JP4297055B2

JP4297055B2 - カラオケ装置

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Description

この発明は、ハウリングを防止するためのハウリングキャンセラを備えた拡声装置に関するものである。

拡声装置は、マイクロフォンから入力された音声信号を増幅してスピーカに入力するものであるが、この拡声装置において、スピーカからマイクロフォンに至る経路で閉ループが形成され、スピーカから出力されてマイクロフォンに入力された帰還音信号が繰り返し増幅されることによってハウリングが生じることは良く知られている。

このようなハウリングを防止するために、適応フィルタを用いて帰還音信号に模擬した模擬信号を生成し、マイクロフォンからの入力信号から模擬信号を除くハウリングキャンセラを拡声装置に用いることは従来より提案されている（非特許文献１を参照）。このハウリングキャンセラでは、スピーカへ入力する信号が遅延部に入力され、この信号がスピーカからマイクロフォンに至る遅れ時間に対応した遅れ時間だけ遅延部によって遅延される。この遅延された信号を適応フィルタ係数でたたみ込み演算を行うことで、適応フィルタによって模擬信号が生成される。そして、マイクロフォンからの入力信号から模擬信号が加算部によって除かれた残差信号が増幅部に出力される。そして増幅部で増幅された残差信号がスピーカに入力され、スピーカから放音される。ここで、適応フィルタには、残差信号がリファレンス信号として入力され、この残差信号が最小になるように周知の適応アルゴリズム（例えばＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズム）を用いて適応フィルタ係数が算出されて更新される。これによって、模擬信号を帰還音信号に近似させることでハウリングの防止を行うようになっている。

また、拡声装置としてカラオケ装置において、ＣＤ等の音源から音信号とマイクロフォンからの入力信号との相関演算を行って、スピーカからマイクロフォンまでの帰還伝達系の相関関数を求め、この相関関数によってハウリング発生の危険度を監視するものが知られている。このカラオケ装置では、ハウリングの発生する危険性が所定レベル以上に高い場合には、その危険性をユーザに報知する、乃至はハウリングが生じる危険性の高い周波数のゲインを下げる（例えば、特許文献１を参照）。
稲積，今井，小西："ＬＭＳアルゴリズムを用いた拡声系のハウリング防止"，日本音響学会講演論文集ｐｐ．４１７−４１８（１９９１，３）特開平８−３３０９１号公報

従来の適応フィルタを用いたハウリングキャンセラでは、上述のように残差信号を用いて模擬信号と帰還音信号との誤差が最小になるように適応フィルタ係数を算出し、これによって模擬信号を帰還音信号に近づけている。しかしながら、マイクロフォンから入力された音声信号には話者の音声信号が含まれるため、適応フィルタにリファレンスとして入力される残差信号には帰還音信号と模擬信号との差分だけでなく音声信号が含まれる。このような残差信号をリファレンスとして用いると帰還音信号と近似した模擬信号を算出する算出精度を向上させることが困難であった。このため、十分にハウリングを防止できない場合があった。

一方、ハウリングの危険性を監視する従来のカラオケ装置では、ハウリングの危険度を報知するだけの構成であるため、ハウリングを防止することができない。また、ハウリングの危険性のある周波数のゲインを下げる構成では、スピーカから放音される再生音の音質が劣化する可能性もあった。

そこで、本発明は、上記課題を解決するために、より効果的にハウリングを防止することのできる拡声装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明では以下の手段を採用している。

（１）本発明は、マイクロフォン及びスピーカに接続されるカラオケ装置であって、音声信号を増幅してスピーカに入力する拡声回路部と、前記スピーカに入力される音声信号と残差信号に基づいて前記スピーカから前記マイクロフォンへの帰還伝達系を模擬したフィルタ係数を自己設定する適応フィルタを有し、前記スピーカに入力される音声信号を適応フィルタで処理した模擬信号を前記マイクロフォンから入力した音声信号から減算した残差信号を前記拡声回路部に供給するハウリングキャンセラと、カラオケ曲を演奏する演奏処理部であり、音声信号を発生して前記スピーカに入力する内部音源と、前記マイクロフォンから入力された音声信号に、前記スピーカから帰還した音声信号以外に歌唱者の歌唱である外部音源から入力された音声信号が含まれるか否かを判定し、この判定結果に応じて前記適応フィルタのフィルタ係数の更新を制御する音源判定手段と、を備え、前記適応フィルタは、更新前のフィルタ係数に忘却係数を乗じたものと修正量にステップサイズを乗じたものとを加算してフィルタ係数を算出し、この算出したフィルタ係数に更新し、前記演奏処理部は、カラオケ曲の進行に合わせて歌詞を表示するための歌詞データを表示部に出力し、前記音源判定手段は、前記演奏処理部が歌詞データを出力しているとき前記マイクロフォンから入力された音声信号に外部音源から入力された音声信号が含まれていると判定し、前記マイクロフォンから入力された音声信号に前記外部音源から入力された音声信号が含まれないと判定した場合には、前記ステップサイズを大きい値に設定し、前記マイクロフォンから入力された音声信号に前記外部音源から入力された音声信号が含まれると判定した場合には、前記ステップサイズを小さい値に設定することを特徴とする。

