(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロフォンから入力信号を受信し，
上記入力信号を複数の周波数帯域に分割し，
補聴器ユーザの聴覚損失を緩和するために，対応する１組の周波数帯域に与えられるべき１組の第１利得値から構成される第１利得ベクトルを選択し，
１組の第２利得値を表す第２利得ベクトルの関数としての音声明瞭尺度の１組の勾配要素を決定し，
１組の周波数帯域において利得を低減できるようにすることにより最適化聴取快適性を提供する１組の減失利得値を決定し，
上記１組の勾配要素に１組の減失項を加えることによって上記１組の勾配要素を修正してこれにより１組の修正勾配要素を提供し，ここで上記減失項が減失利得値と第２利得値との間の差に比例するものであり，
上記修正勾配要素に基づいて１組の上記第２利得値を反復的に変動し，これにより最適化音声明瞭度および聴取快適性を提供する１組の第２利得値を決定し，ここで上記反復的変動の処理が，対応する修正勾配要素が正であるときに第２利得値を増加し，かつ対応する修正勾配要素が負であるときに第２利得値を減少する処理を含むものであり，
決定された上記１組の第２利得値に基づいて上記第１利得ベクトルを修正し，
上記修正された上記第１利得ベクトルにしたがって上記入力信号を処理し，これによって出力トランスデューサを駆動する出力信号を提供する，
補聴器における信号処理方法。
【請求項２】
上記減失項が比例定数を含み，上記定数の値が現在動作している補聴器プログラムに依存するものである，請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記減失項が比例定数を含み，上記定数の値が現在の音環境の分類に依存する，請求項１に記載の方法。
【請求項４】
減失利得値を決定するステップが，
音環境の雑音レベルを推定し，
上記音環境における音声のみのレベルを推定し，
上記推定雑音レベルと上記推定音声のみレベルを所定制限内で修正し，
修正された推定雑音レベルおよび推定音声のみレベルを乗算して，これにより上記減失利得値を提供する，
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
上記推定雑音レベルおよび上記推定音声のみレベルが，上記音環境のそれぞれのパーセンタイル値から導出される，請求項４に記載の方法。
【請求項６】
上記１組の減失利得値を決定するステップが，上記減失利得値を約−20ｄＢから０ｄＢの範囲に入れるものである，請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
上記勾配要素が閉形式の数式を用いて決定される，請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
入力トランスデューサ，処理装置，および音響出力トランスデューサを備える補聴器であって，上記処理装置が，
複数の個別周波数帯域を提供するように構成されるフィルタ・ブロック，
上記複数の個別周波数帯域において補聴器ユーザの聴覚損失を緩和するための１組の第１利得値から構成される第１利得ベクトルを決定するように構成されるＡＧＣ手段，
１組の周波数帯域において利得を低減できるようにすることにより最適化聴取快適性を提供する１組の減失利得値を導出する減失利得値手段，および
上記補聴器に与えられるべき上記第１利得ベクトルの修正値を提供する音声増強ユニットを備えており，
上記音声増強ユニットが，
１組の第２利得値を表す第２利得ベクトルの関数としての音声明瞭尺度の１組の勾配要素を決定する手段，
１組の勾配要素に，上記減失利得値と上記第２利得値との差に比例する１組の減失項を加えることによって上記１組の勾配要素を修正して，これにより１組の修正勾配要素を提供する手段，ならびに
上記修正勾配要素を用いて１組の第２利得値の修正値を導出する手段を備え，
１組の上記第２利得値の修正値を導出する手段が，
上記修正勾配要素に基づいて１組の上記第２利得値を反復的に変動し，これにより最適化音声明瞭度および聴取快適性を提供する１組の第２利得値を決定するものであり，ここで上記反復変動の処理が，対応する修正勾配要素が正であるときに第２利得値を増加し，かつ対応する修正勾配要素が負であるときに第２利得値を減少する処理を含むものであり，
決定された１組の上記第２利得値の修正値に基づいて，上記第１利得ベクトルの修正値が提供される，
補聴器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は補聴器の動作方法に関する。より詳細にはこの発明は音声明瞭度（言語明瞭度）（speech intelligibility）および聴取快適性（聞いたときの心地よさ）（listening comfort）を最適化する補聴器の動作方法に関する。さらにこの発明は改善された音声明瞭度および聴取快適性を提供する補聴器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の補聴器は，一または複数のマイクロフォン，信号処理装置およびスピーカを備えている。
【０００３】
