TWI825913B - 具有抗噪音與3d聲源辨識功能之助聽裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明主要揭示一種具有抗噪音與3D聲源辨識功能之助聽裝置，其包括：複數個麥克風、至少一類比數位轉換器、一信號處理模組、一數位類比轉換器以及一播音器。特別地，本發明令所述信號處理模組具有一參考信號產生單元與一音頻信號產生單元，該參考信號產生單元被配置用以將接收自該類比數位轉換器的複數個第一數位音頻信號與一HRTF信號進行乘法運算以產生複數個第二數位音頻信號，接著將複數個第二數位音頻信號加總成一參考信號。另一方面，該音頻信號產生單元被配置用以對該參考信號執行一主動降噪處理以產生一第一輸出信號，且對該參考信號執行一聲音通透處理以產生一第二輸出信號，從而依據該第一輸出信號和該第二輸出信號而產生一輸出信號。最終，該數位類比轉換器將該輸出信號轉換成一類比輸出信號，使得該播音器依據該類比輸出信號而播放一音訊。
Description
本發明係關於助聽器之技術領域，尤指一種具有抗噪音與3D聲源辨識功能之助聽裝置。
已知，聽力受損(hearing-impaired)者或聽障人士通常會配戴助聽器以改善聽力。另一方面，科技的發展與進步帶來了大量的工業生產、便利的交通運輸和高科技的電子產品，但也同時使人們生活的各種環境中充斥著噪音汙染。正常聽力者可以依靠空間聽覺實現聲音空間化，接著分離(分辨)環境噪音，最終將注意力集中在感興趣的聲音(如：語音)。然而，對於聽力受損者而言，即使配戴助聽器也難以在充斥噪音的環境之中聽清楚他人的聲音。
因此，美國專利號US10869139揭示有助於聽力受損者正確地辨識出聲音的來源方向的一種助聽裝置。可惜的是，習知的助聽裝置不具有依據用戶所處環境執行主動降噪之功能。再者，在正式使用助聽器之前，聽力受損者必須先在專業醫師的輔助下完成純音聽力檢查與語音聽力檢查，再由專業醫師或人員調校助聽器。如此，正式使用調校過後的助聽器之時，聽力受損者能夠獲得最大幅度的聽力改善。可惜的是，美國專利號US10869139所揭示的助聽裝置同樣缺乏可調校功能。
由前述說明可知，習知的助聽裝置存在明顯的缺陷而有待改進。有鑑於此，本案之發明人係極力加以研究發明，而終於研發完成本發明之一種具有抗噪音與3D聲源辨識功能之助聽裝置。
本發明之主要目的在於提供一種助聽裝置。特別地，本發明在該助聽裝置內部的信號處理模組整合有一參考信號產生單元與一音頻信號產生單元，從而使該助聽裝置具有抗噪音與3D聲源辨識功能。
為達成上述目的，本發明提出所述具有抗噪音與3D聲源辨識功能之助聽裝置的一實施例，其包括：
複數個麥克風；
至少一類比數位轉換器，耦接該複數個麥克風以接收複數個類比音頻信號，且將該複數個類比音頻信號轉換成複數個第一數位音頻信號；
一信號處理模組，耦接該至少一類比數位轉換器以接收該複數個第一數位音頻信號，且包括：
一參考信號產生單元，被配置用以將各所述第一數位音頻信號與一頭部相關傳輸函數(Head Related Transfer Function, HRTF)進行乘法運算以產生複數個第二數位音頻信號，且還被配置用以對該複數個第二數位音頻信號進行加總運算以產生一參考信號；及
一音頻信號產生單元，被配置用以對該參考信號執行一主動降噪(active noise attenuating)處理從而產生一第一輸出信號，對該參考信號執行一聲音通透(hear-through)處理從而產生一第二輸出信號，以及依據該第一輸出信號和該第二輸出信號產生一輸出信號；
一數位類比轉換器，耦接該信號處理模組以接收該輸出信號，且將該輸出信號轉換成一類比輸出信號；以及
一播音器，耦接該數位類比轉換器以接收該類比輸出信號，且依據該類比輸出信號而播放一音訊。
在一實施例中，前述本發明之助聽裝置更包括一殼體，用以容置該複數個麥克風、該至少一類比數位轉換器、與該信號處理模組。
在一實施例中，該殼體具有複數個開孔，使得各所述麥克風的一收音部透過所述開孔而露出於該殼體之外。
在一實施例中，該信號處理模組包括：
一第一記憶體，其中，該參考信號產生單元與該音頻信號產生單元係利用一程式語言編輯成一應用程式或一函式庫從而安裝或儲存在該第一記憶體之中；
一微控制器，耦接該第一記憶體，從而通過存取該第一記憶體以執行該參考信號產生單元與該音頻信號產生單元；以及
一第一通信介面，耦接該微控制器。
在一實施例中，該參考信號產生單元包括：
