CN107426663A - 包括波束形成器滤波单元和增益单元的可配置的助听器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了包括波束形成器滤波单元和增益单元的可配置的助听器，其中所述助听器包括正向通路，其包括用于提供多个电输入信号INi,i＝1,…,M的多个输入单元，用于从多个电输入信号提供波束成形信号YBF的多输入波束形成器滤波单元，用于将助听器增益GHA施加到波束成形信号并提供处理后的信号的增益单元，及用于基于处理后的信号提供可由用户感知为声音的刺激的输出单元；所述助听器还包括增益控制单元，用于将助听器增益GHA限制为修改的全开增益值G’FOG；其中，多输入波束形成器滤波单元配置成将当前定向增益GDIR,i施加到所述多个电输入信号INi中的每一个，及其中所述增益控制单元配置成根据当前定向增益GDIR,i和先前确定的全开增益值GFOG确定修改的全开增益值G’FOG。

Description

包括波束形成器滤波单元和增益单元的可配置的助听器
技术领域
本发明涉及听力装置如助听器，尤其涉及包括波束形成器滤波单元和处理单元的听力装置，波束形成器滤波单元用于从表示来自助听器环境的声音的多个电输入信号提供波束成形信号，及处理单元使能执行多个可配置的处理算法以例如根据听力装置用户的需要修改表示所述声音的输入信号。
背景技术
在目前技术发展水平的助听器中，波束形成通常用作空间滤波的手段，其目的在于衰减来自不同于所希望的听音方向的其它方向的噪声。波束形成例如可通过将波束成形信号产生为如由相应传声器提供的多个(M个)电输入信号的加权组合进行实施。作为例子，对于M＝2，波束成形信号YBF(k,m)可从来自第一和第二传声器(M1,M2)的电输入信号X1(k,m)和X2(k,m)产生为YBF(k,m)＝W1(k,m)X1(k,m)+W2(k,m)X2(k,m)，其中W1(k,m)和W2(k,m)为复值权重，k为子频带指数及m为时间指数。
波束形成的副作用在于各个传声器增益GDIR,i(如通过复值权重W1(k,m),W2(k,m)表示，使得GDIR,i＝|Wi(k,m)|)可能大，尽管波束形成器对目标声音的声学放大为0dB(增益＝1)。这例如可以是在低频区波束形成的情形。另一例子为MVDR(最小方差无失真响应)波束形成器，具有在正面的感兴趣角度，其朝向靠近正面方向的噪声点-源安排零值。
每一传声器增益(如对于第i个传声器，GDIR,i，i＝1,…,M,M≥2)贡献于特定传声器的(机械)环路增益，其等于从传声器到设备输出的正向增益加上反馈增益(如由从输出变换器经设备硬件回到对应的传声器的传递函数表示(在不存在从输出变换器到传声器的空传声反馈的FOG测量情形下))。在自由场设置情形下(其中反射被忽略)，后者的贡献主要取决于设备机械学。当环路增益超过0dB时，设备将不稳定并可产生反馈非自然信号(也称为机械反馈)。
发明内容
参数全开增益(FOG)限制为用于通过限制助听器中的最大允许增益而控制数字助听器的稳定性的重要特征。全开增益极限为助听器硬件的特性并表示可施加到助听器而不会引起机械反馈的最大增益。全开增益(在本发明中称为GFOG)的确定通常根据预定的如标准化的程序(如ANSI S3.22-2003:Specification of Hearing Aid Characteristics)进行，例如使用助听器设定为其全开位置的增益控制及使用50dB的输入SPL进行。作为备选，测量条件可在助听器的数据表中连同限制的全开增益(FOG)值一起指明。
助听器通常将放大限制在FOG极限(助听器稳定的最大允许增益)。但在波束形成在放大之前使用时，由于其也贡献于环路增益，限制助听器放大将不会产生正确的结果。
在典型的现有技术解决方案中，增益裕度指在引入抗反馈解决方案时，可给予用户的、使得(声学)环路增益一样的增加的增益量。
根据本发明，电学增益包括：
a)波束形成器部分(用于降噪)动态确定“波束形成器增益”以提供特定波束形成(空间滤波)；及
b)放大部分动态提供随频率和电平而变的“放大增益”，例如以补偿用户的听力受损(有时记为“助听器增益”或者“请求增益”)。
“全开增益”(FOG)表示在接收器和传声器之间没有声耦合的情形下可由设备给出的、使得该设备稳定(即没有机械反馈)的最大增益(电学增益)。
在本发明的解决方案中，假定电学增益永远不会超过FOG值。
在本发明的解决方案中，追求下面的策略：
A)减小放大增益以不超过FOG值；和/或
B)减小波束形成器增益以降低电学增益(从而使为了不超过FOG值而必要的放大增益减小最小化)。
因而，优先考虑放大增益(以补偿用户的听力受损)。这意味着，当放大增益低于FOG时，将有使用用于波束形成的增益的预算。
换言之，具有增益预算，增益预算具有由FOG值确定的最大值，则具有第一优先的放大增益，第二优先的是用于波束形成的增益，然后可能有未使用的增益(根据情形)。
助听器
在本申请的一方面，提供一种助听器。该助听器包括
-正向通路，包括：
--用于提供表示声音的多个电输入信号INi,i＝1,…,M的多个输入单元；
--用于从所述多个电输入信号提供波束成形信号YBF的多输入波束形成器滤波单元；
--用于将助听器增益GHA施加到所述波束成形信号并提供处理后的信号的增益单元；及
--用于基于所述处理后的信号或者源自其的信号提供可由用户感知为声音的刺激的输出单元。
该助听器还包括增益控制单元，用于将所述助听器增益GHA限制为修改的全开增益值G’FOG。多输入波束形成器滤波单元配置成将当前的随频率而变的定向增益GDIR,i施加到所述多个电输入信号INi中的每一个，及所述增益控制单元配置成根据当前定向增益GDIR,i,i＝1,…,M和先前确定的全开增益值GFOG确定修改的全开增益值G’FOG。
从而，提供一种改进的助听器。
在本说明书中，“助听器增益”指从应用于波束成形信号的多个不同处理算法(如电平压缩、频率变换等)得到的增益，包括施加的、补偿用户的随频率和电平而变的听力受损的增益。
全开增益极限GFOG是助听器的硬件的特性并表示可施加到助听器而不会导致机械反馈的最大增益。全开增益值GFOG通常在制造期间确定并保存在助听器的存储器中。在实施例中，先前确定的全开增益值GFOG为在制造(或针对特定用户验配)期间确定并保存在助听器的存储器中的值。在实施例中，先前确定的全开增益值GFOG为在助听器使用期间已更新的值，例如结合对机械反馈有影响的助听器部分或参数的修改，例如在更换扬声器的情形下。在实施例中，先前确定的全开增益值GFOG在多个子频带中进行确定和保存，例如GFOG(k)，k＝1,…,K，其中k为子频带指数，及K为子频带的数量。
第i个传声器通路的机械环路增益等于第i个子频带的LGmech,i＝GDIR,i+GHA+GFBmech,i[dB]。增益控制单元配置成将全开增益值GFOG用作当前助听器增益GHA的上限，试图保持环路增益LGi低于0dB。在实施例中，助听器增益GHA限制为修改的全开增益G’FOG，如果所请求的增益(如为了补偿用户的听力受损并考虑在给定时间点应用于波束成形信号的处理算法)大于修改的全开增益值G’FOG(即G’HA＝MIN{GHA,G’FOG})。
