JP3284968B2 - 話速変換機能を有する補聴器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、老齢化等により
衰えた聴覚機能を補助する補聴器に関し、特に取り込ん
だ音声信号を時間軸上で伸長する話速変換処理を行っ
て、装用者にゆっくり、はっきり聴かせる話速変換機能
を有する補聴器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、聴力が低下した人物の聴覚機
能を補助するものとして補聴器が使用されている。とこ
ろで、聴力の低下が老齢化による場合等では、最小可聴
信号レベルの上昇や高音域の聴取機能の低下のみならず
音声識別臨界速度（音声を識別することができる最大の
話速）も低下しており、このような人物には、単に音声
の増幅や周波数特性のみ加工するだけではなく、時間特
性も同時に加工することが望ましい。このため、最近で
は取り込んだ音声信号を時間軸上で伸長する話速変換処
理を行って、この補聴器の装用者にゆっくり、はっきり
聴かせることができる補聴器が考えられている。

【０００３】音声信号を時間軸上で伸長させる技術とし
ては、「高品質話速変換型受聴システム」ＮＨＫ放送技
術研究所（日本音響学会聴覚研究会資料Ｈ−９２−５
４：１９９２年１１月２０日）に記載されているものが
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、人間が会話
をする場合には、自己が発する声を聞きながら次の声の
発声タイミングを計るなど、自己の発する声を聴取する
ことによるフィードバック処理を無意識に行っているも
のである。

【０００５】ところが、上記従来の話速変換機能を有す
る補聴器では、装用者自身が発した声も話速変換処理を
されたのち、装用者に聴取される構成になっているた
め、話速変換機能を有する補聴器を装着している者は、
話速変換処理により遅延された自己の声を聴いて次の発
声にフィードバックをかけることになる。しかし、遅延
された自分が発した声を聴いて次の発声にフィードバッ
クをかけると、正常に発声を行うことができなくなると
いう問題点があった。

【０００６】この発明の目的は、取り込んだ音声が装用
者が発した声かどうかを識別して、装用者が発した声で
あるときには話速変換処理を行わないで出力する補聴器
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、取り
込んだ音声信号を時間軸上で伸長する話速変換手段を備
えた補聴器において、装用者の音声信号の特徴情報を記
憶する特徴記憶手段と、該特徴情報に基づいて取り込ん
だ音声信号が装用者の発した音声であるかどうかを識別
する音声識別手段と、前記音声識別手段で装用者の音声
であることを識別したときには、前記話速変換手段を禁
止する話速変換禁止手段と、を備えたことを特徴とす
る。

【０００８】請求項２の発明は、取り込んだ音声信号を
時間軸上で伸長する話速変換手段を備えた補聴器におい
て、装用者の音声信号を入力し、該音声信号の特徴情報
を抽出する特徴抽出手段と、抽出された特徴情報を記憶
する特徴記憶手段と、該特徴情報に基づいて取り込んだ
音声信号が装用者の発した音声であるかどうかを識別す
る音声識別手段と、前記音声識別手段で装用者の音声で
あることを識別したときには、前記話速変換手段を禁止
する話速変換禁止手段と、を備えたことを特徴とする。

【０００９】この発明の話速変換機能を有する補聴器に
おいては、装用者の音声信号の特徴情報を特徴記憶手段
に記憶している。請求項２の発明では、装用者の音声信
号を入力してその音声信号の特徴情報を抽出し、これを
特徴記憶手段に記憶する。

【００１０】そして、取り込んだ音声信号をこの特徴情
報に基づいて判断することにより、装用者が発した声で
あるかどうかを識別する。この識別において、取り込ん
だ音声が、装用者の発した声であると識別すると、この
取り込んだ音声信号に対して話速変換処理を行わずに出
力する。

