助听器中的波束形成的利记博彩app

专利名称：助听器中的波束形成的利记博彩app
技术领域：
本发明总体上涉及具有波束形成能力的助听器系统，并且具体地涉及自适应双耳 波束形成。
背景技术：
现代助听器的最重要任务之一是在存在噪声的情况下提供在言语可懂度上的改 善。为了这个目的，已经广泛使用波束形成，特别是自适应波束形成，以便抑制干扰噪声。传 统上，向助听器的用户提供在助听器中定向和全向模式之间改变的可能(例如，用户仅通 过下述方式来改变处理模式根据在特定环境中遇到的收听状况来在助听器上拨动扳钮开 关或按动按钮以将所述装置置于优选模式中)。近来，已经在助听器中采用了用于在定向和 全向模式之间切换的自动切换过程。依赖于特定的收听情况，全向和定向处理两者提供了相对于另一种模式的益处。 对于较为安静的收听情况，全向处理通常优选于定向模式。这是因为，在所存在的任何背景 噪声在振幅上相当低的情况下，全向模式应当提供对于周围环境中的各种声音的更多的访 问，这可以提供对于环境的“连通性”，即被连接到外部世界的更大感觉。可预测当信号源在 收听者侧面或后面时全向处理的一般偏好。通过声源对于收听者当前未面向的提供更多的 访问，全向处理将改善对于从这些位置(例如，在服务员从收听者后面或侧面说话的餐馆 中)到达的语音信号的识别。从除了收听者前面之外的位置到达的目标信号的全向处理的 益处在安静和噪声收听情况中都存在。对于收听者面向信号源(例如，感兴趣的说话者) 的噪声收听状况，通过对于来自前面的信号的定向处理提供的提高的信噪比(SNR)有可能 使得定向处理成为优选。在听力受损的收听者的每日体验中频繁地出现刚才所述的收听状 况的每一个(在面向或未面向说话者的助听器用户的安静、噪声收听环境中)。因此，助听 器用户定期地遇到定向处理将优选于全向模式的收听情况，并且反之亦然。在助听器的全向模式和定向模式之间的手动切换的方法的问题是，如果收听者不 积极地切换模式，则收听者可能不知道模式的改变在给定的收听情况中会是有益的。另外， 最适合的处理模式在一些收听环境中可以相当频繁地改变，并且收听者可能不能方便地手 动切换模式以处理这样的动态收听状况。最后，许多收听者可能发现两种模式的手动切换 和积极比较是烦人和不方便的。结果，他们可以将他们的装置永久地置于默认的全向模式 中。然而，通过声音的无损编码来执行是由收听者手动地还是由听力仪器自动地选择 定向麦克风。基本上，定向处理由其中增强一个声源(通常从0度起)并且衰减所有其他 声源的空间滤波构成。因此，破坏了空间提示(spatial cue)。一旦去除了这个信息，则助 听器或收听者不再能获得或检索到该信息。因此，在定向和全向模式之间手动或自动切换 的这样的方法的主要问题之一是消除了对于收听者可能是重要的信息，这发生在听力仪器 被切换到定向模式时。虽然定向模式的目的是提供感兴趣的信号的较好的信噪比，但是关于什么是感兴趣的信号的判定最终是收听者的选择，而不能由听力仪器来判定。因为假定感兴趣的信号 出现在收听者的观看方向上，则在收听者的观看方向外部出现的任何信号可以并且将通过 定向处理来消除。这符合临床经验，临床经验表明当前市场上的自动切换算法未获得广泛 的接受。病人一般更喜欢手动地切换模式，而不是依赖于这些算法的判定的切换模式。

发明内容
因此，本发明的目的是提供一种助听系统，通过该助听系统，可以向用户同时提供 定向和全向模式两者的益处。根据本发明，通过本发明的第一方面来实现上述和其他目的，本发明的第一方面 涉及一种助听器系统，包括第一麦克风和第二麦克风，用于提供电子输入信号；波束形成 器，用于至少部分地基于所述电子输入信号来提供具有第一定向空间特性的第一音频信号 (波束)，其中，所述波束形成器进一步被配置成至少部分地基于所述电子输入信号来提供 第二音频信号，所述第二音频信号具有与所述第一音频信号不同的另一个空间特性，并且 其中，所述助听器系统进一步包括混合器，所述混合器被配置成用于混合所述第一音频信 号和第二音频信号，以便提供要由用户听到的输出信号。通过将所述定向音频信号与具有另一个空间特性的音频信号混合以便提供要由 用户听到的混合输出信号，用户获得了定向处理的益处(例如，感兴趣的信号的更好的可 懂度)，同时能够听到来自其他方向(多个)的声音。取决于混合比，即所述第二音频信号 中的多少与所述第一音频信号混合，并且取决于所述第二音频信号的所述空间特性，用户 将被提供有具有定向处理的益处的输出信号，并且同时用户感受到与周围声音联系更多的 环境。根据优选实施例的所述助听器系统进一步包括处理器，所述处理器被配置成根据 听力损害校正算法来处理所述混合信号。由此，保证所述混合信号具有将被用户听到的水 平和频率特性。优选地，在所述助听系统中使用诸如扬声器的输出换能器(也称为接收 器)，以便将所述混合的音频信号转换为声音信号。根据本发明的第一方面的所述助听器系统可以替代地进一步包括处理器，所述处 理器被配置成在混合所述第一音频信号和第二音频信号之前，根据听力损害校正算法来处 理所述第一音频信号。