(57)【要約】【課題】従来の電気人工喉頭においては、電気人工喉頭から発せられる音声が単調で機械的であることや、原音を作る振動体から外界に放出される振動音が大きく周囲の人に違和感をあたえるなどの問題があった。【解決手段】本発明は、原音を作る振動体と、構音動作をすることによって作り出される話声を集音するマイクロホンと、マイクロホンが集音した話声に音声加工を加える音声処理を行う音声処理部と、音声処理部が音声処理した結果である話声を送出するラウドスピーカーを具備する電気人工喉頭であり、音声処理部で音声加工をすることによって声質に自然性をもたせるなど好ましい音質にすることができ、かつ、音声処理部で音量の調節ができるので、振動体で大きい振動音を作る必要がない。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原音を作る振動体と、構音動作をすることによって作り出される話声を集音するマイクロホンと、前記マイクロホンが集音した話声に音声加工を加える音声処理を行う音声処理部と、前記音声処理部が音声処理した結果である話声を送出するラウドスピーカーを具備する電気人工喉頭。
【請求項２】
前記振動体が作る原音の音圧を制御する機構、または／および前記振動体の周波数または／および波形を制御する機構をさらに具備する請求項1記載の電気人工喉頭。
【請求項３】
前記マイクロホンは、外耳道内留置型マイクロホンまたは接触型マイクロホンである請求項１または請求項２いずれか記載の電気人工喉頭。
【請求項４】
前記音声処理部は、前記マイクロホンが集音した話声から構成される音声情報を、デジタル信号処理またはアナログ信号処理によって、音声スペクトルを変更する音声処理を行う請求項１から請求項３いずれか記載の電気人工喉頭。
【請求項５】
前記音声処理部は、前記マイクロホンが集音した話声から構成される音声情報を、デジタル信号処理またはアナログ信号処理によって、音圧や周波数を調整する音声処理を行う請求項１から請求項３いずれか記載の電気人工喉頭。
【請求項６】
前記振動体、前記マイクロホン、前記音声処理部、前記ラウドスピーカーの全部または一部を体内に埋め込んで使用する請求項１から請求項５いずれか記載の電気人工喉頭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、喉頭癌等の理由により喉頭を摘出し、発声不能となった障害者に対し、発声を可能にするための発声補助器具の一つである、電気人工喉頭等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
喉頭癌等で喉頭摘出術を受けた発声障害者の代用発声法として、手術によって音声を創出する方法、食道発声、笛式人工喉頭、電気人工喉頭などが実用に供されている。このうち電気人工喉頭を使用する人は多いが、健常者のように、発声の内容にあわせて基本周波数や音量を変化させ、これによってアクセントやイントネーションを表現することは困難なため、単調で機械的な音声となっている。また、十分な音量を得るためには、振動体の出力を大きくする必要があり、この振動音が周囲の人に違和感を与える大きな要因となっている。
【０００３】
つまり、人工喉頭の一般的な課題は、健常者のような自然な話声を作り出すことである。そして、不自然な話声の第一の要因は、電気人工喉頭から発せられる音声が単調で機械的であることである。不自然な話声の第二の要因は、原音を作る振動体から外界に放出される振動音が大きく周囲の人に違和感を与えることである。
【０００４】
第一の従来技術として、音響変換器から発生する音の断続とその基本周波数の可変、あるいは、音響変換器から発生する音の断続とその音量の可変、あるいは、それらの全てを単一の操作で可能とした電気人工喉頭がある（特許文献１参照）。
第二の従来技術として、自然に聞こえる人工的な人間の音声トーンを、口腔内に設置された拡声器スピーカーを含むユニットを音源として提供するように意図された電気人工喉頭がある（特許文献２参照）。
上記不自然な話声の第一の要因である音声が機械的で単調である点について、第一および第二の従来技術が提案された。
【特許文献１】特許公開平８−２６５８９１（第１頁、図１等）
