專利名稱：具有諧波校正的頻率壓縮的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種對包括基本頻率和至少一個諧波的音頻信號進行頻率壓縮的方法，該方法通過將音頻信號提供到多個頻率信道中并且將該音頻信號的諧波從所述多個頻率信道的第一頻率信道移動或映射到多個頻率信道的第二頻率信道來實現。此外，本發明涉及一種用于頻率壓縮的相應的裝置。特別是這種裝置可在助聽裝置中使用。助聽裝置在此被理解為任何可佩戴在耳中或耳上的聲音輸出設備，特別是助聽器、頭戴送受話器、頭戴耳機以及其它此類設備。
背景技術：
助聽器是用來給重聽者提供聽力幫助的便攜帶式助聽裝置。為了滿足數目眾多的個體需求，提供了不同結構形式的助聽器，諸如耳后助聽器(HdO)、具有外部聽筒(RIC 接收器在信道內)的助聽器以及耳內助聽器(IdO)，例如，還有外耳助聽器或耳道助聽器 (ITE，CIC)。這些示例性舉出的助聽器被戴在外耳上或耳道中。但是此外在市場上還提供骨傳導助聽器、可植入的或振動觸覺助聽器。在此或者以機械方式或者以電方式對受損的聽覺進行刺激。原則上助聽器的主要組件包括輸入轉換器、放大器和輸出轉換器。輸入轉換器通常是聲音接收器(如麥克風)和/或電磁式接收器(如感應線圈)。輸出轉換器大多實現為電聲轉換器(如微型揚聲器)或電子機械轉換器(如骨傳導聽筒)。放大器通常被集成在信號處理單元內。在圖1中以耳后助聽器為例示出了這種原理結構。在用于佩帶在耳后的助聽器殼體1中，設置了一個或多個用于接收環境聲音的麥克風2。同樣集成在該助聽器殼體1中的信號處理單元3對麥克風信號進行處理并將其放大。該信號處理單元3的輸出信號被傳導到輸出聲音信號的揚聲器或聽筒4。必要時還可以通過用耳塑件固定在耳道中的聲音軟管將所述聲音傳導到該助聽器佩帶者的鼓膜。所述助聽器特別是所述信號處理單元3的供能，通過同樣集成在所述助聽器殼體1中的電池5來實現。許多聽力喪失可以通過將取決于頻率的放大與動力學壓縮相結合來得以補償。但還有一些聽力喪失，對于這些聽力喪失來說，放大是沒有效果的或者是不利的。對此的示例是具有所謂“死區”的聽力喪失。死區是在其中頻譜分量(Spektralanteile)不再能通過放大而變得可以聽見的頻率范圍。為了避免上述問題，一個可能的技術是頻率壓縮。在此，將來自于典型地位于較高頻率處并且在其中不應當應用放大的源頻率范圍(例如死區)的頻譜分量移動到較低的目標頻率范圍。在該目標頻率范圍中通常原則上保證了可聽度，因此可以應用放大。支持這種頻率壓縮的助聽器是已知的。在所述壓縮方法中，例如將濾波層 (Filterbank)的性能用于簡單的實施。將各個信道除了別的之外根據其瞬時功率選擇性地復制到其它信道，從而在這些信道中包含的頻率分量在輸出端上移動地再次出現在另一個頻率范圍中。可調節的映射規范確定了將信道映射到何處，從而可以實現不同的壓縮比例。圖2示出了通過簡單復制信道進行頻率壓縮的原理，如其已經用于助聽器的那樣。例如將(通過它的中心頻率14表示的)信道14'復制或移動到(通過它的中心頻率 11表示的)信道11'。被移動到目標信道11'中的聲音11"上的聲音14"(例如諧波) 位于信道14'中。聲音14"與中心頻率14的間隔與聲音11"與中心頻率11的間隔相同。該簡單映射規范在諧波信號的情況下帶來問題。諧波信號例如出現在語音的濁音發聲中，例如在元音中。在此，未壓縮的頻譜具有線列(Iinienartig)結構，其中， 頻譜線出現在語音基本頻率處以及其整數倍處。諧波信號的柵格(Raster)(線列結構 Linienstruktur)在按照現有技術的簡單映射規范中不被考慮并且因此被破壞，也就是頻譜線不再保證出現在語音基本頻率的整數倍上。這點在清楚可見的偽影中表現出來(在基本頻率的整數倍中出現的信號分量在此被簡稱為“諧波”)
發明內容
