CN105530580B - 听力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种听力系统，其包括听力装置和远程单元，其中所述听力装置包括：方向敏感输入声音变换器单元，配置成将声学声音信号转换为电有噪声声音信号；无线声音接收器单元，配置成从远程装置接收无线声音信号，所述无线声音信号表示无噪声声音信号；及处理单元，配置成基于所述电有噪声声音信号和所述无线声音信号产生双耳电输出信号。

Description

听力系统
技术领域
本发明涉及听力装置及包括听力装置和远程单元的听力系统。本发明还涉及用于产生无噪声双耳电输出声音信号的方法。
背景技术
听力装置用于改善或使能听觉感知即听力。作为一组听力装置，助听器在当今很常用并帮助听力受损人员提高其听觉能力。助听器通常包括传声器、输出声音变换器、电路、及电源如电池。输出声音变换器例如可以是扬声器(也称为接收器)、振动器、配置成植入在耳蜗中的电极阵列、或者能够从电信号产生用户感知为声音的信号的任何其他装置。传声器从环境接收声学声音信号并产生表示声学声音信号的电声音信号。电声音信号由电路进行处理，其可包括频率有选择地放大、降噪、针对听音环境调节处理、和/或移频等，处理后的可能声学输出声音信号由输出声音变换器产生以刺激用户听觉或者至少呈现用户感知为声音的信号。为改善用户的听觉体验，在电路中可包括频谱滤波器组，其例如分析不同的频带或者个别地处理不同频带中的电声音信号并使能提高信噪比。目前，频谱滤波器组通常在任何助听器中在线运行。
助听器装置可佩戴在一只耳朵上，称为单耳佩戴；或者佩戴在两只耳朵上，称为双耳佩戴。双耳助听器系统刺激两只耳朵的听觉。双耳听力系统包括两个助听器，用户的左耳和右耳各一个。双耳听力系统的助听器可彼此无线交换信息并使能空间听觉。
表征助听器装置的一种方式是通过它们与用户耳朵相配的方式。助听器类型例如包括ITE(耳内式)、RITE(耳内接收器式)、ITC(耳道式)、CIC(深耳道式)、及BTE(耳后式)助听器。ITE助听器的部件主要位于耳中，而ITC和CIC助听器部件位于耳道中。BTE助听器通常包括耳后单元，其通常安装在用户耳朵后面或上面并连接到充气管，该管具有可安装在用户耳道中的远端。扬声器产生的声音可通过充气管传到用户耳道的耳膜。RITE助听器通常包括布置在用户耳朵后面或上面的BTE单元及具有接收器的单元，接收器布置在用户耳道中。BTE单元和接收器通常经引线连接。电声音信号可经引线传给布置在耳道中的接收器即扬声器。
目前，无线传声器、搭档传声器和/或夹子传声器可放在目标讲话者身上以提高呈现给助听器用户的声音信号的信噪比。从放在目标讲话者身上的传声器接收的、来自目标讲话者的语音信号产生的声音信号实质上无噪声，因为传声器定位成靠近目标讲话者嘴巴。声音信号可无线传给助听器用户，例如通过使用拾音线圈、FM、蓝牙等无线传输。之后，声音信号经助听器扬声器播放。呈现给助听器用户的声音信号因而很大程度上没有回响和噪声，因此相较由助听器传声器接收的、通常被噪声和回响污染的信号，其通常更容易理解及更令人愉快的听。
然而，该信号单声道播放，即其不包含与目标讲话者有关的任何空间线索，这意味着其听起来就像源自助听器用户头部内部一样。
US 8,265,284 B2提出了一种装置如环绕声音系统及用于从包括单声道缩混信号和空间参数的音频数据产生双耳音频信号的方法。该装置包括接收器、参数数据转换器、M通道转换器、立体声滤波器、及系数确定器。接收器配置成接收包括缩混音频信号和空间参数数据的音频数据以对缩混音频信号进行上混。该装置的部件配置成使用空间参数和双耳感知传递函数对单声道缩混信号进行上混因而产生双耳音频信号。
发明内容
本发明的目标在于提供一种改进的听力装置。本发明的目标还在于提供现有技术的备选方案。
这些及其他目标由一种听力装置实现，其包括方向敏感输入声音变换器单元、无线声音接收器单元、和处理单元。该听力装置配置成佩戴在用户耳朵处、耳后和/或耳中或者至少部分位于耳道内。方向敏感输入声音变换器单元配置成接收声学声音信号和产生表示来自所接收的声学声音信号的环境声音的电声音信号。无线声音接收器单元配置成接收无线声音信号和从所接收的无线声音信号产生无噪声电声音信号。在本说明书中，术语“无噪声电声音信号”应理解为表示具有高信噪比的声音的信号，相较于来自方向敏感输入声音变换器单元的信号而言。在一例子中，定位成靠近声源如体戴装置中的传声器被认为无噪声，相较于以更大的距离进行定位如第二人身上的听力装置中的传声器而言。体戴传声器的信号也可通过单通道或多通道降噪进行增强，即体戴传声器可包括定向传声器或传声器阵列。处理单元配置成处理电声音信号和无噪声电声音信号以产生双耳电输出声音信号。听力装置用户非常可能使用双耳听力系统，通常包括两个一样的听力装置。当外部传声器将信号传给双耳听力系统时，其听起来就像声音从用户头内发出一样。使用外部传声器是有利的，因为其可放在听力装置用户希望听的人身上或其附近，从而从该人提供具有高信噪比的声音信号，即可感知为无噪声。通过处理来自外部传声器的声音，该声音可听起来就像源自正确空间点一样。
听力装置的输出信号例如可以是声学输出声音信号、电输出信号或声音振动，取决于输出声音变换器类型，其例如可以是扬声器、振动元件、耳蜗植入物、或任何其他类型的输出声音变换器，其可配置成刺激用户听觉。
产生的输出信号可包含两个正确的空间线索且几乎无噪声。如果用户佩戴两个听力装置及在两个听力装置的每一个中按如上所述产生双耳电输出声音信号，输出信号使能具有大大降低的噪声的空间听觉，即电输出声音信号使能使用用户每只耳朵处的至少一输出变换器产生合成双耳声音以从电输出声音信号产生可由用户感知为声音的刺激。
在本说明书中，无噪声声音意为包括高信噪比的声音，使得声音几乎或实质上无噪声，或者至少来自房间的噪声和回响已被大大降低。无线声音信号可由靠近用户嘴巴的远程单元的输入声音变换器产生，从而当远程单元的用户讲话时，输入声音变换器几乎接收不到噪声。远程单元的输入声音变换器与用户嘴巴之间的小距离还抑制回响。无线声音信号可进一步进行处理以增加信噪比，例如通过滤波、放大和/或其他信号操作以提高无线声音信号的信号质量。无线声音信号也可合成，如计算机产生的话音、预先录制等。
听力装置可布置在耳朵处、耳后和/或耳中。在本说明书中，耳中还包括至少部分位于耳道中的布置。听力装置通常包括一个或两个壳体，较大的壳体放在佩戴者的耳廓处，非必须地，较小的壳体放在耳道开口之处或之中，或者该壳体更小从而能更深地放在耳道中。非必须地，听力装置的壳体可以是深耳道型(CIC)，从而听力装置配置成完全布置在耳道中。听力装置也可配置成部分布置在耳道外面及部分布置在耳道里面，或者听力装置可以是具有耳后单元和插入部分的耳后型，耳后单元配置成布置在耳后，插入部分配置成布置在耳道中，有时称为耳内接收器型。此外，一个传声器可布置在耳道中，第二传声器可布置在耳后，一起形成定向传声器。
方向敏感输入声音变换器单元包括至少一输入声音变换器，其可以是输入声音变换器阵列，如两个、三个、四个或四个以上输入声音变换器。更多输入声音变换器的使用使能改善定向输入声音变换器的方向性因而提高声源位置和/或相对于方向敏感输入声音变换器单元接收的声学声音信号源的方向的确定准确度。关于相对于声源的方向的改善的信息在环境声音和无噪声声音信息组合以产生双耳电输出声音信号时使能提高空间听觉。当使用一个以上输入声音变换器时，每一输入声音变换器接收声学声音信号并在相应方向敏感输入声音变换器位置处产生电声音信号。在双耳听力系统中，可放置两个输入声音变换器，每一听力装置上各一个，例如每一听力装置上各一个全向传声器，其中两个电声音信号用于建立定向信号。无线声音接收器单元可配置成接收一个或多个无线声音信号。无线声音信号例如可来自一个以上声源，使得听力装置可针对从一个或多个声源同时接收的声音信号向佩戴者提供改善的听力。无线声音接收器单元可配置成从另一听力装置如双耳听力系统中的搭档听力装置接收电声音信号。
有利地，可产生改善的、实质上无噪声的、包括空间线索的输出声音信号。该输出声音信号可经输出声音变换器提供给用户以提高听力受损人员的听力。
