JPH10507603A - 自動感度制御 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 補聴器又は蝸牛用人工補綴具などの聴覚用人工補綴具のための利得制御装置である。制御される増幅器（11）の出力は平均ノイズフロアレベル（15）を導出するように処理される。このノイズフロアレベル（15）は予め規定されたレベル（14）と比較され、その比較結果に応じて該利得が徐々に上方又は下方に調整される。

Description

【発明の詳細な説明】 自動感度制御 技術分野 本発明は聴覚用人工補綴具及び補聴器用の自動利得制御(AGC)システムに関し 、特にそれに限るわけではないが蝸牛に取付けられる人工補綴具用の自動利得制 御システムに関する。 背景技術 音の増幅を含む装置、又は音を知覚するように電気的刺激を与える装置におい ては、AGCシステムを利用する必要がある。これによって付近における一般の音 のレベルを考慮して、増幅器に用いられる利得を調整する。しかし常に予め規定 されたレベルに調整しようとする単純な AGCの利用は、絶えず有意義な音が生成 されてはいないという問題点を生ずることがあり、この場合には、暗騒音が邪魔 になる程度まで増幅されている可能性がある。手動による利得制御をしない通常 のシステムでは、この暗騒音は音声のような本来の音と同等の平均レベルを有す るほどまで増幅されうる。このことはユーザにとって明らかに不満足なことであ る。 最も実用的なシステムにおいては、感度又は入力利得制御が提供され、これに よって最大 AGC利得がユーザによって適当なレベルとなるように可変とされる。 患者は通常、知覚された信号とノイズとの比を最大にするような位置にこの利得 を調整する。この場合は通常、他人がその患者に話しているときの動作点上に A GCが設定される。これより高く設定することは、音声のない状態で暗騒音のレベ ルが AGCによって高められ、また音声が存在するときに信号振幅が 低下されることを意味する。このことは、信号振幅情報が圧縮されるとき、暗騒 音レベルがより高くなって、信号の識別に逆方向に影響するという逆効果をもた らす。またもし逆に、利得があまり低く設定されると、 AGCは全く動作せず、当 該信号はユーザによって良好な音声識別を行うにはあまりにも小さすぎる。 これらの問題点があるにも拘らず、 AGCは通常、ユーザ自身が話すときには、 他人が話すときよりも、マイクロホンによって感知される信号が実質的に大きく なるようにされる。更に人が話すときには自分の声を高める。 AGCなしでは、こ れらのケースの何れの場合にも、信号を制限したり歪ませたりして、信号処理装 置からの出力の品質を低下させることになる。 ユーザが静かな環境からより騒がしい環境に移動するとき更なる問題点が生ず る。この状態ではノイズフロア(noise floor)がより高くなり、会話の声がより 大きくなる。他の人とユーザとが話しているとき AGCは動作し、感知された信号 とノイズとの比は実際の比よりも悪化する。その理由は音声が存在している間は 中断している場合より利得が低いからである。この場合には感度を低下させるこ とが有利である。 Hotvetに付与された米国特許第 4718099号は、入力信号が予め決められた最大 値を超過したとき、急速に応答して利得を下げるように動作する AGC装置を開示 している。この場合可変の解放期間が使用される。しかし該装置に対するノイズ フロアを確立すること、すなわち平均化装置が使用されることについては開示さ れていない。ノイズの平均化と可変のアタック時間を用いた他の装置がKillion 等に付与された米国特許第 5144675号に開示されている。更に例えばLawrence等 に付与された米国特許第 4996712号及び Hughes Aircraft Companyによって出願 されたオーストラリア特許出願第 17099 ／88号には、長期間及び短期間の平均化の組合せと差動増幅器を用いることが開 示されている。 本発明の目的は、システムの感度が、従来の装置より、普通の音の環境に対し てより良く応答するような、補聴器及び聴覚用人工補綴具用の改善された AGCシ ステムを提供することにある。 発明の概要 １つの態様によれば、本発明は、制御される増幅器をそなえた聴覚用システム のための自動利得制御システムであって、増幅器の最大利得が通常のノイズフロ アにしたがって可変とされることを特徴とするものを提供する。 