用于听力系统的空间滤波器组的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及构造成由用户佩戴的、包括环境声音输入单元、输出变换器和电路的听力系统，电路包括配置成将声音信号分在全空间的子空间中的空间滤波器组。
【背景技术】
[0002]听力系统如听力装置、双耳助听器、助听器等用于刺激用户的听觉，例如通过扬声器产生的声音、或通过附着到颅骨的振动器产生的骨导振动、或通过传播到耳蜗植入物的电极的电刺激。听力系统通常包括传声器、输出变换器、电路和电源。传声器接收声音并产生声音信号。声音信号由电路处理及处理后的声音(或振动或电刺激)由输出变换器产生以刺激用户的听觉。为改善用户的听觉体验，谱滤波器组可包括在电路中，其例如分析不同频带或在不同频带个别地处理声音信号并使能提高信噪比。在目前的许多助听器中，谱滤波器组通常联机运行。
[0003]通常，听力系统的用于接收进入的声音的传声器为全向传声器，意味着它们不区分声音方向。为提高用户的听力，波束形成器可包括在电路中。波束形成器通过抑制来自不同于波束形成器参数确定的方向的其它方向的声音而改善空间听觉。这样，信噪比可增加，因为主要是来自声源的声音如用户前面的声音被接收。通常，波束形成器将空间分为两个子空间，一个是声音从其接收的子空间，在另一子空间中声音被抑制，这导致空间听觉。
[0004]US 2003/0063759 Al公开了用于使信息信号波束成形的定向信号处理系统。该定向信号处理系统包括多个传声器、合成滤波器组、信号处理器、及具有分析滤波器组的过采样滤波器组。分析滤波器组配置成将来自传声器的多个时域信息信号变换为变换域的多个通道信号。信号处理器配置成处理分析滤波器组的输出以使信息信号波束成形。合成滤波器组配置成将信号处理器的输出变换为时域单一信息信号。
[0005]US 6,925, 189 BI公开了自适应产生输出波束的、包括多个传声器和处理器的装置。传声器从外部环境接收声能并产生多个传声器输出。处理器基于传声器输出产生多个一阶波束并例如通过比较一阶波束确定外部环境中的回响量。一阶波束在不同于其它通道的特定方向具有灵敏性。处理器还考虑确定的回响量自适应地产生二阶输出波束，例如通过自适应组合多个一阶波束或通过自适应组合传声器输出。
[0006]EP 2 568 719 Al公开了一种用于听力受损人员的可佩戴声音放大装置。该可佩戴声音放大装置包括第一耳机、第二耳机、第一声音收集器、第二声音收集器、及声音处理装置。第一和第二声音收集器中的每一个适于收集用户周围的声音及输出所收集的环境声音以由声音处理装置进行处理。声音处理装置包括用于使用分集技术如波束成形技术接收和处理第一和第二声音收集器收集的分集声音的声音处理手段。声音处理装置还包括随后通过第一和第二耳机之一或二者将音频输出输出给用户的手段。当用户头部相对于用户身体转动时，声音收集器适于跟随用户的头部运动。
【发明内容】
[0007]本发明的目标在于提供一种改进的听力系统。
[0008]该目标由构造成由用户佩戴的听力系统实现，其包括环境声音输入单元、输出变换器和电路。环境声音输入单元配置成从环境声音输入单元的环境接收声音并产生表示环境声音的声音信号。输出变换器配置成刺激用户的听觉。电路包括空间滤波器组。空间滤波器组配置成使用声音信号产生空间声音信号，其将环境声音的全空间分为子空间、形成子空间格局。每一空间声音信号表示来自相应子空间的声音。环境声音输入单元例如可包括一听力装置上的两个传声器、双耳听力系统中每一听力装置上一个传声器的组合、传声器阵列和/或配置成从环境接收声音的任何其它声音输入，其配置成从声音产生表示包括空间信息的环境声音的声音信号。空间信息可通过本领域已知的方法从声音信号得到，例如确定声音信号的互相关函数。在此空间意味着完整的环境，即用户的环境。子空间为空间的一部分及例如可以是分空间，例如用户周围的空间的按角度划分的一片(例如参见图2A-2E)。子空间可以但不必须形状和大小均一样，原则上可以是任何形状和大小(及相对于用户的任何位置)。同样，子空间不必须加在一起即填满全空间，而是可集中于用户周围的全空间的连续或离散分空间。
