JP6624635B2

JP6624635B2 - 補聴器及びフィードバックキャンセラ

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Publication number: JP6624635B2
Application number: JP2015252422A
Authority: JP
Inventors: 政浩春原; 洋一藤坂; 和輝西山
Original assignee: Rion Co Ltd
Current assignee: Rion Co Ltd
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2019-12-25
Anticipated expiration: 2035-12-24
Also published as: JP2017118359A

Description

本発明は、ハウリングの発生を抑制可能な構成を具備する補聴器及びフィードバックキャンセラに関する。

一般的な補聴器は、外部空間から伝わる音を収集するマイクロホンと、使用者の外耳道に音を出力するレシーバとを具備する。補聴器の使用時には、レシーバから出力された音が外耳道内から外部空間に漏れ、それがマイクロホンにフィードバックされることにより、ハウリングが発生する場合がある。補聴器におけるハウリングは、特に高周波数帯域で発生しやすいことが知られている。よって、高周波数帯域のハウリングを抑制するための方策として、入力信号から抽出した高周波数帯域の成分に対し周波数シフトを施すことによりハウリングを抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１の技術によれば、高周波数帯域の成分を抽出し、例えば、１０〜５０Ｈｚ程度のシフト量で周波数シフトを行うことにより、ハウリングの抑制効果を実現している。また、特許文献２の技術によれば、所謂サイドブランチフィルタバンク方式を採用し、マイクロホンからレシーバに至る信号経路と並列に設けた処理部において、ハウリングを抑制するための周波数シフト処理を行っている。

米国特許第８５３８０５３号明細書特公平７−７８９７号公報

上記従来の技術を補聴器に適用する場合、ハウリングを抑制するための周波数シフト処理を行いつつ使用者にとって快適な動作を保つことが重要である。しかしながら、特許文献１の技術を適用する場合には、マイクロホンから出力部に至る信号経路中に多くの構成要素が挿入されるので、周波数シフト処理による信号遅延を生じることが避けられず、使用者が違和感を覚えたり、音を聞き取り難いなどの問題がある。一方、特許文献２の技術を適用する場合、サイドブランチフィルタバンク方式を採用しているので前述の信号遅延は生じないが、抽出した高周波数帯域の成分に対して周波数シフトに必要な処理を毎サンプル行う必要があるので、その結果として処理量が増加したり、消費電力が上昇するなどの問題がある。

本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、周波数シフト処理に起因する信号遅延を防止でき、処理量と消費電力を増加させることなく効果的にハウリングを抑制可能な補聴器等を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の補聴器は、音を電気信号に変換するマイクロホン（１０）と、電気信号を音に変換するレシーバ（２８）と、前記マイクロホンの出力信号を周波数領域の信号に変換する高速フーリエ変換部（１１）と、前記周波数領域の信号に補聴処理を施して周波数領域のゲイン信号を算出する補聴処理部（１２）と、前記ゲイン信号から、所定周波数を境界として低周波数帯域のゲイン信号と高周波数帯域のゲイン信号とをそれぞれ抽出する周波数抽出部（１３、１４）と、前記低周波数帯域のゲイン信号及び高周波数帯域のゲイン信号をそれぞれ時間領域のゲイン信号に変換する逆高速フーリエ変換部（１６、１７、１８）と、前記高周波数帯域のゲイン信号を所定のシフト周波数だけシフトさせる周波数シフト処理部（１５、２２、２３、２４、２５）と、前記マイクロホンの出力信号と、前記低周波数帯域のゲイン信号と、前記シフト周波数だけシフトされた前記高周波数帯域のゲイン信号とに基づいて、前記レシーバの入力信号を生成して出力する出力部（２６、２７）を備え、前記周波数シフト処理部は、前記高周波数帯域のゲイン信号に周波数領域でヒルベルト変換を施すヒルベルト変換部（１５）と、前記高周波数帯域のゲイン信号のうち、前記ヒルベルト変換が施されていない第１のゲイン信号を第１の変調信号で変調する第１の変調部（２２、２４）と、前記高周波数帯域のゲイン信号のうち、前記ヒルベルト変換が施された第２のゲイン信号を第２の変調信号で変調する第２の変調部（２３、２５）とを含んで構成され、前記周波数シフト処理部は、前記高速フーリエ変換部から前記逆高速フーリエ変換部に至る範囲内の周波数領域の処理と前記逆高速フーリエ変換部から前記出力部に至る範囲内の時間領域の処理を含み、前記ヒルベルト変換部が前記周波数領域の処理に対応するとともに、前記第１の変調部及び前記第２の変調部が前記時間領域の処理に対応し、少なくとも、前記補聴処理部及び前記周波数抽出部と、前記周波数シフト処理部のうちの前記周波数領域の処理とは、サンプリング間隔の複数倍の時間間隔で実行されることを特徴としている。

