JP4860709B2 - 補聴器および補聴器において利得限界を利用する方法 - Google Patents

Description

この発明は，補聴器および補聴器において利得限界（gain limitation）（利得制限）を利用する方法に関する。この発明は，具体的には，複数のマイクロフォン信号の混合比に応じて，最大利得限界（maximum gain limit）を内挿する（interpolate）ようになっている複数のマイクロフォンを組込んだ補聴器に関し，さらに具体的には，フィードバック除去を組み込んで，音響フィードバックによる外乱を低減する補聴器，およびこれらのそれぞれの方法に関する。

補聴器の設計における周知の課題の一つに，音響フィードバックまたは他の音響的外乱によって引起こされるアーティファクト（artifacts）の発生なしに，音響入力信号を増幅して聴力損失補償信号を生成することができる最大限の利得の大きさ（the maximum possible amount of gain）を調整することがある。これは特に，複数のマイクロフォン分岐が組込まれており，各分岐におけるマイクロフォンがフィードバック経路をもたらす，そのような補聴器における課題である。したがって，フィードバック・ループが，不要かつ不快な音が生成される安定性の境界に近づくのを避けるためには，適切な利得安全マージン（gain safety margin）が必要とされる。

国際公開第９４／０９６０４Ａ号には，補償回路を備えた音響フィードバックのデジタル電子補償を持つ補聴器が開示されている。この回路は，ループ利得をモニタし，ループ利得が定数Ｋ未満になるように補聴器の増幅を調整する。適応フィルタが，補聴器の入力と出力の間の相関を最小化するように動作し，フィードバック除去フィルタから利得特性，および可能な場合には位相特性を導出することによって，音響フィードバック経路における減衰の手段がもたらされる。

国際公開第０２／２５９９６Ａ号には，音響フィードバックを抑制する適応フィルタを持つ補聴器が開示されている。適応フィルタは独立した測定システムとして用いられ，処理された音響入力信号をひずませることなく，音響フィードバック信号を推定することができる。図１を参照して，図１は，音響フィードバック経路の利得（ゲイン）の推定値を決定する方法を，やや詳しく説明するものである。マイクロフォン１はレシーバ３からフィードバック経路２を通って伝搬される音響フィードバックの影響を受ける。所望信号とともに，フィードバック信号は信号プロセッサ４へ入力信号５として送られる。信号プロセッサ４における処理の後，プロセッサ出力信号６はレシーバ３に送られて音響出力信号に変換される。適応フィルタ７は入力５ａ（通常はＵとして参照される）と出力６（通常は基準信号Ｙとして参照される）との間の相互相関を最小化するように動作し，その結果音響フィードバック信号の推定値８を生成する。このフィルタの伝達関数を解析することによって，フィードバック経路における利得推定値を得ることができる。適応フィルタはいわゆる誤差信号１０（ε）を最小化するように動作し，誤算信号１０は減算器１１において入力信号５ａから推定値８を差引くことによって生成される。

これらの先行技術文献にはさらに，これらのデータを用いてループ利得を決定し，評価される複数の周波数帯のそれぞれにおいて使用可能な適用可能利得に上限を設定するやり方（set an upper limit on the applicable gain）が説明されている。

さらに，米国特許第６４９８８５８Ｂ２号には，２つの無指向性マイクロフォンを持つシステムにフィードバック除去を適用するやり方が開示されている。

しかしながら，これらの公報はいずれも，マルチ・マイクロフォン・システム（multi-microphone system）において，どのようにして最大利得値（maxgain values）が決定されるかを開示していない。

国際公開第９９／２６４５３Ａ号には，２つのマイクロフォンおよび指向性処理を有する補聴器のためのフィードバック補償システムが開示されている。ここでそれぞれのマイクロフォン信号は独立にフィードバック補償された後に，指向性コントローラにおいて処理される。指向性処理の前にそれぞれのマイクロフォン信号を独立に補償することは大規模な処理を必要とし，フィードバック信号の補償が不完全であると残留フィードバック信号成分が発生し，これが指向性コントローラの機能を妨害することがあるというリスクをもたらす。

したがって，改善された補聴器，およびマルチ・マイクロフォン補聴器において利得限界を利用する改善された技術が必要とされている。

したがって，この発明は，上述の要求および先行技術の欠点を特に考慮して，補聴器における複数のマイクロフォンからの信号を処理する補聴器および方法を提供することを目的とする。

特に，この発明は，複数のマイクロフォン，入力トランスデューサまたは入力センサと，利得制限能力を持つ指向性処理能力を組合わせた処理手段とが組込まれた補聴器を提供することを目的とする。この発明はさらに，向上した利得制限をもつ，補聴器における複数のマイクロフォンからの入力信号を処理する，対応する方法を提供することを目的とする。

この発明はさらに，指向性処理機能とフィードバック補償機能および利得制限機能とを組み合わせた処理手段を有する，複数のマイクロフォン，入力トランスデューサ，または入力センサを組込んだ補聴器を提供することを目的とする。この発明はまた，向上した利得制限機能を持つ，補聴器における複数のマイクロフォンからの入力信号を処理する，対応する方法を提供することを目的とする。

この発明はさらに，入力信号を生成する複数のマイクロフォン，入力トランスデューサ，または入力センサを組み込んだ補聴器であって，入力信号が指向性コントローラにおいて処理されて，指向性コントローラの機能に悪影響を及ぼすことなく，フィードバック補償および利得制限が行われる補聴器を提供することを目的とする。

この発明はさらに，全体利得制限（overall gain limitation）を補聴器の処理手段によって行うことができ，たとえば，プロセッサ負荷またはゲート数で評価されるシステム全体の複雑性が比較的低い補聴器を提供することを目的とする。

この発明の第１の態様によると，音（sound）を第１の音声信号（a first audio signal）に変換する第１のマイクロフォン，音を第２の音声信号に変換する第２のマイクロフォン，上記第１および第２の音声信号を混合比（a mixing ratio）にしたがって結合して空間信号（a spatial signal）を形成する指向性処理手段，第１のマイクロフォンに入る第１の音響フィードバック信号および第２のマイクロフォンに入る第２の音響フィードバック信号を推定する推定手段，第１および第２の音響フィードバック信号ならびに上記混合比から導出される結果最大利得限界（結果的に得られる最大利得限界）を超えない利得（a gain not exceeding a resulting maximum gain limit）を適用することによって上記空間信号を処理して，聴力損失補償信号（a hearing loss comprnsation signal）を形成する処理手段，ならびに聴力損失補償信号を音響出力に変換する出力トランスデューサを備えた補聴器が提供される。

