JP2007515830A - 補聴器の受音特性の指向性制御方法および制御可能な指向特性を備える補聴器用の信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【目的】第１および第２マイクロホン信号（２０，３０）を受信し，かつ出力信号Ｙ（４０）を出力する指向性コントローラ（１０）と，上記第１および第２マイクロホン信号の少なくとも一方が不要信号であるかどうかを検出する信号分析器（７０）とを備え，上記指向性コントローラは，信号分析器が不要信号を検出した場合にだけ指向特性を調節することによって，出力信号を最小化する，制御可能な指向特性を備える補聴器用の信号処理装置（１００）。

Description

この発明は，包括的には制御可能な指向特性を備えた補聴器に関し，より詳細には雑音を最小化するように受音特性の指向性を制御する方法，およびその方法を実行するための信号処理装置に関する。

補聴器においては，指向性受音特性を得るために，たとえば専用指向性マイクロホンを使用し，または等価的に１対の無指向性（全方位性）マイクロホンを使用して遅延および減算処理を行うことにより，音響信号対雑音比を大幅に改善することができる。選択的指向性を高めるために，２つ以上のマイクロホンを有する補聴器も開発されている。

指向性受音特性を備える補聴器は，たとえばいわゆるカクテルパーティ騒音としばしば呼ばれるが，人の会話が同時に異なった方向から受け取られる騒がしい環境において会話の感知を改善するのに有用である。

たとえば，カージオイドまたはスーパーカージオイド特性の形をもつ指向性受音特性では，ユーザの前方領域から到来する音のレベルを維持しつつ，ユーザの後方および両側から到来する音の感知を低下させることにより，補聴器の会話感知が改善される。

他方，低い騒音レベルのみの環境または大きい会話信号がない環境では，補聴器のユーザは通常，音の到達方向に関係なく音の同一感知を提供する無指向性または球形受音特性を好むであろう。

信号対雑音比をさらに改善するために，支配的な騒音源の方向で大幅な減衰を行うことを目的とする，適応指向機能性を備えた補聴器が導入されてきた。

国際特許第ＷＯ０１／０１７３１−Ａ１号では，補聴器の受音特性の指向性を制御する，そのような方法が開示されている。補聴器は，離間配置されたマイクロホンを備え，受音特性は無指向特性と指向特性との間で変化することができる。この補聴器では，調節可能な時間または位相の遅延が可能である。後（back）マイクロホンおよび前（front）マイクロホン間の音響遅延と同じになるように遅延装置の遅延を調節することによって，指向特性を生じさせることができる。この遅延で，最初に後マイクロホンで受信され，その後に前マイクロホンで受信される信号は，後マイクロホンの遅延された信号を前マイクロホンの出力信号から減算する加算回路内において抑制される。補聴器は，位相関係または時間遅延および信号の増幅特性の変化を実質的に伴うことなく，無指向特性および指向特性間の滑らかな切り換えを行うことができる。

しかしながら，指向性の利点を達成するために（前マイクロホンからの）信号と（後マイクロホンからの）遅延されかつ反転された形のその信号を加算する結果，聴き手のすぐ前方に存在する音についても低周波に対するマイクロホンの感度が低下するので，音響信号に対する低周波の感度が欠如し，これにより固定および適応指向性機能の両方は，信号対マイクロホン雑音比の低下を受ける。マイクロホン間に一定の遅延および距離がある場合，低周波感度は１オクターブ当たり６ｄＢの割合でロール・オフ（roll off）する。低周波におけるこの感度損失は全体的な音量を低下させ，会話感知および音質に影響を及ぼすであろう（The Hearing Review，２００２年９月，第７巻第９号６８頁および７０〜７３頁のKuk, F.；Baekgaard, L.；Ludvigsen, C.による「指向性マイクロホンにおける設計考察」を参照されたい）。

低周波における感度低下を補償するために，マイクロホン信号の周波数依存増幅が考えられよう。しかしながら，周波数依存増幅は，信号対マイクロホン雑音比に影響を与えないであろうが，結果的に同量だけマイクロホン雑音を上昇させるであろう。

したがって，適応指向機能性を有する補聴器の目的は，静かな状況における無指向特性から騒がしい環境における完全指向特性への変化を可能にすることである。現在の適応システムは，所望信号（desired signals），たとえば会話信号がシステム，たとえば補聴器のユーザの前方向から到来するのに対して，不要信号（undesired signals），たとえば雑音信号は任意の他の方向から到来すると仮定することによって，所望信号と不要信号とを区別する。この仮定に基づけば，信号対雑音比（ＳＮＲ）の改善と指向性マイクロホンの指向指数（ＤＩ）とは関連するので，受音特性を無指向性モードから完全指向性モードに変化させることによって，信号対雑音比が改善される。

国際特許第ＷＯ０２／０８５０６６−Ａ１号に開示されている指向性コントローラのような現在の適応システムは，システムの出力信号を最小化することによって指向特性を調節する。前方向から到来する信号はシステムの指向特性の変化の影響を受けないので，出力信号を最小化する結果，不要雑音が減衰し，かつ信号対雑音比が改善される。しかしながら，そのような信号対雑音比の最適化は，所望信号が前方向から到来し，かつ雑音信号が別の方向から到来する場合だけに当てはまる。

ある状況，たとえば，一人の人物が適応システムのユーザの一側から話しているとき，会話は所望信号に違いないであろう。しかしながら，上記の適応システムは，出力信号を最小化するためにこの会話信号を減衰しようとし，それにより，マイクロホン雑音が増加するであろう。さらに，人が話していない静かな状況では，適応システムはマイクロホン雑音を減衰しようとする。その結果，実際の所望信号が動的に望ましくない減衰を受け，かつマイクロホン雑音が大幅に変調されて，会話の感知および音質が低下する。

この問題に対して想定される解決策は，適応機能用の入力信号としてのマイクロホン信号を修正すること，または適応機能内の制御信号としての出力信号を修正することであると思われる。そのような修正には以下の欠点がある。１つの問題は，信号経路内の信号の可能な修正，たとえば，不要周波数領域のフィルタリング除去は，次の適応アルゴリズムにおいて入力信号の利得および遅延情報を適正に適応させることができることが必要であるので，非常に限定的であることである。この理由から，たとえば２つのマイクロホン信号の包絡線をまさに離れるような信号修正は，可能ではない。

