(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号処理装置であって、
各時点のフィルタ特性が変化する時変フィルタを生成し、生成された時変フィルタを用いて、時間的に変化する音信号である入力信号から出力信号を得る処理部を備え、
前記処理部は、第１聴者の圧縮特性が反映された第１聴覚フィルタバンクに前記入力信号を通すことで得られた第１聴覚的スペクトログラムと、第２聴者の圧縮特性が反映された第２聴覚フィルタバンクに前記入力信号を通すことで得られた第２聴覚的スペクトログラムと、の各時点の差分に基づいて、各時点の前記時変フィルタを生成するよう構成されている
信号処理装置。
【請求項２】
第１聴者は、健聴者及び難聴者のうちのいずれか一方の聴者であり、
第２聴者は、健聴者及び難聴者のうちの他方の聴者である
請求項１記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記時変フィルタは、模擬難聴信号を生成する信号処理のためのフィルタである
請求項２記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記時変フィルタは、補聴信号を生成する信号処理のためのフィルタである
請求項２記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記第１聴覚フィルタバンク及び前記第２聴覚フィルタバンクは、ガンマチャープ聴覚フィルタバンクである
請求項１~４のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記処理部は、前記時変フィルタとして、第１フィルタ及び第２フィルタを生成可能であるとともに、前記時変フィルタとして、第１フィルタ及び第２フィルタのうちユーザにより選択されたフィルタを用いて、入力信号から出力信号を得るよう構成され、
前記第２フィルタは、模擬難聴信号を生成する信号処理のためのフィルタであり、
前記第１フィルタは、補聴信号を生成する信号処理のためのフィルタである
請求項２記載の信号処理装置。
【請求項７】
信号処理方法であって、
各時点のフィルタ特性が変化する時変フィルタを用いて、時間的に変化する音信号である入力信号から出力信号を得るステップと、
前記時変フィルタを生成するステップと、
を含み、
前記時変フィルタを生成する前記ステップは、第１聴者の圧縮特性が反映された第１聴覚フィルタバンクに前記入力信号を通すことで得られた第１聴覚的スペクトログラムと、第２聴者の圧縮特性が反映された第２聴覚フィルタバンクに前記入力信号を通すことで得られた第２聴覚的スペクトログラムと、の各時点の差分に基づいて、各時点の前記時変フィルタを生成することを含む
信号処理方法。
【請求項８】
補聴特性に基づいて補聴信号処理を行う補聴器における前記補聴特性の調整方法であって、
音信号である入力信号に対して、模擬難聴信号を生成する信号処理及び補聴信号を生成する信号処理のうちのいずれか一方の信号処理を行って第１信号を得ること、
前記第１信号に対して、模擬難聴信号を生成する難聴信号処理及び補聴信号を生成する信号処理のうちの他方の信号処理を行って第２信号を得ること、
前記入力信号と前記第２信号との差が最小化されるように前記補聴特性を調整すること、
を含む補聴特性の調整方法。
【請求項９】
前記難聴信号処理は、請求項３記載の信号処理装置によって行われる
請求項８記載の補聴特性の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理装置及び方法並びに補聴特性の調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
健聴者が難聴者の聞こえにくさを体験できる「模擬難聴」は、例えば、体験型学習や言語聴覚士の養成課程において有用である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】永江美沙貴  入野俊夫  西村竜一  河原英紀，”模擬難聴実現のための逆圧縮特性処理とユーザインタフェース”，日本音響学会  聴覚研究会資料  Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．１，２０１４−２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
難聴には、外耳から内耳入口で生じる伝音性難聴と、内耳以降で生じる感応性難聴と、がある。さらに、感応性難聴には、内有毛細胞の劣化又は減少による聴神経系への伝達減少と、外有毛細胞系の劣化又は減少による圧縮特性劣化と、がある。外有毛細胞系は、入力音の大きさに応じて利得を調整し、基底膜をある程度一定の範囲内で振動させる非線形性の大きな増幅作用がある。この増幅作用は圧縮特性とも呼ばれる。圧縮特性は、入力音圧レベルが小さい場合には利得が大きく、音圧増加に伴い利得が減少する特性である。
【０００５】
難聴は、上記のように複数の要因の複合として生じることがあるため、模擬難聴を実現するには、上記の各要因に対応した信号処理を適切に行う必要がある。上記の要因のうち、伝音性難聴及び聴神経系への伝達減少は、線形の損失であるため、線形の音圧減少で模擬することが比較的容易であるが、圧縮特性劣化は、非線形の損失であるため、圧縮特性劣化による難聴の正確な模擬は必ずしも容易ではない。
【０００６】
