JPH10191497A - ディジタル式補聴器およびフィードバック経路のモデリング方法 - Google Patents

ディジタル式補聴器およびフィードバック経路のモデリング方法

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JPH10191497A
JPH10191497A JP9348215A JP34821597A JPH10191497A JP H10191497 A JPH10191497 A JP H10191497A JP 9348215 A JP9348215 A JP 9348215A JP 34821597 A JP34821597 A JP 34821597A JP H10191497 A JPH10191497 A JP H10191497A
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feedback
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M Kuo Sen
エム.クオ セン
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    • H04R25/45Prevention of acoustic reaction, i.e. acoustic oscillatory feedback
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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
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    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィードバック経路を継続的にモデリング
し、かつその作用を中和して、ディジタル式補聴器がよ
り精密に動作するようにする。 【解決手段】 マイクロフォン(12)と、制御および
モデリング回路(18)と、受信器(20)とを含むデ
ィジタル式補聴器(10)を提供する。マイクロフォン
(12)は入力音響信号x(t)を受信し、これに応答
してディジタル入力信号x(n)を発生する。制御およ
びモデリング回路(18)はディジタル入力信号x
(n)をろ波し、かつ増幅し、かつフィードバック中和
およびフィードバック経路のモデリングを行ってディジ
タル出力信号y(n)を発生する。受信器(20)はデ
ィジタル出力信号y(n)を受信し、それに応答して出
力音響信号y(t)を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に制御システム
に関し、特にディジタル式補聴器およびフィードバック
経路モデリングの方法に関する。
【0002】
【従来の技術】フィードバックは補聴器、特に耳内装着
(“ITE”)式補聴器の共通の問題点であり、補聴器
の全体的な動作と性能に悪影響を及ぼすものである。フ
ィードバックは補聴器の利用可能な最大利得を制限し、
かつシステムの全体的な応答度を劣化させる。補聴器で
のフィードバックには音響的なフィードバックと機械的
なフィードバックの双方が含まれる。音響的なフィード
バックは、出力音響信号の一部が補聴器の入力端子に戻
った時に発生する。入力端子に戻った音響信号の部分は
一般に通気穴、または補聴器のシェルと補聴器を挿入し
た耳との間にある場合がある音響上の漏れ経路を通って
進行する。機械的なフィードバックは補聴器のシェルの
管および壁を経てマイクロフォンに再伝送される、受信
器の振動に起因する。
【0003】フィードバックの問題を解決する従来の試
みは、フィードバック信号を評価し、かつそれを補聴器
のマイクロフォンに送られる入力信号から減ずることを
含めて、フィードバックを消去することに焦点を絞って
きた。このような従来の試みはジェームス・M・カッツ
著「補聴器におけるフィードバックの消去:コンピュー
タ・シミュレーションの結果」(IEEE会報、39
巻、第3号、553−562ページ、1991年刊)に
記載されている。従来のフィードバック消去技術は2つ
の分野に分けることができよう。
【0004】第1の分野には、音響フィードバック経路
を変更するように調整できない、固定ろ波係数、すなわ
ちタップを有する固定フィルタを備える技術が含まれ
る。この解決方法は、音響的な環境の変化が頻繁に生
じ、ひいては固定フィルタがフィードバック経路を正確
にモデリングせず、かつ正確な結果が得られないことに
より、不十分であることが判明している。例えば、音響
的な環境の変化は、電話の受信器が補聴器を付けた耳の
近くに移動した場合、または音量調整のために手を補聴
器に当てた場合に生ずることがある。音響的な変化のそ
の他の例には、補聴器がユーザの耳の中で動いたり、位
置を調整した場合が含まれ、これはユーザが食事した
り、会話している場合によく起きることである。このよ
うに、固定フィルタによるフィードバック消去技術は、
フィードバックの問題点を解決するには不十分であるこ
とが実証されている。
【0005】フィードバック消去技術を用いてフィード
バックの問題点を解決する第2の方法には、ディジタル
式適応システムを利用してフィードバック経路の作用を
見積もることがある。ディジタル式適応システムは、フ
ィードバック作用に変化が検出される毎に、見積られた
フィードバック経路を更新するものである。フィードバ
ック作用に変化が生じた場合にそれを判定する基準は発
振の立上がりである。発振が検出されると、通常の補聴
器処理が中断、停止され、疑似ランダムノイズ・バース
トがフィードバック経路内に導入され、かつディジタル
・フィルタ係数の集合が調整されて、フィードバック経
路の見積もりが更新される。次に補聴器は、フィードバ
ック消去フィルタが更新されたろ波係数、すなわちタッ
プを用いる通常動作に戻る。この方法には幾つかの問題
点と欠点がある。この非継続的な見積もり方法は、フィ
ードバック経路に変化があった場合に発振、または不安
定性を生じなければ、フィードバック経路の僅かな変化
を検出できない。その他の欠点としては、フィードバッ
ク経路がモデリングされている間、フィードバックの消