別の問題は，適応システムは一般的に，入力信号が変化してから比較的すぐ後に，出力信号を適応させなければならないことである。そうでなければ，システムは一定の遅延後のみで特性を調節し，そのシステムは正しく適応しないものになるであろう。

さらに，適応システムは一般的に，パラメータが変化してから比較的すぐ後に，パラメータの変化に対する応答を受け取らなければならない。そうでなければ，システムは，パラメータを一定方向にさらに変化させるであろうが，それは，この方向へのパラメータ変化が実際には誤りであったという応答を受ける前に行われるであろう。結果的に，応答が遅延するそのような適応システムは，その最適値に非常に正確に到達することがそもそもできず，かつ不安定になるであろう。

異なった特性の信号を分離する，たとえば雑音を所望会話信号から分離するアルゴリズムは一般的に，たとえばフィルタ機能を適用するとき，反応のために一定長さの時間を必要とする。したがって，たとえば，パラメータ調節を制御する出力信号用の雑音通過フィルタを設けることによって，適応機能の前またはフィードバック経路内のいずれかの信号経路において，そのようなアルゴリズムを実行することは，適応システムを迅速応答で動作させたいという要望と矛盾し，そのため，そのような信号修正は通常，ほとんどの場合採用されない。

この背景のもと，この発明の目的は，従来技術の欠点を改善するように定義された種類の適応システムおよび方法を提供し，特に所望信号が主または前方向以外の方向から到来している場合でも，所望信号に悪影響を及ぼすことなく，不要信号を最小化することができる，そのような定義された種類の方法および適応システムを提供することである。

この発明は，不要信号，たとえば不要雑音だけを最小化する適応指向性機能を設けることによって，上記および他の問題を克服する。会話信号などの望ましい信号を有する信号を，以下の説明では所望信号と呼ぶ。

この発明による方法，装置，システムおよび製品は，検出機構を使用して，不要信号だけが入力信号として適応指向性機能に送られることを検出し，そして，適応指向性機能の出力信号を最小化するように，適応指向性機能が受音特性の指向性を調節する。

換言すると，検出機構が，適応指向性機能への入力信号が所望信号をも有することを検出した場合，適応指向性機能の受音特性の指向性の調節が，一定時間停止される。

この発明の一態様によると，適応指向性機能は，実質的に所望信号検出器（ＤＳＤ）を実現する信号分析器から追加制御信号を受信する。ＤＳＤは，適応指向性機能のための上記追加制御信号を生成し，適応指向性機能への入力信号が不要信号であるとＤＳＤが判断した場合にだけ，一または複数のオリジナルの制御パラメータの更新が許される。入力信号が，所望信号，または所望信号と不要信号の混合であるとＤＳＤが判断した場合，適応指向性機能の制御パラメータは更新されず，適応は停止される。したがって，適応指向性機能は，無修正入力信号上で動作し，さらにはフィードバック出力信号の修正を必要としない。ＤＳＤから送出された追加制御信号は，適応指向性機能における適応を停止することまたは更新することを示す。追加制御信号は，入力および出力信号間の主信号経路外にあるＤＳＤ内で生成され，そのため，追加制御信号の生成は，出力信号の質に影響を与えることなく，入力信号を変形して，そして非常に複雑なさまざまなやり方で行われるであろう。何を所望信号および不要信号と考えるかに応じて，ＤＳＤは，入力時間信号の統計的分析を使用し，高周波信号および低周波信号を区別し，入力信号レベルが一定の定められた限界より高いかまたは低いかを検出し，到来信号に十分な相関関係があるかどうかを検出し，または任意の他の適当な決定ルールを適用することによって，所望信号および不要信号を区別することができる。

適応指向性機能は，第１（前）マイクロホンおよび第２（後）マイクロホンによって供給される少なくとも第１および第２マイクロホン信号を入力信号として受信し，かつ出力信号を出力する指向性コントローラとして，理解されるべきであり，上記出力信号は，指向性コントローラによって調節されたその指向特性に従って，第１および第２マイクロホン信号を結合する(combining)ことによって生成される。

この発明に従う方法によると，補聴器の指向特性を制御する方法が提供されている。補聴器は，離間配置された前および後マイクロホンと，前および後マイクロホンのそれぞれによって供給される第１および第２マイクロホン信号を受信し，かつ出力信号を出力する指向性コントローラを有し，出力信号は，指向特性に従って第１および第２マイクロホン信号を結合することによって生成される。上記方法において，第１および／または第２マイクロホン信号が不要信号であるかどうかが決定されて，不要信号が検出された場合に，指向特性を調節することによって出力信号が最小化されるだけである。

この発明による装置および製品によると，第１および第２マイクロホン信号を受信し，かつ出力信号を出力する指向性コントローラと，第１および第２マイクロホン信号の少なくとも一方が不要信号であるかどうかを検出する信号分析器を有する制御可能な指向特性を備える補聴器用の信号処理装置が提供されている。指向性コントローラは，たとえば前マイクロホンおよび後マイクロホンのそれぞれから送出された第１および第２マイクロホン信号を受信し，かつ出力信号を出力する。実質的に所望信号検出器を実現する信号分析器は，第１および／または第２マイクロホン信号が不要信号であるかどうかを決定し，指向性コントローラは，所望信号検出器が不要信号を検出した場合にだけ，指向特性を調節することによって出力信号を最小化する。

所望会話信号を発する話し手がユーザの前方にいる限りにおいては，この発明および従来システムによる信号処理装置はほぼ同様に動作するが，話し手が，たとえばユーザの一側へ移動すると，この発明による装置は，指向特性を調節して話し手を遮るリスクを伴う出力信号の最小化を避けるであろう。

