(57)【要約】【課題】  イヤホンの発する刺激音のピークやディップによって誘発される脳波の影響を抑制する。【解決手段】  刺激音信号生成部４２は、互いに異なる波形の擬似ランダムノイズ信号を所定回数分の搬送波とし、所定回数分の搬送波を所定の変調周波数かつ所定の変調度で振幅変調して、所定回数分の所定時間区間の刺激音信号を生成して出力する。イヤホン１は、刺激音信号を被験者へ刺激音として発する。脳波信号取得部４３は、その刺激音に対応して被験者から得られた脳波信号を取得する。脳波信号処理部４４は、変調周波数および変調度についての複数の条件下での、所定回数の刺激音信号に対応して取得された脳波信号を加算平均して得られる波形から、刺激音に対する脳波の反応の下限値を算出し、被験者の聴覚時間分解能の低下度合いを得る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる波形の擬似ランダムノイズ信号を所定回数分の搬送波とし、前記所定回数分の搬送波を所定の変調周波数かつ所定の変調度で振幅変調して、前記所定回数分の所定時間区間の刺激音信号を生成して出力する刺激音信号生成部と、
前記刺激音信号を被験者へ刺激音として発するイヤホンと、
前記刺激音に対応して前記被験者から得られた脳波信号を取得する脳波信号取得部と、
前記変調周波数および前記変調度についての複数の条件下での、前記所定回数の刺激音信号に対応して取得された前記脳波信号を加算平均して得られる波形から、前記刺激音に対する脳波の反応の下限値を算出し、前記被験者の聴覚時間分解能の低下度合いを得る脳波信号処理部と、
を備えることを特徴とする聴覚時間分解能測定装置。
【請求項２】
前記脳波信号処理部は、前記波形の前記変調周波数を含む周波数ビンでの振幅スペクトルの値であるシグナルレベルと、前記周波数ビンに近接する所定数の周波数ビンでの振幅スペクトルの値の平均および標準偏差に基づくノイズレベルとの比に基づいて、前記変調周波数かつ前記変調度での前記脳波の反応の有無を判定することを特徴とする請求項１記載の聴覚時間分解能測定装置。
【請求項３】
前記刺激音信号生成部は、前記変調周波数において前記変調度を可変し、
前記脳波信号処理部は、それぞれの前記変調度についての前記被験者の脳波の反応の有無を判定して前記下限値を算出し、予め用意した換算式を用いて、その変調周波数についての、前記被験者の前記変調度の閾値を算出すること、
を特徴とする請求項１または請求項２記載の聴覚時間分解能測定装置。
【請求項４】
前記刺激音信号は、前記所定回数の間に無音区間を含まないことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の聴覚時間分解能測定装置。
【請求項５】
互いに異なる波形の擬似ランダムノイズ信号を所定回数分の搬送波とし、前記所定回数分の搬送波を所定の変調周波数かつ所定の変調度で振幅変調して、前記所定回数分の所定時間区間の刺激音信号を生成して出力する刺激音信号出力ステップと、
前記刺激音信号を被験者へ刺激音として発する刺激音発生ステップと、
前記刺激音に対応して前記被験者から得られた脳波信号を取得する脳波信号取得ステップと、
前記変調周波数および前記変調度についての複数の条件下での、前記所定回数の刺激音信号に対応して取得された前記脳波信号を加算平均して得られる波形から、前記刺激音に対する脳波の反応の下限値を算出し、前記被験者の聴覚時間分解能の低下度合いを得る脳波信号処理ステップと、
を備えることを特徴とする聴覚時間分解能測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、聴覚時間分解能測定装置および聴覚時間分解能測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
難聴になると、聴覚の時間分解能が低下する場合がある。聴覚の時間分解能を測定する方法の１つとして、時間的変調度伝達関数（ＴＭＴＦ：Temporal Modulation Transfer Function）を測定する方法がある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
