JP4041399B2 - 両耳補聴システムおよび音楽合成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
この発明は、耳の後ろ、耳の中または耳道内に装着され、音楽を表す電気信号を発生する音響合成装置（音楽合成装置；ミュージック・シンセサイザ）および前記電気信号を音に変換する出力トランスデューサを内蔵する電子装置に関する。この発明は、さらに、両耳補聴器システムおよび音響合成（音楽合成；ミュージック・シンセサイジング）方法に関する。
【０００２】
この明細書において、音楽（ミュージック）とは、トーン（音）やコード（和音)(tones, chords)のような、好ましくは心地よいパターンで生成される音(sounds)の連続（音のシーケンス）（連続音）として理解される。この明細書において、音楽（ミュージック）という用語は、聴取者がより長い時間にわたって音楽（ミュージック）を気持ちよく聴くことができる持続時間を有する音の連続（音のシーケンス）（連続音）を指す。好ましくは、音楽（ミュージック）は、５秒を超える、好ましくは１０秒を超える、より好ましくは２０秒を超える、さらに好ましくは３０秒を超える、より一層好ましくは１分を超える、最も好ましくは実質的に１分を超える持続時間を有する音の連続（音のシーケンス）（連続音）である。
【０００３】
この電子装置は、生き物（者）のストレスおよび心配を緩和し得、特に、生き物（者）は、この装置により合成（シンセサイズ）される音楽を聴くと、耳鳴りによって引き起こされるストレス、心配およびイライラから解放されうる。
【０００４】
【従来技術】
耳鳴りは、自覚的（subjective)および他覚的（objective）な形態で起こる。ブジイング（ぶんぶんという音)(buzzing)、リンギング（ringing)、ホイッスリング（ぴゅーという音)(whistling)、ヒッシング（しゅーという音)(hissing)などの頭の中の雑音（ノイズ）が聞こえる感じがする人は、耳鳴りを病んでいると言われる。この感覚が外因なしに起こる人の場合は、耳鳴りは自覚的である。頭の中の雑音を検査員が聞くことまたは測定することができる場合は、耳鳴りは他覚的である。頭の中の雑音が断続的に聞こえることもあれば、こうした雑音が経時的に別の形に変化することもある。
【０００５】
耳鳴りを病んでいる人が外部的に生成された音を聴くことによって耳鳴りから解放されたと知覚できるということがよく知られている。
【０００６】
外部的に生成される音は、耳鳴りをマスク(mask)することができる。一般に、マスキング(masking）という用語は、他の音が存在する間における耳鳴りへの影響（作用、効果)(influence)を意味する。しかしながら、この影響は、マスキング音(masking sound）が絶えた後も継続しうる。このマスキングが完全である場合、すなわちマスク音が存在している間は耳鳴りが聞こえない場合もあれば、マスキングが部分的である場合、すなわちマスク音が存在している間でも耳鳴りがより低音量で聞こえる場合もある。電子的ノイズ信号に基づいて音を生成するマスキング装置は、従来技術において周知である。ノイズ発生装置、たとえばある一定の帯域幅を有する定常ノイズを提供する擬似ランダム(pseudo-random）ノイズ発生装置が用いられてきた。しかしながら、一般にランダム・ノイズを聴くことは気持ちのよいものではなく、プラスのマスキング効果を得るためには、ノイズが耳鳴りそのものより心地よく聴けることが必要である。
【０００７】
外部的に発生する音は、耳鳴りを抑制して、抑制音がなくなった後に耳鳴りが聞こえなくなる（完全抑制）か、またはより低音量で聞こえる（部分抑制）かであることがわかっている。耳鳴りは、一般に、抑制音がなくなってから数秒または数分後に再び聞こえるが、時には耳鳴りが数時間または数日にわたって抑制される場合もある。狭い帯域幅を有するピュア・トーン（純粋な音色)(pure tone)またはノイズは耳鳴りを抑制することがわかっている。欧州特許０５２７７４２Ｂ１に、ピュア・トーンを用いて、このトーンを耳鳴りの周波数の近辺において狭い周波数帯を横切って繰返し掃引することによって耳鳴りを抑制する装置が開示されている。繰返し周期は、０.１〜１０００秒の間において選択されうる。
【０００８】
音にさらされる時間が長くなると、耳鳴りに関する患者の知覚は慣れにより変化しうる。この効果は治療に利用されうる。その他の治療法も、一般に患者の治療には含まれる。慣れにより耳鳴りの知覚が変化して、耳鳴りによって引き起こされる不快感が消滅または減少するようになる。一般に、ノイズ信号が慣れのために用いられる。このノイズ信号の音量は、耳鳴りが依然として聞こえるように調節（整）される。このことは慣れを達成するために重要である。したがって、完全なマスキングは可能とはならない。
【０００９】
しかしながら、ホワイト・ノイズ信号またはピンク・ノイズ信号等のノイズ信号を利用することには欠点があり、それは一般に、対応する音が聴取者に何らかの不快感を引き起こし、聴取者にとって重要な信号をマスクしかねないということである。
【００１０】
最後に、一般に音を聴くことにより、耳鳴りによって引き起こされる不快感が減少しうることが知られている。音楽を聴くことは、たとえば、患者の耳鳴りの知覚にプラスの効果を与えうる。さらに、音楽は、一般的なくつろぎ効果を与えることによって、耳鳴りにより引き起こされるストレス等の感情にも影響を及ぼし、それによって聴音の積極的な効果が高められうる。この治療は、減感作用（減感受性：desensibilisation)として知られている。独国特許公開Ａ１−４４２７２１６に、耳鳴り患者によって選択される特定のカテゴリーの音楽、たとえばクラシック、ポップスまたは瞑想音楽を生成する装置が開示されている。音楽シーケンスは、テープに磁気的に記憶されるか、または半導体メモリにディジタル形式で記憶されうる。音楽信号は、無線送信手段により補聴器に送信されうることが示唆されている。