この発明によると，話し手が話を続ける間，ＤＳＤは指向性コントローラがその指向特性を最適化しないように強制し，話し手が話をしていない合間のときだけ指向性コントローラは指向特性の適応を許すので，話し手がユーザの一側へ移動するときも，所望信号検出器を備える信号処理装置は基本的に無指向特性を保持する。したがって，指向性コントローラは，上記合間に支配的であるマイクロホン雑音を最小化しようとするだけであり，これは無指向特性に留まることによって最善に行われる。したがって，マイクロホン雑音は低いままであり，変動することなく，またユーザの一側から到来する所望信号が減衰されず，そのため，会話の感知および音質が改善される。

この発明に従うシステムによると，制御可能な指向特性を備える補聴器が提供されている。補聴器は，適応指向性機能を備え，離間配置された第１および第２受音手段によって送出される入力信号として所望信号が検出された場合，一定期間にわたって適応指向性機能の適応が停止される。処理された入力信号は，適応指向性機能によって結合された出力信号として出力される。補聴器はさらに，出力信号に応答して音信号を発する出力トランスデューサを備えている。

この発明はまた，信号処理装置上において指向性コントローラを実行するためのソフトウェアツールと，コンピュータ上または信号処理システム上で実施されるときに，コンピュータまたは信号処理システムがこの発明による方法を実行することができるようにするコンピュータプログラムコードを有するコンピュータプログラム・プロダクトとを提供する。

この発明に従う方法，システムおよび製品は，好ましくは，あらゆる度合の聴力損失用の指向特性を備えるあらゆる種類の補聴器（耳掛け形（ＢＴＥ），挿耳形（ＩＴＥ），チャネル挿入形（ＩＴＣ））に好適に使用され，それにより，音声または会話信号，あるいはラジオまたはテレビなどが発する音信号などの所望信号を理解するユーザの能力が改善する。上記所望信号は，ユーザのいずれの方向からも到来してもよい。

この発明の上記および他の特徴，恩恵および利点は，添付図面と共にこの発明の好適な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

この発明の他のシステム，方法，特徴および利点は，以下の図面および詳細な説明を検討することによって，当業者に明らかであるか，または明らかになるであろう。そのような追加的なシステム，方法，特徴および利点はすべて，この説明に含まれ，この発明の範囲内にあり，かつ添付の特許請求の範囲によって保護される。

次に，添付図面を参照しながらこの発明を説明する。

図１は，制御可能な指向特性を備える補聴器に適し，かつこの発明の一実施形態に従う方法の実行およびシステムの実現に適した信号処理装置１００のブロック図を示す。信号処理装置１００は，第１および第２マイクロホン信号２０，３０を受信し，かつ出力信号４０を出力する指向性コントローラ１０を備えている。第１および第２マイクロホン信号は，第１前マイクロホンＦｍｉｃおよび第２後マイクロホンＢｍｉｃによって直接に，または前処理機能，たとえばフィルタ機能を通して，送出されうる。出力信号４０は，補聴器の信号プロセッサ用の入力信号として用いられ，信号プロセッサにおいて，上記出力信号のさらなる処理および増幅が行われるとともに，上記信号プロセッサから出力された信号が，音声信号を発するための出力トランスデューサ，たとえばスピーカ（図１において図示略）に送られる。

指向性コントローラ１０は，第１および第２マイクロホン信号２０，３０の処理に基づいた適応指向性機能５０を適用することができる。適応指向性機能５０の結果として，結合出力信号４０が生成される。

適応指向性機能５０の指向特性は，第１および第２制御パラメータ６０，８０によって調節される。第１制御パラメータ６０は，フィードバック出力信号４０である。信号処理装置１００はさらに，所望信号検出器（ＤＳＤ）（desired signal detector）とも呼ばれる信号分析器を備え，これは，第１および第２マイクロホン信号２０，３０を受信し，かつ第２制御パラメータ８０を出力する。別の実施形態では，図１に示されていないが，所望信号検出器７０は，入力信号として第１または第２マイクロホン信号の一方だけを受信してもよい。

作用を説明すると，補聴器の環境からの音が，第１前マイクロホンＦｍｉｃおよび第２後マイクロホンＢ_mic（図示略）の両方によって捕らえられる。次に，２つのマイクロホンで発生した電気信号が，サンプルユニットによって，たとえば３２ｋＨｚのサンプリングレートで前処理され，さらに２４ビットアナログ／デジタル変換器によってアナログ／デジタル変換される。その結果，マイクロホンによって捕らえられた音に対応するデジタル信号は，第１および第２マイクロホン信号２０，３０として送り出される。

次に，この発明による方法を示す図５も参照しながら，信号処理装置１０の機能を説明する。

指向性コントローラ１０は，適応指向性機能５０の調節された指向特性に従って，第１および第２マイクロホン信号２０を処理し，かつこれらの処理された信号を結合して出力信号４０にする。適応指向性機能は，第１および第２マイクロホン信号を遅延し，かつ減衰する内部遅延および減衰パラメータ（内部パラメータ）によって調節される（図１において図示略）。適応指向性機能５０は，フィードバック出力信号６０が最小化されるように，内部パラメータを調節する。出力信号を最小化する適応指向性機能内の内部パラメータの適応制御は，当該技術で既知の方法により，たとえば適応指向性機能にいわゆるＬＭＳアルゴリズムを適用することによって，適応指向性機能内で行われる。ＬＭＳアルゴリズムによるそのような適応制御の例を米国特許第５，２５９，０３３号または米国特許第５，４０２，４９６号に見ることができるが，これらの参考文献に設けられている適応制御システムは，指向性コントローラを制御しない。

同時に，所望信号検出器７０は，オペレーション５１０において，入力信号としての第１および第２マイクロホン信号が不要信号であるかどうかを検出する。この発明において，不要信号は，不要の雑音だけを有し，会話信号のような所望信号をまったく有していないことを意味する。オペレーション５１０において，ＤＳＤ７０が所望信号を検出すると，内部パラメータの適応が阻止またはフリーズされ，そのため，適応指向性機能は，このフィードバック出力信号に従って内部パラメータを適応させることによる内部パラメータの調節を行わない。したがって，内部パラメータの適応を伴わずにオペレーション５４０で出力信号が生成されるので，オペレーション５２０での出力信号の最小化が，ある一定時間停止される。停止時間は，入力信号およびＤＳＤの実際の実施形態にもとづく。たとえば，停止時間は３〜３０ミリ秒の範囲内の値を有するであろう。

