CN104704856A - 双耳听力系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于双耳信号处理的系统(202)。第一扬声器(210)安装在使用者的左耳近旁并且将第一声信号输送到使用者的左耳，第二扬声器(220)安装在使用者的右耳近旁并且将第二声信号输送到使用者的右耳。第一麦克风(212)安装在使用者的左耳近旁,第二麦克风(222)安装在使用者的右耳近旁。双耳处理设备从所述麦克风接收信号并且基于所述麦克风信号确定所述第一声信号和所述第二声信号。所述双耳处理设备在距离使用者左右双耳一段距离处运行。所述扬声器、麦克风以及双耳处理设备通过信号网络连接。

Description

双耳听力系统和方法
相关申请的交叉参引
本申请要求享有于2012年10月5日提交的第61/710,248号美国临时专利申请的权益，该美国临时专利申请通过引用的方式纳入本申请。
技术领域
本发明涉及对来自麦克风或其它这样的换能器的信号的数字处理，且尤其涉及一种用于双耳听力系统(诸如双耳助听器)的信号处理的系统和方法。
背景技术
双耳听力系统输送两个分立的声信号，一个信号到使用者的一只耳朵，在声音清晰度、感知的动态范围、语音感知和“自然”声音方面，双耳听力系统通常提供比输送单个声信号到单只耳朵的单耳系统更好的性能。双耳系统可实现立体声效果。此外，对于有听力损伤的使用者，可以专门地定制由双耳系统产生的每个声信号以最佳地满足被输送声信号的耳朵的需要，所述需要通常由听力图定义。此外，由双耳系统产生的每个声信号通常可被设置成比单耳系统所需的音量更低的音量，对使用者的听力施加的压力更小。
图1示出一个典型的双耳系统，包括两个助听器102，104，使用者的每只耳朵上有一个助听器。通过耳级麦克风和扬声器实现立体声助听功能。在简单的形式中，每只耳朵处的DSP处理是独立的。为了最佳性能，双耳系统不应该简单地包括独立于每只耳朵运行的两个单耳设备。相反，希望由双耳系统为一只耳朵产生的每个声信号是通过同样也考虑到对另一只耳朵有影响的或根据另一只耳朵得出的因素的处理而创建的，这样的处理在本文中被称为“集成的(integrated)”双耳处理。然而，为了实现这样的集成的双耳信号处理,需要明显更高的复杂度，并且例如需要在双耳处对信号和环境参数的大致连续的收集，以通过可安装在这两个设备的任一中的单个处理器或每个设备中的一个这样的单个处理器集成地处理。
在每只耳朵处具有扬声器但不收集每只耳朵处的麦克风信息的设备还有许多缺点。例如，常规电话耳机在每只耳处都可以有扬声器，在使用者的嘴、脸颊或喉咙附近悬挂式安装或线式安装麦克风，并且有从耳机到控制设备的有线或无线连接，该控制设备可以是移动电话、台式计算机或台式电话母机(desktop telephone base)。该麦克风信号可被控制设备分析以实施一系列信号处理技术(诸如降低噪声)，然而用远离耳朵的麦克风的设备不能提供有效的助听性能，原因在于它们提供单声道并且没有给出方向提示。此外，仅用单个麦克风不能实现集成的双耳处理。同理，音频回放设备(诸如MP3播放器等)可将两个分立的声信号输送到使用者各只耳朵(例如以提供立体声效果)，但这些设备不在每只耳朵处或每只耳朵近旁提供麦克风以使得针对每只耳朵的声信号能够以考虑到对该耳朵和另一只耳朵有影响的、或根据该耳朵和另一只耳朵得出的因素的方式产生，并且因此不提供集成的双耳信号处理。
对包含在本发明说明书中的文件、法条、材料、装置、物品等的任何讨论仅是为了提供本发明的上下文环境。不应该因为它们在此申请的各权利要求的优先权日期之前已存在就被认为任意或所有的这些事物构成现有技术基础的一部分或是与本发明有关的领域内的公知常识。
