CN1774144A - 用于减小声学系统中反馈的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于减小声学系统中反馈的方法和装置。应该可靠地识别在声学系统以及特别是在助听器中的反馈，因此可以对其进行对应的滤波。为此，按照本发明借助于调制单元(MO)将信号处理器(V)的输出信号(AS)变换为调制的输出信号(AS′)。该调制对于助听器佩带者来说必须是听不到的。该调制的信号通过反馈路径(RP)反馈到助听器的麦克风。反馈检测器(RD)检测该信号调制，并对应地控制自适应滤波器(AF)来补偿该反馈。

Description

用于减小声学系统中反馈的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于减小声学系统中反馈的方法，其通过检测输入信号中的反馈信号并且在产生输出信号的条件下根据所检测的反馈信号对输入信号进行处理实现。此外，本发明还涉及一种对应的用于声学系统的信号处理装置。该声学系统例如是移动无线设备、头戴式受话器(headset)、大厅播音设备以及特别是助听器或中耳植入器。

背景技术

声学反馈(以下称为反馈)经常出现在助听器中，特别是如果助听器是一个具有较高增益的设备的话。该反馈表现为一定频率的强列振荡并且可以作为啸声被听到。这种“啸声”通常对于助听器佩带者本身以及在其周围的人来说都是极不舒服的。例如当通过助听器麦克风接收的声音通过信号放大器放大并且经听筒输出、再次到达麦克风并重新被放大。

用于减小反馈的最简单的措施是持续地减小助听器增益，使得即使在最不利的情形下闭环增益也保持在临界的边界值之下。但决定性的缺点在于，由于该限制而无法达到严重听觉障碍所要求的增益。其它的措施在于，在助听器匹配期间对闭环增益进行测量并且借助于所谓的陷波滤波器(窄带截止滤波器)在临界区域中有针对性地降低增益。不过，因为如上所述闭环增益在日常生活中可能会不断改变，使用同样受到了限制。

为了动态地减小反馈，建议了一系列自适应算法，这些算法自动地针对各种反馈情形进行设置并采取对应的措施。可以将这些方法分成两类：

第一类包括所谓的补偿算法，其借助于自适应滤波器对麦克风信号中的反馈成分进行估计，并且通过相减进行中和，使得助听器增益不会削弱。不过，补偿方法的前提是非相关的、即理想为白的输入信号。总是具有高的时间相关性的语音输入信号将导致对反馈路径的错误估计，这有可能导致错误地将语音输入信号本身减掉。

第二类包含如果存在反馈啸声才被激活的算法。它们一般包含用于检测反馈啸声的机制，其连续地监视麦克风信号的反馈振荡。如果检测到反馈类型的振荡，则在对应的部位上将助听器增益一直减小到使闭环增益下降到临界的边界之下。增益减小可以例如通过降低频道或者通过合适的窄带截止滤波器(陷波滤波器)实现。缺点是，振荡检测器原则上不能区分语音输入信号和反馈啸声。其结果是，将语音输入信号作为反馈振荡并随后以不允许的方式通过减小机制(例如陷波滤波器)降低其电平。

总之，可以确定，所有的自适应反馈减小方法的工作方式由于具有表现为主导的正弦信号成分的语音特性(例如三角音，报警信号)的输入信号而受到消极影响。这通常导致输入信号的不可接受的音色恶化。而本发明申请则可以应用在此。

在补偿算法中经常将起去相关作用的延迟元件设置在信号处理链中，以便防止不经意地干预具有语音信号特有长度的语音信号片段。但是，由于回波效应以及由去同步的可视和可听信息的刺激，仅允许毫秒范围内的延迟。因此，不能避免例如通常在明显更长时间段内相关的音乐信号的减小。

另一种对抗措施在于，使滤波器的适应这样地变慢，使得所有重要的语音环境信号不受干预。但是，这也造成补偿滤波器不能足够快地跟踪反馈路径的迅速变化，使得在一定的时间上形成反馈啸声，直到反馈路径稳定并且滤波器再次足够精确地适应之后才再次消失。

应对振荡检测器的误检的负面后果通常是使结果增益下降仅以有限的规模进行，从而使得例如被错误地作为反馈振荡的语音有效信号(例如报警信号)还可以听到。但是，这隐藏着这样的危险，即，在反馈的情况下增益下降不足以使得不超过临界边界，并由此消除反馈啸声。

在文献WO 2001/06746-A2中公开了一种对补偿滤波器的逐步控制，其中，反馈检测器按照带宽检测原理工作。如果带宽检测器在容易出现反馈啸声的频带中识别出助听器输入信号的窄带宽，则认为出现了反馈啸声。但是，不能将自然的、窄带信号与窄该频带中的频谱成分(例如音乐)进行区分。此外，为了得到识别，反馈啸声必须代表主导的信号成分。