提供される補聴器は，入力音声信号（複数）の混合比に応じて第１および第２の音響フィードバック信号を内挿する（interpolating）ことによって，システム全体の結果最大利得限界（the resulting maximum gain limit）を決定することができる。この発明の一実施形態では，上記処理手段は，各マイクロフォン分岐における音響フィードバック信号についての最大利得値（a maxgain value）を決定するようになっており，結果最大利得限界は，上記混合比にしたがって各分岐において決定された最大利得値（複数）から内挿される。

この発明の別の態様では，音を第１の音声信号に変換する第１のマイクロフォン，音を第２の音声信号に変換する第２のマイクロフォン，第１のマイクロフォンに入る第１の音響フィードバック信号を推定して第１の被推定フィードバック信号（第１の推定済フィードバック信号）（a first estimated feedback signal）を生成し，かつ第２のマイクロフォンに入る第２の音響フィードバック信号を推定して第２の被推定フィードバック信号を生成する推定手段，第１の音声信号を第１の被推定フィードバック信号と結合し，かつ第２の音声信号を第２の被推定フィードバック信号と結合して，第１および第２のフィードバック被補償音声信号（first and second feedback compensated audio signal）を形成する結合手段，第１および第２の被推定フィードバック信号ならびに混合比から導出される結果最大利得限界を超えない利得を適用することによって，第１および第２のフィードバック被補償音声信号（複数）を混合比にしたがって結合して，聴力損失補償信号（a hearing loss compensation signal）を形成する処理手段，ならびに聴力損失補償信号を音響出力に変換する出力トランスデューサを備えた補聴器が提供される。

提供される補聴器は，結合手段によって入力音声信号（複数）の指向性処理を提供することができるとともに，上記処理手段によってフィードバック補償および利得限界を提供し，上記処理手段は，上記結合手段によって適用される混合比にしたがう結果最大利得限界を適用することによって，聴力損失補償信号を算出することができる。

一実施形態において，一つが無指向性特性を持ち，一つが指向性処理手段にしたがう双指向性特性を持つ，少なくとも２つの入力センサに，フィードバック除去を適用してもよい。結果指向性特性（the resulting directional characteristic）は，好ましくは固定の指向性センサ（複数）（fixed directional sensors）（好ましくは一の固定センサは無指向性であるが）のそれぞれからの２つの出力信号を所望の混合比で混合することによって，得られる。適応信号レベル最小化技術を適用する適応指向性コントローラによって（by an adaptive directional controller applying adaptive signal level minimization techniques），混合比は決定してもよい。

この発明の別の態様では，補聴器における第１および第２のマイクロフォンからの信号を処理する方法が提供され，この方法は，第１および第２のマイクロフォンからの入力信号を第１および第２の音声信号に変換し，第１および第２の音声信号を混合比にしたがって結合して空間信号を形成し，第１のマイクロフォンに入る第１の音響フィードバック信号と第２のマイクロフォンに入る第２の音響フィードバック信号を推定し，第１および第２の音響フィードバック信号ならびに混合比から導出される最大利得限界を超えない利得を適用することによって上記空間信号を処理して，聴力損失補償信号を形成し，聴力損失補償信号を音響出力に変換するものである。

この発明による補聴器，システムおよび方法は，補聴器またはシステムが任意の時点で適用できる利得の大きさを自動的に調整する機能を提供することが，真の利点として理解されよう。このことは，この発明の一実施形態において，補聴器の動作中の任意の時点において，補聴器が，現時点における（currently）算出された音響フィードバック信号（複数）およびそれらの間の混合比から，可能最大利得限界（the possible maximum gain limit）を調整できることを意味する。

この発明の他の態様は，請求項２１および２２に記載のコンピュータ・プログラムおよびコンピュータ・プログラム製品を提供する。

この発明の他の特定のバリエーションが，さらなる従属項によって定義されている。

以下の詳細説明をこの発明の原理を例示的に示す添付図面と併せて参照することによって，この発明の他の態様および利点がさらに明らかになるであろう。

この発明は，以下の詳細説明を，添付図面と併せて参照することにより，容易に理解されるであろう。添付図面において，同様の参照符号は同様の構造要素を表す。

この発明の実施形態にしたがってこの発明を説明するにあたって，以下に説明する用語を用いる。

入力センサ（Input sensors）：一般に，指向性または無指向性マイクロフォン（複数）のいずれかを，入力センサ（複数）として用いることが可能である。２つ以上の全指向性（無指向性）マイクロフォンの出力を，利得および／または位相調整プロセッサ／回路を介して結合する（combining）ことによって，指向性センサ特性（指向性マイクロフォン）を生成することが一般に知られている。

最大利得または最大利得限界（Maxgain or maximum gain limit）：フィードバック共振を生じさせず適用することができる利得上限（upper limit on which gain）である。算出された限界（limit）から，いくらかの安全マージン（たとえば，１２ｄＢ）を差引いてもよい。

｜ｘ｜_dB：この数学的演算子は，対数値への変換の略記である。すなわち，｜ｘ｜_dB＝２０ｌｏｇ｜ｘ｜である。

内挿（Interpolation）：この明細書において，用語「内挿」は「重み結合」（wighted combination）の意味で用いられ，この用語の他の解釈を包括することができる。この用語の厳密な意味はこの明細書の記載から推論されよう。

