JP4225552B2 - 補聴処理方法及びそれを用いた補聴器 - Google Patents
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Description
本発明は、周波数選択性の劣化に基づいて補聴調整する補聴処理方法及びそれを用いた補聴器に関する。
現在一般に普及している補聴器のほとんどは、数種類の調整機能を有する。これらの調整機能には、例えばサブボリューム、出力制限、音質調整（主にフィルタを用いた周波数特性変更装置）、自動利得調整（ＡＧＣ）などがあり、各調整の度合はユーザ若しくは調整者（医師、販売店員等）が自由に変更することができる。これらの調整は、装用者のオージオグラム（最小可聴閾値の上昇）を特定の計算式に代入して得られた調整値に基づいて行われる。
また、難聴の要因としては、オージオグラムの形状の他に、周波数選択性の劣化などが考えられる。オージオグラムの形状が殆ど同じであっても、周波数選択性の劣化の度合が異なると、オージオグラムの形状を基に補聴器を調整したとても、文章了解度が改善されない場合がある。また、同じタイプの補聴器を使用している難聴者であっても、周波数選択性の劣化の度合が異なり、雑音下での文章了解度が改善されない場合がある。
周波数選択性の劣化の度合については、聴覚フィルタ形状から個々の難聴者の度合を知ることができる。健聴者における聴覚フィルタ形状の個人差は小さいが、感音性難聴者における聴覚フィルタ形状は、周波数や音圧レベルに応じて様々に異なることが知られている。
そこで、聴覚フィルタ形状を短時間で測定する方法としては，周波数分解能測定装置などが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また，聴覚フィルタ形状の他に、臨界帯域幅やマスキングパターンなどを用いても、周波数選択性の劣化度合を知ることができる。
また，聴覚フィルタ形状の他に、臨界帯域幅やマスキングパターンなどを用いても、周波数選択性の劣化度合を知ることができる。
しかし、周波数選択性の劣化の度合については、聴覚フィルタ形状などから測定することは可能であるが、現在の補聴器が有する機能では、周波数選択性の劣化を補償することはできない。
そこで、周波数選択性の劣化に基づいて調整できる補聴器の出現が望まれる。
そこで、周波数選択性の劣化に基づいて調整できる補聴器の出現が望まれる。
本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、補聴器装用者（難聴者）の周波数選択性の劣化に基づいて補聴調整することができる補聴処理方法及びそれを用いた補聴器を提供しようとするものである。
上記課題を解決すべく請求項１に係る発明は、マイクロホンで入力した音声信号を補聴処理してイヤホンから音声信号を出力する補聴処理方法であって、難聴者の聴神経興奮パターンを算出し、この聴神経興奮パターンが健聴者の聴神経興奮パターンと同一になるように、入力音声信号のパワースペクトルの各周波数成分に補正係数を乗算して出力音声信号とする際に、前記補正係数が負となる場合には、そのパワースペクトルの周波数成分の位相を反転させ、この位相を反転させたパワースペクトルの周波数成分に前記補正係数の絶対値を乗算するものである。
請求項２に係る発明は、請求項１記載の補聴処理方法において、前記聴神経興奮パターンを、入力音声信号のある特定の周波数成分を用いて算出するようにした。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２記載の補聴処理方法において、前記聴神経興奮パターンを、聴覚フィルタ形状を用いて算出するようにした。
請求項４に係る発明は、請求項１又は２記載の補聴処理方法において、前記聴神経興奮パターンを、臨界帯域幅を用いて算出するようにした。
請求項５に係る発明は、マイクロホンで入力した音声信号を補聴処理してイヤホンから音声信号を出力する補聴器であって、難聴者の聴神経興奮パターンを算出し、この聴神経興奮パターンが健聴者の聴神経興奮パターンと同一になるように、入力音声信号のパワースペクトルの各周波数成分に補正係数を乗算して出力音声信号とする補聴処理部を備え、前記補正係数が負となる場合には、そのパワースペクトルの周波数成分の位相を反転させ、この位相を反転させたパワースペクトルの周波数成分に前記補正係数の絶対値を乗算するものである。
