CN113825078B - 具有听力设备的听力系统和用于运行这种听力系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有听力设备的听力系统和用于运行这种听力系统的方法。用于辅助用户的听力的听力系统包括至少一个听力设备。借助听力系统的至少两个输入转换器，接收来自用户的周围环境的声音信号，并且将其转换为输入音频信号。听力系统包括具有可变的陷波方向的两个自适应的波束成形器，将自适应的波束成形器间接或者直接应用于输入音频信号，以产生与方向有关地衰减的音频信号。陷波方向在此被设置为彼此不同的值，使得每个波束成形器的与方向有关地衰减的音频信号的能量含量最小化。对两个波束成形器的陷波方向进行比较评估。在此，当在比较评估的过程中确定陷波方向的相关的改变时，定性和/或定量地检测用户的头部转动。

Description

具有听力设备的听力系统和用于运行这种听力系统的方法

技术领域

本发明涉及一种用于辅助用户的听力的听力系统，该听力系统具有佩戴在用户的头部上、特别是佩戴在用户的耳朵中或者上的至少一个听力设备。此外，本发明涉及一种用于运行这种听力系统的方法。

背景技术

一般将辅助佩戴听力设备的人(下面将其称为“佩戴者”或者“用户”)的听力的电子设备称为听力设备。本发明特别是涉及如下听力设备，这些听力设备被配置为用于完全或者部分补偿听力受损的用户的听力损失。这种听力设备也称为“助听器”。此外，存在如下听力设备，这些听力设备保护或者改善听力正常的用户的听力，例如要使得能够在复杂的听力情形中实现改善的语音理解。

一般地听力设备，具体地助听器，通常被构造为用于佩戴在头部上，并且在此特别是佩戴在用户的耳朵中或者上，特别是被构造为耳后式设备(根据英语术语：“behind theear(耳后)”，也称为BTE设备)或者耳内式设备(根据英语术语“in the ear(耳内)”，也称为ITE设备)。关于其内部结构，听力设备通常具有至少一个(声电)输入转换器、信号处理单元(信号处理器)和输出转换器。在听力设备运行时，输入转换器或者每个输入转换器从听力设备的周围环境接收空气声，并且将该空气声转换为输入音频信号(即传输关于环境声音的信息的电信号)。下面也将该至少一个输入音频信号称为“接收到的声音信号”。在信号处理单元中，对输入音频信号或者每个输入音频信号进行处理(即对其声音信息进行修改)，以辅助用户的听力，特别是用于补偿用户的听力损失。信号处理单元将相应地处理后的音频信号(也称为“输出音频信号”或者“修改后的声音信号”)输出至输出转换器。

在大多数情况下，输出转换器被构造为电声转换器，其将(电)输出音频信号又转换为空气声，其中，将该(相对于环境声音修改后的)空气声输出至用户的耳道中。在佩戴在耳后的听力设备的情况下，也称为“听筒”(“接收器”)的输出转换器通常在耳朵外部集成在听力设备的壳体中。在这种情况下，借助音管将输出转换器输出的声音引导至用户的耳道中。作为其替换，输出转换器也可以布置在耳道中，因此布置在佩戴在耳后的壳体的外部。这种听力设备(根据英语术语“receiver in canal(接收器在耳道中)”)也称为RIC设备。佩戴在耳朵中的听力设备(根据英语术语“completely in canal(完全在耳道中)”)也称为CIC设备，这些听力设备的大小被确定为如此之小，使得其不会向外从耳道中突出。

在其它结构形式中，输出转换器也可以构造为机电转换器，其将输出音频信号转换为固体声(振动)，其中，将该固体声例如输出到用户的颅骨中。此外，存在可植入的听力设备、特别是耳蜗植入物，以及输出换能器直接刺激用户的听觉神经的听力设备。

术语“听力系统”表示单个设备或者一组设备，并且可能表示非实体的功能单元，这些功能单元一起提供在听力设备运行时所需的功能。在最简单的情况下，听力系统可以由单个听力设备构成。作为其替换，听力系统可以包括两个共同作用的听力设备，用于供应用户的两个耳朵。在这种情况下说的是“双耳听力系统”。附加地或者替换地，听力系统可以包括至少一个另外的电子设备、例如用于助听器或者每个助听器的远程操作设备、充电设备或者编程设备。在现代的听力系统中，经常代替远程操作设备或者专门的编程设备，设置特别是所谓的APP(应用)形式的控制程序，其中，该控制程序被构造为用于在外部计算机、特别是智能电话或者平板计算机上实现。在此，外部计算机通常本身不是听力系统的一部分，因为通常与听力系统无关地提供外部计算机，并且也不由听力系统的制造商提供外部计算机。

为了在听力系统运行时衰减干扰噪声，因此特别是为了改善用户和其他说话者之间的交流中的语音理解，在听力系统中的信号处理的过程中，经常使用输入音频信号的与方向有关的衰减(波束成形)。在现代的听力系统中，相应的衰减单元(波束成形器)有时被设计为是自适应的。这种自适应的波束成形器通常可以将最大衰减(陷波(Notch))的方向可变地对准特定的干扰源，以便特别有效地衰减从该干扰源出发的声音部分。然而，在用户的头部转动时，应当与头部转动相反地调节自适应的波束成形器的陷波，使得波束成形器在头部转动期间和之后也保持对准要衰减的干扰源。否则，头部转动时的与方向有关的衰减导致对通过听力系统输出至用户的修改后的声音信号的调制，其可能部分严重地损害用户的听力印象，并且在极端情况下甚至可能导致语音理解变差(而不是得到期望的改善)。

为了避免这种负面效果，经常以足够高的自适应速度来实现自适应的波束成形器，使得波束成形器本身在头部转动时能够在没有明显的时间延迟的情况下重新对准。但是不利地，这种快速自适应的波束成形器在动态的听力情形的情况下趋于不稳定。特别是，这种波束成形器的陷波有时在不同的干扰源之间来回跳跃，这又可能明显损害用户的听力感觉。另一种方法在于，检测头部转动，并且在这种情况下根据需要调整波束成形器。

为了检测头部转动，现代的听力设备经常设置有加速度传感器、陀螺仪或者电子罗盘。但是这种传感器的集成不利地使技术复杂性提高，因此也使听力设备的制造开销增加，并且特别是可能难以或者甚至不能集成在小的听力设备中。

