专利名称：听力设备、助听器系统、操作助听器系统的方法及听力设备的使用的制作方法
技术领域：
本发明涉及听力设备、助听器系统、操作助听器系统的方法及助 听器设备的使用。
具体地，本发明涉及通过助听器信号处理将时域基于细微结构的 信息变换为时域基于包络的信息。
背景技术：
在复杂听音情况下如有多个竞争源的鸡尾酒会，已知正常听力的 听众依赖于多个声线索而从一对耳朵输入信号提取各个组成源，例如
空间或音高线索[Bregman, A. S. (1990), "Auditory Scene Analysis -The Perceptual Organization of Sound," Cambridge, MA: The MIT Press, pp. 559-572, 590-594]。这些线索通过逐周期或时域细微结构特性及波 形的更慢变化的时域包络特性进行传送。最近的听觉病矫治研究已表 明具有感觉神经听力损失的主体利用时域基于细微结构的信息的能 力可能严重下降，但他们对时域基于包络的信息的敏感性保持原样 [Lorenzi， C.， Gilbert, G., Cam, H.， Gamier, S., and Moore, B. C. J. (2006), "Speech perception problems of the hearing impaired reflect inability to use temporal fine structure," Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 103， 18866-18869; Lacher-Fougdre， S.， and Demany, L. (2005), "Consequences of cochlear damage for the detection of interaural phase differences," J. Acoust. Soc. Am., 118， 2519-2526]。
有大量涉及人类声源定位的研究，这些研究在下述文献中提及。 该研究已表明，正常听力听众在定位低于约1.5kHz的频率时可利用 跨耳朵或耳间时域细微结构差(所谓的耳间相差；IPD)。此外，已 表明他们可利用更复杂的、已调幅信号的耳间时域包络差(所谓的耳间包络延迟；IED)。总的来说，所众在低于1.5kHz时对IED相对 不敏感，但在更高的频率(如2-4kHz之间)对这些频率的敏感度高 得多[Blauert，pp. 153-154]。此外，听众在高频复杂剌激内对IED没有 对低频刺激内的IPD变化那样敏感[Bemstein, L. R. (2001), "Auditory processing of interaural timing information: New insights," J. Neurosc. Res., 66, 1035-1046]。因此，对于复杂宽带刺激，IPD相较IED似乎 提供更有效的定位信息(或就此而言，耳间级差[WigMm肌,F.L，and Kistler, D. J. (1992), "The dominant role of low-frequency interaural time differences in sound localization," J. Acoust. Soc. Am.， 91, 1648-1661])。
发明内容
为确定观察到的效能差的原因，研究人员开始考虑人类听觉外围 系统怎样影响不同的输入信号[van de Par, S., and Kohlrausch, A. (1997)， "A new approach to comparing binaural masking level differences at low and high frequencies," J. Acoust. Soc. Am., 101， 1671-1680]。为此，例如在[Bemstein(2001)]中描述的、在人类内耳进 行的处理的标准模型已被采用。这样的模型包括一组重叠带通滤波 器，这些滤波器可模拟基膜的频率选择特性。每一滤波器之后为半波 整流器及截止频率通常为l-2kHz的低通滤波器。使频率低于低通滤 波器的截止频率的信号通过该模型产生仅由输入波形的正值组成的 输出(半波整流)。使频率高于低通滤波器的截止频率的信号通过所 述模型产生对应于输入波形的包络的输出(包络提取)。因此，定性 的说，低频输入信号导致具有独特的"开"、"关"区的输出，而高 频输入信号导致更稳定变化的输出，如图la中所示。该发现导致这 样的假设，即外围编码的低频信号的更陡的特性或更大的"峰度"可 向人类神经系统提供更独特的定时线索。这继而可解释低频IPD线索 相较已观察到的高频IED线索(参见上述)的更大效能。为说明起见， 考虑如图la中所示的低频和高频输入信号。现在假设两种信号跨听 众的两只耳朵均展现特定的时间延迟At (图lb)。由于其在人类内耳的输出具有更大的峰度，相较高频输入信号对6，低频输入信号对5 引起一对包含更明显的跨输出信号差的输出信号7。通过对每一输出
信号对(7, 8)比较前缘(7.1， 8.1)和相应的时间延迟的信号(7.2, 8.2) 的幅值，可非常明显的看出。例如，在前缘信号(7.1,8.1)达到最大 值的那些时间点，输出信号对7的跨输出信号差(vl, v2)远大于输 出信号对8的跨输出信号差。因此，相较高频输入信号，低频输入信 号应能够向人类神经系统提供更独特的定时线索。此外，这样的定时 线索在不需要耳间时间差评估的情形中即在感性突出信息可从每一 耳朵输入信号单独提取时也是有利的。换言之，双耳(如声源定位) 或单耳(如音高)听觉能力应由低频输入信号引起的更独特的时间线 索服务。
