CN111405448A - 助听器装置及通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了助听器装置及通信系统，其中所述助听器装置包括：至少两个环境声音输入装置，用于产生电声音信号；波束形成器系统，配置成从电声音信号取回用户话音信号；无线声音输入装置，用于接收来自通信单元的无线声音信号；输出变换器，配置成刺激用户的听觉；配置成使助听器装置按多种不同运行模式运行的电路，所述电路在运行时连接到无线声音输入装置和输出变换器；发射器单元，配置成将用户话音信号传给所述通信单元；其中无线声音输入装置配置成无线连接到通信单元及从其接收无线声音信号；当助听器装置在电话模式运行时，所述电路配置成结合无线接收的无线声音信号将电声音信号处理为输出信号；及助听器装置配置成佩戴在用户耳朵中或耳朵处。

Description

助听器装置及通信系统
本申请为2014年12月08日申请的、发明创造名称为“用于免提通信的助听器装置”的中国专利申请201410746775.3的分案申请。
技术领域
本发明涉及包括环境声音输入、无线声音输入、输出变换器、专用波束形成器降噪系统、及电路的助听器装置，其中该助听器装置配置成连接到用于接收无线声音信号并传输表示环境声音的声音信号的通信装置。
背景技术
听力装置如助听器可直接连接到其它通信装置如移动电话。助听器通常佩戴在用户耳朵之中或之处(或部分植入在头部中)及通常包括传声器、扬声器(接收器)、放大器、电源和电路。可直接连接到其它通信装置的助听器通常包含收发器单元如蓝牙收发器或其它无线收发器以使助听器与例如移动电话直接连接。当用移动电话进行电话呼叫时，用户将移动电话保持在嘴巴前面以使用移动电话(如智能电话)的传声器，同时来自移动电话的声音被无线传给用户的助听器。
在US 6,001,131中公开了一种降噪方法和系统。紧跟语音的环境噪声被捕获，及样本用作后处理或实时处理模式下语音信号降噪的基础。该方法包括步骤：将输入帧分类为语音或噪声，识别跟随语音的噪声的预选数量的帧，及为降噪目的禁止使用随后的帧。预选数量的帧用于估计先前保存的语音帧的噪声降低。
US 2010/0070266A1公开了包括话音活动检测器(VAD)、存储器和话音活动分析器的系统。话音活动检测器配置成检测通信系统中至少一接收和传输通道上的话音活动。存储器配置成保存来自话音活动检测器的输出。话音活动分析器与存储器通信并配置成基于保存在存储器中的话音活动检测器输出产生包括话音活动持续时间的性能测度。
发明内容
本发明的目标在于提供改进的助听器装置。
该目标由构造成佩戴在用户耳朵之中或之处的助听器装置实现，其包括至少一环境声音输入、无线声音输入、输出变换器、电路、发射器单元、及专用波束形成器降噪系统。至少在听力装置的特定运行模式下，电路在运行时连接到至少一环境声音输入、无线声音输入、输出变换器、发射器单元和专用波束形成器降噪系统。至少一环境声音输入配置成接收声音并产生表示声音的电声音信号。无线声音输入配置成接收无线声音信号。输出变换器配置成刺激助听器装置用户的听觉。发射器单元配置成传输表示声音和/或话音的信号。专用波束形成器降噪系统配置成从电声音信号取回表示用户话音的用户话音信号。无线声音输入配置成无线连接到通信装置及从该通信装置接收无线声音信号。发射器单元配置成无线连接到通信装置及将用户话音信号传给该通信装置。
总的来说，在不提及其它装置的情形下使用时，术语“用户”指“助听器装置的用户”。其它“用户”可能在根据本发明的相应应用场合提及，如与助听器装置的用户电话会话的远端讲话人，即“另一端的人”。
“环境声音输入”在助听器装置中产生“表示声音的电声音信号”，即表示来自助听器用户的环境的声音如噪声、话音(如用户自己的话音和/或其它话音)、音乐等或其混合的信号。
“无线声音输入”在助听器装置中接收“无线声音信号”。“无线声音信号”例如可表示来自音乐播放器的音乐、来自远处传声器的话音(或其它声音)信号、来自电话连接的远端的话音(或其它声音)信号等。
术语“波束形成器降噪系统”指组合或提供(空间)定向和降噪的特征的系统，例如提供波束成形信号(如全向或定向信号)形式的、输入信号的加权组合的多输入(如多传声器)波束形成器形式，其后为用于进一步降低波束成形信号中的噪声的单通道降噪单元，应用于输入信号的权重称为“波束形成器权重”。
优选地，听力装置的至少一环境声音输入包括两个以上环境输入如三个以上。在实施例中，助听器装置的一个或多个环境输入从位置与听力装置分开的相应输入变换器(如有线或无线)接收，例如与听力装置的壳体分开0.05m以上，例如在另一装置中，例如在位于对侧耳朵处的听力装置中或辅助装置中。
表示声音的电声音信号也可变换为例如光信号或其它手段以在处理声音信号期间进行数据传输。用于数据传输的光信号或其它手段例如可使用玻璃纤维在助听器装置中进行传输。在一实施例中，环境声音输入配置成将从环境接收的声学声波变换为光信号或用于数据传输的其它手段。优选地，环境声音输入配置成将从环境接收的声学声波变换为电声音信号。输出变换器优选配置成刺激听力受损用户的听觉及例如可以是扬声器、耳蜗植入物的多电极阵列、或有能力刺激听力受损用户的听觉的任何其它输出变换器(如附着到颅骨上的听力装置振动器)。
本发明的一方面在于，连接到助听器装置如助听器的通信装置如移动电话在使用移动电话进行电话呼叫时可保持在口袋中，无需使用用户的一只或两只手将其保持在用户嘴巴前面从而使用移动电话的传声器。类似地，如果助听器装置和移动电话之间的通信经(辅助)中间装置传导(例如用于从一传输技术到另一传输技术的转换)，中间装置不需要靠近助听器装置用户的嘴巴，因为中间装置的传声器不必用于拾取用户的话音。另一方面在于，专用波束形成器降噪系统使能无明显损失通信质量地使用助听器装置的环境声音输入如传声器。在没有波束形成器降噪系统的情形下，语音信号有噪声，导致通信质量差，因为助听器装置的传声器放在声源如助听器装置用户的嘴巴的远处。
在实施例中，辅助或中间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装置。在实施例中，辅助或中间装置是或包括遥控器，用于控制助听器装置的功能和运行。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助听器装置的功能的APP(助听器装置包括到智能电话的适当无线接口，如基于蓝牙或一些其它标准化或专有方案)。
在实施例中，用户自我话音的声源和环境声音输入(输入变换器如传声器)之间的距离大于5cm，如大于10cm，如大于15cm。在实施例中，用户自我话音的声源和环境声音输入(输入变换器如传声器)之间的距离小于25cm，如小于20cm。
优选地，助听器装置配置成以多种不同的运行模式运行，如通信模式、无线声音接收模式、电话模式、安静环境模式、有噪声环境模式、正常听音模式、用户讲话模式、或另一模式。运行模式优选通过算法控制，其可在助听器装置的电路上运行。另外或作为备选，多种不同的模式可由用户经用户接口进行控制。不同模式优选涉及助听器装置用于处理电声音信号的参数的不同值，例如增大和/或减小增益、应用降噪手段、使用波束形成手段进行空间方向滤波或其它功能。不同模式也可执行其它功能，如连接到外部装置、启用和/或禁用部分或整个助听器装置、控制助听器装置或另外的功能。助听器装置也可配置成同时以两种以上的模式运行，如并行运行两种以上模式。优选地，通信模式导致助听器装置在助听器装置和通信装置之间建立无线连接。在通信模式下运行的助听器装置还可配置成处理从环境接收的声音，例如通过降低电声音信号中的声音的总声音电平、抑制电声音信号中的噪声、或通过其它手段处理电声音信号。在通信模式下运行的助听器装置优选配置成将电声音信号和/或用户话音信号传给通信装置和/或将电声音信号提供给输出变换器以刺激用户的听觉。在通信模式下运行的助听器装置也可配置成禁用发射器单元及以在仍保留用户的危险意识的同时优化通信质量的方式结合无线接收的无线声音信号处理电声音信号，例如通过抑制(或衰减)干扰背景噪声但保留所选声音如警报、警车或消防车声音、人的叫喊、或暗示危险的其它声音。
