(57)【要約】  少なくとも２つのマイクロホン（２０１，２０２）を含む指向性補聴器（１００）は，２つのマイクロホン（２０１，２０２）間の振幅および位相の差を整合する手段（２００）を備えている。マイクロホン整合手段（２００）は，補聴器（１００）の使用中，マイクロホン信号経路を所定数の周波数で測定した伝達関数間の差を比較し，それらの差を，マイクロホン信号経路の伝達関数のモデルにおける同様の周波数における差と比較し，比較に基づいて１組のパラメータを導き，パラメータを調整してモデルとマイクロホン（２０１，２０２）との間のレベル差を最小にする。次に，モデルが使用されて，適切な制御パラメータ（１０３，１０４，１０５，１０６）を，マイクロホン信号の１つを担持する適応整合フィルタ（１０８）に適用することにより，マイクロホン（２０１，２０２）が互いに整合される。【選択図】図７
2008517497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのマイクロホン・チャネル，入力変換器，信号処理装置および出力トランスデューサを備え，前記マイクロホン・チャネルのそれぞれが，ハイパスフィルタにそれぞれ接続されたマイクロホンを備え，前記信号処理装置が，前記複数のマイクロホン・チャネルを整合する適応整合手段，前記複数のマイクロホン・チャネルの第１および第２伝達関数を測定する手段，前記それぞれのマイクロホン・チャネルの前記第１および前記第２伝達関数のそれぞれのモデルを生成する手段，前記複数の伝達関数の前記モデルと，前記マイクロホン・チャネルのそれぞれについて測定された前記複数の伝達関数との間の差を，前記マイクロホン・チャネルを整合するために前記適応整合手段を好適に制御することによって最小化する手段，
を備えた補聴器。
【請求項２】
マイクロホン・チャネルのそれぞれについての前記第１および前記第２伝達関数のそれぞれについてのモデルが，前記マイクロホン伝達関数のモデルおよび前記ハイパスフィルタの伝達関数のモデルをそれぞれ含む，請求項１に記載の補聴器。
【請求項３】
前記信号処理装置は，所定数の周波数において，測定された伝達関数と生成された電力伝達関数との比較に基づいて，前記適応整合手段を制御する１組のパラメータを生成する手段を備えている，請求項１または２に記載の補聴器。
【請求項４】
所定の信号経路の伝達関数のモデルを生成し，個々のマイクロホンの実際の信号経路の電力関数を測定し，前記測定された伝達関数と前記モデル化された伝達関数とを比較し，前記比較に基づいて１組のパラメータを導出し，導出された１組のパラメータを使用して，前記生成されたモデルにしたがって前記マイクロホン信号経路を整合する，補聴器における２つ以上のマイクロホンを整合するための方法。
【請求項５】
前記伝達関数を測定するステップは，マイクロホン信号の平均振幅を，所定数の離散周波数において測定するステップを含む，請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記比較された伝達関数から１組のパラメータを導出するステップは，確率論的勾配更新を前記伝達関数に適用するステップを含む，請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
前記マイクロホン信号経路を整合するステップは，前記導出された１組のパラメータに基づく伝達関数を，前記マイクロホン信号経路のうちの少なくとも１つに適用するステップを含む，請求項４から６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は補聴器に関する。より詳細には，この発明は，音声信号経路中に２つ以上のマイクロホンを備えたディジタル補聴器に関する。
【背景技術】
【０００２】
指向性能力を備えた補聴器は，通常，２つ以上のマイクロホンを用いて，到来する音声を方向にしたがって処理し，特定の方向，または複数の方向範囲（range of directions）から到来する音声に対する感度を高めることができる。この処理において，補聴器は，マイクロホン間の到達時間差および音声レベル差に依存している。指向性能力を備えた補聴器によって，他の方向からの音声がある程度抑制されるので，補聴器の使用者は，特定の１方向から到来する音声を容易に知覚することができる。
【０００３】
本願において，用語「指向」（指向性）（directivity）が使用される。この用語は，特定の１方向または複数の方向範囲から派生する音声が，その他の複数の方向から派生する音声よりも助長される補聴器の能力を意味する。物理的には，補聴器の指向性（directivity）の定義は，優先する方向からの音声に起因する出力レベルと，全方向からの球対称な総体全体を平均した音声に起因する出力レベルとの比率であり，通常ｄＢで表される。
【０００４】
