JP3868422B2 - 補聴器および音声信号の処理方法 - Google Patents

Description

この発明は，補聴器および音声信号の処理方法に関する。この発明は，特に，非常に低い音声レベルにおいて作用する圧縮器(compressor)を有する補聴器に関する。この発明は，さらに，定常的音響環境において突発的な音が発生したことを使用者に警告する補聴器に関する。

この明細書中において用いられる場合，補聴器とは，一般に，音響入力信号を第１の電気信号に変換する入力トランスデューサと，前記第１の電気信号に基づいて第２の電気信号を発生させる信号処理装置と，前記第２の信号を音に変換する出力トランスデューサと，前記信号処理装置にエネルギーを供給する電池とを有する装置からなるものとして理解される。

一般に，補聴器は，入力および出力トランスデューサと，電池と，信号処理装置とを保持するハウジングを有する。このハウジングは，身体，すなわち耳の後ろ，耳の中または耳管内に装着されるようになっており，出力トランスデューサの出力は，補聴器の技術分野において周知の方法で鼓膜へと導かれる。前記処理装置は，一般に，電気信号を処理して，その結果として得られる音響出力信号により使用者の聴覚障害を補償するようになっている。

米国特許第４，７７７，４７４号は，警報状態の検出に基づいて携帯装置に信号を送信するようになっている基地局無線送信器を含む聴覚障害者用警報システムを提供している。この携帯装置は，通常の補聴器の全てのパーツとともに，基地局によって送信される信号を受信する無線受信器を含む。

国際特許第９９／３４６４２号は，入力音声レベルおよび／または出力音声レベルを検出するとともに，検出された音声レベルに応じて，補聴器によって供給される出力音声レベルが，出力音声レベルの実際の所望の値となるように，補聴器の利得を制御するように働く自動利得制御を備えた補聴器を開示している。この利得制御は，入力音声レベルの増大時および低下時のそれぞれにおいて，アタックタイムとリリースタイムのそれぞれを用いて利得を実際の所望の値に調整するように働く。アタックタイムとリリースタイムは，検出された音声レベルに応じて調整され，高い入力および／または出力音声レベル時においては速い利得調節により比較的短い時間間隔とされ，低い入力および／または出力音声レベル時においては遅い利得調節により比較的長い時間間隔とされる。

当該技術分野において，屈曲点(knee-point)において相互接続される２本の線分(two linear segments）を有することを特徴とする圧縮器を有した補聴器を提供しうることは周知である。この屈曲点は，音声の高レベルの増幅を可能にするために，一般に，通常の音声のレベルに近い５０ｄＢの音圧レベルの入力レベルとされる。この屈曲点より下では，線分は実質的に圧縮されない。すなわち利得は，低入力信号レベルにおいて聴力損失を補償するように適合させた定利得である。前記屈曲点より上では，リクルートメントを補償するために，線分は，１を上回る，一般に２：１の圧縮比を有する。リクルートメントとは，音圧が増加しているとき，知覚される音の大きさが聴覚しきい値のすぐ上で急激に増加し，高い音圧では正常に増加する感音性聴力損失である。

安定した音響環境にいる多くの補聴器使用者は，突発的に起こるかすかな音等の，音響環境におけるかすかな突発的変化が聞き取れることを望んでいる。たとえば，自宅にいる時には，補聴器使用者は，赤ん坊が泣き始めたこと，または水が流れ始めたこと，誰かが戸口に来たこと等を聞き取れることを望むであろう。補聴器使用者は，補聴器の利得を増大させて，これを達成することができるが，そうすると，換気扇の音や交通騒音等の定常的音響環境におけるその他の音もまた増幅されて聴覚しきい値を超えてしまい，補聴器使用者はこれらの音に悩まされるであろう。聴覚しきい値とは，音を知覚することができる最低音声レベルである。

この発明の目的は，使用者が定常音に悩まされることなく，定常的音響環境におけるかすかな突発的音声を聞き取ることを可能にする補聴器を提供することにある。

この発明の第１の態様によれば，前記およびその他の目的は，聴覚しきい値(hearing threshold)を下回る出力レベルの圧縮しきい値(compression threshold)を有する圧縮器を有する多重チャネル式補聴器(multichannel hearing aid)を提供することによって達成される。この圧縮器を用いると，上記圧縮器が作動して一般に定常雑音を抑制するので，低信号レベルの増幅は，従来技術に比べて増大されうる。この発明にしたがう補聴器において，利得は，一般に，好ましくは聴覚しきい値より低く維持されるべきであるマイクロホンの基線雑音(baseline noise)の観点において，実現可能な程度に増大されうる。このため，この発明にしたがう補聴器の使用者は，一般に，低レベルの音声の利得を，従来技術の補聴器によって一般に実現可能であった利得よりも，任意に高くすることができる。