运行模式优选根据助听器装置的输出自动激活，例如当无线声音信号由无线声音输入接收时、当声音由环境声音输入接收时、或当另一“运行模式触发事件”在助听器装置中发生时。运行模式还优选根据运行模式触发事件而禁用。运行模式也可由助听器装置的用户手动启用和/或禁用(如经用户接口，例如遥控器，例如经智能电话的APP)。
在实施例中，助听器装置包括用于提供输入信号的时频表示的TF转换单元(如形成输入变换器的一部分或在其后插入，例如图1中的输入变换器14、14’)。在实施例中，时频表示包括所涉及信号在特定时间及频率范围的相应复值或实值的阵列或映射。在实施例中，TF转换单元包括滤波器组，用于对(时变)输入信号进行滤波并提供多个(时变)输出信号，每一输出信号包括不同的输入信号频率范围。在实施例中，TF转换单元包括傅里叶变换单元，用于将时变输入信号转换为频域中的(时变)信号。在实施例中，助听器装置考虑的、从最小频率fmin到最大频率fmax的频率范围包括典型的人听频范围20Hz-20kHz的一部分，例如范围20Hz-12kHz的一部分。在实施例中，助听器装置的正向通路和/或分析通路的信号拆分为NI个频带，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，助听器装置适于在NP个不同频道中处理正向通路和/或分析通路的信号(NP≤NI)。频道宽度可均匀或非均匀(例如宽度随频率增加)、重叠或非重叠。
在实施例中，助听器装置包括时频到时域转换单元(如合成滤波器组)，以从多个频带拆分输入信号提供时域输出信号。
在优选实施例中，助听器装置包括话音活动检测单元。话音活动检测单元优选包括自我话音检测器，其配置成检测电声音信号中是否存在用户的话音信号。在实施例中，话音活动检测(VAD)实施为二元指示：存在话音或不存在话音。在备选实施例中，话音活动检测由语音存在概率指示，即0和1之间的数。这有利地使能使用“软决策”而不是二元决策。话音检测可基于所涉及声音信号的全频带表示的分析。作为备选，话音检测可基于声音信号的拆分频带表示(如声音信号的所有或所选频带)的分析。
助听器装置还优选配置成在无线声音输入正接收无线声音信号时激活无线声音接收模式。在实施例中，助听器装置配置成在无线声音输入正接收无线声音信号及话音活动检测单元检测到电声音信号中较高概率(如50％以上或80％以上)或肯定存在用户话音信号时激活无线声音接收模式。可能用户将听所接收的无线声音信号及在无线声音信号中存在话音信号的时间期间将不产生用户话音信号。优选地，在无线声音接收模式下运行的助听器装置配置成使用发射器单元以降低的概率将电声音信号传给通信装置，例如通过增加传输电声音信号和/或用户话音信号需要克服的声音电平阈值和/或信噪比阈值。在无线声音接收模式下运行的助听器装置也可配置成通过电路处理电声音信号，其通过抑制(或衰减)环境声音输入从环境接收的声音和/或通过优化通信质量进行，例如减小来自环境的声音的电平，可能同时仍保留用户的危险意识。无线声音接收模式的使用使能降低计算需求因而降低助听器装置的能耗。优选地，无线声音接收模式仅在无线接收的无线声音信号的声音电平和/或信噪比高于预定阈值时激活。话音活动检测单元可以是电路的单元或可在电路上执行的话音活动检测(VAD)算法。
在一实施例中，专用波束形成器降噪系统包括波束形成器。波束形成器优选配置成通过抑制电声音信号的预定空间方向(如使用视向量)并产生空间声音信号(或波束形成信号)而处理电声音信号。空间声音信号具有改善的信噪比，因为来自不同于目标声源方向(由视向量确定)的其它空间方向的噪声被波束形成器抑制。在一实施例中，助听器装置包括配置成保存数据的存储器，例如适于使得波束形成器抑制来自不同于预定空间方向参数的值确定的空间方向的其它空间方向的声音的预定空间方向参数如视向量、当前声环境的环境内声音输入噪声协方差矩阵、波束形成器权重矢量、目标声音协方差矩阵、或另外的预定空间方向参数。波束形成器优选配置成使用预定空间方向参数的值来调整电声音信号的预定空间方向，在波束形成器处理电声音信号时这些空间方向被波束形成器抑制。
初始的预定空间方向参数优选在波束形成器仿真头模型系统中确定。波束形成器仿真头模型系统优选包括具有仿真目标声源(如位于仿真头的嘴巴处)的仿真头。仿真目标声源的位置优选相对于助听器装置的至少一环境声音输入固定。目标声源的固定位置的位置坐标或对应于目标声源位置的空间方向参数优选保存在存储器中。仿真目标声源优选配置成产生表示预定话音和/或其它培训信号的培训话音信号，例如频谱在优选高于20Hz的最小频率和优选低于20kHz的最大频率之间的白噪声信号，这使能确定仿真目标声源(如位于仿真头的嘴巴处)相对于助听器装置的至少一环境声音输入的空间方向和/或仿真目标声源相对于安装在仿真头上的助听器装置的至少一环境声音输入的位置。
在实施例中，测量/估计从仿真头声源(即嘴巴)到助听器装置的每一环境声音输入(如传声器)的声传递函数。从该传递函数可确定声源方向，但这并非必须。从估计的传递函数及噪声的传声器内协方差矩阵的估计量(下面详述)，能够确定最佳(从最小均方误差(mmse)方面讲)波束形成器权重。波束形成器优选配置成抑制来自除培训话音信号和/或培训信号的空间方向即仿真目标声源的位置之外的所有空间方向的声音信号。波束形成器可以是电路的单元或可在电路上执行的波束形成算法。
存储器优选还配置成保存运行模式和/或可在电路上执行的算法。
在优选实施例中，电路配置成估计来自用至少一环境声音输入接收的声音的干扰背景噪声的噪声功率谱密度(psd)。优选地，电路配置成在话音活动检测单元检测到电声音信号中不存在用户的话音信号时(或者以高概率检测到前述不存在，如≥50％或≥60％，例如基于频带电平)估计来自用至少一环境声音输入接收的声音的干扰背景噪声的噪声功率谱密度。优选地，预定空间方向参数的值根据或通过干扰背景噪声的噪声功率谱密度确定。当不存在话音时，即只有噪声的情形，测量/估计传声器内噪声协方差矩阵。这可看作噪声情形的“指纹”。该测量与视向量/从目标源到传声器的传递函数无关。当将估计的噪声协方差矩阵与预定目标传声器内传递函数(视向量)结合时，可确定多传声器降噪系统的最佳(从mmse方面讲)设置(如波束形成器权重)。
在优选实施例中，波束形成器降噪系统包括单通道降噪单元。单通道降噪单元优选配置成降低电声音信号中的噪声。在实施例中，单通道降噪单元配置成降低空间声音信号中的噪声并提供噪声降低的空间声音信号，在此称为“用户话音信号”。优选地，单通道降噪单元配置成使用表示来自用至少一环境声音输入接收的声音的干扰背景噪声的预定噪声信号降低电声音信号中的噪声。噪声降低例如可通过将预定噪声信号从电声音信号中减去而实现。优选地，预定噪声信号在话音活动检测单元检测到电声音信号中不存在助听器装置用户话音信号(或以低概率检测到用户话音)时由至少一环境声音输入接收的声音确定。在实施例中，单通道降噪单元包括配置成在存在语音期间跟踪噪声功率谱的算法(在该情形下，噪声psd并非“预定”，而是根据噪声环境调整)。优选地，存储器配置成保存预定噪声信号并将它们提供给单通道降噪单元。单通道降噪单元可以是电路的单元或可在电路上执行的单通道降噪算法。
