JP2016518078A - 個人用通信装置のための無線制御システム - Google Patents

Abstract

個人用通信装置のための無線非対称制御システムが、個人用通信装置と関連した第一の受信機及び送信機を含んでなり、送信機はインバンド（IE可聴）信号装置を含み、IE可聴信号装置は、時間変調された制御信号を生成、送信するように構成され、時間変調された制御信号は、複数の第１の時間変調された周波数の組み合わせを含む第1の複数の多周波信号を生成すること、及び複数の第１の時間変調された周波数の組み合わせを第１の周波数領域の第１の複数の制御信号に適用することによって生成され、受信機は、時間変調された制御信号を復号し、時間変調された制御信号に応答して、応答信号を生成し、IE可聴信号装置へ送信するように構成され、各応答信号は超広帯域（UWB）電磁パルスを含む。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2013年4月8日に出願された米国特許出願第61/809554号に基づく。

本発明は、一般的に個人用通信装置の分野に関する。より詳細には、本発明は、個人用通信装置へおよびそこからの制御信号を処理し、送受する装置、システム及び方法、特に聴覚装置及びそれを使用する装置に関する。

聴覚損失特性は非常に個別的であり、聴覚閾値は人によって著しく異なる。聴覚損失は周波数（典型的には、臨床オージオグラムにより示される）によって変化する。聴覚損失のタイプ及び重症度（感応性、伝導性又は混合；軽度、中程度、重度又は深度）に応じて、人間の耳の音響処理機能はさまざまな方法で損なわれ、伝導性聴覚損失では入力音を単に増幅することから、重度の聴覚損失の場合では、より高度な音声処理及び/又は非音響トランスデューサの使用といった様々な機能上の介入を必要とする。

聴覚装置又は補聴器は、多くの場合、聴覚欠損に対処するために使用される。従来の補聴器は、入力音響信号を捕捉し、その信号を増幅し、外耳チャネル内に配置される拡声器により出力する。伝導性及び混合性聴覚損失の場合では、骨伝導や耳小骨連鎖又は内耳流体の直接駆動により、代替刺激経路が、人工骨伝導又は人工中耳を介して適用することができます。

骨伝導インプラント補助は従来の音響補聴器に似ているが、聴覚障害者の頭蓋骨への振動により音声信号を伝送する。人工中耳は中耳又は内耳を直接刺激するために機械的なトランスデューサを使用する。

感音性聴覚損失の場合、内耳における音声処理不足は、音の大きさについて認識の変化、周波数分解能の低下をもたらす。例えば、音の大きさについての認識の変化を補償するために、典型的には、低レベルの音よりも高レベルの音に対しての増幅は少ない。

感音性聴覚損失の場合の補聴器の主要な機能は、したがって、（a）各周波数で必要な量の増幅を行うことにより、聴覚障害者の耳に対する感度不足を補償すること、及び（b）状況依存の増幅手段によりラウドネスリクルートメントを補償することである。

重度の感応性聴覚損失の場合、患者のための唯一の機能的な解決策は、人工内耳（CI）により提供することである。人工内耳は、人間の内耳にある感覚器官及び神経に電気刺激を与えるものである。

人工内耳の信号処理チェーンにおいて、マイクロフォンによって受信された信号は、補聴器と同様の方法で処理される。次の段階は、その後、最適化された音声信号を移植された刺激器用に励磁パターンに変換する。

補聴器の信号処理の中心課題及び他の聴覚支援システムの信号前処理における重要な部分は、あらゆる聞き取り状況でラウドネス知覚の適切な量を提供するために、周波数等化フィルタリングと増幅、並びに自動利得制御を含む。これらの中心的な課題に加え、信号処理は、ノイズ低減、フィードバック低減、音質の向上、音声明瞭度の向上、特定の方向（指向性マイク、ビームの形成）の音の改善された信号対雑音比を提供でき、しばしば提供する。

補聴器や他の聴覚の解決策というのは、個々の患者の聴力損失に対し増幅を調節することを必要とするばかりでなく、理想的には、現在の音環境への増幅量を調節することも必要とする。このことは、感音聴覚損失の特性であるラウドネスリクルートメントの現象に関連する。

このラウドネスリクルートの結果として、より大きな増幅は、典型的に、大音量の聞き取り状況でよりも、ソフトな聞き取り状況で必要とされる。 1秒よりも長い時定数を有する、音声環境に対する増幅量の遅い適応は、多くの場合「自動音量制御」と呼ばれる。この適応は信号を歪ませることなく増幅の正確な量を提供するという利点を有する。

しかし、入力信号のレベルの急激な変化は、通常補償されず、多くの場合、痛みを伴う感覚又は大音量のイベントに続く重要な情報の損失をもたらす。典型的な急激な変化には、突然の大きな音（ドアのバンといった音）があるが、このようなことはまた、二人のうちの一方が他方に近づいて、二人が同時に話しているのを聞くときに起きる。

入力信号レベルの急激な変化を補償するための最先端のアプローチは、短い時定数を使用する「自動利得制御」と呼ばれている。しかし、自動利得制御、すなわち信号振幅の速い変化が、多くの場合、音声の品質の低下を引き起こす。

先行技術の別の欠点は、カスタムハードウェア及びカスタムチップの開発の必要性のため、ほとんどの補聴器か、非常に高価であることである。さらに、補聴器は、通常、パラメータ調整（補聴器をフィッティング）のために特別な専門家を必要とする。このフィッティングは、通常、聴覚機能訓練士又はENT（耳鼻咽喉科）医者が、対応する装置の製造元によって提供された専用フィッティングソフトウェアを搭載したPCを使用して行われる。特別な専門知識がパラメータを正しく調整するために必ず必要である。

従来技術の他の欠点は、デジタル補聴器のみが聴覚障害者自身による非常に限られた手数での手動による調整、すなわち、出力音量制御、場合によっては、僅かな数の所定の聞き取りプログラムを一つ選択して調節することである。これらのプログラムの各々は、特定の聞き取り状況のために最適化されたパラメータのセットを含む。

ある場合は、物理的な遠隔制御（ハンドヘルドデバイス又はリモートコントロール機能付き腕時計）によって補聴器を制御するための手段が設けられているが、しかし、これらの遠隔制御によって変更可能なパラメータの数は制限されている。

