專利名稱：在助聽器系統(tǒng)中自適應(yīng)地抑制風(fēng)噪聲的方法和處理單元以及助聽器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在助聽器系統(tǒng)中抑制風(fēng)噪聲的方法和處理單元。更具體地，本發(fā)明涉及用于在助聽器系統(tǒng)中自適應(yīng)地抑制風(fēng)噪聲的方法和處理單元。本發(fā)明進(jìn)一步涉及具有用于自適應(yīng)抑制風(fēng)噪聲的裝置的助聽器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在本公開的背景下，助聽器系統(tǒng)應(yīng)被理解為用于減輕聽力受損使用者的聽力損失的系統(tǒng)。助聽器系統(tǒng)可以是單耳的且僅包含一個(gè)助聽器，或者可以是雙耳的且包含兩個(gè)助聽器。在本公開的背景下，助聽器應(yīng)被理解為設(shè)計(jì)用于戴在聽力受損使用者的人耳后或耳內(nèi)的小的微電子設(shè)備。在使用之前，根據(jù)指示由助聽器適配員調(diào)節(jié)助聽器。該指示基于聽力受損使用者的獨(dú)立聽力表現(xiàn)的聽力測試，其產(chǎn)生所謂的聽力圖(audiogram)。進(jìn)行指示從而達(dá)到設(shè)置，此時(shí)通過對使用者經(jīng)受聽力不足的那部分聲頻范圍中的頻率處的聲音進(jìn)行放大，助聽器將減輕聽力損失。助聽器包含一個(gè)或多個(gè)麥克風(fēng)、包含信號處理器的微電子電路和聲學(xué)輸出換能器。信號處理器優(yōu)選地是數(shù)字信號處理器。助聽器被封裝在殼體內(nèi)，該殼體適于配置在人的耳后或耳內(nèi)。在本文背景下，風(fēng)噪聲被定義為由于湍流氣流而在助聽器麥克風(fēng)處產(chǎn)生壓力波動(dòng)的結(jié)果。與此相反，由風(fēng)產(chǎn)生的聲學(xué)聲音在本文不認(rèn)為是風(fēng)噪聲，因?yàn)檫@類聲音是自然環(huán)境的一部分。US-B2-7127076公開了用于制造聲學(xué)設(shè)備的方法，尤其是聽力設(shè)備。設(shè)備外殼被提供有具有電輸出的聲學(xué)/電氣輸入轉(zhuǎn)換器布置。音頻信號處理單元根據(jù)設(shè)備的個(gè)體需要和 /或目的建立設(shè)備的音頻信號處理。提供至少一個(gè)電氣/機(jī)械輸出轉(zhuǎn)換器。帶有可調(diào)節(jié)高通特性的濾波器布置具有用于該特性的控制輸入。建立以下可操作性連接輸入轉(zhuǎn)換器布置的輸出和濾波器布置的輸入之間的可操作性連接、濾波器布置的輸出和控制輸入之間的可操作性連接、濾波器布置的所述輸出和處理單元的輸入之間的可操作性連接以及處理單元的輸出和至少一個(gè)輸出轉(zhuǎn)換器的輸入之間的可操作性連接。US-B2-7127076也公開了一種基于來自兩個(gè)麥克風(fēng)的輸出信號的風(fēng)噪聲抑制方法。在第一步驟中，輸出信號被變換到頻域并且被施加到空間濾波器，例如波束形成器。在第二步驟中，維納(Wiener)濾波器被用于從空間濾波器輸出的信號。在最后步驟中，得到的譜被變換回時(shí)域，從而生成風(fēng)噪聲抑制信號?；趲в芯S納濾波器的配置的系統(tǒng)的一個(gè)問題在于它需要噪聲譜的估計(jì)。噪聲譜是難以估計(jì)的，并且系統(tǒng)的可靠性和效率會(huì)因此受損害，尤其是當(dāng)風(fēng)噪聲譜隨時(shí)間變化時(shí)。US-B2-6882736公開了一種基于若干麥克風(fēng)的輸入檢測并隨后抑制風(fēng)噪聲的方法。用于減小檢測到的風(fēng)噪聲的措施之一是減法濾波器的應(yīng)用。這類減法濾波器設(shè)法保證僅那些由所有麥克風(fēng)同等發(fā)出的信號分量被進(jìn)一步處理且供給到耳機(jī)。僅由一個(gè)麥克風(fēng)發(fā)出的不相關(guān)風(fēng)噪聲被抑制。該系統(tǒng)的一個(gè)問題是麥克風(fēng)輸出信號的簡單減法不能有效抑制風(fēng)噪聲。因此，本發(fā)明的一個(gè)特征至少克服這些缺陷，并且提供更有效及可靠的用于助聽器系統(tǒng)中自適應(yīng)地抑制風(fēng)噪聲的方法和處理單元，同時(shí)保持聲學(xué)聲音的聲音保真度。因此可以提高使用者舒適度以及對聽力受損的可理解度。本發(fā)明的另一特征提供包含適于自適應(yīng)地抑制風(fēng)噪聲的處理單元的助聽器系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明第一方面中，提供了根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于在助聽器系統(tǒng)中自適應(yīng)抑制風(fēng)噪聲的處理單元。這方面提供用于自適應(yīng)抑制風(fēng)噪聲的處理單元，其既有效又提供高聲音保真度。