CN101511050A - 助听装置及消除声反馈的方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种助听装置，该装置包括：传声模块，与加法模块相连，用于将接收到的声音信号输入所述加法模块；加法模块，与所述传声模块和滤波模块相连，用于将所述传声模块和所述滤波模块输入的信号进行叠加处理后输出；频谱搬移模块，与所述加法模块相连，用于将所述加法模块输出的信号进行频谱搬移处理后输出；滤波模块，与所述频谱搬移模块和所述加法模块相连，用于将所述频谱搬移模块输出的信号进行滤波处理后输入所述加法模块；扬声模块，与所述频谱搬移模块相连，用于将所述频谱搬移模块输出的信号进行输出。本发明实施例还公开了一种利用所述助听装置消除声反馈的方法。采用本发明，能够有效的消除进入助听装置的回声，从而避免声反馈现象。

Description

助听装置及消除声反馈的方法

技术领域

本发明涉及数字信号处理领域，尤其涉及一种助听装置及消除声反馈的方法。

背景技术

助听器是一种能够有效的将声音传入耳朵的装置，该装置通过将声音信号进行强度放大，使得配戴助听器的患者听到原来听不到或听不清的声音。

助听器的内部结构中包括麦克风、扬声器和增益器，其中，麦克风接收外部声音信号并将该声音信号传给增益器，增益器将接收到的声音信号根据频率范围进行放大后传给扬声器，扬声器将接收到声音信号输出并进入患者耳腔内，使患者听到放大后的声音。将麦克风接收到的外部声音信号称为直达声。

然而，耳腔的腔体结构特性使得扬声器输出的声音信号在进入耳腔后部分信号被反射并被麦克风接收，该声音信号又被增益器再次放大并由扬声器传入患者耳内，如此循环，形成了声反馈回路，产生声反馈现象，即俗称的啸叫现象。将扬声器输出的、又再次进入麦克风的声音信号称为回声。

为了避免上述声反馈现象的产生，目前的做法是在助听器中增加自适应滤波器来消除声反馈，如图1所示，自适应滤波器的工作原理为：增益器输出的另一路信号X(k)输入自适应滤波器，自适应滤波器将X(k)进行滤波后输出信号y(k)，通过调整自适应滤波器的滤波系数W(k)，使得y(k)尽可能逼近从扬声器进入麦克风的回声d(k)，加法器再将y(k)与进入扬声器的信号d(k)进行叠加处理，用y(k)将d(k)中的回声抵消，从而达到消除回声的目的。以公式表示如下：

e(k)＝d(k)-W^T(k-1)X(k).............(1)

$W\left(k\right)=W(k-1)+\frac{\mathrm{\μe}\left(k\right)X\left(k\right)}{\left|\right|X\left(k\right)\left|\right|+\mathrm{\δ}}..........\left(2\right)$

上述(1)式为滤波处理，即用自适应滤波器输出的信号y(k)＝W^T(k-1)*X(k)，将进入扬声器的信号d(k)中的回声抵消消除。W(k-1)的初始值为0。

上述(2)式为滤波器系数更新过程，通过回声残插信号e(k)与X(k)的相关程度来调整滤波器系数。W(k)为本次滤波采用的滤波系数，W(k-1)为上次滤波采用的滤波系数，μ为步长因子，δ为一常数。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中存在如下技术问题：

由于进入麦克风的声音信号除了来自扬声器的回声信号外，还有外部输入的直达声信号，并且回声和直达声的相关性往往较大，因此会导致自适应滤波器不能正常工作，可能无法消除回声，甚至还可能将听者希望听到的直达声错误消除，造成助听器的输出音质较差。

