JP3908833B2 - 音声処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば補聴器、電話、拡声器、音声通信などの分野で用いられる音声処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音声信号の伝送系のダイナミックレンジが狭いとき、あるいは難聴者のように受聴可能なダイナミックレンジが狭いとき、対象となる音声信号のレベルの小さい部分は増幅し、大きい部分は制限する手法がある。
【０００３】
ところが、このような方法では、次のような問題点を生じてしまう。
【０００４】
(1) 反射や残響のある空間に発声された音声は、受聴地点では反射音・残響音を伴っていることが多い。そして、本来の反射音・残響音のレベルは直接音よりも小さいが、ダイナミックレンジの圧縮および増幅が行われることにより、反射音・残響音のレベルが大きくなるので、相対的に反射音・残響音が目立つようになり、結果として聞き取りにくい音声になる。
【０００５】
(2) ダイナミックレンジの圧縮率を大きく設定した場合に、音量も大きくしようとすると、結果的に小さい入力音に対する利得が大きくなるので、暗騒音が目立ったり、ハウリングが生じやすくなる。
【０００６】
そこで、この発明の発明者は、特願平８−１９８３４０号において、次のような音声処理システムを提案した。図３は、その音声処理システムを補聴器に適用するとともに、音声帯域を３分割して処理を行うようにした場合である。
【０００７】
すなわち、マイクロフォン１１により音声などが収音され、その音声信号が、アンプ１２を通じてバンドパスフィルタ１３に供給されて有効な周波数帯域、例えば100Hz 〜8000Hzの周波数成分の音声信号Ｓ13が取り出され、この信号Ｓ13がＡ／Ｄコンバータ１４に供給されて量子化ビット数が例えば16ビットのデジタル音声信号Ｓ14にＡ／Ｄ変換され、この信号Ｓ14がＤＳＰ１５に供給される。
【０００８】
このＤＳＰ１５の詳細については後述するが、ＤＳＰ１５は、信号Ｓ13の帯域ごとに非線形のレベル変換を行うように、信号Ｓ14を処理し、その処理結果を信号Ｓ15として出力するものである。
【０００９】
そして、このＤＳＰ１５からの信号Ｓ15が、Ｄ／Ａコンバータ１６に供給されてアナログ音声信号Ｓ16にＤ／Ａ変換され、この信号Ｓ16がアンプ１７を通じて例えばダイナミック型に構成されたイヤホン１８に供給される。したがって、マイクロフォン１１により収音された音声などを、イヤホン１８により聴くことができる。
【００１０】
さらに、符号２０はマイクロコンピュータを示す。このマイクロコンピュータ２０は、ＤＳＰ１５が等価的に実現する回路の特性あるいはパラメータを設定するためのものであり、このため、マイクロコンピュータ２０には、医師の処方箋にしたがって調整される半固定の可変抵抗器（トリマ）ＲHA〜ＲLA、ＲHB〜ＲLBと、受聴者が任意に調整する可変抵抗器ＲHC〜ＲLC、ＲRCとが接続される。そして、これら可変抵抗器ＲHA〜ＲRCから得られるアナログ電圧の大きさがマイクロコンピュータ２０により検出され、その検出結果にしたがってＤＳＰ１５が実現する回路の特性あるいはパラメータが制御される。
【００１１】
そして、ＤＳＰ１５は、図３に示すように、信号Ｓ14の供給される３つのフィルタ５１Ｈ、５１Ｍ、５１Ｌと、３つのレベル変換回路５２Ｈ、５２Ｍ、５２Ｌと、加算回路５３とを等価的に実現しているものである。
【００１２】
この場合、フィルタ５１Ｈは、ほぼ３ｋHz以上を通過帯域とするハイパスフィルタとされ、このフィルタ５１Ｈからは信号Ｓ13の第３フォルマントおよび子音の成分のデジタル信号Ｓ1Hが取り出される。
【００１３】
また、フィルタ５１Ｍは、ほぼ１ｋHz〜３ｋHzを通過帯域とするバンドパスフィルタとされ、このフィルタ５１Ｍからは信号Ｓ13の第２フォルマントの成分のデジタル信号Ｓ1Mが取り出される。さらに、フィルタ５１Ｌは、ほぼ１ｋHz以下を通過帯域とするバンドパスフィルタあるいはローパスフィルタとされ、このフィルタ５１Ｌからは信号Ｓ13のピッチおよび第１フォルマントの成分のデジタル信号Ｓ1Lが取り出される。
【００１４】
そして、これら信号Ｓ1H、Ｓ1M、Ｓ1Lが、レベル変換回路５２Ｈ、５２Ｍ、５２Ｌにそれぞれ供給される。
【００１５】
この場合、レベル変換回路５２Ｈは、例えば図４に示すような入出力特性で非線形増幅を行うものである。すなわち、図４において、符号ＨＬは、図３の補聴器を使用する受聴者の最小可聴値（言葉の聞き取りが可能な最小レベル）に対応するレベルを示し、符号ＵＣＬは、同じく不快閾値（大きすぎて不快に感じるレベル）に対応するレベルを示す。したがって、ＨＬとＵＣＬとの間のレベル範囲が、対象とする受聴者にとって受聴可能な範囲である。
【００１６】
そして、レベル変換回路５２Ｈの入出力特性は、実線の折れ線Ｃで示すように、ＵＣＬとＨＬとを結ぶ直線部分を有するとともに、ＨＬ上にニーポイント（折れ曲がり点）ＰN を有する非線形特性とされる。また、このとき、可変抵抗器ＲHAを調整すると、ＵＣＬが図４の矢印Ａの示す範囲で上下し、可変抵抗器ＲHBを調整すると、ＨＬが矢印Ｂの示す範囲で上下するようにされる。さらに、可変抵抗器ＲHCを調整すると、ニーポイントＰN が、ＨＬ上で左右に変化するようにされる。
【００１７】
したがって、レベル変換回路５２Ｈの入出力特性のうち、ＵＣＬとＨＬとの間の範囲、すなわち、受聴可能範囲と、この受聴可能範囲における特性の傾きを、可変抵抗器ＲHA〜ＲHCにより調整できることになる。
【００１８】