处理单元可配置成使用无噪声电声音信号以识别电声音信号中的有噪声时频区域。处理单元可配置成衰减电声音信号的有噪声时频区域以产生电输出声音信号。处理单元可配置成使用无线声音信号以识别电有噪声声音信号中的有噪声时频区域，及处理单元可配置成在产生双耳电输出声音信号时衰减电有噪声声音信号的有噪声时频区域，在该情形下，噪声降低的听力装置传声器信号可呈现给用户。处理单元可配置成通过将电声音信号从无噪声电声音信号减去并确定所得电声音信号的时频区域是否高于噪声检测阈的预定值而识别有噪声时频区域。因而，有噪声时频区域为噪声为主的时频区域。作为备选，可能使用本领域技术人员已知的任何其他方法来确定从方向敏感输入声音变换器单元接收的声学声音信号产生的一个或所有电声音信号中的有噪声时频区域。
处理单元可配置成使用方向敏感输入变换器估计声源相对于听力装置的方向。处理单元可配置成使用估计的方向处理无噪声电声音信号以产生双耳电输出声音信号，其可由听力装置用户感知为源自估计的方向。该方向可理解为由角度和相位指示的相对方向。因而，无噪声电声音信号例如可用传递函数进行滤波如卷积以产生几乎无噪声但包括正确的空间线索的双耳电输出声音信号。
听力装置可包括存储器。该存储器可配置成保存预定传递函数。代替保存传递函数或者除保存传递函数之外，可保存针对不同位置的、FIR滤波器系数形式的头部相关脉冲响应集。该存储器还可配置成保存其他数据，如算法、电声音信号、滤波器参数、或适合听力装置运行的任何其他数据。该存储器可配置成向处理单元提供传递函数如头部相关传递函数(HRTF)以使处理单元能使用预定脉冲响应产生双耳电输出声音信号。当目标声源相对于用户的位置即声源位置已被估计时，无噪声电声音信号优选映射到具有正确的空间线索的双耳电输出声音信号。这可通过对来自估计的声源位置的具有预定脉冲响应的无噪声电声音信号卷积实现。由于该处理，电输出声音信号相较于输入声音变换器产生的电声音信号有改善，因为它们几乎无噪声；及相较于无线声音信号有改善，因为它们具有正确的空间线索。
存储器可配置成保存针对相对于方向敏感输入声音变换器单元的任何输入声音变换器的预定多个方向的预定传递函数。这些方向选择成使得产生三维网格，其中相应的输入声音变换器或相对于听力装置的固定点作为三维网格的起点，及预定脉冲响应对应于三维网格中的位置。在该情形下，处理单元可配置成估计相对于用户的声源位置，其通过将对无噪声电声音信号和空间中相对于方向敏感输入声音变换器单元的任何输入声音变换器的每一位置的预定传递函数进行卷积产生的处理后的电声音信号与具有方向敏感输入声音变换器信号的每一输入声音变换器的任何电声音信号进行比较进行。如果输入声音变换器单元例如具有两个输入声音变换器，处理单元比较无噪声电声音信号与空间中相对于第一和第二输入声音变换器的每一位置的相应预定传递函数的卷积。因而，对于每一位置有两个预定传递函数，一个针对第一输入声音变换器得到，一个针对第二输入声音变换器得到。两个预定传递函数中的每一个与无噪声电声音信号卷积以产生两个处理后的电声音信号，其理想地对应于第一和第二输入声音变换器产生的电声音信号，如果对应于用于卷积的预定传递函数的位置为声源位置。对所有位置确定处理后的电声音信号并将处理后的电声音信号与第一和第二输入声音变换器产生的电声音信号比较使能确定声源方向，对应于处理后的电声音信号与第一和第二方向敏感输入声音变换器产生的电声音信号展现最佳一致的方向。
存储器可配置成保存每一方向敏感输入声音变换器相对于输入声音变换器单元的每一其他输入声音变换器的预定传递函数。因而，声源位置可使用从声源到输入声音变换器之一的传递函数及使用从一输入声音变换器到另一输入声音变换器的传递函数进行估计。
头部相关传递函数(HRTF)也可在没有数据库的情形下实施。一组HRTF例如可借助于原理分量分析分为多个基本函数。这些函数可实施为固定滤波器，及增益可用于控制每一分量的贡献。例如参见Doris J.Kistler and Frederic L.Wightman,“A model ofhead‐related transfer functions based on principal components analysis andminimum‐phase reconstruction”,J.Acoust.Soc.Am.91,1637(1992)。
作为备选，HRTF可以参数形式近似地保存，以降低对存储器的需求。如前所述，双耳输出信号可通过对无噪声电声音信号和参数HRTF进行卷积产生。
可以预见几种估计声源位置即目标讲话者位置的方法。听力系统例如可将来自空间中的多个预定位置的预定脉冲响应保存在存储器中，例如到听力系统中的每一输入声音变换器的位置的三维网格形式。听力系统例如可包括两个听力装置，每一听力装置具有两个输入声音变换器。在该情形下，听力装置可包括收发器单元以在听力装置之间交换数据，如电声音信号、预定脉冲响应、从处理电声音信号得到的参数、或用于运行听力装置的其他数据。使用总共四个输入声音变换器导致每一位置四个预定脉冲响应，每一输入声音变换器一个脉冲响应。目标在于确定声学声音信号最可能源自这些位置中的哪一位置，即目标在于确定声源位置。因此，听力系统通过每一预定脉冲响应滤波如卷积无噪声电声音信号。所得的四个处理后的电声音信号对应于接收的声学声音信号，如果声学声音信号源自对应于预定传递函数的特定方向。通过比较以这种方式合成的四个处理后的电声音信号及从实际接收的声学声音信号产生的电声音信号，及针对可能的方向进行比较，听力装置可识别相对于产生最佳地对应于实际接收的电声音信号的处理后的电声音信号的声源的相对方向。
当想要估计相对于声源如具有输入声音变换器的讲话者如远程传声器的方向(角度和/或距离)时，可应用几种方法。对于下面的方法，使用包括两个听力装置的听力系统，用户的每只耳朵处各一个，听力系统还包括另一人即讲话者处的远程单元。远程单元包括输入声音变换器，即远程传声器和远程单元发射器，其将远程传声器产生的远程辅助传声器(aux)信号传给用户佩戴的每一听力装置。估计相对于声源的方向的第一种方法基于电声音信号之间的互相关，如用户佩戴的每一听力装置的每一输入声音变换器产生的传声器信号和无噪声电声音信号如传给用户佩戴的听力装置的远程辅助传声器(aux)信号之间的互相关。可比较两只耳朵处估计的时延值以得到耳间时间差(ITD)。第二种方法使用左和右传声器信号之间的互相关。该方法在估计时不使用aux信号。第三种方法使用左和右传声器信号和/或本地前和后传声器信号之间的相位差，如果两个传声器布置在单一听力装置处。第四种方法包括在左和右传声器信号和/或本地前和后传声器信号之间产生波束形成器。通过采用这些方法，可估计相对于具有远程传声器的讲话者的相对角度。
处理单元可配置成使相对于用户的声源位置的估计基于统计的信号处理框架。处理单元还可配置成使该估计基于在统计的信号处理框架中构想的方法，例如可能按最大概似法识别声源位置。
然而，预期估计性能在回响情形下可能降级，其中强反射使声源位置很难毫无疑义地识别。在该情形下，处理单元可配置成基于表示语音起始段的声音信号时频区域估计相对于声源的方向。语音起始段的时频区域在实质上无噪声的无噪声电声音信号中尤其容易识别。语音起始段具有符合需要的性质，它们较少受到回响的污染。
处理单元可配置成确定两个连续时间点或时间段之间的无噪声电声音信号的电平差的值。处理单元可配置成只要在电平差的值高于预定电平差阈值就估计相对于声源的方向。因而，处理单元可配置成在声音信号如语音的起始段由无线声音接收器接收时估计相对于声源的方向，因为声学声音信号的回响预期对声音起始段情形将降低。处理单元还可配置成确定电声音信号和无噪声电声音信号之间的电平差以确定噪声电平。电声音信号和无噪声电声音信号之间的电平差对应于噪声电平。因而，从声学声音信号产生的电声音信号的电平与实质上无噪声的电声音信号的电平比较以估计噪声和/或回响影响。处理单元还可配置成仅在噪声电平高于预定噪声阈值时确定两个时间点处的无噪声电声音信号的电平差的值。因而，两个时间点之间即声音起始段的无噪声电声音信号的电平差仅在具有噪声和/或回响的情形下确定。如果电声音信号中不存在噪声或回响，处理单元可配置成连续估计声源位置。
听力装置还可包括用户接口。用户接口配置成从用户接收输入。在确定一个以上目标声源位置的情形下，用户例如能够使用用户接口选择衰减或放大哪一目标声源。因而，在房间中存在一个以上讲话者的情形下，如在鸡尾酒会期间，用户可通过经用户接口选择相对于听力装置或助听器系统的方向或位置而选择听哪一讲话者讲话。这可以是指明用户向下看见的多个有角部分的图形显示，从而用户可输入哪一有角部分优先或限于哪一有角部分。