【００１１】
耳鳴りはまた、他の聴覚障害と一緒に起こりうる。国際特許公開Ａ−９４／０９６０６に、耳鳴りの周波数が、聴覚が損なわれている狭い周波数帯域にある場合に、耳鳴りをマスキングする耳鳴りマスキング装置が開示されている。したがって、この装置はまた、耳鳴りの周波数の近辺の狭い周波数帯において感覚神経を刺激する。
【００１２】
【発明の開示】
この発明の目的は、感情的に中性（中立、中間）であり、かつ心を乱すことがない音響信号（音信号）を生成する装置を提供することにより、これによって耳鳴りを病んでいる人がこの音響信号を長時間にわたって、安心感を持って、したがって合成音により心を乱されることなしに、気持ちよく聞くことができるようにすることである。好ましくは、この装置は、減感受性または慣れに有用なものである。
【００１３】
この発明の他の目的は、補聴器タイプの装置、すなわち従来技術の補聴器において周知のように耳の後ろ、耳の中または耳道内に装着するのに適した装置において、耳鳴りの減感受性または慣れの治療のために有用な装置を提供することにある。この装置において、出力トランデューサの出力は、従来技術の補聴器において周知のやり方で鼓膜に導かれる。
【００１４】
この発明のさらに他の目的は、耳鳴りの減感受性または慣れの治療のために有用な合成音響信号（合成音信号）であって、患者が聞くことを必要としているか、または聞きたいと思っている通信（会話）信号およびその他の信号等の重要な信号をマスクすることがない合成音響信号を生成するのに用いられる装置を提供することにある。
【００１５】
これらの目的は、この発明にしたがって以下に説明される態様において達成される。
【００１６】
この発明は、第１の態様において、耳の後ろ、耳の中または耳道内に装着する電子装置を提供するものであり、この電子装置は、音楽を表す第１の電気信号を発生する音響合成装置（ミュージック・シンセサイザ）と、前記第１の電気信号を音に変換する出力トランスデューサとを内蔵する。
【００１７】
前記装置は、音響合成装置を手動的または自動的にオフする手段を内蔵しうる。前記装置はさらに、スピーチや音楽等の所望の信号を検出し、前記所望の信号の検出により音響合成装置を自動的にオフにする手段を含みうる。
【００１８】
前記装置は、入力トランスデューサと、出力トランスデューサと、ディジタル信号処理手段と、前記出力トランスデューサにより再生されるべき音楽を表す電気信号を発生する音響合成装置（ミュージック・シンセサイザ）とを備えたディジタル式補聴器等の補聴器に内蔵されうる。好ましくは、音響合成装置は、ディジタル信号処理手段に内蔵される。すなわち、ディジタル信号処理手段が音響合成装置の機能を達成するように構成される。
【００１９】
この発明の好適な実施例において、ディジタル信号処理手段は、さらに、聴覚障害の補償を行なうように構成される。このため、前記補聴器は、耳鳴りおよび聴覚障害を病んでいる人により使用することができる。
【００２０】
このようなこの発明の実施例において、合成された音楽は、好ましくは、合成音楽の全周波数範囲が補聴器の使用者（ユーザ）によって聞くことができるように、聴覚障害の補償の前において信号経路内に導入される。
【００２１】
前記音響合成装置は、耳鳴りを完全にはマスクしない音量または振幅レベル、すなわち依然として耳鳴りが低音量で聞こえることを使用者（ユーザ）が知覚しうるレベルで合成音楽を出力トランスデューサにおいて生成するように構成されうる。
【００２２】
前記音響合成装置は、一つの音響発生器を備え、好ましくは前記合成装置は一セットの（一組）の音響発生器を備える。音響発生器は、ディジタル的に制御されうる。
【００２３】
各音響発生器は、特定の音量および周波数と特定のスペクトル成分（内容）とを持ち、したがって特定の音響形態(sonorous figure)を持つトーン(音）を表す電子信号を発生するように構成されうる。さらに、発生したトーン（音）のフェード・インおよびフェード・アウト時定数が制御されうる。音量、周波数、スペクトル成分（内容）、フェード・イン、フェード・アウトおよびトーン（音）の持続時間等、音響発生器の調節（整）可能なパラメータは、音響合成装置に含まれる制御装置（コントローラ）によりディジタル的に制御されうる。
【００２４】
この制御装置は、擬似乱数列（シーケンス）を発生する１つまたはそれ以上の擬似乱数発生器を備えうる。音響発生器の１つまたはそれ以上のパラメータは、前記の１つまたはそれ以上の擬似乱数発生器のうちの１つによって発生する数値に基づいて決定されうる。異なる乱数発生器は、異なる擬似乱数の列（シーケンス）を発生して、選択された音響発生器の異なるパラメータを制御する。
【００２５】
擬似乱数列において、数列の初期条件が未知である場合は、以前の数または以前の短い数列から次の数を決定することはできない。
【００２６】
制御装置は、さらに、連続するトーン（音）の発生開始時点間の時間間隔を決定する擬似乱数発生器を備えた時間的発生器を含みうる。
【００２７】
擬似乱数発生器のうちの少なくとも１つのは、自己相似数列またはフラクタル数列、好ましくは自己相似数列を発生するように構成されうる。
【００２８】