一乘法運算單元，被配置用以將各所述數位音頻信號與所述頭部相關傳輸函數(HRTF)進行乘法運算，從而產生複數個所述第二數位音頻信號；以及
一加法運算單元，被配置用以對該複數個第二數位音頻信號進行加總運算以產生所述參考信號。
在一實施例中，該音頻信號產生單元包括：
一控制濾波器，被配置用以對該參考信號進行一第一濾波處理；
一第一增益調整器，耦接該控制濾波器的輸出端以接收所述參考信號，且接著對該參考信號進行一第一增益調整處理；
一等化濾波器，被配置用以對該參考信號進行一第二濾波處理；
一第二增益調整器，耦接該等化濾波器的輸出端以接收所述參考信號，且接著對該參考信號進行一第二增益調整處理；
一第一加法器，耦接該第二增益調整器的輸出端以接收所述第二輸出信號，且同時耦接一調整信號，從而對該第二輸出信號與該調整信號進行加總運算以產生一第三輸出信號；
一第二加法器，耦接該第一增益調整器的輸出端以接收所述第一輸出信號，且同時耦接該第一加法器的輸出端以接收所述第三輸出信號，從而對該第三輸出信號與該第一輸出信號進行加總運算以產生所述輸出信號；
一第一信號轉換器，被配置用以對該參考信號進行一聲學延遲(Acoustic delay)補償；
一第二信號轉換器，被配置用以對該輸出信號進行一電子延遲(Electronic delay)補償；以及
一第一減法器，耦接該第一信號轉換器的輸出端以接收一目標信號，且同時耦接該第二信號轉換器以接收一第四輸出信號，從而對該目標信號與該第四輸出信號進行減法運算以產生一誤差信號。
在可行的實施例中，該音頻信號產生單元更包括一整形濾波器，其耦接於該參考信號和該等化濾波器的輸入端之間，使該參考信號在接受該整形濾波器的一整形濾波處理之後才接著輸入該等化濾波器。
在一實施例中，一電子裝置利用其一第二通信介面與該信號處理模組的該第一通信介面資訊連結，且該電子裝置為選自於由桌上型電腦、筆記型電腦、一體式(All-in-one)電腦、平板電腦、和智慧型手機所組成群組之中的任一者。
在一實施例中，該電子裝置包括：
一第二記憶體，其中，一主動噪音控制單元、一聲音通透控制單元、一增益調整單元、與一濾波器調整單元係利用一程式語言編輯成一應用程式或一函式庫從而安裝或儲存在該第二記憶體之中；
一微處理器，耦接該第二記憶體，從而通過存取該第二記憶體以執行該主動噪音控制單元、該聲音通透控制單元、該增益調整單元、或該濾波器調整單元；
所述第二通信介面，耦接該微處理器；以及
一人機介面，耦接該微處理器。
在一實施例中，操作該人機介面使能(Enable)該微處理器啟用所述主動噪音控制單元，使該主動噪音控制單元依據所述參考信號執行一主控噪音控制操作，從而調整所述控制濾波器的至少一濾波器參數。
在一實施例中，操作該人機介面使能(Enable)該微處理器啟用所述聲音通透控制單元，使該聲音通透控制單元依據所述參考信號執行一聲音通透控制操作，從而調整所述控制濾波器的至少一濾波器參數。
在一實施例中，操作該人機介面使能(Enable)該微處理器啟用所述增益調整單元，進而調整該第一增益調整器的一第一增益及/或該第二增益調整器的一第二增益。
在一實施例中，操作該人機介面使能(Enable)該微處理器啟用所述濾波器調整單元，進而調整該整形濾波器的一止帶(stop band)範圍或一通帶(pass band)範圍。
在一實施例中，該主動噪音控制單元包括：
一個所述第一信號轉換器，被配置用以對該參考信號進行所述聲學延遲(Acoustic delay)補償；
一第一適應性濾波器，被配置用以對該參考信號進行一第三濾波處理；
一個所述第二信號轉換器，耦接該第一適應性濾波器的輸出端以接收所述第一輸出信號，且對該第一輸出信號進行所述電子延遲(Electronic delay)補償；
一第二減法器，耦接該第一信號轉換器的輸出端以接收所述目標信號，且同時耦接該第二信號轉換器以接收一第五輸出信號，從而對該目標信號與該第五輸出信號進行減法運算以產生一第一誤差信號；
一第三信號轉換器，被配置用以對該參考信號進行一近似(estimation)電子延遲補償；
一第一適應性演算器，耦接該第三信號轉換器的輸出端以接收一第一參考信號，且同時耦接該第二減法器以接收所述第一誤差信號；
其中，該第一適應性演算器依據該第一參考信號與該第一誤差信號而自適應地調整該第一適應性濾波器的至少一濾波器參數以使該第一誤差信號)趨近於零。
在一實施例中，該聲音通透控制單元包括：
