JP4694835B2

JP4694835B2 - 補聴器および音声の明瞭さを高める方法

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Publication number: JP4694835B2
Application number: JP2004520324A
Authority: JP
Inventors: ハンセン・マーチン
Original assignee: ヴェーデクス・アクティーセルスカプ
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2022-07-12
Also published as: AU2002368073B2; AU2002368073A1; CN1640191A; CN1640191B; EP1522206A1; US20050141737A1; US7599507B2; ATE375072T1; CA2492091C; DE60222813D1; DK1522206T3; WO2004008801A1; EP1522206B1; DE60222813T2; JP2005537702A; US8107657B2; US20090304215A1; CA2492091A1

Description

この発明は，補聴器および音声の明瞭さ（speech intelligibility）を高める方法に関する。また，この発明は，特定の音環境に対する補聴器の適合（adaptation）に関する。さらに詳しくは，この発明は，騒々しい音環境下での音声の明瞭さをリアルタイムで高める手段を備えた補聴器に関する。さらにこの発明は，音声の明瞭さおよび音量のリアルタイムの決定にしたがって補聴器における周波数帯域利得を調整することによってリスニングの快適さを改善する方法に関する。

最近の補聴器は，１個以上のマイクロホンと，信号プロセッサと，信号プロセッサを制御する手段と，拡声器または電話器と，場合によってはテレコイル・システムを装備した場所で用いるためのテレコイルとを備える。信号プロセッサを制御する手段は，異なる聴取プログラム，たとえば，静寂な音環境下で用いる第１プログラム，騒々しい音環境下で用いる第２プログラム，テレコイルを使用するための第３プログラム等の間で切換えを行う手段を備える。

補聴器は，使用前に個別のユーザに合わせる（適合させる，フィットさせる）必要がある。このフィッティングの手順は，基本的には，ユーザの聴覚障害や選択された特定の補聴器のような特定の環境に従ってユーザの聴力損失を最も良く補償するためにレベル依存性伝達関数または周波数応答を適合させることを含む。伝達関数を支配する選択されたパラメータの設定が補聴器に格納される。例えば障害の変化を考慮するために，フィッティング手順の繰返しによって，設定をあとで変更することができる。マルチプログラム補聴器の場合，特定の音環境の考慮にのみ向けられた設定を選択しながら，適合手順を各プログラムごとに１回ずつ実行することができる。

従来技術によれば，補聴器は，複数の周波数帯域の音を，各帯域の予め規定された入力／利得曲線に従って利得レベルを指定する設備を用いて処理する。

入力処理は，補聴器の出力ダイナミック・レンジを制御するために信号を圧縮する手段をさらに含む。この圧縮は，補聴器のユーザのリスニングの快適さを改善する目的で利得レベルを自動的に調整することであると見ることができる。WO99 34642 A1に記載されたような方法で圧縮を実現することができる。

高度な補聴器はさらに，必要なときに，各帯域の利得設定の低減を通じて音響的フィードバック・ハウリングを連続的に制御する目的で，各周波数帯域の入力レベルおよび出力レベルを連続的に測定するアンチフィードバック・ルーチンを含む。

しかしながら，これら全ての「予め規定された」利得調整法において，利得レベルは，一般化された状況に対する要求を反映するために，補聴器のプログラミング／フィッティングの間に，規定された関数に従って変更される。

過去において，種々の研究者は，線形システムを通した伝達の後に，音声の明瞭さを予測するモデルを提案してきた。これらのモデルのうちの最も良く知られたものには，「発音の明瞭度指数（指標）（articulation index）」AIと，「音声の明瞭さの指数（指標）（speech intelligibility index）」SIIと，「音声伝達指数（指標）（speech transmission index）」STIとがあるが，他の指標（指数）も存在する。

音声の明瞭さの決定は，電話線の音声信号の品質を評価するために用いられてきた。ベル研究所にて（H. Fletcher and R. Galt「音声認知とその電話への関係（The perception of speech and its relation to telephony）」J. Acoust. Soc. Am. 22, 89-151 (1950)）。音声の明瞭さは，コンサートホール，教会，講堂および拡声（ＰＡ）システムを計画し設計する際に重要な項目でもある。
US-6 289 247 B1は，蝸牛殻の人工補綴における信号の処理のための方法を開示している。この補綴は，マイクロホンと，音声プロセッサと，出力トランデューサとを有している。上記方法は，入力信号をＮ個の周波数チャネルに分割することによって音環境の評価を取得し，Ｎ個の周波数チャネルからの出力を整流し，チャネルに分割され整流された入力信号を，パルス・テンプレート・テーブルにストアされた計数と比較するステップを含む。特定の周波数帯域における整流された信号は，次に，音環境の評価に従う音声の明瞭さの評価を決定する目的で，上記の比較に基づき処理され，かつ最適化される。音声の明瞭さの評価は一群の記憶された音声処理ストラテジーからその一つを選択するために使用される。
しかしながら，US-6 289 247 B1に開示された方法は，人間の蝸牛殻に埋込むことが可能な一群の電極によって再生するための音声の処理に合わせるものであり，選択可能な音声処理ストラテジーは従来の音響補聴器の出力トランスデューサによる再生に使用することはできない。上記の方法はさらに，一群の固定パラメータに基づくものであり，柔軟性がない。したがって，従来の補聴器において音声の明瞭さを高める適合方法が望まれている。

ANSI S3.5-1969規格（1997年改定）は，音声の明瞭さの指数SIIの計算方法を提供する。SIIによって，伝達される音声情報の理解できる量（intelligible amount）すなわち線形伝達システムの音声の明瞭さを予測することができる。SIIは，システムの伝達関数の関数であり，すなわち，システムの出力におけるの音声スペクトルの間接的な関数である。さらに，マスキング・ノイズの影響と補聴器ユーザの聴力損失の影響の両方をSIIに考慮することができる。

ANSI規格によれば，音声スペクトルにおける異なる周波数はSIIに関して重要度が異なるので，SIIは，周波数重み付け依存帯域を有する。しかしながら，SIIは，複数の個別の周波数帯域についての値の和として計算される全音声スペクトルの明瞭さを考慮する。

