CN107465984A - 用于操作双耳听觉系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于操作双耳听觉系统的方法，所述双耳听觉系统包括第一助听器和第二助听器，其中在所述第一助听器中，由第一参考麦克风从声音信号生成第一参考信号，其中在第二助听器中，由第二参考麦克风从所述声音信号生成第二参考信号，其中所述第一参考信号和所述第二参考信号都用于获得第一双耳波束形成信号，其中对于至少一数量的频带，第一参考信号用于获得第一相位，并且其中对于所述数量的频带，从第一双耳波束形成信号和第一相位信号获得第一输出信号。本发明还公开了一种双耳听觉系统，包括第一助听器、第二助听器和信号处理器，所述信号处理器被配置为执行这种方法。

Description

用于操作双耳听觉系统的方法

技术领域

本发明涉及一种用于操作双耳听觉系统的方法，所述双耳听觉系统包括第一助听器和第二助听器，其中在第一助听器中，第一参考信号由第一参考麦克风从声音信号生成，其中在第二助听器中，第二参考信号由第二参考麦克风从所述声音信号生成，并且其中，所述第一参考信号和所述第二参考信号都用于获得(derive)双耳波束形成信号。本发明还涉及一种双耳听觉系统，包括第一助听器和第二助听器以及信号处理器，所述信号处理器配置为执行这种方法。

背景技术

现有技术的双耳波束形成器可以提供降噪并有效保留(preserve)目标讲话者的双耳线索。双耳线索包含(enclosure)可用于听众的双耳的所有声音信息，用于定位声源。现在，对于在通过波束形成执行降噪的双耳波束形成器中的应用，通常保留目标源的双耳线索，因为波束形成增强了来自该方向的声音。然而，典型的声音环境还包括残留噪声，其将通过降噪而被降低，使得残留噪声的双耳线索可能失真。特别地，这可以独立于声音环境的残留噪声是定向噪声源还是少量定向噪声源的叠加或弥漫的(diffuse)背景噪声而发生。残留噪声的双耳线索的失真引起对所得到的声场(acoustic scene)的感知的负面影响。

对这个问题的现有技术解决方案通常需要可能在实时应用中既不可用也无法测量的信息。例如，基于多通道维纳滤波器的解决方案需要知道噪声信号的统计信息，这由于目标信号的存在而可能既不可用也不对估计开放。同样，采用耳间传递函数的解决方案假设对于存在的噪声的类型，可以使用耳间传递函数，其在动态声环境中也常常不是这种情况。另一类提出的解决方案通过对助听器或听觉系统两侧的每个参考麦克风应用单个实值标量共同增益来保留噪声以及目标的双耳线索，以产生双耳输出。然而，与常规波束形成方法相比，降噪显著降低。

发明内容

因此，本发明的目标是找到一种用于操作双耳听觉系统的方法，其允许执行降噪，同时在目标声音信号存在的情况下，尽可能地保留残留噪声的双耳线索。该方法应优选地实现所述目标，且不限制声环境或信噪比(SNR)。

根据本发明，通过一种用于操作双耳听觉系统的方法来实现该目标，所述双耳听觉系统包括第一助听器和第二助听器，其中在第一助听器中，第一参考信号由第一参考麦克风从声音信号生成，其中在第二助听器中，第二参考信号由第二参考麦克风从所述声音信号生成，其中，所述第一参考信号和所述第二参考信号都用于获得第一双耳波束形成信号，其中对于至少一数量的频带，所述第一参考信号用于获得第一相位，并且其中，对于所述数量的频带，从所述第一双耳波束形成信号和所述第一相位获得第一输出信号。在从属权利要求和下面的描述中给出了具体优点的实施例。

第一参考麦克风或第二参考麦克风的概念应分别包括任何类型的声换能器，其被设置为并能够接收声波波形(pattern)，并将该声波波形转换成电信号。具体地，第一双耳波束形成信号的概念应包括具有非平凡(non-trivial)空间灵敏度特性的信号。即，对于生成固定声压级的给定探头和相对于第一参考麦克风和第二参考麦克风之间的距离位于固定距离的远场中的探头参考声源，双耳波束形成信号可以针对探头参考声音发生器相对于第一参考麦克风和第二参考麦克风的集合而改变其角位置，具体地示出变化的信号电平。为此，具体地，第一参考信号和第二参考信号可以被组合为具有不同增益因子以及可能还具有所述两个信号之间的延迟的线性组合。

