JP2020010296A - 補聴器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成であっても効果的にハウリングを抑制する補聴器を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係る補聴器は、音声を電気信号に変換する音声入力部と、音声入力部で変換された電気信号を増幅する増幅部と、増幅部で増幅した増幅信号を音声に変換する音声出力部と、増幅信号のレベルが音声とハウリングとを峻別する予め設定された値を超えたときにハウリング発生を検知するハウリング検知部と、ハウリング検知部でハウリング発生を検知したとき、増幅部を通過するハウリング信号の位相を変更して音声出力部に入力すること、ハウリング信号のレベルを下げること、およびハウリング信号の代わりにダミー信号を音声出力部に入力すること、の少なくともいずれかの変更処理を行う条件変更部と、を備える。この補聴器において、条件変更部は、ハウリング検知部でハウリング発生を検知して変更処理を行った後、所定のタイミングで変更処理を終了する。【選択図】図１

Description

本発明は補聴器に関し、より詳しくは、簡単な構成で効果的にハウリングを抑制することができる補聴器に関するものである。

補聴器は、音声入力部（マイク）と、音声入力部で取り込んだ音声を増幅する増幅部と、増幅した音声を出力する音声出力部（イヤホン等）とを備える音響装置である。

このような音響装置において、増幅度（ゲイン）を高くする（ボリュームをあげる）と、ハウリングが起きることがある。一般に、あるボリューム以上でスピーカやイヤホンから出力される音がマイクに入るとハウリングが起きることが知られている。音響装置の中で、拡声器のゲインは２０ｄＢ以下であるが、補聴器のゲインは比較的高い。特に、軽中重度難聴者用の補聴器のゲインは３０ｄＢ〜８０ｄＢであり、ボリュームコントロールだけでハウリングを抑制することは難しい。

中重度難聴者用の補聴器では、耳に入れたイヤホンとマイクとを隔離するため、耳と補聴器との隙間をシリコンゴム等で埋めるようにして、イヤホンの音がマイクに入らないように遮蔽隔離している。しかし、僅かな音の漏れでもハウリングは発生するため、完全な対策にはなり得ていない。

アンプゲインがある大きさ以上になると発振条件が整う。ここで、ハウリングが発生し始めた際、手動でアンプゲインを下げることでハウリングが止まる。そして、ハウリングが止まった後、アンプゲインを元に戻す。手動でハウリングを止めても直ぐにハウリングが生起し、手動では間に合わない領域になる。ゲインの高い系では処理の遅れ時間が問題となる。

特許文献１では、ハウリングを検出した際に位相を反転させるなど位相をずらすようにしている。特許文献２では、ハウリング発振が生じたときに移相回路の移相量を変化させ、ハウリング発振が無くなったときにそのときの位相変化状態を保持するようにしている。特許文献３では、入力部と、変換部と、出力部と、制御部とを備え、同一系路内で反転、非反転を交互に行うようにしている。

ここで、ハウリングの発生メカニズムは、音声等信号（ハウリング信号＋音声信号：以下同様）が多重帰還されることで発生すると考えられる。このようなハウリングを抑制する方法として、音声等信号を反転して足し合わせることでハウリングを消滅させる、いわゆるノイズキャンセラと同等の考え方が用いられている。

例えば、電気的なハウリング防止技術として、音声等信号に、処理の回路による遅れ時間だけ前の音声等信号を加工して、電子回路内で足し合わせる方法がある。この足し合わせでは、音声等信号のうちハウリング信号の部分の位相を１８０度シフトして足し合わせている。

ハウリング信号の１８０度シフトはＰＬＬ（Phase Locked Loop）あるいは位相シフト器（シフト量は周波数の関数）で作成する。すなわち、逆位相にしてハウリングを消す方法である。この場合、処理の遅れ時間、ハウリングは出続けることになる。しかも現在発生しているハウリング信号と同等の波形は作成できない。また、ハウリング周波数は測定をしなければ特定できない。位相シフト器法では、最低でも半周期（１８０度）の遅れ時間が発生してしまう。これらにより、逆位相の足し合わせは最良状態であっても必ず消し残りが生じる。この消し残り成分はゲインの高い系では新たなハウリング生成のトリガーになる。現状の対策は、これらの状態を軽減するため種々の条件を設けている。いずれもデジタル回路による対策であり、アナログ回路での実現は難しい。

しかし、人の声の周波数成分はフォルマント周波数Ｆ１の成分が多く、楽器、声楽等の基本の周波数からみても、振幅の大きな部分は１ｋＨｚ（キロヘルツ）以下の部分である。ハウリングが音声等信号の多重帰還によるものであれば、１ｋＨｚよりも低い周波数のハウリングが多く観測されるはずである。経験的には、ハウリングの周波数は１ｋＨｚ以上である。すなわち、ハウリング信号は、音声信号とは別物であると考えられる。