マイクロフォンへ信号が入力されると、ハウリングキャンセラによってこの入力された信号から模擬信号が減算されて、残差信号として拡声回路部に供給され、拡声回路部によって増幅されてスピーカに入力され、スピーカから放音される。ここで、模擬信号は、適応フィルタによって処理されたものである。適応フィルタは、スピーカに入力される音声信号と残差信号に基づいてスピーカからマイクロフォンへの帰還伝達系を模擬したフィルタ係数を自己設定するものであるため、模擬信号は帰還伝達系によってスピーカからマイクロフォンに帰還される帰還音を模擬したものとなり、入力信号から模擬信号が減算されることでハウリングが防止される。

ここで、残差信号は、帰還音信号と模擬信号との差分のみが含まれることがフィルタ係数の同定を精度よく行うために理想的な状態である。従って、外部音源からマイクロフォンに入力された信号に外部音源から入力された音声信号を含む場合には、かかる音声信号が適応フィルタに入力される残差信号は帰還音信号と模擬信号との差分に加えて含まれるため、適応フィルタの同定を精度よく行うために理想的な状態ではない。

上記構成では、外部音源判定手段によって、スピーカから帰還した音声信号以外に外部音源から入力された音声信号が含まれるか否かが判定され、該判定結果に応じて適応フィルタのフィルタ係数の更新が制御される。このため、適応フィルタの同定を精度よく行うために理想的な状態であるかどうかを反映させて適応フィルタの更新を行うことができ、適応フィルタの同定を好適に行うことが可能となる。

例えば、前記音源判定手段は、前記スピーカから帰還した音声信号以外に前記外部音源から入力された音声信号が含まれないと判定する場合には、該判定をしない場合に比較して前記適応フィルタの適応速度を速くする構成が採用されることで、適応フィルタの同定を精度よく行うために理想的な状態である場合に適応速度が速く適応フィルタの適応を行うことが可能となり、これによってフィルタ係数の適応精度を向上させることが可能となる。

ここで、ステップサイズが大きい程、修正量が適応フィルタ係数に多く反映される。このため、ステップサイズが大きい程、適応フィルタの適応速度が速くなる。上記構成に従えば、マイクロフォンから入力された音声信号に外部音源から入力された音声信号が含まれないと判定する場合には、該判定をしない場合に比較して、値の大きいテップサイズを用いて前記適応フィルタ係数が算出される。このため、かかる場合には外部音源からの音声信号がマイクロフォンから入力された音声信号含まれると判定される場合に比較して、適応フィルタの適応速度が速くなる。

また、カラオケ装置において、マイクロフォンから入力された音声信号に歌唱者の歌唱の音声信号が含まれるかを適応フィルタの更新に反映させることが可能となる。

ここで、歌唱者は通常表示された歌詞を見ながら歌唱するため、カラオケ曲の進行に合わせて歌詞を表示するための歌詞データが表示部に出力されていない場合には、歌唱者の歌唱の音声信号がマイクロフォンから入力された音声信号に含まれない可能性が高い。本発明の構成では、音源判定手段によって、スピーカに入力される伴奏音信号に対応した歌詞データが表示部に出力されている場合に歌唱音声信号がマイクロフォンから入力された音声信号に含まれると判定され、この歌詞データが表示部に出力されていない場合に歌唱の音声信号がマイクロフォンから入力された音声信号に含まれないと判定される。このため、歌詞データの表示部への出力の有無を判断するだけの簡易な処理を用いて歌唱の音声信号がマイクロフォンから入力された音声信号に含まれるかを判定することが可能となる。

