CN102740212A - 具有自动削波防止的听力装置及相应方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有自动削波防止的听力装置及相应方法，本发明听力装置(1)包括第二增益控制器(14)，适于通过提供放大器增益(G，G2)的第二持续时间的第二临时减小而减少第一增益减小的发生，其中第二持续时间大于第一持续时间。本发明可提高提供给听力装置用户的可听见信号的感知信号质量。其通过同步实现放大器增益的相对快和相对慢的临时减小而使得慢速增益减小减少快速增益减小的发生。这使听力装置能向用户提供高质量的声音，其中削波因快速增益减小而减少，及其中由快速增益减小产生的非自然信号如泵浦和开关噪声因慢速增益减小而减少。

Description

具有自动削波防止的听力装置及相应方法
技术领域
本发明涉及在数字转换器之前具有自动增益控制的听力装置。
例如，本发明可用在如用于补偿听力受损人员的听觉能力损失的助听器或用于提高正常听力人员的听觉能力的听音装置的应用中。
背景技术
数字听力装置在本领域众所周知。这样的装置通常包括连接从而形成音频信号通路的传声器、前置放大器、模数转换器(ADC)、信号处理器、数模转换器(DAC)及扬声器。这样的听力装置的已知问题在于ADC的动态范围通常选择为小于所遇到的声信号的动态范围以降低ADC的功耗。该降低对于佩戴在个人耳朵之处或之中的听力装置如助听器尤为重要，因为其用于电池的空间通常有限。
还已知通过根据传声器信号的电平改变前置放大器的增益而增大助听器的动态范围，但不增大听力装置的功耗。由于削波实质上增大数字化信号的失真，当接收到大声的信号时减小增益，反之亦然。因此，当讲话人在佩戴者附近时或当其远离佩戴者时听力装置均可以高质量再现语音信号。
技术进步已导致ADC具有低功耗同时具有几乎足够大的动态范围以包括典型声信号的动态范围。因此，当接收到非常大声的信号时，仅需要减小前置放大器的增益，因而当在数字化期间预期放大后的信号削波时，以快的上升和释放时间临时减小前置放大器增益是已知的解决方案。
然而，上面的方法并未提供完全令人满意的信号质量。一方面，上升时间需要足够短以防止在瞬态时削波，例如因鼓掌或刀叉碰撞盘子产生的噪声，及释放时间不应太长以使个人能在前述瞬态之后听见语音及其他声音。另一方面，如果选择太短的上升和释放时间，增益变化本身产生听得见的数字化信号失真。此外，如果为减少后者失真而选择长释放时间，则增益变化可导致所谓的“泵浦”，即在瞬态之后明显且恼人的电平变化。如果听力装置应用动态范围压缩，在助听器中为补偿复聪通常如此，则泵浦将增加。
本发明的目标在于提供没有上述缺点的听力装置。
本发明的另一目标在于提供运行听力装置的方法，其使听力装置能没有上述缺点地运行。
发明内容
本发明的这些及其他目标由所附独立权利要求及下面的描述中限定的发明实现。本发明的进一步的目标由从属权利要求和本发明的详细描述中限定的实施方式实现。
同时实现放大器增益相对快及相对慢地临时减小使听力装置能向个人提供高质量的声音，其中因增益快速减小而导致削波减少，及因增益快速减小产生的非自然信号因增益慢速减小而减少。
在本说明书中，“听力装置”指装置如助听器或有源耳朵保护装置，其适于通过接收来自个人周围的声信号、以电子方式修改声信号、及向个人的至少一只耳朵提供听得见的信号而改善或提高个人的听觉能力。“听得见的信号”意为个人可感知为声音的任何信号。这样的听得见的信号例如可以辐射到个人外耳内的声信号、作为机械振动经个人头部的骨结构传到个人内耳的声信号和/或传到个人耳蜗神经的电信号的形式提供。听力装置可构造成以任何已知方式进行佩戴，例如作为放在耳后的、具有将辐射的声信号导入耳道的管或具有靠近耳道放置或放在耳道中的扬声器的单元，作为整个或部分放在耳廓和/或耳道中的单元，作为与植入颅骨的固定装置相连的单元等。