在本發(fā)明第二方面中，提供根據(jù)權(quán)利要求20所述的助聽器。在本發(fā)明第三方面中，提供根據(jù)權(quán)利要求21所述的雙耳助聽器系統(tǒng)。這些方面提供有效抑制風(fēng)噪聲同時(shí)保持高聲音保真度的助聽器系統(tǒng)。在本發(fā)明第四方面中，提供根據(jù)權(quán)利要求22所述的用于在助聽器系統(tǒng)中自適應(yīng)抑制風(fēng)噪聲的方法。更多有益的特征體現(xiàn)在從屬權(quán)利要求中。依據(jù)詳細(xì)解釋本發(fā)明的以下說明，本發(fā)明的其它特征對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是明顯的。


通過舉例，示出且說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。如將意識到的，本發(fā)明能夠有其它不同實(shí)施例，且它的若干細(xì)節(jié)能夠有各種明顯方面的修改，而不偏離本發(fā)明。相應(yīng)地，附圖和說明被認(rèn)為在本質(zhì)上是示例說明性的，而非限制性的。在附圖中圖1高度示意性示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例適于在助聽器系統(tǒng)中自適應(yīng)地抑制風(fēng)噪聲的處理單元；圖2高度示意性示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例適于在助聽器系統(tǒng)中自適應(yīng)抑制風(fēng)噪聲的處理單元；圖3高度示意性示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例適于在助聽器系統(tǒng)中自適應(yīng)抑制風(fēng)噪聲的處理單元；圖4高度示意性示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例具有適于自適應(yīng)抑制風(fēng)噪聲的處理單元的雙耳助聽器系統(tǒng)的部分；圖5高度示意性示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例適于助聽器系統(tǒng)中自適應(yīng)抑制風(fēng)噪聲的處理單元；圖6高度示意性示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的雙耳助聽器系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式由湍流氣流引起的風(fēng)噪聲具有若干特有屬性。首先，即使在風(fēng)速相對低時(shí)風(fēng)噪聲的大小也可能是巨大的。Dillon、Roe和Katsch在1999年澳大利亞的IteportNational Acoustic Laboratories 中的 “Wind noise in hearing aids :mechanisms and measurements”顯示風(fēng)速為5米/秒時(shí)，測試的所有助聽器麥克風(fēng)由于風(fēng)噪聲變得飽和。其次，它顯示在麥克風(fēng)彼此隔開一到兩厘米之間范圍的一段距離時(shí)，引起的風(fēng)噪聲展示出低相關(guān)性。通常，助聽器中兩個(gè)麥克風(fēng)之間的距離比聲源和麥克風(fēng)之間的距離小很多，因此用于聲學(xué)聲音的遠(yuǎn)場模型是適當(dāng)?shù)?。助聽器中麥克風(fēng)之間的典型距離大約為10毫米，而且助聽器中感興趣的聲學(xué)帶寬大約在16kHZ或更少。因此由兩個(gè)助聽器麥克風(fēng)拾取的聲學(xué)聲音將是高度相關(guān)的。與此相反，由兩個(gè)助聽器麥克風(fēng)拾取的風(fēng)噪聲將展示出非常低的相關(guān)性，因?yàn)橥牧鳉饬鲗溈孙L(fēng)的影響通常是近場過程。首先參考圖1，其高度示意性示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的適于在助聽器系統(tǒng)中自適應(yīng)抑制風(fēng)噪聲的處理單元100。假設(shè)第一麥克風(fēng)105和第二麥克風(fēng)106拾取風(fēng)噪聲101 和103以及聲學(xué)聲音102和104。來自第一麥克風(fēng)的模擬信號在第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D轉(zhuǎn)換器)113中被轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號107，并且來自第二麥克風(fēng)的模擬信號在第二 A/D轉(zhuǎn)換器 114中被轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字信號108。