因为通常用户主要对具有所述定向特性的所述第一音频信号感兴 趣，所以这个替代实施例实现了根据所述用户的听力损害来至少处理用户最感兴趣的音频信号。根据本发明的一个实施例，所述波束形成器可以具有一个优选方向。例如，所述波 束形成器可以具有由所述助听器系统的用户的“正前方”方向限定的一个优选方向，即，根 据本发明的一个实施例，所述第一音频信号的定向特性可以具有被预定义在所述“正前方” 方向中的方向。因此，限定了在“正前方”方向中的波束。根据替代实施例，在将波束方向 保持固定的同时，所述第一音频信号的波束“宽度”或空间定向特性的形状可以是可适配的 或至少可调整的。所述波束形成器优选地可以是自适应的，S卩，所述波束形成器根据具体情况来优 化信噪比。通过使用可适配的波束形成器，实现很灵活的解决方案，其中，可以在用户移动所述助听器系统的同时，聚焦在移动的声源上或聚焦在非移动的声源上。此外，可以更好地处 理环境噪声状况的改变(例如，新的声源的出现、噪声源的消失或噪声源相对于助听器系 统的用户的移动)。在根据本发明的第一方面的又一个优选实施例中，所述助听器系统可以包括用户 操作的界面，所述用户操作的界面可操作地连接到所述混合器以用于控制所述第一音频信 号和第二音频信号的混合。在此，实现了下述大优点用户可以决定他/她可能想要听到周 围声场的多少，并因此相对于他/她可能要感觉与周围的“联系”程度来上下调节。例如， 如果本发明的助听器系统的用户处于宴会的情形，其中，他/她正在与面对他/她坐着的 人进行会话，同时在多个其他参与者正在彼此交谈，则所述用户将位于声音环境中，所述声 音环境经常被称为多谈话者乱哄哄噪声或仅称为乱哄哄噪声。在这样的情况下，本发明的 助听器系统的用户将清楚地受益于定向处理，但是可能感到置身于在宴会的那组人的其余 人之外，但是通过使用用于在第二音频信号的一些中混合的界面，将使得用户能够听到他/ 她可能选择的正在进行的其他会话，同时受益于相对于用户当前正在与其会话的人的定向 处理。作为对于用户受控的替代或补充，可以独立于周围声音环境的分类来执行第一音 频信号和第二音频信号的混合。这具有下述优点可以优化在助听器系统中的音频信号处 理，以处理特定的声音或噪声环境。优选地，可以将用户操作的界面置于独立的遥控设备中，所述独立的遥控设备例 如类似于用于控制电视机的遥控设备，其经由无线链路可操作地连接到所述混合器。替代地，用户操作的界面可以包括手动可操作开关，所述手动可操作开关可以被 置于所述助听器系统的壳体结构之中或之上。所述开关可以是扳钮开关或与在本领域中已 知的助听器的音量滚轮相似的开关。替代地，所述开关可以被体现为接近传感器，所述接近 传感器能够记录在所述传感器附近的手或手指移动。这样的接近传感器可以被体现为例如 电容传感器。在另一个替代实施例中，所述开关可以是磁开关，诸如簧片开关、磁阻开关、巨 型磁阻开关、各向异性磁阻开关或各向异性巨型磁阻开关。虽然许多听力受损的人遭受两耳的听力损失并且因此实际上使用两个助听器，但 是双耳助听器系统的大多数在每一个助听器中独立地处理数据，而不交换信息。然而，近些 年来，已经在助听器之间引入了无线通信，以便可以从一个助听器向另一个传送数据。因 此，根据本发明的优选实施例，所述助听器系统可以是双耳助听器系统，所述双耳助听器系 统包括经由通信链路而彼此互连的第一助听器和第二助听器，并且其中，所述第一麦克风 位于所述第一助听器中，并且所述第二麦克风位于所述第二助听器中。由此实现了一种促 进双耳波束形成的助听器系统。这除了别的之外进一步具有提高波束形成器的空间分辨率 的优点，因为在耳朵之中或之处佩带第一助听器和第二助听器的一般成人的耳朵之间的距 离大致在可听范围中的声音波长的数量级上。这将因此使得可以区分在空间上接近地定位 的声源。然而，除了这些优点之外，双耳波束形成的一个关心问题是波束形成器仅产生一个 信号，该信号有效地破坏了所有的双耳提示，诸如噪声的耳间时间差(ITD)和耳间水平差 (ILD)。这些双耳提示对于使得人能够定位声源和/或区分声源是必要的。然而，通过混合 第一音频信号和第二音频信号，可以保留双耳提示，同时向用户提供定向处理的益处。仿真 已经显示，在根据本发明的助听器系统中，很大程度地保留了这些双耳提示(例如，参见关