非特許文献１は、圧縮特性劣化による難聴を模擬するため、健聴者の圧縮特性の逆特性（逆圧縮特性）によって、健聴者の圧縮特性を打ち消す模擬難聴音を生成することを開示している。非特許文献１では、健聴者の逆圧縮特性の程度を制御することによって、健聴者の圧縮特性と圧縮特性が完全に打ち消された特性との間の中間特性を作り出すことも開示している。すなわち、非特許文献１記載の技術は、健聴者の圧縮特性を全てキャンセルするか、又は健聴者の圧縮特性キャンセルの程度を制御するものであり、いずれの場合も健聴者の圧縮特性に基づいて難聴者の圧縮特性を模擬するものであった。
【０００７】
しかし、健聴者の聴覚特性と難聴者の聴覚特性とでは、周波数特性（周波数選択性）が異なり、しかも周波数特性は音圧によって変化する。
非特許文献１記載の技術では、単に、健聴者の圧縮特性をキャンセルしているだけであるため、模擬された圧縮特性の周波数特性は、健聴者の聴覚特性の周波数特性の範囲内である。
【０００８】
より正確な模擬のためには、難聴者等の聴覚特性をより適切に反映することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一の観点からみた本発明は、信号処理装置であって、各時点のフィルタ特性が変化する時変フィルタを生成し、生成された時変フィルタを用いて、時間的に変化する音信号である入力信号から出力信号を得る処理部を備え、前記処理部は、第１聴者の圧縮特性が反映された第１聴覚フィルタバンクに前記入力信号を通すことで得られた第１聴覚的スペクトログラムと、第２聴者の圧縮特性が反映された第２聴覚フィルタバンクに前記入力信号を通すことで得られた第２聴覚的スペクトログラムと、の各時点の差分に基づいて、各時点の前記時変フィルタを生成するよう構成されている信号処理装置である。
【００１０】
他の観点からみた本発明は、信号処理方法であって、各時点のフィルタ特性が変化する時変フィルタを用いて、時間的に変化する音信号である入力信号から出力信号を得るステップと、前記時変フィルタを生成するステップと、を含む。前記時変フィルタを生成する前記ステップは、第１聴者の圧縮特性が反映された第１聴覚フィルタバンクに前記入力信号を通すことで得られた第１聴覚的スペクトログラムと、第２聴者の圧縮特性が反映された第２聴覚フィルタバンクに前記入力信号を通すことで得られた第２聴覚的スペクトログラムと、の各時点の差分に基づいて、各時点の前記時変フィルタを生成することを含む。
【００１１】
他の観点からみた本発明は、補聴特性に基づいて補聴信号処理を行う補聴器における前記補聴特性の調整方法であって、音信号である入力信号に対して、模擬難聴信号を生成する信号処理及び補聴信号を生成する信号処理のうちのいずれか一方の信号処理を行って第１信号を得ること、前記第１信号に対して、模擬難聴信号を生成する難聴信号処理及び補聴信号を生成する信号処理のうちの他方の信号処理を行って第２信号を得ること、前記入力信号と前記第２信号との差が最小化されるように前記補聴特性を調整すること、を含む補聴特性の調整方法である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】信号処理装置のブロック図である。
【図２】圧縮特性キャンセルの説明図である。
【図３】フィルタ生成のブロック図である。
【図４】ガンマチャープ聴覚フィルタバンクの特性図である。
【図５】入力信号から出力信号を生成する手法の説明図である。
【図６】補聴器のブロック図である。
【図７】補聴特性の調整のためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
［１．概要］
実施形態に係る信号処理装置１は、入力信号から出力信号として模擬音（模擬音信号）を生成する処理を行う。模擬音は例えば、模擬難聴音である。実施形態に係る信号処理装置１は、各時点のフィルタ特性が変化する時変フィルタを生成し、生成された時変フィルタを用いて、時間的に変化する音信号である入力信号から出力信号を得る処理部１１を備える。
【００１５】
処理部１１は、第１聴者の圧縮特性が反映された第１聴覚フィルタバンク（健聴者聴覚フィルタバンク）１２１に入力信号を通すことで得られた第１聴覚的スペクトログラムと、第２聴者の圧縮特性が反映された第２聴覚フィルタバンク（難聴者聴覚フィルタバンク）１２２に入力信号を通すことで得られた第２聴覚的スペクトログラムとを用いる。処理部１１は、２つの聴覚的スペクトログラムの各時点の差分に基づいて、各時点の時変フィルタを生成する。第１聴者は例えば健聴者であり、第２聴者は例えば難聴者である。
【００１６】
ここで、模擬難聴は、難聴者の聞こえ方を健聴者に体験させるための模擬難聴音を生成することによって実現される。模擬難聴音を生成するための信号処理は、第１聴者（例えば、難聴者）の聞こえ方を第２聴者（例えば、健聴者）に体験させるための模擬音を生成する処理であるということができる。したがって、第１聴者は、難聴者に限らず、健聴者であってもよく、第２聴者は、健聴者に限らず、難聴者であってもよい。本実施形態では、いずれの場合も、第１聴者及び第２聴者双方の特性が反映された適切な模擬音を生成することができる。
【００１７】
［２．信号処理装置］
図１に示す信号処理装置１は、インターネットなどのネットワーク２に接続されたコンピュータを有して構成されている。信号処理装置１を構成するコンピュータは、処理部１１と記憶部１２とを備えている。処理部１１は、信号処理を行う。信号処理には、フィルタ生成処理１１１、模擬音生成処理１１２など様々な処理が含まれる。処理部１１が実行する処理は、記憶部１２に格納されたコンピュータプログラム（図示省略）が処理部１１によって実行されることで実現される。
【００１８】