第一 A/D轉(zhuǎn)換器的輸出可操作地連接到減法節(jié)點(diǎn)111 的第一輸入。第二 A/D轉(zhuǎn)換器的輸出可操作地連接到自適應(yīng)濾波器109的輸入。自適應(yīng)濾波器109的輸出是分支的，并且在第一分支可操作地連接到減法節(jié)點(diǎn)111的第二輸入，在第二分支可操作地連接到助聽器剩余信號處理(圖中未示出)的輸入。自適應(yīng)濾波器109的輸出由第三數(shù)字信號110表示。減法節(jié)點(diǎn)111的輸出由第四數(shù)字信號112表示，第四數(shù)字信號112的值被計(jì)算為從第一數(shù)字信號107的值減去第三數(shù)字信號110的值。來自減法節(jié)點(diǎn)111的輸出可操作地連接到自適應(yīng)濾波器109的控制輸入。在一個(gè)實(shí)施例中，A/D轉(zhuǎn)換器為Σ -Δ轉(zhuǎn)換器。通過考慮線性預(yù)測理論，最佳地理解圖1的自適應(yīng)風(fēng)噪聲抑制處理單元。自適應(yīng)濾波器109作為線性預(yù)測器運(yùn)行，其把第二數(shù)字信號108的許多延遲樣本視為輸入，并且試圖找到這些樣本的線性組合，該線性組合最佳“預(yù)測”第一數(shù)字信號107的最近樣本。因此， 理想地，僅第一數(shù)字信號107和第二數(shù)字信號108的互相關(guān)部分從自適應(yīng)濾波器109輸出。 第一數(shù)字信號107和第二數(shù)字信號108的風(fēng)噪聲部分基本上是不可預(yù)測的，因此理論上在自適應(yīng)濾波器109輸出的第三數(shù)字信號110中將不考慮該數(shù)字信號的風(fēng)噪聲部分。下面進(jìn)一步說明自適應(yīng)濾波器109，其中yi(n)和y2 (η)表示在時(shí)間η處的第一數(shù)字信號107和第二數(shù)字信號108。H(η)是自適應(yīng)濾波器的系數(shù)向量，且t (η)是第一數(shù)字信號的信號向量。自適應(yīng)濾波器的預(yù)測誤差u (η)由第四數(shù)字信號112表示，并且可以通過表達(dá)式⑴給出u (n) = Y1 (η) -H (η) tY2 (η)(1)為了最小化預(yù)測誤差，價(jià)值函數(shù)J可以被建立為均方誤差J = E[u(n)2] = E[ (Yl (η) —H(η)tY2(η))2](2)如果信號是穩(wěn)定的，則可以通過采用價(jià)值函數(shù)的梯度(gradient)并將其設(shè)定為零從而找到維納Wiener解VJ = -2Ryly2+2Ry2y2H(n) = 0(3)因此
權(quán)利要求
1.一種用于在助聽器系統(tǒng)中自適應(yīng)地抑制風(fēng)噪聲的處理單元，其包含 第一和第二麥克風(fēng)，其分別用于將聲學(xué)信號轉(zhuǎn)換成第一和第二電信號，第一和第二 A/D轉(zhuǎn)換器，其分別用于將所述第一和所述第二電信號轉(zhuǎn)換成第一和第二數(shù)字信號，第一減法節(jié)點(diǎn)，以及第一自適應(yīng)濾波器，所述第一減法節(jié)點(diǎn)具有第一輸入，其可操作地連接到所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器的輸出；第二輸入，其可操作地連接到所述第一自適應(yīng)濾波器的輸出；以及表示第四數(shù)字信號的輸出， 所述輸出被供給到所述第一自適應(yīng)濾波器的控制輸入，所述第一自適應(yīng)濾波器具有輸入，其可操作地連接到所述第二 A/D轉(zhuǎn)換器的輸出；表示第三數(shù)字信號的輸出，所述輸出被供給到數(shù)字信號處理器的輸入和所述第一減法節(jié)點(diǎn)的所述第二輸入；以及控制輸入，其用于控制所述第一自適應(yīng)濾波器的適應(yīng)，并且按照從所述第一數(shù)字信號的值減去所述第三數(shù)字信號的值來計(jì)算所述第四數(shù)字信號的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理單元，其包含切換裝置，其用于選擇性地將所述第一A/ D轉(zhuǎn)換器的所述輸出連接到所述第一自適應(yīng)濾波器的所述輸入或連接到所述第一減法節(jié)點(diǎn)的所述輸入，并且用于選擇性地將所述第二 A/D轉(zhuǎn)換器的所述輸出連接到所述兩個(gè)輸入中的另一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的處理單元，其包含 用于估計(jì)所述第一和第二數(shù)字信號的功率水平的裝置， 用于比較兩個(gè)估計(jì)的功率水平的裝置，以及用于基于所述兩個(gè)估計(jì)的功率水平之間的比較結(jié)果控制所述切換裝置的裝置，使得輸出具有最低功率水平的數(shù)字信號的所述A/D轉(zhuǎn)換器將被連接到所述自適應(yīng)濾波器的所述輸入，并且輸出具有最高功率水平的數(shù)字信號的所述A/D轉(zhuǎn)換器將被連接到所述減法節(jié)點(diǎn)的所述輸入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理單元，其包含 