2019 Fiscal Year Research-status Report
補聴器用学習アルゴリズム開発プラットフォームの構築と教育システムへの展開
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19K03043
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| Research Institution | Hachinohe National College of Technology |
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Principal Investigator |
工藤 憲昌 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (40270194)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
釜谷 博行 八戸工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (70224657)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 計測工学 / 補聴器 / 適応アルゴリズム / 周波数推定 / ハウリングキャンセラ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
補聴器で用いるハウリングキャンセラ用適応フィルタでは，適応動作の入力となる信号と，補聴器自体の入力である外部入力とが強い相関があるため，適応フィルタの推定値が真値に収束しないことが多い．このため，適応動作の入力信号，適応動作の誤差信号の両方を疑似白色化して適応動作を行う方法を検討した．更に，補聴器のこの方法による適応フィルタでは，音楽や音声のように周波数配置が時変で偏在している場合に，入力信号の疑似白色化が十分に行うことができないこと，収束速度が十分ではないこと，の２つの問題があることが分かっている．このため，以下のような計画で研究を進めた．
1) 周波数配置が時変で偏在している場合の問題については，入力信号の周波数分布をできる限り変化させないよう疑似白色化するために用いるフィルタとしてIIR型ノッチフィルタを採用することで対処することとし，シミュレーションにより特性を確認した．
2)収束速度の問題については，学習の適応ループ内にリーク付き積分器を導入することで，効果があることをシミュレーションにより確認した．
3) 上記1)，2)と並行して，インターネット上で公開されているデータを元に外耳道の三次元モデルを造形について検討した．
また，開発プラットフォーム上のアルゴリズムの選択肢を広げるため，上記の方法の他に，相関信号を用いた方法（エコーキャンセラに対して開発された方法）についても先行研究の調査を行い，ハウリングキャンセラでもほぼ妥当な性能を持つことをシミュレーションにより確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
「研究実績の概要」で記載したように，以下のような計画で検討を進めた．
1) 周波数配置が時変で偏在している場合の問題については，入力信号の周波数分布をできる限り変化させないよう疑似白色化するために用いるフィルタとしてIIR型ノッチフィルタを採用することで対処することとした．シミュレーションにより，疑似白色化の際に，他の帯域の特性を変化させないこと，および除去する信号の帯域幅を制御できることを確認した．
2)収束速度の問題については，学習の適応ループ内にリーク付き積分器を導入することで，収束速度の向上に効果があることをシミュレーションにより確認した．
3) 上記1)，2)と並行して，インターネット上で公開されているデータを元に外耳道の三次元モデルを造形について検討したが，マイクやスピーカなどの取り付けが非常に困難であることが分かった．
また，上記の入力信号の擬似白色化に基づく方法の他に，相関信号を用いた方法（エコーキャンセラに対して開発された方法）についても先行研究の調査を行い，ハウリングキャンセラでもほぼ妥当な性能を持つことをシミュレーションにより確認した．
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度に検討した上記1)，2)の方法の改良，相関法を用い演算量を削減したカルマンフィルタの基づく補聴器用の方法等についてシミュレーションにより比較・検討し，実時間処理について実装を進める．
また，３Ｄプリンタを用い実環境に近い三次元の外耳道の実モデルを造形してマイクやスピーカ等を付加し開発用プラットフォームのプロトタイプについては，周波数特性を可変にできるフィルタを使ったシステムで代替することも含めて検討を行う．
以降，検討した方法やプラットフォームを継続して改良すると共に，グラフィカルなユーザー・インターフェースを開発し，機能（方法）が容易に付加・削除できること，機能の効果やパラメータの変更の効果が容易に可視化できるようにして実験用教育システムを構成する予定である．
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| Causes of Carryover |
(理由)三次元の外耳道の実モデルを造形した開発用プラットフォームのプロトタイプの検討が難航し必要な部品等の外部環境を選定できなかったこと，新型コロナウィルスの関係で，年度末にあった学会の出張旅費をキャンセルせざるを得なかったことが主な理由である．
(使用計画)３Ｄプリンタを用い実環境に近い三次元の外耳道の実モデルを用いた開発用プラットフォームのプロトタイプについては，周波数特性を可変にできるフィルタを使ったシステムで代替することも含めて検討を行い早急に必要な部品等の外部環境の選定を行うとともに，成果を学会発表して計画との整合を図る．
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