因此，本發明要解決的技術問題在于，在所述頻率壓縮時進一步減少偽影。按照本發明通過一種通過如下對包括基本頻率和至少一個諧波的音頻信號進行頻率壓縮的方法來解決該技術問題-將音頻信號提供到多個頻率信道中并且-將所述音頻信號的諧波從所述多個頻率信道的第一頻率信道移動或映射到所述多個頻率信道的第二頻率信道中，以及-在所述第二頻率信道中估計對于所述基本頻率同樣是諧波的第一頻率，其中-將所述諧波移動或映射到所述估計的第一頻率。此外，按照本發明還提供一種對包括基本頻率和至少一個諧波的音頻信號進行頻率壓縮的裝置，該裝置具有-信號處理裝置，用于將音頻信號提供到多個頻率信道中和-移動裝置，用于將所述音頻信號的諧波從所述多個頻率信道的第一頻率信道移動或映射到所述多個頻率信道的第二頻率信道，以及具有-估計裝置，用于在所述第二頻率信道中估計所述對基本頻率來說同樣是諧波的第一頻率，其中-通過移動裝置將所述諧波移動或映射到所述估計的第一頻率。按照優選的方式在將所述諧波移動或映射到另一個頻率信道之時或之后進行諧波校正。這意味著，將該諧波設置到同樣表示基本頻率的整數倍的頻率位置。由此，該諧波在移動之后還表示諧波。這點明顯地減少了偽影。在一個實施方式中，將所述第一頻率信道完全移動到所述第二頻率信道中。由此， 例如可以將來自于死區中的頻率信道移動到助聽器佩戴者的可聽見的區域。如果諧波位于第一頻率信道，則將其隨著該頻率信道完全移動。在此首先保持所述諧波對于所述信道的中心頻率的間隔不變。可以估計與隨著所述頻率信道移動的諧波對應的第二頻率，并且由此可以在所述第二頻率信道中將所移動的諧波進一步移動到所述第一頻率。這意味著，該移動按照兩個步驟進行。首先移動整個頻率信道然后在該頻率信道內將原始諧波再次移動到諧波的頻率位置。在第二移動步驟中到第一頻率的進一步移動例如可以通過振幅調制來進行。這點可以在時域中通過簡單地乘以因數exp(j · ω · t)來實現。優選地，在第一頻率信道中的諧波表示主頻率。由此可以在移動之前和之后相對精確地估計該諧波位置。在一個替換的實施方式中，通過使在所述第二頻率信道中合成產生的信號獲得在所述第一頻率信道中的諧波的振幅和該第二頻率信道的估計的頻率，將該諧波映射到所述估計的第一頻率。也就是，在此不必進行例如通過振幅調制來完成的第二移動步驟，因為在合適的諧波位置上使用合成信號。但是這種方法有如下的缺陷，即，可能會損失相位信息。所述用于頻率壓縮的按照本發明的裝置包括優選具有多相濾波層 (Polyphasen-Filterbank)的信號處理裝置。由此，在所述信道中僅產生正頻率分量是可能的。特別優選地，將所述按照本發明的裝置用在助聽裝置中，特別是用在助聽器中。由此，可以實現對助聽器佩戴者具有更少偽影的頻率壓縮。
就本發明結合附圖作進一步說明，附圖中圖1示出了所述按照現有技術的助聽器的原理結構；圖2示出了所述按照現有技術通過簡單的復制信道進行頻率壓縮的原理；圖3示出了按照現有技術的壓縮；圖4示出了按照本發明的壓縮；并且圖5示出了未壓縮的頻譜的截面和壓縮后的頻譜的截面。
具體實施例方式下面詳細描述的實施例表示本發明優選的實施方式。不過，為了更好地理解本發明，首先根據圖3以細節示出了按照現有技術的頻率壓縮。相應地，按照頻率映射曲線(例如SPINC，BARK等)壓縮頻率。出發點例如是如圖3 上部所示的那樣的線列譜(Linienspektrum)。關于頻率f來描繪振幅響應α。該線列譜具有大量諧波20，這些諧波20形成諧波信號的頻譜的精細結構(Feinstruktur)。這些諧波20的振幅可以通過頻譜的包絡線21相連。兩個諧波20之間的間隔&在整個所述頻譜范圍中對應于所述基本頻率。現在應當壓縮高于頻率f。的頻譜。通過將原始頻譜的選出的信道復制到更低頻的信道中來逐信道地進行該壓縮。但是通常所述信道具有與所述諧波之間的間隔fo不同的帶寬。由于這些，所述諧波20在移動時落在圖3上部所示的線列柵格(Linienraster)之外的頻率位置。