JPH0956000A

JPH0956000A - 補聴器

Info

Publication number: JPH0956000A
Application number: JP20546695A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Ito; 憲三伊藤; Masahide Mizushima; 昌英水島
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1995-08-11
Publication date: 1997-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】非目的信号のレベルが変動する実環境でも十
分に適用できる使いやすい補聴器を実現すること。【解決手段】マイクロフォン１で集音された入力信号
は、帯域フィルタ２〜４で周波数分割され、入力信号の
性質が目的信号か非目的信号であるかの判別を非目的信
号判別回路１３で行う。次いで、非目的信号のパワーを
非目的信号電力計算回路１４で計算し、平滑回路１５で
平均化処理し、各帯域フィルタ２〜４の出力レベルを制
御する重み係数Ｗ１〜Ｗ３が重み係数計算回路８〜１０
で計算され、これを用いた各増幅回路５〜７の出力が加
算回路１１で加算され、出力信号が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、難聴者が音響信号を聞
き取る場合に、目的信号以外の信号を抑制し、目的信号
のみを効率よく増幅して、快適に音響信号を聴取するこ
とのできる補聴器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】補聴器の目的は、音響信号を増幅するこ
とである。その基本となる構成要素は、（１）音響信号
を集音して電気信号に変換するマイクロホン、（２）そ
の電気信号を増幅する増幅回路、（３）増幅された電気
信号を再び音響信号に変換するレシーバなどに代表され
る音響変換器の３要素である。そのほか、補聴器の機能
を代表するものとして、周波数特性を難聴者の聞こえの
特性に合わせる周波数特性調整回路、信号の振幅特性を
調整する振幅特性調整回路などがあり、難聴の人が快適
に音を聞くことができるように工夫されている。

【０００３】しかし、我々の生活環境においては、様々
な音響信号が存在しており、入力された電気信号をただ
単に増幅して難聴者の聞こえるレベルまで大きくするこ
とだけでは、難聴の人が快適に音を聴く事が困難な場合
が多い。例えば、エアコンの動作している部屋で従来の
補聴器を使う場合を考えると、目的信号（例えば音声信
号）の増幅と同時に非目的信号（この場合はエアコンの
騒音）も増幅される。そのため、音声信号がエアコンの
音に邪魔されて非常に聴きにくい音として増幅されるこ
とになり、この場合には快適な補聴器とはいえない。

【０００４】そこで、特開昭５６−１３６０９９号公報
や特開平５−６４２９７号公報では、マイクロホンから
の電気信号を複数の帯域フィルタで周波数分割し、それ
ぞれの帯域フィルタの出力を個々に制御することで、信
号パワーの比較的小さい騒音を抑圧し、音声信号区間だ
けを増幅する工夫がなされ、「聴きやすさ」の向上が計
られている。これらの補聴器では、騒音を抑制するため
の基本技術として、信号を「帯域分割」することが使わ
れている。このいわゆる帯域分割型の騒音抑圧法は、音
声符号化の時に生じる量子化雑音を軽減するために（特
開平４−２３０７９９号公報参照）、またＦＭ受信機の
雑音除去（特開平２−２０５１２０号公報参照）など、
音響信号あるいは音声信号処理技術のみならず放送関連
技術の分野などで広く使われており、公知の事実であ
る。

【０００５】この帯域分割型の騒音抑圧法の基本原理の
動作概要を、図３に示す。この例における周波数帯域の
分割数は、ｃｈ１からｃｈ３までの３チャンネルであ
る。同図のＮが騒音の周波数スペクトル、Ｓが目的信号
の周波数スペクトルを示す。まず、入力信号は各帯域に
分割された後、それぞれの信号レベルが計算される。例
えば、入力信号が騒音の場合は同図において、それぞれ
の信号レベルはＬｎ１からＬｎ３で示され、目的信号の
場合にはそれぞれの信号レベルはＬｓ１からＬｓ３で示
されることになる。

