具有信號增強的助聽器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種具有信號增強的助聽器。提供了一種使用包括以下步驟的新方法來補償聽力受損用戶在噪聲中理解語音的能力損失的新的雙耳助聽器系統：響應于聲音來提供至少一個麥克風音頻信號，并且基于至少一個音頻信號來提供目標信號和噪聲信號中的一個的估計，對目標信號和噪聲信號中的一個的估計進行相移，并且其中，目標信號和噪聲信號中的一個的相移的估計基本上提供了表示至少一個麥克風音頻信號的相移信號，相移信號取代了目標信號和噪聲信號的相應的原始的一個，以及朝著雙耳助聽器系統的用戶的鼓膜中的一個傳輸表示相移信號的信號，以及朝著用戶的鼓膜中的另一個傳輸表示至少一個麥克風音頻信號的信號。
【專利說明】具有信號增強的助聽器
【技術領域】
[0001]提供了一種新的雙耳助聽器系統，其補償聽力受損用戶理解噪聲中的語音的能力的損失。
【背景技術】
[0002]聽力受損個體常常經歷至少兩個不同的問題:聽力損失，聽力損失是聽力閾值水平的增加；和與正常聽力個體相比理解在噪聲中的高水平語音的能力的損失。對大多數聽力受損患者來說，即使通過放大恢復了傳入聲音的可聽度，噪聲中語音可理解性的測試的表現也比針對正常聽力人的更糟。個體的語音接受閾值(SRT)是為了在噪聲測試中實現聽力的50%正確單詞識別在所呈現的信號中需要的信噪比。
[0003]現今的使用多通道放大和壓縮信號處理的數字助聽器能夠容易地恢復放大聲音的對聽力受損個體的可聽度。因此通過使先前聽不見的語音線索聽得見而能夠改善患者的聽力。
[0004]因此，理解噪聲中的語音的能力的損失是現今大多數助聽器用戶的最重要問題。在聽力儀器中提高SRT的常規方式是應用波束形成或譜減法技術。
[0005]在第一種情況下，與固定的或自適應的多個濾波器相組合的至少一個麥克風被用來增強來自假定目標方向的信號，并且同時抑制所有其他的信號。
[0006]在譜減法技術中，目標是產生長期噪聲頻譜的估計并且在瞬時目標信號功率低于長期噪聲功率的頻帶中調低增益。雖然從技術角度看這些方法是非常不同的，但是它們仍然具有共同目標:增強目標信號和移除噪聲干擾。
[0007]這些方法沒能考慮收聽者的意圖，并且它們可能移除收聽者正在試著關注的音頻信號的多個部分。
【發明內容】
[0008]在下面，公開了一種增強所期望的信號的新方法。該新方法利用了人類聽覺系統專注在所期望的信號上的能力。還公開了一種使用該新方法的新的雙耳助聽器系統。
[0009]在復雜聲場中傾聽在很大程度上由聽覺系統中的雙耳處理來促成。由于通過耳廓、外耳、頭以及軀干的衍射效應并且由于混響環境中的反射效應，線索被傳達到聲場，它們對給定的對象來說是高度個體化的。
[0010]雙耳處理中最重要的線索是耳間時間差(ITD)和耳間聲強差(ILD)。ITD起因于從源到兩耳的距離的差。此線索直到約1.5kHz都是極為有用的，而超過此頻率聽覺系統不再能夠解析ITD線索。
[0011]聲強差是衍射的結果并且由耳與源相比的相對位置來確定。此線索在2kHz之上占優勢，但是聽覺系統在整個頻譜之上對ILD的改變同等地敏感。
[0012]有人認為，聽力受損對象主要受益于ITD線索，因為聽力損失趨于在較低頻率中不太嚴重。[0013]已表明，操縱目標信號，S卩，收聽者期望聽到的信號，和噪聲信號，S卩，作為干擾被收聽者感知到的信號，的相對耳間相位和聲強，能夠顯著地改善語音可理解性。似乎聽覺系統事實上適于利用不同的ITD和ILD編碼來分離信號以執行有助于集中在目標信號的自然類型的噪聲降低。
[0014]已經發現，如果在兩耳中以反相，S卩，相移180°，呈現目標信號并且以同相呈現噪聲，則與當在兩耳中都以同相呈現兩個信號時相比，能夠實現13dB的雙耳掩蔽級差(BMLD)的提高。取決于噪聲的類型，可實現20dB的BMLD的改善。
[0015]噪聲被異相呈現并且目標被同相呈現的相反情形產生略微降低的性能。