在一实施例中，助听器装置包括配置成在助听器装置和通信装置之间建立无线连接的开关。优选地，该开关适于由用户启动。在一实施例中，开关配置成激活通信模式。优选地，通信模式使得助听器装置在其与通信装置之间建立无线连接。开关也可配置成激活其它模式，如无线声音接收模式、安静环境模式、有噪声环境模式、用户讲话模式或其它模式。
在优选实施例中，助听器装置配置成连接到移动电话。移动电话优选至少包括接收器单元、到公用电话网络的无线接口、及发射器单元。接收器单元优选配置成从助听器装置接收声音信号。到公用电话网络的无线接口优选配置成将声音信号传给作为公用电话网络的一部分的其它电话或装置，如陆地线电话、移动电话、笔记本电脑、平板电脑、个人计算机、或具有到公用电话网络的接口的其它装置。公用电话网络可包括公用电话交换网(PSTN)，包括公用蜂窝网络。移动电话的发射器单元优选配置成将通过到公用电话网络的无线接口接收的无线声音信号经天线传给助听器装置的无线声音输入。移动电话的发射器单元和接收器单元也可以是一个收发器单元，如收发器，例如蓝牙收发器、红外收发器、无线收发器或类似装置。移动电话的发射器单元和接收器单元优选配置成用于本地通信。到公用电话网络的接口优选配置成用于与公用电话网络的基站通信以使能在公用电话网络内通信。
在一实施例中，助听器装置配置成确定用户话音信号的目标声源如用户嘴巴相对于助听器装置的至少一环境声音输入的位置及确定对应于目标声源相对于至少一环境声音输入的位置的空间方向参数。在实施例中，存储器配置成保存位置坐标和空间方向参数的值。存储器可配置成固定目标声源的位置，例如在确定新位置时防止目标声源位置的坐标变化或仅允许有限改变目标声源位置的坐标。在实施例中，存储器配置成固定仿真目标声源的初始位置，其可由用户选择为助听器装置确定的用户话音信号的目标声源的位置的备选。存储器也可配置成每当确定位置时或目标声源相对于至少一环境声音输入的位置的确定由用户手动启动时保存目标声源相对于至少一环境声音输入的位置。预定空间方向参数的值优选对应于目标声源相对于助听器装置的至少一环境声音输入的位置进行确定。助听器装置优选配置成，当确定的目标声源相对于至少一环境声音输入的位置之间的坐标相对偏差相较于助听器装置确定的目标声源相对于至少一环境声音输入的位置不切实际地大时，使用通过使用仿真头模型系统确定的初始预定空间方向参数的值代替对用户话音信号的目标声源确定的预定空间方向参数的值。初始位置和助听器装置确定的位置之间的偏差预期对于所有坐标轴在多达5cm的范围中，优选3cm，最好1cm。坐标系统在此描述目标声源相对于助听器装置的环境声音输入的相对位置。
然而，优选地，助听器配置成保存从目标声源到环境声音输入(传声器)的(相对)声传递函数及预定和新估计的目标声源的滤波器权重或视向量之间的“距离”(如通过数学或统计距离测度给出)。
在助听器装置的优选实施例中，波束形成器配置成将对应于目标声源相对于环境声音输入的位置的空间声音信号提供给话音活动检测单元。话音活动检测单元配置成检测空间声音信号中是否存在用户的话音即用户话音信号(或具有何种概率)和/或检测空间声音信号中出现用户话音的时间点，即用户讲话的时间点(具有高概率)。助听器装置优选配置成根据话音活动检测单元的输出确定运行模式如正常听音模式或用户讲话模式。在正常听音模式下运行的助听器装置优选配置成使用至少一环境声音输入从环境接收声音并将处理后的电声音信号提供给输出变换器以刺激用户的听觉。正常听音模式下的电声音信号优选由电路以优化用户的听音体验的方式处理，例如通过降低噪声及增加电声音信号的信噪比和/或声音电平。在用户讲话模式下运行的助听器装置优选配置成抑制(衰减)用于刺激用户听觉的、助听器装置的电声音信号中的用户话音信号。
在用户讲话模式下运行的助听器装置还可配置成使用自适应波束形成器确定目标声源的位置(声传递函数)。自适应波束形成器优选配置成确定视向量即从声源到每一传声器的(相对)声传递函数，同时助听器装置运行及优选同时空间声音信号中存在话音信号或为主(以高概率存在，如≥70％)。电路优选配置成在检测到用户话音时估计用户话音环境内声音输入(如传声器)协方差矩阵及确定对应于协方差矩阵的主本征值的特征向量。对应于协方差矩阵的主本征值的特征向量为视向量d。视向量取决于用户嘴巴相对于其耳朵(助听器装置位于该处)的相对位置，即目标声源相对于环境声音输入的位置，意味着视向量随用户而变且与声环境无关。因此，视向量表示从目标声源到环境声音输入(每一传声器)的传递函数的估计量。在本说明书中，视向量通常随时间相对恒定，因为用户嘴巴相对于用户耳朵(助听器装置)的位置通常相对固定。只有用户耳朵中的助听器装置的移动可导致用户嘴巴相对于环境声音输入的位置稍微变化。初始的预定空间方向参数在具有仿真头的仿真头模型系统中确定，其对应于一般的男性、女性或人头。因此，初始的预定空间方向参数(传递函数)从一用户到另一用户将仅稍微变化，因为用户的头部通常仅在相当小的范围内不同，例如导致传递函数对应于在目标声源相对于助听器装置的环境声音输入的所有三个位置坐标多达5cm的差异范围的变化，优选3cm，1cm最佳。助听器装置优选配置成在电声音信号是用户话音为主时的时间点确定新的视向量，例如当至少一电声音信号和/或空间声音信号具有高于预定阈值的信噪比和/或用户话音声音电平时。视向量的调节优选在助听器装置运行的同时改善自适应波束形成器。
本发明还涉及使用助听器装置的方法。该方法也可独立于助听器装置执行，例如用于处理来自环境的声音和无线声音信号。该方法包括下述步骤。例如通过使用至少两个环境声音输入(如传声器)接收声音并产生表示声音的电声音信号。非必须地(或在特定通信模式下)，建立例如到通信装置的无线连接。确定是否接收到无线声音信号。如果接收到无线声音信号，启动第一处理方案；如果未接收到无线声音信号，启动第二处理方案。第一处理方案优选包括步骤：使用电声音信号(优选在电声音信号中未检测到助听器装置用户的话音时(或具有低概率))更新用于降噪的表示噪声的噪声信号及使用该噪声信号更新预定空间方向参数的值。第二处理方案优选包括步骤：确定电声音信号是否包括表示如(助听器装置的)用户的话音的信号。优选地，第二处理方案包括步骤：如果电声音信号中不存在用户话音信号(或以低概率检测到)，启动第一处理方案；如果电声音信号包括如用户的话音信号(具有高概率)，启动降噪方案。降噪方案优选包括步骤：使用电声音信号更新预定空间方向参数的值(声传递函数)，例如使用专用波束形成器降噪系统从电声音信号取回表示用户话音的用户话音信号，及非必须地，将用户话音信号例如传给通信装置。表示空间声音的空间声音信号优选使用预定空间方向参数从电声音信号产生，及用户话音信号优选使用噪声信号从空间声音信号产生以降低空间声音信号中的噪声。在上面提及的方法实施例中，考虑了在接收到无线声音信号时环境声音输入未接收到用户话音的情形。也可能第一处理方案仅在无线声音信号克服预定信噪比阈值和/或声音电平阈值时启动。作为备选或另外，第一处理方案可在例如话音活动检测单元在无线声音信号中检测到话音存在时启动。
