JP5246700B2

JP5246700B2 - 補聴システム

Info

Publication number: JP5246700B2
Application number: JP2009011748A
Authority: JP
Inventors: 洋一藤坂
Original assignee: Rion Co Ltd
Current assignee: Rion Co Ltd
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2029-01-22
Also published as: JP2010171688A

Description

本発明は、補聴器を両耳に装用する補聴システムであって、音声は強調され雑音は抑制される補聴システムに関する。

両耳に装用した補聴器のマイクロホンの出力信号に含まれる雑音を抑制する技術としては、各マイクロホンの出力信号の平均自乗誤差が最小となるようにフィルタ係数を設定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、両耳に装用した聴音装置のマイクロホンが受信した音信号を強調する技術としては、各マイクロホンで受信した音信号を音声と騒音に分離し、音声信号をＷａｖｅｌｅｔ変換して分析したデータを互いに送受信し、互いの分析データから音声の方向を推定し、この方向の音信号を強調する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−３１２７５４号公報特開２００７−３３６４６０号公報

しかし、特許文献１に記載の技術においては、一方向の雑音しか抑制することができないという問題がある。また、特許文献２に記載の技術においては、ノイズ除去の処理をして音声信号のＳＮ比を向上させた後でなければ音源方向の推定ができないので、処理が重たくなるという問題がある。

本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の方向から監視する音声と雑音に対し、音声は強調され、雑音は抑制される補聴システムを提供しようとするものである。

上記課題を解決すべく請求項１に係る発明は、マイクロホンの出力信号を補聴処理し、補聴処理された信号をイヤホンにより音圧に変換して出力する補聴器を両耳に装用する補聴システムにおいて、各補聴器の前記マイクロホンの出力信号から頭部伝達関数の逆特性を用いて予め設定しておいた各方向より到来する音を推定し、この推定した各方向の音のエンベロープの低周波数成分の変調度合の左右の差が所定の値より小さい音を強調する処理手段を設けたものである。

請求項２に係る発明は、マイクロホンの出力信号を補聴処理部で補聴処理し、補聴処理された信号をイヤホンにより音圧に変換して出力する補聴器を両耳に装用すると共に、これらの補聴器に相互にデータ通信を行うための送受信部を備える補聴システムであって、各補聴器にはマイクロホンの出力信号に予め設定しておいた音の監視方向の頭部伝達関数の逆特性を畳み込んで各監視方向の信号成分を推定する各信号成分抽出処理部と、この各信号成分抽出処理部が算出した各方向の信号成分に頭部伝達関数を畳み込む頭部伝達関数処理部と、前記各信号成分抽出処理部が算出した各方向の信号成分のエンベロープを算出するエンベロープ算出部と、このエンベロープ算出部が算出した各方向の信号成分のエンベロープについて設定されたカットオフ周波数で高周波数成分を除去するローパスフィルタ部と、このローパスフィルタ部が出力した各方向の信号成分の変調度合を算出する変調度合算出部を設け、一方の補聴器には、前記変調度合算出部から出力された変調度合と前記送受信部を介して他方の補聴器の前記変調度合算出部から出力された変調度合を入力して各同一方向の変調度合の差分を算出し、この差分と所定値を比較して音声の到来方向を推定する音声到来方向推定部と、前記頭部伝達関数処理部で求めた各方向の信号成分と、前記マイクロホンの出力信号と、前記音声到来方向推定部で求めた到来方向を入力し、各方向の信号成分が音声の到来方向であるか否かに応じて合成し前記補聴処理部へ出力する合成部を設け、他方の補聴器には、前記頭部伝達関数処理部で求めた各方向の信号成分と、前記マイクロホンの出力信号と、前記送受信部を介して前記音声到来方向推定部で求めた音声の到来方向を入力し、各方向の信号成分が音声の到来方向であるか否かに応じて合成し前記補聴処理部へ出力する合成部を設けたものである。

本発明によれば、マイクロホンの出力信号を頭部伝達関数の逆特性で各方向成分に分けることで、音声成分のＳＮ比を向上させることができる。複数の方向から音声が到達しても、音声が到来する複数方向に対して音声を強調することができる。複数の方向から雑音が到達しても、雑音が到来する複数方向に対して雑音を抑制することができる。分別した方向の信号をマイクロホンの出力信号に合成するため、周囲の音が消されないので、安全に装用できる。両耳に補聴器を装用するので、各々のマイクロホンの出力信号を頭部伝達関数の逆特性で各方向成分に分けることにより、頭部伝達関数の誤差による影響が抑えられる。

