JP4963035B2

JP4963035B2 - 聴覚機能訓練方法および装置

Info

Publication number: JP4963035B2
Application number: JP2006112837A
Authority: JP
Inventors: 誠司中川
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2006-04-17
Filing date: 2006-04-17
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2026-04-17
Also published as: JP2007282820A; WO2007119505A1

Description

本発明は、使用者の聴覚機能を訓練するための聴覚機能訓練方法および装置に関し、特に難聴者の聴覚機能の訓練に好適な聴覚機能訓練方法および装置に関する。

薬剤の副作用やウイルス感染、老化などによって聴覚機能が低下すると、音の聴取が困難になる。これにより、音の聴取機会が減少するため、聴覚神経系（末梢系および中枢神経系）が活性化される機会が減少する結果、ますます聴覚神経系の機能低下が進むという悪循環が生じる。

難聴者の聴覚機能を補助する手段としては、補聴器や人工内耳が存在するが、いずれも聴覚機能を向上させるものではないため、重篤な聴力低下が起こった場合には音の聴取が困難になり、聴覚神経系の機能が急速に低下するおそれがある。また、薬物療法や手術による方法は、一部の難聴に対しては聴覚機能の低下を抑制できる一方、難聴の段階や種類によってはほとんど効果がない場合がある。

聴覚機能の向上を目的として、特定の周波数帯域の訓練音を繰り返して聞かせる訓練方法も提案されている。例えば、特許文献１に開示された方法は、原音に対して所定の周波数領域を減衰させた音を被訓練者に聞かせるものである。ところが、この方法は外国語の学習効果を高めることを主たる目的とするものであり、従来においては、主に難聴者の聴覚機能の回復を目的とする訓練方法として適当なものが存在しなかった。
特開平１１−９５６５２号公報

そこで、本発明は、難聴の種類に拘わらず聴覚機能を効果的に向上させることができる聴覚機能訓練方法および装置の提供を目的とする。

本発明の前記目的は、使用者の聴覚機能を訓練するための方法であって、訓練用の振動信号を生成する訓練信号生成ステップと、使用者に当接させた骨導振動子を介して前記振動信号に基づく機械的振動を骨導音として伝達する振動伝達ステップとを備え、前記訓練信号生成ステップは、超音波搬送波信号を可聴音信号に基づいて変調することにより前記振動信号を生成するステップを含む聴覚機能訓練方法により達成される。

この聴覚機能訓練方法において、前記訓練信号生成ステップは、使用者の聴力検査により複数の検査周波数に対する聴力レベルを含む聴力情報を取得するステップと、前記聴力情報に対応する周波数スペクトルを決定するステップと、前記周波数スペクトルを有する前記可聴音信号を生成するステップとを更に備えることができる。

また、本発明の前記目的は、使用者の聴覚機能を訓練するための装置であって、訓練用の振動信号を生成する訓練信号生成手段と、使用者に当接させた骨導振動子を介して前記振動信号に基づく機械的振動を骨導音として伝達する振動伝達手段とを備え、前記訓練信号生成手段は、使用者の聴力検査により複数の検査周波数に対する聴力レベルを含む聴力情報を取得する聴力検査手段と、前記聴力情報に対応する周波数スペクトルを決定するスペクトル決定手段と、前記周波数スペクトルを有する前記可聴音信号を生成する可聴音信号発生手段と、超音波搬送波信号を前記可聴音信号に基づいて変調することにより前記振
動信号を生成する信号変調手段とを備える聴覚機能訓練装置により達成される。

本発明によれば、難聴の種類に拘わらず聴覚機能を効果的に向上させることができる聴覚機能訓練方法および装置を提供することができる。

以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る聴覚機能訓練装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、この聴覚機能訓練装置１は、訓練用の振動信号を生成する訓練信号生成部１０と、訓練信号生成部１０で生成された振動信号に基づく機械的振動を使用者に骨導音として伝達する振動伝達部３０とを備えている。

訓練信号生成部１０は、使用者の聴力検査により聴力情報を取得する聴力検査部１２と、取得した聴力情報に基づいて周波数スペクトルを決定するスペクトル決定部１４と、決定した周波数スペクトルを有する可聴音信号を生成する可聴音信号発生部１６と、超音波搬送波信号を生成する搬送波信号発生部１８と、超音波搬送波信号を可聴音信号に基づいて変調することにより振動信号を生成する信号変調部２０とを備えている。