本発明の補聴器によれば、補聴器においてサイドブランチフィルタバンク方式を採用し、サイドブランチフィルタバンク側において補聴処理が施されたゲイン信号から低周波数帯域の成分と高周波数帯域の成分を抽出し、そのうち高周波数帯域のゲイン信号を所定のシフト周波数だけシフトさせ、最終的にイヤホンへの入力信号が生成される。このとき、信号経路に挿入した高速フーリエ変換部及び逆高速フーリエ変換部により、周波数シフト処理部は周波数領域と時間領域とに跨って構成され、そのうちの周波数領域の処理はサンプリング間隔の複数倍の時間間隔で間引きして実行される。よって、サイドブランチフィルタバンク方式によりマイクロホンからイヤホンに至る信号経路における遅延が少なくハウリングを抑制でき、周波数シフト処理部における周波数領域の処理を間引いたことで適正な処理量と消費電力を保つことができる。

本発明において、前記周波数シフト処理部は、前記高周波数帯域のゲイン信号に周波数領域でヒルベルト変換を施すヒルベルト変換部（１５）と、前記高周波数帯域のゲイン信号のうち、前記ヒルベルト変換が施されていない第１のゲイン信号を第１の変調信号で変調する第１の変調部（２２、２４）と、前記高周波数帯域のゲイン信号のうち、前記ヒルベルト変換が施された第２のゲイン信号を第２の変調信号で変調する第２の変調部（２３、２５）とを含めて構成することできる。これにより、周波数シフトの対象であるゲイン信号は、ヒルベルト変換部を用いて複素信号に変換され、比較的容易なアルゴリズムで所定のシフト周波数だけシフトさせることができる。

本発明において、前記第１及び第２の変調部の各々は、前記第１及び第２の変調信号の各々を発生する変調信号発生部（２２、２３）と、前記第１及び第２のゲイン信号の各々と前記第１及び第２の変調信号の各々を乗算する乗算部（２４、２５）とを含めて構成することができる。これにより、第１及び第２の変調信号として、所定のシフト周波数を有する正弦波状の変調信号を用いて簡単に周波数シフト処理を実現することができる。例えば、第１及び第２の変調信号として、それぞれ、ｃｏｓ（２πｆｘ・ｎ／Ｆｓ）、−ｓｉｎ（２πｆｘ・ｎ／Ｆｓ）を用いることができる（ｆｘ：シフト周波数、ｎ：サンプリング間隔ごとの処理回数、Ｆｓ：サンプリング周波数）。また、周波数領域の処理を所定の連続するサンプル数Ｋに対して実行し、高速フーリエ変換部の処理を連続するサンプル数Ｍの間隔で実行するとき、関係Ｋ≧２Ｍが成り立つように設定することが望ましい。

本発明において、前記逆高速フーリエ変換部と前記出力部との間に挿入され、前記第１乃至第３のゲイン信号をそれぞれ変換処理するゲイン信号変換処理部（１９、２０、２１）を更に設けることができる。この場合、前記ゲイン信号変換処理部により、入力されたゲイン信号に対するサーキュラーシフト処理と所定の窓関数を乗じる窓関数処理とを実行してもよい。

本発明において、前記マイクロホンの出力信号に前記低周波数帯域及び前記高周波数帯域のそれぞれのゲイン信号を時間領域で畳み込む合成部（２７）を含めて構成することができる。すなわち、マイクロホンとレシーバとの間には合成部のみが介在する構成となるので、信号遅延を極めて小さくすることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明のフィードバックキャンセラは、音を電気信号に変換する第１の変換手段と、電気信号を音に変換する第２の変換手段と、前記第１の変換手段の出力信号を周波数領域の信号に変換する高速フーリエ変換部と、前記周波数領域の信号に補聴処理を施して周波数領域のゲイン信号を算出する補聴処理部と、前記ゲイン信号から、所定周波数を境界として低周波数帯域のゲイン信号と高周波数帯域のゲイン信号とをそれぞれ抽出する周波数抽出部と、前記低周波数帯域のゲイン信号及び高周波数帯域のゲイン信号をそれぞれ時間領域のゲイン信号に変換する逆高速フーリエ変換部と、前記高周波数帯域のゲイン信号を所定のシフト周波数だけシフトさせる周波数シフト処理部と、前記マイクロホンの出力信号と、前記低周波数帯域のゲイン信号と、前記シフト周波数だけシフトされた前記高周波数帯域のゲイン信号とに基づいて、前記第１の変換手段の入力信号を生成して出力する出力部とを備え、前記周波数シフト処理部は、前記高周波数帯域のゲイン信号に周波数領域でヒルベルト変換を施すヒルベルト変換部と、前記高周波数帯域のゲイン信号のうち、前記ヒルベルト変換が施されていない第１のゲイン信号を第１の変調信号で変調する第１の変調部と、前記高周波数帯域のゲイン信号のうち、前記ヒルベルト変換が施された第２のゲイン信号を第２の変調信号で変調する第２の変調部とを含んで構成され、前記周波数シフト処理部は、前記高速フーリエ変換部から前記逆高速フーリエ変換部に至る範囲内の周波数領域の処理と前記逆高速フーリエ変換部から前記出力部に至る範囲内の時間領域の処理を含み、前記ヒルベルト変換部が前記周波数領域の処理に対応するとともに、前記第１の変調部及び前記第２の変調部が前記時間領域の処理に対応し、少なくとも、前記補聴処理部及び前記周波数抽出部と、前記周波数シフト処理部のうちの前記周波数領域の処理とは、サンプリング間隔の複数倍の時間間隔で実行されることを特徴としている。本発明のフィードバックキャンセラは、上述の補聴器には限られず、多様な機器に組み込むことが可能であり、上述の補聴器の場合と同様の作用効果を実現することが可能である。

