(57)【要約】【課題】補聴器において、遅延なく子音のフィルタ処理を行う。【解決手段】補聴器１は、音声信号の子音周波数帯域のエネルギを押し上げるエクスパンドフィルタ５１，５３と、音声信号の周波数特性を検知するウオッチフィルタ５４と、ウオッチフィルタ５４の出力信号のエネルギにより特定の周波数帯域から始まる音声を判定し、この特定の周波数帯域から始まる音声を判定している間はエクスパンドフィルタ５１，５３の特性を平坦化させる閾値判定部５５とを備える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
音声信号の子音周波数帯域のエネルギを押し上げるエクスパンドフィルタと、
前記音声信号の周波数特性を検知するウオッチフィルタと、
前記ウオッチフィルタの出力信号のエネルギにより特定の周波数帯域から始まる音声を判定し、当該特定の周波数帯域から始まる音声を判定している間は前記エクスパンドフィルタの特性を平坦化させる判定部と、
を備えることを特徴とする音声信号処理装置。
【請求項２】
前記エクスパンドフィルタは、
音声信号の子音周波数帯域のエネルギを押し上げる第１エクスパンドフィルタと、音声信号の子音周波数帯域のエネルギを押し下げる第２エクスパンドフィルタの組合せである、
ことを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
【請求項３】
前記ウオッチフィルタは、音声信号のうち前記特定の周波数帯域から始まる音声の周波数帯域を通過させ、
前記判定部は、前記ウオッチフィルタの出力信号が所定エネルギを超えたならば、前記特定の周波数帯域から始まる音声と判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
【請求項４】
前記ウオッチフィルタは、音声信号のうち前記特定の周波数帯域から始まる音声の周波数帯域を通過させる第１のフィルタ、および子音周波数帯域を通過させる第２のフィルタを含み、
前記判定部は、前記第１のフィルタの出力信号と前記第２のフィルタの出力信号のエネルギ比が所定値を超えたならば、特定の周波数帯域から始まる音声と判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
【請求項５】
音声信号が所定値以下ならば、当該音声信号を通過させないゲートを更に有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の音声信号処理装置と、
音声信号を収録するマイクと、
前記音声信号処理装置によって処理された音声信号を出力するスピーカと、
を備えることを特徴とする補聴器。
【請求項７】
エクスパンドフィルタにより音声信号の子音周波数帯域のエネルギを押し上げるステップと、
ウオッチフィルタにより前記音声信号の周波数特性を検知するステップと、
前記ウオッチフィルタの出力信号のエネルギにより特定の周波数帯域から始まる音声を判定するステップと、
当該特定の周波数帯域から始まる音声を判定している間は、前記エクスパンドフィルタの特性を平坦化させるステップと、
を実行することを特徴とする音声信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音声信号処理装置、音声信号処理方法、および補聴器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の補聴器や集音器（以下総称して「補聴器」と称する）は、外部音をマイキングして取り込んだ音声信号について、その音量や音質を補正して、スピーカから耳内部へと届けるものが一般的である。その際に用いられる音質の補正は聴こえにくい周波数帯域を持ち上げるという方法が主流であった。
補正には静的なフィルタが用いられている。すなわち入力の音声が子音であるか否かに関わらず、常に一定のフィルタ特性が入力の音声に対して加えられる
【０００３】
しかし実際に難聴者が聞こえにくいのは子音が主流であるといわれている。つまり、子音と母音の中で、静的フィルタを用いる方法では、子音には聴こえを改善する効果が良好な方向に働く。しかし、母音については、フィルタが必要ないにもかかわらず（ユーザには聴こえるにもかかわらず）フィルタの効果が付加されるために、より騒がしい音に聴こえヒステリックかつ疲れやすい音響特性となってしまう。これを解決するには、聞こえにくい子音だけの音声にフィルタをかけることができればよい。
【０００４】
