備する拡声通話装置であって、通話処理手段は、受話信号に含まれる遠端側の背景雑音レベルを推定する遠端側背景雑音レベル推定部と、送話信号に含まれる近端側の背景雑音レベルを推定する近端側背景雑音レベル推定部と、挿入損失量制御手段で監視している受話信号を増幅する受話偏重モード設定用増幅器と、挿入損失量制御手段で監視している送話信号を増幅する送話偏重モード設定用増幅器と、受話側損失挿入手段の出力点から音響エコー経路を介して送話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の音響側帰還利得を推定する音響側帰還利得推定部と、送話側損失挿入手段の出力点から回線エコー経路を介して受話側損失挿入手段の入力点へ帰還する経路の回線側帰還利得を推定する回線側帰還利得推定部と、遠端側背景雑音レベル、近端側背景雑音レベル、音響側帰還利得並びに回線側帰還利得の各推定値に応じて受話偏重モード設定用増幅器並びに送話偏重モード設定用増幅器の各利得を調整する偏重モード制御部とを備え、偏重モード制御部は、遠端側背景雑音レベルの推定値が近端側背景雑音レベルの推定値よりも充分に大きい値であり且つ音響側帰還利得の推定値が所定値よりも小さい値となる状態が一定時間以上継続すれば送話偏重モード設定用増幅器の利得を受話偏重モード設定用増幅器の利得よりも増大させて通話処理手段を送話偏重モードに設定し、近端側背景雑音レベルの推定値が遠端側背景雑音レベルの推定値よりも充分に大きい値であり且つ回線側帰還利得の推定値が所定値よりも小さい値となる状態が一定時間以上継続すれば受話偏重モード設定用増幅器の利得を送話偏重モード設定用増幅器の利得よりも増大させて通話処理手段を受話偏重モードに設定し、遠端側背景雑音レベルの推定値と近端側背景雑音レベルの推定値の差の絶対値が充分に大きい値となる状態が一定時間以上継続しなければ受話偏重モード設定用増幅器並びに送話偏重モード設定用増幅器で受話信号及び送話信号を増幅しないことにより通話処理手段を中立モードに設定するので、遠端側と近端側の周囲騒音のレベル差だけでなく、音響側帰還利得並びに回線側帰還利得の各推定値も考慮して送話偏重モード、受話偏重モード、中立モードに設定しているため、送話ブロッキング及び受話ブロッキングを生じることなく、音声スイッチの片倒れを防止することができるという効果がある。
【0035】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、偏重モード制御部は、受話偏重モード設定用増幅器並びに送話偏重モード設定用増幅器の各利得を音響側帰還利得並びに回線側帰還利得の推定値に応じて段階的に増減させるので、音声スイッチを受話状態あるいは送話状態に切り換えるために必要な遠端側又は近端側の発声音圧レベルを下げることができるという効果がある。
【0036】
請求項3の発明は、請求項1の発明において、偏重モード制御部は、受話偏重モード設定用増幅器並びに送話偏重モード設定用増幅器の各利得を遠端側背景雑音レベル並びに近端側背景雑音レベルの推定値に応じて段階的に増減させるので、音声スイッチを送話状態と受話状態にバランスよく切り換え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】実施形態を示すブロック図である。
【図2】同上の動作説明用のフローチャートである。
【図3】従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 マイクロホン
2 スピーカ
10 音声スイッチ
13 挿入損失量制御部
20 遠端側背景雑音レベル推定部
21 近端側背景雑音レベル推定部
22 音響側帰還利得推定部
23 回線側帰還利得推定部
24 偏重モード制御部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a loudspeaker device used in a house, an office, or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, it is not necessary to have a handset during a call, and a voice signal transmitted from the other party's call terminal is output to the caller away from the call terminal using a speaker, and the voice emitted by the caller is output. 2. Description of the Related Art There is provided a loudspeaker device that implements a loudspeaker call (hands-free call) by collecting sound with a microphone and transmitting the collected sound to a caller terminal. In such a loudspeaker, a part of the voice uttered by the caller is reflected by acoustic coupling from the speaker of the other party's call terminal to the microphone or impedance mismatch between the call terminal and the transmission line. For this reason, there may be a case where feedback is again superimposed on the received signal, and if the level of the feedback component is high, the caller hears it as an unpleasant echo (acoustic echo or line echo). In addition, when a closed loop is formed in the communication system due to the above acoustic coupling and reflection, and acoustic coupling at the terminal itself, and there is a frequency component in which the loop gain of the closed loop exceeds one time, howling occurs at that frequency, and stable It becomes impossible to continue the call. Therefore, how to suppress the above-mentioned unpleasant echo and howling is an important issue in designing a loudspeaker device as a call terminal.
