CN110636424A - 包括反馈降低系统的听力装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了包括反馈降低系统的听力装置，所述听力装置(HD)包括：输入单元(IU)，包括用于提供表示用户环境中的声音的相应电输入信号(IN1,IN2)的多个输入变换器(M1,M2)；输出单元(OU)，包括用于基于所述电输入信号(IN1,IN2)或其处理后版本提供可由用户感知为声音的刺激的输出变换器(SP)；连接到所述输入单元(IU)和所述输出单元(OU)的空间滤波器(BFU)，配置成基于多个电输入信号(IN1,IN2)及可配置的波束形成器权重提供空间滤波的信号(YBF)；及空间滤波器控制器(SCU)，配置成将第一和/或第二不同组的波束形成器权重(w1p,w2p)应用于所述多个电输入信号(IN1,IN2)；其中第一组波束形成器权重(w1p)用以提供来自输出变换器的声音的空间滤波，及其中第二组波束形成器权重(w2p)用以提供外部声场(SENV)的空间滤波。

Description

包括反馈降低系统的听力装置
技术领域
本申请涉及听力装置如助听器领域，尤其涉及反馈管理。
背景技术
在目前技术发展水平的助听器中，声学增益受到声学反馈的限制，如果环路增益高于0dB，声学反馈可使得听力仪器振荡。对于大多数助听器类型，反馈水平取决于位于用户耳道中的助听器的一部分的开口程度(例如耳模中的通风口大小)，及还取决于助听器的开口与传声器之间的距离。对于耳内(ITE) 型助听器，传声器被放在用户耳道中或耳蜗中，通风口与传声器之间的距离相较于耳后式(BTE)或耳内接收器式(RITE)听力仪器(HI)非常小，因为在耳后式或耳内接收器式听力仪器中，传声器通常更加远离扬声器(接收器)放置，例如放在耳后。这样，对于ITE型HI，相较BTE/RITE型HI，反馈通常是更大的问题。
发明内容
听力装置
在本申请的一方面，提供一种听力装置如助听器，配置成位于用户的耳朵处或耳朵中。该听力装置包括：
-输入单元，包括用于提供表示用户环境中的声音的相应电输入信号的多个输入变换器；
-输出单元，包括用于基于所述电输入信号或其处理后版本提供可由用户感知为声音的刺激的输出变换器；
-连接到所述输入单元和所述输出单元的(可配置的)空间滤波器，配置成基于多个电输入信号及可配置的波束形成器权重提供空间滤波的信号。
该听力装置还包括：
-空间滤波器控制器，配置成将第一和/或第二不同组的波束形成器权重应用于所述多个电输入信号(或源自其的信号)。
第一组波束形成器权重用以提供来自输出变换器的声音的空间滤波，及第二组波束形成器权重用以提供外部声场的空间滤波(外部意为在远离用户的环境中)。
从而可提供改进的听力装置。
听力装置包括适于完全或部分位于用户耳道处或耳道中的部分(称为ITE 部分)或由其构成。ITE部分可包括标准壳体或者针对特定用户的耳朵定制的壳体。ITE部分的壳体可包围或机械地支撑听力装置的部分或所有部件。ITE部分的壳体可包括耳模，例如定制的耳模。ITE部分例如ITE部分的壳体可包括 (或者在安装后提供)声学通风通道(称为“通风口”)，可能两个以上(例如分布的)通风通道，例如以减少堵耳效应。通风通道配置成使环境与ITE部分的壳体和耳鼓(当ITE部分被安装处于工作状态时)之间的残余空腔之间的压力差均衡。从而可减少堵耳效应。通风口可以许多不同的方式形成，例如为了减少堵耳效应，同时使声音到环境的泄漏最小化。
听力装置可包含两个输入变换器。在实施例中，听力装置仅包含输入变换器。两个输入变换器可位于ITE部分中，例如连同输出变换器一起。
输入单元配置成位于用户耳朵中，例如耳道中或者耳蜗中或靠近耳蜗(从而受益于耳廓对声学信号的频率整形)。在实施例中，ITE部分包括输入单元。因此，多个输入变换器可位于ITE部分中。在实施例中，ITE部分包括多个输入变换器中的至少一个，例如至少两个，例如所述多个输入变换器中的全部。在实施例中，输入单元包含两个或三个输入变换器如传声器。
输出变换器可位于ITE部分中。输出变换器可位于适于位于用户耳朵(耳廓)处或后面的BTE部分中。输出变换器可位于眼镜架的侧杆处或侧杆上。
第一组(通常复值)波束形成器权重配置成降低从输出变换器到达输入变换器的声音量(即使声学反馈最小化)。第二组(通常复值)波束形成器权重例如配置成保持来自声源(例如在声学远场中)目标方向的声音，同时衰减来自其它方向的声音(或者使来自目标方向的声音比来自其它方向的声音衰减得少)。在实施例中，空间滤波器控制器配置成应用第一和第二组波束形成器权重的组合。可能有兴趣在两组权重之间提供渐变以避免波束形成器权重从一组到另一组的剧烈变化(例如在第一和第二组波束形成器权重之间切换)，这些变化可能变得听得见。在实施例中，第一和第二组波束形成器权重配置成保持来自目标方向的声音不被改变(例如声学远场中目标声源的方向)。
第一和第二组波束形成器权重可具有复值。第一和第二组波束形成器权重中的一个或多个(如全部)可具有实值。
第一和第二组波束形成器权重可在不同的时间应用。在实施例中，在给点时间、给定频带仅应用第一和第二组波束形成器权重之一。换言之，在实施例中，在给点时间(在给定频带)仅第一和第二组波束形成器权重之一起作用。这例如在仅来自两个独立输入变换器的电输入信号可用于波束形成的解决方案中是必要的(但在包括两个以上例如三个或四个输入变换器如传声器的解决方案中也可行)。
然而，从一组波束形成器权重逐渐变到另一组(渐变)可能有利。空间滤波器控制器可配置成从一组波束形成器权重渐变到另一组(例如从第一组波束形成器权重到第二组或者从第二组到第一组)。
同时应用两组波束形成器权重也可能有利。然而，这要求来自三个以上独立输入变换器的电输入信号可用于波束形成。在实施例中，第一和第二组波束形成器权重至少在一个频带中(例如在所有频带中)同时应用。
输入单元可包括相应的滤波器组，配置成按时频表示(k,m)将所述电输入信号提供为例如数字化子频带信号，其中k和m分别为频率和时间指数。
听力装置可配置成使得第一和第二组波束形成器权重随频率而变。在实施例中，在一频带中应用第一组波束形成器权重，及在另一频带中应用第二组波束形成器权重。换言之，在给定时间点，来自第一组波束形成器权重的波束形成器权重可在一些频带中应用，而来自第二组波束形成器权重的波束形成器权重可在其它(例如互补的，例如所有其它)频带中应用。