一般的に、ＴＭＴＦの測定では、広帯域ノイズを搬送波と、その搬送波を複数の変調周波数かつ複数の変調度で振幅変調した刺激音を用いて、各変調周波数における変調度の検知能力を、被験者の回答に基づいて特定し、被験者についての変調周波数と変調度の閾値との関係を特定する。
【０００４】
また、後述する刺激音を聞かせたときの被験者の脳波を測定して、聴覚の時間分解能を推定する方法が提案されている（例えば非特許文献１参照）。
【０００５】
非特許文献１の方法では、Ｍ系列ノイズを生成して搬送波とし、その搬送波を振幅変調したものを刺激音信号として被験者の装着しているイヤホンへ出力する。刺激音信号は、所定時間長（２５０ミリ秒）を１スウィープとし、１スウィープ分の信号を１スウィープごとに極性を反転させて所定回数（各極性２０００スウィープ、合計４０００スウィープ）分、間欠的に出力され、その刺激音信号に対応する脳波信号が検出され、所定回数検出された脳波信号が加算平均される。これにより、１スウィープ内の各位相での値を平均して得られる１スウィープ分の脳波信号（ｃＡＢＲ：Auditory Brain-stem Response to complex sounds）が得られ、この脳波信号の包絡線波形の変動幅が測定される。なお、このようなｃＡＢＲについては、ＥＦＲ（Envelope Following Response）などともいわれる。以下では、ＥＦＲと記載する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１６８４９９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「脳波を用いた時間分解能測定」（森本  隆司、藪下  岳、藤坂  洋一他，日本音響学会聴覚研究会資料，２０１５年１１月１３日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図６は、イヤホンから発せられる刺激音の音圧波形を説明する図である。非特許文献１に記載された上述の方法のような刺激音信号で刺激音をイヤホンから発する場合、刺激音信号自体は、変調信号の波形に一致する包絡線を有するが、イヤホンの発する刺激音には、図６に示すようなスパイク状のピークやディップが生じることがある。
【０００９】
他方、聴覚時間分解能測定においては、上述の脳波信号の包絡線波形を正確に測定するためには、上述した刺激音に含まれるスパイク状のピークやディップに伴う脳波信号を除去することが望ましい。例えば、図６における破線で示すような刺激音の波形の包絡（つまり、刺激音信号に基づく理論的な刺激音の振幅）より大きい振幅部分やごく小さい無音区間のような小さい振幅部分に対する脳波信号は除去されることが望ましい。
【００１０】
上述の方法では、１つの時間区間の音信号である１スウィープ分の同じ擬似ランダムノイズが繰り返し使用されるため、１スウィープ内の特定の位相（特定のタイミング）でピークやディップが生じ、加算平均した脳波信号にも、これらピークやディップの影響が残ってしまう。
【００１１】
したがって、上述の方法では、イヤホンの発する刺激音に含まれるピークやディップによって、測定精度低下の原因となる。
【００１２】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、イヤホンの発する刺激音に含まれるピークやディップによって誘発される脳波の影響を抑制する聴覚時間分解能測定装置および聴覚時間分解能測定方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る聴覚時間分解能測定装置は、互いに異なる波形の擬似ランダムノイズ信号を所定回数分の搬送波とし、所定回数分の搬送波を所定の変調周波数かつ所定の変調度で振幅変調して、所定回数分の所定時間区間の刺激音信号を生成して出力する刺激音信号生成部と、刺激音信号を被験者へ刺激音として発するイヤホンと、刺激音に対応して被験者から得られた脳波信号を取得する脳波信号取得部と、変調周波数および変調度についての複数の条件下での、所定回数の刺激音信号に対応して取得された脳波信号を加算平均して得られる波形から、刺激音に対する脳波の反応の下限値を算出し、被験者の聴覚時間分解能の低下度合いを得る脳波信号処理部とを備える。
