使用輔助裝置對助聽裝置的多傳聲器降噪系統(tǒng)進行自校準的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及包括降噪系統(tǒng)的助聽裝置，尤其涉及用于校準助聽裝置的降噪系統(tǒng)的 助聽系統(tǒng)。
[0002] 例如，本發(fā)明的實施可用在如助聽裝置例如助聽器、頭戴式耳機、耳麥、有源耳朵 保護系統(tǒng)等應(yīng)用中。
【背景技術(shù)】
[0003] 下面的現(xiàn)有技術(shù)說明涉及本申請的應(yīng)用領(lǐng)域之一，即助聽器。
[0004] 助聽器中的降噪系統(tǒng)通常由兩個信號處理元件組成：
[0005] i)空間降噪元件（波束形成器），其試圖強調(diào)源自特定方向（通常為正面方向） 的信號，假定助聽器用戶"用鼻子選擇";及
[0006]ii)單通道降噪系統(tǒng)，其通常對定向降噪系統(tǒng)的輸出起作用，試圖抑制信號中剩余 的噪聲。
[0007] 空間降噪系統(tǒng)通常利用幾個固定（=預(yù)定）波束形成器。通過以時變方式使用固 定波束形成器砌塊，實際的波束形成器系統(tǒng)仍可為時變/自適應(yīng)系統(tǒng)。固定波束形成器通 常通過形成輸入（傳聲器）信號的線性組合而實施。本發(fā)明中解決的問題實質(zhì)上為怎樣以 對助聽器用戶的物理特性最優(yōu)的方式確定這些線性組合的系數(shù)，即固定波束形成器權(quán)重。
[0008] 固定（或預(yù)定）波束形成器權(quán)重可離線確定使得它們實現(xiàn)某些規(guī)定的空間濾波特 性。例如，在最小方差無失真響應(yīng)（MVDR)波束形成器中，希望實施在某一方向如正面具有 OdB增益的波束圖。在其它情形下，感興趣的是實施消除目標的波束形成器，即在目標方向 具有空間零值的波束形成器，例如參見[Kjems&Jensen;2012]。
[0009] 真正最佳的波束形成器權(quán)重是幾個因素的函數(shù)，包括用戶的物理特性如頭部形狀 和大小、耳廓的位置和大小、發(fā)型、及傳聲器位置、助聽器殼等。在實踐中（迄今為止），固 定波束形成器權(quán)重已由助聽器制造商例如使用頭部和軀干模擬器（如來自Bruel&Kjaer Sound&VibrationMeasurementA/S的頭部和軀干模擬器（HATS) 4128C)進行估計并保存在 助聽器存儲器中。固定波束形成器權(quán)重相對于HATS模型進行調(diào)整，即展現(xiàn)某種平均人物理 特性。
[0010] 問題在于像這樣實施的固定波束形成器對于HATS模型接近于最佳，但對于具體 助聽器用戶并非如此。本發(fā)明提出基于個體助聽器用戶的物理性質(zhì)找到最佳波束形成器權(quán) 重的方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本申請的目標在于針對特定用戶調(diào)整助聽裝置的降噪系統(tǒng)。本申請的實施例的進 一步的目標在于有助于制造商、配藥師或用戶自己進行調(diào)整。
[0012] 本申請的目標由所附權(quán)利要求限定的及下面描述的發(fā)明實現(xiàn)。
[0013] 助聽系統(tǒng)
[0014] 一方面，本申請的目標由包括助聽裝置和輔助裝置的助聽系統(tǒng)實現(xiàn)，助聽裝置包 括：
[0015] HD-a)多個（M個）輸入單元IUi,i= 1，…，M，適于提供或接收第i個輸入單元處 的信號Si(n)在多個頻帶和多個時刻的時頻表示Si(k,m)，k為頻帶指數(shù)，m為時間指數(shù)，n 表示時間，M大于或等于2 ;及
[0016] HD-b)多輸入單元降噪系統(tǒng)，包括在運行時連到多個輸入單元IUi,i= 1，…，M并 配置成確定濾波權(quán)重w(k，m)的、用于提供波束成形信號Y(k，m)的多通道波束形成器濾波 單元，其中來自不同于目標信號源方向的其它方向的信號分量被衰減，而來自目標信號源 方向的信號分量保持無衰減或者衰減程度低于來自其它方向的信號分量；
[0017] 該系統(tǒng)包括用于在輔助裝置和助聽裝置中啟動校準模式的用戶接口；
[0018] 輔助裝置包括：
[0019] AD_a)用于將表不聲音的電信號轉(zhuǎn)換為聲學(xué)聲音信號的輸出變換器；
[0020] AD-b)用于在校準模式啟動時將校準信號轉(zhuǎn)發(fā)給輸出變換器的控制單元；
