专利名称：处理助听器输入信号的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于处理助听器输入信号的方法以及一种用于处理助听 器输入信号的装置。
背景技术：
微电子技术的巨大进步使得目前在最狭小的空间上也可以进行大范围的 模拟和数字信号处理。最近几年出现的空间尺寸小巧的模拟和数字信号处理器 也为其在系统尺寸明显受限的应用领域助听器上的使用铺平了道路。
简单放大麦克风的输入信号对使用者往往不是一种令人满意的听力帮助，
年来，因此已经将数字信号处理器嵌入到助听器中，其对一个或者多个麦克风 的信号进行数字化处理，以便例如有针对性地抑制干扰噪声。
公知助听器上需要实现所谓的无功声源分离(英语BSS Blind Source Separation),以将输入信号分量与不同的声源相对应，并产生相应的单信号。 例如BSS系统可以将两个麦克风的输入信号分解成两个单信号，然后从中选取 一个，在经过放大或者进一步处理后通过扬声器传送给助听器的使用者。
此外，公知所谓的对实标声音情'景进行分类，其中对输入信号进行分析并 将其特征化，以便可以对仿效日常生活的模型情景的各种情景彼此进行区分。 所确定的情景然后例如可以确定对提供给使用者的单信号的选取。
例如在M. Biichler和N. Dillier, S. Allegro和S. La置r, Proc. DAGA,第 282-283页(2000)的文章中介绍了对助听器应用的声音环境的分类，其中使
用平均信号电平作为分类值。
然而现实情况是，大量可能的声音情景导致不正确的分类并因此也导致有 缺陷地选取使用者可听到的信号。传统的助听器因此只能以特定的声音情景向 使用者提供不能令人满意的效果，并需要手动调节以修正分类或信号选择。在 特别不利的情况下，甚至使重要声源对使用者隐藏，因为这些声源由于错误选择或者分类只能减弱输出或者根本不能输出。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的用于助听器输入信号 处理的方法。本发明还要解决的技术问题在于，提供一种改进的用于处理助听 器输入信号的装置。
依据本发明的第 一方案，提出了 一种用于处理助听器中的至少 一个第 一输 入信号和一个第二输入信号的方法，其中，为产生第一中间信号而将该第一输
入信号利用至少一个第一系数进行过滤；为产生第二中间信号而将该第一输入 信号利用至少 一个第二系数进行过滤；为产生第三中间信号而将该第二输入信 号利用至少一个第三系数进行过滤，以及为产生第四中间信号而将该第二输入 信号利用至少一个第四系数进行过滤。为产生第一输出信号而将该第一中间信 号和第三中间信号相加，以及为产生第二输出信号而将该第二中间信号和第四 中间信号相加。将该第一输入信号和第二输入信号与一个特定的信号情景相对 应，并根据对应的特定信号情景改变至少一个系数。依据本发明，系数可以是 标量的或者也可以是多维的，如为一个系数向量或者一个具有多个标量分量的 系数组。
依据本发明的第二方案，提出了一种用于处理助听器中至少一个第一输入 信号和一个第二输入信号的装置，该装置包括第一过滤器，用于过滤第一输入 信号并产生第一中间信号；第二过滤器，用于过滤第一输入信号并产生第二中 间信号；第三过滤器，用于过滤第二输入信号并产生第三中间信号；第四过滤 器，用于过滤第二输入信号并产生第四中间信号，第一加法单元，用于将第一 中间信号和第三中间信号相加以产生第一输出信号；第二加法单元，用于将第 二中间信号和第四中间信号相加以产生第二输出信号，以及分类单元，其将第 一输入信号和第二输入信号与特定的信号情景相对应，并根据对应的特定信号 情景来改变至少一个过滤器。
依据本发明，以优选的方式根据特定的信号情景来改变至少一个过滤器或 相应的系数。因此可使对第一和第二输入信号的处理与不同的信号情景相匹配。 因此根据不同的信号情景第一输出信号和第二输出信号还可以具有共用的分 量。由此还可以向助听器的使用者提供例如重要的信号分量并使不同声源的声音不会对使用者隐藏。在此输入信号可以来自一个或者多个声源，并且可以有 针对性地输出或者有针对性地衰减输出输入信号的相应分量。在此，可以有针 对性地允许特定声源的声音信号分量通过，而对其他声源的声音信号分量则有 针对性地衰减或抑制。这一点在大量实际生活情景中可以想象得到，其中对使 用者来说使信号分量相应地通过或衰减通过是具有优点的。
