JP2003511880A - 補聴器におけるスピーチ信号成分を増強するための方法および信号処理装置 - Google Patents
補聴器におけるスピーチ信号成分を増強するための方法および信号処理装置Info
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Abstract
Description
分を増強する方法であって、入力信号を少なくとも1つの高周波数帯域、最低周
波数帯域、および高周波数帯域と最低周波数帯域の間の少なくとも1つの中間周
波数帯域を有する少なくとも3つの周波数帯域に分類(分割)するステップと、
最低周波数帯域と少なくとも1つの中間周波数帯域内のバックグランド・ノイズ
のレベルを評価するステップと、バックグランド・ノイズのスケルチングを提供
するために、評価したバックグランド・ノイズのレベルに応じて前記最低および
中間周波数帯域におけるゲインを調整するステップとを備えた方法に関する。
補聴器が開示されており、ここでは、入力サウンド・レベルおよび/または出力
サウンド・レベルを検出し、検出したサウンド・レベルに応じて、各処理チャネ
ル内のゲインを、出力サウンド・レベルが実際に望ましい値に向うように制御す
ることによって出力サウンド・レベルに適応させることによりダイナミック自動
ゲイン制御が実行される。検出したサウンド・レベルに応じて、高入力および/
または出力サウンド・レベルでの高速ゲイン調整を提供する比較的短い期間と、
低入力および/または出力サウンド・レベルでの遅速ゲイン調整を提供する比較
的長い期間とにそれぞれ調整されるアタック・タイムおよびリリース・タイムの
各々を用いて、ゲインを所望値に向けて調整することによって入力サウンド・レ
ベルを増減させることによりゲイン制御が実行される。
は、その一部分が、補聴器が受信した一時的なサウンド入力に基づいて実行され
、他の一部分が、20〜30秒間にわたって遡及するタイム・ウィンドウ内のサウン
ド・レベルの統計的解析に基づいて実行される。実際のゲイン調整は、各チャネ
ル内の実際のゲイン制御と、制御レートを決定するための複雑なアルゴリズムに
よって計算される。
方法と比較して、著しい利点をもたらすことが明らかである。伝達関数がコンプ
レッサ特性を提供し、再生されたサウンドが、変化するゲインにおけるポンピン
グまたはバイブレーティング・サウンド効果に敏感である低サウンド・レベルに
おいては、サウンドは長いアタック・タイムとリリース・タイムにより制御され
、これに対して、再生されたサウンドがクリッピングまたは痛覚スレッショール
ドに接近する高いサウンド・レベルにおいては、サウンドは短いアタック・タイ
ムとリリース・タイムにより制御される。
ズの内容の検出に基づいた効率的なノイズ抑制で実現されてきた。ノイズが存在
しない場合には、ノイズ抑制またはノイズ・スケルチングは実行されず、これに
対して、或る周波数帯域内に大きなノイズが生じた場合、そうでなければダイナ
ミック・ゲイン制御の結果生じるゲイン調整は減少したゲインに向かって修正(
変更)される。これにより、ユーザに容認できない不快感を与えることなく、騒
々しい環境下で比較的長い時間にわたって補聴器を使用することが可能になると
いう利点が得られる。
イズ・スケルチングの使用は、いくつかの従来技術の文献に開示されてきた。
信号セグメントの振幅を増大させる第1セクションと、該スレッショールド・レ
ベルよりも上の入力信号セグメントの振幅を減少させる第2セクションとを備え
た自動ゲイン制御ユニットで聴力を補助する方法および装置を開示している。長
いアタック・タイムと短いリリース・タイムを備えたノイズ抑制装置ユニットは
、自動ゲイン制御ユニットの第2セクションからの出力に応答し、スピーチ信号
セグメント間でスピーチ信号とスケルチ・バックグランド・ノイズ信号を通過さ
せるために、自動ゲイン制御ユニットのスレッショールド・レベルよりも低い、
動作のスレッショールド・レベルを備えている。
、複数の周波数帯域の各々におけるノイズ・スケルチングは、各帯域内のサウン
ド・イベントの振幅分布を監視し、ゲインを調整すべき現在の周波数帯域内のノ
イズの絶対量を、次の高周波数の帯域内のノイズの絶対量と比較することによっ
てノイズの絶対量を評価することによって実行され、これにより、もしこの帯域
内のノイズ量が次の高周波数帯域内のノイズ量を所定のスレッショールド値より
も越えた場合、現在の周波数帯域内のゲインが減少する。
こでは、ノイズを含んだ入力信号からの情報信号の周波数成分が、各周波数成分
内のトータル・パワーを計算し、これに含まれる情報信号のパワーを評価し、各
周波数帯域についてトータル・パワーの関数として修正(変更)されたゲインと
