带有自适应反馈补偿装置的助听器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种带有自适应反馈补偿装置的助听器，包括：麦克风，用于将声音转换成音频输入信号；听力损失处理器，被配置为依照该助听器的用户的听力损失来处理该音频输入信号；接收器，用于将音频输出信号转换成输出声音信号；自适应反馈抑制器，被配置为通过对该助听器的反馈信号路径进行建模而生成反馈抑制信号，该自适应反馈抑制器具有连接到减法器的输出端，该减法器被连接用来从该音频输入信号中减去该反馈抑制信号，并且将反馈补偿后的音频信号输出到该听力损失处理器的输入端；以及，合成器，被配置为基于声音模型和该音频输入信号生成合成信号，并且被配置为在该音频输出信号中包括该合成信号。
【专利说明】带有自适应反馈补偿装置的助听器
[0001]本申请是申请日为2010年9月14日、申请号为201010535326.6、发明名称为“带
有自适应反馈补偿装置的助听器”的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种助听器，尤其涉及一种具有反馈消除的助听器。
【背景技术】
[0003]在助听器中，反馈是众所周知的问题，并且现有技术中存在多种用于抑制和消除反馈的系统。随着非常小的数字信号处理(DSP)单元的开发，在诸如听力仪器之类的微小装置中执行用于反馈抑制的高级算法已经成为可能，例如参见美国专利US5，619，580，US5, 680，467 以及 US6, 498，858。
[0004]上述助听器中的现有技术中的用于消除反馈的系统都主要涉及外部反馈的问题，即，在助听器的扬声器(常称作接收器)和麦克风之间沿着助听器设备外部路径的声音传输。这个问题也被称为声学反馈，例如，在助听器耳模未与佩戴者的耳朵完全适配时，或者在耳模包含例如以通风为目的的沟槽或开口的情况下，会发生所述声学反馈。在这两个例子中，声音都可能从接收器“泄漏”到麦克风，从而引起了反馈。
[0005]然而，助听器中的反馈还可能在内部发生，因为声音可以从接收器经由助听器外壳内部的路径传输到麦克风。这种传输可以是空气传播的，或者是由助听器外壳或听力仪器内的一些部件中的机械振动引起的。在后一情形下，接收器中的振动例如经由(一个或多个)接收器固定件传输到助听器的其它部分。
[0006]W02005/081584公开了一种能够补偿助听器外壳内的内部机械和/或声学反馈以及外部反馈的助听器。
[0007]使用自适应滤波器来估计反馈路径是众所周知的。在下文中，将这种方法称为自适应反馈消除(AFC)或者自适应反馈抑制。然而，响应于诸如音乐之类的相关输入信号，AFC产生了反馈路径的偏差估计。
[0008]为了减小偏差，已经提出了多种方法。传统的方法包括:在前向路径或者消除路径中引入信号解相关操作，例如，延迟或者非线性；将探测器信号添加到接收器输入端上；以及例如通过限制式自适应或者限带的自适应来控制反馈消除器的自适应。美国专利申请公开文件US2009/0034768公开了这些已知的用于克服偏差问题的方法中的其中的一种，其中，为了在某个频率区域将来自麦克风的输入信号与接收器处的输出信号解相关而使用了频移。
[0009]在下文中，提供了一种用于减少具有自适应反馈消除的助听器中的偏差问题的新的方法。
【发明内容】
[0010]因而，提供了一种助听器，包括:[0011]麦克风，用于将声音转换成音频输入信号，
[0012]听力损失处理器，被配置为依照该助听器的用户的听力损失来处理该音频输入信号，
[0013]接收器，用于将音频输出信号转换成输出声音信号，
[0014]自适应反馈抑制器，被配置为通过对该助听器的反馈信号路径进行建模而生成反馈抑制信号，该自适应反馈抑制器具有连接到减法器的输出端，