オペレーション５１０において，入力信号が「不要信号」であることが検出されると，適応が継続し，出力信号を最小化する（オペレーション５２０）ことを目的に，オペレーション５３０において，指向特性を適応させる（adopt）ように内部パラメータが調節される。

このようにして，ＤＳＤが入力信号として不要信号を検出する場合だけ，指向特性が適応される。

図２は，この発明の一実施形態による補聴器２２０のブロック図を示す。補聴器２２０の信号経路は，音響入力信号を第１および第２電気マイクロホン信号２０，３０に変換する第１および第２入力トランスデューサまたはマイクロホンＦｍｉｃおよびＢｍｉｃと，電気出力信号４０を発生する制御可能な指向特性を備えた信号処理装置２００と，電気出力信号を音響出力信号に変換する出力トランスデューサ２１０，たとえばスピーカまたはレシーバとを備えている。信号処理装置２００は，入力信号としての第１および第２マイクロホン信号２０，３０と出力信号４０をもつ指向性コントローラ１０を備えている。信号処理装置２００はさらに，所望信号検出器７０およびパラメータ・コントローラ９０を有する。パラメータ・コントローラ９０に入力するフィードバック出力信号６０を最小化するために，パラメータ・コントローラ９０は適応指向性機能５０の内部パラメータ（internal parameter(s)）９５を調節する。制御信号として，パラメータ・コントローラ９０は，所望信号検出器７０によって供給される第２制御信号８０を受信する。所望信号検出器７０は，入力信号としての第１および第２マイクロホン信号２０，３０を受信し，さらに検出器７１および更新／停止回路７２を備えている。検出器７１は，第１および第２マイクロホン信号が不要信号であるか否かを検出する。入力信号が不要信号であることを検出器７１が検出すると，更新／停止回路７２は，出力信号４０が最小化されるようにパラメータ・コントローラ９０が内部パラメータ９５を調節することができるようにする第２制御信号８０を，発生する。そうでなく，入力信号が所望信号であることを検出器７１が検出すると，更新／停止回路７２は，パラメータ・コントローラ９０に適応処理の禁止（disable）または停止（stall）をさせ，それにより，検出器７１が再び不要信号を検出するまで，さらに出力信号を最小化しないことを示す第２制御信号８０を，発生する。

図３は，この発明による信号処理装置１００，２００中に指向性コントローラ１１０として組み込むことができる国際特許第ＷＯ０１／０１７３１−Ａ１号にしたがう指向性コントローラを示す。図３に示す指向性コントローラでは，制御可能減衰オペレーションおよび位相遅延オペレーションが，第１および第２マイクロホン信号２０，３０に対応する前後マイクロホンＦ_micおよびＢ_micからの信号Ｘ_front，Ｘ_backに加えられる。その結果の信号は，結合されて，出力信号４０に対応する出力信号にされる。指向性コントローラは，適応指向性機能を実行するものであり，前後マイクロホンＦ_micおよびＢ_micに接続された第１加算回路１２と，前マイクロホンＦ_micに接続された正入力部および後マイクロホンＢ_micに接続された負入力部を備える第１減算回路１３を備えている。第１および第２位相遅延装置１４，１５は，それぞれ第１減算回路および第１加算回路１３，１２に接続されている。第２加算回路１６は，第１減算回路１３および第１位相遅延装置１４に接続され，第２減算回路１７は，その正入力部が第１加算回路１２に接続され，その負入力部が第２位相遅延装置１５に接続されている。第１制御可能減衰器１８は，第２加算回路１６からの信号を（１−ｏｍｎｉ）／２に減衰させるように作用し，第２制御可能減衰器１９は，第２減算回路１７からの信号を（１＋ｏｍｎｉ）／２に減衰させるように作用する。これに対し，第３加算回路２１は，第１および第２減衰器１８，１９に接続され，それらからの信号を加算し，信号プロセッサに送るべき全結合信号を発生する。この指向性コントローラの特性は，この発明によるシステムおよび方法と一緒に好都合に使用されることができるものである。加算回路２１からの結合出力信号は，

である。但し，ｏｍｎｉは調節可能な内部パラメータ９５であって，減衰器１８および１９を制御し，国際特許第ＷＯ０１／０１７３１−Ａ１号の実施例では，０〜１の範囲内の値をとる。

後マイクロホンＢｍｉｃと前マイクロホンＦｍｉｃとの間の音響遅延をＡとすると，

である。

適応指向性機能がｏｍｎｉ＝０として選択されると，出力信号は

になる。但し，Ｔはさらなる調節可能な内部パラメータ９５であって，遅延装置１４および１５を制御する。指向性オペレーションモード（ｏｍｎｉ＝０）において，遅延Ｔが後マイクロホンと前マイクロホンとの間の遅延Ａにちょうど等しく選択される場合，ユーザの後ろから直接到来する音声信号Ｘの部分が最大限に抑制され，１８０°方向にゼロ方向であるカージオイド特性として知られる指向特性が，達成される。

Ｔ＜Ａに調節することにより，ユーザの側方から部分的に到来する音声がキャンセルされ，そのキャンセル効果の方向はＴ／Ａの比によって制御される。

しかしながら，この発明によると，内部パラメータｏｍｎｉは，０〜１の範囲外の値をとることができる。ｏｍｎｉが０未満に減少するとき，１８０°方向に関して対称的な２つのゼロ方向が現れるであろう。ｏｍｎｉの負の値が大きくなるほど，ゼロ方向が１８０°方向からさらに離れていき，たとえばｏｍｎｉ＝−１．５では，ゼロ方向は８０度および２８０度となろう。

結論として，内部パラメータ９５（ｏｍｎｉおよびＴ）を調節することにより，指向性コントローラのゼロ方向を移動させることが可能である。この発明によると，これをこの発明による信号処理装置内の指向性コントローラの適応制御に好適に利用することができる。