従来技術補聴器や人工内耳の他の欠点は、民生用電子機器（テレビ、ステレオ、MP3プレーヤー、携帯電話など）にこれらのデバイスを接続する方法が煩雑で高価となることである。また、従来の補聴器は、インターネット（R）との補聴器を接続する手段に欠け、パーソナルデジタルアシスタント（PDA）装置や携帯電話との通信が可能であるとしても、相互作用は、典型的に、電話中の音声信号の増幅又は再生中の音楽の増幅に限られていることである。

また、一般的に補聴器に採用されているソフトウェア（ファームウェア）はアップグレードできない。いくつかの補聴器に対して、ファームウェアの更新が利用可能であるが、しかし、これらの更新の利用は頻繁にできず、したがって、信号処理の調整は、多くの場合、装置が製造されたとき、所定のパラメータベースの変化に限定される。

最先端のデジタル機器は、左右の耳の中に配置された装置の間の単純な通信を可能にすることができる。しかし、この通信は、パラメータ（例えば、2つの装置の利得が独立しているため、空間認識の乱れを避けるために自動利得制御の同期パラメータ）の低ビットレート転送に限定される。左右の耳においてマイクから音声信号を得ることを必要とするより高度なアプローチは現在の技術では実現不可能である。

従来の補聴器に関連した上記欠点のいくつかに対処するために、いくつかの装置および方法が開発されてきた。米国特許公開第2009/074206号、第2007/098115号、第2005/135644号、米国特許第第6944474号、及び第7529545号に、このような装置及び方法が図示されている。

米国特許公開第2009/074206号には、完全に機能する補聴器と別個のハンドヘルドデジタル信号処理装置を含むポータブル支援リスニングシステムが開示されている。その信号処理装置は、プログラム可能なDSP、補聴器及びユーザ入力デバイスと通信するための超広帯域（UWB）送受信機を含む。補聴器の使いやすさ及び全体的な機能は、補聴器の音声処理機能を別個のDSPデバイスで補うことによって高められるということのようである。

米国特許公開第2007/098115号は、補聴器のようなヘッドセットの延長を可能にするために、従来の無線トランシーバヘッドセットと追加の指向性マイクを内蔵した無線補聴器システム及び方法を開示する。ヘッドセットが、インターネット（R）を介してダウンロードされ得るか、患者の聴覚障害に合わせて調整され得る種々の補聴器セットでプログラムすることができるように、モード選択及びプログラム可能な音声フィルタを含めることが解決策として提案されている。しかし、信号処理パラメータを容易に調節することができる柔軟な手段はない。

米国特許第6944474号及び第7529545号は、個人の聴覚プロファイルを調節する携帯電話及び手段を開示する。この個人の聴覚プロファイルは、個人の選択プロファイルで、音強化のベースを形成するために、個別に又は組み合わせて視覚障害プロファイル（環境ノイズを考慮）を含む。信号入力は、携帯電話からの会話信号、コンピュータや携帯電話に保存されたマルチメディアコンテンツへの無線リンクを介して受信された音声信号のいずれかである。音の環境は、これらの音源の知覚を最適化するために考慮されているが、音の環境自体は目標信号ではない。対照的に、増幅は、音の環境のマスキング効果を低減するために最適化される。

米国特許公開第2005/0135644号には、補聴器機能を備えたデジタル携帯電話が開示されている。この携帯電話は、デジタル信号プロセッサ及び聴力損失補償アルゴリズムにしたがって、デジタルデータを処理するための聴力損失補償モジュールを含む。聴力損失補償モジュールは、マイクロプロセッサによって実行されるプログラムとして実行される。補聴器と比較して、提案の解決策はまた、携帯電話の処理速度やメモリに関して優れた性能を利用する。

開示された方法にしたがって、デジタル携帯電話のワイヤレスダウンロード機能は、補聴器機能を制御し、実行する柔軟性を提供する。一実施形態では、聴覚補償回路は、聴力損失が顕著である周波数でのレベル依存利得を提供する。入ってくるデジタル化された信号は、受信された信号を異なる周波数帯域に分割するデジタルフィルタバンクによって処理される。フィルタバンク内の各フィルタは、阻止帯域で十分な量の減衰を行う。さらに、各フィルタは、通常の音声知覚（拡散）及び生成をもつように、ひどく干渉しないように、僅かな時間遅延を示す。

階層的な、補間有限インパルス応答フィルタバンクの使用も提案されている。フィルタバンクの出力は、非線形ゲインテーブル又は圧縮モジュールへの入力として働く。ゲインテーブルの出力は加算回路で加算される。

音量制御回路が設けられ、全体の信号レベルの対話式調節が可能となる。しかし、携帯電話の通話中にキャプチャされた音声信号は、主入力として使用されるものである。

開示された無線システム、並びにほとんどの補聴器システムに関連する他の欠点は、補聴器との信号の送受信のために利用される、無線周波（ＲＦ）、Bluetooth（登録商標）、Zigbee（登録商標）のようなワイヤレスネットワーク及び/又はプロトコルがしばしば、データの送信を制限し、しばしば干渉の影響を受けることである。

プロトコルと関連する様々な無線ネットワークは、無線で行う補聴器との信号送信のための正確で信頼性の高い手段を提供するために開発されてきた。こうした無線ネットワークは、米国特許第7529565号並びに米国特許公開第2007/009124号及び第2007/0259629号に開示されている。

米国特許第7529565号は、外部装置と通信する送受信機を有する補聴器を開示し、ここでは、伝送プロトコル、リンクプロトコル、拡張プロトコル、データプロトコル及びオーディオプロトコルを有する無線通信プロトコルが採用されている。伝送プロトコルは、単一のチャネルを介して半二重通信を提供するために、送受信機の動作を制御するように構成されている。リンクプロトコルは、チャネルでのフレームの衝突を考慮するためのパケット送信処理を実行するように構成されている。

米国特許公開第2007/0009124号は、低速周波数ホッピングを使用して、例えば、スマートフォンといった他の外部機器との両耳補聴器の通信のための無線ネットワークを開示し、ここで各データパケットは、TDMAフレームの別個のスロットで送信される。各スロットは異なる送信周波数に関連し、ここで、ホッピングシーケンスはまた、マスターデバイスのＩＤ、スロット番号及びフレーム番号を使用して計算される。リンク管理パッケージ（LMP）は、各フレームの最初のスロットでスレーブデバイスにマスタ装置から送信される。

