JP2003070097A - デジタル補聴装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノイズ環境が変化しても一定の補聴効果を得
ることができ、また、狭帯域音声信号に対して帯域拡張
による高音質化処理を適用する際に非定常な環境ノイズ
を同時に抑制できるデジタル補聴装置を提供することを
目的とする。 【解決手段】 アナログ／デジタル変換部１１と、デジ
タル音声信号を複数の帯域に分割し各帯域のデジタル音
声信号を出力するバンドパスフィルタ部１２と、帯域分
割された各帯域のノイズレベルを算出するノイズレベル
算出部１３と、算出ノイズレベルに基づいて各帯域の増
幅特性を算出する増幅特性算出部１４と、算出した各帯
域の増幅特性に従って各帯域のノイズ信号を抑制すると
共に各帯域のデジタル音声信号を非線形に増幅する非線
形増幅部１５と、増幅した各帯域のデジタル音声信号を
加算して出力する加算器１６と、加算信号をアナログ音
声信号に変換するデジタル／アナログ変換部１７とを有
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクや電話機な
どから入力されるアナログ音声信号に対してノイズ抑制
処理や非線形増幅処理などを施して、老人性難聴などを
有する難聴者に有効な音声処理を行うデジタル補聴装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】老人性難聴などの軽度、中度難聴者に有
効な補聴処理として、現在Ｋアンプと呼ばれる非線形特
性を持つ信号増幅処理が一部の補聴器で用いられてい
る。これは、高齢者に多い感音性の難聴者に特徴的な症
状（特定の帯域の微小信号成分が聞こえなくなる症状）
に対処するものであり、帯域を単純に線形増幅する場合
と比較して、小さい音は聞き取りやすく、また大きな音
も耳ざわりでない為、補聴効果が高く、音量調節の頻度
が少なくて済むというメリットがある。

【０００３】しかし、日常生活での対面しての会話や、
電話経由の音声会話では、背景ノイズや回線ノイズが常
に存在しており、前述の非線形増幅では、これらのノイ
ズ信号が一緒に増幅されてしまう為、結果的に聞き取り
やすさの障害になることが起こり得る。これに対応する
ため、一般にデジタル補聴器と呼ばれるＤＳＰ内蔵の補
聴器では、入力音声信号に対し、ある大きさ以下の信号
を自動的に抑制し、それよりも大きな信号には前述の非
線形増幅を行う事により、補聴処理におけるノイズの抑
制効果を実現している。これは例えば文献１（「補聴器
の選択と評価」、ｐ１６９、メジカルビュー社）に記載
されている。

【０００４】一方、本来の音声信号の帯域幅と比較し
て、帯域幅が制限された音声信号の品質は、一般に決し
て良好な物とは言えない。例えば、比較的良好な音質の
地上電話回線でも、本来の音声帯域幅の半分程度（約３
００〜３５００Ｈｚ）に制限されている。これにより、
有声音の高域・低域と無声音の大部分の高域が消失し、
聴覚的に劣化した音質になっている。また、最近注目さ
れているバリアフリーの観点では、お年寄り等の聴覚が
劣化した人にとって、音声信号の狭帯域化は聞き取り易
さの点でかなりの障害となっている事を示唆する報告が
ある。これは例えば文献２（日本音響学会講演論文集、
２−６−５、平成８年９月）に記載されている。これに
対応するため、狭帯域の音声信号を分析し、消失した高
域／低域を擬似的に復元して付加することにより、受信
信号の広帯域化を実現する事を目的とする研究発表が過
去に数件行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のデジタル補聴装置におけるノイズ抑制処理では、抑
制するノイズレベルを手動で設定する必要があり、ま
た、本来的にノイズの音量は発話者の周囲環境により常
に変動し、固定された設定レベルでは対応できないの
で、ノイズ抑制の効果が不十分であったり、音声の必要
な信号成分まで抑制されて聞き取り難くなる等の問題点
を有していた。

【０００６】一方、狭帯域音声を広帯域化する処理にお
いても、上述の補聴処理と同様に、受信信号に混入して
いるノイズ成分を増加させず、むしろこれを抑制しなが
ら広帯域化の効果を実現する必要があるが、その有効な
ノイズ抑制方法が得られていないという問題点を有して
いた。

【０００７】このデジタル補聴装置では、背景ノイズレ
ベルの変化を自動的に検出し、常に最適のノイズ抑制レ
ベルに更新することにより、ノイズ環境が変化しても一
定の補聴効果を得ることが要求され、また、周波数帯域
幅が制限された狭帯域音声信号に対して帯域拡張による
高音質化処理を適用する際に、非定常な環境ノイズを同
時に抑制することが要求されている。

