CN101248703A - 具有提高的声学带宽的助听器 - Google Patents

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Abstract

本发明了一种助听器(21)，其包括第一输出转换器(26)、第二输出转换器(27)、第一声学输出换能器(34)和至少一个第二输出换能器(35)。第一输出转换器(26)和第一输出换能器(34)被配置为重现所处理的信号的高频，而第二输出转换器(27)和第二输出换能器(35)被配置为重现所处理的信号的低频。输出转换器(26，27)可优选地实现为直接数字驱动输出转换器。

Description

具有提高的声学带宽的助听器
技术领域
【0001】本发明涉及助听器。更具体地说，其涉及具有多于一个声学输出换能器的助听器。本发明还涉及用于助听器的处理器。
背景技术
【0002】助听器实质上包括用于获得声学声波并且将它们转换为电信号的扩音器、用于放大由扩音器产生的电信号的电子电路和用于再现经放大的电信号的声学输出换能器。放大器可以根据规定支持音频频谱中的特定频带至其他频带以便补偿个体的听力损失。
【0003】在这一申请中，术语“高频”优选地指在3kHz到15kHz之间的音频，而术语“低频”优选地指在20Hz和3kHz之间的音频。
【0004】助听器可用于减轻非常不同的听力损伤。听力损伤的一些实例是窄频带听力损失、高频听力损失、低频听力损失或者在整个音频频谱范围内更均匀分布的听力损失。在一些受影响的频率范围内存在残余听力的情况下，助听器使用者可以受益于含有用于处理这些频率的装置的助听器。
【0005】现代的助听器具有通常覆盖在4-8kHz范围左右的有限的高频再现，这主要由于输出换能器的限制。由于部件中的机械相互作用，频率范围的延展仅与低频端的减小的输出功率消耗相反，并且需要在某处找到折衷。用于助听器的换能器的制造集中于语音再现，从而被最优化以便在200Hz-6kHz频率范围内使用，对于语音识别是重要的。然而，感兴趣的其他声音，例如来自动物或机器的声音也在6kHz-15kHz范围。正常听力的个体通常能够感知高达15kHz到20kHz的声音，甚至是深度听力丧失的人也仍然具有某些感知高于和超过8kHz的声音的能力，这取决于听力丧失的个体特性。
【0006】新近的研究表明在6kHz-15kHz范围内仍留有残留听力的听力受损的幼儿在学习说话时可以受益于这一频率范围的可用性。在语音中，所谓语素/s/和/z/的摩擦声能的主要部分，也就是声音“s”和“z”通常处于4kHz以上，特别是在4kHz-8kHz的范围内，而如果这一频率范围可用于前述情况下听力受损的儿童，则感知和随后再现那些声音的能力可以被显著提高。因此需要具有重现从200Hz到可能的15kHz和20kHz之间的频率范围的装置的助听器。
【0007】实现为组合单元的双声学换能器是公知的。例如，来自Knowles Electronics公司的EJ换能器系列是配置为用于助听器应用的双磁性接收器类型。这种接收器包括两个实质上相同的换能器单元，这些换能器单元被夹在一起形成用于助听器的单个单元。在制造过程中，要特别小心以保证两个换能器单元最终表现为在其电子和机械特性方面尽可能相同。双声学换能器主要用于需要高声压级的应用中，例如在大功率助听器应用中。
【0008】US4548082描述了具有两个独立驱动的声学输出换能器的助听器，这两个输出换能器表示分别用于重现声谱中的低频频带和高频频带的低频扬声器和高频扬声器。这两个声学输出换能器由一对采样保持电路(S/H)来驱动，所述采样保持电路交替地采样来自D/A转换器的输出用于对声学输出换能器分别提供低频和高频声音。采样保持电路由多路复用器控制，该多路复用器为这两个声学输出换能器提供交替的信号供给。可以在采样保持电路和声学输出换能器之间提供可选的抗混叠滤波器，以便滤除混叠噪声。
【0009】虽然这一方法提供了在助听器中用于驱动多于一个输出换能器的装置，其还具有一些严重的缺点。通过采样保持电路驱动声学输出换能器很可能引入噪声以及各种杂散和混叠效应，这会降低输出质量并且需要补偿。
