CN110602620B - 包括自适应声源频率降低的听力装置 - Google Patents

包括自适应声源频率降低的听力装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了包括自适应声源频率降低的听力装置，包括：输入单元，用于提供表示声音的至少一电输入信号；SNR估计单元，用于估计所述至少一电输入信号或源自其的信号的信噪比；和/或电平估计单元，用于估计所述至少一电输入信号或源自其的信号的电平；及可配置的频率变换单元，用于将源子频带FBS的成分变换为目的子频带FBD，使得所得的目的子频带的成分被确定为源子频带及目的子频带的成分根据下面表达式的加权组合：PDmod＝αPD+βPS；或者MAGDmmod＝αMAGD+βMAGS；其中，所述可配置的频率变换单元配置成根据所述至少一电输入信号或源自其的信号的信噪比估计量和/或电平估计量确定所述权重因子α和β中的至少一个。

Description

包括自适应声源频率降低的听力装置
技术领域
本申请涉及听力装置如助听器领域，尤其涉及频率降低。
背景技术
频率降低用于在传统放大不能提供可听性的情形下使声音听得见。目标为两方面：1)提高语音可懂度；及2)取得环境声音(如鸟唱歌)。前者的典型情形为在具有多个声源的听音情形下重度-深度听力损失，其中高频语音谱的部分不能被(助听器)放大到足以提供可听性的程度。频率降低技术可将这样的高频部分转变到可听性可能更好的较低频率。
已提出基于输入信号的功率谱密度的运转估计量自适应选择两种处理模式之一。然而，尽管付出了十年以上的开发努力，跨人群的平均语音可懂度提高及展现语音可懂度提高的人群的百分比与该技术的理论可能均不匹配(例如参见[Ellis&Munro；2015])。
在EP2701145A1中，已提出在时域和谱域选择性衰减噪声源并放大语音源。这通过使用波束形成技术组合来自多个传声器的信号实现。重要地，所提出的方案按时间和频率的函数(即按子频带和时间帧指数k,m的函数)持续更新信噪比(SNR)的估计量。
发明内容
听力装置
在本申请的一方面，提供适于佩戴在用户耳朵处或耳朵中或者适于完全或部分植入在用户头部中的听力装置如助听器。该听力装置包括：
-输入单元，用于按子频带表示(k,m)提供表示声音的至少一电输入信号，其中k和m分别为频率指数和时间指数；
-SNR估计单元，用于估计所述子频带表示的所述至少一电输入信号或源自其的信号的(目标)信噪比(或其它信号质量度量)；和/或电平估计单元，用于估计所述子频带表示的所述至少一电输入信号或源自其的信号的电平；及
-可配置的频率变换单元，用于将源子频带FBS的成分变换为目的子频带FBD，使得所得的目的子频带的成分被确定为源子频带及目的子频带的成分根据下面表达式的加权组合：
PDmod＝αPD+βPS
或者
MAGDmod＝αMAGD+βMAGS
其中，PD和MAGD分别为在频率变换之前目的子频带的未更改的功率谱和量值，PS和MAGS分别为源子频带的功率谱和量值，及PDmod和MAGDmod分别为在频率变换之后所得的目的子频带中的所得功率谱和量值，及参数α和β分别为指定频率变换运算的细节的目的和源频带权重因子。可配置的频率变换单元配置成根据所述至少一电输入信号或源自其的信号的信噪比(或其它信号质量度量)估计量和/或电平估计量确定所述权重因子α和β中的至少一个。
从而可提供改进的听力装置。
术语“部分植入在用户头部中”指听力装置的一部分被植入在头部中及听力装置的一部分未被植入(位于外部)。这样的听力装置的例子可以是骨锚式听力装置，具有包括螺钉的适配器，其被植入(或至少部分植入)在用户颅骨中。听力装置的其余部分(包括根据例如通过传声器拾取的传入声音受处理器控制的振动器)连接到适配器从而使振动能从振动器传到颅骨。
源子频带被记为FBS(对应于子频带指数kS)，及目的子频带被记为FBD(对应于子频带指数kD)。源及目的子频带的信噪比分别记为SNR(FBS)和SNR(FBD)。源及目的子频带的电平(量值)分别记为MAG(FBS)和MAG(FBD)。源及目的子频带FBS和FBD的功率谱PS和PD及量值MAGS和MAGD以及对应的信噪比SNR(FBS)和SNR(FBD)可随时间而变，例如通过时间指数m标示：分别为SNR(FBS(m))和SNR(FBD(m))。信噪比SNR、信号量值MAG及目的和源权重因子α和β与频率和时间的依存关系一般可通过自变量(k,m)标示，具体地，对于目的和源子频带，分别为(kD,m)和(kS,m)，例如对于目的和源子频带的信噪比，分别为SNR(kD,m)和SNR(kS,m)(指明可能的频率和时间依存关系/相关性)。
输入单元可包括至少一模数(AD)转换单元，以使至少一输入信号能被提供为数字化样本。输入单元可包括至少一分析滤波器组以使至少一输入信号能按时频表示提供，例如被提供为子频带信号。
听力装置可配置成根据至少一电输入信号或源自其的信号在目的和/或源子频带中的信噪比估计量和/或电平估计量确定所述权重因子α和β中的至少一个。权重因子α和β可根据所述源和/或目的子频带的相应估计的信噪比确定。在实施例中，权重因子α和β根据所述源和/或目的子频带的相应估计的电平确定。目的频带权重因子α可(例如仅)根据所述目的子频带的信噪比估计量和/或电平估计量确定。源频带权重因子β(kS,m)可(例如仅)根据源子频带kS的信噪比SNR估计量和/或电平MAG估计量确定。所述权重因子α和β中的至少一个还可根据调制度量或话音活动等确定。作为备选，除了源及目的子频带kS,kD之外或者作为源及目的子频带的备选，权重因子α、β还可通过其它频带(如相邻频带)中的SNR和/或电平(MAG，可能及通过电输入信号的其它性质)确定或者受其它频带(如相邻频带)中的SNR和/或电平(MAG，可能及通过电输入信号的其它性质)影响。
听力装置可配置成根据至少一电输入信号或源自其的信号的特性确定源和/或目的子频带。至少一电输入信号或源自其的信号的特性例如可包括导出的(通常随频率而变，估计的)参数如电平、SNR、话音活动、调制、自相关、尖峰、峰度等。
源和/或目的子频带可预先确定。源和/或目的子频带可根据用户的听力情况例如听力图确定，可能为了使用的听力装置(例如其风格和/或其最大输出功率和/或反馈性质)，例如在听力装置针对特定听力情况和/或用户进行调整的验配阶段期间。在该情形下，“仅”权重因子可能仅权重因子之一自适应确定。
听力装置可配置成使得可配置的频率变换单元通过特定运行模式下的启动输入和/或在满足特定条件时启动。特定频率变换运行模式可在针对特定用户需要验配听力装置期间进行配置。在实施例中，定义不同于特定频率变换运行模式的一个或多个运行模式，其中α等于1及β等于0(标示没有频率变换)。在实施例中，可配置的频率变换单元在满足特定条件时启动，例如关于至少一电输入信号或源自其的信号的特性。
在实施例中，可配置的频率变换单元在特定条件下启动，该条件为：源频带信号的估计的信噪比(SNR)和/或估计的电平(LS)相当高，例如如果SNR(PS)≥5dB和/或如果LS≥55dB SPL；及目的频带信号的估计的信噪比(SNR)和/或估计的电平(LD)相当低，例如如果SNR(PD)≤0dB和/或如果LD≤30dB SPL。在实施例中，特定条件是或包括：估计在源频带信号中存在话音(例如基于二元话音活动检测器或者基于展现大于最小值的概率的话音存在概率估计器，对于话音存在概率检测器，最小值例如为50％)。启动输入可由用户经用户接口产生，或者通过传感器产生，或者在满足某些条件时通过控制单元产生。启动输入可在验配期间预先设置或者可与特定程序相关联。启动输入可以是权重因子α,β(α等于1及β等于0，定义可配置的频率变换单元的关模式)。