[0009]在本说明书中，特定“子空间格局”意为特定“子空间几何排列”，如由一个或多个子空间参数定义，其可包括下述之一或多个:特定子空间数量、各个子空间的特定大小(如截面积或体积)、各个子空间的特定形状(如球锥或圆柱体片)、各个子空间的位置、从(佩戴听力系统的)用户到与用户分开的空间点的形成拉长空间(如圆锥)的方向。特定子空间格局由上面提及的或本说明书别处提及的一个或多个子空间参数定义。
[0010]空间滤波器组还可配置成将声音信号分在全空间的子空间中从而产生空间声音信号。作为备选，电路还可配置成从声音信号产生全空间声音信号，及空间滤波器组可配置成将全空间声音信号分在全空间的子空间中从而产生空间声音信号。
[0011]本发明的一方面为改善的话音信号检测和/或目标信号检测，通过对相应的空间声音信号进行目标信号检测和/或话音活动检测而实现。假定目标信号存在于给定子空间中，该子空间的空间声音信号相较于包括全空间(即完整的用户环境)或其它子空间(不包括所涉及声源)的声音信号可具有改善的目标信号-噪声信号比。此外，几个声源如处于不同子空间中的讲话者的检测可通过在不同子空间中并行进行话音活动检测进行。本发明的另一方面为可估计声源的位置和/或方向。这使能选择子空间及对不同子空间执行不同的处理步骤，例如主要包括话音信号的子空间和主要包括噪声信号的子空间的不同处理。例如，专用降噪系统可用于增强来自声源方向的声音信号。本发明的另一方面在于用户的听觉可由表示某一子空间的空间声音信号刺激，例如用户后面、用户前面或用户侧面的子空间，例如在车厢内的情形下。空间声音信号可从多个空间声音信号选择，从而使能几乎立即从一子空间切换到另一子空间，当用户不得不首先转到声源方向或聚焦在声源子空间上时，在会话时防止可能错过句子的开始。本发明的又一方面为改善的反馈嘯声检测。本发明使能在下面两个情形之间进行改善的区分:i)反馈嘯声；&ii)外部信号，如小提琴演奏，其产生与反馈嘯声类似的声音信号。空间滤波器组使能利用反馈嘯声趋于从特定子空间或方向出现的事实，从而嘯声和小提琴演奏之间的空间差异可用于改善嘯声检测。
[0012]听力系统优选为配置成刺激听力受损用户的听觉的助听器。听力系统也可以是包括两个助听器的双耳听力系统，用户的每只耳朵各一个。在双耳听力系统的优选实施例中，相应环境声音输入的声音信号在双耳听力系统的两个助听器之间无线传输。在该情形下，空间滤波器组可具有更好的分辨率，因为更多的声音信号可由空间滤波器组处理，例如来自每一助听器中的两个传声器的四个声音信号。在双耳听力系统的备选实施例中，检测决定如话音信号检测和/或目标信号检测或其潜在的统计数据如信噪比(SNR)在双耳听力系统的助听器之间传输。在该情形下，相应助听器的分辨率可通过根据另一助听器接收的信息使用相应助听器的声音信号而得以改善。使用另一助听器的信息代替传输和接收完整的声音信号降低比特率和/或电池使用方面的计算需求。