この発明の重要な利点は、擬似乱数発生器を用いて音楽を合成することにより、使用者（ユーザ）に同じ音楽を繰り返し聴かせてイライラさせることがない程度に十分に多くの曲数が録音された音楽を記憶しうる大容量記憶装置（メモリ）の必要性を排除できるところにある。たとえば、より大容量であり、より多くの曲数の音楽を有する別の装置を持ち運ぶことは、一般に煩しく、かつ日常的用途にそぐわないと考えられる。
【００２９】
また、自己相似数またはフラクタル数等を発生する擬似乱数発生器を用いて合成された音楽は、聴いて驚くほど心やすまる気持ちのよいものであることがわかった。さらに、このような乱数発生器によって生成される音楽のシーケンスは、その音楽を聴いている人が繰り返し演奏される音楽のシーケンスを聴いていることを知覚しないほど極めて長い。さらに、一般に、耳鳴りを病んでいる人が音楽を聴くと、耳鳴りが完全マスクされるのではなく、むしろ耳鳴りから心地よく気がそらされて、これによってその人は他の所望の事項に集中できるようになることがわかった。
【００３０】
このように、この発明にしたがって音楽を合成することによって、合成された音楽が事実上非反復的であると知覚されること、すなわち聴取者が繰り返されるシーケンスを認識しないということが達成される。さらに、合成された音楽は実質的に可聴スペクトルにわたるが、重要な信号をマスクしない。
【００３１】
また他の利点は、この発明にしたがった電子装置が、耳の後ろ、耳の中または耳道内に装着される補聴器または補聴器形ハウジング内に設けることができ、音楽を記憶し、かつ前記補聴器または補聴器形ハウジングに送信する遠隔装置を必要としないところにある。
【００３２】
この発明は、第２の態様において、それぞれが、ハウジングと、音楽を表す第１の電気信号を発生する音響合成装置（ミュージック・シンセサイザ）と、音響入力信号を第２の電気信号に変換する入力トランスデューサと、前記第２の電気信号に基づいて第３の電気信号を発生することによって聴覚障害を補償するディジタル信号処理手段と、前記第１および第３の電気信号を組み合わせて第４の電気信号にする手段と、前記第４の電気信号を音に変換する出力トランスデューサとを有する１対の補聴器を備えた両耳補聴器を提供する。
【００３３】
この補聴器は、聴覚障害の補償だけでなく患者の両耳についての耳鳴りの治療にも用いられる。
【００３４】
好適な実施例によれば、異なる信号が、前記１対の各補聴器に印加されうる。これにより、装着者が両耳に異なる聴覚障害を持ち、補聴器による聴覚補償が両耳間において異なりうる状況だけでなく、患者が片耳の耳鳴りまたは両耳で程度の異なる耳鳴りを病んでいる状況にも対応することができる。
【００３５】
両耳電子装置の重要な利点は、該装置が使用者（ユーザ）の異なる耳において異なる音楽を合成しうるところにある。耳鳴りを病んでいる使用者（ユーザ）は、この発明にしたがった両耳装置を聴くことによって音楽が非常に低い音量レベルで生成されているときでも耳鳴りの完全なマスクを体験した。この望ましい効果は、異なる音楽を異なる耳で聴くことによって脳内において引き起こされる認識上の競合によりもたらされると考えられる。第１および第２の電子装置は、同じ音楽のシーケンスを少なくとも２つのトーン（音）の間隔で互いに時間的にずらして生成することができる。この明細書においては、各耳が正規に同じトーンを聴くわけではないときに、人は各耳において異なる音楽を聴くという。たとえば、同じ音楽シーケンスが各耳において、２つの耳間において特定の時間ずれを伴って演奏されてもよい。この時間ずれは、使用者（ユーザ）が脳内で最適な認識上の競合が得られる最適な時間ずれ値の選択を行ないうるように、すなわち使用者に引き起こされる外乱を最小限に抑えながら知覚される耳鳴りの影響を最低限に減少させるように、使用者（ユーザ）により調整可能とされうる。これに代えて、前記時間ずれは、各音響合成装置の始動時点における無作為の（ランダムな）差によって決定される。
【００３６】
乱数列は、以下の方法の少なくとも１つの方法によって得られることが好ましい。
乱数表からの選択、
擬似乱数発生器による合成、
自己相似数発生器による合成、または
フラクタル特性を有することが周知の１／ｆノイズ等の自然の偶発的事象(random events)による合成。
【００３７】
これらの方法の１つにしたがって動作する回路は、補聴器に容易に内蔵され、したがって音楽の生成と補聴器への送信とを行なう遠隔装置は必要とされない。
【００３８】
時には、携帯型遠隔装置は、たとえば耳鳴りを病んでいるがその他の聴覚障害はない人に好まれることがある。このような装置は、完全に耳道内に装着される補聴器の大きさのように非常に小型のものとすることができ、かつ無線通信手段を含みうる。この遠隔装置は、使用者（ユーザ）により携帯されて、片耳または両耳のいずれか、たとえば無線イヤホンまたは無線の、好ましくは開放型耳栓に音楽を送信する。遠隔装置は、さらに、各耳に同一の音楽または異なる音楽を送信する両耳装置とともに用いられうる。
【００３９】
この発明は、第３の態様において、擬似乱数発生器を用いて乱数を発生するステップと、発生した乱数からトーン（音）のパラメータを計算するステップと、音響発生器を用いてトーン（音）を計算されたパラメータにしたがって生成するステップとを含む音響合成方法を提供する。
【００４０】
生成されるトーン（音）の振幅、周波数、スペクトル成分、フェード・イン、フェード・アウトおよびトーン（音）の持続時間等のさまざまなパラメータは、発生した乱数に基づいて決定されうる。異なるパラメータは、擬似乱数列（シーケンス）の異なる列（シーケンス）において生じる乱数から決定されうる。さらに、連続するトーン（音）の発生開始時点間の間隔は、擬似乱数列内、好ましくは異なる擬似乱数列内の乱数から決定されうる。この擬似乱数列は、自己相似数列またはフラクタル数列、好ましくは自己相似数列であってもよい。
