專利名稱：結(jié)合信號處理技術(shù)的助聽器裝置的制作方法
相關(guān)申請本申請為1998年9月9日申請的序列號為09/169547的美國專利申請的延續(xù)部分，在這之前的為1996年8月22日申請的序列號為08/697412的美國專利申請，在這之前的為1996年1月12日申請的序列號為08/585481的美國專利申請，在這之前的為1994年7月8日申請的序列號為08/272927的美國專利申請，現(xiàn)在為專利號為US5500902的美國專利。
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于聲音再現(xiàn)的電子聽覺裝置和電子系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及通過抑制噪聲來保持電子聽覺裝置和電子聲音系統(tǒng)中的信號的保真度。根據(jù)本發(fā)明，該噪聲抑制裝置和方法都采用了模擬和數(shù)字信號處理技術(shù)。
2.現(xiàn)有技術(shù)助聽器用戶抱怨最多的就是存在噪聲而無法聽清楚。因此，抑制噪聲一直是研究人員所關(guān)注的焦點(diǎn)，并且提出了很多種辦法來抑制噪聲。有一種方法，就是對噪聲進(jìn)行獨(dú)立的測量，然后從被處理的信號中將其減去。該技術(shù)一般被應(yīng)用于如下表示的信號s(t)＝d(t)+n(t)其中s(t)為被處理的信號，d(t)為信號s(t)中所期望的部分，而n(t)為信號s(t)中的噪聲。
例如，可以采用一個(gè)或多個(gè)傳感器及自適應(yīng)技術(shù)，從干擾中生成一個(gè)獨(dú)立的噪聲估計(jì)值ne(t)。通過從信號s(t)中減掉該噪聲估計(jì)值ne(t)，就可以得到修正后的期望信號d(t)。為了強(qiáng)調(diào)減去噪聲估計(jì)值ne(t)，該技術(shù)通常被稱為“噪聲消除”。該噪聲消除技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到聲納系統(tǒng)和醫(yī)學(xué)胎兒心電圖中，并且還進(jìn)一步被發(fā)現(xiàn)在處理含有語音和干擾的聲學(xué)信號方面很有效。例如可以參見Journal ofRehabilitation Research and Development的第24卷第4號，65-74頁中Douglas M.Chabries等著的“Application of Adaptive Digital SignalProcessing to Speech Enhancement for the Hearing Impaired”，以及Joumal of Rehabilitation Research and Development的第24卷第4號，75-86頁中Robert H.Brey等著的“Improvement in Speech Intelligibilityin Noise Employing an Adaptive Filter with Normal and Hearing-Impaired Subjects”。
當(dāng)沒有噪聲的獨(dú)立采樣和估計(jì)值時(shí)，也可以采用其它的技術(shù)來抑制噪聲。在一些例子中，研究人員利用了語音和噪聲之間臨時(shí)屬性的區(qū)別來加強(qiáng)聲音的清晰度。這些技術(shù)一般被稱為噪聲抑制或者語音加強(qiáng)。例如可以參見Graupe的美國專利US4025721，Graupe的美國專利US4185168，IEEE Trans.on ASSP-27卷113-120頁，1979年4月，S.Boll所著的“Suppression of Acoustic Noise in Speech UsingSpectral Subtraction”，Proc.IEEE ICASSP I-13至I-17頁，1994年，H.Sheikhzadeh等著的“Comparative Performance of SpectralSubtraction and HMM-Based Speech Enhancement Strategis withApplication to Hearing Aid Design”，以及Electronic Letters第19卷12期1094-1095頁，1993年，P.M Crozier、BMG Cheethan，C.Holt以及E.Munday所著的“Speech enhancement employing spectralsubtraction and liner predictive analysis”。
這些方法已經(jīng)示出，同被定義為噪聲的其它信號相比僅對特定的信號進(jìn)行加強(qiáng)。一位研究人員Mead Killion指出這些方法中沒有一個(gè)能加強(qiáng)語音清晰度。參見1977年Spring 15號的Mead Killion，Etymotic Update。但是，在低噪聲環(huán)境下，可以采用壓縮技術(shù)來減輕聽力損失。參見The Hearing Journal第50卷20期28-34頁MeadKillion所著的“The SIN reportCircuits haven’t solved the hearing-in-noise problem”。
利用這些技術(shù)，研究人員通常注意到當(dāng)處理受噪聲影響的語音時(shí)語音清晰度的降低，盡管質(zhì)量措施或可選擇性增加了。通常，對噪聲特性的描述和語音參數(shù)的定義使得在第二類噪聲抑制中的各種技術(shù)相互有區(qū)別。已經(jīng)證明，在有白噪聲或脈沖噪聲存在的情況下，可以根據(jù)這些技術(shù)來成功地處理聲音信號，以加強(qiáng)濁音或者元音聲，但是，這些技術(shù)還無法成功的保留清音例如摩擦音或者爆破音。
現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出了其它的一些抑制噪聲的技術(shù)，在這些技術(shù)中，語音被檢測，并采用各種提出的方法，在沒有語音時(shí)關(guān)掉助聽器中的放大器，或者剪輯語音并接著在沒有檢測到語音時(shí)關(guān)掉輸出放大器。例如可以參見Hearing Instruments第42卷2期，1991年，HarryTeder所著的“Hearing Instrument in Noise and Syllabic Speech-to-NoiseRadio”。通過抑制噪聲來加強(qiáng)聲音清晰度的噪聲抑制實(shí)例還有Graupe的美國專利US4025721、Michaelson的US4405831、Graupe等的US4185168、Graupe等的US4188667、Graupe等的US4025721、Graulder的US4135590以及Heide等的US4759071。
其它的方法主要通過反饋抑制和均衡(Cox的美國專利US4602337、Engebretson的US5016280、以及Thesis，University ofWyoming，1995年5月，Leland C.Best所著的“Digital Suppression ofAcoustic Feedback in Hearing Aid”、還有Rupert L.Goodings，GideonA.Senensieb，Phillip H.Wilson，Roy S.Hansen的美國專利US5259033“Hearing Aid Having Compensation for Acoustic Feedback”，1993年11月2日出版)、雙話筒設(shè)置(Slavin的美國專利US4622440和Nakamura等的US3927279)、或者以不常用的方式與耳朵連接(例如RF鏈接、電子刺激等)來改進(jìn)清晰度。這些方法的實(shí)例包括Engebretson的美國專利US4545082、Shafer的US4052572、Ambrose的US4852177以及Levitt的US4731850。
還有其它的方法可選擇，用于將適應(yīng)很多壓縮和過濾方案的數(shù)字編程控制實(shí)施。例如Kopke等人的美國專利US4471171以及Williamson的US5027410。還有一些方法例如Newton的美國專利US5083312，其中公開的方法利用助聽器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過由助聽器遠(yuǎn)程接收的接受控制信號而提供靈活性。
Moser的美國專利US4187413公開了用于數(shù)字助聽器的一種方法，它采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器并實(shí)現(xiàn)固定轉(zhuǎn)換函數(shù)H(z)。但是，評論該文獻(xiàn)中的神經(jīng)心理學(xué)模型和以及導(dǎo)致Steven和Fechner定律的許多測量值(參見S.S.Stevens所著的Psychophysics，Wiley1975；G..T.Fechner所著的Elemente der Psychophysik，Breitkopfu.Hatel，Leipzig，1960)，就可以最終發(fā)現(xiàn)耳朵對輸入聲音的響應(yīng)是非線性的。因此，不存在完全補(bǔ)償聽力的固定線性轉(zhuǎn)換函數(shù)H(z)。
Mansgold等著的美國專利US4425481公開了一種可編程數(shù)字信號處理(DSP)裝置，該裝置具有同市場上可購買到的裝置類似或相同的特征，但是在實(shí)現(xiàn)的一個(gè)三頻帶(低通、帶通和高通)助聽器中有附加的數(shù)字控制。該三個(gè)頻率段的輸出在被加在一起輸出之前均受到數(shù)字控制變量衰減器、限幅器以及末級數(shù)字控制衰減器的影響?？梢酝ㄟ^為響應(yīng)不同的聲音環(huán)境而進(jìn)行的切換來明顯地實(shí)現(xiàn)對衰減的控制。
Adelman的美國專利US4366349和US4419544描述了人類聽覺系統(tǒng)的工作過程，但是并未理解作為肌肉的耳朵內(nèi)的外部毛發(fā)細(xì)胞的作用，它們放大進(jìn)來的聲音并提供增加后的耳底膜位移。這些參考文獻(xiàn)都假定對于聽覺退化所需要的是改變輸入刺激的頻率和幅度，從而將聽覺響應(yīng)的位置從耳朵的退化部分轉(zhuǎn)移到耳朵(在耳底膜上)內(nèi)具有足夠響應(yīng)的另一區(qū)域。
在American Journal of Audiology第2卷第2期、52-74頁(1993年6月)，Mead C.Killion所著的“The k-amp hearing aidan attempt topresent high fidelity for persons with impaired hearing”中就指出根據(jù)對采用線性增益和壓縮處理后的聲音數(shù)據(jù)的主觀聽力測試結(jié)果，每一種方法的實(shí)施都一樣好。有爭議的是，在對有聽力損耗的人恢復(fù)聽力時(shí)最重要的因素的就是提供適當(dāng)?shù)脑鲆?。在缺少對該增益進(jìn)行數(shù)學(xué)模型分析的情況下，已經(jīng)提出了一些壓縮技術(shù)，例如Cummins的US4887299；Yanick，Jr的US3920931；Gregory的US4052571；Yanick，Jr的US4099035以及Waldhauer的US5278912。有些技術(shù)包括軟輸入聲音級別的線性固定高增益并被轉(zhuǎn)換為中等或高聲音級別的低增益。其它的技術(shù)采用了軟聲音強(qiáng)度的線性增益、中等強(qiáng)度的變換增益或壓縮以及高強(qiáng)度的減小的固定線性增益。還有其它的技術(shù)采用了表查找系統(tǒng)而沒有查找表之相關(guān)信息的具體細(xì)節(jié)，以及其它技術(shù)提供可編程增益而沒有關(guān)于工作參數(shù)的說明。
在各個(gè)聲音強(qiáng)度區(qū)域的增益機(jī)制之間進(jìn)行的轉(zhuǎn)換已在聲音中產(chǎn)生了明顯的混亂假象和失真。而且，這些增益轉(zhuǎn)換方案通常對助聽器中的聲音進(jìn)行處理，而該聲音的處理是在兩個(gè)或三個(gè)頻帶中、或者在一個(gè)單頻帶并利用預(yù)增頻濾波。
考慮到現(xiàn)有技術(shù)的困難，增益轉(zhuǎn)換方案可以通過檢查人類的聽覺系統(tǒng)來獲得。對于聽覺偏離正常閾值的每一個(gè)頻帶，需要進(jìn)行不同的音量壓縮以提供正常的聽覺。因此，試圖使用比一個(gè)臨界頻帶(也就是由William A.Yost所著的、學(xué)術(shù)出版社1994年第三版的“Fundamentals of Hearing，An Introduction”中307頁上所定義的臨界頻帶)更寬的頻帶的增益方案之應(yīng)用，不可能在聽者中產(chǎn)生最合適的聽覺。例如，如果希望使用一個(gè)其帶寬比臨界頻帶的帶寬要寬的頻帶，則為了使該較寬的帶寬能夠最佳地補(bǔ)償聽力損失，就必須要滿足一些條件。這些條件就是較寬的帶寬必須有相同的閾值和動態(tài)范圍，并且要求具有相同的補(bǔ)償聽力增益來作為在較寬帶寬內(nèi)獲得的臨界頻帶。一般的，即使聽力損失是經(jīng)過幾個(gè)聽力臨界頻帶放大的常數(shù)，這種情況也不會發(fā)生。如果不能徹底的解決滿量程的壓縮則總會導(dǎo)致由聽力受損者感覺到的聽力的退化、飽真度以及清晰度的損失。因此，所述的無法提供用來彌補(bǔ)聽力損失的多個(gè)有效頻率頻帶的機(jī)制還將產(chǎn)生對于聽者在音質(zhì)(涉及用戶的)和清晰度方面具有更少收益的聲音。
