CN117356111A - 用于操作听力系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于操作听力系统(1)的方法，所述听力系统(1)包括第一听力设备(6)和第二听力设备(8)，其中，对于第一听力设备(6)，分别由第一参考麦克风(14)和第一辅助麦克风(16)从环境声音(22)生成第一参考信号(s_1r)和第一辅助信号(s_1a)，通过对第一参考和辅助信号(s_1r，s_1a)应用对方向敏感的预处理(24)来生成第一预处理信号(sp₁)，使得所述第一预处理信号对于源自相对于所述第一正面方向(36)[+90°、+270°]的角度范围的一般声音信号显示出最大衰减，提供用于第一听力设备(6)的第一头部相关传递函数(H₁)，其中，对于第二听力设备(8)，借助多个麦克风(18，20)生成第二预处理信号(sp₂)，所述第二预处理信号(spa)表示所述环境声音(22)，并且提供用于第二听力设备(8)的第二位置相关传递函数，并且其中，使用用于对方向敏感的信号处理任务(80)的第一头部相关传递函数(H₁)和第二位置相关传递函数，对第一预处理信号(sp₁)和第二预处理信号(sp₂)执行所述任务(80)。

Description

用于操作听力系统的方法

技术领域

本发明涉及一种用于操作听力系统的方法，该听力系统至少包括第一听力设备和第二听力设备，该第一听力设备至少包括第一参考麦克风和第一辅助麦克风，并且该第二听力设备至少包括多个麦克风，其中，对于第一听力设备，由第一参考麦克风和第一辅助麦克风分别从环境声音生成第一参考信号和第一辅助信号，并且通过对第一参考信号和第一辅助信号应用对方向敏感的预处理来生成第一预处理信号，其中，对于第二听力设备，借助所述多个麦克风生成第二预处理信号，所述第二预处理信号表示所述环境声音，并且其中，对第一预处理信号和第二多预处理信号执行对方向敏感的信号处理任务。

背景技术

在具有两个听力设备的双耳听力系统的许多应用中，通过针对每个听力设备进行某些类型的定向预处理，并且将预处理信号用于最终执行期望的与方向相关的信号处理任务，来实现定向信号处理任务。例如，可以使用由听力系统的所有麦克风组成的全麦克风阵列的麦克风的不同组合，由听力设备中的麦克风的麦克风信号生成阻塞矩阵(blockingmatrices)，并且可以使用不同的阻塞矩阵的信息来进行与方向相关的降噪或源定位。

这特别是适用于每个听力设备包括至少两个或甚至更多个麦克风的双耳听力系统。在这种情况下，对于每个听力设备，经常将本地预处理应用于从环境声音获得的几个麦克风信号。例如，双耳听力系统的单个听力设备可以包括两个麦克风，并且通过某种与方向相关的算法对所得到的麦克风信号进行本地预处理，以生成已经显示出某种降噪或其它种类的增强的本地信号(例如通过衰减来自系统用户的后半球的信号)。然后，可以通过使用来自每一侧的对应的本地预处理信号，来执行与方向相关的信号处理任务，例如源定位或波束成形。

对于对这些麦克风信号的与方向相关的预处理，必须考虑相关麦克风的相对位置及所产生的水平差和声音延迟以及麦克风相对于用户头部的位置。这可以通过每个麦克风的头部相关传递函数(head related transfer function，HRTF)来实现，该函数表示一般声音信号从特定空间方向朝向对应的麦克风的传播，并且还考虑来自用户的头部和/或耳廓的遮挡效应。然而，在还应通过使用一个或多个HRTF来实现整个与方向相关的信号处理任务的情况下，本地预处理可能会引入全局定向处理要使用的传递函数方面的某些不准确。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种用于操作听力系统的方法，所述方法允许对听力系统的各个设备的信号进行与方向相关的本地预处理，而不会使与方向相关的全局信号处理的性能失真，所述全局信号处理使用听力设备的输出信号来进行所述全局处理。此外，本发明要解决的技术问题是，提供一种包括特定听力设备的听力系统，该听力系统允许在基于由每个听力设备中的本地预处理生成的信号进行与方向相关的全局信号处理之前，以尽可能小的空间失真在所述听力设备中进行本地预处理。

根据本发明，第一个技术问题通过用于操作听力系统的方法来解决，所述听力系统包括第一听力设备和第二听力设备，所述第一听力设备至少包括第一参考麦克风和第一辅助麦克风，并且所述第二听力设备至少包括多个麦克风，其中，对于第一听力设备，分别由第一参考麦克风和第一辅助麦克风从环境声音生成第一参考信号和第一辅助信号，以及通过分别借助对应的第一参考和第一辅助预处理系数对第一参考和辅助信号应用对方向敏感的预处理来生成第一预处理信号，并且其中，对于第二听力设备，借助所述多个麦克风生成第二预处理信号，所述第二预处理信号表示所述环境声音，并且提供第二位置相关传递函数，所述第二位置相关传递函数表示当第二听力设备安装在特定位置、特别是安装在用户身体上时，一般声音信号从所述给定角度朝向第二听力设备的传播。

根据所述方法，第一正面方向被定义为从第一辅助麦克风朝向第一参考麦克风的方向，并且选择所述第一参考和辅助系数，并且相应地将其以如下方式应用于第一参考信号和第一辅助信号，即，作为所述对方向敏感的预处理的结果，所述第一预处理信号针对相对于所述第一正面方向源自[+90°，+270°]、优选[+105°，+255°]、最优选[+125°，+235°]的角度范围的一般声音信号显示最大衰减，提供第一头部相关传递函数，所述第一头部相关传递函数表示当第一听力设备安装在所述用户的头部上时，一般声音信号从所述给定角度朝向第一听力设备的传播，其中，使用用于对方向敏感的信号处理任务的第一头部相关传递函数和第二位置相关传递函数，对第一预处理信号和第二预处理信号执行所述任务。在从属权利要求和下面的描述中概述了具有特定优点的实施例，这些实施例本身具有创造性。

根据本发明，第二个技术问题通过听力系统来解决，所述听力系统包括第一听力设备和第二听力设备，所述第一听力设备至少具有第一参考麦克风和第一辅助麦克风，并且所述第二听力设备至少具有多个麦克风，所述听力系统还包括具有至少一个信号处理器的控制单元，其中，所述听力系统被配置为执行上面给出的操作方法。

