CN101459867A - 包括匹配滤波器的助听器系统及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及助听器系统，其包括用于将包括已知波形的信息信号部分和背景噪声部分的输入声信号转换为电模拟输入信号的输入变换器，可选地还包括用于将所述电输入信号转换为数字输入信号的A/D转换器。本发明还涉及进行临界增益测量的方法。本发明的目标在于相比于现有技术提高听力设备中将要测量或检测的信号的信噪比。该问题通过接收所述模拟或数字输入信号的匹配滤波器解决，该匹配滤波器被优化以改善从有噪声输入信号识别所述信息信号部分。本发明可与拟合软件结合用于助听器参数的定制和/或用于提高所检测或测量信号的信噪比。

Description

包括匹配滤波器的助听器系统及测量方法
技术领域
本发明涉及提高助听器(HA，在下文中也称为“听力设备”(HI))的信噪比。本发明还涉及进行临界增益测量的方法。本发明尤其涉及助听器系统、相应方法及使用。
例如，本发明可用于与拟合软件协同定制助听器参数和/或用于提高所检测或所测量信号的信噪比。
背景技术
信号检测和测量在听力设备的应用中扮演重要角色。其中，信号检测和测量使我们能收集关于佩戴听力设备的不同声环境的信息，从而评估听力设备性能、收集特定用户听力设备调节所需要的数据、及在修理后验证听力设备运行正常。
有时听力设备本身可执行所有或部分测量过程。使用听力设备而不是外部装置执行测量通常带来显而易见的好处，如测量所谓的反馈独特阈值(也称为“临界增益”)的情况。反馈独特阈值是为减少不想要的啸声而应考虑的增益限制的度量，且该阈值对每一听力设备拟合均是唯一的。
在测量反馈独特阈值的现有解决方案中，由听力设备的传声器拾取声测试信号并直接馈入电平计或类似装置(参看M.Bertges-Reber，Boundaries of real open fittings：Clinical experiences，Hearing Review，Vol.13，No.2，2006年2月，44-47页)。在存在背景噪声的情况下这样的过程不准确。也不可能在所有情况下均消除背景噪声，因为这些测量必须在佩戴听力设备时进行。有两个主要原因导致这样的过程不准确，这两个原因均与将要测量的信号和不想要的背景噪声之间的比(信噪比)有关：
-背景噪声可能非常嘈杂，从而导致很差的信噪比。
-为了避免信号对听力设备佩戴者形成不舒适地大声，可能需要限制声测试信号的输出电平。这也影响信噪比。
本发明解决上述引起测量不准确的可能原因。
发明内容
总体思想是将“匹配滤波器”概念(取自电信工程学)应用于听力设备(HI)中的音频处理，特别集中在：
-检测已知波形的信号；和/或
-测量具有已知波形的信号的信号电平。
匹配滤波器能够从噪声识别已知波形的信号，即使信噪比非常差也可以，参看W.L.Melvin，IEEE A&E Systems Magazine，Vol.19，No.1，2004年1月，19-35页或者G.L.Turin，IRE Transactions onInformation Theory，Vol.6，No.3，1960年6月，311-329页。匹配滤波器的模拟和数字实施的比较在下文中给出：Hahm，M.D.；Friedman，E.G.；Titlebaum，E.L.：A Comparison of Analog and Digital CircuitImplementations of Low Power Matched Filters for Use in PortableWireless Communication Terminals，IEEE Transactions on Circuits andSystems—II，Volume 44，Issue 6，1997年6月，498-506页。
理想化的匹配滤波器是具有一个输入和一个输出的无延迟线性时间不变性系统。当匹配给定波形s(t)时，理想的匹配滤波器具有等于s(-t)的脉冲响应。因此，滤波器的输出通过将其输入信号与给定波形s(t)交叉相关产生。这意味着对于输入s(t)，滤波器输出s(t)的自相关函数。然而，该滤波器衰减具有不同于s(t)波形的所有信号。如果s(t)为滤波器的输入信号，则可以通过将匹配滤波器的输出馈入电平计而测量其电平。该滤波器衰减背景噪声，从而提高测量准确性。理想的匹配滤波器是无关联系统，且不可能实现。然而，可以通过引入时间延迟而足够接近理想化匹配滤波器，如果s(t)具有周期性，可通过限制与其关联的信号长度进行。可以使用开窗技术产生足够短的s(t)片段，该片段与滤波器的输入信号关联。
