CN102413412A - 具有闭塞抑制和次声能量控制的助听器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有闭塞抑制和次声能量控制的助听器，本发明涉及助听器，该助听器包括闭塞抑制系统和授话器，该授话器具有扩展的低频响应或静压能力和限定的次声滤波，以减少由于主要由下颌运动产生的可能在对于10Hz的频率区域中存在的大量次声能量导致的不期望的效应，并且改善在助听器使用者的耳道中的闭塞信号的抑制。

Description

具有闭塞抑制和次声能量控制的助听器

技术领域

本发明涉及助听器，该助听器包括闭塞抑制系统和授话器，该授话器具有扩展的低频响应或静压能力和限定的次声滤波，以减少由于主要由下颌运动产生的可能在对于10Hz的频率区域中存在的大量次声能量导致的不期望的效应，并且改善在助听器使用者的耳道中的闭塞信号的抑制。

背景技术

助听器的主要目的是通过放大和处理在助听器的外置或环绕的麦克风接收的环境声音而补偿使用者的听力损失。放大或处理的声音，以实现使用者的特定听力瞬时的至少部分补偿的方式，通过适当的微型扬声器或授话器被发射到使用者的完全或部分闭塞的耳道。

然而，在使用者的耳道中安装耳模或助听器的外壳引入了新的缺点。这样的缺点之一是闭塞，它是由使用者的耳道的全部或部分物理阻挡引起的现象。助听器使用者体验作为他的/她的自己的语音的低频分量的不自然的夸大感知以及直接通过使用者的骨头和组织传导的下颌和嘴部声音的过量感知的闭塞。闭塞感知通常在助听器外壳或耳模越阻挡耳道的情况下则越大，并且可能在诸如耳内式(ITE)、完全耳道式(CIC)和耳背式(BTE)的不同类型的助听器和耳模的不同特性之间不同。

下面在简化的情况下简述闭塞和闭塞抑制对于助听器使用者的影响，在该简化的情况下，所考虑的唯一声源是授话器和身体传导的声音。在来自助听器的声音发射的这种简化的情况下，使用者听到的声音将感知或过量的身体产生声音(B_P＝B-B’)和授话器发射的声音(R)的组合，而在耳道中的麦克风观察到E＝R+B＝R+B’+B_P，即，包括未注意或参考的声音B’。

为了向助听器使用者提供未闭塞的听觉的体验，在身体传导的声音和授话器产生或发射的声音之间的比率必须对应于对于未闭塞的耳部而言的在身体传导的声音和耳道产生的声音之间的比率。如果有可能隔离感知的身体传导的声音(B_P)，则这种声音将在使用者的耳道中以相反的相位发射，具有良好地抵消身体传导的声音的过大部分的效果，因此导致良好地消除闭塞感觉。然而，实际上，不可能隔离身体传导的声音，更不用说所感知的(即，“过量”的)身体传导的声音，但是，可以声音耳道麦克风来记录身体传导的声音和授话器发射的声音的组合(E＝R+B)。

假定两个授话器被置于助听器使用者的耳道中，一个授话器可以发射具有适当的增益g的环境声音(R₁＝g*A)，另一个可以减去(即，以相反的相位发射)具有适当的增益f的记录的耳道声音(R₂＝f*E＝f*(R₁+R₂+B)＝f*(g*A+R₂+B)或R₂＝f(g*A+B)/(1-f))，产生感知的耳部声音：

(E＝R₁+B’+B_P-R₂)＝g*A+B-f(g*A+B)/(1-f)＝(1-(f/(1-f))*(g*A)+B))

闭塞抑制任务然后变为平衡f和g，使得由使用者听到的声音具有与对于未闭塞的耳部而言的在身体传导的声音和耳道产生的声音之间的比率相同的身体传导的声音有授话器发射的声音的比率。虽然这种抑制任务可能看起来简单，但是实际上，它涉及相当复杂和计算密集的优化，这在实际中是不期望使用对于用于助听器的数字信号处理器的当前计算能力来执行的，特别是考度到在上面的说明中的简化。

闭塞抑制器的实际实现方式通常不涉及两个授话器的使用，而是被实现在被配置来用于在输出放大之前减去电信号的装置中，这对于本领域内的技术人员是熟悉的。

后一种实现方式需要被配置用于处理耳道声音或声压的闭塞抑制器，以便在放大后来自听力损失补偿部件和闭塞抑制器的信号的和将抑制感知的身体传导的声音，使得当助听器在正常的运行中时，使用者仅感知到听力损失信号，而未感知到身体传导的声音。

在现有技术中，助听器闭塞主要被两种方法对抗或抑制；被动声音排放和最近的通过信号处理。排放可以被实现为包括延伸通过助听器外壳或延伸通过耳模的声道或管道的声音出口。排放可以或者被实现为所谓的“开放选配”助听器，其具有在使用者耳部的松散配合。两种方法都可以在下述方面有效：通过允许在耳道中的低频声音通过出口逃离到周围的环境来减小使用者的闭塞感知。然而，达到在减小闭塞上有效所需程度的排放伴随有两个显著的副作用：

1)由助听器产生的低频声音的抑制或衰减；

2)因为通过出口到助听器的环绕麦克风(多个)的声音泄漏，导致声音反馈和助听器不稳定的增大风险。

相对于效应1)而言，所接收的声音的低频分量被减少与引起可获得的低频增益和在低频下来自助听器的最大不失真输出的减少的、在闭塞水平上的减少相同的数量。因为最受闭塞影响的个体在低频下对于正常的听觉具有轻微的损失，并且因此不需要用于低频的很多——如果有的话——增益，所以，这本身不必然是一个问题，但是因为所体验的闭塞水平经常具有高幅度，甚至具有严重的低频感觉神经损失的人都可能被闭塞效应烦扰，但是同时需要显著的低频增益。

