(57)【要約】      （修正有）【課題】バイノーラル補聴器でのノイズ低減のための方法を提供する。【解決手段】バイノーラル補聴器４において、第１のローカルユニット１及び第２のローカルユニット２を備える。第１のローカルユニット１は、環境音１２から第１の主信号１８及び第１の補助信号１４を生成し、第２のローカルユニット２は、環境音１２から第２の主信号３２を生成し、環境音１２中の有用な音声信号２０の到来方向αを推定し、第１の周波数範囲４０及び第２の周波数範囲４２を割り当て、推定到来方向αに関連する空間条件を第１の範囲ビームフォーマ信号４４の指向特性に課し、第１の周波数範囲４０内で、第１の範囲ビームフォーマ信号４４を生成する。第１の範囲ビームフォーマ信号４４及び第２の範囲ビームフォーマ信号４６から、第１のローカル出力信号５０を生成する。【選択図】図１
2020102834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイノーラル補聴器（４）でのビームフォーミングのための方法であって、前記バイノーラル補聴器（４）が、第１のローカルユニット（１）及び第２のローカルユニット（２）を備え、前記方法が、
前記第１のローカルユニット（１）において、環境音（１２）から第１の主信号（１８）及び第１の補助信号（１４）を生成し、前記第２のローカルユニット（２）において、前記環境音（１２）から第２の主信号（３２）を生成するステップと、
前記環境音（１２）中の有用な音声信号（２０）の到来方向（α）を推定するステップと、
第１の周波数範囲（４０）及び第２の周波数範囲（４２）を割り当てるステップと、
第１の範囲ビームフォーマ信号（４４）を生成するステップであって、推定された前記到来方向（α）に関連する少なくとも１つの空間条件を前記第１の範囲ビームフォーマ信号（４４）の指向特性に課すことによって、前記第１の周波数範囲（４０）内で、前記第１の主信号（１８）、前記第１の補助信号（１４）、及び前記第２の主信号（３２）から前記第１の範囲ビームフォーマ信号（４４）を生成するステップと、
第２の範囲ビームフォーマ信号（４６）を生成するステップであって、推定された前記到来方向（α）に関連する少なくとも１つの空間条件を前記第２の範囲ビームフォーマ信号（４６）の指向特性に課すことによって、前記第２の周波数範囲（４２）内で、前記第１の主信号（１８）及び前記第２の主信号（３２）から前記第２の範囲ビームフォーマ信号（４６）を生成するステップと、
前記第１の範囲ビームフォーマ信号（４４）及び前記第２の範囲ビームフォーマ信号（４６）から第１のローカル出力信号（５０）を導出するステップと、を含み、前記第１のローカル出力信号（５０）が、前記第１のローカルユニット（１）の第１の出力変換器（５４）によって第１の出力音（５２）に変換される、
方法。
【請求項２】
前記第１の範囲ビームフォーマ信号（４４）を生成するために、推定された前記到来方向（α）から第１の角度距離（α１）での第１の減衰値、及び推定された前記到来方向（α）から第２の角度距離（α２）での第２の減衰値が、前記第１の範囲ビームフォーマ信号（４４）の前記指向特性に対する前記少なくとも１つの空間条件として与えられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の減衰値及び前記第２の減衰値が、
推定された前記到来方向（α）に対して３°〜１０°で与えられた第１の角度範囲内で、０．５ｄＢ未満の減衰を有する第１の角度（α１）が存在し、
推定された前記到来方向（α）に対して−１０°〜−３°で与えられた第２の角度範囲内で、０．５ｄＢ未満の減衰を有する第２の角度（α２）が存在する
ように設定される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の範囲ビームフォーマ信号（４６）を生成するために、推定された前記到来方向（α）から第３の角度距離（α３）での第３の減衰値が、前記第２の範囲ビームフォーマ信号（４６）の前記指向特性に対する前記少なくとも１つの空間条件として与えられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第３の減衰値が、推定された前記到来方向（α）に対して−２°〜２°で与えられた第３の角度範囲内で、０．５ｄＢ未満の減衰を有する第３の角度（α３）が存在するように設定される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の周波数範囲（４４）及び前記第２の周波数範囲（４６）が、推定された前記到来方向（α）に応じて割り当てられる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
負の開き角から正の開き角までの角度範囲内で推定される前記到来方向（α）に関して、各開き角が、前記第１のローカルユニット（１）及び前記第２のローカルユニット（２）の位置によって定義される正面方向（３４）に対して定義され、
第１のクロスオーバ周波数が割り当てられ、
前記第１の周波数範囲（４０）が、前記第１のクロスオーバ周波数を超える周波数範囲として割り当てられ、
前記第２の周波数範囲（４２）が、前記第１のクロスオーバ周波数未満の周波数範囲として割り当てられる、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のクロスオーバ周波数が、２５０Ｈｚ〜２ｋＨｚの周波数として割り当てられる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のローカルユニット（１）及び前記第２のローカルユニット（２）の位置によって定義される横方向の周りでの前記正の開き角に対する余角の２倍の角度範囲内で推定される前記到来方向（α）に関して、
第２のクロスオーバ周波数が割り当てられ、
前記第１の周波数範囲（４０）が、前記第２のクロスオーバ周波数未満の周波数範囲として割り当てられ、
前記第２の周波数範囲（４２）が、前記第２のクロスオーバ周波数を超える周波数範囲として割り当てられる、