以上説明したように、本発明によれば、サイドブランチフィルタバンク方式により周波数領域と時間領域とを跨いだ周波数シフト処理を実現し、周波数領域の処理をサンプリング間隔の複数倍の時間間隔で実行するようにしたので、処理量や消費電力の増加あるいは信号遅延を抑制してハウリングの発生を低減でき、使用者にとって快適な補聴器を実現可能となる。

本実施形態の補聴器の一構成例を示すブロック図である。図１の構成における信号処理の流れについて説明する図である。図１の補聴器に対する周波数特性のシミュレーションの結果を示す図である。本発明に係る補聴器の第１の変形例を示す図である。本発明に係る補聴器の第２の変形例を示す図である。

以下、本発明を適用した実施形態について添付図面を参照しながら説明する。本実施形態では、フィードバックキャンセラを備えた補聴器に対して本発明を適用する例について説明する。

図１は、本実施形態の補聴器の一構成例を示すブロック図である。図１の構成例には、マイクロホン１０と、ＦＦＴ(Fast Fourier Transform)部１１と、補聴処理部１２と、低周波数帯域抽出部１３と、高周波数帯域抽出部１４と、ヒルベルト変換部１５と、ＩＦＦＴ(Inverse Fast Fourier Transform)部１６、１７、１８と、ゲイン信号変換処理部１９、２０、２１と、変調信号発生部２２、２３と、乗算部２４、２５と、加算部２６と、合成部２７と、レシーバ２８とが示されている。図１の各構成要素は、補聴器の内部に搭載された電池（不図示）から供給される電源により動作し、制御部（不図示）によって全体の動作が制御され、メモリ（不図示）に動作時のデータが保持される。また、図１では省略しているが、マイクロホン１０の出力側にはアナログ信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換器を設けるとともに、レシーバ２８の入力側にはディジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換器を設ける。

以上の構成において、マイクロホン１０は、補聴器の外部空間から伝わる音を収集して電気信号に変換し、それを信号ｓ１（ｎ）として出力する。マイクロホン１０としては、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）やコンデンサ型のマイクロホンを用いることができる。また、レシーバ２８は、例えば、使用者の外耳道内に設置され、合成部２７から出力される後述の信号ｓ２（ｎ）を音に変換して外耳道内の空間に出力する。レシーバ２８としては、例えば、電磁型のレシーバを用いることができる。

図１において、マイクロホン１０及びレシーバ２８以外の構成要素は、例えば、ディジタル信号処理を実行可能なＤＳＰ(Digital Signal Processor)による信号処理によって実現することができる。本実施形態では、所謂サイドブランチフィルタバンク方式の構成を採用しており、サイドブランチフィルタバンク側の初段にＦＦＴ部１１が設けられている。このＦＦＴ部１１（本発明の高速フーリエ変換部）は、所定時間内の信号ｓ１（ｎ）を抽出して高速フーリエ変換を施し、周波数領域の信号Ｓ１（ｆ）を生成する。具体的には、サンプリング周波数ＦｓのＡＤ変換器を用いてサンプリング間隔Ｔｓ＝１／Ｆｓとなる場合、所定時間Ｋ・Ｔｓ内の連続するＫ個の信号ｓ１（ｎ）がＦＦＴ部１１を介して一体的に周波数領域の信号Ｓ１（ｆ）に変換されることになる。例えば、Ｋ＝１２８（サンプル）として設定することができる。ここで、ｎは自然数であり、サンプリング間隔Ｔｓごとの処理回数を表す。