【００４１】
この発明のさらに他の目的は、この発明をより詳細に説明する以下の説明から、当業者に明らかになろう。例示として、この発明の好適な実施例を図示および説明する。理解されるように、この発明の他の異なる実施例も可能であり、この発明のいくつかの詳細は、いずれもこの発明から逸脱することなしに各種の自明の態様において改変可能である。したがって、図面および説明は、本質的に例示と見なされ、この発明を制限するものとは見なされない。
【００４２】
【実施例】
図１に、この発明にしたがった電子装置を備えた補聴器の概略図が示されている。この補聴器は、環境からの音を受信して対応する電子信号を発生するマイクロホン１を備えている。入力トランスデューサは指向性タイプであってもよく、たとえば、入力トランスデューサは１個を超える数のマイクロホンを備え、いくつかの入力信号を組み合わせて単一の信号にするものでもよい。この電子信号は、アナログ−ディジタル変換器７を介してディジタル信号処理装置（プロセッサ）２に供給される。それが適切である場合は、アナログ−ディジタル変換器の前に、前置増幅器（図示せず）が設けられうる。使用者（ユーザ）が耳鳴りに加えて聴覚障害を病んでいる場合は、ディジタル信号処理装置２は、前記信号を処理して聴覚障害を修正し、好ましくは、合成された音楽の全周波数範囲を補聴器の使用者が聴くことができるように、合成された音楽が、聴覚補償の前に、信号経路に導入される。
【００４３】
補聴器はさらに、音響合成（音楽合成）装置（ミュージック・シンセサイザ）１０を含み、ディジタル信号処理装置（ディジタル信号プロセッサ）２は、補聴器処理装置（補聴器プロセッサ）５および音響合成装置１０を制御する制御装置６を備えている。この実施例において、音響合成装置１０はディジタル信号処理装置２に集積（一体化）されている。
【００４４】
図１および２に示されているように、音響合成装置１０の出力信号は、ディジタル信号処理装置２の前（段）または後（段）のいずれかの箇所（点）で、接続部１３を介して、それぞれ加算ノード１１または１２において補聴器の主信号経路に供給されうる。
【００４５】
図３により詳細に示されているように、電子装置は、合成音楽（シンセサイズド・ミュージック）を生成する一組（一セット）の音響発生器（サウンド・ジェネレータ）１６ａ〜１６ｅを備えている。音響発生器は図６にさらに詳細に示されている。各音響発生器は、インパルスにより励起または起動（作動）される減衰発振器(damped oscillator）１６１を備えている。音響発生器１６により発生する信号の波形を決定する音響発生器１６のさまざまなパラメータは、制御装置６により調節（整）される。これらのパラメータは、生成（発生）する信号の周波数、最大振幅、持続時間、立上り時間、立下り時間およびスペクトル成分(spectral content)を決定する。これらのパラメータは、図７に示される発生信号の図に明示されている。このようにして、音響発生器１６は、ピアノやフルート等の周知の楽器をシュミレートすることができる。このように、起動（作動）と同時に、音響発生器は、特定の音量、音響形態(sonorous figure）および持続時間を持つ特定の音（トーン）を表す信号を生成する（発生する）。
【００４６】
図３に示されているように、制御装置６は、音響発生制御装置１４、および一組（一セット）の音響発生器１６ａ〜１６ｅから非作動状態（アイドル状態）の音響発生器を選択する選択装置１５を備えている。好ましくは、制御装置１４は、たとえば各信号発生器の出力の平均振幅を設定することにより、音楽の音量を調節（整）する手段を備えている。この調節は、自動的に、ユーザ制御によって、またはこれらの組合せによって行なうことができる、たとえば、使用者（ユーザ）が音楽の音と環境音との間の音量のバランスを選択し、音楽の実際の音量が、補聴器の現行の動作モードにしたがって自動的に制御される。これに代えて、音響レベルは、装着の手順において、聴力しきい値レベル（ＨＴＬ）および耳鳴りレベルとに適合するレベルに調製される。
【００４７】
音響発生器１６ａ〜１６ｅの出力は、加算器１７ａ〜１７ｅにより互いに加算され、合成（組合せ）信号出力として出力ライン１３に供給され、出力ライン１３はこの信号を、加算器、混合器（ミクサ）または他の信号合成装置等の導入手段によって、補聴器の信号経路内に適切な点１１、１２において導入する。
【００４８】
制御装置６、１４は、各音響発生器の起動時間（時点）およびパラメータを制御することにより、音響（音楽）合成プロセスを制御する。音（トーン）の音響形態に関連する高調波成分(harmonic content)等のパラメータは、トーンとトーンとの間において一定に維持される。各音響発生器毎に生成される特定の音（トーン）に関連するパラメータの値、たとえば周波数、持続時間、振幅等のパラメータの値は、これらのパラメータの値に乱数をマッピング(mapping）することにより決定される。このため、制御装置６はさらに、乱数を発生させる一組（一セット）の擬似乱数発生器を含む。各音響発生器を起動するために、特定の擬似乱数発生器が乱数を発生させて、それぞれの特定のパラメータを決定する。複数個の音響発生器を互いにグループ化して同じ音響形態を持つ音（トーン）を合成し、これにより和音（コード）を演奏することができるピアノやギター等の楽器をシュミレートしてもよい。合成されるべき和音（コード：chord)は、特定の擬似乱数発生器の出力をマッピングすることにより決定されうる。
