JP2664186B2 - 人工聴覚器官及び信号処理装置 - Google Patents

人工聴覚器官及び信号処理装置

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JP2664186B2
JP2664186B2 JP63058126A JP5812688A JP2664186B2 JP 2664186 B2 JP2664186 B2 JP 2664186B2 JP 63058126 A JP63058126 A JP 63058126A JP 5812688 A JP5812688 A JP 5812688A JP 2664186 B2 JP2664186 B2 JP 2664186B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は一般的に人工聴覚器官及び人工聴覚器官のた
めの信号発生器に関し、より詳細には複数の帯域フイル
タを使用した信号処理装置に関する。
［従来の技術］ 本技術分野にはさまざまな種類の多チヤネル人工聴覚
器官が存在している。
多チヤネル人工聴覚器官の一例はミチエルソンの米国
特許第4,400,590号に開示されている。ミチエルソンは
蝸牛に沿つた異なる場所は異なる周波数として脳に応答
するという理論を使用したシステムを開示している。こ
のようにして、帯域フイルタは到来する聴覚信号を複数
の周波数帯を分解する。次に、これらの信号は蝸牛に沿
つた電極位置へ直接加えられる。理論上、これらの位置
はその関連する周波数帯に対応する。
多チヤネル人工聴覚器官のもう一つの例がゾルナー等
の米国特許第4,289,935号及びゾルナー等の米国特許第
4,403,118号に開示されている。ゾルナー等の特許に記
載されたシステム１組の帯域フイルタを使用して発振器
（トーン発生器）をオン／オフもしくは変調させる周波
数帯を発生し、次にその出力を加算して補聴器へ送信す
る。
しかしながら、ミチエルソン及びゾルナー等の多チヤ
ネル人工聴覚器官は共に視覚教具を使用せずにオープン
セツトスピーチを理解するのに完全に成功したと言える
ようなものではなかつた。
アメリカ音響協会ジヤーナル66の第1381〜1403頁に記
載された、1979年の文献“聴覚神経線維のデイスチヤー
ジパターンの一時的局面における定常状態母音の表現”
においてヤングとサツチはスペクトル情報が聴覚神経デ
イスチヤージのタイミングパターンで表わされると述べ
ている。彼らはその中心周波数が所与の周波数に近いニ
ユーロン間だけの一時的応答を調べることにより、所与
の周波数におけるエネルギを決定した。
［発明の開示］ 本発明は人工聴覚器官と一緒に使用するようにされ人
間に対して音響を表わすようにされた電気入力信号の信
号処理装置を提供する。複数のフイルタの各々が異なつ
た中心周波数を通過させ、各各がそれぞれの中心周波数
に関する電気入力信号の聴覚成分を表わす濾波された信
号を出力する。好ましくは非線型装置として作動する複
数のゲート機構が個々に濾波された信号に接続される。
各ゲート機構は濾波された信号が所定値よりも高い場合
に人間の知覚値を越えるレベルの出力信号を通す。ゲー
ト機構が接続される濾波された信号のレベルが複数の全
フイルタからの濾波された信号の最大値の中の一つとな
りそうな場合のみ出力が知覚値を越えて通過するように
所定値が個々に決定される。
多チヤネル信号処理装置において、電気入力信号は極
めて複雑な複数の個々のフイルタから出力を与えること
ができる。本発明は他のフイルタセツトにも応用できる
が、前記したことは複数のフイルタが鋭同調されている
フイルタすなわち共振器であり入力信号のエネルギ成分
を表わす周期性を含む出力信号を生成する場合特に正し
い。このような状況において、多重刺激されて周期性が
加算器もしくは蝸牛内で結合すると望ましくないチヤネ
ル相互作用を生じることがある。前記のように構成され
るゲート機構を有する１個の処理装置は共振フイルタの
一時的特性のスペクトルを劣化させる個々のフイルタか
らの周期性間の望ましくない相互作用、チヤネル相互作
用、を低減することができ、患者への予測不能なほど高
い感覚を低減することができる。
例えば、９もしくは10チヤネル信号処理装置、もしく
は人工聴覚器官、を設ける場合、任意所与の時点におい
てこれらのチヤネルのサブセツトのみから患者へ情報を
運ぶのが望ましい。例えば、任意所与の時点において９
もしくは10チヤネル中の５チヤネルのみが患者の知覚値
よりも高い情報を運ぶのにアクテイブとなる。他のチヤ
ネル中での優勢ランクが他の対応するチヤネルの電気出
力と比較した場合に最大振幅の中の一つとなるように非
線型装置に閾値が設定される。
同時アクテイブチヤネル数を低減する従来の方法は各
チヤネルの振幅を比較し、続いて最高振幅チヤネルを選