发明内容
【0010】根据本发明，设计了一款助听器，其包括扩音器、用于从扩音器接收信号的输入转换器、用于处理来自该输入转换器的信号以便将各自的输出提供给第一输出转换器和第二输出转换器的信号处理器、第一声学输出换能器和第二输出换能器，其中第一输出转换器和第一输出换能器被配置为重现所处理的信号的高频，而第二输出转换器和第二输出换能器被配置为重现所处理的信号的低频。
【0011】这为助听器提供了重现比含有一个输出换能器的助听器更宽的频率范围的能力，而不存在为两个输出换能器多路传输信号以便区分频带的固有问题。
【0012】根据本发明的一个方面，第一声学输出换能器和第二声学输出换能器可以实现为单个的实体单元。构成该单元的各个换能器根据其想要重现的频率范围被分别地进行不同配置。第一输出换能器被配置为重现高频，而第二输出换能器被配置为重现低频。
【0013】输出换能器的配置可以在设计阶段通过调整各个输出换能器选定的大小，通过将物理特性、大小或电学参数调整为适合应用或通过本领域公知的其他适当的方法来实现。
【0014】本发明的第二方面提供了权利要求9中所述的处理器。更多特征和实施例可以通过从属权利要求看出。
附图说明
【0015】现在参考附图更详细地描述本发明，其中
【0016】图1是示出现有技术助听器的示意图，
【0017】图2示出现有技术双输出换能器，
【0018】图3是示出根据本发明的助听器的示意图，
【0019】图4示出用于本发明的双输出换能器，
【0020】图5是根据本发明的助听器的示意图，
【0021】图6是用于本发明的双输出换能器的一个实施例，
【0022】图7是用于本发明的双输出换能器的一个可替代实施例，
【0023】图8是用于本发明的双输出换能器的一个可替代实施例，以及
【0024】图9是用于本发明的具有公用导管的分离双输出换能器的一个实施例。
具体实施方式
【0025】图1是示出参考文献US 4548082的现有技术的助听器1的示意图，该助听器1包括扩音器2、模数转换器(ADC)3、数字信号处理器(DSP)4、多路复用器(MUX)5、数模转换器(DAC)6、第一采样保持模块(S/H)10、第二采样保持模块11、第一抗混叠滤波器模块(AAF)12、第二抗混叠滤波器模块13、用于重现高频的第一输出换能器14、用于重现低频的第二输出换能器16。
【0026】模拟声学信号由扩音器2采集并且由ADC 3转换为数字信号。来自ADC 3的数字信号然后被提供给DSP 4的输入用以做进一步的处理并且根据规定的缓解方案进行放大，以便补偿所检测的听力损失。来自DSP 4的输出信号由DAC 6转换为模拟信号，然后来自DAC 6的模拟输出信号被并行地提供给第一采样保持模块10和第二采样保持模块11的输入。采样保持模块10、11由MUX 5进行控制，MUX 5由DSP 4来进行控制。
【0027】MUX5交替打开采样保持模块10、11中的一个用以使来自DAC 6的信号通过，这样高频从第一采样保持模块10经第一抗混叠滤波器12被传到第一输出换能器14，而低频从第二采样保持模块11经第二抗混叠滤波器13被传到第二输出换能器15。DSP 4协调其对DAC6的输出和其对MUX5的控制信号，以便将高频信号传到第一输出换能器14并将低频信号传到第二输出换能器15。
【0028】因此现有技术助听器1通过交替地驱动分别承载低频音频信号和高频音频信号的第一输出换能器14和第二输出换能器15来重现音频信号。MUX 5用于控制第一和第二采样保持模块10、11的交替频率(alternation frequency)必须高于由第一输出换能器14所重现的最高的听觉频率，以便能够重现连续信号。这表明MUX 5的定时值必须符合非常精确的公差，以便避免漏失或避免源自交替的转换过程的声学伪迹(audible artifact)到达输出换能器14、15。