第一双耳波束形成信号的空间特性可以在双耳听觉系统的不同频带上变化。第一参考信号被用来获得第一相位的频带的数量(所述第一相位进入每个相应频带的第一输出信号)可以取决于由优选地以相同的方式施加于第一参考信号和第二参考信号的特定滤波处理给出的实现的频率分解。频带的总数和相互重叠可以取决于所采用的特定分解或滤波处理。

通常，人类听觉主要基于其双耳线索来定位声源，所述双耳线索主要以从声源传播到双耳的每个耳朵的声音信号的耳间时间差和耳间强度(level)差编码。耳间时间差是由声波从源到双耳的不同传播时间引起的。耳间强度差主要是由头部的声影引起的。例如，从声源到左边，声波将稍早于到达右耳而到达左耳，从而导致相位差，而由于听众头部的阴影效应，相较于到达右耳的声波，到达左耳的声波将具有稍高的强度。

生成第一双耳波束形成信号时的波束形成处理通常将导致相对于给定声音信号的两个听觉的适当(proper)时间关系和适当强度关系的损失，因为延迟和不同的增益因子可以施加于第一参考信号和第二参考信号以用于波束形成。对于一个目标声音信号，波束形成器通常指向目标声音信号源的位置，并且因此可以至少近似地重构适当的双耳线索。为了重构其源并不位于波束形成器的目标方向的声音信号的双耳线索，作为第一近似并且为了简单起见，本发明仅考虑时间信息，同时忽略以到达两个听觉的声音信号的强度差给出的信息，因为在双耳听觉系统的背景下，后一种信息可能更难获取。

为了具有能够在变化的声音条件下快速反应并且可以尽可能实时地进行操作的双耳听觉系统，用于重构所述非目标声音信号的双耳线索的时间信息应取自仅在双耳听觉系统的一侧的声音信号的相位信息。为此，具体地，声音信号的频率可以在短时间段内近似为静态，这样可以从第一参考信号中给出的振荡中直接提取声音信号的相位。优选地，生成第一参考信号的第一参考麦克风位于双耳听觉系统的被提供第一输出信号的那一侧。以简单的方式，通常以两个听觉之间的时移编码的非目标声音信号的时间信息由来自第一参考信号的相位近似，并与第一双耳波束形成信号一起馈送到第一输出信号，使得第一相位可以有助于从非目标声音信号中恢复双耳线索，并且双耳波束形成信号在其振幅中示出期望的降噪性质。

优选地，至少对于第一参考信号用来获得第一相位并且第一输出信号从第一双耳波束形成信号和第一相位获得的一数量的频带，完全低于2kHz，最优选地低于1.5kHz。通常，大部分声能集中在人类声谱的较低频率处，因此第一和第二参考信号的能量中的大部分也集中在人类声谱的较低频率处。因此，合理的假设可以是，由听众对声环境的空间感知(特别是在作为多谈话者或对话听觉情况的复杂情况下)可被较低频率范围内的信号贡献所主导。

心理声学中已知的事实是，在低频(特别是低于2kHz)，耳间相位差(即时移)比耳间声音信号强度差更相关。因此，当忽略以强度差给出的信息时的信息损失，与通过在至少适当的频带中施加第一相位得到的总相关信息增益相比，能够被认为是小的，因此并不会以关键的方式影响双耳线索的恢复，同时仍然通过忽略强度差来保持处理复杂性尽可能低。

对于优选实施例，在所述数量的频带中，第一双耳波束形成信号被分解成其幅度和相位分量，并且使用第一双耳波束形成信号的幅度分量和第一相位获得第一输出信号。这是在通过第一相位恢复双耳线索的同时保留第一双耳波束形成信号的期望的降噪性质的特别有效的方法。