補聴処理部１２は、ＦＦＴ部１１から出力される信号Ｓ１（ｆ）に対し、各々の使用者に適合して個別に設定された所定の補聴処理を施し、周波数領域におけるゲイン値であるゲイン信号Ｇ（ｆ）を生成する。補聴処理部１２によって適用可能な補聴処理としては、入力される信号Ｓ１（ｆ）に対する所定のゲインの付与に加えて、マルチチャンネルコンプレッション、ノイズリダクション、トーンコントロールなどの多様な処理を挙げることができる。補聴処理部１２にて生成されたゲイン信号Ｇ（ｆ）は、高周波数帯域抽出部１４と低周波数帯域抽出部１３のそれぞれに送出される。

低周波数帯域抽出部１３は、ゲイン信号Ｇ（ｆ）のうち、予め設定された境界周波数ｆａよりも低域側の周波数成分を抽出し、それをゲイン信号ＧＬ（ｆ）として出力する。同様に、高周波数帯域抽出部１４は、前述のゲイン信号Ｇ（ｆ）のうち、前述の境界周波数ｆａよりも高域側の周波数成分を抽出し、それをゲイン信号ＧＨ１（ｆ）として出力する。ここで、境界周波数ｆａは、補聴器にてハウリングが発生する周波数帯域の下限付近に設定することが望ましい。例えば、ｆａ＝１ｋＨｚ程度に設定することができる。

高周波数帯域抽出部１４の出力側は、ヒルベルト変換部１５が介在する経路と、ヒルベルト変換部１５が介在しない経路の２つに分岐している。ヒルベルト変換部１５は、高周波数帯域抽出部１４から出力されたゲイン信号ＧＨ１（ｆ）に対し、周波数領域のヒルベルト変換を施し、ゲイン信号ＧＨ２（ｆ）として出力する。すなわち、ヒルベルト変換部１５は、次の（１）式により表される周波数特性Ｈ（ω）、ω＝２πｆを有している。
Ｈ（ω）＝−ｊ（０＜ω＜ω_ｓ／２）
Ｈ（ω）＝ｊ（−ω_ｓ／２＜ω＜０）
（１）
ただし、ω_ｓ：サンプリング角周波数

（１）式から、ヒルベルト変換部１５で付与される周波数特性Ｈ（ω）は、全ての周波数領域で振幅が一定であって、正の周波数領域では位相がπ／２遅れ、負の周波数領域では位相がπ／２進むようなフィルタ特性となる。

ヒルベルト変換部１５は、後述の周波数シフト処理に必要な前処理であり、複素信号に変換されたゲイン信号の実部と虚部を生成する処理に相当する。例えば、ヒルベルト変換の対象となる周波数領域の信号Ｆ（ｆ）が次の（２）式で表されるとする。
Ｆ（ｆ）＝Ａｅ^ｊωｔ＝Ａｃｏｓ（ωｔ）＋ｊＡｓｉｎ（ωｔ）（２）

この場合、（１）式の周波数特性Ｈ（ω）により信号Ｆ（ｆ）にヒルベルト変換を施すと、その結果は次の（３）式で表すことができる。
Ｆ・Ｈ（ω）＝−ｊＡｃｏｓ（ωｔ）＋Ａｓｉｎ（ωｔ）（０＜ω＜ω_ｓ／２）
Ｆ・Ｈ（ω）＝ｊＡｃｏｓ（ωｔ）−Ａｓｉｎ（ωｔ）（−ω_ｓ／２＜ω＜０）
（３）

次に、ＩＦＦＴ部１６、１７、１８（本発明の逆高速フーリエ変換部）は、入力されたゲイン信号ＧＬ（ｆ）、ＧＨ１（ｆ）、ＧＨ２（ｆ）にそれぞれ逆高速フーリエ変換を施し、時間領域のゲイン信号ｇｌ（ｎ）、ｇｈ１（ｎ）、ｇｈ２（ｎ）をそれぞれ生成する。具体的には、ＩＦＦＴ部１６、１７、１８を介して出力されるゲイン信号ｇｌ（ｎ）、ｇｈ１（ｎ）、ｇｈ２（ｎ）の各々は、前述の所定時間Ｋ・Ｔｓ内において連続するＫ個の信号群として一体的に生成される。なお、本実施形態において、時間領域のそれぞれのゲイン信号は、Ｋ個のゲイン信号を要素とするベクトル信号である。

ここで、図１において、サイドブランチフィルタバンク側に破線矢印で示すように、ＦＦＴ部１１から補聴処理部１２、低周波数帯域抽出部１３、高周波数帯域抽出部１４、ヒルベルト変換部１５を経てＩＦＦＴ部１６〜１８に至る範囲内は、いずれも周波数領域で信号処理を行う経路である。本実施形態では、これら周波数領域の経路の信号処理については、Ｍ（Ｍは２以上の整数）サンプルに１回実行するが、この点については後述する。