[0016]在新方法中，目標信號和噪聲信號中的至少一個被估計，并且這至少一個估計以提高了用戶理解噪聲中的語音的能力這樣的方式被呈現給雙耳助聽器系統的用戶。
[0017]例如，收聽者可以聽到具有收聽者期望聽到的信號S和收聽者感到煩擾的噪聲N的聲音，即聲音信號是S+N。基于該聲音信號S+N,可以估計所期望的信號S。估計被表不為ES。從聲音信號S+N中減去估計ES得到兩次了修改的信號:S+N-ES-ES，并且因為ES約等于S，所以修改的信號是:N-ES，其約等于-S+N，即其中所期望的信號S已經基本上被相移180°的信號S所取代的原始聲音信號。現在，原始信號S+N可以被呈現給用戶的一只耳朵，而相移信號N-ES，或更精確地S+N-2ES，可以被呈現給另一只耳朵以得到改善的BMLD和SRT。
[0018]替代地，所期望的信號S和噪聲N兩者都可以被估計，并且估計ES+EN的總和可以被呈現給用戶的一只耳朵，而相移的總和-ES+EN可以被呈現給另一只耳朵以得到改善的BMLD 和 SRT。
[0019]可以交換所期望的信號S和噪聲，使得所估計的噪聲而不是所期望的信號被相移以得到改善的BMLD和SRT ;然而，與對所期望的信號S進行相移相比具有降低的性能。
[0020]噪聲能夠是背景語音、餐館嘈雜、音樂(當語音是所期望的信號時)、交通噪聲等。
[0021]該方法的目的不是移除信號的任何部分而是呈現信號，使得聽覺系統能夠執行自然噪聲降低并且使目標信號與噪聲信號分離。
[0022]以這種方式，如果由于某種原因(例如，假定的目標方向是錯誤的，或者單元不能夠實現充分的目標/噪聲分離)則交換目標信號和噪聲信號；盡管具有略微降低的性能，但是仍然獲得了目標信號的增強。
[0023]這在常規的噪聲降低技術情況下將是不可能的，因為在這種情況下將被假定為噪聲的目標信號會被抑制。
[0024]因此，提供了一種新的雙耳助聽器系統，包括:
[0025]至少一個麥克風，用于響應于在至少一個麥克風處接收到聲音來提供相應的至少一個麥克風音頻信號，
[0026]信號分離單元，該信號分離單元被配置成基于至少一個麥克風音頻信號來提供目標信號和噪聲信號中的一個的估計，
[0027]相移電路,該相移電路被配置成對目標信號和噪聲信號中的一個的估計進行相移，以及
[0028]相移加法器，該相移加法器被連接來提供表示在至少一個麥克風處接收到的聲音的相移信號，在該相移信號中，目標信號和噪聲信號中的一個的估計已經基本上取代了該目標信號和該噪聲信號中的相應的原始的一個，以及
[0029]第一接收器，用于將接收器輸入信號轉換成聲信號，用于朝著雙耳助聽器系統的用戶的鼓膜中的一個傳輸，以及
[0030]第二接收器，用于將接收器輸入信號轉換成聲信號，用于朝著用戶的鼓膜中的另一個傳輸，并且其中
[0031]第一接收器和第二接收器中的一個的接收器輸入被連接到表示相移信號的信號，并且
[0032]第一接收器和第二接收器中的另一個的接收器輸入被連接到表示在至少一個麥克風處接收到的聲音的信號。
[0033]另外，提供了一種雙耳助聽器系統中的雙耳信號增強的新方法，該方法包括以下步驟:
[0034]響應于聲音，提供至少一個麥克風音頻信號，并且
[0035]基于至少一個音頻信號來提供目標信號和噪聲信號中的一個的估計，
[0036]對目標信號和噪聲信號中的一個的估計進行相移，以及
[0037]提供表不至少一個麥克風音頻信號的相移信號，在該相移信號中，目標信號和噪聲信號中的一個的相移的估計已經基本上取代了目標信號和噪聲信號中的相應的原始的一個，以及
[0038]朝著雙耳助聽器系統的用戶的鼓膜中的一個傳輸表不相移信號的信號，以及
[0039]朝著用戶的鼓膜中的另一個傳輸表示至少一個麥克風音頻信號的信號。
[0040]在目標信號和噪聲信號中的一個的估計等于該目標信號和該噪聲信號中的對應的原始的一個情況下，相移估計能夠精確地取代相應的原始信號；然而通常，信號的估計將偏離原始信號，而用它的估計取代原始信號通常將不會導致偏差的取代，并且因此可以說估計基本上取代了原始信號。
