特許 7264594 残響抑制装置及び補聴器

(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】2023-04-17

(45)【発行日】2023-04-25

(54)【発明の名称】残響抑制装置及び補聴器

(51)【国際特許分類】

   H04R 25/00 20060101AFI20230418BHJP

   H04R 3/00 20060101ALI20230418BHJP

【ＦＩ】

H04R25/00 K

H04R3/00 320

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018031211

(22)【出願日】2018-02-23

(65)【公開番号】P2019146129

(43)【公開日】2019-08-29

【審査請求日】2021-01-20

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000115636

【氏名又は名称】リオン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110881

【弁理士】

【氏名又は名称】首藤 宏平

(72)【発明者】

【氏名】大澤 正俊

(72)【発明者】

【氏名】春原 政浩

(72)【発明者】

【氏名】藤坂 洋一

(72)【発明者】

【氏名】藤嶋 葉子

【審査官】渡邊 正宏

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－００５０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１６９９０１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ１０Ｋ １１／１６

Ｇ１０Ｋ １１／１７５－１１／１７８

Ｇ１０Ｋ １５／０８

Ｇ１０Ｌ １３／００－１３／１０

Ｇ１０Ｌ １９／００－１９／２６

Ｇ１０Ｌ ２１／００－２１／１８

Ｇ１０Ｌ ２５／００－２５／９３

Ｇ１０Ｌ ９９／００

Ｈ０４Ｂ １／１０－ １／１４

Ｈ０４Ｂ １／７６－ ３／４４

Ｈ０４Ｂ ３／５０－ ３／６０

Ｈ０４Ｂ ７／００－ ７／０１５

Ｈ０４Ｂ １５／００－ １５／０６

Ｈ０４Ｍ １／００

Ｈ０４Ｍ １／２４－ １／８２

Ｈ０４Ｍ ９９／００

Ｈ０４Ｒ １／１０

Ｈ０４Ｒ ３／００－ ３／１４

Ｈ０４Ｒ ２５／００－２５／０４

Ｈ０４Ｓ １／００－ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力信号に基づいて入力瞬時値を算出する入力瞬時値算出部と、
前記入力瞬時値の移動平均を残響成分として算出する残響推定部と、
前記入力瞬時値と前記残響成分とを用いて、前記入力信号に対する基本的なゲインである第１ゲインを算出するゲイン算出部と、
前記入力瞬時値と前記残響成分との比に応じて、所定の下限値及び上限値の範囲内で変化する第２ゲインを算出し、前記第１ゲインと前記第２ゲインとの大きい方を第３ゲインとして出力するゲイン抑制制御部と、
前記入力信号に対し、前記第３ゲインを乗じるゲイン処理部と、
を備え、
前記ゲイン抑制制御部は、前記入力瞬時値が前記残響成分より大きい状況では、前記上限値を超えない範囲内で前記第２ゲインを増加させ、前記入力瞬時値が前記残響成分より小さい状況では、前記下限値を下回らない範囲内で前記第２ゲインを減少させる、
ことを特徴とする残響抑制装置。

【請求項2】

前記入力瞬時値は、前記入力信号の絶対値又は２乗に相関がある値のエンベロープに基づいて算出され、
前記残響成分は、前記入力瞬時値の指数移動平均により算出される、
ことを特徴とする請求項１に記載の残響抑制装置。

【請求項3】

前記第３ゲインに対してスムージング処理を施して平滑化するスムージング処理部を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の残響抑制装置。

【請求項4】

外部入力信号を複数の周波数帯域の成分である複数の前記入力信号に分割する分析フィルタバンクと、
前記ゲイン処理部から出力される前記複数の周波数帯域の成分を合成して出力信号を生成する合成フィルタバンクと、
を更に備え、
前記複数の周波数帯域に対応する複数の前記入力瞬時値算出部、複数の前記残響推定部、複数の前記ゲイン算出部、複数の前記ゲイン抑制制御部がそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の残響抑制装置。

【請求項5】

前記下限値及び前記上限値は、前記複数の周波数帯域の各々に対して個別に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の残響抑制装置。

