CN106937196A - 头戴式听力设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种头戴式听力设备，其包括：环境麦克风装置，其配置成接收环境声音并将其转换为麦克风输入信号；以及耳道式麦克风，其配置成接收耳道声压并将其转换为电子耳道信号。该头戴式听力设备进一步包括混频器，其将补偿的耳道信号和麦克风输入信号组合以产生混合麦克风信号。该混合麦克风信号可以通过无线数据通信链路或有线数据通信链路被传输到远端接收方。

Description

头戴式听力设备
技术领域
本发明涉及一种头戴式听力设备，其包括配置成接收环境声音并将其转换为麦克风输入信号的环境麦克风装置、以及配置成接收耳道声压并将其转换为电子耳道信号的耳道式麦克风。该头戴式听力设备进一步包括混频器，其将补偿的耳道信号和麦克风输入信号组合以产生混合麦克风信号。该混合麦克风信号可以通过无线数据通信链路或有线数据通信链路被传输到远端接收方。
背景技术
获得干净的语音信号在使用各种头戴式听力设备，诸如耳机、主动式听力保护器和听力仪器或辅助设备的多种双向通信应用中具有相当大的意义。通过无线数据通信链路接收干净的语音信号，该干净的语音信号向远端接收方提供更易理解和舒适地发声的语音信号。该干净的语音信号通常为远端接收方例如在电话交谈期间提供易理解得改善的语音和更好的舒适度。
然而，头戴式听力设备的用户所处的声音环境常常被诸如干扰扬声器、交通、大声音乐、机械等的许多噪声源破坏或感染，引起目标声音信号的信噪比到达听力设备的环境麦克风。该环境麦克风可以对从用户的声音环境到达所有方向的声音敏感，并且因此倾向于不加选择地拾取所有环境声音并将这些作为噪声感染的语音信号传输到远端接收方。虽然这些环境噪声问题可以通过使用具有某些方向性质的环境麦克风，或使用所谓的吊杆麦克风(boom-microphone)(典型地用于耳机)而在一定程度上减轻，但是本领域中需要提供头戴式听力设备，其具有随着通过无线数据通信链路传送到远端接收方的用户自己的语音的改善的信号质量，特别是改善的信噪比。后者可以包括蓝牙链路或网络、Wi-Fi链路或网络、GSM蜂窝链路等。
本发明的头戴式听力设备检测并利用用户耳道中的用户自己的声音拾音的骨传导分量，以提供在某些声环境条件下具有用于传输到远端接收方的改善的信噪比的混合语音/声音信号。该混合语音信号除了用户自己的声音的骨传导分量之外，还可以包括由头戴式听力设备的环境麦克风装置拾取的用户自己的声音的分量/贡献。从环境麦克风装置导出的该附加声音分量可以包括用户自己的声音的高频分量，以至少部分地恢复混合麦克风信号中用户声音的原始频谱。
发明内容
本发明的第一方面涉及一种头戴式听力设备，其包括：环境麦克风装置，其配置成接收环境声音并将其转换为麦克风输入信号，
信号处理器，其适于接收麦克风输入信号并根据用于生成经处理的输出信号的预定的或自适应的处理方案处理麦克风输入信号，
扬声器或接收器，其适于接收经处理的输出信号并将其转换为相应的声输出信号以在用户的耳道中产生耳道声压，
耳道式麦克风，其配置成接收耳道声压并用于将该耳道声压转换为电子耳道信号，
补偿滤波器，其连接在经处理的输出信号和补偿加法器的第一输入之间，其中补偿加法器配置成减去经处理的输出信号和电子耳道信号，以产生用于抑制环境声压分量的补偿的耳道信号。该头戴式听力设备还包括混频器，其配置成组合补偿的耳道信号和麦克风输入信号以产生混合麦克风信号；以及无线数据通信接口或有线数据通信接口，其配置成通过无线数据通信链路或有线数据通信链路将混合麦克风信号传输到远端接收方。
该头戴式听力设备可以包括不同类型的头戴式听音设备或通信设备，诸如耳机、主动式听力保护器或听力仪器或助听器。听力仪器可以被实施为具有形状和尺寸适合用户的耳道的壳体、外壳或壳体部分的耳内型(ITE)辅助器、耳道内型(ITC)辅助器或完全耳道内型(CIC)辅助器。该壳体或外壳可以包围环境麦克风、信号处理器、耳道式麦克风和扬声器。另选地，本听力设备可以被实施为耳内接收器(RIC)或传统的耳后(BTE)辅助器，其包括用于插入到用户的耳道内的耳模或耳塞。BTE听力仪器可以包括柔性声管，其适于将由放置在BTE辅助器的壳体内的接收器生成的声压传输到用户的耳道。在该实施例中，耳道式麦克风可以布置在耳模中，而环境麦克风装置、信号处理器以及接收器或扬声器位于BTE壳体内部。耳道信号可以通过合适的电缆或另一有线通信信道或无线通信信道传输到信号处理器。环境麦克风装置可以被定位在头戴式听音装置的壳体内部。环境麦克风装置可以通过贯穿头戴式听音设备的壳体的合适的声音信道、声音端口或声音孔口来感测或检测周围声音或环境声音。耳道式麦克风可具有声音入口，其定位在ITE、ITC或CIC助听器壳体的尖端部分处，或者在耳机的耳塞或模具、主动式听力保护器或BTE助听器的尖端处，优选地允许在驻留在用户的鼓膜或耳鼓前面的完全或部分闭塞的耳道体积内的耳道声压的无阻碍感测。