在下文中，术语“匹配滤波器”指接近理想化匹配滤波器的可行实施。
本发明的目标在于相比于现有技术解决方案提高将要测量的或听力设备中检测到的信号的信噪比。
本发明的目标通过下面描述的发明方案实现。
助听器系统
本发明的目标由助听器系统实现，其包括用于将包括已知波形的信息信号部分和背景噪声部分的输入声信号转换为电模拟输入信号的输入变换器，可选地还包括用于将所述电输入信号转换为数字输入信号的A/D转换器，及包括接收所述模拟或数字输入信号的匹配滤波器，该匹配滤波器被优化以改善从有噪声输入信号识别所述信息信号部分。有噪声输入信号指源自输入声信号的所述电输入信号，所述输入声信号包括与背景噪声和来自助听器本身的声输出的声反馈混合的信息信号(感兴趣信号)，背景噪声可能来自自然(如话音)或人为(如机器)源。
在本文中，术语“波形”意为描述信号的瞬时振幅的时间对有限时间间隔的函数。在实践中，有限时间间隔的延伸与所涉及应用有关，无论系统处于测量情形还是正常配置情形均是如此。在实施例中，有限时间间隔为0.2毫秒到20毫秒之间的范围，如1毫秒。
本发明的优点在于提供用于提高助听器的信噪比的备选方案。
在实施例中，助听器系统包括信号通道，该信号通道包括用于处理数字输入信号(至少使数字输入信号适于用户的听力情况)及提供处理后输出信号的信号处理单元。信号通道(也称为正向通道)包括由输入变换器拾取的、将由信号处理单元处理的信号及用于处理所述信号以(如经输出变换器)呈现为适合用户需要的音频信号的元件。
在实施例中，助听器系统包括用于将处理后输出信号转换为模拟电输出信号的D/A转换器。预定的采样率如5-20kHz之间的采样率可用于相对包括特定时间点的值的时间产生振幅的数字化信号值的帧，对应于n·(1/fs)，其中fs为采样频率，n＝1，2，3，...。在实施例中，电输入信号被拆分为进行个别处理的多个频带(如4、8、16或更多个)。在实施例中，所考虑的频率范围在0和20kHz之间，如在10Hz和10kHz之间。在实施例中，对每一频带(及对每一频带值的多个离散频率)均产生振幅对时间的数字化值的帧，从而产生数字时频矩阵。
在实施例中，助听器系统包括输出变换器，如接收器，用于将数字或模拟电输出信号转换为输出声信号。
在实施例中，助听器系统包括用于产生预定源信号s(t)的信号发生器。在实施例中，所述预定源信号s(t)在时间上具有周期性，如包括正弦和/或余弦信号(如s(t)＝sin(ω0·t)，ω0＝2·π·f，其中f为频率)。
在实施例中，助听器系统适于实现可将源信号添加到信号处理单元的输出，如经数字求和单元，其可能由开关控制，从而使能或禁止来自信号发生器的源信号通过求和单元。
在实施例中，助听器系统适于实现可将源信号直接连到D/A转换器或输出变换器，例如通过禁止从信号处理单元给求和单元的输入。在这种模式下，助听器系统可用于产生预定的输出声信号，该声信号可用于在由实际用户耳朵所处特定声环境组成的当前“自然设置”下测量助听器的特定参数。
在实施例中，信号发生器适于产生具有预定波形s(t)的信号。在实施例中，匹配滤波器适于对于某一t范围具有预定形状s(-t+t)的脉冲响应，其中t为一定时间延迟。从而，匹配滤波器适于提供s(t)的自相关函数作为输出。在实施例中，t为匹配滤波器的群时延级的时延(如群时延的+/-50％，如实质上等于群时延)。该信号可用于进一步的处理以提取关于声反馈通道的信息、调节信号处理的参数，包括改善反馈取消。
在实施例中，助听器系统包括包含匹配滤波器的备选通道。术语“备选通道”意为与听力装置中从输入到输出变换器的“正常正向通道”并行的电信号通道，至少在其延伸的一部分上，所述正向通道通常包括用于提供与频率有关的增益的信号处理单元。“备选通道”为用于处理从正向通道分出(如基于数字输入信号)的信号的处理通道。在实施例中，来自A/D转换器的数字输入信号馈入匹配滤波器。在实施例中，电模拟输入信号在A/D转换之前由滤波器组拆分为多个频带。在实施例中，信号拆分为频带基于数字化信号(即在A/D转换之后)。在两种情况下，包括多个频带的频率拆分信号馈入匹配滤波器(或多个滤波器)并一个一个地单独处理。
在实施例中，所述备选通道还包括用于评估来自匹配滤波器的信号的检测单元。在实施例中，匹配滤波器的输出馈给所述检测单元。在实施例中，所述检测单元的输出可连到信号处理单元进行进一步评估。
在实施例中，信号处理单元可连到信号发生器以使能从信号处理单元控制信号发生器。
在实施例中，助听器系统还包括与外部编程设备如个人计算机的编程接口。所述编程设备可以是手持设备或PC。这具有优点，即助听器系统可与在所述编程设备上运行的拟合软件通信从而全部或部分由助听器进行的测量可经编程设备管理、处理和显示。对信号处理以使输入信号更好地适于用户的听力情况的可能间接变化(如增益参数、压缩等)随后可上传到助听器并立即进行试验。