在实施例中，定向增益通过设定G’FOG＝GFOG-GDIR,max[dB]进行动态考虑，其中GFOG为先前确定的全开增益，及GDIR,max等于MAX{GDIR,i}，i＝1,…,M。在实施例中，增益控制单元配置成根据当前定向增益GDIR,i,i＝1,…,M的最大值GDIR,max确定当前修改的全开增益值G’FOG。在实施例中，增益控制单元配置成根据当前定向增益GDIR,i,i＝1,…,M的最大值GDIR,max和先前确定的全开增益值GFOG确定当前修改的全开增益值G’FOG。在实施例中，增益控制单元配置成根据当前定向增益GDIR,i,i＝1,…,M的最大值GDIR,max动态确定增益限制校正量ΔGFOG。在实施例中，增益控制单元配置成将助听器增益GHA限制为基于先前确定的全开增益值GFOG被动态校正所述增益限制校正量ΔGFOG而修改的全开增益值G’FOG。在实施例中，增益限制校正量ΔGFOG等于当前定向增益GDIR,i,i＝1,…,M的最大值GDIR,max，换言之，ΔGFOG＝MAX{GDIR,i},i＝1,…,M。在实施例中，G’FOG＝GFOG-ΔGFOG[dB]＝GFOG-GDIR,max[dB]。该校正(增益重新分布)方案确保助听器增益可被保持而一定程度上没有机械不稳定性(在目标增益接近全开增益极限的情形下)。
也可使用定向增益(的分布)的不同于MAX函数(相较其不太佳)的措施，例如平均或加权平均。在实施例中，增益控制单元配置成根据当前定向增益GDIR,i,i＝1,…,M的平均值GDIR,avg动态确定增益限制校正量ΔGFOG，换言之，ΔGFOG＝AVG{GDIR,i},i＝1,…,M，例如ΔGFOG＝(1/M)·SUM{GDIR,i},i＝1,…,M，其中AVG为平均算子及SUM为求和算子。
在实施例中，多个(M个)输入单元包括多个传声器，例如每一输入单元包括传声器。在实施例中，M＝2。在实施例中，M＝3。在实施例中，M＝4。在实施例中，M大于4。
在实施例中，增益控制单元配置成将修改的全开增益值G’FOG确定为先前确定的全开增益值GFOG和当前定向增益的最大值GDIR,max之间的差，G’FOG＝GFOG-GDIR,max。在实施例中，增益控制单元配置成将修改的全开增益值G’FOG确定为先前确定的全开增益值GFOG和当前定向增益的最大值GDIR,max乘以正(可能随频率而变的)常数α之间的差，G’FOG＝GFOG-αGDIR,max。在实施例中，α>0。在实施例中，1≥α>0。在实施例中，α＝1。
在实施例中，增益控制单元包括可配置的平滑单元，配置成确定当前定向增益的最大值GDIR,max的平滑后的值<GDIR,max>及在确定修改的全开增益值G’FOG时使用平滑后的值<GDIR,max>，例如G’FOG＝GFOG-<GDIR,max>。可配置的平滑单元例如可配置成使用不同的增高时间(τatt)和释放时间(τrel)进行平滑。在实施例中，平滑增高和/或释放时间可根据一个或多个参数控制。
在实施例中，增益控制单元配置成根据当前全开增益裕度ΔGFOGm控制可配置的平滑单元的释放时间和/或增高时间，ΔGFOGm为先前确定的全开增益值GFOG与当前助听器增益GHA及当前定向增益的最大值GDIR,max的和之间的差，ΔGFOGm＝GFOG–(GHA+GDIR,max)。
在实施例中，增益控制单元配置成将在确定平滑后的值<GDIR,max>时涉及的释放时间常数τrel设定为小于或等于第一值τrel,FAST的值，在当前全开增益裕度ΔGFOGm低于第一阈值ΔGLIM,fast的情形下，即对于ΔGFOGm<ΔGLIM,fast，其中ΔGLIM,fast大于零。在当前全开增益裕度ΔGFOGm变小(即接近零)的情形下，这有利于确保修改的全开增益值G’FOG的快速和立即调整。在实施例中，增益控制单元配置成在当前全开增益裕度ΔGFOGm低于第一阈值ΔGLIM,FAST时将释放时间常数τrel设定为第一值τrel,FAST。在实施例中，增益控制单元配置成在当前全开增益裕度ΔGFOGm增加到高于所述阈值ΔGLIM,FAST时增加释放时间常数τrel。在实施例中，增益控制单元配置成在当前全开增益裕度ΔGFOGm增加到高于(第一)阈值ΔGLIM,FAST但低于第二阈值ΔGLIM,SLOW时增加释放时间常数τrel。在实施例中，增益控制单元配置成在当前全开增益裕度ΔGFOGm增加到高于第二阈值ΔGLIM,SLOW时(例如参见图3B)将释放时间常数τrel设定为第二值τrel,SLOW。
在实施例中，增益控制单元配置成使在确定平滑后的值<GDIR,max>时涉及的增高时间常数τatt适应所涉及的应用。在实施例中，增益控制单元配置成将当前使用的增高时间常数τatt调整为大于或等于当前使用的释放时间常数τrel的值。在实施例中，增益控制单元配置成将当前使用的增高时间常数τatt设定为大于或等于释放时间常数τrel的第二值τrel,SLOW的值τatt,x。
通过控制平滑GDIR,MAX时涉及的增高时间和释放时间而控制平滑用于使非自然信号最小化(因而提高声音质量)。
在实施例中，增益控制单元配置成根据当前定向增益的最大值GDIR,max控制波束形成器滤波单元。
在实施例中，增益控制单元配置成根据先前确定的全开增益值GFOG、当前助听器增益GHA和当前定向增益的最大值GDIR,max控制波束形成器滤波单元。在实施例中，增益控制单元配置成根据当前全开增益裕度ΔGFOGm控制波束形成器滤波单元，ΔGFOGm为先前确定的全开增益值GFOG与当前助听器增益GHA及当前定向增益的最大值GDIR,max的和之间的差，ΔGFOGm＝GFOG–(GHA+GDIR,max)。
在实施例中，增益控制单元配置成确定用于在不受限的开状态(在当前全开增益裕度ΔGFOGm高于第一阈值ΔGDIR,ON时)和关状态(在当前全开增益裕度ΔGFOGm低于第二阈值ΔGDIR,OFF时)之间控制波束形成器滤波单元的波束形成器控制信号DIRctr。在实施例中，波束形成器滤波单元的不受限的开状态意为波束形成器滤波单元不受增益控制单元限制并自由正常运行的状态。在实施例中，波束形成器滤波单元的关状态意为波束形成器滤波单元不被动态更新的状态，例如因为其依赖于固定的波束图，例如在全向运行模式下。在实施例中，在波束形成器滤波单元处于关状态时，当前定向增益GDIR,i,i＝1,…,M相等，如均等于0.5或1。在实施例中，开状态为关状态和不受限的开状态之间的状态，其中当前定向增益GDIR,i,i＝1,…,M经波束形成器控制信号DIRctr受增益控制单元影响。在实施例中，在波束形成器滤波单元分别在关状态和不受限的开状态之间变化时，波束形成器控制信号DIRctr取0和1之间的值。
在实施例中，控制信号DIRctr随频率而变，DIRctr＝DIRctr(k),k＝1,2,…,K。
在实施例中，在波束形成器滤波单元受增益控制单元控制时(即在波束形成器滤波单元处于(转变)“开状态”，其中ΔGDIR,OFF≤ΔGFOGm≤ΔGDIR,ON，例如参见图3A的左部)，由波束形成器滤波单元(例如根据当前相对于目标和噪声信号源的方向及目标和噪声信号源的相对电平)确定的当前定向增益GDIR,i,i＝1,…,M被修改为G’DIR,i,i＝1,…,M，其中G’DIR,i＝DIRctr(k)·GDIR,i(k),i＝1,…,M,k＝1,2,…,K。
波束形成器滤波单元的控制可独立于在确定平滑后的值<GDIR,max>时涉及的释放时间常数τrel的控制。
在实施例中，当前全开增益裕度ΔGFOGm的用于启用和停用波束形成的阈值(ΔGDIR,OFF,ΔGDIR,ON)小于用于控制修改的全开增益值G’(<GDIR,max>)的平滑的阈值(ΔGLIM,SLOW,ΔGLIM,FAST)。
在实施例中，增益控制单元配置成确定当前全开增益裕度ΔGFOGm的平滑后的值<ΔGFOGm>及使用平滑后的值<ΔGFOGm>确定波束形成器控制信号DIRctr代替当前全开增益裕度ΔGFOGm。
在实施例中，助听器包括多个(M个)分析滤波器组，每一分析滤波器组用于提供多个电输入信号INi,i＝1,…,M中的相应不同信号的时频表示INi(k,m)，k为子频带指数及m为时间指数。在实施例中，确定修改的全开增益G’FOG需要的多个不同的增益值(如GDIR,i,GHA,GFOG等)按时频表示(k,m)提供，例如在K个(重叠或非重叠)子频带中。
