專利名稱：用于抑制聽(tīng)力設(shè)備中的聲學(xué)反饋的方法及對(duì)應(yīng)的聽(tīng)力設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于抑制聽(tīng)力設(shè)備中的聲學(xué)反饋的方法和適合于執(zhí)行這樣的方法的 聽(tīng)力設(shè)備。更詳細(xì)地，本發(fā)明涉及用于消除電子聽(tīng)力設(shè)備例如助聽(tīng)器或者聽(tīng)音設(shè)備中的聲 學(xué)反饋信號(hào)的方法，該設(shè)備從一個(gè)人的周圍環(huán)境接收聲學(xué)信號(hào)、電子地修正該聲學(xué)信號(hào)并 將修正后的聲學(xué)信號(hào)發(fā)送到該人的耳朵或者耳道中，以及涉及適合于執(zhí)行這樣的方法的聽(tīng) 力設(shè)備。本發(fā)明可以用于例如用于補(bǔ)償聽(tīng)力受損者的聽(tīng)力損失的助聽(tīng)器，或者用于增強(qiáng)聽(tīng) 力正常者的聽(tīng)力的聽(tīng)音設(shè)備這樣的應(yīng)用中。
背景技術(shù)：
授予Nielsen等人的歐洲專利EP 1203510公開(kāi)了一種消除聲學(xué)系統(tǒng)例如助聽(tīng)器 中的反饋的方法。聲學(xué)信號(hào)由傳聲器接收，在放大器中放大和濾波，隨后由揚(yáng)聲器發(fā)送。揚(yáng) 聲器輸出的一部分通過(guò)聲學(xué)反饋路徑，例如通過(guò)助聽(tīng)器的氣孔，不受歡迎地返回傳聲器。因 此傳聲器將反饋信號(hào)與從周圍環(huán)境接收的信號(hào)一起輸出。傳聲器、放大器、揚(yáng)聲器和反饋路 徑一起形成反饋回路。根據(jù)反饋回路中的增益和相位偏移，可能產(chǎn)生可聽(tīng)見(jiàn)的人工噪聲，例 如嘯叫聲。為了抑制對(duì)例如助聽(tīng)器的用戶來(lái)說(shuō)可能非?？鄲赖倪@種人工噪聲，對(duì)揚(yáng)聲器的 輸入也送入自適應(yīng)濾波器，其模擬由揚(yáng)聲器、反饋路徑和傳聲器所形成的反饋回路的部分。 因此自適應(yīng)濾波器的輸出是反饋信號(hào)的估計(jì)信號(hào)，為了消除反饋，在將傳聲器的輸出送入 放大器之前從中減去估計(jì)的反饋信號(hào)。因此，理想地，只有從周圍環(huán)境接收的信號(hào)到達(dá)放大 器。自適應(yīng)濾波器的轉(zhuǎn)換功能由一組濾波器系數(shù)控制，利用本領(lǐng)域已知的最小均方(LMS) 算法來(lái)周期性地更新該系數(shù)。LMS算法接收揚(yáng)聲器輸入的延遲版本作為參考信號(hào)，和放大器 輸入作為誤差信號(hào)，并試圖確定濾波器系數(shù)，這樣估計(jì)的反饋信號(hào)與實(shí)際的反饋信號(hào)相似。 延遲理論上對(duì)應(yīng)于反饋回路的模擬部分的延遲。公開(kāi)的發(fā)明解決了當(dāng)傳聲器從周圍環(huán)境接 收具有長(zhǎng)自相關(guān)函數(shù)的信號(hào)例如低頻(LF)音時(shí)，模擬的反饋回路的穩(wěn)定性下降的問(wèn)題。公 開(kāi)的發(fā)明通過(guò)只將參考和誤差信號(hào)的高頻(HF)范圍輸入算法來(lái)達(dá)到其目標(biāo)。HF范圍優(yōu)選 地包括這些頻率范圍，在其中預(yù)計(jì)會(huì)產(chǎn)生反饋導(dǎo)致的人工噪聲。為了避免在其余LF范圍中 濾波特性的惡化，參考信號(hào)的LF范圍由LF噪聲信號(hào)替代，誤差信號(hào)的LF范圍恒定設(shè)為零。

發(fā)明內(nèi)容
對(duì)上述方法的徹底分析以及對(duì)結(jié)合了該方法的聽(tīng)力設(shè)備的測(cè)量表明自適應(yīng)濾波 器在特定場(chǎng)合可能運(yùn)行出錯(cuò)，例如在接收演講信號(hào)期間，這通常期望以最好質(zhì)量處理。錯(cuò)誤 運(yùn)行的原因是當(dāng)信號(hào)幅度下降時(shí)自適應(yīng)速度下降。如果反饋路徑變化了，同時(shí)接收到具有 低HF內(nèi)容的信號(hào)，例如演講，那么聽(tīng)力設(shè)備將不能夠快速地使自適應(yīng)濾波器的HF特性適應(yīng) 變化的情況。因此自適應(yīng)濾波器可能在接收到具有高HF內(nèi)容的后續(xù)信號(hào)時(shí)具有錯(cuò)誤的HF 增益。這可能導(dǎo)致嘯叫聲，或者對(duì)后續(xù)信號(hào)的HF部分的不需要的抑制。本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種克服上述問(wèn)題的方法。本發(fā)明的進(jìn)一步目標(biāo)是提供一種適合于克服上述問(wèn)題的聽(tīng)力設(shè)備。本發(fā)明的目標(biāo)通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求中所述和如下所述的發(fā)明實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的進(jìn)一步 的目標(biāo)通過(guò)從屬權(quán)利要求和本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明限定的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)?？梢岳斫猓?dāng)下面在“具體實(shí)施方式
