CN104980869A - 改进的单声道信号源定位的助听器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新式助听器，其中，该新式助听器从外部装置诸如配偶麦克风、媒体播放器、听力回路系统、远程会议系统、收音机、电视、电话、带有警报的设备等接收的信号以使用者能够定位声源的方式进行滤波。

Description

改进的单声道信号源定位的助听器

技术领域

本发明提供一种改进的单声道信号源定位的新式助听器。

背景技术

听力受损的个人往往经历至少两个不同的问题：

1)听力损失，这是听力阈值水平的增加，以及

2)与听力正常的个人相比丧失理解噪音中语音的能力。对于大多数听力受损的患者，即使当引入的声音的可听度通过放大被恢复，噪声中语音可理解度测试中的表现也比正常听力的人差。语音接收阈值(SRT)是用于理解语音能力丧失的表现测度，并且被定义为在噪声听力测试中达到50％的正确单词识别所需要的呈现信号的信噪比。

为了补偿听力损失，当今的数字助听器通常使用多声道放大和压缩信号处理来为听力受损个人还原声音的可听度。因此，患者的听力通过使先前不可听语音提示变为可听的来改进。

然而，大部分助听器使用者仍然保留丧失理解噪音中语音包括在具有多个扬声器的环境中的语音的能力这一重要问题。

为了增加源自特定扬声器的语音的信噪比，助听器使用者可用的一种手段是为所讨论的扬声器配备麦克风，该麦克风通常被称为配偶麦克风，由于该麦克风靠近扬声器，其以高信噪比从所讨论的扬声器拾取语音。配偶麦克风将语音转换成对应的具有高信噪比的音频信号并将该信号发送(优选无线地)给助听器用于听力损失补偿。因此，语音信号以远高于所讨论使用者的SRT的信噪比被提供给使用者。

增加助听器使用者期望收听的扬声器(诸如向在公共场所例如在教堂、礼堂、剧院、电影院等的若干人广播或通过诸如在火车站、机场、商场等的公共广播系统广播的扬声器)语音的信噪比的另一种方法是使用拾音线圈，以磁拾取例如通过电话、调频系统(带有颈环)和感应回路系统(也被称为“听觉回路”)生成的音频信号。因此，声音可以以远高于助听器使用者的SRT的高信噪比被发送给该助听器。

在所有上述例子中，单声道音频信号被无线发送给助听器。

助听器并且特别是双耳助听器系统通常以使用者感知在头部内部定位的声源的方式重现声音。声音被认为是内在的，而不是外在的。助听器使用者在“在噪音中语音听力问题”中最常见的抱怨是很难跟踪正在讲述的任何事物，即使信噪比(SNR)应该足以提供所需的语音可懂度。造成这一事实明显是由于助听器再现内在的声场。这增加了助听器使用者的感知负荷，并可能导致听觉疲劳并最终导致使用者摘掉助听器。

因此，需要一种新式助听器，其能够改进发出声音信号的声源的定位，使声音信号如单声道声音信号一样无线发送给使用者，即，需要一种新式助听器，其能够添加关于助听器使用者头部方向的对应于发源单声道音频信号的声源的方向并且可能距离的空间提示。

利用改进的定位，不同的声源通常被感知被定位在使用者声音环境的不同空间位置。因此，使用者听觉系统的双耳信号处理被用于改进使用者隔离来自不同声源的信号和聚焦他或她收听到声源中的期望声源，或甚至同时收听和理解不止一个声源的能力。

人类借助人双耳声音定位能力来检测和定位在三维空间中的声源。

听力的输入由两个信号组成，即在下文中称为双耳声音信号在每个鼓膜的声压。因此，如果已通过给定的空间声场生成的在鼓膜的声压在该鼓膜被准确地再现，那么人类听觉系统将不能自身区分再现声音与通过空间声场所生成的实际声音。

来自被定位在关于听者左耳和右耳的给定方向和距离的声源的声波传输用两个传递函数来描述，一个用于左耳以及一个用于右耳，该声波传输包括任何线性失真，诸如赋色、双耳时间差和双耳频谱差。这样的一组两个传递函数(一个用于左耳以及一个用于右耳)被称为头相关传输函数(HRTF)。HRTF的每个传递函数被定义为相对于坐标在附属耳道中或接近附属耳道的特定点的平面波生成的声压p(在左耳道中的p_L和在右耳道中的p_R)之间的比率。按惯例所选择的坐标是听者不存在时由正好在头部中间位置的平面波生成的声压p_I。

HRTF包含与至听者两耳的声音传输有关的所有信息，该信息包括围绕头部的衍射、来自肩部的反射、在耳道中的反射等，因此HRTF因个人而异。

在下文中，为了方便，HRTF中的一个传递函数也被称为HRTF。

HRTF随声源关于听者耳朵的方向和距离而变化。测量任何方向和距离的HRTF例如通过电子模拟例如通过滤波器模拟HRTF是可能的。如果这样的滤波器被插入到音频信号源诸如麦克风与听者所用耳机之间的信号路径中，由于真实再现了耳朵的声压，因此听者将实现由耳机生成的声源自被定位在由模拟所讨论的HRTF的滤波器的传递函数所定义的距离和方向的声源的感知。

当解译空间编码信息时，大脑双耳处理产生几个积极的效果，即更好的信号源隔离、到达(DOA)方向估算和深度/距离感知。

人们不完全清楚人类听觉系统如何提取到声源的距离和方向的信息，但已知的是人类听觉系统在此类确定中使用了若干提示(cue)。所述提示包括频谱提示、混响提示、双耳时间差(ITD)、双耳相位差(IPD)和双耳电平差(ILD)。

双声道处理中最重要的提示是双耳时间差(ITD)和双耳电平差(ILD)。ITD起因于从源到两个耳朵的距离差。这个提示主要在高达约1.5kHz是有用的，并且在这个频率之上，听觉系统无法再分辨ITD提示。