特許文献１の段落００４６−００５６，００６５には、入力音声に対して複数の時間フレームでそれぞれフレーム信号を抽出し、各フレーム信号の平均パワーの差に基づいて子音領域を判定する発明が記載されている。また特許文献１の段落００５６には、入力音声に対し、別経路の子音判定処理にかかる時間だけ遅延させることが記載されている。
【０００５】
特許文献２の段落００１５−００２８には、音声信号を複数のバンドパスフィルタを通し、バンド幅毎に周波数エネルギ成分を求めて、その周波数エネルギ成分に基づいて子音強調処理をするか否かを判定する発明が記載されている。
【０００６】
特許文献３の段落００１０−００２１には、入力信号を複数のＢＰＦで分割し、それぞれのバンド毎に増幅率を変更可能に構成され、子音強調の場合は該当するバンドに対して増幅率をアップすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２１９１８８号公報
【特許文献２】特開２０１４−１５５０５９号公報
【特許文献３】特開平５−０６４２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１−３に記載されている発明は、子音または所定範囲のゲインを瞬間的に変更しようとするものである。しかし、この方式であれば、子音もしくはそれに類すると判断するためには若干の時間を要するため、反応に遅延が生じる。
【０００９】
そこで、本発明は、音声信号処理装置、音声信号処理方法、および補聴器について、遅延なく子音のフィルタ処理を行うことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するため、
音声信号の子音周波数帯域のエネルギを押し上げるエクスパンドフィルタと、
前記音声信号の周波数特性を検知するウオッチフィルタと、
前記ウオッチフィルタの出力信号のエネルギにより特定の周波数帯域から始まる音声を判定し、当該特定の周波数帯域から始まる音声を判定している間は前記エクスパンドフィルタの特性を平坦化させる判定部と、
を備えることを特徴とする音声信号処理装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、音声信号処理装置、音声信号処理方法、および補聴器について、遅延なく子音のフィルタ処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態における補聴器の外観図である。
【図２】補聴器のブロック図である。
【図３】メイン処理のフローチャートである。
【図４】スイッチ処理のフローチャートである。
【図５】補聴器処理のフローチャートである。
【図６】補聴器の機能ブロックと各信号を示した図である。
【図７】ウオッチフィルタのフィルタ特性を示すグラフである。
【図８】波高値による母音の検出を示すタイムチャートである。
【図９】子音に係る２つのエクスパンドフィルタと、これらを合成した周波数ゲインを示すグラフである。
【図１０】子音ブースタ処理のフローチャートである。
【図１１】ゲート処理のフローチャートである。
【図１２】第２の実施形態における補聴器の機能ブロックと各信号を示した図である。
【図１３】母音の周波数スペクトラムを示すグラフである。
【図１４】母音波高値と子音波高値の比による母音の検出を示すタイムチャートである。
【図１５】子音ブースタ処理のフローチャートである。
【図１６】ゲート処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
本実施形態の補聴器（集音器）は、入力波形に特定の子音の周波数特性に応じたフィルタをかけ、このフィルタをかけた音声の包絡線信号を所定の閾値でウオッチする。このフィルタは、特定の子音を聴きやすくするための周波数特性を有しており、かつ外部制御信号によりダイナミックにゲインが変化できるフィルタである。このフィルタのことを、以下「エクスパンドフィルタ」と称する。補聴器は、ウオッチしていた包絡線信号が閾値を超えたら、その超えた値に応じてエクスパンドフィルタのゲインを平坦化する。具体的には、閾値を超えた量に応じてゲインが平坦化するようにしておく。これにより、例えば、[sa]という音がきたとき[s]の音が補強され、[a]の音は補強されなくなる。
【００１４】
以下、図１から図１１を参照して、第１の実施形態を説明する。更に図１２から図１６を参照して、第２の実施形態を説明する。
【００１５】
《第１の実施形態》
図１は、第１の実施形態における補聴器１の外観図である。