【０００８】本発明は、これらの要求を満たすため、ノ
イズ環境が変化しても一定の補聴効果を得ることがで
き、また、狭帯域音声信号に対して帯域拡張による高音
質化処理を適用する際に非定常な環境ノイズを同時に抑
制することができるデジタル補聴装置を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明のデジタル補聴装置は、マイク等から入力され
るアナログ音声信号に対して非線形増幅処理を施すデジ
タル補聴装置であって、アナログ音声信号をデジタル音
声信号に変換するアナログ／デジタル変換部と、デジタ
ル音声信号を複数の帯域に分割し各帯域のデジタル音声
信号として出力するバンドパスフィルタ部と、バンドパ
スフィルタ部で帯域分割された各帯域のノイズレベルを
算出するノイズレベル算出部と、算出したノイズレベル
に基づいて各帯域の増幅特性を算出する増幅特性算出部
と、算出した各帯域の増幅特性に従って各帯域のデジタ
ル音声信号に含まれるノイズ信号を抑制すると共に各帯
域のデジタル音声信号を入力レベルに応じて増幅する非
線形増幅部と、増幅した各帯域のデジタル音声信号を加
算し加算デジタル音声信号として出力する加算器と、加
算デジタル音声信号をアナログ音声信号に変換するデジ
タル／アナログ変換部とを有する構成を備えている。

【００１０】これにより、ノイズ環境が変化しても一定
の補聴効果を得ることができるデジタル補聴装置が得ら
れる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載のデジタ
ル補聴装置は、マイク等から入力されるアナログ音声信
号に対して非線形増幅処理を施すデジタル補聴装置であ
って、アナログ音声信号をデジタル音声信号に変換する
アナログ／デジタル変換部と、デジタル音声信号を複数
の帯域に分割し各帯域のデジタル音声信号として出力す
るバンドパスフィルタ部と、バンドパスフィルタ部で帯
域分割された各帯域のノイズレベルを算出するノイズレ
ベル算出部と、算出したノイズレベルに基づいて各帯域
の増幅特性を算出する増幅特性算出部と、算出した各帯
域の増幅特性に従って各帯域のデジタル音声信号に含ま
れるノイズ信号を抑制すると共に各帯域のデジタル音声
信号を入力レベルに応じて増幅する非線形増幅部と、増
幅した各帯域のデジタル音声信号を加算し加算デジタル
音声信号として出力する加算器と、加算デジタル音声信
号をアナログ音声信号に変換するデジタル／アナログ変
換部とを有することとしたものである。

【００１２】この構成により、ノイズ環境が変化するこ
とにより非定常のノイズを含む入力音声信号に自動的に
追従して、常に適度にノイズを抑制することができるの
で、従来は固定されていた非線形増幅特性を可変とする
ことができ、補聴効果を大幅に高めることができるとい
う作用を有する。

【００１３】請求項２に記載のデジタル補聴装置は、電
話機等で受信される狭帯域の電話音声信号に対してノイ
ズ抑制処理を施すデジタル補聴装置であって、電話音声
信号をデジタル音声信号に変換するアナログ／デジタル
変換部と、デジタル音声信号を複数の帯域に分割し各帯
域のデジタル音声信号として出力するバンドパスフィル
タ部と、バンドパスフィルタ部で帯域分割された各帯域
のノイズレベルを算出するノイズレベル算出部と、算出
した各帯域のノイズレベルに基づいて各帯域の増幅特性
を算出する増幅特性算出部と、算出した増幅特性に従っ
て各帯域のデジタル音声信号に含まれるノイズ信号を抑
制するノイズ抑制部と、電話音声信号の低域信号を擬似
的に復元する低域信号生成部と、電話音声信号の高域信
号を擬似的に復元する高域信号生成部と、ノイズ信号が
抑制された各帯域のデジタル音声信号と低域信号と高域
信号とを加算し加算デジタル音声信号として出力する加
算器と、加算デジタル音声信号をアナログ音声信号に変
換するデジタル／アナログ変換部とを有することとした
ものである。

【００１４】この構成により、回線ノイズ・背景ノイズ
等のノイズ信号を抑制することができると共に狭帯域の
電話音声信号を原音信号と同程度の帯域幅に擬似的に拡
張することができるので、電話音声信号のノイズ成分が
抑制された広帯域の音声信号を生成することができ、高
品質の音声信号を出力することができるという作用を有
する。

【００１５】請求項３に記載のデジタル補聴装置は、電
話機等で受信される狭帯域の電話音声信号に対して非線
形増幅処理を施すデジタル補聴装置であって、電話音声
信号をデジタル音声信号に変換するアナログ／デジタル
変換部と、デジタル音声信号を複数の帯域に分割し各帯
域のデジタル音声信号として出力するバンドパスフィル
タ部と、バンドパスフィルタ部で帯域分割された各帯域
のノイズレベルを算出するノイズレベル算出部と、算出
した各帯域のノイズレベルに基づいて各帯域の増幅特性
を算出する増幅特性算出部と、電話音声信号の低域を低
域信号として擬似的に復元する低域信号生成部と、電話
音声信号の高域を高域信号としての擬似的に復元する高
域信号生成部と、算出した増幅特性に従って各帯域のデ
ジタル音声信号に含まれるノイズ信号を抑制すると共に
各帯域のデジタル音声信号と低域信号と高域信号とを入
力レベルに応じて増幅する非線形増幅部と、増幅した各
帯域のデジタル音声信号と低域信号と高域信号とを加算
し加算デジタル音声信号として出力する加算器と、加算
デジタル音声信号をアナログ音声信号に変換するデジタ
ル／アナログ変換部とを有することとしたものである。