很多方案采用了在壓縮裝置之后使用多個(gè)帶通濾波器的方法(參見Anderson的US4396806、Stearns等的US3784750以及Rohrer的US3989904)。
現(xiàn)有技術(shù)中Chabries的US5029217的一個(gè)實(shí)例就是關(guān)于在人類聽覺模型的頻率域內(nèi)進(jìn)行快速傅立葉變換(FFT)。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員都知道，該FFT可以用來在具有固定濾波器頻帶的濾波器中的頻率域內(nèi)進(jìn)行快速有效的計(jì)算。就象在這里所述的，最好就是使用接近臨界帶寬的頻帶，而該臨界帶寬由于其獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)和構(gòu)成的出現(xiàn)在耳朵內(nèi)。使用用于濾波器組的臨界帶寬允許在高頻帶采用較寬頻帶的助聽器結(jié)構(gòu)，而同時(shí)提供全聽力增益。由于FFT濾波器組的清晰度值必須被設(shè)置為將要被補(bǔ)償?shù)呐R界頻帶中的最小帶寬值，所以FFT的變換效率被大大的降低了，這是因?yàn)镕FT中很多附加濾波器頻帶都被要求覆蓋相同的頻譜。該FFT變換非常復(fù)雜并且并不適于低激勵(lì)應(yīng)用。
本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員都知道，現(xiàn)有技術(shù)中的FFT通過對進(jìn)行FFT運(yùn)算的采樣塊的收集和分組引入了塊延遲。該塊延遲在聲音流中引入了一個(gè)時(shí)間延遲，其中該聲音流由于過長而令人感到討厭以及在某人想說話時(shí)會導(dǎo)致口吃。當(dāng)對有聽力障礙的人進(jìn)行低級補(bǔ)償時(shí)將會出現(xiàn)聽起來就象一個(gè)回音一樣的更長的時(shí)間延遲。
對于在聽力閾值(也就是曾經(jīng)出現(xiàn)的軟背景聲音)以下的聲音輸入級別，上述的FFT提供了一個(gè)額外的增益。這就導(dǎo)致了在輸出信號中增加了噪聲的現(xiàn)象。當(dāng)聽力補(bǔ)償級大于60dB時(shí)，該處理后的背景噪聲在強(qiáng)度上類似于所希望的信號，因此導(dǎo)致了失真并降低了聲音清晰度。
如上面所指出的，與助聽器相關(guān)的文獻(xiàn)資料提出了很多種對聽力有障礙的人進(jìn)行聽力補(bǔ)償?shù)姆椒?。由于用來裝配一個(gè)高保真度、全范圍的適當(dāng)系統(tǒng)的部件自1968年以來已經(jīng)為公眾所周知，所以迄今為止沒有人為了彌補(bǔ)聽力損失而不得不將倍增AGC(自動增益控制)應(yīng)用于聽覺上的多個(gè)頻帶。
正如本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所周知的，可以從三個(gè)方面對聽力有障礙的人提供有效的幫助。首先就是將聲音能量轉(zhuǎn)換為電信號。其次就是為了對聽力有障礙的人進(jìn)行補(bǔ)償而對該電子信號進(jìn)行處理，該處理包括在被輸入給用戶的助聽器中對噪聲進(jìn)行抑制而同時(shí)保持聲音信號的清晰度。最后就是必須將處理后的電子信號轉(zhuǎn)換為耳到內(nèi)的聲能。
當(dāng)代的電子技術(shù)已經(jīng)使具有高保真度并且體積非常小的麥克成為可能，這就為解決第一種問題提供了可能。采用一個(gè)可購買的產(chǎn)品就能實(shí)現(xiàn)從聲能到電子信號的轉(zhuǎn)換。針對為了對聽力有障礙的人進(jìn)行補(bǔ)償而對該電子信號進(jìn)行處理的問題這里闡述了唯一的一種方法，該方法包含在申請日為1994年7月8日、其序列號為08/272927的美國專利US5500902中。但是第三方面卻被證明是最困難的，并且是本發(fā)明所要解決的問題。
一個(gè)耳內(nèi)助聽器必須工作在很低的功率并且只能占用耳道內(nèi)的可用空間。由于有聽力障礙的人對聲能的敏感程度比正常人的要弱，所以助聽器必須將一個(gè)其幅度足以被聽見并理解的聲能傳送到耳道內(nèi)。所有這些需求的組合要求助聽器的輸出換能器的效率非常高。
為滿足這些要求，換能器生產(chǎn)商例如Knowles已經(jīng)設(shè)計(jì)出能夠高效的將電能轉(zhuǎn)換為聲能的特殊銜鐵換能器。迄今為止，只需要非常小的頻率響應(yīng)就能實(shí)現(xiàn)很高的工作效率。
現(xiàn)有技術(shù)中換能器的響應(yīng)頻率不光在聽力的頻率上限就開始衰減，同時(shí)還在從1-2kHz開始、至混淆對理解人類的語音最有用的信息的頻率范圍內(nèi)發(fā)生共振。該共振主要是由于反饋振蕩太接近于助聽器，并且使共振頻率附近的信號與低頻信號進(jìn)行混合從而遭受嚴(yán)重的互調(diào)失真。這些共振就是大批量銜鐵換能器集中的原因并據(jù)此能夠在低頻率的情況下實(shí)現(xiàn)高效率。事實(shí)上，換能器設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員都知道任何在低頻率的情況下工作效率很高的換能器都會在中間頻率段內(nèi)出現(xiàn)共振。
與此類似的問題發(fā)生在高保真揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)中，并且通常的解決方式就是引進(jìn)兩個(gè)換能器，一個(gè)就是在低頻率時(shí)提供高效轉(zhuǎn)換(低頻揚(yáng)聲器)，另一個(gè)就是在高頻率時(shí)提供高效轉(zhuǎn)換(高頻揚(yáng)聲器)。該音頻信號被提供給分頻網(wǎng)絡(luò)，而該分頻網(wǎng)絡(luò)將高頻量指給高頻揚(yáng)聲器，將低頻量指給低頻揚(yáng)聲器。正如本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的，在功率放大的前后都可以引入分頻網(wǎng)絡(luò)。
從上面的描述中可知，在聽力補(bǔ)償技術(shù)中可以采用很多種方法來改進(jìn)被輸入給聽力彌補(bǔ)裝置的用戶的聲音信號的清晰度。該技術(shù)不光包括通過各種方法來對有聽力障礙人的聽力損失進(jìn)行補(bǔ)償，還包括移除或者抑制在聲音信號的清晰度方面產(chǎn)生不良效果的聲音信號例如噪聲。盡管有如上所述的很多種為有聽力障礙的人提供聽力補(bǔ)償?shù)姆椒?，但是還有很大的改進(jìn)余地。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，一種用于聽力損傷者的聽力補(bǔ)償系統(tǒng)，包括多個(gè)帶通濾波器，所述濾波器具有的輸入端同輸入換能器相連，每個(gè)濾波器的輸入端都同多個(gè)倍增AGC(自動增益控制)電路之一的輸入端相連，所述AGC電路的輸出又被加在一塊并連接輸出換能器的輸入端。
該倍增AGC電路對具有恒定背景電平的聲音信號進(jìn)行衰減，而在不刪除對清晰度有貢獻(xiàn)的語音信號之部分。對該聲音信號之背景噪聲部分的識別，是利用在一些頻帶之每一頻帶內(nèi)輸入信號的包絡(luò)的恒定性而進(jìn)行的。目前預(yù)期的是，根據(jù)本發(fā)明將被抑制的背景噪聲之示例包括多個(gè)說話者的語音串音、風(fēng)扇噪聲、反饋振鳴聲、熒光燈發(fā)出的嗡嗡聲以及白噪聲。
圖面簡述

圖1為根據(jù)本發(fā)明的聽力補(bǔ)償系統(tǒng)的方框圖。
圖2A為根據(jù)本發(fā)明的適于應(yīng)用之倍增AGC電路的第一實(shí)施例方框圖。
圖2B為根據(jù)本發(fā)明的適于應(yīng)用之圖2A中所示倍增AGC電路的一個(gè)可替換實(shí)施例方框圖。
圖2C為根據(jù)本發(fā)明的倍增AGC電路之第一實(shí)施例的方框圖，該電路具有噪聲抑制功能。
圖3為圖2A的倍增AGC電路中使用的濾波器的響應(yīng)特性曲線圖。
圖4A-4C為根據(jù)本發(fā)明的圖2C的倍增AGC電路中使用的濾波器的響應(yīng)特性曲線圖。
圖5A為根據(jù)本發(fā)明之適于應(yīng)用的倍增AGC電路的第二實(shí)施例方框圖。
圖5B為根據(jù)本發(fā)明之適于應(yīng)用的圖5A中所示倍增AGC電路的一個(gè)可替換實(shí)施例方框圖。
圖5C為根據(jù)本發(fā)明之具有噪聲抑制功能的倍增AGC電路的第二實(shí)施例方框圖。
圖5D為根據(jù)本發(fā)明之具有噪聲抑制功能的倍增AGC電路的第三實(shí)施例方框圖。
圖5E為根據(jù)本發(fā)明之具有噪聲抑制功能的倍增AGC電路的第四實(shí)施例方框圖。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明之適于應(yīng)用的高通濾波器。
圖7A和7B為根據(jù)本發(fā)明的圖5C、5D和5E的倍增AGC電路中使用的濾波器的響應(yīng)特性曲線圖。
圖8示出根據(jù)本發(fā)明之適于替換圖5C和5D中的濾波器的噪聲估值器。
圖9A為根據(jù)本發(fā)明之適于應(yīng)用的倍增AGC電路的第三實(shí)施例方框圖。
圖9B為根據(jù)本發(fā)明之適于應(yīng)用的圖9A中所示倍增AGC電路的一個(gè)可替換實(shí)施例的方框圖。
圖10為根據(jù)本發(fā)明的倍增AGC電路的一個(gè)目前優(yōu)選實(shí)施例的方框圖。
圖11為根據(jù)本發(fā)明的圖10中所示倍增AGC電路的三個(gè)斜率增益區(qū)域的示意圖。
圖12為根據(jù)本發(fā)明的耳內(nèi)聽力補(bǔ)償系統(tǒng)的方框圖，該系統(tǒng)采用兩個(gè)換能器來將電信號轉(zhuǎn)換為聲能。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識到的是，以下對于本發(fā)明的描述只是示例性的而并非以任何方式限制。本發(fā)明的其它實(shí)施例對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說是很容易由自己聯(lián)想到的。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，高飽真聽力補(bǔ)償?shù)倪m當(dāng)方法就是將輸入聲音激勵(lì)分成若干個(gè)頻帶并具有至少等于臨界帶寬的分辨率，對于大范圍聲音頻譜，臨界帶寬小于1/3倍頻程(octave)，及應(yīng)用倍增AGC并對每個(gè)頻帶都有固定的或者可變的指數(shù)增益系數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，該倍增AGC電路對具有恒定背景電平的聲音信號進(jìn)行衰減而不去除有助于清晰度的語音信號的部分。其中含有聲音信號之背景噪聲部分的輸入信號的一部分在幅度上被衰減而不失真，以便保持該聲音輸入信號的清晰度。對該聲音信號之背景噪聲部分的識別是通過若干個(gè)頻帶之每個(gè)頻帶內(nèi)的輸入信號包絡(luò)的恒定性來實(shí)現(xiàn)的，這將在下面闡述。
在聲級(sound level)的非常動態(tài)的變化期間，由于其噪聲抑制特性引起的聽力補(bǔ)償電路的輸出信號幾乎與沒有這種噪聲抑制特性的聽力補(bǔ)償系統(tǒng)的輸出相同，并且在單詞之間的靜止期間，由于本發(fā)明的噪聲抑制，輸出信號將具有一個(gè)更靜背景電平。目前可以預(yù)測的是，根據(jù)本發(fā)明將被抑制的背景噪聲實(shí)例包括多個(gè)說話者的串音干擾、風(fēng)扇噪聲、反饋振鳴聲、熒光燈雜音、其它的有色噪聲以及白噪聲。
本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可以認(rèn)識到，本發(fā)明的原理并不僅僅用于對聽覺損傷者進(jìn)行聽力補(bǔ)償，還可以用在其它的音頻應(yīng)用中。本發(fā)明的其它應(yīng)用的非窮舉實(shí)例包括高噪聲級環(huán)境的音樂重放，例如汽車環(huán)境、工廠環(huán)境中的聲音系統(tǒng)，以及圖形聲音均衡器，例如用在立體聲音響系統(tǒng)中的圖形聲音均衡器。
