JP5322485B2 - 聴取装置、聴取システムおよび聴取装置の操作方法 - Google Patents

Description

本発明は、主周波数帯において無線データ伝送を行うための伝送ユニットと、スピーカーと、作動信号によりスピーカーを作動させるための作動装置とを有する聴取装置に関する。さらに本発明は聴取装置の操作方法に関する。ここで用語「聴取装置」は、特に補聴器、ヘッドセット、ヘッドホン及び頭部に装着可能なその他の機器を意味する。

補聴器は難聴者の処置のために用いられる装着可能な聴取装置である。多数の個々の要求に応じるため、補聴器には種々の構造形式があり、耳掛け式補聴器（HdO）及び耳道挿入式補聴器（IdO）のような、また例えばConcha（甲介）補聴器又はカナル補聴器（CIC）が用意されている。模範的に挙げられる補聴器は、外耳に又は耳道内に装着される。さらにまた市場では、骨伝導補聴器、インプラント可能な又は振動触感性の補聴器も利用されている。その際、損なわれた聴覚の刺激は機械的又は電気的に行われる。

補聴器は原則的に、本質的な構成要素として入力変換器、増幅器及び出力変換器を持っている。入力変換器は通例、受音器例えばマイクロホン、及び電磁受量器例えば誘導コイル、の少なくとも一方である。出力変換器はたいていの場合電気音響変換器例えば小型スピーカーとして、又は電気機械変換器例えば骨伝導受話器として実現されている。増幅器は通常信号処理ユニット中に組み込まれている。この原則的な構造が、耳掛け式補聴器の例について図１に示されている。耳の後に装着するための補聴器ハウジング１内に、１つ又は複数のマイクロホン２が周囲からの音を取り入れるために組み込まれている。同じように補聴器ハウジング１内に組み込まれた信号処理ユニット３は、マイクロホン信号を処理しそれを増幅する。信号処理ユニット３の出力信号はスピーカーないし受話器４に伝送され、スピーカーないし受話器は音響信号を出力する。音は場合によっては、耳形成術によって耳道内に固定されている音響チューブを介して、補聴器装用者の鼓膜に伝送される。補聴器及び特に信号処理ユニット３の給電は、同様に補聴器ハウジング１内に組み込まれた電池５によって行われる。

補聴器のスピーカーないし受話器を作動させるため、しばしば例えばパルス密度変調（PDM）又はパルス幅変調(PWM)が用いられる。ディジタル式の作動は、ディジタル式の補聴器においてディジタル・アナログ変換器段を無くすことができる利点を有する。ディジタル式の作動回路はさらに、アナログ式の作動回路より明らかに高い効率を有する。それに対し、アナログ式の作動回路は妨害が少ない、即ちアナログ式の作動回路は音響信号に限定された周波数スペクトルに僅かな高調波成分を持つ。ディジタル式の作動の場合に非常に顕著な高調波は、補聴器間のデータの無線伝送及び補聴器と外部の付属品（遠隔操作部、無線式プログラミング機器、無線式リレー機器等）との間の伝送の妨げになる。

この問題の可能な１つの解決策は、以下の妥協案にあり得る。即ち、無線伝送を持つ補聴器において受話器がアナログ式に作動せしめられ、無線機能を持たない補聴器においては電流を節約するディジタル式作動が行われる。しかしながら、それと共に無線伝送を持つ補聴器は電流を節約するディジタル式作動の利益を得ることはできない。

したがって本発明の課題は、特にディジタル式に機能する聴取装置に対しても、聴取装置のスピーカーの電流を節約するディジタル式作動を可能にすることにある。さらに聴取装置を操作する方法を提供することにある。