根据本发明的听力系统共享根据本发明的用于操作听力系统的方法的优点。所述方法及其实施例的特定优点可以以类似的方式转用于听力系统及其实施例，反之亦然。在一个实施例中，听力系统可以被配置为双耳听力系统，其中，第一听力设备和所述第二听力设备被配置为在双耳听力系统操作期间由用户佩戴在不同的耳朵上和/或不同的耳朵处。

一般来说，听力系统应当理解为意为提供可以作为听觉信号被用户感知到的输出信号或者有助于提供这种输出信号的任意系统。特别是，听力系统可以具有被适配为用于补偿用户个体的听力损失或者有助于补偿用户的听力损失的装置。听力设备特别是可以作为助听器来给出，其可以佩戴在身体上或头部上，特别是耳朵上或耳朵中，或者可以完全或部分植入。听力系统可以包括其它类型的听力设备，例如耳塞。特别是，主要目的不是补偿听力损失的设备，例如消费电子设备(移动电话、MP3播放器、所谓的“可听设备”等)，也可以视为听力系统。

在本上下文中，听力设备可以理解为小型的、由电池供电的微电子设备，其被设计成由用户佩戴在人耳的后面、里面或其它位置，或者佩戴在另一身体部位处或另一身体部位上。本发明意义上的听力设备包括电池、具有信号处理器的微电子电路和指定数量的麦克风，其中，麦克风应当理解为被配置为用于从环境声音生成电信号的任意形式的声电输入转换器。信号处理器优选是数字信号处理器。

特别是，第一听力设备是如下的听力设备，该听力设备在听力系统操作期间由用户佩戴在他的一个耳朵上和/或在他的一个耳朵处，并且特别是向耳朵的相应的听觉器官提供输出声音信号。根据变形方案，第一听力设备不需要包括传统的扬声器作为输出转换器。不包括传统的扬声器的示例通常在更严格意义上的助听器领域中找到，即，被设计和配置为用于校正用户的听力损伤的听力设备，并且输出转换器也可以由耳蜗植入物、可植入中耳听力设备(implantable middle ear hearing device，IMEHD)、骨锚助听器(bone-anchored hearing aid，BAHA)和各种其它基于机电转换器的解决方案给出，例如包括基于使用激光二极管来直接引起鼓膜振动的系统。然而，助听器也可以包括传统的扬声器作为输出转换器。

第二听力设备可以被配置为(第一听力设备之外的)由用户佩戴在另一个耳朵处或另一个耳朵中的听力设备，并且可以包括如针对第一听力设备的情况所描述的声音输出转换器。因此，听力系统特别是可以由具有两个听力设备的双耳听力系统给出，两个听力设备被配置为在操作期间由用户佩戴在不同的耳朵上和/或不同的耳朵处。

然而，第一听力设备和第二听力设备也可以由不同类型的设备给出，其中，第二听力设备可以作为听力系统的附加设备或辅助设备给出，其不一定位于另一个耳朵处，而是例如佩戴在脖子上或手腕上。因此，第二听力设备不需要是具有其自身的输出转换器的听力设备，而可以是如下的设备，该设备使用其麦克风提供一个或多个输入信号用于信号处理，使得也利用从第二听力设备生成的信号由所述信号处理产生的信号，被第一助听器的输出转换器再现到用户的听觉器官。

除了第一参考麦克风和第一辅助麦克风之外，第一听力设备还可以包括一个或甚至多个另外的麦克风，这些麦克风中的每一个被配置为用于从环境声音生成相应的信号。优选第二听力设备包括与第一听力设备相同数量的麦克风，然而，这不是根据所述方法操作听力系统的必要条件。优选地，在操作期间，第一和第二听力设备明显地被定位为彼此分开。特别是，听力系统的每个麦克风可以具有全向特性。

第一参考麦克风特别是可以由第一听力设备的前麦克风给出，并且第一辅助麦克风由后麦克风给出，即，由于第一听力设备用于听力系统的操作的定位，第一参考麦克风相对于第一听力设备的正面方向位于第一辅助麦克风之前。

优选通过将第一参考预处理系数应用于第一参考信号，并且将第一辅助预处理系数应用于第一辅助信号，优选在每一种情况下作为乘法，由第一参考信号和第一辅助信号生成第一预处理信号。因此，第一参考信号特别是可以作为由第一参考和辅助预处理系数加权的、第一参考和辅助信号的加权和来生成。

在特定情况下，第一参考或辅助预处理系数中的一个在如下意义上可以是微不足道的，即，其可以被设置为一(unity)，直到与相应的其它预处理系数共享的全局增益和/或相位因子。

作为用于生成第一预处理信号的对方向敏感的预处理的一部分，通过将如下的空间条件施加到所产生的第一预处理信号上来确定第一参考和辅助预处理系数，该空间条件是，第一预处理信号显示最大衰减的角度，即，当改变探测声源的角度时，产生影响的任意探测声音信号将被衰减最大的角度，相对于第一正面方向落入[+90°，+270°]、优选[+105°，+255°]、最优选[+125°，+235°]的角度范围内。

特别是，这意味着第一正面方向被定义为第一听力设备的优选方向，从而给出针对第一听力设备周围的空间参考。然后，优选按照如下矢量来理解角度范围，该矢量具有第一听力设备中的原点以及所提到的相对于第一正面方向[+90°，+270°]、优选[+105°，+255°]、最优选[+125°，+235°]的范围内的角度，即，围绕180°或(与第一正面方向相反的)第一后向方向±90°(优选±75°、最优选±55°)的角度范围。这里，假设第一听力设备的尺寸，因此所述矢量的原点的选择上的可能的差异，与声源的距离相比是可忽略的。

