具有自適應反饋抑制的聽力裝置的制作方法

專利名稱：具有自適應反饋抑制的聽力裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種聽力裝置(S卩，助聽器)或者它的部件，并且涉及一種用于給這種聽力裝置的用戶提供更好的可聽信號的方法。典型的聽力裝置是耳內式(in-the-ear，ITE) 裝置、深耳道式(completely-in-canal，CIC)裝置、耳背式(behind-the-ear，BTE)裝置或 耳內式接收器(receiver-in-the-ear，RITE)裝置。更特別地，本發明涉及一種能夠對聽力裝置中的聲反饋進行自適應反饋抑制的聽 力裝置。
背景技術：
如圖1中由參考數字10整體所示的這種聽力裝置，包括用于將聲輸入轉換成電信 號的輸入信號轉換器12。輸入信號轉換器12可以是麥克風，并且也可以被稱為輸入信號換 能器。聽力裝置10通常處理電輸入信號以產生傳給輸出信號轉換器16的電輸出信號，輸 出信號轉換器16將該輸出電信號轉換成聲輸出。輸出信號轉換器16可以是揚聲器，并且 也可以被稱為輸出信號換能器。在本領域中，這種輸出信號轉換器通常被稱為接收器。電輸入信號的處理通常伴有對用戶的特定聽力損傷的補償；也就是，控制增幅以 適應特定用戶的聽力損失。當用戶戴上聽力裝置10時，來自輸出信號轉換器16的聲輸出 可能被反饋給輸入信號轉換器12，這潛在地導致產生呈現給聽力裝置10的用戶的非期望 的聲信號。特別地，這種從揚聲器到麥克風的聲輸出的反饋可引起聲反饋不穩定，導致被稱 為嘯聲或嘯叫的現象。當將聽力裝置10戴在用戶上時，聲反饋不穩定取決于聽力裝置10的開環傳遞函 數，也就是取決于以下事實開環增益將小于I(OdB)并且開環相位不同于360°的整數倍 以避免不穩定。開環傳遞函數(有時被稱為環路增益)被定義為全前向傳遞函數(包括麥 克風和接收器的傳遞函數)和聲反饋傳遞函數的乘積(參見圖1)。為了防止嘯聲，如圖2所示，公知的是在聽力裝置10中加入反饋抑制濾波器18。 當在電前向信號路徑中由信號處理器14處理電輸入信號時，通常將反饋抑制濾波器18安 排在電反饋信號路徑中。從而在設置相位期間測量聲反饋并設置反饋抑制濾波器18的 濾波器系數以便減少特定情形中的聲反饋，并且反饋抑制濾波器18產生補償信號，混合器 19 (例如，如所示的加法單元)將該補償信號與輸入信號混合以便抑制聲反饋。同樣公知的是提供一種帶有自適應反饋抑制濾波器的聽力裝置，該自適應反饋抑 制濾波器自適應地補償在不同聲環境中由佩戴者使用的聽力裝置感受的變化的聲反饋。為 了有效地補償該聲反饋，通過使用基于最小均方(Least-Mean-Squarc，LMS)、遞歸最小二乘 法(Recursive-Least-Squares，RLS)等的技術來估算該聲反饋傳遞函數(參見圖1)。如果 所估算的聲反饋傳遞函數與真實的聲反饋傳遞函數相同，則有可能完全消除該聲反饋。在 這種情形中，沒有限制全前向傳遞函數(參見圖1)的增益。這種事實是從如上所述的開環 傳遞函數和不穩定之間的關系得出的。因而當理想地該自適應反饋抑制濾波器進行完全消 除時，該聲反饋傳遞函數是0，并且對該全前向傳遞函數沒有限制。
然而在真實情形中，不可能通過自適應反饋抑制濾波器18完全消除聲反饋。因此，為了使開環增益保持在ι (OdB)以下，信號處理器14的傳遞函數通常被限定為聲反饋傳 遞函數中的剩余聲反饋的某一函數。該剩余聲反饋被認為是通過自適應反饋抑制濾波器18 補償之后剩余的聲反饋，也就是該聲反饋傳遞函數不是0。聽力裝置10的全前向傳遞函數 取決于該聽力裝置中的電信號前向路徑和電信號反饋路徑。因為實際上不可能實現聲反饋 的完全補償，所以使用自適應反饋抑制濾波器18考慮到全前向傳遞函數中增加的但有限 的增益。US2006/0245610描述了一種聽力裝置的自動增益調節。根據該公開，通過某一保 存的增益限制值來限制電前向信號路徑中的增益。如果期望的增益超過所保存的值，則限 制最終的增益。這樣，通過使用適當的保存的增益限制值，使環路增益處于控制之下并且避 免了嘯聲。W02006/063624描述了一種通過確定自適應反饋抑制濾波器的增益來產生電前向 信號路徑中的增益上限的模型增益估算器。通過將電輸出信號的水平與反饋消除信號的水 平相比較來完成自適應反饋抑制濾波器中的增益(模型增益)的確定。這些信號的每一個 的水平被估算為所選時間幀內的范數。然后獲得的電輸出信號和反饋消除信號之間的水平 差被用作對該模型增益的估算。從而通過僅估算該聲反饋增益而非通過設法估算該助聽器 的環路增益來確定電前向信號路徑中的增益上限。根據EP1191814，使用第一和第二自適應濾波器。該第二自適應濾波器提供與自適 應反饋抑制濾波器相比更快的收斂速率，并且被用于估算剩余聲反饋傳遞函數，該估算被 用來控制電前向信號路徑中的增益和/或自適應反饋抑制濾波器中的收斂速率。