相对于效应2)而言，排放经常导致需要反馈抵消或抑制系统来获得指定的目标助听器增益。反馈抵消系统伴有它们本身的一些限制和问题。而且，排放会给出不可预测的结果，有时产生比预期小得多的闭塞减少。其截止频率位于使用者自己的声音的基本频率附近的出口将可能使得闭塞效应更差。

最近，信号处理已经用于抑制在助听器中的闭塞。在US 4,985,925中给出了一种这样的现有技术公开。用于具体地基于主动闭塞抑制来实现信号处理的最近的现有技术公布包括：EP 1 129 600；WO2006/037156；WO 2008/043792；US 6,937,738；US 2008/0063228；WO2008/043793；EP 2 309 778；Mejia，Jorge et al.，“The occlusion effect andits reduction”，Auditory signal processing in hearing-impaired listeners，1stInternational Symposium on Auditory and Audiological Research(ISAAR2007)，ISBN：87-990013-1-4；以及，Meija，Jorge et al.，“Activecancellation of occlusion：An electronic vent for hearing aids and hearingprotectors”，J.Acoust.Soc.Am.124(1)，2008。

对于这些手段共同的是，在环绕麦克风处接收的“环境声音”被听力损失处理器来处理以补偿使用者的听力损失以产生期望的声音，与由在使用者的部分或完全闭塞的耳道体积中的麦克风捕获的补偿信号组合以使得这些信号的和抑制感知的过量身体传导的声音。

虽然这些手段可能是相对于先前手段的改进，但是它们也收到缺点的影响，该缺点例如是由于不稳定的反馈回路或在反馈回路中包含的输出放大器或授话器的过载导致的伪声音。

在现有技术中未处理的一种特别严重的问题被由于下颌运动导致的、在闭塞的耳道的剩余容积中的高幅度次声信号引起。下颌运动改变耳道的剩余容积的形状，并且因此改变其容积，产生会具有极高幅度的不期望的次声压力信号。这些信号可能当反馈回路试图消除它们时使得输出发送器或授话器过载，产生可听到的人为效应，并且浪费电池能量。即使过载不发生，这些大信号浪费有效的闭塞消除所需的输出放大器和授话器的动态范围。

本发明的目的是减少上述次声信号的影响。

在现有技术中，在WO 2006/037156和US 2008/0063228中还没有以满意的方式处理这些极高幅度的次声信号的存在，传统的出口被示出为选用地用于将耳部减压，因此减少了在耳部中的堵塞的感觉。

Meija，Jorge et al.，“Active cancellation of occlusion：An electronicvent for hearing aids and hearing protectors”，J.Acoust.Soc.Am.124(1)，2008提出了与闭环预测则的个性化的换能器响应，其在助听器中实现起来麻烦、昂贵和/或困难。

发明内容

在现有技术中，用于闭塞抑制助听器的授话器的选择和设计已经基于与听力损失补偿相关的考虑。然而，本发明人已经通过实验和电路仿真的组合证明：在主动闭塞抑制助听器中使用具有扩展的低频响应或静压能力外加限定的次声滤波的授话器导致在其减少由于主要由下颌运动产生的次声能量导致的不期望的效应的能力上的显著改善。本发明人第一个识别出：闭塞效应延伸到诸如在200Hz和10Hz之间的放大的、通常对于与听力损失补偿相结合的放大所考虑的频率范围之外。本发明人第一个将特别是低于10Hz的次声频率范围包括在主动闭塞抑制助听器的设计中。

根据本发明的第一方面，提供了一种助听器，包括环绕麦克风，所述环绕麦克风被适配以接收环境声音并且将环境声音转换为电输入信号。听力损失处理器被适配以根据使用者的听力损失来补偿电输入信号，并且产生电输出信号。授话器被适配以接收组合的信号并且将其转换为声音输出信号，耳道麦克风被适配以将耳道声压转换为耳道信号。闭塞抑制器被连接用于接收和处理所述耳道信号，并且用于向信号组合器发射闭塞抑制信号，所述信号组合器组合所述闭塞抑制信号和所述电输出信号。所述组合信号被发射到所述授话器。根据本发明，所述授话器的频率响应的下限截止频率在一个实施例中小于10Hz，在另一个实施例中小于1Hz，并且在另一个实施例中，所述授话器实质上能够将静压保持到密封容积中，并且具有到大气压力的后腔压力均衡路径。

在当前的上下文中，通过经由10mm的直径1mm的管道将所述授话器耦合到IEC 711耳部模拟器或耦合器来测量所述授话器的所述频率响应的下限截止频率。所述下限截止频率是在小于1kHz的频率范围中的频率，其中，声压级比在1kHz的声压级小3dB。所述授话器可以包括微型电动态或移动线圈扬声器或微型平衡衔铁授话器，诸如KnowlesFH 3375助听器授话器。可以通过减小位于标准的平衡衔铁授话器的膜片中的气压释放孔的大小来制造适当的授话器，该适当的授话器具有扩展的低频响应，以便符合下限截止频率的上述范围。

替代地，可以从所述膜片去除气压释放孔，以产生如上所述的“静压能力”，并且将适当尺寸的孔、出口或声道布置通过所述授话器的后腔壳体，并且具有以下被称为“后腔均衡”的到气压的路径。从这个点开始，假定，“静压能力”的声音暗示并且包括“后腔均衡”的另外声音，因为如果没有它则运行起来不现实。