本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將理解的是，本發(fā)明的聽力補(bǔ)償裝置的電路部件可以通過模擬電路來實(shí)現(xiàn)，也可通過數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)，優(yōu)選的是用微處理器或者其它計(jì)算裝置進(jìn)行數(shù)字信號處理(DSP)，以仿真多種部件例如濾波器、放大器等的模擬電路功能。目前可以預(yù)計(jì)的是DSP型電路是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以認(rèn)識到，模擬電路實(shí)現(xiàn)(例如可以被集成到一塊半導(dǎo)體基片上的模擬電路)也將都落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也將認(rèn)識到，在DSP實(shí)現(xiàn)中，輸入的音頻信號將被按時(shí)間采樣并使用常用的模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)來進(jìn)行數(shù)字化。
參照圖1，其中示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選聽力補(bǔ)償系統(tǒng)8的方框圖。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的聽力補(bǔ)償系統(tǒng)8包括一個(gè)輸入換能器10，用來將聲能(如參考編號12所示)轉(zhuǎn)換為與該聲能相對應(yīng)的電信號。多種已知的助聽器話筒換能器，例如來自KnowlesElectronics of Ithaca，Illinois的EK3024型，都可用作輸入換能器10，或者也可以采用其它的話筒裝置。
在圖1中，為了避免使該圖過于復(fù)雜，僅示出了三個(gè)分別用參考編號14-1、14-2…14-n來標(biāo)識的音頻帶通濾波器。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，n的取值為9至15間的整數(shù)，雖然本領(lǐng)域技術(shù)人員都知道即使n為不同的整數(shù)，本發(fā)明也將運(yùn)行。
最好是有9個(gè)帶通濾波器14-1至14-n，其中的每個(gè)濾波器的帶通分辨率大約為1/2倍頻程。帶通濾波器14-1至14-n最好被實(shí)現(xiàn)為五級切比雪夫(Chebychev)頻帶分割器，它們在通頻帶內(nèi)提供平滑頻率響應(yīng)并在阻帶內(nèi)提供大約65dB的衰減。具有1/2倍頻程帶通濾波器的設(shè)計(jì)正好是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的水平內(nèi)。因此，任何特定帶通濾波器的電路結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，不論是被實(shí)現(xiàn)為模擬濾波器或是實(shí)現(xiàn)為模擬濾波器的DSP方式，對于這些技術(shù)人員來講只不過是一種設(shè)計(jì)上的選擇。
在一個(gè)可替換實(shí)施例中，優(yōu)選的是，音頻帶通濾波器14-1至14-n的帶通分辨率大約為1/3倍頻程或更小，但不會低于125Hz，并且使它們的中間頻率對數(shù)分隔在整個(gè)音頻頻譜從大約200Hz至大約10000Hz之范圍。該音頻帶通濾波器的帶寬可以大于1/3倍頻程，例如1倍頻程左右，但是性能會降低。在該可替換實(shí)施例中，帶通濾波器14-1至14-n還被實(shí)現(xiàn)為八級橢圓(Elliptic)濾波器，該濾波器在通頻帶內(nèi)有0.5dB的波動(ripple)并在阻帶內(nèi)有大約70dB的衰減。
本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員都知道，可以采用若干帶通濾波器結(jié)構(gòu)，這些濾波器包括但不僅限于其它的橢圓濾波器、巴特沃思濾波器(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)濾波器或者貝賽爾(Bessel)濾波器。而且，采用了使用小波設(shè)計(jì)的濾波器組還可以有一些優(yōu)點(diǎn)，例如Ph.D Dissertation，Rice University，Houston，Texas(德克薩斯州休斯敦賴斯大學(xué)的博士論文)，1993年5月，R.A.Gopinath所著的“Wavelets and Filter Banks-New Result andApplication”。在不背離這里說述的本發(fā)明的原理的情況下，還可以采用這些帶通濾波器結(jié)構(gòu)的任一種。
各個(gè)帶通濾波器14-1至14-n都同一個(gè)相應(yīng)的倍增自動增益控制(AGC)電路串聯(lián)。圖1中示出了三個(gè)這樣的裝置16-1、16-2和16-n。倍增AGC電路為現(xiàn)有技術(shù)，在這里將描述一種示例性配置。
倍增AGC電路的輸出被加在一塊兒，接著送至用來將電信號轉(zhuǎn)換為聲能的輸出換能器18。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，輸出換能器18可以是各種己知可購得的助聽器耳機(jī)換能器中的一種，例如來自Knowles Electronics of Ithaca，Illinois的ED1932型，并同一個(gè)校準(zhǔn)放大器結(jié)合，來確保一個(gè)指定電子信號電平向其相應(yīng)指定的聲音信號電平的轉(zhuǎn)換。作為選擇，輸出換能器18可以為另一種類似耳機(jī)的裝置或者音頻功率放大器及揚(yáng)聲器系統(tǒng)。
現(xiàn)在參看圖2，其中示出了根據(jù)本發(fā)明適于應(yīng)用的一個(gè)典型的倍增AGC電路16-n的更詳細(xì)的原理方框圖。正如前面所提到的，倍增AGC電路為現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明中所采用的一個(gè)倍增AGC電路的實(shí)例就被公開在下文中IEEE Transactions on Audio andElectroacoustics，AU第16卷第2期267-270頁，1968年6月，T.Stokham所著的“The Application of Generalized Linearity to Automatic GainControl”。這種倍增AGC電路的類似的實(shí)例可參見Oppenheim等人的美國專利US3518578。
從原理上講，本發(fā)明所使用的倍增AGC電路16-n由放大器20從一個(gè)音頻帶通濾波器14-n的輸出端接收一個(gè)輸入信號。該放大器20被設(shè)置為其增益為1/emax，其中emax為采用AGC增益的音頻包絡(luò)的最大允許值(即，為了輸入高于emax的電平，AGC衰減結(jié)果)。在該發(fā)明裝置的各個(gè)頻帶段內(nèi)，量emax為增益將被采用的最大聲音強(qiáng)度。這個(gè)關(guān)于emax的增益級別(由病人的聽覺檢查確定)通常對應(yīng)于聲音的上舒適級。在本發(fā)明的模擬實(shí)現(xiàn)中，放大器20可以是一個(gè)已知的運(yùn)算放大器電路，并且在使用DSP時(shí)，放大器可以是一個(gè)將輸入信號作為一個(gè)輸入、而將常數(shù)1/emax作為另一個(gè)輸入的乘法器。
放大器20的輸出在“LOG”塊22中被處理，得出該信號的對數(shù)。該LOG塊22得出輸入信號的復(fù)對數(shù)，其中一個(gè)輸出表示該輸入信號的符號，而另一個(gè)輸出表示該輸入的絕對值的對數(shù)。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員都知道，通過將放大器20的增益設(shè)置為1/emax，該放大器20的輸出(當(dāng)輸入小于emax時(shí))永遠(yuǎn)不會大于1并且LOG塊22輸出的對數(shù)將總是為0或者更小。
在DSP實(shí)現(xiàn)中，LOG塊22的實(shí)現(xiàn)最好是采用一個(gè)將二進(jìn)制數(shù)字轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)格式的電路，所使用的方式參見“ADSP-2100 FamilyApplications Handbook”(第1卷，Analog Devices出版，46-48頁)。在這種實(shí)現(xiàn)中，關(guān)于該對數(shù)可以采用幾種不同的底數(shù)。LOG塊22還可替換地被實(shí)現(xiàn)為軟件子程序，該軟件運(yùn)行在一個(gè)微處理器或者現(xiàn)有技術(shù)中公知的類似計(jì)算裝置上，或者來自其它等效的手段，例如查找表。這些實(shí)現(xiàn)的實(shí)例參見Fundamental Algorithms第一卷中，1968年Addision-Wesley Publishing，21-26頁，Knuth、Donald E.所著的“The Art of Computer Programming”，以及Abramowitz，M.和Stegun，I.A.所著的“Handbook of Mathematical Function”，美國商業(yè)部門，國家標(biāo)準(zhǔn)局，應(yīng)用數(shù)字序列號55，1968。
在本發(fā)明的模擬實(shí)現(xiàn)中，例如，LOG塊22可以是具有對數(shù)轉(zhuǎn)換曲線的放大器，或者美國專利US3518578的圖8、9中所示的電路。
LOG塊22的第一輸出中含有其輸入信號的符號信息，它被送到延遲塊24相連，而LOG塊22的第二輸出表示輸入信號絕對值的對數(shù)，它被送到具有最好如如圖3所示特性的濾波器26。從原理上講，濾波器26可以包括高通濾波器28和在其后接有放大器32的低通濾波器30，其中該放大器32的增益為K，如圖3所示，當(dāng)頻率小于fc時(shí)增益因子K小于1。需要注意的是，對于各個(gè)倍增AGC電路16-1至16-n，如圖3所示的增益因子K可選取不同的值，但一旦被選中用于那個(gè)通道，該值K將保持不變。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員都知道，高通濾波器28可以通過從它的輸入中減去低通濾波器30的輸出來合成。
高通濾波器28和低通濾波器30都有由具體應(yīng)用所決定的截止頻率。在根據(jù)如圖2A至2C所示實(shí)施例的聽力補(bǔ)償系統(tǒng)中，其中在低通操作之前先進(jìn)行LOG操作，額定截止頻率最好采用約16Hz。但是應(yīng)該理解的是，不背離本發(fā)明的原理的情況下，可以為低通濾波器30選擇其它的截止頻率，直到大約1/8臨界帶寬，其中該臨界帶寬與被處理的頻帶相關(guān)聯(lián)。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員將認(rèn)識到的是，在本發(fā)明中還可以采用具有與圖3所示不同的響應(yīng)曲線的濾波器。例如，本發(fā)明的其它非聲音應(yīng)用所要求的截止頻率可以大于或小于圖3所示的fc＝16Hz。
LOG塊22提供給延遲24的符號輸出值為1或0，并被用于記住LOG塊22的輸入信號的符號。延遲24使得輸入信號的符號與表示輸入信號的絕對值大小的數(shù)據(jù)同時(shí)被送給EXP塊34，導(dǎo)致輸出的適當(dāng)符號。在本發(fā)明中，該延遲等于高通濾波器28的延遲。
本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員都知道，和一樣，對于放大器、有源和無源濾波器以及DSP濾波器實(shí)現(xiàn)，存在很多的設(shè)計(jì)，并且這里描述的濾波器就可以從這些可用的設(shè)計(jì)中選取。例如，在本發(fā)明的模擬實(shí)現(xiàn)中，高通濾波器28和低通濾波器30都可以采用已知結(jié)構(gòu)的常規(guī)高通濾波器和低通濾波器，例如Van Valkenburg，M.E所著的“Analog Filter Design”(Holt，Rinehart and Winston，1982年，58-59頁)的示例。放大器32也可以是常用的運(yùn)算放大器。在本發(fā)明數(shù)字實(shí)現(xiàn)中，放大器32可以是一個(gè)乘法函數(shù)，它將輸入信號作為一個(gè)輸入、而將常數(shù)K作為另一個(gè)輸入。DSP濾波器技術(shù)是本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員所熟知的。
