CN101433098B - 助听器内的全向性和指向性麦克风模式之间的自动切换 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在双耳助听器中的全向性(OMNI)和指向性(DIR)麦克风模式之间自动切换的方法，所述双耳助听器包括用于提供第一输入信号的第一麦克风系统、用于提供第二输入信号的第二麦克风系统，其中，所述第一麦克风系统适合放置到使用者的第一只耳朵处或之内，所述第二麦克风系统适合放置到所述使用者的第二只耳朵处或之内，所述方法包括：测量步骤，其中，监测所述第一和第二输入信号的频谱和时间调制；评估步骤，其中，通过对每一个所述信号计算语音可识度的评估指数来评估第一和第二输入信号的频谱和时间调制；以及运行步骤，其中，根据计算的评估指数选择双耳助听器的第一和第二麦克风系统的麦克风模式。

Description

助听器内的全向性和指向性麦克风模式之间的自动切换
技术领域
本发明涉及一种用于在双耳助听器系统中在全向性(OMNI)和指向性(DIR)麦克风模式之间进行自动切换的方法，所述双耳助听器系统包括：用于提供第一输入信号的第一麦克风系统、用于提供第二输入信号的第二麦克风系统，其中，所述第一麦克风系统适合放置到使用者的第一只耳朵处或之内，所述第二麦克风系统适合放置到所述使用者的第二只耳朵处或之内。本发明还涉及适合在OMNI和DIR麦克风模式之间进行自动切换的双耳助听器。本发明还涉及双耳助听器的助听器组成部件。
背景技术
当前的助听器能够进行全向性(OMNI)和指向性(DIR)处理，并且更新的OMNI/DIR助听器能够实现在这两种麦克风处理模式之间的自动切换。根据具体的倾听场合，OMNI和DIR这两种处理可提供相对于另一种模式的优势。
对于较为安静的倾听场合，OMNI处理典型地优于DIR模式。这是基于以下事实：在存在的任何背景噪音振幅相当低的场合，OMNI模式应当提供对周围环境中的全程声音的更好的接达(a greater accessto)，这使得能够提供对环境的“连通性”的更好的感觉。当信号源位于听者的侧面或者后方时，可以预测通常优选的是进行OMNI处理。通过提供对听者当前未面对的声源的更好的接达，OMNI处理将改善对来自这些地方(例如，在饭店中，服务员在听者的后方或侧面讲话)的语音信号的识别。OMNI处理的这种对来自听者前方之外的位置的目标信号的优势将体现在安静的和嘈杂的倾听场合中。对于听者面对信号源(例如，感兴趣的讲话人)的嘈杂倾听条件，DIR处理对来自前方 信号提供的增加的SNR，使得DIR处理成为优选。
刚才提到的每种倾听条件(患者面对着或不面对着讲话人的安静的、嘈杂的条件)经常出现在听力受损的听者的日常生活中(例如参见Walden，B.E.，Surr，R.K.，Cord，M.T.和Dyrlund，O在2004年报道的研究，预测助听器麦克风在日常听力中的优选。Journal of theAmerican Academy of Audiology，15，365-396)。因此，助听器使用者经常会遇到DIR处理将优于OMNI模式的倾听场合，反之亦然。
传统上，指向性处理商业上的实施需要OMNI和DIR麦克风模式之间的手动切换。使用者通过轻弹助听器上的拨动开关或者按压助听器上的按钮而改变处理模式，从而根据具体环境中遇到的倾听条件而将设备设置到优选模式中。
采用这种方法的问题是，如果听者不主动地切换模式的话，他们不可能意识到在给定倾听场合改变模式是有益的。此外，最适当的处理模式可能在一些倾听环境中相当频繁地改变，并且听者有可能不能方便地手动切换模式以应对这种动态的倾听条件。最后，许多听者可能发现手动切换以及主动对比这两种模式很烦琐并且不方便。因此，他们有可能使其设备永远处于默认的OMNI模式中。在Cord，M.T.，Surr，R.K.，Walden，B.E.，Olson，L.于2002年报导的研究中，指向性麦克风在日常生活中的性能，Journal American Academy Audiology，13，295-307，估计大约三分之一的佩带可手动切换OMNI/DIR助听器的听者不管倾听场合如何都会使其设备处于默认模式中。很明显，这些患者不能受益于(未使用的)DIR处理模式。
近年来，几大助听器制造商已经引进了基于对声环境的某种分析而在OMNI和DIR麦克风模式之间自动切换的助听器。自动切换避免了与上述手动切换有关的许多问题。在这里，执行对输入信号的声学分析以确定是OMNI处理还是DIR处理可能被优选，并且设备基于所 述分析而自动选择适当的模式。在下面提到的专利文献中描述了能够在OMNI和DIR麦克风模式之间自动切换的助听器的示例。
在WO2004114722中公开了带协同声音处理的双耳助听器系统，其中，所述系统基于环境类型而在OMNI和DIR麦克风之间切换。
EP0664071涉及具有麦克风切换系统的助听器，该助听器使用了用于助听器设备的指向性麦克风，所述指向性麦克风用在背景噪音使语音交流困难的环境中。本发明也涉及基于测量的环境噪音水平而切换于全向性麦克风和指向性麦克风之间的系统。
US6,327,370涉及根据不同的噪音条件而在OMNI和DIR麦克风之间自动切换的各种技术。
这些切换麦克风模式的自动决定全部或多或少地基于与环境噪声水平有关的规则和/或是否存在调制信号，诸如语音。然而，不管指向性麦克风由听者手动选择还是由助听器自动选择，指向性麦克风均执行声音的损耗编码(基本上是在相加之前通过相移两个信号之一而进行频谱相减)，基于声音到达的方向而消除频谱信息。一旦除去该信息，则该信息就不能再被助听器或听者利用或者获取。
因此，采用所述手动或自动切换麦克风模式的方法的主要问题之一是，当助听器被设定为双侧指向性麦克风模式时出现了信息的消除，而这些信息对听者可能是重要的。尽管指向性麦克风的目的是对感兴趣的信号提供更好的信噪比，但对什么是感兴趣的信号的决定最终是听者的选择并且不能由助听器决定。由于假定感兴趣的信号出现在听者的观看方向上(并位于指向性麦克风的轴向上)，所以出现在听者观看方向之外的任何信号能够并将被指向性麦克风消除。
