(57)【要約】【課題】  装着状態が変動したときに生じるハウリングを抑止することができる集音器を提供する。【解決手段】  マイクロホンと、マイクロホンに集音された音を出力するスピーカーと、スピーカーから出力された音がマイクロホンに集音されて発生するハウリングを抑止するハウリング抑止手段と、を有し、ハウリング抑止手段が、マイクロホンに集音された音の周波数帯域のうち特定の周波数帯域以外の周波数に対応する信号を遮断するバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタから出力される信号のゲインを一定に調整するゲイン調整手段と、マイクロホンに集音された音の周波数帯域に対応する信号からバンドパスフィルタから出力される信号を減算して出力する減算手段と、ゲイン調整手段から出力される信号と上記減算手段から出力される信号を加算して出力する加算手段と、を有してなる集音器による。【選択図】図１
2012231203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロホンと、
上記マイクロホンに集音された音を出力するスピーカーと、
上記スピーカーから出力された音が上記マイクロホンに集音されて発生するハウリングを抑止するハウリング抑止手段と、を有してなる集音器であって、
上記ハウリング抑止手段は、
上記マイクロホンに集音された音の周波数帯域のうち特定の周波数帯域以外の周波数に対応する信号を遮断するバンドパスフィルタと、
上記バンドパスフィルタから出力される信号のゲインを一定に調整するゲイン調整手段と、
上記マイクロホンに集音された音の周波数帯域に対応する信号から上記バンドパスフィルタから出力される信号を減算して出力する減算手段と、
上記ゲイン調整手段から出力される信号と上記減算手段から出力される信号を加算して出力する加算手段と、を有してなることを特徴とする集音器。
【請求項２】
上記バンドパスフィルタにより遮断される信号に対応する周波数を選択させる遮断周波数選択手段を有する請求項１記載の集音器。
【請求項３】
上記加算手段から出力される信号のうち所定の大きさを超えるピーク信号が発生する周波数帯域を検出するハウリング検出手段と、
上記ハウリング検出手段が検出した周波数帯域の上限と下限に応じて上記バンドパスフィルタにより遮断される信号に対応する周波数を決定する遮断周波数決定手段と、
上記決定された周波数に応じて上記バンドパスフィルタが遮断する音声信号に対応する周波数を変更する遮断周波数変更手段と、を有する請求項１記載の集音器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耳に装着した状態で外部の音を集音するマイクロホンと、マイクロホンが集音した音を増幅して内耳に向けて放音するスピーカーと、を有してなる集音器であって、特に、装着状態が変動したときに生じるハウリングを抑止することができる集音器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
外部の音を集音し電気信号として出力するマイクロホンと、マイクロホンから出力される電気信号を増幅して出力する増幅器と、増幅された電気信号を音響信号に変換して鼓膜に向けて放音するスピーカーと、を一体に備えてなる集音器が知られている。このような集音器は、利用者の外耳道に装着して用いる。
【０００３】
利用者の外耳道に装着された集音器は、ハウリングを防止するために、スピーカーからの放音口の先端にイヤーチップを装着し、スピーカーから放音された音が外耳側に漏れないようする必要がある。なぜならば、一旦、スピーカーから放音された音を、再度マイクロホンで集音されてしまうと特定の周波数帯域に対応する信号の出力が大きくなりすぎてハウリングが生じるからである。ハウリングは、集音器本体やスピーカーとマイクロホンの音響特性によって、その周波数が異なる。
【０００４】