6于仿真结果的部分)。双耳助听器系统或用户可以确定给定情况期望的混合水平或混合比。根据双耳助听器系统的优选实施例，第一助听器和第二助听器中的每一个包括连 接到所述波束形成器的另一个麦克风。由此，实现了将能够一次处理几个噪声源并且因此 实现更好的噪声抑制的双耳助听器系统。根据双耳助听器系统的优选实施例，提供了一种手动可操作开关，用于控制第一 音频信号和第二音频信号的混合，所述开关可以被置于所述第一助听器和/或第二助听器 中，例如置于所述第一助听器和/或第二助听器的壳体结构中。根据又一个优选实施例，根据本专利说明书的描述的助听器系统可以是形成双耳 助听器系统的一部分的单个助听器。根据优选实施例，由所述波束形成器产生的所述第一音频信号和第二音频信号的 空间特性可以是基本上互补的。然而，虽然基本上互补，但是它们也可以在特定程度上重 叠。这个实施例的一个大优点是，当将所述第二音频信号的提高部分与所述第一音频信号 混合时，混合信号将从基本上定向的音频信号变为基本上全向的音频信号。因此，根据混合 比，系统或用户可以在基本上定向和基本上全向的处理之间进行转换(例如，软切换)，并 且因此根据在任何给定情况下所期望的，受益于两者。替代地，第二音频信号的空间特性可以是基本上全向的。由此，实现了在计算上实 现起来简单的系统，因为所述波束形成器仅需要提供具有定向空间特性的一个音频信号。根据替代优选实施例，所述第一音频信号和第二音频信号的空间特性以如下这样 的方式由(所述波束形成器)产生优选地当使用例如β = 1(下面在附图的详细描述下 描述)的混合比的适当选择的混合比时，即当使用相等的加权来混合第一音频信号和第二 音频信号时，结果产生的混合音频信号的空间特性是基本上全向的。可以根据用户的第一耳朵和/或第二耳朵的听力损失或根据周围声音环境的类 别来执行所述混合本身。根据本发明，通过与一种助听器相关的本发明的第二方面来实现上述和其他目 的，所述助听器包括麦克风，用于提供定向音频信号和全向音频信号；处理器，其可操作 地连接到所述麦克风，并且被配置用于提供要由用户听到的听力损害校正的输出信号，其 中，所述助听器进一步包括混合器，用于混合所述定向音频信号和所述全向音频信号，由此 提供混合的音频信号。根据本发明的第二方面的实施例进一步涉及一种助听器，所述助听器包括用户操 作的界面，所述用户操作的界面可操作地连接到所述混合器，由此所述混合可以被用户控 制。根据本发明的第二方面的实施例，所述听力损害校正的输出信号可以基于混合音 频信号或定向音频信号或全向音频信号。根据本发明的第二方面的实施例的一种助听器可以被配置用于形成双耳助听器 系统的一部分。根据本发明，通过与一种双耳助听器系统相关的本发明的第三方面来实现上述和 其他目的，所述双耳助听器系统包括第一助听器，其具有用于提供定向音频信号的定向麦 克风系统和用于提供第一听力损害校正的输出信号的处理器；第二助听器，其具有用于提 供全向音频信号的全向麦克风系统和用于提供第二听力损害校正的输出信号的接收器，其中，经由在所述第一助听器和第二助听器之间的双向通信链路，所述第一助听器适于接收 基于所述全向音频信号的音频信号，并且所述第二助听器适于接收基于所述定向音频信号 的音频信号，其中，所述第一助听器进一步包括第一混合器，第一混合器用于混合基于所述 全向和所述定向音频信号的信号，以便提供第一混合信号，并且其中，所述第二助听器进一 步包括第二混合器，第二混合器用于混合基于所述全向和所述定向音频信号的信号，以便 提供第二混合信号。在根据本发明的第三方面的实施例中，由所述第一混合器和/或第二混合器执行 的所述混合可以基于从所述全向麦克风系统和/或所述定向麦克风系统得出的信号的类 别。在根据本发明的第三方面的另一个实施例中，可以根据从所述全向麦克风系统和 /或所述定向麦克风系统得出的信号的目标信噪比(SNR)和/或信号压力级(SPL)来执行 所述混合。根据本发明的第三方面的所述双耳助听器系统可以进一步包括用户操作的界面， 所述用户操作的界面可操作地连接到所述第一混合器和/或第二混合器。依照根据本发明的第三方面的双耳助听器系统的又一个实施例，所述第一听力损 害校正的输出信号可以至少部分地基于所述第一混合信号。作为其补充或替代地，所述第 二听力损害校正的输出信号可以至少部分地基于所述第二混合信号。根据本发明的第三方面的实施例的第一混合信号和第二混合信号基本上相同，或 者，可以根据相同的混合比来执行所述混合。在根据本发明的第三方面的优选实施例中，可以根据与用户的第一耳朵相关联的 听力损失来产生所述第一听力损害校正的输出信号，并且，可以根据与用户的第二耳朵相 关联的听力损失来产生所述第二听力损害校正的输出信号。根据本发明的第二或第三方面的实施例，可以根据用户的第一耳朵和/或第二耳 朵的听力损失来执行所述混合。虽然以上已经描述了本发明的三个方面的几个实施例，但是应当明白，来自该三 个方面之一的实施例的任何特征可以被包括在其他两个方面之一或两者的实施例中，并且 当在本专利申请中其被称为“实施例”时，可以明白其可以是根据本发明的三个方面的任何 一个的实施例。