本出願人によると、本システムは、ブロードキャストモードで動作させることができ、ここで、各受信機は、それぞれの受信機に関連付けられているタイムスロットの間のみにオンにされる。システムはまた、2つの異なるハンドシェイクプロトコルとともに同期のための2つの捕捉モードを含む。八つのLMPメッセージは、最初の捕捉の間、すべてのフレームに送信され、ネットワークが確立されると、一つの LMPメッセージが、すべてのフレームに伝送される。ハンドシェイク、つまり双方向のメッセージ交換は、最初の捕捉及び確立されたネットワークの捕捉の両方に対して必要とされる。

捕捉中に、減少した数の捕捉チャネルが使用され、周波数ホッピング方式はこれらの捕捉チャンネルに適用される。

米国特許公開第2007/0259629号はさらに、無線ネットワークを開示し、ここで、超広帯域リンクが、携帯電話といった主要な装置からの音声信号を補聴器のような周辺機器に送信するために使用されている。信号は、超広帯域リンクを介して1ナノ秒以下の持続時間の非常に短いパルス（約500MHzの送信帯域幅に対応する）で送信される。

電力消費を低減するために、送受信機は、インターパルスデューティサイクルモードで動作する。電源オンの時にバッテリーからのピーク電流消費をよりよくマッチさせるために、パルスが送信又は受信されない場合、容量素子が充電され、パルスが送信又は受信される場合、送受信機に電力を供給するために放電される。

しかし、上記システムに関連していくつかの欠点がある。主な欠点は、補聴器が、唯一の目的が通信ループを閉じることである重要な追加的送信機を依然として含むことである。本発明の本質は、補聴器内の追加的送信機を非常に単純化すること、又は完全に排除することである。

従来の補聴器に関連する他の欠点は、バッテリ寿命が限定されていることである。これは、特に部分的に移植が行われる補聴器では、使用者にとっては重大な問題で、補聴器の移植された部分が必要な電力は、外付け部品のバッテリによって供給される。部分的に移植可能な補聴器のバッテリー寿命は、典型的には1日程度である。

補聴器の外付け部品のバッテリーは、原則として、簡単で静かに交換することができる一方で、状況に応じて、予備のバッテリーを利用可能にしておく必要があり、補聴器の使用者は、バッテリーを交換しようとするとき、人目をひくようなことがないように望む。さらに、バッテリーの交換の間、補聴器は機能せず、その結果使用者は、聴覚損失に応じて、多かれ少なかれ聞こえない状態となる。特に、このような一時的な難聴は、特にアクティブな人々にとって、日常生活の中で非常に煩わしいものとなる。

原理的には、従来の電気音響補聴器の使用者は、耳のバッテリーが典型的に一週間以上稼働し続け、聴覚損失の場合を除き、電気音響補聴器の利用者が、典型的に、電子増幅なしで、ある程度のレベルの残留聴覚と音声理解をもつことから、同様の課題ではあるが、際立ったとは言えない課題に遭遇する。

したがって、バッテリの使用や寿命を調節するために、いくつかのシステム及び方法が開発された。この装置及び方法の例が、米国特許第6904156号及び米国特許公開第2009/0074203号に開示されている。

米国特許第6904156号は電気音響補聴器を開示し、ここで、補聴器音響増幅器は、低バッテリー電圧が検知されると、利用できなくなる。

米国特許公開第2009/0074203号は、電気音響補聴器を開示し、この補聴器は、超広帯域（UWB）リンクを介して、他の耳に装着された他の補聴器及びベルト装着式外部処理装置に接続される。補聴器の無線送受信機は、低バッテリ電力が検出されたときに、パワーダウンするように構成されている。この補聴器はまた、補聴器の電力が非常に低いとき、従来のアナログアンプのモードに切り替えられる。

従前（又は従来技術）の補聴器に関連する他の欠点は、それらがしばしば、魅力的でなく、年齢やハンディキャップに関連付けられていることである。 （この社会現象はしばしば「標徴存在」と呼ばれている。）聴覚装置の外観がわからないようにした近年の改良があっても、補聴器を必要とし、買う余裕のある聴覚障害者の間でも、市場への浸透は、わずか約25％にすぎない。

したがって、従来の聴覚装置に関連した上記欠点を一つ以上減少又は解消する、通信装置、特に聴覚装置、それを利用した装置で、その装置へ又はそこからの制御信号を処理し、送信し、さらに受信する装置、システム及び方法を提供することが望ましい。

したがって、本発明の目的は、従来の聴覚装置に関連した上記欠点を一つ以上減少又は解消する、通信装置、特に聴覚装置、それを利用した装置で、その装置へ又はそこからの制御信号を処理し、送信し、さらに受信する装置、システム及び方法を提供することである。

本発明の他の目的は、補聴器内に複雑な送信回路を必要とせずに、確実に、限られた数の低速の設定調整を実行することができる、制御装置と少なくとも一つの補聴器との間にある、高度に非対称又は単方向の通信システムを提供することである。

さらに、発明の他の目的は、補聴器の送信機要素を非常に簡略化又は完全に除去することを目的として、ホスト装置の送受信機及び補聴器の受信機に複雑さの負担を埋め込むように設計された複雑であるが信頼性のある信号プロトコルを組み込むことにより、上記通信システムを簡略化することである。

さらに本発明の他の目的は、補聴器の送信機要素を完全に除去することを目的として、補聴器装置を極度に単純化し、電力消費も著しく低減することにより、通信システムの一部分として、操作者の操作を組み込むことである。