本发明还提出了包括至少一在此所述的听力装置及包括至少一远程单元的听力系统。远程单元可配置成佩戴在用户处，如不同于使用听力装置的人的用户身体上。远程单元可包括输入声音变换器和远程单元发射器。远程单元发射器优选为配置成将无线信号传给远程单元/听力装置或从其接收无线信号的无线发射器。远程单元发射器可配置成利用协议如蓝牙、蓝牙低功率或其他适当协议传输声音信息。远程单元中的输入声音变换器配置成接收无噪声声学声音信号并产生无噪声电声音信号。该发射器配置成产生表示无噪声电声音信号的无线声音信号及将无线声音信号传给至少一听力装置的无线声音接收器。
该听力系统例如可由两个用户使用，在存在一个以上远程单元的情形下，多人中的每一人可配备远程单元。第一用户如听力受损人员佩戴听力装置，及第二用户佩戴远程单元。之后，听力装置用户可接收无噪声声音信号，其之后可进行处理以包括对第一用户正确的空间线索。这使能提高第一用户在此为听力受损人员的听力。如果两个用户均听力受损，可能每一用户均佩戴远程单元和听力装置。在该情形下，远程单元和听力装置可配置成使得第一用户在第一用户听力装置处接收第二用户的远程单元的无线声音信号，反之亦然，使得听力系统的两个用户的听力均得以提高。
头内定位是似乎源自头内部的声音的感知，在本例子中，这由于双耳呈现的无线声音信号的单频道性质引起。头内定位也称为偏侧性。感知的声音似乎在头内的轴上移动。如果完全一样的信号呈现给两只耳朵，其将被感知为在头内。用头部运动支持的正确的方向线索处理的声音及讲话者的视程均有助于使声音客观化，从而其被感知为来自正确的位置、头部外面。这意味着远程辅助传声器(aux)信号对声音的空间感知不利，因为该声源被感知为源自非自然的位置。当几个无线声音信号即aux信号从几个讲话者的远程单元同时传给听力装置时，出现另外的问题。因为所有信号在同一位置(头内)进行感知，将非常难以理解各个讲话者在说什么。因而，具有几个传声器的优势被完全否定，因为用户不能利用随自然(头部外面)信号出现的空间去掩蔽。因此，使远程传声器空间化可给出非常明显的改善。因而，本发明还涉及听力系统尤其是声音处理系统，其试图收获听力装置处可用的两个信号类型的最佳方面：
-从听力装置处的声学声音信号产生的电声音信号包括空间上正确的线索或者至少接近目标声源即目标讲话者的空间正确的线索。然而，该电声音信号可能非常回响和/或有噪声。
-从传自远程单元的发射器并在听力装置处接收的无线声音信号产生的无噪声电声音信号。该无噪声电声音信号几乎无噪声但缺少空间线索。
本发明还包括算法和/或方法，其组合这两个类型的信号以形成双耳信号，即在用户的每只耳朵处呈现的电输出声音信号，该信号实质上无噪声但听起来就像源自正确的物理位置一样。通过该方法产生的电输出声音信号包括环境声音信息和无噪声声音信息，使得将电输出声音信号提供给输出声音变换器使能产生实质上无噪声且包括正确的空间线索的输出声音信号。
用于产生电输出声音信号的方法包括接收声学声音信号的步骤。该方法还可包括从所接收的声学声音信号产生包括环境声音信息的电声音信号的步骤。此外，该方法可包括接收无线声音信号的步骤。该方法还可包括从所接收的无线声音信号产生包括无噪声声音信息的无噪声电声音信号的步骤。此外，该方法可包括处理电声音信号和无噪声电声音信号以产生电输出声音信号的步骤，使得电输出声音信号包括环境声音信息和无噪声声音信息。
本发明的一方面提供产生将播放给助听器用户的双耳声音信号的方法，其几乎无噪声或者至少可感知为那样，及其听起来就像源自目标讲话者位置一样。
前述用于产生电输出声音信号的方法可包括一类方法，其目标在于增强从所接收的声学声音信号产生的有噪声和/或回响的电声音信号，例如通过基于从无噪声或实质上无噪声的所接收的无线声音信号产生的无噪声电声音信号衰减噪声和回响。
因此，处理电声音信号的方法步骤可包括使用无噪声声音信息识别电声音信号中的有噪声时频区域的步骤。该方法还可包括衰减电声音信号的有噪声时频区域以产生电输出声音信号的步骤。
另一方面，前述用于产生电输出声音信号的方法包括试图使用环境声音信息将正确的空间线索强加在从无线声音信号产生的无噪声电声音信号上的方法。这例如可通过两阶段方法实现：a)使用可用信号估计相对于执行该方法的用户的声源位置如目标讲话者；及b)使用估计的声源位置或从该声源位置得到的方向，基于从所接收的无线声音信号产生的无噪声电声音信号产生具有正确的空间线索的双耳信号。该方法也可考虑先前的声源位置或方向估计结果以防止在估计的声源位置或声音到达方向突然变化时感知的声源位置或方向变化。该方法因而可变得更加强健。具体地，基于加速计的内置头部跟踪器可用于防止估计的声源位置因用户头部运动引起的突然变化。
处理电声音信号和无噪声电声音信号可包括使用环境声音信息估计方向图的步骤。该方法还可包括使用方向图处理无噪声电声音信号以产生电输出声音信号的步骤。
该方法可包括，处理电声音信号的步骤包括使用环境声音信息估计相对于用户的声源位置的步骤。该方法还可包括使用声源位置处理无噪声电声音信号以产生包括正确的空间线索的电输出声音信号的步骤。
用于在特定时刻检测相对于听力装置的声源位置的方法在许多情形下均有用。知道相对方向和/或距离使能改善噪声处理，例如通过增加的降噪。这可以是在方向敏感传声器系统中，具有可适应的方向性，其中方向性可更有效率地进行调整。传声器系统的方向性是传声器系统的噪声处理的一种形式。用于检测相对于听力装置的声源位置的方法可基于比较所接收的信号和表示一组相对于听力装置的位置的传递函数。这样的方法可包括步骤：提供在听力装置的传声器系统处接收的输入信号；提供表示来自相对于定位在用户头部处的听力装置的多个位置的脉冲响应的多个传递函数；在多个传递函数之中识别与所接收的输入信号最佳匹配的传递函数以识别声源的最可能的相对位置。
该方法可通过识别一组给出最佳匹配的脉冲响应进行扩展。该方法可在时域和/或频域和/或时频域和/或调制域实施。该方法可用于识别单一声源位置、两个声源位置、或多个声源位置。该方法可独立于远程装置使用，即该方法可与任何类型的听力装置一起使用。有利地，该方法可与具有传声器系统的将定位在用户耳朵之处或之中的听力装置一起使用。
前述方法还可包括可由在此所述的听力装置执行或其中的方法和方法步骤。
本发明还涉及具有至少一听力装置和至少一远程单元的听力系统的用途，其执行用于产生实质上无噪声且包括正确的空间线索的电输出声音信号的方法。
附图说明
本发明的各个方面将从下面结合附图进行的详细描述得以最佳地理解。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。在整个说明书中，同样的附图标记用于同样或对应的部分。每一方面的各个特征可与其他方面的任何或所有特征组合。这些及其他方面、特征和/或技术效果将从下面的图示明显看出并结合其阐明，其中：
图1为助听器的示意性图示。
图2为两个双耳使用的助听器安装在两只耳朵处的示意性图示。
图3示意性地示出了听力系统，其中一个用户佩戴远程单元，另一用户佩戴两个助听器。
图4示意性地示出了具有一个助听器和一个远程单元并执行知情增强算法的听力系统。
图5示意性地示出了具有两个双耳使用的助听器及一个远程单元并执行知情定位算法的听力系统。
图6示意性地示出了具有助听器和远程单元并使用预定脉冲响应执行知情定位算法的听力系统。
图7示意性地示出了具有助听器和远程单元并使用预定脉冲响应执行知情定位算法的听力系统。
图8示意性地示出了通过找到互相关中的最大值并通过引入时延补偿偏移的辅助通道与正向传声器信号的对准。
图9示意性地示出了当取左或右传声器和远程传声器信号之间的互相关时的左和右助听器传声器信号。
图10示意性地示出了在校正时延之后的左和右助听器传声器信号。
图11示出了传声器处的有噪声的所接收声音信号是目标信号与从目标讲话者到传声器的声学通道脉冲响应的卷积的结果并被附加噪声污染的情形。
附图标记
10 助听器
12 第一传声器
14 第二传声器
16 第一天线
18 电路
20 扬声器
22 用户接口
24 电池
26 无线声音信号
28 听力系统
30 远程单元
32 控制单元
34 处理单元
36 存储器
38 接收器
40 发射器
42 耳后单元
44 右耳
46 左耳
48 用户
50 连接器
52 插入部分
54 耳道
56 声学声音信号
58 第一电声音信号