方法的备选实施例使用助听器装置作为自我话音检测器。该方法也可应用于其它装置以将它们用作自我话音检测器。该方法包括下述步骤。在环境声音输入中从环境接收声音。产生表示来自环境的声音的电声音信号。使用波束形成器处理电声音信号，其根据预定空间方向参数即根据视向量产生空间声音信号。非必需的步骤可以是使用单通道降噪单元降低空间声音信号中的噪声以增加空间声音信号的信噪比，例如通过将预定空间噪声信号从空间声音信号中减去而实现。预定空间噪声信号可通过在空间声音信号中不存在话音信号时即用户未讲话时确定空间声音信号而进行确定。优选地，一个步骤是使用话音活动检测单元检测空间声音信号中是否存在用户话音信号。作为备选，话音活动检测单元也可用于确定用户话音信号是否克服预定信噪比阈值和/或声音信号电平阈值。根据话音活动检测的结果激活运行模式，即在空间声音信号中不存在话音信号时激活正常听音模式及在空间声音信号中存在话音信号时激活用户讲话模式。如果除空间声音信号中的话音信号之外还接收到无线声音信号，该方法优选适于激活通信模式和/或用户讲话模式。
另外，波束形成器可以是自适应波束形成器。该方法的备选实施方式的优选实施例在于将助听器装置培训为自我话音检测器。该方法也可在其它装置上使用以将这些装置培训为自我话音检测器。在该情形下，该方法的备选实施例还包括下述步骤。如果在空间声音信号中存在话音信号，确定用户话音环境内声音输入(如传声器内)协方差矩阵的估计量及对应于协方差矩阵的主本征值的特征向量。该特征向量为视向量。该找到目标协方差矩阵的主特征向量的过程仅看作例子。其它计算更廉价的方法存在，例如简单地使用目标协方差矩阵的一列。之后，视向量与只有噪声的传声器内协方差矩阵的估计量结合从而更新最佳自适应波束形成器的特性。波束形成器可以是在电路上执行的算法或助听器装置中的单元。自适应波束形成器的空间方向在使用本方法时优选连续和/或迭代地改进。
在优选实施例中，这些方法在助听器装置中使用。优选地，这些方法之一的至少部分步骤用于培训助听器装置以用作自我话音检测器。
本发明的另一方面在于本发明可用于培训助听器装置以检测用户的话音，从而使能将本发明用作改进的自我话音检测单元。本发明也可用于设计培训的、用户特有的、及改进的自我话音检测算法，其可在助听器中用于多个不同的目的。该方法检测用户话音并使波束形成器在使用本方法时改进用户话音信号的信噪比。
在助听器装置的一实施例中，电路包括下颌骨运动检测单元。下颌骨运动检测单元优选配置成检测用户的、与用户产生声音和/或话音的下颌骨运动类似的下颌骨运动。优选地，电路配置成仅在下颌骨运动检测单元检测到与用户产生声音的下颌骨运动类似的下颌骨运动时启用发射器单元。作为备选或另外，助听器装置可包括生理学传感器。生理学传感器优选配置成检测骨导传输的话音信号以确定助听器装置的用户是否讲话。
在本说明书中，“助听器装置”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听得见的信号提供给用户的至少一只耳朵而实现。“助听器装置”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。
前述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。
助听器装置可构造成以任何已知的方式进行佩戴，如安排在耳后的单元，具有将辐射的声信号导入耳道的管或具有安排成靠近耳道或位于耳道中的扬声器；整个或部分安排在耳廓和/或耳道中的单元；连到植入颅骨的固定装置的单元、整个或部分植入的单元等。助听器装置可包括单一单元或几个彼此(如光和/或电子)通信的单元。在实施例中，输入变换器(如传声器)和处理的(实质)部分(如波束形成降噪)在助听器装置的分开的单元中进行，在该情形下，助听器装置的不同部分之间的适当带宽的通信链路应可用。
更一般地，助听器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单元。在一些助听器装置中，放大器可构成信号处理电路。在一些助听器装置中，输出单元可包括输出变换器，如提供空传声信号的扬声器或提供结构或液体传播的声信号的振动器。在一些助听器装置中，输出单元可包括一个或多个用于提供电信号的输出电极。
在一些助听器装置中，振动器可适于经皮或由皮将结构传播的声信号传给颅骨。在一些助听器装置中，振动器可植入在中耳和/或内耳中。在一些助听器装置中，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。在一些助听器装置中，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。在一些助听器装置中，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、听觉皮层、和/或大脑皮层的其它部分。
“助听器系统”指包括一个或两个助听器装置的系统，及“双耳助听器系统”指包括两个助听器装置并适于经第一通信链路协同地向用户的两只耳朵提供听得见的信号的系统。助听器系统或双耳助听器系统还可包括“辅助装置”，其经第二通信链路与助听器装置通信并影响和/或受益于助听器装置的功能。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)、广播系统、汽车音频系统或音乐播放器。助听器装置、助听器系统或双耳助听器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。
在实施例中，单独的辅助装置形成助听器装置的一部分，从这一方面来说，处理的部分在辅助装置中进行(如波束形成-降噪)。在该情形下，助听器装置的不同部分之间的适当带宽的通信链路应可用。
在实施例中，助听器装置之间的第一通信链路为感应链路。感应链路例如基于第一和第二助听器装置的相应电感线圈之间的相互感应耦合。在实施例中，用于在第一和第二助听器装置之间建立第一通信链路的频率相当低，例如低于100MHz，例如位于从1MHz到50MHz的范围中，例如低于10MHz。在实施例中，第一通信链路基于标准化或专有技术。在实施例中，第一通信链路基于NFC或RuBee。在实施例中，第一通信链路基于专有协议，如US2005/0255843A1定义的协议。
在实施例中，助听器装置和辅助装置之间的第二通信链路基于辐射场。在实施例中，第二通信链路基于标准化或专有技术。在实施例中，第二通信链路基于蓝牙技术(如蓝牙低能量技术)。在实施例中，第二通信链路的通信协议或标准可配置，例如在蓝牙SIG规格和一个或多个其它标准或专有协议(如蓝牙的修改版，例如修改成包括音频层的蓝牙低能量)之间。在实施例中，助听器装置的第二通信链路的通信协议或标准为蓝牙特别兴趣小组(SIG)规定的典型蓝牙。在实施例中，助听器装置的第二通信链路的通信协议或标准为另一标准或专有协议(如蓝牙的修改版，例如修改成包括音频层的蓝牙低能量)。
附图说明
本发明将从下面参考附图对实施方式进行的详细描述得以更完全地理解，其中：
图1为助听器装置的第一实施例无线连接到移动电话的示意性图示。
图2为助听器装置的第一实施例由用户佩戴并无线连接到移动电话的示意性图示。
图3为助听器装置的第二实施例的一部分的示意性图示。
图4为助听器装置的第一实施例由波束形成器仿真头模型系统中的仿真头佩戴的示意性图示。
图5为使用可连接到通信装置的助听器装置的方法的第一实施例的框图。
图6为使用助听器装置的方法的第二实施例的框图。
附图标记列表
10 助听器装置
12 移动电话
14 传声器
16 电路
18 无线声音输入
19 无线声音信号
20 发射器单元
22 天线
24 扬声器
26 天线
28 发射器单元
30 接收器单元
32 到公用电话网络的接口
34 进入的声音
35 表示声音的电声音信号
36 专用波束形成器降噪系统
38 波束形成器
39 空间声音信号
40 单通道降噪单元