ハウリングは音場空間（フィルタ特性を持つ伝達関数β）で帰還された出力信号Ｓｏと、入力信号Ｓｉと、の位相差が０で帰還されるループ発振と考えられる（図９参照）。
この場合、ループ（ハウリング）発振の一巡伝達関数は、
Ｓｏ／Ｓｉ＝１＋βＡ＋（βＡ）^２＋・・・＋（βＡ）^ｎ＋・・・ で表される。
この関数において、βＡ≧１になると振幅は理論的に無限大になる。これが発振である。実際は系にある素子の許容最大振幅になる。ちなみに、補聴器回路内に音声領域までのリミッタを入れてもハウリングは発生する。またハウリング振幅はリミッタレベルの振幅となる。

音響装置の音声帯域内に選択特性を持つフィルタは入ってない。したがって、音場空間（音伝送路）がループフィルタとなりハウリングの周波数を決定すると考えられる。例えば、マイクとヘッドフォンとの距離を数１０ｃｍぐらいにして増幅器ゲインを上げハウリングを起こさせる。この際、人が手を動かす、人が動く等で、ハウリングの音色が変わったり、ハウリングが止まったりすることが確認できる。ヘッドフォンの音が直接マイクに入ることで、ハウリングは発生しない。ハウリング信号は相関性を持った特定の周波数の信号である。ヘッドフォンからの音が音場空間にある物体等からのマルチ反射を含めて音の定在波が構成され、ハウリング周波数のフィルタになると考えられる。

特開２０００−３４１７８７号公報 特開昭６１−１０８２８８号公報 特開昭６４−０８２８９１号公報

特許文献１に記載の技術では、ハウリングを検出した際に信号の位相を反転させるなどしてハウリングを抑制しているが、信号レベルを打ち消すような作用を起こさせる構成である。すなわち、引用文献１に記載のハウリング抑制技術は、ノイズキャンセラ方式そのものであり、位相反転によって音声信号も消されることになる。また、自動利得調整（ＡＧＣ）によってハウリングがリミットされるため、音声信号とハウリングとの峻別を行うことが困難である。しかも、ＡＧＣの時定数による遅れ時間によってハウリングを効果的に抑制することができない。

また、特許文献２に記載の技術では、ハウリング発振が生じたときに移相量を変化させ、ハウリング発振が無くなった位相変化状態を保持している。これらの技術では、ハウリングを抑制した後、次のハウリングが発生するまでの間の遅延によって新たなハウリングが発生してしまうことがある。

また、特許文献３に記載の技術では、ハウリングの有無にかかわらず所定のタイミングで信号の位相の反転、非反転を交互に行っている。しかし、この技術では、常に信号の位相の反転、非反転が繰り返される。このため、ハウリング発生と信号位相の反転のタイミングが合わないと、ハウリングを抑制できない場合が生じる。

特に補聴器ではゲインが高いためハウリングが生じやすく、また、イヤホンを耳に装着して使用することから、ハウリング音がダイレクトに伝わり非常に不快となる。

本発明は、簡単な構成であっても効果的にハウリングを抑制することができる補聴器を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る補聴器は、音声を電気信号に変換する音声入力部と、音声入力部で変換された電気信号を増幅する増幅部と、増幅部で増幅した増幅信号を音声に変換する音声出力部と、増幅信号のレベルが音声とハウリングとを峻別する予め設定された値を超えたときにハウリング発生を検知するハウリング検知部と、ハウリング検知部でハウリング発生を検知したとき、増幅部を通過したハウリング信号の位相を変更して音声出力部に入力すること、ハウリング信号のレベルを下げること、およびハウリング信号の代わりにダミー信号を音声出力部に入力すること、の少なくともいずれかの変更処理を行う条件変更部と、を備える。この補聴器において、条件変更部は、ハウリング検知部でハウリング発生を検知して変更処理を行った後、所定のタイミングで変更処理を終了する。

ここで、ハウリングは特定のフィルタ特性を持つ音場空間（音伝送路）が帰還路となるループ発振である。ループ発振の条件は、（Ｃ１）そのピーク周波数での帰還点の帰還信号が入力信号と同相であること、（Ｃ２）一巡開ループでのゲインが１以上であること、（Ｃ３）ループ発振の経路内に周波数選択要素があること、の３つの条件が整うことでループ発振が生じる。言い換えると、この３つの条件のうちの１つでも整わないとループ発振は生じない。

条件変更部は、上記の３条件（Ｃ１〜Ｃ３）のうちの少なくともいずれかを崩す変更処理を行う。すなわち、ハウリング信号の位相を変更して音声出力部に入力することは上記（Ｃ１）の条件を崩すことであり、ハウリング信号のレベルを下げることは上記（Ｃ２）の条件を崩すことであり、ハウリング信号の代わりにダミー信号を音声出力部に入力することは上記（Ｃ３）の条件を崩すことである。

上記の補聴器の構成では、増幅信号のレベルが音声とハウリングとを峻別する予め設定された値を超えたときにハウリングの発生であることを検知して、ハウリングを抑制するための変更処理を即座に行うため、ハウリングの発生に気がつかないうちにハウリングを抑制することができる。

上記補聴器において、条件変更部により、変更処理としてハウリング信号の位相を変更する場合、簡単な構成としてハウリング信号の位相が反転した逆相信号を音声出力部に入力するようにしてもよい。この補聴器において、条件変更部は、ハウリング検知部でハウリング発生を検知するたびに位相の反転および非反転の切り替えを繰り返してもよい。音声信号の反転、非反転は、人には聞き分けが難しい。したがって、ハウリング発生を検知するたびに音声信号の反転、非反転の切り替えを繰り返すことで、音声出力の違和感を与えることなくハウリングを抑制することができる。

