专利名称：在线性非时变系统识别期间监视环境噪声对随机梯度算法影响的方法
技术领域：
本发明涉及可应用于助听器以及其它音频设备的声反馈消除。本发明更具体地涉 及评估听音系统例如助听器系统中声反馈路径的方法。本发明尤其涉及评估稳定状态中环 境噪声对自适应滤波器影响的方法。本发明更进一步地涉及助听器系统、计算机存储介质和数据处理系统。本发明在例如声反馈是问题的应用中是有益的，如在根据用户的特定需求安装助 听设备中。
背景技术：
与频率有关的声学、电学和机械反馈识别方法常用于听力仪器以保证它们的稳定 性。由声反馈导致的不稳定系统趋向于窄带频率成分显著损害期望的音频输入信号，窄带 频率成分通常被感受为啸声或鸣叫声。已经提出可通过特别地改变临界频率处系统传递函数来增加系统稳定性 [Ammitzboll,1987]0例如，这可通过称为陷波滤波器的窄频专用带阻滤波器来实现 [Porayath, 1999]。这种方法的缺点是临界频率处和周围的增益会被牺牲。更先进的技术建议通过减去听力仪器中反馈信号的评估来消除反馈。已经提出将 固定系数线性非时变滤波器用于反馈路径评估[Dyrlimd，1991]。如果反馈路径处于稳定状 态并因此不随时间变化，则这种方法被证明是有效的。然而，助听器的反馈路径随着时间变 化，并且通常偏好某种跟踪能力。自适应反馈消除具有跟踪反馈路径随时间变化的能力。它也是基于线性非时变滤 波器来评估反馈路径，但是它的滤波器加权随时间更新[Engebretson，1993]。可以利用随 机梯度算法计算滤波器更新，包括某种形式的常用最小均方(LMQ或标准化LMS (NLMS)算 法。它们二者都具有利用NLMS关于某参考信号的欧几里德范数平方附加地标准化滤波器 更新以在均方意义上最小化误差信号的特性。一种更为先进的方法结合了随机梯度算法和 AFC滤波器系数的时间统计评估并利用控制电路以保证在噪声情况下滤波器系数被适当更 新[Hansen，1997]。统计评估对反馈路径的相位响应和幅度-频率响应的变化敏感。与安装助听器类似的应用需要评估每个对象的声反馈路径，特别是声反馈路径的 幅度-频率响应。在开环配置中，如图Ib所示，可以在NLMS算法收敛后从自适应AFC滤波 器(AFC = Adaptive Feedback Cancellation,自适应反馈消除)的频率响应获得对反馈路 径的评估。测量期间的背景或环境噪声影响NLMS算法的收敛表现，损害AFC滤波器系数的 最终状态并且因此产生声反馈路径的失真评估。为了缓解这个问题，已经提出了使用基于 傅立叶变换(FT)的方法在某些限定的输入直接测量不希望的背景噪声。然而，这些方法需 要额外的算法，例如快速傅立叶变换(FFT)，并且不能以直接的方式反映获取的AFC滤波器 系数的含义。
发明内容
本发明解决了背景噪声对NLMS收敛和最终调整的影响评估，本发明包括计算AFC 滤波器系数的时序一阶差分。在收敛期间和之后，AFC滤波器系数的变化被监视一段时间 并且被用作背景噪声的测量。在本文中，时序一阶差分是指从一个时间段到下一个时间段的变化序列。它是 在时间(nN) Ts，内以连续迭代η = 1,2,....取得的滤波器系数的序列h’(i，NTs)，h，(i， 2NTs)，...，h，(i，(n-l)NTs)，h，(i，nNTs)，h，(i，(n+l)NTs)，· · ·，其中 Ts 是时间步长(时 间步长Ts可以例如对应于连续采样之间的时间，S卩l/fs，其中fs是模数转换器的采样频率) 并且N GN是自然数。在迭代η处h’ (i,nNTs)的一阶差分Ah’ (η)被定义为Ah’ (η)= h，(i，nNTs)-h，(i，(11-1)^；)，其中每个1=0，1，2，...