図４は，この発明の一実施形態にしたがう所望信号検出器７の一実施形態を示す。所望信号検出器７０は，図１および図２を参照して説明したような信号処理装置１００，２００に使用されうる。所望信号検出器の回路構造は加算回路７３を備え，これは加算回路７３に接続されている第１および第２マイクロホン信号２０，３０を加算するためのものである。加算回路の出力は，加算入力信号の信号包絡線(signal envelope)を生成する信号包絡線回路７４に接続されている。信号包絡線回路７４の出力としての信号包絡線は，比較器７７およびパーセント点推定器回路７６の両方に送られる。パーセント点推定器回路７６は，パーセント点推定結果(percentile estimator result)，たとえば，信号包絡線の１０％または１１％の推定結果を生成する。このようなパーセント点推定結果を，当該技術分野において知られているパーセント点推定器を用いてどのように発生させるかについては，当業者には周知である。このようなパーセント点推定器の例が，たとえば米国特許第４，２０４，２６０号，国際特許第ＷＯ９５／１５６６８号または国際特許第ＷＯ９８／２７７８７号からわかるが，しかしながらこれらのパーセント点推定器は，所望信号検出器の一部ではない。

一般的に，パーセント点推定器７６によって出力されるパーセント点推定結果は，０〜１００％の範囲内の任意のパーセント点推定結果であろう。パーセント点推定結果０％は，パーセント点推定器に入力するすべての信号がパーセント点推定結果より高いことが検出されることを意味し，したがって，会話と考えられるであろう。これは，ＤＳＤが常に所望信号を検出し，かつＤＳＤは適応をまったく実行しないことを意味する。その逆の極値で，パーセント点推定結果が１００％である場合，パーセント点推定器に入力するすべての信号がパーセント点推定結果より低いことが検出される。これは，ＤＳＤが入力信号を不要信号とし，そのため，ＤＳＤは適応をまったく停止させることなく，あたかもＤＳＤが存在していないかのように，指向性適応が実行されることを意味する。しかしながら，パーセント点推定結果は必ずしも制限されないが，ほとんどの用例では，５〜９０％の間の数値が選択される。

したがって，ＤＳＤに使用されるパーセンテージは特定の数値に制限されないが，周囲の雑音状態に応じていくらかの実際的な制限はある。パーセント点推定結果は一般的に，雑音と会話（不要信号と所望信号）の間の良好な境界レベルを表わすべきであり，そのため，パーセント点推定結果より低いレベルを実質的に不要信号と考えることができ，かつ高いレベルを所望信号を有すると考えることができる。パーセンテージの設定が高すぎる場合，会話信号の一部がパーセント点推定結果より低くなり，不適切にも雑音として扱われるであろう。したがって，適応はすべての必要な場合に停止されることにならず，そのため，指向性適応は，ある程度雑音とともに会話にも反応するであろう。反対に，パーセンテージの設定が低すぎる場合，雑音の一部がパーセント点推定結果より高くなり，したがって，不適切にも会話として扱われるであろう。この場合，指向性適応は頻繁に停止し，したがって，適応が必要以上に低速になるが，それでも専ら雑音には反応する。

たとえば５〜２０％の範囲内の低いパーセンテージのパーセント点推定器は雑音フロア（noise floor）を極めて良好に見つけるであろうが，音環境が異なれば，最適値も異なるであろうから，最終的な選択は常に妥協点の問題であろう。しかしながら，１０〜２０％のパーセント点推定結果のパーセント点推定器を有するＤＳＤ７０は，静かな室内における一人の話し手の会話信号を供給する第１および第２マイクロホン信号２０，３０を処理することにより，良好な結果を達成することができるであろう。

パーセント点推定器７６の出力としてのパーセント点推定結果は，比較器７７に第２入力信号として供給される。比較器７７は，２つの入力信号，すなわち信号包絡線回路７４から送られた信号包絡線とパーセント点推定結果とを比較する。比較の結果は更新／停止回路７２へ送られ，その回路は第２制御パラメータ８０を生成する。

次に，この発明による方法のフローチャートを示す図６を参照して，所望信号検出器（ＤＳＤ）とも呼ばれる分析器の機能を説明する。

オペレーション６１０において，入力信号から信号包絡線が生成される。図４にしたがう加算された第１および第２マイクロホン信号２０，３０を入力信号とすることができる。別の実施形態（図示略）では，所望信号検出器は加算回路７３を持たず，信号包絡線回路７４への入力信号は第１マイクロホン信号または第２マイクロホン信号のいずれかである。第１前マイクロホンＦｍｉｃまたは第２後マイクロホンＢｍｉｃの少なくとも一方が，無指向特性を備えるマイクロホンであり，したがって，このマイクロホンが，すべての方向からこのマイクロホンに到達する音声信号に対応するマイクロホン信号を創出するという仮定に基づけば，加算回路を省くことができる。したがって，回路全体をより簡単にしておくために，ユーザの周囲の音信号の信号包絡線を１つのマイクロホン信号だけから生成してもよい。

オペレーション６２０において，信号包絡線から，１つのパーセント点推定結果，たとえば１０％パーセント点推定結果が決定される。次にオペレーション６３０において，パーセント点推定結果および信号包絡線の両信号の信号レベルが比較される。比較器７７は，特に，信号包絡線の瞬時信号がパーセント点推定結果より高くなるとき，および信号包絡線の瞬時信号がパーセント点推定結果より低くなるときを検出する（オペレーション６４０）。瞬時信号がパーセント点推定結果より高いことが検出されたとき，所望信号検出器は入力信号中に「所望信号」があると判断し，オペレーション６５０において制御パラメータ調節を停止する。適応を停止するために，更新／停止回路７２は，適応指向性機能５０による指向特性の適応を禁止にすることを示す第２の制御パラメータ８０を，パラメータ・コントローラ９０または直接に指向性コントローラ１０へ送出する。

オペレーション６４０において，瞬時信号がパーセント点推定結果より低いことが検出されると，所望信号検出器は入力信号が「不要信号」であると判断し，オペレーション６６０において，許可信号を第２制御パラメータ８０として設定することによって制御パラメータ調節の更新（update）を許可し，オペレーション６７０において，適応指向性機能用の内部制御パラメータを調節することによって，指向特性を適応させる。