（２）上述した拡声装置では、前記音源判定手段は、前記演奏処理部が歌詞データを出力していない場合であっても、前記マイクロフォンから入力された音声信号の信号レベルが所定レベルを超えている場合には、前記マイクロフォンから入力された音声信号に前記外部音源から入力された音声信号が含まれていると判定することを特徴とする。この構成によれば、歌詞データが表示部に出力されていない場合であっても、マイクロフォンから入力された信号の信号レベルが所定レベルを超えていれば、歌唱音声信号がマイクロフォンから入力された信号に含まれると判定される。歌詞が表示されていなくても、例えば、歌唱者によっては歌唱したり、歌唱者の周囲の歌唱の聴音者が会話をするなどして、マイクロフォンに音声が入力される場合がある。この場合には歌唱の音声が入力された場合と同様に適応フィルタの同定を精度よく行うために理想的な状態ではない。マイクロフォンから入力された音声信号が所定レベルを超えることで歌唱の音声信号の入力があると判定することで、かかる場合についても歌唱の音声信号の入力がある場合と同様に扱うことが可能となる。また、歌詞データが出力されていない場合に限って信号レベルを判断すれば足りるため、比較的処理負荷が軽く歌唱の音声信号の有無を判断することが可能となる。

本発明によれば、外部音源判定部によって外部音源からの音声信号がマイクロフォンから入力された信号に含まれるか判定され、判定結果に基づいて適応フィルタが更新される。ここで、外部音源からの音声信号がマイクロフォンから入力された信号に含まれない場合には、残差信号は外部音源からの音声信号が含まれず実質上帰還音信号と模擬信号との差分に近づくため、残差信号は適応フィルタの同定を精度よく行うために理想的な状態となる。本発明では、適応フィルタの同定を精度よく行うために理想的な状態であるかどうかを反映させて適応フィルタの更新を行うことができ、適応フィルタの同定を好適に行うことができる。これによって、ハウリングをより効果的に防止することの可能な拡声装置を提供することができる。

そこで、本実施形態では、歌唱音声信号がマイクロフォンに入力されていない期間、すなわち適応フィルタの同定を精度よく行うのに理想的な期間には積極的に適応フィルタの同定を行い、歌唱音声信号がマイクロフォンから歌唱音声信号が入力されている期間は、同定の程度を下げる（ステップサイズの値を下げる）ようにしている。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかるカラオケ装置１の概略構成を示すブロック図である。カラオケ装置１は、屋内に配置されるマイクロフォン２、スピーカ３及び表示部４に接続され、演奏処理部５と、処理部６と、加算部７と、音声再生処理部８と、ハウリングキャンセラ９と、歌唱音声判定部１０と、画像再生処理部１１とを備える。

マイクロフォン２は、装置外部から音をマイクロフォン入力信号として入力する。マイクロフォン入力信号は、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）コンバータ（図略）によってＡ／Ｄ変換される。このＡ／Ｄ変換された信号はハウリングキャンセラ９を介して処理部６に出力されるものである。マイクロフォン２に入力される音には、歌唱者（外部音源に対応）が歌唱しているときには歌唱音が含まれ、この歌唱音を電気信号に変換した歌唱音声信号（外部音源から入力した音声信号に対応）が入力信号に含まれる。

スピーカ３は、カラオケ装置１から入力されたアナログ音声信号を音響に変えて放音するものである。表示部４は、例えばＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイやＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等で実現されるものである。

演奏処理部５は、ＣＰＵ（CentralProcessing Unit）やメモリ、ハードディスク等の記憶部によって実現され、カラオケ演奏のための制御プログラムを実行する。具体的には、演奏処理部５は、カラオケ伴奏音データＤ１と歌詞データＤ２を記憶する。演奏処理部５は、本願発明の内部音源に対応し、カラオケ伴奏音データＤ１に基づいて、このカラオケ伴奏音信号を生成して順次加算部７に出力するとともに、このカラオケ伴奏音信号の出力に同期して歌詞データＤ２を順次画像再生処理部１１に出力する。カラオケ伴奏音データＤ１はカラオケ曲の伴奏音を再生するためのデータである。歌詞データＤ２は、カラオケ伴奏音信号を用いて演奏されるカラオケ曲の歌詞を表示するためのデータであり、これによって表示部４に歌詞を表示し、カラオケ伴奏曲の進行に従って文字色を変更してゆく。すなわち、歌詞データＤ２は歌詞の文字データと文字色変更データとを含む。