また、耳かけ型補聴器の場合のように耳介の後側のマイクロホンで採取した音でも、頭部伝達関数でマイクロホンの位置を補正すれば、鼓膜近傍の音に補正してイヤホンから出力できるので、装用者にとって、より自然な音として聴取することができるようになる。

本発明に係る補聴システムのブロック図

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。ここで、図１は本発明に係る補聴システムのブロック図である。

本発明は、補聴器のマイクロホンの出力信号から頭部伝達関数（ＨＲＴＦ：Head-Related Transfer Function）を用いて予め設定しておいた各方向より到来する音を推定し、これらの音が音声である場合には強調し、雑音である場合には抑制するものである。頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）とは、音源から鼓膜までの音響伝達関数で、音が音源から鼓膜に到るまでの頭部や耳介による周波数特性を相対音圧レベル（ｄＢ）で示したものである。

例えば、方位角（例えば正面方向を基準）の場合で、水平面上４５度間隔の８方向から到来する音圧に本発明を適用した場合について説明する。補聴器のマイクロホンに到達した音圧に対し、８方向の頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）の逆特性を畳み込み、各方向（８方向）の信号成分を推定する。即ち、予め設定した８方向について、到来すると仮想した音源の音圧を推定することができる。方向毎に推定した音圧は、点音源である音声に対して必然的にＳＮ比が向上する。

８方向の推定音圧のうち、例えば音声成分の割合が大きいものを選択して増幅し、もとのマイクロホンの出力信号に加算すれば、設定方向のうち音声成分が到来する複数の方向に高い増幅率を持つことができる。つまり、複数方向の音声信号に対して強調することができる。

また、８方向の推定音圧のうち、例えば音声成分の割合が低いものを選択し、もとのマイクロホンの出力信号から減算すれば、設定方向のうち音声が到来しない方向の信号成分を抑制することができる。音声の強調とノイズの抑制のどちらか一方でもよいし、両方を機能させてもよい。

本発明に係る補聴システムは、図１に示すように、右耳に装用する右側補聴器２と左耳に装用する左側補聴器３からなる。右側補聴器２は、マイクロホン５、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）６、通信用ＩＣ（Integrated Circuit）７、イヤホン８などからなる。ＤＳＰ６は、設定部１０、各方向信号成分抽出処理部１１、エンベロープ算出部１２、ローパスフィルタ部１３、変調度合算出部１４、音声到来方向判定部１５、ＨＲＴＦ処理部１６、合成部１７、補聴処理部１８などを備えている。通信用ＩＣ７は、送信部１９と受信部２０からなる。右側補聴器２には、設定部１０に記憶された複数の設定の選択を切り替える切替スイッチ２１を備える。

また、左側補聴器３は、マイクロホン２５、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）２６、通信用ＩＣ（Integrated Circuit）２７、イヤホン２８などからなる。ＤＳＰ２６は、各方向信号成分抽出処理部３１、エンベロープ算出部３２、ローパスフィルタ部３３、変調度合算出部３４、ＨＲＴＦ処理部３６、合成部３７、補聴処理部３８などを備えている。通信用ＩＣ２７は、送信部２９と受信部３０からなる。

切替スイッチ２１と設定部１０は、右側補聴器２または左側補聴器３の何れかに設ければよい。また、右耳に装用する右側補聴器２と左耳に装用する左側補聴器３との間のデータ通信の方法としては、電線、電波や生体間などでよく、特に限定されない。電線の場合は、通信用ＩＣ７，２７を設けなくてもよい。

設定部１０には、右側マイクロホン５と左側マイクロホン２５に対し、音の監視方向の組合せを同じに設定する。また、設定部１０には、音の監視方向の組合せが複数記憶されている。音の監視方向の組合せとは、例えば上述の水平面上４５度間隔の８方向、水平面上前方側１８０度に対して３０度間隔の７方向、ｘｙｚ空間で各軸とｙ＝±ｘ，ｚ＝±ｘ，ｚ＝±ｙ上の正方向および逆方向の１８方向、任意に決めた複数の方向などである。なお、細かく多くの方向を設定しておけば、音声の監視方向の推定精度は上がるが、処理が重くなる。

右側マイクロホン５と左側マイクロホン２５では、頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）および頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）の逆特性が異なるので、設定部１０には、左右の補聴器の音の監視方向の組合せを構成する各方向に対応する頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）およびその逆特性が記憶されている。更に、設定部１０には、ローパスフィルタ用カットオフ周波数、音声到来方向判定用閾値及び最大選択個数が記憶されている。

切替スイッチ２１を操作することで、複数の音の監視方向の組合せから１つの音の監視方向の組合せを選択することができる。
ここでは、右側マイクロホン５と左側マイクロホン２５が、共に装用者の正面方向を基準に水平方向４５度間隔の８方向の同一方向の組合せを選択した場合について説明をする。