去が不能になる結果として会話の了解度が損なわれるこ
とがある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記にかんがみ、前述
の問題点を除去、または軽減するようなディジタル式補
聴器、およびフィードバック経路のモデリング方法の必
要性が生じていることが理解されよう。
【0007】
【課題を解決するための手段と作用】本発明に従って、
フィードバック経路を継続的にモデリングし、かつその
作用を中和して、ディジタル式補聴器がより精密に動作
するようにすることによって、フィードバック経路の問
題点に対する信号処理の解決方法を用いる、ディジタル
式補聴器と、フィードバック経路のモデリング方法が提
案される。このことは、フィードバック経路が変化して
いる間、および補聴器が入力音響信号をろ波および増幅
している間に達成される。
【0008】本発明の実施例に従って、マイクロフォン
と、制御およびモデリング回路と、受信器とを含むディ
ジタル式補聴器が提供される。マイクロフォンは入力さ
れた音響信号を受信し、かつそれに応答してディジタル
入力信号を発生する。制御およびモデリング回路はディ
ジタル入力信号をろ波し、増幅する一方、同時にフィー
ドバックの中和とフィードバック経路のモデリングをも
行って、ディジタル出力信号を発生する。一実施例では
スピーカとして実施してもよい受信器は、ディジタル出
力信号を受信し、かつそれに応答して出力音響信号を発
生する。
【0009】本発明には様々な技術的利点がある。本発
明の技術的利点には、正確、かつ継続的にフィードバッ
ク経路のモデリングを行って、ディジタル式補聴器の全
体的な性能を高めることが含まれる。本発明の別の技術
的利点として、既存のディジタル信号処理技術とアルゴ
リズムを利用して本発明を実現できることがある。本発
明の更に別の技術的利点には、フィードバック経路の継
続的なモデリングとフィードバック経路作用の除去によ
る補聴器の安定性の向上が含まれている。本発明の更に
別の利点としては、フィードバック経路のモデリングの
向上による信号/ノイズ比の改善がある。その他の技術
的利点は、専門家には以下の図面、説明、および特許請
求の範囲から明らかになろう。
【0010】
【実施例】本発明およびその利点をより完全に理解する
ため、添付図面および詳細な説明と関連させつつ、以下
に図面を参照する。図中、同一の参照番号は同一の部品
を示している。
【0011】図1は本発明の教示に従ったディジタル式
補聴器10の構成図である。ディジタル式補聴器10
は、マイクロフォン12と、バッテリ14と、音量調整
器16と、制御およびモデリング回路18と、受信器2
0と、受信器管22とを含んでいる。ディジタル式補聴
器10はマイクロフォン12で音響信号成分とフィード
バック信号成分とを含む入力音響信号x(t)を受信
し、ユーザの耳に送られる出力音響信号を発生する。出
力音響信号は出力音響信号y(t)と呼んでもよい。音
響信号成分はディジタル式補聴器10によって処理され
る所望の音響を示し、一方、フィードバック信号成分
は、フィードバック経路を経てマイクロフォン12に送
られる望ましくないフィードバック信号を示している。
【0012】ディジタル式補聴器10は入力音響信号x
(t)を処理する一方、フィードバック経路のモデリン
グおよびフィードバックの中和を行う。フィードバック
の中和は入力音響信号x(t)のフィードバック信号成
分の出力音響信号フィードバック成分で行われる。フィ
ードバック信号はマイクロフォン12に再送される出力
音響信号y(t)の一部である。フィードバック信号は
主として通気穴24を経てマイクロフォン12の入力端
子に送られる。フィードバック信号には2つの成分が含
まれている。すなわち、(1)修正モデリング信号フィ
ードバック成分、および(2)出力音響信号フィードバ
ック成分である。フィードバックが存在し、それを放置
すると、性能全体を害し、不正確な出力音響信号y
(t)が発生する結果を招く。
【0013】マイクロフォン12は入力音響信号x
(t)を受信し、かつそれに対応するディジタル入力信
号x(n)を発生する。マイクロフォン12は更に、自
動利得制御回路および例えばアンチエーリアシング回路
のようなその他の多様な回路のいずれかによって制御さ
れるアナログ−ディジタル変換器、アナログ・フィル
タ、および増幅器のような多様な装置のいずれかを備え
たインターフェース回路26を含んでいてもよい。マイ
クロフォン12は入力音響信号x(t)をアナログ領域
で供給される対応する電気信号へと変換する。インター
フェース回路26はアナログ領域からの対応する電気信
号をディジタル領域に変換して、ディジタル入力信号x
(n)を発生する。
【0014】制御およびモデリング回路18はディジタ
ル入力信号x(n)を受信し、フィードバック信号の作
用を中和した後で、ディジタル入力信号x(n)をろ波
し、かつ増幅することによってディジタル出力信号y
(n)を発生する。音量制御器16は増幅を制御し、か
つレオスタット、可変抵抗、またはディジタル利得とし
て実施してもよい。制御およびモデリング回路18は更
に、ディジタル出力信号y(n)の成分として供給され
るモデリング信号v(n)をも発生する。制御およびモ
デリング回路18のフィードバック・モデリング回路は
モデリング信号v(n)を利用してフィードバック経路
をモデリングし、フィードバック信号の作用を中和でき
るようにする。制御およびモデリング回路18は図2お
よび図3により詳細に図示されている。
【0015】受信器20は制御およびモデリング回路1
8からの出力音響信号y(n)の受信に応答して出力音
響信号y(t)を発生する。受信器20はスピーカ、ま
たは入力信号を受信し、かつ対応する出力音響信号を発
生し得る任意の装置として実施してよい。次に、出力音
響信号y(t)はユーザの耳に送られる。
【0016】受信器20は更に、ディジタル領域からの
ディジタル出力信号y(n)をアナログ領域に変換する
ために備えられたインターフェース回路28を含んでい
てもよい。インターフェース回路28は、例えばディジ
タル−アナログ変換器、アナログ・フィルタ、および低
域フィルタのような種々の回路のいずれかを含んでいて
もよい。次に、受信器20はアナログ領域内のインター
フェース回路28によって供給された電気信号を対応す
