特許 7176016 第１のマイクロフォン及び第２のマイクロフォンの位相応答を調整するための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-11

(45)【発行日】2022-11-21

(54)【発明の名称】第１のマイクロフォン及び第２のマイクロフォンの位相応答を調整するための方法

(51)【国際特許分類】

   H04R 3/00 20060101AFI20221114BHJP

   H04R 1/40 20060101ALI20221114BHJP

   H04R 25/00 20060101ALN20221114BHJP

【ＦＩ】

H04R3/00 320

H04R1/40 320

H04R25/00 M

【請求項の数】 11

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021004024

(22)【出願日】2021-01-14

(65)【公開番号】P2021114765

(43)【公開日】2021-08-05

【審査請求日】2021-01-14

(31)【優先権主張番号】10 2020 200 553.2

(32)【優先日】2020-01-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】508115093

【氏名又は名称】シバントス ピーティーイー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094525

【弁理士】

【氏名又は名称】土井 健二

(74)【代理人】

【識別番号】100094514

【弁理士】

【氏名又は名称】林 恒徳

(72)【発明者】

【氏名】ヘニング プダー

(72)【発明者】

【氏名】イェンス ハイン

【審査官】菊池 智紀

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００４／０２２８４９５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２００３－５０６９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６２７２２２９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２０１０－０１０７５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｒ １／００－３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のマイクロフォン信号（ｘ１）の生成のために配置された第１のマイクロフォン（１）及び第２のマイクロフォン信号（ｘ２）の生成のために配置された第２のマイクロフォン（２）のそれぞれの位相応答を調整するための方法であって、
前記第１のマイクロフォン信号（ｘ１）及び／又は前記第２のマイクロフォン信号（ｘ２）をフィルタリングするための第１のフィルタ（Ｈ１）を決定し、ここで、前記第１のフィルタは、前記第１のマイクロフォン（１）と前記第２のマイクロフォン（２）との間の位相応答の差の第１の寄与分（１２）に相当し、第１の適応パラメータ（ｐ１）を有するものであり、
前記第１のマイクロフォン信号（ｘ１）及び／又は前記第２のマイクロフォン信号（ｘ２）をフィルタリングするための第２のフィルタ（Ｈ２）を決定し、ここで、前記第２のフィルタは、前記位相応答の差の第２の寄与分（１６）に相当し、第２の適応パラメータ（ｐ２）を有するものであり、
前記第１のフィルタ（Ｈ１）及び前記第２のフィルタ（Ｈ２）に基づいて、グローバルフィルタ（Ｈ _ａｌｌ ）を決定し、ここで、前記グローバルフィルタは、前記位相応答の差の前記第１の寄与分（１２）と前記第２の寄与分（１６）とを表し、前記第１の適応パラメータ（ｐ１）及び前記第２の適応パラメータ（ｐ２）を有するものであり、
前記グローバルフィルタ（Ｈ _ａｌｌ ）に基づいて、前記第１の適応パラメータ（ｐ１）のための第１の値（ｐ１．０）と、前記第２の適応パラメータ（ｐ２）のための第２の値（ｐ２．０）とを、多次元最適化を用いて決定し、
前記位相応答の調整のために、前記第１の適応パラメータ（ｐ１）のための前記第１の値（ｐ１．０）を有する前記第１のフィルタ（Ｈ１）と、前記第２の適応パラメータ（ｐ２）のための前記第２の値（ｐ２．０）を有する前記第２のフィルタ（Ｈ２）とを、前記第１のマイクロフォン信号（ｘ１）及び／又は前記第２のマイクロフォン信号（ｘ２）に適用する、方法であり、
前記位相応答の差の前記第１の寄与分（１２）が前記位相応答の電子寄与分（１４）を表すように、前記第１のフィルタ（Ｈ１）を決定し、及び／又は、
前記位相応答の差の前記第２の寄与分（１６）が前記位相応答の電気音響寄与分（１８）を表すように、前記第２のフィルタ（Ｈ２）を決定する方法。

【請求項2】

前記第１のマイクロフォン（１）及び前記第２のマイクロフォン（２）に、前記第１のマイクロフォン（１）及び前記第２のマイクロフォン（２）に関して同一位相である音信号（２２）を印加し、
それによって、前記第１のマイクロフォン信号（ｘ１）の第１のテスト信号を、前記第１のマイクロフォン（１）によって生成し、又は前記第２のマイクロフォン信号（ｘ２）の第２のテスト信号を前記第２のマイクロフォン（２）によって生成し、
前記多次元最適化を、前記第１のテスト信号及び前記第２のテスト信号に基づいて実行する、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記第１のフィルタ（Ｈ１）及び前記第２のフィルタ（Ｈ２）が、それぞれ前記第２のマイクロフォン信号（ｘ２）のみを変化させる、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記多次元最適化を、勾配法によって実行し、
前記第１の適応パラメータ（ｐ１）の方向における変化、及び前記第２の適応パラメータ（ｐ２）の方向における変化に関して、勾配を誤差関数（ｅ²（ｎ））に適用し、
前記誤差関数を、前記グローバルフィルタによってフィルタリングされた前記第２のマイクロフォン信号（ｘ２）の、基準信号（Ｒ）からの偏差（ｅ（ｎ））に基づいて決定する、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記第１のマイクロフォン信号（ｘ１）を、前記偏差（ｅ（ｎ））のための基準信号（Ｒ）として使用する、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記グローバルフィルタ（Ｈ_ａｌｌ）を、前記第１の適応パラメータ（ｐ１）及び前記第２の適応パラメータ（ｐ２）に依存しない無限インパルス応答を有するフィルタ寄与分（Ｃ）と、有限インパルス応答を有するフィルタ寄与分