一般地，LS和/或LD随频率而变。此外，LD不能低于内部本底噪声/噪底，其取决于听力装置中的传声器。此外，指定dB类型很重要。在此已使用dB SPL(声压级)。在ANSI S3.5中，对应的值按dB谱级给出。
听力装置可配置成使权重因子α和β受约束条件约束。在实施例中，该约束条件为，目的和源权重因子α和β大于或等于零。在实施例中，该约束条件为，α和β的和小于或等于常数γ。在实施例中，常数γ等于3或更小。在实施例中，常数γ等于1或更小。
在实施例中，在源频带信号的估计的信噪比(SNR)和/或估计的电平(L；MAG)低的情形下，例如如果SNR(FBS)≤-5dB(或者≤-2dB或者≤0dB)和/或L(FBS)≤30dB SPL(指明没有可观的信息要转换)，源频带权重因子β相较于目的频带权重因子α相对低，例如β≤0.2*α(例如β等于0表示没有频率降低)。
在实施例中，在目的频带信号的估计的信噪比(SNR)和/或估计的电平(L)高的情形下，例如如果SNR(FBD)≥0dB和/或L(FBD)≥55dB SPL(指明在目的频带中可能有可观的、我们不想因变换而使之无效的信息)，目的频带权重因子α相较于源频带权重因子β相对高，例如α≥0.8*β。如果目的频带具有相当低的电平(例如L(FBD)≤-30dB SPL)及相当低的SNR(例如SNR(FBD)≤-5dB)，及源频带展现相当高的SNR(例如SNR(FBS)≥5dB)，频率变换可能适宜(即β>0，例如具有相当高的源频带权重因子β(例如β≥0.6))。目的频带权重因子可能相当低或中等(例如α≤0.4)或者相当高(α的值不是那么重要，因为目的频带的电平假定为低)。
可配置的频率变换单元可配置成在性能目标或价值函数的约束条件下确定权重因子α和β。
性能目标或价值函数可包括a)听音努力、b)声音质量、和c)语音可懂度的度量
Figure GDA0003655278400000051
之一。
听力装置可配置成从所述权重因子(α,β)、所述目的和源子频带的所述功率谱(PD,PS)和/或量值(MAGD,MAGS)、及所选度量
Figure GDA0003655278400000052
的对应值的已知组合的数据库确定最佳权重因子α*和β*。所选度量
Figure GDA0003655278400000053
的值可以是测得或估计的值。
听力装置可配置成从包括下述量的对应值的数据库DFL确定最佳权重因子α*和β*：
-PD,i,SNR(PD,i,x),PS,j,SNR(PS,j,x),i＝1,…,NI,j＝1,…,NJ,x＝1,…,NX
其中，NI和NJ分别为目的和源子频带功率谱的不同值的数量，及NX为针对每一功率谱值PD,PS，SNR的不同值的数量；
-α* i,j,x,β* i,j,x,i＝1,…,NI,j＝1,…,NJ,x＝1,…,NX
其中，最佳权重因子被确定为权重因子αi,j,x和βi,j,x的与所选度量
Figure GDA0003655278400000054
如语音可懂度的满足例如最大化性能目标和/或例如最小化价值函数的值
Figure GDA0003655278400000055
Figure GDA0003655278400000056
对应的值α*和β*。
作为备选或者另外(除功率谱(PD,PS)之外)，数据库还可包括目的和源子频带的量值(MAGD,i,MAGS,i)的对应值。
在实施例中，听力装置包括眼镜架。听力装置例如可包括用于监测用户瞳孔大小的摄像机(或与之通信)。在实施例中，听力装置包括用于从用户大脑拾取电位的一个或多个电极。在实施例中，最佳权重因子α*和β*基于用户目前的(估计的)认知负荷确定。用户目前的认知负荷例如可通过瞳孔测定或脑电波信号(如EEG)估计。
输入单元可包括波束形成滤波单元，配置成对表示所述用户的环境中的声音的至少两个输入信号进行空间滤波并将所述至少一电输入信号提供为波束成形信号。波束形成滤波单元可以是广义旁瓣抵消器(generalized sidelobe canceller，GSC)类型，例如最小方差无失真响应(minimum variant distortionless response，MVDR)波束形成器。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，而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)结构是MVDR波束形成器的等同表示，其相较原始形式的直接实施提供计算和数字表示优点。至少两个输入信号可以是来自至少两个传声器的信号。输入单元可包括包含至少两个(例如三个以上)传声器并提供至少两个输入信号的传声器阵列。
听力装置可由助听器、头戴式耳机、耳麦、耳朵保护装置或其组合构成或者包括助听器、头戴式耳机、耳麦、耳朵保护装置或其组合。听力装置可形成眼镜架的一部分或者安装在眼镜架上或者与眼镜架一体，例如连同多个传感器一起，如一个或多个传声器例如传声器阵列、或者摄像机、或者在眼镜架安装在用户头上时与用户皮肤接触的电极。
在实施例中，听力装置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，听力装置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器。
在实施例中，听力装置包括输出单元，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件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)。
在实施例中，听力装置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。
在实施例中，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从而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。这可以例如现有技术中描述的多种不同方式实现。在听力装置中，传声器阵列波束形成器通常用于空间上衰减背景噪声源。许多波束形成器变型可在文献中找到。