通常の姿勢では密着状態が維持されていても、利用者が装着中に姿勢を変化させたときや、電話をするため受話器を耳に当てたときなど、外耳道の形状等に変化が生じたときには、イヤーチップと外耳の隙間が生じ、上記のようにハウリングの原因となる。このようなハウリングは、特定の周波数帯域の信号のゲインが大幅に大きくなりすぎることが原因であるから、利用者に不快感を与えるばかりではなく、利用者の鼓膜を痛める場合もある。
【０００５】
そこで、前述の隙間が生じたときには動作をしないように、装着状態を押圧スイッチによって検出し、しっかり装着されていてハウリングが生じない状態のときにのみ集音動作をする集音器が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００６】
特許文献１の集音器は、ハウリングが発生しそうな状態になると動作を自動的に停止するので、ハウリングを抑制する方法として有効ではある。しかし、自動的に停止しているときは、外部の音が集音されず、聞こえづらくなるので、利用者にとっては不便である。
【０００７】
そこで、動作を停止することなく、ハウリングを抑止する方法として、ハウリングを検知する手段と、検知したハウリングの周波数帯域の信号のみを遮断するノッチフィルタと、を有する補聴器が知られている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００８】
特許文献２の補聴器は、出力信号を監視してハウリングの発生を検知してハウリングの周波数を特定し、特定された周波数帯域のみにおいて出力を低下させるノッチフィルタを動作させ、これによって、ハウリングを抑止するものである。
【０００９】
ハウリングは、使用環境によって様々な周波数で発生するものであるから、特許文献２の補聴器は、様々な環境で発生する可能性があるハウリングの周波数の数を予め想定し、その想定された数に対応し得るノッチフィルタを予め備える必要がある。また、検知したハウリングの周波数から対応するノッチフィルタを選択する手段も必要となる。このように特許文献２の補聴器は構成が複雑になり、また動作に用いる構成も多くなる。よって特許文献２の補聴器のような処理を行う回路の消費電力は大きくなる。
【００１０】
また、特許文献２の補聴器のような複雑な構成を用いるのではなく、ハウリングが発生したときに、スピーカーからの出力を自動的に低減させれば、ハウリングを自動的に抑止することはできる。しかし、スピーカーから出力される音が全体的に小さくなるため、利用者にとっては聞きたい音が聞こえづらくなり、集音器の本来の目的を阻害することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−１１５０１０号公報
【特許文献２】特開平５−２０７５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたものであって、外耳道に装着されている集音器の装着状態の変動によって生じるハウリングを抑止することができる集音器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は集音器に関するものであって、マイクロホンと、マイクロホンに集音された音を出力するスピーカーと、スピーカーから出力された音がマイクロホンに集音されて発生するハウリングを抑止するハウリング抑止手段と、を有してなる集音器であって、ハウリング抑止手段は、マイクロホンに集音された音の周波数帯域のうち特定の周波数帯域以外の周波数に対応する信号を遮断するバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタから出力される信号のゲインを一定に調整するゲイン調整手段と、マイクロホンに集音された音の周波数帯域に対応する信号からバンドパスフィルタから出力される信号を減算して出力する減算手段と、ゲイン調整手段から出力される信号と減算手段から出力される信号を加算して出力する加算手段と、を有することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ハウリングが生じた周波数帯域の信号のみゲインを低減させる一方で、その他の周波数帯域の信号のゲインは維持するので、ハウリングを抑止しつつ、動作を継続させ、より明瞭に外部音を聞きやすくすることができる。