电平差是衍射的结果，并通过耳朵与源相比的相对位置来确定。这个提示在2kHz之上是显性的，但听觉系统对在整个频谱上的ILD变化是同样敏感的。

有人认为由于听力损失在较低的频率下往往不是那么严重，因此听力受损对象从ITD提示受益最大。

发明内容

本发明提供了一种处理助听器中的单声道音频信号的新方法，其中源自声源的单声道音频信号诸如从配偶麦克风、扬声器、听力回路系统、远程会议系统、收音机、电视、电话、带有警报的设备等接收的单声道音频信号以使用者将所接收的单声道音频信号感知为由被定位在其当前位置和/或从朝向其当前位置的方向到达的声源发出的方式进行滤波。

根据需要，声源的感知外在化和感知空间定位帮助使用者理解来自声源的语音，并且让使用者集中在聆听该声源上。

例如，在双耳助听器中，双耳滤波器可以被配置成基于单声道音频信号输出信号并且旨在用于双耳助听器系统的使用者的右耳和左耳，其中输出信号相对于彼此移相了相移，以便引入基于和对应于单声道音频信号发源的声源位置的双耳时间差，由此对应的声源的感知位置向头部外面并且关于双耳助听器系统的使用者头部的方向横向移动。

在单声道助听器中，滤波器可以被配置成基于单声道音频信号输出信号并且旨在用于单声道助听器的使用者的右耳或左耳，其中输出信号相对于该单声道音频信号移相，以便引入对应于单声道音频信号发源的声源位置的关于在该使用者的另一耳朵自然接收的声音的双耳时间差，由此对应的声源的感知位置向头部外面并且关于双耳助听器系统的使用者头部的方向横向移动。

可选地，或者附加地，在双耳助听器中，双耳滤波器可以被配置成输出基于单声道音频信号的信号并且分别旨在用于双耳助听器系统的使用者的右耳和左耳，其中输出信号等于分别与右增益和左增益相乘后的单声道音频信号；以便获得基于和对应于单声道音频信号发源的声源位置的双耳电平差，由此对应的声源的感知位置关于双耳助听器系统的使用者头部的方向横向移动。

在单声道助听器中，滤波器可以被配置成基于单声道音频信号输出信号并用于双声道助听器的使用者的右耳或左耳，其中输出信号等于与右增益或左增益相乘后的单声道音频信号；以便基于和对应于单声道音频信号发源的声源位置获得相对于在该使用者另一耳朵自然接收声音的双耳电平差，由此对应的声源的感知位置关于双耳助听器系统的使用者头部的方向横向移动。

例如，在双耳助听器中，双耳滤波器可以具有朝向单声道音频信号发源的声源的方向和距离的选取的HRTF，使得使用者将所接收的单声道音频信号感知为由在关于用户当前位置的声源发出。

在单声道助听器中，滤波器可以具有朝向单声道音频信号发源的声源的方向和距离的HRTF的右边部分或左边部分，使得由于HRTF的另一个部分被另一只耳朵自然执行因而使用者将所接收的单声道音频信号感知为由在关于使用者当前位置的声源发出。

根据该新方法，单声道音频信号可以进行滤波以近似于各个HRTF。例如，HRTF可以使用诸如KEMAR的人体模型来确定。以这样的方式，能够对助听器使用者提供足够精确度的个别HRTF近似，以便在该使用者佩戴助听器时保持方向感。当使用者感知朝向单声道音频信号发源的声源的方向感或使用者感知声源的定位时，获得足够的精度。例如，基于单声道音频信号，使用者可以在他或她的鼓膜接收带有足以用于感知单声道音频信号发源的声源的位置的双耳时间差和/或双耳电平差的声学信号，该声源的感知位置在头部外面并关于双耳助听器系统的使用者头部的方向横向移动，优选地，移到对应于声源实际位置的感知位置，例如横向移到与实际位置在±45°内的感知位置。

听者的面板可以评估听力试验例如三替代强制选择试验中的感知的方向感。

由滤波器执行的单声道音频信号的滤波可以基于由位于关于助听器使用者的位置的一个麦克风或麦克风的组合所提供的信号来确定，其中，到达这些位置的声音的空间提示与助听器不存在时在使用者鼓膜所收到的声音的空间提示基本相同。麦克风可以例如被定位在使用者的耳廓前面的外耳中，例如在耳道的入口处；或者，在耳道内，在该位置，声音的空间提示与在助听器不存在时到达鼓膜声音的对应空间提示基本相同，与传统BTE助听器相比，麦克风有可能更大程度在耳朵的背后。在三角窝下面的位置也被证明关于空间提示的保存是有利的。

因此，提供一种新式助听器，其中，单声道音频信号不发源于容纳在助听器外壳中的麦克风；而源自助听器外壳外部的另一声源诸如配偶麦克风、媒体播放器、听力回路系统、远程会议系统、收音机、电视、电话、带警报的设备等的单声道音频信号以用户可以定位单声道音频信号发源的声源的位置的方式通过滤波器来滤波。

新式助听器可以包括

电子输入端，其用于提供在该输入端接收的单声道音频信号并且表示由位于有关助听器使用者的位置的声源输出的声音，

ITE麦克风外壳，其容纳至少一个ITE麦克风，并且被配置成定位在使用者的外耳，用于固定和保持至少一个ITE麦克风在其工作位置，

滤波器，其用于对单声道音频信号进行滤波，并且被配置成输出选自信号组的信号，该信号组由以下信号构成：

基于至少一个ITE麦克风的输出信号而移相了相移的单声道音频信号、

与基于至少一个ITE麦克风的输出信号的增益相乘后的单声道音频信号、以及

与增益相乘后并移相了相移的单声道音频信号，该增益和相移基于至少一个ITE麦克风的输出信号。

该至少一个ITE麦克风可以由一个ITE麦克风构成。

助听器可以形成双耳助听器系统的一部分。

助听器还可以具有被配置成基于滤波器的输出信号生成听力损失补偿输出信号的处理器。

助听器还可以具有用于将听力损失补偿输出信号转换为用于向助听器使用者鼓膜传输的声学信号的接收器。

处理器可以基于至少一个ITE麦克风的输出信号以包含在由至少一个ITE麦克风接收的声学信号中并指示单声道音频信号发源的声源位置的至少一个空间提示被转移至该单声道音频信号并被包括在滤波器的输出信号中的方式控制滤波器。

