CN101516051A - 具有改进的反馈抵消系统的听音系统、方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有改进的反馈抵消系统的听音系统、方法和应用，其中听音系统包括用于将输入声音转换为包括直接部分和声学反馈部分的电输入信号的第一输入变换器、用于将电输出信号转换为输出声音的输出变换器、定义在输入与输出变换器之间并包括信号处理单元的正向通路、和用于估计声学反馈并包括并行于正向通路设置的自适应FBC滤波器的反馈抵消系统，自适应FBC滤波器包括可变FBC滤波器部分和用于更新该滤波器部分的FBC更新算法部分，FBC更新算法部分包括分别受电输入和输出信号影响的第一和第二FBC算法输入信号，第一和第二FBC更新算法输入信号通路分别包含第一和第二可变滤波器，听音系统进一步包括由所述电输入信号的直接部分组成的电更新信号。

Description

具有改进的反馈抵消系统的听音系统、方法和应用
技术领域
本发明涉及具备有源反馈抵消的听音系统(例如助听器系统)。本发明具体涉及一种听音系统，包括用于将输入声音转换为电输入信号的第一输入变换器，该电输入信号包括直接部分和声学反馈部分；用于将电输出信号转换为输出声音的输出变换器；定义在输入与输出变换器之间的正向通路；和用于估算由输出至输入变换器的声学反馈的反馈抵消(FBC)系统，该FBC系统包括并行于正向通路设置的自适应FBC滤波器。
此外，本发明还涉及用于改善听音系统中反馈抵消的方法和助听器系统的应用。
例如，本发明可应用于包含有源反馈抵消的听音设备，如助听器、有源护耳设备等。
背景技术
以下对现有技术的说明涉及本发明应用领域之一，助听器。
在具有反馈抵消的助听器(HA)中，自适应滤波器可用于估计由接收机反馈产生的传声器信号部分(接收机至传声器的信号通路通常被称为声学反馈通路)。如果自适应滤波器具有与声学反馈通路相同的特性，从传声器输入信号中提取出估计信号并抵消反馈。已有一些更新自适应滤波器的方法。一种常用的方法是使用输出信号作为参考信号，抵消后的剩余信号作为误差信号，并且配合最小化误差信号能量的更新滤波器系数的方法使用这些信号，例如图1a的最小均方(LMS)算法。这种安排被称为“闭环识别直接法”。直接法的优点是没有探针噪音，而且参考信号的电平比使用探针噪音时要高。其缺点是如果系统的输入信号不是白信号(即如果具有自相关)，或者如果使用了不适当的白化，则声学反馈通路(由自适应滤波器提供)的估值将会偏移。这意味着当输入中有自相关(如声音)时，抗反馈系统会引入人为因素。
与声学和电信号有关的术语“白”意思是信号在相当大的频率范围内具有实质上平坦的功率谱。
使用白化以避免这些人为因素。可以实现这一点可以通过使用滤波器同时对参考信号和误差信号进行滤波，从而使得没有反馈成分的输入信号白化。滤波器应随输入信号的频谱变化。因此，滤波器应是自适应滤波器。自适应白化已在Spriet等的论文“Adaptive feedbackcancellation in hearing aids with linear prediction of the desired signal”中进行了描述。在该文中，反馈抵消基于助听器的信号，该助听器不能区分所需的外部声音和反馈产生的振动。
发明内容
问题是白化滤波器应在加入声学反馈且该信号不存在之前对输入信号进行白化。如果调整白化滤波器使其对传声器信号进行白化，则会从参考信号和误差信号中消除反馈引起的振荡，并且不会更新反馈抵消滤波器以消除振荡。
本发明的目的是为改善声学反馈抵消提供替代方案。
本发明涉及具有抗反馈系统的听音系统，例如助听器系统，其中根据最小化或至少异化声学反馈(例如双耳助听器系统的对侧听力仪)的信号估计可变滤波器(例如白化滤波器)，并且可变滤波器用来避免声音输入产生的人为因素。本发明还涉及了改善反馈抵消的方法和听音系统的应用。可变滤波器在本文中理解为传递函数可以动态地更新(如通过算法)的电滤波器。白化滤波器在本文中理解为将给定的信号转换为具有实质上平坦的功率谱(当输入信号不包含啸叫时，例如环路增益小于-2dB或小于-5dB或者小于-10dB时)的滤波器。自适应滤波器是可变滤波器的一个实例。在可变滤波器(例如自适应滤波器)的基础上可建立白化滤波器。
术语“听音系统”包含由多个听音设备(例如一个或两个或更多，通常为一个或两个适用于完全或者部分戴在佩戴者的左耳和/或右耳上的听音设备)构成的音频系统。术语“听音设备”包含听力装置、听筒、耳机、耳塞等。术语“听音系统”包括一对适合双耳的听力听音装置、一对耳机和一对有源耳塞及其组合(例如耳机或听筒或具有听音装置功能的耳塞或者一个听筒和一个听力装置等)。
术语“听音装置”在本文中的意思是包括信号处理器的助听器，该处理器的增益曲线(增益-频率)能够适应具体佩戴者的补偿听力损失的需要。
术语“平坦功率谱”意味着一种频谱，其中在感兴趣的频率范围或频带内功率等级随频率的变化远小于在所讨论的频率范围或频带内的功率等级的平均值。例如，感兴趣的频率范围Δf是5Hz到20kHz，诸如10Hz到10kHz，其可能被分为多个频带FBi(i＝1，2，...，q)，例如，q＝8或16或64或更多(每个频带独立进行处理)。例如，随频率的功率等级变化ΔP可当作在感兴趣的频率范围Δf中最大值P(Δf)max与最小值P(Δf)min(或者在感兴趣的频带FBi中P(FBi)max和P(FBi)min)的差。在实施例中，随频率的功率等级变化小于感兴趣频的率范围中功率等级平均值Pavg(Δf)(或者感兴趣的频带中功率等级平均值Pavg(FBi))的30％，又如小于20％，小于10％，小于5％，小于2％。