無指向性マイクロホン（omni-directional microphones）を用いた指向性マイクロホン・システム（a directional microphone system）が，満足のいく妥当度を持って機能するためには，個々のマイクロホンのパラメータが相互に非常に厳密に整合されていることが必要である。整合（matching）は，生産段階において，例えば対のマイクロホンを入念に選択することにより達成することができ，また，高性能なディジタル処理装置の場合，特定の組のマイクロホンが個々に測定されることによって，処理装置が位相特性の差を補償することも考えられよう。
【０００５】
到達時間差に依存する指向性マイクロホン・システムは，前後のマイクロホン信号間のわずかな位相差を区別し，組み合わされた前後のマイクロホンの，特に低めの周波数における信号の指向性感度全体を制御しなければならない。指向性の特性(a directional characteristic)は，一般に，前方マイクロホンからの信号を適切に遅延させ，遅延させたマイクロホン信号を後方マイクロホンからの信号から減ずることによって得られる。この場合，個々の無指向性マイクロホンの位相差が相互に厳密に整合されていることが必要となる。
【０００６】
補聴器の耐用年数の間に，個々のマイクロホンの特性が何らかの理由，例えば劣化，温度，湿度，またはその他の要因で変化すると，マイクロホン・システムの指向性に潜在的に悪影響が生じる結果，生産段階において提供されたマイクロホン間の位相差の整合が正確でなくなることがある。このことは当然ながら容認できない状況であり，したがって，補聴器の耐用年数を通して一定の公差の範囲内のマイクロホンの位相特性の整合を維持する機器または方法の必要性が生じる。
【０００７】
欧州特許出願公開第１１９１８１７Ａ１号から，アダプティブなマイクロホン整合を備えた補聴器が知られている。この従来技術の補聴器は，マイクロホン信号レベルの差を低減することを目的に，少なくとも２つのマイクロホンからの信号レベルを比較する手段を備えている。この整合は，マイクロホン間の振幅差を取扱っているにすぎず，マイクロホン信号間の位相差を考慮していない。
【０００８】
米国特許出願公開第２００２／００３４３１０Ａ１号は，複合マイクロホン・システム（例えば指向性の補聴器）において，マイクロホン感度を適応的に整合させるシステムを記載している。このシステムは，遅延ユニット，１組の帯域分割フィルタおよびマイクロホン信号を適切にスケーリングして感度を整合する手段を利用している。このスケーリングは，様々な周波数における帯域レベルのスケーリングにすぎず，位相差を考慮していない。
【０００９】
米国特許出願公開第２００４／００５７５９３Ａ１号から，補聴器と，補聴器におけるマイクロホンの適応整合方法とが知られている。この方法は，長い時定数を有するフィードバックループを利用してマイクロホンの信号の振幅を整合する。固定フィルタが使用されて，製造時にマイクロホンの１つが他のマイクロホンに整合されるが，その後にフィルタパラメータを変更する手段が組み込まれていない。マイクロホンの整合はさほど正確ではなく，位相変動を考慮していない。
【００１０】
欧州特許出願公開第１４５８２１６Ａ２号は，補聴器におけるマイクロホンを適合させるための装置および方法を記載している。マイクロホン適合を実施する装置は，較正された基準マイクロホンを備え，補聴器のマイクロホンを適合する方法は補聴器の製造中に実行される。欧州特許出願公開第１４５８２１６Ａ２号に記載のマイクロホン適合は，マイクロホンの劣化等に起因する変動を考慮していない。
【００１１】
マイクロホンが時間の経過に伴ってドリフト（drifting）しないようにする，既知のその他の必要条件には，耐用年数の間，時間の経過に伴うドリフトを最小にするために，補聴器の組立て前にマイクロホンを予め劣化（pre-aging）させておくことが含まれる。マイクロホンを予め劣化させておくことは，温度，湿度，またはその他の環境要因の依存性を考慮していない。このように，上述のマイクロホン整合システムは，望まれるべき２つの点が欠落している。第１に，精度が控えめであること，第２に，２つのマイクロホン間の位相差がそれらのシステムにおいては修正されないことである。
【００１２】
マイクロホンと，それに続くＲＣフィルタ段とからなるシステムは，幾つかの手法のうちのいずれかによってモデル化することができる。モデルの伝達関数は，シンプルな一次モデルとなるシステムの最主要極（the most dominant pole）のみを含むもの，またはマイクロホン自体の極とＲＣフィルタ段の極の両方を考慮した，より複雑な二次モデルを含む。周波数スペクトルの非常に低い側の端，例えば２０〜４０Ｈｚに周波数極が位置するタイプのマイクロホンの中からマイクロホンが選択される場合，位相についての任意の影響は，指向性マイクロホン・システムが機能しなければならない周波数範囲以下の周波数でのみ影響するので，マイクロホンの極の任意の差は，実質的に伝達関数の振幅に影響するだけである。
【００１３】