42 话音活动检测单元
44 用户话音信号
46 用户
48 输出声音
50 开关
52 存储器
54 仿真头模型系统
56 仿真头
58 目标声源
60 培训话音信号
具体实施方式
图1示出了助听器装置10无线连接到移动电话12。助听器装置10包括第一传声器14、第二传声器14’、电路16、无线声音输入18、发射器单元20、天线22、及扬声器24。移动电话12包括天线26、发射器单元28、接收器单元30、及到公用电话网络的接口32。助听器装置10可运行几种运行模式，如通信模式、无线声音接收模式、安静环境模式、有噪声环境模式、正常听音模式、用户讲话模式或另一模式。助听器装置10也可包括另外的在助听器装置中常见的处理单元，如用于按频带划分电声音信号的滤谱器组，例如分析滤波器组、放大器、模数转换器、数模转换器、合成滤波器组、电声音信号组合单元或助听器装置中使用的其它常见处理单元(如反馈估计/降低单元，未示出)。
进入的声音34由助听器装置10的传声器14和14’接收。传声器14和14’产生表示进入的声音34的电声音信号35。电声音信号35可由滤谱器组(未示出)按频带划分(在该情形下，频带拆分信号的随后分析和/或处理对每一(或所选)子频带执行。例如，VAD决策可以是局部每频带决策)。电声音信号35提供给电路16。电路16包括专用波束形成器降噪系统36，其包括波束形成器38和单通道降噪单元40，及其连接到话音活动检测单元42。电声音信号35在电路16中进行处理，如果至少一电声音信号35中存在用户46的话音(参见图2)，则产生用户话音信号44(或者根据预定方案，如果作用于频带拆分信号，例如如果在分析的频带的大部分中检测到用户话音)。当处于通信模式时，用户话音信号44提供给发射器单元20，其使用天线22无线连接到移动电话12的天线26并将用户话音信号44传给移动电话12。移动电话12的接收器单元28接收用户话音信号44并将其提供给到公用电话网络的接口32，该接口连接到作为公用电话网络的一部分的另一通信装置如公用电话网络的基站、另一移动电话、电话、个人计算机、平板电脑或任何其它装置。助听器装置10也可配置成在电声音信号35中不存在用户46的话音时传输电声音信号35，如传输音乐或其它非语音声音(例如在环境监视模式下，助听器装置拾取的当前环境声音信号传给另一装置如移动电话12和/或经公用电话网络传给另一装置)。
电路16中电声音信号35的处理按如下进行。电声音信号35首先在话音活动检测单元42中进行分析，其另外连接到无线声音输入18。如果无线声音输入18接收到无线声音信号19，激活通信模式。在通信模式下，话音活动检测单元42配置成检测电声音信号35中不存在话音信号。在通信模式的该实施例中，假定接收无线声音信号19对应于用户46在通信期间听。话音活动检测单元42也可配置成，如果无线声音输入18接收无线声音信号19，检测电声音信号35中较高概率地不存在话音信号。接收无线声音信号19在此意味着，接收到无线声音信号19，其具有高于预定阈值的信噪比和/或声音电平。如果无线声音输入18未接收到无线声音信号19，话音活动检测单元42检测电声音信号35中是否存在话音信号。如果话音活动检测单元42在电声音信号35中检测到用户46的话音信号(参见图2)，可并行于通信模式激活用户讲话模式。话音检测根据本领域已知的方法进行，例如使用检测电声音信号35中是否存在谐波结构和同步能量的手段，其表明话音信号，因为元音具有由基音和在高于基音的频率同步出现的多个谐波组成的独特特性。话音活动检测单元42可配置成特别检测用户话音即自我话音或用户话音信号，例如通过与助听器装置10的用户46接收的培训话音样式比较。
话音活动检测单元(VAD)42还可配置成仅在检测到的话音的信噪比和/或声音电平高于预定阈值时检测话音信号。在通信模式下运行的话音活动检测单元42也可配置成连续检测电声音信号35中是否存在话音信号，独立于无线声音输入18接收无线声音信号19。
如果在至少一电声音信号35中存在话音信号，即在用户讲话模式下，话音活动检测单元(VAD)42向波束形成器38指明(图3中从VAD 42到波束形成器38的虚线箭头)。波束形成器38根据预定空间方向参数即视向量抑制空间方向并产生空间声音信号39(参见图3)。
空间声音信号39提供给单通道降噪单元40。单通道降噪单元40使用预定噪声信号降低空间声音信号39中的噪声，例如通过从空间声音信号39减去预定噪声信号。预定噪声信号例如为电声音信号35、空间声音信号39、或其先前时间段的处理后的组合，其中相应声音信号中不存在话音信号。单通道降噪单元40产生用户话音信号44，其之后提供给发射器单元20(参见图1)。因此，用户46(参见图2)可使用助听器装置10的传声器14和14’经移动电话12与另一移动电话的另一用户通信。
在其它模式下，助听器装置10例如可用作普通助听器，如处于正常听音模式，其中例如听音质量被优化(参见图1)。处于正常听音模式的助听器装置10通过传声器14和14’接收进入的声音34，其产生电声音信号35。电声音信号35在电路16中进行处理，例如通过放大、降噪、空间定向选择、声源定位、增益减小/增强、频率滤波、和/或其它处理操作。输出声音信号从处理后的电声音信号产生，其提供给产生输出声音48的扬声器24。代替扬声器24，助听器装置10也可包括另一形式的输出变换器，如骨锚式助听器装置的振动器或配置成刺激用户46的听觉的耳蜗植入助听器装置的电极。
助听器装置10还包括开关50以选择和控制运行模式及包括存储器52以保存数据如运行模式、算法及其它参数如空间方向参数(参见图1)。开关50例如可经用户接口进行控制，如按钮、触敏显示器、连接到用户大脑功能的植入物、话音交互作用接口或用于启用和/或禁用开关50的其它类型的接口(如遥控器，例如经智能电话的显示器实施)。开关50例如可通过用户讲的码字、用户眼睛的眨眼顺序或通过点击启用开关50的按钮而启用和/或禁用。
如上所述的算法估计助听器装置的用户(佩戴者)的、由(一个或多个)所选传声器拾取的纯净话音信号。然而，对于远端听者，语音信号如果在讲话者(在此为听力装置的用户)的嘴巴前面拾取，其听起来更自然。当然，这并非完全可能的，因为没有定位在那里的传声器，但实际上可对算法的输出进行补偿以模拟其在嘴巴前面拾取时听起来的情形。这可简单地通过将算法输出传过时不变线性滤波器、模拟从传声器到嘴巴的传递函数而实现。该线性滤波器可以与迄今为止已做的完全类似的方式从仿真头找到。因此，在实施例中，助听器装置包括当前算法(波束形成器、单通道降噪单元38、40)的输出和发射器单元20之间的(非必需的)后处理模块(M2Mc，传声器-嘴巴补偿)，参见图3中的虚线框单元M2M。
图2示出了图1中的无线连接到移动电话12的助听器装置10在处于通信模式时佩戴在用户46的耳朵处。助听器装置10配置成将用户话音信号44传给移动电话12及从移动电话12接收无线声音信号19。这使用户46能使用助听器装置10进行免提通信，同时移动电话12在使用时可留在口袋中并无线连接到助听器装置10。也可能使移动电话12与例如用户46的左和右耳(未示出)上的两个助听器装置10无线连接(如构成双耳助听器系统)。在双耳助听器系统情形下，两个助听器装置10优选还彼此无线连接(如通过感应链路或基于辐射场(RF)的链路，例如符合蓝牙规格或等价规格)以交换数据和声音信号。双耳助听器系统优选具有至少四个传声器，每一助听器装置10上各两个传声器。