[0013]在优选实施例中，空间滤波器组包括至少一波束形成器。优选地，空间滤波器组包括可以彼此并行运行的几个波束形成器。每一波束形成器优选配置成通过产生空间声音信号即波束处理声音信号，其表不来自相应子空间的声音。在本说明书中，波束为从例如两个以上传声器产生的声音信号的组合。波束可理解为通过将两个以上传声器组合为单一定向传声器而产生的声音信号。传声器的组合产生称为波束图的定向响应。波束形成器的相应波束图对应于相应子空间。子空间优选为圆柱体扇区，也可以是球体、圆柱体、棱锥、十二面体或其他使能将空间分为子空间的几何结构。子空间优选加在一起即为全空间，意味着子空间完全填满全空间及没有重叠，即波束图“总计为1”，其优选在标准谱完美重建滤波器组中进行。向总计的子空间添加相应子空间也可超过全空间或占用比全空间小的空间，意味着在子空间之间有真空区和/或有子空间重叠。子空间可不同地间隔开。优选地，子空间等距间隔开。
[0014]在一实施例中，电路包括话音活动检测单元。话音活动检测单元优选配置成确定相应空间声音信号中是否存在话音信号。话音活动检测单元优选具有至少两个检测模式。在二元模式下，话音活动检测单元配置成在空间声音信号中“存在话音”或“不存在话音”之间进行二元决定。在连续模式下，话音活动检测单元配置成估计在空间声音信号中存在话音信号的概率，即O和I之间的数。话音活动检测单元也可应用于一个或多个声音信号或环境声音输入产生的全空间声音信号。通过话音活动检测单元检测声音信号中是否存在话音信号可通过本领域已知的方法进行，如通过使用装置检测声音信号和/或空间声音信号中是否存在谐波结构和同步能量。谐波结构和同步能量标示话音信号，因为嘯声具有由基音和在高于基音的频率同步的多个谐波组成的独特特性。话音活动检测单元可配置成连续检测声音信号和/或空间声音信号中是否存在话音信号。电路优选包括声音参数确定单元，其配置成确定声音信号和/或空间声音信号的声音电平和/或信噪比和/或声音信号和/或空间声音信号的声音电平和/或信噪比是否高于预定阈值。话音活动检测单元可配置成仅在声音信号和/或空间声音信号的声音电平和/或信噪比高于预定阈值时确定声音信号和/或空间声音信号中是否存在话音信号时启动。话音活动检测单元和/或声音参数确定单元可以是电路中的单元或在电路中执行的算法。
[0015]在一实施例中，电路包括噪声检测单元。噪声检测单元优选配置成确定相应空间声音信号中是否存在噪声信号。在实施例中，噪声检测单元适于估计在特定时间点(如各个频带中)的噪声电平。噪声检测单元优选具有至少两个检测模式。在二元模式下，噪声检测单元配置成在空间声音信号中“存在噪声”或“不存在噪声”之间进行二元决定。在连续模式下，噪声检测单元配置成估计空间声音信号中存在噪声信号的概率，即O和I之间的数和/或估计噪声信号，例如通过从空间声音信号去除话音信号分量。噪声检测单元也可应用于一个或多个声音信号和/或环境声音输入产生的全空间声音信号。噪声检测单元可安排在空间滤波器组、波束形成器、话音活动检测单元和/或声音参数确定单元的下游。优选地，噪声检测单元安排在话音活动检测单元的下游并配置成确定相应空间声音信号中是否存在噪声信号。噪声检测单元可以是电路中的单元或电路中执行的算法。
[0016]在优选实施例中，电路包括控制单元。控制单元优选配置成根据话音活动检测单元、声音参数确定单元和/或噪声检测单元的结果自适应调节子空间参数(定义子空间格局)如子空间的延伸、数量和/或位置坐标。子空间延伸的调节使能调节子空间的形状或大小。子空间数量的调节使能调节灵敏度、各自的分辨率因而也调节听力系统的计算需求。调节子空间的位置坐标使能增加某一位置坐标或方向的灵敏度，同时降低其它位置坐标或方向的灵敏度。控制单元例如可增加子空间的数量及减小包括话音信号的子空间的位置坐标附近的子空间的延伸，及减少子空间的数量并增大具有噪声信号的子空间的位置坐标附近的子空间延伸，在没有声音信号或具有其声音电平和/或信噪比低于预定阈值的声音信号时。这对于听觉体验是有利的，因为用户在某一感兴趣方向获得更好的空间分辨率，而其它方向暂时不太重要。在听力系统