依据本发明的实施方式，为将输入信号与特定的信号情景相对应，确定至
少一个下列分类值信号分量的数量、信号分量的电平、信号分量电平的分布、
信号分量的功率密度谱、输入信号的电平和/或者信号分量之一的声源的空间位 置。然后可以根据至少一个所列举的分类值来将输入信号与特定信号情景相对 应。在此可以预先确定特定的信号情景，将其存储在助听器内或者可以改变或 者更新。特定的信号情景优选与日常实际的生活情景相当，其可以通过上述分 类值或其他适当的分类值来表征和分类。
依据本发明的另 一种实施方式，根据对应的特定的信号情景来确定最大相 关性，并根据该相关性改变至少一个系数或过滤器，直至相关性与最大相关性 相应。由此可以优选的方式使第一输出信号与第二输出信号之间的分离功率或 相关性与实际的声音情景相匹配。与此相应地，可使在一种特定信号情景中的 分离功率最大化，也就是使最大相关性接近于零，以使第一输出信号与第二输 出信号的相关性最小化。而在另一种声音情景中，则相反可以将最大相关性限
制在例如0.2或者0.5。因此第一输出信号和第二输出信号的相关性最大为0.2 或0.5。由此使第一输出信号和第二输出信号包含一定比例的共同的信号分量， 这样，就是在仅选取一个输出信号的情况下也能在任何情况下将这些共同的信 号分量提供给使用者，并以优选的方式使这些情况不对使用者隐藏。
下面借助附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。其中
图1示出依据本发明第一实施方式的第一处理单元的示意图2示出依据本发明第二实施方式的第二处理单元的示意图3示出依据本发明第三实施方式的助听器的示意图4示出依据本发明第四实施方式的左助听器和右助听器的示意图;
图5示出依据本发明第五实施方式的相关性的示意图；以及图6示出依据本发明第六实施方式的傅立叶变换的示意图。
具体实施例方式
图1示出依据本发明第一实施方式的第一处理单元41的示意图。第一声 源11和第二声源12发出声音信号，其触及第一麦克风31和第二麦克风32。 包括例如衰减单元或者还有反射的墙壁等的声音环境在这里通过第一环境过滤 器21、第二环境过滤器22、第三环境过滤器23和第四环境过滤器24模块化地 示出。第一麦克风31产生第一输入信号901，第二麦克风32产生第二输入信 号902。
第一输入信号901被提供给第一过滤器411和第二过滤器412。第二输入 信号902被提供给第三过滤器413和第四过滤器414。第一过滤器411过滤第 一输入信号901以产生第一中间信号911。第二过滤器412过滤第一输入信号 901以产生第二中间信号912。第三过滤器413过滤第二输入信号902以产生第 三中间信号913。第四过滤器414过滤第二输入信号902以产生第四中间信号 914。
第一中间信号911和第三中间信号913由第一加法单元415相加成第一输 出信号921。第二中间信号912和第四中间信号914由第二加法单元416相加 成第二输出信号922。第一输出信号921和第二输出信号922被提供给相关性 单元61，该相关性单元确定第一输出信号921与第二输出信号922之间的相关 性。
第一输入信号901和第二输入信号902还被提供给分类单元51。可选地还 可以将第 一输出信号921和/或第二输出信号922提供给分类单元51 。分类单元 51此外还可以具有一个其中存储特定的信号情景的存储器单元52。分类单元 51将输入信号901、 902以及在需要时还有输出信号921、 922与特定的信号情 景相对应。为此分类单元51可以确定至少一个下列分类值信号分量的数量、 信号分量的电平、信号分量电平的分布、信号分量的功率密度谱和/或者信号分 量的电平，并根据至少一个上述分类值来与特定的信号情景相对应。
信号分量可以是输入信号卯l、 902的多个分量中的一个，它们本身分别 来自一个声源或者一組声源。如果输入信号具有至少两个麦克风中的一个声源 的声音信号分量的话，信号分量例如可以被分离。在这种情况下这些信号分量可以具有相应的时间上的延迟或者其他差别，这些差别也可以用于确定空间位