請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２のクロスオーバ周波数が、２５０Ｈｚ〜２ｋＨｚの周波数として割り当てられる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記負の開き角が、前記正面方向（３４）に対して［−８５°，−６５°］の角度範囲から選択され、前記正の開き角が、前記正面方向（３４）に対して［６５°，８５°］の角度範囲から選択される、請求項７〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のローカルユニット（１）において、
第１のローカル前方信号（１０）が、第１の前方入力変換器（６）によって前記環境音（１２）から生成され、
第１のローカル後方信号（１４）が、第１の後方入力変換器（８）によって前記環境音（１２）から生成され、
前記第２のローカルユニット（２）において、
第２のローカル前方信号（２４）が、第２の前方入力変換器（２２）によって前記環境音（１２）から生成され、
第２のローカル後方信号（２８）が、第２の後方入力変換器（２４）によって前記環境音（１２）から生成され、
前記第１の主信号（１８）が、前記第１のローカル前方信号（１０）及び前記第１のローカル後方信号（１４）から生成され、
前記第２の主信号（３２）が、前記第２のローカル前方信号（２４）及び前記第２のローカル後方信号（２８）から生成され、
前記第１の補助信号（１４）が、前記第１のローカル前方信号（１０）又は前記第１のローカル後方信号（１４）から生成される、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のローカルユニット（１）において、前記第１のローカル前方信号（１０）又は前記第１の主信号（１８）から第１の空間参照信号が生成され、
前記第１の周波数範囲（４０）内で、前記第１の範囲ビームフォーマ信号（４４）及び前記第１の空間参照信号の第１のコヒーレンスパラメータが計算され、前記第１のコヒーレンスパラメータから第１の混合パラメータが導出され、
前記第１の混合パラメータに従って、前記第１の範囲ビームフォーマ信号（４４）と前記第１の空間参照信号とを混合することによって、第１の範囲出力信号が生成され、
前記第１の範囲出力信号から、前記第１の周波数範囲（４０）での前記第１のローカル出力信号（５０）が生成される、
請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のローカルユニット（１）において、前記第１のローカル前方信号（１０）又は前記第１の主信号（１８）から第２の空間参照信号が生成され、
前記第２の周波数範囲（４２）内で、前記第２の範囲ビームフォーマ信号（４６）及び前記第２の空間参照信号の第２のコヒーレンスパラメータが計算され、前記第２のコヒーレンスパラメータから第２の混合パラメータが導出され、
前記第２の混合パラメータに従って、前記第２の範囲ビームフォーマ信号（４６）と前記第２の空間参照信号とを混合することによって、第２の範囲出力信号が生成され、
前記第２の範囲出力信号から、前記第２の周波数範囲（４２）での前記第１のローカル出力信号（５０）が生成される、
請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の範囲ビームフォーマ信号（４４）が、線形拘束付最小分散型ビームフォーマによって、前記第１の主信号（１８）、前記第１の補助信号（１４）、及び前記第２の主信号（３２）から生成され、及び／又は前記第２の範囲ビームフォーマ信号（４６）が、最小分散無歪応答ビームフォーマによって、前記第１の主信号（１８）及び前記第２の主信号（３２）から生成される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
環境音（１２）を少なくとも１つの第１の入力信号（１０、１４）に変換するための少なくとも第１の入力変換器（６、８）を備える第１のローカルユニット（１）と、前記環境音（１２）を少なくとも１つの第２の入力信号（２４、２８）に変換するための少なくとも第２の入力変換器（２２、２６）を備える第２のローカルユニット（２）と、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成された信号処理ユニットと、を備えるバイノーラル補聴器（４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイノーラル補聴器でのビームフォーミングのための方法であって、バイノーラル補聴器が、第１のローカルユニット及び第２のローカルユニットを備え、方法が、第１のローカルユニットにおいて、環境音から第１の主信号及び第１の補助信号を生成し、第２のローカルユニットにおいて、環境音から第２の主信号を生成するステップと、第１の主信号、第２の主信号、及び第１の補助信号から第１のローカル出力信号を生成するステップとを含み、第１のローカル出力信号が、第１のローカルユニットの第１の出力変換器によって第１の出力音に変換される方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
補聴器において、入力信号のノイズ低減の重要性が常にある。通常、補聴器の使用者としての聴覚障害者は、特定の周波数帯域を聞き取るのが困難である。非常に多くの場合、聴力は、特に、より高い周波数帯域で低下する。そのような帯域には、発話理解に重要なフォルマントが位置しており、したがって、補聴器使用者にとって発話の理解は重要な問題である。特に、この文脈で、補聴器使用者は、信号対雑音比（ＳＮＲ）の向上につながるノイズ低減の恩恵を受けることがある。最近では、ビームフォーミング技法によるノイズ低減が、補聴器のＳＮＲを高めるために不可欠になっている。ビームフォーミング技法の利点は、「ビーム」であり、すなわちマイクロフォンアレイの感度を有用な信号の発信源の方向へ向け、それにより、ノイズと仮定される他の方向からの音を減衰することができることである。
【０００３】