因此，在所述数量的频带中，优选地，第一输出信号的幅度分量由第一双耳波束形成信号的幅度分量给出，并且第一输出信号的相位分量由第一相位给出。这是将以第一相位编码的时间信息施加于第一双耳波束形成信号的特别快速的计算方法。

对于另一个优选实施例，在第一助听器中，由第一补充麦克风从声音信号生成第一补充信号。第一补充麦克风的概念应包括任何类型的声换能器，其被设置为并能够接收声波波形并将该声波波形转换成电信号。在现代双耳听觉系统中，特别是在双耳助听器中，为了更好的空间声音感知，在单个助听器中可以采用不止一个麦克风。在一侧使用多于一个麦克风、并结合来自另一侧的麦克风或多个麦克风，允许更好的波束形成，即，更窄的定向性(如果需要)或在波束形成降噪中的更好的信噪比。具体地，第一补充麦克风位于第一助听器内并与第一参考麦克风稍微分开，以便当传播的声音信号撞击第一助听器时能够检测相对于第一参考麦克风的小的时移。

优选地，第一参考信号和第一补充信号用于获得第一相位。这样，可以在第一相位中包括关于传播的声音信号的较高量的空间信息，因为使用第一参考信号和第一补充信号两者以获得第一相位允许关于声音信号的源的方向的至少隐含推论。该方向信息能够被包括(至少隐含地)于第一相位中，这有助于改善非目标信号的双耳线索的保留或恢复。

在另一优选实施例中，从第一参考信号和从第一补充信号获得第一预处理信号，并且在所述数量的频带中，第一相位由第一预处理信号的相位给出。第一参考信号和第一补充信号的预处理可以包括降噪，其可以是定向的。具体地，在第一预处理中存在的降噪可以衰减来自双耳听觉系统的用户的后脑半球的声音，使得来自前脑半球的声音在第一预处理信号中被增强。这考虑到在典型的对话中，讲话者的视野面向其对话者，并因此面向目标源，使得弥漫的喧嚷(babble)以及视角外的讲话者在第一输出信号中被衰减。

因此，为了获取第一双耳波束形成信号，使用第一预处理信号是特别有利的。一旦第一预处理信号被认为是来自第一助听器的主信号分量以进入第一双耳波束形成信号，即，如果用于获取第一双耳波束形成信号的双耳波束形成仅接收第一预处理信号作为输入，但是第一参考信号以及第一补充信号均不作为其各个分量，则由第一预处理信号的相位给出来自第一助听器以恢复双耳线索的良好相位参考。

此外，为了保留包含在第一参考信号和第一补充信号两者中的相位信息，当施加单声道降噪时，将第一相位作为第一预处理信号的相位尤其有用，因为在对于第一预处理信号的预处理中要被降低的噪声(诸如，来自在用户的后脑半球的讲话者的所提及的讲话贡献、或在后脑半球的弥漫的喧嚷)对于第一相位而不被考虑。

优选地，在第二助听器中，由第二补充麦克风从声音信号生成第二补充信号。第二补充麦克风的概念应包括任何类型的声换能器，其被设置为并且能够接收声波波形并将该声波波形转换成电信号。第二补充信号的存在允许对两个助听器进行更对称的处理。具体地，第一输出信号可以经由第一扬声器、或更一般地由任何种类的第一声音发生器，提供给一个听觉，而第二输出信号可以由第二扬声器或第二声音发生器提供给另一个听觉。因此，第一输出信号以上述方式从第一双耳波束形成信号生成，而第一双耳波束形成信号又是至少使用第一补充信号而生成的，而第二输出信号可以以类似的方式从第二双耳波束形成信号生成，第二双耳波束形成信号然后至少采用第二补充信号。

优选地，从第二参考信号和从第二补充信号获得第二预处理信号。第二参考信号和第二补充信号的预处理可以包括降噪，其可以是定向性的。具体地，在第二预处理中存在的降噪可以衰减来自双耳听觉系统的用户的后脑半球的声音，使得来自前脑半球的声音在第二预处理信号中被增强。当从第一参考信号和第一补充信号获得第一预处理信号时，由于上述对称性原因，预处理第二参考信号和第二补充信号并且获得第二预处理信号是尤其有用的。