と、に分割できるように、前記第１のフィルタ（Ｈ１）及び前記第２のフィルタ（Ｈ２）を形成し、
第１の適応パラメータ（ｐ１）及び第２の適応パラメータ（ｐ２）のフィルタ多項式

を、時間領域において有限インパルス応答を有する前記フィルタ寄与分

に基づいて形成し、
前記第１の適応パラメータ（ｐ１）のための第１の値（ｐ１．０）及び／又は前記第２の適応パラメータ（ｐ２）のための第２の値（ｐ２．０）を、時間領域において更新し、
前記更新のステップサイズを、前記フィルタ多項式

に適用される前記勾配に依存して形成する、請求項４または請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記第１の適応パラメータ（ｐ１）の方向における前記ステップサイズ、及び前記第２の適応パラメータ（ｐ２）の方向における前記ステップサイズを、それぞれ前記偏差（ｅ（ｎ））に関連して正規化する、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記正規化を、それぞれ前記誤差関数（ｅ²（ｎ））に依存して正則化する、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

補聴器の２つのマイクロフォン（１，２）の前記位相応答を調整する、請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

第１のマイクロフォン信号（ｘ１）の生成のために配置された第１のマイクロフォン（１）と、
第２のマイクロフォン信号（ｘ２）の生成のために配置された第２のマイクロフォン（２）と、
請求項１～請求項９のいずれか一項に記載の、前記第１のマイクロフォン（１）及び前記第２のマイクロフォン（２）のそれぞれの位相応答を調整するための方法を実行するように配置された制御ユニットと、を備えたシステム。

【請求項11】

前記第１のマイクロフォン（１）及び前記第２のマイクロフォン（２）が、補聴器に配置されている、請求項１０に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、第１のマイクロフォン信号を生成する第１のマイクロフォン及び第２のマイクロフォン信号を生成する第２のマイクロフォンのそれぞれの位相応答を調整する方法に関する。その方法では、第１のマイクロフォン信号及び／又は第２のマイクロフォン信号をフィルタリングするための第１のフィルタを決定し、第１のフィルタは、第１のマイクロフォンと第２のマイクロフォンとの間の位相ずれの第１の寄与分に相当し、第１の適応パラメータを有するものであり、第１のマイクロフォン信号及び／又は第２のマイクロフォン信号をフィルタリングするための第２のフィルタを決定し、第２のフィルタは、上記位相ずれの第２の寄与分に相当し、第２の適応パラメータを有するものであり、位相応答の調整のために、第１の適応パラメータのための第１の値を有する第１のフィルタと、第２の適応パラメータのための第２の値を有する第２のフィルタとを、第１のマイクロフォン信号及び／又は第２のマイクロフォン信号に適用する。

【背景技術】

【0002】

補聴器、又は通信機器や通信システムに使用されるマイクロフォンは、通常、入射音を電気信号に変換するための、例えば膜のような電気音響部品と、広義において、生成された電気信号のための例えばプリアンプのような電子部品とを含む。このような部品は、多くの場合、マイクロフォンに、ほとんどの場合ハイパスフィルタによって近似された非自明な位相応答をもたらす。音の指向性信号処理のための複数のマイクロフォンを有するシステムでは、個々のマイクロフォンの位相応答（周波数応答とも呼ばれる）は、マイクロフォンの部品の製造公差だけでなく、経年劣化や汚れによっても異なり得る。

【0003】

しかしながら、差動指向性マイクロフォンを用いた入射音信号の処理に対して、差動マイクロフォンの抑制性能を全周波数帯域にわたって保証するために、使用する全てのマイクロフォンについて、可能な限り同一の位相応答を有することが要求される。この理由から、指向性マイクロフォンの使用のためには、２つ以上のマイクロフォンの異なる可能性のある位相応答を調整することが特に有用である。

【0004】

２つのマイクロフォンの位相応答を調整する１つの可能性は、生成されたマイクロフォン信号のうちの１つに適用される２つの異なるフィルタによって、電気音響部品と電子部品との影響を別々に補償することである。そのために、それらのフィルタは、電気音響部品又は電子部品から生じる位相応答において、それぞれの違いを補償するように、適合される。しかしながら、どちらのフィルタも、それぞれ同様のカットオフ周波数（電気音響部品では約６０Ｈｚ、電子部品では約１２０Ｈｚ）と低いエッジ急峻性とを有する上記マイクフォン部品のハイパスフィルタ動作をモデルとしているため、１つのフィルタのこのような適合は、常に他方のフィルタに影響を与えることとなる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

したがって、本発明の課題は、第１のマイクロフォン及び第２のマイクロフォンの位相応答を調整するための改良された方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によれば、上記課題は、特に、第１のマイクロフォン信号の生成のために配置された第１のマイクロフォン及び第２のマイクロフォン信号の生成のために配置された第２のマイクロフォンのそれぞれの位相応答を、特に適応性を有して調整するための方法によって解決される。この方法では、第１のマイクロフォン信号及び／又は第２のマイクロフォン信号をフィルタリングするための第１のフィルタを決定し、この第１のフィルタは、第１のマイクロフォンと第２のマイクロフォンとの間の位相応答の差の第１の寄与分に相当し、第１の適応パラメータを有するものであり、第１のマイクロフォン信号及び／又は第２のマイクロフォン信号をフィルタリングするための第２のフィルタを決定し、この第２のフィルタは、上記位相応答の差の第２の寄与分に相当し、第２の適応パラメータを有するものであり、第１のフィルタ及び第２のフィルタに基づいて、グローバルフィルタを決定し、このグローバルフィルタは、上記位相応答の差の第１の寄与分と第２の寄与分をと表し、第１の適応パラメータ及び第２の適応パラメータを有するものであり、グローバルフィルタに基づいて、第１の適応パラメータのための第１の値と、特に同時に、第２の適応パラメータのための第２の値とを、多次元最適化を用いて決定し、位相応答の調整のために、第１の適応パラメータのための第１の値を有する第１のフィルタと、第２の適応パラメータのための第２の値を有する第２のフィルタとを、第１のマイクロフォン信号及び／又は第２のマイクロフォン信号に適用する。有利で、部分的にそれ自体で発明性のある形態は，従属請求項の、及び以下の記載の主題である。