[0041]遍及本公開內容，當一個信號是另一個信號的函數時可以說一個信號表示另一個信號，例如一個信號可以由另一個信號的模數轉換或數模轉換來形成；或者，一個信號可以由從另一個聲信號到電子信號的轉換形成或者反之亦然；或者一個信號可以由另一個信號的模擬濾波或數字濾波或混合來形成；或者一個信號可以由另一個信號的諸如頻率變換的變換來形成；等等。
[0042]另外，由例如信號處理器中的特定電路所處理的信號可以通過名稱來標識，名稱可以被用來標識形成從討論的信號的源到討論的例如信號處理器的電路的輸入的信號通路的一部分的任何模擬信號或數字信號。例如，麥克風的輸出信號，即麥克風音頻信號，可以被用來標識形成從麥克風的輸出到它的信號處理器的輸入的信號通路的一部分的任何模擬信號或數字信號，包括經預處理的麥克風音頻信號。
[0043]至少一個麥克風可以包含單個麥克風；然而優選地，至少一個麥克風具有兩個麥克風。另外，至少一個麥克風可以具有超過兩個麥克風以用于目標信號和噪聲信號的改善的分離。
[0044]為了改善的信號增強，第二助聽器還可以包括至少一個麥克風，用于響應于在相應的麥克風處接收到的聲音而提供麥克風音頻信號。在這種情況下，第一助聽器的收發器被連接用于接收表示第二助聽器的麥克風音頻信號的信號，并且信號分離單元被配置成基于第一助聽器和第二助聽器的音頻信號來提供目標信號的估計和噪聲信號的估計。
[0045]優選地，相移電路對目標信號的估計進行相移，并且優選地，相移范圍從150°至210°，更優選的相移約等于180°，并且最優選等于180°。
[0046]信號分離單元可以被配置成基于音頻信號的譜特性來提供估計，如在噪聲降低領域內公知的。然而，根據該新方法，噪聲估計在呈現給用戶的輸出中未被抑制；而是，目標估計和噪聲估計以改善用戶的SRT的方式被呈現給用戶。
[0047]信號分離單元可以被配置成基于音頻信號的統計特性來提供估計，如在噪聲降低領域內公知的。然而，根據該新方法，噪聲估計在呈現給用戶的輸出中未被抑制；而是，目標估計和噪聲估計以改善用戶的SRT的方式被呈現給用戶。
[0048]信號分離單元可以包括波束形成器，并且波束形成器可以被配置成基于第一助聽器和第二助聽器的麥克風音頻信號來提供估計。信號分離單元的波束形成器不同于常規的波束形成器之處在于噪聲估計在呈現給用戶的輸出中未被抑制；而是，目標估計和噪聲估計以改善用戶的SRT的方式被呈現給用戶。
[0049]波束形成器將由至少一個麥克風的多個麥克風所輸出的麥克風音頻信號組合成對在相對于多個麥克風的不同方向上的聲源具有不同靈敏度的目標信號。遍及本公開內容，根據方向的變化的靈敏度的曲線圖被表示為方向圖(directivity pattern)。通常,方向圖具有以下至少一個方向，在該至少一個方向上麥克風信號基本上彼此相消。遍及本公開內容，這樣的方向被表不為空(null)方向。取決于多個麥克風中的麥克風的數目并且取決于信號處理，方向圖可以包括若干個空方向。
[0050]波束形成器可以是具有與用戶的頭的關系固定的指向圖(directional pattern)的固定波束形成器。波束形成器可以例如是基于至少兩個麥克風，其指向圖在用戶的前方，即，用戶向前看的方向上具有最大值，而在相反方向，即，用戶的向后方向上為空。
[0051]波束形成器可以是基于超過兩個麥克風，并且可以包括使用無線或有線通信技術的兩個助聽器的麥克風。麥克風之間的增加的距離可以被利用來形成具有窄束的指向圖，該指向圖提供了目標估計與噪聲估計的改善的空間分離。波束形成器的常規輸出可以被用作為目標估計，并且可以通過從多個麥克風中的麥克風中之一的麥克風音頻信號中減去目標估計來提供噪聲估計。
[0052]當雙耳助聽器系統的兩個助聽器的麥克風與波束形成器協作時，必須基本上同步地對相應的麥克風信號進行米樣。兩個助聽器中相應的麥克風信號的米樣時刻之間小到20-30 μ S的時移可能導致在波束方向上可感知的移動。此外，在異步操作助聽器的情況下將不可避免發生的相應的麥克風信號的采樣時刻之間的慢時變時移將導致表現為漂移并且在交替方向上集中的聲束。