補聴器１を耳に装着するときには、図１の右側の平面部１４が、外耳道の外に面して、左側の端部１５が外耳道に挿入される。このように耳に装着されることで、マイク入力部２で集音された音は、この補聴器１によって補正処理され、スピーカ３から出力される。スピーカ３は利用者の外耳道に挿入されているので、利用者は、外部音を明瞭に聴くことができる。平面部１４には、スピーカ３からの出力音量を調整するボリューム４２と、電源ボタン４１が配置されている。
【００１６】
補聴器１は、耳穴式であるが、これに限らない。他にも耳かけ式や、首からさげる方式などが考えられる。あるいは、補聴器としての医療認可をうけていない「集音器」であってもよい。
【００１７】
図２は、補聴器１のブロック図である。
補聴器１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、メモリ１２、操作部４、スピーカ３、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）５、マイク入力部２、Ａ／Ｄ変換部２１、サウンドシステム１３を含んで構成される。操作部４は、スピーカ３からの出力音量を調整するボリューム４２と、電源ボタン４１を含んで構成される。
【００１８】
ＣＰＵ１１は、メモリ１２に記憶されるプログラム（不図示）を実行することで、この補聴器１を統括して制御する。ＣＰＵ１１は、例えばスイッチ処理（図４参照）により操作部４に入力された操作情報を取得する。ＣＰＵ１１は、補聴器処理（図５参照）により、ＤＳＰ５に音声信号処理を行わせる。
【００１９】
ＤＳＰ５は、メモリ１２に記憶されるプログラムを実行することで、音声信号処理を行う。ＤＳＰ５は、マイク入力部２で集音し、Ａ／Ｄ変換部２１でデジタル化された音声信号に、子音ブースタ処理（図１０参照）やゲート処理（図１１参照）などを行うことで、この補聴器１を機能させる。サウンドシステム１３は、ＤＳＰ５と連携して、音声信号処理を行い、スピーカ３から出力される音声の品質を向上させる。
【００２０】
メモリ１２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やフラッシュメモリから構成されており、各種プログラムやデータ（不図示）を記憶する。
【００２１】
マイク入力部２は、補聴器１を装着した利用者の周辺の音を集音して、アナログ信号として出力する。Ａ／Ｄ変換部２１は、マイク入力部２が出力したアナログ信号をデジタル信号に変換して、ＤＳＰ５に出力する。
スピーカ３は、不図示のＤ／Ａ変換器が出力したアナログ信号を、音として利用者の耳に出力する。この補聴器１には、不図示の電源回路と二次電池が搭載される。
【００２２】
図３は、メイン処理のフローチャートである。
最初、ＣＰＵ１１は、この補聴器１を初期化（イニシャライズ）する（Ｓ１０）。その後、ＣＰＵ１１は、スイッチ処理（Ｓ１１）を行い、ボリューム４２と、電源ボタン４１と、その他のスイッチの状態をスキャンする。これにより、利用者の操作情報を取得することができる。スイッチ処理の詳細は、後記する図４で説明する。
【００２３】
ＣＰＵ１１は、補聴器処理（Ｓ１２）を行う。この補聴器処理は、ユーザの聴こえない周波数ポイントのゲインをあげて聴こえやすくしてあげるための処理であり、後記する図５で説明する。
ＣＰＵ１１は、ハウリングキャンセル処理（Ｓ１３）を行い、ステップＳ１１の処理に戻る。このハウリングキャンセル処理は、ハウリングによる不快な聴こえを軽減する処理であり、詳細な説明は省略する。
【００２４】
図４は、スイッチ処理のフローチャートである。
ＣＰＵ１１は、本体側スイッチ処理（Ｓ２０）を行い、電源ボタン４１やボリューム４２の状態を検知する。その結果、ＣＰＵ１１は、各スイッチに対応した動作を行う。例えば、利用者が補聴器１の電源ボタン４１を押下すると、ＣＰＵ１１は、集音処理を開始する。利用者が補聴器１のボリューム４２を変更すると、ＣＰＵ１１は、ＤＳＰ５に対し、このボリューム４２に応じた音量で出力されるように指示する。
【００２５】
ＣＰＵ１１は、その他のスイッチ処理（Ｓ２１）を行ったのち、メイン処理に復帰する。その他のスイッチ処理とは、例えば不図示の充電器のスイッチに係る処理である。
【００２６】
図５は、補聴器処理のフローチャートである。
ＣＰＵ１１は、マイク入力部２とＡ／Ｄ変換部２１により音声が取り込まれると（Ｓ３０）、ＤＳＰ５に対して子音ブースタ処理（Ｓ３１）を指示する。子音ブースタ処理の詳細は、後記する図６から図１０で詳細に説明する。
【００２７】