一第四信號轉換器，被配置用以對該參考信號進行一信號補償處理；
一信號延遲器，耦接該第四信號轉換器的輸出端以接收一第一目標信號，且對該第一目標信號進行一信號延遲處理；
一第二適應性濾波器，被配置用以對該參考信號進行一第四濾波處理；
一個所述第二信號轉換器，耦接該第二適應性濾波器的輸出端以接收所述第二輸出信號，且該第二輸出信號進行所述電子延遲(Electronic delay)補償；
一第三減法器，耦接該信號延遲器的輸出端以接收所述目標信號，且同時耦接該第二信號轉換器以接收一第六輸出信號，從而對該目標信號與該第六輸出信號進行減法運算以產生一第二誤差信號；
一個所述第三信號轉換器，被配置用以對該參考信號進行所述近似(estimation)電子延遲補償；
一第二適應性演算器，耦接該第三信號轉換器的輸出端以接收一第二參考信號，且同時耦接該第三減法器的輸出端以接收所述第二誤差信號；
其中，該第二適應性演算器依據該第二參考信號與該第二誤差信號而自適應地調整該第二適應性濾波器的至少一濾波器參數以使該第二誤差信號趨近於零。
為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種具有抗噪音與3D聲源辨識功能之助聽裝置，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之較佳實施例。
請參閱圖1，其顯示本發明之一種具有抗噪音與3D聲源辨識功能之助聽裝置的應用示意圖。並且，圖2顯示本發明之具有抗噪音與3D聲源辨識功能之助聽裝置的立體圖。進一步地，圖3顯示本發明之具有抗噪音與3D聲源辨識功能之助聽裝置的方塊圖。如圖1～3所示，本發明將一參考信號產生單元1311與一音頻信號產生單元1312整合在一助聽裝置1的一信號處理模組13之中，從而使該助聽裝置1具有抗噪音與3D聲源辨識功能。
依據本發明之設計，該助聽裝置1包括：複數個麥克風11、至少一類比數位轉換器12、一信號處理模組13、一數位類比轉換器14、以及一播音器15。圖2還繪示該助聽裝置更包括一殼體10，用以容置該複數個麥克風11、該至少一類比數位轉換器12、與該信號處理模組13，其中該殼體10具有複數個開孔101，使得各所述麥克風11的一收音部透過所述開孔101而露出於該殼體10之外。如圖1～3所示，該類比數位轉換器12耦接該複數個麥克風11以接收複數個類比音頻信號(x(t)_1,…, x(t)_j,…, x(t)_N)，且將該複數個類比音頻信號轉換成複數個第一數位音頻信號(x(n)_1,…,x(n)_j,…,x(n)_N)。
圖4為圖2所示之信號處理模組13的方塊圖。如圖2、圖3與圖4所示，該信號處理模組13耦接該類比數位轉換器12以接收該複數個第一數位音頻信號，且包括：一第一記憶體131、耦接該第一記憶體131的一微控制器132以及耦接該微控制器132的一第一通信介面133。特別地，本發明利用一程式語言將一參考信號產生單元1311與一音頻信號產生單元1312編輯成一應用程式或一函式庫從而安裝或儲存在該第一記憶體131之中。應可理解，該微控制器132通過存取該第一記憶體131的方式從而執行該參考信號產生單元1311及/或該音頻信號產生單元1312。
圖5為圖3所示之參考信號產生單元1311的方塊圖。如圖2～5所示，所述參考信號產生單元1311被配置用以將各所述第一數位音頻信號與一頭部相關傳輸函數(Head Related Transfer Function, HRTF)進行乘法運算以產生複數個第二數位音頻信號，且還被配置用以對該複數個第二數位音頻信號進行加總運算以產生一參考信號x(n)。因此，如圖5所示，該參考信號產生單元1311包括：一乘法運算單元131M與一加法運算單元131A，其中，該乘法運算單元131M被配置用以將各所述數位音頻信號與HRTF信號進行乘法運算，從而產生複數個所述第二數位音頻信號，且該加法運算單元131A被配置用以對該複數個第二數位音頻信號進行加總運算以產生所述參考信號x(n)。簡單地說，該助聽裝置1利用該複數個麥克風11收集外部聲音，並利用該信號處理模組13將收集到的聲音乘以HRTF信號，從而轉換成數位形式的參考信號x(n)。因此，所述參考信號x(n)包含了3D聲源。
另一方面，圖6為圖3所示之音頻信號產生單元1312的系統架構圖。如圖2～6所示，該音頻信號產生單元1312被配置用以對該參考信號x(n)執行一主動降噪(active noise attenuating)處理從而產生一第一輸出信號