听力装置可配置成使得第一和/或第二组波束形成器权重自适应确定。在实施例中，听力装置配置成使得第一组波束形成器权重适应反馈变化。在实施例中，听力装置配置成使得第二组波束形成器权重适应噪声。在实施例中，第一和第二组波束形成器权重自适应。在实施例中，听力装置配置成使得目标方向自适应确定(该主题在我们的未决专利申请EP3267697A1中涉及)。
听力装置可配置成使得第一组波束形成器权重仅在所选频带中应用。在实施例中，第一组波束形成器权重仅在预选频带中应用(例如在预期出现反馈的频带中，例如通过助听器类型确定，和/或在验配期间确定，或者在使用期间自适应确定，例如通过子频带级地估计当前反馈风险的反馈估计器)。
听力装置可包括反馈估计器，其配置成提供从所述输出变换器到所述输入变换器中的至少一个的反馈的当前水平的估计量。反馈估计器可配置成在一个或多个(如所有)频带中提供从所述输出变换器到至少一个(如所有)所述输入变换器的当前反馈水平的估计量，例如在1kHz到8kHz之间如在1.5kHz到 4kHz之间的一个或多个频带。
反馈估计器可配置成提供从所述输出变换器到至少两个如所有所述输入变换器的当前反馈通路的反馈估计量。反馈通路的估计量可被提供为从输出变换器到给定(例如在多个不同频率下指定的)输入变换器的频率传递函数。反馈通路的估计量可被提供为从输出变换器到给定输入变换器的脉冲响应。
在实施例中，听力装置配置成根据输入电平(例如来自输入变换器的电输入信号的电平)自适应确定(或选择)适当的一组波束形成器权重。空间滤波器控制器可配置成根据多个输入变换器中的一个或多个的输入电平(例如在存储器中存储的两组以上波束形成器权重之中)自适应选择适当的(例如预先确定的)一组波束形成器权重。空间滤波器控制器可配置成在两组以上波束形成器权重(包括第一和第二组波束形成器权重)之间自适应选择。
听力装置可配置成根据例如仅根据没有来自反馈估计器的输入的输入电平 (例如来自输入变换器的电输入信号的电平)确定(或选择)适当的一组波束形成器权重。听力装置可配置成根据听力装置的运行模式如通信模式(例如电话模式)或反馈风险模式或正常(多环境)模式等确定(或选择)适当的一组波束形成器权重。
听力装置可包括用于估计至少一电输入信号的输入电平的至少一电平估计器，其中空间滤波器控制器配置成根据估计的输入电平将第一和/或第二不同组的波束形成器权重应用于多个电输入信号。在实施例中，听力装置包括相应的电平估计器，配置成提供所述多个电输入信号中的至少两个如每一个的当前输入信号的电平估计量。作为备选或另外，听力装置可包括用于估计空间滤波的信号的当前电平的电平估计器。听力装置可包括至少一电平估计器，用于估计所述电输入信号中的至少一个的输入电平，其中空间滤波器控制器配置成在至少一电输入信号的输入电平高于输入阈电平时将第二组波束形成器权重应用于所述多个电输入信号。在实施例中，输入阈电平等于60dB或更高，如70dB或更高。在实施例中，空间滤波器控制器配置成在所述至少一电输入信号的输入电平高于输入阈电平时禁用第一组波束形成器权重。在实施例中，空间滤波器控制器配置成在所述至少一电输入信号的输入电平低于输入阈电平时启用第一组波束形成器权重。在实施例中，空间滤波器控制器配置成在所述至少一电输入信号的输入电平低于输入阈电平时禁用第二组波束形成器权重。
对于来自相应的多个输入变换器(如传声器)的多个电输入信号中的至少部分，输入阈电平可不同。对于给定输入变换器，输入阈电平可取决于输入变换器在听力装置中的位置(例如取决于相对于输出变换器的位置，例如取决于从输出变换器到输入变换器的通路的距离和/或声学阻抗)。在实施例中，针对每一输入变换器的每一频带，确定一组输入电平阈值(并可由空间滤波器控制器访问，例如存储在听力装置的存储器中)。
听力装置可包括环路增益估计器，用于估计由输入单元与输出单元之间的正向通路及从所述输出单元到所述输入单元的外部反馈通路形成的反馈环路的当前环路量值，及空间滤波器控制器配置成根据估计的当前环路量值将第一和/ 或第二不同组的波束形成器权重应用于所述多个电输入信号。听力装置可包括环路增益估计器，用于估计由输入单元与输出单元之间的正向通路及从所述输出单元到所述输入单元的外部反馈通路形成的反馈环路的当前环路量值。空间滤波器控制器可配置成在当前环路量值低于环路量值阈值时禁用第一组波束形成器权重。在实施例中，环路量值阈值等于或低于0dB。
听力装置例如可包括压缩器，用于将压缩放大算法应用于听力装置的正向通路的信号。压缩器配置成根据(如来自传声器的)电输入信号的电平估计量或者基于波束成形信号应用压缩放大。压缩器可配置成补偿听力装置用户的听力受损。压缩器在给定时间点和给定频率请求的增益因而取决于用户(在该频率)的听觉阈(和不舒适电平)、(在该频率的)输入信号的电平、可能及所涉及的助听器类型。
听力装置可包括提供当前请求的增益的压缩器，其根据A)所涉及电输入信号的电平估计量及B)用户的需要应用于所述电输入信号之一或者应用于所述电输入信号的加权组合，其中空间滤波器控制器配置成根据所述当前请求的增益将第一和/或第二不同组的波束形成器权重应用于所述多个电输入信号。空间滤波器控制器可配置成在当前请求的增益高于阈值增益时将第一组波束形成器权重应用于所述多个电输入信号。适当的(例如随频率而变的，例如预先确定的或自适应确定的)阈值增益可被存储在听力装置的存储器中(或者可由听力装置访问)。
在实施例中，听力装置配置成根据由听力装置的压缩器提供的当前请求的增益自适应确定(或选择)适当的一组波束形成器权重。空间滤波器控制器可配置成根据来自压缩器的所请求的增益(例如在存储器中存储的两组以上波束形成器权重之中)自适应选择适当的(例如预先确定的)一组波束形成器权重。空间滤波器控制器可配置成在两组以上波束形成器权重(包括第一和第二组波束形成器权重)之间自适应选择，例如参见图3。
