CN1939092A - 消除反馈的助听器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能够补偿助听器外壳内的内部机械和/或声学反馈的助听器。内部补偿有效地补偿了在助听器内产生的、并被助听器的一个或多个麦克风拾取的机械和/或声学信号。所述助听器包括用于将声音转换为音频信号的麦克风；第一反馈补偿装置，用于通过对助听器的内部机械反馈信号路径建模，来提供由麦克风拾取的信号的第一反馈补偿信号；减法装置，用于从音频信号中减去第一和第二反馈补偿信号，以形成补偿音频信号；与减法装置的输出相连的处理装置，用于处理补偿音频信号；以及与处理装置的输出相连的接收器，用于将处理后的补偿音频信号转换为声音信号。在本发明的一最佳实施例中，助听器还包括第二反馈补偿装置，用于通过对助听器的外部反馈信号建模来提供第二反馈补偿信号。

Description

消除反馈的助听器

技术领域

本发明涉及助听器，特别是涉及消除反馈的助听器。

背景技术

反馈是助听器领域中的公知问题，现有技术中存在几种用于抑制和消除反馈的系统。随着极小数字信号处理(DSP)单元的发展，已经可以在诸如听力仪器之类的微小设备中执行用于反馈抑制的高级算法，例如参见第US 5,619,580号、第US 5,680,467号和第US 6,498,858号美国专利。

上述的用于消除助听器中的反馈的现有技术系统主要涉及外部反馈问题，即在助听器的扩音器(常称作接收器)和麦克风之间沿着助听设备外部路径的声音传输。这一问题也被称为声学反馈，例如在助听器耳模未与佩带者的耳朵完全适配的时候、或者在耳模包括用于例如通风目的的沟槽或者开口的情形时发生。在这两种情形中，声音都可能从接收器“泄漏”到麦克风，从而引起反馈。

然而，助听器中的反馈还可能在内部发生，因为声音可以从接收器经由助听器外壳内部的路径传输到麦克风。这种传输可以是空气传播的，或者由助听器或听力仪器内的一些部件中的机械振动引起。在后一情形中，接收器中的振动例如通过接收器固定件而传输到助听器的其他部分。由于这个缘故，在一些当今技术水平的ITE型(耳内型)助听器内，接收器未被固定，而是弹性地安装，借此来减少从接收器到设备其他部分的振动传输。

尽管当由听力损害佩戴者使用时，外部反馈问题限制了助听器中可用的最大增益，但是内反馈的问题在助听器制造工艺中有其自己的重要意义，其中将接收器和麦克风以最小化内反馈的方式安装和/或放置在设备中，在目前是一项非常耗时的手工操作程序。

助听器尺寸的继续最小化使得在制造或者服务期间精确地将接收器放置在助听器外壳内、以便内反馈保持在最小值，越来越关键。这还使得助听器抵制助听器使用期间可能发生的周围撞击或者碰撞的坚固性更低，因为接收器的细微移位都能够引起足够的内反馈，使得用户在不存在助听器啸声或者鸣声的情形下可获得的最大增益被显著地减少。

因此，需要一种改进的助听器，其能够在制造或者服务期间容易地实现对接收器的定位，在使用期间非常坚固，并且不减少助听器用户可获得的最大助听器增益。

发明内容

根据本发明，通过一种能够补偿助听器外壳内的内部机械和/或声学反馈的助听器，来实现上述及其他目的。内部补偿有效地补偿了在助听器内产生的、并被助听器的一个或多个麦克风拾取的机械和/或声学信号。

因此，在本发明的第一方面，提供了一种助听器，其包括具有用于将声音转换为音频信号的助听器外壳；第一反馈补偿装置，用于通过对助听器的内部机械反馈信号路径建模，来提供由麦克风拾取的信号的第一反馈补偿信号；减法装置，用于从音频信号中减去第一和第二反馈补偿信号，以形成补偿音频信号；与减法装置的输出相连的处理装置，用于处理补偿音频信号；以及与处理装置的输出相连的接收器，用于将处理后的补偿音频信号转换为声音信号。

在本发明的一最佳实施例中，助听器还包括第二反馈补偿装置，用于通过对助听器的外部反馈信号建模来提供第二反馈补偿信号。

由于内反馈补偿，使得与助听器外壳紧密接触地安装接收器成为可能，即先前所需要的将接收器悬挂在助听器内的弹性悬架的要求不再是必要的。接收器可以被紧密地适配在助听器外壳内，例如在具有当安装时与助听器相抵、并在使用期间将接收器保持在特定位置的机械性支架构件的助听器外壳的厢体内。由第一反馈补偿装置来抑制内部的机械和/或声学反馈。根据本发明的接收器的安装对于助听器在运输或者使用期间将遇到的机械性撞击或者碰撞是坚固的。此外，简化了助听器的制造，成本更低，而且易于校准。