在实施例中，听力装置为便携装置，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，听力装置包括输入单元(如输入变换器，例如传声器或传声器系统和/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。在实施例中，信号处理器位于该正向通路中。在实施例中，信号处理器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Nb比特表示声信号在tn时的值，Nb例如在从1到48比特的范围中如24比特。每一音频样本因此使用Nb比特量化(导致音频样本的2Nb个不同的可能的值)。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，听力装置包括模数(AD)转换器以按预定的采样速率如20kHz对模拟输入(例如来自输入变换器如传声器)进行数字化。在实施例中，听力装置包括数模(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，听力装置如传声器单元和/或收发器单元包括用于提供输入信号的时频表示的TF转换单元。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，TF转换单元包括用于对(时变)输入信号进行滤波并提供多个(时变)输出信号的滤波器组，每一输出信号包括截然不同的输入信号频率范围。在实施例中，TF转换单元包括用于将时变输入信号转换为(时-)频域中的(时变)信号的傅里叶变换单元。在实施例中，听力装置考虑的、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。通常，采样率fs大于或等于最大频率fmax的两倍，即fs≥2fmax。在实施例中，听力装置的正向通路和/或分析通路的信号拆分为NI个(例如均匀宽度的)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，至少其部分个别进行处理。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，听力装置包括多个检测器，其配置成提供与听力装置的当前网络环境(如当前声环境)有关、和/或与佩戴听力装置的用户的当前状态有关、和/或与听力装置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听力装置(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听力装置、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)，例如在有限的多个频带中。
在实施例中，多个检测器包括用于估计正向通路的信号的当前电平的电平检测器。在实施例中，预定判据包括正向通路的信号的当前电平是否高于或低于给定(L-)阈值。在实施例中，电平检测器作用于全频带信号(时域)。在实施例中，电平检测器作用于频带拆分信号((时-)频域)。
在特定实施例中，听力装置包括话音检测器(VD)，用于估计输入信号(在特定时间点)是否(或者以何种概率)包括话音信号。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发声(如语音)的电传声器信号的时间段可被识别，因而与仅(或主要)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，话音检测器适于将用户自己的话音也检测为“话音”。作为备选，话音检测器适于从“话音”的检测排除用户自己的话音。
在实施例中，听力装置包括自我话音检测器，用于估计特定输入声音(如话音，如语音)是否(或以何种概率)源自系统用户的话音。在实施例中，听力装置的传声器系统适于能够在用户自己的话音及另一人的话音之间进行区分及可能与无话音声音区分。
在实施例中，多个检测器包括运动检测器，例如加速度传感器。在实施例中，运动检测器配置成检测用户面部肌肉和/或骨头的例如因语音或咀嚼(如颌部运动)引起的运动并提供标示该运动的检测器信号。
在实施例中，听力装置包括分类单元，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听力装置接收的电磁信号(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、认知负荷等)；
d)听力装置和/或与听力装置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，听力装置还包括用于所涉及应用的其它适宜功能，如压缩、降噪、声学(和/或机械)反馈抑制等。
在实施例中，听力装置包括听音装置如助听器、听力仪器例如适于位于用户耳朵处或者完全或部分位于耳道中的听力仪器，例如头戴式耳机、耳麦、耳朵保护装置或其组合。
应用
一方面，提供如上所述的、“具体实施方式”部分中详细描述的和权利要求中限定的听力装置的应用。在实施例中，提供在包括一个或多个助听器(如听力仪器)的系统中的应用。
方法
一方面，本申请进一步提供适于由用户佩戴在用户耳朵处或耳朵中或者适于完全或部分植入在用户头部中的听力装置如助听器的运行方法。该方法包括：
-按子频带表示(k,m)提供表示声音的至少一电输入信号，其中k和m分别为频率指数和时间指数；
-估计所述时频表示的所述至少一电输入信号或源自其的信号的信噪比；及
-将源子频带FBS的成分变换为目的频带FBD，使得目的子频带的成分被确定为源子频带及目的子频带的成分根据下面表达式的加权组合：
PDmod＝αPD+βPS
或者
MAGDmod＝αMAGD+βMAGS
其中，PD和MAGD分别为在频率变换之前目的子频带的未更改的功率谱和量值，PS和MAGS分别为源子频带的功率谱和量值，及PDmod和MAGDmod分别为在频率变换之后所得的目的子频带中的所得功率谱和量值，及参数α和β分别为指定频率变换运算的细节的目的和源频带权重因子。该方法还包括根据所述至少一电输入信号或源自其的信号的信噪比估计量和/或电平估计量确定所述权重因子α和β中的至少一个。
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。
权重因子α和β可根据至少一电输入信号或源自其的信号在目的和/或源子频带中的信噪比估计量和/或电平估计量确定。
源子频带和目的子频带可位于在使用所述听力装置之前基于用户的听力情况确定的阈频的每一侧。源子频带可位于目的子频带上方(比目的子频带高的频率)。源子频带可位于阈频上方。目的子频带可位于阈频下方。
源子频带和/或目的子频带可在使用所述听力装置之前基于用户的听力情况确定。听力情况例如可包括听力图或者表征用户的听觉能力的其它数据。
源子频带和/或目的子频带可根据当前电输入信号自适应确定。除了根据本发明的源和目的频带用于自适应频率降低之外(使用权重因子α和β控制频率降低过程)，也有其它频率降低机制，例如具有固定权重因子的固定的源和目的频带，例如参见US20170127192A1，或者固定的或自适应的频率压缩方案。
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。
计算机程序
此外，本申请提供包括指令的计算机程序(产品)，当该程序由计算机运行时，导致计算机执行上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求中限定的方法(的步骤)。
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，听力系统包括上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求中限定的听力装置，此外还提供辅助装置。
在实施例中，听力系统适于在听力装置与辅助装置之间建立通信链路以使得信息(如控制和状态信号，可能音频信号)可进行交换或者从一装置转发给另一装置。
在实施例中，听力系统包括辅助装置，例如遥控器、智能电话、或者其它便携或可穿戴电子设备如智能手表等。
在实施例中，辅助装置是或包括遥控器，用于控制听力装置的功能和运行。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(听力装置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，辅助装置是或包括音频网关设备，其适于(例如从娱乐装置如TV或音乐播放器、从电话设备如移动电话或者从计算机如PC)接收多个音频信号并适于选择和/或组合所接收的音频信号中的适当信号(或信号组合)以传给听力装置。