听力装置可包括电平检测器，配置成提供给定时间点的背景噪声电平的估计量。在来自外部声场的输入电平相当高(例如>70dB SPL)及背景噪声相当高的情形下，可启动外部声场的空间滤波，及在这些高输入电平下，所述压缩将降低增益，及可禁用空间抗反馈系统。空间滤波器控制器可配置成在当前背景噪声电平高于噪声阈电平及输入电平高于输入阈电平时将第二组波束形成器权重应用于所述多个电输入信号。适当的(例如随频率而变的，例如预先确定的或自适应确定的)噪声阈电平可存储在听力装置的存储器中(或者可由听力装置存取)，例如连同(例如每一输入变换器的)输入阈电平的相应值一起。
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。
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。
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)。
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。
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。最小方差无失真响应(MVDR)波束形成器广泛用在传声器阵列信号处理中。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。
在实施例中，听力装置包括用于从另一装置如从娱乐设备(例如电视机)、通信装置、无线传声器或另一听力装置接收直接电输入信号的天线和收发器电路(如无线接收器)。在实施例中，直接电输入信号表示或包括音频信号和/或控制信号和/或信息信号。
在实施例中，听力装置与另一装置之间的通信处于基带(音频频率范围，例如0到20kHz之间)中。优选地，听力装置和另一装置之间的通信基于高于 100kHz的频率下的某类调制。优选地，用于在听力装置和另一装置之间建立通信链路的频率低于70GHz，例如位于从50MHz到70GHz的范围中，例如高于 300MHz，例如在高于300MHz的ISM范围中，例如在900MHz范围中或在 2.4GHz范围中或在5.8GHz范围中或在60GHz范围中(ISM＝工业、科学和医学，这样的标准化范围例如由国际电信联盟ITU定义)。在实施例中，无线链路基于标准化或专用技术。在实施例中，无线链路基于蓝牙技术(如蓝牙低功率技术)。
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，例如加速计，和/或陀螺仪。在实施例中，运动检测器配置成检测用户或用户头部(例如包括听力装置)的运动和/或定向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，听力装置包括声(和/或机械)反馈抑制系统。由于来自对传声器拾取的信号提供放大的音频系统的输出扬声器信号通过空气或其它媒介经声耦合部分返回到传声器，发生声反馈。返回到传声器的该扬声器信号部分之后在其重新出现在扬声器处之前被音频系统再次放大，及再次返回到传声器。随着该循环持续，当音频系统变得不稳定时，声反馈效应变得听得见，如非自然信号甚至更糟的啸声。该问题通常在传声器和扬声器靠近地放在一起时出现，例如在助听器或其它音频系统中。具有反馈问题的一些其它典型的情形包括电话学、广播系统、头戴式耳机、音频会议系统等。自适应反馈抵消有能力跟踪随时间的反馈通路变化。其基于线性时不变滤波器估计反馈通路，但其滤波器权重随时间更新。滤波器更新可使用随机梯度算法进行计算，包括某些形式的最小均方(LMS)或归一化LMS(NLMS)算法。它们均具有使误差信号的均方最小化的特性，NLMS另外使滤波器更新相对于一些参考信号的欧几里得范数的平方归一化。
在实施例中，反馈抑制系统包括用于提供表示声学反馈通路的估计量的反馈信号的反馈估计器，及用于将反馈信号从正向通路的信号(例如通过听力装置的输入变换器拾取)减去的组合单元如求减单元。
在实施例中，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。在实施例中，助听系统包括喇叭扩音器(包含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)，例如包括空间滤波器，例如提供多个波束形成能力。
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，提供在包括音频分布的系统中的应用，例如包括彼此足够接近的传声器和扬声器的系统从而在用户操作期间导致从扬声器到传声器的反馈。在实施例中，提供在包括一个或多个助听器(听力仪器)的系统、头戴式耳机、耳麦、主动耳朵保护系统等中的应用，例如在免提电话系统、远程会议系统(例如包括喇叭扩音器)、广播系统、卡拉OK系统、教室放大系统等中的用途。
方法
本申请进一步提供听力装置如助听器的运行方法，其配置成位于用户的耳朵处或耳朵中。所述方法包括：
-提供表示用户环境中的声音的多个电输入信号；
-基于所述电输入信号或其处理后版本提供可由用户感知为声音的刺激；
-基于所述多个电输入信号及可配置的波束形成器权重提供空间滤波的信号。
所述方法还包括：
-将第一和/或第二不同组的波束形成器权重应用于所述多个电输入信号，其中第一组波束形成器权重配置成提供来自输出变换器的声音的空间滤波，及其中第二组波束形成器权重配置成提供外部声场的空间滤波。
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。
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
声源的“近场”为靠近声压和声粒子速度不同相(波前不平行)的声源的区域。在近场中，声音强度可随距离大大变化(相较于远场)。近场通常限于距声源的距离等于声音的约一个或两个波长。声音的波长λ由λ＝c/f给出，其中c为声音在空气中的速度(343m/s,@20℃)及f为频率。在f＝1kHz，例如声音的波长为0.343m(即34cm)。另一方面，在声学“远场”中，波前平行，及每当距声源的距离翻倍时，声场强度降低6dB(平方反比定律)。
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助听器的应用中。
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1A示出了根据本发明的包括定向系统的听力装置的第一实施例，定向系统包括多个输入变换器。