以这样的方式，至少一个ITE麦克风被利用来获得有关单声道音频信号发源的声源的空间提示，并且滤波器被利用来将有关声源位置的至少一个空间提示传递到单声道音频信号。例如，个人对着提供单声道音频信号的配偶麦克风或听力回路系统讲话的声学语音也被可能带有相对低信噪比的至少一个ITE麦克风接收；然而包括有关个人的位置的至少一个空间提示。

处理器可以被配置成计算单声道音频信号与至少一个ITE麦克风的输出信号之间的互相关并且确定基于所计算的互相关的相移。

滤波器可以是具有被配置成接收单声道音频信号的输入端的数字滤波器，并且滤波系数是适配的，使得至少一个ITE麦克风的输出与滤波器的输出之间的差值被最小化。

例如，滤波系数可以向下式的解适配：

$\underset{G(f,t)}{\min }{\left|\right|W\left(f\right)(S^{\mathrm{IEC}}(f,t)-G(f,t)S(f,t))\left|\right|}^p$

其中

S^IEC(f,t)是至少一个ITE麦克风的输出信号在时间t的短时谱，以及

S是单声道音频信号在时间t的短时谱，

G(f,t)是处理滤波器的传递函数，

p是标准因数，以及

W(f)是频率加权因数，例如，在一个实施方式中，W(f)＝1。

控制适配的算法可以(不限于)例如基于最小均方(LMS)或可归一化的递归最小二乘(RLS)的优化方法，其中，p＝2。

各个权重可以被并入将上述的最小化问题，使得该解如由权重值规定的进行优化。例如，频率权重W(f)可以在某一个或更多个频率范围内优化该解。

当滤波系数值已停止明显改变时，可以阻止滤波器进一步适配。

另外，在一个或更多个选取频率范围内，在最小化期间，当忽略相位时，仅可以考虑传递函数的幅度值，即，在一个或更多个选取频率范围内，传递函数用其绝对值取代。

处理器可以被配置为

确定至少一个ITE麦克风在多个频率的输出信号的信号幅度，

确定单声道音频信号在多个频率的信号幅度，并且

基于所确定的信号幅度确定滤波器在多个频率的各个频率的增益值。

在多个频率的信号幅度可以被确定为傅里叶变换信号的绝对值、或信号经适当带通滤波和均化等的均方根值、绝对值、幅度值等。

单声道音频信号可以被处理，使得单声道音频信号与至少一个ITE麦克风的输出信号之间的信号幅度的差值被减少。该处理可以在助听器电路能够操作的所选取频率范围内或多个所选取频率范围内或整个频率范围内执行。

例如，在所选取频率范围内进行频谱分析，由此作为单声道音频信号的频率的函数的绝对值B(f)以及作为至少一个ITE麦克风的输出信号的频率的函数的绝对值A(f)被确定。接着，作为频率的函数的乘法器增益值G(f)被确定G(f)＝A(f)/B(f)，并且带有所确定的增益值G(f)的乘法器被插入到单声道音频信号的信号路径中。

一般来说，所确定的在多个频率的增益值可以被转换为插入到单声道音频信号的信号路径中的线性相位滤波器的对应滤波系数；或者，该增益值可以被直接应用于频域中的单声道音频信号。

一般来说，所确定的增益值可以与在多个频率各个的各个最大稳定值相比较，并且大于各个最大稳定增益值的增益值可以被该各个最大稳定增益值取代，可能要减去余量以避免反馈的风险。

新式助听器可以是在EP2611218A1中所公开的类型的BTE助听器。

因此，新式助听器还可以包括佩戴在使用者耳廓背后并容纳用于将声音信号转换为各个音频声音信号的至少一个BTE声音输入变换器诸如全方位麦克风、定向麦克风、用于可植入助听器的变换器等的BTE助听器外壳，以及

处理器，其被配置成基于音频声音信号、至少一个ITE麦克风的输出信号和单声道音频信号来生成听力损失补偿输出信号。

新式助听器还可以包括声音信号传输构件，其用于将在声音信号传输构件的第一端表示来自BTE助听器的第二输出的听力损失补偿输出信号的信号传输至使用者在声音信号传输构件的第二端的耳道，以及

耳机，其被配置成被插入到使用者的耳道，用于将声音信号传输构件固定并保持在使用者耳道的预期位置。

容纳至少一个ITE麦克风的ITE麦克风外壳可以与耳机(earpiece)组合或由耳机构成，使得当耳机被固定在耳道的预期位置时，至少一个麦克风定位成接近于该耳道的入口。

ITE麦克风外壳可以用臂形件被连接到耳机，该臂形件可以是旨在被定位在耳廓内例如在紧靠耳轮的外耳的四周且至少部分被耳轮覆盖的柔性臂形件，用于保持其在使用者的外耳内的位置。臂形件可以在制造期间预先形成，优选形成为曲率比对耳轮的曲率稍大的拱形形状，使臂形件容易装配到耳廓的预期位置。在一个例子中，臂形件具有便于将至少一个ITE麦克风定位在紧接在三角窝下面的操作位置的长度和形状。

处理器可以被容纳在BTE助听器外壳内或耳机内，或者处理器的一部分可以被容纳在BTE助听器外壳内，并且处理器的另一部分可以被容纳在耳机内。BTE助听器外壳的电路与耳机的电路之间存在单向或双向通信链路。该链路可以是有线或无线的。