上記補聴器において、条件変更部により、変更処理としてハウリング信号のレベルを下げる場合、予め設定された時間、増幅信号のレベルをゼロにしてもよい。これにより、ハウリングを発生させる一巡開ループでのゲインが１未満となり、ハウリングを抑制することができる。

上記補聴器において、条件変更部により、変更処理としてハウリング信号の代わりにダミー信号を、予め設定された時間、音声出力部に入力する場合、ダミー信号の周波数として可聴周波数以外の周波数のダミー信号を入力するとよい。これにより、人に聞こえないようなダミー信号が音声出力部から出力され、ハウリングを発生させる音場空間のフィルタ特性が変わり、ハウリングを抑制することができる。

上記補聴器において、音声入力部、増幅部、音声出力部、ハウリング検知部および条件変更部は、アナログ回路によって構成することができる。これにより、アナログ回路によって構成されるアナログ補聴器であってもハウリング抑制機能を持たせることができる。

本発明によれば、簡単な構成であっても効果的にハウリングを抑制することができる補聴器を提供することが可能になる。

本実施形態に係る補聴器の基本構成を例示するブロック図である。 （ａ）および（ｂ）は、検知部に含まれるレベルコンパレータを説明する図である。 （ａ）〜（ｅ）は、波形の例を示す模式図である。 正相および逆相の切り替えを説明する模式図である。 条件変更部の第２の例について示すブロック図である。 （ａ）および（ｂ）は、予め設定された時間を経過したタイミングで元の位相に戻すためのハウリング検知部の例を説明する図である。 条件変更部の第３の例について示すブロック図である。 条件変更部の第４の例について示すブロック図である。 電子回路および音場空間のブロック線図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。

（補聴器の構成）
図１は、本実施形態に係る補聴器の構成を例示するブロック図である。
本実施形態に係る補聴器１は、音声入力部１０、増幅部２０、音声出力部３０、ハウリング検知部５０および条件変更部６０を備える。

補聴器１は、定位置に置かれている拡声器系音響装置とは異なり、イヤホンやスピーカといった音声出力部３０を人の耳に入れて使用するものである。また、補聴器１は、人によって持ち運ばれることが多く、使用状況、使用空間の変動が大きい。さらに、音声増幅のゲインが拡声器系音響装置よりも高くなっている。一般的に、拡声器系音響装置のゲインは２０ｄＢ以下であるのに対し、補聴器１のゲインは３０ｄＢ以上（軽中重度難聴者の補聴器１のゲインは３０ｄＢ〜８０ｄＢ程度）である。補聴器１は、このような特殊性を備えているため、拡声器系音響装置に比べてハウリングが発生しやすく、ハウリングが発生した場合の不快感も強いものとなる。
本実施形態は、このような補聴器１の特殊性に鑑み、ハウリングが発生したら耳で感知できないほど短い時間内に抑制することができる構成を備えている。

本実施形態に係る補聴器１において、音声入力部１０は、音声を電気信号に変換するマイクである。なお、本実施形態において音声には、人の声のほか、周囲の音、雑音、音楽、楽器音など各種の音を含むものとする。増幅部２０は、音声入力部１０で変換された電気信号を増幅する。本実施形態では、増幅部２０はマイクアンプやプリアンプに相当する部分である。

音声出力部３０は、増幅部２０で増幅した増幅信号を音声に変換する。音声出力部３０は、スピーカ、イヤホン、ヘッドフォンなどである。本実施形態では、音声出力部３０の前段に出力アンプ３５が設けられている。出力アンプ３５にはボリューム３７が設けられており、ボリューム３７によって出力アンプ３５のゲインを調整できるようになっている。

ハウリング検知部５０は、増幅部２０によって増幅された増幅信号のレベルが音声とハウリングとを峻別する予め設定された値（閾値レベルＴｈ）を超えたときにハウリング発生を検知する。ハウリング検知部５０は、例えばレベルコンパレータ５１を有する。図２（ａ）および（ｂ）は、レベルコンパレータを説明する図である。図２（ａ）に示すように、レベルコンパレータ５１は、増幅部２０によって増幅された増幅信号（入力）と、予め設定された基準値（閾値レベルＴｈ）とを比較する。レベルコンパレータ５１は、増幅信号が基準値（閾値レベルＴｈ）を超えたときに例えばＨｉｇｈの検知信号ＣＳを出力する（図２（ｂ）参照）。

条件変更部６０は、ハウリング検知部５０でハウリング発生を検知したとき（検知信号ＣＳが出力されたとき）、変更処理を行う。変更処理としては、（Ａ１）増幅部２０を通過したハウリング信号の位相を変更して音声出力部３０に入力すること、（Ａ２）ハウリング信号のレベルを下げること、および（Ａ３）ハウリング信号の代わりにダミー信号を音声出力部３０に入力すること、の少なくともいずれかである。また、条件変更部６０は、ハウリング検知部５０でハウリング発生を検知して変更処理を行った後、所定のタイミングで変更処理を終了する。