高通濾波器28和放大器32的輸出被組合在一起(也就是相加)，并接著和經(jīng)過延遲但沒有經(jīng)過修改的LOG塊22的輸出一起被提供給EXP塊34的輸入端。EXP塊34處理該信號以提供指數(shù)運(yùn)算。EXP塊34輸出結(jié)果的符號是由延遲D塊24的輸出決定的。在DSP實(shí)現(xiàn)中，EXP塊34最好被實(shí)現(xiàn)為如1995年Analog Device出版的第1卷52-67頁的“ADSP-2100 Family Application Handbook”中所述。EXP塊34具有的底數(shù)最好對應(yīng)于LOG塊22所采用的底數(shù)。EXP塊34也可以被實(shí)現(xiàn)為一個(gè)軟件子程序，如本領(lǐng)域中所公知的，或者根據(jù)其它等效手段，例如查找表。實(shí)現(xiàn)這種功能的已知示例參見Knuth和Abramowitz等人的文獻(xiàn)，以及前面所引用的US3518578。
在本發(fā)明的模擬實(shí)現(xiàn)中，EXP塊34可以為具有指數(shù)轉(zhuǎn)換曲線的放大器。這種電路的實(shí)例可以參見US3518578中的附圖8和9。
聲音可以被概念化為兩個(gè)成分的產(chǎn)物。第一成分為常正慢變化包絡(luò)，可記作e(t)，第二成分為快速變化載波(carrier)，可記作v(t)。整個(gè)聲音可以表示為s(t)＝e(t)·v(t)它被輸入給圖2A中的塊20。
因?yàn)闆]有音頻波形是常正的(例如v(t)就有一半的時(shí)間為負(fù))，所以在LOG塊22之輸出的對數(shù)會有一個(gè)實(shí)部和一個(gè)虛部。如果LOG塊22被設(shè)置來處理由emax定標(biāo)的s(t)的絕對值，則它的輸出為log[e(t)/emax]與log|v(t)|之和。由于log|v(t)|包含高頻，所以它將基本上不受影響地通過高通濾波器28。分量log[e(t)/emax]含有低頻分量，將通過低通濾波器30，并從放大器32中的輸出呈現(xiàn)為K log[e(t)/emax]。因此，EXP塊34的輸出為(e(t)/emax)K·v(t)EXP塊34的輸出被送到放大器36且增益為emax，以便對該信號進(jìn)行再定標(biāo)，以適當(dāng)對應(yīng)于放大器20中先前以1/emax定標(biāo)的輸入電平。放大器20和36除了剛剛所述的增益不相同以外，其它的設(shè)置都是相似的。
當(dāng)K＜1時(shí)，可以看出，圖2A的倍增AGC電路16-n中的處理執(zhí)行的是壓縮功能。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員將認(rèn)識的是，本發(fā)明使用這些值K的實(shí)施例也可以用到與聽力補(bǔ)償不同的其它應(yīng)用中。
根據(jù)本發(fā)明用作聽力補(bǔ)償系統(tǒng)的實(shí)施例，K可以為具有0和1之間的值的一個(gè)變量。對于每個(gè)有聽力損傷者來說，用于每個(gè)頻帶的K值是不一樣的，可以如下定義K＝[1-(HL/(UCL-NHT)]其中HL為在閾值的聽力損失(dB)，UCL為上舒適級(dB)，并且NHT為正常聽力閾值。這樣，本發(fā)明的裝置可以被定制以適用于佩戴者的聽力損傷，這些佩戴者如由常規(guī)聽覺檢查所確定。本發(fā)明中的倍增AGC電路16-n既不會為在上聲舒適級(upper sound comfortlevel)的信號強(qiáng)度提供增益，也不會為此頻帶內(nèi)與正常聽力閾值相關(guān)的信號強(qiáng)度提供等效于聽力損失的增益。
在圖2A-2C的方框圖所示的實(shí)施例中，當(dāng)K＞1時(shí)，AGC電路16-n成為擴(kuò)展電路。該電路是很有用的，包括通過擴(kuò)展期望的信號來降低噪聲。
相反，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員將理解的是，在圖2A-2C的方框圖所示的實(shí)施例中，K值為負(fù)(在0至負(fù)1的典型有用范圍內(nèi))，軟聲音變?yōu)榇舐暎舐晫⒆冘?。在這種模式下，本發(fā)明有用的應(yīng)用包括一種系統(tǒng)，用來在相同信號線上用較大聲音的信號來改進(jìn)低音量音頻信號的清晰度。
盡管在自1968年以來的文獻(xiàn)中可以看到倍增AGC，并且已經(jīng)提到了對助聽器電路具有潛在的適用性，但助聽器文獻(xiàn)在很大程度上忽略了它。然而，研究人員已經(jīng)達(dá)成共識某些類型的頻率相關(guān)增益是有必要提供適當(dāng)?shù)穆犃ρa(bǔ)償和噪聲抑制，這是由于聽力損失也是頻率相關(guān)的。但是即使這一共識憑感覺是模糊的，一組具有AGC的濾波器將破壞語音的清晰度，如果使用更多的頻帶的話，參見Journal of the Acoustical Society of America，第83卷6期，1983年6月，2322-2327頁，R.Plomp所著的“The Negative Effect of AmplitudeCompression in Hearing Aids in the Light of Modulation-TransferFunction”。有一種方法是本領(lǐng)域中的實(shí)質(zhì)性進(jìn)步，即，根據(jù)本發(fā)明可以利用為在音頻頻譜上多個(gè)子頻帶分開設(shè)置的倍增AGC。
圖2B為圖2A中所示電路圖的一個(gè)變化的方框圖。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員將理解的是，放大器20可以被去掉，在減法電路38中，通過從低通濾波器30的輸出中減去數(shù)值log[emax]，可以等效地實(shí)現(xiàn)放大器20的增益(1/emax)。類似的，在不背離本發(fā)明的原理的情況下，在圖2B中，放大器36已被去掉，在加法電路40中，通過將放大器32的輸出加上數(shù)值log[emax]，已經(jīng)等效地實(shí)現(xiàn)放大器30的增益(emax)。在圖2B的一個(gè)數(shù)字實(shí)施例中，加法或減法運(yùn)算可以通過一個(gè)簡單地加/減量log[emax]來實(shí)現(xiàn)；而在一種模擬實(shí)現(xiàn)中，可以采用加法放大器，如下文章中所示的實(shí)例Holt Rinehart andWinston，1990年，62-65頁，A.S.Sedra和K.C.Smith所著的“Microelectronic Circuits”。
當(dāng)存在噪聲時(shí)，該乘法系統(tǒng)的輸入信號可以是如下所示s(t)＝[ed(t)×en(t)]v(t)其中ed(t)為包絡(luò)的動態(tài)部分，并且en(t)為包絡(luò)的近似靜態(tài)部分。
根據(jù)本發(fā)明的倍增AGC電路16的優(yōu)選實(shí)施例，圖2C舉例說明了在包絡(luò)en(t)的近似靜態(tài)部分上所進(jìn)行的噪聲抑制。在圖2C中，LOG塊22的第二輸出端同高通濾波器28、帶通濾波器42和低通濾波器44相連。如上所述，該高通濾波器28最好設(shè)為16Hz以便于將log|v(t)|和log|ed(t)×en(t)|分開，其中l(wèi)og|ed(t)×en(t)|等于log|ed(t)|+log|en(t)|，這里的ed(t)和en(t)均為正值。
在該優(yōu)選實(shí)施例中，帶通濾波器是利用一個(gè)在16Hz的單階極點(diǎn)(single order pole)來實(shí)現(xiàn)，其中16Hz是與將包絡(luò)幅值的log|ed(t)|和log|en(t)|信號與零(也就是零響應(yīng))在D.C.(提供該響應(yīng)的帶通濾波器轉(zhuǎn)換函數(shù)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)例如圖4B所示)分開所需要的工作一致的。根據(jù)本發(fā)明，在包絡(luò)幅值中保持幾乎恒定超過6秒鐘的聲音被稱為靜態(tài)的。因此，對于帶通濾波器，較低的截止頻率為1/6Hz的要求對應(yīng)于持續(xù)6秒鐘的信號。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員可以理解的是，也可以選用其它的截止頻率和濾波器階數(shù)，用于將根據(jù)本發(fā)明的包絡(luò)的log|ed(t)|和log|en(t)|信號部分分開。
圖4A-4C分別說明了高通濾波器28、帶通濾波器42和低通濾波器44的轉(zhuǎn)換函數(shù)。在圖4A中，高通濾波器28的輸出為log|v(t)|。在圖4B中，帶通濾波器42的輸出為動態(tài)或快速變化時(shí)間包絡(luò)的對數(shù)，其通常和語音相關(guān)，如log|ed(t)|。在圖4C中，低通濾波器44的輸出為近似靜態(tài)或慢變化時(shí)間包絡(luò)的對數(shù)，log|en(t)|。該近似靜態(tài)包絡(luò)通常和噪聲相關(guān)，例如提供恒定喧鬧聲的多個(gè)說話者語音背景、具有恒定級輸出雜音的風(fēng)扇或是具有恒定功率級的白噪聲或有色噪聲。
根據(jù)本發(fā)明，噪聲en(t)可以通過一個(gè)線性衰減因子atten而被減弱，其中幅值被改變以等于原始幅值乘以atten因子。通過使log|en(t)|加上衰減的對數(shù)，減弱聲音恒定分量的級(即，近似靜態(tài)包絡(luò))?，F(xiàn)在參照圖2C，log[atten]由于atten小于1而成為負(fù)值，它被加到放大器32的輸出中。應(yīng)該理解的是，-log[emax]的引入取代放大器20，參見對圖2B中的節(jié)點(diǎn)38的說明。
仍然參照圖2C，放大器32和33的輸出以及高通濾波器28的輸出在加法節(jié)點(diǎn)48與log[atten]因子相加，它具有連接求指數(shù)塊34的輸出端。
為放大器塊33所選擇的增益值G是由施加于語音動態(tài)部分的預(yù)期增強(qiáng)量確定的。在本發(fā)明中，G的取值范圍如下K≤G≤K-log[atten]log[edmax]]]>其中edmax為即使沒有噪聲衰減時(shí)、設(shè)計(jì)者寧愿恢復(fù)到信號級的動態(tài)或語音部分的級。在該優(yōu)選實(shí)施例中，edmax被設(shè)為舒適收聽的值而衰減值被設(shè)為0.1。因此，通過對變量的這種選擇，輸出信號被衰減0.1因子，而包絡(luò)的動態(tài)部分則被放大因子G(以提供增強(qiáng))。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員都可以理解的是，在不背離本發(fā)明的內(nèi)容的前提下，根據(jù)BPF42輸出的短期平均值(或者等效log[ed(t)])，可以選擇其它的值G，以便為信號包絡(luò)的動態(tài)部分提供指定的預(yù)期輸出級，包括關(guān)于G值的時(shí)間變化計(jì)算。
加法結(jié)點(diǎn)48的輸出端同指數(shù)塊34的第二輸入端相連。該指數(shù)塊34的第一輸入端的輸入含v(t)的符號信息，當(dāng)和指數(shù)塊34之第二輸入端的輸入組合在一塊時(shí)，就形成了指數(shù)塊34的輸出如下atten·[enemax]k(ed)Gv(t)]]>因此，如圖2C所述的倍增AGC電路16將對具有較恒定幅值超過6秒鐘的聲音信號進(jìn)行衰減，但對動態(tài)及語音信號將提供增加的增益(由于常數(shù)G)。優(yōu)選的是，其對數(shù)被加到加法結(jié)點(diǎn)塊48中的值atten可以由助聽器用戶進(jìn)行控制。以這種方式，助聽器用戶可以設(shè)置背景噪聲衰減，所采用的方式類似于通過音量控制來選擇音量。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員將理解的是，可以采用助聽器或者立體聲音響系統(tǒng)中通常采用的已知的任何音量控制裝置，用來在數(shù)字或模擬系統(tǒng)中調(diào)整背景噪聲衰減。
現(xiàn)在參照圖5A，方框圖表示的是根據(jù)本發(fā)明的倍增AGC電路16-n的另一個(gè)實(shí)施例，其中，對數(shù)功能位于低通濾波器功能之后。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員都可以理解的是，同圖2A之電路中的各個(gè)相應(yīng)的塊具有相同功能的圖5A電路中的各個(gè)塊可以根據(jù)與圖2A中的各個(gè)相應(yīng)塊相同的部件進(jìn)行配置。
和圖2A中的倍增AGC電路16-n一樣，圖5A中的倍增AGC電路16-n從圖1所示的一個(gè)音頻帶通濾波器14-n的輸出端接收在放大器20的輸入信號。還是參照圖5A，放大器20被設(shè)置以具有增益1/emax，其中emax為采用AGC增益的音頻包絡(luò)的最大允許值放大器20的輸出被傳輸給絕對值電路60。在模擬實(shí)現(xiàn)中，有很多已知的方式來實(shí)現(xiàn)該絕對值電路60，例如在Holt Rinehart andWinston Publishing Co.2nded.1987年，A.S.Sedra和K.C.Smith所著的“Microelectronic Circuits”中給出該電路。在數(shù)字實(shí)現(xiàn)中，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員都知道，該絕對值電路可以通過簡單地在電路的輸入端取的數(shù)字大小來實(shí)現(xiàn)。