当初は、有用な音声信号の発信源の方を使用者が見ていると仮定して、補聴器使用者の正面方向にビームを向けることしかできなかったが、現在では、特に、それぞれが複数のマイクロフォンを備える２つのローカルユニットを備えるバイノーラル補聴器でのバイノーラルビームフォーミングの場合、他の方向へのビームも実現可能である。したがって、各ローカルユニットにおいて少なくとも２つの入力信号が生成され、それにより、全ての入力信号から非常に高度なマイクロフォンアレイを構成することができる。
【０００４】
ビームフォーミング技法の主な問題の１つは、ビームが有用な音声信号の発信源の方に真に向いている場合にだけ、ノイズ低減が適切に機能することである。しかし、特に、音響的に複雑な高ノイズの背景にわたる発話の休止を伴う発話信号の場合、有用な信号（すなわち所望のターゲットソース信号）のいわゆる「到来方向」（ＤＯＡ）の推定は、誤差を含むことがある。さらに、通常のコミュニケーションジェスチャとしての会話中の補聴器使用者の小さく自然な頭部の動きは、タイムラグを伴ってしかＤＯＡの推定が追従できなくなるような偏差をもたらすことがあり、又はＤＯＡが小さな偏差に対して十分には正確ではない。通常、これらの偏差は小さい角度範囲内でのみ生じるが、結果として、有用な信号は減衰され、ノイズの寄与がわずかに高められ（すなわちノイズ低減がより小さく）、ＳＮＲの改良を悪化させる。
【０００５】
適応ブロッキングマトリックスを伴う一般化されたサイドローブキャンセラアルゴリズム、又は可動のバイノーラルビームフォーマと組み合わせたＤＯＡの適応推定など、ＤＯＡの推定の誤差に対してよりロバストなビームフォーミングを使用したノイズ低減手法が存在する。しかし、一般化されたサイドローブキャンセラ手法は、等方性の周囲ノイズに対してはあまり良好に機能しない。上記の方法は、等方性の周囲ノイズ及び指向性の干渉源が存在する状況に適合させることができるが、しかしこれは、音源の存在確率の計算を必要とし、計算オーバーヘッドが増加する。しかしまた、音源の存在確率は、有用な信号源から生じる音と指向性干渉源から生じる音とを区別する必要がある。実際には、これはかなり難しい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、ターゲット信号のＤＯＡの推定のより小さい又は中程度の誤差に対して特にロバストなバイノーラル補聴器におけるビームフォーマのロバスト性を高めるための方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、この目的は、バイノーラル補聴器でのビームフォーミングのための方法であって、上記バイノーラル補聴器が、第１のローカルユニット及び第２のローカルユニットを備え、方法が、第１のローカルユニットにおいて、環境音から第１の主信号及び第１の補助信号を生成し、第２のローカルユニットにおいて、環境音から第２の主信号を生成するステップと、環境音中の有用な音声信号の到来方向を推定するステップと、第１の周波数範囲及び第２の周波数範囲を割り当てるステップと、推定された到来方向に関連する少なくとも１つ、好ましくは少なくとも２つの空間条件を第１の範囲ビームフォーマ信号の指向特性に課すことによって、第１の周波数範囲内で、第１の主信号、第１の補助信号、及び第２の主信号から第１の範囲ビームフォーマ信号を生成するステップと、推定された到来方向に関連する少なくとも１つの空間条件を第２の範囲ビームフォーマ信号の指向特性に課すことによって、第２の周波数範囲内で、第１の主信号及び第２の主信号から第２の範囲ビームフォーマ信号を生成するステップと、第１の範囲ビームフォーマ信号及び第２の範囲ビームフォーマ信号から第１のローカル出力信号を導出するステップと、を含み、第１のローカル出力信号が、第１のローカルユニットの第１の出力変換器によって第１の出力音に変換される方法によって実現される。特定の利点を示し、それ自体に進歩性があり得る実施形態は、従属請求項及び以下の説明によって与えられる。
【０００８】
特に、第１のローカルユニット及び第２のローカルユニットは、それぞれ補聴器使用者の左耳と右耳に装着されるべきである。これに関して、第１のローカルユニットは、バイノーラル補聴器の使用者の左耳にある１つのローカルユニットによって、又は使用者の右耳にある１つのユニットによって与えられる。第１及び第２のローカルユニットはそれぞれ、環境音を電気入力信号に変換するための少なくとも１つの入力変換器を備える。特に、第１及び第２のローカルユニットはそれぞれ、少なくとも２つの入力変換器を備えていることがあり、したがって、各ローカルユニットにおいて、それぞれの入力変換器によって環境音から２つの異なる入力信号が生成される。
【０００９】
特に、第１の主信号は、第１のローカルユニットにおいて、そこで第１の入力変換器によって生成された第１の入力信号から直接、すなわち別の信号からの信号寄与なしで導出されてよい。代替形態として、第１の主信号は、第１のローカルユニットでの２つの異なる入力変換器によってそれぞれ生成される２つのローカル信号から導出されてよい。例えば、第１のローカルユニットは、環境音から前方入力信号及び後方入力信号をそれぞれ生成する前方入力変換器及び後方入力変換器を備えることがあり、第１の主信号は、場合によっては周波数依存のゲイン調整など何らかの前処理の後に、これらの２つの信号からの信号寄与を含むことがある。同様の条件が、第２のローカルユニットにおいて生成される第２の主信号にも当てはまることがある。好ましくは、第１の主信号を導出するために使用される第１のローカルユニットにおける入力信号の数は、第２の主信号を導出するために使用される第２のローカルユニットにおける入力信号の数に対応する。最も好ましくは、それぞれの入力信号から第１の主信号及び第２の主信号を生成するためのアルゴリズムは、互いに一致している。これは、第１の主信号が遅延和ビームフォーミングによって第１のローカルユニットでの２つの入力信号から生成される場合、第２の主信号も遅延和プロセスによって第２のローカルユニットでの２つの入力信号から生成されることを含む。
【００１０】
好ましくは、第１の補助信号は、第１のローカルユニットにおいて、第１の主信号とは異なるやり方で生成される。これは、第１の主信号が少なくとも２つの入力信号から導出される場合、第１の補助信号を第１のローカルユニットのただ１つの入力信号から直接導出することを含む。同様に、第１の主信号が第１のローカルユニットのただ１つの入力信号から導出される場合、第１の補助信号は、少なくとも２つの入力信号（場合によっては、そのうちの１つは、第２のローカルユニットから第１のローカルユニットに向かって伝送される）から生成されることがある。