このような補聴器１において、条件変更部６０によって変更処理を行うことにより、ハウリングが発生する条件を崩すことができる。すなわち、増幅部２０で増幅した増幅信号のレベルが予め設定された値（閾値レベルＴｈ）を超えたときにハウリングの発生であることを検知して、ハウリングを抑制するための変更処理を即座に行うため、ハウリングの発生に気がつかないうちにハウリングを抑制することができる。また、ハウリング発生を検知して変更処理を行った後、所定のタイミングで変更処理を終了する。

ここで、ハウリングの発生を検知するための閾値レベルＴｈについて説明する。
音圧レベルは、人が聞こえる最低レベルの音（２０マイクロパスカル：μＰ）を０デシベル（ｄＢ）と定義している。ささやき声は２０ｄＢで、２５ｄＢ以下が聞こえれば正常範囲とされている。普通会話の音圧は約６０ｄＢ位で心地よく聞こえる音圧である。

一例として、ヘッドフォンの最大定格１６Ω、５０ｍＷの場合、２．５Ｖｐｐでリミットされる。マイクの仕様定格を６０ｄＢ、１．５７ｍＶｐｐとすると、ゲインは２．５Ｖｐｐ／１．５７ｍＶｐｐ＝６４ｄＢ（１５９２倍）となる。したがって、このマイクとヘッドフィンの構成は、軽〜中レベル難聴者に適している。

このような軽〜中レベル難聴者に適した構成の場合、系のゲインは約６０ｄＢとなる。そこで、この系のゲインに基づいたハウリングの検知レベル（閾値レベルＴｈ）の決定についての例を説明する。

４０ｄＢマイクアンプの後の波形においては、０．２５Ｖｐｐ（設計最大レベル）は２０ｄＢ出力アンプ（トータル６０ｄＢ）でクリップされる。このクリップされる０．２５Ｖｐｐの約３倍である０．７５Ｖｐｐを想定し、この１／２をヘッドフォンのリミットである２．５Ｖｐｐに加えた値を閾値レベルＴｈとする。すなわち設計電源電圧ＶＣＣ：５Ｖ、２．５＋０．７５／２＝２．８６Ｖに閾値レベルＴｈを設定すればよい。これにより、音声とハウリングとを確実に峻別する閾値レベルＴｈが設定される。

なお、上記の例では系のゲインを約６０ｄＢとして閾値レベルＴｈを算定したが、系のゲインを約４０ｄＢの場合も、６０ｄＢの場合と同様な閾値レベルＴｈによってハウリングを検知することができる。

本願発明者は、ハウリング抑制についての実験を行った。実験では、増幅器出力の正相出力、逆相出力にメカニカルなトグルスイッチを付けて、音声出力に正／逆相どちらの相でも選べるようにした回路を構成した。この回路において、ハウリングが生起するアンプゲインに設定する。ハウリングが発生した時にトグルスイッチを切り替えるとハウリングは停止する。暫くするとまたハウリングが発生する。またトグルスイッチを切り替えるとハウリングは停止する。アンプゲインを上げて行き、同様な動作を繰り返す。ゲインの上昇に従い、ハウリングの発生間隔が短くなることが分かる。この実験の結果から、本願発明者は、条件変更部６０による簡単な構成でありながら効果的にハウリングを抑制できる構成を創出した。

（条件変更部の第１の例）
条件変更部６０の第１の例は、変更処理としてハウリング信号の位相を反転させることである（変更処理（Ａ１）に含まれる。）。図１に示すように、増幅部２０から出力される増幅信号には、正相信号Ｓφ１と、逆相信号Ｓφ２とが含まれる。正相信号Ｓφ１と逆相信号Ｓφ２とは、互いに位相が１８０度ずれた信号である。

条件変更部６０は、正相信号Ｓφ１と逆相信号Ｓφ２とを順に切り替えるトグルスイッチ６１と、フリップフロップ６５とを有している。フリップフロップ６５は、レベルコンパレータ５１から出力されたＨｉｇｈの検知信号ＣＳの立ち上がりを受けると、トリガー信号ＴＳのＨｉｇｈ／Ｌｏｗを切り替えて出力する。すなわち、ハウリングの発生を検知するたびに、トリガー信号ＴＳは反転することになる。トグルスイッチ６１は、フリップフロップ６５から出力されるトリガー信号ＴＳに応じて正相信号Ｓφ１と逆相信号Ｓφ２とを順次切り替える。

例えば、条件変更部６０のトグルスイッチ６１は、ハウリング検知部５０からハウリングの発生を検知した際にフリップフロップ６５から出力されるトリガー信号ＴＳとしてＨｉｇｈの信号を受けると正相信号Ｓφ１を選択し、トリガー信号ＴＳとしてＬｏｗの信号を受けると逆相信号Ｓφ２を選択する。すなわち、トリガー信号ＴＳのＨｉｇｈ／Ｌｏｗに応じてトグルスイッチ６１が切り替わり、正相信号Ｓφ１および逆相信号Ｓφ２のいずれかを出力アンプ３５へ送る。