ＣＰＵ１１は、ＤＳＰ５に対して高速フーリエ変換処理（Ｓ３２）を指示する。ＤＳＰ５は、音声信号を、２０Ｈｚから２０ＫＨｚまで、各周波数チャンネルに分割して、高速フーリエ変換（Ｓ３２）を行い、各周波数チャンネルの時間波形を生成させる（Ｓ３３）。この時間波形は、分割された周波数領域のレベルの時間的変化より生成される。この技術については公知技術であり詳しい説明は割愛する。
【００２８】
ＤＳＰ５は、各周波数チャンネルの時間波形に対して、各チャンネルゲインの確認処理を行う（Ｓ３４）。そしてＤＳＰ５は、各チャンネルの時間波形のレベルが、予め定めた閾値を超えたか否かを判定する（Ｓ３５）。ＤＳＰ５は、時間波形が閾値を超えたならば（Ｙｅｓ）、該当チャンネルの逆位相波形を生成して（Ｓ３６）、メイン処理に復帰する。ＤＳＰ５は、時間波形が閾値を超えていないならば（Ｎｏ）、メイン処理に復帰する。
ステップＳ３２〜Ｓ３６の目的は、音声信号のハウリングが発生しているチャンネルを見つけ出すためである。ハウリングが発生している周波数チャンネルではピークが立つ。周波数チャンネルの時間波形のレベルと閾値とを比較してピークを検出することで、ハウリングを検出することができる。
【００２９】
尚、このピークが立つチャンネルは一箇所とは限らない。複数箇所あれば、それらの箇所だけＣＰＵ１１やＤＳＰ５は把握できる。このチャンネルも複数あり場合もありうる。全体のチャンネルをミックスする前にハウリングをキャンセルするようにしているが、これは、ハウリングのチャンネルだけを綺麗にキャンセルするためにこの方法を採用している。逆位相も含めて全体を一気に合成すると、他の周波数帯の波形を干渉が発生しやすく、ハウリングのキャンセルが綺麗に行えない可能性を回避するため、この方法を採用している。
【００３０】
ここまでハウリングをキャンセルすることをメインに説明してきたが、それに限らず、例えば、特定ノイズが同様に所定レベルを超えても同様に働き、ユーザの聴き心地が悪化することを防ぐことができる。
【００３１】
その後、補聴器１は、全ての周波数チャンネルの位相を継承させたうえで逆フーリエ変換し（合算）し、サウンドシステム１３のスピーカより補聴信号（音声）として出力させる。位相の合わせ方は、公知の位相合わせ方法を利用する。
【００３２】
以上のように、ハウリングが生じても、ハウリングが生じている周波数帯の帯域に限ってハウリングキャンセルが働き、他の周波数帯へは影響が及ばない。このため、ユーザは人の会話の音など必要な音は聞こえながらも、ハウリングあるいは大きな不快な音などについての音はキャンセルして聞くことができ、使用性は飛躍的に向上する。
【００３３】
図６を参照し、第１の実施形態の子音プースタ処理の概念を説明する。
この図では「さかな」と入力されたときの子音のみが大きく増幅される例を示す。さかなという音声が入力された際、補聴器１の信号制御は、実線で示した音声信号が伝達されるラインと、破線で示す制御信号のラインによって構成される。
ハードウエアあるいはソフトウエアで処理してもよいブロックは、ノイズゲート５２、ウオッチフィルタ５４、閾値判定部５５、エクスパンドフィルタ５１，５３である。
【００３４】
音声信号は、エクスパンドフィルタ５１により、フィルタ処理が行われる。これにより、子音の周波数領域の強調が行われる。エクスパンドフィルタ５１は、音声信号の子音周波数帯域のエネルギを押し上げる第１エクスパンドフィルタである。
【００３５】
次に音声信号は、ノイズゲート５２によって、後段に通過するか否かのゲート処理が行われる。このゲート処理の詳細は、後記する図１１で説明する。
ノイズゲート５２を通過した音声信号は、エクスパンドフィルタ５３により、フィルタ処理が行われる。これにより、子音の周波数領域が押し下げられる。エクスパンドフィルタ５３は、音声信号の子音周波数帯域のエネルギを押し下げる第２エクスパンドフィルタである。
エクスパンドフィルタ５３の出力信号は、例えばハウリング処理などの他の音声信号処理が行われたのち、スピーカ３から音声として出力される。
【００３６】
音声信号は、ウオッチフィルタ５４に伝達されて特定の周波数帯域から始まる音声（母音）の周波数領域が取り出されたウオッチ信号となる。このウオッチ信号は、閾値判定部５５により波高値が閾値を超えた程度が反映された制御信号となる。この制御信号は、エクスパンドフィルタ５３に伝達されて、このフィルタ処理の制御に用いられる。
【００３７】
図７は、ウオッチフィルタ５４のフィルタ特性を示すグラフである。
