(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、パルス信号で骨伝導音声を高効率に伝達でき、かつ有効音声帯域を広くとれ再生音の聴き取り易さを向上でき、回路部品構成の簡単化および使用する電池の長寿命化が図れる骨伝導スピーカ装置を提供することにある。【解決手段】  骨伝導スピーカ装置において、音声、又は音響信号のデジタル信号に応答して２値パルス信号に変調した１ビット信号に基づいて骨伝導スピーカ３を駆動する。駆動信号Ｙはパルス信号であり、骨伝導により音声信号、又は音響信号Ｘを効率よく伝導する。また、上記１ビット信号Ｙは入力された音声信号、又は音響信号Ｘのスペクトルそのものを含み有効帯域を制限することを必要としない。また、パルス駆動のため構成が簡単で電力損失を少なくできる。【選択図】図１
2006197152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号を物理的な振動に変換し、該振動をヒトの皮膚、筋肉または骨を介して脳の聴覚機能に伝えるための骨伝導スピーカを備え、
前記骨伝導スピーカは音声、又は音響信号を所定の周期でサンプリングして得られたデジタル信号に応答して２値パルス信号に変調した１ビット信号に基づいて駆動される
ことを特徴とする骨伝導スピーカ装置。
【請求項２】
前記骨伝導スピーカ装置は、前記骨伝導スピーカと、
音声、又は音響信号を所定の周期でサンプリングして得られたデジタル信号に応答して２値パルスいわゆる１ビット信号に変調する２値パルス変調器と、
前記１ビット信号を増幅して前記骨伝導スピーカを駆動するディジタルアンプとを備えてなる
ことを特徴とする請求項１に記載の骨伝導スピーカ装置。
【請求項３】
前記骨伝導スピーカ装置は、前記骨伝導スピーカと、
前記骨伝導スピーカに一体に組み込まれ、入力される前記１ビット信号を増幅して前記骨伝導スピーカを駆動するディジタルアンプとを備えてなる
ことを特徴とする請求項１に記載の骨伝導スピーカ装置。
【請求項４】
前記１ビット信号は、可聴周波数帯を含めて変調されてなる
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の骨伝導スピーカ装置。
【請求項５】
前記１ビット信号は、可聴周波数帯の音声、又は音響信号成分及び可聴周波数帯を超える周波数帯の成分とを含む
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の骨伝導スピーカ装置。
【請求項６】
前記１ビット信号への変調はΔΣ変調信号である
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の骨伝導スピーカ装置。
【請求項７】
前記１ビット信号への変調はＰＷＭ変調信号である
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の骨伝導スピーカ装置。
【請求項８】
前記骨伝導スピーカは電圧駆動型スピーカである
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の骨伝導スピーカ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、骨伝導スピーカ装置に係り、特にΔΣ変調またはＰＷＭ変調の２値パルスいわゆる１ビット信号を用いることで骨伝導音声を高効率に伝送でき、有効音声帯域を広くとれ再生音の聴き取り易さを向上できると共に、回路部品構成の簡単化および使用する電池の長寿命化ができる骨伝導スピーカ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、聴覚障害を有する人を補助する補聴器として、骨伝導による補聴器が使用されている。また骨伝導は、聴覚健常者であっても、騒音環境下において音の聞き取りに有効であることが知られている。あるいはマスクやヘルメットを頭からすっぽりかぶった場合など通常の気伝導による音の聞き取りができない場合にも有効である。
【０００３】
ところで、骨伝導は音が直接蝸牛以降の聴覚神経に直接伝搬するため、気伝導による音を聞くことができない高度難聴者にも有効であることが特開２００１−３２０７９９号公報（特許文献１）などに記載されている。
【０００４】
上記特許文献１によれば、骨伝導は音声または音響の信号を２７ｋＨｚ程度の超音波の搬送波を用いてＤＳＢ（Double Sideband）変調、あるいは平衡変調すると、特に高度の難聴者にも聞き取ることができるとされている。なお、骨伝導に利用される音の帯域は特開２００２−１９９４８０号公報（特許文献２）などに記載されているように、通常〜約５ｋＨｚが多く使用されている。