發明內容
本發明的目的是提供一種具有改進的聲反饋抑制的聽力裝置。根據本發明的第一方面，通過一種用于補償用戶聽力損傷的聽力裝置來實現這個 目的，該聽力裝置包括輸入信號轉換器，用于將聲信號轉換成電信號；輸出信號轉換器， 用于將處理后的信號轉換成呈現給用戶的處理后的聲信號；自適應反饋抑制單元，用于補 償輸出信號轉換器和輸入信號轉換器之間的聲反饋以及產生反饋補償信號，該反饋補償信 號與電信號相加以產生補償后的電信號；以及信號處理器，用于處理補償后的電信號并且 產生處理后的信號，該聽力裝置還包括開環近似單元，用于監視該補償后的電信號和處理 后的信號之間的關系，并且用于基于該關系產生控制信號，該控制信號控制該信號處理器 和/或該自適應反饋抑制單元。該開環近似單元由此從該關系確定剩余聲反饋的估算，也就是由自適應反饋抑制 濾波器提供的聲反饋傳遞函數(FBG)和電反饋傳遞函數(FBGest)之間的差異。因而優勢是 該開環近似單元連續地監視自適應反饋抑制濾波器的效果，并且相應地控制該信號處理器 和/或該自適應反饋抑制濾波器。在本文中，術語“傳遞函數”被認為是輸出和輸入之間的關系，并且不應被限定為 線性時不變(LTI)系統，因此包括非線性時變系統。本文中的傳遞函數還涉及某一時刻的 輸出和輸入之間的關系。另外，并且/或者可選地，該開環近似單元進一步可以用于監視信號處理器傳遞函數。該開環近似單元可以由此用于從補償后的信號和處理后的信號之間的關系與信號處 理器傳遞函數之間的乘積來確定開環傳遞函數。因此該開環近似單元便于確定該開環傳遞 函數。如果該自適應反饋抑制單元的結果遠不是最理想的，那么可以通過大的開環增益來 反映該結果，然后可以采取不同的動作來最小化反饋不穩定的風險。例如，可以使用線性預測模型實現該開環近似單元。例如，使用分波段接收器信號預測分波段第一信號。可以使用最小均方方法來有效地預測線性預測器系數，得到這些系 數的閉合形式解，并且由此得到確保全系統穩定的最大允許環路增益的閉合形式解。例如， 在[Makhoul ；1975]中討論了線性預測模型。該環路增益近似單元可以用作信號處理系統的檢測器或者控制單元(或者兩 者)。作為檢測器，如同實時環路增益估算器那樣，該開環增益近似單元可以用于聲反饋消 除控制。作為控制單元，該環路增益近似單元可以在靜態和動態助聽器(HA)使用場景中主 動地控制任意給定時刻的最大允許增益。開環增益LG⑴或LG (f，t)可以表示為從其輸入SPin到其輸出SPqut的信號處理 器的增益G(t)或G(f，t)(例如，代表用戶的聽力損傷、壓縮和/或其它適當的音頻處理 算法所要求的特定增益)和從信號處理器的輸出SPott到輸入SPin的反饋增益FBG(t)或 FBG(f, t)的乘積，LG = GXFBG, f是頻率，t是時間。信號處理器的輸入SPin和輸出SPqut 值通常是這些信號的復數值(X=幅度(X)+iX相位(X)，其中X是復數信號，并且i是實現 關系i2 = -1的復數單位；可選地，X可以表示為X二 I X Ix^，其中|X| =幅度(X)，并且 φ=才目位(X)。通常，環路增益和反饋增益是復數函數。在一實施例中，只考慮這些信號的幅 度。另外，該開環近似單元可以用于將補償后的信號(SPin)和處理后的信號(SPqut)之 間的關系傳送給信號處理器，或從信號處理器傳送該關系，并且該信號處理器可以用于從 補償后的信號和處理后的信號之間的關系(SPIN/SPQUT)與信號處理器傳遞函數(G)之間的 乘積來計算開環傳遞函數(LG) (LG = (SPIN/SP0UT) XG = FBGXG)。顯然地，該進一步方面提 供了具有相似優勢的選擇。當開環近似單元確定開環增益接近于I(OdB)或更大時，該開環近似單元可以產 生控制信號。可以將該控制信號轉送給信號處理器以便引起信號處理器傳遞函數的調整， 如信號處理器的最大增益(Gmax(f))的減少，或者引起增益頻率關系(G(f))的調整，直到開 環增益再次小于I(OdB)。可選地和/或附加地，可以將該控制信號轉送給自適應反饋抑制 單元以便根據該控制信號引起濾波器參數的調整；例如，該濾波器參數可以包括控制自適 應反饋抑制單元的收斂速率(例如作為由算法的步長μ確定的)的值。