置。这样，输入信号901、 902具有两个以特定的时间段偏移的等效声音分量。 这些特定的时间段由于声源11、 12的声音通常在不同时刻到达第一麦克风31 和第二麦克风32而产生。例如在图l所示的设置中，第一声源ll的声音先于 第二麦克风32到达第一麦克风31。在此第一麦克风31与第二麦克风32之间 的空间距离同样影响该特定的时间段。在现代的助听器中，两个麦克风31、 32 之间的这种距离可以减少到仅几毫米，但始终仍能进行可靠的分离。
为确定最相似的特定信号情景，所确定的分类值不一定非得与特定的信号 情景的分类值相同，而是分类单元51例如可以通过在分类值中预设的带宽和公 差进行与最相似的特定信号情景的对应。除了分类值和相应的公差外，在特定 的的信号情景中还可以存储用于控制过滤器或相应系数的模式。因此如果分类 单元51将声源的实际声音情景与特定的信号情景相对应，则相关性单元61通 过控制信号来相应地控制，使第一输出信号921与第二输出信号922之间的相 关性最小化或将其限制在一定的极限值上。
对仿效日常生活情景的可能的信号情景和相应分类值的举例参见下面的 列表，其列出可能的信号情景、其分类值和用于改变系数相应的模式
信号情景分类值电平变化
安静条件 少量信号分量-低分离功率
下的谈话-少量强信号分量 相关性最高允许到1
少量弱信号分量
高4言p桑比
汽车上的 多信号分量(反射)-中等分离功率
谈话 具有特性化的功率频语(发-相关性最高允许到0.2或者0.5
动机)的分量
小型聚会-多信号分量 高分离功率
'高电平■相关性最小化
在此强信号分量与弱信号分量例如可以借助其各自的电平区分开来。在这 里信号分量的电平是指相应声音信号的平均幅高，在此，高的平均幅高相当于高电平而低的平均幅高相当于低电平。在此强分量可以具有双倍于弱分量的平 均幅高的平均幅高。此外，还可以将相对于弱分量的幅高提高10dB的幅高分 配给强分量。通过放大或减弱相应的分量而放大或减弱一个分量的电平，从而 提高或降低平均幅高。电平的明显放大或减弱例如可以通过提高或降低相应平 均幅高至少5dB来实现。在此输出信号的相关性是对输出信号的共同信号分量 的度量。被赋予值1的最大相关性表示两个输出信号最大相关并因此而相同。 被赋予值0的最小相关性表示两个输出信号最小相关并因此而不同或没有共同 的信号分量。依据本发明的该实施方式，第一输出信号921和第二输出信号922具有相 关性，其被根据实际声音情景而调节或与该情景相匹配。因此可以将该相关性 最小化，也就是将分离功率最大化，或者还可以限制分离功率，也就是使相关 性一直提高到给定的最大值。由此可以优选的方式例如使第一输出信号921尚 在某种可能确定的有限程度上就可以具有第二输出信号922的信号分量。例如， 如果仅向助听器的使用者提供第一输出信号921，那么对该使用者相应信号分 量的声源的声音保持不被隐藏。由此可以保证助听器的使用者也可以听到重要 的声源，虽然这些声源并不是当前实际声音情景的主要组成部分。此外这些声 源的例子有例如偶然的声源，例如像驾驶汽车时超车的汽车或者在与对面的谈 话伙伴交谈时第三者的突然插话。图2示出依据本发明第二实施方式的第二处理单元42。该第二处理单元 42与结合图l介绍的第一处理单元41类似，包括过滤器411、 412、 413和414, 加法单元415和416,具有存储器单元52的分类单元51和相关性单元61。第 一麦克风31的第一输入信号901和第二麦克风32的第二输入信号卯2也提供 给过滤器411至414和分类单元51。可选地，也可以将第一输出信号921和/ 或者第二输出信号922提供给分类单元51。相关性单元61根据由分类单元51 使之对应的特定的声音信号情景控制过滤器411至414。依据本发明的该实施方式，将第一输出信号921和第二输出信号922提供 给混合单元71。这可以为理想的分离功率而设置。混合单元71具有用于可变 地放大或衰减第一输出信号921的第一放大器711,还具有用于放大或者可变 地衰减第二输出信号922的第二放大器。衰减或放大的输出信号921、 922被提 供给用于产生输出信号930的加法单元713。