JP2017011550A - 骨伝導スピーカ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加齢に伴う難聴の場合でも人の声を聴き取りやすい骨伝導スピーカ装置を提供する。
【解決手段】骨伝導させる音声を発生する骨伝導スピーカ部１１と、音声を入力するマイク部１２と、マイク部１２に入力された音声に基づく音声信号を骨伝導スピーカ部１１に出力する制御部１３と、を有し、制御部１３は、入力された音声のうち少なくとも一部の周波数域の音声を、より低い周波数域の音声に変換した上で音声信号を出力する骨伝導スピーカ装置１０である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ユーザの骨を媒体にして音を伝える骨伝導スピーカ部を有する骨伝導スピーカ装置に関する。

人が耳で音を聴く際には、空気の振動で伝えられた音、すなわち気導音と、骨の振動で伝えられた音、すなわち骨導音とが聞こえている。通常のスピーカは、気導音によって音声を耳に認識させているが、骨導音によって音を耳に認識させる骨伝導スピーカも知られている。

骨伝導スピーカは、振動する物体を頭部や側頭部、あるいは頸部に接触させることで、骨を通じて音の振動を直接内耳に到達させるものである。骨伝導スピーカにおいて、音の振動は、外耳や中耳を介することなく内耳に達するので、外耳や中耳の機能が低下した難聴者に用いられる他、外部の騒音に妨害されることなく音を聴き取ることができるので、耳を開放しておかなければ危険な状況で働く人の通信などに用いられている。

骨伝導スピーカは、様々な状況下で使用されるため、状況に応じて適切なボリュームとする必要がある。そのため、状況に応じて出力レベルを適切に調整する骨伝導スピーカが知られている。このような骨伝導スピーカとしては、例えば特許文献１に挙げるようなものがある。

特開２００８−１３５９９１号公報

難聴には、外耳や中耳の機能低下に伴い生じる伝音性難聴と、内耳及び聴神経の機能低下に伴い生じる感音性難聴とが挙げられる。伝音性難聴のみであれば、外耳や中耳を介することなく内耳に直接音の振動を伝える骨伝導スピーカにより、効果的に音を伝えることができる。

一方、加齢により生じる難聴は、伝音性難聴と感音性難聴の両方を備えた混合性難聴である。加齢により生じる難聴では、周波数の高い音、すなわち高音ほど聞こえにくくなる傾向がある。一般的に、人の声のうち、母音は低周波数域の音であり、無声子音は高周波数域の音であり、有声子音はこれらの中間の周波数域の音である。このため、加齢に伴う難聴の場合、骨伝導スピーカを用いて内耳に直接音の振動を伝えても、有声子音や無声子音など人の声の周波数域のうち一部が聞こえにくいため、十分に聴き取れないことがあった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、加齢に伴う難聴の場合でも人の声を聴き取りやすい骨伝導スピーカ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る骨伝導スピーカ装置は、骨伝導させる音声を発生する骨伝導スピーカ部と、音声を入力するマイク部と、前記マイク部に入力された音声に基づく音声信号を前記骨伝導スピーカ部に出力する制御部と、を有し、前記制御部は、入力された音声のうち少なくとも一部の周波数域の音声を、より低い周波数域の音声に変換した上で前記音声信号を出力する。

上記のように構成した骨伝導スピーカ装置は、加齢に伴う難聴において聴き取りにくい周波数域について、聴き取りやすい周波数域に変換して音声が出力されるので、難聴者との会話を容易にすることができる。

本実施形態の骨伝導スピーカ装置の側面図である。 骨伝導スピーカ装置の使用状態図である。 骨伝導スピーカ装置の主要構成のブロック図である。 骨伝導スピーカ装置における制御部の動作フロー図である。 周波数に対する年代別の聴力分布及び音声を構成する母音、有声子音、及び無声子音の分布図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、図面の寸法比率は、説明の都合上、誇張されて実際の比率とは異なる場合がある。

