JP2005065124A

JP2005065124A - 補聴器

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Publication number: JP2005065124A
Application number: JP2003295609A
Authority: JP
Inventors: Shigekiyo Fujii; 成清藤井; Hiroshi Kondo; 浩近藤; Yoshiyuki Yoshizumi; 嘉之吉住
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2023-08-19
Also published as: CN1839662A; US20070058828A1; JP4223350B2; CN1839662B; US7539320B2; WO2005018280A1

Abstract

【課題】時定数を持つＲＣフィルタを用いることなく短いアタックタイム、リリースタイムを実現する。
【解決手段】ダイオード５１及び５２は増幅器３０の出力段における交流信号を倍電圧整流し、平滑コンデンサ５３はダイオード５１、５２により整流された信号を平滑化する。減衰回路４０のトランジスタ４１は平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧が所定レベルを超えた場合にオンとなり、増幅器の入力信号を引き込むことにより増幅器の出力信号のレベルを減衰させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、衝撃音や過大音が入力された場合に出力を自動的に制御する補聴器に関する
。

従来の技術を説明する前に、まず補聴器における自動利得制御の一般的特徴について説明する。補聴器は、入力音を一律に増幅するのではなく、入力音圧レベルに応じて利得を変化させることが必要である。また、リクルートメント現象を伴った装用者の場合、小さい音は聞こえにくいが、大きい音は健聴者と同じレベルで聞こえる場合もあるので、入力音が小さい場合は増幅度を大きくし、入力音が大きい場合はそれほど増幅せずに出力レベルを装用者の聞こえの範囲内に抑えることも必要である。例えば、ドアを閉めたときの衝撃音が入力された場合、小さい入力音と同様に増幅してしまっては、その出力レベルが装用者に不快感を与えるため、出力レベルを抑制する必要がある。また、大きい会話音の場合、信号レベルが増幅器又はイヤホンの飽和領域に達し、出力音の歪みが多くなるため、音質や語音聴取に影響を与える。

以上のような衝撃音や大きい音声（過大音）を、信号レベルの大きさに応じて増幅器の入力段又は出力段で抑制するために、自動利得制御回路やピーククリッピング回路が用いられる。ところが、ピーククリッピング回路では一定レベル以上の波形にリミッタをかけるため高調波歪みが生じ、子音の語音明瞭度を低下させる問題があるため、自動利得制御回路が有効となる。自動利得制御では入力信号又は出力信号をモニタリングして、一定レベル以上の信号に圧縮をかける。この機能では、動作開始までのアタックタイムと、動作を解除するまでのリリースタイムの設定値が重要である。アタックタイムが長い場合、衝撃音のようなインパルス性の信号を抑えきれずに、不快音を出力してしまう。また、アタックタイム、リリースタイムが長い場合、会話音が弾んだように聞こえるという問題が生じる。このように、補聴器における自動利得制御においては、アタックタイム、リリースタイムを短くする制御が有効である。

従来の自動利得制御としては、下記特許文献１に記載されたものがある。以下に、従来の自動利得制御について説明する。図３は、この補聴器自動利得制御回路の構成を示す回路図である。図３において、マイクロホン１０を介して入力された音声信号は、増幅器３０により一定のゲインで増幅されてイヤホン１００に出力される。可変抵抗１４０はイヤホン１００の両端間の交流電圧の一部を導出し、ダイオード１５０とコンデンサ１５５は、このイヤホン１００の両端間の部分的交流電圧を整流する。抵抗１６１及びコンデンサ１６２からなるＲＣフィルタの出力端子は第１トランジスタ１７０のベースに接続されている。第１トランジスタ１７０はコレクタが第２トランジスタ１８０のベースを駆動し、第２トランジスタ１８０は増幅器３０の入力信号を接地側に短絡するためのものである。電池８０はこの補聴器の電源であり、抵抗２３０、２４０、２５０、２６０、２７０、２８０は圧縮作用が開始されるレベル及び入出力特性を決定するためのものである。
特開昭５８−１６２１１５号公報（図１）