この発明の他の実施形態（図示略）では，所望信号検出器は，入力信号２０，３０中の高周波数および低周波数を区別することができるフィルタ回路を備えている。入力信号が，ある周波数範囲内の信号，たとえば声信号に対応する信号を有することを検出器７１が検出すると，デジタル信号検出器は「所望信号」であると判断し，オペレーション６５０に進む。他方，入力信号がある周波数範囲外にあることを検出器７１が検出すると，デジタル信号検出器は「不要信号」であると判断し，オペレーション６６０に進む。

この発明の他の実施形態では，検出器７１は入力信号のレベルを検出し，オペレーション６４０と同様のオペレーションによって，入力信号のレベルがある所定レベルより高いか，低いかを決定し，入力レベルがその所定レベルより低い場合，ＤＳＤは「不要信号」であると判断し，オペレーション６６０に進み，かつその逆の処理を行う。

図９は，この発明の一実施形態にしたがう所望信号検出器１７０の一実施形態を示しており，この実施形態では，所望信号と不要信号を区別するために，上記のようなレベル検出が実行される。ＤＳＤ１７０の回路構造は，図４を参照して説明したＤＳＤ７０の一つに類似する。ＤＳＤ１７０は，ＤＳＤ７０のパーセント点推定器７６に代えて，レベル発生器１００を備えている。レベル発生器１１０は，必ずしも何らかの入力，たとえば信号包絡線回路７４から出力される包絡線信号を必要としないものであり，固定信号レベルを比較器７７に供給する。比較器７７は２つの入力信号，すなわち信号包絡線回路７４から送出される信号包絡線とレベル発生器１１０から送出されるレベルを比較する。比較の結果は更新／停止回路７２へ送出され，ここで再び第２制御パラメータ８０が生成される。ＤＳＤ１７０の機能も，レベル発生器１１０が入力信号２０，３０の信号包絡線に基づかない固定信号レベルを出力することを除いて，ＤＳＤ７０の機能に類似する。したがって，オペレーション６４０において，瞬時信号包絡線のレベルが，レベル発生器の信号レベルより高いか低いかが決定される。

レベル発生器１１０が生成し，閾値として扱われ，更新および停止基準とされる信号レベルの値は，ＤＳＤ１７０の所望性能および補聴器設計者の選択に応じて調節されうる。たとえば，設計者はこの機能を使用して，所定の下限閾値より低い場合に適応を禁止し，それにより，信号が固有マイクロホン雑音によって支配されている環境における更新を抑制することを望むであろう。 別の例ではこの機能を利用して，所定の上限閾値より高い場合に適応を禁止し，それにより，風騒音によって支配された環境，または補聴器のダイナミック・レンジを超えるレベルであるために信号がひずむような環境において，更新を抑制するであろう。

ＤＳＤ１７０の一実施形態によると，更新／停止回路７２は，信号包絡線が閾値以下であること(equal to or below the threshold)を比較器７７が示す場合に許可信号を出力し，かつ信号包絡線が閾値を超えること(above the threshold)を比較器７７が示す場合に禁止信号を出力する。しかしながら，ＤＳＤ１７０の他の実施形態では，更新および停止基準を逆とすることもできる。すなわち，更新／停止回路７２は，信号包絡線が閾値以下であることを比較器７７が示す場合に禁止信号を出力し，かつ信号包絡線が閾値を超えることを比較器７７が示す場合に許可信号を出力する。

この発明の他の実施形態では，ＤＳＤの検出器７１は，入力信号の相関係数を計算し，相関係数が一定値に達する場合に，ＤＳＤは「所望信号」であると判断し，第２制御パラメータ８０はそれに従って調節される。

図１０は，この発明のさらに他の実施形態にしたがう所望信号検出器２７０の一実施形態を示す。ＤＳＤ２７０も，図１および図２を参照して説明されているような信号処理装置１００，２００内に組み込むことができる。ＤＳＤ２７０の回路構造は，２つの入力信号２０，３０間の相関係数を計算し，この相関係数を比較器７７へ送る相関計算機を備えている。比較器７７は，レベル発生器２１０から一定レベル信号も受信し，これらの２つの入力信号を比較し，比較結果を更新／停止回路７２へ送出し，更新／停止回路は第２制御パラメータ８０を生成する。

相関計算機２２０では，入力信号（第１および第２マイクロホン信号）２０，３０が同一の音源から発生しているか否かが決定される。たとえば，補聴器が静かな環境で作動するとき，マイクロホン信号の各々は，それぞれのマイクロホン自体によって発生する雑音のみを含む。従って，この場合，入力信号は，独立した，したがって相関性のない信号源，すなわち個々のマイクロホンによって生成される。上記ケースおよび他のケースにおいて，相関係数は，マイクロホン信号の少なくとも一方が雑音またはひずみによって支配されているかどうかを表す。たとえば，入力信号２０，３０の少なくとも一方が雑音またはひずみによって支配され，それにより，相関係数がレベル発生器２１０によって発生された信号レベルより下に低下していることを比較器７７が検出したとき，それぞれの第２制御パラメータ８０を送ることによって適応は停止されるであろう。レベル発生器２１０は，レベル発生器１１０に少なくとも類似し，比較器７７において閾値として作用する発生された信号レベルも，所望性能および補聴器設計者の選択によって調節されよう。国際特許第ＷＯ０２／３０１５０号では，例示として，相関していない第１および第２入力信号を検出し，かつ制御信号を発生する相関検出器が設けられている。ＤＳＤ２７０の所望性能およびＤＳＤ設計者の選択に応じて，補正係数の値に基づく更新および停止基準を調節することができる。

ＤＳＤ２７０の一実施形態によると，更新／停止回路７２は，相関係数が閾値以下であることを比較器７７が示す場合に許可信号を出力し，かつ相関係数が閾値を越えることを比較器７７が示す場合に禁止信号を出力する。しかしながら，ＤＳＤ２７０の他の実施形態では，更新および停止基準が逆であることも可能である。すなわち，更新／停止回路７２は，相関係数が閾値以下であることを比較器７７が示す場合に禁止信号を出力し，かつ相関係数が閾値を越えることを比較器７７が示す場合に許可信号を出力する。