【００１１】したがって、補聴器は取り込んだ音声信号
が装用者が発した声である時には話速変換処理を行わず
にこの音声信号を出力し、取り込んだ音声信号が装用者
が発した声でない時には話速変換処理を行ってこの音声
信号を出力する。よって、補聴器の装用者は、話速変換
されていない自分の発した声を聴いて次の発生にフィー
ドバックをかけるので、次の発声を正常に行うことがで
きる。また、話速変換処理された他人が発した声を聴く
ことになるので、これをゆっくり、はっきり聴くことが
できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図面を参照してこの発明の実施形
態である話速変換機能を有する補聴器の構成について説
明する。図１〜図５は、話速変換機能を有する補聴器に
おいて、自己発話時に話速変換を禁止する技術を説明す
る図である。

【００１３】図１は、話速変換機能を有する補聴器の構
成を示すブロック図である。この補聴器は、マイクロホ
ン１から入力された音声信号が装用者が発した声の信号
であるか否かを判断し、装用者が発した声の場合には、
増幅のみして出力し、装用者以外の者が発した声の場合
にはこの音声信号を時間的に伸長して出力することによ
り装用者に聞きやすくしている。話声の信号を時間的に
伸長する場合、単に均一に伸長するのみでは自然な話声
にすることができない。これは人がゆっくり話す場合、
発音の間隔すなわち無音区間が長くなるとともに母音の
発音時間が多少長くなるが、子音の発音時間は殆ど変化
しないからである。したがって、この補聴器では、無音
区間と母音区間（有声音区間）は伸長し、子音区間（無
声音区間）は伸長せずに出力することで自然な話声の伸
長を実現している。なお、無音区間と母音区間はそれぞ
れ個別に伸長する倍率を設定することができる。

【００１４】図１において、補聴器は、マイクロホン
１，アンチエリアシングフィルタ２，Ａ／Ｄ変換回路３
からなる入力部、ＤＳＰ回路１２，メモリ回路１３から
なる信号処理部６、Ｄ／Ａ変換回路７，ローパスフィル
タ８，イコライザ９，アンプ１０，レシーバ１１からな
る出力部、クロックジェネレータ４，サンプリングクロ
ック発生回路５からなるクロック回路、および、マイク
ロホン１で受信した音声信号が装用者が発した声である
かどうかを識別する話者識別部１４からなっている。

【００１５】マイクロホン１は空気振動を音声信号とし
て取り込みこれをアナログの電気信号に変換して出力す
る。アンチエリアシングフィルタ２は、いわゆるローパ
スフィルタであり、Ａ／Ｄ変換回路３のＡ／Ｄ変換にと
もなう歪みの発生を防止するため、前記マイクロホン１
から入力されるアナログ信号からＡ／Ｄ変換回路３のサ
ンプリング周波数（ｆ＝１６ｋＨｚ）の１／２である８
ｋＨｚ以上の高音域をカットする。Ａ／Ｄ変換回路３
は、アンチエリアシングフィルタ２で高音域をカットさ
れたアナログ信号をディジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ
変換回路３のサンプリング周波数は上述したように１６
ｋＨｚであり、この周波数のサンプリングクロックはサ
ンプリングクロック発生回路５から与えられる。サンプ
リングクロック発生回路５は、クロックジェネレータ４
が発生する高速のクロック信号（数十メガＨｚ）を分周
して上記サンプリングクロックを生成する。クロックジ
ェネレータが発生する高速のクロック信号はＤＳＰ回路
１２の動作クロックとして供給される。

【００１６】信号処理部６は、前記Ａ／Ｄ変換回路３か
ら入力されたディジタル信号に対して伸長処理等の話速
変換処理を行う回路であり、マイクロプログラムにより
音声信号の切り出しや切り出された音声信号のうち有声
音部を伸長するなどの処理を行う。Ｄ／Ａ変換回路７
は、信号処理部６で処理されたディジタル信号をアナロ
グ信号に変換する。ローパスフィルタ８は、８ｋＨｚの
カットオフ周波数を有しＤ／Ａ変換回路７の出力したア
ナログ信号から折り返しノイズを除去する。このアナロ
グ信号はイコライザ９に入力され、中高音域の信号レベ
ルをブーストするなど装用者の聴力に合わせて周波数特
性を変換される。イコライザ９から出力された信号はア
ンプ１０で十分なパワーの信号に増幅されたのちレシー
バ１１に入力される。なお、イコライザ９を設けずにこ
の処理をＤＳＰ回路１２で行うようにしてもよい。レシ
ーバ１１は、装用者の耳に装着されるものであり、入力
されたアナログ信号を空気振動に変換して装用者の外耳
道に放出する。