このように構成された自動利得制御回路について、その動作を説明する。可変抵抗１４０の両端間の信号が増大すると、第１トランジスタ１７０のコレクタにより、増幅器３０の入力端子に結合した第２トランジスタ１８０のベースを直接駆動して、第２トランジスタ１８０により増幅器３０の入力信号を広い範囲にわたり短絡する。このように、増幅器３０の出力段における信号レベルに応じて、第２トランジスタ１８０のベース電圧を変化させ、増幅器３０の入力段の信号を減衰させることで自動利得制御の機能を実現している。

しかしながら、上記従来の自動利得制御回路においては、抵抗１６１及びコンデンサ１６２からなるＲＣフィルタにより十分な効果を得るため、例えば衝撃音などのインパルス性の信号に追従可能にするためにはＲＣの時定数を長くとらなければならないが、大きなＲＣ部品を補聴器の小さい筐体に収容することは困難である。その結果、衝撃音などのインパルス性の信号には追従できず自動利得制御が十分に機能しない可能性が高い。

本発明は、衝撃音などのインパルス性の信号に対しても追従することができるように、アタックタイム、リリースタイムの短い自動利得制御機能を持つ補聴器を提供することを目的とする。

本発明の補聴器は上記目的を達成するために、入力トランスデューサからの入力信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力信号又は入力信号を整流する複数の整流手段と、
前記整流手段により整流された直流を平滑化する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧が所定レベルを超えた場合に前記増幅器の出力信号のレベルを減衰させる減衰回路とを、
備えた構成とした。
この構成により、増幅器の出力信号をモニタリングするための直流電圧を得る手段として、時定数を持つＲＣフィルタではなく整流手段及び平滑コンデンサを用いることで、短いアタックタイム、リリースタイムを実現することができる。

また、本発明の補聴器は、前記減衰回路が前記平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧が所定レベルを超えた場合にオンとなって前記増幅器の入力信号を引き込む第１のトランジスタを備え、さらに、
電源オン時に前記平滑コンデンサへの充電を行う充電回路を備えた構成とした。
この構成により、電源オン時に平滑コンデンサへの初期充電の影響で脈流が発生し、平滑コンデンサが充電状態となるまでに減衰回路の第１のトランジスタがオンとオフを繰り返す状態となり、周期的なバースト音として出力することを防止することができる。

また、本発明の補聴器は、前記第１のトランジスタのベースにバイアスを付加する第２のトランジスタをさらに備え、
前記第１、第２のトランジスタは同一特性である構成とした。
この構成により、減衰回路の第１のトランジスタの動作点が温度に応じて変化することを防止することができる。

本発明によれば、増幅器の出力信号をモニタリングするための直流電圧を得る手段として、時定数を持つＲＣフィルタではなく整流手段及び平滑コンデンサを用いるので、短いアタックタイム、リリースタイムを実現できるため、衝撃音などのインパルス性の信号に対しても追従可能な効果を有する補聴器を提供することができる。

＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態における補聴器の構成を示す回路図である。図１において、入力トランスデューサであるマイクロホン１０を介して入力した過大な音声あるいは衝撃音などのインパルス性の入力信号は、コンデンサＣ１を介して増幅器３０に印加されて一定のゲインで増幅され、コンデンサＣ２を介してクラスＤアンプを搭載した受話器であるイヤホン２０に出力される。マイクロホン１０、増幅器３０、イヤホン２０には電池８０（及びコンデンサＣ３）によりＤＣ電源が供給されている。そして、増幅器３０の出力信号（接続点Ｂ）が増幅回路７０と整流回路５０によりモニタリングされ、過大にならないようにバイアス付加回路６０と減衰回路４０により増幅器３０の入力信号（接続点Ａ）が減衰される。

増幅回路７０では、接続点Ｂ（増幅器３０の出力）が分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して接地され、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続点がトランジスタＱ１のベースに接続されている。また、トランジスタＱ１のエミッタにはＤＣ電源が抵抗Ｒ３及びコンデンサＣ５の並列回路を介して印加され、トランジスタＱ１のコレクタ（接続点Ｃ）は抵抗Ｒ４を介して接地されるとともに、整流回路５０側のコンデンサＣ６の一端に接続されている。増幅回路７０は増幅器３０の出力信号を増幅して整流回路５０に出力する。

