CN102111707A - 用于检测音频系统中的啸声的方法及助听器 - Google Patents

Abstract

本发明一般地涉及一种用于检测音频系统中的啸声的方法及助听器，本方法包括以下步骤：1)确定音频系统的输入信号的平均频率，以及2)通过评价平均频率的稳定性来确定音频系统的输入信号中是否存在与啸声相关的反馈。

Description

用于检测音频系统中的啸声的方法及助听器

技术领域

本发明一般地涉及一种用于检测音频系统中的啸声(whistling)的新的方法，尤其涉及一种助听器。此外，本发明涉及一种用于执行所述方法的助听器。

背景技术

在助听器中，可能出现这样的情况，从助听器的接收器发出的声音的一部分可能泄漏回麦克风。随后，泄漏回助听器麦克风的此声音会被添加至麦克风信号，并被再次放大。因此，此过程可能是自延续的(self-perpetuating)，并且，当助听器的增益高时，这甚至可能导致啸声。此啸声问题已近知道很多年了，并且，在关于助听器的标准文献中，其通常叫做反馈、振铃(ringing)、呼啸(howling)或振动。

通常，啸声的发生以这样的方式而取决于增益，即，啸声将更可能在增益更高的时候出现。因此，啸声由此对可能在大多数助听器中达到的最大增益造成限制。

一种解决啸声问题的早期方法是手动减小增益，例如，当使用者感觉到啸声时，通过调节音量控制来减小增益。然而，啸声问题的此解决方案是不令人满意的，因为对于助听器的使用者来说啸声是讨厌的，并且，啸声的体验通常令人痛苦且对感受啸声的个人来说可能甚至是直接有害的。因此，开发出以下方法是非常重要的：在啸声发生之前或不迟于啸声发生的时候进行自动啸声检测，与此同时对助听器的使用者提供如所需要的一样多的增益，以补偿所述使用者的听力损失。

为了实现高增益，与此同时排除啸声，若干自动反馈消除以及啸声检测技术已经在过去使用了，其中一种在US 6,650,124中公开了。

在US 6,650,124中公开的发明涉及一种减小助听器中的啸声的方法，其中，该方法包括以下步骤：通过计算信号成分的变化并将其与阈值进行比较，来评价输入信号的频率成分是否是啸声。因此，啸声检测是基于变化标准的。然后，如果确定频率成分与啸声相关，那么，开关激活过陷波滤波器(notch filter)来滤掉特定频率。

然而，这种啸声检测和啸声抑制的方法存在若干缺点。首先，在US6,650,124中公开的方法未公开确定助听器的输入信号的哪些频率成分需要通过变化标准分析的任何有效的方式(事实上，并不清楚如何评估信号，因为US 6,650,124在此方面并无记载)。第二，变化标准的应用包括二次幂的计算(平方计算)，这是一种复杂的算术运算，其需要很大的处理功率，并且，除此之外还需要宽得多的动态范围(例如，当16位的数字进行平方时，其变成32位的数字)，特别是，在人们考虑在现有的助听器中可获得的有限的处理功率的情况下。第三，所提出的使用陷波滤波器来抑制啸声的方法非常不灵活，因为陷波滤波器仅仅过滤掉给定频率或给定频率周围的非常窄的频率范围，所以，应用陷波滤波器来抑制啸声可能导致听得到的变化或信号的失真，这可能被听到和感觉到，这对于使用者来说是令人讨厌的。此外，陷波滤波器的预定宽度将意味着，在一些情况中该预定宽度将过宽，而在其他情况中该预定宽度将过窄，并且，在啸声的错误检测的情况中，陷波滤波器的应用将导致信号功率的知觉损失。

发明内容

因此，本发明的一个目的是，提供一种用于检测助听器中的啸声的在计算上有效且可靠的方法。

本发明的另一目的是，提供一种适于检测并抑制啸声的助听器。

本发明的进一步目的是，提供一种具有啸声检测器和反馈消除滤波器的助听器，其中，啸声检测器与反馈消除滤波器操作性地连接。

根据本发明，上述和其他目的由用于检测音频系统中的啸声的方法来实现，其中，该方法包括以下步骤：确定音频系统的输入信号的平均频率，并通过评估平均频率的稳定性来确定在音频系统的输入信号中是否存在与啸声相关的反馈。

啸声通常基本上是纯音(pure tone)，典型地是纯粹的正弦振荡。因此，在通常的情况下，输入信号的基本上所有的信号功率都将集中在输入信号的平均频率周围。因此，输入信号的平均频率是与啸声相关的频率的良好候选者。然而，由于并非所有这种平均频率都与啸声相关，所以要确定候选频率的稳定性，因为，如果候选频率是稳定的，那么可以推断候选频率很可能与啸声相关。

在一个优选实施方式中，该方法可以进一步包括在至少一个样本的连续(优选地，交迭的)块中对输入信号采样的步骤，其中，按块地(blockwise)确定平均频率。这样做，因为按块执行信号处理导致很高的处理效率。通过使块交迭，可更好地保持输入信号的特征。通过考虑没有交迭的数字实现的实例，有可能更好地理解此优点，其中，使用快速傅里叶变换将信号转换成频域(frequency domain)，然后，如果例如使用开窗(windowing)以排除光谱泄漏，那么，此开窗将导致块边界处的信号的衰减，并由此导致信号中的特征的损失。因此，通过使块交迭，可解决此特征损失。