60 第二电声音信号
62 第三电声音信号
64 电输出声音信号
66 声学输出声音信号
68 远程单元传声器
70 实质上无噪声的声学声音信号
72 第二用户
74 远程单元天线
76 声源位置数据
78 预定脉冲响应
80 第二天线
82 无线连接
84 互相关单元
86 时延单元
具体实施方式
下面结合附图提出的具体描述用作多种不同配置的描述。具体描述包括用于提供多个不同概念的彻底理解的具体细节。然而，对本领域技术人员显而易见的是，这些概念可在没有这些具体细节的情形下实施。装置和方法的几个方面通过多个不同的块、功能单元、模块、元件、电路、步骤、处理、算法等(统称为“元素”)进行描述。根据特定应用、设计限制或其他原因，这些元素可使用电子硬件、计算机程序或其任何组合实施。
电子硬件可包括微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、选通逻辑、分立硬件电路、及配置成执行本说明书中描述的多个不同功能的其它适当硬件。计算机程序应广义地解释为指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用、软件应用、软件包、例程、子例程、对象、可执行、执行线程、程序、函数等，无论是称为软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言还是其他名称。
听力装置可包括适于改善或增强用户的听觉能力的助听器，其通过从用户环境接收声信号、产生对应的音频信号、可能修改该音频信号、及将可能已修改的音频信号作为可听见的信号提供给用户的至少一只耳朵而实现。“听力装置”还指适于以电子方式接收音频信号、可能修改该音频信号、及将可能已修改的音频信号作为听得见的信号提供给用户的至少一只耳朵的装置如头戴式耳机或耳麦。听得见的信号例如可以下述形式提供：辐射到用户外耳内的声信号、作为机械振动通过用户头部的骨结构和/或通过中耳的部分传到用户内耳的声信号、及直接或间接传到用户耳蜗神经和/或听觉皮层的电信号。
听力装置适于以任何已知的方式进行佩戴。这可包括i)将听力装置单元安排在耳后，其具有将空传声信号导入耳道内的管或者具有安排成靠近耳道或位于耳道中的接收器/扬声器，如耳后型助听器；和/或ii)将听力装置整个或部分安排在耳廓和/或耳道中，如耳内式助听器或者耳道式/深耳道式助听器；或者iii)将听力装置单元连到植入在颅骨内的固定结构，如骨锚式助听器或耳蜗植入物；或者iv)将听力装置单元安排为整个或部分植入的单元，如骨锚式助听器或耳蜗植入物。
“听力系统”指包括一个或两个听力装置的系统。“双耳听力系统”指包括两个听力装置的系统，这些听力装置适于协同地向用户的两只耳朵提供听得见的信号。听力系统或双耳听力系统还可包括与至少一听力装置通信的辅助装置，该辅助装置影响听力装置的运行和/或受益于听力装置的功能。在至少一听力装置和辅助装置之间建立有线或无线通信链路以使信息(如控制和状态信号，可能音频信号)能在至少一听力装置和辅助装置之间进行交换。辅助装置可至少包括下述之一：遥控器、远程传声器、音频网关设备、移动电话、广播系统、汽车音频系统、或音乐播放器或其组合。音频网关适于(如从娱乐装置例如TV或音乐播放器，从电话装置例如移动电话，或从计算机例如PC)接收多个音频信号。音频网关还适于选择和/或组合所接收音频信号(或信号组合)中的适当信号以传给至少一听力装置。遥控器适于控制至少一听力装置的功能和运行。遥控器的功能可实施在智能电话或其他电子装置中，该智能电话/电子装置可能运行控制至少一听力装置的功能的应用程序。
总的来说，听力装置包括i)用于从用户环境接收声信号并提供对应的输入音频信号的输入单元如传声器；和/或ii)以电子方式接收输入音频信号的接收单元。听力装置还包括用于处理输入音频信号的信号处理单元及用于根据处理后的音频信号将听得见的信号提供给用户的输出单元。
输入单元可包括多个输入传声器，例如用于提供随方向而变的音频信号处理。前述定向传声器系统适于增强用户环境中的多个声源之中的目标声源。在一方面，该定向系统适于检测(如自适应检测)传声器信号的特定部分源自哪一方向。这可通过使用传统已知的方法实现。信号处理单元可包括放大器，其适于将随频率而变的增益应用于输入音频信号。信号处理单元还可适于提供其他适宜功能如压缩、降噪等。输出单元可包括输出变换器，例如用于将空传声信号经皮或由皮提供给颅骨的扬声器/接收器或者用于提供结构或液体传播的声信号的振动器。在一些听力装置中，输出单元可包括一个或多个用于提供电信号的输出电极，如在耳蜗植入物中。
图1示意性地示出了助听器10，其具有第一传声器12、第二传声器14、第一天线16、电路18、扬声器20、用户接口22和电池24。助听器10还可包括两个以上传声器，如传声器阵列、三个、四个或四个以上传声器。第一天线16可以是蓝牙接收器、红外接收器、或配置成接收无线声音信号26即无线接收电声音信号的任何其他无线声音接收器。扬声器20例如也可以是骨锚式助听器的骨振动器、耳蜗植入物的电极阵列、或者前述输出声音变换器的组合(未示出)。助听器10为包括助听器10、第二助听器10’和远程单元30的听力系统28(参见图3)的一部分。听力系统28也可包括两个以上助听器及更多远程单元(未示出)。
电路18包括控制单元32、处理单元34、存储器36、接收器38和发射器40。处理单元34和存储器36在此为控制单元32的一部分。
助听器10的元件布置在壳体中。有利地，其可具有两个壳体部分，其中大壳体配置成安装在耳廓之处或后面，小壳体配置成放在耳道之中或之处。图2中呈现的助听器10属于耳内接收器(RITE)型并具有配置成佩戴在用户48的耳朵44或46之处或后面的耳后(BTE)单元42或42’(参见图2和3)。例如，助听器10可布置在用户48的右耳44之中或之处，及第二助听器10’可布置在左耳46之中或之处。连接器50使BTE单元42与助听器10的插入部分52连接，其布置在用户48的耳道54中。在图2的配置中，插入部分52布置在耳道54的骨性部分(点线区域)中，但也可布置在软骨部分(阴影区域)中。助听器10的壳体也可配置成完全佩戴在耳道54中，或者也可属于BTE、ITE、CIC或任何其他助听器类型(未在此示出)。
在图2中，BTE单元42包括第一传声器12、第二传声器14、第一天线16、电路18、用户接口22和电池24。插入部分52包括扬声器20。作为备选，插入部分也可包括一个或两个传声器12、14和/或第一天线16。BTE单元42和插入部分52之间的信号可经连接器50进行交换。
助听器10可以多种不同的运行模式运行，这些模式由控制单元32执行并使用助听器10的多个不同部件。因此，控制单元32配置成执行算法以将输出应用于控制单元32处理的电声音信号及执行计算如进行滤波、进行放大、进行信号处理或进行控制单元32或其部件执行的其它功能。控制单元32执行的计算使用处理单元34进行。执行运行模式包括助听器10的多个不同部件的交互作用，这些部件受控制单元32上执行的算法控制。
在助听器模式下，助听器10用作用于听力改善的助听器，其通过声音放大和滤波实现。在知情增强模式下，助听器10用于确定信号中的有噪声分量并衰减信号中的有噪声分量(参见图4)。在知情定位模式下，助听器10用于在第一步骤确定一个或多个声源位置及在第二步骤使用一个或多个声源位置改善信号(参见图5-7)。
助听器10的运行模式可由用户经用户接口22人工选择或者由控制单元32自动选择，例如通过接收来自外部装置的传输、获得听力图、接收声学声音信号56、接收无线声音信号26、或使能确定用户48需要特定运行模式的其它指示。
在助听器模式下运行的助听器10用第一传声器12和第二传声器14接收声学声音信号56及用第一天线16接收无线声音信号26。第一传声器12产生第一电声音信号58，第二传声器14产生第二电声音信号60，及第一天线16产生无噪声电声音信号62，这些信号提供给控制单元32。如果控制单元32中同时存在所有三个电声音信号58、60和62，控制单元32决定处理电声音信号58、60和62中的一个、两个或全部三个，例如处理为线性组合。控制单元32的处理单元34处理电声音信号58、60和62，例如对助听器中的电声音信号进行谱滤波、随频率而变的放大、滤波或其它类型的处理，从而产生电输出声音信号64。处理单元34对电声音信号58、60和62的处理可取决于多个不同参数，如声音环境、声源位置、到来的声音的信噪比、运行模式、输出声音变换器类型、电池水平、和/或其它用户特有参数和/或环境特有参数。电输出声音信号64提供给扬声器20，其产生对应于电输出声音信号64的、刺激用户48的听力的声学输出声音信号66。因而，声学输出声音信号66对应于可由用户48感知为声音的刺激。