この発明の第２の態様によれば，前記およびその他の目的は，補聴器における音声信号の処理方法であって，音響信号を電気信号に変換し，前記電気信号を，少なくとも１個の周波数チャネルにおいて聴覚しきい値を下回る出力レベルでの圧縮しきい値と０．５秒を超えるアタックタイムとを有する圧縮器を有する信号処理装置において処理し，前記処理された信号を音声信号に変換する方法により達成される。

前記圧縮器は，０．５秒を超える，好ましくは１秒を超える，たとえば２秒以上のアタックタイム等のゆるやかなアタックタイムを有する。このゆるやかなアタックタイムによって，使用者に明らかに知覚されうる歪みを伴うことなく，一過性の音を増幅させることが可能になる。

前記圧縮器は，高レベルの音が消滅したときに利得を回復するために，たとえばアタックタイムの１０倍の長いリリースタイムを有してもよい。

補聴器の利得が低信号レベルにおいて高い一方で，マイクロホン雑音は依然として聴覚しきい値のすぐ下に維持されることがこの発明の重要な利点である。突発的な音が発生すると，その音は，その時点の大きな利得で増幅されることで聴覚しきい値を超える出力信号が供給されて，補聴器使用者により聞き取られうるようになる。突発的な音が圧縮器のアタックタイムより長い時間にわたって持続すると，利得は時間と共に減少して，補聴器の出力信号は，圧縮比が許す限りにおいて徐々に低下するとともに，かすかな突発的な音は，もはや聴覚しきい値を超えて増幅され得なくなる。このため，突発的な音は，実質的に，使用者が前記音により警告を受けうるだけの十分な時間長である圧縮器のアタックタイムの時間長にわたって補聴器使用者により聞き取られうる。

有利な実施例によれば，補聴器の信号処理装置は，複数個のチャネル，好ましくは６個を超えるチャネル，より好ましくは８個を超えるチャネル，最も好ましくは１０個を超えるチャネル，たとえば１５個のチャネルを有しうる。

また他の有利な実施例によれば，前記屈曲点は，１０ｄＢの音圧レベル(SPL）の入力レベルに位置させる。一般に，前記屈曲点は，２５ｄＢ SPL未満の入力レベルに位置させ，より多くの場合には，２０ｄＢ SPL未満の入力レベル，たとえば１５ｄＢ SPL未満に位置させる。これにより，正常な聴力を有する人の最低可聴レベルに近い音響レベルにおいて利得を最大値にすることができる。特定の使用者のために選択される利得の最大値は，その使用者の特定の聴覚障害と調整規則とに従う。一般に，聴覚障害の完全な補償は，使用者の使い心地等の理由により実現不能である。使用者が聞き取ることができる程度に十分に増幅されうるかすかな音の量は，特定の状況によって変動しうる。しかしながら，２５ｄＢ SPLの入力の音は，一般に，標準の調整規則にしたがって調整された補聴器を使用する聴覚障害者が聞き取ることができるほど増幅されない。

この発明のその他の実施例は，従属請求項に記載されている。

この発明のさらに他の目的は，この発明がより詳細に説明される以下の説明から当業者には明らかになろう。例として，この発明の好適な実施例を図示し，かつ説明する。理解されるように，この発明のその他の異なる実施例も可能であり，この発明から逸脱することなしに，いくつかの細部のいずれもを多様な自明の態様において改変することができる。したがって，図面および説明は，本質的に例示と見なされ，この発明を制約するものとは見なされない。

図１は，従来技術の圧縮特性をプロットしたもの，すなわち圧縮器の出力レベルを入力レベルの関数としてプロットしたものを示し，いずれも音圧レベルを示している。この特性は，一般的圧縮器に関するものであってもよく，または補聴器の信号処理装置における１組の狭周波数帯域圧縮器（a bank of narrow-band compressors)の中の一つに関するものであってもよい。この特有の特徴は，特定の使用者にあわせた調整にしたがう。この図の例は，７０ｄＢにおける聴覚しきい値の線によって部分的に示されているように，補聴器が特定の聴覚障害を補償するために調整されていることを想定している。その他の使用者にあわせた調整は，補聴器調整技術分野の当業者によって提示されよう。