第二減法節(jié)點(diǎn)，以及第二自適應(yīng)濾波器，所述第二減法節(jié)點(diǎn)具有第一輸入，所述第一輸入被連接到所述第二 A/D轉(zhuǎn)換器的輸出；第二輸入，所述第二輸入被連接到所述第二自適應(yīng)濾波器的輸出；以及輸出，所述輸出被連接到所述第二自適應(yīng)濾波器的控制輸入，以及所述第二自適應(yīng)濾波器具有輸入，所述輸入被連接到所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器的所述輸出；輸出，其被連接到所述數(shù)字信號處理器的輸入和所述第二減法節(jié)點(diǎn)的第二輸入；以及控制輸入，其用于控制所述第二自適應(yīng)濾波器的適應(yīng)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的處理單元，其包含用于檢測風(fēng)噪聲事件的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的處理單元，其中用于檢測風(fēng)噪聲的所述裝置用于計(jì)算所述第一和所述第二數(shù)字信號之間的互相關(guān)的值，并且將所述互相關(guān)的值與第一閾值進(jìn)行比較。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的處理單元，其中用于檢測風(fēng)噪聲的所述裝置進(jìn)一步用于估計(jì)所述第一和第二數(shù)字信號的功率水平，并且將這些功率水平與第二閾值進(jìn)行比較。
8.根據(jù)權(quán)利要求5到7中任一項(xiàng)所述的處理單元，其包含用于響應(yīng)風(fēng)噪聲事件的檢測， 激活至少所述第一自適應(yīng)濾波器和所述第一減法節(jié)點(diǎn)預(yù)定時(shí)間段的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的處理單元，其中所述預(yù)定時(shí)間段在10秒到2分鐘的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8至9中任一項(xiàng)所述的處理單元，其中當(dāng)在沒有新檢測到風(fēng)噪聲事件的情況下已經(jīng)經(jīng)過一個(gè)時(shí)間跨度時(shí)，停用所述第一自適應(yīng)濾波器和所述第一減法節(jié)點(diǎn)，所述時(shí)間跨度對應(yīng)于所述預(yù)定時(shí)間段。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的處理單元，其包含用于響應(yīng)風(fēng)噪聲事件的檢測來觸發(fā)指向性系統(tǒng)的空間變換裝置的旁路的裝置。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的處理單元，其包含用于頻帶分離的裝置，因此提供一組頻率子帶，每個(gè)子帶具有第一和第二數(shù)字子帶信號、子帶自適應(yīng)濾波器和子帶減法節(jié)點(diǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的處理單元，其中每個(gè)所述子帶自適應(yīng)濾波器均包含一個(gè)系數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的處理單元，其包含用于依照NLMS算法更新所述子帶自適應(yīng)濾波器的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的處理單元，其包含用于依照符號-符號LMS算法更新所述子帶自適應(yīng)濾波器的裝置。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15中任一項(xiàng)所述的處理單元，其中由所述用于頻帶分離的裝置提供的頻率子帶的一部分包含第一和第二數(shù)字子帶信號、子帶自適應(yīng)濾波器和子帶減法節(jié)點(diǎn)ο