”的詳細(xì)說(shuō)明和權(quán)利要求中描述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特 征適當(dāng)?shù)靥鎿Q為對(duì)應(yīng)的方法時(shí)，結(jié)構(gòu)特征可以與在此公開(kāi)的任何方法相結(jié)合。這種方法的 實(shí)施例具有與對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)相同的優(yōu)點(diǎn)。如在此所使用的，單數(shù)形式“一個(gè)”、“一個(gè)”和“那個(gè)”也試圖包括復(fù)數(shù)形式(即， 具有含義“最少一個(gè)”)，除非特別地說(shuō)明。還將理解術(shù)語(yǔ)“具有”、“包括”、“包含”、“有”、“包 括”和/或“包含”，當(dāng)用于本說(shuō)明中時(shí)，表示所述的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件 的存在，但不排除另外一個(gè)或者多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或其組合 的存在。如在此所使用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或者多個(gè)相關(guān)所示項(xiàng)的任意或者所有組 合。在此公開(kāi)的任何方法的步驟不必以公開(kāi)的準(zhǔn)確順序來(lái)執(zhí)行，除非特別地說(shuō)明。


下面將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和參考附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明顯示了聽(tīng)力設(shè)備的第一實(shí)施例，以及圖2顯是說(shuō)明圖1的聽(tīng)力設(shè)備的功能的示例頻率特性。為了清楚附圖是示意性的和簡(jiǎn)化的，他們只是顯示了理解本發(fā)明所必需的細(xì)節(jié)， 而省去了其他細(xì)節(jié)。全文中，相同參考標(biāo)號(hào)和名稱用于相同或?qū)?yīng)部分。從下面的詳細(xì)說(shuō)明中將清楚本發(fā)明的應(yīng)用的進(jìn)一步范圍。然而，應(yīng)當(dāng)理解在說(shuō)明 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，僅僅是通過(guò)示意性方式給出詳細(xì)說(shuō)明和具體實(shí)例，因?yàn)楦鶕?jù)詳細(xì) 說(shuō)明在本發(fā)明范圍之內(nèi)的各種變化和修改對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。
具體實(shí)施例方式圖1表示根據(jù)本發(fā)明的聽(tīng)力設(shè)備HD的第一實(shí)施例。聽(tīng)力設(shè)備HD包括傳聲器單元 MU，處理電路PC和揚(yáng)聲器單元SU。傳聲器單元MU包括傳聲器M和模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD。傳聲器 M設(shè)置為從環(huán)境接收包括周圍環(huán)境聲音AS的聲學(xué)輸入信號(hào)AI以及聲學(xué)輸出信號(hào)AO的聲學(xué) 反饋AF，適于將聲學(xué)輸入信號(hào)AI轉(zhuǎn)換為模擬形式的電輸入信號(hào)EI。模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD連接用 于接收電輸入信號(hào)EI，并用于數(shù)字化電輸入信號(hào)EI以及最終提供數(shù)字形式的傳聲器信號(hào) MS。處理電路PC連接用于接收傳聲器信號(hào)MS，并用于提供處理過(guò)的信號(hào)PS。揚(yáng)聲器單元 SU包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器DA和揚(yáng)聲器S。數(shù)模轉(zhuǎn)換器DA連接用于接收數(shù)字形式的處理過(guò)的信號(hào) PS,并適于將其轉(zhuǎn)換為模擬形式的電輸出信號(hào)E0。揚(yáng)聲器S連接用于接收電輸出信號(hào)E0， 并適于將其轉(zhuǎn)換為聲學(xué)輸出信號(hào)A0，以及設(shè)置為將聲學(xué)輸出信號(hào)AO傳播到用戶的耳道中。