定することを含んでいる。全チヤネルを比較及びランク
付けし次に優勢なチヤネルを選定するのに必要なリアル
タイム計算は時間を消費し、特に多数のチヤネルを使用
する場合多くのリアルタイムマルチチヤネル処理応用に
無理なく実行することができない。本発明はリアルタイ
ム多チヤネル処理応用に実行できる別の、統計ベースの
優勢チヤネル選定方法を提供する。代表的なチヤネルラ
ンク及び振幅統計を多チヤネル処理装置のコンピユータ
シミユレーシヨンにより処理されるスピーチの実験室に
おける分析か展開することができる。これらの統計か
ら、各チヤネルは最高ランキング（優勢）チヤネルとな
りそうな場合のみその閾値を越すように各チヤネルの閾
値パラメータを識別することができる。この機構によ
り、優勢チヤネルは正確というよりはプロバブリステイ
ツクに定義される。しかしながら、チヤネルの優勢及び
そのスピーチ内での知覚重要度もプロバブリステイツク
である。チヤネル閾値パラメータはリアルタイム処理装
置内のルツクアツプテーブル内で与えられ、優勢チヤネ
ルを選定するためにチヤネル間のリアルタイム比較計算
を実施する必要性をなくすことができる。
［実施例］ ヤングとサツチの研究によりスペクトル情報は聴覚神
経デイスチヤージのタイミングパターンにうまく表わせ
ることが判つた。分析により、彼等はその中心周波数が
所与の周波数に近いニユーロン間のみの一時的応答を調
べて、所与の周波数におけるエネルギを決定した。
聴覚中央神経系は、不適切な周期性を無視し、適切な
もの、すなわち、個別の各神経線維の中心周波数の逆元
に近いもののみに応答して類似の分析を行うことができ
る。神経線維の不適切な周期性を無視するこの能力によ
り単極蝸牛移植により非常に良好なスピーチの認識を達
成できることが有効に説明できる。基本及びフオーマツ
ト周波数に対応する周期的事象が単極刺激波形内に存在
することができる。適切な等化により、これらの各周期
性な全蝸牛にわたつてニユーロンの一時的デイスチヤー
ジパターン内に生じることができる。しかしながら、蝸
牛に沿つた適切な対応位置に生じるのでなければ、それ
らは中央神経系により無視される。例えば、500Hz及び2
00Hz成分を含む複合刺激信号は2mS間隔及び5mS間隔で発
生する時間領域内にいくつかの事象を含んでいる。電気
的に蝸牛に送出されるこのような刺激信号は2mS及び5mS
間隔でニユーロンインパルスを引き出す。これらのイン
パルスは蝸牛に沿つてどこからでも引き出すことができ
るが、500Hzニユーロンを除けば2mS間隔は無視される。
同様に、200Hzニユーロンを除けば、5mS間隔は無視され
る。これは多数のニユーロンを刺激する１本の刺激電極
がそれでもう一つ以上の周波数に関する情報を送出でき
ることを示す。
しかしながら、１本の電極上に含むことができる異な
る周期性の数は制限できることが判つている。例えば、
１本の電極が多数の異なる周期性を運ぼうとすると、そ
の組合せにより元の信号に存在しない付加周期性が生じ
て聴覚中央神経系を混乱させることがある。例えば、特
定ニユーロン上に異なる50の周期性が生じている場合、
適切なもの、例えば2KHz線維に対する0.5mSは神経線維
が検出できないぐらいまれにしか生じない。この制約は
各々が空間的に明確なニユーロン群を刺激する多電極を
使用して克服することができる。従つて、１本の電極も
しくは電極対が到来信号に含まれる全周期性を送出する
必要がなくなる。むしろ、各電極もしくは電極対はその
軌跡や空間刺激範囲内の線維の中心周波数に対応する間
隔のみを送出する。本装置は空間選択度に依存して周波
数微分を達成する多極人工聴覚装置により与えられる周
波数分解能を劇的に高める可能性がある。
前記適切な周期性を達成するための信号処理装置の簡
単化されたブロツク図を第１図に示す。信号処理装置10
は電気入力信号12を受信する。電気入力信号12は複数個
の鋭同調帯域フイルタ14,16及び18へ供給される。これ
らの帯域フイルタ14,16及び18は臨界減衰以下であり電
気出力信号20,22及び24を出力する。これらの帯域フイ
ルタは発振性のインパルス応答を有している。実施例に
おいて、各帯域フイルタ14,16及び18は0.5よりも大きい
Ｑ（3dB）を有している。鋭同調帯域フイルタ14,16及び
18は共振器として作動し、従つて、出力信号20,22及び2
4は、それぞれ、帯域フイルタ14,16及び18が同調してい
る中心周波数に対応する電気入力信号12のエネルギに対
応する周期性を含んでいる。出力信号20,22及び24は随
意に、それぞれ非線型装置26,28及び30に通すことがで
きる。非線型装置26,28及び30は出力信号20,22及び24を
圧縮するように作動し、従つて存在する信号のダイナミ
ツクレンジを刺激を受ける人間に残存するダイナミツク
レンジに適合させることができる。非線型装置26,28及
