CN101820574B - 具有自适应反馈抑制的听力装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有自适应反馈抑制的听力装置。该听力装置包括用于将声信号转换成电信号的输入信号转换器、信号处理器、用于将处理后的信号转换为呈现给用户的处理后的声信号的输出信号转换器以及用于补偿输出信号转换器和输入信号转换器之间的声反馈并产生反馈补偿信号的自适应反馈抑制单元，反馈补偿信号与来自输入信号转换器的电信号混合以提供补偿后的电信号。信号处理器用于处理补偿后的电信号并由此产生处理后的信号。本发明听力装置还包括开环近似单元，用于监视补偿后的电信号和处理后的信号之间的关系，并基于该关系产生控制信号，该控制信号对信号处理器和/或自适应反馈抑制单元进行控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种听力装置(即，助听器)或者它的部件，并且涉及一种用于给这种听力装置的用户提供更好的可听信号的方法。典型的听力装置是耳内式(in-the-ear，ITE)装置、深耳道式(completely-in-canal，CIC)装置、耳背式(behind-the-ear，BTE)装置或耳内式接收器(receiver-in-the-ear，RITE)装置。
更特别地，本发明涉及一种能够对听力装置中的声反馈进行自适应反馈抑制的听力装置。
背景技术
如图1中由参考数字10整体所示的这种听力装置，包括用于将声输入转换成电信号的输入信号转换器12。输入信号转换器12可以是麦克风，并且也可以被称为输入信号换能器。听力装置10通常处理电输入信号以产生传给输出信号转换器16的电输出信号，输出信号转换器16将该输出电信号转换成声输出。输出信号转换器16可以是扬声器，并且也可以被称为输出信号换能器。在本领域中，这种输出信号转换器通常被称为接收器。
电输入信号的处理通常伴有对用户的特定听力损伤的补偿；也就是，控制增幅以适应特定用户的听力损失。当用户戴上听力装置10时，来自输出信号转换器16的声输出可能被反馈给输入信号转换器12，这潜在地导致产生呈现给听力装置10的用户的非期望的声信号。特别地，这种从扬声器到麦克风的声输出的反馈可引起声反馈不稳定，导致被称为啸声或啸叫的现象。
当将听力装置10戴在用户上时，声反馈不稳定取决于听力装置10的开环传递函数，也就是取决于以下事实：开环增益将小于1(0dB)并且开环相位不同于360°的整数倍以避免不稳定。开环传递函数(有时被称为环路增益)被定义为全前向传递函数(包括麦克风和接收器的传递函数)和声反馈传递函数的乘积(参见图1)。
为了防止啸声，如图2所示，公知的是在听力装置10中加入反馈抑制滤波器18。当在电前向信号路径中由信号处理器14处理电输入信号时，通常将反馈抑制滤波器18安排在电反馈信号路径中。从而在设置相位期间测量声反馈并设置反馈抑制滤波器18的滤波器系数以便减少特定情形中的声反馈，并且反馈抑制滤波器18产生补偿信号，混合器19(例如，如所示的加法单元)将该补偿信号与输入信号混合以便抑制声反馈。
同样公知的是提供一种带有自适应反馈抑制滤波器的听力装置，该自适应反馈抑制滤波器自适应地补偿在不同声环境中由佩戴者使用的听力装置感受的变化的声反馈。为了有效地补偿该声反馈，通过使用基于最小均方(Least-Mean-Squarc，LMS)、递归最小二乘法(Recursive-Least-Squares，RLS)等的技术来估算该声反馈传递函数(参见图1)。如果所估算的声反馈传递函数与真实的声反馈传递函数相同，则有可能完全消除该声反馈。在这种情形中，没有限制全前向传递函数(参见图1)的增益。这种事实是从如上所述的开环传递函数和不稳定之间的关系得出的。因而当理想地该自适应反馈抑制滤波器进行完全消除时，该声反馈传递函数是0，并且对该全前向传递函数没有限制。
然而在真实情形中，不可能通过自适应反馈抑制滤波器18完全消除声反馈。因此，为了使开环增益保持在1(0dB)以下，信号处理器14的传递函数通常被限定为声反馈传递函数中的剩余声反馈的某一函数。该剩余声反馈被认为是通过自适应反馈抑制滤波器18补偿之后剩余的声反馈，也就是该声反馈传递函数不是0。听力装置10的全前向传递函数取决于该听力装置中的电信号前向路径和电信号反馈路径。因为实际上不可能实现声反馈的完全补偿，所以使用自适应反馈抑制滤波器18考虑到全前向传递函数中增加的但有限的增益。