[0015]所述减法器，被连接用来从该音频输入信号中减去该反馈抑制信号，并且将反馈补偿后的音频信号输出到该听力损失处理器的输入端，
[0016]合成器,被配置为基于声音模型和该音频输入信号生成合成信号，并且被配置为在该音频输出信号中包括该合成信号。
[0017]以使得合成信号不与输入信号相关的方式来省测绘那个该合成信号，以便该合成信号的包含减少了偏差问题。
[0018]该合成信号可以在依照用户的听力损失对音频输入信号进行处理之前或之后被包括。
[0019]该声音模型在一实施例中是音频流的信号模型。
[0020]因此，可以将该合成器的输出端连接到该听力损失处理器的输入侧；或者，可以将该合成器的输出端连接到该听力损失处理器的输出侧。
[0021]进一步地，可以将该合成器的输入端连接到该听力损失处理器的输入侧；或者，可以将该合成器的输入端连接到该听力损失处理器的输出侧。
[0022]例如，通过在助听器的线路中的特定点处和特定频带中衰减该音频信号，以及将该合成信号添加到特定频带中的衰减或者移除后的音频信号中，例如以所得信号的振幅基本保持等于原始未衰减的音频信号的方式，该合成信号可以被包括在助听器的线路中任何地方的音频信号中。因此，该助听器可以包含具有用于音频信号的输入端的滤波器，例如，该输入端连接到听力损失处理器的输入端和输出端之一，该滤波器在特定频带中衰减该滤波器的输入信号。该滤波器进一步具有提供衰减后的信号结合合成信号的输出端。例如，该滤波器可以结合加法器。
[0023]该频带是可调的。
[0024]在一类似方式中，代替衰减，可以在助听器的线路中的特定点处和特定频带中用合成信号来代替该音频信号。因此，该滤波器可以被配置为移除特定频带中的滤波器输入信号并代之以添加该合成信号，例如以所得信号的振幅基本保持等于输入到滤波器的原始音频信号的方式。
[0025]例如，反馈振荡可能仅仅或主要在某个频率以上例如在2kHz以上发生，以便仅在此频率以上例如在2kHz以上需要减小偏差。因此，可以保持原始音频信号的低频部分例如低于2kHz的部分而不做任何修改，同时可以通过合成信号来全部或者部分地代替高频部分例如高于2kHz的部分，优选地以所得信号的包络相较原始未代替的音频信号保持基本不变的方式。
[0026]该声音模型可以是基于线性预测分析的。因此，该合成器可以被配置为执行线性预测分析。该合成器可以进一步的被配置为执行线性预测编码。
[0027]线性预测分析和编码导致助听器中改进的反馈补偿，这是因为可能获得更大的增益以及不用牺牲言语可懂度和声音质量就改进了动态性能，尤其对于听力损伤的人来说。
[0028]该合成器可以包含噪声发生器，例如白噪声发生器或有色噪声发生器，该噪声发生器被配置为用于激励声音模型以生成包含合成元音的合成信号。在现有技术的线性预测声码器中，用脉冲序列激励声音模型以合成元音。将噪声发生器用于合成浊音和清音语音则简化了助听器线路，这是因为浊音激活检测的需求连同基音估计一起被清除，从而将该助听器线路的负荷计算保持在最低限度。
[0029]该反馈补偿器可以进一步包含第一模型滤波器，用于基于该声音模型修正输入到反馈补偿器的误差。
[0030]该反馈补偿器可以进一步包含第二模型滤波器，用于基于该声音模型修正输入到反馈补偿器的信号。因此实现了从输入信号和输出信号中移除该声音模型(也称做信号模型)，以便仅有白噪声进入自适应环路，其确保了更快的收敛，尤其当使用最小均方差(LMS)自适应算法来更新反馈补偿器时。
[0031]依照本发明另一方面，提供了一种助听器，包括:
[0032]麦克风，用于将声音转换成音频输入信号，
[0033]听力损失处理器，被配置为依照该助听器的用户的听力损失来处理该音频输入信号，
