JP2004527177A - 指向性コントローラおよび補聴器を制御する方法 - Google Patents

Abstract

少なくとも１個の前方マイクロホン（１１）と１個の後方マイクロホン（１２）とを有する補聴器用の指向性コントローラは，制御パラメータにしたがって制御される，それぞれのマイクロホン信号を処理する遅延処理装置（１３，１４）と，前記制御パラメータを調節して，前記遅延処理装置からの出力信号を最小限にする手段（８ａ）とからなる。制御パラメータが調節されて，補聴器の機能モードは全指向性モードと１８０°の方向のまわりにおいて対称をなす１対の零位方向を有する指向性モードとの間において円滑に変化しうる。指向性制御装置は，多重チャネル形に実現されうる。この発明は，指向性コントローラと，補聴器の制御方法と，雑音抑圧システムとを提供する。

Description

【技術分野】
【０００１】
この発明は，一般的には，補聴器および補聴器の制御方法に関する。より具体的には，この発明は，少なくとも２個のマイクロホンにおける受音に基づく指向性機能を有する補聴器に関する。さらに具体的には，この発明は，雑音低減（ノイズリダクション）に関し，特に，補聴器の使用者が多数のマイクロホンを有するタイプの補聴器を通じて受ける雑音の低減に関する。この発明は，さらに特定すれば，音声入力システムの指向特性を制御するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
指向受音特性を有する補聴器は，たとえばカクテルパーティ騒音として頻繁に引用される騒音環境における場合のように，音声信号が様々な方向から同時に受けられうる騒々しい環境において，音声知覚を高めるのに有用である。たとえばカーディオイドまたはスーパーカーディオイド特性の形状を有する指向受音特性により，使用者の前方から補聴器において受けられる音声の受信は，使用者の後方から到来する音声の受信を低下させる一方で，使用者の前方の場所から到来する音声のレベルを維持することによって，高められうる。他方，低い雑音レベルしかないか，または有意な音声信号がない環境においては，補聴器の使用者は，一般に，音声がどの方向から到来するかに関係なく，同じ音声知覚が得られる全指向性または球状指向性の受音特性を好む。
【０００３】
ＷＯ０１／０１７３２−Ａ１は，全指向から指向特性に，およびその逆に変化しうる制御可能な指向特性を有する補聴器を提供している。この補聴器は，２個の離間配置されたマイクロホンと，上記マイクロホンの一方からの信号を遅延させる遅延装置を含む指向性制御装置とを有する。上記補聴器は，指向性モードと全指向性モードとの間を変更させることができる。前記遅延が調節されて，打消し効果の方向が制御される。
【０００４】
ＷＯ０１／０１７３１−Ａ１は，離間配置されたマイクロホンからなる補聴器の受音特性の指向性を制御する方法において，受音特性を，全指向特性と指向特性との間において変化させる方法を提供している。この補聴器においては，調節可能な時間または位相遅延が必要になりうる。指向特性は，遅延装置の遅延を調節して，後方マイクロホンと前方マイクロホンとの間の音響遅延を同じにすることによって，創出することができる。この遅延により，信号は，最初に後方マイクロホンにおいて受けられ，その後で前方マイクロホンにおいて受けられ，前方マイクロホンの出力信号から後方マイクロホンの遅延信号を減算する加算回路において抑制される。この補聴器は，実質的に信号の位相関係または時間遅延および振幅特性を変化させることなく，全指向特性と指向特性との間の円滑な切換えを実行することができる。
【０００５】
このような指向性制御は，補聴器の受音特性を変化させる可能性を使用者に提供し，使用者による所望の音源の知覚に対する雑音源の影響を減少させることができる。しかしながら，もしも補聴器自体が指向特性を制御することができることが有利である。
【発明の開示】
【０００６】
したがって，この発明の目的は，指向特性の自動制御を備えた補聴器を提供することにある。
【０００７】
この発明は，第１の形態において，請求項１にしたがった指向性コントローラを提供する。
【０００８】
この発明は，第２の形態において，請求項６にしたがう方法を提供する。
【０００９】
この発明は，第３の形態において，請求項１１にしたがう雑音低減システムを提供する。
【００１０】
この発明は,第４の形態において,請求項１４にしたがう多重チャネル形(multichannel)指向性コントローラを提供する。