【請求項6】

音を電気信号に変換するマイクロホンと、
電気信号を音に変換するレシーバと、
前記マイクロホンの出力信号から抽出される入力信号に基づいて入力瞬時値を算出する入力瞬時値算出部と、
前記入力瞬時値の移動平均を残響成分として算出する残響推定部と、
前記入力瞬時値と前記残響成分とを用いて、前記入力信号に対する基本的なゲインである第１ゲインを算出するゲイン算出部と、
前記入力瞬時値と前記残響成分との比に応じて、所定の下限値及び上限値の範囲内で変化する第２ゲインを算出し、前記第１ゲインと前記第２ゲインとの大きい方を第３ゲインとして出力するゲイン抑制制御部と、
前記入力信号に対して使用者に応じた補聴処理を施し、前記入力信号に対して前記第３ゲインを乗じるゲイン処理部を含む補聴処理部と、
を備え、
前記ゲイン抑制制御部は、前記入力瞬時値が前記残響成分より大きい状況では、前記上限値を超えない範囲内で前記第２ゲインを増加させ、前記入力瞬時値が前記残響成分より小さい状況では、前記下限値を下回らない範囲内で前記第２ゲインを減少させる、
ことを特徴とする補聴器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、音声信号に含まれる残響成分を抑制する残響抑制装置及びそれを具備する補聴器に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、補聴器を使用する際、音が響きやすい建物の中では周囲の壁等から反射された残響音が会話に重なり、聴き取り難くなることがあるため、残響音を抑えて聞き取りやすくするための機能が求められている。従来から、信号処理により音声信号に含まれる残響成分を抑制する種々の技術が提案されている。例えば、特許文献１には、入力信号の瞬時値と、その瞬時値に基づく残響成分とを求め、瞬時値が残響成分より小さい期間にはゲインの値を所定のゲイン下限値に設定することで、残響成分を抑制する技術が開示されている。また例えば、特許文献２には、音声信号の時間変化に追従する第１指標値と、この第１指標値に比べて低い追従性で音声信号の時間変化に追従する第２指標値との相違に応じて残響成分を調整することで、残響成分を抑制する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－０５４４２１号公報

【文献】特開２０１３－１３０８５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１の技術を適用する場合、十分に残響成分を抑制するにはゲイン下限値を低い値に設定する必要がある。しかし、ゲイン下限値を低い値に設定すると、ゲインの変化幅が大きくなり音声が断続的に入力される状況に追随できない恐れがある。例えば、一定時間だけ音声が入力された後、その残響が生じる状況では、ゲインが高い状態から減少していくことになるが、その直後に再び音声が入力される場合は音声の出だしのゲインが抑制されてしまう。また、音声が入力されずに定常的な環境騒音（交通騒音や雑踏など）が存在する場合、不必要にゲインを抑制し過ぎることで違和感を生じさせる要因となる。また、上記特許文献２の技術を適用したとしても同様の問題が生じ、ゲインの変動や定常的な環境騒音下での違和感は避けられない。一方、特許文献１、２の各技術の適用に際し、ゲイン変動による違和感への対策としてスムージング処理の時定数を大きく設定したとしても、連続した会話等における音声の出だしのゲインを抑制する問題は改善できないし、逆に残響成分に対するゲインの抑制が不十分となる事態も想定される。

【0005】

本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、音声に対する適度なゲインを確保しつつ残響成分を十分に抑制し、ゲイン変動や定常的な環境騒音に伴う違和感を低減する残響抑制装置及び補聴器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明の残響抑制装置は、入力信号（Ｘ（ｊ、ｋ））に基づいて入力瞬時値（Ｘａ（ｊ、ｋ））を算出する入力瞬時値算出部（１２）と、前記入力瞬時値の移動平均を残響成分（Ｚａ（ｊ、ｋ））として算出する残響推定部（１３）と、前記入力瞬時値と前記残響成分とを用いて、前記入力信号に対する基本的なゲインである第１ゲイン（Ｇａ（ｊ、ｋ））を算出するゲイン算出部（１４）と、前記入力瞬時値と前記残響成分との比に応じて、所定の下限値（ηｌｏｗ（ｋ））及び上限値（ηｕｐ（ｋ））の範囲内で変化する第２ゲイン（Ｇｓ（ｊ、ｋ））を算出し、前記第１ゲインと前記第２ゲインとの大きい方を第３ゲイン（Ｇｂ（ｊ、ｋ））として出力するゲイン抑制制御部（１５）と、前記入力信号に対し、前記第３ゲインを乗じるゲイン処理部（１１）とを備え、前記ゲイン抑制制御部は、前記入力瞬時値が前記残響成分より大きい状況では、前記上限値を超えない範囲内で前記第２ゲインを増加させ、前記入力瞬時値が前記残響成分より小さい状況では、前記下限値を下回らない範囲内で前記第２ゲインを減少させるように構成される。