在一實施例中，該開環近似單元具有比自適應反饋抑制濾波器更快的自適應時 間。在一實施例中，用于確定剩余聲反饋的開環近似單元比用于估算當前聲反饋的自適應 反饋抑制濾波器更快。在一實施例中，該開環近似單元包括與電反饋信號路徑的自適應反 饋抑制濾波器(參見圖3中的18，20)相同的自適應濾波器。由電反饋信號路徑的自適應 反饋抑制濾波器提供的聲反饋路徑的估算被用于補償輸入信號(圖3的電信號，參見圖3 中的加法單元19)，而該開環近似單元只估算聲反饋路徑(并且可能使用該估算來控制自 適應反饋抑制濾波器的自適應速度和/或信號處理器的最大增益)。在一實施例中，該聽力裝置用于在聲環境突變(例如，由于不同類型的聲音環境造成的)和/或聲反饋條件突變(例如，在ms或s之內)的情況下修改(增加)自適應反 饋抑制濾波器的自適應速度。在一實施例中，該聽力裝置用于提供當剩余聲反饋和/或開 環增益大于第一預定水平時進行自適應反饋抑制濾波器的自適應速度的這種修改。在一實 施例中，該裝置用于提供在檢測到剩余反饋和/或開環增益大于第一預定水平的IOms內， 如50ms內、如IOOms內、如500ms內進行自適應反饋抑制濾波器的自適應速度的這種修改。 在一實施例中，該聽力裝置用于提供修改(減少)信號處理器中任意時間點允許 的最大增益gmax以減少嘯聲的風險。在一實施例中，該裝置用于提供當剩余聲反饋和/或 開環增益大于第二預定水平時進行信號處理器的最大增益的這種修改。在一實施例中，該 第二預定水平大于第一預定水平。在一實施例中，該開環近似單元用于隨著時間監視剩余聲反饋和/或開環增益。 在一實施例中，該開環近似單元用于提供在某一平均時間上平均的剩余聲反饋和/或開環 增益，例如運行平均。在一實施例中，該平均時間大于1分鐘，如大于500s、如大于1小時、 如大于4小時、如大于1天。在一實施例中，該聽力裝置用于提供在(例如，由于設備在耳道中安裝的改變導 致的)聲反饋條件緩慢變化的情況下(例如，在幾分鐘或幾小時或幾天之內)修改(減少) 信號處理器中任意時間點允許的最大增益gmax。在一實施例中，該聽力裝置用于提供當平均 剩余聲反饋和/或平均開環增益大于第三預定水平時執行最大增益gmax的這種修改。在一 實施例中，該裝置用于提供當平均剩余反饋和/或平均開環增益已經大于預定平均時間的 第三預定水平時執行最大增益gmax的這種修改。在一實施例中，該聽力裝置用于提供在剩余聲反饋和/或開環增益的改變率大于 第一預定改變率的情況下修改(減少)信號處理器中任意時間點允許的最大增益gmx。在 一實施例中，該聽力裝置用于提供當剩余聲反饋和/或開環增益大于第二預定改變率時修 改(例如減少)自適應反饋抑制濾波器的自適應速度。該開環近似單元可以確定開環增益(|lg|)和相位(cplg)，并且可以用于當開環 增益大于或者等于1并且/或者當開環相位為0°或360°的整數倍時產生控制信號。在 一實施例中，該環路近似單元用于當開環增益大于或等于0. 9并且/或者當開環相位為 0° +/-10°或360°的整數倍+/-10°時產生控制信號。該開環近似單元可以進一步用 于當開環增益大于0. 3，如大于0. 4,0. 5,0. 6,0. 7,0. 8,0. 9,1. 0、1. 1或1. 2時產生控制信 號。因而該開環近似單元能夠產生用于補償潛在不穩定的控制信號；也就是，在實際出現不 穩定之前開始補償程序，例如減少信號處理器的增益或調整自適應反饋抑制單元的收斂速 率。可以作為增益的階梯式減少或濾波器參數的階梯式調整進行該補償程序。該信號處理器可以安排在電前向信號路徑中，而該自適應反饋抑制單元可以安排 在電反饋信號路徑中。該自適應反饋抑制單元可以接收輸入到輸出信號轉換器的處理后的 信號，并且產生反饋給的混合單元(例如加法單元)的反饋補償信號，該混合單元與輸入信 號轉換器和信號處理器相互連接，并且用于將該反饋補償信號與電信號相混合。本領域中公知的是，自適應反饋抑制單元可以作為連接到濾波器控制單元的濾波 器來實施，該濾波器控制單元可以產生自適應轉換算法以控制自適應反饋抑制濾波器的濾 波器特征(例如，參見，[EngebretSOn，1993])。濾波器控制單元可以具有兩個輸入端口 第 一濾波器控制單元輸入端口，其可以連接到信號處理器的輸入端口 ；以及第二濾波器控制輸入端口，其可以連接到信號處理器的輸出端口。該濾波器(作為濾波器控制單元)可以在一端連接到信號處理器的輸出端口，并且在另一端連接到混合單元(例如，加法單元)。 因而該濾波器控制單元感測信號處理器的輸入和輸出信號，并且基于此確定濾波器的濾波 特征，以從處理后的信號產生聲反饋的模擬。