【００１６】この構成により、回線ノイズ・背景ノイズ
等のノイズ信号を抑制し、狭帯域の電話音声信号を非線
形増幅することができると共に電話音声信号を原音信号
と同程度の帯域幅に擬似的に拡張することができるの
で、電話音声信号のノイズ成分が抑制され、かつ難聴者
の聴覚特性を補償するための非線形増幅処理が施された
広帯域の音声信号を生成することができ、更に高品質の
音声信号を出力することができるという作用を有する。

【００１７】以下、本発明の実施の形態について、図１
〜図９を用いて説明する。

【００１８】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１によるデジタル補聴装置を示すブロック図であ
る。

【００１９】図１において、１１はアナログ信号をデジ
タル音声信号に変換するアナログ／デジタル変換部（Ａ
／Ｄ変換部）、１２は定められた周波数帯域の信号を通
すバンドパスフィルタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃから成る
バンドパスフィルタ部、１３はバンドパスフィルタ部１
２から出力される信号に含まれるノイズのレベルを算出
するノイズレベル算出部、１４はノイズレベル算出部１
３で算出したノイズレベルに基づいて後述の非線形増幅
部１５の増幅特性を算出する増幅特性算出部、１５は非
線形増幅器１５ａ、１５ｂ、１５ｃから成る非線形増幅
部、１６は非線形増幅器１５ａ、１５ｂ、１５ｃからの
デジタル音声信号を加算する加算器、１７はデジタル音
声信号をアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変
換部（Ｄ／Ａ変換部）である。

【００２０】図４は、本発明の実施の形態によるデジタ
ル補聴装置を具体的に示すブロック図である。

【００２１】図４において、４１はアナログ／デジタル
変換を行うＡ／Ｄコンバータ、４２はＤＳＰとＣＰＵの
機能を有するＤＳＰ／ＣＰＵ、４３はプログラム等が格
納されるＲＯＭ、４４はワークメモリとしてのＲＡＭ、
４５はデジタル／アナログ変換を行うＤ／Ａコンバータ
である。

【００２２】ここで、図１と図４との対応について説明
する。図１のアナログ／デジタル変換部１１はＡ／Ｄコ
ンバータ４１により実現され、バンドパスフィルタ部１
２とノイズレベル算出部１３と増幅特性算出部１４と非
線形増幅部１５と加算器１６とはＤＳＰ／ＣＰＵ４２が
ＲＯＭ４３に格納されたプログラムをロードしてＲＡＭ
４４を作業領域に演算処理を実行する事により実現さ
れ、デジタル／アナログ変換部１７はＤ／Ａコンバータ
４５により実現される。

【００２３】このように構成されたデジタル補聴装置に
ついて、図５を用いて説明する。図５は図１のデジタル
補聴装置の動作を示すフローチャートである。

【００２４】図５において、まず、アナログ／デジタル
変換部１１は、マイク（図示せず）から入力されたアナ
ログ音声信号をデジタル音声信号に変換する（Ｓ１）。
変換する際のサンプリングレートは入力音声帯域をほぼ
カバーする設定とし、電話音声なら８ｋＨｚ、実音声な
ら１６ｋＨｚが好適である。次に、デジタル音声信号を
バンドパスフィルタ部１２を用いて複数の帯域に分割す
る（Ｓ２）。帯域の分割数と帯域幅は、図１に示す通
り、音声信号のピッチ及び第１ホルマントの成分、第２
ホルマントの成分、第３ホルマント及び子音の成分の３
バンドに分割する。一方、バンドの分割数を増やし、各
バンドの帯域幅を狭くすれば、より精密にノイズ除去と
非線形増幅を行うことも可能だが、その分だけ演算量も
増大する為、これらは実装可能な範囲で選択すべきであ
る。次に、帯域分割された各バンドの入力信号の一定フ
レーム長における振幅平均値を計算し（Ｓ３）、母音の
最長継続時間である約５００ｍｓ毎に、その時間内の各
フレームの振幅平均値の最小値（平均振幅最小値）を算
出し、それをノイズレベルと判定する（Ｓ４）。ステッ
プＳ３、Ｓ４のノイズレベル算出処理を図６を用いて説
明する。

【００２５】図６（ａ）はノイズが有る音声信号の波形
を示すタイミング図であり、図６（ｂ）、数十ｍｓの短
いフレーム区間内における振幅平均値をプロットした場
合を示すタイミング図である。振幅平均値は、音声信号
の無い場所でもノイズが存在するため、ゼロにはならな
い。約５００ｍｓの区間Ａと区間Ｂにおいて、それぞれ
に音声が無い瞬間が存在し、その時の振幅平均値は各区
間内の最小値に等しく、これを各区間のノイズ信号レベ
ルと見なせる事が図６から判る。以上のノイズレベルを
分割帯域別に算出することにより、音声区間でも、信号
成分が無い帯域のノイズを同時に検出することが可能で
ある。なお、音声信号が不用意に抑制されることを防ぐ
ため、各帯域のノイズレベルには上限値を設定しておく
必要がある。