此外，由EP 1052881-A2公开了一种用于检测反馈的振荡检测器。在此，为了得到识别，反馈啸声也必须表现得极其明显。

文献WO 2001/95578-A2描述了一种通过对助听器输入信号的频率估计的变形的估计来对反馈啸声进行的检测。该方法也具有上述的缺点。

此外，文献DE 19904538-C1提出了对各个频带进行选择性的衰减。在此，通过所设置的衰减元件，在其中出现反馈啸声的频带比预期为有效信号的频带经历了更强列的衰减。在前向信号路径的干预对于助听器佩带者来说是可以听得到的，此外所进行的是缓慢的预检测，因为理想情况下依次地检查各个频带。

在文献US 6347148B1中公开了在声学系统中减小反馈的另一种方法。在此，对输入信号的频谱进行估计，并且根据心理声学模型产生控制信号。控制信号的作用是对可以用来根据噪声信号产生听不到的噪声信号的噪声源进行操纵。此外，在那里还描述了标记为输出信号的预定时间间隔的短噪声信号的可能性。根据该噪声信号在输入信号中减小了反馈信号。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，进一步改善对于助听器的反馈的减小。

按照本发明，上述技术问题是通过一种用于减小在声学系统中的反馈的方法解决的，其中，通过检测在输入信号中的反馈信号，并且在根据所检测的反馈信号产生输出信号的条件下对该输入信号进行处理，以及对该输出信号进行调制，使得反馈信号也对应地得到调制，其中，根据所述调制对该反馈信号进行检测。

此外，按照本发明给出了一种用于声学系统的信号处理装置，包括：处理部件，用于在考虑反馈信号的条件下从输入信号中产生输出信号；调制部件，用于对该输出信号进行调制，使得在反馈中产生对应地调制的反馈信号，以及检测部件，用于根据调制对该调制的反馈信号进行检测。

基本是思想是，在声学系统以及特别是在助听器的输出信号上加上一个助听器佩带者不能察觉的特征。这点是通过如下成为可能的，即通过对输入信号的对应的分析确定，输入信号是反馈还是“正常的”外部输入信号(有用信号)。此外，对于在输入信号中特征的凸显的确定可以得出关于反馈和有用信号的对应的成分比的结论。然后，可以将其直接用于对反馈减小算法的控制。

因此，可以按照优选的方式在运行中连续地且绝对不引起注意地或不能听到地确定，反馈信号以何种规模出现在麦克风或助听器麦克风上，由此可以明显地改善公知的反馈减小算法的控制方式和作用方式。

优选地，利用自适应滤波器对输入信号进行处理，该滤波器的适应速度和/或作用强度取决于所检测的反馈信号的大小。特别优选的是，该适应速度和/或作用强度随着所检测的反馈信号的大小成比例地增加。例如，如果对输入信号的特征分析是否定的，即其不含反馈信号，则可以将上面提到的补偿滤波器的适应速度变慢，使得该滤波器不通过语音输入信号被调节并且不对该信号进行干预。反之，如果在输入信号中检测到了特征，则将反馈补偿器的作用强度和/或适应速度设置在一个优化地抑制反馈的值上。

在对反馈信号检测的情况下，可以激活至少一个用于处理输入信号的陷波滤波器。

对输出信号的调制可以通过幅度调制或者说对信号包络的调制实现。从大约6Hz的调制频率开始调制的真实性非常强列地减小。对调制深度的相应觉察门限取决于调制频率，而信号电平是在心理声学中公知的。

不过，也可以例如将输出信号通过将幅度减小为零并由此通过引入信号间隙而进行调制。这种信号间隙在中等电平的条件下低于大约5ms可以不再被察觉。

特别优选的还有，通过相位调制对输出信号的调制。这种措施在窄频带信号的条件下相对于错误的检测也特别不容易察觉。

一般地，可以采用不能听到且可以在输入段再次被检测的、所有类型的调制。在每种解决方案变形中，在反馈信号在信号混合中变成反馈啸声的主导特征之前，就已经可以识别出反馈情况。

对反馈的检测可以单独地在多个子频带中进行。由此，在各个子频带中可以单独地设置增益以及反馈的减小。

在信号处理装置中的一个闭环被可以用于信号修改。在此，被调制的信号多次通过该环路，从而引起相应的信号修改。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明，图中：