本実施形態の骨伝導スピーカ装置１０は、使用者である医師や看護師が、聴者である難聴の患者と会話するために用いることを想定している。使用時には、医師や看護師が骨伝導スピーカ装置１０を持って患者の頭部もしくは側頭部などの骨・歯の上に接触させることで、骨伝導スピーカ装置１０から患者の頭蓋骨を通じて音声を内耳に直接伝えることができる。なお、本実施形態の骨伝導スピーカ装置１０は、医師や看護師と患者との会話に限らず、その他の用途に用いてもよい。また、図２に示すように、聴者が自分で骨伝導スピーカ装置１０を持って、使用してもよい。

図１に示すように、骨伝導スピーカ装置１０は、ハウジング２０の正面部に骨伝導スピーカ部１１が設けられて形成されている。ハウジング２０は、骨伝導スピーカ部１１を保持する保持部２２と、骨伝導スピーカ部１１が面する方向と反対方向に向かって伸びる把持部２１とを有している。図２に示すように、使用者は、把持部２１を手で持って骨伝導スピーカ部１１を聴者に対して接触させることができる。

図１に示すように、ハウジング２０には、音声を入力するためのマイク部１２と、所定の場合に光を発して報知する報知部１６とが設けられている。また、ハウジング２０は、その内部に、入力された音声を骨伝導スピーカ部１１に対して出力するなどの制御を行う制御部１３と、骨伝導スピーカ部１１に対する接触を検出する接触検出部１４と、骨伝導スピーカ部１１から発生した音声の反射音を検出する反射検出部１５とを有している。

本実施形態において、接触検出部１４は圧電素子を有する圧力センサによって構成され、この圧力センサにおいて所定以上の圧力を検出した場合に、骨伝導スピーカ部１１を聴者に対して接触させたことを検出することができる。なお、接触検出部１４の構成は圧力センサに限られず、例えば、人の体温を検出できる熱センサや、通電状態や静電容量の変化により人体への接触を検出するセンサなどを用いることができる。また、バネを介して押圧式のスイッチを設け、所定以上の圧力が骨伝導スピーカ部１１に対して加わるのに伴い、スイッチが作動して接触を検出するようにしてもよい。

図３に示すように、マイク部１２は制御部１３に接続され、また、骨伝導スピーカ部１１も制御部１３に接続されている。マイク部１２から入力された音声は、ＡＤ変換されて制御部１３に入力される。制御部１３は、入力された音声のデータに対して所定の処理を行い、ＤＡ変換された音声信号を骨伝導スピーカ部１１に対して出力する。また、接触検出部１４や反射検出部１５及び報知部１６も、制御部１３に接続されている。

次に、図４に示す制御部１３における処理内容について説明する。最初の状態において、骨伝導スピーカ部１１は省電力のため動作不能状態となっている。まず、制御部１３は接触検出部１４による聴者に対する骨伝導スピーカ部１１の接触検出を待機する（Ｓ１）。接触検出部１４で骨伝導スピーカ部１１の接触が検出されたら、制御部１３は骨伝導スピーカ部１１の電源をオンにし、動作可能状態とする（Ｓ２）。

次に、音声入力を待機する（Ｓ３）。所定時間以上音声入力がなければ（Ｓ４）、制御部１３は骨伝導スピーカ部１１の電源をオフにし、動作不能状態とする（Ｓ５）。Ｓ３において所定レベル以上の音声入力があったら、制御部１３は、入力された音声のデータを周波数域毎に分離する（Ｓ６）。

所定時間以上音声入力がない場合に、骨伝導スピーカ部１１の電源をオフにすることにより、骨伝導スピーカ部１１における電力消費を抑えることができる。また、接触検出部１４で骨伝導スピーカ部１１の接触が検出されることで、骨伝導スピーカ部１１の電源をオンにすることにより、骨伝導スピーカ部１１が聴者に接触していないときは骨伝導スピーカ部１１での電力消費を抑えることができる。これらによって、骨伝導スピーカ装置１０の省電力化を図ることができる。