【００２６】次に、分割された帯域別に検出したノイズ
レベルに基づき、各帯域の増幅特性を算出する（Ｓ
５）。具体的には、ノイズレベル未満の信号は抑制し、
それ以上の信号は一般的な非線形増幅の特性と同様に入
力レベルに応じた増幅率を適用する。ノイズレベルが更
新される毎に、この増幅特性も更新される。帯域別の増
幅特性の例を図１で説明すると、非線形増幅部１５にお
いて各帯域のノイズレベル（非線形増幅器１５ｃ、１５
ｂ、１５ａにおけるノイズレベル）をＮ１、Ｎ２、Ｎ３
とし、その値以上の信号を非線形増幅する特性を示して
いる。次に、非線形増幅部１５は、ステップＳ５で算出
された各帯域の増幅特性に基づき、ノイズ信号を抑制
し、音声信号を入力レベルに応じて増幅する非線形増幅
処理を帯域別に施す（Ｓ６）。次に、ステップＳ６で増
幅処理された各帯域のデジタル音声信号を加算器１６に
より加算し、加算デジタル音声信号を出力する。この加
算デジタル音声信号をデジタル／アナログ変換部１７に
よりアナログ音声信号に変換して出力する（Ｓ７）。

【００２７】以上のように本実施の形態によれば、アナ
ログ音声信号をデジタル音声信号に変換するアナログ／
デジタル変換部１１と、デジタル音声信号を複数の帯域
に分割し各帯域のデジタル音声信号として出力するバン
ドパスフィルタ部１２と、バンドパスフィルタ部１２で
帯域分割された各帯域のノイズレベルを算出するノイズ
レベル算出部１３と、算出したノイズレベルに基づいて
各帯域の増幅特性を算出する増幅特性算出部１４と、算
出した各帯域の増幅特性に従って各帯域のデジタル音声
信号に含まれるノイズ信号を抑制すると共に各帯域のデ
ジタル音声信号を入力レベルに応じて増幅する非線形増
幅部１５と、増幅した各帯域のデジタル音声信号を加算
し加算デジタル音声信号として出力する加算器１６と、
加算デジタル音声信号をアナログ音声信号に変換するデ
ジタル／アナログ変換部１７とを有することにより、ノ
イズ環境が変化することにより非定常のノイズを含む入
力音声信号に自動的に追従して、常に適度にノイズを抑
制することができるので、従来は固定されていた非線形
増幅特性を可変とすることができ、補聴効果を大幅に高
めることができる。

【００２８】（実施の形態２）図２は、本発明の実施の
形態２によるデジタル補聴装置を示すブロック図であ
る。また、図４は実施の形態１と同様、本実施の形態に
よるデジタル補聴装置を具体的に示すブロック図であ
る。

【００２９】図２において、アナログ／デジタル変換部
（Ａ／Ｄ変換部）２１、バンドパスフィルタ部２２、バ
ンドパスフィルタ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、ノイズレベ
ル算出部２３、増幅特性算出部２４、加算器２８、Ｄ／
Ａ変換部２９は、図１のアナログ／デジタル変換部（Ａ
／Ｄ変換部）１１、バンドパスフィルタ部１２、バンド
パスフィルタ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、ノイズレベル算
出部１３、増幅特性算出部１４、加算器１６、デジタル
／アナログ変換部（Ｄ／Ａ変換部）１７に相当するもの
なので、その説明は省略する。２５はノイズ抑制器２５
ａ、２５ｂ、２５ｃから成るノイズ抑制部、２６は電話
音声信号の高域信号を擬似的に復元する高域信号生成
部、２７は電話音声信号の低域信号を擬似的に復元する
低域信号生成部である。

【００３０】ここで、図２と図４との対応について説明
する。図２のアナログ／デジタル変換部２１はＡ／Ｄコ
ンバータ４１により実現され、バンドパスフィルタ部２
２とノイズレベル算出部２３と増幅特性算出部２４とノ
イズ抑制部２５と高域信号生成部２６と低域信号生成部
２７と加算器２８とはＤＳＰ／ＣＰＵ４２がＲＯＭ４３
に格納されたプログラムをロードしてＲＡＭ４４を作業
領域に演算処理を実行する事により実現され、デジタル
／アナログ変換部２９はＤ／Ａコンバータ４５により実
現される。

【００３１】このように構成されたデジタル補聴装置に
ついて、図７、図９を用いて説明する。図７は図２のデ
ジタル補聴装置の動作を示すフローチャートであり、図
９は帯域拡張処理を示す説明図である。図９において、
５１はアナログ／デジタル変換部、５２はデジタル音声
信号をフレーム毎に分割するフレーム分割部、５３は半
波整流あるいは全波整流の処理を行う整流処理部、５４
は３００Ｈｚのローパスフィルタ部、５５は振幅と位相
を調整する振幅・位相調整部、５６は元帯域の２倍
（３．５ｋＨｚ以上）の高域側折り返し信号を生成する
帯域反転処理部、５７は有声か無声かを判定する有声／
無声判定部、５８は有声の場合は約５ｋＨｚ、無声の場
合は約７ｋＨｚのローパスフィルタ部、５９は振幅・位
相調整部、６０は加算器、６１はデジタル／アナログ変
換部である。

