JP3836849B2

JP3836849B2 - 補聴器

Info

Publication number: JP3836849B2
Application number: JP2004084947A
Authority: JP
Inventors: 慶太郎関根; 剛高原
Original assignee: Tokyo University of Science
Current assignee: Tokyo University of Science
Priority date: 2004-03-23
Filing date: 2004-03-23
Publication date: 2006-10-25
Anticipated expiration: 2024-03-23
Also published as: JP2005277556A

Description

本発明は、補聴器に関するもので、特に、補聴器における信号処理技術に関するものである。

従来から、補聴器においては、アナログ手法或いはＤＳＰを用いたデジタル手法により、内部の電気信号を処理することが一般に行われている。
これらの信号の処理に関する技術は、いろいろと提案されているが、これらは、信号の振幅を周波数に応じて処理する所謂フィルタリング処理、入力信号の振幅を圧縮、伸長する振幅領域に関する処理、さらには、これらの振幅処理を発展させて、出力の音圧が一定となるようなＡＧＣ（自動利得調整）処理などが知られている（特許文献１、特許文献２参照）。

また、可聴信号の代表であるアナログ信号を供給する入力手段と、入力手段からのアナログ信号を処理する信号処理手段と、信号処理手段からの信号を受信する出力手段とを有し、前記信号処理手段は、アナログ・デジタル変換器と、この変換器からのデジタル信号を処理する１つまたは複数のデジタル検出部及びデジタル信号処理部を含むデジタル信号処理手段とを備え、前記デジタル検出部は、デジタル信号中の１つまたは幾つかの音響学的現象の存在または不存在を検出し、その関数として前記デジタル信号処理部の動作を制御する補聴器の提案がある（特許文献３参照）。

一方、話者のしゃべる速度を電子的に伸張せしめ、もって、装着者の意味理解を助けることを目的とする信号処理機能を有する補聴器も提案されている。
この場合、話速の低下に伴う周波数の低下を補う目的で、信号の周波数を加工する処理（周波数シフト）は当然、必要となる。

特開２００３−７００９７号公報特開２００３−２６４８９２号公報特開平６−７５５９６号公報

しかしながら、聴覚生理、及び脳内における聴覚の機能は、きわめて複雑繊細であり、従来知られている上記したような信号処理だけを行った補聴器では、補聴器利用者の聴覚の補助手段として、いまだに不完全であり、所謂「補聴器が合わない」と言う問題があり、補聴器利用者に正常な聴感を与えることが難しかった。

この問題は、聴覚障害を持つ患者は、単に音声の振幅の周波数特性に欠陥を生じているとか、脳内における言語理解処理速度の低下によって、所謂「早口言葉」が理解できないと言ったような単純な要因によるものではなく、患者の脳内で異常現象が発生して、聴いている音声の周波数が異常に偏移したかのように聞こえる「ピッチシフト現象」が生じており、そのことが本質的原因であることが判明した。

また、このピッチシフト量の周波数依存性は、患者の病状によりさまざまであり、常に一定量の周波数だけシフトするもの（定差シフト）、或いは周波数に比例してシフト量が変化するもの（周波数比例型シフト）、さらには周波数の関数として与えられるようなシフト（関数型シフト）などが存在することが、判明している。

上記したピッチシフト量は、患者固有のもので、このピッチシフト量を考慮して補聴器を設計しなければ、このような障害を持つ患者に完全な聴感を与えることはできない。
然るに、従来技術による補聴器においては、この「ピッチシフト現象」を考慮したものは存在していない。

また、従来技術によるときは、補聴器の出力振幅の周波数特性を、個々の患者の聴能力の周波数特性に応じて調整することはあっても、補聴器の出力の周波数を偏移させるときは、個々の患者とは無関係に行っていた。これは、個々の患者のピッチシフト量という概念がなかったためである。