SIIは，常に０（音声が全く理解できない）と１（音声が十分に理解できる）との間の数をとる。SIIは，実際，個々の音素を搬送するシステムの能力，したがって，願わくば，聞き手が言われた内容を理解できるようにする能力の客観的な目安である。それは，言語，方言，または話者の話す能力の欠如を考慮しない。

文献「室内において変調伝達関数から音声の明瞭さを予測すること（Predicting Speech Intelligibility in Rooms from the Modulation Transfer Function）」(Acoustica Vol 46, 1980)において，T. Houtgast, H. J. M. Steeneken and R. Plompは，室内において音声の明瞭さを予測する方式を提供する。この方式は，変調伝達関数（ＭＴＦ）に基づくものであり，それは，特に，室内の反響，周辺雑音レベルおよび話者の発声出力の影響を考慮する。ＭＴＦを，単一の指標，すなわち音声伝達指数ＳＴＩに変換することができる。

文献「NAL-NL1：非線形補聴器の新しいフィッティング手順（A new procedure for fitting non-linear hearing aids）」The Hearing Journal, April 199, Vol.52, No.4は，同じ音を聞く聴覚健常者によって知覚される音量より大きくないレベルにおいて，全体的な音量を保持しながら，音声の明瞭さを最大にするように選択されるフィッティング・ルール規則を記載する。複数のオーディオグラム（audiogram）および複数の音声レベルが考察されている。

補聴器の最近のフィッティングは，音声の明瞭さも考慮するが，特定の補聴器の結果的に得られるフィッティングは，常に，理論的または実験的に導き出される固定的な評価に基づいた解決を行ってきた。音声の明瞭さの好適な最新の目安は，音声の明瞭さの指数SIIである。なぜなら，この方法は良く規定されておりかつ標準化されており，非常に安定した結果を与えるからである。したがって，この方法は，ANSI S3.5-1997規格を参照して以下のように考えられる唯一のものである。

計算された音声の明瞭さの指数の多くの用途は，音声の明瞭さの指数が適用される状態とは異なる状態から導き出されることがある静的な指数値のみを利用する。これらの状態は，反響，消音，存在する雑音のレベルまたはスペクトル密度の変化，音声伝達路全体にわたる（話者，聴覚室，聞き手，およびある種の電子伝達手段を含む）伝達関数の変化，歪み，および部屋の減音を含む。

さらに，補聴器の利得が増大すると，常に，増幅された音の音量が増大し，場合によっては不愉快に高い音レベルとなり，したがって，補聴器ユーザに不快な音量（loudness）が生じる。

補聴器の出力の音量（ラウドネス：loudness）を，例えば，B. C. J. MooreとB. R. Glasbergの論文「Zwickerのラウドネス・モデルの修正（A revision of Zwicker's loudness model）」(Acta Acustica Vol.82 (1996) 335-345)に記載された方法によってラウドネス・モデルに従って計算することができ，それは，聴覚健常および聴覚障害対象における音量の計算モデルを提案している。このモデルは，定状状態の音に対して設計されているが，モデルを拡張することによって，より短い過渡的な音の音量の計算も可能となる。等しい音量の輪郭（equal loudness contours）に関するISO規格226（ISO1987）を参照されたい。

音声の明瞭さの程度を，これら既知の方法のうちの任意のものを利用することにより任意の特定の音環境および補聴器の設定に対して計算することができる。補聴器によって増幅された音声および雑音に対応する音声の明瞭さの異なる評価は，聴力損失の異なる周波数帯域における利得レベルに依存する。しかしながら，音声の明瞭さおよび／または音量の連続的な最適化は，音環境の連続的な分析を必要とし，したがって，補聴器のプロセッサで実行できると考えられたものを超える膨大な計算を伴う。

本発明者は，補聴器が使用されている間に音声の明瞭さを高めることができる利得設定（gain settings）の専用の自動的な調整（adjustment）を考案することができることが分かった。それは，補聴器のプロセッサのような低電力プロセッサで実現するのが適切である。

この調整には，現在の音の状況に依存して異なる帯域において独立して利得を増減する能力が要求される。例えば，SIIを高めるために，高い雑音レベルを有する帯域に対しては利得を減少させるのが有利であり，他方，低雑音レベルを有する帯域においては利得の増加が有利である。しかしながら，SIIは相互マスキング（mutual masking）のような帯域間の相互作用も考慮するので，上記のような簡単な方策は常に最適な解決であるとは限らない。したがって，SIIの正確な計算が必要である。

この発明の目的は，音環境が変化する際に補聴器の音声の明瞭さを高める方法および手段を提供することである。他の目的は，これを行うとともに，補聴器による音量（ラウドネス）の不快感の発生を防止することである。

この発明のさらに他の目的は，低電力消費で実現することができる，補聴器の音声の明瞭さを高める方法および手段を提供することである。

この発明によれば，これは，補聴器における信号を処理する方法によって得られる。前記補聴器は，マイクロホン，プロセッサおよび出力トランデューサを有する。この発明の方法は音環境の一つ以上の評価を取得し，音環境の評価および補聴器プロセッサの伝達関数に従って音声の明瞭さの評価を決定し，そして音環境における音声の明瞭さの評価を高めるために前記伝達関数を適合させるものである。

音声の明瞭さの評価の増大は，補聴器の音出力の音声の明瞭さが高められることを意味する。この発明による方法は，特定の音環境下での音声の明瞭さを最適化するのに適切なプロセッサ伝達関数の適合を実現する。

音環境の評価を，必要に応じて，しばしば，すなわち，断続的に，周期的にまたは連続的に，データ処理に対する要求や音環境の変化のような考察の観点で適切に，更新することができる。直接知覚された音響信号と補聴器によって処理された音響信号との間の遅延がいらだたしく，かつこの遅延は一貫した音の知覚を損なうことがあるので，ユーザがこのような遅延を知覚するのを防止するために，最先端のデジタル補聴器においては，プロセッサは，短い，好適には３ｍｓ未満の短い遅延をもって音響信号を処理する。伝達関数の更新は，一般に，更新に起因する変化が気付かれることはないので，著しく低いペースで，ユーザを不快にさせることなく，行うことができる。例えば50ms間隔の更新は，環境の速い変化に対してさえもしばしば十分である。定常的な環境の場合，更新は，例えば要求に応じて，さらに遅くなる。