同样，BTE助听器外壳的电路与至少一个ITE麦克风之间存在单向或双向通信链路。该链路可以是有线或无线的。

新式助听器可以是要被处理的信号被划分为多个频道的多通道助听器，并且包括单声道音频信号的信号在各个频道中被单独处理。

处理器可以被配置成为以听力损失补偿输出信号在所选取的频带内基本保存至少一个ITE麦克风的输出信号的空间提示的方式处理至少一个ITE麦克风的输出信号和单声道音频信号。

在整个本公开中，当使用者感知朝向单声道音频信号发源的声源的方向的感觉或使用者感知声源的定位时，可以说空间提示基本被保存。例如，基于单声道音频信号，使用者可以在他或她的鼓膜接收带有足以用于单声道音频信号发源的声源的感知位置的双耳时间差和/或双耳电平差的声学信号，该声源的感知位置向头部外面并关于双耳助听器系统的使用者头部的方向横向移动，优选地，移到对应于声源实际位置的感知位置，例如横向移到与实际位置在±45°内的感知位置。

听者的面板可以评估在听力试验例如三替代强制选择试验中的空间提示保存。

所选取的频带可以包括一个或更多个的频道，或所有的频道。所选取的频带可以是片段式的，即所选择的频带不需要包括连贯的频道。

多个频道可以包括翘曲的频道，例如所有的频道可以是翘曲的频道。

当使用者不聆听单声道音频信号时，至少一个ITE麦克风可以依惯例在助听器电路中被连接，如在助听器领域中是众所周知的。

在整个本公开中，“至少一个ITE麦克风的输出信号”可以被用于识别形成从至少一个ITE麦克风的输出端到处理器的输入端的信号路径的一部分的任何模拟或数字信号，该信号包括至少一个ITE麦克风的预处理输出信号。

同样，“至少一个BTE声音输入变换器的输出信号”可以被用于识别形成从至少一个BTE声音输入变换器到处理器的输入端的信号路径的一部分的任何模拟或数字信号，该信号包括至少一个BTE声音输入变换器的预处理输出信号。

在使用时，至少一个ITE麦克风被定位使得至少一个ITE麦克风响应于输入声音所生成的输出信号具有构成对使用者HRTF良好近似的传递函数。滤波器向处理器的产生听力损失补偿输出信号传送包含在至少一个ITE麦克风想输出信号中的方向信息，使得助听器的传递函数构成对使用者HRTF的良好近似，由此向使用者提供改进的定位。

耳机的至少一个ITE麦克风的输出信号可以是几个预处理ITE麦克风信号的组合或至少一个ITE麦克风中的单个ITE麦克风的输出信号。耳机的至少一个ITE麦克风的输出信号的给定时间点的短时谱由S^IEC(f,t)(IEC＝在耳组件中)。

至少一个BTE声音输入变换器的一个或更多个输出信号得以提供。这些信号的频谱由S₁ ^BTEC(f,t)和S₂ ^BTEC(f,t)等表示(BTEC＝在耳组件背后)。输出信号可以被预处理。预处理可以包括，但不排除任何形式的处理；自适应和/或静态反馈抑制，自适应或固定波束成形和预滤波。

如在EP2611218A1中所公开，自适应滤波器可以被配置成对至少一个BTE声音输入变换器的电子输出信号进行自适应滤波，使得它们尽可能近地对应于至少一个ITE麦克风的输出信号。自适应滤波器G₁、G₂、...、G_n具有各个传递函数：G₁(f,t)、G₂(f,t)、…、G_n(f,t)。

至少一个ITE麦克风作为用于生成具有当前声音环境的期望空间信息的电子声音信号的监听麦克风来运行。

例如，在带有一个ITE麦克风的助听器中，并且在入射声场由单个扬声器发出的声音组成的情况下，发出的声音具有短时谱X(f,t)；随后，假设ITE麦克风完美再现实际HRTF，则可以提供下列信号：

S^IEC(f,t)＝HRTF(f)X(f,t)

并且

S(f,t)＝H(f)X(f,t)

其中，S(f,t)是单声道音频信号的短时谱，并且H(f)是从扬声器到电子输入端的单声道音频信号的传输路径的相关传递函数。

在充分适配后，滤波器的传递函数满足

$\underset{t\→\∞}{\lim }G(f,t)H\left(f\right)=\mathrm{HRTF}\left(f\right)$

如果扬声器移动并由此改变HRTF，则滤波器即调节滤波系数的算法向新式HRTF适配。适配的时间常数被设定以对当前声音环境的变化做出适当反应。

在整个本公开中，当一个信号是另一个信号的函数时，一个信号可以说表示另一个信号，例如，一个信号可以通过模数转换或数模转换形成另一个信号；或一个信号可以通过声学信号转换为电子信号形成，或反之亦然；或一个信号可以通过模拟或数字滤波或混合另一个信号形成；或一个信号可以通过变换诸如频率变换另一个信号形成等等。

另外，通过特定电路例如在处理器中处理的信号可以通过用于识别任何模拟或数字信号的名称来识别，所述模拟或数字信号形成所讨论信号的从其所讨论电路的输入端到其输出端的信号路径的一部分。例如，麦克风的输出信号，即麦克风音频信号可以被用于识别形成从麦克风的输出端到其接收器的输入端的信号路径的一部分的任何模拟或数字信号，该任何模拟或数字信号包括任何处理过的麦克风音频信号。

新式单声道助听器和新式双耳助听器系统可以另外提供根据听力损失补偿的其他传统方法所使用的电路，使得新电路或其他传统电路可以被选择以适用于在不同类型的声音环境中运行。不同的声音环境可以包括讲话、喃喃讲话、餐厅嘈杂的谈笑声、音乐、交通噪音等。

新式单声道助听器和新式双耳助听器系统可以例如包括数字信号处理器(DSP)，DSP的处理通过可选的信号处理算法来控制，该算法中的每个算法具有用于调节要被处理的实际信号的各种参数。多通道助听器的每个频道中的增益是此类参数的例子。