由本发明人进行的实验测试和电路仿真已经显示，具有如上所述的扩展的低频响应或静压能力并且与适当的限定的次声滤波方案组合——例如被提供次声滤波器——的授话器在改善在助听器或仪器中的主动闭塞抑制系统的性能上高度有益。本发明人已经通过实验识别了多个闭塞声压源，诸如使用者的下颌运动，它们以很低的频率在完全或部分封闭的耳道内产生令人惊讶的大耳道声压(包括在小于10Hz的次声频率下的声音)。在具有主动闭塞抑制的现有技术的助听器中，在次声频率下的这些大声压级未被充分地处理，并且经常伴有声音人为效应，诸如爆音或咔哒声。通过闭塞抑制器到所述信号组合器的反馈回路对于所述授话器产生高幅度的驱动，以寻求消除在使用者的耳道中的上述大次声声压级。通过使得输出级放大器和/或授话器本身过载或饱和来产生上述的声音人为效应。最大大约15-20dB的大量回路增益使得所述回路产生对于所述授话器的高幅度驱动，以消除大信号。在试图基本上消除信号期间，所述授话器需要输出与要消除的信号基本上相同幅度(但是具有相反的相位)的信号。如果所述授话器被调用来消除比所述授话器能够产生者大的信号，则所述授话器和/或输出放大器将饱和，产生在用于完全消除信号上的失败以及可能的严重失真，这是不可接受的。

通过使用具有扩展的低频响应或静压能量加的上述授话器，其中，上述的限定次声滤波方案包括适当大小的声音出口(被选择来实现最大次声衰减(最大低频截止频率)，同时避免低语音频率授话器最大输出能力的过量减小，并且因此不具有比大约200-300Hz的低频截止)和在闭合声音反馈回路中的额外低频衰减的组合(因为出口本身的次声衰减是必要但不足的)，本助听器能够显著地闭塞抑制，而没有由在诸如下颌运动引发的次声的次声频率下的大声压级引起的人为效应，并且不使得输出级放大器和/或授话器本身的动态范围过载或占用，以便提供低频闭塞声压级的有效消除，而没有可听到的声音人为效应或浪费的电池能量。

本助听器可以被体现为耳内式(ITE)、耳道式(ITC)或完全耳道式(CIC)助听器，其具有被成形和选择大小以配合使用者的耳道的外壳或外壳部分。该外壳在一个实施例中包围在外壳的最佳地排放的定制硬或软壳内的环绕麦克风、听力损失处理器、闭塞抑制器、耳道麦克风和授话器。替代地，本助听器可以被体现为在耳内授话器BTE或传统耳背式(BTE)助听器，其包括用于插入使用者耳道内的最佳地排放的耳模。BTE助听器可以包括柔性声音管道，其被适配来用于向使用者的耳道发送由位于BTE的外壳内的授话器产生的声压。在这个实施例中，耳道麦克风可以被布置在耳模中，而环绕麦克风、听力损失处理器、闭塞抑制期间和授话器位于BTE外壳内。耳道信号可以通过适当的电缆或另一个有线或无线通信通道被发送到闭塞抑制器。

环绕麦克风可以位于助听器外壳内例如接近ITE或CIC助听器外壳的面板。所述麦克风可以或者物理地与助听器外壳分离，并且通过有线或无线通信链路耦合到听力损失处理器。

耳道麦克风在一个实施例中具有位于ITE、ITC或CIC助听器外壳的尖端部分或BTE助听器的耳模尖端处的声音入口，以允许位于使用者鼓膜或耳鼓之前的完全或部分闭塞的耳道容积内的耳道声压的不被阻挡的感知。

所述信号组合器可以包括减法电路或减法函数，所述减法电路或减法函数以模拟格式或数字地被实现，以从电输出信号减去闭塞抑制信号，以在助听器的授话器和输出放大器周围建立反馈路径。闭塞抑制信号在一个实施例中得自闭塞抑制器的反馈路径，结果是由身体传导产生的闭塞声压和授话器的声音输出信号的、用于表示来自听力损失处理器的预期信号的低频分量都被衰减大致类似的量。

听力损失处理器可以包括可编程的低功率微处理器，诸如可编程数字信号处理器，用于执行预定的一组程序指令以根据使用者的听力损失来放大和处理电输入信号，并且产生适当的电输出信号。替代地，听力损失处理器可以包括基于硬连线的算术和逻辑电路的处理器，所述硬连线的算术和逻辑电路被配置来执行电输入信号的对应的放大和处理。在这些实施例中，所述电输入信号被提供为由可以与听力损失处理器集成或被布置在环绕麦克风的外壳中的模数转换器提供的数字信号。

可以以诸如模拟、数字或其组合的各种技术或格式来实现闭塞抑制器。在一个完全数字的实施例中，所述闭塞抑制器包括在听力损失处理器的上述可编程数字信号处理器上执行的预定的一组程序指令。在这个实施例中，单个DSP可以用于实现听力损失处理器和闭塞抑制器，导致节省了硬件。在另一个实施例中，闭塞抑制器包括硬连线的算术和逻辑电路块，所述硬连线的算术和逻辑电路块被配置来提供耳道信号的处理和向所述信号组合器的闭塞抑制信号的发送。所述闭塞抑制器可以与所述听力损失处理器集成在公共的半导体衬底上或被提供为独立的数字电路。

所述耳道麦克风在一个实施例中具有位于助听器外壳的尖端部分处或耳模的尖端处的声音入口，以允许位于使用者的鼓膜或耳鼓之前的耳道内的声压的实质上不被阻挡的感知。

根据本发明的一个实施例，所述授话器包括膜片孔和/或后腔出口，用于设置授话器的频率响应的下限截止频率。在一个实施例中，所述膜片缺少膜片孔或气压释放孔，并且所述授话器实质上能够将静压保持到密封的体积中，并且具有到大气压力的后腔压力均衡路径，以允许后腔遵循大气压力改变，使得膜片可以将其本身置于中心。后一个实施例的显著优点是它允许在接近或对于预定频率的低频下提高授话器的频率响应，所述预定频率以下称为“授话器架频率”。在一个实施例中，所述授话器架频率大于10Hz。在另一个实施例中，授话器架频率在10和500Hz之间。在另一个实施例中，所述授话器架频率在20和200Hz之间。在另一个实施例中，授话器架频率在50和100Hz之间。可以通过后腔出口的特性和授话器的其他特性来确定所述授话器架频率，实质上产生架类型响应，以下称为“授话器架响应”特性，这与其中不出现提高的高频作比较显示最低频率的提高。接近和低于授话器架频率的频率响应的提高可能提高授话器的低频输出能力，并且在授话器架频率附近以授话器相位响应的下降或减小的形式提供了更有益的相位响应。更有益的相位响应可以有助于降低所选择的声音反馈回路的低频峰化(low frequency peaking)，以下将其简称为“低频峰化”，其可能出现在10至100Hz的区域中。这种低频峰化是在授话器终端处实现充分的次声信号减小所需的、至少一个实施例的反馈回路中的低频衰减的选择的自然结果。虽然这个峰化不是期望的特性，但是它是与次声下颌运动问题的必要折中，下颌运动问题已经通过实验被确定为更严重的问题。