在包含输入变换器、输出变换器以及两者之间并且包含放大元件(例如信号处理器)的信号通路的具体听音设备中，重要的是最小化从输出到输入变换器的声学反馈。假设对于特定听音设备(在给定时间处于特定的空间位置)，输入信号包括直接部分(即将要处理并转发给听音设备佩戴者的“目标信号”)和从特定听音设备的输出到输入变换器的声学反馈部分。术语“根据最小化或者至少异化声学反馈的信号进行估计”理解为估计根据的信号不包含来自所讨论的听音设备的输出变换器的输出信号的大量组分而包含了所讨论的听音设备的输入信号的直接部分的合理表示(即包含可能经过已知或可估计的传递函数而失真(例如所讨论的频率范围或频带上的均匀衰减)的输入信号的直接部分，允许对其进行重构))。
听音系统
通过听音系统实现本发明的目的，听音系统包括用于将输入声音转换为包括直接部分和声学反馈部分的电输入信号的第一输入变换器、用于将电输出信号转换为输出声音的输出变换器、定义在输入与输出变换器之间并包括信号处理单元的正向通路和用于估计声学反馈并包括并行于正向通路设置的自适应FBC滤波器的反馈抵消系统，自适应FBC滤波器包括可变FBC滤波器部分和用于更新可变滤波器部分的FBC更新算法部分，FBC更新算法部分包括分别受电输入和输出信号影响的第一和第二FBC算法输入信号，第一和第二FBC更新算法输入信号的通路分别包含第一和第二可变滤波器，听音系统进一步包括实质上由所述电输入信号的所述直接部分组成的电更新信号，其中所述第一和第二可变滤波器适于根据所述电更新信号进行更新。
本发明的优点之一是输入信号中的所需声音实质上不受反馈抵消系统的影响。“所需声音”指的是输入信号的直接部分中的声音(“目标信号”)，即不是源自声学反馈。
术语“自适应FBC滤波器”在本文中用于指示反馈抵消系统的自适应滤波器，与系统中使用的其他自适应滤波器相区分。
在本申请中，第一输入变换器的声学输入信号和由其转换出的电输入信号都被分为“直接部分”和“声学反馈部分”(从而如上所述的“加入声学反馈之前的输入信号”构成“直接部分”)。因此，第一输入变换器的声音输入信号的“直接”部分由来自所有其他声音信号源的合成信号组成，而不是由来自所讨论的听音设备的输出变换器的混合信号组成(即不是来自信号的“声学反馈部分”)。
术语“根据所述电更新信号”意指“来源于”或“受所述电更新信号影响”。不排除其他信号能够影响结果，例如在频率范围的一部分的信号。因此，术语“其中所述第一和第二可变滤波器适于根据所述电更新信号进行更新”意指使用源自电更新信号的信号计算第一和第二可变滤波器的滤波器系数的动态变化(更新)。
在实施例中，第一和第二可变滤波器适于根据电更新信号在一频率范围内和基于电输入信号或另一信号在另一频率范围内进行更新。
在实施例中，第一和第二可变滤波器适于仅根据电更新信号进行更新。
正向通路(经常被称作信号通路)包含信号处理器(信号处理单元)。在实施例中，信号处理器适于根据特定的佩戴者需要，例如在听力装置，修改频率-增益曲线。
在具体实施例中，系统还包含相对于第一输入变换器空间固定的第二输入变换器，以产生实质上由电输入信号的直接部分组成的电信号(术语“电更新信号”)。术语“实质上由直接部分组成”在本文中意指所讨论的信号(“电更新信号”)包含与听音设备的第一输入变换器产生的电输入信号相比很少量的听音设备的输出到输入变换器的声学反馈信号，所述信号包含输入信号的直接部分或者重建或模拟直接部分。假设第二输入变换器构成另一(第二)听音设备的一部分，例如对侧助听器，从第二输入变换器提取出的电更新信号可包含来自第二听音设备的输出变换器的声学反馈，而不包含来自使用电更新信号的第一听音设备输出变换器的声学反馈。尽管没有避免声学反馈，但对于本发明的目的来说，这样的信号优于第一听音设备的电输入信号。
在一实施例中，第二输入变换器(当听音系统运行时)固定于在给定的频率上输出变换器的声音信号(如在实质上所有相关的频率)小于在第一输入变换器的位置获得的信号的位置。优选第二输入变换器位置上的输出变换器的声音等级比在第一输入变换器低3dB，又如低5dB、10dB、20dB、30dB和40dB。在一实施例中，第二输入变换器固定于在给定的频率或频率范围或频带(例如实质上在所有相关的频率或频率范围)上输出变换器的声音信号小于第一输入变换器位置获得的信号的位置。优选在第二输入变换器位置上的输出变换器的声音等级比在第一输入变换器处的低3dB，又如低5dB、10dB、20dB、30dB和40dB。
在一实施例中，听音系统适合完整或者部分地随身佩戴，或者能够随身佩戴。在一实施例中，第一和第二输入变换器和输出变换器位于同一物理主体内。在一实施例中，听音系统包含至少两个物理分离的主体(例如下面提到的第一、第二和第三主体)，这些分离的主体间能够通过有线或无线传输(如声音、超声波、光电)进行通信。在一实施例中，第一输入变换器在第一主体中，第二输入变换器在听音系统的第二主体中。在一实施例中，第一输入变换器和输出变换器同在第一主体中，而第二输入变换器在第二主体中。在一实施例中，第一输入变换器在第一主体中，而输出变换器在第二主体中。在一实施例中，第二输入变换器位于第三主体中。术语“两个物理上独立的主体”在本文中意指两个主体具有各自的物理外壳，外壳没有机械连接或有可能仅仅是通过一个或多个传播声、光电信号的导管连接。