【００４９】
この発明のひとつの実施例において、３つの楽器により生成されていると知覚される音楽が合成される。しかしながら、楽器の数、すなわち現時点で動作して音楽を合成している音響発生器の数を変化させることによって、合成音楽のさらなる多様性（可変性）を得ることができる。このように、特定の音響発生器または特定のグループの音響発生器の作動（起動）は、特定の擬似乱数発生器の出力をマッピングすることによって決定されうる。
【００５０】
オプションとして、クラシック音楽やジャズ音楽等のさまざまなカテゴリーの音楽を、使用者（ユーザ）が選択可能とすることができる。選択可能な各音楽カテゴリ毎に、音楽を合成するのに用いられる一組（一セット）の楽器が予め定められる。この一組の楽器は、動作する音響発生器の数と楽器の種類を定義する各組のパラメータとによって規定される。さらに、擬似乱数値をそれぞれのパラメータ値にマッピングするためのアルゴリズムは、制御装置６、１４によって決定される。これらのあらかじめ定められた選択肢は、たとえば選択可能な音楽カテゴリーの統計的分析に基づきうる。たとえば、バロック音楽を合成するための一組のパラメータはハープシコードのパラメータを含むが、他方では電気ギターのパラメータは、こうした一組のパラメータには含まれない。また、トーンのスタート（開始）間の時間間隔の変化が起こる回数が、たとえば４つごとの乱数を用いて減少されて、リズムが制御される。同様に、いわゆる電子音楽、たとえばニューエイジ音楽を合成するための一組のパラメータは、シンセサイザーや電気ギター等の電子楽器のパラメータを含み、合成された音楽のシーケンスは、多数の発生回数の引き伸ばされたトーンを有していなければならない。この最後の特徴は、トーンの持続時間を制御するマッピングを再マッピング(re-mapping)することによって得られうる。
【００５１】
このようにして、使用者（ユーザ）が好む音楽カテゴリーとの類似度が改善された音楽を合成することが可能になる。
【００５２】
したがって、音響発生器の数は、演奏されるべき楽器の数を上回らなければならない。この実施例では、５つの音響発生器および３つの楽器を有する。しかしながら、これは単なる例示にすぎず、音響発生器の実際の数は、さらに多数、たとえば１０であってもよい。
【００５３】
好適な実施例において、楽器の音の数は、最初に決定される。動作する楽器、すなわち音響発生器および音響発生器グループの数を変えることによって、合成音楽にさらなる多様性（可変性）を加えることができ、動作する楽器の数は、さらに他の擬似乱数発生器によって制御される。たとえば、楽器を、合成している間動作状態に維持される楽器グループと、独奏グループとに分けて、その作動を他の乱数発生器により制御することができる。これに代えて、問題の音楽プログラムに用いられうる一組（一セット）の楽器を構成する異なるサブセットの楽器に乱数をマッピングすることができる。
【００５４】
合成音楽を生成するためのアルゴリズムは、図４により詳細に示されている。図４には、音響発生器を制御する図３に示された制御装置６、１４によって実行される処理が図示されている。
【００５５】
ブロック４０において、ユーザ（使用者）は、対応する音楽プログラム１〜４を選択することにより、所望の音楽カテゴリーを選択することができる。４つの異なるプログラム４１ａ・・・４１ｄが例として示されているが、任意の所望の数の音楽カテゴリーをユーザが利用可能とすることができる。所望の音楽プログラム４１ａ・・・４１ｄが選択されると、対応する楽器の数と種類（タイプ）が制御装置６、１４によって決定される。
【００５６】
さらに、テンポ、独奏楽器の使用および引き伸ばされたトーンの使用等のパラメータが決定される。
【００５７】
音楽カテゴリー、すなわち音楽プログラムの選択に基づいてパラメータが決定されると、音楽の合成が開始される。上述したように、独奏楽器をブロック４３において用いることができる。独奏楽器の作動（起動）は、ブロック４５において、ブロック４６で発生する乱数列（乱数のシーケンス）により制御される。乱数の範囲は、独奏楽器が無作為（ランダム）にスイッチオンまたはスイッチオフされるように、オンまたはオフの２つのいずれかの作動状態にマップされる。低速切換（スイッチング）を達成するために、対応する乱数の発生速度は、たとえば合成音楽の１０小節に対応する程度に、低速に保たれる。同様に、独奏楽器のデューティ・サイクル(duty cycle)は、作動状態への乱数のマッピングを適正に選択することによって決定される。ブロック４７ａ、４７ｂ等において、トーンの生成が、図５を参照して以下により詳細に説明するように開始される。
【００５８】
独奏楽器は合成音楽の多種性を高めうるが、独奏楽器を作動させることは、ユーザの注意を音楽に引き付けて、他の所望の事項への注意の妨げとなりかねないため、望ましくないこともある。
【００５９】
ブロック４４に示されるように、音楽は、音楽合成の間、一定に維持される楽器グループによって合成される。このため、この楽器グループに関してはスイッチング（切換）機能は設けられない。
【００６０】