发明内容

本申请要解决的技术问题是，使得能够在听力系统运行时，能够以节省空间并且相对简单地实现头部转动的检测。

在方法方面，根据本发明，上述技术问题通过本发明的特征来解决。在助听器系统方面，根据本发明，上述技术问题通过本发明的特征来解决。在下面的描述中说明部分本身被视为具有创造性的本发明的有利的设计方案或者扩展方案。

本发明一般地涉及一种用于辅助用户的听力的听力系统，其中，听力系统具有佩戴在用户的头部上、特别是佩戴在用户的耳朵中或者上的至少一个听力设备。如前面所描述的，在本发明的简单的实施方案中，听力系统可以仅由唯一的听力设备构成。在本发明的另一个实施方案中，除了听力设备之外，听力系统还包括至少一个另外的部件、例如用于供应用户的另一个耳朵的另一个(特别是类似的)听力设备，用于在用户的外部计算机(特别是智能电话)上实施的(特别是APP形式的)控制程序，和/或至少一个另外的电子设备、例如远程操作设备或者充电设备。在这种情况下，听力设备和该至少一个另外的部件相互进行数据交换，其中，在听力设备和该至少一个另外的部件之间划分听力系统的数据存储和/或数据处理功能。

听力系统具有至少两个输入转换器，其用于相应地接收来自听力设备的周围环境的(特别是空气声形式的)声音信号。特别是当听力系统仅包括唯一的听力设备时，该至少两个输入转换器可以布置在同一听力设备中。替换地，在具有两个听力设备的双耳听力系统的情况下，该至少两个输入转换器也可以分布在两个听力设备上。

适宜地，听力系统还包括：信号处理单元，用于处理(修改)接收到的声音信号，以辅助用户的听力；以及输出转换器，用于输出修改后的声音信号。在双耳听力系统的情况下，优选两个听力设备分别具有信号处理单元和输出转换器。然而，代替具有输入转换器、信号处理单元和输出转换器的第二听力设备，在本发明的范围内，听力系统也可以具有如下听力设备用于第二只耳朵，该听力设备本身不具有输出转换器，而是仅接收声音，并且在进行或者不进行信号处理的情况下，将其进一步引导至第一只耳朵的听力设备。特别是由具有一侧耳聋的用户使用这种所谓的CROS或者BiCROS设备。此外，在本发明的范围内，也可以将信号处理或者其一部分，从一个听力设备或者多个听力设备转移到外部单元、例如在智能电话中运行的APP中。

听力系统的听力设备或者每个听力设备特别是以开头描述的结构形式(具有内部或者外部输出转换器的BTE设备、ITE设备、例如CIC设备、听力植入物、特别是耳蜗植入物、可听设备等)中的一个存在。在双耳听力系统的情况下，优选类似地构造两个听力设备。

输入转换器中的每一个特别地是声电转换器，其将来自环境的空气声转换为电输入音频信号。输出转换器或者每个输出转换器必要时优选构造为电声转换器(听筒)，其将由信号处理单元修改后的音频信号又转换为空气声。替换地，输出转换器被构造为用于输出固体声或者直接刺激用户的听觉神经。

根据本发明，使用借助至少两个自适应的波束成形器对输入音频信号(或者通过输入音频信号进行预处理而推导出的内部音频信号)的多次与方向有关的衰减，来对听力情形(特别是主要的噪声源相对于用户的头部的位置)进行分析，由此识别用户的头部转动。在所述方法的过程中，借助听力系统的至少两个输入转换器接收来自用户的周围环境的声音信号，并且将其转换为输入音频信号。将输入音频信号直接(即以未处理的形式)或者间接(即以已经预处理的形式)馈送至具有可变的第一陷波方向的自适应的第一波束成形器和具有可变的第二陷波方向的第二波束成形器。

将自适应的第一波束成形器(间接或者直接)应用于输入音频信号，以产生与方向有关地衰减的第一音频信号。在此，设置第一陷波方向，使得与方向有关地衰减的第一音频信号的能量含量最小。同样也将自适应的第二波束成形器(间接或者直接)应用于输入音频信号，以产生与方向有关地衰减的第二音频信号。同样设置第二陷波方向，使得与方向有关地衰减的第二音频信号的能量含量最小。在此，两个自适应的波束成形器耦合，使得第二陷波方向仅能够取与第一陷波方向不同的值。因此排除了两个自适应的波束成形器对准同一噪声源。

在本发明的适宜的实施方案中，以例如相对于用户的视线方向的角度说明的形式定义陷波方向。但是替换地，也可以作为(与陷波的取向线性或者非线性地相关的)抽象的参量来给出陷波方向，例如以加权因子的形式或者以可变的时间延迟的形式，利用加权因子对不同的基本方向信号(例如心形信号和反心形信号等)进行加权，以设置常见的自适应的波束成形器；不同的信号部分以可变的时间延迟相互叠加，以产生方向作用。

为了检测头部转动，以比较的方式评估第一陷波方向和第二陷波方向。在此，当在比较评估的过程中，确定第一陷波方向和第二陷波方向的相关的改变时，定性地和/或定量地检测用户的头部转动。

所述方法基于如下认识，即，在头部转动时(相对于头部，因此从至少一个听力设备的位置来看)，用户的周围环境中的所有静止的噪声源看起来都围绕头部同步地以相同的方式转动，而在头部不移动的情况下，噪声源的这种相关的转动是极其不可能的。通过将对准不同的噪声源的不同的波束成形器的陷波方向，在陷波方向的改变的相关性方面相互进行比较，来有效地区分归因于头部转动的改变与由于噪声源的实际运动而导致的改变。由此识别出头部转动。可以有利地借助在听力系统中总归存在的信号处理部件(特别是信号处理器)来实施所述方法。特别是，可以(并且优选)通过在听力系统的信号处理器中运行的软件来实现前面描述的自适应的波束成形器。在这种情况下，为了执行所述方法，不需要并且优选也不设置专门的硬件。但是在任意一种情况下，对于根据本发明的头部转动检测，不需要、因此优选在听力系统的范围内也不设置加速度传感器、运动传感器或者方向传感器。因此，可以在听力系统的批量制造中以比较小的开销实现根据本发明的方法，并且也可以在非常小的听力设备中没有问题地使用根据本发明的方法。