在一实施例中，第一输入变换器是第一听音设备的一部分，第一听音设备包含正向通路、自适应FBC滤波器和输出变换器。在一实施例中，第一听音设备可包含至少两个物理上独立的主体。
在一实施例中，输入变换器是传声器。在一实施例中，输出变换器是扬声器(也称作接收机)。
在一实施例中，构成听音设备一部分的物理主体包含多个传声器，例如两个传声器或两个以上的传声器，例如按照阵列排列的许多传声器(为改善与所讨论的物体主体有关的声音信号的定向信息的提取)。
在具体实施例中，听音系统包含第一和第二听音设备，各用于佩戴者的一耳，其中第一输入变换器构成第一听音设备的一部分，而第二输入变换器是第二听音设备的输入变换器。
在一实施例中，第二输入变换器是移动电话或者其他通信设备的传声器(例如用于听音系统或随身佩戴音频选择设备的远程控制单元)，移动电话或者其他通信设备能够通过无线或有线方式与包含第一输入变换器的听音设备进行通信。在一实施例中，调整听音系统从而其他通信设备能够与包含第一输入变换器的听音设备通过如蓝牙无线通信标准进行通信。在一实施例中，这种通信是基于电感耦合。
在一实施例中，听音系统适于将更新信号本身或基于更新信号的滤波器系数由第二输入变换器所在的设备传送至第一输入变换器所在的设备，并在第一和第二可变滤波器的更新过程中使用。在一实施例中，仅将滤波器系数由一个设备传送至另外一个设备。在一实施例中，根据预定的方案进行传输或者仅当至少一个滤波器系数改变时才进行传输，例如大于20％。这样的优点是降低对无线链路带宽的要求和实质上降低无线链路收发机的功率消耗(与连续传送完整或部分的音频信号相比)。
在优选实施例中，听音系统适于将电输入信号中感兴趣的频率范围分为多个频带，每个频带都能独立处理。在一实施例中，听音系统包含可将电输入信号分为多个信号的滤波器组，每个信号都包含一特定频带FBi(i＝1，2...，q)，其中的q能够是任何大于1的相关数，例如2n，其中n是大于等于1的整数，例如6。在优选实施例中，听音系统适于估计独立或集中的每个频带或者多个频带内的反馈，例如频带的集合分别包含感兴趣的频率范围内相对较低和较高的部分。因此，能够比较各频带的反馈，而且能够识别分别包含相对少和/或相对多反馈的频带。
在一实施例中，听音系统包含适于检测啸叫和提供啸叫输出指示的啸叫检测单元。在一实施例中，啸叫检测单元根据从输入信号通路的(第一和第二)可变滤波器中之一到自适应FBC滤波器的FBC算法部分的输出检测啸叫。在一实施例中，听音系统包含自适应率控制单元，该单元适用于根据来自啸叫检测单元的输入控制自适应FBC滤波器的自适应率。在一实施例中，啸叫检测单元适用于估计声学反馈的频率位置(例如根据反馈抵消系统的第一和第二可变滤波器之一的输出，参见图4)。在一实施例中，输入信号通路的第一和第二可变滤波器之一对自适应FBC滤波器FBC算法部分的输出(和/或输入)用于估计输入信号中对自适应FBC滤波器FBC算法部分的自动纠错量。
在优选实施例中，系统适用于使用电更新信号更新较低频率范围或频带内的第一和第二可变滤波器。在优选实施例中，系统适用于使用来自第一输入变换器的电输入信号更新至少一个频率范围或频带内的第一和第二可变滤波器，并且使用电更新信号更新至少一个(另一个)频率范围或频带内的第一和第二可变滤波器。在依据本发明听音系统的优选实施例中，系统适用于使用来自第一输入变换器的电输入信号更新具有相对较少反馈的频率范围内的第一和第二可变滤波器，并且使用电更新信号更新具有相对较多反馈的频率范围内的第一和第二可变滤波器。在一实施例中，系统适用于根据环增益估计值确定“相对较少”和“相对较多的反馈”。在优选实施例中，来自第一听音设备的第一输入变换器的电输入信号用于，更新具有相对较少反馈的频率范围内的第一听音设备的第一和第二可变滤波器，然而在受到反馈破坏的频率范围内(包含相对较多的反馈)，第一听音设备的第一和第二可变滤波器由第二听音设备估计，例如对侧听音设备，或者至少根据来自位于对侧听音设备上的第二输入变换器的电更新信号估计。在优选实施例中，基于来自第二输入变换器的电更新信号的估值(如滤波器系数或相应的传递函数)传送或发送(例如无线方式)给包含第一输入变换器的主/第一听音设备。可选地，第二(对侧)听音设备的第二输入变换器的电更新信号能够传送给包含第一输入变换器的主/第一听音设备，能够在主/第一听音设备进行这种估计。在后一实施例中，无线链路适用于为发送音频信号本身提供充足的带宽(或相关的频率范围)。
在一实施例中，第一和第二可变滤波器适用于随着电输入信号的直接部分的频谱而变化，例如跟随预定的方案。在一实施例中，第一和第二可变滤波器适合于进行周期性的更新，例如在1Hz到1kHz、50Hz到500Hz、每5或10ms的范围内进行更新频率。
在具体实施例中，第一和第二可变滤波器包含共用控制部分和独立的(相同的)、各自的第一和第二可变滤波器部分，其中共用控制部分适用于提供更新信息以修改可变滤波器部分的滤波功能(传递函数)(因此，例如为两个可变滤波器提供相同的滤波器系数和从而提供相同的滤波功能)。
在具体实施例中，使用电更新信号基于线性预测编码或的自适应滤波建立第一和第二可变滤波器的控制部分。
在一实施例中，第一和/或第二可变滤波器是自适应滤波器，例如自适应白化滤波器。