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的處理單元，其包含用于選擇性地結(jié)合第一反饋補(bǔ)償信號和第一數(shù)字信號或結(jié)合第一反饋補(bǔ)償信號和第一空間波束變換數(shù)字信號，并且選擇性地結(jié)合第二反饋補(bǔ)償信號和所述第二數(shù)字信號或結(jié)合第二反饋補(bǔ)償信號和所述第二空間波束變換數(shù)字信號的裝置，以及用于響應(yīng)風(fēng)噪聲事件的檢測停用所述第一反饋補(bǔ)償信號與所述第一數(shù)字信號的結(jié)合的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的處理單元，其中所述第一空間波束變換數(shù)字信號展示出雙向性特征。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的處理單元，其包含用于檢測內(nèi)部麥克風(fēng)噪聲存在的裝置以及用于響應(yīng)這類檢測而激活至少所述第一自適應(yīng)濾波器和所述第一減法節(jié)點(diǎn)的裝置。
20.一種助聽器，其包含根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的處理單元。
21.一種雙耳助聽器系統(tǒng)，其具有第一和第二助聽器，其中所述第一助聽器包含第一麥克風(fēng)、第一 A/D轉(zhuǎn)換器、第一自適應(yīng)濾波器、第一減法節(jié)點(diǎn)、第一數(shù)字信號處理器、第一開關(guān)、第一天線和第一收發(fā)裝置，所述第二助聽器包含第二麥克風(fēng)、第二 A/D轉(zhuǎn)換器、第二自適應(yīng)濾波器、第二減法節(jié)點(diǎn)、第二數(shù)字信號處理器、第二開關(guān)、第二天線和第二收發(fā)裝置，所述第一和第二收發(fā)裝置以及所述第一和第二天線用于在所述第一和所述第二助聽器之間提供雙向鏈路，所述第一減法節(jié)點(diǎn)具有第一輸入，其連接到所述第二 A/D轉(zhuǎn)換器的輸出；第二輸入， 其連接到所述第一自適應(yīng)濾波器的輸出；以及輸出，其連接到所述第一自適應(yīng)濾波器的控制輸入，所述第一自適應(yīng)濾波器具有輸入，其連接到所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器的輸出；輸出，其連接到所述第一數(shù)字信號處理器的輸入和所述第一減法節(jié)點(diǎn)的第二輸入；以及控制輸入，其用于控制所述第一自適應(yīng)濾波器的適應(yīng)，所述第二減法節(jié)點(diǎn)具有第一輸入，其連接到所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器的所述輸出；第二輸入，其連接到所述第二自適應(yīng)濾波器的輸出；以及輸出，其連接到所述第二自適應(yīng)濾波器的控制輸入，以及所述第二自適應(yīng)濾波器具有輸入，其連接到所述第二 A/D轉(zhuǎn)換器的所述輸出；輸出， 其連接到所述第二數(shù)字信號處理器的輸入和所述第二減法節(jié)點(diǎn)的第二輸入；以及控制輸入，其用于控制所述第二自適應(yīng)濾波器的適應(yīng)。
22. —種在助聽器中自適應(yīng)抑制風(fēng)噪聲的方法，其包含以下步驟提供表示來自第一麥克風(fēng)的輸出的第一信號，提供表示來自第二麥克風(fēng)的輸出的第二信號，在自適應(yīng)濾波器中對所述第一信號進(jìn)行濾波，從而提供第三信號，在減法節(jié)點(diǎn)中從所述第二信號的值中減去所述第三信號的值，從而提供第四信號，將所述第四信號的值供給至所述自適應(yīng)濾波器的控制輸入，以及提供所述第三信號以用于在助聽器中進(jìn)一步處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在助聽器中自適應(yīng)地抑制風(fēng)噪聲的處理單元。處理單元(100)包含第一麥克風(fēng)(105)和第二麥克風(fēng)(106)。來自第一麥克風(fēng)的模擬信號在第一A/D轉(zhuǎn)換器(113)中被轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號(107)，并且來自第二麥克風(fēng)的模擬信號在第二A/D轉(zhuǎn)換器(114)中轉(zhuǎn)換為第二數(shù)字信號(108)。第一A/D轉(zhuǎn)換器的輸出可操作地連接到減法節(jié)點(diǎn)(111)的第一輸入。第二A/D轉(zhuǎn)換器的輸出可操作地連接到自適應(yīng)濾波器(109)的輸入。自適應(yīng)濾波器(109)的輸出是分支的，且在第一分支可操作地連接到減法節(jié)點(diǎn)(111)的第二輸入，在第二分支可操作地連接到助聽器中剩余信號處理的輸入。減法節(jié)點(diǎn)(111)的輸出可操作地連接到自適應(yīng)濾波器(109)的控制輸入。本發(fā)明也涉及具有這類處理單元的助聽器系統(tǒng)以及在助聽器系統(tǒng)中自適應(yīng)風(fēng)噪聲抑制的方法。
文檔編號H04R25/00GK102474694SQ200980160450
公開日2012年5月23日 申請日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者C·李, M·莫科布吉爾 申請人:唯聽助聽器公司