【特許文献２】特許公表平８−５０１９５０（第１頁、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、第一および第二の従来技術において、基本周波数や音量の可変を振動体など音源の部分で行う。この方式では、振動という物理的な運動を制御することしかできないので、音声スペクトルを自在に制御して障害者の元来の声質を再現したり、障害者の好みの声質にしたりするなどの細かい調整は困難である。なお、過去のすべての人工喉頭は第一、二の従来技術と同様に、振動体など原音を作成する音源において音声の調整を行う方式をとっている。
【０００６】
また、原音を作る振動体から放出される振動音の制御については、会話の相手に話声を伝えるためには一定以上の音量が必要であり、この音量を得るためには、相当大きい振動を必要とする。現在市販されている電気人工喉頭および第一、第二の従来技術における人工喉頭は、振動体等からでる振動エネルギーによって音量を確保しているので、振動音の大きさを小さくすることはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するための第一の発明は、原音を作る振動体と、構音動作をすることによって作り出される話声を集音するマイクロホンと、マイクロホンが集音した話声に音声加工を加える音声処理を行う音声処理部と、音声処理部が音声処理した結果である話声を送出するラウドスピーカーを具備する電気人工喉頭である。
【０００８】
具体的には、本発明における電気人工喉頭では、声帯振動の代わりとなる振動体によって発生させた振動を口腔内に伝え、舌や口、口唇の位置や形を変えることによって構音を行ない、発生した話声をマイクロホンで集音する。次いで、集音された話声は音声処理部で音声スペクトルの変更や、音圧、周波数の調整などの音声加工が施され、ラウドスピーカーに送出される。本発明によれば、構音された後の音声情報を音声処理部で処理するので、音声加工によって好みの声質に変更を行うことが容易で、かつ、話声の音量は振動体部ではなく、音声処理部で大きくされるなど調節されてラウドスピーカーに送られるので、振動体から大きな振動エネルギーを出す必要がない。
なお、上記の電気人工喉頭において、マイクロホンは、外耳道内留置型マイクロホンまたは接触型マイクロホンが好適である。
【０００９】
また、第二の発明は、第一の発明の電気人工喉頭に対して、振動体が作る原音の音圧を制御する機構、または／および振動体の周波数または／および波形を制御する機構をさらに具備する電気人工喉頭である。振動体が作る原音の音圧を制御する機構を有する電気人工喉頭によれば、外部に振動音を放射してそばにいる人に違和感を与えず、かつ、十分振動が口腔内に伝わる音圧に制御できる電気人工喉頭が実現できる。また、振動体の周波数または／および波形を制御する機構を具備する電気人工喉頭によれば、適宜、使用者に適した原音の周波数や波形に調整できる。
【００１０】
第三の発明は、電気人工喉頭を構成する振動体、マイクロホン、音声処理部、ラウドスピーカーの全部または一部を体内に埋め込んで使用する電気人工喉頭である。かかる電気人工喉頭によれば、より効率的に振動の伝播ができ、またより効率的に口腔内で構音された話声の集音が可能である。また、手で機器を保持する必要がなく、両手が使える。さらに、振動体の振動は使用者がほとんど感じない程度に微少なものとすることができるので、体内で振動体が振動していることの違和感はない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の電気人工喉頭によれば、音声加工が容易なため、自然な音声が生成され、また周囲に大きな振動音を放出することなく音声障害者が音声コミュニケーションをとることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の電気人工喉頭の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施の形態の説明において、同じ構成要素には同じ番号を付与し、再度の説明を省く場合がある。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態に係る電気人工喉頭１０を含み、かつ、音声の流れの一例を示すブロック図である。電気人工喉頭１０は、振動体１２、マイクロホン１７、音声処理部１８、ラウドスピーカー１９を有する。なお、皮膚１３、口腔１４、口唇・皮膚・外耳道１６は、話者の体の一部である。