【００１４】
本発明に係る聴覚時間分解能測定方法は、互いに異なる波形の擬似ランダムノイズ信号を所定回数分の搬送波とし、所定回数分の搬送波を所定の変調周波数かつ所定の変調度で振幅変調して、所定回数分の所定時間区間の刺激音信号を生成して出力する刺激音信号出力ステップと、刺激音信号を被験者へ刺激音として発する刺激音発生ステップと、刺激音に対応して被験者から得られた脳波信号を取得する脳波信号取得ステップと、変調周波数および変調度についての複数の条件下での、所定回数の刺激音信号に対応して取得された脳波信号を加算平均して得られる波形から、刺激音に対する脳波の反応の下限値を算出し、被験者の聴覚時間分解能の低下度合いを得る脳波信号処理ステップとを備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、聴覚時間分解能の測定において、イヤホンの発する刺激音に含まれるピークやディップによって誘発される脳波の影響が抑制されるので、測定精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る聴覚時間分解能測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施の形態１におけるオーディオＩ／Ｏ信号でアナログ信号に変換された刺激音信号の一例を示す図である。
【図３】図３は、刺激音信号の１スウィープ分の包絡線波形の一例を示す図である。
【図４】図４は、刺激音信号の波形および複数の変調度でのＥＦＲ波形の例を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態２における刺激音信号の包絡線波形の一例を示す図である。
【図６】図６は、イヤホンから発せられる刺激音の音圧波形を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
実施の形態１．
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態に係る聴覚時間分解能測定装置の構成を示すブロック図である。図１に示す聴覚時間分解能測定装置は、イヤホン１、ヘッドホンアンプ２、オーディオＩ／Ｏ装置３、電極４、生体アンプ５、Ａ／Ｄコンバータ６、および端末装置１１を備える。
【００２０】
イヤホン１は、被験者に装着され当該測定のための刺激音を発する。イヤホン１は、例えばインサート型のイヤホンである。ヘッドホンアンプ２は、アナログ信号としての刺激音信号を増幅してイヤホン１へ出力する。
【００２１】
オーディオＩ／Ｏ装置３は、デジタル信号としての刺激音信号を受け付けてＤ／Ａ（Digital to Analog）変換し、アナログ信号としてヘッドホンアンプ２に出力するとともに、刺激音信号に同期したトリガー信号をＡ／Ｄコンバータ６に出力する。
【００２２】
電極４は、被験者に装着され、被験者の脳波としての電位変化を検出する。電極４は、接地電極、基準電極、および記録電極を含む。ここでは、接地電極は、前額部に装着され、基準電極は、刺激音が呈示される耳の耳朶に装着され、記録電極は、国際１０−２０法のＣｚ位置に装着される。なお、電極の位置はこの限りではない。
【００２３】
生体アンプ５は、電極４により検出された電位変化を増幅し脳波信号として出力する。例えば、生体アンプ５は、１００００倍に増幅後の脳波信号に対して、所定透過帯域（例えば１〜３０００Ｈｚ）のバンドパスフィルタを施し、そのバンドパスフィルタを通過した成分を脳波信号として出力する。
【００２４】
Ａ／Ｄコンバータ６は、生体アンプ５から出力された脳波信号をＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換し出力する。
【００２５】
なお、当該測定は、電磁シールドされた無響室や防音室などで行われ、被験者とともに、イヤホン１、ヘッドホンアンプ２、オーディオＩ／Ｏ装置３、電極４、生体アンプ５、およびＡ／Ｄコンバータ６は、その室内に配置される。なお、配置位置はこの限りではない。
【００２６】