信号处理器可以包括可编程微处理器，诸如可编程数字信号处理器，其执行预定组的程序指令以根据所述预定的或自适应的处理方案放大和处理所述麦克风输入信号。由信号处理器执行的信号处理功能或操作可以相应地由专用硬件实施，或者可以在一个或多个信号处理器中实施，或者在专用硬件和一个或多个信号处理器的组合中实施。如本文所使用的，术语“处理器”、“信号处理器”、“控制器”、“系统”等旨在表示微处理器或CPU相关的实体、硬件、或硬件和软件的组合、软件、或执行中的软件。例如，“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、执行的线程和/或程序。作为说明，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，以及硬件处理器。一个或多个“处理器”、“信号处理器”、“控制器”、“系统”等或其任何组合可以驻留在执行的进程和/或线程内，并且一个或多个“处理器”、“信号处理器”、“控制器”、“系统”等或其任何组合可以位于一个硬件处理器上，可能与其他硬件电路组合，和/或分布在两个或更多个硬件处理器之间，可能与其他硬件电路组合。此外，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集成处理器、FPGA处理器、通用处理器，微处理器、电路组件或集成电路。
麦克风输入信号可以被提供为由耦合到麦克风的换能器元件的A/D转换器生成的数字麦克风输入信号。A/D转换器可以与信号处理器集成在例如公共半导体衬底上。经处理的输出信号、电子耳道信号、补偿的耳道信号和混合麦克风信号中的每一个，可以以适当的采样频率和分辨率在数字格式中被提供。这些数字信号中的每一个的采样频率可以在16kHz和48kHz之间。本领域技术人员将理解，补偿滤波器、补偿加法器和混频器的相应功能可以由预定的可执行程序指令集合和/或由专用和适当配置的数字硬件来执行。
无线数据通信链路可以包括双向的或单向的数据链路。无线数据通信链路可以在工业科学医疗(ISM)射频范围或频带中操作，诸如2.40-2.50GHz频带或902-928MHz频带。下面参照附图进一步详细地讨论无线数据通信接口和相关联的无线数据通信链路的各种细节。
有线数据通信接口可以包括USB兼容数据通信总线、IIC兼容数据通信总线或SPI兼容数据通信总线，其用于将混合麦克风信号传输到单独的无线数据传输器或通信设备，诸如智能电话或平板电脑。
头戴式听力设备的一个实施例进一步包括插入在补偿加法器和混频器之间的低通滤波函数，并且其配置成在应用于混频器的第一输入之前对补偿的电子耳道信号进行低通滤波。另外，或另选地，头戴式听力设备可以包括插入在麦克风输入信号和混频器之间的高通滤波函数，其配置成在施加到混频器的第二输入之前对麦克风输入信号进行高通滤波。本领域技术人员将理解，低通滤波函数和高通滤波器函数中的每一个可以以多种方式实施。在某些实施例中，低通滤波函数和高通滤波函数包括单独的FIR滤波器或IIR滤波器，其具有预定的频率响应或可调节/可适应的频率响应。低通滤波函数和/或高通滤波函数的另选实施例包括滤波器组诸如数字滤波器组。该滤波器组可以包括跨音频范围的至少一部分布置的多个相邻的带通滤波器。该滤波器组可以例如包括4个和25个带通滤波器，例如相邻地布置在至少100Hz和5kHz之间。该滤波器组可以包括数字滤波器组，诸如基于数字滤波器组或变频比例类型的滤波器组的FFT。信号处理器可以配置成生成或提供低通滤波函数和/或高通滤波器函数，作为在信号处理器的可编程微处理器实施例上运行预定集合的可执行程序指令。使用数字滤波器组，可以通过选择多个相邻带通滤波器的第一子集的相应输出，以应用于混频器的第一输入而执行低通滤波函数；和/或高通滤波函数可以包括选择多个相邻带通滤波器的第二子集的相应输出，以应用于混频器的第二输入。该滤波器组的相邻带通滤波器的第一子集和第二子集可以基本上不重叠，除了以在下面所讨论的相应截止频率之外。
低通滤波函数可以具有在500Hz和2kHz之间的截止频率；和/或高通滤波函数可以具有在500Hz和2kHz之间的截止频率。在一个实施例中，低通滤波函数的截止频率基本上等于高通滤波函数的截止频率。根据另一实施例，低通滤波函数和高通滤波函数的各个输出信号的总和幅度至少在100Hz和5kHz之间是基本上一致的。低通滤波函数和高通滤波函数的后两个实施例通常将引起滤波函数的求和输出的相对平坦的幅度，如下面参考附图进一步详细讨论的。
