JP2002504279A

JP2002504279A - 連続周波数ダイナミックレンジ・オーディオ・コンプレッサ

Info

Publication number: JP2002504279A
Application number: JP50241499A
Authority: JP
Inventors: リンデマン，エリック．; ワーラル，トーマス．
Original assignee: オーディオロジックヒアリングシステムズエル．ピー．
Priority date: 1997-06-06
Filing date: 1998-05-01
Publication date: 2002-02-05
Also published as: ATE214224T1; EP0986933B1; DE69804096D1; WO1998056210A1; DE69804096T2; AU7365898A; US6097824A; EP0986933A1

Abstract

(57)【要約】改良されたマルチバンド・オーディオ・コンプレッサ（１０）は広帯域信号と狭帯域信号の両方に対して満足に動作し、フィルタ・クロスオーバ周波数で望ましくないアーチファクトを示さない。コンプレッサは多量にオーバラップしたフィルタバンク（１６）を含み、そのフィルタバンクが本発明の心臓部である。フィルタバンクは入力信号（５６）をフィルタ処理して、多数の多量にオーバラップする周波数帯域（５８）に分ける。周波数帯域の十分なオーバラップによって周波数応答のリップルが低減し、ゆっくりスイープされる正弦波入力信号の場合には、帯域内のオーバラップ量の増加とともに約２ｄＢ、１ｄＢ、または、０．５ｄＢにもまたはそれよりも小さくなる。各帯域は電力推定器（１８）に供給され、その電力推定器がその帯域の電力を積分して電力信号（６０）を生成する。各電力信号がダイナミックレンジ圧縮利得計算ブロック（２０）に送られ、これにより、電力信号に基づいて利得（６２）を計算する。基準化帯域（６４）を生成するために、各帯域にそれぞれの利得が掛けられる。次に、基準化帯域が合計されて出力信号（６８）を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】連続周波数ダイナミックレンジ・オーディオ・コンプレッサ発明の背景発明の分野本発明は音声入力のマルチバンド圧縮の装置と方法に関する。従来技術の説明マルチバンド・ダイナミックレンジ圧縮はオーディオ処理技術ではよく知られている。大雑把に言って、ダイナミックレンジ圧縮の目的は大きな音声をより大きくしないで静かな音声をより大きくすることである（または、言い換えると、静かな音声をより静かにすることなしに、大きな音声をより静かにすることである）。ダイナミックレンジ圧縮の１つのよく知られている使用は補聴器であり、その場合には、大きな音声をさらにより大きくすることなしに低レベルの音声をブーストすることが望ましい。マルチバンド・ダイナミックレンジ圧縮の目的は、様々な周波数帯域で別々に圧縮を制御できるようにすることである。したがって、ゴロゴロという音声、往来の雑音、カクテルパーティのおしやべりなどの大きな周囲の雑音を減衰させながら、音声の子音などの高い周波数の音声をより大きくすることができる。１９９５年１０月１０日に出願された係属中の発明者ＭｅｌａｎｓｏｎおよびＬｉｎｄｅｍａｎｎの「ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＨｅａｒｉｎｇＡｉｄ」という名称の米国特許出願第０８／５４０，５３４号（参照により本明細書に取り入れる）は、多くの従来技術を参照してマルチバンド・ダイナミックレンジ圧縮方法について広範な概要を提供している。図１（従来技術）は従来のマルチバンド・コンプレッサのブロック図を示す。マイクロホン１０４または他のオーディオ・ソースからの入力信号は、複数のバンドパス・フィルタ（ここでは、その中の３つ１０８、１１０および１１２が示される）から構成されるフィルタバンク１０６を使用して周波数帯域に分割される。アナログ補聴器の大抵のマルチバンド・コンプレッサは、２または３の周波数帯域を持つ。電力推定器（１２２、１２４、１２６）は、各周波数帯域（１１４、１１６、１１８）の電力を各バンドパス・フィルタの出力によって推定する。これらの電力推定値が複数の利得計算ブロック（１３０、１３２、１３４）に入力され、利得計算ブロックは周波数帯域１１４、１１６、１１８に適用される利得（１３８、１４０、１４２）を計算する。一般には、利得１３８、１４０および１４２は低電力信号に対してより大きな利得を与え、高電力信号に対してより小さい利得を与える。帯域信号を用いて利得が掛けられ、利得基準化帯域信号（gain scale d band pass signal）１４６、１４８、１５０が加算器１５４で合計されて最終的な出力を生成する。この出力が一般にスピーカまたはレシーバ１５８に供給される。音声信号を周波数帯域に分割する時に、等しい利得が全ての周波数チャネルに適用された場合に、周波数チャネルの合計がスカラ利得係数内で元の入力信号に等しくなるようにフィルタバンクを設計することが好ましい。周波数チャネルの合計の周波数応答はほぼ一定であるべきである。実際に、振幅歪みよりも位相歪みの方がよく我慢できるので、周波数チャネルの合計の振幅周波数応答はほぼ一定であるべきだと言える。リップルは１ｄＢより小さいことが望ましい。図２は帯域チャネルの振幅周波数応答２０１、および上記のように設計されたフィルタバンクの帯域チャネルの合計の振幅周波数応答２０２を示す。米国特許第５，５００，９０２号で、ＳｔｏｃｋｈａｎＪｒ．等は、マルチバンド・コンプレッサの基礎としてちょうどそのようなフィルタバンクを提案している。そのフィルタバンクの帯域中心および帯域幅は、人の耳の臨界帯域に従って大雑把に間隔をあけて配置されている。これは、５００Ｈｚより下で準対数間隔で線形であり、５００Ｈｚより上では対数的である。オーディオ・バンドパス・フィルタは１／３オクターブ以下の帯域分解能を持つことが好ましいことが、米国特許第５，５００，９０２号の第５欄、８〜９行に提案されている。言い換えれば、帯域間の相互作用が殆どない状態で各帯域で独立に圧縮が制御されるように、バンドパス・フィルタは図２に示されているように適度に狭くなければならない。図３は、図２と同じフィルタバンクの周波数チャネルの合計の振幅周波数応答２０２を示すが、Ｙ軸の分解能が高くなっている。残留リップルが１ｄＢよりもかなり小さいことが理解できる。そのようなフィルタバンクに基づいたマルチバンド圧縮システムにホワイトノイズなどの広帯域信号を与えた時に、マルチバンド圧縮システムは各周波数チャネルで同じように利得を調整する。帯域が広いためにより多くの電力を有する高周波のより広帯域が、狭い低周波帯域と等しい利得を生成するように、利得に重み付けされる。この結果、滑らかでフラットな周波数応答が得られる。しかし、そのようなフィルタバンクにゆっくりと周波数スイープされる正弦波曲線などの狭帯域の振動を与えたときには、図４に示されているように、それによって生じる出力応答は全く違っている。正弦波は十分ゆっくりとスイープされるので、コンプレッサの時定数は要因にならない。出力４０１に４．５ｄＢの顕著なリップルが見られる。ここで、振動は周波数スイープする−２０ｄＢの正弦波曲線である。この例の圧縮比は４対１であり、コンプレッサの利得１の点は０ｄＢである。これらの条件下で我々は、コンプレッサが１５ｄＢの利得を生成し、その結果、得られる出力は定数−５ｄＢになると予想できる。明らかに、実際はそうではない。思い出してみると、フィルタバンクは、合計が一定の応答になるように設計される。このことは、隣り合ったバンドパス・フィルタの応答が同じになっているフィルタのクロスオーバ周波数で、帯域応答は−６ｄＢであることを意味している。この点の応答は同じであるから合計は０ｄＢとなり、それによって、全体としてフラットな応答が維持される。