グラフの縦軸は対数でゲインを示し、横軸は対数で周波数を示している。
ここで、ウオッチフィルタ５４のフィルタ特性は、母音の周波数特性に対応した周波数特性カーブを有する。具体的にいうと、ウオッチフィルタ５４は、周波数ｆ１からｆ２に急峻なピークを有するフィルタである。周波数ｆ１とｆ２の組合せは、例えば２０Ｈｚ〜５００Ｈｚであるが、母音の周波数特性に対応していればよく、限定されない。
【００３８】
このフィルタに「さかな」という音声信号が入ると、「さ」「か」「な」の母音が入ってきたときだけ、フィルタによってその帯域成分が大幅に増幅される。ここで増幅された成分は、「さ」「か」「な」の母音のみに対応する成分となっている。この信号は、積分されて包絡線信号に変換される。この包絡線信号は、音声信号のうち母音周波数帯域のエネルギに対応する。この包絡線信号の波高値は、閾値判定部５５の閾値と比較されて母音の検出に使用される。
【００３９】
つまりウオッチフィルタ５４は、音声信号の周波数特性を検知する。そして、ウオッチフィルタ５４の出力信号のエネルギにより、母音を判定することができる。
【００４０】
図８は、波高値による母音の検出を示すタイムチャートである。
グラフの縦軸は波高値を示し、横軸は時間を示している。この波高値は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間で、閾値を超えている。よってＤＳＰ５は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、母音を検出する。つまり閾値判定部５７は、ウオッチフィルタ５４の出力信号のエネルギにより母音を判定する。
【００４１】
図６に戻って説明を続ける。閾値判定部５５では、包絡線信号の波高値が閾値を超えると、その超えた度合いを制御信号とする。この制御信号は、エクスパンドフィルタ５３のゲインの制御信号として用いる。例えば、「さかな」の最初の母音の[a]が入力されると、ウオッチフィルタ５４は、その母音の周波数成分をフイルタリングし、閾値判定部５５は、波高値が閾値を超えることを検知する。閾値判定部５５は、制御信号をエクスパンドフィルタ５３に出力する。
【００４２】
図９は、２つのエクスパンドフィルタと、これらを合成した周波数ゲインを示すグラフである。各グラフの縦軸は対数でゲインを示し、横軸は対数で周波数を示している。
第１のグラフは、エクスパンドフィルタ５１のフィルタ特性を示している。エクスパンドフィルタ５１は、子音の周波数帯域のゲインを増幅させるフィルタであり、周波数ｆ３からｆ４に急峻なピークを有するフィルタである。周波数ｆ３とｆ４の組合せは、例えば１ＫＨｚ〜１０ＫＨｚであるが、子音の周波数特性に対応していればよく、限定されない。
【００４３】
第２のグラフは、エクスパンドフィルタ５３のフィルタ特性を示している。実線は、母音を検出したときにフィルタ特性を示している。このときエクスパンドフィルタ５３は、子音の周波数帯域のゲインを減衰させており、エクスパンドフィルタ５１の各周波数におけるゲインを負にしたものと等しい。これにより、制御信号に応じてエクスパンドフィルタ５１の作用を打ち消すことができる。第２のグラフの破線は、母音を検出しなかったときのエクスパンドフィルタ５３のフィルタ特性である。母音を検出しなかったとき、フィルタ特性は平坦である。
【００４４】
第３のグラフは、エクスパンドフィルタ５１，５３を合成したフィルタ特性を示している。第３のグラフの実線は、母音を検出したときのフィルタ特性を示しており、平坦である。第３のグラフの破線は、母音を検出しなかったときのフィルタ特性を示しており、子音の周波数領域がブーストされている。つまりエクスパンドフィルタ５１，５３は、音声信号の子音周波数帯域のエネルギを押し上げる。更に閾値判定部５７は、母音を判定している間はエクスパンドフィルタ５１，５３の特性を平坦化させる。
【００４５】
図１０は、子音ブースタ処理のフローチャートである。
ＤＳＰ５は先ず、マイク入力部２からの音声を取り込む（Ｓ４０）。次にＤＳＰ５は、ノイズゲート５２によるゲート処理（Ｓ４１）を行う。このゲート処理において、前段のエクスパンドフィルタ５１によるゲインアップ処理が行われる。ゲート処理の詳細は、後記する図１１で説明する。
次にＤＳＰ５は、ウオッチフィルタ処理（Ｓ４２）を行い、ウオッチフィルタ５４の出力の包絡線信号を抽出する（Ｓ４３）。ＤＳＰ５は、その包絡線信号を元に、所定閾値以上の入力が有るか否かを判断し、よって母音が検出されたか否かを判定する（Ｓ４４）。
【００４６】