这和临床上的经历是一致的，暗示出自动切换算法如上面所讨论 的那些和当前销售的那些一样未获得广泛的认同(例如参见：Cord，M.T.，Surr，R.K.，Walden，B.E.，Olson，L.(2002)指向性麦克风在日常生活中的性能，Journal American Academy Audiology，13，295-307)。患者一般优选手动切换模式而不依靠这些算法做决定。
发明内容
因此，本发明的一个目的是改进处理算法以及在自动切换算法中使用的决定策略，这对于将来改善助听器的性能和认同度(被助听器的使用者认同)是必要的。
本发明的另一目的是提供一种双耳助听器系统，该系统具有用于OMNI和DIR麦克风模式之间的自动切换的改进的处理算法和决定策略，这对于将来改进其性能和认同度(被助听器的使用者认同)是必要的。
根据本发明，通过采用在双耳助听器系统中的全向性(OMNI)和指向性(DIR)麦克风模式之间自动切换的方法实现上面提到的和其它的目的，所述双耳助听器包括用于提供第一输入信号的第一麦克风系统、用于提供第二输入信号的第二麦克风系统，其中，所述第一麦克风系统适合放置到使用者的第一只耳朵处或之内，所述第二麦克风系统适合放置到所述使用者的第二只耳朵处或之内，并且其中，所述方法包括：
-测量步骤，其中，监测所述第一和第二输入信号的频谱和时间调制；
-评估步骤，其中，通过为所述的每一个信号计算评估指数来评估第一和第二输入信号的频谱和时间调制，所述评估指数优选语音可识度；
-运行步骤，其中，根据计算的评估指数选择双耳助听器的第一和第二麦克风系统的麦克风模式。
在测量步骤中，通过监测来自两个麦克风系统的输入信号的频谱和时间调制，获得周围声音环境的非常丰富的表达，其对于语音信号保真度的即使很小的改变也是灵敏的。因此，能够观察到附加噪声、回响和相失真的影响。科学研究(将呈现在2006年3月5日的美国听觉协会会议中)表明，基于这些频谱和时间调制的评估有可能高精度地预测OMNI/DIR使用者偏好，即，基于包含在输入信号的频谱和时间调制中的信息，有可能预测使用者是否优选OMNI麦克风模式或DIR麦克风模式。而且，科学研究表明，有可能预测使用者将优选两个麦克风系统中的哪一个系统应当在OMNI模式中操作，以及两个麦克风系统中的哪一个系统应当在DIR模式中操作。而且，在某种程度上有可能预测使用者将受益于均衡的双耳配合的这些情况。通过为两个信号计算评估指数(EI)能够实现对输入信号的频谱和时间调制的评估。
由于根据本发明的方法用在双耳助听器中，所以所述方法为使用者提供了非常相似的处理，但未取代在人的听觉系统中进行的信号处理(最重要地是，它提供了声学信息的两个通道)，所述听觉系统自然地开始于两个通道的源于其周围部件(即耳蜗和相关结构)的声学翻译神经信息。声学信号的频率、时间和强度分量被神经编码。听觉信号的低级处理导致信号(频率)、时间编码和其他低级功能的频率组织(tonotopical)分离。本发明感兴趣的是以下听觉过程：序列流分离、频谱积分和抑制。序列流分离是听觉系统对普通的时间和频谱图案分组的能力，允许分离的信息流同时存在。频谱积分允许时间上稍微不同的相关信号融合起来作为一种单一感觉(例如，时间对准两个频谱相似信号并将它们相加以制作一个信号)。抑制是听者忽略信息听觉流的能力。
如果发出预期语音信号的周围声环境非常安静，则EI通常将很高，并且科学研究暗示出使用者通常优选双耳助听器的两个麦克风系统中的OMNI模式。另一方面，如果发出预期语音信号的周围声环境包含至少一个其它的语音信号，则EI通常将比第一种情况低，并且科 学研究表明使用者通常优选双耳助听器的一个麦克风系统处于OMNI模式并且另一个(对侧的)麦克风系统处于DIR模式。使用者会优选这样一种不对称的麦克风配置，即一个麦克风系统处于OMNI运行模式而另一个麦克风系统处于DIR运行模式，所基于的事实是人脑在某种程度上能够集中于那些对使用者重要的语音信号。这种情况非常类似于一只眼睛戴“远视”隐形眼睛而另一只眼睛戴“近视”隐形眼睛的那些人。隐形眼睛使用者的大脑随后将所感测的光的信息混合起来，其方式使得使用者能够看到比他或她仅使用一种类型的镜片时所看到的更多。因此，如果我们对声音做不对称的双侧处理，那么我们允许大脑分离不同的声音、抑制不想要的分离声音并合成剩下的想要的分离声音。这种想法完全涉及大脑如何流动听觉信息(即鉴别声音目标并选择忽略它们)。如果我们允许一种信号具有更好的SNR(聚焦的)而一种信号具有所有的环境声音信息(外围的)，这就允许大脑对比两个通道(即，存在于第一输入信号和第二输入信号两者中的听觉信息)并隔离声音信息，以允许最终的使用者决定什么是相关的声音而什么不是相关的声音。如果我们同时使用两个指向性系统并且感兴趣的信号存在于听者的后方或侧面，这就不会发生。
因此，本发明的方法计算和评估双耳助听器的两个输入信号中的频谱和时间调制，帮助使用者的听觉系统对听觉信息流分组并隔离，抑制一个或多个听觉流，并将剩余的听觉流融合为一个单个的双耳图。而且，通过调节双耳助听器中的双侧信号处理策略，为使用者提供了选择以确定哪个听觉流含有感兴趣的信号，同时允许使用者抑制含有不相关的或不想要的信息(即噪声)的听觉流。此外，为听觉系统的两个通道之一提供来自指向性麦克风处理的输入信号的信息，允许获得更好的信噪比(SNR)，最终导致改进对噪声的语音可识度。
科学研究显示出只有在预期的语音信号基本上来自于使用者前方的那些嘈音情况下，他或她将优选DIR模式，其中，科学研究显示出对DIR模式的优选与EI低的那些情况非常相关。因此，科学研究显示 出通过监测并评估输入信号的频谱和时间调制，有可能高精度地预测使用者的偏好，并且甚至有可能通过评估两个输入信号的频谱和时间调制来预测两种麦克风模式中的每一个的优选麦克风模式(OMNI或DIR)。