該絕對值電路60的輸出被傳輸給低通濾波器30。低通濾波器30可以和圖2A中的相同的方式來設(shè)置。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員都可以理解的是，該絕對值電路60和低通濾波器30之組合提供了包絡(luò)e(t)的估計(jì)值，并因此被稱為包絡(luò)檢測器。在不背離本發(fā)明的內(nèi)容的前提下，可以采用一些本領(lǐng)域公知的包絡(luò)檢測器。在圖5A的實(shí)施例中，低通濾波器30之后的就是LOG塊22，優(yōu)選的是，該截止頻率為截止頻率之臨界帶寬的1/8。應(yīng)該理解的是，也可以采用16Hz的額定截止頻率。
在優(yōu)選實(shí)施例中，低通濾波器30的輸出在LOG塊22中被處理，以求出該信號的對數(shù)。LOG塊22的輸入由于絕對值電路60的作用而一直為正，因此不會使用從LOG塊22中得到的相位或者符號。再有，由于放大器20的增益被設(shè)置為1/emax，所以對于小于emax的輸入，放大器20的輸出永遠(yuǎn)不會大于1并且LOG塊22輸出的對數(shù)總是為0或者更小。
在圖5A中，由于對其中的LOG塊22的精度要求不是很高，所以可以根據(jù)圖2A中的描述產(chǎn)生LOG塊22的一種替換實(shí)現(xiàn)形式?？梢岳斫獾氖牵捎谶@種不精確產(chǎn)生的讓人無法接受的高幅度噪聲，所以使得該替換實(shí)現(xiàn)方式并不適于圖2A中的LOG塊22之實(shí)現(xiàn)。在LOG塊22的這個(gè)替換實(shí)施例中，向LOG塊22輸入的浮點(diǎn)表示的尾數(shù)的小數(shù)部分和指數(shù)被加到一塊，形成了LOG塊22的輸出。例如，根據(jù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)754-1985格式，數(shù)字12的浮點(diǎn)表示為1.5×23。根據(jù)LOG塊22的該替換實(shí)現(xiàn)方式，由于23的指數(shù)部分和1.5的小數(shù)部分之和為3+.5＝3.5，所以log212的值被視為3.5。而log212的實(shí)際值為3.58496。這種約2％的誤差是可以接受的。
LOG塊22的對數(shù)輸出信號被傳輸給其增益為(K-1)的放大器62。除了同圖2A中的放大器32的增益不同之外，放大器32和62的設(shè)置是類似的。放大器62的輸出被提供給EXP塊34的輸入端，該EXP塊34對信號進(jìn)行處理以進(jìn)行指數(shù)(反對數(shù))運(yùn)算。
EXP塊34的輸出和向放大器20輸入的延遲信號在乘法器(multiplier)64中進(jìn)行組合，其中延遲部件66的功能就是提供適當(dāng)?shù)难舆t量?？梢杂泻芏喾N已知的方法來實(shí)現(xiàn)乘法器64。在數(shù)字實(shí)現(xiàn)中，這僅僅是兩個(gè)數(shù)字值的乘法運(yùn)算。在模擬實(shí)現(xiàn)中，可以采用例如下文所示的模擬乘法器Holt Rinehart and Winston PublishingCo.3nded.1991年(尤其參見900頁)，A.S.Sedra和K.C.Smith所著的“Microelectronic Circuits”。
如在圖2A中所述的實(shí)施例，提供給圖5之實(shí)施例中的放大器20的輸入被延遲，然后被提供到乘法器64的輸入端。延遲塊66具有的延遲等于低通濾波器30的群延遲。
圖5B的電路方框圖是圖5A中所示電路的一種變化。如圖5B所示，在不背離這里所述原理的情況下，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員都可以理解的是，放大器20可以被去掉，它的增益1/emax可以通過在加法電路68中用LOG塊22的輸出減去值log[emax]來等效地實(shí)現(xiàn)。
圖5C示出的是根據(jù)本發(fā)明包括噪聲抑制的倍增AGC電路16的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。除了根據(jù)本發(fā)明的噪聲抑制部分已被包括以外，該倍增AGC電路16類似于圖5A和5B中所示的倍增AGC電路16-n。因此，這里只對圖5C中的附加電路部件進(jìn)行說明。
根據(jù)本發(fā)明，在LOG塊22之輸出端的log[e(t)]分別同高通濾波器70及低通濾波器72相連。實(shí)現(xiàn)低通濾波器72，可以利用一個(gè)簡單的一階低通濾波器特性，其在1/6Hz處有一拐角，這些實(shí)施例都為本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員所熟知。也可以實(shí)現(xiàn)高通濾波器70，條件是，一階高通濾波器轉(zhuǎn)換函數(shù)是該低通濾波器函數(shù)減1。以這一方式實(shí)現(xiàn)的高通濾波器70被描述在圖6中，并為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知。高通濾波器70及低通濾波器72的轉(zhuǎn)換函數(shù)分別如圖7A和7B所示?？梢岳斫獾氖牵诉@里所述的濾波器階數(shù)和截止頻率以外，可以選擇其它的濾波器階數(shù)和截止頻率，作為根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)選擇。
作為選擇，還可以用圖8中所示的方式，以噪聲估值器來代替圖5C的高通濾波器70及低通濾波器72。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員都了解可以有很多方式來實(shí)現(xiàn)噪聲估值器。噪聲估值器的一個(gè)合適的實(shí)現(xiàn)方式可以參見Hearing Instruments，第42卷第2期，1991年，Harry Teder所著的“Hearing Instruments in Noise and the SyllabicSpeech-to-Noise Radio”。在這一實(shí)施例中，當(dāng)噪聲估值器在對有語音時(shí)的噪聲估計(jì)和在無語音時(shí)的噪聲估計(jì)之間進(jìn)行切換時(shí)，產(chǎn)生切換產(chǎn)物(switching artifact)。
再次參見圖5C，高通濾波器70的輸出為表示聲音信號包絡(luò)之動態(tài)部分的log[ed(t)]。低通濾波器72的輸出為表示信號包絡(luò)之近似靜態(tài)部分的log[en(t)]。在加法結(jié)點(diǎn)38，采用與圖5B中所述的在加法結(jié)點(diǎn)68減去log[emax]一樣的方式，從低通濾波器72的輸出中減去log[emax]。從HPF2塊70中輸出的信號對數(shù)的動態(tài)部分被放大的增益為(G-1)。根據(jù)本發(fā)明，在加法結(jié)點(diǎn)74，數(shù)值log[atten]與放大器61和62的輸出被加在一塊。
加法結(jié)點(diǎn)74的輸出接著被輸入到指數(shù)塊34中。指數(shù)塊34的輸出與經(jīng)過延遲塊66的輸入信號值在乘法器64中進(jìn)行乘法運(yùn)算。正如上面所述，對K和衰減值atten的選擇可以在兩個(gè)或更多的倍增AGC電路16中進(jìn)行，以便于在若干個(gè)信道上提供一個(gè)相似的背景噪聲衰減。對衰減值atten可以采用同以上相同的方式來通過一個(gè)音量控制電路來進(jìn)行控制。
圖5D為根據(jù)本發(fā)明的噪聲抑制的一個(gè)替換實(shí)施例。在圖5D中，LOG塊22的輸出被分入兩條路經(jīng)。LOG塊22的一個(gè)輸出被送入加法結(jié)點(diǎn)75并與一個(gè)指定的量“a”相加。該值“a”為相應(yīng)的AGC頻帶16-n的聲音閾值的對數(shù)(和在塊22中的對數(shù)相同的底數(shù))。正如前面所述，噪聲估值器塊45用來提供包絡(luò)之對數(shù)的靜態(tài)部分的估計(jì)值log[en(t)]。可以在加法結(jié)點(diǎn)76的輸出處通過將加法結(jié)點(diǎn)75的輸出與噪聲估值器塊45的輸出相加、來獲得包絡(luò)之對數(shù)的動態(tài)部分的估計(jì)值log[ed(t)]。加法結(jié)點(diǎn)76的輸出接著被放大以增益G’，其中G’為G,=1-Xlog(atten)|log[ed(t)]|-Y·log(atten)]]>其中Y=kK(Kmax-1)+log(atten)]]>并且X＝Kmax·Y根據(jù)三個(gè)條件(specification)獲得自適應(yīng)增益G’(1)最大增益Kmax，它對應(yīng)于將最大預(yù)期語音電平恢復(fù)至舒適收聽電平的增益(2)預(yù)期的衰減量atten(3)單位增益所希望的值k＝log[ed(t)]。
仍舊參照圖5D，噪聲估值器塊45的輸出還與log(atten)在加法結(jié)點(diǎn)79相組合。該加法結(jié)點(diǎn)79的輸出與放大器G’的輸出在結(jié)點(diǎn)77中相加，隨后的輸出在塊32中被乘以K。然后，LOG塊22的輸出被從乘法器K(對K的選擇如前面所述)的輸出中減去，并接著在加法結(jié)點(diǎn)74與用于用戶的閾值對數(shù)“b”相加。
圖5E說明了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)降低噪聲的實(shí)施例。
雖然如圖2A-2C和圖5A-5C所示的倍增AGC電路16-n被不同地實(shí)現(xiàn)，但可以確定的是，圖2A-2C所示的對數(shù)-低通實(shí)現(xiàn)方式之任一種所導(dǎo)致的輸出，以及圖5A-5C所示的低通-對數(shù)實(shí)現(xiàn)方式導(dǎo)致的輸出，它們基本上都是等效的，其中一個(gè)輸出都不能說是比另一個(gè)更合意。事實(shí)上，考慮到這兩種輸出都很類似，所以可以認(rèn)為任何一個(gè)輸出都是兩者的好的表現(xiàn)方式。為確定對數(shù)-低通和低通-對數(shù)兩種方式的等效性是否適合人的聽覺，而對語音數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，測試的收聽結(jié)果顯示出，兩種設(shè)置的清晰度和保真度幾乎是無法區(qū)分的。
雖然清晰度和保真度在兩種設(shè)置中是相等的，在系統(tǒng)對具體正弦音調(diào)的校準(zhǔn)期間，對輸出電平進(jìn)行分析之后發(fā)現(xiàn)，低通-對數(shù)方式還保留著校準(zhǔn)而對數(shù)-低通方式則稍微偏離了校準(zhǔn)。雖然任何一種設(shè)置看起來都能給出相同的收聽結(jié)果，但如圖5A-5C的低通-對數(shù)方式還更支持校準(zhǔn)。
本發(fā)明的多頻帶倍增AGC自適應(yīng)壓縮方法沒有明顯的反饋或者前饋。通過對倍增AGC電路16-n附加一個(gè)改進(jìn)的軟限幅器，可以保證穩(wěn)定的過渡響應(yīng)以及低噪聲。圖9A就示出了用于本發(fā)明中的倍增AGC電路的這樣一個(gè)實(shí)施例。
除了放大器20不再向絕對值電路60提供信號而是跟在低通濾波器30之后以外，圖9A中的實(shí)施例類似于圖5A中的實(shí)施例。還有，在EXP塊34與乘法器64之間插入了一個(gè)改進(jìn)的軟限幅器86。在模擬實(shí)現(xiàn)中，軟限幅器86可以被設(shè)計(jì)為具有在飽和區(qū)域中漸進(jìn)至零點(diǎn)的斜率，例如Holt Rinehart and Winston Publishing Co.2nded.1987年(尤其參見230-239頁)，A.S.Sedra和K.C.Smith所著的“Microelectronic Circuits”。軟限幅器塊86的輸出為該系統(tǒng)的增益。在圖9A的電路中插入軟限幅器塊86，將該增益限制為最大值，該最大值被設(shè)置為在閾值處補(bǔ)償聽力損失所需增益。
在數(shù)字實(shí)現(xiàn)中，軟限幅器86可以被實(shí)現(xiàn)為一個(gè)子程序，對于所有的輸入值都小于由在閾值處補(bǔ)償聽力損失所需要的乘法器64來實(shí)現(xiàn)的增益值的情況，該子程序向乘法器64提供的輸出等于軟限幅器86的輸入，而對于所有的輸入都大于該值的情況，該子程序向乘法器64提供的輸出等于在閾值處補(bǔ)償聽力損失所需要的增益值。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員都知道，乘法器64起著一個(gè)可變增益放大器的作用，其中該放大器的增益受軟限幅器86之輸出的限制。更方便但不是必須的是，修改該軟限幅器，以將對低于閾值的軟聲音的增益限制為等于或者小于在閾值處補(bǔ)償聽力損失所需要的增益。如果對軟限幅器86進(jìn)行這樣的修改，則必須注意確保的是，相對于輸入電平的小變化，低于聽力閾值的增益不是間斷的。