下面，将参考附图更详细地解释本发明的优选实施例，其中图1示出根据本发明的一方面的助听器系统的实施例；图2示出根据本发明的一方面的助听器系统的替代实施例；图3示出根据本发明的一方面的助听器系统的又一个替代实施例；图4示出根据本发明的一方面的双耳助听器系统；图5示出根据本发明的一方面的双耳助听器系统的替代实施例；图6图示对于在图4中所示的双耳助听器系统的替代实施例；图7图示对于在图5中所示的双耳助听器系统的替代实施例；图8图示具有定向空间特性的第一音频信号与具有与第一音频信号的空间特性不同的空间特性的另一个音频信号的混合；图9图示在仿真中的根据本发明的一些方面的助听器系统的频率相关性能；图10图示在仿真中的根据本发明的一些方面的助听器系统的角度相关性能；图11图示作为入射角的函数的分别用于单个和多个噪声源的耳间时间差上的误 差；以及图12图示作为入射角的函数的估计的耳间水平差。
具体实施例方式下文中将参考示出了本发明的示例性实施例的附图更全面地描述本发明。然而， 本发明可以以不同形式来体现，并且不应当被解释为限于在此阐述的实施例。而是，这些实 施例被提供使得本公开将是透彻和完整的，并且将向本领域内的技术人员全面地传达本发 明的范围。在全部附图中，相同的附图标记指的是相同的元件。因此，将不参考每一个附图 的描述来详细地描述相同的元件。图1示出根据本发明的一方面的助听器系统的实施例。所图示的助听器系统被体 现为助听器2，助听器2包括两个麦克风4和6，分别用于提供电子输入信号8和10。所图 示的助听器2也包括波束形成器12，波束形成器12被配置用于提供具有定向空间特性的第 一音频信号14(有时称为波束)。第一音频信号14至少部分地基于电子输入信号8和10， 并且，第二音频信号16也至少部分地基于电子输入信号8和10。波束形成器12也被配置 用于提供第二音频信号16，第二音频信号16具有与第一音频信号14的空间特性不同的空 间特性。所述第一音频信号和第二音频信号14和16在混合器18中混合，以便提供混合的 音频信号20。助听器2进一步包括压缩器22，压缩器22被配置用于根据听力损害校正算 法来处理混合的音频信号20。听力损害校正的混合信号随后被所图示的接收器24变换为 声音信号。优选地，在诸如数字信号处理器(DSP) 26的信号处理器中包括波束形成器12、混 合器18和压缩器22。可以明白，可以以软件来实现下述单元的任何一个或全部波束形成 器12、混合器18和压缩器22。此外，可以以软件来实现单元12、18和22的一些部分，而以 诸如ASIC的硬件来实现其他部分。因为大多数听力障碍是频率相关的，所以优选地，压缩 器22可以被配置成根据听力损害校正算法来执行混合的音频信号20的频率相关的处理。 优选地，根据助听器2的用户的特定的估计或测量的听力损害来选择或产生这个听力损害 校正算法。在图1中也示出了(可选的)用户操作的界面28，用户操作的界面28经由控制链 路30可操作地连接到混合器18。在一个实施例中，所图示的用户操作的界面28可以包括 在助听器2的壳体结构(未示出)上的诸如音量滚轮的致动器或传感器(未示出)。这将 因此使得用户能够通过下述方式来控制第一音频信号和第二音频信号14和16的混合使 用他/她的手或手指来手动地激活致动器或传感器(未示出)。在另一个实施例中，所图示 的用户操作的界面28形成遥控设备的一部分，无线控制信号30可以从这个遥控设备被发 送到助听器2，并且在助听器2处被接收，以便控制在混合器18的第一音频信号和第二音频 信号14和16的混合。在这个实施例中，可以明白，助听器2配备有用于从遥控设备接收无 线控制信号的装置，虽然在图1中未明确地示出这些特征。此外，可以明白，所图示的助听器2可以是耳后类型的助听器、耳内类型的助听器、完全在耳道内类型的助听器或接收器在耳朵内类型的助听器(即，一种类型的助听器， 其中，除了接收器24之外的在图1中所示的所有特征被置于壳体机构中，该壳体结构被配 置用于被置于用户耳后，并且其中，接收器24被置于耳塞中，所述耳塞例如可以是耳模，所 述耳塞被配置用于被置于用户的耳道或耳甲腔中)。图2示出在图1中所示的根据本发明的一方面的助听器系统的替代实施例。在图 1和2中所示的实施例之间的唯一差别是分类器32。通过包括分类器32，可以让助听器2 执行第一音频信号和第二音频信号14和16的自动混合，其中，可以对于不同的收听情况优 化该混合。例如，如果除了可能用户感兴趣的一个声源之外周围声音环境是安静的，则可以 以结果产生的混合的音频信号20基本上是全向的这样的方式来执行混合。然而，因为不可能先验地考虑所有可能的收听情况，因此不可能优化在任何可能 的收听情况下对于用户最佳的混合，所以用户可以否决由分类器32控制的自动混合。用户 可以通过激活用户操作的界面28来如此进行。在图2中所示的助听器2的更简化的实施例中，仅根据分类器32对于周围的声音 环境的分类来执行混合。因此，这样的实施例不包括用户操作的界面28。因此，在这个简化 实施例中，用户不能否决由分类器32控制的混合。图3示出了根据本发明的一方面的助听器系统的替代实施例。所图示的助听器系 统被体现为助听器2，并且在许多方式上类似于图1和2中图示的实施例。因此，仅将详细 描述这些实施例的差别。在所图示的实施例中，压缩器22被配置用于根据听力损害校正算 法来处理第一音频信号14，以便提供听力损害校正输出信号34。