“听力系统”指包括一个或两个听力装置的系统，及“双耳听力系统”指包括一个或两个听力装置并适于向个人的两只耳朵提供听得见的信号的系统。听力系统及双耳听力系统均可包括“辅助装置”，其与听力装置通信并影响听力装置的功能和/或受益于听力装置的功能。例如，辅助装置可以是遥控装置、音频网关设备、移动电话、广播系统、汽车音频系统或音乐播放器。听力装置、听力系统和双耳听力系统可用于补偿听力受损人员的听觉能力损失或提高正常听力人员的听觉能力。
在本说明书中，“上升时间”意为引起增益减小所需要的时间，及“释放时间”意为将增益恢复到增益减小之前的值所需要的时间。“保持时间”意为达到目标增益减小及开始恢复增益之间的时间。增益减小的“持续时间”等于上升时间、保持时间和释放时间的和。在此提及的量化上升和释放时间视为从开始增益变化直到增益在目标增益的2dB内为止的时间段。上升时间、保持时间和释放时间共同称为“时间常数”。
除非明确指出，在此所用的单数形式的含义均包括复数形式(即具有“至少一”的意思)。应当进一步理解，说明书中使用的术语“具有”、“包括”和/或“包含”表明存在所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。应当理解，除非明确指出，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，可以是直接连接或耦合到其他元件，也可以存在中间插入元件。如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个列举的相关项目的任何及所有组合。除非明确指出，在此公开的任何方法的步骤不必须精确按所公开的顺序执行。
附图说明
本发明将在下面参考附图、结合优选实施方式进行更详细地说明。
图1示出了根据本发明的听力装置的第一实施例。
图2示出了根据本发明的听力装置的第二实施例。
图3示出了根据本发明的听力装置的第三实施例。
为清晰起见，这些附图均为示意性及简化的图，它们只给出了对于理解本发明所必要的细节，而省略其他细节。在所有附图中，同样的附图标记和/或名称用于同样或对应的部件。
通过下面给出的详细描述，本发明进一步的适用范围将显而易见。然而，应当理解，在详细描述和具体例子表明本发明优选实施例的同时，它们仅为说明目的给出，因为对于本领域的技术人员而言，从下面的详细描述可显而易见地在本发明的精神和范围内进行各种变化和修改。
具体实施方式
图1中所示的听力装置1包括传声器2、具有可控增益G2的衰减器3、具有可控增益G1的前置放大器4、数字转换器5、信号处理器6、脉宽调制器7、扬声器8、峰值电平检测器9、快速工作增益控制器10、计数器11、平均器12、声环境检测器13、及慢速工作增益控制器14。传声器2、衰减器3、前置放大器4及数字转换器5一起形成输入通路。
在下面，与快速工作增益控制器10有关的信号变化、上升时间、保持时间和释放时间称为“快速”，而与慢速工作增益控制器14有关的那些实体或性质则称为“慢速”。
传声器2用作输入变换器并根据从听力装置用户的环境接收的声输入信号向衰减器3提供电输入信号M。衰减器3对电输入信号M进行衰减并将已衰减信号AT提供给前置放大器4，其对已衰减信号AT进行放大并将放大后的信号A提供给数字转换器5和峰值电平检测器9。放大器电路即衰减器3和前置放大器4一起形成具有总增益G的放大器，总增益G等于G1和G2的积。
衰减器3的增益G2由慢速工作增益控制器14在1及以下的范围内进行控制，例如在0dB和-20dB之间，及前置放大器4的增益G1由快速工作增益控制器10在高于1的范围内进行控制，例如在0dB和+30dB之间。作为备选，放大器电路3、4中的任何一个或二者的可控增益范围可位于低于1、跨越1和/或高于1的任何地方。因此，本说明书内使用的术语“放大”包括具有数字上大于、等于或小于1的因数的任何放大。这同样也应用于术语“放大后的”及“增益”。