【0007】

好ましくは、第１のマイクフォン及び第２のマイクフォンとして、補聴器又は通信装置の２つのマイクフォンが用いられる。第１のフィルタ及び第２のフィルタは、以下のように決定される。すなわち、フィルタが、その構造及び概念に応じて提供されるように、第１のマイクロフォン信号又は第２のマイクロフォン信号又は両方のマイクロフォン信号に適用される場合に、好ましくは、２つのフィルタの基礎を成す異なった位相応答のそれぞれの寄与分が、それぞれ第１又は第２の適応パラメータを用いて、それぞれのフィルタによって補償されるように、決定される。好ましくは、位相応答の差の第１の寄与分と第２の寄与分とは、それぞれ、位相応答の物理的に異なる寄与分を表し、特に、第１の寄与分は電子寄与分を表し、第２の寄与分は電気音響寄与分を表す。

【0008】

言い換えれば、好ましくは、第１のフィルタ及び第２のフィルタは、それぞれ、マイクロフォンの位相応答における物理的に実在する差異を補償するために、物理－電子的モデルに基づいて生成される。その際、第１のフィルタは、第２のフィルタによって扱われている位相応答への寄与分とは異なる、他の部品に由来する位相応答への寄与分を扱う。本明細書では、第１のフィルタは以下のように構想され得る。すなわち、第１のフィルタの又はそれに対応する寄与分の、基礎を成す部品から生じた位相応答の差を補償するために、第１のフィルタが、第１のマイクロフォン信号のみに対して、又は第２のマイクロフォン信号のみに対して、又は両方のマイクロフォン信号に対して適用されるように、構想され得る。これは、特に第２のフィルタについても同様である。第１のフィルタを１つのマイクロフォン信号のみに適用し、第２のフィルタも同様に１つのマイクロフォン信号のみに適用することが好ましく、又、２つのフィルタを同一のマイクロフォン信号に適用することが、特に好ましい。

【0009】

特に、第１のフィルタ及び第２のフィルタは、上述のように、位相応答の差への互いに異なる寄与分を補償するように決定される。第１のフィルタの機能態様に対応して提供されるマイクロフォン信号への（又は対応して両方のマイクロフォン信号への）第１のフィルタの分離された、すなわち単独の適用が、位相応答の差への第１のフィルタの基礎を成す寄与分を、正確に補償する。第２のフィルタについても同様である。位相応答の実際の調整のために、２つのフィルタは、後述される方法で決定されるように、それぞれの適応パラメータのための第１の値又は第２の値によって、それぞれに関係するマイクロフォン信号に適用される。

【0010】

２つのフィルタに基づいて、特に、それらの連続した適用によって、例えば、周波数領域又はｚ領域において（すなわち、ｚ変換された時間離散的な信号のための「離散的な」周波数領域において）、グローバルフィルタが決定される。グローバルフィルタは、位相ずれのための２つの寄与分を表し、２つの寄与分は、特に、グローバルフィルタによって補償される。グローバルフィルタは、第１のフィルタの第１の適応パラメータ及び第２のフィルタの第２の適応パラメータが自由パラメータとして含まれるように、第１のフィルタ及び第２のフィルタに基づいて決定される。それは、特に、グローバルフィルタが２つのフィルタの上記の連続した適用（又はさらなるフィルタの介在の下での連続した適用）によって生成される際に与えられる。

【0011】

グローバルフィルタに基づいて、第１の適応パラメータのための第１の値と第２の適応パラメータのための第２の値とが、多次元最適化を用いて、それぞれ決定される。グローバルフィルタが、自由パラメータとして第１及び第２の適応パラメータのみを有する場合、最適化は、上記２つの適応パラメータに関して特に２次元的に行うことができる。最適化は、グローバルフィルタに直接適用することができる。好ましくは、グローバルフィルタは、上記２つの適応パラメータに依存しないフィルタ関数と、グローバルフィルタの２つの適応パラメータへの依存性を含む有効グローバル適応フィルタとに分割することができる。それによって、多次元最適化、特に２次元最適化が、この場合、その有効グローバル適応フィルタに適用される。

【0012】

上記最適化によって、第１の適応パラメータのための第１の値と第２の適応パラメータのための第２の値とが、それぞれ決定される。２つのマイクロフォンの位相応答の差を補償し、位相応答を互いに調整するために、第１のフィルタは、第１の適応パラメータのための第１の値を共なって、関係するマイクロフォン信号、すなわち、第１のフィルタの構成及び動作態様に対応して提供されたマイクロフォン信号（又は、提供される場合には両方のマイクロフォン信号）に適用される。又、第２のフィルタは、第２の適応パラメータのための第２の値を共なって、対応して提供されるマイクロフォン信号（又は、提供される場合には両方のマイクロフォン信号）に適用される。

【0013】

本明細書における調整は、以下の理由によって特に有利に行われ得る。すなわち、２つのマイクロフォンの位相応答における物理的に異なる寄与分、つまり、位相応答における上記寄与分の結果として生じる差は、互いに個別に適応された２つのフィルタによっては補償されず、それによって、フィルタの適応はシステム全体の動作に影響を与え、その結果、他のフィルタにも影響を与える。反対に、提案された手順によっては、使用される個別フィルタの適応パラメータのための、可能な限りグローバルな最適値を決定し、その最適値で個別のフィルタを動作させるために、異なる寄与分を有する２つの個別のフィルタを用いて形成されるグローバルフィルタを多次元処理において直接最適化できる。