残念なことに，マイクロホンにおける非常に低周波数の極は，マイクロホン自体が，極の近傍，すなわち前述の例では２０〜４０Ｈｚの範囲で非常に高い感度を有することを意味する。補聴器において，マイクロホンの低周波数に対する高感度は，多くの状況において問題を生ずる。低周波数は，例えば会話の知覚を伝達するのには不要であり，したがって，補聴器では望ましくない信号と見なされる。それにもかかわらず，現代社会の多くの状況で，例えば自動車を運転するとき，または野外で風雑音に晒されているとき，低周波数の雑音源が生じる。低周波数に対して高感度であるマイクロホンは，容易に飽和状態または音響上の過負荷状態になり，低周波数の気圧変動による動きによってマイクロホンの振動板自体がそのサスペンションの限界に到達する。飽和状態になると，マイクロホンは効果的に音声を伝達するのが不可能となり，聞き手は，音声が突然切断されたか，少なくとも激しく歪曲されたという印象を抱く。
【００１４】
したがって，補聴器では，低周波数に対してさほど高感度でないマイクロホンが好ましい。ところが，これは幾分高めの周波数における極を意味しており，それによって位相特性の正確な整合の重要性が高まることを意味している。
【発明の開示】
【００１５】
したがって，使用中にマイクロホンを整合する従来技術の方法は，低周波数の極を有するマイクロホン以外の任意のマイクロホンを整合するには不適当である。低周波数に対してさほど高感度でないマイクロホン，したがって周波数スペクトルにおいて高めに設置された極を使用すべきである場合，マイクロホンを整合する異なる手法が必要である。この手法は好ましくは，所定の組のマイクロホンにおける極の配置とは無関係とすべきであり，したがって，高めの周波数における極を有するマイクロホンを含む任意のマイクロホンを自由に整合できるべきである。二次システムのほうがより複雑であるので，マイクロホンとＲＣフィルタ段の両方を組み込む二次モデルを活用することは，整合処理を幾分複雑にし，モデル化のためのリソースを多く要する。他方で，このことは，整合をより正確にする可能性をもたらし，システムに組み込むべきマイクロホンを選択する際の付加的な自由度を広げる。
【００１６】
マイクロホンの振幅と位相の両方の適応整合の問題に対処するために，信号経路のアナログ部分を整合しておかねばならない。このことは，整合されたマイクロホンおよびＲＣフィルタ段を使用することにより，または，マイクロホンを製造時に整合する専用の整合システムを使用することにより，または使用中にマイクロホンを整合する整合システムを使用することにより，達成することができる。前述の２つの方法は，時間の経過に伴って生じ得る信号経路の変動が考慮できないという欠点に苦慮している。信号経路のこれらの変動は，例えば，温度，湿度の変化，部品の劣化，片方または両方のマイクロホンの修理による交換等から生じることがある。したがって，この発明の目的は，適応的なリアルタイムのマイクロホン整合システムを提供することである。
【００１７】
複合マイクロホン・システム（a multiple microphone system）の整合は，本質的に，ブラインド同定問題（a blind identification problem），すなわち専らシステムからの出力信号に基づく。この発明の基礎を成す方法は，マイクロホン・システムのパラメトリック・モデル（a parametric model）を導出し，それに続いて，導出されたモデルの振幅特性を所定数の選択された周波数において整合する。２マイクロホン補聴器システム用のパラメトリック・モデルの導出は，若干の修正を行って３つ以上のマイクロホンを備えたシステムに適用することができる。この方法の理論上の基礎を，以下さらに詳細に検討する。
【００１８】
マイクロホンからＡ／Ｄ変換器までの伝達関数の好適な連続時間モデルは，式（１）および（２）で記述することができる。
【００１９】
【数１】
2008517497.tif 000003
【００２０】
ここで，ｐmic,f，ｐrc,f，ｐmic,f，ｐmic,r，ｐrc,rはそれぞれ，マイクロホンおよび付随するＲＣ回路の極，ＫfおよびＫrはそれぞれ前後のマイクロホンのゲイン値である。なお，伝達関数の記述は，この具体的なモデルに限定されないということを強調しておく。整合された極‐ゼロ法（the matched pole-zero method）（例えばフランクリン等著，「動的システムのフィードバック制御（Feedback Control of Dynamic Systems）」，スタンフォード大学，カリフォルニア参照）によって，離散時間モデルは，次式から得られる。
【００２１】
【数２】
2008517497.tif 000004
【００２２】
ここで，ａmic,f，ａrc,f，ａmic,r，ａrc,rはそれぞれ，前方マイクロホンおよび後方マイクロホンのマイクロホンおよびＲＣ回路の離散時間の極であり，ＫfおよびＫrは離散ゲイン値である。
【００２３】