振動体１２は、圧電式発音体又は電子式発音体などが使用可能であるが、その他の機構による振動体でもよい。振動体１２は、通常、電気人工喉頭のスイッチのオン、オフのボタンを備える。
【００１４】
マイクロホン１７は、外耳道内留置型のマイクロホン、皮膚に接触して使用する接触型マイクロホン（骨伝導マイクロホンとも呼ばれる）、口唇の近傍に指向性マイクロホンなどが使用可能である。ただし、マイクロホン１７は、その他の種類のマイクロホンでもよい。
【００１５】
音声処理部１８は、マイクロホン１７が集音した話声に音声加工を加える音声処理を行う。具体的には、音声処理部１８は、マイクロホン１７が集音した話声から構成される音声情報を、デジタル信号処理またはアナログ信号処理によって、音声スペクトルを変更する音声処理を行う。また、音声処理部１８は、マイクロホン１７が集音した話声から構成される音声情報を、デジタル信号処理またはアナログ信号処理によって、音圧や周波数を調整する音声処理を行っても良い。ここで、音声処理の方法として２種類がある。第一の方法は、図示しないトリマー（または、「調節つまみ」とも言う。）によってリアルタイムに行うもので、第二の方法はその障害者個人の希望に応じてあらかじめ設定された音声処理を行うものである。第一の方法としては、音の断続、音量、音声の周波数（男声、女声、声質の高低）などを調整することが上げられる。ただし、音量や音声の周波数は、必ずしも、その都度トリマーで調節する必要はなく、トリマーを電気人工喉頭の内部に格納されている方式でもよい。音の断続を操作する機構は振動体に付属させ、これを主に用いてもよい。これらの制御をリモートコントロールで行えるような方式でも良い。リモートコントロール装置は振動体１２に付属していてもよいし、別になっていてもよい。第二の方法としては、障害者の喉頭摘出前の音声に近似の音声スペクトルが再現されるように音声処理を行ったり、障害者の好みの音声スペクトルになるように音声処理を行ったり等がある。音声処理にはデジタル信号処理技術が使用できる。これら音声のスペクトル変換など、声質変換の技術は公知技術であるので、詳細な説明は省略する。音声処理部１８の位置は、マイクロホン１７等の位置によって変わってくるが、着衣のポケットの中、専用のホルダーを装用する、振動体の近傍または振動体と一体、マイクロホンやスピーカーの近傍やそれらと一体などが可能である。マイクロホンやスピーカーとは有線や無線、赤外線等で情報の伝達を行うか、または一体となっている必要がある。音声処理部１８は、通常、ＭＰＵと上記音声処理を行うプログラムが格納されたＲＯＭ等で実現される。ＲＯＭに格納されたプログラムがＭＰＵに読み込まれ、音声処理が行われる。
【００１６】
ラウドスピーカー１９は、音声処理部１８が音声処理した結果である話声を送出する。ラウドスピーカー１９の位置は、振動体の近傍、マイクロホンの近傍、音声処理部の近傍や、胸ポケットの中、専用ホルダーの中など種々の場所が可能である。また、障害者の状況等に応じて指向性のスピーカーの使用が望ましい場合もある。
【００１７】
以下、本電気人工喉頭１０の動作について説明する。まず、振動体１２によって振動を発生させる。振動体１２で発生させた振動が頸部または顔面等の皮膚１３を通り口腔１４内に達する。口腔１４内に伝わった振動が話者の舌や口の形等によって任意の音声に構音１５される。つまり、話者が舌または／および口または／および口唇の位置や形を変える構音動作を行うことにより、話声が構音される。構音された話声は口唇１６部から口腔外に伝わったり、外耳道内１６や皮膚１６に伝わりマイクロホン１７によって集音されたりする。集音された音は電気信号に変換され、音声処理部１８に無線または有線で送られる。音声処理部１８で会話にちょうど良い音量や音質、音声スペクトルに調整され、ラウドスピーカー１９に送られ、音声が外界に放出される。
【００１８】