在实施例中，辅助装置是或包括另一听力装置。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听力装置。
APP
另一方面，本发明还提供称为APP的非短暂应用。APP包括可执行指令，其配置成在辅助装置上运行以实施用于上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求中限定的听力装置或听力系统的用户接口。在实施例中，该APP配置成在移动电话如智能电话或另一使能与所述听力装置或听力系统通信的便携装置上运行。
定义
在本说明书中，“听力装置”指适于改善、增强和/或保护用户的听觉能力的装置如助听器例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。“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的电信号。
听力装置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输出变换器如扬声器)、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如振动器、或作为可连接的或者整个或部分植入的单元等。听力装置可包括单一单元或几个彼此电子通信的单元。扬声器可连同听力装置的其它部件一起设置在壳体中，或者其本身可以是外部单元(可能与柔性引导元件如圆顶状元件组合)。
更一般地，听力装置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(如信号处理器，例如包括可配置(可编程)的处理器，例如数字信号处理器)、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。信号处理器可适于在时域或者在多个频带处理输入信号。在一些听力装置中，放大器和/或压缩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/或用于保存适合听力装置功能的信息和/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)。在一些听力装置中，输出单元可包括输出变换器，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(例如用于电刺激耳蜗神经的多电极阵列)。在实施例中，听力装置包括喇叭扩音器(包括多个输入变换器和多个输出变换器，例如用在音频会议情形)。
在一些听力装置中，振动器可适于经皮或由皮将结构传播的声信号传给颅骨。在一些听力装置中，振动器可植入在中耳和/或内耳中。在一些听力装置中，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。在一些听力装置中，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。在一些听力装置中，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、听觉脑干、听觉中脑、听觉皮层和/或大脑皮层的其它部分。
听力装置如助听器可适应特定用户的需要如听力受损。听力装置的可配置的信号处理电路可适于施加输入信号的随频率和电平而变的压缩放大。定制的随频率和电平而变的增益(放大或压缩)可在验配过程中通过验配系统基于用户的听力数据如听力图使用验配基本原理(例如适应语音)确定。随频率和电平而变的增益例如可体现在处理参数中，例如经到编程装置(验配系统)的接口上传到听力装置，并由听力装置的可配置的信号处理电路执行的处理算法使用。
“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”，其与听力装置通信并影响和/或受益于听力装置的功能。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)或音乐播放器。听力装置、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。听力装置或听力系统例如可形成广播系统、主动耳朵保护系统、免提电话系统、汽车音频系统、娱乐(如卡拉OK)系统、远程会议系统、教室放大系统等的一部分或者与其交互。
本发明的实施例如可用在如适于补偿用户的听力受损的助听器或助听器系统的应用中。
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听力装置的第一实施例。
图2示意性地示出了在包括目标讲话者(实线)和背景(例如来自多个讲话者，虚点线)的声环境中根据本发明的频率降低方案。
图3A示意性地示出了根据本发明的第一频率降低方案。
图3B示意性地示出了根据本发明的第二频率降低方案。
图3C示意性地示出了根据本发明的第三频率降低方案。
图4A示意性地示出了权重参数α和β的随SNR而变的值的第一估计。
图4B示意性地示出了权重参数α和β的随SNR而变的值的第二估计。
图5A示出了根据本发明的听力装置的第二实施例。
图5B示出了根据本发明的听力装置的第三实施例。
图6A示出了根据本发明的双耳听力系统实施例的俯视图。
图6B示出了根据本发明的双耳听力系统实施例的主视图。
图6C示出了根据本发明的双耳听力系统实施例的侧视图。
图7A示意性地示出了在频率降低已被执行之前的、根据本发明的频率降低方案实施例。
图7B示意性地示出了在频率降低已被执行之后的、根据本发明的频率降低方案实施例。
图8示出了根据本发明的BTE型听力装置实施例，包括具有扬声器的BTE部分及通过声学传播元件连接的耳模。
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。
对上面概述的、频率降低结果差的问题的解决方案是在决定频率降低处理的细节时使用SNR估计量SNR(k,m)。一般地，可通过下面的表达式描述频率降低处理：
PDmod＝αPD+βPS 等式(1)
其中，PD为在应用频率降低之前目的频带的功率谱，PS为源频带的功率谱，及PDmod为在频率降低之后目的子频带中的所得功率谱。参数α和β为指定频率降低运算的细节的权重因子。可应用对α和β的限制，例如α+β≤γc，其中γc为常数，例如γc＝2或γc＝1以在频率降低之后保持“能量含量”。在实施例中，例如，对于α＝0,β>0，目的频带的功率谱完全由源频带的功率谱替代，而对于α>0,β>0，这些功率谱按α和β指定的比例混合。
在实施例中，α和β根据(未更改的)目的频带和源频带中的(估计的)SNR进行选择，即
α＝f(SNRS,SNRD)及β＝g(SNRS,SNRD)
其中f和g为预先确定的映射，及其中SNRS指频率降低源频带的SNR的估计量，及SNRD指频率降低目的频带的SNR的估计量。函数f和g可彼此相关或独立。
前述处理的效果例如可以是，当源频带中估计的SNR高且目的频带中估计的SNR(在频率降低之前)低时，则源频带信号的相当大的部分将被移到目的频带(β相当大，例如β>α)。
作为备选或另外，权重因子α和β根据在源和目的频带的信号的电平进行选择。