マイクロホン・モデルのパワースペクトルは，式（５），（６）によって記述することができる。
【００２４】
【数３】
2008517497.tif 000005
【００２５】
後方マイクロホンをディジタル領域内（in the digital domain）で整合するために，後方マイクロホンの信号経路に以下のフィルタが適用される。
【００２６】
【数４】
2008517497.tif 000006
【００２７】
前後のマイクロホン信号のパワースペクトルが，推定されたパワースペクトルとどの程度相違するかをシステムが求めることができるように，この差を記述する誤差関数（an error function）が選択される。特定の誤差関数を選択する場合，様々なパラメータに対する精度，計算速度および簡単さの間の適切なバランスを見いだすことが必要になる。この目的に着目した好適な誤差関数は次式である。
【００２８】
【数５】
2008517497.tif 000007
【００２９】
式（１３）は，前後のマイクロホン間のパワースペクトル比である。
【００３０】
式（１４），（１５）はそれぞれ，前後のマイクロホン信号のパワースペクトルであり，Ｋ＝Ｋf／Ｋrは前後のモデル間のゲイン比である。
【００３１】
前後のマイクロホンの伝達関数モデルの好適なパラメータ化（parameterization）は，次式で表される。
【００３２】
【数６】
2008517497.tif 000008
【００３３】
伝達関数が，マイクロホン（複数）の２つの極の間の中心（相加平均）を示すパラメータａmiccenterおよび前方マイクロホンと中心との間の差を示すパラメータａmicdiffに依存するようにパラメータ化が変更されたという点を除き，式（１６）および（１７）は式（３）および（４）と同一である。実際的事例で使用するにはこのパラメータ化のほうが有利であるということがわかる。便宜上，（１６）および（１７）におけるパラメータは，以下のパラメータ・ベクトル（a parameter vector）として表すことができる。
【００３４】
【数７】
2008517497.tif 000009
【００３５】
この計算の目的は，Ｎ個の異なる周波数（ωn，ｎ＝１・・・Ｎ）におけるｐratio（ω）の測定値に基づいて，パラメータ・ベクトルθを推定することにある。したがってコスト関数Ｊ（a cost function J）を定義すると，問題（事象）（the problem）は以下の式の非線形最小二乗問題（a nonlinear least square problem）として公式化（定型化）することができる。
【００３６】
【数８】
2008517497.tif 000010
【００３７】
この種類の問題に関して，上記文献には有効な複数の最適化解法アルゴリズムが掲載されている。
【００３８】
シンプルな勾配を基にした方法（a simple gradient based method）を用いることによって，パラメータ・ベクトルθの推定のための更新式（update equation）は次式のようになる。
【００３９】
【数９】
2008517497.tif 000011
【００４０】
誤差ベクトルｅ（ω）の導関数（the derivative）は５×Ｎ勾配行列を形成し，式（１８）におけるパラメータ・ベクトルθに対する誤差ベクトルｅ（ω）の要素の導関数は次式となる。
【００４１】
【数１０】
2008517497.tif 000012
【００４２】
式（２１）から（２５）は，離散周波数ｎ＝１，．．．，Ｎの誤差ベクトルを示しており，式（２０）において用いられた５×Ｎ勾配行列を形成する。ωnはパラメータｄmic,f，ｄrc,f，ｄmic,r，ｄrc,r，ｐratioにも依存するが，これらの依存は表記の都合上省略する。
【００４３】
このモデル推定は，この発明による補聴器におけるマイクロホン整合システムの理論上の基礎を成す。
【００４４】
この発明による補聴器は，少なくとも２つのマイクロホン・チャネル，入力変換器，信号処理装置および出力トランスデューサを備え，マイクロホン・チャネルのそれぞれは，一次ハイパスフィルタに接続されたマイクロホンをそれぞれ備え，信号処理装置は，マイクロホン・チャネルを適合する適合手段，マイクロホン・チャネルの電力伝達関数（the power transfer function）を測定する手段，それぞれのマイクロホン・チャネルの電力伝達関数のそれぞれのモデルを生成する手段，およびそれぞれのマイクロホン・チャネルの電力伝達関数のモデルと実際の電力伝達関数との間の差を，適合手段を好適に制御することによって最小にする手段を備えている。このようにして，使用中に，補聴器におけるマイクロホンの不整合に対する対応策をとることができる。
【００４５】