图1示出按照现有技术的助听器系统；

图2示出按照本发明的第一实施方式的助听器系统；

图3示出按照本发明的第二实施方式的助听器系统；和

图4示出带有滤波器组的反馈检测器。

具体实施方式

下面详细描述的实施例构成了本发明的优选实施方式。为了更好地理解本发明，首先结合图1较详细地解释现有技术。

图1示出了助听器HG，麦克风M构成其输入端。接收的信号作为输入信号ES传递至处理单元V。其在那里被处理并且在必要时被放大。所产生的输出信号AS在听筒H上输出。通过反馈路径RP听筒H的输出信号被反馈到麦克风M。在开路供电的条件下，首先形成声学反馈路径。不过，一般还可以考虑电磁的、电的、磁的和其它的反馈。从反馈路径形成的反馈信号RS与有用信号NS相加，和信号由麦克风M接收。

从麦克风M经过助听器处理器V、听筒H、反馈路径RP返回到麦克风M的信号路径构成了一个环路。如果存在环路增益，即，当信号通过该环路时在至少一个频率下得到至少值为1.0的放大，并且满足相位条件，则出现反馈啸声。即使环路增益稍微低于该界限，也会出现可听到的反馈效果，例如声音变化。

一种用于抑制反馈效应的有效方法在于，对反馈路径RP的数字模拟。该反馈路径通过自适应滤波器AF模拟，该滤波器馈入处理单元V的输出信号。来自起补偿作用的自适应滤波器AF的对应补偿信号KS，被从麦克风M的输入信号ES中减掉，而所产生的差信号被引入到处理单元V中。

因此，存在两条路径，一条是外部的反馈路径RP，另一条是通过自适应滤波器AF模拟的数字补偿路径。两条路径所产生的信号在设备的输入端相减，如图1中通过两个加法单元所示出的那样。在理想情况下外部反馈路径RP的影响由此被消除。

在用于确定反馈路径的自适应算法中的一个重要的组成部分是其步长控制。该控制给出，自适应补偿滤波器按照何种速度与外部反馈路径RP匹配。因为不能给出对于固定设置的步长的有意义的折衷，因此必须将其分别与系统所处的当前情形匹配。

原则上，追求用于对外部反馈路径RP的自适应补偿滤波器AF的快速匹配的大步长。但是，大步长的缺点是产生可被察觉的信号伪影。

对于不出现反馈情形的情况，步长应该无穷小。在此，反馈情形表示这样的情形，其中反馈增益稍微低于1或者大于/等于1并且相位条件至少在一个频率下得到满足。反之，如果出现反馈情形，步长应该为大或者变大。由此保证了，只有在自适应补偿滤波器AF的特征与反馈路径RP的特征相差明显时，即存在再匹配的需要时，该算法才使得其匹配。为此，设置一个反馈检测器。

为了能够检测反馈，按照本发明设置了一个调制部件MO，其按照图2接在处理单元V和听筒H之间。其将输出信号AS调制成调制后的输出信号AS。对输出信号AS的调制是不被察觉的。在反馈情形的情况下，由听筒H输出的声信号的明显的一部分返回到麦克风M，并且与环境信号一起在设备中接收。

在图2中示出，反馈路径RP基本上可以任意构成。也就是说，它不一定表现为如图1中所示的声学反馈信号RS，该反馈信号与声学有用信号NS在麦克风M之前相加。而是该反馈也可以通过身体声音或者电磁耦合实现。

通过反馈检测器RD对麦克风M的输入信号ES进行分析。因此，反馈的信号RS由于其调制而被检测。后接的控制器S对应于反馈检测器RD的检测结果操纵自适应补偿滤波器AF。由此，例如改变了自适应滤波器AF的适应速度。

图3的实施例基本上对应于图2。在此，反馈路径如同图1的例子中那样是纯声学的，因此反馈信号和有用信号在麦克风M之前相加。

与图2的电路的另一个区别在于，用于反馈检测器RD的信号不是直接在麦克风M之后，而是在减掉自适应滤波器AF的补偿信号之后在点A上抽取。在点A上信号调制凸显的强度，是对反馈路径RP的影响和自适应补偿滤波器AF的影响之差的描述。不存在与按照图2的实施方式的其它基本差别，在该实施方式中待分析的信号直接在麦克风M之后抽取。

此外，图3表明，可以在反馈检测器RD中集成步长控制器，从而可以放弃单独的控制部件。图3的实施例的其它部件对应于图2的实施方式的部件。由此，有关这些的内容参见对于图2的描述。

在按照图3的实施例中对输出信号AS的相位进行调制，因为人的听觉对于相位的变化更不敏感。在一个具体的例子中按照一个特定的频率(这里标记为调制频率f_mod)输出信号AS的相位在两个相位值之间线性地往返。例如，相位值在α和α+π/2，其中α是任意的固定相位。在反馈情形下在信号环路中构成了按照f_mod频率的、可检测的颤音成分。