る出力音響信号y(t)に変換する。
【0017】インターフェース回路26およびインター
フェース回路28は図1ではマイクロフォン12と受信
器20のそれぞれの一部として図示されている。しか
し、インターフェース回路は独立して、すなわち別個に
備えられた個別回路としてそなえてもよいことが理解さ
れよう。本発明はいかなる意味でもインターフェースを
1つの特定の種類に限定するものではない。
【0018】動作時には、ディジタル式補聴器10はマ
イクロフォン12で入力音響信号x(t)の成分として
送られる外部音響を受信する。マイクロフォン12は入
力音響信号x(t)の受信に応答して対応するアナログ
電気信号を発生する。インターフェース回路26はアナ
ログ領域からのアナログ電気信号をディジタル領域に変
換して、ディジタル入力信号x(n)を発生する。次に
マイクロフォン12はディジタル入力信号x(n)を制
御およびモデリング回路18に送る。
【0019】制御およびモデリング回路18はディジタ
ル入力信号x(n)を受信し、かつそれに応答してディ
ジタル出力信号y(n)を発生する。制御およびモデリ
ング回路18は必要に応じてディジタル入力信号x
(n)を増幅し、かつろ波する。ディジタル入力信号x
(n)の増幅は音量制御器16によって制御されてもよ
い。ディジタル入力信号x(n)を増幅し、かつろ波す
る前に、制御およびモデリング回路18がフィードバッ
ク経路を経て送られるフィードバック信号の作用を消
去、すなわち中和する。次に制御およびモデリング回路
18はモデリング信号v(n)と類似した増幅、ろ波、
およびフィードバック中和されたディジタル入力信号x
(n)を含むディジタル出力信号y(n)を発生する。
【0020】制御およびモデリング回路18内に備えら
れたモデリング回路はモデリング信号v(n)を利用し
て、フィードバック経路をモデリングすることによっ
て、ディジタル入力信号x(n)からモデリンク経路の
作用を中和および除去できるようにする。モデリング信
号v(n)はフィードバック経路をモデリングできるよ
うにディジタル出力信号y(n)の成分として供給され
る。
【0021】制御およびモデリング回路18は必要なデ
ィジタル信号処理を実行するためにディジタル信号プロ
セッサのようなディジタル回路を含んでいる。例えば、
制御およびモデリング回路18はテキサス・インスツル
メント社から市販されているものと同類のディジタル信
号プロセッサを含んでいてもよい。テキサス・インスツ
ルメント社はTMS320C25およびTMS320C
30型ディジタル信号プロセッサを含む一連のディジタ
ル信号プロセッサを供給している。高速ディジタル信号
プロセッサおよび関連するハードウェアの出現によって
本発明の実現がより実際的になった。固定点データ様式
を用いて多くのディジタル信号プロセッサが実施されて
いる。このような場合、マイクロフォン12のインター
フェース回路26のアナログ−ディジタル変換器のダイ
ナミック・レンジを拡張するために、各データ入力関し
て自動利得制御回路を使用しなければならない。
【0022】受信器20とインターフェース回路28と
はディジタル出力信号y(n)を受信し、かつ受信器管
22を経て送られる対応するディジタル出力信号y
(t)を発生する。インターフェース回路28はディジ
タル領域内の電気信号からのディジタル出力信号y
(n)をアナログ領域内の電気信号へと変換する。次
に、受信器20は受信器管22を経てユーザの耳に送ら
れる音響出力信号として出力音響信号y(t)を発生す
る。受信器20は一般にはスピーカとして実施される。
バッテリ14はディジタル的補聴器10の回路に電源を
供給する。
【0023】出力音響信号y(t)が発生された結果と
して、この信号の一部、すなわち成分が通気穴24を経
てマイクロフォン12にフィードバック信号として送ら
れる。フィードバック信号は更にその他の開口部や通路
を経て送られてもよいが、主として通気穴24を経て送
られる。フィードバック信号には修正モデリング信号成
分と、出力音響信号フィードバック成分とが含まれる。
修正モデリング信号成分はモデリング信号v(n)がフ
ィードバック経路を経て通過することの結果として発生
される。修正モデリング信号成分は制御およびモデリン
グ回路18によって、フィードバック経路をモデンリン
グし、かつマイクロフォン12の入力端子におくられる
出力音響信号フィードバック成分の作用を軽減するため
に利用される。フィードバック経路は受信器20、通気
穴24、およびマイクロフォン12を下手制御およびモ
デリング回路18の出力端子からの経路として定義でき
る。
【0024】図2はディジタル式補聴器10の制御およ
びモデリング回路18の構成図である。制御およびモデ
リング回路18には加算接合部52と、信号判別回路5
4と、加算接合部56と、加算接合部58と、フィード
バック経路モデリング適応フィルタ60と、適応アルダ
リズム62と、モデリング信号発生器64と、増幅およ
び整形フィルタ66と、加算接合部68と、フィードバ
ック中和フィルタ70とが含まれている。
【0025】ディジタル入力信号x(n)は加算接合部
52に送られ、そこでフィードバック中和フィルタ70
の出力信号が減じられて、フィードバック中和された入
力信号x’(n)が発生される。ディジタル入力信号x
(n)は、入力音響信号x(t)と同様に音響信号成分
とフィードバック信号成分とを含んでいる。フィードバ
ック信号成分は修正モデリング信号成分と、出力音響信
号フィードバック成分とを含んでいる。ディジタル入力
信号x(n)からのフィードバック中和フィルタ70の
出力信号を減算した結果、フィードバック信号成分の出
力音響信号フィードバック成分は除去されて、フィード
バック中和入力信号x’(n)が発生される。フィード
バック中和入力信号x’(n)は次に信号判別回路54
と加算接合部56への入力信号として送られる。
【0026】加算接合部56はフィードバック中和入力
信号x’(n)から修正モデリング信号v’(n)を減
じて、処理済の入力信号r(n)を生成する。修正モデ
リング信号v’(n)は一般にフィードバック信号の修
正モデリング信号成分と対応するので、信号が増幅およ
びろ波される前にその作用はフィードバック中和入力信
号x’(n)から除去されてもよい。その結果、次に処