該改進(jìn)后的軟限幅器86的使用提供另一個(gè)好處，消除對聲音刺激的系統(tǒng)響應(yīng)中的瞬時(shí)過調(diào)量(transient overshoot)，其中該聲音刺激快速產(chǎn)生從靜音至一個(gè)讓人感到不舒服的高聲強(qiáng)度的瞬間。通過在系統(tǒng)中引入適當(dāng)?shù)难舆t，也可以獲得軟限幅器86的穩(wěn)定效應(yīng)，但這可能具有損壞性的副作用。若一個(gè)人自己的聲音被過多的延遲后再使語音傳輸?shù)蕉洌瑒t會導(dǎo)致可能誘發(fā)口吃的反饋延遲。使用該改進(jìn)后的軟限幅器86，能夠消除由其它技術(shù)所使用的聲音延遲，同時(shí)提供穩(wěn)定性和增強(qiáng)的信噪比。
圖9B是圖9A所示電路的一種變化的方框圖。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的是，放大器20可以被刪去，通過在圖9B所示的加法電路88中將LOG塊22的輸出減去值log[emax]、而不背離這里所述的原理，可以等效地實(shí)現(xiàn)放大器20的增益函數(shù)。
現(xiàn)在參見圖10，圖中示出倍增AGC電路的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，它實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)三斜率增益曲線。在圖10中，LOG塊22的輸出端被連接至第一及第二比較器電路90-1和90-2。這兩個(gè)比較器電路對LOG塊22的輸出與預(yù)定輸入電平進(jìn)行比較，以確定圖11中的三個(gè)增益范圍是適用的。第一及第二比較器電路的輸出端被連接至增益倍增器(gain multiplexer)92和歸一化倍增器(normalizationmultiplexer)94的第一及第二選擇輸入端。連至增益倍增器92的第一、第二及第三輸入端K0′、K1′和K2′提供放大器42中的(K-1)之值。
通過由加法節(jié)點(diǎn)(node)96將值(K-1)log[emax]加至放大器42的輸出，連至歸一化倍增器94的第一、第二及第三輸入端A0′、A1′和A2′提供由圖2A、圖5A和圖9A中的放大器20實(shí)現(xiàn)的歸一化。由于歸一化的發(fā)生是在放大器42的工作之后，應(yīng)該理解的是，該K值被包括在對歸一化倍增器94的三個(gè)輸入之中的每一個(gè)輸入中。另外，被包括在這三個(gè)輸入中的該K值對應(yīng)于放大器42響應(yīng)于增益倍增器92的輸出所使用的K值。
根據(jù)本發(fā)明的這一實(shí)施例，比較器電路90-1和90-2將LOG塊22的輸出幅度分為擴(kuò)展、壓縮和飽和范圍。在圖11中示出提供給這三個(gè)范圍內(nèi)的輸入的增益之示例圖。在將助聽器裝在用戶身上期間，由所確定的閾值聽力損失來設(shè)置該擴(kuò)展范圍的上限。當(dāng)LOG塊22的輸出幅度低于該閾值聽力損失時(shí)，輸入A0′和K0′將被選擇，放大器42的增益將更適宜給該輸入提供擴(kuò)展增益。對于構(gòu)成不需要之噪聲的低電平輸入信號能量，通過將該增益分解到這些低電平信號，擴(kuò)展是有用的。
該壓縮范圍的下限是由該閾值聽力損失來設(shè)定的，由在該壓縮范圍中提供給信號的壓縮和在該飽和范圍中提供的壓縮來設(shè)定上限。當(dāng)LOG塊22的輸出幅度高于該閾值聽力損失、并低于該壓縮范圍的上限時(shí)，輸入A1′和K1′將被選擇，放大器42的增益將更適宜給該輸入提供壓縮增益。在安裝助聽器期間，將確定每個(gè)通道中提供的壓縮。
當(dāng)LOG塊22的輸出幅度高于該壓縮范圍的上限時(shí)，輸入A2′和K2′將被選擇，放大器42的增益將更適宜給該輸入提供壓縮增益。在該飽和范圍中的壓縮一般將大于該壓縮范圍內(nèi)的壓縮。在該飽和范圍中，輸出被限制在低于該輸出換能器之最大輸出能力的電平。這對于其它類型的輸出限制(例如削峰)是優(yōu)選的。
用于實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性的一種替換方法是將噪聲的低電平(即，具有低于聽力閾值電平的強(qiáng)度)加入到音頻帶通濾波器14-1至14-n的輸入。這個(gè)噪聲應(yīng)該被加權(quán)，使得其頻譜形狀跟隨一個(gè)聽力正常個(gè)人的聽閾曲線作為頻率的函數(shù)。圖1中的噪聲發(fā)生器100示意性地示出了這一點(diǎn)。噪聲發(fā)生器被示出將低電平噪聲注入音頻帶通濾波器14-1至14-n。在本領(lǐng)域中眾所周知的是，有許多電路和方法用于噪聲的發(fā)生。
在圖5A至5D、圖9A和9B以及圖10的實(shí)施例中，分支電路包括絕對值電路60，其后跟隨低通濾波器30，該分支電路起著包絡(luò)檢測器的作用。該絕對值電路60可以起著半波整流器、全波整流器或一種電路的作用，該電路的輸出是輸入的RMS值并具有適當(dāng)?shù)亩?biāo)調(diào)整。因?yàn)檫@個(gè)包絡(luò)檢測器分支電路的輸出具有較低的帶寬，該包絡(luò)更新采用這個(gè)電路的數(shù)字實(shí)現(xiàn)并只需要以該包絡(luò)帶寬的尼奎斯特(Nyquist)速率來進(jìn)行，速率小于500Hz。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，這一點(diǎn)將使得低功率數(shù)字實(shí)現(xiàn)得以進(jìn)行。
用于聽力補(bǔ)償?shù)谋对鯝GC滿量程自適應(yīng)壓縮在幾個(gè)重要的方式上不同于早期的FFT運(yùn)算。本發(fā)明的多帶倍增AGC自適應(yīng)壓縮技術(shù)并未采用頻域處理，而是采用時(shí)域?yàn)V波器并具有基于所要求的鄰接帶寬的相似或等效Q。另外，與FFT方法大不相同的是，本發(fā)明的系統(tǒng)采用倍增AGC自適應(yīng)壓縮，以最小的延遲及無明顯的前饋或反饋可以實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)。
在現(xiàn)有技術(shù)FFT實(shí)現(xiàn)中，采用這種現(xiàn)有技術(shù)所要測量的參數(shù)在聲音空間中被識別。在圖2A至圖2C、圖5A至圖5E和圖9A及圖9B中所示的實(shí)施例中，本發(fā)明固有地包含有多帶倍增AGC壓縮，它的當(dāng)前優(yōu)選系統(tǒng)包括增量(recruitment)，及只要求測量閾值聽力損失和上舒適級(upper comfort level)作為頻率的函數(shù)。
最后，本發(fā)明的多帶倍增AGC自適應(yīng)壓縮技術(shù)采用改進(jìn)的軟限幅器86或可替換地采用低電平噪聲發(fā)生器100，它消除由現(xiàn)有技術(shù)處理所引入的附加噪聲產(chǎn)物(artifact)并維持聲音保真度。然而，更重要的是，如果未采用適當(dāng)?shù)难訒r(shí)，現(xiàn)有技術(shù)FFT方法在從靜音到高聲的過渡期間將變得不穩(wěn)定。本發(fā)明之當(dāng)前優(yōu)選的倍增AGC實(shí)施例是穩(wěn)定的并具有最小的延遲。
本發(fā)明的多帶、倍增AGC自適應(yīng)壓縮方法具有若干優(yōu)點(diǎn)。對于參照圖2A至圖2C、圖5A至圖5E和圖9A及圖9B所述的實(shí)施例，只需要測量關(guān)于被安裝之個(gè)人的該閾值和上舒適級。采用相同的低通濾波器設(shè)計(jì)，對于被處理的每一個(gè)頻帶，以求出聲音刺激s(t)的包絡(luò)e(t)或等效地求出log[e(t)]。此外，通過采用這個(gè)相同的濾波器設(shè)計(jì)及簡單地改變低通濾波器的截止頻率，如上所述，其它應(yīng)用可以被調(diào)節(jié)，包括那些從靜音到高聲的快速過渡被預(yù)見的應(yīng)用。
本發(fā)明的多帶、倍增AGC自適應(yīng)壓縮方法具有最小的延時(shí)。這消除了聽覺混亂，當(dāng)個(gè)人發(fā)聲及聽其自己的發(fā)聲作為響應(yīng)大腦的直達(dá)路徑、并通過助聽器系統(tǒng)接收經(jīng)處理的延遲回聲時(shí)，就會發(fā)生聽覺混亂。
與因子emax的歸一化，使得助聽器在數(shù)學(xué)上不可能提供一個(gè)增益來將輸出級提高到上舒適級之上，因此保護(hù)耳朵免受過大的聲音強(qiáng)度的損害。對于大于emax的聲音輸入電平，該裝置衰減聲音而不是放大它。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，通過將該輸出限制在一個(gè)最大安全電平而不背離這里所述的原理，可以獲得對耳朵的進(jìn)一步保護(hù)。
對于所有輸入強(qiáng)度電平精確提供校正增益的每一個(gè)頻帶，都采用一個(gè)獨(dú)立的指數(shù)常量K，因此，在線性和壓縮范圍之間不發(fā)生切換。因此，消除了切換產(chǎn)物。
本發(fā)明的多帶、倍增AGC自適應(yīng)壓縮方法沒有明顯的前饋或反饋。利用增加的一個(gè)改進(jìn)軟限幅器，穩(wěn)定的過渡響應(yīng)和低噪聲最低限度(floor)得以確保。優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)重大的附加好處在于，改善了煩人的音頻反饋或具有接近耳朵之助聽器耳機(jī)和話筒的助聽器特有的正反饋(regeneration)，作為最小延遲和在倍增AGC中沒有明顯前饋或反饋的結(jié)果，本發(fā)明得到這一好處。
倍增AGC由于其簡單性，可以利用數(shù)字或模擬電路來實(shí)現(xiàn)。低功率實(shí)現(xiàn)是可能的。如上所述，在數(shù)字實(shí)現(xiàn)中，只需要以關(guān)于該包絡(luò)帶寬的尼奎斯特速率(小于500Hz的速率)來實(shí)現(xiàn)包絡(luò)更新(即，由放大器20、LOG塊22、放大器42所指示的操作)，因此，極大地減少了功率需求。
本發(fā)明的多帶、倍增AGC自適應(yīng)壓縮系統(tǒng)也可適用于其它的音頻問題。例如，常用于立體聲系統(tǒng)和汽車音響組合中的聲音均衡器可以利用該多帶倍增AGC方法，因?yàn)閮H有的用戶調(diào)節(jié)是在每個(gè)頻帶中所期望的閾值增益。這在調(diào)整程序中等效于當(dāng)前的圖形均衡器，但是該AGC提供所期望的頻率放大(boost)，而不會招致異常的音量增長，如利用當(dāng)前系統(tǒng)所發(fā)生的。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種耳內(nèi)聽力補(bǔ)償系統(tǒng)，采用兩個(gè)將電信號轉(zhuǎn)換為聲音信號的換能器。有兩項(xiàng)新的進(jìn)展已經(jīng)使得雙接收器助聽器成為可能。第一項(xiàng)進(jìn)展是小型動圈換能器，第二項(xiàng)進(jìn)展是這里所公開的臨界頻帶壓縮技術(shù)，該技術(shù)也被公開在一項(xiàng)美國專利(1994年7月8日遞交，申請?zhí)枮?8/272,927，美國專利號為5,500,902)中并要求保護(hù)。
現(xiàn)在參見圖12，圖中示出一種耳內(nèi)聽力補(bǔ)償系統(tǒng)110的方框圖，該系統(tǒng)采用兩個(gè)換能器將電信號轉(zhuǎn)換成聲音能量。第一個(gè)這樣的換能器112被用于低頻(例如低于1kHz)，如一種常規(guī)的銜鐵(iron-armature)助聽接收器，第二個(gè)這樣的換能器114被用于高頻(例如，高于1kHz)。
對于用于便攜式電子裝置的高保真耳機(jī)的需要已經(jīng)刺激了對小于1/2英寸直徑的動圈換能器的研制，這種換能器在整個(gè)音頻范圍(20-20,000Hz)上提供平坦響應(yīng)。為了安裝在耳道中，換能器的直徑必須小于1/4英寸，因此在市場上購買的換能器是不適用的。對商品動圈耳機(jī)進(jìn)行定標(biāo)至3/16的直徑產(chǎn)生一種換能器，該換能器從1kHz到適當(dāng)超出人類聽力的頻率上限的范圍都具有極佳的效率。本發(fā)明的系統(tǒng)采用這種經(jīng)定標(biāo)的動圈換能器作為高頻揚(yáng)聲器，，并采用標(biāo)準(zhǔn)的諾爾斯(Knowles)(或類似的)銜鐵助聽換能器112作為低音揚(yáng)聲器。這兩種裝置都可以容易地裝入耳道。
