JP5305306B2 - 補聴器用の音声信号処理システムの設計方法、補聴器用の音声信号処理システム、および補聴器 - Google Patents
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Description
本出願は、2008年8月4日出願の日本国特許出願第2008−201310号および2008年10月29日出願の日本国特許出願第2008−278051号の優先権を主張し、それらの全内容は、ここに援用される。
次に、AD変換されたディジタル信号をバンドパスフィルタによって複数の周波数帯域に分割し、難聴者の聴覚特性に合わせて、それぞれの周波数帯域のゲインをディジタルフィルタによって増減する。
次に、分割した周波数帯域を再合成する。
最後に、DA変換を行って、スピーカアンプを通したアナログ音声信号をスピーカから出力する。
補聴器を、その使用者である難聴者に合わせて調整して最適化する作業は、試行錯誤的作業であり、煩雑である。
前記AD変換器から出力されたディジタル音声入力信号の信号処理を行う補聴器用ディジタルフィルタ(K(z))と、
前記補聴器用ディジタルフィルタから出力されたディジタル信号を、難聴者へ出力するためのアナログ音声出力信号(uc)に変換するDA変換器と、
を有する補聴器用の音声信号処理システムの設計方法であって、
前記DA変換器から出力されるアナログ音声出力信号(uc)を難聴者の聴覚特性に対応する特性を有するアナログフィルタ(P(s))によってフィルタリングして得られる復元アナログ信号(zc)と、補聴器へのアナログ音声入力信号(yc)との誤差(ec)が小さくなるように、サンプル値制御理論によって、前記補聴器用ディジタルフィルタ(K(z))を設計する、
ことを特徴とする補聴器用の音声信号処理システムの設計方法である。
これに対し、本発明者らは、制御理論の枠組みにおいて、ディジタル補聴器の音声信号処理を考えるという、従来のディジタル補聴器の設計方法とは全く異なる、新規な着想を得た。
そして、本発明者らは、アナログ制御対象として、難聴者の聴覚のアナログ特性を含めた音声入出力系を想定することで、サンプル値制御系の手法が、補聴器の設計に適用できるという着想を得た。
換言すると、補聴器と難聴者の聴覚特性とを合わせた信号系を想定した場合、補聴器に入力された音声と、難聴者が聴覚を通じて認識できる音声と、を可能な限り一致させ、その誤差を小さくするのが補聴器の役割ということができる。
なお、難聴者の聴覚特性としては、個々の難聴者の聴覚特性を測定して得られたものを用いても良いし、一般的に想定される難聴者の聴覚特性を用いても良い。
前記アンチエリアシングフィルタの出力に対してダウンサンプルを行うダウンサンプラと、
前記ダウンサンプラによって下げられたサンプルレートを戻すアップサンプラと、を更に含み、
前記補聴器用ディジタルフィルタは、前記アップサンプラから出力されたディジタル音声入力信号に対して、前記信号処理を行うものであるのが好ましい。
前記AD変換器から出力されたディジタル音声入力信号の信号処理を行う補聴器用ディジタルフィルタと、
前記補聴器用ディジタルフィルタから出力されたディジタル信号を、難聴者へ出力するためのアナログ音声出力信号に変換するDA変換器と、
を有する補聴器用の音声信号処理システムであって、
前記補聴器用ディジタルフィルタは、
前記DA変換器から出力されたアナログ音声出力信号を、難聴者の聴覚特性に対応する特性を有するアナログフィルタによってフィルタリングして得られる復元アナログ信号と、補聴器へのアナログ音声入力信号との誤差が小さくなるように、サンプル値制御理論によって設計されたものである、
ことを特徴とする補聴器用の音声信号処理システムである。
13 AD変換器
15 DA変換器
K(z) 補聴器用ディジタルフィルタ
[1.補聴器の構成]
図1は、本実施形態に係るディジタル補聴器1の基本構成(ハードウェア構成)を示している。この補聴器1は、マイク11、マイクアンプ12、AD変換器13、信号処理用プロセッサ(Digital Signal Processor)14、DA変換器15、スピーカアンプ16、およびスピーカ17を有して構成されている。なお、上記構成要素のうち、AD変換器13、信号処理用プロセッサ14、およびDA変換器15は、音声信号処理システム10を構成している。
しかし、本実施形態の補聴器1では、硬い物がぶつかるときに生じるようなピーク性の高周波雑音を抑制しつつ、難聴者の聴覚特性に合わせた音声を出力することができるため、難聴者にとって非常に使い易いものとなる。
さて、制御理論の枠組みで、ディジタル補聴器1の音声信号処理を考えると、難聴者の聴覚のアナログ特性を含めた音声入出力システムを制御対象として、これを補聴器用ディジタルフィルタ(K(z))24によって最適に制御することが問題となる。その意味で、サンプル値制御理論によるディジタル補聴器の設計は、難聴者の聴覚のアナログ特性P(s)を考慮した信号復元問題と捉えることができる。
図3において、wcからzcに至る下側のパスは、補聴器1の信号復元系を示している。また、図3において上側のパスは、時間遅れを示している。
信号wcは、W(s)によって帯域制限された信号ycとなる。この信号ycは、AD変換器13、アンチエリアシングフィルタ21、ダウンサンプラ22、アップサンプラ23、補聴器用ディジタルフィルタ24、DA変換器25、およびアナログフィルタP(s)を通って、出力zcとなる。