补偿滤波器可以配置成对扬声器和耳道式麦克风之间的传递函数建模。在扬声器和耳道传声器之间的传递函数通常包括在头戴式听力设备的正常操作条件下，在扬声器和耳道传声器之间的声音传递函数，即，其中后者布置在用户耳朵中或用户的耳朵处。扬声器和耳道式麦克风之间的传递函数可以另外包括扬声器和/或耳道式麦克风的频率响应特性。补偿滤波器可以包括自适应的滤波器诸如自适应的FIR滤波器或自适应的IIR滤波器，或者配置有适当的频率响应的静态FIR或IIR滤波器，如下面参照附图更详细地讨论的。
根据头戴式听音设备的又一实施例，信号处理器配置成：
-估计麦克风输入信号的信号特征，
-基于麦克风输入信号的所确定的信号特征，来控制补偿的耳道信号和麦克风输入信号对混合麦克风信号的相对贡献。根据后一实施例，信号处理器可以通过根据所确定的信号特征来调整上述低通滤波函数和高通滤波函数的相应截止频率，从而控制补偿的耳道信号和麦克风输入信号对混合麦克风信号的相对贡献。该麦克风输入信号的信号特征可以包括麦克风输入信号的信噪比，例如在感兴趣的特定音频带宽上所测量/估计的诸如100Hz至5kHz。该麦克风输入信号的信号特征可以包括噪声电平，例如，以麦克风输入信号的dB SPL表示。信号处理器可以另外或另选地配置成基于所确定的麦克风输入信号的信号特征，在应用于混频器之前控制补偿的耳道信号和麦克风输入信号的相对放大或衰减。可以利用用于控制补偿的耳道信号和麦克风输入信号对混合麦克风信号的相对贡献的这些方法中的一个或两个，以使得来自补偿的耳道信号的贡献在具有麦克风输入信号的高信噪比，例如高于10dB的声音环境中是相对小的，并且在具有麦克风输入信号的低信噪比，例如低于0dB的声音环境中是相对大的，如下面参照附图进一步详细地讨论的。
本发明的第二方面涉及一种多用户呼叫中心通信系统，其包括根据上述任一实施例的多个头戴式听力设备，例如实施为无线耳机，其中多个头戴式听力设备安装在或处于多个呼叫中心服务人员的相应耳朵上。本发明的头戴式听力设备的噪声抑制性质使得这些有利于应用于多种类型的多用户环境中，其由于许多干扰噪声源而存在显着水平的环境噪声。本头戴式听力设备的噪声抑制特性可以提供表示用户自己的声音的混合麦克风信号，其具有改善的舒适度和对于远端接收方有益的可懂度。
本发明的第三方面涉及一种通过头戴式听力设备产生混合麦克风信号并将其传输到远端接收方的方法。该方法包括：
-接收环境声音并将其转换为麦克风输入信号，
-接收所述麦克风输入信号并根据用于生成经处理的输出信号的预定的或自适应的处理方案来处理所述麦克风输入信号，
-通过扬声器或接收器将所处理的输出信号转换为对应的声学输出信号，以在用户的耳道中产生耳道声压，
-通过补偿滤波器对经处理的输出信号进行滤波以产生经滤波处理的输出信号，
-通过耳道式麦克风感测耳道声压并将该耳道声压转换为电子耳道信号，
-减去经滤波处理的输出信号和电子耳道信号以产生补偿的耳道信号，
-组合该补偿的耳道信号和该麦克风输入信号以产生混合麦克风信号；以及通过无线数据通信链路或有线数据通信链路将该混合麦克风信号传输到远端接收方。
该方法进一步可以包括：
-估计该麦克风输入信号的信号特征或从该麦克风输入信号导出的信号的信号特征，
-基于麦克风输入信号或从其导出的信号的所确定的信号特征，来控制补偿的耳道信号和麦克风输入信号对混合麦克风信号的相对贡献。
该方法的一个实施例进一步包括：
在与麦克风输入信号组合之前对补偿的耳道信号进行低通滤波，和/或在与补偿的耳道信号组合之前对麦克风输入信号进行高通滤波。本领域技术人员将理解，低通滤波和/或高通滤波可以包括将任何上述实施例的滤波器组应用于麦克风输入信号和补偿的耳道信号。
附图说明
在下文中，参考附图更详细地描述本发明的优选实施例，其中：
图1示意性地示出了根据本发明的第一实施例的头戴式/佩戴式听力设备，
图2示意性地示出了根据本发明的第二实施例的头戴式/佩戴式听力设备；以及
图3示意性地示出了根据本发明的各种实施例的包括安装在用户耳朵上的BTE听力仪器的头戴式听力设备。
具体实施方式
在下文中，参考附图描述本发明的头戴式/佩戴式听力设备的各种示例性实施例。技术人员将理解，附图是示意性的并且为了清楚而被简化，并且因此仅示出对于理解本发明必要的细节，而省略了其他细节。相同的附图标记始终指的是相同的元件。因此，不一定相对于每个附图详细描述相同的元件。
图1示意性地示出了根据本发明的第一实施例的根据的头戴式/佩戴式听力设备1。技术人员将理解，头戴式听音设备1可以体现为不同类型的头戴式听音设备或通信设备，诸如耳机、主动式听觉保护器或听力仪器。头戴式听音装置1包括壳体或外壳40，壳体或外壳40的形状和尺寸设置成安装在用户的耳朵上或用户的耳朵处。如果头戴式听音装置1包括ITE/ITC/CIC类型的听力仪器，则壳体40可以包括定制的硬丙烯酸壳，其大小和形状适于装配到用户的耳道中。