圖12中所示的聽力補(bǔ)償系統(tǒng)在原理上與母發(fā)明相同，除了處理通道(每一通道包含帶通濾波器和倍增AGC增益控制)被分為兩組。第一組包括帶通濾波器14-10、14-11和14-12以及倍增AGC電路16-10、16-11和16-12，該第一組處理的信號具有低于銜鐵換能器112之諧振的頻率。第二組包括帶通濾波器14-20、14-21和14-22以及倍增AGC電路16-20、16-21和16-22，該第二組處理的信號具有高于銜鐵換能器112之諧振的頻率。處理通道的第一組的輸出在加法部件116-1中相加，并被饋送到功率放大器118-1，該放大器驅(qū)動銜鐵換能器112。處理通道的第二組的輸出在加法部件116-2中相加，并被饋送到功率放大器118-2，該放大器驅(qū)動高頻動圈換能器114。對兩個(gè)處理通道的輸入是由駐極體話筒120和前置放大器122提供的。
利用圖12所示的配置，其中利用帶通濾波器實(shí)現(xiàn)頻率分離為高頻及低頻分量，不需要分頻網(wǎng)絡(luò)(crossover network)，從而簡化了整個(gè)系統(tǒng)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，第一組中的處理及放大部件可以是專用于它們所工作的頻帶，第二組的部件也可以如此。這種專用化在實(shí)用中能夠節(jié)省可觀的功率損耗。這種專用化的示例包括采用其設(shè)計(jì)對于特定換能器是被優(yōu)化的功率放大器、利用適于每一組之帶寬的取樣率、以及其它公知的設(shè)計(jì)優(yōu)化。
發(fā)明人已經(jīng)成功地證實(shí)，有一種替換微型動圈換能器的替換物用于高頻換能器114，新式的駐極體具有足夠高的靜態(tài)極化，以使它們的機(jī)電換能效率足夠高而可用作高頻輸出換能器。這樣的換能器長期被用于超聲波應(yīng)用中，但并未被用于聽力補(bǔ)償應(yīng)用中。當(dāng)這些駐極體裝置被用作高頻換能器114時(shí)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的是，應(yīng)該遵循上述的設(shè)計(jì)專用化，并對功率放大器有特別的強(qiáng)調(diào)，它必須被專用化以提供比動圈換能器所要求的電壓高得多的電壓。
盡管已經(jīng)示出及描述了本發(fā)明的實(shí)施例和應(yīng)用，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不背離這里所述的發(fā)明原理的情況下，還可能有比以上所述更多的改變。本發(fā)明不應(yīng)受到限制，除非是在所附權(quán)利要求書的精神之中。
權(quán)利要求
1.一種音頻信號處理裝置，包括一個(gè)輸入換能器，用來將聲能轉(zhuǎn)換成與所述聲能相對應(yīng)的電能；多個(gè)音頻帶通濾波器，它們連接所述輸入換能器的輸出端；多個(gè)包括噪聲抑制電路的倍增自動增益控制(AGC)電路，其中，每個(gè)所述的倍增AGC電路都連接一個(gè)所述音頻帶通濾波器的輸出端；一個(gè)第一加法結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)同所述倍增自動增益控制電路的輸出端相連；一個(gè)第一放大器，該放大器同所述第一加法結(jié)點(diǎn)的輸出端相連；及一個(gè)輸出換能器，用來將電能轉(zhuǎn)換成聲能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的音頻信號處理裝置，其中，每個(gè)所述倍增AGC電路還進(jìn)一步包括一個(gè)第二放大器，該放大器的輸入端連接一個(gè)所述音頻帶通濾波器的輸出端；一個(gè)對數(shù)部件，該部件的輸入端同所述第二放大器部件的輸出端相連，該對數(shù)部件具有第一輸出端和第二輸出端，該第一輸出端傳送的信號表示在所述對數(shù)部件之所述輸入端的信號的符號，該第二輸出端傳送的信號與在所述對數(shù)部件之所述輸入端的所述信號的絕對值之對數(shù)成正比；一個(gè)濾波器部件，該部件的輸入端同所述對數(shù)部件的所述第二輸出端相連；一個(gè)延遲部件，該部件的輸入端同所述對數(shù)部件的第一輸出端相連，其中，所述延遲部件補(bǔ)償通過所述濾波器部件的延遲；一個(gè)指數(shù)部件，該部件具有連接所述延遲部件之輸出端的第一輸入端和連接所述濾波器部件之輸出端的第二輸入端；及一個(gè)第三放大器，該放大器的輸入端同所述指數(shù)部件的輸出端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中，所述第二放大器的增益為(1/emax)，所述第三放大器的增益為(emax)，其中emax為采用AGC增益的音頻包絡(luò)的最大允許值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中，所述濾波器部件還進(jìn)一步包括一個(gè)低通濾波器，該濾波器的輸入端同所述對數(shù)部件的第二輸出端相連；一個(gè)高通濾波器，該濾波器的輸入端也同所述對數(shù)部件的第二輸出端相連；一個(gè)第四放大器，該放大器的輸入端同所述低通濾波器的輸出端相連；以及一個(gè)第二加法結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)具有第一輸入端和第二輸入端，該第一輸入端同所述第四放大器的輸出端相連，該第二輸入端同所述高通濾波器的輸出端相連，其中，所述加法結(jié)點(diǎn)提供的輸出等于其兩個(gè)輸入之和。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，每個(gè)所述倍增AGC電路還進(jìn)一步包括一個(gè)對數(shù)部件，該部件的輸入端同一個(gè)所述音頻帶通濾波器的輸出端相連，該對數(shù)部件具有第一輸出端和第二輸出端，該第一輸出端傳送的信號表示在所述對數(shù)部件之所述輸入端的信號的符號，該第二輸出端傳送的信號與在所述對數(shù)部件之所述輸入端的所述信號之絕對值的對數(shù)成正比；一個(gè)濾波器部件，該部件的輸入端同所述對數(shù)部件的第二輸出端相連；一個(gè)延遲部件，該部件的輸入端同所述對數(shù)部件的第一輸出端相連，其中，所述延遲部件補(bǔ)償通過所述濾波器部件的延遲；一個(gè)指數(shù)部件，該部件具有第一輸入端和第二輸入端，該第一輸入端同所述延遲部件的輸出端相連，該第二輸入端同所述濾波器部件的輸出端相連；
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其中，所述濾波器部件還進(jìn)一步包括一個(gè)低通濾波器，該濾波器的輸入端同所述對數(shù)部件的第二輸出端相連；一個(gè)高通濾波器，該濾波器的輸入端也同所述對數(shù)部件的第二輸出端相連；一個(gè)第二加法結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)具有第一輸入端和第二輸入端，第一輸入端同所述低通濾波器的輸出端相連，第二輸入端的輸入等于-log[emax]，其中，emax為采用AGC增益的音頻包絡(luò)的最大允許值；一個(gè)第二放大器，該放大器的輸入端同所述第二加法結(jié)點(diǎn)的輸出端相連；以及一個(gè)第三加法結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)具有第一輸入端、第二輸入端和第三輸入端，第一輸入端同所述高通濾波器的輸出端相連，第二輸入端同所述第二放大器的輸出端相連，第三輸入端的輸入等于log[emax]，其中，該第三加法結(jié)點(diǎn)提供的輸出等于其三個(gè)輸入之和。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，每個(gè)所述倍增AGC電路還進(jìn)一步包括一個(gè)對數(shù)部件，該部件的輸入端同一個(gè)所述音頻帶通濾波器的輸出端相連，該對數(shù)部件具有第一輸出端和第二輸出端，第一輸出端傳送的信號表示在所述對數(shù)部件之所述輸入端的信號的符號，第二輸出端傳送的信號與在所述對數(shù)部件之所述輸入端的所述信號之絕對值的對數(shù)成正比；一個(gè)濾波器部件，該部件的輸入端同所述對數(shù)部件的第二輸出端相連；一個(gè)延遲部件，該部件的輸入端同所述對數(shù)部件的第一輸出端相連，其中所述延遲部件補(bǔ)償通過所述濾波器部件的延遲；一個(gè)指數(shù)部件，該部件具有第一輸入端和第二輸入端，第一輸入端同所述延遲部件的輸出端相連，第二輸入端同所述濾波器部件的輸出端相連；以及一個(gè)第二放大器部件，該部件同所述指數(shù)部件的輸出端相連，其中，該第二放大器的增益等于(emax)，這里的emax為采用AGC增益的音頻包絡(luò)的最大允許值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其中所述濾波器部件還進(jìn)一步包括一個(gè)低通濾波器，該濾波器的輸入端同所述對數(shù)部件的第二輸出端相連；一個(gè)帶通濾波器，該濾波器的輸入端也同所述對數(shù)部件的第二輸出端相連；一個(gè)高通濾波器，該濾波器的輸入端也同所述對數(shù)部件的第二輸出端相連；一個(gè)第二加法結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)具有第一輸入端和第二輸入端，第一輸入端同所述低通濾波器的輸出端相連，第二輸入端的輸入等于-log[emax]，這里的emax為采用AGC增益的音頻包絡(luò)的最大允許值；一個(gè)第二放大器，該放大器的輸入端同所述第二加法結(jié)點(diǎn)的輸出端相連；一個(gè)第三放大器，該放大器的輸入端同所述帶通濾波器的輸出端相連；以及一個(gè)第三加法結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)具有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和第四輸入端，第一輸入端同所述高通濾波器的輸出端相連，第二輸入端同所述第二放大器的輸出端相連，第三輸入端同所述第三放大器的輸出端相連，第四輸入端的輸入等于log[atten]，其中，該第三加法結(jié)點(diǎn)提供的輸出等于其四個(gè)輸入之和，其中的atten為線性衰減因子。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，每個(gè)所述倍增AGC電路還進(jìn)一步包括一個(gè)第二放大器，其輸入端同一個(gè)所述音頻帶通濾波器的輸出端相連，其中，該放大器的增益為(1/emax)，這里的emax為采用AGC增益的音頻包絡(luò)的最大允許值；一個(gè)絕對值電路，該電路的輸入端同所述第一放大器的輸出端相連；一個(gè)低通濾波器，該濾波器的輸入端同所述絕對值電路的輸出端相連；一個(gè)對數(shù)部件，該部件的輸入端同所述低通濾波器的輸出端相連；一個(gè)第三放大器，該放大器的輸入端同所述對數(shù)部件的輸出端相連，其中所述第二放大器的增益為(K-1)；一個(gè)指數(shù)部件，該部件的輸入端同所述第三放大器的輸出端相連；一個(gè)延遲部件，該部件的輸入端同所述第二放大器的輸入端相連；以及一個(gè)乘法器，該乘法器的第一輸入端同所述指數(shù)部件的輸出端相連，該乘法器的第二輸入端同所述指數(shù)部件的輸出端相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，每個(gè)所述倍增AGC電路還進(jìn)一步包括一個(gè)絕對值電路，該電路的輸入端同一個(gè)所述音頻帶通濾波器的輸出端相連；一個(gè)低通濾波器，該濾波器的輸入端同所述絕對值電路的輸出端相連；一個(gè)對數(shù)部件，該部件的輸入端同所述低通濾波器的輸出端相連；一個(gè)第二加法結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)的第一輸入端同所述對數(shù)部件的輸出端相連，該結(jié)點(diǎn)的第二輸入端的輸入等于-log[emax]，這里的emax為采用AGC增益的音頻包絡(luò)的最大允許值；一個(gè)第二放大器，該放大器的輸入端同所述第二加法結(jié)點(diǎn)的輸出端相連，其中所述第二放大器具有的增益等于(K-1)；一個(gè)指數(shù)部件，該部件的輸入端同所述第二放大器的輸出端相連；一個(gè)延遲部件，該部件的輸入端同所述絕對值電路的輸入端相連；以及一個(gè)乘法器，該乘法器的第一輸入端同所述指數(shù)部件的輸出端相連，該乘法器的第二輸入端同所述延遲部件的輸出端相連。