【0014】

好ましくは、位相応答の差の第１の寄与分が位相応答の電子寄与分を表すように、第１のフィルタを決定し、及び／又は、位相応答の差の第２の寄与分が位相応答の電気音響寄与分を表すように、第２のフィルタを決定する。これは、特に、第２のフィルタが、第２の適応パラメータに基づく適用によって、２つのマイクロフォンの位相応答の差における寄与分が補償されるような方法で決定されることを意味する。この寄与分は、２つのマイクロフォンの電気音響部品によって、特に、２つのマイクロフォンにおける電気音響部品の差によって引き起こされる。すなわち、特に、膜、及び膜のそれぞれのハイパス作用によって引き起こされる。第２のフィルタは、電気音響部品の違いから生じる位相応答をモデル化する１つ以上のさらなるパラメータを有し得る。電気音響部品の位相応答は、２つのマイクロフォンのそれぞれについて、基本的には１次ハイパスフィルタによって記述することができ、特にカットオフ周波数（２つのマイクロフォンのそれぞれの電気音響部品について６０Ｈｚの領域に存在する）によって記述することができる。上記ハイパスフィルタによってモデル化された２つのマイクロフォンの異なる作用は、適切に構成された第２のフィルタを１つ又は両方のマイクロフォン信号に適用することによって補償することができる。カットオフ周波数は、上記パラメータを介して第２のフィルタに表すことができる。

【0015】

同様のことが、特に各マイクロフォンの出力インピーダンスとプリアンプとを含む電子部品に関する第１のフィルタにも言える。特に、第１のフィルタは、電子部品の違いから生じる位相応答をモデル化する１つ以上のさらなるパラメータを有しており、各マイクロフォンの電子部品は、特に、それぞれ１２０Ｈｚの領域のカットオフ周波数を有するハイパスフィルタによってモデル化することができる。

【0016】

有利には、第１のマイクロフォン及び第２のマイクロフォンに、第１のマイクロフォン及び第２のマイクロフォンに関して同位相の音信号を印加する。その際、第１のマイクロフォン信号の第１のテスト信号を第１のマイクロフォンによって生成し、第２のマイクロフォン信号の第２のテスト信号を第２のマイクロフォンによって生成し、多次元最適化を、第１のテスト信号及び第２のテスト信号に基づいて実行する。したがって、特に、第１及び第２のテスト信号が生成され、それによって、２つのフィルタに基づいて本方法を実行するために、関係するテスト信号又は両方のテスト信号を処理することができ、特に、グローバルフィルタを、最適化の間に関係するテスト信号又は両方のテスト信号の信号成分に適用できる。それによって、最適化の間、第１のマイクロフォン信号及び第２のマイクロフォン信号内に、上記生成の結果として、位相差を有さない信号成分が存在し、これは、位相応答の差の調整に特に有利である。同相の音信号には、特に、以下の音源からの音信号が含まれる。すなわち、その音源は、２つのマイクロフォンの対称面内にあるか、又は、２つのマイクロフォンを結ぶ経路に直交し、かつ、結果として得られる音響的伝達時間に関して無視できるほどの、その対称面からの距離にある。

【0017】

有利なことに、第１のフィルタ及び第２のフィルタは、それぞれ第２のマイクロフォン信号のみを変化させる。原則として、２つのマイクロフォン信号のそれぞれが２つのフィルタの適用によって変化を受けるように、第１のフィルタ及び第２のフィルタを、位相応答の調整のために決定することができるのに対して、フィルタの概念は、１つのマイクロフォン信号だけが２つのフィルタによって変化されるようなものである。特に、２つのフィルタが他のマイクロフォン信号に及ぼす影響は些細なものである一方、変化されないマイクロフォン信号を、最適化のために基準信号として使用することができるため、この場合は特別な利点がある。

【0018】

適切なことに、多次元の、特に２次元の最適化を、勾配法を用いて実施し、その際、第１の適応パラメータの方向における変化、及び第２の適応パラメータの方向における変化に関して、勾配を誤差関数に適用する。誤差関数を、グローバルフィルタによってフィルタリングされた第２のマイクロフォン信号の、基準信号からの偏差に基づいて決定する。これは、特に、グローバルフィルタを、従って第１及び第２のフィルタを、第２のマイクロフォン信号に適用し、こうしてフィルタリングされた第２のマイクロフォン信号の、基準信号（例えば、第１のマイクロフォン信号）からの偏差を決定することを意味する。

【0019】

最適化のための誤差関数は、この偏差に基づいて、例えば、偏差の二乗として決定され、勾配が、２つの適応パラメータに関して、誤差関数に適用される。特に、これは、第１の適応パラメータ又は第２の適応パラメータに応じて、誤差関数の偏導関数によって行うことができる。この勾配に基づいて、特に第１の値と第２の値の修正値が２つの適応パラメータのために決定され、段階的に、特に適応するように、最適化の範囲内において最適値が決定される。具体的には、これは、例えば、最急降下法や、対角スケーリング（ｄｉａｇｏｎａｌ ｓｋａｌｉｅｒｔｅｎ）最急降下法などで実施することができる。

【0020】

有利な形態において、グローバルフィルタを、第１の適応パラメータ及び第２の適応パラメータに依存しない無限インパルス応答（ＩＩＲ）を有するフィルタ寄与分と、有限インパルス応答（ＦＩＲ）を有するフィルタ寄与分と、に分割できるように、第１のフィルタ及び第２のフィルタを形成する。第１の適応パラメータ及び第２の適応パラメータのフィルタ多項式を、時間領域において有限インパルス応答を有するフィルタ寄与分に基づいて形成する。第１の適応パラメータの第１の値及び／又は第２の適応パラメータの第２の値を、時間領域において更新し、その更新のステップサイズを、フィルタ多項式に適用される勾配に依存して形成する。その勾配を、特に、第１の適応パラメータの方向における変化、及び第２の適応パラメータの方向における変化に関して形成する。