次にゲイン信号変換処理部１９、２０、２１は、ＩＦＦＴ部１６、１７、１８により生成された時間領域のゲイン信号ｇｌ（ｎ）、ｇｈ１（ｎ）、ｇｈ２（ｎ）に対し、後段の時間領域における処理に先立って必要となる信号処理（変換処理）を施す役割がある。ゲイン信号変換処理部１９、２０、２１の各々で実行される信号処理としては、入力されたゲイン信号ｇｌ（ｎ）、ｇｈ１（ｎ）、ｇｈ２（ｎ）に対するサーキュラーシフト処理と所定の窓関数を乗じる窓関数処理を挙げることができる。

変調信号発生部２２、２３は、高周波数帯域の２つのゲイン信号変換処理部２０、２１を介して得られた変換処理後のゲイン信号ｇｈ１（ｎ）、ｇｈ２（ｎ）を変調するための変調信号をそれぞれ生成する。すなわち、周波数シフト処理で設定されるシフト周波数をｆｘと表したとき、一方の変調信号発生部２２は、変調信号ｃｏｓ（２πｆｘ・ｎ／Ｆｓ）を生成するとともに、他方の変調信号発生部２３は、変調信号−ｓｉｎ（２πｆｘ・ｎ／Ｆｓ）を生成する。

乗算部２４、２５は、前述の変換処理後のゲイン信号ｇｈ１（ｎ）、ｇｈ２（ｎ）と変調信号発生部２２、２３が発生する変調信号ｃｏｓ（２πｆｘ・ｎ／Ｆｓ）、−ｓｉｎ（２πｆｘ・ｎ／Ｆｓ）とをそれぞれ時間領域で乗算する。すなわち、一方の乗算部２４は、変換処理後のゲイン信号ｇｈ１（ｎ）と変調信号ｃｏｓ（２πｆｘ・ｎ／Ｆｓ）とを乗算して出力し、他方の乗算部２５は、変換処理後のゲイン信号ｇｈ２（ｎ）と変調信号−ｓｉｎ（２πｆｘ・ｎ／Ｆｓ）とを乗算して出力する。これらの乗算部２４、２５による乗算は、毎サンプルに対して実行される処理である。

加算部２６は、低周波数帯域側のゲイン信号変換処理部１９から出力された変換処理後のゲイン信号ｇｌ（ｎ）と、高周波数帯域側の２つの乗算部２４、２５のそれぞれの乗算結果とを加算し、加算結果をゲイン信号ｇｘ（ｎ）として出力する。この加算部２６による加算についても、乗算部２４、２５と同様、毎サンプルに対して実行される処理である。

合成部２７は、マイクロホン１０から出力される信号ｓ１（ｎ）に対し、加算部２６から出力されたゲイン信号ｇｘ（ｎ）を時間領域で畳み込む合成演算を行い、合成演算の結果をレシーバ２８に入力される信号ｓ２（ｎ）として出力する。その結果、レシーバ２８は、合成部２７が生成した信号ｓ２（ｎ）を音に変換し、外耳道内の空間に出力する。

ここで、図１の全体の領域は２つに大別でき、各信号の流れを実線矢印で表した部分が毎サンプルに対して実行される時間領域の処理を行う範囲であり、各信号の流れを破線矢印で表した部分は、Ｍサンプルに１回実行される周波数領域の処理を行う範囲である。本実施形態では、Ｍを適切な値に設定することにより、演算量を抑制することができる。また、図１において、ヒルベルト変換部１５、変調信号発生部２２、２３、乗算部２４、２５は一体的に本発明の周波数シフト処理部として機能し、周波数領域と時間領域とに跨って配置される。また、加算部２６及び合成部２７は、一体的に本発明の出力部として機能する。

以下、図１の構成における信号処理の流れについて説明する。図２は、時間軸上のタイミングｔ０を起点として入力信号ｓ１（ｎ）に対する処理を行う状況を模式的に示している。入力信号ｓ１（ｎ）は前述のサンプリング間隔Ｔｓで順次サンプリングされ、タイミングｔ０から所定時間Ｔが経過したタイミングｔａに至るまでの連続するＫサンプル分の入力信号ｓ１（ｎ）が取り込まれ、ＦＦＴ部１１によって高速フーリエ変換される。ここで、Ｔ＝Ｋ・Ｔｓの関係にあり、図２において、例えば、Ｋ＝１２８サンプルとして設定される。このとき、Ｋサンプル分の入力信号ｓ１（ｎ）は順次メモリに保存され、ＦＦＴ部１１により周波数領域の信号Ｓ１（ｆ）が得られる。