【００１１】
この発明は，第５の形態において，請求項１５にしたがう雑音低減方法を提供する。
【００１２】
さらにこの発明の実施例においては，主方向と指向特性とのいずれもが適応的に制御され，雑音源の影響を減少させる上でさらなる利点を得ることができる。
【００１３】
この多重チャネル形指向性コントローラを，指向性コントローラの適応制御を備えた補聴器に用いることが特に有利であるが，この多重チャネル形コントローラは，その他のタイプの補聴器，たとえば使用者による指向特性制御を備えた補聴器にも用いることができる。これは，雑音源は，低周波数チャネルにおいてある特定の方向において妨害となる雑音源や高周波数チャネルにおいて他の方向において妨害となる雑音源のように，限られた周波数スペクトルを有することが多いためである。このため，この新規な多重チャネル形指向性コントローラは，雑音源が周波数スペクトルにおいて少なくとも部分的に分離されるときに，多数の方向の多数の雑音源の影響を最小限に抑える可能性を使用者に提供する。
【００１４】
次に，本発明の好適な実施例の説明と関連づけ，かつ図面の説明と関連づけて，この発明をさらに詳細に説明する。
【実施例】
【００１５】
図１は，米国特許第５，７５７，９３３号にしたがった指向性コントローラを示している。この装置は，２個のマイクロホンｍｉｃＦおよびｍｉｃＢ，インバータ，スイッチＳＷ，加算ノードＳＮ，調節可能位相遅延装置および調節可能ゲイン装置から構成される。スイッチＳＷは，使用者が指向性モードと全指向性モードとの間における切換えを行なうことができるようにするために設けられる。
【００１６】
前方マイクロホンからの出力信号は，加算ノードＳＮを経由して補聴器の信号処理装置に直接供給されるのに対し，後方マイクロホンからの信号は，インバータ，調節可能位相遅延回路およびゲイン調節可能な減衰器を経由して加算ノードＳＮに供給される。スイッチを導電状態に切り換えることにより，指向性コントローラは，指向性モードになる。このモードにおいて，指向性コントローラは，効果的に一方のマイクロホン信号に対して位相遅延を行うとともに，他方のマイクロホン信号から前記遅延信号を減じ，これによりいくつかの方向からの音響信号が，その他の方向からの信号に比べて強められることになる。受音特性が高められる方向は，米国特許第５，７５７，９３３号にさらに説明されているように，後方マイクロホンと前方マイクロホンとの間における音響遅延に対する位相遅延の値によって決定される。このように，指向性コントローラの機能は，所望の信号から空間的に分離される望まれない信号に関して，マイクロホン・システムの受音特性を低下させる可能性を使用者に提供することである。
【００１７】
図２は，ＷＯ０１／０１７３２−Ａ１にしたがう指向性コントローラを示している。このコントローラにおいて，制御可能な減衰および位相遅延の動作は，前方および後方マイクロホンＦｍｉｃおよびＢｍｉｃからの信号に適用され，その結果として得られる信号は，その後に組み合わされる。以下で一般に遅延処理装置と呼ばれる回路構成は，前方および後方マイクロホンＦｍｉｃおよびＢｍｉｃと接続される第１の加算回路１２，ならびに前方マイクロホンＦｍｉｃと接続される正入力部および後方マイクロホンＢｍｉｃと接続される負入力部を有する第１の減算回路１３とから構成される。第１および第２の位相遅延装置１４および１５は，それぞれ第１の減算および加算回路１３および１２に接続される。第２の加算回路１６は，第１の減算回路１３および第１の位相遅延装置１４に接続され，第２の減算回路１７は，自身の正入力部を第１の加算回路１２に接続され，かつ自身の負入力部を第２の位相遅延装置１５に接続される。第１の制御可能減衰器１８は，第２の加算回路１６からの信号に作用して，この信号を係数（１−ｏｍｎｉ）／２だけ減衰させ，第２の制御可能減衰器１９は，第２の減算回路１７からの信号に作用して，この信号を係数（１＋ｏｍｎｉ）／２だけ減衰させる。第３の加算回路２０は，第１および第２の減衰器１８および１９に接続されて，これらの減衰器からの信号を足し合わせることで，信号処理装置に供給される包括的な組合せ信号を発生させる。
【００１８】
使用されるマイクロホンは，好ましくは全指向性マイクロホンである。
【００１９】
次に説明する前記コントローラの特性は，この発明と関連づけて用いられることが有利でありうるような特性である。加算回路２０からの組合せ信号Ｙは，下記のとおりである。
【００２０】
【数３】

