JPH03284000A - 補聴器システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、難聴者、特に感音性難聴者に好適であって自
然な音質の音を該難聴者のダイナミックレンジ内にて出
力させる様に改良された補聴器システムに関する。

［従来の技術］ 難聴には、大別して「伝音性！ｆ聴」とｒ感音性ＨＥｆ
、ｒの二種類がある。前者の場合、聴きとれる音圧の最
小値である「閾値」および最大値である「不快レベル」
が共に健聴者よりも上昇するので、補聴器としては単純
な増幅器で済む。しかし、後者の場合、健聴者と比較し
て不快レベルはほぼ同じで閾値が上昇することが多く、
しかも、不快レベルおよび閾値の変化が周波数に依って
異なることが多いので、補聴器が車なる増幅器であると
、補聴器の出力レベルが難聴者のダイナミックレンジ（
閾値〜不快レベル）内に収まらず、小さすぎたり大きす
ぎたりするという欠点かある。

そこで、最近では、特にこの「感音性難聴」に適用する
ために、難聴者の周波数毎の閾値および不快レベルを予
め測定しておぎ、その測定結果を用いて出力信号のスペ
クトルが当該難聴者の閾値と不快レベルとの間（ダイナ
ミックレンジ）内に収まるように動作するタイプの補聴
器が考案されている。

そのようなタイプの補聴器の１公知例（文献１参照）は
、第１４図に示すように、帯域フィルタバンクによって
入力信号の周波数分析を行い、得られたＩＦ域毎のレベ
ルを、難聴者の闇値および不快レベルの実測値と健聴者
の閾値および不快レベルの実測値とから帯域毎に予め算
出したラウドネス写像関数によって、帯域毎のゲインに
変換し、このゲインを帯域毎の乗算器に入力して帯域毎
の信号の振幅を制御し、最後に、これら制御された信号
を全周波数帯域に亘って加算して出力する構成となって
いる。

また、第２の公知例（文献２参照）は、第１５図に示す
ように、短時間フーリエ分析によリ、入力信号を一定短
時間毎に区切ったブロック毎に周波数分析を行い、得ら
れた一定周波数毎のレベルを、ラウドネス写像関数によ
り、定周波数毎のゲインに変換し、このゲインを周波数
標本化構造型フィルタ［成る幾つかの離散的周波数（標
本周波数）に対するゲインが定められたとき、その間を
滑らかに補間した周波数−ゲイン特性が得られる構成の
フィルタ］のフィルタ係数として用いる事により、一定
周波数毎に与えられているゲインを滑らかにつないだ周
波数特性フィルタを実現し、入力信号をこのフィルタに
通すことで、周波数毎の振幅制御の行われた出力を得る
構成となっている。

文献Ｉ Ｊ、Ｃ，Ｖｅｎｔｕｒａ　”Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ
　Ｇａ１ｎ　ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＦｏｒ　Ｈｅａｒｉ
ｎ３　Ｈａｉｄｓ、　”　Ｐｒｏｃｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ
　１３ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｎａｌ　Ｃｏｎｇｒｅｓ
ｓ　ｏｎ　Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ（Ｂｅｌｇｒａｄｅ、１
９８９） 文献２ 林　哲也、外６名、「ディジタル方式によるマスタ補聴
器の試作について」、日本音響学会講演論文集（平成元
年３月）　、　２−１−７［発明が解決しようとする課
題］ 前記第１の公知例においては、帯域フィルタによって信
号を周波数軸上で分割して処理するので、得られる出力
信号の周波数特性は滑らかではなく、階段状になる。こ
のため、音質が不自然なものとなる。

また前記第２の公知例においては、周波数分析を短時間
フーリエ分析により行うので、周波数分析結果は一定時
間毎に得られ、従って、周波数標本化構造型フィルタの
係数の変化も一定時間毎に不連続的に生じ、その結果、
出力信号は一定時間毎に不連続に変化する。このため、
出力にクリック音が生しる場合がある。

本発明の目的は、上述した公知技術の問題である、出力
信号の周波数特性が滑らかでないこと、出力信号が時間
的に急激に変化すること、の双方を改善して音質をより
自然なものとなし得る補聴器システムを提供することに
ある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的の下に、本発明の補聴器システムは特許請求の
範囲の各請求項に記載された構成上の特徴を有する。