【００１５】
また、ハウリング抑止手段を、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）によって実現することで、消費電力が低く、性能が低いＤＳＰを用いても高い抑止力を発揮するハウリング抑止手段と備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る集音器の一実施例を示す機能ブロック図である。
【図２】上記集音器に含まれるハウリング抑止手段の一実施例を示す機能ブロック図である。
【図３】上記集音器に含まれるハウリング抑止手段の別の実施例を示す機能ブロック図である。
【図４】上記集音器に含まれるハウリング抑止手段のさらに別の実施例を示す機能ブロック図である。
【図５】上記集音器に含まれるハウリング抑止手段のさらに別の実施例を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る集音器の実施例について、図面を参照しながら説明をする。図１は本発明に係る集音器の例を示す機能ブロック図である。図１において集音器１は、ハウリング抑止手段１０と、マイクロホン２０と、増幅器３０および４０と、スピーカー５０と、を有してなる。
【００１８】
ハウリング抑止手段１０は、スピーカー５０から放音された音の一部が符号６０に示すようにマイクロホン２０に回り込むことで生じるハウリングを低減化させる手段である。ハウリング抑止手段１０の詳細な構成は後述する。
【００１９】
マイクロホン２０は、外部の音を集音し電気信号に変換して出力する電気音響変換器である。マイクロホン２０は、集音器１の図示をしない筐体から外側に向けて配置されている。また、マイクロホン２０は、外部の音を効果的に集音するため、利用者の外耳道の外側に位置するように調整されている。
【００２０】
増幅器３０は、マイクロホン２０から出力された電気信号を所定の増幅度をもって増幅し、ハウリング抑止手段１０への入力信号を出力する、いわゆるアンプである。
【００２１】
増幅器４０は、ハウリング抑止手段１０からの出力信号によってスピーカー５０を駆動するために、所定の増幅度をもって増幅して、スピーカー５０に向けて出力する、いわゆるアンプである。
【００２２】
スピーカー５０は、マイクロホン２０が集音した音に対し、ハウリング抑止手段１０が所定の信号処理を施したものを音として出力する電気音響変換器である。スピーカー５０の放音面は、利用者の外耳道の内部に配置され、鼓膜に向かうように構成されている。
【００２３】
次に本発明に係る集音器が有するハウリング抑止手段について、詳細な説明をする。図２は、ハウリング抑止手段１０の構成の例を示す機能ブロック図である。ハウリング抑止手段１０は、デジタル信号処理装置（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ、以下「ＤＳＰ」という。）のハードウェア資源上で動作するソフトウェアによって実現される。よって、ハウリング抑止手段１０が有する各手段は、ＤＳＰのハードウェアとソフトウェアの協働によって実行される処理モジュールである。
【００２４】
図２においてハウリング抑止手段１０は、バンドパスフィルタ１１と、ＡＧＣ（Ａｕｔｏ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｏｒｏｌ）１２と、演算手段１３と、演算手段１４と、を有してなる。なお、入力信号ｘ（ｔ）は、増幅器３０から出力された電気信号を図示しないＡ／Ｄ変換器によりアナログ−デジタル変換をし、生成されたデジタル信号である。また、演算手段１４から出力される出力信号（（ｘ（ｔ）−ｂ（ｔ））＋ｃ（ｔ）はデジタル信号であるから、図示しないＤ／Ａ変換器によりデジタル−アナログ変換を行って、アナログ信号に変換された後に、増幅器４０へと出力される。
【００２５】
バンドパスフィルタ１１は２つのカットオフ周波数の間の周波数帯域（以下、「通過周波数帯域」という。）に含まれる信号のみを出力するフィルタである。換言すれば、下限のカットオフ周波数よりも低い周波数の信号と、上限のカットオフ周波数よりも高い周波数の信号と、を遮断し、入力信号から通過周波数帯域の信号を分離するフィルタである。