发明内容

本发明实施例提供一种助听装置及消除声反馈的方法，用于提高助听器的输出音质。

本发明实施例提供一种助听装置，该装置包括：

传声模块，与加法模块相连，用于将接收到的声音信号输入所述加法模块；

加法模块，与所述传声模块和滤波模块相连，用于将接收到的输入信号进行叠加处理后输出；

频谱搬移模块，与所述加法模块相连，用于将所述加法模块输出的信号进行频谱搬移处理后输出；

滤波模块，与所述频谱搬移模块和所述加法模块相连，用于将所述频谱搬移模块输出的信号进行滤波处理后输入所述加法模块；

扬声模块，与所述频谱搬移模块相连，用于将所述频谱搬移模块输出的信号进行输出。

本发明实施例提供一种基于所述助听装置消除声反馈的方法，该方法包括：

传声模块将接收到的声音信号输入加法模块；

加法模块将接收到的输入信号进行叠加处理后输出；

频谱搬移模块将所述加法模块输出的信号进行频谱搬移处理后输出；

滤波模块将所述频谱搬移模块输出的信号进行滤波处理后输入所述加法模块，扬声模块将所述频谱搬移模块输出的信号进行输出。

本发明中，频谱搬移模块将进入传声器的声音信号进行频谱搬移处理，滤波模块将频谱搬移处理后的信号进行滤波，扬声模块将频谱搬移处理后的信号进行输出；加法模块将滤波模块滤波后的信号以及再次进入传声器的声音信号进行叠加处理，以利用滤波模块滤波后的信号将进入传声器的声音信号中的回声抵消消除。通过将进入传声器的声音信号进行频谱搬移处理，降低了直达声和回声的相关性，使得自适应滤波器能正常跟踪反馈回路，从而将回声抵消消除，从而有效避免声反馈现象。

附图说明

图1为现有技术中助听器的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的助听装置的结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的助听装置的结构示意图；

图4为本发明实施例三提供的助听装置的结构示意图；

图5为本发明实施例中频谱搬移模块的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的方法流程示意图。

具体实施方式

为了提高助听器的输出音质，本发明实施例提供一种助听装置，本装置中，将进入传声器的声音信号进行频谱搬移处理，处理后的信号分为两路，其中一路信号输入滤波模块进行滤波，另一路信号送给扬声模块进行输出，由此降低了进入传声模块的声音信号中的直达声和回声的相关性，使得自适应滤波器能正常跟踪反馈回路，进而利用滤波模块滤波后的信号将回声抵消消除。

本发明中，回声是指，扬声模块输出的、又再次进入传声模块的声音信号。直达声是指，进入传声模块的、除回声之外的其他声音信号。

如图2所示，为本发明实施例一提供的助听装置，该助听装置具体包括：

传声模块20，与加法模块21相连，用于将接收到的声音信号输入加法模块21；

加法模块21，与传声模块20、频谱搬移模块22和滤波模块23相连，用于将接收到的输入的信号进行叠加处理后输出；

频谱搬移模块22，与加法模块21、滤波模块23和扬声模块24相连，用于将加法模块21输出的信号进行频谱搬移处理后输出；

滤波模块23，与频谱搬移模块22和加法模块21相连，用于将频谱搬移模块22输出的信号进行滤波处理后输入加法模块21；

扬声模块24，与频谱搬移模块22相连，用于将频谱搬移模块22输出的信号进行输出。

如图3所示，为本发明实施例二提供的助听装置，本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，在加法模块和频谱搬移模块之间串联有信号增益模块。本实施例提供的助听装置具体包括：

传声模块30，与加法模块31相连，用于将接收到的声音信号输入加法模块31；

加法模块31，与传声模块30、信号增益模块32和滤波模块34相连，用于将接收到的输入信号进行叠加处理后输出；

信号增益模块32，与加法模块31和频谱搬移模块33相连，用于将加法模块31输出的信号根据频率范围进行放大处理后输入频谱搬移模块33；

频谱搬移模块33，与信号增益模块32、滤波模块34和扬声模块35相连，用于将信号增益模块32输出的信号进行频谱搬移处理后输出；

滤波模块34，与频谱搬移模块33和加法模块31相连，用于将频谱搬移模块33输出的信号进行滤波处理后输入加法模块31；

扬声模块35，与频谱搬移模块33相连，用于将频谱搬移模块33输出的信号进行输出。

如图4所示，为本发明实施例三提供的助听装置，本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，在频谱搬移模块和滤波模块之间串联有信号增益模块。本实施例提供的助听装置具体包括：