数字转换器5将放大后的信号A转换为具有16位分辨率的数字信号D，这产生高达约90dB的动态范围。选择数字转换器5的输入范围使得具有0dBSPL(即0dB re 20μPa)电平的声信号在放大器增益G最大时刚好可在数字信号D中注意到。因此，具有超过约90dB SPL的电平的声信号将导致数字转换器5在最大放大器增益G下数字化期间对放大后的信号A进行削波。另外或作为备选，削波可在放大器3、4中发生，但结果将一样，即在数字化信号D中产生相当大的谐波失真。因此，在此使用的术语“削波”意为包括因数字转换器5中或数字转换器5之前的任何模拟电路3、4中发生的削波、软削波或晶体管饱和引起的、信号振幅的任何实际的、非线性的减小。
峰值电平检测器9向快速工作增益控制器10提供指示放大后的信号A的即刻电平的峰值电平信号L，只要峰值电平信号L表明放大后的信号A具有将导致数字转换器5和/或数字转换器5之前的任何模拟电路3、4中发生削波的即刻电平，其借助于相应的快速控制信号C1减小前置放大器4的增益G1。当放大后的信号A的即刻电平返回到非削波电平时，快速工作增益控制器10将前置放大器4的增益G1增大回到减小之前存在的增益值。因此，快速临时增益减小用于减少输入通路2、3、4、5中的削波。可通过快速工作增益控制器10对快速增益变化进行滤波以避免非常突然的增益变化。然而，快速增益减小的优选时间常数范围为：上升时间0-50μs或0-10μs；及释放时间0-100ms或0-10ms。
作为备选，峰值电平检测器9可在输入通路2、3、4、5中的任何其他点处提供模拟信号的即刻信号电平的指示，例如电输入信号M或已衰减信号AT的即刻信号电平，在该情形下，快速工作增益控制器10必须补偿在数字化之前在输入通路2、3、4、5的其余部分中应用于该信号的任何增益G1、G2、G。作为备选，峰值电平检测器9可连接到另一传声器(未示出)的输出。作为峰值电平检测器9的备选，当输入通路2、3、4、5中的模拟信号的即刻信号电平超过预定阈值时，比较器(未示出)可提供指示。
数字转换器5将数字化信号D提供给平均器12及信号处理器6，其根据听力装置1的目的对数字化信号进行处理。这样的目的特定的信号处理例如可包括放大、衰减、频率滤波、电平压缩、电平扩大、移频、噪声抑制、话音检测、声反馈抑制、和/或听力装置领域已经众所周知的其它修改。这些修改的任何组合可在一个或多个频率范围或频带内进行。
信号处理器6将处理后的信号P提供给脉宽调制器7，其向扬声器8提供对应的脉宽调制信号W。扬声器8将脉宽调制信号W转换为声输出信号，其辐射到用户的耳朵或耳道内。因此，声输出信号是声输入信号的处理版本。
快速工作增益控制器10将指示每一快速增益减小的信号R提供给计数器11，其确定快速增益减小的频率，即每时间单位发生次数，并将对应的信号F提供给慢速工作增益控制器14。作为备选，信号R可根据输入通路2、3、4、5中另一点处的模拟信号M、AT、A而由峰值电平检测器9或另一电路(未示出)提供。
平均器12确定数字化信号D的时间平均电平并将时间平均信号T提供给慢速工作增益控制器14。平均器12的时间常数实质上大于快速增益减小的持续时间，例如约5倍、10倍或50倍于该持续时间，甚或更大，使得时间平均信号T高度不受快速增益减小及导致快速增益减小的瞬态信号的影响。作为备选，平均器12根据输入通路2、3、4、5中的模拟信号M、A、AT提供时间平均信号T，在该情形下，可能需要慢速工作增益控制器14补偿在数字化之前在输入通路2、3、4、5的其余部分中应用于该模拟信号的任何增益G1、G2、G。
声环境检测器13在数字化信号D、来自信号处理器6的处理后的信号P和/或部分处理后的信号PP基础上检测或识别预定声环境，并向慢速工作增益控制器14提供指示所检测的声环境的信号E。这样的声环境检测器13在本领域众所周知并可使用其中任何一种。声环境检测器13可检测不同类型的声环境，例如“音乐”、“刮风”、“会话”、“车内”、“家中”、“聚会”等。例如，检测可在调幅确定、频谱、出现纯音信号、环境噪声级等基础上进行。作为备选，声环境检测器13可根据输入通路2、3、4、5中的模拟信号M、AT、A检测声环境。