請求項６に係る発明は、請求項５記載の補聴器において、前記聴神経興奮パターンを、入力音声信号のある特定の周波数成分を用いて算出するようにした。
請求項７に係る発明は、請求項５又は６記載の補聴器において、前記聴神経興奮パターンを、聴覚フィルタ形状を用いて算出するようにした。
請求項８に係る発明は、請求項５又は６記載の補聴器において、前記聴神経興奮パターンを、臨界帯域幅を用いて算出するようにした。
請求項９に係る発明は、請求項７又は８記載の補聴器において、前記聴覚フィルタ形状、前記臨界帯域幅を求めるための検査音を出力するようにした。
以上説明したように請求項１に係る発明によれば、難聴者の聴神経興奮パターンが、健聴者の聴神経興奮パターンと同一になるように、入力音声信号を補正して出力音声信号とするので、周波数選択性の劣化が補償され、健聴者と同じような感覚で音声を聴取することができる。
請求項２に係る発明によれば、周波数選択性の劣化の度合を表している入力音声信号のある特定の周波数成分を用いて、難聴者の聴神経興奮パターンが、健聴者の聴神経興奮パターンと同一になるように、入力音声信号を補正して出力音声信号とするので、周波数選択性の劣化が補償され、健聴者と同じような感覚で音声を聴取することができる。また、演算処理の高速化が図れる。
請求項３に係る発明によれば、周波数選択性の劣化の度合を表している聴覚フィルタ形状を用いて、難聴者の聴神経興奮パターンが、健聴者の聴神経興奮パターンと同一になるように、入力音声信号を補正して出力音声信号とするので、周波数選択性の劣化が補償され、健聴者と同じような感覚で音声を聴取することができる。
請求項４に係る発明によれば、周波数選択性の劣化の度合を表している臨界帯域幅を用いて、難聴者の聴神経興奮パターンが、健聴者の聴神経興奮パターンと同一になるように、入力音声信号を補正して出力音声信号とするので、周波数選択性の劣化が補償され、健聴者と同じような感覚で音声を聴取することができる。
請求項５に係る発明によれば、補聴処理部による補聴処理により、難聴者の聴神経興奮パターンが、健聴者の聴神経興奮パターンと同一になるように、入力音声信号を補正して出力音声信号とするので、周波数選択性の劣化が補償され、健聴者と同じような感覚で音声を聴取することができる。
請求項６に係る発明によれば、周波数選択性の劣化の度合を表している入力音声信号のある特定の周波数成分を用いて、難聴者の聴神経興奮パターンが、健聴者の聴神経興奮パターンと同一になるように、入力音声信号を補正して出力音声信号とする補聴処理部を備えているので、周波数選択性の劣化が補償され、健聴者と同じような感覚で音声を聴取することができる。
請求項７に係る発明によれば、周波数選択性の劣化の度合を表している聴覚フィルタ形状を用いて、難聴者の聴神経興奮パターンが、健聴者の聴神経興奮パターンと同一になるように、入力音声信号を補正して出力音声信号とする補聴処理部を備えているので、周波数選択性の劣化が補償され、健聴者と同じような感覚で音声を聴取することができる。
請求項８に係る発明によれば、周波数選択性の劣化の度合を表している臨界帯域幅を用いて、難聴者の聴神経興奮パターンが、健聴者の聴神経興奮パターンと同一になるように、入力音声信号を補正して出力音声信号とする補聴処理部を備えているので、周波数選択性の劣化が補償され、健聴者と同じような感覚で音声を聴取することができる。
請求項９に係る発明によれば、補聴器自体で聴覚フィルタ形状又は臨界帯域幅を求めるための検査音を出力するので、聴覚フィルタ形状又は臨界帯域幅の測定に際して、補聴器を外す必要がなくなり、補聴器の使い勝手が向上する。
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る補聴器のブロック構成図、図２は聴覚フィルタから聴神経興奮パターンを算出する方法の説明図、図３は聴覚フィルタ形状を用いた場合の補正処理手順を示すフローチャート、図４は聴神経興奮パターンの一例である。
図１に示すように、本発明に係る補聴器１は、マイクロホン２、補聴処理部３、イヤホン４からなる。マイクロホン２は、音声信号を電気信号に変換し、変換した電気信号を出力する。補聴処理部３は、マイクロホン２が出力した電気信号に各種の信号処理を施し、信号処理を施した電気信号を出力する。イヤホン４は、補聴処理部３の出力信号を音響信号に変換し、音声信号として出力する。