図２は、電気人工喉頭の使用例を示す図である。図２において、頸部に振動体２２、外耳道内にマイクロホン２３、胸ポケット内に音声処理部２４とラウドスピーカー２５を装着している。手で保持された振動体２２を頸部に圧着し、振動体２２にあるスイッチボタン２６を押すと振動が始まる。振動の大きさは外部に振動音が聞こえない程度に小さく調整しておく。振動は口腔内に伝えられ、口唇、舌などの運動（かかる運動を「構音動作」という。)によって話声が構音される。この話声を外耳道内２１にあるマイクロホン２３で集音する。集音された話声は電気信号に変換され胸ポケットの音声処理部２４に無線２７で送られる。音声処理部２４で話の相手が聞きやすい音量や、障害者の好みの声質、音声スペクトルに調整されて、音声処理部２４と一体となっているラウドスピーカー２５に送られ、外界に話声が放出される。なお、本例では、マイクロホン２３は外耳道内留置型を用い、音声処理部２４とラウドスピーカー２５は胸ポケットに装着する場合を示したが、マイクロホン２３や音声処理部２４、スピーカー２５の位置は本例に拘束されるものではない。また、マイクロホン２３から音声処理部２４へ無線２７で情報を送っているが有線でもよい。無線通信手段は、赤外線通信手段でもよい。マイクロホン２３は通常型マイクロホン、指向性マイクロホン、接触型マイクロホンなどが使用可能で、音声処理部２４やラウドスピーカー２５の位置は頸部、下顎部などが可能であるが、その他の部位でもよい。
【００１９】
図３は、別の電気人工喉頭の使用例を示す図である。ここでは、振動体２２は頸部バンド３０によって頸部に圧着し、マイクロホン３１は接触型マイクロホンを使用して頸部におき、音声処理部２４とラウドスピーカー２５も頸部にある。マイクロホン３１と音声処理部２４、ラウドスピーカー２５は一体となっており、頸部バンドで固定されている。本例では、振動体２２、マイクロホン３１、音声処理部２４、ラウドスピーカー２５を頸部バンド３０で固定しているが、振動体２２を手で保持しても良いし、マイクロホン３１等を手で保持してもよい。いろいろなバリエーションが可能で、その組み合わせは本実施例に拘束されるものではない。
【００２０】
図４は、振動体２２とマイクロホン４１を頸部に埋め込んで使用する場合の使用例である。ここで、振動体２２は頸部で振動を最も口腔内に伝えやすい部位に埋め込まれている。また、振動体２２に電磁誘導によって電源を供給するための誘導コイル４３が胸部に埋め込まれている。振動体２２とコイル４３を結ぶ電線４２も同時に皮下や筋肉下に埋め込まれている。埋め込み用マイクロホン４１は口腔内で構音された話声を最も集音できる部位に埋め込まれている。マイクロホン４１に電源を供給するための誘導コイル４３と電線４２も同時に埋め込まれている。埋め込み手術は、喉頭摘出術と同時でもよいし、後日に行っても良い。誘導コイル４４は体外にあり、埋め込まれた体内の誘導コイル４３と一対をなして、対内部に電源を供給する。なお、体内の誘導コイル４３を、適宜、体内側誘導コイルといい、対外の誘導コイル４４を、適宜、体外側誘導コイルという。
【００２１】
音声処理部２４とラウドスピーカー２５や電池は、胸ポケットなど体外にあり、体外側誘導コイル４４と近接して設置される。マイクロホン４１で集音された話声の情報は無線２７で音声処理部２４に送られる。音声障害者はリモートコントローラー４５でシステム全体のスイッチや振動体のスイッチ、音声処理部２４の機能を操作する。
【００２２】
以上、本実施の形態における電気人工喉頭では、振動体の振動エネルギーによって音量を確保するのではないので、不自然に大きな振動音が出ない。また、振動体を調整することによって声質を変更するのではなく、構音された話声に音声加工を加えるので、よりよい声質が実現できる。
また、図２の使用形態においては、手で保持するのは現在の電気人工喉頭と同じ振動体のみでよく、使用の要領は現状と同じで、障害者に余分の負担を強いることはない。
また、図３の使用形態では、機器を手で保持しないので両手が使える。本発明では、大きな振動エネルギーが口腔内に伝わる必要性がないので、振動体の皮膚への圧着は軽くてよく、頸部バンドで十分に圧着できる。
【００２３】
また、図４の使用形態においては、振動体とマイクロホンが体内に埋め込まれており、より効率的に振動の伝播ができ、またより効率的に口腔内で構音された話声の集音が可能である。また、手で機器を保持する必要がなく、両手が使える。喉頭摘出術を行うときに同時に埋め込めば、ほとんど余分の労力を要さずに施術できる。また、喉頭摘出術を行った後日に埋め込み術を行う場合も、簡単な手術で行え、入院の必要もない。本発明によれば、振動体の振動は使用者がほとんど感じない程度に微少なものとすることができるので、体内で振動体が振動していることの違和感はない。
【００２４】