本実施形態では、音声のデータは、１５００Ｈｚ未満（以下、第１周波数域という）、１５００Ｈｚ以上３０００Ｈｚ未満（以下、第２周波数域という）、３０００Ｈｚ以上６０００Ｈｚ未満（以下、第３周波数域という）、６０００Ｈｚ以上（以下、第４周波数域という）の４つの周波数域に分離される。周波数域の分離は、デジタルフィルタ処理によって行われるが、それ以外の手法により周波数域を分離するようにしてもよい。

図５に示すように、人の声のうち、母音は２５０Ｈｚから１５００Ｈｚ程度の周波数域に分布する。また、有声子音は１２００Ｈｚから２８００Ｈｚ程度の周波数域であり、無声子音は２４００Ｈｚから５５００Ｈｚ程度の周波数域に分布する。すなわち、母音は概ね第１周波数域に、有声子音は概ね第２周波数域に、無声子音は概ね第３周波数域に、それぞれ分布していることになる。

図５には、各年代における聴力の周波数特性についても併せて示している。この図は、各年代において、対応する折れ線よりも音量のレベルが小さい音は聞こえにくいことを表している。この図に示すように、加齢に伴って全体的に聴力は低下し、特に、高周波数域ほど聴力が低下する。このため、高年齢層でも母音は比較的聴き取りやすいが、有声子音や無声子音は聴き取りにくくなる。そこで、有声子音が分布する周波数域である第２周波数域と、無声子音が分布する周波数域である第３周波数域の音声を、それぞれより低い周波数域に変換する（Ｓ７）。

具体的には、第２周波数域の音声を１２００Ｈｚ以下の周波数域となるように変換し、第３周波数域の音声を３０００Ｈｚ以下の周波数域となるように変換する。これにより、有声子音が分布する周波数域の音声は、母音が分布する周波数域の音声となり、無声子音が分布する周波数域の音声は、有声子音が分布する周波数域の音声となる。このように、高い周波数域の音声を、より低い周波数域の音声に変換することにより、高周波数域の音声を聞き取りにくい高年齢層の聴者であっても、骨伝導スピーカ部１１を通じた音声の聴き取りを容易にすることができる。

音声の周波数域を変換する際には、各周波数域の音声の時間軸が一致するように、持続時間の伸縮を行うことなく、周波数（ピッチ）のみを変更するアルゴリズムを用いる。例えば、ピッチをｐ倍する場合、フェーズボコーダや時間領域調波構造伸縮（ＴＤＨＳ：Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｓｃａｌｉｎｇ）などの手法により、元の波形を１／ｐ倍の長さにタイムストレッチし、その波形を１／ｐ倍に拡大することにより、時間が一定で周波数を低くした波形が得られる。

制御部１３は、周波数の変換を行ったら、次に音声データの音量レベルを調整する（Ｓ８）。ここでは、周波数域毎に異なる倍率で音量レベルを調整する。前述のように、加齢に伴い高周波数域ほど聴力が低下する。そこで、図５の８０才代の折れ線よりも大きい音量レベルとなるように調整を行う。具体的には、変換されていない第１周波数域の音声及び１２００Ｈｚ以下の周波数域となるように変換された第２周波数域の音声を、４０ｄＢ以上となるように増幅し、３０００Ｈｚ以下の周波数域となるように変換された第３周波数域の音声を、５０ｄＢ以上となるように増幅する。これにより、周波数を変換された音声について、低音域から高音域までを、聴者が確実に聴き取れるようにすることができる。

増幅された音声は、骨伝導スピーカ部１１から出力される（Ｓ９）。出力された音声の振動は、聴者の骨を通じて内耳に到達する。内耳の蝸牛に達した音声の振動は、一部が反射して骨伝導スピーカ部１１の方に戻ってくる。反射検出部１５では、その反射音を検出する（Ｓ１０）。