使用第二预处理信号以获取第一双耳波束形成信号是特别有利的。一旦第一预处理信号被认为是来自第一助听器的主信号分量以进入第一双耳波束形成信号，即，如果用于获取第一双耳波束形成信号的双耳波束形成仅接收第一预处理信号作为输入，但是第一参考信号和第一补充信号均不作为其各自的分量，则由于对称性原因，以类似的方式(即，通过预处理)处理第二参考信号和第二补充信号并且针对第一双耳波束形成信号使用第二预处理信号是有用的。

此外，在分别导致第一预处理信号和第二预处理信号的预处理步骤中，可以执行单声道降噪，特别是用于衰减来自双耳听觉系统的用户的后脑半球的声音。然后，从第一预处理信号和第二预处理信号获取第一双耳波束形成信号，从而允许在用户的前脑半球中的尖锐波束形成和高度的定向性，并且因此允许双耳降噪。为了保持前脑半球中被双耳降噪衰减的信号分量(例如，来自非目标讲话者的声音)的适当的空间感知，作为输出信号的相位的相位参考的第一相位被优选为第一预处理信号的相位。

本发明的另一方面由双耳听觉系统给出，该系统包括第一助听器和第二助听器以及信号处理器，所述信号处理器配置为执行上述方法。所提出的用于操作双耳听觉系统及其优选实施例的方法的优点可以以直接的方式转移到双耳听觉系统本身。

附图说明

现在借助于实施例示例的附图来说明上面已经描述的本发明的属性和性质以及优点。详细地，

图1示出了包括最先进的(state-of-the-art)双耳听觉系统的用户和五个讲话者的对话听觉状况的示意性俯视图；

图2示出了根据图1的对话听觉状况以及由双耳听觉系统的用户感知到的讲话者的声学定位的示意性俯视图；

图3示出了用于操作双耳听觉系统以便在降噪有效时保留双耳线索的感知的方法的框图；以及

图4示出了图1中给出的对话听觉状况以及当应用根据图3的方法时由双耳听觉系统的用户感知到的讲话者的声学定位的示意性俯视图。

在所有的附图中，相互对应的部件和变量在每个情况中都提供有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中，示出了与对话相对应的听觉状况1的示意性俯视图。最先进的双耳听觉系统(未示出)的用户2由他的对话伙伴(由讲话者4、6、8、10、12给出)围绕，同时对于给定时刻其视野朝向目标讲话者4。

如果最先进的双耳听觉系统正在施加降噪，则目标讲话者4将被用户2在适当的方向感知，其中在降噪中，来自目标讲话者4的方向之外的方向的噪声至少部分地旨在通过双耳波束形成系统的双耳波束形成被降低。然而，除了具有由用户2感知到的双耳波束形成助听器的输出信号中的衰减的信号量，由于双耳波束形成，其他非目标讲话者6、8、10、12在与专注于目标讲话者4的用户2进行谈话时，可以示出他们的双耳线索失真，从而导致在用户2的感知中非目标讲话者6、8、10、12的声学定位的不适当的感知。

这在图2中示意性地显示。在双耳听觉系统的输出信号中非目标讲话者6、8、10、12的对话贡献的信号量相对于目标讲话者4的贡献的信号量的衰减(可能是偶尔的)，通过非目标讲话者6、8、10、12的与图1相比的小型化来显示。双耳线索的损失可能导致用户2对非目标讲话者6、8、10、12的位置的错误的声学感知。这意味着，用户2可以看到两个介入的非目标讲话者6、12的实际位置与目标讲话者4在空间上良好地分离，但是由于由光束14显示的最先进的双耳波束形成和由降噪处理引起的非目标讲话者6、12的双耳线索的损失，用户2“听到”来自非目标讲话者6、12的贡献，就像那些非目标讲话者6、12的位置更接近于目标讲话者4。