在这方面，第一预处理信号特别是可以是波束成形器信号，其中，与频率相关的相位因子可以在时间-频率域中的第一参考或辅助预处理系数中的至少一个中实现。特别是，时间-频率域中的第一参考和辅助预处理系数中的任意一个可以由时间-时间域中的频谱幅度和所述相位因子给出。对方向敏感的预处理通常可以以任意方式来实现，并且特别是包括可能导致第一预处理信号的并非微不足道的方向特性的第一参考和辅助预处理信号的任意的线性组合(可能具有与频率相关的线性系数(第一和第二预处理系数))，因此在某个角度处导致衰减的最大值。根据所述方法，该最大衰减角度应当被限制到指定的角度范围。对方向敏感的预处理实现可以由总和-和-延迟(sum-and-delay)波束成形、差分麦克风阵列(差分波束成形)、延迟-和-相减(delay-and-subtract)波束成形、线性约束最小方差波束成形、最小方差无失真响应波束成形等等给出。

特别是，可以生成第一预处理信号，使得其方向特性显示心形形状或8字形形状或这些情况之间的任意平滑过渡的形状，例如超心形或超级心形，其优选可以被描述为心形形状和8字形形状的凸组合(或者在等效表达中，例如被描述为心形形状和反心形形状的线性组合，只要满足最大衰减角度的空间约束即可，在这种情况下，这些空间约束可以转换为针对相应的线性因子的约束)。然而，对方向敏感的预处理应当不局限于这些情况，而是也可以包含用于方向特性的其它形状，只要根据所述方法，针对方向特性的最大衰减角度落入相对于第一正面方向[+90°，+270°](即后半球)、优选[+105°，+255°]、最优选[+125°，+235°]的角度范围内即可。

在如下意义上，第二预处理信号借助第二听力设备的多个麦克风生成，即，第二听力设备可以仅包括一个麦克风，并且由第二听力设备的所述麦克风从环境声音生成的相应的麦克风信号然后也被用作第二预处理信号，或者可以接收单通道预处理，例如与频率相关的放大，用于生成第二预处理信号。

然而，第二听力设备也可以包括多于一个的麦克风。特别是，第二预处理信号可以以与第一预处理信号类似的方式生成，即，第二听力设备可以包括第二参考麦克风和第二辅助麦克风，它们中的每一个从环境声音生成相应的信号，这些信号借助对应的预处理系数被应用于对方向敏感的预处理，正如在针对第一预处理信号及其由第一参考和辅助信号生成的情况下一样。特别是，在第二预处理信号包含来自由麦克风从环境声音直接产生的一个或多个信号的信号贡献的意义上，第二预处理信号表示环境声音。

借助第一头部相关传递函数，特别是，可以(通过第一头部相关传递函数中的相对于全局相位帧或者相对于第二位置相关传递函数的相应的相位因子来)考虑听力设备之间的传播时间差(其可能导致时间-频率域中的相位差)，以及从位于所述给定角度的一般声源朝向一个或另一个听力设备的传播中的其它可能的差，特别是用户头部(以及可能耳廓)的遮挡，其也可能导致水平差，当第一听力设备为了操作而被正确地安装在用户的头部上时，用户头部(以及可能耳廓)的遮挡影响第一参考和辅助麦克风。

在第二听力设备被配置为用于由用户佩戴在其头部处或其头部上的情况下，第二位置相关传递函数也可以由头部相关传递函数给出。在第二听力设备被配置为用于用户身体上的不同位置，例如使用围绕在脖子上的带子佩戴在胸部或者佩戴在手腕上的情况下，必须相应地适配第二位置相关传递函数，特别是关于可能发生在该位置的遮挡效应(以及在第二设备中的两个或更多个麦克风的情况下可能的相位和水平差)。

对方向敏感的信号处理任务可以是使用在不同位置生成的至少两个输入信号的任意可能的任务，并且优选还使用用于每个位置的相应的传递函数，该任务处理和/或提取编码在这至少两个输入信号中的任意种类的空间声学信息。特别是，所述任务可以由使用第一和第二预处理信号的信号贡献生成输出信号来给出，特别是由所述预处理信号的加权和来给出，其中，加权系数分别由第一头部相关传递函数和第二位置相关传递函数给出。然而，对方向敏感的信号处理任务也可以由如下意义上的控制操作给出，即，获得控制信号，或者更一般地，获得控制信息，例如主声源的位置，或者可以由类似的控制操作给出。

可以减少对第一预处理信号的针对最大衰减、即针对“最小”方向或者甚至零方向的角度范围的限制，由于可能导致空间信息失真的第一听力设备中的对方向敏感的预处理而导致的可能的空间不准确。这特别是对于如下情况是如此，即，使用第一和第二预处理信号的对方向敏感的信号处理任务在前半球(相对于第一正面矢量)中、即在第一正面方向周围±90°的角度范围内运行，例如通过将声源定位在前半球中，或者通过生成指向前半球中的声源的波束成形器信号。然后，第一听力设备中的本地预处理基本上被限制到互补的空间，即后半球。

优选所述第二听力设备的多个麦克风至少包括第二参考麦克风和第二辅助麦克风，其中，对于第二听力设备，分别由第二参考麦克风和第二辅助麦克风从所述环境声音生成第二参考信号和第二辅助信号，第二正面方向被定义为从第二辅助麦克风朝向第二参考麦克风的方向，以及通过分别借助对应的第二参考和第二辅助预处理系数对第二参考和第二辅助信号应用对方向敏感的预处理来生成所述第二预处理信号，以便被相应地选择并且以如下方式应用于第二参考信号和第二辅助信号，即，所述第二预处理信号针对源自相对于第二正面方向[+90°，+270°]、优选[+125°，+235°]的角度范围的一般声音信号显示最大衰减。两个听力设备中的一个要由用户在听力系统操作期间佩戴在他的左耳上或左耳处，而另一个听力设备将佩戴在他的右耳上或右耳处。

在这方面，可以通过类似或甚至相同的算法来执行第一和第二听力设备中的本地预处理。然而，由于所提到的头部遮挡效应，即使在预处理算法相同的情况下，第二预处理信号也可能不同于第一预处理信号。这些差异于是也由对应的第一和第二头部相关传递函数反映。

在一个实施例中，作为所述第二位置相关传递函数，提供第二头部相关传递函数，所述第二头部相关传递函数表示，当第二听力设备安装在所述用户的头部上时，从所述给定角度朝向第二听力设备的一般声音信号，第一和第二听力设备安装在头部的不同侧。这意味着，对于要将两个听力设备安装在用户头部的右侧和左侧的情况(这应当不建立要将哪个设备安装在哪一侧的任何对应关系)，作为第二位置相关传递函数，使用具有与第一头部相关传递函数类似的性质的第二头部相关传递函数。