[0034]接收器，用于将音频输出信号转换成输出声音信号，
[0035]自适应反馈抑制器 ，被配置为通过对该助听器的反馈信号路径进行建模而生成反馈抑制信号，该自适应反馈抑制器具有连接到减法器的输出端，
[0036]所述减法器，被连接用来从该音频输入信号中减去该反馈抑制信号，并且将反馈补偿后的音频信号输出到该听力损失处理器的输入端，
[0037]合成器,被配置为基于声音模型和该音频输入信号的高频部分生成合成信号，并且被配置为在该音频输出信号中包括该合成信号。
[0038]依照本发明第二方面的实施例，该音频输入信号的高频部分处于适当的频率区域，例如 2kHz-20kHz、或 2kHz_15kHz、或 2kHz_10kHz、或 2kHz_8kHz、或 2kHz_5kHz、或2kHz-4kHz、或 2kHz_3, 5kHz、或者 1，5kHz_4kHz 间的间隔。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]在下文中，通过参考附图将更加详细地说明本发明的优选实施例，其中:
[0040]图1示出了依照本发明的助听器的一实施例，
[0041]图2示出了依照本发明的助听器的一实施例，
[0042]图3示出了依照本发明的助听器的一实施例，
[0043]图4示出了依照本发明的助听器的一实施例，
[0044]图5示出了依照本发明的助听器的一实施例，
[0045]图6示出了所谓的限带LPC分析器和合成器，
[0046]图7图解说明了依照本发明的助听器的一优选实施例，以及
[0047]图8图解说明了依照本发明的助听器的另一优选实施例。
【具体实施方式】[0048]现在，在下文中，通过参考附图，将更加彻底地描述本发明，其中示出了本发明的示例性实施例。然而，可以以不同形式来实现本发明，并且不应将其解释为限制于在此所提出的实施列。相反，提供这些实施例是为了使得本公开是详尽且完整的，并且向本领域技术人员彻底传达本发明的范围。全文中相同的参考数字表示相同的元件。因此，关于对每个附图的描述，不会详细地描述相同的元件。
[0049]图1示出了依照本发明的助听器2的一实施例。图解说明的助听器2包括:麦克风4，用于将声音转换成音频输入信号6 ;听力损失处理器8，被配置为依照助听器2的用户的听力损失来处理音频输入信号8 ;接收器10,用于将音频输出信号12转换成输出声音信号。图解说明的助听器2还包括自适应反馈抑制器14，被配置为通过对助听器2的反馈信号路径进行建模(未图解说明)来生成反馈抑制信号16，其中自适应反馈抑制器14具有连接到减法器18的输出端，该减法器18被连接用于从音频输入信号6中减去反馈抑制信号16，由此减法器18将反馈补偿后的音频信号20输出到听力损失处理器8的输入端。助听器2还包括合成器22，所述合成器22被配置为基于声音模型和该音频输入信号生成合成信号，并且被配置为在音频输出信号12中包括该合成信号。该声音模型可以是AR模型(自回归模型)。
[0050]在依照本发明的一优选实施例中，由听力损失处理器8执行的处理是频率相关的，并且该合成器也执行频率相关的操作。例如，这可以通过仅合成来自听力损失处理器8的输出信号的高频部分来实现。
[0051]根据依照 本发明的助听器2的可选实施例，可以互换听力损失处理器8和合成器22的放置，以便沿着从麦克风4到接收器10的信号路径，将合成器22放在听力损失处理器8之前。
[0052]依照助听器2的一优选实施例，听力损失处理器8、合成器22、自适应反馈抑制器14和减法器18形成助听器数字信号处理器(DSP) 24的一部分。
[0053]图2示出了依照本发明的助听器2的一可选实施例，其中，合成器22的输入端连接到听力损失处理器8的输出侧，并且合成器22的输出端经由加法器26连接到听力损失处理器8的输出侧，加法器26将由合成器22生成的合成信号添加到听力损失处理器8的输出端。