应注意，在本发明的上下文中，术语"峰度"用作信号形状的定 性描述，例如取陡峰度的意思。还应注意，已在上面提及的半波整流 和低通滤波处理通常用于模拟在内毛细胞中进行的变换[例如，Dau, T., Piischel， D.， and Kohlrausch， A. (1996), "A'quantitative model of the 'effective' signal processing in the auditory system. I. Model structure," 丁. Acoust Soc. Am., 99, 3615-3622; van de Par & Kohlrausch (1997"。 由于本发明的效能一定程度上取决于这些变换的发生，认识到典型的 感觉神经听力损失导致受损外毛细胞非常重要；然而，内毛细胞非常 不易受伤因而通常保持原样[例如，Moore, B. C. J. (2007)， "Cochlear hearing loss," Chichester, UK: John Wiley & Sons Ltd, pp. 29-37]。因lt匕， 它们通常引起的变换仍可预计在大多数感觉神经受损耳朵中出现。
为了测试前述"峰度"假设，设计使能产生所谓的调换刺激的处 理方法[van de Par & Kohlrausch (1997)]。这些刺激可向人类听觉系统 的高频(包络敏感)通道提供基于包络的信息，该信息与通常仅可在 低频(细微结构敏感)通道中得到的基于波形的信息非常相似。这样 的刺激的产生涉及使高频载波信号乘以半波整流、低通滤波后的低频 信号(见图2)。之后，如果所得信号被通过人类内耳的模型，输出 的峰度将与用"常规"低频信号获得的输出极为类似(见图3)。随后的听力测试表明，对耳间引入调换剌激的时间差的敏感度可 与用包含"常规"IPD相似的低频纯音实现的敏感度比拟，且实质上 比用高频剌激如高斯噪声的窄带及包含"常规"IED线索的已调幅音
实现的敏感度高[Bemstein, L. R., and Trahiotis, C. (2002)， "Enhancing sensitivity to interaural delays at high frequencies by using transposed stimuli," J. Acoust. Soc. Am., 112， 1026-1036]。类似的性能改善还在双 耳检测[van de Par & Kohlrausch (1997)]及感觉的横向位移[Bernstein, L. R., and Trahiotis, C. (2003), "Enhancing interaural-dday-based extents of laterality at high frequencies by using transposed stimuli," J. Acoust. Soc. Am., 113，3335-3347]的测试中观察到。这些发现解释为对内耳输 出处的信号峰度的假设重要性的确认(越大的峰度引起越独特的定时 线索)。此外，它们意味着为产生调换刺激开发的方法可用于将时域 基于细微结构的线索变换为更独特的基于包络的定时线索。
本发明的目标在于提供听力设备、助听器系统及操作助听器系统 的方法，其使助听器用户使用时域细微结构线索的能力得以提高。在 本发明的实施例中，使在多个竞争源之间提取各个声源容易。
为实现所述目标，根据本发明提出了一种听力设备，包括可布 置在用户耳朵处以将给听力设备的声输入转换为(电)输入信号的输 入变换器；用于基于所述输入信号的源频带提供源信号和基于所述输 入信号的目标频带提供目标信号的滤波装置，其中所述源频带包含比 所述目标频带低的频率；用于处理所述源信号以产生调制包络信号的 调制包络装置；及用于使调制包络信号与所述目标信号组合以产生目 标输出信号的信号组合装置。预定源和目标信号分别包括源和目标频 带的频率。
假设听力受损主体使用(低频)时域细微结构线索的能力降低及 他们使用(较高频率的)时域包络线索的能力保持原样，本发明寻求 通过使较高频率的载波乘以(可能预处理的)低频助听器输入信号而 将时域基于细微结构的信息编码在较高频率的载波的时域包络中，其 中低频助听器输入信号用作调制包络。通过借助于助听器信号处理将时域基于细微结构的信息变换为时域基于包络的信息，助听器用户使 用时域基于细微结构的线索的能力得以提高。
在将提高助听器用户的双耳听觉能力的情形中，由于变换后的线
索必须在耳间进行比较从而提供双耳有意义的信息，计划变换IPD的
t古^^T7 3壬^P7U加llIlA"而P 苴出7t田fii的Tffi水日+DP奥cfa抽^f曰士￥米开|」6^/7^ ;^/jiri lA^ti ji;/、:j3旦filjj : ^r i .i丄/ij/hwj i wj 7 i tipt i j,、 i J 'l丁^^:ri^ u J ^<-i_
理。相反，在将提高单耳听觉能力和/或只有一个助听器可用的情形
中，可单侧执行同样类型的处理。
由于相当大的研究量已涉及变换IPD线索的知觉效应(参考上 述)，所提出的处理方法尤其有助于变换这些类型的线索。然而，如 上面已经指出的，使用本发明的处理体系结构来提高听力受损主体使 用其它声线索的能力也是可能的，其中所述其它声线索通过时域基于 细微结构的信息如音高线索传送。普适协定为音高是声音波形的周期 性的相关。已被人类内耳处理的音刺激特定位置的听觉神经并产生神 经中枢反应，该反应暂时以等于所述音的频率的速率调制[例如， Shamma， S. A. (2004), "Topographic organization is essential for pitch perception," Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 101， 1114-1115]。在文献中有 这样的提示，对于给定输入刺激，听觉系统借助于自相关分析提取可 从这些调制获得的定时信息，所述自相关分析使能提取潜在的周期性 [例如，Meddis, R" and O'Mard， L. (1997)， "A unitary model of pitch perception," J. Acoust Soc. Am" 102, 1811-1820]。假定这些周期性在 所有听觉神经通道中并行测量。之后，所述刺激的音高通过集中所有 测量并选择所有通道共同的基本周期进行确定。通过使用(可能预处 理的)低频目标频带调制较高频率的源频带，关于包含在源频带中的 周期性的信息可以与低频IPD线索编码在较高频率的载波的耳间包 络中一样的方式编码在目标频带的包络中。假定一些听力受损主体无 能利用低频时域基于细微结构的信息，这样的处理应使可能增强他们 的音高知觉。