在一个实施例中，作为所述对方向敏感的信号处理任务，确定声源的角度和/或生成波束成形器信号，所述波束成形器信号包含来自第一和第二预处理信号的信号贡献。对于这些任务，所述方法显示出如下特别的优点，即，通过使第一头部相关传递函数与对应的第一预处理信号匹配，来使空间失真最小。有利地，为了确定声源的所述角度，借助所述第一和第二头部相关传递函数生成空间滤波器的集合，所述空间滤波器中的每一个形成在空间中朝向不同的角度的衰减陷波。对于利用所述滤波器的源定位，使用根据所述方法由相应的本地预处理系数生成的第一(以及可能第二)头部相关传递函数，产生特别高的精度。

在一个实施例中，借助采用所述第一参考和第一辅助预处理系数的自适应波束成形过程，来生成第一预处理信号。特别是，第一参考信号和第一辅助信号可以用于推导出两个相应的中间基础信号，例如前向心形信号和后向心形信号(有时称为反心形信号)，并且可以使用所述中间基础信号来执行自适应波束成形。然后，可以从用于通过自适应波束成形获得的中间基础信号的相应的系数，以及通过中间基础信号中的第一参考和辅助信号的相应的关系，来推导出第一参考和第一辅助预处理系数。

在一个实施例中，作为所述第一头部相关传递函数，提供第一参考头部相关传递函数或第一辅助头部相关传递函数，其表示当位于所述用户的头部上的相应的位置时，一般声音信号从给定角度分别朝向第一参考麦克风或朝向第一辅助麦克风的传播。第一参考麦克风和第一辅助麦克风例如可以作为第一听力设备的相应的前麦克风和后麦克风给出，其中，当按照希望佩戴听力设备并且提供听力设备用于正常操作时，根据每个麦克风的位置来分配前/后标签。

对于给定的听力设备，听力设备的特定麦克风的相对传递函数特别容易测量，因为可以使用相应的麦克风信号来进行测量，而不需要来自其它麦克风的任何进一步的输入。

通过波束成形器生成(即由对方向敏感的预处理产生)的第一预处理信号在后半球具有角度限制，以便不影响第一头部相关传递函数(即不使第一头部相关传递函数“过多”失真)。因此，仍然可以成功地执行对方向敏感的信号处理任务。此外，于是可以由第一参考头部相关传递函数来近似第一头部相关传递函数。

类似的考虑适用于第二听力设备。特别是，作为所述第二头部相关传递函数，提供第二参考头部相关传递函数或第二辅助头部相关传递函数，其表示当位于所述用户的头部上的相应的位置时，一般声音信号从给定角度分别朝向第二参考麦克风或朝向第二辅助麦克风的传播。

附图说明

现在，借助实施例的附图来说明上面描述的本发明的属性和特性以及优点。具体地，

图1示出了双耳听力系统的示意性框图，

图2示出了在具有不同声源的环境中的图1的双耳听力系统的用户的示意性俯视图，

图3示出了图1的双耳听力系统的本地预处理信号的方向特性的极坐标图，

图4示出了用于限制图3所示的方向特性的零方向的角度范围的极坐标图，以及

图5示出了借助图3所示的限制在图2所示的环境中操作图1的双耳听力系统的方法的示意性框图。

在针对所有附图出现的每一种情况下，彼此对应的部分和变量设置有相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中示出了听力系统1中的信号流的示意性框图。听力系统1由双耳听力系统2给出，该双耳听力系统2包括第一听力设备6和第二听力设备8。然而，在不同的实施例中，第二听力设备8也可以由一些其它类型的外部设备给出。在一个实施例中，双耳听力系统还可以包括外部控制设备(未示出)，尽管这种外部控制设备是可选的。第一听力设备6包括第一参考麦克风14和第一辅助麦克风16，第二听力设备8包括第二参考麦克风18和第二辅助麦克风20。

第一参考麦克风14可以由第一听力设备6的前麦克风给出，并且第一辅助麦克风16可以由第一听力设备6的后麦克风给出，即，在听力系统1的正常操作期间，由于第一听力设备6用于操作的定位，第一参考麦克风14相对于正面方向(未示出)位于第一辅助麦克风16之前。类似的布置适用于第二听力设备8中的第二参考麦克风18和第二辅助麦克风20。

在麦克风被配置和设计为针对所有方向具有相同的灵敏度的意义上，所提到的麦克风中的每一个都具有先验的全向特性。以未详细示出的方式，第一听力设备6还包括具有至少一个信号处理器的控制单元以及用于将输出信号转换为输出声音的输出转换器，该输出声音被呈现给双耳听力系统12的用户21的听觉器官。同样，第二听力设备8也可以包括类似的控制单元和输出转换器。

环境声音22由第一参考麦克风14转换成第一参考信号s_1r，由第一辅助麦克风16转换成第一辅助信号s_1a，由第二参考麦克风18转换成第二参考信号s_2r，并且由第二辅助麦克风20转换成第二辅助信号s_2a。以尚待描述的方式对第一参考信号s_1r和第一辅助信号s_1a应用对方向敏感的预处理24，其结果是，生成第一预处理信号sp₁。当前情况下的对方向敏感的预处理由第一本地波束成形器26给出。以类似的方式，由第二本地波束成形器30给出的对方向敏感的预处理28被应用于第二参考信号s_2r和第二辅助信号s_2a，其结果是，生成第二预处理信号sp₂。第二预处理信号sp₂被传输到第一听力设备6，以便执行所述对方向敏感的信号处理任务。

对于双耳听力系统2的操作，用户21将双耳听力系统12佩戴在他的头部31上，即，他将第一听力设备6佩戴在他的头部31的左侧32在他的左耳上或在他的左耳处，并且将第二听力设备8佩戴在他的头部31的右侧34在他的右耳上或在他的右耳处。显然，第一听力设备和第二听力设备对左耳和右耳的分配可以互换。