この発明のさらなる実施形態では，所望信号および不要信号間の選択は，信号の種類に応じて，ＤＳＤ７０内に異なる検出器７１を用いるさまざまな方法において実行される。選択は，たとえば統計的解析，周波数整形，所定の非直線性（certain non-linearities）の検出，その他に基づくことができる。

図７は，一人の話し手の信号包絡線および１１％パーセント点推定結果を２０秒間にわたって表す信号図を示す。信号包絡線および１１％パーセント点推定結果は，３２ｋＨｚのサンプリング周波数によるデジタルインプリメンテーションと，２４ビットＡＤＣと，この発明による信号包絡線回路７４およびパーセント点推定器７６を備える所望信号検出器７０を使用することによって達成された。話し手は，静かな室内において時間（time）＝１．５秒で話し始め，時間（time）＝５秒で，話し手は，話しつづけながらユーザの前からユーザの一側へ移動している。

図８は，ＤＳＤを含むこの発明による適応指向性機能における内部指向性パラメータｏｍｎｉ（実線）の挙動を示す（ｏｍｎｉ＝１のパラメータ値は無指向性を意味し，０．５はカージオイドを意味し，０は両指向特性（bi-directional characteristic）を意味する）。これと比較して，図８はＤＳＤのない従来型指向性コントローラの内部指向性パラメータｏｍｎｉの挙動（点線）も示す。ＤＳＤがある場合およびない場合の指向性パラメータ挙動を比較すると，この発明による信号処理装置を適用する時のパラメータｏｍｎｉの挙動の改善が，当業者には簡単に認識されるであろう。実線によれば，パラメータｏｍｎｉは２０秒間の時間フレーム全体にわたって１〜０．９７に調節されている。話し手が５秒後にユーザの一側へ移動しても，ｏｍｎｉ値はその範囲内に留まり，これは，話し手が前方向以外へ移動しても，適応指向性機能が，いまだほぼ無指向特性を持っていることを意味する。その結果，指向特性がほぼ無指向性モードに留まるので，時間フレーム全体にわたって所望会話信号は減衰されない。さらに，ＤＳＤがある場合の指向性パラメータ挙動から，出力信号４０を最小化するために，適応指向性機能は，会話の合間に内部パラメータｏｍｎｉを値＝１よりも低く調節することによって，不要雑音を減衰しようとするのがわかる。

これとは反対に，ＤＳＤがない従来型指向性コントローラは，図８に点線で示されているように，同一状況において指向性パラメータｏｍｎｉを調節する。最初の６秒間，指向性コントローラは無指向性モードに留まる。話し手がユーザの一側へ移動した後，従来型指向性コントローラは，パラメータｏｍｎｉを，より指向性が高いモードに，すなわち値＝０．８まで下がるように調節することにより，出力信号をさらに最小化しようとし，その結果，実際の所望会話信号の望ましくない減衰およびマイクロホン雑音の大きな変調が生じる。明細書の背景部分で説明したように，これは好ましくない。

この発明の一実施形態では，第１および第２マイクロホン信号２０，３０の周波数スペクトルは，帯域分割フィルタ（図示略）によって，それぞれ，幾つかの，たとえば３つの，それぞれ限定周波数範囲を有するチャネルに分割されることができる。次に，帯域限定チャネルのそれぞれは，対応する信号処理装置１００，２００によって処理され，それにより，各信号処理装置は帯域限定チャネル内で動作する。このシステムは，指向特性がこれらのチャネル間で異なることを容認し，それにより，信号が所望信号および不要信号として分類されかつ指向特性を調節する分析が，それぞれの周波数帯域で独立的に行われる。

最後になるが，この発明の主要特徴をよりうまく説明するために，この発明の図面に関連して説明した実施形態がいくらか簡略化されていることは，当業者には明らかであることに注意されたい。

この発明のさらなる実施形態によると，上記の実施形態または実施形態の特徴は，雑音を最小化する指向性システムにおいて，任意の有用な組み合わせに組み合わせられることができる。

さらに，この明細書または添付の特許請求の範囲に記載されている特徴は，明言されていなくても，任意の有用な組み合わせで請求されることは，当業者には明らかであろう。

この発明の第１実施形態による制御可能な指向特性を備える補聴器用の信号処理装置のブロック図である。 この発明の他の実施形態による信号処理装置を有する補聴器を示すブロック図である。 この発明の一実施形態による信号処理装置に使用される従来型指向性コントローラのブロック図である。 この発明の一実施形態による所望信号検出器のブロック図である。 この発明の一実施形態による方法を説明するフローチャートである。 この発明の一実施形態による別の方法を説明するフローチャートである。 図４に示されているような所望信号検出器に関連した，一人の話し手の会話信号の信号包絡線および１１％パーセント点推定結果を示す信号図である。 この発明の一実施形態による適応指向性機能の指向性パラメータ挙動を，従来型指向性パラメータ挙動と比較して示す信号図である。 この発明の他の実施形態による所望信号検出器のブロック図である。 この発明のさらに他の実施形態による所望信号検出器（ＤＳＤ）のブロック図である。

Claims (18)

1. 第１および第２マイクロホン信号Ｘ_front，Ｘ_back（２０，３０）を受信し，かつ出力信号Ｙ（４０）を出力する指向性コントローラ（１０）と，前記第１および第２マイクロホン信号の少なくとも一方が不要信号であるかどうかを検出する信号分析器（７０）とを備え，
   前記指向性コントローラは，上記信号分析器が不要信号を検出した場合にだけ，指向特性を適応させることによって上記出力信号を最小化する，
   制御可能な指向特性を備える補聴器用の信号処理装置（１００，２００）。
2. 前記信号分析器（７０）は，前記第１および第２マイクロホン信号（２０，３０）の少なくとも一方を受信する検出器（７１）ならびに上記検出器（７１）の出力を受信する更新／停止回路（７２）を備え，
   前記更新／停止回路（７２）は，前記検出器が入力信号として不要信号を検出した場合に許可信号を出力し，かつ前記検出器が入力信号として所望信号を検出した場合に禁止信号を出力する，請求項１に記載の信号処理装置。
3. 前記指向性コントローラ（１０）は，前記信号分析器（７０）から送出された第２制御パラメータ（８０）の手段によって許可されている間だけ，適応指向性機能（５０）の内部制御パラメータ（９５）を調節することによって指向特性を適応させる，請求項１または２に記載の信号処理装置。
4. 適応指向性機能は，ｏｍｎｉが内部制御パラメータ（９５）であり，Ｔが所定の音響遅延であるとき，式
   

