JP2021035032A

JP2021035032A - 自動利得コントロール集音機

Info

Publication number: JP2021035032A
Application number: JP2019160738A
Authority: JP
Inventors: 賢一大島; Kenichi Oshima
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-08-19
Filing date: 2019-08-19
Publication date: 2021-03-01

Abstract

【課題】出力信号のノイズ値が安定に保たれる集音機を提供する。【解決手段】マイクロホン１は、音を電気信号に変換する。増幅器２はマイクロホンの出力信号を増幅し、その増幅度は比較器５の出力によってコントロールする。ノイズアンプ３は、増幅器の出力信号から主としてノイズを取り出し、レベル検出器４は、ノイズアンプの出力信号からそのレベルを表す信号をつくり出す。比較器５は、レベル検出器４の出力信号とポテンショメータ７からの電圧を比較して、二つの電圧が等しくなるように増幅器のゲインをコントロールする。【選択図】図１

Description

（最初に、この文内の集音機とは医療機器の補聴器や録音機など、音を収集してその音をイヤホンやヘッドホン等で聞く全ての機器を含むものとする。）

この発明は、出力信号のノイズ値が安定に保たれる集音機に関する。

集音機の雑音は不快であり、従来からノイズリダクション等が用いられてきたが、好ましい結果が得られなかった。また、感音性難聴では集音機を用いると言葉の聴き取りが難しい問題もあった。
原因は耳動作の理解不足が原因で、好ましい特性の集音機を造れなかったからだ。しかし、この出願が正しい耳の動作を明らかにする。但し、本出願の内容が全てではないかも知れない。また、集音機のノイズと、言葉の聴き取りが出来ないことは別の問題だが、関係があるので併記する。

従来の集音機の最大難点は雑音が大きいために音が不快なことである。これについて従来は、「健康な耳で雑音が気にならず快適に聞こえるのは、人体器官の計り知れない機能のたまものであり集音機では解決出来ない」、また「感音性難聴で言葉の聴き取りが難しいのは聴覚神経が言葉を解析を出来ないからだ」とされてきた。しかし、これらの説はどちらもあまりで正しくない。

「健康な耳で雑音が気にならず快適に聞こえるのは、声などに比べてレベルが小さい雑音は、あまり聞こえないように耳の感度がコントロールされるから」である。また、「感音性難聴で言葉の聴き取りが難しいのは、深刻な難聴では集音機によって言葉の信号波形の大きな部分が失われるから」である。

聞こえる音を耳に加え、そのレベルを緩やかに低下させていくと、特定レベルを堺に聞こえなくなる。これは個人差が大きく、健康な耳に比べてこのレベルが高いのが難聴である。尚、健康な耳の感度は、ノイズは聞こえ難いように、声等大きい音は聞こえる様に自動調整される。通常の音環境では、聞きたい音に比べてノイズのレベルは小さいのが普通である。つまり、前述の「聞こえなくなる音のレベル」よりノイズレベルは小さく、聞きたい音のレベルはそれより大きくなるような増幅度の集音機を用いれば、雑音の少ない快適な音が聞ける。

集音機によって増幅された大きな音では、耳の自動感度調整機能が適切に動作しない。
しかし、自動感度調整機能を集音機に設ければこの問題を解決出来る。それが本発明である（但し、それだけでは聞きたい音が大きくなり過ぎる問題がある）。

通常、集音機は音を大きくして耳に加える。この時、ノイズだけに着目すれば難聴で聞こえ難い分だけ音を増幅（単純計算なら、４０ｄＢの難聴では約１００倍、６０ｄＢなら約１，０００倍）して耳に加えれば健常者と同様に聞こえ、ノイズは気にならない筈である。しかし増幅度が大きいと、ノイズより大きい本来聞きたい声などの音が異常に大きくなり、耳が耐えられない。そのため深刻な感音性難聴（６０ｄＢより深刻な難聴の殆どは感音性難聴である）では音波の大き過ぎる部分は集音機で削除される。

この時、深刻な難聴では耳に負担がかからないように削除量が大きいので、強度の難聴では音情報が著しく失われる。その結果、集音機を用いると「音は聞こえるが言葉を聴きとれない」という現象が起こる。しかも、音情報の消失によって言葉が聴き取り難くくなるので、これを補うために集音機の増幅度は上げ過ぎになり易い。するとノイズレベルが大きくなって不快な音になる。