根据本发明的优选实施例，所述源频带安排在低于1.5kHz的频 率，优选低于500Hz。理想地，该源频带或源通道应位于尽可能低的频率中，如低于300HZ。这是由于人类听觉系统对以高于几百赫兹的 速率出现的包络波动变得不敏感的心理物理学和神经生理学指示。
在本发明的另一实施例中，所述目标频带在2kHz到4kHz的范 围。目标频带优选选择落入约2-4kHz的频率范围(如从2.5-3.5kHz)， 因为对于落入该频率范围的载波频率，对线索尤其是IED线索的敏感 性假定非常好。
在具体实施例中，听力设备考虑的感兴趣频率范围Af包括人类 可听见的频率范围，如5Hz和20kHz之间的频率，例如10Hz和10kHz 之间的频率。在实施例中，感兴趣频率范围被拆分为多个频带FB, (i = l,2，...，nb)，例如化=8或16或64或更大(其中每一频带可由听力 设备的信号处理器单独处理)。在实施例中，听力设备包括将电输入 信号拆分为多个信号的滤波器组，每一信号包括特定频带FB^i二 1， 2, nb)，其中nb可以是大于1的任何相应数，如2n，其中n为2 1 的整数如6。在实施例中，源频带是包括感兴趣频率范围的较低部分 的较低频带之一 (如三个最低频带之一如所考虑的最低频带)。
根据本发明的另一实施例，所述滤波装置适于基于多个滤波带提 供多个滤波信号，其中所述源频带和/或所述目标频带基于所述滤波 信号的监测从所述滤波带进行选择。
通常，目标频带基于听力受损主体的残留听觉敏感性的考虑进行 选择，使得变换后的源频带线索可在主体仍然可充分使用的频区中获 得。有利的是，另外地或者作为备选地，所述目标频带基于与对时域 基于包络的线索具有最佳敏感性的区域有关的考虑进行选择。此外， 适当的源和目标频带的选择可以静态和动态方式进行。算法的静态实施不需要最适当的源和/或目标频带的任何进行中的估计；而是，两 种类型的频带在初始进行确定并在之后保持不变。相反，动态实施包 括(可能连续)监测不同滤波器组通道中包含的信号。基于所检测的 信号，确定源和目标频带的最适当的组合。
在本发明的又一实施例中，所述调制包络装置适于对所述源信号 应用半波整流和低通滤波以产生所述调制包络信号，其中所述低通滤
波的截止频率可以在lkHz到2kHz的范围内。这使能简单地实现产
生与人类内耳中发生的处理一致的适当调制包络的装置。
根据本发明的有利实施例，所述调制包络装置以它们使能更好地 控制调制包络信号的时域特性的方式进行调节。这样调节后的调制包
络装置的一种可能性要求在乘以载波之前将DC移位的调制器提高到 大于或等于l的指数[John, M. S., Dimitrijevic, A., and Picton, T. (2002), "Auditory steady-state responses to exponential modulation envelopes," Ear Hear., 23， 106-117]。这种方法比半波整流和低通滤波 更灵活，因为其使能操控调制包络的时域特性并在这些特性和所得信 号的频谱含量之间权衡。为说明起见，增大调制器信号被提高至其的 指数导致具有更大峰度及更多边带的刺激。对峰度进行更大的控制是 有利的，因为在对调换IPD线索的敏感性及调换IPD线索的感知横 向位移的测试中已发现峰度影响听者性能[Bemstein, L. R., and Trahiotis， C. (2006), "Enhanced processing .of interaural temporal disparities at high-frequencies: Beyond transposed stimuli," Proc. l她 Int. Symp. Hear., Cloppenburg, Germany, Aug. 18-23， pp. 368-374]。
在本发明的另一实施例中，所述信号组合装置适于使所述调制包 络信号乘以较高频率(如载波)信号。
在优选实施例中，信号组合装置适于提供载波信号形式的所述较 高频率信号以将所述相乘后的调制包络信号添加到所述目标信号从 而产生所述目标输出信号。
在本说明书中，术语"较高频率信号"是包括频率高于调制包络 信号中包含的最高频率成分的一个或多个频率成分的信号。在实施例中，较高频率信号是载波信号。在实施例中，载波信号是周期信号， 可能包含单一 (正弦波)频率。
根据本发明的另一实施例，所述信号组合装置适于使所述调制包 络信号与所述目标信号相乘以产生所述目标输出信号。
在本发明的又一实施例中，所述信号组合装置包括基于所述目标 输出信号的产生进行增益调节和/或滤波的装置。另外的增益调节使 能对目标频带中变换后线索的电平进行控制。另外的滤波使能对因执 行非线性操作如半波整流产生的边带能量的量进行控制。
在具体实施例中，听力设备包括适于处理多个频带中的信号的信 号处理器，包括所述目标频带(可选地及包括所述源频带)，及用于 基于所述多个频带的处理后信号提供处理后的输出信号。在实施例 中，信号处理器适于能够处理输入信号的感兴趣频率范围的大多数如 所有频带，例如由滤波装置产生的大多数或所有频带。
在具体实施例中，听力设备包括用于将处理后的输出信号转换为 声输出以提供给用户耳朵的输出变换器(当听力设备处于其运行位置 时)。