在实施例中，检测单元的输出可经所述编程接口连到外部编程设备。在实施例中，信号发生器可经编程接口连到外部编程设备。这具有使在编程设备上运行的拟合软件能监视和/或控制和/或显示在助听器中产生及检测到的信号的优点。
在实施例中，检测单元包括用于评估来自匹配滤波器的所检测信号以确定助听器系统的当前声环境的评估部分，其可能基于来自匹配滤波器的所检测信号值与存储器中保存的预定声环境的值之间的比较。来自匹配滤波器和/或来自检测单元的对应于特定声环境的信号的数字值的帧可保存在助听器系统的存储器中。当前值可与保存的值比较以检测最接近地类似当前集的值集，从而指示最接近类似的声环境(取自其值被保存的声环境)。
在实施例中，助听器系统还包括控制单元，其基于检测单元的输出修改由信号处理单元完成的、输入信号对用户听力情况的适应。例如，这可以这样实现：确定最接近类似的声环境，选择对应的、用于信号处理的一组参数；或者根据预定准则修改用于信号处理的一个或多个参数。
在实施例中，控制单元适于基于预定条件将助听器系统切换到低功率模式。所述预定条件可包括来自检测器的当前输出信号与保存的“有效声环境”的值比较。例如，“低功率模式”可以是相比于正常运行功耗明显降低的模式，例如降低到低于正常功耗的20％、10％或5％。从而当助听器系统不处于使用状态时节省功率。在实施例中，电源可自动完全切断。进一步提供手动开/关选择。
在特定实施例中，助听器系统包括体戴听力设备和用于控制所述听力设备的功能的远程控制系统，其中所述远程控制系统包括适于以人耳听不见的频率范围产生已知波形的声信号的信号发生器。这具有利用助听器系统已经存在的元件实施远程控制系统的接收器部分的优点。其还提供通常使用的形式如射频、红外光、感应等之外的无线传输形式。
在实施例中，听力设备适于从其输入变换器拾取的声音识别远程控制信号的已知波形并通过改变行为做出反应，例如改变参数设置如音量。
在实施例中，听力设备包括匹配滤波器与电平检测器和1位量化器结合以识别远程控制信号。
在实施例中，远程控制系统的信号发生器适于传输表示不同远程控制命令的不同波形的信号。
在实施例中，听力设备包括不同的匹配滤波器以区分不同的远程控制命令，每一滤波器与赋予单一远程控制命令的波形匹配。
临界增益测量方法
一方面，本发明提供在助听器上进行临界增益测量的方法，所述助听器包括用于将输入声信号转换为电输入信号的输入变换器及用于将处理后电输出信号转换为处理后声输出的输出变换器，所述方法包括：
-基于来自信号发生器的预定电信号提供助听器的预定声输出；
-提供匹配滤波器，其对输入变换器接收的预定声输出进行滤波并提供已滤波输入信号；
-基于来自匹配滤波器的已滤波输入信号及来自信号发生器的预定电信号确定助听器的临界增益。
另一方面，提供了在助听器上进行临界增益测量的方法，所述助听器包括用于将输入声信号转换为电输入信号的输入变换器及用于将处理后电输出信号转换为处理后声输出的输出变换器，所述方法包括：
-产生具有预定波形s(t)、在助听器输出变换器处具有预定输出电平Po及具有预定频率或带宽的声音；
-测量所产生声音在输入变换器处的输入电平Pi，其由来自助听器输入变换器的电输入信号的电平确定；
-确定在所产生声音的频率或频带的临界增益，其为输出和输入电平之间的差Po-Pi，其中临界增益确定为输出和输入声级之间的最大差，如果高于该最大差，助听器将由于声反馈而开始颤噪；
-改变所产生声音的频率或频带以获取频率和临界增益之间的关系；
其中，测量所产生声音在输入变换器处的输入电平Pi使用匹配滤波器，其通过对于某一t范围具有为s(-t+t)的脉冲响应而适于接收所产生声音，其中t为一定时间延迟。在典型应用中，t为匹配滤波器的群时延级的时延(如等于群时延)。例如，如果匹配滤波器用具有以40kHz采样率工作的40个采样的群时延及对转换如模数转换具有可以忽略的时延的线性相位数字滤波器实施，则t将等于1毫秒。
在实施例中，预定波形s(t)为周期性波形，因为s(t)＝s(t+m·T0)，其中m为整数，T0为周期。在实施例中，所述预定波形s(t)为正弦或余弦信号，例如s(t)＝sin(ω0·t)，ω0＝2·π·f0，其中f0为频率。在这种情况下，周期T0等于2·π/ω0。在实施例中，具有预定波形s(t)的声音由助听器中的信号发生器产生。
在实施例中，助听器包括信号通道和包含匹配滤波器的备选通道，所述信号通道包括用于使输入信号适合用户听力情况的信号处理单元。在上面副标题为“助听器系统”的部分中描述的及“具体实施方式”部分描述的助听器的其它特征可与本方法结合。