在实施例中，助听器包括听力仪器或有效耳朵保护装置或其它音频处理装置，其适于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改善、增强和/或保护用户的听觉能力。
在实施例中，助听器适于提供随频率而变的增益和/或随电平而变的压缩和/或一个或多个频率范围到一个或多个其它频率范围的移频(具有或没有频率压缩)以补偿用户的听力受损。在实施例中，助听器包括用于增强输入信号并提供处理后的输出信号的信号处理单元。
助听器包括输出单元，用于基于处理后的电信号提供由用户感知为声信号的刺激。在实施例中，输出单元包括耳蜗植入物的多个电极或者骨导听力装置的振动器。在实施例中，输出单元包括输出变换器。在实施例中，输出变换器包括用于将刺激作为声信号提供给用户的接收器(扬声器)。在实施例中，输出变换器包括用于将刺激作为颅骨的机械振动提供给用户的振动器(例如在附着到骨头的或骨锚式听力装置中)。
助听器包括用于提供表示声音的电输入信号的输入单元。在实施例中，输入单元包括用于将输入声音转换为电输入信号的输入变换器如传声器。在实施例中，输入单元包括用于接收包括声音的无线信号并提供表示所述声音的电输入信号的无线接收器。听力装置包括定向传声器系统，其适于对来自环境的声音进行空间滤波，例如以增强佩戴听力装置的用户的局部环境中的多个声源之中的目标声源。在实施例中，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。在文献中可找到许多波束形成器变型。最小方差无失真响应(MVDR)波束形成器在传声器阵列信号处理中广泛使用。理想地，MVDR波束形成器保持来自目标方向(也称为视向)的信号不变，同时最大程度地衰减来自其它方向的声音信号。广义旁瓣抵消器(GSC)结构为相较原始形式的直接实施提供计算和数值优点的MVDR波束形成器的等效表示。
在实施例中，助听器包括用于从另一装置如通信装置或另一助听器经无线链路无线接收直接电输入信号的天线和收发器电路。在实施例中，无线链路为基于近场通信的链路，例如基于发射器和接收器部分的天线线圈之间的感应耦合的感应链路。在另一实施例中，无线链路基于远场电磁辐射。在实施例中，助听器包括用于基于近场通信建立无线链路的天线和收发器电路及用于基于远场电磁辐射建立无线链路的天线和收发器电路。
在实施例中，无线链路基于标准化或专有技术。在实施例中，远场无线链路基于蓝牙技术(如蓝牙低功率技术)或类似技术。
在实施例中，助听器为便携装置，例如包括本机能源如电池例如可再充电电池的装置。
在实施例中，输入单元如输入变换器(传声器系统和/或直接电输入(如无线接收器))和输出单元(如输出变换器)之间的正向或信号通路包括信号处理单元。在实施例中，信号处理单元适于根据用户的特定需要提供随频率而变的增益。在实施例中，听力装置包括具有用于分析输入信号(如确定电平、调制、信号类型、声反馈估计量等)的功能件的分析通路。在实施例中，分析通路和/或信号通路的部分或所有信号处理在频域进行。在实施例中，分析通路和/或信号通路的部分或所有信号处理在时域进行。
在实施例中，表示声信号的模拟电信号在模数(AD)转换过程中转换为数字音频信号，其中模拟信号以预定采样频率或采样速率fs进行采样，fs例如在从8kHz到48kHz的范围中(适应应用的特定需要)以在离散的时间点tn(或n)提供数字样本xn(或x[n])，每一音频样本通过预定的Ns比特表示声信号在tn时的值，Ns例如在从1到16比特的范围中。数字样本x具有1/fs的时间长度，如50μs，对于fs＝20kHz。在实施例中，多个音频样本按时间帧安排。在实施例中，一时间帧包括64个或128个音频数据样本。根据实际应用可使用其它帧长度。
在实施例中，助听器包括模数(AD)转换器以按预定的采样速率如20kHz对模拟输入进行数字化。在实施例中，助听器包括数模(DA)转换器以将数字信号转换为模拟输出信号，例如用于经输出变换器呈现给用户。
在实施例中，助听器包括滤波器组。在实施例中，该滤波器组包括分析滤波器组和合成滤波器组，分析滤波器组包括多个(M个)第一滤波器hk(n)，其中k＝0,1,…,K-1为频带指数，合成滤波器组包括多个(K个)第二滤波器gk(n)，k＝0,1,…,K-1。在实施例中，分析滤波器组提供输入信号的时频表示。在实施例中，时频表示包括所涉及信号在特定时间和频率范围的相应复值或实值的阵列或映射。在实施例中，分析滤波器组配置成对(时变)输入信号进行滤波并提供多个(时变)子频带信号，每一子频带信号包括截然不同的输入信号频率范围。在实施例中，分析滤波器组包括用于将时变输入信号转换为频域中的(时变)信号的傅里叶变换算法(如快速傅里叶变换算法)。
在实施例中，助听器考虑的、从最小频率fmin到最大频率fmax的频率范围包括从20Hz到20kHz的典型人听频范围的一部分，例如从20Hz到12kHz的范围的一部分。
在实施例中，助听器的正向通路和/或分析通路的信号拆分为NI个子频带，其中NI例如大于5，如大于10，如大于50，如大于100，如大于500，至少部分频带个别地处理。在实施例中，助听器适于在NP个不同频道处理正向和/或分析通路的信号(NP≤NI)。频道可以宽度一致或不一致(如宽度随频率增加)、重叠或不重叠。
在实施例中，助听器包括多个检测器，其配置成提供与助听器的当前物理环境(如当前声环境)有关、和/或与佩戴助听器的用户的当前状态有关、和/或与助听器的当前状态或运行模式有关的状态信号。作为备选或另外，一个或多个检测器可形成与助听器(如无线)通信的外部装置的一部分。外部装置例如可包括另一助听装置、遥控器、音频传输装置、电话(如智能电话)、外部传感器等。
在实施例中，多个检测器中的一个或多个对全带信号起作用(时域)。在实施例中，多个检测器中的一个或多个对频带拆分的信号起作用((时-)频域)。
在实施例中，多个检测器包括电平检测器，用于估计正向通路的信号的当前电平。在实施例中，预定判据包括正向通路的信号的当前电平是高于还是低于给定(L-)阈值。
在特定实施例中，助听器包括话音活动检测器(VD)，用于确定输入信号是否包括话音信号(在特定时间点)。在本说明书中，话音信号包括来自人类的语音信号。其还可包括由人类语音系统产生的其它形式的发声(如唱歌)。在实施例中，话音检测器单元适于将用户当前的声环境分类为话音或无话音环境。这具有下述优点：包括用户环境中的人类发声(如语音)的电传声器信号的时间段可被识别，因而与仅包括其它声源(如人工产生的噪声)的时间段分离。在实施例中，话音检测器适于还将用户自己的话音检测为话音。作为备选，话音检测器适于从话音检测排除用户自己的话音。
在实施例中，助听器包括自我话音检测器，用于检测特定输入声音(如话音)是否源自系统用户的话音。在实施例中，助听器的传声器系统适于能够在用户自己的话音和另一人的话音之间进行区分及可能与非话音声音区分开。
在实施例中，助听装置包括分类单元，配置成基于来自(至少部分)检测器的输入信号及可能其它输入对当前情形进行分类。在本说明书中，“当前情形”由下面的一个或多个定义：
a)物理环境(如包括当前电磁环境，例如出现计划或未计划由助听器接收的电磁信号(包括音频和/或控制信号)，或者当前环境不同于声学的其它性质)；
b)当前声学情形(输入电平、反馈等)；
c)用户的当前模式或状态(运动、温度等)；
d)助听装置和/或与助听器通信的另一装置的当前模式或状态(所选程序、自上次用户交互之后消逝的时间等)。
