具有频率无掩蔽的双耳助听器的制造方法
【专利摘要】提供了具有频率无掩蔽的双耳助听器。心的双耳助听器系统使用新的方法补偿听觉受损用户的理解在噪声中的语音的能力的丧失，该新的方法包括步骤：响应于声音而提供至少一个麦克风音频信号（18，20），并且基于至少一个麦克风音频信号（18，20）来提供目标信号（26）和噪声信号（30）中的一个的估计，以下述方式频率修改目标信号（26）和噪声信号（30）的估计中的至少一个：修改的目标信号（26）的估计和噪声信号（30）的估计基本上驻留在不同的频带中，并且向双耳助听器系统（10）的用户的耳鼓中的一个发送修改的目标信号的估计，并且向用户的耳鼓中的另一个发送修改的噪声信号的估计。
【专利说明】具有频率无掩蔽的双耳助听器
【技术领域】
[0001]提供了一种新的双耳助听器系统，该系统补偿听觉受损用户的理解在噪声中的语音的能力的丧失。
【背景技术】
[0002]听觉受损的个人经常经历至少两个明显的问题:听觉损失，这是在听觉阈值水平上的增大；以及与正常听觉的个人相比较的用于理解在噪声中的高水平语音的能力的丧失。对于大多数听觉受损的病人，在噪声中的语音可懂度测试中的表现比正常听觉的人差，即使通过放大来恢复进入的声音的可听性。个人的语音接收阈值(SRT)是用于在噪声中的听觉测试中获得50%的正确的词识别而在所呈现的信号中需要的信噪比。
[0003]使用多通道放大和压缩信号处理的今天的数字助听器对于听觉受损的个人可以容易地恢复放大声音的可听性。因此通过使得先前不可听的语音线索可听，可以改善病人的听觉能力。
[0004]用于理解在噪声中的语音的能力的丧失是今天大多数助听器用户的最重要的问题。在听觉仪器中提高SRT的传统方式是应用波束形成或频谱减少技术。
[0005]在第一种情况下，固定或自适应的、与多个滤波器组合的至少一个麦克风用于增强来自假定的目标方向的信号，并且同时抑制所有其他信号。
[0006]在频谱减少技术中，目标是建立长期噪声频谱的估计，并且降低其中瞬时目标信号功率低于长期噪声功率的频带中的增益。即使这些方法从技术视点看非常不同，但是它们仍然具有公共的目标；增强目标信号并且去除噪声干扰。
[0007]这些方法不能考虑收听者的意愿，并且可能去除收听者试图关注的音频信号的部分。
【发明内容】
[0008]下面，公开了目标信号的增强的新的和发明性的方法。该新方法利用集中在目标信号上的人的听觉系统的能力。也公开了一种使用该新方法的新的和发明性的双耳助听器系统。
[0009]贯穿本公开，目标信号是表示人期望收听的声音的信号。
[0010]语音、音乐和声音从性质上看是目标信号的示例。
[0011]贯穿本公开，掩蔽信号也是表示声音的信号；然而，该声音是人感知到以不期望的方式与目标信号干扰的声音，该不期望的方式例如使得人难以理解或欣赏目标信号。
[0012]所述掩蔽信号可以是背景语音、饭馆的嘈杂声、音乐(当语音是目标信号时)、交通
噪声等。
[0013]在较大程度上通过在听觉系统中的双耳处理来促进收听复杂的声场。因为耳廓、外耳、头部和躯干的衍射效果并且因为在回响环境中的反射效果，线索被提供到声场，并且对于给定的对象是高度个性化的。[0014]在双耳处理中的最重要的线索是耳间的时间差(ITD)和耳间的电平差(ILD)。ITD源自在源到两耳的距离上的差别。该线索直到大约1.5kHz主要有益，并且大于这个频率，听觉系统不再能够解决ITD线索。
[0015]电平差是衍射的结果，并且通过耳部与源相比较的相对位置确定。该线索在2kHz以上占优势，但是听觉系统对于在整个频谱上的ILD上的改变同等地敏感。
[0016]已经争论的是，听觉受损对象最受益于ITD线索，因为听觉损失趋向于在低频中更不严重。