(n)，且該參考信號x(n)執行一聲音通透(hear-through)處理從而產生一第二輸出信號
(n)，從而依據該第一輸出信號
(n)和該第二輸出信號
(n)產生一輸出信號y(n)。更詳細地說明，如圖6所示，該音頻信號產生單元1312包括：一控制濾波器(control filter)131C、一第一增益調整器(gain modulation component)13G1、一等化濾波器(equalization filter)131E、一第二增益調整器13G2、一第一加法器13A1、一第二加法器13A2、一第一信號轉換器131P、一第二信號轉換器131S、以及一第一減法器13S1。
熟悉主動式噪音控制(Active noise control, ANC)系統的電子工程師必然知道，在設計ANC系統之時必須同時考量電子延遲(Electronic delay)與聲學延遲(Acoustic delay)以使此兩者之間符合因果關係(Causality)。其中，聲學延遲係發生在主要路徑(Primary path)，而電子延遲則發生在次級路徑(Secondary path)。因此，必須在ANC系統之內設計一個轉移函數用以補償聲學延遲，此轉移函數通常表示為
P(Z)。同時，還須在ANC系統之內設計另一個轉移函數用以補償電子延遲，此轉移函數通常表示為
S(Z)。
如圖6所示，在該音頻信號產生單元1312的系統架構中，該第一信號轉換器131P被配置用以對該參考信號x(n)進行一聲學延遲(Acoustic delay)補償。換句話說，所述第一信號轉換器131P為轉移函數
P(Z)。另一方面，該控制濾波器131C被配置用以對該參考信號x(n)進行一第一濾波處理，且該第一增益調整器13G1耦接該控制濾波器131C的輸出端以接收所述參考信號x(n)，接著對該參考信號x(n)進行一第一增益調整處理。再者，所述等化濾波器131E被配置用以對該參考信號x(n)進行一第二濾波處理，且該第二增益調整器13G2耦接該等化濾波器131E的輸出端以接收所述參考信號x(n)，接著對該參考信號x(n)進行一第二增益調整處理。
更詳細地說明，該第一加法器13A1耦接該第二增益調整器13G2的輸出端以接收所述第二輸出信號
(n)，且同時耦接一調整信號a(n)，從而對該第二輸出信號
(n)與該調整信號a(n)進行加總運算以產生一第三輸出信號
(n)。另一方面，該第二加法器13A2耦接該第一增益調整器13G1的輸出端以接收所述第一輸出信號
(n)，且同時耦接該第一加法器13A1的輸出端以接收所述第三輸出信號
(n)，從而對該第三輸出信號
(n)與該第一輸出信號
(n)進行加總運算以產生所述輸出信號y(n)。值得注意的是，該第二信號轉換器131S被配置用以對該輸出信號y(n)進行一電子延遲(Electronic delay)補償。換句話說，所述第二信號轉換器131S為轉移函數
S(Z)。再者，該第一減法器13S1耦接該第一信號轉換器131P的輸出端以接收一目標信號d(n)，且同時耦接該第二信號轉換器131S以接收一第四輸出信號
(n)，從而對該目標信號d(n)與該第四輸出信號
(n)進行減法運算以產生一誤差信號e(n)。
如圖6所示，在可行的實施例中，該音頻信號產生單元1312可更包括一整形濾波器13SH，其耦接於該參考信號x(n)和該等化濾波器131E的輸入端之間，使該參考信號x(n)在接受該整形濾波器13SH的一整形濾波處理之後才接著輸入該等化濾波器131E。
如圖2與圖3所示，該數位類比轉換器14耦接該信號處理模組13以接收該輸出信號y(n)，且將該輸出信號y(n)轉換成一類比輸出信號y(t)最終，該播音器15耦接該數位類比轉換器14以接收該類比輸出信號y(t)，且依據該類比輸出信號y(t)而向聽力受損者的耳朵播放一音訊。應可理解，此音訊經過抗噪處理與聲音通透處理，因此，聽力受損者在聆聽此音訊時，其不僅能夠辨識出聲源方向，同時可以分離(分辨)環境噪音，最終將注意力集中在感興趣的聲音(如：語音)。
如圖2所示，本發明之助聽裝置1可以和一電子裝置2資訊連結。在可行的實施例中，該電子裝置2可為桌上型電腦、筆記型電腦、一體式(All-in-one)電腦、平板電腦、或智慧型手機。換句話說，安裝有一人機介面20(如Application program)的眼科醫師的個人電腦或者聽力受損者的智慧型手機皆可與本發明之助聽裝置1資訊連結。