US2006/0245610描述了一种听力装置的自动增益调节。根据该公开，通过某一保存的增益限制值来限制电前向信号路径中的增益。如果期望的增益超过所保存的值，则限制最终的增益。这样，通过使用适当的保存的增益限制值，使环路增益处于控制之下并且避免了啸声。
WO2006/063624描述了一种通过确定自适应反馈抑制滤波器的增益来产生电前向信号路径中的增益上限的模型增益估算器。通过将电输出信号的水平与反馈消除信号的水平相比较来完成自适应反馈抑制滤波器中的增益(模型增益)的确定。这些信号的每一个的水平被估算为所选时间帧内的范数。然后获得的电输出信号和反馈消除信号之间的水平差被用作对该模型增益的估算。从而通过仅估算该声反馈增益而非通过设法估算该助听器的环路增益来确定电前向信号路径中的增益上限。
根据EP1191814，使用第一和第二自适应滤波器。该第二自适应滤波器提供与自适应反馈抑制滤波器相比更快的收敛速率，并且被用于估算剩余声反馈传递函数，该估算被用来控制电前向信号路径中的增益和/或自适应反馈抑制滤波器中的收敛速率。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有改进的声反馈抑制的听力装置。
根据本发明的第一方面，通过一种用于补偿用户听力损伤的听力装置来实现这个目的，该听力装置包括：输入信号转换器，用于将声信号转换成电信号；输出信号转换器，用于将处理后的信号转换成呈现给用户的处理后的声信号；自适应反馈抑制单元，用于补偿输出信号转换器和输入信号转换器之间的声反馈以及产生反馈补偿信号，该反馈补偿信号与电信号相加以产生补偿后的电信号；以及信号处理器，用于处理补偿后的电信号并且产生处理后的信号，该听力装置还包括开环近似单元，用于监视该补偿后的电信号和处理后的信号之间的关系，并且用于基于该关系产生控制信号，该控制信号控制该信号处理器和/或该自适应反馈抑制单元。
该开环近似单元由此从该关系确定剩余声反馈的估算，也就是由自适应反馈抑制滤波器提供的声反馈传递函数(FBG)和电反馈传递函数(FBGest)之间的差异。因而优势是该开环近似单元连续地监视自适应反馈抑制滤波器的效果，并且相应地控制该信号处理器和/或该自适应反馈抑制滤波器。
在本文中，术语“传递函数”被认为是输出和输入之间的关系，并且不应被限定为线性时不变(LTI)系统，因此包括非线性时变系统。本文中的传递函数还涉及某一时刻的输出和输入之间的关系。
另外，并且/或者可选地，该开环近似单元进一步可以用于监视信号处理器传递函数。该开环近似单元可以由此用于从补偿后的信号和处理后的信号之间的关系与信号处理器传递函数之间的乘积来确定开环传递函数。因此该开环近似单元便于确定该开环传递函数。如果该自适应反馈抑制单元的结果远不是最理想的，那么可以通过大的开环增益来反映该结果，然后可以采取不同的动作来最小化反馈不稳定的风险。
例如，可以使用线性预测模型实现该开环近似单元。例如，使用分波段接收器信号预测分波段第一信号。可以使用最小均方方法来有效地预测线性预测器系数，得到这些系数的闭合形式解，并且由此得到确保全系统稳定的最大允许环路增益的闭合形式解。例如，在[Makhoul；1975]中讨论了线性预测模型。
该环路增益近似单元可以用作信号处理系统的检测器或者控制单元(或者两者)。作为检测器，如同实时环路增益估算器那样，该开环增益近似单元可以用于声反馈消除控制。作为控制单元，该环路增益近似单元可以在静态和动态助听器(HA)使用场景中主动地控制任意给定时刻的最大允许增益。
开环增益LG(t)或LG(f，t)可以表示为从其输入SPIN到其输出SPOUT的信号处理器的增益G(t)或G(f，t)(例如，代表用户的听力损伤、压缩和/或其它适当的音频处理算法所要求的特定增益)和从信号处理器的输出SPOUT到输入SPIN的反馈增益FBG(t)或FBG(f，t)的乘积，LG＝G×FBG，f是频率，t是时间。信号处理器的输入SPIN和输出SPOUT值通常是这些信号的复数值(X＝幅度(X)+i×相位(X)，其中X是复数信号，并且i是实现关系i2＝-1的复数单位；可选地，X可以表示为 其中|X|＝幅度(X)，并且通常，环路增益和反馈增益是复数函数。在一实施例中，只考虑这些信号的幅度。
另外，该开环近似单元可以用于将补偿后的信号(SPIN)和处理后的信号(SPOUT)之间的关系传送给信号处理器，或从信号处理器传送该关系，并且该信号处理器可以用于从补偿后的信号和处理后的信号之间的关系(SPIN/SPOUT)与信号处理器传递函数(G)之间的乘积来计算开环传递函数(LG)(LG＝(SPIN/SPOUT)×G＝FBG×G)。显然地，该进一步方面提供了具有相似优势的选择。
