JP2007235364A - 補聴器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハウリングが発生し難く、快適な装用感を得ることができる補聴器を提供する。
【解決手段】 環境音を電気信号に変換するマイクロホン４と、このマイクロホン４の出力信号を補聴処理する補聴処理手段２１と、この補聴処理手段２１の出力信号を音響信号に変換するイヤホン６を備えた補聴器において、外耳道内の音を電気信号に変換する外耳道用マイクロホン７と、この外耳道用マイクロホン７の出力信号と補聴処理手段２１の出力信号を比較し、外耳道用マイクロホン７の出力信号が補聴処理手段２１の出力信号に近づくよう補聴処理手段２１の出力信号を自動調整する適応フィルタ２２を設けた。補聴処理手段２１の出力信号を適応フィルタ２２の入力信号ｘk及び希望信号ｄkとし、外耳道用マイクロホン７の出力信号を適応フィルタ２２の応答信号ｙkとした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、外耳道を密閉することによる不快感を軽減して快適な装用感を実現する補聴器に関する。

一般に補聴器の音質は、外耳道を密閉することによる反響効果のため、音質が硬く、衝撃音が強調される傾向があるので、補聴器装用者にとっては快適とはいえない場合がある。更に、自分の声の音圧が骨伝導を経由して密閉された外耳道に放射されると、自声が不自然に増大し違和感を与えることがある。
この外耳道を密閉することによる不快感を取り除くために、従来から採られている手法は、外耳道を可能な限り開放させ（いわゆるオープンフィッティング）、この不快感を軽減させるものである（例えば、特許文献１〜３参照）。

特表２００１−５０８２６１号公報 米国特許第６２７５５９６号明細書 米国特許第５９８７１４６号明細書

しかし、特許文献１〜３に記載のように、外耳道を開放させればさせるほど、イヤホンから出力された音圧がマイクロホンへと戻り易くなり、必然的にハウリングが発生し易くなる。従って、十分な音圧を鼓膜へ届けることができなくなることから、主に軽度（せいぜい中等度）難聴にしか適用できないという欠点があった。

本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ハウリングが発生し難いように外耳道を密閉しても、快適な装用感を得ることができる補聴器を提供しようとするものである。

上記課題を解決すべく請求項１に係る発明は、環境音を電気信号に変換するマイクロホンと、このマイクロホンの出力信号を補聴処理する補聴処理手段と、この補聴処理手段の出力信号を音響信号に変換するイヤホンを備えた補聴器において、外耳道内の音を電気信号に変換する外耳道用マイクロホンと、この外耳道用マイクロホンの出力信号と前記補聴処理手段の出力信号を比較し、前記外耳道用マイクロホンの出力信号が前記補聴処理手段の出力信号に近づくよう前記補聴処理手段の出力信号を自動調整する信号処理手段を設けたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の補聴器において、前記信号処理手段は、適応フィルタで構成され、前記補聴処理手段の出力信号を適応フィルタの入力信号ｘk及び希望信号ｄkとし、前記外耳道用マイクロホンの出力信号を適応フィルタの応答信号ｙkとするものである。

請求項３に係る発明は、請求項２記載の補聴器において、前記希望信号ｄkを所定時間遅延させる遅延手段を設けた。

請求項４に係る発明は、請求項２又は３記載の補聴器において、前記適応フィルタのインパルス応答を監視し、その最大値（ピーク値）が予め定めた値を超えた場合に、前記マイクロホンの出力信号、前記補聴処理手段の出力信号、前記外耳道用マイクロホンの出力信号、前記イヤホンの駆動信号のいずれか１つの振幅乃至４つの振幅を自動調整する振幅調整手段を設けた。

請求項５に係る発明は、請求項３又は４記載の補聴器において、前記適応フィルタのインパルス応答を監視し、その冒頭部分の最大値が予め定めた値以下である場合に、前記遅延手段の遅延量を減少させる遅延量制御手段を設けた。

請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の補聴器において、ベントから外耳道内に伝播した音響信号の成分を前記外耳道用マイクロホンの出力信号から除去するために所定の周波数荷重を付加する周波数荷重手段を設けた。

請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の補聴器において、前記外耳道用マイクロホンの周波数応答を補正する周波数特性補正手段を設けた。

請求項１に係る発明によれば、外耳道内の音質を環境音を補聴処理した音の音質に近づけることができるので、外耳道の密閉による不快感が低減する。また、外耳道自体は密閉されている状態なので、十分な音圧を鼓膜へ届けてもハウリングが起こり難い。