処理部６は、イコライザ（Equalizer）等を含み、Ａ／Ｄコンバータ（図略）−ハウリングキャンセラ９を介して入力されたマイクロフォン入力信号に対して、信号の周波数特性を調節したり、デジタル的に増幅する等の信号処理を行うものである。

加算部７は、演奏処理部５から出力されたカラオケ伴奏音信号と処理部６によって処理された信号とをミキシングする処理（ミキシング処理）を実行するものである。加算部７は、ミキシング処理を施した音声信号（合成音声信号ｘ（ｋ））を音声再生処理部８とハウリングキャンセラ９に出力する。

音声再生処理部８は、加算部７から入力された合成音声信号ｘ（ｋ）に対してＤ／Ａ（Digital/Analog）変換を行って、この変換後のアナログ音声信号を増幅してスピーカ３に入力する。なお、処理部６と音声再生処理部８とで本願発明の拡声回路部を構成するものである。

ハウリングキャンセラ９は、遅延部９１、適応フィルタ９２及び加算部９３を備える。遅延部９１及び適応フィルタ９２は、スピーカ３からマイクロフォン２に至る音響伝達経路である帰還伝達系１００を模擬する。すなわち、遅延部９１は、帰還伝達系１００を介した帰還音の遅れ時間τを模擬するものであり、適応フィルタ９２は、帰還伝達系１００の音声伝播特性である伝達関数を模擬する。

具体的には、遅延部９１は入力された合成音声信号ｘ（ｋ）を遅れ時間τだけ遅延させ、この遅延させた合成音声信号ｘ（ｋ−τ）を適応フィルタ９２に出力する。適応フィルタ９２は、デジタルフィルタ９２ａ（典型的にはＦＩＲ：FiniteImpulse Response Filterフィルタ）及びこのデジタルフィルタ９２ａのフィルタ係数を決定するフィルタ係数算出部９２ｂを有している。デジタルフィルタ９２ａは、入力された合成音声信号ｘ（ｋ−τ）をフィルタ係数で畳み込み演算を行うことで模擬信号ｄｏ（ｋ）を生成する。デジタルフィルタ９２ａは生成した模擬信号ｄｏ（ｋ）を加算部９３に出力する。

フィルタ係数算出部９２ｂは、加算部９３から出力された信号である残差信号と遅延部９１から入力された合成音声信号ｘ（ｋ−τ）に基づいて、帰還伝達系１００の伝達関数を推定し、この伝達関数に合わせて（模擬して）デジタルフィルタ９２ａのフィルタ係数を補正することで、フィルタ係数を自己設定する。この補正は、残差信号ができるだけ小さくなるように行われ、所定の時間間隔毎（例えば、数μsec〜数百μsec毎）に行われる。帰還伝達系１００の伝達関数の推定及びフィルタ係数の補正は、適応アルゴリズムを用いて行われる（詳しくは後述する）。適応アルゴリズムとしては、例えば、学習同定法、ＬＭＳ法、射影法及びＲＬＳ法などを適用することができる。このように、合成音声信号ｘ（ｋ）が、スピーカ３から出力されるのに並行して遅延部９１−適応フィルタ９２に供給されることで、適応フィルタ９２から出力される模擬信号ｄｏ（ｋ）を帰還音信号ｄ（ｋ）に近似させることが可能となる。

加算部９３は、模擬信号ｄｏ（ｋ）とマイクロフォン入力信号とが入力される。加算部９３は、マイクロフォン入力信号から模擬信号ｄｏ（ｋ）を除いた残差信号を処理部６に出力するとともに、リファレンス信号としてフィルタ係数算出部９２ｂに出力する。これによって、マイクロフォン入力信号から帰還成分を除去することが可能となり、ハウリングを防止することができるようになっている。

歌唱音声判定部１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等で実行される判定プログラムで実現され、マイクロフォン信号に歌唱音声信号が含まれるかどうかを判定する処理（判定処理）を実行するものである。歌唱音声判定部１０は、加算部７に出力されるカラオケ伴奏音信号に対応した歌詞データＤ２が演奏処理部５から画像再生処理部１１を介して表示部４に対して出力されているかどうかを検出し、歌詞データＤ２が出力されている場合にマイクロフォン入力信号に歌唱音声信号が含まれると判定する。通常、歌唱者は表示される歌詞を見ながら歌唱を行う。このため、カラオケ伴奏音信号に対応した歌詞データＤ２の出力がない場合には歌唱音声信号がマイクロフォン２に入力されない可能性が高く、マイクロフォン入力信号に歌唱音声信号が含まれないと判定できる。

