专利名称：具有反馈检测装置的音频系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及包含麦克风、音频信号处理装置和输出换能器的音频系统，其中信号处理装置包括用于检测音频系统中输出换能器与麦克风之间反馈状态的检测器。
背景技术：
反馈通常在输出换能器中产生大的啸声。使用可以检测反馈出现的检测器以控制反馈消除系统中反馈的发展，该检测可以用于控制自适应，例如在出现啸声时加快自适应速度。其也可用于不具有反馈消除系统的助听器作为“在线反馈管理器”。在检测到啸声的频率处降低增益。反馈通常是频带相当窄和声音相当大的信号，在信号路径中设置用于这类信号的检测器并不困难，但是如果在周围环境中出现类似的信号，探测器将对这类信号及真正的反馈信号做出响应。本发明将要解决的问题是从外环境声音中区分反馈引起的声音，外环境声音如长笛或其他具有高纯音量的声音。
专利申请PCT/2004/000701描述了检测啸声的方法，其包括频域中信号相位的分析。输入信号的连续窗口转换为频域中的频带。比较连续窗口相位的变化，如果保持不变，则假定为由啸声产生。本发明不同于申请PCT/2004/000701，因为本发明修改助听器正向通路的相位并在啸声由反馈引起时查找可预期的啸声频率的变化。
专利申请PCT/2004/000702描述了抑制反馈的方法，其包括修改正向通路的相位。与本发明使用预定的相位变化相反，其相位以任意方式修改。此外，本发明是检测啸声的方法，不是如申请PCT/2004/000702的抑制反馈的方法。
发明内容
本发明提供音频系统，其具有麦克风、音频信号处理装置、输出换能器、以及用于检测音频系统中输出换能器与麦克风之间可能的反馈音和相应的反馈音频率的装置。还提供了用于抵消反馈的装置。根据本发明提供了用于改变特定频率音频信号的相位的装置。相位的这种变化允许音频系统检测所检测的音是由反馈引起还是来自外环境。因此，更有效地控制反馈消除系统成为可能。优选地，本发明音频系统包括控制器，无论用于检测音频系统中的可能反馈的装置在何时指示在某一频率可能发生反馈，在该频率的音频信号的相位均被改变，且提供了比较单元，其中对所检测的可能反馈音在音频信号相位改变之前和之后的频率进行比较。如果所检测的可能反馈的频率不受相移的影响，则其不是反馈音，而是源自设备外。如果音频信号相位的受控变化导致频率变化，该变化可在比较单元中检测，并将成为反馈在该频率出现的指示。此后，打开或加快抗反馈测量以抵消反馈。
在本发明实施例中，提供了用于改变音频信号相位的全通滤波器，优选为二阶全通滤波器。全通滤波器将总是具有平的振幅响应，同时能够改变相位。这使其成为移相器的理想选择。全通滤波器位于信号通路并可是振荡回路的一部分。啸声频率将由奈奎斯特(Nyquist)判据给出，因此振荡将在回路相位是360度的整数倍的频率发生。如果回路中的相位发生变化，啸声的频率也将变化，且具有可变相位的全通滤波器允许以快速和简单的方法改变相位而不另外影响该信号。如果声音来自外部，频率将独立于相位。也就是说当相位被改变时频率不出现变化。如果当相位被改变时，如果被检测为啸声的信号改变频率，则排除该信号来自外部声源，并打开抵消反馈的装置。
在本发明的实施例中，全通滤波器具有如下通式的传递函数H(z)=a2+a1z-1+z-21+a1z-1+a2z-2]]>该滤波器易于实现，且参数的最小值需要改变以在一个宽频率范围内实现信号相位的变化。
优选地，提供用于渐变系数a1和a2的装置。渐变将引起相位的变化，而不会引起严重的可听见的人工痕迹。
本发明还包括检测音频系统中的声学反馈的方法。
图1表示具有啸声检测器的助听器，检测器使用可调相位的全通滤波器以将啸声和其他声音区分开。
图2是二阶全通滤波器的三种可选设置的相位响应的三个实例。
具体实施例方式
图1表示了根据本发明的系统的实例。虽然在实例中显示的是助听器，但是任何具有麦克风1、信号处理装置和输出换能器或扬声器2的音频设备，只要其中提供了声音反馈路径3，均可以从本发明受益。图1中的助听器4进一步包括AD转换器5、信号整形模块6、全通滤波器模块7和DA转换器8。在包含助听器中的元件1、5、6、7、8、2的回路和声学反馈路径3中的延迟因而相位很大程度上取决于助听器4中的信号处理。在助听器中回路内100个采样级(约6毫秒)的采样延迟不是不常见。因此有潜在啸声的频率由约170Hz分割。在啸声频率改变相位180度将引起可能发生啸声处的频率移动约85Hz。移动相位180度将在啸声频率中产生最大的移动。如果移动相位大于180度，频率的移动会变小。
如果音频处理器中的处理允许确定小于85Hz的频移，则疑为反馈音的相位变化可以选择不同于180度的值。设置相移为小于180度的值可提供其他的优点，因为当对已处理的声音使用全通滤波器时，在低频区域，输出的相位变化对助听器用户具有副作用。一个副作用是感知到的声音的方向性会变化，这对用户来讲是不舒服的。
可用下列传递函数产生数字全通滤波器