端末装置１１は、デジタル信号としての刺激音信号を出力するとともに、脳波信号を取得し処理することで、刺激音信号に基づく刺激音に対する被験者の反応の有無を判定する。例えば、端末装置１１は、パーソナルコンピュータである。
【００２７】
端末装置１１は、記憶装置２１、および演算処理装置２２を備える。
【００２８】
記憶装置２１は、不揮発性の記憶装置であって、各種プログラムおよびデータを格納している。記憶装置２１としては、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリなどが使用される。記憶装置２１には、測定プログラム３１が格納されている。
【００２９】
演算処理装置２２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えるコンピュータであって、ＲＯＭまたは記憶装置２１に格納されているプログラムをＲＡＭにロードしＣＰＵで実行し、それにより、各種処理部として動作する。
【００３０】
この実施の形態では、演算処理装置２２は、測定プログラム３１を実行することで、制御部４１、刺激音信号生成部４２、脳波信号取得部４３、および脳波信号処理部４４として動作する。
【００３１】
制御部４１は、刺激音信号生成部４２、脳波信号取得部４３、および脳波信号処理部４４を制御して測定の開始および終了を行うとともに、図示せぬ表示装置への測定結果の表示などを行う。
【００３２】
刺激音信号生成部４２は、刺激音信号を生成し出力する。刺激音信号は、イヤホン１から被験者へ発する刺激音を示す電気信号である。刺激音信号は、オーディオＩ／Ｏ装置３およびヘッドホンアンプ２を介してイヤホン１に供給される。刺激音信号は、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）などの周辺機器インターフェイスで、端末装置１１からオーディオＩ／Ｏ装置３へ送信される。
【００３３】
図２は、実施の形態１におけるオーディオＩ／Ｏ信号でアナログ信号に変換された刺激音信号の一例を示す図である。
【００３４】
刺激音信号は、所定の変調周波数かつ所定の変調度について、図２に示すように、所定回数のスウィープで出力される。なお、変調周波数は、変調信号（正弦波）の周波数であり、変調度は、非特許文献１にも記載のように、変調信号の振幅であり、０≦変調度≦１である。そして、変調度をｄＢで表すものとする。例えば、１００％変調の場合は０ｄＢ、５０％変調の場合は−６ｄＢ、３０％変調の場合は−１０ｄＢとなる。
【００３５】
具体的には、刺激音信号生成部４２は、所定回数のスウィープ（所定時間区間）において、互いに異なる波形の擬似ランダムノイズ信号を搬送波とし、その搬送波を所定の変調周波数（つまり、所定の変調周波数の正弦波）かつ所定の変調度で振幅変調して、所定回数のスウィープの刺激音信号を生成し出力する。つまり、所定回数のスウィープにおける任意の２つのスウィープに使用される擬似ランダムノイズ信号の波形は互いに異なる。
【００３６】
この擬似ランダムノイズ信号は、広帯域での振幅スペクトルが一定である。擬似ランダムノイズ信号としては、例えばＭ系列ノイズ信号が使用される。
【００３７】
図３は、刺激音信号の１スウィープ分の包絡線波形の一例を示す図である。図３に示すように、１スウィープの開始部分と終了部分においては、刺激音信号の急峻なオン／オフに起因するアーティファクトが脳波信号において増加する可能性があるため、それぞれ、フェード区間が設けられている。
【００３８】
脳波信号取得部４３は、出力された刺激音信号に対応して被験者から得られた脳波信号を取得する。脳波信号は、電極４から生体アンプ５およびＡ／Ｄコンバータ６を介して取得される。脳波信号は、例えばＵＳＢなどの周辺機器インターフェイスで、Ａ／Ｄコンバータ６から端末装置１１へ送信される。
【００３９】
脳波信号処理部４４は、取得された脳波信号に対して所定の信号処理を実行して、被験者の聴覚時間分解能の低下度合いを得るための変調度の閾値を算出する。
【００４０】
具体的には、脳波信号処理部４４は、所定回数のスウィープの刺激音信号に対応して取得された、所定回数分の脳波信号に対して、フェード区間の信号を除去して、加算平均を行い、加算平均後の波形（以下、ＥＦＲ波形という）を算出する。