[0054]图3示出了依照本发明的助听器2的另一可选实施例，其中，合成器22的输入端连接到听力损失处理器8的输入侧，并且合成器22的输出端经由加法器26连接到听力损失处理器8的输出侧,加法器26将合成器22的输出信号添加到听力损失处理器8的输出端。
[0055]图2和图3所示的实施例同图1所示的实施例非常相似。因此，仅仅描述了它们之间的差别。
[0056]对遭受高频听力损失的患者的早先的研究已经说明，通常反馈在2kHz以上的频率处是最常见的。这表明在大多数情况下仅需在2kHz以上的频率区域中减少偏差问题以改进自适应反馈抑制的性能。因此，为了解相关输入信号6和输出信号12，仅在高频区域中需要该合成信号，而该信号的低频部分可以保持无需更改。因此，可以想出图2和图3所示实施例的两个可替换实施例，其中，在听力损失处理器8的输出端和加法器26之间的信号路径上插入低通滤波器28，并且在合成器22的输出端和加法器26之间的信号路径上插入高通滤波器30。在图4和图5所示的实施例中图解说明了上述情形。可选地，滤波器28可以是一个仅仅一定程度上使听力损失处理器8的输出信号的高频部分衰减的滤波器。类似地，在一可选实施例中，滤波器30可以是一个仅仅一定程度上使来自合成器22的合成输出信号的低频部分衰减的滤波器。
[0057]在一实施例中，可以将滤波器28和30的渡越(crossover)频率或截止频率设置为缺省值，例如处于1.5kHz-5kHz的范围内，优选地为1.5kHz到4kHz之间的某处，例如，
1.5kHz、1.6kHz、1.8kHz,2kHz,2.5kHz,3kHz,3.5kHz 或 4kHz 这些值中的任意一个值。然而在一可选实施例中，可以将滤波器28和30的渡越频率或截止频率选择为5kHz-20kHz的范围内的某处。
[0058]可选地，可以基于在将助听器2适配到用户期间的适配情况，以及基于在将助听器2适配到特定用户期间的反馈路径的测量，来选择或者决定滤波器28和30的截止频率或渡越频率。还可以依据助听器2的用户的听力损失的测量或估计来选择滤波器28和30的截止频率或渡越频率。然而在一可选实施例中，滤波器28和30的渡越频率或截止频率是可调的。
[0059]可选地，通过使用低通滤波器28和高通滤波器30，来自听力损失处理器8的输出信号可在所选频带内由来自合成器22的合成信号来代替，在所选频带中，助听器2对反馈最敏感。这个例如可以通过使用滤波器组的适当排列来完成。
[0060]在优选实施例的下列详细描述中，可以基于使用线性预测编码(LPC)以估计信号模型和合成输出声音来进行该描述。该LPC技术是基于自回归(AR)建模的，实际上其非常精确地对语音信号的生成建 模。依照本发明优选实施例提出的算法可以分解为以下4部分:1) LPC分析器:该级估计信号的参数模型，2) LPC合成器:这里通过使用导出模型滤除白噪声来生成合成信号，3)混合器，其将原始信号和合成复本结合起来，以及4)自适应反馈抑制器14，其使用输出信号(原始+合成)来估计反馈路径(然而，应了解的是，可选地，可以将输入信号分成多个带，然后在这些带中的一个或多个带上运行LPC分析器)。所提出的方案基本上由信号合成和反馈路径自适应这两部分组成。下面将先描述信号合成，然后将描述依照本发明的助听器2的一优选实施例，其中，反馈路径自适应方案利用外部信号模型，并且然后将描述依照本发明的助听器2的一可选实施例，其中，该自适应是基于内部LPC信号模型(声音模型)的。
[0061]图6中示出了所谓的限带LPC分析器和合成器(BLPCAS)32。图解说明的BLPCAS32只是合成器22的详细实施例，其中结合了带通滤波器。因此，缓和了对图4和图5中所示的辅助滤波器28和30的需求。