应理解的是，麦克风可以是适合在助听器中使用的任一类型的麦克风，比如声压式麦克风或者压差式麦克风。同样地，接收器可以是标准助听器接收器。处理装置可以是适合于执行助听器处理(比如，放大、压缩、降噪等等)的任何种类的模拟或者数字信号处理器。第一和第二反馈补偿装置分别对内部和外部反馈信号路径建模，以便分别形成第一和第二反馈补偿信号。通过从音频信号中减去第一和第二反馈信号，形成补偿音频信号，所述补偿音频信号与来自于麦克风的输入相对应，并且基本上不具有来自于两个建模后的反馈信号路径的反馈。

麦克风和接收器之间的内反馈信号路径可以包括机械连接、声学连接、或者机械和声学连接的组合。

这里，术语“声学”指的是在气体(比如助听器中的普通空气)中的气压波形式的声音传播，而术语“机械”指的是在固体材料(比如助听器外壳、接收器/麦克风固定件等等)中的振动形式的声音传播。

因此，内反馈信号路径可以包括助听器中的机械元件，比如接收器、麦克风、固定件和外壳，而在某些情况下也可以包括声学元件，比如助听器内的空气。外部反馈信号路径优选的是麦克风和接收器之间的声学路径，即外部反馈信号传播穿过助听器周围的空气。

优选的是，第一反馈补偿装置包括静态滤波器，优选的是数字静态滤波器，静态滤波器具有基于内反馈路径的脉冲响应估计而得到的脉冲响应。

作为选择，第一反馈补偿装置也可以包括自适应滤波器，即根据内反馈路径中的变化而改变其脉冲响应的滤波器。

优选的是，第二反馈消除装置包括自适应滤波器，比如LMS自适应系统。

静态滤波器和自适应滤波器两者对于助听器技术领域的技术人员而言是公知的，因此这里不对其进行更详细的讨论。

外反馈路径在助听器周围延展，因此通常比内反馈路径长，即声音不得不沿着比内反馈路径距离更长的外反馈路径传播，以便从接收器到达麦克风。因此，当从接收器发出声音，该声音沿着外反馈路径传播的部分将比沿着内反馈路径传播的部分延迟到达麦克风。因此，优选的是，第一和第二反馈补偿装置分别在第一和第二时间窗上操作，并且至少一部分的第一时间窗在第二时间窗之前。第一和第二时间窗是否重叠，取决于内反馈路径的脉冲响应的长度。

有益之处在于，第一和第二反馈补偿装置均可以通过考虑该特定反馈信号路径的诸如频率响应和随时间变化的变量之类的特性，来有效地对它们各自的反馈信号路径进行建模。

助听器还可以包括测试信号发生器，用于产生用于通过接收器发射的测试信号，其中所述处理装置包括用于一旦发射测试信号则记录反馈信号、根据所述反馈信号的至少一部分估计相应反馈信号路径的至少一部分的模型、以及将估计结果传送到第一反馈消除装置的程序。

例如，第一反馈补偿装置可以包括自适应滤波器，所述自适应滤波器能够在接收器发射测试信号期间进行适应。一旦所述测试信号的发射完成，例如当过滤系数的改变已经变为小于预定限值时，则过滤系数被保持恒定，即自适应滤波器被改变为静态过滤器，而该静态过滤器具有已经由自适应滤波器在发射测试信号期间确定的过滤系数的。

作为选择，所记录的反馈信号也可以被上传到外部计算机，该外部计算机被适配用于估计内部机械和/或声学反馈信号路径的至少一部分的模型，并且通过例如下载所确定的过滤系数，来将估计结果传送到第一反馈消除装置。

为了获得内反馈路径的良好估计，必须仅仅使用内反馈路径来布置助听器，即外反馈和环境噪声应当不存在。这样做的一种方法是将助听器被放置在耦合器(耳模拟器)中，以便向接收器提供基本上与佩带者的耳朵所提供的阻抗类似的声学阻抗。比如必须将耳内型(ITE)设备的孔之类的泄漏密封，并且必须将该设备放置在消音试验箱中，以消除声学反射和/或来自于周围环境的噪声。现在，可以通过允许助听器产生由接收器发射的测试信号、并对来自于麦克风的对应反馈信号进行记录，来获得内反馈路径的估计模型。可以根据记录的反馈信号来估计机械反馈路径。优选的是，随后在助听器的存储器中存储用于所获得的模型的过滤系数，并可以在助听器操作期间使用所述过滤系数。