慢速工作增益控制器14根据所确定的快速增益减小的频率、所确定的时间平均电平和/或所检测的声环境估计发生快速增益减小的风险。当慢速工作增益控制器14确定风险高时，其借助于对应的慢速控制信号C2减小衰减器3的增益G2以降低风险。当风险低时，慢速工作增益控制器14提高增益G2。慢速工作增益控制器14控制增益G2使得慢速增益减小的持续时间实质上大于快速增益减小的持续时间，例如至少5倍、至少10倍、或至少50倍于快速增益减小的持续时间，甚或更大。慢速增益减小具有相对大的上升和释放时间。这些中的每一个通过重复应用相对小的增益变化如1dB、0.5dB或0.25dB而实现，以使用户听不见慢速增益减小。此外，信号处理器6可在其处理中控制数字增益使得其补偿慢速增益减小。作为备选，慢速增益减小可具有极短的上升和/或释放时间，例如对应于单一采样间隔，及具有大的保持时间。这样，通过控制信号处理器6中的数字增益使得其立即补偿突然的模拟增益变化，从而使得听不见增益变化。
高频率快速增益减小和高时间平均电平中的每一个指示更多发生快速增益减小的高风险。所估计的风险可根据所检测的声环境而减小或增加。例如，在声环境中检测到音乐暗示所接收的声音电平突然增大的风险增加，因而发生快速增益减小的风险增加。类似的考虑应用于检测到风噪声及检测到用户自我话音的情形。根据所需要的、提供给用户的声输出信号的质量，可省略提供用以估计风险的信号F、T、E的任何电路11、12、13。
慢速工作增益控制器14在确定何时终止慢速增益减小时可对所估计的风险和/或用以估计风险的信号F、T、E的任何组合施加滞后作用。这降低增益漂移的风险，例如在听音乐期间，这样的漂移令用户特别烦恼。
放大器电路3、4的顺序可改变，使得在输入通路2、3、4、5中前置放大器4在衰减器3的前面。
除了衰减器3和前置放大器4已用单一放大器15替代及引入加法器16和限制器17之外，图2中所示的听力装置1与图1中所示的听力装置1一样。加法器16将快速控制信号C1和慢速控制信号C2相加为共同控制信号C，其提供给放大器15以设定其增益G。限制器17限制共同控制信号C使得放大器15的增益保持在预定增益范围内。根据快速和慢速控制信号C1、C2的性质，加法器16可用任何其他组合器替代。根据快速和慢速增益减小的大小，可省略限制器17。
除了已去除加法器16和限制器17之外，图3中所示的听力装置1与图2中所示的听力装置1一样。相反，慢速工作增益控制器14将慢速增益控制信号C2提供给快速工作增益控制器10，其将快速和慢速增益减小的控制信息结合为提供给放大器15的共同控制信号C。如果需要，快速工作增益控制器10还对应于限制器17施加的限幅限制共同控制信号C。
峰值检测器9、快速工作增益控制器10、计数器11、平均器12、声环境检测器13、慢速工作增益控制器14或其部分的任意组合可实施为信号处理器6的一部分。作为另一备选，信号处理器6可主要包括微控制器，其控制数字滤波器以获得所希望的装置处理。
脉宽调制器7可用适于根据数字处理信号P向扬声器8提供模拟信号W的任何转换器代替。扬声器8及(非必须地)脉宽调制器7可用适于按上述向用户提供可听见信号的其他输出变换器代替。
听力装置1可包括两个以上输入通路2、3、4、5、15，以使能通过组合相应输入通路2、3、4、5、15的输出信号A、D而对声输入信号进行定向滤波。输入通路的输出信号A、D可在共同数字转换器5中数字化之前在模拟电路(未示出)中进行组合或在各个数字化之后在信号处理器6中进行组合。在两种情形下，相应放大器3、4、15的增益G1、G2、G优选控制为跨所有输入通路2、3、4、5、15相等即同步，以避免组合信号中出现方向改变。作为备选，仅慢速增益减小跨所有输入通路2、3、4、5、15同步。优选地，快速工作增益控制器10和慢速工作增益控制器14根据来自一个或多个输入通路2、3、4、5、15的信号同步地分别控制所有输入通路2、3、4、5、15中的快速和慢速增益减小。