在图3中，通过框图的方式示出了用于操作双耳听觉系统20的方法18。方法18特别有用，以便在双耳听觉系统20中降噪有效时保留声音信号22的双耳线索。双耳听觉系统20包括第一助听器24和第二助听器26。在第一助听器24中，由第一参考麦克风30从声音信号22生成第一参考信号28，而由第一补充麦克风34从声音信号22生成第一补充信号32。在第二助听器26中，由第二参考麦克风38从声音信号22生成第二参考信号36，而由第二补充麦克风42从声音信号22生成第二补充信号40。从第一参考信号28和第一补充信号32，使用诸如频带滤波、单声道降噪和反馈消除之类的预处理来生成第一预处理信号44。为了从第一参考信号28和第一补充信号32获取第一预处理信号44而应用的精确预处理技术可以在不同的频带上变化。以类似的方式，从第二参考信号36和第二补充信号40生成第二预处理信号46。

现在，在第一助听器24和第二助听器26两者中，对于每一个助听器将第一预处理信号44和第二预处理信号46作为频带式(bandwise)输入信号、并且分别在第一助听器24中生成第一双耳波束形成信号50以及在第二助听器52中生成第二双耳波束形成信号52，来执行双耳波束形成处理48。第一和第二双耳波束形成信号50、52各自可以示出由所有的第一和第二参考和补充信号的信号分量确定的空间特性，从而通过窄波束形成开启了非常有效的降噪和讲话者增强的方式。第一双耳波束形成信号50的空间特性可以在不同频带上变化，并且对于第二双耳波束形成信号52也可以同样地变化。

因此，第一和第二双耳波束形成信号50、52分别可以对于给定的目标信号以及非常明确的窄波束示出非常好的SNR。然而，对于声源位于波束方向之外的非目标声音信号，波束形成使双耳线索失真，使得非目标声源的空间定位将被双耳听觉系统20的用户2错误地感知，例如，更靠近目标声源，如图2所示。为此，在生成由助听器的扬声器输出的输出信号之前，通过方法18恢复双耳线索。

在第一助听器24中，第一相位54从第一预处理信号44抽取(tap off)。第一双耳波束形成信号50被分解成其幅度56及其相位58，并且对于某些频带，优选地至少对于低于2kHz的一数量的频带，第一双耳波束形成信号50的相位58被第一相位54代替。对于其它频带，特别是对于高于2kHz的至少一些频带，不执行这种替代。在通过在对应频带中将第一相位54(由第一预处理信号44的相位给出)插入到第一双耳波束形成信号50中重构60双耳线索、同时保持第一双耳波束形成信号50的幅度56之后，重构60所得到的信号被定义为第一输出信号62。第一输出信号62可以在经由第一助听器24的一些第一扬声器(未示出)输出到用户2的一个听觉之前，通过进一步施加非定向的声音处理(未示出)而被处理。对于一些频带，特别是高于2kHz的频带，重构60可以不是必需的，并且第一输出信号62可以直接由第一双耳波束形成信号50给出。

以与第一助听器24中的重构60类似的方式执行对第二助听器26中的双耳线索的重构70。第二双耳波束形成信号52被分解成其相位72及其幅度74，并且，从第二预处理信号46提取第二相位76。在至少一数量的频带中(其中一些频带优选地低于2kHz)，第二相位76被插入到第二双耳波束形成信号52的分解中，代替后者的相位72。执行重构70的对应频带中的第二输出信号78由第二双耳波束形成信号52的幅度74以及第二相位76给出。

对于第一输出信号，当通过重构60恢复双耳线索时，用于第一输出信号62的相位信息完全地从第一预处理信号44中提取，因此在第一助听器24完全由声音信号22的相位确定。一方面，基于抑制来自位于与目标声源不同的方向的声源的声音的双耳波束形成处理的降噪处理可能使非目标声音信号(即，其源不在目标方向的声音信号分量)的双耳线索失真。即使这些声音信号无论如何被双耳波束形成抑制，并且可能不被感知为“对话地相关的”，他们也仍然可能对用户2在他的听觉环境中对声场的感知有重要的影响。这些非目标声音信号的失真的双耳线索于是可能导致非目标声源的声学感知与其由用户所看到的实际位置的不匹配。取自一个助听器的作为在该助听器的输出信号中的相位的相位信息允许用户2感知适当的时移和延迟，以便恢复双耳线索。