［作　　　用］ 請求項１ないし３の各々に記載の本発明の補聴器システ
ムにおいては、周波数標本化構造型フィルタ手段は周波
数軸上で、また周波数分析手段は時間軸上で連続的滑ら
かさを確保し、また周波数毎のラウドネス写像関数に基
づき上記周波数標本化構造型フィルタ手段の各ゲインを
指定する手段は、難聴者個人のラウドネスカーブに出力
音レベルを周波数毎に適合せしめる作用をなす。

また請求項４記載の補聴器システムでは、時間軸上での
連続的滑らかさは周波数標本化構造型フィルタ手段の圧
力に作用する窓手段によって与えられる。

また、請求項５記載の補聴器システムでは、ラウドネス
写像関数に基づいて算出した各ブロックの標本周波数毎
のゲインをブロック間で時間的に平滑して周波数標本化
構造型フィルタ手段の各標本周波数でのゲインとして与
えることにより、時間軸上での動作の滑らかさが確保さ
れる。

［実　施　例］ 第１図は本発明の補聴器システムの第１実施例を示す全
体構成図である。入力音の電気信号波形を示す入力は、
極く短いサンプリング周期で働＜　Ａ／Ｄ変換器でディ
ジタル信号に変換され、周波数標本化構造型フィルタ１
を通った後、Ｄ／Ａ変換されて出力信号となる。これが
出力音に変換されて補聴器装着者の耳に達する様になっ
ている。

周波数標本化構造型フィルタ１は、第２図に示すように
、Ｎ個の離散的周波数（標本周波数）におけるゲインｇ
　＋＋８２＋・・・１ｇＮが指定されると、該標本周波
数においてそれらの点を通り且つその間を滑らかに補間
した第３図の如き周波数−ゲイン特性を実現する様なフ
ィルタてある。これを実現する具体的なディジタルフィ
ルタとしての式の１例を下記に示す。周波数標本の個数
をＮとする。また、各周波数標本の値（各標本周波数で
の複素数としてのゲイン）をＨ（ｋ）　（ｋ−ｏ、１．
・・・、Ｎ−１）　　とする。所望のフィルタの、２−
変換で表わした伝達関数は、下式で与えられる。

但し、Ｈ（ｋ） （Ｈ（Ｎ−ｋ））″（共役複素の関係）であるとする。

ここで、 と置くと、シグナルフロー図は第４図の様になる。この
様に周波数標本化構造型フィルタの特性は、振幅と位相
の双方についてコントロールでき、その制約条件は特性
に上記の如く共役複素の関係があることであるが、実際
上は位相はゼロであるとする。よって、本実施例におい
て前記標本周波数での各ゲインｇｒ、ｇｚ、・・・・ｇ
Ｎに関し位相はゼロであるとする。

さて、本実施例では、周波数標本化構造型フィルタ１の
各標本周波数での上記各ゲインｇ＋、ｇａ、・・・、ｇ
Ｎは第１図の上半に示した信号処理ルートによって指定
される様になっている。以下これについて説明する。

先ず、入力信号を前記Ａ／Ｄ変換することによって得ら
れたサンプル値を用いて短時間フーリエ分析手段２によ
り、第５図の如く互いに部分的に重なる逐次の各短時間
区間（その夫々をブロックと称し、これら各々のブロッ
ク内には多数の一定個数のサンプル値が含まれている）
内のフーリエ分析を行う。この短時間フーリエ分析では
、各ブロックにおいて、前記の周波数標本化構造型フィ
ルタ１のＮ個の標本周波数と同じＮ個の周波数成分につ
いて夫々のフーリエ係数（夫々の複素フーリエ係数の絶
対値、すなわち各周波数成分の振幅、ひいては、レベル
を意味する。これを本明細書では車にフーリエ係数と称
呼する）を翼圧する（第６図）。第ｎブロックで得られ
たｉｆ周波数成分のフーリエ係数をａ、　ｆｎｌで表わ
す（ｉ　＝１．２．−、　Ｎ　）　、これら逐次ブロッ
クのフーリエ係数ａ　＋　”’　Ｉｔ、第１図のように
、時間的平滑化手段３　＋（ｉ−１，２，・・・Ｎ）に
夫々入力される。この時間的平滑化手段３Ｉにおいては
、ｗａｌ”−”＋ｗ’　　ａ、（ｎｌの演算を行う。こ
こでＷとＷ′は重み関数であって、％　ｎ　−１ブロツ
クとｉｎブロックとの重なりの部分ては時間と共にＷは
減少、Ｗ゛は増加する様に変化する。第７図はこの重み
関数（時間窓と表現してもよい）を例示した図である。

