JP5313528B2 - 補聴器の信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、補聴器使用者の周波数選択性の劣化による聞き取りの悪さの軽減を目的とした補聴器の信号処理方法に関する。

従来、感音性難聴の原因として最小可聴閾値の上昇、リクルーメント現象、周波数選択性の劣化、時間分解能の劣化などが挙げられる。特に、周波数選択性が劣化した難聴者は、雑音下における言葉の聞き取り能力が低下することがしられている。また、難聴者の周波数選択性の劣化度合いを表わす指標として、聴覚フィルタのバンド幅が着目されている。聴覚フィルタとは、内耳の周波数分析機能をフィルタバンクでモデル化したときの帯域フィルタであり、健聴者に比べ周波数選択性が劣化した難聴者の聴覚フィルタのバンド幅は広がる傾向にある。

そして、現在の補聴器では、オージオメータで測定した聴力レベルに基づいて、使用環境や個人の嗜好に合わせて周波数帯域ごとのゲインを決めている。
また、周波数選択性の劣化を補償する補聴処理方法としては、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、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補正係数の絶対値を乗算する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この他、難聴者の聞き取りを改善するために、音声のスペクトルのコントラストを強調する技術が知られている。

特開２００６−２７０３１９号公報

しかし、オージオメータによる聴力測定では、周波数選択性の劣化は分からない。また、聴力レベルに合わせて周波数ごとの音を増幅するだけでは、周波数選択性の劣化を補償することはできない。
また、特許文献１に記載のような補聴処理では、健聴者及び難聴者の聴神経興奮パターンの算出や補正係数の算出に多くの演算が必要であり、難聴者の周波数選択性の劣化を細部まで補償することは、現状の補聴器の処理能力では困難である。更に、非特許文献１記載のようなスペクトル強調処理では、音声のホルマント構造を強調することが主たる目的であり、個人ごとに異なる周波数選択性が反映されないという問題がある。

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、簡易的に周波数選択性の劣化による聞き取りの悪さの軽減を目的とした補聴器の信号処理方法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、入力音の所定の周波数帯域であるチャンネルを所定の数ずつまとめたバンドおよび入力音の音圧範囲ごとに、入力音のピークを示すチャンネルに隣接するチャンネルのゲインを下げることにより、又は入力音のピークを示すチャンネルのゲインを上げることにより、個人の周波数選択性の劣化度合いに合わせて、入力音のピークを示すチャンネルについてスペクトル強調を行うものである。

請求項２に係る発明は、個人の周波数選択性の劣化度合いに合わせて、入力音の所定の周波数帯域であるチャンネルを所定の数ずつまとめたバンドおよび入力音の音圧範囲ごとに入力音のスペクトル強調を行うか否かを判定し、次いで入力音のスペクトル強調を行うと判定した場合にはスペクトル強調の強さを決定し、次いで決定したスペクトル強調の強さに応じて、入力音のピークを示すチャンネルに隣接するチャンネルのゲインを下げることにより、又は入力音のピークを示すチャンネルのゲインを上げることにより、入力音のピークを示すチャンネルについてスペクトル強調を行うものである。

請求項３に係る発明は、入力信号を所定の周波数帯域のチャンネルに分割しこのチャンネルを所定の数ずつまとめたバンドにするフィルタバンク工程と、フィルタバンク工程で形成したバンドごとに入力信号のスペクトル強調を行うか否かを判定するバンド別強調判定工程と、バンド別強調判定工程でスペクトル強調を行うと判定したバンドについて当該バンドの入力信号レベルを所定値と比較してスペクトル強調を行うか否かを判定する音圧別強調判定工程と、音圧別強調判定工程でスペクトル強調を行うと判定した場合に、当該バンドにおいてピークを示すチャンネルに隣接するチャンネルを減衰させるゲインを決定すること、又はピークを示すチャンネルを増幅させるゲインを決定するスペクトル強調ゲイン決定工程と、スペクトル強調ゲイン決定工程で決定されたゲインを各チャンネルに付加することにより、当該バンドのピークを示すチャンネルについてスペクトル強調を行うスペクトル強調工程と、スペクトル強調工程で処理した各バンドの信号を合成する合成工程を備え、前記スペクトル強調ゲイン決定工程には、前記ゲインに所定の時定数をもたせる工程が含まれ、前記バンド別強調判定工程の判定基準と、前記音圧別強調判定工程の所定値と、前記スペクトル強調ゲイン決定工程のゲインは、予め設定した補聴器使用者の周波数帯域および音圧範囲ごとの周波数選択性の劣化度合いに合わせて設定されるものである。