次いで、タイミングｔａからＭ回のサンプリングが実行される時間Ｍ・Ｔｓが経過したタイミングｔｂで、前述の所定時間Ｔ内の連続するＫサンプル分の入力信号ｓ１（ｎ）が新たにＦＦＴ部１１によって高速フーリエ変換される。図２から理解できるように、ＦＦＴ部１１の処理対象となる所定時間Ｔ＝Ｋ・Ｔｓは、ＦＦＴ部１１が実行する高速フーリエ変換の間隔である前述の時間Ｍ・Ｔｓに比べ２倍以上に設定することが望ましい。例えば、Ｋ＝１２８に対し、Ｍ＝６４に設定することができる。この場合、ＦＦＴ部１１による高速フーリエ変換の処理対象は、部分的に前回の処理対象とオーバーラップすることになる。なお、図２において、タイミングｔｂに続くタイミグｔｃ、ｔｄ等についても、同様にＦＦＴ部１１による高速フーリエ変換が繰り返し行われる。

図２には示されないが、ＦＦＴ部１１の後段の周波数領域の処理である補聴処理部１２、低周波数帯域抽出部１３、高周波数帯域抽出部１４、ヒルベルト変換部１５においても、前述した通り、タイミングｔａ、ｔｂ、ｔｃ、ｔｄ、・・に同期した処理が行わる。そして、変換処理後のゲイン信号ｇｈ１（ｎ）、ｇｈ２（ｎ）、ｇｌ（ｎ）のメモリに保存されたデータはそれぞれ更新され、高周波数帯域となる変換処理後のゲイン信号ｇｈ１（ｎ）、ｇｈ２（ｎ）については、前述したように、変調信号発生部２２、２３が発生する変調信号ｃｏｓ（２πｆｘ・ｎ／Ｆｓ）、−ｓｉｎ（２πｆｘ・ｎ／Ｆｓ）がそれぞれ時間領域で乗算される。

なお、前述したタイミングｔａ、ｔｂ、ｔｃ、ｔｄ、・・の間となる時間（Ｍ−１）・Ｔｓにおいては、メモリに保存された変換処理後のゲイン信号ｇｈ１（ｎ）、ｇｈ２（ｎ）、ｇｌ（ｎ）が使用され、高周波数帯域となる変換処理後のゲイン信号ｇｈ１（ｎ）、ｇｈ２（ｎ）については、前述したように、変調信号発生部２２、２３が発生する変調信号ｃｏｓ（２πｆｘ・ｎ／Ｆｓ）、−ｓｉｎ（２πｆｘ・ｎ／Ｆｓ）とがそれぞれ時間領域で乗算される。つまり、タイミングｔａ、ｔｂ、ｔｃ、ｔｄ、・・においては、それらの更新データに対して、変調信号発生部２２、２３が発生する変調信号ｃｏｓ（２πｆｘ・ｎ／Ｆｓ）、−ｓｉｎ（２πｆｘ・ｎ／Ｆｓ）がそれぞれ時間領域で乗算され、タイミングｔａ、ｔｂ、ｔｃ、ｔｄ、・・の間においては、それぞれ保存されたデータに対して、変調信号発生部２２、２３が発生する変調信号ｃｏｓ（２πｆｘ・ｎ／Ｆｓ）、−ｓｉｎ（２πｆｘ・ｎ／Ｆｓ）がそれぞれ時間領域で乗算される。周波数領域においては時間Ｍ・Ｔｓごとに処理され、時間領域においてはサンプリング間隔Ｔｓごとに処理される。よって、これら周波数領域の各処理は、時間Ｍ・Ｔｓが経過するまでに完了させればよく、その分だけ演算処理の負担を軽減することができる。

以上説明したように、図１の構成において最終的に得られる信号ｓ２（ｎ）は、元の信号ｓ１（ｎ）に対し、境界周波数ｆａの低周波数帯域側で、補聴処理後の信号の周波数がそのまま維持される。また、境界周波数ｆａの高周波数帯域側で、補聴処理後の信号の周波数がシフト周波数ｆｘだけシフトすることになる。例えば、境界周波数ｆａは１ｋＨｚ程度に設定し、シフト周波数ｆｘは１０〜２０Ｈｚ程度に設定すれば、補聴器におけるハウリングを十分に抑制する効果が得られる。この場合、サイドブランチフィルタバンク方式により、マイクロホン１０からレシーバ２８に至る経路の信号遅延が抑制されるので、使用者にとって違和感が少なくなる。また、主に図１の周波数領域の処理範囲内で、Ｍ回のサンプリングに１回処理を行うようにしたので、演算量を抑制し、かつ、補聴器の消費電力の増加を避けることができる。

図３は、図１の補聴器に対する周波数特性のシミュレーションの結果である。図３（Ａ）では周波数５００Ｈｚの信号ｓ１（ｎ）は周波数シフトされないで、そのまま信号ｓ２（ｎ）が周波数５００Ｈｚとなる。また、図３（Ｂ）が高周波数帯域側の例であり、周波数１５００Ｈｚの信号ｓ１（ｎ）はシフト周波数ｆｘ＝２０に設定されて、信号ｓ２（ｎ）は周波数１５２０Ｈｚとなる。