【００３２】図７において、まず、アナログ／デジタル
変換部２１は、電話機（図示せず）から入力された約３
００Ｈｚ〜３．５ｋＨｚの帯域幅の電話音声信号をデジ
タル音声信号に変換する（Ｓ１１）。変換する際のサン
プリングレートは後段で帯域幅を拡張することを考慮し
て、１４ｋＨｚが好適である。次に、低域信号生成部２
７は、３００Ｈｚ以下のピッチ成分を含む音声低域信号
を生成する（Ｓ１２）。

【００３３】ステップＳ１２の音声低域信号生成の具体
的方法を図９を用いて説明する。フレーム分割部５２で
フレーム単位に分割されたデジタル音声信号に対し、半
波整流あるいは全波整流処理を整流処理部５３で行う事
により、元帯域に含まれる有声音信号の調波成分を生成
し、更にローパスフィルタ部５４で３００Ｈｚのローパ
スフィルタを施すことにより、消失した音声の低域成分
を擬似的に得る事が出来る。

【００３４】次に、高域信号生成部２６は、３．５ｋＨ
ｚ以上の有声音と主に無声子音の音声高域信号を生成す
る（Ｓ１３）。その具体的方法を図９を用いて説明す
る。フレーム分割部５２でフレーム単位に分割されたデ
ジタル音声信号を１サンプル毎にゼロの値に置換するこ
とにより、元帯域の２倍（３．５ｋＨｚ以上）の高域側
折り返し信号を生成する。同時に有声／無声判定部５７
により音声区間の有声／無声判定を行い、有声音区間と
無音区間では本来の有声音と同程度に低い遮断周波数の
ローパスフィルタを、無声音区間では本来の無声音と同
様に高い遮断周波数のローパスフィルタを、それぞれ切
り替えて適用する。例えば、有声区間の場合は遮断周波
数＝５ｋＨｚ、無声区間の場合は遮断周波数＝７ｋＨｚ
とする。また、有声音／無声音のホルマント形状を反映
したなだらかな減衰特性を有するローパスフィルタをそ
れぞれに適用すれば、音声の自然さがより向上する。こ
のようにして、消失した音声の高域成分を擬似的に得る
事が出来る。

【００３５】次に、入力電話帯域の音声信号（電話音声
信号）については、実施の形態１と同様に、ノイズレベ
ルに自動追従した雑音抑制処理を適用する（Ｓ１４）。
ただし、図２に示すように、ノイズ信号を抑制するのみ
の増幅特性が帯域独立で適用され、非線形増幅は行わな
い。次に、ステップＳ１２、Ｓ１３で復元した低域信号
および高域信号と、ステップＳ１４でノイズを抑制した
電話帯域信号との全てを加算器２８で加算して加算デジ
タル音声信号を生成する（Ｓ１５）。この加算デジタル
音声信号はデジタル／アナログ変換部２９でアナログ信
号に変換される（Ｓ１６）。

【００３６】以上のように本実施の形態によれば、電話
音声信号をデジタル音声信号に変換するアナログ／デジ
タル変換部２１と、デジタル音声信号を複数の帯域に分
割し各帯域のデジタル音声信号として出力するバンドパ
スフィルタ部２２と、バンドパスフィルタ部２２で帯域
分割された各帯域のノイズレベルを算出するノイズレベ
ル算出部２３と、算出した各帯域のノイズレベルに基づ
いて各帯域の増幅特性を算出する増幅特性算出部２４
と、算出した増幅特性に従って各帯域のデジタル音声信
号に含まれるノイズ信号を抑制するノイズ抑制部２５
と、電話音声信号の低域信号を擬似的に復元する低域信
号生成部２７と、電話音声信号の高域信号を擬似的に復
元する高域信号生成部２６と、ノイズ信号が抑制された
各帯域のデジタル音声信号と低域信号と高域信号とを加
算し加算デジタル音声信号として出力する加算器２８
と、加算デジタル音声信号をアナログ音声信号に変換す
るデジタル／アナログ変換部２９とを有することによ
り、回線ノイズ・背景ノイズ等のノイズ信号を抑制する
ことができると共に狭帯域の電話音声信号を原音信号と
同程度の帯域幅に擬似的に拡張することができるので、
電話音声信号のノイズ成分が抑制された広帯域の音声信
号を生成することができ、高品質の音声信号を出力する
ことができる。

【００３７】（実施の形態３）図３は、本発明の実施の
形態３によるデジタル補聴装置を示すブロック図であ
る。また、図４は実施の形態１と同様、本実施の形態に
よるデジタル補聴装置を具体的に示すブロック図であ
る。