传声模块40，与加法模块41相连，用于将接收到的声音信号输入加法模块41；

加法模块41，与传声模块40、频谱搬移模块42和滤波模块44相连，用于将接收到的输入信号进行叠加处理后输出；

频谱搬移模块42，与加法模块41、信号增益模块43相连，用于将加法模块41输出的信号进行频谱搬移处理后输出；

信号增益模块43，与频谱搬移模块42、滤波模块44和扬声模块45相连，用于将频谱搬移模块42输出的信号根据频率范围进行放大处理后输出；

滤波模块44，与信号增益模块43和加法模块41相连，用于将信号增益模块43输出的信号进行滤波处理后输入加法模块41；

扬声模块45，与信号增益模块43相连，用于将信号增益模块43输出的信号进行输出。

本发明各实施例中，频谱搬移模块将信号进行频谱搬移处理是指，将信号的所有频段进行频率搬移，具体可以采用频率调制方式或频率放缩(PitchScaling)方式将信号进行频谱搬移处理。频率调制方式是指将信号的所有频段增加或减少一个固定的频率值，频率放缩方式是指将信号的所有频段乘以一个固定的比例系数，若该比例系数大于1，则频率放缩后信号的频率增大，若该比例系数小于1，则频率放缩后信号的频率减小。

如图5所示，为频谱搬移模块采用频率调制方式进行频谱搬移处理时的结构示意图，频谱搬移模块具体包括两个相移器：第一相移器和第二相移器、两个乘法器：第一乘法器和第二乘法器、以及一个加法器。第一乘法器、第二相移器、第二乘法器串联后与加法器并联，再与第一相移器串联。相移器将信号进行-π/2的相位偏移处理，乘法器将信号进行相乘处理，加法器将信号进行叠加处理。x(k)为频谱搬移模块的输入信号，s(k)为频谱搬移模块的输出信号，并且：

s(k)＝x(k)cosω₁k+x(k)sinω₁k

其中，x(k)为输入信号，

为输入信号的希尔伯特变换，s(k)为频率调制后的信号，ω₁为频移。

频谱搬移模块采用频率放缩方式进行频谱搬移处理时，可以采用变调算法进行，变调算法主要分为时域方法和频域方法两大类。频域算法包括PhaseVecoder等，时域算法包括变速加变采样率等。

频谱搬移的较佳幅度值为10赫兹(Hz)，即频谱搬移后各频段的频率值与搬移前的频率值之差不超过10Hz。通过实验发现，频率搬移10Hz以内，人耳基本感觉不到明显的变化，并且频率放大的次数越多，频率搬移的幅度越大，与直达声的相关性越弱，就越容易被消除，从而可以有效的避免声反馈现象。频谱搬移模块具体可以采用现有技术中频率调制器等任何能够实现信号频谱搬移处理的设备。

本发明的各实施例中，信号增益模块根据设定的频率范围将信号进行放大处理是指，根据预先设置的待放大频段的放大比例进行信号放大。待放大频段根据佩戴助听器的患者的病情进行设置。信号增益模块具体可以采用现有技术中增益器等任何能够实现信号频率放大处理的设备。对于实施例三，可以根据需要设置待放大频段与放大幅值的对应关系，使得信号增益模块对待放大频段进行频率放大后，能够满足患者的佩戴要求。

