CN113099370A - 一种新型智能助听器系统以及多场景使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及助听器设计与应用领域，尤其涉及一种新型智能助听器系统以及多场景使用方法。通过助听器和智能辅助设备的配合使用，使助听器具备了立体式多麦克风阵列系统，该系统既包含智能辅助硬件上的麦克风系统，又包含助听器本身的麦克风系统，不仅能实现麦克风方向自动调节，还能进行声源定位，有效抑制噪音，增强人声。其中该麦克风阵列系统可以是定向型麦克风，也可以是全向型麦克风，通过不同的组合方式，可以应对多种场合的使用，使助听器有更好的聆听效果，更加智能化。同时辅助设备方便调节助听器的音量、模式，很好的解决了助听器尺寸小，操作不便的问题。

Description

一种新型智能助听器系统以及多场景使用方法

技术领域

本发明涉及助听器设计与应用领域，尤其涉及一种新型智能助听器系统以及多场景使用方法。

背景技术

助听器是可以帮助听力损失患者改善听力、提高语言交往能力的一种扩音装置。随着近年来微电子技术不断发展以及人们对外观的要求，助听器逐渐向小型化及微型化发展。由于外形尺寸的不断减小，实体按键也越来越小甚至被取消，不便于老年人对按键的操作，此时迫切需要一种辅助设备来对助听器进行辅助操作。

助听器的小型化包括耳背式、耳道式以及耳内式，由于尺寸及佩戴方式的限制，这些助听器无法配置多个麦克风，例如耳道式助听器通常只能安装一个麦克风，耳背式助听器虽然可在前向与后向各安装一个麦克风，但对于街道、餐馆等嘈杂环境的使用体验仍然较差。这是因为在噪声环境中，听损患者与正常人相比需要更多的信噪比才能获得必要的言语可懂度。目前公认提高言语清晰度的方法之一是通过方向性技术提高信噪比。

方向性技术依赖于麦克风的配置，即从单一的麦克风降噪到多麦克风协同处理，达到降噪和提高言语分辨率的目的。在面对较大的噪声源时，对于单一麦克风系统，只能通过调整头部的角度来改善语音的信噪比。而多个麦克风组成阵列具备自适应方向性，能利用多个麦克风接收到声波的相位之间的差异对声波进行过滤，最大限度将环境背景噪音清除掉，只保留需要的声波，极大地改善语音信号的信噪比，提高助听器佩戴者的使用体验。

发明内容

发明的目的：为了提供效果更好的一种新型智能助听器系统以及多场景使用方法，具体目的见具体实施部分的多个实质技术效果。

为了达到如上目的，本发明采取如下技术方案：

一种新型智能助听器系统，其特征在于，包括助听器和智能辅助设备，智能辅助设备包含电源模块，电源模块为智能辅助设备其余各个模块供电；智能辅助设备还包含无线通信模块，无线通信模块通信连接着微处理器，微处理器通信连接着按键模块和状态显示模块，微处理器同时通信连接则麦克风；智能辅助设备工作于远端，能够采集远端的声音并做处理，然后通过内置的无线通信模块传入助听器；

所述助听器包含电源模块，电源模块为助听器的其余各个模块供电；助听器还包含微处理器，微处理器通信连接着扬声器、按键模块、无线通信模块和麦克风模块；助听器能够将智能辅助设备传入的远端声音与自身采集到的近端声音信息进行融合，并根据自身的听力损失，调整补偿增益。

本发明进一步技术方案在于，智能辅助设备包含一个或多个麦克风，智能辅助设备本身的麦克风可以组合成麦克风阵列，对多个方向进行声音采集；另外，智能辅助设备麦克风与助听器端麦克风也可配合使用，起到增强语音和提高信噪比的效果。