【００２１】
ここで，ｏｍｎｉは，減衰器１８および１９を制御するもので，好ましくは０〜１の範囲内の値を有する調節可能なパラメータである。動作モードが，ｏｍｎｉ＝０とすることによって選択されると，組合せ信号Ｙは，下記のとおりとなる。
【００２２】
【数４】

【００２３】
遅延Ｔが，指向性動作モードにおいて後方マイクロホンから直接前方マイクロホンまでの遅延Ａに等しく選択されると，使用者の後方から直接到来する音響信号Ｘの部分が最大限度まで抑圧され，カーディオイド特性として知られる指向特性が達成される。
【００２４】
図３は，パラメータｏｍｎｉをｏｍｎｉ＝１〜０までの範囲内でいくつかの異なる値にした場合の図２のコントローラの指向特性を示している。この図から，ｏｍｎｉ＝１．０の場合に，特性は全指向性となることがわかる。ｏｍｎｉ＝０．１の場合は，１８０°の方向（使用者の顔と反対側の方向）に近い信号のある程度の減衰が起こる。
【００２５】
ｏｍｎｉ＝０．０の場合に，指向特性は，１８０°の方向において非常に高い減衰（いわゆる零位方向）を示す。このように，ｏｍｎｉの値を小さくすることによって，指向性の漸増が達成される。
【００２６】
しかし，この発明によれば，パラメータｏｍｎｉは，０〜１の範囲外の値をとりうる。したがって，図４に，ｏｍｎｉをいくつかのその他の値にした場合の図２のコントローラの他の特性が示されている。この図から，ｏｍｎｉを小さくして０未満にすると，１８０°の方向のまわりにおいて対称をなす２つの零位方向が出現することがわかる。ｏｍｎｉの値をさらに負の方向に漸減させることにより，零位方向は，１８０°の方向からさらに離れる方向に移動する。たとえば，ｏｍｎｉ＝−１．５のときは，零位方向は，８０および２８０度の位置になる。
【００２７】
結論として，パラメータｏｍｎｉを調節することによって，指向性コントローラの零位方向を移動させることが可能である。このことは，この発明によれば，図５に示される指向性コントローラの適応制御において活用される。
【００２８】
図５において，遅延処理装置７は，パラメータ・コントローラ８によって制御される。このパラメータ・コントローラ８は，制御線１０で示されるパラメータｏｍｎｉを調節して，遅延処理装置７からの出力信号９を最小限にする。当業者には，このような適応制御を，たとえばパラメータ・コントローラにおいてＬＭＳアルゴリズムを適用することにより達成する方法が周知である。ＬＭＳアルゴリズムを有するパラメータ・コントローラの例は，たとえば米国特許第５，２５９，０３３号または米国特許第５，４０２，４９６号に示されているが，これらの適応制御システムは，遅延処理装置を制御するわけではない。
【００２９】
図５の装置は，２個のマイクロホン１１および１２と図２に示されたタイプの遅延処理装置とを用いているが，この発明は，２個のマイクロホンを備えた遅延処理装置に範囲を限定されるわけではない。逆に，当業者には，その他のマイクロホン・システム（２個を超える個数のマイクロホンを有する）およびその他のタイプの遅延処理装置をこの発明にしたがった適応制御に組み合わせる方法が自明であろう。このため，このような改良は，この発明の範囲外であると見なされるべきではない。
【００３０】
この発明の好適な実施例によれば，前記適応制御は，帯域制限遅延処理装置と有利に組み合わされうる。基本原理を説明するために，まず最初に，帯域制限遅延処理装置を有するこの発明の１つの実施例にしたがった装置が示されている図６を参照する。
【００３１】