好ましくは、該制御される増幅器の出力は、平均出力ノイズフロアを決定する 手段を用いて制御され、該ノイズフロアは予め決められた区切り点と比較される 。もしノイズフロアが該区切り点より上にあれば、利得はゆっくりと低下される 。またもしノイズフロアが該区切り点より下にあれば、利得はゆっくりと増加さ れる。 この装置は補聴器、蝸牛用人工補綴具、又は他の聴覚用人工補綴具に好適に使 用される。 この装置による利点は、もしユーザがより騒がしい環境に移動すれば、ノイズ レベルは比較的ゆっくりとした応答時間で全体的に低下され、それによって、例 えば、 AGCは、音声間での中断中において利得を上昇させず、ノイズレベルを必 要以上に高くするようなことがなくなる。 図面の簡単な説明 本発明は添付図面を参照してより詳細に記載される。ここで、 図１は本発明の１実施例の概略構成を示す。 図２は包絡線検波器の１実施例を示す。 図３は最小値検出器の１実施例を示す。 図４はコンパレータの１実施例を示す。 図５は積分器の１実施例を示す。 詳細な説明 図１を参照すると、信号がマイクロホン10によって検出され、可変利得増幅器 11へ出力される。増幅器出力20は包絡線検波器17によって処理され、ここで信号 20が整流されまたオーディオ同波数が除去される。その結果生ずる包絡線振幅の 信号21は次いで最小値検出器16によって処理され、ここで包絡線振幅の信号21に おける如何なる減少にも迅速に応答し、また増加には徐々にしか応答しない。こ のようにして、最小値検出器16の出力15は、先行する期間中における最低の信号 振幅を表すことになる。典型的にはこの期間は、該最小値検出器の時定数を変え ることによって、数秒程度に設定されうる。このようにして出力15はノイズフロ アとなる。 コンパレータ13は信号15を、予め設定された区切り点値と比較し、該区切り点 値は最高の許容レベルに対応するように定められる。もし信号15、すなわちノイ ズフロアがこのレベルより高ければ、該コンパレータの出力信号22は、積分器12 に対し徐々に傾斜下降を開始させる。積分器12からの減少した出力信号は、増幅 器11の利得を制御するためにフィードバックされ、したがってその出力信号20及 び該ノイズフロア信号15は減少される。またもし信号15が該区切り点より低けれ ば、該コンパレータの出力信号22は積分器12を傾斜上昇させ、増幅器11の利得は 増加される。このようにして該 AGCの最大利得は、無信号時には、該ノイズフロ アが該区切り点に接近しているようなレベルに常に維持される。 図２には、該包絡線検波器を単純なアナログ回路で実現した場合が示される。 これはダイオードＤ１とフィルタＲ１Ｃ１とを用いた標準的な復調回路である。 好適にはＲ１Ｃ１は１／ｆよりずっと大きいことが好ましく、ここでｆはオーデ ィオ信号において可能性のある最高の周波数である。 図３はハードウェアで実現された最小値検出器すなわちくぼみ検出器（dip de tector）の構成を例示している。この実施例では、包絡線検波器の出力信号Ｖ_R の最小値を見出す課題を、Ｖ_Ref−Ｖ_Rのピーク値（ここでＶ_Ref は基準電圧であ る）を見出す課題に変えている。オペアンプ25は差動モードで構成され、それに よってＶ_Ref−Ｖ_Rを検出し、これによってＶ_Rに対する最小値を出力する。 図４はオペアンプ13を用いたコンパレータを示しており、ノイズフロア15を所 定の区切り点14と比較する。 図５は積分器をハードウェアで実現した例を示す。オペアンプ24はキャパシタ Ｃ２と抵抗Ｒ２とによってフィードバック制御される。もしコンパレータ出力22 がハイで、該検出されたノイズフロアが該区切り点より高いことを示していれば 、オペアンプ24は下降傾斜し、それによって増幅器11の出力を下げる。もし該出 力22がロウであれば、該オペアンプは上昇傾斜して、該増幅器からの出力を増加 させる。 本発明はまた全体又は一部をソフトウェアで実施することができる。一実現例 では、利得制御が要求される信号は、16.026KHzのサンプル速度で、通常のタイ プのアナログデジタル変換器に通される。その入力電圧範囲はピーク・ピーク値 で 336μＶ乃至 1.5Ｖである。利得を下降させる各ステップは、これを上昇させ る各ステップの大きさの８倍である。以下に１つのソフトウェアによる実施例に おける擬似コード記述を示す。 