音響発生器による音（トーン）の生成は、図５に示されるフローチャートにさらに図示されている。ブロック５０において、乱数列（乱数のシーケンス）５４を用いて音（トーン）の発生開始時点が制御される。このために、乱数５４は、音（トーン）の間隔、たとえば１／４、１／８、３／８および１／１６音符(note)の選択にマッピングされる。さらに、合成音楽の各小節中における音（トーン）の持続時間の総和が１小節中の拍子（ビート）の数に一致するように制御することが望ましいことがわかった。独奏楽器の切換（スイッチング）制御の場合のように、乱数の発生（または読取り）の頻度を調節（整）することおよび／またはトーン・マッピングを再マッピングすることのいずれかによって、音（トーン）の変化の確率を調節（整）することが可能である。
【００６１】
加えて、生成される音（トーン）の振幅、音（トーン）の持続時間および周波数は、それぞれブロック５２、５３および５１において、それぞれの乱数列５５、５６および５７により制御される。この目的のために、乱数は、たとえば周波数であるパラメータが、楽器の特性（たとえばフルートはチェロより高い特性値を有する）である選択された値の近辺の範囲にマッピングされるように、スケーリング値にマッピングされる。たとえば、楽器の周波数は、その楽器により演奏されうる最低音の周波数を表すものとすることができる。この場合も、乱数の発生（または読取り）頻度を調節（整）することおよび／またはトーン・マッピングを再マッピングすることのいずれかによって変化の確率を調節（整）することが可能である。
【００６２】
ブロック５２において、音（トーン）の振幅は、ブロック５６において発生した乱数を相対振幅ファクター（係数）にマッピングすることによって、または単に乱数を相対振幅ファクターとして用いることによって設定される。音（トーン）の振幅を決定するために、このファクターに、制御装置６、１４によって既に設定された平均振幅が乗算される。
【００６３】
ブロック５１において、音（トーン）の周波数は、ブロック５５において発生する乱数を周波数ファクターにマッピングすることによって設定される。音（トーン）の周波数を生成するために、このファクターに、制御装置６、１４によって既に設定された楽器周波数が乗算される。マッピングの結果、所望のトーン・スケールの音（トーン）が生成される。和音(chord：コード）を合成する楽器については、ブロック４２において形成されるマッピング・アルゴリズムは、所与の和音の音（トーン）に対応する周波数のテーブルからの選択を含みうる。
【００６４】
ブロック５８において、制御装置１５は、非作動（アイドル）状態の音響発生器を選択し、パラメータを転送し、音響発生器にインパルス（図６に示されるシーケンス｛１，０，０，・・・｝）を送信することにより音響発生器を起動する。
【００６５】
いくつかのパラメータを１つの共通の擬似乱数発生器の出力から決定することにより、おそらくは合成音楽の多様性（可変性）を犠牲にして、装置を簡素化しうることに注意されたい。
【００６６】
自己相似数列(a sequence of self-similar numbers）は、以下のアルゴリズムによって生成される。
１）所定のビット数ｎを有する２進整数Ｎ１を選択する。
２）ｘ＜ｎであるとき、２ｘ−１または２ｘ＋１のいずれかである第２の２進整数Ｎ２をＮ１に加算する。
３）その結果において、値「１」を有するビットの数を数える。この数を最終結果とする。
４）Ｎ１とＮ２との和を新しいＮ１として反復的に用いて、ステップ２）から繰り返して次の数を生成する。
【００６７】
合成音楽の多様性（可変性）をさらに高めるために、他の乱数を用いて、生成される音のパラメータのディザ(dither)、たとえば周波数、音（トーン）の持続時間および減衰(decay)時間のディザリング(dithering)を行なってもよい。
【００６８】
自己相似数列を発生させることが好ましい。自己相似数は、さまざまなやり方で生成できる。好ましいやり方は、２進計数列(a binary counting sequence)における２進数、すなわち０、１、１０、１１、１００、１０１、１１０、１１１、１０００等のビットを総和して(sum the bits)、数列(sequence)０、１、１、２、１、２、２、３、１等を得ることである。この数列の１つおきの値によって形成される数列は、元の数列と同一であることに注意されたい。同様に、３つおきまたは２ⁿ−１おきの値によって形成される数列は、元の数列と同一である。 これは自己相似数列の特徴であり、この特徴は、フラクタル数列(fractal number sequences)のスケーリング不変性(scalling invariance）に密接に関係している。線形フラクタル(linear fractals）は異なるスケールにおいて正確に相似し（すなわち自己相似数である）、他方、非線形フラクタル(non-linear fractals）は異なるスケールにおいて統計的に相似するので、自己相似数はフラクタル数のサブクラス(sub-class）であることに注意されたい（参考：インターネット上のＵＲＬ http://www.community.pima.edu/users/larry/fracmus.htmで公開されているラリー・ソロモンの「音楽におけるフラクタル性」(Larry Solomon "The fractal nature on music")）。
【００６９】
これらのビットの総和(bit sums)を所定のスキームにしたがって音（トーン）と関連させることにより、合成音楽シーケンスが製作される。全ての値または固定間隔の値を選択して音符(musical notes)に使用することは必要条件ではない。これは、合成音楽を生成する従来技術において周知であるフラクタル数列のスケール不変性による。たとえばインターネットのＵＲＬ http://www.forwiss.uni-erlangen.de/~kinderma/から入手可能な２０００年１０月２５日付けインターネット記事であるキンダーマン・エル．の「ミュージナン − 数の音楽」(Kindermann, L., "MusiNum - The Music in the Numbers")。