这在某些情况下是有利 的，因为波束形成的音频信号14通常被引导至用户感兴趣的声源。因此，用户将有兴趣听 到对于他/她方便的大声和清楚的特定声源。然而，为了使得用户有可能也从其他方向听 到声音并且因此感到联系到周围的声音环境，将信号34与第二音频信号16混合，以便提供 混合输出信号36，混合输出信号36在接收器24中被转换为声音。如图所示，助听器系统也 可以包括(可选的)用户操作的界面28，通过用户操作的界面28，用户可以以与如上所述 类似的方式控制混合。在本发明的替代实施例中，在图1-3的任何一个中图示的助听器2可以包括一个 或两个附加麦克风，使得它总共可以包括3或4个麦克风或甚至比4个更多的麦克风。在另一个实施例中，参考在图1-3中所示的实施例的任何一个所述的助听器2可 以被配置用于形成双耳助听器系统的一部分，该双耳助听器系统包括另一个助听器。进一 步可以彼此协调在形成双耳助听器系统的一部分的两个助听器中的信号处理。图4示出了根据本发明的另一个实施例的助听器系统，其中，所述助听器系统是 双耳助听器系统，包括第一助听器2，其具有一个麦克风4 ；以及，第二助听器38，其包括第 二麦克风6。第二助听器38进一步包括压缩器40和接收器42。在所图示的双耳助听器系 统中，仅在助听器2中执行波束形成。因此，由第二助听器38提供的电子输入信号10被传 输到第一助听器2中的波束形成器12，如虚线箭头44所指示的。以与以上参考在图1-3中 所示的实施例解释的方式类似的方式来执行助听器2中的电子输入信号8和10的进一步 的处理，包括音频信号14和16的混合。然而，重要的差别是，混合的音频信号20也被传输 到第二助听器38的压缩器40，如虚线箭头46所指示的。优选地，压缩器40根据听力损害 校正算法来处理混合的音频信号，以便补偿用户的第二耳朵的听力损害。然后，来自压缩器40的输出信号被馈送到第二接收器42，第二接收器42被配置用于将压缩器的输出信号变 换为要被用户听到的声音信号。因为遭受听力障碍的许多人两耳都遭受听力损失，并且在 许多情况下甚至两耳遭受不同的听力损失，所以优选地，压缩器22被配置用于根据听力损 害校正算法来处理混合的音频信号20，以便减轻用户的第一耳朵的听力损失，而第二助听 器38的压缩器40被配置用于根据听力损害校正算法来处理混合的音频信号20，以便减轻 用户的第二耳朵的听力损失。虽然未明确地图示，但是输入信号10可以在助听器38中进行附加信号处理。如本领域中已知的，通过有线或无线链路(例如，双向链路)来促进两个助听器2 和38之间的、如虚线箭头44和46所指示的信号10和20的传输。图5示出根据本发明的一方面的替代助听器系统，该替代助听器系统在此被体现 为双耳助听器系统，其包括第一助听器2和第二助听器38。所图示的助听器2、38中的每一 个包括麦克风4、6 ；波束形成器12、48 ；混合器18、50 ；压缩器和接收器24、42。在助听器 2中，波束形成器12、混合器18和压缩器22形成了诸如数字信号处理器(DSP) 26的信号处 理单元的一部分。对应地，在助听器38中，波束形成器48、混合器50和压缩器40形成了诸 如数字信号处理器(DSP) 54的信号处理单元的一部分。第一助听器2的麦克风4提供电子输入信号8，该电子输入信号8被馈送到波束形 成器12，并且也被传输到第二助听器38的波束形成器48，如虚线箭头62所指示的。类似 地，第二助听器38的麦克风6提供电子输入信号10，该电子输入信号10被馈送到波束形成 器48并且也被传输到第一助听器2的波束形成器12，如虚线箭头60所指示的。因此，波束 形成器12和48中的每一个接收由两个麦克风提供的电子信号。以以上相对于在图1-3中 所示的实施例描述的方式类似的方式来执行在助听器2、38的每一个中的电子输入信号8、 10的进一步处理。可以通过例如双向有线或无线链路来促进在助听器2、38之间的输入信 号8、10的传送，如虚线箭头62、60所指示的。在图5中图示的双耳助听器系统的一个实施例中，第一助听器和第二助听器2、38 的波束形成器12、48可以被配置成以如下这样的方式来执行协调的波束形成音频信号14 和56基本上相同和/或音频信号16和58基本上相同。实现向在两个助听器中的混合器 18,50的输入信号的方式是类似的。如参考图4解释的，压缩器22和40被配置成分别根据 用户的第一耳朵和第二耳朵的听力损失来处理混合的音频信号20和64。在图5中也示出了(可选的)用户操作的界面28。所图示的用户操作的界面28 可操作地连接到第一助听器2中的混合器18，如虚线箭头30所指示的，并且所图示的用户 操作的界面28可操作地连接到第二助听器38中的混合器50，如虚线箭头52所指示的。在 优选实施例中，用户操作的界面28形成遥控设备的一部分，由此，可以通过无线链路来促 进用户操作的界面28与助听器2和38之间的操作连接，通过该无线链路，控制信号可以被 发送到两个助听器2和38中的每一个。