本発明に従えばこの課題は、主周波数帯において無線式のデータ伝送を行うための伝送装置と、スピーカーと、スピーカーを作動信号により作動させるための作動装置とを備え、作動信号の周波数スペクトルが主周波数帯の範囲において実質的なノッチ領域を有する聴取装置において、伝送装置が、主周波数帯にある周波数成分のみ又は主周波数帯及びその整数倍の範囲にある周波数成分のみを基本的に通過させる帯域通過フィルタを有することによって解決される（請求項１）。

さらに本発明によれば、主周波数帯において無線式のデータ伝送を行い、聴取装置のスピーカーを作動信号により作動させることによって聴取装置を操作する方法であって、作動信号の周波数スペクトルが主周波数帯の範囲において実質的なノッチ領域を有する聴取装置の操作方法において、データ伝送のための信号が、主周波数帯にある周波数成分のみ又は主周波数帯及びその整数倍の範囲にある周波数成分のみを基本的に通過させる帯域通過によりフィルタリングされる聴取装置の操作方法が提案される（請求項６）。

データ伝送のためとスピーカーの作動のための信号が周波数範囲において分離されることによって、相互の妨害がほとんど生ぜず、その結果無線データ伝送のために構成された聴取装置も内部受話器ないしスピーカーをディジタルに作動させることができる。

作動装置の作動信号はパルス密度変調又はパルス幅変調されているのが有利である。それによって、低域フィルタとして作用する誘導性スピーカーをディジタル信号処理回路による高い信号処理費用なしに作動させることができる。

伝送装置によるデータ伝送は、広帯域に複数の周波数帯において行うことができ、また作動信号の周波数スペクトルは各周波数帯の範囲においてそれぞれ実質的なノッチ領域を有することができる。それとともに、本発明による原理は高いスループットの広帯域の伝送に対しても使用することができる。

さらに、伝送装置は、主周波数帯にある周波数成分のみ、又は主周波数帯及びその何倍かの範囲にある周波数成分のみを基本的に通過させる帯域通過フィルタを有することができる。これによって、無線伝送の妨害安定度はさらに高められる。

本発明による聴取装置は、特殊な実施形態においては耳道挿入式補聴器として形成されることが可能で、その場合電流消費及び自由に利用し得る場所が極度に制限されている場合でも可能である。すなわち、提供される場所が僅かなことによって、通例磁気音響変換器である受話器は受信コイルに非常に近く存在する。さらに、耳道挿入式補聴器においては位置及び方向づけは各機器において独特である。いかなる場合にも受話器は多かれ少なかれ大きな妨害信号を受信コイル内に誘導する。それとともにそこでは信号対雑音比は通例明らかに低下する。悪い信号対雑音比は送信出力を高めることによって改善し得るものの、それは非常に大きいエネルギー需要によってのみ達成し得ることである。それ故、受話器のための作動信号を無線データ伝送のための伝送信号からスペクトル的に分離するという本発明による解決策はますます好都合である。

別の実施形態に相応して本発明によれば、上述の聴取装置の構成をそれぞれ有する２つの補聴器を備える聴取システムが提供され、その際両補聴器の伝送装置は双方向の無線伝送を可能とし、一方向のデータ伝送は他方向のデータ伝送とは別の周波数帯で行われる。それによって、同時の指向性伝送を持った真の双方向接続を自由に利用することができる。

本発明を図面により詳細に説明する。以下に説明する実施例は本発明の有利な実施形態を示す。

図２において、２つの補聴器１０及び１１を有する補聴器システムの概略が示されている。両補聴器１０、１１は同じように形成されている。しかし図を見易くするため補聴器１０においてのみ本発明に対し本質的な構成要素が示されている。耳道挿入式補聴器１０の中央ユニットは信号処理ないし制御ユニット１２である。それは電池１３によって給電される。制御ユニット１２の出力信号は、通例磁気音響変換器として形成された受話器１４を作動させるために用いられる。さらに制御ユニット１２は伝送ユニット１５をも作動させ、伝送ユニット１５はここでは第２の補聴器１１に対する双方向性の伝送のために用いられる。伝送ユニット１５はコイルによって象徴的に示されているが、他の伝送構成要素を含むこともできる。