在一实施例中，第一和第二可变滤波适于使用在(多个)可变滤波器的输出提供实质上平坦的功率谱密度(PSD)的增益。
在具体实施例中，听音设备包含听力装置(HI)。
在包括分别用于使用者两耳的第一和第二听力装置的双耳佩戴中，第一HI的反馈抵消系统能够使用第二HI中估计的第一和第二可变滤波器(例如白化滤波器)，反之亦然。滤波器的估计能够基于线性预测编码(LPC)或自适应滤波(例如使用最小均方(LMS)算法)。将所得模型的系数从第二HI发送至第一HI(即从图2的右侧HI至左侧HI，反之亦然)。这种发送能够借助有线或无线通信，例如光或电。在一实施例中，能够周期性(例如每1、5、10、20、50或100ms)进行这样的发送或者当需要新的系数时(例如由输入频谱中预定的变化确定)。在每个HI中，系数能够用于构成滤波器(Hw)，该滤波器对FBC滤波器的FBC更新算法部分的输入信号进行白化。在基准和误差信号用于更新提供声学反馈通路估值的自适应FBC滤波器之前，白化滤波器用于对基准和误差信号进行滤波。
改善听音系统中反馈抵消的方法
在具体说明书和权利要求中描述的上述听音系统的特征用于与以下所述的方法结合。该方法及其实施例具有与上述对应听音系统相同的优点。
在另一方面，提供了改善听音系统的反馈抵消的方法，该方法包括：
a)将输入声音转换为电输入信号，该电输入信号包括直接部分和声学反馈部分；
b)将电输出信号转换为输出声音；
c)在输入和输出信号之间提供电正向通路；
d)提供并行于正向通路安排的自适应FBC滤波器用于估计声学反馈，自适应FBC滤波器包括可变FBC滤波器部分和用于更新可变FBC滤波器部分的FBC更新算法部分，FBC更新算法部分包括第一和第二FBC算法输入信号，第一和第二FBC算法输入信号分别受电输入和输出信号影响；
e)提供每个均包括可变滤波器FBC算法输入信号通路；
f)提供实质上由所述电输入信号的所述直接部分组成的电更新信号；
g)提供至少部分根据所述电更新信号进行更新的所述可变滤波器是。
术语“至少部分根据所述电更新信号进行更新”是指包含部分频率范围段(例如包含相对少量的反馈)根据其他信号更新或受到其他信号(例如电输入信号)的影响。
在具体实施例中，电输入信号由第一输入变换器产生，电更新信号由第二输入变换器产生，第二输入变换器空间上相对于第一输入变换器固定，从而最小化声学反馈(由输出变换器至第二输入变换器)以提供实质上由电输入信号的直接部分组成或能够完整或部分由其重建的电更新信号。在一实施例中，更新信号本身或基于更新信号的滤波器系数由第二输入变换器所在的设备发送至第一输入变换器所在的设备，并用于第一和第二可变滤波器更的新过程中。在一实施例中，仅有滤波器系数从一设备发送至另一设备。在一实施例中，根据预定方案执行发送，或者仅当至少一个滤波器系数改变时，例如超过先前值的5-20％，才执行发送。
在具体实施例中，来自第一输入变换器的电输入信号用于估计具有较少反馈的频率范围内的可变滤波器，而电更新信号用于估计包含较多反馈的频率范围。
在一实施例中，可变滤波器是自适应滤波器，例如自适应白化滤波器。
在一实施例中，该方法中至少一些步骤通过软件实现(例如至少步骤d)，例如至少步骤d)，e)，g))。在一实施例中，提供了根据上文、具体明书和权利要求中定义的本发明的、运行在听音设备数字信号处理器上的软件程序。当软件在听音设备的数字信号处理器上执行时，该软件适用于实现在上文、具体说明书和权利要求定义的本发明方法中的至少部分步骤。
另一方面，提供了其上存储指令的介质。当执行存储的指令时时，使上文、具体说明书和权利要求中定义的听音系统的信号处理器执行上文、具体说明书和权利要求中所述方法中的至少部分步骤。优选地，例如至少方法中的步骤之一步骤d)或步骤d)、e)、g)包括在指令中。在一实施例中，介质包含听音系统的非易失性存储器。在一实施例中，介质包含听音系统的易失性存储器。
听音系统的使用
另一方面，提供了以上“听音系统”一节、具体说明书和权利要求中所述的听音系统的使用。
在具体实施例中，提供了根据本发明的听音系统在助听系统、听筒、耳机系统或有源耳塞系统中的使用。
包含啸叫检测单元的听音系统
另一方面，提供了包含啸叫检测单元的听音系统。该听音系统包括将输入声音转换为包含直接部分和声学反馈部分的电输入信号的第一输入变换器，将电输出信号转换为输出声音的输出变换器，定义在输入和输出变换器之间且包含信号处理单元的正向通路，估计包含并行于正向通路安排的自适应FBC滤波器的声学反馈的反馈抵消系统，该自适应FBC滤波器包含可变FBC滤波器部分和更新可变FBC滤波器部分的FBC更新算法部分，FBC更新算法部分包含分别受电输入和输出信号影响的第一和第二FBC算法输入信号。反馈抵消系统还包括自适应白化滤波器、啸叫检测单元以及实质上由所述电输入信号的直接部分组成的电更新信号，听音系统适用于提供适合根据所述电更新信号进行更新的所述自适应白化滤波器的滤波器系数，啸叫检测单元的啸叫检测基于白化滤波器的输出。
上文(标题听音系统之后)、具体说明书的“具体实施方式”和权利要求中所描述的听音系统的结构特征在适当情况下能够与包含啸叫检测单元的听音系统结合。
本发明更多目的通过相关权利要求和本发明具体说明书中定义的实施例实现。