在本说明书中,术语“包括(comprise)”或其变型应被理解为包括所述的元件、整数或步骤或者成组的元件、整数或步骤,但不排除任何其它元件、整数或步骤或者成组的元件、整数或步骤。
发明内容
根据本发明的第一方面提供一种用于双耳信号处理的系统，该系统包括：
一个第一扬声器和一个第二扬声器，该第一扬声器被配置成安装在使用者的左耳近旁并且将第一声信号输送到使用者的左耳，该第二扬声器被配置成安装在使用者的右耳近旁并且将第二声信号输送到使用者的右耳；
一个第一麦克风和一个第二麦克风，该第一麦克风被配置成安装在使用者的左耳近旁，该第二麦克风被配置成安装在使用者的右耳近旁；以及
一个双耳处理设备，用于从所述第一麦克风和所述第二麦克风接收信号并且基于从所述第一麦克风和所述第二麦克风接收的信号限定所述第一声信号和所述第二声信号，该双耳处理设备在远离使用者的左耳和右耳时是可操作的；
其中，该第一扬声器和该第二扬声器，该第一麦克风和该第二麦克风以及该双耳处理设备通过一个信号网络相连接，该信号网络被配置成将信号从该第一麦克风和该第二麦克风传递到该双耳处理设备并且从该双耳处理设备传递到所述扬声器。
根据本发明的第二方面提供一种用于双耳信号处理的方法，该方法包括：
从安装在使用者的左耳近旁的第一麦克风获得第一麦克风信号，并且从安装在使用者的右耳近旁的第二麦克风获得第二麦克风信号；
一个双耳处理设备通过一个信号网络接收该第一麦克风信号和该第二麦克风信号，并基于该第一麦克风信号和该第二麦克风信号产生第一输出信号和第二输出信号，该双耳处理设备在远离使用者的左耳和右耳时是可操作的；以及
第一扬声器被安装在使用者的左耳近旁，第二扬声器被安装在使用者的右耳近旁，该第一扬声器通过该信号网络从该双耳处理设备接收该第一输出信号并且将第一声信号输送到使用者的左耳，该第二扬声器通过该信号网络从该双耳处理设备接收该第二输出信号并且将第二声信号输送到使用者的右耳。
根据本发明的另一方面提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序代码装置以使得计算机执行用于双耳信号处理的进程，该计算机程序产品包括用于执行第二方面的方法的计算机程序代码装置。
一种用于双耳信号处理的非瞬态计算机可读介质，包括在被一个或多个处理器执行时导致实施如下步骤的指令：
从安装在使用者的左耳近旁的第一麦克风获得第一麦克风信号，并且从安装在使用者的右耳近旁的第二麦克风获得第二麦克风信号；
一个双耳处理设备通过一个信号网络接收该第一麦克风信号和该第二麦克风信号，基于该第一麦克风信号和该第二麦克风信号产生第一输出信号和第二输出信号，该双耳处理设备在远离使用者的左耳和右耳时是可操作的；以及
第一扬声器被安装在使用者的左耳近旁，第二扬声器被安装在使用者的右耳近旁，该第一扬声器通过该信号网络从该双耳处理设备接收该第一输出信号并且将第一声信号输送到使用者的左耳，该第二扬声器通过该信号网络从该双耳处理设备接收该第二输出信号并且将第二声信号输送到使用者的右耳。
在本发明的实施方案中，双耳信号处理可被配置成实现助听器。附加地或替代地，双耳信号处理可被配置成实现辅助听力设备(ALD)或个人声音放大器产品(PSAP)。附加地或替代地，双耳信号处理可被配置成实现双耳电话耳机、音频回放功能、或音频录音功能。
连接第一扬声器和第二扬声器、第一麦克风和第二麦克风和双耳处理设备的信号网络优选地包括单线式总线。这样的实施方案可尤其有益于允许通过使用已经通用的消费者耳机线来实施本发明。例如，执行适合的应用或应用程序的智能电话可通过工业标准3.5mm插口(jack)连接到合适的耳机并实施本发明的上述实施方案。