圖7為圖2所示之該電子裝置2的方塊圖。如圖2與圖7所示，該電子裝置2可利用其一第二通信介面23與該信號處理模組13的一第一通信介面133資訊連結。更詳細地說明，該電子裝置2包括：一第二記憶體21、一微處理器22、所述第二通信介面23以及所述人機介面20。特別地，可以利用一程式語言將一主動噪音控制(Active noise control, ANC)單元211、一聲音通透(Hear-through)控制單元212、一增益調整單元213、與一濾波器調整單元214編輯成一應用程式或一函式庫從而安裝或儲存在該第二記憶體21之中。如此設計，用戶(如眼科醫師或聽力受損者)可以操作該人機介面20以使能(Enable)該微處理器22，使該微處理器22通過存取該第二記憶體21以執行該主動噪音控制單元211或該聲音通透控制單元212。
舉例而言，操作該電子裝置2(如智慧型手機)的該人機介面20使能(Enable)該處理器22以啟用所述主動噪音控制單元211，從而利用該主動噪音控制單元211依據所述參考信號x(n)執行一主控噪音控制操作，實現調整所述控制濾波器131C的至少一濾波器參數。圖8為圖7所示之主動噪音控制單元的系統架構圖。如圖8所示，該主動噪音控制單元211包括：一個所述第一信號轉換器131P、一第一適應性濾波器(adaptive filter)211A、一個所述第二信號轉換器131S、一第二減法器21S2、一第三信號轉換器211S、以及一第一適應性演算器21A1。其中，所述第一信號轉換器131P被配置用以對該參考信號x(n)進行所述聲學延遲(Acoustic delay)補償，且該第一適應性濾波器211A，被配置用以對該參考信號x(n)進行一第三濾波處理。並且，所述第二信號轉換器131S耦接該第一適應性濾波器211A的輸出端以接收所述第一輸出信號
(n)，且對該第一輸出信號
(n)進行所述電子延遲(Electronic delay)補償。
更進一步地說明，該第二減法器21S2耦接該第一信號轉換器131P的輸出端以接收所述目標信號d(n)，且同時耦接該第二信號轉換器131S以接收一第五輸出信號
(n)，從而對該目標信號d(n)與該第五輸出信號
(n)進行減法運算以產生一第一誤差信號
(n)。另一方面，該第三信號轉換器211S被配置用以對該參考信號x(n)進行一近似(estimation)電子延遲補償。在此，該第三信號轉換器211S為近似
S(Z)(即，第二信號轉換器131S)的一轉移函數，以
表示。如圖8所示，該第一適應性演算器21A1耦接該第三信號轉換器211S的輸出端以接收一第一參考信號
(n)，且同時耦接該第二減法器21S2以接收所述第一誤差信號
(n)。
執行該主動噪音控制單元211之時，該第一適應性演算器21A1依據該第一參考信號
(n)與該第一誤差信號
(n)而自適應地調整該第一適應性濾波器211A的至少一濾波器參數以使該第一誤差信號
(n)趨近於零。熟悉ANC系統的電子工程師應當知道，該第一適應性演算器21A1為一演算法函式，且所述演算法函式可為最小均方根演算法(Least Mean Square, LMS)。當然，設計ANC系統時，電子工程師可以依其需求將所述演算法函式以它者替換，例如：正規化最小均方根演算法(Normalized Least Mean Square, NLMS)或其它合適的演算法。另一方面，
(即，第三信號轉換器211S)可為一有限脈衝響應濾波器(Finite Impulse Response Filter, FIR filter)或無限脈衝響應濾波器(Infinite Impulse Response Filter, IIR filter)。
並且，操作該電子裝置2(如智慧型手機)的該人機介面20亦可以啟用所述聲音通透控制單元212，從而利用該聲音通透控制單元212依據所述參考信號x(n)執行ㄧ聲音通透控制操作，實現調整所述控制濾波器131C的至少一濾波器參數。圖9為圖7所示之聲音通透控制單元212的系統架構圖。如圖9所示，該聲音通透控制單元212包括：一第四信號轉換器212T、一信號延遲器212D、一第二適應性濾波器212A、一個所述第二信號轉換器131S、一第三減法器21S3、一個所述第三信號轉換器211S、以及一第二適應性演算器21A2。
特別地，該第四信號轉換器212T被配置用以對該參考信號x(n)進行一信號補償處理。如圖9所示，該信號延遲器212D耦接該第四信號轉換器212T的輸出端以接收一第一目標信號
