JPH08501950A - 人工喉頭 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （１）義歯と、拡声器スピーカと、パワー増幅器と、内蔵電源と、無線受信機とを有する口の中に取り付けられる第１のユニットと、（２）入力制御装置と、内蔵電源と、口の中のユニットによって生成される周波数と音量を使用者が修正できるようにする電子回路と送信機とを備える手持ちの第２のユニットとで構成される人工喉頭。ユニットの構造と要素は、喉頭切除者が自然な音と高い理解し易さの両方を満たしながら話すことを可能にする。ユニットは、ユニットによって提供される音声パルスの基本的な繰り返し速度の所定の制御を行い、音のトーン質を制御し、音における気息音雑音を含み、トーンパルスの基本的な繰り返し速度の疑似的なランダムな振動を含み、このようなパルスにおける二重声（diplophonic）構造を含み、ささやきをまねできる動作的なソフトウエアを有するシステムアーキテクチャを有することが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】 人工喉頭 発明の背景 技術分野 本発明は喉頭を切除された患者によって使用される音声を生成する補てん装置 （人間に組み込む補助装置）の分野に関し、特に電子的な人工喉頭による自然に 聞こえる音声トーン（調子）の再生に関する。 背景技術 喉頭自体又は隣接する組織での悪性の増殖のために外科的な方法によって喉頭 、又はいわゆる「音声箱（voice box）」を切除することがしばしば必要になる 。喉頭及びその要素である声帯の切除によって、気管の空気へのアクセスが必要 になり、従って穴又は人工的開口部を首に形成し、この人工的開口部の回りに気 管が直接縫いつけられる。その後、患者は上部の口を含む呼吸路をバイパスする 人工的開口部を通して呼吸することになる。通常、喉頭はその膜又は声帯を振動 させて緊張状態に保持されたこれらの膜の間に空気を通すことにより音声のトー ン又は音を再生している。喉頭を切除された患者は、もはや自然な音声のトーン を生成する能力がなくなる。更に、各種の音節を分けた話（スピーチ（speech） ）のトーンにしたり、又は通常は音声のトーンを必要としないささやくような話 し方にするための喉頭から口への空気の通過もなくなる。従って、喉頭を切除さ れた患者は、空気を吸い込んだ後にある種の噴出で胃から出る空気によってなさ れるいわゆる食道の話し方を除いて、いかな る話し方も不可能である。このような食道に引き出される空気は言葉にはなるが 、通常の音声のトーンが不足しており、食道の振動が若干異なるむしろ噴出に近 いトーンを作る。このような食道による話し方のトーンは唇、舌及び歯で音節を 分けた言葉になる。食道による話し方は難しく、習得と実行には時間が必要であ り、他の人にとっても十分な経験や理解がなければ理解することが難しい。従っ て、各種の人工的なトーン生成装置が過去に開発され、唇、舌及び歯による音節 を分けての声のトーンが、喉頭を切除された患者が食道による話し方を習得する 前、又は公衆とのコミュニケーションでの食道による話し方の完全な代替として 提供されている。 喉頭を切除された後の患者によって形作ることができる人工的な音声トーンを 理解可能な話にするための多数の装置が、過去に作られた。このような装置は、 一般に人工喉頭と呼ばれる。例えば、非常に初期の人工喉頭の１つが、１９３３ 年３月１４日にG.W.Burchettに付与された米国特許No. 1,901,433に開示されて いる。Burchettの人工音声トーンは、喉頭を切除された患者の口の中にチューブ を通してトーンを導く手持ち型の電気的トーン発生器によって生成され、口の構 造によって動かすことができ、すくなくともある程度は理解できる音声であった 。音のピッチはトーン発生器上のボタンで制御できた。Burchettの装置は、その 後の多くの装置と同様に、音声の再現性が十分でないという問題があり、その装 置がよく観察できるために装着している人がいっていることを他の人が理解しよ うとしなくなり、このことが使用者に使用をためらわせていた。同種のより精巧 にした装置がいくつかベル電話研究所によって開発され、Rieszの１９３６年の 米国特許No. 2,041,487とNo. 2,056,295、１９４０年の米国特許No. 2,202,467 に開示されている。 １９４２年には、口の中に保持されて音声トーンを生成する受信 機の使用が、G.M.Wrightの米国特許No．2,273,077に開示されている。この受信 機は潜在性を秘めたものであった。この受信機は電気的な配線で外部の増幅器と 接続されていた。Wrightの装置は、トーン送信チューブも使用し、例えば放送や 映画で通常の話す能力を有する人によって、異常な音声トーンを再生するのにま ず使用された。 Wrightは、１９４２年に、喉に対して音声トーンを印加する最初の人工喉頭の １つで米国特許No．2,273,078を受けた。その時から、Wrightの装置とその適用 は、使用される人工喉頭の主流の１つになった。Wrightの装置はトーンを皮膚を 通して印加する高周波数及び低周波数の変換器を有する。これらの装置の多くは 、ベル電話研究所に付与されたH.L.Barny の米国特許No．3,072,745に示される ように手持ち型である。Barny は、自然な話のトーンに近づけるため、加減抵抗 器によって生成されるトーンのピッチをスペクトルに渡って制御した。 H.K.Cooperは、１９５８年に、発音器（エミッタ）又は拡声器（ラウドスピー カ、以下単にスピーカと称する。）を有する歯科補てん術又は義歯の使用で米国 特許No．2,862,209を得た。Cooperは、義歯の一方の側のエミッタ内で人工的な 音声トーンを形成し、このトーンを義歯内の１個以上の共鳴経路を通して導いた 。共鳴経路の少なくとも１つは、より広い共鳴室に対して開かれている。Cooper は、高周波音はより狭い経路に進むが、低周波音はより広い経路又は共鳴室に進 む傾向があることも開示している。口の中の義歯から使用者（ユーザ）のポケッ ト内に携帯されたエネルギ源又はコントローラ（制御部）へ配線（ワイヤ）が延 びている。口の中に導かれる配線を通して供給される動作用エネルギで義歯内に 取り付けられた電気音響変換器の使用は、上記のBarneyによって１９５９年に出 願され１９６３年に公告された特許にも開示されている。 １９６３年には、人工喉頭のための口の制御スイッチの使用がH.K.Cooperらに 付与された米国特許No．3,084,221に開示されている。これに続いて、１９７０ 年には、圧力変換器等を人工歯構造の歯に設けた米国特許No．3,508,000がC.M.S nyderに付与されている。 更に、１９７０年にF.F.Stuckiに付与され、ロッキード社に譲渡された米国特 許No．3,524,932は、話の間、口の構造によって口の各部が動くように活性化さ れるようにして口の中の複数の変換器を使用することが開示されている。これら の信号を口から受信機に導くために小さな送信機が使用される。 幾分精巧なピッチと、減衰した正弦波に非常に近似した特徴を有する波形、す なわち、多くのハーモニィ（和声）を含む通常の話し方の波形の使用は、１９７ ５年１０月２１日にG.I.Cardwellに付与された米国特許No．3,914,550に開示さ れている。 １９８４年にKatzらに付与され、トーマス・ジェファーソン大学に譲渡された 米国特許No．4,473,905とそれに続くいくつかの特許は、精巧な口内に内蔵する 人工喉頭を開示しており、この人工喉頭は、電源、オン−オフ制御器、音響及び 電気増幅器と小型スピーカを備えた低消費電力回路を備えている。装置に備えら れた音声トーンの制御スイッチは、使用者の舌で制御される。同様の装置が１９ ８７年にW.L.Torgesonに付与された米国特許No．4,706,292に開示されている。 これらの装置は両方共、これまでの装置に比べてユーザの音声の管を通った後に 理解し易くはるかに良好になる音を生成することができる。従って、両方の装置 はその時点の従来技術に改良を施しているが、生成された話し音ははるかに理解 し易いが、自然の音でないために、話者が一人であると見られるという問題があ る。 最後に、１９８６年にJ.A.Resnickに付与された米国特許No．4,571,739は、個 々の内蔵部品が義歯のベースに収容されるのではなく 、義歯に取り付けられる人工歯に収容される人工喉頭を設けることを開示してい る。これにより、より大きな部品の収容が可能になる付加的な空間が設けられる とのことで、音の再生や音節を分けることができるようになる。ユニット用のス イッチは、前歯の後ろのユニット上かユーザ自信の上に設けることが望ましい。 しかし、生成される話し音はまだ十分とはいえない。 従って、より自然に聞こえる話のトーンを生成でき、習得が早く簡単で、再現 性のある話し音を高い信頼性で容易に生成できる目立たない人工喉頭の必要性が 依然として残っている。 人間の音声の音は、喉頭を空気を吹いて出すように開放及び閉鎖することによ ってなされるいわゆる声門閉鎖（破裂）音で開始される。この空気の吹き出しは 、物理的には、時間の関数である開いた喉頭を通過する空気の立方センチメータ の値、又は時間の関数である容積の速度として記述される。容積の速度の各種の フーリエ成分は、最終的に口と鼻から放出される音波に寄与する。声門閉鎖音の 音波は、口、舌、唇、歯及び鼻の経路によって形成される音声経路によって具現 化される。このプロセスは、文献“Speech Analysis and Perception”（Flanag an,J.L．1972，Springer，New York）に記載されており、最近では文献“Analys is，synthesis and perceptionof voice quality variations among female and maletalkers”（Dennis and Laura Klatt“Journal of the Acoustic Society of America”February 1990，pages 820-857）に記載されている。従って、自然 に聞こえる話を生成するためには、人工喉頭は音声の構成に寄与する自然な声門 閉鎖音の要素を複製した声門閉鎖音を生成する必要がある。 自然に聞こえる話に寄与する第２の要素は、自己の制御の基に声門閉鎖音を開 始及び停止する話者の能力である。音の開始及び停止 の制御は、音の継続と同様に理解できる話にとって重要である。この話の開始及 び停止は、毎秒５回の速さ、すなわち２００ミリ秒の開始及び停止のサイクルの 速度で生じる。従って、自然な話し音を生じる第２の要求は、人工喉頭の使用者 （ユーザ）が毎秒５回まで音を開始及び停止できる手段を備えることである。 喉頭の最初の振動を可能にするのに加えて、自然な話者は、声門閉鎖音の基本 的な繰り返しの周波数を変化させるために、喉頭の緊縮を修正できる。人間の男 性ができる振動のような開放と閉鎖は、通常の話において毎秒７５回から２５０ 回の範囲である。代表的な男性の繰り返し速度は毎秒約１２５回である。人間の 女性は通常男性のおおよそ２倍の周波数である。歌うことを考慮すれば、振動周 波数の範囲は更に広くなる。