本发明进一步技术方案在于，智能辅助设备能够通过无线通信模块向助听器发送命令，实现对助听器音量、工作模式的操控；所述无线通信模块为蓝牙、WIFI中的任意一种。

本发明进一步技术方案在于，智能辅助设备还包括领夹装置，通过领夹装置能够将智能辅助设备佩戴在被交流者身上。

本发明进一步技术方案在于，助听器为耳背式、耳内式或耳道式助听器中的一种，其是具备无线通信能力的助听器。

本发明进一步技术方案在于，智能辅助设备和助听器为一对多或者一对一的关系。

一种新型智能助听器系统的多场景使用方法，其特征在于，采用如上所述智能辅助设备以及任一种助听器，首先建立好通信连接，包含并不限于以下使用场景：

场景1，嘈杂环境：听损患者佩戴助听器，所述智能设备佩戴于交流对象身上，近距离采集并传输交流对象的语音，此时助听器以接收的声音为主，自身采集的声音为辅；

场景2，会议或聚会：听损患者佩戴助听器，所述智能设备放置在多个交流者的中心位置，采集不同方向的声音，并将处理后的声音传输至助听器，此时助听器以接收的声音为主，自身采集的声音为辅；

场景3，远场近场兼顾：听损患者佩戴助听器，所述智能设备放置在距患者较远的地方采集周边的声音并传输，同时患者又需要与身边的人进行交流；此时助听器同时兼顾辅助设备传输的声音和自身采集的声音；

场景4，广播模式：所述智能设备以广播的形式同时与多个助听器进行通信，可以满足双耳聆听或多用户场合的需要。

本发明进一步技术方案在于，所述助听器根据不同的使用方式，对自身采集的声音和接收的声音运用不同的处理方式，并进行降噪，然后再将声音按通道划分，对不同通道的声音进行宽动态压缩，最后合成输出。

本发明进一步技术方案在于，所述智能设备可以同时与多个助听器进行通信，满足双耳佩戴或多人聆听的需求。

采用如上技术方案的本发明，相对于现有技术有如下有益效果：本发明通过助听器和智能辅助设备的配合使用，使助听器具备了立体式多麦克风阵列系统，该系统既包含智能辅助硬件上的麦克风系统，又包含助听器本身的麦克风系统，不仅能实现麦克风方向自动调节，使用TDOA(Time Difference of Arrival,到达时间差)技术还能进行声源定位，使用波束成形技术来抑制噪音，增强人声。其中该麦克风阵列系统可以是定向型麦克风，也可以是全向型麦克风，通过不同的组合方式，可以应对多种场合的使用，使助听器有更好的聆听效果，更加智能化。同时，使用智能辅助设备可以实现一键配对，快速连接助听器，尤其是双耳佩戴助听器患者或多助听器用户，方便调节助听器的音量、模式，很好的解决了助听器尺寸小，操作不便的问题。

附图说明

为了进一步说明本发明，下面结合附图进一步进行说明：

图1是新型智能助听器系统框图。

图2是新型智能助听器系统不同使用场景示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本专利提供多种并列方案，不同表述之处，属于基于基本方案的改进型方案或者是并列型方案。每种方案都有自己的独特特点。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本发明提出一种新型智能助听器系统，如图1所示，包括助听器和智能辅助设备。所述智能辅助设备包含电源模块，电源模块为智能辅助设备其余各个模块供电；微处理器模块与麦克风模块、按键模块、状态显示模块、无线通信模块相连接；其中，麦克风模块将声音信号转换为电信号，微处理器将数字化后的电信号转换到频域进行噪声抑制，然后还原到时域，将数据压缩后，由无线通信模块发送给助听器，按键模块负责用户的指令输入，当智能辅助设备与助听器连接时，用户可以方便的通过智能辅助设备端的按键，实现对助听器音量、工作模式的操控，状态显示用于显示智能辅助设备的工作状态、电池电量等状态。

所述助听器包含微处理器、电源、麦克风、扬声器、按键、无线通信等模块，其中电源模块为助听器其余各个模块供电，麦克风模块将声音信号转换为电信号，无线通信模块用于接收智能辅助设备发来的声音信号，微处理器既采集麦克风数字化后的电信号，又接收无线通信端的声音信号，将二者进行融合处理，然后根据自身的听力损失，使用宽动态压缩算法(WDRC)来调整增益，最后将处理过的声音信号输出给扬声器。

如图1所示，智能辅助设备还可以同时连接多个助听器，同时进行数据传输，以满足双耳聆听或其他特殊场合的需求。

本发明中智能辅助设备具有“蓝牙键”、“音量+键”、“音量-键”、“广播键”以及“开关键”，不同的配合以实现不同的功能，操作步骤如下：

步骤一，听损患者将助听器开机并佩戴好；

步骤二，智能辅助设备开机，按下“蓝牙键”进入配对模式，该模式下智能辅助设备首先启动蓝牙并进行扫描，自动与第一个扫描到的助听器进行配对，配对成功后助听器会发出提示声，如果有多个助听器设备，则再次按下“蓝牙键”，会对第二个助听器进行配对，再次按下则对第三个助听器配对，依次类推；