處理電路PC包括三個(gè)加法器Al、A2、A3，信號(hào)處理器SP、延遲單元D、兩個(gè)估計(jì)濾 波器FE1、FE2，兩個(gè)高通濾波器HP1、HP2，施羅德噪聲發(fā)生器SN，低通濾波器LP，信號(hào)分析 器SA和控制單元⑶。第一加法器Al連接用于接收第一輸入上的傳聲器信號(hào)MS以及第二 輸入上的估計(jì)的反饋信號(hào)EF，并用于從傳聲器信號(hào)MS中減去估計(jì)的反饋信號(hào)EF以及提供 最終當(dāng)未處理信號(hào)US。信號(hào)處理器SP連接用于接收未處理信號(hào)US以及頻譜信息信號(hào)Si， 并適于提供處理過(guò)的信號(hào)PS。延遲單元D連接用于接收處理過(guò)的信號(hào)PS，適于延遲處理過(guò)的信號(hào)PS以及提供結(jié)果作為延遲信號(hào)DS。第一估計(jì)濾波器FEl連接用于接收延遲的信號(hào) DS以及第一控制信號(hào)Cl，并適于提供估計(jì)的反饋信號(hào)EF。第二估計(jì)濾波器FE2連接用于接收噪聲參考信號(hào)NR以及第二控制信號(hào)C2，并適于 提供噪聲誤差信號(hào)NE。第一高通濾波器HPl連接用于接收未處理信號(hào)US以及第三控制信 號(hào)C3，并適于提供主誤差信號(hào)ES。第二加法器A2連接用于接收第一輸入上的主誤差信號(hào) ES以及第二輸入上的噪聲誤差信號(hào)NE，并適于從主誤差信號(hào)ES中減去噪聲誤差信號(hào)NE并 提供結(jié)果作為組合誤差信號(hào)E。第二高通濾波器HP2連接用于接收延遲信號(hào)DS以及第四 控制信號(hào)C4，并適于提供主參考信號(hào)RS。第三加法器A3連接用于接收第一輸入上的主參 考信號(hào)RS以及第二輸入上的噪聲參考信號(hào)NR，適于將主參考信號(hào)RS加到噪聲參考信號(hào)NR 以及提供結(jié)果作為組合參考信號(hào)R。施羅德噪聲發(fā)生器SN連接用于延遲信號(hào)DS，并用于提 供噪聲信號(hào)N。低通濾波器LP連接用于接收噪聲信號(hào)N，并適于提供噪聲參考信號(hào)NR。信號(hào)分析器SA連接用于接收傳聲器信號(hào)MS,并適于提供頻譜信息信號(hào)Si?？刂?單元CU連接用于接收組合參考信號(hào)R、組合誤差信號(hào)E以及頻譜信息信號(hào)Si，并用于提供 四個(gè)控制信號(hào)C1、C2、C3、C4。圖2中的示意圖顯示了圖1中所示的聽(tīng)力設(shè)備HD的示例性頻率特性。在圖中頻 率f是向右增加的，幅度或者增益A是向上增加的。曲線FS是傳聲器信號(hào)MS的頻譜的示 例。虛線曲線P顯示了頻譜FS中的窄峰值。頻率軸包括兩個(gè)指示的頻率范圍，在低限制頻 率FL和增強(qiáng)頻率FB之間的低頻LF范圍RL和在增強(qiáng)頻率FB之上的高頻HF范圍RH。截止 頻率FC將頻率軸劃分為L(zhǎng)F和HF通帶。曲線L是低通濾波器LP的示意性傳遞函數(shù)，其具 有與LF通帶相同的頻帶。曲線H是高通濾波器HP1、HP2的示意性傳遞函數(shù)，其具有與HF 通帶相同的頻帶。高通濾波器HP1、HP2的傳遞函數(shù)H顯示為在高頻范圍RH具有三個(gè)不同 增強(qiáng) H1、H2、H3。下面，參考圖1和2說(shuō)明聽(tīng)力設(shè)備HD的第一實(shí)施例的功能，信號(hào)處理器SP實(shí)現(xiàn)放 大、衰減、頻率濾波、幅度壓縮、幅度擴(kuò)展、噪聲抑制和/或其他對(duì)未處理信號(hào)US的改變，以 提供處理信號(hào)PS，這使得聽(tīng)力設(shè)備HD能夠補(bǔ)償聽(tīng)力受損者的聽(tīng)力損失和/或增強(qiáng)正常聽(tīng)力 者的聽(tīng)力。這些改變和其結(jié)合在關(guān)于助聽(tīng)器和聽(tīng)音設(shè)備的領(lǐng)域中是已知的，可以任意實(shí)施。傳聲器單元MU、信號(hào)處理器SP和揚(yáng)聲器單元SU—起形成主信號(hào)路徑，其通常被校 準(zhǔn)和調(diào)整以提供在聲學(xué)輸入信號(hào)AI和聲學(xué)輸出信號(hào)AO之間的依賴于特定頻率和/或等級(jí) 的增益。這個(gè)增益隨時(shí)間而變化，取決于例如用戶設(shè)置和/或接收的周圍環(huán)境聲音AS的特 性。聲學(xué)輸出信號(hào)AO的一部分不受歡迎地作為聲學(xué)反饋AF通過(guò)聲學(xué)反饋路徑，例如通過(guò) 聽(tīng)力設(shè)備HD的氣孔返回到傳聲器M。主信號(hào)路徑和聲學(xué)反饋路徑一起形成反饋回路。傳聲 器M因此接收聲學(xué)反饋AF和周圍環(huán)境聲音AS，根據(jù)反饋回路中的增益和相位偏移，可能產(chǎn) 生可聽(tīng)見(jiàn)的人工噪聲。