例如，在[Haykin ；1996]中一般性地討論了自 適應濾波器。該聽力裝置考慮的全(音頻)頻率范圍組成人聽覺頻率范圍(20Hz-20kHz)的一 部分，例如從20Hz到8kHz或到IOkHz或到12kHz的范圍。根據本發明第一方面的聽力裝置可以是全波段裝置或分波段裝置，并且可以包括 一個或多個信號處理器。在分波段裝置中，所考慮的頻率范圍被分成多個頻率段(例如2 個或更多個，例如8個或64個或256個或512個或1024個或更多個)，其中至少一些波段 被單獨處理。這樣該聽力裝置可以進一步包括將補償的電信號劃分為多個分波段電信號的 濾波器組，并且該信號處理器可以用于同時處理多個分波段電信號并且將多個處理后的分 波段電信號混合到處理后的信號中(例如，通過加權和增或減，或僅通過增或減)。在包括 單個處理器的全波段裝置中，該處理器用于在全音頻頻率段上處理信號。如果該聽力裝置 包括多個信號處理器，則每個信號處理器處理預定分波段的電信號。可選地，該聽力裝置可以包括用于將電信號劃分為多個分波段電信號的濾波器 組，該自適應反饋抑制單元用于補償每個分波段中輸出信號轉換器與輸入信號轉換器之間 的聲反饋，并且產生分波段反饋補償信號，該分波段反饋補償信號與分波段電信號相混合 (例如，從分波段電信號中減去)以生成每個分波段的補償后的電信號，并且該信號處理器 可以用于同時處理每個分波段的多個補償后的電信號并且將每個分波段的多個處理后的 信號混合(例如，增加)到處理后的信號中。因而該聽力裝置可以便于按分波段補償聲反 饋。該信號處理器可以包括用于對電信號施加增益的放大器，并且優選地可以進一步 包括用于過濾電信號的濾波器。此外還提供了一種操作用于補償用戶聽力損傷的聽力裝置的方法，該聽力裝置包 括輸入信號轉換器，用于將聲信號轉換成電信號；輸出信號轉換器，用于將處理后的信號 轉換為呈現給用戶的處理后的聲信號；以及信號處理器，用于處理補償后的電信號并且由 此產生處理后的信號，該方法包括提供自適應反饋抑制以補償輸出信號和輸入信號轉換器之間的聲反饋；產生反饋補償信號，將反饋補償信號與電信號相混合，從而產生補償的電信號，監視補償后的電信號和處理后的信號之間的關系，基于該關系產生控制信號，以控制信號處理器和/或自適應反饋抑制。在詳細的說明書和權利要求書中，意圖將上述裝置的結構特征與用對應的處理適 當替換時的方法相結合，并且反之亦然。該方法的實施例具有與對應的裝置相同的優點。在一實施例中，補償后的電信號和處理后的信號之間的關系被用于確定剩余聲反 饋和/或開環增益。在一實施例中，剩余聲反饋和/或開環增益的確定比反饋補償信號的 產生更快。在一實施例中，定義第一預定水平。在一實施例中，如果剩余聲反饋和/或開環增益大于第一預定水平，則使用該控制信號修改(減少)反饋補償信號產生的自適應速度。在一實施例中，定義第二預定水平。在一實施例中，如果剩余聲反饋和/或開環增 益大于第二預定水平，則使用該控制信號修改(減少)信號處理器中任意時間點允許的最
大增 Gmax。在一實施例中，隨著時間監視剩余聲反饋和/或開環增益。在一實施例中，確定平 均剩余聲反饋和/或平均開環增益。在一實施例中，平均時間大于1分鐘，如大于500s、如 大于1小時、如大于4小時、如大于1天。
在一實施例中，定義第三預定水平。在一實施例中，定義第一平均時間。在一實 施例中，如果平均剩余反饋和/或平均開環增益已經大于第一預定平均時間的第三預定水 平，則使用該控制信號修改(減少)信號處理器中任意時間點允許的最大增益Gmx。在一實施例中，定義第四預定水平。在一實施例中，定義第二平均時間。在一實 施例中，如果平均剩余反饋和/或平均開環增益已經小于第二預定平均時間的第四預定水 平，則使用該控制信號修改(增加)信號處理器中任意時間點允許的最大增益Gmx。此外，在詳細的說明書和權利要求書中，本申請還提供一種存儲計算機程序的有 形計算機可讀介質，該計算機程序包括程序代碼部，當在數據處理系統上執行該計算機程 序時，該程序代碼部使該數據處理系統進行上述方法的至少某些步驟(例如大多數或全 部)。除了存儲在諸如磁盤、CD-ROM、DVD、或硬盤介質、或任何其它機器可讀媒介的有形媒 介上以外，還可以經由傳輸介質如有線或無線鏈路或網絡，如因特網，傳送該計算機程序， 并且將該計算機程序加載到數據處理系統中，以在不同于該有形媒介的位置處執行該計算 機程序。此外，在詳細的說明書和權利要求書中，本申請還提供一種包含處理器和使該處 理器進行上述方法的至少某些步驟(例如大多數或全部)的程序代碼部的數據處理系統。 