び30は後記する重要なゲートすなわち閾値機能も果す。
一実施例において、非線型装置26,28及び30の出力は次
に加算器32において加算され、電気入力信号12内に存在
する周期性を含む一つの出力信号34が与えられる。次
に、出力信号34を人工聴覚器官の残部に与え電極に送出
して人間を電気的に刺激するか、もしくは人間を音響的
に刺激するために電気／聴覚トランスジユーサへ与える
ことができる。第１図の信号処理装置のブロツク図は３
個の別々の帯域フイルタ、共振器14,16及び18を示して
いるが、特定の信号処理装置ではこれよりも多いかもし
くは少い共振器が望ましいこともあり、３個を示したの
は単に説明上の目的によるものであることをお判り願い
たい。
出力信号34にあまり多くの周期性が存在すると聴覚中
央神経系の個々のニユーロンが混乱するため、最も振幅
の大きい出力信号20,22及び24のみが聴覚中央神経系に
加えれらて出力信号34に含まれる。第１図の信号処理装
置の実施例において、各帯域フイルタ、共振器14,16及
び18は非常に狭帯域なフイルタであり、その目的は電気
入力信号12がその中心周波数付近において相当のエネル
ギを有する場合に周期性となる出力信号20,22及び24を
発生することである。この信号の周期は共振器14,16及
び18を通過した周波数の逆元である。非線型装置26,28
及び30は共振器出力を蝸牛移植に適したダイナミツクレ
ンジに圧縮するように働く“圧縮領域”及び、さらに重
要なことであるが低レベル信号をマスクアウトするよう
に働く“デツドバンド”を有する。信号は入力信号20,2
2及び24がデツドバンド閾値を越える非線型装置26,28及
び30のみの出力に生じる。非線型装置26,28及び30はこ
れらの信号に含まれている周期性を変えることはない。
非線型装置26,28及び30はそれらが通過できるほど充分
に大きいかを決定して、大きくなり過ぎるのを制限す
る、すなわち圧縮する。非線型装置26,28及び30からの
信号が加算器32で加算されると、合成出力信号34が出力
される。実際上、出力信号34にはいくつかの信号20,22
及び24しか存在することができず、それは非線型装置2
6,28及び30のデツドバンドを越える充分な振幅を有する
信号20,22及び24だけが実際上加算器32に生じるためで
ある。このようにして、出力信号34は一つ以上の周期性
を有することができるが、周期性が失われるほど多くの
周期性を有することはない。
第２図は30dB/オクターブの適切な高周波数強勢38の
前の母音“eh"36の周波数スペクトルを示す。母音“eh"
36のスペクトルは0.5KHz及び2.0KHz付近にフオーマツト
ピークを示している。第２図に示す母音の周波数スペク
トルは次に0.177KHzと4.0KHz間で半オクターブ間隔で同
調された第３図の10個の共振器40の各々に加えられる。
共振器40の伝達関数は第１図の信号処理装置の共振器1
4,16及び18に対応している。これらの共振器40の時間領
域出力信号を第４図と参照番号42〜60で示す。時間領域
出力信号54及び46は第２図の周波数スペクトルの0.5KHz
及び2.0KHzフオーマツトピークに対応する最大振幅であ
ることをお判り願いたい。このようにして、共振器40は
母音36の入力信号内に含まれるエネルギの周波数に対応
する周期性、すなわち信号54及び46を発生した。
好ましい帯域フイルタの振幅特性62を第５図に示す。
好ましい帯域フイルタの位相特性64を第６図に示す。各
帯域フイルタの鋭さは帯域フイルタのＱにより測定され
る。Ｑは帯域フイルタ応答の尖頭値から所与のdB量だけ
低い周波数により測定した帯域フイルタの帯域幅により
帯域フイルタの中心周波数を除算して決定される。この
ようにして、Ｑの値は特定dBに対するＱにより表わされ
なければならない。ピークから3dB低く測定されたフイ
ルタ応答の帯域幅は所与の周波数幅であり、且つその周
波数幅が中心周波数に分割されると、Ｑ（3dB）が得ら
れる。同様に、第５図の振幅曲線62上の10dB低下点にお
ける帯域幅を取り出すことによりＱ（10dB）が得られ
る。このようにして、Ｑの値が高いほど個々のフイルタ
鋭く同調されることが判る。また、所与のフイルタはそ
の対応するＱ（10dB）よりも大きな数値のＱ（3dB）を
有することが判る。本発明の目的上、共振器応答は不足
減衰するのが望ましい、すなわちＱ（3dB）は0.5よりも
大きくするのが望ましい。フイルタ応答はステツプもし
くはインパルス入力に対して発振応答するのが望まし
い。これをそのインパルス機能が発振性であるという。
第６図に示すように好ましくはフイルタの、位相特性は
フイルタの中心周波数以下の周波数に対しては正であ
り、中心周波数において鋭いゼロ遷移を有し、フイルタ
の中心周波数よりも高い周波数に対しては負である。こ