しかし、クロスオーバ周波数に正弦波曲線が与えられる時に、電力測定値は同様に帯域中心に対して−６ｄＢとなる。各帯域のコンプレッサがこの−６ｄＢの出力を受けることになり、圧縮比が４対１なので４．５ｄＢの利得が生成され、それが図４に示されているように出力に現れる。圧縮比の小さなシステムでは、リップルはもっと小さくなることに留意する必要がある。１．５の圧縮比ではリップルは約２ｄＢになるであろうが、これではまだずいぶん大きい。周波数が変化する狭帯域信号では、望ましくない可聴震音（audible warble）が発生する。フルート、バイオリンなどの楽音の場合に、確かにこのようになる。音声の個々の倍音（harmonics）が比較的遠く離れ別個の振動のように見える女性や子供の高い音声の場合も同様にそのようになる。有声音化されたスピーチ（voiced speech）のホルマントが周波数スイープされるので、それらは、図４に示される狭帯域リップルによって歪まされる。さらに、聴覚学者はしばしば、様々な周波数の正弦波曲線の純音で補聴器の周波数応答を試験する。図４の応答の場合には、その試験の結果は明らかに妥協して処理される。説明のために図５では、帯域の数を３つの帯域５０１，５０２および５０３に減らした。これは図２の構成よりも帯域は相当に少ないが、フィルタ帯域は従来と同じ様にオーバラップし、リップルまたは震音の問題は、図２の構成と同じまま残っている。図５では、各フィルタに異なった記号を使用して、フィルタ伝達関数がプロットされている。このようにして、周波数帯域５０１は正方形でプロットされ、周波数帯域５０２は三角形でプロットされ、周波数帯域５０３はアスタリスクでプロットされている。図５の構成の帯域遷移は比較的急峻であり、５０４で示されているように、フィルタの振幅周波数応答の合計が一定になること（その構成が広帯域周波数応答であることを示す）を保証するのに丁度十分なだけのオーバラップがある。しかし、図６に示されているように、４対１のコンプレッサのゆっくりスイープされる正弦波に対する応答６０１は、ちょうど図４に見られたような、４．５ｄＢのリップルをはっきりと示している。狭帯域入力に対するこの不満足な応答は、バンドパス・フィルタ間に比較的狭い遷移帯域（従来のオーバラップ）を有する任意のコンプレッサについて言えることである。特に、２以上の周波数チャネルを有するディジタルおよびアナログ両方の補聴器について言えることである。当技術では、狭帯域信号および広帯域信号に対して満足に動作するマルチバンド・ダイナミックレンジ・コンプレッサが必要とされている。発明の概要本発明の目的は、狭帯域信号および広帯域信号に対して満足に動作するマルチバンド・ダイナミックレンジ・コンプレッサ（また、連続周波数マルチバンド・コンプレッサと呼ばれる）を提供することである。本発明は、広帯域信号と狭帯域信号の両方に対して満足に動作し、フィルタ・クロスオーバ周波数で望ましくないアーチファクトを示さない連続周波数コンプレッサと呼ばれる新しい型のマルチバンド・コンプレッサである。本発明の連続周波数マルチバンド・コンプレッサは、十分にオーバラップした周波数帯域を有する複数のフィルタを含む改良されたフィルタバンクを含み、周波数応答のリップルを低減し、ゆっくりスイープされる正弦波の場合には約２ｄＢより下に低減し、さらにオーバラップ量に依存して任意のｄＢより下の低レベルまで低減する。本発明は、音声信号をフィルタ処理する複数のフィルタを含むフィルタバンクを備えたタイプの改良されたマルチバンド・オーディオ・コンプレッサであって、当該フィルタが音声信号をフィルタ処理して複数の周波数帯域にするものであり、当該フィルタバンクはさらに、各周波数帯域の電力を推定して各帯域の電力信号を生成する複数の電力推定器と、各帯域に付随する電力信号に基づいて各帯域に適用すべき利得を計算する複数の利得計算器と、各利得をその付随帯域に適用して利得適用帯域を合計する手段とを含んでいる。本発明に係るコンプレッサの改良点は、改良され多量にオーバラップした、複数のフィルタを含んだフィルタバンクを含んだことであり、当該フィルタは、ゆっくりスイープされる正弦波入力信号に対しては、従来通りにオーバラップしたフィルタバンクの半分未満のｄＢまで、周波数応答におけるリップルを低減するのに十分にオーバラップした周波数帯域を有する。例として、フィルタバンクの圧縮比が少なくとも約４のときに、リップルは約２ｄＢよりも小さい。圧縮比が１．５と４の間のときに、リップルは約１ｄＢよりも小さくなる。フィルタバンクは、フーリエ変換の狭いビン（bin）がフィルタバンクのチャネルを形成するオーバラップする組にグループ分けされる短時間フーリエ変換システムとして実施されてもよい。もしくは、フィルタバンクは、ＩＩＲフィルタバンク、ＦＩＲフィルタバンク、またはウェーブレット・フィルタバンクとして実施されてもよい。本発明を、補聴器のディジタル信号処理部の一部として、ディジタル補聴器で使用してもよい。図面の簡単な説明図１（従来技術）は、従来通りにオーバラップしたバンドパス・フィルタを有する従来技術のマルチバンド・ダイナミックレンジ・コンプレッサのブロック図を示す。図２（従来技術）は、非常に多数の従来通りにオーバラップしたフィルタを有する図１の従来のコンプレッサの実施形態のバンク構造および動作（または、周波数チャネルの合計の振幅周波数応答）を示す。図３は、図２よりも高分解能で図２の従来のコンプレッサの広帯域動作を示す。図４は、狭帯域スイープ入力信号の場合の図２の従来のコンプレッサの動作を示す。図５（従来技術）は、広帯域入力信号の場合で３つのフィルタを有する図１の従来のコンプレッサの実施形態のフィルタバンク構造および動作を示す。図６は、狭帯域スイープ入力信号の場合の図５の従来のコンプレッサの動作を示す。図７は、本発明に係る多量にオーバラップしたバンドパス・フィルタを有するマルチバンド・ダイナミックレンジ・コンプレッサのブロック図を示す。図８は、広帯域入力信号の場合の多少オーバラップしたフィルタを有する図７のコンプレッサの実施形態のフィルタバンク構造および動作を示す。図９は、狭帯域スイープ入力信号の場合の図８の実施形態の動作を示す。図１０は、広帯域入力信号の場合の多量にオーバラップしたフィルタを有する図７のコンプレッサの実施形態のフィルタバンク構造および動作を示す。図１１は、狭帯域スイープ入力信号の場合の図１０の実施形態の動作を示す。図１２は、図７の多量にオーバラップしたバンドパス・フィルタを有するマルチバンド・ダイナミックレンジ・コンプレッサを使用するディジタル補聴器を示す。図Ａ１から図Ａ７は、付録で説明される数学的原理の説明図である。好ましい実施形態の詳細な説明添付の付録は、従来のマルチバンド・コンプレッサの狭帯域入力信号に対する周波数応答の詳細な数学的解析を示す。この解析を使用して図４および図６に示される問題の解決策を見出したが、ここでは、従来型のオーバラップしたフィルタバンクにより、正弦波スイープなどの狭帯域信号に対する周波数応答に大きなリップルが生じている。解決策は、バンドパス・フィルタ間のオーバラップ量を相当量大きくすることを含む。必要なオーバラップの正確な量は、バンドパス・フィルタの遷移帯域（transition bands）の帯域幅と急峻さによる。図７から図１１は、フィルタバンクのオーバラップを大きくする効果を図示する。図７は、本発明に係る改良されたマルチバンド・ダイナミックレンジ圧縮装置（または、連続周波数ダイナミックレンジ・オーディオ・コンプレッサ）１０を示す。オーディオ入力信号５２がマイクロホン１２に入り、当該マイクロホンが入力信号５４を生成する。好ましい実施形態では、信号５４はアナログ−ディジタル変換器１５でディジタル信号に変換され、ディジタル信号５６が出力される。別の方法として、アナログ要素で本発明を実施することもできる。ディジタル信号５６は、本発明の心臓部であるフィルタバンク１６に入力される。好ましい実施形態では、当該フィルタバンクは短時間フーリエ変換システムとして実施され、フーリエ変換の狭いビンがフィルタバンクのチャネルを形成するオーバラップする組にグループ分けされる。