聴力検査部１２は、公知のオージオメータから構成することができ、予め設定された可聴領域における複数の検査周波数（例えば、１２５Ｈｚ、２５０Ｈｚ、５００Ｈｚ、１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、４ｋＨｚおよび８ｋＨｚの７種類）のそれぞれについて、純音や帯域雑音などからなる検査音の音圧レベルを上げていき、使用者による確認スイッチの入力に基づいて、使用者が検査音を感知した最小の音圧レベルである聴力レベルを検査周波数毎に取得する。聴力検査部１２は、こうして得られた聴力情報をメモリに格納可能に構成されている。

スペクトル決定部１４は、聴力情報に対応する周波数スペクトルを決定する。すなわち、聴力情報に含まれる各検査周波数に対する聴力レベルから、聴力レベルの低い周波数ほどパワーレベルが大きくなり、聴力レベルの高い周波数ほどパワーレベルが小さくなるように、各検査周波数に対するパワーレベルを算出する。

可聴音信号発生部１６は、各検査周波数の純音や帯域雑音に対応する複数の音源信号を生成可能に構成されており、それぞれの音源信号を検査周波数毎のパワーレベルで合成することにより、可聴音信号を生成する。

搬送波信号発生部１８は、人間の皮膚、筋肉または骨を介して脳の聴覚機能に振動が良好に伝達される超音波搬送波信号を生成する。超音波搬送波信号としては、周波数が２０ｋＨｚから３００ｋＨｚの正弦波、矩形波、三角波などの他、中心周波数が２０ｋＨｚから３００ｋＨｚの帯域雑音もしくは一様雑音などを例示することができる。

また、振動伝達部３０は、信号変調部２０で生成された振動信号に基づく機械的な振動を外部に伝達する超音波振動子を複数備えている。図２に示すように、振動伝達部３０は、超音波振動子３１が収容された円筒状のケース３２を複数備えており、ケース３２の開口縁に吸盤３４を取り付けて構成されている。

振動子３１は、ジンバル機構により、互いに直交する２軸の回りに揺動可能に支持されている。即ち、振動子３１は、振動面を露出させるように第１の枠体４０に固定されており、第１の枠体４０は、第１の支持軸４２を介して第２の枠体４４に揺動自在に支持されている。そして、第２の枠体４４は、第１の支持軸４２と直交する第２の支持軸４６を介
してケース３２の内部に揺動自在に支持されている。振動子３１の振動面は、ケース３２の開口からわずかに突出しており、吸盤３４を所定の取付部位に吸着させると、振動子３１の振動面が被吸着面に接触して押圧するように構成されている。ケース３２の底部（図の上部）中央には連通孔３２ａが形成されており、この連通孔３２ａに球状の袋状体４８が結合されている。袋状体４８はゴム材などの弾性材からなり、押圧により弾性変形可能に構成されている。袋状体４８の内部空間は、連通孔３２ａを介してケース３２の内部と連通している。

次に、上述した聴覚機能訓練装置１の作動について説明する。まず、聴力検査部１２により、使用者の左右いずれかの耳について聴力検査を行う。聴力検査部１２における聴力検査方法は、公知のオージオメータと同様であるため詳細な説明は省略するが、これによって、例えば図３（ａ）に示すように、各検査周波数に対する聴力レベルがプロットされたオージオグラムを作成可能な聴力情報を取得することができる。

ついで、スペクトル決定部１４において、聴力情報に対応する周波数スペクトルを決定する。例えば、聴力情報が図３（ａ）に示すグラフで表される場合、図３（ｂ）に示すように、聴力レベルが最も低い検査周波数（１ｋＨｚ）のパワーレベルが最大となり、聴力レベルが最も高い検査周波数（４ｋＨｚ）のパワーレベルが最小となるように、各検査周波数に対するパワーレベルが求められる。この結果、可聴音信号発生部１６においては、決定された周波数スペクトルに基づき、聞こえの悪い周波数ほど強調された可聴音信号が生成され、信号変調部２０において振動信号を生成可能となる。周波数スペクトルの生成においては、必要に応じて、低周波数域（例えば、１２５Ｈｚや２５０Ｈｚ）のパワーレベルを若干下げるなどの補正処理を適宜行ってもよい。

超音波振動子３１は、袋状体４８を手で摘んだ状態で、聴覚検査を行った耳に対応する所定部位（例えば、乳様突起の近傍）に対して吸盤３４を押し付けた後、摘んでいた手を離すことにより、袋状体４８の形状復元力でケース３２の内部が負圧となる。この結果、所定部位に対する十分な吸着力が作用して、超音波振動子３１を所望の位置に確実に取り付けることができる。