図２を参照して，図２はこの発明の第１実施形態による補聴器２００を示しており，音響フィードバック経路における利得の推定（an estimate of the gain）の決定が可能なものを示している。この補聴器は２つのマイクロフォン１，２０を入力センサとして備え，各マイクロフォンにおいて発生した音声信号５，２５は信号プロセッサ４に送られる。信号プロセッサ４は，混合比（a mixing ratio）にしたがって音声信号５，２５を結合して（combining）空間信号（a spatial signal）を形成する指向性処理手段，および上記空間信号から聴力損失補償信号（a hearing loss compensation signal）を形成する処理手段を備えている。聴力損失補償信号は，その後レシーバ（または出力トランスデューサ）３にプロセッサ出力信号６として送られて，音響出力信号に変換される。音響出力信号は，マイクロフォン１，２０のマイクロフォン分岐ごとに，フィードバック経路２，２２（feedback path）を生成する。各マイクロフォン分岐に対して，適応フィルタ７，２７が，それぞれの入力信号５ａ，２５ａ（通常はＵとして参照される）と，プロセッサ出力信号６（通常は基準信号Ｙとして参照される）との間の相互相関を最小化するように動作して，音響フィードバック信号の推定値８，２８を生成する。各フィルタ７，２７の伝達関数の解析によって，各フィードバック経路２，２２における利得推定（estimate of the gain）を得ることができる。適応フィルタ７，２７は，減算器１１，３１において入力信号５ａから推定値８，２８を減算することによって生成されるいわゆる誤差信号１０，３０（ε）を最小化するように，動作する。音響フィードバック量は，フィルタ７，２７のそれぞれの入力信号と出力信号の比のようなパラメータを決定することによって，推定することができる。このようなフィルタを実装する方法は，当業者であれば，たとえば，国際公開第０２／２５９９６Ａ号における開示から既知であろう。次に，推定された（被推定）音響フィードバック信号（複数）（the estimated acoustic feedback signals）が信号プロセッサに送られて，ここで，現在の空間信号の生成時に指向性処理手段によって適用される混合比を考慮に入れた，最大利得限界（the maximum gain limit）の算出（計算）が行われる。

図２に示す実施形態では，コントローラ１４がさらなる推定手段として設けられており，コントローラ１４は，第１のマイクロフォン１への第１の音響フィードバック経路の減衰量（the attenuation）と，第２のマイクロフォン２０への第２の音響フィードバック経路の減衰量とを，推定するようになっている。コントローラは，破線１３，３３で示されているように，コントローラ１４に送られる適応フィルタ７，２７のそれぞれのパラメータを決定することによって，減衰量を推定するように構成されている。コントローラ１４は，受取ったパラメータに基づいて各フィードバック経路の最大利得値を算出し，これを，破線１５に示すように，信号プロセッサ４へ送る。次に，信号プロセッサ４内の処理手段が，結果最大利得限界（a resulting maximum gain limit）を超えないように調整された利得を適用することによって，空間信号（the spatial signal）を処理する。結果最大利得限界は，上記指向性処理手段によって適用された混合比にしたがって，最大利得値（複数）を内挿する（interpolate）ことによって導出され，所望の指向性特性を有する現在の空間信号が生成される。

図２に示す実施形態では，信号プロセッサ４への入力信号５，２５に関して，推定されたフィードバック信号の減算が行われない（no subtraction of the estimated feedback signal is done）ことも重要である。フィルタ７，２７の出力信号８，２８が，マイクロフォン１，２０から出力トランスデューサ３への主信号経路に送られないので，これは図２に示す実施形態の重要な利点である。

一実施形態では，入力センサ１，２０は，２つの無指向性マイクロフォン，または２つの指向性マイクロフォンとすることができる。これらのセンサからの出力信号は信号プロセッサ４に送られて，ここでこれらの信号が結合されて，空間的にフィルタリングされた信号が生成される。この結合は，典型的には，信号プロセッサ４の指向性処理手段によって，既知の「遅延減算」技術（“delay and subtract” technique）にしたがって行われる。この結合処理の一般的な記述は，次のとおりである。

Ｕ_spatial＝ｃ₁Ｕ₁−ｃ₂Ｕ₂ （１）

すなわち，各入力信号（Ｕ₁，Ｕ₂）に複素数（ｃ₁，ｃ₂）が乗じられて，一方の修正信号を他方の修正信号から減算することによって，空間的にフィルタリングされた信号（Ｕ_spatial）が生成される。通常，係数（coefficients）は［ｃ₁，ｃ₂］＝［１，α］のように選択され，ここでαはサイズが１であって所定の適切な角度を有する（α being of size 1 and some appropriate angle）。

上記結合処理は，マニュアルで（調整可能に）制御されるか，自動的に（適応的に）制御されることができる。適応制御（adaptive control）は，出力最小化手法（output-minimization technique）によって実行可能であることが知られている。適応型の指向性制御システムを採用する実施形態では，適応制御システム，たとえばＬＭＳ信号最小化方法によって算出（計算）される係数が，適応空間フィルタに与えられる。調整可能な指向性制御システムを採用する実施形態では，フィルタ係数は，たとえば，ユーザが制御ホイールを回転させることなどによる，調整可能な制御システムへの入力にしたがって，選択される。

各適応フィルタ７，２７は，それぞれのセンサ分岐５，２５に入力される音響フィードバック信号の推定値を生成する。したがって，フィルタ係数，またはフィルタの信号８，９，２８の入出力比に基づく計算によって，各フィードバック経路２，２２における減衰量の推定値が提供される。この減衰量がわかると，以下の説明にしたがって，最大利得（the maxgain）を推定することできる。補聴器からの出力信号（Ｙ_o）に対するフィードバック信号（Ｘ₁，Ｘ₂）の比は，各音響フィードバック経路における利得（より正確には減衰量）（rather: attenuation）を表すので，最大利得セット（a set of maxgains）は次式によって算出される。

この評価（判定）（evaluation）を簡略化するために，上記計算を次式のように置き換えることができる。

一実施形態では，ｉ個の周波数帯を持つ帯域分割アーキテクチャを有する補聴器が用いられ，この計算を，次式のように，各帯域における信号パワー評価（signal-power evaluation）に置き換えることができる。

結果最大利得（the resulting maxgain）を決定するとき，指向性処理手段としての結合器（コンバイナ）の出力における結果フィードバック信号（the resulting feedback signal）がＵ＝ｃ₁（Ｕ₁＋Ｘ₁）−ｃ₂（Ｕ₂＋Ｘ₂）となり，フィードバック成分Ｘ＝ｃ₁Ｘ₁−ｃ₂Ｘ₂を有することを考慮しなければならない。したがって，結合器（コンバイナ）の出力に現れる最大利得は，次式によって算出される。

この発明の一実施形態では，補聴器は，３つ以上のマイクロフォンを備えている。したがって，結果音響フィードバック信号（the resulting acoustic feedback signal）Ｘ（ｊω）は，次式にしたがって算出される。