当开环近似单元确定开环增益接近于1(0dB)或更大时，该开环近似单元可以产生控制信号。可以将该控制信号转送给信号处理器以便引起信号处理器传递函数的调整，如信号处理器的最大增益(Gmax(f))的减少，或者引起增益频率关系(G(f))的调整，直到开环增益再次小于1(0dB)。可选地和/或附加地，可以将该控制信号转送给自适应反馈抑制单元以便根据该控制信号引起滤波器参数的调整；例如，该滤波器参数可以包括控制自适应反馈抑制单元的收敛速率(例如作为由算法的步长μ确定的)的值。
在一实施例中，该开环近似单元具有比自适应反馈抑制滤波器更快的自适应时间。在一实施例中，用于确定剩余声反馈的开环近似单元比用于估算当前声反馈的自适应反馈抑制滤波器更快。在一实施例中，该开环近似单元包括与电反馈信号路径的自适应反馈抑制滤波器(参见图3中的18，20)相同的自适应滤波器。由电反馈信号路径的自适应反馈抑制滤波器提供的声反馈路径的估算被用于补偿输入信号(图3的电信号，参见图3中的加法单元19)，而该开环近似单元只估算声反馈路径(并且可能使用该估算来控制自适应反馈抑制滤波器的自适应速度和/或信号处理器的最大增益)。
在一实施例中，该听力装置用于在声环境突变(例如，由于不同类型的声音环境造成的)和/或声反馈条件突变(例如，在ms或s之内)的情况下修改(增加)自适应反馈抑制滤波器的自适应速度。在一实施例中，该听力装置用于提供当剩余声反馈和/或开环增益大于第一预定水平时进行自适应反馈抑制滤波器的自适应速度的这种修改。在一实施例中，该装置用于提供在检测到剩余反馈和/或开环增益大于第一预定水平的10ms内，如50ms内、如100ms内、如500ms内进行自适应反馈抑制滤波器的自适应速度的这种修改。
在一实施例中，该听力装置用于提供修改(减少)信号处理器中任意时间点允许的最大增益GMAX以减少啸声的风险。在一实施例中，该装置用于提供当剩余声反馈和/或开环增益大于第二预定水平时进行信号处理器的最大增益的这种修改。在一实施例中，该第二预定水平大于第一预定水平。
在一实施例中，该开环近似单元用于随着时间监视剩余声反馈和/或开环增益。在一实施例中，该开环近似单元用于提供在某一平均时间上平均的剩余声反馈和/或开环增益，例如运行平均。在一实施例中，该平均时间大于1分钟，如大于500s、如大于1小时、如大于4小时、如大于1天。
在一实施例中，该听力装置用于提供在(例如，由于设备在耳道中安装的改变导致的)声反馈条件缓慢变化的情况下(例如，在几分钟或几小时或几天之内)修改(减少)信号处理器中任意时间点允许的最大增益GMAX。在一实施例中，该听力装置用于提供当平均剩余声反馈和/或平均开环增益大于第三预定水平时执行最大增益GMAX的这种修改。在一实施例中，该装置用于提供当平均剩余反馈和/或平均开环增益已经大于预定平均时间的第三预定水平时执行最大增益GMAX的这种修改。
在一实施例中，该听力装置用于提供在剩余声反馈和/或开环增益的改变率大于第一预定改变率的情况下修改(减少)信号处理器中任意时间点允许的最大增益GMAX。在一实施例中，该听力装置用于提供当剩余声反馈和/或开环增益大于第二预定改变率时修改(例如减少)自适应反馈抑制滤波器的自适应速度。
该开环近似单元可以确定开环增益(|LG|)和相位并且可以用于当开环增益大于或者等于1并且/或者当开环相位为0°或360°的整数倍时产生控制信号。在一实施例中，该环路近似单元用于当开环增益大于或等于0.9并且/或者当开环相位为0°+/-10°或360°的整数倍+/-10°时产生控制信号。该开环近似单元可以进一步用于当开环增益大于0.3，如大于0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1或1.2时产生控制信号。因而该开环近似单元能够产生用于补偿潜在不稳定的控制信号；也就是，在实际出现不稳定之前开始补偿程序，例如减少信号处理器的增益或调整自适应反馈抑制单元的收敛速率。可以作为增益的阶梯式减少或滤波器参数的阶梯式调整进行该补偿程序。
该信号处理器可以安排在电前向信号路径中，而该自适应反馈抑制单元可以安排在电反馈信号路径中。该自适应反馈抑制单元可以接收输入到输出信号转换器的处理后的信号，并且产生反馈给的混合单元(例如加法单元)的反馈补偿信号，该混合单元与输入信号转换器和信号处理器相互连接，并且用于将该反馈补偿信号与电信号相混合。