【００３８】図３において、アナログ／デジタル変換部
（Ａ／Ｄ変換部）３１、バンドパスフィルタ部３２、バ
ンドパスフィルタ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、ノイズレベ
ル算出部３３、増幅特性算出部３４、非線形増幅器３５
ａ、３５ｂ、３５ｃ、加算器３８、Ｄ／Ａ変換部３９
は、図１のアナログ／デジタル変換部（Ａ／Ｄ変換部）
１１、バンドパスフィルタ部１２、バンドパスフィルタ
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、ノイズレベル算出部１３、増
幅特性算出部１４、非線形増幅器１５ａ、１５ｂ、１５
ｃ、加算器１６、デジタル／アナログ変換部（Ｄ／Ａ変
換部）１７に相当し、高域信号生成部３６、低域信号生
成部３７は図２の高域信号生成部２６、低域信号生成部
２７に相当し、その説明は省略する。３５は非線形増幅
器３５ａ、３５ｂ、３５ｃおよび高域信号の非線形増幅
器３５ｄ、低域信号の非線形増幅器３５ｅから成る非線
形増幅部である。

【００３９】ここで、図３と図４との対応について説明
する。図３のアナログ／デジタル変換部３１はＡ／Ｄコ
ンバータ４１により実現され、バンドパスフィルタ部３
２とノイズレベル算出部３３と増幅特性算出部３４と非
線形増幅部３５と高域信号生成部３６と低域信号生成部
３７と加算器３８とはＤＳＰ／ＣＰＵ４２がＲＯＭ４３
に格納されたプログラムをロードしてＲＡＭ４４を作業
領域に演算処理を実行する事により実現され、デジタル
／アナログ変換部３９はＤ／Ａコンバータ４５により実
現される。

【００４０】このように構成されたデジタル補聴装置に
ついて、図８、図９を用いて説明する。図８は図３のデ
ジタル補聴装置の動作を示すフローチャートである。

【００４１】図８において、まず、ステップＳ２１〜Ｓ
２４において、実施の形態２と同様に、狭帯域電話音声
の高域信号および低域信号を生成し、同時に入力電話帯
域にはノイズレベルに自動追従した雑音抑制処理を適用
する。ただし、図３の増幅特性に示すように、各帯域に
おいてノイズ信号の抑制と補聴のための非線形増幅とを
行う点が実施の形態２とは異なる。

【００４２】次に、ステップＳ２２で生成した低域信号
にも非線形増幅処理を適用する（Ｓ２５）。ここで、生
成された信号が雑音を含まない拡張方式（パターンマッ
チングなど）ではノイズの抑制は必要無いが、図９に示
す方法のように入力信号のノイズが拡張信号に同様に乗
ってしまう場合は電話帯域の最低域バンドと同一のノイ
ズレベルと増幅特性を適用して雑音を抑制する。次に、
ステップＳ２３で生成した高域信号にも非線形増幅処理
を適用する（Ｓ２６）。ここで、低域側と同様に雑音を
含まない拡張方式ではノイズの抑制は必要無いが、図９
に示す方法のように入力信号のノイズが拡張信号に同様
に乗ってしまう場合は電話帯域の最高域バンドと同一の
ノイズレベルと増幅特性を適用して雑音を抑制する。次
に、ステップＳ２４においてノイズ抑制・非線形増幅し
た電話帯域信号（デジタル音声信号）と、ステップＳ２
５、Ｓ２６において非線形増幅した復元低域信号および
復元高域信号との全てを加算して加算デジタル音声信号
を生成し（Ｓ２７）、この加算デジタル音声信号はデジ
タル／アナログ変換部３９でアナログ信号に変換される
（Ｓ２８）。

【００４３】以上のように本実施の形態によれば、電話
音声信号をデジタル音声信号に変換するアナログ／デジ
タル変換部３１と、デジタル音声信号を複数の帯域に分
割し各帯域のデジタル音声信号として出力するバンドパ
スフィルタ部３２と、バンドパスフィルタ部３２で帯域
分割された各帯域のノイズレベルを算出するノイズレベ
ル算出部３３と、算出した各帯域のノイズレベルに基づ
いて各帯域の増幅特性を算出する増幅特性算出部３４
と、電話音声信号の低域を低域信号として擬似的に復元
する低域信号生成部３７と、電話音声信号の高域を高域
信号としての擬似的に復元する高域信号生成部３６と、
算出した増幅特性に従って各帯域のデジタル音声信号に
含まれるノイズ信号を抑制すると共に各帯域のデジタル
音声信号と低域信号と高域信号とを入力レベルに応じて
増幅する非線形増幅部３５と、増幅した各帯域のデジタ
ル音声信号と低域信号と高域信号とを加算し加算デジタ
ル音声信号として出力する加算器３８と、加算デジタル
音声信号をアナログ音声信号に変換するデジタル／アナ
ログ変換部３９とを有することにより、回線ノイズ・背
景ノイズ等のノイズ信号を抑制し、狭帯域の電話音声信
号を非線形増幅することができると共に電話音声信号を
原音信号と同程度の帯域幅に擬似的に拡張することがで
きるので、電話音声信号のノイズ成分が抑制され、かつ
難聴者の聴覚特性を補償するための非線形増幅処理が施
された広帯域の音声信号を生成することができ、更に高
品質の音声信号を出力することができる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
記載のデジタル補聴装置によれば、マイク等から入力さ
れるアナログ音声信号に対して非線形増幅処理を施すデ
ジタル補聴装置であって、アナログ音声信号をデジタル
音声信号に変換するアナログ／デジタル変換部と、デジ
タル音声信号を複数の帯域に分割し各帯域のデジタル音
声信号として出力するバンドパスフィルタ部と、バンド
パスフィルタ部で帯域分割された各帯域のノイズレベル
を算出するノイズレベル算出部と、算出したノイズレベ
ルに基づいて各帯域の増幅特性を算出する増幅特性算出
部と、算出した各帯域の増幅特性に従って各帯域のデジ
タル音声信号に含まれるノイズ信号を抑制すると共に各
帯域のデジタル音声信号を入力レベルに応じて増幅する
非線形増幅部と、増幅した各帯域のデジタル音声信号を
加算し加算デジタル音声信号として出力する加算器と、
加算デジタル音声信号をアナログ音声信号に変換するデ
ジタル／アナログ変換部とを有することにより、ノイズ
環境が変化することにより非定常のノイズを含む入力音
声信号に自動的に追従して、常に適度にノイズを抑制す
ることができるので、従来は固定されていた非線形増幅
特性を可変とすることができ、補聴効果を大幅に高める
ことができるという有利な効果が得られる。