従って、自然な話を行うための第３の要求は、人工 喉頭のユーザが男性であれば毎秒７５回から２５０回の範囲で、女性であれば毎 秒１５０回から５００回の範囲で振動の周波数を変化できることである。 自然な話の第３の要素は、音声経路における閉鎖又はほとんど閉鎖した緊張状 態を通過する空気によって生じる摩擦音を含む。例えば、「ｓ」の音は、舌を歯 の後ろに置き高い周波数のランダムな雑音を発生するように閉じた部分を空気が 通るようにすることで生じる。「ｆ」の音は唇によって作られる緊張に空気を通 過させるようにすることで生じる。喉頭切除者は口で呼吸はできないが、口と喉 の空洞内の空気を集めて筋肉の収縮によって追い出すことができる。この限られ た空気の流量源は、話の中で摩擦音を形成するのに十分であり、人工喉頭の現状 のモデルにも含まれれている。人工的な摩擦を含むことが喉頭の使用の習得をよ り簡単にするか難しくするかについては、更なる研究が行われている。 自然な話の第４の要素は、各種のトーンで音量を変化させ強調を 行う能力である。話し音の音響の変化には、元の音の絶対レベルの増加と同様に 音の周波数構造を変化させることが実際には必要である。すなわち、ラジオのボ リューム調整ノブを調整するように単に音声のレベルをリニアに変化させる以上 のことが含まれている。従って、人工喉頭としては、実際の音声のように音の音 量とトーン質を即座に且つ独立に変化させることができる手段を有することが望 ましい。 自然な話の第５の要素は、トーン質を変化させる能力である。トーン質は、同 一の基本周波数で生成される２つの音の和声（ハーモニィ）の内容を区別する能 力である。たとえトーンの基本周波数が同一であっても、ある話者の声は柔らか く聞こえ、他の話者の声は金切り声に聞こえる。音におけるこの差は、トーンの ハーモニィの内容の差による。 自然に聞こえる話の第６の要素は、話し音の生成の高周波数領域におけるラン ダムな雑音を含むことである。この気息音雑音は、緊張が喉頭自体で形成され音 声の経路での離れた場所でなく、通常の母音生成を伴う点で、摩擦音の構成とは 異なる。従って、人工喉頭としては、気息音雑音のようなランダム雑音を生成す る手段を有することが望ましい。 自然な話の第７の要素は、基本的なトーンの基本繰り返し速度のわずかなラン ダム振動である。研究によれば、自然な話にはトーンの０．５％の周波数の疑似 ランダム振動が伴っており、このランダムな周波数の振動を含むことが人工喉頭 によって生成される話の「機械的な」性質を低減する。 自然な話の第８の要素は、話者が低音量又は低周波数で話す時に、特に文節や 文の終わりでパルスがなくなることがあることである。しばしば、すべての音声 パルスがなくなるか振幅が低下する。こ の効果は二重声（ディプロフォニア（diplophonia））と呼ばれる。従って、自 然な音声は、ユーザの制御の基にいくらかの二重声音を複製できることである。 人間の話における重要な第９の要素は、ささやく能力である。このモードの話 は、通常の話とは多くの点で異なっており、いまだに話者にとって重要と思われ る重要なモードの話を提供している。 自然な話のこれまでの要素は十分に理解されたかもしれないが、ここで引用し た従来の参考文献はいずれもこれらの重要な論点については言及していない。従 って、上記のように人工喉頭はより自然な音声で話せる必要がある。特に、人工 喉頭には、これらの問題のすべて、少なくとも大部分が商業的に受け入れられる 方法で解決できることが必要であり、これにより初めて自然な話が行える人工喉 頭ができることになる。 発明の目的 従って、本発明の目的は、自然に聞こえる音声トーンを出す効果的で実際的な 人工喉頭を提供することである。 本発明の更なる目的は、口の空洞で具体化した時に自然に聞こえる話を生じる 声門閉鎖音をユーザが行い制御できるようにすることである。 本発明の更なる目的は、自然に聞こえる音声トーンを生じることができ、比較 的速く容易に習得できる人工喉頭を提供することである。 本発明の更なる目的は、容易な訓練でユーザが容易に制御できる通常の話の重 要な機能の鋭敏な制御ができる人工喉頭を提供することである。 本発明の更なる目的は、人間の話の通常の音に寄与するもっとも 重要な各要素を機能として組み合わせた人工喉頭を提供することである。 本発明の更なる目的は、優秀な感度と適用性を有する人間の体の部分によって 多モードで機能可能な別の方法で内蔵される人工喉頭のための制御を提供するこ とである。 本発明の更なる目的は、別の方法で内蔵される口部形の人工喉頭のための実用 的で効果的な手持ち形の制御を提供することである。 本発明の更なる目的は、別な方法で口の中に完全に内蔵される内蔵形の人工喉 頭用に多モードで容易に動作する効果的な手持ち型の制御ユニットを提供するこ とであり、人工喉頭と制御ユニットとの通信は電磁気的な無線通信により行われ る。 本発明の更なる目的は、人工的な声門閉鎖音の開始と停止を非常に小さな時間 間隔で正確に制御する能力を、男性と女性の両方の音声の周波数範囲におけるパ ルスのトーンの周波数で有するようした人工喉頭を提供することである。 本発明の更なる目的は、人工的なトーンの音量を周波数の変化に沿って変化で きるようにした人工喉頭を提供することである。 本発明の更なる目的は、トーン質を変化させ、トーンにおけるランダム雑音を 提供し、ある限定された範囲内で疑似ランダム方法で基本的なトーンの繰り返し 速度を変化させ特に低周波数での随時の声門閉鎖音を除く能力を有するようにし た人工喉頭を提供することである。 本発明の更なる目的は、人工的なささやきの動作モードを有する人工喉頭を提 供することである。 本発明の更なる目的は、ユーザが所望の時に自然に聞こえるささやきを発生で きるようにすることである。 本発明の更なる目的は、経済的に電力を使用する小型で容易に使 用できる装置を提供することである。 本発明の更なる目的は、音の送出を制御する指すなわち親指の動作を容易に習 得できる設計を提供することである。 本発明の更なる目的は、人工的な音声トーンの音声を制御するプログラム可能 なディジタルコンピュータを有する人工喉頭を提供することである。 本発明の更なる目的は、プログラムされた話のシミュレーションと組み合わさ れたディジタル波形を使用する人工喉頭を提供することである。 本発明の更なる目的は、義歯内に収容されるスピーカが一体にされた内蔵形の 人工喉頭を提供することであり、スピーカは後方の空洞、曲がった出入口、及び 音を曲がった出入口から外部に送出するための膜に関係付けられている。 本発明の更なる目的は、コンピュータプログラム制御によって動作するプログ ラム可能なディジタルコンピュータシステムを有する人工喉頭を提供することで ある。 本発明の他の目的と利点は、付属の図面を参照した明細書の以下の記載によっ て明らかになるであろう。 発明の概要 本発明は、制御ユニットと口の中に装着される音響ユニットの２つの別々のユ ニットを備える。制御ユニットは手持ちできることが望ましく、音響ユニットは 義歯に設けられることが望ましい。両方のユニットはバッテリ駆動される。 手持ちユニットの好適な実施例は、バッテリ又は他の電源手段と、キーボード 又は指で制御するユニットと、マイクロプロセッサシステムと、送信ユニットと を含む。口部ユニットの好適な実施例は 、義歯と、バッテリ又は他の電源手段と、スピーカと、スピーカ後方空洞と、折 れ曲がった出入口、音を送信する膜と、受信機とパワー増幅器とを備える。 本発明は、１つ以上のピッチと音量、パルス長の制御、パルス長の繰り返し、 トーン質、ランダム雑音の包含、パルスの繰り返し速度と除去におけるランダム な変動を含む人工音声トーンの注意深い整形を通して、マイクロプロセッサ動作 のトーン制御の使用により、電気的に動作する人工喉頭から自然に聞こえる音声 シミュレーションを提供する。 代表的には親指すなわち指の動きによって動作される小型のキーボード又は手 持ちのディジタル制御ユニットは、キーボード又はディジタル接点制御ユニット 上に数列に配列された各種のキーを押すことにより話者の意志で一連の周波数と 音量レベルを提供する。音のトーンは、キー又は接点を押すか離すことによって 開始又は停止される。キーボードは、キーボード上の特定の点によって表された 周波数と音量の１つの組み合わせから、キーボード上の他の特定の点によって表 された周波数と音量の他の組み合わせに変化させることができ、その変化は、押 す圧力がキーボードを横切る親指すなわち指の横ずれする動きによって維持され るか指の内の特に親指が１つの位置から他の位置にスキップするかに応じてステ ップ状又は連続的のいずれかで変化する。 マイクロプロセッサシステムは、ユニットによって出されるトーン又は音声の 制御に使用される。コンピュータプログラムが、トーンパルスの電気的な波形の 生成と、そのようなパルスの繰り返し速度の変化と、トーンパルスとそのトーン 構造の音量の変化と、同一周波数における音のトーン質の変化と、パルスの繰り 返し速度に対するランダムな変化を起こすことと、気息音を起こすこと、及び二 重声すなわちトーンパルスの除去を行うことのほとんどの動作的な制御を提供す ることが好ましい。更に、コンピュータプログラムは、コンピュータの電力が不 必要な時には間欠的にユニットをパワーダウンすることにより、ユニットにかか わる電力の流れを低減することが望ましい。義歯は、自然な上の歯のない喉頭切 除者用のすべての上の歯用の完全な義歯か、元の自然な歯のある喉頭切除者用の 歯科用保持器かであることが望ましい。スピーカは、後ろが閉じた形状で低消費 電力の３００Ｈｚから７００Ｈｚの範囲に高い音響出力を有することを特徴とす ることが好ましい。 本発明のいずれの実施例においても、キーボード又はディジタル接点制御表面 は、異なるマシン・インターフェースで置き換えることができる。そのようなイ ンターフェースは、例えば、ジョイスティック、トラックボール、圧力検知抵抗 リニアポテンショメータ、又は他の小型の手で支持できるマシン・インターフェ ース装置で、音の周波数と音量のマトリックス（格子）を表すことができるもの である。本発明の範囲内で、音のこのようなマトリックスの各種の配列と組み合 わせが可能である。 図面の簡単な説明 第１図は、本発明の同じ長さで一部を断面とした口部ユニットの図であり、ス ピーカと関係する構造と、バッテリと、受信機と、パワー増幅器とそれに関係す る従来の義歯内に取り付けられたエレクトロニクス部を示す図であり、 第１Ａ図は、第１図のような義歯の部分的なアーチ状の部分の断面図で、この ような義歯内のスピーカ後部圧力空洞の配置を示す図であり、 第１Ｂ図は、第１図のような義歯の部分的なアーチ状の部分の断 面図で、このような義歯における音の出口の配置を示す図であり、 第２図は、第１図に示した口部ユニットの電子回路のブロック図であり、 第３図は、口部ユニットの好適な電子回路の回路図であり、 第４図は、機械的なハウジングと、キーボードと、内部回路基板と、口部ユニ ットに出力パルス幅搬送信号を放出するための内部フェライトアンテナとを示す 本発明の制御ユニットの概略図であり、 第５図は、制御ユニット電子回路のブロック図であり、 第６図は、制御ユニット電子回路の回路図又は概略図であり、 第７図は、口部ユニット内の音声トーンの生成を制御するコンピュータプログ ラムのフローチャートであり、 第８図は、本発明に基づく中心部に取り付けられたスピーカを一体にした義歯 の内側の同じ長さで一部を断面とした図である。 