CN101505448B - 适应于声环境中的特定类型话音的助听器及相应方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种助听器，包括：用于将环境声信号转换为电声信号的传声器、适于确定所述电声信号中是否存在话音的话音检测器及确定所述电声信号中存在的话音的基本频率的频率分析器、适于根据可调处理参数处理所述电声信号或源自该电声信号的电信号的信号处理器、包括相应处理参数集和基本话音频率的存储器、根据频率分析器确定的基本频率从存储器选择处理参数集并将其转发给信号处理器的决策单元。本发明还公开了使助听器适应话音的方法。本发明改善了助听器佩戴者对特定声环境中的不同话音的感知。

Description

适应于声环境中的特定类型话音的助听器及相应方法
技术领域
本发明涉及助听器(HA)，尤其处理人们的助听器设备难于理解不同的话音如女子话音和儿童话音的问题。本发明还涉及调整助听器的方法及助听器的使用。
例如，本发明可用于将在包括不同类型的话音的不同社会情形下使用的助听器中，所述情形如幼儿园、教室或礼堂或涉及儿童与成人之间的交流切换的情形。
背景技术
许多听力受损的人难于理解不同的话音。大多数应用技术(包括一般验配基本原理)均在男子话音的长期平均语音声谱(如NAL NL1(国家声学实验室、AU)，DSL m[i/o](所希望感觉水平、The Universityof Western Ontario CDN)等)的基础上进行开发，而与各个说话者话音的任何特征没有关系。用于验证助听器验配的记录语音测试通常不考虑任何个体变化，即使用平均值。多逸事趣闻地，在临床中，助听器终端用户经常报告男子话音相较女子或儿童话音更易于理解。
US 2004/0190740描述了针对嘈杂环境中的特定语音信号调节助听器应用的、与时间和频率有关的方法。该方法为：确定多个频带中的语音和噪声信号的等级，随后根据其“自动”调节电信号。
US 6,453,284描述了通过估计存在的每一话音的基本频率而追踪一组话音中的个体话音的系统。该系统包括使用复现神经网络随时追踪多个话音。例如，该系统可实施在数字助听器中以有选择地放大个体的话音。
EP 1 530 403描述了不同声信号组的定义及自动确定特定情形下存在的声信号类型及使相应的验配信号适于HA。
发明内容
本发明处理人们的助听器设备难于理解不同类型的话音如女子及儿童话音的问题。
如果听力仪器可检测不同话音的发音图然后应用不同的专用设置(增益、压缩及定向性等)，则这有助于感知这些不同话音及发现这些个体的不同环境(如孙子生日聚会)的语音。
本发明的目标在于对助听器佩戴者改善其对特定声环境中的不同话音的感知。本发明的另一目标在于改善社会情形下的儿童及女子话音的感知。由于儿童话音的声学，还可能由于儿童发展中的语音和语言能力，儿童可能特别难于理解。许多人(尤其是祖父母)错过了其孙子女的大量想法和观察。本发明的目标在于对此进行补偿。
本发明的主要思想是检测特定声环境中的话音的基本频率及根据前述检测对助听器应用不同的设置，从而使助听器佩戴者最佳地感知该话音。
助听器
本发明的目标通过下述助听器实现，其包括：用于将环境声信号转换为电声信号的传声器、适于确定所述电声信号中是否存在话音的话音检测器、及确定所述电声信号中存在的话音的基本频率的频率分析器、适于根据可调处理参数处理所述电声信号或源自该电声信号的电信号的信号处理器、包括相应处理参数集和基本话音频率的存储器、根据频率分析器确定的基本频率从存储器选择一组处理参数并将其转发给信号处理器的决策单元。或者，代替基本频率或除了基本频率之外，一个或多个共振峰频率可用于确定话音类型。
这具有优点，即使能修改用于信号处理单元的助听器程序参数以使电声信号适于将根据实际声环境中存在的话音类型进行更改的具体听力情况和声环境，从而优化助听器佩戴者对该话音的感知。
术语“用于处理电声信号的一组处理参数”将被理解为包括至少一参数，如用于处理输入信号的数字信号处理器的程序参数，该输入信号包括源自声电变换器(如传声器)的信号，以使所述信号适应具体听力情况和/或声环境(如影响特定频带/频率范围放大的参数、或定义增益情况、压缩、降噪、定向性等的一部分或全部的一组参数)。术语“一组处理参数”也可覆盖一批程序代码或助听器程序的算法。
术语“助听器”和“听力仪器”在本申请中可互换地用于指适于对输入声信号提供(如定制)与频率有关的增益从而改善听者对输入声音的感知的听力设备。
在实施例中，助听器程序的多个参数可在该助听器程序的正常进程期间进行修改。在实施例中，听力仪器适合于在单一程序内使分配不同的增益表。这使所述适合更平稳及更不易为终端用户注意，因为其不必停止当前程序及将新程序从听力仪器的非易失性存储器加载到信号处理器。在实施例中，优化为来自儿童的话音的具体儿童增益图及优化为来自女子的话音的具体女子增益图均可被自动选择以使程序能适应具体声环境或情形(如在背景中存在其它话音，不与存在的其它话音讨论(除讨论伙伴之外)等)。这具有优点，即用户不必改变当前程序，因为必要的修改可在当前程序的框架内自动发生。在本文中，术语“程序”意于覆盖助听器的设置(如增益、压缩、定向性、降噪、移频等)，这些设置可针对特定听力情形(如看电视、谈话、工作、聚会等)进行调节且其变化通常涉及将软件从非易失性存储器重新加载到信号处理器的工作存储器。换言之，在具体实施时，集中在特定声环境内的人的具体“类型”(如男子、女子或儿童)上可在同一程序内有利地进行处理。