使用に先立って，補聴器は個々のユーザに対してフィットさせる必要がある。フィッティング手順は，基本的にはユーザの聴覚障害および選択される特定の補聴器などの特定の状況にしたがって，ユーザの聴覚損失を最適に補償するレベルおよび周波数に応じた伝達関数を適合することを含む。上記伝達関数を制御するパラメータの選択される設定が補聴器中に記憶される。たとえば障害状況の変化を考慮に入れるために，上記設定はフィッティング手順の繰返しを通じて後日変更することができる。マルチ・プログラム補聴器の場合には，上記適合手順をプログラムごとに実行することができ，特定の音環境を考慮に入れるための専用設定が選択される。 
【０００４】
最新技術によれば，補聴器は，各帯域についての何らかの所定の入力／利得曲線にしたがって利得レベル（複数）を特定する機能を用いて複数の周波数帯域の音を処理する。
【０００５】
レベル依存伝達関数（the level-dependent transfer function）は信号を圧縮して補聴器の出力のダイナミック・レンジを制御する。上記圧縮は，補聴器のユーザの聴取快適性を増進することを目的とする利得レベルの自動調整とみなすことができ，したがって上記圧縮は自動利得制御（Automatic Gain Control）（ＡＧＣ）と表現することができる。上記ＡＧＣは，補聴器を使用する人物の聴覚損失（難聴）を緩和するために必要とされる利得値も提供する。国際出願ＷＯ−Ａ１−９９３４６４２に記載のやり方で圧縮を実装することができる。
【０００６】
最新の補聴器には，音響フィードバック不安定性を連続的に制御することを目的として，各周波数帯域において連続的に入力レベルおよび出力レベルを計測し，必要に応じて各帯域において信号をキャンセルしかつ設定利得を低めることによるアンチ・フィードバック・ルーチンをさらに備えるものもある。
【０００７】
しかしながら，これらすべての「事前定義された」（predefined）利得調整法では，利得レベルは，一般的な状況の要件を反映するための補聴器のプログラミング/フィッティング中に事前に定義される関数（function）に応じて変更される。
【０００８】
最近では，線形システムにおいても伝送後の音声の明瞭度を予測するモデルを使用することが提案されている。最もよく知られているこのようなモデルには，「明瞭度指数」（articulation index）（ＡＩ），音声明瞭度指数（speech intelligibility index）（ＳＩＩ）および音声伝達指数（speech transmission index）（ＳＴＩ）があり，他の指数も存在する。
【０００９】
音声明瞭度の決定は電話回線における音声信号の品質を評価するために用いられてきた。たとえば，H. Fletcher および R. H. Gait 「The perception of speech and its relation to telephony」 J. Acoust. Soc. Am. 22, 89-151 (1950) を参照。
【００１０】
ＡＮＳＩ Ｓ3.5-1969標準（１９９７年改正）は，音声明瞭度指数ＳＩＩの算出法を提供する。上記ＳＩＩは伝送される音声情報の明瞭度量（intelligible amount），すなわち線形伝送システムにおける音声明瞭度を予測可能にするものである。上記ＳＩＩは上記システムの伝達関数および音響入力の関数であり，すなわち上記システムの出力における音声スペクトルに間接的な関数である。さらに雑音マスキングの効果および補聴器ユーザの聴覚損失の効果の両方をＳＩＩにおいて考慮に入れることができる。
【００１１】
ＳＩＩは，０（音声が全く明瞭でない）と１（音声が完全に明瞭である）の間の数を常にとる。実際には上記ＳＩＩは，音声明瞭度を伝達するシステム能力の客観的な尺度（an objective measure of the system's ability）であり，好ましくは聴取者が何を言われているかを理解することができるようにするものである。
【００１２】
補聴器における利得の増加は増幅音の音量増加を常に導くことになり，これが不快な大きな音レベルを導き，補聴器ユーザにとって快適でない音量となることがある。
【００１３】
補聴器の出力の音量は，音量モデルたとえばB.C.J. MooreおよびB.R. Glasbergによる論文“A revision of Zwicker's loudness model”，Acta Acustica Vol. 82 (１９９６年) 335-345に記載のやり方にしたがって算出することができ，これは健聴者および難聴者における音量の算出モデルを提案する。上記モデルは定常状態音について設計されているが，モデル拡張によって短い過渡的音の音量の算出も可能である。等音量曲線（equal loudness contours）に関するＩＳＯ標準２２６（ＩＳＯ 1987）を参照されたい。
【００１４】
欧州特許ＥＰ−Ｂ１−１５２２２０６は補聴器および補聴器の動作方法を開示するもので，音声明瞭度および音量のリアルタイムの決定に基づく周波数帯域利得調整に基づいて音声明瞭度が改善され，補聴器内の処理装置における実装に適している。
【００１５】
このタイプの補聴器および動作方法は，現在の音状況に依存して，様々な帯域において独立に利得を増加するまたは減少する能力を必要とする。ＳＩＩを増強するためには，高い雑音レベルを持つ帯域についてはたとえば利得を低下することで有利となり，他方低い雑音レベルを持つ帯域については利得を増加することで有利となる。しかしながら，ＳＩＩは相互マスキング（mutual masking）といった帯域間相互作用（inter-band interactions）も考慮するので，このようなシンプルな方策が常に最適な解決策であるとは限らない。したがってＳＩＩの正確な計算が必要である。