图1B示出了根据本发明的包括定向系统的听力装置的第二实施例(部分在频域)，定向系统包括两个传声器。
图2A示出了根据本发明的包括具有两个传声器的定向系统的听力装置的第三实施例，其中压缩器使用来自传声器的输入电平控制该系统的增益。
图2B示出了根据本发明的包括具有两个传声器的定向系统的听力装置的第四实施例，其中压缩器使用来自传声器的输入电平控制该系统的增益(部分在频域)。
图3示意性地示出了根据本发明的包括具有两个传声器的定向系统的听力装置的第五实施例，其中听力装置还包括反馈估计和消除系统。
图4示出了典型的电平压缩曲线，通过在相对低输入电平时提供相对高增益及在较高输入电平时提供较低增益进行表征。
图5示出了听力装置的例子，其包括用于基于输入信号的所得加权组合的电平控制空间滤波器控制器和听力装置增益单元的压缩器。
图6A示出了包括位于适于位于用户耳道处或耳道中的ITE部分中的三个传声器的听力装置的第一实施例。
图6B示出了包括位于适于位于用户耳道处或耳道中的ITE部分中的三个传声器的听力装置的第二实施例。
图6C示出了包括位于适于位于用户耳道处或耳道中的ITE部分中的两个传声器的听力装置实施例。
图7A示出了根据本发明的听力装置的第一示例性电话模式使用情形。
图7B示出了根据本发明的听力装置的第二示例性电话模式使用情形。
图8示出了自我话音波束形成器的实施例，例如用于图7A、7B所示的电话模式。
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。
在本申请中，公开了空间反馈系统，其消除或衰减来自通风口的声学反馈或者耳模与耳道壁之间的声学泄漏。空间抗反馈通过使用传统定向ITE型HI中已经存在的两个传声器实现。两个传声器的传统用途是对来自环境的外部声音进行空间滤波以从通常来自前面方向的想要的声学信号分离声学噪声。该空间滤波在本发明中也用于衰减来自通风口的反馈或者泄漏而不衰减想要的外部声学声音信号。这在此称为空间抗反馈。
图1A示出了根据本发明的包括定向系统的听力装置的实施例。听力装置 HD如助听器配置成位于用户耳朵处或者耳朵中，例如完全或部分位于用户的耳道中。听力装置包括输入单元，其包括用于提供表示用户环境中的声音的相应电输入信号(IN1,IN2,…,INN)的多个输入变换器(M1,…,MN)。听力装置还包括输出单元，其包括用于基于所述电输入信号或其处理后版本提供用户可感知为声音的刺激的输出变换器SP，在此为扬声器。听力装置还包括连接到输入单元和输出单元的空间滤波器(w1,w2,…,wN,CU)，其配置成基于多个电输入信号及可配置的波束形成器权重(w1p,w2p,…,wNp，其中p为波束形成器权重组指数)提供空间滤波的信号OUT。空间滤波器包括加权单元(w1,w2,…, wN)例如相乘单元，每一加权单元适于将相应的波束形成器权重(w1p,w2p,…, wNp)应用于相应的电输入信号(IN1,IN2,…,INN)并提供相应的加权输入信号 (Y1,Y2,…,YN)。空间滤波器还包括组合单元CU例如求和单元，用于将加权输入信号组合为一个或多个空间滤波的信号，在此为一个(信号OUT)，其被馈给输出变换器SP(可能在之前进一步处理)。听力装置HD还包括空间滤波器控制器SCU，配置成将(至少)第一和/或第二不同组(p＝1,2)的波束形成器权重(w1p,w2p,…,wNp)应用于所述多个电输入信号(IN1,IN2,…,INN)。第一组波束形成器权重(p＝1)用以提供来自输出变换器SP的声音(泄漏回到输入变换器，参见标示从输出变换器SP分别到N个输入变换器(M1,M2,…,MN)中的每一个的反馈通路h1,h2,…,hN的虚线箭头)的空间滤波。第二组波束形成器权重(p＝2)用以提供外部声场(例如来自相对于听力装置位于声学远场中的声源，参见图6A、6B、6C)的空间滤波。听力装置还包括可从空间滤波器控制器SCU 访问的存储器MEM。空间滤波器控制器配置成在存储器中存储的两组以上(p＝1,2,…)波束形成器权重(包括第一和第二组波束形成器权重)之中自适应选择适当的一组波束形成器权重(信号wip)。在给定时间点，适当的一组波束形成器权重的自适应选择例如可取决于多个电输入信号中的一个或多个的当前输入电平或者当前从压缩器请求的增益和/或当前估计的环路增益。
图1B示出了根据本发明的包括定向系统的听力装置的实施例。输入单元包括(例如仅包含)两个传声器(M1,M2)，用于将来自环境的声音转换为相应的电输入信号IN1,IN2。在图1B的实施例中，听力装置的正向通路(从声音输入到声音输出)的处理至少部分在频域进行。输入单元包括相应的滤波器组(FB- A1,FB-A2)，配置成按时频表示(k,m)将电输入信号(IN1,IN2)提供为数字化子频带信号(X1,X2)，其中k和m分别为频率和时间指数。子频带电输入信号(X1,X2) 被馈给空间滤波器(加权单元(w1,w2))和空间滤波器控制器SCU。根据输入信号(X1,X2)，例如它们的电平和/或SNR，由空间滤波器控制器SCU在给定时间点从存储器MEM选择适当的一组波束形成器滤波权重(wip)并应用于相应的加权单元(w1,w2)，参见信号w1p,w2p，从而提供相应的加权输入信号Y1,Y2。加权输入信号Y1,Y2通过SUM单元“+”相加以提供空间滤波的(波束成形) 信号YBF。听力装置还包括合成滤波器组FB-S，用于将空间滤波的子频带信号 YBF转换为空间滤波的时域信号OUT，其被再次馈给扬声器SP以转换为声学刺激。
空间滤波器控制器SCU配置成将不同的波束形成器权重w1p和w2p应用于两个传声器通道，以进行空间抗反馈或者进行外部声场的空间滤波(例如第一组(p＝1)波束形成器权重(w11,w21)用于对来自扬声器SP的声场进行空间滤波，及第二组(p＝2)波束形成器权重(w12,w22)用于对来自用户周围环境中的声源的外部声场(并非源自听力装置的扬声器)进行空间滤波)。