根据本发明的一个实施方式，平均频率的稳定性的评价可以包括以下步骤：确定针对两个(优选地连续的)块所确定的平均频率的差，并将所确定的差与第一阈值进行比较。由此，实现一种非常简单的确定平均频率的稳定性的方式。

优选地，根据本发明的另一实施方式，该方法可以进一步包括确定(针对两个(优选地连续的)块所确定的平均频率的)差的函数的步骤。因此，实现有可能以可以由函数规定的任何适当的方式来调整稳定性标准。特别地，选择尽可能简单同时其将起作用的函数是重要的。例如，可以选择这样的该函数：该函数对具有高信号压力水平的输入信号给出比具有低信号压力水平的那些信号更大的权重。在其他实施方式中，该函数可以是这样的函数：其对一些频率(例如高频)给出更大的权重，并对其他频率给出更小的权重。

在根据本发明的一个优选实施方式中，该函数包括绝对值函数。这是因为，我们仅对不同的平均频率彼此偏离多少感兴趣。我们的目的是确定平均频率的稳定性，而对其中的哪一个比另一个大不感兴趣。

在一个实施方式中，如果上述差的绝对值小于第二阈值，那么该函数可以等于0。由此，实现了一种去加重(deemphasis)或弃除(discard)平均频率中的小波动的算数上简单的方式。

此外，在一个实施方式中，如果上差的绝对值大于或等于第二阈值，那么该函数可以等于该绝对值。由此，实现了一种加重平均频率中的较大波动的算数上简单的方式。这样，可以根据期望的稳定性标准的灵敏度来调整或选择第二阈值，因为第二阈值的大值(large value)将导致不太敏感的稳定性标准，而，用于第二阈值的高值(high value)将对应于更敏感的稳定性标准。

例如，当使用定点算法时，可用二进制“与”运算有效地计算执行阈值的方法。

在一个实施方式中，该方法可以进一步包括确定许多块的差的平均值的步骤。在本发明的一个优选实施方式中，确定平均值的步骤可以包括确定移动平均值。作为一个良好运作的实例，使用9个块的移动平均值。移动平均值的此长度从实验中选择，并且，该长度是能够以及时的方式对信号中的变化起反应的平衡。例如，少于9个块的移动平均值将导致，该方法将对输入信号中的瞬变现象起反应，而更大的移动平均值可能导致过慢的反应。此外，使用多于9个块的移动平均值，将需要使用更多的存储。因此，移动平均值的块长度的选择也可以根据执行根据本发明的方法需要多少存储来选择。

优选地，该方法可以进一步包括将输入信号转换成频域的步骤。由此，实现了输入信号的简单的频率解析。优选地，频率变换是傅里叶变换，并且，由于输入信号是采样信号，即，本质上是离散的一系列数字，所以，傅里叶变换优选地是离散傅里叶变换(DFT)，例如一定长度(例如N)的快速傅里叶变换(FFT)。优选地，使用基数2，由此，FFT采用所谓的蝴蝶结构的算术样本。然而，应理解，可以使用任何适当的基数和任何适当的频率变换。模拟显示，例如，长度N＝64的FFT也工作得非常好。

根据本发明的另一优选实施方式，该方法可以进一步包括将输入信号的功率或能量含量与第三阈值进行比较的步骤。因此实现鲁棒性标准，因为，如果稳定频率(其由此表示啸声)的功率或能量含量低于第三阈值，那么啸声可能听不见，并由此不会对音频系统的使用者造成任何可能的烦恼。然而，低水平信号不太可能是啸声，但可能仍然是听得见的。因此，在根据本发明的另一实施方式中，，将把功率水平设置在与基本上没有听力损失的正常人相对照的可听水平之上，或者，设置在依据根据本发明的方法的使用者的特定听力损失而选择的可听水平之上的值处。

此外，在本发明的一个替代实施方式中，设想如果输入信号的功率或能量含量小于第三阈值，那么绕过确定平均频率的稳定性的步骤，并且，啸声检测的方法或算法将给出表示在输入信号中不存在啸声的输出。因此，可以实现节省与平均频率的稳定性的计算相关的处理功率。

设计可以用任何传统方法来计算输入信号的平均频率，并且，该均值可以是加权或非加权的均值。使用加权均值的优点是，其可简单地应用于傅里叶变换的使用。根据本方法的一个优选实施方式，输入信号的平均频率的确定可以包括确定输入信号的矩心(centroid，形心)的步骤。优选地，将平均频率计算为输入信号的矩心。在本发明的一个优选实施方式中，输入信号的矩心是输入信号的光谱矩心，在此实施方式中，光谱矩心是其光谱密度函数的中点。在其他实施方式中，输入信号的矩心可以是功率光谱密度函数或能量光谱密度函数的中点。