在一申請中，該數據處理系統形成聽力裝置的一部分。在一申請中，在詳細的說明書和權利 要求書中，該數據處理系統形成如上所述的聽力裝置的一部分。通過本發明的獨立權利要求和詳細的說明書中定義的實施例來實現本申請進一 步的目標。當在本文中使用時，除非另有特別說明，否則單數形式“一個”、“一種”、和“該”也 意圖包括復數形式(也就是具有“至少一個”的意思)。還應該理解，當在本說明書中使用 時，術語“包括”、“包含”、“含有”、和/或“組成”表示所陳述的特征、整體、步驟、操作、元件、 和/或部件的存在，但是不排除它的一個或多個其它特征、整體、步驟、操作、元件、部件、和 /或它們的組合的存在或附加。應當理解，除非另有特別說明，否則當元件涉及“連接”或 “耦合”到其它元件時，它可以直接連接或耦合到其它元件，也可以存在中間元件。而且，當 在本文中使用時，“連接”或“耦合”可以包括無線連接或耦合。當在本文中使用時，術語“和 /或”包括一個或多個相關列出項的任意和所有的組合。除非另有特別說明，否則在此公開 的任意方法的步驟都不必以公開的確切順序執行。根據以下對本發明示范性實施例的詳細描述，該聽力裝置的進一步優選實施例將 變得明顯。


現在關于附圖進一步說明本發明。在這些附圖中，圖1是示出現有技術聽力裝置的示意性圖；以及圖2是示出具有反饋抑制能力的現有技術聽力裝置的示意圖；圖3是示出根據本發明實施例的聽力裝置的示意性框圖，該圖示出將考慮的信號路徑；以及圖4示出形成開環近似單元的一部分的反饋增益估算器。
具體實施例方式圖1示出現有技術的聽力裝置10的示意圖，聽力裝置10在麥克風12處接收聲音， 產生根據全前向傳遞函數處理的并且傳送給揚聲器16的電信號，揚聲器16將處理后信號 轉換回聲音輸出。一些聲音輸出經由聲反饋路徑返回到麥克風12，并且基于聲反饋傳遞函 數，返回的聲音輸出可能引起聽力裝置10的不穩定。圖2示出現有技術的聽力裝置10的以反饋抑制濾波器18為特征進一步示意圖。 聽力裝置10包括麥克風12，用于拾取聲音并且將聲音轉換成電信號。該電信號形成傳送到 信號處理器14的第一信號。信號處理器14適合于處理第一信號以產生第二信號，第二信 號形成處理后的信號并且傳送給揚聲器16。因而將信號處理器14安排在電信號前向路徑 中。信號處理器14通常包括至少一個用于對于第一信號施加增益的放大器，以產生 相對于第一信號放大了的第二信號。信號處理器14可以進一步包括濾波器，如帶通濾波 器，以過濾第一信號。在多波段裝置中，該聽力裝置中可以存在多個信號處理器。然后每個 信號處理器處理第一信號的頻譜中的分開的頻率段(分開的分波段)(未示出)。在聽力裝置10的正常操作環境中，從揚聲器16發出的聲音指向用戶耳道中的鼓 膜。麥克風12被放置成便于從用戶的周圍聲音環境拾取聲音。然而揚聲器16的一些聲音 可能反饋給麥克風12，因而與來自周圍聲音環境的聲音一起被麥克風12拾取。因此，聲反 饋信號路徑存在，其可能在聽力裝置10中導致聲反饋不穩定。這個可以引起稱為嘯聲的效 應。在聲反饋不穩定出現之前必須完成兩個條件開環增益超過I(OdB)以及開環相位是 360°的任意整數倍。所考慮的環路是由聽力裝置10的麥克風12和接收器16之間具有傳 遞函數的前向信號路徑和接收器16和麥克風12之間具有傳遞函數的聲反饋信號路徑形成 的環路。因此，開環傳遞函數是聽力裝置10的前向傳遞函數(G(f，t))和聲反饋傳遞函數 (FBG (f，t))的乘積。為了補償聲反饋，提供反饋抑制濾波器18。反饋抑制濾波器18具有連接到信號處 理器14的輸出端口的濾波器輸入端口，并且由此接收第二信號。反饋抑制濾波器18產生 濾波器輸出信號，其理想上與電轉換的聲反饋信號相反或相同，且分別加到電信號中或從 電信號中減去，并且從而理想上補償聲反饋信號對電信號的貢獻。在這種情況下，該第一信 號將沒用任何反饋信號。反饋抑制濾波器18安排在電反饋信號路徑中。正如已經指出的，電反饋信號路徑的傳遞函數理想上是聲反饋信號路徑的傳遞函 數與麥克風12和接收器16的傳遞函數的倒數。在現有聽力裝置的情形中，反饋抑制濾波 器18是自適應反饋抑制濾波器。這種自適應反饋抑制濾波器能夠適用于反饋路徑的估算，并且因而比具有固定濾波器特征的反饋抑制濾波器更能補償聲反饋。為了適應自適應反饋抑制濾波器18的濾波器特征，提供濾波器控制單元20 (例如圖3中所示的)，其通過使用基 于最小均平方(LMS)、遞歸最小二乘法(RLS)等的方法進行聲反饋路徑的傳遞函數的估算， 以控制由自適應反饋抑制濾波器18進行的自適應消除算法(例如，參見[Haykin ； 1996])。 