【００１６】
このようなシステムは一般的には好適なものではあるが，音量モデルに基づく従来技術で容易に利用可能なもの以上に改良された聴取快適性を欲するユーザもいることが分かっている。
【００１７】
さらに，聴取快適性を向上する手段は，補聴器ユーザの個々の好みに合わせて適合させることができるものであることが有利であることが分かっている。
【００１８】
ＳＩＩと増幅利得における所与の変化との間の一般的な関係を分析的に計算することは不可能であるので，最大のＳＩＩ値を与える特定の増幅利得を決定するためには，何らかの数値最適化ルーチンがこの関係を決定するためには必要とされる。しかしながら，補聴器における限られた処理資源を用いてリアルタイムで最適化された音声明瞭度を提供する最適なルーチンを導出するのは，単純ではない。
【００１９】
したがってこの発明の特徴は，様々な音環境において，改善された聴取快適性がリアルタイムに最適化される音声明瞭度とともに提供される，補聴器の動作方法を提供することにある。
【００２０】
この発明の他の特徴は，補聴器中の限られた処理資源を利用して，改善されたリアルタイムの最適化音声明瞭度が提供される補聴器の動作方法を提供することにある。
【００２１】
この発明のさらなる特徴は，リアルタイムで聴取快適性を増強する手段および音声明瞭度を最適化する手段を備える補聴器を提供することである。
【発明の開示】
【００２２】
第１の発明は，請求項１に記載の補聴器の動作方法を提供する。
【００２３】
これにより，増強された音声明瞭度および聴取快適性を提供する補聴器の動作方法が提供される。
【００２４】
第２の発明は，請求項１１に記載の補聴器を提供する。
【００２５】
さらなる有利な特徴は従属請求項から明らかである。
【００２６】
この発明のさらに他の特徴は，この発明を詳細に説明する以下の記載から当業者に明らかにされよう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の一実施態様による補聴器をかなり概略的に示している。
【図２】この発明の一実施態様による音声最適化アルゴリズムの簡単なフローチャートである。
【図３】この発明の一実施態様による聴取快適性モデルのブロック図である。
【実施例】
【００２８】
一例として，この発明の好ましい実施態様を示しかつ記載する。当然ではあるが，この発明は他の異なる実施態様が可能であり，そのいくつかの詳細は，この発明から逸脱することなく様々な明白なすべての観点において修正可能である。すなわち，図面および明細書は本質的に例示にすぎず限定するものではない。
【００２９】
はじめに図１を参照して，図１はこの発明の一実施態様による補聴器50をかなり概略的に示している。
【００３０】
図１の補聴器50はマイクロフォン１を備え，これがブロック分割手段２に接続され，これがさらにフィルタ・ブロック３に接続されている。上記ブロック分割手段２は，通常の任意の重付け窓関数（ordinary, optionally weighted windowing function）を適用可能なものであり，上記フィルタ・ブロック３は，好ましくは補聴器50における様々な周波数帯を規定するローパス，バンドパスおよびハイパス・フィルタの所定のセットを備えることができる。
【００３１】
上記フィルタ・ブロック３からの全体出力が乗算点10に与えられ，かつフィルタ・ブロック３の別個の帯域１，２，...Ｍからの出力が音声および雑音推定器（speech and noise estimator）４の各入力端子に与えられる。別個のフィルタ帯域からの出力（複数）が図１では一本の太い信号線で示されている。音声レベルおよび雑音レベルの推定器は，たとえば国際出願ＵＳ−Ａ−５６８７２４１に開示されている種類のパーセンタイル推定器（percentile estimator）として実装することができる。
【００３２】
乗算点10の出力は，ブロック・オーバーラップ手段11を通じてスピーカ12にさらに接続されている。上記音声および雑音推定器４は，音声（言語）最適化ユニット（speech optimization unit）８，自動利得コントロール（ＡＧＣ）手段５，および推定信号Ｓおよび推定雑音Ｎをそれぞれ搬送する２つの多重帯域信号経路によって聴取快適性モデル（listening comfort model）７に接続されている。
【００３３】
上記ブロック・オーバーラップ手段11は，再生に適する最適化信号を再生成（recreating）する帯域インターリービング関数（band interleaving function）および再生関数（regeneration function）として実装することができる。上記ブロック・オーバーラップ手段11は，最終的な音声最適化信号ブロック（final, speech-optimized signal block）を形成し，これを上記スピーカ12にもたらす。
【００３４】
上記聴取快適性モデル７は，推定信号Ｓおよび推定雑音Ｎの信号部分を用いて，聴取快適性に関して最適化される，各周波数帯域についての減失利得値（ペナルティ利得値）（penalty gain value）Ｇpen,fを決定する。聴取快適性モデル７の多帯域出力，すなわち減失利得ベクトルＧpenは音声最適化ユニット８に与えられる。上記聴取快適性モデルについては図３を参照して詳細に説明する。
【００３５】