理済みの信号r(n)はディジタル入力信号x(n)の
音響信号成分を含む。処理済みの信号r(n)は増幅お
よび整形フィルタに送られ、次に信号はそこで所望のと
おり増幅され、ろ波される。その結果、次に処理済みの
入力信号r(n)は増幅および整形フィルタ66に送ら
れ、次に信号はそこで所望のとおりに増幅され、ろ波さ
れる。処理済みの入力信号r(n)の増幅はユーザによ
ってセットされてもよい音量制御装置16によって制御
されてもよい。増幅および整形フィルタ66によって行
われるろ波は固定式、事前プログラム式、またはプログ
ラム可能なろ波のいずれでもよいので、ディジタル式補
聴器10のユーザは必要に応じて増幅された適宜の周波
数スペクトル(単数または複数)を有することができ
る。増幅および整形回路66は一実施例では、ディジタ
ル回路を用いて実施してもよい。増幅および整形回路6
6はその出力信号として、生成出力信号s(n)を供給
する。生成出力信号s(n)は次に加算接合部68に送
られる。
【0027】モデリング信号発生器64は加算接合部6
8、フィードバック経路モデリング適応フィルタ60、
および適応アルゴリズム62にモデリング信号v(n)
を送る。モデリング信号発生器64は以下により詳細に
説明する。加算接合部68はモデリング信号v(n)を
生成出力信号s(n)と結合して、ディジタル出力信号
y(n)を発生する。ディジタル出力信号y(n)は制
御およびモデリング回路18の出力としての役割を果た
し、2つの成分を含んでいる。すなわち、(1)モデリ
ング信号v(n)の成分、および(2)生成出力信号s
(n)の成分である。モデリング信号v(n)は、ディ
ジタル出力信号y(n)内のモデリング信号v(n)の
存在が最小限にされ、すなわちディジタル式補聴器10
のユーザによって検知されないようなレベルと周波数で
供給されることに留意されたい。
【0028】フィードバック経路モデリングおよびフィ
ードバック中和はフィードバック経路モデリング適応フ
ィルタ60と、適応アルゴリズム62と、加算接合部5
8と、信号判別回路54と、フィードバック中和フィル
タ70との組合わせを用いて行われる。フィードバック
経路モデリングおよびフィードバック中和回路の動作と
実施態様については次に説明する。
【0029】信号判別回路54はフィードバック中和入
力信号x’(n)を受信し、かつそれに応答して修正モ
デリング信号v’(n)を発生する。修正モデリング信
号v’(n)はフィードバック経路を通過した後のモデ
リング信号v(n)を表す。信号判別回路54は実際
に、フィードバック中和入力信号x’(n)の成分とし
て含まれているフィードバック信号成分の修正モデリン
グ信号成分を抽出する。信号判別回路54はデコレレー
ション(decorrelation)遅延装置およびディジタル適応
フィルタを用いて、フィードバック信号のいずれの成分
をも含まない予測ノイズu(n)信号を発生する。次に
予測ノイズ信号u(n)がフィードバック中和入力信号
x’(n)から減じられ、修正モデリング信号v’
(n)を発生してもよい。信号判別回路54は図3によ
り詳細に示されており、以下により詳細に説明する。
【0030】モデリング信号発生器64は任意の数の技
術を用いてモデリング信号v(n)を発生することがで
きる。モデリング信号発生器64は白色ノイズ信号、不
規則信号、チャープ信号、または環境または経路を励振
するためのモデリング信号としての役割を果たし得る、
事実上いかなる種類の信号でもよい。しかし、モデリン
グ信号発生器64は一般に不規則またはチャープ信号を
発生するために利用できる2つの基本的技術のうちの一
方を用いる。第1の技術は記憶されたサンプルの集合を
利用した参照用テーブ方式を利用するものである。第2
の技術は信号発生アルゴリズムを利用する。双方の技術
とも限定された期間後に自己反復する手順を得るので、
常に真に不規則であるわけではない。
【0031】フィードバック経路をモデリングし、かつ
ろ波係数、すなわちタップのセッティングをフィードバ
ック中和フィルタ70に周期的に供給するためにフィー
ドバック経路モデリング適応フィルタ60と適応アルゴ
リズム62とが用いられる。フィードバック経路は再
び、制御およびモデリング回路18から受信器20、通
気穴24およびマイクロフォン12を経るプラント環境
として定義される。フィードバック経路モデリング適応
フィルタ60は固定数のサンプル周期毎にフィードバッ
ク中和フィルタ70にフィルタ・タップのセッティング
を送る。固定数のサンプル周期はプログラム可能値でも
よく、またシステム全体の許容できる性能を得るために
全てのサンプル周期毎に、または好適には全ての固定数
のサンプル周期毎に発生してもよい。例えば、固定数の
サンプル周期は20のサンプル周期毎に発生してもよ
い。サンプル周期はサンプル抜取り率と逆比例し、これ
は抜取り率が当該の最高周波数の2倍以上であるか、そ
れに等しくなければならないナイキスト基準を満たすに
充分高くなければならない。
【0032】フィードバック経路モデリング適応フィル
タ60と、対応する適応アルゴリズム62とはモデリン
グ信号v(n)を受信する。適応アルゴリズム62は更
に修正モデリング信号V’(n)とフィードバック経路
モデリング適応フィルタ60の出力信号との差に等しい
入力として加算接合部58の出力信号を受信する。適応
アルゴリズム62の機能はフィードバック経路モデリン
グ適応フィルタ60のタップ、すなわち係数を調整し
て、加算接合部58によって供給される出力信号の平均
二乗値を最小限にすることである。加算接合部58の出
力信号は最小限にされるべきフィードバック経路モデリ
ング誤差信号のような誤差信号であると考えてよい。従
って、フィルタ係数、すなわちタップは、誤差信号がサ
ンプル毎のベースで漸次最小限になるように更新され
る。
【0033】フィードバック経路モデリング適応フィル
タ60と適応アルゴリズム62とは実質上どのようなデ
ィジタル適応フィルタを使用して実施してもよい。例え
ば、限定パルス応答(“FIR”)フィルタ、またはト
ランスバーサルフィルタ、無限パルス応答(“II
R”)フィルタ、格子フィルタ、サブバンド・フィル
タ、または適応ろ波を行うことができる実質的にどのよ
うな他のディジタル・フィルタを用いて実施してもよ
い。フィードバック経路モデリング適応フィルタ60は