これにより、ハウリング検知部５０でハウリング発生を検知するたびにハウリング信号の位相の反転および非反転の切り替えが繰り返される。ハウリング発生を検知するたびに音声信号における正相信号Ｓφ１と逆相信号Ｓφ２とが切り替わることで、ループ発振の条件の一つである（Ｃ１）「そのピーク周波数での帰還点の帰還信号が入力信号と同相であること」が崩れ、結果としてハウリングの発生を認識させずに済むようになる。なお、ハウリング信号の位相反転に伴う音声信号の反転、非反転は、人には聞き分けが難しいため、正相信号Ｓφ１と逆相信号Ｓφ２とが切り替わっても違和感は少ない。

次に、変更処理（Ａ１）での波形の変化について説明する。
図３（ａ）〜（ｅ）は、波形の例を示す模式図である。
図４は、正相および逆相の切り替えを説明する模式図である。
図３（ａ）には正相信号Ｓφ１の例が示され、図３（ｂ）には逆相信号Ｓφ２の例が示される。説明の便宜上、図３（ａ）および（ｂ）にはハウリングの正弦波が記載されている。また、音声信号の波形は、実際には高調波成分を含んでいるが、簡易化してフォルマントのＦ１または基本波部分だけを模式的に表している。

図３（ａ）および（ｂ）に示すように、ハウリングの波形は、音声信号の波形とは別物である。すなわち、ハウリングが発生した際には、音声信号そのものがマイクに帰還するものではなく、ハウリング波形が帰還することになる。

図３（ｃ）には、ハウリングを検知した際の増幅信号の波形（条件変更部６０からの出力信号波形）が示される。また、図３（ｄ）にはレベルコンパレータ５１の出力（検知信号ＣＳ）が示され、図３（ｅ）にはフリップフロップ６５の出力（トリガー信号ＴＳ）が示される。

図３に示すように、音声信号（増幅信号）を出力している状態でハウリングが発生すると、増幅信号（正相信号Ｓφ１および逆相信号Ｓφ２）のレベルが急激に増加する。レベルコンパレータ５１の基準値として、音声信号の通常のレベルよりも高い値を設定しておくことで、ハウリング発生時のレベルの変化を検出することができる。

例えば、タイミングｔ（図中矢印参照）で増幅信号（例えば、正相信号Ｓφ１）のレベルがレベルコンパレータ５１の基準値を超えたとすると、レベルコンパレータ５１からＨｉｇｈの検知信号ＣＳが出力される（図３（ｄ）参照）。このＨｉｇｈの検知信号ＣＳをフリップフロップ６５が受けると、フリップフロップ６５は出力信号（トリガー信号ＴＳ）を反転させる（図３（ｅ）に示す例ではＨｉｇｈからＬｏｗへ切り替わる。）。

条件変更部６０のトグルスイッチ６１は、フリップフロップ６５から出力されたトリガー信号ＴＳがＨｉｇｈからＬｏｗに切り替わったことに応じて、正相信号Ｓφ１から逆相信号Ｓφ２へ選択を切り替える。これにより、図３（ｃ）に示すように、条件変更部６０からの出力信号波形は、タイミングｔ以降、逆相信号Ｓφ２に変化する。

ハウリングが発生したタイミングで逆相信号Ｓφ２に切り替わると、その一瞬だけハウリングの逆相信号Ｓφ２が音声出力部３０に送られる。このハウリングの逆相信号Ｓφ２が音声出力部３０で音声として出力され、音声入力部１０に戻ると、ループ発振の条件の一つである（Ｃ１）「そのピーク周波数での帰還点の帰還信号が入力信号と同相であること」が崩れ、ハウリングが瞬時に抑制される。

図４に示すように、この変更処理（Ａ１）が繰り返されると、例えば正相信号Ｓφ１に基づく音声出力の際にハウリングが発生すると、レベルコンパレータ５１からＨｉｇｈの検知信号ＣＳが出力され、フリップフロップ６５の出力が反転して（この例では、ＨｉｇｈからＬｏｗ）、条件変更部６０のトグルスイッチ６１により逆相信号Ｓφ２が選択される。正相信号Ｓφ１から逆相信号Ｓφ２に切り替わった瞬間にハウリングが抑制される。

逆相信号Ｓφ２に基づく音声出力が続くと、やがてその逆相信号Ｓφ２でもハウリングが発生し得る。ハウリングのレベルに達すると、その瞬間にレベルコンパレータ５１からＨｉｇｈの検知信号ＣＳが出力され、フリップフロップ６５の出力が反転して（この例では、ＬｏｗからＨｉｇｈ）、条件変更部６０のトグルスイッチ６１により正相信号Ｓφ１が選択される。逆相信号Ｓφ２から正相信号Ｓφ１に切り替わった瞬間にハウリングが抑制される。

この変更処理（Ａ１）が繰り返されることで、実際にはハウリングの発生し始めのタイミングで正相信号Ｓφ１と逆相信号Ｓφ２とが切り替わり、認識できるハウリングは発生しないことになる。