そこで、本発明は、補聴器の入力電気信号にピッチシフト処理技術を導入することによって、補聴器利用者の脳内に生じる聴覚的なピッチシフト分を、入力電気信号の周波数を人工的に逆方向に偏移させることにより補償し、従来の信号処理技術に基づく補聴器ではなし得なかった、正常な聴感を補聴器利用者に提供せんとするものである。

本発明は、上述した課題を解決するため、音響信号（これは正弦波の集合として捉えることができることが知られている）の各周波数成分に対して、アナログ回路技術もしくはデジタル信号処理技術を用いて周波数平面内における処理を行い、成分周波数ごとに適した周波数の移動（ピッチシフト）を施すことにより、より完全な聴感覚を補聴器利用者に与えることを可能にするものである。
すなわち、本発明は、音声を含む音響信号を入力電気信号に変換する入力部と、得られた入力電気信号にアナログ技術もしくはデジタル技術を用いて信号処理を行う信号処理部と、処理された信号を音響信号ないしは電気信号として外部に伝える出力部とを有する補聴器において、上記入力電気信号の周波数を補聴器利用者固有のピッチシフト量だけ偏移させるために、第１の周波数を有する第１の局部発振信号を発生する第１の局部発振信号発生器と、上記入力電気信号を上記第１の局部発振信号で変調する第１の平衡変調器と、上記第１の平衡変調器の出力のうち上方の側波帯のみを通過させる帯域フィルタと、上記第１の周波数と上記ピッチシフト量だけ周波数が異なる第２の周波数を有する第２の局部発振信号を発生する第２の局部発振信号発生器と、上記帯域フィルタの出力を上記第２の局部発振信号で変調する第２の平衡変調器とを有する、ピッチシフト信号処理部を備える補聴器である。

ここで、類似の概念として、周波数シフトがあるが、本発明で言うピッチシフトと、この周波数シフトの概念及び定義について、次に説明する。

ピッチとは、人間が感覚（聴感）として認識、判断した周波数であり、補聴器利用者の「聴感」と直接関与する量である。例えば、物理的な１０００ヘルツの音響を聴いたとき、正常者にあってはこれを１０００ヘルツのピッチとして認識するが、ある種の疾患をもつ人間においては、これを９５０ヘルツのピッチとして認識する。このようにある音を人間が聞き取って判断した周波数を、ピッチと定義する。

上記患者の症例では、聞こえた音のピッチを常に実際より５０ヘルツ低く認識しているのであるから、補聴器内において、入力電気信号の周波数を信号処理技術によって５０ヘルツ高めて１０５０ヘルツに変換すれば、上記患者はこれを再び１０００ヘルツのピッチの音と認識するので、正常な聴感を得ることが可能となる。
このように、本発明におけるピッチシフトとは、単なる物理的な信号処理課程において行われる周波数の偏移ではなく、聴感異常の補正を目的として行われる周波数偏移を示し、個々の補聴器利用者に固有なものである。

一方、周波数シフトは、信号の周波数を単に物理的に移動させることを意味している。一例を挙げれば、入力信号たる話者の話速を遅くすれば、物理学の法則により必然的に信号周波数の周波数は下方に偏移する。
これの現象を補償するために、もとの周波数に（上方に）偏移することを周波数シフトと言い、ある信号処理に伴って生じる現象を物理的に補償するために行う処理である。

以上に説明したように、本発明に係る補聴器は、従来技術と比較して、信号の周波数成分に補聴器利用者に固有のピッチシフトを施すことにより、従来の、単純な、周波数−振幅平面における処理、或いは信号の単なる時間軸平面における処理に比べ、補聴器利用者に、より完全な聴感を与えることが可能になる。

以下に、上記した本発明に係る補聴器の一実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

発明が解決しようとする課題の項で述べたように、現在製造されている補聴器が、必ずしも、すべての利用者に正しい聴感を与えない原因は、該補聴器において、ピッチシフト処理を行わないことにある。
本発明では、あらかじめ検査によって得られた補聴器利用者の器官内におけるピッチシフト量を補償するべく、逆方向にピッチをシフトすれば、課題は解決されることになる。このようなピッチシフトを行うための一実施例を、以下に述べる。