在本方法的一个优选实施方式中，将输入信号的矩心作为输入信号中的频率的加权均值来计算，这些频率的量值作为权重。

因此，矩心对于信号(例如，数字信号)起到像质心对材料本体所起的作用一样的作用。因此，可以看到，矩心给出一种评估集中了信号的大部分功率或能量含量的频率的方式，该方式良好的、可靠的且(在处理功率方面)节省成本。因为，啸声通常是纯粹的正弦音调信号，所以啸声信号的大部分功率将集中在一个频率处。因此，信号的矩心的计算将对进一步的稳定性检查给出一个良好的候选频率。

在本发明的一个实施方式中，音频系统是所选择的通信系统，例如，助听器或头戴式耳机或电话系统，其中，电话系统可以是电话、视频会议系统或仅是电话会议系统。

此外，本发明的一个目的由这样的助听器实现，该助听器包括用于提供输入信号的麦克风、信号处理单元、适于检测助听器中的啸声的啸声检测器以及用于提供将提供给所述助听器的使用者的输出声音信号的接收器，其中，啸声检测器适于执行上述创造性方法的步骤。因此，实现一种当在所述助听器中存在这种啸声时适于有效地且可靠地检测啸声的助听器。这种具有适于执行上述方法的啸声检测器的助听器特别适用于开放装配的或具有大通风管的小型助听器的听力范围(hearing)，因为，对于那些类型的助听器来说，反馈路径可能过短，以至于适应性反馈消除滤波器在一些确定情况中可能不能足够有效地抑制啸声。

然而，应理解，根据本发明的助听器可以是在导管中的、在耳中的、在耳后的、或是以其他方式安装的助听器。

此外，在一个优选实施方式中，助听器可以包括反馈消除滤波器。优选地，该反馈消除滤波器与啸声检测器操作性地连接。由此，实现了一种能够检测啸声并通过使用反馈消处滤波器来抑制或消除所述啸声的助听器。此外，实现了使得啸声检测器可以由于可以从反馈消除滤波器获得的信息而更快地起反应。另一方面，可以用啸声检测器与反馈消除滤波器之间的操作性连接来更新滤波器系数，由此可以获得更快的啸声抑制。如果使用适应性反馈消除滤波器，那么，可以用来自啸声检测器的信息来更新滤波器系数，由此可以实现更快的适应。通常，在替代实施方式中，助听器可以包括静态的反馈消除滤波器。此反馈消除滤波器可以是数字反馈消除滤波器，并可以将其放在助听器的反馈路径或前进信号路径(forwardsignal path)中。

在本发明的一个实施方式中，啸声检测器与反馈消除滤波器之间的通信可以是双向通信，其中，在反馈消除滤波器中使用来自啸声检测器的信息，并在啸声检测器中使用来自反馈消除滤波器的信息。

在本发明的另一实施方式中，啸声检测器与反馈消除滤波器之间的通信可以是从啸声检测器到反馈消除滤波器的单向通信，或是从反馈消除滤波器到啸声检测器的单向通信。

有利地，助听器可以适于响应于啸声的检测来调节反馈消除滤波器的至少一个参数。由此，因为响应于啸声的检测而适配滤波器，所以提高了助听器的反馈消除。此实施方式的进一步的优点是，其提供一种能够捕获反馈滤波器未能防止的啸声音调的助听器。另外，此实施方式的甚至进一步的优点是，其提供一种当啸声从外部源(例如，笛子音乐会)发出时阻止对啸声检测起反应的方式。

在本发明的一个优选实施方式中，助听器可以进一步包括适于根据啸声的检测来调节助听器的增益的放大率控制器。由于啸声的可能性很大程度上取决于助听器的放大率，即增益，所以由此实现一种助听器，其中，放大率控制器可以适于响应于啸声的检测而减小助听器的增益。放大率控制器可以优选地是AGC(自动增益控制)单元，其可以与信号处理单元或啸声检测器操作性地连接。替代地，放大率控制器可以与信号处理单元和啸声检测器都操作性地连接，由此实现：可以响应于啸声的检测而自动控制增益衰减。

另一优点是，如果反馈消除滤波器未能消除或抑制助听器中的啸声，那么，啸声检测和放大率控制(例如AGC单元)的配合，可以用作紧急断开。

如果在助听器中存在啸声，那么必须相对快地减小增益，以避免不必要地暴露于啸声音调，但是，随后要再次缓慢地增加，以避免增益中的频繁且令人讨厌的变化。因此，在本发明的一个优选实施方式中，放大率控制器的响应时间可以取决于是否检测到了啸声。从这些可能是常数的响应时间中，计算实际的增益变化。然后，在一个实施方式中，可以从AGC单元响应于所使用的增益计算而确定的增益因数中减去此增益变化，以补偿使用者的听力损伤。