れは聴覚中央神経系の個々のニユーロンの特性をまねて
いる。
実施例において、個々の各共振器のＱは同じ中心周波
数で神経線維に対して実際に測定したＱと合致しなけれ
ばならない。このようなＱはキアング等により測定され
ている、MITリサーチモノグラフ35、ライブラリオブコ
ングレス6614345（1965）、“猫の聴覚神経の単線維の
デイスチヤージパターン”。キアング等が決定したＱ
（66）を第７図のグラフに示す。ここで、図示するＱ
（66）はＱ（10dB）値である。
第８図は本発明の人工聴覚器官68の実施例のブロツク
図である。マイクロフオン70が所与の聴覚信号を電気入
力信号12に変換する。電気入力信号12は切換可能なロー
カツトフイルタ72へ供給され、低周波ノイズ成分に対し
て随意ノイズ抑制を行う。外部感度制御を行う自動利得
制御器74は電気入力信号12のダイナミツクレンジを制限
する。プリエンフアシスフイルタ76がスピーチ信号に共
通な高周波信号成分を増幅する。利得素子、増幅器78が
内部信号損失を補償する。アンチエリアシングフイルタ
80が5KHzのナイキスト周波数よりも高い周波数による信
号の改悪を防止する。もう一つの利得素子、増幅器82が
再び内部損失を補償する。サンプルホールド回路84及び
アナログ／デジタル変換器素子86が信号をデジタル表現
に変換する。素子70,72,74,76,78,80,82,84及び86は従
来のものであり、同業者には公知である。素子72,74,7
6,78,80,82及び84はオプシヨナルであり、ここでは人工
聴覚器官68の実施例の一部として示してある。
デジタル信号処理装置10は第１図の信号処理装置10に
対応する。信号処理装置10は各々が異なる周波数中心を
通す複数、すなわち９個、の帯域フイルタ88A〜88Iを含
んでいる。実施例において、フイルタ88Aは0.5KHzの中
央周波数を有し、フイルタ88Bは0.5KHz、フイルタ88Cは
0.71KHz、共振器88Dは0.91KHz、フイルタ88Eは1.17KH
z、フイルタ88Fは1.5KHz、フイルタ88Gは1.94KHz、フイ
ルタ88Hは2.5KHz、フイルタ88Iは3.2KHzの中央周波数を
有している。フイルタ88A〜88Iは個々の出力が非線型装
置90A〜90Iへ通される。これら９個の非線型装置90A〜9
0Iの出力は次に加算器32へ供給され、そこで信号は互い
にデジタル加算されデジタル／アナログ変換器92により
アナログ信号へ変換し戻される。人工聴覚器官の任意公
知の伝達特性を補償するために逆フイルタ94が設けられ
ている。人間が適切な振幅調整を行えるように内部ボリ
ユーム制御器96が供給されており、次に信号が電極や電
極対98に与えられる。素子92,94,96及び98は従来の公知
のものである。素子94及び96はオプシヨナルである。実
施例において、マイクロフオン70はノーレスEA1934であ
り3dBダウンポイントは250Hzと8KHzである。実施例にお
いて、ローカツトフイルタ72は6dB/オクターブローカツ
トフイルタであり、患者が250Hzもしくは500Hzを選択可
能なコーナ周波数スイツチを有している。実施例におい
て、自動利得制御回路74はおよそ1mSのアタツク時間及
びおよそ2Sのリリース時間を有している。閾値は感度制
御器により決定される。実施例において、プリエンフア
シスフイルタ76は4KHzのコーナ周波数を有する6dB/オク
ターブ高域フイルタである。プリエンフアシスフイルタ
76はスピーチの長期スペクトル内の10〜12dB/オクター
ブ高周波ロールオフを一部補償するようにされており、
スピーチの高周波成分内に振幅分解能損失を低減する。
利得素子78、アンチエリアシングフイルタ80、利得素子
82、サンプルホールド素子84、アナログ／デジタル変換
器素子86、デジタル／アナログ変換器素子92、逆フイル
タ94、ボリユーム制御器96及び電極98は従来の素子であ
り、同業者には公知である。人工聴覚器官68の実施例に
おいて、フイルタ88A〜88Iはその指示された中央周波数
においてデジタル実施されている。実施例において、フ
イルタ88A及びフイルタ88Bは３に等しいＱ（10dB）を有
し、フイルタ88C,88D及び88Eは４に等しいＱ（10dB）を
有し、フイルタ88Fは５に等しいＱ（10dB）を有し、フ
イルタ88Gは６に等しいＱ（10dB）を有し、フイルタ88H
は７に等しいＱ（10dB）を有し、フイルタ88Iは８に等
しいＱ（10dB）を有している。全フイルタのデジタル実
施は第４次とするのが望ましい。このようなフイルタの
デジタル実施は、この目的及び機能で使用されてはいな
いが、従来の設計であり公知である。
非線型装置90A〜90Iの実施は入力フイツテイング及び
出力フイツテイングの関数である。各非線型装置は共振