因此，如图4中示意性地示出的，在图1中给出的听觉状况1的俯视图中，用户2现在将非目标讲话者6、12声学地定位在与他所看见的相同的相对于目标讲话者4的位置。

尽管已经借助于优选实施例示例对本发明进行了详细的说明和描述，但是本发明不限于此示例。本领域技术人员可以获得其它变化，而不会背离本发明的保护范围。

参考标记

1 听觉状况

2 (双耳听觉系统的)用户

4 目标讲话者

6-12 非目标讲话者

14 波束

18 用于操作双耳听觉系统的方法

20 双耳听觉系统

22 声音信号

24 第一助听器

26 第二助听器

28 第一参考信号

30 第一参考麦克风

32 第一补充信号

34 第一补充麦克风

36 第二参考信号

38 第二参考麦克风

40 第二补充信号

42 第二补充麦克风

44 第一预处理信号

46 第二预处理信号

48 双耳波束形成处理

50 第一双耳波束形成信号

52 第二双耳波束形成信号

54 第一相位

56 第一双耳波束形成信号的幅度

58 第一双耳波束形成信号的相位

60 重构

62 第一输出信号

70 重构

72 第二双耳波束形成信号的相位

74 第二双耳波束形成信号的幅度

76 第二相位

78 第二输出信号

Claims (12)

1.一种用于操作双耳听觉系统(20)的方法(18)，所述双耳听觉系统(20)包括第一助听器(24)和第二助听器(26)，

其中在所述第一助听器(24)中，由第一参考麦克风(30)从声音信号(22)生成第一参考信号(28)，

其中在所述第二助听器(26)中，由第二参考麦克风(38)从所述声音信号(22)生成第二参考信号(36)，

其中所述第一参考信号(28)和所述第二参考信号(36)都用于获得第一双耳波束形成信号(50)，

其中对于至少一数量的频带，所述第一参考信号(28)用于获得第一相位(54)，

其中对于所述数量的频带，从所述第一双耳波束形成信号(50)和第一相位(54)获得第一输出信号(62)。

2.根据权利要求1所述的方法(18)，

其中所述第一参考信号(28)和所述第二参考信号(36)都用于获得第二双耳波束形成信号(52)，

其中对于至少另外数量的频带，所述第二参考信号(36)用于获得第二相位(76)，并且

其中对于所述另外数量的频带，从第二双耳波束形成信号(52)和第二相位(76)获得第二输出信号(78)。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法(18)，

其中在所述数量的频带中，

第一双耳波束形成信号(50)被分解成其幅度(56)和相位(58)分量，以及

使用第一双耳波束形成信号(50)的幅度分量(56)和第一相位(54)获得第一输出信号(62)。

4.根据权利要求3所述的方法(18)，

其中在所述数量的频带中，

第一输出信号(62)的幅度分量由第一双耳波束形成信号(50)的幅度分量(56)给出，并且

第一输出信号(62)的相位分量由第一相位(54)给出。

5.根据前述权利要求之一所述的方法(18)，

其中在所述第一助听器(24)中，由第一补充麦克风(34)从所述声音信号(22)生成第一补充信号(32)。

6.根据权利要求5所述的方法(18)，

其中第一参考信号(28)和第一补充信号(32)用于获得第一相位(54)。

7.如权利要求6所述的方法(18)，

其中从所述第一参考信号(28)和所述第一补充信号(32)获得第一预处理(44)信号，以及

其中在所述数量的频带中，第一相位(54)由第一预处理信号(44)的相位给出。

8.根据权利要求7所述的方法(18)，

其中所述第一预处理信号(44)用于获取所述第一双耳波束形成信号(50)。

9.根据前述权利要求之一所述的方法(18)，

其中在所述第二助听器(26)中，由第二补充麦克风(42)从所述声音信号(22)生成第二补充信号(40)。

10.根据权利要求9所述的方法(18)，

其中从所述第二参考信号(32)和所述第二补充信号(40)获得第二预处理信号(46)。

11.根据权利要求10所述的方法(18)，

其中所述第二预处理信号(46)用于获取所述第一双耳波束形成信号(50)。

12.一种双耳听觉系统(20)，包括第一助听器(24)和第二助听器(26)以及信号处理器，所述信号处理器配置为执行前述权利要求之一的方法(18)。