係数の組ｃ₁，．．．，ｃ_nも，指向性または空間フィルタリング信号を生成するために，信号が指向性処理手段によってどのように結合されるかにしたがって，決定される。

一実施形態では，最大利得に近い利得値が適用されたときに起こるアーティファクトを低減するために，いくらかの安全マージン（Ｍ_dB）が利用される。ある周波数帯では他の周波数帯よりもフィードバック・レベルが高くなりやすいので，一実施形態では安全マージンは周波数に依存する。したがって，次式が成り立つ。

Ｍ_dBの典型的な値は，０〜１２ｄＢの範囲にある。

この式は，実時間（real-time）で評価する場合には非常に要求が厳しいが，一実施形態によると，２つの推定値（Ｘ₁，Ｘ₂）が同一であると仮定すると，ある程度の簡略化が可能である。これは，マイクロフォン同士が近接している場合，かつ／または周波数帯が比較的低い場合にはかなりよい推定値になる。システム負荷を軽減する他の方法は，最大利得推定値の実時間更新を必須とせず，したがって，より低速，例えば５００ミリ秒間隔で動作することであろう。当然ながら，このようなやり方（measures）は，この発明のすべての実施形態に適用可能である。

一実施形態では，フィードバック信号の推定値が正確でない可能性があることが他のやり方によってわかった場合には，最大利得推定値の更新を一時停止して，導出された最大利得限界の現在の値を，次の更新まで使用してもよい。

別の実施形態では，補聴器の電源投入時に，最大利得推定システムが完全に動作するまで控えめな最大利得限界値を保持して聴力損失補償信号の算出に使用してもよい。

さらに別の実施形態では，最大利得限界は，上記補聴器のフィッティング時に一旦得られた第１および第２の音響フィードバック信号の値と，現在の混合比の値とから導出される。第１および第２の音響フィードバック信号は，たとえば，フィッティング・セッション時，または多少なりとも一定の間隔で定期的に実行されるフィードバック・テストの一環として推定された信号であればよい。他方，現在の混合比は，現在の（current）指向性特性から決定され，一実施形態では継続的に（continuously）算出される。

基準信号Ｙとして，信号プロセッサの出力信号６を使用することができる。別の実施形態では，図２に示すように，フィルタ入力信号９は，遅延装置１２の遅延を経た信号プロセッサの出力信号６から導出される。

全体的なアーキテクチャは，全体的にまたは部分的に，帯域分割型（band-split）であってもよい。すなわち，適応フィルタ７，２７または信号プロセッサ４の一方または両方は複数の周波数帯で動作するものであってもよい。これを達成する方法は当業者に知られている。

図３を参照して，図３はこの発明の第２の実施形態による補聴器３００を示している。補聴器３００は，マイクロフォン・アレイ３０２，入力プロセッサ３０３，主信号プロセッサ３０４，出力トランスデューサ３０５，ならびにフィードバック補償信号（feedback compensation signals）３０７ａ，３０７ｂおよび被推定フィードバック信号（estimated feedback signals）３３０ａ，３３０ｂを生成するフィードバック信号推定装置３０６を備えている。フィードバック補償信号３０７ａ，３０７ｂは，推定されるフィードバック信号であって，フィードバック信号推定装置３０６の出力３３８ａ，３３８ｂから入力プロセッサ３０３の補償入力３１０ａ，３１０ｂに送られる。マイクロフォン・アレイ３０２は２つのマイクロフォン３０８ａ，３０８ｂを備え，各マイクロフォンはそれぞれの接続３０９ａ，３０９ｂを介して入力プロセッサに接続されている。入力プロセッサは，マイクロフォン３０８ａ，３０８ｂからの２つの音響入力信号を結合して，混合比にしたがって空間信号３２８を形成する。入力プロセッサ３０３の第１の出力３１１は，空間信号３２８を送信する主信号プロセッサ３０４の入力３１２に接続され，主信号プロセッサ３０４は聴力損失補償信号３１４としての信号を出力して，出力トランスデューサ３０５の入力とフィードバック信号推定装置３０６の入力３１５とに送られる。フィードバック信号推定装置３０６は，その制御入力３１７ａ，３１７ｂにおいて，入力プロセッサ３０３の第２の出力３１８ａ，３１８ｂからのフィードバック被補償信号（feedback compensated signals）３１６ａ，３１６ｂを受取る。主信号プロセッサは，フィードバック信号推定装置３０６から被推定フィードバック信号３３０ａ，３３０ｂを受取り，入力プロセッサ３０３から接続３３３を介して上記混合比を受取る。補聴器補償信号３１４は，混合比３３３および被推定フィードバック信号３３０ａ，３３０ｂから導出される最大利得限界を超えない利得（a gain that does not exceed a maximum gain limit）を適用することによって，空間信号３２８から算出される。図３はさらに，出力トランスデューサ３０５とマイクロフォン３０８ａ，３０８ｂのそれぞれとの間に存在する音響フィードバック経路Ｘ１，Ｘ２を示している。出力トランスデューサは，好ましくは通常型の補聴器レシーバである。

一実施形態では，入力トランスデューサ３０８ａ，３０８ｂは無指向性マイクロフォンである。他の実施形態では，いくつかまたはすべてのマイクロフォンが，これに変えて指向性マイクロフォンであってもよく，この場合には指向性マイクロフォンがマイクロフォン・アレイに含まれる。補聴器のマイクロフォン・アレイが３つ以上のマイクロフォンを備えることができることも当業者には周知である。しかしながら，そのような追加のマイクロフォンをアレイに含ませることで必要とされる回路がさらに複雑になるという見地から，３つ以上のマイクロフォンを使用するコストを考慮すると，２つのマイクロフォン３０８ａ，３０８ｂだけを有する実施形態が，現状では好ましい。

補聴器３００は多帯域型（multi-band type）であってもよく，この場合には補聴器３００は，全可聴周波数スペクトル（the full audible frequency spectrum）を複数の帯域に分割して個別に処理を行うように構成される。そのような補聴器では，複数の，場合によってはすべての帯域が，この発明による入力プロセッサ３０３を備えることができ，それによって，指向性システムの機能性を向上させることができる。これに代えて，この発明による入力プロセッサ３０３を，複数帯域システムの単一帯域フロント・エンド（a single band front end to the multi-band system）として利用することもできる。