例えば、可変抵抗器ＲHBを調整して図４に破線で示すようにＨＬを高くすると、入出力特性も破線で示すようになるので、実線の特性の場合に比べ、受聴できる入力音圧レベルの範囲は変化しないが、音声がより大きな音圧で出力されることになる。また、可変抵抗器ＲHCを調整してニーポイントＰN を小入力側に変更すると、入出力特性は鎖線で示すようになるので、実線の特性の場合に比べ、より小さな音圧の音声まで受聴できることになる。
【００１９】
さらに、レベル変換回路５２Ｍ、５２Ｌも、レベル変換回路５２Ｈと同様に構成されるもので、可変抵抗器ＲMA〜ＲMC、ＲLA〜ＲLCにより、レベル変換回路５２Ｍ、５２ＬのＵＣＬ、ＨＬ、ニーポイントＰN がそれぞれ変化し、その結果、レベル変換回路５２Ｍ、５２Ｌの入出力特性が変化するようにされている。
【００２０】
したがって、可変抵抗器ＲHA〜ＲLA、ＲHB〜ＲLBを調整することにより、イヤホン１８の出力音圧レベルを受聴可能範囲に収めることができ、可変抵抗器ＲHC〜ＲLCを調整することにより、入力音圧の範囲を変更することができる。
【００２１】
そして、レベル変換回路５２Ｈ、５２Ｍ、５２Ｌからの信号Ｓ2H、Ｓ2M、Ｓ2Lが加算回路５３に供給されて加算され、その加算信号が上記の信号Ｓ15として取り出される。
【００２２】
このような構成によれば、医師の処方箋にしたがって、すなわち、受聴者の聴力にしたがって、可変抵抗器ＲHA〜ＲLA、ＲHB〜ＲLBを調整することにより、ＵＣＬおよびＨＬを変更できるので、イヤホン１８から出力される音声のレベルを受聴可能範囲に収めることができ、音声を適切に受聴することができる。
【００２３】
また、受聴者が可変抵抗器ＲHC〜ＲLCを調整することにより、ニーポイントＰN の左右位置を変更することができるので、例えば図５に実線で示す入出力特性とすれば、静かな場所で、ささやき声を聴くことができる。あるいは図５の破線の特性とすれば、小さな声を聴くことができ、鎖線の特性とすれば、暗騒音のある場所で、大きな声を聴くことができる。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、図３〜図５により説明した補聴器においては、その入出力特性を、受聴者の聴覚特性に対応してきわめて適切に設定することができるので、その聴覚特性を十分に補助することができる。
【００２５】
ところが、上述の説明からも明らかなように、この補聴器により最大の効果を得るには、受聴者の不快閾値ＵＣＬおよび最小可聴値ＨＬをあらかじめ検査・測定しておき、それに合わせて可変抵抗器ＲHA〜ＲLA、ＲHB〜ＲLBを設定する必要がある。そして、そのためには、医師による診断が必要である。したがって、上述の補聴器は、手軽に使用することができない。
【００２６】
この発明は、このような問題点を解決しようとするものである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
このため、この発明においては、
入力された音声信号をレベル変換して出力するレベル変換回路と、
このレベル変換回路の入出力特性を、基準の状態、第１の状態および第２の状態に設定する設定手段と
を有し、
上記レベル変換回路の入出力特性は、
上記基準の状態に設定したときには、所定の利得で、線形な特性とされ、
上記第１の状態に設定したときには、上記所定の利得よりも大きい利得で、入力レベルが小さくなるほど、大きな利得となる特性とされ、
上記第２の状態に設定したときには、上記所定の利得よりも小さい利得で、上記入力レベルが大きくなるほど、小さな利得となる特性とされる
ようにした音声処理装置
とするものである。
したがって、設定手段により、レベル変換回路の入出力特性が適切な特性に変更される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明を補聴器に適用するとともに、音声帯域を３分割して音声信号の処理を行うようにした場合である。
【００２９】
すなわち、マイクロフォン１１により音声などが収音され、その音声信号が、アンプ１２を通じてバンドパスフィルタ１３に供給されて有効な周波数帯域、例えば100Hz 〜8000Hzの周波数成分の音声信号Ｓ13が取り出され、この信号Ｓ13がＡ／Ｄコンバータ１４に供給されて量子化ビット数が例えば16ビットのデジタル音声信号Ｓ14にＡ／Ｄ変換され、この信号Ｓ14がＤＳＰ１５に供給される。
【００３０】
このＤＳＰ１５の詳細については後述するが、ＤＳＰ１５は、信号Ｓ13の帯域ごとに非線形のレベル変換を行うように、信号Ｓ14を処理し、その処理結果を信号Ｓ15として出力するものである。
【００３１】
そして、このＤＳＰ１５からの信号Ｓ15が、Ｄ／Ａコンバータ１６に供給されてアナログ音声信号Ｓ16にＤ／Ａ変換され、この信号Ｓ16がアンプ１７を通じて例えばダイナミック型に構成されたイヤホン１８に供給される。したがって、マイクロフォン１１により収音された音声などを、イヤホン１８により聴くことができる。
【００３２】
さらに、符号２０はマイクロコンピュータを示す。このマイクロコンピュータ２０は、ＤＳＰ１５が等価的に実現する回路の特性あるいはパラメータを設定するためのものであり、受聴者が任意に調整する可変抵抗器ＲHD、ＲMD、ＲLDが接続される。そして、この可変抵抗器ＲHD〜ＲLDから得られるアナログ電圧の大きさがマイクロコンピュータ２０により検出され、その検出結果にしたがってＤＳＰ１５が実現する回路の特性あるいはパラメータが制御される。
【００３３】
そして、ＤＳＰ１５は、図３に示すように、信号Ｓ14の供給される３つのフィルタ５１Ｈ、５１Ｍ、５１Ｌと、３つのレベル変換回路５２Ｈ、５２Ｍ、５２Ｌと、加算回路５３とを等価的に実現しているものである。
【００３４】
この場合、フィルタ５１Ｈは、ほぼ３ｋHz以上を通過帯域とするハイパスフィルタとされ、このフィルタ５１Ｈからは信号Ｓ13の第３フォルマントおよび子音の成分のデジタル信号Ｓ1Hが取り出される。