この特性は，一般に５０ｄＢの音圧レベル(SPL）の入力レベルに位置する屈曲点１０（ＣＴ−圧縮しきい値(Compression Threshold))において相互接続される２本の線分５，６からなる。この屈曲点１０を下回る音響レベルでは，線分５により実証されているように，実質的に圧縮は行なわれず，すなわち利得は，低入力信号レベルにおいて聴力損失を補償するのに適した定利得である。図１において，この利得は，１５ｄＢの入力レベルでは，線Ｇ₁₅に示されているように３０ｄＢであり，５０ｄＢの入力レベルでも，線Ｇ₅₀に示されているように同じく３０ｄＢである。通常の音声は，約５０ｄＢの入力レベルである。屈曲点１０より上では，線分６により実証されているように，１を上回る，一般に２：１の圧縮比が存在して，高入力レベルにおける利得を，リクルートメントの補償に適するように減少させる。線分の圧縮比は，その線分の傾きの逆数に等しい。低レベル側の利得を３０ｄＢ，聴覚しきい値を７０ｄＢとすると，４０ｄＢを下回る入力レベルは，この補聴器使用者は聞き取ることができないことになる。

音響環境におけるかすかな音の突発的発生等のかすかな突発的変化を聞き取ることを可能にするために，補聴器使用者は，補聴器の利得を増大させて，これにより図１に示された特性をｙ軸の方向に上方に変位させることができる。しかし，この場合には，定常的音響環境における換気扇の音や交通騒音等のその他のかすかな音も，聴覚しきい値を上回るレベルまで増幅されかねず，使用者の苛立ちまたは不快な動揺を引き起こすことになる。

図２は，この発明にしたがう圧縮特性を示している。図２において，線分５，６は，図１に示された線分５，６に対応する。好ましくは，線分６は，１．４を超える圧縮比，より好ましくは実質的に２に等しい圧縮比を有する。それが適切である場合には，その他の値の圧縮比を用いてもよい。屈曲点における出力レベル９，すなわち圧縮しきい値が，聴覚しきい値８より低いことがこの発明の要旨である。図２において，屈曲点は，約１５ｄＢの入力レベル，すなわち正常な聴力を有する人の可聴範囲の低レベル側に位置している。屈曲点以下における利得は，１５ｄＢの入力レベルにおいて図示されているＧ₁₅によって示されるように，約４０ｄＢである。屈曲点より上では，利得は，圧縮器によって抑制されて減少し，Ｇ₅₀によって示されるように，５０ｄＢの入力レベルにおいて約３０ｄＢに達する。このように，通常の音声レベルでの利得は，図１に示されたものと同様である。その一方で，低信号レベルにおいては，利得は，従来技術の圧縮器より実質的に高い。

この発明にしたがう補聴器は，低レベルのマイクロホン雑音を発生するマイクロホンを有してもよい。補聴器の信号処理装置は，複数個のチャネル，好ましくは６個を超えるチャネル，より好ましくは８個を超えるチャネル，最も好ましくは１０個を超えるチャネル，たとえば１５個のチャネルを有しうる。各チャネルにおける雑音は，実質的にチャネルの帯域幅に比例するため，チャネルの個数の増加は，各チャネルにおける雑音の低下をもらたす。このため，利得が増大しても，チャネルにおける雑音は依然として聴覚しきい値より低く維持される。この実施例においては，屈曲点は，１５ｄＢ SPLの入力レベルに位置させている。一般に，屈曲点は，２５ｄＢ SPL未満の入力レベルに位置させ，より多くの場合には２０ｄＢ SPL未満の入力レベル，たとえば１５ｄＢ SPL未満に位置させる。

図３に，この発明にしたがう補聴器による，定常的音響背景１１とは異なる，突発的な音の増幅が示されている。この突発的な音は，１２において立ち上がるとともに１３において消滅する方形波パルスによって示されている。定常的音響背景は，補聴器において処理されて，聴覚しきい値を下回るレベルＡの出力信号を生じさせる。圧縮器は，１または２秒等のゆるやかなアタックタイムを有する。過渡信号は，線形に増幅される。音声パルスが１２において発生すると，この音声パルスは，その時点での大きな利得により増幅されて，最初はレベルＢの出力音声信号が生じる。たとえば，Ｂは聴覚しきい値１４を上回り，その信号が実際に補聴器使用者により聞き取られうることがわかる。