在一种优选的实施例中，根据本发明方法的评估步骤还可以包括将两个输入信号的评估指数与第一阈值(例如预定的第一阈值)进行对比。因此实现了以简单方式来预测使用者是否优选双耳助听器在两个麦克风系统的OMNI模式中操作，或者使用者是否优选至少一个麦克风系统应当在DIR模式中操作。科学研究表明为两个麦克风系统优选OMNI模式与高EI非常相关，如同在第一和第二输入信号两者中测量到的。
根据本发明方法的另一优选实施例的评估步骤还可以包括计算两个评估指数之间的差值，并将该差值与第二阈值(例如预定的第二阈值)进行对比。因此实现了有可能将每一个输入信号的EI相互比较，并且也进一步通过将EI与第二阈值对比，有可能评估默认的不对称佩带模式(即，在一个麦克风模式中为OMNI模式而在另一个麦克风模式中为DIR模式)是否将为使用者优选的配置或者使用者是否将优选(并且受益于)更特别的不对称佩带模式，即，使用者将优选什么样的特定麦克风系统在OMNI模式中操作并且他或她将优选什么样的麦克风系统在DIR模式中操作。科学研究表明，当两个输入信号之间的EI差值超过特定的水平时，则存在使用者对麦克风配置的清晰优选，其中，最高EI由相应输入信号确定的麦克风系统应当在OMNI模式中操作。只有当两个输入信号的EI低于第一阈值时优选应用该步骤，否则两个麦克风系统中的OMNI模式是优选的。
根据本发明方法的测量步骤可以包括利用至少一个处于OMNI模式中的麦克风系统监测每一个输入信号的频谱和时间调制。优选地，利用均处于OMNI模式中的两个麦克风系统监测每个输入信号的频谱 和时间调制。当本发明的方法被用于从OMNI麦克风模式切换到不对称佩带模式时，即从两个麦克风系统均处于OMNI模式(即对称OMNIBI模式)的模式切换到其中一个麦克风系统被切换到DIR模式而另一个麦克风系统留在OMNI模式的模式时，这种配置是有优势的。
在另一个实施例中，根据本发明方法的测量步骤可以包括利用处于OMNI模式的一个麦克风系统和处于DIR模式的另一个麦克风系统监测每一个输入信号的频谱和时间调制。当本发明的方法被用于从不对称佩带模式切换到对称DIR模式时，即从一个麦克风系统处于OMNI模式而另一个麦克风系统处于DIR模式的麦克风模式切换到处于OMNI模式的麦克风系统被切换到DIR模式的麦克风配置时，即当切换到两个麦克风系统均处于DIR模式的麦克风配置时，本发明的方法是特别有优势的。
从不对称的配合或者对称的双耳指向性模式切换回对称的双耳OMNI模式(即，两个麦克风系统均处于OMNI模式的运行状态)优选取决于周围声环境中的环境噪声水平的测量。
而且，本发明的一个目的进一步由双耳助听器系统实现，所述系统包括至少一个信号处理器、用于提供第一输入信号的第一麦克风系统、用于提供第二输入信号的第二麦克风系统，其中，所述第一麦克风系统适合放置到使用者的第一只耳朵处或之内，所述第二麦克风系统适合放置到所述使用者的第二只耳朵处或之内，其中，所述至少一个信号处理器适合执行评估至少一个输入信号的频谱和时间调制，并且其中，所述第一麦克风系统适合根据所述评估而在OMNI和DIR麦克风模式之间自动切换。
本发明的再另一目的通过这样一种助听器实现，所述助听器包括信号处理器和用于提供输入信号的麦克风系统，其中，所述助听器适 合构成双耳助听器系统的部分并用于接收来自另一助听器的信息，该另一助听器也构成双耳助听器系统的部分，并且其中，所述信号处理器适合执行评估输入信号的频谱和时间调制，并且其中，所述麦克风系统适合根据所述的评估在OMNI和DIR麦克风模式之间自动切换。
应当理解，双耳助听器有时被称作双耳助听器系统，并且贯穿本文可互换地使用双耳助听器和双耳助听器系统这两种含义相当的表达。
本文提供了这样一种双耳助听器，其中，基于对至少一个输入信号的频谱和时间调制的评估有可能选择一种不对称的配合，即有可能基于对至少一个输入信号的频谱和时间调制的评估在一个麦克风系统中，在OMNI模式和DIR模式之间切换。这样，基于简单地评估至少一个输入信号的频谱和时间调制，双耳助听器为所述双耳助听器的使用者提供了不对称佩带模式的优势(即在一个麦克风系统中处于OMNI模式并且在另一个麦克风系统中处于DIR)。
在根据本发明的双耳助听器系统的优选实施例中，所述第二麦克风系统也可能适合基于对至少一个输入信号的频谱和时间调制两者的评估而在OMNI和DIR麦克风模式之间自动切换。因此实现了这样一种双耳助听器，其中，能够基于至少一个输入信号(优选两个输入信号)的频谱和时间调制的评估来选择在两个麦克风系统中的每一个系统中的麦克风模式(OMNI或DIR)，以顺应使用者在每种情况下的偏好。而且，因此，基于对至少一个输入信号的频谱和时间调制的评估，使用者被赋予可能的对称指向性配合，即DIRBI模式(两个麦克风系统均被切换到DIR模式的模式)的优势。
有利地是，根据本发明，评估双耳助听器系统中的至少一个输入信号的频谱和时间调制可以包括计算评估指数。在本发明的一种优选实施例中，所述评估指数可以是所谓的语音传输指数(STI)或例如通过 语音模板(语音模型)修正的STI。可以使用的其它评估指数是频谱时间调制指数(STMI)、修正的清晰度指数(AI)或对STMI本身的修正。
STMI类似于AI，c.f.Kryter，K.D.(1962)的用于计算和使用清晰度指数的方法，Journal of the Acoustical Society of America，34，1689-1697或STI(c.f.Houtgast，T.，Steeneken，H.J.M.，和Plomp，R(1980)，根据调制传递函数预测房间内的语音可识度：I.General roomacoustics.Acustica，46，60-72)，并且进一步解释在Grant等的报道中，该报道是Grant，K.W.，Elhilali，M.，Shamma，S.A.，Walden，B.E.，Cord，M.T.和Dittberner，A(2005)，“预测OMNI/DIR麦克风优选”，Convention2005，美国听力学研究会，华盛顿，2005年3月30日-4月2日，第28页。