しかし、ウェーブレット、ＦＩＲフィルタバンク、およびＩＩＲフィルタバンクを含むフィルタバンクを構築する多くの方法について文献にきちんと典拠が示されており、その任意の方法を本発明のフィルタバンク設計の基礎として使用できることは当業者には明らかであろう。フィルタバンク１６は、信号５６をフィルタ処理して多数の多量にオーバラップした帯域５８にする。周波数帯域数とそのオーバラップ選択の背後にある理論を、この節の終わりの付録で詳細に示す。各帯域５８を電力推定ブロック１８に供給し、そこで帯域の電力を積分して電力信号６０を生成する。各電力信号６０をダイナミックレンジ圧縮利得計算ブロックに送り、そこで、所定の関数に従って電力信号６０に基づいて利得６２を計算する。電力推定ブロック１８および利得計算ブロック２０は従来のものであり、当技術分野ではよく知られている。乗算器２２は、各帯域５８にその各利得６２を掛けて基準化帯域（scaled ban d）６４を生成する。加算器２４で基準化帯域６４を合計して出力信号６８を生成する。出力信号６８は補聴器（図示されない）のレシーバに供給してもよいし、または、さらに処理してもよい。図８は、広帯域入力信号の場合の、多少オーバラップしたフィルタを有する図７のコンプレッサの実施形態のフィルタバンク構造および動作を示す。図８では、フィルタ帯域の数が図５の構成の場合より増えて、５つのフィルタ８０１〜８０５になっている。フィルタの帯域幅は変っていないので、図５の構成よりもフィルタはかなり多量にオーバラップしている。言い換えると、図５の元のフィルタはそのままであり、元のフィルタに新しいフィルタの組をはさみ込んで（inte rleave）、隣合うフィルタ間のオーバラップを相当に多くしている。フィルタ８０１はダイアモンド印でプロットされ、フィルタ８０２は×でプロットされ、フィルタ８０３は円でプロットされ、フィルタ８０４はプラスでプロットされ、フィルタ８０５はアスタリスクでプロットされている。図８のより多量にオーバラップしたフィルタの組に関して、４対１コンプレッサの正弦波スイープ応答９０１が図９に示される。リップルは４．５ｄＢからほぼ２ｄＢに低減した。図８の構成で１．５の圧縮比を使用すると、リップルは約２ｄＢから１ｄＢよりも小さくなるだろう。図１０では、フィルタの帯域幅を変えないで、フィルタの数を図５および図８の構成よりも増やして１１個のフィルタにした。フィルタ１００１はダイアモンド印でプロットされている。フィルタ１００２は左向きの三角形でプロットされている。フィルタ１００３は下向きの三角形でプロットされている。フィルタ１００４は×でプロットされている。フィルタ１００５は円でプロットされている。フィルタ１００６は再び×でプロットされている。フィルタ１００７は正方形でプロットされている。フィルタ１００８はプラスでプロットされている。フィルタ１００９は再び左向き三角形でプロットされている。フィルタ１０１０はアスタリスクでプロットされている。フィルタ１０１１は再びプラスでプロットされている。図１１は図１０のコンプレッサ構成の正弦波スイープ応答１１０１を示す。リップルは、４対１コンプレッサで１／２ｄＢよりも少なくなったことが分かる。１．５の圧縮比の場合には、リップルは１／４ｄＢよりも少なくなるだろう。図１２は、図７の多量にオーバラップしたフィルタバンク１６を有する連続周波数ダイナミックレンジ・オーディオ・コンプレッサ１０を利用するディジタル補聴器を示す。図１２の補聴器は、音声を検出し、当該音声をアナログ電気信号に変換するマイクロホン１２０２を含む。アナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１２０４は、このアナログ電気信号をディジタル信号に変換する。ディジタル信号処理装置（ＤＳＰ）１２０６は、このディジタル信号に対して様々な種類の処理を行う。ＤＳＰは、図７に示されているように、多量にオーバラップしたフィルタバンク１６を有するオーディオ・コンプレッサ１０を含む。ＤＳＰ１２０６からの処理されたディジタル信号を、ディジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換器１２０８でアナログに変換し、スピーカ１２１０で音声信号として補聴器装着者に送り出す。付録では、フィルタのオーバラップの増加によってリップルが劇的に低減する理由を詳細に解析する。ここで、その理由の概要を示す。入力として入力信号の電力スペクトルを受取って、出力として周波数に依存した利得を生成する種類のブラックボックス・フィルタとして、マルチバンド・コンプレッサの利得を計算することを考える。このブラックボックスの入力と出力は周波数の連続関数として考えることができる。ブラックボックスの中で、離散した多くの周波数帯域の電力を推定する。言い換えると、連続した電力スペクトルを多数のサンプル点に換算する。次に、これらの離散電力スペクトル・サンプルの１つずつに対応する利得値を計算し、その結果、離散した利得点の組ができる。すべての周波数に利得を適用しなければならないので、これらの離散利得値を周波数範囲全体にわたって補間して連続した利得関数を生成する。この利得補間は、バンドパス・フィルタの出力に利得を適用し、その出力を合計する過程に潜在的に含まれる。電力スペクトルをサンプリングして利得を補間するという点から、マルチバンド圧縮を解釈することで、狭帯域応答の問題を洞察することができる。時間領域の関数をサンプリングする時に、最初にその関数をサンプリング周波数の２分の１の周波数で帯域制限しなければならないことがわかっている。周波数領域で電力スペクトルをサンプリングしているので、周波数領域電力スペクトルの時間領域の表現を最初に制限しなければならないと仮定するのが合理的である。これは、正にサンプリング前に時間領域関数の周波数領域の帯域幅を制限することの双対である。時間領域関数の周波数応答を帯域制限する時に、時間領域の関数をローパス・フィルタのインパルス応答で畳み込む。電力スペクトルを時間制限する時に、周波数領域のそれをローパス・フィルタのインパルス応答で畳み込む。バンドパス・フィルタの出力で電力を測定することで電力スペクトルをサンプリングする時に、電力スペクトルを周波数にわたって実効的に積分しているが、最初にバンドパス・フィルタの振幅２乗周波数応答を用いて電力スペクトルを掛け、すなわち窓付け（windowing）する。次の周波数帯域について演算（operation）を繰返す時に、それは、まるで周波数領域の帯域窓（band pass window）を新しい中心点に移動して積分処理を繰返すようなものである。電力スペクトルに窓を付け、積分し、次に窓を移動し、再び積分する等のこの動作は、実際には、周波数領域の電力スペクトルを帯域窓で畳込み、この畳込み結果をサンプリングしている。これは、サンプリング前のローパス・フィルタ処理と同じである。準対数間隔でバンドパス・フィルタを使用するので、帯域窓を電力スペクトルにわたって移動するときに、帯域窓の幅および変位を変えることは、サンプリング・システムのサンプリング・レートおよびローパス・フィルタ応答を絶えず変えていることを意味する。それにもかかわらず、なお、サンプリング規則は適用される。周波数領域のサンプリング間隔、すなわちＨｚの単位のバンドパス・フィルタの帯域間隔は、バンドパス・フィルタの振幅２乗周波数応答の逆変換のサンプル長で１を割ったもの以下でなければならないことを付録で示す。これは、帯域通過インパルス応答の自己相関で１を割ったものと同じである。インパルス応答は、その末端に向かって振幅が当然小さくなり、したがってその自己相関を行う。自己相関の長さは、ある任意の最小値、例えばピーク値から６０ｄＢ下の値よりも上の全ての値を含む長さである。このことは、バンドパス・フィルタの周波数応答によって圧縮システムの狭帯域リップルをなくすために必要な帯域数が決まることを示している。この条件を厳密に守れば、その結果、理論的には狭帯域応答のリップルは完全になくなる。