专利名称：一种控制助听器的声音接收特征的方向性的方法和用于具有可控定向特性的助听器的信 ...的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及具有可控定向特性的助听器，更具体地涉及一种控制声音接收特征的方向性、以使噪声最小的方法，以及一种执行所述方法的信号处理装置。
背景技术：
在助听器中，例如可通过使用专用的定向麦克风，或者等效地通过用一对全方向麦克风、其后以延迟和减法过程来利用定向声音接收特征，来显著提高声音的信噪比。在寻求高选择方向性的过程中，已经开发了具有两个以上麦克风的助听器。
对于在嘈杂环境中改进语音感知度来说，具有定向声音接收特征的助听器是有用的，而在嘈杂环境中，例如在所谓的鸡尾酒会噪声的嘈杂环境的情况下，可从不同方向同时接收人类语音。
借助例如心形(cardoid or)或超心形(supericardoid)特性形式的定向声音接收特征，通过减少来自使用者后部和侧面的声音感知度，同时保持来自使用者前面区域的声级，可提高助听器中的语音感知度。
另一方面，在仅有低噪声级或者没有显著的语音信号的环境中，助听器使用者通常会偏爱全方向或者球形声音接收特征，此特性提供同样的声音感知而不管声音从哪个方向到达。
为了进一步提高信噪比，已经引入了具有自适应定向功能的助听器，其目标是在主要噪声源的方向进行显著的衰减。
在WO01/01731-A1中公开了这样一种控制助听器的声音接收特征的方向性的方法。该助听器包括间隔开的麦克风，其中声音接收特征可在全方向特性和定向特性之间变化。在这种助听器中，可施加可调节的时间或相位延迟。通过将延迟器件的延迟调节成与后麦克风和前麦克风之间的声音延迟相同，即可产生定向特性。借助于上述延迟，在后麦克风处被首先接收到的信号和在前麦克风处被稍后接收到的信号在一加法电路中受到抑制，其中后麦克风的延迟信号被从前麦克风的输出信号减去。该助听器可实行全方向特性和定向特性之间的平滑转换，而基本不改变信号的相位关系或时间延迟，及振幅特性。
但是由于给信号(来自前麦克风)增加其被延迟和反向的副本(来自后麦克风)从而取得定向优点的一个后果是对于直接出现在听者前面的声音，麦克风在低频的灵敏度也减小，固定和自适应的定向功能因缺乏对声音信号的低频灵敏度，二者都具有信号对麦克风噪声比(signal-to-microphone-noise ratio)减小的缺点。对于各麦克风之间的给定延迟和距离，低频灵敏度以6dB/八音度(octave)的速度下降。低频中的这种灵敏度损失能减小声音的整体响度，并且会影响语音感知度和声音质量(参见Kuk，F.；Baekgaard，L.；Ludvigsen，C.所著论文“Design considerations in directional microphones”，The HearingReview，September 2002，vol.7，No.9，pp68，70-73)。
为补偿在低频处灵敏度的减小，人们可考虑麦克风信号根据频率而放大。但是，根据频率的放大不会影响信号到麦克风噪声比，而结果是将麦克风噪声提高相同的量。
因此，具有自适应定向功能的助听器的一个目的是，能够从安静情况下的全方向特性改变为噪声环境下的完全定向特性。目前的自适应系统通过这样的假设所希望的信号如语音信号是来自系统(例如助听器的使用者)的正面方向，而不希望的信号例如噪声信号则是来自任何其他方向，从而区分所需信号和不需要的信号。根据这个假设，信噪比是通过将声音接收特征从全方向模式改为完全定向模式来提高的，这是因为信噪比(SNR)是和定向麦克风的方向性指数(DI)相关的。
当前的自适应系统类似于WO02/085066-A1中所公开的方向控制器，通过使系统的输出信号最小化来调节定向特性。因为来自正面方向的信号不受系统的定向特性改变的影响，所以输出信号的最小化导致不希望的噪声衰减，且导致信噪比提高。但是，这种信噪比优化仅仅适用于所希望的信号是来自正面方向，而且噪声信号是来自另一方向的时候。
例如在单一一个人正从所述自适应系统的使用者一侧说话的情况下，语音可能正是所希望的信号。但是上述自适应系统为了使输出信号最小，就会试图衰减这个语音信号，并因此而增加了麦克风噪声。此外，在人不说话的安静情况下，所述自适应系统就会试图衰减麦克风噪声。这导致实际希望的信号出现不希望的动态衰减，以及对麦克风噪声的显著调制，降低了语音感知度和声音质量。
对该问题的一种假定解决方案似乎是应将麦克风信号作为自适应函数或功能元件的输入信号加以修改，或者将输出信号作为自适应函数或功能元件的控制信号加以修改。这种修改具有以下缺点。一个问题便是对信号路径中的信号的可能修改(例如滤去不希望的频率区域)是非常有限的，因为下面的自适应算法需要输入信号的增益和延迟信息能够恰当地适应。由于这个原因，信号修改，例如仅仅留下两个麦克风信号的包络线的信号修改是不可能的。
另一个问题是，自适应系统一般应该在输入信号被改变之后相对快地使输出信号适应。如果不是这样，所述系统就会仅仅在该系统没有正确适应的一定延迟时间之后调整特性。