除了信號(hào)處理器SP，處理電路PC的目標(biāo)就是自適應(yīng)地抑制這種人工 噪聲，通過(guò)估計(jì)反饋和將傳聲器信號(hào)MS輸入信號(hào)處理器SP之前從中減去估計(jì)的反饋。因 此，理論上，只有AS到達(dá)信號(hào)處理器SP。延遲單元D和第一估計(jì)濾波器FEl形成消除路徑，其模擬由揚(yáng)聲器單元SU、反饋 路徑和傳聲器單元MU形成的部分反饋回路。消除路徑D、FEl中的整體時(shí)間延遲設(shè)計(jì)為對(duì) 應(yīng)于反饋回路的模擬部分的延遲。這個(gè)延遲通常是常量和已知的。第一估計(jì)濾波器FEl的 傳遞函數(shù)，即頻率特性自適應(yīng)地調(diào)整以反映處理信號(hào)PS在其經(jīng)過(guò)反饋回路的模擬部分中的相位和幅度變化。這將在下面詳細(xì)說(shuō)明。消除路徑D、FE1接收處理信號(hào)PS，消除路徑D、 FEl的輸出，即估計(jì)的反饋信號(hào)EF，因此是發(fā)生于傳聲器信號(hào)MS中的反饋的估計(jì)。第一加 法器Al從傳聲器信號(hào)MS中減去估計(jì)的反饋信號(hào)EF。因此，理論上，反饋在合成的未處理信 號(hào)US中被消除，該信號(hào)被輸入信號(hào)處理器SP。處理電路PC的其余單元A2、A3、FE2、HP1、HP2、SN、LP、SA、CU用于自適應(yīng)地調(diào)節(jié)第 一估計(jì)濾波器FEl的傳遞函數(shù)的目的，以盡量接近地匹配反饋回路的模擬部分。信號(hào)分析 器SA進(jìn)一步具有下面進(jìn)一步說(shuō)明的目的。第一估計(jì)濾波器FEl實(shí)現(xiàn)為有限沖擊響應(yīng)(FIR) 濾波器，傳遞函數(shù)由控制單元CU提供的第一控制信號(hào)Cl中包含的一組濾波器系數(shù)來(lái)控制。 控制單元CU根據(jù)從未處理信號(hào)US得到的誤差信號(hào)E和從處理信號(hào)PS得到的參考信號(hào)R 持續(xù)地計(jì)算和更新濾波器系數(shù)。參考信號(hào)R是基于延遲信號(hào)DS，其被延遲與反饋回路的模 擬部分中產(chǎn)生的延遲實(shí)際上相同的延遲時(shí)間。誤差信號(hào)E中所包括的反饋因此可以通過(guò)計(jì) 算誤差信號(hào)E和參考信號(hào)R之間的直接相關(guān)而得到，即信號(hào)E、R之間的相關(guān)不具有時(shí)間偏 移?？刂茊卧狢U根據(jù)LMS算法計(jì)算新的濾波器系數(shù)，該算法運(yùn)算用于最小化誤差信號(hào)E和 參考信號(hào)R之間的直接相關(guān)。這個(gè)算法是本領(lǐng)域中已知的。在已知的聽(tīng)音設(shè)備中，由于反饋回路的典型特征，反饋主要發(fā)生于高頻。原則上， 因此將誤差和參考信號(hào)E、R的高頻輸給控制單元⑶已經(jīng)足夠。由此，未處理信號(hào)US和延 遲信號(hào)DS在具有相同傳遞函數(shù)H的相同的第一和第二高通濾波器HP1、HP2中被高通濾波。 高通濾波器HP1、HP2的頻帶優(yōu)選地包括預(yù)期會(huì)發(fā)生反饋導(dǎo)致的人工噪聲的那些頻帶。至少 對(duì)于低頻，這減少了周圍環(huán)境聲音AS中包括的具有長(zhǎng)自相關(guān)函數(shù)的信號(hào)例如單音的問(wèn)題， 這些信號(hào)被錯(cuò)誤地作為反饋導(dǎo)致的人工噪聲處理，因此可能導(dǎo)致估計(jì)濾波器FEl的傳遞函 數(shù)的錯(cuò)誤調(diào)整。高頻和低頻的區(qū)別在這個(gè)方面取決于聽(tīng)力設(shè)備HD的聲學(xué)增益，即聲學(xué)輸入 信號(hào)AI和聲學(xué)輸出信號(hào)AO之間的增益，因?yàn)榉答亴?dǎo)致的人工噪聲所發(fā)生的頻率范圍的下 限隨著增益增加而向下偏移。然而，缺乏對(duì)控制單元⑶的LF輸入時(shí)，第一估計(jì)濾波器FEl的傳遞函數(shù)可能不受 控制地“失控”，因此提供LF反饋的錯(cuò)誤估計(jì)。為了避免這個(gè)問(wèn)題，對(duì)控制單元⑶的LF輸 入由LF控制路徑來(lái)提供，該路徑包括施羅德噪聲發(fā)生器SN、低通濾波器LP和第二估計(jì)濾波 器FE2。施羅德噪聲發(fā)生器SN通過(guò)使延遲信號(hào)DS的隨即取樣反相而產(chǎn)生噪聲信號(hào)N，因此 保證噪聲信號(hào)N的頻譜類似于延遲信號(hào)DS的頻譜。低通濾波器LP的傳遞函數(shù)L具有截止 頻率FC，其等于或者接近于高通濾波器HP1、HP2的截止頻率。組合參考信號(hào)R的頻譜因此 類似于處理信號(hào)PS的頻譜。噪聲參考信號(hào)NR在第二估計(jì)濾波器FE2中被濾波。第二估計(jì) 濾波器FE2以與第一估計(jì)濾波器FEl相同的方式實(shí)現(xiàn)，對(duì)兩個(gè)估計(jì)濾波器FEl、FE2的控制 信號(hào)Cl、C2也是相同的。兩個(gè)估計(jì)濾波器FE1、FE2的傳遞函數(shù)因此也是相同的。