该第一扬声器和该第二扬声器、该第一麦克风和该第二麦克风以及该双耳处理设备优选地沿着所述单线式总线被链接在一起以完成信号网络。该双耳处理设备优选地作为网络主控器运行并且在总线上提供主控时钟信号以用于总线上的其它设备的时钟获取。该信号网络优选地支持多个信道以允许多个设备同时发送或接收，诸如时分复用信道。优选地，该时钟信号和信号数据被嵌入到总线上的单个符号流中。
在优选的实施方案中，该第一扬声器和该第二扬声器在网络链中位于总线主控器的下游，该第一麦克风和该第二麦克风在网络链中位于该第一扬声器和该第二扬声器的下游。在这样的实施方案中，用于将第一输出信号和第二输出信号从该双耳处理设备发送到该第一扬声器和该第二扬声器的数据时间片(data slot)随后将可被该第一麦克风和该第二麦克风所使用，以将第一麦克风信号和第二麦克风信号发送到该双耳处理设备。然而，可在替代的实施方案中设置替代的链顺序。
该电话耳机可包括用于支撑耳杯的头上支架、用于安装扬声器的耳上模具，或可包括无支撑的耳塞。
该双耳处理设备可包括例如，移动电话、智能电话、平板电脑，或电子阅读器。
该第一麦克风和该第二麦克风，以及该第一扬声器和该第二扬声器优选地安装在耳机上。该耳机可具有到双耳处理设备的有线连接或可采用无线连接。耳机和双耳处理设备之间的连接优选地具有低时延，以改进系统的性能。
在某些实施方案中，在一只耳朵或两只耳朵处提供多于一个的麦克风。
该麦克风可位于耳道的外部或内部。
在某些实施方案中，一只耳朵处的麦克风捕获的声音被专门用于确定要被输送到那只耳朵的声信号，从而有效地实现两个独立的助听器，每只耳朵一个。替代地，在两只耳朵处捕获的声音可用于产生要被输送到每只耳朵的声信号，从而以双耳方式集成所述两个助听器。
附图说明
现将参照附图来描述本发明的实施例，其中：
图1示出典型的现有双耳系统；
图2例示了根据本发明的一个实施方案的用于集成的双耳信号处理的系统；
图3例示了图2的系统中的链接的单线式信号网络；以及
图4例示了智能电话中的DSP处理。
具体实施方式
图2例示了根据本发明的一个实施方案的用于集成的双耳信号处理的系统。双耳处理设备202与两个扬声器210、220和两个麦克风212、222链接在一个单线式信号网络中。所述扬声器和麦克风被布置成有线耳机，以在使用时将一个扬声器和一个麦克风定位在使用者的一个耳朵近旁。还可提供更多的麦克风(例如，230，232，234)例如以捕获使用者的话音或在其它位置提供更多的麦克风以捕获额外的信号。位于耳机上的额外的麦克风可位于耳道的外部或内部。麦克风的信号是通过信号网络(图3)传送到处理器240。标准3.5mm插口(250)和耳机线承载来自2个到6个麦克风(212，222，230，232，234等)之间的数据，同时为扬声器和麦克风提供所需的电力，以及电接地基准。
信号网络总线在图3中示出。总线上的低延时对于总的处理时延和反馈消除很重要。
双耳处理是在该双耳处理设备中执行的，在本实施方案中双耳处理设备是移动手机(handset)。替代的实施方案可采用平板电脑或用于该功能的电子阅读器。
在本实施方案中，双耳处理被配置成实现双耳助听处理。即，根据使用者专用的程序，从使用者的耳朵附近捕获的信号被处理并被放大，然后通过双耳扬声器210，220被输送，给出立体声效果和方向提示。此外，在移动手机中执行的助听处理是可配置的，并且在本实施方案中是在运行在该移动设备的处理器240上的应用的控制之下。所述应用被布置成实施使用者专用程序并且通过该移动设备接收使用者的输入以允许该程序在需要时更新。