【0021】

これは、結果として得られるグローバルフィルタが、上記の形態、すなわち、２つの適応パラメータに依存しないＩＩＲフィルタの寄与分と、２つの適応パラメータへの依存を全て含むＦＩＲフィルタの寄与分と、に分割できる形態を有するように、第１のフィルタ及び第２のフィルタが、位相応答の差に対する寄与分に応じて形成されることを特に意味する。特に周波数領域又はｚ領域において識別可能なＦＩＲフィルタ寄与分に基づいて、第１の適応パラメータ及び第２の適応パラメータのフィルタ多項式が、例えば、時間領域において、ｚの逆数の累乗（ｚ領域における）における寄与分の次数によって、形成される。第１又は第２の適応パラメータの第１の値及び／又は第２の値は、それぞれ離散時間領域を含む時間領域において更新される。更新ステップ（時間単位での）のために、上記フィルタ多項式に適用される勾配に依存するステップサイズが使用される。

【0022】

これは、特に、グローバルフィルタについて説明した形態から得られるものである。すなわち、勾配が上記誤差関数に適用され、その誤差関数が、「グローバルにフィルタリングされた」第２のマイクロフォン信号の、第１のマイクロフォン信号からの偏差の関数を表す場合、勾配は、その偏差に適用され、最終的には、グローバルにフィルタリングされた第２のマイクロフォン信号に適用される。グローバルフィルタが、ＩＩＲフィルタ寄与分と、２つの適応パラメータへのグローバルフィルタの全依存性を含んでいるＦＩＲフィルタ寄与分とに分割される場合、場合によっては離散時間領域における誤差関数への勾配の適用は，最終的には、フィルタ多項式への勾配（適応パラメータに関して）の適用となる。

【0023】

適切なことに、第１の適応パラメータの方向における、及び第２の適応パラメータの方向におけるステップサイズを、それぞれ、上記偏差に関連して正規化する。このような正規化は、ステップサイズが大きすぎることによる最適値を超える「オーバーシュート」を防ぐことができるため、調整の収束特性を向上させる。正規化は、特に、偏差に適用される勾配の大きさの二乗に関して行われる。

【0024】

有利なことに、その正規化を、それぞれ誤差関数に依存して正則化する。特に、グローバルフィルタリングされた第２のマイクロフォン信号の第１のマイクロフォン信号からの偏差が、単位時間当たり（すなわち、離散した時間ステップ当たり）の２つの適応パラメータに関して、わずかに変化するだけである場合に（最適への収束が進むにつれて）、正則化は、小さな正規化の場合に小さな分母のために修正値が大きくなることを防ぐために有利である。しかしながら、計算が非常に小さな信号に依存して行われる場合には、場合によっては、信頼性を低下させる可能性がある。

【0025】

好ましくは、第１マイクロフォンと第２マイクロフォンとの異なる音量感度を考慮したパラメータを、位相応答の調整のために追加で使用する。２つのマイクフォン間の音量感度の違いは、一方では、位相応答の違いから分離して個別に補償できるが、それにもかかわらず、位相応答の調整に影響を与える可能性があるため、音量感度の違いを考慮に入れることは有利となり得る。

【0026】

さらに、補聴器の２つのマイクロフォンの位相応答が調整されれば有利である。２つ以上のマイクロフォンを有する補聴器においては、特に雑音の抑制のため、及び信号対雑音比の改善のために、指向性マイクロフォンの方法がよく用いられる。特に差動指向性マイクロフォンのために、関与するマイクロフォンは、例えば音源の指向性の認識の際に、マイクロフォンの異なる作用によってのみ生じる伝達時間や音量の違いが生じないように、振幅と位相の応答に関して可能な限り同一の動作をする必要がある。この理由のため、補聴器の２つのマイクロフォンの位相応答の調整のための本明細書での動作は、特に有益である。

【0027】

補聴器という用語は、本明細書では以下のような装置を意味するものと解されるべきである。すなわち、聴覚障害者の扶養のために、又は聴覚障害のその他の補償のために装着され、又、聴覚障害者の聴覚障害に応じた周波数帯域で入射音を処理し、特に増幅し、それによって、個々の要求に応じて処理された信号を、出力変換器を介して補聴器の装着者の聴覚に供給するような装置である。

【0028】

本発明はさらに、第１のマイクロフォン信号を生成するように配置された第１のマイクロフォンと、第２のマイクロフォン信号を生成するように配置された第第２のマイクロフォンと、第１のマイクロフォン及び第２のマイクロフォンのそれぞれの位相応答を調整するための上記の方法を実行するように配置された制御ユニットとを備えた、システムに言及する。本発明によるシステムは、本発明による方法の利点を共有する。その方法とその更なる形態のために示された利点は、その趣旨において、本システムに転用できる。

【0029】

システムは、特に、上記方法を実行するための制御ユニットをそれぞれ含む補聴器又は通信装置によって与えられ得る。特に、上記方法を実行するための制御ユニットは、補聴器又は通信装置の調整に応じた動作中において、その動作の機能を制御する制御ユニットによって与えられる。好ましくは、システムは、例えば、制御ユニットの適した形態によって、第１及び第２のマイクロフォン信号に基づいて、方法を実施するのに適した音を識別するように設けられている。しかしながら、特に、そのシステムは、方法の実施のために、特に適した音信号を第１のマイクロフォン及び第２のマイクロフォンに印加するように設けられた独自の音源を有することもできる。

【0030】

特に、システムは、第１のマイクロフォン及び／又は第２のマイクロフォンに、第１のマイクロフォン及び第２のマイクロフォンに関して同一位相の音信号を印加するように調節された音源を含む。このような音信号は、方法を実施するのに特に適している。