在实施例中，助听器包括声学(和/或机械)反馈抑制系统。在实施例中，反馈抑制系统包括用于提供表示声反馈通路的估计量的反馈信号的反馈估计单元及用于将反馈信号从正向通路的信号(如由助听器的输入变换器拾取)减去的组合单元如求减单元。在实施例中，反馈估计单元包括包含自适应算法的更新部分和用于根据所述自适应算法确定的可变滤波器系数对输入信号进行滤波的可变滤波器部分，其中更新部分配置成根据预定或者可自适应控制的方案(如具有可配置的更新频率fupd)更新可变滤波器部分的滤波器系数。更新控制方案优选由助听器的一个或多个检测器支持，优选包括在包含检测器信号的预定判据中。
在实施例中，助听器还包括用于所涉及应用的其它适宜功能，如压缩、降噪等。
在实施例中，助听器包括听力仪器，例如适于位于耳朵处或者完全或部分位于用户耳道中或者完全或部分植入在用户头部中的听力仪器或其组合。
用途
此外，本发明提供上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求中限定的助听器的用途。在实施例中，提供在包括音频分布的系统中如包括传声器和扬声器(彼此足够接近而在用户操作期间导致从输出变换器如扬声器到传声器的反馈)的系统中的用途。在实施例中，提供在包括一个或多个听力仪器、头戴式耳机、耳麦、有源耳朵保护系统等的系统中的用途，例如免提电话系统、远程会议系统、广播系统、卡拉OK系统、教室放大系统等。
方法
一方面，还提供助听器的运行方法。所述助听器包括正向通路，所述正向通路包括：
-用于提供表示声音的多个电输入信号INi,i＝1,…,M的多个输入单元；
-用于基于处理后的信号或者源自其的信号提供可由用户感知为声音的刺激的输出单元。
所述方法包括：
-从所述多个电输入信号提供波束成形信号YBF；
-将当前随频率而变的定向增益GDIR,i施加到所述多个电输入信号INi,i＝1,2,…,M中的每一电输入信号；
-将助听器增益GHA施加到所述波束成形信号YBF并提供处理后的信号；及
-提供先前确定的全开增益值GFOG；
-将所述助听器增益GHA限制为修改的全开增益值G’FOG；及
-根据当前定向增益GDIR,i,i＝1,…,M和先前确定的全开增益值GFOG确定修改的全开增益值G’FOG。
当由对应的过程适当代替时，上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的或权利要求中限定的装置(助听器)的部分或所有结构特征可与本发明方法的实施结合，反之亦然。方法的实施具有与对应装置一样的优点。
计算机可读介质
本发明进一步提供保存包括程序代码的计算机程序的有形计算机可读介质，当计算机程序在数据处理系统上运行时，使得数据处理系统执行上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求中限定的方法的至少部分(如大部分或所有)步骤。
作为例子但非限制，前述有形计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁性存储装置，或者可用于执行或保存指令或数据结构形式的所需程序代码并可由计算机访问的任何其他介质。如在此使用的，盘包括压缩磁盘(CD)、激光盘、光盘、数字多用途盘(DVD)、软盘及蓝光盘，其中这些盘通常磁性地复制数据，同时这些盘可用激光光学地复制数据。上述盘的组合也应包括在计算机可读介质的范围内。除保存在有形介质上之外，计算机程序也可经传输介质如有线或无线链路或网络如因特网进行传输并载入数据处理系统从而在不同于有形介质的位置处运行。
数据处理系统
一方面，本发明进一步提供数据处理系统，包括处理器和程序代码，程序代码使得处理器执行上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求中限定的方法的至少部分(如大部分或所有)步骤。
听力系统
另一方面，本发明提供包括上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求中限定的助听器及包括辅助装置的听力系统。
在实施例中，该听力系统适于在助听器和辅助装置之间建立通信链路以使信息(如控制和状态信号，可能音频信号)能在其间进行交换或从一装置转发给另一装置。
在实施例中，辅助装置是或包括音频网关设备，其适于(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，及适于选择和/或组合所接收音频信号(或信号组合)中的适当信号以传给助听器。在实施例中，辅助装置是或包括遥控器，用于控制助听器的功能和运行。在实施例中，遥控器的功能实施在智能电话中，该智能电话可能运行使能经智能电话控制音频处理装置的功能的APP(助听器包括适当的到智能电话的无线接口，例如基于蓝牙或一些其它标准化或专有方案)。在实施例中，辅助装置是或包括通信装置如电话例如智能电话或者使能与其它装置交换数据的装置。
在实施例中，辅助装置为另一助听器。在实施例中，听力系统包括适于实施双耳听力系统如双耳助听器系统的两个助听器。
定义
在本说明书中，“助听器”指适于改善、增强和/或保护用户的听觉能力的装置如听力仪器或有源耳朵保护装置或其它音频处理装置，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。“助听器”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的电信号。
助听器可构造成以任何已知的方式进行佩戴，如作为佩戴在耳后的单元(具有将辐射的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扬声器)、作为整个或部分安排在耳廓和/或耳道中的单元、作为连到植入在颅骨内的固定结构的单元、或作为整个或部分植入的单元等。助听器可包括单一单元或几个彼此电子通信的单元。
更一般地，助听器包括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变换器和/或以电子方式(即有线或无线)接收输入音频信号的接收器、用于处理输入音频信号的(通常可配置的)信号处理电路、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装置。在一些助听器中，放大器可构成信号处理电路。信号处理电路通常包括一个或多个(集成或单独的)存储元件，用于执行程序和/或用于保存在处理中使用(或可能使用)的参数和/或用于保存适合助听器功能的信息和/或用于保存例如结合到用户的接口和/或到编程装置的接口使用的信息(如处理后的信息，例如由信号处理电路提供)。在一些助听器中，输出装置可包括输出变换器，例如用于提供空传声信号的扬声器或用于提供结构或液体传播的声信号的振动器。在一些助听器中，输出装置可包括一个或多个用于提供电信号的输出电极。
在一些助听器中，振动器可适于经皮或由皮将结构传播的声信号传给颅骨。在一些助听器中，振动器可植入在中耳和/或内耳中。在一些助听器中，振动器可适于将结构传播的声信号提供给中耳骨和/或耳蜗。在一些助听器中，振动器可适于例如通过卵圆窗将液体传播的声信号提供到耳蜗液体。在一些助听器中，输出电极可植入在耳蜗中或植入在颅骨内侧上，并可适于将电信号提供给耳蜗的毛细胞、一个或多个听觉神经、听觉皮层和/或大脑皮层的其它部分。
“听力系统”指包括一个或两个助听器的系统。“双耳听力系统”指包括两个助听器并适于协同地向用户的两只耳朵提供听得见的信号的系统。听力系统或双耳听力系统还可包括一个或多个“辅助装置”，其与助听器通信并影响和/或受益于助听器的功能。辅助装置例如可以是遥控器、音频网关设备、移动电话(如智能电话)、广播系统、汽车音频系统或音乐播放器。助听器、听力系统或双耳听力系统例如可用于补偿听力受损人员的听觉能力损失、增强或保护正常听力人员的听觉能力和/或将电子音频信号传给人。