本発明は、個人的な通信装置、特に補聴器装置へ及びそこから制御信号を処理し、送信し、受信する装置、システム並びに方法に関する。

本発明の一実施形態において、提供される個人用通信装置のための無線非対称制御システムは、個人用通信装置と関連した第一の受信機及び送信機を含んでなり、送信機はインバンド（IE可聴）信号装置を含み、IE可聴信号装置は、時間変調された制御信号を生成、送信するように構成され、時間変調された制御信号は、複数の第１の時間変調された周波数の組み合わせを含む第1の複数の多周波信号を生成すること、及び複数の第１の時間変調された周波数の組み合わせを第１の周波数領域の第１の複数の制御信号に適用することによって生成され、複数の第１の時間変調された周波数の組み合わせのそれぞれは、異なる符号化された周波数を含み、受信機は、時間変調された制御信号を復号し、時間変調された制御信号に応答して、応答信号を生成し、IE可聴信号装置へ送信するように構成され、各応答信号は超広帯域（UWB）電磁パルスを含む。

いくつかの実施形態では、第一の時間変調はフレーム化された時間遅延を含む。

いくつかの実施形態では、第一の時間変調はフレームのない時間遅延を含む。

いくつかの実施形態では、各応答信号は可視光パルスを含む。

いくつかの実施形態では、各応答信号は不可視の光パルスを含む。

いくつかの実施形態では、時間変調された制御信号は最初の信号レベルを有し、送信機は、IE可聴信号装置が第１の応答信号を受信器から受信するまで、少なくとも１つの時間変調された、制御信号を生成し、繰り返して送信するように構成され、ここで応答信号は少なくとも１つの時間変調された制御信号の受信を示す。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの時間変調された制御信号は、最初の通信信号レベルを有し、再度送信された、時間変調された制御信号の少なくとも１つが、前記最初の通信信号レベルより大きな二番目の信号レベルを有する。

さらなる特徴および利点は、添付の図面に示される、本発明の好ましい実施形態の以下のより詳細な説明から明らかになろう。ここで、参照符号は図を通して同じ部分又は要素を指す。
図１は、本発明に従った、個人用通信装置、すなわち補聴器の一実施形態の斜視図である。 図２は、本発明に従った、図1の個人用通信装置の側面図である。 図３は、本発明に従った、図1の個人用通信デバイスに関連する構成要素の一実施形態の概略図である。 図４は典型的な正弦フィルタ応答のグラフである。

本発明を詳細に説明する前に、本発明は、特に例示の装置、システム、構造又は方法に限定されず、もちろん変形することができることを理解されるべきである。したがって、本明細書に記載のものと類似又は等価の数多くの装置、システム、及び方法は、本発明の実施において使用することができるけれども、好ましい装置、システム、構造及び方法は、本明細書に記載されている。

本発明の信号処理及び伝送システム並びに方法が補聴器に関連して図示され、説明されているが、本発明の信号処理及び伝送は、補聴器及びシステムに限定されない。本発明に従って、本発明の信号処理及び送信は、他の個人用通信装置で又はそれと共に用いることができる。

本明細書で使用される用語は、本発明の特定の実施形態を説明する目的のためであり、限定することを意図するものではないことを理解すべきである。

他に定義しない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、一般的に、本発明が属する当業者によって理解されるのと同じ意味を有する

さらに、ここに挙げられたすべての刊行物、特許および特許出願は、上記又は下記にかかわらず、その全体が参考として組み込まれる。

最後に、本明細書及び特許請求の範囲で使用されている“a”、“an” 及び“the”は内容が明らかに他の意味を示さない限り、複数の対象を含む。従って、例えば、「一つの信号」は、2つ又はそれ以上を含む。

定義
用語「補聴器」及び「聴覚人工器官」は、本明細書において交換可能に使用され、対象（又はそのため）に送信される音又は音響信号を増幅及び/又は変調、及び/又は改善及び/又は増大するために採用された装置又はシステムを含む。

受信又は送信された信号に関連して用いられる用語「処理」は、アナログ及びデジタル信号の分析、符号化、復号化を意味し、含む。

ここで使用される用語「処理」は、信号を処理するようにプログラム化され、及び/又は構成されるアナログ又はデジタル装置、システム、又は要素（限定されないが、マイクロプロセッサ、ＤＳＰを含む）を意味し、含む。

ここで使用する用語「スペクトル的に最適化された信号」は、特定の対象について、調整され、又はカスタマイズされた信号、すなわち同調された信号を意味し、含む。

ここで使用される用語「個人用通信装置」は、無線又は有線の通信手段を介して音を表す送信された信号を受信するために適合された装置又はシステムを意味し、含む。

以下の開示は、本発明の1つ以上の実施形態を実施する最良の形態で説明するために提供される。本開示は、いかなる方法でも本発明を限定するのではなく、その発明の原理および利点のための理解と認識を高めるために提供される。権利化される本発明は、本出願の係属中に行われた改正及びこれらの請求項の全ての等価物を含む請求項によってのみ画成される。

当業者により容易に理解されるように、本発明は、従来の補聴器に関連した不利な点及び欠点を実質的に低減又は除去する。

上述したように、本発明は、個人用通信装置、特に補聴器へ及びそこからの制御信号を処理し、送信し、受信する装置、システム及び方法に関する。好ましい実施形態において、補聴器へ及びそこからの信号の送信は、ユニークな非対称通信システムを介して達成される。

図１及び図２に、例示的な聴覚装置10が示されている。図１及び図２に示されているように、補聴器10は、外側ハウジング12とハウジング12の少なくとも外側部分に配置された固定機構14を含む。同時係属中の米国特許出願第13/733798号及び米国特許第8457337号、同第8577067号（これら全体が本明細書に組み込まれる。）に記載されているように、固定機構14は、内部空間の表面、例えば、外耳道に接触するように構成され、補聴器10を内部に固定する。

同時係属の米国出願第第13/733798号、および米国特許第8457337号、同第8577067号に記載されているように、固定機構14は、流体が中を流れる少なくとも一つの経路を与えるように構成されている。

同時係属の米国出願第第13/733798号に記載され、当業者にはわかるように、補聴器10は、的確で、事実上外から見ることができずかつ快適な装備を提供する。補聴器10は、したがって、従来の補聴器に関連した重大な「標徴存在」の課題を実質的に減少させ、多くの場合、除去する。

図3に示されているように、補聴器10は、少なくとも１つのソース20から無線音声又は音響（すなわち入力）信号を受信するための手段、例えば、スマートフォン22のような外部ソースからの無線制御信号を受信する手段、受信された入力信号２４から少なくとも１つの再構成された音響信号を生成する第1のプログラミング手段、少なくとも1つの応答信号（下述される）26を生成する第２のプログラミング手段、メモリー手段28、少なくとも１つの再構成された音響信号を耳ユニット30に送信する手段、及び少なくとも１つの応答信号を外部装置、たとえばスマートフォン32に無線で送信する手段を含む。図３に示されているように、補聴器10はさらに、電源40を含む。