头戴式听音设备1包括环境麦克风装置5，其配置成接收由声压波2示意性表示的环境声音并将其转换为相应的麦克风输入信号。环境麦克风装置5可以位于设备壳体105的近端部分中，例如布置有布置在壳体40的向外定向的面(远离用户的头部和耳朵突出)中的声音入口或端口3。声音入口3将环境声音从用户头部周围的外部环境传送到环境麦克风装置5。环境麦克风装置5响应于表示所接收声音的撞击环境声音而产生麦克风输入信号。技术人员将理解，环境麦克风装置5可以包括单个麦克风，诸如全向麦克风或定向麦克风或多个单独麦克风。多个麦克风可以布置在波束形成阵列中，并且经布置以提供代表进入的环境声音的麦克风输入信号的一定量的方向性。定向麦克风或波束形成阵列可以提供指向用户嘴部的方向图，以抑制麦克风输入信号中的环境噪声。
麦克风输入信号被传输到可操作地耦合到环境麦克风装置5的信号处理器10。该信号处理器10可以包括可编程微处理器，例如低功率数字信号处理器(DSP)。麦克风输入信号可以以数字格式提供，或者例如由位于环境麦克风装置5的壳体内的A/D转换器或由与信号处理器10整体形成的A/D转换器转换成数字格式。其中头戴式听音设备1包括听力仪器，信号处理器10可包括适于根据所确定的用户的听力损失来补偿麦克风输入信号的听力损失补偿功能。因此，通过在本发明的一些实施例中考虑用户的听力损失，例如通过麦克风输入信号的放大和/或动态范围压缩，可以适当地补偿信号处理器10的处理后的输出信号7。在本发明的其它实施例诸如耳机中，经处理的输出信号7可包括麦克风输入信号的经放大和频率响应形状的复制品。该经处理的输出信号7被提供给扬声器或接收器20，诸如电动微型扬声器或微型平衡电枢接收器。扬声器或接收器20适于接收经处理的输出信号7并将后者转换为相应的声输出信号，以当设备1安装在用户的耳朵上时，在用户的鼓膜前面的耳道容积23中产生声压。本领域技术人员将理解，取决于头戴式听力设备1的壳体40的物理/声学特性，用户耳道的耳道容积23可以完全或部分地闭塞。因此，通过由扬声器或接收器20产生的声输出信号产生耳道声压的第一分量或第一部分。该第一分量或部分从麦克风输入信号导出并且通常以如上所述的处理版本表示环境声音。然而，在用户在电话交谈期间例如向远端个人/接收方说话的情况下，用户自己的声音在用户的耳道的耳道容积23中产生骨传导的自己的语音分量。用户自己的声音的骨传导信号分量由骨传导声压波24示意性地指示，骨传导声压波24通过包围用户耳道的骨部分50传播。因此，当用户说话或发声时，通过声音相加环境声音分量来创建耳道容积23中的总声压，并且骨头引导自己的语音分量24。
耳道容积23中的总声压由头戴式听音设备1的耳道式麦克风25感测。耳道式麦克风25可例如布置在先前讨论的头戴式听音设备1的壳体40、或者外壳或耳模的远侧部分中。声音入口或耳道可以延伸穿过壳体、外壳或耳模，以允许耳道式麦克风25在声学上感测或检测耳道容积内的总声压。该耳道式麦克风25因此配置成接收耳道23内的总声压，并将其转换为在耳道式麦克风25的输出处的相应的电子耳道信号6。该电子耳道信号6被施加到补偿加法器或操作器12的第一输入。补偿加法器12的第二输入取自连接到经处理的输出信号7的补偿滤波器8的输出，使得经滤波处理的输出信号被施加到补偿加法器12的第二输入。补偿滤波器8配置成对扬声器20和耳道式麦克风25之间的传递函数22建模。因此，补偿滤波器8的作用或功能是使在扬声器20和耳道传声器25之间，由声传播路径箭头Hf(s)示意性地指示的声传递函数22的电子模型。对声传递函数22建模的该补偿滤波器8可以包括自适应的滤波器或配置有适当频率响应的静态滤波器，如下面更详细讨论的。
补偿加法器12配置成减去经滤波的处理信号和电子耳道信号6，以在补偿加法器12的输出处产生补偿的耳道信号(ε)。由于补偿滤波器8的输入是经处理的输出信号7，其表示先前讨论的耳道声压的第一分量(表示环境麦克风装置5处的环境声音2)，由补偿滤波器8对经处理的输出信号进行的滤波，以及随后从电子耳道信号6中减去后者而产生补偿的耳道信号(ε)。在补偿的耳道信号(ε)中，如上所述，在扬声器20和耳道式麦克风25之间，由于代表或模拟声传递函数22的补偿滤波器8的频率响应Hf(s)，耳道声压的第一分量被抑制、被减弱或基本上被消除。因此，补偿的耳道信号(ε)由耳道容积23内的总耳道声压的自己声音分量所控制，因为代表环境声音的耳道声压的(第一)分量通过补偿加法器12的减法操作被显着抑制或消除。本领域技术人员将理解，环境声压分量的实际抑制量尤其取决于补偿滤波器8能够如何精确地模拟，在扬声器20和耳道式麦克风25之间的声传递函数22。