歌唱音声判定部１０は、この判定結果に基づいて適応フィルタ９２の更新を制御する。歌唱音声信号がマイクロフォン入力信号に含まれない場合には、フィルタ係数算出部９２ｂに入力される残差信号は、歌唱音声信号を含まないため帰還音信号ｄ（ｋ）と模擬信号ｄｏ（ｋ）の差分に近い状態になる。ここで、残差信号が帰還音信号ｄ（ｋ）と模擬信号ｄｏ（ｋ）との差分に近いほど、適応フィルタ９２の同定の誤差を小さくするのに理想的である。歌唱音声判定部１０は、歌唱音声信号がマイクロフォン入力信号に含まれないと判定する場合に、含まれると判定する場合に比較して適応フィルタ９２の同定の程度を上げ、積極的に適応フィルタ９２の更新を行う。このため、同定の誤差を小さく適応フィルタ９２の同定を行うことができる。

画像再生処理部１１は、例えばビデオメモリ及び映像処理回路等で構成され、加算部７に出力されるカラオケ伴奏音信号に対応した歌詞データＤ２が演奏処理部５から入力される。画像再生処理部１１は演奏処理部５から出力される歌詞データＤ２に基づいて文字パターンを生成して、スピーカ３から放音されるカラオケ伴奏の内容と同期した歌詞を表示部４に表示する。なお、歌詞データＤ２に対応する背景画像が演奏処理部５に記憶されておりこの背景画像が演奏処理部５から入力される場合には、入力された背景画像を歌詞データＤ２と合成してこの合成画像を表示する。

図２は、図１の示すフィルタ係数算出部９２ｂとその周辺の構成を示すブロック図である。フィルタ係数算出部９２ｂは、更新前フィルタ係数取得部９２１、忘却係数乗算部９２２、修正量算出部９２３、ステップサイズ乗算部９２４及び加算部９２５を備えるものである。

更新前フィルタ係数取得部９２１は更新前の適応フィルタ係数を記憶するものであり、所定の時間間隔毎に忘却係数乗算部９２２に更新前の適応フィルタ係数を出力するものである。忘却係数乗算部９２２は、更新前フィルタ係数取得部９２１から出力された更新前適応フィルタ係数に忘却係数を乗じて加算部９２５に出力するものである。

修正量算出部９２３は、加算部９３から出力された残差信号と遅延部９１から出力された合成音声信号ｘ（ｋ−τ）とから、公知の適応アルゴリズムを用いて修正量を算出するものである。修正量算出部９２３は、更新前フィルタ係数取得部９２１の出力間隔と同期した所定時間間隔毎に、修正量をステップサイズ乗算部９２４に出力する。ステップサイズ乗算部９２４は入力した修正量とステップサイズとで乗算を行い、これによって求めた値を加算部９２５に出力する。

ここで、ステップサイズは少なくとも大小二種類の値を設定されることが可能である。ステップサイズは、歌唱音声判定部１０でマイクロフォン入力信号に歌唱音声信号が含まれていると判定される場合に歌唱音声判定部１０によって小さい方の値が設定される。一方、歌唱音声判定部１０でマイクロフォン入力信号に歌唱音声信号が含まれていないと判定される場合に歌唱音声判定部１０によって大きい方の値が設定される。

加算部９２５は、忘却係数乗算部９２２から出力された値とステップサイズ乗算部９２４から出力された値とを加算して適応フィルタ係数を求める。すなわち、適応フィルタ係数は、更新前の適応フィルタ係数に忘却係数を乗じた値と、残差信号と入力信号とから求めた修正量にステップサイズを乗じた値とを加算して求められる。

上述したように、ステップサイズが大きく設定される程、修正量が多く反映され、積極的に適応フィルタ係数の更新が行われるようになる。また、ステップサイズは、歌唱音声判定部１０でマイクロフォン入力信号に歌唱音声信号が含まれていないと判定される場合に、この判定がされない場合に比較して大きい方の値が設定される。このため、歌唱音声判定部１０でマイクロフォン入力信号に歌唱音声信号が含まれないと判定される場合、すなわち適応フィルタ９２の同定を好適に行うのに理想的な状態である場合には積極的に適応フィルタ係数の更新が行われる。