ここで、本実施形態に係る補聴器１の構成（音声入力部１０、増幅部２０、音声出力部３０、ハウリング検知部５０および条件変更部６０）は、アナログ回路によって構成されている。増幅部２０から出力される正相信号Ｓφ１および逆相信号Ｓφ２は、アナログ回路で容易に作ることができる。レベルコンパレータ５１やフリップフロップ６５も簡単なアナログ回路で実現できる。回路の系においてＤ／Ａ変換器やＡ／Ｄ変換器が介在しないため、複雑な回路構成を持たせる必要はない。本実施形態では、レベルコンパレータ５１、フリップフロップ６５、トグルスイッチ６１といった簡単な構成で実現可能なため、アナログ式の補聴器１であってもハウリング抑制機能を持たせることが可能となる。

また、本実施形態に係る補聴器１の回路の系には、ＡＧＣ（自動利得調整部）などの遅延回路（時定数回路）が含まれていない。このような遅延回路（時定数回路）が含まれていないことで、ハウリング発生から変更処理完了までの時間を無視できるほど短くできる。したがって、ハウリングが発生し始めてから瞬時に変更処理が実行され、認識できるようなハウリングの発生を未然に防ぐことができる。

本願発明者は、遅延回路を含まず、アナログ回路で補聴器１を構成して変更処理（Ａ１）によるハウリング防止の実験を行った。その結果、レベルコンパレータ５１からＨｉｇｈ信号が出力されてから、条件変更部６０のトグルスイッチ６１で信号切り替えが行われるまでの時間は数１００ｎｓ（ナノ秒）程度であった。例えば、２ｋＨｚのハウリングを想定した場合、その周期は０．５ｍｓ（ミリ秒）である。トグルスイッチ６１の切り替え時間が数１００ｎｓであるため、変更処理によってハウリングが抑制されるまでハウリングの１周期に満たないうちに完了する。実験では、このような瞬時の切り替えによって、ハウリングを認識させずに防止できることが確認できた。

補聴器１のように、ゲインが３０ｄＢ以上となる機器においては、変更処理を行っても直ぐにハウリングが再発生する可能性が高い。したがって、遅延回路を含む場合には、ハウリングの発生を検知してから抑制処理を行うまでに遅延時間がかかり、その間にハウリングを認識させてしまう可能性がある。本実施形態に係る補聴器１のように、遅延回路を含まず、レベルコンパレータ５１によってハウリングを検知してから瞬時に変更処理を行うことで、簡単なアナログ回路でありながらハウリングを効果的に抑制することが可能となる。
なお、本実施形態に係る補聴器１がデジタル補聴器でも、上記と同様なアルゴリズムを適用することでハウリングを未然に防ぐことができる。

（条件変更部の第２の例）
図５は、条件変更部の第２の例について示すブロック図である。
条件変更部６０の第２の例は、変更処理として、ハウリング信号の位相を反転させること（変更処理（Ａ１）に含まれる。）に加え、ハウリングが抑制された後にハウリング信号の反転した位相を元に戻す処理を行っている。

図５に示すように、ハウリング検知部５０は、増幅信号（ここでは正相信号Ｓφ１）のレベルが所定の基準値を超えた場合にハウリング発生であると判断してトリガー信号ＴＳを出力する。ハウリング検知部５０が通常のレベルコンパレータ５１の場合、レベルコンパレータ５１の出力である検知信号ＣＳがトリガー信号ＴＳとなる。条件変更部６０は、トリガー信号ＴＳのＨｉｇｈ／Ｌｏｗに応じてトグルスイッチ６１を切り替えて、正相信号Ｓφ１および逆相信号Ｓφ２のいずれかを出力アンプ３５へ送る。ハウリング信号の位相が反転することで、ハウリングが抑制される。

ハウリングが抑制され、増幅信号のレベルが所定の基準値以下となると、ハウリング検知部５０から出力される検知信号ＣＳ（トリガー信号ＴＳ）がＬｏｗとなる。このトリガー信号ＴＳが条件変更部６０に送られるとトグルスイッチ６１の切り替えが行われ、正相信号Ｓφ１および逆相信号Ｓφ２の切り替えが行われる。これにより、ハウリングが抑制された後は、元の位相の音声等信号に戻されることになる。ハウリングが止まり、音場空間のフィルタ特性が消滅した状態にあると、次のハウリングが生起するまで暫くの時間がある。したがって、出力を正相信号Ｓφ１に戻しても、ハウリングは直ちに生起しない。

なお、上記の例では、ハウリングが抑制されたタイミング（検知信号ＣＳ）で元の位相に戻す処理を行ったが、変更処理を行った後、予め設定された時間を経過したタイミングで元の位相に戻す処理を行うようにしてもよい。
図６（ａ）および（ｂ）は、予め設定された時間を経過したタイミングで元の位相に戻すためのハウリング検知部の例を説明する図である。
図６（ａ）に示すように、このハウリング検知部５０は、レベルコンパレータ５１の出力がＨｉｇｈからＬｏｗに立ち下がるタイミングを遅らせる回路構成（帰還抵抗５１１や容量５１２を含む回路構成）となっている。これにより、図６（ｂ）に示すように、入力信号が所定のレベル以下となった場合でも、ヒステリシスにより所定の時間だけ遅れてレベルコンパレータ５１の出力が立ち下がるようになる。