音声パルスが圧縮器のアタックタイム１６より長い時間にわたって持続する場合は，圧縮器が作動して，利得を時間１８にわたって減少させ，聴覚しきい値を下回る出力レベルＣに徐々に到達する。このため，信号の大きさによって，最終的に突発的な音が聴覚しきい値１４を超えて増幅されることは，もはやなくなりうる。たとえば，アタック・タイム１６は，音によって警告されるユーザにとって十分な期間であり，突発的な音１３は，実質的に，圧縮器のアタック・タイム１６のために，補聴器使用者によって聞取られうる。１３において方形波音声パルスが消滅することにより下降段が生じて，出力レベルは点Ｄに達する。圧縮器は，この新たなより低いレベルから，ゆっくりと回復する。徐々に，圧縮器のリリースタイムにしたがって，利得が増大して，出力レベルは最初のレベルＡに戻る。

さらに，入出力図において点Ａ，Ｂ，ＣおよびＤをプロットした図５を参照する。このプロットは，圧縮曲線上において定常状態を表す点ＡおよびＣを示し，他方，過渡状態を表す点ＢおよびＤは，それぞれ，始点および段高さ(step height)(上昇または下降）によって定義される。

一般に，人間の耳は，音の大きさの知覚に関して約０．２〜０．３秒の時定数を有すると仮定される。これは，人間の耳により信号の大きさが完全に知覚されるのに必要とされる最小限の所要時間である。これより短い信号も知覚されうるが，より短い信号の大きさは実際より小さく見積もられる傾向にある。

図４は，この発明にしたがう補聴器２０のブロック概略図を示している。図６に示されている回路がデジタルまたはアナログ回路またはこれらの何らかの組合せを用いて実現されうることは，当業者には自明であろう。この実施例においては，デジタル信号処理が用いられ，したがって処理装置２８は，デジタル信号処理回路によって構成される。この実施例において，補聴器２０の全てのデジタル回路は，単一のデジタル信号処理チップ上に設けられてもよく，または前記回路が複数個の集積回路チップ上に，または他の方法で分散配置されてもよい。

補聴器２０には，マイクロホン２２が設けられており，マイクロホン２２は音声信号を受信するとともに，前記音声信号を前記受信された音声信号を表す対応する電気信号に変換する。補聴器２０は，追加の機能性，たとえば指向性を提供することを目的とする適切な入力段処理を備えた複数個の入力トランスデューサ２２を含みうる。マイクロホン２２は，音声信号をアナログ電気信号に変換する。このアナログ電気信号は，Ａ／Ｄコンバータ２４によりサンプリングおよびデジタル化されて，補聴器２０内においてデジタル信号処理されるデジタル信号２６となる。このデジタル信号２６は，所望の周波数特性と圧縮関数とにしたがってマイクロホン出力信号２６を増幅するデジタル信号処理装置２８に与えられ，使用者の聴覚障害を補償するのに適する出力信号３０が得られる。この出力信号３０は，Ｄ／Ａコンバータ３２に，そしてさらに前記出力信号３０を音響出力信号に変換する出力トランスデューサ３４，すなわち受信器３４に与えられる。

信号処理装置２８は，前記電気信号２６を分割して１組の帯域濾波された第１の電気派生信号(electrical signal derivatives)２６₁，２６₂，・・・，２６_iにする帯域フィルタ３６_iを有する第１のフィルタ列３６を含む。さらにまた，前記信号処理装置２８は，異なる帯域フィルタ３６₁，３６₂，・・・,３６_iに接続されて，対応する帯域濾波派生信号２６₁，２６₂，・・・,２６_iを個別に圧縮する１組３８の各圧縮器およびオフセット増幅器３８₁，３８₂，・・・,３８_iを含む。図４は，この発明にしたがう圧縮特性を有する，周波数帯域３６₁,３６₂，・・・，３６_iのそれぞれの圧縮器およびオフセット増幅器３８₁,３８₂，・・・，３８_iを示している。