所述测试信号优选的是最大长度序列(MLS)或者宽带噪声信号。对于MLS的细节，可以参看Douglas D.Rife和John Vanderkooy撰写的“Transfer-Function Measurement with Maximum-Length Sequences”(Journal of the Audio Engineering Society，Vo1.37，Number 6 pp.419(1989))。这一公开内容提供了基于最大长度序列(MLS)的传递函数测量的全面分析。MLS方法采用输入和输出之间的高效互相关，以恢复所测量的系统的周期性脉冲响应(PIR)。

根据本发明的第二方面，本发明提供了一种用于消除助听器中的反馈的方法，所述助听器至少包括麦克风和助听器处理装置，所述方法包括：

通过对助听器的内反馈信号路径建模，产生第一反馈补偿信号，

通过对助听器的外部反馈信号路径建模，产生第二反馈补偿信号，

在将音频信号馈送到助听器处理装置之前，从麦克风提供的音频信号中减去第一和第二反馈补偿信号。

根据本发明的第三方面，本发明提供了一种用于制造助听器的方法，所述助听器至少包括麦克风、测试信号发生器、第一反馈补偿装置和接收器，所述方法包括：

组装助听器，

产生测试信号并借助于接收器发射所述测试信号，

当从接收器反馈回麦克风时，寄存与该测试信号对应的反馈信号，

根据所述反馈信号中的至少一部分对第一反馈补偿装置编码，以便对接收器和麦克风之间的反馈信号路径的至少一部分进行建模。

优选的是，在产生和发射测试信号之前，将助听器放置到模拟耳朵的声耦合器中，并密封助听器的任何孔(vents)，其中声耦合器是在消声室中布置的。

有益之处在于，助听器自身能够产生测试信号，并且能够根据记录的反馈信号对第一反馈消除装置编程，以便对估计的反馈信号路径建模。

应理解的是，可以在制造助听器期间，即在配售给听力专家和听力损害病人之前，自动地实施上述方案。

有益之处在于，作为制造工艺中的一个自动部分，助听器能够自动地估计反馈信号路径，比如内反馈信号路径，并且对反馈补偿装置编程，以便对这一反馈信号路径的至少一部分进行建模，因为几乎不需要助听器的人工测试和调节。

附图说明

现在将参考附图，更加详细地描述本发明。

图1示出了具有一个反馈补偿滤波器的典型助听系统的方框图，

图2示出了具有内部和外部反馈补偿滤波器两者的助听系统的方框图，

图3示出了根据本发明的一个实施例的安装在助听器外壳内的接收器，

图4示出了根据本发明的另一实施例的安装在助听器外壳内的接收器，

图5示出了根据本发明的又一实施例的安装在助听器外壳内的接收器，以及

图6示出了有和没有第一反馈补偿装置的内反馈信号的图表。

具体实施方式

图1中示出了具有反馈补偿滤波器106的典型(现有技术)助听器的方框图。助听器包括用于接收输入的声音、并将其转换为音频信号的麦克风101。接收器102将来自于听力仪器处理器103的输出转换为输出声音，其中假定已对该输出声音进行了修正，以补偿用户听力损伤。因此，听力仪器处理器103包括诸如放大器、压缩器和降噪系统等等之类的元件。

反馈路径104是以接收器102和麦克风101之间的一条虚线来示出的。这一反馈路径使麦克风101得以从接收器102拾取可能导致公知的反馈问题的声音，比如啸声。

按下式得出助听器(没有反馈补偿)的(频率相关)增益响应(或者传递函数)

$H\left(\text{\ω}\right)=\frac{A\left(\mathrm{\ω}\right)}{1-F\left(\mathrm{\ω}\right)A\left(\mathrm{\ω}\right)}...\left(1\right)$

其中ω表示(角)频率，F(ω)是反馈路径104的增益函数，A(ω)是听力仪器处理器103提供的增益函数。当启用反馈补偿滤波器106的时候，它将补偿信号馈送到减法单元105，借此在听力仪器处理器103中的处理之前，从麦克风101提供的音频信号中减去补偿信号。传递函数现在变为：

$H\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{A\left(\mathrm{\ω}\right)}{1-(F\left(\mathrm{\ω}\right)-F\text{'}\left(\mathrm{\ω}\right))A\left(\mathrm{\ω}\right)}...\left(2\right)$

