具有頻率無掩蔽的雙耳助聽器的制造方法
【專利摘要】提供了具有頻率無掩蔽的雙耳助聽器。心的雙耳助聽器系統使用新的方法補償聽覺受損用戶的理解在噪聲中的語音的能力的喪失，該新的方法包括步驟：響應于聲音而提供至少一個麥克風音頻信號（18，20），并且基于至少一個麥克風音頻信號（18，20）來提供目標信號（26）和噪聲信號（30）中的一個的估計，以下述方式頻率修改目標信號（26）和噪聲信號（30）的估計中的至少一個：修改的目標信號（26）的估計和噪聲信號（30）的估計基本上駐留在不同的頻帶中，并且向雙耳助聽器系統（10）的用戶的耳鼓中的一個發送修改的目標信號的估計，并且向用戶的耳鼓中的另一個發送修改的噪聲信號的估計。
【專利說明】具有頻率無掩蔽的雙耳助聽器
【技術領域】
[0001]提供了一種新的雙耳助聽器系統，該系統補償聽覺受損用戶的理解在噪聲中的語音的能力的喪失。
【背景技術】
[0002]聽覺受損的個人經常經歷至少兩個明顯的問題:聽覺損失，這是在聽覺閾值水平上的增大；以及與正常聽覺的個人相比較的用于理解在噪聲中的高水平語音的能力的喪失。對于大多數聽覺受損的病人，在噪聲中的語音可懂度測試中的表現比正常聽覺的人差，即使通過放大來恢復進入的聲音的可聽性。個人的語音接收閾值(SRT)是用于在噪聲中的聽覺測試中獲得50%的正確的詞識別而在所呈現的信號中需要的信噪比。
[0003]使用多通道放大和壓縮信號處理的今天的數字助聽器對于聽覺受損的個人可以容易地恢復放大聲音的可聽性。因此通過使得先前不可聽的語音線索可聽，可以改善病人的聽覺能力。
[0004]用于理解在噪聲中的語音的能力的喪失是今天大多數助聽器用戶的最重要的問題。在聽覺儀器中提高SRT的傳統方式是應用波束形成或頻譜減少技術。
[0005]在第一種情況下，固定或自適應的、與多個濾波器組合的至少一個麥克風用于增強來自假定的目標方向的信號，并且同時抑制所有其他信號。
[0006]在頻譜減少技術中，目標是建立長期噪聲頻譜的估計，并且降低其中瞬時目標信號功率低于長期噪聲功率的頻帶中的增益。即使這些方法從技術視點看非常不同，但是它們仍然具有公共的目標；增強目標信號并且去除噪聲干擾。
[0007]這些方法不能考慮收聽者的意愿，并且可能去除收聽者試圖關注的音頻信號的部分。

【發明內容】

[0008]下面，公開了目標信號的增強的新的和發明性的方法。該新方法利用集中在目標信號上的人的聽覺系統的能力。也公開了一種使用該新方法的新的和發明性的雙耳助聽器系統。
[0009]貫穿本公開，目標信號是表示人期望收聽的聲音的信號。
[0010]語音、音樂和聲音從性質上看是目標信號的示例。
[0011]貫穿本公開，掩蔽信號也是表示聲音的信號；然而，該聲音是人感知到以不期望的方式與目標信號干擾的聲音，該不期望的方式例如使得人難以理解或欣賞目標信號。
[0012]所述掩蔽信號可以是背景語音、飯館的嘈雜聲、音樂(當語音是目標信號時)、交通
噪聲等。
[0013]在較大程度上通過在聽覺系統中的雙耳處理來促進收聽復雜的聲場。因為耳廓、外耳、頭部和軀干的衍射效果并且因為在回響環境中的反射效果，線索被提供到聲場，并且對于給定的對象是高度個性化的。[0014]在雙耳處理中的最重要的線索是耳間的時間差(ITD)和耳間的電平差(ILD)。ITD源自在源到兩耳的距離上的差別。該線索直到大約1.5kHz主要有益，并且大于這個頻率，聽覺系統不再能夠解決ITD線索。
[0015]電平差是衍射的結果，并且通過耳部與源相比較的相對位置確定。該線索在2kHz以上占優勢，但是聽覺系統對于在整個頻譜上的ILD上的改變同等地敏感。
[0016]已經爭論的是，聽覺受損對象最受益于ITD線索，因為聽覺損失趨向于在低頻中更不嚴重。