本领域中公知的是，自适应反馈抑制单元可以作为连接到滤波器控制单元的滤波器来实施，该滤波器控制单元可以产生自适应转换算法以控制自适应反馈抑制滤波器的滤波器特征(例如，参见，[Engebretson，1993])。滤波器控制单元可以具有两个输入端口：第一滤波器控制单元输入端口，其可以连接到信号处理器的输入端口；以及第二滤波器控制输入端口，其可以连接到信号处理器的输出端口。该滤波器(作为滤波器控制单元)可以在一端连接到信号处理器的输出端口，并且在另一端连接到混合单元(例如，加法单元)。因而该滤波器控制单元感测信号处理器的输入和输出信号，并且基于此确定滤波器的滤波特征，以从处理后的信号产生声反馈的模拟。例如，在[Haykin；1996]中一般性地讨论了自适应滤波器。
该听力装置考虑的全(音频)频率范围组成人听觉频率范围(20Hz-20kHz)的一部分，例如从20Hz到8kHz或到10kHz或到12kHz的范围。
根据本发明第一方面的听力装置可以是全波段装置或分波段装置，并且可以包括一个或多个信号处理器。在分波段装置中，所考虑的频率范围被分成多个频率段(例如2个或更多个，例如8个或64个或256个或512个或1024个或更多个)，其中至少一些波段被单独处理。这样该听力装置可以进一步包括将补偿的电信号划分为多个分波段电信号的滤波器组，并且该信号处理器可以用于同时处理多个分波段电信号并且将多个处理后的分波段电信号混合到处理后的信号中(例如，通过加权和增或减，或仅通过增或减)。在包括单个处理器的全波段装置中，该处理器用于在全音频频率段上处理信号。如果该听力装置包括多个信号处理器，则每个信号处理器处理预定分波段的电信号。
可选地，该听力装置可以包括用于将电信号划分为多个分波段电信号的滤波器组，该自适应反馈抑制单元用于补偿每个分波段中输出信号转换器与输入信号转换器之间的声反馈，并且产生分波段反馈补偿信号，该分波段反馈补偿信号与分波段电信号相混合(例如，从分波段电信号中减去)以生成每个分波段的补偿后的电信号，并且该信号处理器可以用于同时处理每个分波段的多个补偿后的电信号并且将每个分波段的多个处理后的信号混合(例如，增加)到处理后的信号中。因而该听力装置可以便于按分波段补偿声反馈。
该信号处理器可以包括用于对电信号施加增益的放大器，并且优选地可以进一步包括用于过滤电信号的滤波器。
此外还提供了一种操作用于补偿用户听力损伤的听力装置的方法，该听力装置包括：输入信号转换器，用于将声信号转换成电信号；输出信号转换器，用于将处理后的信号转换为呈现给用户的处理后的声信号；以及信号处理器，用于处理补偿后的电信号并且由此产生处理后的信号，该方法包括：
提供自适应反馈抑制以补偿输出信号和输入信号转换器之间的声反馈；
产生反馈补偿信号，
将反馈补偿信号与电信号相混合，从而产生补偿的电信号，
监视补偿后的电信号和处理后的信号之间的关系，
基于该关系产生控制信号，以控制信号处理器和/或自适应反馈抑制。
在详细的说明书和权利要求书中，意图将上述装置的结构特征与用对应的处理适当替换时的方法相结合，并且反之亦然。该方法的实施例具有与对应的装置相同的优点。
在一实施例中，补偿后的电信号和处理后的信号之间的关系被用于确定剩余声反馈和/或开环增益。在一实施例中，剩余声反馈和/或开环增益的确定比反馈补偿信号的产生更快。
在一实施例中，定义第一预定水平。在一实施例中，如果剩余声反馈和/或开环增益大于第一预定水平，则使用该控制信号修改(减少)反馈补偿信号产生的自适应速度。
在一实施例中，定义第二预定水平。在一实施例中，如果剩余声反馈和/或开环增益大于第二预定水平，则使用该控制信号修改(减少)信号处理器中任意时间点允许的最大增益GMAX。
在一实施例中，随着时间监视剩余声反馈和/或开环增益。在一实施例中，确定平均剩余声反馈和/或平均开环增益。在一实施例中，平均时间大于1分钟，如大于500s、如大于1小时、如大于4小时、如大于1天。
在一实施例中，定义第三预定水平。在一实施例中，定义第一平均时间。在一实施例中，如果平均剩余反馈和/或平均开环增益已经大于第一预定平均时间的第三预定水平，则使用该控制信号修改(减少)信号处理器中任意时间点允许的最大增益GMAX。
在一实施例中，定义第四预定水平。在一实施例中，定义第二平均时间。在一实施例中，如果平均剩余反馈和/或平均开环增益已经小于第二预定平均时间的第四预定水平，则使用该控制信号修改(增加)信号处理器中任意时间点允许的最大增益GMAX。