此外，助听器系统包括根据本发明的(如上所述具体实施方式
中所述及权利要求中限定的)第一和第二听力设备。
如上所述具体实施方式
中所述及权利要求中限定的听力设备的 特征(在适当时，转换为相应过程或行动)可与下面描述的、具体实 施方式中所述的及权利要求中限定的方法结合。
一方面，进一步提出了配置助听器系统的方法，该方法包括步骤 将用户第一耳朵处的第一声输入转换为第一 (电)输入信号；基于所 述第一输入信号的第一源频带提供第一源信号及基于所述第一输入 信号的第一 目标频带提供第一 目标信号，其中所述第一源频带包含比 所述第一 目标频带低的频率；处理所述第一源信号以产生第一调制包
络信号；将所述第一调制包络信号与所述第一 目标信号结合以产生第
一目标输出信号。一方面，进一步提出了配置助听器系统的方法，该方法包括步骤 将用户第一耳朵处的第一声输入转换为第一输入信号；将用户第二耳 朵处的第二声输入转换为第二输入信号；基于所述第一输入信号的第 一源频带提供第一源信号及基于所述第一输入信号的第一目标频带 提供第一 目标信号，其中所述第一源频带包含比所述第一 目标频带低 的频率；基于所述第二输入信号的第二源频带提供第二源信号及基于
所述第二输入信号的第二目标频带提供第二目标信号，其中所述第二
源频带包含比所述第二目标频带低的频率；处理所述第一和第二源信 号以分别产生第一和第二调制包络信号；将所述第一调制包络信号与 所述第一目标信号结合以产生第一目标输出信号，及将所述第二调制 包络信号与所述第二目标信号结合以产生第二目标输出信号。
在具体实施例中，所述方法还包括步骤处理来自第一多个频带 的信号，包括所述第一目标频带的所述第一目标输出信号，从而基于 所述第一多个频带的处理后的信号提供第一处理后的输出信号。优选 地，所处理的第一多个信号还包括第一源信号。所述处理通常包括使 所述输入信号适于不同频带中的用户的特别需要，如关于增益和压縮 的需要。
在具体实施例中，所述方法还包括处理来自第二多个频带的信
号，包括所述第二目标频带的所述第二目标信号，从而基于所述第二 多个频带的处理后的信号提供第二处理后的输出信号。优选地，所处 理的第二多个信号还包括第二源信号。
在具体实施例中，所述方法还包括将所述第一和/或第二处理 后的输出信号转换为相应的第一和/或第二声输出以相应提供给所述 用户的所述第一和/或第二耳朵。
在具体实施例中，所述方法还包括在考虑用户的听觉阈值和/ 或考虑用户对时域基于包络的线索的最佳敏感性的基础上选择目标 频带。这具有进一步优化针对特定用户的改善的优点。
在本发明中，进一步提供了如上所述的具体实施方式
中描述的 及权利要求中限定的听力设备在包括第一和第二听力设备的双侧助听器系统中的使用。在优选实施例中，双侧助听器系统的两个听力设 备均为如上所述的具体实施方式
中描述的及权利要求中限定的听力 设备。
在本发明中，进一步提供了如上所述的具体实施方式
中描述的 及权利要求中限定的听力设备在仅包括一个听力设备的单侧助听器 系统中的使用。在优选实施例中，单侧助听器系统的听力设备为如上 所述的具体实施方式
中描述的及权利要求中限定的听力设备。
进一步提供了用于在听力设备的信号处理器上运行的软件程序， 该软件程序当在所述信号处理器上运行时适于实施如上所述的、具体 实施方式中描述的及权利要求中限定的方法的至少部分步骤。优选 地，所述方法的至少一步骤即处理来自源频带的信号以基于来自目标 频带的信号提供目标输出信号的步骤在所述软件程序中实施。在实施 例中，听力设备是如上所述的具体实施方式
中描述的及权利要求中 限定的听力设备。
进一步提供了其上保存有指令的介质。所保存的指令当执行时导 致如上所述的具体实施方式
中描述的及权利要求中限定的听力设备 的信号处理器执行如上所述的具体实施方式
中描述的及权利要求中 限定的方法的至少部分步骤。优选地，所述方法的至少一步骤即处理 来自源频带的信号以基于来自目标频带的信号提供目标输出信号的 步骤包括在指令中。在实施例中，介质包括听力设备的非易失性存储 器。在实施例中，介质包括助听器的易失性存储器。
本发明的进一步的目标通过从属权利要求和本发明的具体实施 方式中限定的实施方式实现。
除非明确地指出，在此所用的单数形式的含义包括复数形式。应 当进一步理解在说明书中使用的"包括"和/或"包含"表明存在所 述的特征、整数、步骤、操作和/或部件，但不排除存在或增加其他 的特征、整数、步骤、操作、部件和/或上述组合。应当理解当元件 被称为"连接到"另一元件时，可以是间接连接或耦合到其他元件， 或者可以存在中间插入元件。此外，"连接"或"耦合"包括无线连接或耦合。在此所用术语"和/或"包括一个或多个列举的相关术语 的任何及所有组合。
下面参考附图、基于优选实施例进一步阐释本发明，其中 图1示出了人类内耳对低频正弦波及低频正弦波调幅的高频正 弦波的作用(图la)及对在耳间延迟At秒的这两种类型的输入信号
对的作用(图lb)。
图2为表示"调换"刺激的产生的示意图。
图3示出了人类内耳对低频正弦波和调换刺激输入信号的作用。
图4表示简化的助听器框图，其示出了根据本发明的两个不同实 施例进行的信号处理(图4a和图4b)。
图5为根据本发明实施例的方法的示意性流程图，其示出了双侧 应用。
具体实施例方式
图la示出了人类内耳对两种不同的输入信号的作用。更具体地， 低频(如250Hz)正弦波l、 3和低频正弦波调幅的高频(如4kHz) 正弦波2、 4在通过人类内耳的标准模型之前示为1、 2，在通过所述 标准模型之后示为3、 4[例如参考Bernstein (2001)]。如图所见，模型 对低频正弦波的作用是对其半波整流，从而产生具有独特"开"和"关" 区的输出，因此具有非常突然的变化。相反，使高频、调幅的正弦波 通过模型导致其包络的提取，这对应于相较半波整流的低频正弦波更 稳定变化的信号。