、情報信号パワー評価と、ノイズ・パワーの先の評価とを計算することによって
得られ、入力周波数成分に、上記の修正されたゲインを掛けてパワー評価を求め
、情報信号の周波数成分と新規のノイズ・パワー評価が、情報信号内のポーズの
有無に関係なく、先のノイズ・パワー評価、および周波数成分内のトータル・パ
ワーと情報信号内の周波数成分のパワーの評価との間の差から評価される。
おいて、各周波数帯域内の統計的ノイズ評価により、比較的遅いゲイン減少が生
じ、これは、比較可能なサウンド・レベルを備えるスピーチおよびノイズ成分を
含む入力信号の場合、例えば車の運転中に補聴器を使用するような特定の状況に
おいて、スピーチの認知を低下させることが観察された。
号処理装置を提供することであり、これにより、ノイズも含んだ入力信号内のス
ピーチの内容が増強され、スピーチの認知が向上する。
つの高周波数帯域内のスピーチ信号成分の内容を評価するステップと、前記バッ
クグランド・ノイズのスケルチングを減少させ、これにより前記1つの中間周波
数帯域内で生じるスピーチ信号成分の内容を増強するために、前記1つの中間周
波数帯域内の前記バックグランド・ノイズ評価により生じる前記ゲイン調整を修
正(変更)するステップとを有することを特徴とする。
拡散またはマスキングの効果によって生じるものであり、これにより、典型的に
は信号処理システムの最低周波数帯域内で生じるノイズが、スピーチ認知に通常
非常に重要な周波数成分を含む次に高い中間周波数帯域へ上方拡散されるという
事実の認識に基づいている。その結果、ノイズ・スケルチング(noise squelch-
ing)が、ノイズ内容の大部分を含む最低周波数帯域においてのみでなく、次に高
い中間周波数帯域においても実行される。
、この周波数帯域内でゲイン調整を修正することにより、中間周波数帯域内にお
けるスピーチ内容の増強(intensification)が実行され、これは、スピーチ認知
を著しく向上させるものとして認識されている。
るような、それ自体公知の様々な方法でノイズおよびスピーチ信号成分の評価を
実行することが可能であるが、本発明による方法では、前記分割の後に、各周波
数帯において前記入力信号がディジタル信号処理され、バックグランド・ノイズ
の量とスピーチ信号成分の内容の評価が、パーセンタイル評価により実行される
ことが好ましい。
される。この装置は、バックグランド・ノイズが存在するスピーチ信号成分を含
む入力信号を受信する手段と、前記入力信号を、少なくとも1つの高周波数帯域
、最低周波数帯域、および前記高周波数帯域と前記最低周波数帯域の間の少なく
とも1つの中間周波数帯域を含む少なくとも3つの周波数帯域に分割(分類)す
る手段と、前記周波数帯域の各々において前記ゲインを制御するための可変ゲイ
ン調整手段と、前記最低周波数帯域と前記少なくとも1つの中間周波数帯域にお
けるバックグランド・ノイズのレベルを評価し、前記バックグランド・ノイズの
スケルチングを提供するために、前記評価したバックグランド・ノイズのレベル
に応じて、前記最低周波数帯域と前記1つの中間周波数帯域における前記ゲイン
を調整する手段とを備えている。
ピーチ信号成分の内容を評価し、前記バックグランド・ノイズのスケルチングを
減少させ、これにより前記1つの中間周波数帯域内で生じる前記スピーチ信号成
分の内容を増強するために、前記少なくとも1つの中間周波数帯域における前記
バックグランド・ノイズの評価によって生じる前記ゲイン調整を修正(変更)す
る手段が設けられていることを特徴とする。
聴器では、マイクロフォン1で受信したサウンド入力信号がA/Dコンバータ2
に供給され、そのディジタル出力信号がフィルタ・バンク(filter bank)3に供
給される。これにより、ディジタル信号がフィルタ・バンク3から、3つの出力
ラインA、B、Cで示される最低周波数帯域、中間周波数帯域、最高周波数帯域
の3つの周波数帯域に分配される。
いる。図に示されているように、これらの処理チャネルA、B、Cは構造的に類
似しており、各々が、AGC制御増幅手段4とノイズ・リダクションまたはノイ
ズ・スケルチング(noise squelching )・ブロック5とからなる直列の構成を備
えている。
チ・アナライズ手段6およびノイズ・アナライズ手段7に平行して供給される。
次に、これらの手段はスピーチ増強(intensification)またはSISコントロー
ル・ロジック・ブロック8に出力信号を供給し、SISコントロール・ロジック
・ブロック8が制御信号を、それぞれの処理チャネルA、B、Cにおいて、ノイ
ズ・スケルチング・ブロック5に供給する。