好ましい実施例の記載 以下に記載する本発明の特定の形は、説明のために選択したものであり、当業 者であれば、特に添付の請求範囲に定義された本発明の範囲を逸脱することなし に以下に示す例から各種の変形が可能であることが理解されるであろう。 これまで説明したように、この技術に関係した従来の人達によって、いくつか のうまく作られた人工喉頭が開発されてきたが、いずれも、喉頭切除者が自然に 聞こえる音声を生成するように、唇、舌、歯及び鼻の空洞を含む口の構造によっ て音韻変化させるように口の中で生成するか口の中に導かれる本当に自然に聞こ える音声トーンを生成することはできなかった。しかしながら、本発明者は、機 能と部品の巧妙な配置と組み合わせによって、非常に自然に聞こえる音声トーン を提供できるようにした。更にいえば、喉頭切除者に よって便利に且つ容易に制御でき、どうように容易に習得できるようにした。 本発明の人工喉頭は、一般に口の中に装着される口部ユニットと呼ぶユニット と、手に保持される制御ユニットと呼ぶユニットを備えている。口部ユニットは 、人工喉頭を取り付けるための口の空洞内の人工的補助手段と、人工的補助手段 に取り付けられる電源と、制御ユニットから送信される無線周波数信号を捕らえ るための受信ユニットと、受信した無線周波数信号をユニット上に取り付けられ たスピーカのための音響周波数の電気力に変換する増幅器とを備え、更にスピー カの後方空洞と折れ曲がった出入口と音を送出するための膜とを含むスピーカと 関係して使用される各種の音響要素が付加される。 手に保持されるユニットの好適な実施例は、バッテリ又は他の電源手段と、キ ーボードと、マイクロプロセッサシステムと、送信機ユニットとを有する。キー ボードは、近似的には面積で２５．４ｍｍ（１インチ）×１２．７ｍｍ（０．５ インチ）程度の小型であることが好ましく、典型的には親指の移動によって制御 される。しかしながら、指の動きによっても制御することができる。キーボード は、前方の軸と側方の軸の２軸であらわすことができる。典型的には、親指を側 方に移動させることで８個までの別個の周波数値をアクセスできることが望まし く、親指の前方への移動により４個までの別個の音量レベルをアクセスできるこ とが望ましい。このように、３２個の別個の位置が、周波数と音量の３２個の別 個の組み合わせを制御する。キーボードが押されている間、ユニットによって音 が生成される。キーボードから指が離された時に、音が停止する。キーボードは 、１つの点、すなわち周波数と音量の１つの組み合わせから他の組み合わせに変 化させることができるが、その変化は、 キーボードへの圧力がキーボードを横切る親指のすべる動作によって維持される か、親指が１つの位置から他にスキップするかに応じてステップ状又は連続的に 行われる。親指すなわち指によって押されるディジタル接点制御表面上のｘｙ座 標面を移動できるボタン型のスイッチを備えることは、本発明の範囲である。 マイクロプロセッサシステムは、８ビットのＣＭＯＳマイクロプロセッサと、 プログラムを記憶するためのいくつかの読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）と、タイ ミング信号を出力する発振器と、関係する制御を行うためのチップとを備えてい る。コンピュータプログラムは、声門閉鎖音のための電気的波形の生成と、声門 閉鎖音の繰り返し速度の変化と、声門閉鎖音の大きさとそのトーン質の変化と、 同一周波数での音のトーン質の変化と、パルスの繰り返し速度におけるランダム な振動の提供と、気息音の提供と、二重声すなわち特定のパルスの除去を含む装 置の制御機能の大部分を提供する。ディジタル波形の使用は、音響及び電気的な システムの非線型性を補正して、周波数と音量の広い範囲に渡って声門閉鎖音パ ルスを正確に再生することを可能にする。更に、コンピュータの電源が必要ない 時には、断続的にユニットをパワーダウンして、電力消費を低下させる。更に、 マイクロコントローラがキーボードのデコードとデバウンス（debounce）を行う 。 送信機ユニットは、受信機に情報を送るためのパルス幅変調システムを有して いる。マイクロプロセッサは、典型的には３ＭＨｚで動作する発振器からゲート をオンにする信号を提供する。オン信号により、３ＭＨｚの発振パルスが受信機 に送信される。送信機はワイヤで包まれたフェライトの棒を使用して磁界の変化 を発生させ、信号を口にある受信機に放出する。 口のユニットは、義歯と、スピーカと、バッテリと、受信機と、 パワー増幅器とで構成されている。義歯は、自然な上の歯のない喉頭切除者のた めのひとそろえの上用の義歯か、自分の歯がある喉頭切除者のための歯科用保持 器のいずれかである。スピーカは特にこの応用のために開発されたもので、３０ ０Ｈｚから７００Ｈｚの範囲の高い音響出力を、閉鎖された後方空洞と低消費電 力で出力することを特徴とする。スピーカの後方空洞は、１から３立方センチメ ータの体積である。スピーカは振動板（diaphragm）を通して口に音を送出し、 音が外に送出されるように設計されており、湿気、唾液、食物及びバクテリアが 音の経路又は内部に入らないようになっている。更に、スピーカの後方空洞は、 スピーカと振動板の間の部分で折り曲げられる必要があり、この折り曲げは口の 圧力を均等化するために必要である。口への折り曲げにより、空気は通すが、バ クテリアや唾液等は通さないようになる。回路とスピーカは最大値で約３０ミリ アンペアの電流を引き込むことが望ましい。商業的に利用可能な充電可能なバッ テリは、最大の音量で連続した話のための音を約１時間可能にするのに十分な３ ０ミリアンペア時の電流を、充電なしで供給できることが望ましい。 受信機は、同調検出回路と、無線周波数増幅器と、信号リミッタと、復調器と 、パワー増幅器とを有している。同調回路は、インダクタ（inductor）とキャパ シタ（capacitor）で構成され、３MHzで共鳴するように同調されている。信号は 約１０００の電圧利得（ゲイン）の増幅器に入る。高インピーダンスレベルが電 流を最小にするのに使用される。増幅された無線周波数は、検出されたパルス幅 情報を含み、リミッタを通して信号チャンネル内のインピーダンスとレベルの変 化に起因する信号の歪み（distortion）を最小にする。このパルス幅情報は復調 されてパワー増幅器に入り、小型のスピーカを駆動する。パワー増幅器は、小型 のバッテリ駆動ラジオでの応用 で通常見つけられる集積回路（ＩＣ）で構成されている。 前述のように、本発明のいずれの実施例においても、キーボードは異なる形式 のマン・マシン・インターフェースと置き換え可能である。このようなインター フェースは、ジョイスティック、トラックボール、圧力検出抵抗線型ポテンショ メータ、又は音の周波数と音量のマトリクスを表すことができる他の小型で一方 の手で保持できるマン・マシン・インターフェース装置であればよい。マトリク スの各種の配列は、本発明の範囲内である。 第１図に示すように、部分的に一部を取り去って示してあり、100で示される 好適な義歯手段は、従来の上の歯全部の義歯を備えることがわかる。義歯の本体 は、アクリルポリマのような従来の義歯材料で作られ、口に合うように整形され ている。この本体には、本実施例の人工喉頭の電気的要素がすべて封じ込められ ている。多数の喉頭切除者は、上の歯全部又は一部の義歯（偽の歯）を有するが 、中には自然な自分の歯を有するものもいる。当業者には容易に分かることであ るが、人工喉頭は、本発明の他の実施例に示される部分的な義歯、適当な歯科用 保持器に取り付け又は埋め込むことができる。 第１図に示す義歯１００は、ベース部分１０２と１０４を有しており、そこに は人工の歯１０５が固定されている。ベース部分１０２と１０４は、ベース部分 の間の口蓋１０６のアーチ状の部分で装着者の歯ぐきにちょうど合い、装着者の 硬い口蓋又は柔らかい口蓋に接触するか非常に近くなるような状態で合っている 。ベース１０２の上側にありアクリル又は他の義歯用プラスチック樹脂材料内に 封じ込められているのは、第１のバッテリ１０８である。第１のバッテリ１０８ は、典型的には直列に取り付けられた２個乃至４個（図では３ 個）の充電可能 なバッテリを有している。第４図に示す ように、手による制御部からの無線周波数信号を検出し、スピーカ１１２での動 作のためにそのような信号を増幅するのに必要な電気的回路が、第１及び第２の 電気回路の組立体１１４に含まれている。このような電気回路は、電子信号化と 受信の分野の当業者には容易に理解されることであるが、無線周波数信号を増幅 及び整流してスピーカ１１２に送信する。その信号は、スピーカ内の空気にパル スすなわち音波を生成し、そのパルスは義歯１００の口蓋のアーチ１０６の音の 出口１２０にスピーカチューブ１１８を通して送られる。スピーカ又は音のチュ ーブ１１８は、十分に最適化された周波数とパルスの特徴を有する音のパルスの 送出と干渉しない直径と滑らかな内部表面を有することが理解される。スピーカ すなわち音のチューブ１１８は、義歯本体を完全に通ることが望ましいが、義歯 材料内又は外部の材料内に埋め込まれた別のチューブを有するようにしてもよい 。回路の組立体１１４と１１６内に組み込まれた無線周波数を扱う２つの回路は 、信号回路すなわち結合した信号回路１２４で示され、２つの回路は電気配線１ ２２で接続される。 上記のように、電気回路１２４は、制御ユニットから送信された無線周波数信 号を図示していない内部アンテナを通して受ける。本発明で使用される典型的な 送信と受信の周波数は、１MHzから４MHzの間である。更に、回路１２４は無線周 波数信号を増幅及び整流し、スピーカ１１２が動作して信号するように必要な電 気力を出す。電気配線１２３は回路１２４をスピーカ１１２と接続する。スピー カ１１２は、音の出口１２０の所で小さなゴム又は他の振動板（diaphragm）１ ２１によって、湿気から保護されている。人工的な音声トーンは、小さなゴム製 のチューブ又は既に説明した積分された音すなわちスピーカのチューブ１１８の いずれかによって、上口蓋近くの口の空洞の中心に導かれる。ゴム又は他の柔軟 な振動板１２１は 、義歯材料内の開口又は空洞の形をした音の出口１２０の内側又は口の側に位置 することが望ましい。音圧振動すなわち音波は、動くゴム製の振動板１２１を容 易に通過する。 更に、チューブすなわちチャンネル１２６は、スピーカ１１２の後ろを後方圧 力空洞１２８に接続する。この場合、典型的には空洞の体積は１立方センチメー タから３立方センチメータであり、義歯１００の本体内でこの体積であることが 望ましい。スピーカの後ろの空間が大きいほどスピーカの振動板を動かすのに必 要な力が小さくなり、その結果音を生成するのに必要な力も小さくなる。空気圧 の変化は、後方圧力空洞とスピーカ前の空気圧のバランスを変化させることがで きる。従って、口への折れ曲がった出入口１３０は、適当な圧力の等価が必要で ある。更に、バクテリアや唾液が後方圧力空洞１２８の内部に入らないようにす る必要がある。このために、純粋なテフロン（商標名）フィルタ材料で作られる か覆われた折れ曲がった出入口が、義歯の口の側に設けられている。ゴム製の振 動板１２１を折り曲げるのに加えて、スピーカ振動板も折り曲げられねばならな い。それは内部で折り曲げられ、スピーカ振動板を通る０．０１０の直径の穴す なわちオリフィスを有する。 