   

   によって定義される，請求項３に記載の信号処理装置。
5. フィードバック出力信号（６０）および第２制御パラメータ（８０）を受信し，かつ前記内部制御パラメータ（９５）を出力するパラメータ・コントローラ（９０）をさらに備え，
   前記パラメータ・コントローラは，前記第２制御パラメータ（８０）が許可信号を示す場合に，最小化アルゴリズムを適用することによって前記フィードバック出力信号（６０）を最小化するように内部制御パラメータ（９５）を調節する，請求項１から４のいずれか一項に記載の信号処理装置。
6. 前記信号分析器（７０）の前記検出器（７１）は，
   前記第１および／または第２マイクロホン信号（２０，３０）を受信し，かつ前記マイクロホン信号の信号包絡線を生成する信号包絡線回路（７４）と，
   前記信号包絡線のパーセント点推定結果を生成するパーセント点推定器（７６）と，
   前記信号包絡線の信号レベルおよび前記パーセント点推定結果の信号レベルを比較する比較器（７７）を備え，
   前記更新／停止回路（７２）は，信号包絡線がパーセント点推定結果以下であることを比較器が示す場合に許可信号を出力し，かつ信号包絡線がパーセント点推定結果を越えることを比較器が示す場合に禁止信号を出力する，請求項２から５のいずれか一項に記載の信号処理装置。
7. 前記信号分析器（７０）の前記検出器（７１）は，
   前記第１および／または第２マイクロホン信号（２０，３０）を受信し，かつ前記マイクロホン信号の信号包絡線を生成する信号包絡線回路（７４）と，
   閾値としての信号レベルを発生するレベル発生器（１１０）と，
   前記信号包絡線が前記閾値より高いかまたは低いかを検出する比較器（７７）を備え，
   前記更新／停止回路（７２）は，比較器の結果に応じて許可信号または禁止信号のいずれかを出力する，請求項２から５のいずれか一項に記載の信号処理装置。
8. 前記信号分析器（７０）の前記検出器（７１）は，統計的解析の使用，周波数整形，または前記マイクロホン信号における所定の非直線性の検出によって，所望信号および不要信号の間の選択を行う，請求項２から５のいずれか一項に記載の信号処理装置。
9. 前記信号分析器（７０）の前記検出器（７１）は，ある周波数帯域において前記マイクロホン信号を分別するフィルタ回路を備え，
   前記更新／停止回路（７２）は，前記検出器が不要周波数帯域の信号だけを検出する場合に許可信号を出力し，前記検出器が所望周波数帯域の信号も検出する場合に禁止信号を出力する，請求項２から５のいずれか一項に記載の信号処理装置。
10. 前記信号分析器（７０）の前記検出器（７１）は，前記マイクロホン信号の相関係数を計算し，
    前記更新／停止回路（７２）は，相関係数の値に応じて許可信号または禁止信号のいずれかを出力する，請求項２から５のいずれか一項に記載の信号処理装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の複数の信号処理装置を有し，さらに，前記第１および第２マイクロホン信号（２０，３０）の周波数スペクトルを，それぞれが限定周波数範囲を有する前記複数のチャネルに分割する帯域分割フィルタを備え，
    それぞれの信号処理装置の各々は，前記マイクロホン信号のそれぞれの周波数範囲を個別に処理することによって指向特性を得る，信号処理システム。
12. 離間配置された第１および第２マイクロホンと，前記第１および第２マイクロホンのそれぞれによって供給される第１および第２マイクロホン信号を受信し，かつ出力信号を出力する指向性コントローラを有する補聴器の指向特性を制御する方法であって，
    前記出力信号は，指向特性に従って前記第１および第２マイクロホン信号を結合することによって生成されるものであり，
    前記第１および第２マイクロホン信号の少なくとも一方が不要信号を含むかどうかを検出し（５１０），
    不要信号が検出された場合にだけ，出力信号を最小化するように指向特性を適応させる（５３０），方法。
13. 前記第１および第２マイクロホン信号の少なくとも一方を内部制御パラメータに従って遅延または減衰させてから前記出力信号に結合し，かつ不要信号が検出された場合にだけ，出力信号を最小化するように内部制御パラメータを調節する，そのような適応指向性機能を適用することによって，前記出力信号は生成される，請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１および第２マイクロホン信号の一方，または前記第１および第２マイクロホン信号の総体に対応する入力信号の信号包絡線を生成し（６１０），
    前記包絡線のパーセント点推定結果を計算し（６２０），
    前記信号包絡線の信号レベルおよび前記パーセント点推定結果の信号レベルを比較し（６３０），
    信号包絡線はパーセント点推定結果以下であると前記比較オペレーションが判断した場合に，内部制御パラメータ調節を更新し（６６０），
    信号包絡線はパーセント点推定結果を越えると前記比較オペレーションが判断した場合に，内部制御パラメータ調節を停止する（６５０），
    請求項１２または１３に記載の方法。
15. 請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法を実行する補聴器。
16. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の信号処理装置またはシステムと，第１および第２マイクロホン信号（２０，３０）を供給する離間配置された第１および第２入力トランスデューサ（Ｆ_mic，Ｂ_mic）と，前記出力信号に応答して音信号を発する出力トランスデューサ（２１０）とを備えた，制御可能な指向特性を備える補聴器（２２０）。
17. コンピュータ上またはデジタル信号処理システム上で実行されるとき，前記コンピュータまたはデジタル信号処理システムが請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法を実行することができるようにする，コンピュータプログラムコードを有するコンピュータプログラム・プロダクト。
18. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の信号処理装置をコンピュータ上で実行する，ソフトウェアコード部分を有するソフトウェアツール。
    
    

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