理想的な補聴器1は、ycとzcが一致しているものといえる。したがって、アナログフィルタP(s)の出力zcと、W(s)の出力信号ycがmhだけ遅れた信号との誤差をec(t):=zc(t)−yc(t−mh)とおくと、この誤差ecを小さくする補聴器用ディジタルフィルタK(z)を設計すればよい。
さらに、前記システムTewを近似的な離散時間系にするため、FSFH(ファーストサンプル・ファーストホールド)手法を適用する。FSFH手法はサンプル値制御系の性能を近似的に評価する手法の一つであって、周期hのサンプル値制御系のアナログ入出力をh/N(Nは自然数)周期で動作するサンプルとホールドによって離散化し、十分に大きなNに対するディジタル信号でアナログ信号を近似する手法である。
上記のサンプル値H∞制御理論を用いたディジタル補聴器1の設計例は下記の通りである。ここでのパラメータh,m,Mは、下記の通り設定した。
パラメータ:
サンプル周期h=1/11025
許容遅れステップm=3
アップサンプラ定数およびダウンサンプラ定数M=2
以上のパラメータ設定によって設計された補聴器用ディジタルフィルタK(z)のボード線図を図6に示す。補聴器用ディジタルフィルタK(z)によって、難聴者であっても、健常者と同様に、音声wcを知覚することができる。
以下、信号処理システム10による効果を検証する。
実施例1の信号処理システム10は、図2に示すものと同様の構成であり、AD変換器13のサンプリング周波数fs=44.1kHz、アンチエリアシングフィルタ21のカットオフ周波数Cf=5kHz、ダウンサンプラ定数およびアップサンプラ定数M=4とした。また、DA変換器の動作周波数は、44.1kHzである。アナログモデルW(s)と難聴者の聴覚特性P(s)は、前記数2、前記数3に記載のものを用いた。補聴器用ディジタルフィルタK(z)は、上記設計手順によって設計され、最適化されている。
Claims (7)
- 補聴器へのアナログ音声入力信号(yc)をディジタル音声入力信号へ変換するAD変換器と、
前記AD変換器から出力されたディジタル音声入力信号の信号処理を行う補聴器用ディジタルフィルタ(K(z))と、
前記補聴器用ディジタルフィルタから出力されたディジタル信号を、難聴者へ出力するためのアナログ音声出力信号に変換するDA変換器と、
を有する補聴器用の音声信号処理システムの設計方法であって、
難聴者の聴覚特性に対応する特性を有するアナログフィルタ(P(s))によって前記DA変換器から出力されるアナログ音声出力信号をフィルタリングして得られる復元アナログ信号(zc)と、補聴器へのアナログ音声入力信号(yc)との誤差(ec)が小さくなるように、サンプル値制御理論によって、前記補聴器用ディジタルフィルタ(K(z))を設計する、
ことを特徴とする補聴器用の音声信号処理システムの設計方法。 - 前記サンプル値制御理論は、サンプル値H∞制御理論である、
請求項1記載の設計方法。 - 前記音声信号処理システムは、
前記AD変換器から出力されたディジタル音声入力信号に対してアンチエリアシングを行うアンチエリアシングフィルタと、
前記アンチエリアシングフィルタの出力に対してダウンサンプルを行うダウンサンプラと、
前記ダウンサンプラによって下げられたサンプルレートを戻すアップサンプラと、
を更に含み、
前記補聴器用ディジタルフィルタは、前記アップサンプラから出力されたディジタル音声入力信号に対して、前記信号処理を行うものである
請求項1又は2記載の設計方法。 - 補聴器へのアナログ音声入力信号をディジタル音声入力信号へ変換するAD変換器と、
前記AD変換器から出力されたディジタル音声入力信号の信号処理を行う補聴器用ディジタルフィルタと、
前記補聴器用ディジタルフィルタから出力されたディジタル信号を、難聴者へ出力するためのアナログ音声出力信号に変換するDA変換器と、
を有する補聴器用の音声信号処理システムであって、
前記補聴器用ディジタルフィルタは、
難聴者の聴覚特性に対応する特性を有するアナログフィルタによって前記DA変換器から出力されるアナログ音声出力信号をフィルタリングして得られる復元アナログ信号と、補聴器へのアナログ音声入力信号との誤差が小さくなるように、サンプル値制御理論によって設計されたものである、
ことを特徴とする補聴器用の音声信号処理システム。 - 前記サンプル値制御理論は、サンプル値H∞制御理論である、
請求項4記載の補聴器用の音声信号処理システム。 - 前記音声信号処理システムは、
前記AD変換器から出力されたディジタル音声入力信号に対してアンチエリアシングを行うアンチエリアシングフィルタと、
前記アンチエリアシングフィルタの出力に対してダウンサンプルを行うダウンサンプラと、
前記ダウンサンプラによって下げられたサンプルレートを戻すアップサンプラと、
を更に含み、
前記補聴器用ディジタルフィルタは、前記アップサンプラから出力されたディジタル音声入力信号に対して、前記信号処理を行うものである
請求項4又は5記載の補聴器用の音声信号処理システム。 - 請求項4に記載の音声信号処理システムを有する補聴器。
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