加算部９２５は、算出した適応フィルタ係数でフィルタ９２ａの適応フィルタ係数の値を更新するとともに、更新前フィルタ係数取得部９２１に記憶される更新前適応フィルタ係数の値を更新する。

図３は、図１で示すカラオケ装置１が実行する判定処理の一例を示すフローチャートである。本処理は、例えば音声再生処理部８のカラオケ伴奏音信号の加算部７への読み出しを、歌唱音声判定部１０が検知した場合に実行開始される。まず、歌唱音声判定部１０は、出力されるカラオケ伴奏音信号に対応した歌詞データＤ２が演奏処理部５から表示部４に対して出力されているかどうかを判断する（Ｓ１）。

出力されるカラオケ伴奏音信号に対応した歌詞データＤ２が表示部４に対して出力されていると判断する場合には（Ｓ１でＹＥＳ）、歌唱音声判定部１０は歌唱音声信号がマイクロフォン入力信号に含まれていると判定する（Ｓ２）。その後、歌唱音声判定部１０は、ステップサイズ乗算部９２４のステップサイズを小さい方に設定する（Ｓ３）。その後、歌唱音声判定部１０は後述のステップ６を実行する。

一方、出力されるカラオケ伴奏音信号に対応した歌詞データＤ２が表示部４に対して出力されていると判断しない場合には（Ｓ１でＮＯ）、歌唱音声判定部１０は歌唱音声信号がマイクロフォン入力信号に含まれていないと判定する（Ｓ４）。そして、歌唱音声判定部１０は、ステップサイズ乗算部９２４のステップサイズを大きい方に設定する（Ｓ５）。

このステップＳ１の実行によって、出力されるカラオケ伴奏音信号に対応した歌詞データＤ２が表示部４に対して出力されているかどうかが判断され、歌詞データＤ２が出力されている場合には歌唱音声信号がマイクロフォン入力信号に含まれていると判定される。また、歌詞データＤ２が出力されていない場合には歌唱音声信号がマイクロフォン入力信号に含まれていないと判定される。通常、歌唱者は表示された歌詞を見ながら歌唱をするものであり、歌詞データが表示部４に対して出力されていない場合には歌詞の表示がなく、このため歌唱者は歌唱をしていない。このため、歌詞データＤ２が表示部４に対して出力されているかどうかを判断するだけの簡易な構成によって、マイクロフォン入力信号に歌唱音声信号が含まれるかどうかを比較的精度良く判定することができる。

その後、歌唱音声判定部１０はカラオケ伴奏音信号の出力が終了したかどうかを判断する（Ｓ６）。カラオケ伴奏音信号の出力が終了したと判断しない場合には（Ｓ６でＮＯ）、歌唱音声判定部１０は処理をステップＳ１に戻し、カラオケ伴奏音信号の出力が終了したと判断する場合には（Ｓ６でＹＥＳ）、本処理を終了させる。

上記構成によって、本実施形態では、歌唱音声信号がマイクロフォン入力信号に含まれていると判定される場合には、判定されない場合に比較して、ステップサイズが小さく設定される。ここで、ステップサイズが大きく設定される程、修正量の成分が多く反映されて適応フィルタ係数の更新がなされ、積極的に（適応フィルタの適応速度を速く）適応フィルタ９２の更新が行われることになる。

上述したように、歌唱音声信号が入力信号に含まれていない場合には、適応フィルタ９２にリファレンス信号として入力される残差信号は帰還音信号ｄ（ｋ）と模擬信号ｄｏ（ｋ）との差分のみである。このため、残差信号は模擬信号ｄｏ（ｋ）を帰還音信号ｄ（ｋ）に近づけるための適応フィルタ係数の算出をするに理想的なものとなり、適応フィルタ９２の同定の誤差を小さくすることができる。本実施形態では、かかる場合に積極的に適応フィルタ９２の更新を行うことで、模擬信号ｄｏ（ｋ）を精度良く帰還音信号ｄ（ｋ）に近づけることができる。これによってハウリング防止効果を高めることができる。

（第２の実施形態）
以下、図１及び図４を用いて本発明の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態では、出力されるカラオケ伴奏音信号に対応した歌詞データＤ２が表示部４に対して出力されていない場合に、歌唱音声判定部１０がマイクロフォン入力信号に歌唱音声信号が含まれていないと判定するが、第２の実施形態では、かかる場合であっても、マイクロフォン入力信号が所定レベルを超えていれば歌唱音声信号が含まれていると判定する。

