基于确定性序列的反馈估计的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请设及音频处理领域，包括展现从输出变换器（如扬声器）到输入变换器 (如传声器）的声或机械反馈的听力系统中的声反馈估计，例如在广播系统或助听装置如 助听器中体验的。本发明例如设及包括用于产生试探信号的试探信号发生器及用于产生非 计划反馈通路的估计量的自适应反馈估计单元的听力系统。
[0002] 本申请还设及估计从听力装置的输出变换器到输入变换器的反馈通路的方法，例 如在针对特定用户验配听力装置期间或者（在需要时或认为有利时）在装置正常运行期间 由用户进行。
[0003] 本申请还设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。
[0004] 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、免提电话系统、移动电话、远程会议系统、安全系统、广播系统、卡拉0K系统、教室放 大系统等。
【背景技术】 阳〇化]下面的现有技术说明设及本申请的应用领域之一，即助听器。
[0006] 出现声反馈是因为来自提供传声器拾取的信号的放大的音频系统的输出扬声器 信号经通过空气或其他介质的声禪合部分返回到传声器引起。返回到传声器的扬声器信号 部分在重新出现在扬声器处之前被系统再次放大并再次返回到传声器。随着该循环持续， 当系统变得不稳定时，声反馈效应变得听得见，作为非自然信号甚或更糟的啸声。该问题通 常在传声器和扬声器靠近地放在一起时（或者传声器信号的放大较大时）出现，例如在助 听器或其他音频系统中。一些其他具有反馈问题的典型情形为电话学、广播系统、头戴式耳 机、音频会议系统等。在听力仪器尤其是听力仪器中通常使用随频率而变的声、电和机械反 馈识别方法W确保它们的稳定性。因声反馈引起的不稳定的系统用窄带频率成分大大污染 想要的音频输入信号，窄带频率成分通常被感知为啸声或哨声。
[0007] 在助听器验配期间和/或正常运行期间，重要的任务是测量从助听器接收器到传 声器的静态反馈通路。该反馈通路测量例如可用于确定助听器中的最大允许增益W避免声 反馈问题（啸声）。测量关键增益的方法例如在US2011026725A1中描述，其中提供周围噪 声电平相对于可接受阔值的估计量。
[0008] 通常，助听器中出现反馈啸声或其他反馈非自然信号因助听器的非最佳验配引 起，或者由于放大对于（机载）助听器反馈管理系统进行处理而言太高。
[0009] 通常，助听器验配W对助听器反馈管理系统容易处理的声反馈条件进行。在实践 中，当声反馈条件变得更复杂时，如当用户戴帽子时或在其耳朵旁边有电话时，反馈管理系 统可能面临多得多的富有挑战的情形。
[0010] 在目前的助听器系统中，通常在富有挑战的反馈情形下应用增益减小。然而，通常 不知道多大的增益减小是必要的（W刚好防止啸叫）。（粗略的）估计量可从当前反馈通 路的计算的估计量或环路增益提供，但运样的估计量在富有挑战的反馈情形下通常不是非 常可靠。因此，通常施加比所需要的更大的增益减小防万一）。
[0011] 助听器的声反馈测量可通过用助听器接收器（扬声器）播放试探信号如随机信号 例如白噪声（WN)或有色噪声进行，其中同时记录助听器传声器信号。基于运两个信号序 列，例如使用自适应算法可确定未知反馈通路的估计量。在目前技术发展水平的助听器系 统中经常使用的自适应算法为归一化最小均方（NLM巧算法。也可使用其它算法，例如参见 出aykin ;2001]。
[0012] 其他信号如调嗽声信号（正弦扫描）或正弦曲线信号（正弦波）也可用作试探信 号。然而，运些不同的试探信号将导致反馈通路估计的不同性质。在助听器应用中，最有关 的性质为收敛速率（指明测量花多长时间）及稳态误差（估计的反馈通路将怎样精确）。