好ましくは、第一の処理手段は、外部の音や音声ソース（又は複数の音声ソース）から受信された音声入力を処理し、音声信号から１つ以上の再構成された音響信号を生成し、さらに/又は対象への再構成された音響信号の伝送を制御するように構成される。同時係属の米国特許出願第13/942908号（これもまた全体が本明細書に組み込まれる）に記載されているように、再構成された音響信号は、限定されないが、例えば、スペクトル的に最適化された信号、増幅された音声信号、および向上した音声信号、たとえば、最適な信号対雑音比を含む。

以下で詳細に説明されるように、好ましくは、第二の処理手段は、外部ソースから受信された制御信号を分析し、そこから少なくとも1つの応答信号（例えば、指定の制御信号の受信を示す信号）（外部ソースへ）を生成するように構成される。

上記のように、様々な信号プロトコル又は変異体は、外部装置から補聴器に制御信号を送信するために使用されてきた。そのような変異体は、ラジオ波、例えば、Bluetooth （登録商標）、Zigbee（登録商標）、802.11、802.15.4等、光、例えば、赤外線、可視光、レーザー等、電磁誘導、及び音、例えば、超音波、可聴音、20Hz以下の音声信号などを含む。

本発明のいくつかの実施形態では、上記変異体の少なくとも１つは、外部装置から補聴器に制御信号を送信するために使用される。本発明の好ましい実施形態では、しかしながら、超広帯域プロトコルが、応答信号を補聴器から外部装置に送信するために、すなわち非対称伝送プロトコルが使用される。

本発明のいくつかの実施形態では、無線伝送ネットワークは、DTMF（デュアルトーンマルチ周波数）信号化のようなインバンド（IE可聴）信号伝達機構を含む。 DTMFの一般的な例は、電話システム内で使用されるプッシュフォン式信号伝達である。プッシュフォン式では、各数字キーは、標準的なフィルタを使用してリモートで復号化することができる音の組み合わせを送信する。

本発明に従って、プッシュフォン式の概念は、次の3つの方法で拡張される。まず、その概念は、多数の特定の周波数を組み合わせて使用することにより、マルチ（多）周波数信号伝達に拡張される。一例として、本発明の一実施形態は、周波数は、擬似ランダムバイナリシーケンスで変調されるフレームレス周波数シフトキーイング（FSK）を組み込む。聴覚における受信機は、個々の制御コマンドの有無を検出するために、周波数領域の自己相関器を使用する。

第二に、タイムオーバーレイが含まれる（ここで、正しく符合化された制御命令が自分の存在/不在に関連する特定の時刻を有する）。この方式では、信号は、コマンドの多重度を識別することと、通信の信頼性を高めることの両方を可能にするために所定の時間間隔に渡って変調される。

当技術分野でよく知られているように、一般的に、タイムオーバーレイは、2つのクラス、つまり、フレーム化とフレームレスに分けることができる。

フレーム化されたタイムオーバーレイでは、フレーミングイベントに対して変調は強いられる。代表的なフレーミングイベントとは、パイロットトーン信号、真時間（多くの場合、GPS受信機から導出される）、又は一定の期間、変調された信号が存在しないこと（共通非同期通信のように）である。

フレームレスのタイムオーバーレイでは、変調は、反復性により受信機が変調された信号に同期することを可能にするビットの反復シーケンスからなる。いくつかの実施形態では、この変調されたシーケンスは、例えば、最大長シーケンス（MLS）のような擬似ランダムバイナリシーケンスを含む。

本発明に従って、時間領域自己相関器が、フレームレスコマンドの有無を同定するために使用することができる。コマンドの多重性が、各コマンドのための個々の自己相関器で擬似ランダムバイナリシーケンスの多重性によりサポートされ得る。

本発明に従って、コマンド（または自己相関ヒット）が、自己相関アルゴリズムからの、平均して観測されるよりも著しく高い出力（自己相関器への入力は基本的にノイズである）であることによって識別される。

第三に、コマンドが、トーンの多重性のシーケンスを使用して符号化され、したがって、各コマンドを符号化するために、不快な曲が有効に奏でられる。そのため、受信機はこの曲を単に検出するように構成される。

第四に、本発明の一実施形態では、高度に非対称のエアーインターフェース（air interface）が使用される。高度に非対称の場合には、受信機は、コマンドが受信され、正しく復号化されたという、単一のビットのハンドシェーキング情報を供給する。単一ビットは、この非対称のエアーインターフェースに対し十分な情報を提供することができるものの、さらなる情報の提供のために、複数のビットハンドのシェーキング情報を、受信器によって供給することができる。単一ビットのハンドシェーキング情報の伝送のメカニズムは非常に電力効率の高いメカニズムとなる。

第五に、本発明の好ましい実施形態では、一方向エアーインターフェースが使用され、ここで、送信機は、受信機がコマンドを高い確率で受信できるに十分と考えられる時間間隔の間、各コマンドを繰り返す。コマンドは、反復意味（「ボリュームを上げる」のような）ではなく、単一の非反復意味（「レベル5にボリュームを設定」のような）をもつように構成される。コマンドが正しく受信され、復号化されたことを示すために、フィードバックが受信機から提供されない場合、送信機は単に受信の確率を改善するためにコマンドを何度も繰り返す。受信機は、正確な受信の確率をさらに改善するために、このプロセスの間、キャリア信号の強度を次第に増大させるように構成される。

顕著な電力効率、高い非対称のエアーインターフェースメカニズムの一例というのが、受信機が、単一の短い時間期間の、高い振幅バーストの放射を各復号化されたコマンドシーケンスの終わりと同期して送信する場合である。送信機は、１つ以上のこれらの放射バーストの存在を、同期して検出した場合には、コマンドの繰り返しを停止し、コマンドは任意に高い確率で正しく実行される。この放射線バーストの性質は、コマンド送信の性質と同じかもしれないが、それはそうである必要はない。例えば、本発明の一実施形態では、コマンドは、音声信号として送信されるかもしれないし、ハンドシェーキング信号は、応答音声バーストであるかもしれない。