図２から、耳道挿入式補聴器１０におけるエレクトロニクス構成要素が空間的に互いに非常に接近して配置されていることが認められる。特に受話器１４及び伝送ユニット１５も非常に近くに集まって置かれており、その結果無意識的に相互の影響及び妨害が生ずることになる。

図３は典型的なPDM作動信号を示し、この作動信号によって作動ユニット１２は受話器１４を時間的に作動させる。受話器に伝送すべき情報はパルス密度に潜んでいる。図４にはこの信号の一端が拡大して描かれている。インパルスの密度は所望の仕方で変化する。

受話器１４は特有の誘導特性を持っている。それ故図３に描かれた時間的PDM電圧信号は、受話器において図に破線で記入された電流経過になる。

図３のPDM電圧信号の周波数スペクトルは図５に示されている。そのスペクトルは基本的に弓形の曲線からなり、それらの曲線は周期的に相並び、その振幅はPDMパルスの長方形状に基づいて関数sin x/xに相応して減少する。スペクトルの特定の範囲において、即ち２つの曲線の間に、スペクトルにノッチＥ、即ちいわゆる「取り除かれた領域」が生じる。この取り除かれた領域においては妨害信号は全く発生しないかないしはほとんど発生しない。そこには有効信号Ｎないし有効信号成分Ｎ´のみが存在する。ノッチ（切れ込み）Ｅの発生は以下のように説明することができる。即ち、PDM信号のパルス持続時間Tpは固定的に選ばれており、ｎ×Tpの固定した時間ラスタで現れる。正及び負のパルスの統計的分布は自然のオーディオ信号に対して同じである。それによって、周波数１/(２Tp)及びその整数倍がほぼ同じ振幅でもって位相０°及び180°に現れる。このことは、周波数ｎ×１/(２Tp)の周りの範囲における信号の狙い撃ち的な消失をもたらす。この消失が上述の切れ込みないしノッチＥをもたらす。ノッチの間にはアーチ状の妨害信号成分Ｓが生じる。

本発明の根本概念は、ディジタル式の受話器作動の作動周波数の無線伝送システムへの適合にある。したがって具体的には、妨害する受話器雑音成分を無線データ伝送システムに対し使用される周波数帯から除くことが試みられる。このことはこの場合、ノッチＥが無線伝送のための伝送周波数ないしその何倍かの周波数の範囲に存在するようにちょうどPDM変調器の作動周波数が選ばれることによって、妨害スペクトルの適合した有利な形成（ノイズシェーピング）により達せられる。それによって、無線伝送はわずか妨害されるだけにすぎず、ディジタル式の受話器作動の利点は保たれる。

無線式のデータ伝送のために使用される周波数範囲から妨害成分を除去することは、別の既知の「ノイズシェーピング」法によって補足することができる。例えば雑音成分がオーディオ信号の低周波範囲から既知のやり方でより高い周波数の方向へずらされることが可能である。このそして他の既知の方法によって、これまでの切れ込みないしノッチの幅及び形状を最適化することができる。

無線伝送成分の信号処理が、無線に使用される帯域幅内の周波数のみを妨げられることなく通過する帯域通過フィルタにより実行されることによって、無線伝送の受話器作動に対する妨害安定度はさらに改善される。このような帯域通過フィルタのフィルタ機能Ｆは、図６に例示信号のPDM周波数スペクトルと共に示されている。帯域通過の特性（フィルタエッジの勾配、フィルタの良さ）及び「ノイズシェーピング」の特性が互いに適合している場合には、妨害安定度の改善は特に有効である。