音環境の評価を取得するとともに音声の明瞭さの評価を決定する手段を補聴器プロセッサに組み込むことができ，またはそれを，全体的にまたは部分的に外部処理手段で実現することができ，適切なリンクによって補聴器プロセッサからおよび補聴器プロセッサへのデータの通信に適合される。

音声の明瞭さの指数SIIのリアルタイムの計算が可能であると仮定すると，例えば，音伝達チェーン，好適には電子処理手段のある都合のよいポイントで伝達関数を繰り返し変更することによって，低下した音声の明瞭さを何らかのやり方で補償するために，これらの計算結果を用いてこれらの課題の多くを克服することができる。

線形システムにおいてより早く唯一考察されていたSIIを，非線形システムにおける許容しうる程度の精度で計算しおよび使用できるとさらに仮定すると，SIIの適用範囲を著しく拡大することができる。それを，例えば，音信号のある種の圧縮を用いる補聴器のようなある種の非線形伝達関数を有するシステムにおいて用いることができる。補聴器が，一般にシステムをさらに線形的にする長い圧縮時定数を有する場合，SIIのこのような適用は特に功を奏する。

リアルタイムSIIを計算するために，音声レベルおよび雑音レベルの評価が計算の時点で知られている必要がある。その理由は，これらの値が計算に必要となるからである。これらのレベルの評価を，種々の方法で，例えば，パーセンタイル・エスティメータ（percentile estimator）を用いることによって良好な精度で取得することができる。最大SIIが常に所与の信号レベルおよび所与の雑音レベルに対して存在すると仮定される。増幅利得が変化すると，SIIも変化する。

SIIと増幅利得の所与の変化との間の一般的な関係を分析的に計算するのが容易でないので，最大のSII値を与える特定の増幅利得を決定するために，この関係を決定するある種の数値最適化ルーチンが必要とされる。適切な最適化ルーチンの実施を，明細書の詳細部分で説明する。

この発明の一実施例によれば，この方法は，補聴器プロセッサの複数の個々の周波数帯域の利得値を表す利得ベクトルとして，伝達関数を決定し，利得ベクトルを，音声の明瞭さを高めるように選択する。このことは，データ処理を簡単にする。

この発明の一実施例によれば，この方法は，音声の明瞭さを高めるために適切な利得値を，周波数帯域の第１部分に対してそれぞれ決定し，かつ周波数帯域の第１部分に関する利得値間の補間を通じて，周波数帯域の第２部分に対する利得値をそれぞれ決定することによって，利得ベクトルを決定する。このことは，より複雑な最適化アルゴリズムを実行する必要がある周波数帯域の数を削減することを通して，データ処理を簡単にする。補間によって良好な結果を提供するために，周波数帯域の第１部分は，一般に周波数スペクトルをカバーするように選択され，これに対して，周波数帯域の第２部分は，第１部分の周波数帯域間に点在するように置かれる。

この発明の他の実施例によれば，この方法は，音声の明瞭さの評価を，補聴器に接続した外部フィッティング・システムに送信する。これは，例えば補聴器のパフォーマンスおよびフィッティングの評価，特定の音環境の状況，またはユーザの聴覚に特有の状況において，ユーザまたは聴覚学者に有用な情報の一部を提供することができる。プログラミング装置を備える補聴器と通信を行うのに適切な外部フィッティング・システムは，WO9008448およびWO9422276に記載されている。他の適切なフィッティング・システムは，補聴器製造業者ソフトウェア協会（Hearing Instrument Manufacture’s Software Association）（HIMSA）によって指定されたＨｉＰＲＯやＨＯＡＨのような工業規格システムである。

この発明の他の実施例によれば，利得ベクトルから出力信号の音量を計算するとともに，音量を，聴覚健常者の増幅されない音の音量に対する比を表わす音量限界と比較し，音量限界を超えないようにするために利得ベクトルを適切に調整する。これは，補聴器出力信号の音量が快適な範囲内に確実にあるようにすることによってユーザの快適性が向上する。

この発明の他の実施例による方法は，音量が対応する音量限界値以下となるように選択されたスカラー係数を乗算することによって利得ベクトルを調整するものである。これは，音量制御を簡単に実現する。

この発明の一実施例によれば，利得ベクトルの各利得値を，各利得値が音量ベクトルの対応する音量限界値以下となるように調整する。

この発明のさらに他の実施例による方法は，前記音環境の音声レベルの評価および雑音レベルの評価を決定するものである。これらの評価は，時間上の音信号の統計的な分析によって取得することができる。ある方法では，音声が存在する時間フレームを，レベル分析を通じて識別し，それらの時間フレーム内の音レベルを平均して音声レベルの評価を生成し，残りの時間フレーム内のレベルを平均して雑音レベルの評価を生成する。

この発明は，第２の態様において，複数の音声レベルのうちの少なくとも一つ，複数の雑音レベルのうちの少なくとも一つ，および複数の個々の周波数帯域の聴力損失ベクトルの関数として音声の明瞭さの評価を計算する手段を備えた補聴器を提供する。

聴力損失ベクトルは，種々の周波数帯域で取られる聴覚欠如測定を表す一群の値を備える。この態様のこの発明による補聴器は，音声の明瞭さを高めるために補聴器における適応信号処理に用いることができる情報の一部を提供し，それを，例えば，視覚的または音響的な手段によってユーザまたはフィッタに提示することができる。

この発明の一実施例によれば，補聴器は，補聴器の複数の個々の周波数帯域の複数の利得レベルに対して適切な調整を行うことによって音声の明瞭さを高める手段を備える。

他の実施例によれば，補聴器の個々の周波数帯域の調整された利得値に対応する音量と，増幅されない音の音量に対する比を表す音量限界値とを比較する手段と，音量限界値を超えないように各利得値を適切に調整する手段とを備える。

この発明は，第３の態様において，補聴器を音環境にフィッティングする方法であって，一般的なフィッティング規則に従って初期補聴器伝達関数を選択し，音環境の評価を取得し，音環境の評価および初期伝達関数に従って音声の明瞭さの評価を決定し，そして音声の明瞭さの評価を高めるのに適切な修正された伝達関数を提供するよう初期伝達関数を適合する方法を提供する。