在知情增强模式下运行的助听器10用第一传声器12和第二传声器14接收声学声音信号56及用第一天线16接收无线声音信号26(参见图4)。图4中的无线声音信号26由远程单元30产生，其包括用于接收由第二用户72产生的实质上无噪声的声学声音信号70(参见图3)及从所接收的声学声音信号70产生电声音信号的传声器68及用于将电声音信号作为无线声音信号26传输的天线74。第一传声器12产生第一电声音信号58，第二传声器14产生第二电声音信号60，及第一天线16产生无噪声电声音信号62，这些信号提供给处理单元34。第一电声音信号58和第二电声音信号60包括环境声音信息。无噪声电声音信号62包括无噪声声音信息。处理单元34在时频处理框架中使用无噪声电声音信号62，其通过识别第一电声音信号58和第二电声音信号60的、无噪声电声音信号62为主的时频区域及噪声和/或回响为主的区域进行。之后，处理单元34衰减第一电声音信号58和第二电声音信号60中的噪声为主的时频区域并基于具有衰减的时频区域的第一电声音信号58和第二电声音信号60产生电输出声音信号64。因而，电输出声音信号64包括第一电声音信号58和第二电声音信号60的环境声音信息并具有提高的信噪比，即电输出声音信号64被降噪，因为噪声已在无噪声声音信息的帮助下衰减。之后，电输出声音信号64提供给扬声器20，其可产生声学输出声音信号66以刺激用户48的听觉。
在知情定位模式下运行的助听器10用第一传声器12和第二传声器14接收声学声音信号56及用第一天线16接收无线声音信号26(参见图6和7)。图6和7中的无线声音信号26由远程单元30产生，其包括用于接收由第二用户72产生的实质上无噪声的声学声音信号70(参见图3)及从所接收的声学声音信号70产生电声音信号的传声器68及用于将电声音信号作为无线声音信号26传输的天线74。远程单元30还可包括一个以上传声器(未示出)，其使能提高信号质量并确保仅记录目标讲话者。远程单元30还可包括话音活动检测器，其配置成检测目标讲话者即第二用户72的话音何时活跃(未示出)。话音活动检测器使能避免在目标讲话者不活跃时检测到其他声音的方向。第一传声器12产生第一电声音信号58，第二传声器14产生第二电声音信号60，及第一天线16产生无噪声电声音信号62，这些信号提供给处理单元34。第一电声音信号58和第二电声音信号60包括环境声音信息。无噪声电声音信号62包括无噪声声音信息。
识别活跃声源的位置或到活跃声源的方向可以几种方法实现。当来自特定位置(方向和距离)的声音到达听力系统(其可以是单一听力装置或者两个无线连接的听力装置，每一听力装置具有一个或多个传声器)的传声器时，声音被听力装置用户的头部/躯干过滤，暂时忽略环境中的反射表面即墙壁、家具等的滤音。头部/躯干的滤音可由从目标声源位置到听力装置的传声器的脉冲响应(或传递函数)描述。在实践中，由听力装置中的传声器接收的信号可由一个或多个目标信号源组成，另外由一些干扰/噪声分量组成。通常，第i个传声器信号可写为：
Figure BDA0000829317210000201
其中M指传声器数量，
Figure BDA0000829317210000203
为目标信号(其通常可以是几个目标信号的求和)，及wi(n)是总噪声信号(其也可以是几个噪声源的求和)，这些均在第i个传声器处观察到。仅仅为了容易说明，限于仅有一个目标信号的情形，在第i个传声器处测得的目标信号由下式给出：
Figure BDA0000829317210000202
其中s(n)为在目标位置测得的目标信号，及d(n)为从目标位置到第i个传声器的脉冲响应。
仍在一个完全一般的水平，该问题可使用可用的关于脉冲响应di(n)的先验知识解决，因为传声器位于人头上的特定、大约已知的位置。更具体地，由于助听器传声器位于听力装置用户的耳朵之上/之中/之处，头部/躯干的滤音将某些特性强加在每一个别di(n)上。例如，对于位于右耳上的M＝2传声器耳后听力装置，及对于源自佩戴者正面距离1.2m的声音，到每一传声器的脉冲响应由于稍微更长的从目标到后传声器的传播时间而将相较于彼此移位，也将有其他细微的差别。这样，该特定对(M＝2)的脉冲响应表示从该特定位置入射的声音。假定所有可能位置的脉冲响应对均被表示在听力装置中，该先验知识例如可由有限(尽管可能大)数量的脉冲响应对表示，在此称为对是因为M＝2；或者按一些参数表示，如使用头部模型。在任何情形下，该先验知识可在离线过程中收集，在听力装置制造商处用头部-躯干模拟器(HATS)在录音室中进行。
继续保持完全一般的水平，在特定时刻，声源位置或方向可通过从该组所有物理上可能的脉冲响应对选择在某种意义上最佳“说明”观测到的传声器信号xi(n),i＝1,...M的那对脉冲响应而进行识别。对于收集的每一脉冲响应对，由于知道该响应表示空间中的哪一位置，所选脉冲响应对导致该特定时刻的位置估计。属于“在某种意义上”由于保持一般性，有几个可能的“意义”，如最小均方、最大概似、最大后验概率等。
估计位置和/或方向的一种方法是选择最合理的一组脉冲响应di(n),i＝1,...M。显然，该想法可一般化为选择最佳说明观测到的信号的脉冲响应序列di(n),i＝1,...M,n＝0,1,...。在该一般化设置中，最佳序列的脉冲响应组现在从所有可能的脉冲响应序列选择，用序列运行的一个优点是使能考虑声源的相对位置/方向通常跨时间展现一些一致性。
这样，完全一般地，该想法是使用对从任何空间位置到助听器传声器的物理上可能的脉冲响应的先验知识定位声源。
处理单元34使用第一电声音信号58和第二电声音信号60确定方向图或声源位置76(参见图7中的34a)。如果存在一个以上声源，处理单元34也可配置成确定一个以上声源位置76。为确定声源位置76，助听器10的存储器36包括预定脉冲响应78，如针对空间中相对于第一传声器12和第二传声器14的多个预定位置的头部相关传递函数(HRTF)。存储器还可包括相对脉冲响应，即第一传声器12和第二传声器14之间的相对头部相关传递函数(未示出)，因而第一传声器12和第二传声器14之间的相对差可使用相对脉冲响应进行估计。作为备选，外部单元可用于保存和/或处理，如移动电话、如智能电话、专用处理装置等，以改变耳朵佩戴的装置的功耗和/或处理能力。
因而，对每一位置有两个预定脉冲响应78，一个针对第一传声器12得到，一个针对第二传声器14得到。处理单元34对无噪声电声音信号62和每一位置的预定脉冲响应卷积以产生处理后的电声音信号。处理后的电声音信号对应于声学声音信号，其将在声源位于对应于预定脉冲响应78的位置时由传声器12和14接收。处理单元还可配置成向每一相应的时频单元分配有效或无效的声源位置标志(未示出)。因此，内置阈可确定相应时频单元是否具有有效声源位置76或者时频单元是否被噪声污染因而不适合使声源位置76的确定基于相应时频单元。
处理单元34对所有位置产生处理后的电声音信号并将处理后的电声音信号与第一电声音信号58和第二电声音信号60进行比较。之后，处理单元34将声源位置76估计为对应于处理后的电声音信号与第一电声音信号58和第二电声音信号60展现最佳一致的位置(参见图7中的34a)。处理单元34还可包括时频电平阈值以使能估计一个或多个声源位置76。在该情形下，导致处理后的电声音信号的预定时频区域与第一电声音信号58和第二电声音信号60的电平差低于时频电平阈值的所有位置均被识别为声源位置76。之后，处理单元34通过将对应于估计的声源位置76的预定脉冲响应78与无噪声电声音信号62卷积而产生电输出声音信号64。存储器36还可包括对应于从声源位置到用户48的耳膜的传递函数的预定脉冲响应78’，该预定脉冲响应78’也可与无噪声电声音信号62卷积以产生电输出声音信号64(参见图7中的34b)。处理单元34中无噪声电声音信号62在卷积之前的另外的处理是可能的。电输出声音信号64提供给扬声器20，其产生声学输出声音信号66。