需要的 是，控制傳遞函數(shù)以使第二估計(jì)濾波器FE2的輸出即噪聲誤差信號(hào)NE等于零，在這種情況 下第一估計(jì)濾波器FEl的LF輸出也等于零。因?yàn)榻M合誤差信號(hào)E包括噪聲誤差信號(hào)NE，控 制單元⑶固有地在期望的方向調(diào)整濾波器系數(shù)。LMS算法的一個(gè)本質(zhì)特性是其隨著信號(hào)級(jí)別增加提供快速的調(diào)整。該效果也應(yīng)用 于單個(gè)信號(hào)頻率。當(dāng)接收到具有低HF內(nèi)容的信號(hào)時(shí)，例如演講的信號(hào)時(shí)，為了在HF范圍內(nèi) 快速調(diào)整RF允許估計(jì)濾波器FE1、FE2，聽(tīng)力設(shè)備HD適合于動(dòng)態(tài)地修改高通濾波器HP1、HP2 的傳遞函數(shù)，以提供增強(qiáng)頻率FB之上的信號(hào)頻率的可變的增強(qiáng)HI、H2、H3。因此可變?cè)鰪?qiáng)H1、H2、H3提供接收信號(hào)中的HF衰減的補(bǔ)償。高通濾波器HP1、HP2實(shí)現(xiàn)為相同的有限沖擊 響應(yīng)(FIR)濾波器。第三和第四控制信號(hào)C3、C4是相同的，每一個(gè)通過(guò)選擇性地激活一組 預(yù)定數(shù)量的濾波器系數(shù)設(shè)置來(lái)控制各自的高通濾波器HP1、HP2的傳遞函數(shù)H。信號(hào)分析器 SA重復(fù)地計(jì)算傳聲器信號(hào)MS的頻譜FS，并在頻譜信息信號(hào)SI中提供頻譜FS?？刂茊卧?CU使用接收的頻譜FS來(lái)重復(fù)計(jì)算HF范圍RH中的信號(hào)功率和LF范圍RL中的信號(hào)功率之 間的功率比。從而計(jì)算得到的功率比反映在傳聲器信號(hào)MS中高和低頻信號(hào)內(nèi)容的相對(duì)數(shù) 量?？刂茊卧狢U將計(jì)算得到的功率比與一組門限值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果投票選擇濾波 器系數(shù)組中的一組，由此確定第一和第二高通濾波器HP1、HP2的傳遞函數(shù)H的期望值。控 制單元⑶為預(yù)定數(shù)量的連續(xù)頻譜FS加入投票，然后通過(guò)第三和第四控制信號(hào)C3、C4選擇 投票數(shù)最多的濾波器系數(shù)組。這樣做出選擇使得功率比越低，即HF信號(hào)內(nèi)容的相對(duì)數(shù)量越 低，增強(qiáng)H1、H2、H3越高，反之亦然。換句話說(shuō)，當(dāng)HF信號(hào)內(nèi)容的相對(duì)數(shù)量減少時(shí)，第一和第 二高通濾波器HP1、HP2的HF增益增加。這就允許當(dāng)聽(tīng)力設(shè)備HD接收具有低HF內(nèi)容的信 號(hào)時(shí)，控制單元⑶更快速地調(diào)整第一和第二估計(jì)濾波器FE1、FE2的傳遞函數(shù)。因此傳遞函 數(shù)在根據(jù)反饋回路的模擬部分中比現(xiàn)有技術(shù)聽(tīng)力設(shè)備中的更好，從而更好地處理HF信號(hào) 內(nèi)容的突然增加，即很少有可能出現(xiàn)這樣的增加導(dǎo)致人工噪聲或者增加的信號(hào)的一部分由 自適應(yīng)反饋消除不必要的抑制。在周圍環(huán)境聲音AS中具有低HF信號(hào)內(nèi)容期間，通過(guò)使反 饋導(dǎo)致的人工噪聲較少，通過(guò)通常允許聲學(xué)輸入信號(hào)AI和聲學(xué)輸出信號(hào)AO之間的較高的 HF增益，以及通過(guò)允許被稱為抑制功能的較低HF增益，這個(gè)效果可以用于向聽(tīng)力設(shè)備用戶 提供更好的體驗(yàn)。控制單元CU掃描窄峰值P的頻譜FS，其可以指示反饋導(dǎo)致的人工噪聲的存在，尤 其是在純音的形式中。反饋導(dǎo)致的人工噪聲只發(fā)生于兩個(gè)估計(jì)濾波器FE1、FE2的傳遞函 數(shù)與反饋回路的模擬部分的傳遞函數(shù)不匹配時(shí)，例如是在反饋回路發(fā)生改變之后的瞬間情 況。因此窄峰值P在頻譜FS中的存在指示了兩個(gè)估計(jì)濾波器FE1、FE2的傳遞函數(shù)需要快 速調(diào)整。如果檢測(cè)到這樣的窄峰值P，控制單元CU就分析峰值P來(lái)判斷他們的成因。如果 判斷的結(jié)果顯示成因很可能是反饋，控制單元CU就修改LMS算法來(lái)提供傳遞函數(shù)的更快速 的調(diào)整，至少在包括檢測(cè)到的峰值P的相對(duì)窄的頻率范圍之內(nèi)。隨后，第一和第二估計(jì)濾波 器FE1、FE2更快速地調(diào)節(jié)反饋回路的模擬部分，反饋就快速地消除了。當(dāng)⑶通過(guò)第三和第四控制信號(hào)C3、C4修改濾波器系數(shù)組時(shí)，其馬上隨后將第一和 第二估計(jì)濾波器FE1、FE2的自適應(yīng)無(wú)效足夠長(zhǎng)的時(shí)間用于高通濾波器HP1、HP2和LMS算法 的調(diào)整。