本发明的实施例如可用在下述应用中：听力仪器、头戴式耳机、耳麦、耳朵保护系统。
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示出了根据本发明的示例性第一实施例，助听器包括用于实施全开增益限制系统的、连接到波束形成器滤波单元和放大单元的控制单元。
图2示出了根据本发明的用于实施全开增益限制系统的控制单元的实施例。
图3A示出了用于根据本发明的助听器的增益控制单元从开始时间t0到结束时间t11的运行的示例性方案的图示，左部示出了当前全开增益裕度ΔGFOGm和用于控制波束形成器滤波单元的波束形成器控制信号DIRctr之间的示例性函数关系。
图3B示出了在递增所希望的助听器增益GHA期间(即递减全开增益裕度ΔGFOGm期间)从开始时间t0到中间时间t6的第一时间间隔中，当前全开增益裕度ΔGFOGm与在确定平滑后的值<GDIR,max>时涉及的增高时间常数τatt和释放时间常数τrel之间的示例性函数关系。
图3C示出了在递减所希望的助听器增益GHA期间(即递增全开增益裕度ΔGFOGm期间)从中间时间t6到结束时间t11的第二时间间隔中，当前全开增益裕度ΔGFOGm与在确定平滑后的值<GDIR,max>时涉及的增高时间常数τatt和释放时间常数τrel之间的示例性函数关系。
图4示出了根据本发明的助听器的运行方法实施例的流程图。
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。对于本领域技术人员来说，基于下面的详细描述，本发明的其它实施方式将显而易见。
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。
本申请涉及听力装置如助听器领域，尤其涉及包括使能执行多个可配置的处理算法如电平压缩算法、反馈估计算法等以例如根据听力装置用户的需要修改音频输入信号的信号处理单元的听力装置。更具体地，本发明涉及用于通过限制助听器中的最大允许增益而控制数字助听器的稳定性的全开增益(FOG)限制(和/或最大输出限制)。
提出了FOG限制(FOG极限)的解决方案，其将助听器放大(GHA)限制为由定向系统给出的最大增益(GDIR,max)动态校正的值(G’FOG)(G’FOG＝GFOG-GDIR,max)。我们将所述校正称为“FOG校正”(ΔGFOG＝GFOG-G’FOG＝GDIR,max)。
这是非常易处理且简单的解决方案，但其缺点在于快速的增益限制变化可引起令用户不愉快的听得见的非自然信号。因此，在示例性实施例中，提出了一种更慢的系统，使得其在达到极限时快速动作但以慢速率撤回，以避免增益泵浦非自然信号。
这对用户导致另一缺陷。在定向系统利用大的传声器增益的情形下，当系统处于持续限制时，用户体验到增益不足。这源于传声器通道中的增益不必然贡献于声学增益的事实。
该缺点可通过在FOG校正中引入滞性使得在装置增益非接近FOG极限时所述校正缓慢变化得以解决。然而，当装置增益变得接近FOG极限时，所述校正被快速调整以获得正确的FOG限制。
这使能撤回定向增益的第二系统，同样取决于装置增益接近FOG极限。这意味着当装置增益变得较接近FOG极限时，作为第一步骤，定向系统被迫使不太定向。结果是装置增益被相较定向性优先用于放大。当装置增益保持递增时，FOG校正将被加速以在装置增益达到FOG极限时产生正确的限制。
图1示出了示例性的第一实施例，助听器HD包括用于实施全开增益限制系统的、连接到波束形成器滤波单元BFUa,BFUb和放大单元HAG的控制单元CONT。助听器包括用于处理表示声音的输入信号并提供增强的信号以呈现给用户的正向通路。正向通路包括多个输入单元(在此为传声器M1,M2)，用于提供表示声音的多个电输入信号INi,i＝1,…,M(在此为IN1,IN2，即M＝2)。输入单元优选包括适当的模数转换单元以将电输入信号IN1,IN2提供为数字信号。每一传声器通路包括分析滤波器组(在此分别为FB-A1,FB-A2)，用于按时频表示将电输入信号IN1,IN2分别提供为子频带信号X1和X2。正向通路还包括多输入波束形成器滤波单元BFUa,BFUb，用于从多个电输入信号IN1,IN2(在此从子频带信号X1,X2)提供波束成形信号YBF。正向通路还包括增益单元HAG,MIN,‘X’，用于将(可能限制的)助听器增益G’HA施加到波束成形信号YBF，并提供处理后的信号Y’G。正向通路还包括合成滤波器组FB-S，用于将处理后的信号Y’G的子频带信号转换为时域的输出信号OUT。正向通路还包括输出单元(在此为扬声器SP)，用于基于处理后的信号或者源自其的信号(在此为输出信号OUT)提供可由用户感知为声音的刺激(声学或机械刺激)。助听器还包括增益控制单元CONT，用于将助听器增益GHA限制为修改的全开增益值G’FOG(经最小化单元MIN，其按增益受限的助听器增益G’HA的形式提供两个输入增益值(助听器增益GHA和修改的全开增益G’FOG)中的最小值)。波束形成器滤波单元配置成将当前随频率而变的定向增益GDIR,i施加到多个电输入信号INi中的每一电输入信号(在此，增益G1,G2被施加到电输入信号IN1,IN2(更确切地说，施加到其子频带版本X1,X2))。增益控制单元CONT配置成根据当前定向增益GDIR,i,i＝1,…,M(在此G1＝|W1|,G2＝|W2|)和先前确定的全开增益值GFOG确定修改的全开增益值G’FOG，先前确定的全开增益值保存在助听器的存储器MEM中(例如在制造助听器期间或者在针对特定用户的需要验配助听器期间提供)。增益控制单元CONT在工作时连接到增益单元HAG并接收当前(请求的)助听器增益GHA。在实施例中，当前(请求的)助听器增益GHA由增益控制单元用于影响全开增益的修改后的值G’FOG的变化的时间效果，参见图2、3A-3C。
实施例
下面的例子示出了FOG限制系统(由图2中的增益控制单元CONT表示)可怎样实施在多通道子频带系统中，在定向系统(图1中的BFUb)中具有复值子频带信号(图1中的X1,X2)和复数传声器通道增益(W1,W2)。
图2示出了根据本发明的用于实施全开增益限制系统的控制单元CONT的实施例。
控制单元包括基于当前复数权重W1,W2提供当前定向增益的最大值GDIR,max的ABS-MAX单元。由于定向增益(W1,W2)为复值，它们首先通过ABS运算(ABS)从而提供实数增益值G1,G2(G1＝|W1|,G2＝|W2|)。随后，在传声器通道1,2上取最大值，GDIR,max＝MAX{GDIR,i},i＝1,2(MAX)(例如对于每一子频带k)。
在确定定向增益G1,G2之中的最大值GDIR,max之后，下一步是计算实际的装置增益即定向增益GDIR,max+所希望的放大增益GHA与(预先确定的)FOG极限GFOG(参见图2中的求和单元“+”的输入)之间的距离(或裕度)ΔGFOGm，从而提供ΔGFOGm＝GFOG–(GDIR,max+GHA)。如果距离测度ΔGFOGm(在下面也称为“当前全开增益裕度”)为正，则放大增益GHA不需要限制。如果该值低于零，则需要限制放大增益以保持最大允许增益从而保持装置稳定性。