参考图5，包含基本和/或共振峰频率及信号处理器的处理参数的相应值的查询表保存在存储器(MEM)中，从该存储器可将它们加载到信号处理器(DSP)中并替代当前值，而无须重新加载整个程序。在该实施例中，只有与基本频率有关的预定参数通过将当前合适的参数从存储器(MEM)加载到信号处理器偶尔进行改变，而当前程序的其余参数(在处理器中)均保持不变。在实施例中，用于特定助听器程序的参数p(x)如用于面对面(f2f)转换的参数p(f2f)包括Q个参数，Pf2f1、Pf2f2、...、Pf2fq、Pf2fq+1、...、Pf2f2q、Pf2f2q+1、...、Pf2f3q、Pf2f3q+1、...、Pf2fQ，其中前3q个参数与听取的话音的基本频率F0有关并包括三组q个参数，每一组针对不同的基本频率范围进行优化(如分别为听取男子(Pf2f1，Pf2f2，...，Pf2fq)、女子(Pf2fq+1，...，Pf2f2q)、及儿童(Pf2f2q+1，...，Pf2f3q)话音进行优化)，一次只有其中的一组用在处理器中。来自频率分析器的信号可根据实际确定的基本频率决定在特定时间将使用三组参数中的哪一组。如果具有完全新的参数(Px1-PxQ，x指为其存在单独程序的特殊听力情形)的整个新程序应以较慢的存取时间从存储器(如非易失性存储器、EPROM或其它永久存储器)读入信号处理器，三组参数之间的变化，其保存在助听器(如信号处理器)的可快速访问存储器(如RAM或高速缓存存储器或其它动态存储器，例如参看图5中的MEM)中，可在较短的时间内完成。通常，参数(Px1，...，Px3q)的可容易交换的数量q(如q在1-5的范围中或5-20的范围中)小于独立于基本频率的参数(Px3q+1，...，PxQ)的数量Q-3q(如Q-3q在20-100的范围中或在50-200或更大的范围中)。在实施例中，Q与n×q的比大于1，如大于2、大于5、大于10，其中n为与基本频率有关的参数组的可容易交换的数量(上面，n＝3)。在实施例中，适于在处理器中快速交换的q参数组表示不同的增益情况，每一增益情况如对男子、女子或儿童讲话者进行优化。
预定由频率分析器检测的主要信息是个体发声的基本频率。术语“基本频率”(F0)的含义应理解为遵循其在语言声学中建立的定义。这是声襞振动的最小频率。基本频率的更高的谐波(n×F0)通常也被产生(n＝2，3，4，...)。声道在其谐振的频率称为共振峰频率Fi，i＝1，2，3，...(如参看Yost，W.A.&Nielsen，D.W.(1985)，Fundamentalsof Hearing，Holt，Reinhart&Winston New York NY，190页)。共振峰频率由基本频率和/或其更高的谐波产生，其频率接近于声道的谐振频率。共振峰提供信息，通过这些信息我们能够感知发声语音如元音之间的差别。如果已知基本频率，可预测发声特征。共振峰频率通过声道的大小、长度和形状及端部确定。由于人与人之间的声道尺寸不同，共振峰频率也相应变化。例如，男子声道的平均长度大约两倍于儿童的声道长度，及为女子声道长度的1.2倍。这通常导致儿童和女子的共振峰频率高于男子的共振峰频率。
在具体实施例中，助听器考虑的感兴趣频率范围Δf在5Hz和20kHz之间，如在10Hz和10kHz之间。在实施例中，感兴趣频率范围拆分为多个频带FBi(i＝1，2，...，nb)，例如nb＝8或16或64或更大(其中每一频带可单独进行处理)。在实施例中，听音系统包括将电输入信号拆分为多个信号的滤波器组，每一信号包括特定频带FBi(i＝1，2，...，nb)，其中nb可以是大于1的任何有关数字，如2n，其中n为≥1的整数如6。
在具体实施例中，决策电路提供适于根据所确定基本频率选择一组处理参数的控制信号。
在具体实施例中，决策单元适于根据所述控制信号将所选处理参数组以预定时延TD转发给信号处理器。这具有优点，即使能个别地从一个参数集(如增益曲线)变到另一参数集。
在具体实施例中，决策单元适于实现所述时延TD与所检测的基本频率F0有关。换言之，提供用于将时延分配给特定基本频率的算法或公式。
在具体实施例中，决策单元适于实现，在不存在话音的情况下，预定的默认参数集在预定时延之后加载。这具有优点，即在助听器先前已适应特定类型的话音或讲话者的情况下，助听器可自动适应“静默”情形。
话音检测器是检测声输入信号中是否存在话音并输出相应控制信号的单元。在实施例中，话音检测器分析声输入信号的(可能数字化的)电表示，如已将声输入信号转换为电输入信号的传声器提供的电输入信号。有声言语的特征之一是存在一系列谐波频率。简单的话音检测器检测环境声信号(当转换为(可能数字化的)电声信号时)中元音的同步能量及谐波结构的可能存在。来自话音检测器的控制信号(话音或无话音)以其最简单的形式用于从助听器的“语音”模式(初始化为语音理解优化的助听器程序)切换到无语音或舒适模式(初始化为舒适听音优化的助听器程序)。
在具体实施例中，话音检测器适于以预定VD更新频率运行。在实施例中，话音检测器至少每10秒更新一次，如至少每5秒、至少每1秒、至少每0.5秒更新一次。优选地，兼顾适应速度(相对高的更新频率)和稳定性(相对低的更新频率以避免由于声环境中的短的临时变化引起无意识的更新)。