マイクロホンとＲＣフィルタ段の両方の極を設計時点において自由に配置できるので，すなわち，マイクロホンの極が例えば２００Ｈｚにあるように選択でき，かつＲＣフィルタ段の極が，例えば１００Ｈｚにあるように選択できるので，マイクロホンが低い周波数で飽和する問題も少なくなり，指向性モードにおける補聴器の使用中に，整合されたマイクロホンを持続させる（したがって指向係数（the directivity index）をそのままにしておく）ために，マイクロホンの整合を，処理装置の裁量とその要求に応じて，例えば１０秒ごとに実行することができる。
【００４６】
この発明によると，それぞれのマイクロホン・チャネルの電力伝達関数のそれぞれのモデルは，マイクロホン電力伝達関数のモデルと，一次ハイパスフィルタ電力伝達関数のモデルとをそれぞれ含む。モデルは，補聴器の処理装置によって使用され，２つのマイクロホンのうちの１つの入力の周波数特性および位相特性が，マイクロホン入力からの信号および式（２０）〜（２５）の結果に基づいて適合される。整合フィルタ（matching filter）のためのフィルタ係数の組を計算する手段である式（１１）は，式（２０）の結果を活用してフィルタ係数を導く。
【００４７】
この発明によると，補聴器において少なくとも２つのマイクロホンを整合するための方法が提供され，この方法は，所定の信号経路の電力伝達関数のモデルを生成し，マイクロホンの実際の信号経路の電力伝達関数を測定し，測定された電力伝達関数とモデル化された電力伝達関数とを比較し，比較に基づいて１組のパラメータを導き，導かれたパラメータの組を用いて，生成されたモデルに従ってマイクロホン信号経路を整合する。この方法は，有益なことに，補聴器内の信号処理装置の専用部分によって自動的に実行され，その他の共通の補聴器処理タスクを実行しつつマイクロホン信号の整合を一定の間隔で適合することができる。
【００４８】
好適な実施形態において，マイクロホン信号の振幅は，選択された６つの周波数，例えば８０Ｈｚ，１１２Ｈｚ，１５９Ｈｚ，２２５Ｈｚ，３１８Ｈｚ，および４５０Ｈｚにおいて測定される。次に，これと同じ６つの周波数でマイクロホン信号経路のモデルが計算され，測定値とモデルとの間の差が，補聴器におけるマイクロホンを整合するために使用されるパラメータの導出に使用される。
【実施例】
【００４９】
以下，この発明を，図面を参照してより詳細に説明する。
【００５０】
以下の議論では，簡単にするために，２マイクロホンの指向性マイクロホン・システムを想定するが，この発明によるマイクロホン整合方法は，全て互いに整合する限り，３つ以上のマイクロホンを備えた機構に容易に適用することができる。図１に示す指向性マイクロホン回路は，前方マイクロホンＭf，遅延ユニットΔに接続された後方マイクロホンＭrおよび総和点Σを備え，後方マイクロホンＭrからの遅延信号が前方マイクロホンＭfから減じられる。遅延ユニットΔは，後方マイクロホンからの信号を，次式に等しい周期で遅延させている。
【００５１】
【数１１】
2008517497.tif 000013
【００５２】
ここで，ｄは２つのマイクロホン間の距離，ｃは音速，φnotchはノッチ方向（the notch direction）である。
【００５３】
無指向性マイクロホンを有する指向性マイクロホン・システムの指向性（the directivity）は，個々のマイクロホンの振幅および位相特性の完全な認識に依存する。というのも，これらの要因は，後方マイクロホンからの信号の増幅ゲインおよび遅延時間を計算する場合に重要であるからである。２つのマイクロホン間のゲインまたは位相差の不整合（mismatch），すなわち誤差（error）は，指向性マイクロホン・システムにおける空間応答（spatial response）に甚大な影響をおよぼす。指向係数（directivity index）は，好適な方向または複数の方向範囲以外の方向からの音声を識別する，指向性マイクロホン・システムにおける能力（ability）の測定値である。指向係数Ｄは次式のように定義される。
【００５４】
【数１２】
2008517497.tif 000014
【００５５】
指向係数Ｄは，好適な方向からの音声レベルと，球対称に平均されたその他の任意の方向からの音声レベル（ｄＢで表される）との間の比率として表される。
【００５６】
図３（ａ），図３（ｂ），図３（ｃ）および図３（ｄ）は，図１に示したものと同様の指向性マイクロホン・システムにおける，マイクロホン間の指向係数上のゲイン不整合の影響（the effects of gain mismatch on the directivity index between the microphones）を示している。図３（ａ）において，実線で表される第１のグラフは厳密に整合された指向性マイクロホン・システムによる理想的な指向応答（an ideal directivity response）を示す。２つのマイクロホンを備えたシステムにおいて，得られる最高の指向係数は約６ｄＢである。図示の例において，指向係数は，約１ｋＨｚまでは約６ｄＢであり，１０ｋＨｚでは４〜５ｄＢの間となる。破線で表される第２のグラフは，マイクロホン・レベルが０．１ｄＢ不整合の場合（in the case of a 0.1 dB mismatch in the microphones levels）の指向応答を示す。この場合，指向係数は，１００Ｈｚでは４〜５ｄＢの間で動き始め，約２ｋＨｚで約６ｄＢまで上昇し，１０ｋＨｚでは４〜５ｄＢの間にくる。点線で表される第３のグラフは，０．５ｄＢゲイン不整合の場合の指向係数応答を示す。この場合，指向係数は，１００Ｈｚでは０．５ｄＢ程度に低く，１０００Ｈｚでは約５．５ｄＢ，１０ｋＨｚでは４〜５ｄＢの間にくる。この指向係数のみは，約３ｋＨｚで約５．８ｄＢの最大値を有する。