[0053]因此，可以按照例如在W002/07479中更詳細地公開的那樣來使步雙耳助聽器系統的助聽器同步。
[0054]波束形成器可以包括自適應濾波器，該自適應濾波器被配置成對相應的麥克風音頻信號進行濾波，并且被配置成調整相應的濾波器系數，用于朝著聲源的自適應波束形成。例如，波束形成器可以適于優化信噪比。
[0055]當助聽器系統的用戶正在移動時，有適應能力的濾波器使得能夠集中于移動聲源或者集中于非移動聲源。此外，有適應能力的波束形成器能夠適應聲環境中的改變，諸如新聲源的出現、噪聲源的消失或噪聲源相對于助聽器系統的用戶的移動。
[0056]可以在至少一個麥克風處接收到的信號能夠被建模為來自預定目標方向的目標信號加噪聲的組合的假設下來設計自適應波束形成器:
[0057]Yi (n) = hj (n) *s (n) +Vi (η)
[0058]其中Λ (η)是從發射信號s (η)的源到第i個麥克風的聲音傳播的脈沖響應，并且Vi (η)是在同一麥克風處的噪聲信號。噪聲能夠包括定向噪聲和諸如漫射噪聲或混音噪聲之類的其他類型的噪聲。
[0059]可以通過解算以下優化問題來自適應地確定濾波器系數:
[0060]
【權利要求】
1.一種雙耳助聽器系統(10)，包括: 至少一個麥克風(14，16，14B, 16B)，所述至少一個麥克風(14，16，14B, 16B)用于響應于在所述至少一個麥克風(14，16，14B, 16B)處接收到聲音來提供相應的至少一個麥克風音頻信號(18，20，18B，20B)， 信號分離單元(12)，所述信號分離單元(12)被配置成基于所述至少一個麥克風音頻信號(18，20，18B, 20B)來提供目標信號(26)和噪聲信號(30)中的一個的估計， 相移電路，所述相移電路被配置成對所述目標信號(26)和所述噪聲信號(30)中的一個的估計進行相移，以及 相移加法器(50)，所述相移加法器(50)被連接以提供表示在所述至少一個麥克風(14,16,14B, 16B)處接收到的聲音的相移信號,在所述相移信號中,所述目標信號(26)和所述噪聲信號(30)中的一個的相移的估計已經基本上取代了所述目標信號(26)和所述噪聲信號(30)的相應的原始的一個，以及 第一接收器(48)，所述第一接收器(48)用于將接收器輸入信號轉換成聲信號，用于朝著所述雙耳助聽器系統(10)的用戶的鼓膜中的一個傳輸，和 第二接收器(48B)，所述第二接收器(48B)用于將接收器輸入信號轉換成聲信號，用于朝著所述用戶的鼓膜中的另一個傳輸，并且其中 所述第一接收器和所述第二接收器(48，48B)中的一個的所述接收器輸入被連接到表示所述相移信號的信號，并且 所述第一接收器和所述第二接收器(48B，48)中的另一個的所述接收器輸入被連接到表不在所述至少一個麥克風(14,16,14B, 16B)處接收到的聲音的信號。
2.根據權利要求1所述的雙耳助聽器系統(10)，包括 第一助聽器(10A),所述第一助聽器(10A)包括至少一個麥克風(14，16)，所述至少一個麥克風(14，16)用于響應于在所述至少一個麥克風(14，16)處接收到聲音來提供相應的至少一個麥克風音頻信號(18，20)，以及 第二助聽器(10B)，所述第二助聽器(10B)包括至少一個麥克風(14B, 16B),所述至少一個麥克風(14B, 16B)用于響應于在所述至少一個麥克風(14B, 16B)處接收到聲音來提供相應的至少一個麥克風音頻信號(18B, 20B),并且其中 所述第二助聽器(IOB)中的收發器(36B)被連接用于將表示所述至少一個麥克風音頻信號(18B, 20B)的信號傳輸到所述第一助聽器(10A),并且其中 所述第一助聽器(10A)中的收發器(36)被連接用于接收表示所述第二助聽器(10B)的所述至少一個麥克風音頻信號(14B, 16B)的信號,并且其中 所述信號分離單元(12)被配置成基于所述第一助聽器和所述第二助聽器(10A，10B)中的所述至少一個麥克風音頻信號(18，20，18B, 20B)來提供所述目標信號(26)和所述噪聲信號(30)中的一個的估計。