これにより、第８図に示すように、各ブロック間での時
間的変化か滑らかであるフーリエ係数８１が時間的平滑
化手段３．から時間の経過と共に連続的に出力される。

各フーリエ係数の時間的平滑化手段３１から得られた第
１周波教戒分のフーリエ係数ａ１は、夫々、ラウドネス
写像関数手段４１　　（ｉ＝１．２．・・・、Ｎ）に入
力される。ここで、ラウドネス写像関数について下記に
説明する。

ラウドネスとは、心理的な（すなわち聴覚された）音の
大ぎさを表わす量であり、一方、音圧レベルは物理的な
音の大きさを表わす量である。健聴者と難聴者とでは、
音圧レベルとラウドネスとの対応に差があり、難聴者で
は、健聴者に比べて、同じ音圧レベルの音に対するラウ
ドネスは一般に低くなる（即ち、音が小さく聞こえる）
。感音性難聴者の場合、健聴者と比較して、音圧の不快
レベルはほぼ同じだが闇値が高くなっており、成る周波
数において、両者のラウドネスカーブ（音圧レベルに対
するラウドネスのグラフ）は第９図のようになる。この
図から、難聴者にとって健聴者と同じラウドネスとなる
ような、健聴者に対する音圧レベルと難聴者に対する音
圧レベルの対応のグラフを作る事かでき、それは第１０
図の実線のようになる。これかラウドネス写像関数であ
る。よつて、入力音圧レベルを第１０図と相似な第１１
図の実線で示される人出力特性に従って変換すれば、難
聴者に健聴者と同じラウドネスカーブを与えることがで
きる。そのためには、第１１図から求まる第１２図の実
線に従って入力レベルに応じゲインを変化させればよい
。なお、第１０図、第１１図中の破線で示した直線およ
び第１２図中の破線で示した水平直線は、基準として健
聴者の場合を示したものである。難聴者のラウドネスカ
ーブ（第９図）は周波数に依フて異なるのが一般である
から、補聴器装着者となる難聴者について測定を予め行
うことにより、当該難聴者に関して周波数毎に如上のラ
ウドネス写像関数、ひいては第１１図、第１２図の知合
関数を作ることができる。

第１図に示した本実施例におけるラウドネス写像関数手
段４１　　（ｉ＝１．２．・・・、Ｎ）は、夫々、上記
の周波数標本化構造型フィルタ１のＮ個の標本周波数（
これは前記の短時間フーリエ分析で導出されるＮ個の周
波数でもある）の各各についての当該難聴者のラウドネ
ス写像関数より、それら各周波数に対する第１２図の関
数関係を演算するものである。この各ラウドネス写像関
数手段４１は、前記平滑化手段３Ｉから入力されたフー
リエ係数ａｌ　に応じ、それに対応するゲインを第１２
図の関係から求める（上記フーリエ係数は第１２図の入
力レベルに相当する）、具体的には、例えば、第１２図
のグラフに相当する入力レベルとゲインとの対応表をＲ
ＯＭに記憶させておき、それを用いてゲインを求めれば
よい。このようにして得られたＮ個の標本周波数に対す
るＮ個のゲインｇ＋＋ｇ２．・・・、ｇＮが周波数標本
化構造型フィルタ１に与えられる。

以上の様にして、第１図の実施例によれば、時間軸上お
よび周波数軸上の双方において連続的滑らかで且つ当該
難聴者の周波数毎のラウドネスカーブに良く適合した補
聴器システムが得られる。

次に本発明の補聴器システムの第２実施例を述べる。第
１３図はその全体構成を示す。本実施例では、前記第１
実施例における如き、逐次ブロックに分けた短時間フー
リエ分析を行う代りに、Ｎ個の狭帯域フィルタ５．．５
．、・・・、５、よりなるフィルタバンクにより時間的
に連続的に周波数分析を行う様にしている。従って、第
１実施例における如きフーリエ係数の時間的平滑化手段
３１．３２．・・・、３Ｎは無い、これら帯域フィルタ
５、．５２．・・・、５Ｎの通過中心周波数は、周波数
標本化構造型フィルタ１のＮ個の標本周波数、従って、
ラウドネス写像関数手段’　ｌ　＋　４２　、・・・４
８の夫々の周波数、と一致させである。その他の構成・
作用は第１実施例と同様である。本実施例においても、
時間軸上および周波数軸上の双方において滑らかで且つ
当該難聴者の周波数毎にラウドネスカーブに良く適合し
た補聴２システムが得られる。