実際には、このリップルを完全になくす必要はないので、我々は妥協することができる。それにもかかわらず、図５の代表的な３バンド・フィルタバンクで理解したように、フィルタの帯域幅を変えないで帯域の数を大幅に（１１帯域に）増やしてはじめて、図１０に示されているようにリップルをｄＢよりも小さいレベルに低減できる。したがって、バンドパス・フィルタ間の従来のオーバラップでその帯域通過応答の合計が定数になる従来のフィルタバンクをはじめとして、帯域数を約３倍に増やして、狭帯域振動に対して十分に小さなリップルを保証しなければならない。図２および図５に示されているようなフィルタバンクのバンドパス・フィルタの組の−６ｄＢクロスオーバ周波数点がｆ（ｋ）（ｋ＝１、．．．Ｎ）であるとして、従来通りにオーバラップしたフィルタバンクは、その中の各バンドパス・フィルタがｆ（ｋ）に−６ｄＢクロスオーバ点を有し、ｆ（ｋ＋１）以前にその阻止域減衰に達するようなフィルタバンクであると定義する。マルチバンド圧縮システムの狭帯域リップルを低減する条件を、入力電力スペクトルに適用されたサンプリング理論の点から定義した。帯域で制限された連続時間領域信号を正しくサンプリングする時に、サンプルから連続時間領域信号を再生することができるので、情報損失はないと言える。その上、サンプリングされた信号に行われるどのような線形フィルタ処理も、連続再生信号の線形フィルタ処理として見える。したがって、出力信号にサンプリングの境界の効果は見られず、システムを連続時間フィルタを実施するものと考えることができる。同様に、マルチバンド圧縮システムの連続電力スペクトルを正しく時間制限してサンプリングする時に、圧縮信号に帯域エッジの効果は見られず、システムを周波数が連続なシステムであると考えることができる。これは連続周波数コンプレッサである。本発明の例示的な好ましい実施形態がここに詳細に説明されているが、当業者は、特に言及したもの以外に、本発明の精神の範囲内にある様々な変化、追加および応用を察知するであろう。付録序この付録では、本発明の理論的な基礎を説明する。最初に１〜４節で、従来のマルチバンド・オーディオ・コンプレッサの背景と狭帯域入力信号に関する問題について述べる。次に５〜１１節で、狭帯域入力信号に関する問題を解消する新しい方式について説明する。代表的な（従来の）マルチバンド・オーディオ・コンプレッサ（ＴＭＣ）は、入力信号をサブバンドに分割するフィルタバンク、各サブバンドの電力を推定する電力推定器、各サブバンドの電力に基づいてその福帯域の時間変化利得を生成する圧縮利得関数、およびサブバンド利得を各サブバンドに適用し、サブバンドを合計してコンプレッサ出力を生成するミクサから成る。実現可能なフィルタバンクには有限なオーバラップする遷移帯域がある。狭帯域信号（例えば、正弦波）が遷移帯域近傍にある時は、各帯域の電力推定値は同じ狭帯域信号がその帯域の中心にある時よりも小さい。電力推定値が小さいために、各帯域の利得は大きくなる。スイープされる正弦波曲線の場合には、遷移帯域近傍でシステムの振幅応答にバンプ（bump）を生じる。広帯域入力ではそのようなバンプは見られない。この付録では、電力スペクトルのサブバンド分割を周波数領域でのフィルタ処理とサンプリングの関数として解析できることを証明する。周波数領域のサンプリング間隔は、時間エリアシングが起こらないように十分大きくなければならない。この解析に従ってサンプリング・レートを増大する時に、狭帯域のバンプがなくなる。付録の目次表１．代表的なマルチバンド・コンプレッサ（ＴＭＣ）の定常状態振幅周波数応答２２．圧縮比２３．例：簡単な２バンドＴＭＣ３４．周波数領域サンプリング・システムとしてのマルチバンド・コンプレッサ７５．実数信号と複素信号１０６．正弦波応答１０７．周波数領域サンプリング条件を考慮した２バンドＴＭＣ１１８．シフト不変性１３９．対数間隔帯域への拡張１３１０．結論１３１１．付録Ａ：正弦波応答のＭＡＴＬＡＢシミュレーション１４１．代表的なマルチバンド・コンプレッサ（ＴＭＣ）の定常状態振幅周波数応答代表的な（従来の）マルチバンド・オーディオ・コンプレッサ（ＴＭＣ）の振幅周波数応答は適応性があり、入力信号の周波数依存電力分布の関数である。定常状態の入力に対して、ＴＭＣのｂ番目のチャネルの適応振幅応答または周波数依存圧縮利得は、である。ここで、Ｈ_b（ωＪ）はＴＭＣのｂ番目の固定バンドパス・フィルタの周波数応答であり、ｆ（．）は瞬時のメモリレス（memoryless）圧縮非線形利得関数である。はｂ番目チャネルの出力における電力である。ここで、Ｘ（ω）は入力信号の定常状態スペクトルである。全帯域ｂについてＨ_b（ωＪ）が線形位相であれば、合成ＴＭＣ振幅応答、または周波数依存圧縮利得は個々のサブバンド応答の合計である。すなわち、２．圧縮比圧縮利得ｆ（Ｐ_b）をフィルタＨ_b（ωＪ）の出力に適用すると、基準化信号の電力はＰ_outであり、となる。帯域ｂの圧縮比はフィルタＨ_b（ω）の出力においてｄＢで測定した電力、すなわちｄｂ（Ｐ_b）と圧縮利得が適用された後のｄＢ単位の電力、すなわちｄｂ（Ｐ_out）との比である。よって、となる。ここで、である。線形利得ｇを適用することによる電力のｄｂ変化はｄｂ（ｇ²）であり、ｄＢ＿ｇａｉｎと呼ぶ。したがって、であり、ｆ（Ｐ_b）は圧縮利得であるから、（４）、（５）、（６）を組合せ、代数処理を行ってｄＢ＿ｇａｉｎの式が得られる。すなわち、となり、（７）と（８）より、圧縮利得関数の式が得られる。よって、となる。例えば、Ｐ_b＝１６、したがってｄｂ（Ｐ_b）≒１２ｄＢおよびｃｒａｔｉｏ＝４であれば、ｄｂ（Ｐ_out）＝１２／４＝３ｄｂまたはＰ_out＝２であると考えられる。（９）より、ｆ（Ｐ_b）≒３５３６となり、そして（４）から所望の通りに１６・（．３５３６）²≒２となる。Ｐ_b⇒０のときにｆ（Ｐ_b）は益々大きくなるが、Ｐ_b＝０ではｆ（Ｐ_b）＝０である。この特異性はさておき、Ｐ_bが小さくなるとｆ（Ｐ_b）が制御不能に大きくなることは、他の領域にとって望ましくない。それによって、Ｈ_b（ω）の阻止域が増幅されるが、この阻止域では周波数応答は全然フラットではないサイドローブから成る。さらに、現実的な環境では、極めて静かな周囲の音声および電気的な音声（マイクロホンのプリアンプ・ノイズなど）の過度な増幅によって、コンプレッサの音声が雑音を含んだものになる。このような理由で、低レベル圧縮屈曲点（compression knee）が次のように定義される。すなわち、Ｐ_b＞ＫＮＥＥのとき．．．．．．．．（９）の通りｆ（Ｐ_b）である。したがって、圧縮屈曲点より小さい入力電力について利得は線形である。３．例：簡単な２バンドＴＭＣ２バンドＴＭＣを考えてみよう。ｂ∈〔０，１〕に対してＨ_b（ωＪ）は、１６タップの電力対称なローパスＦＩＲとハイパスＦＩＲのペアを含む。２つのフィルタの振幅周波数応答を図Ａ１に示す。ローパスおよびハイパス・フィルタの振幅応答の合計は全周波数にわたって１である。圧縮利得関数は（９）で定義される。入力電力Ｐ_b＝１．０に対して圧縮利得は１であり、全体的にｃｒａｔｉｏ圧縮を行う。入力Ｘ（ｔ）＝ガウス白色雑音であり、帯域が２つのフィルタ帯域のクロスオーバ周波数ｆ_cの２倍に限定され、各帯域のＰ_bが３つの異なる入力レベルに対して１．０、．５²、．２５²となるように入力レベル調整されており、さらにｃｒａｔｉｏ＝２．０であれば、３つの入力レベルに対する合成のｄＢ＿ｇａｉｎ＝ｄｂ（Ｇ（ω）²）の応答は図Ａ２に示される。入力雑音の振幅σが半分（電力が−６ｄＢ）になると、コンプレッサが３ｄＢと６ｄＢのｄｂ＿Ｇａｉｎを適用して電力損失の半分を補償することが分かる。期待されたように、入力白色雑音に対する合成応答はフラットである。フィルタは電力相補的で線形位相であることから、２つのフィルタの振幅応答合計は全ての周波数で１である。こういうことなので、遷移帯域の中心で各フィルタの振幅応答は．５である。電力が１の正弦波曲線入力を仮定しよう。正弦波曲線が帯域の中心にあれば、Ｐ_b=Ｐ_out=1.0⇒0db となる。