[0062]线性预测编码基于将感兴趣的信号建模成全极点信号。由下列差分等式来生成全极点信号:
[0063]Λ-(") =艺《"'-("-/) +K")(等式 I)
1=1
[0064]其中，χ(η)是信号，kj=是模型参数，以及e(n)是激励信号。如果该激励信号
是高斯分布白噪声，则该信号被称为自回归(AR)过程。图6中示出的BLPCAS32包括白噪声发生器(未示出)，或者从外部白噪声发生器接收白噪声信号。如果待(在均方意义上)估计所测量信号y(n)的全极点模型，则用公式表示出下面的最优化问题:
【权利要求】
1.一种助听器(2)，包括: 麦克风(4),用于将声音转换成音频输入信号(6), 听力损失处理器(8)，被配置为依照所述助听器的用户的听力损失来处理所述音频输入信号， 接收器(10),用于将音频输出信号(12)转换成输出声音信号， 自适应反馈抑制器(14)，被配置为通过对所述助听器的反馈信号路径进行建模来生成反馈抑制信号(16)，所述自适应反馈抑制器具有连接到减法器(18)的输出端， 所述减法器(18)，被连接用来从所述音频输入信号中减去所述反馈抑制信号，并且将反馈补偿后的音频信号(20)输出到所述听力损失处理器的输入端， 合成器(22，32),被配置为基于声音模型和所述音频输入信号生成合成信号，并且被配置为在所述音频输出信号中包括所述合成信号， 其特征在于 所述合成器(22，32)被配置为执行线性预测分析以估计所述音频输入信号的参数模型。
2.依照权利要 求1所述的助听器，其中，所述合成器的输入端连接到所述听力损失处理器的输入侧。
3.依照权利要求1或2所述的助听器，其中，所述合成器的输出端连接到所述听力损失处理器的输入侧。
4.依照权利要求1所述的助听器，其中，所述合成器的输入端连接到所述听力损失处理器的输出侧。
5.依照权利要求2或4所述的助听器，其中，所述合成器的输出端连接到所述听力损失处理器的输出侧。
6.依照前述任一权利要求所述的助听器，进一步包括带有输入端和输出端的滤波器，所述滤波器的输入端连接到所述听力损失处理器的输入端和输出端之一、用以衰减频带中的滤波器输入信号，并且所述滤波器的输出端在与合成器的输入端相连的滤波器的输出端处提供衰减后的信号、用以与所述合成信号相结合。
7.依照权利要求6所述的助听器，其中，所述滤波器被配置为移除所述频带中的滤波器输入信号。
8.依照权利要求6或7所述的助听器，其中，所述频带是可调的。
9.依照前述任一权利要求所述的助听器，其中，所述合成器进一步被配置为执行线性预测编码。
10.依照前述任一权利要求所述的助听器，其中，所述合成器包括噪声发生器，所述噪声发生器被配置为激励声音模型、用以生成包含合成元音的合成信号。
11.依照权利要求10所述的助听器，其中，所述噪声发生器是白噪声发生器或者有色噪声发生器。
12.依照前述任一权利要求所述的助听器，其中，所述反馈补偿器进一步包括第一模型滤波器，用于基于所述声音模型修正输入到反馈补偿器的误差。
13.依照前述任一权利要求所述的助听器，其中，所述反馈补偿器进一步包括第二模型滤波器，用于基于所述声音模型修正输入到反馈补偿器的信号。
14.依照权利要求1所述的助听器，其中，所述合成器配置为基于声音模型以及仅所述音频输入信号的高频 部分来生成合成信号。
【文档编号】H04R25/00GK104023301SQ201410136550
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2010年9月14日 优先权日:2009年9月14日
【发明者】卡尔-弗雷德里克·约翰·格兰, 马桂林 申请人:Gn瑞声达A/S