在本发明的一个实施方式中，响应时间可以包括增高时间(attacktime)和释放时间(release time)。在，可以响应于在预定的时间周期内的啸声检测，来适应性地调节所述增高时间或所述释放时间。优选地，可以响应于在预定的时间周期内的基本上恒定水平的啸声的检测，来适应性地调节所述增高时间或所述释放时间。在另一实施方式中，所述增高时间和所述释放时间都可以响应于啸声的检测而适应性地调节，优选地响应于基本上恒定水平的啸声。这里，应该理解，啸声的水平意味着啸声的发生将在哪个增益水平处出现。在检测到基本上恒定水平的啸声的那些情况中，此实施方式是特别有利的。这种情况可能是，例如，当本创造性助听器的使用者站在墙壁边时。如果在这种情况中使用恒定的增高时间或释放时间，那么，放大率控制器将交替地减弱和放大助听器的增益。这对于使用者来说可能是令人讨厌的，并且，在某些情况中，可能甚至使使用者对说话的理解变得更糟。因此，如果在预定的时间周期内检测到基本上恒定水平的啸声，那么，例如，可以将释放时间增加一定的值(此值可以是常量或变量)。在本发明的一个实施方式中，可以重复释放时间的这些增加，只要啸声的水平是基本上恒定的。然而，在本发明的一个优选实施方式中，在一定数目(此一定数目可以是0或1，但是优选地是大于2且小于30的数)的重复之后，释放时间的适应可以停止，并且，可以将助听器的增益调节至低于检测到啸声的水平的恒定水平处。例如，可以将增益调节为，在预定的时间周期内(例如1分钟)保持在此恒定水平上，随后释放增益。此预定的时间周期可以是恒定的，或者，该预定时间周期可以响应于基本上恒定水平的啸声而变化(例如，该时间周期可以是啸声水平的预定函数)，或者，该预定时间周期可以响应于在多长时间内检测到基本上恒定水平的啸声而变化，或者，该预定时间周期甚至可以响应于啸声的发生水平在适应的过程中是否增加或减小而变化。以类似的方式，可能适应增高时间。

在根据本发明的助听器的一个有利实施方式中，放大率控制器可以连续确定增益校正值，并且，任一增益校正值均可以取决于至少一个之前的增益校正值。优选地，在任何时间的增益校正值都递归地取决于之前的值。这使增益变化率变得平缓，并导致在几个连续的块产生正啸声检测之后，增益校正值明显更大，而啸声的零星出现将导致少得多的衰减。这由此确保，当检测到一长序列的啸声时，增益减少至需要更多时间来明显增加的水平。

在某些情况中，对于本创造性助听器的使用者来说，警报或警告信号可能是重要的。这种情况可能是在交通中或是在船上，其中，至关重要的是，使用者能够听到这些警告信号。通常，这种警告信号是一些类型的呼啸声音。现在的警告信号在一定的时间周期内基本上是恒定的，或在，其可以是一定长度的周期性脉冲。因此，在这种情况中，放大率控制器可以将增益衰减至最大的衰减水平。因此，本发明的一个有利实施方式可以包括放大率控制器，如果在预定时间周期内的衰减水平已经基本上等于最大的衰减水平，那么所述放大率控制器可以适于停止衰减。这意味着，如果衰减在预定的时间周期内已经是最大的，那么将释放增益。在本发明的一个实施方式中，此释放可以仅应用于频域的某一子集，在该子集中已经检测到啸声。优选地，增益将仅在第二预定的时间周期内被释放并上升至更高的水平。

附图说明

下面，将参考附图更详细地说明本发明的优选实施方式，附图中：

图1示出了根据本发明的助听器的简化结构图，

图2是示出了对啸声检测器的输入信号的旋转块样本的结构图，

图3示出了根据本发明的另一助听器的简化结构图，

图4是示出了根据本发明的一个实施方式的啸声检测的方法的简化结构图，

图5是示出了根据本发明的一个实施方式的另一种啸声检测的方法的简化结构图，

图6示意性地示出了低通滤波器、增益函数和包括图4或图5中所示的算法的检测器块。

具体实施方式

现在将参考附图在下文中更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施方式。然而，本发明可以以不同的形式体现，并且不应将其解释为限制于这里阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式，以使得本公开将是充分且完全的，并将向本领域的技术人员完全传达本发明的范围。在全文中，相似的参考标号表示相似的元件。因此，将不相对于每张图的描述来详细地描述相似的元件。

图1示出了根据本发明的助听器2的简化结构图。助听器2包括用于提供输入信号的麦克风4、信号处理单元6、适于检测助听器2中的啸声的啸声检测器8以及用于提供输出声音信号X_OUTPUT的接收器10，上述输出声音信号X_OUTPUT将被提供给所述助听器2的使用者。信号x代表到达助听器2的麦克风4的声音。传送至接收器10中的所处理的信号的一部分沿着由传递函数H(z)定义的反馈路径返回至麦克风4，并产生反馈信号y，该反馈信号y将添加至新的输入x。总计的结果是信号s。优选地，啸声检测器8是信号处理单元6的组成部分。

助听器2优选地是数字助听器，并且，例如，输入信号s的数字化可以由插在麦克风4后面的信号路径中的A/D转换器(未示出)提供，或者，A/D转换器可以简单地是麦克风4的组成部分。这里，应将词语麦克风宽泛地理解为是某种类型的转换器，即，能够将一种能量转换成另一种能量的单元；在此情况中，转换器/麦克风4将声波的能量含量(content，成分)转换成电信号(其本身自然地携带能量)。