在优选实施例中，用户可以通过适当地激活用户操 作的界面28来独立于彼此地控制两个助听器2和38的每一个中的混合。在另一个实施例 中，用户操作的界面28被配置用于在两个助听器2和38的每一个中提供协调和类似数量 的混合。在又一个替代实施例中，用户操作的界面28被包括在置于助听器2和38之一或两 者的壳体结构(未示出)中的开关结构中。所述开关结构可以例如包括机械致动器或接近 传感器或在发明内容中描述的任何其他类型的开关结构。在另一个实施例中，用户操作的界面28可以由两个独立部分构成，一个独立部分用于控制助听器2中的混合，并且一个独 立部分用于控制助听器38中的混合。在此，可以明白，用户操作的界面28也可以包括开关 结构(未示出)的两个独立部分，其中每一个可以被置于两个助听器2或38的每一个中。 因此，以这种方式，可以通过助听器2中的开关(未示出)来控制助听器2中的混合，并且 可以通过助听器38中的开关(未示出)来控制助听器38中的混合。图6图示了与在图4中所示的双耳助听器系统类似的双耳助听器系统，但是现在 其中，助听器2、38的每一个已经分别配备有一个附加麦克风5和7。因此，将仅描述图6和 图4中所示的实施例之间的差别助听器2中的附加麦克风5提供电子输入信号9，电子输 入信号9被馈送到波束形成器12，并且助听器38中的附加麦克风7提供电子输入信号11， 电子输入信号11经由有线或无线链路被传输到助听器2中的波束形成器12，如虚线箭头 45所指示的。在此，波束形成器12将具有要处理的四个麦克风信号，由此更准确和精确的 波束形成是可能的(如下所述)。如本领域中已知的，可以通过有线或无线链路(例如，双向链路)来促进两个助听 器2和38之间的、如虚线箭头44,45和46所指示的信号IOUl和20的传输。类似地，图7图示了与图5中所示的双耳助听器系统类似的双耳助听器系统，但是 现在其中，助听器2、38的每一个已经分别配备有一个附加麦克风5和7。因此，将仅描述图 7和图5中所示的实施例之间的差别助听器2中的附加麦克风5提供电子输入信号9，电 子输入信号9被馈送到波束形成器12并且优选地经由有线或无线链路被传输到助听器38， 如虚线箭头61所指示的，其中，它(9)被馈送到助听器38中的波束形成器48。类似地，助 听器38中的附加麦克风7提供电子输入信号11，电子输入信号11被馈送到波束形成器48 并且经由链路(优选地，无线链路)被传输到助听器2中的波束形成器12，如虚线箭头63 所指示的。据此，波束形成器12和波束形成器48两者将具有要处理的四个麦克风信号，由 此，更准确和精确的波束形成是可能的(如下所述)。此外可以彼此协调由两个波束形成器 12和48执行的波束形成。可以通过例如双向有线或无线链路来促进助听器2、38之间的输入信号8、9、10和 11的传输，如虚线箭头60、61、62和63所指示的。可以明白，优选地，图1-7的任何一个中所示的波束形成器12、48是自适应的。此 外，可以明白，图3-7的任何一个中图示的助听器2、38的每一个可以包括如参考图2所述 的分类器(未示出)。图8A-8C图示了具有定向空间特性66的第一音频信号与具有与第一音频信号的 空间特性66不同的空间特性68的另一个音频信号的混合，以便提供混合信号。图8A-8C中图示的空间特性被给出为极坐标图，该极坐标图示出了在基本上水平 的平面中的作为角度的函数的周围声场的放大。图8A中图示的混合示出了用户感兴趣的 谈话者被置于0度角的情况，并且干扰噪声源被置于90度角。空间特性66是由波束形成器 提供的语音估计，并且空间特性68是由波束形成器提供的噪声估计。图8A中图示的空间 特性的最后一列示出了对于因子β的各个值而言的结果产生的混合信号的空间特性(例 如参见下面的等式(16)来获得更多的细节)。因子β图示噪声估计中的多少与语音估计 混合。因此，β = 1的值对应于所有的噪声估计与语音估计混合的情况，产生全向混合信 号，并且另一种极端情况，其中，β = 0的值对应于没有噪声估计与语音估计混合的情况，
12因此产生具有等于语音估计的空间特性的空间特性的混合信号。在图8A的最后一列中也 图示了两种中间情况，两种中间情况示出了 β =0.3和β =0.7的混合信号的空间特性。 在本发明的优选实施例中，用户能够控制混合因子β，使得他/她可以决定他/她可能想要 听到多少噪声估计，由此控制对于周围声音环境的“连通性”。在图8Β和8C中图示了与以上参考图8Α描述的情况类似的情况，但是具有下述差 别在图8Β中，将干扰噪声源置于110度角，并且在图8C中，将干扰噪声源置于180度角。图8A-8C的任何一个中图示的混合仅示出了可以由图1-7的任何一个图示的混合 单元18或50执行的混合的两个简单示例。可以想象除了如图8A-8C中图示的仅仅相加之 外的其他种类的混合，例如一些适当的加权和相乘，并且，展现不同的空间特性的其他音频 信号的混合也是可能的。