[0017]在新的双耳助听器中，通过在不同的频带中向双耳助听器的用户的耳鼓输出目标信号和掩蔽信号来提高语音可懂度。
[0018]以这种方式，通过将信号分离为不同的频带来降低因为目标信号和掩蔽信号的同时存在导致的能量掩蔽。
[0019]已经示出，对于作为目标信号的语言和作为掩蔽信号的高斯噪声，可以对于具有正常听觉的收听者获得15dB的SRT的改善，并且对于听觉受损的收听者获得大约IOdB的SRT的改善。
[0020]在不去除信号的一部分的情况下获得该改善；而是，以下述方式向用户的耳鼓呈现目标和掩蔽信号:用户的听觉系统的听觉系统可以执行自然的噪声减小，并且将目标信号与掩蔽信号分离。
[0021]因此，提供了一种新的助听器，包括:
[0022]至少一个麦克风，用于响应于在所述至少一个麦克风处接收的声音而提供至少一个麦克风音频信号，
[0023]信号分离单元，其被配置为基于所述至少一个麦克风音频信号来提供目标信号和掩蔽信号的估计，
[0024]频率修改单元，其被配置为修改所述目标信号和所述掩蔽信号的估计中的至少一个的频率含量，使得在被所述频率修改单元处理时，基本在不同的频带中输出所估计的目标信号和所估计的掩蔽信号，
[0025]接收器，用于将被所述频率修改单元修改和输出的所述目标信号的估计和所述掩蔽信号的估计的组合转换为要向所述双耳助听器系统的用户的耳部中的一个发送的声学信号。
[0026]在一个实施例中，当例如在助听器的频带的超过51%中的在频带的多数中并且在例如时间的超过51%的时间的大部分中，在频带中的一个中的例如目标信号的信号中的一个和在频带中的另一个中的例如掩蔽信号的信号中的另一个具有小于另一个信号的信号电平的20%的信号电平，诸如小于另一个信号的信号电平的15%，优选地小于另一个信号的信号电平的10%，更优选地小于另一个信号的信号电平的5%，最优选地小于另一个信号的信号电平的1%时，认为两个信号基本在所述助听器的不同的频带中被输出。
[0027]该信号电平可以是在预定时间段中限定的RMS值、峰值、平均幅度值等。
[0028]所述新的助听器可以构成新的双耳助听器系统的第一助听器，所述新的双耳助听器系统进一步具有第二助听器，所述第二助听器包括至少一个麦克风，所述至少一个麦克风用于响应于在所述至少一个麦克风处接收的声音来提供相应的至少一个麦克风音频信号，并且其中[0029]在所述第二助听器中的收发器被连接为用于向所述第一助听器发送表示所述至少一个麦克风音频信号的信号，并且其中
[0030]在所述第一助听器中的收发器被连接为用于接收表示所述第二助听器的所述至少一个麦克风音频信号的信号，并且其中
[0031]所述信号分离单元被配置为基于所述第一和第二助听器的所述至少一个麦克风音频信号来提供所述目标信号的估计和所述掩蔽信号的估计。
[0032]而且，提供了一种新的和发明性的方法，包括步骤:
[0033]响应于声音而提供至少一个麦克风音频信号，并且
[0034]基于所述至少一个音频信号来提供目标信号和掩蔽信号的估计，
[0035]以经修改的所述目标信号的估计和所述掩蔽信号的估计基本驻留在不同频带中的方式来对所述目标信号的估计和所述掩蔽信号的估计中的至少一个进行频率修改，以及
[0036]向人的耳鼓中的一个发送经修改的所述目标信号的估计和所述掩蔽信号的估计的组合。
[0037]所述频率修改单元可以被配置为将所述目标信号的估计和所述掩蔽信号的估计中的一个频移到其中所述目标信号的估计和所述掩蔽信号的估计中的另一个基本不存在的频率区域。
[0038]进一步或替选地，所述频率修改单元可以被配置为分别确定所述目标信号的估计和所述掩蔽信号的估计的音高(Pitch)和泛音，并且频移所述目标信号的估计和所述掩蔽信号的估计中的一个，使得所述频移的信号的音高和泛音驻留在另一个信号的相应音高和泛音之间。