上記ＡＧＣ手段５は加算点９の一の入力に接続されており，圧縮特性および補聴器ユーザの特定の聴覚損失に基づいて，各周波数帯域について，１組の第１利得値Ｇ0,f（first set of gain valus G0,f）をそこに与える。図１の実施態様の変形例では，１組の第１利得値Ｇ0,fは，雑音低減および／または音声（会話）増強の特徴を除く補聴器伝達関数を単に規定する。
【００３６】
上記ＡＧＣ手段５は，好ましくはたとえばＷＯ−Ａ１−２００７／０２５５６９に記載された種類の多帯域圧縮器（multiband compressor）として実装される。
【００３７】
聴覚損失モデル手段６は，好ましくは動作中の補聴器50にすでに記憶されている聴覚損失補償プロファイルの表現（representation of the hearing loss compensation profile）とすることができる。
【００３８】
上記音声最適化ユニット８は，利得ベクトルＧ’を構成する各周波数帯域についての新たな１組の最適化利得値Ｇ’fを算出する手段を備え，利得ベクトルＧ’に上記ＡＧＣによって提供される利得値Ｇ0,fを含む利得ベクトルＧ0が加えられる。上記音声最適化ユニット８の出力Ｇ’は加算点９の入力の一つに与えられる。加算ポイント９の出力は乗算点10の入力に与えられる。
【００３９】
上記加算ポイント９，聴取快適性モデル手段７，聴覚損失モデル手段６および音声最適化ユニット８が，この発明による補聴器の最適化部分を形成する。図１における補聴器50において，音声信号および雑音信号がマイクロフォン１によってピックアップされ，上記ブロック分割手段２によって複数の一時的ブロックないしフレーム（temporal blocks or frames） に分割される。上記一時的ブロックないしフレームのそれぞれは好ましくは約50秒の長さをもち，個別に処理される。すなわち各ブロックが上記フィルタ・ブロック３によって多数の別個の周波数帯域に分割される。
【００４０】
周波数分割された信号ブロック（frequency-divided signal blocks）は次に２つの別個の信号経路に分岐され，一方は上記音声および雑音推定器４に進み，他方は乗算点10に進む。上記音声および雑音推定器４は２つの別個のベクトル，すなわちＮ（推定雑音）およびＳ（推定音声）を生成する。これらのベクトルは，推定雑音レベルと推定音声レベルとを区別するために上記聴取快適性モデル手段７および音声最適化ユニット８によって用いられる。
【００４１】
上記音声および雑音推定器４はパーセンタイル推定器として実装することができる。定義によれば，パーセンタイルは累積分布がそのパーセンタイル以下である値である（A percentile is, by definition, the value for which the cumulative distribution is equal to or below that percentile）。上記パーセンタイル推定器からの出力値は，それぞれ信号レベルが推定される時間間隔の所定パーセント内に入る信号レベル未満のレベル値の推定に対応する（The output values from the percentile estimator each correspond to an estimate of a level value below which the signal level lies within a certain percentage of time during which the signal level is estimated）。上記ベクトルは好ましくは10％パーセンタイル（雑音Ｎ）および90％パーセンタイル（音声Ｓ）にそれぞれ対応するが，他のパーセンタイル値を用いることもできる。実際上は，上記雑音レベル・ベクトルＮが，周波数帯信号レベルが上記時間の10％に入る信号レベルを含み，かつ上記音声レベル・ベクトルＳが，周波数帯信号レベルが上記時間の90％に入る信号レベルであることを意味する。上記音声および雑音推定器４は，各ブロックについて，雑音の周波数帯域レベル（frequency band levels）および音声の周波数帯域レベルを推定するための非常に効率的なやり方を実行する。
【００４２】
上記音声および雑音推定器４はまた上記ＡＧＣ手段５への入力を提供し，そこから様々な周波数帯域における，補聴器ユーザの聴覚損失を緩和するのに必要な利得Ｇ0,fが決定される。
【００４３】
上記ＡＧＣ５からの利得値Ｇ0,fは次に加算点９において最適化利得値Ｇ’fと加算されて上記乗算点10に与えられる。さらに上記利得値Ｇ0,fは音声明瞭度値を算出するために音声最適化ユニット８に与えられる。
【００４４】
上記聴取快適性モデル手段７は，聴取快適性および音声明瞭度の両方に関して最適化される利得値Ｇ’を見つけるために用いられる減失利得値Ｇpenを決定するためのアルゴリズムを含む。上記アルゴリムは図３を参照して以下で詳述する。
【００４５】
音声明瞭度の最適化後，好ましくは図２の下側に示す反復アルゴリズムによって，上記音声最適化ユニット８は上記加算点９の入力に最適化利得値Ｇ’をもたらす。上記加算点９は最適化利得値Ｇ’を含むベクトルを上記ＡＧＣ５からの利得値Ｇo,fを含む入力ベクトルに加算し，上記乗算点10の入力に新たな修正された利得ベクトルを形成する。乗算点10は上記修正利得ベクトルからの適切な利得を上記フィルタ・ブロック３からの信号に乗算し，その結果，利得調整信号（gain adjusted signal）がブロック・オーバーラップ手段11の入力にもたらされる。これによって補聴器は所望の伝達関数を備えるものとなる。