在这种数字形式的助听器2中，对信号处理单元6的输入是信号s的一定数目的样本，例如B个样本。因此，在信号处理单元6内每次在B个样本的块中处理信号s。

参考图6的描述更详细地说明图1所示的增益函数G_WD。

在图2中，是示出了对啸声检测器8的输入信号s的旋转块样本的结构图。对啸声检测器8的输入是信号s的比如N个样本的块，其中N＞B。通过对(N-B)大小的块添加s块的B个样本，来形成此更长的信号块，其中，去除第一B个样本，然后对相同的(N-B)大小的块增加B个新样本。这产生了与图2所示的先进先出原则(first in first out principle)相对应的循环数据流。可以用N点FFT将输入块转换成频域。

图3示出了根据本发明的助听器2的一个替代实施方式，其进一步包括反馈抑制滤波器12，优选地是与啸声检测器8操作性地连接的适应性数字反馈抑制滤波器，如双箭头16所指示的。反馈抑制滤波器12产生信号f，在加法器14处从输入信号s减去信号f，由此排除反馈(即啸声)。在反馈抑制滤波器12适当地工作且能够抑制反馈的理想情况中，理想地，加法器14之后的信号中没有啸声。然而，在反馈抑制滤波器12失效且产生啸声的情况中，啸声检测器8的任务是捕获此啸声并启动对该啸声的反应。此外，在反馈抑制滤波器12不能足够快地起反应以抑制啸声的那些情况中，啸声检测器8将捕获啸声。此外，如箭头16所指示的，可以用啸声检测器8对啸声的反应来更新反馈抑制滤波器12，以使得与其他的相比，反馈抑制滤波器12将能够更快地适应啸声。此外，如果反馈抑制滤波器12对啸声起反应，那么此信息可以由啸声检测器8使用，使得其可能能够更快地对啸声起反应。

应理解，在一个实施方式中，箭头16可以是从反馈抑制滤波器12到啸声检测器8的单向箭头，或是从啸声检测器8到反馈抑制滤波器12的单向箭头。

图4示出了说明根据本发明的一个实施方式的啸声检测的方法的简化结构图。所示实施方式包括在其中确定输入信号的平均频率的步骤18和在其中确定平均频率的稳定性的步骤20。该方法的输出是0(表示在输入信号中不存在啸声)或1(表示在输入信号中存在啸声)。

图5示出了说明啸声检测算法的一个实施方式的结构图。啸声检测算法的输入是通过如下方式进行采样的信号：对64个样本的输入缓冲器增加24个新样本，并且，根据图2所示的先进先出原则添加24个旧样本。用块22表示此采样。在下一个步骤24中，通过使用64点开窗FFT(64pointWindowed FFT)将此采样输入信号转换成频域：

Y_k＝FFT(w_k·x_k)

其中，w_k是窗函数，x_k是所采样的输入信号。对FFT开窗，以解决光谱泄漏。例如，所使用的窗口可以是汉明窗(Hamming window，加重平均窗)或汉宁窗(Hanning window)。接下来，如步骤26所指示的，计算采样信号的幂：

$P_k=Y_k^2$

优选地，仅使用量值光谱。因此，丢弃了所有相位信息。由此减少计算问题。然后，在步骤28中，计算采样信号的平均频率。在根据本发明的方法的所示实施方式中，通过计算采样信号的功率光谱矩心来确定平均频率：

${\mathrm{\ω}}_b=\frac{\underset{k=1}{\overset{31}{\mathrm{\Σ}}}{F}_k\·P_k}{P_b},$ 其中 $P_b=\underset{k=1}{\overset{31}{\mathrm{\Σ}}}{P}_k$

其中，P_k是二进制数k的幂量值，F_k是该二进制数的中心频率，P_b是第b个块中的总信号功率。由于FFT的对称性以及忽略了直流和尼奎斯特频率成分(在此实例中，指数0对应于直流二进制数，并且，升序的二进制数在正频率方向上增加)，所以k的总和从k＝1一直到31。

如上所述的功率光谱矩心是最简单且最直接的计算平均频率的方法。通过此方法计算的均值也可以叫做算术均值。也可以在本发明中应用的其他计算平均频率的方法包括调和均值、几何均值、均方值、最大值和/或任何这些的组合的计算。均方值(也叫做均方根)特别用于电子装置，且在数集包括正数和负数的情况下是有利的，并且，其也可以在本实施方式中使用。典型地，当计算一组比率或比例的均值时，调和平均值是有利的，而且在本实施方式中也是有利的，该方法可以用来提供频率平均值。此外，当考虑倍数或对数时，可以使用几何均值，并且，几何均值在本发明中会是有用的。所有这些均值将提供是否存在啸声音调的指示。啸声音调相对于其他存在的频率提供的峰值越大，所计算的均值将越接近啸声音调频率。通过使用最大值，仅提供具有最大振幅的频率。如果此频率是啸声音调频率，那么提供精确的啸声音调频率，但是，如果不是这种情况，其他计算均值的方法中的一种将是优选的。因此，典型地，此方法将与其他方法中的一种结合。

所示方法还包括步骤30，其中，确定针对9个连续块(在此实例中，9是所选择的输入缓冲器大小)所确定的矩心的差的函数，上述9个连续块在大小为9的缓冲器上平均。在数学上，这可以用数字的计算来表示：

$s_b=\frac{1}{9}\underset{b=0}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}f({\mathrm{\ω}}_b-{\mathrm{\ω}}_{b-1})$