次に図４を参照して，図４は，この発明の一実施形態による，２つの指向性コントローラＤｉｒ１，Ｄｉｒ２を有する２つの入力チャネルについての入力プロセッサ３０３を，より詳細に示している。これらの指向性コントローラのそれぞれは，マイクロフォン３０８ａ，３０８ｂからの音響入力信号３０９ａ，３０９ｂを受取る。一実施形態では，指向性コントローラの前の入力信号の処理には，２つのマイクロフォン出力から信号を取出すこと，デジタル化すること，およびマイクロフォン整合システムによる整合（matching）を行うことが含まれる。指向性コントローラのそれぞれは，固定された指向性特性（a fixed directional characteristic）を生成する。これらの指向性コントローラにおける処理の後，信号（複数）に，増幅器（複数）において低周波ブースト（ＬＦＢ）をかけてもよい。さらなる詳細については，図６を参照して後述する。

このようにして生成された信号（複数）は，次に，それぞれの加算器（adders）３２３ａ，３２３ｂによって実現される結合手段において，対応するフィードバック補償信号（フィードバックを補償する信号）（feedback compensating signals）３０７ａ，３０７ｂと結合される。一実施形態では，フィードバック補償信号３０７ａ，３０７ｂは，追加的な処理がなされた被推定フィードバック信号（further precessed estimated feedback signals）であって，これらが，加算器（複数）によって，指向性コントローラＤｉｒ１，Ｄｉｒ２の出力から減算される。これらの対応するフィードバック補償信号は，図３に示すフィードバック信号推定装置３０６と同様の推定手段によって，生成することができる。

フィードバック被補償信号（フィードバック補償済信号）（フィードバック補償された信号）（feedback compensated signals）３１６ａ，３１６ｂは，フィードバック信号推定装置への制御入力としての使用，ならびに信号結合器（signal combiner）３３５における処理に使用することができる。適応コントローラ３２４が，この結合器３３５を，コスト関数，たとえば，出力信号３３３の信号パワー，が最小になるように適応制御する。適応コントローラは，結合器３３５を制御するときに，さらに，結合器に入力される２つのフィードバック被補償信号３１６ａ，３１６ｂの混合比を調整することによって，空間信号３２８の指向性特性を決定する。調整された混合比はまた，最大利得限界を算出する主信号プロセッサ３０４に信号３３３として与えられる。一実施形態による信号結合器３３５の好ましい設計（design）が，図５に詳細に示されている。

指向性コントローラＤｉｒ１，Ｄｉｒ２は，これらのそれぞれの出力信号の結合器３３５における結合が，それらが結合されるときの混合比にしたがう指向性特性を生成することを達成するように設計される。適応コントロール３２４は，信号結合器３３５の結合比を動的に適応して（adopt），補聴器のマイクロホン・システムによって受信される環境雑音（environment noise）を最小化する結合出力信号を生成する。好ましくは，指向性コントローラＤｉｒ１，Ｄｉｒ２の一方は双指向性特性（bi-directional characteristic）をもたらすように構成され，他方が無指向性特性（omni-directional characteristic）をもたらすように構成される。

この構成によって，適応制御され，等化される指向性コントローラの複雑かつ時変性の成分（the complex and time-varying component of an adaptively controlled, equalized directional controller）が，フィードバック信号推定装置によって推定されるべきフィードバック経路の一部に組込まれることが回避され，したがってフィードバック推定装置に対する機能要件（the function requirements）が緩和される。図４の実施形態では，処理チェーンにおいて，フィードバック補償のために，最初に固定指向性コントローラ（複数）（fixed adaptive controllers）が配置され，次に低周波ブースタ（複数）が配置され，次に加算器（複数）が配置されており，他方，所望の適応指向性特性（the desired adaptive directional property）は，次段において複数のそのようなシステムの出力の重み付き混合（a weighted mixing of the outputs of several of such systems）によって達成される。この結果，指向性コントローラの適応部分（adaptive part）は，フィードバック推定装置によって推定されるべきフィードバック経路の部分の外に置かれる（placed outside of the part of the feedback path）。

この実施形態の変形形態では，３つ以上の指向性コントローラＤｉｒ１，Ｄｉｒ２を利用することができる。この場合，信号結合器３３５は，対応する数の入力信号（複数）を結合するように変更される。したがって，適応コントローラ３２４は，信号結合器３３５を制御するベクトルを，そのコスト関数が最小になるように最適化する。これに対して指向性コントローラが２つの場合にはスカラが最小化される。このための方法は，先行技術において容易に利用可能であり，当業者には周知であると考えられる。しかしながら，３つ以上の指向性コントローラの使用は，３つ以上のフィードバック補償信号の生成を必要とするので，２つの指向性コントローラを適用することが現状では好ましい。

図５は信号結合器３３５の一実施形態を示している。ここで，好ましい動作モードにおいては，第１の指向性信号３１６ａは双指向性特性（Ｄｉｒ１）を表し，第２の指向性信号３１６ｂは無指向性特性（Ｄｉｒ２）を表すものとする。適応的に減衰された信号（被制御増幅器３３６にしたがう第２の加算器３３７ｂの増幅出力信号から導出される）を，第１の加算器３３７ａにおいて双指向性信号３１６ａから減算することによって，所望の指向性特性を有する適応制御された空間信号３２８が，後述の式（１２）にしたがって得られる。したがって，結合器は，広範囲の指向性感度パターンにしたがって空間信号を効果的に出力することができる。より詳しい説明は国際公開第０２／０８５０６６Ａ号になされている。

当業者には自明であるが，この実施形態で用いられる双指向性特性は，前方マイクロフォン信号から後方マイクロフォン信号を減算することによって生成されるものである。

図６を参照して，図６は図４に示す実施形態における入力プロセッサ３０３の詳細を示している。図６はマイクロフォン３０８ａ，３０８ｂ，整合増幅器（matching amplifier）３１９ｂ，整合コントローラ（matching controller）３２５，および指向性コントローラＤｉｒ１，Ｄｉｒ２を示している。指向性コントローラのそれぞれは，第１の加算回路３３９ａ，３３９ｂ，位相遅延装置３４０ａ，３４０ｂ，および第２の加算手段３４１ａ，３４１ｂの組を含む。したがって，指向性コントローラのそれぞれは，それぞれにおける固定感度パターン（fixed sensitivity pattern）にしたがう信号を出力し，指向性の適応は，さらに下流において，指向性コントローラによって出力される信号の適切な処理によって，得られる（図４も参照）。