在实施例中，所述方法包括与编程设备如个人计算机通信，拟合软件在所述编程设备上运行及可从所述编程设备控制增益测量。这具有使拟合软件能监视和/或控制和/或显示助听器中产生和检测到的信号并根据测量修改助听器的处理参数的优点。
在实施例中，所述方法包括在检测器单元如电平检测器中评估来自匹配滤波器的信号。
在实施例中，所述方法包括着眼于当前声环境在信号处理单元中评估(如用作评估模块的输入)检测器单元的输出。在实施例中，所述方法包括根据比较结果修改信号处理。
在实施例中，所述方法包括将有关声环境的特征保存在信号处理单元中以用于与检测器信号的当前值进行比较，其中(信号处理单元的提供与频率有关的增益的)一个或多个信号处理参数可基于所述比较和预定准则进行修改。从而反馈通道中的变化可在听力设备正常使用期间估定和补偿。
在实施例中，所述方法包括基于预定条件将助听器系统切换到低功率模式，所述预定条件如来自检测器单元的当前输出信号与保存的有效声环境的信号进行比较。从而当助听器系统不处于使用状态时可节省功率。
本发明的其它目标由所附权利要求及本发明的详细描述确定的实施方式实现。
如在此使用的，单数形式均不排除复数形式，除非明确说明不包括复数形式。还应当理解，术语“包括”、“包含”当在本说明书中使用时指所陈述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或增加。还应当理解，当元件被称为“连”或“连接”到另一元件时，其可直接连到另一元件，或者存在介于其间的元件。此外，如在此使用的，“连到”或“连接到”可包括无线连接。如在此使用的，术语“和/或”包括一个或多个关联列出的项的任何及所有组合。
附图说明
本发明将在下面结合优选实施例和参考附图进行更充分地阐述，其中：
图1为根据本发明的助听器系统的实施例，其中信号源(或感兴趣信号)位于听力设备的外面。
图2示出了使用根据本发明实施例的助听器系统的临界增益测量。
图3为根据本发明实施例的助听器系统在正常工作模式下的构造。
图4为借助于根据本发明实施例的助听器系统实现临界增益测量准确度提高的例子。
图5为根据本发明的助听器系统的实施例，其包括适于用声信号控制助听器音量的远程控制单元。
为了清晰起见，使用示意性的图示，仅示出了对于理解本发明所必须的那些细节。在所有附图中，同一附图标记均指相同或相应的组成部分。
从下面给出的详细描述将明显地看出本发明的适用范围。然而，应当理解，详细描述和具体例子，在指示本发明优选实施例的同时，仅作为说明的目的给出，因为在本发明的精神和范围内进行各种变化和修改对本领域技术人员显而易见。
具体实施方式
图1为根据本发明的助听器系统的实施例，其中信号源(或感兴趣信号)位于听力设备的外面。
图1为根据本发明的助听器系统的实施例的概图。助听器系统包括听力设备(由“听力设备”上方的实线矩形包围)，听力设备包括正向通道，该正向通道包括：
-用于将包括与背景噪声(图1中的“背景噪声”)混合的信息信号(图1中的“感兴趣信号”)的输入声信号转换为模拟电输入信号11的传声器10；
-用于将模拟电输入信号11转换为数字输入信号12的A/D转换器；
-至少用于使数字输入信号12适合用户听力情况并提供处理后输出信号13的信号处理单元SP；
-用于产生预定信号14的信号发生器SG，所述预定信号(当开关S2闭合时)可被添加到来自信号处理单元的处理后输出信号13从而(当开关S1也闭合时)产生和数输出信号15，该和数输出信号给(可选的)D/A转换器从而提供模拟电输出信号16；及
-用于产生输出声信号从而呈现给用户的接收器17。在特定结构中，来自信号发生器SG的输出信号14可单独连到D/A转换器以产生预定输出声信号(通过断开开关S1，即不添加来自信号处理单元的输出信号13)。
原则上来自信号发生器的信号可以是任何已知波形，例如描述周期性时间函数((s(t)＝s(t+m·T0)，其中m为整数，T0为周期)的波形，如正弦。
此外，(信号通道的)备选通道被示为从A/D转换器取输入(数字输入信号12的形式)并包括匹配滤波器MF，其与信号发生器SG产生的波形匹配，其中匹配滤波器的输出18馈给检测器和后处理单元D+PP，该单元的输出19(当开关S3闭合时)连到PC接口PC-I及连到(当开关S5闭合时)信号处理单元，所述PC接口可连接到包括拟合软件的PC。在图1中，PC经有线或无线连接21通过助听器的PC接口连接到助听器。位于PC上的拟合软件用于使助听器“适合”终端用户的听力情况(例如确定和设置信号处理单元的处理参数等)。PC上的拟合软件经连接21到听力设备中的PC接口PC-I之间的连接(可能双向)(当开关S4闭合时)可经连接20而到达信号发生器SG，从而提供从拟合软件控制信号发生器及(可选地)将来自信号发生器的预定信号转发给拟合软件的可能性。在备选实施例中，信号发生器SG可由来自信号处理单元SP的控制信号22(经闭合状态的开关S6)控制。