频率分析器是确定包括话音的电信号的基本频率的单元。频率分析器的多个基本方面在下述文献中描述：A.M.Noll所著的题为Short-Time Spectrum and″Cepstrum″Techniques for Vocal-PitchDetection的文献，The Journal ofthe Acoustical Society of America，36卷第2期，1964年2月；及A.M.Noll所著的题为Cepstrum PitchDetermination的文献，The Journal of the Acoustical Society ofAmerica，41卷第2期，1967年。
在实施例中，频率分析器由话音检测器控制。在实施例中，频率分析器通过话音检测器的话音检测启动。
在具体实施例中，频率分析器适于以预定FA更新频率运行。在实施例中，频率分析器仅在存在话音(如由话音检测器指示)时进行更新。在实施例中，频率分析器以与话音检测器一样的频率进行更新。在实施例中，频率分析器每10秒不止一次地更新，如每1秒不止一次地更新。
在具体实施例中，话音检测器适于确定多个话音中的主要话音。
术语“主要话音”在本文中意为最大声的话音，例如通过直接测量环境中的语音信号的声压等级确定。
在具体实施例中，主要话音基于(预定频率范围中如一个或多个所选频带如所有频带中的)平均声压等级进行确定。
在实施例中，“话音检测器”和“确定话音的基本频率的频率分析器”集成在同一功能单元中。
在具体实施例中，相应的处理参数集和基本话音频率包括对应于男子、女子和儿童话音的预定平均基本频率的处理参数集。实际话音类型的相应平均基本频率范围可通过实验确定。
在实施例中，平均男子基本频率定义在从f11到f12的范围中。在实施例中，f11大于或等于85Hz。在实施例中，f12小于或等于165Hz。在实施例中，平均男子基本频率定义在从85Hz到165Hz的范围中。
在实施例中，平均女子基本频率定义在从f21到f22的范围中。在实施例中，f21大于或等于165Hz。在实施例中，f22小于或等于240Hz。在实施例中，平均女子基本频率定义在从165Hz到240Hz的范围中。
在实施例中，平均儿童基本频率定义在从f31到f32的范围中。在实施例中，f31大于或等于240Hz。在实施例中，f32小于或等于540Hz。在实施例中，平均儿童基本频率定义在从240Hz到540Hz的范围中。
在实施例中，如果所确定的基本频率不在预定的组范围内或如果不能确定良好定义的基本频率，则使用默认参数集(如等于特定组的参数或专用默认集)。这样的参数集可在话音检测器的“有效”基本频率(如与话音检测器的更新频率(VD-更新)有关，如预定的TUPDATE数量(随后更新之间的时间))损失之后的预定时延TDDEFAULT后加载，如TUPDATE的2倍、5倍或10倍，或在预定时间如10秒、20秒或30秒后。
可以预见，如下所述(具体实施方式及权利要求中)的调整助听器的方法的特征可与上述助听器(当适当地定义为结构特征时)结合。
使助听器适应的方法
可以预见，如上所述(具体实施方式及权利要求中)的助听器特征可与下述方法结合。
提供了使助听器适应声环境中的话音的方法，该方法包括：
a)将环境声信号转换为电声信号；
b)确定所述电声信号中是否存在话音；
c)如果存在话音信号，则确定所述电声信号的基本频率；
d)基于所确定的基本频率和预定的基本话音频率集对话音进行分类；
e)选择一组参数以基于所确定的话音类别和相应的预定处理参数和话音类别集合处理所述电声信号；及
f)将所选处理参数集转发给信号处理器以处理所述电声信号或源自其的信号并产生处理后信号。
在实施例中，所述预定基本话音频率集合的至少部分包括重叠邻近频率范围。
在实施例中，预定处理参数集包括至少一用于修改增益、压缩和/或定向性等的参数以改善助听器佩戴者对语音的感知。
在实施例中，定义不同话音类别的相应处理参数集和基本话音频率包括对应于男子、女子和儿童话音的预定平均基本频率范围的处理参数集。在实施例中，正涉及的的话音类型的相应平均基本频率范围可通过实验确定。
在实施例中，平均男子基本频率定义在从f11到f12的范围中。在实施例中，f11大于或等于85Hz。在实施例中，f12小于或等于155Hz。在实施例中，平均男子基本频率定义在从85Hz到155Hz的范围中。
在实施例中，平均女子基本频率定义在从f21到f22的范围中。在实施例中，f21大于或等于165Hz。在实施例中，f22小于或等于255Hz。在实施例中，平均女子基本频率定义在从165Hz到255Hz的范围中。
在实施例中，平均儿童基本频率定义在从f31到f32的范围中。在实施例中，f31大于或等于250Hz。在实施例中，f32小于或等于540Hz。在实施例中，平均儿童基本频率定义在从250Hz到540Hz的范围中。
在实施例中，如果主要话音被分类为儿童话音，则相应的处理参数集包括至少一用于自动将助听器切换为全向模式和/或用于以相对较高的频率相对温和地将更多的增益应用于中等输入电平和/或用于增加降噪的参数。
在实施例中，本发明方法还包括定义话音的不同类别i(i＝1，2，...，n)及相应基本频率范围[fi1；fi2]的学习模式。在实施例中，对应于不同话音类别的基本频率范围适应个体话音类型，如个人家庭成员的话音或工作环境中频繁接触的人的话音。目的在于自动程序选择的这种培训可使用基于自组织图的神经网络实施，例如参看US 2006/0179018。
在具体实施例中，特定助听器程序的总处理参数集总共包括Q个参数，其中n×q个参数与输入信号的基本频率有关，Q-n×q个参数与基本频率无关，及其中n×q个参数表示q个参数的n个子集，每一子集针对n个可能的话音类别之一进行优化，从而对于特定助听器程序，在特定时间只有Q-(n-1)×q个参数用在信号处理器中。