此外，在详细的说明书和权利要求书中，本申请还提供一种存储计算机程序的有形计算机可读介质，该计算机程序包括程序代码部，当在数据处理系统上执行该计算机程序时，该程序代码部使该数据处理系统进行上述方法的至少某些步骤(例如大多数或全部)。除了存储在诸如磁盘、CD-ROM、DVD、或硬盘介质、或任何其它机器可读媒介的有形媒介上以外，还可以经由传输介质如有线或无线链路或网络，如因特网，传送该计算机程序，并且将该计算机程序加载到数据处理系统中，以在不同于该有形媒介的位置处执行该计算机程序。
此外，在详细的说明书和权利要求书中，本申请还提供一种包含处理器和使该处理器进行上述方法的至少某些步骤(例如大多数或全部)的程序代码部的数据处理系统。在一申请中，该数据处理系统形成听力装置的一部分。在一申请中，在详细的说明书和权利要求书中，该数据处理系统形成如上所述的听力装置的一部分。
通过本发明的独立权利要求和详细的说明书中定义的实施例来实现本申请进一步的目标。
当在本文中使用时，除非另有特别说明，否则单数形式“一个”、“一种”、和“该”也意图包括复数形式(也就是具有“至少一个”的意思)。还应该理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包含”、“含有”、和/或“组成”表示所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件、和/或部件的存在，但是不排除它的一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合的存在或附加。应当理解，除非另有特别说明，否则当元件涉及“连接”或“耦合”到其它元件时，它可以直接连接或耦合到其它元件，也可以存在中间元件。而且，当在本文中使用时，“连接”或“耦合”可以包括无线连接或耦合。当在本文中使用时，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任意和所有的组合。除非另有特别说明，否则在此公开的任意方法的步骤都不必以公开的确切顺序执行。
根据以下对本发明示范性实施例的详细描述，该听力装置的进一步优选实施例将变得明显。
附图说明
现在关于附图进一步说明本发明。在这些附图中，
图1是示出现有技术听力装置的示意性图；以及
图2是示出具有反馈抑制能力的现有技术听力装置的示意图；
图3是示出根据本发明实施例的听力装置的示意性框图，该图示出将考虑的信号路径；以及
图4示出形成开环近似单元的一部分的反馈增益估算器。
具体实施方式
图1示出现有技术的听力装置10的示意图，听力装置10在麦克风12处接收声音，产生根据全前向传递函数处理的并且传送给扬声器16的电信号，扬声器16将处理后信号转换回声音输出。一些声音输出经由声反馈路径返回到麦克风12，并且基于声反馈传递函数，返回的声音输出可能引起听力装置10的不稳定。
图2示出现有技术的听力装置10的以反馈抑制滤波器18为特征进一步示意图。听力装置10包括麦克风12，用于拾取声音并且将声音转换成电信号。该电信号形成传送到信号处理器14的第一信号。信号处理器14适合于处理第一信号以产生第二信号，第二信号形成处理后的信号并且传送给扬声器16。因而将信号处理器14安排在电信号前向路径中。
信号处理器14通常包括至少一个用于对于第一信号施加增益的放大器，以产生相对于第一信号放大了的第二信号。信号处理器14可以进一步包括滤波器，如带通滤波器，以过滤第一信号。在多波段装置中，该听力装置中可以存在多个信号处理器。然后每个信号处理器处理第一信号的频谱中的分开的频率段(分开的分波段)(未示出)。
在听力装置10的正常操作环境中，从扬声器16发出的声音指向用户耳道中的鼓膜。麦克风12被放置成便于从用户的周围声音环境拾取声音。然而扬声器16的一些声音可能反馈给麦克风12，因而与来自周围声音环境的声音一起被麦克风12拾取。因此，声反馈信号路径存在，其可能在听力装置10中导致声反馈不稳定。这个可以引起称为啸声的效应。在声反馈不稳定出现之前必须完成两个条件：开环增益超过1(0dB)以及开环相位是360°的任意整数倍。所考虑的环路是由听力装置10的麦克风12和接收器16之间具有传递函数的前向信号路径和接收器16和麦克风12之间具有传递函数的声反馈信号路径形成的环路。因此，开环传递函数是听力装置10的前向传递函数(G(f，t))和声反馈传递函数(FBG(f，t))的乘积。