【００２６】
バンドパスフィルタ１１の周波数帯域は、予めハウリングが発生しやすい周波数帯域を推測して、設定されている。ハウリングが生じているとき、入力信号ｘ（ｔ）に含まれる特定の周波数の信号のゲインが大きくなっているので、その特定の周波数を含む周波数帯域を通過周波数帯域とすることで、そのハウリングを起こさせている信号成分のみを、入力信号から分離させることができる。
【００２７】
バンドパスフィルタ１１の周波数帯域は、集音器１の筐体等の音響特性に応じて最適なカットオフ周波数を設定すればよい。集音器１の筐体等の音響特性はできるだけ通常の人の声の帯域よりも高い周波数でハウリングが発生するように設定することが望ましく、このように設定された筐体を使用した場合のバンドパスフィルタ１１のカットオフ周波数は、たとえばバンドパスフィルタ１１の下限のカットオフ周波数を８００Ｈｚや１ｋＨｚ以上に設定し、上限のカットオフ周波数を５ｋＨｚや１０ｋＨｚにすると良い。
【００２８】
上記のようにカットオフ周波数が設定されたバンドパスフィルタ１１を通過した信号ｂ（ｔ）は、ハウリングが発生しやすい帯域の信号のみからなる信号（以下、「ハウリング信号」という。）である。よって、バンドパスフィルタ１１は、入力信号ｘ（ｔ）からハウリング信号を分離する処理を行っている。
【００２９】
ＡＧＣ１２は、ハウリング信号ｂ（ｔ）のゲインを調整して、信号ｃ（ｔ）を出力するゲイン調整手段である。ＡＧＣは「オートゲインコントロール」の略称であるが、一般に用いられるオートゲインコントロールは、出力のゲインを一定に保つために、入力が小さすぎれば増幅し、入力が大きすぎれば低減させる処理を行う。
【００３０】
ＡＧＣ１２は、一般的なものとは異なり、閾値を超えた信号のゲインを低減させ、閾値よりも低いときにゲインを上げる処理はしない。言うなればリミッターとして動作するものである。ＡＧＣに入力される信号はハウリング信号ｂ（ｔ）であるから、ＡＧＣ１２によってハウリング信号ｂ（ｔ）に含まれる周波数のうち、閾値を超えている周波数の信号はゲインが閾値に制限され（大きすぎる部分はカットされ）、それ以外の周波数を制限するために低下させたゲインの分だけ下げられる。言い換えれば、バンドパスフィルタ１１によって取り出されたハウリングを生じている周波数帯域のゲインをハウリングの量により低減させる処理が行なわれる。
【００３１】
ＡＧＣ１２のゲイン調整処理は、マイクロホン２０が集音した外部音がスピーカー５０から出力されるまでの間にタイムラグが生じないように、高速に処理をすることが求められる。そこで、本実施例に係るハウリング抑止手段１０におけるＡＧＣ１２は、従来のＡＧＣ処理に比べて演算処理の回数を大幅に減らしながらも同じ効果を発揮する演算処理を行うことで、実用的なハウリング抑止処理を実現することができるように構成されている。
【００３２】
ここで、ＡＧＣ１２が行う信号処理の詳細について説明をする。従来のＡＧＣ処理は、入力信号ｂ（ｔ）に対して以下の式１による演算処理を行い、出力信号ｃ（ｔ）を算出している。
（式１）
2012231203.tif 000003
ここで、Ａ０は、予め設定した閾値であってし、Ａｖｇ（ｔ）は入力信号ｂ（ｔ）の実効値である。式１に示すように、ＡＧＣ処理を行うには、入力信号ｂ（ｔ）の実効値Ａｖｇ（ｔ）を算出しなければならない。
【００３３】
Ａｖｇ（ｔ）は以下の式２によって算出される。
（式２）
2012231203.tif 000004
式２において、Ｔはサンプリング周波数、Ｎはデータ収集個数である。一般に、Ｎは１００から５００個であるから、実効値Ａｖｇ（ｔ）を算出するには、相当の回数の演算処理を要する。この演算を効率的に処理しなければ、信号処理に遅れが生じることになるので、ＤＳＰの動作周波数を高くしなければ、ハウリングを抑止するための演算処理には間に合わない。そこで、上記の式１と式２を用いて行う従来のＡＧＣ処理では、演算処理量が多いためにＤＳＰの消費電力が大きくなる。
【００３４】
そこで、本実施例に係るＡＧＣ１２は、上記式２の代わりに等価式である式３を用いてＡＧＣ処理の高速化を図っている。