請求項２に係る発明によれば、外耳道内の音質を環境音を補聴処理した音の音質を適応フィルタにより外耳道の密閉に起因する伝達特性を修正することにより、過渡特性が改善され、自然性と明瞭性を向上できる。また、自分の声が外耳道内に放射されることによる不自然さ（いわゆるこもり感）を補正できる可能性もある（外耳道内の自声が適応処理により相殺される方向に働く）。また、外耳道自体は密閉されている状態なので、十分な音圧を鼓膜へ届けてもハウリングが起こり難い。

請求項３に係る発明によれば、外耳道内の音圧と補聴用の音圧を同程度の時間遅れで近似させることができるので、装用者個々の聴力に合った補聴効果が得られる。

請求項４に係る発明によれば、密閉された外耳道空間の容積の大小に拘わらず、この外耳道空間に供給される音圧を最適に保てると共に適応フィルタの処理部のオーバーフローを防止する。

請求項５に係る発明によれば、システムの遅延量を最小値に保てるので、補聴器を通らない音との鼓膜への到達時間の差を最小限に抑えることができるため、片耳装用の際の違和感が低減することができる。

請求項６に係る発明によれば、ベントから伝わる音を打ち消すように適応フィルタが働くことを防止する。

請求項７に係る発明によれば、外耳道内の音圧をモニタする外耳道用マイクロホンの周波数特性による影響を低減できる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る補聴器の概要説明図、図２は同じくブロック構成図である。

本発明に係る補聴器は、図１に示すように、フェイスプレート１とシェル２とからなるケース３内に、マイクロホン４、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）５、イヤホン６、外耳道用マイクロホン７、電池ホルダ８に保持されたボタン電池９などを収納して構成されている。フェイスプレート１には、マイクロホン４に環境音を伝える入力音口１ａ、電池ホルダ８を開閉する開口部１ｂなどが形成されている。シェル２には、イヤホン６が出力する音を外耳道へ伝える出力音口２ａ、外耳道内の音を外耳道用マイクロホン７に伝える外耳道用音口２ｂが形成されている。

外耳道用マイクロホン７は、チューブ１１を介して外耳道用音口２ｂに接続されるが、外耳道用音口２ｂの周囲に外耳道用マイクロホン７を設置するためのスペースが十分ある場合には、チューブ１１は不要である。また、ケース３には、装用者の聴力特性に応じて、装用時に外界と外耳道を連通するベント１０が形成される。なお、外耳道用音口２ｂは、ケース３内に臨むベント１０の壁面に設けることもできる。

ＤＳＰ５は、図２に示すように、補聴処理手段２１、適応フィルタ（信号処理手段）２２、遅延量制御手段２３、遅延手段２４、振幅調整手段２５、周波数特性補正手段２６、周波数荷重手段２７から構成されている。
補聴処理手段２１は、マイクロホン４の出力信号に対してマルチバンドコンプレッションやノイズリダクション、トーンコントロール、ボリュームコントロール、出力制限装置など、補聴器装用者の聴力特性や使用環境に合わせた補聴処理を施し、装用者に適した補聴信号を出力する。

適応フィルタ２２は、誤差演算部２２ａ、インパルス応答算出部２２ｂ、ＦＩＲフィルタ部２２ｃで構成されている。誤差演算部２２ａには、希望信号ｄkと応答信号ｙkの２つの信号が入力され、その誤差（＝ｄk−ｙk）の大きさに応じた信号εkを出力する。インパルス応答算出部２２ｂは、誤差演算部２２ａから出力される誤差信号εkの値が最小となるようなＦＩＲフィルタ部２２ｃのインパルス応答を算出する。ＦＩＲフィルタ部２２ｃのインパルス応答は可変であり、インパルス応答算出部２２ｂから出力されるインパルス応答に変更され、ＦＩＲフィルタ部２２ｃに入力される入力信号ｘkは、このインパルス応答で形成されるフィルタによりフィルタ処理される。

遅延量制御手段２３は、同期判定部２３ａと遅延量制御部２３ｂからなる。同期判定部２３ａは、インパルス応答算出部２２ｂから出力されるインパルス応答の冒頭部分を監視し、冒頭部分の係数を予め設定された値と比較判定する。同期判定部２３ａの判定結果により遅延量制御部２３ｂは、遅延手段２４の遅延量を制御する。

振幅調整手段２５は、最大値判定部２５ａ、増幅量調整部２５ｂ、可変増幅部２５ｃからなる。最大値判定部２５ａは、インパルス応答算出部２２ｂから出力されたインパルス応答の最大値を監視し、予め設定された値と比較判定する。最大値判定部２５ａの判定結果により、増幅量調整部２５ｂは可変増幅部２５ｃの増幅率を変更する。なお、可変増幅部２５ｃは、イヤホン６の駆動信号を増幅する箇所の他に、マイクロホン４の出力信号を増幅する箇所、補聴処理手段２１の出力信号を増幅する箇所、外耳道用マイクロホン７の出力信号を増幅する箇所にも設けることができる。