この方法によって，補聴器は特定の環境に適合され，これによって，その環境において優れた音声の明瞭さを対象とした適合が可能になる。

次に，この発明を，添付図面を参照してより詳細に説明する。

図１の補聴器22は，ブロック分離手段（block splitting means）２に接続されたマイクロホン１を備え，ブロック分離手段２はさらにフィルタ・ブロック（filter block）３に接続されている。ブロック分離手段２は，任意に時間的な重み付けした通常の窓関数（windowing function）を適用し，フィルタ・ブロック３は，好適には，補聴器22における異なる周波数帯域を規定する予め定められた一群の低域通過フィルタ，帯域通過フィルタおよび高域通過フィルタを備える。

フィルタ・ブロック３からの全出力は，乗算点（multiplication point）10に供給され，フィルタ・ブロック３の個々の帯域１，２，．．．Ｍからの出力は，音声および雑音エスティメータ（speech and noise estimator）４の各入力部に供給される。個々のフィルタ帯域からの出力は，図１に単一の太い信号線で示されている。音声レベルおよび雑音レベルのエスティメータを，例えば，国際出願WO98 27787 A1に示された種類のパーセンタイル・エスティメータとして実現することができる。

乗算点10の出力は，ブロック重ね合わせ手段（block overlap means）11を介して拡声器（loudspeaker）12にも接続される。音声および雑音エスティメータ４は，二つの個別の（分離した）信号部分Ｓ（信号）およびＮ（雑音）を伝える二つのマルチバンド信号経路によってラウドネス・モデル（音量モデル）手段（loudness model means）７に接続され，これら二つの信号部分は，音声最適化ユニット（speech optimization unit）８にも供給される。ラウドネス・モデル（音量モデル）手段７の出力部は，音声最適化ユニット８の出力部にも接続される。

ラウドネス・モデル手段７は，既存のラウドネス・モデルのＳ信号部分およびＮ信号部分を使用して，音声最適化ユニット８からの次に計算される利得値が，聴覚健常対象に対して増幅されない音の音量である予め設定された音量Ｌ₀を超える補聴器22の出力信号の音量を発生しないようにする。

聴力損失モデル手段（hearing loss model means）６を，音声の明瞭さを考慮する必要なく特定のユーザに適合した動作中の補聴器22に既に格納されている聴力損失補償プロファイルを表現するものとすると有利である。

音声および雑音エスティメータ４はＡＧＣ手段５にも接続され，ＡＧＣ手段５は，加算点（summation point）９の一つの入力部に接続され，そこに初期利得値ｇ₀を供給する。好適には，ＡＧＣ手段５を，例えばWO99 34642に記載された種類のマルチバンド・コンプレッサ（multiband compressor）として実現する。

音声最適化ユニット８は，図２のフローチャートに記載されたアルゴリズムを利用して，最適化された利得値変化の新たなセットを繰り返し計算する手段を備える。音声最適化ユニット８の出力ΔＧは，加算点９の入力部の一つに供給される。加算点９の出力ｇ’は，乗算点10の入力部および音声最適化ユニット８に供給される。加算点９，ラウドネス・モデル手段７および音声最適化ユニット８は，この発明による補聴器の最適化部分を形成する。音声最適化ユニット８は，ラウドネス・モデルも含む。

図１の補聴器22において，音声信号および雑音信号は，マイクロホン１によってピックアップされ，ブロック分離手段２によって複数の時間ブロックまたはフレームに分離される。好適には約５０ｍｓの長さとする時間ブロックまたはフレームの各々は，個別に処理される。したがって，各ブロックは，フィルタ・ブロック３によって複数の個別の周波数帯域に分割される。

周波数分割された信号ブロックは，その後，二つの個別の信号経路に分割され，一方が音声および雑音エスティメータ４に進み，他方が乗算点10に進む。音声および雑音エスティメータ４は，二つの個別のベクトル，すなわち，「想定された雑音（assumed noize）」Ｎ，および「想定された音声（assumed speech）」Ｓを生成する。これらのベクトルは，「想定された雑音レベル」と「想定された音声レベル」とを区別するためにラウドネス・モデル手段６および音声最適化ユニット８によって用いられる。

音声および雑音エスティメータ４を，パーセンタイル・エスティメータとして実現することができる。パーセンタイルは，その定義によると，それについての累積分布がそのパーセンタイル以下である値である。パーセンタイル・エスティメータからの出力はそれぞれ，そのレベル値より下では，その信号レベルがそれが評価されている間の時間の所定のパーセンテージ以内に存在する，そのようなレベル値の評価に対応する。ベクトルは，それぞれ好適には10％のパーセンタイル（雑音Ｎ）および90％のパーセンタイル（音声Ｓ）に対応するが，他のパーセンタイル形態を用いることができる。

実際には，このことは，雑音レベル・ベクトルＮが，それより下では周波数帯域信号レベルが時間の10％の間に存在する，そのような信号レベルを備え，音声レベル・ベクトルＳが，それより下では周波数帯域信号レベルが時間の90％の間に存在する，そのような信号レベルであることを意味する。さらに，音声および雑音エスティメータ４は，異なる周波数帯域の利得を調整するために制御信号をＡＧＣ５に供給する。音声および雑音エスティメータ４は，各ブロックごとに，雑音の周波数帯域レベルおよび音声の周波数帯域レベルを評価する非常に有効なやり方を実現する。

AGC５からの利得値ｇ₀は，加算点９で利得変化ΔＧを加算され，利得ベクトルｇ’として乗算点１０および音声最適化手段８に供給される。音声および雑音エスティメータ４からの音声信号ベクトルＳおよび雑音信号ベクトルＮは，音声最適化ユニット８の音声入力部および雑音入力部と，ラウドネス・モデル手段７の対応する入力部とに供給される。

ラウドネス・モデル手段７は，聴覚健常者に対する入力信号の音量Ｌ₀ を計算するラウドネス・モデルを含む。聴力損失モデル手段６からの聴力損失モデル・ベクトルＨは，音声最適化ユニット８の入力部に供給される。

好適には図２に示す繰返しアルゴリズムによって音声の明瞭さを最適化した後，音声最適化ユニット８は，新たな利得変化ΔＧを加算点９の入力部に供給するとともに，変化した利得値ｇ’を乗算点10に供給する。加算点９は，出力ベクトルΔＧを入力ベクトルｇ₀に加算し，したがって，乗算点10の入力部に対する新たに変更されたベクトルｇ’を形成し，それを音声最適化ユニット８に供給する。乗算点10は，利得ベクトルｇ’を，フィルタ・ブロック３からの信号に乗算し，その結果得られる利得調整された信号をブロック重ね合わせ手段11の入力部に供給する。