在具体实施例中，来自n×q个参数的q个参数的子集可在当前由信号处理器处理的Q-(n-1)×q个参数的全集中交换，而无须重新加载所有Q-(n-1)×q个参数。这具有优点，即HA程序可自动适应特定话音类型(从多个预定话音类型选择)，而不必重新加载整个程序(如表征程序所需的所有参数)。
在实施例中，类别类型n的数量为2(如成人、儿童)或3(成人、儿童、其它或男子、女子、儿童)或4(如男子、女子、儿童、其它)。
在具体实施例中，q个参数中的至少部分控制或影响至少一部分感兴趣频率范围(多个频带)中的增益，如对应于相对较高的频率、如大于低到高频率f(L-＞H)的感兴趣频率范围内的频率。在实施例中，f(L-＞H)大约为1000Hz、或1500Hz、或2000Hz、或2500Hz或4000Hz。在具体实施例中，q个参数中的至少部分控制或影响增益和/或定向性和/或压缩和/或降噪。
助听器的使用
如上所述、具体实施方式或权利要求中的助听器或可通过如上所述、具体实施方式或权利要求描述的方法得到的助听器的使用将进一步提供。
软件程序和计算机可读介质
进一步提供用于在包括信号处理器的助听器的数字信号处理器上运行的软件程序，当在数字信号处理器上运行时，该软件程序实施如上所述、具体实施方式及权利要求中描述的方法的至少部分步骤。优选地，所述方法的步骤b)-f)中的至少一步骤在软件程序中实施。在实施例中，助听器为如上所述、具体实施方式及权利要求中的助听器。
进一步提供其上保存有指令的介质。所保存在指令当运行时导致如上所述、具体实施方式及权利要求中的助听器的信号处理器执行如上所述、具体实施方式和权利要求中的方法的至少部分步骤。优选地，所述方法的步骤b)-f)中的至少一步骤包括在所述指令中。在实施例中，所述介质包括助听器的非易失性存储器。在实施例中，所述介质包括助听器的易失性存储器。
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1a和1b示出了助听器的基本元件，图1a示出了正向通路和声反馈通路，图1b示出了另外包括电反馈消除通路的实施例。
图2示意性地示出了根据本发明实施例的处理单元，包括用于确定话音类别的功能块和用于因而使信号处理适应的功能块。
图3示出了根据本发明特定实施例的处理单元。
图4示意性地示出了具有特定声襞(决定基本频率F0)和声道(决定共振峰频率F1，F2，F3)的特定人所讲元音的频谱的例子。
图5示出了根据本发明实施例的助听器的部分框图；及
图6a示出了听力受损人员的听力损失情况的例子；及图6b示出了针对儿童、女子和男子话音优化的相应增益情况。
为了清晰起见，使用示意性及简化的图示，仅示出了对于理解本发明所必须的那些细节，而省略其余细节。
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1a和1b示出了助听器100的基本元件。
图1a示出了正向通路和(无意识)声反馈通路。正向通路包括用于从环境接收声输入的输入变换器(在此为传声器)、AD转换器、用于使信号适于助听器佩戴者需要的数字处理部件K(q)、DA转换器及用于向助听器佩戴者产生声输出的输出变换器(在此为接收器)。有意的正向或信号通路及助听器的构件由标为100的虚线轮廓包围。示出了从输出变换器到输入变换器的(外部、)无意识声反馈通路GFB(f)。
图1b示出了图1a中的助听器，但另外包括用于减少或消除来自从助听器的输出到输入变换器的“外部”反馈通路的声反馈的电反馈消除通路。在此，电反馈消除通路包括自适应滤波器，其由预测误差算法如LMS(最小均方)算法控制，以预测和消除传声器信号中由来自助听器的接收器的反馈引起的部分。自适应滤波器(在图1b中包括“滤波器”部分和预测误差“算法”部分)目的在于对从DA到AD的外部反馈通路提供良好的估计。预测误差算法使用(在所示实施例中)参考信号(在此为来自信号处理器的输出信号)连同(反馈校正的)传声器信号形式的误差信号一起来发现自适应滤波器的设置，该设置在所述参考信号应用于自适应滤波器时使预测误差最小。助听器的正向通路(或称为“信号通路”)包括信号处理(在图1b中称为“HA-DSP”)以调节给听力受损用户的信号(包括增益)。
本发明的功能部件优选形成正向通路的部件，并可以是处理单元(图1b中的HA-DSP)的构成部件。或者，它们可以部分或完全独立实施。
图2示出了根据本发明实施例的处理单元HA-DSP，包括用于确定基本频率的功能块201、用于确定话音类别及对应于该话音类别的相应信号处理参数的功能块202、及用于因而使信号处理适应的功能块203。去往和来自处理单元HA-DSP的数字输入和输出信号分别标为205和206。
电输入信号205的基本频率F0由频率分析单元201确定。频率分析单元可包括话音检测器。
预定的相应话音类别值Ci、基本频率F0的频率范围[fi1，fi2](fi1≤F0≤fi2)、及用于成形输出信号以符合助听器佩戴者需要(对于特定声环境)的处理参数Pi1，Pi2，...，PiN均保存在HA参数选择器202的存储器中。
  类别   F0   参数
  C1   [f11，f12]   P11，P12，...，P1N
  C2   [f21，f22]   P21，P22，...，P2N
  ...   ...   ...