圖3下部示出了這種壓縮的頻譜。表示該被移動的諧波的各個譜線22之間的間隔f\、f2不再恒定并且尤其是不等于&。被壓縮的該頻譜的包絡線23雖然在壓縮區域中示出了如其源于所述原始頻譜的移動的變形(Formande)M和 25，但是譜線22的間隔是不均勻的，從而所述頻譜的精細結構以及由此所述諧波信號的結構被破壞。結果出現相應的偽影。如果除了按照現有技術的簡單映射規范之外附加地進行諧波校正(結合圖4對此作進一步說明)，可以實現特別是對于語音信號的顯著的改善。在圖4的上部再次示出如圖3上部所示的具有其諧波20和包絡線21的原始頻譜。各個所述諧波20的間隔在整個所述原始頻譜中對應于所述基本頻率fo。圖4下部示例性地示出了通過本發明力求的目標。壓縮高于邊界頻率f。的頻譜。 所述被壓縮的頻譜的包絡線23具有與圖3下部所示的那樣的相同的形狀。即，在壓縮區域中也可以看出變形M和25。在高于f。的壓縮區域中所述頻譜的譜線沈彼此之間具有與在未壓縮的區域中的譜線或諧波20相同的間隔&。這意味著，所述諧波信號的頻譜的精細結構不受壓縮影響。相應地，導致更少的偽影。為了達到具有諧波校正的頻率壓縮的目的，首先估計未壓縮信號的諧波柵格的頻率結構，也就是確定在頻率范圍中的諧波的位置。結合圖5進一步說明這點，圖5上部再次示出了未壓縮的頻譜的截面，而下部示出了壓縮后的頻譜的截面。所示頻譜的片段在此具有線段也即諧波30。其位于頻率信道31中，就該頻率信道而言，其中心頻率為f31。具有中心頻率f32的第二頻率信道32位于低于第一頻率信道31的區域中。為了壓縮，現在將該第一頻率信道31移動、復制或映射到該第二頻率信道32。這表示頻率壓縮的第一步驟33。該步驟33對應于圖3的按照現有技術的壓縮。相應地將所述第一頻率信道31的諧波30移動到對應于頻率f34(也稱為第二頻率)的線段34上。所述頻率f31和f3(1之間的間隔Af 與所述頻率f32和f34之間的間隔相同。但所述頻率f34不對應于基本頻率的諧波，事實上諧波位于第二頻率信道32中的頻率位置f35上。這點例如可以通過在將所述第一頻率信道 31映射或移動到其上的目標頻率范圍中(也就是在所述第二頻率信道32中)的第一頻率估計來確定。也就是，必須將所述線段34移動到所述頻率f35，從而得到所述諧波信號的精細結構。此外，在第二估計中估計還未校正的被壓縮的頻譜分量的頻率結構。在圖5的簡化示例中，其中僅移動一個信道，也就是在所述第一步驟33的移動之后估計或確定所述線段34的頻率f34。根據這兩個頻率估計可以確定頻率偏移，也就是在所述頻率f34和f35之間的間隔。在第二步驟36中借助調制補償偏移，其中，再次建立諧波的柵格。在此將所述線段34移動到所述頻率f35，從而得出所述線段35。調制例如可以基于解析信號通過與合適的復數的相移因數(Drehfaktor)相乘來實現。由此移動一個角頻率《1相當于乘以因數^ 0* 14)。所產生的調制相當于振幅調制。優選地，該方法可以在在信道中僅產生復數值的解析信號(僅傅里葉變換的正頻率分量)的多相濾波層中使用。在此，借助具有調制項exp(j · ω 1 . t)的調制可以周期地調制任何信道，使得將頻率分量在此相應周期地移動一個角頻率ω 1。原則上在估計(主)頻率時區別以下兩種情況1)存在可以被良好估計的主頻率，也就是在該信道中存在一個強的音調的分量 (tonaler Anteil)。由此可以實現諧波柵格的良好校正。2)不存在主頻率，也就是在信道中信號是噪聲式的。頻率估計導致一個多少有些隨機的瞬時頻率。在映射到目標頻率時這點再次導致在信道中相位隨機化或者隨機調制， 這在噪聲式的信道中對聽覺感覺幾乎沒有影響。上述實施例基于，作為音頻信號的信號分量的所述諧波30被實際移動。按照替換的實施方式半合成地產生壓縮的頻譜分量。關于半合成產生的頻譜分量的頻率位置的信息通過估計未壓縮的諧波的結構來獲得，也就是如上述示例所示的那樣確定所述頻率35。但現在在該頻率f35上產生了一個合成信號。這樣調節該合成信號的振幅，使得其對應于所述原始諧波30的振幅，也就是該所屬的振幅由源頻譜來獲得。由此還可以實現頻率壓縮，其中保持諧波柵格不變。 從源頻率到用于頻率壓縮的目標頻率的映射規范在測聽學中以公知的方式執行。 于是按照本發明實現諧波校正或保持被壓縮的頻譜分量的諧波結構。由此強有力地降低了按照現有技術的簡單映射規范引起的偽影。