上述处理可以许多不同的方式实施。具体地，其可在时域、频域、时频域、调制域实施。在下面描述经短时傅里叶变换在时频域的特定实施，为简单起见，在那时仅存在一个目标源，但这仅为使描述更简单的目的假定，该方法可推及多个同时存在的目标声源。
短时傅里叶变换域中的信号模型
在短时傅里叶变换(stft)域中，所接收的传声器信号可写为：
x(k,m)＝s(k,m)d(k)+w(k,m)
其中k＝0,...K-1为频率窗口指数，m为帧(时间)指数，
x(k,m)＝[x1(k,m)...xM(k,m)]为由对传声器i＝1,...,M观察到的信号的stft系数组成的向量，s(k,m)为目标源的stft系数(在目标位置测得)，d(k)＝[d1(k)...dM(k)]为从实际目标位置到传声器i＝1,...,M的脉冲响应(即传递函数)的离散傅里叶系数(仅为容易说明目的，假定起作用的脉冲响应时不变)，及w(k,m)＝[w1(k,m)...wM(k,m)]为在每一传声器处测得的噪声的stft系数的向量。迄今为止，考虑的脉冲响应已考虑从目标位置到每一传声器，然而，同样可能考虑相对脉冲响应，如从特定参考传声器的位置到每一其他传声器；在该情形下，向量d(k)＝[d1(k)...dM(k)]表示从特定参考传声器到每一其余传声器的传递函数。如前所述，仅包括单一附加的噪声项w(k,m)，但该项可以是几个其他噪声项(如附加噪声分量、晚回响分量、传声器噪声分量等)的和。
假定目标和噪声信号无关联，对于观察到的传声器信号，传声器间相关矩阵Rxx(k,m)可写为：
Rxx(k,m)＝Rss(k,m)+Rww(k,m)
其可扩展为
Rxx(k,m)＝λs(k,m)d(k)dH(k)+λw(k,m)Γww(k,m)
其中λs(k,m)为目标语音信号在频率k和时间帧m的功率谱密度(psd)，λw(k,m)为噪声的psd，及Γww(k,m)为传声器间噪声相干矩阵。即将来临的问题是找到与观察到的传声器信号最佳一致的向量d(k),k＝1....K-1。
最大概似估计
在下面描述在最大概似意义最佳说明观察到的传声器信号的向量的d(k)方法，其使用预先收集的从所有可能空间位置到助听器传声器的脉冲响应字典。实践中，该脉冲响应字典可使用例如头部-躯干模拟器(HATS)在低回响录音室中用所涉及助听器及从感兴趣的空间位置播放的声音测得。使D(k)＝[d1(k),d2(k),...,dJ(k)]指所得的J组声学传递函数的字典，在频率指数k采样。该字典也可从对不同人、用不同助听器类型测得的脉冲响应形成，或者其可以是合并/聚集一大组脉冲响应的结果。
假定s(k,m)和w(k,m)为零平均圆形对称高斯分布且彼此不相关，则有噪声的观察得到的信号x(k,m)＝s(k,m)d(k)+w(k,m)也是高斯分布，具有下式给出的协方差矩阵
Rxx(k,m)＝λs(k,m)d(k)dH(k)+λw(k,m)Γww(k,m)
似然函数则可写为
Figure BDA0000829317210000241
其中|·|指矩阵决定因素。假定噪声传声器间相干矩阵Γww(k,m)已知。在实践中，其可在有噪声信号x(k,m)的仅包含噪声的区域进行估计，其可使用话音活动检测(VAD)算法确定。这样，未知参数为目标和噪声信号的功率谱密度，分别为λs(k,m)和λw(k,m)，及从目标源到每一传声器的传递函数的向量d(k)。
对数似然函数则由下式给出：
L(x(k,m)；λs(k,m),λw(k,m),d(k))＝log(f(x(k,m)；λs(k,m),λw(k,m),d(k)))
为找到d(k)的最大似然估计量，即选择字典元素dj(k)的导致最高可能性的元素，计算每一字典元素的可能性，
Figure BDA0000829317210000242
其中
Figure BDA0000829317210000243
和
Figure BDA0000829317210000244
为λs(k,m)和λw(k,m)对d(k)＝dj(k)的最大似然估计。
最后，选择导致最高可能性的字典元素dML(k)，
Figure BDA0000829317210000245
最大似然估计-跨时间和/或频率求平均
上面的似然函数按单一观察数据x(k,m)进行描述。在静止不变条件下，估计准确度可通过考虑几个连续观察数据的对数似然函数提高，即，
Figure BDA0000829317210000246
类似地，如果知道一个目标讲话者在特定帧在所有频率占首要地位，跨频率指数组合对数似然函数是有利的，
Figure BDA0000829317210000251
也可能组合这些等式以跨整个时频区域求平均(即跨时间和频率而不是仅跨频率或仅跨时间求平均)。
在所有情形下，上面描述的程序可用于找到d(k)的最大似然估计量(随后，找到估计的目标位置)。
对于组合本地(按时间-频率)声源位置估计量，存在许多其他可能性。例如，可形成本地声源位置估计量的柱状图，其更好地显露目标的位置。
不知情或知情情形
提出的框架为一般框架及可在许多情形下适用。两个一般情形显得有趣。在一情形下，目标源位置基于助听器系统的两个以上传声器进行估计(这是上面描述的情形)-该情形称为不知情。
当另外的传声器位于已知目标讲话者处时，出现另一实际适宜的情形。该情形例如随搭档传声器出现，如在此描述的远程单元，其包括夹在目标讲话者身上的传声器，如听力装置用户的配偶、演讲者等。搭档传声器将目标讲话者的话音信号无线传给听力装置。感兴趣的是估计目标讲话者/搭档传声器相对于听力装置的位置，例如用于空间上现实可行的双耳声音合成。该情形称为知情情形，因为估计算法接到在目标位置处观察到的目标语音信号的通知。该情形也可应用于发射的FM信号，如经蓝牙，或通过拾音线圈获得的信号。
使用当前的框架，这可实现为λs(k,m)，目标讲话者的功率谱密度可从无线接收的目标讲话者信号直接获得。该情形因而为上面描述的情形的特殊情况，其中λs(k,m)已知及不需要进行估计。当λs(k,m)已知时，λw(k,m)的最大似然估计量的表达相较于上面描述的不知情情形稍微改变。
如上所述，在此描述的知情问题可容易地推及存在一个以上搭档传声器的情形。
目标源跟踪
目前的框架已参与在没有任何关于它们在什么地方的先验知识的情形下估计声源位置。具体地，传递函数的向量d(k)的估计量及对应的声源位置针对特定有噪声的时频观察数据x(k,m)找到，独立于先前时间帧的估计量。然而，物理声源的特定在于它们以有限速度改变其相对于听力装置的传声器的位置，尽管位置变化可以快速变化，如对于助听器用户的头部运动。在任何情形下，上述方法可扩展到考虑声源的物理运动图的该先验知识。存在相当多的用于声源跟踪的算法，其利用先前的声源位置估计量，有时它们不确定在目前时刻找到声源位置估计量。在声源跟踪的情形下，可使用其它或另外的传感器，如可视接口(摄像机或雷达)或内置头部跟踪器(如基于加速计或陀螺仪)。
预期知情定位模式的性能在回响情形下可能降级，其中强反射使声源位置76的识别困难。在该情形下，知情定位模式可应用于表示声音起始段如语音起始段的信号区域，其在无噪声电声音信号62中容易识别。语音起始段具有符合需要的性质，因为它们较少受到回响的污染。同样，起始段从合乎需要的方向入射，其中反射的声音可从其他方向入射。
图6和7呈现的在知情定位模式下运行的助听器10几乎一样。唯一差别在于图6中的助听器10仅在处理单元34中检测到声音起始段如语音起始段时估计声源位置76。因此，处理单元34监视无噪声电声音信号62并通过比较无噪声电声音信号62的两个连续时间点之间的电平和/或电平差确定无噪声电声音信号62中何时存在声音起始段。如果电平低及电平差高，则检测到声音起始段，确定声源位置76。图6未详细示出助听器10的所有元件，而是仅示出最有关的部分。