(n)，且對該第一目標信號
(n)進行一信號延遲處理。並且，該第二適應性濾波器212A被配置用以對該參考信號x(n)進行一第四濾波處理，且所述第二信號轉換器131S耦接該第二適應性濾波器212A的輸出端以接收所述第二輸出信號
(n)，接著對第二輸出信號
(n)進行所述電子延遲(Electronic delay)補償。再者，該第三減法器21S3耦接該信號延遲器212D的輸出端以接收所述目標信號d(n)，且同時耦接該第二信號轉換器131S以接收一第六輸出信號
(n)，從而對該目標信號d(n)與該第六輸出信號
(n)進行減法運算以產生一第二誤差信號
(n)。更進一步地說明，所述第三信號轉換器211S被配置用以對該參考信號x(n)進行所述近似(estimation)電子延遲補償。並且，該第二適應性演算器21A2耦接該第三信號轉換器211S的輸出端以接收一第二參考信號
(n)，且同時耦接該第三減法器21S3的輸出端以接收所述第二誤差信號
(n)。執行該聲音通透控制單元212之時，
執行該聲音通透控制單元212之時，該第二適應性演算器21A2依據該第二參考信號
(n)與該第二誤差信號
(n)而自適應地調整該第二適應性濾波器212A的至少一濾波器參數以使該第二誤差信號
(n)趨近於零。同樣地，該第二適應性演算器21A2為一演算法函式，且所述演算法函式可為最小均方根演算法(Least Mean Square, LMS)。當然，在可行的實施例中，亦可以其它演算法函式作為所述第二適應性濾波器212A，例如：NLMS或其它合適的演算法。
如圖2與圖7所示，操作該電子裝置2的人機介面20亦能啟用所述增益調整單元213，進而調整該第一增益調整器13G1的一第一增益
及/或該第二增益調整器13G2的一第二增益
。並且，操作該電子裝置2的人機介面20亦能啟用所述濾波器調整單元214，進而調整該整形濾波器13SH的一止帶(stop band)範圍或一通帶(pass band)範圍。
綜上所述，本發明之助聽裝置1整合主動噪音控制(ANC)與聲音通透(HT)技術，因此可以對外界的聲音執行抗噪處理與聲音通透處理，接著向聽力受損者的耳朵播放經過抗噪處理與聲音通透處理的一音訊。因此，聽力受損者在聆聽此音訊時，其不僅能夠辨識出聲源方向，同時可以分離(分辨)環境噪音，最終將注意力集中在感興趣的聲音(如：語音)。
除此之外，本發明還設計了主動噪音控制(ANC)單元211、聲音通透(HT)控制單元212、增益調整單元213、與濾波器調整單元214編輯成一應用程式或一函式庫從而安裝在電子裝置2之中。如此，開發人員及/或醫師可以操作該電子裝置2以啟用該主動噪音控制(ANC)單元211以調整用以整合在該音頻信號產生單元1312之內的控制濾波器(control filter)131C。並且，開發人員及/或醫師亦可操作該電子裝置2以啟用該聲音通透(HT)控制單元212以調整用以整合在該音頻信號產生單元1312之內的等化濾波器131E。
再者，醫師或聽力受損者亦可操作該電子裝置2以啟用所述增益調整單元213，從而對助聽裝置1進行增益(Gain)調整。另一方面，醫師或聽力受損者還可操作該電子裝置2以啟用所述濾波器調整單元214，進而調整該整形濾波器13SH的一止帶(stop band)範圍或一通帶(pass band)範圍。
如此，上述係已完整且清楚地說明本發明之一種具有抗噪音與3D聲源辨識功能之助聽裝置。必須加以強調的是，上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
1:助聽裝置
10:殼體
101:開孔
11:麥克風
12:類比數位轉換器
13:信號處理模組
131:第一記憶體
1311:參考信號產生單元
1312:音頻信號產生單元
131M:乘法運算單元
131A:加法運算單元
132:微控制器
133:第一通信介面
14:數位類比轉換器
15:播音器
131C:控制濾波器
131E:等化濾波器
13G1:第一增益調整器
13G2:第二增益調整器
13A1:第一加法器
13A2:第二加法器
131P:第一信號轉換器
131S:第二信號轉換器
13S1:第一減法器
13SH:整形濾波器
2:電子裝置
20:人機介面
21:第二記憶體
211:主動噪音控制單元
212:聲音通透控制單元
213:增益調整單元
214:濾波器調整單元