手で持てる送信機と無線受信機で構成される組み合わされたシステムは、無線 周波数信号のパルス幅変調を使用してスピーカを駆動するのに必要な音響情報を 送信する。パルス幅変調システムにおいては、無線周波数は送信された信号パル スの幅に応じて振幅情報を運びコード化する。長いパルスはより高い電圧の電気 信号を示すようにコード化される。典型的なパルス幅変調システムは、信号検出 器と、増幅器と、リミッタと、積分器とを有する。信号検出器は、５０μＶ以上 の振幅の信号搬送周波数にだけ感度を有する。増幅器は、搬送信号を制限するの に十分な大きさにして、積分器がパルス 幅を電圧レベル信号に変換する。容易に理解されるように、ＲＦシステムのよう な他の変調システムも使用できる。 第２図は、結合された回路の主要素を概略的に示す図である。この回路は、存 在するいかなる信号も検出する高いＱ値を有する同調回路２０４を有し、この回 路は電磁界の変化に感度を有するように設計されている。検出された信号は、好 ましくは約１０００の利得を有する無線周波数増幅器２１６に入力される。次に 、増幅された無線周波数信号は、検出した信号を限定するリミッタ２２８を介し て整流部２３２に入力される。いずれにしろ整流信号の出力は、約５０ｍＶの信 号を検出するように設定された図示していない比較器に入力される。５０ｍＶ以 上のの信号が存在する時には、比較器の出力がアクティブ（活性状態）になる。 信号が存在しない時には、比較器の出力はインアクティブ（非活性状態）になり 、正の電源電圧をＶｃｃの値に設定する。比較器は、このような場合には、回路 ２２８のリミット（限定）機能を実行する。次いで、この信号は音響増幅器２４ ４で復調され、第１図に示すスピーカ１１２のための低インピーダンスの電圧源 を提供するパワー増幅器からの線型出力を生成する。更に、第２図のブロック図 に示す省電力回路２５６は、もし使用できるならば比較器の他の半分の信号を使 用して、信号が存在するかどうかに応じてパワー増幅器をオン又はオフさせる。 第３図は、第２図にブロック図の形で示したブロード（broad）回路を更に詳 細に示す図である。第２図に示し一連の２００番台の参照番号が付されたブロー ド回路の要素は、第３図の回路図で点線で広く囲まれており、３００番台の同様 の参照番号で示されている。すなわち、第２図で参照番号２０４で示された同調 回路は、第３図においては参照番号３０４で示され、第２図で参照番号２１６で 示されたＲＦ増幅器は、第３図では参照番号３１６で示され、他も同 様である。回路図の各電気要素は、従来の電子的な型番の参照番号で示される。 すなわち、最初の文字は広く要素の一般的な形式を示し、それに続く数字は回路 図上の特定の要素を特定する。 第３図の最初にある同調回路は、約３ＭＨｚで共振する４７マイクロヘンリ（ μＨ）のインダクタＬ１と４８ピコファラッド（ｐＦ）のキャパシタＣ１とで構 成される。第２図のブロック図にも示される同調回路３０４の一部であるインダ クタンスＬ１は、電磁界の変化を検出し、有用な信号検出器を形成する。信号は 、エミッタ部に信号バイパスキャパシタＣ３を有するコモンエミッタ増幅器とし て動作するトランジスタＱ１で構成される無線周波数増幅器３１６に入る。この 増幅器にはコモンコレクタトランジスタＱ２（エミッタフォロワ）が続いており 、信号のインピーダンスを低下させることにより次段の増幅部でのミラー容量の 効果を低減している。 第３図には、他の従来の電子的な要素が示されており、それらの使用と機能は 当業者であれば容易に理解できるものである。第３図の回路図に示した要素の典 型的な動作値は、以下の表Ｉに示される。表では、第１の列が第３図の回路図で 使用される特定の特性を有する部品の量と個数を示し、第２列は第３図に示され たこのような部品による参照番号を、第３列は特定の部品又は要素の仕様を示す 。以下で理解されるように、電子技術者又は技能者であれば、第３図の回路図と 表Ｉを参照して、第３図に示した本発明に従って動作可能な回路が容易に実現で きるであろう。 第３図に示したｒｆ増幅器３１６の最後の部分は、整流出力を有する。この整 流された出力は信号のパルスの包絡形状を検出する。包絡形状は、パルス幅情報 の正確な送信によらずに増幅される。従って、整流器に続く参照番号３６２で示 される比較器は、約５０ｍＶの信号レベルでトリガされるように設定されている 。信号がこのレベルより高い時には比較器はアクティブ状態になり、信号がこの レベルより低い時には比較器は非アクティブ状態になる。この制限する動作は、 信号の振幅が信号情報に影響で変化するのを防止する。 同一の比較器３６２は 、出力増幅器の動作のパワーアップとパワーダウンのトリガに使用される。適当 な立ち上がり及び立ち下がりの時間定数は、ソフトウエアのパルス形状設計と組 み合わせて、パワー増幅器３４４のオンとオフの切り換えがクリック音を生成す るパルスの途中で起きないことを保証するように設定される。 第２図に示し、及び第３図に囲った形で示したリミッタ２２８からの出力は、 フィードバック付きの小型集積回路の音響増幅器である要素３６４に入力される 。フィードバックは信号を復調して適当な信号利得を提供する。音響出力はスピ ーカに入力される。パワーのアップとダウンは、第２の比較器によって制御され る。 第４図に概略を示した手持ちの制御ユニット４０２は、小型のキーボード４０ ６と、筐体４０４内の外形を示した回路基板４０８と、やはり筐体４０４内の外 形を示したフェライトアンテナ４１０とを一体にした機械的な筐体４０４で構成 されている。バッテリの電圧が低下したことを示す発光ダイオード４１４も示さ れている。バッテリは示されていないが、やはり手持ちの制御ユニット部に収容 されている。キーボード４０６は、手の指、典型的には親指の接触に対して感度 のあるキー４１６が配置された部分を有する。キーボードのこのアクティブ部分 の大きさは、約１インチ×０．５インチ であることが望ましい。このように、制御ユニットは手のひらに保持して親指で 容易に制御できる。キーボードは、典型的には、８列×４行の３２個の位置を別 個に指定できることが望ましい。キーは、中心で０．１２５インチの高さである 。キーの間隔に対して親指が大きいため、数個のキーが同時に指定されることが 起こり得る。回路基板４０８に組み込まれたマイクロプロセッサ回路は、指定さ れたキーの位置を決定できると共に、キーボードのデバウンスを検出できること が望ましい。好ましい配置では、各キーは手の指によって直接接触するのではな く、柔軟な布カバー又はプラスチックの膜４１２で覆われて指すなわち親指によ って接触される実際の構造的な表面を構成し、キーボードの操作すなわち指で操 作した時にそれが覆っている膜４１２の押し下げによって下にあるキー４１６が 活性化されるようになっている。筐体は、第４図では、図示の都合で直角の角を 有するように示してあるが、角が丸いほうが望ましいことが容易に理解される。 キーボード入力パターンと組み合わされた回路基板上の演算回路は、人工的な 声門閉鎖音パルスに関する情報を搬送する電磁パルスの幅を決定し、３ＭＨｚの 搬送周波数はこれに従って変調される。搬送周波数パルスはフェライト棒アンテ ナ４１０から口のユニットの受信アンテナヘ送信される。 第５図に示すように、制御ユニット４０２の電子回路は、発振器５１０と、キ ーボード５２０と、キーボードデコード回路５３０と、マイクロプロセッサ５４ ０と、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）５５０と、パルス幅発生器５６０と、ゲー ト化された送信機５７０と、電源５８０とを集積回路の形で備えることがわかる 。２つの回路５６０と５７０は、合わせてパルス幅変調送信システムと呼ぶこと とする。典型的には、低消費電力型のＣＭＯＳ要素が回路の論理機 能を実現するために選ばれる。 第６図には、本発明の手持ちの制御部の回路図が示される。第５図で５００番 台の参照番号を付して示したブロード回路の要素は、第６図の回路図において６ ００番台の同じ参照番号を付した点線で囲って示してある。すなわち、第５図で 示された発振器５１０は第６図では参照番号６１０で示され、第５図で示された キーボードすなわちキーシステム５２０は第６図では参照番号６２０で示される という具合であり、他の同じである。第３図に示すように、回路図の各電気要素 は、従来の電子的タイプを示す参照番号で示される。すなわち、最初の文字は要 素の一般的な形式を示し、それに続く数字はこの図での特定の要素を表す。 第６図に示した手持ちのユニット４０２の電子回路の好適な実施例について説 明する。マイクロプロセッサ６４０として輪郭が示される８０Ｃ５１マイクロコ ントローラＵ１０は、発振器６１０内の水晶発振記Ｙ２によって提供される１２ ＭＨｚの周波数で動作する。キーボード６２０は、デコード回路６３０を有する 行と列のマトリクスユニットである。アクティブモードでは、キーの１つが押さ れると、マイクロコントローラは、声門閉鎖音の終りで利用できる時間の間に、 そのキーの座標についての調査を行う。このために、マイクロコントローラは、 図で“ＩＮＴＯ”として示した出力に論理値“１”を設定する。ワンショットマ ルチバイブレータＵ９Ｂは、この信号をカウンタＵ２をリセットする正のパルス に変形する。 その後、カウンタはその入力ＩＣに入力される３ＭＨｘのパルスに従ってカウ ントの増加を開始する。出力１Ｑ０、１Ｑ１、１Ｑ２はキーボードの列を剌激す る。出力１Ｑ３、２Ｑ０は、デコーダＵ５ＡとバッファＵ６を介してキーボード の行ｒ〔１．．３）を刺激する。それに続いてアクティブ信号（論理値“０”） が行に印加さ れる。 押されたキーに一旦アクティブ信号が印加されると、その信号は押されたキー と関係する列を通ってマルチプレクサＵ８に行く。集積回路Ｕ８の入力Ａ、Ｂ、 Ｃ上の列のコードが活性化された行（Ｕ８のＤ０．．Ｄ７）の数に一致した時、 Ｕ８の出力ＹはカウンタＵ２の増加を停止させる論理値“１”になる。このよう にして押されたキーの座標はカウンタＵ２の出力に固定される。次に、マイクロ コントローラは、これらのデータを入力Ｐ１．０、Ｐ１．１）Ｐ１．２、Ｐ１． ４、Ｐ１．５を介して読み、声門閉鎖音パルスの適当なパラメータを決定するの に使用する。 上記のように、マイクロコントローラは各声門閉鎖音パルスの終了を決定し、 いずれのキーも押されていなければ、カウンタＵ２はその出力２Ｑ１の論理値“ １”がカウントを停止させるまで増加する。同一の信号が、このことを入力Ｐ１ ．３を介してマイクロコントローラに指示する。これを認識すると、マイクロコ ントローラはその“ＩＮＴＯ”出力に論理値“０”を設定してパワーダウンモー ドに入る。“ＩＮＴＯ”の論理値“０”は、バッファＵ６の出力を高インピーダ ンスさせる。いずれのキーも押されていないため、Ｕ７のすべての入力は論理値 “１”である。いずれかのキーが押されると同時に、適当な行から論理値“０” がそのキーを通ってＵ７の入力に入り、Ｕ７の出力を論理値“１”にする。更に 、ワンショットマルチバイブレータＵ９ＡはマイクロコントローラのＲＥＳＥＴ 信号を出す。 ＲＥＳＥＴ信号は、自動的に“ＩＮＴＯ”の論理値を“１”にし、マイクロコ ントローラは押されたキーの座標を決定する新しいサイクルを開始する。 他の従来の電子及び論理要素は第６図に示されるが、これらの使 用と機能は当業者には容易に理解されるであろう。第６図の回路図に示した要素 の典型的な動作値は、以下の表IIに示される。