替代地，如果使用不具有授话器架频率的传统的授话器，则一个替代实施例可以包括具有架频率的架响应，其被包含到声音反馈回路的回路滤波器内，以在低频峰化上实现类似的效果。然而，未获得提高低频授话器输出能力的益处，并且，通过所使用的架响应的幅度来提高次声授话器驱动，因此这不是期望的实施例，因为它加重了次声能量问题。

在其他实施例中，授话器不具有后腔出口，并且相反，主要通过可以具有比在标准授话器中的膜片孔小的尺寸的膜片孔的尺寸来确定下限截止频率。

根据本发明的一个实施例，声音出口延伸通过或围绕助听器的外壳或耳膜。声音出口可以具有高通截止频率，所述高通截止频率在一个实施例中在100Hz和500Hz之间，并且在另一个实施例中在200Hz和300Hz之间。声音出口可以包括一个或多个声音通道或管道，用于在位于使用者的耳鼓之前的耳道容积和周围的环境之间建立声音连接。所述声音出口允许低频声音从耳道容积向周围环境传播，并且反之亦然。声音出口因此作为高通滤波器有助于助听器的频率响应。这个高通滤波器的高通截止频率依赖于声音出口的形状和大小。在本说明书中，术语“声音出口”涵盖一个或多个特定的物理通道和产生声音泄漏路径的在使用者的耳道和助听器外壳或耳模之间的开放或松散配合。

虽然包括声音出口的声音反馈回路的最佳频率响应特性可以以各种方式分布在诸如耳道麦克风、授话器、闭塞抑制器和组合信号等的独立部件和功能之间，但是将声音出口的高通截止频率设置为声音反馈回路的主要低频截止有显著的优点。试图使用标准授话器的截止频率来降低次声回路增益而不是出口不是有益的，因为它不减低闭塞抑制的幅度，并且，闭塞压力与授话器的最大输出能力的比率变差。声音出口的高通截止频率经常是被动地减小耳道声压的次声下颌运动相关或产生的分量的幅度的唯一功能。如果被选择得足够高，则声音出口的高通截止频率可以理想地将耳道声压的次声下颌运动产生的分量减少为不必被闭塞抑制系统消除的水平。然而，如果不将出口截止频率设置为不期望地高的频率(可能在400至500Hz或更高的频率范围中)，则不能方便地满足这个目标，使得期望的语音或其他期望的低频音频带信号可以具有较低的最大输出水平和伴随的低频响应变差。所需要的是在限定的次声滤波中的额外低频衰减，以实现期望的总体次声衰减，并且这是下述的实施例的关键构成部分。

已经发现，当试图找到用于提供在1)在10Hz之下的次声衰减(出口需要比大约400至500Hz大的低频截止)和2)避免低语音频率最大输出能力的过量减小(不大于大约200-300Hz)之间的可接受的折中的出口大小时，不能同时满足目标。已经发现，对于在这个200至300Hz范围中的出口截止频率，期望在5Hz区域中的大约20dB的附加衰减以达到我们的次声衰减目标。

我们的解决方案的目标被更精确地限定如下：当声音反馈回路增益被设置来提供用于低语音频率区域的大约20dB的闭塞消除时，主要由于下颌运动导致的次声能量应当使得通常的授话器驱动低频相对于全标度不超过大约-20dB，并且在更差的情况下不超过-10dB，以将系统动态范围保留用于语音闭塞减小的预期功能。下面的部分描述如何提供必要的额外次声衰减以满足这个目标。

至少一个实施例将闭塞抑制系统解除了处理在耳道麦克风上施加的很高的次声声压的负担，并且将向授话器应用的组合信号的次声部分减少到可接受的水平。结果，防止很高的次声声压损害用于语音频率闭塞消除的闭塞抑制系统的动态范围。而且，通过抑制向授话器应用的组合信号的次声部分，保留了助听器电池的电池功率或能量。源自试图抵消下颌运动的大授话器驱动电平引起高的电池电流损耗(使得更差，因为在次声频率，授话器阻抗实质上等于授话器DC电阻——其最小值)，甚至无视可能的授话器/输出级饱和以及伴随的人为效应。

除了授话器架频率的前述使用之外，进一步可以使用与出口阻尼和从第二向一阶频率(零位置或过渡频率)响应的过渡相关的声音出口特性的知识来改善包括声音出口的声音反馈回路的行为，并且减小先前命名的低频峰化，即，在诸如小于100Hz的小于语音频率的低频区域中的助听器的频率响应的峰化。

根据本发明的另一个实施例，声音出口的频率响应的高通特性包括位于声音出口的高通截止频率之下的频率范围中的过渡频率。过渡频率(零位置)分离在小于过渡频率的频率处衰减的一阶频率响应和在大于过渡频率的频率处衰减的二阶频率响应。过渡频率位于耳道麦克风的频率响应的下限截止频率的附近，诸如在耳道麦克风的频率响应的下限截止频率之下3个倍频程(octave)和之上3个倍频程之间或之下1个倍频程和之上1个倍频程之间。这个实施例有益于最小化在声音出口的高通截止频率之下的频率区域中的相移，以便最小化在那个频率区域中的助听器的闭环频率响应的低频峰化。