図１は、本発明に関わるピッチシフトを実現するための回路ブロック図である。
この図において、１は入力電気信号、２は第１の局部発振信号を発生する第１の局部発振信号発生器、３は上記入力電気信号を上記第１の局部発振信号で変調する第１の平衡変調器、４は上記第１の平衡変調器の出力のうち上方の側波帯（ＳＳＢ）のみを通過させる帯域フィルタ、５は第２の局部発振信号を発生する第２の局部発振信号発生器、６は上記帯域フィルタの出力を上記第２の局部発振信号で変調する第２の平衡変調器、７は上記平衡変調器からの出力電気信号である。

上記回路において、１に入力された信号（周波数を仮にＦ１とする）は、２で発生する第１の局部発振信号（周波数をＦ２とする）と、３の第１の平衡変調器によってＦ１＋Ｆ２及びＦ１−Ｆ２なる２つの成分からなる信号（両側波帯波＝ＤＳＢ）に変調される。そして、４の帯域フィルタにより、Ｆ１＋Ｆ２の信号のみが取り出され、この信号は、６の第２の平衡変調器により、５で発生する第２の局部発振信号（周波数はＦ３）と混合され、Ｆ１＋Ｆ２−Ｆ３なる信号に復元されて出力電気信号７となる。

もし、上記においてＦ２＝Ｆ３であれば、３の出力電気信号の周波数はＦ１であり、ピッチシフトは生じない。しかしながら、Ｆ２とＦ３を違えることによって、Ｆ２とＦ３の差に応じたピッチシフトが、この回路によって実現される。

ここで、Ｆ１は通常、可聴周波数の範囲である。Ｆ２−Ｆ３の値は、上記、補聴器利用者の聴感の補正に必要な、ピッチシフト量Ｆｄでなければならない。
すなわち、Ｆ２の周波数は固定であるが、Ｆ３を、例えば図２のような回路として、Ｆ２なる信号とＦｄなる信号の合成となるよう構成すれば、補聴器利用者に必要なピッチシフト量は、直接Ｆｄと等しくなるので、極めて容易に補聴器利用者に合ったピッチシフト量に調整できる。

図２は、必要なピッチシフト量を容易に変更、設定するための第２の局部発振信号（周波数はＦ３）の発生回路を示すブロック図である。
この図において、１０は上記第１の局部発振信号発生器６で発生する第１の局部発振信号Ｆ２と同一の周波数を持つ局部発振信号を発生する第３の局部発振信号発生器、１１は補聴器利用者の聴感の補正に必要なピッチシフト量Ｆｄと同一の周波数を持つ局部発振信号を発生する周波数可変式の第４の局部発振信号発生器、１２は上記第３の局部発振信号発生器及び第４の局部発振信号発生器で発生する信号を混合する周波数混合器、１３は上記周波数混合器の出力のうちいずれか所望の信号のみを通過させるフィルタ、１４は上記フィルタにより選択された出力局部発振信号である。

上記回路において、第１の局部発振信号発生器６と同じ周波数（Ｆ２）を持つ第３の局部発振信号発生器１０の出力と、得ようとするピッチシフト量（Ｆｄ）に等しい周波数を持つ第４の局部発振信号発生器１１の出力とを、周波数混合器１２において混合すると、Ｆ２＋Ｆｄ及びＦ２−Ｆｄなる２種類の信号を得られる。この２種類の信号のうち、１３のフィルタによりいずれか所望の周波数の信号を選択することにより、出力局部発振信号１４は、Ｆ２＋Ｆｄ、或いはＦ２−Ｆｄのいずれかとなる。