在下面，讨论示例性通信情形。电话呼叫到达用户46。电话呼叫由用户46接受，例如通过启动助听器装置10处的开关50(或经另一用户接口，如遥控器，例如实施在用户的移动电话中)。助听器装置10激活通信模式并无线连接到移动电话12。无线声音信号19使用移动电话12的发射器单元28和助听器装置10的无线声音输入18从移动电话12无线传给助听器装置10。无线声音信号19提供给助听器装置10的扬声器24，其产生输出声音48(参见图1)以刺激用户46的听觉。用户46通过讲话进行响应。用户话音信号由助听器装置10的传声器14和14’拾取。由于用户46的嘴巴即目标声源58(参见图4)到传声器14和14’的距离，另外的背景噪声也被传声器14和14’拾取，从而导致有噪声的声音信号到达传声器14和14’。传声器14和14’从到达传声器14和14’的有噪声的声音信号产生有噪声的电声音信号35。不进行另外的处理即使用移动电话12将有噪声的电声音信号35传给另一用户通常因噪声而将导致差的会话质量，因而处理在大多数情况下是必要的。有噪声的电声音信号35通过使用专用自我话音波束形成器38(参见图1、3)从该电声音信号35取回用户话音信号即自我话音而进行处理。波束形成器38的输出即空间声音信号39在单通道降噪单元40中进一步处理。所得的噪声降低的电声音信号35即用户话音信号44，其理想地主要由自我话音组成，传给移动电话12及从移动电话12如经(公用)交换(电话和/或数据)网络传给使用另一移动电话的另一用户。
话音活动检测(VAD)算法或话音活动检测(VAD)单元42使能调整用户话音即自我话音取回系统。在该特定情形下，VAD 42任务相当简单，因为用户话音信号44在无线声音信号19(具有一定信号含量)由无线声音输入18接收时可能不存在。当无线声音输入18接收无线声音信号19的同时VAD 42在电声音信号35中未检测到用户话音时，单通道降噪单元40中使用的用于降低电声音信号35中的噪声的噪声功率谱密度(PSD)被更新(因为假定用户安静(在听远处的讲话者讲话时)，因此助听器装置的传声器拾取的环境声音可被视为噪声(在目前情形下))。波束形成算法或波束形成器单元38中的视向量也可被更新。当VAD 42检测到用户话音时，波束形成器空间方向即视向量(可)被更新。这使波束形成器38能补偿助听器用户的头部特性与标准仿真头56(参见图4)的差异(偏差)及补偿耳朵上的助听器装置10的精确安装日复一日的变化。波束形成器设计存在且为本领域技术人员众所周知，从它们目标在于取回自我话音目标声音信号即用户话音信号44的方面、最小均方的方面或独立于传声器几何结构的最小方差无失真响应方面讲，其与精确的传声器位置无关，例如参见[Kjems&Jensen；2012[(U.Kjems and J.Jensen,“Maximum Likelihood Based NoiseCovariance Matrix Estimation for Multi-Microphone Speech Enhancement,”Proc.Eusipco 2012,pp.295-299)。
图3示出了助听器装置10’的一部分的第二实施例。助听器装置10’具有两个传声器14和14’、话音活动检测单元(VAD)42、和包括波束形成器38及单通道降噪单元40的专用波束形成器降噪系统36。
传声器14和14’接收进入的声音34并产生电声音信号35。助听器装置10’具有一个以上信号传输通路以处理传声器14和14’接收的电声音信号35。第一传输通路将传声器14和14’接收的电声音信号35提供给话音活动检测单元42，对应于图1中所示的运行模式。
第二传输通路将传声器14和14’接收的电声音信号35提供给波束形成器38。波束形成器38使用预定空间方向参数即视向量抑制电声音信号35中的空间方向以产生空间声音信号39。空间声音信号39提供给话音活动检测单元42和单通道降噪单元40。话音活动检测单元42确定空间声音信号39中是否存在话音信号。如果空间声音信号39中存在话音信号，话音活动检测单元42将检测到话音的信号传给单通道降噪单元40；如果空间声音信号39中不存在话音信号，话音活动检测单元42将未检测到话音的信号传给单通道降噪单元40(参见图3中从VAD 42到单通道降噪单元40的虚线箭头)。当单通道降噪单元40从话音活动检测单元42接收到检测到话音的信号时产生用户话音信号44，其通过从接收自波束形成器38的空间声音信号39减去预定噪声信号实现；或者当单通道降噪单元接收到未检测到话音的信号时产生对应于空间声音信号39的(自适应更新的)噪声信号。预定噪声信号例如对应于无话音信号的空间声音信号39，其在早先的时间间隔期间接收。用户话音信号44可提供给发射器单元20从而传给移动电话12(未示出)。如结合图1所述，助听器装置可包括提供传声器-嘴巴补偿的(非必需的)后处理模块(M2Mc，虚线轮廓)，例如使用时不变线性滤波器，模拟从(假想居中及正面定位的)传声器到嘴巴的传递函数。
在正常听音模式下，传声器14和14’拾取的环境声音可由波束形成器和降噪系统处理(但使用其它参数，如另一视向量(不瞄准用户嘴巴)，如根据用户/助听器装置周围的当前声场自适应确定的视向量)，及在经输出变换器(如图1中的扬声器24)呈现给用户之前在信号处理单元(电路16)中进一步处理。
在下面，更详细地描述包括波束形成器38和单通道降噪单元40的专用波束形成器降噪系统36。波束形成器38、单通道降噪单元40和话音活动检测单元42在下面被视为保存在存储器52中并在电路16上执行的算法(参见图1)。存储器52还配置成保存下面使用和描述的参数，如适于使波束形成器38抑制来自不同于预定空间方向参数的值确定的空间方向的其它空间方向的声音的预定空间方向参数(传递函数)如视向量、当前声环境的环境内声音输入噪声协方差矩阵、波束形成器权重向量、目标声音协方差矩阵、或另外的预定空间方向参数。
波束形成器38例如可以是广义旁瓣相消器(GSC)、最小方差无失真响应(MVDR)波束形成器38、固定视向量波束形成器38、动态视向量波束形成器38、或本领域技术人员已知的任何其它波束形成器类型。
所谓的最小方差无失真响应(MVDR)波束形成器38，例如参见[Kjems&Jensen；2012]or[Haykin；1996](S.Haykin,“Adaptive Filter Theory,”Third Edition,PrenticeHall International Inc.,1996)，大致可通过下面的MVDR波束形成器权重向量WH进行描述：
Figure BDA0002386724530000231
其中
Figure BDA0002386724530000232
为当前声环境的传声器内噪声协方差矩阵(的估计量)，
Figure BDA0002386724530000233
为估计的视向量(表示给定位置的目标声源的传声器内传递函数)，k为频率指数，及iref为参考传声器的指数(*指复共轭，及H指厄米变换)。可以看出，该波束形成器38使其输出即空间声音信号39中的噪声功率最小化，在目标声音分量即用户46的话音不变的情形下，例如参见[Haykin；1996]。视向量d表示对应于来自目标声源58如用户46的嘴巴(参见图4，其中“用户”46为仿真头56)的房间脉冲响应的直接部分即前20ms的传递函数与M个传声器中的每一传声器的比，如助听器装置10的位于用户46的耳朵处的两个传声器14和14’。视向量被归一化从而dHd＝1，及计算为对应于协方差矩阵
Figure BDA0002386724530000234
即传声器内目标声音信号协方差矩阵的最大特征值的特征向量(s指传声器信号s)。