声学反馈可能非常不可预测，尤其在反馈中泄漏为主时。因此，针对用户的耳朵个别地校准空间抗反馈有利。这可通过下述方式实现：使用传统的自适应反馈通路估计得到反馈通路的估计量(例如参见图3)，然后使用估计的反馈通路的差产生一组波束形成器权重w1和w2以实现空间抗反馈。作为备选，滤波器权重也可通过设计使定向单元的输出(输出＝s1*w1+s2*w2)最小化同时用完将确保传声器输入由反馈信号占优的信号的自适应系统而获得。作为备选或另外，滤波器权重可从在线反馈通路估计量进行估计。
再次使用两个传声器的一个问题在于，很难在进行空间抗反馈的同时实现外部声音的空间滤波(当仅两个传声器可用时)。本发明提出解决该问题的两种方法。首先使用输入电平使该系统自适应，其次使该系统在分开的频带中工作。。
传统的HI使用动态范围压缩(压缩放大)以使用用户听觉的有限的动态范围。这意味着HI中的增益在低输入电平时较高及在较高输入电平时较低。通过使用输入电平(或源自输入电平的信号(例如所应用的增益))使空间抗反馈自适应，该系统可在听力仪器的增益较高因此具有分开的问题也较高即低输入电平时使用空间抗反馈。在具有低输入电平的情形下，通常不需要对外部声场进行空间滤波。
图2A示出了根据本发明的包括具有两个传声器的定向系统的听力装置的实施例，其中压缩器使用来自传声器的输入电平控制该系统的增益。除了下述区别之外，图2A的实施例等同于图1A的实施例。图2A的听力装置实施例仅包括两个输入变换器(传声器(M1,M2))，但另外包括压缩器COMP，其包括用于根据用户的需要(如听力受损)和当前输入电平确定随输入电平而变的 (请求的)增益的压缩放大算法。在此基础上，权重控制信号Wctr被馈给空间滤波器控制器SCU，用于根据所请求增益的电输入信号IN1,IN2的当前输入电平(从适应用户需要的压缩放大算法得到)控制当前选择的一组波束形成器权重wip,i＝1,2,p＝1,2。听力装置HD还包括处理器HAG，用于进一步处理空间滤波的信号YBF并提供处理后的信号OUT，其被馈给输出变换器SP。压缩器COMP进一步配置成将增益控制信号HAGctr馈给处理器HAG以使该处理器能将有关增益应用于空间滤波的信号YBF(根据输入电平或从其得到的(请求的) 增益)。
图2B示出了根据本发明的包括具有两个传声器的定向系统的听力装置的实施例，其中压缩器使用来自传声器的输入电平控制该系统的增益(部分在频域)。除了下述区别之外，图2B的实施例等同于图2A的实施例。图2B的听力装置实施例包括适当的分析和合成滤波器组(分别为FB-A1,FB-A2和FB-S) 以使正向通路(及分析部分(SCU,COMP,MEM))的处理能在频域进行(各个子频带信号分开处理)。在图2B的实施例中，用于进一步处理空间滤波的信号 YBF的处理器HAG提供处理后的信号YG，其之后被馈给合成滤波器组FB-S从而提供处理后的时域输出信号OUT，该输出信号被馈给扬声器SP。
输入电平或压缩水平可用作空间滤波器控制器SCU的输入，以在空间抗反馈(第一)波束形成器权重和传统的(第二)定向波束形成器权重之间切换。
在来自外部声场的输入电平相当高(例如>70dB SPL)及背景噪声相当高的情形下，可启动外部声场的空间滤波，及在这些高输入电平下，压缩将降低增益，及空间抗反馈系统可被禁用。
对于空间抗反馈何时可被禁用的限制条件通过环路增益确定。当环路增益对于系统在没有空间抗反馈的情形下运行足够低时，可禁用空间抗反馈。通常，这是在环路增益(环路量值)低于0dB时，但其可取决于HI中可能的其它抗反馈度量怎样好地工作(例如反馈消除系统，，其中反馈通路的估计量被从电输入信号减去，例如参见图3)。
从输出到输入变换器的反馈通路的估计量可通过几种手段提供，例如通过图3中所示的相应自适应滤波器。反馈估计量可用在空间滤波器控制器SCU中用于决定在给定时间点是否应用第一或第二组波束形成器权重(参见图3中将反馈估计量EST1,EST2馈给组合的空间滤波器控制器和压缩器(SCU-COMP)的虚线箭头)。
图3示意性地示出了根据本发明的包括具有两个传声器的定向系统的听力装置的实施例，其中听力装置还包括反馈估计和消除系统。除了下述区别之外，图3的实施例等同于图2B的实施例。该听力装置HD还包括相应的反馈消除系统，用于估计和减少从输出变换器(在此为扬声器SP)分别到第一和第二输入变换器(在此为传声器(M1,M2))的反馈。第一和第二反馈消除系统包括插入在相应传声器通路中的第一和第二反馈估计器(FBE1FBE2)及求减单元(‘+’)以从输入信号(IN1,IN2)减去反馈通路(h1,h2)的相应估计量(EST1,EST2)。求减单元提供相应的反馈校正的输入信号(ER1,ER2)，其被馈给相应的分析滤波器组 (FB-A1,FB-A2)和相应的反馈估计器(FBE1,FBE2)。反馈估计器(FBE1,FBE2)中的每一个包括实施相应的自适应滤波器的相应算法部分(ALG1,ALG2)和可变滤波器部分(FIL1,FIL2)(其中算法部分(ALG1,ALG2)配置成经相应更新新号 (UP1,UP2)确定(和更新)可变滤波器部分(FIL1,FIL2)的滤波器系数)。自适应滤波器((ALG1,FIL1),(ALG2,FIL2))例如为目前技术水平的自适应滤波器。算法部分(ALG1,ALG2)例如可包括最小均方(LMS)或归一化LMS(NLMS)算法或者类似的自适应算法以(基于参考信号OUT及相应的误差信号(ER1,ER2))估计滤波器系数，当其被应用于可变滤波器对处理后的输出(参考)信号OUT 滤波从而提供相应的反馈估计量(EST1,EST2)时，使相应的误差信号(ER1,ER2) 最小化。反馈估计量(EST1,EST2)可被馈给空间滤波器控制器SCU(在此为组合的SCU-COMP单元)，用于控制当前选择的一组波束形成器权重。类似地，第一和第二算法控制信号(A1ctr,A2ctr)可在组合的空间滤波器控制器和压缩器 (SCU-COMP)中产生并馈给相应的反馈估计器(FBE1,FBE2)，例如以控制自适应算法的自适应速率和/或可变滤波器中的滤波器系数的更新速率或更新时间 (例如包括禁止或使能滤波器系数的前述更新)。