なお、本実施の形態における電気人工喉頭は、振動体１２が作る原音の音圧を制御する機構を備えることが好適である。かかる音圧制御機構により、外部に大きな振動音を放出して周囲の人に違和感を与えることがない程度に小さい振動音にできる。
【００２５】
また、本実施の形態における電気人工喉頭は、振動体１２の周波数を制御する機構である周波数制御機構を具備することが好適である。かかる周波数制御機構により、原音の使用周波数は、個々の障害者にとって最も話声を構音するのに最適な周波数や波形が選べる。また、使用周波数は複数であってもよい。
なお、近くにいる人に振動音をまったく感じさせることがない小さいレベルの振動を口腔内に伝え、構音された話声をマイクロホンで集音し、スピーカーから音声として聴取できることを実験的に確認している。
【００２６】
また、本実施の形態における電気人工喉頭は、振動体、マイクロホン、音声処理部、ラウドスピーカーの４つのパーツからなっているが、それぞれは小型化が可能であるため、上述したように、体内に埋め込んで使用することができる。
【００２７】
具体的には、電気人工喉頭は、音圧増大などの調整は音声処理部でなされるので、振動エネルギーは小さくてよい。従って、振動体を頸部皮下や筋肉内など体内に埋め込むのに適した小型とすることができる。小型の振動体はすでに実用化されており、公知の技術であるので詳細は省略する。その他のパーツにおいても、公知の技術で体内に埋め込むことが可能な小型化がなされている。すべてのパーツを埋め込んでもよいし、例えば振動体のみ埋め込むなど一部を埋め込んでもよい。埋め込んだパーツに対する電源の供給は電磁誘導で行う。電源の供給方法には、体外にある電気を供給する側から皮膚を通して直接電磁誘導でパーツに電気を供給する方法と、二次電池を同時にパーツ近傍に埋め込み電磁誘導で二次電池に電気を供給する方法がある。直接電磁誘導で電気を供給する場合は、必ずしも振動体など電気を供給しようとする当該パーツと供給元の装置が相対している必要はない。当該パーツに付属の電線を同時に埋め込み、電磁誘導で電気を供給するのに適した位置まで引いてきて、そこで電気の供給をうけることもできる。例えば、振動体と電線、ならびに振動体がついているのと反対側の電線の端に連結された誘導コイルを皮下等に埋め込む。誘導コイルは胸部付近皮下に配置し、電気を供給する側のコイルを相対する位置に設置されたホルダーやポケット等に納めるなどが可能である。埋め込むパーツは人体に悪影響のない材質である必要がある。特に、二次電池を埋め込む場合は、樹脂等で密閉するなどの対策が必要である。これら電源の供給を必要とする体内埋め込み型の医療用具は、心臓ペースメーカー、人工内耳、人工中耳で実用化されており、公知技術であるので詳細な説明は省略する。なお、埋め込まれたパーツの制御は上述した通り、リモートコントローラーで行う。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、喉頭摘出者など音声によってコミュニケーションが行えない人を対象にしている人工喉頭の性能を飛躍的に発展させることができ、障害者の社会復帰に大いに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る音声の流れを示したブロック図
【図２】本発明の実施の形態における電気人工喉頭の使用例を示す図
【図３】本発明の実施の形態における電気人工喉頭の使用例を示す図
【図４】振動体とマイクロホンを頸部に埋め込んで使用する場合の電気人工喉頭の使用例を示す図
【符号の説明】
【００３０】
１０  音声入力装置
１２、２２  振動体
１３  皮膚
１４  口腔
１５  口腔内にて行なわれる構音
１６  口唇、皮膚、外耳道内
１７  マイクロホン
１８、２４  音声処理部
１９、２５  ラウドスピーカー
２１  外耳道内
２３  外耳道内留置型マイクロホン
２６  スイッチ
２７  無線
３０  頸部バンド
３１  接触型マイクロホン
４１  埋め込み用マイクロホン
４２  電線
４３  体内側誘導コイル
４４  体外側誘導コイル
４５  リモートコントローラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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