周波数特性補正手段２６は、チューブ１１と外耳道用マイクロホン７による周波数特性を補正する。周波数荷重手段２７は、ローカットフィルタによりベント効果を補正する。この処理をしなければ、ベント１０を有する本発明に係る補聴器の場合、ベント１０を経由して外耳道内に取り込まれた低周波数の音響信号を打ち消すよう作動してしまうからである。なお、周波数荷重手段２７は、誤差演算部２２ａとインパルス応答算出部２２ｂの間に配置してもよい。

以上のように構成した本発明に係る補聴器の動作について説明する。マイクロホン４から出力された環境音信号は、補聴処理手段２１で装用者に適するように補聴処理される。補聴処理手段２１で補聴処理されて出力された補聴信号は、２つに分岐され、一方はＦＩＲフィルタ部２２ｃの入力信号ｘkとなり、他方は遅延手段２４の入力信号となる。ＦＩＲフィルタ部２２ｃに入力された補聴信号ｘkは、伝達関数により処理された後、適応フィルタ２２の出力信号として可変増幅部２５ｃへ入力され、設定された増幅率で増幅される。そして、可変増幅部２５ｃで増幅された補聴信号は、イヤホン６で電気音響変換され、外耳道内に音響信号として放出される。

また、外耳道内の音は、外耳道用マイクロホン７から取り込まれ、外耳道音信号として出力される。外耳道用マイクロホン７から出力された外耳道音信号は、周波数特性補正手段２６に入力され、チューブ１１と外耳道用マイクロホン７による周波数特性が補正される。外耳道音信号を補聴信号に精度よく近づけるには、外耳道音信号を周波数補正手段２６により補正する方がよい。しかし、これには別途ＦＩＲフィルタを要し演算量の負担になるので、省略しても本発明の本質を損うことはない。周波数特性補正手段２６で周波数特性を補正された外耳道音信号は、周波数荷重手段２７に入力され、ローカットフィルタによりベント効果が補正される。

周波数荷重手段２７で処理された外耳道音信号は、適応フィルタ２２の応答信号ｙkとして、遅延手段２４で設定された時間分だけ遅延した補聴信号（適応フィルタ２２の希望信号）ｄkと同程度の時間遅れで、誤差演算部２２ａに入力される。誤差演算部２２ａにおいて補聴信号ｄkと外耳道音信号ｙkが比較され、その差が誤差信号εk（＝ｄk−ｙk）としてインパルス応答算出部２２ｂへ入力される。インパルス応答算出部２２ｂはｘkとεkを参照し、ＦＩＲフィルタ部２２ｃのフィルタ係数を順次更新し、瞬時の誤差信号εkが最小になるようなインパルス応答を算出する。

インパルス応答を更新する適応アルゴリズムとしては、ＬＭＳアルゴリズムが一般的なので、本発明の実施の形態ではこれを採用した。ＬＭＳアルゴリズムは、解析的に厳密ではないが、信号処理量が少なく良好に動作することが知られている。固定係数のＦＩＲフィルタの２倍強の処理量で実行できるので、実用化に適している。ＬＭＳアルゴリズムによるフィルタ係数の更新は、次式（１）による。

ここで、Ｗkはフィルタ係数、Ｘkは入力信号で、それぞれベクトル（次数＝フィルタタップ数）である。添え字kは標本の時間を表わし、εkは瞬時誤差である。μは適応（収束）の速さに関係するステップサイズパラメータで、通常0.01〜0.001程度が選択される。ここで、Ｗkの補正量が入力振幅に依存するのを補正するために、μを次式（２）で置きかえる手法（Normalized ＬＭＳアルゴリズム）があるので、本発明の実施の形態においては、これを採用した。

ここで、σ^２は入力信号Ｘkの平均パワー（の推定値）で、入力信号Ｘkの瞬時パワーを時定数処理して得る。（Ｌ＋１）はフィルタタップ数である。ｕは定数で、これが大きい方が、適応が速くなるが、大き過ぎるとフィルタ特性が収束せずに振動してしまう。本発明の実施の形態では、0.1〜0.01位がよかった。これらを含めると、フィルタ係数の更新式は、次式（３）になる。

また、σ^２は次式（４）により逐次算出される。

ここで、ｘkは入力信号で、αは時定数に関係する定数であり、
α = 1 - ｅ^-1/(fs・τ)の関係になる。fsはサンプリング周波数、τは時定数である。本発明の実施の形態では、fs =16,000Ｈz，τ=10ｍs にした。