図５の例では、固定した周波数間隔でノッチが生ずる。最も簡単な場合、そのただ１つだけが無線式のデータ伝送のために利用される。大きな帯域幅の必要な用途に対しては、無線式伝送は複数の部分周波数範囲に分割されることも可能である。その場合部分周波数範囲は、受話器に対するPDM作動信号の他のノッチに存在すべきである。妨害安定度に関しては、この場合も帯域通過の特性と「ノイズシェーピング」の特性とが互いに適合されているべきである。このことは、例えば、通過帯域がノッチに調整された特有の櫛型フィルタによって達成される。

フィルタリングの後、平坦で低い基本雑音レベルが得られ、この基本レベルから小さな有効信号をなお良好に検出することができる。その結果無線伝送の可能な到達距離が上昇する。それに代えて、同じ到達距離の場合にはより高いスループットが達成される。

複数の周波数範囲が利用される用途に対して、オーディオ信号又はプログラミングデータの帯域幅集中式の伝送が可能であることは既に上に示唆された。場合によっては、異なる周波数範囲に方向が分配されることによって、複数の周波数帯が同時の双方向伝送のために利用されることも可能である。

従来技術による補聴器の原理構成図である。 本発明による補聴器システムの構成図である。 受話器の電圧のPDM時間信号の線図である。 図３のPDM時間信号の部分拡大図である。 図３の信号のPDM周波数スペクトルの線図である。 図５のPDM周波数スペクトルを、理想的に適合された周波数フィルタの通過曲線とともに示す線図である。

１ 補聴器ハウジング
２ マイクロホン
３ 信号処理ユニット
４ 受話器
５ 電池
１０、１１ 補聴器
１２ 制御ユニット
１３ 電池
１４ 受話器
１５ 伝送ユニット
Ｅ ノッチ（切れ込み）
Ｎ 有効信号
Ｎ´ 有効信号成分
Ｓ 妨害信号成分

Claims (8)

1. 主周波数帯において無線式のデータ伝送を行うための伝送装置（１５）と、スピーカー（１４）と、作動信号によりスピーカー（１４）を作動させるための作動装置（１２）とを備え、作動信号の周波数スペクトルが主周波数帯の範囲において実質的なノッチ領域を有する聴取装置（１０）において、
   伝送装置（１５）が、主周波数帯にある周波数成分のみ又は主周波数帯及びその整数倍の範囲にある周波数成分のみを基本的に通過させる帯域通過フィルタを有することを特徴とする聴取装置。
2. 作動装置（１２）の作動信号がパルス密度変調されていることを特徴とする請求項１記載の聴取装置。
3. 伝送装置（１５）によるデータ伝送が広帯域に複数の周波数帯で行われ、作動信号の周波数スペクトルが各周波数帯の範囲にそれぞれ実質的なノッチ領域を有することを特徴とする請求項１又は２記載の聴取装置。
4. 耳道挿入式補聴器として形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の聴取装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つによる聴取装置の構成をそれぞれ有する２つの補聴器（１０、１１）を備える聴取システムにおいて、両補聴器（１０、１１）の伝送装置（１５）が双方向の無線データ伝送を可能とし、また一方向のデータ伝送は他方向のデータ伝送とは別の周波数帯で行われることを特徴とする聴取システム。
6. 主周波数帯において無線式のデータ伝送を行い、聴取装置のスピーカー（１４）を作動信号により作動させることによって、聴取装置（１０、１１）を操作する方法であって、
   作動信号の周波数スペクトルが主周波数帯の範囲において実質的なノッチ領域（Ｅ）を有する聴取装置の操作方法において、
   データ伝送のための信号が、主周波数帯にある周波数成分のみ又は主周波数帯及びその整数倍の範囲にある周波数成分のみを基本的に通過させる帯域通過によりフィルタリングされることを特徴とする聴取装置の操作方法。
7. 作動信号がパルス密度変調されていることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. データ伝送が広帯域に複数の周波数帯で行われ、作動信号の周波数スペクトルが各周波数帯の範囲にそれぞれ実質的なノッチ領域（Ｅ）を有することを特徴とする請求項６又は７記載の方法。

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