  Ci   [fi1，fi2]   Pi1，Pi2，...，PiN
  ...   ...   ...
  Cn   [fn1，fn2]   Pn1，Pn2，...，PnN
频率范围可重叠或优选截然不同(无重叠)。
在实施例中，对于两个邻近的频率范围(范围i和i+1，分别对应于类别Ci和Ci+1)，较低频率范围的高端值fi2等于较高频率范围的低端值f(i+1)1(C1的f12＝C2的f21)。
不同的话音类别Ci通常具有不同的处理参数Pi1，Pi2，...，PiN。处理参数影响一个或多个HA功能参数如增益、压缩、定向性、降噪等。特定处理参数对特定功能参数的影响在不同的频率范围中或在不同的声级可以不同。对于特定话音类别(在特定声环境中，即对于特定处理参数集)，相比于另一话音类别其增益可在较高频率增加而在较低频率保持不变，或者可在较高声级降低及在较低声级增加。
对应于所确定话音类别的所选参数用在信号处理部件203中以使信号适于提供特别适于改善助听器佩戴者对该话音类别的感知的输出。
在实施例中，特定类别Ci的N个参数(Pi1，Pi2，....，PiN)可表示构成助听器程序的总参数集的子集。在实施例中，助听器适于实现这些参数子集可在不重新加载其它参数的情况下进行交换(即使得对应于类别Cp的N个参数可由对应于类别Cr的N个参数替代)，因而实现对声环境从一个话音类别(如男子)变到另一话音类别(如儿童)的无缝适应。这可通过将n个话音类别的N个参数保存在(如易失性)存储器中实现，从存储器选择参数的相应子集并加载到信号处理单元中的存取时间相对低。
图3示出了根据本发明特定实施例的处理单元，其示出了用于分类话音类型及为信号处理器选择适当的相应参数集的验证循环的实施。
该系统的目标在于检测助听器用户当前所处声环境中的主要话音的基本频率及影响助听器程序将根据所确定基本频率使用的处理参数的选择。图3将来自助听器传声器的(数字化)电声信号示为话音检测器(F0，包括用于检测信号中的话音的基本频率F0的频率检测器)的输入(来自传声器的输入)。检测到的话音在分类逻辑电路中使用图3的分类逻辑电路框中所示的频率范围(或取自其它源或用实验方法确定)分类为男子、女子或儿童话音。基于话音基本频率的确定及所保存的频率范围，在控制逻辑电路块中得到决定。对应于检测到的话音的控制信号或处理参数(给听力设备的输出)发送给听力仪器的放大及处理部件(如图2中的块203或图5中的块DSP)以对听力仪器的一个或多个参数进行预定变化(根据预定方案)从而使主要话音更能为用户听见。例如，如果检测到儿童话音，则系统自动切换为全向模式，以较高的频率温和地将更大的增益应用于中等输入电平，及增加降噪。如果具有响度容忍问题的听力仪器用户通常处于有许多还在的环境如教室中时，则可降低最大功率输出(MPO)。系统适于自调节和/或持续更新(如以预定或可选更新频率)以确保根据当前检测到的话音无缝按无缝方式应用正确的设置。这样的验证可以预定验证频率进行，如每0.1秒、每秒、每5或10秒。
在实施例中，(主要)话音的分类根据下面的示出话音类别对基本频率范围的方案进行。
Ci 类别类型 fi1-fi2
  C1   平均男子基本频率   85-165Hz
  C2   平均女子基本频率   165-240Hz
  C3   平均儿童基本频率   240-540Hz
表1：平均基本频率范围[f1，f2]
这些声特性是普遍特性，且与语言完全无关。它们创建3个种类，这使分类过程更容易。
在具体实践情形中，相应类别Ci的频率范围[fi1，fi2]可通过实验确定，可能基于所测得的平均值(可能对于特定语言和/或国家和/或种族)，或者另外或作为备选，通过对助听器用户频繁接触的人进行测量而对特定用户定制。
图4示意性地示出了具有特定声襞(决定基本频率F0)和声道(决定共振峰频率F1，F2，F3)的特定人所讲元音的频谱的例子。基本频率F0是特定人在发出特定声音(如特定词或元音)时其声襞振动产生的谐波系列(该系列中的较高频率由n·F0表示，其中n＝1，2，3，...)中的最低频率。共振峰F1，F2，F3等的位置，即图5中的尖峰由特定人的声道的谐振音量确定并定义人类语音的有区别的频率成分。
对于男子、女子和儿童讲话者的平均基本和共振峰频率及不同元音的平均共振峰振幅的例子由Petersen & Barney(G.E.Peterson，H.L.Barney，Control Methods in a Study of the Vowels，The Journal of theAcoustical Society of America，24卷第2期，1952年3月，175-184页)报告，例如参看其中的表II(及R.L.Watrous发表的修正，Currentstatus of Peterson-Barney vowel formant data，The Journal of theAcoustical Society of America，89卷第5期，1991年，2459-2460页)。