補聴処理部３は、信号処理部５、聴神経興奮パターン算出部６，７、聴覚フィルタ形状記憶部８，９、補正係数算出部１０、極性判定部１１、位相反転部１２、補正係数乗算部１３、復元処理部１４などを備えている。なお、健聴者の聴覚フィルタ形状のデータは予め聴覚フィルタ形状記憶部８に記憶され、難聴者（補聴器装用者）の聴覚フィルタ形状のデータも予め測定されて聴覚フィルタ形状記憶部９に記憶されている。
信号処理部５は、マイクロホン２が出力した電気信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）してパワースペクトルを算出し、聴神経興奮パターン算出部６，７と位相反転部１２に出力する。また、信号処理部５は、ピークピッキングを行ったり、各種の信号処理を行ったりする。
聴神経興奮パターン算出部６は、信号処理部５が出力したパワースペクトル又はパワースペクトルの特定の周波数成分と、聴覚フィルタ形状記憶部８に記憶されている健聴者の聴覚フィルタ形状から、健聴者の聴神経興奮パターンを算出する。また、もう一方の聴神経興奮パターン算出部７は、信号処理部５が出力したパワースペクトル又はパワースペクトルの特定の周波数成分と、聴覚フィルタ形状記憶部９に記憶されている難聴者の聴覚フィルタ形状から、難聴者の聴神経興奮パターンを算出する。
ここで、聴神経興奮パターンとは、蝸牛における基底膜の振動によって刺激された神経活動の分布であり、刺激によって引き起こされる興奮量を周波数の関数として表示したものである。図２に聴覚フィルタバンクに純音が入力された場合の聴神経興奮パターンの算出方法を示す。
図２（ａ）は、入力された純音と健聴者の聴覚フィルタバンクを示す。入力された純音に対して、聴覚フィルタＡの通過量はａであるため、出力値ａが得られる。同様に聴覚フィルタＢ及び聴覚フィルタＣからは出力値ｂ及び出力値ｃがそれぞれ得られる。図２（ｂ）に図２（ａ）で得られた聴覚フィルタの出力値をプロットする。これが聴神経興奮パターンとなり、過去の研究報告で、この聴神経興奮パターンが生理学データと一致することが確認されている。
図２（ｃ）は、入力された純音と難聴者の聴覚フィルタバンクの一例を示す。難聴者の場合、聴覚フィルタの形状が示すように、聴覚フィルタのバンド幅が健聴者に比べ広がっていることが多い。そこで、聴神経興奮パターンを算出すると、図２（ｄ）に示すように、健聴者と異なることが分かる。
補正係数算出部１０は、聴神経興奮パターン算出部６が算出した健聴者の聴神経興奮パターンと聴神経興奮パターン算出部７が算出した難聴者の聴神経興奮パターンを比較して、難聴者の聴神経興奮パターンが、健聴者の聴神経興奮パターンと同一になるための補正係数（ゲイン係数）を算出して、極性判定部１１と補正係数乗算部１３に入力する。
極性判定部１１は、補正係数算出部１０が算出したゲイン係数の極性を判定し、ゲイン係数が負である場合には判定信号を位相反転部１２に入力する。
位相反転部１２は、極性判定部１１からゲイン係数が負であるという判定信号が入力されると、信号処理部５が出力したパワースペクトルのうちでゲイン係数が負となった周波数成分について、その位相を反転させて補正係数乗算部１３に入力し、極性判定部１１からゲイン係数が負であるという判定信号が入力されないと、信号処理部５が出力したパワースペクトルの位相を反転させずに、そのまま補正係数乗算部１３に入力する。
補正係数乗算部１３は、位相反転部１２が出力したパワースペクトルの周波数成分に、ゲイン係数の絶対値を乗算して復元処理部１４に入力する。
復元処理部１４は、ゲイン係数の絶対値が乗算されたパワースペクトルを逆ＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）するなどして復元信号を得て、イヤホン４に入力する。
復元処理部１４は、ゲイン係数の絶対値が乗算されたパワースペクトルを逆ＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）するなどして復元信号を得て、イヤホン４に入力する。
次に、本発明に係る補聴処理方法及びそれを用いた補聴器１の動作を、図３に示すフローチャートにより説明する。