【００１７】マイクロホン１から音声信号が入力される
と、この信号はアンチエリアシングフィルタ２を介して
Ａ／Ｄ変換回路３でディジタル信号に変換されＤＳＰ回
路１１に入力される。同時にこの音声信号が装用者自身
の発した声であるか否かが話者識別部１４で識別され
る。話者識別部１４が装用者の発した声でない、すなわ
ち、装用者以外の者の発した声であると識別した場合に
は、ＤＳＰ回路１２は入力されたディジタル信号の時間
的伸長を行う。この伸長処理については図２のフローチ
ャートの説明において詳述する。伸長されたディジタル
信号はＤ／Ａ変換回路７でアナログ信号に変換され、ロ
ーパスフィルタ８，イコライザ９，アンプ１０で折り返
しノイズの除去，イコライジング，増幅が施されたのち
レシーバ１１から放音される。

【００１８】一方、話者識別部１４が入力された音声信
号が装用者自身の発した声であると判断した場合には、
ＤＳＰ回路１２は入力されたディジタル信号の伸長を行
わずそのままＤ／Ａ変換回路７に出力する。これによ
り、装用者自身の発した声はイコライジングおよび増幅
はされるが、時間的な伸長は行わずにレシーバ１１から
放音されることになる。

【００１９】図２は、同補聴器の信号処理を示すフロー
チャートである。マイクロホン１で取り込まれた音声信
号は、アンチエリアシングフィルタ２で高音域をカット
されＡ／Ｄ変換回路３でディジタル信号に変換される
（ｎ１）。このディジタル信号は、ＤＳＰ回路１２を介
して順次メモリ回路１３に取り込まれる（ｎ２）。メモ
リ回路１３に１フレームとして定められたＮ個のデータ
を記憶するとともに、話者識別部１４で話者が装用者で
あるかどうかを識別する（ｎ３）。ここで話者が装用者
でないと識別すると、メモリ回路１３に記憶しているデ
ータに対して話速変換処理を行い（ｎ４〜ｎ１２）、話
速変換処理を行ったディジタルデータをＤ／Ａ変換回路
７に出力する。一方、話者が装用者であると識別すると
話速変換処理を行わず、入力されたディジタル信号をＤ
／Ａ変換回路７に出力する。

【００２０】ここで、ｎ４〜ｎ１２の話速変換処理につ
いて説明する。まず、このフレームが音声区間であるか
無音区間であるかを判断する。このため、メモリ回路１
３に記憶されているフレームデータ（Ｎ個のサンプリン
グデータ）の短時間平均音声パワーＥ１を求める（ｎ
４）。短時間平均音声パワーＥ１とは、フレーム区間内
の各データを２乗した値の総和をＮ分の１した値であ
る。この短時間平均音声パワーＥ１と予め設定されてい
る閾値Ｐ１とを比較し、Ｅ１＞Ｐ１のとき音声区間と判
定しＥ１＜Ｐ１のとき無音区間と判定する（ｎ５）。

【００２１】ｎ５で音声区間であると判定すると、この
データの周波数ｆｚを算出する（ｎ６）。周波数ｆｚは
このフレームデータの零交差回数から抽出する。そし
て、この周波数の分析を行って有声音または無声音どち
らであるかを識別する（ｎ７）。ここで、有声音は主と
して母音であり、無声音は主として子音である。このた
め、有声音に含まれる周波数と無声音に含まれる周波数
は、おおむね無声音が高く有声音が低い。したがって、
零交差回数が少ない場合（周波数が低い場合）には有声
音であり、零交差回数が多い場合（周波数が高い場合）
無声音であると識別することができる。この実施形態で
は、零交差回数から求めた周波数ｆｚが予め設定されて
いる閾値周波数ｆｚ１と比較し、ｆｚ＞ｆｚ１のとき無
声音区間と識別し、ｆｚ＜ｆｚ１のとき有声音区間と識
別するようにした。