安定性と性能を高めるためにFIRフィルタを使用する
ことが好適である。適応アルゴリズム62で用いられる
適応アルゴリズムは、例えば最小二乗平均(LMS)ア
ルゴリズム、正規化されたLMSアルゴリズム、相関L
MSアルゴリズム、漏洩LMSアルゴリズム、部分更新
LSMアルゴリズム、可変ステップ・サイズLMSアル
ゴリズム、符号付きLSMアルゴリズム、または複合L
SMアルゴリズムのような任意の公知の、または利用で
きる適応アルゴリズムを含んでいてもよい。適応アルゴ
リズム62はフィードバック経路モデリング適応フィル
タ60の実施態様に応じて再帰的、または非再帰的アル
ゴリズムを用いてもよい。例えば、フィードバック経路
モデリング適応フィルタ60をIIRフィルタとして実
施する場合は、適応アルゴリズム62には再帰的LSM
アルゴリズムを用いてもよい。主要な適応アルゴリズム
の優れた概観がセン M.クオ、デニスR.モーガン著
「能動的ノイズ制御システム:アルゴリズムとDSPの
実施」(1996年)に記載されている。
【0034】フィードバック中和フィルタ70は非適応
ディジタルフィルタであり、フィードバック経路モデリ
ング適応フィルタ60からタップ、すなわち係数のセッ
ティングを受理する。前述したように、これらの係数は
サンプル周期毎に、または好適には選択された間隔で、
フィードバック経路モデリング適応フィルタ60からフ
ィードバック中和フィルタ70へと複写してもよい。フ
ィードバック中和フィルタ70はタップ、すなわち係数
情報を受理し、それに応答してその入力信号、すなわち
生成出力信号s(n)を処理する。フィードバック中和
フィルタ70はこの信号をろ波して、フィードバック経
路を経て送られるフィードバック信号の出力音響信号フ
ィードバック成分とほぼ等しい出力信号を発生する。次
にフィードバック中和フィルタ70の出力信号は加算接
合部52に送られ、そこでフィードバック信号の出力音
響信号フィードバック成分がディジタル入力信号x
(n)から除去され、または減じられる。
【0035】動作時には、制御およびモデリング回路1
8はインターフェース回路26を含むマイクロフォン1
2からディジタル入力信号x(n)を受信する。ディジ
タル入力信号x(n)は入力音響信号x(t)と同様
に、音響信号成分とフィードバック信号成分とを含むも
のと考えてよい。この場合も、フィードバック信号成分
は少なくとも2つの成分、すなわち修正モデリング信号
成分と、出力音響信号フィードバック成分とを含んでい
る。ディジタル入力信号x(n)は加算接合部52を通
過し、そこでフィードバック中和フィルタ70を用いて
フィードバック信号成分の出力音響信号フィードバック
成分が除去され、フィードバック中和された入力信号
x’(n)が発生される。フィードバック中和された入
力信号x’(n)は信号判別回路54と加算接合部56
とに送られる。
【0036】信号判別回路54はそれに応答して修正モ
デリング信号v’(n)を発生する。修正モデリング信
号v’(n)も入力として加算接合部56に送られる。
加算接合部56はフィードバック中和された入力信号
x’(n)の修正モデリング信号成分を除去し、処理さ
れた入力信号r(n)を発生するために、フィードバッ
ク中和入力信号x’(n)から修正モデリング信号v’
(n)を減ずる。
【0037】あるいは、加算接合部56を備えずに、フ
ィードバック中和入力信号x’(n)が直接増幅および
整形フィルタ66に送られるようにしてもよい。このよ
うな場合は、フィードバック中和入力信号x’(n)
は、処理済み入力信号r(n)が修正モデリング信号成
分を含んでいることを除いて、処理済み入力信号r
(n)としての機能を果たす。
【0038】加算接合部56を備えたものと想定する
と、処理済みの入力信号r(n)が増幅および整形フィ
ルタ66で受信され、そこで信号が所望のとおりに増幅
され、ろ波される。処理済みの入力信号r(n)はユー
ザがセットできる音量制御器16を介して調整してもよ
い。前述したように、増幅および整形フィルタ66によ
って行われるろ波は固定式、事前プログラム式、または
プログラム可能なろ波のいずれでもよいので、ディジタ
ル式補聴器10のユーザは必要に応じて増幅された適宜
の周波数スペクトルを有することができる。通常は、ユ
ーザは聴力の損失、または聴力障害の程度を判定する聴
力テストを受ける。聴力テストの結果を用いて、どの周
波数スペクトルをどの程度増幅するべきかを決定するこ
とができる。この情報は増幅および整形フィルタ66の
ろ波回路内にプログラムしてもよく、または固定しても
よい。増幅および整形フィルタ66はその出力信号とし
て、生成出力信号s(n)を供給する。次に、生成出力
信号s(n)は加算接合部68に送られる。
【0039】一方、モデリング信号発生器64はモデリ
ング信号v(n)を加算接合部68と、フィードバック
経路モデリング適応フィルタ60と、適応アルゴリズム
62とに送る。モデリング信号v(n)は加算接合部6
8で生成出力信号s(n)と結合されてディジタル出力
信号y(n)が発生される。
【0040】フィードバック経路モデリング適応フィル
タ60および適応アルゴリズム62はモデリング信号v
(n)を受信し、共働してフィードバック経路をモデリ
ングする。この動作を行う際に、フィードバック中和フ
ィルタ70の適宜のタップ、すなわち係数は適応アルゴ
リズム62によって計算され、選択された間隔でフィー
ドバック中和フィルタ70に送られる。前述したよう
に、これらはサンプル周期毎に、または選択された間隔
で送られてもよい。次に、フィードバック中和フィルタ
70の出力が加算接合部52に送られ、そこでフィード
バック信号の出力音響フィードバック成分がディジタル
入力信号x(n)から除去される。
【0041】このように、制御およびモデリング回路1
8は、所望どおりにディジタル出力信号y(n)が得ら
れるようにディジタル式補聴器10を制御する。制御お
よびモデリング回路はスケジューリング経路の存在に起
因する何らかの悪影響を除去するためにフィードバック
経路モデリングおよび中和回路を備えている。その結
果、ディジタル式補聴器10の全体的な性能が高められ
る。
【0042】図3はデコレレーション遅延装置102、
適応判別フィルタ104、適応アルゴリズム106、お
よび加算回路100を含む信号判別回路54の構成図で
