CN115396800A - 一种方向性助听方法、系统、助听器及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种方向性助听方法、系统、助听器及存储介质，方法包括：通过麦克风阵列拾取音频信号并进行预处理；对所述音频信号进行方向性处理，并对方向性处理后的音频信号进行降噪和放大；将降噪和放大后的所述音频信号输出。本发明对助听器中啸叫问题以及声音方向性问题有较好的解决；相对现有技术，本发明对输出音频没有局限性、助听器音质高、微型化、算法运算复杂度低等优点。

Description

一种方向性助听方法、系统、助听器及存储介质

技术领域

本发明涉及助听器技术领域，特别涉及一种方向性助听方法、系统、 助听器及存储介质，特别针对语音信号的获取与处理、语音通讯、声学信 号处理、语音信号处理、语音信号前端处理和语音活动检测。

背景技术

在助听器全数字时代的当下，助听器的微型化意味着麦克风和扬声器 距离不远，当处理后的音频通过扬声器播放出来后，一部分会被麦克风接 收到，不断放大产生啸叫，造成系统的不稳定，影响助听器的声音舒适度 和保真度，给佩戴者带来极差的体验感。骨导助听器虽然可以避免产生啸 叫，但是骨导助听器长期佩戴会使接触传感器的皮肤疼痛、变硬极不舒服， 且骨导助听器有一定的输出局限性，其对声音的方向性不敏感且对3k～4kHz以上的声音放大基本无效。

助听器中去啸叫的算法有很多。传统的去啸叫算法有最小均方误差算 法、递归最小二乘算法和归一化最小均方误差算法等，这些算法是在维纳 滤波器的基础上发展出来的，算法的系数更新方式是逐点更新，系数更新 频繁，运算量大，造成系统资源的大量浪费。不能满足数字助听器对性能 和实时性的要求。

发明内容

为了得到啸叫抑制、语音保真度高、声音具有方向性的系统效果，本 发明提供一种方向性助听方法、系统、助听器及存储介质，相较于现有技 术，具有能耗低、易于实现、信号具有方向性、保真度高、均衡器调节和 便于使用等优点。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种方向性助听方法，包括以下步骤：

通过麦克风阵列拾取音频信号并进行预处理；

对所述音频信号进行方向性处理，并对方向性处理后的音频信号进行 降噪和放大；

将降噪和放大后的所述音频信号输出。

作为本发明的进一步改进，所述预处理是指对麦克风阵列采集到的音 频信号做分帧、加窗后再做快速傅里叶变换处理。

作为本发明的进一步改进，所述方向性处理是对麦克风阵列拾取音频 信号进行波束形成算法处理，确定感兴趣角度的增大和抑制角度的消减， 具体包括以下步骤：

假设在没有回声平面波的环境下，声波传输速度为c＝340m/s，气导麦 克风数量为M，麦克风间距为δ，声波的入射夹角为θ，则M个麦克风的 转向向量为

其中，^T为转置操作，

为复数单位，ω＝2πf为角频率，f>0为采 样频率，τ₀＝δ/c为相对于阵列零点相邻两个麦克风之间的时延；

假设波束形成的主瓣在角度θ＝0，信号源的入射角也在该方向，则麦 克风阵列拾取的信号表示为：

其中，Y_m(ω)表示第m个麦克风拾取的信号，x(ω)＝d(ω,0)X(ω)，X(ω)是 零均值期望信号，d(ω,0)是信号传播矢量，v(ω)是零均值加性噪声矢量，噪 声和期望信号不相关；则进行波束形成处理的输出为：

其中，Z(ω)是估计得到的期望信号，

h(ω)＝[H₁(ω) H₂(ω) … H_M(ω)]^T (4)