また、インパルス応答算出部２２ｂの出力信号は、同期判定部２３ａにも入力される。同期判定部２３ａの出力信号は、遅延量制御部２３ｂへ入力され、遅延手段２４の遅延量を制御する。補聴信号には、適応フィルタ２２による時間遅れに相当する遅延量を挿入する必要がある。適応フィルタ２２内に形成されるインパルス応答は、この遅延量だけ遅れた位置にピークを生じる。この遅延量が小さ過ぎると理想的なインパルス応答を生成できなくなり、適応の精度が劣化する。一方、遅延量が大き過ぎると無駄な時間遅れが生じる。

デジタル補聴器においては、遅延量を最小限にするのが好ましいので、インパルス応答を監視し、その冒頭部分が小振幅であれば遅延量を減らすように自動調整処理を行う。

また、インパルス応答算出部２２ｂの出力信号は、最大値判定部２５ａにも入力される。最大値判定部２５ａの出力信号は、増幅量調整部２５ｂに入力され、可変増幅部２５ｃの増幅率を調整する。外耳道サイズが標準以上である場合などにＦＩＲフィルタ部２２ｃまたは可変増幅部２５ｃが飽和する可能性があるので、これを解決するために、適応フィルタ２２内に形成されるインパルス応答の最大振幅値を監視し（過大検知）、これが過大な場合には振幅調整手段２５の増幅率を調整する。これは補聴処理手段２１又は外耳道用マイクロホン７の出力信号のレベルを調整することでもよく、要するに可変増幅部２５ｃやＦＩＲフィルタ部２２ｃが飽和せず線形動作を維持しながら所望の出力レベルを得られるように自動調整がなされればよい。

本発明の実施の形態は、耳穴形補聴器について記載しているが、本発明は耳かけ形など他の形状の補聴器にも適用できる。耳かけ形の場合には、耳せんに貫通孔を２つ設け、その各々の貫通孔と、出力音口２ａ及び外耳道用音口２ｂとをチューブで並行して接続する。また、イヤホン６と外耳道用マイクロホン７を補聴器本体内ではなく耳せん内に配置し、耳せん内のイヤホン６と外耳道用マイクロホン７を補聴器本体に配置されたＤＳＰ５と電気的に接続させてもよい。

外耳道内の音質を環境音の音質に近づけることができるので、外耳道の密閉による不快感が低減され、また外耳道自体は密閉されている状態なので、十分な音圧を鼓膜へ届けてもハウリングが起こり難く、快適な装用感が得られる補聴器を提供できる。また、こもり感を低減できることから、オーディオ用イヤホンや携帯用ヘッドセットにも適用可能である。

本発明に係る補聴器の概要説明図 本発明に係る補聴器のブロック構成図

符号の説明

４…マイクロホン、５…ＤＳＰ、６…イヤホン、７…外耳道用マイクロホン、１０…ベント、２１…補聴処理手段、２２…適応フィルタ、２３…遅延量制御手段、２４…遅延手段、２５…振幅調整手段、２６…周波数特性補正手段、２７…周波数荷重手段。

Claims (7)

1. 環境音を電気信号に変換するマイクロホンと、このマイクロホンの出力信号を補聴処理する補聴処理手段と、この補聴処理手段の出力信号を音響信号に変換するイヤホンを備えた補聴器において、外耳道内の音を電気信号に変換する外耳道用マイクロホンと、この外耳道用マイクロホンの出力信号と前記補聴処理手段の出力信号を比較し、前記外耳道用マイクロホンの出力信号が前記補聴処理手段の出力信号に近づくよう前記補聴処理手段の出力信号を自動調整する信号処理手段を設けたことを特徴とする補聴器。
2. 前記信号処理手段は、適応フィルタで構成され、前記補聴処理手段の出力信号を適応フィルタの入力信号ｘk及び希望信号ｄkとし、前記外耳道用マイクロホンの出力信号を適応フィルタの応答信号ｙkとする請求項１記載の補聴器。
3. 前記希望信号ｄkを所定時間遅延させる遅延手段を設けた請求項２記載の補聴器。
4. 前記適応フィルタのインパルス応答を監視し、その最大値が予め定めた値を超えた場合に、前記マイクロホンの出力信号、前記補聴処理手段の出力信号、前記外耳道用マイクロホンの出力信号、前記イヤホンの駆動信号のいずれか１つの振幅乃至４つの振幅を自動調整する振幅調整手段を設けた請求項２又は３記載の補聴器。
5. 前記適応フィルタのインパルス応答を監視し、その冒頭部分の最大値が予め定めた値以下である場合に、前記遅延手段の遅延量を減少させる遅延量制御手段を設けた請求項３又は４記載の補聴器。
6. ベントから外耳道内に伝播した音響信号の成分を前記外耳道用マイクロホンの出力信号から除去するために所定の周波数荷重を付加する周波数荷重手段を設けた請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の補聴器。
7. 前記外耳道用マイクロホンの周波数応答を補正する周波数特性補正手段を設けた請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の補聴器。