【０００５】
また、特開２００３−３２７６８号公報（特許文献３）によれば、入力信号の約１０ｋＨｚ以上の高域を振動に変換して骨伝導で再生する圧電型変換器を用いたヘッドホンが記載されている。
【特許文献１】特開２００１−３２０７９９号公報
【特許文献２】特開２００２−１９９４８０号公報
【特許文献３】特開２００３−３２７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載された従来技術は、骨伝導音が高度の難聴者にも聞き取ることができる点で有効であるが、アナログの搬送波発生器や変調部を備えなければならず、構成が複雑、大型化し、またアナログ変調であるため特に高周波増幅器で熱損失が発生し効率が悪く電池の寿命が短いという問題がある。
【０００７】
また、ＤＳＢ変調、あるいは平衡変調すると音声信号のスペクトルが搬送波周波数を中心に側帯波成分として分布することになる。上記特許文献１に記載された従来技術においては、２７ｋＨｚ程度の超音波の搬送波を用いてＤＳＢ変調、あるいは平衡変調しており、また特許文献２などに記載されているように音声の有効周波数帯域を約５ｋＨｚ以下に制限する事になり、明瞭度を高く取れない問題がある。
【０００８】
また、上記特許文献３に記載された従来技術は、骨伝導音を軽量、小型で増幅器を必要としない点で有効であるが、骨伝導スピーカを駆動する信号を音声帯域の内の一部に過ぎない約１０ｋＨｚ以上の成分としているため、難聴者にとって明瞭な聴覚伝送が行なえないという問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、２値パルス変調した１ビット信号を用い、この１ビット信号で骨伝導スピーカを駆動して再生することにより、骨伝導音声を高効率に伝達できると共に、有効音声帯域を広くとれ再生音の聴き取り易さを向上でき、また、骨伝導スピーカ装置の回路部品構成の簡単化および使用する電池の長寿命化ができる骨伝導スピーカ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に係る発明の要旨は、電気信号を物理的な振動に変換し、該振動をヒトの皮膚、筋肉または骨を介して脳の聴覚機能に伝えるための骨伝導スピーカを備え、前記骨伝導スピーカは音声、又は音響信号を所定の周期でサンプリングして得られたデジタル信号に応答して２値パルス信号に変調した１ビット信号に基づいて駆動されることを特徴とする骨伝導スピーカ装置に存する。
また、本発明の請求項２に係る発明の要旨は、前記骨伝導スピーカ装置は、前記骨伝導スピーカと、音声、又は音響信号を所定の周期でサンプリングして得られたデジタル信号に応答して２値パルスいわゆる１ビット信号に変調する２値パルス変調器と、前記１ビット信号を増幅して前記骨伝導スピーカを駆動するディジタルアンプとを備えてなることを特徴とする請求項１に記載の骨伝導スピーカ装置に存する。
また、本発明の請求項３に係る発明の要旨は、前記骨伝導スピーカ装置は、前記骨伝導スピーカと、前記骨伝導スピーカに一体に組み込まれ、入力される前記１ビット信号を増幅して前記骨伝導スピーカを駆動するディジタルアンプとを備えてなることを特徴とする請求項１に記載の骨伝導スピーカ装置に存する。
また、本発明の請求項４に係る発明の要旨は、前記１ビット信号は、可聴周波数帯を含めて変調されてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の骨伝導スピーカ装置に存する。
また、本発明の請求項５に係る発明の要旨は、前記１ビット信号は、可聴周波数帯の音声、又は音響信号成分及び可聴周波数帯を超える周波数帯の成分とを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の骨伝導スピーカ装置に存する。
また、本発明の請求項６に係る発明の要旨は、前記１ビット信号への変調はΔΣ変調信号であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の骨伝導スピーカ装置に存する。
また、本発明の請求項７に係る発明の要旨は、前記１ビット信号への変調はＰＷＭ変調信号であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の骨伝導スピーカ装置に存する。
また、本発明の請求項８に係る発明の要旨は、前記骨伝導スピーカは電圧駆動型スピーカであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の骨伝導スピーカ装置に存する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、骨伝導スピーカを駆動する信号としてパルス振動を発生することで骨伝導音声を高効率に伝達できる。また、音の帯域を約５ｋＨｚ以下に制限する必要が無く、明瞭度の低下を来たす事がない聴き取りやすい再生をすることができる。