此外，听力系统28可用两个助听器10和10’运行，两个助听器均在知情定位模式下运行(参见图5)。图5未示出助听器10的所有元件，而是仅示出适于理解知情定位模式怎样在听力系统28的助听器10和10’上执行的元件。助听器10用第一传声器12和第二传声器14接收声学声音信号56及用第一天线16接收无线声音信号26，及助听器10’用第一传声器12’和第二传声器14’接收声学声音信号56’及用第一天线16’接收无线声音信号26’。第一传声器12和12’产生第一电声音信号58和58’，第二传声器14和14’产生第二电声音信号60和60’，第一天线16和16’产生无噪声电声音信号62和62’，这些信号提供给处理单元34和34’。第一电声音信号58,58’和第二电声音信号60,60’包括环境声音信息。无噪声电声音信号62,62’包括无噪声声音信息。处理单元34使用第一电声音信号58,58’和第二电声音信号60,60’确定方向图或声源位置。因此，电声音信号58,58’,60,60’,62和62’可在两个助听器10和10’之间传输。助听器10和10’中的每一个分别包括第二天线80和80’，其使能经无线连接82交换数据，如电声音信号58,58’,60,60’,62,62’、预定脉冲响应78、算法、运行模式指令、软件更新、预定电声音信号、预定时延、听力图、或其他数据。第二天线优选在双耳听力系统的两个听力装置之间建立感应链路。如果存在一个以上声源，处理单元34也可配置成确定一个以上声源位置76。在知情情形下，不同声音位置的数量例如可对应于向听力仪器发送“无噪声”声音信号的发射器的数量。听力系统28的助听器10和10’中的每一个的存储器36已保存从空间中的许多位置到听力系统28中的每一传声器12,12’,14和14’的预定脉冲响应78，例如位置的三维网格的形式(未示出)。因而，对每一位置有四个预定脉冲响应78，每一传声器一个脉冲响应。目标在于确定声源的位置。听力系统28的处理单元34和34’分别通过滤波进行确定，例如通过每一预定脉冲响应78对无噪声电声音信号62,62’卷积。所得的四个处理后的电声音信号对应于将接收的声学声音信号，如果声源位于对应于预定脉冲响应78的位置处。处理单元34和34’分别将以这种方式合成的四个处理后的电声音信号与针对三维网格的每一可能位置实际接收的第一电声音信号58,58’和第二电声音信号60,60’比较。听力系统28的处理单元34和34’分别将产生最佳地对应于实际接收的第一电声音信号58,58’和第二电声音信号60,60’的处理后的电声音信号的位置识别为声源位置76。该模式按统计信号处理框架构想，例如，声源位置76在最大似然意义上进行识别。也可能识别一个以上声源位置76如两个、三个或三个以上，例如将第二最佳拟合的位置用作第二声源位置，依此类推。在已识别声源位置76之后，声源位置76可传给另一助听器以检查两个助听器10和10’是否识别同一声源位置76。如果声源位置76不一致，选择从具有更高信噪比的电声音信号确定的声源位置76。作为备选，所有电声音信号均可在两个助听器10和10’中得到，并可用于确定声源位置76。声源位置76的预定脉冲响应78或者对应于从声源位置76到用户48的耳膜的传递函数的预定脉冲响应78’可与无噪声电声音信号62,62’卷积以产生电输出声音信号64(未示出)。电输出声音信号64可提供给助听器10和10’中的每一个的扬声器20，其产生声学输出声音信号66以刺激用户48的听觉(未示出)。
解决知情定位问题即执行知情定位模式对于确定声源位置76也有价值，为了使声学场景对用户48和/或药剂师可视化在显示器上。之后，用户48可决定估计的声源位置76处的目标声源是否感兴趣。使用用户接口22使用户48能确定应由听力系统28放大的目标声源及应被衰减的其他声源。
助听器10由电池24供电(参见图1)。电池24具有1.35V和1.65V之间的低电压。该电压也可在1V到5V的范围中，如在1.2V和3V之间。其他电池电压可用于骨导听力系统和/或耳蜗植入系统。电池容量也可针对不同类型的听力系统而改变。
存储器36用于保存数据，如预定脉冲响应78、算法、运行模式指令、预定电输出声音信号、预定时延、听力图、或其他数据，如用于处理电声音信号的数据。
接收器38和发射器40连接到第二天线80。天线80使助听器10能连接到一个或多个外部装置，如使听力系统28的助听器10能经无线连接82(参见图2和5)连接到助听器10’、移动电话、警报器、个人计算机或其他装置。天线80使接收器38和发射器40能接收和/或传输数据，即与外部装置交换数据。听力系统28的助听器10例如交换算法、预定脉冲响应78、运行模式指令、软件更新、预定电声音信号、预定时延、听力图、或使用的其他数据，如用于运行助听器10的数据。接收器38和发射器40也可组合为收发器单元，如蓝牙收发器、无线收发器等。接收器38和发射器40也可与导线连接器、线缆连接器或类似线路的连接器连接以将外部装置连接到助听器10。
图2示出了包括助听器10和10’的双耳听力系统，每一助听器具有耳后(BTE)单元42和42’。一个BTE单元42安装在右耳44后面，一个BTE单元42’安装在用户48的左耳46后面。每一BTE单元42,42’包括传声器12和14、无线接收器16、电路18、用户接口22和电池24(未示出)。扬声器20(参见图1)布置在插入部分52中。插入部分52经引线58连接到BTE单元42。助听器10和助听器10’中的每一个包括接收器38和发射器40。接收器38和发射器40与第二天线80的组合可用于使助听器10与其他装置连接，如与助听器10’连接以进行助听器10和10’的双耳运行。如果助听器10和10’双耳运行，两个助听器10和10’彼此无线通信。助听器10的发射器40经第二天线80将数据传给助听器10’，及助听器10的接收器38经天线80从助听器10’接收数据，反之亦然。助听器10和10’可经无线连接82交换数据，如电声音信号64和66、电输出声音信号68、预定脉冲响应78、声源位置76、数据信号、听力图、或其他数据。
图3示出了具有助听器10和10’及具有第二用户72佩戴的远程单元30的听力系统28，助听器10和10’分别包括由用户48佩戴的BTE单元42和42’。第二用户讲话，其产生无噪声或实质上无噪声的声学声音信号70，该信号由远程单元30的传声器68接收，及进一步产生由用户48的助听器10和10’的第一传声器12,12’和第二传声器14,14’接收的声学声音信号(参见图5)。实质上无噪声的声学声音信号70仅需传播讲话者嘴巴和其被接收的传声器68之间的短距离，因此在声学声音信号70中几乎不存在回响和/或噪声。另一方面，声学声音信号56必须在第二用户72和用户48佩戴的助听器10和10’的传声器12,12’,14和14’之间传播可观的距离，因此在声学声音信号56中积聚可观的噪声和回响。声学声音信号70变换为电声音信号并作为无线声音信号26使用天线74从远程单元30以无线方式分别传给助听器10和10’的第一天线16和16’(参见图5)。因而，用户48在其每一助听器10和10’中接收几乎无噪声的无线声音信号26和具有空间线索的声学声音信号56。所接收的信号可用于产生几乎无噪声的双耳声音信号，其之后呈现给用户48。
图8示出了无噪声电声音信号62即辅助信号62与电声音信号58即正向传声器信号58的对准，其通过找到最大互相关并通过引入时延而补偿偏移进行。第一传声器12如前面传声器产生的电声音信号58和通过天线16接收的无噪声电声音信号62传给处理单元34。处理单元34包括互相关单元84，其确定电声音信号58和无噪声电声音信号62之间的互相关以确定时延。之后，该时延可在时延单元86中应用于无噪声电声音信号62，以时间对准电声音信号58和无噪声电声音信号62。此外，该时延提供到目标源的距离的度量。知道到目标的大约距离，可改变声音的压缩，例如，压缩的声音信号通常感知为相较较少压缩的声音信号更靠近听者。距离估计量的另一或另外的使用是施加人为回响，例如人为回响可添加到所接收的无线信号，其中反射取决于估计的声源距离，例如短距离将产生具有早期反射的回响，更长的距离将产生更晚的反射。时延也可应用于电声音信号58。该对准是必要的，因为无线声音信号26以光速进行传输，而声学声音信号56仅以声速进行传输。此外，无线声音信号26在它们传输之前必须进行处理及它们被接收之后必须进行处理，这相较具有声速的声学传输花更长的时间。因而，时延从两种类型的信号的传播时间和处理时间产生。当助听器10包括封闭的通风开口或没有通风开口时，其是合乎对准无噪声电声音信号62和电声音信号58需要的。然而，如果通风开口打开，优选使无噪声电声音信号62与通过通风开口并到达用户48的耳膜的声学声音信号56对准。如果无噪声电声音信号62的传输比声学声音信号56的传输快，该对准仅是可能的，因而时延可应用于无噪声电声音信号62以使它们与用户48的耳膜处的声学声音信号56对准。