h(ω)是线性滤波器矢量，角标^*和^H分别代表复数共轭和共轭转置；则 无失真约束条件为

h^H(ω)d(ω,0)＝1 (5)。

作为本发明的进一步改进，所述降噪和放大是指滤除环境中的底噪， 通过语音活动检测，检测出语音段，对波束形成放大范围内的语音信号进 行自动增益控制输出。

作为本发明的进一步改进，所述麦克风阵列包括4个气导全向麦克风， 相邻麦克风间隔等距离设置，麦克风阵列以眼镜腿向前的方向为阵列零点 固定在同一条眼镜腿上。

作为本发明的进一步改进，所述麦克风阵列采用气导全向性麦克风， 气导全向性麦克风的感兴趣方向范围为-60°～+60°。

作为本发明的进一步改进，还包括骨导麦克风，所述骨导麦克风设置 在所述眼镜腿内侧且贴近耳朵的部位。

一种方向性助听系统，包括：

音频信号拾取模块，用于通过麦克风阵列拾取音频信号并进行预处理；

波束形成滤波模块，用于对所述音频信号进行方向性处理，并对方向 性处理后的音频信号进行降噪和放大；

助听信号输出模块，用于将降噪和放大后的所述音频信号输出。

一种助听器，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个 或多个处理器实现所述的一种方向性助听方法。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该 程序被处理器执行时实现所述的一种方向性助听方法。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

本发明的一种方向性助听方法，通过麦克风阵列拾取音频信号并进行 预处理；再对所述音频信号进行方向性处理，并对方向性处理后的音频信 号进行降噪和放大；均匀线性阵列波束形成滤波模块具有对不同频段的处 理效果稳定，相较于现有的波束形成滤波模块，更易于实现且波束形成效 果较好。再通过蓝牙模块对降噪和放大后的音频信号进行均衡调节，通过 对各种不同频率的语音信号的调节来补偿扬声器和声场的缺陷，补偿和修饰各种声源。最后将调节后的所述语音信号输出。具有能耗低、易于实现、 信号具有方向性、保真度高、均衡器调节和便于使用等优点。

本发明助听器包括：气导全向麦克风阵列设计、麦克风阵列拾取的语 音信号感兴趣方向放大及远距离信号放大和蓝牙功能模块，通过系统处理 后的语音信号能够满足固定人群的需求。本发明对助听器系统中啸叫问题 以及声音方向性问题有较好的解决。提出通过4路气导麦克风阵列、波束 形成算法、降噪算法和自动增益控制算法等构成的语音增强系统，对阵列 零点-60°～+60°范围内的语音放大至可接受范围，对其他范围内的语音进行 抑制。同时通过本发明对啸叫有较好的抑制效果，相对于传统算法，算法 运算量低、易于实现、实时性好。本发明对输出语音信号具有较好的方向 性，信号保真度高等优点。相对现有技术，本发明对输出音频没有局限性、 助听器音质高、微型化、算法运算复杂度低等优点。

进一步，骨导麦克风可以有效的抑制佩戴者本人说话的声音，避免佩 戴者声音被放大带来的体验不佳；扬声器位于抑制范围内，可以有效地避 免啸叫。

进一步，本发明系统中的蓝牙模块对输出信号具有均衡调节作用，通 过对各种不同频率的语音信号的调节来补偿扬声器和声场的缺陷，补偿和 修饰各种声源。通过连接设备蓝牙进行语音通话、音频播放、调节音量等 操作，相对现有助听器系统，通过蓝牙结合手机等产品更便于操作和使用， 极大的提升了助听器产品与日常通信的结合，方便用户使用。

附图说明

此处附图为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术方案。以下对实 施例中所需要使用的附图简明的介绍，并与说明书一起解释本发明的原理。 同时为了更好的展示本发明以及验证本发明的有效性，本发明展示了麦克 风阵列前后向抑制比的效果图。

图1所示为本发明麦克风阵列示意图；

图2为左眼镜腿上麦克风阵列设计图；

图3为右眼镜腿上麦克风设计图；

图4为左眼镜腿中信号处理模块硬件结构图；

其中，10为左眼镜腿，20为右眼镜腿，1/2/3/4为麦克风，5为耳机，6 为骨导麦克风；30为眼镜框；40为气导麦克风阵列。

图5所示为本发明设计的麦克风阵列波束形成滤波模块波束图；

图6所示为本发明设计的不同需求波束形成滤波模块的前后向抑制比 效果图；

图7所示为本系统最终的感兴趣范围内处理后的效果图对比图；

图8所示为本系统最终的抑制范围内处理后的效果图对比图。

图9所示为本发明实施例提供了一种语音方向性判别系统及助听器， 设计方法。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有 做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范 围。

本发明的一种眼镜式方向性助听器系统，该系统包括：气导全向麦克 风阵列设计、麦克风阵列拾取的语音信号感兴趣方向放大及远距离信号放 大和蓝牙功能模块，通过系统处理后的语音信号能够满足固定人群的需求。 本发明对助听器系统中啸叫问题以及声音方向性问题有较好的解决。相对 现有技术，本发明对输出音频没有局限性、助听器音质高、微型化、算法 运算复杂度低等优点。具体涉及以下内容：