[0017]在新的雙耳助聽器中，通過在不同的頻帶中向雙耳助聽器的用戶的耳鼓輸出目標信號和掩蔽信號來提高語音可懂度。
[0018]以這種方式，通過將信號分離為不同的頻帶來降低因為目標信號和掩蔽信號的同時存在導致的能量掩蔽。
[0019]已經示出，對于作為目標信號的語言和作為掩蔽信號的高斯噪聲，可以對于具有正常聽覺的收聽者獲得15dB的SRT的改善，并且對于聽覺受損的收聽者獲得大約IOdB的SRT的改善。
[0020]在不去除信號的一部分的情況下獲得該改善；而是，以下述方式向用戶的耳鼓呈現目標和掩蔽信號:用戶的聽覺系統的聽覺系統可以執行自然的噪聲減小，并且將目標信號與掩蔽信號分離。
[0021]因此，提供了一種新的助聽器，包括:
[0022]至少一個麥克風，用于響應于在所述至少一個麥克風處接收的聲音而提供至少一個麥克風音頻信號，
[0023]信號分離單元，其被配置為基于所述至少一個麥克風音頻信號來提供目標信號和掩蔽信號的估計，
[0024]頻率修改單元，其被配置為修改所述目標信號和所述掩蔽信號的估計中的至少一個的頻率含量，使得在被所述頻率修改單元處理時，基本在不同的頻帶中輸出所估計的目標信號和所估計的掩蔽信號，
[0025]接收器，用于將被所述頻率修改單元修改和輸出的所述目標信號的估計和所述掩蔽信號的估計的組合轉換為要向所述雙耳助聽器系統的用戶的耳部中的一個發送的聲學信號。
[0026]在一個實施例中，當例如在助聽器的頻帶的超過51%中的在頻帶的多數中并且在例如時間的超過51%的時間的大部分中，在頻帶中的一個中的例如目標信號的信號中的一個和在頻帶中的另一個中的例如掩蔽信號的信號中的另一個具有小于另一個信號的信號電平的20%的信號電平，諸如小于另一個信號的信號電平的15%，優選地小于另一個信號的信號電平的10%，更優選地小于另一個信號的信號電平的5%，最優選地小于另一個信號的信號電平的1%時，認為兩個信號基本在所述助聽器的不同的頻帶中被輸出。
[0027]該信號電平可以是在預定時間段中限定的RMS值、峰值、平均幅度值等。
[0028]所述新的助聽器可以構成新的雙耳助聽器系統的第一助聽器，所述新的雙耳助聽器系統進一步具有第二助聽器，所述第二助聽器包括至少一個麥克風，所述至少一個麥克風用于響應于在所述至少一個麥克風處接收的聲音來提供相應的至少一個麥克風音頻信號，并且其中[0029]在所述第二助聽器中的收發器被連接為用于向所述第一助聽器發送表示所述至少一個麥克風音頻信號的信號，并且其中
[0030]在所述第一助聽器中的收發器被連接為用于接收表示所述第二助聽器的所述至少一個麥克風音頻信號的信號，并且其中
[0031]所述信號分離單元被配置為基于所述第一和第二助聽器的所述至少一個麥克風音頻信號來提供所述目標信號的估計和所述掩蔽信號的估計。
[0032]而且，提供了一種新的和發明性的方法，包括步驟:
[0033]響應于聲音而提供至少一個麥克風音頻信號，并且
[0034]基于所述至少一個音頻信號來提供目標信號和掩蔽信號的估計，
[0035]以經修改的所述目標信號的估計和所述掩蔽信號的估計基本駐留在不同頻帶中的方式來對所述目標信號的估計和所述掩蔽信號的估計中的至少一個進行頻率修改，以及
[0036]向人的耳鼓中的一個發送經修改的所述目標信號的估計和所述掩蔽信號的估計的組合。
[0037]所述頻率修改單元可以被配置為將所述目標信號的估計和所述掩蔽信號的估計中的一個頻移到其中所述目標信號的估計和所述掩蔽信號的估計中的另一個基本不存在的頻率區域。
[0038]進一步或替選地，所述頻率修改單元可以被配置為分別確定所述目標信號的估計和所述掩蔽信號的估計的音高(Pitch)和泛音，并且頻移所述目標信號的估計和所述掩蔽信號的估計中的一個，使得所述頻移的信號的音高和泛音駐留在另一個信號的相應音高和泛音之間。