本发明的各实施例中，加法模块将接收到的输入信号进行叠加处理是指，将其中的一路输入信号的幅度值取反，然后将该路输入信号与另一路输入信号进行叠加。例如，加法模块的一路输入信号为滤波模块输入的信号，另一路输入信号为传声模块输入的信号；加法模块将滤波模块输入的信号的幅度值取反，再将该路输入信号与传声模块输入的信号进行叠加；那么，在传声模块输入的信号中包含来自扬声模块的声音信号即回声时，经信号叠加，加法模块能够利用幅度值取反后的信号将回声抵消消除。加法模块具体可以采用现有技术中加法器等任何能够实现信号叠加处理的设备。

本发明的各实施例中，滤波模块根据加法模块的输出自适应调整滤波系数，滤波模块可以采用现有技术中的自适应滤波器等任何可以自适应调整滤波系数的滤波设备。附图2-附图4中，具有如下关系式：

e(k)＝d(k)-W^T(k-1)S(k).............(3)

$W\left(k\right)=W(k-1)+\frac{\mathrm{\μe}\left(k\right)S\left(k\right)}{\left|\right|S\left(k\right)\left|\right|+\mathrm{\δ}}..........\left(4\right)$

上式中，e(k)为加法模块的输出，W(k)为滤波模块的滤波系数，d(k)为传声模块接收到的回声信号，s(k)为滤波模块的输入信号，W(k)为本次滤波采用的滤波系数，W(k-1)为上次滤波采用的滤波系数，W(k-1)的初始值为0，μ和δ的取值为大于0且小于1。

本发明的各实施例中，传声模块具体可以采用现有技术中麦克风等任何能够采集并输送信号的设备。扬声模块具体可以采用现有技术中扬声器等任何能够输出信号的设备。

参见图6，本发明实施例还提供一种基于上述助听装置消除声反馈的方法，该方法包括以下步骤：

步骤60：传声模块将接收到的声音信号输入加法模块；

步骤61：加法模块将接收到的输入信号进行叠加处理后输出；

步骤62：频谱搬移模块将加法模块输出的信号进行频谱搬移处理后输出；

步骤63：滤波模块将频谱搬移模块输出的信号进行滤波处理后输入加法模块；扬声模块将频谱搬移模块输出的信号进行输出，返回步骤60。

作为一种实施例，在加法模块将接收到的输入信号进行叠加处理后输出之后、频谱搬移模块将加法模块输出的信号进行频谱搬移处理之前，信号增益模块将加法模块输出的信号根据频率范围进行放大处理，并将放大处理后的信号输入频谱搬移模块，频谱搬移模块将信号增益模块输入的信号进行频谱搬移处理。

作为另一种实施例，在频谱搬移模块将加法模块输出的信号进行频谱搬移处理之后、并且滤波模块将频谱搬移模块输出的信号进行滤波处理以及扬声模块将频谱搬移模块输出的信号进行输出之前，信号增益模块将频谱搬移模块输出的信号根据频率范围进行放大处理后输出，滤波模块将信号增益模块输出的信号进行滤波处理，同时，扬声模块将信号增益模块输出的信号进行输出。

频谱搬移模块采用频率调制方法或频率放缩方法将信号进行频谱搬移处理。较佳的，频谱处理模块进行频谱搬移处理的幅度为10Hz。

下面以图3所示的助听装置为例对本发明方法进行说明：

步骤S01：传声模块接收到直达声信号a₁(k)，并将a₁(k)送入加法模块；

步骤S02：加法模块将a₁(k)和滤波模块输入的信号进行叠加处理后送入信号增益模块；此时由于滤波模块输入的信号为空，因此a₁(k)经加法模块后不发生变化；

步骤S03：信号增益模块将a₁(k)进行放大处理后送入频谱搬移模块，放大处理后的信号变为a₂(k)；

步骤S04：频谱搬移模块将a₂(k)进行频谱搬移处理，频谱搬移处理后的信号变为a₃(k)，a₃(k)分为两路，一路送入滤波模块，另一路送入扬声模块；

步骤S05：滤波模块将a₃(k)进行滤波处理后送入加法模块；扬声模块将a₃(k)输出后，a₃(k)和直达声b(k)进入传声模块，传声模块将a₃(k)和b(k)送入加法模块；