【００４６】
図１の実施例の変形例では，上記音声最適化ユニット８が上記フィルタ・ブロック３からの信号に与えられるべき利得値を直接に提供し，これにより上記加算点９を省略することができる。
【００４７】
オンラインＳＩＩ雑音低減アルゴリズム（online SII noise reduction algorithm）は，難聴者のための修正に沿って米国国家規格（the American National Standard）の音声明瞭度指数（Speech Intelligibility Index）（ＳＩＩ）の最大化を試みる。このアルゴリズムの出力は圧縮器利得に追加されるべきフィルタ・バンクにおける帯域に対応する15の利得値である。聴覚閾値ならびに推定雑音および推定音声が与えられることで上記方法は15の利得値の調整を試み，これにより上記ＳＩＩが最大化される。上記ＳＩＩ雑音低減の目的は，15次元の利得空間における最大値（the maximum in the 15 dimensional gain space）を見つけることにある。
【００４８】
変形例では，明らかではあるが，上記ＳＩＩ雑音低減アルゴリズムはすべての多数の周波数帯域において利用することができる。
【００４９】
他の変形例において，ＳＩＩ以外の他のモデル，たとえば明瞭度指数（Articulation Index）（ＡＩ），音声伝達指標（Speech Transmission Index）（ＳＩＩ），または論文「Maximizing effective audibility in hearing aid fitting」，Ching, Dillon外，「Ear & Hearing」, Vol. 22, No. 3, ２００１年６月に記載されている改善バージョンのＳＩＩを，音声明瞭度の予測に利用することができる， 
【００５０】
以下において，用語「音声明瞭尺度」（speech intelligibility measure）は，音声明瞭度の予測についての何らかの適切なモデルから導出することができるものとする。一般にＳＩＩ尺度は非線形であって最大値に対する閉形式解（closed-form solution to the global maximum）は不可能である。代わりに勾配上昇法（gradient ascent method）を用いることができる。このアルゴリズムは勾配の方向に反復的に行うことで動作する（The algorithm works by iteratively taking steps in the direction of the gradient）。反復回数を制限しかつステップ・サイズ（step size）を一連の非増加長（a series of non-increasing lengths）として固定することによって，上記アルゴリズムは，所定数のサンプル後に停止し，最終的な利得が許容利得範囲内の極大ＳＩＩ値（local maximum SII）に近づくことが保証される。
【００５１】
次に図２を参照して，図２はこの発明の一実施態様による音声最適化アルゴリズムのフローチャートである。
【００５２】
上記フローチャートはスタート・ポイント・ブロック100を含み，これが後続のブロック101につながっている。ここで初期の周波数帯域ナンバｆ＝１，初期の反復ナンバｍ＝１，ＳＩＩ利得ベクトルＧ’および減失利得ベクトルＧpenが設定される。利得ベクトルＧ’fおよびＧpen,fの要素（elements）は，補聴器の周波数帯域ｆのそれぞれに対応する利得値を表す。上記減失利得値Ｇpen,fは，図３を参照して以下に記載するアルゴリズムにしたがって算出される。
【００５３】
音声明瞭尺度の勾配および減失利得ベクトルＧpenの算出に必要とされる，推定音声ベクトルＳ，推定雑音ベクトルＮおよび利得値Ｇ0,fは，一旦初期化されてかつ上記ＳＩＩ利得ベクトルＧ’の最適化の間一定に保たれる。
【００５４】
次のステップ102において，ポイントＧ’fにおける音声明瞭尺度の勾配（the gradient of the speech intelligibility measure in the point of G’f）が決定される。以下において，ポイントＧ’fにおける勾配を，勾配要素（gradient element）または勾配の偏微分（partial derivative of the gradient）とも言う。
【００５５】
ステップ102の後，上記音声明瞭尺度の勾配が，ステップ103において，上記減失利得値Ｇpen,fと上記利得値Ｇ’fの差に比例定数Ｋを乗算した項（a term）を加えることによって，修正される。
【００５６】
ステップ104において上記修正された勾配の符号（sign）が判定される。新たな修正勾配が正である場合にはアルゴリズムはステップ105に進み，現在の利得値Ｇ’fに利得値増分Ｇm,fを加えたものが，新たな利得値Ｇ’fとして設定される。他方，上記ルーチンがステップ106に進む場合には，新たな利得値Ｇ’fは現在の利得値Ｇ’fから上記利得値増分Ｇm,fを減算した値に設定される。上記利得値増分Ｇm,fは定数としてもよいし，または反復回数ｍおよび／または周波数帯域ナンバｆの関数として変動させることもできる。
【００５７】
次に上記アルゴリズムはステップ107に進み，周波数帯域ナンバｆが周波数帯域の最高ナンバｆmaxに達したかどうかが判断される。達していない場合にが，周波数帯ナンバｆがステップ109において一つ増加されて，アルゴリズムはステップ102に進む。