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，每個(gè)所述倍增AGC電路還進(jìn)一步包括一個(gè)絕對值電路，該電路的一個(gè)輸入端同一個(gè)所述音頻帶通濾波器的輸出端相連；一個(gè)第一低通濾波器，該濾波器的輸入端同所述絕對值電路的輸出端相連；一個(gè)對數(shù)部件，該部件的輸入端同所述低通濾波器的輸出端相連；一個(gè)濾波器部件，該部件的輸入端同所述對數(shù)部件的輸出端相連；一個(gè)指數(shù)部件，該部件的輸入端同所述濾波器部件的輸出端相連；一個(gè)延遲部件，該部件的輸入端同所述絕對值電路的輸入端相連，其中所述延遲部件補(bǔ)償通過所述濾波器部件的延遲；以及一個(gè)乘法器，該乘法器的第一輸入端同所述指數(shù)部件的輸出端相連，該乘法器的第二輸入端同所述延遲部件的輸出端相連。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的裝置，其中，所述濾波器部件還進(jìn)一步包括一個(gè)高通濾波器，該濾波器的輸入端同所述對數(shù)部件的輸出端相連；一個(gè)第二放大器，該放大器的輸入端同所述高通濾波器的輸出端相連，其中該第二放大器具有的增益等于(G-1)；一個(gè)第二低通濾波器，該濾波器的輸入端也同所述對數(shù)部件的輸出端相連；一個(gè)第二加法結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)的第一輸入端同所述第二低通濾波器的輸出端相連，該結(jié)點(diǎn)的第二輸入端的輸入為-log[emax]，這里的emax為采用AGC增益的音頻包絡(luò)的最大允許值；一個(gè)第三放大器，該放大器的輸入端同所述第一加法結(jié)點(diǎn)的輸出端相連，其中該第三放大器的增益等于(K-1)；以及一個(gè)第三加法結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)的第一輸入端同所述第二放大器的輸出端相連，該結(jié)點(diǎn)的第二輸入端同所述第三放大器的輸出端相連，該結(jié)點(diǎn)的第三輸入端的輸入等于log[atten]，其中atten為線性衰減因子。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，每個(gè)所述倍增AGC電路還進(jìn)一步包括一個(gè)絕對值電路，該電路的輸入端同一個(gè)所述音頻帶通濾波器的輸出端相連；一個(gè)低通濾波器，該濾波器的輸入端同所述絕對值電路的輸出端相連；一個(gè)對數(shù)部件，該部件的輸入端同所述低通濾波器的輸出端相連；一個(gè)第二加法結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)的第一輸入端同所述對數(shù)部件的輸出端相連，該結(jié)點(diǎn)的第二輸入端的輸入等于用于所述倍增AGC電路的聲音閾值的對數(shù)；一個(gè)噪聲估值器，該估值器的輸入端同所述第二加法結(jié)點(diǎn)的輸出端相連；一個(gè)第三加法結(jié)點(diǎn)，該第三加法結(jié)點(diǎn)的第一輸入端同所述第二加法結(jié)點(diǎn)的輸出端相連，該第三加法結(jié)點(diǎn)的第二輸入端同所述噪聲估值器的反相輸出端相連；一個(gè)第二放大器，該放大器的輸入端同所述第三加法結(jié)點(diǎn)的輸出端相連，其中該第二放大器的增益為G’；一個(gè)第四加法結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)的第一輸入端同所述第二放大器的輸出端相連；一個(gè)第五加法結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)的第一輸入端同所述噪聲估值器的輸出端相連，該結(jié)點(diǎn)的第二輸入端的輸入等于log[atten]，其中atten為線性衰減因子；一個(gè)第三放大器，該放大器的輸入端同所述第四加法結(jié)點(diǎn)的輸出端相連；一個(gè)第六加法結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)的第一輸入端同所述第三放大器的輸出端相連，該結(jié)點(diǎn)的第二輸入端同所述對數(shù)部件的輸出端相連，該結(jié)點(diǎn)的第三輸入端的輸入等于用于所述倍增AGC電路的聲音閾值的對數(shù)；一個(gè)指數(shù)部件，該部件的輸入端同所述第六加法結(jié)點(diǎn)的輸出端相連；以及一個(gè)乘法器，該乘法器的第一輸入端同所述指數(shù)部件的輸出端相連，該乘法器的第二輸入端同一個(gè)所述音頻帶通濾波器的輸出端相連。
14.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其中，所述濾波器部件包括一個(gè)高通濾波器，該濾波器的輸入端同所述對數(shù)部件的輸出端相連；一個(gè)低通濾波器，該濾波器的輸入端也同所述對數(shù)部件的輸出端相連；一個(gè)第二加法結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)的第一輸入端同所述低通濾波器的輸出端相連，該結(jié)點(diǎn)的第二輸入端的輸入等于用于所述倍增AGC電路的聲音閾值的對數(shù)；一個(gè)噪聲估值器，該估值器的輸入端同所述第二加法結(jié)點(diǎn)的輸出端相連；一個(gè)第三加法結(jié)點(diǎn)，該第三加法結(jié)點(diǎn)的第一輸入端同所述第二加法結(jié)點(diǎn)的輸出端相連，該第三加法結(jié)點(diǎn)的第二輸入端同所述噪聲估值器的反相輸出端相連；一個(gè)第二放大器，該放大器的輸入端同所述第三加法結(jié)點(diǎn)的輸出端相連；一個(gè)第四加法結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)的第一輸入端同所述噪聲估值器的輸出端相連，該結(jié)點(diǎn)的第二輸入端的輸入為log[atten]，其中atten為線性衰減因子；一個(gè)第五加法結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)的第一輸入端同所述第二放大器的輸出端相連，該結(jié)點(diǎn)的第二輸入端同所述第四加法結(jié)點(diǎn)的輸出端相連；一個(gè)第三放大器，該放大器的輸入端同所述第五加法結(jié)點(diǎn)的輸出端相連；一個(gè)第六加法結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)的第一輸入端同所述第三放大器的輸出端相連，該結(jié)點(diǎn)的第二輸入端同所述高通濾波器的輸出端相連，該結(jié)點(diǎn)的第三輸入端的輸入等于用于所述倍增AGC電路的聲音閾值的對數(shù)，其中，該第六加法結(jié)點(diǎn)提供的輸出等于其三個(gè)輸入之和。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，每個(gè)所述倍增AGC電路還進(jìn)一步包括一個(gè)絕對值電路，該電路的輸入端同一個(gè)所述音頻帶通濾波器的輸出端相連；一個(gè)低通濾波器，該濾波器的輸入端同所述絕對值電路的輸出端相連；一個(gè)第二放大器，該放大器的輸入端同所述低通濾波器的輸出端相連，其中，該第二放大器的增益為(1/emax)，這里的emax為采用AGC增益的音頻包絡(luò)的最大允許值；一個(gè)對數(shù)部件，該部件的輸入端同所述第二放大器的輸出端相連；一個(gè)第三放大器，該放大器的輸入端同所述對數(shù)部件的輸出端相連，其中該第三放大器具有的增益等于(K-1)；一個(gè)指數(shù)部件，該部件的輸入端同所述第三放大器的輸出端相連；一個(gè)軟限幅器，該限幅器的輸入端同所述指數(shù)部件的輸出端相連；一個(gè)延遲部件，該部件的輸入端同所述絕對值電路的輸出端相連，以及一個(gè)乘法器，該乘法器的第一輸入端同所述軟限幅器的輸出端相連，該乘法器的第二輸入端同所述延遲部件的輸出端相連。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，每個(gè)所述倍增AGC電路還進(jìn)一步包括一個(gè)絕對值電路，該電路的輸入端同一個(gè)所述音頻帶通濾波器的輸出端相連；一個(gè)低通濾波器，該濾波器的輸入端同所述絕對值電路的輸出端相連；一個(gè)對數(shù)部件，該部件的輸入端同所述低通濾波器的輸出端相連；一個(gè)第二加法結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)的第一輸入端同所述對數(shù)部件的輸出端相連，該結(jié)點(diǎn)的第二輸入端的輸入為-log[emax]，其中的emax為采用AGC增益的音頻包絡(luò)的最大允許值；一個(gè)第二放大器，該放大器的輸入端同所述第二加法結(jié)點(diǎn)的輸出端相連，其中該第二放大器具有的增益等于(K-1)；一個(gè)指數(shù)部件，該部件的輸入端同所述第二放大器的輸出端相連；一個(gè)軟限幅器，該限幅器的輸入端同所述指數(shù)部件的輸出端相連；一個(gè)延遲部件，該部件的輸入端同一個(gè)所述音頻帶通濾波器的輸出端相連；以及一個(gè)乘法器，該乘法器的第一輸入端同所述軟限幅器的輸出端相連，該乘法器的第二輸入端同所述延遲部件的輸出端相連。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，每個(gè)所述倍增AGC電路還進(jìn)一步包括一個(gè)絕對值電路，該電路的輸入端同一個(gè)所述音頻帶通濾波器的輸出端相連；一個(gè)低通濾波器，該濾波器的輸入端同所述絕對值電路的輸出端相連；一個(gè)對數(shù)部件，該部件的輸入端同所述低通濾波器的輸出端相連；一個(gè)第一補(bǔ)償電路，該電路的輸入端同所述對數(shù)部件的輸出端相連；一個(gè)第二補(bǔ)償電路，該電路的輸入端也同所述對數(shù)部件的輸出端相連；一個(gè)增益倍增器，該增益倍增器具有第一選擇輸入端和第二選擇輸入端，第一選擇輸入端同所述第一補(bǔ)償電路的輸出端相連，第二選擇輸入端同所述第二補(bǔ)償電路的輸出端相連；一個(gè)規(guī)一化倍增器，該倍增器具有第一選擇輸入端和第二選擇輸入端，第一選擇輸入端同所述第一補(bǔ)償電路的輸出端相連，第二選擇輸入端同所述第二補(bǔ)償電路的輸出端相連；一個(gè)第二放大器，該放大器的第一輸入端同所述對數(shù)部件的輸出端相連，該放大器的增益等于所述增益倍增器的輸出；一個(gè)第二加法結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)的第一輸入端同所述第二放大器的輸出端相連，該結(jié)點(diǎn)的第二輸入端的輸入連接所述歸一化倍增器的輸出端；一個(gè)指數(shù)部件，該部件的輸入端同所述第二加法結(jié)點(diǎn)的輸出端相連；一個(gè)延遲部件，該部件的輸入端同一個(gè)所述音頻帶通濾波器的輸出端相連；以及一個(gè)乘法器，該乘法器的第一輸入端同所述指數(shù)部件的輸出端相連，該乘法器的第二輸入端同所述延遲部件的輸出端相連。
18. 一種音頻信號處理裝置，包括一個(gè)輸入換能器，用于將聲能轉(zhuǎn)換成與所述聲能相對應(yīng)的電能；以及多個(gè)處理通道組，每個(gè)所述處理通道組包括一個(gè)或多個(gè)音頻帶通濾波器，所述濾波器同所述輸入換能器的輸出端相連；一個(gè)或者多個(gè)倍增自動增益控制(AGC)電路，所述電路包括用于一種電池供電的助聽器內(nèi)的噪聲抑制電路，其中，每個(gè)所述倍增AGC電路都同一個(gè)所述音頻帶通濾波器的輸出端相連；一個(gè)加法結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)同所述處理通道組中所有的所述倍增AGC電路的輸出端相連；一個(gè)放大器，該放大器同所述加法結(jié)點(diǎn)的輸出端相連；以及一個(gè)輸出換能器，用來將電能轉(zhuǎn)換成聲能。
全文摘要
一種用于聽力損傷者的聽力補(bǔ)償系統(tǒng)，包括多個(gè)帶通濾波器，所述帶通濾波器具有連接一個(gè)輸入換能器的輸入端，每一個(gè)帶通濾波器具有連接多個(gè)倍增AGC電路之一的輸入端的輸出端，所述多個(gè)倍增AGC電路的輸出被加在一起，并連接至一個(gè)輸出換能器的輸出端。所述多個(gè)倍增AGC電路衰減具有恒定背景電平的聲音信號而不損失語音清晰度。通過若干個(gè)頻帶之每一頻帶中的輸入信號之包絡(luò)的恒定性，對聲音信號的背景噪聲部分進(jìn)行識別。可被抑制的背景噪聲包括多個(gè)說話者的語音串音、風(fēng)扇噪聲、反饋振鳴聲、熒光燈雜音和白噪聲。
文檔編號H03G11/08GK1391780SQ00816030
公開日2003年1月15日 申請日期2000年5月4日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月22日
發(fā)明者道格拉斯·M·沙布里耶, 理查德·W·克里斯蒂森, 阿龍·M·哈蒙德, 威廉·C·伯勒 申請人:布瑞漢姆·揚(yáng)大學(xué)