先ず、ステップＳＰ１において、マイクロホン２により音声信号を入力し、ある時間の音声データをＮ点で切り出してフレーム音声信号ｓ(n)を作成する。ステップＳＰ２において、音声信号ｓ(n) にゼロ詰めを行い、Ｍ点とし、Ｍ点解析信号ｙ(n)を作成する。Ｍ点解析信号ｙ(n)から解析信号ｘ(n)を作成する。
先ず、ステップＳＰ１において、マイクロホン２により音声信号を入力し、ある時間の音声データをＮ点で切り出してフレーム音声信号ｓ(n)を作成する。ステップＳＰ２において、音声信号ｓ(n) にゼロ詰めを行い、Ｍ点とし、Ｍ点解析信号ｙ(n)を作成する。Ｍ点解析信号ｙ(n)から解析信号ｘ(n)を作成する。
次いで、ステップＳＰ３において、Ｍ点解析信号ｘ(n)より、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）によって、Ｙ(k)を得る。ステップＳＰ４において、Ｍ／２点のパワースペクトルＰ(k)を算出する。
次いで、ステップＳＰ５において、ピークピッキングを行い、パワースペクトルＰ(k)からＤ本の主要正弦波ピークＰL(kL)≡｜Ｙ(k)｜２｜k＝kL≡｜Ｙ(kL)｜２（Ｌ＝１,…Ｄ）を抽出する。例えば、Ｄ＝１０として、１０本の主要正弦波ピークＰL(kL)を抽出する。
次いで、ステップＳＰ６において、健聴者の聴神経興奮パターンＥ(k)を、次の式（１）に示すＰ(k)の周波数軸上畳み込み演算によって求める。
なお、ＨL(k)は健聴者の聴覚フィルタを表す。
なお、ＨL(k)は健聴者の聴覚フィルタを表す。
Ｅ(k)≡ΣＰL(kL)* ＨL(k) ……（１）
次いで、ステップＳＰ７において、難聴者の聴神経興奮パターンＦ(k)を、次の式（２）に示すＰ(k)の周波数軸上畳み込み演算によって求める。
なお、ＧL(k)は難聴者の聴覚フィルタを表す。
なお、ＧL(k)は難聴者の聴覚フィルタを表す。
Ｆ(k)≡ΣＰL(kL)* ＧL(k) ……（２）
次いで、ステップＳＰ８において、主要正弦波ピークＰL(kL)にゲイン係数Ｂ(kL)を乗じた後、難聴者の聴覚フィルタＧL(k)と周波数軸上畳み込み演算を行ったものが、健聴者の聴神経興奮パターンＥ(k)と等しくなるようにするゲイン係数Ｂ(kL)を求める。即ち、Ｅ(k)≡ΣＢ(kL)ＰL(kL)* ＧL(k)となるようなゲイン係数Ｂ(kL)を算出する。ここでは、Ｄ本の主要正弦波ピークＰL(kL)に対するゲイン係数Ｂ(kL)を、Ｅ(k)≡ΣＢ(kL)ＰL(kL)* ＧL(k)に関する最小二乗誤差解として求める。
次いで、ステップＳＰ９において、算出したゲイン係数Ｂ(kL)が負か否か判定する。ゲイン係数Ｂ(kL)が負であると判定されると、ステップＳＰ１０で主要周波数成分Ｙ(kL)の位相を反転する。そして、ステップＳＰ１１において、ゲイン係数Ｂ(kL)を位相反転した主要周波数成分Ｙ(kL)に乗じたスペクトルＹ’(k) ≡(Ｂ(kL)) 1/2Ｙ(kL)を算出し、スペクトルＹ’(k)のＭ点逆ＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）によって、合成復元波形ｙ’(n)を求める。
一方、ステップＳＰ９において、ゲイン係数Ｂ(kL)が負でないと判定されると、ステップＳＰ１１で、ゲイン係数Ｂ(kL)を主要周波数成分Ｙ(kL)に乗じたスペクトルＹ’(k) ≡(Ｂ(kL)) 1/2Ｙ(kL)を算出し、スペクトルＹ’(k)のＭ点逆ＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）によって、合成復元波形ｙ’(n)を求める。
次いで、ステップＳＰ１２において、合成復元波形ｙ’(n)をＮ点で打ち切って、解析的信号ｘ’(n)を得た後、解析的信号ｘ’(n)の実部（Ｒe[ｘ’(n)]）を採用して復元信号（フレーム音声信号）ｓ’(n)を得る。
次いで、ステップＳＰ１３において、復元信号ｓ’(n)をオーバラップアドなどの処理を施して波形を整えた後に、処理が施された復元信号ｓ’(n)はイヤホン４から音声信号として出力される。イヤホン４から出力される音声信号は、補聴器装用者（難聴者）にとって、聴神経興奮パターンが健聴者と同一となるような音声信号となるため、健聴者が感じるのと同様な音声信号として聴取される。