【００１１】
特に、有用な音声信号のＤＯＡ（到来方向）は、第１の主信号、第１の補助信号、及び第２の主信号、及び／又はそれぞれの基になっている第１のローカルユニット及び／又は第２のローカルユニットの入力信号のうちの１つを使用して推定されてよい。この推定は、当技術分野で知られている技法によって、例えば様々な方向からのあり得る有用な信号の信号パワーを使用して、又は有用な音声信号の性質について特定の仮定（例えば、有用な音声信号が発話であるという仮定）を立てることによって実施することができる。
【００１２】
特に、推定された到来方向に関連する少なくとも２つの空間条件を課すことによって、第１の周波数範囲内で、第１の主信号、第１の補助信号、及び第２の主信号から第１の範囲ビームフォーマ信号が生成される。これに関し、第１の範囲ビームフォーマ信号の生成は、例えば制約ベースの方程式アレイを解くことによって、第１の主信号、第１の補助信号、及び第２の主信号をある種のアレイとして処理し、得られる第１の範囲ビームフォーマ信号は、推定されたＤＯＡに関連するその課された空間条件を満たさなければならない指向特性を示す。例えば、第１の範囲ビームフォーマ信号は、３つの前述の成分信号の重み付きの重ね合わせとして生成されてよく、得られる第１の範囲ビームフォーマ信号の指向特性に課される推定されたＤＯＡに関連する空間条件は、指向特性での一対の減衰値として与えられ、すなわち、ＤＯＡからのそれぞれの特定の角度距離において、得られるビームフォーミングに対する２つのそれぞれの感度値として与えられる。これは、推定されたＤＯＡに関して、２つの特定の角度距離が与えられることを意味し、好ましくは、１つの小さい正の角度距離及び１つの小さい負の角度距離が、ＤＯＡ内で楔状に広がり、上記楔の２つの縁部で、得られるビームフォーミングの感度が、課された空間条件として固定される。
【００１３】
同様に、第２の範囲ビームフォーマ信号は、得られる第２の範囲ビームフォーマ信号の指向特性、したがって得られたビームフォーマに対して少なくとも１つ、好ましくは正確に１つの空間条件を課すことによって、第２の周波数範囲内で第１の主信号及び第２の主信号から生成されてよい。したがって、上記空間条件は、ＤＯＡから特定の角度距離での指向特性に関する特定の減衰又は感度値として与えられてよい。
【００１４】
第１のローカル出力信号は、第１の範囲ビームフォーマ信号及び第２の範囲ビームフォーマ信号を例えば重ね合わせとして直接採用して、これら２つの信号から生成することができ、又は、第１及び第２の範囲ビームフォーマ信号から中間信号を生成することができ、中間信号に対して、周波数依存ゲイン係数などのさらなる補聴器特有の信号処理、しかしまたフィードバック抑制も適用した後、第１のローカル出力信号を第１の出力音に変換してよい。本発明に関して、出力変換器は、特に電気信号によって刺激される機械的な振動によって電気信号を音に変換するように構成された電気音響変換器によって特に与えられることがある。同様に、入力変換器は、環境音を電気入力信号に変換するように構成された電気音響変換器、例えばマイクロフォンによって特に与えられる。
【００１５】
第１の周波数範囲及び第２の周波数範囲の割当て、並びにそれぞれ第１の範囲ビームフォーマ信号及び第２の範囲ビームフォーマ信号の生成は、根底にあるノイズ低減問題の周波数依存処置を可能にする。特に、第２の周波数範囲は、物理的な理由により、所与のＤＯＡに関して、音声信号の指向性があまり顕著でない周波数のセット又は範囲に割り当てられ、したがって、ＤＯＡの推定におけるより小さい又は中程度の誤差はまた、より低い指向性により、それぞれ有用な信号のより小さい減衰及びノイズ成分のより小さい増加をもたらす。このために、仮定される有用な信号の指向性がより低い状況では、ここでは２つのローカルユニットから２つの主信号の形で与えられる２つの基になる信号からの第２の範囲ビームフォーマ信号の構成は、空間分解能並びにリソース及びＣＰＵ時間の最小化に関して十分であると考えられる。
【００１６】
一方、有用な信号がより高い指向性を持つと仮定される周波数に関しては、第１の範囲ビームフォーマ信号として生成されるそれぞれのビームフォーミング信号は、第１の補助信号の形での１つの追加信号を考慮に入れ、したがって空間分解能を高め、得られた第１の範囲ビームフォーマ信号の第２の条件を課すことを可能にする。したがって、高いリソース効率で、ビームフォーミングのプロセス中のより高い空間分解能は、有用な信号のより高い指向性により、これが大幅な相違につながる可能性がある周波数範囲でのみ適用される。周波数依存の指向性パターンは、異なるＤＯＡに関して変化することがあるため、推定されるＤＯＡに依存する２つの周波数範囲の割当ては、提案される方法を、ＤＯＡに関する推定プロセス中のより小さい又は中程度の誤差に対して特にロバストにすることができる。
【００１７】
２つのローカルユニットに対して対称的にこの方法を実施すること、すなわち、２つの周波数範囲を割り当て、２つの主信号を使用して、各側で、すなわち各ユニットにおいて第２の範囲ビームフォーマ信号をローカルで生成し、さらに第１の補助信号を用いて、第１のローカルユニットにおいて第１の範囲ビームフォーマ信号をローカルで生成し、第２の補助信号を用いて、第２のローカルユニットにおいて第１の範囲ビームフォーマ信号をローカルで生成し、第１及び第２のユニットにおいて、ローカルで生成された第１の範囲ビームフォーマ信号及び第２の範囲ビームフォーマ信号から、それぞれの第１及び第２の出力信号を生成することが特に有利となり得る。しかし、有益ではあるものの、そのような対称的な実装は、ＤＯＡにロバストなノイズ低減ビームフォーミングに必ずしも必要ではない。ＤＯＡが使用者の正面方向に対してかなりの角度距離、例えば±４５°超を有する場合、ローカルユニットの一方は、（特に両耳間の音量差に関して）有用な信号発信源に実質的に「より近く」なる。したがって、このローカルユニットにおいて実施される方法は、ノイズ低減と、小さい及び中程度のＤＯＡ推定誤差に対するロバスト性とのどちらに関しても既に肯定的な結果をもたらすが、他方のローカルユニットは、上述したように同じ方法を対称的に実装することもしないこともある。