信号処理装置１は、ネットワーク２に接続された端末装置３から送信された入力信号５を受信する。入力信号５は、時間的に変化する音信号である。信号処理装置１の処理部１１は、入力信号５から出力信号６である模擬音信号を生成する。生成された出力信号６は、信号処理装置１から、ネットワーク２を介して、端末装置３へ送信される。出力信号６である模擬音信号は、例えば、難聴者の聞こえ方を健聴者が体験するための模擬難聴信号である。以下、模擬難聴信号を生成するための信号処理を模擬難聴信号処理という。
【００１９】
信号処理装置１の記憶部１２には、健聴者聴覚フィルタバンク（第１聴覚フィルタバンク）１２１及び難聴者聴覚フィルタバンク（第２聴覚フィルタバンク）１２２と、が記憶される。
【００２０】
健聴者聴覚フィルタバンク１２１は、健聴者圧縮特性を含めた健聴者聴覚特性を反映させた聴覚フィルタバンクである。難聴者聴覚フィルタバンク１２２は、難聴者圧縮特性を含めた難聴者聴覚特性を反映させた聴覚フィルタバンクである（圧縮特性が全くなくてもよい）。
【００２１】
聴覚フィルタバンクは、中心周波数が異なる複数の聴覚フィルタの集合である。人の聴覚特性は、複数の聴覚フィルタの集合によって表すことができる。これは、耳に入力される音の周波数によって、振動が最大となる基底膜の場所が変化することに対応したものである。本実施形態において、聴覚フィルタバンクとしては、ガンマチャープ聴覚フィルタバンクが用いられる。ガンマチャープ聴覚フィルタについては後述する。
【００２２】
信号処理装置１は、入力信号５の受信に先立って、端末装置３から送信された健聴者聴覚フィルタバンク１２１及び難聴者聴覚フィルタバンク１２２を受信し、それらの聴覚フィルタバンク１２２を記憶部３に記憶させる。
【００２３】
なお、健聴者聴覚特性として標準的な健聴者又は難聴者の聴覚特性を用いる場合、健聴者聴覚フィルタバンク１２１又は難聴者聴覚フィルタバンク１２２を端末装置３から受信する必要はなく、信号処理装置１の記憶部３に予め標準的な健聴者又は難聴者の聴覚特性を示す聴覚フィルタバンク１２１，１２２を記憶させておけばよい。
【００２４】
また、端末装置３は、健聴者聴覚フィルタバンク１２１及び難聴者聴覚フィルタバンク１２２そのものを信号処理装置１へ送信する必要はなく、健聴者又は難聴者の聴覚特性の測定結果を送信してもよい。この場合、信号処理装置１が、聴覚特性の測定結果に基づいて聴覚フィルタバンク１２１，１２２を構成し、その聴覚フィルタバンク１２１，１２２を記憶部３に記憶させればよい。
【００２５】
端末装置３は、例えば、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット端末である。端末装置３は、音を端末装置３へ入力して入力信号を得るためのマイクロフォン３ａと、出力信号（模擬難聴信号）を音として出力するためのスピーカ３ｂと、を備えている。例えば、健聴者であるユーザは、マイクロフォン３ａを介して、音声を端末装置３へ入力することができ、入力した音声に対応する模擬難聴音をスピーカ３ｂから聞くことができる。これにより、健聴者が、難聴者の聞こえ方を体験することができる。
【００２６】
［３．ガンマチャープ聴覚フィルタ］
ガンマチャープ聴覚フィルタは、圧縮特性を模擬（モデリング）するのに適したフィルタである。図２は、圧縮型ガンマチャープ聴覚フィルタ（ｃＧＣ）の特性を示している。圧縮型ガンマチャープ聴覚フィルタ（ｃＧＣ）は、受動的ガンマチャープ（ｐＧＣ）と、音圧（ゲイン）のレベルに依存して高周波数側へ移行する高域通過非対称関数（ＨＰ−ＡＦ；Ｈｉｇｈ−Ｐａｓｓ  Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）と、の掛け合わせによって、利得の特性がレベル依存するフィルタである。なお、図２において、受動的ガンマチャープ（ｐＧＣ）の特性は細実線で示し、高域通過非対称関数（ＨＰ−ＡＦ）の特性は破線で示し、圧縮型ガンマチャープ聴覚フィルタ（ｃＧＣ）の特性は太実線で示した。
【００２７】
図２において点線で示す高域通過非対称関数（ＨＰ−ＡＦ）は、その特性曲線が、音圧の増加とともに、図２（ａ）の右向き矢印で示すように移動する関数である。したがって、音圧が増加すると、圧縮型ガンマチャープ聴覚フィルタ（ｃＧＣ）の特性曲線は、図２（ａ）の下向き矢印で示すように、ピークが低下する。すなわち、利得が減少する。
このように、圧縮型ガンマチャープ聴覚フィルタでは、健聴者の圧縮特性を模擬することができる。
【００２８】
［４．圧縮特性キャンセル］
より正確な模擬難聴信号を生成するには、非線形の損失である圧縮特性劣化の模擬が必要となる。以下では、圧縮特性のキャンセルの考え方について、図３を用いて簡単に説明する。なお、線形の損失は音圧減衰によって模擬できる。
【００２９】
図３に示す健聴者ＮＨの特性は、入力音圧が７０ｄＢよりも小さい範囲では、特性曲線の傾きが比較的緩やかであるのに対し、入力音圧が８０ｄＢ以上では、特性曲線の傾きが大きくなっており、非線形の圧縮特性を持つことがわかる。一方、難聴者ＨＩの特性は、入力音圧が７０ｄＢよりも小さい範囲でも、特性曲線の傾きが比較的大きく、圧縮特性が劣化していることがわかる。
【００３０】
圧縮特性劣化を模擬するには、健聴者ＮＨの圧縮特性をキャンセルすればよい。非特許文献１では、図２に示すように健聴者ＮＨの圧縮特性をキャンセルするため、音信号である入力信号に、健聴者の圧縮特性の逆特性（逆圧縮特性）を掛ける信号処理を行い、模擬難聴音を生成する。
健聴者ＮＨが模擬難聴音を聞くことは、健聴者ＮＨの特性に逆圧縮特性を加えた特性を持つ者が元の入力信号を聞くことと等価になる。健聴者ＮＨの特性に逆圧縮特性を加えた特性は、難聴者特性と等価になるはずであるため、健聴者ＮＨが模擬難聴音を聞くことは、難聴者ＨＩが元の入力信号を聞くことと等価になる。