ＤＳＰ５は、母音が検出された場合（Ｙｅｓ）、後段のエクスパンドフィルタ５３によるゲインダウン処理を行い（Ｓ４５）、フィルタ処理された音声を出力する（Ｓ４６）。ＤＳＰ５は、母音が検出されない場合（Ｎｏ）、そのまま前段のエクスパンドフィルタ５１で処理された音声を出力する（Ｓ４６）。その後、ＤＳＰ５は、メイン処理に復帰する。
【００４７】
図１１は、ゲート処理のフローチャートである。
ＤＳＰ５は、前段のエクスパンドフィルタ５１により、子音の周波数領域のゲインを最大に設定する（Ｓ５０）。そして、ＤＳＰ５は、包絡線のレベルが閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ５１）。ＤＳＰ５は、包絡線のレベルが閾値以上ならば（Ｙｅｓ）、ゲートを開放して（Ｓ５２）、音声信号を後段の処理に引き渡す。ＤＳＰ５は、包絡線のレベルが閾値未満ならば（Ｎｏ）、ゲートを閉塞して（Ｓ５３）、音声をミュートさせる。これにより、閾値未満の音声信号の場合に、この補聴器１をミュートすることができる。
【００４８】
《第１の実施形態の要点》
この補聴器１のＣＰＵ１１は、入力音声の子音の周波数成分をウオッチし、その成分の多少によりエクスパンドフィルタ５３を制御して、実際にユーザに聴こえる音声のうち子音成分のみ補強する。これにより、例えば、[sa]という音がきたとき[s]の部分だけの音が補強されることになる。
【００４９】
《第１の実施形態の効果》
子音が聴きやすくなり、あらゆる子音において明瞭度を増すことができる。
以上より、本実施形態の補聴器１によれば、子音が原音にくらべて聞き取りやすく明瞭度が増す。また、子音波形のアタック部分から処理されるため、更に明瞭度が増す。
【００５０】
《第２の実施形態》
第２の実施形態の補聴器１は、第１の実施形態と同様に構成されており、子音ブースタ処理とゲート処理とが異なる。以下、図１２から図１５を参照して子音ブースタ処理を説明し、図１６を参照してゲート処理を説明する。
【００５１】
図１２は、第２の実施形態の子音プースタ処理の概念を説明する図である。
この図では「さかな」と入力されたときの子音のみが大きく増幅される例を示す。さかなという音声が入力された際、補聴器１の信号制御は、実線で示した音声信号が最後まで使用されるラインと、破線で示す制御信号のラインによって構成される。
ハードウエアあるいはソフトウエアで処理してもよいブロックは、ノイズゲート５６、子音ウオッチフィルタ５４ａ、母音ウオッチフィルタ５４ｂ、閾値判定部５７、エクスパンドフィルタ５８である。
【００５２】
音声信号は、子音ウオッチフィルタ５４ａと母音ウオッチフィルタ５４ｂにより、並行してフィルタ処理が行われる。子音ウオッチフィルタ５４ａにより、子音の周波数領域の強調が行われて子音ウオッチ信号となる。母音ウオッチフィルタ５４ｂにより、母音の周波数領域の強調が行われて母音ウオッチ信号となる。次に音声信号は、ノイズゲート５６によって、後段に通過するか否かのゲート処理が行われる。ノイズゲート５６を通過した音声信号は、エクスパンドフィルタ５８により、フィルタ処理が行われる。これにより、子音の周波数領域の強調が行われる。
【００５３】
母音ウオッチ信号と子音ウオッチ信号は、閾値判定部５７により制御信号となる。この制御信号は、エクスパンドフィルタ５８に伝達されて、このフィルタ処理の制御に用いられる。
【００５４】
図１３は、子音ウオッチフィルタ５４ａと母音ウオッチフィルタ５４ｂのフィルタ特性を示すグラフである。
グラフの縦軸は対数でゲインを示し、横軸は対数で周波数を示している。
ここで、子音ウオッチフィルタ５４ａのフィルタ特性は、子音の周波数特性に対応した周波数特性カーブを有する。具体的にいうと、子音ウオッチフィルタ５４ａは、周波数ｆ３からｆ４に急峻なピークを有するフィルタである。周波数ｆ３とｆ４の組合せは、例えば１ＫＨｚ〜１０ＫＨｚであるが、子音の周波数特性に対応していればよく、限定されない。
【００５５】
母音ウオッチフィルタ５４ｂのフィルタ特性は、母音の周波数特性に対応した周波数特性カーブを有する。具体的にいうと、母音ウオッチフィルタ５４ｂは、周波数ｆ１からｆ２に急峻なピークを有するフィルタである。周波数ｆ１とｆ２の組合せは、例えば２０Ｈｚ〜５００Ｈｚであるが、母音の周波数特性に対応していればよく、限定されない。
【００５６】