【００７０】
たとえば上記の方法により製作されうる合成音楽は、玄関の呼び鈴などの単純な旋律の曲とはかけ離れており、実際のところ、人が作曲した実際の音楽の印象と違わない印象を与える。
【００７１】
図６に、音響発生器１６の実施例が示されている。この音響発生器１６は、同図の点１６１１に示されているように、単一の入力インパルスを用いて励起されると、指数関数的に減衰する正弦波を発生させる二次ＩＩＲフィルタを内蔵する。このＩＩＲフィルタ１６１に続いて線形減衰ファクタ（係数）を有する乗算器１６２が設けられる。この乗算器１６２は、発生した信号の信号振幅を有限時間内に零に到達させる。音（トーン）の生成の終了を示す信号は、図３の帰還経路で示されるように供給されて、これによって音響発生器１６が新しい音の生成に利用可能になったことが示される。
【００７２】
さらに、音響発生器１６は、発生した信号に高調波を加える歪み回路１６３を含む。好ましくは、歪み関数は５次多項式である。ここで、ｋ₄およびｋ₅は多項式の３次および５次係数である。これに代えて、たとえば発生した信号のクリッピングと調節（整）可能な等化器(equalizer）とを組み合わせる等の、当業者が高調波歪みの生成に利用できる多数の技術がある。この歪み回路は、異なる楽器（音）の異なる高調波特性を生成することができるので有利であり、これによって各音響発生器が、音響合成装置において使用が望まれるいかなる楽器の音も表す信号を発生することができる。
【００７３】
音響発生器１６は、固定サンプリング周波数ｆ_sampで動作する。４つの入力パラメータを用いて、特定の音と、所望の周波数ｆと、フェード・アウト時間Ｔ_fadeoutと、２つの歪み係数ｋ₄およびｋ₅とが生成される。
【００７４】
これらの入力パラメータとサンプリング周波数とが与えられると、係数ｋ₁、ｋ₂およびｋ₃は、下式から計算される。
【数１】

ここで、τは、指数関数的減衰における時定数である。
【００７５】
発振器ブロック１６１は、以下の形の２次ｚ変換を有するため、フェード・インおよびフェード・アウト時定数は、ｋ₃係数によって決定される。
【数２】

【００７６】
同様に、音響発生器の指数関数的フェード・インは、たとえば(1−exp(-t/ｔτ））というフェード・イン・ゲイン・ファクタによって振幅が修正される修正発振器によって得られうる。
【００７７】
図７に、音(voice）とテンポとを生成するためのこれらのパラメータが示されている。図７は、音楽信号の一部分の信号エネルギーの図である。音（トーン）（高調波歪みと基本周波数ｆと振幅Ａとを有する正弦波)は、ｋ₃係数によって決定されるフェード・イン時定数ｔτおよびフェード・アウト時定数ｔ_dを用いて生成されることが図示されている。さらに、音（トーン）の持続時間である包絡線は、ｋ₁係数により制御される乗算器１６２によってトランケート(trancated)されていること（スロープＤ）がわかる（トランケーションは、指数関数的減衰と線形減衰とを掛け合わせた形をとるため、誇張されている）。さらに、音（トーン）の発生開始時点間の時間Ｔ_Nを音（トーン）の持続時間Ｔ_tより短くすることができること、および音の発生開始時点Ｔ_N1、Ｔ_N2・・・を変動させうることとがわかる。１に初期化され、その後はサンプル毎に量ｋ₁ずつ減少する係数との乗算の形で、線形盛衰がブロック１６２により制御される。
【００７８】
さまざまな楽器の音が、一組の音響発生器１６ａ〜１６ｅのいずれによっても演奏されうる。このため、異なる楽器用に異なる種類の音響発生器を用いる必要はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１の実施例にしたがう携帯型電子装置の概略図である。
【図２】 この発明の第２の実施例の概略図である。
【図３】 一組の音響発生器の概略図である。
【図４】 音楽を合成するアルゴリズムのフローチャートである。
【図５】 音響発生器を制御するアルゴリズムのフローチャートである。
【図６】 音響発生器の概略図である。
【図７】 音響合成装置からの音の非常に単純なシーケンスを示し、発生器のパラメータを図示する。

Claims (21)

1. 音信号を発生する複数の音響発生器，第１の疑似乱数を発生する第１の疑似乱数発生器，発生した第１の疑似乱数に基づいて，上記複数の音響発生器のそれぞれについて，トーン（音）の発生開始時点，トーンの周波数，トーンの振幅，およびトーンの持続時間に関するパラメータを計算する手段，ならびに計算されたパラメータにしたがって上記複数の音響発生器において生成される音信号を合成して，音楽を表す第１の電気信号を出力する手段を含む音響合成装置，
   音響入力信号を第２の電気信号に変換する入力トランスデューサ（１），前記第２の電気信号に基づいて第３の電気信号を発生することによって聴覚障害を補償するディジタル信号処理手段（２），および出力トランスデューサ（３）を有する補聴器，ならびに
   上記音響合成装置から出力された音楽を表す第１の電気信号と，上記補聴器の上記第２の電気信号または上記第３の電気信号とを組合わせて，上記出力トランスデューサ（３）により音に変換される第４の電気信号にする組合せ手段，
   を備えた耳の後ろ，耳の中または耳道内に装着される電子装置。
2. 前記第１の電気信号は，耳鳴りの治療に用いるのに適したものである，請求項１に記載の電子装置。