權利要求
1.一種對包括基本頻率和至少一個諧波00，30)的音頻信號進行頻率壓縮的方法，通過-將所述音頻信號提供到多個頻率信道(31，32)中并且-將所述音頻信號的諧波(20，30)從多個頻率信道的第一頻率信道(31)移動或映射到多個頻率信道的第二頻率信道(3 中， 其特征在于-在所述第二頻率信道(3 中估計與對于基本頻率來說同樣是諧波的第一頻率(f35)， 其中，-將所述諧波(20，30)移動或映射到所述估計出的第一頻率(f35)。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，將所述第一頻率信道(31)完全移動到所述第二頻率信道(32)中。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，估計與被移動的諧波對應的第二頻率(f34)并且在所述第二頻率信道(3 中將所述被移動的諧波(20，30)進一步移動到所述第一頻率(f35) ο
4.根據權利要求3所述的方法，其中，通過振幅調制進行到所述第一頻率(f35)的進一步移動。
5.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其中，在所述第一頻率信道(31)中所述諧波(20，30)表示主頻率。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，通過使得在所述第二頻率信道(3 中合成產生的信號獲得在所述第一頻率信道(31)中的諧波(20，30)的振幅，將所述諧波(20，30)映射到所述估計的第一頻率(f35)。
7.—種對包括基本頻率和至少一個諧波00，30)的音頻信號進行頻率壓縮的裝置，具有-信號處理裝置，用于將所述音頻信號提供到多個頻率信道(31，32)中，和 -移動裝置，用于將所述音頻信號的諧波(20，30)從所述多個頻率信道的第一頻率信道(31)移動或映射到所述多個頻率信道的第二頻率信道(32)， 其特征在于-估計裝置，用于在所述第二頻率信道(32)中估計對基本頻率來說同樣是諧波的第一頻率(f35)，其中-通過所述移動裝置將所述諧波(20，30)移動或映射到所述估計的第一頻率(f35)。
8.根據權利要求7所述的裝置，其中，所述信號處理裝置具有多相濾波層。
9.一種具有根據權利要求7或8所述的裝置的助聽裝置。
全文摘要
在頻率壓縮，特別是助聽器中的頻率壓縮時應當減少偽影。對此，本發明提出一種對包括一個基本頻率和至少一個諧波(30)的音頻信號進行頻率壓縮的方法。將所述音頻信號提供到多個頻率信道(31，32)中。將所述音頻信號的諧波(30)從所述多個頻率信道的第一頻率信道(31)移動或映射(33)到所述多個頻率信道的第二頻率信道(32)中。此外，在第二頻率信道(32)中估計對于基本頻率來說同樣是諧波的第一頻率(f35)，其中將所述諧波(30)移動或映射到所述估計的第一頻率(f35)。由此在壓縮信號中保持諧波柵格不變并且減少偽影。
文檔編號H04R27/02GK102436817SQ201110295910
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月28日 優先權日2010年9月29日
發明者R.鮑姆爾, T.皮爾格里姆, U.考內格爾 申請人:西門子醫療器械公司