因此，根据所使用的混合比(即第一信号和第二信号如何相对于 彼此加权)和所产生的第一音频信号和第二音频信号的空间特性，可以获得混合信号的任 何期望的空间特性。下面，将以数学方式来描述由图1-7的任何一个中图示的波束形成器12和/或48 的任何一个执行的波束形成的方法的示例考虑由下式描述的在时间t的入射声波场y(r, t) = s (t-α · r)+w(r, t)(1)其中，s(t)是具有缓慢度α (根据本发明的优选实施例，缓慢度被定义为由在中 间的声速划分的传播方向)的感兴趣的传播平面波(即，表示用户感兴趣的信号)，并且其 中，w(r，t)表示干扰噪声场。在场的自变量中包括r和t表示它们依赖于空间和时间。在 M个空间位置(对应于M个空间麦克风位置)采样入射波场，因此产生M个时间信号ym (t) = s(t-a · rm)+w(rm, t)(2)波束形成器然后对齐所测量的响应，使得感兴趣的信号同相zm (t) =ym(t+a .rJ =s(t)+wm(t)(3)其中，wm(t) = w(rffl, t+a · rffl)。可以将对应的采样信号模型写为zm (n) = s (η)+wm (η)(4)然后产生M-I个噪声信道vm (n) = Z0 (η) _zm (η)，m 乒 0(5)噪声信道被以向量形式写入，并使用具有N个抽头的信道特定滤波器来滤波，并 且从延迟的信号参考(第一信道)减去输出
M-Ie{ri) = z0{n-N I2)-Yym\m (η)
m=\其中，(0工是(·)的转置，并且hm = (hm(0)...hm (N-I) )τvm (η) = (vm(0)-vm(n-N+l))T等式(6)可以被更紧凑地写为e (n) = Z0 (n_N/2) -hTv (η)其中h = (h『..0v( ) = (V1rO)…ν^^Ο))7
13
/Iv
(7) ⑶
(9)
(10) (11)
滤波器被选择来最小化均方差hopt = E{|e(n)|2}(12)可以明白，可以使用作为LMS(最小均方)的更新方案来在线完成这一点，或可以 在适当的情况下计算滤波器，并且对于特定的噪声情况而言，滤波器可以是固定的。假定感兴趣的信号与噪声无关(这在大多数情况下有意义，因为感兴趣的信号 通常是与干扰噪声无关的语音信号)，以选择滤波器的这种方式来产生噪声处理的估计 w0(η)wQ{n-N/2) = hT\{n)( 13)并且，从这个结果接下来是= ( 14)并且wm(n) = w^n)-vm{n),rn^Q(15)如果假定可以以足够的精度来估计噪声处理w ，则如在(14)和(15)中所示， 也可以提取其他四个信号。现在可以通过下式来找到独立的信道的修正估计Xm(n) = s(n) + fimwm(n)(16)其中，β _ 是用于控制不同信道的信噪比(即噪声估计中的多少与语音估计混合) 的参数。仿真结果已经在仿真中测试了所述方法，其中，将根据本发明的一方面的双耳助听器系统 (以下称为双耳波束形成器)与根据本发明的另一个方面的未处理的信号和单耳自适应波 束形成器作比较。在仿真中，使用自由场模型，并且假定远场传播，即，声学模型基于远场近 似。该阵列具有四个麦克风，在头的任一侧有两个，即对应于根据本发明的一方面的双耳助 听器系统，根据本发明的一方面的双耳助听器系统包括两个助听器，每一个配备有两个麦 克风，即前麦克风和后麦克风。在单独的助听器上的麦克风之间的距离是1cm，并且在两个 前麦克风之间的距离是14cm，而在两个后麦克风之间的距离是15cm。假定声速是342m/s， 并且整个双耳助听器系统的采样频率是16kHz。与特定的噪声信道hm相关联的滤波器具有 21个抽头，导致目标信号的10个采样的处理延迟。从0度播放语音信号。假定热噪声是具 有高斯分布的在空间和时间上是白的。调整噪声水平，使得信噪比是30dB(对应于60dB的 声压级和30dB的麦克风噪声水平)。频率相关的性能在这个仿真中，仅使用一个干扰源。干扰源在该情况下是带宽受限的定向噪声分 量。与麦克风阵列作比较，入射角是90度。噪声分量的带宽是1kHz，并且与来自前面的目 标信号无关。噪声分量的中心频率从500Hz-7.5kHz改变。在该情况下，参数β被选择来 给出噪声的最大衰减(βω = 0)。可以在图9中看到结果。曲线78描述了在(全向)麦克 风中的任何一个上的未处理的信号，曲线80示出了单耳助听器的信噪比，并且曲线82是双 耳助听器系统的结果。对于低频，双耳助听器系统胜过单耳助听器，而对于高频而言，差异 较小。