在图2中，示意性的俯视图示出了佩戴图1的双耳听力系统2的用户21以及环境35中的其它声源的位置。第一听力设备6具有第一正面方向36作为其麦克风的优选方向，即第一参考麦克风14和第一辅助麦克风16的优选方向。第一正面方向36被定义为从第一辅助麦克风16到第一参考麦克风14的方向。第二听力设备8具有第二正面方向40作为其麦克风的优选方向，即第二参考麦克风18和第二辅助麦克风20的优选方向。第二正面方向40被定义为从第二辅助麦克风20到第二参考麦克风18的方向。

依据第一听力设备6和第二听力设备8的具体设计以及在用户21的头部31上的最终位置，第一正面方向36和第二正面方向40可以重合(即，如果第一正面方向36和第二正面方向40平行，则相应的矢量重合)；然而，也可能由于双耳听力系统2的设计和构造，第一方向36和第二方向40不同。

如图1所示的对第一参考信号s_1r和第一辅助信号s_1a的对方向敏感的预处理24以自适应的方式来进行，即第一零方向44跟踪后半球47中的源46(由虚线界定)。示出了所得到的第一预处理信号sp₁的对应的方向特性45(虚线)。以类似的方式，用于生成第二预处理信号sp₂的对第二参考信号s_2r和第二辅助信号s_2a的图1的对方向敏感的预处理28可以是固定的，特别是给出固定的第二零方向(未示出)，或者相对于干扰源是自适应的。优选第一预处理信号sp₁和第二预处理信号sp₂两者由自适应的对方向敏感的预处理24、28生成。在后一种情况下，由于头部31以及耳朵的遮挡效应，第二听力设备8的对方向敏感的预处理28可以适配于与第一听力设备6的对方向敏感的预处理24不同的干扰源。

要由根据图1的双耳听力系统2执行的对方向敏感的信号处理任务可以由在双耳听力系统12的环境35中定位主声源50来给出，即，通过找到声源50相对于双耳听力系统2的全局优选方向54的角度源方向52来给出，所述全局优选方向由第一正面方向36和第二正面方向40推导出(例如作为角度平均方向)。所述任务也可以通过生成第一波束成形器输出信号来给出，第一波束成形器输出信号优选指向主声源50，以由第一听力设备6的输出转换器转换成输出声音。在图2中，第一波束成形器输出信号由其相应的方向特性55的主瓣表示(实线)。

以类似的方式，可以基于(本地的)第二预处理信号sp₂和从第一听力设备6传输到第二听力设备8用于执行对方向敏感的信号处理任务的(远程的)第一预处理信号sp₁，在第二听力设备8中执行所述任务。

在图3中示出了图1的第一(和可能的第二)预处理信号sp₁(相应的sp₂)的方向特性60、62、64的极坐标图。方向特性60、62、64表示当相对于原点66改变对应的探测声源(未示出)的角度方向时，由第一参考信号s_1r和第一辅助信号s_1a通过相应的对方向敏感的预处理生成的第一预处理信号sp₁相对于探测声音信号的灵敏度。注意在左侧和中间的图中指示的+90°、+180°和+270°＝-90°的方向，以供惯例参考。这些极坐标图的所述原点66例如可以由第一参考麦克风14和第一辅助麦克风的中心给出。对于实际应用，可以假定第一听力设备6的尺寸与所述探测声源(或者现实场景中的其它声源)的距离相比很小，从而可以由第一听力设备6相对于另一个声源位置的点位置来近似原点66。

注意，方向特性60、62、64表示如下情况下的第一本地波束成形器26的灵敏度，即，听力设备6不安装在用户21的头部31上、即没有任何头部遮挡效应等，但是仅表示由两个麦克风14、16构成的麦克风阵列的空间灵敏度。然后，可以作为sp₁＝w_1rs_1r+w_1as_1a，借助用于相应的第一参考和辅助信号s_1ra、s_1a的第一参考预处理系数w_1r和第一辅助预处理系数w_1a来获得第一预处理信号sp₁。

在左侧的图中，第一预处理信号sp₁具有心形的方向特性60，其具有相对于第一正面方向36在180°的零方向44。然后，第一预处理信号sp₁在自由场中的心形的定向特性60可以通过在时间-频率域中设置(直到全局相位和全局增益，可能考虑到心形线的高通行为)w_1r＝1和w_1a＝-e^iωT来获得，T是第一参考麦克风14和第一辅助麦克风16之间的声学运行时间差(用于w_1r和w_1a的合适的全局增益和相位因子可以由用于心形的方向特性的1/(1-e^-2iωT)给出)。在右侧的图中，第一预处理信号sp₁具有8字形的方向特性64，其具有相对于第一正面方向36在±90°的两个零方向44。作为示例，8字形的方向特性64可以通过设置(直到全局相位和全局增益，在这种情况下，其由(1+e^-iωT)/(1-e^-2iωT)给出)w_1r＝1、w_1a＝-1来获得。

在中间的图中，第一预处理信号sp₁具有超心形的方向特性62，其具有相对于第一正面方向36在大约±110°的两个零方向44。超心形的方向特性62可以通过用于心形的方向特性60和8字形的方向特性64的情况的相应的第一参考和辅助预处理系数w_1r、w_1a的线性组合来获得。

注意，图3仅仅示出了第一预处理信号sp₁的特定情况，零方向44可以先验地与第一正面方向36包围任意角度，甚至小于±90°的角度(即，零方向也可以指向前半球)。

注意，当双耳听力系统2安装在用户21的头部31上时，第二预处理信号sp₂优选具有与第一预处理信号相似的特性，特别是由于可能的头部遮挡效应，从对不同的声源的适配导致可能具有不同的零方向。因此，对于使用第一和第二预处理信号sp₁、sp₂两者的对方向敏感的信号处理任务，例如双耳波束成形或源定位，要将在其方向特性上可能具有尖锐差异的两个信号组合。

因此，为了将第一预处理信号sp₁与第二预处理信号sp₂组合用于所述双耳信号处理任务，可以限制零方向44、即最大衰减方向70的角度范围，如图4所示，其中，阴影区域指示最大衰减方向70的禁止角度。