优选地，如果矩心的两个连续值之间的差的绝对值小于第二阈值δ，那么将函数f选择为等于0，并且，如果矩心的两个连续值之间的差的绝对值大于或等于第二阈值δ，那么将函数f选择为该绝对值。因此，在数学上，可以用以下等式来定义函数f：

$f\left(x\right)\text{=}\left\{\begin{array}{c}0,\left|x\right|<\mathrm{\&delta;}\\ \left|x\right|,\left|x\right|\&GreaterEqual;\mathrm{\&delta;}\end{array}\right.$

因此，忽略矩心中的比δ小的波动，并且，仅有那些大于或等于δ的波动对数字s_b有贡献。使用绝对值函数的原因是，所有高于δ的波动对数字s_b有贡献是重要的。我们可以这么说，对哪一个矩心值大于另一个不感兴趣，但是仅对其彼此偏离多少感兴趣。在一个实施方式中，将δ选择为是区间0.0001至0.01中的任何适当的值。在优选实施方式中，将δ选择为是0.001与0.01之间的任何适当的值，例如0.001、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008或0.009。

然后，在步骤32中，通过将数字s_b与第一阈值s_threshold进行比较，来检查矩心的稳定性。更具体地，检查以下不等式是正确的还是错误的：

S_b＜S_threshold

如果此不等式是正确的，如从块32中的输出T所指示的，那么，其表示输入信号的矩心是稳定的，并由此表示在输入信号中存在与反馈相关的啸声。在此情况中，该方法或算法将给出二进制输出1(见块34)，其由此表示已经检测到啸声。另一方面，如果出现以上不等式是错误的结果，如从块32中的输出F所指示的，那么矩心是不稳定的，这表示在输入信号中不存在与反馈相关的啸声。在此情况中，该方法或算法将给出二进制输出0(见块36)，其由此表示已经检测到啸声。在一个实施方式中，将S_threshold选择为是0.0001与0.01之间的任何适当的值，优选地是0.001与0.01之间的任何适当的值，例如0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008或0.009。

应该理解，δ和S_threshold的所选择的值可以取决于如何实现所示方法。

除此之外，所示实施方式可以包括可选的步骤38，即检查输入信号的功率是否大于第三阈值P_threshold。在数学上，可将此表示为以下等式是否适用：

P_b-4＞P_threshold

与啸声相关的反馈通常与高功率相关，另外，仅在该啸声的功率高的情况下，与啸声相关的反馈对于使用者来说才是一个问题。因此，通过检查以上不等式是否如块38的输出T所指示的是正确的，或如块38的输出F所指示的是错误的，可以实现在许多情况中将是适当的的排除啸声的简单标准。这是因为，如果以上不等式是错误的，那么这表示信号的总功率低于阈值P_threshold，其中，该信号不会是(或至少非常可能不是)啸声。因此，如果块38的输出是F，那么算法将给出二进制输出0，如块36中所示，其表示在输入信号中没有检测到啸声。另一方面，如果以上不等式适用，即块38的输出是正确的，那么在输入信号中可能存在与啸声相关的反馈，并且，不管这是否是在如上所述的后续步骤30和32中确定的情况。在以上等式中，已经使用标定指数b-4。这是因为，在所示实施方式中，当在步骤38中执行功率检查时，必须解决群延时(group delay)。因此，功率具有指数(b-4)的是有目的的，并用以确保按照根据本发明的方法的所示实施方式所处理的不同信号的相位对准。这里，数字4与存在的产生b-(N-1)/2功率指数的9个块相关，其中，在所示实施方式中，N是9。因此，如果步骤38中的功率检查产生错误的输出F，那么同时避免了与本方法的步骤30和32相关的信号处理。由此节省了信号处理功率，从而，也降低电池负载。例如，在助听器中，这至关重要，在助听器中，仅可利用非常少的处理功率和非常低功率的电池。在一个实施方式中，将P_threshold选择为在40dB与90dB之间，在另一实施方式中，可以将其选择为在50dB与75dB之间，在优选实施方式中，将P_threshold选择为在50dB与70dB之间，例如55dB、60dB或65dB。在所示实施方式中，如果将P_threshold选择为在55dB与65dB之间，那么科学调查(例如计算机模拟)显示出良好的结果。

此外，由于与啸声相关的反馈最可能出现在一定的频域中，典型地在更高的频率处，所以，在所示实施方式中，该方法还可以包括检查矩心是否落在可能出现啸声的频域内的可选步骤40。在数学上，可将此表示为以下数学表述是否适用：