【００１２】
また、信号がパルス信号となり、ディジタルアンプの動作がオン、オフ動作をするだけでよいので、高効率になる。また、骨伝導スピーカも圧電セラミック型スピーカを使用すれば低消費電力となり、電池を使用する場合、電池が長寿命になるという特徴がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明によれば、超音波領域にわたる骨伝導音成分を生成し聴覚信号を伝送する骨伝導スピーカ装置において、密度の低い空気を振動させる場合と異なり、より密度の高いヒトの皮膚、筋肉または骨を振動させる場合、周期性のある波動より、パルス振動の方がより伝達されやすいため、パルス振動を発生することで骨伝導音声を高効率に伝達できる。
【００１４】
また、本発明では、２値パルス変調器で生成される１ビット信号は、可聴周波数を越える周波数の処理クロックでオン、オフするパルスとなるので、容易に超音波のパルスを得ることができる。したがって、２値パルス変調器からの１ビット信号を骨伝導スピーカ駆動に利用すれば超音波成分を含んだ変調がなされた音声、あるいは音響信号が得られ、しかもパルス信号で駆動するため骨伝導による音の伝達効率を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明では、所定の周期でサンプリングして得られたデジタル信号に応答して、いわゆる１ビット信号に変調する方式を用いるため、ＤＳＢ変調、あるいは平衡変調の従来例の様に、２７ｋＨｚ程度の超音波の搬送波を用いてアナログ変調を行なう時の様に、音の帯域を約５ｋＨｚ以下に制限する必要が無く、明瞭度の低下を来たす事がない聴き取りやすい再生をすることができる。
【００１６】
また、変調で生成される１ビット信号による再生音は、入力された音声、或いは音響のスペクトル成分そのもの有しており、ＤＳＢ変調、あるいは平衡変調を利用したものと異なり、聴覚健常者であっても、騒音環境下において音の聞き取りに有効である。
【００１７】
また、アナログ変調部やキャリア発生器（アナログ信号を処理のため回路構成複雑）を特段必要とせず、２値パルスを受け取る、あるいは集積化に適した２値パルス変調器で構成出来る特徴がある。したがって、回路構成が簡単になり、小型、低価格を図ることができる。
【００１８】
また、２値パルス変調器で生成される１ビット信号が０、１のパルス信号であるので、特別なアンプが不要か、あるいはアンプの動作点を飽和領域に出来るため素子での発熱ロスがおさえられ高効率を達成することができ、したがって低消費電力化を図ることができるので、電池を使用する場合には寿命を長くすることができる。
【００１９】
以下本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態を示した図である。１は２値パルス変調器、２はデジタルアンプ、３は電気信号を物理的な振動に変換し、該振動をヒトの皮膚、筋肉または骨を介して脳の聴覚機能に伝えるための骨伝導スピーカである。入力端子４から入力されたアナログ信号Ｘは、２値パルス変調器１により２値パルスに変調され、１ビット信号Ｙとして出力される。本実施例では、以降、具体的にΔΣ変調の場合を説明する。この１ビット信号Ｙはデジタルアンプ２により電力増幅され骨伝導スピーカ３を駆動する。骨伝導スピーカ３は電磁誘導式のスピーカ（ダイナミックスピーカ）を使用することもできるが、圧電セラミック式スピーカなどの電圧駆動型スピーカを使用すれば消費電力を少なく抑えることができる。
【００２０】
図４はΔΣ変調器の原理を説明する図である。図４において、ΔΣ変調器は１次のΔΣ変調器である。
【００２１】
図４において、５は積分器、６は量子化器、７は１サンプル遅延器である。Ｘはアナログ入力信号、Ｙは１ビット信号を表す。量子化器６で積分器５のアナログ信号出力を１ビット信号に量子化することにより量子化誤差Ｎｑが付加され、伝送帯域に一様に分布する。
【００２２】
図４において、１ビット信号Ｙ、アナログ入力信号Ｘ、１サンプル遅延をＺ-1、量子化誤差Ｎｑとすれば、１ビット信号Ｙは、Ｙ＝Ｘ＋Ｎｑ（１−Ｚ-1）という式で表される。
【００２３】
ここで、Ｎｑ（１−Ｚ-1）はノイズ成分であるが、（１−Ｚ-1）の微分回路のハイパス特性により、伝送帯域に一様に分布する量子化誤差Ｎｑを高周波側にシフト作用をする。これはΔΣ変調器のノイズシェーピング効果として知られている。図２はΔΣ変調器の周波数特性を示したもので、ΔΣ変調器の１ビット信号に含まれる量子化誤差Ｎｑは図４のように右肩上がりのノイズフロアＮｑ’となる。