步骤三，配对成功后，按动智能辅助设备的“音量键”、“模式键”，对当前配对的助听器进行音量、模式调节；按下“采集键”，则启动声音采集并将处理后的数据传送到当前配对的助听器，再次按下“采集键”停止声音采集与传送；

步骤四，针对听损患者双耳佩戴助听器或存在多个听损患者场合，按下“广播键”，切换到广播模式，该模式智能辅助设备将采集到的声音进行处理并对外广播，一定范围内，与智能辅助设备配对过的助听器都将收到广播信息，再次长按“广播键”，停止广播。

戴过助听器的人都知道，在安静环境中可能听的效果非常好，但一旦走进嘈杂环境中，就很难从混乱的噪音中分辨说话声，这是因为在噪声环境中，听力障碍患者与正常人相比需要更高的信噪比才能获得必要的言语可懂度。目前公认提高言语清晰度的方法之一是通过方向性技术提高信噪比，而方向性技术依赖于麦克风的配置，即从单一的麦克风降噪到多麦克风降噪处理，达到降噪和提高言语分辨率的目的。

由于本发明方案中，智能辅助设备端麦克风与助听器端麦克风是同时使用的，而且智能辅助设备工作于远端，这就使本助听器系统具备立体式麦克风阵列形式。助听器端麦克风与智能辅助设备端麦克风分别位于两个独立的空间点，使本发明方案有了更多的组合形式：

举例A，智能辅助设备只配置一个麦克风，与助听器麦克风组成一个双麦克风阵列，在交谈过程中，两个麦克风接收到的语音信号强度是不一致的，但背景噪声强度差别不大，就导致相应的信噪比差别就很大，同时采用两个麦克风的信号，可以起到很好的降噪效果，应当注意，这里与一个助听器上配置2个麦克风有着本质的区别。

举例B，智能辅助设备配置4个麦克风，分别位于辅助设备的“前”“后”“左”“右”四个方向，使用时，将智能辅助设备放置在固定位置，同时采集不同方向的声音，然后智能辅助设备端的微处理器根据4组不同的信号进行降噪，并保留有效语音信息，然后传给助听器，此时助听器只需接收数据，而不必再进行降噪处理，可以有效的减少功耗。

与助听器相比，智能辅助设备受外形尺寸、功耗影响较小，还可以根据采集到多麦克风数据进行复杂的运算，比如使到达时间差(TDOA)技术来进行声源定位，使用子空间算法来估算噪声，使用语音活动检测(VAD)算法来增强语音等等。

采用上述新型智能助听器系统，可以应对多种复杂环境。以下配图说明4种使用场景，应理解为包含但不限于这几种场景。

场景1，嘈杂环境。当谈话背景噪音强度较大时，如图2中a所示，在购物场所，A与B交谈时，附近很容易会有其他人的声音或噪音干扰，即便是近距离，传统助听器很难对这种噪声进行区分和抑制，更不用说距离远，声音在传输过程中有衰减，会混杂背景噪声使信噪比进一步降低，这种体验是很糟糕的。但是通过把智能辅助设备佩戴在A身上，就以A为中心形成了一个新的采集点，智能辅助设备离A较近，相对于助听器自带麦克风采集的声音，信噪比的提高是显而易见的，再通过麦克风阵列与算法(例如波束形成技术)的配合，对噪声的抑制作用会更明显，同时B所佩戴助听器尽可能的压制噪声，来减少外界的干扰；此时助听器以接收的声音为主，自身采集的声音为辅。这种使用方式打破了传统交流间距离的限制，又能有效抑制噪声，优势显著。

场景2，会议或聚会。在听损患者参加会议或聚会时候，一般会有多人进行交流，如图2中b所示。对于传统助听器，患者正前方和佩戴助听器一侧听得较清楚，而另一侧声音会变小，通常需要扭动头部正对说话者来获得较好的聆听效果。如果把智能辅助设备放置在多人的中心位置，不同方向上采集到的声音大小基本相同，对患者来说，每个人都像是近在咫尺一样；另一方面智能设备通过自身的麦克风阵列，有效的增强说话方的声音，同时抑制另一侧的背景噪声，达到提高信噪比的目的，使患者有较好的聆听体验。此时助听器以接收的声音为主，自身采集的声音为辅。