本発明のいくつかの実施形態では、ハンドシェーキング信号の情報は異なる伝送媒体を使用する。例えば、同期ハンドシェイクは、単一の高振幅の超広帯域（UWB）電磁インパルスを含むことができる。

これに代え、ハンドシェーキング信号は、可視/不可視の光バーストであってもよい。

本発明に従って、ハンドシェイクの組合せも使用することができる。

本発明の好ましい実施形態では、一方向のエアーインターフェースはハンドシェーキングメカニズムの一部としてユーザを取り込むことにより構成される。これらの方式では、ユーザは、コマンドが正しく復号されたことを送信機に通信する特定の動作を行う。これを達成することができる様々な方法があり、いくつかの例が以下で提供される。

この方法のほんの一例では、ユーザは、コマンドが正しく受信されたことをユーザが感知するまで、送信機（スマートフォンであることを想定）のボタンを押し続ける。ユーザがボタンを押すことを停止するまで、送信機はコマンドを繰り返す。送信機は、必要に応じて、非常に低いキャリア信号レベルのコマンドの繰り返しを開始し、ユーザがボタンの保持を止めるまで、キャリア信号のレベルを徐々に増加させることができる。受信機はまた、正しく復号されたコマンドを受信するたびに音声プロンプトをユーザに出すことができる。

さらに、このプロセスを説明するために、送信機は、「ボリューム１」から「ボリューム５」を示された５つのボタンを有するスクリーンを含むことができる。ユーザが「ボリューム３」と示されたボタンを押し続けると、送信機は、ボリュームをレベル３に設定するためのコマンドの送信を開始し、低信号レベルで開始し、次第に信号レベルを増加させる。受信機は、コマンドを正しく復号化し、ボリュームを３に設定した後、音声スニペット（補聴器のイヤーピースを通して「ボリューム３にセット」と知らせる）を生成し、送信する。ユーザが音声スニペットを聞いたとき、ユーザは、送信機上のキーを放す。この方法では、コマンドは、可能な限り低いキャリア信号レベルを用いて補聴器に伝送される。

送信機又は送信機と通信する別の装置は、送信機からの一つ以上のコマンドを確認できないときは、受信機に対する、又はユーザに対する若しくはユーザの部位（例えば、耳）に対する向き、位置又は場所を変えるように通信できる。ユーザへの上記通信は、変化のない信号強度の、送信機からのコマンドと組み合わせて、変化のある信号強度の、送信機からのコマンドと組み合わせて、又は最大の信号強度が到達したときに使用される。ユーザへの上記通信は、コマンドの確認応答が受信され次第、又はコマンドの効果がもはや望まないことをユーザが示したとき、中止することができる。

本発明のいくつかの実施形態では、無線伝送ネットワークは、音のない場合を含む。本発明に従って、音のない場合を実現するひとつの手段は、ダウンコンバートミキサとして、音声サンプリングシステムを使用することである。一例として、Overtus（商標）補聴器のDSPで、入力音声は16kHzでサンプリングされる。このサンプリングはエイリアジング成分（通常は簡単なデジタルフィルタで排除される）を生成する。

例えば、強力な17 kHzのトーンは単純な混合の過程で16 kHzでサンプリングした後、1 kHzのエイリアシングトーンを生成する。この混合成分は、一般に、変換の前に、様々な方法で濾別される。フィルタリングの最も一般的な方法は、デルタ−シグマ変換器（ナイキスト周波数（16 kHzのサンプリングレートに対して8kHzのIE）で天然の櫛形のようなフィルタを本質的に有する）のような変換器を一体化するようにして使用することである。

しかし、このような方法に関連した欠点がある。単純な変換器の特性、すなわち付加的要素をもたないIEの特性は一般的には理想的でない。というのは、その特性は、真のローパス応答ではなく櫛状の応答をもつからである。このことは、システムがサンプリング周波数の上で刺激されたとき、インバンド（IE音声）エネルギ−が出力で利用可能であることを意味する。

さまざまな単純なフィルタも利用できる。しかし、図４に示されているように、そのようなフィルタは、典型的に、応答を示す。ヌル（「ｎ1からｎ3」は、サンプリング周波数で生ずる。一部のエネルギーは、したがって、ヌル以上の周波数でダウンコンバートされる。

典型的なシステムは、以下の2つの方法で「フリー」フィルタの非理想性に対処する。（1）システムは、追加の低域通過フィルタ（典型的に、単純化のために一極）を含む。 （2）システムは、一般的な音がある環境で、強く、コヒーレントな低超音波信号が存在しないという事実に依拠するように構成される。従って、強く、コヒーレントな超音波信号（LUS）の存在下で、信号を送るために使用することができるダウンコンバート要素が存在する。しかし、信号を送る目的のために、ダウンコンバートされた要素を採用するべく、ダウンコンバートされた要素は、通常のインバンド（IE音声）刺激と区別（し、分離）する必要がある。

本発明の好ましい実施形態では、2つの技術が、通常のインバンド（IE音声）刺激からダウンコンバートされた要素を区別し、分離するために使用される。

その第一の技術は低超音波信号の時間変調を含む。この技術に従って、LUSがオフのとき、LUSのために、ダウンコンバートされたエネルギーは出力から除去される。 LUSがオンのとき、出力は、インバンドエネルギーとダウンコンバートされた寄生エネルギーとの（ベクトル）和を含む。変調周波数の知識でもって、受信機は、検出器の特異性を改善するべく、検出器にスーパーインポーズされる時間ベースの変調を与えるように構成することができる。

低超音波の概念を説明するために、非常に具体的な上記実施例が拡張される。前述と同じように、この具体例では、送信機は、「ボリューム1」から「ボリューム５」までの五つのボタンがあるスクリーンを有する。ユーザは「ボリューム３」を押し続ける。次に、送信機は、ボリュームをレベル３にセットするためにコマンドの送信を開始する。このコマンドは、この具体例では、50msの間17kHzのオン、次に50ms間沈黙、次に100ms間18kHzのオン、次に50ms間沈黙となる簡単な短い擬似ランダムバイナリシーケンスであるように選択される。本発明に従って、送信機は、低信号レベルでこのサイクルを開始し、ボタンが押され続く限り、信号レベルが次第に高くなるように、繰り返される。