[0039]進一步或替選地，所述頻率修改單元可以包括濾波器組，并且所述頻率修改單元可以被配置為利用被分配給所述目標信號的估計的頻帶過濾所述目標信號的估計，并且利用被分配給所述掩蔽信號的估計的其他頻帶過濾所述掩蔽信號的估計。
[0040]所述濾波器組可以被調諧到意欲用戶的聽覺濾波器。
[0041]也已經示出，操縱目標信號和掩蔽信號的相對耳間相位和電平可以顯著地改善語音可懂度，所述目標信號即收聽者期望收聽的信號，所述掩蔽信號即收聽者感知為干擾的信號。看起來好象聽覺系統確實被適配來分離具有不同ITD和ILD編碼的信號，以執行自然類型的掩蔽減小，以便利關注所述目標信號。
[0042]已經發現，如果在兩耳中所述目標信號反相地呈現，S卩，相移180°，而掩蔽信號同相地呈現，則與當兩個信號在兩耳中同相呈現時相比較可以實現13dB的雙耳掩蔽電平差(BMLD)的增大。取決于掩蔽信號的類型，能夠實現BMLD的20dB的改善。
[0043]其中掩蔽信號異相地呈現并且目標信號同相地呈現的相反情況產生略低的性能。
[0044]因此，所述頻率修改單元也可以被配置為相對于所述掩蔽信號的估計相移所述目標信號的估計。
[0045]以這種方式，進一步改善了用戶理解在噪聲的語音的能力。
[0046]例如，如果目標信號被指定為S并且掩蔽信號被指定為N，則進入的聲音信號是S+N。基于聲音信號S+N，估計目標信號S，并且將所述估計表示為ES。將所述掩蔽信號的估計指定為EN，并且可以通過從所述聲音信號S+N減去所述估計ES來確定EN。
[0047]下面，S、N、ES、EN指定在所述頻率修改單元中的頻率修改前的信號中的每一個或頻率修改后的信號中的每一個。
[0048]通過從進入的信號S+N減去兩次ES，結果是:S+N-ES_ES，所述目標信號的估計ES可以相對于所述掩蔽信號的估計EN相移180°。因為ES近似等于S，所以相減的結果近似是:N-ES，其近似等于-ES+EN，即所述目標信號的估計ES已經相對于所述掩蔽信號的估計相移基本上180°。可以在所述頻率修改單元中的頻率修改之前或之后執行這個操作。
[0049]應當注意，不要求精確的或近似的180°的相移以便獲得SRT的顯著改善；而是，利用在諸如150° -210°的135° -225°的范圍中的相移來獲得這樣的改善。
[0050]現在，可以向用戶的一個耳朵呈現原始信號S+N，并且，可以向另一個耳朵呈現相移的信號N-ES，或更精確地S+N-2ES，以如上公開改善BMLD和SRT。
[0051 ] 替選地，可以估計目標信號S和掩蔽信號N兩者，并且可以向用戶的一個耳朵呈現估計ES+EN的和，并且，可以向另一個耳朵呈現相移的和-ES+EN，以如上公開改善BMLD和SRT。可以在所述頻率修改單元中的頻率修改之前或之后執行這個操作。
[0052]所述目標信號S和所述掩蔽信號可以被交換，使得所述掩蔽信號估計被相移，而不是所述目標信號，以如上公開改善BMLD和SRT ;然而，與相移所述目標信號S相比較降低了性能。
[0053]貫穿本公開，當一個信號是另一個信號的函數時認為所述一個信號表示所述另一個信號，例如，可以通過所述另一個信號的模數轉換或數模轉換來形成所述一個信號；或者，可以通過從另一個聲學信號向電子信號的轉換或反之亦然來形成所述一個信號；或者，可以通過模擬或數字濾波或混合所述另一個信號來形成所述一個信號；或者，可以通過所述另一個向的諸如頻率變換等的變換來形成所述一個信號；等等。
[0054]而且，例如在信號處理器中的由特定電路處理的信號可以通過可以用于識別形成從所討論的信號的源到所討論的例如信號處理器的電路的輸入的信號路徑的一部分的任何模擬或數字信號的名稱來識別。例如，麥克風的輸出信號(即麥克風音頻信號)可以用于識別形成從所述麥克風的輸出至其到所述信號處理器的輸入的信號路徑的一部分的任何模擬或數字信號，所述模擬或數字信號包括預處理的麥克風音頻信號。
[0055]所述至少一個麥克風可以由單個麥克風構成；然而，優選的是，所述至少一個麥克風包括單個麥克風，例如多個麥克風，諸如兩個麥克風。所述至少一個麥克風可以具有超過兩個麥克風，以改善目標信號和掩蔽信號的分離。
[0056]為了改善信號增強，所述第二助聽器也可以包括至少一個麥克風，用于響應于在相應的麥克風處接收的聲音來提供麥克風音頻信號。在該情況下，所述第一助聽器的所述收發器被連接為用于接收表示所述第二助聽器的所述麥克風音頻信號的信號，并且所述信號分離單元被配置為基于所述第一和第二助聽器的所述音頻信號來提供所述目標信號的估計和所述掩蔽信號的估計。
[0057]優選的是，所述頻率修改單元以相移來相對于所述掩蔽信號的估計相移所述目標信號的估計，所述相移的范圍是從150°至210°，更優選的是，所述相移近似等于180°，并且最優選的是等于180°。
[0058]作為相移函數的SRT的改善在180°具有最大值；然而，所述函數是具有平坦的最大值的正弦形狀的，使得通過范圍從150°至210°的相移獲得的改善接近最大改善。因此，相移不必精確地是180°，但是優選地具有在范圍從135°至225°內、更優選地從150。至210。的值。
[0059]優選的是，在用戶的兩耳以相反相位，即相對于彼此180°相移地呈現所述目標估計，而在用戶的兩耳處同相地呈現掩蔽信號估計。
[0060]所述信號分離單元可以被配置為基于在噪聲減小的領域中公知的音頻信號的頻譜特性來提供估計。然而，根據所述新的方法，在向用戶呈現的輸出中不抑制所述掩蔽信號估計；而是，以如上公開改善用戶的SRT的方式向用戶呈現目標估計和掩蔽信號估計。
[0061]所述信號分離單元可以被配置為基于在噪聲減小的領域中公知的音頻信號的統計特性來提供估計。然而，根據所述新的方法，在向用戶呈現的輸出中不抑制所述掩蔽信號估計；而是，以改善用戶的SRT的方式向用戶呈現目標估計和掩蔽信號估計。
[0062]所述信號分離單元可以包括波束形成器，并且所述波束形成器可以被配置為基于所述第一和第二助聽器的所述麥克風音頻信號來提供所述估計。所述信號分離單元的所述波束形成器與傳統的波束形成器不同在于:在向用戶呈現的輸出中不抑制所述掩蔽信號估計；而是，以改善用戶的SRT的方式向用戶呈現目標估計和掩蔽信號估計。
[0063]所述波束形成器將由多個麥克風輸出的麥克風音頻信號組合為對于在相對于多個麥克風的不同方向上的聲源具有不同的靈敏度的目標信號。貫穿本公開，作為方向的函數的變化的靈敏度的曲線被表示為方向圖。通常，方向圖具有其中麥克風信號基本相互抵消的至少一個方向。貫穿本公開，這樣的方向被表不為空方向。方向圖可以根據所述多個麥克風中的麥克風的數量并且根據信號處理而包括幾個空方向。
[0064]所述波束形成器可以是具有相對于用戶的頭部固定的方向圖的固定波束形成器。所述波束形成器可以例如基于至少兩個麥克風，所述至少兩個麥克風具有在用戶的前向，即，用戶的向前看的方向具有最大值并且在相反方向上、即用戶的后向上具有空值的方向圖。
[0065]所述波束形成器可以基于超過兩個麥克風，并且可以包括使用無線或有線通信技術的兩個助聽器的麥克風。在麥克風之間增大的距離可以被利用來形成具有窄的波束的方向圖，用于提供目標估計與掩蔽信號估計的改善的空間分離。所述波束形成器的傳統輸出可以被用作目標估計，并且可以通過從多個麥克風中的一個麥克風的麥克風音頻信號減去目標估計來提供所述掩蔽信號估計。
[0066]當雙耳助聽器系統的兩個助聽器的麥克風與所述波束形成器合作時，必須基本上同步地米樣相應的麥克風信號。在兩個助聽器中的相應麥克風信號的米樣時刻之間的小達20-30微秒的時移可以導致在波束方向上的可感知的移位。而且，如果異步地操作助聽器而不可避免地出現的、在相應的麥克風信號的采樣時刻之間的緩慢地時間變化的時移將導致看起來漂移并且聚焦在交替方向上的聲音波束。
[0067]因此，雙耳助聽器系統的助聽器可以被同步，如例如在W002/07479中更詳細地公開的。
[0068]所述波束形成器可以包括自適應濾波器，所述自適應濾波器被配置為過濾相應的麥克風音頻信號，并且將用于自適應波束形成的相應的濾波器系數適應于聲源。例如，所述波束形成器可以被適配來優化信噪比。
[0069]可適配的波束形成器使得有可能在助聽器系統的用戶在移動的同時聚焦在移動聲源或聚焦在不移動的聲源。而且，可適配的波束形成器能夠適應于在聲音環境中的改變，諸如新聲源的出現、掩蔽信號或噪聲源的消失、或掩蔽信號或噪聲源相對于助聽器系統的用戶的移動。
[0070]可以在在至少一個麥克風處接收的信號可以被建模為來自預定目標方向的目標信號加上掩蔽或噪聲的組合的假定下設計自適應波束形成器:
[0071]Yi (n) = hj (n) *s (n) +Vi (η)
[0072]其中Λ (η)是從發射信號s (η)的源到第i個麥克風的聲音傳播的脈沖響應，并且Vi (η)是在同一麥克風處的掩蔽信號。所述掩蔽信號可以由方向噪聲和諸如擴散噪聲或多路重合噪聲的其他類型的噪聲構成。
[0073]可以通過解決下面的優化問題來自適應地確定濾波器系數:
【權利要求】
1.一種助聽器(10)，包括: 至少一個麥克風(14，16)，用于響應于在所述至少一個麥克風(14，16)處接收的聲音而提供至少一個麥克風音頻信號(18，20)， 信號分離單元(12)，被配置為基于所述至少一個麥克風音頻信號(18，20)來提供目標信號(26)的估計和掩蔽信號(30)的估計， 頻率修改單元(52)，被配置為修改所述目標信號(26)和所述掩蔽信號(30)的估計中的至少一個的頻率含量，使得在通過所述頻率修改單元(52)的處理時，基本上在不同的頻帶中輸出所估計的目標信號(26)和所估計的掩蔽信號(30)， 接收器(48)，用于將被所述頻率修改單元(52)修改和輸出的所述目標信號(26)的估計和所述掩蔽信號(30)的估計的組合轉換為要向所述雙耳助聽器系統(10)的用戶的耳鼓中的一個發送的聲學信號。
2.—種雙耳助聽器系統(10)，包括: 根據權利要求1所述的第一助聽器(10A)，以及 第二助聽器(10B)，包括至少一個麥克風(14B, 16B)，用于響應于在所述至少一個麥克風(14B, 16B)處接收的聲音而提供相應的至少一個麥克風音頻信號(18B, 20B),并且其中在所述第二助聽器(IOB)中的收發器(36B)被連接為用于向所述第一助聽器(IOA)發送表不所述至少一個麥克風音頻信號(18B, 20B)的信號，并且其中 在所述第一助聽器(IOA)中的收發器(36)被連接為用于接收表示所述第二助聽器(10B)的所述至少一個麥克風音頻信號(14B, 16B)的信號，并且其中· 所述信號分離單元(12)被配置為基于所述第一和第二助聽器(10A，10B)的所述至少一個麥克風音頻信號(18，20，18B, 20B)來提供所述目標信號(26)的估計和所述掩蔽信號(30)的估計。
3.根據權利要求1或2所述的雙耳助聽器系統(10)，其中，所述頻率修改單元(52)被配置為: 將所述目標信號(26)的估計和所述掩蔽信號(30)的估計中的一個頻移到其中基本上不存在所述目標信號(26)的估計和所述掩蔽信號(30)的估計中的另一個的頻率區域內。
4.根據權利要求1或2所述的雙耳助聽器系統(10)，其中，所述頻率修改單元(52)被配置為: 分別確定所述目標信號(26)的估計和所述掩蔽信號(30)的估計的音高和泛音，并且頻移所述目標信號(26)的估計和所述掩蔽信號(30)的估計中的一個，使得所頻移的信號的音高和泛音駐留在另一個信號的相應音高和泛音之間。
5.根據權利要求1或2所述的雙耳助聽器系統(10)，其中，所述頻率修改單元(52)包括: 濾波器組，并且其中，所述頻率修改單元(52)被配置為利用被分配給所述目標信號(26)的估計的頻帶過濾所述目標信號(26)的估計，并且 利用被分配給所述掩蔽信號(30)的估計的其他頻帶過濾所述掩蔽信號(30)的估計。
6.根據權利要求5所述的雙耳助聽器系統(10)，其中，所述濾波器組被調諧到意欲用戶的聽覺濾波器。
7.根據在前的權利要求的任何一項所述的雙耳助聽器系統(10)，進一步包括:相移電路(54)，被配置為將所述目標信號(26)的估計和所述掩蔽信號(30)的估計中的一個相對于所述目標信號(26)的估計和所述掩蔽信號(30)的估計中的另一個相移。
8.根據在前的權利要求的任何一項所述的雙耳助聽器系統(10)，其中，所述信號分離單元(12)被配置為基于所述音頻信號的頻譜特性來提供所述估計。
9.根據在前的權利要求的任何一項所述的雙耳助聽器系統(10)，其中，所述信號分離單元(12)被配置為基于所述音頻信號的統計特性來提供所述估計。
10.根據在前的權利要求的任何一項所述的雙耳助聽器系統(10)，其中，所述信號分離單元(12)包括波束形成器。
11.根據權利要求2和10所述的雙耳助聽器系統(10)，其中，所述波束形成器被配置為基于所述第一和第二助聽器(10A，10B)的麥克風音頻信號(18，20，18B, 20B)來提供所述估計。
12.根據權利要求10或11所述的雙耳助聽器系統(10)，其中，所述波束形成器包括自適應濾波器，所述自適應濾波器被配置為過濾相應的麥克風音頻信號，并且將相應的濾波器系數適配為最小化所述濾波器的輸出信號的和。
13.—種在助聽器(10)中的信號增強的方法，所述方法包括步驟: 響應于聲音而提供至少一個麥克風音頻信號(18，20)，以及 基于所述至少一個音頻信號(18，20)來提供目標信號(26)的估計和掩蔽信號(30)的估計， 以下述方式頻率修改所述目標信號(26)的估計和所述掩蔽信號(30)的估計中的至少一個:在修改后，所述目標信號(26)的估計和所述掩蔽信號(30)的估計基本上駐留在不同的頻帶中，以及 向所述助聽器(10)的用戶的耳鼓中的一個發送在修改后的所述目標信號(26)的估計和所述掩蔽信號(30)的估計的組合。
14.根據權利要求13所述的信號增強的方法，包括步驟: 響應于在雙耳接收的聲音而在用戶的雙耳處提供至少一個麥克風音頻信號(18，20，18B，20B)，以及 基于在雙耳處的所述麥克風音頻信號(18，20，18B, 20B)來提供所述目標信號(26)和所述掩蔽信號(30)中的一個的估計。
15.根據權利要求13或14的任何一項所述的信號增強的方法，包括步驟:基于所述麥克風首頻?目號來波束形成。
16.根據權利要求14所述的信號增強的方法，包括步驟:通過將相應的濾波器系數適配為最小化自適應濾波的輸出信號的和來自適應濾波所述麥克風音頻信號。
17.根據權利要求13-16的任何一項所述的雙耳信號增強的方法，進一步包括步驟: 將所述目標信號(26)的估計和所述掩蔽信號(30)的估計中的一個相對于所述目標信號(26)的估計和所述掩蔽信號(30)的估計中的另一個相移。
【文檔編號】H04R25/00GK103546849SQ201210593890
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年12月31日 優先權日:2011年12月30日
【發明者】卡爾-弗雷德里克·約翰·格蘭, 安德魯·伯克·迪特貝爾納 申請人:Gn瑞聲達A/S