器88A〜88Iから生じるある範囲の瞬時入力信号をそれぞ
れ、ある範囲の瞬時入力信号値へマツプする。マツピン
グ関数は第９図に示すように、線型領域100、一連の２
つの冪関数102及び104及び飽和関数106を有している。
入力値を飽和領域106もしくはいずれかの冪関数領域10
2,104へマツピングすることにより、任意の範囲の入力
値を所望の出力範囲へ圧縮することができる。出力範囲
は対象の電気的ダイミツクレンジへ適合される。入力範
囲も入力フツテイングの一部として設定されて所望範囲
のフイルタ出力値を出力範囲の圧縮領域、従つて対象の
電気的ダイナミツクレンジへマツプする。
出力範囲は３つの非線型パラメータＹ（min）108、Ｙ
（mid）110及びＹ（max）112を有する対象へ適合され
る。Ｙ（min）108は線型関数100と第１の冪関数102間の
境界を定義する。Ｙ（min）108は対象の知覚閾値、すな
わちそれ以下では対象が聴覚知覚しない値に設定され
る。Ｙ（max）112は第２の冪関数104と飽和関数106間の
境界を定義する。このようにして、Ｙ（max）112よりも
大きい出力値は発生されない。個々の対象に対するＹ
（max）112は個々の対象の不快な音量値と共に決定され
る。第１の冪関数102及び第２の冪関数104間の境界に対
応するＹ（mid）110はＹ（min）108＋0.66×量Ｙ（ma
x）112−Ｙ（min）108の値しとてで定義される。
各非線型装置90A〜90Iの入力ダイナミツクレンジは個
々のフイルタ88A〜88Iの出力において測定されるスピー
チの瞬時信号値の分布に適合される。Ｙ値108,110及び1
12を有する対応する座標対を定義する３つのパラメータ
Ｘ（min）114、Ｘ（mid）116及びＸ（max）118が非線型
性の適合に使用される。Ｘ値114、116及び118の適合に
２つのオプシヨナル手法を利用できる。
第１の好ましくない方法では、各フイルタ88からの瞬
時出力値分布の第95百分位数が処理されたスピーチの大
サンプルに対して計算される。Ｘ（max）118はこの値に
設定される。この値を使用して、個々のチヤネルに対す
るフイルタ出力の５％が飽和関数106へマツプされる。
次に、Ｘ（min）114がＸ（max）118よりも20dB低い値へ
設定され、Ｘ（mid）116はＸ（max）118とＸ（min）114
の中間に設定される。これらのパラメータは各チヤネル
に対して入力スピーチレベルのおよそ40〜50％を対象の
ダイナミツクレンジへマツプする。残りの50〜60％は線
型関数100の閾値もしくはそれよりも低いため、この方
法により超閾値成分を含む多数のチヤネルが混合され
る。このようにして、加算器32からの合成信号は多数の
周期性を示すことができる。
本発明において、“チヤネルドミナンス”法が利用さ
れ、ここではその信号が最も大きいと思われるフイルタ
88A〜88Iからの出力のみが非線型装置90A〜90Iを通過す
なわちゲートされ、従つて加算器32へゲートされ、その
ためその周期性は患者が知覚する閾値よりも高い出力信
号に存在する。このようにして、加算信号内に存在する
周期性の数が低減され、適正な周期性インタラクシヨン
も低減される。これはＸパラメータ114,116及び118の値
を増大してスピーチ入力信号の大きなパーセンテージを
線型関数100へマツプし、従つて患者の知覚値よりも低
くして達成される。このように使用する時には、最高振
幅すなわち優勢チヤネルのみが超閾値にある。
第11図及び第12図は代表的な信号処理装置内の２つの
代表的チヤネルの振幅分布を示す。記録されたスピーチ
マテリアルの大サンプルがコンピユータシミユレーシヨ
ンにより処理され計算が比較され第８図に示す人工聴覚
器官に含まれる全チヤネルがランク付けされる。第11図
は500Hzの中心周波数を有する第８図の信号処理装置10
のチヤネル４を表わす。水平軸は１のベースに対してデ
シベルで表わしたこのチヤネルのRMS値を表わしてい
る。縦軸はこのチヤネルが表示されたランクを有する時
間比率を表わしている。第11図の線301は信号処理装置
の全チヤネルの中で振幅に関して最高ランクチヤネルと
なる場合のみに対する500Hzの振幅を表わしている。同
様に曲線302はこのチヤネルの振幅が第２ランクとなる
場合のみに対する振幅を表わしている。対応な関係は50
0Hzチヤネルが最低ランクチヤネルである場合のみに対
する振幅を示す曲線310についても正しい。第11図に示
す分布から、500Hzチヤネルはランクと振幅間の偶発的
関連を示すことが判り、第11図に示すこの500Hzチヤネ
ルのような偶発的チヤネルにより、チヤネルは最高ラン
キングすなわち優勢チヤネルの中の一つとなりそうな場
合のみ励起されるようにチヤネル閾値を定義することが
できる。例えば、500dBに設定されたチヤネル閾値はチ