受信機は、連続的に音声を16kHzでサンプリングするように構成され、音声出力は、受信機の自己相関器（50msの間1kHzのオン、続いて50msの間沈黙、続いて100msの間2kHzのオン、続いて、50msの間沈黙の単純な短い擬似ランダムバイナリシーケンスを検出するように設計されている）に供給され、このシーケンスは、16 kHzサンプリングコンバータでミックスダウンしたときにLUS信号のダウンコンバートされた出力である。自己相関出力がその周囲出力に対して増加するときはいつでも、音量レベルは補聴器にレベル3に設定され、補聴器はさらに、補聴器の受話口から「ボリュームを3に設定します」と発する音声スニペットを再生する。ユーザは、受話口から音声スニペットを聞くと、送信機のキーを解放する。このように、コマンドは、可能な限り低いLUS信号レベルを用いて補聴器に転送される。

第2の技術は、低超音波エネルギーの周波数変調を含むもので、ここで、受信機のフィルタ応答が、システムのための指紋として使用される。 LUSの周波数を変調することにより、明確に定義された応答が提供されるが、これは、再生されている低超音波の曲とシステムのフィルタ応答との畳み込みを含む。

本発明の一実施形態に従って、実際には、送信機は、正確に規定された期間の間、正確に定義され一連のLUSトーンからなる低超音波（LUS）の曲を再生する。受信機は、システムのフィルタによって変更されることから、その曲のダウンコンバートされた（IE音声）バージョンと整合するソフトウェア検出器を含む。曲が聞こえるときは、特定のコマンドが実行される。本発明によれば、別の曲が異なるコマンドを符号化するために使用される。

好ましい実施形態では、採用される信頼性のあるシグナル伝達システムで生成される最も低い信号レベルが使用されます。使用することができるレベルがどれほど低いかは、補聴器及び送信機の仕様に依存する。理想的には、携帯電話の信号強度は、追加の変換器なしで良好なLUSの曲を生成するのに十分であろう。

当業者であれば容易に理解されるように、送信機（IE電話）のフィルタ応答は、システムのフィルタ応答の不可欠な構成要素である。電話機の（スピーカを含む）出力ステージがLUSトランスデューサとして使用される場合、これは特に当てはまる。このことは、同じ曲を再生する異なる携帯電話が受信機で別の曲を生成することを意味する。ただし、受信機が、どのタイプの送信機が使用されているか、すなわちどの電話であるかを決定するように構成されることが、望まれてはいない。

いくつかの実施形態では、このことは送信機で曲を予め補償することによって達成され、すなわち異なる送信機（携帯電話）は生成される異なる曲を有するが、これらの異なった曲はその受信機で同じ応答を生成する。たとえば、一方の電話がフラットな出力応答を有し、他方の電話が1極低域通過フィルタ応答を有する場合、システムは、同じLUSの音の場を生成するために、他方の電話に対して一方の電話において、曲に適切な調整を適用するように構成されている。

いくつかの例では、送信機のフィルタ応答はシステムに知られている。他の例では、システムは、送信機のフィルタ応答についての十分な情報を較正又は決定するために使用することができる。フィルタ応答のこのような較正又は特徴は、所与の出力レベルで1つ以上の周波数帯域に1つ以上の参照コマンドを送信することにより達成することができる。受信機が応答するかどうかによって、又は応答の性質に基づいて、送信機は、送信機のフィルタ応答について情報を決定することができる。別個の較正ステップまたは較正コマンドのセットが、この目的のために使用できる。そのような較正ステップはまた、受信機の周波数応答、およびユーザの効果及びユーザの相対位置、位置及び向きのように、送信機及び受信機のシステム、または送信機、受信機、及びユーザシステムの周波数応答を較正するため、又は特徴付けるために使用することができ、受信機、及び送信機は、全体の周波数応答に影響を及ぼすことができる。一例では、ユーザの外耳又は外耳道の形状並びに受信機の深さは、送信機からの信号の受信に影響を与えることができる。

本発明のいくつかの実施形態では、音声が信号として使用される。当業者には分かるように、人間の脳が異なるトーンを知覚できるようにするために、音声に対する人間の知覚は、音声サイクルの多重性を必要とする。約20msより長い期間をもつ音声波形（周波数の急激な変化及び/又は連続した周波数ホッピングを含む）が、純粋な摩擦およびクリックのような音（機械的なスイッチ又はプッシュボタンにより生成される）として人間の耳により知覚される。

本発明のいくつかの実施形態では、制御コマンドの限られたセットが、数百ミリ秒よりも長くにはならない周波数ホッピングした又はスペクトル拡散音声トーンの選択されたセットを用いて生成される。したがって、上記トーンは、摩擦音クリック（ソフトキーパッドをアニメ化するのに適している）として人間の耳で知覚される。すべてのクリックは、本質的に同じであると知覚されるであろうが、実際に合理的な量のデジタル情報を符号化することができる。

知覚される波形が16kHzでサンプリングされ、その全体がデジタル化されるので、すべての送信された情報は、人間の耳/脳がその情報を区別することができるかどうかに関わらず、保存され、復号化することができる。このことは、デジタル的に全く異なるメッセージの広い範囲を生成し、可聴送信することができることを意味する（これらのすべては人間の耳ではクリック刺激音として同一に知覚される）。

本発明の実施形態は、例えば、ユーザが補聴器を失くした時、受信機の位置を定めるために、ユーザを手助けするものとして使用することができる。送信機は、コマンドを出力し、受信機からの応答を聞くことができる。コマンドに対する応答が受信機により出され、その応答が検出されると、送信機が、受信機に対して通信距離内にあることを判定することできる。送信機はまた、通信距離を減少させるため、ユーザが受信機の位置を狭めることができるように、低信号強度で送信することができる。ユーザもまた、受信機からの応答を、その位置を判定する手助けとして聞くことができる。同じ受信機の非対称通信及び低電力消費は、そのような位置検出方法により、低電力の装置が限られたエネルギーで、または長期間、働くようにするという利益をもたらす。