ブロック重ね合わせ手段を，帯域インタリーブ機能および再生に適切な最適化された信号を再形成する再発生機能として実現することができる。ブロック重ね合わせ手段１１は，最終的な音声が最適化された信号ブロックを形成し，これを，適切な出力手段（図示せず）を通して拡声器または補聴器電話器に供給する。

図２は，スタート・ポイント・ブロック100を備える好適な音声最適化アルゴリズムのフローチャートであり，ブロック100は，初期周波数帯域番号Ｍ＝１がセットされる次のブロック101に接続される。次のステップ102において，初期利得値ｇ₀が設定される。ステップ103において，新たな利得値ｇが，ｇ₀に利得値増分ΔＧを加算したものとして規定され，その後，ステップ104において，提案された音声の明瞭さの値ＳＩを計算する。ステップ104の後，ステップ105において，音声の明瞭さの値ＳＩが初期値ＳＩ₀と比較される。

新たなＳＩ値が初期値ＳＩ₀より大きい場合，ルーチンはステップ109に続き，ここでは音量Ｌが計算される。ステップ110において，新たな音量Ｌが音量Ｌ₀と比較される。音量Ｌが音量Ｌ₀より大きい場合，ステップ111において，新たな利得値ｇ₀は，ｇ₀から利得値増分ΔＧを減算したものに設定される。そうでない場合，ルーチンはステップ106に継続し，この場合には，新たな利得値ｇは，ｇ₀に増分利得値ΔＧを加算したものに設定される。その後，ルーチンはステップ113に進み，周波数帯域の最も大きい番号Ｍ_maxに到達したか否かを見るために帯域番号Ｍを調べる。

しかしながら，ステップ104で計算された新たなＳＩの値が初期値ＳＩ₀より小さい場合，ステップ107において，新たな利得値ｇ₀は，ｇ₀から利得値増分ΔＧを減算したものに設定される。その後，ステップ108において，提案された音声の明瞭さの値ＳＩが再び，新たな利得値ｇのために計算される。

ステップ112において，提案された音声の明瞭さＳＩは再び，初期値ＳＩ₀と比較される。新たな値ＳＩが初期値ＳＩ₀より大きい場合，ルーチンはステップ111に継続し，ここで，新たな利得値ｇ₀は，ｇ₀からΔＧを減算したものとして規定される。

増大または減少した利得値ΔＧによってＳＩが増大した場合，初期利得値ｇ₀は，周波数帯域Ｍに対して保存される。周波数帯域の最大番号Ｍ_maxに到達したか否かを見るために帯域番号Ｍを調べることによって，ステップ113でルーチンが継続する。周波数帯域最大番号Ｍ_maxに達していない場合，最適化を行う周波数帯域の番号に１を加えるステップ115を介してルーチンを継続する。そうでない場合，これらの間の差が許容値εより小さいか否かを決定するために，新たなＳＩベクトルと以前のベクトルＳＩ₀とを比較することによって，ステップ114でルーチンを継続する。

ステップ102またはステップ108のどちらかにおいて各帯域で計算したあるＭのＳＩがＳＩoと大幅に異なる場合，すなわち，ベクトルが許容値ε以上に異なる場合，ルーチンはステップ117に進み，繰返しカウンタｋが最大繰返し数ｋ_maxと比較される。

ｋがｋ_maxより小さい場合，現在の利得増分に係数１／ｄを乗算して新たな利得増分ΔＧを規定し（ここでｄは，１より大きい正の数），かつ繰返しカウンタｋをインクレメントすることによって，ステップ116でルーチンを継続する。その後，最初の周波数帯域Ｍ＝１で開始するステップ101において，全てのＭ_max周波数帯域を再び繰返し計算することによって，ルーチンを継続する。ｋがｋ_maxより大きい場合，ステップ118において，新たな個別の利得値は，信号プロセッサの伝達関数に転送され，ステップ119で最適化ルーチンを終了する。これは，Ｓｉが任意の帯域においてε以上に増大しなかった（ステップ114）場合にも当てはまる。その後，さらなる最適化はもはや存在せず，結果的に得られる，音声が最適化された利得値ベクトルは，ステップ118で信号プロセッサの伝達関数に転送され，ステップ119で最適化ルーチンが終了する。

本質的には，アルゴリズムは，Ｍ_max周波数帯域利得値のＭ_max次元ベクトル空間を繰り返し横切り，最も大きいＳＩ値に関して周波数帯域ごとに利得値を最適化する。変数εおよびｄに対する実際の値は，本例ではε＝0.005およびｄ＝２である。周波数帯域の個数Ｍ_maxを，12または15周波数帯域に設定することができる。ΔＧに都合のよい開始点は10ｄＢである。シミュレーションされたテストが示すところによれば，アルゴリズムは，通常４〜６回の繰返しの後に収束する。すなわち，以前のＳＩ₀ベクトルと新たなＳＩベクトルとの間の差が無視しうるようになって終了し，したがって，次の繰返しステップの実行を終了することができるポイントに到達する。したがって，このアルゴリズムは，処理要求および収束の速度に関して非常に有効である。

図３のフローチャートは，図２のアルゴリズムによって必要とされるSIIの値をどのようにして取得できるかを示す。図３によるＳＩアルゴリズムは，図２のステップ104および108のそれぞれのステップを実現し，音声の明瞭さの指数SIIが音声の明瞭さＳＩに対する目安として選択されるものと仮定する。ＳＩアルゴリズムはステップ301で初期化し，ステップ302および303において，ＳＩアルゴリズムは，周波数帯域の個数Ｍ_max，個別の帯域の周波数ｆ_0M，等価音声スペクトル・レベル（equivalent speech spectrum level）Ｓ，内部雑音レベルＮ，および各周波数帯域に対する聴力閾値（hearing threshold）Ｔを決定する。

関連する複数のパラメータを計算する方法が個々の周波数帯域の数および帯域幅に依存するので，SIIの計算を利用するために，任意の計算が行われる前に個々の周波数帯域の数を決定する必要がある。