如同AI和STI一样，STMI为一种指数，其可以被解释为相对于清晰语音模型而测量浑浊的语音输入。所有的这些指数都具有介于0至1之间的数值，代表了输入语音和清晰语音模型之间的相似程度。这些指数所共有的是，在他们和语音可识度之间存在很强的预测关系。然而，由于要提取的特征数量巨大而使STMI计算起来非常复杂，并且由于在助听器信号处理器中仅有有限的处理能力可以利用，因此在根据本发明的双耳助听器中优选使用修正的STI。通过利用STI制式或修正的STI制式来代替STMI，有可能将计算中使用的特征数减少到当计算STMI时所需的那些特征数的基本1/10。因此，减少了信号处理器的计算工作量，从而很容易看出可以减少双耳助听器中相应的信号处理延迟，并因此可以减少信号处理器的数字运算中的采样时间，因此可再次使用较短的数字傅立叶变换，这样又进一步减少了所述双耳助听器中的计算次数。
在一个实施例，根据本发明的双耳助听器可以包括两个壳体结构，所述壳体结构用于容纳两个麦克风系统中的每一个系统，即，每个壳体结构可以适于包括两个麦克风系统中的一个系统。根据本发明的双 耳助听器的一个实施例中，两个壳体结构适合相互通信，即，能够从一个壳体结构发送信息到另一个壳体结构，或者能够在两个壳体结构之间双向发送信息。在一个实施例中，至少一个信号处理器可以包括位于一个壳体结构内的一个单信号处理器，或者至少一个信号处理器可以包括两个独立的信号处理器，其中，两个壳体结构中的每一个都适合包括两个信号处理器之一。
在根据本发明的双耳助听器的一个实施例中，两个壳体结构可以包括两个普通的助听器壳。在根据本发明的双耳助听器的优选实施例中，所述助听器壳包括耳后(BTE)、耳内(ITE)、管内(ITC)、全管内(CIC)或者以其它方式安装的助听器壳。在根据本发明的双耳助听器的又一实施例中，所述双耳助听器能够仅包括两个本领域公知的普通助听器，这两个助听器适合相互通信并执行根据本发明的方法。在根据本发明的双耳助听器的优选实施例中，两个壳体结构之间的通信可以是无线的。
在根据本发明的双耳助听器的另一实施例中，信号处理器可以是模拟信号处理器。在根据本发明的双耳助听器的又一实施例中，两个壳体结构之间的通信可以通过配线提供。
至少一个信号处理器可以进一步适合对比两个输入信号的频谱和时间调制的评估，并且双耳助听器系统可以适合根据所述对比而在OMNI和DIR麦克风模式之间切换。因此，提供了这样一种双耳助听器，其中，可以选择两个麦克风系统中的每一个系统的麦克风模式，这为所述双耳助听器的使用者提供了最好的语音可识度，并因此提供了与使用者在每种单一情况下的偏好高度一致的麦克风配置(即，每个麦克风应当处于的运行状态(OMNI或DIR))。
在优选的实施例中，上述双耳助听器可适于使用上述根据本发明的方法。因此实现了这样一种双耳助听器，该助听器适合基于两个输 入信号中的至少一个但优选两个的频谱和时间调制而在一个或两个麦克风系统中，在OMNI和DIR模式之间自动切换，以便通过顺应使用者优选的麦克风配置而实现尽可能高的语音可识度。
附图说明
参照附图，通过以下结合附图对本发明示例性实施例的详细描述，本发明的上述和其它特征以及优势对本领域技术人员而言将会变得很明显，附图中：
图1显示了STMI制式对助听器的方向性以及信号和噪声源的空间定向的灵敏度；
图2显示了作为倍频程水平的函数的听觉掩蔽系数(amf)；
图3显示了作为中心频率的函数的听觉接收阈值(ART)；
图4显示了作为中心频率的函数的性别权重因子(倍频程α和冗余度β)；
图5显示了根据本发明的麦克风切换算法的简化方框图；
图6的方框图阐明了根据本发明方法的麦克风切换算法的优选实施例；
图7的方框图阐明了根据本发明方法的麦克风切换算法的另一个优选实施例；并且
图8示意性地解释说明了根据本发明的双耳助听器。
具体实施方式
为清楚起见，附图是示意性的且是简化的，而且它们仅显示了对理解本发明而言是关键的细节，省略了其它细节。贯穿全文，相同的附图标记用于表示相同或相应的部件。
现在将参照附图更加充分地描述本发明，附图中显示了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以不同形式实施，并且不应当被解释成局限于本文列出的实施例。而是，提供这些实施例是为了使本文公开的内容彻底而完全，并能向本领域技术人员完全传达本发明的概 念。
在以下对优选实施例的描述中，使用了修正的语音传输指数(STI)，该指数作为在OMNI和DIR麦克风模式之间的自动切换的保真度测量，同时应当理解，也可以应用结合输入信号的频谱和时间调制的其它指数。
图1显示了STMI制式对助听器方向性以及信号和噪声源的空间方位的灵敏度。每个画面代表一个独立的实验条件，在存在不同语音噪声比的语音状背景噪音的条件下，对比了语音信号的DIR和OMNI处理。通过记录位于声音处理室中的人体模型右耳上的助听器(修正的GN ReSound Canta770D)的输出而获得数据，该声音处理室在每一个壁上都装有扩音器。记录每个麦克风处理模式，并随后进行STMI分析。采用面对一个被随意指定为“前”扩音器的扩音器的KEMAR获得数据。每个画面代表一种语音信号相对于KEMAR在房间内的定向的不同位置。在标记为“来自前方的信号”的画面中，语音信号来自人体模型的前方并且独立的噪声源来自左右两侧以及后方。在标记为“来自右侧的信号”的画面中，语音信号来自位于人体模型右侧的扩音器。因此，语音现在最接近佩带助听器的(右)耳朵，并且噪声源来自人体模型的前方、后方和左侧。在标记为“来自左侧的信号”的画面中，语音信号来自人体模型的左侧，并且噪声源于前方、右侧和后方。由于助听器被佩戴到信号扩音器位置对侧的耳朵，因此检测到相当大的头部阴影。如所看到的，当语音在前方时，STMIDIR(其中，STMIDIR意味着在指向性麦克风模式中测量的STMI)明显胜过STMIOMNI(其中，STMIOMNI意味着在全向性麦克风模式中测量的STMI)。相反，当语音来自后方时，跨越宽范围的SNR，STMIOMNI明显胜过STMIDIR。类似地，当语音来自最靠近助听器的同侧(右侧)时，横跨宽范围的SNR，STMIOMNI胜过STMIDIR。在这种情况下推测起来，DIR处理在语音信号的方向上(右侧)设置为空置(null)，引起STMIDIR相对于OMNI处理而减小。当语音信号来自对侧(左侧)时，在两种麦克风模式之间观 察到小的STMI差别。在这种情况下，由于头部阴影使STMIOMNI减小(相对于同侧)，并且DIR处理对(对侧的)信号具有很小的影响。
