JPH0417520B2

JPH0417520B2 -

Info

Publication number: JPH0417520B2
Application number: JP56063758A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Saito; Toshiki Manabe; Shigeru Kiritani; Sotaro Sekimoto
Original assignee: HORIGUCHI SHINSAKU
Current assignee: HORIGUCHI SHINSAKU
Priority date: 1981-04-27
Filing date: 1981-04-27
Publication date: 1992-03-26
Also published as: JPS57178499A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、補聴器に関し、より詳しくは500〜
1500Hz以上の周波数に対する聴力が著しく低下し
ている難聴者（感音性難聴者）のための補聴器に
関するものである。

従来より難聴者のための種々の補聴器が開発さ
れている。第１図はこの一例であり、音声をピツ
クアツプするためのマイクロホン１、増幅器２、
周波数によつて異なる聴力損失を補正するための
周波数等化器３、増幅器４、イヤホン５より成
る。これは難聴者の聴力低下分（聴力損失）を増
幅器４により補償するという原理に基づくもので
あり実際の使用に際しては、予め難聴者ごとに周
波数等化器３を調整して、補聴器を各人に最良の
状態にセツトしておく。このような補聴器は、聴
力損失の周波数ごとの差があまり顕著でないとこ
ろの伝音性難聴者に、有効な聴力回復の手段を提
供するものであるが、500〜1500Hz以上の高周波
数帯域の聴力が顕著に低下する感音性難聴者には
ほとんど効果がなかつた。

500〜1500Hz以上の周波数帯域の聴力が低下し
た感音性難聴者のための補聴器として、第２図に
示すようなトランスポーザ形補聴器が提案されて
いる。第２図において、６はマイクロホンであ
り、７，１１は増幅器、８は高域漏波器、９は歪
回路、１０は低域漏波器である。

この補聴器の動作を簡単に説明する。マイクロ
ホン６によつてピツクアツプされた音声は、増幅
器７で増幅されると共に高域漏波器８により歪回
路９に加え、歪回路９からの出力である歪信号の
うち1500Hz以下の周波数成分を低域漏波器１０に
よりとり出して、これをもとの音声と共に増幅器
１１で増幅し、イヤホン１２から聴取するように
なつている。このような構成によつて、音声信号
の中の4000Hz以上の周波数成分に相関をつ歪信号
のうち、1500Hz以下の周波数成分がもとの音声に
重畳されて聴かれるので、1500Hz以上の周波数帯
域における聴力損失が大きい難聴者において、子
音明瞭度が向上する可能性が期待された。しかし
現実には、音声に重畳される1500Hz以下の周波数
成分はもとの音声の歪信号であるため、継続時間
と振幅レベルに関連する情報が保存されるにすぎ
ず、子音明瞭度の改善はほとんど達せられていな
い状況であつた。

このほかに、音声の高い周波数成分を1500Hz以
下の周波数帯域へ転位させるための種々の手段が
試みられて来たが、いまだ効果があるという結果
は得られていない。

本発明の目的は、上述の補聴器の欠点を除去
し、500〜1500Hz以上の周波数に対する聴力が著
しく低下した感音性難聴者にとつて聴き易い音声
を出力することができる補聴器を提供することに
ある。

本発明は、前記目的を達成するためになされた
ものであり、その特徴は、音声を周波数スペクト
ル包絡、音源周波数および音源振幅に関する特徴
パラメータに変換する手段と、前記周波数スペク
トル包絡の特徴パラメータを制御して周波数圧縮
比を周波数ごとに非線形に一括変換する手段と、
前記周波数スペクトル包絡の周波数圧縮比および
音源周波数を、それぞれ独立に、かつ線形に一括
変換する手段と、これらの変換された特徴パラメ
ータを用いて音声をパーコール合成する手段を備
え、周波数スペクトル包絡と音源周波数が低周波
数帯域に圧縮された音声を合成出力することにあ
る。

以下、実施例により本発明を詳細に説明する。

第３図は、本発明の補聴器の一実施例の構成を
ブロツクで示す図である。

第３図において、１３はマイクロホン、１４は
増幅器、１５はパーコール分析回路、１６は周波
数変換器、１７はパラメータ変換器、１８はパー
コール合成回路、１９は増幅器、２０はイヤホン
である。