ヤネルが上位５チヤネルの中の一つであつた大概の場合
を含み、チヤネルが下位５チヤネルの中の一つであつた
大概の場合を除外することができる。
本例において、次に、Ｘ（min）114は50dBに設定され
る。Ｘ（max）118は残りの利用可能な信号のほとんど全
てを含むレベル、本例では70dBに設定される。Ｘ（mi
n）116はＸ（min）114とＸ（max）118の中点、すなわち
60dBに設定される。
第12図にもう一つの代表チヤネルを示し、このチヤネ
ルは中心周波数が178Hzに設定されているチヤネルであ
る。第12図のグラフは第11図のグラフからの表現に対応
している。再び、曲線311はこの個々のチヤネルが最高
ランキングチヤネルである場合の振幅を表わし、曲線31
2はこのチヤネルが第２ランキングである場合の振幅を
表わし、曲線313はそれが第３ランキングである場合で
あり、このようにして曲線320まで続く。第12図のチヤ
ネルにより示される挙動により、分布は偶発的ではな
い、すなわち振幅とランクとの間にはほとんど偶発的関
係のないことが判る。チヤネルが最高ランキングである
大概の場合が達成され且つ低ランキングである場合も達
成できるように閾値が設定されるデシベル値はない。第
12図に示すチヤネルのような非偶発性チヤネルは和から
完全に除外するか、和に完全に含むか、もしくは低下し
たレベルで含めることができ、こうして内含する同期性
による混乱の可能性が低減される。
Ｘ値114,116,118及びＹ値108,110,112を前記したよう
に決定して、非線型装置90の機能をデジタルに実施する
プログラムのフロー図を第10図示す。デジタルプログラ
ムがブロツク200で開始して個々の各チヤネルＡ−Ｉを
個別に順次実施する。個々の各チヤネルは互いに同じで
あるため、一つのチヤネル、すなわちＡチヤネルについ
てのみ記載する。ブロツク202によりデジタルフイルタ
が実施され、それはフイルタ88Aに対応している。この
デジタル実施は従来公知のものである。第１のチヤネル
に対して、ブロツク204のプログラムはブロツク202から
出力を取り出し、Ｘ値が線型関数100の範囲内であるか
どうかを決定することにより第９図の線型関数100を実
施する。イエスであれば、プログラムは一定値A1及びB1
を得てそれらを式A1×Ｘ（ｔ）＋B1に当てはめることに
より出力関数Ｙ（ｔ）を決定する。Ｘ（ｔ）の値が線型
関数100の範囲内でなければ、ブロツク206はＸ値が第１
の冪関数102の範囲内であるかどうかを決定する。イエ
スであれば、プログラムはテーブル内の値A2及びB2を探
索してそれを式Ｙ（ｔ）＝A2×Ｘ（ｔ）＋B2に当てはめ
ることによりＹ出力値を決定する。好ましくは、これは
複数の部分線型セグメントにより対数曲線を近似して達
成することができる。同様に、適切であればルツクアツ
プテーブルを使用してA3及びB3の値を求めて第２の冪関
数104がブロツク208において実施される。また、好まし
くは、対数曲線は線型セグメントにより近似することが
できる。最後に、Ｘ値Ｘ（ｔ）が飽和部の値内にあれ
ば、曲線は飽和しているため単に公知の定数を出力する
ことによりプログラムはブロツク212により飽和関数106
を実行する。次に、プログラムはデジタル信号処理装置
10内に含まれる個別の各チヤネルに対してこれらの個別
ブロツクの各々を繰り返す。
実施例において、第10図に示すプログラムが信号処理
装置10として形成され作動する集積回路上で実行され
る。この集積回路はテキサス州、ダラス、のテキサス
インスツルメンツ社製モデル320C10集積回路である。第
10図のプログラムにおいて、個別の各チヤネルから得ら
れる値が次にブロツク214においてデジタル加算されて
最終Ｙ（ｔ）が得られ、プログラムはブロツク216にお
いて終了して繰り返される。
人工聴覚器官120の別の実施例を第13図に示す。人工
聴覚器官120はマイクロホン70と自動利得制御回路74と
フイルタ76のプリエンフアシスと信号処理装置10を有す
る点において第８図の人工聴覚器官68に類似している。
信号処理装置10はフイルタ88A〜88Jへ電気入力信号を供
給する１個のアナログ／デジタル変換器86を含んでい
る。中心周波数はそれぞれ178Hz、250Hz、353Hz、500H
z、707Hz、1KHz、1.4KHz、2KHz、2.8KHz及び4KHzであ
る。各フイルタ88は個別に非線型装置90A〜90Jへ供給を
行う。フイルタ88及び非線型装置90は第８図に示すフイ
ルタ88及び非線型装置90と同様に作動する。しかしなが
ら、第11図の実施例において、個々の非線型装置の出力
は互いに加算される替りに個々にデジタル／アナログ変
換器92A〜92Jへ通される。また、１個のデジタル／アナ
ログ変換器92は時分割多重化を行なつて非線型装置90A
〜90Jへ接続することができる。個々の各デジタル／ア