时间常数即快速和慢速上升、保持和释放时间可在验配程序期间编程，验配程序使听力装置1的处理适应用户的需要或要求。这样的验配程序对助听器而言众所周知。另外或作为备选，时间常数可取决于检测到的环境和/或属于用户控制的设置。
听力装置1的数字或部分数字功能模块3、4、5、6、7、9、10、11、12、13、14、15、16、17可以硬件、固件和软件的任何适当组合和/或以硬件单元的任何适当组合进行实施。此外，任何单一硬件单元可并行或以交叉次序和/或以其任何适当的组合执行几个功能模块的操作。
听力装置1可以是具有如上所述的两个听力装置1的听力系统或双耳听力系统的一部分。在该情形下，慢速增益减小可跨两个听力装置1中包括的所有输入通路2、3、4、5、15同步。同步可借助于经连接听力装置1的有线或无线通信工具(未示出)传输的同步数据进行。例如，听力装置之一可将指示当前慢速增益G2、G的同步数据传给另一听力装置，其使用接收到的数据相应设置其慢速增益G2、G。适当的通信工具在本领域已众所周知。根据通信工具的传输速度，快速增益减小同样可跨两个听力装置1中包括的所有输入通路2、3、4、5、15以类似的方式同步。
在不背离本发明精神和范围的情况下，对在此公开的方法、系统和/或装置进行另外的修改对本领域技术人员而言显而易见。在本说明书内，任何这样的修改均以非限制性的方式提及。
一些优选实施例已经在前面进行了说明，但是应当强调的是，本发明不受这些实施例的限制，而是可以权利要求限定的主题内的其它方式实现。例如，所描述实施方式的特征可任意组合，以使根据本发明的系统、装置和/或方法适应特定需要。
当由对应的过程适当代替时，上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求中限定的系统和/或装置的结构特征可与本发明方法结合。方法的实施例具有与对应系统和/或装置一样的优点。
权利要求中的任何附图标记和名称并不意为限制其范围。

Claims (15)

1.一种听力装置(1)，包括：安排成从个人的环境接收声信号并适于提供对应的电输入信号(M)的输入变换器(2)；适于放大所述电输入信号(M)的放大器(3，4，15)；适于根据所述电输入信号(M)控制所述放大器的增益(G，G1，G2)的第一增益控制器(10)；适于对放大后的信号(A)进行数字化的数字转换器(5)；适于处理数字化信号(D)的信号处理器(6)；及适于根据处理后的信号(P)向个人提供可听见信号的输出变换器(8)；输入变换器(2)、放大器(3，4，15)和数字转换器(5)形成第一输入通路，第一增益控制器(10)适于通过提供放大器增益(G，G1)的第一持续时间的第一临时减小而减少削波，其特征在于：所述听力装置(1)还包括第二增益控制器(14)，适于通过提供放大器增益(G，G2)的第二持续时间的第二临时减小而减少第一增益减小的发生，其中第二持续时间大于第一持续时间。
2.根据权利要求1的听力装置，其中所述听力装置(1)还包括适于确定第一输入通路(2，3，4，5，15)中的信号(M，AT，A)的峰值电平的峰值电平检测器(9)，及第一增益控制器(10)还适于根据所确定的峰值电平提供第一增益减小。
3.根据权利要求1或2的听力装置，其中所述听力装置(1)还包括适于确定第一输入通路(2，3，4，5，15)中的信号(M，AT，A)的时间平均电平或数字化信号(D)的时间平均电平的平均器(12)，及第二增益控制器(14)还适于根据所确定的时间平均电平提供第二增益减小。
4.根据前面任一权利要求的听力装置，其中所述听力装置(1)还包括适于确定第一增益减小的频率的计数器(11)，及第二增益控制器(14)还适于根据所确定的频率提供第二增益减小。