【００３５】
また、フィルタ５１Ｍは、ほぼ１ｋHz〜３ｋHzを通過帯域とするバンドパスフィルタとされ、このフィルタ５１Ｍからは信号Ｓ13の第２フォルマントの成分のデジタル信号Ｓ1Mが取り出される。さらに、フィルタ５１Ｌは、ほぼ１ｋHz以下を通過帯域とするバンドパスフィルタあるいはローパスフィルタとされ、このフィルタ５１Ｌからは信号Ｓ13のピッチおよび第１フォルマントの成分のデジタル信号Ｓ1Lが取り出される。
【００３６】
そして、これら信号Ｓ1H、Ｓ1M、Ｓ1Lが、レベル変換回路５２Ｈ、５２Ｍ、５２Ｌにそれぞれ供給される。
【００３７】
この場合、レベル変換回路５２Ｈは、例えば図２ＡおよびＢに示すような入出力特性および利得特性で非線形増幅を行うものである。すなわち、図２Ａにおいて、横軸はマイクロフォン１１の入力音圧レベルに換算したレベル変換回路５２Ｈの入力レベルを示し、縦軸はイヤホン１８の出力音圧レベルに換算したレベル変換回路５２Ｈの出力レベルを示す。また、図２Ｂにおいて、横軸はマイクロフォン１１の入力音圧レベルに換算したレベル変換回路５２Ｈの入力レベルを示し、縦軸はその利得を示す。なお、図２においては、入力レベルが45dB以下は、暗騒音領域とみなして無視している場合である。
【００３８】
そして、可変抵抗器ＲHDが基準の設定位置にあるときには、レベル変換回路５２Ｈの入出力特性は基準の特性の状態となるもので、例えば折れ線９０、９０Ｇで示す特性となる。この特性は、
・入力レベルが45dBのときには、出力レベルは65dB（利得は20dB）
・入力レベルが100dB のときには、出力レベルは120dB （利得は20dB）
というように、入力レベルが45dB〜100dB の範囲では、すべての入力レベル範囲で20dBの利得を有する線形な入出力特性である。
【００３９】
また、入力レベルが45dB以下の範囲でも、利得は20dBで、線形な入出力特性である。しかし、入力レベルが100dB 以上の範囲では、出力レベルが120dB に制限され、大音量から受聴者を保護するようにされている。
【００４０】
そして、可変抵抗器ＲHDを例えば時計方向に調整したときには、例えば折れ線９１、９１Ｇで示す特性となる。この特性は、
・入力レベルが45dBのときには、出力レベルは75dB（利得は30dB）
・入力レベルが100dB のときには、出力レベルは120dB （利得は20dB）
というように、入力レベルが45dB〜100dB の範囲では、特性９０、９０Ｇよりも利得は大きいが、入力レベルが大きくなるにつれて利得が小さくなる特性である。
【００４１】
また、入力レベルが45dB以下の範囲では、特性９０、９０Ｇよりも利得は大きいが、入力レベルが小さくなるにつれて利得も小さくなるレベル伸長特性とされる。さらに、入力レベルが100dB 以上の範囲では、出力レベルは120dB に制限される。
【００４２】
そして、可変抵抗器ＲHDをさらに時計方向に調整したときには、例えば折れ線９２、９２Ｇで示す特性となる。この特性は、
・入力レベルが45dBのときには、出力レベルは90dB（利得は45dB）
・入力レベルが100dB のときには、出力レベルは120dB （利得は20dB）
というように、入力レベルが45dB〜100dB の範囲では、特性９１、９１Ｇよりも利得は大きいが、入力レベルが大きくなるにつれて利得が小さくなる特性である。
【００４３】
また、入力レベルが45dB以下の範囲では、特性９１、９１Ｇよりも利得は大きいが、入力レベルが小さくなるにつれて利得がさらに小さくなるレベル伸長特性とされる。さらに、入力レベルが100dB 以上の範囲では、出力レベルは120dB に制限される。
【００４４】
したがって、可変抵抗器ＲHDを時計方向に調整すると、小入力レベルに対する利得が大きくなるとともに、可変抵抗器ＲHDを時計方向に調整するにつれて小入力レベルに対する利得はより大きくなる。
【００４５】
一方、可変抵抗器ＲHDを、上記とは逆に反時計方向に調整したときには、例えば折れ線９３、９３Ｇで示す特性となる。この特性は、
・入力レベルが45dBのときには、出力レベルは62dB（利得は17dB）
・入力レベルが100dB のときには、出力レベルは111dB （利得は11dB）
というように、入力レベルが45dB〜100dB の範囲では、特性９０、９０Ｇよりも利得は小さく、入力レベルが大きくなるにつれて利得が小さくなる特性である。
【００４６】
また、入力レベルが45dB以下の範囲では、特性９０、９０Ｇよりも利得は小さく、入力レベルが大きくなるにつれて利得はさらに小さくなるレベル圧縮特性とされる。さらに、入力レベルが100dB 以上の範囲では、出力レベルも対応した小さな値111dB に制限される。
【００４７】
そして、可変抵抗器ＲHDをさらに反時計方向に調整したときには、例えば折れ線９４、９４Ｇで示す特性となる。この特性は、
・入力レベルが45dBのときには、出力レベルは58dB（利得は13dB）
・入力レベルが100dB のときには、出力レベルは102dB （利得は２dB）
というように、入力レベルが45dB〜100dB の範囲では、特性９３、９３Ｇよりも利得は小さく、入力レベルが大きくなるにつれて利得が小さくなる特性である。
【００４８】
また、入力レベルが45dB以下の範囲では、特性９３、９３Ｇよりも利得は小さく、入力レベルが大きくなるにつれて利得がさらに小さくなるレベル圧縮特性とされる。さらに、入力レベルが100dB 以上の範囲では、出力レベルも対応した小さな値102dB に制限される。
【００４９】
したがって、可変抵抗器ＲHDを反時計方向に調整すると、利得が小さくなるとともに、可変抵抗器ＲHDを反時計方向に調整するにつれて大入力レベルに対する利得はより小さくなる。