但是也可以在如下听力系统中使用根据本发明的方法，在这些听力系统中，以常规的方式借助加速度传感器、运动传感器或者方向传感器来实现头部转动检测。在这种情况下，根据本发明的方法有利于冗余地确定头部转动，因此有利于避免或者校正传感器支持的头部转动检测的可能的检测错误。

作为两个自适应的波束成形器的陷波方向的相关的改变的标志，特别是识别改变的一致的持续时间和/或一致的起始和结束时间点。附加地或者替换地，作为相关的改变的标志，识别陷波方向的一致的转动角间隔和/或一致的转动速率。又附加地或者替换地，通过形成数学互相关函数，来识别陷波方向的相关的改变。

原则上，在本发明的简单的实施方式中，可以仅定性地检测头部转动。也就是说，在这种情况下，仅检测头部转动，但是不检测头部如何转动。为此，例如在识别头部转动时和期间，产生指示头部转动的(例如所谓的标记(Flag)、即单比特信号形式的)指示信号。附加地或者替换地，通过检测(并且必要时存储)相关联的时间点来定性地检测头部转动。

但是作为定性检测的附加或者替换，在本发明的优选的实施方案中，(必要时也)定量地检测头部转动。也就是说，在这种情况下(必要时也)检测头部转动的方式和/或程度。为此，优选检测至少一个测量参量，测量参量表征头部转动的转动速率(角速度)、转动角间隔、持续时间(以及附加地或者替换地，头部转动的起始和结束时间点)和/或头部在环境空间中的与时间相关的朝向。该测量参量可以是头部转动的转动速率(角速度)、转动角间隔、持续时间(或者头部转动的起始和结束时间点)和/或头部本身的与时间相关的朝向。但是测量参量例如也可以是抽象的参量，例如是前面描述的加权因子或者前面描述的时间延迟的改变的改变速率、改变间隔或者起始和结束时间点。在本发明的范围内，可以选择性地作为头部围绕竖直轴的一维转动，或者在所述方法的改进的变形方案中，作为头部在空间中的二维或者三维的转动，来检测头部转动。

为了避免检测错误(特别是将运动的噪声源错误地解释为头部转动的标志)，在所述方法的优选的实施方案中，除了自适应的第一和第二波束成形器之外，还将具有可变的另外的(第i个，其中，i＝3、4、5…)陷波方向的至少一个另外的(即第i个，其中，i＝3、4、5…)自适应的波束成形器间接或者直接应用于输入音频信号，以产生另外的(第i个，其中，i＝3、4、5…)与方向有关地衰减的音频信号。与自适应的第二波束成形器一样，该或者每个另外的(第i个)波束成形器也与其它波束成形器耦合，从而必须针对不同的噪声源设置所有波束成形器。因此，也将该另外的(第i个)陷波方向(其以与第一和第二陷波方向相同的方式定义为角度说明或者抽象参量)设置为与其它波束成形器的陷波方向不同的值，使得该另外的(第i个)与方向有关地衰减的音频信号的能量含量最小。除了第一和第二陷波方向之外，还将该至少一个另外的(第i个)陷波方向纳入比较评价中。在此，当在比较评估的过程中，确定陷波方向中的至少两个的相关的改变时，以前面描述的方式定性和/或定量地检测用户的头部转动。优选在听力系统运行时，使波束成形器的数量动态地匹配于噪声源(至少主要的噪声源、即对环境声音做出显著贡献的噪声源)的数量。

在此，陷波方向中的至少两个的相关的改变是识别头部转动的必要条件，但是不一定是充分条件。因此，在本发明的改进的变形方案中，可以以至少一个附加的条件来补充陷波方向的比较评估，以进一步降低检测错误的风险。

通过这种另外的条件，特别是考虑如下情况，即，在给定情况下的简单的听力情形下，耦合的波束成形器中的至少一个不再能够找到其可能对准的主要的声音源。由于未对准主要的噪声源，这种波束成形器的陷波方向通常显示不稳定的时间特性(因此在一定程度在空间中随机游走)，这在不利的情况下可能导致与对准运动的噪声源的另一个波束成形器的陷波方向的随机相关，因此可能造成检测错误。

为了排除这种检测错误，在所述方法的有利的实施方案中，识别不稳定的陷波方向，并且从比较评估中排除或者至少以较小的权重考虑不稳定的陷波方向。

为此，优选在比较评估中，根据通过该陷波方向的变化实现的能量最小化的强度，因此根据相关的波束成形器对准的声音源的强度，以不同的(二进制的或者连续的)加权来考虑陷波方向中的至少一个。在此，在比较评估中较少地或者根本不考虑没有找到明显的能量最小化的波束成形器。

作为其附加或者替换，在比较评估中，根据该陷波方向的时间稳定性，以不同的(二进制的或者连续的)加权来考虑陷波方向中的至少一个。在此，较少地或者根本不考虑在之前的时间段中比较强地改变的陷波方向。例如通过检测陷波方向在预先给定的前一段时间中的标准偏差和/或平均穿越率(Mean-Crossing-Rate)，来确定陷波方向的时间稳定性。将当前的陷波方向超过和低于陷波方向的滑动时间平均值的速率，称为平均穿越率。又附加地或者替换地，使用陷波方向的一阶时间导数中的符号变化的数量，来作为陷波方向的时间稳定性的度量。

在适宜的实施方案中，听力系统包括信号准备单元，作为信号处理的功能组成部分，输入音频信号直接或者间接通过预处理级馈送至信号准备单元，并且在信号准备单元中，借助一定数量的信号准备过程(即至少一个信号准备过程，但是优选多个信号准备过程)，根据一定数量的可设置的信号准备参数(即至少一个信号准备参数，但是优选多个信号准备参数)，对这些音频信号进行修改，以借助听力设备的输出转换器向用户输出。在此，优选根据对头部转动的定性和/或定量检测，来设置至少一个信号准备参数。

信号准备单元优选包括至少一个自适应的信号准备过程，例如用于进行与方向有关的衰减(自适应的波束成形)、反馈抑制(Adaptive Feedback Cancellation(自适应反馈消除))、主动噪声抑制(Active Noise Cancelling(主动降噪))等，通过其，根据可设置的自适应速度，来修改输入音频信号或者由其通过预处理处理后的中间信号。在这种情况下，优选根据对头部转动的定性和/或定量检测来设置自适应速度。例如，如果并且只要借助根据本发明的方法确定了头部转动，那么提高自适应速度。