波束形成器38的第二实施例为固定视向量波束形成器38。从用户嘴巴即目标声源58到助听器装置10的传声器14和14’的固定视向量波束形成器38例如可通过确定固定视向量d＝d0(如使用人造仿真头56(参见图4)，例如来自Brüel&
Figure BDA0002386724530000241
Sound&VibrationMeasurement A/S的头部和躯干模拟器(HATS)4128C)及连同动态确定的当前声环境的传声器内噪声协方差矩阵
Figure BDA0002386724530000242
一起(从而考虑动态变化的声环境(不同(噪声)源、(噪声)源随时间的不同位置))使用前述固定视向量d0(定义目标声源58到传声器14,14’结构，其从一用户46到另一用户均相当同一)而进行实施。校准声音即培训话音信号60或培训信号(参见图4)，优选包括所有有关频率，如具有如高于20Hz的最小频率和如低于20kHz的最大频率之间的频谱的白噪声信号，从仿真头56的目标声源58发出(参见图4)，及信号sm(n,k)(n为时间指数及k为频率指数)由助听器装置10’的位于仿真头56的耳朵之处或之中的传声器14和14’拾取(m＝1,...,M，在此如M＝2个传声器)。所得的传声器内协方差矩阵
Figure BDA0002386724530000248
基于培训信号针对每一频率k进行估计：
Figure BDA0002386724530000243
其中s(n,k)＝[s(n,k,1)s(n,k,2)]T和s(n,k,m)为分析滤波器组对于传声器m在时间帧n及频率指数k时的输出。对于真实点声源，撞击在传声器14和14’或传声器阵列上的信号将为s(n,k)＝s(n,k)d(k)的形式，使得(假定信号s(n,k)为静态信号)理论目标协方差矩阵RSS(k)＝E[s(n,k)sH(n,k)]将为下述形式：
RSS(k)＝φSS(k)d(k)dH(k),
其中φSS(k)为在参考传声器14处观察到的、目标声音信号的功率谱密度，即来自目标声源58的、用户46的话音，即用户话音信号44。因此，RSS(k)的对应于非零特征值的特征向量正比于d(k)。因此，视向量估计量
Figure BDA0002386724530000244
如目标声源58相对于传声器14即嘴巴相对于耳朵的传递函数
Figure BDA0002386724530000245
定义为对应于估计的目标协方差矩阵
Figure BDA0002386724530000246
的最大特征值的特征向量。在实施例中，视向量归一化为单位长度，即：
Figure BDA0002386724530000247
使得||d||2＝1。视向量估计量
Figure BDA0002386724530000251
因而编码目标声源58的物理方向和距离，因此其也称为看向。固定的预定视向量估计量
Figure BDA0002386724530000252
现在可与传声器内噪声协方差矩阵的估计量
Figure BDA0002386724530000253
结合以找到MVDR波束形成器权重(见上面)。
在第三实施例中，视向量可由动态视向量波束形成器38动态确定和更新。为考虑用户46的不同于仿真头56的物理特性如头形、头部对称或用户46的其它物理特性，这是合乎需要的。代替使用通过使用人造仿真头56如HATS(参见图4)确定的固定视向量d0，上述确定固定视向量的过程可在存在用户自我话音即用户话音信号的时间段期间使用(代替培训话音信号60)从而针对用户头部和实际的嘴巴-助听器装置传声器14,14’布置动态确定视向量d。为确定这些自我话音为主的时频区，话音活动检测(VAD)算法42可对自我话音波束形成器38的输出即空间声音信号39运行，目标语音传声器内协方差矩阵基于波束形成器38产生的空间声音信号39进行估计(见上面)。最后，动态视向量可确定为对应于主本征值的特征向量。由于该过程涉及基于有噪声信号区的VAD决策，可能出现一些分类误差。为避免这些影响算法性能，估计的视向量可与HATS上估计的预定视向量和/或预定空间方向参数比较。如果视向量明显不同，即如果它们的差并非物理上似真，优选使用预定视向量代替针对用户46确定的视向量。显然，可以预见视向量选择机制的许多变化，如使用预定固定视向量和动态估计的视向量的线性组合或其它组合。
波束形成器38提供增强的目标声音信号(在此聚焦于用户自我话音)，包括纯净目标声音信号即用户话音信号44(如由于MVDR波束形成器38的无失真性质)及波束形成器38不能完全抑制的附加残余噪声。该残余噪声可在单通道后滤波步骤中使用单通道降噪单元40或在电路16上执行的单通道降噪算法进一步抑制。大多数单通道降噪算法抑制目标声音信号与残余噪声的比(SNR)低的时频区，而留下高SNR区不变，因此需要该SNR的估计量。进入单通道降噪单元40的噪声的功率谱密度(PSD)
Figure BDA0002386724530000254
可表达为：
Figure BDA0002386724530000255
给定该噪声PSD估计量，目标声音信号即用户话音信号44的PSD可估计为：
Figure BDA0002386724530000261
Figure BDA0002386724530000262
和
Figure BDA0002386724530000263
的比形成SNR在特定时频点的估计量。该SNR估计量可用于找到单通道降噪单元40如维纳滤波器的增益、mmse-stsa最佳增益等，例如参见P.C.Loizou,“Speech Enhancement:Theory and Practice,”Second Edition,CRC Press,2013及其中引用的文献。
所述自我话音波束形成器估计传声器之一观察到的纯净自我话音信号。这听起来稍微奇怪，远端听者可能对HA用户的嘴巴处测得的话音信号更感兴趣。显然，没有传声器位于嘴巴处，但由于从嘴巴到传声器的声传递函数大约静态，可能进行补偿(将当前输出信号传过线性时不变滤波器)，其模仿从传声器到嘴巴的传递函数。
图4示出了具有安装在仿真头56上的两个助听器装置10的波束形成器仿真头模型系统54。助听器装置10安装在仿真头56的侧面对应于用户耳朵的位置。仿真头56具有产生培训话音信号60和/或培训信号的仿真目标声源58。仿真目标声源58位于对应于用户嘴巴的位置处。培训话音信号60由传声器14和14’接收并可用于确定目标声源58相对于传声器14和14’的位置。每一助听器装置10中的自适应波束形成器38(现在参考图4：需要(至少)两个传声器14和14’以能够在双耳助听器系统的每一助听器装置中具有一波束形成器或作为备选一传声器(双耳波束形成器))配置成在助听器装置10运行的同时及空间声音信号39中存在培训话音信号60的同时确定视向量(即从声源到传声器的(相对)声传递函数)。电路16在检测到培训话音信号60时估计培训话音传声器内协方差矩阵并确定对应于协方差矩阵的主本征值的特征向量。对应于协方差矩阵的主本征值的特征向量为视向量d(特征向量为单向)。视向量取决于仿真目标声源58相对于传声器14和14’的相对位置。因此，视向量表示从仿真目标声源58到传声器14和14’的传递函数的估计量。仿真头56选择成对应于一般人头，考虑女性和男性头。视向量也可以是通过使用对应于一般女性或男性(或儿童)头的相应女性和/或男性(或儿童特有)仿真头56特别确定的性别。
图5示出了使用连接到通信装置如移动电话12的助听器装置10或10’的方法的第一实施例。该方法包括步骤：
100：接收声音34并产生表示声音34的电声音信号35。
110：确定是否接收到无线声音信号19。