此外，自适应系统一般应该在参数被改变之后相对快地接收对参数改变的响应。如果不是这样，所述系统就会在得到在这个方向的参数改变实际是错误的响应之前，进一步在某个方向改变参数。结果，这种具有延迟的响应的自适应系统就不会非常精确地达到其最佳状态(如果不是完全没有达到的话)，并且可能变得不稳定。
用于分离具有不同特性的信号的算法，例如从所需语音信号分离噪声的算法，一般举例来说在应用滤波器函数时，需要一定时间量来产生作用。因此，在适应函数之前或者在反馈路径中，例如通过为控制参数调整的输出信号设置噪声滤子的方式，在信号路径中实施这种算法，与具有快速响应以使得自适应系统工作的需要相冲突，所以这种信号修改方案通常在大多数情况下不起作用。
在此背景下，本发明的一个目的是提供一种自适应系统和所限定类型的方法，其弥补了现有技术的不足，特别是提供一种所限定类型的方法和自适应系统，其能够使不希望的信号最小而不会不利地影响所希望的信号——即便所希望的信号是来自不同于主要方向或者正面方向的其他方向。
发明内容
通过提供一种自适应定向功能，本发明克服了前面的问题和其他问题，该函数或功能元件使得仅仅不希望的信号，例如不希望的噪声最小化。因此，包含所需信号如语音信号的信号在下面被称为所希望的信号。
与本发明一致的方法、装置、系统和制造产品使用检测机制来确定仅仅不希望的信号被作为输入信号交给所述自适应定向功能，并且所述自适应定向功能随后调整声音接收特征的方向性，从而使所述自适应定向功能的输出信号最小。
换句话说，如果所述检测机制检测到给所述自适应定向功能的输入信号也包括所希望的信号，所述自适应定向功能的声音接收特征的方向性的调整就被停止一段时间。
根据本发明的一个方面，所述自适应定向功能从信号分析器接收额外的控制信号，该信号分析器有效地设置有所希望信号检测器(DSD)。该DSD为所述自适应定向功能产生这一额外的控制信号，其允许仅当DSD认为到所述自适应定向功能的输入信号是不希望的信号时，更新一个或多个原始控制参数。如果DSD认为输入信号是所希望信号或者是所希望信号与不希望的信号的混合时，所述自适应定向功能的控制参数就不会被更新，而且适应操作被停止。因此，所述自适应定向功能对未修改的输入信号起作用，并且还要求不修改反馈的输出信号。由DSD提供的额外控制信号指示停止或更新所述自适应定向功能中的适应操作。额外的控制信号是在DSD中产生的，在输入和输出信号之间的主信号路径之外，所以产生额外的控制信号可用不同的、输入信号失真的并且还非常复杂的方式完成，而不影响输出信号的质量。取决于认为什么是所希望和不希望的信号，DSD可使用输入时间信号的统计分析来区分高频和低频信号、检测输入信号电平是否在某个固定极限值之上或之下、检测进入的信号是否充分相关，或者通过应用任何其他合适的判定规则，来区分所希望和不希望的信号。
可将自适应定向功能理解为接收至少第一和第二麦克风信号的方向控制器，第一和第二麦克风信号是由第一(前)麦克风和第二(后)麦克风作为输入信号提供的，并且该方向控制器输出一输出信号，其中该输出信号是根据被所述方向控制器调节的当前定向特性，合并所述第一和第二麦克风信号产生的。
根据与本发明一致的方法，提供了一种控制助听器的定向特性的方法。助听器具有间隔开的前麦克风和后麦克风，接收分别由所述前麦克风和后麦克风提供的第一和第二麦克风信号、并输出输出信号的方向控制器，其中所述输出信号是通过根据定向特性来合并所述第一和第二麦克风信号产生的。在所述方法中，确定所述第一和/或第二麦克风信号是否是不希望的信号，并且仅当已经检测到不希望的信号时，通过调节定向特性而使所述输出信号最小化。
根据与本发明一致的装置和制造产品，提供了一种用于具有可控定向特性的助听器的信号处理装置，该助听器包括一方向控制器以及一信号分析器，该方向控制器接收第一和第二麦克风信号并且输出输出信号，该信号分析器检测所述第一和第二麦克风信号至少其中之一是否是不希望的信号。所述方向控制器接收例如由前麦克风和后麦克风分别提供的第一和第二麦克风信号，并且输出一输出信号。有效地设置有所希望信号检测器的信号分析器确定所述第一和/或第二麦克风信号是否是不希望的信号，而且所述方向控制器仅当所述所希望信号检测器已经检测到不希望的信号时，通过调整定向特性来使得输出信号最小。
只要发射所希望语音信号的说话者位于使用者的前面，根据本发明的信号处理装置和传统系统的工作状态就几乎类似，但是当说话者移动，例如移动到使用者的一侧时，根据本发明的所述装置就会在有抑制说话者的风险的情况下，避免为了使得输出信号最小而试图调节定向特性。
根据本发明，具有所述所希望信号检测器的信号处理装置基本保持在全方向特性状态，当说话者移动到使用者的一侧时也是这样，因为当说话者说话时，DSD强迫方向控制器不优化其定向特性，并且当说话者不说话时，DSD仅仅允许方向控制器在停顿期间适应定向特性。因此，方向控制器仅仅试图使在停顿期间占优势的麦克风噪声最小，并且这最好是通过保持在全方向特性中来完成的。因此，麦克风噪声保持为低，并且不变动，而且来自使用者一侧的所希望信号不衰减，所以提高了语音感知度和声音质量。