制御部１３は、反射検出部１５で検出した反射音が、所定レベル以上であるか否かを判別する（Ｓ１１）。反射音が所定レベル以上であった場合には、音声が蝸牛に向かって伝播されているものと判断されるので、そのまま動作を継続する。Ｓ１１において反射音が所定レベル未満であった場合には、制御部１３は報知部１６に光を発する報知をさせる（Ｓ１２）。これにより、骨伝導スピーカ装置１０の使用者は、音声が聴者に十分届いていないことを認識することができる。この場合、骨伝導スピーカ部１１の聴者に対する接触位置や向きを変えることで、骨伝導スピーカ部１１から蝸牛に対する音声の伝播状態を改善することができる。なお、報知部１６は発光によるものには限られず、音声により報知するものであってもよく、また、光と音を組み合わせて報知するものであってもよい。

以上のように、本実施形態に係る骨伝導スピーカ装置１０は、骨伝導させる音声を発生する骨伝導スピーカ部１１と、音声を入力するマイク部１２と、マイク部１２に入力された音声に基づく音声信号を骨伝導スピーカ部１１に出力する制御部１３と、を有し、制御部１３は、入力された音声のうち少なくとも一部の周波数域の音声を、より低い周波数域の音声に変換した上で音声信号を出力する。これにより、加齢に伴う難聴において聴き取りにくい周波数域について、聴き取りやすい周波数域に変換して音声が出力されるので、難聴者との会話を容易にすることができる。

また、骨伝導スピーカ部１１の近傍に接触検出部１４が配置され、接触検出部１４に対する接触が検出されたら、骨伝導スピーカ部１１が動作可能状態となるようにすれば、聴者に骨伝導スピーカ部１１が接触しているとき以外は、骨伝導スピーカ部１１によって電力を消費しないようにすることができ、省電力化を図ることができる。

また、接触検出部１４は、接触を検出することに加えて、接触対象の硬さを検出するセンサを有していてもよい。接触対象の硬さを検出するセンサを有していることで、検出された接触対象の硬さが骨や歯の硬さに相当する場合に、骨伝導スピーカ部１１が動作可能状態となるようにすることができる。患者の頭部や側頭部などにおいて、骨・歯の上以外の柔らかい位置に骨伝導スピーカ１１を接触させた場合、骨伝導スピーカ部１１からの振動が蝸牛に伝わりにくく、聞き取りにくいが、骨伝導スピーカ部１１を患者の頭部や側頭部などにおいて比較的硬い骨や歯の上の位置に接触させると、振動が蝸牛に伝わりやすいため、聞き取りやすくすることができる。接触対象の硬さを検出するセンサを設けることで、振動が伝わりやすい位置に骨伝導スピーカ１１を接触させた場合にのみ、骨伝導スピーカ部１１を動作可能とすることができる。これによって、使用者が骨伝導スピーカ部１１を適切な位置に配置することが容易となり、聴者がより聞き取りやすいようにすることができる。

また、骨伝導スピーカ部１１はハウジング部２０に保持され、ハウジング部２０は、骨伝導スピーカ部１１が面する方向と反対方向に向かって伸びる把持部２１を有するようにすれば、使用者が把持部２１を持って聴者の頭部や側頭部に対し骨伝導スピーカ部１１を容易に接触させることができる。

また、制御部１３は、１５００Ｈｚ以上３０００Ｈｚ未満の周波数域の音声が入力されると、１２００Ｈｚ以下の周波数域となるように音声を変換し、３０００Ｈｚ以上６０００Ｈｚ未満の周波数域の音声が入力されると、３０００Ｈｚ以下の周波数域となるように音声を変換するようにすれば、音声に含まれる有声子音や無声子音を、それぞれ難聴者が聴き取りやすい周波数域に変換でき、難聴者との会話をより円滑にすることができる。

また、制御部１３は、６０００Ｈｚ以上の周波数域の音声が入力されると、当該周波数域の音声を出力しないようにすれば、会話に不要な周波数域の音声をカットすることで、会話の音声をより明瞭化することができる。