【００５０】
こうして、可変抵抗器ＲHDを調整すると、レベル変換回路５２Ｈの入出力特性は、特性９２←→特性９０←→特性９４の間を、その調整に対応して変更される。
【００５１】
さらに、レベル変換回路５２Ｍ、５２Ｌも、レベル変換回路５２Ｈと同様に構成されるものであり、可変抵抗器ＲMD、ＲLDの調整により、レベル変換回路５２Ｍ、５２Ｌの入出力特性もレベル変換回路５２Ｈの入出力特性と同様に変更される。
【００５２】
そして、レベル変換回路５２Ｈ、５２Ｍ、５２Ｌからの信号Ｓ2H、Ｓ2M、Ｓ2Lが加算回路５３に供給されて加算され、その加算信号が上記の信号Ｓ15として取り出される。
【００５３】
このような構成によれば、受聴者は、可変抵抗器ＲHD〜ＲLDを調整することにより、レベル変換回路５２Ｈ〜５２Ｌの入出力特性を、図２における特性９２←→特性９０←→特性９４の間で変更することができる。
【００５４】
そこで、中等度の難聴でも少し重い難聴者が小さい音声を聴く場合、特性９２に設定すれば、55dBの大きさの音声が95dBの大きさの音声に変換されるので、その音声を聴くことができる。また、中等度の難聴でも少し重い難聴者が普通の大きさの音声を聴く場合、特性９１に設定すれば、65dBの大きさの音声が90dBの大きさの音声に変換されるので、その音声を聴くことができる。
【００５５】
一方、軽い難聴者が小さい音声を聴く場合、特性９１に設定すれば、55dBの大きさの音声が80dBの大きさの音声に変換されるので、その音声を聴くことができる。さらに、軽い難聴者が大きい音声を聴く場合、特性９４に設定すれば、70dBの大きさの音声が80dBの大きさの音声に変換されて聞こえる。
【００５６】
すなわち、変換回路５２Ｈ〜５２Ｌの入出力特性を、特性９０から特性９２の方向に変更すれば、小さい音の出力レベルがより大きくなり、音を大きくしたように聞こえる。逆に、変換回路５２Ｈ〜５２Ｌの入出力特性を、特性９０から特性９４の方向に変更すると、大きい音のレベルがより小さくなり、音を小さくしたように聞こえる。
【００５７】
したがって、この入出力特性の変更は、使用者から見れば、いわゆるボリューム操作のような感じとなって違和感がなく、使用者本人にとって目的とする音を聞きやすいように調整をすることができる。したがって、図１の補聴器は、図３の補聴器のように、聴力の診断結果にしたがって補聴器の特性を設定する必要がないので、手軽に使用することができる。
【００５８】
また、図２の特性の場合、その最大利得は45dBに制限されるので、例えばイヤホン１８の後部にマイクロフォン１１が一体に設けられて受聴者の耳部の位置で音声などの収音を行うようにされている場合でも、ハウリングマージンが45dB以下になっていれば、可変抵抗器ＲHD〜ＲLDをどのように調整しても、ハウリングを防止できる。
【００５９】
さらに、ボリュームを大きくしても、例えば45dB以下の暗騒音の目だつこともない。また、120dB 以上の過大な音が受聴者に供給されることもない。
【００６０】
なお、上述においては、可変抵抗器ＲHD〜ＲLDによりレベル変換回路５２Ｈ〜５２Ｌの入出力特性の設定を行うとしたが、プッシュスイッチの操作により設定を行うようにすることもできる。
【００６１】
また、上述においては、レベル変換回路５２Ｈ〜５２Ｌの入出力特性を可変抵抗器ＲHD〜ＲLDにより独立して設定できるとしたが、それらの入出力特性を連動とすることもでき、その場合には、１つの可変抵抗器あるいはプッシュスイッチとすることができる。さらに、この発明は、電話、拡声器、音声通信などに適用した場合においても、有効である。
【００６２】
【発明の効果】
この発明によれば、例えば、補聴器に適用した場合、聴力の診断結果にしたがって特性を設定する必要がなく、受聴者が本人にとって目的とする音を聞きやすいように調整するだけでよいので、手軽に使用することができる。
【００６３】
また、受聴者が設定を行う場合、ハウリングの起きにくい設定条件で使用できるので、設定が楽である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一形態を示す系統図である。
【図２】この発明を説明するための特性図である。
【図３】この発明を説明するための系統図である。
【図４】この発明を説明するための特性図である。
【図５】この発明を説明するための特性図である。
【符号の説明】
１１…マイクロフォン、１３…バンドパスフィルタ、１４…Ａ／Ｄコンバータ、１５…ＤＳＰ、１６…Ｄ／Ａコンバータ、１８…イヤホン、２０…マイクロコンピュータ、５１Ｈ…ハイパスフィルタ、５１Ｌおよび５１Ｍ…バンドパスフィルタ、５２Ｈ、５２Ｌおよび５２Ｍ…レベル変換回路、５３…加算回路、ＲHD、ＲLDおよびＲMD…可変抵抗器
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば補聴器、電話、拡声器、音声通信などの分野で用いられる音声処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
音声信号の伝送系のダイナミックレンジが狭いとき、あるいは難聴者のように受聴可能なダイナミックレンジが狭いとき、対象となる音声信号のレベルの小さい部分は増幅し、大きい部分は制限する手法がある。
【０００３】
ところが、このような方法では、次のような問題点を生じてしまう。
【０００４】
(1) 反射や残響のある空間に発声された音声は、受聴地点では反射音・残響音を伴っていることが多い。そして、本来の反射音・残響音のレベルは直接音よりも小さいが、ダイナミックレンジの圧縮および増幅が行われることにより、反射音・残響音のレベルが大きくなるので、相対的に反射音・残響音が目立つようになり、結果として聞き取りにくい音声になる。
【０００５】