附加地或者替换地，根据本方法的对头部转动的检测也可以用于其它目的，例如用于记录的目的(数据记录)，用于检测用户的操作指令，用于使得用户能够通过姿势(即针对性的头部运动)来控制听力系统，或者用于评估用户的生理或者心理状态(因此，例如通过对用户的头部运动的记录和统计评估，可以推断出生理失调，例如头晕或者心理限制)。

在本发明的范围内，根据本方法用于检测头部转动的自适应的波束成形器中的至少一个可以是信号准备单元的组成部分。在这种情况下，(必要时以进一步处理后的形式和/或与其它信号部分组合)也作为修改后的音频信号或者其一部分，向用户输出由该波束成形器产生的与方向有关地衰减的信号。

但是在本发明的优选的实施方案中，仅使用用于检测头部转动的自适应的波束成形器来分析听力情形。在这种情况下，自适应的波束成形器是与信号准备单元分离的信号分析单元的组成部分。在这种情况下，由波束成形器相应地产生的与方向有关地衰减的信号特别是仅用于确定能量优化，因此用于设置陷波方向。

为了在所述方法的过程中识别头部转动，优选使用一方面足够快速地自适应的波束成形器，以便能够实时地跟踪普通的头部转动。另一方面，优选防止波束成形器在动态的听力情形中在不同的噪声源之间来回跳跃。为此，在一个有利的方法变形方案中，根据能量最小化的强度来改变波束成形器的自适应速度。只要特定的波束成形器对准活动的噪声源，因此针对所设置的陷波方向的能量最小化足够大(这例如通过如下方式来识别，即，与方向有关地衰减的音频信号的能量含量与馈送至波束成形器的音频信号的能量含量的比低于预先给定的极限值)，那么将该波束成形器的自适应速度设置为比较高的值。优选根据声学场景的类型来改变极限值。在扩散的声场中，例如将极限值选择为比在具有较少的声音源的安静的环境小，因为根据经验，波束成形器的衰减作用在前面提到的情况下比在后面提到的情况下要小。例如，设置自适应速度，使得陷波方向每秒能够改变最多180°。否则，特别是如果波束成形器对准的噪声源暂时变为不活动的，因此能量最小化的强度降低，特别是下降到极限值以下，那么降低自适应速度。例如，在这种情况下将陷波方向的允许的改变速率限制为±2°每秒。通过自适应速度的这种降低，实现即使当特定的噪声源暂时变为不活动时，波束成形器也保持其朝该噪声源的对准。

此外，在借助所述方法识别头部转动时，优选使对准当前不活动的噪声源的波束成形器或者每个波束成形器的陷波方向，也跟踪其它对准活动的噪声源的波束成形器的陷波方向的相关的改变。以这种方式，实现在识别出头部转动时，即使在相关联的噪声源暂时不活动的情况下，所跟踪的陷波方向也保持对准该相关联的噪声源，从而一旦噪声源又变为活动，那么该波束成形器又可以立即用于头部转动检测。

根据本发明的听力系统一般地被配置为用于自动执行前面描述的根据本发明的方法。为此，听力系统包括自适应的第一和第二波束成形器(如前面所描述的)。听力系统还包括评估单元，评估单元被配置为用于，对第一陷波方向和第二陷波方向进行比较评估，并且当评估单元在比较评估的过程中确定第一陷波方向和第二陷波方向的相关的改变时，定性和/或定量地检测用户的头部转动。

用于自动执行根据本发明的方法的听力系统的装置具有程序技术和/或电路技术的性质。也就是说，根据本发明的听力系统包括程序技术部件(软件)和/或电路技术部件(例如ASIC形式的硬件)，其在听力系统运行时自动执行根据本发明的方法。在此，用于执行所述方法的程序技术部件或者电路技术部件，特别是波束成形器和评估单元，可以仅布置在听力系统的听力设备(或者多个听力设备)中。替换地，用于执行所述方法的程序技术部件或者电路技术部件分布在听力设备或者助听器上，以及至少分布在听力系统的另一个设备或者软件部件上。例如，用于执行所述方法的程序技术部件分布在听力系统的至少一个听力设备上以及安装在外部电子设备(特别是智能电话)上的控制程序上。如前面所提到的，该外部电子设备本身通常不是听力系统的一部分。

前面描述的根据本发明的方法的实施方式与根据本发明的听力系统的相应的实施方式对应。前面关于根据本发明的方法的描述可以对应地转用于根据本发明的听力系统，反之亦然。

在本发明的优选的实施方式中，评估单元特别是被配置为用于，

-产生指示头部转动的指示信号(例如设置标记)和/或检测头部转动的时间点，以定性地检测头部转动，和/或

-检测表征头部转动的转动速率(角速度)、转动角间隔、持续时间和/或头部在环境空间中的朝向的测量参量，以定量地检测头部转动。

优选除了第一和第二波束成形器之外，听力系统还包括至少一个另外的(第i个)自适应的波束成形器(如前面所描述的)。在此，评估单元被配置为用于，对第一陷波方向、第二陷波方向和至少一个另外的陷波方向进行比较评估，并且当在比较评估的过程中确定陷波方向中的至少两个的相关的改变时，定性和/或定量地检测用户的头部转动。

此外，评估单元优选被配置为用于，在比较评估中，

·根据通过该陷波方向的变化实现的能量最小化的强度，和/或

·根据该陷波方向的时间稳定性，

以不同的(二进制的或者连续的)加权来考虑陷波方向中的至少一个。

适宜地，至少一个听力设备具有信号准备单元，输入音频信号直接或者间接通过预处理单元馈送至信号准备单元，并且在信号准备单元中，借助一定数量的信号准备过程，根据一定数量的可设置的信号准备参数，来准备这些音频信号，以借助听力设备的输出转换器向用户输出。在此，优选听力系统具有根据对头部转动的定性和/或定量检测设置至少一个信号准备参数的部件(例如评估单元或者与其分离的参数化单元)。

优选信号准备单元包括通过可设置的自适应速度参数化的至少一个自适应的信号准备过程(如前面所描述的)。优选听力系统包括根据对头部转动的定性和/或定量检测设置该自适应速度的部件(又例如评估单元或者与其分离的参数化单元)。