次に、正弦波曲線が２つのフィルタ帯域の遷移帯域の中心にあると仮定しよう。各帯域で、．５で振幅を基準化する。したがって、各帯域で、Ｐ_b=.5²=.25⇒-6db となる。ｃｒａｔｉｏ＝２．０なので、コンプレッサはｄｂで電力損失を半分補償し、各帯域の電力を−３ｄｂにブーストする。２つの帯域が加えられると振幅が２倍になり、これによって、全電力が４倍に増加し、Ｐ_out=2.0⇒3db となる。これは、正弦波曲線が１つのフィルタ帯域の中心にあった場合に対して、電力が倍増している。このことは、上記の式を使用して証明することができる。もし、Ｐ_b＝．２５であれば、各帯域で．５で振幅基準化を行うために、（９）は、となる。これによって、（４）から、チャネル当たりのＰ_outは、となる。２つのチャネルの振幅を加えることで、予測したように、となる。遷移帯域でｄＢ＿ｇａｉｎに望ましくない３ｄｂのこぶ（hump）がある。図Ａ３は、３ｄｂのバンプ（bump）がある全ての周波数の正弦波曲線に対する合成ｄＢ＿ｇａｉｎ応答を示す。０とπ付近のより小さなバンプは、図３Ａを計算するために低レベル圧縮屈曲点を使用しなかったので、阻止域のサイドローブの過度な増幅による。４．周波数領域サンプリング・システムとしてのマルチバンド・コンプレッサマルチバンド・コンプレッサを解析する一般的な方法は次のように表すことができる。１．フィルタ中心周波数をｆ_CENTER＝０に設定する。２．試作ローパス・フィルタの中心をｆ_CENTERに合せるように試作ローパス・フィルタをシフトし、それを入力信号に適用する。３．２．の２乗出力を周波数にわたって積分し、電力推定値を生成する。４．３から圧縮利得を計算する。５．圧縮利得を２の出力に適用する。６．フィルタの中心周波数をｆ_CENTER＝ｆ_CENTER＋Ｓに設定する。ここで、Ｓは周波数領域のサンプリング間隔である。フィルタがまだ興味のある音声周波数の範囲にある時は、ステップ３〜６を繰返す。７．全てのフィルタ出力端子の出力を合計する。実は、上のステップ６は少し紛らわしい。というのは、実際には、フィルタの中心周波数を正の周波数方向と負の周波数方向の両方にシフトしてフィルタの中心周波数を現実の入力信号（real input signal）に対して適正にする必要があるためである。前節で説明した簡単な２バンド・マルチバンド・コンプレッサでは、周波数領域のサンプリング間隔はπである。というのは、ディジタルシミュレーションではフィルタの中心はＤＣとナイキスト（サンプリング・レートの２分の１）に位置付けられ、試作ローパス・フィルタＨ（ω）の帯域幅もπのためである。Ｓ⇒０のときに、フィルタをシフトし電力を積分する繰返し演算（operation ）は、入力電力スペクトルに関するローパス・フィルタの２乗応答の周波数領域での連続畳込みに等しくなる。実際に、マルチバンド・コンプレッサをこの連続畳込みの周波数領域における間隔Ｓのサンプリングと見ることができる。サンプリングによって周波数領域のインパルス列が生じ、各インパルスの高さがそのインパルスの周りに中心があるフィルタの電力推定値を表す。非線形利得圧縮関数がこのインパルス列に適用され、利得値のインパルス列が生じる。各利得インパルスを使用して、その利得インパルスの周りに中心があるフィルタの出力を基準化する。シフトされたフィルタを基準化するために利得インパルス列を使用するこの演算は、周波数領域において試作フィルタで利得インパルス列を畳込むことに等しい。マルチバンド・コンプレッサのこのような考察は、図Ａ４に示されているように、入力が電力スペクトルであり、出力が周波数に依存した圧縮利得であるフィルタ処理のフロー・グラフとして見ることができる。もう一度説明すると、入力電力スペクトル｜Ｘ（ω）｜²を周波数領域で試作ローパス・フィルタ｜Ｈ（−ω）｜²の振幅２乗応答で畳込む。これは、入力電力スペクトルの平滑化に相当する。平滑化された電力スペクトルＰ（ω）が周波数領域でサンプリング間隔Ｓでサンプリングされる。離散したサンプリング・スペクトルＰ_bが圧縮非線形性ｆ（．）を受けて、離散した圧縮利得インパルス列Ｇｂを生成し、当該インパルス列が周波数領域でフィルタＦ（ω）で畳込まれて連続圧縮利得Ｇ（ω）を生成する。このシステムの自由度は、試作ローパス・フィルタＨ（ω）の形と幅、Ｈｚの単位の周波数領域のサンプリング間隔Ｓ、圧縮非線形性ｆ（．）の形、ローパス・フィルタＦ（ω）の応答である。この場合に、一様なフィルタ帯域幅周波数領域サンプリング間隔Ｓを仮定した。有用な実施では、帯域間隔が臨界帯域レート（Critical band rate）に追従するように両方が周波数と共に変化する。しかし、このモデルを簡単に示すために線形帯域間隔を続けて想定する。その結果を任意の帯域間隔に一般化することができる。周波数領域のサンプリング間隔Ｓで、Ｈ（ω）の幅と形と共に圧縮帯域間のオーバラップ量を定める圧縮帯域数が定められる。圧縮利得関数ｆ（．）はメモリレス（memoryless）関数である。すなわち、単一入力電力値ごとに、その単一入力電力値だけに依存する単一利得値を生成する。このために、図Ａ４のサンプリング関数と圧縮利得関数は交換可能であり、図Ａ４を図Ａ５に示されているように配列し直すことができる。図Ａ５において、Ｆ（ω）は、サンプリング後にＧ’（ω）を近似的に再生する補間フィルタである。Ｇ’（ω）は周波数にわたって連続した理想的な圧縮利得である。任意のサンプリング・システムで、Ｇ’（ω）のサンプリング前には帯域制限しなければならない。周波数領域でサンプリングしているので、Ｇ’ （ω）を時間制限して時間エリアシングが起きないようにしなければならないというのがより適切である。畳込み｜Ｘ（ω）｜²＊｜Ｈ（ω）｜²は、自己相関関数｜Ｘ（ω）｜²の逆変換とＦＩＲ試作係数の自己相関関数｜Ｈ（ω）｜²の逆変換との時間領域での掛け算に相当する。ＦＩＲの自己相関は有限なので、この掛け算は時間制限または時間窓付け演算（operation）に対応する。これは双対性によって説明される。すなわち、非線形性は時間幅拡張器として機能する（例えば、ｆ（．）＝Ｘ²で時間幅を２倍にする）。入力が白色雑音のときに、自己相関は非常に制限された範囲（理想的には、インパルス）でゼロでないので、時間制限は保証されている。正弦波曲線または非常に長いセロでない自己相関（例えば、無限長）を持つ他の周期的な入力については、周波数領域のサンプリング間隔は非線形性による拡張係数を掛けたＦＩＲ自己相関の時間幅の逆数に等しいか、または大きくなければならない。ここで、非線形による拡張係数Ｈｚの単位のサンプリング間隔である。これらのサンプリング条件が満たされなければ時間領域エリアシングが起き、これによって、２バンド・マルチバンド・コンプレッサの３ｄＢのバンプ（bump ）の場合のような狭帯域アーチファクトが生じる。これらのサンプリング条件の点から２バンド・マルチバンド・コンプレッサのケースを解析するが、最初に図Ａ５の数学的表現を定義する。図Ａ５を次のような関数形式で書くことができる。ここで、Ｇ’（ω）は試作ローパス・フィルタによる入力電力スペクトルの連続周波数領域畳込みの非線形圧縮関数を定め、Ｇ（ω）は、フィルタ中心周波数でＧ’（ω）の離散サンプリング値で重み付けされた個々のシフトされたフィルタＦ（ω−ｂＳ）の合計である。留意しなければならないことは、（１１）で従来の畳込みの表記に対してＨ（．）の引き数（arguement）の符号を反転したことである。その理由は、我々の目的では、Ｈ（．）は畳込み演算でインパルス応答として使用するために反転しなければならない窓を示すからである。５．実数信号と複素信号前節の解析についてまだ問題がある。先ず、入力は周波数φの複素指数関数であり、それで電力スペクトル｜Ｘ（ω）｜²がω＝φでインパルスであると想定しよう。平滑化されたスペクトルは、φに中心がある｜Ｈ（ω）｜²をシフトしたバージョンのように見えるだろう。｜Ｈ（ω）｜²の中心がどこにあろうとも、それは同じ形をしており、適当に周波数シフトしたバージョンＧ（ω）を生成する。