図１を参照して、歌唱音声判定部１０には破線矢印で示すようにマイクロフォン入力信号が出力され、歌唱音声判定部１０はこのマイクロフォン入力信号の信号レベルを用いてマイクロフォン入力信号に歌唱音声信号が含まれるかどうかを判定する。

図４は、第２の実施形態にかかる判定処理の一例を示すフローチャートである。本図において図３で示す処理と同様の処理が実行されるステップについては同一の符号を付す。ステップＳ１で、出力されるカラオケ伴奏音信号に対応した歌詞データＤ２が表示部４に対して出力されていると判断されない場合に（ＮＯ）、歌唱音声判定部１０はマイクロフォン入力信号の信号レベルが閾値より大きいかどうかを判断する（Ｓ１１）。信号レベルが閾値より大きいと判断する場合には（Ｓ１１でＹＥＳ）、ステップＳ２によって歌唱音声信号がマイクロフォン入力信号に含まれていると判定され、その後は図３で示す処理と同様にステップＳ３及びステップＳ６が実行される。一方、信号レベルが閾値より大きいと判断しない場合には（Ｓ１１でＮＯ）、ステップＳ４によって歌唱音声信号がマイクロフォン入力信号に含まれていないと判定され、その後は図３で示す処理と同様にステップＳ５及びステップＳ６が実行される。

上記構成によって、第２の実施形態では、出力されるカラオケ伴奏音信号に対応した歌詞データＤ２が演奏処理部５から表示部４に対して出力されていると判断されない場合には、入力信号レベルが閾値より大きければマイクロフォン入力信号に歌唱音声信号が含まれていると判定される。歌唱者の中には歌詞の表示がなくても歌唱をする人がいたり、歌唱者の周囲の視聴者が大きな声で話す場合がある。このような場合には、マイクロフォン入力信号に歌唱信号や話し声の音声信号が含まれ、適応フィルタ９２を精度よく適応させるために理想的な状態ではない。第２の実施形態では、かかる場合に、マイクロフォン入力信号が閾値を超えるように閾値を設定することで、歌唱音声信号がマイクロフォン入力信号に含まれると判定し、歌唱音声信号がマイクロフォン入力信号に含まれる場合と同様の取り扱いとすることができる。これによって、第１の実施形態と比較して更に適応フィルタ９２の同定精度を向上させることができる。

そして、出力されるカラオケ伴奏音信号に対応した歌詞データＤ２が出力されていない場合のみ、マイクロフォン入力信号の信号レベルの判断を行えばよいため比較的処理負荷が軽く、歌唱音声信号がマイクロフォン入力信号に含まれるかどうかを判定することができる。

本実施形態は、以下の変形例を採用することができる。

（１）上述した本実施形態では、ステップサイズのみマイクロフォン入力信号に歌唱音声信号が含まれるか否かでその値が異なるように設定されるが、ステップサイズに加えて忘却係数についても同様に設定される構成としてもよい。かかる場合には、例えば忘却係数についても大小二種類の値が設定可能に構成される。そして、歌唱音声判定部１０でマイクロフォン入力信号に歌唱音声信号が含まれていると判定される場合には、歌唱音声判定部１０によって大きい方の値が設定される。一方、歌唱音声判定部１０でマイクロフォン入力信号に歌唱音声信号が含まれていないと判定される場合には、小さい方の値が設定される。この忘却係数は大きく設定される程、更新前のフィルタ係数成分が多く反映され、消極的に適応フィルタ係数の更新が行われるようになる。

（２）上述した実施形態では音声再生処理部８に出力される合成音声信号ｘ（ｋ）と同一のものが遅延部９１に出力されているが、これに限定されない。実施形態では、演奏処理部５が発生したカラオケ伴奏音信号をハウリングキャンセラ９に出力しているが、加算部７をハウリングキャンセラ９よりも後方側（スピーカ３側）に配置し、カラオケ伴奏信号をハウリングキャンセラ９に入力することなくスピーカ３から放音するようにしてもよい。

（３）上述した実施形態では、カラオケ装置１が、マイクロフォン２、スピーカ３及び表示部４を外付けで取り付ける構成であるが、これらを一体的に備える構成であってもよい。また、本実施形態では本発明をカラオケ装置１に適用したものであるがこれに限定されず、例えば、オーディオ機器や、ＡＶ機器等のように音声信号を内部音源で発生してスピーカに入力する機能を備えた拡声装置であればよい。