[0003]
Conventionally, a voice switch that always estimates the call state (transmission state, reception state, etc.) and inserts losses into the transmission path and reception path with appropriate distribution based on the estimation results. A method of reducing closed loop loop gain and suppressing unpleasant echoes and howling has been widely used. FIG. 3 shows a so-called hands composed of an interphone master unit (hereinafter abbreviated as “master unit”) M ′ as a loudspeaker device provided with the
[0004]
The voice switch 10 'includes a transmission side attenuator 11 for inserting a loss in the signal path on the transmission side, a
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the level difference between the ambient noise on the far end side (door phone slave unit S side which is the other party's call terminal) and the ambient noise on the near end side (
[0006]
In contrast, the present inventors estimate a far-end background noise level estimation unit for estimating the far-end background noise level included in the received signal and a near-end background noise level included in the transmitted signal. The near-end side background noise level estimating unit, the reception bias mode setting amplifier for amplifying the reception signal monitored by the insertion loss
[0007]
However, in the above-mentioned loudspeaker apparatus by the present inventors, for example, when the transmission bias mode is set, the gain of the transmission bias mode setting amplifier is increased, so that so-called reception blocking is likely to occur, or when the reception bias mode is set. Since the gain of the reception bias mode setting amplifier is increased, so-called transmission blocking is likely to occur. Here, reception blocking refers to an amplifier for setting a transmission eccentricity mode of an acoustic echo signal generated by acoustic coupling between a speaker and a microphone on the near end when sound is input from the far end while the near end is silent. The power level at the output point of the input signal becomes higher than the power level at the output point of the amplifier for setting the reception bias mode of the original signal (received signal), and the voice switch enters the transmission state. This refers to a phenomenon in which the received sound cannot be heard at the near end. Also, transmission blocking is the setting of the reception eccentricity mode for line echo signals caused by acoustic coupling at the far end or wraparound of signals in the transmission processing means when speech is input from the near end while the far end is silent. When the power level at the output point of the amplifier for the power source becomes higher than the power level at the output point of the amplifier for setting the transmission bias mode of the original signal (transmission signal) and the voice switch is in the receiving state, the near end This is a phenomenon in which voice input from the side cannot be heard at the far end.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a loudspeaker device that prevents a voice switch from falling over without causing transmission blocking and reception blocking.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention of
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the bias mode control unit sets the gains of the reception bias mode setting amplifier and the transmission bias mode setting amplifier as the estimated values of the acoustic side feedback gain and the line side feedback gain. The voice sound pressure level on the far end side or near end side necessary for switching the voice switch to the reception state or the transmission state can be lowered.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the deviation mode control unit determines the gains of the reception deviation mode setting amplifier and the transmission deviation mode setting amplifier as the far-end side background noise level and the near-end side background noise. The voice switch can be switched in a balanced manner between the transmission state and the reception state.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing a loudspeaker apparatus according to this embodiment. In this embodiment, a loudspeaker device is configured as the master unit M of the hands-free intercom described in the conventional example, and the basic configuration of this embodiment is the earlier application (Japanese Patent Application) filed by the present inventors. 2001-175521). In addition, in FIG. 1, illustration of the door phone cordless handset S which is an other party call terminal is abbreviate | omitted.
[0013]
In this embodiment, a
[0014]
The
[0015]
The
[0016]
The total loss
[0017]
The insertion loss amount
[0018]
By the way, as described above, the total loss
[0019]
Thus, when the first and second echo cancellers 30A and 30B immediately after the start of the call are not sufficiently converged, the total loss
[0020]
Next, a specific operation of the total loss
[0021]
The total loss
[0022]
Lr (n) = 20 log | α ′ (n) · β ′ (n) | + MG [dB]
Note that α ′ (n), β ′ (n), and Lr (n) indicate an estimated value of feedback gain and a desired total loss amount calculated by sampling n times from the update mode transition point, respectively. Further, the total loss
[0023]
In this way, by suppressing the increase / decrease in the total loss amount by the total loss
[0024]
On the other hand, the gist of the present embodiment is that the far-end side background noise
[0025]
Each of the far-end side background noise
[0026]
The bias
[0027]
That is, when the difference between the ambient noise level on the far end side and the ambient noise level on the near end side is large, the insertion loss
[0028]
Therefore, in the present invention, the bias
[0029]
Here, in order to prevent reception blocking and transmission blocking, | α ′ | + G1 <M1, | β ′ | + G2 <M2 (rewriting this, | α ′ | <M1-G1 = α0, | β The relationship of '| <M2-G2 = β0) must be established. That is, the predetermined values α0 and β0 are determined according to reception blocking, margins M1 and M2 for transmission blocking, gain G1 of the transmission bias mode setting amplifier GT, and gain G2 of the reception bias mode setting amplifier GR. It should be noted that the gain G1 of the transmission bias mode setting amplifier GT and the gain G2 of the reception bias mode setting amplifier GR are set to a near-end background noise level assumed in the usage environment, respectively. It is determined on the basis of the required specification as a loudspeaker device for switching the
[0030]
By the way, when the deviation
[0031]