第１６図に本発明の補聴器システムの他の実施例の処理
の概要を示す。まず、短いサンプリング周期でサンプル
された入力信号を適当な長さの部分的に重なるブロック
に区切り、このブロック内信号に対して短区間フーリエ
分析を行い、ブロック内の平均スペクトル（前記第１実
施例での短時間フーリエ分析結果と同じもの）を求める
。次に、周波数ごとにあらかじめ用意しておいたラウド
ネス写像関数（健聴者と難聴者のラウドネスの対応関係
を示す関数）を基に、このブロックに対し周波数標本化
構造型フィルタの最適となるフィルタの特性を決定し、
各ブロックごとにフィルタ処理を行う。

フィルタ係数は、隣接するブロックの境界で更新される
が、この際、増幅率が変化するため、出力信号が不連続
になり、クリック音として知覚されることがある。この
ことを防止するため、フィルタ処理を行った後、第１６
図に示すように互に重なる隣接ブロック間で時間的に変
化する窓を掛け、滑らかにつながるようにしである。

以下に上記の第１６図の実施例に基づいて試作した補聴
器システムについて開示する。前述した短時間フーリエ
分析を行う各ブロックをサンプル値が５１２ポイント（
３２ｍｓ）、重なり合いの長さを２５６ポイントとした
が、用いた音声試料ではクリックによる音質劣化はなか
った。この試作した補聴器システムの処理例および評価
実験を下記に示す。

処理例 入力信号のレベル変動の例として、同一入力信号に対し
、入力レベルを１５ｄＢ変化させた場合のフィルタの特
性の変化、入力及び圧力信号のスペクトルを第１７図に
示す。この図から、入力信号のレベルが変動しても、フ
ィルタの周波数特性がこれに追従し、出力信号のスペク
トルが概ね難聴者のダイナミックレンジ内に写像される
のがわかる。

評価実験 日本語重音節（男性、１００音節）を用いて明瞭試験を
行った。被験者は、健聴耳を持つ成人男子３名で、難聴
を模擬するため、閾値が第１７図の難聴者の閾値となる
ようなマスキングノイズを与えた。入力音声のレベルは
、相対レベルが（ＭＢ及び−１５ｄＢ（第１７図（ａ）
及び（ｂ）に対応）の２通りとし、無響室内でヘッドホ
ンを用いて片耳から提示した。、１音節に対する判断の
繰り返しは３回である。補聴器システムを用いない場合
と、本補聴器システムを用いた場合の結果を表１に示す
。これから、入力音声の相対レベルがＯｄＢの場合は、
補聴器システムなしの場合に比べ、本補聴器システムを
用いた場合、正答率が大きく改善されていることがわか
る。入力レベルが一１５ｄＢの場合についても、大きく
改善されており、ＯｄＢの結果と比較しても、多少正答
率が低下しているものの、はぼ同等の結果が得られてお
り、本システムの入力信号のスペクトルに追従する効果
が確認された。

本発明の更に他の実施例として、前記第１実施例におけ
る各ブロックの短時間フーリエ分析に・よる周波数分析
結果を、フーリエ係数の時間的平滑化手段３１を介する
ことなく直接、ラウドネス写像関数手段４１に与え、こ
こで得られた各標本周−＊ａに対する各ゲインｇ＋、ｇ
２．・・・・ｇｓを各ブロック間で時間的に平滑化する
手段を介して周波数標本化構造型フィルタ１に与える様
にした実施例も可能である。