该颤音成分可以借助于在反馈检测器RD中的频率解调器检测出。在此，有利的是，利用滤波器组构成反馈检测器RD，如图4所示，该滤波器组例如利用多个带通BP1，BP2，...，BPn将输入信号ES分解为子频带。在每个带通之后分别设置了一个分析单元AE和一个阈值开关SW。信号路径的输出信号对于每个子频带可选择地引入一个或门OR。各个分析单元AE和阈值开关SW相互间可以结构相同。由此，在该例子中的每个部分频带路径上的分析按照相同的方式进行。如果在一个频带上的分析结果超出了一定的门限，则所属的阈值开关SW就动作，也就是说，对于该频带识别出了反馈情形。

该信息可以用于在部分频带上适应的自适应补偿滤波器AF，以便进行步长控制。反之，如果对所有频带采用一个自适应滤波器AF，则必须借助于逻辑或运算将部分频带检测的结果综合为总频带检测结论。对总频带统一地进行分析的特殊情况(其中n＝1)也导致了功能优异的系统。不过，在较大的n(例如n＝16)的条件下错误检测率更小。

自适应滤波器AF的步长控制，除了按照图4的简单的门限值判断(据此仅仅检测出反馈的存在或不存在)之外，也可以不同地实现。例如，步长可以通过对在点A上信号调制的估计强度的成比例的换算来确定。这点可以再次通过部分频带组来实现。识别出的信号调制越大，则再匹配的要求就越高，即所需步长必须选择得越高。由此，步长可以连续地与信号调制相匹配。反之，在纯粹的门限值判断中将步长对于一定的预定时间或者对于其中检测到了反馈的时间框架设置为高。否则的话，其取得小的值。

对应地另一种实施方式不是正弦地调制相位，而是一般地按照特定的特征改变相位，例如线性地按照一个方向(前后)转动。这样，在反馈情形中在该闭合的信号环路的例子中凸显出一种线性调频脉冲特性。于是，为了检测该反馈情形采用一种线性调频脉冲检测器。

Claims (17)

1.一种用于减小声学系统(HG)中的反馈的方法，其中，

-通过检测在输入信号(ES)中的反馈信号(RS)，并且

-在根据所检测的反馈信号(RS)产生输出信号(AS)的情况下对该输入信号(ES)进行处理，

其特征在于，

-对该输出信号(AS)进行调制(MO)，使得反馈信号(RS)也对应地得到调制，其中，

-根据所述调制对该反馈信号(RS)进行检测。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，利用自适应滤波器(AF)对所述输入信号(ES)进行处理，该滤波器的适应速度和/或作用强度取决于所检测的反馈信号(RS)的大小。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述适应速度和/或作用强度随着所检测的反馈信号(RS)的大小成比例地增加。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在对反馈信号检测的情况下，至少激活一个用于处理所述输入信号(ES)的陷波滤波器。

5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述调制(MO)通过幅度调制实现。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述调制(MO)通过将幅度减小为零并由此通过引入信号间隙实现。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述调制(MO)通过相位调制实现。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述检测分别在多个子频带中进行。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述自适应滤波器(AF)在各个子频带中单独地适应。

10.一种用于声学系统(HG)的信号处理装置，包括：

-处理部件(V，AF)，用于在考虑反馈信号(RS)的条件下从输入信号(ES)中产生输出信号(AS)，

其特征在于，

-调制部件，用于对输出信号(AS)进行调制(MO)，使得在反馈中产生对应地调制的反馈信号(RS)，以及

-检测部件(RD)，用于根据其调制对该调制的反馈信号(RS)进行检测。

11.根据权利要求10所述的信号处理装置，其中，所述处理部件(V，AF)具有自适应滤波器(AF)，该滤波器的适应速度和/或作用强度取决于反馈信号(RS)的大小。

12.根据权利要求11所述的信号处理装置，其中，所述适应速度和/或作用强度随着所检测的反馈信号(RS)的大小成比例地增加。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的信号处理装置，其中，在对反馈信号检测的情况下，利用所述处理部件激活至少一个陷波滤波器。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的信号处理装置，其中，可以利用所述调制部件(MO)通过幅度调制或者相位调制对所述输出信号(AS)进行调制。

15.根据权利要求10至14所述的信号处理装置，其中，可以利用所述调制部件(MO)通过将幅度减小为零并由此通过引入信号间隙对所述输出信号(AS)进行调制。

16.根据权利要求10至15中任一项所述的信号处理装置，其中，该信号处理装置对于多个子频带分别具有一个检测部件(RD)。

17.根据权利要求10至16中任一项所述的信号处理装置，该信号处理装置利用闭环来凸显出信号修改。

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