补偿的耳道信号(ε)被施加到混频器或求和单元28的第一输入端，优选地通过低通滤波器14。混频器28的第二输入端接收麦克风输入信号，优选地在通过任选的高通滤器4过滤之后。混频器9可以包括相应的信号衰减功能，以在混频或求和之前，减弱补偿的耳道信号(ε)和麦克风输入信号中的一个或两个。混频器28因此产生混频器输出信号29，其包括补偿的耳道信号(ε)的选择的频率分量和麦克风输入信号的选择的频率分量，即形成混合麦克风信号29。该混合麦克风信号29通过头戴式听音装置1的双向无线数据通信接口26和协作天线32，被传输到远端个人或接收方。双向无线数据通信接口26可以配置成经由无线数据通信链路30，以适当的数字编码和调制格式传输混合麦克风信号29。此外双向无线数据通信接口26能够接收由与远端个体或35接收方相关联的合适的无线传输器传输的无线数据信号。来自远端个体的这些无线数据信号可以自然地包括由远端个体产生的语音，以使得能够在头戴式听音设备1的用户和远端个体之间进行正常的电话交谈。双向无线数据通信接口26可以包括RF解调器和解码器(未示出)，其用于从接收的无线数据信号中提取远端语音数据/信号。所提取的远端语音数据/信号可以由定向无线数据通信接口26经由专用数据线、总线或信道31，传输到信号处理器10的合适的数据输入端口或数据接口。该信号处理器10可以处理所提取的远端语音数据/信号，并将经处理的远端语音信号添加到施加到扬声器20的经处理的输出信号7。因此，允许头戴式听音设备1的用户听到远端语音数据。
双向无线数据通信接口26可以遵循专有无线数据通信协议或符合诸如蓝牙、Wi-Fi等的标准化无线数据通信协议。该双向无线数据通信接口26可以连接到智能电话或移动电话的兼容无线接口，智能电话或移动电话又经由蜂窝网络连接到远端接收方或个人。在后一实施例中，智能电话或移动电话操作中继器或中间装置，其用于头戴式听音设备的用户与远端接收方之间的无线通信。在本发明的一个实施例中，无线数据通信接口26可以符合申请人的共同未决的欧洲专利申请No.15181384.7中描述的基于包的双向无线数据通信接口。后者的双向无线数据通信接口非常适合用于听力仪器应用，尤其是由于其非常低的功耗。
混合麦克风信号29到远端扬声器的传输而不是仅传输由具有几个显着的优点的环境麦克风装置5拾取的麦克风输入信号。由于大量的破坏环境声音2的环境噪声，混合麦克风信号29的信噪比可以显着地高于麦克风输入信号的信噪比。麦克风输入信号可以被噪声破坏或被许多噪声源诸如用户的周围环境的干扰扬声器、交通、机器等感染，引起部分麦克风输入信号的较差的信噪比。本领域技术人员将理解，环境麦克风装置5直接经受这种类型的环境噪声源。此外，麦克风输入信号的先前很差的信噪比，在环境麦克风装置5被布置成相当远离用户嘴部的情况下可以进一步恶化，例如当环境麦克风装置5被布置在BTE、ITE、CIC型听力仪器的壳体中或耳机中时。在后一种情况下，环境麦克风装置5通常布置在用户的外耳中或用户的外耳处，即远离用户的嘴部，其意味着由环境麦克风装置5拾取的用户自己的语音的信噪比恶化。
相反，如上所述，混合麦克风信号29可以包含来自用户自己的在耳道容积23中的耳道声压的声音的骨传导分量的显着贡献。如上所述，由于补偿加法器12的减法操作，在补偿的耳道信号(ε)中可以大大消除从环境噪声对耳道声压的贡献。换句话说，补偿的耳道信号(ε)可以表示通过骨传导传播到用户的耳道23的用户自己的语音的基本“干净”版本。另一方面，与用户的自然语音相比，用户自己的语音的骨传导信号分量通常将具有低频率主导或倾斜的频谱。因此，用户自己的话音的骨传导信号分量将听起来比期望的更不自然。因此，用户自己的语音的高频分量可以经由先前讨论的，通过高通滤波器4的信号路径从麦克风输入信号导出，并且在某些情况下被添加到混合麦克风信号29。该操作引起在传送的混合麦克风信号29中用户自己的语音的更自然地发声的频谱。
本领域技术人员将理解，头戴式听音设备1的壳体40，特别是插入到用户耳道中的壳体、外壳或耳模的一部分通常将对耳道容积23提供直接的环境声音传播的显著衰减。因此，壳体40可以完全地或至少部分地封闭耳道容积23，并且将耳道容积与周围声音环境听觉上密封。
补偿滤波器8对声传递函数22建模，可以包括具有时变频率响应的自适应的滤波器或具有固定频率响应的静态滤波器。如果补偿滤波器8是静态滤波器，则可以经由在其确定声传递函数22期间的初始化例程或过程来确定补偿滤波器8的频率响应。声传递函数22优选地通过适当地适配于用户耳朵的头戴式听音设备1来确定，从而允许确定补偿滤波器8的适当的静态滤波器系数。另一方面，在补偿滤波器8是自适应的滤波器的情况下，如图所示，补偿滤波器8的自适应可以由补偿的耳道信号(ε)来控制。因此，自适应补偿滤波器将重复地调整其频率响应，为了最小化补偿的耳道信号(ε)。自适应的补偿滤波器的有利性质是跟踪扬声器20和耳道式麦克风25之间的，由Hf(s)指示的声传递函数22随时间的变化的能力。这些声传递函数变化可以由头戴式听音设备1的壳体、塞子或模具40到用户的耳道的变化的配合而引起。