這保證了修改高通濾波器HP1、HP2的濾波器特性H不會(huì)導(dǎo)致未處理信號(hào)US中的 人工噪聲信號(hào)。因?yàn)椋m然可變?cè)鰪?qiáng)HI、H2、H3應(yīng)用于誤差信號(hào)E和參考信號(hào)R，但沒(méi)有應(yīng) 用于主信號(hào)路徑中的任何信號(hào)，信號(hào)處理器SP中的處理只是間接地由增強(qiáng)起作用。因此， 當(dāng)改變高通濾波器HP1、HP2的濾波器特性H時(shí)，無(wú)須對(duì)信號(hào)處理進(jìn)行改變。信號(hào)處理器SP接收頻譜信息信號(hào)SI中的計(jì)算得到的頻譜FS，并據(jù)此調(diào)整其處理。 例如，頻譜FS可以用于檢測(cè)特定聲學(xué)環(huán)境，例如“在汽車中”、“在噪聲中的演講”等，如果聽(tīng) 力設(shè)備HD作為助聽(tīng)器使用時(shí)這些環(huán)境可能需要特殊處理。這種調(diào)整在本領(lǐng)域中是已知的， 可以利用其中任意一種。并行利用計(jì)算得到的頻譜FS，即在控制單元CU中個(gè)在信號(hào)處理器 SP中，節(jié)約了聽(tīng)力設(shè)備HD中的資源，例如功率、空間和/或成本。優(yōu)選地在IkHz到3kHz范圍之間選擇截止頻率FC，例如約1. 5kHz，從而優(yōu)選HF頻帶包括反饋導(dǎo)致的人工噪聲最容易發(fā)生的頻率范圍。因此，在具有較高聲學(xué)增益的聽(tīng)力設(shè) 備中，優(yōu)選地可以盡量低地選擇截止頻率FC，例如約600Hz或者甚至約300Hz。優(yōu)選地在 IkHz到3kHz范圍之間選擇增強(qiáng)頻率FB，例如約2kHz，優(yōu)選地增強(qiáng)頻率FB高于截止頻率FC。 優(yōu)選地，選擇增強(qiáng)頻率FB以使通過(guò)應(yīng)用增強(qiáng)級(jí)別H1、H2、H3能夠補(bǔ)償一般接收到的信號(hào)中 的HF衰減。優(yōu)選地在IkHz到3kHz范圍之間選擇下限頻率FL，例如約1kHz，優(yōu)選地實(shí)質(zhì)上 低于增強(qiáng)頻率FB。優(yōu)選地選擇高通濾波器HP1、HP2的傳遞函數(shù)H中單個(gè)增強(qiáng)級(jí)別HI、H2、 H3之間的差值，以使得最大增前H3與最小增強(qiáng)Hl之間的差值在20dB到40dB之間，優(yōu)選地 約為30dB?？梢詢?yōu)選地選擇增強(qiáng)級(jí)別H1、H2、H3的數(shù)量以提供例如6dB或IOdB級(jí)別階梯。 優(yōu)選地根據(jù)檢測(cè)到特殊聲學(xué)環(huán)境來(lái)選擇增強(qiáng)頻率FB和增強(qiáng)級(jí)別HI、H2、H3，因?yàn)樵诮邮盏?的信號(hào)中的HF衰減的程度和頻率依賴性在不同類型的聲學(xué)環(huán)境中通常各不相同。檢測(cè)聲 學(xué)環(huán)境的多種方法是本領(lǐng)域已知的，可以應(yīng)用其中任意一種。處理電路PC優(yōu)選地選采用運(yùn)行在離散時(shí)域中的數(shù)字電路，但是其任意或者所有 部分可選地也可以采用運(yùn)行于連續(xù)時(shí)域中的模擬電路。雖然顯示和說(shuō)明為不同的部件，但 是處理電路PC的功能模塊可以實(shí)現(xiàn)為硬件、固件和軟件的任意適當(dāng)組合和/或硬件單元的 任意合適組合。而且，單個(gè)硬件單元可以并行或者交替順序和/或他們的任意合適組合的 方式來(lái)完成多個(gè)功能模塊的操作。模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD和數(shù)模轉(zhuǎn)換器DA可以包括在處理電路PC 中，第一加法器Al可以位于傳聲器M和模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD之間的信號(hào)路徑中?？梢詫?duì)公開(kāi)的方法和設(shè)備進(jìn)行對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的其他改變，而不 會(huì)脫離本發(fā)明的精神和范圍。在下面，以非限制的方式提到這些改變。結(jié)合傳聲器信號(hào)MS 與估計(jì)的反饋信號(hào)EF可以以得到與第一加法器Al完成的減法相同的結(jié)果的任何方式完 成。例如，估計(jì)的反饋信號(hào)EF可以由第一估計(jì)濾波器FEl提供為反相信號(hào)，將其簡(jiǎn)單地加 到傳聲器信號(hào)MS上。消除路徑和LF控制路徑中的時(shí)間延遲可以由獨(dú)立的延遲單元D、第一 和第二估計(jì)濾波器FE1、FE2或者他們的組合來(lái)提供，在第二種情況下延遲單元D可以省略。 噪聲誤差信號(hào)NE的符號(hào)可以反相，不需后續(xù)作用，因?yàn)長(zhǎng)MS算法作用于誤差信號(hào)E的幅度。 