整流回路５０では、コンデンサＣ６の他端が整流手段としてのダイオード５１のアノードとダイオード５２のカソードに接続されている。また、ダイオード５１のカソードは平滑コンデンサ５３の一端（接続点Ｄ）に接続され、ダイオード５２のアノードは平滑コンデンサ５３の他端（接続点Ｅ）に接続されている。整流回路５０はダイオード５１及び５２が増幅器３０の出力段における交流信号を倍電圧整流し、平滑コンデンサ５３がダイオード５１、５２により整流された信号を平滑化することにより、増幅回路７０により増幅された交流電圧を直流電圧に変換する。

バイアス付加回路６０では、抵抗Ｒ５の一端にはＤＣ電源が印加され、抵抗Ｒ５の他端はトランジスタ（第２のトランジスタ）６１のベース及びコレクタと、コンデンサＣ７の一端と平滑コンデンサ５３の他端（接続点Ｅ）に接続されている。トランジスタ６１のエミッタとコンデンサＣ７の他端は共に接地されている。減衰回路４０では、平滑コンデンサ５３の一端（接続点Ｄ）が可変抵抗４２の一端に接続され、可変抵抗４２の他端は接地されている。また、可変抵抗４２により分圧された電圧はトランジスタ（第１のトランジスタ）４１のベースに印加され、トランジスタ４１のコレクタはコンデンサＣ４を介して接続点Ａ（増幅器３０の入力）に接続されている。トランジスタ４１のエミッタは接地されている。

減衰回路４０における可変抵抗４２は、増幅器３０の入力段への信号抑制量を決定し、圧縮が開始される入力レベルであるニーポイント及び入出力特性を決めるためのものであり、トランジスタ４１は増幅器３０の出力段における信号レベルに応じて増幅器３０の入力段から信号を引き込む。バイアス付加回路６０はトランジスタ４１を動作させるためのものであり、トランジスタ６１はダイオード５１、５２と平滑コンデンサ５３により整流された信号にバイアスを与え、その特性はトランジスタ４１と同じである。

このように構成された補聴器について、その動作を図１を用いて説明する。まず、マイクロホン１０への入力音は、増幅器３０とトランジスタ４１に印加される。増幅器３０からの出力はイヤホン２０と増幅回路７０に印加される。増幅回路７０に印加された交流信号は、ダイオード５１、５２によって整流され、平滑コンデンサ５３で平滑化されて直流電圧に変換される。この直流電圧はトランジスタ６１によって与えられたバイアス電圧に加えられ、トランジスタ４１のベース電圧となる。ここで、可変抵抗４２によって決定される閾値をトランジスタ４１のベース電圧が超えるとトランジスタ４１が動作し、増幅器３０の入力段の信号が引き込まれて減衰し、イヤホン２０の出力も抑制される。このように、自動利得制御回路内の信号ラインには、時定数を持つＲＣフィルタなどを用いていないため、信号入力から抑制開始までの応答が速い。入力信号が小さい場合には、可変抵抗４２によって決定される閾値をトランジスタ４１のベース電圧が超えないため、増幅器３０の入力信号は減衰されず、イヤホン２０の出力には影響を与えない。

この回路では、増幅器３０の出力段における信号レベルの変化分を、トランジスタ４１のベース電位の変化分に直接反映させることが重要である。また、トランジスタ４１のベース・エミッタ間電圧は温度特性を持つため、トランジスタ４１のベースに付加するバイアスが一定であった場合、温度によってトランジスタ４１の動作開始点が変化する。よって、その問題を解決するため、トランジスタ４１と同じ型番、すなわち同じ特性のトランジスタ６１を用いて温度特性を考慮したバイアスをつくることにより、トランジスタ４１のベース・エミッタ間電圧の温度変化分を相殺する。このバイアスに、平滑コンデンサ５３で平滑された直流電圧が上乗せされるため、温度変化によらず、増幅器３０の出力段の信号レベル変化分に応じて、トランジスタ４１のベース電圧の変化量、すなわち増幅器３０の入力段からの信号引き込み量を決定することができる。