开关S1-S6为用于电(如数字方式)连接(使能)开关两侧或使开关两侧断开连接(禁止)的象征元件。开关功能可以任何适当的方式在物理上实现。各个开关中的部分或所有开关可由信号处理单元或经拟合软件控制(或以软件方式实现)。
检测器和后处理单元D+PP的检测器部分可矫正或调整其输入信号然后馈给短时积分器，该积分器应用已知的多个积分方案之一以获得电平估计量。后处理单元从所得到的检测器输出取回实际需要的信息。例如，后处理单元可以是比较器，如果检测器的输出超出某一阈值，其输出为“检测到的信号”；或者其可以是决策单元，不管信号电平是否足以进行可靠测量。
例如当听力设备被佩戴时，检测器(可能与信号发生器结合)可用于测量已知波形信号的电平或检测所述信号的存在。在备选通道中包括匹配滤波器提高了已知波形信号和来自环境的背景噪声之间的信噪比。改进的测量或检测可用于不同应用或工作模式，其中的部分将在下面简要例示：
1、临界增益测量模式
在该模式下，HI不以正常方式工作(参见下面参考图2的例子)。信号发生器SG和接收器17用于产生将在输入处进行测量(开环测量，这意味着听力设备的用户不从传声器听取输入)的音调(输出声信号)。在这种情况下，不使用信号处理模块(参看图2)。所述测量由PC(拟合软件)控制，及结果例如可显示在PC屏幕上。图2中所示的根据本发明的助听器的实施例对应于图1的助听器在开关S1断开、S2闭合、S3闭合、S4闭合、S5断开和S6断开的情形。
2、“自动”模式
在该模式下，HI由用户佩戴并正常工作—根据用户需要使输入声适合。HI不必连接到拟合软件。并行地，改进的测量(包括匹配滤波器和检测器及后处理单元)从背景噪声识别特殊图案，其通过在匹配滤波器中衰减噪声影响然后将匹配滤波器的输出信号发送到电平计进行，所述电平计调整所述信号并对结果进行短时积分。例如，以这种方式提取的信息可用于调节信号处理(参看图3)。图3中所示的根据本发明的助听器的实施例对应于图1的助听器在开关S1闭合、S2闭合、S3断开、S4断开、S5闭合和S6闭合的情形。
3、“现场论证”模式
在该模式下，HI位于用户耳朵的后面或位于用户耳朵之中(即正常工作)并经PC接口连接到PC上的拟合软件(参看图1的助听器在开关S2、S4、S5和S6断开及开关S1和S3闭合的情形)。改进的测量从背景噪声识别特殊图案，其通过在匹配滤波器中衰减噪声影响然后将匹配滤波器的输出信号发送到电平计进行，所述电平计调整所述信号并对结果进行短时积分。电平计中的测量结果不改变信号处理，但该信息用在拟合软件中以论证功能。例如，有具有所谓的定向传声器的听力设备，抑制来自听力设备佩戴者后面的声音同时正常放大来自该佩戴者前方的源的声音。这可这样论证：将扬声器放在听力设备佩戴者周围、通过不同的扬声器播放信号、及测量来自听力设备的输入变换器的输入信号的电平以计算已由定向传声器施加于某一方向的信号的衰减。例如，拟合软件可控制来自不同扬声器的声音、借助于听力设备的“检测器+后处理”D+PP单元进行信号电平的测量、计算定向传声器所施加的衰减及在PC屏幕上显示结果。该应用遭受屋子中的声背景噪声，听力设备佩戴者和扬声器均位于所述屋子中。本发明使能使用匹配滤波器滤出当前来自扬声器之一的声音。在给定例子中，这可提高电平测量的准确度因而改善定向传声器运行的论证。
例子：“临界增益测量”
图2为使用根据本发明实施例的助听器系统的临界增益测量的图示。图2中所示的听力设备的组件与图1中所示的一样，但它们之间的互连不同。图1的检测器+后处理单元由图2中的电平检测器LD代替。电平检测器的目的在于测量由信号发生器产生的、由听力设备的输入变换器拾取的信号的电平。将由信号发生器产生的信号的电平从dB标准的测量结果减去可得到在信号发生器发出的信号的频率或频率范围、信号发生器和电平检测器之间的传递函数的估计。电平检测器可按如下实施：其输入信号被矫正或调整然后传给短时积分器，该积分器应用已知的多个积分方案之一以获得电平估计量。在图2中，来自信号处理单元SP的已处理输出不连到D/A转换器。在该实施例中，信号发生器(在此为正弦发生器)由PC的拟合软件控制，其经PC接口连接到听力设备。PC和听力设备之间的连接可以是有线或无线连接、单向或双向连接(在此示为双向连接)。在图2所示工作模式下，正弦发生器产生音调，该音调经(可选的)D/A转换器转换为接收器的输出声信号。从接收器到传声器的声反馈通道(“反馈通道”)在图2中指示，其中给听力设备的传声器的输入声信号是反馈通道的声信号和背景噪声信号的和。