还根据由该应用执行的程序对移动设备的处理器240提供的音乐回放和电话音施加适当的放大和/或处理。
如图4中所示，在电话DSP 240中执行音频信号处理。DSP 240可为双耳实施标准的助听处理功能，诸如定向麦克风(每个耳朵有2个麦克风)、反馈消除、噪声降低和压缩。在来自智能电话的电话呼叫和音频回放期间可选择性地应用助听处理。
在本实施方案中，该设备可提供第二模式，其中移动设备本身携带至少一个麦克风234，使用者可握持该移动设备靠近感兴趣的声音源，例如，使用者握持该移动设备趋向正在与之对话的人。在这样的实施方案中，来自该移动设备麦克风234的信号被双耳处理设备处理并被以双耳方式输送到使用者。
在本实施方案中，还提供第三模式。在此第三模式中，使用外部麦克风(未示出，诸如另一个移动设备上的麦克风或附属麦克风)并且该外部麦克风将外部麦克风信号作为待执行的双耳处理的一部分输送到双耳处理设备。
操作的第四模式是通过扬声器210，220，基于在每只耳朵处由麦克风212，222获得的检测的噪声信号提供环境噪声消除。将麦克风212，222定位在耳朵水平对于环境噪声消除特别有利。
将音频处理转移到智能电话还允许向使用者呈现复杂的使用者界面，不同于安装在耳上的设备通常所能提供的简单的拨动开关等。
通过使用者输入命令到移动设备，可主动进入第二到第四操作模式。优选地，将信号时延保持在最小值用于消除反馈并且避免负闭塞效应。
本发明的实施方案使用单线链式总线以及脉冲长度调制方案，以将安装在耳机上的麦克风212，222和扬声器210，220与助听器处理器240相连系。由于该链式配置，数据必须由每个设备恢复并且然后由相同的设备重新调制到该总线上。这需要一个符号周期来实现，因此在总线上每个设备引入一个符号周期的总线延时。因此理想地数据消耗设备(扬声器210，220)应该首先在总线上，并且数据生成设备(麦克风212，222)最后在总线上。无线信号网络可适用于替代的实施方案中。
值得注意的是，声音在耳朵水平被以双耳方式捕获并且然后在移动设备处理器240中被处理。这对允许助听性能很关键，而不是使用远离的麦克风时的低性能。此外，这使得在某些实施方案中能够应用合并来自双耳的信息以增强信号处理和/或输送双耳集成的适当的算法。
本领域普通技术人员应理解，在不脱离在广义上描述的本发明的精神或范围的情况下，可以对这些具体实施方案中所示的本发明作出许多变化和/或变型。因此应在所有方面将这些实施方案视为示例性的而非限制性的。

Claims (15)

1.一种用于双耳信号处理的系统，所述系统包括：
一个第一扬声器和一个第二扬声器，该第一扬声器被配置成安装在使用者的左耳近旁并且将第一声信号输送到使用者的左耳，该第二扬声器被配置成安装在使用者的右耳近旁并且将第二声信号输送到使用者的右耳；
一个第一麦克风和一个第二麦克风，该第一麦克风被配置成安装在使用者的左耳近旁，该第二麦克风被配置成安装在使用者的右耳近旁；以及
一个双耳处理设备，用于从所述第一麦克风和所述第二麦克风接收信号并且基于从所述第一麦克风和所述第二麦克风接收的信号限定所述第一声信号和所述第二声信号，该双耳处理设备在远离使用者的左耳和右耳时是可操作的；
其中，该第一扬声器和该第二扬声器，该第一麦克风和该第二麦克风以及该双耳处理设备通过一个信号网络相连接，该信号网络被配置成将信号从该第一麦克风和该第二麦克风传递到该双耳处理设备并且从该双耳处理设备传递到所述扬声器。
2.根据权利要求1所述的系统，其中被配置成实现一个助听器。