切替スイッチ２１の操作により音の監視方向の組合せが選択されると、設定部１０に記憶されている頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）がＨＲＴＦ処理部１６に設定され、同じく設定部１０に記憶されている頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）の逆特性が各方向信号成分抽出処理部１１に設定され、同じく設定部１０に記憶されているローパスフィルタ用カットオフ周波数がローパスフィルタ部１３に設定され、同じく設定部１０に記憶されている音声到来方向判定用閾値と最大選択個数が音声到来方向判定部１５に設定される。

また、左側補聴器３に関する設定情報は、通信用ＩＣ７，２７を介して左側補聴器３に送られる。そして、設定部１０に記憶されている頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）がＨＲＴＦ処理部３６に設定され、同じく設定部１０に記憶されている頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）の逆特性が各方向信号成分抽出処理部３１に設定され、同じく設定部１０に記憶されているローパスフィルタ用カットオフ周波数がローパスフィルタ部３３に設定される。

右側マイクロホン５の出力信号が各方向信号成分抽出処理部１１に入力されると、各方向信号成分抽出処理部１１では、右側マイクロホン５の出力信号に８方向の頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）の逆特性を畳み込み、８方向の信号成分を算出し、８方向の信号成分をエンベロープ算出部１２とＨＲＴＦ処理部１６へ出力する。
ＨＲＴＦ処理部１６では、各方向信号成分抽出処理部１１が出力した各方向の信号成分に頭部伝達関数を畳み込み、その演算結果を合成部１７へ出力する。

エンベロープ算出部１２では、各方向信号成分抽出処理部１１が出力した信号成分のエンベロープを算出し、ローパスフィルタ部１３へ出力する。ローパスフィルタ部１３では、エンベロープ算出部１２が出力した信号成分のエンベロープについて設定されたカットオフ周波数（例えば、４Ｈｚ）で高周波数成分を除去し、変調度合算出部１４へ出力する。変調度合算出部１４では、ローパスフィルタ部１３が出力した信号成分の変調度合を算出し、音声到来方向判定部１５へ出力する。

また、左側マイクロホン２５の出力信号が各方向信号成分抽出処理部３１に入力されると、各方向信号成分抽出処理部３１では、左側マイクロホン２５の出力信号に８方向の頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）の逆特性を畳み込み、８方向の信号成分を算出し、８方向の信号成分をエンベロープ算出部３２とＨＲＴＦ処理部３６へ出力する。ＨＲＴＦ処理部３６では、各方向信号成分抽出処理部３１が出力した各方向の信号成分に頭部伝達関数を畳み込み、その演算結果を合成部３７へ出力する。

エンベロープ算出部３２では、各方向信号成分抽出処理部３１が出力した信号成分のエンベロープを算出し、ローパスフィルタ部３３へ出力する。ローパスフィルタ部３３では、エンベロープ算出部３２が出力した信号成分のエンベロープについて設定されたカットオフ周波数（例えば、４Ｈｚ）で高周波数成分を除去し、変調度合判定部３４へ出力する。変調度合算出部３４では、ローパスフィルタ部３３が出力した信号成分の変調度合を算出し、通信用ＩＣ２７を介して右側補聴器２の音声到来方向判定部１５へ出力する。

音声到来方向判定部１５では、変調度合算出部１４，３４が出力した左右の変調度合について同方向の変調度合の差分を算出し、その差分値が設定された音声到来方向判定用閾値より小さい方向の差分値について小さいほうから設定された最大選択個数だけ選択し、その差分値の方向を合成部１７へ出力する。この方向が推定された音声の到来方向である。左側補聴器３には、音声到来方向判定部１５から通信用ＩＣ７，２７を介して合成部３７へ出力する。

合成部１７，３７では、ＨＲＴＦ処理部１６，３６が出力した信号に対して、音声強調する場合は音声到来方向判定部１５が出力した方向について所定の振幅調整処理をしてマイクロホン５，２５の出力信号に同期させて加算する。雑音抑制をする場合は、ＨＲＴＦ処理部１６，３６が出力した信号に対して、音声到来方向判定部１５が出力した方向以外について所定の増幅処理をしてマイクロホン５，２５の出力信号から同期させて減算する。音声強調とノイズ抑制は、両方してもいいし、どちらか一方でもよい。