【００５８】
このアルゴリズムの変形例では，上記利得値増分Ｇmは反復回数ｍに依存し，これにより利得値増分の大きさは反復回数が増えるにつれて小さくされる。
【００５９】
周波数帯域の最高ナンバｆmaxに達すると上記アルゴリズムはステップ108に進み，反復ナンバｍが反復回数の最高ナンバｍmaxに達しているかどうかが判断される。達していなければ，ステップ110において上記反復ナンバｍが一つ増加されて，上記周波数ナンバｆがステップ110において１（one）にリセットされ，上記アルゴリズムはステップ102に進む。
【００６０】
発明者は，反復回数の最高ナンバｍmaxに達すると，さらなる最適化の必要性はもはや存在せずに，結果的に得られる音声最適化利得値ベクトルＧ’がステップ111において信号装置の伝達関数に転送され，上記最適化ルーチンが終了することを見いだした。
【００６１】
本質的に，上記アルゴリズムは，ｆmax周波数帯域利得値のｆmax次元ベクトル空間を反復的にトラバースして，音声明瞭度および聴取快適性の両方に関して各周波数帯について利得値Ｇ’fを最適化するものである。
【００６２】
発明者は音声明瞭度の多次元最適面（the multi-dimensional optimization surface of the speech intelligibility）が一般的に比較的フラットな安定状態（a relatively flat plateau）を含み，そこで音声明瞭度値がその最大値（its global maximum）に近づくことを見いだしたことが評価されるべきである。この最適化空間の領域内では，これは達成される音声明瞭度を大幅に損なうことなく実行することができるので，聴取快適性が向上されるという利点がある。この領域は比較的フラットであるので，上記音声明瞭度値の勾配はこれに相応して低くなり，上記減失利得Ｇpenを含む一般的に比較的制限された大きさの項は，したがってこの領域において音声明瞭度を大幅に損なうことなく，改善された聴取快適性を持つ領域に上記勾配を向かわせるのに十分になる。上記減失利得Ｇpen,fを含む項の大きさは，音声明瞭度がその最大値から大きく乖離しているときには，音声明瞭尺度の勾配の大きさに比べて一般に無視することができる。これによって上記アルゴリズムは最適化された音声明瞭度に向けた高速な収束をもたらす。
【００６３】
発明者は上記ＳＩＩ指数の勾配を効率的なやり方で算出することができ，この算出を補聴器においてリアルタイムに実行することができる方法を発見したことがさらに評価されるべきである。これは，十分に正確な結果を提供することが証明された近似値を注意深く選択することによって達成され，補聴器帯域のそれぞれの利得に関して算出される勾配を，上記ＳＩＩ指数を最適化するために用いることができる。米国国家規格協会（ＡＮＳＩ）の「Methods for calculation of the speech intelligibility index」, ANSI S3.5-1997によると，上記音声明瞭度指数（ＳＩＩ）は個々の周波数帯域からの寄与分の合計として以下のように算出される。
【００６４】
【数１】
0005852266.tif 000002
【００６５】
Ｉ（ｊ）は帯域重要性関数（band importance function）を示し，Ａ（ｊ）は帯域可聴関数（band audibility function）を示す。これらの関数に関するさらなる詳細はＡＮＳＩ Ｓ3.5-1997に見ることができる。
【００６６】
論文「Maximizing effective audibility in hearing aid fitting」, Ching, Dillon外著，「Ear & Hearing」, Vol. 22, No. 3, ２００１年６月によると，音声明瞭度指数はやや修正された方法で以下のように算出される（上記論文の式（２）を参照)。
【００６７】
【数２】
0005852266.tif 000003
【００６８】
Ｌ（ｊ）はレベル歪み要素を示し，Ｋ（ｊ）は減感聴能（desensitized audibility）を示し，以下によって定義される（上記論文の式（４）を参照）。
【００６９】
【数３】
0005852266.tif 000004
【００７０】
２つのパラメータｍjおよびｐjはｊ番目の周波数帯域および難聴に依存するもので，それぞれ上述した論文における式（５）および（６）において定義されるものであり，１組のｖパラメータが用いられ，その値は上記論文における表１から得られる。ここで補聴器周波数帯域の中央周波数に対応するｖパラメータは線形補間を用いて見つけられる。
【００７１】
関数ＳＬ（ｊ）は，ｊ番目の周波数帯域における信号の最大レベルと聴覚閾値レベルとの間の差を表す。ＳＬ（ｊ）についての閉形式表現（closed form expression）はＫ（ｊ）を考慮することで導出され，上記論文によると，一時変数Ｋiに等しく，ＡＮＳＩ標準の式（１２）によって与えられ，ｍjが１に等しくかつｐjが大きい場合に次のようになる。
【００７２】
【数４】
0005852266.tif 000005
【００７３】
ここでＥ（ｊ）は等価音声スペクトル・レベル（equivalent speech spectrum level）であり，ＤＩＳ（ｊ）は以下で与えられる等価外乱スペクトル・レベル（equivalent disturbance spectrum level）である。
【００７４】
【数５】