図６において，２個のマイクロホン１１および１２（Ａ／Ｄ変換器とマイクロホン整合回路とを含みうる）は，それぞれ帯域分割フィルタ１３および１４に接続される。これらのフィルタは，マイクロホン信号の周波数スペクトルを，それぞれが制限周波数範囲を有する多数，たとえば３個のチャネル（それぞれ出力線１３ａ〜１３ｃ，１４ａ〜１４ｃ）に分割する。各々の帯域制限チャネルは，対応する遅延処理装置（７ａ〜７ｃ）によって取り扱われ，これにより各々の遅延処理装置は，帯域制限チャネルにおいて動作する。このシステムは，指向特性をこれらのチャネル間において異ならせて，空間と周波数との両面から分別される雑音源が，各遅延処理装置を独立的に制御することによって減衰されるようにする。
【００３２】
遅延処理装置の出力１５ａ〜１５ｃは，信号を処理して聴覚障害を補償する補聴器処理装置のような手段からなりうる結合装置１５において組み合わされて，単一の出力信号となりうる。この発明の１つの実施例によれば，適応指向性システムのチャネル数は，多重チャネル形補聴器のチャネル数と同等であり，これにより出力１５ａ〜１５ｃのそれぞれは，補聴器処理装置の対応するチャネルにおいて別々に処理されて，その後にその他の処理されたチャネル信号と組み合わされうる。
【００３３】
このようなシステムは，多数の遅延処理装置の調節を必要とするため，この発明の実施例にしたがった適応制御を活用すると有利である。これは，図７に示されている。このシステムにおいて，チャネルのそれぞれは，それぞれの遅延処理装置７ａ〜７ｃとそれぞれのパラメータ制御装置８ａ〜８ｃとを備える（図７には，複数個のチャネルのうち１個のみに関する１個の遅延処理装置７ａと１個のパラメータ制御装置８ａとが示されている）。制御装置７ａ〜７ｃのそれぞれは，それぞれパラメータ制御装置８ａ〜８ｃによって制御され，これにより雑音源は，各チャネルにおいて自動的に減衰される。前記のように，ブロック１５は，結合ノードまたは補聴器の処理装置のいずれであってもよい。
【００３４】
主方向（意図される最大利得の方向）が本質的に固定される遅延処理装置と関連づけてこの発明を説明したが，この発明の範囲は，このような装置に制限されるべきではない。当業者は，たとえば，また他の遅延処理装置において指向性装置の出力信号と組み合わされる出力信号を供給する追加のマイクロホンを設けることによって主方向を調節することができる装置を提案することができよう。さらにまた，当業者は，主方向をパラメータ制御装置によって制御して，主方向と指向特性との両方を組み合わせた適応制御を用いて所望の信号の受信特性を許容不能なまでに低下させることなしに雑音源の影響を最小限に抑えるようにする手段を提案することができよう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】米国特許第５，７５７，９３３号にしたがった補聴器用指向性コントローラを示す。
【図２】ＷＯ０１／０１７３２−Ａ１にしたがった補聴器用指向性コントローラを示す。
【図３】指向特性の一例を示す。
【図４】指向特性の他の例を示す。
【図５】指向性コントローラのパラメータ・コントローラを示す。
【図６】多重チャネル形遅延処理装置を示す。
【図７】多重チャネル形指向性コントローラの適応制御を示す。

Claims (17)

1. 少なくとも１個の前方マイクロホンと１個の後方マイクロホンとを備えた補聴器用の指向性コントローラにおいて，
   それぞれのマイクロホン信号を処理して，下式にしたがった信号
   

   