【００３１】
例えば、図２（ａ）に示す圧縮特性の逆の特性を実現するには、図２（ｂ）に示すように、高域通過非対称関数（ＨＰ−ＡＦ）の特性曲線が、音圧の増加とともに、図２（ｂ）の左向き矢印で示すように移動するようにすればよい。この場合、音圧が増加すると、圧縮型ガンマチャープ聴覚フィルタ（ｃＧＣ）の特性曲線は、図２（ｂ）の上向き矢印で示すように、ピークが大きくなる。すなわち、利得が増加する。これにより、逆圧縮特性が実現できる。
【００３２】
ただし、健聴者の聴覚特性と難聴者の聴覚特性とでは、周波数特性が異なる。したがって、健聴者ＮＨの圧縮特性を基準にして健聴者の圧縮特性を、単なる逆圧縮特性によってキャンセルするだけでは、難聴者の聴覚特性の周波数特性が十分に反映されないことがある。
【００３３】
［５．フィルタ生成処理］
以下では、難聴者の聴覚特性をより正確に反映した、より高品質の模擬難聴音を生成するのに好適なフィルタの生成処理１１１について説明する。図４に示すように、処理部１１は、時間的に変化する入力信号ｓ（ｔ）を、記憶部１２に記憶されている健聴者聴覚フィルタバンク１２１に通し、健聴者の聴覚的スペクトログラム（Ａｕｄｉｔｏｒｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｇｒａｍ）ＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ）を得る。なお、ｔは時間である。
聴覚的スペクトログラムは、聴覚フィルタバンクから出力された信号の一定時間（例えば５ｍｓ）ごとのｒｍｓ（ｒｏｏｔ  ｍｅａｎ  ｓｑｕａｒｅ）値をとることにより得られる。
【００３４】
同様に、処理部１１は、入力信号ｓ（ｔ）を、記憶部１２に記憶されている難聴者聴覚フィルタバンク（第２聴覚フィルタバンク）１２２に通し、難聴者の聴覚的スペクトログラムＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）を得る。
【００３５】
ここで、τｎはｎ番目のフレーム時刻を示し、ｎは整数である。フレームは一定の時間間隔τを持つ。すなわち、聴覚的スペクトログラムにおける時刻は、τｎ＝ｎ×τで示される。Ｅｉはｉ番目の周波数チャネルのＥＲＢＮ番号（Ｅｑｕａｌ  Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ  Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ｎｕｍｂｅｒ）であり、ｉは整数である。
【００３６】
健聴者聴覚フィルタバンク１２１によって得られる聴覚的スペクトログラムＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ）は、時間的に変化する入力信号ｓ（ｔ）を、音として健聴者が聞いた時の聞こえ方の時間的変化を示す。同様に、難聴者聴覚フィルタバンク１２２によって得られる聴覚的スペクトログラムＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）は、時間的に変化する入力信号ｓ（ｔ）を、音として難聴者が聞いた時の聞こえ方の時間的変化を示す。図４のスペクトログラムＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ），ＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）において、横軸は時間軸τｎであり、縦軸は周波数軸Ｅｉである。図４のスペクトログラムＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ），ＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）は白黒画像であるが、実際にはカラー画像であり、画像中の色彩が音の振幅（パワー）の大きさを示す。
【００３７】
処理部１１は、さらに、各フレーム時刻τｎにおいて、両スペクトログラムＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ），ＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）の差分を求める処理３０１を行う。処理３０１の理解の容易のため、図４に示す処理３０１の枠内に、両スペクトログラムＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ），ＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）における、あるフレーム時刻τｎでの聴覚的スペクトラム３０１ａを示した。この聴覚的スペクトラム３０１ａにおいて、横軸は周波数軸Ｅｉであり、縦軸は振幅軸である。図４に示す聴覚的スペクトラム３０１ａにおいて網掛部分は、あるフレーム時刻τｎにおける両スペクトログラムＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ），ＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）の差分を表している。
【００３８】