【００２２】ｎ７で有声音区間であると識別された場
合、フレームデータを適当な窓幅で切りだし、自己相関
関数を求める（ｎ８）。そして、この求めた自己相関関
数からピッチ周期を求め（ｎ９）、区間の開始点に最も
近い正の微分係数を持つ零交差点を開始点とし、ピッチ
区間長後の次のピッチ区間の開始点の一つ前のデータを
終了点として伸長用波形を切り出す（ｎ１０）。そし
て、次のデータとして切りだし開始点からピッチ区間長
分のデータを接続することで、波形を繰り返す（ｎ１
１）。一方、ｎ７で無声音区間であると識別した場合に
はｎ８〜ｎ１１の処理を行わずに出力する。すなわち、
母音区間に対しては予め設定されている倍率で伸長処理
を行い、子音区間に対しては伸長処理を行わない。

【００２３】また、ｎ５で無音区間であると識別した場
合には予め設定されている長さの無音区間を挿入する
（ｎ１２）。

【００２４】このように処理することにより、補聴器
は、他人が発した声を話速変換処理して出力し、装用者
が発した声を話速変換処理しないで出力する。よって、
補聴器の装用者は、次の発声を正常に行うことができる
とともに、他人が発した声に対してはゆっくり、はっき
り聴くことができる。

【００２５】ここで、ｎ３での話者が装用者であるかど
うかを識別する処理を詳細に説明する。

【００２６】最初に、固体伝搬音を利用して話者が装用
者であるかどうかを識別する方法を説明する。

【００２７】図３は、固体伝搬音を利用して話者を識別
する話者識別部の構成を示す図である。話者識別部１４
は、加速度センサや圧力センサ等の直接接触している物
体の振動や機械的変化を検出する骨伝導マイク２１と、
骨伝導マイク２１の出力を増幅する増幅器２２と、比較
データを記憶する比較データ記憶回路２３と、前記増幅
器２２の出力と前記比較データとを比較する比較器２４
とを備えている。

【００２８】骨伝導マイク２１は、補聴器の耳穴に挿入
される部分に装着されている。装用者に装着した状態の
時に、骨伝導マイク２１は装用者の外耳道内壁に直接ま
たは保持する構造物を通じて接触するように取り付けら
れている。骨伝導マイク２１は装用者の発声によって生
じる外耳道内壁の振動を検出して、これを電気信号に変
換して出力する。この信号は、増幅器２２によって増幅
される。この増幅器２２の増幅率は、予め設定されてい
る。この増幅器２２で増幅された信号と、比較データ記
憶回路２３に記憶している比較データとが比較器２４で
比較される。比較器２４は、この比較で増幅器２２で増
幅された信号が比較データよりも大きい時には、話者が
装用者であることを示す信号を出力し、その他の場合に
は話者が装用者でないことを示す信号を出力する。信号
処理部６は、入力された信号が話者が装用者である旨の
信号であった場合、マイクロホン１で取り込んだ音声信
号に対して話速変換処理をせずそのままＤ／Ａ変換回路
７に出力する。

【００２９】図４は空間伝搬音から話者が装用者である
かどうかを識別する構成を示す図である。この回路で
は、装用者の発する声を検出するための話者識別マイク
３１を用いている。話者識別マイク３１は、例えば、イ
ヤホン型で装用者の耳に挿入して装用者の声を大きく検
出するようにされているが、他の音声であっても大きい
音声であればこのマイクによって検出される。これを装
用者の声と誤認しないようにこの回路は以下の構成にな
っている。

【００３０】図４において、話者識別マイク３１が取り
込んだ音声信号は増幅器３３で増幅され、マイクロホン
１で取り込んだ音声信号は増幅器３２で増幅される。増
幅器３２が出力する信号Ｂと増幅器３３が出力する信号
Ａとを比較器３４で比較する。増幅器３２、３３の増幅
率は、それぞれマイクロホン１、話者識別マイク３１を
取り付ける位置に応じてそれぞれ個別に決定されてい
る。比較器３４は信号Ａが信号Ｂよりも大きい時には、
話者が装用者であることを示す信号を出力する。ＤＳＰ
回路１２はこの信号が入力されたときマイクロホン１か
ら取り込んだ音声信号に対する話速変換処理を禁止す
る。