なお、上記では検知信号ＣＳをトリガー信号ＴＳとしてトグルスイッチ６１の切り替えを行っているが、ハウリングが抑制され、増幅信号のレベルが所定の基準値以下となったタイミングでハウリング検知部５０から戻り信号ＢＳを出力するようにしてもよい。戻り信号ＢＳが条件変更部６０に送られるとトグルスイッチ６１の切り替えが行われ、逆相信号Ｓφ２から正相信号Ｓφ１への切り替えが行われる。これにより、ハウリングが抑制された後は、元の正相信号Ｓφ１に戻されることになる。

（条件変更部の第３の例）
図７は、条件変更部の第３の例について示すブロック図である。
条件変更部６０の第３の例は、変更処理として、ハウリング信号のレベルを下げることである（変更処理（Ａ２）に含まれる。）。

図７に示すように、条件変更部６０のトグルスイッチ６１には、正相信号Ｓφ１と接地電位である接地線ＧＬとが接続される。ハウリング検知部５０は、増幅信号（ここでは正相信号Ｓφ１）のレベルが所定の基準値を超えた場合にハウリング発生であると判断してトリガー信号ＴＳを出力する。ハウリング検知部５０が通常のレベルコンパレータ５１の場合、レベルコンパレータ５１の出力である検知信号ＣＳがトリガー信号ＴＳとなる。

条件変更部６０は、トリガー信号ＴＳのＨｉｇｈ／Ｌｏｗに応じてトグルスイッチ６１を切り替える。本例において、通常の状態ではトグルスイッチ６１は増幅信号（正相信号Ｓφ１）を選択しており、正相信号Ｓφ１が出力アンプ３５へ送られている。ハウリングが発生してトリガー信号ＴＳが条件変更部６０に送られると、トグルスイッチ６１が切り替わり、接地線ＧＬを選択する。これにより、出力アンプ３５に送られる信号レベルが接地電位（ゼロ）となる。

ハウリング発生を検知して瞬時に出力アンプ３５へ送られる信号レベルが接地電位となると、ループ発振の条件の一つである（Ｃ２）「一巡開ループでのゲインが１以上であること」が崩れ、ハウリングが抑制されることになる。

ハウリングが抑制され、増幅信号のレベルが所定の基準値以下となると、ハウリング検知部５０から戻り信号ＢＳが出力される。戻り信号ＢＳが条件変更部６０に送られるとトグルスイッチ６１の切り替えが行われ、接地線ＧＬから正相信号Ｓφ１への切り替えが行われる。これにより、ハウリングが抑制された後は、元の正相信号Ｓφ１に戻されることになる。

このように、ハウリング発生を検知して変更処理を行った後、ハウリング抑制後、すぐに元の位相の音声出力に戻ることから、一瞬だけ無音状態があっても直ぐに元の音声出力に戻り、違和感を与えずに済む。なお、上記の例では、ハウリングが抑制されたタイミングで元の位相に戻す処理を行ったが、変更処理を行った後、予め設定された時間を経過したタイミングで元の位相に戻す処理を行うようにしてもよい。

（条件変更部の第４の例）
図８は、条件変更部の第４の例について示すブロック図である。
条件変更部６０の第４の例は、変更処理として、ハウリング信号の代わりにダミー信号ＤＳを音声出力部３０に入力することである（変更処理（Ａ３）に含まれる。）。

図８に示すように、条件変更部６０はスイッチ６２を含む。スイッチ６２の入力端には信号発生部６３が接続され、出力端は増幅部２０から出力される正相信号Ｓφ１のラインに接続される。信号発生部６３は、ダミー信号ＤＳを発生する。ダミー信号ＤＳの周波数は、可聴周波数以外の周波数にするとよい。ハウリング検知部５０は、増幅信号（正相信号Ｓφ１）のレベルが所定の基準値を超えた場合にハウリング発生であると判断してトリガー信号ＴＳを出力する。ハウリング検知部５０が通常のレベルコンパレータ５１の場合、レベルコンパレータ５１の出力である検知信号ＣＳがトリガー信号ＴＳとなる。

条件変更部６０のスイッチ６２は、ハウリング検知部５０から出力されるトリガー信号ＴＳによって開閉動作する。本例において、通常の状態ではスイッチ６２は開いており、出力アンプ３５にダミー信号ＤＳは送られない。すなわち、通常の状態では、正相信号Ｓφ１のみが出力アンプ３５から音声出力部３０へと送られる。

ハウリングが発生してトリガー信号ＴＳが条件変更部６０に送られると、スイッチ６２が閉じて信号発生部６３のダミー信号ＤＳが出力アンプ３５へ送られる。ハウリング発生を検知してダミー信号ＤＳが出力アンプ３５へ送られると、正相信号Ｓφ１にダミー信号ＤＳを重畳した音声信号に基づく音声が音声出力部３０から出力される。ダミー信号ＤＳを重畳した音声が出力されると、ループ発振の条件の一つである（Ｃ３）「ループ発振の経路内に周波数選択要素があること」が崩れ、ハウリングが抑制されることになる。

ダミー信号ＤＳの周波数が可聴周波数以外であれば、ダミー信号ＤＳを重畳した音声が出力されてもダミー信号ＤＳの音に気が付くことはない。なお、ダミー信号ＤＳの周波数は可聴周波数であってもよいが、この場合には人が認識できない程度の短い時間であることが好ましい。このようなダミー信号ＤＳの重畳によって、ハウリングを発生させる音場空間のフィルタ特性が変わり、ハウリングを抑制することができる。