【0007】

本発明の残響抑制装置によれば、入力瞬時値と残響成分とにより算出された第１ゲインは変動が大きいため、第２ゲインによって抑制することでゲインが低下し過ぎることを防止できる点は従来の構成と同様であるが、抑制されたゲインである第２ゲイン自体は固定ではなく、所定の下限値及び上限値の範囲内で変化させる点が特徴的である。これにより、スムージング処理の時定数を大きくすることなくゲイン変動を小さくでき、振幅の大きい音声が入力された後の後期残響音の時間帯にてゲインが下がり過ぎず、かつ後続の音声の出だしに抑制後のゲインが十分に戻るため、音声の自然さを保ったまま残響成分を十分に抑制することができる。また、定常雑音のみが存在する環境下でも不必要にゲインを抑制することを防止することができる。

【0008】

本発明において、入力瞬時値は、例えば、入力信号の絶対値又は２乗に相関がある値のエンベロープに基づいて算出することができ、残響成分は、例えば、入力瞬時値の指数移動平均により算出することができる。また、本発明のゲイン抑制制御部は、入力瞬時値が残響成分より小さい場合には、第２ゲインを下限値に向かって徐々に減少させ（（３）式参照）、それ以外の場合には、第２ゲインを上限値に向かって増加させる（（４）式参照）ように制御することが望ましい。これにより、入力瞬時値と残響成分との大小関係に応じて、２通りの算出方法を切り替えるのみで容易に第２ゲインの増減が可能となる。この場合の算出方法は多様であるが、具体例としては、後述の（３）式に従って第２ゲインを減少させ、後述の（４）式に従って第２ゲインを増加させることができる。

【0009】

本発明において、第３ゲインに対してスムージング処理を施して平滑化するスムージング処理部（１６）を更に設けてもよい。これにより、第２ゲインによる抑制後の第３ゲインに対し、更にスムージング処理を介して変動を抑制することができる。ただし、第３ゲインの変動が十分に小さい場合、スムージング処理を設けなくてもよい。

【0010】

本発明において、外部入力信号を複数の周波数帯域の成分である複数の入力信号に分割する分析フィルタバンク（１０）と、ゲイン処理部から出力される複数の周波数帯域の成分を合成して出力信号を生成する合成フィルタバンク（１７）とを更に設けるとともに、複数の周波数帯域に対応する複数の入力瞬時値算出部、複数の残響推定部、複数のゲイン算出部、複数のゲイン抑制制御部をそれぞれ設けてもよい。この場合、前述の下限値及び上限値は、複数の周波数帯域の各々に対して個別に設定することが望ましい。これにより、複数の周波数帯域の各々異なる特性を反映しつつ個別にゲインを抑制でき、自由度が高く適切なゲインの制御を行うことができる。

【0011】

また、上記課題を解決するために、本発明の補聴器は、音を電気信号に変換するマイクロホン（２０）と、電気信号を音に変換するレシーバ（２２）と、前記マイクロホンの出力信号から抽出される入力信号に基づいて入力瞬時値を算出する入力瞬時値算出部と、前記入力瞬時値の移動平均を残響成分として算出する残響推定部と、前記入力瞬時値と前記残響成分とを用いて、前記入力信号に対する基本的なゲインである第１ゲインを算出するゲイン算出部と、前記入力瞬時値と前記残響成分との比に応じて、所定の下限値及び上限値の範囲内で変化する第２ゲインを算出し、前記第１ゲインと前記第２ゲインとの大きい方を第３ゲインとして出力するゲイン抑制制御部と、前記入力信号に対して使用者に応じた補聴処理を施し、前記入力信号に対して前記第３ゲインを乗じるゲイン処理部とを備え、前記ゲイン抑制制御部は、前記入力瞬時値が前記残響成分より大きい状況では、前記上限値を超えない範囲内で前記第２ゲインを増加させ、前記入力瞬時値が前記残響成分より小さい状況では、前記下限値を下回らない範囲内で前記第２ゲインを減少させるように構成される。