[0039]进一步或替选地，所述频率修改单元可以包括滤波器组，并且所述频率修改单元可以被配置为利用被分配给所述目标信号的估计的频带过滤所述目标信号的估计，并且利用被分配给所述掩蔽信号的估计的其他频带过滤所述掩蔽信号的估计。
[0040]所述滤波器组可以被调谐到意欲用户的听觉滤波器。
[0041]也已经示出，操纵目标信号和掩蔽信号的相对耳间相位和电平可以显著地改善语音可懂度，所述目标信号即收听者期望收听的信号，所述掩蔽信号即收听者感知为干扰的信号。看起来好象听觉系统确实被适配来分离具有不同ITD和ILD编码的信号，以执行自然类型的掩蔽减小，以便利关注所述目标信号。
[0042]已经发现，如果在两耳中所述目标信号反相地呈现，S卩，相移180°，而掩蔽信号同相地呈现，则与当两个信号在两耳中同相呈现时相比较可以实现13dB的双耳掩蔽电平差(BMLD)的增大。取决于掩蔽信号的类型，能够实现BMLD的20dB的改善。
[0043]其中掩蔽信号异相地呈现并且目标信号同相地呈现的相反情况产生略低的性能。
[0044]因此，所述频率修改单元也可以被配置为相对于所述掩蔽信号的估计相移所述目标信号的估计。
[0045]以这种方式，进一步改善了用户理解在噪声的语音的能力。
[0046]例如，如果目标信号被指定为S并且掩蔽信号被指定为N，则进入的声音信号是S+N。基于声音信号S+N，估计目标信号S，并且将所述估计表示为ES。将所述掩蔽信号的估计指定为EN，并且可以通过从所述声音信号S+N减去所述估计ES来确定EN。
[0047]下面，S、N、ES、EN指定在所述频率修改单元中的频率修改前的信号中的每一个或频率修改后的信号中的每一个。
[0048]通过从进入的信号S+N减去两次ES，结果是:S+N-ES_ES，所述目标信号的估计ES可以相对于所述掩蔽信号的估计EN相移180°。因为ES近似等于S，所以相减的结果近似是:N-ES，其近似等于-ES+EN，即所述目标信号的估计ES已经相对于所述掩蔽信号的估计相移基本上180°。可以在所述频率修改单元中的频率修改之前或之后执行这个操作。
[0049]应当注意，不要求精确的或近似的180°的相移以便获得SRT的显著改善；而是，利用在诸如150° -210°的135° -225°的范围中的相移来获得这样的改善。
[0050]现在，可以向用户的一个耳朵呈现原始信号S+N，并且，可以向另一个耳朵呈现相移的信号N-ES，或更精确地S+N-2ES，以如上公开改善BMLD和SRT。
[0051 ] 替选地，可以估计目标信号S和掩蔽信号N两者，并且可以向用户的一个耳朵呈现估计ES+EN的和，并且，可以向另一个耳朵呈现相移的和-ES+EN，以如上公开改善BMLD和SRT。可以在所述频率修改单元中的频率修改之前或之后执行这个操作。
[0052]所述目标信号S和所述掩蔽信号可以被交换，使得所述掩蔽信号估计被相移，而不是所述目标信号，以如上公开改善BMLD和SRT ;然而，与相移所述目标信号S相比较降低了性能。
[0053]贯穿本公开，当一个信号是另一个信号的函数时认为所述一个信号表示所述另一个信号，例如，可以通过所述另一个信号的模数转换或数模转换来形成所述一个信号；或者，可以通过从另一个声学信号向电子信号的转换或反之亦然来形成所述一个信号；或者，可以通过模拟或数字滤波或混合所述另一个信号来形成所述一个信号；或者，可以通过所述另一个向的诸如频率变换等的变换来形成所述一个信号；等等。
[0054]而且，例如在信号处理器中的由特定电路处理的信号可以通过可以用于识别形成从所讨论的信号的源到所讨论的例如信号处理器的电路的输入的信号路径的一部分的任何模拟或数字信号的名称来识别。例如，麦克风的输出信号(即麦克风音频信号)可以用于识别形成从所述麦克风的输出至其到所述信号处理器的输入的信号路径的一部分的任何模拟或数字信号，所述模拟或数字信号包括预处理的麦克风音频信号。