例子1：
女子不同元音的元音共振峰图：
词-＞      beat   father  boot
元音-＞    /i/    /α/    /u/
F1         310Hz  850Hz   370Hz
F2         2790Hz 1220Hz  950Hz
例子2：
在“boot”中元音/u/的元音共振峰差别：
共振峰频率    对于男子    对于女子
F1            300Hz       370Hz
F2            870Hz       950Hz
F3            2240Hz      2670Hz
图5示出了根据本发明实施例的助听器的部分框图，其示出了对决策单元DEC提供输入的话音检测器VD和频率分析器FA，基于来自VD和FA单元的输入，决策单元决定哪一参数集将加载到数字信号处理器DSP中及在何时加载(如果完全)。
图5示出了根据本发明实施例的助听器的正向通路的主要部件。正向通路包括用于从环境接收声输入并将其转换为模拟电输入信号的传声器(图5中的MIC)、用于将模拟电输入信号转换为数字化电输入信号的AD转换器、用于使数字化电输入信号适应助听器佩戴者需要并提供处理后输出信号的处理部件DSP、用于将(数字化)处理后输出信号转换为模拟输出信号的DA转换器、及用于产生给助听器佩戴者的声输出的接收器REC。
本发明实施例的功能部件，即话音检测器VD、频率分析器FA(如包括时域到频域变换单元如快速傅立叶变换(FFT)单元)、决策电路DEC和存储器MEM均可以是数字集成电路的构成部分，该数字集成电路包括数字信号处理器(图5中的DSP)及可能包括可选反馈消除系统(参看图1b，未在图5中示出)及助听器的其它数字电路(如图5中的虚线框所指示的)。或者，它们可部分或全部独立实施，如全部或部分以模拟形式实施。VD、FA和DEC单元可全部或部分实施为软件算法。DEC单元决定新的信号处理器参数集(SP参数)是否将转发给数字信号处理器DSP或在何时转发以用于处理来自传声器的数字化信号。无论话音是否存在于来自传声器的电输入信号中，决策均基于来自话音检测器VD的输入话音。话音信号以预定的VD更新频率更新，该更新频率与AD转换器的采样频率有关。DEC单元的决策还基于来自频率分析器FA的输入F0，其为所确定的话音基本频率的信号表示(如果话音存在的话)。F0信号以与AD转换器的采样频率有关的FA更新频率进行更新。根据所确定的基本频率位于其中的频率范围(图5中的[fi1，fi2]，参看上面的表1)，确定相应代表类别Ci(在图5中，C3＝儿童，C2＝女子，C1＝男子)和相应参数集(Pi1，Pi2，...)及时延TDi。如果所确定的参数集不同于上次加载的参数集(在此，即如果类别不同)，则所确定的参数集(Pi1，Pi2，...)在相应时延TDi之后转发给DSP。可选地，一个或多个时延TDi可设置为0(意味着参数集的变化打算将尽可能快地执行)。TDi可表示为与先前类别有关的一个或多个值，例如，对于C3＝儿童，TD1可由与先前类别x无关的一个值TD(x-＞儿童)组成，或由特别用于分别从男子和女子话音转变为儿童话音的值TD(男子-＞儿童)和TD(女子-＞儿童)组成。
在实施例中，助听器能够为体戴式。在实施例中，输入变换器和输出变换器位于同一物理体内。在实施例中，助听器包括至少两个物理上分开的物体，其可通过有线或无线传输(声、超声波、光电)相互通信。在实施例中，输入变换器位于第一体中，输出变换器位于第二体中。术语“两个物理上分开的物体”在本文中意为具有分开的物理外壳，可能不机械连接或者仅由用于信号的声、电或光传播的一根或多根导线连接。
话音检测器在本领域是众所周知的，并可以许多方式实施，基于模拟和数字化输入信号的话音检测器电路的例子分别在US 5,457,769和US 2002/0147580中描述。基本频率或共振峰频率(参看图4)的检测可基于模拟或数字化电传声器信号以许多不同方式进行。用于检测话音信号的基本频率的节距检测器的例子在US 4,161,625和EP 0821 345中描述。
对确定基本频率的准确度要求相对放松。在实施例中，准确度高于+/-20％，如高于+/-10％、如高于+/-5％、如高于+/-2％、如高于1％。在实施例中，准确度高于+/-20Hz、如高于+/-10Hz、如高于+/-5Hz、如高于+/-2Hz。
例子3：
用于使助听器程序自动适应特定话音类型的过程概述如下：
1、检测是否存在话音。如果不存在话音，加载预定静默程序(或不进行任何动作)。如果存在话音：
2、检测存在的话音的基本频率F0或第一共振峰频率F1。