可选信号处理算法中的一种根据新方法来运行。

例如，可以提供各种算法用于传统的噪音抑制，即干扰信号的衰减和期望信号的放大。

新式助听器中的信号处理可以通过专用硬件来执行或可以在信号处理器中执行，或在专用硬件和一个或更多个信号处理器的组合中执行。

如本文所使用，术语“处理器”、“信号处理器”、“控制器”、“系统”等意在指CPU相关的实体或者是硬件、硬件和软件的组合、软件或者在执行中的软件中的任一种。

例如，术语“处理器”、“信号处理器”、“控制器”、“系统”等可以是但不限于在处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行文件、执行线程和/或程序。

通过说明的方式，术语“处理器”、“信号处理器”、“控制器”、“系统”等指定在处理器上运行的应用程序和硬件处理器两者。一个或更多个“处理器”、“信号处理器”、“控制器”、“系统”等或它们的组合可以驻留在进程和/或执行线程内，并且一个或更多个“处理器”、“信号处理器”、“控制器”、“系统”等或它们的组合可以位于一个硬件处理器上，可能位于与其他硬件电路的组合中，和/或分布在两个或两个以上硬件处理器之间，可能分布在与其他硬件电路的组合中。

而且，处理器(或类似术语)可以是能够执行信号处理的任何组件或组件的任何组合。例如，信号处理器可以是ASIC处理器、FPGA处理器、通用处理器、微处理器、电路组件或集成电路。

附图说明

本发明的优选实施方式在下面参考附图来详细解释，其中：

图1示出新式BTE助听器的透视图，该助听器带有驻留在使用者外耳中的ITE麦克风，

图2示出新式助听器的原理框图，

图3示出带有自适应滤波器的示例性新式助听器的原理框图，以及

图4示出另一个示例性新式助听器的原理框图。

具体实施方式

现将参考示出新式双耳助听器系统的各种示例的附图在下文中全面描述新方法和助听器。不过，新方法和双耳助听器系统可以体现为各种形式，不应仅限于本文阐述的例子。相反，之所以提供这些例子是为了使本公开更加全面和完整，并且向本领域的技术人员全面表达本发明的范围。

应当指出的是，为了清楚起见，附图是示意性的和简化的，并且它们仅示出理解本发明必不可少的细节，而其它细节已被省略。

相同的参考数字标号指的是全部附图的相同元件。因此，将不会详细描述每个附图的相同元件。

图1示出在其工作位置的BTE助听器10，其带有在耳朵背后即在使用者的耳廓100背后的BTE外壳12。BTE外壳12按惯例容纳用于将声音信号转换为各个音频声音信号的前麦克风(不可见)和后麦克风(不可见)。

所示的BTE助听器10具有在臂形件30的自由端被定位在耳道外面使用者的外耳中的ITE麦克风26。臂形件30是柔性的，并且臂形件30旨在被定位在耳廓100中，例如在耳屏104和耳屏106背后的耳甲102的圆周周围并紧靠耳轮108并至少部分被耳轮覆盖，用于将其位置保持在使用者外耳中。臂形件可以在制造期间预先形成，优选形成曲率比对耳轮104的曲率稍大的拱形形状，使臂形件30容易装配到耳廓的预期位置。臂形件30包含电线(不可见)，其用于互连ITE麦克风26和BTE助听器电路的其他部件。

在一个例子中，臂形件30具有便于将ITE麦克风26定位在三角窝下面的工作位置的长度和形状。

当耳机24被定位在使用者的耳道中的预期位置时，耳机可以可选或附加地保持被定位在耳道入口的一个ITE麦克风。

ITE麦克风26被连接到A/D转换器(不可见)并可选连接到BTE外壳12中的前置滤波器(不可见)，电线(不可见)被包含在声音传输构件20中。

处理器也被容纳在BTE外壳12中，并且处理器被配置成基于音频声音信号、至少一个ITE麦克风的输出信号和单声道音频信号生成听力损失补偿输出信号。

听力损失补偿输出信号通过被包含在声音信号传输构件20中的电线被传输到接收器(不可见)，该接收器用于将听力损失补偿输出信号转换为用于向使用者的鼓膜传输的声输出信号。接收器(不可见)被包含在耳机24中，耳机24的形状(未图示)适用于将耳机舒适地定位在使用者的耳道中，以便将声音信号传输构件20固定和保持在使用者的耳道的预期位置中，如在BTE助听器的领域中是众所周知的。

图2是示出在新式助听器10例如在图1中所示的助听器中的信号处理的一个例子的框图。助听器10具有被定位在使用者的外耳中的ITE麦克风26。ITE麦克风26的输出信号28被数字化并可选地在预处理器30中被预处理诸如预滤波，并且预处理器30的输出32被输入给处理器34。

助听器10也包括电子输入端36，诸如天线、拾音线圈等，其用于提供表示由声源(未图示)发出的声音并在输入端36接收的接收38信号，输入端36未被耦合于被容纳在助听器10的外壳中的麦克风。

由声源发出的声音可以用由助听器使用者希望聆听的个人携带的配偶麦克风(未图示)来记录。配偶麦克风的输出信号被编码，通过使用无线或有线数据传输门，优选无线数据传输被传输至助听器10。接收器和解码器40接收表示配偶麦克风输出信号的传输数据并将接收信号38解码至单声道音频信号42中。

单声道音频信号42通过滤波器44以使用者可以定位单声道音频信号42发源的声源的位置的方式进行滤波。

滤波器44由处理器34基于ITE麦克风26的输出信号32和单声道音频信号42以及可能向处理器34提供反馈的滤波器44的输出信号46来控制，可选地被预处理。处理器34以由ITE麦克风26接收的声音信号中的空间提示被传送或基本被传送至滤波后的单声道音频信号46的方式控制滤波器44，由此由ITE麦克风26接收的声音信号的空间提示被传送或基本被传送至滤波后的单声道音频信号46，使得使用者能感知朝向单声道音频信号发源的声源的方向的感觉；或使用者感知声源的定位。例如，基于单声道音频信号，使用者可以在他或她的鼓膜接收带有足以用于单声道音频信号发源的声源的感知位置的双耳时间差和/或双耳电平差的声学信号，该声源的感知位置在头部外面并关于双耳助听器系统的使用者头部的方向横向移动，优选地，移到对应于声源实际位置的感知位置，例如横向移到与实际位置在±45°内的感知位置。