作为备选或另外，权重因子α和β根据用户的当前(估计的)认知负荷(例如通过瞳孔测定和/或脑电波信号如EEG确定)进行选择。
在听力装置包括波束形成器的实施例中，定向处理的任何结果经上面的等式(1)反映在频率降低中。
预定映射函数f和g(分别定义参数α和β)可以本领域常见的许多不同方式确定，例如使用统计方法如最大似然法，和/或机器学习技术如神经网络(例如深度神经网络(DNN)，例如经训练的神经网络(使用有监督的学习))。
预定映射函数f和g例如可在性能目标的约束条件下经等式(1)确定。性能目标例如可包括下述度量：a)听音努力(例如参见[Sarampalis et al.；2009])；b)声音质量(例如PESQ，例如参见[PESQ；2001])；或者c)语音可懂度(例如语音可懂度指数(SII)，参见[ANSI/ASA S3.5；1997]或者STOI，例如参见文章[Taal et al.；2011])。
预定映射函数f和g例如可从功率谱(PD,PS)的已知组合(α,β)的数据库及形成性能目标的一部分的所选度量(该度量例如为语音可懂度度量
Figure GDA0003655278400000181
及性能目标例如提供语音可懂度度量的最大值)确定。
权重因子α和β例如可从包括下述量的对应值的字典DFL确定：
α*(PD,SNR(PD),PS,SNR(PS))、β*(PD,SNR(PD),PS,SNR(PS))、PD、SNR(PD)、PS、SNR(PS)和
Figure GDA0003655278400000191
其中
Figure GDA0003655278400000192
为所选度量
Figure GDA0003655278400000193
如语音可懂度针对所提及的组合(α*,β*,PD,SNR(PD),PS,SNR(PS))计算的值，其中α*和β*为权重因子α和β使所选度量
Figure GDA0003655278400000194
最大化的值。
作为备选，最佳值α*和β*(对于功率谱密度(PD,PS)和SNR(PS),SNR(PD)的每一组合)可在使用听力装置之前确定并保存在听力装置可访问或者位于听力装置中的数据库(存储器)DFL中。这例如在图5B中图示。
图1示出了根据本发明的听力装置的实施例。该听力装置HD如助听器例如适于佩戴在用户耳朵处或耳朵中或者适于完全或部分植入在用户头部中。听力装置包括用于处理表示声音(例如佩戴听力装置的用户的环境中的声音，和/或从另一装置(经有线或无线连接)接收的声音)的电信号的正向通路。
听力装置HD包括输入单元IU，用于按子频带表示(k,m)提供表示声音的至少一电输入信号YBF，其中k和m分别为频率和时间指数。输入单元IU包括两个输入变换器，在此为第一和第二传声器(M1,M2)，提供第一和第二输入信号IN1,IN2。输入单元(如传声器)还包括相应的模数(AD)转换器，用于将来自相应传声器的模拟输入信号转换为数字化样本因而将第一和第二输入信号IN1,IN2提供为数字时域信号，每一信号表示听力装置环境中的声音。输入单元IU还包括第一和第二分析滤波器组(FB-A1和FB-A2)，配置成将第一和第二输入信号IN1,IN2转换为时频表示，作为子频带信号X1,X2(频域信号通过粗箭头标示)。
输入单元IU包括波束形成滤波单元BFU，配置成对第一和第二输入信号X1,X2进行空间滤波并将所述电输入信号提供为空间滤波的(波束成形)信号YBF(k,m)。波束形成滤波单元BFU例如可包括MVDR波束形成器，如EP2701145A1中描述的。
听力装置HD例如波束形成滤波单元BFU例如可包括用于估计按子频带表示的至少一电输入信号或源自其的信号的信噪比的SNR估计单元(SNR)和/或用于估计其电平的电平估计单元LD。
听力装置HD还包括可配置的频率变换单元(FL,CONT)，用于将源子频带FBS的成分变换到目的子频带FBD，使得目的子频带的成分被确定为源和目的子频带的成分根据下面表达式的加权组合：
PDmod＝αPD+βPS
或者
MAGDmod＝αMAGD+βMAGS
其中，PD和MAGD分别为在频率变换之前目的子频带的未更改的功率谱和量值，PS和MAGS分别为源子频带的功率谱和量值，及PDmod和MAGDmod分别为在频率变换之后所得的目的子频带中的所得功率谱和量值。参数α和β分别为指定频率变换运算的细节的目的和源频带权重因子。可配置的频率变换单元(FL,CONT)提供频率降低的信号YFL。
听力装置还包括用于将另外的信号处理算法应用于正向通路的信号(在此应用于频率降低的信号YFL)的处理器HAG，例如用于补偿用户的听力受损(或者提高声音信号(例如通过将随频率和/或电平而变的增益(放大或衰减)应用于输入信号YBF))的压缩放大算法。处理器HAG提供处理后的信号YG。
听力装置HD还包括输出单元OU，用于基于处理后的信号YG向用户提供表示声音并可感知为声音的刺激。输出单元OU包括合成滤波器组FB-S，用于将子频带信号YG转换为时域信号OUT。输出单元OU还包括输出变换器，在此为扬声器SP(非必须地，还包括数模转换器)，用于将处理后的时域信号OUT转换为用于刺激用户的耳鼓的声学(空气传导)信号。
听力装置HD还包括用于控制可配置的频率变换单元FL的控制单元CONT及包括波束形成滤波单元BFU，非必须地，还可包括处理器HAG。控制单元CONT配置成根据至少一电输入信号或源自其的信号的信噪比估计量SNR和/或电平估计量L确定权重因子α和β中的至少一个，如本发明提出的。可配置的频率变换单元在此实施在频率降低单元FL和控制单元CONT中。
听力装置HD还包括数据库或存储器MEM，关于用户的听觉能力的数据如听力图保存于其中。存储器中的数据可包括源和目的子频带之间的(可能预先确定的和/或动态更新的)阈频(或者源和目的子频带的(可能呢预先确定的和/或动态更新的)值)。存储器MEM中的数据可由控制单元CONT访问并可从控制单元CONT经信号FLp进行更新。
控制单元CONT配置成经信号FLctr控制频率降低单元FL。控制单元CONT配置成经信号HAGctr控制处理器HAG。控制单元CONT配置成经信号DIRctr控制波束形成滤波单元BFU。控制单元CONT例如可配置成提供输入信号IN1,IN2和/或波束成形信号YBF的信号量值的估计量。信噪比估计量(非必须地，及电平估计量，参见BFU和CONT单元之间记为L的点线箭头)通过波束形成滤波单元BFU提供给控制器，参见信号SNR。
控制单元CONT配置成根据当前输入信号(例如X1或X2或YBF)动态控制频率降低处理，其通过基于子频带级(k,m)的功率谱(PD,PS)(或量值MAGD,MAGS)、SNR值(SNR(PD),SNR(PS))及价值函数例如基于形成性能目标的一部分的度量(该度量例如为语音可懂度度量
Figure GDA0003655278400000211
及性能目标例如为提供语音可懂度度量的最大值)确定权重参数(α,β)的适当值进行。这将在下面结合图4A、4B和图5A、5B进一步讨论。
在实施例中，根据本发明的频率降低程序通过特定运行模式下的启动输入和/或在满足特定条件(例如包括在信号FLctr中，例如由β不同于或等于0确定)时启动。