【００１８】
好ましくは、第１の範囲ビームフォーマ信号を生成するために、推定された到来方向から第１の角度距離での第１の減衰値、及び推定された到来方向から第２の角度距離での第２の減衰値が、第１の範囲ビームフォーマ信号の指向特性に対する少なくとも１つの空間条件として与えられる。これは、推定されたＤＯＡに関連する２つの空間条件が、得られる第１の範囲ビームフォーマ信号の指向特性に課せられ、これらの２つの空間条件が、ＤＯＡからの２つの異なる角度に関するそれぞれの減衰値によって減衰を固定する形で課せられることを意味する。このとき、減衰値は、指示された角度方向で第１の範囲ビームフォーマ信号を形成するビームフォーマの感度を示すものとする。この減衰値のスケーリングに関して、好ましくは、ビームフォーマ自体とは別のさらなる信号処理（周波数依存増幅など）を考慮に入れず、ビームフォーマの空間特性だけを変数として有する。
【００１９】
有利には、第１の減衰値及び第２の減衰値は、推定された到来方向に対して３°〜１０°までの第１の角度範囲において、０．５ｄＢ未満の減衰を有する第１の角度が存在し、推定された到来方向に対して−１０°〜−３°までの第２の角度範囲において、０．５ｄＢ未満の減衰を有する第２の角度が存在するように設定される。これは特に、ＤＯＡに対して［３°，１０°］の範囲内で第１の角度φ１を与えること、ＤＯＡに対して［−１０°，−３°］の範囲内で第２の角度φ２を与えること、並びに第１及び第２の角度φ１、φ２での減衰値ａ１、ａ２を間隔［０ｄＢ，０．５ｄＢ］内に設定する、例えばａ１＝０ｄＢ、ａ２＝０ｄＢに設定することによって、空間条件を設定することができることを意味する。
【００２０】
また、これら２つの空間条件を定式化する代替の且つ同様の方法があり、減衰が値ａ１∈［０ｄＢ，０．５ｄＢ］によって与えられる少なくとも１つの角度φ１∈［３°，１０°］、及び減衰が値ａ２∈［０ｄＢ，０．５ｄＢ］によって与えられる少なくとも１つの角度φ２∈［−１０°，３°］（ＤＯＡに対して）を有する同様の結果をもたらす。技法的には、２つの条件を使用して、ＤＯＡを囲む２つの角度に対して、好ましくは０ｄＢ近くに減衰を設定することができる。次いで、ＤＯＡ自体に関して、知覚可能な減衰はまだないが、「リアル」な知覚可能な減衰が生じない角度範囲は、第１の周波数範囲内で第１の角度及び第２の角度によって拡大される。このために、第１の周波数範囲は、仮定される有用な信号が第２の周波数範囲内よりも高い指向性を示す周波数として割り当てられることが好ましい。
【００２１】
好ましくは、第２の範囲ビームフォーマ信号を生成するために、推定された方向からの第３の角度距離での第３の減衰値が、第２の範囲ビームフォーマ信号の指向特性の少なくとも１つの空間条件として与えられる。これは、推定されたＤＯＡに関連する１つの空間条件が、得られた第２の範囲ビームフォーマ信号の指向特性に課せられ、この空間条件が、ＤＯＡに関連する所与の角度に関するそれぞれの減衰値によって減衰を固定する形で課せられることを意味する。次いで、減衰値は、指示された角度方向で第２の範囲ビームフォーマ信号を形成するビームフォーマの感度を示すものとする。この減衰値のスケーリングに関して、好ましくは、ビームフォーマ自体とは別のさらなる信号処理（周波数依存増幅など）を考慮に入れず、ビームフォーマの空間特性だけを変数として有する。特に、第３の角度距離は、第３の角度が推定されたＤＯＡと一致するようにゼロに設定されてよい。
【００２２】
有利には、推定到来方向に対して−２°〜２°で与えられる第３の角度範囲で、０．５ｄＢ未満の減衰を伴う第３の角度が存在するように、第３の減衰値が設定される。これは、ＤＯＡに対して［−２°，２°］の範囲内で第３の角度φ３を与え、第３の角度φ３での減衰値ａ３を間隔［０ｄＢ，０．５ｄＢ］内で、例えばａ３＝０ｄＢに設定することによって空間条件を設定することができることを特に意味する。
【００２３】
また、この空間条件を定式化する代替及び同等の形があり、減衰が値ａ３∈［０ｄＢ，０．５ｄＢ］によって与えられる少なくとも１つの角度φ３∈［−２°，２°］（ＤＯＡに対して）を有する同様の結果をもたらす。技法的には、この条件を使用して、ＤＯＡ自体に対して、好ましくは０ｄＢに近い減衰を設定することができる。このために、第２の周波数範囲は、仮定される有用な信号が第１の周波数範囲内よりも低い指向性を示す周波数として割り当てられることが好ましい。次いで、ＤＯＡ自体に関して、及びまたＤＯＡの周りでの小さい角度範囲に関して、知覚可能な減衰はまだないが、「リアル」な知覚可能な減衰が生じない上記角度範囲は、第２の周波数範囲内での音の比較的低い指向性によって拡大される。
【００２４】
一実施形態では、第１の周波数範囲及び第２の周波数範囲は、推定されたＤＯＡに応じて割り当てられる。２つのローカルユニットにより、バイノーラル補聴器は、周囲の音響空間で非等方性のアプリオリな構造を定める。２つのローカルユニットは、使用者が耳に装着するとき、使用者の頭部のシャドーイング効果と共に、好みの正面方向及び横方向を定義する。実際の状況では、バイノーラル補聴器に入る音響信号の指向性パターンは、バイノーラル補聴器の正面方向に対してＤＯＡに依存して周波数が大きく変化することがある。正面方向に対して最大で±４５°、さらには±６０°の何らかの角度範囲内のＤＯＡを有するよく定義された有用な音声信号に関して、通常、指向性は、１５００Ｈｚ超の周波数範囲でより顕著であるが、この周波数未満では、音の指向性はあまり強くない。
【００２５】