基于这里所描述的以及先前的其它工作，表面看来STMI显示出的前景是，可以作为当倾听环境变化时用于确定要选择哪种麦克风模式的一种手段。然而，如前面所指出的，由于当用在某种普通助听器上时STMI制式计算起来太密集或太复杂，下面我们将集中在修正的STI的两个应用上，其有关于在双耳助听器中的OMNI和DIR麦克风模式之间自动切换的问题，该双耳助听器涉及到非对称佩带模式。用在本发明方法的以下两个实施例中的修正的STI可以包括本领域公知的普通STI，该普通的STI被修正以包括任何给定的语言中常见的语音模板、编码本或语音信号的某些组分的列表。修正的STI也可以包括与标准的STI数量不同的系数和面元尺寸(bin size)。
在两个实施例中，根据本发明的双耳助听器只是在安静的倾听环境中被设定到OMNIBI配置。当存在背景噪音时，至少一个麦克风系统被设定到DIR模式，与初级语音信号的位置无关。
在描述优选的实施例之前，将解释说明对STI制式基本原理的更详细的描述：鉴别关键听觉场面所需的制式将自然地包括时间和频谱特征检测器以及清晰的语音模板。由于助听器的麦克风模式改变了能够影响听力受损者的语音接收的两个基本分量，即环境(背景)噪声和回响(为获得更多的信息，例如参见Ricketts TA，Dittberner AB：用于改善的信噪比的指向性放大：策略、测量和限制，In Valente M，ed.助听器：标准、选项和限制，第2版New York：Thieme MedicalPublishers，2002：274-346)，因此需要一种能够基于语音对回响和噪声的相互关系而将环境分类的评估指数。所述指数例如为语音传输指数(STI)(例如，Steeneken，H.，&Houtgast，T.1980用于测量语音传输质量的物理方法Journal of the Acoustical Society of America，67，318-326。IEC60268-16.(2003)声音系统设备-第16部分：利用语 音传输指数客观地为语音可识度分级，第3版)。
STI对交叉通道型抖动和其它的非线性不敏感(为获得更多的信息，例如参见：Hohmann，V.，&Kollmeier，B.(1995)多通道动态压缩对语音可识度的影响Journal of the Acoustical Society ofAmerica，97，1191-1195)，上述抖动和非线性可能通过设备的响度补偿策略而被引入，并且遮蔽声学环境及其分类。因此，STI提供了最好的方法来决定哪个麦克风模式对于给定的声学环境是最好的。
语音是一种复杂的信号。它的线索来自于其时间包络线和频谱精细结构(即，低频调制和高频含量)。可以基于得自对信噪比(SNR)的客观估计的时间(低)和频谱(高)频率区的调制传递函数(MTF)来计算STI。
STI的基本分量是作为调制频率mf和三倍频中心频率cf的函数的调制指数m。例如，我们可以选择14个调制频率，即0.63、0.8、1.0、1.25、1.6、2.0、2.5、3.15、4.0、5.0、6.3、8、10和12.5，以及7个中心频率，即125、250、500、1000、2000、4000和8000Hz。这些数值可以根据设备的保真度而改变；滤波器的宽度也可以取决于设备的保真度、听力损伤的性质和语音的总体声学属性。
随后可以简单地计算调制指数，该指数作为信号强度与信号强度和噪声强度和之比值；即：
mcf，mf＝I信号(cf，mf)/[I信号(cf，mf)+I噪声(cf，mf)]   (1)
对该比值进行校正以补偿掩蔽的向上传播，该比值可以再次被强度相关的听觉掩蔽系数(amf)校正：例如参见图2，该图显示了听觉掩蔽系数(amf)为倍频程水平的函数)，并且如果噪声高于绝对接收阈值(IART；例如参见图3，该图显示了听觉接收阈值(ART)为中心频率的函数)，则加上噪声强度：
在上面的公式(2)中，可以从标准中修正掩蔽和噪声的贡献，以补偿外围受损听觉系统中掩蔽敏感度的改变(Glasberg，B.，& Moore，B.(1989)单侧和双侧耳蜗听力受损患者的心理声学能力以及他们和理解语音能力的关系Scandinavian Audiology，Supplement，32，1-25)。
利用每个cf和mf、m′cf，mf处的校正过的调制指数，可以根据公式(3)计算有效的信噪比(SNRcf，mf)：
SNRcf，mf＝10·log10[m′cf，mf/(1-m′cf，mf)]   (3)
基于French和Steinberg的清晰度指数公式(报导在French，N.，& Steinberg，J.(1947)中，控制语音可理解性的因素，Journal of theAcoustical Society of America，19，90-119)，用于语音传输的SNR数值范围基本上处于-15到+15dB的范围内。因此，可随后根据公式(4)计算归一化的传输指数(TIcf，mf)：
TIcf，mf＝(SNRcf，mf+15dB)/30dB(4)
可以随后根据公式(5)计算调制传递指数，并将该指数作为横跨调制频率的平均TI：
MTI cf = 1 14 Σ mf = 1 14 TI cf , mf - - - ( 5 )
