Investigation of advanced hearing aid with target signal extraction and spatial width control of background noise

研究具有目标信号提取和背景噪声空间宽度控制的高级助听器

• 批准号: 22K12922
• 负责人: 水町 光徳
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K12922/
• 关键词: 次世代補聴; 信号分離; 雑音除去; ビームフォーミング; ニューラルネットワーク; ステレオ音像; 知覚的最適化; 音情報処理; 補聴; 指向性制御; 音像幅制御; 知覚的目的音強調

本課題では、次世代補聴システムの構築にあたり、高精度の音源分離と適切な音呈示方式の確立を目指す。音源分離に関しては、小型マイクロホンアレーを用いて、特定方向から到来する音信号のみを強調するための非線形ビームフォーマを構築した。非線形ビームフォーマは、ニューラルネットワークを用いて空間フィルタを最適化することにより、目的音源方向に鋭い指向特性を形成する。一方、適切な音呈示方式では、非線形ビームフォーマを用いて抽出した目的信号を、音の到来方向や音像を含めて、知覚的に適切に呈示することを目指す。令和4年度は、低周波数帯域における非線形ビームフォーマの指向性先鋭化を実現するために、再帰型ニューラルネットワークの一種である長・短期記憶（Long Short-Term Memory: LSTM）ネットワークを導入し、各種パラメータの最適化を行った。また、広帯域での同時最適化とサブバンドごとの局所最適化の両面から検討した結果、500 Hzで鋭い指向特性を実現することに成功した。音呈示方式については、ステレオ音源の振幅と位相を同時制御することにより、ステレオ音像幅を適切に調整する方式について検討を行った。本手法の基本アルゴリズムは令和3年度に構築したが、知覚的音像幅を適切に制御するためには、多数の実験参加者の協力を得て聴取実験を実施する必要があった。令和4年度は、これまでに実施した聴取実験結果を活用することにより、ステレオ音源の左右チャネル間相互相関に基づく知覚的音像幅の最適化の可能性を見出した。

在这个项目中，我们的目标是在构建下一代助听器系统时建立高精度的声源分离和适当的声音呈现方法。关于声源分离，我们使用小型麦克风阵列构建了一个非线性波束形成器，以仅强调来自特定方向的声音信号。非线性波束形成器通过使用神经网络优化空间滤波器，在目标声源的方向上形成清晰的方向特性。另一方面，适当的声音呈现方法旨在在感知上适当地呈现使用非线性波束形成器提取的目标信号，包括声音的到达方向和声像。在2020财年，我们将引入一种长短期记忆（LSTM）网络，它是一种循环神经网络，以锐化非线性波束形成器在低频段的方向性并优化各种参数。此外，通过考虑宽带上的同时优化和每个子带的局部优化，我们成功地在 500 Hz 处实现了清晰的指向性特性。关于声音呈现方法，我们研究了一种通过同时控制立体声声源的振幅和相位来适当调整立体声图像宽度的方法。该方法的基本算法于2021年构建，但为了适当控制感知声像宽度，需要进行大量实验参与者合作的听力实验。在2020财年，通过利用迄今为止进行的聆听实验的结果，我们发现了基于立体声声源的左右声道之间的互相关性来优化感知声像宽度的可能性。

项目成果

Optimization of Nonlinear Beamformer with Long Short-term Memory

具有长短期记忆的非线性波束形成器的优化

• 发表时间: 2022
• 作者: M. Mizumachi;S. Arase
• 通讯作者: S. Arase

Perceptual optimization of hybrid stereo width control method compared with loudspeakers reproduction

混合立体声宽度控制方法与扬声器再现的感知优化

• 发表时间: 2022
• 作者: M. Mizumachi;Y. Ueno;T. Horiuchi
• 通讯作者: T. Horiuchi