ω_min＜ω_b-4＜ω_max

同样，使用标定指数b-4，以解决群延迟。因此，如果以上表述是错误的，如块40的输出F所指示的，那么，这意味着输入信号的矩心小于ω_min或大于ω_max，即，矩心位于可能不出现与啸声相关的反馈的频域中，并且，该方法或算法的输出将是表示在输入信号中不存在与啸声相关的反馈的二进制数0。另一方面，如果输入信号的矩心大于ω_min并小于ω_max，那么，这表示矩心位于啸声可能在其中出现的频域内，其由块40的输出T表示。如果是这种情况，那么需要在步骤30和32中确定矩心的稳定性，可以是可选步骤38在先进行，其中，将输入信号的功率与阈值进行比较。在本方法的一个实施方式中，ω_min的值等于1kHz，在另一实施方式中，其是2kHz，但是通常可以将ω_min选择为是1kHz与2kHz之间的任何值。在本发明的优选实施方式中，可以将ω_max的值选择为是从4kHz至8kHz的区间中的任何适当的值，优选地在4.5kHz与7.5kHz之间，甚至更优选地在4.5kHz与7kHz之间，例如5kHz或5.5kHz或6kHz或6.5kHz。替代地，可以将ω_max选择为具有大于8kHz的值，例如9kHz、10kHz、11kHz、12kHz、13kHz、14kHz、15kHz、16kHz、17kHz、18kHz、19kHz、或20kHz。

本质上，本啸声检测方法的所示实施方式包括两部分，特征提取部分41和决策部分43。在所示实施方式中，特征提取部分41包括步骤22、24、26和28，在这些步骤中确定输入信号的矩心。在所示实施方式中，在频域中确定矩心，但是应理解，在一个替代实施方式中，也可在时域中确定矩心。在所示实施方式中，决策部分43包括步骤30、32、38和40。在一个替代实施方式中，决策部分43可仅包括步骤30和32，在另一替代实施方式中，决策部分43可包括步骤30、32以及步骤38和40中的任一个。

图6示意性地示出了啸声检测器8，例如，该啸声检测器8适于执行如上参考图4或图5描述的啸声检测算法。首先，根据本创造性方法的啸声检测算法输出二进制值“0”或“1”(在图6中表示为0/1)，其取决于是否已经检测到啸声。

然后，根据本发明的一个实施方式，用此值从由信号处理单元6独立确定的值中确定增益中的最终的差。以上已经描述了啸声检测算法的两个实例，并且，将在下面描述跟随该啸声检测算法的增益计算的一个实例。

啸声检测器8的最终输出是“0”(没有检测到啸声)或“1”(检测到啸声)。在本发明的一个实施方式中，在后一种情况中将采取的动作是增益衰减，以返回至稳定的增益，并由此消除啸声。必须相对快地减小增益，以避免对啸声音调的不必要的暴露，但是，增益随后缓慢地增加，以避免频繁的并由此令人讨厌的增益变化。因此，在啸声检测算法输出后跟随的是由两个时间常数(增高时间和释放时间)限定的低通滤波器42。时间常数的选择取决于根据本创造性方法的啸声检测算法的输出，例如，增高时间是“1”，释放时间是“0”。

由于不希望增益水平如啸声检测器8的输出的直接函数(directfunction)一样突然变化，所以，通过下面的下一个等式来表示，以上讨论的时间常数可以如何用来定义这样的新的值，该新的值可具有比啸声检测器8的二进制输出x_WD更大范围的值。此值确定增益增加或减小多少。在下面，插入所选择的时间常数以代替α：

$b_{\mathrm{WD}}^i=(1-\mathrm{\&alpha;})\&CenterDot;\left(b_{\mathrm{WD}}^{i-1}\right)+\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;x_{\mathrm{WD}}^i$

其中，通过使用信号样本的之前的块的滤波器输出，来递归地更新增益校正值

然后，在一定间隔内计算实际的增益减小，例如[-12；0]，使得(如果检测到啸声)增益以dB为单位减小在此间隔内的值。这由以下等式示出：

$G_{\mathrm{Wd}}^k=-12\&CenterDot;b_{\mathrm{WD}}^k+0$

在图6中，用单元44示出了此增益变化，并以dB为单位从增益因数中减去该增益变化(上述增益因数由确定增益的信号处理单元6确定)，以补偿使用者的听力损伤，使得最小增益减小是0dB，最大是-12dB。-12dB的最大增益减小仅是许多最大增益减小值中的一个。例如，这些值可以是-20dB、-6dB或这些值之间的任何适当的值。在本发明的一个实施方式中，可以根据在助听器中使用什么程序来选择最大增益衰减，以补偿使用者的听力损失。在某些情况中，可以根据使用者的听力损失的类型以及所述听力损失的严重性，来选择最大增益减小值。

优选地，将根据是否已经检测到啸声来选择在以上等式中使用的所选择的时间常数α，并且，在本创造性方法的一个实施方式中，可以用以下等式来确定时间常数α：

$\mathrm{\&alpha;}=(1-x_{\mathrm{WD}}^i)\&CenterDot;{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{wdr}}+x_{\mathrm{WD}}^i\&CenterDot;{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{wda}}$

其中，α_wda和α_wdr分别是增益减小增高时间和增益减小释放时间。下标wd指的是这样的事实，这些时间常数与啸声检测模块相关，以避免与其他时间常数混淆。增高时间的适当的值可以是0.01与0.1之间的值，然而，优选地，其可以是0.02与0.08之间的值。在本发明的一个优选实施方式中，释放时间将小于增高时间。对于释放时间来说，适当的值可以是0.00001与0.001之间的值，优选地，其是0.0001与0.0009之间的值。虽然这些实例是实际的，但是可能有这样的情况：增高时间或释放时间可以采用位于所述间隔之外的值。