3.根據權利要求1或2所述的雙耳助聽器系統(10)，其中，所述相移電路對所述目標信號(26)的估計進行相移。
4.根據前述權利要求中任一項所述的雙耳助聽器系統(10)，包括同相加法器(42)，所述同相加法器(42)被連接來提供所述目標信號(26)的估計和所述噪聲信號(30)的估計的同相和，并且其中，表不在所述至少一個麥克風(14,16,14B, 16B)處接收到的聲音的信號是表不所述同相加法器(42)的輸出的信號。
5.根據前述權利要求中任一項所述的雙耳助聽器系統(10)，其中，所述信號分離單元(12)被配置成基于所述音頻信號的譜特性來提供所述估計。
6.根據前述權利要求中任一項所述的雙耳助聽器系統(10)，其中，所述信號分離單元(12)被配置成基于所述音頻信號的統計特性來提供所述估計。
7.根據前述權利要求中任一項所述的雙耳助聽器系統(10)，其中，所述信號分離單元(12)包括波束形成器。
8.當從屬于權利要求2時根據權利要求7所述的雙耳助聽器系統(10)，其中，所述波束形成器被配置成基于所述第一助聽器和所述第二助聽器(10A，10B)的麥克風音頻信號(18，20，18B，20B)來提供所述估計。
9.根據權利要求7或8所述的雙耳助聽器系統(10)，其中，所述波束形成器包括自適應濾波器，所述自適應濾波器被配置成對相應的麥克風音頻信號進行濾波，并且被配置成調整相應的濾波器系數以最小化所述濾波器的輸出信號的總和。
10.根據前述權利要求中任一項所述的雙耳助聽器系統(10)，其中，所述相移范圍從150。至 210。。
11.一種雙耳助聽器系統(10)中的雙耳信號增強的方法，所述方法包括以下步驟: 響應于聲音來提供至少一個麥克風音頻信號(18，20)，并且 基于所述至少一個音頻信號來提供目標信號(26)和噪聲信號(30)中的一個的估計， 對所述目標信號(26)和所述噪聲信號(30)中的一個的估計進行相移，以及 提供表示所述至少一個麥克風音頻信號的相移信號，在所述相移信號中，所述目標信號(26)和所述噪聲信號(30)中的一個的相移的估計已經基本上取代了所述目標信號(26)和所述噪聲信號(30)中的相應的原始的一個，以及 朝著所述雙耳助聽器系統(10)的用戶的鼓膜中的一個傳輸表不所述相移信號的信號，以及 朝著所述用戶的鼓膜中的另一個傳輸表示所述至少一個麥克風音頻信號的信號。
12.根據權利要求11所述的雙耳信號增強的方法，包括以下步驟: 響應于在兩耳處接收到聲音，在用戶的兩耳處提供至少一個麥克風音頻信號(18，20，18B，20B)，以及 基于在兩耳處的所述麥克風音頻信號(18，20，18B, 20B)提供所述目標信號(26)和所述噪聲信號(30)中的一個的估計。
13.根據權利要求11或12所述的雙耳信號增強的方法，其中，所述目標信號(26)被估計和相移。
14.根據權利要求11-13中任一項所述的雙耳信號增強的方法，包括基于所述麥克風音頻信號進行波束形成的步驟。
15.根據權利要求14所述的雙耳信號增強的方法，包括對所述麥克風音頻信號進行自適應濾波的步驟，通過調整相應的濾波器系數以最小化經自適應濾波的輸出信號的總和。
16.根據權利要求11-15中任一項所述的雙耳信號增強的方法，其中，所述相移范圍從150。至 210。。
【文檔編號】H04R25/00GK103458348SQ201210593740
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年12月31日 優先權日:2011年12月30日
【發明者】卡爾-弗雷德里克·約翰·格蘭, 安德魯·伯克·迪特貝爾納 申請人:Gn瑞聲達A/S