【００５７】
図３（ａ）のグラフから，整合マイクロホン・システムからの偏差（deviation）が小さくても，特に１ｋＨｚ以下の信号において指向係数を悪化させるということが分かる。この悪化が空間応答においてどのように現れるかについては，図３（ｂ），図３（ｃ）および図３（ｄ）の極座標プロットから知ることができる。図３（ｂ）の極座標プロットは，整合されたマイクロホン・システムにおける１００Ｈｚ空間応答を示し，図３（ｃ）は２００Ｈｚ応答を，図３（ｄ）は５００Ｈｚ応答を示す。
【００５８】
図３（ｂ）では，理想的な指向性応答が実線で示され，０．１ｄＢゲイン不整合が破線で示され，０．５ｄＢゲイン不整合が点線で示されている。図３（ｂ）は，１００Ｈｚにおける指向性が，０．１ｄＢ不整合で悪化し，０．５ｄＢ不整合で事実上消失することを示しており，指向性マイクロホン・システムは，この場合，単一の無指向性マイクロホンに似た空間応答を有する。図３（ｂ），図３（ｃ）および図３（ｄ）からは，指向係数が僅か０．１〜０．５ｄＢの不整合でも激しく劣化し，周波数が減少するにつれて指向係数が悪化していることが分かる。
【００５９】
図４（ａ），図４（ｂ），図４（ｃ）および図４（ｄ）は，図１に示すものと同様の指向性マイクロホン・システムにおけるマイクロホン間の位相不整合の指向係数に対する影響（the effects on the directivity index of phase mismatch between the microphones）を示す。位相不整合は，マイクロホン／ＲＣ回路の伝達関数（Ｈｚ）間の極の位置の偏差（a deviation of the position of poles between the microphone/RC-circuit transfer function in Hz）として表される。現場において，製造公差に起因する極の厳密な位置を予め知ることはできないが，極の位置の偏差はマイクロホン間の位相関係に甚大な影響力を持つ。通常，この固有の問題は，マイクロホンを補聴器に装着する前に整合することによって緩和される。このことは，その耐用年数の当初においては優れた指向性性能を備えた補聴器をもたらすことができるが，部品の劣化または環境影響は考慮されない。
【００６０】
図４（ａ）において，実線で表される第１のグラフは，理想的に整合された指向性マイクロホン・システムによる理想的な指向性応答を示す。図示の例において，指向係数は，約３ｋＨｚまでは約６ｄＢであり，１０ｋＨｚでは４〜５ｄＢの間にくる。図４（ａ）において，破線で表される第２のグラフは，マイクロホン間の位相不整合が１０Ｈｚの場合，すなわち，伝達関数における極の位置の間の差が１０Ｈｚである場合の指向性応答を表す。この場合，指向係数は，１００Ｈｚでは−１〜０ｄＢの間で動き始め，約６００Ｈｚで約６ｄＢまで上昇し，１０ｋＨｚでは４〜５ｄＢの間にくる。点線で表される第３のグラフは，位相不整合が２０Ｈｚの場合の指向係数応答を表す。この場合，指向係数は，１００Ｈｚでは約−１ｄＢで動き始め，２５０Ｈｚでは−２ｄＢ以下となり，９００Ｈｚでは６ｄＢまで上昇し，１０ｋＨｚでは４〜５ｄＢの間にくる。
【００６１】
図４（ａ）のグラフから，マイクロホンの極の間の１０Ｈｚの差に対応する位相不整合は，６００Ｈｚ〜１ｋＨｚ以下の指向係数応答をかなり悪化させ，マイクロホン間の２０Ｈｚの位相不整合は，９００Ｈｚ以下の指向係数応答を悪化させることを知ることができる。図４（ａ）に示すように，２００Ｈｚの位相不整合の状況は特に一層深刻であり，指向係数は約２３０Ｈｚで−２ｄＢ以下にくる。
【００６２】
図４（ｂ），図４（ｃ）および図４（ｄ）は，１００Ｈｚ，２００Ｈｚおよび５００Ｈｚにおけるさまざまな程度の位相不整合を備えたマイクロホン・システムの指向性応答の極座標プロットを示す。図４（ｂ），図４（ｃ）および図４（ｄ）において，理想的な指向性応答を実線で示し，マイクロホン回路内の極の１０Ｈｚの位相不整合を破線で示し，２０Ｈｚの位相不整合を点線で示す。図４（ｂ）は，１００Ｈｚでの指向性が，１０Ｈｚの不整合によって悪化し，２０Ｈｚの不整合で事実上消失することを示しており，その場合，指向性マイクロホン・システムは無指向性マイクロホンに似た空間応答を有する。図４（ｃ）および図４（ｄ）は，２００Ｈｚおよび５００Ｈｚでの同一の現象をそれぞれ示す。