除非有明确地相反表示，在此所用到的单数形式“一”、“一个”、“这种”也表达包含复数形式。进一步可理解说明书中使用的术语“包括了”、“包含”指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或加入一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或组。可以理解当元件被称作与其他元件“连接”或“耦合”时，元件能够与其他元件直接连接或耦合，或者可能存在中间元件。而且，在此所用的“连接”或“耦合”包括无线连接或耦合。在此所用到的术语“和/或”包含一个或多个关联列举项的任何和所有组合。
附图说明
结合优选实施例并参考附图，以下将更加全面地解释本发明。
图1a表示包括用于最小化声学反馈的自适应FBC滤波器的听音设备的框图。图1b表示根据本发明第一实施例的听音设备的框图。图1c表示根据本发明第二实施例的听音设备的框图。
图2表示根据本发明一实施例的听音系统的框图，该听音系统包括两个物理上分离的听音设备，在此为左和右听力装置的形式。
图3表示在给定时刻的自适应白化滤波器的电输入信号(直接部分的)频谱示意图(图3a)，白化滤波器的理想传递函数的频谱示意图(图3b)以及白化滤波器的(理想化)最终输出的频谱示意图(图3c)，该最终输出用作自适应FBC滤波器的FBC更新算法部分的输入。
图4表示在给定时刻的自适应白化滤波器的电输入信号(包括声学反馈)的频谱示意图(图4a)，白化滤波器的理想传递函数的频谱示意图(图4b)以及白化滤波器的(理想化)最终输出的频谱示意图(图4c)，该最终输出可用于检测声学反馈。
图5原理性地表示根据本发明一实施例的听音系统，该实施例利用了图4中所示用于啸叫检测的方案。
图6原理性地表示包括啸叫检测器的听音系统，该啸叫检测器利用了图4中所示用于啸叫检测的方案。
这些附图都为示意性的并且为了清楚而简化，并且它们只给出了对于理解本发明必要的细节，而省略其他细节。
通过以下给出的具体说明书，本发明进一步适用性的范围将变得明显。然而，因为通过详细说明书在本发明精神和范围内作出各种变化和修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的，所以可以理解仅以举例的方式给出本发明的详细说明书和具体示例，同时指明本发明的优选实施例。
具体实施方式
图1表示了助听器的基本元件，正向通路、(无意的)声学反馈通路和用于降低或抵消声学反馈的电反馈抵消通路。正向通路包括用于接收来自环境的声音输入的输入变换器、模数转换器(AD转换器)、用于使信号适应助听器佩戴者需要的数字信号处理部分HA-DSP、数模转换器(DA转换器)和用于生成输出至助听器佩戴者的声音的输出变换器。指示由输出变换器至输入变换器的(外部的、无意的)声学反馈通路。电反馈抵消通路包括自适应滤波器(算法、滤波器)，为了预测和更好地抵消部分由来自助听器接收机的反馈(如图1中由粗箭头表示的声学反馈)产生的传声器信号，该自适应滤波器的滤波功能(滤波器)由如LMS(最小均方)算法的误差预测算法(算法)控制。自适应滤波器(如图1a所示包括“滤波器”部分和误差预测“算法”部分)用于提供从DA至AD的外部反馈通路的合理估测值。误差预测算法利用基准信号(在此为信号处理器HA-DSP的输出信号)与来自传声器(误差信号)的(反馈校正)输入信号一起找出在基准信号应用于自适应滤波器时最小化误差预测的自适应滤波器的设置。为了提供反馈修正输入信号(图1中的误差信号)，通过从来自传声器的包括声学反馈的输入信号(图1中AD转换器的输出)中减去(参见图1中的求和单元“+”)由自适应滤波器的滤波器部分的输出提供的声学反馈通路估值，从而抵消或至少减小声学反馈。助听器的正向通路(也被称为“信号通路”)包括信号处理部分(图1a中称为“HA-DSP”)以将信号(包括增益)调整为用户可能受损的听力。点线矩形表示闭合框内的听音设备位于同一物理主体中(在如实施例中所示)。可选地，可以把传声器、处理单元和反馈抵消系统设在第一物理主体中，把输出变换器设在第二物理主体中，第一和第二物理主体彼此间进行通信。可以想象听音设备的其他部分在独立的物理主体内。
图1b表示根据本发明听音设备第一实施例的必要电部分的框图。除了图1a中所示的部分，图1b中的实施例包括在自适应FBC滤波器的FBC更新算法部分的输入通路上的第一和第二可变滤波器Hv。在图1b(和1c)中，第一输入变换器被称为第一传声器，输出变换器被称为接收机。第一可变滤波器的输入是误差信号(反馈修正输入信号)，而第一可变滤波器的输出与FBC更新算法部分相连。第二可变滤波器的输入是基准信号(输出信号)，而第二可变滤波器的输出与FBC更新算法部分相连。可变滤波器的传输特性由更新信号确定及更新。更新信号适于包括输入信号的直接部分，最好不包括从接收机至传声器(第一传声器)的声学反馈部分，或是至少只包括很小的部分。在图1b和图1c的实施例中，更新信号或者在包括输入变换器和处理单元(HA-DSP)的听音设备的物理主体中由其他传声器(图1b中的第二传声器)产生，而不是由图1b的信号通路中所示的传声器产生(图1b中的第一传声器)，或在其他设备中产生(参见图1c中的外部更新信号)。图1b和图1c中的波浪线框表示闭合框中的听音设备位于同一物理主体中(如实施例中所示)。在图1b的实施例中，来自第二输入变换器(第二传声器)的电输入信号馈送给模数转换器(AD)，而模数转换器的输出馈送给更新信号处理单元(H)用于通过计算第一和第二可变滤波器(Hv)的滤波系数确定更新信号。滤波系数由信号更新信号送给两个可变滤波器Hv。