图lb为图la的延伸，其中示出了来自图la的两个输入信号1、 2中的每一个跨听者的两只耳朵展现At秒的延迟的情形，从而引起两 对耳朵输入信号5、 6。更具体地， 一对耳间延迟的低频正弦波5、 7 和一对耳间延迟的低频正弦波调幅的高频正弦波6、 8在通过人类内 耳的标准模型之前示为5、 6及在通过所述标准模型之后示为7、 8。由于半波整流，输出信号对7的特征在于独特的"开"和"关"区， 因而具有非常突然的变化。相反，由于包络提取，输出信号对8特征 在于更渐进的变化。重要的是，输出信号对7的峰度越大，则引起更
显著的跨输出信号差。通过对每一输出信号对(7,8)比较前缘(7.1, 8.1)和相应的时间延迟的信号(7.2, 8.2)的幅值，可非常明显的看 出。例如，在前缘信号(7.1,8.1)达到最大值的那些时间点，输出信 号对7的跨输出信号差(vl, v2)远大于输出信号对8的跨输出信号 差。在该上下文中，再次指出，对于正常听力的人，相较输出信号对 8，输出信号对7提供更有效的耳间时域信息；及受感觉神经听力损
失影响的人相较输入信号对5能更好地从输入信号对6提取耳间时域 样自
I R 'S、 o
图2为产生"调换"剌激11韵示意图，其中半波整流后的低频 (如250Hz)音9 (见图la中的信号3)与高频(如4kHz)载波10 相乘以提供调换剌激11。如图所见，用半波整流后的低频音对高频 载波调幅导致与输出信号3 (图la)类似的信号(调换刺激)，因为 其也展现独特的"开"和"关"区因而具有非常突然的变化。
图3示出了人类内耳对低频正弦波和调换刺激输入信号的作用。 更具体地，根据图2产生的低频正弦波12、 14和调换刺激13、 15在 通过人类内耳的标准模型之前示为12、 13及在通过所述标准模型之 后示为14、 15。如图所见，调换刺激引起与来自低频正弦波的输出 信号近似的输出信号，即两个输出信号均展现独特的"开"和"关" 区因而具有非常突然的变化。因此，显而易见的是，通过根据产生调 换刺激提出的方法处理低频正弦波，在人类内耳的输入侧可产生具有 受感觉神经听力损失影响的人仍然可以使用的时域特性的信号。重要 的是，当该信号通过具有足够功能的内毛细胞的人类内耳时，则其时 域特性按这样的方式变换它们(在输出侧)采取已知知觉上有利的 形式。在该上下文中，再次指出内毛细胞的功能性通常不受典型感觉 神经听力损失的损害。图4a和图4b表示简化的助听器框图，其中示出了根据本发明实
施例将低频时域基于细微结构的线索变换为高频时域基于包络的线 索所进行的信号处理。在本发明的助听器场境中，时域细微结构线索
可被变换为时域包络线索的方式示意性地示为图4的两个不同实施 例。在图4a和4b的实施例中，听力设备20包括用于将声输入转换 为电输入信号的传声器或输入变换器22、用于将输入信号的感兴趣 频率范围拆分为多个频带FBi的、滤波器组形式的滤波装置24，及用 于产生调制包络信号的调制包络装置30。听力设备还包括用于处理 多个频带FBi及提供(单一)处理后的输出信号的信号处理器40，及 包括输出变换器42。输入变换器22连接到滤波器组24。基于源频带 26的源信号和基于目标频带28的目标信号被形成。滤波器组24的 至少一输出(来自源频带26的信号)连接到调制包络装置30。滤波 器组的至少一输出(来自目标频带28的信号)由调制包络信号修改。 滤波器组24的输出或直接连接到信号处理器40，或修改后再连接到 信号处理器40 (—个或多个滤波器组输出，包括来自目标频带28的 目标信号，均被适当地修改以产生馈给信号处理器40的一个或多个 经修改的滤波器组输出信号)。信号处理器40的输出提供给输出变 换器42以转换为声输出。从模拟到数字形式的可能转换可包括在输 入变换器22或滤波器组24中。从数字到模拟形式的可能转换可包括 在输出变换器42或信号处理器40中。
图4a和图4b的实施例表明两种不同的、用于产生馈给信号处理 器40的经修改的目标输出信号的解决方案。
在图4a所示实施例中，来自调制包络装置30的调制包络信号在 第一乘法电路32中与来自载波发生器34的载波信号相乘。来自第一 乘法电路32的所得调制信号经加法电路38添加到来自目标频带28 的目标信号。该信号可被馈给信号处理器40以适应用户需要。载波 发生器可以是普通信号发生器，如正弦波信号的发生器。在图4a所 示的实施例中，来自第一乘法电路32的所得调制信号经第一增益调 节(控制目标频带中变换后的时域线索的电平)和/或滤波(控制因执行非线性操作如半波整流产生的侧带能量的量)装置36连接到加
法电路38。
在图4b的实施例中，来自调制包络装置30的调制包络信号在第 二乘法电路32'中与目标频带28中的信号本身相乘，所得的目标输出 信号馈给信号处理器40。在图4b所示的实施例中，调制包络信号经 第二增益调节和/或滤波装置36'连接到乘法电路32'。
图4a和4b实施例实施的方法可简要概括如下由听力设备20 的传声器或输入变换器22捕获的声信号通过实施在听力设备20中并 提供为滤波装置24的滤波器组24。滤波器组24的至少一低频通道 用作源频带26。来自源频带26的信号提供给调制包络装置30。由调 制包络装置30对源信号进行调制包络处理如半波整流和低通滤波。 或者，调整调制包络装置30，使得它们使能对调制包络信号的时域 特性进行更大的控制。例如，这可以通过使用要求将DC移位的调制 器提高到大于或等于1的指数的方法实现。之后，所得的处理后的源 信号(调制包络信号)与对应于单独产生的较高频率信号的载波相乘。 在可选的增益调节和/或滤波之后，相乘的结果添加到用作目标频带 28的较高频率通道的输出，藉此提供目标输出信号。作为备选或除 上述之外，在可选的增益调节和/或滤波之后，处理后的源信号(调 制包络信号)与已经包含在目标频带28中的信号相乘。修改后的目 标频带信号28 (目标输出信号)可能连同来自其它频带的信号一起 提供给信号处理器40进行进一步处理。之后，信号处理器40将输出 信号提供给输出变换器42以产生提供给用户耳朵(未示出)的声输 出。