【００３１】以上の構成により、装用者以外が発した音
声が大きくなり、話者識別マイク３１が大きく取り込ん
でも、これを装用者の声と誤認することがなくなる。

【００３２】図４は、アナログ回路で信号Ａと信号Ｂと
を比較しているが、ＤＳＰ回路１２の機能を用いてこの
比較を行うこともできる。この場合には、話者識別マイ
ク３１の出力信号をＡ／Ｄ変換してＤＳＰ回路１２に入
力するとともに、図５に示す動作を行う。まず、話者識
別マイク３１で受信した信号Ａとマイクロホン１で取り
込んだ信号Ｂを所定の係数で増幅したのち（ｎ２１、ｎ
２２）、増幅された信号Ａとを比較する（ｎ２３）。信
号Ａ，Ｂに対する係数はそれぞれマイクロホン１、話者
識別マイク３１を取り付ける位置に応じてそれぞれ個別
に決定されている。比較の結果信号Ａが信号Ｂよりも大
きい時には、話者が装用者であると判断し（ｎ２４）、
その他の場合には話者が装用者でないと判断する（ｎ２
５）。このようにすることで、装用者以外の人物の発生
が極めて大きい場合でも、正確に話者を識別することが
できる。信号処理部６では、この信号に基づいて上記し
た話速変換処理を禁止する。

【００３３】次に、装用者の発する声の特徴を記憶し
て、入力された音声信号の特徴からこの信号が装用者の
声であるか否かを判断するこの発明の実施形態である話
速変換機能を有する補聴器について説明する。

【００３４】図６は同補聴器のブロック図である。この
実施形態において図１に示した補聴器と構成において異
なる点は、話者識別部１４を備えていない点およびメモ
リ回路１３に装用者が発した音声の特徴を記憶する装用
者音声特徴記憶エリア１３ａを備えている点で異なる。

【００３５】また、この補聴器の動作において上記実施
形態と異なる点は、話者が装用者であるかどうかを識別
する処理が異なるだけで、その他の処理（話速変換処理
等）については同一である。ここでは、話者が装用者で
あるかどうかを識別する処理のみ説明し、その他の動作
については説明を省略する。

【００３６】図７は、この実施形態の話者識別処理を示
すフローチャートである。補聴器の装用者は事前に自分
が発した声の特徴を装用者音声特徴記憶エリア１３ａに
記憶させている（図７（Ａ）参照）。この、装用者音声
特徴記憶エリア１３ａに自分が発した声の特徴を記憶さ
せるには、補聴器を登録モードに切り換えてマイクロホ
ン１に装用者が自分の声を取り込ませる（ｎ３１）。こ
の音声信号はアンチエリアシングフィルタ２を通過し、
Ａ／Ｄ変換回路３でディジタル信号に変換されて信号処
理部６に送られる。信号処理部６では、ＤＳＰ回路１２
がこの信号の線形予測分析を行い（ｎ３２）、装用者で
ある人物の発した音声の特徴を抽出する（ｎ３３）。そ
して、この抽出した音声の特徴を装用者音声特徴記憶エ
リア１３ａに記憶する（ｎ３４）。

【００３７】通常モードの時（使用状態の時）には（図
７（Ｂ）参照）、補聴器はマイクロホン１で音声信号を
取り込むと（ｎ４１）、この取り込んだ音声信号を上記
と同じ経路で信号処理部６に入力する。信号処理部６で
は、ＤＳＰ回路１２がこの信号の線形予測分析を行い
（ｎ４２）、この音声信号の特徴を抽出する（ｎ４
３）。そして、装用者音声特徴記憶エリア１３ａに記憶
している音声の特徴と、ｎ４３で抽出した音声の特徴と
を比較し、類似点を評価する。この評価における評価点
が予め設定されている値よりも大きい場合には、話者が
装用者であると識別し、評価点が予め設定されている値
よりも小さい場合には、話者が装用者でないと識別す
る。