【0029】图2示出用于助听器的现有技术的声学输出换能器单元16，其包括声音输出口17、具有第一组电连接终端28的第一电声换能器18、具有第二组电连接终端29的第二电声换能器19(KnowlesElectronics EJ)。当连接到如助听器电路(未示出)时，进入电连接终端28、29的电信号在电声换能器18、19中被转换为相应的声学信号。来自电声换能器18、19的声学信号从声音输出口17输出。
【0030】现有技术的输出换能器16的电声换能器18、19实质上是相同的。当相同的电信号被施加到电连接终端28、29时，其可能导致第一电声换能器18和第二电声换能器19的膜(未示出)以相同方向移动。有效的膜区域因此增加一倍，这导致产生比具有两倍大小膜的单一电声换能器功率更高效的声学输出换能器。为了使现有技术输出换能器16的频率响应尽可能地平滑，在制造过程中要特别注意，以使电声换能器18、19在影响声音重现质量的生产参数方面尽可能相似，如前面所述。
【0031】图3示出根据本发明的助听器21。该助听器21包括扩音器22、模数转换器(ADC)23、数字信号处理器(DSP)24、第一数字位流输出级(DBS)26、第二数字位流输出级(DBS)27、专用于重现高频的第一声学输出换能器34，和专用于重现低频的第二输出换能器35。
【0032】模拟声学信号由扩音器22采集并且由ADC23转换为数字信号。来自ADC23的数字信号然后提供给DSP24的输入用以进行进一步处理并且根据规定的缓解方案进行放大，以便补偿所检测到的听力损失。DSP24包括实质上以适当的软件算法的形式将数字信号分为高频数字信号部分和低频数字信号部分的装置(未示出)，和用于将信号的高频部分提供给第一输出终端和将信号的低频部分提供给第二输出终端的装置(未示出)。
【0033】来自DSP24的第一和第二输出终端的数字输出信号由第一DBS26和第二DBS27转换为两个串行数字位流。产生于DSP24的第一输出终端并且由此通过限定包括信号高频的来自第一DBS26的位流被用作第一输出换能器34的输入信号，而产生于DSP24的第二输出终端并且由此通过限定包括信号低频的来自第二DSB27的位流被用作第二输出换能器35的输入信号。
【0034】具有1MHz大小的基频的数字位流能够直接驱动输出换能器34、35，因为存在于输出换能器34、35中的驱动器线圈(未示出)滤除驱动频率，这将输出换能器34、35中的声学输出带宽限制在15-20kHz左右。从而输出换能器构成电输出级的一部分，实质上是被驱动为D型数字输出放大器。这一方法非常节省芯片面积需求和功率消耗。关于这种输出级设计的更多细节可参见US-A-5878146。同样适合与本发明结合使用的更先进的数字输出级，是于2005年2月4日提交的国际申请PCT/DK 2005/000077的主题。
【0035】在使用中，助听器21通过扩音器22接收声学信号并且借助于ADC23将这些声学信号转换为数字信号。来自ADC23的数字信号由DSP24进行处理，根据用以减轻听力损失的规定进行放大和压缩，并且被分为两个独立的数字输出信号。DSP24协调提供给第一和第二DBS26、27的数字输出信号，以便使输出换能器34、35的模拟输出信号相互一致。
【0036】声学输出换能器34、35可被不同地配置以便最有效地覆盖分布在它们之间的期望的频谱。第一输出换能器34可被配置为支持选定的交界频率(cross-over frequency)以上的频率从而主要重现输出信号的高频，而第二输出换能器35可被配置为支持选定的交界频率以下的频率从而主要重现输出信号的低频。交界频率是根据输出换能器34、35的声学音特征来进行选择的并且被编程到DSP 24。
【0037】将选定的交界频率输入到处理器中的编程操作可以发生在助听器的电子模块的制造过程中或者以后，例如在助听器装配期间。
【0038】图4示出根据本发明的助听器的声学输出换能器单元40，其包括声音输出口41、第一电声换能器42、第二电声换能器43、第一组电连接终端44和第二组电连接终端45。当连接到助听器电路(未示出)时，进入电连接终端44、45的电信号在电声换能器42、43中被转换为对应的声学信号。来自电声换能器42、43的声学信号从声音输出口41输出。