ハウリングが抑制され、増幅信号のレベルが所定の基準値以下となると、ハウリング検知部５０から戻り信号ＢＳが出力される。戻り信号ＢＳが条件変更部６０に送られるとスイッチ６２が開となり、ダミー信号ＤＳの重畳が解除される。これにより、ハウリングが抑制された後は、元の正相信号Ｓφ１に戻されることになる。

（プログラム処理）
本実施形態に係る補聴器１は、携帯端末およびそこで実行されるプログラム処理によって実現することもできる。携帯端末に設けられるマイクは音声入力部１０、携帯端末に設けられるスピーカや携帯端末に有線または無線で接続されるイヤホン、ヘッドフォンは音声出力部３０として用いられる。増幅部２０は携帯端末の回路として内蔵される。ハウリング検知部５０、条件変更部６０は、携帯端末で実行されるプログラム処理（アプリケーションプログラム）として実現可能である。

プログラム処理では、増幅信号のレベルが音声とハウリングとを峻別する予め設定された値を超えたときにハウリング発生を検知するステップ（ハウリング検知ステップ）と、ハウリング検知ステップでハウリング発生を検知したとき、増幅部２０を通過するハウリング信号の位相を変更して音声出力部３０に入力すること、ハウリング信号のレベルを下げること、およびハウリング信号の代わりにダミー信号を音声出力部３０に入力すること、の少なくともいずれかの変更処理を行うステップ（変更処理ステップ）とを、コンピュータ（ＣＰＵ）に実行させる。
この変更処理ステップでは、ハウリング検知ステップでハウリング発生を検知して変更処理を行った後、所定のタイミングで変更処理を終了することを含む。

以上説明したように、本実施形態に係る補聴器１によれば、簡単な構成であっても効果的にハウリングを抑制することができる補聴器１を提供することが可能になる。

なお、上記に本実施形態及びその他の例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、上記では増幅信号として正相信号Ｓφ１と逆相信号Ｓφ２とを用いた例を示したが、正相信号Ｓφ１に対して位相のずれた信号であれば同様に適用可能である。また、前述の各実施形態またはその他の例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

本発明の構成は、既存の拡声用音響装置において装置内を改造することなく利用可能である。すなわち、利用できるのはマイクアンプ機器と出力アンプ機器に分かれている音響装置システムであり、マイクアンプ機器と出力アンプ機器との間に本発明のハウリング検知部５０および条件変更部６０を挿入すればよい。

１…補聴器
１０…音声入力部
２０…増幅部
３０…音声出力部
３５…出力アンプ
３７…ボリューム
５０…ハウリング検知部
５１…レベルコンパレータ
６０…条件変更部
６１…トグルスイッチ
６２…スイッチ
６３…信号発生部
６５…フリップフロップ
５１１…帰還抵抗
５１２…容量
ＢＳ…戻り信号
ＣＳ…検知信号
ＤＳ…ダミー信号
ＧＬ…接地線
Ｓφ１…マイク入力に対する正相信号
Ｓφ２…マイク入力に対する逆相信号
ＴＳ…トリガー信号

Claims (6)

1. 音声を電気信号に変換する音声入力部と、
   前記音声入力部で変換された前記電気信号を増幅する増幅部と、
   前記増幅部で増幅した増幅信号を音声に変換する音声出力部と、
   前記増幅信号のレベルが音声とハウリングとを峻別する予め設定された値を超えたときにハウリング発生を検知するハウリング検知部と、
   前記ハウリング検知部でハウリング発生を検知したとき、前記増幅部を通過するハウリング信号の位相を変更して前記音声出力部に入力すること、前記ハウリング信号のレベルを下げること、および前記ハウリング信号の代わりにダミー信号を前記音声出力部に入力すること、の少なくともいずれかの変更処理を行う条件変更部と、
   を備え、
   前記条件変更部は、前記ハウリング検知部でハウリング発生を検知して前記変更処理を行った後、所定のタイミングで前記変更処理を終了する、補聴器。
2. 前記条件変更部により、前記変更処理として前記ハウリング信号の位相を変更する場合、前記ハウリング信号の位相が反転した逆相信号を前記音声出力部に入力する、請求項１記載の補聴器。
3. 前記条件変更部は、前記ハウリング検知部でハウリング発生を検知するたびに前記位相の反転および非反転の切り替えを繰り返す、請求項２記載の補聴器。
4. 前記条件変更部により、前記変更処理として前記ハウリング信号のレベルを下げる場合、予め設定された時間、前記増幅信号のレベルをゼロにする、請求項１記載の補聴器。
5. 前記条件変更部により、前記変更処理として前記ハウリング信号の代わりに前記ダミー信号を、予め設定された時間、前記音声出力部に入力する場合、前記ダミー信号の周波数は、可聴周波数以外の周波数である、請求項１記載の補聴器。
6. 前記音声入力部、前記増幅部、前記音声出力部、前記ハウリング検知部および前記条件変更部は、アナログ回路によって構成された、請求項１から５のいずれか１項に記載の補聴器。
   

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