[0013] 基于噪声的方法具有相对慢的收敛速率，意味着药剂师和助听器用户必须花相对 长的时间等待声反馈测量。因而，需要缩短所需要的测量时间，其可W是15秒级。长测量 时间（自适应算法的长收敛时间）通常为有噪声的测量环境的结果。
[0014] 基于调嗽声信号的测量通常更快，但其对计算能力有大得多的要求，运使得该方 法在目前技术发展水平的助听器中不切实际。基于正弦曲线的测量具有非常快的收敛速 率，但其仅可在所选频率下提供反馈通路估计。
[0015] W0 02/093854 A1描述了使用完美序列估计传输通道的脉冲响应。已知完美序 列（PSE曲和完美扫描（PSweep)序列可用于提高NLMS算法的收敛速率，例如分别参见 [Antweiler&Enzner;2009]和[Antweiler et al. ;2012]。
[0016] 在针对特定用户的需要验配助听器期间，反馈测量通常使用在特定验配模式下配 置的助听器的反馈消除系统进行。该程序的限制在于助听器中的反馈消除系统W特定方式 实施（适应其在助听器中的正常使用），且其经常仅提供有限的估计准确度及需要长的测 量时间。
【发明内容】
[0017] 本申请的目标在于提供估计听力装置的反馈通路的备选方案。本申请的另外的目 标在于优化听力装置的反馈通路估计算法的收敛速率。本申请的目标还在于根据听力装置 的当前声环境优化收敛速率和/或反馈通路估计量的精确度。
[0018] 本发明提出改进的反馈估计，其使用特殊激励信号正确地估计开环配置下当前及 更富有挑战的反馈条件下的反馈通路。改进的反馈通路估计用于确定在富有挑战性的反 馈情形下的正确（刚刚足够）增益极限。激励信号优选持续时间短，在理想情形下不长于 0. 5s-ls。运可使用在安静环境中特别设计的激励信号实现。
[0019] 该程序可自动启动或由用户启动。除了更精确的增益减小之外，改进的反馈通路 估计可用于提高听力装置的机载反馈管理系统。
[0020] 本发明提出在反馈估计期间（在某些情形下）使用具有完美或近乎完美的自相关 的（循环重复的）确定性序列作为试探信号。属于"确定性"用作与"随机"或"任意"相反 的含义（后者例如在包括白噪声的试探信号中例示）。
[0021] 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。 阳0。] 听力系统
[0023] 一方面，本申请的目标由一种包括听力装置如助听器的听力系统实现，
[0024] 听力装置包括：
[0025] -输入变换器如传声器，用于将来自听力装置环境的输入声音转换为电输入信号； 及
[00%]-输出变换器如扬声器，用于将电输出信号转换为输出声音；及
[0027] 输入变换器在第一运行模式下时经正向通路连接到输出变换器，听力装置还包 括：
[0028] -正向通路中的可配置的输出组合单元如选择器或混合器，输出组合单元具有第 一和第二信号输入及具有信号输出，第一信号输入是正向通路的信号，及第二信号输入是 输出试探信号，及输出信号电连接到输出变换器并可配置成由第一或第二信号输入或者第 一和第二信号输入的混合组成；
[0029] 听力系统还包括：
[0030] -可配置的试探信号发生器，用于产生输出试探信号；
[0031] -自适应反馈估计单元，用于产生包括从输出变换器到输入变换器的外部反馈通 路的非计划反馈通路的估计量，反馈估计单元包括使用自适应反馈估计算法的反馈估计滤 波器，自适应反馈估计单元连接到正向通路；及
[0032] 用于产生控制信号的控制单元，控制信号用于基于一个或多个控制输入信号控制 可配置的试探信号发生器，其中可配置的试探信号发生器适于产生或从多个不同试探信号 选择输出试探信号，其中多个不同试探信号包括完美或几乎完美的序列和/或几乎完美的 扫描序列。