ある。信号判別回路54はフィードバック中和入力信号
x’(n)を受信し、それに応答して修正信号v’
(n)を発生する。
【0043】デコレレーション遅延装置102と加算接
合部100とが加算接合部52からのフィードバック中
和された入力信号x’(n)を受信する。デコレレーシ
ョン遅延装置102は選択された数のサンプリング周期
でフィードバック中和された入力信号x’(n)を遅延
させるディジタル遅延回路である。好適には、デコレレ
ーション装置102はフィードバック回路を経てもたら
される遅延に等しいか、それよりも長い遅延をもたら
す。例えば、フィードバック経路を経てもたらされる遅
延は、フィードバック信号が受信器20、通気穴24お
よびマイクロフン12を経て制御およびモデリング回路
18の出力から伝搬されるのに要する時間でよい。デコ
レレーション遅延装置102の遅延は好適にはフィード
バック経路の遅延に等しいか、それよりも長く設定され
るが、1つのサンプル周期のような短い遅延時間でも性
能は高まる。
【0044】適応判別フィルタ104と適応アルゴリズ
ム106は双方ともデコレレーション遅延装置102か
らの出力信号を受信する。適応アルゴリズム106は更
に入力信号として修正モデリング信号v’(n)を受信
し、これを誤差信号として利用する。適応アルゴリズム
106は修正モデリング信号v’(n)を最小限にする
適応判別フィルタ104用のタップ、すなわち係数を計
算する。これに応答して、適応判別フィルタ104がデ
コレレーション遅延装置102の出力を受理し、予測ノ
イズ信号u(n)を発生する。この信号は理想的には、
ディジタル入力信号x(n)とフィードバック中和入力
信号x’(n)の音響信号成分と等価である。このよう
に、修正モデシリングフィードバック成分が除去され、
予測ノイズ信号u(n)が加算接合部100に送られ、
そこでフィードバック中和入力信号x’(n)から減じ
られて、残りの修正モデリング信号成分を残してフィー
ドバック中和入力信号x’(n)を除去することによっ
て、修正モデリング信号v’(n)が発生される。
【0045】適応アルゴリズム106は適応アルゴリズ
ム62に関連して前述したような、多様な公知の、入手
できる適応アルゴリズムのどれを使用して実施してもよ
い。適応判別フィルタ104はFIR、またはIIRフ
ィルタのような任意の種類のディジタル・フィルタでよ
い。デコレレーション遅延装置102はコンピュータ・
メモリまたはレジスタを使用して実施してもよいので、
狭帯域成分を相関された状態のままに留めつつ、フィー
ドバック中和入力信号x’(n)の修正モデリング信号
成分をデコレレート(相関解除)するためにフィードバ
ック中和入力信号x’(n)を送ることもできる。遅延
の結果、適応判別フィルタ104は相関された状態に留
まっている信号成分を予測、または発生することができ
るだけとなる。
【0046】このように、本発明に従って、補聴器の全
体的な動作でフィードバック経路の悪影響を除去、また
は軽減し、かつ前述の利点を達成するディジタル式補聴
器と、フィードバック経路モデリング方法を開示してき
た。好適な実施例を詳細に説明してきたが、本発明の範
囲から離れることなく多様な変化形、代案、および変更
が可能であることが理解されよう。好適な実施例で個別
の、または別個の回路または機能ブロックとして説明し
てきた回路および機能ブロックは、本発明の範囲を離れ
ることなく1個のものとして複合してもよく、または別
個の回路または機能ブロックに分離してもよい。更に、
ここに図示した直接接続を専門家が変更して、2つの回
路または機能ブロックを直接接続するのではなく、中間
回路または機能ブロックを経て単に互いに結合するよう
にしても本発明による所望の結果を達成できる。更に、
ここに説明した特定の信号を専門家が変更して、中間ス
テップの間に信号が管に処理され、またはその他の信号
と加算されるようにしても、本発明による所望の結果を
達成できよう。例えば、フィードバック中和入力信号
x’(n)を、修正モデリング信号v’(n)を減算
し、または減算せずに、増幅およびサンプリング・フィ
ルタ66に送ってもよい。その他の変化形、代案および
変更例は専門家には容易に確認でき、特許請求の範囲に
よって規定される本発明の趣旨と範囲を離れることなく
可能である。
【0047】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1)ディジタル式補聴器において、入力された音響信
号を受信し、かつそれに応答してディジタル入力信号を
発生するように動作するマイクロフォンと、ディジタル
入力信号をろ波し、かつ増幅するとともに、フィードバ
ックの中和およびフィードバック経路のモデリングを行
って、ディジタル出力信号を発生するように動作する制
御およびモデリング回路と、ディジタル出力信号を受信
し、かつそれに応答して出力音響信号を発生する受信
器、とを備えてなることを特徴とするディジタル式補聴
器。 (2)制御およびモデリング回路が、ディジタル入力信
号から出力音響信号フィードバック成分を減じて、フィ
ードバック中和入力信号を発生するように動作する第1
加算接合部と、フィードバック中和入力信号をろ波およ
び増幅し、それに応答して生成出力信号を発生するよう
に動作する増幅および整形フィルタと、モデリング信号
を発生するように動作するモデリング信号発生器と、生
成出力信号をモデリング信号と結合して、ディジタル出
力信号を発生するように動作する第2加算接合部と、を
含むことを特徴とする第1項記載のディジタル式補聴
器。 (3)制御およびモデリング回路が更に、モデリング信
号およびモデリング誤差信号を受信し、かつモデリング
信号をろ波して出力信号を発生するように動作する信号
経路モデリング適応フィルタと、フィードバック中和入
力信号を受信して、修正モデリング信号を発生するよう
に動作する信号判別回路と、修正モデリング信号から出
力信号を減算して、フィードバック経路モデリング適応
フィルタが利用する適応アルゴリズムに送られるモデリ
ング誤差信号を発生するように動作する第3加算接合部
と、生成出力信号を受信し、かつ第1加算接合部に送ら
れる出力音響信号フィードバック成分を含む信号を発生
するように動作するフィードバック中和フィルタ、とを
含むとともに、フィードバック経路モデリング適応フィ