其中F′(ω)是补偿滤波器106的增益函数。因此，F′(ω)对反馈路径的真实增益函数F(ω)估计得越好，则H(ω)将与期望的增益函数A(ω)越接近。

正如之前所解释的，反馈路径104通常是内部和外部反馈路径的组合。

图2中示出了根据本发明的最佳实施例的助听器。同样，该听力仪器包括麦克风201、接收器202和听力仪器处理器203。内反馈路径204a是以接收器202和麦克风201之间的一条虚线来示出的。此外，还示出了接收器202和麦克风201之间的外部反馈路径204b(同样由虚线表示)。内反馈路径204a包括在接收器202和麦克风201之间的声学连接、机械连接或者声学和机械连接两者的组合。外部反馈路径204b(主要)是接收器202和麦克风201之间的声学连接。第一补偿滤波器206用于对内反馈路径204a建模，而第二补偿滤波器207用于对外反馈路径204b建模。第一补偿滤波器206和第二补偿滤波器207分别将各自的补偿信号馈送到减法单元205，借此在听力仪器处理器203中的处理发生之前将沿着内部和外部反馈路径204a、204b的反馈都消除掉。

内部补偿滤波器206对内反馈路径204a建模。由于助听器的内部组件基本上不随着时间而改变它们的声音和/或振动上的传输特性，因此所述内部补偿滤波器206通常是静态的或者准静态的。因此，内部补偿滤波器206可以是具有根据开环增益测量结果导出的滤波系数的静态过滤器，该滤波系数优选的是在助听器制造期间导出的。然而，在某些助听器中，内反馈路径204a可能随着时间改变，例如如果接收器不是固定的、并因此能够在助听器内部到处移动的情形。在该情形下，内部补偿滤波器优选的是可以包括自适应滤波器，其适应内反馈路径中的变化。

外部补偿滤波器207优选的是自适应滤波器，其适应外反馈路径204b中的变化。与内反馈路径204a中的上述可能变化相比，外反馈路径204b中的这些变化通常更加频繁，因此补偿滤波器207应该比内部补偿滤波器206更加快速地作出适应。

由于内反馈路径204a的长度小于外反馈路径204b的长度，因此当分别地测量这些脉冲响应时，外反馈路径204b的脉冲响应与内反馈路径204a的脉冲响应相比，将发生延迟。外部反馈信号的延迟取决于助听器的尺寸和形状，但通常不超过0.25ms(毫秒)。典型的延迟是0.01ms、0.02ms、0.03ms、0.04ms、0.05ms、0.06ms、0.07ms、0.08ms、0.09ms、0.1ms、0.11ms、0.12ms、0.13ms、0.14ms、0.15ms、0.16ms、0.17ms、0.18ms、0.19ms、0.2ms、0.21ms、0.22ms、0.23ms、0.24ms。

内反馈路径和外反馈路径204a、204b的各脉冲响应在信号电平方面也是不同的，因为沿着内反馈路径204a的衰减通常超过沿着外反馈路径204b的衰减。因此，外反馈信号通常比内反馈信号强。

总之，内反馈补偿滤波器和外反馈补偿滤波器206、207至少在以下三点存在不同：

1.所需的适配频率，

2.时域中的脉冲响应位置，

3.脉冲响应的动态范围。

因此，如果应当用一个单个的自适应滤波器来替换两个补偿滤波器206、207，则由于必须使用整个滤波器的高频率适配来计算更高数目的过滤系数，而需要很高的处理能力量。此外，由于动态范围方面的差异，可能牺牲精确度。

内部补偿滤波器206优选的是在助听器制造期间进行编程。因此，当已经组装好助听器时，估计内反馈路径的模型。为了获得内反馈路径204的良好估计，需要对具有堵塞的(blocked)外反馈路径的助听器执行系统识别。这样做的一种方法是将听力仪器放到耦合器(耳模拟器)中，以便为接收器提供适当的声学阻抗，即基本上与佩带者的耳朵阻抗相等的阻抗。必须封闭任何泄漏，比如耳内型(ITE)听力仪器中的孔，从而消除所有外反馈路径。助听器(以及耦合器)还可以被放置在消音试验箱中，以便消除声反射以及来自周围环境的噪声。然后，执行系统识别过程，比如开环增益测量，以便测量上文中的等式(1)和(2)中的F(w)。这样做的一种方式是让设备在输出202上重放MLS序列(最大长度序列)，并将其记录到输入201上。可以根据记录的反馈信号来估计内反馈路径。然后在设备中存储所获得的模型的过滤系数，并在助听器操作期间使用所述过滤系数。