次に，どのようにして固定指向性センサＤｉｒ１，Ｄｉｒ２からのフィードバック被補償信号３１６ａ，３１６ｂが結合器３３５において結合されて出力信号３２８（Ｕ′）が生成されるかを詳細に説明する。

好ましい一実施形態において，Ｄｉｒ１の指向性特性は双指向性特性であり，Ｄｉｒ２の指向性特性は無指向性特性である。この場合は，好ましくは係数［ｃ₁，ｃ₂］＝［（１−α），α］となる。

したがって，この実施形態では，結合は，Ｕ′＝（１−α）Ｕ′₁−αＵ′₂にしたがって，一方の分岐３１６ａにおける一方の信号Ｕ′₁の一バージョンと，他方の分岐１６ｂにおける他方の信号Ｕ′₂の一変倍バージョンとを結合することによって行われる（αは０．．１の範囲のスカラである）。ここで必要な遅延は指向性センサ（Ｄｉｒ１，Ｄｉｒ２）において達成されている。

結果最大利得（the resulting maxgain）の決定において，フィードバック補償が適用されていない一実施形態に従う場合には，結合器３３５の出力における結果フィードバック信号が，
Ｕ_spatial＝（１−α）（Ｕ₁＋Ｘ₁）−α（Ｕ₂＋Ｘ₂） （８）
となることを考慮しなければならない。ここで，Ｘ＝（１−α）Ｘ₁−αＸ₂のフィードバック成分を有する。

したがって，結合器３３５の出力に見られる最大利得は，次式によって算出される。

しかしながら，この式の評価は高コストである（This expression, however, is costly to evaluate）。信号同士が完全に無相関であるとすると，安全推定値（a safe estimate）を，次式によって算出することができる。

すなわち，各分岐における最大利得の内挿（interpolation）である。

帯域分割バージョンでは，特に好ましい一実施形態では，この式は，次式のようになる。

図３および図４に示すように，フィードバック除去されることを考慮すると，結合器３３５からの空間的にフィルタリングされた出力信号は，次式のようになる。

Ｕ_spatial＝（１−α）（Ｕ′₁＋Ｘ₁）−α（Ｕ′₂＋Ｘ₂） （12）

ここで，Ｕ′₁＝Ｕ₁−Ｘ₁であり，Ｘ₁はマイクロフォン３０８ａの第１の分岐における被推定フィードバック信号である。また，Ｕ′₂＝Ｕ₂−Ｘ₂であり，Ｘ₂は，マイクロフォン３０８ｂの第２の分岐における被推定フィードバック信号である。

経験的には，フィードバック除去の効果として，利得マージンが約２０ｄＢ増加する。したがって，最大利得の安全マージン（Ｍ_dB）を，たとえば，−８ｄＢに設定することができ（除去によって−２０ｄＢ，上述の実施形態で言及した安全マージンが＋１２ｄＢ），最大可能利得（maximum available gain）が，適応フィルタにおける算出に基づく最大利得推定値（maxgain estimation）よりも８ｄＢ高く設定される。

第１の実施形態において言及した安全マージンの場合は，前述したように，信号同士が無相関であるとすると推定値が控えめに低くなる可能性があるので，この第２の実施形態では，安全マージンを負の値（例えば，−３ｄＢ）に設定することができ，Ｍ_dB＝−２３ｄＢとなる。

さらに，低周波数帯では（in the lower frequency bands）音響フィードバックがほとんど生じないので，一実施形態では，そのような帯域については最大利得推定を省略してもよい。

この発明の第３の実施形態によると，上述した図４に示した入力センサＤｉｒ１，Ｄｉｒ２は，無指向性マイクロフォンに置換えられ，したがって，結合係数αは，もはやスカラではなく複素数となる。したがって，結合器３３５の出力に見られる最大利得は，次式にしたがって評価される。

この実施形態は第１の実施形態と非常によく似ているが，フィードバック推定値が信号プロセッサ入力から減算される点が異なる。これに関して，このシステムは，第２の実施形態のシステムと同様に動作し，したがって，安全マージン（Ｍ_dB）はその実施形態についての説明にしたがって決定される。

図７を参照して，図７は，フィードバック除去を用いない（not employ），この発明の一実施形態による方法のフロー図を示している。ステップ７１０において，マイクロフォン入力信号（複数）が，入力トランスデューサ（複数）によって別々の音声信号に変換される。これらの音声信号が，ステップ７２０において，混合比にしたがって結合されることによって指向性特性を有する空間信号が形成される。混合比はユーザ設定に従って調整されるか，または適応フィルタによって適応制御される。ステップ７３０において，入力トランスデューサに入る音響フィードバック信号（複数）が，マイクロフォン分岐ごとに推定される。補聴器の音響出力信号からの音響フィードバックによる雑音をなくすか，または少なくとも低減する最大利得限界が，ステップ７４０において，混合比および音響フィードバック信号に基づいて導出される。次に，ステップ７５０において，最大利得限界を超えないように調整された利得を適用することによって空間信号が処理され，聴力損失補償信号が形成される。ステップ７６０において，聴力損失補償信号が音響出力信号に変換されてユーザの耳に到達する。

この実施形態では，フィードバック経路の推定が行われない。その代わりに，各フィードバック経路の特性が被推定音響フィードバック信号（estimated acoustic feedback signals）から算出される。特定の実施形態では，フィードバック経路の推定は，特定ユーザへの補聴器のフィッティングのとき，たとえば通常のフィッティング・セッション時に行われる。次に，算出された減衰値を用いて，デフォルトとして保存される最大利得値，または補聴器における控えめな最大利得限界が導出される。したがって，補聴器の通常動作時には，たとえば指向性特性の変化による入力センサ信号の結合具合の変化，およびこれに対応する最大利得値の変化を，ステップ７４０にしたがって，それらの保存された最大利得値を用いて算出することができる。

ここまで述べてきた特徴のすべての妥当な組合わせが，明示的に説明されなかった組み合わせも含めて，この発明に属すると見なされるべきである。

この発明の実施形態では，この明細書に記載の補聴具は，好適な信号処理デバイスに実装されることができ，そのようなデバイスとして，例えば，デジタル信号プロセッサ，フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）を含むアナログ／デジタル信号処理システム，標準プロセッサ，または特定用途向け信号プロセッサ（ＡＳＳＰまたはＡＳＩＣ）などがある。明らかなことではあるが，システム全体が単一のデジタルコンポーネントの形態で実装されることが好ましいが，いくつかの部品は，当業者に知られているように，別の形態で実装されてもよい。