この動作は、マイクロホン１３に加えられた音
声を増幅器１４で増幅した後、パーコール分析回
路１５により分析し、パーコール係数と音源信号
とを抽出する。

パーコール分析回路の一実施例は、第４図に示
す通りである。この回路はすでに公知であり、そ
の詳細は特公昭52−7282号公報に記載されている
のでここでは簡単にその動作を説明する。

パーコール分析回路は、ｎ段に縦続接続された
パーコール係数抽出回路２９ａ〜２９ｎと、音源
信号抽出回路２９′より成る。第４図において入
力端子２１に加えられた音声は、遅延回路２２、
相関器２３、可変係数器２４および２６、加算器
２５および２７、レジスタ２８によつて構成され
るパーコール係数抽出回路２９ａによつて分析さ
れ、その端子３０にパーコール係数を出力する。
このパーコール係数抽出回路をｎ段（具体的には
ｎは８〜12の値が用いられる）に縦続接続し、ｎ
個のパーコール係数を得る。パーコール係数と
は、音声信号周波数スペクトル包絡をあらわすパ
ラメータ信号であり、前記ｎ個のパーコール係数
により特定の音声の周波数スペクトル包絡の特徴
をあらわすことができる。パーコール係数抽出回
路２９ｎの出力は、自己相関器３１、ピーク検出
器３２、レジスタ３３および３５より成る音源信
号抽出回路に送られ、音声の音源信号、即ち基本
周波数および振幅が分析抽出され、出力端子３４
および３６より出力される。

なお、この第４図に示したパーコール分析回路
によつて抽出されるパーコール係数は、前述のよ
うに音声入力の周波数スペクトル包絡特性を表現
するものであり、この係数に限らず、その他の音
声スペクトル包絡パラメータ、例えば特公昭47−
15402号公報の音声分解合成装置に記載されてい
る音声スペクトル包絡パラメータを用いても差支
えない。

さて、音声信号の周波数スペクトル包絡を低周
波数帯域に圧縮するための具体的な処理法には、 (1) 合成回路のサンプリング周波数を分析回路の
周波数よりも一定の割合で低下させる。

(2) パーコール係数（あるいはスペクトル包絡パ
ラメータ）に基づいて数個のホルマント周波数
を算出し、これらに適当な比率を乗じて周波数
圧縮を実行する。

の２つの方法を用いることができる。

(1)の方法では、合成回路のサンプリング周波数
を分析回路のサンプリング周波数よりも下げるの
で、そのままでは合成音声出力の時間が長くな
る。合成出力音声の時間長を変えないためには合
成回路のフレーム周期時間長を分析回路のそれに
等しく保つことが必要であり、したがつて、合成
回路におけるフレーム周期内の音声サンプル数は
分析回路のそれよりも少くなる。

合成回路のサンプリング周波数を分析回路より
下げて周波数圧縮を実行する(1)の処理では、周波
数スペクトル包絡が一定の比率で圧縮されること
になるので、例えば「ｉ」や「ｅ」のように第１
ホルマント周波数が低い母音では、周波数圧縮処
理によつて第１ホルマント周波数が低く下がり過
ぎて、出力音声レベルの低下をきたす場合があ
る。これに対処するため、数100ヘルツ以下のホ
ルマントに対しては周波数圧縮比は少なく保ち、
それ以上の高い周波数のホルマントでは周波数圧
縮比を大きくするような、非線形周波数圧縮処理
が望ましい。このような非線形圧縮を実行するた
めに、パーコール分析回路１５によりパーコール
係数と音源信号の分析をおこなつた後、パーコー
ル係数を用いて周波数スペクトル包絡特性をもと
め、これを周波数変換器１６を用いて非線形に周
波数変換し、この変換された周波数スペクトルを
包絡について改めてパーコール係数をもとめてパ
ラメーター変換器１７に送る。第５図にこのよう
な周波数変換器の一実施例を示す。