【0031】

好ましくは、第１のマイクロフォン及び第２のマイクロフォンは、補聴器に配置される。これは、特に、システムが、補聴器によって提供されるか、又は補聴器を含むことを意味する。最初に挙げられた場合では、補聴器は、以下のように設けられている。すなわち、外部の音信号が上記方法に適していると識別された場合には、例えば、上記制御ユニットも実装されている信号処理装置を介して、その外部の音信号を用いて上記方法を実行するように設けられている。第２の場合では、システムは、特に、補聴器のためのテスト環境と上記補聴器自体とによって与えられ、テスト環境は、上記方法に適した音信号を生成するための音源を含む。その際、制御ユニットは、補聴器の制御ユニットによって、又は補聴器に関して外部の制御装置によって実施されてもよい。しかしながら、システムは、補聴器と、制御装置のみが実装された外部装置、例えば、データ送信のために補聴器に接続可能な携帯電話と、によっても提供され得る。

【0032】

以下、本発明の一実施例を、図面を用いてさらに詳細に説明する。この場合、それぞれの図面は、模式的に示される。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】２つのマイクロフォンと２つのフィルタとを用いて２つのマイクロフォンの位相応答を調整するシステムを示すブロック図である。

【図2】図１による２つのマイクロフォンの異なるハイパス動作と、それに適した補償との等価回路である。

【図3】図１による２つのフィルタの結果として生じるグローバルフィルタの適応を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

互いに対応する部品や大きさには、全ての図において同じ参照符号が付される。

【0035】

図１には、第１のマイクロフォン１及び第２のマイクロフォン２が、ブロック図内に概略的に示されている。第１のマイクロフォン１は第１のマイクロフォン信号ｘ１を、第２のマイクロフォン２は第２のマイクロフォン信号ｘ２を、詳細には示されない音信号からそれぞれ生成するように設けられている。第１のマイクロフォン１は、例えば第１のマイクロフォン１の振動板を含む第１の電気音響部品４と、さらに、場合によっては他の一般的な定義とは異なり、特にプリアンプを含む第１の電子部品６とを有する。同様に、第２のマイクロフォン２は、第２の電気音響部品８と第２の電子部品１０とを有する。本実施例では、第１のマイクロフォン１と第２のマイクロフォン２とは同一の構造である。すなわち、第１の電気音響部品４と第２の電気音響部品８とは同一の構造であり、第１の電子部品６と、第２の電子部品１０とは同一の構造である。

【0036】

しかしながら、製造公差や経年劣化によって、第１の電子部品６が第２の電子部品１０とは異なる位相応答を有し得るのと同様に、第１の電気音響部品４は、第２の電気音響部品８とは異なる位相応答を有し得る。上記電子部品６，１０は、それによって、２つのマイクロフォン１，２の位相応答における差に対して、本実施例では電子寄与分１４によって与えられる第１の寄与分１２を提供する。上記電気音響部品４，８は、それと類似して、マイクロフォン１，２の位相応答における差に対して、本実施例では電気音響寄与分１８によって与えられる第２の寄与分１６を提供する。

【0037】

ここで、２つのマイクロフォン１，２を含むシステム２０が、それら２つのマイクロフォン１，２の位相応答の差を調整するために、設けられている。そのために、システム２０は、第１のフィルタＨ１と第２のフィルタＨ２とを有する。第１及び第２のフィルタＨ１，Ｈ２は、それぞれ第２のマイクロフォン信号ｘ２にのみに適用される（フィルタＨ１，Ｈ２の第１のマイクロフォン信号ｘ１への可能な適用は、それぞれにおいて同一の結果になる）。また、２つのフィルタＨ１，Ｈ２の他の形態、すなわち、これらが、それぞれ異なるマイクロフォン信号ｘ１，ｘ２に適用されること、又は、非自明な方法でそれぞれ両方のマイクロフォン信号ｘ１，ｘ２に適用されることも考えられる。

【0038】

第１のフィルタＨ１は、第１の適応パラメータｐ１を有し、以下のように構成されている。すなわち、２つのマイクロフォン１，２の位相応答の差への電子寄与分１４が、第１の適応パラメータｐ１の適切な値によって、この第１のフィルタＨ１を用いて修正可能であるように、構成されている。このために、第１のフィルタＨ１は、フィルタの位相応答を電子寄与分１４に適合させる２つのパラメータｖ，ｕをさらに有する。カットオフ周波数は、本実施例では約１２０Ｈｚであり、その遷移範囲は数１０Ｈｚである。

【0039】

これと同様に、第２のフィルタＨ２は、第２の適応パラメータｐ２を有する。それによって、２つのマイクロフォン１，２の位相応答の差への電気音響寄与分１８は、第２の適応パラメータｐ２の適切な値によって、第２のフィルタＨ２によって修正可能である。第１のフィルタＨ１と同様の方法で、第２のフィルタＨ２の位相応答は、さらに２つのパラメータｗ，ｔを介して電気音響寄与分１８に適合させることができる。その際に、カットオフ周波数は約６０Ｈｚである。第２のフィルタＨ２は、使用されるパラメータと適応パラメータｐ１，ｐ２とを除いて、第１のフィルタＨ１と同様である。

【0040】

ｚ領域において、第１のフィルタＨ１は、第１のフィルタＨ１の周波数応答を表すパラメータｖ，ｕを有する伝達関数

【数1】

によって表すことができる。それらのパラメータは、対応して、２つのマイクロフォン１，２の位相応答の差の電子寄与分１４に適合するように選択することができる。変数ｚは、第１のフィルタＨ１の入力信号のｚ変換、すなわちｚ領域における第２のマイクロフォン信号ｘ２に関係する。第２のフィルタＨ２は、対応して、第２のフィルタＨ２の位相応答を表すパラメータｗ，ｔを有する伝達関数