(2) ダイナミックレンジの圧縮率を大きく設定した場合に、音量も大きくしようとすると、結果的に小さい入力音に対する利得が大きくなるので、暗騒音が目立ったり、ハウリングが生じやすくなる。
【０００６】
そこで、この発明の発明者は、特願平８−１９８３４０号において、次のような音声処理システムを提案した。図３は、その音声処理システムを補聴器に適用するとともに、音声帯域を３分割して処理を行うようにした場合である。
【０００７】
すなわち、マイクロフォン１１により音声などが収音され、その音声信号が、アンプ１２を通じてバンドパスフィルタ１３に供給されて有効な周波数帯域、例えば100Hz 〜8000Hzの周波数成分の音声信号Ｓ13が取り出され、この信号Ｓ13がＡ／Ｄコンバータ１４に供給されて量子化ビット数が例えば16ビットのデジタル音声信号Ｓ14にＡ／Ｄ変換され、この信号Ｓ14がＤＳＰ１５に供給される。
【０００８】
このＤＳＰ１５の詳細については後述するが、ＤＳＰ１５は、信号Ｓ13の帯域ごとに非線形のレベル変換を行うように、信号Ｓ14を処理し、その処理結果を信号Ｓ15として出力するものである。
【０００９】
そして、このＤＳＰ１５からの信号Ｓ15が、Ｄ／Ａコンバータ１６に供給されてアナログ音声信号Ｓ16にＤ／Ａ変換され、この信号Ｓ16がアンプ１７を通じて例えばダイナミック型に構成されたイヤホン１８に供給される。したがって、マイクロフォン１１により収音された音声などを、イヤホン１８により聴くことができる。
【００１０】
さらに、符号２０はマイクロコンピュータを示す。このマイクロコンピュータ２０は、ＤＳＰ１５が等価的に実現する回路の特性あるいはパラメータを設定するためのものであり、このため、マイクロコンピュータ２０には、医師の処方箋にしたがって調整される半固定の可変抵抗器（トリマ）ＲHA〜ＲLA、ＲHB〜ＲLBと、受聴者が任意に調整する可変抵抗器ＲHC〜ＲLC、ＲRCとが接続される。そして、これら可変抵抗器ＲHA〜ＲRCから得られるアナログ電圧の大きさがマイクロコンピュータ２０により検出され、その検出結果にしたがってＤＳＰ１５が実現する回路の特性あるいはパラメータが制御される。
【００１１】
そして、ＤＳＰ１５は、図３に示すように、信号Ｓ14の供給される３つのフィルタ５１Ｈ、５１Ｍ、５１Ｌと、３つのレベル変換回路５２Ｈ、５２Ｍ、５２Ｌと、加算回路５３とを等価的に実現しているものである。
【００１２】
この場合、フィルタ５１Ｈは、ほぼ３ｋHz以上を通過帯域とするハイパスフィルタとされ、このフィルタ５１Ｈからは信号Ｓ13の第３フォルマントおよび子音の成分のデジタル信号Ｓ1Hが取り出される。
【００１３】
また、フィルタ５１Ｍは、ほぼ１ｋHz〜３ｋHzを通過帯域とするバンドパスフィルタとされ、このフィルタ５１Ｍからは信号Ｓ13の第２フォルマントの成分のデジタル信号Ｓ1Mが取り出される。さらに、フィルタ５１Ｌは、ほぼ１ｋHz以下を通過帯域とするバンドパスフィルタあるいはローパスフィルタとされ、このフィルタ５１Ｌからは信号Ｓ13のピッチおよび第１フォルマントの成分のデジタル信号Ｓ1Lが取り出される。
【００１４】
そして、これら信号Ｓ1H、Ｓ1M、Ｓ1Lが、レベル変換回路５２Ｈ、５２Ｍ、５２Ｌにそれぞれ供給される。
【００１５】
この場合、レベル変換回路５２Ｈは、例えば図４に示すような入出力特性で非線形増幅を行うものである。すなわち、図４において、符号ＨＬは、図３の補聴器を使用する受聴者の最小可聴値（言葉の聞き取りが可能な最小レベル）に対応するレベルを示し、符号ＵＣＬは、同じく不快閾値（大きすぎて不快に感じるレベル）に対応するレベルを示す。したがって、ＨＬとＵＣＬとの間のレベル範囲が、対象とする受聴者にとって受聴可能な範囲である。
【００１６】
そして、レベル変換回路５２Ｈの入出力特性は、実線の折れ線Ｃで示すように、ＵＣＬとＨＬとを結ぶ直線部分を有するとともに、ＨＬ上にニーポイント（折れ曲がり点）ＰN を有する非線形特性とされる。また、このとき、可変抵抗器ＲHAを調整すると、ＵＣＬが図４の矢印Ａの示す範囲で上下し、可変抵抗器ＲHBを調整すると、ＨＬが矢印Ｂの示す範囲で上下するようにされる。さらに、可変抵抗器ＲHCを調整すると、ニーポイントＰN が、ＨＬ上で左右に変化するようにされる。
【００１７】
したがって、レベル変換回路５２Ｈの入出力特性のうち、ＵＣＬとＨＬとの間の範囲、すなわち、受聴可能範囲と、この受聴可能範囲における特性の傾きを、可変抵抗器ＲHA〜ＲHCにより調整できることになる。
【００１８】
例えば、可変抵抗器ＲHBを調整して図４に破線で示すようにＨＬを高くすると、入出力特性も破線で示すようになるので、実線の特性の場合に比べ、受聴できる入力音圧レベルの範囲は変化しないが、音声がより大きな音圧で出力されることになる。また、可変抵抗器ＲHCを調整してニーポイントＰN を小入力側に変更すると、入出力特性は鎖線で示すようになるので、実線の特性の場合に比べ、より小さな音圧の音声まで受聴できることになる。
【００１９】
さらに、レベル変換回路５２Ｍ、５２Ｌも、レベル変換回路５２Ｈと同様に構成されるもので、可変抵抗器ＲMA〜ＲMC、ＲLA〜ＲLCにより、レベル変換回路５２Ｍ、５２ＬのＵＣＬ、ＨＬ、ニーポイントＰN がそれぞれ変化し、その結果、レベル変換回路５２Ｍ、５２Ｌの入出力特性が変化するようにされている。
【００２０】
したがって、可変抵抗器ＲHA〜ＲLA、ＲHB〜ＲLBを調整することにより、イヤホン１８の出力音圧レベルを受聴可能範囲に収めることができ、可変抵抗器ＲHC〜ＲLCを調整することにより、入力音圧の範囲を変更することができる。
【００２１】
そして、レベル変換回路５２Ｈ、５２Ｍ、５２Ｌからの信号Ｓ2H、Ｓ2M、Ｓ2Lが加算回路５３に供給されて加算され、その加算信号が上記の信号Ｓ15として取り出される。