【発明の効果】

【0012】

以上説明したように、本発明によれば、音声等に対する適度なゲインを維持しながら残響成分を効果的に抑制でき、ゲイン変動や定常的な環境騒音等では必要以上にゲインを低減することがなくなるので、残響抑制に起因する違和感を有効に低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態に係る残響抑制装置の構成を示すブロック図である。

【図2】ゲイン抑制制御部における具体的な処理例を示すフローチャートである。

【図3】本発明に係る残響抑制装置に関してシミュレーションにより検証した特性のうち、残響が多い環境で音声信号が断続して入力される場合の特性を従来の構成と対比しつつ示す図である。

【図4】本発明に係る残響抑制装置に関してシミュレーションにより検証した特性のうち、周囲の定常雑音のみが存在する環境における特性を従来の構成と対比しつつ示す図である。

【図5】定常雑音としてピンクノイズが存在する環境を想定し、本発明に係る残響抑制装置と従来の構成とを対比しつつ入力波形及び出力波形の特性を検証した結果を示す図である。

【図6】定常雑音として掃除機の音が存在する環境を想定し、本発明に係る残響抑制装置と従来の構成とを対比しつつ入力波形及び出力波形の特性を検証した結果を示す図である。

【図7】本発明に係る残響抑制装置を補聴器に適用した場合の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明を適用した実施形態について添付図面を参照しながら説明する。本実施形態では、残響抑制装置及びそれを備えた補聴器に対して本発明を適用する例について説明する。

【0015】

図１は、本発明の一実施形態に係る残響抑制装置の構成を示すブロック図である。図１に示す残響抑制装置は、分析フィルタバンク１０と、ゲイン処理部１１と、入力瞬時値算出部１２と、残響推定部１３と、ゲイン算出部１４と、ゲイン抑制制御部１５と、スムージング処理部１６と、合成フィルタバンク１７とを備えて構成される。図１の構成に含まれる各要素は、例えば、ディジタル信号処理を実行可能なＤＳＰ(Digital Signal Processor)による信号処理によって実現することができる。

【0016】

残響抑制装置において、音声信号等を含む外部入力信号が分析フィルタバンク１０に入力される。分析フィルタバンク１０は、処理対象である外部入力信号を所定の時間間隔であるフレーム毎にディジタル化し、それを複数の周波数帯域の成分である複数の入力信号に分割する。例えば、分析フィルタバンク１０は、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の周波数帯域にそれぞれ対応する窓関数及びＦＦＴ(Fast Fourier Transform）を用いて構成することができる。この場合、分析フィルタバンク１０から出力されるＭ個の入力信号は、時間軸上のｊ番目のフレーム及びｋ番目（ｋ：１～Ｍの整数）の周波数帯域に関し、Ｘ（ｊ、ｋ）と表記される。以下では、他の信号についても原則として同様に表記するものとする。

【0017】

ゲイン処理部１１は、分析フィルタバンク１０により分割されたＭ個の入力信号Ｘ（ｊ、ｋ）に対し、それぞれに対応するゲインを乗じた信号を生成する。この場合、ゲイン処理部１１において必要なゲインは、入力瞬時値算出部１２と、残響推定部１３と、ゲイン算出部１４と、ゲイン抑制制御部１５と、スムージング処理部１６とを含む構成部分の後述の処理により得られる。この構成部分については、Ｍ個の入力信号Ｘ（ｊ、ｋ）に対応して並列に同一の構成で配置される（図１では１系統のみを示す）。

【0018】

入力瞬時値算出部１２は、入力信号Ｘ（ｊ、ｋ）のパワーのエンベロープ（時間包絡）の値を推定することにより入力瞬時値Ｘａ（ｊ、ｋ）を算出する。この場合の入力瞬時値Ｘａ（ｊ、ｋ）は、入力信号Ｘ（ｊ、ｋ）の２乗に相関がある入力パワーの推定値に相当する。ただし、入力瞬時値Ｘａ（ｊ、ｋ）として、入力パワーの推定値に代え、振幅のエンベロープの値を推定し、入力信号Ｘ（ｊ、ｋ）の絶対値に相関がある入力振幅の推定値を用いてもよい。

