包括gsc波束形成器的听力装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本申请设及自适应波束形成。本发明具体设及包括自适应波束形成器的听力装 置，尤其设及广义旁瓣相消器结构（GSC)。
[0002] 本申请还设及听力装置的运行方法及包括处理器和程序代码的数据处理系统，程 序代码使得处理器执行本发明方法的至少部分步骤。
[0003] 本发明的实施例如可用在下述应用中：助听器、头戴式耳机、耳麦、有源耳朵保护 系统、或其组合、免提电话系统（如汽车音频系统）、移动电话、远程会议系统、广播系统、卡 拉OK系统、教室放大系统等。
【背景技术】
[0004] 在助听器应用中，传声器阵列通常放置成靠近助听器用户的耳朵W确保该阵 列拾取大多数现实声音信号进行自然声音感知。因此，从目标声源到各个传声器（m= 1，2,…，M)的传递函数dm似随助听器用户不同而变化，其中k为频率指数。视向量d(k) 定义为d化）=[di化)，...，dw化)]T。
[0005] 在实际应用中，视向量d化）未知，其必须进行估计。运通常在具有安装在头部-躯 干模拟器上的助听器的录音室中在校准程序进行。此外，波束形成器系数基于视向量d(k) 的估计量cUt(k)进行构建。
[0006] 由于使用视向量估计量cUt(k)而不是(Kk)，目标消除波束形成器在视向不具有 完美的零值，其具有有限的衰减（如10-30地级）。该现象使GSC能无意地衰减目标源信号 同时使GSC输出信号e化，n)最小化。
【发明内容】
[0007] 在本发明中，分别使用粗体的小写和大写字母强调列向量和矩阵。转置、厄米转置 和复共辆分别通过上标T、H和*进行标记。
[0008] 本申请的目标在于提供改进的听力装置。本申请的另一目标在于提高包括广义旁 瓣相消器结构的定向系统的性能。
[0009] 本申请的目标由所附权利要求限定的及下面描述的发明实现。
[0010] 听力装晉
[0011] 一方面，本申请的目标由一种听力装置实现，其包括：
[0012] -用于在听力装置的环境中从包括目标声源的声场拾取声音的传声器阵列，该传 声器阵列包括用于拾取听力装置周围的声场的每一版本并提供M个电输入信号的多个（M 个）传声器，视向量d(k)定义为包括元素dm化）的M维向量，m= 1，2,…，M，第m个元素 dm化）定义从目标信号源到第m个传声器的声传递函数或者从第m个（输入）传声器到参 考传声器的相对声传递函数，其中k为频率指数；
[0013] -视向量单元，用于提供（当前相应）目标声源的视向量d(k)的估计量destOO;
[0014] -广义旁瓣相消器，用于提供来自目标声源的目标信号s(k，n)的估计量e化，n)， 其中n为时间指数，目标方向为从听力装置到目标声源的方向，广义旁瓣相消器包括：
[0015] --全通波束形成器，配置成保持来自所有方向的所有信号分量不衰减并提供全通 信号y。化，n);及
[0016] --目标消除波束形成器，配置成最大程度地衰减来自目标方向的信号分量并提供 目标消除的信号向量yb化，n)，其中Yb化，n) = [yb,i化，n)，…，yb,M1化，n)]T，及yb,i化，n)为 第i个目标消除的信号；
[0017] --换算单元，用于产生应用于目标消除的信号向量yb化，n)的换算向量Mk,n)并 提供换算后的目标消除的信号y。也n);
[001引一组合单元，用于从全通信号y。也n)减去换算后的目标消除的信号y。也n)，从 而提供目标信号S也n)的估计量e也n);
[0019] 其中来自传声器阵列的M个电输入信号和视向量单元连接到广义旁瓣相消器，其 中换算单元配置成使得换算向量h也n)根据全通信号y。也n)的能量和目标消除的信号 yb,i也n)的能量之间的差A1也n)生成，其中i为从1到M-I的指数。
[0020] 从而，针对GSC波束形成器的非理想性提供计算上简单的解决方案。另一优点在 于在输出信号中不会引入非自然信号。
[0021] 在实施例中，来自传声器阵列的M个电输入信号连接到广义旁瓣相消器（例如参 见图1A、IB中的GSC单元）。M个电输入信号优选用作广义旁瓣相消器的输入（如图1A-1D 中所示）。在实施例中，视向量单元（例如参见图IB中的LVU单元）连接到广义旁瓣相消 器。视向量单元提供（当前相应）目标声源的视向量d(k)的估计量cUt(k)。视向量的估 计量通常用作广义旁瓣相消器的输入。广义旁瓣相消器处理来自传声器阵列的M个电输入 信号并提供表示在M个电输入信号中的来自目标声源的目标信号S的估计量e(基于M个 电输入信号和视向量的估计量，可能基于另外的控制或传感器信号）。（当前相应）目标声 源例如可由用户选择，例如经用户接口或通过看向前述声源的方向。作为备选，其可通过自 动程序进行选择，例如基于潜在的目标声源的现有知识（如频率含量信息、调制等）。