0005852266.tif 000006
【００７５】
ここでＺ（ｊ）は等価マスキング・スペクトル・レベル（equivalent masking spectrum level）を表し，Ｘ（ｊ）は等価内部雑音スペクトル・レベル（equivalent internal noise spectrum level）である。Ｅ（ｊ），ＤＩＳ（ｊ），Ｚ（ｊ）およびＸ（ｊ）についてのさらなる詳細はＡＮＳＩ S3.5- 1997に見ることができる。
【００７６】
補聴器利得ベクトルに関する等価マスキング・スペクトル・レベルＺ（ｊ）の勾配の算出は，補聴器内においてリアルタイムに実行するにはかなりの処理装置の能力（パワー）を必要とする非常に複雑な数式（very complex expression）をもたらす。エネルギー総和近似（energy summation approximation）を用いることで，上記算出は補聴器内で実現可能になり，同時に十分に精度の高い算出が提供されることが分かっている。
【００７７】
発明者はさらに，Ｋ（ｊ）が，以下の電力関数（パワー関数）によって効果的に近似されることを見いだした。
【００７８】
【数６】
0005852266.tif 000007
【００７９】
補聴器利得Ｇ（ｊ）に関するＫ（ｊ）の偏微分（partial derivative）は，さらなる近似を通じて次のように表現することができる。
【００８０】
【数７】
0005852266.tif 000008
【００８１】
ここで，Ｐdiff（ｊ）は以下のように与えられる。
【００８２】
【数８】
0005852266.tif 000009
【００８３】
パラメータＣjはパラメータｍjおよびｐjから導出されかつカーブフィット（curve fit）を用いて決定され，パラメータｘjは以下によって与えられる。
【００８４】
【数９】
0005852266.tif 000010
【００８５】
最終的に，ｉ番目の周波数帯域における補聴器利得Ｇ（i）に関するＳＩＩの偏微分は以下の式にしたがって近似することができる。
【００８６】
【数１０】
0005852266.tif 000011
【００８７】
変数Ｂ（ｉ）およびＣ（ｉ）は，それぞれＡＮＳＩ Ｓ3.5−1997のセクション4.3.2.2および4.3.2.3に定義されている。Ｎ（ｉ）は等価雑音スペクトル・レベルであり，Ｆjはｊ番目の周波数帯域についての中心周波数であり，ｈiはｉ番目の周波数帯域についての最高周波数帯域制限（higher frequency band limit）である。これらの後者の変数に関するさらなる詳細は同様にＡＮＳＩ Ｓ3.5−1997に見ることができる。
【００８８】
補聴器利得の関数としてＳＩＩ尺度の上記勾配（すなわち偏微分）を算出する方法の変形例では，上記勾配についての式をなんらかのＳＩＩ尺度から導出することができる。すなわち，ＡＮＳＩ標準において採用されている式を用いるだけとすることもできるし，これに代えてChingによる論文で用いられている式を組込むこともできる。
【００８９】
図２による実施態様の変形例では，音声明瞭尺度の勾配だけを用いて利得ベクトルを最適化する方法は，一般に適切な聴取快適性を保証する何らかの方法，たとえば従来の音量モデルに基づく方法と組み合わせることができる。
【００９０】
従来の音量モデルは一般に聴取快適性を保証するために有利であるが，補聴器ユーザの中には良好な聴取快適性と考えられるものに関して強い個々人の好みがあることがあり，したがって従来の音量モデルが最適な解決策とならないこともある。
【００９１】
図２の実施態様によると，比例定数Ｋの値が0.5に設定され，利得増分値Ｇm,fがｍ＝１について１ｄＢに設定され，ｍ＝ｍmaxについて0.25ｄＢとなるように次第に減少する。図２の実施態様の変形例では利得値増分Ｇm,fも周波数帯域ｆに依存する。
【００９２】
上記アルゴリズムが進行して上記勾配の方向に１ステップ進む（takes a step）とき，１ステップが長すぎて最大値をオーバーシュートする，または上記ステップが不連続に交差すると，少しだけ悪いＳＩＩで終わることができる（it can only end up with a worse SII）。ステップサイズが１ｄＢ以下の増加しないシリーズとして（as a non-increasing series with 1dB or less）選択される場合，連続するステップおよび最終ステップの間の差はほんの0.25ｄＢであり，上記オーバーシュート問題は無視される。ほとんどの最適化法にとって不連続性は問題となるが，発明者は上記ＳＩＩ最適面が連続しており（the SII optimization surface is continuous），したがって考慮しなければならない不連続をなんら含まないことを見いだした。
【００９３】
図２の実施態様の変形例では，比例定数Ｋに割り当てられる値が補聴器において現在動作している補聴器プログラムに依存する。このやり方では，音声明瞭度が重要である聴取状況（および対応する補聴器プログラム）においてはＫの値を比較的大きくすることができ，聴取快適性が一番の関心事である状況においては比較的小さくすることができる。図２の実施態様のさらなる変形例では，上記比例定数Ｋに割り当てられる値が音環境分類器（sound environment classifier）によって制御され，これにより比例定数Ｋの自動的かつよりスムーズな変動を実現することができる。さらに他の変形例では，上記比例定数Ｋに割り当てられる値が補聴器ユーザの個々の好みに合わせられる。