在图1c的实施例中，第一更新信号(图1c中称为外部更新信号)在其他物理主体中产生，而不是在容纳第一输入变换器(第一传声器)和输出变换器(接收机)的物理主体中产生。图2中表示了其示例。
在图1c的实施例中，假设来自第一输入变换器的电输入信号被划分为多个频带(如在组成AD-转换器部分的滤波器组中)，多个频带独立处理。频带划分在图1c中表示为信号基准，信号基准是频率f(基准信号(f)，更新信号(f)，误差信号(f))的函数。这就允许在不同的频率范围或频带内由不同的更新信号更新第一和第二可变滤波器Hv。选择和处理单元(S/P(f))适用于根据预定规则选择(和有选择地处理)用于给定频带中的更新信号。由S/P(f)单元进行第一输入变换器(第一传声器)产生的第一更新信号和第二更新信号(由另一设备产生的外部更新信号)之间的频率相关选择。优选地，规则包括在相对低的频率范围或频带中基于电更新信号(外部更新信号)进行第一和第二可变滤波器的更新，以及在相对高的频率范围或频带中基于来自第一输入变换器的电信号(反馈校正误差信号(f))进行第一和第二可变滤波器的更新。相对低的频率范围或频带可以包括如1.5kHz以下的频率，如低于1kHz的频率。这样的优点在于降低了对其他设备的(可能为无线的)传输要求。
在一实施例中，其中听音系统包含物理上独立的第一和第二听音设备，例如每个都适合安放在佩戴者的耳道之上或者之中，即在佩戴者头部相对两侧，实际上对侧设备(例如听力装置)，例如第二听音设备，接收没有(或者仅仅边界)受到第一设备的声学反馈破坏的输入信号，用于第一设备(反之亦然)的可变(例如白化)滤波器传递函数的估计，从而提供性能的改善。因此能在对侧(第二)设备和发送给第一设备的最终信号(代表白化滤波器传递函数，例如相应的滤波器系数)中估计白化滤波器，最终信号在第一设备用来更新两个白化滤波器以对用于更新抗反馈系统的信号进行滤波。
在一实施例中，听音设备包含听力装置。如果一些外部设备连接到助听器(例如移动电话或音频选择设备，参见EP 1460769A1或遥控设备，参见如US 5,202,927)，如果外部设备包含所讨论的音频信号的更“干净(clean)”形式(没有或有较少量来自助听器接收机的声学反馈)，如由分离的传声器产生的信号，则本发明方案能够例如用于双耳听力装置或可选的单耳装置的装配。
图2表示根据本发明实施例的听音系统的框图，该听音系统包含两个物理上独立的左右听力装置形式的听音设备。
图2以具备抗反馈系统的双耳助听器系统的形式表示了根据本发明的听音系统的实施例。每个听力装置(右HI和左HI)包括介于传声器10(分别是右侧和左侧装置10R、10L)和接收机11(分别是11R、11L)之间的正向通路(例如包含信号处理)，以及包含安排在电反馈通路上的自适应FBC滤波器(LMS，AFB)的反馈抵消系统。每个传声器将输入信号转换为电输入信号12(12R、12L)。输入信号由直接部分和声学反馈部分组成。当自适应反馈抵消滤波器的可变滤波器部分更新时(即直接方法)，抗反馈系统的自适应滤波器的算法部分(LMS)使用电输出信号15(15R、15L)作为基准信号，并且使用反馈抵消后的电输入信号14(14R、14L)作为误差信号。在基准信号15和误差信号14用于自适应滤波器算法部分(LMS)前，每个信号都要经过白化滤波器(Hw)进行滤波。HI的两个白化滤波器(Hw)都是FIR滤波器(或者可选IIR滤波器)，并且都(通过信号13(13R、13L))具有相同的系数或特征(在此表示的系数由LPC单元(LPC)和对侧听力装置的各处理模块HR和HL确定，HR和HL是右侧和左侧听力装置)。基于(对侧)HI的反馈校正输入信号在对侧HI中计算给定HI的白化滤波器的系数，根据预定方案发送新系数，例如周期性的、每5到20ms。左侧HI的电输入信号12L称作“新信号”12L，其用于计算右侧HI白化滤波器的更新滤波器系数(反之亦然)。设置系统的两听力装置间的无线通信(信号13(13R、13L))，例如基于感应通信或RF(辐射场)通信。
图2实施例的优点是因为左侧HI的传声器信号(电更新信号12L)用于更新右侧HI白化滤波器的(Hw)(反之亦然)，很可能该信号没有受到将被抵消的声学反馈(右侧HI)的破坏。
如果输入信号(例如音乐)中有所需声音，则将在两个助听器中体现。白化滤波器(Hw)将衰减这种声音，并且当估计到声学反馈时，其不会影响更新。这意味着抗反馈系统(Hw，LMS，AFB)将不会影响到声音，反之可能出现的人为因素能够避免。
如果反馈振动产生了声音，那么该声音不会出现在其他助听器中(或者至少实质上衰减)。因此，白化滤波器(Hw)将不会衰减该声音。抗反馈滤波器(AFB)的更新能够检测到该声音，并将根据需要在该频率上提供快速准确的调整。如下文结合图4的讨论，这种作用有利于(并且通常)能够用于检测声学反馈(和/或输入信号中的自相关量)。
也能在一些其他外部设备中估计白化滤波器(Hw)，例如移动电话或其他通信设备，这些通信设备包括设置在听力装置附近(例如1.5米以内)并能与之进行通信的传声器。其他通信设备可以是例如音频选择设备，其中从接收到的多个音频信号中选出音频信号(可能包括来自移动电话或广播或音乐播放器的信号，例如MP3播放器或类似装置)，然后通过有线或无线传输(例如感应或辐射，例如FM或依照数字标准，例如蓝牙)将信号转发给听力装置。
下面说明通过LMS算法确定白化滤波器的系数。在对侧HI中，下面的计算方法用于计算具有自适应LMS的系数，自适应LMS尝试查找输入信号一步之前(或前向的)的预测值。