請求項４に係る発明は、請求項３記載の補聴器の信号処理方法において、前記バンド別強調判定工程の判定基準と、前記音圧別強調判定工程の所定値と、前記スペクトル強調ゲイン決定工程のゲインは、変更可能とした。

請求項１乃至請求項３に係る発明によれば、使用者の周波数選択性の劣化度合いに応じたスペクトル強調処理を行うため、使用者の周波数選択性の劣化が見られる周波数帯域のみに効果的にスペクトル強調処理を施すことが可能になり、簡易的に周波数選択性の劣化による聞き取りの悪さに応じた信号処理が可能となる。

請求項４に係る発明によれば、使用者の補聴特性の変化に容易に対応することができる。

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信号処理方法を行うブロック構成図、図２はスペクトル強調処理の手順を示すフローチャート、図３はある時刻におけるスペクトル強調処理された音とゲインの関係を示す図、図４は周波数選択性の劣化度合いを示す概念図である。

本発明に係る補聴器の信号処理方法を行う補聴器は、図１に示すように、マイクロホン１、信号処理部２、イヤホン３などからなる。信号処理部２は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）で構成することができる。マイクロホン１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。信号処理部２は、マイクロホン１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３は、信号処理部２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。

信号処理部２は、信号を各チャンネル（周波数帯域）に分離するフィルタバンク４と、フィルタバンク４で分離されたチャンネルをまとめたバンドごとに信号処理するバンド別信号処理部５と、バンド別信号処理部５でバンドごとに処理された信号を加算して合成する合成部６と、各種のパラメータを記憶するパラメータ記憶部７で構成される。フィルタバンク４は、本実施の形態では３２チャンネルのバンドパスフィルタＢＰＦ１〜ＢＰＦ３２で構成しているが、補聴器の要求仕様に応じて適宜必要なチャンネル数にすればよい。

フィルタバンク４では、各バンドパスフィルタＢＰＦ１〜ＢＰＦ３２で３２個のチャンネル（周波数帯域）に分離した後、数チャンネルずつまとめて所望の帯域幅のバンドを形成させる。フィルタバンク４から出力されるチャンネル数や各チャンネルの帯域幅は、要求仕様に応じて適宜設定する。例えば、３２チャンネルのバンドパスフィルタＢＰＦ１〜ＢＰＦ３２のうち３チャンネルをまとめて１つのバンドとし、隣のバンドは５チャンネルを１つのバンドにまとめるなどして、所望の帯域幅のバンドを形成した複数のバンドを構成する。

バンド別信号処理部５は、フィルタバンク４で分離され数チャンネルずつまとめて所望の帯域幅を形成したバンドごとに設けられ、夫々のバンド別信号処理部５には補聴処理部８とスペクトル強調処理部９が備えられている。そして、補聴処理部８で処理した信号を、更にスペクトル強調処理部９で処理する。

補聴処理部８は、補聴器ゲイン付加部１０と音圧レベル算出部１１と補聴器ゲイン決定部１２からなり、聴力レベルに合わせたゲイン調整や使用環境に合わせたノイズ除去などが行われる。音圧レベル算出部１１では、信号の音圧レベルを算出する。

パラメータ記憶部７には、補聴処理部８による信号処理のために、入力音が聴力レベルや使用環境に合わせて聞き取り易くなるゲインが設定されてあり、この設定内容に従って音圧レベルに対応するゲインが補聴器ゲイン決定部１２により決定される。補聴器ゲイン決定部１２で決定されたゲインが、補聴器ゲイン付加部１０により前記５チャンネルの各信号に付加されることで、聴力レベルや使用環境に合わせた信号に変換される。