【００４５】請求項２に記載のデジタル補聴装置によれ
ば、電話機等で受信される狭帯域の電話音声信号に対し
てノイズ抑制処理を施すデジタル補聴装置であって、電
話音声信号をデジタル音声信号に変換するアナログ／デ
ジタル変換部と、デジタル音声信号を複数の帯域に分割
し各帯域のデジタル音声信号として出力するバンドパス
フィルタ部と、バンドパスフィルタ部で帯域分割された
各帯域のノイズレベルを算出するノイズレベル算出部
と、算出した各帯域のノイズレベルに基づいて各帯域の
増幅特性を算出する増幅特性算出部と、算出した増幅特
性に従って各帯域のデジタル音声信号に含まれるノイズ
信号を抑制するノイズ抑制部と、電話音声信号の低域信
号を擬似的に復元する低域信号生成部と、電話音声信号
の高域信号を擬似的に復元する高域信号生成部と、ノイ
ズ信号が抑制された各帯域のデジタル音声信号と低域信
号と高域信号とを加算し加算デジタル音声信号として出
力する加算器と、加算デジタル音声信号をアナログ音声
信号に変換するデジタル／アナログ変換部とを有するこ
とにより、回線ノイズ・背景ノイズ等のノイズ信号を抑
制することができると共に狭帯域の電話音声信号を原音
信号と同程度の帯域幅に擬似的に拡張することができる
ので、電話音声信号のノイズ成分が抑制された広帯域の
音声信号を生成することができ、高品質の音声信号を出
力することができるという有利な効果が得られる。

【００４６】請求項３に記載のデジタル補聴装置によれ
ば、電話機等で受信される狭帯域の電話音声信号に対し
て非線形増幅処理を施すデジタル補聴装置であって、電
話音声信号をデジタル音声信号に変換するアナログ／デ
ジタル変換部と、デジタル音声信号を複数の帯域に分割
し各帯域のデジタル音声信号として出力するバンドパス
フィルタ部と、バンドパスフィルタ部で帯域分割された
各帯域のノイズレベルを算出するノイズレベル算出部
と、算出した各帯域のノイズレベルに基づいて各帯域の
増幅特性を算出する増幅特性算出部と、電話音声信号の
低域を低域信号として擬似的に復元する低域信号生成部
と、電話音声信号の高域を高域信号としての擬似的に復
元する高域信号生成部と、算出した増幅特性に従って各
帯域のデジタル音声信号に含まれるノイズ信号を抑制す
ると共に各帯域のデジタル音声信号と低域信号と高域信
号とを入力レベルに応じて増幅する非線形増幅部と、増
幅した各帯域のデジタル音声信号と低域信号と高域信号
とを加算し加算デジタル音声信号として出力する加算器
と、加算デジタル音声信号をアナログ音声信号に変換す
るデジタル／アナログ変換部とを有することにより、回
線ノイズ・背景ノイズ等のノイズ信号を抑制し、狭帯域
の電話音声信号を非線形増幅することができると共に電
話音声信号を原音信号と同程度の帯域幅に擬似的に拡張
することができるので、電話音声信号のノイズ成分が抑
制され、かつ難聴者の聴覚特性を補償するための非線形
増幅処理が施された広帯域の音声信号を生成することが
でき、更に高品質の音声信号を出力することができると
いう有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１によるデジタル補聴装置
を示すブロック図