该信号源在此示为位于听力设备里面(以正弦发生器和接收器的形式)。作为备选，信号发生器可位于助听器的外面(如以计算机扬声器的形式)。
临界增益测量的目的在于确定听力设备由于反馈而开始啸叫之前可在拟合中施加的最大增益。一旦该最大增益(在此称为“临界增益”)已被测量，其可用于防止施加过高增益从而避免引起反馈。这可以按如下进行：
-在拟合软件的用户界面显示听力设备的当前增益和临界增益之间的比较以帮助拟合软件的用户手动将听力设备的增益设置为低于临界增益。
-在拟合软件中提供自动将听力设备的增益设置成低于临界增益的功能。
-在拟合软件中提供增益控制，该增益控制以这样的方式自动限制：拟合软件的用户不能将听力设备的增益设置为高于临界增益。
上述保持听力设备的增益低于临界增益的方法可由“安全余量”的概念扩展，其中听力设备的增益保持低于临界增益但其与临界增益之间的差保持高于某一限度。
经典临界增益测量工作如下：
-正弦发生器用于在听力设备的输出产生频率为“f”的音调。
-在输入处的测量仪器用于测量所得到的HI输入信号的电平。
-在频率“f”的临界增益＝所产生音调的电平和所测量输入信号的电平之间的dB差(当然，两个信号之间的不同于dB的其它比较确实可能)。
拟合软件，在此示为位于经PC接口与助听器通信的外部PC上，控制“临界增益测量”，这形成拟合过程的一部分。
在本发明的另一方面，引入下述变化：
滤波器设计为用于接收所产生音调的“匹配滤波器”。该匹配滤波器用于对听力设备的输入信号进行滤波。
用于计算匹配滤波器的脉冲响应的公式在下面提供。
在连续时间情况，如果信号源产生的信号为s(t)，则理想化的匹配滤波器的脉冲响应等于s(-t)。
在给定例子中，由信号源产生的信号为给定频率的正弦波及信号处理为数字处理，因而在离散时间工作。在此，匹配滤波器可以数字方式实施为具有一定数量N个系数的有限脉冲响应(FIR)滤波器，指数n从0到(N-1)。这些系数，称为Coefficient(n)，可根据如下设定：
其中
-A为使量化噪声最小化和/或计算测量的比例因子；
-f为信号源产生的音调的频率；
-fs为信号处理器的采样率；
Figure A200810185123D00201
为可被调整以优化滤波器性能的相位偏移量；
-window(n)为普通“窗口函数”(也称为“开窗函数”)，其在信号处理理论里是众所周知的(如矩形窗口、汉明窗口等)。
具有适当频率响应特征的开窗函数的例子在下文中论述：J.G.Proakis，D.G.Manolakis，Digital Signal Processing，Prentice Hall，NewJersey，3rd edition，1996，ISBN 0-13-373762-4，chapter 8.2.2 Design ofLinear-Phase FIR filters Using Windows，pp.623-630。
例子：“自动/正常模式”
图3为根据本发明实施例的助听器系统在正常工作模式下的构造图示。如图3中所示，听力设备中的信号发生器SG产生预定源信号14，该源信号由听力设备的输出变换器17变换为输出声音。通过在听力设备的输入变换器10处测量该信号的，声通道(反馈通道)的某些特性可被确定(如传递函数和平均增益)。如果在电平测量(在检测器单元D+PP中进行)之前使输入信号通过匹配滤波器MF，则可提高测量准确度，这正是图3实施例的情形。所测量的声通道特性可用于分析听力设备佩戴者的当前声环境并对其做出适当反应。这在图3中示出，即信号和后处理单元D+PP的输出19被馈给信号处理单元SP(开关S5闭合)。例如：
-在实施例中，听力设备使用所测量的信息自动估定在听力设备佩戴时反馈通道中的变化，及基于该结果自动优化放大或反馈取消以实现减少反馈的目的。这在图3中示出，其中信号和后处理单元的输出19用作信号处理单元中的评估模块EVAL的输入以评估着眼于当前声环境的检测器信号并进而修改信号处理(参看ΔSP模块)。评估单元可包括存储器，有关声环境的特征可保存于其中以与检测器信号的当前值比较。基于该比较和预定条件，可修改一个或多个信号处理参数。
-在实施例中，所测量的特性与在听力设备佩戴时收集并保存在评估单元的存储器中的参考数据比较。无论该比较在何时表现出明显(预定)差异(例如，无论所测量的声通道传递函数和一致的参考函数在所选频率的平方差的和在何时超出某一预定阈值)，听力设备均自动推定其当前不处于佩戴状态并自动断电以节约电池触发(参看图3中的开/关切换模块OFF)。