耳道麦克风的下限截止频率可以理想地形成一阶高通函数，并且可以被用作在限定的次声滤波中的前述额外低频衰减以实现期望的总的次声衰减，并且这是至少一个实施例的关键构成部分。额外低频衰减的替代实施例可以采取模拟电子或甚至一阶高通函数的形式。然而，至少一个实施例使用麦克风膜片的气压释放孔来执行声音一阶高通函数。如果相关联的截止频率比额外低频衰减的截止频率低，则可以在系统中存在其他高通函数，而不对于系统性能具有较大的影响，因此在低频峰化的频率处增加小的额外相移。使用耳道麦克风的声音一阶高通函数的优点在于在耳道麦克风可以承受的最大声音输入水平上的大大增加，这将大大地减小如果耳道麦克风在闭塞的耳道中可能的很好信号水平处显示较大的非线性则会出现的在次声耳道信号和语音或其他期望的音频信号之间的互调失真。

在一个实施例中，闭塞抑制器包括反馈路径，用于接收和使用预定的反馈传递函数来滤波耳道信号，以产生闭塞抑制信号。通过针对助听器的频率响应的特定特征调整或定制反馈路径的传递函数，可以减少或避免在反馈传递函数中的一个或多个频率处的不期望的增益的提供。这有益于抑制在助听器的频率响应中的突出峰，诸如由授话器和/或助听器的其他声音部件的频率谐振引起的频率响应峰，该频率响应峰处于或大于1kHz，诸如在1kHz和12kHz之间的频率范围之间。因此，可以避免或减小在1-12kHz频率范围内的耳道麦克风噪声的不期望的放大，在该频率范围中，相当大的部分对于语音的理解很重要。

在一个实施例中，预定反馈传递函数包括具有预定传递函数特性的频率选择滤波器。所述频率选择滤波器的预定传递函数特性可以被庞杂来补偿助听器的频率响应的频率响应峰。在一个这样的实施例中，所述频率选择滤波器可以包括具有预定中心频率和预定带宽的陷波滤波器。所述陷波滤波器的预定中心频率和带宽可以有益地被定制以补偿由所述授话器和/或声音系统在1-12kHz的频率响应范围中的高频谐振引起的上述频率响应峰。通过将陷波滤波器的预定中心频率设置得等于频率响应峰的峰频率来标称地进行补偿。另外，可以将陷波滤波器的预定带宽设置得实质上等于所涉及的频率响应峰的带宽。进行对于标称滤波器设置的调整，以相对于开环条件最小化闭合声音反馈回路的正增益峰。自然地，预定反馈传递函数可以包括相同类型或不同类型的多个频率选择滤波器，诸如高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器、架滤波器和陷波滤波器的任何组合。在一个实施例中，预定反馈传递函数包括2、3或更多的独立陷波滤波器，其具有各自的预定中心频率和带宽，该各自的预定中心频率和带宽被布置来补偿助听器的频率响应的多个不同的频率响应峰的相应的一些。

在一个实施例中，闭塞处理器被适配来接收和存储与频率选择滤波器的预定传递函数特性相关联的滤波器参数或与多个频率选择滤波器的传递函数特性相关联的相应滤波器参数。根据一个实施例，其中，闭塞抑制器包括上述的硬连线或可编程甚至信号处理器，可以将滤波器参数在数字信号处理器可访问的非易失性存储器的预定地址范围中存储为二进制系数或数字。闭塞处理器可以被适配来在助听器的验配过程期间接收和存储与频率选择滤波器的预定传递函数特性相关联的滤波器参数。在该验配过程期间，闭塞抑制器可以通过有线或无线通信信道直接地或间接地耦合到适配计算机。闭塞处理器可以包括或连接到符合有线或无线通信信道的数据传输协议的数据接口，允许闭塞处理器接收滤波器参数。闭塞处理器或听力损失处理器可以被配置来向非易失性存储器的预定地址空间或范围写入这些滤波器参数。替代地，适配计算机可以被适配来直接地连接到、访问和将滤波器参数写入在非易失性存储器中的预定地址空间或范围，以随后被闭塞处理器或听力损失处理器读出。当在被安装在使用者耳部内时，适配系统或计算机通过助听器的传递函数的开环和/或闭环测量来确定适当的滤波器参数。这个传递函数通常较为复杂，并且涉及来自在环绕麦克风、听力损失处理器、闭塞抑制器、输出放大器、授话器、出口、耳道和使用者的鼓膜之间的电和声音耦合的影响。这个传递函数的声音分析通常显示多个谐振频率，并且它们的频谱位置限定声音系统稳定性和系统性能。

在一个实施例中，可以将次声滤波方案包含在声音反馈回路中。在另一个实施例中，声音反馈回路可以包括授话器110、耳道麦克风109、闭塞抑制器106、耳模出口112和信号组合器108。在另一个实施例中，可以将次声滤波方案包含在授话器110、耳道麦克风109、闭塞抑制器106、耳模出口112和信号组合器108的一个或多个中。在一个实施例中，次声滤波方案可以是声音反馈回路的独立函数。