依据本发明的该实施方式，第一输出信号921和第二输出信号922在分离后又重新被叠加并这样共同地提供给 使用者。图3示出依据本发明第三实施方式的助听器1。该助听器1具有用于产生 第一输入信号901的第一麦克风31和用于产生第二输入信号902的第二麦克风 32。第一输入信号901和第二输入信号902提供给处理单元140。处理单元140 例如可以相当于结合图1或2所介绍的第一处理单元41或者第二处理单元42。 依据本发明的该实施方式，输出信号930被提供给用于产生扬声器信号931的 输出单元180。扬声器信号931通过扬声器190提供给使用者。通过将处理单元140集成到助听器1中，可以将来自不同声源并由麦克风 31、 32接收的信号以可变和取决于情景的分离功率提供给使用者。依据该实施 方式，处理单元140将其通过麦克风31、 32接收到的实际声音情景分配给一个 特定的信号情景，并相应地调节分离功率和/或者选取一个输出信号。具有优点 的是，输出信号930包括相应放大形式的对相应的声音信号情景重要的所有信 号分量，而其他信号分量则被抑制或者相应于信号情景在各种情况下至少被衰 减地提供。助听器1例如可以是一个戴在耳朵后面的助听器(BTE-Behind The Ear,耳后)、装入耳道内的助听器(ITC-InTheEar,耳内、CIC — Completely In the Canal完全置于耳道内)或者是一个与靠近耳朵的扬声器连接的、处于外部 中心外壳内的助听器。图4示出依据本发明第四实施方式的左助听器2和右助听器3的示意图。 在此左助听器2至少具有第一麦克风31、左处理单元240、左输出单元280、 左扬声器290和左通信单元241。由第一麦克风31产生的左输入信号942提供 给左处理单元240。左处理单元240根据对应的特定信号情景输出左输出信号 952。输出单元280产生左扬声器信号962，其通过左扬声器290音频输出。左 处理单元240可以通过左通信单元241和通信信号932与其他助听器通信。在此右助听器3至少具有第二麦克风32、右处理单元340、右输出单元380、 右扬声器390和右通信单元341。由第二麦克风32产生的右输入信号943提供 给右处理单元340。右处理单元340根据对应的特定信号情景输出第一右输出 信号953。输出单元380产生右扬声器信号963,其通过右扬声器390音频输出。 右处理单元340可以通过右通信单元341和通信信号932与其他助听器通信。如这里所示，左助听器2与右助听器3之间的通信通过通信信号932进行。通信信号932可以通过电缆连接或者也可以通过无电缆的无线连接在左助听器2与右助听器3之间传递。依据本发明的该实施方式，由第一麦克风31产生的左输入信号942也可 以通过左通信单元241 、通信信号932和右通信单元341 l是供给右处理单元340。 此外，由第二麦克风32产生的右输入信号943也可以通过右通信单元341、通 信信号932和左通信单元241提供给左处理单元240。因此，无论是左处理单 元240还是右处理单元340均可以进行声源分离和可靠分类，虽然左和右助听 器2、 3仅各自具有一个麦克风31、 32。与在一个助听器内多个麦克风的共同 设置相比，第一麦克风31与第二麦克风32之间加大的距离对于声源分离和/ 或分类来说是有利和具有优点的。此外，通过双向路径右通信单元341、通信信号932和左通信单元241也 可以就共同的分类而在左处理单元240与右处理单元340之间进行通信。由此 可以保证两个助听器2、3将声源的实际声音情景与同一特定的信号情景相对应 并抑制对使用者不利的失调。此外，左助听器2和/或者右助听器3可以具有两个或者多个麦克风。由此 可以保证在助听器2、 3之一或者通信信号932故障或者干扰时仍能可靠工作， 也就是说，本身功能正常的单个助听器仍能进行声源分离和与声音情景进行对 应。此外，通过设置在助听器3、 4之一上的操作元件或者通过遥控装置，使 用者可以既影响分类也可以影响单信号的空间选择。特定的信号情景例如可以 具有优点的方式在大约学习阶段期间与使用者的需要和实际所处的声音情景相 匹配。图5示出依据本发明第五实施方式的互相关性r12 ( / )。