附图说明

下面，根据附图详细说明本发明的实施例。其中：

图1以示意图示出了可佩戴在用户的耳后的助听器的形式的、由单个听力设备构成的听力系统，

图2以示意性的框图示出了图1中的听力设备的信号处理的结构，以及

图3以根据图1的图示示出了听力系统的替换的实施方式，其中，听力系统包括可佩戴在耳后的助听器的形式的听力设备以及在智能电话中实现的控制程序(“听力APP”)。

在所有附图中，彼此相应的部分和参量始终设置有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了听力系统2，听力系统2在此由单个助听器4、即被配置为用于辅助听力受损的用户的听力的听力设备构成。在这里示出的示例中，助听器4是可佩戴在用户耳后的BTE助听器。

可选地，在本发明的另一个实施方式中，听力系统2包括没有明确示出的用于供应用户的第二只耳朵的第二助听器，第二助听器在其结构方面特别是对应于图1所示的助听器4。

助听器4在壳体5内包括两个麦克风6作为输入转换器以及听筒8(接收器)作为输出转换器。此外，助听器4包括电池10和信号处理器12形式的信号处理装置。优选信号处理器12不仅包括可编程的子单元(例如微处理器)，而且包括不可编程的子单元(例如ASIC)。

由电池10向信号处理器12供应供电电压U。

在助听器4正常运行时，麦克风6分别接收来自助听器4的周围环境的空气声。麦克风6将声音分别转换为(输入)音频信号I1和I2，其包含关于接收到的声音的信息。输入音频信号I1、I2在助听器4内部馈送给信号处理器12，信号处理器12修改这些输入音频信号I1、I2，以辅助用户的听力。

信号处理器12将输出音频信号O输出给听筒8，输出音频信号O包含关于处理后的、因此修改后的声音的信息。

听筒8将输出声音信号O转换为修改后的空气声。该修改后的空气声通过连接听筒8和壳体5的尖端16的声音通道14，并且通过(未明确示出的)柔性的音管，传输到用户的耳道中，音管连接尖端16与插入用户的耳道中的耳塞(Ohrstück)。

在图2中更详细地示出了信号处理的结构。由此可以看到，听力系统2的信号处理被划分为两个功能组成部分，即，被划分为信号准备单元18和信号分析单元20。信号准备单元18用于由麦克风6的输入音频信号I1、I2，或者由此由通过预处理推导出的内部音频信号I1'、I2'，产生输出音频信号O。在所提到的前一种情况下，将麦克风6的输入音频信号I1、I2直接馈送至信号准备单元18。在图2中示例性地示出的所提到的后一种情况下，首先将麦克风6的输入音频信号I1、I2馈送至预处理单元22，然后预处理单元22由其推导出内部音频信号I1'、I2'，并且馈送至信号准备单元18。

在预处理单元22中，优选使输入音频信号I1、I2相互延时地叠加，以形成内部音频信号I1'、I2'，使得两个内部音频信号I1'、I2'对应于心形信号或者反心形信号。

信号准备单元18包括一定数量的信号准备过程24，其依次处理并且在此修改输入音频信号I或者(在根据图2的示例中)内部音频信号I1'、I2'，以产生输出音频信号O，由此补偿用户的听力损失。

信号准备过程24例如包括：

-用于进行干扰噪声抑制和/或反馈抑制的过程，

-用于进行动态压缩的过程，以及

-用于基于听力图(Audiogramm)数据与频率相关地进行放大的过程，

-等。

在此，相应地对这些信号准备过程24中的至少一个(通常对所有信号准备过程24或者至少大多数信号准备过程24)分配至少一个信号准备参数P。信号准备过程24或者每个信号准备过程24是一维变量(二进制变量、自然数、浮点数等)或者多维变量(数组、函数等)，其值将相应地相关联的信号准备过程24的工作方式参数化(即对其产生影响)。在此，信号准备参数P可以打开或者关闭相应地相关联的信号准备过程24，可以连续地或者分级地放大或者减弱相应地相关联的信号准备过程24的作用，可以定义用于相应的信号准备过程24的时间常数，等。

信号准备参数P例如包括：

-用于与频率相关地进行放大的过程的放大因子，

-用于进行动态压缩的过程的特征曲线，

-用于连续设置用于进行干扰噪声或者反馈抑制的过程的强度的控制参量，

-等。

此外，优选信号准备过程24中的至少一个是自适应过程，其自适应速度可以借助信号准备参数P中的一个可变地设置。例如，信号准备过程24包括具有可变的自适应速度的自适应的“波束成形器”，其被配置为用于与方向有关地衰减输入音频信号I1、I2(或者由此推导出的内部音频信号I1'、I2')，以产生输出音频信号O。

信号准备过程24例如一部分以(非编程的)硬件电路的形式，另一部分以软件模块(特别是固件)的形式在信号处理器12中实现。

信号分析单元20(优选除了其它这里未明确示出的用于分析声音的功能、例如用于分析听力情形的分类器之外，还)包括头部转动检测单元26，其优选以软件的形式在信号处理器12中实现。头部转动检测单元26包括多个相同地构建的波束成形器28、即用于与方向相关地进行衰减的过程，输入信号I1、I2或者(如在根据图2的示例中示出的)由其推导出的内部音频信号I1'、I2'相应地被馈送至波束成形器28，并且波束成形器28相应地输出与方向有关地衰减后的音频信号R。每个波束成形器28如下产生相关联的与方向有关地衰减后的信号R，即，波束成形器28以利用加权因子a加权的方式将馈送的两个音频信号I1'、I2'(在根据图2的示例中，即心形信号和反心形信号)相互叠加：

R ＝ I1' - a× I2' 其中，a ＝ [-1；1] 等式1

在此，加权因子a确定陷波方向N的值，相对于用户的头部来看，陷波方向N指示如下方向，即，相应的波束成形器28使馈送的音频信号I1'、I2'在该方向上最大地衰减。在此，加权因子a和陷波方向通过非线性的数学函数(N＝N(a))唯一地彼此相关，因此可以相互换算。