【0039】第一电声换能器42被配置为重现音频频谱的上部分，而第二电声换能器43被配置为重现音频频谱的下部分。第一电声换能器和第二电声换能器被机械地集成在一个单元中，从而利于控制助听器的部件和组件。
【0040】图5是助听器21的示意图，其包括扩音器22、电子模块20和输出换能器单元40。该电子模块包括输入放大器25、A/D转换器23、数字信号处理器24、第一数字位流输出级(DBS)26、第二数字位流输出级(DBS)27和用于选择交界频率的装置33。该数字信号处理器24包括控制器30、高通滤波器(HPF)31和低通滤波器(LPF)32。
【0041】输出换能器单元40包括外壳52、第一组输入44、第二组输入45、包含第一换能器线圈47和第一换能器膜49的第一换能器42、包含第二换能器线圈46和第二换能器膜48的第二换能器43、分隔第一换能器42和第二换能器43的壳52的分隔壁50和公用声音输出口41。
【0042】助听器21的扩音器22采集从20Hz左右到约15kHz范围内的全部可用频率范围的声音信号并且将这些声音信号转换为电信号，该电信号被提供给输入放大器25的输入端。来自输入放大器25的经放大的电信号在模数转换器(A/D)23中被转换为数字信号用以由DSP24做进一步处理。
【0043】来自A/D转换器23的数字信号被提供给DSP 24的控制器30。控制器30根据规定的方案执行数字信号的放大、压缩和调节，以便缓解听力损失。DSP24的控制器30将产生的数字输出信号提供给HPF31和LPF32。HPF31的输出被提供给第一DBS26，而LPF32的输出被提供给第二DBS27。交界频率选择装置33连接到HPF31和LPF32，用以从在设定HPF31和LPF32的截至频率的频率处确定的多个可用交界频率中选择交界频率。
【0044】来自第一DBS26的输出信号通过第一组输入终端44提供给第一输出换能器42的第一换能器线圈47，而来自第二DBS27的输出信号通过第二组输入终端45提供给第二输出换能器43的第二换能器线圈46。第一换能器线圈47驱动第一换能器膜49，将来自第一DBS 26的电输出信号转换为声音输出口41的声学信号。第二换能器线圈46以同样的方式驱动第二换能器膜48，将来自第二DBS27的电输出信号转换为声音输出口41的声学信号。
【0045】包括DSP24的HPF31、第一DBS26、第一输出换能器42和声音输出口41的信号通路实质上被配置为重现选定的交界频率以上的频率，而包括DSP24的LPF32、第二DBS27、第二输出换能器43和声音输出口41的信号通路实质上被配置为重现选定的交界频率以下的频率。第一换能器膜49和第二换能器膜48由分隔壁50机械地分隔开，以便保证重现分离的频带的独立性和有效性。
【0046】因此从声音输出口41输出的全部经重现的声学声谱包括由交界频率分隔的并且在声音输出口41处结合的高频频带和低频频带。这使得第一输出换能器42和第二输出换能器43被最优化用以重现声学声谱的分离部分。
【0047】在一个实施例中，第一输出换能器42被优化以重现比如2.7kHz和下移到2.7kHz之下的频率以上的频率，而第二输出换能器43被优化以重现2.7kHz和上移到2.7kHz之上的频率以下的频率，而2.7kHz的交界频率被编程到交界频率选择装置33中。这种优化可以在换能器单元40的设计和制造过程中调整各个换能器42、43的物理大小和材料以及其他相关参数来实现。优化的好处是提高换能器单元40重现5-6kHz以上的频率而不会显著地影响对2-3kHz以下频率重现的能力。
【0048】图6示出用于本发明的双换能器布置40的一个实施例。其包括具有第一组输入终端44的第一换能器42、具有第二组输入终端45的第二输出换能器43和公用声音输出口41。该第一换能器42被附着在该第二换能器43较长侧面中的一个侧面上，通过这样的方式该第一换能器42和第二换能器43可以共享公用声音输出口41。与第二换能器43相比第一换能器42稍微短于第二换能器43以利于重现高频，从而第一输出换能器42的第一组输入终端44比第二换能器43的第二组输入终端45被更深地放置在双换能器布置40中。