在此互相关性,'l2 (/)表示相关性的度量。图5中作为曲线502示出的互相关性 (7)对两个 振幅函数川(/)和j2 (/)，例如第一输出信号的振幅函数Ji ( / )和第二输出 信号的振幅函数力(7),依据下式给出(1 ) r12 ( 7 ) =E{j, U) x力U+l ) }其中，E (X)为变量X的期望值，k为关于期望值E (X)确定的离散时间， 而l为内(A:)与为U+l)之间的离散时间延迟。在声源分离中，可以持续改变至少一个过滤器或相应的系数，直至互相关性/"12 U)依据公式(1 )对一个间隔的所有7最小化。作为最小值例如可以假设数值O.l,因为r，2(7)的最小化不可能始终接近0并且主要是通常没有必要。 具有接近数值1的高互相关性/ 12 ( / )在此相当于低分离功率，而接近0的消 失的互相关性# 12 (7)则相当于最大分离功率。依据本发明的该实施方式，对互相关性n2 (7)设置了可变阈值501。该 阈值可以根据特定的信号情景来改变并例如假设具有值0.2或者0.5。然后通过 适配过滤器或系数的声源分离例如在对一个间隔的所有i来说互相关性^2(门 都低于阈值501的情况下结束。因此以优选的方式保证了两个振幅函数j;, (7) 和为(/)或相应的信号根据情景仍具有相关性的最小值。图6示出依据本发明第六实施方式的离散的傅立叶变换R,2 (n)。图6中 作为曲线602示出的傅立叶变换R,2 (Q)例如以对相关性 (1)的离散傅立 叶变换(DFT)的方式依据公式(1 )从<formula>formula see original document page 13</formula>得出。依据该实施方式，确定对于一个频率范围的傅立叶变换Rl2 (Q)，并且至 少持续改变过滤器或相应的系数，直至傅立叶变换R,2 (Q)对于频率范围最小 化。依据本发明的该实施方式，对于傅立叶变换R,2 ( n)设置了可变阈值601 。 该阈值可以根据特定的信号情景来改变。然后当傅立叶变换R,2 (n)在一个频 率范围内低于阈值601时，通过适配过滤器或者系数的声源分离例如结束。由 此以优选的方式保证了两个振幅函数"(1 )和y2 ( 1 )或相应的信号根据情景 仍具有相关性的最小值。依据本发明，第一系数、第二系数、第三系数和/或者第四系数可以是多维 的。这些系数因此可以是标量的或者多维的，例如像系数向量、系数矩阵或者 具有相应多个标量分量的系数组。
权利要求
1. 一种用于处理助听器(1、2、3)中的至少一个第一输入信号(901、942、943)和一个第二输入信号(902、942、943)的方法，其中，为产生第一中间信号(911)而将该第一输入信号(901、942、943)利用至少一个第一系数进行过滤，为产生第二中间信号(912)而将该第一输入信号(901、942、943)利用至少一个第二系数进行过滤，为产生第三中间信号(913)而将该第二输入信号(902、942、943)利用至少一个第三系数进行过滤，以及为产生第四中间信号(914)而将该第二输入信号(902、942、943)利用至少一个第四系数进行过滤，为产生第一输出信号(921)而将该第一中间信号(911)和第三中间信号(913)相加，以及为产生第二输出信号(922)而将该第二中间信号(912)和第四中间信号(914)相加，将该第一输入信号(901、942、943)和第二输入信号(902、942、943)与一个特定的信号情景相对应，以及根据对应的特定信号情景改变至少一个系数。
2. 按权利要求1所述的方法，其中，确定所述第一输出信号(921)和第 二输出信号(922)的相关性，以及其中，根据该相关性改变至少一个系数。
3. 按权利要求2所述的方法，其中，根据对应的特定的信号情景来确定最 大相关性，以及根据该相关性改变至少一个系数，直至相关性与最大相关性相 应。
4. 按权利要求3所述的方法，其中，最大相关性小于0.5。
5. 按权利要求3所述的方法，其中，最大相关性小于0.2。
6. 按权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，为产生声音输出的输出 信号(930、 952、 953 )而对所述第一输出信号(921)和第二输出信号(922 ) 进行混合。