［発明の効果］ 本発明の補聴器システムは、個々の難聴者の周波数毎の
ラウドネスカーブに良くマツチし、且つ周波数軸上でも
時間軸上でも不連続なく滑らかな動作特性を持つことが
できるので、クリック音が生ぜず且つ自然な音質をもた
らすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の全体構成図、第２区〜第
４図は周波数標本化構造型フィルタの説明図およびシグ
ナルフローの例示図、第５図および第６図は同実施例に
おける短時間フーリエ分析の説明図、第７図および第８
図は同じくフーリエ係数の時間的平滑化の説明図、第９
図〜第１２図はラウドネス写像関数についての説明図、
第１３図は本発明の第２実施例の全体構成図、第１４図
および第１５図は夫々異なる公知例の構成図、第１６図
は本発明の他の実施例の処理構成を示す図、第１７図（
ａ）　、　（ｂ）は同実施例の実験結果を示す図である
。 他４名 第４図 第５図 第６図 第７図 第９図 東口１図 入力レベル 第１０図 鵬１２図 入力レベル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　幾つかの所与の標本周波数に対する夫々のゲインを
   指定されると該標本周波数において該各ゲインを示す各
   点を通り且つ前記標本周波数間のゲインを滑らかに補間
   してなる周波数−ゲイン特性を呈する周波数標本化構造
   型フィルタ手段と、入力音波を表わす入力信号を該周波
   数標本化構造型フィルタ手段に入力する手段と、該周波
   数標本化構造型フィルタ手段を通過した出力信号を出力
   音波に変換する手段と、前記入力信号の前記各標本周波
   数毎のレベルを時間的に連続的に求める周波数分析手段
   と、該周波数分析手段で求めた前記各標本周波数毎のレ
   ベルに応じて装着者の該各標本周波数毎のラウドネス写
   像関数に基づき前記周波数標本化構造型フィルタ手段の
   前記ゲインを夫々指定する手段と、からなることを特徴
   とする補聴器システム。 ２　前記周波数分析手段は、前記入力信号について互に
   部分的に重なる短時間のブロック毎にフーリエ分析を行
   う短時間フーリエ分析手段と、該短時間フーリエ分析手
   段で得られた前記各ブロック中の前記各標本周波数のフ
   ーリエ係数を該ブロック間で時間的に平滑化する手段と
   からなることを特徴とする請求項１記載の補聴器システ
   ム。 ３　前記周波数分析手段は、前記入力信号を夫夫入力さ
   れ且つ前記各標本周波数を夫々通過させる複数個の狭帯
   域フィルタよりなるフィルタバンクであることを特徴と
   する請求項１記載の補聴器システム。 ４　幾つかの所与の標本周波数に対する夫々のゲインを
   指定されると該標本周波数において該各ゲインを示す各
   点を通り且つ前記標本周波数間のゲインを滑らかに補間
   してなる周波数−ゲイン特性を呈する周波数標本化構造
   型フィルタ手段と、入力音波を表わす入力信号を該周波
   数標本化構造型フィルタ手段に入力する手段と、前記入
   力信号について互に部分的に重なる短時間のブロック毎
   にフーリエ分析を行う短時間フーリエ分析手段と、該短
   時間フーリエ分析手段で得られた各ブロック中の周波数
   成分のレベルに応じて該周波数成分に該当する周波数毎
   の装着者のラウドネス写像関数に基づいて前記周波数標
   本化構造型フィルタ手段の前記夫々のゲインを指定する
   手段と、該周波数標本化構造型フィルタ手段を通過した
   信号を前記各ブロック間で滑らか連続して出力させる様
   に時間的に変化する窓手段と、該窓手段からの出力信号
   を出力音波に変換する手段と、からなることを特徴とす
   る補聴器システム。 ５　幾つかの所与の標本周波数に対する夫々のゲインを
   指定されると該標本周波数において該各ゲインを示す各
   点を通り且つ前記標本周波数間のゲインを滑らかに補間
   してなる周波数−ゲイン特性を呈する周波数標本化構造
   型フィルタ手段と、入力音波を表わす入力信号を該周波
   数標本化構造型フィルタ手段に入力する手段と、該周波
   数標本化構造型フィルタ手段を通過した出力信号を出力
   音波に変換する手段と、前記入力信号について互に部分
   的に重なる短時間のブロック毎にフーリエ分析を行う短
   時間フーリエ分析手段と、該短時間フーリエ分析手段で
   得られた各ブロック中の周波数成分のレベルに応じて該
   周波数成分に該当する周波数毎の装着者のラウドネス写
   像関数に基づいて前記周波数標本化構造型フィルタ手段
   に与えるべき前記各ブロックにおける前記各標本周波数
   毎の各ゲインを算出する手段と、該手段で算出された該
   各ゲインを前記ブロック間で時間的に平滑化した上で前
   記周波数標本化構造型フィルタ手段に与える手段と、か
   らなることを特徴とする補聴器システム。