このように、図１のサイドブランチフィルタバンク方式の構成に基づき、補聴器でハウリングを生じやすい高周波数成分について、ゲイン信号の高周波数帯域側の周波数成分のみを選択的に周波数領域と時間領域とを跨いで周波数シフトさせることにより、フィードバックキャンセラとして確実に機能することが確認された。仮に信号ｓ１（ｎ）として人間の声を入力したとしても、その高周波数帯域が２０Ｈｚシフトするだけでは特に違和感を与えることはなく、ハウリングの発生のみを抑制して快適な補聴器を実現可能となる。

本発明に係る補聴器は、図１の構成例には制約されることなく、多様な変形例がある。図４は、図１の補聴器の構成を変更した第１の変形例を示している。第１の変形例は、図１の高周波数帯域抽出部１４とヒルベルト変換部１５の配置を変更したものである。具体的には、図４に示すように、ヒルベルト変換部１５を補聴処理部１２の直後に配置するとともに、図１の高周波数帯域抽出部１４と同様の高周波数帯域抽出部１４ａに加えて、ヒルベルト変換部１５とＩＦＦＴ部１８の間に高周波数帯域抽出部１４ｂを配置している。第１の変形例の配置を採用したとしても、図１の構成例と同様の機能を実現することができる。

次に、図５は、図１の補聴器の構成を変更した第２の変形例を示している。第２の変形例は、図４の第１の変形例の構成のうち、変調信号発生部２２、２３、乗算部２４、２５、加算部２６、合成部２７の配置を更に変更したものである。具体的には、図５に示すように、図１の合成部２７に対応して、ゲイン信号変換処理部１９、２０、２１の出力側に接続される３つの合成部２７ａ、２７ｂ、２７ｃを配置し、その後段に図１と同様の変調信号発生部２２、２３、乗算部２４、２５、加算部２６を配置している。第２の変形例の配置を採用したとしても、図１の構成例と同様の機能を実現することができる。

図４及び図５からわかるように、本発明の周波数シフト処理部の構成要素（例えば、図１のヒルベルト変換部１５、変調信号発生部２２、２３）と本発明の出力部の構成要素（例えば、図１の加算部２６及び合成部２７）については多様な配置が可能であり、演算処理の事情に応じて適切な構成を採用可能である。ただし、図１の補聴処理部１２、低周波数帯域抽出部１３、高周波数帯域抽出部１４、ヒルベルト変換部１５、ＩＦＦＴ部１６〜１８は、図４及び図５においても配置順を入れ替えたのみであり、周波数領域で処理を行う点では共通である。これらの構成要素のうち、周波数領域に含まれる構成要素は演算処理の負担が軽減されるが、時間領域に含まれる要素は演算処理が増加するので、適切な構成を採用する必要がある。

本実施形態では、本発明を補聴器に適用する場合を説明したが、本発明は、これらに限らず多様な機器に適用することができる。すなわち、図１、図４、図５の各構成を具備し、本発明の機能を実現可能なフィードバックキャンセラを構成し、単独で、あるいは他の機器に組み込んで本発明を適用することができる。このようなフィードバックキャンセラにおいて、各構成要素は多様な形態の処理を採用して実現可能であり、その構成や他の動作条件等の設定等についても多様な選択が可能である。それ以外の補聴器の構成や制御方法についても、本実施形態の内容に限定されず、多様な構成及び制御を採用可能であることは明らかである。

１０…マイクロホン
１１…ＦＦＴ部
１２…補聴処理部
１３…低周波数帯域抽出部
１４…高周波数帯域抽出部
１５…ヒルベルト変換部
１６、１７、１８…ＩＦＦＴ部
１９、２０、２１…ゲイン信号変換処理部
２２、２３…変調信号発生部
２４、２５…乗算部
２６…加算部
２７…合成部
２８…レシーバ