滤波后的单声道音频信号46被输入给处理器48用于听力损失补偿。听力损失补偿信号50被输出给接收器52，接收器52将信号50转换为用于向使用者的鼓膜传输的声学信号。

处理器34可以例如控制滤波器44以移相单声道音频信号42相移θ，其中θ基于ITE麦克风26的输出信号32，和/或将单声道音频信号42乘以基于ITE麦克风的输出信号32的增益。

例如，处理器34可以被配置成计算单声道音频信号42与ITE麦克风26的输出信号32之间的互相关并确定相移θ，相移θ对应于互相关的最大值，并因此对应于单声道音频信号42与ITE麦克风26的输出信号32之间的相移和/或作为移相所确定的相移θ的单声道音频信号与ITE麦克风26的输出信号32之间比率的增益。因此，滤波器44的输出信号46将分别以与由ITE麦克风26接收的声学信号在助听器不存在时所表现的方式相同的方式有助于双耳时间差和/或双耳电平差。

例如，在如图2所示带有用于左耳的助听器和用于右耳的助听器的双耳助听器系统中，单声道音频信号在两个助听器中接收，并且各个滤波器44可以输出基于上述各个互相关移相和/或放大的旨在用于双耳助听器系统使用者的右耳和左耳的信号，由此助听器中的滤波后单声道音频信号46获得如助听器不存在时对应声学信号到达耳朵基本相同的双耳电平差，使得单声道音频信号发源的声源的感知位置在头部外面并关于双耳助听器系统使用者的头部方向横向移动到对应于声源实际位置的感知位置。

同样，如果在图2中所示的助听器被用作单声道助听器，滤波器44的相移和/或放大引入相对于在使用者另一耳朵自然接收声音的双耳时间差和/或双耳电平差，其对应于单声道音频信号发源的声源的位置。

另外，处理器34可以将滤波器44的传递函数控制为通过互相关确定的分别对应于相移θ和/或增益的带有双耳时间差和/或双耳电平差的选取HRTF的右边部分或左边部分中的恰当一个，使得使用者将所接收的单声道音频信号感知为由在关于使用者当前位置的声源发出。

如图2所示的新式助听器电路可以在助听器10的整个频率范围内运行。

如图2所示的助听器10可以是ITE麦克风音频信号28和待处理单声道音频信号被划分为多个频道的多通道助听器，并且其中信号在各个频道中单独处理。

对于多通道助听器10，图2可以说明在单个频道中的电路和信号处理。电路和信号处理可以在多个频道例如在所有频道中重复。

例如，如图2所示的信号处理可以在选取频带中执行，例如在分配器办公室使助听器与特定使用者吻合期间来选择。

选取的频带可以包括一个或更多个的频道，或所有的频道。选取频带可以是片段式的，即，所选择的频带不需要包括连贯的频道。

多个频道可以包括翘曲的频道，例如所有的频道可以是翘曲的频道。

ITE麦克风26可以按惯例作为输入源被连接到助听器的处理器48，使得在某些情况下，传统的听力损失补偿可以被选择，并且在其他情况下，滤波后的单声道音频信号46可以被选择用于处理器48中的听力损失补偿。

任意数量N的ITE麦克风可以取代ITE麦克风26，并且来自N个ITE麦克风的输出信号的组合可以在ITE信号组合器中组合例如作为加权和以形成输出信号32，该输出信号可选地可进行预处理。权重可以是频率相关的。

图3示出类似于图2的助听器的助听器10；不过带有不同于关于图2解释例子的单声道音频信号42的滤波例子。类似组件和特征的解释不再重复，可以参考图2的描述。

在图3的助听器10中，滤波器44是带有由包括自适应控制器54的处理器34控制的滤波系数的数字自适应滤波器。控制器54控制滤波系数的适配以使滤波后的单声道音频信号46与可选进行预处理的ITE麦克风26的输出信号32之间的差值56最小化。差值56通过处理器34的减法器58提供。

因此，滤波后的单声道音频信号46与可选进行预处理的ITE麦克风26的输出信号32近似，因此，由于ITE麦克风26被定位在使用者的外耳的位置，也大体获得对应于使用者的HRTF的传递函数，其中助听器传递函数大体等于使用者的HRTF的右耳部分或左耳部分。

可选进行预处理的ITE麦克风26的输出信号32具有表示为S^IEC(f,t)(IEC＝在耳组件中)的短时谱。

单声道音频信号42的短时谱表示为S(f,t)。预处理可以包括，但不排除任何形式的处理；自适应和/或静态反馈抑制，自适应或固定波束成形和预滤波。

自适应控制器54被配置成控制自适应滤波器44的滤波系数，使得滤波器输出46尽可能近地对应于可选进行预处理的ITE麦克风26的输出信号32。

滤波器44具有传递函数：G(f,t)。

ITE麦克风26作为用于生成具有当前声音环境的期望空间信息的电子声音信号46的监听麦克风来运行。

因此，滤波器系数适用于获得下列最小化问题的精确或近似解：

$\underset{G(f,t)}{\min }{\left|\right|W\left(f\right)(S^{\mathrm{IEC}}(f,t)-G(f,t)S(f,t))\left|\right|}^p$

其中p是标准因数，以及W(f)是频率加权因数，例如W(f)＝1。

控制适配的算法可以(不限于)例如基于最小均方(LMS)或可能归一的递归最小二乘(RLS)优化方法，其中，p＝2。

例如，在入射声场由单个扬声器发出的声音组成的情况下，发出的声音具有短时谱X(f,t)；随后，假设ITE麦克风26完美再现实际HRTF，则可以提供下列信号：

S^IEC(f,t)＝HRTF(f)X(f,t)