图2示意性地示出了在包括目标讲话者(实线)和背景(例如来自多个讲话者，虚点线)的声环境中根据本发明的频率降低方案。该图示出了量值(电平[dB])与频率(f[kHz]，在此跨从0到8-9kHz的范围)之间的关系。标示了示例的固定源和目的频带(在频率轴上分别记为“固定源”和“固定目的”)。同样，自适应控制的源和目的频带被标示(在频率轴上分别记为“自适应源”和“自适应目的”)。固定和自适应源频带位于阈频(在此为4kHz)上方，而固定和自适应目的频带位于阈频(在此为4kHz)下方。在图2所示的在给定时间点(例如通过特定时间指数m确定)“拍照的”“快照”中，“自适应源”频带展现大于1的信噪比(SNR)(大于0dB)，如图2中“高SNR”所示，而“自适应目的”频带展现小于1的SNR(小于0dB)，如“低SNR”标示的。相反，“固定源”和“固定目的”频带的SNR分别低于1(小于0dB)和高于1(高于0dB)。
图2因而表明，基于源和目的频带的固定控制(具有固定的权重因子)的频率降低可能达不到预期目标，而基于自适应控制的源和目的频带(具有自适应控制的权重因子α和β)的频率降低似乎有益。
图3A示意性地示出了根据本发明的第一频率降低方案(电平L[dB]-频率f[kHz])。在此考虑单一、位于较高位置的源频带S和单一、位于较低位置的目的频带D。源和目的频带在频率轴上的位置可固定(例如在验配期间，例如根据用户的听力情况如听力图确定)或者可动态确定(例如根据输入信号的频率成分)。权重因子α和β根据本发明动态确定(例如根据子频带级的信噪比SNR(k,m))。所得的更改的源频带则展现功率谱密度PDmod＝αPD+βPS。权重因子α和β可遭受约束条件，例如α+β＝1，使得所得的频率降低的信号的功率谱密度保持在频带级。初始源频带kS的成分可保持，或者作为备选，其可被去除(且仅在呈现给用户的所得音频信号中通过位于目的频带kD中的频率降低的部分β·PS连同目的频带kD的初始成分的换算部分α·PD一起表示)。
图3A示意性地将源和目的频带(S,D)的成分示为电平L的单一值(dB)。作为备选，这些成分可由功率谱密度(PSD，例如按dB计)的值表示，或者可被表示为量值(例如dB)和相位(例如RAD)的复值。代替在源和目的频带的每一个中所涉及的“成分”参数仅一个值，根据所涉及的频带宽度，可考虑几个值。源和目的频带的宽度可相等(例如等于1kHz)。作为备选，源和目的频带的宽度可不同，例如反映人类听觉系统的对数灵敏度(反映在较小宽度的频带中，在较低频率更灵敏)。在实施例中，源频带(频率)比目的频带宽，从而实施频率压缩。一般地，源和目的频带的频率的位置和/或宽度可基于用户的听力情况(如听力图)确定。源频带可以是相较目的频带位于更高位置的频带(如图3A中所示)。然而，源频带可以是位于较低位置的频带及目的频带可以是位于较高位置的频带，如果用户的听力情况表明该组合为优选组合。
图3B示意性地示出了根据本发明的第二频率降低方案。除了源频带Sx(在此为S3)在多个源频带(在此为三个，S1,S2,S3)之中自适应选择的特征之外，图3B的方案与图3A中所示及结合图3A所述的方案相同。自适应选择例如可基于电输入信号的性质，例如其在源频带频率的频率成分(如其电平和/或其信噪比)。“候选”频带(Sx,x＝1,2,3)(如图3B中所示)可以是相邻的频带，但作为备选，也可频率分开一个或多个中间频带。
图3C示意性地示出了根据本发明的第三频率降低方案。除了目的频带Dx(在此为D2)在多个目的频带(在此为三个，D1,D2,D3)之中自适应选择的特征之外，图3C的方案与图3B中所示及结合图3B所述的方案相同。自适应选择例如可基于电输入信号的性质，例如其在目的频带频率的频率成分(如其电平和/或其信噪比)。“候选”目的频带(Dx,x＝1,2,3)(如图3C中所示)可以是相邻的频带，但作为备选，也可频率分开一个或多个中间频带。
在实施例中，听力装置(例如图1中的控制单元CONT)配置成根据源频带的SNR(参见图4A)或者目的频带的SNR(参见图4B)确定权重因子α和β。在实施例中，由听力装置施加约束条件α+β＝1。因此，通过确定一个参数例如图4A中的β或者图4B中的α，相应的另一参数可被分别确定为α＝1-β和β＝1-α，如图4A和4B中的交叉阴影箭头所示。α和β与SNR之间的依存关系被示为等同于S形，对于图4A和4B中递增的SNR值，β和α从低值(如0)增大到高值(如1)(及对于图4A和4B中的相应的另一权重参数，正好相反)。对于“独立的”权重，可以预见反映权重随SNR增加而增加的其它依存关系，例如逐段线性(如台阶状)。
图4A示出了权重参数α和β的随SNR而变的值的第一估计。源频带权重参数β(实线)基于电输入信号(如波束成形信号，或者直接传声器信号)的信噪比SNR确定。目的频带权重因子α(虚线)被确定为α＝1–β。SNR的相应低和高值在图4A中标示为源频带(S)中的(低目标SS/高噪声NS值)和(高目标SS/低噪声NS值)的相应组合。
图4B示意性地示出了权重参数α和β的随SNR而变的值的第二估计。目的频带权重因子α(虚线)基于电输入信号(如波束成形信号，或者直接传声器信号)的信噪比SNR确定。源频带权重参数β(实线)被确定为β＝1–α。SNR的相应低和高值在图4B中标示为目的频带(D)中的(低目标SD/高噪声ND值)和(高目标SD/低噪声ND值)的相应组合。
在实施例中，源和目的频带权重参数(分别为β和α)独立地确定。
图5A和5B示出了根据本发明的听力装置HD的实施例。这些实施例与图1中所示及结合其所述的实施例类似，但不同在于：控制单元被进一步例示及听力装置包括M个输入变换器(IT1,…,ITM)而不是具体地两个(传声器M1,M2)。M个输入变换器可以是或包括传声器，或者可以是传声器与其它输入变换器如加速计、无线接收器等的混合。M可以是两个以上，例如三个以上。
图5A示出了根据本发明的听力装置HD的实施例，其中用于确定源和目的频带权重因子β和α的控制单元CONT将来自M个输入变换器IT1,…,ITM的一个或多个如所有输入信号IN1(n),…,INM(n)按子频带信号X1(k,m),…,XM(k,m)和/或波束成形信号YBF(k,m)形式的时频表示接收为输入。控制单元CONT包括相应的功率谱密度检测器PD、电平检测器LD和信噪比检测器SNR，使得相应输入信号的这些参数基于时间-频率(k,m)可用(P(k,m),L(k,m),SNR(k,m))，参见被馈给变化单元ΔAB的信号P-L-SNRest。控制单元CONT配置成基于信号P-L-SNRest(k,m)及价值参数
Figure GDA0003655278400000241
改变源和目的权重因子β和α(在变化单元ΔAB中)以在迭代处理中优化这些值从而基于迭代确定的频率降低的信号YFL的值使价值函数(价值函数单元COST)最小化。价值函数或性能目标可包括a)听音努力、b)声音质量及c)语音可懂度的度量
Figure GDA0003655278400000242
之一。在实施例中，价值函数的最小化包括性能目标如语音可懂度的最大化。在优化过程已收敛之后，信号α(目的频带权重因子)及β(源频带权重因子)的值即为当前输入信号下的最优值α*和β*。
图5B示出了根据本发明的听力装置HD的实施例。除了用于确定源和目的频带权重因子β和α的控制单元CONT包括数据库DFL而不是图5A中通过变化单元ΔAB和价值函数COST及信号P-L-SNRest(k,m)、alfa(k,m)、beta(k,m)、YFL(k,m)和
Figure GDA0003655278400000251