场景3，远场近场兼顾。适用于听损患者同时获取远场近场声音的场景，如图2中c所示，在较大的客厅里，听损患者A与家人B在一起看电视，由于距离较远，电视的声音传到患者耳边会有所衰减，而且会夹杂背景噪声，此时会严重影响患者的言语可懂度，传统做法是把电视声音开得很大，才能让患者听得清楚，但是家人通常难以忍受，如果把智能辅助设备放置在电视附近，可以提高电视音采集的信噪比，提高患者的言语可懂度，电视声音就不需要开得很大，同时A与B近距离的交谈靠助听器本身的采集来实现。此时助听器同时兼顾接收的声音和自身采集的声音，很好的解决不同方位的聆听的需求，而且让患者与家人关系更加融洽。

场景4，广播模式。在聋哑学校，一个课堂会有多个患者，如图2中d所示，B、C均为听损患者，采用本发明，只需在讲师A胸前佩戴智能辅助设备，采用广播方式发送数据，可以同时对多个助听器设备进行数据传输，不论是前排的B，还是后排的C都能清晰的听到A的声音。

上文结合附图进行了描述，是示意性的而非限制性的，不局限于上述实施步骤、示意性的使用场景。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种新型智能助听器系统，其特征在于，包括助听器和智能辅助设备，智能辅助设备包含电源模块，电源模块为智能辅助设备其余各个模块供电；智能辅助设备还包含无线通信模块，无线通信模块通信连接着微处理器，微处理器通信连接着按键模块和状态显示模块，微处理器同时通信连接着麦克风；智能辅助设备工作于远端，能够采集远端的声音并做处理，然后通过内置的无线通信模块传入助听器；

所述助听器包含电源模块，电源模块为助听器的其余各个模块供电；助听器还包含微处理器，微处理器通信连接着扬声器、按键模块、无线通信模块和麦克风模块；助听器能够将智能辅助设备传入的远端声音与自身采集到的近端声音信息进行融合，并能够根据自身的听力损失来调整补偿增益。

2.如权利要求1所述的一种新型智能助听器系统，其特征在于，智能辅助设备包含一个或多个麦克风，智能辅助设备本身的麦克风可以组合成麦克风阵列，对多个方向进行声音采集，另外，智能辅助设备麦克风与助听器端麦克风也可配合使用，起到增强语音和提高信噪比的效果。

3.如权利要求1所述的一种新型智能助听器系统，其特征在于，智能辅助设备能够通过无线通信模块向助听器发送命令，实现对助听器音量、工作模式的操控；所述无线通信模块为蓝牙、WIFI中的任意一种。

4.如权利要求1所述的一种新型智能助听器系统，其特征在于，智能辅助设备还包括领夹装置，通过领夹装置能够将智能辅助设备佩戴在被交流者身上。

5.如权利要求1所述的一种新型智能助听器系统，其特征在于，助听器为具备无线通信能力的耳背式、耳内式或耳道式助听器中的一种。

6.如权利要求1所述的一种新型智能助听器系统，其特征在于，智能辅助设备和助听器为一对多或者一对一的关系。

7.一种新型智能助听器系统的多场景使用方法，其特征在于，采用如权利要求1-6中所述智能辅助设备以及任一种助听器，首先建立好通信连接，包含以下使用场景：

场景1，嘈杂环境：听损患者佩戴助听器，所述智能设备佩戴于交流对象身上，近距离采集并传输交流对象的语音，此时助听器以接收的声音为主，自身采集的声音为辅；

场景2，会议或聚会：听损患者佩戴助听器，所述智能设备放置在多个交流者的中心位置，采集不同方向的声音，并将处理后的声音传输至助听器，此时助听器以接收的声音为主，自身采集的声音为辅；

场景3，远场近场兼顾：听损患者佩戴助听器，所述智能设备放置在距患者10米之外的地方采集周边的声音并传输，同时患者又需要与身边的人进行交流；此时助听器同时兼顾辅助设备传输的声音和自身采集的声音；