しかし、本発明者による考案のリミッター（特許第６１５１６１３号）が用いられた集音機なら音情報の消失が少なく、深刻な難聴でも言葉を聴きとれる（全ての難聴者がどうかは不明）。
また、必要以上に感度を上げる必要がないので、雑音の問題は少ない。

集音機では音を増幅して耳に加えるので、その音に含まれるノイズレベルも増幅分大きい。
そのため、難聴者のために調整された集音機の音を健常者が聞くとノイズが大きく聞こえる。（健常者による集音機の評価は、装着した場合としない場合の音量が等しくなるようにして行われるべきである。）

集音機不快の最大原因は雑音だが、電子式集音機出現から今日まで解決出来なかった。そのため、雑音が気にならない或いは聞こえ難い電子式集音機の開発が課題となっていた。

環境音及び環境雑音の大きさが変化しても、使用者の耳に入るノイズは聞こえ難いレベルに、しかし出来るだけ大きくなるように集音機のゲインを自動的にコントロールする。

環境ノイズが変化しても、集音機の雑音出力が気にならないレベルに保たれる快適な使い心地の集音機が実現する。

本発明を用いた集音機の実施回路例のブロック図

「図１」において、
マイクロホン（１）は、音を電気信号に変換する。
増幅器（２）はマイクロホンの出力信号を増幅するが、その増幅度は比較器（５）の出力によってコントロールされる。
ノイズアンプ（３）は、増幅器（２）の出力信号から主としてノイズを取り出す。
レベル検出器（４）は、ノイズアンプ（３）の出力信号からそのレベルを表す信号をつくり出す。このレベルを表す信号の生成は比較的ゆっくりと行われる。
直流電源（６）は比較器（５）でレベル検出器（４）の出力と、比較される電圧の元になる電源である。
ポテンショメータ（７）は、直流電源（６）の電圧を分割して比較器（５）に入力される比較電圧をつくり出す。比較電圧は集音機使用者がポテンショメータ（７）を操作して可変出来る。

比較器（５）は、レベル検出器（４）の出力信号とポテンショメータ（７）からの電圧を比較して、二つの電圧が等しくなるように増幅器（２）のゲインをコントロールする。つまり、ポテンショメータ（７）による電圧を手動で高くすると、増幅器（２）のゲインは高くなりその出力ノイズも大きくなる。反対に、ポテンショメータ（７）による比較電圧を低くすると増幅器（２）はゲインが低くなり出力信号及びノイズは小さくなる。また、ポテンショメータ（７）よる比較電圧が一定なら、マイクに入る環境ノイズレベルが変動しても増幅器（２）の出力レベル及びノイズはほぼ一定に保たれる。つまり増幅器（２）のノイズ出力レベルが集音機使用者に適切なようにポテンショメータ（７）を設定しておけば、環境音或いは環境ノイズの大きさが変わっても増幅器（２）のノイズ出力はほぼ一定の快適なレベルに自動調整される。
尚、レベル検出器（４）の出力信号はあまり早くないので、急激に大きな音があると適応出来ない。しかしこの急激に大きな音は次段のリミッタ（８）で削除される。

増幅器（２）の出力信号はリミッタ（８）に入り過大部分が削除される。しかし、このリミッタが一般的な特性だと深刻な難聴では削除情報が多くなり、集音機使用者は言葉を聴きとれないことが起こる。しかし、本発明者によるリミッター（特許第６１５１６１３号）ならそのようなことは起こらない。
パワーアンプ（９）はリミッター（８）の出力信号を電力増幅してイヤホン（１０）をドライブする。

快適に聞こえる集音機は難聴者の活動を助け産業発展に寄与する。

１はマイクロホン
２は増幅器
３はノイズアンプ
４はレベル検出器
５は比較器
６は直流電源
７はポテンショメータ
８はリミッタ
９はパワーアンプ
１０はイヤホン

Claims

出力信号値と、手動で可変できる基準値が比較され、その結果でゲインがコントロールされて、出力ノイズのレベルが安定に保たれる集音機。