附图说明

将结合附图更详细地描述本发明的实施例，在附图中：

图1示出根据本发明的第一实施例的具有闭塞抑制的实验助听器的简化示意图，

图2描述了在标准授话器上的频率响应测量和在图1上所述的实验助听器中使用的、具有在密封的无出口腔体内的静压能力和到大气压力的后腔压力均衡路径的授话器；以及

图3示出在图1上描述的实验助听器的测量的闭塞抑制值对频率，该实验助听器具有在图2上测试的两个不同的授话器，并且图3图示低频峰化。

图4示出用于演示可用于在一个实施例中使用的不同参数出口的出口过渡频率和次声衰减的出口仿真结果。

图5示出对于无排放条件以及使用具有标称的200至300Hz低频截止的出口的排放条件而言的、由下颌运动在闭塞的耳道中产生的测量的声压级。

图6示出测量的出口的低频响应，次声区域在从理论上在6dB/倍频程下推断的20Hz下。

图7描述了被覆盖单极高通函数的耳道麦克风的测量的低频响应。

图8示出具有和不具有后压均衡路径并且显示“授话器架频率”的有静压能力的授话器的测量的低频响应。

图9示出具有和不具有后压均衡路径并且显示“授话器架频率”的标准授话器和有静压能力的授话器的仿真幅度响应。

图10示出具有和不具有后压均衡路径的标准授话器和有静压能力的授话器的仿真相位响应。

图11示出具有和不具有后压均衡路径并且显示“授话器架(相位)响应”和“授话器架频率”的有静压能力的授话器相对于标准授话器的仿真相对相位响应差。

图12示出授话器架频率相对于“低频峰化”的频率的而特征点效果。

具体实施方式

在图1上描述的实验助听器100包括助听器外壳105，该助听器外壳105可以包括被定大小和成形来适配使用者的耳道的定制硬亚克力壳体。环绕麦克风102可以位于助听器外壳105与在外壳105的向外定位的表面或面板中布置的声音入口(未示出)接近的部分中。声音入口从围绕使用者的环境向环绕麦克风102传送声压或声音，以便产生用于表示所数据的声音的电输入或麦克风信号。该电麦克风信号被发送到可操作地耦合到环绕麦克风102的听力损失处理器104。在本实施例中，听力损失处理器104包括可编程低功率数字信号处理器(DSP)。位于环绕麦克风102的外壳内或者作为听力损失处理器104的构成部分的过采样的模数转换器以例如数字格式提供电麦克风信号。听力损失处理器104被适配来根据使用者的预定听力损失来补偿电输入信号，并且产生向信号组合器108提供的对应的电输出信号。在本实施例中，信号组合器108被体现为信号减法器，该信号减法器被适配来用于将电输出信号和由闭塞抑制器106提供的闭塞抑制信号相减。闭塞抑制信号得自由耳道麦克风109响应于在使用者的鼓膜之前的完全或部分闭塞的耳道容积V 111内检测的耳道声压而产生的耳道信号。耳道麦克风109可以被布置在助听器外壳105的远处部分中，并且声音入口延伸通过助听器外壳105的尖端部分，以感测在耳道容积111内的耳道声压。如上所述，在助听器100的正常使用期间，由耳道麦克风109检测的耳道声压将是身体传导的声音和授话器发射/产生的声音的叠加。可以根据需要将包括延伸通过助听器外壳或延伸通过耳模的一个或多个声道的被动声音出口112阻挡以解释特定问题，或如在实施例中使用的那样打开。

诸如微型平衡衔铁式授话器的授话器110被适配来接收和将在减法器108的输出处提供的组合信号转换为声音输出信号。授话器110具有扩展的低频响应或静压能力，以改善在完全或部分闭塞的耳道容积111内的闭塞声压的抑制。在本实施例中，授话器的频率响应的下限截止频率被设置为大约2Hz或更低。然而，在本发明的其他有益实施例中，下限截止频率可以被设置为小于10Hz的值，诸如小于5Hz或在另一个实施例中小于1Hz，或在另一个实施例中，授话器可以实质上能够向密封容积内保持静压，并且具有到大气压力的后腔压力均衡路径。

图2描述了在图1上描述的实验助听器中使用的两个不同授话器上的频率响应测量，其中有意地阻挡出口112。从具有通过将所记录的1kHz的声压级与在50Hz的声压级作比较显然的大约50Hz的下限截止频率的标准授话器获得频率响应曲线(201幅度，203相位)。另一方面，在特殊修改的平衡衔铁授话器上测量频率响应曲线(202幅度，204相位)，该授话器能够向密封容积中保持静压，并且具有到大气压力的后腔压力均衡路径。由于测量系统限制，如所示可看到大约2Hz的下限截止频率。

以下述三种不同的配置通过实验来评估与图1的简化示意图对应的实验助听器100，并且，在声音耦合器上有意阻挡出口112：

1)第一示例性配置，授话器具有如在图2的频率响应曲线201上图示的正常下限截止频率。

2)第二示例性配置，授话器具有如在图2的频率响应曲线201上图示的正常下限截止频率，并且在闭塞抑制器106的反馈路径上插入陷波滤波器。

3)第三示例性配置，授话器具有如在图2的频率响应曲线202上图示的静压能力，并且在闭塞抑制器106的反馈路径上插入陷波滤波器。

在上面的配置2)和3)中，反馈路径可操作用于接收和滤波由耳道麦克风提供的耳道信号，并且至少部分地通过陷波滤波器来确定反馈传递函数。陷波滤波器具有预定的中心闭塞抑制和预定带宽，其被设置或配置来补偿助听器的频率响应的显著频率响应峰205。在当前情况下，这个频率响应峰205主要由授话器(图1的110)在大约3kHz的机械/声音谐振确定，但是在其他实施例中，可以通过助听器的电子或声音信号传输路径的各种声音、机械或电子电路来引起频率响应峰。

在图3中汇总了评估的结果，图3示出如上所述的三种不同配置的每一个的以dB计的测量的闭塞抑制对频率。0dB线指示由闭塞抑制系统的行为未引起在使用者的耳道内闭塞声压的测量水平的改变。正或负读数分别反映较高或较低的闭塞声压。

具有对应于上面的配置1)的标准授话器的助听器获得如曲线302所示的在100Hz和300Hz之间的频率范围中的大约9-11dB的消除。然而，闭塞抑制的不期望的缺少在诸如小于25Hz和大约1kHz的较低和较高频率下出现，特别是在响应峰205附近，其中，闭塞声压增大到比无辅助的情况高的水平。