【０００６】次に、あらかじめ設定された基準レベルＬ
ｔｈを用いて、それぞれの帯域に対する重み係数を、次
式に従って計算する。すなわち、チャンネル１（ｃｈ
１）の重み係数Ｗ１は、Ｗ１＝Ｌｎ１／Ｌｔｈで求めら
れる。従って、基準レベルＬｔｈよりも小さいレベルの
信号はＷ１が１より小さくなり、結果的に、そのチャン
ネルの信号レベルは入力のレベルよりも小さく抑圧され
ることになる。一方、基準レベルＬｔｈよりも大きな信
号は、重み係数Ｗ１が１よりも大きくなり、そのチャン
ネルの信号は大きく増幅される。騒音Ｎのレベルが目的
信号Ｓよりも小さい条件では、このような騒音抑制処理
は通常有効に動作することになる。ここで、基準レベル
Ｌｔｈの設定は非常に重要である。すなわち、Ｌｔｈを
高く設定することで騒音Ｎの抑圧量を大きくすることが
できるが、その反面、目的信号Ｓのスペクトルを歪ませ
る結果となる。従って、この基準レベルをいかに設定す
るかが、このような帯域分割型の利点を使った補聴器を
構成する上で非常に重要となる。従来法では、この基準
レベルをマニュアルで設定する方法をとっていた。

【０００７】しかし、このような基準レベルの設定に関
し、それをマニュアルで行う従来法では、環境騒音の大
きさが変化するような使用状態（現実の生活環境ではこ
のような状況がほとんどである）では、その都度基準レ
ベルの調整を行う必要が生じ、安定な動作が望めないば
かりか非常に使いずらい補聴器となってしまう恐れがあ
る。

【０００８】従来法における補聴器について、図４を用
いて説明する。入力信号はマイクロホン１で集音され、
帯域フィルタ２，３，４、で周波数分割される。この従
来例では、帯域数は３チャンネルである。増幅回路５，
６および７の増幅係数（それぞれＷ１，Ｗ２，Ｗ３）
は、重み係数計算回路８，９，１０で計算される。ここ
で、基準レベルＬｔｈはマニュアルであらかじめ設定し
ておくことになる。各帯域の信号出力は各帯域の増幅器
でレベル調整された後、加算回路１１で加算され、イヤ
ホーン１２を駆動して出力信号を得る。このように、従
来法で実現された補聴器を使う場合を想定するに、前述
したような帯域分割法によって環境騒音の抑制効果が期
待できるものの、補聴器を使う場所や騒音の環境によっ
て、あらかじめ最適な基準レベルＬｔｈを常にマニュア
ルで設定する必要があり、時々刻々と変化する現実の環
境騒音下では非常に繁雑で使いずらいものとなる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の帯域分割型の騒音抑圧法は、音響信号の周波数スペク
トルは通常高域成分のレベルは低域に比較すると徐々に
小さくなる傾向にある。従って、このような入力信号を
そのまま帯域分割して重み係数を求めると、目的以外の
信号の抑圧量を大きくとることができるが、反面、目的
信号の高域の劣化が大きくなり過ぎてしまい、例えば音
声信号が目的信号であるような場合には、高域の劣化し
た明瞭でない音声信号になってしまう結果となる。

【００１０】本発明の目的は、このような帯域分割型の
騒音抑圧処理を応用した補聴器において、入力信号の特
性を目的信号Ｓとそれ以外の信号Ｎに判別し、Ｎの信号
区間レベルを参考にすることによって基準レベルＬｔｈ
を自動的にしかも適応的に適切に設定し、非目的信号の
レベルが変動する実環境でも十分に適用できる使いやす
い補聴器の実現にある。さらに、入力信号の高域強調処
理と出力信号の低減強調処理、および目的信号強調処理
によって、入力信号の周波数スペクトル特性を大きく歪
ませることなく、明瞭でしかも快適な使用感のある補聴
器の実現にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる補聴器
は、帯域分割型の補聴器において、入力信号を目的信号
とそれ以外の非目的信号とに判別する非目的信号判別回
路と、この非目的信号判別回路の判別結果から前記非目
的信号区間の信号レベルを計算する非目的信号電力計算
回路と、それを時間的に平滑する平滑回路と、平滑され
た基準レベルと前記帯域フィルタの出力レベルから重み
係数を計算する重み係数計算回路と、その重み係数に応
じてそれぞれの帯域の信号を増幅する増幅回路と、それ
ぞれの増幅回路の信号を加算して出力信号とする加算回
路とを有するものである。

【００１２】また、入力信号に対する高域強調回路およ
び出力信号に対する低域強調回路と、入力信号の基本周
期情報を抽出する基本周期抽出回路と、出力信号を音声
強調処理する音声強調回路とを有するものである。