本领域技术人员将理解，低通滤波器14和高通滤波器4分别可以以多种方式实施。在某些实施例中，低通滤波器和高通滤波器包括单独的FIR滤波器或IIR滤波器，其具有相应的预定频率响应或相应的可调整的/可适应的频率响应。低通滤波器14的截止频率或拐角频率，可以在500Hz和2kHz之间对补偿的耳道信号(ε)进行滤波；和/或高通滤波器4的截止频率可以在500Hz和2kHz之间。低通滤波器14的截止频率可以基本上等于高通滤波器4的截止频率，其通常将引起低通滤波器和高通滤波器的相加输出的平坦幅度。这通常将引起在混合麦克风信号29中用户自己的语音的相对自然的感知，因为保留了在用户语音的所有或至少大部分频率分量之间的相对幅度。低通滤波器14和高通滤波器4的另选实施例分别包括滤波器组。该滤波器组包括分别实施低通滤波器14和高通滤波器4两者的低通滤波函数和高通滤波函数。该滤波器组包括跨音频频率范围，诸如在100Hz和8kHz之间的至少一部分布置的多个相邻带通滤波器。该滤波器组可以包括在4个带通滤波器和25个带通滤波器之间诸如17个相邻定位的带通滤波器。该低通滤波器函数14通过对多个相邻带通滤波器的第一子集的相应输出的求和而生成，其中相邻带通滤波器的第一子集位于音频频谱的较低频率范围中。该高通滤波器函数4以类似的方式通过对多个相邻带通滤波器的第二子集的相应输出的求和而生成，其中带通滤波器的第二子集位于音频频谱的较高频率范围中。相邻带通滤波器的第一子集可以例如被布置在较低音频频率范围上，例如在100Hz和2kHz之间，例如使得最上面的带通滤波器的截止频率是2kHz。因此，有效地使用相邻带通滤波器的第一子集以提供补偿的耳道信号(ε)的低通滤波函数。该相邻带通滤波器的第二子集可以例如分散在2kHz与5kHz或8kHz之间的较高音频频率范围上，例如使得最低带通滤波器的截止频率位于2kHz。因此，有效地使用相邻带通滤波器的第二子集以提供麦克风输入信号的高通滤波函数。可以通过改变为相邻带通滤波器的第一子集和第二子集中的每一个选择的带通滤波器的数量，来方便地调整或适配低通滤波函数和高通滤波函数的截止频率。
根据头戴式听音设备1的一个实施例，信号处理器10适于通过调整低通滤波器14和高通滤波器4的相应截止频率，以控制补偿的耳道信号(ε)和麦克风输入信号对混合麦克风信号29的相对贡献。该调整优选地基于与头戴式听力设备1的信号相关联的各种参数，例如麦克风输入信号的信噪比(SNR)。以这种方式，混合麦克风信号29包含由环境麦克风装置5产生的不同水平的麦克风输入信号，以及根据用户周围的环境噪声的水平的耳道式麦克风信号6。
图2示意性地示出了根据本发明的第二实施例的头戴式/佩戴式听力设备200。除了下面讨论的差别之外，头戴式听力设备200可以与先前讨论的头戴式听力设备1基本相同。本发明的第一实施例和第二实施例的相同特征具有相应的附图标记。
头戴式听音设备200包括插入在麦克风输入信号和混频器280的第一输入之间的信号路径中的第一可变增益函数206。第二可变增益函数213插入混频器280的第二输入的前面，其用于在施加到混频器280之前以可调节的量放大或衰减补偿的耳道信号(ε)。本发明的其它实施例可以仅包括第一可变增益函数和第二可变增益函数中的一个。麦克风输入信号和补偿的耳道信号(ε)的衰减或放大的相应量，由连接到每个可变增益函数206、可变增益函数213的信号处理器210控制。如上所述，混频器280组合或求和麦克风输入信号和补偿的耳道信号(ε)，以形成或生成混合麦克风信号290。因此，信号处理器210能够控制补偿的耳道信号(ε)以及麦克风输入信号到混合麦克风信号290的相对贡献。信号处理器210可适于使用与头戴式听力设备200的信号相关联的各种参数，来控制补偿的耳道信号(ε)和麦克风输入信号的相对贡献-例如噪声水平，例如，表示为麦克风输入信号的dB SPL或麦克风输入信号的信噪比(SNR)。在后一个实施例中，当麦克风输入信号的SNR较高时，即对应于低环境或环境噪声条件，则信号处理器210可以适于使得来自补偿的耳道信号(ε)的贡献相对较小，即通过第二可变增益函数213施加大的衰减。因此，如果麦克风输入信号的SNR较高，则混合麦克风信号290的内容可以由麦克风输入信号支配，或唯一地包含麦克风输入信号，麦克风输入信号继而主要由环境麦克风装置5所拾取的用户的空中声音组成。相反地，当麦克风输入信号的SNR较低时，信号处理器210可以适于相比于用户的空中声音，使得来自补偿的耳道信号(ε)的贡献相对较大，使得混合麦克风信号290的内容由补偿的耳道信号(ε)支配，或甚至仅包含补偿的耳道信号(ε)。