1)眼镜腿麦克风阵列设计；

2)麦克风拾取信号方向性处理；

3)方向性处理后信号降噪和放大；

4)蓝牙模块设计。

所述方案中，眼镜腿麦克风阵列设计；包括：

考虑到眼镜腿的长短和宽度限制，本发明提出麦克风每隔1cm共4个 麦克风的麦克风阵列，麦克风阵列固定在同一条眼镜腿上，阵列示意图如 下图1和图2所示。对于麦克风选择全向性麦克风还是指向性麦克风，本 发明通过阵列方向性进行了实验验证，通过对气导全向性麦克风和指向性 麦克风的前后向比实验。

助听器在佩戴者本人说话的时候听到自己的声音，会给佩戴者带来极 不好的体验，为了解决这以问题，本发明在眼镜腿内侧设计了骨导麦克风， 用于消除佩戴者本人的说话声音，提高了助听器的输出音质。

波束形成滤波模块是软件算法，麦克风阵列是硬件设备。所述波束形 成滤波模块输入为麦克风阵列采集的模拟电信号，经过A/D转换后得到的 数字信号。

以眼镜腿向前的方向为阵列零点，每隔30°在0°～180°范围内设置测试 点，采用恒玄科技BES2300开发板分别录制音频，通过波束形成算法处理 后结果与处理前结果对比，得到消减幅度的音频，如下表1所示。

本发明助听器的感兴趣方向范围为-60°～+60°，所以前后向比定义为， 感兴趣角度范围内的衰减平均值除以抑制角度范围内的衰减平均值。通过 实验得出结论全向性气导麦克风的前后向比较指向性麦克风的前后向比 好，所以本发明最终选择组成麦克风阵列方向性更好的气导全向性麦克风。

表1全向麦克风和指向麦克风前后向比

(dB)\(°)	0	30	60	90	120	150	180	前后向比
									全向麦	-3	-6	-9	-12	-15	-12	-12	0.4615
指向麦	-6	-6	-9	-9	-9	-6	-6	1.037

所述方案中，麦克风阵列拾取信号方向性处理方法；包括：

对麦克风阵列拾取的四路气导麦克风数据进行波束形成算法分析，确 定感兴趣角度的增大和抑制角度的消减。假设在没有回声平面波的环境下， 声波传输速度为c＝340m/s，气导麦克风数量为M，麦克风间距为δ，声波 的入射夹角为θ。则M个麦克风的转向向量为

其中，^T为转置操作，

为复数单位，ω＝2πf为角频率，f>0为采 样频率，τ₀＝δ/c为相对于阵列零点相邻两个麦克风之间的时延。

假设波束形成的主瓣在角度θ＝0，信号源的入射角也在该方向，则麦 克风阵列拾取的信号表示为

其中Y_m(ω)表示第m个麦克风拾取的信号，x(ω)＝d(ω,0)X(ω)，X(ω)是 零均值期望信号，d(ω,0)是信号传播矢量，v(ω)是零均值加性噪声矢量，噪 声和期望信号不相关。则波束形成滤波模块的输出为

其中Z(ω)是估计得到的期望信号，

h(ω)＝[H₁(ω) H₂(ω) … H_M(ω)]^T (4)

是线性滤波器矢量，角标^*和^H分别代表复数共轭和共轭转置。在本发 明中理想的无失真约束条件为

h^H(ω)d(ω,0)＝1. (5)

根据式(5)的约束条件，基于前后向比的最大化和广义形式，设计具有 均匀线性阵列的波束形成滤波模块。

通过设计出的均匀线性阵列波束形成滤波模块具有对不同频段的处理 效果稳定，相较于现有的波束形成滤波模块，更易于实现且波束形成效果 较好。本发明设计的波束形成滤波模块可以实现4种不同的场景需求。波 束图如图5所示。

根据方向性助听器的需求，将-60°～+60°角度范围内的声音放大，抑制 其他范围内的声音信号，所以本发明使用图2中生成(b)所示波束图的波束 形成滤波模块。

本发明设计的波束形成滤波模块在实验室理想环境下，不同需求条件 下，麦克风阵列拾取到的信号前后向抑制比如图3所示。

图6中，图注中的(a)、(b)、(c)和(d)分别与图2中的编号相对应。由此 可以看出在阵列180°设计为扬声器，本发明选用的扬声器可以是正常使用 的耳机，也可以使用塞入耳道内密闭性较高的耳机，对于一般的耳机使用 在本系统中也不会产生啸叫。缩减了系统的成本和空间，更易于实现。