根据与本发明一致的系统，提供了一种具有可控定向特性的助听器。所述助听器包括一个自适应的定向功能元件，如果由间隔开的第一和第二声音接收装置作为输入信号而提供的所希望信号已经被检测到的话，该定向功能元件的适应操作即被停止一段时间。所述助听器还包括一输出变送器，其发射声音信号以响应所述输出信号。
本发明还提供了一种用于在信号处理装置上实现方向控制器的软件工具，及包括计算机程序代码的计算机程序产品，当在计算机或信号处理系统上执行所述计算机程序代码时，其使得该计算机或者信号处理系统执行根据本发明的方法。
针对所有程度的听力损失，与本发明一致的方法、系统和制造产品优选用于所有类型的具有定向特性的助听器中，例如用于耳背式(BTE)、耳中式(ITE)、耳道式(ITC)助听器中，以提高使用者理解所希望信号，例如广播或电视发射的声音或语音信号或者其他信号的能力。
根据以下本发明优选实施例的详细描述和附图，本发明的上述特征和其他特征、益处和优点会变得显而易见。
在审查以下附图和详细描述之后，本发明的其他系统、方法、特征和优点对于本领域的技术人员即会成为或者变成显而易见的。所有这类额外的系统、方法、特征和优点均包含在本说明书中，处于本发明的范围内，并且受到所附权利要求的保护。
附图并入本说明书，并构成本说明书的一部分，其示例说明了本发明的实施方案，并且和本说明书一起用于解释本发明的优点和原理。在附图中
图1根据本发明的第一个实施例，展示了具有可控定向特性的助听器的信号处理装置的方框图； 图2根据本发明的另一实施例，展示了具有信号处理装置的助听器的方框图3根据本发明的一个实施例，展示了在信号处理装置中使用的现有技术的方向控制器的方框图4根据本发明的一个实施例，展示了所希望信号检测器的方框图5展示了一流程图，其说明根据本发明的一个实施例的方法；
图6展示了一流程图，其说明根据本发明的一个实施例的另一方法；
图7展示了一信号示意图，其与如图4所示的所希望信号检测器相关，说明一信号包络线和单个说话者的语音信号的11％百分点估计结果；
图8展示了一信号示意图，其说明了根据本发明的实施例的自适应定向功能的定向参数作用与现有技术的定向参数作用的比较；
图9根据本发明的另一实施例，展示了所希望信号检测器的一方框图10根据本发明的又一实施例，展示了所希望信号检测器(DSD)的一方框图。
具体实施例方式现在参考附图描述本发明。
图1展示信号处理装置100的方框图，该装置适用于具有可控定向特性的助听器，并且适合实行与本发明的实施例一致的方法和实施与本发明的实施例一致的系统。信号处理装置100包括方向控制器10，该控制器接收第一麦克风信号20和第二麦克风信号30，并且输出输出信号40。第一和第二麦克风信号可由第一前麦克风Fmic和第二后麦克风Bmic直接提供，或者由预处理函数或功能元件例如由滤波器函数或功能元件来提供。输出信号40可被用作助听器的信号处理器的输入信号，用于进一步处理和放大所述输出信号，并且将从所述信号处理器输出的信号提供给一输出变送器如扩音器，用以发射声音信号(未示于图1中)。
方向控制器10能够基于所述第一麦克风信号20和第二麦克风信号30的处理，应用自适应定向功能50。作为自适应定向功能50的结果，提供被合并的输出信号40。
自适应定向功能50的定向特性由第一和第二控制参数60、80调节。第一控制参数60是反馈的输出信号40。信号处理装置100还包括一信号分析器，也称为所希望信号检测器(DSD)70，其接收第一麦克风信号20和第二麦克风信号30，且输出第二控制参数80。在未示于图1中的另一实施例中，所希望信号检测器70可接收仅仅所述第一或第二麦克风信号其中之一作为输入信号。
在工作中，来自助听器环境的声音由第一前麦克风Fmic和第二后麦克风Bmic拾取(图中未示)。由所述两个麦克风产生的电信号然后可被样本单元以例如32kHz的采样率进行预处理，并且进一步被例如24比特模数转换器进行模数转换。对应于被麦克风所拾取的声音的结果数字信号然后是作为第一麦克风信号20和第二麦克风信号30提供的。
现在将参考图5描述信号处理装置10的功能，图5显示一种根据本发明的方法。
方向控制器10根据自适应定向功能50的调节后定向特性来处理第一麦克风信号20和第二麦克风信号30，并且将这些被处理信号合并到输出信号40。所述自适应定向功能是通过延迟和衰减第一和第二麦克风信号的内部延迟和衰减参数(内部参数)来进行调节的(未示于图1中)。自适应定向功能50调节内部参数，使得被反馈输出信号60最小。通过使输出信号最小而实现的自适应定向功能中的内部参数的自适应控制，是借助本领域中公知的测定法来进行的，例如借助于在所述自适应定向功能中应用所谓LMS算法。以LMS算法进行这种自适应控制的例子举例来说可以在美国专利US-A-5259033或US-A-5402496中找到，但是在这些参考文献中提供的自适应控制系统不控制方向控制器。