3、在存在一个以上话音的情况下，通过确定基本频率F0(或共振峰频率Fi)具有最大声压等级的话音而确定主要话音。
4、根据主要话音的所检测基本频率F0或第一共振峰频率F1从一组预定增益曲线(或参数集)选择或确定增益曲线(或参数集)。
5、检查所确定的增益曲线(或参数集)是否与当前使用的不同。
6、如果是，在预定时延TD(与主要话音的所检测基本频率F0或第一共振峰频率F1有关的时延)之后加载所确定的增益曲线(或参数集)。如果否，以现有设置继续。
在实施例中，根据预定方案重复所述过程，例如以规则间隔重复，如比每100秒快、如比每30秒快、如比每10秒快、如比每1秒快。在实施例中，所述过程被连续重复(“连续”理解为最小数字时间步(1/采样率))。
在实施例中，相应的增益曲线集合(或参数集)及基本或共振峰频率分组为多个代表性组，如三个代表性组，在此为男子、女子、儿童(参看图5)。
在实施例中，特定增益曲线的检测和使用之间的时延TD对于对应于儿童组的增益曲线最小，及对于对应于男子组的增益曲线最大(对于对应于女子组的增益曲线处于中间)。可能的时延的例子为TD(x-＞儿童)＝0-2秒，如1秒；TD(x-＞女子)＝1-5秒，如2秒；TD(x-＞男子)＝1-10秒，如3秒；其中TD(x-＞儿童)表明儿童话音(而不是来自代表性组(在此为女子或男子)的另一话音，或者根本没有话音)检测和加载为听取儿童话音保存的参数之间的时延。对应于从女子转变为儿童及从男子转变为儿童的延迟可以不同。在具体实施例中，TD(男子-＞儿童)适于小于TD(女子-＞儿童)。在实施例中，TD(男子-＞儿童)适于尽可能的小。
特定代表性组(男子、女子或儿童)的参数可以不必针对特定组预先确定，而是可依靠根据算法(或几个不同的算法，如每一参数一个算法)如ALG(F0)或根据正涉及的组特有的算法(如ALGCHILD(F0)，ALGFEMALE(F0)，ALGMALE(F0))检测的实际基本频率F0和/或共振峰频率(Fi，i＝1，2，...)和/或声压等级(可能及正涉及的话音组的一些其它参数特性)进行确定。用于依靠基本频率确定特定参数的算法可简单地为数学表达式f(F0)，如参数PCHILD，1＝aCHILD，1·log(F0/FCHILD，ref)，其中aCHILD，1和FCHILD，ref对于正涉及的组(在此为儿童)和参数(在此为参数1)为常数。或者，算法可解释为逐步解决问题的过程，如递归计算过程，用于以有限步骤数确定一个或多个参数。
此外，特定代表性组如儿童的不同参数集可针对不同的程序保存，每一程序适于特定听音情形(面对面(一对一)或聚会或一对多等)。参考图5，对每一代表性组所示的参数集可用于多个不同程序p1，p2，p3，...中的特定程序。在这种情况下，用于儿童话音的特定程序p1的参数集可被标为PCHILD，p1，1，PCHILD，p1，2，PCHILD，p1，3，...等。
此外，图5中所示的参数(保存在可快速存取存储器MEM中)仅可以为与基本频率有关的参数，而相应程序的其它参数仅保存在可更慢存取的存储器中(如非易失性存储器)。
在实施例中，至少一代表性组(如儿童)的增益曲线针对该特定组进行优化(如由特定HA程序的预定参数子集表示)。在实施例中，每一代表性组(如儿童、女子、男子)的增益曲线均针对每一组进行优化。
在实施例中，针对儿童话音优化的增益曲线按“相对较高频率范围”中的增益相比于男子增益曲线增强进行优化。在实施例中，儿童增益相比于男子增益曲线增强1-20dB。在实施例中，儿童增益相比于女子增益曲线增强1-10dB。在实施例中，针对女子话音优化的增益曲线按“相对较高频率范围”中的增益相比于男子增益曲线增强进行优化。在实施例中，女子增益相比于男子增益曲线增强1-10dB。在实施例中，相对较高的频率范围包括大于1kHz的频率，如大于1.5kHz、大于2kHz、大于2.5kHz、大于4kHz。在实施例中，相对较高频区中的增强与频率有关。
可针对特定听者(代表性组)定制的其它参数/功能为压缩、定向性、最大输出功率、降噪。
如果检测到儿童话音，一个或多个下述参数可有利地进行特别调整：
-压缩-对于所有输入电平更线性(儿童情形：较少压缩)
-定向性-提供最定向的响应(儿童情形：最大定向性)
-最大功率输出MPO-降低大组，否则不管(儿童情形：如果存在一个以上话音，相比于儿童独自情形降低最大功率输出)
-降噪NR-如果低频语音信息弱则降低，如果在高噪声情形下检测到话音则增加。
如果检测到具有高基本频率或相对弱的女子话音，优选应用与用于儿童话音的那些调整类似的处理参数调整。
图6a示出了个人听力损失曲线的例子(dB HL对频率0-6000Hz)。听力损失随频率增加而增加，在6000Hz时达到70dB。图6b示出了针对儿童、女子和男子话音进行优化的相应增益曲线(dBSPL对频率0-4000Hz)。显然，在相对较高的频率(在此高于1500Hz)，儿童话音的增益明显高于男子(或女子)话音的增益(在部分频率高10dB以上)。