图2的下部(包括时间常数控制单元TC-CT、平滑单元FOG-SM和组合单元“+”)配置成动态控制FOG校正量ΔGFOG＝GDIR,max。仅在几乎达到FOG极限GFOG的情形下(ΔGFOGm朝向0(绝对)减小)，时间常数控制模块TC-CT加速平衡模块FOG-SM的计算(例如通过在当前全开增益裕度ΔGFOGm小于阈值ΔGLIM,fast时将释放时间τrel减小或设置为低值τrel,FAST)。换言之，时间常数控制单元TC-CT控制平滑处理的时间常数并向全开增益平滑单元FOG-SM提供时间常数控制信号TAU。基于控制信号TAU和当前最大定向增益值GDIR,max，平滑后的最大定向增益值<GDIR,max>由全开增益平滑单元FOG-SM提供。所得的修改的全开增益值G’FOG由组合单元“+”提供为预定全开增益GFOG和平滑后的最大定向增益值<GDIR,max>之间的差([dB])(即G’FOG＝GFOG-<GDIR,max>)。从而，当助听器增益GHA接近FOG极限GFOG时(相当快或者无平滑)，可(立即)提供正确的放大增益极限G’FOG(即G’FOG～GFOG-GDIR,max)；否则，可提供缓慢变化的(缓慢平滑的)修改的全开增益值G’FOG。从而可降低因全开增益的修改引入非自然信号的风险。
该图的上部(包括DIR控制平滑单元DCT-SM和映射单元MAP)配置成确定控制参数DIRctr(例如取0和1之间的值)，其可用于控制定向系统(图1中的波束形成器滤波单元BFU)。平滑单元DCT-SM从求和单元“+”接收当前全开增益裕度ΔGFOGm并向全开增益裕度ΔGFOGm的平滑提供适当的增高和释放时间。这样做是为了在FOG-SM单元中进行的FOG校正GDIR,max的平滑(两个平滑处理的增高和释放时间的当前值例如被交换和评估，参见相应的DCT-SM和TC-CT单元之间的虚线箭头)。平滑单元DCT-SM将平滑后的全开增益裕度<ΔGFOGm>(图2中的信号DFOG)提供给映射单元MAP。映射单元MAP及其控制信号DIRctr基于平滑后的全开增益裕度<ΔGFOGm>实施下面的用于控制定向系统(图1中的BFUa,BFUb)的方案。控制参数DIRctr的“0”值意味着定向系统被迫使处于“关”状态(没有定向性)。如果该值为“1”，定向系统自由正常运行(没有来自控制单元CONT的限制)。对于“0”和“1”之间的值，定向系统受限以随着DIRctr从“1”减小到“0”而减小定向增益从而增大当前全开增益裕度ΔGFOGm，因而在达到增益极限G’FOG之前使更大的助听器增益GHA能施加到波束成形信号(图1中的YBF)。换言之，增益(通过减小G1,G2)被从定向系统移到助听器增益GHA，从而以定向性为代价优先向用户提供增益GHA。增益从定向系统移到FOG增益极限(或反之亦然)对图2下部中用于FOG校正GDIR,max的平滑的时间常数和图2上部中的全开增益裕度ΔGFOGm有限制条件(以避免引入非自然信号)，如DCT-SM和TC-CT单元之间的虚线连接指明的。
图3A为用于根据本发明的助听器的增益控制单元的运行的示例性方案的图示。图3A示出了在第一时间段(时间t)t0<t<t6，将提供给用户的增益(助听器增益GHA)需要递增及在第二时间段t6<t<t12对增益的需要减少的情形。在中间时间段t5<t<t7(与第一和第二时间段重叠)，修改的全开增益对助听器增益GHA设定极限(提供修改的增益G’HA)。目标增益用点线指明(在中间时间段t5<t<t7期间)。实现的增益用实线指明(在t0<t<t5和t7<t<t12期间)。增益曲线的左和右纵轴为称为包括请求的助听器增益GHA与FOG校正量的和的目标增益GHA’即GHA’＝GHA+GDIR,MAX的增益轴。最左边的颠倒的轴示出了全开增益裕度ΔGFOGm＝GFOG–(GDIR,max+GHA)，其在请求的助听器增益GHA等于全开增益极限GFOG(因为对于大于GDIR,OFF的目标增益，GDIR,MAX＝0，参见最右边目标增益轴上的指示)时具有零值。在最左边的目标增益轴和全开增益裕度ΔGFOGm轴之间，示出了表明波束形成器控制信号DIRctr与全开增益裕度ΔGFOGm的示例性函数相关的曲线。所示曲线实施用于将增益从定向系统移到助听器增益(当满足某些判据时)的方案。
在第一时间段t0<t<t6(在图3A的上部记为“释放”)中，假定增益需要稳定增大(例如对应于目标声源在用户处的信号强度即接收到的SPL缓慢降低的情形或者在逐渐引入噪声源的情形)。稳定增大的目标增益对应于稳定减小的全开增益裕度。因此，用于全开增益裕度ΔGFOGm的平滑算法的释放时间常数τrel在第一时间段中是重要的参数(参见图3B)。第一时间段分为子时间段(由各个时间点t0,t1,t2,t3,t4,t5,t6确定)，其中请求的助听器增益GHA处于不同的范围。自适应全开增益修改算法在每一增益范围中的反应在下面简要论述。
时间段t0<t<t1：GHA’≤GDIR,ON(参见图3A中右边的目标增益刻度，及示出DIRctr(ΔGFOGm)的左边曲线)：在该增益范围中，自适应全开增益修改算法缓慢反应，及定向系统不受(目前的算法)限制。DIRctr＝“1”。
当请求的助听器增益GHA从下面(GHA’<GFOG)接近FOG极限GFOG时，增高/释放平滑和映射算法(参见图2的上部，单元DCT-SM和MAP)控制定向系统怎样快地被迫使从(正常、不受限的)运行模式(图3A中的GHA’≤GDIR,ON)变为“关”状态(图3A中的GHA’≥GDIR,OFF)。重要地，应注意，这些设置必须小心地进行设置，因为它们是递归系统的参数(如上面结合图2提及的)。如果该系统太快行动，将导致定向系统不合需要的开/关振荡。
时间段t1<t<t2：GDIR,ON≤GHA’≤GDIR,OFF(参见图3A右边的刻度，及左边曲线示出DIRctr(ΔGFOGm))：定向系统处于由信号DIRctr控制的受限运行模式(在图3A中的左边DIRctr(ΔGFOGm)曲线中记为“转变”)，“0”<DIRctr<“1”，其中定向增益G1,G2随着GHA’递增而减小(参见图3A中记为“DIR增益的递增收回”的向下指向的粗箭头)。从DIRctr＝“1”转变为“0”发生在时间t1和t2之间。当目标增益大于GDIR,OFF(其中定向系统处于关状态)，定向增益(G1,G2)为1(0dB)，因而GDIR,MAX＝1(0dB)，如最右边的目标增益轴上指明的。该机制对于保持助听器增益很重要(只要可能，以DIR增益为代价)。
时间段t2<t<t3：GHA’≤GLIM,slow(参见图3A中左边的轴，及图3B，ΔGFOGm≥ΔGLIM,slow)：请求的助听器增益GHA’仍低于阈值GLIM,slow(即图3C中的ΔGFOGm>ΔGLIM,clow)，其中修改的全开增益被快速提供，即处于(仍然)提供G’FOG的慢自适应速率的模式。
时间段t3<t<t4：GLIM,slow≤GHA’≤GLIM,fast(参见图3A中左边的轴，及图3B，ΔGLIM,slow≥ΔGFOGm≥ΔGLIM,fast)：请求的助听器增益GHA’处于修改的全开增益G’FOG以递增的速度提供从而增大请求的助听器增益GHA’(但仍然低于最快的提供，即处于提供G’FOG的变化的自适应速率的模式)。看左边的ΔGFOGm轴，这对应于递减的全开增益裕度ΔGFOGm，导致增大的自适应速率(即递减的释放时间常数τrel(参见图3B))，使得在接近到达ΔGLIM,fast阈值时以增大的速度提供(并使用)修改的全开增益值。
时间段t4<t<t5：GLIM,fast≤GHA’≤GFOG(参见图3A中左边的轴，及图3B，ΔGLIM,fast≥ΔGFOGm)：请求的助听器增益GHA’高于阈值，从而立即提供全开增益裕度ΔGFOGm因而立即提供修改的全开增益G’FOG(或其最大自适应速率)(更确切地说，全开增益裕度ΔGFOGm)(ΔGFOGm<ΔGLIM,fast)。