H(z)=aN+aN-1z-1+K+a1z-N-1+z-N1+a1z-1+a2z-2+K+aNz-N]]>二阶全通滤波器可设计如下H1(z)=a2+a1z-1+z-21+a1z-1+a2z-2]]>图2表示了具有三个可选设置的二阶全通滤波器的振幅和相位响应。假设使用极点在z＝-0.7±i0的设置为默认设置。如果疑为啸声的声音以0.55的归一化频率发生，则其对将极点移动到z＝0±i0.7是有用的，因为其给出了在该频率约180度的相位响应变化。如果疑为啸声的声音具有0.29的归一化频率，则需要极点移到z＝0.5±i0.5，因为这给出了在该频率约180度的相移。使用通用滤波器设计工具很容易确定在感兴趣频率给出所需相位的系数。极点和系数a1，a2通过函数H1(z)明确地联系起来。在感兴趣的频率可以有多个给出相同相位的极点位置。
设计滤波器H1相当于确定两个系数a1和a2的值，在此可实现相位频率关系的宽范围变化，并且还可提供全通滤波器，其中在低于1kHz的频率区域的相位变化非常小，因此避免了前述的可感知的方向性变化问题。
其它用于给出某一频率信号的相移的手段也可用，如更通用的数字滤波器、反转信号或通过改变频域中的相位。全通滤波器在大多数情况下是好的选择，因为其可在不改变振幅响应的情况下改变相位。
在相位响应被改变时也给出某种振幅响应变化的其他滤波器也能使用，但是通常不需要振幅响应变化。
全通滤波器7可与正向通路中通常用于整形助听器频率响应的滤波器6相结合。这两个滤波器能够结合为非平坦滤波器，其能够改变相位响应而不改变振幅响应。
反转信号可以通过应用在+1到-1之间逐渐变化的增益实现。其通常将产生比全通滤波器更明显的可听到的人工痕迹。
在频域中的实施可设计如下时域输入信号通过变换如快速傅立叶变换转换到频域。对应于疑为反馈啸声的特定频带的相位能够通过应用具有固定幅值和渐变相位的复值频带增益被逐渐地改变。直到受怀疑的频率处的相位已产生足够变化，相位才被改变，使得如果啸声是由反馈引起的，预计将发生的频率变化能被检测到。在感兴趣的频率将相位改变180度是有用的，因为预计其将在啸声频率给出最大相移。当相位已经被修改到所希望的值时，其被固定同时对啸声的发生和/或频率进行分析，之后其再被变化回原值。信号处理可与频域中其他类型的处理相结合，如频率整形和动态压缩。反变换用于将频域信号转换回时域。在频域的执行步骤允许同时测试受怀疑啸声的多个频率。
可行的系统能够使用全通滤波器，以所显示的响应为默认值。只要没有怀疑出现啸声就维持响应。当可能是啸声的声音出现并被声音检测器10检测到，系数逐渐变为在所怀疑的频率给出180度相移的系数。在相移之前和之后受怀疑的声音的频率被相互比较，如果频率没有改变，则声音极有可能来自助听器之外的声源，如果频率已经偏移，则声音极有可能由反馈引起。在这种情况下，向音频设备中用于抵消反馈的装置9传送消息以启动或改进抗反馈措施。
权利要求
1.音频系统包括麦克风、音频信号处理器、输出换能器、以及检测音频系统中输出换能器与麦克风之间可能的反馈音和相应的反馈音频率的反馈音检测器，且提供用于抵消反馈的装置，其中还提供用于改变给定频率的音频信号的相位的装置。
2.根据权利要求1所述的音频系统，其中还提供控制器，无论反馈检测器于何时在音频系统中检测某频率的可能反馈，控制器改变该频率音频信号的相位，其中还提供对所检测的可能反馈音在音频信号相位改变之前和之后的频率进行比较的装置。
3.根据上述权利要求之一所述的音频系统，其中用于改变音频信号相位的装置包括全通滤波器，其优选为二阶全通滤波器。
4.根据权利要求3所述的音频系统，其中全通滤波器具有如下通式的传递函数H(z)=a2+a1z-1+z-21+a1z-1+a2z-2.]]>
5.根据权利要求4所述的音频系统，其中还提供用于逐渐变化系数a1和a2的装置。
6.用于检测音频系统中声学反馈的方法，其中音频信号由麦克风俘获，信号在音频处理器中处理并在输出换能器中使用，其中在音频系统中输出换能器与麦克风之间检测可能的反馈音及相应的反馈音频率，其中根据检测到的可能反馈音改变在输出换能器中使用的音频信号的相位。
7.根据权利要求6所述的用于检测声学反馈的方法，其中某频率音频信号相位的变化被控制，以使无论何时在音频系统中检测到该频率的可能反馈，均可改变该频率的相位，其中还对所检测到的可能反馈音在产生音频信号相位变化之前和之后的频率进行比较。
8.根据权利要求7所述的方法，其中音频信号通过全通滤波器，其优选为在信号通路中麦克风与输出换能器之间的二阶全通滤波器。
9.根据权利要求8所述的方法，其中全通滤波器具有如下通式的传递函数H(z)=a2+a1z-1+z-21+a1z-1+a2z-2.]]>
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中系数a1和a2被逐渐改变。
全文摘要
本发明涉及包括麦克风、音频信号处理装置、输出换能器、以及用于检测可能的反馈音和相应的反馈音频率的装置的音频系统，反馈音在音频系统中输出换能器与麦克风之间进行检测。根据本发明提供了用于抵消反馈的装置，还提供了用于改变给定频率音频信号相位的装置。
文档编号H04R3/02GK1867204SQ20061007607
公开日2006年11月22日 申请日期2006年4月27日 优先权日2005年4月27日
发明者托马斯·伯·埃尔梅迪布, 约翰·赫尔格伦 申请人:奥迪康有限公司