，11代表11阶滤波器脉冲响应的一 个标签。本发明的一个目的是提供另一种用于确定音频系统如听力仪器的反馈路径测量 质量的方法。本发明的另一个目的是提供另一种用于确定音频系统如听力仪器的反馈路径 测量的幅度-频率响应的质量同时允许在测量期间改变反馈路径相位响应的方法。本发明的目的通过所附权利要求和以下描述的本发明来实现。评估环境噪声的方法本发明的一个目的通过评估听音系统中环境噪声的方法来实现，该听音系统包括 用于将输入声音转换为电输入信号、包括拾取环境噪声的输入换能器，以及用于将电输出 信号转换为输出声音的输出换能器，电正向路径定义在输入换能器和输出换能器之间并提 供正向增益|G(f) I，f是频率，该听音系统还包括电反馈路径，电反馈路径包括用于评估从 输出换能器到输入换能器的声反馈增益|H(f) I的自适应滤波器，自适应滤波器包括可变 滤波器部分和算法部分，可变滤波器部分基于由算法部分确定的滤波器系数h’ (i,nNTs)提 供声反馈路径的评估，其中每个i = 0，1，2，. . .，M表示M阶滤波器脉冲响应的一个标签， nNTs是时间场合。该方法包括a)随着时间监视滤波器系数h’ (i, nNTs)的一阶差分的能 量，以及b)对从一个时间场合到另一个时间场合的能量内容的变化应用预定义的阈值标 准以确定环境噪声的可接受影响。这具有提供可用于说明反馈路径测量期间固定和不固定背景噪声影响的标准的 优点。在一个实施例中，可变滤波器部分(仅)提供声反馈路径的幅度-频率响应 |H(f) I的评估。上述标准具有它在测量期间耐反馈路径的相位响应变化的优点。术语“评估环境噪声”倾向于包括确定或检测环境噪声水平在阈值水平之上还是 之下。在特定实施例中，该方法包括以预定义的初始水平(即预定义的幅度和/或功率 密度谱)提供探测信号，例如，类似于宽带噪声的信号，并将所述信号插入听音系统的电正 向路径中。在一个实施例中，探测信号代替来自输入换能器的正常输入信号被插入。这称 为测量模式。在一个实施例中，将探测信号和来自输入换能器的正常输入信号的(可能加 权的)组合插入正向路径中。在一个实施例中，探测信号是类似于白噪声的信号，具有零均 值和方差r。在特定实施例中，该方法包括计算I KmOINTs) I，在两个离散的连续时间场合IiNTs和(Ii-I)NTs处滤波器系数一阶差分的能量，其中η表示一个特定迭代，！；是采样时间段， Ne N是自然数。在特定实施例中，该方法包括在两个时间场合IiNTs和(n-1) NTs处确定的滤波器系 数一阶差分的能量|kM(nNTs) I由下式确定
权利要求
1.听音系统中评估环境噪声的方法，该听音系统包括用于将输入声音转换为电输入信 号、包括拾取环境噪声的输入换能器、以及用于将电输出信号转换为输出声音的输出换能 器，电正向路径定义在输入换能器和输出换能器之间并提供正向增益|G(f) I，f是频率，该 听音系统还包括电反馈路径，电反馈路径包括用于评估从输出换能器到输入换能器的声反 馈增益|H(f) I的自适应滤波器，自适应滤波器包括可变滤波器部分和算法部分，可变滤波 器部分基于算法部分确定的滤波器系数h' (i，nNTs)提供声反馈路径的评估，其中每个i =0，1，2，...，M表示在特定时间场合IiNTs在测量迭代η处M阶滤波器脉冲响应的一个标 签，该方法包括a)随着时间监视滤波器系数h' (i，nNTs)的一阶差分能量，以及b)对从 一个时间场合到另一个时间场合的能量内容的变化应用预定义的阈值标准以确定环境噪 声的可接受影响。