図４に示す聴覚的スペクトラム３０１ａからもわかるように、健聴者と難聴者とでは聴覚特性の周波数特性が異なるため、同じ音を聞いた場合であっても、健聴者と難聴者とでは、周波数Ｅｉ−振幅特性曲線の形状は異なる。また、聴覚特性における周波数特性は音圧によって変化するため、入力信号ｓ（ｔ）の音圧が時間的に変化することに対応して、両スペクトログラムＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ），ＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）の差分（網掛部分）も、時間的に変化する。
【００３９】
本実施形態の処理部１１は、両スペクトログラムＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ），ＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）の差分を、両スペクトログラムＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ），ＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）の比として得る。
出力信号として模擬難聴信号を生成する模擬難聴信号処理が行われる場合には、両スペクトログラムＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ），ＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）の比は、ＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）のＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ）に対する比Ｒ（τｎ，Ｅｉ）として計算される。計算式は下記のとおりである。
Ｒr（τｎ，Ｅｉ）＝ＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）／ＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ）
【００４０】
上記の式で求めたＲr（τｎ，Ｅｉ）を、そのまま、Ｒ（τｎ，Ｅｉ）として用いても良いが、生成される模擬難聴信号の精度を高めるには、Ｒr（τｎ，Ｅｉ）を補正してＲ（τｎ，Ｅｉ）とするのが好ましい。Ｒr（τｎ，Ｅｉ）を求めるために用いた両スペクトログラムＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ），ＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）は、それぞれ、圧縮特性をかけた後の値となっているため、圧縮特性の逆特性に相当する分を補正すると、生成される模擬難聴信号の精度を高めることができる。
【００４１】
補正のための変換関数をＣ−１とすると、Ｒr（τｎ，Ｅｉ）からＲ（τｎ，Ｅｉ）を求める式は、以下で表される。
Ｒ（τｎ，Ｅｉ）＝Ｃ−１[Ｒr（τｎ，Ｅｉ）]
【００４２】
変換関数Ｃ−１としては、第一次近似として恒等関数を用いてもよいが、健聴者（模擬難聴音の聴者）の逆圧縮特性を示す関数を用いると、生成される模擬難聴信号の精度を高めることができる。健聴者の逆圧縮特性としては、例えば、非特許文献１に示すｆrat(rev)から求まる逆圧縮特性を用いることで、模擬難聴信号の精度を高めることができる。
【００４３】
変換関数Ｃ−１は、生成される模擬難聴信号の精度が高くなるように算出されるものであってもよい。例えば、変換関数Ｃ−１として、適切な関数（初期関数）を設定しておき、以下の１）〜４の処理を繰り返し実行することで、模擬難聴信号の精度を高めても良い。なお、初期関数としては、健聴者の逆圧縮特性を示す関数（例えば、非特許文献１に示すｆrat(rev)から求まる逆圧縮特性）を用いることができる。
１）変換関数Ｃ−１によって得られたＲ（τｎ，Ｅｉ）を用いて、後述の手法で模擬難聴信号ＳＨＩＳ（ｔ）を生成する。
２）生成された模擬難聴信号ＳＨＩＳ（ｔ）を、健聴者聴覚フィルタバンク１２１に通し、模擬難聴信号ＳＨＩＳ（ｔ）を聞いた健聴者の聴覚的スペクトログラムを得る。
３）上記２で得た健聴者の聴覚的スペクトログラムと、入力信号ｓ（ｔ）を難聴者聴覚フィルタバンク１２２に通して得られた難聴者の聴覚的スペクトログラムＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）と、の誤差を求める。この誤差は、模擬難聴信号ＳＨＩＳ（ｔ）を聞いた健聴者の聞こえ方と、入力信号ｓ（ｔ）を聞いた難聴者の聞こえ方と、の差を示す。
４）上記３で求めた誤差を最小化するように、変換関数Ｃ−１を調整する。
【００４４】
Ｒ（τｎ，Ｅｉ）は、ある時点τｎにおける、両スペクトログラムＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ），ＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）のパワーの違いを示すパワースペクトラムとなる。すなわち、Ｒ（τｎ，Ｅｉ）は、各時点τｎにおいて、健聴者と難聴者の聞こえ方の違いを示すスペクトラムとなっている。
【００４５】
続いて、処理部１１は、Ｒ（τｎ，Ｅｉ）の周波数軸Ｅｉを、フーリエスペクトルの線形周波数軸ｆｊに周波数変換する処理３０２を行う。すなわち、処理部１１は、Ｒ（τｎ，Ｅｉ）を、変換関数Ωによって、Ｒ（τｎ，ｆｊ）に変換する処理３０２を行う。変換関数Ωは公知のものを採用できる。変換式は下記のとおりである。
Ｒ（τｎ，ｆｊ）＝Ω［Ｒ（τｎ，Ｅｉ）］
【００４６】