また、制御部１３は、入力された音声の周波数域ごと、または特定の周波数に対し、異なる倍率で音量を変化させ、音量レベルを調整するようにすれば、難聴者の聴力が低下した周波数域の音声を大きくすることで、音声をより聴き取りやすくすることができる。例えば、７５０Ｈｚ〜１０００Ｈｚは４０ｄＢ、１０００Ｈｚ〜２０００Ｈｚは４５ｄＢ、２０００Ｈｚ〜４０００Ｈｚは５０ｄＢ、５０００Ｈｚ〜６０００Ｈｚは６０ｄＢとなるように、音量を変化させることができる。

また、発生した音声の反射音を検出する反射検出部１５と、外部報知可能な報知部１６とが設けられ、制御部１３は、反射検出部１５で検出された反射音の水準が所定以下の場合に、報知部１６に外部報知させるようにすれば、使用者は骨伝導スピーカ部１１が適切な位置に配置されていないことを知ることができる。

また、制御部１３は、出力する音声の水準が所定以下の状態が所定時間以上継続した場合に、少なくとも骨伝導スピーカ部１１を動作可能状態から動作不能状態に切り替えるようにすれば、音声入力がない場合に骨伝導スピーカ部１１における電力消費を抑えることができ、省電力化を図ることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想内において当業者により種々変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、第２周波数域と第３周波数域のいずれの音声も、より低い周波数域の音声に変換するようにしているが、いずれか１つの周波数域の音声について、周波数の変換を行ってもよい。また、周波数域をより細かく設定し、周波数の変換を行うようにしてもよい。

また、上述の実施形態において骨伝導スピーカ装置１０は、ハウジング部２０の骨伝導スピーカ部１１と反対側に把持部２１を有する形状となっているが、把持部２１の位置及び形状はこれに限らず、使用者あるいは聴者自身が容易に把持できる形状であればよい。

１０ 骨伝導スピーカ装置
１１ 骨伝導スピーカ部
１２ マイク部
１３ 制御部
１４ 接触検出部
１５ 反射検出部
１６ 報知部
２０ ハウジング部
２１ 把持部

Claims (7)

1. 骨伝導させる音声を発生する骨伝導スピーカ部と、
   音声を入力するマイク部と、
   前記マイク部に入力された音声に基づく音声信号を前記骨伝導スピーカ部に出力する制御部と、を有し、
   前記制御部は、入力された音声のうち少なくとも一部の周波数域の音声を、より低い周波数域の音声に変換した上で前記音声信号を出力する骨伝導スピーカ装置。
2. 前記骨伝導スピーカ部の近傍に接触検出部が配置され、
   前記接触検出部に対する接触が検出されたら、前記骨伝導スピーカ部が動作可能状態となる請求項１に記載の骨伝導スピーカ装置。
3. 骨伝導スピーカ部はハウジング部に保持され、該ハウジング部は、前記骨伝導スピーカ部が面する方向と反対方向に向かって伸びる把持部を有する請求項１または２に記載の骨伝導スピーカ装置。
4. 前記制御部は、１５００Ｈｚ以上３０００Ｈｚ未満の周波数域の音声が入力されると、１２００Ｈｚ以下の周波数域となるように音声を変換し、３０００Ｈｚ以上６０００Ｈｚ未満の周波数域の音声が入力されると、３０００Ｈｚ以下の周波数域となるように音声を変換する請求項１〜３のいずれか１項に記載の骨伝導スピーカ装置。
5. 前記制御部は、入力された音声の周波数域ごとに異なる倍率で音量を変化させ、音量レベルを調整する請求項１〜４のいずれか１項に記載の骨伝導スピーカ装置。
6. 発生した音声の反射音を検出する反射検出部と、外部報知可能な報知部とが設けられ、
   前記制御部は、前記反射検出部で検出された反射音の水準が所定以下の場合に、前記報知部に外部報知させる請求項１〜５のいずれか１項に記載の骨伝導スピーカ装置。
7. 前記制御部は、出力する音声の水準が所定以下の状態が所定時間以上継続した場合に、少なくとも前記骨伝導スピーカ部を動作可能状態から動作不能状態に切り替える請求項１〜６のいずれか１項に記載の骨伝導スピーカ装置。

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