22:微處理器
23:第二通信介面
211A:第一適應性濾波器
21S2:第二減法器
211S:第三信號轉換器
21A1:第一適應性演算器
212T:第四信號轉換器
212D:信號延遲器
212A:第二適應性濾波器
21S3:第三減法器
21A2:第二適應性演算器
圖1為本發明之一種具有抗噪音與3D聲源辨識功能之助聽裝置的應用示意圖；
圖2為本發明之具有抗噪音與3D聲源辨識功能之助聽裝置的立體圖；
圖3為本發明之具有抗噪音與3D聲源辨識功能之助聽裝置的方塊圖；
圖4為圖2所示之信號處理模組的方塊圖；
圖5為圖3所示之參考信號產生單元的方塊圖；
圖6為圖3所示之音頻信號產生單元的系統架構圖；
圖7為圖2所示之電子裝置的方塊圖；
圖8為圖7所示之主動噪音控制單元的系統架構圖；以及
圖9為圖7所示之聲音通透控制單元的系統架構圖。
1:助聽裝置
11:麥克風
12:類比數位轉換器
13:信號處理模組
1311:參考信號產生單元
1312:音頻信號產生單元
14:數位類比轉換器
15:播音器
Claims (16)
- 一種助聽裝置，包括：複數個麥克風；至少一類比數位轉換器，耦接該複數個麥克風以接收複數個類比音頻信號，且將該複數個類比音頻信號轉換成複數個第一數位音頻信號；一信號處理模組，耦接該至少一類比數位轉換器以接收該複數個第一數位音頻信號，且包括：一參考信號產生單元，被配置用以將各所述第一數位音頻信號與一頭部相關傳輸函數(Head Related Transfer Function,HRTF)進行乘法運算以產生複數個第二數位音頻信號，且還被配置進一步地將該複數個第二數位音頻信號相加以獲得一參考信號；及一音頻信號產生單元，被配置用以對該參考信號執行一主動降噪(active noise attenuating)處理從而產生一第一輸出信號，對該參考信號執行一聲音通透(hear-through)處理從而產生一第二輸出信號，將該第二輸出信號和一調整信號相加以獲得一第三輸出信號，以及將該第三輸出信號和該第一輸出信號相加以獲得一輸出信號；一數位類比轉換器，耦接該信號處理模組以接收該輸出信號，且將該輸出信號轉換成一類比輸出信號)；以及 一播音器，耦接該數位類比轉換器以接收該類比輸出信號，且依據該類比輸出信號而播放一音訊。
- 如請求項1所述之助聽裝置，更包括一殼體，用以容置該複數個麥克風、該至少一類比數位轉換器、與該信號處理模組。
- 如請求項2所述之助聽裝置，其中，該殼體具有複數個開孔，使得各所述麥克風的一收音部透過所述開孔而露出於該殼體之外。
- 如請求項1所述之助聽裝置，其中，該信號處理模組包括：一第一記憶體，其中，該參考信號產生單元與該音頻信號產生單元係利用一程式語言編輯成一應用程式或一函式庫從而安裝或儲存在該第一記憶體之中；一微控制器，耦接該第一記憶體，從而通過存取該第一記憶體以執行該參考信號產生單元與該音頻信號產生單元；以及一第一通信介面，耦接該微控制器。
- 如請求項1所述之助聽裝置，其中，該參考信號產生單元包括： 一乘法運算單元，被配置用以將各所述數位音頻信號與所述頭部相關傳輸函數(HRTF)進行乘法運算，從而產生複數個所述第二數位音頻信號；以及一加法運算單元，被配置用以對該複數個第二數位音頻信號進行加總運算以產生所述參考信號。
- 如請求項4所述之助聽裝置，其中，該音頻信號產生單元包括：一控制濾波器，被配置用以對該參考信號進行一第一濾波處理；一第一增益調整器，耦接該控制濾波器的輸出端以接收所述參考信號，且對該參考信號進行一第一增益調整處理；一等化濾波器，被配置用以對該參考信號進行一第二濾波處理；一第二增益調整器，耦接該等化濾波器的輸出端以接收所述參考信號，且接著對該參考信號進行一第二增益調整處理；一第一加法器，耦接該第二增益調整器的輸出端以接收所述第二輸出信號，且同時耦接一調整信號，從而對該第二輸出信號與該調整信號進行加總運算以產生一第三輸出信號；一第二加法器，耦接該第一增益調整器的輸出端以接收所述第一輸出信號，且同時耦接該第一加法器的輸出端以接收所述第三輸出信號，從而對該第三輸出信號與該第一輸出信號進行加總運算以產生所述輸出信號； 一第一信號轉換器，被配置用以對該參考信號進行一聲學延遲(Acoustic delay)補償；一第二信號轉換器，被配置用以對該輸出信號進行一電子延遲(Electronic delay)補償；以及一第一減法器，耦接該第一信號轉換器的輸出端以接收一目標信號，且同時耦接該第二信號轉換器以接收一第四輸出信號，從而對該目標信號與該第四輸出信號進行減法運算以產生一誤差信號。