【００２４】
図５に、アナログ入力信号Ｘ（図５の上側信号）と２値パルスいわゆる１ビット信号Ｙ（図５の下側信号）の一例を示す。１サンプリング毎に出力信号である１ビット信号は０又は１のいずれかの値をとる（縦の点線で１サンプリングの区切りを示した）。ΔΣ変調による１ビット信号は、入力信号の振幅が大きくなれば１に符号化される頻度が多くなり、入力信号の振幅が小さくなれば０に符号化される頻度が多くなる。またΔΣ変調による１ビット信号は、ダイナミックレンジを確保するためにサンプリング周波数を高めてオーバーサンプリングされる。
【００２５】
このように、本発明では、骨伝導スピーカ３を駆動する信号を個々のパルス振動として伝送することで、骨伝導による音の伝達効率を上げて、言語音が骨伝導で効果的に知覚され得るようにできる。すなわち、ΔΣ変調で生成される１ビット信号は電源電圧を波高値とするパルスとなり、骨に音を伝達するときのエネルギーがパルスによる伝達となる。したがって、パルスによるエネルギーを蝸牛以降の聴覚神経に効果的に伝達することができる。
【００２６】
図２、図３を参照して特許文献１に記載された従来技術と本発明の違いをさらに詳細に説明する。
図２は特許文献１に記載された従来技術による変調方式によるスペクトルであり、図３は本発明によるΔΣ変調で生成される１ビット信号のスペクトルである。図２によればＤＳＢ変調、あるいは平衡変調を利用したもののスペクトルは、搬送波周波数ｆｃを中心に上下に側帯波を有するスペクトルとなる。これに対しΔΣ変調で生成される１ビット信号のスペクトルは、図３から分かるように、右肩上がりの超音波成分及び、入力された音声、或いは音響のスペクトル成分そのものを有している。
【００２７】
したがって、ΔΣ変調で生成される１ビット信号の超音波成分により効率よく骨伝導音を伝達することができる。また、本発明では、ＤＳＢ変調、あるいは平衡変調の従来例の様に、２７ｋＨｚ程度の超音波の搬送波を用いてアナログ変調を行なう時の様に、音の帯域を約５ｋＨｚ以下に制限する必要が無いので、明瞭度の低下を来たす事がない聴き取りやすい再生をすることができる。さらに、ΔΣ変調に際しては、音の帯域を約５ｋＨｚ以下に制限することなく変調されているので明瞭度にも優れている。
【００２８】
また、ΔΣ変調で生成される１ビット信号による再生音は、入力された音声、或いは音響のスペクトル成分そのものを有しており、特許文献１に記載された従来技術のようにＤＳＢ変調、あるいは平衡変調を利用したものと異なり、聴覚健常者であっても、騒音環境下において音の聞き取りに有効である。
【００２９】
また、ΔΣ変調で生成される１ビット信号が０、１のパルス信号でかつΔΣ変調で生成される１ビット信号は電源電圧を波高値とするパルスとなり飽和状態で骨伝導スピーカ３を駆動するので、ディジタルアンプの回路構成が簡単でしかも高効率で動作することができる。さらに骨伝導スピーカとして、圧電セラミック式スピーカなどの電圧駆動型スピーカを使用すれば更に効率が良くなり、電池を使用する場合は長寿命とすることができる。
【００３０】
図６は、ΔΣ変調器の更に詳細な構成を示したものである。図４に示したΔΣ変調器は１次ΔΣ変調器であるが、図６は２次ΔΣ変調器を示している。
【００３１】
図６において、８、９、１０は加算器、１１は量子化器、１２、１３は１サンプリングだけ遅延する機能を持つ１サンプリング遅延素子である。１４、１５は係数器である。これらの構成要素で次数が２次のΔΣ変調器を構成している。ΔΣ変調は次数を上げることにより微分回路（１−Ｚ-1）の次数も上がり、図３に、２次ΔΣ変調によるノイズフロアＮｑ”として例示したように、低周波数帯域に注目すると量子化ノイズのノイズシェーピングによる低減効果が増大する。
【００３２】
本発明はΔΣ変調器により生成される変調の次数に関係なく実施可能であり、ΔΣ変調器の次数は上記実施の形態の１次、２次に限定されない。すなわち骨伝導の動作においては、１次、２次あるいはそれ以上の次数を含む超音波成分に関わらず、効率よく骨伝導音を伝達することができる。
【００３３】
また、市販の１ビットオーディオ装置において、ΔΣ変調器を備え、入力されたアナログオーディオ信号を１ビット信号に変換するものがある。この場合、任意次数の高周波成分は通常のスピーカにはノイズ成分となるのでフィルターなどにより除去される。
【００３４】
本発明は、このような従来から知られた１ビットオーディオ装置の回路構成を利用することが可能であり、回路構成部品が安価に入手できるため、産業上好適である。さらに、骨伝導の超音波成分としては、変調により生成されたノイズ成分が当てられることとなり、高周波の信号を低減するためのローパスフィルタが不要になり構成が簡単になるという利点がある。
【００３５】