ルタが用いる適応アルゴリズムはフィードバック経路モ
デリング適応フィルタのフィルタ・タップを計算して、
モデリング誤差信号の二乗平均値を最小限にするように
動作可能であり、かつフィルタ・タップはフィードバッ
ク中和フィルタに送られ、出力音響信号フィードバック
成分を含む信号を発生するためにフィードバック中和フ
ィルタによって利用されることを特徴とする第2項記載
のディジタル式補聴器。 (4)制御およびモデリング回路が更に、フィードバッ
ク中和入力信号から修正モデリング信号を減算して、処
理済の入力信号を発生するように動作する第4加算接合
部を含むとともに、増幅および整形フィルタは処理済み
の入力信号を受信し、かつ処理済みの入力信号を増幅し
て、生成出力信号を発生するように動作することを特徴
とする第3項記載のディジタル式補聴器。 (5)マイクロフォンが入力音響信号をアナログ電気信
号に変換し、かつアナログ領域からのアナログ入力電気
信号をディジタル領域に変換してディジタル入力信号を
発生するように動作するインターフェース回路を含むこ
とを特徴とする第1項記載のディジタル式補聴器。
【0048】(6)受信器がディジタル出力信号をアナ
ログ出力信号に変換するように動作するインターフェー
ス回路を含むとともに、受信器がアナログ出力信号を出
力音響信号に変換することを特徴とする第1項記載のデ
ィジタル式補聴器。 (7)入力音響信号が音響信号成分とフィードバック信
号成分とを含むことを特徴とする第1項記載のディジタ
ル式補聴器。 (8)フィードバック信号成分が出力音響信号フィード
バック成分と修正モデリング信号成分とを含むことを特
徴とする第7項記載のディジタル式補聴器。 (9)ディジタル出力信号が生成出力信号成分とモデリ
ング信号成分とを含むことを特徴とする第8項記載のデ
ィジタル式補聴器。 (10)ディジタル式補聴器に給電するように動作する
電源を更に備えたことを特徴とする第1項記載のディジ
タル式補聴器。 (11)制御およびモデリング回路によって行われる増
幅を制御するように動作可能な音量調整器を更に備えた
ことを特徴とする第1項記載のディジタル式補聴器。 (12)音量調整器がレオスタットを含むことを特徴と
する第1項記載のディジタル式補聴器。 (13)制御およびモデリング回路がフィードバック経
路モデリングを行うと同時に、ディジタル入力信号をろ
波および増幅して、ディジタル出力信号を発生すること
を特徴とする第1項記載のディジタル式補聴器。 (14)受信器と結合され、かつ出力音響信号を受信
し、出力音響信号をディジタル式補聴器のユーザに送る
ように動作する受信器管を更に備えたことを特徴とする
第1項記載のディジタル式補聴器。 (15)ディジタル入力信号をろ波および増幅すると同
時に、フィードバック中和とフィードバック経路のモデ
リングを行って、ディジタル出力信号を発生する制御お
よびモデリング回路において、ディジタル入力信号から
出力音響信号フィードバック成分を減じて、フィードバ
ック中和入力信号を発生するように動作する第1加算接
合部と、フィードバック中和入力信号をろ波および増幅
し、それに応答して生成出力信号を発生するように動作
する増幅および整形フィルタと、モデリング信号を発生
するように動作するモデリング信号発生器と、生成出力
信号をモデリング信号と結合して、ディジタル出力信号
を発生するように動作する第2加算接合部と、を含むこ
とを特徴とする制御およびモデリング回路。
【0049】(16)制御およびモデリング回路が更
に、モデリング信号およびモデリング誤差信号を受信
し、かつモデリング信号をろ波して出力信号を発生する
ように動作する信号経路モデリング適応フィルタと、フ
ィードバック中和入力信号を受信して、修正モデリング
信号を発生するように動作する信号判別回路と、修正モ
デリング信号から出力信号を減算して、フィードバック
経路モデリング適応フィルタが利用する適応アルゴリズ
ムに送られるモデリング誤差信号を発生するように動作
する第3加算接合部と、生成出力信号を受信し、かつ第
1加算接合部に送られる出力音響信号フィードバック成
分を含む信号を発生するように動作するフィードバック
中和フィルタ、とを含むとともに、フィードバック経路
モデリング適応フィルタが用いる適応アルゴリズムはフ
ィードバック経路モデリング適応フィルタのフィルタ・
タップを計算して、モデリング誤差信号の二乗平均値を
最小限にするように動作可能であり、かつフィルタ・タ
ップはフィードバック中和フィルタに送られ、出力音響
信号フィードバック成分を含む信号を発生するためにフ
ィードバック中和フィルタによって利用されることを特
徴とする第15項記載の制御およびモデリング回路。 (17)制御およびモデリング回路が更に、フィードバ
ック中和入力信号から修正モデリング信号を減算して、
処理済の入力信号を発生するように動作する第4加算接
合部を含むとともに、増幅および整形フィルタは処理済
みの入力信号を受信し、かつ処理済みの入力信号を増幅
して、生成出力信号を発生するように動作することを特
徴とする第16項記載の制御およびモデリング回路。 (18)信号判別回路が、フィードバック中和入力信号
を遅延させ、かつ遅延されたフィードバック中和入力信
号を供給するように動作するデコレレーション遅延装置
と、遅延したフィードバック中和入力信号と修正モデリ
ング信号とを受信し、かつ遅延したフィードバック中和
入力信号をろ波して予測ノイズ信号を発生するように動
作する適応判別フィルタと、フィードバック中和入力信
号から予測ノイズ信号を減算して、修正モデリング信号
を発生するように動作する第4加算接合部、とを含むこ
とを特徴とする第16項記載の制御およびモデリング回
路。
【0050】(19)デコレレーション遅延装置の遅延
がプログラム可能な遅延であることを特徴とする第18
項記載の制御およびモデリング回路。 (20)デコレレーション遅延装置の遅延がモデリング
されるフィードバック経路の遅延に等しいか、それより
も長いことを特徴とする第18項記載の制御およびモデ
リング回路。 (21)フィードバック経路モデリング適応フィルタが
用いる適応アルゴリズムが最小二乗平均適応アルゴリズ
ムを用いることを特徴とする第16項記載の制御および
モデリング回路。 (22)増幅および整形フィルタがフィードバック中和