第５図において、周波数変換器の入力端子３７
にはパーコール分析回路１５で得られたパーコー
ル係数が入力され、これより線形予測器３８によ
つてパーコール係数とひとしい次数の予測係数を
算出する。この処理については、日本音響学会昭
和44年度秋期研究発表会で発表した「偏自己相関
係数による音声分析合成系」（発表者：板倉文
忠・斎藤収三）日本音響学会昭和44年度秋期研究
発表会講演論文集第199頁（昭和44年10月）に記
載されていて公知であり、またその詳細が本発明
の本質を成すものではないので省略する。この予
測係数をフーリエ変換器３９によりフーリエ変換
して周波数スペクトル包絡を算出し、周波数変換
器４０により非線形に周波数変換する。周波数変
換器の変換特性は例えば次式で与えられる。

Ｇ（）＝｛１＋γ１／Ｂ（ｐ，ｑ）（／
c）^p-1（１−／c）^q-1｝……(1) ここでは入力周波数、Ｇ（）は出力周波数、
cはナイキスト周波数、Ｂ（ｐ、ｑ）はＢ（ｐ、ｑ）＝∫¹ ₀x^p-1（１−ｘ）^q-1dx……(2) で定義されたベータ関数、ｐ、ｑ、γは何れも変
換特性に関係するパラメータである。

非線形変換された周波数スペクトル包絡を逆フ
ーリエ変換器４１に送つて予測係数をもとめ、こ
れをパーコール係数変換器４２に加えて非線形周
波数変換したパーコール係数を出力端子４３より
得る。

このような処理により非線形周波数圧縮処理を
実行することができる。周波数変換器１６を動作
させなければ線形に周波数圧縮処理が実行され
る。

このようにして得たパーコール係数と、第４図
に示す音源抽出回路２９′からの音源とをパーコ
ール合成回路１８に送つて、周波数圧縮音声を合
成し、増幅器１９およびイヤホン２０を介して補
聴器出力音声を得ることができる。

パーコール合成回路の一実施例を第６図に示
す。この合成回路の動作の詳細については、前記
の特公昭52−7282号公報（音声合成装置）に記載
されているので、ここでは簡単に説明する。

パーコール合成回路は、有声音の音源に用いる
パルス発生器４４、無声音の音源に用いる白色雑
音発生器４５、振幅制御器４６およびｎ段のパー
コール係数制御フイルタ４９ａ〜４９ｎ、遅延回
路５７より成る。パルス発生器４４は、その制御
端子４７より入力される音源抽出回路２９′から
の合成音声の基本周波数信号により制御されて、
その周期と等しい周期のパルス列を発生し、これ
を振幅制御器４６に印加する。また白色雑音発生
器４５の出力も振幅制御器４６に印加される。振
幅制御器４６には制御端子４９が設けられてお
り、これには、音源抽出回路２９′からの振幅信
号が印加されており、前記パルス発生器４４、白
色雑音発生器４５からの信号の振幅をそれぞれ
別々に制御すると共に、それらの信号を合成す
る。

この振幅制御器４６からの出力は、順次縦続接
続されたパーコール係数制御フイルタ４９ａ〜４
９ｎに供給される。一方、パーコール係数制御フ
イルタ４９ａ〜４９ｎには、第５図の出力端子４
３からの非線形周波数変換したパーコール係数が
制御端子５５に印加されており、原音声の周波数
スペクトル包絡特性が順次復元されて、合成音出
力が出力端子５６より送出される。なお、遅延回
路５７はこのパーコール係数制御フイルタにより
良好な音質を得るのに必要である。

(2)の方法でパーコール係数、あるいは周波数ス
ペクトル包絡パラメータよりホルマント周波数を
算出する方法については、前述の論文「偏自己相
関係数による音声分析合成系」（日本音響学会昭
和44年度秋期研究発表会講演論文集第199頁）お
よび電子通信学会誌論文「統計的手法による音声
スペクトル密度とホルマント周波数の推定」（電
子通信学会誌Vol、53−Ａ、No.1935、昭和45年１
月）に記載されている。

このように処理された周波数圧縮音声を500〜
1500Hz以上の周波数帯域において、聴力損失が大
きい難聴者に聴取させた実験結果によると、周波
数圧縮比を50〜80％程度といつた音声がこのよう
な難聴者に有効であることが判つた。かかる聴取
実験を種々の条件について実行した結果、 (1) 難聴者にとつて音声を聴き取り易い最適の周
波数圧縮比は、難聴者自身の聴力損失特性なら
びに音声入力の基本周波数に相関をもち、500
〜1500Hz付近に遮断周波数をもつ難聴者におい
て、男性音声入力では70〜80％女性音声入力で
は60〜70％の周波数圧縮比が良い。