步骤S05：加法模块将滤波模块送来的信号和传声模块送来的a₃(k)、b(k)进行叠加处理，利用滤波模块送来的信号将传声模块输入信号中的a₃(k)抵消消除；将b(k)看作a₁(k)，返回步骤S01。

综上，本发明的有益效果包括：

本发明实施例提供的方案中，频谱搬移模块将进入传声器的声音信号进行频谱搬移处理，滤波模块将频谱搬移处理后的信号进行滤波，同时扬声模块将频谱搬移处理后的信号进行输出；加法模块将滤波模块滤波后的信号以及再次进入传声器的声音信号进行叠加处理，以利用滤波模块滤波后的信号将进入传声器的声音信号中的回声抵消消除。通过将进入传声器的声音信号进行频谱搬移处理，降低了直达声和回声的相关性，使得自适应滤波器能正常跟踪反馈回路，从而利用滤波模块滤波后的信号将回声抵消消除，进而有效避免声反馈现象。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1、一种助听装置，其特征在于，该装置包括：

传声模块，与加法模块相连，用于将接收到的声音信号输入所述加法模块；

加法模块，与滤波模块和所述传声模块相连，用于将接收到的输入信号进行叠加处理后输出；

频谱搬移模块，与所述加法模块相连，用于将所述加法模块输出的信号进行频谱搬移处理后输出；

滤波模块，与所述频谱搬移模块和所述加法模块相连，用于将所述频谱搬移模块输出的信号进行滤波处理后输入所述加法模块；

扬声模块，与所述频谱搬移模块相连，用于将所述频谱搬移模块输出的信号进行输出。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述加法模块和所述频谱搬移模块之间串联有信号增益模块；

所述信号增益模块，用于将所述加法模块输出的信号根据频率范围进行放大处理后输入所述频谱搬移模块。

3、如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述频谱搬移模块和所述滤波模块之间串联有信号增益模块；

所述信号增益模块，用于将所述频谱搬移模块输出的信号根据频率范围进行放大处理后输出。

4、如权利要求1-3中任一所述的装置，其特征在于，所述频谱搬移模块用于：采用频率调制方法或频率放缩方法将信号进行频谱搬移处理。

5、如权利要求1-3中任一所述的装置，其特征在于，所述频谱搬移模块用于：将信号进行幅度值为10赫兹Hz的频谱搬移处理。

6、一种基于权利要求1所述的助听装置消除声反馈的方法，其特征在于，该方法包括：

传声模块将接收到的声音信号输入加法模块；

加法模块将接收到的输入信号进行叠加处理后输出；

频谱搬移模块将所述加法模块输出的信号进行频谱搬移处理后输出；

滤波模块将所述频谱搬移模块输出的信号进行滤波处理后输入所述加法模块，扬声模块将所述频谱搬移模块输出的信号进行输出。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述加法模块将接收到的输入信号进行叠加处理后输出之后、并且频谱搬移模块将所述加法模块输出的信号进行频谱搬移处理之前，该方法进一步包括：

信号增益模块将所述加法模块输出的信号根据频率范围进行放大处理，将放大处理后的信号输入所述频谱搬移模块。

8、如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述频谱搬移模块将所述加法模块输出的信号进行频谱搬移处理之后、并且所述滤波模块将所述频谱搬移模块输出的信号进行滤波处理之前，该方法进一步包括：

信号增益模块将所述频谱搬移模块输出的信号根据频率范围进行放大处理，将放大处理后的信号输入所述滤波模块和所述扬声模块。

9、如权利要求6-8中任一所述的方法，其特征在于，所述频谱搬移模块采用频率调制方法或频率放缩方法将信号进行频谱搬移处理。

10、如权利要求6-8中任一所述的方法，其特征在于，所述频谱搬移模块将信号进行幅度值为10赫兹Hz的频谱搬移处理。

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