For example, when the gain G1 of the transmission bias mode setting amplifier GT is set to a large value, the predetermined value α0 is set to a small value, and the estimated value | α ′ | When the initial value is large or when the convergence speed of the first acoustic echo canceller 30A is slow, the time required for the estimated value | α ′ | to fall below the predetermined value α0 becomes long. In some cases, | α ′ | does not reach a state where it falls below a predetermined value α0. Even in such a case, as described above, when the deviation
[0032]
Further, when the
[0033]
As described above, when the deviation
[0034]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, there is provided a microphone that outputs the collected sound as a transmission signal, a speaker that rings in response to a reception signal from the other party's telephone terminal, and a call that enables a voice call while suppressing howling. A speech processing unit including an acoustic echo path in which an acoustic echo is generated due to acoustic coupling between a microphone and a speaker, and a line echo in which a line echo is generated due to acoustic coupling or signal wraparound in a transmission processing unit on the other party's telephone terminal. A voice switch that reduces a loop gain of the closed loop formed by the path and suppresses howling, and the voice switch includes transmission-side loss insertion means for inserting a loss into the signal path on the transmission side, Receiver side loss insertion means for inserting loss in the signal path, and each loss on the transmitter side and receiver side by comparing the levels of the transmitted signal and the received signal A speech communication apparatus comprising an insertion loss amount control means for controlling a loss amount inserted from an input means, wherein the call processing means estimates a background noise level on the far end side included in the received signal. Noise level estimator, near-end background noise level estimator that estimates the near-end background noise level included in the transmitted signal, and reception bias mode that amplifies the received signal monitored by the insertion loss control means Setting amplifier, transmission bias mode setting amplifier that amplifies the transmission signal monitored by the insertion loss amount control means, and transmission side loss insertion from the output point of the reception side loss insertion means via the acoustic echo path An acoustic-side feedback gain estimator for estimating the acoustic-side feedback gain of the path returning to the input point of the means, and feedback from the output point of the transmitting-side loss insertion means to the input point of the receiving-side loss insertion means via the line echo path Line side of the route A line-side feedback gain estimator for estimating a return gain, an amplifier for setting a reception bias mode according to estimated values of a far-end side background noise level, a near-end side background noise level, an acoustic-side feedback gain, and a line-side feedback gain; A bias mode control unit that adjusts each gain of the transmission bias mode setting amplifier, and the bias mode control unit has an estimated value of the far-end side background noise level higher than an estimated value of the near-end side background noise level. Enough If the state where the estimated value of the acoustic feedback gain is smaller than the predetermined value continues for a certain time or longer, the gain of the transmission bias mode setting amplifier is increased more than the gain of the reception bias mode setting amplifier. The call processing means is set to the transmission bias mode, and the estimated value of the near-end background noise level is higher than the estimated value of the far-end background noise level. Enough If the state where the estimated value of the line-side feedback gain is smaller than the predetermined value continues for a certain time or more, the gain of the reception bias mode setting amplifier is increased more than the gain of the transmission bias mode setting amplifier. And set the call processing means to the listening bias mode, and the difference between the far-end background noise level estimate and the near-end background noise level estimate Absolute value of But Enough If the state of a large value does not continue for a certain time or longer, the call processing means is set to the neutral mode by not amplifying the reception signal and the transmission signal with the reception deviation mode setting amplifier and the transmission deviation mode setting amplifier. In consideration of not only the difference in the level of ambient noise between the far-end and near-end sides, but also the estimated values of the acoustic feedback gain and line-side feedback gain, it is set to the transmission eccentric mode, reception eccentric mode, and neutral mode. Therefore, there is an effect that the voice switch can be prevented from falling over without causing transmission blocking and reception blocking.
[0035]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the bias mode control unit sets the gains of the reception bias mode setting amplifier and the transmission bias mode setting amplifier as the estimated values of the acoustic side feedback gain and the line side feedback gain. Therefore, the sound pressure level at the far end or near end required for switching the voice switch to the receiving state or the transmitting state can be lowered.
[0036]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the deviation mode control unit determines the gains of the reception deviation mode setting amplifier and the transmission deviation mode setting amplifier as the far-end side background noise level and the near-end side background noise. Since the level is increased or decreased stepwise according to the estimated value of the level, there is an effect that the voice switch can be switched in a balanced manner between the transmission state and the reception state.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an embodiment.
FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the above.
FIG. 3 is a block diagram showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Microphone
2 Speaker
10 Voice switch
13 Insertion loss control unit
20 Far-end side background noise level estimation unit
21 Near-end background noise level estimation unit
22 Acoustic side feedback gain estimator
23 Line-side feedback gain estimator
24 Unbalance mode controller
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