【図２】本発明の実施の形態２によるデジタル補聴装置
を示すブロック図

【図３】本発明の実施の形態３によるデジタル補聴装置
を示すブロック図

【図４】本発明の実施の形態１、２、３によるデジタル
補聴装置を具体的に示すブロック図

【図５】図１のデジタル補聴装置の動作を示すフローチ
ャート

【図６】（ａ）ノイズが有る音声信号の波形を示すタイ
ミング図 （ｂ）数十ｍｓの短いフレーム区間内における振幅平均
値をプロットした場合を示すタイミング図

【図７】図２のデジタル補聴装置の動作を示すフローチ
ャート

【図８】図３のデジタル補聴装置の動作を示すフローチ
ャート

【図９】帯域拡張処理を示す説明図

【符号の説明】

１１、２１、３１、５１ アナログ／デジタル変換部
（Ａ／Ｄ変換部） １２、２２、３２ バンドパスフィルタ部 １２ａ、１２ｂ、１２ｃ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、３
２ａ、３２ｂ、３２ｃバンドパスフィルタ １３、２３、３３ ノイズレベル算出部 １４、２４、３４ 増幅特性算出部 １５、３５ 非線形増幅部 １５ａ、１５ｂ、１５ｃ、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３
５ｄ、３５ｅ 非線形増幅器 １６、２８、３８、６０ 加算器 １７、２９、３９、６１ デジタル／アナログ変換部
（Ｄ／Ａ変換部） ２５ ノイズ抑制部 ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ ノイズ抑制器 ２６、３６ 高域信号生成部 ２７、３７ 低域信号生成部 ４１ Ａ／Ｄコンバータ ４２ ＤＳＰ／ＣＰＵ ４３ ＲＯＭ ４４ ＲＡＭ ４５ Ｄ／Ａコンバータ ５２ フレーム分割部 ５３ 整流処理部 ５４、５８ ローパスフィルタ部 ５５、５９ 振幅・位相調整部 ５６ 帯域反転処理部 ５７ 有声／無声判定部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マイク等から入力されるアナログ音声信号
   に対して非線形増幅処理を施すデジタル補聴装置であっ
   て、前記アナログ音声信号をデジタル音声信号に変換す
   るアナログ／デジタル変換部と、前記デジタル音声信号
   を複数の帯域に分割し各帯域のデジタル音声信号として
   出力するバンドパスフィルタ部と、前記バンドパスフィ
   ルタ部で帯域分割された各帯域のノイズレベルを算出す
   るノイズレベル算出部と、前記算出したノイズレベルに
   基づいて各帯域の増幅特性を算出する増幅特性算出部
   と、前記算出した各帯域の増幅特性に従って前記各帯域
   のデジタル音声信号に含まれるノイズ信号を抑制すると
   共に前記各帯域のデジタル音声信号を入力レベルに応じ
   て増幅する非線形増幅部と、前記増幅した各帯域のデジ
   タル音声信号を加算し加算デジタル音声信号として出力
   する加算器と、前記加算デジタル音声信号をアナログ音
   声信号に変換するデジタル／アナログ変換部とを有する
   ことを特徴とするデジタル補聴装置。
2. 【請求項２】電話機等で受信される狭帯域の電話音声信
   号に対してノイズ抑制処理を施すデジタル補聴装置であ
   って、前記電話音声信号をデジタル音声信号に変換する
   アナログ／デジタル変換部と、前記デジタル音声信号を
   複数の帯域に分割し各帯域のデジタル音声信号として出
   力するバンドパスフィルタ部と、前記バンドパスフィル
   タ部で帯域分割された各帯域のノイズレベルを算出する
   ノイズレベル算出部と、前記算出した各帯域のノイズレ
   ベルに基づいて各帯域の増幅特性を算出する増幅特性算
   出部と、前記算出した増幅特性に従って前記各帯域のデ
   ジタル音声信号に含まれるノイズ信号を抑制するノイズ
   抑制部と、前記電話音声信号の低域信号を擬似的に復元
   する低域信号生成部と、前記電話音声信号の高域信号を
   擬似的に復元する高域信号生成部と、前記ノイズ信号が
   抑制された前記各帯域のデジタル音声信号と前記低域信
   号と前記高域信号とを加算し加算デジタル音声信号とし
   て出力する加算器と、前記加算デジタル音声信号をアナ
   ログ音声信号に変換するデジタル／アナログ変換部とを
   有することを特徴とするデジタル補聴装置。
3. 【請求項３】電話機等で受信される狭帯域の電話音声信
   号に対して非線形増幅処理を施すデジタル補聴装置であ
   って、前記電話音声信号をデジタル音声信号に変換する
   アナログ／デジタル変換部と、前記デジタル音声信号を
   複数の帯域に分割し各帯域のデジタル音声信号として出
   力するバンドパスフィルタ部と、前記バンドパスフィル
   タ部で帯域分割された各帯域のノイズレベルを算出する
   ノイズレベル算出部と、前記算出した各帯域のノイズレ
   ベルに基づいて各帯域の増幅特性を算出する増幅特性算
   出部と、前記電話音声信号の低域を低域信号として擬似
   的に復元する低域信号生成部と、前記電話音声信号の高
   域を高域信号としての擬似的に復元する高域信号生成部
   と、前記算出した増幅特性に従って前記各帯域のデジタ
   ル音声信号に含まれるノイズ信号を抑制すると共に前記
   各帯域のデジタル音声信号と前記低域信号と前記高域信
   号とを入力レベルに応じて増幅する非線形増幅部と、前
   記増幅した前記各帯域のデジタル音声信号と前記低域信
   号と前記高域信号とを加算し加算デジタル音声信号とし
   て出力する加算器と、前記加算デジタル音声信号をアナ
   ログ音声信号に変換するデジタル／アナログ変換部とを
   有することを特徴とするデジタル補聴装置。