【0019】

残響推定部１３は、入力瞬時値算出部１２で得られた入力瞬時値Ｘａ（ｊ、ｋ）の指数移動平均の値を算出し、その値を残響成分Ｚａ（ｊ、ｋ）と推定して出力する。例えば、残響成分Ｚａ（ｊ、ｋ）は、所定の時間範囲内の複数の入力瞬時値を保持しつつ、それぞれの入力瞬時値を保持する時間に応じて指数的に減少する重み付けを付与し、その時点の指数移動平均を順次算出することで求めることができる。なお、残響推定部１３では、指数移動平均には限らず、他の加重移動平均を用いた処理を採用してもよい。

【0020】

ゲイン算出部１４は、入力瞬時値算出部１２及び残響推定部１３で得られた入力瞬時値Ｘａ（ｊ、ｋ）及び残響成分Ｚａ（ｊ、ｋ）を用いて、入力信号Ｘ（ｊ、ｋ）に対する基本的なゲインである第１ゲインＧａ（ｊ、ｋ）を算出する。この第１ゲインＧａ（ｊ、ｋ）を算出する際には多様な算出式を適用可能である。一例として、次の（１）式に基づいて、第１ゲインＧａ（ｊ、ｋ）を算出することができる。

【数1】

ただし、ａ、ｂは、入力瞬時値Ｘａ（ｊ、ｋ）の算出方法に応じて適宜に設定される値である。
なお、第１ゲインＧａ（ｊ、ｋ）の他の算出方法としては、スペクトルサブトラクション法、ウィーナーフィルタリング法、ＭＭＳＥ－ＳＴＳＡ（minimum mean-square-error short-time spectral amplitude）法などを挙げることができる。

【0021】

ゲイン抑制制御部１５は、前述の入力瞬時値Ｘａ（ｊ、ｋ）及び残響成分Ｚａ（ｊ、ｋ）を用いて、抑制された第２ゲインＧｓ（ｊ、ｋ）を設定し、設定された第２ゲインＧｓ（ｊ、ｋ）に基づき前述の第１ゲインＧａ（ｊ、ｋ）との対比結果から選択した第３ゲインＧｂ（ｊ、ｋ）を出力する。以下、ゲイン抑制制御部１５における具体的な処理例について、図２のフローチャート及び（２）、（３）、（４）式を参照しつつ説明する。

【0022】

まず、図２に示すように、入力瞬時値算出部１２で得られた入力瞬時値Ｘａ（ｊ、ｋ）と、残響推定部１３で得られた残響成分Ｚａ（ｊ、ｋ）とを取得し、両者の比Ｐ（ｊ、ｋ）を次の（２）式により算出する（ステップＳ１）。

【数2】

【0023】

次いで、ステップＳ１で算出した比Ｐ（ｊ、ｋ）が、Ｐ（ｊ、ｋ）＜１を満たすか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２の判定の結果、Ｐ（ｊ、ｋ）＜１を満たす場合には（ステップＳ２：ＹＥＳ）、ゲイン抑制制御部１５において、次の（３）式により第２ゲインＧｓ（ｊ、ｋ）を算出する（ステップＳ３）。

【数3】

ただし、ηｌｏｗ（ｋ）＝周波数帯域毎に設定された第２ゲインの下限値
α１、β：（３）式の特性に応じて設定される係数
ｍａｘ（）：要素の最大値を返す関数

【0024】

一方、ステップＳ２の判定の結果、Ｐ（ｊ、ｋ）＜１を満たさない場合には（ステップＳ２：ＮＯ）、ゲイン抑制制御部１５において、次の（４）により第２ゲインＧｓ（ｊ、ｋ）を算出する（ステップＳ４）。

【数4】

ただし、ηｕｐ（ｋ）＝周波数帯域毎に設定された第２ゲインの上限値
α２：（４）式の特性に応じて設定される係数

【0025】

なお、（３）式及び（４）式では、１フレーム前の第２ゲインＧｓ（ｊ－１、ｋ）が用いられており、第２ゲインＧｓ（ｊ、ｋ）が時間経過とともに順次変化していく。また、（３）式及び（４）式におけるα１、α２は、第２ゲインＧｓ（ｊ、ｋ）の変化の速度を定める役割があり、α１、α２を大きく値にするほど第２ゲインＧｓ（ｊ、ｋ）が急速に変化する。また、（３）式におけるβは、比Ｐ（ｊ、ｋ）に応じた第２ゲインＧｓ（ｊ、ｋ）の値を調整する役割がある。