また、スペクトル強調処理部９は、バンド別強調判定部１５と、閾値上の平均レベル算出部１６と、音圧別強調判定部１７と、スペクトル強調ゲイン決定部１８と、スペクトル強調ゲイン付加部１９で構成される。バンド別強調判定部１５は、パラメータ記憶部７に記憶された設定内容に従って５チャンネルを１つにまとめたバンド（バンドパスフィルタＢＰＦ４〜ＢＰＦ８）の信号（補聴処理部８の出力信号）が、スペクトル強調する周波数帯域であるか否かを判定する。閾値上の平均レベル算出部１６は、バンド別強調判定部１５でスペクトル強調すると判定した場合に前記５チャンネルの入力音圧レベルと最小可聴閾値との差の平均を算出して閾値上の平均レベルとする。

音圧別強調判定部１７は、パラメータ記憶部７に記憶された設定内容に従って閾値上の平均レベル算出部１６が算出した閾値上の平均レベルがスペクトル強調するレベルであるか否かを判定する。スペクトル強調ゲイン決定部１８は、音圧別強調判定部１７がスペクトル強調する音圧レベルと判定した場合にパラメータ記憶部７に記憶された設定内容に従ってスペクトル強調ゲインを決定する。スペクトル強調ゲイン付加部１９は、スペクトル強調ゲイン決定部１８が決定したスペクトル強調ゲインを補聴処理部８の出力信号に付加する。

パラメータ記憶部７には、スペクトル強調処理部９による信号処理のために、各バンドについて、スペクトル強調処理を行うか否かの判定基準値と、スペクトル強調処理を行う音圧範囲の設定内容と、各音圧範囲について減衰量と時定数が記憶されている。パラメータ記憶部７に記憶された設定内容と、フィルタバンク４の各バンドの帯域幅の設定内容は、信号処理部（ＤＳＰ）２にパーソナルコンピュータ（ＰＣ）２０などの補聴器調整機器を接続して、設定内容を変更することができる。

次に、本発明に係る補聴器の信号処理方法によるスペクトル強調処理の手順について、図２により説明する。先ず、ステップＳＰ１において、入力信号をフィルタバンク４で所定の帯域幅を形成したバンドに分離する（フィルタバンク工程）。ここで、フィルタバンク４で分離され数チャンネルずつまとめて所望の帯域幅を形成したバンドを、バンドＡ（５００Ｈｚ〜１３００Ｈｚ）、バンドＢ（１３００Ｈｚ〜２６００Ｈｚ）、バンドＣ（２６００Ｈｚ〜５２００Ｈｚ）の３つの帯域とする。

次いで、例えばバンドＡについて、ステップＳＰ２において、入力信号のスペクトル強調を行うバンドか否かを判定する（バンド別強調判定工程）。更に、ステップＳＰ３において、バンドＡの入力音圧の閾値上の平均レベルを算出する。次いで、ステップＳＰ４において、ステップＳＰ３で求めた算出値（入力音の閾値上の平均レベル）と予めパラメータ記憶部７に保存しておいた値（判定基準値）を照合し、バンドＡについてスペクトル強調を行うか否かの判定をする（音圧別強調判定工程）。例えば、スペクトル強調を行う場合とは、「バンドＡで入力音が２０ｄＢＳＬ以下の時と、バンドＢで入力音が２０ｄＢＳＬ以上の時」である。

ステップＳＰ４でスペクトル強調を行うと判定されると、ステップＳＰ５〜ステップＳＰ１０において、バンドＡにおいてピーク以外のチャンネルを減衰させるように各チャンネルのゲインを決定する（スペクトル強調ゲイン決定工程）。先ず、ステップＳＰ５でチャンネルを数えるカウンタのカウント数ｋを１とし、チャンネル数ｋ＿ｍａｘにチャンネル数を設定する。次いで、ステップＳＰ６において、第ｋチャンネルの閾値上のレベルＶ（ｋ）と両隣の閾値上のレベルＶ（ｋ−１），Ｖ（ｋ＋１）を比較する。