【００６３】
図４（ｂ），図４（ｃ）および図４（ｄ）から，空間応答が僅か１０〜２０Ｈｚの位相不整合によって激しく悪化し，低めの周波数では一層悪化するということが分かる。したがって，指向性マイクロホン・システムが指向性および空間応答に関して予想可能に作動するためには，振幅応答と位相応答の両方を，使用するマイクロホンにおいて厳密に整合することが非常に重要になる。
【００６４】
図５（ａ）は，指向性マイクロホン・システムにおける整合されていない（unmatched）２つのマイクロホンの伝達関数ＭｉｃfrontおよびＭｉｃrearのグラフを示す。両方の伝達関数のグラフは低めの周波数でロールオフ（a roll-off）を有するが，極，すなわち，低周波数のロールオフが開始する点は，マイクロホンごとに相違する。２つのマイクロホンのゲイン・レベルは，曲線が交差する点から離間すると相違する。この差は，２つのマイクロホン間のゲイン誤差および位相誤差に起因する。図５（ａ）には６つの異なる周波数ｆ1，ｆ2，ｆ3，ｆ4，ｆ5およびｆ6で測定された２つのマイクロホン間のレベル差も示されている。図５（ａ）には，６つの周波数における伝達関数間のレベル差が太い垂直線で示され，周波数ｆ4およびｆ6における差が指し示されている。一般に，伝達関数間の差は，次式で表すことができる。
【００６５】
【数１３】
2008517497.tif 000015
【００６６】
使用中のマイクロホンの実際の音圧レベルを測定することは実際には不可能である。しかしながら，２つのマイクロホン間のレベル差（ｄＢ）は瞬間的な音圧レベルとは無関係であり，したがって，２つのマイクロホン間の不整合のみに依存する差としては，所定の周波数において一定になろう。
【００６７】
図５（ｂ）は，整合されていない２つのマイクロホンのモデルの伝達関数Ｍｏｄｅｌfront，Ｍｏｄｅｌrearのグラフを示す。両方の伝達関数のグラフは低めの周波数でロールオフを有するが，極，すなわち低周波数のロールオフが開始する点は，モデルごとに相違する。曲線が交差する点から離間した２つのモデルではゲイン・レベルも相違する。これは２つのモデル間のゲイン誤差および位相誤差に起因する。図５（ｂ）には６つの異なる周波数ｆ1，ｆ2，ｆ3，ｆ4，ｆ5およびｆ6における２つのモデル間のレベル差も示してある。図５（ｂ）には，６つの周波数における伝達関数間のレベル差が太い垂直線で示され，周波数ｆ4およびｆ6における差が指し示されている。一般に，伝達関数間の差は次式で表すことができる。
【００６８】
【数１４】
2008517497.tif 000016
【００６９】
有用なマイクロホン整合システムを得るために，マイクロホンのモデル化された伝達関数から得られたレベル差が，実際のマイクロホン信号について測定されたレベル差と比較され，次に，実際のマイクロホン伝達関数間のレベル差とモデルの伝達関数間レベル差との間の差を最小にするために，伝達関数の極およびゼロを式（２０）を用いて調整することができる。この最小化によって，極およびゼロに関して，修正された１組の伝達関数が生じる。
【００７０】
【数１５】
2008517497.tif 000017
【００７１】
図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように，個々の周波数におけるモデルの修正された伝達関数の実際のサイズおよび形状は，２組のレベル差の間の差が最小にされる限りにおいて，測定された伝達関数と相違していることがある。
【００７２】
図６は，この発明によるマイクロホン整合システム２００の１実施形態のブロック図を示す。前方マイクロホン（図示せず）の出力部１０１がゲイン行列１０９の第１入力部に接続されており，後方マイクロホン（図示せず）の出力部１０２が整合フィルタ１０８の入力部に接続されている。整合フィルタ１０８の出力部はゲイン行列１０９の第２入力部に接続されている。ａｍｉｃｆ，ａｒｃｆ，ａｍｉｃｒおよびａｒｃｒでそれぞれ表示されるマイクロホン整合パラメータ１０３，１０５，１０４および１０６が，整合フィルタ１０８の第１，第２，第３および第４パラメータ入力部にそれぞれ接続されている。
【００７３】
ゲイン行列１０９は，信号処理装置（図示せず）の第１，第２入力部に接続された第１，第２出力部を有し，その出力部がそれぞれｐｐｆｒｏｎｔおよびｐｐｒｅａｒで示されている。ゲイン行列１０９は第３入力部を有し，マイクロホン整合システム２００に値Ｋ（式（１）および（２）を参照）を与える。
【００７４】
使用中，前方マイクロホン１０１（ｓｆ）からの信号はゲイン行列１０８に直接与えられ，後方マイクロホン１０２（ｓｒ）からの信号はマイクロホン整合フィルタ１０８に与えられる。マイクロホン整合フィルタ１０８は，次式の伝達関数を有するディジタル整合フィルタである。
【００７５】
【数１６】
2008517497.tif 000018
【００７６】