【００２２】
このような構成によれば、医師の処方箋にしたがって、すなわち、受聴者の聴力にしたがって、可変抵抗器ＲHA〜ＲLA、ＲHB〜ＲLBを調整することにより、ＵＣＬおよびＨＬを変更できるので、イヤホン１８から出力される音声のレベルを受聴可能範囲に収めることができ、音声を適切に受聴することができる。
【００２３】
また、受聴者が可変抵抗器ＲHC〜ＲLCを調整することにより、ニーポイントＰN の左右位置を変更することができるので、例えば図５に実線で示す入出力特性とすれば、静かな場所で、ささやき声を聴くことができる。あるいは図５の破線の特性とすれば、小さな声を聴くことができ、鎖線の特性とすれば、暗騒音のある場所で、大きな声を聴くことができる。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、図３〜図５により説明した補聴器においては、その入出力特性を、受聴者の聴覚特性に対応してきわめて適切に設定することができるので、その聴覚特性を十分に補助することができる。
【００２５】
ところが、上述の説明からも明らかなように、この補聴器により最大の効果を得るには、受聴者の不快閾値ＵＣＬおよび最小可聴値ＨＬをあらかじめ検査・測定しておき、それに合わせて可変抵抗器ＲHA〜ＲLA、ＲHB〜ＲLBを設定する必要がある。そして、そのためには、医師による診断が必要である。したがって、上述の補聴器は、手軽に使用することができない。
【００２６】
この発明は、このような問題点を解決しようとするものである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
このため、この発明においては、
入力された音声信号をレベル変換して出力するレベル変換回路と、
このレベル変換回路の入出力特性を、基準の状態、第１の状態および第２の状態に設定する設定手段と
を有し、
上記レベル変換回路の入出力特性は、
上記基準の状態に設定したときには、所定の利得で、線形な特性とされ、
上記第１の状態に設定したときには、上記所定の利得よりも大きい利得で、入力レベルが小さくなるほど、大きな利得となる特性とされ、
上記第２の状態に設定したときには、上記所定の利得よりも小さい利得で、上記入力レベルが大きくなるほど、小さな利得となる特性とされる
ようにした音声処理装置
とするものである。
したがって、設定手段により、レベル変換回路の入出力特性が適切な特性に変更される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明を補聴器に適用するとともに、音声帯域を３分割して音声信号の処理を行うようにした場合である。
【００２９】
すなわち、マイクロフォン１１により音声などが収音され、その音声信号が、アンプ１２を通じてバンドパスフィルタ１３に供給されて有効な周波数帯域、例えば100Hz 〜8000Hzの周波数成分の音声信号Ｓ13が取り出され、この信号Ｓ13がＡ／Ｄコンバータ１４に供給されて量子化ビット数が例えば16ビットのデジタル音声信号Ｓ14にＡ／Ｄ変換され、この信号Ｓ14がＤＳＰ１５に供給される。
【００３０】
このＤＳＰ１５の詳細については後述するが、ＤＳＰ１５は、信号Ｓ13の帯域ごとに非線形のレベル変換を行うように、信号Ｓ14を処理し、その処理結果を信号Ｓ15として出力するものである。
【００３１】
そして、このＤＳＰ１５からの信号Ｓ15が、Ｄ／Ａコンバータ１６に供給されてアナログ音声信号Ｓ16にＤ／Ａ変換され、この信号Ｓ16がアンプ１７を通じて例えばダイナミック型に構成されたイヤホン１８に供給される。したがって、マイクロフォン１１により収音された音声などを、イヤホン１８により聴くことができる。
【００３２】
さらに、符号２０はマイクロコンピュータを示す。このマイクロコンピュータ２０は、ＤＳＰ１５が等価的に実現する回路の特性あるいはパラメータを設定するためのものであり、受聴者が任意に調整する可変抵抗器ＲHD、ＲMD、ＲLDが接続される。そして、この可変抵抗器ＲHD〜ＲLDから得られるアナログ電圧の大きさがマイクロコンピュータ２０により検出され、その検出結果にしたがってＤＳＰ１５が実現する回路の特性あるいはパラメータが制御される。
【００３３】
そして、ＤＳＰ１５は、図３に示すように、信号Ｓ14の供給される３つのフィルタ５１Ｈ、５１Ｍ、５１Ｌと、３つのレベル変換回路５２Ｈ、５２Ｍ、５２Ｌと、加算回路５３とを等価的に実現しているものである。
【００３４】
この場合、フィルタ５１Ｈは、ほぼ３ｋHz以上を通過帯域とするハイパスフィルタとされ、このフィルタ５１Ｈからは信号Ｓ13の第３フォルマントおよび子音の成分のデジタル信号Ｓ1Hが取り出される。
【００３５】
また、フィルタ５１Ｍは、ほぼ１ｋHz〜３ｋHzを通過帯域とするバンドパスフィルタとされ、このフィルタ５１Ｍからは信号Ｓ13の第２フォルマントの成分のデジタル信号Ｓ1Mが取り出される。さらに、フィルタ５１Ｌは、ほぼ１ｋHz以下を通過帯域とするバンドパスフィルタあるいはローパスフィルタとされ、このフィルタ５１Ｌからは信号Ｓ13のピッチおよび第１フォルマントの成分のデジタル信号Ｓ1Lが取り出される。
【００３６】
そして、これら信号Ｓ1H、Ｓ1M、Ｓ1Lが、レベル変換回路５２Ｈ、５２Ｍ、５２Ｌにそれぞれ供給される。
【００３７】
この場合、レベル変換回路５２Ｈは、例えば図２ＡおよびＢに示すような入出力特性および利得特性で非線形増幅を行うものである。すなわち、図２Ａにおいて、横軸はマイクロフォン１１の入力音圧レベルに換算したレベル変換回路５２Ｈの入力レベルを示し、縦軸はイヤホン１８の出力音圧レベルに換算したレベル変換回路５２Ｈの出力レベルを示す。また、図２Ｂにおいて、横軸はマイクロフォン１１の入力音圧レベルに換算したレベル変換回路５２Ｈの入力レベルを示し、縦軸はその利得を示す。なお、図２においては、入力レベルが45dB以下は、暗騒音領域とみなして無視している場合である。