当業者には分かるように、本発明は、従来技術の信号処理方法及び装置が同じことをするときと比較して多くに利点を提供する。利点は以下のとおりである。
・ 個人用通信装置（例えば補聴器）と、補聴器装置内に複雑な送信回路を必要とせずに確実に、限定された数の低速の設定調整を実行することができる制御装置との間に高い非対称の通信リンクを提供
・ 通信装置（例えば制御装置）と、複雑かつ信頼性の高いシグナリングプロトコルを組み込む、制御装置との間に高い非対称の通信リンクを提供（それゆえに制御装置及び補聴器内にある関連する複雑さの負担が、補聴器の送信機要素の必要性を非常に単純化し及び/又は完全に排除する。）

本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、当業者は、種々の用途および条件に適合させるために、本発明に様々な変更および修正を行うことができる。したがって、これらの変更及び修正は適切、公平であり、本発明の均等の全範囲内であることを意図するものである。

Claims (18)

1. 個人用通信装置のための無線の非対称制御システムであって
   第1の受信機を有する第１の個人用通信装置及びインバンド（IE可聴）信号装置を有する送信機を含んでなり、
   前記IE可聴信号装置は、時間変調された制御信号を生成し、送信するように構成され、前記時間変調された制御信号は、第１の時間変調された周波数の組み合わせを含む第1の複数の多周波信号を生成すること、及び前記複数の第１の時間変調された周波数の組み合わせを第１の周波数領域の第１の複数の制御信号に適用することによって生成され、前記複数の第１の時間変調された周波数の組み合わせのそれぞれは、異なる符号化された周波数を含み、受信機は、前記時間変調された制御信号を復号化し、前記時間変調された制御信号に応答して、応答信号を生成し、IE可聴信号装置へ送信するように構成され、各応答信号は超広帯域（UWB）電磁パルスを含む、制御システム。
2. 前記第１の時間変調がフレーム化された時間遅延を含む、請求項１に記載の制御システム。
3. 前記第１の時間変調がフレームレスの時間遅延を含む、請求項１に記載の制御システム。
4. 前記応答信号のそれぞれが可視光パルスを含む、請求項１に記載の制御システム。
5. 前記応答信号のそれぞれが不可視の光パルスを含む、請求項１に記載の制御システム。
6. 前記時間変調された制御信号が最初の通信信号のレベルを有し、前記送信機が、さらに、前記可聴信号装置が前記受信機から第１の応答信号を受信するまで、前記複数の時間変調された制御信号の少なくとも１つを生成し、繰り返して送信するように構成され、前記応答信号は、前記複数の時間変調された制御信号の少なとも１つの受信を示す、請求項１に記載の制御システム、
7. 前記複数の時間変調された制御信号の少なくとも１が、最初の通信信号のレベルを有し、前記再送信された時間変調された制御信号の少なくとも１つが二番目の信号レベルを有し、前記二番目の信号レベルは最初の通信信号のレベルより大きい、請求項６に記載の制御システム。
8. 前記制御システムが、さらに、予め定められた所定の最大レベルへと通信信号のレベルを徐々に増加させるように構成される、請求項７記載の制御システム。
9. 前記制御システムがさらに、前記応答信号の少なくとも１つが前記送信機により受信されるまで、予め定められた所定の最大レベルへと通信信号のレベルを徐々に増加させるように構成される、請求項７に記載の制御システム。
10. 個人用通信装置のための無線の一方向の制御システムであって、
    第1の受信機を有する第１の個人用通信装置及びインバンド（IE可聴）信号装置を有する送信機を含んでなり、前記IE可聴信号装置は、時間変調された制御信号を生成し、送信するように構成され、前記時間変調された制御信号は、複数の第１の時間変調された周波数の組み合わせを含む第1の複数の多周波信号を生成すること、及び前記複数の第１の時間変調された周波数の組み合わせを第１の周波数領域の第１の複数の制御信号に適用することによって生成され、前記複数の第１の時間変調された周波数の組み合わせのそれぞれは、異なる符号化された周波数を含み、前記送信機は、前記制御信号の少なくとも１つが受信されたことを示す少なくとも１つのマニュアル入力信号を提供するマニュアル入力手段を有し、前記受信機は、前記時間変調された制御信号を復号化し、前記時間変調された制御信号に応答して、前記第１の個人用通信装置のユーザに少なくとも第１の応答信号を生成し、送信し、前記第１の応答信号は、前記複数の時間変調された制御信号の１つが受信され、復号化されたことを示し、前記受信機はさらに、前記時間変調された制御信号に応答して、前記IE可聴信号装置に少なくとも第２の応答信号を生成し、送信するように構成され、前記第２の応答信号は、超広帯域（UWB）電磁パルスを含む、制御システム。
11. 前記第２の応答信号が、前記ユーザによるマニュアルキーの起動で前記送信機に送信される、請求項１０に記載の制御システム。
12. 前記第１の応答信号は音声音を含む、 請求項１０の制御システム。
13. 前記第１の応答信号が口頭による音声メッセージを含む、 請求項１０の制御システム。
14. 前記第１の時間変調がフレームレスの時間遅延を含む、 請求項１０の制御システム。
15. 前記時間変調された制御信号が最初の通信信号のレベルを有し、前記送信機がさらに、前記IE可聴信号装置が前記第１の個人用通信装置からの第１の応答信号を受信するまで、前記複数の時間変調された制御信号の少なくとも１つを生成し、繰り返して送信し、前記第１の応答信号が、前記複数の時間変調された制御信号の前記少なくとも１つの受信を示す、 請求項１０の制御システム、
16. 前記複数の時間変調された制御信号の少なくとも１つが、第１の信号のレベルを有し、前記再送された時間変調された制御信号の少なくとも１つが二番目の信号レベルを有し、前記二番目の信号のレベルが前記最初の信号のレベルより大きい、請求項１５に記載の制御システム。
17. 前記制御システムがさらに、前記送信された、前記再送信の時間変調された制御信号の信号強度を、予め定められた所定の最大レベルへと徐々に増加させるように構成される、請求項１６に記載の制御システム。
18. 前記制御システムが、前記第２の応答信号が前記送信機により受信されるまで、前記送信された、前記再送信の時間変調された制御信号の信号強度を徐々に増加させるように構成される、請求項１６に記載の制御システム。
    

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