Claims

音を電気信号に変換するマイクロホンと、
電気信号を音に変換するレシーバと、
前記マイクロホンの出力信号を周波数領域の信号に変換する高速フーリエ変換部と、
前記周波数領域の信号に補聴処理を施して周波数領域のゲイン信号を算出する補聴処理部と、
前記ゲイン信号から、所定周波数を境界として低周波数帯域のゲイン信号と高周波数帯域のゲイン信号とをそれぞれ抽出する周波数抽出部と、
前記低周波数帯域のゲイン信号及び高周波数帯域のゲイン信号をそれぞれ時間領域のゲイン信号に変換する逆高速フーリエ変換部と、
前記高周波数帯域のゲイン信号を所定のシフト周波数だけシフトさせる周波数シフト処理部と、
前記マイクロホンの出力信号と、前記低周波数帯域のゲイン信号と、前記シフト周波数だけシフトされた前記高周波数帯域のゲイン信号とに基づいて、前記レシーバの入力信号を生成して出力する出力部と、
を備え、
前記周波数シフト処理部は、
前記高周波数帯域のゲイン信号に周波数領域でヒルベルト変換を施すヒルベルト変換部と、
前記高周波数帯域のゲイン信号のうち、前記ヒルベルト変換が施されていない第１のゲイン信号を第１の変調信号で変調する第１の変調部と、
前記高周波数帯域のゲイン信号のうち、前記ヒルベルト変換が施された第２のゲイン信号を第２の変調信号で変調する第２の変調部と、
を含んで構成され、
前記周波数シフト処理部は、前記高速フーリエ変換部から前記逆高速フーリエ変換部に至る範囲内の周波数領域の処理と前記逆高速フーリエ変換部から前記出力部に至る範囲内の時間領域の処理を含み、
前記ヒルベルト変換部が前記周波数領域の処理に対応するとともに、前記第１の変調部及び前記第２の変調部が前記時間領域の処理に対応し、
少なくとも、前記補聴処理部及び前記周波数抽出部と、前記周波数シフト処理部のうちの前記周波数領域の処理とは、サンプリング間隔の複数倍の時間間隔で実行される、
ことを特徴とする補聴器。
前記第１の変調信号及び前記第２の変調信号は、それぞれ、
ｃｏｓ（２πｆｘ・ｎ／Ｆｓ）、−ｓｉｎ（２πｆｘ・ｎ／Ｆｓ）
ただし、ｆｘ：シフト周波数
ｎ：サンプリング間隔ごとの処理回数
Ｆｓ：サンプリング周波数
で表されることを特徴とする請求項１に記載の補聴器。
前記周波数領域の処理は所定の連続するサンプル数Ｋに対して実行され、前記高速フーリエ変換部の処理は連続するサンプル数Ｍの間隔で実行されるとき、関係Ｋ≧２Ｍが成り立つことを特徴とする請求項１又は２に記載の補聴器。
前記第１及び第２の変調部の各々は、
前記第１及び第２の変調信号の各々を発生する変調信号発生部と、
前記第１及び第２のゲイン信号の各々と前記第１及び第２の変調信号の各々を乗算する乗算部と、
を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の補聴器。
前記逆高速フーリエ変換部と前記出力部との間に挿入され、前記第１乃至第３のゲイン信号をそれぞれ処理するゲイン信号変換処理部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の補聴器。
前記出力部は、前記マイクロホンの出力信号に前記低周波数帯域及び前記高周波数帯域のそれぞれのゲイン信号を時間領域で畳み込む合成部を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の補聴器。
音を電気信号に変換する第１の変換手段と、
電気信号を音に変換する第２の変換手段と、
前記第１の変換手段の出力信号を周波数領域の信号に変換する高速フーリエ変換部と、
前記周波数領域の信号に補聴処理を施して周波数領域のゲイン信号を算出する補聴処理部と、
前記ゲイン信号から、所定周波数を境界として低周波数帯域のゲイン信号と高周波数帯域のゲイン信号とをそれぞれ抽出する周波数抽出部と、
前記低周波数帯域のゲイン信号及び高周波数帯域のゲイン信号をそれぞれ時間領域のゲイン信号に変換する逆高速フーリエ変換部と、
前記高周波数帯域のゲイン信号を所定のシフト周波数だけシフトさせる周波数シフト処理部と、
前記マイクロホンの出力信号と、前記低周波数帯域のゲイン信号と、前記シフト周波数だけシフトされた前記高周波数帯域のゲイン信号とに基づいて、前記第１の変換手段の入力信号を生成して出力する出力部と、
を備え、
前記周波数シフト処理部は、
前記高周波数帯域のゲイン信号に周波数領域でヒルベルト変換を施すヒルベルト変換部と、
前記高周波数帯域のゲイン信号のうち、前記ヒルベルト変換が施されていない第１のゲイン信号を第１の変調信号で変調する第１の変調部と、
前記高周波数帯域のゲイン信号のうち、前記ヒルベルト変換が施された第２のゲイン信号を第２の変調信号で変調する第２の変調部と、
を含んで構成され、
前記周波数シフト処理部は、前記高速フーリエ変換部から前記逆高速フーリエ変換部に至る範囲内の周波数領域の処理と前記逆高速フーリエ変換部から前記出力部に至る範囲内の時間領域の処理を含み、
前記ヒルベルト変換部が前記周波数領域の処理に対応するとともに、前記第１の変調部及び前記第２の変調部が前記時間領域の処理に対応し、
少なくとも、前記補聴処理部及び前記周波数抽出部と、前記周波数シフト処理部のうち
の前記周波数領域の処理とは、サンプリング間隔の複数倍の時間間隔で実行される、
ことを特徴とするフィードバックキャンセラ。