Figure A20091013071800221
Figure A20091013071800222
其中
[a1a2...aNa](t+1)＝[a1a2...aNa](t)+my*e(t)[-y(t-1)-y(t-2)...-y(t-Na)]
y(t)是抵消后的信号
Figure A20091013071800223
是y(t)的预测值
e(t)是预测误差(前向预测误差)
my是控制适应速度的时间常量
Na是白化滤波器的阶数/系数的数目
系数a1到aNa由对侧(或第二)听力装置发送至第一听力装置，其中白化滤波器由具有系数[1 a1 a2...aNa]的FIR滤波器构成。
第一听力装置计算对侧(第二)听力装置的白化滤波器，以相同的方式对侧听力装置计算第一听力装置的白化滤波器。
例如，自适应滤波器和适当的算法在Ali H.Sayed撰写的、2003年John Wiley&Sons出版的、书号为ISBN 0-471-46126-1的、Fundamentals of Adaptive Filtering一书中进行了描述，具体参见第5章Stochastic-Gradient Algorithms第212-280页，或在Simon Haykin撰写的、1996年Prentice Hall出版的、书号为ISBN 0-13-322760-X的、Adaptive Filter Theory一书第3版(被称为[Haykin])一书中进行了描述，具体参见第3部分on Linear Adaptive Filtering第8-17章第338-770页。线性预测滤波器在[Haykin]第6章第241-301页中进行了讨论。
图3表示了在给定时间自适应白化滤波器的电输入信号(直接部分)的频率谱(图3a)，白化滤波器(图3b)的理想传递函数，以及白化滤波器的(理想化)最终输出的示意图(图3c)，该最终输出用作自适应FBC滤波器的FBC更新算法部分的输入。
图4a是包括目标信号(“直接部分”)和反馈信号的电输入信号的频率谱示意图，(此处)反馈信号包括在给定时间、介于共振频率F1和F2之间地自适应白化滤波器Hv的的啸叫成分(声学反馈)。输入信号是两个图示信号(“直接部分”和“声学反馈”)求和后产生的信号。图4b表示了(理想情况下)不受声学反馈信号影响的白化滤波器的理想传递函数。图4c表示了用于在频率Fh附近检测声学反馈的白化滤波器的(理想化)最终输出。例如，这种检测能够用作对自适应反馈抵消系统的自适应率(μ)的调整的输入，从而(至少)在检测到的啸叫频率Fh附近的频率范围或频带提高自适应率，并在没有检测到啸叫成分时减低自适应率。
图5表示根据本发明使用啸叫检测方案的听音系统的实施例。图5的实施例包括与上述图1b的实施例相同的组件。另外，听音设备包括啸叫检测单元(图5中的啸叫检测器)，啸叫检测单元接收可变滤波器Hv的白化输出Hv-Out作为输入(在此表示为从正向通路的输出侧接收输入(基准信号)的可变滤波器Hv的输出，但啸叫检测单元的输入可能来自从正向通路输入侧接收输入(误差信号)的可变滤波器)。啸叫检测器适用于检测其输入Hv-Out中的峰值并且生成反馈回FBC滤波器算法部分的控制信号Hwl-ctrl。控制信号Hwl-ctrl至少将影响FBC滤波器算法的步长μ(例如如果检测到啸叫，增大FBC滤波器的适应率)。在一实施例中，啸叫频率的位置由啸叫检测器检测，从而(通过使控制信号Hwl-ctrl与频率相关)选择性地处理特定的频带。电输入信号由听音设备(第一传声器)第一输入变换器来拾取。由第二输入变换器(图5中第二传声器)拾取的电更新信号可以是与第一传声器(第一传声器)同一的设备的传声器的信号，或者可以是由位于另一设备的传声器拾取的信号。通过无线链路将用于更新可变滤波器Hv的电更新信号本身或优选滤波器系数(或滤波器系数的变化量)(图5中的系数更新信号)发送给听音设备。
图6表示了包括啸叫检测单元的听音系统，该啸叫检测单元使用了图4中所述的啸叫抵消方案。除了自适应FBC滤波器(图6中的算法，滤波器)的FBC更新算法部分(图6中的算法)的输入通路不(必要)包括第一和第二可变滤波器Hv，包含图5所示啸叫检测单元的听音系统的实施例基本包括与上述图1b的听音设备相同的组件。另一方面，包括啸叫检测单元的听音系统还包括从源自第一输入变换器(第一传声器)的电输入信号的信号接收输入的可变滤波器Hv，例如在此所示反馈校正输入(误差信号)或输出信号(基准信号)。第二输入变换器的电更新信号(第二传声器)用于生成可变滤波器Hv的滤波器系数，从而产生可变滤波器的白化输入Hv-Out。听音系统还包括啸叫检测器单元(图6中的啸叫检测器)，该单元接收可变滤波器Hv的白化输出Hv-Out作为输入，和用于控制自适应FBC滤波器的自适应率的自适应率控制单元(图6中的μ-控制)，例如通过控制FBC滤波器算法部分中使用的算法步长。自适应率控制单元的输出信号μ传送给FBC滤波器算法部分。啸叫检测器适用于检测其输入Hv-Out中的峰值，并生成表示Hv-Out中出现啸叫(峰值)的控制信号How1。在一实施例中，啸叫检测器适用于检测输入信号中出现的自相关的量。控制信号How1传送给自适应率控制单元(μ-控制)。在一实施例中，啸叫频率的位置由啸叫检测器检测，从而有关啸叫抵消(通过使控制信号μ与频率相关)选择性地处理特定频带。可能包含来自听音设备接收机的声学反馈的电输入信号由位于听音设备(第一传声器)的第一输入变换器拾取。另一方面，由第二输入变换器(第二传声器)拾取的电更新信号可以是来自与第一传声器(第一传声器)同一设备的传声器的信号，或可以是由位于另一设备的传声器拾取的信号。通过有线连接或无线链路将用于更新可变滤波器Hv的电更新信号本身或优选滤波器系数(或滤波器系数的变化量)(图6中的更新信号)发送给听音设备。例如，WO 01/006746 A2中描述了能用于本发明啸叫检测单元的反馈共振检测器。