具有与上面的配置2)对应的标准授话器和在反馈路径中的陷波滤波器的助听器获得如曲线304所示的在100Hz和300Hz之间的频率范围中的大约13-15dB的消除。而且，在响应峰205附近的闭塞抑制已经被显著地改善大约6-8dB。然而，闭塞抑制的不期望的缺少“低频峰化”在诸如小于25Hz的较低频率下仍然存在，如虚曲线304所示。

包括具有扩展的低频响应或静压能力的、即与上面的配置3)对应的授话器的助听器配置在本实验助听器的整个低频响应范围中获得很大改善的闭塞抑制或衰减。与上面的配置2)作比较，容易如虚曲线306所示能够观察到在10Hz和25Hz之间的频率范围上的大约8-15dB和在高达50Hz时的3dB的在闭塞抑制上的较大改善，“低频峰化”在诸如由虚曲线306所示的从1至5Hz的次声区域中的较低的频率处仍然很低。

虽然这看起来是可接受的性能，如在本发明的背景技术中所述，但是在出口112被阻挡的情况下测试的图1中的系统仍然受到主要由下颌运动引起的次声过载的影响。

回路仍然试图形成这些很低的频率，因为回路增益在这些频率上现在很高。因此，必须将在其中下颌运动在封闭的耳道中产生大幅度的很低的次声频率下将回路增益减小到不出现消除下颌运动次声信号的任何明显尝试的点。

如在一个实施例中那样当打开时的出口112执行所需要的次声衰减的大部分，并且具有如在用于图4中的各种出口尺寸的仿真结果中所示的频率响应。响应曲线具有2个斜率区域：区域401是6dB/倍频程斜率区域，并且区域402是12dB/倍频程斜率区域。“过渡频率”403是在这两个区域之间的划分点。出口404的截止频率对应于在12dB/倍频程斜率区域的高频端处的低频峰化。

对于不排放条件(曲线503——在峰化时，曲线504——在安静的下颌运动进行期间)以及使用具有标称的200至300Hz低频截止的出口的排放条件(曲线505——在峰化时，曲线506——在安静的下颌运动进行期间)，在图5中示出在由下颌运动在闭塞的耳道中产生的测量声压级，结果是当排放时(区域502)，声压级在1-2Hz区域中能够达到140dB的SPL标度，并且在2-5Hz区域中能够达到接近100dB SPL。

在图6中描述了出口的测量的低频响应(主曲线602至611)，从理论上讲的在6dB/倍频程下推断的20Hz下的次声区域(区域601)清除在测量环境中存在的次声噪声。注意，对于所使用的标称的1mm出口大小(其产生200至300Hz的截止频率)，过渡频率比20Hz充分地大，以允许这是合理地精确的。

图7描述了在仿真单极高通函数(虚曲线702)上叠加的耳道麦克风的测量的低频响应(实曲线701)，用于演示耳道麦克风的高度精确的一阶声音高通函数。

耳道麦克风的下限截止频率可以被设计为接近理想的一阶高通函数，并且可以用作在限定的次声滤波中的前述额外低频衰减，以实现期望的总的次声衰减，并且这是我们的优选实施例的关键构成部分。额外低频衰减的替代实施例可以采取模拟电子或数字一阶高通函数的形式。然而，该优选实施例使用麦克风膜片的气压释放孔来执行声音一阶高通函数。如果相关联的截止频率比附加的低频衰减的截止频率小得多，则其他高通函数可以存在于系统中，而不对于系统性能有显著影响，因此在低频峰化的频率处增加了很少的附加相移。使用耳道麦克风的声音一阶高通函数的优点在于大大地提高了耳道麦克风可以承受的最大声音输入水平，这将大大地减小如果耳道麦克风在闭塞(但是如所提出的那样被排放)耳道中可能的很高的信号水平处显示显著的非线性则会出现的在次声耳道信号和语音或其他期望的音频信号之间的互调失真的可能。

图8示出在下述情况下有静压能力的授话器的测量的低频响应：不具有后压均衡路径，其中，所述后压均衡路径允许后腔遵循大气压力改变(阻挡压力均衡路径不是实际的操作条件，而是作为测试条件允许我们演示这个授话器配置的另一个特性。)(曲线801——幅度，曲线802——相位)；以及，具有后压均衡路径(正常的操作条件)(曲线803——幅度，曲线804——相位)，并且，图8演示了“授话器架响应”(曲线805——幅度，曲线806——相位)，它是相对于不具有后压均衡路径的有静压能力的授话器的授话器响应而言的具有后压均衡路径的有静压能力的授话器的授话器响应。注意在两个条件之间的幅度(曲线805)和相位(曲线806)的差。架响应特性与其中不出现提高的高频作比较具有最低频率的提高。也在与架提高的中间幅度点对应的频率处存在在相差上的降低或最小值。这个频率被称为授话器“架频率”807。最后示出的是在大约2Hz处的测量的系统低频截止808，其防止看到有静压能力的授话器的真实的次声响应曲线，但是它并不实质上影响“授话器架响应”。

图9示出标准授话器(曲线901)和具有(曲线903)和不具有(曲线902)后压均衡路径的有静压能力的授话器的仿真幅度响应，其中，所述后压均衡路径允许后腔遵循大气压力改变，并且图9演示了“授话器架响应”(曲线904)和“授话器架频率”905。不像图8的测量响应那样，该模拟不被诸如测量系统低频截止808的低频截止限制，因此显示了在理论上良好的、有静压能力的授话器的平坦次声响应曲线(理论上的响应对DC)。

图10示出标准授话器(曲线1001)和具有(曲线1003)和不具有(曲线1002)后压均衡路径的有静压能力的授话器的仿真相位响应。

图11示出有静压能力的授话器相对于具有(曲线1101)和不具有(曲线1102)后压均衡路径的标准授话器(曲线1101)的仿真相对相位响应差，并且图11演示了“授话器架(相位)响应”(曲线1103)和“授话器架频率”——1104，演示了可以用于减小“低频峰化”的幅度的在相对相位响应中的有益的下降。