この表は部品又は要素のリストで あり、最初の列は第６図の回路図で使用される特定の特性を有する要素の量すな わち個数を示し、第２列は第６図で示されるこのような要素に付された参照番号 を示し、第３列は特定の部品又は要素の仕様又は電気的な特性を示す。容易に理 解できるように、電子技術者及び電子技能者であれば、回路図と表IIを参照して 第６図に示したような本発明に基づいて動作する回路が容易に提供できるであろ う。 本発明の好適な実施例は、小型のキーボードを使用しているが、他のマン・マ シン・インターフェース装置で本発明の基本的な特徴を変えることなしに置き換 えることも可能である。例えば、図示していないが、次の入力装置でもマイクロ プロセッサへの入力として使用できる。このような装置は、制御ボタンを有する 小型のジョイスティック、制御ボタン又は圧力検知機構を有するトラックボール 、力を検知可能で一連のコード化されたボタンを有し、各コードが音量／周波数 のマトリクス上の位置に対応しているリニアポテンショメータである。 本発明の好適な実施例は、コンピュータプログラムすなわちソフトウエアを使 用して、小さなマイクロプロセッサが本発明の人工喉頭が出す音声トーンを決定 するのを制御する。しかしながら、マイクロプロセッサ内のハードウエア自体は 同一の目的を達成するためにも使用できることが認識できるであろう。いいかえ れば、マイクロプロセッサのアーキテクチャすなわちオペレーティングシステム は、すべてのハードウエア又はハードウエアとソフトウエアの組み合わせのいず れかであればよい。 人工喉頭ユニットによって再生される波形はそのユニットのメモリに記憶され 、制御ユニット上でピッチと音量を指定するように押されたキーに従って再生さ れる。各波形は、当業者には容易にわかるように、ユニットが最初にソフトウエ ア又は基本ハードウエアでプログラムされた時の別個の個数又は表現で表される 。このマイクロプロセッサのプログラムはできればソフトウエアを使用して行う ことが望ましいが、これはより柔軟で便利であるためである。このようなプログ ラムの配置を以下に説明する。 人工喉頭によって出される各波形を生成するには、基本的な２つの方法がある 。１つにおいては、一連の基本波形がマイクロプロセ ッサの主たる電子的メモリにデータとして記憶されるか、他の周辺機器又は大容 量のメモリ装置に記憶される。各波形は押されたキーによって決定されるピッチ と音量だけでなく、トーン質の基本レパートリ（repertoire）、より高い周波数 範囲でのランダム雑音、気息音雑音、基本的なトーンの基本繰り返し速度（rate ）のランダム変動すなわちトーン周波数における約０．５％までのランダム変動 、トーンパルスのランダムな除去等を提供するように設計されている。通常これ らの各々は特定の話者のためにメモリに記憶されたトーンによって決定される。 しかしながら、いずれの動作方法も使用者によって押されるキーの制御の下にユ ニットによって出される音量−ピッチ信号が、その話者のためにメモリに記憶し た特定のトーンにすでに含まれている通常の話のトーンのこのような付加的な要 素よりもむしろ、更なる処理によって基本トーン上に重ねられるランダム雑音や パルスの除去等の要素によって変形されるようにメモリに記憶された基本トーン を代わりに有することが理解できる。いいかえれば、明らかなランダム雑音、各 話者毎の周波数における小さな変動や除去されたパルス等を有する既に変形され たトーンを有するよりむしろ、メモリから導出された更なる信号によるか又は使 用者の制御の下に基本トーンが変形できる。例えば、このような付加的な各特性 のための付加的なキーを有するキーボードは、使用者の希望に応じて使用者が動 作させるかさせないかを決められるようにするために使用できる。通常このよう なスイッチは単なるオン・オフ型であるが、他のものも可能である。しかしなが ら、多くの場合通常はキーボード上の各キーを押して単に最初のトーン信号、上 記の更なる変数で既に変形された特定のトーンを出すだけでよく、この形態が望 ましい。従って、メモリ内の各トーンは、既にランダム雑音、トーンパルス等の ランダムな除去等で適当に変形されており、 このような変形された信号は、対応するキーが押された時に開始される。いずれ にしろ、一連の基本トーンは各キーに対応するメモリに保持され、ランダム雑音 、除去されたトーンパルス等を提供する各トーンの変形は、メモリとプログラム 内の更なる指示によって達成され、話者に再生のための適当な信号を実際に送る 前に本発明の他の要素を提供するように各トーンが変形される。 第７図は、本発明で使用する好適なソフトウエアプログラムを示すソフトウエ アコードブロック図すなわちフローチャートを示す図である。プログラムは７０ ８で示されるＲＥＳＥＴ信号で開始される。これにより、７１０で示される次の ステップでマイクロプロセッサが初期化される。初期化の後、ブロック７１４で 示されるキーボードの走査が開始される。一旦ブロック７１８に従ってキーボー ドが読み取られると、押されたキーの特定すなわち位置が決定される。各周波数 ／音量値はＲＯＭに記憶されている。 もしボタンが押されたことが検出できなければ、派生機能７２０が動作して、 マイクロプロセッサはブロック７２０で示されるパワーダウンモードに入る。パ ワーダウンモードに入ると、システムはキーボードの押し下げによる指示により 上記のＲＥＳＥＴ７０８を活性化することにより再起動される。もしボタンが押 し下げされたことを検出すると、プログラムはブロック７２８で“ｓｅｔ”位置 が存在するかを決定する。“ｓｅｔ”位置であれば、キーボードは第１の周波数 ／音量値の列から第２の周波数／音量値の列にシフトする。この機能はブロック ７３０と７３２の論理によって決定される。単一の“ｓｅｔ”位置にあるキーボ ードは８種の周波数だけにアクセスできる。例えば、これらの８種の周波数はい ずれを第１の周波数としても開始でき、使用者が話すための最適な周波数範囲を 選択するのを可能にする。もし第１のボタンが話される前に第２の ボタンが押されたならば、コンピュータは補間法を使用して第２のトーンにスラ イドする。 ７３０と７３２の機能によって、一旦周波数／音量の位置が決定されると、ブ ロック７３４でプログラムはメモリ内の列の最初の値を選択し、ランダム遅延変 数の最初の値を選択する。ブロック７３６で、ランダム遅延変数は、人間の声の ランダムなパルス化をまねる擬似的なランダム周波数ジッタを生成する。この遅 延はパルス値が選択される前に挿入される。遅延が出力され計時された後、プロ グラムは声門閉鎖音パルスの振幅値を出力するループに入る。このサブルーチン は単一の声門閉鎖音パルスのＰＷＭ値を提供し、その後新しい入力のためにキー ボードの検出に戻る。 波形の形状は読み出し専用メモリに記憶されており、このメモリは１６種の異 なる周波数と独立した音量値を記憶するのに十分な容量を有する。波形がメモリ に記憶されているため、各周波数と音量に対する波形は正確な音声信号を提供す るように個々に最適化できる。繰り返しの波形は、各ハーモニィが基本周波数の 整数倍で良好に規定された振幅を有する基本周波数の一連のハーモニィの和とし て解析される。適当な技術を使用すれば、人間の音声のように聞こえる音声の発 生を定義できる各ハーモニィが２ｄｂ以内の必要な振幅で定義されている正確な 波形の生成ができる。他の技術的な解決方法は、システムにおける歪みを補正す る機能なしに設定する各周波数と振幅毎の単一の波形を使用する。音の周波数と 音量の広い範囲に渡って波形を正確に制御及び再生することが可能であることは 、従来技術に対して数々の利点がある。各周波数と音量の設定は、正確な音声の 点を表すことができる。音声がある固定された周波数で音量だけが大きくなると 、音がうるさくなるだけでなく、波形も変化する。波形の変化における変化は、 波を形作るハーモニィの相 対的な振幅における変化として表すことができる。本発明の装置は、リアルに聞 こえる音声トーンの再生に寄与する音量の変化に対応してハーモニィの内容を変 化させる効果の再生を可能にする。 出力信号は、ワイヤが巻かれたフェライト棒で構成されるアンテナを使用して 手持ちの制御ユニットから口のユニットに送信される。ワイヤを通る電流は、口 にある検出器にエネルギを放出する磁界の変化を生じる。 第５図と第６図に示した電源５８０と６８０は、maxim666（商品名）集積回路 の使用に基づいており、この集積回路は電源として９Ｖのバッテリを使用し、こ のバッテリ電位を論理回路、メモリ、及び他のマイクロプロセッサ回路のための 安定した５Ｖ電源に変換する。 口のユニットの他の実施例では、スピーカは義歯８０２の内側でなく口蓋アー チの上に取り付けられる。このような配置は音のチューブのいくつかを除去する 利点を有するが、使用者が気持ち良く使用するためには偏平なスピーカが特に必 要である。第８図は、この別の実施例の一部を取り去り等寸法で表した図であり 、口蓋部に取り付けられ配線（ワイヤ）８３０で口蓋に取り付けられたハイブリ ッド回路８１６に接続されたスピーカ８１２を示す。ゴムの膜８２２は、スピー カを唾液や食物から保護する。更に、図には充電用のプラグを差し込むための受 け（レプタクル）８５０とレセプタクルを使用中に食物や唾液から保護するため のレセプタクルカバー８６０が示されている。カバーは、充電のためにユニット を口から外す時に外される。第１図に示すように義歯の一方の側のアーチにある 充電可能なバッテリ８０８は、レプタクルに接続されており、これによりバッテ リ８０８が充電される。図示していないが、後方圧力空洞に対する仕切られた開 口８３２は義歯の口蓋部の表面に向かっ て位置している。 更に、本発明のユニットは、手持ちのユニット上の付加されたキーの形態か、 コーナーキーのような容易に見つけられる位置にあるキーの形態で制御すること により、喉頭を通過する空気を強制的に押し出すことによって作られる音を、音 声トーンの使用なしに通常の話（スピーチ）用装置によって起こし、これを整形 することができようにすることで“ささやきモード”でも動作することが望まし い。これにより、喉頭切除の患者が思いどおりにささやき通常のささやく話をよ くまねることができるようになる。通常の人においては、通常のささやく話は喉 頭で生成される通常の音声トーンなしに生成される話を備える。このように、本 発明に従って人工喉頭トーンに付加される付加的な雑音又は音は、喉頭切除者の 話で作られるささやきを、声門閉鎖音の振動を単に除去するだけで喉頭の組織を 振動させることなしにちょうど実際のささやきのようにする利点がある。 上記 の議論と説明からわかるように、本発明は、ランダム雑音、特定の限度内での周 波数の振動、除去されたパルス等を含むような付加的な洗練に起因するより自然 に聞こえる重要な音声トーンを有する人工喉頭を提供するだけでなく、喉頭切除 の患者が最小の訓練だけで容易に使用でき、手の１つ以上の指によって容易に制 御される便利な手持ちの制御のために、連続したトーンを話に形作ることができ るようになる。 更に、手持ちの制御部は、各列毎に異なる８種のトーンを指定できる８個のキ ーを有する列を、４種の音量が指定できるように４列備える例を示して説明した が、キーの個数を増加さて容量を増やすことにより、例えば親指に他の指を加え た１つ以上の指で指定することにより、幾分複雑なモードで動作するようにする こともできる。 