子音ウオッチフィルタ５４ａと母音ウオッチフィルタ５４ｂに「さかな」という音声信号が入る場合を考える。[s][k]の子音の場合に、子音ウオッチフィルタ５４ａによって周波数ｆ３〜ｆ４の帯域成分が大幅に増幅される。[a]の母音の場合に、母音ウオッチフィルタ５４ｂによって周波数ｆ１〜ｆ２の帯域成分が大幅に増幅される。これらの信号は、それぞれ積分されて包絡線信号に変換される。これら包絡線信号の波高値は、閾値判定部５７に入力されて母音の検出に使用される。
【００５７】
図１４は、波高値の比による母音の検出を示すタイムチャートである。
第１グラフの縦軸は子音の波高値を示し、横軸は時間を示している。第２グラフの縦軸は母音の波高値を示し、横軸は時間を示している。第３グラフの縦軸は母音の波高値と子音の波高値の比を示し、横軸は時間を示している。
第３グラフの波高値の比は、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間で、閾値を超えている。よってＤＳＰ５は、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間、母音を検出する。
【００５８】
図１２に戻って説明を続ける。閾値判定部５７では、包絡線信号の波高値の比が閾値を超えると、その超えた度合いを制御信号とする。この制御信号は、エクスパンドフィルタ５８のゲインの制御信号として用いる。例えば、「さかな」の最初の母音の[a]が入力されると、閾値判定部５７は、波高値の比が閾値を超えることを検知する。閾値判定部５７は、制御信号をエクスパンドフィルタ５８に送信する。これにより、エクスパンドフィルタ５８は、子音の周波数領域の増幅を弱めて、より平坦な特性とする。
【００５９】
図１５は、子音ブースタ処理のフローチャートである。
ＤＳＰ５は先ず、マイク入力部２からの音声を取り込む（Ｓ６０）。
次にＤＳＰ５は、子音ウオッチフィルタ処理（Ｓ６１）を行い、子音ウオッチフィルタ５４ａの出力の包絡線信号を抽出する（Ｓ６２）。
これと並行してＤＳＰ５は、母音ウオッチフィルタ処理（Ｓ６３）を行い、母音ウオッチフィルタ５４ｂの出力の包絡線信号を抽出する（Ｓ６４）。
【００６０】
次にＤＳＰ５は、ノイズゲート５６によるゲート処理（Ｓ６５）を行う。ゲート処理の詳細は、後記する図１６で説明する。
ＤＳＰ５は、その母音の包絡線信号と子音の包絡線信号の比を算出する（Ｓ６６）。
ＤＳＰ５は、この包絡線信号の比が所定閾値以上で有るか否かを判断し、よって母音が検出されたか否かを判定する（Ｓ６７）。
【００６１】
ＤＳＰ５は、母音が検出された場合（Ｙｅｓ）、エクスパンドフィルタ５８によるゲインダウン処理を行い（Ｓ６８）、フィルタ処理された音声を出力する（Ｓ６９）。ＤＳＰ５は、母音が検出されない場合（Ｎｏ）、そのままフィルタ処理された音声を出力する（Ｓ６９）。その後、ＤＳＰ５は、メイン処理に復帰する。
【００６２】
図１６は、ゲート処理のフローチャートである。
ＤＳＰ５は、図１５に示したステップＳ６１により、子音の周波数領域の強調を行って子音ウオッチ信号を生成している。ＤＳＰ５は、この子音ウオッチ信号から包絡線信号を取得する（Ｓ８０）。そして、ＤＳＰ５は、包絡線のレベルが閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ８１）。ＤＳＰ５は、包絡線のレベルが閾値以上ならば（Ｙｅｓ）、ゲートを開放して（Ｓ８２）、音声信号を後段の処理に引き渡す。ＤＳＰ５は、包絡線のレベルが閾値未満ならば（Ｎｏ）、ゲートを閉塞して（Ｓ８３）、音声をミュートさせる。これにより、閾値未満の音声信号の場合に、この補聴器１をミュートすることができる。
【００６３】
《第２の実施形態の効果》
母音の包絡線と子音の包絡線との比により、母音を判定しているので、母音のみで検知するよりも早期に母音を検出できる。これにより子音が聴きやすくなると共に母音が聞きにくくなるという副作用を防止できる。
以上より、本実施形態の補聴器１によれば、子音が原音にくらべて聞き取りやすく明瞭度が増し、子音波形のアタック部分から処理されるため、更に明瞭度が増す。更に、母音が聞きにくくなるという副作用を防止できる。
【００６４】
（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能であり、例えば、次の（ａ）〜（ｃ）のようなものがある。
【００６５】
（ａ）  制御信号を検出して、フィルタを制御するまでにわずかに時間がかかる。このため、入力波形をこのわずかな時間だけ遅らせてからエクスパンドフィルタを掛けることで、より明瞭な波形を作ることができる。また処理は数ミリ秒で行われるため、違和感はほとんどない。図示しないがが、具体的には、エクスパンドフィルタ５１またはノイズゲート５２が出力した音声信号に対して所定の遅延を挿入するとよい。所定の遅延とは、例えば、４ミリ秒程度である。