超音波振動子３１を使用者の所定部位に取り付けた状態で、訓練信号生成部１０を作動させると、振動信号に基づく機械的振動が骨導音として使用者の聴覚機能に伝達される。本実施形態においては、振動信号が超音波搬送波信号を可聴音信号に基づいて振幅変調することにより生成されるため、例えば、機能が大きく低下した蝸牛や有毛細胞であっても確実に賦活化させることができる。したがって、聴力低下を伴うあらゆるタイプの伝音性難聴及び感音性難聴（例えば、老人性難聴、ウイルス性難聴、遺伝性難聴、薬物性難聴など）に対して有効であり、特に、通常の補聴器を使用しても音の聴取が困難な重度の感音性難聴者に対する訓練として効果的である。更に、難聴者だけでなく、聴覚健常者に対しても、聴覚能力の向上を図ることができる。

また、本実施形態においては、超音波搬送波信号を変調する可聴音信号を、使用者が聞き取りにくい周波数が強調されたものとしているので、高い訓練効果が得られるだけでなく、骨導音が感覚的にフラットなものとなり、訓練中の不快感を軽減することができる。

一方の耳に対して所定時間の聴覚機能訓練を行った後は、この聴覚機能訓練装置１を用いて他方の耳に対する聴覚検査を行い、生成された可聴音信号を用いて同様の聴覚機能訓練を行う。これにより、両耳のそれぞれに対して最適な訓練を行うことができる。

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明の具体的な態様は上記実施形態に限定されない。例えば、本実施形態においては、聴力検査部１２により取得した聴力情
報に基づいて可聴音信号を生成するようにしているが、可聴音信号は、可聴音領域の正弦波、矩形波、三角波、ノイズ、音声など予め設定されたものを用いることも可能であり、この場合も、聴覚神経系の活性化を図ることができる。更に、聴覚機能訓練装置１にマイクロフォンを取り付けて、マイクロフォンへの外部からの入力信号を増幅することにより、可聴音信号を生成することもできる。

振幅変調に用いる可聴音信号を、予め設定されるか或いはマイクロフォンから入力された音声（言語音）に基づいて生成する場合には、この聞き取りに音素分離などの聴覚能力が必要とされるため、聴覚の時間分解能を効果的に訓練することができる。更に、図４に模式的に示すように、聴力検査部１２により得られるオージオグラムから逆フィルタを生成し、この逆フィルタを音声（言語音）にかけることによって得られる訓練用音声に基づいて、可聴音信号を生成することもでき、これによって、訓練が必要な周波数帯域を重点的に訓練することができる。

また、本実施形態の聴覚機能訓練装置１は、単一の超音波振動子３１を備える構成としているが、超音波振動子を複数設けて、本実施形態の構成に基づき、各超音波振動子から異なる振動を出力可能に構成することもできる。この場合の可聴音信号の生成についても、聴力検査部１２により取得したそれぞれの耳についての聴力情報や、両耳に対して予め個別に設定されたもの、或いは、マイクロフォンの入力信号を利用することができる。

例えば、図５及び図６に示すように、聴覚機能訓練装置１に対して、外部音が入力される複数の指向性マイクロフォン１６１，１６１を取り付けることができる。なお、図５及び図６において、図１と同様の構成部分については同一の符号を付している。

複数の指向性マイクロフォン１６１，１６１は、訓練信号生成部１０が収容されたケーシング１０ａにそれぞれ取り付けられている。指向性マイクロフォン１６１，１６１の取り付けは、本実施形態においてはそれぞれの指向性の主軸方向が相違するように固定しているが、各主軸方向を調整可能に取り付けてもよい。各指向性マイクロフォン１６１，１６１に入力された外部音は、増幅処理が行われることにより可聴音信号を発生させることができ、この可聴音信号は、信号変調部２０に入力される。

一方、搬送波信号発生部１８，１８において生成される超音波搬送波信号は、入力部５０，５０の入力操作により、周波数、振幅、タイミング（位相）、変調方式を個別に調整することができる。この結果、各指向性マイクロフォン１６１，１６１の入力音毎に個別に振動信号を生成することができる。

入力部５０は、キャリア信号の周波数、振幅、位相をそれぞれ連続的に変化させることができるように、個別に調整可能なボリュームスイッチ５０ａを備え、更に、変調方式を選択するためのダイヤル式スイッチ５０ｂを備えている。選択可能な変調方式としては、周波数変調、振幅変調、位相変調などが挙げられ、更に、振幅変調の種類として、例えば、両側波帯（ＤＳＢ）、単側波帯（抑圧搬送波）（ＳＳＢ）等を選択することができる。