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。
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●EP 0 821 345(FRANCE TELECOM)28.01.1998。

Claims (25)

1.助听器，包括：用于将环境声信号转换为电声信号的传声器、适于确定所述电声信号中是否存在话音的话音检测器及确定所述电声信号中存在的话音的基本频率的频率分析器、适于根据可调处理参数处理所述电声信号或源自该电声信号的电信号的信号处理器、包括相应处理参数集和基本话音频率的存储器、根据频率分析器确定的基本频率从存储器选择处理参数集并将其转发给信号处理器的决策单元。
2.根据权利要求1的助听器，其中所述决策单元提供适于根据所确定基本频率选择处理参数集的控制信号。
3.根据权利要求2的助听器，其中所述决策单元适于根据所述控制信号将所选处理参数集以预定时延TD转发给信号处理器。
4.根据权利要求3的助听器，其中所述决策单元适于实现所述时延TD与所检测的基本频率F0有关。
5.根据权利要求1-4任一所述的助听器，在不存在话音的情况下，所述决策单元适于实现，预定的默认参数集在预定时延之后加载。
6.根据权利要求5的助听器，其中所述话音检测器适于以预定话音检测器VD更新频率运行。
7.根据权利要求6的助听器，其中所述频率分析器适于以预定频率分析器FA更新频率运行。
8.根据权利要求7的助听器，其中所述话音检测器适于确定多个话音中的主要话音。
9.根据权利要求8的助听器，其中所述主要话音基于预定频率范围中的平均声级进行确定。
10.根据权利要求9的助听器，其中相应的处理参数集和基本话音频率包括对应于男子、女子和儿童话音的预定平均基本频率的处理参数集。
11.根据权利要求10的助听器，其中平均男子基本频率定义在从85Hz到165Hz的范围中。
12.根据权利要求11的助听器，其中平均女子基本频率定义在从165Hz到240Hz的范围中。
13.根据权利要求12的助听器，其中平均儿童基本频率定义在从240Hz到540Hz的范围中。
14.根据权利要求13的助听器，其中所述主要话音为儿童话音，系统自动切换为全向模式，以相对较高的频率温和地将更多的增益应用于中等输入电平，增加降噪。
15.使助听器适应声环境中的话音的方法，该方法包括：
a)将环境声信号转换为电声信号；
b)确定所述电声信号中是否存在话音；
c)如果存在话音信号，则确定所述电声信号的基本频率；
d)基于所确定的基本频率和预定的基本话音频率集对话音进行分类；
e)选择处理参数集以基于所确定的话音类别和相应的预定处理参数集和话音类别处理所述电声信号；及
f)将所选处理参数集转发给信号处理器以处理所述电声信号或源自其的信号并产生处理后信号。
16.根据权利要求15的方法，其中定义不同话音类别的相应处理参数集和基本话音频率包括对应于男子、女子和儿童话音的预定平均基本频率范围的处理参数集。
17.根据权利要求16的方法，其中平均男子基本频率定义在从85Hz到155Hz的范围中。
18.根据权利要求17的方法，其中平均女子基本频率定义在从165Hz到255Hz的范围中。
19.根据权利要求18的方法，其中平均儿童基本频率定义在从250Hz到540Hz的范围中。
20.根据权利要求15-19任一所述的方法，还包括确定多个话音中的主要话音。
21.根据权利要求20的方法，其中所述主要话音确定为在用户耳朵处在预定时间期间具有最大平均声级的话音。
22.根据权利要求21的方法，其中所述主要话音被分类为儿童话音，相应的处理参数集包括至少一用于自动将助听器切换为全向模式和/或用于以相对较高的频率温和地将更多的增益应用于中等输入电平和/或用于增加降噪的参数。
23.根据权利要求22的方法，其中所述处理后信号对助听器佩戴者呈现为听得见的声音。
24.根据权利要求23的方法，其中特定助听器程序的总处理参数集总共包括Q个参数，其中n×q个参数与输入信号的基本频率有关，Q-n×q个参数与基本频率无关，及其中n×q个参数表示n个q个参数的子集，每一子集针对n个可能的话音类别之一进行优化，从而对于特定助听器程序，在特定时间只有Q-(n-1)×q个参数用在信号处理器中。
25.根据权利要求24的方法，其中来自n×q个参数的q个参数的子集在当前由信号处理器处理的Q-(n-1)×q个参数的全集中交换，而无须重新加载所有Q-(n-1)×q个参数。
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