在以上最后三个等式中表示的三个步骤显示出，增益校正值

不仅取决于啸声检测器的二进制输出和最大增益变化因数，而且递归地取决于低通滤波器的之前的值

这使增益变化率一定程度上变平滑，并意味着，在几个连续块导致正检测之后，增益校正值明显更大，而啸声的零星出现将导致少得多的衰减。这由此确保，当检测到一长序列的啸声时，增益减小至需要更多时间来再次明显增加的水平。

将在增益减小中使用的时间常数应用于取决于之前的值的低通滤波器42中。以这样的方式实现低通滤波，需要更大的值以快速减小增益，同时小得多的值允许缓慢的增益增加。

替代地，可以是放大率控制单元(例如自动增益控制单元(AGC))确定助听器2内的增益，而不是图6所示的数字信号处理单元6。结果将是相同的，即，0dB的最小增益减小和例如-12dB的最大增益减小。可以将放大率控制单元与信号处理单元6操作性地连接。

在本发明的一个替代实施方式中，将啸声检测器8、低通滤波器42和增益变化单元44设置在助听器2的信号处理单元6中，由此，啸声检测和相应的增益减小将是助听器2中的信号处理的组成部分。

在实际实现中，啸声检测的良好标准的选择将以基于正确检测与真实正比率之间的平衡。较高的正确检测率还可能包括许多不正确的检测，从而导致较低的真实正比率，反之亦然。在一些情况中，必须以更高的正确检测率为代价优先考虑真实正比率。这样做是因为，假设不管执行什么样的增益减小策略，在啸声音调的检测之后都将不会立即返回至正常增益，从而抑制可能已遵循初始块的啸声音调。此外，高的真实正比率确保限制了不必要的增益减小。

本发明的一个替代实施方式包括具有反馈消除滤波器和放大率控制单元(例如AGC单元)的助听器。

替代地，可以根据助听器2的压缩比来选择增益减小增高时间和释放时间。在一个实施方式中，可将压缩的比率选择为是线性的，2∶1或3∶1。这反映在助听器内如何计算增益设定。

如上所述，在助听器中，基于功率标准的啸声检测是可行的。然而，如本领域中的技术人员将理解的，在不背离本发明的实质和本质特性的前提下，本发明可以体现为其他具体形式，并利用任何各种不同的算法。例如，算法的选择典型地是取决于应用的，该选择取决于各种因素，包括期望的处理复杂性和计算负载。因此，这里的公开和描述旨在说明在权利要求中阐述的本发明的范围，而不是对其进行限制。

Claims (18)

1.一种用于检测音频系统中的啸声的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-确定所述音频系统的输入信号的平均频率，以及

-在至少一个样本的连续(优选地，交迭的)块中对所述输入信号采样，其中，按块地确定所述平均频率，

-通过评价平均频率的稳定性来确定在所述音频系统的所述输入信号中是否存在与啸声相关的反馈，其中，所述平均频率的稳定性的评价包括以下步骤：

-对两个(优选地连续的)块，确定所确定的平均频率的差，以及

-将所确定的差与第一阈值进行比较。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括确定所述差的函数的步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述函数包括绝对值函数。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，如果所述差的绝对值小于第二阈值，那么所述函数等于0。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，如果所述绝对值大于或等于所述第二阈值，那么所述函数等于所述差的所述绝对值。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，进一步包括对于多个块确定所述差的平均值的步骤。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述确定所述平均值的步骤包括确定移动平均值。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，进一步包括将所述输入信号转换成频域的步骤。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，进一步包括将所述输入信号的功率或能量含量与第三阈值进行比较的步骤。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述输入信号的所述平均频率的确定包括确定所述输入信号的矩心的步骤。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其中，所述音频系统是从以下列表中选择的通信系统：

-助听器，或

-头戴式耳机，或

-电话系统。

12.一种助听器，包括用于提供输入信号的麦克风、信号处理单元、适于检测所述助听器中的啸声的啸声检测器以及用于提供将提供给所述助听器的使用者的输出声音信号的接收器，其特征在于，所述啸声检测器适于执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法。

13.根据权利要求12所述的助听器，其中，所述助听器进一步包括反馈消除滤波器，并且其中，所述助听器适于响应于啸声的检测来调节所述反馈消除滤波器的至少一个参数。

14.根据权利要求12或13所述的助听器，其中，所述助听器进一步包括适于根据啸声的检测来调节所述助听器的所述增益的放大率控制器。

15.根据权利要求14所述的助听器，其中，所述放大率控制器的响应时间取决于是否检测到啸声。

16.根据权利要求15所述的助听器，其中，所述响应时间包括增高时间和释放时间，并且其中，响应于预定时间周期内的所述啸声的检测，来适应性地调节所述增高时间或所述释放时间，或者适应性地调节所述增高时间和所述释放时间。

17.根据权利要求14、15或16所述的助听器，其中，所述放大率控制器连续地确定增益校正值，并且其中，任何增益校正值都取决于至少一个之前的增益校正值。

18.根据权利要求12至17中的任一项所述的助听器，其中，如果在预定时间周期内的衰减水平已经基本上等于最大的衰减水平，那么所述放大率控制器适于停止衰减。

Images