同时，所希望信号检测器70在操作510中检测作为输入信号的所述第一和第二麦克风信号是否是不希望的信号。在本发明的含义中，不希望的信号仅仅包括不希望的噪声，并且没有所希望信号比如语音信号。如果DSD 70在操作510中检测到所希望的信号，则内部参数的适应操作即被阻塞或者冻结，所以自适应定向功能不通过根据当前的反馈输出信号使内部参数适应从而对它们进行调节。因此，在操作520中输出信号的最小化被停止一段时间，因为在操作540中产生了输出信号而没有内部参数的适应操作。停止时间取决于输入信号和DSD的实际实施方式。举例来说，停止时间的数值可处于3ms到30ms范围内。
如果在操作510中检测到输入信号是“不希望的信号”，适应操作就继续，且内部参数被调整，以在操作530中使定向特性适应，从而使输出信号最小(操作520)。
结果，仅当DSD检测到不希望的信号成为输入信号时，才使定向特性适应。
图2显示了根据本发明的实施例的助听器220的方框图。助听器220的信号路径包括第一和第二输入变送器或麦克风Fmic和Bmic，它们将声音输入信号转换成第一和第二电子麦克风信号20、30；信号处理装置200，其具有可控定向特性，产生电子输出信号40；以及输出变送器210，其例如为扩音器或接收器，用于将电子输出信号转换成声音输出信号。信号处理装置200包括方向控制器10，其具有作为输入信号的第一麦克风信号20和第二麦克风信号30以及输出信号40。信号处理装置200还包括所希望信号检测器70和参数控制器90。参数控制器90为了使被反馈的输出信号60最小而调节自适应定向功能50的一个或多个内部参数95，其中被反馈输出信号60是到参数控制器90的输入。作为控制信号，参数控制器90接收所希望信号检测器70提供的第二控制信号80。所希望信号检测器70作为输入信号来接收第一麦克风信号20和第二麦克风信号30，并且还包括检测器71和更新/停止电路72。检测器71检测第一和第二麦克风信号是否是不希望的信号。如果检测器71检测到输入信号是不希望的信号，更新/停止电路72就提供第二控制信号80，此第二控制信号使得参数控制器90调节一个或多个内部参数95，从而使输出信号40最小。否则，如果检测器71检测到输入信号是所希望信号，更新/停止电路72就提供第二控制信号80，其指示参数控制器90禁止或停止适应过程，并且不进一步使得输出信号最小化，直到检测器71再次检测到不希望的信号为止。
图3显示了一种根据WO01/01731-A1的方向控制器，其可被实现为根据本发明的信号处理装置100、200中的方向控制器10。在图3所示方向控制器中，可控的衰减和相位延迟操作被应用于来自前麦克风Fmic和后麦克风Bmic的信号Xfront、Xback，上述信号对应于第一麦克风信号20和第二麦克风信号30。所得的信号然后被合并成输出信号，此输出信号对应于输出信号40。该方向控制器执行自适应定向功能，并且包括第一加法电路12以及第一减法电路13；其中第一加法电路12与前麦克风Fmic和后麦克风Bmic连接；第一减法电路13具有与前麦克风Fmic连接的正输入端和与后麦克风Bmic连接的负输入端。第一相位延迟器件14和第二相位延迟器件15分别与第一减法电路13和第一加法电路12相连。第二加法电路16与第一减法电路13和第一相位延迟器件14相连；并且第二减法电路17使得其正输入端与第一加法电路12相连，而其负输入端与第二相位延迟器件15相连。第一可控衰减器18作用于来自第二加法电路16的信号，从而以系数(1-omni)/2使此信号衰减；且第二可控衰减器19作用于来自第二减法电路17的信号，从而以系数(1+omni)/2使此信号衰减；而第三加法电路21与第一衰减器18和第二衰减器19相连，用于使得来自它们的信号相加，以提供供给所述信号处理器的总合并信号。这个方向控制器的属性使得它能够有利地与根据本发明的系统和方法一同使用。来自加法电路21的被合并输出信号是Y＝Xfront*(1-omni*e-jωT)+Xback*(omni-e-jωT)其中omni是可调节的内部参数95，其控制衰减器18和19，且在WO01/01731-A1的实施方案中的数值范围为从0到1。
如果后麦克风Bmic和前麦克风Fmic之间的声延迟被设为A，则Xback＝Xfront*e-jωA，如果在omni＝0条件下选择自适应定向功能，输出信号就变成Y＝Xfront*(1-e-jω(A+T))，其中T是又一可调节的内部参数95，其控制延迟器件14和15。如果在定向模式(omni＝0)中操作，延迟T被选择成直接等于从后麦克风到前麦克风的延迟A，则直接来自使用者后面的声音信号X的那一部分即被抑制到最大程度，而且取得一种被称为心形特性的定向特性，其中180°方向为无效方位(null-direction)。
通过调整T＜A，来部分消除来自使用者侧面的声音，消除效果的方向是由T/A之比控制的。