中间时间段t5<t<t7：GFOG≤GHA’(增益曲线的点线部分)。在该时间段，目标增益大于全开增益GFOG，因此助听器增益GHA被限制为全开增益值G’FOG＝GFOG。在时间t6，目标增益开始减小，这促使释放时间常数τrel(参见图3B)变为(增大为)值τrel,SLOW，从而提供修改的全开增益G’FOG的慢自适应速率(参见图3B中τrel轴上的纵向向上指的箭头)。
在第二时间段t6<t<t12(在图3A的上部中记为“增高”)，假定增益需要稳步减小(例如对应于目标声源在用户处的信号强度即接收到的SPL缓慢增加的情形)，或者其中噪声源逐渐消除或者强度减小。稳步减小的目标增益对应于稳步增大的全开增益裕度。因此，用于全开增益裕度ΔGFOGm的平滑算法的增高时间常数τatt在第二时间段中是重要的参数(参见图3C)。第二时间段分为子时间段(由各个时间点t6,t7,t8,t9,t10,t11,t12确定)，其中请求的助听器增益GHA处于不同的范围。自适应全开增益修改算法在每一增益范围中的反应在下面简要论述。
时间段t7<t<t8：GLIM,fast≤GHA’≤GFOG(参见图3A中左边的轴，及图3C，ΔGLIM,fast≥ΔGFOGm)：用于全开增益裕度ΔGFOGm的平滑算法的增高时间设定为固定的相对大的值τatt,x，从而提供修改的全开增益G’FOG的相对慢的适应。
时间段t8<t<t9：GLIM,slow≤GHA’≤GLIM,fast(参见图3A中左边的轴，及图3C，ΔGLIM,slow≥ΔGFOGm≥ΔGLIM,fast)：用于全开增益裕度ΔGFOGm的平滑算法的增高时间保持固定在相对大的值τatt,x，从而提供修改的全开增益G’FOG的相对慢的适应。
时间段t9<t<t10：GHA’≤GLIM,slow(参见图3A左边的轴，及图3C，ΔGFOGm≥ΔGLIM,slow)：用于全开增益裕度ΔGFOGm的平滑算法的增高时间保持固定在相对大的值τatt,x，从而提供修改的全开增益G’FOG的相对慢的适应。
时间段t10<t<t11：GDIR,ON≤GHA’≤GDIR,OFF(参见图3A右边的刻度，及左边曲线示出DIRctr(ΔGFOGm))：定向系统处于由信号DIRctr控制的受限运行模式(在图3A中的左边DIRctr(ΔGFOGm)曲线中记为“转变”)，“0”<DIRctr<“1”，其中定向增益G1,G2被允许随着GHA’递减而增大(参见图3A中记为“DIR增益的递减收回”的向上指的粗箭头)。从DIRctr＝“1”转变为“0”发生在时间t10和t11之间。当目标增益小于GDIR,ON时(其中定向系统处于正常开状态)，在控制波束形成器滤波单元时定向增益(G1,G2)被允许自由变化(DIRctr＝1)。
时间段t11<t<t12：GHA’≤GDIR,ON(参见图3A中右边的目标增益刻度，及左边曲线示出DIRctr(ΔGFOGm))：在该增益范围中，自适应全开增益修改算法慢速反应，及定向系统不受(目前的全开增益控制算法的)限制。DIRctr＝“1”。
图3B示出了在递增所希望的助听器增益GHA期间(即递减全开增益裕度ΔGFOGm期间)从开始时间t0到中间时间t6的第一时间间隔中，当前全开增益裕度ΔGFOGm与在确定平滑后的值<GDIR,max>时涉及的增高时间常数τatt和释放时间常数τrel之间的示例性函数关系。图3B对应于递增的目标增益情形(图3A中记为“释放”的第一时间段)。时间轴(时间，t)指明图3A中的第一时间段t0-t6的开始和结束。在当前全开增益裕度ΔGFOGm从ΔGLIM,slow减小到ΔGLIM,fast时，释放时间常数τrel从较大的(慢)时间常数τrel,SLOW减小到较小的(快)时间常数τrel,FAST。在图3B的实施例中，从τrel,SLOW转变为τrel,FAST被示为线性。然而并不必须如此。在另一实施例中，其可以是非线性，如楼梯式线性或者S形。
图3C示出了在递减所希望的助听器增益GHA期间(即递增全开增益裕度ΔGFOGm期间)从中间时间t6到结束时间t11的第二时间间隔中，当前全开增益裕度ΔGFOGm与在确定平滑后的值<GDIR,max>时涉及的增高时间常数τatt和释放时间常数τrel之间的示例性函数关系。图3C对应于递减的目标增益情形(图3A中记为“增高”的第二时间段t7-t12)。时间轴(时间，t)指明图3A中第二时间段t7-t12的开始和结束。增高和释放时间常数τatt,τrel被设定为恒定不变的相对大的值τatt,x,τrel,SLOW，从而提供相对慢的平滑(自适应)。在图3B、3C的实施例中，增高时间常数τatt,x大于释放时间常数τrel,SLOW。
在释放时间常数从慢到快即从τrel,SLOW到τrel,FAST转变的外面(图3B)，图3B和3C的增高和释放时间常数被示为对于变化的全开增益裕度ΔGFOGm恒定不变(τatt,x,τrel,SLOW,τrel,FAST)。然而并不必须如此。在实施例中，增高和释放时间常数中的一个或多个为非线性，例如非线性地，例如对数接近固定值。
在实施例中(参考图3A)，GDIR,OFF＝GLIM,slow,(ΔGDIR,OFF＝ΔGLIM,slow)，使得在全部定向增益已被移到助听器增益时(GDIR,MAX＝0)开始增大修改的全开增益G’FOG的自适应速率。
在定向系统(图1中的BFUa,BFUb)和放大系统(图1中的HAG)的多通道实施中，根据本发明的FOG极限算法可实施在独立的通道中。FOG极限(GFOG,G’FOG)通常为随频率而变的函数。本发明中描述的实施例在时频域实施(各个子频带的信号被个别地处理)。然而，该方案可完全或部分在时域实施。
在实施例中，增益控制单元配置成确定用于在不受限的开状态和关状态之间控制波束形成器滤波单元的波束形成器控制信号DIRctr，在当前全开增益裕度ΔGFOGm高于第一阈值ΔGDIR,ON时处于不受限的开状态，及在当前全开增益裕度ΔGFOGm低于第二阈值ΔGDIR,OFF时处于关状态。图3A(左侧)示出了当前全开增益裕度ΔGFOGm和用于控制波束形成器滤波单元的波束形成器控制信号DIRctr之间的示例性函数关系。图3A中的DIRctr(ΔGFOGm)曲线表明，在当前全开增益裕度ΔGFOGm高于第一阈值ΔGDIR,ON时，波束形成器滤波控制信号DIRctr设定为“1”(对应于波束形成器滤波单元的不受限的开状态，例如正常运行)。图3B进一步示出了在当前全开增益裕度ΔGFOGm低于第二阈值ΔGDIR,OFF时，波束形成器滤波控制信号DIRctr设定为“0”(对应于波束形成器滤波单元的关状态)。在关状态下，波束形成器滤波单元例如可固定在全向运行模式。图3A还示出了在全开增益裕度ΔGFOGm在第一和第二阈值ΔGDIR,OFF,ΔGDIR,ON之间变化时，DIRctr信号在0和1之间线性地变化。在该范围中，波束形成器滤波单元处于关状态和不受限的开状态之间的转变状态，其中当前定向增益GDIR,i,i＝1,…,M经波束形成器控制信号DIRctr受增益控制单元的影响(限制、衰减)。
在实施例中，增益控制单元包括可配置的平滑单元，配置成确定当前定向增益的最大值GDIR,max的平滑后的值<GDIR,max>及在确定修改的全开增益值G’FOG时使用所述平滑后的值<GDIR,max>，例如G’FOG＝GFOG-<GDIR,max>。可配置的平滑单元例如可配置成使用不同的增高和释放时间进行平滑。在实施例中，平滑增高和/或释放时间可根据一个或多个参数控制。图3B示出了当前全开增益裕度ΔGFOGm与在确定平滑后的值<GDIR,max>时涉及的释放时间常数τrel之间的示例性函数关系。