我々は、その周波数が何であろうと同じ圧縮利得（帯域を等しく重み付けすると仮定する）を受ける任意の周波数の複素指数関数を欲しているので、これは適切である。次に、入力は周波数φの実数の正弦波曲線であり、そして電力スペクトル｜Ｈ（ω）｜²はω＝±φに中心がある２つのインパルスからなると仮定しよう。平滑化されたスペクトルは、今、２つのシフトされた｜Ｈ（ω）｜²のコピーの重ね合せ（superposition）になる。φと｜Ｈ（ω）｜²の幅によって、２つのシフトされた｜Ｈ（ω）｜²のコピーはオーバラップするかもしれないし、またはオーバラップしないかもしれないが、最も低い周波数に対して２つのほぼ完全にオーバラップする｜Ｈ（ω）｜²の和から成る１つの大きなこぶ（hump）をつくり、より高い周波数に２つの独立した｜Ｈ（ω）｜²のこぶをつくる。結果として生じた平滑化されたスペクトルを非線形関数｜Ｈ（ω）｜²に通す時に、圧縮利得はφによって異なる。非線形関数は重ね合せに従わないということから当然このようになる。２つのこぶの合計の関数は、こぶがオーバラップする場合の２つのこぶの関数の合計に等しくない。結果として、高周波よりもＤＣ付近の電力が大きくなる。周波数領域のサンプリング間隔がどうであろうと、この問題が存続することに留意する必要がある。一般に、複合音声での場合などの様々な複素指数関数の周波数が重畳される時には、非線形性は問題ではない。というのは、周波数が近い２つの音声に適用された圧縮利得が、周波数が遠く離れた２つの音声に適用された圧縮利得と同じであることを我々は必要としないし、または欲しないからである。この問題に対処する１つの方法は、入力信号のヒルベルト変換のスペクトルについて電力解析を行うことであり、その結果、エネルギは正の周波数か負の周波数だけにあって両方にはない。この方法では、重ね合わせ（superposition）の問題はない。この論文の残りの部分でこの方法を想定する。６．正弦波応答入力信号のヒルベルト変換に基づいた圧縮利得計算を想定しているので、この節では複素指数関数に対する応答を取り扱う。上記のように、入力電力スペクトル｜Ｈ（ω）｜²はω＝φにおけるインパルスである。簡単にするために、このインパルスの振幅は１であると仮定するので、（１１）を使用してｂＳに中心があるフィルタの圧縮利得を見い出す。すなわち、であり、次に、ω＝φにおける合成圧縮利得は、対応する圧縮利得値Ｇ’_sin（ｂＳ）で重み付けされた様々なシフトされたω＝φにおける各フィルタＦ（ω− ｂＳ）応答の合計であり、となる。複素指数関数について、他には入力エネルギがないのでω＝φにおける圧縮利得だけを扱っている。変化するφについてＧ_sin（φ）をプロットすることができる。これはシステムのスイープ音声応答に似ている。７．周波数領域サンプリング条件を考慮した２バンドＴＭＣ上記の２バンドＴＭＣにおいて、サンプリング間隔は図Ａ１に示す試作ローパス・フィルタＨ₀（ω）の隅の周波数である。Ｓが｜Ｈ（ω）｜²の逆変換の時間幅、すなわちｒ_hh（τ）を占有する（account for）だけ十分に小さいかどうかを決定することは興味がある。ｌｎｈ（ｔ）＝ＩＦＴ（Ｈ₀（ω））をｈ（ｎ）、すなわち１６タップ離散時間ＦＩＲフイルタで近似すると、となる。ここで、２・π＝サンプルレートである。原理的には、ｒ_hh（ｎ）の長さは、２・１６−１＝３１サンプルである。したがって、となる。Ｓ＝πに選ぶと、時間エリアシングが起きないようにするのに必要とされるより１５．５倍大きいように思われる。しかし、図Ａ６でｒ_hh（ｎ）をプロットし、中点値から約１０サンプルで急激に減衰し、したがって、時間窓として、その実効的な長さは２０サンプルにより近いことが分かるので、となる。これは、Ｓが元のＴＭＣシステムのサイズの１０分の１であることを依然として必要とする。しかし、シミュレーションで理解されるであろうが、Ｓはこの値よりももっと大きくてもよい。というのは、システムはある量の時間エリアシングに対して比較的許容度があるからである。（１４）の離散近似を使用して、上記の１６タップ・ローパスＦＩＲＨ₀（ω ）の場合の変化するＳに対するｄｂ（｜Ｇ_SIN（φ）｜²）を計算する。これが、４対１の圧縮比の場合について図Ａ７に示されている。Ｓ＝２π／２は２バンド・コンプレッサに相当する元の２バンドＴＭＣサンプリング間隔である。Ｓ＝２π／４では、０と２πの間に４帯域あるが、これは３つの実圧縮帯域（real compression band）に相当する。同様に、Ｓ＝２π／８は５つの実圧縮帯域に相当する。８．シフト不変性複素指数関数に関して、適当にサンプリングを行えば図Ａ５は線形システムとして動作する。したがって、それはシフト不変性を示し、圧縮利得は複素指数関数の周波数と無関係になる。線形ではないが、ｆ（．）のために、正の周波数の所定の複素指数関数群に対してシステムはやはりシフト不変性に従う。実際の信号（real signal）では、上記のようにＤＣに近い音声に対して圧縮利得の変化があるだろう。９．対数間隔帯域への拡張サンプリング間隔ＳはＨ（（ω）の帯域幅と形に依存する。例えば臨界帯域レートに従って変えることで当該帯域幅と形を変えれば、それに応じてＳを変えなければならない。これ以外では、システムは上記のように動作する。１０．結論満足な動作をするマルチバンド・コンプレッサを得るには、電力対称フィルタバンクまたは完全再生フィルタバンクを定めることでは十分ではないことを示した。圧縮利得の３ｄｂのバンプ（bump）などの狭帯域異常が遷移帯域で依然として起きる。圧縮利得の計算を周波数領域でのサンプリングの問題として見ることと、さらに周波数領域でのサンプリング間隔を小さくすることで、３ｄｂのバンプをなくすことができる。周波数領域でのサンプリング間隔は試作ローパス・フィルタ係数の自己相関の長さに大きく依存し、それが次には試作ローパス・フィルタ周波数応答の遷移帯域の帯域幅と急峻さに依存する。一般に、隣合う帯域間に、ともすれば考え勝ちであるよりも大きなオーバラップが必要である。これは、基本的な連続したオーバラップを持つフィルタバンクを使用するＣｏｃｈｌｅａｒｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒの動作についての我々の考えと合っている。正弦波応答のＮＩＡＴＬＡＢシミュレーション

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１１年１月５日（１９９９．１．５）【補正内容】【図１】【図２】【図３】【図４】【図５】【図６】【図７】【図８】【図９】【図１０】【図１１】【図１２】【図Ａ１】【図Ａ２】【図Ａ３】【図Ａ４】【図Ａ５】【図Ａ６】【図Ａ７】【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１１年５月３１日（１９９９．５．３１）【補正内容】１９９５年１０月１０日に出願された係属中の発明者ＭｅｌａｎｓｏｎおよびＬｉｎｄｅｍａｎｎの「ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＨｅａｒｉｎｇＡｉｄ」という名称の国際公開番号ＷＯ９７／１４２６６（参照により本明細書に取り入れる）は、多くの従来技術を参照してマルチバンド・ダイナミックレンジ圧縮方法について広範な概要を提供している。図１（従来技術）は従来の多帯域圧縮器のブロック図を示す。マイクロホン１０４または他のオーディオソースからの入力信号は、複数の帯域フィルタ（ここでは、その中の３つ１０８、１１０および１１２が示される）から構成されるフィルタバンク１０６を使用して周波数帯域に分割される。アナログ補聴器の大抵の多帯域圧縮器は２または３の周波数帯域を持つ。図１（従来技術）は従来のマルチバンド・コンプレッサのブロック図を示す。マイクロホン１０４または他のオーディオ・ソースからの入力信号は、複数のバンドパス・フィルタ（ここでは、その中の３つ１０８、１１０および１１２が示される）から構成されるフィルタバンク１０６を使用して周波数帯域に分割される。