后面的耳道信号主要由如上所述的耳道容积23内的用户自己的声音的“干净”的骨传导分量组成。由于两个频率范围都包括典型语音分量的实质部分，麦克风输入信号的信噪比(SNR)可以在特定的音频带宽或感兴趣的范围，诸如100Hz和5kHz之间或200Hz和3kHz之间上被估计或被确定。本领域技术人员将理解，信号处理器210可以适于以多种方式调整基于补偿的耳道信号(ε)和麦克风输入信号的相应SNR的贡献，例如通过连续调整混合麦克风信号290从低SNR阈值到高SNR阈值的它们的相对贡献，使得混合麦克风信号290包含来自环境麦克风装置205和耳道式麦克风225的不同水平的麦克风信号。
技术人员将理解，头戴式听音设备200的另选实施例另外可以包括，类似于先前讨论的头戴式听音设备1的那些低通滤波器和高通滤波器实施例中的任何一个的低通滤波器和高通滤波器。这些附加的低通滤波器和高通滤波器可以分别插入在第一可变增益函数206和第二可变增益函数213之前或之后的相应信号路径中。与上述头戴式听音设备1的双向无线数据通信接口26以及头戴式听音设备1的协作天线对比，本发明的头戴式听音设备200及其上述第一实施例之间的主要区别在于无线数据通信接口226是单向的。无线数据通信接口226配置成单独用于将混合麦克风信号290传输到远端接收方。无线数据通信接口226可以配置成经由耦合到无线数据通信链路、通信信道或网络230的RF天线232，以适当的数字编码的和RF调制的格式传输混合麦克风信号290。
图3示意性地示出了根据本发明的各种实施例的安装在听力受损用户的耳朵360或耳垂上的头戴式BTE听力仪器或辅助设备300。技术人员将理解，头戴式BTE 30听力仪器300可以包括上面结合图1和图2所讨论的头戴式听力设备1、头戴式听力设备200的任何功能和特征。
技术人员将理解，头戴式听音设备的其他实施例可以包括耳机或主动式听力保护器。耳机可以包括话筒吊杆，其支撑或保持靠近用户嘴部的麦克风装置的一个或多个麦克风，以提高用户自己的语音的信噪比。
BTE听力仪器300包括壳体或外壳340，壳体或外壳340的形状和尺寸设置成安装在用户耳廓的后面，如图所示。壳体340包括环境麦克风装置，其包括通过通向壳体340内部的一个或多个声音端口或孔，来拾取环境声音的一对全向麦克风305a、全向麦克风305b。该对全向麦克风305a、全向麦克风305b可以用于例如通过对由全向麦克风305a、全向麦克风305b供应的各个麦克风信号进行操作的波束形成算法，以向环境麦克风装置提供方向性。该波束形成算法可以在BTE听力仪器的数字信号处理器(DSP)上执行，以提供具有某些方向性质的麦克风输入信号。该BTE听力仪器300进一步包括插入到用户的耳道中的耳模或塞子341，其中模具341至少部分地将耳道容积323与围绕用户的声音环境密封。该BTE听力仪器300包括柔性声管327，其适于通过延伸穿过耳模341的钻孔或声音信道，将放置在外壳340内的接收器/扬声器(未示出)生成的声压传输到用户的耳道。该耳模341包括耳道式麦克风325，其配置成感测或检测用户的完全或部分闭塞的耳道体积323中的耳道声压。该耳道体积323布置在用户的鼓膜或耳鼓的前面(未示出)，如上面结合本发明的第一实施例和第二实施例所讨论的。该耳道式麦克风325在数字格式或模拟格式中生成电子耳道信号，其表示所感测或所测量的耳道声压。该电子耳道信号可以通过例如沿着柔性音管327的外表面或内表面延伸的合适的电缆(未示出)，而传输到DSP。另选的有线通信信道/链路或无线通信信道/链路可以用于将电子耳道信号传输到DSP。一对全向麦克风305a、全向麦克风305b、DSP和微型扬声器/接收器优选地全部位于壳体340内部，以保护这些部件免受灰尘、汗水和其他环境污染物的影响。
由用户自己的声音生成的耳道容积323中的总声压的骨传导语音分量的原点，由骨传导声波324示意性地示出，该骨传导声波324从通过用户的耳道的骨部分(未示出)的用户的嘴部传播。用户的声音努力还生成用户自己的语音302的耳道声压的空气分量。由用户自己的语音生成的耳道声压的这种空气分量，从用户的嘴部传播到环境麦克风装置305a、环境麦克风装置305b、DSP、微型接收器、柔性声音管327和到耳道容积323的耳模341。如上所述，用户自己的声音的空气分量对于来自外部环境的噪声污染是敏感的，尤其是由于用户的嘴部和环境麦克风装置305a、环境麦克风装置305b之间的相对长的距离。

Claims (15)

1.一种头戴式听力设备，其包括：
环境麦克风装置，其配置成接收环境声音并将其转换为麦克风输入信号，
信号处理器，其适于接收所述麦克风输入信号并根据用于生成经处理的输出信号的预定的或自适应的处理方案来处理所述麦克风输入信号。