图4示出了典型的电平压缩曲线(增益G[dB]-输入电平L[dB SPL])，通过在相对低输入电平(L<KP1)时提供相对高增益(HG)及在较高输入电平(L> KP2)时提供较低增益(LG)进行表征。该曲线示出，在低输入电平(例如L<LTH或<KP1)时，定向系统的空间抗反馈设置(第一波束形成器权重)可有利地使用(参见“反馈声场的空间滤波”)，及在较高(例如L>LTH或>KP2)时，外部声音的空间滤波(第二波束形成器权重)可有利地使用(参见“外部声场的空间滤波”)。在图4的示例性实施例中，位于第一和第二拐点之间的阈电平LTH(KP1<LTH<KP2)形成使用第一和第二组波束形成器权重之间的边界。阈电平LTH可预先确定，例如针对用户的听力情况(例如听力图和/或电平敏感度)。阈电平LTH可自适应确定(参见图4中记为“自适应”的双箭头)，例如根据当前的信噪比(SNR)。阈电平LTH可自适应确定，例如根据当前的信噪比(SNR)及当前请求的增益(或输入电平)。阈电平LTH可随SNR增加而增加(例如在输入电平的最小值LTH,min和最大值LTH,max内)。对于相对低输入电平(高增益)，对于低于预定阈电平的输入电平，阈电平LTH可随SNR增加而增加。
空间滤波器控制器SCU配置成根据估计的输入电平(或者由压缩放大算法从其确定的请求的增益)将第一和/或第二不同组的波束形成器权重应用于多个电输入信号。在实施例中，给定的一组波束形成器权重的应用进一步取决于电输入信号或源自其的信号的当前的信噪比(SNR)。
例如，如果电输入信号具有相对高的SNR及相对低的增益(高电平)，不需要降噪(例如通过第二波束形成器权重处理来自声学远场的信号实现)，这样，可有利地应用第一波束形成器权重(提供空间反馈衰减)。
为避免两种类型的定向设置之间的波动，滞后现象可被内置到决策内。在实施例中，对于递增的电平，当L变得大于KP1+ΔL1(其中ΔL1≤(KP2-KP1)) 时，发生从第一到第二波束形成器权重的切换，对于递减的电平，当L变得小于KP2-ΔL2(其中ΔL2≤(KP2-KP1))时，发生从第二到第一波束形成器权重的切换。作为备选，当输入电平在两个拐点之间时KP1<L<KP2，可引入两组波束形成器权重之间的渐变。
频带
上面描述的系统可设计成在分开的频带中工作，意为，例如，空间抗反馈仅在反馈是问题的频带(例如在1kHz到8kHz之间或者在1kHz到4kHz之间) 中活动。另外，上面描述的自适应系统也可在频带中单独地应用，意为，在空间抗反馈转变为外部声场的空间滤波仅在压缩已针对没有空间抗反馈的系统或工作足够降低增益和/或想要外部声场的空间滤波的频带中活动。在实施例中，在给点时间、在给定频带仅应用第一和第二组波束形成器权重之一。在实施例中，在至少一频带应用第一组波束形成器权重，而同时在另一频带应用第二组波束形成器权重。
图5示出了听力装置的例子，其包括用于基于输入信号的所得加权组合 (波束成形信号YBF)的电平控制空间滤波器控制器SCU和听力装置增益单元 HAG的压缩器COMP。除了下述区别之外，图5的听力装置实施例等同于图2A 的实施例。图5的听力装置实施例包括信噪比和电平估计器(分别为SNR和 LD)，用于提供传入信号(在此为空间滤波的(波束成形)信号YBF)的SNR 和电平的估计量。代替分析第一和第二电输入信号(IN1,IN2)(如图2A中)，图5实施例的压缩器COMP接收波束成形信号YBF的电平的当前估计量。进一步地，空间滤波的信号YBF的当前SNR(信号snr)由SNR估计器(SNR)连同由压缩器COMP提供的请求的增益RG及空间滤波的信号YBF的电平的当前估计量IL一起提供给空间滤波器控制器SCU。请求的增益RG由压缩器COMP 基于波束成形信号YBF的输入电平IL确定(如图4中所示，对于给定频带，个别地(不同地))。在此基础上，空间滤波器控制器SCU确定适当的一组波束形成器权重(wip＝w1p,w2p)(如结合图4所讨论的)并使用控制信号Wctr从存储器单元MEM读出该组波束形成器权重。空间滤波器控制器SCU将适当的一组波束形成器权重(wip＝w1p,w2p)应用于空间滤波器BFU。
在图5的实施例中，电平及SNR基于波束成形信号YBF进行估计。一个或两个参数(电平和SNR)可以多种不同的方式估计，例如基于一个或多个电输入信号(IN1,IN2)。
在实施例中，电平和SNR直接从电输入信号(IN1,IN2)估计。这可能有利，因为当波束形成器变化时电平和SNR可能变化。
图6A示出了包括适于位于用户耳道处或耳道中的ITE部分(ITE)的听力装置的实施例。ITE部分例如可构成听力装置，或者其可形成还包括一个或多个便携部分的听力装置的一部分，便携部分例如包括配置成佩戴在耳朵(耳廓) 处或后面的BTE部分并在工作时经声学或电或电磁(如光)连接而连接到ITE 部分。ITE部分可包括壳体(图6A中的壳体(耳模))，其可针对特定用户的容貌(耳朵和/或耳道)进行定制或者可以是计划由一群客户使用的标准件 (“一个尺寸适合所有人”)。
ITE部分包括通风口通道(或者多个通风口通道)，在图6A中由单一贯穿直开口(通风口)标示。通风口通道可采取不同的形状，但其在纵向延伸穿过 ITE部分的壳体的截面中。进一步地，其可被分布在多个分开的通风通道上，一个或多个通风通道可被形成为贯穿开口或者壳体表面中的凹口(与耳道的壁 (皮肤/组织)形成通道)，参见图6A中的皮肤-壳体泄漏通道(其可以是有意或无意的通道)。
听力装置(在此为ITE部分)包括三个输入变换器(在此为传声器M1,M2, M3，提供相应的(例如数字化的)电输入信号(可能被提供为子频带信号))，电连接到向处理器HAG提供空间滤波的(波束成形)信号(例如图5中的YBF) 的空间滤波器和控制器(BF-CNT)，从而根据由声场SENV和传声器拾取的电输入信号反映的声学环境及根据用户需要应用适当的增益，提供处理后的信号(例如图5中的YG)。处理后的信号被馈给输出变换器(在此为扬声器SP)并作为听得见的信号呈现给用户(在此经在耳道中在ITE部分的壳体与耳鼓之间的残余腔中产生空气振动的声场SED)。空间滤波器和控制器(BF-CNT)配置成按本发明提出的将适当的一组波束形成器权重应用于三个电输入信号并提供对应的空间滤波的信号。该组波束形成器权重根据输入电平和/或请求的增益(因而用户的听力情况)(可能)及输入信号的其它性质(如目标信号与噪声的比) 进行选择。
听力装置可包括少于3个或多于3个的输入变换器(例如传声器)。部分传声器可位于听力装置的其它部分中(可能在耳蜗中或者用户耳朵处或周围的别处(例如在适于设置在耳廓处或耳廓后面的BTE部分中))。在实施例中，传声器之一位于ITE部分的表面的面向残余腔和耳鼓的部分上或靠近该部分，例如以测量或监测残余腔中的声场(例如用于主动噪声消除等)。