其并非对准传声器和辅助信号即使得它们同时播放的绝对要求，但看上去提高性能的是当传声器信号和辅助信号之间的时延差在两只耳朵处一样时。因而，是传声器信号还是辅助信号首先到来并不要紧。这可通过确定互相关实现，其之后用于估计时延差，该时延差之后“被校正”使得时延与另一助听器的时延相同。如上所述，对准传声器和辅助信号仍将非常有益。
还可能在保留空间线索的同时提高信噪比，而没有时频处理、头部相关传递函数(HRTF)或双耳通信。在听力系统28的正常听音情形下，用户48佩戴两个助听器10和10’，用户72佩戴具有远程单元传声器68即远程传声器的远程单元30，电声音信号58和58’即助听器传声器信号和无噪声电声音信号62和62’即远程辅助传声器(aux)信号同时呈现给听者48。这使听者48能清楚地听见佩戴远程传声器68的讲话者72，同时知道周围的声音。电声音信号58(58’)和无噪声电声音信号62(62’)通常不同时到达耳朵44(46)。时延差在两只耳朵44和46处并不必然相同，因为当听者48例如转动其头部时可在电声音信号58和58’中引入耳间时间差(ITD)。另一方面，无噪声电声音信号62和62’在两只耳朵处一样(导致头内定位)。
如果无噪声电声音信号62和62’可被使得遵循电声音信号58和58’引入的耳间时延(ITD)，无噪声电声音信号62和62’也将被感知为在头部外面。这可通过在每只耳朵44和46处分别测量电声音信号58,58’和无噪声电声音信号62,62’之间的时延差实现。这可通过找到两个信号58和62(58’和62’)之间的互相关函数的最大值进行。当互相关针对低频率如低于1.5kHz的频率确定时可获得更好的结果。多于更高的频率，信号包络可用于确定互相关。时延可用于对准无噪声电声音信号62(62’)，使得其跟着电声音信号58(58’)。因而，在校正之后，电声音信号58,58’和无噪声电声音信号62,62’之间的时延在两只耳朵44和46处一样。如果这被实现，无噪声电声音信号62,62’将不再被感知为在头内，而是将跟随具有远程传声器68的讲话者的位置。适当延迟的实质上无噪声的辅助信号即无噪声电声音信号62(62’)可在播放前与通常有噪声的助听器传声器信号即电声音信号58(58’)混合以实现所希望的信噪比。
通过采用所述方法，不必进行双耳通信。然而，如果希望给出相对于讲话者72的方向(角度)的估计量，可使用双耳协调。这可通过比较通过每只耳朵处的互相关估计的时延进行。从所得的耳间时延(ITD)估计量可计算角度。使用前述估计目标方向的方法的优点在于全频带音频信号不必从一助听器跨头部传到另一助听器。而是，仅需间或传输估计的时延值。
如果使用两个助听器10和10’，两只耳朵44和46中的每一只上各一个，电声音信号58和58’与经无线传输接收的相应无噪声电声音信号62和62’之间产生的时延可以不同。该差别例如源自用户头部相对于目标声源的相对位置，因而一只耳朵可相较于另一只耳朵更靠近目标声源。在该情形下，如果电声音信号58和58’之间的时延应用于无噪声电声音信号62和62’，在无噪声电声音信号62和62’中可重新获得空间印象。
图9示出了两个电声音信号58和58’的例子，分别在右耳44的助听器10和左耳46的助听器处10’产生，具有无噪声电声音信号62和62’。上部曲线示出了左耳46处的情形，下部曲线示出了右耳44处的情形。在该情形下，电声音信号58和58’在无噪声电声音信号62和62’之前到达处理单元34。右电声音信号58稍微在左电声音信号58’之后到达并具有稍微更小的振幅。无噪声电声音信号62和62’以同样的振幅同时到达。因而，通过互相关确定的时延不同。
图10示出了两个电声音信号58和58’及无噪声电声音信号62和62’。上部曲线示出了左耳46处的情形，下部曲线示出了右耳44处的情形。无噪声电声音信号62和62’不同并分别遵循电声音信号58和58’的耳间时间差(ITD)。这样，无噪声电声音信号62和62’在呈现给用户48时被感知为在头部外面。
图11示出了传声器m处的有噪声的所接收声音信号rm(n)是目标信号s(n)与从目标讲话者到传声器m的声学通道脉冲响应hm(n)的卷积的结果并被附加噪声vm(n)污染的情形。对于听力系统的每一传声器，可写为：
rm(n)＝dm(n)+vm(n)；m＝1；…；M；
dm(n)＝s(n)*hm(n)；
其中M≥1为可用传声器的数量，n为离散时间指数，及*为卷积算子。
除非明确指出，在此所用的单数形式“一”、“该”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。
应意识到，本说明书中提及“一实施例”或“实施例”或“方面”或者“可”包括的特征意为结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一实施方式中。此外，特定特征、结构或特性可在本发明的一个或多个实施方式中适当组合。提供前面的描述是为了使本领域技术人员能够实施在此描述的各个方面。各种修改对本领域技术人员将显而易见，及在此定义的一般原理可应用于其他方面。
权利要求不限于在此所示的各个方面，而是包含与权利要求语言一致的全部范围，其中除非明确指出，以单数形式提及的元件不意指“一个及只有一个”，而是指“一个或多个”。除非明确指出，术语“一些”指一个或多个。

Claims (8)

1.一种听力系统，包括双耳听力系统和远程单元，所述双耳听力系统包括两个听力装置，每一听力装置配置成佩戴在用户相应耳朵处、耳朵后面和/或耳朵中，所述远程单元为配置成由第二人穿戴的体戴装置，所述远程单元包括配置成接收声学声音信号并产生电声音信号的输入声音变换器及包括发射器，所述发射器配置成从所述电声音信号产生无线声音信号并将所述无线声音信号传给至少一听力装置的无线声音接收器单元；每一听力装置包括：
-方向敏感输入声音变换器单元，配置成将声学声音信号转换为电有噪声声音信号；
-无线声音接收器单元，配置成从所述远程单元接收无线声音信号；及
-处理单元，配置成基于所述电有噪声声音信号和所述无线声音信号产生双耳电输出信号；其中所述处理单元配置成通过使用所述方向敏感输入声音变换器单元估计相对于活跃声源的方向而产生所述双耳电输出信号，及所述处理单元配置成使用估计的方向产生包括与活跃声源相对于用户的位置对应的空间线索的双耳电输出信号，其中所述处理单元配置成基于估计的从相应方向敏感输入声音变换器单元到活跃声源的方向确定传递函数，所述处理单元在产生所述双耳电输出信号时将所述传递函数应用于所述无线声音信号；
其中所述听力装置包括配置成保存一组预定传递函数的存储器，及其中所述处理单元配置成基于下述信号确定相对于所述听力装置的最可能的声源位置：
-通过将所述一组预定传递函数中的每一个应用于所述无线声音信号而产生的处理后的电声音信号；及
-来自方向敏感输入声音变换器的电有噪声声音信号；及
其中每一处理单元配置成基于表示语音起始段的声音信号时频区域估计相对于活跃声源的方向。
2.根据权利要求1所述的听力系统，其中每一处理单元配置成使相对于相应听力装置的声源位置的估计基于统计信号处理框架。
3.根据权利要求1或2所述的听力系统，其中
-每一无线声音接收器单元还配置成从双耳听力系统的另一听力装置接收无线声音信号；
-每一处理单元配置成使确定相对于双耳听力系统的最可能的声源位置还基于来自所述另一听力装置的方向敏感输入声音变换器的电有噪声声音信号。
4.根据权利要求1所述的听力系统，其中每一处理单元配置成确定两个连续时间点之间的无线声音信号的电平差的值，及其中每一处理单元配置成在所述电平差的值高于预定电平差阈值时估计到声源位置的方向。
5.根据权利要求1所述的听力系统，其中每一处理单元配置成确定无线声音信号和对应的电有噪声声音信号的接收之间的时延并将该时延应用于所述无线声音信号。
6.根据权利要求1所述的听力系统，每一听力装置还包括输出声音变换器，配置成从相应双耳电输出信号产生可由用户感知为声音的刺激。
7.根据权利要求1所述的听力系统，其中每一处理单元配置成使用所述无线声音信号识别所述电有噪声声音信号中的有噪声时频区域，及其中每一处理单元配置成在产生所述双耳电输出信号时衰减所述电有噪声声音信号的有噪声时频区域。
8.根据权利要求7所述的听力系统，其中每一处理单元配置成通过将所述电有噪声声音信号从所述无线声音信号减去并确定所得的声音信号的时频区域是否高于噪声检测阈的预定值而识别有噪声时频区域。
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