扬声器或接收器，其适于接收所述经处理的输出信号并将其转换为相应的声输出信号，以在用户的耳道中产生耳道声音压力，
耳道式麦克风，其配置成接收所述耳道声压并用于将其转换为电子耳道信号，
补偿滤波器，其连接在所述经处理的输出信号和补偿加法器的第一输入之间，其中所述补偿加法器配置成减去所述经处理的输出信号和所述电子耳道信号，以产生用于抑制环境声压分量的补偿耳道信号，
混频器，其配置成组合所述补偿的耳道信号和所述麦克风输入信号以产生混合麦克风信号；以及
无线数据通信接口或有线数据通信接口，其配置成通过无线数据通信链路或有线数据通信链路，传输所述混合麦克风信号到远端接收方。
2.根据权利要求1所述的头戴式听力设备，其进一步包括插入在所述补偿加法器和所述混频器之间的低通滤波函数，配置成在施加到所述混频器的第一输入端之前，对所述补偿的电子耳道信号进行低通滤波。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的头戴式听力设备，其进一步包括插入在所述麦克风输入信号和所述混频器之间的高通滤波函数，配置成在施加到所述混频器的第二输入之前，对所述麦克风输入信号进行高通滤波。
4.根据权利要求2所述的头戴式听力设备，其中所述低通滤波函数和/或所述高通滤波函数包括滤波器组，所述滤波器组包括跨所述音频范围的至少一部分布置的多个相邻的带通滤波器。
5.根据权利要求4所述的头戴式听力设备，其中所述低通滤波函数包括选择所述多个相邻带通滤波器的第一子集的相应输出，以应用于所述混频器的所述第一输入；和/或
其中所述高通滤波函数包括选择所述多个相邻带通滤波器的第二子集的相应输出，以应用于所述混频器的所述第二输入。
6.根据权利要求3所述的头戴式听力设备，其中所述低通滤波函数具有在500Hz和2kHz之间的截止频率；和/或：
所述高通滤波函数具有在500Hz和2kHz之间的截止频率。
7.根据权利要求6所述的头戴式听力设备，其中，
-所述低通滤波函数的截止频率基本上等于所述高通滤波函数的截止频率；和/或
-所述低通滤波器和所述高通滤波函数的相应输出信号的总和幅度至少在100Hz和5kHz之间基本上一致。
8.根据权利要求1所述的头戴式听力设备，其包括听力仪器或助听器，诸如BTE听力仪器、RIE听力仪器、ITE听力仪器、ITC听力仪器或CIC听力仪器。
9.根据权利要求1所述的头戴式听力设备，其中所述补偿滤波器配置成对所述扬声器和所述耳道式麦克风之间的传递函数建模。
10.根据权利要求1所述的头戴式听力设备，其中所述补偿滤波器包括自适应的滤波器诸如数字FIR滤波器或数字IIR滤波器。
11.根据权利要求1所述的头戴式听力设备，其中所述信号处理器配置成：
-估计所述麦克风输入信号的信号特征，诸如信噪比，
-基于所述麦克风输入信号的所述信号特征，控制所述补偿的耳道信号和所述麦克风输入信号对所述混合麦克风信号的相对贡献。
12.一种多用户呼叫中心通信系统，其包括：
根据权利要求1所述的多个头戴式听力设备，其中所述多个头戴式听力设备安装在多个呼叫中心服务人员的相应耳朵上或其相应耳朵处。
13.一种通过头戴式听力设备生成混合麦克风信号并将其传输到远端接收方的方法，所述方法包括：
-接收环境声音并将其转换为麦克风输入信号，
-接收所述麦克风输入信号并根据用于生成经处理的输出信号的预定的或自适应的处理方案，来处理所述麦克风输入信号，
-通过扬声器或接收器将所述经处理的输出信号转换为相应的声输出信号，以在用户的耳道中产生耳道声压，
-通过补偿滤波器对所述经处理的输出信号进行滤波以产生经滤波处理的输出信号，
-通过耳道式麦克风感测所述耳道声压并将所述耳道声压转换为电子耳道信号，
-减去所述经滤波处理的输出信号和所述电子耳道信号以产生补偿的耳道信号，
-组合所述补偿的耳道信号和所述麦克风输入信号以产生所述混合麦克风信号；以及
-通过无线数据通信链路或有线数据通信链路将所述混合麦克风信号传输到远端接收方。
14.根据权利要求13所述的生成混合麦克风信号并将其传输到远端接收方的方法，所述方法进一步包括：
-估计所述麦克风输入信号的信号特征或从所述麦克风输入信号导出的信号的信号特征，
-基于所述麦克风输入信号或从其导出的所述信号的所述确定的信号特征，来控制所述补偿的耳道信号和所述麦克风输入信号对所述混合麦克风信号的相对贡献。
15.根据权利要求13所述的生成混合麦克风信号并将其传输到远端接收方的方法，所述方法进一步包括：
在与所述麦克风输入信号组合之前对所述补偿的耳道信号进行低通滤波；和/或
在与所述补偿的耳道信号组合之前对所述麦克风输入信号进行高通滤波。
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