アナログ補聴器の大抵のマルチバンド・コンプレッサは、２または３の周波数帯域を持つ。電力推定器（１２２、１２４、１２６）は、各周波数帯域（１１４、１１６、１１８）の電力を各バンドパス・フィルタの出力によって推定する。これらの電力推定値が複数の利得計算ブロック（１３０、１３２、１３４）に入力され、利得計算ブロックは周波数帯域１１４、１１６、１１８に適用される利得（１３８、１４０、１４２）を計算する。一般には、利得１３８、１４０および１４２は低電力信号に対してより大きな利得を与え、高電力信号に対してより小さい利得を与える。帯域信号を用いて利得が掛けられ、利得基準化帯域信号（gain scale d band pass signal）１４６、１４８、１５０が加算器１５４で合計されて最終的な出力を生成する。この出力が一般にスピーカまたはレシーバ１５８に供給される。音声信号を周波数帯域に分割する時に、等しい利得が全ての周波数チャネルに適用された場合に、周波数チャネルの合計がスカラ利得係数内で元の入力信号に等しくなるようにフィルタバンクを設計することが好ましい。周波数チャネルの合計の周波数応答はほぼ一定であるべきである。実際に、振幅歪みよりも位相歪みの方がよく我慢できるので、周波数チャネルの合計の振幅周波数応答はほぼ一定であるべきだと言える。リップルは１ｄＢより小さいことが望ましい。したがって、バンドパス・フィルタ間の従来のオーバラップでその帯域通過応答の合計が定数になる従来のフィルタバンクをはじめとして、帯域数を約３倍に増やして、狭帯域振動に対して十分に小さなリップルを保証しなければならない。図２および図５に示されているようなフィルタバンクのバンドパス・フィルタの組の−６ｄＢクロスオーバ周波数点がｆ（ｋ）（ｋ＝１、．．．Ｎ）であるとして、従来通りにオーバラップしたフィルタバンクは、その中の各バンドパス・フィルタがｆ（ｋ）に−６ｄＢクロスオーバ点を有し、ｆ（ｋ＋１）以前にその阻止域減衰に達するようなフィルタバンクであると定義する。マルチバンド圧縮システムの狭帯域リップルを低減する条件を、入力電力スペクトルに適用されたサンプリング理論の点から定義した。帯域で制限された連続時間領域信号を正しくサンプリングする時に、サンプルから連続時間領域信号を再生することができるので、情報損失はないと言える。その上、サンプリングされた信号に行われるどのような線形フィルタ処理も、連続再生信号の線形フィルタ処理として見える。したがって、出力信号にサンプリングの境界の効果は見られず、システムを連続時間フィルタを実施するものと考えることができる。同様に、マルチバンド圧縮システムの連続電力スペクトルを正しく時間制限してサンプリングする時に、圧縮信号に帯域エッジの効果は見られず、システムを周波数が連続なシステムであると考えることができる。これは連続周波数コンプレッサである。１．音声信号（５６）をフィルタ処理する複数のフィルタと、各周波数帯域の電力を推定して各帯域の電力信号（６０）を生成する複数の電力推定器（１８）と、各周波数帯域に関連した前記電力信号に基づいて各周波数帯域に適用すべき利得を計算する複数の利得計算器（２０）と、各利得をその関連帯域に適用してその利得適用帯域を合計する手段（６８）とを含んだフィルタバンク（１６）の既知の組合せを有し、前記フィルタが前記音声信号をフィルタ処理して複数の周波数帯域にするタイプのマルチバンド・オーディオ・コンプレッサ（１０）であって、前記フィルタバンクは、十分多量にオーバラップした周波数帯域を有し、ゆっくりスイープされる正弦波入力信号に対しては前記フィルタバンクの周波数応答におけるリップルを２ｄＢよりも小さく低減させる複数のフィルタを含むことを特徴とするマルチバンド・オーディオ・コンプレッサ。２．前記フィルタバンクの圧縮比（コンプレッサ入力ダイナミックレンジ（ｄＢ）とコンプレッサ出力ダイナミックレンジ（ｄＢ）の比）は少なくとも約４であり、前記リップルは約２ｄＢよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の装置。３．前記フィルタバンクは短時間フーリエ変換システムとして実施され、前記フーリエ変換の狭いビンがオーバラップする組にグループ化されてフィルタバンクのチャネルを形成することを特徴とする請求項２に記載の装置。４．前記フィルタバンクはＩＩＲフィルタバンクとして実施されることを特徴とする請求項２に記載の装置。５．前記フィルタバンクはＦＩＲフィルタバンクとして実施されることを特徴とする請求項２に記載の装置。６．前記フィルタバンクはウェーブレット・フィルタバンクとして実施されることを特徴とする請求項２に記載の装置。７．前記フィルタバンクの圧縮比は１．５と４の間であり、前記リップルは約１ｄＢよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の装置。８．前記フィルタバンクは短時間フーリエ変換システムとして実施され、前記フーリエ変換の狭いビンがオーバラップする組にグループ化されてフィルタバンクのチャネルを形成することを特徴とする請求項７に記載の装置。９．前記フィルタバンクはＩＩＲフィルタバンクとして実施されることを特徴とする請求項７に記載の装置。１０．前記フィルタバンクはＦＩＲフィルタバンクとして実施されることを特徴とする請求項７に記載の装置。１１．前記フィルタバンクはウェーブレット・フィルタバンクとして実施されることを特徴とする請求項７に記載の装置。１２．前記フィルタは前記入力信号をフィルタ処理して十分多量にオーバラップした複数の周波数帯域にし、ゆっくりスイープされる正弦波入力信号に対しては周波数応答におけるリップルを約０．５ｄＢよりも小さく低減することを特徴とする請求項１に記載の連続周波数ダイナミックレンジ・コンプレッサ。１３．前記フィルタは前記入力信号をフィルタ処理して十分多量にオーバラップした複数の周波数帯域にし、ゆっくりスイープされる正弦波入力信号に対しては周波数応答におけるリップルを約０．２５ｄＢよりも小さく低減することを特徴とする請求項１に記載の連続周波数ダイナミックレンジ・コンプレッサ。１４．音声（５２）を検出して検出された音声に関係する電気信号（５４）を生成するマイクロホン（１２、１２０２）と、前記電気信号をディジタル信号（５６）に変換するアナログ・ディジタル・コンバータ（１４、１２０４）と、前記ディジタル信号をディジタル処埋する手段（１２０６）と、前記処理されたディジタル信号を処理済みアナログ信号に変換するディジタル・アナログ・コンバータ（１２０８）と、前記処理済みアナログ信号を処理済み音声信号に変換する手段（１２１０）との機能の既知の組合せを有する補聴器であって、前記ディジタル処理する手段は、前記ディジタル信号をフィルタ処理して複数の周波数帯域にする複数のフィルタを含むフィルタバンク（１６）と、それぞれがフィルタに接続され、それぞれがその関連フィルタの周波数帯域（５８）における電力を推定してその関連フィルタの周波数帯域における電力に関係した電力信号（６０）を生成する複数の電力推定器（１８）と、それぞれが電力推定器に接続され、それぞれがその関連電力推定器による推定電力に関係した利得を計算する複数の利得計算器（２０）と、それぞれが利得計算器に接続され、その関連利得計算器による計算利得をその関連利得計算器に関連した周波数帯域（５８）にそれぞれを適用する複数の利得適用手段（２２）と、当該利得適用周波数帯域を合計する手段（２４）とを含んだ連続周波数ダイナミックレンジ・コンプレッサ（１０）を備えており、さらに、前記フィルタは入力信号をフィルタ処理して十分多量にオーバラップした周波数帯域にし、ゆっくりスイープされる正弦波入力信号に対しては前記フィルタバンクの周波数応答におけるリップルを２ｄＢよりも小さく低減させることを特徴とする補聴器。１５．前記フィルタバンクの圧縮比は少なくとも４であることを特徴とする請求項１４に記載の補聴器。１６．前記フィルタバンクの圧縮比は１．５と４の間であり、前記リップルは約１ｄＢよりも小さいことを特徴とする請求項１４に記載の補聴器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ【要約の続き】信号（６８）を生成する。