濾波器控制單元20根據收斂速度確保自適應反饋抑制濾波器18的自適應性。收斂速度越 高，自適應反饋抑制濾波器模擬聲反饋就越快，可是自適應系統更加敏感(但是更不準確)。 收斂速度越低，自適應反饋抑制濾波器模擬聲反饋就越慢，這可導致呈現給用戶嘯聲聲音。圖3示出根據本發明實施例的聽力裝置10的示意性框圖。在圖3中，給出了自適 應反饋抑制濾波器更詳細的說明。如以上指出的，由濾波器控制單元20控制自適應反饋抑 制濾波器18。自適應反饋抑制濾波器18是由于反饋抑制濾波器18的自適應性質而具有可 變傳遞函數的電反饋信號路徑的一部分。圖3中所示的聽力裝置10的新的特征是開環近 似單元30,其適合于執,行開環沂似算法以確定剩金反饋(也就是由自適應反饋抑制濾波器 補償之后該系統中剩余的反饋)的傳遞函數。通過估算該剩余反饋，開環近似單元30能夠 確定自適應反饋抑制濾波器18事實上是否可以補償聲反饋。因而開環近似單元30確定第一信號和第二信號(也就是，到信號處理器14的輸 入信號SPin相對于信號處理器14的輸出信號SPem)之間的關系。為了確定開環傳遞函數， 開環近似單元30進一步連接到信號處理器14并且進行第一和第二信號(SPIN/SPOT)之間 的關系與來自信號處理器14由開環近似單元30接收的信號處理器傳遞函數(G)的乘法運 算。如果開環增益接近于1 (OdB)或大于1，且卷入的開環相位接近于0°，則開環近似單元 30產生控制信號。開環近似單元30將該控制信號傳送到信號處理器14以便控制信號處理器14的 傳遞函數(G)；例如，改變信號處理器14的最大增益(Gmax)或改變由信號處理器單元14在 第一信號上進行的過濾。在開環近似單元30的另一實施例中，開環近似單元30將控制信 號傳送給濾波器控制單元20，以控制自適應反饋抑制濾波器18和/或濾波器控制單元20 的收斂速度(如LMS或RLS算法的步長)。在聽力裝置的典型正常操作模式中，用戶的聲環境和聲反饋條件是相對穩定的。 在這種情況下，自適應濾波器18、20的自適應速度是相對緩慢的(例如，以節省功率和/或 避免產生人為現象)。在聲環境突變(例如，在ms或s之內)的情況下(例如，語音或噪聲信號中的突 變)和/或在聲反饋條件突變的情況下(例如，該設備在耳道中的安裝中的變化和/或接 近于聽力裝置的反射的變化，例如電話或帽子的突然接近)，開環近似單元30 (通常適合于 比自適應濾波器反應相對快)適合于修改(增加)自適應濾波器的自適應速度以能夠克服 變化的反饋條件，并且因而避免嘯聲。可選地或附加地，可以基于來自開環近似單元30的 控制信號修改一個或多個濾波器系數。通過識別剩余聲反饋的增加(現在沒有由自適應濾 波器補償)來完成聽力裝置的聲操作條件的(突然)改變的檢測。例如，通過對聽力裝置 10的第一和第二信號的相關分析(例如，確定信號處理器14的輸入(SPin)和輸出(SPout) 之間的交互關系)來完成該檢測。例如，可以以與自適應濾波器(僅具有更快的自適應速 度)的自適應算法(參見濾波器控制單元20)的執行相同的方法來實現該檢測。在聲反饋條件緩慢變化(例如，在分或小時或天內)的情況下(例如，由于設備在耳道中的安裝的變化導致的，例如，由于物理運動，例如，與鍛煉相關)，該自適應反饋系統 不能利用聽力裝置的當前設置避免嘯聲。在這種情形中，由開環近似單元30進行某一預定 大小的剩余聲反饋的檢測，在信號處理器14中使用開環近似單元30提供的控制信號修改 (減少)在任意時間點允許的最大增益Gmax。在一實施例中，當開環近似單元30檢測到某一預定大小的剩余聲反饋時，在信號處理器14中使用開環近似單元30提供的控制信號修改(減少)在任意時間點允許的最大 增益Gmax，并且在濾波器控制單元中使用該控制信號修改(增加)自適應濾波器18，20的自 適應速度以能夠克服變化的反饋條件，并且因而避免嘯聲。可選地或附加地，可以基于來自 開環近似單元30的控制信號修改一個或多個濾波器系數。在一實施例中，該聽力裝置包括檢測器，用于識別在給定時間點感受到嘯聲的風 險相對高的頻率或頻率段。在一實施例中，使用線性預測模型實現該開環近似單元。圖4示出線性預測器系 統。Yk(η)是分波段k的補償后的信號(圖3中的SPin)，其由延遲(d次抽樣)處理的信號 (Uk(η)(圖3中的SPqut))預測。復數預測器系數(ak)估算某一時刻η特定分波段k中的反 饋增益。可以使用最小均平方方法有效地計算該預測器系數以及由此的反饋增益估算，其 得到反饋增益估算的閉合形式解。