【００９４】
図２の実施例のさらに他の変形例では，上記勾配が，補聴器周波数帯域の選択されたナンバにおいてだけ修正される。
【００９５】
このアルゴリズムは高速に収束し，ＳＩＩ利得ベクトルＧ 'の初期化をすべてのベクトル要素Ｇ’fをゼロに単に設定することによって実行できることが見いだされた。これは，音声最適化が有効でない状況と比較して，上記音声最適化ユニット８によって改善された音声明瞭度値が提供されることを常に認識することができるという，さらなる利点を有する。
【００９６】
次に図３を参照して，図３は，聴取快適性を改善するために，音声最適化アルゴリズムにおいて用いられる減失利得ベクトルＧpenを決定するために用いられる聴取快適性モデルのブロック図である。
【００９７】
上記アルゴリズムに対する入力は，雑音の推定（推定雑音）201（estimate of the noise 200）および音声および雑音の結合の推定（推定結合音声および雑音）（estimate of the combined speech and noise）202 を含む。第１の加算点203 において，上記推定雑音201 の値が上記推定結合音声および雑音202の値から減算され，これにより音声のみの内容の推定が提供される。第２の加算点204において，音声のみの内容の推定の値が，スケルチ限界（squelch limit）を表すスケルチ定数（squelch constant）205から減算される。これによって上記会話のみ内容の推定の値が上記スケルチ限界を超えるときに，減失利得（すなわち負の利得）が適用されないこと（no penalty gain (i.e. a negative gain） will be applied）が保証される。上記第２の加算点204からの出力はＭＡＸブロック206に与えられて，そこでゼロの値と比較されて，これにより上記ＭＡＸブロック206からの出力が正であることが保証される。上記ＭＡＸブロックから出力は次に第１の乗算点207の第１入力に与えられる。
【００９８】
上記乗算点207への第２入力は，修正推定雑音（modified noise estimate）を表すアルゴリズムの第２分岐によって提供される。第３の加算点208 において，上記推定雑音201の値がオフセット限界（offset limit）を表すオフセット定数209から減算される。これにより上記推定雑音の値が上記オフセット限界未満のときに減失利得（すなわち負の利得）が適用されないことが保証される。上記第３の加算点208 からの出力が第２の乗算点210に与えられ，そこで第３の加算点208からの出力が調整定数値（constant conditioning value）211の乗算を通して調整される。その後調整された推定雑音がＭＩＮブロック212に与えられそこでゼロの値と比較され，これにより上記ＭＩＮブロック212からの出力が負であることが保証される。上記ＭＩＮブロック212からの出力は次に第１の乗算点207の第２入力に与えられる。
【００９９】
上述したように，第１の乗算点207への２つの入力は常に反対の符号を持ち，したがって第１の乗算点207からの出力はゼロ以下となる。第１の乗算点207からの出力は第２のＭＡＸブロック213に与えられ，そこで上記減失利得値215が取りうる最大の負の値（the largest negative value）を表す最小利得値214と比較される。上記第２のＭＡＸブロック213からの出力が，図２を参照して説明した音声最適化アルゴリズムにおいて用いられる上記減失利得値215を表す。
【０１００】
図３に記載のアルゴリズムによると，減失利得値は，常にゼロと上記最小利得値214によって与えられる負の値の間の範囲にある。推定雑音201が大きいほど上記減失利得値215がより負になる（more negative）ことが上記アルゴリズムから直接に導かれる。これによって，比較的高い雑音レベルを持つ周波数帯域はその全体の利得が低減され，これによりこの発明による音声最適化アルゴリズムを有する補聴器のユーザにとっての聴取快適性が促進する。さらに，上記アルゴリズムからは，上記推定雑音201の値と推定結合音声および雑音202の間の差が小さければ小さいほど上記減失利得値215がより負になることが導かれ，これにより比較的小さい音声内容だけを含む周波数帯域は，その全体の利得が低減され，これによってユーザにとっての聴取快適性がさらに改善する。
【０１０１】
図３の実施態様によるとすべての値がｄＢで与えられる。上記推定雑音201の値は10％パーセンタイルとして決定され，上記推定結合音声および雑音202の値は90％パーセンタイルとして決定される。上記スケルチ定数205およびオフ定数209の値はいずれも40ｄＢに設定される。最小利得値214は−18ｄＢに設定される。
【０１０２】
図３の実施態様の変形例では，上記雑音および音声の推定は，パーセンタイル以外の何らかの適切な推定手段によって決定することができ，上記パーセンタイルについての他の値を用いることができる。明白であるが，上記減失利得を決定するために用いられる定数もたとえば特定のユーザの好みに合うように変更することができる。
【図１】
0005852266.tif 000012
【図２】
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【図３】
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