波束成形器28(在根据图2的示例中为三个波束成形器、即第一波束成形器28a、第二波束成形器28b和另外的波束成形器28c)分别构造为是自适应的。在此，每个波束成形器28被配置为用于自动设置加权因子a(因此设置陷波方向N)，使得其输出的与方向有关地衰减的音频信号R的能量含量最小。与方向有关地衰减的音频信号R因此是加权因子a的函数(R＝R(a))，或者在等价表述中是陷波方向N的函数(R＝R(N))。

为此，将每个波束成形器28输出的、与方向有关地衰减的信号R反馈到每个波束成形器28中。作为能量最小化的度量，因此为了设置加权因子a(因此设置陷波方向N)，每个波束成形器28例如确定与方向有关地衰减的音频信号R和内部音频信号I1'、I2'的平方的比

并且例如根据牛顿法(Newton-Verfahren)，在加权因子a变化的情况下，使这些参量最小。作为牛顿法的替换，例如使用共轭梯度(konjugierten Gradienten)法(CG法)。

在根据图2的示例中，波束成形器28仅用于分析输入音频信号I1、I2或者内部音频信号I1'、I2'。因此，不通过听筒8输出这些波束成形器28的与方向有关地衰减的音频信号R，或者对其进行进一步处理，以进行输出。

每个波束成形器28根据加权因子a计算相关的陷波方向R，并且将该陷波方向N输出到下游的评估单元30。此外，每个波束成形器28还将由其设置的陷波方向N输出到可能的下级的波束成形器28。因此，根据图2的第一波束成形器28a将由其设置的陷波方向N输出到第二波束成形器28b和另外的波束成形器28c，而第二波束成形器28b将由其设置的陷波方向N输出到另外的波束成形器28c。在此，配置波束成形器28中的每一个，使得波束成形器28(相应地在考虑例如±5°的距离间隔的情况下)在设置其自己的陷波方向N时，省去向其馈送的上级的波束成形器28的陷波方向N。第一波束成形器28a、第二波束成形器28b、另外的波束成形器28c因此形成相互耦合的波束成形器28的级联，其中，每个波束成形器28强制性地设置另一个陷波方向N，因此对准另一个噪声源。

评估单元30将馈送的陷波方向N的随着时间的变化过程彼此进行比较。一旦评估单元30确定馈送的陷波方向N中的至少两个的相关的改变，那么评估单元30将这识别为用户移动了其头部的标志。在这种情况下，评估单元30产生指示头部转动的指示信号D，并且将该指示信号D馈送到信号准备单元18。

在信号准备单元18内部将指示信号D馈送至参数化单元32，参数化单元32将信号准备参数P提供给信号准备过程24。在此，参数化单元32对信号准备参数P中的至少一个预先给定根据指示信号D改变的值。因此，在通过头部转动检测单元26识别出头部转动时，参数化单元32以与在头部转动检测单元26没有检测到头部转动的时间段中不同的方式，来控制信号准备过程24中的至少一个。如果信号准备过程24包括具有可变的自适应速度的自适应的过程、特别是自适应的波束成形器，那么优选参数化单元32根据指示信号D改变该自适应速度。特别是，参数化单元32在头部转动期间以及在头部转动之后不久提高自适应速度，从而自适应的过程可以快速地匹配于由于头部转动而导致的听力情形的改变。相反，在头部转动检测单元26没有检测到头部转动的时间段中，参数化单元32将自适应速度减小为比较小的值。因此，在没有头部转动的情况下，将自适应的信号准备过程设置得比较慢，以保证稳定的信号准备。作为自适应速度的提高的附加或者替换，参数化单元32在识别出头部转动期间并且在识别出头部转动之后不久暂时降低方向作用的强度(特别是陷波深度)，由此避免信号处理的伪影，并且使得助听器佩戴者能够更好地进行定向。

为了确定馈送的陷波方向N中的至少两个的相关的改变，评估单元30分别在馈送的陷波方向N之间成对地形成互相关函数。在这种情况下，当所形成的互相关函数中的至少一个的值超过预先给定的阈值时，评估单元30识别出存在头部转动。

在一个替换的实施方案中，评估单元30针对馈送的陷波方向N中的每一个分别检测改变的起始和结束时间点以及相应的改变幅度、即相应的陷波方向N改变的值。在这种情况下，当馈送的陷波方向N中的至少两个相应地有具有(预先给定的公差范围内的)相同的起始和结束时间点以及相同的改变幅度的改变时，评估单元30识别出存在头部转动。

又替换地，评估单元30针对馈送的陷波方向N中的每一个，检测随着时间的改变的强度和/或符号(特别是一阶时间导数的符号)。在这种情况下，当所确定的符号中的足够大的数量相同时(也就是说，当例如除了必要时适应于用户自己的声音的波束成形器28的陷波方向N之外的所有陷波方向N在相同的方向上改变时)，或者当多个陷波方向N经历相同强度的改变时，评估单元30识别出存在头部转动。

然而，在这两种情况下，在识别出头部转动时，当相关的陷波方向N的改变超过预先给定的阈值、例如10°时(也就是说，当相关的陷波方向N改变超过预先给定的阈值时)，评估单元30才产生指示信号D。

在听力系统2的一个简单的实施方案中，指示信号D是如下参量，该参量仅定性地指示识别出的头部转动，而不详细表征头部转动。例如，一旦并且只要评估单元30识别出头部转动，那么评估单元30将标记设置为指示信号D。

但是作为头部转动的单纯定性的指示的附加或者替换，指示信号D优选包含定性地表征识别出的头部转动的至少一个说明，特别是关于头部转动的转动角和/或关于头部转动的转动速率(即角速度)的说明。

为了确保每个波束成形器28可以在头部转动时实时地调整其陷波方向R，但是在此同时避免陷波方向N在不同的噪声源之间来回跳跃，每个波束成形器28优选被配置为用于，根据能量最小化的强度，特别是根据按照等式2的参量E_R的值，来改变其自适应速度。只要特定的波束成形器28对准活动的噪声源，因此针对所设置的陷波方向N的能量最小化足够大(例如如果并且只要参量E_R低于预先给定的极限值)，那么该波束成形器28将其自适应速度设置为比较高的值，从而例如能够实现陷波方向N的直至180°每秒的改变速率。否则，即如果通过加权因子a(因此陷波方向N)的变化，暂时无法实现明显的能量最小化，那么有关的波束成形器28或者每个有关的波束成形器28降低其自适应速度，从而例如将陷波方向的允许的改变速率限制为±2°每秒。通过自适应速度的这种降低，实现当特定的噪声源在短时间内不活动时，波束成形器28也保持对准该噪声源。