3. 前記音響合成装置は，合成された音楽を前記出力トランスデューサ（３）において耳鳴りを完全にはマスクしない音量レベルで提供するようになっている，請求項２に記載の電子装置。
4. 前記音響合成装置は，前記複数の音響発生器（１６ａ〜１６ｅ）を制御し，かつ第１の擬似乱数発生器を有する制御装置（６）を備えている，請求項１に記載の電子装置。
5. 前記複数の音響発生器（１６ａ〜１６ｅ）のパラメータは，トーンのフェード・イン・パラメータを含む，請求項１に記載の電子装置。
6. 前記複数の音響発生器（１６ａ〜１６ｅ）のパラメータは，トーンのフェード・アウト・パラメータを含む，請求項１に記載の電子装置。
7. 前記複数の音響発生器（１６ａ〜１６ｅ）のパラメータは，少なくとも１つの高調波制御パラメータを含む，請求項１に記載の電子装置。
8. 第２の擬似乱数発生器をさらに含み，前記複数の音響発生器（１６ａ〜１６ｅ）のパラメータの第２のサブセットの制御パラメータは，前記第２の擬似乱数発生器により発生する乱数から計算され，他方，前記複数の音響発生器（１６ａ〜１６ｅ）のパラメータの異なる第１のサブセットの制御パラメータは，前記第１の擬似乱数発生器により発生する乱数から計算される，請求項１〜７のいずれか一項に記載の電子装置。
9. 第３の擬似乱数発生器を備えた時間的発生器をさらに含み，トーンの発生開始時点間の期間は，前記第３の擬似乱数発生器により発生する乱数によって決定される，請求項１〜８のいずれか一項に記載の電子装置。
10. 前記複数の音響発生器の一つは，３つの擬似乱数発生器の独立したセットによって制御される，請求項１〜９のいずれか一項に記載の電子装置。
11. 作動する音響発生器の個数を制御する第４の擬似乱数発生器をさらに含む，請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電子装置。
12. 一つの擬似乱数発生器が，自己相似数列またはフラクタル数列を発生するようになっている，請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電子装置。
13. 前記制御装置（６）は，トーンの発生のための前記複数の音響発生器（１６ａ〜１６ｅ）からアイドル状態の音響発生器を選択する選択装置（１５）をさらに含む，請求項４〜１２のいずれか一項に記載の電子装置。
14. 前記複数の音響発生器（１６ａ〜１６ｅ）の少なくとも一つは，入力インパルスを受けて指数関数的に減衰する正弦波形状の信号を発生する２次ＩＩＲフィルタを備える，請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電子装置。
15. 前記少なくとも一つの音響発生器は，発生した信号の振幅を有限時間内に零に到達させる線形減衰係数を有する乗算器（１６２）をさらに含む，請求項１に記載の電子装置。
16. 前記少なくとも一つの音響発生器は，発生した正弦波形信号に高調波を加える歪み回路（１６３）をさらに含む，請求項１５に記載の電子装置。
17. それぞれが，複数の音響発生器，疑似乱数を発生する疑似乱数発生器，発生した疑似乱数に基づいて，上記複数の音響発生器のそれぞれについて，トーン（音）の発生開始時点，トーンの周波数，トーンの振幅，およびトーンの持続時間に関連するパラメータを計算する手段，ならびに計算されたパラメータにしたがって上記複数の音響発生器のそれぞれにおいて生成されて出力される音楽信号を合成して，音楽を表す第１の電気信号を出力する手段を含む音響合成装置，音響入力信号を第２の電気信号に変換する入力トランスデューサ（１），上記第２の電気信号に基づいて第３の電気信号を発生することによって聴覚障害を補償するディジタル信号処理手段（２），および出力トランスデューサ（３）を有する１対の補聴器を備え，
    それぞれの補聴器が，上記音響合成装置から出力された音楽を表す第１の電気信号と，上記補聴器の上記第２の電気信号または上記第３の電気信号とを組合わせて，上記出力トランスデューサ（３）により音に変換される第４の電気信号にする組合せ手段を備えている，
    両耳補聴器システム。
18. 前記補聴器のそれぞれが，前記１対の補聴器の他方によって合成される音楽信号と相違しうる音楽信号を合成するようになっている，請求項１７に記載の両耳補聴器システム。
19. 擬似乱数発生器を用いて疑似乱数を発生し，
    前記発生した疑似乱数に基づいて，音信号を発生する複数の音響発生器のそれぞれについて，トーン（音）の発生開始時点，トーンの周波数，トーンの振幅，およびトーンの持続時間に関するパラメータを計算し，計算されたパラメータを複数の音響発生器のそれぞれに供給し，複数の音響発生器においてパラメータにしたがって生成される音信号を合成することによって得られる音楽を表す第１の電気信号を出力し，
    音響入力信号を入力トランスデューサを用いて第２の電気信号に変換し，ディジタル信号処理手段を用いて，第２の電気信号に基づいて聴覚障害を補償するのに適した第３の電気信号を発生し，音楽を表す第１の電気信号と，上記第２の電気信号または第３の電気信号を組合わせて第４の電気信号にし，この第４の電気信号を出力トランスデューサに供給する，
    補聴器における音楽合成方法。
20. トーンのフェード・インまたはトーンのフェード・アウトに関するパラメータをさらに計算する，請求項１９に記載の方法。
21. トーンの高調波周波数成分に関するパラメータをさらに計算する，請求項１９または２０に記載の方法。

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