この発明の実施形態による補聴器，方法およびデバイスは，任意の好適なデジタル信号処理システムの形態で実装されることができる。これらの補聴器，方法およびデバイスはまた，たとえば，フィッティング・セッションにおいて，オージオロジストによって使用されることもできる。この発明による方法はまた，この明細書に記載の実施形態による方法を実行する実行可能なプログラム・コードを含むコンピュータ・プログラムの形態で実装されることもできる。クライアント−サーバ環境が使用される場合，この発明の実施形態は，この発明によるシステムを具体化し，この発明による方法を実行するコンピュータ・プログラムをホストする，リモート・サーバ・コンピュータを備えることができる。別の実施形態では，この発明によるコンピュータ・プログラムを格納するコンピュータ読取可能な記憶媒体（例えば，フロッピー・ディスク，メモリ・スティック，ＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ，フラッシュ・メモリ，または他の任意の好適な記憶媒体）のようなコンピュータ・プログラム製品が，提供される。

別の実施形態では，プログラム・コードは，デジタル補聴器のメモリまたはコンピュータ・メモリに格納することができ，補聴器自体もしくは補聴器のＣＰＵのようなプロセッサによって，または，他の任意の好適な，この明細書に記載の実施形態による方法を実行するプロセッサもしくはコンピュータによって，実行されることができる。

この明細書において，空間信号（the spatial signal）に言及する場合，空間的にフィルタリングされた信号（spatially filterred signal）および指向性信号（directional signal）という用語も用いられているが，これらはすべて，同じ概念を意味し，したがって，この明細書において特に断りがない限り，区別なく用いられており，このことも当業者には自明であろう。

この発明の実施形態においてこの発明の原理を説明および例示してきたが，当業者には自明であるように，この発明は，そのような原理から逸脱することなく，構成および詳細の修正が可能である。この発明の範囲内における変更および修正を，この発明の趣旨から逸脱することなく行うことができ，この発明は，そのような変更および修正をすべて包含する。

先行技術による補聴器の概略ブロック図である。 この発明の第１の実施形態による補聴器の概略ブロック図である。 この発明の第２の実施形態による補聴器の概略ブロック図である。 この発明の一実施形態による指向性コントローラの概略ブロック図である。 この発明の一実施形態による信号結合コントローラの概略ブロック図である。 この発明の一実施形態による入力コントローラの概略ブロック図である。 この発明の一実施形態による方法のフロー図である。

Claims (18)