本发明通过独立权利要求的特征定义。优选实施例在相关权利要求中定义。权利要求中任何引用标记对于其范围并没有限制。
前面已经给出了一些优选实施例，但是应该强调的是本发明并不限于此，而是以以权利要求所定义的主题范围内的其他方式实施。本发明以助听器系统为示范，但是它同样可以用于其他包括信号处理的听音设备，例如有源耳塞、双耳式耳机、头戴式耳机等。
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Claims (18)

1、听音系统，包括：用于将输入声音转换为包括直接部分和声学反馈部分的电输入信号的第一输入变换器、用于将电输出信号转换为输出声音的输出变换器、定义在输入与输出变换器之间并包括信号处理单元的正向通路、和用于估计声学反馈并包括并行于正向通路布置的自适应反馈抵消滤波器的反馈抵消系统，所述自适应反馈抵消滤波器包括可变反馈抵消滤波器部分和用于更新可变反馈抵消滤波器部分的反馈抵消更新算法部分，所述反馈抵消更新算法部分包括分别受电输入和输出信号影响的第一和第二反馈抵消算法输入信号，所述第一和第二反馈抵消更新算法输入信号的通路分别包含第一和第二可变滤波器，所述听音系统进一步包括由所述电输入信号的所述直接部分组成的电更新信号，其中所述第一和第二可变滤波器基于所述电更新信号进行更新。
2、根据权利要求1的听音系统，进一步包括相对于所述第一输入变换器空间固定的第二输入变换器以产生由所述电信号的所述直接部分组成的所述电更新信号。
3、根据权利要求2的听音系统，其中第一和第二输入变换器位于两个物理上分开的主体中，该两个主体之间能通过有线或无线传输相互通信。
4、根据权利要求3的听音系统，其适于将电更新信号本身或基于电更新信号的滤波器系数从第二输入变换器所在的设备传送至第一输入变换器所在的设备，并在第一和第二可变滤波器的更新过程中使用。
5、根据权利要求2-4任一所述的听音系统，包括第一和第二听力装置，各用于佩戴者的一耳，其中第一输入变换器形成第一听力装置的一部分，第二输入变换器是第二听力装置的输入变换器。
6、根据权利要求5的听音系统，包括适于根据第一和第二可变滤波器之一的输出检测啸叫并提供指示啸叫的输出的啸叫检测单元。
7、根据权利要求6的听音系统，包括适于根据来自啸叫检测单元的输入控制自适应反馈抵消滤波器的自适应率的自适应率控制单元。
8、根据权利要求7的听音系统，适于利用来自第一输入变换器的电输入信号估计至少一频率范围或频带内的第一和第二可变滤波器以及利用所述电更新信号估计至少一频率范围或频带内的第一和第二可变滤波器。
9、根据权利要求8的听音系统，其中第一和第二可变滤波器适于响应于电输入信号的直接部分的频谱的预定变化而进行更新。
10、根据权利要求9的听音系统，其中第一和第二可变滤波器适于进行周期性更新。
11、根据权利要求10的听音系统，其中第一和第二可变滤波器包含共用控制部分和分离的相同的第一和第二可变滤波器部分，其中共用控制部分适于提供更新信息以调整第一和第二可变滤波器部分的滤波功能。
12、根据权利要求11的听音系统，其中使用所述电更新信号根据线性预测编码或自适应滤波建立第一和第二可变滤波器的控制部分。
13、根据权利要求12的听音系统，其中可变滤波器是自适应滤波器。
14、根据权利要求13的听音系统的用途。
15、根据权利要求14的用途在助听器系统或头戴式耳机或耳机系统或有源耳塞系统中的应用。
16、改善听音系统的反馈抵消的方法，该方法包括：
a)将输入声音转换为电输入信号，电输入信号包括直接部分和声学反馈部分；
b)将电输出信号转换为输出声音；
c)在输入和输出信号之间提供包含处理功能的电正向通路以修改电输入信号；
d)提供用于估计从所述输出声音到所述输入声音的声学反馈的自适应反馈抵消滤波功能，自适应反馈抵消滤波功能包括可变反馈抵消滤波器部分和用于更新可变反馈抵消滤波器部分的反馈抵消更新算法部分，反馈抵消更新算法部分包括第一和第二反馈抵消更新算法输入，第一和第二反馈抵消更新算法输入分别受电输入和输出信号影响；
e)提供每个均包括可变滤波功能的反馈抵消更新算法输入；
f)提供由所述电输入信号的所述直接部分组成的电更新信号；
g)提供至少部分根据所述电更新信号进行更新的所述可变滤波器功能。
17、根据权利要求16的方法，其中所述电输入信号由第一输入变换器产生，所述电更新信号由相对于所述第一输入变换器空间固定的第二输入变换器产生，以使从所述输出声音到所述输入声音的声学反馈最小化，从而最小化所述电更新信号中来自所述输出声音的声学反馈。
18、根据权利要求16或17的方法，其中来自第一输入变换器的电输入信号用于更新至少一个频率范围或频带内的第一和第二可变滤波器，所述电更新信号用于更新至少一频率范围或频带内的第一和第二可变滤波器。
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