図４に本発明の実施の形態を用いて算出した聴神経興奮パターンａ，ｂ，ｃを示す。ａ（実線）は、聴覚フィルタを用いて算出した健聴者の聴神経興奮パターンである。ｂ（一点鎖線）及びｃ（破線）は、主要正弦波ピークＰL(kL)にゲイン係数Ｂ(kL)を乗じた後、難聴者の聴覚フィルタＧL(k)と周波数軸上畳み込み演算を行った場合で、ｂはゲイン係数Ｂ(kL)が負で位相反転しない場合に難聴者が得るであろう聴神経興奮パターンであり、ｃはゲイン係数Ｂ(kL)が負で位相反転した場合に難聴者が得るであろう聴神経興奮パターンである。
これら難聴者の聴神経興奮パターンが健聴者の聴神経興奮パターンａと一致するようなゲイン係数Ｂ(kL)をステップＳＰ８で算出し、ゲイン係数Ｂ(kL)が正であれば、ステップＳＰ１１で合成復元波形ｙ’(n)を求めればよい。また、ゲイン係数Ｂ(kL)が負であれば、ステップＳＰ１０で位相を反転させた後に、ステップＳＰ１１で合成復元波形ｙ’(n)を求めればよい。
なお、本発明の実施の形態では、聴覚フィルタ形状を用いて聴神経興奮パターンを算出したが、聴覚フィルタ形状の代わりに臨界帯域幅又はマスキングパターンを用いて聴神経興奮パターンを算出することもできる。
また、聴覚フィルタ形状、臨界帯域幅又はマスキングパターンを測定装置で測定する場合には、測定装置から聴覚フィルタ形状、臨界帯域幅又はマスキングパターンを求めるための検査音を出力しているため、補聴器を外す必要がある。
しかし、測定に際して補聴器を外す必要がないように、補聴器から聴覚フィルタ形状、臨界帯域幅又はマスキングパターンを求めるための検査音を出力することもできる。
しかし、測定に際して補聴器を外す必要がないように、補聴器から聴覚フィルタ形状、臨界帯域幅又はマスキングパターンを求めるための検査音を出力することもできる。
本発明に係る補聴器は、難聴者の聴神経興奮パターンが、健聴者の聴神経興奮パターンと同一になるように、入力音声信号を補正して出力音声信号とするため、周波数選択性の劣化が補償され、違和感なく健聴者と同じような感覚で環境音を聴取することができるので、快適に装用でき、補聴器の普及に寄与する。
１…補聴器、２…マイクロホン、３…補聴処理部、４…イヤホン、５…信号処理部、６，７…聴神経興奮パターン算出部、８，９…聴覚フィルタ形状記憶部、１０…補正係数算出部、１１…極性判定部、１２…位相反転部、１３…補正係数乗算部、１４…復元処理部。
Claims (9)
- マイクロホンで入力した音声信号を補聴処理してイヤホンから音声信号を出力する補聴処理方法であって、難聴者の聴神経興奮パターンを算出し、この聴神経興奮パターンが健聴者の聴神経興奮パターンと同一になるように、入力音声信号のパワースペクトルの各周波数成分に補正係数を乗算して出力音声信号とする際に、前記補正係数が負となる場合には、そのパワースペクトルの周波数成分の位相を反転させ、この位相を反転させたパワースペクトルの周波数成分に前記補正係数の絶対値を乗算することを特徴とする補聴処理方法。
- 前記聴神経興奮パターンは、入力音声信号のある特定の周波数成分を用いて算出される請求項１記載の補聴処理方法。
- 前記聴神経興奮パターンは、聴覚フィルタ形状を用いて算出される請求項１又は２記載の補聴処理方法。
- 前記聴神経興奮パターンは、臨界帯域幅を用いて算出される請求項１又は２記載の補聴処理方法。
- マイクロホンで入力した音声信号を補聴処理してイヤホンから音声信号を出力する補聴器であって、難聴者の聴神経興奮パターンを算出し、この聴神経興奮パターンが健聴者の聴神経興奮パターンと同一になるように、入力音声信号のパワースペクトルの各周波数成分に補正係数を乗算して出力音声信号とする補聴処理部を備え、前記補正係数が負となる場合には、そのパワースペクトルの周波数成分の位相を反転させ、この位相を反転させたパワースペクトルの周波数成分に前記補正係数の絶対値を乗算することを特徴とする補聴器。
- 前記聴神経興奮パターンは、入力音声信号のある特定の周波数成分を用いて算出される請求項５記載の補聴器。
- 前記聴神経興奮パターンは、聴覚フィルタ形状を用いて算出される請求項５又は６記載の補聴器。
- 前記聴神経興奮パターンは、臨界帯域幅を用いて算出される請求項５又は６記載の補聴器。
- 前記聴覚フィルタ形状、前記臨界帯域幅を求めるための検査音を出力する請求項７又は８記載の補聴器。
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