以上のように第１の実施の形態によれば、トランジスタ４１の動作により増幅器３０の出力信号をモニタリングするための直流電圧を得る手段として、時定数を持つＲＣフィルタではなく、ダイオード５１、５２による整流及び平滑コンデンサ５３による平滑化を用いることで、短いアタックタイム、リリースタイムを実現し、衝撃音などのインパルス性の信号に対しても追従することができる。さらに、増幅器３０の出力段における信号が大きくなると、増幅器３０の入力段で信号レベルが抑えられるため、増幅器３０の飽和レベルへの余裕度が増えると同時に、イヤホン２０の飽和レベルへの余裕度も増えるため、歪みが少なく自然な音を出力することができる。

＜第２の実施の形態＞
図２は本発明の第２の実施の形態における補聴器の構成を示す回路図である。第２の実施の形態では、図２に示すように第１の実施の形態に対して、補聴器の電源８０の投入時のみ動作する充電回路９０が追加されている。他の構成は第１の実施の形態と同じであるのでその詳細な説明は省略する。充電回路９０では、トランジスタＱ２のエミッタにはＤＣ電源が印加され、ベースはコンデンサＣ８を介して接地され、コレクタは抵抗Ｒ６を介して接続点Ｄ、すなわち平滑コンデンサ５３の一端に接続されている。

このように構成された補聴器について、その動作を図２を用いて説明する。充電回路９０がない回路の場合、自動利得制御機能を動作状態にして補聴器の電源８０を投入すると、平滑コンデンサ５３への初期充電への影響で脈流が発生する。よって、平滑コンデンサ５３が充電状態となるまでは、減衰回路４０のトランジスタ４１はオンとオフを繰り返す状態となり、周期的なバースト音がイヤホン２０から出力される場合がある。

第２の実施の形態では、充電回路９０を有し、そのため電源投入と同時に平滑コンデンサ５３が充電状態となり、トランジスタ４１は動作状態となる。その後、強大音などの入力がなければ平滑コンデンサ５３は放電状態となる。これにより、ミュート音状態からの開始となり、前述のバースト音を防止することができる。

なお、第１及び第２の実施の形態において、回路の低電流化による電池寿命の増加を考慮し、かつ、高い音響利得を得るために、クラスＤアンプを内蔵したイヤホン２０を用いたが、イヤホン２０を増幅器とアンプ内蔵でないイヤホンに分けても同様に実施可能である。その場合、２段目の増幅器の出力段から信号を取り出すことにより、増幅回路７０がなくても同様に実施可能である。また、増幅回路７０を電流帰還バイアス回路で構成した例について説明したが、その他のバイアス回路やオペアンプを用いても同様に実施可能である。また、整流回路５０を倍電圧整流回路で構成した例について説明したが、その他の整流回路を用いても同様に実施可能である。

本発明は、補聴器の他、衝撃音や過大音が入力された場合に自動的に出力を制御するオーディオ機器として有用である。

本発明の第１の実施の形態における補聴器の回路図本発明の第２の実施の形態における補聴器の回路図従来の補聴器の回路図

符号の説明

１０マイクロホン
２０イヤホン
３０増幅器
４０減衰回路
４１、６１トランジスタ
４２可変抵抗
５０整流回路（整流手段）
５１、５２ダイオード
５３平滑コンデンサ
６０バイアス付加回路
７０増幅回路
８０電池
９０充電回路

Claims

入力トランスデューサからの入力信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力信号又は入力信号を整流する複数の整流手段と、
前記整流手段により整流された直流を平滑化する平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧が所定レベルを超えた場合に前記増幅器の出力信号のレベルを減衰させる減衰回路とを、
備えた補聴器。
前記減衰回路が前記平滑コンデンサにより平滑化された直流電圧が所定レベルを超えた場合にオンとなって前記増幅器の入力信号を引き込む第１のトランジスタを備え、さらに、
電源オン時に前記平滑コンデンサへの充電を行う充電回路を備えた請求項１に記載の補聴器。
前記第１のトランジスタのベースにバイアスを付加する第２のトランジスタをさらに備え、
前記第１、第２のトランジスタは同一特性である請求項２に記載の補聴器。