[0021] 其中該系統(tǒng)配置成基于由輔助裝置的輸出變換器轉(zhuǎn)換為聲學(xué)校準聲音信號的電 校準信號估計源自相對于用戶位于特定位置的目標信號源的目標信號的視向量d(k，m)，其 中相對于用戶的特定位置為輔助裝置的輸出變換器的位置。
[0022] 本發(fā)明的優(yōu)點在于有利于多傳聲器系統(tǒng)的校準。
[0023] 在實施例中，校準針對多個不同的"典型"人物理特性或人工特性（如模型、玩偶， 例如標準模型如HATS)進行，例如代表典型的兒童、典型的女人和典型的男人，和/或?qū)Χ?個（典型的）頭部大小和/或形狀和/或發(fā)型和/或耳朵位置/大小和/或年齡進行。此 外，可考慮更可變的參數(shù)，如助聽裝置在頭部上的位置、服裝如圍巾、帽子等。所得的設(shè)置之 后被使得可用在驗配軟件中，用于配藥師（或用戶）在其間進行選擇并應(yīng)用于所涉及的助 聽裝置。在校準期間，包括降噪系統(tǒng)的助聽裝置安裝在所涉及的人身上（如前述"典型的 人"身上）。在實施例中，該人為助聽裝置的"終端用戶"。
[0024] 在本說明書中，術(shù)語"波束成形""波束形成器"）意為（提供）多個輸入傳感器 信號的"空間濾波"，目標在于在所得的波束成形信號中相對于來自其它角度的信號分量衰 減來自某些角度的信號分量。"波束成形"包括形成多個傳感器輸入信號（如傳聲器信號） 的線性組合，如基于時頻單元，如在預(yù)定或動態(tài)/自適應(yīng)程序中。
[0025] 在實施例中，該系統(tǒng)適于在助聽裝置和輔助裝置之間建立通信鏈路以使信息（如 控制和狀態(tài)信號，如與校準程序有關(guān)，可能音頻信號）可在彼此之間交換或從一裝置轉(zhuǎn)發(fā) 給另一裝置。
[0026] 視向量d(k，m)為包括元素（i= 1，2, ???j)的M維向量，第i個元素diG^m)定 義從目標信號源到第i個輸入單元（如傳聲器）的聲學(xué)傳遞函數(shù)或者從第i個輸入單元到 參考輸入單元的相對聲學(xué)傳遞函數(shù)。對于特定頻率k和時間單位m，視向量元素diG^m)通 常為復(fù)數(shù)。當校準信號由輔助裝置的輸出變換器播放時，視向量d(k，m)可基于在相應(yīng)輸入 單元處測得的信號Si(k，m)，i= 1，2,…，M從輸入單元間協(xié)方差矩陣Rss(k，m)進行估計。
[0027] 在實施例中，輔助裝置包括用于啟動校準模式的用戶接口。在實施例中，用于啟動 校準模式的用戶接口分布在助聽裝置和輔助裝置之間。在實施例中，校準模式在助聽裝置 中經(jīng)助聽裝置之中或之上的啟動元件啟動。在實施例中，校準模式在輔助裝置中經(jīng)輔助裝 置之中或之上的啟動元件啟動。
[0028] 在實施例中，助聽裝置和輔助裝置適于在其間建立無線鏈路。在實施例中，助聽裝 置包括用于從輔助裝置接收數(shù)據(jù)的無線接收器。在實施例中，輔助裝置包括用于將數(shù)據(jù)傳 給助聽裝置的無線發(fā)射器。在實施例中，音頻處理系統(tǒng)配置成使用于在助聽裝置中啟動校 準模式的控制信號能經(jīng)無線鏈路從輔助裝置傳到助聽裝置。
[0029] 在實施例中，助聽系統(tǒng)適于將校準信號的開始時間、輔助裝置相對于用戶的所選 位置、及校準信號的特性中的一個或多個傳給助聽裝置。優(yōu)選地，校準信號具有使從輔助裝 置到每一輸入單元的在相應(yīng)頻率（除換算因子外）的聲學(xué)傳遞函數(shù)能被確定的持續(xù)時間、 電平和頻率含量。輔助裝置的輸出變換器和助聽裝置的特定輸入單元之間的聲學(xué)傳遞函數(shù) 取決于聲學(xué)傳播通路（包括用戶頭部和身體的距離及聲學(xué)傳播性質(zhì)）。在實施例中，校準信 號具有預(yù)定的持續(xù)時間如低于2s，例如<Is。在實施例中，傳播的校準信號的測量在該持 續(xù)時間中進行。在實施例中，校準信號包括包含所有感興趣頻率的寬帶信號，如最小和最大 頻率之間的頻率，如20Hz和8kHz之間的范圍中的子范圍。在實施例中，校準信號包括脈沖 或脈沖序列，如周期性脈沖序列，例如具有多20Hz的重復(fù)頻率。在實施例中，連續(xù)脈沖之間 的時間距離大于進行校準的位置的混響時間。在實施例中，脈沖持續(xù)時間小于或等于2ms， 如<lms。在實施例中，校準信號包括預(yù)定持續(xù)時間如<Is的白噪聲信號。