指向性マイクロフォン１６１，１６１に外部音が入力されると、各指向性マイクロフォン１６１，１６１から信号変調部２０，２０に音信号が入力される。各指向性マイクロフォン１６１，１６１は、指向性の主軸方向が互いに異なるため、同一の音源に対する入力感度が相違する。

信号変調部２０，２０には、各指向性マイクロフォン１６１，１６１への入力音毎にそれぞれ固有の変調が行われるように、入力部５０，５０を介して互いに異なる変調条件を入力しておく。例えば、キャリア信号の周波数を各指向性マイクロフォン１６１，１６１
毎に異なるように設定し、変調方式は同じ両側波帯振幅変調として、それぞれ固有の変調を行うことができる。或いは、キャリア信号は同じ周波数とし、変調方式が互いに異なるようにして（例えば、一方を両側波帯振幅変調とし、他方を抑圧搬送波振幅変調として）、それぞれ固有の変調を行うようにしてもよい。こうして生成された振動信号は、対応する各振動伝達部３０，３０にそれぞれ出力される。

このように構成された聴覚機能訓練装置によれば、各指向性マイクロフォン１６１，１６１から入力された外部音毎に固有の変調を行い、対応する各振動伝達部３０，３０からそれぞれ機械的振動が伝達されるように構成されているので、訓練条件を片耳ごとに最適化して、両耳に対して同時に訓練を行うことができる。

また、各振動伝達部３０，３０から伝達される超音波振動の「聞こえ（音色）」の相違を認識できるように各変調条件を予め設定し、それぞれの「聞こえ」に対応する指向性マイクロフォン１０，１０を使用者が把握しておくことにより、音源方向の同定（音源定位）に関する聴覚機能を訓練することができる。例えば、変調方式を両側波帯振幅変調とした場合は、キャリア波のピッチと復調された信号波のピッチの両方が同時に知覚される一方、変調方式を抑圧搬送波振幅変調とした場合は、キャリア波のピッチが知覚されず、もとの信号波の周波数の２倍に相当するピッチだけが知覚されるので、それぞれの「聞こえ」の違いを判別できるように訓練することで、音源方向の認識能力を高めることができる。

（実施例）
本発明の聴覚機能訓練方法による訓練効果を確認するため、実際に３名の被験者に対して聴覚機能訓練を行い、聴力の変化を調べた。
３名の被験者は、２２〜２５歳の聴覚健常者（いずれも男性、右利き）で、周波数が３０kHzの超音波搬送波信号を、中心周波数が２５０Hzの帯域ノイズからなる可聴音信号で変
調した振動信号に基づく機械的振動を、約１５dBSLの呈示強度で呈示した。機械的振動の呈示は、両耳に対してそれぞれ３０分ずつ毎日行い、呈示後直ちに聴力検査を行った。

図７（ａ）から（ｃ）は、３名の各被験者の左耳についての聴力検査結果に基づき、１週間毎に平均データを算出し、これを５週間分について示したものである。各被験者とも、特に可聴音信号の中心周波数付近で、聴力が向上していることがわかる。

本発明の一実施形態に係る聴覚機能訓練装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示す聴覚機能訓練装置における振動伝達部の断面図である。図１に示す聴覚機能訓練装置における可聴音信号の生成過程の一例を説明するための図である。図１に示す聴覚機能訓練装置において使用する振動信号の生成方法の一例を模式的に示す図である。本発明の他の実施形態に係る聴覚機能訓練装置の概略構成を示すブロック図である。図５に示す聴覚機能訓練装置の正面図である。本発明の一実施例に係る聴覚機能の改善結果を示す図である。

符号の説明

１聴覚機能訓練装置
１０訓練信号生成部
１２聴力検査部
１４スペクトル決定部
１６可聴音信号発生部
１６１指向性マイクロフォン
１８搬送波信号発生部
２０信号変調部
３０振動伝達部

Claims

使用者の聴覚機能を訓練するための装置であって、
訓練用の振動信号を生成する訓練信号生成手段と、
使用者に当接させた骨導振動子を介して前記振動信号に基づく機械的振動を骨導音として伝達する振動伝達手段とを備え、
前記訓練信号生成手段は、
使用者の聴力検査により複数の検査周波数に対する聴力レベルを含む聴力情報を取得する聴力検査手段と、
前記聴力レベルが最も低い検査周波数のパワーレベルが最大となるよう、前記聴力情報に対応する周波数スペクトルを決定するスペクトル決定手段と、
前記周波数スペクトルを有する前記可聴音信号を生成する可聴音信号発生手段と、
超音波搬送波信号を前記可聴音信号に基づいて変調することにより前記振動信号を生成する信号変調手段とを備える聴覚機能訓練装置。