[0022] 在实施例中，目标信号的特性（如空间指纹）由视向量d也m)表示，其元素（i= 1，2,…，M)定义从目标信号源到M个输入单元（如输入变换器，例如传声器）中的每一个 的（随频率和时间而变的）绝对声学传递函数，或者从第i个输入单元到参考输入单元的 相对声学传递函数。视向量d(k，m)为M维向量，第i个元素di(k，m)定义从目标信号源到 第i个输入单元（如传声器）的声学传递函数。作为备选，第i个元素di也m)定义从第 i个输入单元到参考输入单元（ref)的相对声学传递函数。对于特定频率化）和时间单位 (m)，向量元素di也m)通常为复数。在实施例中，视向量预先确定，例如在离线程序中进行 测量（或理论上确定）或者在使用之前或期间进行估计。在实施例中，视向量在离线校准 程序中进行估计。如果目标源在相较于输入单元的固定位置（或方向）处，例如如果目标 源（假定）在相对于用户（如用户前方）的特定位置（或方向）（即相对于输入单元位于 其中的装置（由用户佩戴或携带）），运将会很适宜。
[0023] 总的来说，假定"目标声源"（等同于"目标信号源"）提供"目标信号"。
[0024]应当理解，全通波束形成器配置成在所得的全通信号y。化，n)中保持来自（M个电 输入信号的）所有方向的所有信号分量不被衰减。同样，应当理解，目标消除波束形成器配 置成在所得的目标消除的信号向量yb也n)中最大程度地衰减来自（M个电输入信号的）目 标方向的信号分量。
[0025] 在实施例中，听力装置包括话音活动检测器，用于在特定时间点估计声音信号中 是否存在人话音。在实施例中，话音活动检测器适于在特定时间点估计声音信号中是否存 在特定频率的人话音。运具有使能在分别（估计）存在噪声或语音的时间段期间确定与噪 声或语音有关的参数的优点。在本说明书中，话音信号包括来自人类的语音信号。其还可 包括由人类语音系统产生的其它形式的发声（如唱歌）。在实施例中，话音活动检测器单元 适于将用户当前的声环境分类为"话音"或"无话音"环境。运具有下述优点：包括用户环 境中的人发声（如语音）的电传声器信号的时间段可被识别，因而与仅包括其它声源（如 自然或人工产生的噪声）的时间段分离。在实施例中，话音活动检测器适于将用户自己的 话音也检测为"话音"。作为备选，话音活动检测器适于从"话音"的检测排除用户自己的 话音。在实施例中，听力装置包括专用自我话音活动检测器，用于检测特定输入声音（如话 音）是否源自听力装置用户的话音。
[0026] 在实施例中，换算向量h(k，n)在估计（在声场中）不存在人话音的时刻n和频率 k进行计算。在实施例中，换算向量h(k,n)在估计（声场中）仅存在噪声的时刻n和频率 k进行计算。
[0027] 全通信号y。也n)和目标消除的信号yb,i也n)的能量之间的差Al也n)可W不 同方式进行估计，如跨预定或动态定义的时间段。在实施例中，该时间段根据预期或检测到 的声学环境确定。
[0028] 在实施例中，全通信号y。也n)和目标消除的信号yb,i也n)的能量之间的差 Ai化，n)由下式表达：
[0030] 其中i=l，2,…，M-1，及其中L为用于计算Al也n)的数据样本的数量。
[0031] 在本说明书中，两个值或函数之间的"差"广义地意为两个值或函数之间的绝对或 相对偏差的度量。在实施例中，两个值（VI，V2)之间的差表达为两个值的比（Vi/V2)。在实 施例中，两个值之间的差表达为两个值的代数差（V1-V2)，如代数差的数值（IVi-Vzl)。
[003引根据本发明，换算向量h也n)根据全通信号y。也n)和目标消除的信号心也n) 的能量之间的差Ai(k，n)生成从而提供修改的换算向量Ivd化，n)。
[003引在实施例中，引入修改的换算因子也n)，其定义为：
[0034]
[00对其中i= 1，2,…，M-I。阔值Ili通过全通波束形成器C和目标消除波束形成器B针对视向的每一目标消除的信号yb,i(k，n)的幅度响应之间的差确定。修改的换算因子 hmcKU化，n)(i= 1，2,…，M-1)定义修改的换算向量hmnd化，n)。视向定义为从输入单元（传 声器Ml,Mz)朝向目标声源的方向，也由视向量确定（在一些情形下，视向等同于用户看向的 方向（如当假定用户看向目标声源的方向时））。
[0036] 在实施例中，阔值n1在10地和50地之间的范围中，例如30地级。
[0037] 在实施例中，在时（两个传声器），全通信号y。也n)和目标消除的信号yb也n)之 间的能量差A化，n)由下式表达：
[0039] 其中L为用于计算A也n)的数据样本的数量。
[0040] 在实施例中，L可根据听力装置中的采样速率fs配置。在实施例中，在采样速率 t= 20曲Z的情形下，L的较好选择为在从100到400的范围中（对应于5-20ms)。在实施 例中，L根据当前声学环境（如用户环境中当前存在的目标信号和/或噪声信号的性质）动 态确定。
[00川在实施例中，在M= 2(两个传声器）的情形下，当能量差A也n)小于或等于预 定阔值n时（意味着7。也11) =y。化,n)*h(k,n))，不修改换算因子h化,n)。在实施例中， 当能量差A也n)大于预定阔值n时（意味着7。也n) = 7。化，n)*h(k,n) = 0)，换算因 子h(k，n)为零。运可具有针对来自视向的信号提供适当的GSC波束形成器性态的优点。
[0042] 在实施例中，阔值n通过全通波束形成器和目标消除波束形成器在视向的幅度 响应之间的差确定。从而可确定适当的阔值n。在实施例中，阔值n在10地和50地之间 的范围中，如30地级。
[0043] 在实施例中，当前相应目标声源的视向量d(k)的估计量cU(k)保存在听力装置 的存储器中。在实施例中，当前相应目标声源的视向量d(k)的估计量cUt(k)在离线程 序中确定，如在针对特定用户验配听