高和低頻信號(hào)內(nèi)容的相對(duì)數(shù)量的估計(jì)可以基于主誤差信號(hào)ES或者從傳聲器信號(hào)MS和/或 未處理信號(hào)US得到的任何其他信號(hào)。高頻和低頻信號(hào)內(nèi)容的相對(duì)數(shù)量的估計(jì)可以在有限 的頻率范圍RL、RH之內(nèi)進(jìn)行，估計(jì)以及增強(qiáng)HI、H2、H3的變化可以在多個(gè)單獨(dú)頻率范圍同 時(shí)進(jìn)行。因此，高通濾波器HP1、HP2的傳遞函數(shù)可以修改以補(bǔ)償全范圍頻譜偏移和/或補(bǔ) 償在較小范圍上的頻譜的變化。用于在功率比計(jì)算中相互區(qū)別高頻和低頻范圍RL、RH的頻 率可以從增強(qiáng)頻率FB得到，在增強(qiáng)頻率FB之上應(yīng)用可變?cè)鰪?qiáng)H1、H2、H3。參考和誤差信號(hào) R、E可以分別地直接或間接地從處理信號(hào)PS和未處理信號(hào)US而得到。LMS算法可以是正 規(guī)化的或非正規(guī)化的，其還可以被替換或者與其他優(yōu)化算法結(jié)合，其都可以控制估計(jì)濾波 器系數(shù)得到本質(zhì)上相同的結(jié)果。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)為沒(méi)有LF控制路徑的功能和/或功能模 塊。噪聲信號(hào)N可以由任何其他合適類型的噪聲發(fā)生器來(lái)提供，例如白噪聲發(fā)生器，其輸出 可以用延遲信號(hào)DS的包絡(luò)來(lái)調(diào)制?？梢岳斫庹f(shuō)明為“連接”或“耦合”到另一個(gè)單元的單元可以直接連接或耦合到其 他單元，或者也可以存在中間單元，除非特別說(shuō)明。而且，信號(hào)可以直接從提到的信號(hào)源接 收，或者間接地通過(guò)中間無(wú)源或者有源電路接收，例如緩沖器、變換器、邏輯門、晶體管等， 都不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
本發(fā)明由獨(dú)立權(quán)利要求的特征來(lái)限定。優(yōu)選實(shí)施例在從屬權(quán)利要求中限定。權(quán)利 要求中的任何參考信號(hào)都對(duì)他們的范圍無(wú)限制作用。前面說(shuō)明了一些優(yōu)選實(shí)施例，但是要強(qiáng)調(diào)本發(fā)明并不局限于此，而是可以以權(quán)利 要求中所限定的主題中的其他方式實(shí)現(xiàn)。例如，所述實(shí)施例的特征可以任意組合。
權(quán)利要求
1.一種用于自適應(yīng)地抑制聽(tīng)力設(shè)備(HD)中的聲學(xué)反饋(AF)的方法，該方法包括接 收包括來(lái)自于環(huán)境的周圍環(huán)境聲音(AQ和聲學(xué)輸出信號(hào)(AO)的聲學(xué)反饋(AF)的聲學(xué)輸 入信號(hào)(Al)；將所述聲學(xué)輸入信號(hào)(Al)轉(zhuǎn)換為傳聲器信號(hào)(MQ ；將所述傳聲器信號(hào)(MS) 與估計(jì)的反饋信號(hào)(EF)結(jié)合，由此產(chǎn)生未處理信號(hào)(US)；處理所述未處理信號(hào)(US)，由 此產(chǎn)生處理過(guò)的信號(hào)(PQ ；將所述處理過(guò)的信號(hào)(PQ轉(zhuǎn)換成為所述聲學(xué)輸出信號(hào)(AO)； 將所述聲學(xué)輸出信號(hào)(AO)傳播到用戶的耳道；將第一傳遞函數(shù)應(yīng)用于所述處理過(guò)的信號(hào) (PS)，由此產(chǎn)生所述估計(jì)的反饋信號(hào)(EF)；將第二傳遞函數(shù)(H)應(yīng)用于所述未處理信號(hào) (US)，由此產(chǎn)生主誤差信號(hào)(EQ ；根據(jù)所述主誤差信號(hào)(EQ改變所述第一傳遞函數(shù)；其特 征在于該方法還包括估計(jì)所述傳聲器信號(hào)(MQ和所述未處理信號(hào)(UQ中的至少一個(gè)的 高頻和低頻信號(hào)內(nèi)容的相對(duì)數(shù)量；根據(jù)所述估計(jì)的相對(duì)數(shù)量改變所述第二傳遞函數(shù)(H)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)高頻信號(hào)內(nèi)容的相對(duì)數(shù)量的減少而 增加所述第二傳遞函數(shù)(H)的高頻增益，反之亦然。