【００４１】
例えば、脳波信号処理部４４は、そのＥＦＲ波形をフーリエ変換し、そのＥＦＲ波形の周波数スペクトルを特定する。そして、脳波信号処理部４４は、そのＥＦＲ波形の周波数スペクトルにおいて、上述の変調周波数を含む周波数ビンにおける振幅スペクトルの値であるシグナルレベルと、その周波数ビンに近接する所定数の周波数ビンでの振幅スペクトルの値の平均および標準偏差に基づくノイズレベル（例えば、平均と、標準偏差の２倍との和）との比に基づいて、その変調周波数かつその変調度での刺激音に対する被験者の脳波の反応の有無を判定する。例えば、この判定によって、被験者の脳波による反応を有する下限値を特定する。ここで、ノイズレベルは変調周波数近傍の脳波レベルに基づくものである。なお、上記手法に限らず、位相スペクトルを用いる別の手法で判断することも可能である。
【００４２】
また、刺激音信号生成部４２は、各変調周波数において変調度を可変し、脳波信号処理部４４は、それぞれの変調度についてのシグナルレベルを算出する。そして、脳波信号処理部４４は、そのシグナルレベルに基づいて、その変調周波数について、被験者の脳波による反応を有する下限値を特定する。
【００４３】
図４は、刺激音信号の波形および複数の変調度でのＥＦＲ波形の例を示す図である。図４に示すように、脳波信号は、刺激音に追随して、刺激音信号の変調周波数と同一の周波数で変化する。複数の変調度について、その変調周波数の刺激音信号が出力された場合、それらの複数の変調度についての脳波信号が得られ、図４に示すように、変調度が小さいほど、ＥＦＲ波形の変動幅も小さくなる。
【００４４】
そのため、変調度を変化させた場合のシグナルレベルの変化を１次近似することで、所定のシグナルレベルに到達する、変調度の値（上述の下限値）を算出する。
【００４５】
次に、予め用意した換算式を用いて、上述の下限値から各変調周波数における変調度の閾値を算出することで、聴覚時間分解能の低下度合いを表わすＴＭＴＦを得ることができる。
【００４６】
次に、上記聴覚時間分解能測定装置の動作（つまり、この装置による聴覚時間分解能測定方法）について説明する。
【００４７】
刺激音信号生成部４２は、複数の変調周波数（例えば、１２８Ｈｚ、２５６Ｈｚ、および５１２Ｈｚ）における複数の変調度（例えば０ｄＢ（１００％）、−５ｄＢ（５６．２％）、−１０ｄＢ（３１．６％）、−１５ｄＢ（１７．８％）、−２０ｄＢ（１０％）、および−２５ｄＢ（５．６％））について刺激音信号を生成し出力する。
【００４８】
１つの変調周波数における１つの変調度について、所定回数（例えば４０００回）のスウィープの刺激音信号が生成され出力される。このとき、スウィープごとに異なる擬似ランダムノイズの搬送波が使用される。例えば１スウィープの時間長は、６２．５ミリ秒とされる。刺激音信号の振幅は、被験者に呈示すべき刺激音の音圧レベル（例えば７０ｄＢＳＰＬ）に応じて設定される。
【００４９】
刺激音信号は、オーディオＩ／Ｏ装置３およびヘッドホンアンプ２を介してイヤホン１に供給され、刺激音信号に応じた刺激音がイヤホン１から被験者へ発せられる。この刺激音には、前述したように、イヤホン１の発する刺激音にはピークやディップが生じることがあるが（図６参照）、スウィープごとに異なる擬似ランダムノイズの搬送波が使用されるため、すべてのスウィープ内の同一位相（同一タイミング）で繰り返しピークやディップが生じることはない。
【００５０】
そして、刺激音に応じた被験者の脳幹での電位変化を表皮で電極４により検出し、脳波信号として生体アンプ５およびＡ／Ｄコンバータ６を介して出力し、脳波信号取得部４３は、この脳波信号を取得する。
【００５１】
このようにして、所定回数ＮのスウィープについてのＮ個の脳波信号が取得されると、脳波信号処理部４４は、各変調周波数の各変調度について、取得した脳波信号に対して、例えば、変調周波数の１／２から３／２までの帯域のバンドパスフィルタ処理を実行する。脳波信号処理部４４は、そのバンドパスフィルタ処理後の脳波信号のうち、アーティファクトとみなせる脳波信号（例えば、±１０μＶ以上の電位となった脳波信号）を除去し、除去後に残った脳波信号に対して加算平均処理を行い、図４に示すようなＥＦＲ波形を特定する。