図示された圧縮特性３８₁および３８₂は，図２に示された特性に対応する。この例において，３６₁および３６₂は，たとえば５００Ｈｚ未満の通過帯域を有する低周波数帯域フィルタである。３６₁は，３００Ｈｚ未満の通過帯域を有し,３６₂は,３００Ｈｚ〜５００Ｈｚの通過帯域を有しうる。簡単にするために，圧縮器は，あらゆる周波数帯域において図示されているわけではない。この発明にしたがう特性を有する圧縮器は，いかなる適切な周波数チャネルにも含まれうる。

従来技術の圧縮特性を示す。 この発明にしたがう圧縮特性を示す。 この発明にしたがう補聴器による，定常的音響環境における突発的な音の増幅を示す。 この発明にしたがう補聴器のブロック図を示す。 この発明にしたがう圧縮特性と音声刺激の処理例とを示す拡大図である。

Claims (14)

1. マイクロホン，出力トランスデューサおよび信号処理装置を備えた多重チャネル式補聴器において，
   前記信号処理装置は，上記マイクロホンにおいて受信された入力信号を，その入力音圧レベルに応じた利得に基づいて増幅する圧縮特性を有する圧縮器を有する少なくとも一つの周波数チャネルを持ち，
   前記圧縮器の圧縮しきい値によって規定される出力音圧レベルが上記補聴器を使用する使用者の聴覚しきい値を下回る出力音圧レベルに設定されており，上記圧縮しきい値によって規定される入力音圧レベル以下の入力音圧レベルの入力信号を一定の利得に基づいて増幅し，かつ上記圧縮しきい値によって規定される入力音圧レベル以上の入力音圧レベルの入力信号を，入力音圧レベルが高くなるにしたがって次第に利得を減少させて増幅するものであり，
   前記圧縮器はさらに，０．５秒を超えるアタックタイムを供給するものであり，
   これにより定常的音響環境における突発的な音の聞き取りを容易にする，多重チャネル式補聴器。
2. 前記圧縮器の圧縮しきい値によって規定される入力音圧レベルは，２５ｄＢ未満の入力音圧レベルである，請求項１に記載の補聴器。
3. 前記圧縮器は，１秒を超えるアタックタイムを有する，請求項１または２に記載の補聴器。
4. 前記圧縮器は，５秒を超えるリリースタイムを有する，請求項１，２または３に記載の補聴器。
5. 前記圧縮器は，１．４を超える圧縮比を有する，前記請求項のいずれかに記載の補聴器。
6. 前記信号処理装置は，帯域フィルタのそれぞれに接続されて，対応する帯域濾波派生信号を個別に圧縮する１組の圧縮器およびオフセット増幅器を含む，前記請求項のいずれかに記載の補聴器。
7. 前記信号処理装置は，６個を超えるチャネルを含む，請求項６に記載の補聴器。
8. 音響入力信号を電気信号に変換し，
   少なくとも１個の周波数チャネルにおいて，上記電気信号の入力音圧レベルに応じた利得に基づいて上記電気信号を増幅する圧縮特性を有し，圧縮しきい値によって規定される出力音圧レベルが上記補聴器を使用する使用者の聴覚しきい値を下回る出力音圧レベルに設定されており，上記圧縮しきい値によって規定される入力音圧レベル以下の入力音圧レベルの上記電気信号を一定の利得に基づいて増幅し，かつ上記圧縮しきい値によって規定される入力音圧レベル以上の入力音圧レベルの上記電気信号を入力音圧レベルが高くなるにしたがって次第に利得を減少させて増幅し，かつ０．５秒を超えるアタックタイムを有する圧縮器を有する信号処理装置において，前記電気信号を処理し，
   前記処理された電気信号を音響出力信号に変換する，
   補聴器における音声信号の処理方法。
9. ２５ｄＢ未満の入力音圧レベルを超える前記信号を圧縮する，請求項８に記載の方法。
10. １秒を超えるアタックタイムの満了に基づいて前記信号を圧縮する，請求項８または９に記載の方法。
11. ５秒を超えるリリースタイムの満了に基づいて前記信号の圧縮を停止する，請求項８，９または１０に記載の方法。
12. 前記信号を１．４を超える圧縮比で圧縮する，請求項８から１１のいずれかに記載の方法。
13. 帯域フィルタのそれぞれに接続されて，対応する帯域濾波派生信号を個別に圧縮する１組の圧縮器およびオフセット増幅器を有する信号処理装置において前記電気信号を処理する，請求項８から１２のいずれかに記載の方法。
14. ６個を超えるチャネルを有する信号処理装置において前記電気信号を処理する，請求項８から１３のいずれかに記載の方法。
    

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