【００６６】
（ｂ）  子音にはいくつかのパターンがあり、３パターンほど周波数特性が異なるグループに分けられる。このため、エクスパンドフィルタの処理を並列に３ライン作成しておき、それぞれが得意な子音を処理することで、あらゆる子音において明瞭度を増すことができる。
（ｃ）  各母音に応じた複数のウオッチフィルタを設けると共に、複数のエクスパンドフィルタを設けてもよい。これにより、母音の検出精度を向上させると共に、各子音の明瞭度を増すことができる。
【００６７】
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
【００６８】
〔付記〕
《請求項１》
音声信号の子音周波数帯域のエネルギを押し上げるエクスパンドフィルタと、
前記音声信号の周波数特性を検知するウオッチフィルタと、
前記ウオッチフィルタの出力信号のエネルギにより特定の周波数帯域から始まる音声を判定し、当該特定の周波数帯域から始まる音声を判定している間は前記エクスパンドフィルタの特性を平坦化させる判定部と、
を備えることを特徴とする音声信号処理装置。
《請求項２》
前記エクスパンドフィルタは、
音声信号の子音周波数帯域のエネルギを押し上げる第１エクスパンドフィルタと、音声信号の子音周波数帯域のエネルギを押し下げる第２エクスパンドフィルタの組合せである、
ことを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
《請求項３》
前記ウオッチフィルタは、音声信号のうち前記特定の周波数帯域から始まる音声の周波数帯域を通過させ、
前記判定部は、前記ウオッチフィルタの出力信号が所定エネルギを超えたならば、前記特定の周波数帯域から始まる音声と判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
《請求項４》
前記ウオッチフィルタは、音声信号のうち前記特定の周波数帯域から始まる音声の周波数帯域を通過させる第１のフィルタ、および子音周波数帯域を通過させる第２のフィルタを含み、
前記判定部は、前記第１のフィルタの出力信号と前記第２のフィルタの出力信号のエネルギ比が所定値を超えたならば、特定の周波数帯域から始まる音声と判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
《請求項５》
音声信号が所定値以下ならば、当該音声信号を通過させないゲートを更に有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の音声信号処理装置。
《請求項６》
請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の音声信号処理装置と、
音声信号を収録するマイクと、
前記音声信号処理装置によって処理された音声信号を出力するスピーカと、
を備えることを特徴とする補聴器。
《請求項７》
エクスパンドフィルタにより音声信号の子音周波数帯域のエネルギを押し上げるステップと、
ウオッチフィルタにより前記音声信号の周波数特性を検知するステップと、
前記ウオッチフィルタの出力信号のエネルギにより特定の周波数帯域から始まる音声を判定するステップと、
当該特定の周波数帯域から始まる音声を判定している間は、前記エクスパンドフィルタの特性を平坦化させるステップと、
を実行することを特徴とする音声信号処理方法。
【符号の説明】
【００６９】
１  補聴器
１１  ＣＰＵ
１２  メモリ
１３  サウンドシステム
１４  平面部
１５  端部
２  マイク入力部
２１  Ａ／Ｄ変換部
３  スピーカ
４  操作部
４１  電源ボタン
４２  ボリューム
５  ＤＳＰ
５１  エクスパンドフィルタ  （第１エクスパンドフィルタ）
５２  ノイズゲート
５３  エクスパンドフィルタ  （第２エクスパンドフィルタ）
５４  ウオッチフィルタ
５４ａ  子音ウオッチフィルタ
５４ｂ  母音ウオッチフィルタ
５５，５７  閾値判定部  （判定部）
５６  ノイズゲート
５７  閾値判定部
５８  エクスパンドフィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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