特别是，最大衰减方向70可以被限制在相对于第一正面方向36[+90°，+270°]的范围内，如在图3中描绘8字形的方向特性64的右侧的极坐标图中所示出的。其结果是，最大衰减方向70仍然可以指向±90°(足以生成8字形的方向特性64)，但是不能更向前。

在图4的中间的极坐标图中示出了另一个限制；这里，最大衰减方向70可以被限制在相对于第一正面方向36[+105°，+255°]的范围内。注意，在这个限制的情况下，+90°或-90°(＝+270°)处的横向干扰源将不再被完全衰减，就像8字形的方向特性64的情况一样。在中间的极坐标图中，描绘了图3的超心形的方向特性62，其在禁区72的限制范围内仍然是可以实现的。

在图4的左侧的极坐标图中示出了又一个限制，该图描绘了图3的心形的方向特性60；这里，最大衰减方向70可以被限制在相对于第一正面方向36[+125°，+235°]的范围内。在这种情况下，仅该角度范围内的干扰源，即围绕后向方向74的±55°的圆锥内的干扰源，才会被第一预处理信号sp₁完全衰减。在干扰源在禁区76外部的情况下，最大衰减方向70将与禁区76的两个边界之一重合。在当前情况下，因为最大衰减方向70是在后向方向74上的零方向44，因此这暗示干扰源相对于第一正面方向36处于180°的情况。

在图5中示出了用于在根据图2的环境35中操作根据图1的听力系统1的方法的信号流的框图。对于对方向敏感的预处理24，由自适应的第一本地波束成形器26提供第一参考预处理系数w_1r和第一辅助预处理系数w_1a，并且对于对方向敏感的预处理28，由自适应的第二本地波束成形器30提供第二参考预处理系数w_2r和第二辅助预处理系数w_2a。如上所述，所述第一和第二参考和辅助预处理系数w_1r、w_1a、w_2r、w_2a是自适应的，因此分别取决于相应的第一或第二参考和辅助信号s_1ra、s_1a或s_2r、s_2a。然后，作为由自适应的第一参考和辅助预处理系数w_1r、w_1a加权的第一参考和辅助信号s_1r、s_1a的线性组合来生成第一预处理信号sp₁，即sp₁＝w_1rs_1r+w_1as_1a，而第二预处理信号sp₂以类似的方式由sp₂＝w_2rs_2r+w_2as_2a给出。所有涉及的信号和系数都是与频率相关的(这里，为了简单起见，抑制了频率相关性)。第一和第二预处理信号sp₁、sp₂由第一和第二本地波束成形器26、30根据如图4所示对其最大衰减方向70的限制来生成。

现在，为了借助第一听力设备6中的第一预处理信号sp₁和第二预处理信号sp₂执行对方向敏感的信号处理任务，所述任务例如是源定位或全局波束成形器信号的生成，以尚待描述的方式提供第一头部相关传递函数H₁和第二头部相关传递函数H₂。第一头部相关传递函数H₁(ω，θ)和第二头部相关传递函数H₂(ω，θ)本质上是与频率相关的(因此是变量ω)，并且在考虑头部遮挡效应以及相应的听力设备6、8的麦克风相对于用户21的头部31和耳朵(特别是同侧耳廓)的位置的情况下，表示声音信号从给定角度θ分别朝向第一听力设备6和第二听力设备8的传播。由于关于声音在用户21的头部31的直接附近的传播的该信息，将使用第一头部相关传递函数H₁(ω，θ)和第二头部相关传递函数H₂(ω，θ)用于对方向敏感的信号处理任务以及本地预处理信号sp₁、sp₂。

第一头部相关传递函数H₁可以由为第一参考麦克风14或第一辅助麦克风16提供的相应的与频率和角度相关的第一参考和辅助头部相关传递函数h_1r、h_1a中的任意一个给出，其中，所述第一参考或辅助头部相关传递函数h_1r、h_1a考虑针对如下声音的头部(以及可能的耳廓)遮挡效应，该声音从相对于全局优选方向54的角度θ朝向用户21的头部31的左侧32上或处的对应的麦克风位置传播。以类似的方式，第二头部相关传递函数H₂可以由为第二参考麦克风18或第一辅助麦克风20提供的相应的第二参考和辅助头部相关传递函数h_2r、h_2a中的任意一个给出。

现在，对第一预处理信号sp₁和第二预处理信号sp₂执行对方向敏感的信号处理任务80，其中，为了在第一设备6中本地执行所述任务80，将第二预处理信号sp₂传输到第一设备6(在图3中由被虚线包围的域指示)。第二头部相关传递函数H₂可以预先存储在第一听力设备6的适当的存储器中。

任务80可以由涉及第一和第二预处理信号sp₁、sp₂以及第一和第二头部相关传递函数H₁、H₂的任意定向处理来给出。特别是，在作为任务60的结果期间，和/或在中间步骤(虚线反馈回路)期间，可以作为下式生成全局处理信号s_gl：

s_gl(ω，θ₀)＝c₁(ω，θ₀，H₁，H₂)sp₁(ω)+c₂(ω，θ₀，H₁，H₂)sp₂(ω) (i)

其中，c₁和c₂表示用于生成全局处理信号s_bf的与频率相关的系数，这两个系数通常也与第一和第二头部相关传递函数H₁、H₂以及执行特定信号处理任务的空间方向θ₀相关。

在其它示例中，全局处理信号s_gl可以由(指向优选方向θ₀的)双耳波束成形器信号或者由所谓的陷波滤波信号s_n给出，该陷波滤波信号s_n示出朝向θ₀方向的最大(并且理想地为总)衰减。可以使用这种陷波滤波信号s_n的合适的集合，通过利用陷波滤波信号s_n扫描整个空间(并且针对所述扫描改变陷波角θ₀)，来确定声源的位置。

通常，在任务80仅使用两个预处理信号sp₁、sp₂作为唯一的输入信号的情况下，全局处理信号s_gl可以表示为包含两个预处理信号sp₁、sp₂的信号矢量sv＝[sp₁，sp₂]^T与包含系数c₁(ω，θ₀，H₁，H₂)和c₂(ω，θ₀，H₁，H₂)的系数矢量cv＝[c₁，c₂]^T的标量积，即，

s_gl＝cv^H·sv＝c₁sp₁+c₂sp₂ (ii)