图6中(b)为本系统选用的波束形成滤波模块，前后向抑制比在20dB以 上，从理论可以很好地满足现有系统的需求。极大的降低了常见助听器中 算法的复杂度、运算量，提高了系统的实时性。

所述方案中，方向性处理后信号降噪和放大方法；包括以下步骤：

日常生活中的噪声主要有白噪声、粉噪、空调噪声、风扇噪声等，麦 克风阵列拾取声音时，存在说话人较小时，采集到的信号人声淹没在噪声 中，信号信噪比较低；在这种情况下很难将语音信号在不损伤的情况下提 取出来，本发明采用的方法能够在输入信号低信噪比的条件下，保留语音 信号不失真。能够有效的确保本系统的拾音距离。

麦克风阵列与说话人距离较远时，系统处理后输出的语音信号较小， 不足以满足特殊人群的需求；麦克风阵列与说话人距离较近时，系统处理 后输出的语音信号较大，甚至破音；所以，需要对输出信号做自动增益控 制，在信号过大或者出现破音时，根据声音的响度曲线压缩到一定范围， 声音较小时，可以放大至一定范围。

通过本系统使用的降噪算法和自动增益算法，可以保证语音信号的清 晰度和保真度。

本系统根据语音活动检测算法确定语音段的放大，避免了在语音放大 的同时噪声也放大的问题。提高了系统的稳定性。

本系统要求在佩戴者10cm范围内说话，或者佩戴者本人说话的时候， 输出抑制20dB以上，本设计通过一个骨导麦克风实现了佩戴者说话和在佩 戴者10cm范围内说话抑制输出的功能。

所述方案中，蓝牙模块设计；包括：

本系统还涉及了蓝牙模块，功能包括系统音量调节，语音电话、语音 播放和语音均衡器等功能。蓝牙可以调节输出信号，通过对各种不同频率 的语音信号的调节来补偿扬声器和声场的缺陷，补偿和修饰各种声源，提 高输出语音的保真度。

所述蓝牙模块输入信号为波束形成滤波模块处理后的信号。扬声器与 蓝牙模块采用的有线连接。蓝牙模块可与手机、电脑等无线连接，实现助 听器音量大小控制、助听器可以听到手机、电脑等播放的音频，也可以进 行语音通话等。

总结以上，本发明第一个目的是提供一种方向性助听方法，包括以下 步骤：

通过麦克风阵列拾取音频信号并进行预处理；

对所述音频信号进行方向性处理，并对方向性处理后的音频信号进行 降噪和放大；

通过蓝牙模块对降噪和放大后的音频信号进行均衡调节；

将调节后的所述语音信号输出。

其中，降噪和放大是滤除环境中的底噪，通过语音活动检测，检测出 语音段，对波束形成放大范围内的语音信号进行自动增益控制输出。

本发明第二个目的是提供一种方向性助听系统，包括：

音频信号拾取模块，用于通过麦克风阵列拾取音频信号并进行预处理；

波束形成滤波模块，用于对所述音频信号进行方向性处理，并对方向 性处理后的音频信号进行降噪和放大；

助听信号输出模块，用于将降噪和放大后的所述音频信号输出。

所述波束形成滤波模块执行波束形成滤波模块的算法。

作为优选地实施例，所述麦克风阵列采用气导全向性麦克风，气导全 向性麦克风的感兴趣方向范围为-60°～+60°。

作为优选地实施例，还包括骨导麦克风，所述骨导麦克风设置在所述 眼镜腿内侧且贴近耳朵的部位。

作为优选地实施例，所述麦克风阵列包括4个气导全指向麦克风，相 邻麦克风间隔等距离设置，麦克风阵列固定在同一条眼镜腿上。

作为优选地实施例，所述波束形成滤波模块的角度范围为-60°～+60° 角度范围，所述波束形成滤波模块的前后向抑制比大于20dB。

作为优选地实施例，所述波束形成滤波模块为均匀线性阵列的波束形 成滤波模块。

本发明第三个目的是提供一种助听器，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个 或多个处理器实现所述的一种方向性助听方法。

本发明第四个目的是提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算 机程序，该程序被处理器执行时实现所述的一种方向性助听方法。

为使本发明实施例的目的、技术方案和技术优点更加清楚，以下将结 合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述。

实施例

如图1所示，本发明给出了眼镜式方向性助听器系统模型图，本系统 实物外观和模型基本一致。由于大部分的需求者都是老年人，他们在阅读 时需要戴眼镜，因此本发明系统应运而生。同时，此助听系统可以被隐藏 在眼镜和头发里，提高了佩戴者的可接受程度。

如图9所示，本发明实施例提供了一种语音方向性判别系统及助听器， 设计方法包括：

步骤110：眼镜腿麦克风阵列设计；

麦克风阵列按照在眼镜腿同一平面上4个麦克风每隔1cm间距设计； 阵列麦克风的前后向抑制比分析，选择适合当前系统的麦克风。骨导麦克 风在镜腿贴近耳朵的部位。

如图1所示，本发明装置实物最终按照图中所示设计，充分考虑了眼 镜腿的长短和宽度限制，设计了4麦克气导全向麦克风阵列40(1/2/3/4)。 如图2所示麦克风阵列40设计在左眼镜腿上，每个麦克风之间的间距为 10mm，4个麦克风连起来构成麦克风阵列40。声音输出设备为普通的平头 耳机，麦克风阵列40和扬声器之间的距离不做严格要求。

如图3所示，右眼镜腿在眼镜腿与耳部贴合处设计一个骨导麦克风。 左眼镜腿中空，设计放入语音处理模块硬件。如图4所示，设计左眼镜腿 中语音处理模块硬件结构图，其中A为USB口，USB类型为typeC，B和 C分别为调节音量加减键，D为设备开关机键。左眼镜腿中语音处理模块硬 件PCB尺寸如图5所示。右眼镜腿中空，设计放入整个装置的供电模块。

步骤120：麦克风阵列拾取信号方向性处理；

1.对麦克风阵列采集到的信号做分帧、加窗后再做快速傅里叶变换等预 处理；

2.将预处理后的信号输入到设计好的波束形成滤波模块中，得到波束形 成滤波模块估计后的信号，该信号可以明显分辨出信号源的方向性，感兴 趣范围信号放大，反之变小。本发明选用图2中(b)所示的波束形成滤波模 块，对-60°～+60°角度范围内的声音放大，抑制其他范围内的声音信号。

通过步骤110中的麦克风阵列40和骨导麦克风拾取声音信号，传输至 阵列拾取信号方向性处理模块中。将图2中左眼镜腿麦克风阵列40Mic1与 Mic4连线中，Mic1所在方向定义为0°方向，Mic4所在方向定义为180°方 向。即0°方向为助听器佩戴者面向音源的方向。通过波束形成算法对0°方 向的声音增强，180°方向的声音衰减。降噪后通过自动增益算法将音频放 大到一定幅度，送到耳机中播出。

步骤130：方向性处理后信号降噪和放大；

1.波束形成滤波模块输出的信号进行降噪，滤除环境中的底噪，保留语 音信息和和其他有用的信息。

2.通过语音活动检测，检测出语音段，对波束形成放大范围内的语音信 号进行自动增益控制输出。

步骤140：蓝牙模块设计；

经过步骤130处理后的音频信号，输入到蓝牙模块中，蓝牙模块可以 调节输出信号，通过对各种不同频率的语音信号的调节来补偿扬声器和声 场的缺陷，补偿和修饰各种声源，提高输出语音的保真度。

如图7、图8所示，本发明可以有效地放大感兴趣范围内的语音信号， 抑制不感兴趣范围内的语音，体现出了本发明的方向性，同时在抑制范围 内的扬声器不会产生啸叫。

具体的，基于上述设计，得到如图1至图4所示，一种眼镜式方向性 助听器装置，包括：气导麦克风阵列40、语音处理模块硬件PCB、扬声器 和供电模块；

所述麦克风阵列40设置在同一眼镜腿上，所述语音处理模块硬件PCB 嵌入任一眼镜腿中，至少一个所述扬声器通过连接支架与一个眼镜腿后端 连接；

所述麦克风阵列40与语音处理模块硬件PCB电连接，所述语音处理模 块硬件PCB与所述扬声器电连接；

所述供电模块设置在另一眼镜腿中，用于提供电能。

其原理为：麦克风阵列40设置在眼镜腿上，用于通过麦克风阵列40 拾取音频信号并进行预处理；语音处理模块硬件PCB对所述音频信号进行 处理，并对方向性处理后的音频信号进行降噪和放大；扬声器将调节后的 所述语音信号输出。

作为优选地实施例，所述麦克风阵列40包括多个间隔设置的麦克风， 多个麦克风间隔等距离设置。所述麦克风阵列40包括4个麦克风。所述麦 克风之间的间距为10mm。

所述方案中，眼镜腿麦克风阵列40设计；包括：

考虑到眼镜腿的长短和宽度限制，本发明提出麦克风每隔1cm共4个 麦克风的麦克风阵列40，麦克风阵列40固定在同一条眼镜腿上，阵列示意 图如下图1所示。对于麦克风选择全向性麦克风还是指向性麦克风，本发 明通过阵列方向性进行了实验验证，通过对气导全向性麦克风和指向性麦 克风的前后向比实验。

助听器在佩戴者本人说话的时候听到自己的声音，会给佩戴者带来极 不好的体验，为了解决这一问题，本发明在眼镜腿内侧设计了骨导麦克风， 用于消除佩戴者本人的说话声音，提高了助听器的输出音质。

本发明可以有效地放大感兴趣范围内的语音信号，抑制不感兴趣范围 内的语音，体现了本发明的方向性，同时在抑制范围内的扬声器不会产生 啸叫。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并 不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内， 可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本 发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种方向性助听方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过麦克风阵列拾取音频信号并进行预处理；

对所述音频信号进行方向性处理，并对方向性处理后的音频信号进行降噪和放大；

将降噪和放大后的所述音频信号输出。

2.根据权利要求1所述的一种方向性助听方法，其特征在于，所述预处理是指对麦克风阵列采集到的音频信号做分帧、加窗后再做快速傅里叶变换处理。

3.根据权利要求1所述的一种方向性助听方法，其特征在于，所述方向性处理是对麦克风阵列拾取音频信号进行波束形成算法处理，确定感兴趣角度的增大和抑制角度的消减，具体包括以下步骤：

假设在没有回声平面波的环境下，声波传输速度为c＝340m/s，气导麦克风数量为M，麦克风间距为δ，声波的入射夹角为θ，则M个麦克风的转向向量为

其中，T为转置操作，

为复数单位，ω＝2πf为角频率，f>0为采样频率，τ₀＝δ/c为相对于阵列零点相邻两个麦克风之间的时延；

假设波束形成的主瓣在角度θ＝0，信号源的入射角也在该方向，则麦克风阵列拾取的信号表示为：

其中，Y_m(ω)表示第m个麦克风拾取的信号，x(ω)＝d(ω,0)X(ω)，X(ω)是零均值期望信号，d(ω,0)是信号传播矢量，v(ω)是零均值加性噪声矢量，噪声和期望信号不相关；则进行波束形成处理的输出为：

其中，Z(ω)是估计得到的期望信号，

h(ω)＝[H₁(ω) H₂(ω)…H_M(ω)]^T (4)

h(ω)是线性滤波器矢量，角标*和H分别代表复数共轭和共轭转置；则无失真约束条件为

h^H(ω)d(ω,0)＝1 (5)。

4.根据权利要求1所述的一种方向性助听方法，其特征在于，所述降噪和放大是指滤除环境中的底噪，通过语音活动检测，检测出语音段，对波束形成放大范围内的语音信号进行自动增益控制输出。

5.根据权利要求1所述的一种方向性助听方法，其特征在于，所述麦克风阵列包括4个气导全向麦克风，相邻麦克风间隔等距离设置，麦克风阵列以眼镜腿向前的方向为阵列零点固定在同一条眼镜腿上。

6.根据权利要求1或5所述的一种方向性助听方法，其特征在于，所述麦克风阵列采用气导全向性麦克风，气导全向性麦克风的感兴趣方向范围为-60°～+60°。

7.根据权利要求4所述的一种方向性助听器，其特征在于，还包括骨导麦克风，所述骨导麦克风设置在所述眼镜腿内侧且贴近耳朵的部位。

8.一种方向性助听系统，其特征在于，包括：

音频信号拾取模块，用于通过麦克风阵列拾取音频信号并进行预处理；

波束形成滤波模块，用于对所述音频信号进行方向性处理，并对方向性处理后的音频信号进行降噪和放大；

助听信号输出模块，用于将降噪和放大后的所述音频信号输出。

9.一种助听器，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-7任一项所述的一种方向性助听方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的一种方向性助听方法。

Images