スタートASC ： 新しい入力サンプル（Ａ１）を得よ、 入力信号を％増幅せよ、 Ａ２を利得^*Ａ１にする、 信号の包絡線を％計算して最小値を算出せよ（音声の％不在（％absence）に おける暗騒音）、 （64msに亘るＡ２）の平均値を包絡線とする、 最小値（最後の１０秒間に亘る包絡線の値）をノイズ フロアとする、 区切り点に向う利得対直接包絡線最小値（Direct Envelope minima）を％更新 せよ、 If（ノイズ フロア＜区切り点）then（利得）上昇、でなければ、（利得）下 降せよ、 利得を感知可能な範囲に％制限せよ、 If（利得＞利得最大値）then利得最大値を利得にせよ、 If（利得＜利得最小値）then利得最小値を利得にせよ、 GOTOスタートASC このようにして包絡線検波、最小値検出、コンパレータ及び積分器の機能がソ フトウェアで実行され、該増幅器に対する利得制御信号を提供する。 本発明を実施するにあたっては種々の代替方法がある。蝸牛に取付けるという 面において、本発明は本出願人により製造された音声処理装置内に組入れられう る。 SPECTRA装置及び MSP装置においては、本発明は、減衰器を形成するための 可変抵抗として使用される FETによって形成される減衰器を用い、エンコーダ内 のソフトウェアと組合せて実施されうる。またその代りにデジタル減衰器が、ア ップ／ダウンカウンタやデジタルコンパレータを用いたハードウェ ア構成とともに使用されうる。全体をデジタルとし、又は全体をアナログとする 他の構成によっても実施可能である。全体をデジタルとして構成するにはその前 端にアナログデジタル変換器が必要とされ、デジタル信号処理装置内で減衰が行 なわれる。全体をアナログとして構成するには同じ結果を奏するために、オペア ンプとコンパレータと積分器とが使用される。 本明細書で記述したものとは異なる他のハイブリッド構成も実施可能であるこ とは当業者にとっては自明である。ここに開示したハードウェアの構成は単なる 一実施例にすぎないことが理解されうる。本発明の思想の範囲内で種々の変形や 付加をなしうることは当業者にとって明らかである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．聴覚用システムに対する自動利得制御システムであって、制御される増幅 器と該増幅器の出力に応答するフィードバック制御装置とをそなえ、該制御装置 は該増幅器出力の平均ノイズフロアを決定する手段と、該ノイズフロアを予め規 定されたレベルと比較する手段と、該ノイズフロアに応じて該増幅器の最大利得 を変化させるように制御信号を供給する手段とをそなえることを特徴とする自動 利得制御システム。 ２．該平均ノイズフロアを決定する手段は、該出力信号の包絡線を決定するた めの包絡線検波器と、該出力信号のノイズフロアに対応する該出力包絡線の最小 値を求める最小値検出器とをそなえる、請求項１に記載のシステム。 ３．該ノイズフロアを予め規定されたレベルと比較する手段は、コンパレータ をそなえる、請求項１又は２に記載のシステム。 ４．該利得を変化させる手段は、積分器をそなえる、請求項３に記載のシステ ム。 ５．該増幅器の最大利得は該ノイズフロアの減少に応じて比較的徐々に上方に 変化し、また該ノイズフロアの増加に応じて比較的急速に下方に変化するように されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシステム。 ６．聴覚用システムに対する自動利得制御方法であって、該システムは制御さ れる増幅器と該増幅器の出力に応答するフィードバック制御装置とをそなえ、該 方法は、該出力の平均ノイズフロアレベルを決定するステップと、該平均ノイズ フロアレベルを予め規定されたレベルと比較するステップと、該ノイズフロアに 応じて該増幅器の最大利得を変化させるように該増幅器に制御信号を供給するス テップとをそなえている自動利得制御方法。 ７．該平均ノイズフロアレベルを決定するステップは、該出力の包絡線を決定 することと、該包絡連の最小値を決定することとからなる、請求項６に記載の方 法。 ８．該増幅器の最大利得は該ノイズフロアの減少に応じて比較的徐々に上方に 変化し、該ノイズフロアの増加に応じて比較的急速に下方に変化するようにされ ている、請求項６又は７に記載の方法。 ９．請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシステムをそなえた聴覚用人工補 綴具。 10．該人工補綴具は蝸牛用の補綴具である、請求項９に記載の人工補綴具。