【0026】

次いで、ステップＳ３、Ｓ４により算出された第２ゲインＧｓ（ｊ、ｋ）に基づき、第３ゲインＧｂ（ｊ、ｋ）を導出する。すなわち、第１ゲインＧａ（ｊ、ｋ）が第２ゲインＧｓ（ｊ、ｋ）より小さい場合には（ステップＳ５：ＹＥＳ）、第２ゲインＧｓ（ｊ、ｋ）の値を第３ゲインＧｂ（ｊ、ｋ）として設定し（ステップＳ６）、第１ゲインＧａ（ｊ、ｋ）が第２ゲインＧｓ（ｊ、ｋ）を下回らない場合には（ステップＳ５：ＮＯ）、第１ゲインＧａ（ｊ、ｋ）をそのまま第３ゲインＧｂ（ｊ、ｋ）として設定する（ステップＳ７）。これにより、ゲイン抑制制御部１５から抑制後の第３ゲインＧｂ（ｊ、ｋ）が出力される。

【0027】

本実施形態では、上述の（３）、（４）式の計算により、第２ゲインＧｓ（ｊ、ｋ）は、入力瞬時値Ｘａ（ｊ、ｋ）と残響成分Ｚａ（ｊ、ｋ）との大小関係に応じて、２通りで変化する。すなわち、外部からの音声等により入力瞬時値Ｘａ（ｊ、ｋ）が現れて残響成分Ｚａ（ｊ、ｋ）よりも大きくなる状況では、（４）式に従って、第２ゲインＧｓ（ｊ、ｋ）が上限値ηｕｐ（ｋ）を超えない範囲内で増加する。これに対し、入力瞬時値Ｘａ（ｊ、ｋ）が減少して残響成分Ｚａ（ｊ、ｋ）より小さくなる状況では、（３）式に従って、第２ゲインＧｓ（ｊ、ｋ）が下限値ηｌｏｗ（ｋ）を下回らない範囲内で減少していく。このように本実施形態では、第２ゲインＧｓ（ｊ、ｋ）を、上限値ηｕｐ（ｋ）と下限値ηｌｏｗ（ｋ）との範囲内で制限することが特徴的であるが、かかる制限により得られる作用効果については後述する。

【0028】

次に図１に戻って、スムージング処理部１６は、ゲイン抑制制御部１５から出力される第３ゲインＧｂ（ｊ、ｋ）に対して時間軸に沿ってスムージング処理を施し、時間的な変動が平滑化されたゲインＧｃ（ｊ、ｋ）を出力する。スムージング処理部１６におけるスムージング処理としては、例えば、入力された第３ゲインＧｂ（ｊ、ｋ）の指数移動平均を順次算出することで、平滑化されたゲインＧｃ（ｊ、ｋ）を得ることができる。ただし、第３ゲインＧｂ（ｊ、ｋ）が時間的に十分滑らかに変化するときは、スムージング処理部１６を省略してもよい。

【0029】

スムージング処理部１６から出力されたゲインＧｃ（ｊ、ｋ）は、前述のゲイン処理部１１を介して、対応する周波数帯域の入力信号Ｘ（ｊ、ｋ）に乗じられる。そして、後段の合成フィルタバンク１７は、フレーム毎にゲイン処理部１１から出力されるＭ個の周波数帯域の成分を合成し、残響抑制装置の出力信号を生成する。例えば、合成フィルタバンク１７は、Ｍ個の周波数帯域にそれぞれ対応するＩＦＦＴ(Inverse Fast Fourier Transform）及び窓関数を用いて構成することができる。なお、本発明に係る残響抑制装置では、周波数帯域に分割して各々を処理する場合を説明するが、分析フィルタバンク１０及び合成フィルタバンク１７を用いずに、全体の周波数成分に対して本発明に係る処理を適用してもよい。

【0030】

次に、本発明に係る残響抑制装置に基づく具体的な作用効果について説明する。図３及び図４は、本発明に係る残響抑制装置に関し、シミュレーションにより検証した特性について従来の手法と対比しつつ説明する図である。それぞれ、図３は、残響が多い環境で音声信号が断続して入力される場合の特性を示すとともに、図４は、周囲の定常雑音のみが存在する環境における特性を示している。