（４）また、演奏処理部５等の内部音源で発生される音声信号はカラオケ曲伴奏音信号に限定されず、装置内部で発生される音声信号であれば歌唱や楽器の演奏音、合唱音の音声信号等であってもよい。また、外部音源から入力された音声信号は歌唱音声信号に限定されず、例えば話声、楽器（外部音源に対応）の演奏音やオーディオ機器，ＡＶ機器（外部音源に対応）で発生した音声等の音声信号であってもよく、マイクロフォン２を介して入力される音声信号であればよい。この場合には、歌詞データが表示部４に出力される構成ではないため、例えばマイクロフォン入力信号の信号レベルを閾値と比較することで、外部音源からマイクロフォン２に入力された音声信号がマイクロフォン入力信号に含まれると判定するようにすればよい。

（５）なお、上述した実施形態では、マイクロフォン入力信号に歌唱音声信号が含まれないと判定される場合に、判定されない場合に比較してステップサイズを大きくするとともに忘却係数を小さくすることで適応フィルタ９２の適応速度を速くしているが、これに限定されず適応フィルタ９２の更新間隔を速くする構成としてもよい。

（６）なお、本明細書において、「マイクロフォン入力信号の信号レベルが閾値を超えて大きい（閾値より大きい）」か判定されているが、これに替えて「マイクロフォン入力信号の信号レベルが閾値以上」であるか判定されてもよい。

本発明の第１の実施形態にかかるカラオケ装置の概略構成を示すブロック図である。図１の示すフィルタ係数算出部とその周辺の構成を示すブロック図である。図１で示すカラオケ装置が実行する判定処理の一例を示すフローチャートである。第２の実施形態にかかる判定処理の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１カラオケ装置（拡声装置に対応）
２マイクロフォン
３スピーカ
５演奏処理部（内部音源に対応）
９ハウリングキャンセラ
９２適応フィルタ
１０歌唱音声判定部（外部音源判定手段の一例）
Ｄ２歌詞データ
ｄｏ模擬信号
ｄ帰還音信号

Claims

マイクロフォン及びスピーカに接続されるカラオケ装置であって、
音声信号を増幅してスピーカに入力する拡声回路部と、
前記スピーカに入力される音声信号と残差信号に基づいて前記スピーカから前記マイクロフォンへの帰還伝達系を模擬したフィルタ係数を自己設定する適応フィルタを有し、前記スピーカに入力される音声信号を適応フィルタで処理した模擬信号を前記マイクロフォンから入力した音声信号から減算した残差信号を前記拡声回路部に供給するハウリングキャンセラと、
カラオケ曲を演奏する演奏処理部であり、音声信号を発生して前記スピーカに入力する内部音源と、
前記マイクロフォンから入力された音声信号に、前記スピーカから帰還した音声信号以外に歌唱者の歌唱である外部音源から入力された音声信号が含まれるか否かを判定し、この判定結果に応じて前記適応フィルタのフィルタ係数の更新を制御する音源判定手段と、を備え、
前記適応フィルタは、更新前のフィルタ係数に忘却係数を乗じたものと修正量にステップサイズを乗じたものとを加算してフィルタ係数を算出し、この算出したフィルタ係数に更新し、
前記演奏処理部は、カラオケ曲の進行に合わせて歌詞を表示するための歌詞データを表示部に出力し、
前記音源判定手段は、前記演奏処理部が歌詞データを出力しているとき前記マイクロフォンから入力された音声信号に外部音源から入力された音声信号が含まれていると判定し、
前記マイクロフォンから入力された音声信号に前記外部音源から入力された音声信号が含まれないと判定した場合には、前記ステップサイズを大きい値に設定し、前記マイクロフォンから入力された音声信号に前記外部音源から入力された音声信号が含まれると判定した場合には、前記ステップサイズを小さい値に設定することを特徴とするカラオケ装置。
前記音源判定手段は、前記演奏処理部が歌詞データを出力していない場合であっても、前記マイクロフォンから入力された音声信号の信号レベルが所定レベルを超えている場合には、前記マイクロフォンから入力された音声信号に前記外部音源から入力された音声信号が含まれていると判定することを特徴とする請求項１に記載のカラオケ装置。