ン(summation)装置9およびD/AまたはD/Dコンバータ10を介して、ラウド
・スピーカのような出力サウンド・トランスデューサ11に供給される。
グラフから、スピーチ信号におけるサウンド(sound)エネルギーの重要な部分が
、一般に800Hz〜 2500Hzの範囲の中間周波数帯域Bに位置し、また、サウン
ド・エネルギーの検出可能部分が高周波数帯域Cに位置することがわかる。
を示すグラフから、他方では、サウンド・エネルギーの大部分が最低周波数帯域
Aに位置することがわかる。
備え、図2、図3に示すスピーチ成分およびノイズ成分を含むサウンド入力信号
を受信する補聴器における、例えばAGCによる通常のゲイン制御の効果を示す
ものが図4のグラフである。3つのカラムは、スピーチ成分のみを含む、つまり
ノイズ成分を一切含まないサウンド入力信号について、補聴器の通常ゲイン制御
手段によって生じるダンピング(damping)と比較されるノイズ・スケルチングに
よって生じる、3つの処理チャネルA、B、Cのそれぞれにおけるゲイン制御フ
ィルタのフィルタ・ダンピング(filter damping)の増加を示す。
ズ成分を含むサウンド入力信号の場合、フィルタ・ダンピングが、ノイズ・エネ
ルギーの大部分が存在する最低周波数帯域においてだけでなく、中間帯域におい
ても著しく増加し、これは、車の騒音の典型例のように、たとえ、多くの場合に
おいてサウンド入力信号中の同帯域内のノイズ・エネルギーが最低周波数帯域に
おけるよりも充分に低い場合にも、同様のことがあてはまることが実際経験から
分った。上で説明したように、この現象は、最低周波数帯域から中間周波数帯域
への上方拡散またはマスキング効果によって生じ、その結果、この帯域内のスピ
ーチ信号成分に大幅なダンピングが生じ、これにより、聴力障害を持つ使用者の
大部分について、トランスデューサ11からの出力サウンド信号におけるスピーチ
の認知が大幅に減少する。
る。図1に示すように、3つの処理チャネルA、B、Cのそれぞれは、本質的に
従来のノイズ・スケルチング・システムで使用されるノイズ・アナライズ手段7
に加えて、各々の処理チャネルに供給される周波数帯域内のスピーチ内容を検出
および解析(アナライズ)するためのスピーチ・アナライズ手段6を備えている
。
ば、高周波数帯域C内のスピーチ内容の検出および分析のみが有益なのであるが
、明らかな構造的理由から、通常は集積回路として完全に実現される処理チャネ
ルA、B、Cの各々の構造を類似させる必要がある。
ノイズ・アナライズ手段7からの出力信号がSISコントロール・ロジック・ブ
ロック8に供給され、SISコントロール・ロジック・ブロック8がこれに応じ
て、処理チャネルA、B、Cの各々においてノイズ・スケルチング・ブロック5
へ制御信号を供給する。
おける典型的なスピーチの場合、信号処理装置のノイズ・スケルチングもスピー
チ増強(intensification)機能も働かず、また、補聴器の通常AGC制御増幅パ
フォーマンスに影響はない。
ナライズ手段7によって検出および解析され、その出力信号は、ノイズにより影
響された1つまたは複数の処理チャネルにおいて、SISコントロール・ロジッ
ク8を介してノイズ・スケルチング・ブロック5に直接に供給され、従来技術に
おいて知られた従来のノイズ・スケルチングが実行される。
、最高周波数帯域C内でスピーチ検出を行うことにより、中間周波数帯域B内の
ノイズ・スケルチングに修正(変更、変化)が生じ、これにより、図5に示すよ
うに、フィルタ・ダンピングの増加が、そうでなければノイズ検出から生じる従
来のノイズ・スケルチングと比較して少なくなる。
図4の従来のノイズ・スケルチングの効果を示し、図7は、中間周波数帯域Bに
おける著しいスピーチ増強を示す。
とノイズ・アナライズ手段7を組み合わせて、2つのパーセンタイル評価装置(
percentile estimator )12、13を採用した一体構造において実現することが好ま
しい。このようなパーセンタイル評価装置は米国特許US-A-4,204,260号により知
られ、また、補聴器における自動ゲイン制御のための同装置の使用はWO 95/1566
8号、上で引用したWO 99/34642号に開示されており、これらについての開示につ
いては本願明細書中では上記文献を参照することにより援用する。
強の機能の目的のために、パーセンタイル評価装置12、13のパーセンタイルを5
〜40%、60〜95%の数値、例えば10%や90%の数値にそれぞれ調整することが可
能である。
・ロジック・ブロック8へ、例えば25秒継続するタイム・ウィンドウ内でパーセ
ンタイル評価装置12、13により分析された入力信号のそれぞれ10〜90%の上限を
形成する振幅レベルを示す出力信号が供給される。