体现的迭代方案之外，其与图5A的实施例类似。在图5B的实施例中，目的频带和源频带的优化的值(分别为α*和β*)从功率谱密度P和信噪比SNR及针对目的和源频带预先确定的优化的权重因子(α*和β*)的对应值的数据库(查询表)确定(参见项PD,i,SNR(PD,i,x),PS,j,SNR(PS,j,x),α*i,j,x,β*i,j,x，其中i＝1,…,NI,j＝1,…,NJ,x＝1,…,NX，其中NI和NJ分别为目的和源子频带功率谱的不同值的数量，NX为针对每一功率谱值PD,PS的SNR的不同值的数量)。这具有提供快速且相当简单的、用于动态提供目的频带和源频带权重因子的优化值(分别为α*和β*)的方案的优点，假定数据库在听力装置使用之前产生。
图6A示出了根据本发明的双耳听力系统的第一实施例的俯视图，其包括与眼镜架一体的第一和第二听力装置。图6B示出了图6A实施例的主视图，及图6C示出了图6A实施例的侧视图。
根据本发明的听力系统包括传感器集成装置，配置成佩戴在包括头戴托架的用户头部上，在此实施在眼镜架中。
该听力系统包括安装在眼镜架上的左和右听力装置(分别为(BTW1,ITE1)和(BTE2,ITE2))及多个传感器。听力系统HS包括多个分别与左和右听力装置相关联(例如形成其一部分或者连接到左和右听力装置)的传感器S1i,S2i,(i＝1,…,NS)。NS为位于眼镜架上的传感器的数量(在图6A、6B、6C的例子中，假定对称，但不必须如此)。第一、第二、第三和第四传感器S11,S12,S13,S14及S21,S22,S23,S24(例如与每一听力装置相关联或结合)安装在眼镜GL的镜框上。在图6A的视图中，传感器S11,S12和S21,S22安装在相应侧杆(SB1和SB2)上，而传感器S13和S23安装在与右和左侧杆(SB1和SB2)具有铰接连接的横梁CB上。最后，传感器S14和S24安装在第一和第二鼻子子梁(NSB1,NSB2)上，其从横梁CB延伸并适于架在用户鼻子上。眼镜的镜片或透镜LE安装在横梁CB和鼻子子梁(NSB1,NSB2)上。左和右听力装置包括相应的BTE部分(BTE1,BTE2)，及还包括相应的ITE部分(ITE1,ITE2)。ITE部分例如可包括用于从用户拾取身体信号的电极，例如形成传感器S1i,S2i(i＝1,…,NS)的一部分，用于监视用户的生理功能例如大脑活动或眼球运动活动或温度。类似地，眼镜架上的一个或多个传感器可包括用于从用户拾取身体信号的电极。在实施例中，传感器S11,S14和S21,S24(黑色矩形)可表示用于拾取身体信号如眼动电图描记法(EOG)电位和/或脑电波电位如脑电描记法(EEG)电位的传感器电极，例如参见EP3185590A1。安装在眼镜架上的传感器例如可包括下述之一或多个：加速计、陀螺仪、磁力计、雷达传感器、眼球摄像机(例如用于监视瞳孔测定)、摄像机(例如用于用户环境的对象成像)、或用于定位佩戴听力系统的用户感兴趣的声源(或其它陆标)或者贡献于其定位和/或用于识别用户的自我话音的其它传感器。位于横梁CB上的传感器(S13,S23)和/或位于侧杆(SB1,SB2)上的传感器(如S12,S22)例如可包括一个或多个用于监视环境和/或用于识别用户自我话音的摄像机或雷达或超声传感器。听力系统还包括多个传声器，在此被配置在分别位于右、左侧杆和(正面)横梁上的三个分开的传声器阵列(MAR,MAL,MAF)中。每一传声器阵列(MAR,MAL,MAF)包括多个传声器(分别为MICR,MICL,MICF)，在此分别为4个、4个和8个。传声器可形成听力系统的一部分(例如分别与右和左听力装置相关联)，及贡献于对来自用户周围环境的相应声源的声音定位和空间上滤波，例如参见本申请的申请人在2017年7月4日在欧洲专利局申请的、发明名称为“Direction Of ArrivalEstimation In Miniature Devices Using A Sound Sensor Array”的未决欧洲专利申请17179464.7。眼镜架上的部分或所有传声器也可用于其它目的(例如玩游戏)。眼镜架用作与听力系统的相应左和右BTE部分协作的多个传感器的托架例如在我们的于2017年12月6日向欧洲专利局提交的、名称为“A hearing device or system adapted fornavigation”的未决欧洲专利申请17205683.0的图1A、1B图示并结合其描述。
听力装置的BTE部分和ITE部分电连接，或无线方式或有线方式(或者作为备选，经管声学连接，例如参见图8)，如图6C中二者之间的虚线连接所示。ITE部分可包括用于堵塞用户耳朵的耳模(例如以使可观的声压级能被提供给用户的耳鼓)。耳模例如可包括在使用期间位于耳道中的传声器和/或扬声器。眼镜架上的一个或多个传声器(MICL,MICR,MICF)可代替图8实施例的BTE传声器。作为备选或另外，图6A、6B和6C实施例的BTE部分自身可包括传声器。
图7A示出了在频率降低已被执行之前的、根据本发明的频率降低方案实施例，及图7B示意性地示出了在频率降低已被执行之后的、根据本发明的频率降低方案实施例。具有尖峰的实线曲线示意性地示出了给定输入信号(例如波束成形信号)在给定时间点的功率谱密度。源和目的频带(S,D)，每一个分别具有最大频率与最小频率[fmax(S)；fmin(S)]及[fmax(D)；fmin(D)]之间的宽度，分别在频带FB7和FB3沿水平频率轴(f[kHz])示出。源和目的频带在时刻m的功率谱密度(PSD)的值(分别为P(S,m)和P(D,m))通过源和目的频带(S,D)中的相应柱的高度标示并在纵轴(PSD[dB])上标示。对于时刻m，源和目的频带的SNR值假定可得到(分别为SNR(S,m)和SNR(D,m)，如图中标示的)。基于功率谱密度和SNR的当前值，目的和源频带权重因子的当前优化值被确定，如图中α(D,m)、β(S,m)标示的。源和目的频带之间的阈频fTH＝MAF(最大可听频率)被标示(在此为4kHz，但可根据用户的听力情况(如听力图)及所涉及的助听器(的放大)个别地确定)。
在图7B中，示出了动态频率降低处理的结果。源频带S(在时刻m)的成分P(S,m)乘以确定的源频带权重因子β(S,m)，如记为xβ的箭头所示；位于(更改的)目的频带D中的交叉阴影成分已被加到目的频带的初始成分P(D,m)乘以确定的目的频带权重因子α(D,m)，如与对更改的源频带的相应贡献相关联的带框黑体字母文本框所示。在频率降低之后(在时间m)所得的功率谱密度Pmod(D,m)因而等于α(D,m)*P(D,m)与β(S,m)*P(S,m)的和。在图7B的例子中，在频率降低之后的功率谱密度Pmod(D,m)与目的频带的初始成分P(D,m)相当或相同。然而，并不需要必须如此。其根据具体情况可以更小或更大。通常，其被假定大于或等于初始值。
初始源频带(S，在图7A、7B中＝频带FB7)的成分可被保持(如图7B中所示)，或者作为备选，其可被去除(且仅在呈现给用户的所得音频信号中通过位于目的频带(D,FB3)中的频率降低的部分β·PS连同目的频带D的初始成分的换算部分α·PD一起表示)。后者通过在用户(假定)不受益于刺激频率的情形下避免刺激频率而具有节能的优点。
图8示出了根据本发明的BTE型听力装置HD的实施例，包括具有扬声器的BTE部分及通过声学传播元件连接的包括(可能定制的)耳模的ITE部分。BTE部分(BTE)适于位于用户耳朵处或耳后，ITE部分(ITE)适于位于用户耳朵的耳道中或耳道处并包括使声音能经连接元件传播到用户的耳鼓的贯穿开口(参见声场SED)。BTE部分和ITE部分通过包括声传播通道的连接元件IC如中空管连接(如电连接)。BTE部分包括配置成向连接元件内播放的扬声器SP。扬声器通过BTE部分中的内部接线(例如参见示意性地示为BTE部分中的接线Wx)连接到听力装置的有关电子电路如处理器DSP。BTE部分包括第一和第二输入变换器如传声器(MBTE1和MBTE2)，其用于从佩戴听力装置的用户的环境(参见声场SBTE)拾取声音。在实施例中，根据本发明的ITE部分包括耳模并用于使相当大的声压级能被传到用户(例如具有重度到深度听力损失的用户)的耳鼓。