STI取自跨越调制频率求平均值而获得的TI总和，校正了倍频程权重(α)和冗余度(β；例如参见图4)，并且可以根据公式(6)计算：
STI r = Σ cf = 1 7 α cf MTI cf - Σ cf = 1 6 β cf MTI cf · MTI ( cf + 1 ) - - - ( 6 )
例如参见图4，该图显示了性别特定权重因子(倍频程α和冗余度β)为中心频率的函数。
为了基于两个输入信号之一计算STI，必须对清晰信号-“清晰语音”作某种估计。代替试图对输入信号进行解析，对清晰信号进行估 计的一种方式是利用清晰的语音模板，从而能够正确地估计声环境的STI-公式(1)中的分母。
在与上面给出的相同cf和mf数值下，基于不同的性别(即男性和女性)、年龄(即儿童和成年人)、力度(即柔声的和大声的)以及语言的言语资料库被提取为单独的长期强度测量(I信号)。可以根据语言对这些资料库进行解析，并且可以跨越性别和年龄进行平均化。由于区分女性和儿童语音时存在着完全不同的困难(例如参见Klatt & Klatt，1990)，可以利用不成比例的数量的女性和儿童语音样本来获得每种语言的清晰语音模板。在某种意义上，每个清晰语音模板可以为包含98个系数的一组(例如排列成14×7矩阵)，该组系数被加载到软切换算法中-更具体地是修正的STI或评估指数(EI)-此时佩带着设备(即，当测定最理想的语言时)。
在图5中解释说明了根据本发明的麦克风切换算法的简化方框图。在第一方框2中，两个麦克风系统被设定到OMNI模式，即，在第一方框中，根据本发明的双耳助听器被设定到OMNIBI模式。第二方框4代表测量步骤，其中，在两个输入信号中的至少一个中监测STI。由于对双耳助听器的两个麦克风系统在OMNI模式中监测STI，获得了比如果一个或两个麦克风系统被设定到DIR模式时可能获得的更丰富的周围声环境的表达。这种结果部分是由于排除了由指向性麦克风引入输入信号的残留噪声的事实以及指向性麦克风在本质上很高程度地挑选出源于某些特定方向的声音的事实。第三方框6代表评估步骤，其中，通过为所述信号中的每一个计算评估指数而估计第一和第二输入信号的频谱和时间调制。方框8代表运行步骤，其中，根据在方框6中计算的评估指数确定两个麦克风系统的运行状态。方框8通常具有两个主输出，一个是两个麦克风系统的运行状态，所述运行状态为两个麦克风系统中的每一个确定OMNI模式，即OMNIBI模式，如返回至代表OMNIBI麦克风配置的方框2的箭头12所示。方框8的另一个输出被显示为代表麦克风系统运行状态的方框10，其中，至少一个所述的麦克风系统被设定到DIR模式。
图6的方框图，示出了根据本发明方法的麦克风切换算法的优选实施例。在该实施例中，只有从OMNIBI OMNIBI麦克风模式切换到OMNIRT/DIRLT或DIRRT/OMNILT的运行状态是可能的；即它不提供DIRBI佩戴模式，其中，下标RT或LT分别指左耳或右耳。应当理解，第一或第二麦克风系统中的任何一个能够适合将输入信号提供到使用者的两只耳朵中的任何一只中。由于本发明的该实施例不提供到DIRBI麦克风模式的切换，它只是需要仅在两个麦克风系统中的每一个的OMNI模式中监测/计算STI(在背景中)。因此，尽管该实施例允许避免了“对称的”自动切换的许多固有的问题，但它不允许DIRBI佩戴模式，该模式在某些特定环境下可能是有益的。另一方面，与如果可能切换到DIRBI模式的情况相比，该信号处理的要求因而更为简单。
如前面所指出的，科学研究表明当存在背景噪音并且语音处于听者的前方或后方时，哪只耳朵接受OMNI处理以及哪只耳朵接受DIR处理应当区别不大。然而，当语音信号位于一侧时，头部阴影开始发挥影响，并且科学研究显示出使用者将优选最靠近语音信号的耳朵接受OMNI处理。STI能够使我们通过对比两只耳朵上对于OMNI模式的结果来确定优选哪只耳朵接受OMNI处理。对于每一只耳朵，如果STIOMNI之间的差别很小，则可以假定语音信号来自听者的前方或后方。另一方面，如果两只耳朵之间的STIOMNI差异很大，则可以假定具有较大STI的耳朵最接近于语音信号，并且它应受益于OMNI处理。因此，图6所示的算法流将如下所示：助听器的默认模式被设定到OMNIBI，即两个麦克风系统处于OMNI模式，如方框2所示。下一个方框4指明在OMNI模式中监测每一个输入信号的STI的步骤。当开启助听器时，例如可以自动选择OMNIBI模式。接下来，将两个输入信号的STI与方框14中的第一阈值对比。该阈值可以是在区间 [0.5-0.9]，优选区间[0.5-0.8]内适当选取的数值，例如0.6或0.75。在另一实施例中，第一阈值可以根据使用者个人的听力损失程度而选取。然而，下面让我们假定应用0.6的第一阈值(为了简单)。如果两个输入信号(即在两只耳朵处或之内)中的STIOMNI超过0.6，则科学研究显示我们可以假定本发明助听器的使用者处于相对安静的环境中，并且相应地，双耳助听器维持在默认的OMNIBI配置，如从方框14指向方框2的箭头16所示。其对应的情况是，满足标准STI>第一阈值(＝0.6，在该示例中)，如真(T)输出所示。另一方面，如果未满足方框14中的标准，即表达式STI>第一阈值(＝0.6，在该示例中)为假(F)，如输出F所示，则科学研究显示我们可以假定存在噪声和/或回响，并启动准备不对称佩戴模式。首先，发现从两个输入信号计算的STI之间的差别D，并且随后将该差别D与方框18中的第二阈值进行对比。在数学上，该标准可能被表示为是否满足以下不等式：D>第二阈值。该第二阈值可以例如是在区间[0.05-0.25]，优选区间[0.075-0.15]内选择的适当数值。在本发明的一个实施例中，可以根据使用者的听力损失程度而选择第二阈值。作为说明性的示例，下面将假定第二阈值为0.1。如果未满足方框18中的标准，即如果表达式D>0.1为假，则由方框18的输出F进行指示。在方框18的输出为F的情况下，指示两个输入信号之间的STI差别很小，并且选择默认的不对称佩戴模式，即麦克风系统的运行状态被选择到OMNIRT/DIRLT或DIRRT/OMNILT。该默认的不对称模式由方框19指示。在任何具体的情况下，默认的不对称运行状态应当是可以被个性化的，并且能够根据使用者个人的听力损失类型和尺寸(即例如根据哪只耳朵具有最大的听力损失)而加以选择。