图5为根据本发明实施例的方法的示意性流程图。在第一听力设 备中执行下述步骤在用户的第一耳朵处将第一声输入501转换为第 一 (电)输入信号(步骤50);基于所述第一输入信号的第一源频 带提供第一源信号(步骤52)及基于所述第一输入信号的第一目标 频带提供第一目标信号(步骤54)，其中所述第一源频带包含比所 述第一目标频带低的频率；处理所述第一源信号以产生第一调制包络信号(步骤56);将所述第一调制包络信号与所述第一目标信号结 合以产生第一目标输出信号(步骤58);处理至少第一源和目标频 带的信号以提供第一处理后的输出信号(步骤59);及将所述第一 处理后的输出信号转换为将要提供给所述用户的一只耳朵的第一声 输出601 (步骤60)。与此同时在第二听力设备中执行相应的步骤
在用户的第二耳朵处将第二声输入5or转换为第二(电)输入信号(步
骤50');基于所述第二输入信号的第二源频带提供第二源信号(歩 骤52')及基于所述第二输入信号的第二目标频带提供第二目标信号 (步骤54')，其中所述第二源频带包含比所述第二目标频带低的频 率；处理所述第二源信号以产生第二调制包络信号(步骤56，)；将 所述第二调制包络信号与所述第二目标信号(见图4中的28)结合 以产生第二目标输出信号(步骤58');处理至少第二源和目标频带 的信号以提供第二处理后的输出信号(步骤59');及将所述第二处 理后的输出信号转换为将要提供给所述用户的另一只耳朵的第二声 输出601'(步骤60')。该方法也可使用在单侧应用中，如图5的左 半部分(附图标记501，50，....，60,601)所示用于单一听力设备。
例子
上面略述的发明的应用可通过下述非限制性例子进行说明。具有 感觉神经听力损失(但具有足够功能的内毛细胞)的人通常提取耳朵 输入信号的时域细微结构的能力降低，因而使用所述时域细微结构传 送的信息的能力降低。然而，这样的人通常具有足够的提取耳朵输入 信号的时域包络的残余能力，因而具有足够的使用所述时域包络传送 的信息的能力。上面略述的处理算法意于将时域基于细微结构的线索 变换为时域基于包络的线索。因此，通过给听力受损的人验配至少一 个已被配置成执行这种类型的处理的助听器，该人从耳朵输入信号的 时域细微结构传送的信息受益的能力可得以提高。更具体地，低频源 频带选择(在静态实施的情况下在开始进行选择，在动态实施的情况 下持续选择)为包含将被使得再次可使用的时域基于细微结构的线索，如中心频率为250HZ的频带。基于为产生调换剌激提出的方法或 其变体，来自该源频带的信号变换为调制包络信号。之后，该调制包 络信号与较高频率的目标频带相乘，该目标频带用作载波信号且已根 据人的听觉阈值及根据对时域基于包络的线索的最佳敏感区进行选
择。如果某人具有低的听觉阈值因而较好地保持了 2kHz附近的听觉 敏感性，则中心频率为约2kHz的目标频带将是好的选择。原理上， 不是在初始确定然后保持不变，所选目标频带也可随时更新。此外， 不是将调制包络信号直接与来自目标频带的信号相乘，使其与单独产 生的载波信号(如较高频率的正弦波)相乘也是可能的。在这种情况 下，所得的信号添加到所选目标频带。
在意于改善耳间时域线索的使用的应用中，听力受损的人将被验 配两个配置成以同样方式执行上述处理的助听器。这样，耳间低频时 域基于细微结构的线索可被变换为耳间较高频率的时域基于包络的 线索，继而导致该人空间听觉能力的提高。为说明起见，考虑宽带声 源如产生辅音声音的讲话器，该讲话器放在听者的一侧。该声源将引 起IPD、 IED及耳间级差。众所周知，对于正常听力的听者，低频IPD 为知觉为主的耳间线索。然而，由于听力受损听者的感觉神经听力损 失，他们从这些类型的空间听觉线索(时域基于细微结构的线索)受 益的能力受到损害。不过，他们定位声源的能力可通过将低频IPD变 换为较高频率的IED而得以提高。换言之，在所提出的处理方法的帮 助下，最有效类型的(耳间)空间听觉线索可被使得以听力受损听者 仍然对其足够敏感的形式可用。因此，他们的空间听觉能力将被增强。
时域基于细微结构的线索变换为时域基于包络的线索也可改善 单耳时域线索的使用，因而也与只有一个助听器可用的情形有关。更 具体地，通过单侧执行上述类型的处理，单耳低频时域基于细微结构 的线索可被变换为单耳较高频率的时域基于包络的线索，继而导致该 人音高听觉能力的提高。为说明起见，考虑产生周期信号的声源如产 生元音声音的讲话器。众所周知，感知的音高与声音波形的周期性有 关，因而与其基本频率有关。此外，已知正常听力的听者在听音乐时200910006297. 1
说明书第17/19页
及在更复杂的听音情况下使目标源与竞争声源隔离时极为依赖于音 高线索。然而，由于听力受损听者的感觉神经听力损失，他们从音高 线索受益的能力受到损害，因为这些线索由耳朵输入信号的时域细微 结构传送。不过，他们确定声源音高的能力可通过将低频单耳时域基 于细微结构的线索变换为较高频率的单耳时域基于包络的线索而得 以提高。换言之，在所提出的处理方法的帮助下，音高线索可被使得 以听力受损听者仍然对其足够敏感的形式可用。因此，他们的音高听 觉能力将被增强。
本发明由独立权利要求的特征限定。在从属权利要求中限定优选 实施例。权利要求中的任何附图标记不意于限定其范围。
一些优选实施例已经在上述内容中进行了说明，但是应当强调本 发明不受这些实施例的限制，而是可以权利要求限定的主题内的其它 方式实现。
参考文献
Bernstein, L R., and Trahiotis， C., "Detection of interaural delay in high-frequency sinusoidally amplitude-modulated tones, two-tone complexes, and bands of noise," J. Acoust. Soc. Am., 95, 3561-3567 (1994)。