为了补偿声反馈，提供反馈抑制滤波器18。反馈抑制滤波器18具有连接到信号处理器14的输出端口的滤波器输入端口，并且由此接收第二信号。反馈抑制滤波器18产生滤波器输出信号，其理想上与电转换的声反馈信号相反或相同，且分别加到电信号中或从电信号中减去，并且从而理想上补偿声反馈信号对电信号的贡献。在这种情况下，该第一信号将没用任何反馈信号。反馈抑制滤波器18安排在电反馈信号路径中。
正如已经指出的，电反馈信号路径的传递函数理想上是声反馈信号路径的传递函数与麦克风12和接收器16的传递函数的倒数。在现有听力装置的情形中，反馈抑制滤波器18是自适应反馈抑制滤波器。这种自适应反馈抑制滤波器能够适用于反馈路径的估算，并且因而比具有固定滤波器特征的反馈抑制滤波器更能补偿声反馈。为了适应自适应反馈抑制滤波器18的滤波器特征，提供滤波器控制单元20(例如图3中所示的)，其通过使用基于最小均平方(LMS)、递归最小二乘法(RLS)等的方法进行声反馈路径的传递函数的估算，以控制由自适应反馈抑制滤波器18进行的自适应消除算法(例如，参见[Haykin；1996])。滤波器控制单元20根据收敛速度确保自适应反馈抑制滤波器18的自适应性。收敛速度越高，自适应反馈抑制滤波器模拟声反馈就越快，可是自适应系统更加敏感(但是更不准确)。收敛速度越低，自适应反馈抑制滤波器模拟声反馈就越慢，这可导致呈现给用户啸声声音。
图3示出根据本发明实施例的听力装置10的示意性框图。在图3中，给出了自适应反馈抑制滤波器更详细的说明。如以上指出的，由滤波器控制单元20控制自适应反馈抑制滤波器18。自适应反馈抑制滤波器18是由于反馈抑制滤波器18的自适应性质而具有可变传递函数的电反馈信号路径的一部分。图3中所示的听力装置10的新的特征是开环近似单元30，其适合于执行开环近似算法以确定剩余 反馈(也就是由自适应反馈抑制滤波器补偿之后该系统中剩余的反馈)的传递函数。通过估算该剩余反馈，开环近似单元30能够确定自适应反馈抑制滤波器18事实上是否可以补偿声反馈。
因而开环近似单元30确定第一信号和第二信号(也就是，到信号处理器14的输入信号SPIN相对于信号处理器14的输出信号SP OUT )之间的关系。为了确定开环传递函数，开环近似单元30进一步连接到信号处理器14并且进行第一和第二信号(SPIN/SPOUT)之间的关系与来自信号处理器14由开环近似单元30接收的信号处理器传递函数(G)的乘法运算。如果开环增益接近于1(0dB)或大于1，且卷入的开环相位接近于0°，则开环近似单元30产生控制信号。
开环近似单元30将该控制信号传送到信号处理器14以便控制信号处理器14的传递函数(G)；例如，改变信号处理器14的最大增益(Gmax)或改变由信号处理器单元14在第一信号上进行的过滤。在开环近似单元30的另一实施例中，开环近似单元30将控制信号传送给滤波器控制单元20，以控制自适应反馈抑制滤波器18和/或滤波器控制单元20的收敛速度(如LMS或RLS算法的步长)。
在听力装置的典型正常操作模式中，用户的声环境和声反馈条件是相对稳定的。在这种情况下，自适应滤波器18、20的自适应速度是相对缓慢的(例如，以节省功率和/或避免产生人为现象)。
在声环境突变(例如，在ms或s之内)的情况下(例如，语音或噪声信号中的突变)和/或在声反馈条件突变的情况下(例如，该设备在耳道中的安装中的变化和/或接近于听力装置的反射的变化，例如电话或帽子的突然接近)，开环近似单元30(通常适合于比自适应滤波器反应相对快)适合于修改(增加)自适应滤波器的自适应速度以能够克服变化的反馈条件，并且因而避免啸声。可选地或附加地，可以基于来自开环近似单元30的控制信号修改一个或多个滤波器系数。通过识别剩余声反馈的增加(现在没有由自适应滤波器补偿)来完成听力装置的声操作条件的(突然)改变的检测。例如，通过对听力装置10的第一和第二信号的相关分析(例如，确定信号处理器14的输入(SPIN)和输出(SPOUT)之间的交互关系)来完成该检测。例如，可以以与自适应滤波器(仅具有更快的自适应速度)的自适应算法(参见滤波器控制单元20)的执行相同的方法来实现该检测。
在声反馈条件缓慢变化(例如，在分或小时或天内)的情况下(例如，由于设备在耳道中的安装的变化导致的，例如，由于物理运动，例如，与锻炼相关)，该自适应反馈系统不能利用听力装置的当前设置避免啸声。在这种情形中，由开环近似单元30进行某一预定大小的剩余声反馈的检测，在信号处理器14中使用开环近似单元30提供的控制信号修改(减少)在任意时间点允许的最大增益Gmax。