処理部１１は、時刻τｎにおける両スペクトログラムＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ），ＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）の差分を示すパワースペクトラムＲ（τｎ，ｆｊ）に基づいて、時刻τｎにおける時変フィルタｒｍｐ（τｎ，ｔ）を生成する処理３０３を行う。時変フィルタは、フィルタ特性が時間的に変化するフィルタである。処理部１１は、各時点τｎにおける時変フィルタ（インパルス応答）ｒｍｐ（τｎ，ｔ）を、対応する各時点τｎにおけるＲ（τｎ，ｆｊ）に基づいて求める。本実施形態では、時変フィルタは、最小位相フィルタである。処理部１１は、最小位相フィルタｒｍｐ（τｎ，ｔ）を、変換関数Ｆ−１によって、パワースペクトラムＲ（τｎ，ｆｊ）から求める。変換関数Ｆ−１は公知のものを採用できる。変換式は下記のとおりである。
ｒｍｐ（τｎ，ｔ）＝Ｆ−１［Ｒ（τｎ，ｆｊ）］
【００４７】
以上の処理によって、各時点τｎにおける最小位相フィルタ（最小位相インパルス応答）ｒｍｐ（τｎ，ｔ）が得られる。以上の処理によって得られたインパルス応答ｒｍｐ（τｎ，ｔ）は、健聴者と難聴者のスペクトログラムＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ），ＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）の差分が反映されているため、時間フレームごとの健聴者の聴覚特性と難聴者の聴覚特性との違いが反映されたインパルス応答ｒｍｐ（τｎ，ｔ）となる。また、各時点それぞれのインパルス応答が求められているため、時々刻々と変化する特性を近似的な時変フィルタとして、入力信号ｓ（ｔ）に適用することが可能である。
【００４８】
［６．模擬音（模擬難聴音）生成処理］
以上のようにして得られた最小位相フィルタｒｍｐ（τｎ，ｔ）は、健聴者ＮＨが難聴者ＨＩの聞こえ方を体験するための模擬難聴信号を生成する信号処理（模擬音生成処理；模擬難聴音生成処理）１１２に用いられる。
【００４９】
図５に示すように、処理部１１は、入力信号ｓ（ｔ）から模擬難聴信号となる出力信号を得るために、入力信号ｓ（ｔ）を、フレームごとのパケット信号ｓｗ（τｎ，ｔ）に分解する。すなわち、入力信号ｓ（ｔ）を、ハニング窓ｈ（τｎ，ｔ）で窓掛けをして、フレームごとのパケット信号ｓｗ（τｎ，ｔ）にする。このとき、フレームシフトτとして、ハニング窓長を、フレームシフトτの２倍の２τとする。これにより、複数のパケット信号ｓｗ（τｎ，ｔ）をそのまま足し合わせると、元の入力信号ｓ（ｔ）に完全に戻る。
【００５０】
ｎ番目のフレームのパケット信号ｓｗ（τｎ，ｔ）は、以下のように表される。
ｓｗ（τｎ，ｔ）＝ｈ（τｎ，ｔ）・ｓ（ｔ）
【００５１】
処理部１１は、パケット信号ｓｗ（τｎ，ｔ）に、インパルス応答ｒｍｐ（τｎ，ｔ）を畳み込み、時変信号ｓｒ（τｎ，ｔ）を求める。
つまり、処理部１１は、以下の演算を行う。
ｓｒ（τｎ，ｔ）＝ｓｗ（τｎ，ｔ）＊ｒｍｐ（τｎ，ｔ）
【００５２】
処理部１１は、求まった複数の時変信号ｓｒ（τｎ，ｔ）を、それらの開始時刻を正確に合わせて足し合わせることで、出力信号である模擬難聴信号ＳＨＩＳ（ｔ）を求める。この模擬難聴音信号ＳＨＩＳ（ｔ）は、時々刻々と変化する健聴者と難聴者の聴覚特性が反映されたものとなる。したがって、健聴者が、模擬難聴信号ＳＨＩＳ（ｔ）を音として聞くことで、信号処理に起因する歪や雑音が少ない状態で、難聴者の聞こえにくさを体験することができる。
【００５３】
［７．模擬難聴の利用の仕方］
健聴者が難聴者の聞こえにくさを体験できる「模擬難聴」は、例えば、体験型学習や言語聴覚士の養成課程において役立つ。また、模擬難聴は、耳鼻咽喉科の臨床において、患者（難聴者）の特性を把握する手段として活用できる。さらに、模擬難聴は、患者（難聴者）と家族（健聴者）との面談において、医師等が、患者の聞こえ方を家族に説明する際に活用できる。また、音を提示する必要のある製品（ＩＴ関連製品や家電製品）において、難聴者から健聴者まで多様なユーザに対応できるような音の提示方法を開発する場面で有用である。
【００５４】
実施形態に係る信号処理装置１は、ネットワーク上のサーバとして構成されているため、ユーザは、信号処理装置１を有していなくても、ネットワーク経由で、手軽に模擬難聴を活用することができる。
【００５５】
［８．補聴器］
［８．１  補聴信号処理］
前述の模擬難聴信号処理の一部を変更することで、補聴器で行われる補聴信号処理も実現できる。補聴信号処理は、補聴器に入力された入力信号（音信号）から難聴者に与えられる補聴信号ＳＡＩＤ（ｔ）を生成する処理である。
【００５６】
補聴信号処理を行うには、模擬難聴信号処理において両スペクトログラムＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ），ＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）の比をとる式の分母分子を逆転させればよい。
すなわち、補聴信号処理のためのフィルタ生成処理では、両スペクトログラムＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ），ＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）の比は、ＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ）のＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）に対する比ＲＡＩＤ（τｎ，Ｅｉ）として計算される。計算式は下記のとおりである。
ＲＡＩＤ＿ｒ（τｎ，Ｅｉ）＝ＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ）／ＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）
【００５７】
上記の式で求めたＲＡＩＤ＿ｒ（τｎ，Ｅｉ）を、そのまま、ＲＡＩＤ（τｎ，Ｅｉ）として用いても良いが、ＲＡＩＤ＿ｒ（τｎ，Ｅｉ）を補正してＲＡＩＤ（τｎ，Ｅｉ）とするのが好ましい。
【００５８】
補正のための変換関数をＣ−１とすると、ＲＡＩＤ＿ｒ（τｎ，Ｅｉ）からＲＡＩＤ（τｎ，Ｅｉ）を求める式は、以下で表される。
ＲＡＩＤ（τｎ，Ｅｉ）＝Ｃ−１[Ｒr（τｎ，Ｅｉ）]
【００５９】
変換関数Ｃ−１としては、第一次近似として恒等関数を用いてもよいし、難聴者（補聴音の聴者）の逆圧縮特性を示す関数を用いてもよい。
【００６０】
変換関数Ｃ−１は、生成される補聴信号の精度が高くなるように算出されるものであってもよい。例えば、変換関数Ｃ−１として、適切な関数（初期関数）を設定しておき、以下の１）〜４の処理を繰り返し実行することで、補聴信号の精度を高めても良い。なお、初期関数としては、難聴者の逆圧縮特性を示す関数を用いることができる。
１）変換関数Ｃ−１によって得られたＲ（τｎ，Ｅｉ）を用いて、補聴信号ＳＡＩＤ（ｔ）を生成する。
２）生成された補聴信号ＳＡＩＤ（ｔ）を、難聴者聴覚フィルタバンク１２２に通し、補聴信号ＳＡＩＤ（ｔ）を聞いた難聴者の聴覚的スペクトログラムを得る。
３）上記２で得た難聴者の聴覚的スペクトログラムと、入力信号ｓ（ｔ）を健聴者聴覚フィルタバンク１２１に通して得られた健聴者の聴覚的スペクトログラムＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）と、の誤差を求める。この誤差は、補聴信号ＳＡＩＤ（ｔ）を聞いた難聴者の聞こえ方と、入力信号ｓ（ｔ）を聞いた健聴者の聞こえ方と、の差を示す。
４）上記３で求めた誤差を最小化するように、変換関数Ｃ−１を調整する。
【００６１】
補聴信号処理において、その他の処理は、模擬難聴信号処理と同様である。これにより、模擬難聴信号処理における模擬難聴信号ＳＨＩＳ（ｔ）に代えて、劣化した難聴者の特性を健聴者特性にするために補う補聴信号ＳＡＩＤ（ｔ）が得られる。補聴器に、このような補聴信号処理を行う信号処理装置１を具備させることで、難聴者と健聴者の聴覚特性が反映された補聴器が得られる。
【００６２】
ここで、ＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ）のＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）に対する比を求める際に、雑音除去処理が行われても良い。雑音除去処理としては、例えば、スペクトラム減算法を採用できる。以下、スペクトラム減算法を行ってからＲＡＩＤ（τｎ，Ｅｉ）を求める手法について説明する。
【００６３】
ここでは、入力信号Ｓ（ｔ）には雑音成分ｎ（ｔ）が加算的に重畳しているものとする。また、雑音成分ｎ（ｔ）だけが生じている区間だけの平均的な健聴者ＮＨの聴覚的スペクトログラムＮＮＨ（τｎ，Ｅｉ）がわかっているものとする。この場合、健聴者ＮＨの聴覚的スペクトログラムＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ）から、雑音の聴覚的スペクトログラムＮＮＨ（τｎ，Ｅｉ）をスペクトル減算することにより、健聴者ＮＨの強調された聴覚的スペクトログラムＡＮＨｈ（τｎ，Ｅｉ）が得られる。
【００６４】
強調された聴覚的スペクトログラムＡＮＨｈ（τｎ，Ｅｉ）は、以下の式で求められる。
ＡＮＨｈ（τｎ，Ｅｉ）＝ｍａｘ｛ＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ）−αＮＮＨ（τｎ，Ｅｉ），β｝
ここで、αは減算の度合を示し、βはＡＮＨｈ（τｎ，Ｅｉ）がとりうる最小値を示す。ｍａｘは、最大値を求める関数であり、例えば、ｍａｘ｛ａ，ｂ｝であれば、ａ，ｂのうち大きい方の値が選択される。ｍａｘ関数及びβによって、減算が行われてもＡＮＨｈ（τｎ，Ｅｉ）が最小値βよりも小さくなることが防止される。
【００６５】
ＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ）のＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）に対する比を求める際に、ＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ）に代えて、雑音が除去され強調された聴覚的スペクトログラムＡＮＨｈ（τｎ，Ｅｉ）を用いることで、雑音の影響を低減できる。
【００６６】
［８．３  補聴器の具体的構成］
図６は、信号処理装置１を備えた補聴器１００の一例を示している。この信号処理装置１の処理部１１は、前述の補聴信号処理及び模擬難聴信号処理を選択的に実行することができる。すなわち、この補聴器は、模擬音として補聴音を出力することもできるし、模擬音として模擬難聴音を出力することもできる。
【００６７】
前述のように、補聴信号処理及び模擬難聴信号処理では、両スペクトログラムＡＮＨ（τｎ，Ｅｉ），ＡＨＩ（τｎ，Ｅｉ）の比のとり方が異なる結果、生成される時変フィルタの特性が異なる。そこで、図６の処理部１１は、第１フィルタ生成処理１１１ａ及び第２フィルタ処理生成１１１ｂという２つのフィルタ生成処理を行うことが可能である。