场景4，广播模式：所述智能设备以广播的形式同时与多个助听器进行通信，可以满足双耳聆听或多用户场合的需要。

8.如权利要求7所述的一种新型智能助听器系统的多场景使用方法，其特征在于，所述助听器根据不同的使用方式，对自身采集的声音和接收的声音运用不同的处理方式，并进行降噪，然后再将声音按通道划分，对不同通道的声音进行宽动态压缩，最后合成输出。

9.如权利要求7所述的一种新型智能助听器系统的多场景使用方法，其特征在于，所述智能设备可以同时与多个助听器进行通信，满足双耳佩戴或多人聆听的需求。

10.一种新型智能助听器系统的多场景使用方法，其特征在于，为如下任意一种使用方法：

第一种：智能辅助设备只配置一个麦克风，与助听器麦克风组成一个双麦克风阵列，在交谈过程中，两个麦克风接收到的语音信号强度是不一致的，但背景噪声强度差别不大，就导致相应的信噪比差别很大，同时采用两个麦克风的信号，可以起到很好的降噪效果，应当注意，这里与一个助听器上配置2个麦克风有着本质的区别；

第二种：智能辅助设备配置4个麦克风，分别位于辅助设备的“前”“后”“左”“右”四个方向，使用时，将智能辅助设备放置在固定位置，同时采集不同方向的声音，然后智能辅助设备端的微处理器根据4组不同的信号进行降噪，并保留有效语音信息，然后传给助听器，此时助听器只需接收数据，而不必再进行降噪处理，可以有效的减少功耗；

与助听器相比，智能辅助设备受外形尺寸、功耗影响较小，还可以根据采集到多麦克风数据进行复杂的运算，比如使到达时间差(TDOA)技术来进行声源定位，使用子空间算法来估算噪声，使用语音活动检测(VAD)算法来增强语音；

第三种：嘈杂环境；当谈话背景噪音强度较大时，在购物场所，A与B交谈时，附近很容易会有其他人的声音或噪音干扰，即便是近距离，传统助听器很难对这种噪声进行区分和抑制，更不用说距离远，声音在传输过程中有衰减，会混杂背景噪声使信噪比进一步降低，这种体验是很糟糕的；但是通过把智能辅助设备佩戴在A身上，就以A为中心形成了一个新的采集点，智能辅助设备离A较近，相对于助听器自带麦克风采集的声音，信噪比的提高是显而易见的，同时B所佩戴助听器尽可能的压制噪声，来减少外界的干扰；此时助听器以接收的声音为主，自身采集的声音为辅；这种使用方式打破了传统交流间距离的限制，又能有效抑制噪声，优势显著；

第四种：会议或聚会；在听损患者参加会议或聚会时候，一般会有多人进行交流，对于传统助听器，患者正前方和佩戴助听器一侧听得较清楚，而另一侧声音会变小，通常需要扭动头部正对说话者来获得较好的聆听效果；如果把智能辅助设备放置在多人的中心位置，不同方向上采集到的声音大小基本相同，对患者来说，每个人都像是近在咫尺一样；另一方面智能设备通过自身的麦克风阵列，有效的增强说话方的声音，同时抑制另一侧的背景噪声，达到提高信噪比的目的，使患者有较好的聆听体验；此时助听器以接收的声音为主，自身采集的声音为辅；

第五种：远场近场兼顾；适用于听损患者同时获取远场近场声音的场景，在较大的客厅里，听损患者A与家人B在一起看电视，由于距离较远，电视的声音传到患者耳边会有所衰减，而且会夹杂背景噪声，此时会严重影响患者的言语可懂度，传统做法是把电视声音开得很大，才能让患者听得清楚，但是家人通常难以忍受，如果把智能辅助设备放置在电视附近，可以提高电视音采集的信噪比，提高患者的言语可懂度，电视声音就不需要开得很大，同时A与B近距离的交谈靠助听器本身的采集来实现；此时助听器同时兼顾接收的声音和自身采集的声音，很好的解决不同方位的聆听的需求，而且让患者与家人关系更加融洽；

第六种：广播模式；在聋哑学校，一个课堂会有多个患者，B、C均为听损患者，采用本发明，只需在讲师A胸前佩戴智能辅助设备，采用广播方式发送数据，可以同时对多个助听器设备进行数据传输，不论是前排的B，还是后排的C都能清晰的听到A的声音。

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