この図２に示す回路から発生する出力局部発振信号１４を、図１に示す第２の局部発振信号発生器５から発生する第２の局部発振信号（周波数はＦ３）とすることにより、図１のＦ２−Ｆ３の式から、得られるシフト量はＦ２−（Ｆ２＋Ｆｄ）＝−Ｆｄ、或いはＦ２−（Ｆ２−Ｆｄ）＝Ｆｄとなり、１１の第４の局部発振信号発生器から発振される周波数に等しくなり、この周波数可変式の第４の局部発振信号発生器１１により、ピッチシフト量を容易に変更、設定することができるものとなる。

ここで、補聴器利用者の病状により、可聴周波数帯域の各部分で、異なるピッチシフト量が必要である場合は、フィルタを設置して、上記図１における入力電気信号１を必要な複数の帯域に分割したうえで、複数設置された上記構成の回路ブロックに、それぞれ分割した信号を入力し、これらの各出力電気信号７を加算することにより、所要の特性を実現することができる。この場合、５で発生する上記第２の局部発振信号Ｆ３は、帯域ブロックごとに異なるものとなる。

また、補聴器利用者の病状の変化、例えば年齢と共にピッチシフト量が変化するような場合に対処するため、ピッチシフト量を格納する記憶部を補聴器に設け、後日、該記憶部に記憶されたピッチシフト量を変更し得るように構成し、この変更したピッチシフト量によって、上記した信号処理が行なわれるようにすることもできる。

以上、本発明に係る補聴器における信号処理技術の実施の形態を説明したが、本発明は、何ら既述の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の技術的思想の範囲内において、種々の変形及び変更が可能であることは当然である。

本発明に係る補聴器におけるピッチシフトを実現する回路の一実施例を示したブロック図である。本発明に係る補聴器における必要なピッチシフト量を容易に変更、設定するための第２の局部発振信号の発生器（図１の第２の局部発振信号発生器５の詳細）の一実施例を示したブロック図である。

符号の説明

１入力電気信号
２第１の局部発振信号発生器
３第１の平衡変調器
４帯域フィルタ
５第２の局部発振信号発生器
６第２の平衡変調器
７出力電気信号
１０第３の局部発振信号発生器
１１第４の局部発振信号発生器
１２周波数混合器
１３フィルタ
１４出力局部発振信号
Ｆ１入力電気信号の周波数
Ｆ２第１の局部発振信号発生器からの出力信号の周波数
Ｆ３第２の局部発振信号発生器からの出力信号の周波数
Ｆｄピッチシフト量

Claims

音声を含む音響信号を入力電気信号に変換する入力部と、得られた入力電気信号にアナログ技術もしくはデジタル技術を用いて信号処理を行う信号処理部と、処理された信号を音響信号ないしは電気信号として外部に伝える出力部とを有する補聴器において、上記入力電気信号の周波数を補聴器利用者固有のピッチシフト量だけ偏移させるために、第１の周波数を有する第１の局部発振信号を発生する第１の局部発振信号発生器と、上記入力電気信号を上記第１の局部発振信号で変調する第１の平衡変調器と、上記第１の平衡変調器の出力のうち上方の側波帯のみを通過させる帯域フィルタと、上記第１の周波数と上記ピッチシフト量だけ周波数が異なる第２の周波数を有する第２の局部発振信号を発生する第２の局部発振信号発生器と、上記帯域フィルタの出力を上記第２の局部発振信号で変調する第２の平衡変調器とを有する、ピッチシフト信号処理部を備えることを特徴とする、補聴器。
上記第２の局部発振信号発生器が、上記第１の局部発振信号発生器の出力である上記第１の周波数と同じ周波数を有する第３の局部発振信号を発生する第３の局部発振信号発生器と、上記ピッチシフト量と同じ周波数を有する第４の局部発振信号を発生する第４の局部発振信号発生器と、上記第３と上記第４の局部発振信号発生器の出力を混合する周波数混合器と、上記周波数混合器の２つの出力のうちの一方の出力のみを通過させるフィルタとを備えたことを特徴とする、請求項１に記載の補聴器。
上記入力電気信号が複数の周波数帯域に分割され、各周波数帯域に対応する上記ピッチシフト量によって分割された各入力電気信号が各々信号処理されることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載の補聴器。