【0031】

まず、図３（Ａ）に示すように、比較的大きな音声が時間ｔ１、ｔ２にて断続的に入力された場合、入力瞬時値Ｘａ（ｊ、ｋ）は、タイミングｔ１、ｔ２で急峻にパワーが立ち上がった後に立ち下がり、残響が多い影響により、入力瞬時値Ｘａ（ｊ、ｋ）の立ち下がる波形に追随して残響が緩やかに立ち下がる波形（パルス直後の黒い部分）を想定する。そして、残響成分Ｚａ（ｊ、ｋ）は、入力瞬時値Ｘａ（ｊ、ｋ）から遅れて緩やかに変化していく。そのため、図３（Ｂ）に示すように、入力瞬時値Ｘａ（ｊ、ｋ）と残響成分Ｚａ（ｊ、ｋ）との比Ｐ（ｊ、ｋ）は、タイミングｔ１、ｔ２において１の付近から急増するが、その後のいわゆる後期残響音の時間帯では、比Ｐ（ｊ、ｋ）が１を下回る。なお、後期残響音は、入力瞬時値Ｘａ（ｋ、ｊ）が減少して残響成分Ｚａ（ｋ、ｊ）を下回り、Ｐ（ｊ、ｋ）＜１となる時間帯における残響音に相当する。

【0032】

次いで、図３（Ｃ）に示すように、（１）式に基づいて算出される基本的な第１ゲインＧａ（ｊ、ｋ）は、前述の比Ｐ（ｚ、ｋ）が１を下回る期間において減少しつつ、最小値になる。一方、（３）式及び（４）式で算出される第２ゲインＧｓ（ｊ、ｋ）は、上限値ηｕｐ（ｋ）及び下限値ηｌｏｗ（ｋ）の範囲内でのみ変化する。よって、第１ゲインＧａ（ｊ、ｋ）と第２ゲインＧｓ（ｊ、ｋ）の大きい方である第３ゲインＧｂ（ｊ、ｋ）は、前述の第１ゲインＧａ（ｊ、ｋ）が最小値付近の領域においても、最小値の半分程度の第３ゲインＧｂ（ｊ、ｋ）の値を保持して、その後に第１ゲインＧａ（ｊ、ｋ）に準じて１に戻ることがわかる。

【0033】

これに対し、図３（Ｄ）では、従来の構成（例えば、特許文献１参照）に基づく残響抑制装置に関して、スムージング処理を行わない場合のゲインＧ１とスムージング処理を行う場合のゲインＧ２との波形を示している。この場合、スムージング処理を行わない場合のゲインＧ１は、概ね図３（Ｃ）の第１ゲインＧａ（ｊ、ｋ）と同様に変化しているが、スムージング処理を行う場合のゲインＧ２は、ゲインＧ１に比べて全般的に緩やかに変化することがわかる。

【0034】

ここで、図３（Ｃ）の第１ゲインＧａ（ｊ、ｋ）と、図３（Ｄ）のスムージング処理を行わない場合のゲインＧ１はゲイン変動が大きく、前述の後期残響音に対するゲインが必要以上に小さくなることから、残響音や定常雑音への違和感の要因となる。そのための対策として、図３（Ｃ）の第３ゲインＧｂ（ｊ、ｋ）は最初の後期残響音で値が低下しても第２ゲインＧｓ（ｊ、ｋ）の最小値までであり、その後に第１ゲインＧａ（ｊ、ｋ）に応じて戻るので、タイミングｔ２の入力音に対して十分なゲインの値を確保できる。これに対し、図３（Ｄ）のゲインＧ２はスムージング処理により適度に低下するが、戻りが遅いために、タイミングｔ２の入力音に対するゲインの値を抑制してしまう。