但是根据本发明，内部参数omni可假设为处于0到1范围之外的数值。当omni减小到小于0，就会出现两个无效方位，其围绕180°方向对称。增加omni的负值就会使无效方位进一步离开180°方向，例如在omni＝-1.5时，无效方位就在80和280度方向上。
最后，通过调节内部参数95(omni和T)，就有可能移动方向控制器的无效方位。根据本发明，这能够被有利地用于根据本发明的信号处理装置中的方向控制器的自适应控制。
根据本发明的实施例，图4显示了所希望信号检测器70的一实施例。所希望信号检测器70可用于信号处理装置100、200中，如参考图1和2所做的描述。所希望信号检测器的电路结构包括一个加法电路73，用于将接到加法电路73的第一麦克风信号20和第二麦克风信号30相加。该加法电路的输出被接到信号包络电路74，其产生相加的输入信号的信号包络。作为信号包络电路74的输出的信号包络被提供给比较器77和百分点估计器电路76。百分点估计器电路76产生百分点估计器结果，例如信号包络的10％或者11％估计器结果。对技术人员来说，如何用本领域公知的百分点估计器来提供这种百分点估计器结果是众所周知的。这种百分点估计器的例子可从US-A-4204260、WO95/15668或WO98/27787了解，但是这些百分点估计器不是所希望信号检测器的一部分。
通常，由百分点估计器76输出的百分点估计器结果可以是在范围0-100％中的任何百分点估计器结果。0％百分点估计器结果意味着输入百分点估计器的所有信号均被检测出在百分点估计器结果之上，并因此而被认为是语音。这意味着DSD始终检测所希望的信号，并且DSD使得适应操作不总是进行。另一极端情况是，如果百分点估计器结果为100％，那么输入百分点估计器的所有信号均被检测出在百分点估计器结果之下。这意味着DSD认为输入信号是不希望的信号，所以DSD完全不停止适应操作，而且定向适应操作将运行，就好像没有DSD一样。但是，虽然没有必要限制百分点估计器结果，对大多数应用来说，选择的是介于5-90％之间的数值。
因此，用于DSD的百分比不限定为特定的数字，但是存在取决于周围噪声情况的某些实际限制。百分点估计器结果通常应该在噪声和语音(不希望和所希望的信号)之间呈现良好的边界水平，所以在百分点估计器结果之下的电平可被认为是实质上不希望的信号，并且之上的电平可被认为是包括所希望的信号。如果百分比被设定得太高，语音信号的某个部分就在百分点估计器结果之下，并且被错误地认为是噪声。所以适应操作就不会在每个必要的场合下被停止，因而定向适应操作即在某个程度上对语音和噪声都起作用。另一方面，如果百分比被设定得太低，噪声的某个部分就会在百分点估计器结果之上，并因此而被错误地认为是语音。于是定向适应操作便被停止得过于频繁，且由于这一原因，适应就因此而比必要的更慢，但是仍然只对噪声起作用。
例如在5-20％的范围内的低百分比百分点估计器将非常好地找到背景噪声(noise floor)，但是最后的选择总是个折衷方案，这是因为不同的声音环境能够产生不同的最佳值。但是，对于具有百分点估计器、其中百分点估计器结果介于10-20％之间的DSD 70来说，通过处理在安静房间中提供单个说话者语音信号的第一麦克风信号20和第二麦克风信号30，即可取得良好结果。
所述百分点估计器结果作为百分点估计器76的输出而被提供给比较器77，作为第二输入信号。比较器77比较这样两个输入信号由信号包络电路74所提供的信号包络以及百分点估计器结果。比较的结果被提供给更新/停止电路72，该电路产生第二控制参数80。
现在参考图6描述也被称为所希望信号检测器(DSD)70的分析器的功能，图6显示了根据本发明的方法的流程图。
在操作610中，根据所述输入信号产生信号包络。根据图4，输入信号可以是相加的第一麦克风信号20和第二麦克风信号30。根据另一实施例(没有示出)，所希望信号检测器不包括加法电路73，而到信号包络电路74的输入信号是第一或第二麦克风信号。加法电路可以省去，因为根据假设，至少第一前麦克风Fmic或第二后麦克风Bmic其中之一是具有全方向特性的麦克风，所以此麦克风提供的麦克风信号对应于从任何方向到达该麦克风的声音信号。所以为了保证整个电路更为简单，可以只由一个麦克风信号产生围绕使用者的声音信号的信号包络。
在操作620中，根据信号包络确定百分点估计器结果，例如10％百分点估计器结果。然后在操作630中比较这样两个信号百分点估计器结果和信号包络的信号电平。特别是，比较器77检测信号包络的瞬时信号何时高于百分点估计器结果，以及信号包络的瞬时信号何时低于百分点估计器结果(操作640)。当它检测到瞬时信号超过百分点估计器结果时，所希望信号检测器就推断出输入信号中有“所希望信号”，而且在操作650中停止控制参数的调整。为了停止适应操作，更新/停止电路72提供第二控制参数80，以给参数控制器90或者直接给方向控制器10提供指示，从而通过自适应定向功能50来禁止定向特性的适应操作。