为了简化语言，下面将前面描述的没有实现明显的能量最小化的波束成形器28(例如因为其尚未或者不再对准主要的噪声源，或者因为与其相关联的噪声源在短时间内变为不活动)，称为“进行搜索”。

为了避免这种进行搜索的波束成形器28干扰评估单元30对陷波方向N进行的比较评估，波束成形器28优选被配置为用于，仅当波束成形器28对准活动的主要的噪声源，因此不再进行搜索时，才将设置的陷波方向N输出到评估单元30和下游的波束成形器28。

为了确保头部转动检测单元26本身匹配于改变的听力情形，并且评估单元30特别是仅考虑对准主要的并且长时间活动的噪声源的波束成形器28的陷波方向N，在听力系统2的一个优选的实施方案中，在听力系统2运行时动态地(在软件技术上例如作为同一个类别的对象)产生(激活)并且必要时结束(去激活)波束成形器28。

例如，头部转动检测单元26以规则的时间间隔(例如每60秒)产生新的波束成形器28，并且将其加入耦合的波束成形器28的级联的最下方。

如果波束成形器28中的一个在预先给定的(例如40秒的)时间段内持续进行搜索，因此无法实现明显的能量最小化(特别是如果参量E_R在预先给定的时间段内持续低于极限值)，那么自动去激活该波束成形器28，因此从耦合的波束成形器28的级联中去除该波束成形器28。

通过前面描述的波束成形器28的自动激活和去激活，保证(在头部转动检测单元26的范围内活动的)波束成形器28的数量规则地匹配于用户的周围环境中的主要的噪声源的数量。但是为了避免信号处理器12在数值上过载，优选将同时活动的波束成形器28的数量限制为预先给定的最大数量、例如五个波束成形器28。

在听力系统2的一个未明确示出的变形方案中，评估单元30如下反作用于波束成形器28，即，在识别出头部转动时，评估单元30使进行搜索的波束成形器28或者每个进行搜索的波束成形器28的陷波方向N调整识别出的头部转动的角度。因此，在头部转动时，当与波束成形器28相关联的噪声源在头部转动期间短时间不活动时，波束成形器28也保持对准与其相关联的噪声源。因此，一旦噪声源又变为活动，那么波束成形器28也在头部转动期间或者之后又可以立即使用。

图3示出了听力系统2的另一个实施方式，其中，除了助听器4(或者这种类型的两个助听器，用于供应用户的两只耳朵)之外，听力系统2还包括控制软件。下面将该控制软件称为听力APP 40。在图3所示的示例中，听力APP 40安装在智能电话42上。在此，智能电话42本身不是听力系统2的一部分。相反，智能电话42仅被听力APP 40用作存储空间和计算能力的资源。

在听力系统2运行时，助听器4和听力APP 42通过无线数据传输连接44交换数据。数据传输连接44例如基于蓝牙标准。在此，听力APP 42使用智能电话42的蓝牙收发器，以从助听器4接收数据，并且将数据发送到助听器4。助听器4在其一侧包括(未明确示出的)蓝牙收发器，用于将数据发送到听力APP 40，并且从该APP接收数据。

在根据图3的实施方案中，执行根据图2的方法所需的软件部件的一部分不在信号处理器12中实现，而是相反在听力APP 40中实现。例如，在根据图3的实施方式中，评估单元30在听力APP 40中实现。

借助前面描述的实施例中，本发明将变得特别清楚，但是本发明仍然不局限于这些实施例。相反，本领域技术人员可以从权利要求和前面的描述中推导出本发明的其它实施方式。

附图标记列表

2 听力系统

4 助听器

5 壳体

6 麦克风

8 听筒

10 电池

12 信号处理器

14 声音通道

16 尖端

18 信号准备单元

20 信号分析单元

22 预处理单元

24 信号准备过程

26 头部转动检测单元

28 波束成形器

28a 第一波束成形器

28b 第二波束成形器

28c 另外的波束成形器

30 评估单元

32 参数化单元

40 听力APP

42 智能电话

44 数据传输连接

a 加权因子

D 指示信号

I1、I2 输入音频信号

I1'、I2' (内部)音频信号

N 陷波方向

O 输出音频信号

P 信号准备参数

R (与方向有关地衰减的)音频信号

U 供电电压

Claims (16)

1.一种用于运行听力系统(2)的方法，所述听力系统用于辅助用户的听力，所述听力系统具有佩戴在用户的头部上、特别是佩戴在用户的耳朵中或者上的至少一个听力设备(4)，

-其中，借助听力系统(4)的至少两个输入转换器(6)接收来自用户的周围环境的声音信号，并且将其转换为输入音频信号(I1、I2)，

-其中，将具有可变的第一陷波方向(N)的自适应的第一波束成形器(28a)间接或者直接应用于输入音频信号(I1、I2)，以产生与方向有关地衰减的第一音频信号(R)，并且其中，设置所述第一陷波方向(N)，使得与方向有关地衰减的第一音频信号(R)的能量含量最小化，

-其中，将具有可变的第二陷波方向(N)的自适应的第二波束成形器(28b)间接或者直接应用于输入音频信号(I1、I2)，以产生与方向有关地衰减的第二音频信号(R)，并且其中，将所述第二陷波方向(N)设置为与所述第一陷波方向(N)不同的值，使得与方向有关地衰减的第二音频信号(R)的能量含量最小化，

-其中，对所述第一陷波方向(N)和所述第二陷波方向(N)进行比较评估，并且其中，当在比较评估的过程中确定所述第一陷波方向(N)和所述第二陷波方向(N)的相关的改变时，定性和/或定量地检测用户的头部转动。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中，为了定性地检测头部转动，产生指示头部转动的指示信号(D)，和/或检测头部转动的时间点。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其中，为了定量地检测头部转动，检测表征头部转动的转动速率、转动角间隔、持续时间和/或头部在环境空间中的朝向的测量参量。

4.根据权利要求1或2所述的方法，

-其中，将具有可变的另外的陷波方向(N)的至少一个另外的自适应的波束成形器(28c)间接或者直接应用于输入音频信号(I1、I2)，以产生另外的与方向有关地衰减的音频信号(R)，并且其中，将所述另外的陷波方向(N)设置为与自适应的第一波束成形器(28a)和自适应的第二波束成形器(28b)的陷波方向(N)不同的值，使得所述另外的与方向有关地衰减的音频信号(R)的能量含量最小化，