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，進(jìn)一步包括通過(guò)有選擇地激活預(yù)定數(shù)量的濾波 器系數(shù)組之一來(lái)改變所述第二傳遞函數(shù)(H)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一所述的方法，進(jìn)一步包括在改變所述第二傳遞函數(shù)(H)之 后立刻臨時(shí)禁止改變所述第一傳遞函數(shù)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一所述的方法，進(jìn)一步包括將所述第二傳遞函數(shù)(H)應(yīng)用于 所述處理過(guò)的信號(hào)(PQ，由此產(chǎn)生主參考信號(hào)(舊)；以及根據(jù)所述主參考信號(hào)(舊)改變所 述第一傳遞函數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括產(chǎn)生主要包括由所述第二傳遞函數(shù)(H) 抑制的頻率范圍中的信號(hào)內(nèi)容的噪聲參考信號(hào)(NR)；將所述第一傳遞函數(shù)應(yīng)用于所述噪 聲參考信號(hào)(NR)，由此產(chǎn)生噪聲誤差信號(hào)(NE)；根據(jù)所述主參考信號(hào)(舊)和所述噪聲參考 信號(hào)(NR)的組合(R)以及根據(jù)所述主誤差信號(hào)(ES)和所述噪聲誤差信號(hào)(NE)的組合(E) 來(lái)改變所述第一傳遞函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括由所述第二傳遞函數(shù)(H)提供高通濾波； 根據(jù)所述處理過(guò)的信號(hào)(PQ產(chǎn)生噪聲信號(hào)(N)；以及對(duì)所述噪聲信號(hào)(N)進(jìn)行低通濾波， 由此產(chǎn)生所述噪聲參考信號(hào)(NR)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一所述的方法，進(jìn)一步包括為所述傳聲器信號(hào)(MQ和所述未 處理的信號(hào)(UQ中的至少一個(gè)計(jì)算頻譜(F。；以及根據(jù)所述計(jì)算得到的頻譜(F。估計(jì)高 頻和低頻信號(hào)內(nèi)容的所述相對(duì)數(shù)量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，進(jìn)一步包括對(duì)于每一個(gè)計(jì)算得到的頻譜(FS)，確定 所述第二傳遞函數(shù)(H)的期望值；以及根據(jù)至少兩個(gè)連續(xù)的期望值改變所述第二傳遞函數(shù) (H)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，進(jìn)一步包括檢測(cè)所述計(jì)算得到的頻譜(FS)中 的峰值(P)；以及根據(jù)所述檢測(cè)到的峰值(P)改變所述第一傳遞函數(shù)的自適應(yīng)速度。
11.根據(jù)權(quán)利要求8到10任一所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)所述計(jì)算得到的頻譜 (FS)改變對(duì)所述未處理信號(hào)(UQ的處理。
12.—種聽(tīng)力設(shè)備(HD)包括傳聲器單元(MU)、處理電路(PC)和揚(yáng)聲器單元(SU)，所 述聽(tīng)力設(shè)備(HD)適于執(zhí)行前述權(quán)利要求任一所述的方法，所述傳聲器單元(MU)設(shè)置為接收所述聲學(xué)輸入信號(hào)(Al)，并適于提供所述傳聲器信號(hào)(MS)，所述處理電路(PC)連接用于 接收所述傳聲器信號(hào)(MQ，并適于提供所述處理過(guò)的信號(hào)(PS)，以及所述揚(yáng)聲器單元(SU) 連接用于接收所述處理過(guò)的信號(hào)(P 和適于傳播所述聲學(xué)輸出信號(hào)(AO)。
全文摘要
聽(tīng)力設(shè)備(HD)結(jié)合了一種用于自適應(yīng)消除聲學(xué)反饋(AF)的方法。該方法包括產(chǎn)生估計(jì)反饋信號(hào)(EF)，和在將傳聲器信號(hào)輸入提供主要力設(shè)備功能的信號(hào)處理器(SP)之前從其中減去估計(jì)的反饋信號(hào)(EF)。估計(jì)的反饋信號(hào)(EF)在受最小均方算法控制的自適應(yīng)濾波器(FE1)中產(chǎn)生，該算法根據(jù)誤差信號(hào)(E)和參考信號(hào)(R)運(yùn)行。當(dāng)反饋路徑改變，同時(shí)接收到具有低HF內(nèi)容的信號(hào)，該算法可能產(chǎn)生錯(cuò)誤。在這種情況下，聽(tīng)力設(shè)備(HD)不能夠快速地調(diào)整自適應(yīng)濾波器(FE1)的HF特性以適合改變的條件。根據(jù)傳聲器信號(hào)(MS)中高頻和低頻信號(hào)內(nèi)容的估計(jì)的相對(duì)數(shù)量，通過(guò)修改用于誤差信號(hào)(E)和參考信號(hào)(R)的濾波器函數(shù)(H)來(lái)解決該問(wèn)題。
文檔編號(hào)H04R25/00GK102143426SQ20111006696
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月1日
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