图12示出在具有主动闭塞消除的闭环响应上的相对于“低频峰化”的频率调整授话器架频率的效果。所选择的架频率是1Hz、40Hz和300Hz。如所示，低频峰化的频率在一定程度上被影响，这并没什么后果，但是“低频峰化”的幅度被不是很强地影响，但是最小条件是有益的。1Hz架频率(曲线1201)有效地对应于几乎关闭到大气压力的后腔压力均衡路径或不具有架频率。40Hz架频率(曲线1202)在该情况下给出了大体的低频峰化的最小幅度。可以例如使用300Hz架频率(曲线1203)来用于最低语音频率的略微的授话器提高和授话器的可能的最大输出能力，这将是有益的，但是其代价是提高了低频峰化的幅度。

Claims (22)

1.一种助听器，包括：

-环绕麦克风，其被适配以接收环境声音并且将环境声音转换为电输入信号，

-听力损失处理器，其被适配以根据使用者的听力损失来补偿所述电输入信号，并且产生电输出信号，

-授话器，其被适配以接收至所述授话器的组合的信号并且将组合的信号转换为声音输出信号，

-耳道麦克风，其被适配用于将包括次声能量的耳道声压转换为耳道信号，

-闭塞抑制器，其被连接用于接收和处理所述耳道信号，并且用于发射闭塞抑制信号，

-信号组合器，其组合所述闭塞抑制信号和所述电输出信号。所述组合信号被发射到所述授话器，其中

-所述授话器选自由下述部分构成的组：a)具有小于10Hz的下限截止频率的低频率响应的授话器，以及，b)能够保持在密封容积中的静压并且具有到大气压力的后腔压力均衡路径的授话器，

-所述助听器进一步包括次声滤波器，用于滤波次声能量。

2.根据权利要求1所述的助听器，其中，所述授话器包括具有膜片孔的膜片，所述膜片孔用于设置所述授话器的所述频率响应的下限截止频率。

3.根据权利要求1所述的助听器，其中，所述授话器包括不具有膜片孔的膜片，并且包括后腔出口，并且实质上能够向密封容积内保持静压。

4.根据权利要求1所述的助听器，进一步包括声音出口，所述声音出口延伸通过或围绕所述助听器的外壳或耳模，

-所述声音出口具有选自由在100Hz和500Hz之间和在200Hz和300Hz之间构成的组的高通截止频率。

5.根据权利要求4所述的助听器，其中，所述声音出口的频率响应的高通特性包括位于所述声音出口的所述高通截止频率之下的频率范围中的过渡频率，

-过渡频率分离在小于所述过渡频率的频率处衰减的一阶频率响应和在大于所述过渡频率的频率处衰减的二阶频率响应，

-其中，所述过渡频率位于额外低频衰减的频率响应的下限截止频率的附近，诸如在额外低频衰减函数的所述频率响应的所述下限截止频率之下3个倍频程和之上3个倍频程之间或之下1个倍频程和之上1个倍频程之间。

6.根据权利要求5所述的助听器，其中，所述额外低频衰减函数采用实质上具有一阶特性的、模拟电子或数字高通函数的形式。

7.根据权利要求5所述的助听器，其中，所述额外低频衰减函数采用在所述耳道麦克风中包括的声音或电子高通函数的形式，所述函数实质上具有一阶特性。

8.根据权利要求1所述的助听器，其中，所述闭塞抑制器包括反馈路径，用于接收所述耳道信号并使用预定的反馈传递函数来滤波所述耳道信号，以产生所述闭塞抑制信号。

9.根据权利要求8所述的助听器，其中，所述预定反馈传递函数包括具有预定的传递函数特性的频率选择滤波器。

10.根据权利要求9所述的助听器，其中，所述频率选择滤波器包括具有预定中心频率和预定宽带的陷波滤波器。

11.根据权利要求9所述的助听器，其中，所述闭塞处理器被适配以接收和存储与所述频率选择滤波器的所述预定传递函数特性相关联的滤波器参数。

12.根据权利要求11所述的助听器，其中，所述闭塞处理器被适配以在验配过程期间接收和存储与所述频率选择滤波器的所述预定传递函数特性相关联的滤波器参数。

13.根据权利要求12所述的助听器，其中，通过在验配过程期间的测量过程来确定所述频率选择滤波器的所述预定传递函数特性。

14.根据权利要求9所述助听器，其中，所述频率选择滤波器的所述预定传递函数特性被配置来补偿所述助听器的频率响应的频率响应峰。

15.根据权利要求1所述的助听器，其中，助听器包括使能通过所述助听器的流体交流的出口，并且其中，所述次声滤波器包括所述出口和在声音反馈回路的所述频率响应的额外低频衰减的组合。

16.根据权利要求15所述的助听器，其中，所述额外低频衰减包括一阶高通函数。

17.根据权利要求8所述的助听器，其中，所述反馈路径的测量的性能在小于100Hz的频率区域中呈现低频峰，并且，其中，所述低频峰的幅度被最小化。

18.根据权利要求17所述的助听器，其中，所述反馈路径是闭环声音反馈路径。

19.根据权利要求18所述的助听器，进一步包括在所述闭环声音反馈路径中的架滤波器，其呈现低频架响应特性并且呈现对应的架频率，其中，相对于所述低频峰的频率来调整所述架频率，以最小化所述低频峰的幅度。

20.根据权利要求19所述的助听器，其中，提供低频架响应特性的所述架滤波器包括授话器，所述授话器实质上能够向密封容积内保持静压，并且具有到大气压力的后腔压力均衡路径，所述授话器呈现对应的架频率。

21.根据权利要求1所述的助听器，其中，具有小于10Hz的下限截止频率的所述授话器具有到大气压力的后腔压力均衡路径。

22.根据权利要求2所述的助听器，其中，所述授话器包括到大气压力的后腔压力均衡路径。

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