Bernstein, L. R., "Auditory processing of interaural timing information: New insights," J. Neurosc. Res., 66， 1035-1046 (2001)。
Bernstein,丄.R., and Trahiotis， C., "Enhancing sensitivity to interaural delays at high frequencies by using transposed stimuli," J. Acoust. Soc. Am., 112， 1026-1036 (2002)。
Bernstein, L. R., and Trahiotis, C., "Enhancing interaural-delay-based extents of laterality at high frequencies by using transposed stimuli," J. Acoust. Soc. Am.， 113, 3335-3347 (2003)。
Bernstein, L. R., and Trahiotis, C., "Enhanced processing of interaural temporal disparities at high-frequencies: Beyond transposedstimuli," Proc. l她Int. Symp. Hear., Cloppenburg, Germany, Aug. 18-23， pp. 368-374(2006)。
Blauert, J.， "Spatial Hearing," Cambridge, MA: The MIT Press (1983)。
Bregman， A. S.， "Auditory Scene Analysis — The Perceptual Organization of Sound," Cambridge, MA: The MIT Press (1990)。
Dau, T., Piischel, D., and Kohlrausch, A.， "A quantitative model of the 'effective' signal processing in the auditory system. I. Model structure," J, Acoust. Soc. Am.， 99, 3615-3622 (1996)。
Dreyer， A., and Delgutte, B., "Phase locking of auditory-nerve fibers to the envelopes of high-frequency sounds: Implications for sound localization," J. Neurophysiol., 96， 2327-2341 (2006)。
John, M. S., Dimitrijevic, A., and Picton， T.， "Auditory steady-state responses to exponential modulation envelopes," Ear Hear.， 23, 106-117 (2002)。
Lacher-Fougere， S., and Demany, L.， "Consequences of cochlear damage for the detection of interaural phase differences," J. Acoust. Soc. Am., 118, 2519-2526 (2005)。
Lorenzi, C., Gilbert, G., Cam, H.， Gamier, S., and Moore, B. C. J., "Speech perception problems of the hearing impaired reflect inability to use temporal fine structure," Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 103, 18866-18869(2006)。
Meddis, R., and O，Mard, L.， "A unitary model of pitch perception," J. Acoust. Soc. Am.， 102, 1811-1820 (1997)。
Moore, B. C. J.， "Cochlear hearing loss," Chichester, UK: John Wiley & Sons Ltd (2007)。
Shamma, S. A., "Topographic organization is essential for pitch perception," Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 101,1114-1115 (2004)van de Par, S., and Kohlrausch, A., "A new approach to comparing binaural masking level differences at low and high frequencies," J. Acoust. Soc. Am.， 101, 1671-1680 (1997)。
Wightman, F. L., and Kistler, D. J., "The dominant role of low-frequency interaural time differences in sound localization," J. Acoust. Soc. Am., 91, 1648-1661 (1992)。
权利要求