- 如請求項6所述之助聽裝置，其中，該音頻信號產生單元更包括一整形濾波器，其耦接於該參考信號和該等化濾波器的輸入端之間，使該參考信號在接受該整形濾波器的一整形濾波處理之後才接著輸入該等化濾波器。
- 如請求項7所述之助聽裝置，其中，一電子裝置利用其一第二通信介面與該信號處理模組的該第一通信介面資訊連結。
- 如請求項8所述之助聽裝置，其中，該電子裝置為選自於由桌上型電腦、筆記型電腦、一體式(All-in-one)電腦、平板電腦、和智慧型手機所組成群組之中的任一者。
- 如請求項8所述之助聽裝置，其中，該電子裝置包括： 一第二記憶體，其中，一主動噪音控制單元、一聲音通透控制單元、一增益調整單元、與一濾波器調整單元係利用一程式語言編輯成一應用程式或一函式庫從而安裝或儲存在該第二記憶體之中；一微處理器，耦接該第二記憶體，從而通過存取該第二記憶體以執行該主動噪音控制單元、該聲音通透控制單元、該增益調整單元、或該濾波器調整單元；所述第二通信介面，耦接該微處理器；以及一人機介面，耦接該微處理器。
- 如請求項10所述之助聽裝置，其中，操作該人機介面使能(Enable)該微處理器啟用所述主動噪音控制單元，使該主動噪音控制單元依據所述參考信號執行一主控噪音控制操作，從而調整所述控制濾波器的至少一濾波器參數。
- 如請求項10所述之助聽裝置，其中，操作該人機介面使能(Enable)該微處理器啟用所述聲音通透控制單元，使該聲音通透控制單元依據所述參考信號執行一聲音通透控制操作，從而調整所述控制濾波器的至少一濾波器參數。
- 如請求項10所述之助聽裝置，其中，操作該人機介面使能(Enable)該微處理器啟用所述增益調整單元，進而調整該第一增益調整器的一第一增益及/或該第二增益調整器的一第二增益。
- 如請求項10所述之助聽裝置，其中，操作該人機介面使能(Enable)該微處理器啟用所述濾波器調整單元，進而調整該整形濾波器的一止帶(stop band)範圍或一通帶(pass band)範圍。
- 如請求項10所述之助聽裝置，其中，該主動噪音控制單元包括：一個所述第一信號轉換器，被配置用以對該參考信號進行所述聲學延遲(Acoustic delay)補償；一第一適應性濾波器，被配置用以對該參考信號進行一第三濾波處理；一個所述第二信號轉換器，耦接該第一適應性濾波器的輸出端以接收所述第一輸出信號，且對該第一輸出信號進行所述電子延遲(Electronic delay)補償；一第二減法器，耦接該第一信號轉換器的輸出端以接收所述目標信號，且同時耦接該第二信號轉換器以接收一第五輸出信號，從而對該目標信號與該第五輸出信號進行減法運算以產生一第一誤差信號；一第三信號轉換器，被配置用以對該參考信號進行一近似(estimation)電子延遲補償；以及一第一適應性演算器，耦接該第三信號轉換器的輸出端以接收一第一參考信號，且同時耦接該第二減法器以接收所述第一誤差信號； 其中，該第一適應性演算器依據該第一參考信號與該第一誤差信號而自適應地調整該第一適應性濾波器的至少一濾波器參數以使該第一誤差信號趨近於零。
- 如請求項15所述之助聽裝置，其中，該聲音通透控制單元包括：一第四信號轉換器，被配置用以對該參考信號進行一信號補償處理；一信號延遲器，耦接該第四信號轉換器的輸出端以接收一第一目標信號，且對該第一目標信號進行一信號延遲處理；一第二適應性濾波器，被配置用以對該參考信號進行一第四濾波處理；一個所述第二信號轉換器，耦接該第二適應性濾波器的輸出端以接收所述第二輸出信號，且該第二輸出信號進行所述電子延遲(Electronic delay)補償；一第三減法器，耦接該信號延遲器的輸出端以接收所述目標信號，且同時耦接該第二信號轉換器以接收一第六輸出信號，從而對該目標信號與該第六輸出信號進行減法運算以產生一第二誤差信號；一個所述第三信號轉換器，被配置用以對該參考信號進行所述近似(estimation)電子延遲補償；以及 一第二適應性演算器，耦接該第三信號轉換器的輸出端以接收一第二參考信號，且同時耦接該第三減法器的輸出端以接收所述第二誤差信號；其中，該第二適應性演算器依據該第二參考信號與該第二誤差信號而自適應地調整該第二適應性濾波器的至少一濾波器參數以使該第二誤差信號趨近於零。
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