图3图示出接收器302在助听器外壳310中的安装。接收器302被固定到助听器的输出端口312处的助听器外壳310上。接收器302的尖端(不是可见的)由环314环绕，所述环314构成接收器的支承结构，并由衰减从接收器302传播到助听器外壳310的振动和声音的材料制成。

图4图示出接收器402在助听器外壳410中的的另一种安装，所述支承结构具有用于在助听器外壳410内承受和保持接收器402的小凸出物416。

图5图示出接收器502在助听器外壳510中的又一安装，助听器外壳510具有与接收器502紧密适配的厢体518。此外，接收器尖端503可以被环514环绕，所述环514进一步构成接收器502的支承结构，并由衰减从接收器502传播到助听器外壳510的振动和声音的材料制成。

图6是具有以及不具有第一反馈补偿装置的助听器的开环增益图表。同样，助听器被放置在耦合器(耳模拟器)中，以便向接收器提供基本上与佩带者的耳朵所提供的阻抗类似的声学阻抗。将比如耳内型(ITE)设备的孔之类的泄漏密封起来，并且将该设备放置在消音试验箱中，以消除声学反射和/或来自于周围环境的噪声。上部曲线是不具有对助听器外壳内的机械和声学反馈进行补偿的第一反馈补偿装置的开环增益图，而下部曲线是具有第一反馈补偿装置工作的对应开环增益图。应被注意的是，下部曲线在所指示出的开环增益峰值处表现出10分贝或更多分贝的改善增益裕度。因此，第一反馈补偿装置实现了可由助听器用户获得的增加的最大增益。

Claims (14)

1.包括助听器外壳的助听器，包装：

用于将声音转换为音频信号的麦克风，

第一反馈补偿装置，用于通过对助听器的内部机械反馈信号路径建模，来提供由麦克风拾取的信号的第一反馈补偿信号。

第二反馈补偿装置，通过对助听器的外部反馈信号路径建模，来提供第二反馈补偿信号，

减法装置，用于从音频信号中减去第一和第二反馈补偿信号，以形成补偿音频信号，

与减法装置的输出相连的处理装置，用于处理补偿音频信号，以及

与处理装置的输出相连的接收器，用于将处理后的补偿音频信号转换为声音信号。

2.根据权利要求1所述的助听器，其中所述接收器以与支承结构相抵接触的方式安装在助听器外壳的内。

3.根据权利要求1或2所述的助听器，其中外部反馈信号路径是麦克风和接收器之间的声学路径。

4.依据先前权利要求中的任一项的助听器，其中第一反馈补偿装置包括基本静态的过滤器。

5.依据先前权利要求中的任一项的助听器，其中第一反馈补偿装置包括自适应滤波器。

6.依据先前权利要求中的任一项的助听器，其中第二反馈消除装置包括自适应滤波器。

7.依据先前权利要求中的任一项的助听器，其中第一和第二反馈补偿装置分别在第一和第二时间窗上操作，并且其中至少一部分的第一时间窗在第二时间窗之前。

8.依据先前权利要求中的任一项的助听器，所述助听器还包括用于产生经由接收器发射的测试信号的测试信号发生器，其中所述处理装置包括用于进行以下工作的装置：

一旦发射所述测试信号，则记录反馈信号，

根据所述反馈信号的至少一部分，估计对应的反馈信号路径的至少一部分的模型，以及

将所述估计出的模型传送到第一反馈消除装置。

9.根据权利要求8所述的助听器，其中测试信号是宽带噪声信号。

10.根据权利要求8所述的助听器，其中所述测试信号是最大长度序列(MLS)。

11.用于消除助听器中的反馈的方法，所述助听器至少包括麦克风和助听器处理装置，所述方法包括：

通过对助听器的内反馈信号路径建模，产生第一反馈补偿信号，

通过对助听器的外反馈信号路径建模，产生第二反馈补偿信号，

在将音频信号馈送到助听器处理装置之前，从麦克风提供的音频信号中减去第一和第二反馈补偿信号。

12.根据权利要求1-10中的任一项的用于制造助听器的方法，包括以下步骤：

组装助听器，

产生测试信号并借助于接收器发射所述测试信号，

当从接收器反馈回麦克风时，寄存与该测试信号对应的反馈信号，

根据所述反馈信号中的至少一部分对第一反馈补偿装置编码，从而对接收器和麦克风之间的反馈信号路径的至少一部分进行建模。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括在产生和发射测试信号之前将助听器放置到模拟耳朵的声耦合器中以及密封助听器的任何孔的步骤，其中声耦合器是在消声室中布置的。

14.根据权利要求12或者13所述的方法，其中组装助听器的步骤包括与助听器外壳内提供的支承结构相接触地安装接收器的步骤。

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