-匹配滤波器也可用于实施听力设备的声远程控制(参看图5)：在该例子中，信号发生器放在远程控制单元51中，该远程控制单元包括以人耳听不见的频率范围产生已知波形的声信号53的扬声器511。听力设备52可从其输入变换器521拾取的声音识别远程控制信号的已知波形并通过修改其行为做出反应。匹配滤波器与电平检测器和1位量化器结合可用于识别远程控制信号，其中无论量化器输出在何时从“0”向“1”变化均可触发反应。例如，听力设备在检测到所述远程控制信号时可改变音量和/或改变听力程序。在该例子中，不同的波形可用于编码不同的远程控制命令。这要求不同的匹配滤波器区分不同的远程控制命令，每一滤波器与赋予单一远程控制命令的波形匹配。这继而导致多个不同的电平检测器和量化器。在图5中，这由两个按钮图示，按钮“音量降”映射到远程控制单元51中的s1(t)，及按钮“音量升”映射到s2(t)，对应的声信号53s1(t)或s2(t)随按压的按钮变化。在听力设备52中，两组相应的与si(t)(i＝1，2)匹配的匹配滤波器(522；524)和电平估计器i&量化器i(i＝1，2)(523；525)被表示，两个所得到的输出表示音量升和音量降调节。远程控制命令之间的良好区分可通过将所述命令赋予所谓的伪正交信号实现，这种伪正交信号用在电信工程学中，例如码分多址(CDMA)媒质接入控制方案。
根据本发明的助听器的如图1、2和3的听力设备(及包括图1-3中的“听力设备”附图标记上方的实线矩形包围的组件)所体现的物理实施可以多种方式进行。在一实施例中，听力设备为体戴式或能够体戴。在另一实施例中，听力设备适于完全或部分佩戴在耳道中。在又一实施例中，听力设备包括至少两个物理上分开的部分，这些部分能够通过有线或无线传输(声音、超声波、光电)相互通信。在另一实施例中，传声器位于听力设备的第一部分中，而接收器位于第二部分中。在实施例中，传声器和接收器位于同一物理部分中。术语“两个物理上分开的部分”在此意为两个具有单独物理外壳的部分，可能机械上不连接或者仅通过一根或多根导线连接以进行信号的声、电或光传播。在实施例中，助听器系统可包括两个听力设备，其适于在用户的每一耳朵佩戴一个听力设备。
图4示出了借助于根据本发明实施例的助听器系统提高临界增益测量准确度的例子。顶部曲线41(粗实线)表示信号处理单元(图1-3中的SP)的最大可能增益。从上往下的第二曲线42(实线)表示信号处理单元的正确临界增益。从上往下的第三曲线43(虚线)表示根据本发明的助听器系统实施例测得的信号处理单元的临界增益。底部曲线44(点线)表示用经典方法测得的信号处理单元的临界增益。该图表明，测量准确度提高可导致更多的增益可用于助听器佩戴者。在所示例子中，在某些频率用户可受益10dB以上的增益。
本发明由独立权利要求的特征确定。优选实施例在从属权利要求中确定。权利要求中的任何参考号均不意为限制相应的范围。
一些优选实施例已在前面描述，但应当强调的是，本发明不限于这些优选实施例，而是可在所附权利要求确定的主题内以其它方式进行体现。例如，尽管所示实施例主要基于数字元件，在信号通道的备选通道中使用匹配滤波器以评估助听器系统的输入信号的原理可至少使用一些模拟元件实施，包括模拟匹配滤波器(参看例如Hahm等的论文)。同样，该原理可用在包括(如来自环境的)输入声音处理的其它听力装置中，例如头戴式耳机或有源耳塞。
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Claims (36)

1、助听器系统，包括：用于将包括已知波形的信息信号部分和背景噪声部分的输入声信号转换为电模拟输入信号的输入变换器，可选地还包括用于将所述电输入信号转换为数字输入信号的模数转换器；及
还包括接收所述模拟或数字输入信号的匹配滤波器，该匹配滤波器被优化以改善从有噪声输入信号识别所述信息信号部分。
2、根据权利要求1的助听器系统，包括信号通道，该信号通道包括用于处理数字输入信号以至少使数字输入信号适合用户听力情况及提供处理后输出信号的信号处理单元。
3、根据权利要求2的助听器系统，包括用于将处理后输出信号转换为模拟电输出信号的数模转换器。
4、根据权利要求1-3任一所述的助听器系统，包括用于将数字或模拟电输出信号转换为输出声信号的输出变换器。
5、根据权利要求4的助听器系统，包括用于产生预定源信号的信号发生器。
6、根据权利要求5的助听器系统，其适于实现可将源信号添加到信号处理单元的输出。
7、根据权利要求5的助听器系统，该助听器系统适于实现将源信号直接连到数模转换器或输出变换器。
8、根据权利要求7的助听器系统，信号发生器适于产生具有预定波形s(t)的信号。