1. 音を第１の音声信号に変換する第１のマイクロフォン，
   音を第２の音声信号に変換する第２のマイクロフォン，
   上記第１および上記第２の音声信号を混合比にしたがって結合して空間信号を形成する指向性処理手段，
   上記第１のマイクロフォンに入る第１の音響フィードバック信号および上記第２のマイクロフォンに入る第２の音響フィードバック信号を推定する推定手段，
   以下の式にしたがって上記第１および第２の音響フィードバック信号の推定値ならびに上記混合比から結果最大利得限界を導出し，その結果最大利得限界を超えない利得を適用することによって上記空間信号を処理して，聴力損失補償信号を形成する処理手段，ならびに
   上記聴力損失補償信号を音響出力に変換する出力トランスデューサ，
   を備えている補聴器。
   ここで，ｍａｘ ｇａｉｎは上記結果最大利得限界を表し，
   Ｘ ₁ は上記第１の音響フィードバック信号の上記推定値を表し，
   Ｘ ₂ は上記第２の音響フィードバック信号の上記推定値を表し，
   ｃ ₁ ，ｃ ₂ は結果音響フィードバック信号Ｘ＝ｃ ₁ Ｘ ₁ −ｃ ₂ Ｘ ₂ における，上記混合比にしたがう係数を表し，
   Ｙ ₀ は上記聴力損失補償信号を表す。
2. 上記推定手段は，上記第１および第２のマイクロフォン分岐のそれぞれについての適応フィルタを備え，上記適応フィルタのそれぞれは，上記聴力損失補償信号と上記各音声信号との間の相互相関を最小化することによって上記各音響フィードバック信号を生成するように構成されている，請求項１に記載の補聴器。
3. 上記処理手段は，次式を適用することによって上記結果最大利得限界を算出するように構成されている，請求項１に記載の補聴器。
   ここで，ｍａｘ ｇａｉｎは上記結果最大利得限界を表し，
   Ｘ₁は上記第１の音響フィードバック信号の上記推定値を表し，
   Ｘ₂は上記第２の音響フィードバック信号の上記推定値を表し，
   ｃ₁，ｃ₂は結果音響フィードバック信号Ｘ＝ｃ₁Ｘ₁−ｃ₂Ｘ₂における，上記混合比にしたがう係数を表し，
   Ｙ₀は上記聴力損失補償信号を表し，
   Ｍは単位をｄＢとする安全マージンを表す。
4. 音を追加音声信号に変換する少なくとも１つの追加マイクロフォンをさらに備え，上記推定手段のそれぞれが適応されるフィードバック経路において上記追加マイクロフォンに入る追加音響フィードバック信号を推定するように構成され，上記指向性処理手段は，上記混合比にしたがって上記追加音声信号にも基づいて上記空間信号を形成するように構成され，上記処理手段は，上記混合比にしたがって上記追加音響フィードバック信号の推定値からも上記結果最大利得限界を導出するように構成されている，請求項１から３のいずれか一項に記載の補聴器。
5. 上記結果最大利得限界は，上記補聴器のフィッティング時に一旦導出された上記第１および第２の音響フィードバック信号の推定値と上記現在の混合比とから導出される，請求項１に記載の補聴器。
6. 音を第１の音声信号に変換する第１のマイクロフォン，
   音を第２の音声信号に変換する第２のマイクロフォン，
   上記第１のマイクロフォンに入る第１の音響フィードバック信号および上記第２のマイクロフォンに入る第２の音響フィードバック信号を推定する推定手段，
   上記第１の音声信号を上記第１の音響フィードバック信号の推定値と結合し，かつ上記第２の音声信号を上記第２の音響フィードバック信号の推定値と結合して，第１および第２のフィードバック補償済音声信号を形成する結合手段，
   上記第１および第２のフィードバック補償済音声信号を混合比にしたがって結合し，以下の式にしたがって上記第１および第２の音響フィードバック信号の推定値ならびに上記混合比から結果最大利得限界を導出し，導出された結果最大利得限界を超えない利得を適用することによって，聴力損失補償信号を形成する処理手段，ならびに
   上記聴力損失補償信号を音響出力に変換する出力トランスデューサ，
   を備えている補聴器。
   ここで，ｍａｘ ｇａｉｎは上記結果最大利得限界を表し，
   Ｘ ₁ は上記第１の音響フィードバック信号の上記推定値を表し，
   Ｘ ₂ は上記第２の音響フィードバック信号の上記推定値を表し，
   αは結果音響フィードバック信号Ｘ＝（１−α）Ｘ ₁ −αＸ ₂ における，上記混合比にしたがう０，．．．，１の範囲のスカラを表し，
   Ｙ ₀ は上記聴力損失補償信号を表す。
7. 上記混合比を調整することによって上記処理手段を制御して，上記聴力損失補償信号の空間適応を提供する適応指向性コントローラをさらに備えている，請求項６に記載の補聴器。
8. 上記第１および上記第２の音声信号を結合して第１の空間信号を形成する第１の指向性処理手段，
   上記第１および上記第２の音声信号を結合して第２の空間信号を形成する第２の指向性処理手段をさらに備え，
   上記結合手段は，上記第１の空間信号を上記第１の音響フィードバック信号の推定値と結合し，かつ上記第２の空間信号を上記第２の音響フィードバック信号の推定値と結合して，第１および第２のフィードバック補償済空間信号を形成するように構成され，
   上記処理手段は，上記第１および第２のフィードバック補償済空間信号を結合して上記聴力損失補償信号を形成するように構成されている，
   請求項６または７に記載の補聴器。
9. 上記第１の指向性処理手段は，固定された双指向性特性を有する上記第１の空間信号を形成し，上記第２の指向性処理手段は，固定された無指向性特性を有する上記第２の空間信号を形成する，請求項８に記載の補聴器。
10. 上記第１および第２の音声信号を，複数の周波数帯の帯域分割音声信号に変換するフィルタリング手段をさらに備え，上記補聴器はさらに上記周波数帯のそれぞれにおいて個別に上記帯域分割音声信号を処理するように構成されている，請求項１から９のいずれか一項に記載の補聴器。
11. 上記処理手段は，次式を適用することによって，上記結果最大利得限界を算出するように構成されている，請求項１０に記載の補聴器。
    ここで，ｍａｘ ｇａｉｎは上記結果最大利得限界を表し，
    Ｘ_1iは周波数帯ｉにおける上記第１の音響フィードバック信号の上記推定値を表し，
    Ｘ_2iは周波数帯ｉにおける上記第２の音響フィードバック信号の上記推定値を表し，
    αは結果音響フィードバック信号Ｘ_i＝（１−α）Ｘ_1i−αＸ_2iにおける，上記混合比にしたがう０，．．．，１の範囲のスカラを表し，
    Ｙ_0iは周波数帯ｉにおける上記聴力損失補償信号を表し，
    Ｍ_dBiは周波数帯ｉにおける，単位をｄＢとする安全マージンを表す。
12. 補聴器において第１および第２のマイクロフォンからの信号を処理する方法であって，
    上記第１および上記第２のマイクロフォンからの入力信号を第１および第２の音声信号に変換し，
    上記第１および上記第２の音声信号を混合比にしたがって結合して空間信号を形成し，
    上記第１のマイクロフォンに入る第１の音響フィードバック信号および上記第２のマイクロフォンに入る第２の音響フィードバック信号を推定し，
    以下の式にしたがって上記第１および第２の音響フィードバック信号の推定値ならびに上記混合比から結果最大利得限界を導出し，導出された結果最大利得限界を超えない利得を適用することによって上記空間信号を処理して，聴力損失補償信号を形成し，
    上記聴力損失補償信号を音響出力に変換する，
    方法。
    ここで，ｍａｘ ｇａｉｎは上記結果最大利得限界を表し，
    Ｘ ₁ は上記第１の音響フィードバック信号の上記推定値を表し，
    Ｘ ₂ は上記第２の音響フィードバック信号の上記推定値を表し，
    ｃ ₁ ，ｃ ₂ は結果音響フィードバック信号Ｘ＝ｃ ₁ Ｘ ₁ −ｃ ₂ Ｘ ₂ における，上記混合比にしたがう係数を表し，
    Ｙ ₀ は上記聴力損失補償信号を表す。
13. 上記方法が特定ユーザに対する上記補聴器のフィッティング・ルーチンの一部をなすものであり，上記第１および第２の音響フィードバック信号の特性を，上記補聴器のプログラミング・インターフェースを用いて上記補聴器に記憶させるステップをさらに含む，請求項１２に記載の方法。
14. 上記音響出力を最小化することによって自動的に上記混合比を適合させる，またはユーザ調整にしたがって上記混合比を適合させることによって，上記聴力損失補償信号の適合を提供するステップをさらに含む，請求項１２または１３に記載の方法。
15. 上記結果最大利得限界は，次式を適用することによって導出される，請求項１２に記載の方法。
    ここで，ｍａｘ ｇａｉｎは上記結果最大利得限界を表し，
    Ｘ₁は上記第１の音響フィードバック信号の上記推定値を表し，
    Ｘ₂は上記第２の音響フィードバック信号の上記推定値を表し，
    ｃ₁，ｃ₂は結果音響フィードバック信号Ｘ＝ｃ₁Ｘ₁−ｃ₂Ｘ₂における，上記混合比にしたがう係数を表し，
    Ｙ₀は上記聴力損失補償信号を表し，
    Ｍは単位をｄＢとする安全マージンを表す。
16. 上記第１および第２のマイクロフォンからの上記信号がフィルタリングされて帯域分割信号とされ，異なる周波数帯において個別に処理される，請求項１２から１５のいずれか一項に記載の方法。
17. コンピュータ上で実行される場合に，請求項１２から１６のいずれか一項に記載の方法を実行する実行可能なプログラム・コードを含む，コンピュータ・プログラム。
18. 請求項１７に記載のコンピュータ・プログラムが記録された，コンピュータ読取可能な記録媒体。