【0049】图7示出用于本发明的双换能器布置40的一个可替代实施例。其包括具有第一组输入终端44的第一换能器42、具有第二组输入终端45的第二输出换能器43和公用声音输出口41。第一换能器42被附着在第二换能器43较长侧面中的一个侧面上，通过这样的方式第一换能器42和第二换能器43可以共享公用声音输出口41。第一换能器42稍微窄于第二换能器43以利于重现高频，从而第一输出换能器42的第一组输入终端44与第二换能器43的第二组输入终端45对齐。
【0050】图8示出用于本发明的双换能器布置40的一个可替代实施例。其包括具有第一组输入终端44的第一换能器42、具有第二组输入终端45的第二输出换能器43和公用声音输出口41。第一换能器42被附着在第二换能器43较短侧面中的一个侧面上，通过这样的方式第一换能器42和第二换能器43可以共享公用声音输出口41。相比较来说第一换能器42的长度稍微短于第二换能器43以利于重现高频，从而第一换能器42的第一组输入终端44与第二换能器43的第二组输入终端45对立放置。
【0051】图9示出用于本发明的双换能器布置40的一个替换实施例。其包括具有第一组输入终端44和第一声音输出口52的第一换能器42、具有第二组输入终端45和第二声音输出口53的第二输出换能器43，和实质上呈Y型的导管元件60，导管元件60包括用于配套地连接第一换能器42的第一声音输出口52的第一导管54、用于配套地连接第二换能器43的第二输出口53的第二导管55，该第一导管54和第二导管55合并以形成公用的导管56，该公用导管56构成图9的双换能器布置40的公用声音输出口。
【0052】与图6、7和8所示的实施例相比，在图9所示的实施例中的换能器42、43可以更自由地放置在助听器中。这在助听器壳内的可用空间受限的特定情况下是有利的。导管元件60的第一导管54和第二导管55也特别适合于换能器42、43的特征，从而进一步优化来自双换能器布置40的声音重现。

Claims (9)

1.一种助听器，其包括：扩音器、用于从所述扩音器接收信号的输入转换器、用于处理来自所述输入转换器的信号以便将各自的输出提供给第一输出转换器和第二输出转换器的信号处理器、第一声学输出换能器和第二输出换能器，其中所述第一输出转换器和所述第一输出换能器被配置为重现所处理的信号的高频，而所述第二输出转换器和所述第二输出换能器被配置为重现所述所处理的信号的低频。
2.根据权利要求1所述的助听器，其中所述第一声学输出换能器和所述第二声学输出换能器被实现为单个的实体单元。
3.根据权利要求1所述的助听器，其中所述第一输出转换器和所述第二输出转换器被实现为直接数字驱动输出转换器。
4.根据权利要求1所述的助听器，其中所述信号处理器适于根据交界频率划分所述输出。
5.根据权利要求4所述的助听器，其中所述信号处理器适于通过编程来调整所述交界频率。
6.根据权利要求4所述的助听器，其中所述交界频率被选定为与输出换能器的配置相匹配。
7.根据权利要求1所述的助听器，其中所述处理器包括截至频率通过编程设定的高通滤波器。
8.根据权利要求1所述的助听器，其中所述处理器包括截至频率通过编程设定的低通滤波器。
9.一种用于助听器的处理器，其包括：用于从扩音器接收信号的输入转换器、第一输出终端、第二输出终端、用于根据规定处理来自所述输入转换器的信号以便产生数字输出信号的装置、用于将所述数字输出信号划分为第一数字输出信号和第二数字输出信号的装置，所述第一输出信号适于重现所处理的信号的高频部分并且被提供给所述第一输出终端，所述第二数字输出信号适于重现所处理的信号的低频部分并且被提供给所述第二输出终端。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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