[0055]所述至少一个麦克风可以由单个麦克风构成；然而，优选的是，所述至少一个麦克风包括单个麦克风，例如多个麦克风，诸如两个麦克风。所述至少一个麦克风可以具有超过两个麦克风，以改善目标信号和掩蔽信号的分离。
[0056]为了改善信号增强，所述第二助听器也可以包括至少一个麦克风，用于响应于在相应的麦克风处接收的声音来提供麦克风音频信号。在该情况下，所述第一助听器的所述收发器被连接为用于接收表示所述第二助听器的所述麦克风音频信号的信号，并且所述信号分离单元被配置为基于所述第一和第二助听器的所述音频信号来提供所述目标信号的估计和所述掩蔽信号的估计。
[0057]优选的是，所述频率修改单元以相移来相对于所述掩蔽信号的估计相移所述目标信号的估计，所述相移的范围是从150°至210°，更优选的是，所述相移近似等于180°，并且最优选的是等于180°。
[0058]作为相移函数的SRT的改善在180°具有最大值；然而，所述函数是具有平坦的最大值的正弦形状的，使得通过范围从150°至210°的相移获得的改善接近最大改善。因此，相移不必精确地是180°，但是优选地具有在范围从135°至225°内、更优选地从150。至210。的值。
[0059]优选的是，在用户的两耳以相反相位，即相对于彼此180°相移地呈现所述目标估计，而在用户的两耳处同相地呈现掩蔽信号估计。
[0060]所述信号分离单元可以被配置为基于在噪声减小的领域中公知的音频信号的频谱特性来提供估计。然而，根据所述新的方法，在向用户呈现的输出中不抑制所述掩蔽信号估计；而是，以如上公开改善用户的SRT的方式向用户呈现目标估计和掩蔽信号估计。
[0061]所述信号分离单元可以被配置为基于在噪声减小的领域中公知的音频信号的统计特性来提供估计。然而，根据所述新的方法，在向用户呈现的输出中不抑制所述掩蔽信号估计；而是，以改善用户的SRT的方式向用户呈现目标估计和掩蔽信号估计。
[0062]所述信号分离单元可以包括波束形成器，并且所述波束形成器可以被配置为基于所述第一和第二助听器的所述麦克风音频信号来提供所述估计。所述信号分离单元的所述波束形成器与传统的波束形成器不同在于:在向用户呈现的输出中不抑制所述掩蔽信号估计；而是，以改善用户的SRT的方式向用户呈现目标估计和掩蔽信号估计。
[0063]所述波束形成器将由多个麦克风输出的麦克风音频信号组合为对于在相对于多个麦克风的不同方向上的声源具有不同的灵敏度的目标信号。贯穿本公开，作为方向的函数的变化的灵敏度的曲线被表示为方向图。通常，方向图具有其中麦克风信号基本相互抵消的至少一个方向。贯穿本公开，这样的方向被表不为空方向。方向图可以根据所述多个麦克风中的麦克风的数量并且根据信号处理而包括几个空方向。
[0064]所述波束形成器可以是具有相对于用户的头部固定的方向图的固定波束形成器。所述波束形成器可以例如基于至少两个麦克风，所述至少两个麦克风具有在用户的前向，即，用户的向前看的方向具有最大值并且在相反方向上、即用户的后向上具有空值的方向图。
[0065]所述波束形成器可以基于超过两个麦克风，并且可以包括使用无线或有线通信技术的两个助听器的麦克风。在麦克风之间增大的距离可以被利用来形成具有窄的波束的方向图，用于提供目标估计与掩蔽信号估计的改善的空间分离。所述波束形成器的传统输出可以被用作目标估计，并且可以通过从多个麦克风中的一个麦克风的麦克风音频信号减去目标估计来提供所述掩蔽信号估计。