[0030] 在實施例中，助聽系統(tǒng)配置成基于視向量的估計量i(k，m)確定一個或多個固定 波束形成器的濾波權(quán)重。在實施例中，多組預(yù)定視向量dpd保存在助聽裝置的存儲器中，每 一組預(yù)定視向量包括針對不同方向(0，q>)及射程（丨r丨）如針對不同的人U估計的視向 量。在實施例中，通過將針對距離
確定的校準的正面視向量431與 存儲器中保存的相應(yīng)正面視向量
進行比較而估 計目標聲源不同于校準的（正面）方向的位置(9, 9, |r|)x的視向量（由來自用戶的向量rXSTC定義，參見圖3A)。如果/當特定人類型的正面視向量被發(fā)現(xiàn)緊密匹配時，存儲器中針 對該特定人類型保存的相應(yīng)向量1~_。的對應(yīng)于（0，（p, |r| 乂的視向量被選擇和用作當前情 形下的真實視向量的估計量。
[0031] 在實施例中，助聽系統(tǒng)配置成基于空間噪聲分布的假設(shè)確定一個或多個固定波束 形成器的濾波權(quán)重。在實施例中，噪聲分布假定空間上各向同性（如球形或圓柱形各向同 性）。在實施例中，噪聲分布假定排他地源自相對于用戶（如后面）的預(yù)定角段。
[0032] 在實施例中，固定波束形成器包括：
[0033] -增強的全向波束形成器，用于在接收到來自目標方向/位置的信號時提供具有 OdB增益的波束成形信號E"ni (k，m);和/或
[0034] _目標消除波束形成器，用于提供目標消除的波束成形信號CK (k，m)，其在理想情 形下拒絕從目標方向/位置播放的信號。其它固定波束形成器也可能適宜，如正面超心形 波束形成器，用于比增強的全向波束形成器更加增強（最大程度地，假定空間上各向同性 的噪聲）從目標方向/位置接收的信號（相對于來自其它方向的信號）。作為備選，可使用 用于最大程度地抑制來自后面（相對于用戶）的信號的固定波束形成器。
[0035] 在實施例中，助聽裝置還包括在運行時連到多通道波束形成器濾波單元并配置成 提供增強信號&k,m)的單通道后處理濾波器單元。在實施例中，多通道可變波束形成器濾 波單元包括提供濾波權(quán)重(k，m)的MVDR濾波器，濾波權(quán)重(k，m)基于視向量d(k，m) 和噪聲信號的輸入單元間協(xié)方差矩陣Rvv(k，m)。MVDR為最小方差無失真響應(yīng)的縮寫，無失 真指目標方向保持不受影響，最小方差指來自不同于目標方向的任何其它方向的信號被最 大程度地抑制。
[0036] 單通道后濾波處理的目標在于抑制來自目標方向的噪聲分量（其尚未被空間濾 波處理（如MVDR波束成形處理）抑制）。目標還在于在目標信號存在或為主期間及目標信 號不存在期間抑制噪聲分量。在實施例中，單通道后濾波處理基于每一時頻磚（m，k)的目 標信噪比的估計量。在實施例中，每一時頻磚（m，k)的目標信噪比的估計量從波束成形信 號和目標消除的信號確定。
[0037] 在實施例中，助聽系統(tǒng)包括配置成將從校準得到的波束形成器權(quán)重(k，m)與一 組默認波束形成器權(quán)重wpd (k，m)比較并提供差異測度的控制單元。
[0038] 在實施例中，助聽系統(tǒng)適于使得如果差異測度高于預(yù)定閾值則使用默認波束形成 器權(quán)重。在實施例中，如果指明兩組濾波權(quán)重之間的差的差異測度高于預(yù)定閾值（如通過 統(tǒng)計距離測度確定）則使用默認波束形成器權(quán)重wpd(k，m)(保存在助聽裝置的存儲器中）。 在實施例中，助聽系統(tǒng)包括噪聲估計單元，用于估計在校準運行模式下的系統(tǒng)的當前背景 噪聲（尤其在波束形成器的校準期間，即當校準信號由輔助裝置播放時）。在實施例中，如 果環(huán)境噪聲高于預(yù)定閾電平則使用默認波束形成器權(quán)重。
[0039] 在實施例中，助聽系統(tǒng)配置成使得校準信號適應(yīng)當前噪聲電平和/或譜，其通過 修整校準信號以確保預(yù)定的（最?。┬市旁氡龋ㄖ辽倏珙A(yù)定頻率范圍，如全部頻率）和 /或校準信號的持續(xù)時間。在實施例中，例如作為校準程序的第一行動（在校準信號形成 并經(jīng)輔助裝置的輸出變換器播放之前），如由輔助裝置監(jiān)視背景噪聲的電平和/或譜。在 實施例中，如果當前背景噪聲的電平和/或譜在可接受限度內(nèi)，基于所接收的校準信號確 定的視向量被接受并保存在助聽裝置的存儲器中。校準聲音被修整（如電平、頻率、和/或 時間特性如持續(xù)時間）以考慮當前背景噪聲