然而，任务80还可以涉及一个或多个另外的信号，例如第一参考信号s_1r和/或第一辅助信号s_1a(参见从第一辅助信号s_1a朝向信号矢量sv的点线箭头)，和/或还可以涉及另一个本地预处理信号，优选以与第一和第二预处理信号sp₁和sp₂类似的方式生成的本地预处理信号。在用于任务80的多于两个的信号的这种情况下，信号矢量sv具有三个(或者四个或更多个)分量，并且要相应地构造系数矢量cv，以匹配sv的维度。对于第一辅助信号s_1a，例如可以以系数c₁、c₂、c₃(以及可能另外的系数)实现对应的与h_1a的相关性(未示出)。对于另一个本地预处理信号sp3，对应的头部相关传递函数H₃要实现为系数c₁、c₂和c₃。

任务80例如可以由指向特定方向θ₀的双耳波束成形器信号s_bf的生成给出。在这种情况下，第一和第二预处理信号sp₁、sp₂的相应的信号贡献也必须利用涉及对应的第一或第二头部相关传递函数H₁、H₂的相应的滤波系数c₁和c₂(如上面在等式ii中所给出的)进行滤波，以便适当地考虑源自方向θ₀的声音的头部遮挡效应，波束成形器信号s_bf应当指向该方向θ₀。

然而，对方向敏感的信号处理任务60也可以由(相对于诸如听力系统1的正面方向的全局优选方向进行的)对声源的先验未知角度θ₀的定位来给出。

为此，如上面所给出的，根据第一和第二头部相关传递函数H₁、H₂，由系数矢量cv(θ)形成与角度相关的空间滤波器F(θ)的集合。所述空间滤波器F(θ)中的每一个通过递增滤波器F(θ)的角度自变量θ(例如在每个递增步骤中递增10°或15°或20°)扫描听力设备1的用户21周围的整个空间，有效地在与自变量对应的方向θ上形成陷波。然后，将空间滤波器F(θ)中的每一个作为其相应的系数矢量cv(参见上面)应用于信号矢量sv＝[sp₁，sp₂]^T，即，应用于第一和第二预处理信号。所关注的声源的角度θ₀于是对应于具有滤波信号矢量的最小信号能量的空间滤波器F(θ₀)，即，对应于阻挡第一和第二预处理信号sp₁、sp₂中的大部分信号能量的空间滤波器。

然后，可以通过例如在正面方向(0°)上对增益施加附加的约束，来推导出空间滤波器F(θ)。空间滤波器F(θ)于是可以由下式来描述

F(θ)＝M(M^HM)^-1g^*，

其中，增益约束矢量g和归一化的约束系数矩阵M可以由下式给出

其中，归一化的增益约束g₀、g_θ分别表示0°和角度θ处的增益(例如g₀＝1，g_e＝0)，并且H₂₁(0°)是商H₂(0°)/H₁(0°)(对于θ类似，其中，省略了H₁、H₂的频率相关性)。在三个或更多个信号用于任务80的情况下，增益约束矢量g是三分量矢量或更多分量矢量，其中，对于每一个空间滤波器F(θ)，约束的总数量应当与用于实现任务80的本地信号和/或本地预处理信号的总数量匹配。

将所设计的空间滤波器F(θ)应用于信号矢量sv＝[sp₁，sp₂]^T作为标量积F^H(θ)·sv。在该示例中，空间滤波器F(θ)被设计为分别基于增益约束gθ和g₀，在源角度θ₀处具有最大衰减，并且在正面源方向(0°)处具有无失真响应。

然后，主声源的角度θ₀可以至少近似地通过如下的角度θ来确定，对于该角度θ，作为标量积F^H(θ)·sv应用于信号矢量sv＝[sp₁，sp₂]^T的对应的空间滤波器F(θ)，即针对每一个角度θ的全局处理信号s_gl，使总能量最小。

如图4所示的对第一和第二预处理信号sp₁、sp₂的最大衰减方向70的限制有助于减少空间失真，该空间失真可能源于使用第一参考或辅助头部相关传递函数h_1r、h_1a作为第一头部相关传递函数H₁(参见相应的虚线箭头)，以及使用第二参考或辅助头部相关传递函数h_2r、h_2a作为第二头部相关传递函数H₂(参见相应的虚线箭头)，结合由第一和第二本地波束成形器26、30进行的本地预处理。注意，这种可能危及任务80的最终结果的空间失真无法简单地通过针对第一和第二头部相关传递函数H₁、H₂的另一个全局选择来避免，因为这些不准确源于这些函数与自适应地生成的预处理信号sp₁、sp₂的相互作用。因此，限制用于本地预处理的波束成形可能危及本地预处理(并且可能导致声音质量的次优改善，例如，在信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)方面，但是由于空间精度的提高，于是可以改善总体性能，也在可能的SNR方面。

尽管借助优选实施例示例详细说明和描述了本发明，但是本发明不受该示例限制。本领域技术人员可以推导出其它变化，而不脱离本发明的保护范围。

附图标记列表

1 听力系统

2 双耳听力系统

6 第一听力设备

8 第二听力设备

14 第一参考麦克风

16 第一辅助麦克风

18 第二参考麦克风

20 第二辅助麦克风

22 环境声音

24 对方向敏感的预处理

26 第一本地波束成形器

28 对方向敏感的预处理

30 第一本地波束成形器

32 左侧

34 右侧

36 第一正面方向

40 第二正面方向

44 第一零方向

45 方向特性

46 干扰源

47 方向特性

50 (主)声源

52 角度源方向

54 全局优选方向

55 方向特性

60 心形的方向特性

62 超心形的方向特性

64 8字形的方向特性

66 原点

70 最大衰减方向

72 禁区

74 后向方向

76 禁区

80 对方向敏感的信号处理任务

cv 系数矢量

F 空间滤波器

g 增益约束

h_1r 第一参考头部相关传递函数

h_1a 第一辅助头部相关传递函数

h_2r 第二参考头部相关传递函数

h_2a 第二辅助头部相关传递函数

H₁ 第一头部相关传递函数

H₂ 第二头部相关传递函数

s_1r 第一参考信号

s_1r 第一辅助信号

s_2r 第二参考信号

s_2a 第二辅助信号

sp₁ 第一预处理信号

sp₂ 第二预处理信号

sv 信号矢量

w_1r 第一参考预处理系数

w_1a 第一辅助预处理系数

w_2r 第二参考预处理系数

w_2a 第二辅助预处理系数。

Claims (11)