-其中，对第一陷波方向(N)、第二陷波方向(N)和至少一个另外的陷波方向(N)进行比较评估，并且其中，当在比较评估的过程中确定陷波方向(N)中的至少两个的相关的改变时，定性和/或定量地检测用户的头部转动。

5.根据权利要求1或2所述的方法，

其中，在比较评估中，根据通过陷波方向(N)中的至少一个的变化实现的能量最小化的强度，以不同的加权考虑该陷波方向。

6.根据权利要求1或2所述的方法，

其中，在比较评估中，根据陷波方向(N)中的至少一个的时间稳定性，以不同的加权考虑该陷波方向(N)。

7.根据权利要求1或2所述的方法，

其中，直接或者间接在所述至少一个听力设备(4)的信号准备单元(18)中，借助一定数量的信号准备过程(24)，根据一定数量的能够设置的信号准备参数(P)，对输入音频信号(I1、I2)进行修改，以借助听力设备(4)的输出转换器(8)向用户输出，并且其中，根据对头部转动的定性和/或定量检测，来设置至少一个信号准备参数(P)。

8.根据权利要求1或2所述的方法，

其中，直接或者间接在所述至少一个听力设备(4)的信号准备单元(18)中，借助至少一个自适应的信号准备过程(24)，根据能够设置的自适应速度，对输入音频信号(I1、I2)进行修改，以借助听力设备(4)的输出转换器(8)向用户输出，并且其中，根据对头部转动的定性和/或定量检测，来设置自适应速度。

9.一种用于辅助用户的听力的听力系统(2)，所述听力系统具有佩戴在用户的头部上、特别是佩戴在用户的耳朵中或者上的至少一个听力设备(4)，

-其中，所述听力系统(2)包括至少两个输入转换器(6)，所述输入转换器用于接收来自用户的周围环境的声音信号，并且用于将该声音信号转换为输入音频信号(I1、I2)，

-其中，所述听力系统(2)包括具有可变的第一陷波方向(N)的自适应的第一波束成形器(28a)，所述输入音频信号(I1、I2)被直接或者间接馈送至自适应的第一波束成形器，其中，自适应的第一波束成形器(28a)被配置为用于产生与方向有关地衰减的第一音频信号(R)，并且设置第一陷波方向(N)，使得与方向有关地衰减的第一音频信号(R)的能量含量最小化，

-其中，所述听力系统(2)包括具有可变的第二陷波方向(N)的自适应的第二波束成形器(28b)，所述输入音频信号(I1、I2)被直接或者间接馈送至自适应的第二波束成形器，其中，自适应的第二波束成形器(28b)被配置为用于产生与方向有关地衰减的第二音频信号(R)，并且设置第二陷波方向(N)，使得与方向有关地衰减的第二音频信号(R)的能量含量最小化，

-其中，所述听力系统(2)包括评估单元(30)，所述评估单元被配置为用于，对第一陷波方向(N)和第二陷波方向(N)进行比较评估，并且当所述评估单元在比较评估的过程中确定第一陷波方向(N)和第二陷波方向(N)的相关的改变时，定性和/或定量地检测用户的头部转动。

10.根据权利要求9所述的听力系统(2)，

其中，所述评估单元(30)被配置为用于，产生指示头部转动的指示信号(D)，和/或检测头部转动的时间点，以定性地检测头部转动。

11.根据权利要求9或10所述的听力系统(2)，

其中，所述评估单元(30)被配置为用于，检测表征头部转动的转动速率、转动角间隔、持续时间和/或头部在环境空间中的朝向的参量，以定量地检测头部转动。

12.根据权利要求9或10所述的听力系统(2)，

-其中，所述听力系统(2)包括具有可变的另外的陷波方向(N)的至少一个另外的自适应的波束成形器(28c)，所述输入音频信号(I1、I2)被直接或者间接馈送至所述至少一个另外的自适应的波束成形器，其中，所述另外的自适应的波束成形器(28c)被配置为用于产生另外的与方向有关地衰减的音频信号(R)，并且将所述另外的陷波方向(N)设置为与自适应的第一波束成形器(28a)和自适应的第二波束成形器(28b)的陷波方向(N)不同的值，使得所述另外的与方向有关地衰减的音频信号(R)的能量含量最小化，

-其中，所述评估单元(30)被配置为用于，对第一陷波方向(N)、第二陷波方向(N)和至少一个另外的陷波方向(N)进行比较评估，并且当在比较评估的过程中确定陷波方向(N)中的至少两个的相关的改变时，定性和/或定量地检测用户的头部转动。

13.根据权利要求9或10所述的听力系统(2)，

其中，所述评估单元(30)被配置为用于，在比较评估中，根据通过陷波方向(N)中的至少一个的变化实现的能量最小化的强度，以不同的加权考虑该陷波方向(N)。

14.根据权利要求9或10所述的听力系统(2)，

其中，所述评估单元(30)被配置为用于，在比较评估中，根据陷波方向(N)中的至少一个的时间稳定性，以不同的加权考虑该陷波方向(N)。

15.根据权利要求9或10所述的听力系统(2)，

其中，所述至少一个听力设备(4)具有信号准备单元(18)，所述信号准备单元被配置为用于，借助一定数量的信号准备过程(24)，根据一定数量的能够设置的信号准备参数(P)，对输入音频信号(I1、I2)或者从中推导出的音频信号(I1'、I2')进行修改，以借助听力设备(4)的输出转换器(8)向用户输出，并且其中，所述听力系统(2)具有用于根据对头部转动的定性和/或定量检测设置至少一个信号准备参数(P)的部件。

16.根据权利要求9或10所述的听力系统(2)，

其中，所述至少一个听力设备(4)具有信号准备单元(18)，所述信号准备单元被配置为用于，借助至少一个自适应的信号准备过程(24)，根据能够设置的自适应速度，对输入音频信号(I1、I2)或者从中推导出的音频信号(I1'、I2')进行修改，以借助听力设备(4)的输出转换器(8)向用户输出，并且其中，所述听力系统(2)具有用于根据对头部转动的定性和/或定量检测设置自适应速度的部件。