在一实施例中，当开环近似单元30检测到某一预定大小的剩余声反馈时，在信号处理器14中使用开环近似单元30提供的控制信号修改(减少)在任意时间点允许的最大增益Gmax，并且在滤波器控制单元中使用该控制信号修改(增加)自适应滤波器18，20的自适应速度以能够克服变化的反馈条件，并且因而避免啸声。可选地或附加地，可以基于来自开环近似单元30的控制信号修改一个或多个滤波器系数。
在一实施例中，该听力装置包括检测器，用于识别在给定时间点感受到啸声的风险相对高的频率或频率段。
在一实施例中，使用线性预测模型实现该开环近似单元。图4示出线性预测器系统。Yk(n)是分波段k的补偿后的信号(图3中的SPIN)，其由延迟(d次抽样)处理的信号(Uk(n)(图3中的SPOUT))预测。复数预测器系数(ak)估算某一时刻n特定分波段k中的反馈增益。可以使用最小均平方方法有效地计算该预测器系数以及由此的反馈增益估算，其得到反馈增益估算的闭合形式解。可以考虑的最简单的方案是一阶模型。对于一阶模型，最小均平方解与给定分波段k的补偿后的和处理后的信号(分别为Yk(n)和Uk(n))之间的乘积成正比。利用0阶滤波器(例如，FIR滤波器)来说明该预测器系统。可选地，该预测器系统可以作为更高阶滤波器来实现，这使它更加精确，但是对于处理幂更加复杂。
为了进行剩余反馈传递函数的估算，开环近似单元30包括接收第一信号(SPIN)的第一开环近似单元输入端口32和接收第二信号(SPOUT)的第二开环近似单元输入端口34。例如，第一开环近似单元输入端口32可以连接到信号处理器的输入端口36，并且第二开环近似单元输入端口可以连接到信号处理器的输出端口38。这样，从(补偿后的)电信号和处理后的信号中直接获得开环近似单元输入信号。另外，开环近似单元30连接到信号处理器14，并且接收表示信号处理器传递函数(G)的数据，并且利用这些数据来确定开环传递函数。明显地，在可选实施例中，开环近似单元30将表示剩余反馈传递函数的数据传送给信号处理器14，然后信号处理器14进行剩余反馈传递函数与信号处理器传递函数之间的乘法运算，由此确定开环传递函数以及何时需要相应地控制信号处理器传递函数和/或滤波器控制单元。在实际执行中，信号处理器14、自适应滤波器18，20和开环近似单元30可以形成同一信号处理单元的一部分，例如形成同一集成电路的一部分。此外，在实际执行中，通过例如作为该听力装置的音频处理IC的一部分实现的在数据处理系统的(数字信号)处理器上运行的软件来主要地(例如专门地)实现本公开所述的信号处理器、自适应滤波器和开环近似单元的功能目标。
正如以上指出的，该听力装置可以作为处理宽频率段的全波段系统或仅处理声频谱的分波段的分波段系统操作。如上面引用的EP1191814的图2或4中在原理上说明的，听力装置可以包括用于要单独处理的多个分波段的几个分波段系统。本发明的实施例可以用于任一类型的听力装置。
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Claims (19)
1.一种用于补偿用户听力损伤的听力装置(10)，包括：
输入信号转换器(12)，用于将声信号转换成电信号；
输出信号转换器(16)，用于将处理后的信号转换为呈现给所述用户的处理后的声信号；以及
自适应反馈抑制单元(18，20)，用于补偿所述输出信号转换器(16)和所述输入信号转换器(12)之间的声反馈，所述声反馈由声反馈传递函数限定，并产生限定电反馈传递函数的反馈补偿信号，所述电反馈传递函数代表所述声反馈传递函数的估算，该反馈补偿信号与所述电信号相混合以产生补偿后的电信号；以及
信号处理器，用于处理所述补偿后的电信号并由此产生所述处理后的信号，
该听力装置还包括开环近似单元(30)，用于监视所述补偿后的电信号和所述处理后的信号之间的关系从而提供由自适应反馈抑制单元提供的声反馈传递函数和电反馈传递函数之间的差异的估算，并且基于所述关系产生控制信号，所述控制信号控制所述信号处理器(14)和/或所述自适应反馈抑制单元(18，20)。
2.根据权利要求1所述的听力装置(10)，其中所述开环近似单元(30)还用于监视信号处理器传递函数，并且从所述补偿后的信号和所述处理后的信号之间的所述关系与所述信号处理器传递函数之间的乘积计算开环传递函数。