本発明の装置は、通常トーンと関係する音等のために限定され た容量のメモリを備えるが、特別な機能とその組み合わせのためのキーの付加に 応じて、便利な大きさである限り所望の大きさまで拡張可能である。 上記のように、本発明に関して添付の図面と記載でいくつかの実施例について ある範囲でかなり詳細に説明したが、これらのすべての記載は本発明の説明のた めだけのものであり、特定の実施例に限定して本発明は狭く解釈されるべきもの ではない。本発明は、本発明の意図した範囲を効果的に囲む添付の請求の範囲に 記載された本発明の範囲内で広く解釈されるべきである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９４年２月１０日 【補正内容】 図面の簡単な説明 第１図は、本発明の同じ長さで一部を断面とした口部ユニットの図であり、ス ピーカと関係する構造と、バッテリと、受信機と、パワー増幅器とそれに関係す る従来の義歯内に取り付けられたエレクトロニクス部を示す図であり、 第１Ａ図は、第１図のような義歯の部分的なアーチ状の部分の断面図で、この ような義歯内のスピーカ後部圧力空洞の配置を示す図であり、 第１Ｂ図は、第１図のような義歯の部分的なアーチ状の部分の断面図で、この ような義歯における音の出口の配置を示す図であり、 第２図は、第１図に示した口部ユニットの電子回路のブロック図であり、 第３ａ図と第３ｂ図は、口部ユニットの好適な電子回路の単一の回路図の隣接 して接続される２つの部分であり、 第４図は、機械的なハウジングと、キーボードと、内部回路基板と、口部ユニ ットに出力パルス幅搬送信号を放出するための内部フェライトアンテナとを示す 本発明の制御ユニットの概略図であり、 第５図は、制御ユニット電子回路のブロック図であり、 第６Ａ図、第６Ｂ図、第６Ｃ図、及び第６Ｄ図は、制御ユニット電子回路の単 一の回路図又は概略図の隣接して接続される４つの部分であり、 第７図は、口部ユニット内の音声トーンの生成を制御するコンピュータプログ ラムのフローチャートであり、 第８図は、本発明に基づく中心部に取り付けられたスピーカを一体にした義歯 の内側の同じ長さで一部を断面とした図である。 第２図は、結合された回路の主要素を概略的に示す図である。この回路は、存 在するいかなる信号も検出する高いＱ値を有する同調回路２０４を有し、この回 路は電磁界の変化に感度を有するように設計されている。検出された信号は、好 ましくは約１０００の利得を有する無線周波数増幅器２１６に入力される。次に 、増幅された無線周波数信号は、検出した信号を限定するリミッタ２２８を介し て整流部２３２に入力される。いずれにしろ整流信号の出力は、約５０ｍＶの信 号を検出するように設定された図示していない比較器に入力される。５０ｍＶ以 上のの信号が存在する時には、比較器の出力がアクティブ（活性状態）になる。 信号が存在しない時には、比較器の出力はインアクティブ（非活性状態）になり 、正の電源電圧をＶｃｃの値に設定する。比較器は、このような場合には、回路 ２２８のリミット（限定）機能を実行する。次いで、この信号は音響増幅器２４ ４で復調され、第１図に示すスピーカ１１２のための低インピーダンスの電圧源 を提供するパワー増幅器からの線型出力を生成する。更に、第２図のブロック図 に示す省電力回路２５６は、もし使用できるならば比較器の他の半分の信号を使 用して、信号が存在するかどうかに応じてパワー増幅器をオン又はオフさせる。 第３ａ図と第３ｂ図を結合した第３図は、第２図にブロック図の形で示したブ ロード（broad）回路を更に詳細に示す図である。第２図に示し一連の２００番 台の参照番号が付されたブロード回路の要素は、第３図（第３ａ図と第３ｂ図） の回路図で点線で広く囲まれており、３００番台の同様の参照番号で示されてい る。すなわち、第２図で参照番号２０４で示された同調回路は、第３ａ図におい ては参照番号３０４で示され、第２図で参照番号２１６で示されたＲＦ増幅器は 、第３ａ図では参照番号３１６で示され、他も同様である。回路図の各電気要素 は、従来の電子的な型番の参照番号で示さ れる。すなわち、最初の文字は広く要素の一般的な形式を示し、それに続く数字 は回路図上の特定の要素を特定する。 第３ａ図と第３ｂ図の最初にある同調回路は、約３ＭＨｚで共振する４７マイ クロヘンリ（μＨ）のインダクタＬ１と４８ピコファラッド（ｐＦ）のキャパシ タＣ１とで構成される。第２図のブロック図にも示される同調回路３０４の一部 であるインダクタンスＬ１は、電磁界の変化を検出し、有用な信号検出器を形成 する。信号は、エミッタ部に信号バイパスキャパシタＣ３を有するコモンエミッ タ増幅器として動作するトランジスタＱ１で構成される無線周波数増幅器３１６ に入る。この増幅器にはコモンコレクタトランジスタＱ２（エミッタフォロワ） が続いており、信号のインピーダンスを低下させることにより次段の増幅部での ミラー容量の効果を低減している。 第３ａ図と第３ｂ図には、他の従来の電子的な要素が示されており、それらの 使用と機能は当業者であれば容易に理解できるものである。第３図の回路図に示 した要素の典型的な動作値は、以下の表Ｉに示される。表では、第１の列が第３ 図の回路図で使用される特定の特性を有する部品の量と個数を示し、第２列は第 ３ａ図と第３ｂ図に示されたこのような部品による参照番号を、第３列は特定の 部品又は要素の仕様を示す。以下で理解されるように、電子技術者又は技能者で あれば、第３ａ図と第３ｂ図又は第３ａ図と第３ｂ図を結合した回路図と表Ｉを 参照して、第３図に示した本発明に従って動作可能な回路が容易に実現できるで あろう。 第３図に示したｒｆ増幅器３１６の最後の部分は、整流出力を有する。この整 流された出力は信号のパルスの包絡形状を検出する。包絡形状は、パルス幅情報 の正確な送信によらずに増幅される。従って、整流器に続く参照番号３６２で示 される比較器は、約５０ｍＶの信号レベルでトリガされるように設定されている 。信号がこのレベルより高い時には比較器はアクティブ状態になり、信号がこの レベルより低い時には比較器は非アクティブ状態になる。この制限する動作は、 信号の振幅が信号情報に影響で変化するのを防止する。 同一の比較器３６２は、出力増幅器の動作のパワーアップとパワーダウンのト リガに使用される。適当な立ち上がり及び立ち下がりの時間定数は、ソフトウエ アのパルス形状設計と組み合わせて、パワー増幅器３４４のオンとオフの切り換 えがクリック音を生成するパルスの途中で起きないことを保証するように設定さ れる。 第２図に示し、及び第３ａ図に囲った形で示したリミッタ２２８からの出力は 、フィードバック付きの小型集積回路の音響増幅器である要素３６４に入力され る。フィードバックは信号を復調して適当な信号利得を提供する。音響出力はス ピーカに入力される。パワーのアップとダウンは、第２の比較器によって制御さ れる。 第４図に概略を示した手持ちの制御ユニット４０２は、小型のキーボード４０ ６と、筐体４０４内の外形を示した回路基板４０８と、やはり筐体４０４内の外 形を示したフェライトアンテナ４１０とを一体にした機械的な筐体４０４で構成 されている。バッテリの電圧が低下したことを示す発光ダイオード４１４も示さ れている。バッテリは示されていないが、やはり手持ちの制御ユニット部に収容 されている。キーボード４０６は、手の指、典型的には親指の接触に対して感度 のあるキー４１６が配置された部分を有する。キーボ ードのこのアクティブ部分の大きさは、約１インチ×０．５インチであることが 望ましい。このように、制御ユニットは手のひらに保持して親指で容易に制御で きる。キーボードは、典型的には、８列×４行の３２個の位置を別個に指定でき ることが望ましい。キーは、中心で０．１２５インチの高さである。キーの間隔 に対して親指が大きいため、数個のキーが同時に指定されることが起こり得る。 回路基板４０８に組み込まれたマイクロプロセッサ回路は、指定されたキーの位 置を決定できると共に、キーボードのデバウンスを検出できることが望ましい。 好ましい配置では、各キーは手の指によって直接接触するのではなく、柔軟な布 カバー又はプラスチックの膜４１２で覆われて指すなわち親指によって接触され る実際の構造的な表面を構成し、キーボードの操作すなわち指で操作した時にそ れが覆っている膜４１２の押し下げによって下にあるキー４１６が活性化される ようになっている。筐体は、第４図では、図示の都合で直角の角を有するように 示してあるが、角が丸いほうが望ましいことが容易に理解される。 キーボード入力パターンと組み合わされた回路基板上の演算回路は、人工的な 声門閉鎖音パルスに関する情報を搬送する電磁パルスの幅を決定し、３ＭＨｚの 搬送周波数はこれに従って変調される。搬送周波数パルスはフェライト棒アンテ ナ４１０から口のユニットの受信アンテナへ送信される。 第５図に示すように、制御ユニット４０２の電子回路は、発振器５１０と、キ ーボード５２０と、キーボードデコード回路５３０と、マイクロプロセッサ５４ ０と、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）５５０と、パルス幅発生器５６０と、ゲー ト化された送信機５７０と、電源５８０とを集積回路の形で備えることがわかる 。２つの回路５６０と５７０は、合わせてパルス幅変調送信システムと呼ぶこと とする。典型的には、低消費電力型のＣＭＯＳ要素が回路の論理機能を実現する ために選ばれる。 第６Ａ図、第６Ｂ図、第６Ｃ図、及び第６Ｄ図には、本発明の手持ちの制御部 の回路図が示される。第５図で５００番台の参照番号を付して示したブロード回 路の要素は、第６Ａ図、第６Ｂ図、第６Ｃ図、及び第６Ｄ図を結合した第６図の 回路図において６００番台の同じ参照番号を付した点線で囲って示してある。す なわち、第５図で示された発振器５１０は第６Ｄ図では参照番号６１０で示され 、第５図で示されたキーボードすなわちキーシステム５２０は第６図では参照番 号６２０で示されるという具合であり、他の同じである。第３図に示すように、 回路図の各電気要素は、従来の電子的タイプを示す参照番号で示される。すなわ ち、最初の文字は要素の一般的な形式を示し、それに続く数字はこの図での特定 の要素を表す。 第６Ａ図、第６Ｂ図、第６Ｃ図、及び第６Ｄ図を結合した第６図に示した手持 ちのユニット４０２の電子回路の好適な実施例について説明する。マイクロプロ セッサ６４０として輪郭が示される８０Ｃ５１マイクロコントローラＵ１０は、 発振器６１０内の水晶発振記Ｙ２によって提供される１２ＭＨｚの周波数で動作 する。キーボード６２０は、デコード回路６３０を有する行と列のマトリクスユ ニットである。アクティブモードでは、キーの１つが押されると、マイクロコン トローラは、声門閉鎖音の終りで利用できる時間の間に、そのキーの座標につい ての調査を行う。このために、マイクロコントローラは、図で“ＩＮＴＯ”とし て示した出力に論理値“１”を設定する。ワンショットマルチバイブレータＵ９ Ｂは、この信号をカウンタＵ２をリセットする正のパルスに変形する。 その後、カウンタはその入力１Ｃに入力される３ＭＨｘのパルス に従ってカウントの増加を開始する。出力１Ｑ０、１Ｑ１、１Ｑ２はキーボード の列を刺激する。出力１Ｑ３、２Ｑ０は、デコーダＵ５ＡとバッファＵ６を介し てキーボードの行ｒ〔１．．３）を刺激する。それに続いてアクティブ信号（論 理値“０”）が行に印加される。 