次いで、Ｖ（ｋ）が最大でない場合、ステップＳＰ７において、予めパラメータ記憶部７に保存しておいた値（ＥＨＭ：減衰量）だけ下げるようなゲインを算出する（減衰ゲイン算出工程）。このゲインは、ｇ_ｋ（ｎ）＝ｇ_ｋ（ｎ−１）＋atk{ＥＨＭ−ｇ_ｋ（ｎ−１）}と表わされる。このスペクトル強調のゲインｇ_ｋ（ｎ）は、時定数atkを有し、急激なゲインの変動による異音が生じないようにしている。ここで、ｇ_ｋ（ｎ）は時刻ｎでの減衰ゲイン（第ｋチャンネル）、atkはアタックの時定数である。

また、Ｖ（ｋ）が最大であった場合は、ステップＳＰ８において、徐々に０ｄＢに近づくゲインを算出する（回復ゲイン算出工程）。このゲインは、ｇ_ｋ（ｎ）＝ｇ_ｋ（ｎ−１）＋rls{１−ｇ_ｋ（ｎ−１）}と表わされる。このスペクトル強調のゲインｇ_ｋ（ｎ）は、時定数rls を有し、時定数rlsという係数を乗じた分だけ、ゲインが徐々に０ｄＢに近づくようにしている。ここで、ｇ_ｋ（ｎ）は時刻ｎでの回復ゲイン（第ｋチャンネル）、rlsはリリースの時定数である。

次いで、ステップＳＰ９において、すべてのチャンネルについてゲインを算出したかを確認し、まだゲインを算出していないチャンネルがあれば、ステップＳＰ１０でｋに１を加算して、ステップＳＰ６からステップＳＰ９を繰り返す。

次いで、ステップＳＰ９において、すべてのチャンネルについてゲインを算出したことを確認できたら、ステップＳＰ１１において、ゲインｇ_ｋ（ｎ）が補聴処理部８の出力信号の各チャンネルに付加される（スペクトル強調工程）。更に、ステップＳＰ１２において、各チャンネルにゲインｇ_ｋ（ｎ）が付加されたバンドＡ，Ｂ，Ｃの信号が合成される（合成工程）。

図３はバンドＡとバンドＣについて、ある時刻にスペクトル強調を行うように設定した場合の例を示す。ここで、スペクトル強調処理の条件は、補聴器ゲイン付加部１０によるゲインが一律２０ｄＢ、対象は全ての閾値上のレベル、減衰量ＥＨＭは−１０ｄＢ、アタックの時定数atkとリリースの時定数rlsは共に０．３とする。バンドＡとバンドＣだけスペクトル強調がなされていることが分かる。

ピークを示すチャンネルに隣接するチャンネルの減衰量が設定した値（−１０ｄＢ）に近づいているのが分かる。また、ピークを示すチャンネルのゲインが０ｄＢに近づいているのが分かる。なお、図３に示す例では、ピークを示すチャンネルに隣接するチャンネルのゲインを下げることにより、ピークを示すチャンネルについてスペクトル強調を行ったが、ピークを示すチャンネルのゲインを上げることにより、ピークを示すチャンネルについてスペクトル強調を行うこともできる。

図４は補聴器使用者の周波数選択性の劣化度合いを表わすマップの概念図である。縦軸は閾値上のレベル（ｄＢＳＬ）、横軸は周波数（Ｈｚ）である。周波数及び音圧レベルにより、周波数選択性の劣化度合い（０＜Ｒｂ＜１２）が異なっているのが分かる。このマップにより、スペクトル強調の減衰ゲインｇ_ｋ（ｎ）を算出するためのパラメータである減衰量ＥＨＭが決定される。ここで、減衰量ＥＨＭに関して、０＜Ｒｂ＜３：減衰量ＥＨＭ＝０ｄＢ（スペクトル強調処理を行わない）、３＜Ｒｂ＜６：減衰量ＥＨＭ＝−５ｄＢ、６＜Ｒｂ：減衰量ＥＨＭ＝−１０ｄＢと設定する。

すると、図４に示すように、周波数が１０００[Ｈｚ]で音圧レベルが２０〜３０[ｄＢＳＬ]については、０＜Ｒｂ＜３なのでスペクトル強調処理を行わない（▲印）。その他の音圧レベルと周波数においては、３＜Ｒｂ＜６または６＜Ｒｂとなっているので、減衰量ＥＨＭ＝−５ｄＢまたは減衰量ＥＨＭ＝−１０ｄＢとしたスペクトル強調処理が施される（●印）。