如果在操作640中检测到瞬时信号在百分点估计器结果之下，所希望信号检测器就推断出“不希望的信号”成为输入信号，并且可在操作660中通过设置一个启动信号作为第二控制参数80来更新控制参数调整，以通过在操作670中为自适应定向功能调节内部控制参数，而使得定向特性适应。
根据本发明的另一实施例(没有示出)，所希望信号检测器包括滤波器电路，其能够区分输入信号20、30中的高频和低频。如果检测器71随后检测到输入信号包括一定频率范围内的信号，例如对应于语音信号的信号，数字信号检测器就推断其为“所希望信号”，并且操作650继续进行。否则，如果检测器71检测到输入信号在一定频率范围之外，数字信号检测器就推断其为“不希望的信号”，并且操作660继续进行。
根据本发明的另一实施例，检测器71检测输入信号的电平，并且在类似于操作640的操作中决定输入信号的电平是否高于或低于某个预设的电平，而如果输入电平低于该预设电平，DSD就推断为“不希望的信号”，且操作660继续进行，并且反之亦然。
根据本发明的实施例，图9显示所希望信号检测器170的一个实施例，其中实施用以区分所希望和不希望信号的这种电平检测。DSD 170的电路结构类似于参考图4所描述的DSD 70。DSD 170包括电平发生器110，其替代DSD 70的百分点估计器76。电平发生器110没有必要需要任何输入，例如信号包络电路74的包络信号输出，但是提供一个固定的信号电平给比较器77，比较器77比较这样两个输入信号由信号包络电路74提供的信号包络以及由电平发生器110提供的电平。比较的结果被提供给更新/停止电路72，电路72同样产生第二控制参数80。DSD 170的功能也类似于DSD 70的功能，除了电平发生器110不依赖于输入信号20、30的信号包络，而输出固定的信号电平之外。因此，在操作640中，决定瞬时信号包络的电平是否高于或低于电平发生器的信号电平。
取决于DSD 170的所需性能和助听器设计者的选择，由电平发生器110产生的、并且用作阈值与更新和停止指标的信号电平值可被相应调整。例如，为了在信号由固有的麦克风噪声支配的环境中抑制更新，设计者可能希望使用这个功能来禁止在预定的较低阈值之下的适应操作。另一例子可能是为了在风噪声支配的环境中，或是在信号可能因超过助听器动态范围的电平而失真的环境中抑制更新，使用这个功能来禁止在预定的高阈值之上的适应操作。
根据DSD 170的一个实施例，如果比较器77指出信号包络等于或低于阈值，更新/停止电路72就输出一个启动信号，而如果比较器77指出信号包络高于阈值，就输出一个停止信号。但是在DSD 170的另一实施例中，更新和停止标准也可以颠倒，也就是说，如果比较器77指出信号包络等于或低于阈值，更新/停止电路72就输出一个停止信号，而如果比较器指出信号包络高于阈值，就输出一个启动信号。
根据本发明的另一实施例，DSD的检测器71计算输入信号的相关系数，并且如果相关系数达到一定值，DSD就推断“所希望的信号”，且相应地提供第二控制参数80。
根据本发明的另一实施例，图10显示所希望信号检测器270的实施例。同样，可在参考图1和2所描述的信号处理装置100、200中实现DSD 270。DSD 270的电路结构包括相关性计算器220，其计算两个输入信号20、30之间的相关系数，并且提供这个相关系数给比较器77。比较器77也从电平发生器210接收一定电平信号，比较这些两个输入信号，并提供比较结果给产生第二控制参数80的更新/停止电路72。
借助于相关性计算器220，来确定输入信号(第一和第二麦克风信号)20、30是否是从相同的声音源产生的。例如，当在无声环境中操作助听器时，每个麦克风信号仅包含各自的麦克风自身产生的噪声。因此，在这种情况下，输入信号是由独立的、因而不相关的信号源，也就是由单个麦克风产生的。在这种情况和其他情况下，相关系数表明是否至少其中一个麦克风信号是由噪声或者失真支配的。例如，在输入信号20、30至少其中之一是由噪声或者失真支配时，通过传送各自的第二控制参数80可停止适应操作，所以比较器77检测出相关系数下降到电平发生器210产生的信号电平之下。电平发生器210至少类似于电平发生器110，而且产生的信号电平充当比较器77中的阈值，此信号电平也可根据所希望性能和助听器设计者的选择来调节。在WO02/30150中，以示例方式提供了一种相关检测器，用于检测不相关的第一和第二输入信号并用于产生控制信号。取决于DSD 270的所需性能和助听器设计者的选择，更新和停止标准可基于相关系数的数值来调整。
根据DSD 270的一个实施例，如果比较器77指出相关系数等于或低于阈值，更新/停止电路72就输出一个启动信号，并且如果该比较器指出相关系数高于阈值，就输出一个停止信号。但是在DSD 270的另一实施例中，更新和停止标准也可以颠倒，也就是说，如果比较器77指出相关系数等于或低于阈值，更新/停止电路72就输出一个停止信号，并且如果该比较器指出相关系数高于阈值，就输出一个启动信号。