（式３）
2012231203.tif 000005
式３を用いることによって、演算回数を減らすことができ、ＤＳＰの性能が低くても、ＡＧＣ１２において高速でＡＧＣ処理を行うことができる。例えば、サンプリング周波数を４８０００、係数Ｎを１００とした場合、前述した式（２）を用いた演算の回数は、乗算が１００回、加減算が１００回、除算が１回となる。これに対して、式（３）を用いた演算の回数は、乗算が２回、加減算が３回である。このように、本実施例に係るＡＧＣ１２は、従来の演算処理に比べて、少ない演算回数で同等の演算処理を行うことができる。
【００３５】
図２に戻る。演算手段１３は、入力信号ｘ（ｔ）からハウリング信号を減算する処理を行う。演算手段１４は、ＡＧＣ１２から出力された信号ｃ（ｔ）と演算手段１３からの信号（ｘ（ｔ）−ｂ（ｔ））を加算する処理を行う。すなわち、ハウリング抑制手段１０の出力信号は（ｘ（ｔ）−ｂ（ｔ））＋ｃ（ｔ））となる。
【００３６】
ハウリング抑制手段１０によって、入力信号ｘ（ｔ）に含まれるハウリング信号ｂ（ｔ）を、バンドパスフィルタ１１によって生成し、生成されたハウリング信号ｂ（ｔ）を入力信号から減算している。この段階で、ハウリングを起こす周波数帯域は取り除かれているが、ハウリング信号ｂ（ｔ）に含まれているハウリングを起こしていない周波数以外の信号も取り除かれた状態になっている。
【００３７】
そこで、ＡＧＣ１２によって、ハウリング信号ｂ（ｔ）に含まれる周波数のうち、所定の閾値よりも高い周波数のゲインを閾値のレベルにまで下げて、ハウリングの発生を抑止した信号を生成し、この信号と、先の信号を演算手段１４によって加算することで、ハウリングが生じている周波数帯域のゲインを下げた出力信号を得ることができる。
【００３８】
このように、本実施例に係る集音器によれば、ハウリングが発生している周波数自体を検出せずに、ハウリングが発生する帯域のゲインを監視するだけで、ハウリングを低減させることができるとともに、通常の人の声の帯域はフィルタにて分離し、ハウリング処理の後に混合されるため、ハウリング処理中であっても音声が聞き取りやすい集音器を実現できる。また、上記のようなハウリングを低減させる処理を、演算負荷の軽い処理によって高速かつ効果的に行えるので、突発的に生じるハウリングを効果的に抑止することができる。
【００３９】
次に、本発明に係る集音器の別の実施例について、先の説明をした実施例と異なる部分を中心に、図面を参照しながら説明をする。図３は、本実施例に係る集音器に用いることができるハウリング抑止手段１０ａの機能ブロック図である。図３はすでに説明をしたハウリング抑止手段１０と同じ構成については、同じ符号を付しているので、異なる部分について詳細に説明する。
【００４０】
ハウリング抑止手段１０ａは、遮断周波数選択手段１５をさらに有している。遮断周波数選択手段１５は、図示しない操作スイッチを利用者が操作することで、バンドパスフィルタ１１ａの遮断周波数を選択して変更することができるものである。
【００４１】
バンドパスフィルタ１１ａは、遮断周波数選択手段１５に応じて、遮断周波数を切り換えることができるものである。これによって、利用者の状態に応じて異なる周波数帯域で生じるハウリングに対して、最適なハウリング抑止機能を発揮する集音器を得ることができる。
【００４２】
次に、本発明に係る集音器のさらに別の実施例について、先の説明をした実施例と異なる部分を中心に、図面を参照しながら説明をする。図４は、本実施例に係る集音器に用いるハウリング抑止手段１０ｂの例を示す機能ブロック図である。図４はすでに説明をしたハウリング抑止手段１０ａと同じ構成には、同じ符号を付している。本実施例の説明は、上記実施形態と異なる部分について詳細に説明する。ハウリング抑止手段１０ｂは、ハウリング検出手段１６と、遮断周波数変更手段１７と、をさらに有してなる。
【００４３】
ハウリング検出手段１６は、出力信号において所定の閾値を超えている周波数を検出する手段である。検出された周波数ではハウリングが発生している可能性が高いので、この検出された周波数を遮断周波数変更手段１７に通知する。