听力装置HD(在此为BTE部分)还包括两个(例如可个别选择的)无线接收器(WLR1,WLR2)，用于提供相应的直接接收的辅助音频输入和/或控制或信息信号。无线接收器可配置成从(例如双耳听力系统的)另一听力装置或从任何其它通信装置如电话例如智能电话或从无线传声器或T线圈接收信号。无线接收器能够接收(可能及传输)音频和/或控制或信息信号。无线接收器可基于蓝牙或类似技术，或者可基于近场通信(例如感应耦合)。
BTE部分包括衬底SUB，其上安装多个电子元件(MEM,FE,DSP)。BTE部分包括可配置的信号处理器DSP及可从其访问的存储器MEM。在实施例中，信号处理器DSP形成集成电路如(主要)数字集成电路的一部分。
BTE部分包括基于来自信号处理器DSP的增强的(例如放大的、频率整形的)音频信号或者源自其的信号将增强的输出信号提供为可由用户感知为声音的刺激的输出变换器SP。在图8的实施例中，输出变换器采取用于将电信号转换为声信号的扬声器(接收器)SP的形式。作为备选或另外，来自信号处理器DSP的增强的音频信号根据具体应用场合可被进一步处理和/或传给另一装置。
在图8的场合中，(远场)(目标)声源S被传播到(及与环境中的其它声音(如噪声)混合)BTE部分的BTE传声器(MBTE1,MBTE2)处的相应声场。
图8中例示的听力装置HD表示便携装置，及还包括电池BAT如可再充电电池，用于对BTE部分可能及ITE部分(如果有的话)的电子元件供电。
在实施例中，听力装置HD如助听器(如处理器DSP)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)，例如以补偿用户的听力受损。
当由对应的过程适当代替时，上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及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。
因而，本发明的范围应依据权利要求进行判断。
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Claims (13)

1.适于佩戴在用户耳朵处或耳朵中或者适于完全或部分植入在用户头部中的听力装置，所述听力装置包括：
-输入单元，用于按子频带表示(k,m)提供表示声音的至少一电输入信号，其中k和m分别为频率指数和时间指数；
-SNR估计单元，用于估计所述子频带表示的所述至少一电输入信号或源自其的信号的信噪比；和/或电平估计单元，用于估计所述子频带表示的所述至少一电输入信号或源自其的信号的电平；及
-可配置的频率变换单元，用于将源子频带FBS的成分变换为目的子频带FBD，使得所得的目的子频带的成分被确定为源子频带及目的子频带的成分根据下面表达式的加权组合：
PDmod＝αPD+βPS
或者
MAGDmod＝αMAGD+βMAGS
其中，PD和MAGD分别为在频率变换之前目的子频带的未更改的功率谱和量值，PS和MAGS分别为源子频带的功率谱和量值，及PDmod和MAGDmod分别为在频率变换之后所得的目的子频带中的所得功率谱和量值，及参数α和β分别为指定频率变换运算的细节的目的频带权重因子和源频带权重因子；及
其中，所述可配置的频率变换单元配置成根据所述至少一电输入信号或源自其的信号的信噪比估计量和/或电平估计量确定所述权重因子α和β中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的听力装置，其中所述权重因子α和β中的至少一个根据至少一电输入信号或源自其的信号在目的子频带和/或源子频带中的信噪比估计量和/或电平估计量确定。
3.根据权利要求1或2所述的听力装置，其中源子频带和/或目的子频带中的至少一个根据至少一电输入信号或源自其的信号的特性确定。
4.根据权利要求1所述的听力装置，其中源子频带和/或目的子频带中的至少一个预先确定。
5.根据权利要求1所述的听力装置，配置成使得可配置的频率变换单元通过特定运行模式下的启动输入和/或在满足特定条件时启动。
6.根据权利要求1所述的听力装置，其中所述权重因子α和β受约束条件约束。
7.根据权利要求1所述的听力装置，其中可配置的频率变换单元配置成在性能目标或价值函数的约束条件下确定权重因子α和β。
8.根据权利要求7所述的听力装置，其中所述性能目标或价值函数包括a)听音努力、b)声音质量和c)语音可懂度的度量
Figure FDA0003655278390000021
之一。
9.根据权利要求7所述的听力装置，其中最佳权重因子α*和β*从所述权重因子α,β、所述目的子频带和所述源子频带的所述功率谱PD,PS和/或量值MAGD,MAGS、及所选度量
Figure FDA0003655278390000022
的对应值的已知组合的数据库确定。
10.根据权利要求9所述的听力装置，其中最佳权重因子α*和β*从包括下述量的对应值的数据库DFL确定：
PD,i,SNR(PD,i,x),PS,j,SNR(PS,j,x),i＝1,…,NI,j＝1,…,NJ,x＝1,…,NX
其中，NI和NJ分别为目的子频带和源子频带功率谱的不同值的数量，及NX为针对每一功率谱值PD,PS，SNR的不同值的数量；
α* i,j,x,β* i,j,x,i＝1,…,NI,j＝1,…,NJ,x＝1,…,NX
其中，所述最佳权重因子被确定为权重因子αi,j,x和βi,j,x的与所选度量
Figure FDA0003655278390000023
的满足性能目标或价值函数的值
Figure FDA0003655278390000024
对应的值α*和β*。
11.根据权利要求1所述的听力装置，其中输入单元包括波束形成滤波单元，配置成对表示所述用户的环境中的声音的至少两个输入信号进行空间滤波并将所述至少一电输入信号提供为波束成形信号。
12.根据权利要求1所述的听力装置，由助听器、头戴式耳机、耳麦或耳朵保护装置构成或者包括助听器、头戴式耳机、耳麦或耳朵保护装置。
13.适于由用户佩戴在用户耳朵处或耳朵中或者适于完全或部分植入在用户头部中的听力装置的运行方法，所述方法包括：
-按子频带表示(k,m)提供表示声音的至少一电输入信号，其中k和m分别为频率指数和时间指数；
-估计所述子频带表示的所述至少一电输入信号或源自其的信号的信噪比；及
-将源子频带FBS的成分变换为目的频带FBD，使得目的子频带的成分被确定为源子频带及目的子频带的成分根据下面表达式的加权组合：
PDmod＝αPD+βPS
或者
MAGDmod＝αMAGD+βMAGS
其中，PD和MAGD分别为在频率变换之前目的子频带的未更改的功率谱和量值，PS和MAGS分别为源子频带的功率谱和量值，及PDmod和MAGDmod分别为在频率变换之后所得的目的子频带中的所得功率谱和量值，及参数α和β分别为指定频率变换运算的细节的目的频带权重因子和源频带权重因子；及
根据所述至少一电输入信号或源自其的信号的信噪比估计量和/或电平估计量确定所述权重因子α和β中的至少一个。
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