另一方面，如果耳朵间的STIOMNI差异超过0.1，具有较大STI的耳朵接受OMNI处理，而对侧的耳朵接受DIR处理。这就意味着表达式D>0.1为真，如方框18的输出T所示，其中，在方框20中对比用于两个输入信号的并因而用于双耳的STI之后，产生具有最高STI的输入信号的麦克风系统被设定到OMNI模式，而另一个麦克风系统 被设定为在DIR模式中操作。在图6的方框22中指示了非对称的佩戴模式的这种选择。
如图6所示的根据本发明方法的算法的执行基于如下假定，即，你从不对称佩戴模式(即避免了将两个助听器设定到非优选的麦克风模式中的可能性)中所获得的益处大于更常规的双耳佩戴模式(即DIRBI或OMNIBI)的潜在益处。图7显示的方框图示出了根据本发明方法的麦克风切换算法的另一优选实施例，其中，有可能根据对输入信号的频谱和时间调制的评估来选择DIRBI麦克风模式。如果DIRBI佩戴模式经常提供明显大于不对称佩戴模式的优势，则所述算法是优选的，并且在一些环境中可能需要比图6描述的实施例更为灵活的佩戴模式策略以允许采用DIRBI佩戴模式。我们可以利用STI来选择根据本发明的双耳助听器何时应当选择DIRBI配置而不是不对称配置，即OMNIRT/DIRLT或DIRRT/OMNILT。除了OMNI和DIR模式都必须在背景中被监测之外，该实施例在很多方面都类似于图6描述的本发明方法的实施例。因此，下面描述将主要集中于这两个算法之间的差别。
如前面一样，双耳助听器的默认模式为OMNIBI，并且用于不对称佩戴的默认模式被指定为OMNIRT/DIRLT或DIRRT/OMNILT，有可能依赖于患者的优选/需求而定。在以下对图7所示实施例的描述中，对于所述第一和第二阈值，采用了与相应于图6而描述的示例中使用的相同的示例性数值，即下面将假定第一阈值为0.6并且第二阈值为0.1。
图7所示算法中的第一步骤基本上与图7所示的算法相同。然而，如果方框18的输出为假，即如果表达式D>0.1为假，则算法的进一步处理是不同的。因此，如果两耳间的STMIOMNI差值小于0.1，则在DIR模式中监测STI，如方框24所示。之后，将对比分别相应于左耳和右耳的两个输入信号的STI，以评估从相应于左耳STILT的输入信号计算的STI是否基本上等于从相应于右耳的输入信号计算的STIRT(如 方框26所示)。注意STILT或STIRT之一从OMNI输入信号中计算出来，并且另一个从DIR信号中计算出来。
如果STILT基本上等于STIRT为真(如方框26的输出T所示)，则在处理方框28中评估表达式STIDIR-STIOMNI>0是否为真。如果STIDIR-STIOMNI为正数，则表示预期的语音信号位于使用者的前方，并且双耳助听器的运行状态被选择到DIRBI，即，两个麦克风系统被选择成在DIR模式中运行。这由方框30指示。然而，如果表达式STIDIR-STIOMNI>0为假，如方框28的输出F所示，则表示的事实是预期的信号位置位于根据本发明的双耳助听器的使用者的后方，并且随后选择默认的不对称麦克风配置。如果STIDIR-STIOMNI为负并且在两只耳朵处不相等，则将被反映为两耳间的STIOMNI不同，并且双耳助听器将已经被选择为不对称佩戴模式。
注意到，在四个条件必须被满足的情况下，选择DIRBI配置的决定是保守的。首先，两耳内的STIOMNI分值必须低于0.6(存在噪声)。其次，两耳间必须存在小于0.1的STIOMNI差值(对称的信号输入)。第三，两耳间的STIDIR-STIOMNI必须为正的(预期的信号位于使用者的前方)。第四，两耳处的STI的大小必须相同(对称的DIR优势)。如上指出的，当未满足方框28的条件时，即表达式STIDIR-STIOMNI>0为假，则假定预期的信号源位于听者的后方。在这种情况下，DIR处理在任何一只耳朵内都不可能是有益的，应当主张OMNIBI配置可能是最理想的。然而，如当前所预想的，本发明的双耳助听器被构造成固定的不对称设置。这里的基本原理是，当噪声存在时，如果听者转向面对感兴趣的信号，则存在潜在的指向性优势。在这种情况下，本发明的双耳助听器将已经被配置成用于在一只耳朵内进行DIR处理，因此避免了处理延迟，而在将系统从OMNIBI重新配置到指向性模式时这种处理延迟是必需的。
科学研究已经涉及到对于来自听者周围的四个源位置的语音刺 激，为四种助听器的佩戴模式策略(OMNIBI、DIRBI、OMNIRT/DIRLT和DIRRT/OMNILT)的语音识别进行实验室测试。此外，已经执行了STI分析以确定STI分值是否能精确地预测在行为数据中观察到的跨越处理模式和源位置的性能差异。
图8示意性地解释说明了根据本发明的双耳助听器32。所述双耳助听器32包括第一壳体结构34和第二壳体结构36。
第一壳体结构24包括用于提供第一输入信号的第一麦克风系统38、用于将第一输入信号转换为第一数字输入信号的A/D转换器40、适合处理数字化的第一输入信号的数字信号处理器(DSP)42、用于将处理的第一数字输入信号转换为第一模拟输出信号的D/A转换器44。第一模拟输出信号随后在第一接收器46中被转换为第一声学输出信号(将被呈现给使用者的第一只耳朵)。
类似地，第二壳体结构36包括用于提供第二输入信号的第二麦克风系统48、用于将第二输入信号转换为第二数字输入信号的A/D转换器50、适合处理数字化的第二输入信号的数字信号处理器(DSP)52、用于将处理的第二数字输入信号转换为第二模拟输出信号的D/A转换器54。第二模拟输出信号随后在第二接收器56中被转换为第二声学输出信号(将被呈现给使用者的第二只耳朵)。在本发明的优选实施例中，所述第一和第二壳体结构是独立助听器，这有可能是本领域公知的。