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角度相关性能在这个仿真中也使用仅一个干扰源。在该情况下，干扰源是带宽受限的定向噪声 分量。噪声的中心频率是2kHz，并且噪声分量的带宽是1kHz，并且与来自前面的目标信号 无关。入射角从0-90度改变。在该情况下，参数β也被选择来给出噪声的最大衰减(βω =0)。可以在图10中看到结果。曲线84描述了在麦克风中的任何一个上的未处理的信 号，曲线86示出了单耳助听器的信噪比，并且曲线88是双耳助听器系统的结果。对于在0 和90度之间的角度，双耳助听器具有比单耳助听器好得多的性能，而所述两个系统在后半 球中显示类似的性能。多个噪声源具有更多麦克风的益处之一是波束形成器具有要使用来工作的更大的自由度。因 此，执行另一个仿真，以便示出多个来源的性能差别。对于这个仿真，从90、120和180度入 射三个干扰源。所有的噪声源的中心频率被选择为2kHz，并且带宽是1kHz。噪声源相互无 关，并且与目标信号无关。在表1中，可以看到三种测试情况的信噪比。在此，以大约29dB 的SNR增益而言，双耳助听器系统的优点是显然的，而单耳助听器仅给出了 SdB的SNR增 加。
权利要求
1.一种助听器系统，包括第一麦克风和第二麦克风，所述第一麦克风和第二麦克风用于提供电子输入信号；波束形成器，所述波束形成器用于至少部分地基于所述电子输入信号来提供具有定向 空间特性的第一音频信号(波束)，其特征在于，所述波束形成器进一步被配置成至少部分 地基于所述电子输入信号来提供第二音频信号，所述第二音频信号具有与所述第一音频信 号不同的另一个空间特性，所述助听器系统进一步包括混合器，所述混合器被配置用于混合所述第一音频信号和第二音频信号，以便提供要 由用户听到的输出信号。
2.根据权利要求1所述的助听器系统，进一步包括处理器，该处理器被配置成根据听 力损害校正算法来处理所述混合信号。
3.根据权利要求1所述的助听器系统，进一步包括处理器，该处理器被配置成在混合 所述第一音频信号和第二音频信号之前，根据听力损害校正算法来处理所述第一音频信 号。
4.根据权利要求1、2或3所述的助听器系统，其中，所述波束形成器是自适应的。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的助听器系统，其中，所述助听器系统包括用户 操作的界面，所述用户操作的界面可操作地连接到所述混合器以用于控制所述第一音频信 号和第二音频信号的混合。
6.根据权利要求5所述的助听器系统，其中，所述用户操作的界面被置于单独的遥控 设备中，所述单独的遥控设备经由无线链路可操作地连接到所述混合器。
7.根据权利要求5所述的助听器系统，其中，所述用户操作的界面包括手动可操作开关。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的助听器系统，其中，所述助听器系统是双耳助 听器系统，所述双耳助听器系统包括经由通信链路而彼此互连的第一助听器和第二助听 器，并且其中，所述第一麦克风位于所述第一助听器中，并且所述第二麦克风位于所述第二 助听器中。
9.根据权利要求8所述的助听器系统，其中，所述第一助听器和第二助听器的每一个 包括连接到所述波束形成器的附加麦克风。
10.根据当从属于权利要求5时的权利要求8或9所述的助听器系统，其中，所述手动 可操作开关被置于所述第一助听器和/或第二助听器中。
11.根据权利要求1-7中的任一项所述的助听器系统，形成双耳助听器系统的一部分。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的助听器系统，其中，所述第一音频信号和第二 音频信号的空间特性是基本上互补的。
13.根据权利要求1-11中的任一项所述的助听器系统，其中，所述第二音频信号的所 述空间特性是基本上全向的。
14.根据权利要求1-11中的任一项所述的助听器系统，其中，所述第一音频信号和第 二音频信号的空间特性以如下这样的方式被产生结果产生的所述混合音频信号的空间特 性是基本上全向的。
15.一种助听器，包括麦克风，所述麦克风用于提供定向音频信号和全向音频信号；处理器，所述处理器可操作地连接到所述麦克风，并且被配置用于提供要由用户听到 的听力损害校正的输出信号，其特征在于，所述助听器进一步包括混合器，所述混合器用于 混合所述定向音频信号和所述全向音频信号，由此提供混合的音频信号。
全文摘要
助听器中的波束形成。本发明涉及一种具有执行自适应双耳波束形成的能力的助听器系统，包括第一麦克风和第二麦克风，用于提供电子输入信号；波束形成器，用于至少部分地基于所述电子输入信号来提供具有定向空间特性的第一音频信号，其中，所述波束形成器进一步被配置成至少部分地基于所述电子输入信号来提供第二音频信号，所述第二音频信号具有与所述第一音频信号不同的另一个空间特性，所述助听器系统进一步包括混合器，所述混合器被配置用于混合所述第一音频信号和第二音频信号，以便提供要由用户听到的输出信号。
文档编号H04R25/00GK102111706SQ20101062166
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者卡尔-弗雷德里克·约翰·格兰 申请人:Gn瑞声达A/S