120：如果接收到无线声音信号19，则启动第一处理方案130；及如果未接收到无线声音信号19，则启动第二处理方案160。
第一处理方案130包括步骤140和150。
140：使用电声音信号35更新表示用于降噪的噪声的噪声信号。
150：使用噪声信号更新预定空间方向参数的值。
(在实施例中，步骤140和150结合以更新传声器内仅噪声的协方差矩阵)。
第二处理方案160包括步骤170。
170：确定电声音信号35是否包括表示话音的话音信号，如果电声音信号35中不存在话音信号则启动第一处理方案130，如果电声音信号35包括话音信号则启动降噪方案180。
降噪方案180包括步骤190和200。
190：使用电声音信号35更新预定空间方向参数的值(如果近端语音为主，更新自我话音传声器内协方差矩阵的估计量，然后找到主特征向量＝从声源到传声器的(相对)传递函数)。
200：从电声音信号35取回表示用户话音的用户话音信号44。优选地，表示空间声音的空间声音信号39使用预定空间方向参数从电声音信号35产生，及用户话音信号44使用噪声信号从空间声音信号39产生以降低空间声音信号39中的噪声。
非必须地，用户话音信号可传给无线连接到助听器装置10的通信装置如移动电话12。该方法可通过在步骤150或步骤200之后再次开始步骤100而连续执行。
图6示出了使用助听器装置10的方法的第二实施例。图6中所示的方法将助听器装置10用作自我话音检测器。图6中的方法包括下述步骤。
210：在传声器14和14’中从环境接收声音34。
220：产生表示来自环境的声音34的电声音信号35。
230：使用波束形成器38处理电声音信号35，其产生对应于预定空间方向参数即对应于视向量d的空间声音信号39。
240：非必需的步骤(图6中的虚线框)可以是使用单通道降噪单元40降低空间声音信号39中的噪声以增加空间声音信号39的信噪比，例如通过从空间声音信号39中减去预定空间噪声信号而实现。预定空间噪声信号可通过在空间声音信号39中不存在话音信号时即用户46未讲话时确定空间声音信号39而进行确定。
250：使用话音活动检测单元42检测空间声音信号39中是否存在用户46的用户话音信号44。作为备选，话音活动检测单元42也可用于确定用户话音信号44是否克服信噪比阈值和/或声音信号电平阈值。
260：根据话音活动检测单元42的输出激活运行模式，即在空间声音信号39中不存在话音信号时激活正常听音模式及在空间声音信号39中存在话音信号时激活用户讲话模式。如果除空间声音信号39中的话音信号之外还接收到无线声音信号19，该方法优选适于激活通信模式和/或用户讲话模式。
另外，波束形成器38可以是自适应波束形成器38。在该情形下，该方法用于将助听器装置10培训为自我话音检测器，及该方法还包括下述步骤。
270：如果在空间声音信号39中存在话音信号，确定用户话音环境内声音输入协方差矩阵的估计量及对应于协方差矩阵的主本征值的特征向量。该特征向量为视向量。之后，视向量应用于自适应波束形成器38以改善自适应波束形成器38的空间方向。自适应波束形成器38用于确定新的空间声音信号39。在该实施例中，声音34被连续获得。电声音信号35可被采样或作为连续电声音信号35提供给波束形成器38。
波束形成器38可以是在电路16上执行的算法或助听器装置10中的单元。该方法也可独立于助听器装置10在任何其它适当装置上执行。该方法可通过在执行步骤270之后在步骤210再次开始而迭代地执行。
在上面的例子中，助听器装置与移动电话直接通信。其中助听器装置经中间装置与移动电话通信的其它实施方式也在本发明的范围内。用户益处在于，目前移动电话或中间装置必须拿在手中或佩戴在颈部周围的绳中使得其传声器刚好在嘴巴下方，而使用本发明，移动电话和/或中间装置可被衣服覆盖或放在口袋中。这很方便且具有用户不需要闪现他佩戴助听器装置的好处。
在上面的例子中，(来自传声器和无线接收器的)输入声音信号的处理(电路16)通常假定位于助听器装置中。在足够可用带宽用于“来回”传输音频信号的情形下，前述处理(包括波束形成和降噪)可位于外部装置中，如中间装置或移动电话装置。从而可节约助听器装置中的功率和空间，这些参数在目前技术水平的助听器装置中通常均受限。

Claims (14)

1.一种助听器装置，包括：
至少两个环境声音输入装置，每一环境声音输入装置用于接收声音并产生表示声音的电声音信号；
波束形成器系统，配置成从电声音信号取回表示用户话音的用户话音信号；
无线声音输入装置，用于接收来自通信单元的无线声音信号；
输出变换器，配置成刺激用户的听觉；
配置成使助听器装置按多种不同运行模式运行的电路，所述电路在运行时连接到所述无线声音输入装置和所述输出变换器；
发射器单元，配置成传输表示声音和/或话音的信号；所述发射器单元配置成无线连接到所述通信单元并将所述用户话音信号传给所述通信单元；其中
所述无线声音输入装置配置成无线连接到通信单元及从所述通信单元接收无线声音信号；
当所述助听器装置在电话模式运行时，所述电路配置成结合无线接收的无线声音信号将所述电声音信号处理为输出信号；及
所述助听器装置配置成佩戴在用户耳朵中或耳朵处。
2.根据权利要求1所述的助听器装置，其中所述助听器装置包括配置成检测所述电声音信号中是否存在用户的话音信号的话音活动检测单元。
3.根据权利要求2所述的助听器装置，其中所述助听器装置配置成在所述无线声音输入装置正接收无线声音信号时启动无线声音接收模式。
4.根据权利要求1所述的助听器装置，其中所述波束形成器系统配置成通过抑制所述电声音信号的预定空间方向而处理所述电声音信号，产生空间声音信号。
5.根据权利要求4所述的助听器装置，其中所述助听器装置包括配置成保存数据的存储器，其中所述波束形成器系统配置成使用所述存储器中保存的表示声传递函数的预定空间方向参数的值抑制所述电声音信号的预定空间方向。
6.根据权利要求2所述的助听器装置，其中所述电路配置成在所述话音活动检测单元检测到所述电声音信号中不存在用户话音信号时估计来自用至少一环境声音输入装置接收的声音的干扰背景噪声的噪声功率谱密度。
7.根据权利要求6所述的助听器装置，其中预定空间方向参数的值根据干扰背景噪声的噪声功率谱密度确定。
8.根据权利要求2所述的助听器装置，配置成在所述话音活动检测单元检测到所述电声音信号中存在用户话音信号时更新所述波束形成器系统的空间方向参数，称为视向量。
9.根据权利要求1所述的助听器装置，其中所述波束形成器系统包括单通道降噪单元，及其中所述单通道降噪单元配置成降低所述电声音信号中的噪声。
10.根据权利要求9所述的助听器装置，其中所述单通道降噪单元配置成使用表示用所述至少一环境声音输入装置接收的声音的干扰背景噪声的预定噪声信号消除所述电声音信号中的噪声。
11.根据权利要求10所述的助听器装置，其中在所述话音活动检测单元检测到所述声音信号中不存在用户话音信号时，用于消除所述电声音信号中的噪声的预定噪声信号通过至少一环境声音输入装置接收的声音确定。
12.根据权利要求1所述的助听器装置，包括配置成在助听器装置和通信单元之间建立无线连接的可控开关，及其中所述开关适于由用户启动。
13.一种通信系统，包括根据权利要求1所述的助听器装置，及包括被配置为遥控器以控制所述助听器装置的功能的通信单元。
14.根据权利要求13所述的通信系统，其中所述通信单元为移动电话，其中遥控功能实施为移动电话中的应用，所述助听器装置包括到所述移动电话的、基于蓝牙或其它标准化或专用方案的无线接口。
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