【００１３】

【作用】前述したように、帯域分割型を基本とする補聴
器では、図３における基準レベルＬｔｈの設定如何で性
能が左右されてしまうといっても過言ではない。本発明
では、この基準レベルの設定を入力信号の種別を判別す
る機能を追加したことで実現している。すなわち、入力
信号を目的信号とそれ以外の信号に判別し、その結果を
用いて自動的基準レベルを決定することでこの問題を解
決した。例えば、目的信号を音声信号とする場合（現実
の例ではこの場合が最も多いと考えられる）では、音声
信号の特徴を良く表わす音響パラメータを用いて音声信
号以外の信号区間を判別し、その時の信号パワーを累積
および平均処理することで基準レベルＬｔｈを設定でき
る。

【００１４】また、従来の帯域分割型の補聴器における
信号の歪みを軽減するための具体的な方法としては、入
力信号の高域強調処理とそれを補正するための出力信号
に対する低減強調処理、および音声強調処理によって、
不明瞭になる音声品質が改善される。

【００１５】

【実施例】図１を用いて本発明の一実施例を説明する。
図１は、請求項１に対応するものである。

【００１６】図１において、１３は非目的信号判別回
路、１４は非目的信号電力計算回路、１５は平滑回路で
あり、その他は図４と同じである。

【００１７】次に、動作について説明する。まず、図４
の従来例と同様に、入力信号はマイクロホン１で集音さ
れる。次に、入力された信号は帯域フィルタ２，３およ
び４で周波数分割される。この処理は従来例と同じであ
るが、信号は帯域フィルタ２〜４で周波数分割されると
同時に、入力信号の性質が目的信号か非目的信号である
かの判別を、非目的信号判別回路１３で行う。通常の補
聴器の利用形態では、目的信号は音声信号であろう。そ
こでここでは、目的信号を音声信号として説明する。音
声信号が音声以外の信号（例えばエアコンの信号）と特
徴的に異なる点は色々あるが、その最も特徴的な点は、
調波構造であるか否かである。この特徴は、特に、音声
信号の有声音区間で顕著に現れる。音声信号区間は、こ
の有声音の区間と無声音の区間との両者で構成されるこ
とになるが、発声された音声信号区間の両者の時間比率
は、自然に発声された音声信号においては、約７：３で
圧倒的に有声音の占める時間区間が多い。従って、入力
音声が音声信号か非音声信号かを判別する特徴量とし
て、信号の調波構造の程度を測定すればよい。その具体
的な特徴量を求める方法としては、線形予測残差信号の
相関係数を計算し、これをパワーで正規化した値からそ
の最大値（Ｒｍａｘ）を選択して用いる方法がある。こ
の特徴量は当然、調波構造を有する非目的信号が混在す
る環境では動作上問題があるが、通常の定常騒音環境で
は十分に実用になるものである。また、音声認識装置な
どで通常よく用いられている、確率統計モデル（ＨＭ
Ｍ；隠れマルコフモデル）やベクトル量子化手法（Ｖ
Ｑ）によって、音声／非音声信号を識別する方法などあ
る。現在、これらの方法による音声／非音声の判別率
は、通常９０％以上の性能を有することから、非目的信
号判別回路１３ではこれらの方法を有効に利用すること
ができる。このようにして、非目的信号判別回路１３で
非音声信号区間を判別した後、非目的信号のパワーを非
目的信号電力計算回路１４で計算し、それをある一定時
間の間累積および平均化して基準レベル（Ｌｔｈ）を自
動的に求める。この累積および平均化処理は平滑回路１
５で行われるが、この例では、実際に求める基準レベル
Ｌｔｈは信号の全帯域の平均パワーＬａｖに、一定の値
Ｌｃｏｎｔを加えた値に設定することになる。すなわ
ち、非目的信号電力計算回路１４の出力Ｌｔｈは、Ｌｔ
ｈ＝Ｌａｖ＋Ｌｃｏｎｔとして設定すればよい。あるい
は、一番レベルの高いチャンネルのレベル、例えばＬｎ
１に一定の値Ｌｃｏｎｔを加えた値で設定することもも
ちろん可能である。この場合の一定値Ｌｃｏｎｔは、あ
らかじめ色々な環境音で確認して一度だけ試験して設定
しておけばよい。各帯域フィルタ２〜４の出力レベルを
制御する重み係数Ｗ１，Ｗ２およびＷ３は、重み係数計
算回路８，９，１０で計算される。すなわち、増幅回路
５，６および７のそれぞれの重み係数は、平滑回路１５
で得られた基準レベル（Ｌｔｈ）を分母として計算され
る。例えば、帯域フィルタ２の出力信号に対する重み係
数Ｗ１は、Ｗ１＝Ｌ１／Ｌｔｈで与えられる。ここで、
Ｌ１は帯域フィルタ２の出力信号レベルである。