補聴処理部１８，３８では、合成部１７，３７から出力された信号に対し、装用者の聞こえの具合に合わせて、周波数および音圧ごとの増幅処理、ハウリング抑制、出力制限などの信号処理をする。補聴処理部１８，３８には、装用者の聞こえの具合に合わせた信号処理をするためのパラメータが記憶されている。補聴処理部１８，３８で信号処理された信号は、イヤホン８，２８へ出力され、イヤホン８，２８で音圧に変換されて出力される。

設定部１０に記憶されている音の監視方向の組合せ、各方向の頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）、ＨＲＴＦ逆特性およびローパスフィルタ用カットオフ周波数、音声到来方向判定用閾値及び最大選択個数と、補聴処理部１８，３８に記憶されているパラメータは、パーソナルコンピュータを補聴器２，３に接続して書き換え可能にすることもできる。

また、装用者の聞こえの状態に合わせて両耳でのバランスをとる両耳バランス処理部（不図示）を設ければ、頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）での推定誤差によるアンバランス感を抑制することができる。

以上のように、本発明に係る補聴システムは、各補聴器２，３のマイクロホン５，２５の出力信号から頭部伝達関数（ＨＲＴＦ）を用いて予め設定しておいた各方向より到来する音を推定し、この推定した各方向の音が音声で且つ左右のマイクロホン５，２５の出力信号のエンベロープの低周波成分の変調度合の差が所定の値より小さい音を強調することにより、複数の方向から音声が到達しても、音声が到来する複数方向に対して音声を強調することができ、複数の方向から雑音が到達しても、雑音が到来する複数方向に対して雑音を抑制することができる。

本発明によれば、複数の方向から音声が到達しても、複数方向に対して音声を強調することができ、また複数の方向から雑音が到達しても、複数方向に対して雑音を抑制することができる補聴システムを提供することができる。

２…右側補聴器、３…左側補聴器、５，２５…マイクロホン、６，２６…ＤＳＰ（処理手段）、７，２７…通信用ＩＣ、８，２８…イヤホン、１０…設定部、１１，３１…各方向信号成分抽出処理部、１２，３２…エンベロープ算出部、１３，３３…ローパスフィルタ部、１４，３４…変調度合算出部、１５…音声到来方向判定部、１６，３６…ＨＲＴＦ処理部、１７，３７…合成部、１８，３８…補聴処理部、１９，２９…送信部、２０，３０…受信部、２１…切替スイッチ。

Claims

マイクロホンの出力信号を補聴処理し、補聴処理された信号をイヤホンにより音圧に変換して出力する補聴器を両耳に装用する補聴システムにおいて、各補聴器の前記マイクロホンの出力信号から頭部伝達関数の逆特性を用いて予め設定しておいた各方向より到来する音を推定し、この推定した各方向の音のエンベロープの低周波数成分の変調度合の左右の差が所定の値より小さい音を強調する処理手段を設けたことを特徴とする補聴システム。
マイクロホンの出力信号を補聴処理部で補聴処理し、補聴処理された信号をイヤホンにより音圧に変換して出力する補聴器を両耳に装用すると共に、これらの補聴器に相互にデータ通信を行うための送受信部を備える補聴システムであって、各補聴器にはマイクロホンの出力信号に予め設定しておいた音の監視方向の頭部伝達関数の逆特性を畳み込んで各監視方向の信号成分を推定する各信号成分抽出処理部と、この各信号成分抽出処理部が算出した各方向の信号成分に頭部伝達関数を畳み込む頭部伝達関数処理部と、前記各信号成分抽出処理部が算出した各方向の信号成分のエンベロープを算出するエンベロープ算出部と、このエンベロープ算出部が算出した各方向の信号成分のエンベロープについて設定されたカットオフ周波数で高周波数成分を除去するローパスフィルタ部と、このローパスフィルタ部が出力した各方向の信号成分の変調度合を算出する変調度合算出部を設け、一方の補聴器には、前記変調度合算出部から出力された変調度合と前記送受信部を介して他方の補聴器の前記変調度合算出部から出力された変調度合を入力して各同一方向の変調度合の差分を算出し、この差分と所定値を比較して音声の到来方向を推定する音声到来方向推定部と、前記頭部伝達関数処理部で求めた各方向の信号成分と、前記マイクロホンの出力信号と、前記音声到来方向推定部で求めた到来方向を入力し、各方向の信号成分が音声の到来方向であるか否かに応じて合成し前記補聴処理部へ出力する合成部を設け、他方の補聴器には、前記頭部伝達関数処理部で求めた各方向の信号成分と、前記マイクロホンの出力信号と、前記送受信部を介して前記音声到来方向推定部で求めた音声の到来方向を入力し、各方向の信号成分が音声の到来方向であるか否かに応じて合成し前記補聴処理部へ出力する合成部を設けたことを特徴とする補聴システム。