【００３８】
そして、可変抵抗器ＲHDが基準の設定位置にあるときには、レベル変換回路５２Ｈの入出力特性は基準の特性の状態となるもので、例えば折れ線９０、９０Ｇで示す特性となる。この特性は、
・入力レベルが45dBのときには、出力レベルは65dB（利得は20dB）
・入力レベルが100dB のときには、出力レベルは120dB （利得は20dB）
というように、入力レベルが45dB〜100dB の範囲では、すべての入力レベル範囲で20dBの利得を有する線形な入出力特性である。
【００３９】
また、入力レベルが45dB以下の範囲でも、利得は20dBで、線形な入出力特性である。しかし、入力レベルが100dB 以上の範囲では、出力レベルが120dB に制限され、大音量から受聴者を保護するようにされている。
【００４０】
そして、可変抵抗器ＲHDを例えば時計方向に調整したときには、例えば折れ線９１、９１Ｇで示す特性となる。この特性は、
・入力レベルが45dBのときには、出力レベルは75dB（利得は30dB）
・入力レベルが100dB のときには、出力レベルは120dB （利得は20dB）
というように、入力レベルが45dB〜100dB の範囲では、特性９０、９０Ｇよりも利得は大きいが、入力レベルが大きくなるにつれて利得が小さくなる特性である。
【００４１】
また、入力レベルが45dB以下の範囲では、特性９０、９０Ｇよりも利得は大きいが、入力レベルが小さくなるにつれて利得も小さくなるレベル伸長特性とされる。さらに、入力レベルが100dB 以上の範囲では、出力レベルは120dB に制限される。
【００４２】
そして、可変抵抗器ＲHDをさらに時計方向に調整したときには、例えば折れ線９２、９２Ｇで示す特性となる。この特性は、
・入力レベルが45dBのときには、出力レベルは90dB（利得は45dB）
・入力レベルが100dB のときには、出力レベルは120dB （利得は20dB）
というように、入力レベルが45dB〜100dB の範囲では、特性９１、９１Ｇよりも利得は大きいが、入力レベルが大きくなるにつれて利得が小さくなる特性である。
【００４３】
また、入力レベルが45dB以下の範囲では、特性９１、９１Ｇよりも利得は大きいが、入力レベルが小さくなるにつれて利得がさらに小さくなるレベル伸長特性とされる。さらに、入力レベルが100dB 以上の範囲では、出力レベルは120dB に制限される。
【００４４】
したがって、可変抵抗器ＲHDを時計方向に調整すると、小入力レベルに対する利得が大きくなるとともに、可変抵抗器ＲHDを時計方向に調整するにつれて小入力レベルに対する利得はより大きくなる。
【００４５】
一方、可変抵抗器ＲHDを、上記とは逆に反時計方向に調整したときには、例えば折れ線９３、９３Ｇで示す特性となる。この特性は、
・入力レベルが45dBのときには、出力レベルは62dB（利得は17dB）
・入力レベルが100dB のときには、出力レベルは111dB （利得は11dB）
というように、入力レベルが45dB〜100dB の範囲では、特性９０、９０Ｇよりも利得は小さく、入力レベルが大きくなるにつれて利得が小さくなる特性である。
【００４６】
また、入力レベルが45dB以下の範囲では、特性９０、９０Ｇよりも利得は小さく、入力レベルが大きくなるにつれて利得はさらに小さくなるレベル圧縮特性とされる。さらに、入力レベルが100dB 以上の範囲では、出力レベルも対応した小さな値111dB に制限される。
【００４７】
そして、可変抵抗器ＲHDをさらに反時計方向に調整したときには、例えば折れ線９４、９４Ｇで示す特性となる。この特性は、
・入力レベルが45dBのときには、出力レベルは58dB（利得は13dB）
・入力レベルが100dB のときには、出力レベルは102dB （利得は２dB）
というように、入力レベルが45dB〜100dB の範囲では、特性９３、９３Ｇよりも利得は小さく、入力レベルが大きくなるにつれて利得が小さくなる特性である。
【００４８】
また、入力レベルが45dB以下の範囲では、特性９３、９３Ｇよりも利得は小さく、入力レベルが大きくなるにつれて利得がさらに小さくなるレベル圧縮特性とされる。さらに、入力レベルが100dB 以上の範囲では、出力レベルも対応した小さな値102dB に制限される。
【００４９】
したがって、可変抵抗器ＲHDを反時計方向に調整すると、利得が小さくなるとともに、可変抵抗器ＲHDを反時計方向に調整するにつれて大入力レベルに対する利得はより小さくなる。
【００５０】
こうして、可変抵抗器ＲHDを調整すると、レベル変換回路５２Ｈの入出力特性は、特性９２←→特性９０←→特性９４の間を、その調整に対応して変更される。
【００５１】
さらに、レベル変換回路５２Ｍ、５２Ｌも、レベル変換回路５２Ｈと同様に構成されるものであり、可変抵抗器ＲMD、ＲLDの調整により、レベル変換回路５２Ｍ、５２Ｌの入出力特性もレベル変換回路５２Ｈの入出力特性と同様に変更される。
【００５２】
そして、レベル変換回路５２Ｈ、５２Ｍ、５２Ｌからの信号Ｓ2H、Ｓ2M、Ｓ2Lが加算回路５３に供給されて加算され、その加算信号が上記の信号Ｓ15として取り出される。
【００５３】
このような構成によれば、受聴者は、可変抵抗器ＲHD〜ＲLDを調整することにより、レベル変換回路５２Ｈ〜５２Ｌの入出力特性を、図２における特性９２←→特性９０←→特性９４の間で変更することができる。
【００５４】