1.一种用于操作听力系统(1)的方法，所述听力系统(1)包括第一听力设备(6)和第二听力设备(8)，所述第一听力设备(6)至少包括第一参考麦克风(14)和第一辅助麦克风(16)，并且所述第二听力设备(8)至少包括多个麦克风(18，20)，

其中，对于所述第一听力设备(6)，

-分别由所述第一参考麦克风(14)和所述第一辅助麦克风(16)从环境声音(22)生成第一参考信号(s_1r)和第一辅助信号(s_1a)，

-第一正面方向(36)被定义为从所述第一辅助麦克风(16)朝向所述第一参考麦克风(14)的方向，以及

-通过分别借助对应的第一参考和第一辅助预处理系数(w_1r，w_1a)对第一参考和辅助信号(s_1r，s_1a)应用对方向敏感的预处理(24)来生成第一预处理信号(s₁)，要相应地选择所述第一参考和第一辅助预处理系数并且将其应用于第一参考信号(s_1r，s_1a)和第一辅助信号(s_1a)，使得所述第一预处理信号对于源自相对于所述第一正面方向(36)[+90°、+270°]的角度范围的一般声音信号显示出最大衰减，

-提供第一头部相关传递函数(H₁)，所述第一头部相关传递函数表示当所述第一听力设备(6)安装在所述用户(21)的头部(31)上时，一般声音信号从所述给定角度朝向所述第一听力设备(6)的传播，

其中，对于所述第二听力设备(8)，

-借助所述多个麦克风(18，20)生成第二预处理信号(sp₂)，所述第二预处理信号(sp₂)表示所述环境声音(22)，并且

-提供第二位置相关传递函数，所述第二位置相关传递函数表示当所述第二听力设备(8)安装在特定位置时，一般声音信号从所述给定角度朝向所述第二听力设备(8)的传播，并且

其中，使用用于对方向敏感的信号处理任务(80)的所述第一头部相关传递函数(H₁)和所述第二位置相关传递函数，对所述第一预处理信号(sp₁)和所述第二预处理信号(sp₂)执行所述任务(80)。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中，所述第二听力设备(8)的多个麦克风(18，20)至少包括第二参考麦克风(18)和第二辅助麦克风(20)，

其中，对于所述第二听力设备(8)，

-分别由所述第二参考麦克风(18)和所述第二辅助麦克风(20)从所述环境声音(22)生成第二参考信号(s_2r)和第二辅助信号(s_2a)，

-第二正面方向(40)被定义为从所述第二辅助麦克风(20)朝向所述第二参考麦克风(18)的方向，以及

-通过分别借助对应的第二参考和第二辅助预处理系数(w_2r，w_2a)对第二参考信号(s_2r)和第二辅助信号(s_2a)应用对方向敏感的预处理(28)来生成所述第二预处理信号(sp₂)，要相应地选择所述第二参考和第二辅助预处理系数并且将其应用于第二参考信号(s_2r)和第二辅助信号(s_2a)，使得所述第二预处理信号(sp₂)对于源自相对于所述第二正面方向[+90°、+270°]的角度范围的一般声音信号显示出最大衰减。

3.根据权利要求2所述的方法，

其中，提供第二头部相关传递函数(H₂)作为所述第二位置相关传递函数，所述第二头部相关传递函数(H₂)表示当所述第二听力设备(6)安装在所述用户(21)的头部(31)上时，从所述给定角度朝向所述第二听力设备(6)的一般声音信号，第一和第二听力设备(6，8)安装在所述头部(31)的不同侧(32，34)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其中，作为所述对方向敏感的信号处理任务(80)，确定声源(50)的角度(θ₀)和/或生成波束成形器信号(s_bf)，所述波束成形器信号(s_bf)包含来自第一和第二预处理信号(sp₁，sp₂)的信号贡献。

5.根据权利要求4结合权利要求3所述的方法，

其中，为了确定声源(50)的角度(θ₀)，借助所述第一和第二头部相关传递函数(H₁，H₂)生成空间滤波器(F)的集合，所述空间滤波器(F)中的每一个形成在空间中朝向不同的角度的衰减陷波。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其中，通过应用所述对方向敏感的预处理(24)来生成所述第一预处理信号(sp₁)，使得所述第一预处理信号(sp₁)对于源自相对于所述第一正面矢量[+125°，+235°]的角度范围的一般声音信号显示出最大衰减。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其中，借助自适应的波束成形过程来生成所述第一预处理信号(sp₁)，所述自适应的波束成形过程采用所述第一参考和第一辅助预处理系数(w_1r，w_1a)。

8.根据权利要求7所述的方法，

其中，生成所述第一预处理信号(sp₁)，以使其具有具备心形(60)或8字形(64)或者心形和8字形的任意凸组合的方向特性。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其中，提供第一参考头部相关传递函数(h_1r)或第一辅助头部相关传递函数(h_1a)作为所述第一头部相关传递函数(H₁)，其分别表示当第一参考麦克风和第一辅助麦克风位于所述用户(21)的头部(31)上的相应位置时，一般声音信号从给定角度朝向所述第一参考麦克风(14)或朝向第一辅助麦克风(16)的传播。

10.一种听力系统(1)，所述听力系统包括第一听力设备(6)和第二听力设备(8)，所述第一听力设备至少具有第一参考麦克风(14)和第一辅助麦克风(16)，并且所述第二听力设备至少具有多个麦克风(18，20)，

所述听力系统还包括具有至少一个信号处理器的控制单元，

其中，所述听力系统(1)被配置为执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

11.根据权利要求8所述的听力系统(1)，所述听力系统被配置为双耳听力系统(2)，

其中，所述第一听力设备(6)和所述第二听力设备(8)被配置为在所述双耳听力系统(2)操作期间由用户(21)佩戴在不同的耳朵上和/或不同的耳朵处。