[0066]当双耳助听器系统的两个助听器的麦克风与所述波束形成器合作时，必须基本上同步地米样相应的麦克风信号。在两个助听器中的相应麦克风信号的米样时刻之间的小达20-30微秒的时移可以导致在波束方向上的可感知的移位。而且，如果异步地操作助听器而不可避免地出现的、在相应的麦克风信号的采样时刻之间的缓慢地时间变化的时移将导致看起来漂移并且聚焦在交替方向上的声音波束。
[0067]因此，双耳助听器系统的助听器可以被同步，如例如在W002/07479中更详细地公开的。
[0068]所述波束形成器可以包括自适应滤波器，所述自适应滤波器被配置为过滤相应的麦克风音频信号，并且将用于自适应波束形成的相应的滤波器系数适应于声源。例如，所述波束形成器可以被适配来优化信噪比。
[0069]可适配的波束形成器使得有可能在助听器系统的用户在移动的同时聚焦在移动声源或聚焦在不移动的声源。而且，可适配的波束形成器能够适应于在声音环境中的改变，诸如新声源的出现、掩蔽信号或噪声源的消失、或掩蔽信号或噪声源相对于助听器系统的用户的移动。
[0070]可以在在至少一个麦克风处接收的信号可以被建模为来自预定目标方向的目标信号加上掩蔽或噪声的组合的假定下设计自适应波束形成器:
[0071]Yi (n) = hj (n) *s (n) +Vi (η)
[0072]其中Λ (η)是从发射信号s (η)的源到第i个麦克风的声音传播的脉冲响应，并且Vi (η)是在同一麦克风处的掩蔽信号。所述掩蔽信号可以由方向噪声和诸如扩散噪声或多路重合噪声的其他类型的噪声构成。
[0073]可以通过解决下面的优化问题来自适应地确定滤波器系数:
【权利要求】
1.一种助听器(10)，包括: 至少一个麦克风(14，16)，用于响应于在所述至少一个麦克风(14，16)处接收的声音而提供至少一个麦克风音频信号(18，20)， 信号分离单元(12)，被配置为基于所述至少一个麦克风音频信号(18，20)来提供目标信号(26)的估计和掩蔽信号(30)的估计， 频率修改单元(52)，被配置为修改所述目标信号(26)和所述掩蔽信号(30)的估计中的至少一个的频率含量，使得在通过所述频率修改单元(52)的处理时，基本上在不同的频带中输出所估计的目标信号(26)和所估计的掩蔽信号(30)， 接收器(48)，用于将被所述频率修改单元(52)修改和输出的所述目标信号(26)的估计和所述掩蔽信号(30)的估计的组合转换为要向所述双耳助听器系统(10)的用户的耳鼓中的一个发送的声学信号。
2.—种双耳助听器系统(10)，包括: 根据权利要求1所述的第一助听器(10A)，以及 第二助听器(10B)，包括至少一个麦克风(14B, 16B)，用于响应于在所述至少一个麦克风(14B, 16B)处接收的声音而提供相应的至少一个麦克风音频信号(18B, 20B),并且其中在所述第二助听器(IOB)中的收发器(36B)被连接为用于向所述第一助听器(IOA)发送表不所述至少一个麦克风音频信号(18B, 20B)的信号，并且其中 在所述第一助听器(IOA)中的收发器(36)被连接为用于接收表示所述第二助听器(10B)的所述至少一个麦克风音频信号(14B, 16B)的信号，并且其中· 所述信号分离单元(12)被配置为基于所述第一和第二助听器(10A，10B)的所述至少一个麦克风音频信号(18，20，18B, 20B)来提供所述目标信号(26)的估计和所述掩蔽信号(30)的估计。
3.根据权利要求1或2所述的双耳助听器系统(10)，其中，所述频率修改单元(52)被配置为: 将所述目标信号(26)的估计和所述掩蔽信号(30)的估计中的一个频移到其中基本上不存在所述目标信号(26)的估计和所述掩蔽信号(30)的估计中的另一个的频率区域内。
4.根据权利要求1或2所述的双耳助听器系统(10)，其中，所述频率修改单元(52)被配置为: 分别确定所述目标信号(26)的估计和所述掩蔽信号(30)的估计的音高和泛音，并且频移所述目标信号(26)的估计和所述掩蔽信号(30)的估计中的一个，使得所频移的信号的音高和泛音驻留在另一个信号的相应音高和泛音之间。