[0033] 运具有用于估计反馈通路和/或反馈通路估计量的精确度的自适应算法的自适 应速率可被优化的优点。
[0034] 本发明的实施例相较其他用作试探信号的候选信号如一个或多个纯音、白噪声等 提供优点，即不必在自适应速率和稳态性能（稳态误差）之间进行权衡。本发明中提出的 在自适应反馈估计算法中使用的适宜收敛时间在几 ms级（例如参见图2)。
[0035] 完美序列和完美扫描序列均为（确定性）周期性伪噪声信号的例子。在本说明 书中，术语"几乎完美"意为该序列的周期自相关函数不严格遵循等式（1)(参见下面）， 但满足条件ΙτχχΟΟ |/|ι·χχ(0) I > 0, k声0。在实施例中，长度为N的序列称为几乎完美的 序列，如果其元素化=0, 1，···，Ν-Ι)满足条件 I rxx(0)aps I / I Σ k*〇rxx(k)aPs I > 10， 如> 100,如> 1000,如> 10000。在实施例中，作为备选或另外，如果其元素满足条件 kx(k) |/|r口化）I 0, k声0,贝1J序列称为几乎完美的序列。
[0036] 在实施例中，听力装置包括可配置的试探信号发生器。在实施例中，听力装置包括 控制单元。在实施例中，听力装置包括自适应反馈估计单元，用于产生包括从输出变换器到 输入变换器的外部反馈通路的非计划反馈通路的估计量。
[0037] 在实施例中，听力系统包括编程装置，其包括到听力装置的编程接口。编程装置优 选适于经编程接口配置听力装置（例如W(在安装在用户身上时）测量听力装置的性质、 选择及将处理参数上传到听力装置等）。在实施例中，听力装置包括使能在听力装置和编程 装置之间交换信息的编程接口。在实施例中，编程装置包括可配置的试探信号发生器、控制 单元和自适应反馈估计单元中的一个或多个。 阳〇3引在实施例中，听力系统（如听力装置或编程装置）包括存储器，多个不同试探信号 或用于产生多个不同试探信号的算法保存在存储器中。在实施例中，多个不同试探信号中 的至少一个参数化。
[0039] 在实施例中，听力系统包括辅助装置如编程装置。在实施例中，辅助装置是或包括 编程装置。在实施例中，编程装置包括配置成运行用于（如针对特定用户的需要，例如W补 偿用户的听力受损）配置听力装置的验配软件的计算机。
[0040] 在实施例中，该系统适于在听力装置和辅助装置之间建立通信链路W使得信息 (如控制和状态信号、如软件更新、测量信号、可能及音频信号）可在其间进行交换或者从 一装置转发给另一装置。
[0041] 在实施例中，辅助装置是或包括音频网关设备，其适于（如从娱乐装置例如TV或 音乐播放器，从电话装置例如移动电话，或从计算机例如PC)接收多个音频信号，及适于选 择所接收音频信号（和/或信号组合）中的适当信号W传给听力装置。在实施例中，辅助 装置是或包括遥控器，用于控制听力装置如助听装置的功能和运行。在实施例中，遥控器 的功能实施在智能电话中，该智能电话可能运行使能经智能电话控制听力装置的功能的 APP (听力装置包括到智能电话的适当无线接口，例如基于蓝牙或一些其它标准化或专有方 案）。
[0042] 在实施例中，输出组合单元包括使试探信号能与正向通路的信号相加的求和单 元。在实施例中，输出组合单元适于使得试探信号为给输出变换器的主要或唯一信号。在 实施例中，输出组合单元适于使得试探信号在开环配置中直接连接到输出变换器。在实施 例中，控制单元配置成控制输出组合单元（的运行模式）。
[0043] 在实施例中，控制单元配置成基于开始控制输入信号开始产生输出试探信号。在 实施例中，听力装置包括用于提供开始控制输入信号的开始检测器。在实施例中，开始检测 器包括反馈检测器，用于检测反馈或出现反馈高于预定阔电平的风险（在宽带信号中或