3.根据权利要求1所述的系统，其中被配置成实现一个辅助听力设备(ALD)或个人声音放大器产品(PSAP)。
4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的系统，其中被配置成实现一个双耳电话耳机、音频回放功能或音频录音功能。
5.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的系统，其中所述信号网络包括单线式总线。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述单线式总线通过标准插口连接到所述双耳处理设备。
7.根据权利要求5或6所述的系统，其中所述第一扬声器和第二扬声器、所述第一麦克风和第二麦克风以及所述双耳处理设备沿着所述单线式总线共同链接在一起以完成所述信号网络。
8.根据权利要求5到7中任一项权利要求所述的系统，其中所述双耳处理设备作为网络主控器运行并且在所述总线上提供主控时钟信号以用于所述总线上的其它设备的时钟获取。
9.根据权利要求5到8中任一项权利要求所述的系统，其中所述信号网络支持多个数据信道以允许多个设备同时发送或接收。
10.根据权利要求5到9中任一项权利要求所述的系统，其中所述第一扬声器和所述第二扬声器在网络链中位于总线主控器的下游，所述第一麦克风和所述第二麦克风在网络链中位于所述第一扬声器和所述第二扬声器的下游。
11.根据权利要求1到10中任一项权利要求所述的系统，其中所述双耳处理设备包括移动电话、智能电话、平板电脑和电子阅读器中的一个。
12.根据权利要求1到11中任一项权利要求所述的系统，其中在一只耳朵或两只耳朵处提供多于一个的麦克风。
13.根据权利要求1到12中任一项权利要求所述的系统，其中在双耳处捕获的声音被用来产生待输送到每只耳朵的声信号，从而以双耳方式集成所述两个助听器。
14.一种用于双耳信号处理的方法，所述方法包括：
从安装在使用者的左耳近旁的第一麦克风获得第一麦克风信号，并且从安装在使用者的右耳近旁的第二麦克风获得第二麦克风信号；
一个双耳处理设备通过一个信号网络接收所述第一麦克风信号和所述第二麦克风信号，基于所述第一麦克风信号和所述第二麦克风信号产生第一输出信号和第二输出信号，该双耳处理设备在远离使用者的左耳和右耳时是可操作的；以及
第一扬声器被安装在使用者的左耳近旁，第二扬声器被安装在使用者的右耳近旁，该第一扬声器通过该信号网络从该双耳处理设备接收该第一输出信号并且将第一声信号输送到使用者的左耳，该第二扬声器通过该信号网络从该双耳处理设备接收该第二输出信号并且将第二声信号输送到使用者的右耳。
15.一种用于双耳信号处理的非瞬态计算机可读介质，包括在被一个或多个处理器执行时导致实施如下步骤的指令：
从安装在使用者的左耳近旁的第一麦克风获得第一麦克风信号，并且从安装在使用者的右耳近旁的第二麦克风获得第二麦克风信号；
一个双耳处理设备通过一个信号网络接收所述第一麦克风信号和所述第二麦克风信号，基于所述第一麦克风信号和所述第二麦克风信号产生第一输出信号和第二输出信号，该双耳处理设备在远离使用者的左耳和右耳时是可操作的；以及
第一扬声器被安装在使用者的左耳近旁，第二扬声器被安装在使用者的右耳近旁，该第一扬声器通过该信号网络从该双耳处理设备接收该第一输出信号并且将第一声信号输送到使用者的左耳，该第二扬声器通过该信号网络从该双耳处理设备接收该第二输出信号并且将第二声信号输送到使用者的右耳。
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