【００１８】このように、帯域分割およびレベル制御さ
れた各信号は、加算回路１１でたしあわされる。ここま
での処理で、前述したような原理で非目的信号（音声以
外の信号）が抑圧されて出力信号が得られることにな
る。

【００１９】以上のような実施例の処理を行うことによ
って、音声信号以外の信号レベルは常に最適な状態で抑
圧され、主な信号は音声のみとなり、イヤホーン１２で
聴く信号は常に騒音の少ない聴きやすい音声信号にな
る。

【００２０】次に、図２を用いて本発明の他の実施例を
説明する。図２の実施例は、図１の実施例に比べてさら
に処理品質が向上する回路構成になっている。図２にお
いて、１６は高域強調回路、１７は低域強調回路、１８
は音声強調回路、１９は基本周期抽出回路であり、その
他は図１と同じである。

【００２１】図２の実施例の動作について説明する。図
１の実施例の場合と同様に、入力信号はマイクロホン１
で集音されていることになるが、この後、入力信号のス
ペクトル特性をできるだけ平坦化し、信号の高域の歪を
小さくする目的で、高域強調回路１６でスペクトル強調
を施す。この高域強調の実際の処理は、処理時間や装置
のコンパクト化などを考慮して１次の差分処理などで行
えば簡単に実現できる。例えば、時刻ｉにおける入力信
号をＸ（ｉ），差分処理の出力信号をＹ（ｉ）とする
と、Ｙ（ｉ）は（１）式で次のように計算すればよい。

【００２２】

【数１】Y(i)=X(i-1)-X(i)A ・・・（１）ここで、Ａは予測係数でＡ＜１の条件で与えられるが、
通常０．９程度とすればよい。次に、高域強調された信
号は帯域フィルタ２，３および４で周波数分割される。
この高域強調された信号は帯域フィルタ２〜４で周波数
分割されると同時に、入力信号の性質が目的信号か非目
的信号であるかの判別を、非目的信号判別回路１３で行
う。この回路は先に述べた図１の実施例と同様である。

【００２３】非目的信号判別回路１３で非音声信号区間
を判別した後、非目的信号のパワーを非目的信号電力計
算回路１４で計算し、それをある一定時間の間累積およ
び平均化して基準レベルＬｔｈを自動的に求める。この
累積および平均化処理は、図１の実施例と同様に平滑回
路１５で行われ、それより後の実際に求める基準レベル
Ｌｔｈは信号の全帯域の平均パワーＬａｖに、一定の値
Ｌｃｏｎｔを加えた値に設定することになる。すなわ
ち、非目的信号電力計算回路１４の出力の基準レベルＬ
ｔｈは、Ｌｔｈ＝Ｌａｖ＋Ｌｃｏｎｔとして設定すれば
よい。あるいは、一番レベルの高いチャンネルのレベ
ル、例えばＬｎ１に一定の値Ｌｃｏｎｔを加えた値で設
定することももちろん可能である。この場合の一定値Ｌ
ｃｏｎｔは、あらかじめ色々な環境音で確認して一度だ
け経験して設定しておけばよいことは、図１の実施例と
同様である。各帯域フィルタの出力レベルを制御する重
み係数Ｗ１，Ｗ２およびＷ３は、重み係数計算回路８，
９および１０で計算される。すなわち、増幅回路５，６
および７のそれぞれの重み係数は、平滑回路１５で得ら
れた基準レベルＬｔｈを分母として計算される。

【００２４】このように、帯域分割およびレベル制御さ
れた各信号は、加算回路１１でたしあわされる。ここま
での処理で、前述したような原理で非目的信号（音声以
外の信号）が抑圧されて出力信号が得られることにな
る。しかし、入力信号はスペクトル平坦化のために高域
強調回路１６において周波数の高域が強調された信号に
なっている。従って、高域強調回路１６と全く逆の特性
を有する系を通してやる必要がある。この処理を行うの
が低域強調回路１７である。