プのスピーチ信号の振幅分布が、10%と90%パーセンタイルの比較的大きな間隔
に対応する広いレンジの振幅レベルをカバーし、これに対して、図9のヒストグ
ラムに示すような典型的な連続ノイズ信号の振幅分布は、10%と90%のパーセン
タイルのずっと小さな間隔を伴うやや狭いレンジの振幅レベルに限定される。
ムの重なりにより形成された振幅分布は、図10のヒストグラムに示すように、2
つの純粋スピーチと純粋ノイズの両極間の中間を形成する。
ーチ増強を提供するために、SISコントロール・ロジック・ブロック8により
単純な方法で使用することができる。
実行される3チャネル補聴器を参照しながら説明してきたが、これは本発明を限
定するものではない。例えば、相当数の周波数帯域内の信号を処理する3つより
も多いチャネルを備えた多チャネル補聴器の場合、スピーチ信号成分の評価は、
スピーチ信号成分がノイズ・レベルよりも優勢になる、あらゆる高周波数帯域内
、またはこれらの帯域の組み合わせにおいて、上記と同じ利点を生じさせる。
ク図である。
的なスピーチ成分に関する、周波数の関数としてのサウンド・レベルを示すグラ
フである。
的なノイズ成分に関する、周波数の関数としてのサウンド・レベルを示すグラフ
である。
およびノイズ成分で構成された入力サウンド信号のフィルタのダンピング/減衰
を示すグラフである。
成分で構成された入力サウンド信号のフィルタのダンピング/減衰を示すグラフ
である。
ラフである。
果を示すグラフである。
Claims (4)
- 【請求項1】 バックグランド・ノイズを含む補聴器入力信号中のスピーチ信
号成分を増強する方法であって、前記入力信号を少なくとも1つの高周波数帯域
、最低周波数帯域、および前記高周波数帯域と前記最低周波数帯域の間の少なく
とも1つの中間周波数帯域を有する少なくとも3つの周波数帯域に分割するステ
ップと、前記最低周波数帯域と少なくとも1つの中間周波数帯域内の前記バック
グランド・ノイズのレベルを評価するステップと、前記バックグランド・ノイズ
のスケルチングを提供するために、評価した前記バックグランド・ノイズのレベ
ルに応じて前記最低および前記中間周波数帯域におけるゲインを調整するステッ
プとを有し、 前記少なくとも1つの高周波数帯域内のスピーチ信号成分の内容を評価するス
テップと、前記バックグランド・ノイズのスケルチングを減少させ、これにより
前記1つの中間周波数帯域内で生じるスピーチ信号成分の内容を増強するために
、前記1つの中間周波数帯域内の前記バックグランド・ノイズ評価により生じる
前記ゲイン調整を修正するステップとを有することを特徴とする方法。 - 【請求項2】 前記分割後に、前記入力信号が、前記周波数帯域の各々におい
てディジタル信号処理され、前記バックグランド・ノイズのレベルと前記スピー
チ信号成分の内容の評価がパーセンタイル評価によって実行されることを特徴と
する請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 補聴器用の信号処理装置であって、バックグランド・ノイズが
存在するスピーチ信号成分を含む入力信号を受信する手段(1)と、前記入力信
号を、少なくとも1つの高周波数帯域(C)、最低周波数帯域(A)、および前
記高周波数帯域と前記最低周波数帯域の間の少なくとも1つの中間周波数帯域(
B)を有する少なくとも3つの周波数帯域に分割する手段(3)と、前記周波数
帯域の各々において前記ゲインを制御するための可変ゲイン調整手段(4)と、
前記最低周波数帯域と前記少なくとも1つの中間周波数帯域におけるバックグラ
ンド・ノイズのレベルを評価し、前記バックグランド・ノイズのスケルチングを
提供するために、前記評価したバックグランド・ノイズのレベルに応じて、前記
最低周波数帯域と前記1つの中間周波数帯域における前記ゲインを調整する手段
(5、7)とを有するものにおいて、 前記少なくとも1つの高周波数帯域内のスピーチ信号成分の内容を評価し、前
記バックグランド・ノイズのスケルチングを減少させ、これにより前記1つの中
間周波数帯域内で生じる前記スピーチ信号成分の内容を増強するために、前記少
なくとも1つの中間周波数帯域における前記バックグランド・ノイズの評価によ
り生じる前記ゲイン調整を修正する手段(6、8)を備えたことを特徴とする補
聴器用信号処理装置。 - 【請求項4】 前記評価手段が、バックグランド・ノイズのレベルとスピーチ
信号成分の内容を評価するためのパーセンタイル評価装置手段(12、13)を有す
ることを特徴とする請求項3に記載の補聴器用信号処理装置。
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