ナログ変換器92A〜92Jの出力は個々の電流源122A〜122J
へ供給され、それらは個々に電極124A〜124Jへ供給を行
う。このようにして、個々の各フイルタ88A〜88Jが究極
的に個々の電極124A〜124Jへ供給を行う。このようにし
て、個々の電極、例えば電極124Aは１個のフイルタ、す
なわち共振器88Aの同期性のみを含む。電極124A〜124J
に供給を行うワイヤは経皮プラグ126を通るように図示
されている。電極124A〜124Jは第11図に１本のワイヤと
して示されているが、それらは１個の個別電極素子から
第２の個別電極素子へ電流を通さなければならないた
め、患者内では電極対として存在する。このようにし
て、電極124Aは蝸牛内に配置されるように設計されたワ
イヤ素子対を表わすことができる。また、電極124A〜12
4Jは個々の素子から（図示せぬ）１個の共通戻り電極へ
電流を通す１個の電極素子を表わすことができる。
蝸牛移植において人間を電気的に刺激するものとして
実施例を説明してきたが、本発明は補聴器等の音響刺激
にも応用できることをお判り願いたい。
非線型性及び／もしくはフイルタの所定特性が常に設
定されているものとして実施例を説明したが、ある事象
の発生時にはこれらの所定値は時々もしくは周期的に有
利に再計算することができしかも所定の間隔とすること
ができる。
本説明を通して、好ましくはフイルタ88は共振機とし
て機能する鋭同調、高Ｑ値フイルタであつた。しかしな
がら、本発明は鋭同調されておらず、高いＱ値を持たず
共振器としては機能しない帯域フイルタであつても有利
に作動することを認識且つ理解されたい。非線型装置90
のチヤネル優先選定はそれでも結果として生じる信号を
聴覚中央神経系へ供給するのを簡単化するように作動す
る。
このようにして、チヤネルドミナンスを使用した人工
聴覚器官の新しい信号処理装置を図示し説明してきた。
しかしながら、同業者であれば特許請求の範囲内で本発
明の形状や詳細をさまざまな変更、修正及び置換できる
ことを認識及び理解願いたい。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の信号処理装置の簡単化されたブロツク
図、第２図は母音“eh"の周波数スペクトルを示す図、
第３図は帯域フイルタの伝達関数を示す図、第４図は第
２図に示す刺激を与えた場合における時間領域帯域フイ
ルタの出力を示す図、第５図は好ましい帯域フイルタの
振幅特性を示す図、第６図は好ましい帯域フイルタの位
相特性を示す図、第７図は中心周波数の関数として描い
たさまざまな周波数に対するニユーロンの実際のＱを示
す図、第８図は本発明の人工聴覚器官の実施例のブロツ
ク図、第９図は非線型装置の代表的入出力関数を示す
図、第10図は第９図の非線型装置の定義の仕方を示すフ
ロー図、第11図は周波数関数としての相対優勢度のグラ
フ、第12図は周波数の関数としてのもう一つのチヤネル
の相対優勢度のグラフ、第13図は本発明の別の実施例の
ブロツク図である。 参照符号の説明 10……信号処理装置 14,16,18,40,88A〜88J……帯域フイルタすなわち共振器 26,28,30,90A〜90J……非線型装置 32……加算器 68,120……人工聴覚器官 70……マイクロフオン 72……ローカツトフイルタ 74……自動利得制御器 76……プリエンフアシスフイルタ 78,82……増幅器 80……アンチエリアシングフイルタ 84……サンプルホールド回路 86……A/D変換器 92,92A〜92J……D/A変換器 94……逆フイルタ 96……内部ボリユーム制御器 98,124A〜124J……電極 122A〜122J……電流源

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】人間に対して音響を表わすように設計され
    た電気的入力信号の信号処理装置であつて人工聴覚器官
    と一緒に使用するようにされた信号処理装置において、
    該装置は各々が異なる中心周波数を通し動作上前記電気
    的入力信号を受信するように接続され且つ各々がそれぞ
    れの中心周波数に関する前記電気的入力信号の聴覚成分
    を表わす濾波された信号を出力する複数個のフイルタを
    有し、前記複数個のフイルタの前記濾波された信号に個
    々に接続されて前記濾波された信号が所定値よりも高い
    場合に前記人間の知覚値よりも高レベルの出力信号を通
    す複数のゲート手段を有し、前記ゲート手段が接続され
    る前記濾波された信号のレベルが前記複数個の全てのフ
    イルタの前記濾波された信号の最大値を中の一つとなり
    そうな場合のみ前記出力が前記知覚値を越えて通過する
    ように前記所定値が個々に決定されており、前記出力信