等価音声スペクトルレベルＳは，ステップ304において以下のように計算される。

ここで，Ｅ_bは，中心周波数ｆを有する帯域通過フィルタの出力部における音声信号のＳＰＬ，Δ（ｆ）は，帯域通過フィルタの帯域幅，Δ₀（ｆ）は，１Ｈｚの基準帯域幅である。基準内部雑音スペクトルＮ_iは，ステップ３０５で取得され，等価内部雑音スペクトルＮ’_iおよび次のマスキング・スペクトル・レベルＺ_iの計算に使用される。等価マスキング・スペクトル・レベルＺ_iを，次のように表現することができる。

ここで，Ｎ’_iは，等価内部雑音スペクトル・レベル，Ｂ_kは，Ｎ’_iより大きい値とし，自己音声マスキング・スペクトル・レベルＶ_iは，次式で表現される。

ここで，Ｆ_iは，臨界帯域中心周波数，ｈ_kは，臨界帯域ｋの周波数帯域の上限である。マスキングの広がりのオクターブごとの勾配Ｃ_iは次のように表現される。

ここで，Ｉ_iは，臨界帯域ｉについての周波数帯域の下限である。

等価内部雑音スペクトルレベルＸ’_iは，ステップ306において以下のように計算される。

ここで，Ｘ_iは，雑音レベルＮに等しく，Ｔ_iは，当該周波数帯域の聴力閾値である。

ステップ307において，等価マスキング・スペクトル・レベル（equivalent masking spectrum level）Ｚ_iは，等価内部雑音スペクトル・レベル（equivalent internal noise spectrum level）Ｎ’_iと比較され，等価マスキング・スペクトル・レベルＺ_iが最大になると，ステップ308において，等価擾乱スペクトル・レベル（equivalent disturbance spectrum level）Ｄ_iが，等価マスキング・スペクトル・レベルＺ_iに等しくされ，そうでない場合には，ステップ309において，等価擾乱スペクトル・レベルＤ_iは，等価内部雑音スペクトル・レベルＮ’_iに等しくされる。

通常の発声努力の標準音声スペクトル・レベル（standard speech spectrum level）Ｕ_iはステップ310で取得され，レベル歪み係数（level distortion factor）Ｌ_iは，この基準値を用いて以下のように計算される。

ステップ312において，帯域可聴性Ａ_i（band audibility）は，以下のように計算される。

最後に，ステップ313において，トータルの音声の明瞭さの指数SIIは，以下のように計算される。

ここで，Ｉ_iは，音声周波数に関する可聴性を重み付けするのに用いられる帯域重要性関数（band importance function）である。音声の明瞭さの指数は，各周波数帯域について合計される。ステップ314においてアルゴリズムは終了し，計算されたSIIの値は，呼出アルゴリズム（calling algorithm）（図示せず）に戻される。

SIIは，音声中の音素をコヒーレントに忠実に再生するシステムの性能の程度を表し，したがって，システムを通じて伝達される音声の情報を搬送する。

図４は，この発明によるSII最適化アルゴリズムにおける６回の繰返しを示す。各ステップは最終利得値43を示し，これらは15の帯域の最適SIIに対応する複数の丸として図４に示されている。SII最適化アルゴリズムは，利得が最適利得値43に一致するように，連続線として図４に示された，所与の伝達関数42に適合する。繰返しは，全ての帯域において０ｄＢの追加の利得（extra gain）で開始し，繰返しステップＩで全ての利得値に±ΔＧのステップを行い，利得値42を最適なSIIの値43に適合させるためにステップII，III，IV，ＶおよびVIで利得値42を反復しながら続く。

最適利得値43は，計算前にはアルゴリズムに知られていないが，個々の繰返しステップＩ〜VIとして図４に示すように，本例の利得値は，たった６回のみの繰返しで収束する。

図５は，補聴器22を示す概略図であり，補聴器22は，マイクロホン１と，トランスデューザすなわち拡声器12と，補聴器フィッティング・ボックス56に接続した信号プロセッサ53とを備え，補聴器フィッティング・ボックス56は，適切な通信リンク・ケーブル55を介して表示手段57および操作パネル58を備える。

補聴器51とフィッティング・ボックス56との間の通信は，当業者に利用できる標準的な補聴器産業の通信プロトコルおよび信号レベルを利用することによって実現される。補聴器フィッティング・ボックスはプログラミング装置を備え，このプログラミング装置は，聴力損失のユーザに関するデータのようなオペレータ入力を受信し，補聴器からのデータを読み出し，種々の情報を表示し，そして補聴器のメモリに適切なプログラミング・パラメータを書き込むことによって補聴器をプログラミングするのに適合したものである。種々のタイプのプログラミング装置が，当業者によって提案され得る。例えば，あるプログラミング装置は，適切な装置を有する補聴器と無線リンクを通じて通信するように適合される。適切なプログラミング装置についてのさらなる詳細は，WO9008448およびWO9422276で見つけることができる。

補聴器22の信号プロセッサ53の伝達関数は，この発明による方法を利用することによって音声の明瞭さを高めるのに適合しており，表示手段57によって表示を行うために，結果的に得られるSIIの値をリンクケーブル55を介してフィッティング・ボックス56と通信する手段をさらに備える。

フィッティング・ボックス56は，適切な制御信号をリンクケーブル55を介して補聴器プロセッサ53に送信することによって，補聴器22からのSIIの値の読出しを表示手段57上で行うことができる。これらの制御信号は，計算されたSIIの値を同じリンク・ケーブル55を介してフィッティング・ボックス56に供給するように補聴器プロセッサ53に指示する。

SIIの値が補聴器ユーザによって感じられる音声の明瞭さの客観的な表示を与え，したがって，補聴器プロセッサの動作について適切な調節を行うことができるので，特定の音環境におけるそのようなSIIの値の読出しは，フィッティングする人および補聴器ユーザに対して大きな助けとなる。それは，音声の明瞭さの悪さが補聴器の良好でないフィッティングに起因するものか否か，または他の原因によるものか否かについての手がかりを与えることによって，フィッティングする人が利用することもできる。

大抵の環境下では，音の伝達システムの伝達関数の関数としてのSIIは，鋭い落込みまたはピークのない比較的良好で円滑な形状を有する。常にこのような場合には，最急勾配法（steepest qradient method）として知られている最適化ルーチンの変形を用いることができる。