この伝達関数は，後方マイクロホン１０２からの信号ｓｒに適用される。信号処理装置（図示せず）によって，４つのフィルタパラメータａｍｉｃｒ，ａｒｃｒ，ａｍｉｃｆおよびａｒｃｆが計算され，マイクロホン整合フィルタ１０８に与えられ，後方マイクロホン信号（ｓｒ）に適用される実際の（数値的）伝達関数が求められる。
【００７７】
ゲイン行列１０９は，１以上のゲインを入力信号に適用する。Ｋ（式（１）および（２）を参照）が１以上である場合，Ｋはゲイン行列１０９を介して後方マイクロホン信号に適用される。Ｋが１未満である場合，Ｋ-1が前方マイクロホン信号に適用される。これにより，ゲイン行列１０９からの出力が常に１以上であることが保証される。
【００７８】
図７は，この発明による補聴器１００のブロック図を示す。共に指向性マイクロホン・システムを形成する前方マイクロホン２０１および後方マイクロホン２０２がＡ／Ｄ変換器１５０の第１および第２入力部に接続されており，マイクロホン２０１および２０２からの信号がディジタル形式に変換される。テレコイル１４８および補助入力部１４９が，Ａ／Ｄ変換器１５０の第３および第４入力部にそれぞれ接続されている。
【００７９】
Ａ／Ｄ変換器１５０のディジタルマイクロホン出力部は，マイクロホン整合ブロック２００に接続され，ここでこの発明によるマイクロホンからの信号の整合が実施され，マイクロホン整合ブロック２００の出力部は，信号処理装置３００の入力部に接続され，整合されたマイクロホン信号をさらに処理する。Ａ／Ｄ変換器１５０からのディジタルマイクロホン出力部は，信号処理装置３００にも接続され，この発明の方法を実行する際に使用すべき測定信号を供給する。マイクロホン整合システム２００は，図６で説明したマイクロホン整合システムと実質同じである。信号処理装置３００からの出力部は音響出力トランスデューサ２２１に接続されており，信号処理装置３００は，この発明の方法による測定値と計算とに基づいて必要なパラメータ・データをマイクロホン整合ブロック２００に提供する手段３０１も有する。
【００８０】
使用中，補聴器１００の前方マイクロホン２０１および後方マイクロホン２０２によって音声信号がピックアップされ，補聴器１００の信号処理装置３００によって，増幅，フィルタリング，圧縮等のために電気マイクロホン信号に変換される。他方，既に議論したように，補聴器１００が音声信号における指向性情報を適切に再生できるよう，電気マイクロホン信号を，増幅する前に互いに整合しておくことが必要である。したがって電気マイクロホン信号は，マイクロホン信号の整合が実行されるマイクロホン整合システム２００に与えられる。信号処理ブロック３００は，聴力損失を補償するために，聴力損失処方パラメータに従って，整合されたマイクロホン信号を処理し，このように処理された増幅信号を音響再生のための出力トランスデューサ２２１に与える。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】従来技術の指向性マイクロホン・システムの作動原理の概略図である。
【図２】利用可能なパラメータの中からの使用されるパラメータの導出を示すグラフである。
【図３】（ａ）は，図１のマイクロホン信号間のゲイン不整合の指向係数の依存度を示すグラフである。（ｂ）は様々なゲイン不整合レベルでの１００Ｈｚのマイクロホン信号の空間応答を示す極座標プロットである。（ｃ）は様々なゲイン不整合レベルでの２００Ｈｚのマイクロホン信号の空間応答を示す極座標プロットである。（ｄ）は様々なゲイン不整合レベルでの５００Ｈｚのマイクロホン信号の空間応答を示す極座標プロットである。
【図４】（ａ）は図１のマイクロホン信号間の位相不整合の指向係数の依存度を示すグラフである。（ｂ）は様々な位相不整合値での１００Ｈｚのマイクロホン信号の空間応答を示す極座標プロットである。（ｃ）は様々な位相不整合値での２００Ｈｚのマイクロホン信号の空間応答を示す極座標プロットである。（ｄ）は様々な位相不整合値での５００Ｈｚのマイクロホン信号の空間応答を示す極座標プロットである。
【図５】（ａ）は前後のマイクロホン信号間の差を示すグラフである。（ｂ）は前後のモデル化された信号間の差を示すグラフである。
【図６】この発明によるマイクロホン整合システムのブロック図である。
【図７】この発明によるマイクロホン整合システムを備えた補聴器のブロック図である。
【図１】
2008517497.tif 000019
【図２】
2008517497.tif 000020
【図３】
2008517497.tif 000021
【図４】
2008517497.tif 000022
【図５】
2008517497.tif 000023
【図６】
2008517497.tif 000024
【図７】
2008517497.tif 000025
【国際調査報告】
2008517497.tif 000026
2008517497.tif 000027
2008517497.tif 000028