5.根据前面任一权利要求的听力装置，其中所述听力装置(1)还包括适于根据所述电输入信号(M)检测声环境的声环境检测器(13)，及第二增益控制器(14)还适于根据所检测的声环境提供第二增益减小。
6.根据前面任一权利要求的听力装置，其中放大器(3，4，15)包括第一放大器电路(3)和第二放大器电路(4)，第一增益控制器(10)还适于通过减小第二放大器电路(4)的增益(G1)而提供第一增益减小，及第二增益控制器(14)还适于通过减小第一放大器电路(3)的增益(G2)而提供第二增益减小。
7.根据权利要求1-5任一所述的听力装置，其中第一增益控制器(10)还适于提供用于控制第一增益减小的第一控制信号(C1)，第二增益控制器(14)还适于提供用于控制第二增益减小的第二控制信号(C2)，所述听力装置(1)还包括适于将第一和第二控制信号(C1，C2)组合为第三控制信号(C)的组合器(16)，及放大器(15)还适于根据第三控制信号(C)设定其增益(G)。
8.根据权利要求7的听力装置，其中所述听力装置(1)还包括适于限制第三控制信号(C)的限制器(17)。
9.根据权利要求1-5任一所述的听力装置，其中第二增益控制器(14)还适于将用于控制第二增益减小的第一控制信号(C2)提供给第一增益控制器(10)，第一增益控制器(10)还适于提供用于控制第一和第二增益减小的第二控制信号(C)，及放大器(15)还适于根据第二控制信号(C)设定其增益(G)。
10.根据前面任一权利要求的听力装置，其中在确定何时终止第二增益减小时第二增益控制器(14)应用滞后。
11.根据前面任一权利要求的听力装置，其中所述听力装置(1)还包括第二输入通路(2，3，4，5，15)，及其中第一和/或第二增益控制器(10，14)还适于与第一输入通路(2，3，4，5，15)中放大器增益(G，G1，G2)的第一和/或第二临时减小同步地提供第二输入通路(2，3，4，5，15)中放大器增益(G，G1，G2)的临时减小。
12.根据前面任一权利要求的听力装置，其中所述听力装置(1)适于经有线或无线通信工具从另一听力装置(1)接收数据，及其中所述听力装置(1)适于使用所接收的数据与另一听力装置(1)的一个或多个输入通路(2，3，4，5，15)中放大器增益(G，G1，G2)的相应减小同步地提供放大器增益(G，G1，G2)的第一和/或第二临时减小。
13.根据前面任一权利要求的听力装置，其中：
-第一增益减小具有0μs和50μs之间或0μs和10μs之间的上升时间；
-第一增益减小具有0ms和100ms之间或0ms和10ms之间的释放时间；及
第二增益减小的持续时间为第一增益减小的持续时间的至少五倍、至少十倍或至少五十倍。
14.运行听力装置(1)的方法，所述方法包括：
-从个人的环境接收声信号并提供对应的电输入信号(M)；
-在放大器(3，4，15)中放大所述电输入信号(M)；
-根据所述电输入信号(M)控制所述放大器(3，4，15)的增益(G，G1，G2)；
-对放大后的信号(A)进行数字化；
-处理数字化信号(D)；
-根据处理后的信号(P)向个人提供可听见信号；及
-通过提供放大器增益(G，G1)的第一持续时间的第一临时减小而减少削波，
其特征在于：
通过提供放大器增益(G，G2)的第二持续时间的第二临时减小而减少第一增益减小的发生，其中第二持续时间大于第一持续时间。
15.根据权利要求14的方法，还包括：
-经有线或无线通信工具从另一听力装置(1)接收数据；及
-使用所接收的数据与另一听力装置(1)的一个或多个输入通路(2，3，4，5，15)中放大器增益(G，G1，G2)的相应减小同步地提供放大器增益(G，G1，G2)的第一和/或第二临时减小。
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