5.根据权利要求1或2所述的双耳助听器系统(10)，其中，所述频率修改单元(52)包括: 滤波器组，并且其中，所述频率修改单元(52)被配置为利用被分配给所述目标信号(26)的估计的频带过滤所述目标信号(26)的估计，并且 利用被分配给所述掩蔽信号(30)的估计的其他频带过滤所述掩蔽信号(30)的估计。
6.根据权利要求5所述的双耳助听器系统(10)，其中，所述滤波器组被调谐到意欲用户的听觉滤波器。
7.根据在前的权利要求的任何一项所述的双耳助听器系统(10)，进一步包括:相移电路(54)，被配置为将所述目标信号(26)的估计和所述掩蔽信号(30)的估计中的一个相对于所述目标信号(26)的估计和所述掩蔽信号(30)的估计中的另一个相移。
8.根据在前的权利要求的任何一项所述的双耳助听器系统(10)，其中，所述信号分离单元(12)被配置为基于所述音频信号的频谱特性来提供所述估计。
9.根据在前的权利要求的任何一项所述的双耳助听器系统(10)，其中，所述信号分离单元(12)被配置为基于所述音频信号的统计特性来提供所述估计。
10.根据在前的权利要求的任何一项所述的双耳助听器系统(10)，其中，所述信号分离单元(12)包括波束形成器。
11.根据权利要求2和10所述的双耳助听器系统(10)，其中，所述波束形成器被配置为基于所述第一和第二助听器(10A，10B)的麦克风音频信号(18，20，18B, 20B)来提供所述估计。
12.根据权利要求10或11所述的双耳助听器系统(10)，其中，所述波束形成器包括自适应滤波器，所述自适应滤波器被配置为过滤相应的麦克风音频信号，并且将相应的滤波器系数适配为最小化所述滤波器的输出信号的和。
13.—种在助听器(10)中的信号增强的方法，所述方法包括步骤: 响应于声音而提供至少一个麦克风音频信号(18，20)，以及 基于所述至少一个音频信号(18，20)来提供目标信号(26)的估计和掩蔽信号(30)的估计， 以下述方式频率修改所述目标信号(26)的估计和所述掩蔽信号(30)的估计中的至少一个:在修改后，所述目标信号(26)的估计和所述掩蔽信号(30)的估计基本上驻留在不同的频带中，以及 向所述助听器(10)的用户的耳鼓中的一个发送在修改后的所述目标信号(26)的估计和所述掩蔽信号(30)的估计的组合。
14.根据权利要求13所述的信号增强的方法，包括步骤: 响应于在双耳接收的声音而在用户的双耳处提供至少一个麦克风音频信号(18，20，18B，20B)，以及 基于在双耳处的所述麦克风音频信号(18，20，18B, 20B)来提供所述目标信号(26)和所述掩蔽信号(30)中的一个的估计。
15.根据权利要求13或14的任何一项所述的信号增强的方法，包括步骤:基于所述麦克风首频?目号来波束形成。
16.根据权利要求14所述的信号增强的方法，包括步骤:通过将相应的滤波器系数适配为最小化自适应滤波的输出信号的和来自适应滤波所述麦克风音频信号。
17.根据权利要求13-16的任何一项所述的双耳信号增强的方法，进一步包括步骤: 将所述目标信号(26)的估计和所述掩蔽信号(30)的估计中的一个相对于所述目标信号(26)的估计和所述掩蔽信号(30)的估计中的另一个相移。
【文档编号】H04R25/00GK103546849SQ201210593890
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年12月31日 优先权日:2011年12月30日
【发明者】卡尔-弗雷德里克·约翰·格兰, 安德鲁·伯克·迪特贝尔纳 申请人:Gn瑞声达A/S