可以考慮的最簡單的方案是一階模型。對于一階模型， 最小均平方解與給定分波段k的補償后的和處理后的信號(分別為Yk(Ii)和Uk(η))之間的 乘積成正比。利用0階濾波器(例如，FIR濾波器)來說明該預測器系統。可選地，該預測 器系統可以作為更高階濾波器來實現，這使它更加精確，但是對于處理冪更加復雜。為了進行剩余反饋傳遞函數的估算，開環近似單元30包括接收第一信號(SPin)的 第一開環近似單元輸入端口 32和接收第二信號(SPtm)的第二開環近似單元輸入端口 34。 例如，第一開環近似單元輸入端口 32可以連接到信號處理器的輸入端口 36，并且第二開環 近似單元輸入端口可以連接到信號處理器的輸出端口 38。這樣，從(補償后的)電信號和 處理后的信號中直接獲得開環近似單元輸入信號。另外，開環近似單元30連接到信號處理 器14，并且接收表示信號處理器傳遞函數(G)的數據，并且利用這些數據來確定開環傳遞 函數。明顯地，在可選實施例中，開環近似單元30將表示剩余反饋傳遞函數的數據傳送給 信號處理器14，然后信號處理器14進行剩余反饋傳遞函數與信號處理器傳遞函數之間的 乘法運算，由此確定開環傳遞函數以及何時需要相應地控制信號處理器傳遞函數和/或濾 波器控制單元。在實際執行中，信號處理器14、自適應濾波器18，20和開環近似單元30可以 形成同一信號處理單元的一部分，例如形成同一集成電路的一部分。此外，在實際執行中， 通過例如作為該聽力裝置的音頻處理IC的一部分實現的在數據處理系統的(數字信號) 處理器上運行的軟件來主要地(例如專門地)實現本公開所述的信號處理器、自適應濾波 器和開環近似單元的功能目標。正如以上指出的，該聽力裝置可以作為處理寬頻率段的全波段系統或僅處理聲頻 譜的分波段的分波段系統操作。如上面引用的ΕΡ1191814的圖2或4中在原理上說明的， 聽力裝置可以包括用于要單獨處理的多個分波段的幾個分波段系統。本發明的實施例可以 用于任一類型的聽力裝置。參考文獻· US 2006/0245610 Al (SIEMENS AUDIOLOGISCHE TECHNIK)02-11-2006
· WO 2006/063624 Al (WIDEX)22-06-2006· EP 1 191 814 Al(T0EPH0LM & WESTERMANN)27-03-2002· [Engebretson,1993]A. Engebretson, Μ· French-St. George, "Properties of anadaptive feedback equalization algorithm", J. Rehabil. Res. Dev. ,30(1), pp.8-16, 1993
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權利要求
一種用于補償用戶聽力損傷的聽力裝置(10)，包括輸入信號轉換器(12)，用于將聲信號轉換成電信號；輸出信號轉換器(16)，用于將處理后的信號轉換為呈現給所述用戶的處理后的聲信號；以及自適應反饋抑制單元(18，20)，用于補償所述輸出信號轉換器(16)和所述輸入信號轉換器(12)之間的聲反饋，并產生反饋補償信號，該反饋補償信號與所述電信號相混合以產生補償后的電信號；以及信號處理器，用于處理所述補償后的電信號并由此產生所述處理后的信號，該聽力裝置還包括開環近似單元(30)，用于監視所述補償后的電信號和所述處理后的信號之間的關系，并且基于所述關系產生控制信號，所述控制信號控制所述信號處理器(14)和/或所述自適應反饋抑制單元(18，20)。
2.根據權利要求1所述的聽力裝置(10)，其中所述開環近似單元(30)還用于監視信 號處理器傳遞函數，并且從所述補償后的信號和所述處理后的信號之間的所述關系與所述 信號處理器傳遞函數之間的乘積計算開環傳遞函數。
3.根據權利要求1或2所述的聽力裝置(10)，其中所述開環近似單元(30)還用于將 所述補償后的信號和所述處理后的信號之間的所述關系傳送給所述信號處理器(14)，并且 所述信號處理器(14)用于從所述補償后的信號和所述處理后的信號之間的所述關系與所 述信號處理器傳遞函數之間的乘積計算開環傳遞函數。
4.根據權利要求1或2所述的聽力裝置(10)，其中所述信號處理器(14)用于根據所 述控制信號調整信號處理器傳遞函數。