押されたキーに一旦アクティブ信号が印加されると、その信号は押されたキー と関係する列を通ってマルチプレクサＵ８に行く。集積回路Ｕ８の入力Ａ、Ｂ， Ｃ上の列のコードが活性化された行（Ｕ８のＤ０．．Ｄ７）の数に一致した時、 Ｕ８の出力ＹはカウンタＵ２の増加を停止させる論理値“１”になる。このよう にして押されたキーの座標はカウンタＵ２の出力に固定される。次に、マイクロ コントローラは、これらのデータを入力Ｐ１．０、Ｐ１．１、Ｐ１．２、Ｐ１． ４、Ｐ１．５を介して読み、声門閉鎖音パルスの適当なパラメータを決定するの に使用する。 上記のように、マイクロコントローラは各声門閉鎖音パルスの終了を決定し、 いずれのキーも押されていなければ、カウンタＵ２はその出力２Ｑ１の論理値“ １”がカウントを停止させるまで増加する。同一の信号が、このことを入力Ｐ１ ．３を介してマイクロコントローラに指示する。これを認識すると、マイクロコ ントローラはその“ＩＮＴＯ”出力に論理値“０”を設定してパワーダウンモー ドに入る。“ＩＮＴＯ”の論理値“０”は、バッファＵ６の出力を高インピーダ ンスさせる。いずれのキーも押されていないため、Ｕ７のすべての入力は論理値 “１”である。いずれかのキーが押されると同時に、適当な行から論理値“０” がそのキーを通ってＵ７の入力に入り、Ｕ７の出力を論理値“１”にする。更に 、ワンショットマルチバイブレータＵ９ＡはマイクロコントローラのＲＥＳＥＴ 信号を出す。 ＲＥＳＥＴ信号は、自動的に“ＩＮＴＯ”の論理値を“１”にし、マイクロコ ントローラは押されたキーの座標を決定する新しいサイクルを開始する。 他の従来の電子及び論理要素は第６図（第６Ａ図、第６Ｂ図、第６Ｃ図、及び 第６Ｄ図）に示されるが、これらの使用と機能は当業者には容易に理解されるで あろう。第６図の回路図に示した要素の典型的な動作値は、以下の表IIに示され る。この表は部品又は要素のリストであり、最初の列は第６図の回路図で使用さ れる特定の特性を有する要素の量すなわち個数を示し、第２列は第６図（第６Ａ 図、第６Ｂ図、第６Ｃ図、及び第６Ｄ図）で示されるこのような要素に付された 参照番号を示し、第３列は特定の部品又は要素の仕様又は電気的な特性を示す。 容易に理解できるように、電子技術者及び電子技能者であれば、回路図と表IIを 参照して第６図に示したような本発明に基づいて動作する回路が容易に提供でき るであろう。 請求の範囲 １． 喉頭を切除された患者によって使用されるための人工的な話（スピーチ ）トーン発生装置であって、 （ａ）人間の口の空洞内に口の解剖学的構造及び動きに応じて調整されて配置 され、実質的に自然に聞こえる人工的な人間の音声トーンを提供するように構成 されたトーン周波数発生手段と、 （ｂ）使用者によって手で操作され、手によって起動されオン／オフも組み込 んだ制御と、ピッチと音量を組み合わせた制御の組の所定の連続した制御に渡っ て単一制御手段によって制御するピッチと音量の制御とを含む制御手段とを備え 、 （ｃ）前記トーン周波数発生手段は、口の中に収容されるように配置及び構成 され、前記制御手段は、使用者の手で操作されるように配置及び構成され、喉頭 切除後の患者はより自然に聞こえる組み合わせで人工的な人間の音声トーンの音 量とピッチを効果的に制御でき、 波形を搬送する空間的に送信される情報介を通信できるように配置及び形成され ている人工的な話トーン発生装置。 ２． 請求項１に記載の人工的なトーン発生装置であって、前記波形を搬送す る空間的に送信される情報は、電磁放射を構成する人工的なトーン発生装置。 ３． 請求項１に記載の人工的なトーン発生装置であって、前記トーン周波数 発生手段は、基本的なトーンの繰り返し速度における特に小さなランダムな変動 を含むトーン生成において、一連の所定の不連続性及び不規則性の少なくとも１ つを提供するように配置及び構成されている人工的なトーン発生装置。 ４． 請求項１に記載の人工的なトーン発生装置であって、当該 装置は、トーン周波数のパルスにおける随時の母音接続又は二重声（diplophoni c）構造を有するトーン周波数のパルスを提供するように、特にこのようなパル スのより低い周波数範囲と音量でより自然に聞こえる話トーンを提供するように 配置及び構成されている人工的なトーン発生装置。 ５． 請求項１に記載の人工的なトーン発生装置であって、当該装置は、相対 的に小さな量のランダムな雑音を音声トーンと一緒に提供するように配置及び構 成されている人工的なトーン発生装置。 ６． 喉頭を切除された患者によって使用されるための人工的な話（スピーチ ）トーン発生装置であって、 （ａ）前記喉頭切除後の患者の口の空洞内に口の構造に応じて調整されて配置 され、実質的に自然に聞こえる音声トーンを提供するように構成された口内トー ン周波数発生手段と、 （ｂ）前記喉頭切除後の患者によって手で操作され、オン／オフを組み込んだ 手によって起動される制御と、ピッチと音量を組み合わせた制御の組の所定の連 続した制御に渡って制御手段によって制御するピッチと音量の制御とを含む制御 手段とを備え、 （ｃ）前記手で起動される制御と口内トーン周波数発生手段は、波形を搬送す る空間的に送信される情報を通信できるように配置及び形成されている人工的な 話トーン発生装置。 ７． 請求項６に記載の人工的なトーン発生装置であって、前記トーン周波数 発生手段は、特定の基本的なトーンの繰り返し速度における特に小さなランダム な変動を含むトーン生成において、一連の所定の不連続性及び／又は不規則性の 少なくとも１つを提供するように配置及び構成されている人工的なトーン発生装 置。 ８． 請求項６に記載の人工的なトーン発生装置であって、当該装置は、周波 数パルスにおける随時の母音接続又は二重声（diploph onic）構造を提供するように、特にこのようなパルスのより低い周波数範囲と音 量でより自然に聞こえる話トーンを提供するように配置及び構成されている人工 的なトーン発生装置。 ９． 請求項６に記載の人工的なトーン発生装置であって、当該装置は、相対 的に小さな量のランダムな雑音を、通常の話（スピーチ）としばしば関係する気 息音雑音を生成する主たる話（スピーチ）パルスと一緒に提供するように配置及 び構成されている人工的なトーン発生装置。 １０． 請求項６に記載の人工的なトーン発生装置であって、当該装置は、主 たる主たる話（スピーチ）トーンパルスなしにランダムな高周波数の雑音を提供 して、いわゆるささやきと呼ばれる話（スピーチ）パターンを生成する人工的な トーン発生装置。 １１． 請求項６に記載の人工的なトーン発生装置であって、前記制御手段と 前記トーン周波数発生手段との間の通信は、電磁放射によって行われる人工的な トーン発生装置。 １２． 請求項６に記載の人工的なトーン発生装置であって、前記制御手段は トーン発生コンピュータソフトウエアプログラムを備える人工的なトーン発生装 置。 １３． 請求項１２に記載の人工的なトーン発生装置であって、前記コンピュ ータソフトウエアプログラムは、トーン発生プログラムを有する他のチップと容 易に及び便利に交換される着脱可能なチップに記憶され、１個の基本的なトーン 発生装置が異なる複数の音声トーンを発生する人工的なトーン発生装置。 １４． 請求項６に記載の人工的なトーン発生装置であって、連続したトーン 間の走査は、マイクロコンピュータによって制御又は実行される調整された補間 プログラム手段によってなだらかにされる人工的なトーン発生装置。 １５． 人工的な話（スピーチ）トーン発生装置であって、 （ａ）喉頭切除後の患者の口の空洞内に前記喉頭切除後の患者の口の構造及び 動きに応じて調整されて配置され、バッテリ手段と、拡声器（loud speaker）と 、空間的に送出された信号を検出することが可能で受信した信号を前記拡声器ス ピーカを駆動するための電気信号に変換する電子回路と、前記拡声器を唾液及び バクテリアから保護しながら音が前記口の空洞に届くようにする音響構造とを有 し、実質的に自然に聞こえる人工的な人間の音声トーンを提供するように配置及 び構成されたトーン周波数発生装置と、 （ｂ）前記喉頭切除後の患者によって手で操作され、オン／オフを組み込んだ 手によって起動される制御と、ピッチと音量を組み合わせた制御の組の所定の連 続した制御に渡って制御手段によって制御されるピッチと音量の制御とを含む制 御手段とを備え、 （ｃ）前記制御手段は、組み合わされたマイクロコントローラとコンピュータ ソフトウエアプログラムとを備え、 （ｄ）電磁通信チャンネルが、前記喉頭切除後の患者の口の空洞内の前記トー ン周波数発生手段と手動操作用の前記制御手段の間の信号の送信に使用される人 工的な話トーン発生装置。 １６． 請求項１５に記載の人工的な話トーン発生装置であって、前記周波数 トーン発生装置は、ランダムな特性の発生されたパルストーンにおける特定の不 連続性を提供し、気息音雑音をまねる高周波数のランダムな雑音を少量提供する ように配置及び構成されている人工的な話トーン発生装置。 １７． 請求項１５に記載の人工的なトーン発生装置であって、前記制御手段 は、ハーモニィ（和声）の振幅が所定の値の２ｄｂ内で個々に定義されるのに十 分な精度で波形を出力するように形成されている人工的なトーン発生装置。 １８． 請求項１５に記載の人工的なトーン発生装置であって、前記周波数ト ーンのための音響経路には、空気は通過させるがバクテリア又は唾液は通過させ ない圧力除去口が結合されている人工的なトーン発生装置。 １９． 請求項１８に記載の人工的なトーン発生装置であって、前記圧力除去 口はハロゲン炭素（halocarbon）フィルタ材料で作られている人工的なトーン発 生装置。 ２０． 請求項１５に記載の人工的なトーン発生装置であって、前記制御手段 は、ランダムな特性の発生されたパルストーンにおける特定の不連続性と、気息 音雑音をまねる高周波数のランダムな少量の雑音とを提供し、前記制御手段のア ーキテクチャの少なくとも一部は、前記制御手段内にユニットとして挿入可能な チップ上に装着されたコンピュータソフトウエアプログラムを含む人工的なトー ン発生装置。 ２１． 口のユニットと制御ユニットを含む人工喉頭であって、 （ａ）前記口のユニットは、 （ｉ）喉頭切除の患者の口内の空洞内に人工喉頭を取り付けるための義歯手 段と、 （ii）該義歯手段に取り付けられた電源と、 （iii）制御ユニットから送られた信号を受信して解読する電子回路と、 （iv）パワー増幅器と、 （ｖ）拡声器（loud speaker）とを備え、 （ｂ）前記制御ユニットは、 （ｉ）筐体と、 （ii）電源と、 （iii）電子回路手段と、 （iv）喉頭切除の患者の制御に基づいて、自然に聞こえる話を生成するよう に、人間の声門閉鎖音パルスの音響的トーンパルス表現を発生、送信及び受信す るユニットが配置及び構成され、前記制御は、このパルスを活性化及び非活性化 させ且つこのパルスの基本的な繰り返し速度を制御すると共に音の振幅を独立に 且つ合わせて制御するように配置及び構成されている人間とのインターフェース 装置とを備える人工喉頭。 ２２． 請求項２１に記載の人工喉頭であって、前記制御ユニットは、更に、 （ｃ）前記トーンパルス表現のトーン質を制御するように構成されている人工喉 頭。 ２３． 請求項２２に記載の人工喉頭であって、前記制御ユニットは、更に、 （ｄ）前記トーンパルス表現における気息音雑音を含むように配置及び構成され ている人工喉頭。 ２４． 請求項２３に記載の人工喉頭であって、前記制御ユニットは、更に、 （ｅ）前記トーンパルス表現の基本的な繰り返し速度の擬似的なランダムな振動 を含むように配置及び構成されている人工喉頭。 ２５． 請求項２７に記載の人工喉頭であって、前記制御ユニットは、更に、 （ｆ）前記トーンパルス表現における二重声（diplophonic）構造を含むように 配置及び構成されている人工喉頭。 ２６． 請求項２４に記載の人工喉頭であって、前記制御ユニットは、更に、 （ｇ）前記トーンパルス表現の代わりにささやく音をまねできる機能を含むよう に配置及び構成されている人工喉頭。 ２７． 請求項２１に記載の人工喉頭であって、前記トーンパルス表現のピッ チ及びトーンは、前記人間とのインターフェース装置を介して、少なくとも部分 的には前記喉頭切除の患者の直接的な制御の下にあり、他の特徴は実質的にマイ クロプロセッサ手段によっ て与えられる人工喉頭。 ２８． 請求項２７に記載の人工喉頭であって、前記マイクロプロセッサ手段 は、そのシステムアーキテクチャ内にソフトウエアを含む人工喉頭。 【図２】 【図５】 【図３ａ】 【図３ｂ】 【図６Ａ】 【図６Ｂ】 【図６Ｃ】 【図６Ｄ】 【図７】