双耳助听器32也包括介于两个壳体结构34和36之间的连接58。连接58优选为无线的，但在其它的实施例中可以是有线的。连接58能够使两个壳体结构相互通信，即有可能经由连接58在两个壳体结构之间发送信息。因此，连接58使两个数字信号处理器42和52能够执行上述根据本发明方法的双耳信号处理，其中，在信号处理中利用了得自两个麦克风系统38、48的信息以确定每个麦克风系统38、 48的运行状态(OMNI或DIR)，使得使用者具有顺应使用者偏好的最理想语音可识度。
如上所述，利用双耳助听器的输入信号的频谱和时间调制是可行的，并且能够用于预测顺应使用者偏好的有益的麦克风配置。然而，如本领域技术人员将要理解的，本发明能够以其它具体形式实施并可以利用各种不同算法中的任何一种，而不偏离本发明的精神或其本质特征。例如，典型地，算法的选择能够针对应用和/或使用者来说是专用的，该选择依赖于各种因素，包括使用者听力损失的大小和类型、预期的处理复杂性和计算工作量。因此，本文中的公开和描述是为了进行解释说明，而不是限制本发明的保护范围，在下面的权利要求中阐明了本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种在双耳助听器中的全向性(OMNI)和指向性(DIR)麦克风模式之间自动切换的方法，所述双耳助听器包括用于提供第一输入信号的第一麦克风系统、用于提供第二输入信号的第二麦克风系统，其中，所述第一麦克风系统适合放置到使用者的第一只耳朵处或之内，所述第二麦克风系统适合放置到所述使用者的第二只耳朵处或之内，所述方法包括：
-测量步骤，其中，监测所述第一和第二输入信号的频谱和时间调制；
-评估步骤，其中，通过为每一个所述信号计算语音可识度评估指数以及将所述两个输入信号的每一个评估指数与第一阈值对比来评估所述第一和第二输入信号的频谱和时间调制；
-运行步骤，其中所述双耳助听器的所述第一和第二麦克风系统的麦克风模式根据所述两个输入信号的每一个评估指数与第一阈值的对比，而在全向性(OMNI)麦克风模式和指向性(DIR)麦克风模式之间切换。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述运行步骤包括：当所述两个输入信号的所述评估指数都比所述第一阈值大时，将两个麦克风系统都设置为全向性(OMNI)麦克风模式。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述运行步骤包括：当所述输入信号的所述评估指数中的一个低于或等于所述第一阈值时，将所述麦克风系统中的一个设置为指向性(DIR)麦克风模式。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述评估步骤还包括计算所述两个评估指数之间的差值并将该差值与第二阈值对比。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述运行步骤进一步包括：当所述两个评估指数之间的差值小于所述第二阈值时，将所述麦克风系统中的一个设置为指向性(DIR)麦克风模式，并且将另一个麦克风系统设置为全向性(OMNI)麦克风模式。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述评估步骤进一步包括：计算所述两个麦克风系统的全向性(OMNI)和指向性(DIR)麦克风模式两者的评估指数，并且其中所述运行步骤包括：当所述两个麦克风系统的指向性(DIR)麦克风模式的评估指数和全向性(OMNI)麦克风模式的评估指数之间的差值为正时，将所述两个麦克风系统设置为指向性(DIR)麦克风模式。
7.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述运行步骤进一步包括：当所述两个评估指数的差值大于所述第二阈值时，将具有最大的评估指数的麦克风系统设置为全向性(OMNI)麦克风模式，并且将具有最低的评估指数的麦克风系统设置为指向性(DIR)麦克风模式。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量步骤包括利用处于全向性(OMNI)麦克风模式的麦克风系统中的至少一个来监测每个输入信号的频谱和时间调制。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量步骤包括利用处于全向性(OMNI)麦克风模式的一个麦克风系统和处于指向性(DIR)麦克风模式的另一个麦克风系统来监测每个输入信号的频谱和时间调制。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述语音可识度评估指数选自以下组成的组：语音传输指数(STI)、修正的语音传输指数(mSTI)、频谱时间调制指数(STMI)、修正的频谱时间调制指数(mSTMI)、清晰度指数(AI)和修正的清晰度指数(mAI)。
11.一种双耳助听器，包括至少一个信号处理器、用于提供第一输入信号的第一麦克风系统、用于提供第二输入信号的第二麦克风系统，其中，所述第一麦克风系统适合放置到使用者的第一只耳朵处或之内，所述第二麦克风系统适合放置到所述使用者的第二只耳朵处或之内，
其特征在于：
所述至少一个信号处理器适合执行根据前述权利要求中任一项的方法。
12.一种助听器，包括信号处理器和用于提供输入信号的麦克风系统，所述助听器适合构成双耳助听器的部分并适合接收来自另一助听器的信息，该另一助听器也构成所述双耳助听器的部分，
其特征在于：
所述信号处理器适合执行根据权利要求1-10中的任一项所述的方法。
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