    号の各々が前記人工聴覚器官で使用されるようにされて
    おり、従つて前記信号処理装置は所与の時点において前
    記複数のフイルタからの前記全ての濾波された信号の中
    のいくつかだけを通すことを特徴とする信号処理装置。
  2. 【請求項２】音響信号を受信し、前記音響信号を人間に
    とつて音響を表わす信号へ変換して送信するようにされ
    ている人工聴覚器官において、該器官は前記音響信号を
    受信して電気的信号へ変換するようにされているトラン
    スジユーサと、各々が異なる中心周波数を通し、各々が
    動作上前記電気的信号を受信するように接続され各々が
    それぞれの中心周波数に関する前記電気的信号の聴覚成
    分を表わす濾波された信号を出力する複数のフイルタ
    と、全出力信号を受信しそれを前記人間に供給できるよ
    うにされた形式で送信する接続手段を有し、前記複数の
    フイルタの前記濾波された信号に個々に接続され動作上
    前記接続手段に接続されて前記濾波された信号が所定値
    よりも高い場合に前記人間の知覚値よりも高レベルの出
    力信号を通過させる複数のゲート手段を有し、前記ゲー
    ト手段が接続される前記濾波された信号のレベルが前記
    複数の全てのフイルタの前記濾波された信号の最大値の
    中の一つとなりそうな場合のみ前記出力が前記知覚値を
    越えて通過するように前記所定値が個々に決定されてお
    り、前記出力信号の各々が前記人工聴覚器官で使用され
    るようにされていることを特徴とする人工聴覚器官。
  3. 【請求項３】音響を表わす聴覚信号を受信して人間の聴
    覚神経を刺激するようにされた電気信号を供給する人工
    聴覚器官において、該器官は前記聴覚信号を受信して電
    気入力信号へ変換するようにされたトランジユーサ手段
    と、動作上前記電気入力信号に接続され人間の正常に機
    能する蝸牛内の個々の位置における聴覚神経線維の正規
    の一時的神経デイスチヤージパターンを選択的に反復す
    る複数の電気信号を発生する発生手段と、前記個々の位
    置に対応する蝸牛内の選定聴覚神経部位を刺激する刺激
    手段と、前記複数のフイルタの前記濾波された信号に個
    々に接続され動作上前記刺激手段に接続されて前記濾波
    された信号が所定値よりも高い場合に前記人間の知覚値
    よりも高レベルの出力信号を通過させる複数のゲート手
    段を有し、前記所定値は前記ゲート手段に接続される前
    記濾波された信号のレベルが前記複数のフイルタの全て
    の前記濾波された信号の最大値の中の一つとなりそうな
    場合のみ前記出力が前記知覚値を越えて通過するように
    個々に決定されており、前記出力信号の各各が前記人工
    聴覚器官で使用されるようにされている人工聴覚器官。
  4. 【請求項４】請求項（１）の信号処理装置もしくは請求
    項（２）もしくは（３）記載の人工聴覚器官において、
    前記複数のゲート手段の各々の前記所定値は前記全ての
    濾波された信号のランクの偶発分布に基いている信号処
    理装置及び人工聴覚器官。
  5. 【請求項５】請求項（４）記載の信号処理装置もしくは
    人工聴覚器官において、前記複数のゲート手段はテーブ
    ルルツクアツプ機構により前記所定値を個々に使用する
    信号処理装置もしくは人工聴覚器官。
  6. 【請求項６】請求項（１）記載の信号処理装置もしくは
    請求項（２）もしくは（３）記載の人工聴覚器官におい
    て、前記ゲート手段の各々がさらに前記知覚閾値よりも
    高い前記濾波された信号に非線型性を導入する非線型装
    置を有する信号処理装置もしくは人工聴覚器官。
  7. 【請求項７】請求項（６）記載の信号処理装置もしくは
    人工聴覚器官において、前記非線型性は線型関数部、圧
    縮非線型関数部及び飽和関数部を有する信号処理装置も
    しくは人工聴覚器官。
JP63058126A 1987-03-13 1988-03-11 人工聴覚器官及び信号処理装置 Expired - Lifetime JP2664186B2 (ja)

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US07/025,524 US4813417A (en) 1987-03-13 1987-03-13 Signal processor for and an auditory prosthesis utilizing channel dominance
US025524 1987-03-13

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