また、減衰量ＥＨＭの他に、周波数選択性の劣化度合い（Ｒｂ）に応じたスペクトル強調処理のパラメータ（アタックの時定数atk、リリースの時定数rls）を決定し、これらのパラメータをパラメータ記憶部７に予め保存しておく。このようなパラメータを用いて、スペクトル強調の減衰ゲイン又は回復ゲインｇ_ｋ（ｎ）が決定される。

本発明により、使用者の周波数選択性の劣化度合いに応じたスペクトル強調処理を行う補聴器が提供される。

本発明に係る補聴器の信号処理方法を行うブロック構成図 スペクトル強調処理の手順を示すフローチャート ある時刻におけるスペクトル強調処理された音とゲインの関係を示す図 周波数選択性の劣化度合いを示す概念図

符号の説明

１…マイクロホン、２…信号処理部、３…イヤホン、４…フィルタバンク、５…バンド別信号処理部、６…合成部、７…パラメータ記憶部、８…補聴処理部、９…スペクトル強調処理部、１０…補聴器ゲイン付加部、１１…音圧レベル算出部、１２…補聴器ゲイン決定部、１５…バンド別強調判定部、１６…閾値上の平均レベル算出部、１７…音圧別強調判定部、１８…スペクトル強調ゲイン決定部、１９…スペクトル強調ゲイン付加部。

Claims (4)

1. 入力音の所定の周波数帯域であるチャンネルを所定の数ずつまとめたバンドおよび入力音の音圧範囲ごとに、入力音のピークを示すチャンネルに隣接するチャンネルのゲインを下げることにより、又は入力音のピークを示すチャンネルのゲインを上げることにより、個人の周波数選択性の劣化度合いに合わせて、入力音のピークを示すチャンネルについてスペクトル強調を行うことを特徴とする補聴器の信号処理方法。
2. 個人の周波数選択性の劣化度合いに合わせて、入力音の所定の周波数帯域であるチャンネルを所定の数ずつまとめたバンドおよび入力音の音圧範囲ごとに入力音のスペクトル強調を行うか否かを判定し、次いで入力音のスペクトル強調を行うと判定した場合にはスペクトル強調の強さを決定し、次いで決定したスペクトル強調の強さに応じて、入力音のピークを示すチャンネルに隣接するチャンネルのゲインを下げることにより、又は入力音のピークを示すチャンネルのゲインを上げることにより、入力音のピークを示すチャンネルについてスペクトル強調を行うことを特徴とする補聴器の信号処理方法。
3. 入力信号を所定の周波数帯域のチャンネルに分割しこのチャンネルを所定の数ずつまとめたバンドにするフィルタバンク工程と、フィルタバンク工程で形成したバンドごとに入力信号のスペクトル強調を行うか否かを判定するバンド別強調判定工程と、バンド別強調判定工程でスペクトル強調を行うと判定したバンドについて当該バンドの入力信号レベルを所定値と比較してスペクトル強調を行うか否かを判定する音圧別強調判定工程と、音圧別強調判定工程でスペクトル強調を行うと判定した場合に、当該バンドにおいてピークを示すチャンネルに隣接するチャンネルを減衰させるゲインを決定すること、又はピークを示すチャンネルを増幅させるゲインを決定するスペクトル強調ゲイン決定工程と、スペクトル強調ゲイン決定工程で決定されたゲインを各チャンネルに付加することにより、当該バンドのピークを示すチャンネルについてスペクトル強調を行うスペクトル強調工程と、スペクトル強調工程で処理した各バンドの信号を合成する合成工程を備え、前記スペクトル強調ゲイン決定工程には、前記ゲインに所定の時定数をもたせる工程が含まれ、前記バンド別強調判定工程の判定基準と、前記音圧別強調判定工程の所定値と、前記スペクトル強調ゲイン決定工程のゲインは、予め設定した補聴器使用者の周波数帯域および音圧範囲ごとの周波数選択性の劣化度合いに合わせて設定されることを特徴とする補聴器の信号処理方法。
4. 前記バンド別強調判定工程の判定基準と、前記音圧別強調判定工程の所定値と、前記スペクトル強調ゲイン決定工程のゲインは、変更可能である請求項３記載の補聴器の信号処理方法。