9、根据权利要求8的助听器系统，其中匹配滤波器适于对于某一t范围具有预定形状s(-t+t)的脉冲响应，其中t为一定时间延迟。
10、根据权利要求9的助听器系统，还包括包含匹配滤波器的备选通道。
11、根据权利要求10的助听器系统，其中数字输入信号馈给匹配滤波器。
12、根据权利要求10或11的助听器系统，其中所述备选通道还包括用于评估来自匹配滤波器的信号的检测单元。
13、根据权利要求12的助听器系统，其中匹配滤波器的输出馈给所述检测单元。
14、根据权利要求13的助听器系统，其中所述检测单元的输出可连到信号处理单元。
15、根据权利要求14的助听器系统，其中信号处理单元可连到信号发生器以使能从信号处理单元控制信号发生器。
16、根据权利要求15的助听器系统，还包括与外部编程设备的编程接口。
17、根据权利要求16的助听器系统，其中检测单元的输出可经所述编程接口连到外部编程设备。
18、根据权利要求16或17的助听器系统，其中信号发生器可经编程接口连到外部编程设备。
19、根据权利要求18的助听器系统，其中检测单元包括用于评估来自匹配滤波器的所检测信号以确定助听器系统的当前声环境的评估部分，其可能基于来自匹配滤波器的所检测信号值与存储器中保存的预定声环境的值之间的比较。
20.根据权利要求19的助听器系统，还包括控制单元，其基于检测单元的输出修改由信号处理单元完成的、输入信号对用户听力情况的适应。
21、根据权利要求20的助听器系统，其中控制单元适于基于预定条件将助听器系统切换到低功率模式。
22、根据权利要求21的助听器系统，包括体戴听力设备和用于控制所述听力设备的功能的远程控制系统，其中所述远程控制系统包括适于以人耳听不见的频率范围产生已知波形的声信号的信号发生器。
23、根据权利要求22的助听器系统，其中听力设备适于从其输入变换器拾取的声音识别远程控制信号的已知波形并通过改变行为做出反应。
24、根据权利要求22或23的助听器系统，其中听力设备包括匹配滤波器与电平检测器和1位量化器结合以识别远程控制信号。
25、根据权利要求24的助听器系统，其中远程控制系统的信号发生器适于传输表示不同远程控制命令的不同波形的信号。
26、根据权利要求25的助听器系统，其中听力设备包括不同的匹配滤波器以区分不同的远程控制命令，每一滤波器与赋予单一远程控制命令的波形匹配。
27、在助听器上进行临界增益测量的方法，所述助听器包括用于将输入声信号转换为电输入信号的输入变换器及用于将处理后电输出信号转换为处理后声输出的输出变换器，所述方法包括：
- 产生具有预定波形s(t)、在助听器输出变换器处具有预定输出电平Po及具有预定频率或带宽的声音；
- 测量所产生声音在输入变换器处的输入电平Pi，其由来自助听器输入变换器的电输入信号的电平确定；
- 确定在所产生声音的频率或频带的临界增益，其为输出和输入电平之间的dB差Po-Pi，其中临界增益确定为输出和输入声级之间的最大dB差，如果高于该最大差，助听器将由于声反馈而开始颤噪；
- 改变所产生声音的频率或频带以获取频率和临界增益之间的关系；
其中，测量所产生声音在输入变换器处的输入电平Pi使用匹配滤波器，其通过对于某一t范围具有为s(-t+t)的脉冲响应而适于接收所产生声音，其中t为一定时间延迟。
28、根据权利要求27的方法，其中预定波形s(t)为周期性波形，即s(t)＝s(t+m·T0)，其中m为整数，T0为周期。
29、根据权利要求27或28的方法，其中所述助听器包括信号通道和包含匹配滤波器的备选通道，所述信号通道包括用于使输入信号适合用户听力情况的信号处理单元。
30、根据权利要求29的方法，包括与编程设备通信，拟合软件在所述编程设备上运行及可从所述编程设备控制增益测量。
31、根据权利要求30的方法，其中具有预定波形s(t)的声音由助听器中的信号发生器产生。
32、根据权利要求31的方法，其中t为匹配滤波器的群时延级的时延。
33、根据权利要求32的方法，所述方法包括在检测器单元中评估来自匹配滤波器的信号。
34、根据权利要求33的方法，所述方法包括着眼于当前声环境在信号处理单元中评估用作评估模块的输入的检测器单元的输出继而修改信号处理。
35、根据权利要求34的方法，其中保存有关声环境的特征以用于与检测器信号的当前值进行比较，其中一个或多个信号处理参数可基于所述比较和预定准则进行修改。
36、根据权利要求35的方法，所述方法包括基于预定条件将助听器系统切换到低功率模式，所述预定条件如来自检测器单元的当前输出信号与保存的有效声环境的信号进行比较。
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