图6A实施例的三个传声器被示为位于ITE部分的表面的面向环境(以残余腔和耳鼓反向)的部分上或靠近该部分，例如安装在耳模的面板上。在实施例中，至少一传声器沿听力装置的在朝向耳鼓的方向的纵轴定位(以产生朝向耳鼓的传声器轴)。从而有利于声音与外面(环境)和与里面(残余腔)的空间分离，包括来自输出变换器(扬声器SP)的声音的空间滤波。这样的实施例在图6B、6C中示出。
图6B示出了根据本发明的听力装置的实施例，包括位于适于位于用户耳道处或耳道中的ITE部分中的三个传声器。图6B的听力装置实施例包括ITE部分中的三个传声器(M1,M2,M3)。这些传声器中的两个(M1,M2)面向环境，及一个传声器(M3)面向耳鼓(当听力装置安装好处于工作状态时)。该听力装置包括ITE部分或由其构成。ITE部分可包括用于朝向耳道壁提供紧密密封的密封件(参见图6B中的“密封件”)以使面向耳鼓的传声器(M3)与撞击在耳道 (和听力装置)上的环境声音(SITE)声学上“隔离”，参见图6B。在实施例中，验配更开放以使环境声音能到达面向耳鼓的传声器(M3)。听力装置HD可包括与图1A、1B、2A、2B、3、5、6A、7A的实施例同样的功能元件。
图6C示出了根据本发明的包括位于ITE部分中的两个传声器(M1,M2)的听力装置HD如助听器的实施例。ITE部分包括壳体，两个ITE传声器例如在壳体的沿耳道轴的纵向(参见图6C中点线箭头“向内”)位于其中，当听力装置 HD在工作时安装在用户耳朵上或耳朵处时。ITE部分还包括引导件(图6C中的“引导件”)，配置成在听力装置HD安装和使用期间在耳道中引导ITE部分，而不完全阻塞耳道(以避免堵耳，及使(来自声场SITE)的环境声音能到达最靠近耳鼓的传声器(M2))。ITE部分还包括扬声器(朝向耳鼓)，用于将所得的音频信号播放给用户，藉此在残余腔中产生声场。其一部分朝向ITE传声器(M1,M2)和环境泄漏回去。听力装置(例如ITE部分)构成针对用户耳朵定制的部分，例如在形状方面，或者作为备选，具有标准化的形状。听力装置 HD可包括与图1A、1B、2A、2B、3、5、6A、7A、7B的实施例同样的功能元件。
图7A和7B示出了根据本发明的听力装置HD的示例性电话模式。在本申请中，我们目标在于空间上降低本地呈现的波束形成器信号及呈现给电话对话的远端讲话者的波束形成器信号中的反馈。
图7A示出了听力装置HD的实施例包括两个传声器(M1,M2)以提供表示佩戴听力装置的用户环境中的声音的电输入信号IN1,IN2。该听力装置还包括空间滤波器DIR和自我话音DIR，每一空间滤波器基于电输入信号提供空间滤波的信号(分别为ENV和OV)。空间滤波器DIR例如可实施根据本发明的第一反馈消除和/或第二目标保持、噪声消除波束形成器。空间滤波器“自我话音 DIR”为根据本发明的空间滤波器。空间滤波器“自我话音DIR”实施第一反馈消除和/或第二自我话音波束形成器(朝向用户嘴巴)(其启动例如受控于自我话音存在控制信号和/或电话模式控制信号和/或远端讲话者存在控制信号)。在具体电话运行模式下，用户的自我话音由传声器M1,M2拾取并由空间滤波器“自我话音DIR”的自我话音波束形成器进行空间滤波从而提供信号OV，该信号被馈给发射器Tx并进行传输(通过到电话的线缆或无线链路(参见记为“去往电话”的虚线箭头及电话符号))。在具体电话运行模式下，信号 PHIN通过(有线或无线)接收器Rx从电话接收(如电话符号及记为“来自电话”的虚线箭头所示)。当远端讲话者活跃时，信号PHIN包含来自远端讲话者的语音，例如经电话线传输(例如完全或部分无线，但通常至少部分线缆传播)。“远端”电话信号PHIN在组合单元‘+’(在此为求和单元)中与来自空间滤波器DIR的环境信号ENV混合，混合信号OUT被馈给输出变换器SP(如扬声器或者骨导听力装置的振动器)以作为声音呈现给用户。
除了在图7B中标示在电话对话期间在自我话音波束形成器启用期间的反馈通路之外(记为FBFEOV的粗虚线)，图7B与图7A相同。
在自我话音波束形成器(由自我话音DIR单元提供)处，我们没有反馈 (类似封闭形式环路)，但我们可能具有回声问题，其作为由自我话音波束形成器拾取的外部信号的一部分并传回到远端讲话者。这可能是当远端讲话者活跃时的情形(参见图7B中的带圈的数字“1”)，在该情形下，远端讲话者的话音通过听力装置HD的扬声器SP播放(参见带圈的数字“2”)。经反馈通路FB1,FB2(在图7B中共同记为FB)，远端讲话者的话音被传声器(M1,M2) 拾取(参见带圈的数字“3”)。两个电输入信号在自我话音DIR单元中组合 (在正常自我话音运行模式下)为自我话音信号OV(参见带圈的数字“4”)。“自我话音信号”OV可能不包含听力装置用户的话音，因为在远端讲话者活跃时他或她将可能安静。另一方面，“自我话音信号”OV可能包含远端讲话者的话音的某一部分。如果后者情形，远端讲话者的话音在(通过发射器Tx，例如经本地电话和PSTN)传输到“另一端”之后作为不合需要的回声(再次) 最终到达远端讲话者(参见带圈的数字“5”)。在该情形下，将希望在适于消除来自周围的噪声的自我话音波束形成器(当听力装置用户讲话时)与反馈消除波束形成器(当远端用户讲话时)(远端回声由记为FBFEOV的虚粗线及带圈的数字1-5图示)之间渐变。
第一(反馈消除)波束形成器与(自我话音DIR)的第二(自我话音、环境噪声降低)波束形成器之间的切换(渐变)例如可受控于话音检测器，其能够检测听力装置用户的自我话音及指明听力装置是否处于电话运行模式的模式控制信号。如果这样，自我话音DIR单元在(第二)自我话音波束形成器与 (第一)反馈消除波束形成器之间的切换(或渐变)可根据自我话音检测器是否检测到听力装置用户的自我话音进行(假定该用户和远端讲话者(通常)不同时讲话)。在实施例中，听力装置包括连接到接收器Rx的单独的话音检测器以判断来自远端的信号是否包含语音(或者指示远端讲话者的话音活动的任何其它检测器)。该语音检测器则可(作为备选)用于自我话音DIR单元的两个波束形成器之间的切换(在同样的、不同时讲话的假设下)。听力装置可包含自我话音检测器(例如连接到电输入信号(IN1,IN2)之一或者自我话音信号OV) 及检测远端语音的语音检测器(例如连接到接收器Rx或组合单元‘+’，基于输出信号OUT)，并使两个检测器的组合结果控制两个波束形成器之间的切换。