7. 按权利要求6所述的方法，其中，对所述输出信号(930、 952、 953 ) 进行放大。
8. 按权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，确定至少一个下列分类值单信号的数量，单信号的电平，单信号电平的分布，单信号的功率密度谱，输入信号的电平，以及其中，根据至少 一个分类值来进行特定信号情景的对应。
9. 按权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，预先确定所述特定的信 号情景。
10. 按权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述第一系数、第二 系数、第三系数和第四系数为多维的。
11. 一种用于处理助听器(1、 2、 3)中至少一个第一输入信号(901、 942、 943 )和一个第二输入信号(902、 942、 943 )的装置，其中，该装置包括第一过滤器(411)，用于过滤第一输入信号(901、 942、 943 )和产生第 一中间信号(911 );第二过滤器(412)，用于过滤第一输入信号(901、 942、 943 )和产生第 二中间信号(912);第三过滤器(413),用于过滤第二输入信号(卯2、 942、 943 )和产生第 三中间信号(913);第四过滤器(414)，用于过滤第二输入信号(902、 942、 943 )和产生第 四中间信号(914);第一加法单元(415),用于将第一中间信号(911)和第三中间信号(913) 相加以产生第一输出信号(921);第二加法单元(416),用于将第二中间信号(912)和第四中间信号(914) 相加以产生第二输出信号(922);分类单元(51 ),其将第一输入信号(901、 942、 943 )和第二输入信号(卯2、 942、 943 )与特定的信号情景相对应，并根据对应的特定信号情景来改变至少 一个过滤器(411、 412、 413、 414)。
12. 按权利要求11所述的装置，其中，具有相关性单元(61)，其确定所 述第一输出信号(921)和第二输出信号(922)的相关性，以及其中该相关性 单元(61)根据该相关性控制至少一个过滤器(411、 412、 413、 414)。
13. 按权利要求12所述的装置，其中，所述分类单元(51 )根据对应的特定信号情景确定最大相关性并控制至少一个过滤器(411、 412、 413、 414)，直 至该相关性相当于最大相关性。
14. 按权利要求11至13中任一项所述的装置，其中，具有混合单元(71 ), 其为产生声音输出的输出信号(930、 952、 953 )而将第一输出信号(921)和 第二输出信号(922 )相混合。
15. 按权利要求11至14中任一项所述的装置，其中，具有输出单元(180、 280、 380),其放大输出信号(930、 952、 953 )。
16. 按权利要求11至15中任一项所述的装置，其中，所述分类单元(51) 确定至少一个下列分类值单信号的数量，单信号的电平，单信号电平的分布，单信号的功率密度谱，输入信号的电平，以及根据至少一个分类值将所迷第一输入信号(901、 942、 9")和第二 输入信号(902、 942、 943 )与特定的信号情景相对应。
17. 按权利要求11至16中任一项所述的装置，其中，所述分类单元(M ) 具有其中存储特定的信号情景的存储单元(52)。
全文摘要
本发明涉及一种用于处理助听器中至少一个第一和一个第二输入信号的方法，其中，为产生中间信号而对输入信号进行过滤，将中间信号相加成输出信号，将输入信号与特定的信号情景相对应，并根据对应的特定信号情景来进行该过滤。
文档编号H04R5/04GK101287305SQ200710185788
公开日2008年10月15日 申请日期2007年10月10日 优先权日2006年10月10日
发明者亨宁·普德尔, 埃格哈特·费希尔, 安德烈·斯坦巴斯, 詹斯·海恩, 马赛厄斯·弗罗利赫 申请人:西门子测听技术有限责任公司