【0035】

次に、周囲に定常雑音のみが存在する環境においては、図４（Ａ）に示すように、入力瞬時値Ｘａ（ｊ、ｋ）がそれほど変化しないため、残響成分Ｚａ（ｊ、ｋ）も同様に変化が小さい。この場合においても、入力瞬時値Ｘａ（ｊ、ｋ）と残響成分Ｚａ（ｊ、ｋ）の大小関係は前述の規則に準じて算出され、図４（Ｂ）に示すように、両者の比Ｐ（ｊ、ｋ）は、１の近傍の狭い範囲を緩やかに変化する。この状況で、前述の第１ゲインＧａ（ｊ、ｋ）は、図４（Ｃ）に示すように、図３（Ｃ）の第１ゲインＧａ（ｊ、ｋ）に比べて、その変動は小さくなり、第３ゲインＧｂ（ｊ、ｋ）は、前述と同様、第１ゲインＧａ（ｊ、ｋ）の最小値より低くなり過ぎず、かつ短時間で戻るため、定常雑音に対して安定的なゲインを確保できる。一方、従来の構成の場合、図４には示されないが、図３（Ｄ）のスムージング処理を行わない場合のゲインＧ１に対し、スムージング処理を行ったとしても、図３と同様、ゲインの戻りが遅いため、全般的に定常雑音に対するゲイン変動は避けられない。

【0036】

次に、図５及び図６は、実際に定常雑音が存在する環境を想定し、入力波形及び出力波形の特性を検証した結果を、本発明に係る残響抑制装置と従来の構成とを対比しつつ示している。定常雑音としては、図５ではピンクノイズを想定し、図６では掃除機の音を想定している。図５（Ａ）及び図６（Ａ）は、従来の構成でゲイン下限値を－５～－１５ｄＢ（周波数帯域に依存）の範囲内に設定した場合の特性を、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）は、従来の構成でゲイン下限値を－１５ｄＢ（固定）に設定した場合の特性を、図５（Ｃ）及び図６（Ｃ）は、本発明に係る残響抑制装置で得られた特性をそれぞれ示している。

【0037】

図５及び図６に示すように、ピンクノイズと掃除機のいずれを定常雑音とする場合であっても、従来の構成によれば、入力波形（グレーの部分）に比べて出力波形（黒い部分）が小さくなっており、ゲインの値が不十分であることがわかる。これに対し、本発明によれば、図５（Ｃ）及び図６（Ｃ）から入力波形と出力波形が同程度の大きさであり、ゲインの値が下がり過ぎることなく、適度なゲインが確保されていることがわかる。このように、定常雑音に対しても、本発明の適用によりゲイン変動に起因する違和感を防止することができる。

【0038】

本発明に係る残響抑制装置には多様な用途に適用することができる。図７は、本発明に係る残響抑制装置を補聴器に適用した場合の構成例を示している。図７に示す補聴器において、分析フィルタバンク１０、入力瞬時値算出部１２、残響推定部１３、ゲイン算出部１４、ゲイン抑制制御部１５、スムージング処理部１６、合成フィルタバンク１７については、図１と同様であるが、入力側のマイクロホン２０と、ゲイン処理部１１を含む補聴処理部２１と、出力側のレシーバ２２とが設けられる。

【0039】

マイクロホン２０は、外部から入力される音を電気信号に変換し、分析フィルタバンク１０への入力信号として出力する。補聴処理部２１は、分析フィルバンク１０から出力された複数の周波数帯域毎の入力信号Ｘ（ｊ、ｋ）に対し、各々の使用者の聴力に応じたゲイン調整や使用環境に応じたノイズキャンセルなどの補聴処理を施す機能を有し、図１のゲイン処理部１１と同様の機能を実現する構成要素を含んでいる。レシーバ２２は、例えば、使用者の外耳道内に設置され、補聴処理部２１からの出力信号を音に変換して外耳道内の空間に出力する。図７の示す補聴器においても、本実施形態で説明した残響抑制装置と同様の作用効果を得ることができ、使用者の違和感を低減して快適な補聴器を実現することが可能となる。

【0040】

また、本発明に係る残響抑制装置は、補聴器以外の多様な機器に適用することができる。すなわち、図１や図７の各構成を具備し、本発明の機能を実現可能であれば、単独で、あるいは他の機器に組み込んで本発明を適用することができる。このような用途において、各構成要素は多様な形態の処理を採用して実現可能であり、その構成や各種設定などについても多様な選択が可能である。

【符号の説明】

【0041】

１０…分析フィルタバンク
１１…ゲイン処理部
１２…入力瞬時値算出部
１３…残響推定部
１４…ゲイン算出部
１５…ゲイン抑制制御部
１６…スムージング処理部
１７…合成フィルタバンク
２０…マイクロホン
２１…補聴処理部
２２…レシーバ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】