(2) 女性音声入力では、周波数圧縮比に対応して
合成音声の基本周波数を低減したほうが聴き取
りが良くなる。

(3) 男性音声入力では、周波数圧縮比に対応して
合成音声の基本周波数を低減しても聴き取りは
改善されず、かえつて悪くなる場合がある。

などが明らかとなつた。

500〜1500Hz以上の数波数成分の聴力損失が大
きい感音性難聴者において、聴力損失が顕著に低
下しはじめる周波数は人によりまちまちであり、
しかも難聴者と会話をする相手の人の音声の基本
周波数は、かなり広い範囲に分布するのは当然で
ある。したがつて前記の聴き取り試験の結果から
みて、本発明の補聴器には次のような機能を付加
することが必要である。すなわち、 (a) 補聴器を装用する難聴者の聴力損失特性に合
わせて、補聴器の周波数圧縮比をプリセツトで
きる機能をもつこと。ここでプリセツトされた
周波数圧縮比は、以下に述べる(b)および(c)の機
能により補正されるものである。

(b) 入力音声の基本周波数の平均値を検出して、
その高低に対応してプリセツトされた周波数圧
縮比を補正できる機能をもつこと。ここで基本
周波数の平均値が高い場合には周波数圧縮を強
め、低い場合には弱めるものとする。これを簡
単に行うために、基本周波数の平均値があるし
きい値（例えば200Hz）より高い場合には一定
量（例えば15％）だけプリセツトされた周波数
圧縮比を強めるように補正するが、しきい値よ
り低い場合にはプリセツトされた値のままにす
るようにしても良い。

(c) 前記(b)の処理により検出された基本周波数の
平均値があるしきい値（例えば200Hz）より高
い場合には、合成音声の基本周波数を(b)の処理
で得られた周波数圧縮比に比例して低減させ、
またあるしきい値より低い場合には、合成音声
の基本周波数を入力音声の基本周波数に一致さ
せる機能をもたせる。

このような機能をもたせるための回路が第３図
に示すパラメータ変換器１７である。パラメータ
変換器１７の一実施例を第７図に示す。

第７図において、５９はパーコール係数、基本
周波数、振幅等の音源信号を記憶するパラメータ
レジスタ、６０はスペクトル包絡圧縮器、６２は
圧縮比調整器、６３は基本周波数バツフア、６４
は振幅バツフア、６５は基本周波数平均回路、６
６は基本周波数調整器である。レジスタ５９には
パーコール係数、基本周波数および音源振幅など
に関する制御信号の入力端子５８が設けられ、圧
縮比調整器６２には圧縮比を入力するためのプリ
セツト端子６１が設けられている。６７，６８お
よび６９はそれぞれ変換されたパーコール係数、
基本周波数および音源振幅の出力端子である。

以下、実施例の動作を説明する。

前に説明したパーコール分析器により得られた
音声の周波数スペクトル包絡をあらわすパーコー
ル係数、第４図の端子３４，３６よりの基本周波
数および振幅を入力端子５８に入力し、これらの
データをフレーム周期ごとにいつたんパラメータ
レジスタ５９に書き込む。パーコール係数はパラ
メータレジスタ５９ａに書込まれ、スペクトル包
絡圧縮器６０により、既に説明した２つの方法の
何れかを用いて周波数圧縮される。この際、予め
プリセツト端子６１より難聴者に応じた圧縮比が
圧縮比調整器６２に与えられていて、この圧縮比
に基づいて周波数圧縮処理を行う。処理法につい
ては既に述べた通りである。この構成によつて前
記(a)の機能が実行されることになる。