Claims

【特許請求の範囲】１．音声信号をフィルタ処理する複数のフィルタと、各周波数帯域の電力を推定して各帯域の電力信号を生成する複数の電力推定器と、各帯域に関連した前記電力信号に基づいて各周波数帯域に適用すべき利得を計算する複数の利得計算器と、各利得をその関連帯域に適用してその利得適用帯域を合計する手段とを含んだフィルタバンクとを有するタイプの、前記フィルタが前記音声信号をフィルタ処理して複数の周波数帯域にする、改良されたマルチバンド・オーディオ・コンプレッサであって、当該改良点は、改良された、多量にオーバラップしたフィルタバンクを含んでおり、当該フィルタバンクは、十分にオーバラップした周波数帯域を有し、ゆっくりスイープされる正弦波入力信号に対しては周波数応答におけるリップルを従来通りにオーバラップしたフィルタバンクの半分のｄＢよりも小さく低減させる複数のフィルタを含むことを特徴とするマルチバンド・オーディオ・コンプレッサ。２．前記フィルタバンクの圧縮比は少なくとも約４であり、前記リップルは約２ｄＢよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の装置。３．前記フィルタバンクは短時間フーリエ変換システムとして実施され、前記フーリエ変換の狭いビンがオーバラップする組にグループ化されてフィルタバンクのチャネルを形成することを特徴とする請求項２に記載の装置。４．前記フィルタバンクはＩＩＲフィルタバンクとして実施されることを特徴とする請求項２に記載の装置。５．前記フィルタバンクはＦＩＲフィルタバンクとして実施されることを特徴とする請求項２に記載の装置。６．前記フィルタバンクはウェーブレット・フィルタバンクとして実施されることを特徴とする請求項２に記載の装置。７．前記フィルタバンクの圧縮比は約１．５と約４の間であり、前記リップルは約１ｄＢよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の装置。８．前記フィルタバンクは短時間フーリエ変換システムとして実施され、前記フーリエ変換の狭いビンがオーバラップする組にグループ化されてフィルタバンクのチャネルを形成することを特徴とする請求項７に記載の装置。９．前記フィルタバンクはＩＩＲフィルタバンクとして実施されることを特徴とする請求項７に記載の装置。１０．前記フィルタバンクはＦＩＲフィルタバンクとして実施されることを特徴とする請求項７に記載の装置。１１．前記フィルタバンクはウェーブレット・フィルタバンクとして実施されることを特徴とする請求項７に記載の装置。１２．入力信号をフィルタ処理して複数の周波数帯域にする複数のフィルタを含むフィルタバンクと、それぞれがフィルタに接続されており、それぞれがその関連フィルタの周波数帯域における電力を推定してその関連フィルタの周波数帯域における電力に関係した電力信号を生成する複数の電力推定器と、それぞれが電力推定器に接続されており、それぞれがその関連電力推定器による推定電力に関係した利得を計算する複数の利得計算器と、それぞれが利得計算器に接続され、それぞれがその関連利得計算器による計算利得をその関連利得計算器と関連した周波数帯域に適用する複数の利得適用手段と、当該利得適用周波数帯域を合計する手段とを含む連続周波数ダイナミックレンジ・コンプレッサであって、前記フィルタは前記入力信号をフィルタ処理して十分多量にオーバラップした複数の周波数帯域にし、ゆっくりスイープされる正弦波入力信号および少なくとも約４の圧縮比に対しては周波数応答におけるリップルを約２ｄＢよりも小さく低減することを特徴とする連続周波数ダイナミックレンジ・コンプレッサ。１３．前記フィルタは前記入力信号をフィルタ処理して十分多量にオーバラップした複数の周波数帯域にし、ゆっくりスイープされる正弦波入力信号に対しては周波数応答におけるリップルを約１ｄＢよりも小さく低減することを特徴とする請求項１２に記載の連続周波数ダイナミックレンジ・コンプレッサ。１４．前記フィルタは前記入力信号をフィルタ処理して十分多量にオーバラップした複数の周波数帯域にし、ゆっくりスイープされる正弦波入力信号に対しては周波数応答におけるリップルを約０．５ｄＢよりも小さく低減することを特徴とする請求項１３に記載の連続周波数ダイナミックレンジ・コンプレッサ。１５．入力信号をフィルタ処理して複数の周波数帯域にする複数のフィルタを含むフィルタバンクと、それぞれがフィルタに接続されており、それぞれがその関連フィルタの周波数帯域における電力を推定してその関連フィルタの周波数帯域における電力に関係した電力信号を生成する複数の電力推定器と、それぞれが電力推定器に接続されており、それぞれがその関連電力推定器による推定電力電力に関係した利得を計算する複数の利得計算器と、それぞれが利得計算器に接続され、それぞれがその関連利得計算器による計算利得をその関連利得計算器と関連した周波数帯域に適用する複数の利得適用手段と、当該利得適用周波数帯域を合計する手段とを含む連続周波数ダイナミックレンジ・コンプレッサであって、前記フィルタは前記入力信号をフィルタ処理して十分多量にオーバラップした複数の周波数帯域にし、ゆっくりスイープされる正弦波入力信号と約１．５と約４の間の圧縮比に対しては周波数応答におけるリップルを約１ｄＢよりも小さく低減することを特徴とする連続周波数ダイナミックレンジ・コンプレッサ。１６．前記フィルタは前記入力信号をフィルタ処理して十分多量にオーバラップした複数の周波数帯域にし、ゆっくりスイープされる正弦波入力信号に対しては周波数応答におけるリップルを約０．５ｄＢよりも小さく低減することを特徴とする請求項１５に記載の連続周波数ダイナミックレンジ・コンプレッサ。１７．前記フィルタは前記入力信号をフィルタ処理して十分多量にオーバラップした複数の周波数帯域にし、ゆっくりスイープされる正弦波入力信号に対しては周波数応答におけるリップルを約０．２５ｄＢよりも小さく低減することを特徴とする請求項１６に記載の連続周波数ダイナミックレンジ・コンプレッサ。１８．音声を検出して検出された音声に関係する電気信号を生成するマイクロホンと、前記電気信号をディジタル信号に変換するアナログ・ディジタル・コンバータと、前記ディジタル信号をディジタル処理する手段と、前記処理されたディジタル信号を処理済みアナログ信号に変換するディジタル・アナログ・コンバータと、前記処理済みアナログ信号を処理済み音声信号に変換する手段との機能の既知の組合せを有する補聴器であって、前記ディジタル処理手段は、前記ディジタル信号をフィルタ処理して複数の周波数帯域にする複数のフィルタを含むフィルタバンクと、それぞれがフィルタに接続され、それぞれがその関連フィルタの周波数帯域における電力を推定してその関連フィルタの周波数帯域における電力に関係した電力信号を生成する複数の電力推定器と、それぞれが電力推定器に接続され、それぞれがその関連電力推定器による推定電力に関係した利得を計算する複数の利得計算器と、それぞれが利得計算器に接続され、その関連利得計算器による計算利得をその関連利得計算器に関連した周波数帯域にそれぞれを適用する複数の利得適用手段と、当該利得適用周波数帯域を合計する手段であって、前記フィルタは入力信号をフィルタ処理して十分多量にオーバラップした周波数帯域にし、ゆっくりスイープされる正弦波入力信号に対しては周波数応答におけるリップルを従来のオーバラップしたフィルタバンクの半分のｄＢよりも小さく低減させるものとを含んだ連続周波数ダイナミックレンジ・コンプレッサを備えたことを特徴とする補聴器。１９．前記フィルタバンクの圧縮比は少なくとも約４であり、前記リップルは約２ｄＢよりも小さいことを特徴とする請求項１８に記載の補聴器。２０．前記フィルタバンクの圧縮比は約１．５と約４の間であり、前記リップルは約１ｄＢよりも小さいことを特徴とする請求項１８に記載の補聴器。