1、听力设备(20)，包括布置在用户耳朵处以将给听力设备(20)的声输入转换为输入信号的输入变换器(22)；用于基于所述输入信号的源频带(26)提供源信号和基于所述输入信号的目标频带(28)提供目标信号的滤波装置(24)，其中所述源频带包含比所述目标频带低的频率；用于处理来自所述源频带(26)的所述源信号以产生调制包络信号的调制包络装置(30)；及用于使调制包络信号与来自所述目标频带(28)的所述目标信号组合以产生目标输出信号的信号组合装置(32、32’、34、38)。
2、 根据权利要求1的听力设备，其中所述源频带安排在低于 1.5kHz的频率。
3、 根据权利要求2的听力设备，其中所述目标频带在2kHz到 4kHz的范围中。
4、 根据权利要求3的听力设备，其中所述目标频带基于用户听 觉阈值及对时域基于包络的线索的最佳敏感性进行选择。
5、 根据权利要求4的听力设备，其中所述滤波装置(24)适于 基于多个滤波带(26、 28)提供多个滤波信号，其中所述源频带和/ 或所述目标频带基于来自所述滤波带(26、 28)的所述滤波信号的监 测从所述滤波带进行选择。
6、 根据权利要求5的听力设备，其中所述调制包络装置(30) 适于对来自所述源频带(26)的所述源信号应用半波整流和低通滤波 以产生所述调制包络信号。
7、 根据权利要求6的听力设备，其中所述低通滤波的截止频率 在lkHz至[j2kHz的范围内。
8、 根据权利要求5的听力设备，其中通过使用要求在乘以调制 载波之前将DC移位的调制器提高到大于或等于1的指数的方法调整 所述调制包络装置(30)以产生所述调制包络信号。
9、 根据权利要求7或8的听力设备，其中所述信号组合装置G2、 32'、 34、 38)适于使所述调制包络信号与较高频率信号相乘。
10、 根据权利要求9的听力设备，其中所述信号组合装置(34) 适于提供载波信号形式的所述较高频率信号及适于将相乘后的调制 包络信号添加到所述目标信号从而产生所述目标输出信号。
11、 根据权利要求9的听力设备，其中所述信号组合装置G2') 适于使所述调制包络信号与来自所述目标频带(28)的所述目标信号 形式的较高频率信号相乘以产生所述目标输出信号。
12、 根据权利要求9的听力设备，其中所述信号组合装置包括基 于所述目标输出信号的产生进行增益调节和/或滤波的装置(36、36')。
13、 根据权利要求12的听力设备，还包括适于处理包括所述目 标频带的多个频带中的信号的信号处理器，基于所述多个频带的处理 后信号提供处理后的输出信号。
14、 根据权利要求13的听力设备，还包括用于将所述处理后的 输出信号转换为将提供给用户耳朵的声输出的输出变换器。
15、 助听器系统，包括根据权利要求1-13任一所述的第一听力 设备(20)和根据权利要求1-13任一所述的第二听力设备(20)。
16、 配置助听器系统的方法，该方法包括步骤 将用户第一耳朵处的第一声输入转换为第一输入信号； 将用户第二耳朵处的第二声输入转换为第二输入信号； 基于所述第一输入信号的第一源频带(26)提供第一源信号及基于所述第一输入信号的第一目标频带(28)提供第一目标信号，其中 所述第一源频带包含比所述第一目标频带低的频率；基于所述第二输入信号的第二源频带(26')提供第二源信号及 基于所述第二输入信号的第二目标频带(28')提供第二目标信号， 其中所述第二源频带包含比所述第二目标频带低的频率；处理来自所述第一和第二源频带(26、 26，)的所述第一和第二 源信号以分别产生第一和第二调制包络信号；将所述第一调制包络信号与来自所述第一目标频带(28)的所述第一目标信号结合以产生第一目标输出信号；将所述第二调制包络信号与来自所述第二目标频带(28')的所 述第二目标信号结合以产生第二目标输出信号。
17、 根据权利要求16的方法，还包括处理来自第一多个频带的信号，包括所述第一目标频带的所述第一目标输出信号，从而基于 所述第一多个频带的处理后的信号提供第一处理后的输出信号。
18、 根据权利要求17的方法，还包括处理来自第二多个频带的信号，包括所述第二目标频带的所述第二目标输出信号，从而基于 所述第二多个频带的处理后的信号提供第二处理后的输出信号。
19、 根据权利要求18的方法，还包括将所述第一和/或第二处理后的输出信号转换为相应的第一和/或第二声输出(601、 601')以 相应提供给所述用户的所述第一和/或第二耳朵。
20、 根据权利要求16-19任一所述的方法，还包括基于用户的 听觉阈值和/或用户对时域基于包络的线索的最佳敏感性选择所述目 标频带。
21、 根据权利要求1-14任一所述的听力设备的用途。
22、 根据权利要求21的用途，其中听力设备用在包括单一听力 设备的单侧助听器系统中。
23、 根据权利要求21的用途，其中听力设备用在包括第一和第 二听力设备的双侧助听器系统中。
24、 根据权利要求23的用途，其中所述双侧助听器系统的两个 听力设备均为根据权利要求1-14任一所述的听力设备。
全文摘要
本发明公开了听力设备(20)及其用途、助听器系统及相应的配置助听器系统的方法，其中听力设备(20)包括布置在用户耳朵处以将给听力设备(20)的声输入转换为输入信号的输入变换器(22)；用于基于所述输入信号的源频带(26)提供源信号和基于所述输入信号的目标频带(28)提供目标信号的滤波装置(24)，其中所述源频带包含比所述目标频带低的频率；用于处理来自所述源频带(26)的所述源信号以产生调制包络信号的调制包络装置(30)；及用于使调制包络信号与来自所述目标频带(28)的所述目标信号组合以产生目标输出信号的信号组合装置(32、32’、34、38)。本发明听力设备使助听器用户使用时域细微结构线索的能力大大提高。
文档编号H04R25/00GK101547394SQ20091000629
公开日2009年9月30日 申请日期2009年2月13日 优先权日2008年2月13日
发明者T·内尔 申请人:奥迪康有限公司