【００５２】
そして、脳波信号処理部４４は、各変調周波数の各変調度についてのＥＦＲ波形から、各変調周波数について、刺激音に対する被験者の脳波による反応の下限値を特定する。さらに、例えば、予め用意した換算式を用いて、変調周波数ごとの下限値から聴覚時間分解能の低下度合いを算出する。
【００５３】
以上のように、上記実施の形態１によれば、刺激音信号生成部４２は、互いに異なる波形の擬似ランダムノイズ信号を所定回数分の搬送波とし、所定回数分の搬送波を所定の変調周波数かつ所定の変調度で振幅変調して、所定回数分の所定時間区間の刺激音信号を生成して出力する。イヤホン１は、刺激音信号を被験者へ刺激音として発する。脳波信号取得部４３は、その刺激音に対応して被験者から得られた脳波信号を取得する。脳波信号処理部４４は、変調周波数および変調度についての複数の条件下での、所定回数の刺激音信号に対応して取得された脳波信号を加算平均して得られる波形（例えば各変調周波数における複数の変調度でのＥＦＲ波形）から、刺激音に対する脳波の反応の下限値を算出し、被験者の聴覚時間分解能の低下度合いを得る。
【００５４】
これにより、各スウィープ（各所定時間区間）内の同一位相（同一タイミング）で刺激音のピークやディップが発生しにくくなるので、脳波を利用した聴覚時間分解能の測定において、イヤホンの発する刺激音に含まれるスパイク状のピークやディップによって発生する脳波の影響が抑制される。そのため、非特許文献１の方法に比べ、より測定精度を向上することができる。
【００５５】
実施の形態２．
【００５６】
図５は、実施の形態２における刺激音信号の包絡線波形の一例を示す図である。
【００５７】
実施の形態２では、図５に示すように、刺激音信号生成部４２は、所定回数のスウィープにおけるスウィープとスウィープとの間に無音区間を含まないように刺激音信号を生成する。実施の形態２においても、スウィープごとに異なる擬似ランダムノイズの搬送波が使用される。
【００５８】
また、実施の形態２においては、図５に示すように、刺激音信号の初めと終わりの箇所や無音区間のないスウィープと次のスウィープとの接続箇所にはフェード部分を設けず、スウィープの包絡線（つまり変調信号）と次のスウィープの包絡線（つまり変調信号）とが滑らかに連続するように、刺激音信号を生成する。
【００５９】
聴覚の時間分解能の測定においては、刺激音信号に対するオンセット反応（つまり、急峻な立ち上がりを持つ刺激音に対する被験者の反応による脳波）を検出する必要がないので、時間分解能の測定のみを行う場合には、このように無音区間およびフェード部分を設けなくてもよい。
【００６０】
なお、実施の形態２に係る聴覚時間分解能測定装置のその他の構成および動作については、所定の時間区間（例えば、６２．５ミリ秒）ごとに脳波信号を取得すればよく、実施の形態１のものと同様であるので、その説明を省略する。
【００６１】
以上のように、上記実施の形態２によれば、スウィープ間の無音区間などが省略されるため、測定の所要時間が短くなる。
【００６２】
なお、上述の実施の形態に対する様々な変更および修正については、当業者には明らかである。そのような変更および修正は、その主題の趣旨および範囲から離れることなく、かつ、意図された利点を弱めることなく行われてもよい。つまり、そのような変更および修正が請求の範囲に含まれることを意図している。
【００６３】
例えば、上記実施の形態では、刺激音信号の変調周波数として１２８Ｈｚ以上の周波数を例示しているが、刺激音信号の変調周波数を１２８Ｈｚ未満としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、例えば、聴覚の時間分解能の測定に適用可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１  イヤホン
４２  刺激音信号生成部
４３  脳波信号取得部
４４  脳波信号処理部
【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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