入力信号の選択された周波数スペクトルを増幅するよう
に動作可能であることを特徴とする第15項記載の制御
およびモデリング回路。 (23)制御およびモデリング回路が継続的にフィード
バック経路のモデリングを行うことを特徴とする第15
項記載の制御およびモデリング回路。 (24)ディジタル式補聴器のフィードバック経路をモ
デリングする方法において、ディジタル入力信号を受信
するステップ、モデリング信号を発生するステップ、モ
デリング信号と修正モデリング信号とを用いてフィード
バック中和フィルタ内で使用するためのフィルタ・タッ
プを生成するステップ、フィードバック中和フィルタと
ディジタル入力信号とを用いてフィードバック中和され
た入力信号を発生するステップ、フィードバック中和さ
れた入力信号を用いて修正モデリング信号を発生するス
テップ、フィードバック中和された入力信号をろ波し、
かつ増幅することによって生成出力信号を発生するステ
ップ、生成出力信号とモデリング信号とを用いてディジ
タル出力信号を発生するステップ、とからなることを特
徴とする前記方法。 (25)修正モデリング信号を発生するステップが、フ
ィードバック経路の遅延に等しいか、それよりも長いデ
ィジタル遅延を利用することを含むことを特徴とする第
24項記載の方法。 (26)フィードバック中和フィルタは生成されたフィ
ルタ・タップを用いて生成出力信号をろ波して、ディジ
タル入力信号から減算されて、フィードバック中和入力
信号が発生される出力音響信号フィードバック成分を発
生することを特徴とする第24項記載の方法。 (27)ディジタル入力信号が音響信号成分とフィード
バック信号成分とを含むとともに、フィードバック信号
成分が修正モデリング信号成分と出力音響信号フィード
バック成分とを含むことを特徴とする第24項記載の方
法。
【0051】(28)マイクロフォン12と、制御およ
びモデリング回路18と、受信器20とを含むディジタ
ル式補聴器10を提供する。マイクロフォン12は入力
音響信号x(t)を受信し、これに応答してディジタル
入力信号x(n)を発生する。制御およびモデリング回
路18はディジタル入力信号x(n)をろ波し、かつ増
幅し、かつフィードバック中和およびフィードバック経
路のモデリングを行ってディジタル出力信号y(n)を
発生する。受信器20はディジタル出力信号y(n)を
受信し、それに応答して出力音響信号y(t)を発生す
る。 関連出願との関係の記載 本出願は下記の係属中の米国暫定出願に関連するもので
ある。シリアルナンバー60/003,458「オンラ
イン・フィードバック経路のモデリングおよびオンライ
ン二次経路のモデリングのための能動的ノイズ制御シス
テムと方法(TIドケットナンバーTI−1858
9)」、シリアルナンバー60/033,104「オフ
ライン・フィードバック経路モデリングのためのオフラ
イン・フィードバック経路モデリング回路および方法
(TIドケットナンバーTI−24756)」、シリア
ルナンバー60/033106、「オンライン・フィー
ドバック経路モデリング」(TIドケットナンバーTI
−18587)およびシリアルナンバー60/033,
107「オフライン・フィードバック経路のモデリング
およびオフライン二次経路のモデリングのためのオフラ
イン経路モデリング回路と方法(ドケットナンバーTI
−24757)」上記は全て1996年12月17日に
同時に出願された。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の教示に基づくディジタル式補聴器を示
した構成図である。
【図2】ディジタル式補聴器の制御およびモデリング回
路を示した構成図である。
【図3】本発明の教示に基づくディジタル式補聴器の信
号判別回路を示した構成図である。
【符号の説明】
10 ディジタル式補聴器 12 マイクロフォン 14 バッテリ 16 音量調整器 18 制御およびモデリング回路 20 受信器 22 受信器管 24 通気穴 26 インターフェース回路 28 インターフェース回路 52 加算接合部 54 信号判別回路 56 加算接合部 58 加算接合部 60 フィードバック経路モデリング適応フィルタ 62 適応アルゴリズム 64 モデリング信号発生器 66 増幅および整形フィルタ 68 加算接合部 70 フィードバック中和フィルタ 100 加算接合部 102 デコレレーション遅延装置 104 適応判別フィルタ 106 適応アルゴリズム

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ディジタル式補聴器であって、 入力音響信号を受け、それに応答してディジタル入力信
    号を発生するように動作するマイクロフォンと、 ディジタル入力信号をろ波および増幅するとともに、フ
    ィードバックの中和およびフィードバック経路のモデリ
    ングを行って、ディジタル出力信号を発生するように動
    作する制御およびモデリング回路と、 ディジタル出力信号を受け、それに応答して出力音響信
    号を発生するレシーバと、を備えてなることを特徴とす
    るディジタル式補聴器。
  2. 【請求項2】 ディジタル式補聴器のフィードバック経
    路をモデリングする方法であって、 ディジタル入力信号を受けるステップと、 モデリング信号を発生するステップと、 モデリング信号と修正モデリング信号とを用いてフィー
    ドバック中和フィルタで使用するためのフィルタ・タッ
    プを生成するステップと、 フィードバック中和フィルタとディジタル入力信号とを
    用いてフィードバック中和された入力信号を発生するス
    テップと、 フィードバック中和された入力信号を用いて修正モデリ
    ング信号を発生するステップと、 フィードバック中和された入力信号をろ波および増幅す
    ることによって生成出力信号を発生するステップと、 生成出力信号とモデリング信号とを用いてディジタル出
    力信号を発生するステップと、を含むことを特徴とする
    前記方法。
JP9348215A 1996-12-17 1997-12-17 ディジタル式補聴器およびフィードバック経路のモデリング方法 Pending JPH10191497A (ja)

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