入力端子５８に入力された分析データのうち、
基本周波数、音源振幅などに関する制御信号は、
フレーム周期ごとにレジスタ５９ｂに書き込まれ
る。そして、基本周波数に関するデータは、基本
周波数バツフア６３に順次送り込まれて、最大１
秒長までの時系列データが貯えられるとともに、
フレーム周期ごとのデータは、そのまま基本周波
数調整器６６に送り込まれる。レジスタ５９ｂに
書込まれた音源振幅に関するデータは、振幅バツ
フア６４に送られて、最大１秒長の時系列データ
が貯えられる。この振幅バツフア６４により、音
声入力において有声音振幅があるしきい値以上
（例えば、雑音パワーの４倍のレベル）に達した
時点のフレーム番号を検出し、これを基本周波数
バツフア６３に送る。基本周波数バツフアでは、
そのフレームを起点としてこれより１秒長の基本
周波数データを基本周波数平均回路６５に送り、
１秒間の基本周波数値の平均値を算出する。

この平均値は圧縮比調整器６２に送られて、そ
の平均値の値に応じてプリセツトされた周波数圧
縮比を補正し、スペクトル包絡圧縮器６０を制御
する。この構成により、前記の(c)の機能が実行さ
れることになる。基本周波数平均回路６５の出力
は同時に基本周波数調整器６６に送られて、平均
値があるしきい値（例えば200Hz）以上であると
きには、圧縮比調整器６２における周波数圧縮比
の値に比例して基本周波数を低減するように動作
する。この構成により、前記の(c)の機能が実行さ
れることになる。

この音声の基本周波数平均回路６５は常時稼働
するものではなくて、振幅バツフア内に貯えられ
たデータのうち有声音振幅が定められたしきい値
を越えた時点を起点として、１秒間のデータを用
いて平均値を算出し、この値に基づいて周波数圧
縮比ならびに基本周波数の調整を行う。調整され
た値は振幅バツフア内の音声入力の振幅値が上記
のしきい値を越える時間内はそのまま保持され
る。振幅値がしきい値以下になつた時点を検出し
て、しきい値以下の状態が１秒間以上継続する
と、基本周波数バツフア６３および振幅バツフア
６４はリセツトされて、初期状態にもどり、前記
の動作を再び実行することになる。

前記のようにして、周波数圧縮を実行するため
に変換されたパーコール係数は出力端子６７よ
り、また音源信号にもちいるために変換された基
本周波数および振幅はそれぞれ出力端子６８およ
び６９より出力され、すでに説明した第５図に示
すパーコール合成器の制御信号に用いられる。

第７図の実施例に示す構成をもつパラメータ変
換器を使用することによつて、前記(a)、(b)、(c)の
３つの機能が付与され、このようにして外部使用
環境に適応して最適状態に調整される補聴器が実
現されることになる。

以上説明したように、本発明によれば、500〜
1500Hz以上の周波数に対する聴力が著しく低下し
た感音性難聴者にとつて聴き易い音声を出力する
ことができる補聴器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の補聴器のブロツク図、第２図
は、従来のトランスポーザ型補聴器のブロツク
図、第３図は、本発明の一実施例を示すブロツク
図、第４図は、パーコール分析回路の一実施例を
示すブロツク図、第５図は、周波数変換器の一実
施例を示すブロツク図、第６図は、パーコール分
析回路の一実施例を示すブロツク図、第７図は、
パラメータ変換器の一実施例を示すブロツク図で
ある。１３……マイクロホン、１４，１９……増幅
器、１５……パーコール分析回路、１６……周波
数変換器、１７……パラメータ変換器、１８……
パーコール合成回路、２０……イヤホン。

Claims

【特許請求の範囲】１音声を周波数スペクトル包絡、音源周波数お
よび音源振幅に関する特徴パラメータに変換する
手段と、前記周波数スペクトル包絡の特徴パラメ
ータを制御して周波数圧縮比を周波数ごとに非線
形に一括変換する手段と、前記周波数スペクトル
包絡の周波数圧縮比および音源周波数を、それぞ
れ独立に、かつ線形に一括変換する手段と、これ
らの変換された特徴パラメータを用いて音声をパ
ーコール合成する手段を備え、周波数スペクトル
包絡と音源周波数が低周波数帯域に圧縮された音
声を合成出力することを特徴とする補聴器。２装用者の聴力特性に応じて周波数圧縮比をプ
リセツトできることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の補聴器。３入力音声の周波数の平均値に適応して、プリ
セツトされた周波数圧縮比を補正する機能をもつ
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の補
聴器。４入力音声の基本周波数の平均値に適応して、
周波数圧縮音声の基本周波数を調整する機能をも
つことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
補聴器。