根据本发明的更多实施例，在所希望信号和不希望的噪声之间的选择是根据信号类型，利用DSD 70中的不同检测器71，通过各种方式来实现的。所述选择例如可以基于统计分析、频率成形、某些非线性的检测或者其他。
图7显示一个信号示意图，该图表明在20秒时间段上的信号包络和单个说话者的11％百分点估计结果。根据本发明，通过使用数字实施方案，已经取得了信号包络和11％百分点估计器结果，该数字实施方案具有32kHz采样频率、24比特ADC，以及具有信号包络电路74和百分点估计器76的所希望信号检测器70。说话者在一安静的房间中，在时间＝1.5秒时开始说话，在时间＝5秒时仍在说话的说话者从使用者的前面移动到使用者的一侧。
图8显示在根据本发明的自适应定向功能中的内部方向参数omni(实线)的特点(omni参数值＝1意味着全方向，0.5意味着心形，而0意味着双向特性)，该自适应定向功能包括DSD。与之相比，图8也显示了没有DSD的现有技术方向控制器的内部方向参数omni(虚线)的特点。当比较有和没有DSD条件下方向参数的特点时，在应用根据本发明的信号处理装置时，技术人员即可简明地认识到参数omni的改进特点。根据实线，参数omni在20秒的整个时间范围中在1和0.97之间调节。即使说话者在5秒之后移到使用者的一侧，omni的数值留在这个范围中，这表明即使说话者移出正面方向，自适应定向功能仍然利用几乎全方向特性。结果，所希望语音信号在整个时间范围中没有衰减，这是因为定向特性仍然保持为几乎全方向模式。此外，从具有DSD的方向参数的特点可看出，为了使输出信号40最小，自适应定向功能试图通过在语音停顿中将内部参数omni调节到数值＝1之下，来衰减不希望的噪声。
与之相反，现有技术的没有DSD的方向控制器在与图8以虚线所示的相同状况下调节方向参数omni。在开始的6秒，方向控制器保持在全方向模式。在说话者已经移到使用者的一侧之后，现有技术的方向控制器试图通过将参数omni调节到更有方向性的模式，下降到值＝0.8，而进一步使输出信号最小，从而导致实际所希望语音信号的不希望有的衰减和麦克风噪声的显著调制，这是在本说明书的背景部分所描述的缺点。
根据本发明的实施例，第一麦克风信号20和第二麦克风信号30的频谱可被频带分离滤波器(没有示出)分别分成一定数目的频道，例如3个频道，这些频道具有各自有限的频率范围。这些频带有限的频道随后各自由对应的信号处理装置100、200处理，而每个信号处理装置在一个频带有限的频道中工作。这个系统允许定向特性在这些频道间是不同的，因此用来将信号分成所希望和不希望的信号、及调节定向特性的分析是独立于相应的频带完成的。
最后应指出，对于本领域技术人员显而易见的是，对应于本发明的附图而描述的各实施例可能被简化，以更好地描述本发明的关键特征。
根据本发明的更多实施例，上面描述的各实施例或者实施例的各特征能够以任何对于在定向系统中最小化噪声来说有用的组合方式，而进行组合。
此外对于本领域技术人员而言显而易见的是，在本说明书里或所附权利要求中所描述的特征，即使没有明确描述，能够以任何有用的组合方式要求保护。
权利要求
1.一种用于具有可控定向特性的助听器的信号处理装置(100，200)，其包括一方向控制器(10)，用于接收第一和第二麦克风信号Xfront、Xback(20、30)，并输出输出信号(40)；以及一信号分析器(70)，用于检测所述第一和第二麦克风信号至少其中之一是否是不希望的信号；其中所述方向控制器仅当所述信号分析器已经检测到不希望的信号时，通过使定向特性适应而使得所述输出信号最小。
2.根据权利要求1所述的信号处理装置，其中所述信号分析器(70)包括一检测器(71)，其接收所述第一和第二麦克风信号(20、30)至少其中之一；以及一更新/停止电路(72)，其接收所述检测器(71)的输出；其中如果所述检测器检测到不希望的信号成为输入信号，所述更新/停止电路(72)就输出一个启动信号，如果所述检测器检测到所希望信号成为输入信号，所述更新/停止电路(72)就输出一个停止信号。
3.根据权利要求1或2所述的信号处理装置，其中仅当一自适应定向功能(50)通过由所述信号分析器(70)提供的第二控制参数(80)而被启用时，所述方向控制器(10)通过调节所述自适应定向功能(50)的内部控制参数(95)而使定向特性适应。
4.根据权利要求3所述的信号处理装置，其中所述自适应定向功能是由以下公式定义的Y＝Xfront*(1-omni*e-jωT)+Xback*(omni-e-jωT)其中omni是所述内部控制参数(95)，并且T是一预定声延迟。
5.根据前述权利要求之一所述的信号处理装置，进一步包括一参数控制器(90)，其接收反馈的输出信号(60)和第二控制参数(80)，并输出所述内部控制参数(95)；其中如果所述第二控制参数(80)指示启动信号，所述参数控制器就通过应用最小化算法来调节所述内部控制参数(95)，以使得所述反馈的输出信号(60)最小。