【数2】

によって表すことができる。それらパラメータは、対応して、２つのマイクロフォン１，２の位相応答の差の電気音響寄与分１８に適合するように選択することができる。

【0041】

２つのマイクロフォン信号ｘ１，ｘ２のそれぞれのための汎用のハイパスフィルタを用いて図２に基づいて説明されるように、第１又は第２のフィルタＨ１（ｚ），Ｈ２（ｚ）の具体的な形態は、個々のマイクロフォン１，２のための、補償される電子寄与分１４又は電気音響寄与分１８のハイパス特性に基づいて根拠付けられる。

【0042】

第１のマイクロフォン１の電気音響部品又は電子部品は、第１のハイパスフィルタＨＰ１によってモデル化され、第２のマイクロフォン２の対応する電気音響部品又は電子部品は、第２のハイパスフィルタＨＰ２によってモデル化される。２つのマイクロフォン１，２の位相応答のために生じる２つのハイパスフィルタＨＰ１，ＨＰ２の間の差を補償するために、第２のマイクロフォン信号ｘ２は、Ｈｃｏｍｐ＝ＨＰ１／ＨＰ２の形を有する補償フィルタＨｃｏｍｐによってフィルタリングされる。そのため、このようにしてフィルタリングされた第２のマイクロフォン信号ｘ２は、第１のマイクロフォン信号ｘ１（固有）にも行われる同じハイパスフィルタ動作ＨＰ１によってさらに処理される。２つのハイパスフィルタＨＰ１，ＨＰ２を対応するＲＣ素子で表すと、補償フィルタＨｃｏｍｐは、以下のようになる。

【0043】

【数3】

ここで、ｑｊ＝－１／（Ｒｊ・Ｃｊ）である。ハイパスフィルタＨＰ１，ＨＰ２は、単に、マイクロフォン１，２の実際の動作のモデル化にすぎないことに注意が必要である。

【0044】

双一次変換

【数4】

の使用によってｚ領域（ここで、Ｔはサンプリング周期又はサンプリング周波数の逆数）に変換すると、補償フィルタの形は、ｚ^－１の次数において個々の項をまとめて、以下のように表すことができる。

【0045】

【数5】

【0046】

（１－Ｔｑ１／２）^－１による拡張（すなわち分子と分母への掛け算）と、小さな変数Ｔｑ１／２のために、適した近似式（１－Ｔｑ１／２）－１≒１＋Ｔｑ１／２を用いること（これは、時間スケールＴと、ｑ１の、すなわちＲ１及びＣ１の期待し得る値との観点から正当化される）とによって、以下の式（Ｔ・ｑ１における主要な項のみ）が得られる。

【0047】

【数6】

【0048】

以下の定義、
ｕ：＝１＋Ｔｑ１ 及び
ｐ１・ｖ：＝Ｔ（ｑ１－ｑ２）／２
を使用することで、ここで、ｖをスケーリング係数、ｐ１を適応パラメータとすると、補償フィルタＨｃｏｍｐ（ｚ）は、最終的に第１のフィルタＨ１（ｚ）のために（あるいはｐ２を適応パラメータとして用い、ｗをスケーリング係数、ｕの代わりにｔを用いることで、第２のフィルタＨ２（ｚ）のためにも）上記で示した形になる。補償フィルタＨｃｏｍｐ（ｓ）の第２のマイクロフォン信号ｘ２への適用は、２つのマイクロフォン１，２の動作に起因する２つのハイパスフィルタＨＰ１，ＨＰ２の差と、その結果として生じる位相応答の差とを補償する。

【0049】

第１の適応パラメータｐ１及び第２の適応パラメータｐ２を適応させるために、すなわち、第１の適応パラメータｐ１のための第１の値ｐ１．０及び第２の適応パラメータｐ２のための第２の値ｐ２．０をそれぞれ決定するために、誤差関数ｅ²（ｎ）が、これから記述される方法において、２つのフィルタＨ１，Ｈ２に依存して形成される。その第１の値ｐ１．０及び第２の値ｐ２．０を用いて、第１又は第２のフィルタＨ１，Ｈ２は、２つのマイクロフォン１，２の位相応答を調整するために、第２のマイクロフォン信号ｘ２に適用される。その誤差関数ｅ²（ｎ）は、勾配法によって最適化される。その際、勾配は、第１及び第２の適応パラメータｐ１，ｐ２の方向に関して決定される。第１及び第２の適応パラメータｐ１，ｐ２（すなわち、２つの適応パラメータｐ１，ｐ２のベクトルｐ）の更新は、上記勾配に依存するステップサイズで行われる。

【0050】

上記誤差関数ｅ²（ｎ）のために、まず、第１のフィルタＨ１と第２のフィルタＨ２との連続適用によってグローバルフィルタＨ_ａｌｌが形成され、これは以下の伝達関数によって表される。

【0051】

【数7】

【0052】

本実施例では、再び、変数ｚは、ｚ領域における第２のマイクロフォン信号ｘ２によって与えられる。グローバルフィルタＨ_ａｌｌによってフィルタリングされた第２のマイクロフォン信号ｘ２は、第１のマイクロフォン信号ｘ１（フィルタリングされていない）によって与えられる基準信号Ｒから減算される。「グローバルにフィルタリングされた」第２のマイクロフォン信号ｘ２の、第１のマイクロフォン信号ｘ１との偏差ｅ（ｎ）から、絶対値ｅ²（ｎ）が上記誤差関数として決定され、その誤差関数は、２つの適応パラメータｐ１，ｐ２に関して勾配法において最適化される。

【0053】

２つの適応パラメータｐ１，ｐ２を更新するためのステップサイズを、使用される適切な勾配を介して決定するために、図３のブロック回路図に模式的に示されているように、グローバルフィルタＨ_ａｌｌは、ＩＩＲフィルタ寄与分Ｃと、２つの適応パラメータｐ１，ｐ２に対するグローバルフィルタＨ_ａｌｌの完全な依存性を含むＦＩＲフィルタ寄与分