また、本実施例の骨伝導スピーカ装置で使用する１ビット信号には、一例としたΔΣ変調信号であっても良いし、よく知られたＰＷＭ変調信号でもあるいはその他でも、可聴周波数帯の音声、又は音響信号成分及び可聴周波数帯を超える周波数帯の成分とを含んでいれば良い。
【００３６】
（第２の実施の形態）
図７は第２の実施の形態を示す図である。
図７において、２はディジタルアンプ、３は骨伝導スピーカ、２０は１ビット信号生成器である。
【００３７】
本第２の実施の形態では骨伝導スピーカ装置として、骨伝導スピーカと、前記骨伝導スピーカに一体に組み込まれ、入力される前記１ビット信号を増幅して前記骨伝導スピーカを駆動するディジタルアンプとを備えてなり、変調器は備えていない。すなわち、１ビット信号生成器２０は本実施の形態の構成要素ではなく外部に備わるものである。
【００３８】
この実施の形態においても、第１の実施の形態における効果を奏するが、あわせて、本実施例の装置では、２値パルス変調器を備えていない点で構成がより簡単かつ低消費電力になる。
【００３９】
また、本実施例の骨伝導スピーカ装置に入力する１ビット信号には、例えばΔΣ変調信号であっても良いし、よく知られたＰＷＭ変調信号でもあるいはその他でも良い。本装置に入力する１ビット信号の変調方式は、可聴周波数帯の音声、又は音響信号成分及び可聴周波数帯を超える周波数帯の成分とを含んでいるとよく、特定の１変調方式に制限されず、１つの骨伝導スピーカ装置で異なる複数の変調方式に対応できる利点がある。
【００４０】
また、健常者のための音響装置では近年、ΔΣ変調信号やＰＷＭ変調信号を生成した後、超音波帯の成分をローパスフィルタで減衰させスピーカに送出するものがあるが、本実施例では、前記音響装置内のローパスフィルタ通過前の信号を送出し本骨伝導スピーカ装置の入力とすると好適である。すなわち、１ビット信号は１ビット信号発生器２０からの信号を直接ディジタルアンプ２へ入力する。例えばＳＡＣＤ方式で記録した光ディスク装置などからの１ビットディジタル信号ａや、アナログ信号をΔΣ変調方式で変調した１ビットディジタル信号ａなどを直接ディジタルアンプ２へ入力する。入力された１ビット信号ａはディジタルアンプ２により電力増幅され骨伝導スピーカに伝達される。スーパーオーディオＣＤ（ＳＡＣＤ）方式で記録した光ディスクからの１ビットディジタル信号はΔΣ変調方式で変調されており、改めてサンプリングし直す処理を行なう必要がなく、かつ骨伝導スピーカ装置へはディジタル信号aでの伝送となるのでノイズの混入も抑止でき、より聴き取りやすい再生をすることができる。
【００４１】
以上、実施の形態で具体的に説明したが、本発明はこれらに限定されることなく、本装置に入力される信号は、アナログ信号、１ビットディジタル信号に限らず、それらに同期信号あるいは誤り処理符号等を含んだ変調信号であってもよく、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更できることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、難聴を補助する骨伝導補聴器、騒音下でも音声の聞き取りが容易な骨伝導携帯電話、英会話教室などで気伝導と骨伝導を併用して聞く場合の骨伝導スピーカ、マスクやヘルメットを頭からすっぽりかぶって気伝導による聞き取りができない状態で使用する骨伝導スピーカなど、広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による第１の実施の形態の構成を示した図である。
【図２】ＤＳＢ変調、あるいは平衡変調方式で変調された信号のスペクトル特性を説明する図である。
【図３】ΔΣ変調方式による１ビット信号のスペクトル特性を説明する図である。
【図４】ΔΣ変調方式の原理を示した図である。
【図５】ΔΣ変調方式の動作を示した図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に適用するΔΣ変調器の具体的な構成を示した図である。
【図７】本発明による第２の実施の形態の構成を示した図である。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・２値パルス変調器
２・・・ディジタルアンプ
３・・・骨伝導スピーカ
４・・・入力端子
５・・・積分器
６、１１・・・量子化器
７、１２、１３・・・１サンプリング遅延器
８、９、１０・・・加算器
１４、１５・・・係数器
２０・・・１ビット信号発生器
【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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