これは、推定誤差によるノイズ低減ビームフォーマでの推定されたＤＯＡからの５〜１０°の小さい偏差が、より高い周波数範囲では出力信号の可聴歪をもたらすことがあるが、より低い周波数範囲では、そのような偏差が、バイノーラルでノイズ減少された出力に対する知覚可能な結果をほとんど有さないことがあることを意味する。しかし、この関係は、完全に横方向の信号、及び最大で±１５°（すなわち、正面方向に対して７５°超の角度）の横方向からの信号については逆になり、頭部のシャドーイング効果は、最大で５００Ｈｚの低周波数範囲内での指向性を高くし、この周波数範囲を超える音声信号の指向性はあまり生じさせない。明らかに、所与の角度及び周波数範囲の間の移行は滑らかであり、個々の使用者の頭部と耳部の解剖学的構造に依存して特に変化することがある。推定されたＤＯＡに依存して、第１の周波数範囲（より高い指向感度の処理を伴うもの）と第２の周波数範囲（より高い指向ロバスト性の処理を伴うもの）との両方の帯域幅及び周波数位置を割り当てることによって、これらの影響を考慮に入れることが可能である。
【００２６】
好ましくは、負の開き角から正の開き角までの角度範囲で推定された到来方向に関して、それぞれの角度は、第１のローカルユニット及び第２のローカルユニットの位置によって定義される正面方向に対して定義され、第１のクロスオーバ周波数が割り当てられ、第１の周波数範囲は、第１のクロスオーバ周波数を超える周波数範囲として割り当てられ、第２の周波数範囲は、第１のクロスオーバ周波数未満の周波数範囲として割り当てられる。これにより、上で説明した観察される指向性効果を考慮する簡単な実装が可能になる。好ましくは、負の開き角は、［−８５°，−６５°］の角度範囲から選択され、正の開き角は、［６５°，８５°］の角度範囲から選択される。
【００２７】
一実施形態では、第１のクロスオーバ周波数は、２５０ｋＨｚ〜２ｋＨｚ、好ましくは１Ｈｚ〜２ｋＨｚの周波数として割り当てられる。これは、本質的に正面の有用な音声信号に対して指向性効果が始まり得る周波数範囲と、使用者の個々の解剖学的構造による周波数の起こり得る変動との両方を考慮に入れている。
【００２８】
好ましくは、第１のローカルユニット及び第２のローカルユニットの位置によって定義される横方向の周りでの正の開き角に対する余角の２倍の角度範囲内で推定された到来方向に関して、第２のクロスオーバ周波数が割り当てられ、第１の周波数範囲は、第２のクロスオーバ周波数未満の周波数範囲として割り当てられ、第２の周波数範囲は、第２のクロスオーバ周波数を超える周波数範囲として割り当てられる。これは、正の開き角がβによって与えられる場合、ＤＯＡが９０°±｜９０°−β｜の角度範囲内で、又は−９０°±｜９０°−β｜の角度範囲内で推定される場合に、第２のクロスオーバ周波数が割り当てられ、有用な信号は、横方向信号であるとみなされ、第１の周波数範囲は、第２のクロスオーバ周波数未満になるように割り当てられ、第２の周波数範囲は、第２のクロスオーバ周波数を超えるように割り当てられることを意味する。これにより、上で説明した観察される指向性効果を考慮する簡単な実装が可能になる。
【００２９】
一実施形態では、第２のクロスオーバ周波数は、２５０Ｈｚ〜２ｋＨｚ、好ましくは２５０Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数として割り当てられる。これは、本質的に正面の有用な音声信号に対して指向性効果が始まり得る周波数範囲と、使用者の個々の解剖学的構造による周波数の起こり得る変動とのどちらも考慮に入れている。
【００３０】
好ましくは、第１のローカルユニットでは、第１のローカル前方信号は、第１の前方入力変換器によって環境音から生成され、第１のローカル後方信号は、第１の後方入力変換器によって環境音から生成され、第２のローカルユニットでは、第２のローカル前方信号は、第２の前方入力変換器によって環境音から生成され、第２のローカル後方信号は、第２の後方入力変換器によって環境音から生成される。次いで、第１の主信号は、第１のローカル前方信号及び第１のローカル後方信号から生成され、第２の主信号は、第２のローカル前方信号及び第２のローカル後方信号から生成され、第１の補助信号は、第１のローカル前方信号又は第１のローカル後方信号から生成される。これにより、各ローカルユニットでの音声信号のローカルでの前処理が可能になる。
【００３１】
第１の主信号及び第２の主信号はそれぞれ、使用者の背面半球からの音がノイズである可能性が高いと仮定して、正面半球の感度を高めるようにローカルビームフォーマ信号として設計されてよい。基になる入力信号と比較して、開始時のＳＮＲが２つの主信号において既に改良されていることがあるため、これによりノイズ低減が簡素化される。第１及び第２の主信号を生成するプロセスでは、使用される各入力信号に対して、周波数依存の圧縮及び／又は音量調整などの追加の前処理を行うことができる。
【００３２】
一実施形態では、第１のローカルユニットにおいて、第１のローカル前方信号又は第１の主信号から第１の空間参照信号が生成され、第１の周波数範囲では、第１の範囲ビームフォーマ信号及び第１の空間参照信号の第１のコヒーレンスパラメータが計算され、第１のコヒーレンスパラメータから第１の混合パラメータが導出され、第１の混合パラメータに従って第１の範囲ビームフォーマ信号と第１の空間参照信号とを混合することによって第１の範囲出力信号が生成され、第１の範囲出力信号から第１の周波数範囲内の第１のローカル出力信号が生成される。これは、第１の周波数範囲でのバイノーラルキューを復元するために役立つ。好ましくは、同様の信号処理が第２のローカルユニットで実施される。
【００３３】
追加若しくは代替の又は独立した実施形態では、第１のローカルユニットにおいて、第１のローカル前方信号又は第１の主信号から第１の空間参照信号が生成され、第２の周波数範囲内で、第２の範囲ビームフォーマ信号及び第２の空間参照信号の第２のコヒーレンスパラメータが計算され、第２のコヒーレンスパラメータから第２の混合パラメータが導出され、第２の混合パラメータに従って、第２の範囲ビームフォーマ信号と第２の空間参照信号とを混合することによって、第２の範囲出力信号が生成され、第２の範囲出力信号から、第２の周波数範囲での第１のローカル出力信号が生成される。これは、第２の周波数範囲のバイノーラルキューを復元するために役立つ。好ましくは、同様の信号処理が第２のローカルユニットで実施される。
【００３４】