そこで、中等度の難聴でも少し重い難聴者が小さい音声を聴く場合、特性９２に設定すれば、55dBの大きさの音声が95dBの大きさの音声に変換されるので、その音声を聴くことができる。また、中等度の難聴でも少し重い難聴者が普通の大きさの音声を聴く場合、特性９１に設定すれば、65dBの大きさの音声が90dBの大きさの音声に変換されるので、その音声を聴くことができる。
【００５５】
一方、軽い難聴者が小さい音声を聴く場合、特性９１に設定すれば、55dBの大きさの音声が80dBの大きさの音声に変換されるので、その音声を聴くことができる。さらに、軽い難聴者が大きい音声を聴く場合、特性９４に設定すれば、70dBの大きさの音声が80dBの大きさの音声に変換されて聞こえる。
【００５６】
すなわち、変換回路５２Ｈ〜５２Ｌの入出力特性を、特性９０から特性９２の方向に変更すれば、小さい音の出力レベルがより大きくなり、音を大きくしたように聞こえる。逆に、変換回路５２Ｈ〜５２Ｌの入出力特性を、特性９０から特性９４の方向に変更すると、大きい音のレベルがより小さくなり、音を小さくしたように聞こえる。
【００５７】
したがって、この入出力特性の変更は、使用者から見れば、いわゆるボリューム操作のような感じとなって違和感がなく、使用者本人にとって目的とする音を聞きやすいように調整をすることができる。したがって、図１の補聴器は、図３の補聴器のように、聴力の診断結果にしたがって補聴器の特性を設定する必要がないので、手軽に使用することができる。
【００５８】
また、図２の特性の場合、その最大利得は45dBに制限されるので、例えばイヤホン１８の後部にマイクロフォン１１が一体に設けられて受聴者の耳部の位置で音声などの収音を行うようにされている場合でも、ハウリングマージンが45dB以下になっていれば、可変抵抗器ＲHD〜ＲLDをどのように調整しても、ハウリングを防止できる。
【００５９】
さらに、ボリュームを大きくしても、例えば45dB以下の暗騒音の目だつこともない。また、120dB 以上の過大な音が受聴者に供給されることもない。
【００６０】
なお、上述においては、可変抵抗器ＲHD〜ＲLDによりレベル変換回路５２Ｈ〜５２Ｌの入出力特性の設定を行うとしたが、プッシュスイッチの操作により設定を行うようにすることもできる。
【００６１】
また、上述においては、レベル変換回路５２Ｈ〜５２Ｌの入出力特性を可変抵抗器ＲHD〜ＲLDにより独立して設定できるとしたが、それらの入出力特性を連動とすることもでき、その場合には、１つの可変抵抗器あるいはプッシュスイッチとすることができる。さらに、この発明は、電話、拡声器、音声通信などに適用した場合においても、有効である。
【００６２】
【発明の効果】
この発明によれば、例えば、補聴器に適用した場合、聴力の診断結果にしたがって特性を設定する必要がなく、受聴者が本人にとって目的とする音を聞きやすいように調整するだけでよいので、手軽に使用することができる。
【００６３】
また、受聴者が設定を行う場合、ハウリングの起きにくい設定条件で使用できるので、設定が楽である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一形態を示す系統図である。
【図２】この発明を説明するための特性図である。
【図３】この発明を説明するための系統図である。
【図４】この発明を説明するための特性図である。
【図５】この発明を説明するための特性図である。
【符号の説明】
１１…マイクロフォン、１３…バンドパスフィルタ、１４…Ａ／Ｄコンバータ、１５…ＤＳＰ、１６…Ｄ／Ａコンバータ、１８…イヤホン、２０…マイクロコンピュータ、５１Ｈ…ハイパスフィルタ、５１Ｌおよび５１Ｍ…バンドパスフィルタ、５２Ｈ、５２Ｌおよび５２Ｍ…レベル変換回路、５３…加算回路、ＲHD、ＲLDおよびＲMD…可変抵抗器
Claims (4)
- 音声信号が入力され、この入力された音声信号の入出力利得を、上記音声信号の入力レベルに応じて変更する利得変更回路と、
この利得変更回路に複数の入出力利得特性を設定する利得設定手段と、
使用者により操作されて上記複数の入出力利得特性のいずれか１つを選択する操作手段と
を有し、
上記複数の入出力利得特性は、少なくとも、
上記音声信号の入力レベルが第１の所定レベルよりも大きいときには、一定の入出力利得である第１の入出力利得特性と、
上記音声信号の入力レベルが上記第１の所定レベルよりも大きいときには、入出力利得が、上記一定の入出力利得よりも大きく、かつ、
上記音声信号の入力レベルの増加にしたがって、上記一定の入出力利得まで単調に減少する第２の入出力利得特性と、
上記音声信号の入力レベルが上記第１の所定レベルよりも大きいときには、入出力利得が、上記一定の入出力利得よりも小さく、かつ、
上記音声信号の入力レベルの増加にしたがって単調に減少する第３の入出力利得特性と
を含み、
上記使用者が上記操作手段を操作するとき、上記利得設定手段により上記第１〜第３の入出力利得特性が選択される
ようにした音声処理装置。 - 請求項１に記載の音声処理装置において、
上記操作手段は可変抵抗器であり、
この可変抵抗器が基準位置にあるとき、上記利得変更回路は上記第１の入出力利得特性とされ、
上記可変抵抗器を上記基準位置から一方の方向に操作したとき、上記第２の入出力利得特性が選択され、
上記可変抵抗器を上記基準位置から他方の方向に操作したとき、上記第３の入出力利得特性が選択される
ようにした音声処理装置。 - 請求項１に記載の音声処理装置において、
上記利得変更回路の入力レベルが、上記第１の所定レベルよりも大きい第２の所定のレベルのときには、上記利得変更回路の最大出力レベルを所定値に制限する
ようにした音声処理装置。 - 請求項１に記載の音声処理装置において、
上記第１の所定レベルを45dBに設定する
ようにした音声処理装置。
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