S(f,t)＝H(f)X(f,t)

其中，H(f)是单声道音频信号42的传递函数。

在充分适配后，单声道音频信号42的助听器传递函数将等于实际HRTF，使得

$\underset{t\→\∞}{\lim }G(f,t)H\left(f\right)=\mathrm{HRTF}\left(f\right)$

如果扬声器移动由此改变HRTF，则自适应滤波器44，即调节滤波系数的控制器54向新式HRTF适配。适配的时间常数被设定以对当前声音环境的变化做出适当反应。

如图3所示的新式助听器电路可以在助听器10的整个频率范围内运行。

如图3所示的助听器10可以是ITE麦克风音频信号28和待处理单声道音频信号被划分为多个频道的多通道助听器，并且其中信号在各个频道中单独处理。

对于多通道助听器10，图3可以说明在单个频道中的电路和信号处理。电路和信号处理可以在多个频道例如在所有频道中重复。

例如，如图3所示的信号处理可以在选取频带中执行，例如在分配器办公室使助听器与特定使用者吻合期间来选择。

选取的频带可以包括一个或更多个的频道，或所有的频道。选取频带可以是片段式的，即，所选择的频带不需要包括连贯的频道。

多个频道可以包括翘曲的频道，例如所有的频道可以是翘曲的频道。

ITE麦克风26可以按惯例作为输入源被连接到助听器的处理器48，使得在某些情况下，传统的听力损失补偿可以被选择，并且在其他情况下，滤波后的单声道音频信号46可以被选择用于处理器48中的听力损失补偿。

任意数量N的ITE麦克风可以取代ITE麦克风26，并且来自N个ITE麦克风的输出信号的组合可以在ITE信号组合器中组合例如作为加权和以形成输出信号32，该输出信号可选地可进行预处理。权重可以是频率相关的。

图4示出分别类似于图2和图3的助听器的助听器10；不过，其带有不同于关于图2和图3解释例子的单声道音频信号42的滤波例子。类似组件和特征的解释不再重复，可以参考图2和图3的描述。

在图4中，滤波器44放大带有增益值的单声道音频信号42，该增益值被确定使得滤波后的单声道音频信号46的信号幅度与可选进行预处理的ITE麦克风26的输出信号32在多个频率的信号幅度完全相同或基本相同，可选进行预处理的ITE麦克风26的输出信号32中的空间提示由此被传送给滤波后的单声道音频信号46。

处理器60对可选进行预处理的ITE麦克风26的输出信号32进行频谱分析，并且信号幅度计算器62计算可选进行预处理的ITE麦克风26的输出信号32在多个频率的信号幅度。

同样，处理器64对单声道音频信号42进行频谱分析，并且信号幅度计算器66确定单声道音频信号42在多个频率的信号幅度。

增益处理器68基于所计算的单声道音频信号42的信号幅度与可选进行预处理的ITE麦克风26的输出信号32的信号幅度之间的比率计算在多个频率的各个频率的增益值，并向滤波器44输出所确定的增益值，滤波器44被连接用于将单声道音频信号42与在各个频率所确定的增益值相乘。

单声道音频信号42被处理，使得单声道音频信号42与ITE声音信号32之间的信号幅度的差值减少。该处理可以在助听器电路能够运行的选取频率范围内或多个选取频率范围内或整个频率范围内执行。

所确定的在多个频率的增益值可以被转换为插在单声道音频信号42的信号路径中的线性相位滤波器的对应滤波系数，或该增益值可以被直接应用于频域中的单声道音频信号42。

如图4所示的新式助听器电路可以在助听器10的整个频率范围内运行。

如图4所示的助听器10可以是ITE麦克风音频信号28和待处理单声道音频信号被划分为多个频道的多通道助听器，并且其中信号在各个频道中单独处理。

对于多通道助听器10，图4可以说明在单个频道中的电路和信号处理。电路和信号处理可以在多个频道例如在所有频道中重复。

例如，如图4所示的信号处理可以在选取频带中执行，例如在分配器办公室使助听器与特定使用者吻合期间来选择。

所选取的频带可以包括一个或更多个的频道，或所有的频道。选取频带可以是片段式的，即，所选择的频带不需要包括连贯的频道。

多个频道可以包括翘曲的频道，例如所有的频道可以是翘曲的频道。

任意数量N的ITE麦克风可以取代ITE麦克风26，并且来自N个ITE麦克风的输出信号的组合可以在ITE信号组合器中组合例如作为加权和以形成输出信号32，该输出信号可选地可进行预处理。权重可以是频率相关的。