【００６８】
第１フィルタ生成処理１１１ａは、補聴信号ＳＡＩＤ（ｔ）を生成する補聴信号処理のための第１フィルタ（最小位相フィルタｒｍｐ（τｎ，ｔ））を生成する処理である。第２フィルタ生成処理１１１ｂは、模擬難聴信号ＳＨＩＳ（ｔ）を生成する補聴信号処理のための第２フィルタ（最小位相フィルタｒｍｐ（τｎ，ｔ））を生成する処理である。各処理１１１ａ，１１１ｂの詳細は、前述のとおりである。
【００６９】
図６の模擬音生成処理１１２では、図１の模擬音生成処理１１２と同様に、生成されたフィルタを用いて、入力信号から模擬音が生成される。図６の模擬音生成処理１１２では、第１フィルタを用いる場合には、出力信号として補聴信号を生成し、第２フィルタを用いる場合には、出力信号として模擬難聴信号を生成する。
【００７０】
図６の処理部１１は、出力信号の生成に用いられるフィルタを選択するフィルタ選択処理１１３を行う。模擬音生成処理１１２では、フィルタ選択処理１１３により選択されたフィルタを出力信号の生成に用いる。フィルタ選択処理１１３は、補聴器１００に備わった選択部（例えば、スイッチ）１５０のユーザ操作に基づいて行われる。例えば、ユーザが、補聴信号処理が行われるように選択部１５０を操作した場合、フィルタ選択処理１１３では、第１フィルタが選択される。また、ユーザが、模擬難聴信号処理が行われるように選択部１５０を操作した場合、フィルタ選択処理１１３では、第２フィルタが選択される。
【００７１】
図６の補聴器１００によれば、通常の使用時は、難聴者が、補聴信号処理が行われる状態で補聴器１００を装着することで、補聴音を聞くことができる。また、難聴者の家族などが、その難聴者の聞こえにくさを体験したい場合には、選択部１５０を操作して、模擬難聴信号処理が行われる状態で補聴器１００を装着することで、模擬難聴音を聞くことができる。
【００７２】
なお、図６の信号処理装置１に関して、説明を省略した点については、図１の信号処理装置１と同様である。
【００７３】
［９．補聴特性の調整方法］
図７は、模擬難聴信号処理４０１を用いた、補聴器の補聴特性の調整方法を示している。なお、ここでの補聴器は、前述の補聴信号処理を行うものである必要はなく、一般的な従来の補聴器でもよい。
【００７４】
補聴器は、設定された補聴特性４０２ａに基づいて補聴信号処理４０２を行うものである。補聴特性（補聴パラメータ）４０２ａは、個々の難聴者の特性にできるだけ正確に合わせた値に調整されることが望まれる。図７では、補聴特性４０２ａの適切な調整のため、模擬難聴信号処理４０１が用いられる。模擬難聴信号処理４０１は、調整対象の補聴器の使用者である難聴者の聴覚特性が反映された反聴者聴覚フィルタバンク１２２を用いて行われる。
【００７５】
図７に示す調整方法では、入力信号（音信号）が、模擬難聴信号処理４０１によって処理される。模擬難聴信号処理４０１によって入力信号（音信号）から生成された模擬難聴音（模擬難聴信号；第１信号）を、補聴信号処理４０２に与えると、補聴信号処理４０２によって、元の入力信号の再現信号（第２信号）が生成される。
【００７６】
模擬難聴信号処理４０１は、補聴信号処理４０２とは逆の特性を有する処理であるから、補聴特性４０２ａが適切に調整されていれば、再現信号は、元の入力信号と一致するはずである。差分器４０３によって、再現信号の入力信号に対する誤差を求め、その誤差を最小化するように補聴特性４０２ａを調整する補聴特性調整処理４０４を行う。これにより、入力信号と再現信号とができるだけ一致するように補聴特性４０２ａが調整される。
また、模擬難聴信号処理４０１が、本実施形態の模擬難聴信号処理である場合、難聴者の聴覚特性がより正確に反映されるため有利である。
【００７７】
図７では、模擬難聴信号処理４０１、補聴信号処理４０２の順で処理が行われるが、入力信号に対してまず補聴信号処理４０２を行って、補聴信号処理４０２によって得られた第１信号に対して模擬難聴信号処理４０１を行って再現信号（第２信号）を得ても良い。
【００７８】
なお、図７の補聴信号処理４０２は、調整対象の補聴器によって行われても良いし、図７に示す全ての処理が行える信号処理装置１によって行われても良い。前者の場合、補聴信号処理４０２を除く図７に示すよりが信号処理装置１によって行われる。後者の場合、補聴器を用いることなく補聴特性が調整されるため、信号処理装置１によって調整された補聴特性が、後ほど補聴器に設定される。
【００７９】
［１０．付言］
本発明は、前述の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１  信号処理装置
２  ネットワーク
３  端末装置
５  入力信号
６  出力信号
１１  処理部
１２  記憶部
１００  補聴器
１１１  フィルタ生成処理
１１１ａ  第１フィルタ生成処理
１１１ｂ  第２フィルタ生成処理
１１２  模擬音生成処理
１１３  フィルタ選択処理
１２１  健聴者聴覚フィルタバンク
１２２  難聴者聴覚フィルタバンク
１５０  選択部
３０１  差分を求める処理
３０２  周波数変換処理
３０３  時変フィルタ生成処理
４０１  模擬難聴信号処理
４０２  補聴信号処理
４０２ａ  補聴特性
４０３  差分器
４０４  補聴特性調整処理
【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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