好ましくは、第１及び／又は第２のコヒーレンスパラメータは、複素コヒーレンス関数とみなされる。比較的高いコヒーレンスでは、ノイズ低減の程度が、それぞれのビームフォーマ信号内のノイズ低減の程度に近い可能性が高いので、第１／第２の範囲出力信号の大きさは、第１／第２の空間参照信号の大きさのより高い寄与を伴って取ることができる。より低い度合いのコヒーレンスに関して、ビームフォーマ出力は、空間参照信号よりも良好なノイズ低減を実現する可能性がかなり高く、したがって、第１／第２の範囲出力信号は、より良好なノイズ低減のためにそれぞれのビームフォーマ信号からのより高い寄与を含むことがある。第１／第２の範囲出力信号に関する位相は、それぞれの空間参照信号又はビームフォーマ信号の位相とみなされてよい。複素コヒーレンス関数の位相の絶対値が小さい場合、ビームフォーマ信号は、空間参照信号の空間キューを非常に良好に保持し、したがってビームフォーマ信号の位相を取ることができる。複素コヒーレンス関数の位相の絶対値が所与の閾値を超えている場合、空間参照信号の位相を取ることができる。
【００３５】
一実施形態では、第１の範囲ビームフォーマ信号は、線形拘束付最小分散型ビームフォーマによって、第１の主信号、第１の補助信号、及び第２の主信号から生成され、及び／又は第２の範囲ビームフォーマ信号は、最小分散無歪応答ビームフォーマによって、第１の主信号及び第２の主信号から生成される。これらの方法は、実装が特に簡単であり、ＤＯＡ誤差に対して非常にロバストな出力信号をもたらすことを実証している。
【００３６】
本発明の別の態様は、環境音を少なくとも１つの第１の入力信号に変換するための少なくとも第１の入力変換器を備える第１のローカルユニットと、環境音を少なくとも１つの第２の入力信号に変換するための少なくとも第２の入力変換器を備える第２のローカルユニットと、上述した方法を実施するように構成された信号処理ユニットと、を備えるバイノーラル補聴器によって与えられる。バイノーラル補聴器でのノイズ低減のための提案される方法の利点、及びその好ましい実施形態に関する利点は、バイノーラル補聴器自体にも容易に転用し得る。
【００３７】
次に、上述した本発明の属性及び特性並びに利点を、実施形態の例の図面を用いて示す。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】ビームフォーミングによるＤＯＡにロバストなノイズ低減を実施する２つのローカルユニットを備えるバイノーラル補聴器の概略ブロック図である。
【図２】図１のバイノーラル補聴器の第１の周波数範囲内のビームフォーマ信号に対する２つの角度条件を示す概略上面図である。
【図３】図１のバイノーラル補聴器の第２の周波数範囲内のビームフォーマ信号に対する１つの角度条件を示す概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
全ての図において、互いに対応する部分及び変数には、それぞれ同一の参照番号が付されている。
【００４０】
図１は、第１のローカルユニット１及び第２のローカルユニット２の概略ブロック図を示し、これらのローカルユニットはどちらも、バイノーラル補聴器４の一部を成す。この実施形態では、第１のローカルユニット１は、バイノーラル補聴器４の使用者の左耳に装着され、第２のローカルユニット２は、使用者の右耳に装着される。バイノーラル補聴器４の使用者が第１のローカルユニット１を右耳に装着する異なる実施形態も可能である。第１のローカルユニット１は、第１の前方入力変換器６及び第１の後方入力変換器８を備え、本実施形態では、これらの入力変換器はどちらも、それぞれのマイクロフォンよって与えられる。第１の前方入力変換器６は、環境音１２から第１のローカル前方信号１０を生成する。第１の後方入力変換器８は、環境音１２から第１のローカル後方信号１４を生成する。第１のローカルビームフォーマ１６は、遅延和法などのローカルビームフォーミング技法、及び場合によってはローカルでの前処理によって、第１のローカル前方信号１０及び第１のローカル後方信号１４から第１の主信号１８を生成する。この意味で、ビームフォーミング信号としての第１の主信号１８は、環境音１２に含まれるノイズ成分に比べて、環境音１２中の有用な信号２０の成分を既に増加していることがある。
【００４１】
同様に、第２の前方入力変換器２２は、環境音１２から第２のローカル前方信号２４を生成し、第２の後方入力変換器２６は、環境音１２から第２のローカル後方信号２８を生成する。第２の前方入力変換器２２と第２の後方入力変換器２６とはどちらも、第２のローカルユニット２内に位置し、本実施形態に関して、それぞれのマイクロフォンによって与えることができる。第２のローカルビームフォーマ３０は、第１のローカルユニット１の第１のローカルビームフォーミング１６で使用されるものと同様のビームフォーミング技法によって、第２のローカル前方信号２４及び第２のローカル後方信号２８から第２の主信号３２を生成する。
【００４２】
第１のローカルユニット１及び第２のローカルユニット２は、それぞれバイノーラル補聴器４の使用者の左耳及び右耳に装着されるとき、第１のローカルユニット１と第２のローカルユニット２との対称性により、音響シーンの正面方向３４を定義する。例えば、バイノーラル補聴器４の使用者に話しかけている話者からの発話信号によって与えられることがある環境音１２中の有用な信号２０は、正面方向３４に対して角度αを成す発信源３６、すなわち話者の位置を有する。このとき、角度αは、正面方向３４に対する有用な信号２０のＤＯＡである。ここで、ビームフォーミング技法によって、第１のローカル前方信号１０、第１のローカル後方信号１４、第２のローカル前方信号２４、及び第２のローカル後方信号２８を使用してノイズ低減を行うために、まず、有用な信号２０のＤＯＡ、すなわちその角度αが推定される。これは、当技術分野で知られている方法によって、例えば、第１及び第２のローカル前方信号及びローカル後方信号１０、１４、２４、２８から推測することができる両耳間のレベル差及び／又は位相差を取ることによって行うことができる。有用な信号２０のＤＯＡαが正面方向３４に対して７５°以下であると仮定すると、第１の周波数範囲４０が割り当てられ、第１の周波数範囲４０は、バイノーラル補聴器４によって処理される１．５ｋＨｚ超の全ての周波数を含む。同様に、第２の周波数範囲４２が、０〜１．５ｋＨｚの周波数範囲として割り当てられる。第１のローカルユニット１では、第１の主信号１８、第２の主信号３２、及び第１の補助信号としての第１のローカル後方信号１４から、後述のようにして第１の範囲ビームフォーマ信号４４が生成される。さらに、第１のローカルユニット１において、第２の周波数範囲４２に関して、第１の主信号１８及び第２の主信号３２から、後述のように第２の範囲ビームフォーマ信号４６が生成される。