6.根据权利要求2到5之一所述的信号处理装置，其中所述信号分析器(70)的所述检测器(71)包括一信号包络电路(74)，其接收所述第一和/或第二麦克风信号(20、30)，且产生所述麦克风信号的信号包络；一百分点估计器(76)，其产生所述信号包络的百分点估计器结果；以及一比较器(77)，其比较所述信号包络与所述百分点估计器结果的信号电平；其中如果所述比较器指出所述信号包络等于或低于所述百分点估计器结果，所述更新/停止电路(72)就输出一个启动信号，而如果所述比较器指出所述信号包络高于所述百分点估计器结果，所述更新/停止电路(72)就输出一个停止信号。
7.根据权利要求2到5之一所述的信号处理装置，其中所述信号分析器(170)的所述检测器(71)包括一信号包络电路(74)，其接收所述第一和/或第二麦克风信号(20、30)，且产生所述麦克风信号的信号包络；一电平发生器(110)，其产生信号电平作为阈值；和一比较器(77)，其检测所述信号包络是否高于或低于所述阈值；其中根据所述比较器的结果，所述更新/停止电路(72)输出启动或停止信号。
8.根据权利要求2到5之一所述的信号处理装置，其中所述信号分析器(70)的所述检测器(71)通过使用统计分析、频率成形或者通过检测所述麦克风信号中的特定非线性，在所希望和不希望的信号之间进行选择。
9.根据权利要求2到5之一所述的信号处理装置，其中所述信号分析器(70)的所述检测器(71)包括滤波器电路，该滤波器电路在特定频带中区分所述麦克风信号；其中如果所述检测器只检测到不希望频带中的信号，所述更新/停止电路(72)就输出一个启动信号，而如果所述检测器也检测到所希望频带中的信号，所述更新/停止电路(72)就输出一个停止信号。
10.根据权利要求2到5之一所述的信号处理装置，其中所述信号分析器(70)的所述检测器(71)计算各所述麦克风信号的相关系数；其中所述更新/停止电路(72)根据该相关系数的数值来输出启动信号或停止信号。
11.一种信号处理系统，其具有一定数目的前述权利要求之一所述的信号处理装置，并且还包括频带分离滤波器，所述频带分离滤波器将所述第一和第二麦克风信号(20、30)的频谱分成所述数目的频道，所述频道具有各自有限的频率范围，其中每个相应的信号处理装置通过分别处理所述麦克风信号各自的频率范围来利用定向特性。
12.一种控制助听器的定向特性的方法，所述助听器具有间隔开的第一和第二麦克风；一方向控制器，其接收分别由所述第一和第二麦克风提供的第一和第二麦克风信号，且输出输出信号；其中所述输出信号是根据定向特性，通过合并所述第一和第二麦克风信号而产生的；所述方法进一步包括以下步骤检测(510)所述第一和第二麦克风信号至少其中之一是否包含不希望的信号；仅当已经检测到不希望的信号时，使定向特性适应(530)，以使所述输出信号最小。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述输出信号是通过应用自适应定向功能产生的，在该自适应定向功能中，所述第一和第二麦克风信号至少其中之一根据内部控制参数而被延迟或衰减，且随后被合并到所述输出信号；而且其中仅当已经检测到不希望的信号时，调节所述内部控制参数，以使所述输出信号最小。
14.根据权利要求12或13所述的方法，进一步包括产生(610)输入信号的信号包络，该输入信号对应于所述第一和第二麦克风信号之一或者所述第一和第二麦克风信号之和；计算(620)所述包络的百分点估计器结果；比较(630)所述信号包络和所述百分点估计器结果的信号电平；如果所述比较操作断定所述信号包络等于或低于所述百分点估计器结果，就更新(660)内部控制参数调整；如果所述比较操作断定所述信号包络高于所述百分点估计器结果，就停止(650)内部控制参数调整。
15.一种助听器，其执行权利要求12到14之一所述的方法。
16.一种具有可控定向特性的助听器(220)，其包括根据权利要求1到11之一所述的信号处理装置或系统；提供第一和第二麦克风信号(20、30)的间隔开的第一和第二输入变送器(Fmic、Bmic)；及响应所述输出信号而发射声音信号的输出变送器(210)。
17.一种包括计算机程序代码的计算机程序产品，当该计算机程序代码在计算机或数字信号处理系统上执行时，能使得所述计算机或数字信号处理系统执行根据权利要求12到14之一所述的方法。
18.一种软件工具，其包括软件代码部分，用于在计算机上实现根据权利要求1到11之一所述的信号处理装置。
全文摘要
提供一种用于具有可控定向特性的助听器的信号处理装置(100)，该装置包括方向控制器(10)，其接收第一和第二麦克风信号(20、30)并输出输出信号(40)；以及信号分析器(70)，其检测所述第一和第二麦克风信号至少其中之一是否是不希望的信号，且其中所述方向控制器仅当所述信号分析器已经检测到不希望的信号时，通过调整定向特性使得输出信号最小。
文档编号A47H5/14GK1839661SQ03827091
公开日2006年9月27日 申请日期2003年9月19日 优先权日2002年11月13日
发明者L·B·詹森, K·T·克林克贝 申请人:唯听助听器公司