【００４４】
遮断周波数変更手段１７は、ハウリング検出手段１６から通知された周波数に応じて、バンドパスフィルタ１１ｂの遮断周波数を変更する手段である。遮断周波数変更手段１７によって変更された遮断周波数によって、バンドパスフィルタ１１ｂの遮断周波数が変更される。
【００４５】
本実施例のハウリング抑止手段１０ｂによれば、予め遮断周波数が設定されているバンドパスフィルタ１１ｂによって、集音器１の動作をさせていたときに、何らかの原因で特定の周波数のゲインが閾値を超えた場合、ハウリングが発生するので、この特定の周波数を検出し、この周波数のゲインを低く抑えるように設定を変更すればよい。そのために、ハウリング抑止手段１０ｂは、ハウリング信号の周波数帯域を規定するバンドパスフィルタ１１ｂの遮断周波数を、上記の特定の周波数に応じて変更する。
【００４６】
ハウリング検出手段１６は、所定の閾値を超える大きさとなっている周波数を検出して、この周波数に応じて遮断周波数変更手段１７が、バンドパスフィルタ１１ｂの遮断周波数を変更するように構成されている。
【００４７】
このように本実施例に係る集音器１０は、利用者が利用している周囲環境や、装着状態に応じて、変化するハウリング発生周波数帯域に応じて、ハウリング抑止手段１０ｃの設定を自動的に変更し、ハウリングを抑止することができる。
【００４８】
次に、本発明に係る集音器のさらに別の実施例について、先の説明をした実施例と異なる部分を中心に、図面を参照しながら説明をする。図５は、本実施例に係る集音器に用いることができるハウリング抑止手段１０ｃの機能ブロック図である。図５はすでに説明をしたハウリング抑止手段１０ｃと同じ構成には、同じ符号を付している。本実施例の説明は、上記実施形態と異なる部分について詳細に説明する。ハウリング抑止手段１０ｃは、最適モード変更手段１８をさらに有してなる。
【００４９】
最適モード変更手段１８は、利用者による図示しない操作部の操作によって、ハウリング抑止手段１０ｃを最適モードで動作させる手段である。最適モードとは、ハウリング検出手段１６と、遮断周波数変更手段１７を一時的に動作させて、バンドパスフィルタ１１ｃの遮断周波数が変更されたときには、ハウリング検出手段１６と遮断周波数変更手段１７の動作を停止する動作モードをいう。
【００５０】
本実施例に係るハウリング抑止手段１０ｃによれば、ハウリング検出手段１６と遮断周波数変更手段１７の動作を常に動作させるのではなく、利用者の必要に応じて、ハウリング信号の周波数帯域を変更する動作を選択させて、バンドパスフィルタ１１ｃの遮断周波数を自動的に変更することで、利用者の意思と環境に応じたハウリング抑止効果を得ることができる。
【００５１】
本実施例に係るハウリング抑止手段１０ｃを有する集音器は、利用者が変更されたときに、特に効果を発揮する。すなわち、利用者が異なると、同じ集音器であっても、装着状態の変化によって生じる外耳道の隙間の大きさは異なるから、ハウリング信号の周波数帯域も異なるから、新たな利用者に最適なハウリング抑止効果を得るには、その利用者が実際に使用した状態で、遮断周波数を設定することが望ましい。
【００５２】
また、本実施例にかかる集音器によれば、ハウリング検出手段１７と遮断周波数変更手段１８を常に動作させるのではなく、利用者の任意で一時的に動作させることになるので、常にハウリング検出処理が行われることがなく、消費電力を低減することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１    集音器
１０  ハウリング抑止手段
１１  バンドパスフィルタ
１２  ＡＧＣ
１３  演算手段
１４  演算手段
１５  遮断周波数選択手段
１６  ハウリング検出手段
１７  遮断周波数変更手段
１８  最適モード変更手段
【図１】
2012231203.tif 000006
【図２】
2012231203.tif 000007
【図３】
2012231203.tif 000008
【図４】
2012231203.tif 000009
【図５】
2012231203.tif 000010