例えば適切な一群の帯域通過フィルタを用いることにより，音声スペクトルを，異なる複数の周波数帯域に分割する場合，周波数帯域を互いに独立して取り扱うことができ，各周波数帯域の増幅利得を，その特定の周波数帯域に対してSIIが最大になるように調整することができる。これによって，ＡＮＳＩ規格に従う異なる音声スペクトル周波数帯域の重要度の変化を考慮することができる。

他の実施の形態において，フィッティング・ボックスは，補聴器からの音入力信号を受信し，音入力信号に基づく音環境の評価を提供し，音環境評価および補聴器プロセッサの伝達関数に従う音声の明瞭さの評価を決定し，音声の明瞭さの評価を高めるために伝達関数を適合し，そして，補聴器プログラムを変更（修正）するために変更（修正）した伝達関数についてのデータを補聴器に送信するデータ処理手段を組み込む。

最適SIIの繰返し計算の一般的な原理を，以下に記載する。既知の伝達関数を有する音響伝達システムの場合，ｋを繰返し最適化ステップとして，初期値ｇ_i（ｋ）を，伝達関数の各周波数帯域ｉごとに設定することができる。

初期利得増分ΔＧが選択され，利得値ｇ_iが各周波数帯域ごとに量±Ｇ_i変化する。その後，結果的に得られるSIIの変化が決定され，周波数帯域ｉについての利得値ｇ_iは，SIIが当該周波数帯域の処理によって増大する場合にはそれに従って変更される（変化する）。これは，全ての帯域において独立に行われる。その後，利得増分ΔＧ_iが初期値に係数１／ｄを乗算することによって減少される（ここで，ｄは，１より大きい正の数である）。特定の周波数帯域の利得の変化によって，その周波数帯域のSIIにさらなる大幅な増大がない場合，またはｋ回の繰返しがSIIの増大なく実行された場合，その特定の周波数帯域の利得値ｇ_iは，ルーチンによって変更しないまま維持される。

繰返し最適化ルーチンを，以下のように表現することができる。

したがって，ｇ_iの変化は，標準的な最急勾配最適化アルゴリズム（standard steepest-gradient optimization algorithm）とは逆に，勾配の符号のみによって決定される。利得増分ΔＧ_iを，勾配によって決定するのではなく，次に表現されるように予め規定することができる。

これによって，計算時間が減少する。

このステップ・サイズ・ルールならびに最適なパラメータＳおよびＤの選択は，低い計算負荷で，繰返し探索アルゴリズムを高速で収束する開発の結果である。

繰返しアルゴリズムの収束の考えられる基準は，以下の通りである。

したがって，隣接する二つの利得ベクトル間で値SII_maxに交互に近づけることによって決定されたSIIは，固定された最小εよりもSII_maxに近づく必要があり，最適なSIIの値が見つからなかった場合でも，ｋ_max回のステップ後に繰返しが止められる。

これは単なる例である。この発明は，音声の明瞭さがリアルタイムで高められる他の多くの実施をカバーする。

この発明による音声最適化手段を有する補聴器の概略ブロック図である。「最急勾配」法の変形を利用する好ましい最適アルゴリズムを示すフローチャートである。 SII法を用いた音声の明瞭さの計算を示すフローチャートである。図２の繰返しアルゴリズムの個々のステップにおける異なる利得値を示すグラフである。この発明による補聴器と通信するプログラミング装置の概略図である。