因此，本发明提供一种助听器，其包括

电子输入端，其提供在输入端接收的单声道音频信号并表示由位于关于助听器使用者的位置中的声源输出的声音。

ITE麦克风外壳，其容纳至少一个ITE麦克风，并且被配置成定位在使用者的外耳，用于固定和保持至少一个ITE麦克风在其工作位置，

滤波器，其用于对单声道音频信号进行滤波，并且被配置成输出选自信号组的信号，该信号组由以下信号构成：

基于至少一个ITE麦克风的输出信号而移相了相移的单声道音频信号，

与基于至少一个ITE麦克风的输出信号的增益相乘后的单声道音频信号，以及

与增益相乘后并移相了相移的单声道音频信号，该增益和相移基于至少一个ITE麦克风的输出信号，

处理器，其被配置成基于滤波器输出信号生成听力损失补偿输出信号，以及

接收器，其用于将听力损失补偿输出信号转换为用于向助听器使用者鼓膜传输的声学信号，并且可选地

其中，滤波器的传递函数基本等于头相关传递函数的左耳部分和右耳部中的一个，并且可选地

其中该助听器还包括：

处理器，其被配置成计算单声道音频信号与至少一个ITE麦克风的输出信号之间的互相关，并且基于所计算的互相关确定相移，并且可选地

其中，该滤波器是带有滤波系数的自适应数字滤波器，该滤波系数是适配的，使得至少一个ITE麦克风的输出与滤波器的输出之间的差值被最小化，并且可选地

其中，滤波系数向下式的解适配：

min_G(f，t)||W(f)(S^IEC(f，t)-G(f，t)S(f，t))||^p，

其中

S^IEC(f,t)是至少一个ITE麦克风的输出信号在时间t的短时谱，以及

S是单声道音频信号在时间t的短时谱，

G(f,t)是滤波器的传递函数，

p是标准因数，以及

W(f)频率加权因数，并且可选地

其中p＝2，并且可选地

其中W(f)＝1，并且可选地

其中该助听器还包括处理器，其被配置为

确定至少一个ITE麦克风的输出信号在多个频率的信号幅度，

确定单声道音频信号在多个频率的信号幅度，并且

基于所确定的至少一个ITE麦克风的输出信号的信号幅度和所确定的单声道音频信号的信号幅度来确定滤波器在多个频率的各个频率的增益值，并且可选地

其中该助听器具有一个ITE麦克风，并且可选地

其中该单声道音频信号被划分为多个频道，并且该滤波器被配置成单独处理所选取的频道中的单声道音频信号。

还提供一种双耳助听器系统，该系统包括如上所述的助听器。

还提供一种处理助听器中的单声道音频信号的方法，该助听器具有容纳至少一个ITE麦克风并且被配置成定位在使用者的外耳用于固定和保持至少一个ITE麦克风在其工作位置的ITE麦克风外壳，该方法包括

将单声道音频信号滤波为选自信号组的信号，该信号组由如下信号构成：

基于至少一个ITE麦克风的输出信号而移相了相移的单声道音频信号，

与基于至少一个ITE麦克风的输出信号的增益相乘后的单声道音频信号，以及

与增益相乘后并移相了相移的单声道音频信号，该增益和相移基于至少一个ITE麦克风的输出信号，

基于滤波后的单声道音频信号生成听力损失补偿输出信号，并且

将听力损失补偿输出信号转换为用于向助听器使用者的鼓膜发送的声学信号。

Claims (10)

1.一种助听器，包括：

电子输入端，其用于提供在该输入端接收的单声道音频信号并且表示由位于有关助听器的使用者的位置的声源输出的声音；

ITE麦克风外壳，其容纳至少一个ITE麦克风，并且被配置成定位在使用者的外耳，用于固定和保持所述至少一个ITE麦克风在其工作位置；

滤波器，其用于对所述单声道音频信号进行滤波，并且被配置成输出选自信号组的信号，所述信号组由如下信号构成：

基于所述至少一个ITE麦克风的输出信号而移相了相移的单声道音频信号、

与基于所述至少一个ITE麦克风的输出信号的增益相乘后的单声道音频信号、以及

与增益相乘后并移相了相移的单声道音频信号，所述增益和相移基于所述至少一个ITE麦克风的输出信号；

处理器，其被配置成基于所述滤波器的所述输出信号生成听力损失补偿输出信号；以及

接收器，其用于将所述听力损失补偿输出信号转换为用于向助听器的使用者的鼓膜传输的声学信号。

2.根据权利要求1所述的助听器，其中，

所述滤波器的传递函数基本等于头相关传递函数的左耳部分和右耳部分中的一个。

3.根据权利要求1或2所述的助听器，其中，

包括处理器，其被配置成计算所述单声道音频信号与所述至少一个ITE麦克风的所述输出信号之间的互相关，并且基于所计算的互相关确定所述相移。

4.根据权利要求1或2所述的助听器，其中，

所述滤波器是带有滤波系数的自适应数字滤波器，所述滤波系数是适配的，使得所述至少一个ITE麦克风的输出与所述滤波器的输出之间的差值被最小化。

5.根据权利要求4所述的助听器，其中，

所述滤波器向下式的解适配：

min_G(f，t)||W(f)(S^IEC(f，t)-G(f，t)S(f，t))||^p

其中，S^IEC(f,t)是所述至少一个ITE麦克风的所述输出信号在时间t的短时谱，以及

S是所述单声道音频信号在时间t的短时谱，

G(f,t)是所述滤波器的传递函数，

p是标准因数，以及

W(f)是频率加权因数。

6.根据权利要求5所述的助听器(10)，其中，

p＝2。

7.根据权利要求1所述的助听器，其中，

包括：

处理器，其被配置为

确定所述至少一个ITE麦克风在多个频率的输出信号的信号幅度，

确定所述单声道音频信号在所述多个频率的信号幅度，并且

基于所确定的所述至少一个ITE麦克风的输出信号的信号幅度和所确定的所述单声道音频信号的信号幅度来确定所述滤波器在所述多个频率的各个频率的增益值。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的助听器，其中，

所述单声道音频信号被划分为多个频道，并且所述滤波器被配置为单独处理所选取的频道中的单声道音频信号。

9.一种双耳助听器系统，包括根据前述权利要求中的任一项所述的助听器。

10.一种处理助听器中的单声道音频信号的方法，所述助听器具有容纳至少一个ITE麦克风并且被配置成定位在使用者的外耳用于固定和保持所述至少一个ITE麦克风在其工作位置的ITE麦克风外壳，所述方法包括

将所述单声道音频信号滤波为选自信号组的信号，所述信号组由如下信号构成：

基于所述至少一个ITE麦克风的输出信号而移相了相移的单声道音频信号、

与基于所述至少一个ITE麦克风的输出信号的增益相乘后的单声道音频信号、以及

与增益相乘后并移相了相移的单声道音频信号，所述增益和相移基于所述至少一个ITE麦克风的输出信号；

基于滤波后的单声道音频信号生成听力损失补偿输出信号；并且

将所述听力损失补偿输出信号转换为用于向助听器使用者的鼓膜传输的声学信号。