【００４３】
次いで、１つのローカルユニットの第１の範囲ビームフォーマ信号４４と第２の範囲ビームフォーマ信号４６とが合成され、場合によっては何らかのさらなる信号処理４８（バイノーラル補聴器４の使用者の聴覚障害を補正するための周波数依存の増幅など）で処理され、第１のローカル出力信号５０が得られ、第１のローカル出力信号５０は、第１のローカルユニットの第１の出力変換器５４によって第１の出力音５２に変換される。同様に、第１の周波数範囲４０及び第２の周波数範囲４２においてローカルユニット１に関して示されるステップと同様の信号処理ステップを使用して、第１の主信号１８、第２の主信号３２、及び第２の補助信号としての第２のローカル後方信号２８から、第２のローカル出力信号５６が導出されてよい。しかし、見やすくするために、これらのステップは、図１の図面では割愛する。
【００４４】
図２は、図１の第１の範囲ビームフォーマ信号に対する空間条件を設定する方法を概略上面図で示す。図２に示すように、バイノーラル補聴器４の使用者６０が中心にいる音響シーンにおいて、有用な信号２０は、正面方向３４に対して推定されたＤＯＡαを有する。有用な信号２０の発信源３６は、使用者６０と会話をしている話者によって与えられるものとする。典型的なジェスチャとしての、会話中の使用者６０のわずかな頭部の動きにより、しかしまた、場合によっては、音響シーンの高ノイズ背景による小さな推定誤差により、推定されたＤＯＡαは、「真の」ＤＯＡと完全には一致しないことがある。したがって、第１の範囲ビームフォーマ信号４４は、その得られる方向特性に特定の空間条件を課すことによって構成され、図１の第１の周波数範囲では、すなわち１．５ｋＨｚ以上の周波数に関しては、真のＤＯＡ値からの推定されたＤＯＡの小さい又は中程度の偏差に対するより高いロバスト性が実現される。
【００４５】
このために、ＤＯＡαに対して第１の角度α１＝α＋５°及び第２の角度α２＝α−５°が設定され、これらの角度では、減衰が０ｄＢになるように固定されており、すなわち、第１の主信号１８、第２の主信号３２、及び第１の補助信号１４（第１のローカル後方信号によって与えられる）から導出されて得られる第１の範囲ビームフォーマ信号は、第１の角度α１＝α＋５°及び第２の角度α２＝α−５°で、１．５ｋＨｚ以上の第１の周波数範囲内での入射信号の減衰をなんら示さない。したがって、わずかな頭部の動き、又はＤＯＡに関する推定誤差は、推定されたＤＯＡに対して±５°のこの範囲内に収まる可能性が高い。構造上、α１とα２との間のＤＯＡを有する指向音に関して、第１の周波数範囲内で生じ得る任意の減衰は無視できるが、α１とα２によって成される円錐の実質的に外側から来る音はノイズとみなされて減衰される。第１の範囲ビームフォーマ信号は、線形拘束付最小分散型ビームフォーマによって、第１の主信号１８、第２の主信号３２、及び第１の補助信号１４から構成されてよい。
【００４６】
図３は、図１の第２の範囲ビームフォーマ信号に対する空間条件を設定する方法を概略上面図で示す。正面方向３４に対して±７５°の範囲内にある真のＤＯＡに関して、真のＤＯＡ値からの推定されたＤＯＡの小さい又は中程度の偏差（例えば最大約±５°）のみを仮定すると、第２の周波数範囲内での有用な信号２０の指向性はあまりよく確立されず、したがって、空間条件に関する参照値として推定されたＤＯＡを取る、すなわち第３の角度α３＝αを設定し、得られる第２の範囲ビームフォーマ信号においてα３で減衰が生じないことを課すことによって、ロバスト性を実現することができる。構造上、第２の周波数範囲内では、有用な音がそこにあまり指向されないので、わずかな頭部の動き又はＤＯＡに関する推定誤差の結果は無視することができる。第２の範囲ビームフォーマ信号は、最小分散無歪応答ビームフォーマによって、第１の主信号１８及び第２の主信号３２から構成されてよい。
【００４７】
推定されたＤＯＡが横方向に近い、すなわちα∈［±９０°−１５°，±９０°＋１５°］である場合、第１の周波数範囲は、好ましくは５００Ｈｚ未満の周波数として設定され、一方、第２の周波数範囲は、好ましくは５００Ｈｚ超の周波数として設定される。次いで、図１〜３に示したプロセスを同様に適用することができる。
【００４８】
好ましい実施形態の例を用いて本発明を詳細に図示して説明してきたが、本発明はこの例に限定されない。当業者は、本発明の保護の範囲を逸脱することなく他の変形形態を導出することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  第１のローカルユニット
２  第２のローカルユニット
４  バイノーラル補聴器
６  第１の前方入力変換器
８  第１の後方入力変換器
１０  第１のローカル前方信号
１２  環境音
１４  第１のローカル後方信号
１６  第１のローカルビームフォーマ
１８  第１の主信号
２０  有用な信号
２２  第２の前方入力変換器
２４  第２のローカル前方信号
２６  第２の後方入力変換器
２８  第２のローカル後方信号
３０  第２のローカルビームフォーマ
３２  第２の主信号
３４  正面方向
３６  発信源（有用な信号の）
４０  第１の周波数範囲
４２  第２の周波数範囲
４４  第１の範囲ビームフォーマ信号
４６  第２の範囲ビームフォーマ信号
４８  信号処理
５０  第１のローカル出力信号
５２  第１の出力音
５４  第１の出力変換器
５６  第２のローカル出力信号
５８  使用者
α  ＤＯＡ
α１、α２、α３  第１／第２／第３の角度
【図１】
2020102834.tif 000003
【図２】
2020102834.tif 000004
【図３】
2020102834.tif 000005
【外国語明細書】
2020102834000001.pdf