5.根據權利要求3所述的聽力裝置(10)，其中所述信號處理器(14)用于根據所述開 環傳遞函數調整信號處理器傳遞函數。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的聽力裝置(10)，其中所述自適應反饋抑制單元 (18，20)用于根據所述控制信號調整濾波器參數。
7.根據權利要求6所述的聽力裝置(10)，其中所述濾波器參數包括用于控制所述自適 應反饋抑制單元(18，20)的收斂速度的值。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的聽力裝置(10)，其中所述開環近似單元(30)從 開環傳遞函數來確定開環增益和相位。
9.根據權利要求8所述的聽力裝置(10)，其中所述環路近似單元(30)用于當所述開 環增益大于0. 3時，例如大于0. 4，0. 5，0. 6，0. 7，0. 8，`0. 9，1. 0，1. 1或1. 2，產生所述控制信 號。
10.根據權利要求8或9所述的聽力裝置(10)，其中所述環路近似單元(30)用于當所 述開環相位為0°或360°的整數倍時產生控制信號。
11.根據權利要求1-10中任一項所述的聽力裝置(10)，還包括濾波器組，該濾波器組 用于將所述補償后的電信號劃分為多個分波段電信號，并且所述信號處理器(14)用于同 時處理所述多個分波段電信號，并且將所述多個處理后的分波段電信號混合到所述處理后 的信號中。
12.根據權利要求1-10中任一項所述的聽力裝置(10)，還包括濾波器組，該濾波器組 用于將所述電信號劃分為多個分波段電信號，所述自適應反饋抑制單元(18，20)用于補償每個分波段中的所述輸出信號轉換器和所述輸入信號轉換器之間的聲反饋，并且產生分波 段反饋補償信號，該分波段反饋補償信號與所述分波段電信號相混合以產生每個分波段的 補償后的電信號，并且所述信號處理器(14)用于同時處理每個分波段的所述多個補償后 的電信號，并且將每個分波段的所述多個處理后的信號混合到所述處理后的信號中。
13.一種操作用于補償用戶聽力損傷的聽力裝置的方法，該聽力裝置包括用于將聲信 號轉換為電信號的輸入信號轉換器、用于將處理后的信號轉換為呈現給所述用戶的處理后 的聲信號的輸出信號轉換器以及用于處理所述補償后的電信號并由此產生所述處理后的 信號信號處理器，該方法包括提供自適應反饋抑制以補償所述輸出信號轉換器和所述輸入信號轉換器之間的聲反饋；產生反饋補償信號，將所述反饋補償信號與所述電信號相混合從而產生補償后的電信號，監視所述補償后的電信號和所述處理后的信號之間的關系，基于所述關系產生用于控制所述信號處理器和/或所述自適應反饋抑制的控制信號。
14.根據權利要求13所述的方法，包括規定使用所述補償后的電信號和所述處理后的 信號之間的關系確定剩余聲反饋和/或開環增益。
15.根據權利要求13或14所述的方法，包括規定如果剩余聲反饋和/或開環增益大于 第一預定水平，則使用所述控制信號修改所述反饋補償信號的產生的自適應速度。
16.根據權利要求13-15中任一項所述的方法，包括規定如果剩余聲反饋和/或開環增 益大于第二預定水平，則使用所述控制信號修改所述信號處理器中任意時間點允許的最大 增 Gmaxo
17.根據權利要求13-16中任一項所述的方法，包括規定隨著時間監視剩余聲反饋和/ 或開環增益。
18.根據權利要求17所述的方法，包括規定如果第一預定平均時間的平均剩余反饋和 /或平均開環增益已經大于第三預定水平，則使用所述控制信號修改所述信號處理器中任 意時間所允許的最大增益Gmax。
19.根據權利要求17或18所述的方法，包括規定如果第二預定平均時間的平均剩余反 饋和/或平均開環增益已經小于第四預定水平，則使用所述控制信號修改所述信號處理器 中任意時間所允許的最大增益Gmax。
全文摘要
本發明公開了一種具有自適應反饋抑制的聽力裝置。該聽力裝置包括用于將聲信號轉換成電信號的輸入信號轉換器、信號處理器、用于將處理后的信號轉換為呈現給用戶的處理后的聲信號的輸出信號轉換器以及用于補償輸出信號轉換器和輸入信號轉換器之間的聲反饋并產生反饋補償信號的自適應反饋抑制單元，反饋補償信號與來自輸入信號轉換器的電信號混合以提供補償后的電信號。信號處理器用于處理補償后的電信號并由此產生處理后的信號。本發明聽力裝置還包括開環近似單元，用于監視補償后的電信號和處理后的信號之間的關系，并基于該關系產生控制信號，該控制信號對信號處理器和/或自適應反饋抑制單元進行控制。
文檔編號H04R25/00GK101820574SQ20101013975
公開日2010年9月1日 申請日期2010年2月8日 優先權日2009年2月6日
發明者郭萌 申請人:奧迪康有限公司