Claims

マイクロホン（１），伝達関数を有するプロセッサ（２，３，４，５，10，11）および出力トランスデューサ（12）を備えた補聴器（22）における信号を処理する方法であって，
前記補聴器（22）が，
前記マイクロホン（１）によってピックアップされる入力信号を複数の個々の周波数帯域に分割し，
前記伝達関数を複数の個々の周波数帯域の利得値を表す利得ベクトルとして決定し，
個々の周波数帯域のそれぞれにおいて，前記入力信号中の音声レベルおよび雑音レベルを評価し，
評価された音声レベルおよび雑音レベルと前記利得値とに基づいて，個々の周波数帯域のそれぞれにおいて音声の明瞭さの評価（ＳＩ）を計算し，
個々の周波数帯域のそれぞれの利得値に利得値増分（ΔＧ）を加算または減算し，かつ変更後の利得値を用いて計算される音声の明瞭さの評価（ＳＩ）が，以前の音声の明瞭さの評価（ＳＩ）から許容値ε以上異なる周波数帯域が存在する場合に，上記利得値増分（ΔＧ）を小さくして，小さくされた利得値増分（ΔＧ）を再び加算または減算するように，個々の周波数帯域のそれぞれの利得レベルを上下に繰返し変更することによって，前記音声の明瞭さの評価を高める，方法。
前記利得レベルを繰返し変更するステップが，前記音声の明瞭さの評価を高めるための利得値を，前記周波数帯域の第１部分に対してそれぞれ決定し，かつ前記周波数帯域の第１部分に関する利得値間の補間を通じて，前記周波数帯域の第２部分に対する利得値をそれぞれ決定することによって，前記利得ベクトルを決定するものである，請求項１に記載の方法。
前記音声の明瞭さの評価を，前記補聴器（22）に接続された外部フィッティング・システムに送信する，請求項１に記載の方法。
評価された音声レベルおよび雑音レベルに基づいて，個々の周波数帯域のそれぞれの非増幅音の音量Ｌ₀を計算し，
前記補聴器（22）の個々の周波数帯域の調整された利得値に対応する音量Ｌと，計算された前記非増幅音の音量Ｌ₀を比較し，
音量Ｌが音量Ｌ₀よりも大きい場合には，初期利得値（ｇ₀）から利得値増分（ΔＧ）を減算し，音量Ｌ₀が音量Ｌよりも大きい場合には，初期利得値（ｇ₀）に利得値増分（ΔＧ）を加算する，請求項１に記載の方法。
上記利得値増分（ΔＧ）にスカラー係数を乗算することによって，前記利得ベクトルを調整する，請求項４に記載の方法。
前記利得ベクトルの各利得値を調整する，請求項５に記載の方法。
前記音声の明瞭さの評価を，発音の明瞭度指数（ＡＩ）として決定する，請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
前記音声の明瞭さの評価を，変調伝達指数（ＭＴＦ）として決定する，請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
前記音声の明瞭さの評価を，音声伝達指数（ＳＴＩ）として決定する，請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
前記音声レベルおよび雑音レベルを，それぞれパーセンタイルの値として決定する，請求項１に記載の方法。
前記入力信号をリアルタイムで処理するとともに，前記利得ベクトルを断続的に更新する，請求項１から10のうちのいずれか一項に記載の方法。
前記入力信号をリアルタイムで処理するとともに，前記利得ベクトルをユーザの要求に応じて更新する，請求項１から10のいずれか一項に記載の方法。
前記音声の明瞭さの評価を音声の明瞭さの指数（ＳＩＩ）として決定し，
前記音声の明瞭さ指数（ＳＩＩ）を，前記音声レベルの値，前記雑音レベルの値および聴力損失ベクトルの関数として決定するステップを含む，請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
入力トランスデューサ（１），プロセッサ（２，３，４，５，10，11），および音響出力トランスデューサ（12）を有し，前記プロセッサが，前記入力トランスデューサ（１）によってピックアップされる入力信号を複数の個々の周波数帯域に分割するフィルタ・ブロック（３），前記個々の周波数帯域のそれぞれにおいて，前記入力信号中の音声レベルおよび雑音レベルを評価する音声および雑音エスティメータ（４），前記個々の周波数帯域の利得値を算出する利得コントローラ（５），ならびに音声の明瞭さを高める手段を備え，
前記音声の明瞭さを高める手段が，
評価された音声レベルおよび雑音レベルと，前記利得値とに基づいて，個々の周波数帯域のそれぞれにおいて音声の明瞭さの評価（ＳＩ）を計算し，個々の周波数帯域のそれぞれの利得値に利得値増分（ΔＧ）を加算または減算し，かつ変更後の利得値を用いて計算される音声の明瞭さの評価（ＳＩ）が，以前の音声の明瞭さの評価から許容値ε以上異なる周波数帯域が存在する場合に，上記利得値増分（ΔＧ）を小さくして，小さくされた利得値増分（ΔＧ）を再び加算または減算するように，個々の周波数帯域の利得レベルを上下に繰返し変更することによって前記音声の明瞭さの評価を高める音声増大ユニット（８）を備えている，
補聴器（22）。
評価された音声レベルおよび雑音レベルに基づいて非増幅音の音量Ｌ₀を計算するラウドネス・モデル手段（７）を備え，
前記音声増大ユニット（８）は，前記補聴器（22）の個々の周波数帯域の調整された利得レベルに対応する音量Ｌと計算された前記非増幅音の音量Ｌ₀を比較して，音量Ｌが音量Ｌ₀よりも大きい場合には，初期利得値（ｇ₀）から利得値増分（ΔＧ）を減算し，音量Ｌ₀が音量Ｌよりも大きい場合には，初期利得値（ｇ₀）に利得値増分（ΔＧ）を加算する，請求項14に記載の補聴器（22）。
マイクロホン（１），伝達関数を有するプロセッサ（２，３，４，５，10，11）および出力トランスデューサ（12）を備えた補聴器（22）を音環境にフィッティングする方法であって，
前記マイクロホン（１）によってピックアップされる入力信号を，複数の個々の周波数帯域に分割し，
一般的なフィッティング規則に従って，複数の個々の周波数帯域の利得レベルを表わす利得ベクトルとして初期補聴器伝達関数についての設定を選択し，
別個の周波数帯域のそれぞれにおいて，前記入力信号中の音声レベルと雑音レベルを評価し，
評価された音声レベルおよび雑音レベルと上記利得値とに基づいて，個々の周波数帯域のそれぞれにおいて音声の明瞭さの評価（ＳＩ）を計算し，
個々の周波数帯域のそれぞれの利得値に利得値増分（ΔＧ）を加算または減算し，かつ変更後の利得値を用いて計算される音声の明瞭さの評価（ＳＩ）が，以前の音声の明瞭さの評価から許容値ε以上異なる周波数帯域が存在する場合に，上記利得値増分（ΔＧ）を小さくして，小さくされた利得値増分（ΔＧ）を再び加算または減算するように，個々の周波数帯域のそれぞれの利得レベルを上下に繰返し変更することによって，前記音声の明瞭さの評価を高める，方法。
前記補聴器（22）に接続された外部フィッティング・システム（56）において，前記利得レベルを繰返し変更し，修正された利得レベルを前記補聴器（22）のプログラム・メモリに転送する，請求項16に記載の方法。
前記利得レベルを上下に繰返し変更するステップが，前記音声の明瞭さの評価を高めるための利得値を，前記周波数帯域の第１部分に対してそれぞれ決定し，かつ前記周波数帯域の第１部分に関する利得値間の補間を通じて，前記周波数帯域の第２部分に対する利得値をそれぞれ決定することによって，前記利得ベクトルを決定する，請求項16に記載の方法。
評価された音声レベルおよび雑音レベルに基づいて，個々の周波数帯域のそれぞれの非増幅音の音量Ｌ₀を計算し，
前記補聴器（22）の個々の周波数帯域の調整された利得値に対応する音量Ｌと，計算された非増幅音の音量Ｌ₀を比較し，
音量Ｌが音量Ｌ₀よりも大きい場合に，初期利得値（ｇ₀）から利得値増分（ΔＧ）を減算し，音量Ｌ₀が音量Ｌよりも大きい場合に初期利得値（ｇ₀）に利得値増分（ΔＧ）を加算する，請求項16に記載の方法。
利得値増分（ΔＧ）にスカラー係数を乗算することによって，前記利得ベクトルを調整する，請求項19に記載の方法。
前記利得ベクトルの各利得値を調整する，請求項20に記載の方法。
前記音声の明瞭さの評価を，発音の明瞭度指数（ＡＩ）として決定する，請求項16に記載の方法。
前記音声の明瞭さの評価を，音声の明瞭さの指数（ＳＩＩ）として決定する，請求項16に記載の方法。
前記音声の明瞭さの評価を，音声伝達指数（ＳＴＩ）として決定する，請求項16に記載の方法。
前記音声レベルの評価および雑音レベルの評価を，それぞれパーセンタイルの値として決定する，請求項16に記載の方法。
前記音声の明瞭さの指数（ＳＩＩ）を，前記音声レベルの値，前記雑音レベルの値および聴力損失ベクトルの関数として決定する，請求項23に記載の方法。