在图3B所示的示例性方案中，增益控制单元配置成，在当前全开增益裕度ΔGFOGm低于第一阈值ΔGLIM,fast的情形下，即对于ΔGFOGm<ΔGLIM,fast，其中ΔGLIM,fast大于零，将在确定平滑后的值<GDIR,max>时涉及的释放时间常数τrel设定为等于第一值τrel,FAST的值。在当前全开增益裕度ΔGFOGm变小(即接近零)的情形下，这有利于确保修改的全开增益值G’FOG的快速和立即调整。根据图3B的方案，在当前全开增益裕度ΔGFOGm增加到高于阈值ΔGLIM,FAST但低于第二阈值ΔGLIM,SLOW时(线性地)增加释放时间常数τrel。在图3C中，在当前全开增益裕度ΔGFOGm增加到高于第二阈值ΔGLIM,SLOW时，将释放时间常数τrel设定为第二值τrel,SLOW。
通常，当前使用的增高时间常数τatt设定为大于或等于当前使用的释放时间常数τrel的值。
图4示出了根据本发明的助听器的运行方法的实施例的流程图。所述助听器包括正向通路，所述正向通路包括用于提供表示声音的多个电输入信号INi,i＝1,…,M的多个输入单元及用于基于处理后的信号或者源自其的信号提供可由用户感知为声音的刺激的输出单元。所述方法包括：
S1，提供表示声音的多个电输入信号INi,i＝1,…,M；
S2，从所述多个电输入信号INi提供波束成形信号YBF，包括将当前随频率而变的定向增益GDIR,i施加到所述多个电输入信号INi中的每一电输入信号；
S3，将助听器增益GHA施加到所述波束成形信号YBF并提供处理后的信号；及
S4，提供先前确定的全开增益值GFOG；
S5，将所述助听器增益GHA限制为修改的全开增益值G’FOG；
S6，根据当前定向增益GDIR,i,i＝1,…,M和先前确定的全开增益值GFOG确定修改的全开增益值G’FOG。
当由对应的过程适当代替时，上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的和/或权利要求中限定的装置的结构特征可与本发明方法的步骤结合。
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。除非另行指明，在此公开的任何方法的步骤不精确限于相应说明的顺序。
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。
因而，本发明的范围应依据权利要求进行判断。

Claims (16)

1.一种助听器，包括
-正向通路，包括：
--用于提供表示声音的多个电输入信号INi,i＝1,…,M的多个输入单元；
--用于从所述多个电输入信号提供波束成形信号YBF的多输入波束形成器滤波单元；
--用于将助听器增益GHA施加到所述波束成形信号并提供处理后的信号的增益单元；及
--用于基于所述处理后的信号或者源自其的信号提供可由用户感知为声音的刺激的输出单元；
所述助听器还包括：
-增益控制单元，用于将所述助听器增益GHA限制为修改的全开增益值G’FOG；
-其中，多输入波束形成器滤波单元配置成将当前的随频率而变的定向增益GDIR,i施加到所述多个电输入信号INi中的每一个，及其中所述增益控制单元配置成根据当前定向增益GDIR,i,i＝1,…,M和先前确定的全开增益值GFOG确定修改的全开增益值G’FOG。
2.根据权利要求1所述的助听器，其中增益控制单元配置成根据当前定向增益GDIR,i,i＝1,…,M的最大值GDIR,max确定当前修改的全开增益值G’FOG。
3.根据权利要求1所述的助听器，其中增益控制单元配置成根据当前定向增益GDIR,i,i＝1,…,M的最大值GDIR,max和先前确定的全开增益值GFOG确定当前修改的全开增益值G’FOG。
4.根据权利要求1所述的助听器，其中增益控制单元配置成将修改的全开增益值G’FOG确定为先前确定的全开增益值GFOG和当前定向增益的最大值GDIR,max乘以正常数α之间的差，G’FOG＝GFOG-αGDIR,max。
5.根据权利要求1所述的助听器，其中增益控制单元包括可配置的平滑单元，配置成确定当前定向增益的最大值GDIR,max的平滑后的值<GDIR,max>及在确定修改的全开增益值G’FOG时使用平滑后的值<GDIR,max>，例如G’FOG＝GFOG-<GDIR,max>。
6.根据权利要求5所述的助听器，其中增益控制单元配置成根据当前全开增益裕度ΔGFOGm控制平滑单元的释放时间和/或增高时间，ΔGFOGm为先前确定的全开增益值GFOG与当前助听器增益GHA及当前定向增益的最大值GDIR,max的和之间的差，ΔGFOGm＝GFOG–(GHA+GDIR,max)。
7.根据权利要求6所述的助听器，其中增益控制单元配置成将在确定平滑后的值<GDIR,max>时涉及的释放时间常数设定为小于或等于第一值τrel,FAST的值，在当前全开增益裕度ΔGFOGm低于第一阈值ΔGLIM,fast的情形下，即对于ΔGFOGm<ΔGLIM,fast，其中ΔGLIM,fast大于零。
8.根据权利要求1所述的助听器，其中增益控制单元配置成根据当前定向增益的最大值GDIR,max控制波束形成器滤波单元。
9.根据权利要求1所述的助听器，其中增益控制单元配置成根据先前确定的全开增益值GFOG、当前助听器增益GHA和当前定向增益的最大值GDIR,max控制波束形成器滤波单元。
10.根据权利要求1所述的助听器，其中增益控制单元配置成根据当前全开增益裕度ΔGFOGm控制波束形成器滤波单元，ΔGFOGm为先前确定的全开增益值GFOG与当前助听器增益GHA及当前定向增益的最大值GDIR,max的和之间的差，ΔGFOGm＝GFOG–(GHA+GDIR,max)。
11.根据权利要求10所述的助听器，其中增益控制单元配置成在当前全开增益裕度ΔGFOGm小于阈值的情形下控制波束形成器滤波单元以减小当前定向增益的最大值GDIR,max。
12.根据权利要求10所述的助听器，其中增益控制单元配置成确定用于在不受限的开状态和关状态之间控制波束形成器滤波单元的波束形成器控制信号DIRctr，在当前全开增益裕度ΔGFOGm高于第一阈值ΔGDIR,ON时所述波束形成器滤波单元处于不受限的开状态，及在当前全开增益裕度ΔGFOGm低于第二阈值ΔGDIR,OFF时所述波束形成器滤波单元处于关状态。
13.根据权利要求12所述的助听器，其中增益控制单元配置成确定当前全开增益裕度ΔGFOGm的平滑后的值<ΔGFOGm>及使用平滑后的值<ΔGFOGm>确定波束形成器控制信号DIRctr代替当前全开增益裕度ΔGFOGm。
14.根据权利要求1所述的助听器，包括M个分析滤波器组，每一分析滤波器组用于提供多个电输入信号INi,i＝1,…,M中的相应不同信号的时频表示INi(k,m)，k为频率指数及m为时间指数。
15.根据权利要求1所述的助听器，包括听力仪器或有效耳朵保护装置或其它音频处理装置，其适于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改善、增强和/或保护用户的听觉能力。
16.助听器的运行方法，所述助听器包括
-正向通路，所述正向通路包括：
--用于提供表示声音的多个电输入信号INi,i＝1,…,M的多个输入单元；
--用于基于处理后的信号或者源自其的信号提供可由用户感知为声音的刺激的输出单元；
所述方法包括：
-从所述多个电输入信号提供波束成形信号YBF；
-将当前随频率而变的定向增益GDIR,i施加到所述多个电输入信号INi中的每一电输入信号；
-将助听器增益GHA施加到所述波束成形信号YBF并提供处理后的信号；及
-提供先前确定的全开增益值GFOG；
-将所述助听器增益GHA限制为修改的全开增益值G’FOG；
-根据当前定向增益GDIR,i,i＝1,…,M和先前确定的全开增益值GFOG确定修改的全开增益值G’FOG。
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