【００３８】なお、話者識別部１４をスイッチで構成
し、装用者自身に識別信号を入力させるようにしてもよ
い。例えば、信号処理部６を該スイッチがオンしている
間話速変換処理を禁止する構成にすれば、装用者は自分
が話している間だけこのスイッチをオンすることにより
この発明の機能を実現することができる。また逆に、信
号処理部６をスイッチがオフしている間話速変換処理を
禁止する構成にした場合には、装用者は自分が話してい
る間だけこのスイッチをオフすればよい。なお、このス
イッチは、補聴器の動作を停止させるためのメインスイ
ッチではなく、話速変換処理を許可／禁止するスイッチ
であり、話速変換処理が禁止されている間でもマイクロ
ホン１から入力された音声信号は増幅されてレシーバ１
１から出力される。

【００３９】以上説明したように、補聴器は取り込んだ
音声信号が装用者が発した声である時には話速変換処理
を行わずにこの音声信号を出力し、取り込んだ音声信号
が装用者が発した声でない時には話速変換処理を行って
この音声信号を出力する。よって、補聴器の装用者は、
話速変換されていない自分の発した声を聴いて次の発生
にフィードバックをかけるので、次の発声を正常に行う
ことができる。また、話速変換処理された他人が発した
声を聴くことになるので、これをゆっくり、はっきり聴
くことができる。

【００４０】なお、請求項２の発明を上記実施形態に対
応させて具体化すると以下のようになる。音声識別手段
は、装用者の発した声を線形分析して特徴を抽出して記
憶する装用者音声記憶手段と、取り込んだ音声信号を線
形分析して特徴を抽出する特徴抽出手段と、前記特徴抽
出手段で抽出した特徴と前記装用者音声記憶手段に記憶
している特徴を比較して類似点から取り込んだ信号が装
用者が発した音声であるかどうかを識別する手段であ
る。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、装用
者の音声信号の特徴に基づいて装用者の発声を識別する
ことができるため、話者識別マイクなどを別途装用しな
くても、装用者の発声を識別し、装用者が発した声には
話速変換を行わず、他人が発した声に対しては話速変換
を行う。したがって、補聴器の装用者は、話速変換され
ていない自分の発した声を聴くことができるので、次の
発声を正常に行うことができる。また、他人が発した声
をゆっくり、はっきり聴くことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】話速変換機能を有する補聴器の構成を示すブロ
ック図

【図２】同補聴器の信号処理を示すフローチャート

【図３】固体伝搬音を利用して話者を識別する話者識別
部の構成を示す図

【図４】空気伝搬音を利用して話者を識別する話者識別
部の構成を示す図

【図５】空気伝搬音を利用して話者を識別する処理を示
すフローチャート

【図６】この発明の実施形態である話速変換機能を有す
る補聴器の構成を示すブロック図

【図７】この発明の実施形態の話者識別処理を示すフロ
ーチャート

【符号の説明】

１…マイクロホン、６…信号処理部、１２−ＤＳＰ回
路、１３−メモリ回路、１３ａ…装用者音声特徴記憶エ
リア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04R 25/00 G10L 21/04

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 取り込んだ音声信号を時間軸上で伸長す
   る話速変換手段を備えた補聴器において、 装用者の音声信号の特徴情報を記憶する特徴記憶手段
   と、該特徴情報に基づいて取り込んだ音声信号が装用者
   の発した音声であるかどうかを識別する音声識別手段
   と、前記音声識別手段で装用者の音声であることを識別
   したときには、前記話速変換手段を禁止する話速変換禁
   止手段と、を備えたことを特徴とする話速変換機能を有
   する補聴器。
2. 【請求項２】 取り込んだ音声信号を時間軸上で伸長す
   る話速変換手段を備えた補聴器において、 装用者の音声信号を入力し、該音声信号の特徴情報を抽
   出する特徴抽出手段と、抽出された特徴情報を記憶する
   特徴記憶手段と、該特徴情報に基づいて取り込んだ音声
   信号が装用者の発した音声であるかどうかを識別する音
   声識別手段と、前記音声識別手段で装用者の音声である
   ことを識別したときには、前記話速変換手段を禁止する
   話速変換禁止手段と、を備えたことを特徴とする話速変
   換機能を有する補聴器。