2.如权利要求1所述的方法，包括以预定义的初始水平提供类似于宽带噪声的信号并 将所述信号插入所述听音系统的电正向路径中。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中在时间场合计算随着时间的滤波器系数 一阶差分的能量kM(IiNTs)，其中Ts是采样时间段，N是整数。
4.如权利要求1所述的方法，其中在时间场合确定的kM(nNTs)由下式确定
5.如权利要求1所述的方法，其中kM(nNTs)的阈值标准kT由下式给出 〃 M
6.如权利要求1所述的方法，其中迭代n= 0处滤波器系数h' (i,nNTs = 0) =0。
7 如权利要求1所述的方法，其中如果环境噪声被检测为大于阈值水平，则增加白噪 声信号水平。
8.如权利要求1所述的方法，可变滤波器部分提供声反馈路径的幅度_频率响应 _ I的评估，其耐相位响应角(H(f))的变化。
9.一种使用基于权利要求1的评估环境噪声方法计算听音系统中临界增益的方法。
10.如权利要求9所述的计算临界增益的方法，包括确定临界增益Glisj^f)=1/|H' (f， nff±NTs) I，其中H' (f)表示频率域f中声反馈路径的传递函数的评估。
11.一种包括听音设备的听音系统，该听音设备包括用于将输入声音转换为电输入信 号、包括拾取环境噪声的输入换能器、以及用于将电输出信号转换为输出声音的输出换能 器，电正向路径定义在输入换能器和输出换能器之间并且包括信号处理单元，该信号处理 单元提供正向增益|G(f) I，f是频率，该听音设备还包括电反馈路径，该电反馈路径包括用于评估从输出换能器到输入换能器的声反馈增益|H(f)|的自适应滤波器，该自适应滤波 器包括可变滤波器部分和算法部分，该可变滤波器部分基于该算法部分确定的滤波器系数 h' (i,nNTs)提供声反馈路径的评估，其中每个i = 0，1，2，...，M表示在时间场合1^1；在 测量迭代η处M阶滤波器脉冲响应的一个标签，其中信号处理单元适于随着时间监视滤波 器系数h' (i，nNTs)的能量内容，以检测从一个时间场合到另一个时间场合的能量内容的 变化是否超过预定义的阈值标准，以确定环境噪声的可接受水平。
12.如权利要求11所述的听音系统，包括用于以预定义的初始水平产生白噪声信号的 白噪声发生器，以及选择器，该选择器用于选择基于电输入信号的正常输入或基于模式输 入的白噪声信号并用于将所述选择器的输出插入听音设备的电正向路径中，用作信号处理 单元的输入。
13.如权利要求11或12所述的听音系统，其中听音设备包括听力仪器、头戴式耳机或 移动电话。
14.如权利要求11所述的听音系统，其中可变滤波器部分适于提供声反馈路径的幅 度-频率响应|H(f) I的评估。
全文摘要
本发明涉及听音设备的在线性非时变系统识别期间监视环境噪声对随机梯度算法影响的方法，该听音设备包括用于将输入声音转换为电输入信号、包括拾取环境噪声的输入换能器，以及用于将电输出信号转换为输出声音的输出换能器，电正向路径定义在输入换能器和输出换能器之间并提供正向增益|G(f)|，f是频率，该听音设备还包括电反馈路径，电反馈路径包括用于评估从输出换能器到输入换能器的声反馈增益|H(f)|的自适应滤波器，自适应滤波器包括可变滤波器部分和算法部分，可变滤波器部分基于算法部分确定的滤波器系数h’(i，nNTS)提供声反馈路径的评估，其中每个i＝0，1，2，…，M表示在时间场合nNTs在测量迭代n处M阶滤波器脉冲响应的一个标签。本发明还涉及助听器系统及其使用。
文档编号H04R3/00GK102056068SQ20101054337
公开日2011年5月11日 申请日期2010年8月3日 优先权日2009年8月3日
发明者伯恩哈德·金茨尔, 萨拉·博斯托克 申请人:伯纳方股份公司