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 喉頭を切除された患者によって使用されるための人工的な話（スピーチ ）トーン発生装置であって、 （ａ）人間の口の空洞内に口の解剖学的構造及び動きに応じて調整されて配置 され、実質的に自然に聞こえる人工的な人間の音声トーンを提供するように構成 されたトーン周波数発生手段と、 （ｂ）使用者によって手で操作され、手によって起動されオン／オフも組み込 んだ制御と、ピッチと音量を組み合わせた制御の組の所定の連続した制御に渡っ て単一制御手段によって制御するピッチと音量の制御とを含む制御手段とを備え 、 （ｃ）前記トーン周波数発生手段は、口の中に収容されるように配置及び構成 され、前記制御手段は、使用者の手で操作されるように配置及び構成され、喉頭 切除後の患者はより自然に聞こえる組み合わせで人工的な人間の音声トーンの音 量とピッチを効果的に制御でき、 波形を搬送する空間的に送信される情報介を通信できるように配置及び形成され ている人工的な話トーン発生装置。 ２． 請求項１に記載の人工的なトーン発生装置であって、前記波形を搬送す る空間的に送信される情報は、電磁放射を構成する人工的なトーン発生装置。 ３． 請求項１に記載の人工的なトーン発生装置であって、前記トーン周波数 発生手段は、基本的なトーンの繰り返し速度における特に小さなランダムな変動 を含むトーン生成において、一連の所定の不連続性及び不規則性の少なくとも１ つを提供するように配置及び構成されている人工的なトーン発生装置。 ４． 請求項１に記載の人工的なトーン発生装置であって、当該 装置は、トーン周波数のパルスにおける随時の母音接続又は二重声（diplophoni c）構造を有するトーン周波数のパルスを提供するように、特にこのようなパル スのより低い周波数範囲と音量でより自然に聞こえる話トーンを提供するように 配置及び構成されている人工的なトーン発生装置。 ５． 請求項１に記載の人工的なトーン発生装置であって、当該装置は、相対 的に小さな量のランダムな雑音を音声トーンと一緒に提供するように配置及び構 成されている人工的なトーン発生装置。 ６． 喉頭を切除された患者によって使用されるための人工的な話（スピーチ ）トーン発生装置であって、 （ａ）前記喉頭切除後の患者の口の空洞内に口の構造に応じて調整されて配置 され、実質的に自然に聞こえる音声トーンを提供するように構成された口内トー ン周波数発生手段と、 （ｂ）前記喉頭切除後の患者によって手で操作され、オン／オフを組み込んだ 手によって起動される制御と、ピッチと音量を組み合わせた制御の組の所定の連 続した制御に渡って制御手段によって制御するピッチと音量の制御とを含む制御 手段とを備え、 （ｃ）前記手で起動される制御と口内トーン周波数発生手段は、波形を搬送す る空間的に送信される情報を通信できるように配置及び形成されている人工的な 話トーン発生装置。 ７． 請求項６に記載の人工的なトーン発生装置であって、前記周波数トーン 発生手段は、特定の基本的なトーンの繰り返し速度における特に小さなランダム な変動を含むトーン生成において、所定の不連続性及び／又は不規則性を提供す るように配置及び構成されている人工的なトーン発生装置。 ８． 請求項６に記載の人工的なトーン発生装置であって、当該装置は、周波 数パルスにおける随時の母音接続又は二重声（diploph onic）構造を提供するように、特にこのようなパルスのより低い周波数範囲と音 量でより自然に聞こえる話トーンを提供するように配置及び構成されている人工 的なトーン発生装置。 ９． 請求項６に記載の人工的なトーン発生装置であって、当該装置は、相対 的に小さな量のランダムな雑音を、通常の話（スピーチ）としばしば関係する気 息音雑音を生成する主たる話（スピーチ）パルスと一緒に提供するように配置及 び構成されている人工的なトーン発生装置。 １０． 請求項６に記載の人工的なトーン発生装置であって、当該装置は、主 たる主たる話（スピーチ）トーンパルスなしにランダムな高周波数の雑音を提供 して、いわゆるささやきと呼ばれる話（スピーチ）パターンを生成する人工的な トーン発生装置。 １１． 請求項６に記載の人工的なトーン発生装置であって、前記制御手段と 前記トーン周波数発生手段との間の通信は、電磁放射によって行われる人工的な トーン発生装置。 １２． 請求項６に記載の人工的なトーン発生装置であって、前記制御手段は トーン発生コンピュータソフトウエアプログラムを備える人工的なトーン発生装 置。 １３． 請求項１２に記載の人工的なトーン発生装置であって、前記コンピュ ータソフトウエアプログラムは、トーン発生プログラムを有する他のチップと容 易に及び便利に交換される着脱可能なチップに記憶され、１個の基本的なトーン 発生装置が異なる複数の音声トーンを発生する人工的なトーン発生装置。 １４． 請求項６に記載の人工的なトーン発生装置であって、連続したトーン 間の走査は、マイクロコンピュータによって制御又は実行される調整された補間 プログラム手段によってなだらかにされる人工的なトーン発生装置。 １５． 人工的な話（スピーチ）トーン発生装置であって、 （ａ）喉頭切除後の患者の口の空洞内に前記喉頭切除後の患者の口の構造及び 動きに応じて調整されて配置され、バッテリ手段と、拡声器（loud speaker）と 、空間的に送出された信号を検出することが可能で受信した信号を前記拡声器ス ピーカを駆動するための電気信号に変換する電子回路と、前記拡声器を唾液及び バクテリアから保護しながら音が前記口の空洞に届くようにする音響構造とを有 し、実質的に自然に聞こえる人工的な人間の音声トーンを提供するように配置及 び構成されたトーン周波数発生装置と、 （ｂ）前記喉頭切除後の患者によって手で操作され、オン／オフを組み込んだ 手によって起動される制御と、ピッチと音量を組み合わせた制御の組の所定の連 続した制御に渡って制御手段によって制御されるピッチと音量の制御とを含む制 御手段とを備え、 （ｃ）前記制御手段は、組み合わされたマイクロコントローラとコンピュータ ソフトウエアプログラムとを備え、 （ｄ）電磁通信チャンネルが、前記喉頭切除後の患者の口の空洞内の前記トー ン周波数発生手段と手動操作用の前記制御手段の間の信号の送信に使用される人 工的な話トーン発生装置。 １６． 請求項１５に記載の人工的な話トーン発生装置であって、前記周波数 トーン発生装置は、ランダムな特性の発生されたパルストーンにおける特定の不 連続性を提供し、気息音雑音をまねる高周波数のランダムな雑音を少量提供する ように配置及び構成されている人工的な話トーン発生装置。 １７． 請求項１５に記載の人工的なトーン発生装置であって、前記制御手段 は、ハーモニィ（和声）の振幅が所定の値の２ｄｂ内で個々に定義されるのに十 分な精度で波形を出力するように形成されている人工的なトーン発生装置。 １８． 請求項１５に記載の人工的なトーン発生装置であって、前記周波数ト ーンのための音響経路には、空気は通過させるがバクテリア又は唾液は通過させ ない圧力除去口が結合されている人工的なトーン発生装置。 １９． 請求項２１に記載の人工的なトーン発生装置であって、前記圧力除去 口はハロゲン炭素（halocarbon）フィルタ材料で作られている人工的なトーン発 生装置。 ２０． 請求項１５に記載の人工的なトーン発生装置であって、前記制御手段 は、ランダムな特性の発生されたパルストーンにおける特定の不連続性と、気息 音雑音をまねる高周波数のランダムな少量の雑音とを提供し、前記制御手段のア ーキテクチャの少なくとも一部は、前記制御手段内にユニットとして挿入可能な チップ上に装着されたコンピュータソフトウエアプログラムを含む人工的なトー ン発生装置。 ２１． 口のユニットと制御ユニットを含む人工喉頭であって、 （ａ）前記口のユニットは、 （ｉ）喉頭切除の患者の口内の空洞内に人工喉頭を取り付けるための義歯手 段と、 （ii）該義歯手段に取り付けられた電源と、 （iii）制御ユニットから送られた信号を受信して解読する電子回路と、 （iv）パワー増幅器と、 （ｖ）拡声器（loud speaker）とを備え、 （ｂ）前記制御ユニットは、 （ｉ）筐体と、 （ii）電源と、 （iii）電子回路手段と、 （iv）喉頭切除の患者の制御に基づいて、自然に聞こえる話を生成するよう に、人間の声門閉鎖音パルスの音響的トーンパルス表現を発生、送信及び受信す るユニットが配置及び構成され、前記制御は、（ａ）このパルスを活性化及び非 活性化させ、（ｂ）このパルスの基本的な繰り返し速度を制御すると共に音の振 幅を独立に且つ合わせて制御するように配置及び構成されている人間とのインタ ーフェース装置とを備える人工喉頭。 ２２． 請求項２１に記載の人工喉頭であって、前記制御ユニットは、更に、 （ｃ）前記トーンパルス表現のトーン質を制御するように構成されている人工喉 頭。 ２３． 請求項２２に記載の人工喉頭であって、前記制御ユニットは、更に、 （ｄ）前記トーンパルス表現における気息音雑音を含むように配置及び構成され ている人工喉頭。 ２４． 請求項２３に記載の人工喉頭であって、前記制御ユニットは、更に、 （ｅ）前記トーンパルス表現の基本的な繰り返し速度の擬似的なランダムな振動 を含むように配置及び構成されている人工喉頭。 ２５． 請求項２４に記載の人工喉頭であって、前記制御ユニットは、更に、 （ｆ）前記トーンパルス表現における二重声（diplophonic）構造を含むように 配置及び構成されている人工喉頭。 ２６． 請求項２４に記載の人工喉頭であって、前記制御ユニットは、更に、 （ｇ）前記トーンパルス表現の代わりにささやく音をまねできる機能を含むよう に配置及び構成されている人工喉頭。 ２７． 請求項２１に記載の人工喉頭であって、前記トーンパルス表現のピッ チ及びトーンは、前記人間とのインターフェース装置を介して、少なくとも部分 的には前記喉頭切除の患者の直接的な制御の下にあり、他の特徴は実質的にマイ クロプロセッサ手段によっ て与えられる人工喉頭。 ２８． 請求項２７に記載の人工喉頭であって、前記マイクロプロセッサ手段 は、そのシステムアーキテクチャ内にソフトウエアを含む人工喉頭。