【００２５】さらに、これまでの処理によって音声が存
在する信号区間以外の信号のレベルは抑圧されているわ
けであるが、音声信号区間にはまだ音声以外の信号が混
入している。そこで、これを聴覚的にマスキングし改善
する目的で音声強調回路１８を設ける。この音声強調回
路１８は、音声信号の調波構造の谷に埋もれた目的信号
以外の信号を取り除く処理に相当する。この音声強調回
路１８における具体的な処理は次のようである。すなわ
ち、時刻ｉにおける強調出力信号Ｚ（ｉ）は（２）式で
求められる。

【００２６】

【数２】 Z(i)=h1[X(i-Tmax)]+h0[X(i)]+h1[X(i+Tmax)] ・・・（２）ここで、ｈ０＝ｋ１（１＋ａｌｐｈａ），ｈ１＝ｋ２
（１−ａｌｐｈａ），Ｘ（ｉ）は時刻ｉにおける音声強
調回路１８の入力信号、ｋ１，ｋ２およびａｌｐｈａ
は、強度の程度を表わすパラメータで、通常、ｋ１＝
０．５，ｋ２＝０．２５，ａｌｐｈａ＝０．３程度が
用いられる。また、Ｔｍａｘは非目的信号判別回路１３
で計算された正規化相関係数の最大値であるＲｍａｘの
位置情報（時間軸である）から抽出されるものであり、
信号の基本周期（ここではサンプル値）を表わすもので
ある。この基本周期Ｔｍａｘは、基本周期抽出回路１９
で抽出される。以上のような実施例の処理を行うことに
よって、音声信号以外の信号レベルは常に最適な状態で
抑圧され、主な信号は音声のみとなり、イヤホーン１２
で聴く信号は騒音の少ない聴きやすい音声信号になる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、入力信
号を目的信号とそれ以外の非目的信号とに判別する非目
的信号判別回路と、この非目的信号判別回路の判別結果
から前記非目的信号区間の信号レベルを計算する非目的
信号電力計算回路と、それを時間的に平滑する平滑回路
と、平滑された基準レベルと前記帯域フィルタの出力レ
ベルから重み係数を計算する重み係数計算回路と、その
重み係数によって信号を増幅する増幅回路と、それぞれ
の増幅回路の信号を加算する加算回路とを有するように
したので、目的信号を効率よく増幅できるため、非常に
耳に優しく快適な状態で使用することのできる補聴器が
実現できる。しかも、周囲騒音など音の変化した場合で
も自動的に目的信号のレベルを制御できるので、従来法
で実現した補聴器に比較して格段に使いやすいものとな
る。

【００２８】また、高域強調，低域強調および音声強調
の各機能を付加したので、さらに使いやすいものとなる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】本発明の他の実施例の構成を示すブロック図で
ある。

【図３】従来の帯域分割による騒音抑制処理の動作概要
を説明するための図である。

【図４】従来の補聴器の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１マイクロホン２帯域フィルタ３帯域フィルタ４帯域フィルタ５増幅回路６増幅回路７増幅回路８重み係数計算回路９重み係数計算回路１０重み係数計算回路１１加算回路１２イヤホーン１３非目的信号判別回路１４非目的信号電力計算回路１５平滑回路１６高域強調回路１７低減強調回路１８音声強調回路１９基本周期抽出回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】音声信号などを含む音響信号を入力信号
とし、その入力信号を複数の帯域フィルタにより複数の
帯域に分割し、難聴者が容易に目的信号を聴取できるよ
うな大きさに増幅することができる帯域分割型の補聴器
において、入力信号を目的信号とそれ以外の非目的信号とに判別す
る非目的信号判別回路と、この非目的信号判別回路の判
別結果から前記非目的信号区間の信号レベルを計算する
非目的信号電力計算回路と、それを時間的に平滑する平
滑回路と、平滑された基準レベルと前記帯域フィルタの
出力レベルから重み係数を計算する重み係数計算回路
と、その重み係数に応じてそれぞれの帯域の信号を増幅
する増幅回路と、それぞれの増幅回路の信号を加算して
出力信号とする加算回路とを有することを特徴とする補
聴器。
【請求項２】前記入力信号に対する高域強調回路およ
び出力信号に対する低域強調回路と、入力信号の基本周
期情報を抽出する基本周期抽出回路と、出力信号を音声
強調処理する音声強調回路とを有することを特徴とする
請求項１記載の補聴器。