图8示出了自我话音波束形成器的实施例，例如用于图7A、7B中所示的电话模式，使用包括两个传声器的配置实施。图8示出了根据本发明的自我话音波束形成器，示出了可怎样估计自我话音增强后滤波器(OV-PF)增益(图8 中的GOV,1(k)和GOV,2(k))。自我话音增益基于当前噪声估计量确定，其在此由自我话音消除波束形成器(C2(k)，由(随频率而变的，参见频率指数k)复值波束形成器权重(wov_cncl_1(k),wov_cncl_2(k))确定)和另一波束形成器(C1(k)，在此为全向波束形成器，由包含自我话音信号的复值波束形成器权重(wov1(k),wov2(k))确定)的组合提供。在实施例中，自我话音增强波束形成器自适应。当听力装置安装好处于工作状态时，来自用户嘴巴的方向被示意性示出(参见图 8中记为“自我话音”的实线箭头)。对应地，来自外部声源的方向在图8中示意性示出，其示出了(可能自适应的)波束形成器配置，其中后滤波器增益 (PF增益)GOV,1(k)和GOV,2(k)被确定(参见OV-PF模块的输出)并在相应的相乘单元(‘X’)中应用于相应的输入信号X1(k)和X2(k)。所得的信号(分别为GOV,1(k)X1(k)和GOV,2(k)X2(k))在求和单元(‘+’)中相加以提供自我话音估计量 YOV(k)。自我话音估计量(YBF，图7A、7B中的OV)可(例如在自我话音运行模式下，例如当到电话或其它远程装置的连接建立时(例如参见图7A、 7B))经发射器(例如参见图7A、、7B中的Tx)传给远程装置(例如传给电话的远端听者，参见图7A、7B)。在“自我话音模式”下，来自外部声源的噪声可通过该波束形成器降低。
可提供包括第一和第二如上所述的听力装置(如助听器)的双耳听力系统。第一和第二听力装置可配置成使能与另一装置如电话或喇叭扩音器、计算机 (如PC或平板电脑)交换数据如音频数据。自我话音估计可基于来自第一和第二听力装置中的传声器的信号提供。自我话音检测可在两听力装置中提供。最后的自我话音检测判断可基于来自两听力装置的自我话音检测值或者基于来自第一和第二听力装置中的传声器的信号进行。
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。
参考文献
·EP3267697A1(Oticon)10.01.2018

Claims (15)

1.一种听力装置，配置成位于用户的耳朵处或耳朵中，所述听力装置(HD)包括：
-输入单元(IU)，包括用于提供表示用户环境中的声音的相应电输入信号(IN1,IN2)的多个输入变换器(M1,M2)；
-输出单元(OU)，包括用于基于所述电输入信号(IN1,IN2)或其处理后版本提供可由用户感知为声音的刺激的输出变换器(SP)；
-连接到所述输入单元(IU)和所述输出单元(OU)的空间滤波器(BFU)，配置成基于多个电输入信号(IN1,IN2)及可配置的波束形成器权重提供空间滤波的信号(YBF)；及
-空间滤波器控制器(SCU)，配置成将第一和/或第二不同组的波束形成器权重(w1p,w2p)应用于所述多个电输入信号(IN1,IN2)；其中第一组波束形成器权重(w1p)用以提供来自输出变换器的声音的空间滤波，及其中第二组波束形成器权重(w2p)用以提供外部声场(SENV)的空间滤波。
2.根据权利要求1所述的听力装置，包括适于至少部分位于用户耳道中的耳内部分。
3.根据权利要求1或2所述的听力装置，其中第一和第二组波束形成器权重在不同的时间应用。
4.根据权利要求1所述的听力装置，配置成使得第一和/或第二组波束形成器权重自适应确定。
5.根据权利要求1所述的听力装置，配置成使得第一和/或第二组波束形成器权重仅在所选频带中应用。
6.根据权利要求1所述的听力装置，包括用于估计至少一电输入信号的输入电平的至少一电平估计器，其中空间滤波器控制器(SCU)配置成根据估计的输入电平将第一和/或第二不同组的波束形成器权重应用于多个电输入信号。
7.根据权利要求6所述的听力装置，其中空间滤波器控制器(SCU)配置成在至少一电输入信号的输入电平高于输入阈电平时将第二组波束形成器权重应用于所述多个电输入信号。
8.根据权利要求1所述的听力装置，包括提供当前请求的增益的压缩器，其根据A)所涉及电输入信号的电平估计量及B)用户的需要应用于所述电输入信号之一或者应用于所述电输入信号的加权组合，其中空间滤波器控制器(SCU)配置成根据所述当前请求的增益将第一和/或第二不同组的波束形成器权重应用于所述多个电输入信号。
9.根据权利要求8所述的听力装置，其中空间滤波器控制器(SCU)配置成在当前请求的增益高于阈值增益时将第一组波束形成器权重应用于所述多个电输入信号。
10.根据权利要求1所述的听力装置，包括环路增益估计器，用于估计由输入单元与输出单元之间的正向通路及从所述输出单元到所述输入单元的外部反馈通路形成的反馈环路的当前环路量值，及空间滤波器控制器(SCU)配置成根据估计的当前环路量值将第一和/或第二不同组的波束形成器权重应用于所述多个电输入信号。
11.根据权利要求10所述的听力装置，其中空间滤波器控制器(SCU)配置成在当前环路量值低于环路量值阈值时禁用第一组波束形成器权重。
12.根据权利要求1所述的听力装置，其中第一和第二组波束形成器权重配置成保持来自目标方向的声音不被改变。
13.根据权利要求1所述的听力装置，包括配置成提供给定时间点的背景噪声电平的估计量的电平检测器。
14.根据权利要求13所述的听力装置，其中空间滤波器控制器(SCU)配置成在当前背景噪声电平高于噪声阈电平及输入电平高于输入阈电平时将第二组波束形成器权重应用于所述多个电输入信号。
15.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、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。
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