   を出力する遅延処理装置であって，ここで，ｏｍｎｉは制御パラメータであり，Ｔは所定の音響遅延である遅延処理装置と，
   前記遅延処理装置からの前記出力信号を算定する手段と，
   前記制御パラメータｏｍｎｉを調節して，前記遅延処理装置からの前記出力信号を最小限に抑える手段，
   とからなる指向性コントローラ。
2. 前記制御パラメータｏｍｎｉを調節する前記手段は，前記パラメータｏｍｎｉを１．０〜１．５の範囲内において制御するようになっている，請求項１に記載の指向性コントローラ。
3. 前記制御パラメータｏｍｎｉを調節する前記手段は，前記パラメータｏｍｎｉを制御して，１８０°の方向のまわりにおいて対称をなす１対の零位方向を達成するようになっている，請求項１に記載の指向性コントローラ。
4. 前記制御パラメータｏｍｎｉを調節する前記手段は，ＬＭＳアルゴリズムを適用することによって前記遅延処理装置からの前記出力信号を最小限に抑えるようになっている，請求項１に記載の指向性コントローラ。
5. 前記遅延処理装置は，それぞれの周波数帯域の入力信号を別個に処理するための遅延処理装置とパラメータ制御装置を含む帯域分割フィルタから構成される，請求項１に記載の指向性コントローラ。
6. 少なくとも１個の前方マイクロホンと１個の後方マイクロホンとを備えた補聴器の制御方法において，
   それぞれのマイクロホン信号を処理して，下式にしたがった信号
   

   

   を出力し，ここで，ｏｍｎｉは制御パラメータであり，Ｔは所定の音響遅延であり，
   前記遅延処理装置からの前記出力信号を算定し，
   前記制御パラメータｏｍｎｉを調節して，前記遅延処理装置からの前記出力信号を最小限に抑える，補聴器の制御方法。
7. 前記パラメータｏｍｎｉを１．０〜１．５の範囲内において制御する，請求項６に記載の方法。
8. 前記パラメータｏｍｎｉを制御して，１８０°の方向のまわりにおいて対称をなす１対の零位方向を達成する，請求項６に記載の方法。
9. ＬＭＳアルゴリズムを適用することによって前記遅延処理装置からの前記出力信号を最小限に抑える，請求項６に記載の方法。
10. 別々の周波数帯域にしたがって入力信号を分割処理し，前記帯域制限信号をそれぞれの遅延処理装置およびパラメータ制御装置により処理して，それぞれの周波数帯域における前記出力信号を最小限に抑える，請求項６に記載の方法。
11. 指向性コントローラを備えた補聴器用雑音低減システムにおいて，
    前記補聴器は，マイクロホン・システムの受音特性に関する調節可能な指向特性を有するものであり，
    前記指向特性を調節するパラメータを制御する適応コントローラであって，前記指向性コントローラからの出力信号を最小限に抑えるようになっている適応コントローラを有する，
    補聴器用雑音低減システム。
12. 前記指向性コントローラは，主方向を調節する手段を備えている，請求項１１に記載の雑音低減システム。
13. 前記適応コントローラは，前記主方向を制御する手段を備え，さらに，所望の信号の大きさをモニタリングする手段を有する，請求項１２に記載の雑音低減システム。
14. 多数のマイクロホンと，多数の調節可能な指向性コントローラと，前記マイクロホンの出力信号を多数のチャネルに分割する多数の分割手段とから構成され，
    前記指向性コントローラは，各チャネルが１個の指向性コントローラから構成されるように，前記多数のチャネルが接続されるものである，多重チャネル形指向性コントローラ。
15. 指向性コントローラを備えた補聴器における雑音低減方法において：
    マイクロホン装置において音響信号を受け，
    前記マイクロホン・システムの出力を調節可能な指向性コントローラにおいて処理し，
    前記指向性コントローラを制御するパラメータを適応コントローラにより調節して，前記指向性コントローラからの出力信号を最小限に抑える，雑音低減方法。
16. 補聴器の多重チャネル形指向性制御を達成する方法において，
    音響信号を多数のマイクロホンにおいて受け，
    各マイクロホンの出力を多数のチャネルに分割し，
    各チャネルにおいて，対応するチャネルにおける前記多数のマイクロホンからの出力を受ける調節可能な指向性コントローラを動作させる，方法。
17. 多重チャネル形指向性コントローラを備えた補聴器における雑音低減方法において，
    多重チャネル形調節可能指向性コントローラにおいて音響信号を処理し，
    各チャネルにおいて，各チャネルの指向特性を制御するパラメータを適応的に制御して，対応する各チャネルにおける前記指向性コントローラの出力を最小限に抑える，雑音低減方法。

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