と、に分割される。

【0054】

ＩＩＲフィルタ寄与分Ｃと、ＦＩＲフィルタ寄与分

との伝達関数は，上述したグローバルフィルタＨ_ａｌｌ（ｚ）の伝達関数の分母又は分子から得られる。すなわち：

【数8】

【0055】

図３に示されるように、偏差ｅ（ｎ）＝ｘ１（ｎ）－Ｈ_ａｌｌ（ｎ）＊ｘ２（ｎ）へのｐ方向における（すなわち、２つの適応パラメータｐ１，ｐ２の方向における）勾配の適用は、（ベクトル値の）フィルタ多項式

への上記勾配の適用を生じる（ｐ１とｐ２の更新のためのステップサイズを決定するために、及び、時間領域において補償される第２のマイクロフォン信号ｘ２（ｎ）を用いたグローバルＩＩＲフィルタＨ_ａｌｌ（ｎ）の畳み込み（Ｆａｌｔｕｎｇ）によって）。このフィルタ多項式

は、（離散的な）時間領域におけるＦＩＲフィルタ寄与分

に対応する、ｐ１とｐ２の多項式で与えられる。その際、ベクトル成分

は、

から、ｚの逆数の累乗の次数によって与えられる。

【0056】

【数9】

【0057】

偏差ｅ（ｎ）＝ｘ１（ｎ）－Ｈ_ａｌｌ（ｎ）＊ｘ２（ｎ）において、フィルタ多項式

へのｐの方向における勾配の適用は、２つの適応パラメータｐ１及びｐ２の更新のための、以下のような規則に導く。

【0058】

【数10】

その結果、

【数11】

【0059】

２つの適応パラメータｐ１，ｐ２の方向に分解し、偏差ｅ（ｎ）＝ｘ１（ｎ）－Ｈ_ａｌｌ（ｎ）＊ｘ２（ｎ）を考慮すると、第２のマイクロフォン信号ｘ２として、（離散的な）時間領域においてＩＩＲフィルタ寄与分Ｃによってフィルタリングされた信号ｘｃ（ｎ）を用いて、以下の結果が得られる。

【0060】

【数12】

適応パラメータｐ１又はｐ２に応じたフィルタ多項式

のベクトル成分

の偏導関数は、ベクトル成分

のための上述した形から得られる。

【0061】

ＩＩＲでフィルタリングされた第２マイクロフォン信号ｘｃ（ｎ）に依存した２つの適応係数のための更新規則は、ｅ（ｎ）に適用される、ｐ１又はｐ２への勾配の大きさの２乗に関しての正規化と、ｅ²（ｎ）についての以下の正則化との後に生じる。

【0062】

【数13】

【0063】

位相応答を調整するために、図１による第１のフィルタＨ１は、第１の適応パラメータｐ１の第１の値ｐ１．０を用いて、第２のマイクロフォン信号ｘ２に適用される。その第２のマイクロフォン信号ｘ２は、好ましくはｐ１（ｎ→ｎ＋１）のための上記規則の収束から生じる。同様に、第２のフィルタＨ２は、第２の適応パラメータｐ２の第２の値ｐ２．０を用いて、第２のマイクロフォン信号ｘ２に適用される。その第２のマイクロフォン信号ｘ２は、好ましくは、ｐ２（ｎ→ｎ＋１）のための上記規則の収束から生じる。

【0064】

本方法を実行するために、図１による第１のマイクロフォン１及び第２のマイクロフォン２には、それ自体が信号寄与分の位相差を持たないマイクロフォン信号ｘ１，ｘ２を用いて方法を実行できるように、好ましくは、同位相の音信号（図１の音信号２２を参照）が印加される。２つのマイクロフォン１，２のための同一位相の音信号２２の、詳細に示されない音源が、２つのマイクロフォン１，２の対称面２４内に配置されている。第１のマイクロフォン１及び第２のマイクロフォン２が、詳細には記載されない補聴器の一部である場合、本方法は、好ましくは、校正において、例えば、工場渡し等において、実施される。また、本方法は、第１又は第２のフィルタＨ１，Ｈ２における第１又は第２の適応パラメータｐ１，ｐ２のために、それぞれ校正中に決定された値ｐ１．０，ｐ２．０を使用して、動作中に適用される。

【0065】

以上、本発明を好ましい実施例によって図示し、詳細に説明してきたが、本発明はこの実施例によって制限されるものではない。別の変形例は、本発明の保護の範囲から離れることなく、当業者によってそこから導き出すことができる。

【符号の説明】

【0066】

１ 第１のマイクロフォン
２ 第２のマイクロフォン
４ 第１の電気音響部品
６ 第１の電子部品
８ 第２の電気音響部品
１０ 第２の電子部品
１２ 第１の寄与分（位相応答の差の）
１４ 電子寄与分
１６ 第２の寄与分（位相応答の差の）
１８ 電気音響寄与分
２０ システム
２２ 同一位相の音信号
２４ 対称面
Ｃ ＩＩＲフィルタ寄与分
ｅ（ｎ） 偏差
ｅ² 誤差関数
Ｈ１ 第１のフィルタ
Ｈ２ 第２のフィルタ
Ｈａｌｌ グローバルフィルタ

ＦＩＲフィルタ寄与分

フィルタ多項式（ベクトル値の）

フィルタ多項式（ベクトル成分ｊ）
ＨＰ１／２ 第１／第２のハイパスフィルタ
Ｈｃｏｍｐ 補償フィルタ
ｐ１ 第１の適応パラメータ
ｐ１．０ 第１の値
ｐ２ 第２の適応パラメータ
ｐ２．０ 第２の値
Ｒ 基準信号
ｕ，ｖ，ｗ，ｔパラメータ

【図1】

【図2】

【図3】