3.根据权利要求1或2所述的听力装置(10)，其中所述开环近似单元(30)还用于将所述补偿后的信号和所述处理后的信号之间的所述关系传送给所述信号处理器(14)，并且所述信号处理器(14)用于从所述补偿后的信号和所述处理后的信号之间的所述关系与所述信号处理器传递函数之间的乘积计算开环传递函数。
4.根据权利要求1或2所述的听力装置(10)，其中所述信号处理器(14)用于根据所述控制信号调整信号处理器传递函数。
5.根据权利要求3所述的听力装置(10)，其中所述信号处理器(14)用于根据所述开环传递函数调整信号处理器传递函数。
6.根据权利要求1或2所述的听力装置(10)，其中所述自适应反馈抑制单元(18，20)用于根据所述控制信号调整滤波器参数。
7.根据权利要求6所述的听力装置(10)，其中所述滤波器参数包括用于控制所述自适应反馈抑制单元(18，20)的收敛速度的值。
8.根据权利要求1所述的听力装置(10)，其中所述开环近似单元(30)从开环传递函数来确定开环增益和相位。
9.根据权利要求8所述的听力装置(10)，其中所述开环近似单元(30)用于当所述开环增益大于0.3时，例如大于0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1.0，1.1或1.2，产生所述控制信号。
10.根据权利要求8或9所述的听力装置(10)，其中所述开环近似单元(30)用于当所述开环相位为0°或360°的整数倍时产生控制信号。
11.根据权利要求1或2所述的听力装置(10)，还包括滤波器组，该滤波器组用于将所述补偿后的电信号划分为多个分波段电信号，并且所述信号处理器(14)用于同时处理所述多个分波段电信号，并且将所述多个处理后的分波段电信号混合到所述处理后的信号中。
12.根据权利要求1或2所述的听力装置(10)，还包括滤波器组，该滤波器组用于将所述电信号划分为多个分波段电信号，所述自适应反馈抑制单元(18，20)用于补偿每个分波段中的所述输出信号转换器和所述输入信号转换器之间的声反馈，并且产生分波段反馈补偿信号，该分波段反馈补偿信号与所述分波段电信号相混合以产生每个分波段的补偿后的电信号，并且所述信号处理器(14)用于同时处理每个分波段的所述多个补偿后的电信号，并且将每个分波段的所述多个处理后的信号混合到所述处理后的信号中。
13.一种操作用于补偿用户听力损伤的听力装置的方法，该听力装置包括用于将声信号转换为电信号的输入信号转换器、用于将处理后的信号转换为呈现给所述用户的处理后的声信号的输出信号转换器，配置为补偿所述输出信号转换器和输入信号转换器之间的声反馈的自适应反馈抑制单元以及用于处理所述补偿后的电信号并由此产生所述处理后的信号信号处理器，该方法包括：
提供自适应反馈抑制以补偿所述输出信号转换器和所述输入信号转换器之间的声反馈，所述声反馈由声反馈传递函数限定；
产生限定电反馈传递函数反馈补偿信号，所述电反馈传递函数代表所述声反馈传递函数的估算，
将所述反馈补偿信号与所述电信号相混合从而产生补偿后的电信号，
监视所述补偿后的电信号和所述处理后的信号之间的关系，以提供由自适应反馈抑制滤波器提供的声反馈传递函数和电反馈传递函数之间的差异的估算，
基于所述关系产生用于控制所述信号处理器和/或所述自适应反馈抑制的控制信号。
14.根据权利要求13所述的方法，包括规定使用所述补偿后的电信号和所述处理后的信号之间的关系确定剩余声反馈和/或开环增益。
15.根据权利要求13或14所述的方法，包括规定如果剩余声反馈和/或开环增益大于第一预定水平，则使用所述控制信号修改所述反馈补偿信号的产生的自适应速度。
16.根据权利要求13或14所述的方法，包括规定如果剩余声反馈和/或开环增益大于第二预定水平，则使用所述控制信号修改所述信号处理器中任意时间点允许的最大增益Gmax。
17.根据权利要求13或14所述的方法，包括规定随着时间监视剩余声反馈和/或开环增益。
18.根据权利要求17所述的方法，包括规定如果第一预定平均时间的平均剩余反馈和/或平均开环增益已经大于第三预定水平，则使用所述控制信号修改所述信号处理器中任意时间所允许的最大增益Gmax。
19.根据权利要求17所述的方法，包括规定如果第二预定平均时间的平均剩余反馈和/或平均开环增益已经小于第四预定水平，则使用所述控制信号修改所述信号处理器中任意时间所允许的最大增益Gmax。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150408 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |