CN117294999A - 包括主动噪声消除系统的助听器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了包括主动噪声消除系统的助听器，所述主动噪声消除系统配置成消除或减少从所述环境到用户的所述耳膜的、直接传播的声音；所述主动噪声消除系统包括自适应滤波器和组合单元，自适应滤波器配置成提供补偿从所述第一输入变换器到所述第二输入变换器的声传播路径的直接传播的声音的前馈消除信号，组合单元用于使所述直接传播的声音的估计量与所述处理后的信号组合，自适应滤波器包括可变滤波器和自适应算法，自适应算法配置成根据第一和第二算法输入信号向可变滤波器提供更新滤波器系数；第一算法输入信号包括所述第一电输入信号或者随其而定的信号，第二算法输入信号包括所述第二电输入信号与所述处理后的信号或者随其而定的信号的组合。

Description

包括主动噪声消除系统的助听器
技术领域
本申请涉及助听器或耳机领域。
背景技术
在助听器(或耳机)中应用主动噪声消除(active noise cancellation，ANC)时，在使用助听器之前可获得ANC滤波器并保持固定。然而，为了最佳的噪声消除性能，必须使用遵循主路径(Primary Path)(P)和次路径(Secondary Path)(S)的(随时间的)变化的自适应ANC滤波器
已发现，由于需要的助听器输出信号充作自适应ANC滤波器估计的干扰信号，助听器应用中(来自教科书的)标准自适应ANC滤波器更新将富有挑战性。
发明内容
本发明提出(来自教科书的)标准自适应ANC滤波器更新的改进。
助听器
在本申请的一方面，提供一种配置成佩戴在用户耳朵处、至少部分在包括耳膜的耳道中的助听器。该助听器包括：
-第一输入变换器，用于将助听器周围环境中的第一声音转换为表示所述环境中的所述声音的第一电输入信号；
-第二输入变换器，用于将用户的所述耳道中例如所述耳膜处的声音转换为表示所述耳道中例如所述耳膜处的所述声音的第二电输入信号；
-助听器处理器，用于处理第一和第二电输入信号或者随其而定的信号并在此基础上提供处理后的信号；
-输出变换器，用于将所述处理后的信号或者随其而定的信号转换为呈现到用户的所述耳膜的声刺激；
-主动噪声消除系统，配置成消除或减少从所述环境到用户的所述耳膜的、直接传播的声音；所述主动噪声消除系统包括自适应滤波器和组合单元，自适应滤波器配置成提供补偿从所述第一输入变换器到所述第二输入变换器的声传播路径的直接传播的声音的消除信号，组合单元用于使所述直接传播的声音的估计量与所述处理后的信号组合例如求减，自适应滤波器包括可变滤波器和自适应算法，自适应算法配置成根据第一和第二算法输入信号向可变滤波器提供更新滤波器系数。
第一算法输入信号可包括所述第一电输入信号或者随其而定的信号，第二算法输入信号包括所述第二电输入信号与所述处理后的信号或者随其而定的信号的组合。
从而可提供改进的助听器。
(ANC系统的)可变滤波器可配置成通过用自适应算法提供的更新滤波器系数对第一电输入信号或者源自其的信号进行滤波而提供直接传播的声音的估计量。
ANC系统的可变滤波器(参见图2和3的滤波器)称为前馈ANC滤波器，其输出(参见图2和3的yc)称为前馈ANC信号。术语“前馈ANC”用作“反馈ANC”的反义词。前馈ANC系统利用朝向环境的传声器信号来产生前馈消除信号，而这样的环境信号在反馈ANC配置中并不必要(或者不可得)。前馈ANC系统以及反馈ANC系统可包括朝向耳膜(或者任何其它希望的噪声消除点)并提供所谓的“误差信号”的传声器(通常称为误差传声器)。反馈ANC系统必须基于误差传声器信号仅产生噪声消除信号。
在本说明书，术语“补偿直接传播的声音”可意为“减少”或“消除”“直接传播的声音”的影响。
第一算法输入信号可包括第一电输入信号的滤波后版本，其通过估计从所述输出变换器到所述第二输入变换器例如从输出变换器的电输入到第二输入变换器的电输出的声学传递函数的滤波器提供。
第二算法输入信号包括所述第二电输入信号以及所述处理后的信号的滤波后版本的组合，其中所述处理后的信号的滤波后版本通过估计从输出变换器的电输入到第二输入变换器的电输出的次路径的传递函数的滤波器提供。次路径传递函数(S)因而包括：
1、助听器输出变换器传递函数；
2、从输出变换器到第二输入变换器的声学传递函数；及
3、第二输入变换器传递函数。
第二算法输入信号包括处理后的信号的滤波后版本与第二电输入信号相减得到的信号，其中处理后的信号的滤波后版本由估计从输出变换器(的电输入)到第二输入变换器(的电输出)的传递函数的滤波器提供。
助听器可包括配置成至少部分位于用户耳道中的壳体。该壳体可形成助听器的耳件的一部分。
壳体可包括通风或泄漏通道，从而在助听器安装在用户耳朵处时使能在环境与壳体堵住的、耳膜处的空间之间交换空气。
估计从输出变换器到第二输入变换器的次路径的传递函数的滤波器的滤波器系数可以固定例如预先确定。这些滤波器系数例如可在用户使用助听器之前(例如在声学实验室中)例如使用人头和躯干模型(例如HATS或KEMAR模型)确定，或者基于相应的、对用户的测量结果确定，同时(模型或用户)佩戴听力仪器。
估计从输出变换器到第二输入变换器的次路径的声学传递函数的滤波器的滤波器系数可自适应并在用户佩戴助听器时更新。
自适应算法可包括最小均方(Least Mean Square，LMS)或者归一化LMS(NLMS)算法或者其它适当的自适应算法如递归最小二乘法(Recursive Least Square，RLS)。
助听器可由空气传导型助听器例如耳后(BTE)式或耳内接收器(RITE)式助听器构成或者可包括空气传导型助听器例如耳后(BTE)式或耳内接收器(RITE)式助听器。
助听器可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。助听器可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。
助听器可包括输出单元，用于基于处理后的电信号提供由用户感知为声学信号的刺激。输出单元可包括耳蜗植入物的多个电极(对于CI型助听器而言)或者骨导助听器的振动器。输出单元可包括输出变换器。输出变换器可包括用于将刺激作为声信号提供给用户的接收器(扬声器)(例如在声学(基于空气传导的)助听器中)。输出变换器可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助听器中)。输出单元可(另外或作为备选)包括用于将助听器拾取的声音(例如经网络，例如在电话运行模式下，或在耳机配置中)传给另一装置如远端通信伙伴的发射器。
助听器可包括用于提供表示声音的电输入信号的输入单元。输入单元可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。输入单元可包括无线接收器，用于接收包括或表示声音的无线信号并提供表示所述声音的电输入信号。
无线接收器和/或发射器例如可配置成接收和/或发射在无线电频率范围(3kHz到300GHz)的电磁信号。无线接收器和/或发射器例如可配置成接收和/或发射在光频率范围(例如红外光300GHz到430THz或者可见光如430THz到770THz)的电磁信号。
助听器可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助听器的用户的局部环境中的多个声源之中的目标声源。定向系统可适于检测(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。在助听器中，传声器阵列波束形成器通常用于空间上衰减背景噪声源。波束形成器可包括线性约束最小方差(LCMV)波束形成器。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。
助听器可包括天线和收发器电路，其使能建立到娱乐设备(例如电视机)、通信装置(如电话)、无线传声器或另一助听器等的无线链路。助听器因而可配置成从另一装置无线接收直接电输入信号。类似地，助听器可配置成将直接电输出信号无线传给另一装置。直接电输入或者输出信号可表示或包括音频信号和/或控制信号和/或信息信号。
一般地，助听器的天线及收发器电路建立的无线链路可以是任何类型。无线链路可以是基于近场通信的链路，例如基于发射器部分和接收器部分的天线线圈之间的感应耦合的感应链路。无线链路可基于远场电磁辐射。优选地，用于在助听器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)。无线链路可基于标准化或专用技术。无线链路可基于蓝牙技术(如低功耗蓝牙技术)或超宽带(UWB)技术。
助听器可以是或可形成便携式(即配置成可穿戴的)设备的一部分，例如包括本地能源如电池例如可再充电电池的设备。助听器例如可以是低重量、容易穿戴的设备，例如具有小于100g如小于20g例如小于5g的总重量。
助听器可包括助听器的输入和输出单元之间的、用于处理音频信号的“正向”(或“信号”)路径。信号处理器可位于该正向路径中。信号处理器可适于根据用户的特定需要(例如听力受损)提供随频率而变的增益。助听器可包括具有用于分析信号和/或控制正向路径的处理的功能件的“分析”路径。分析路径和/或正向路径的部分或所有信号处理可在频域进行，在该情形下，助听器包括适当的分析和合成滤波器组。分析路径和/或正向路径的部分或所有信号处理可在时域进行。
表示声信号的模拟电信号可在模数(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。多个音频样本可按时间帧安排。一时间帧可包括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。
助听器可包括模数(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。助听器可包括数模(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。
助听器如输入单元和/或天线及收发器电路可包括变换单元，用于将时域信号转换为变换域(例如频域或拉普拉斯(Laplace)域、Z变换、小波变换等)中的信号。变换单元可由时频(TF)转换单元构成或包括时频转换单元，其用于提供输入信号的时频表示。时频表示可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。TF转换单元可包括用于对(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。TF转换单元可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(例如离散傅里叶变换(DFT)算法、短时傅里叶变换(STFT)算法、或类似算法)。助听器考虑的、从最小频率fmin到最大频率fmax的频率范围可包括从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。助听器的正向路径和/或分析路径的信号可拆分为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。助听器可适于在NP个不同频道处理正向和/或分析路径的信号(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。
助听器可配置成在不同模式下运行，如正常模式及一个或多个特定模式，例如可由用户选择或者可自动选择。运行模式可针对特定声学情形或环境如通信模式例如电话模式进行优化。运行模式可包括低功率模式，其中助听器的功能被减少(例如以便节能)，例如禁用无线通信和/或禁用助听器的特定特征。
助听器可包括多个检测器，其配置成提供与助听器的当前网络环境(如当前声环境)有关、和/或与佩戴助听器的用户的当前状态有关、和/或与助听器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助听器(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助听器、遥控器、音频传输装置、电话(如智能电话)、外部传感器等。
多个检测器中的一个或多个可对全带信号起作用(时域)。多个检测器中的一个或多个可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。
多个检测器可包括用于估计正向路径的信号的当前电平的电平检测器。检测器可配置成判定正向路径的信号的当前电平是否高于或低于给定(电平-)阈值。电平检测器作用于全频带信号(时域)。电平检测器作用于频带拆分信号((时-)频域)。
助听器可包括话音活动检测器(VAD)，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，话音信号可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)。话音活动检测器单元可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。话音活动检测器可适于将用户自己的话音也检测为“话音”。作为备选，话音活动检测器可适于从“话音”的检测排除用户自己的话音。
助听器可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。助听器的传声器系统可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。
多个检测器可包括运动检测器，例如加速度传感器。运动检测器可配置成检测用户面部肌肉和/或骨头的例如因语音或咀嚼(如颌部运动)引起的运动并提供标示该运动的检测器信号。
助听器可包括分类单元，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”可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助听器接收的电磁信号(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)用户当前的模式或状态(运动、温度、认知负荷等)；
d)助听器和/或与助听器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)。
分类单元可基于或包括神经网络例如经训练的神经网络。
助听器可包括声(和/或机械)反馈控制(如抑制)或者回声消除系统。自适应反馈抵消有能力跟踪反馈路径随时间的变化。其通常基于估计反馈路径的线性时不变滤波器，但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，包括某一形式的最小均方(LMS)或归一化LMS(NLMS)算法。它们均具有在均方方面使误差信号最小化的性质，NLMS另外使滤波器更新关于某一参考信号的欧几里得范数的平方归一化。
助听器还可包括用于所涉及应用的其它适宜功能，如压缩、降噪等。
助听器可包括听力仪器，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。听力系统可包括喇叭扩音器(包含多个输入变换器(例如传声器阵列)、多个输出变换器如一个或多个扬声器、以及一个或多个音频(可能及视频)发射器，例如用在音频会议情形)，例如包括波束形成器滤波单元，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助听器的应用。可提供在包括一个或多个助听器(如听力仪器)、耳机、耳麦、主动耳朵保护系统等的系统中的应用，例如免提电话系统、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。
方法
一方面，本发明还提供配置成佩戴在用户耳朵处、至少部分在包括耳膜的耳道中的助听器的运行方法。该方法包括：
-通过第一输入变换器提供表示用户周围环境中的声音的第一电输入信号；
-通过第二输入变换器提供表示所述耳道中例如所述耳膜处的声音的第二电输入信号；
-处理第一和第二电输入信号或者随其而定的信号并在此基础上提供处理后的信号；
-通过输出变换器将所述处理后的信号或者随其而定的信号转换为呈现到用户的所述耳膜的声刺激；
-通过下述处理消除或减少从所述环境到用户的所述耳膜的、直接传播的声音：
--对所述第一电输入信号或者源自其的信号进行自适应滤波，从而提供补偿从所述第一输入变换器到所述第二输入变换器的声传播路径的直接传播的声音的消除信号；
--使所述直接传播的声音的估计量与所述处理后的信号组合例如求减；
--根据第一和第二算法输入信号提供自适应算法更新滤波器系数；及
--通过使用所述更新滤波器系数进行所述自适应滤波而提供所述消除信号。
该方法还可包括：
-使得第一算法输入信号包括所述第一电输入信号或者随其而定的信号，第二算法输入信号包括所述第二电输入信号与所述处理后的信号或者随其而定的信号的组合。
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。
第一算法输入信号可包括第一电输入信号的滤波后版本，其通过估计从所述输出变换器到所述第二输入变换器的次路径的传递函数的滤波器提供。
第二算法输入信号可包括第二电输入信号以及处理后的信号的滤波后版本的组合，其中所述处理后的信号的滤波后版本通过估计从输出变换器到第二输入变换器的次路径的传递函数的滤波器提供。
计算机可读介质或数据载体
本发明进一步提供保存包括程序代码(指令)的计算机程序的有形计算机可读介质(数据载体)，当计算机程序在数据处理系统(计算机)上运行时，使得数据处理系统执行(实现)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。其它存储介质包括存储在DNA中(例如合成的DNA链中)。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，提供包括上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求中限定的助听器以及包括辅助装置的听力系统。
听力系统可适于在助听器与辅助装置之间建立通信链路以使得信息(例如控制和状态信号，可能音频信号)可进行交换或者从一装置转发给另一装置。
辅助装置可包括遥控器、智能电话或者其它便携或可穿戴电子装置智能手表等。
辅助装置可由遥控器构成或者包括遥控器，其用于控制助听器的功能和运行。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(助听器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)。
辅助装置可由音频网关设备构成或者包括音频网关设备，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)以传给助听器。
辅助装置可由另一助听器构成或者可包括另一助听器。听力系统可包括适于实施双耳听力系统例如双耳助听器系统的两个助听器。
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助听器或听力系统的用户接口。该APP可配置成在移动电话如智能电话或另一使能与所述助听器或听力系统通信的便携装置上运行。
本发明的实施例如可用在如耳戴电子音频处理装置例如助听器或耳机的应用中。
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1示出了助听器中的ANC系统的顶层概览；
图2示出了助听器中的ANC系统的框图；及
图3示出了包括根据本发明的改进的ANC系统的框图。
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。
电子硬件可包括微机电系统(MEMS)、(例如专用)集成电路、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、印刷电路板(PCB)(例如柔性PCB)、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，例如用于感测和/或记录环境、设备、用户等的物理性质的传感器。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。
本发明涉及助听器或耳机领域，尤其涉及助听器或耳机中的主动噪声消除。
图1示出了助听器中的ANC系统的顶层概览。助听器HA包括正向路径，其包括用于将环境中的时变声音x(n)(n为时间)转换为表示该声音的时变电输入信号y(n)的输入变换器(在此为传声器M)。正向路径还包括助听器处理器G，用于将随(时间和)频率而变的增益应用于电输入信号y(n)(或者随其而定的信号)并提供处理后的信号yG(n)。正向路径还包括输出变换器(在此为扬声器SPK)，用于根据处理后的信号yG(n)(或者随其而定的信号u(n))向用户的耳膜提供声刺激。主动噪声消除系统的基本想法是将ANC滤波器ANC应用于正向路径的信号在此为电输入信号y(n)并产生消除信号以去除耳内(理想地，耳膜处)的噪声声音。噪声声音为通过通风通道和/或耳道与助听器的耳件之间的漏泄而漏泄的环境声音，参见图1中记为“通风孔/漏泄(P)”的、用符号表示的通道。在图1的实施例中，ANC滤波器ANC根据来自输入变换器M的电输入信号y(n)提供(前馈)消除信号yc(n)。代替图1的单一传声器信号y(n)，ANC滤波器可接收组合信号(例如来自多个输入变换器的波束成形信号)或者随其而定的信号(例如反馈校正的信号)。消除信号yc(n)在组合单元(在此为求和单元“+”)中与处理后的信号yG(n)组合以提供用于由扬声器SPK呈现给用户耳膜的、经补偿的输出信号u(n)。
图2示出了助听器中的ANC系统的框图。自适应算法EST例如LMS(类)算法的目标在于根据主路径传递函数P和次路径传递函数S的变化(分别参见信号yS(n)和e(n))更新(参见信号cUPD(n))ANC消除滤波器主路径传递函数P(或脉冲响应)表示自环境经/绕助听器的耳件到耳道传声器MEC的通风通道和/或漏泄(参见图2中模块P上的“通风孔/漏泄”标示)。理想地，耳道传声器放在耳膜处。在实践中，该传声器靠近耳膜放置，例如在助听器由用户佩戴时处于助听器的、最靠近耳膜的部分中。次路径传递函数(或脉冲响应)S表示从扬声器SPK到耳道传声器MEC的声学传递函数，包括扬声器SPK和耳道传声器MEC的传递函数。由(前馈)“消除滤波器”ANC(参见模块/>EST和/>)根据a)来自(环境)传声器M的电输入信号y(n)和b)由耳道传声器MEC拾取的“误差”信号产生的(前馈)ANC消除信号yc(n)被添加到需要的助听器输出信号(＝处理后的信号yG(n))，其中G指助听器处理器。总助听器输出信号因此为需要的助听器输出信号与消除信号的和：u(n)＝yG(n)+yc(n)。理想地，通过次路径传递函数S的消除信号yc(n)将噪声信号xp(n)的贡献建模为通过通风通道及(“误差传声器”(或耳道传声器)MEC处的)漏泄的环境声音x(n)并去除。由耳道传声器MEC拾取的“误差信号”可写为：
e(n)＝us(n)+xp(n)＝S*(yG(n)+yc(n))+xp(n)＝S*yG(n)+S*yc(n)+xp(n)＝
S*yG(n)+e0(n)
其中e0(n)＝S*yc(n)+xp(n)表示在主动噪声消除之后期望的信号误差，理想地，e0(n)＝0。
在耳道传声器处，需要的助听器输出信号yG(n)被次路径传递函数S修改然后被误差传声器MEC拾取，在上面的表达式中记为S*yG(n)。S*yG(n)的贡献是不合需要的并作为提供ANC更新滤波器系数cUPD(n)的自适应算法EST(例如LMS(类)算法)的干扰。在误差信号e(n)的表达式中，项S*yG(n)通常相较项ec(n)处于支配地位。换言之，由于助听器处理器G中的放大，预期值E[yG 2(n)]>>E[ec 2(n)]。在实践中，这将显著影响ANC滤波器的估计准确度和收敛速度，在最坏情形下，不可能正确地调整ANC滤波器。
图3示出了包括根据本发明的改进的ANC系统的框图。图3示出了对上面结合图2提及的问题的解决方案。除了从助听器处理器G的输出(参见信号yG(n))到耳道传声器MEC的输出(参见误差信号e(n))的额外信号路径之外，图3的实施例与图2的实施例一样。额外信号路径包括滤波器和组合单元+。额外信号路径(通过组合单元(在此为求减单元“+”，参见组合单元的输入yGS(n)上的“-”))从误差传声器信号e(n)减去补偿信号yGS(n)，从而提供经补偿的误差信号ec(n)，其用作自适应算法EST的输入。补偿信号yGS(n)为需要的助听器输出信号yG(n)的滤波后版本，其中滤波器/>为从扬声器SPK到耳道传声器MEC的次路径传递函数S的估计量。
由耳道传声器MEC拾取并通过yGS(n)校正的“误差信号”可写为 假设/>
在实际的助听器应用中，次路径传递函数取决于用户的耳朵以及助听器类型。理想地，优选次路径传递函数S的自适应估计，然后用作作为替代，可使用预定且固定的次路径估计量/>该固定的估计量/>可在助听器验配期间针对用户耳朵进行测量，或者其可例如使用人头模型(例如HATS或KEMAR模型)基于声学实验室中的测量结果进行确定。
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。

Claims (16)

1.一种配置成佩戴在用户耳朵处、至少部分在包括耳膜的耳道中的助听器，所述助听器包括：
-第一输入变换器，用于将助听器周围环境中的第一声音转换为表示所述环境中的所述声音的第一电输入信号；
-第二输入变换器，用于将用户的所述耳道中的声音转换为表示所述耳道中的所述声音的第二电输入信号；
-助听器处理器，用于处理第一和第二电输入信号或者随其而定的信号并在此基础上提供处理后的信号；
-输出变换器，用于将所述处理后的信号或者随其而定的信号转换为呈现到用户的所述耳膜的声刺激；
-主动噪声消除系统，配置成消除或减少从所述环境到用户的所述耳膜的、直接传播的声音；所述主动噪声消除系统包括自适应滤波器和组合单元，自适应滤波器配置成提供补偿从所述第一输入变换器到所述第二输入变换器的声传播路径的直接传播的声音的前馈消除信号，组合单元用于使所述直接传播的声音的估计量与所述处理后的信号组合，自适应滤波器包括可变滤波器和自适应算法，自适应算法配置成根据第一和第二算法输入信号向可变滤波器提供更新滤波器系数；
其中，第一算法输入信号包括所述第一电输入信号或者随其而定的信号，第二算法输入信号包括所述第二电输入信号与所述处理后的信号或者随其而定的信号的组合。
2.根据权利要求1所述的助听器，其中，第一算法输入信号包括第一电输入信号的滤波后版本，其通过估计从所述输出变换器到所述第二输入变换器的传递函数的滤波器提供。
3.根据权利要求1所述的助听器，其中，第二算法输入信号包括所述第二电输入信号以及所述处理后的信号的滤波后版本的组合，其中所述处理后的信号的滤波后版本通过估计从所述输出变换器的电输入到所述第二输入变换器的电输出的次路径的传递函数的滤波器提供。
4.根据权利要求1所述的助听器，其中，第二算法输入信号包括处理后的信号的滤波后版本与第二电输入信号相减得到的信号，其中处理后的信号的滤波后版本由估计从输出变换器的电输入到第二输入变换器的电输出的传递函数的滤波器提供。
5.根据权利要求1所述的助听器，包括配置成至少部分位于用户耳道中的壳体。
6.根据权利要求5所述的助听器，其中，所述壳体包括通风或泄漏通道，从而在助听器安装在用户耳朵处时使能在环境与壳体堵住的、耳膜处的空间之间交换空气。
7.根据权利要求1所述的助听器，其中，估计从输出变换器到第二输入变换器的传递函数的滤波器的滤波器系数固定。
8.根据权利要求1所述的助听器，其中，估计从输出变换器到第二输入变换器的传递函数的滤波器的滤波器系数预先确定。
9.根据权利要求1所述的助听器，其中，估计从输出变换器到第二输入变换器的传递函数的滤波器的滤波器系数自适应并在用户佩戴助听器时更新。
10.根据权利要求1所述的助听器，其中，自适应算法为最小均方算法或者归一化最小均方算法。
11.根据权利要求1所述的助听器，其中，可变滤波器配置成通过用自适应算法提供的更新滤波器系数对第一电输入信号或者源自其的信号进行滤波而提供直接传播的声音的估计量。
12.根据权利要求1所述的助听器，由空气传导型助听器构成或者包括空气传导型助听器。
13.配置成佩戴在用户耳朵处、至少部分在包括耳膜的耳道中的助听器的运行方法，所述方法包括：
-通过第一输入变换器提供表示用户周围环境中的声音的第一电输入信号；
-通过第二输入变换器提供表示所述耳道中的声音的第二电输入信号；
-处理第一和第二电输入信号或者随其而定的信号并在此基础上提供处理后的信号；
-通过输出变换器将所述处理后的信号或者随其而定的信号转换为呈现到用户的所述耳膜的声刺激；
-通过下述处理消除或减少从所述环境到用户的所述耳膜的、直接传播的声音：
--对所述第一电输入信号或者源自其的信号进行自适应滤波，从而提供补偿从所述第一输入变换器到所述第二输入变换器的声传播路径的直接传播的声音的前馈消除信号；
--使所述直接传播的声音的估计量与所述处理后的信号组合；
--根据第一和第二算法输入信号提供自适应算法更新滤波器系数；及
--通过使用所述更新滤波器系数进行所述自适应滤波而提供所述前馈消除信号；
其中，所述第一算法输入信号包括所述第一电输入信号或者随其而定的信号，第二算法输入信号包括所述第二电输入信号与所述处理后的信号或者随其而定的信号的组合。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，第一算法输入信号包括第一电输入信号的滤波后版本，其通过估计从所述输出变换器到所述第二输入变换器的次路径的传递函数的滤波器提供。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，第二算法输入信号包括第二电输入信号以及处理后的信号的滤波后版本的组合，其中所述处理后的信号的滤波后版本通过估计从输出变换器到第二输入变换器的次路径的传递函数的滤波器提供。
16.一种计算机可读存储介质，其上存储有包括指令的计算机程序，在所述计算机程序由计算机运行时，所述指令使得所述计算机执行根据权利要求13所述的方法。
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