專利名稱：具有反饋模型增益估計(jì)的助聽器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0001本發(fā)明涉及助聽器的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及一種具有用以抑制聲音反饋的自適應(yīng)濾波器的助聽器，其可以調(diào)節(jié)信號(hào)通道增益，尤其依靠時(shí)變的反饋模型增益估計(jì)。本發(fā)明還涉及一種調(diào)節(jié)信號(hào)通道增益的方法和一種用于助聽器的電子電路。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種可以測量自適應(yīng)反饋抑制濾波器中的頻譜增益的助聽器，涉及一種測量自適應(yīng)反饋抑制濾波器中的頻譜增益的方法，以及涉及一種用于這種助聽器的電子電路。
背景技術(shù)：
0002當(dāng)聲音從孔口泄漏或者密封于耳膜和耳道之間時(shí)，聲音反饋存在于所有聽覺器械中。在大多數(shù)情況下，聲音反饋是聽不見的。但是當(dāng)助聽器的原位或現(xiàn)場(in-situ)增益足夠大時(shí)，或者當(dāng)使用一個(gè)比最優(yōu)尺寸更大的尺寸的孔口時(shí)，在耳道內(nèi)所產(chǎn)生的助聽器的輸出可以超過由耳膜/殼所提供的衰減。助聽器的輸出然后變得不穩(wěn)定并且以前不能聽見的聲音反饋?zhàn)兊每梢月犚?，例如以鈴聲、哨子噪音或者嘯聲的形式。對(duì)于許多用戶和周圍人們而言，這種可以聽見的聲音反饋是不受歡迎的甚至是困窘的事情。反饋還使信號(hào)處理失真并限制可供給用戶的增益0003圖4示出了一種助聽器的簡單方塊圖，該助聽器包括輸入換能器或麥克風(fēng)2、信號(hào)處理器3和輸出換能器或接收器4。所述換能器或麥克風(fēng)2將聲音輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成電輸入信號(hào)；所述信號(hào)處理器3放大輸入信號(hào)并產(chǎn)生電輸出信號(hào)；所述輸出換能器或接收器4用于將電輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲音輸出信號(hào)。助聽器的聲音反饋通道由虛箭頭加以表示，由此衰減因子由β進(jìn)行表示。如果在特定頻率范圍內(nèi)環(huán)路增益，即由G表示的處理器3的增益(包括麥克風(fēng)和接收器的轉(zhuǎn)換效率)和衰減β的乘積等于或大于1，則出現(xiàn)可以聽見的聲音反饋。
0004為了抑制這種不期望的反饋，本領(lǐng)域所熟知的是在助聽器包含一個(gè)自適應(yīng)濾波器以補(bǔ)償該反饋。圖5示意性地說明了這種系統(tǒng)。來自信號(hào)處理器3的輸出信號(hào)被饋送到自適應(yīng)濾波器5。該自適應(yīng)濾波器根據(jù)內(nèi)部濾波器系數(shù)對(duì)處理器輸出信號(hào)進(jìn)行處理以產(chǎn)生反饋抵消信號(hào)103。濾波器系數(shù)包括延遲性能，通過該延遲性能濾波器可以模擬從接收器到麥克風(fēng)的聲音延遲。從麥克風(fēng)輸入信號(hào)中減去反饋抵消信號(hào)以產(chǎn)生處理器輸入信號(hào)。自適應(yīng)濾波器連續(xù)監(jiān)控處理器的輸出信號(hào)以及處理器的輸入信號(hào)，尋求適應(yīng)內(nèi)部濾波器系數(shù)以便不斷地產(chǎn)生抵消信號(hào)，該抵消信號(hào)最小化處理器輸入信號(hào)和處理器輸出信號(hào)之間的互相關(guān)。濾波器控制單元6控制自適應(yīng)濾波器，例如自適應(yīng)濾波的適應(yīng)速率或速度。因此，自適應(yīng)濾波器模擬反饋通道，即其估計(jì)從助聽器的輸出到輸入的轉(zhuǎn)移函數(shù)，包括從輸出換能器到輸入換能器的聲音傳播通道。
0005可以聽見的反饋是聽覺器械系統(tǒng)的不穩(wěn)定性的標(biāo)志。在Cook，F(xiàn).；Ludwigsen，C；和Kaulberg，T.等人的″Understanding feedback and digitalfeedback cancellation strategies″，The Hearing Review，F(xiàn)ebruary 2002；Vol.9，No 2，pages 36，38-41，48 and 49中，提出了兩種恢復(fù)穩(wěn)定性的可能方案。
一種方案是通過控制泄漏因數(shù)β來控制向麥克風(fēng)反饋的信號(hào)。另一種方案是減少助聽器的增益G。
0006通過減少增益來控制反饋在線性助聽器中特別是一個(gè)問題。大多數(shù)線性助聽器適于高頻中的更大增益，在高頻中聽力不足趨于更加深遠(yuǎn)。不幸的是，典型反饋通道在高頻上還提供比在低頻上更少的衰減。因此，可以聽見的反饋的風(fēng)險(xiǎn)在高頻范圍內(nèi)是最高的。一個(gè)控制反饋的普通方法是通過使用音調(diào)控制或低通濾波來降低助聽器的高頻增益。然而，利用這種方法也損害了更高頻區(qū)域中的增益。結(jié)果，言語可懂度可能受損。
0007伴隨控制線性助聽器中的反饋的另外問題是這些設(shè)備在所有輸入電平上提供了相同增益，以致為抵抗反饋而施加的增益約束將在所有輸入電平上是有效的。這意味著悅耳的聲音以及中級(jí)聲音將受到同樣程度的影響。在所有輸入電平上的言語可懂度可能受到影響。反饋可能迫使在整個(gè)寬頻率范圍內(nèi)降低增益，即使反饋信號(hào)可能僅來源于窄頻帶。
0008如果是一個(gè)更高級(jí)的助聽器，降低選定窄頻帶范圍內(nèi)的增益也是可能的。然而，在反饋管理的“窄帶增益減少”方法背后的假設(shè)是僅有一個(gè)固定反饋頻率。實(shí)際上，這種假定很少是正確的。出現(xiàn)不穩(wěn)定性所在的頻率通常不只一個(gè)。抑制一個(gè)頻率可能生成另一頻率的反饋，如在Agnew，J.的″Acoustic feedback and other audible artefacts in hearingaids″，Trends in Amplification，1996；1(2)pages 45-82中所述的。
0009非線性或壓縮助聽器能夠在更高輸入電平上提供更少的增益。假設(shè)反饋音調(diào)，壓縮特征進(jìn)入以控制信號(hào)的電平，然而反饋音調(diào)將不被壓縮器去除。
0010通常，反饋通道不是固定的；其由助聽器械佩戴者的狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)修改。因此，即使裝配師在診療所中已小心測試裝配并已嘗試設(shè)定安全增益限制，在正常使用期間仍然可能出現(xiàn)反饋。
0011在WO 94/09604，公開了一種具有聲音反饋的數(shù)字、電子補(bǔ)償?shù)闹犉?。助聽器包括?shù)字補(bǔ)償電路，該電路包括用于插入噪音的噪音發(fā)生器以及適應(yīng)反饋信號(hào)的可調(diào)數(shù)字濾波器。該適應(yīng)利用相關(guān)電路來發(fā)生。數(shù)字補(bǔ)償電路進(jìn)一步包括數(shù)字電路，其監(jiān)控環(huán)路增益并經(jīng)數(shù)字求和電路對(duì)助聽器放大率進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便環(huán)路增益小于常數(shù)K。這是通過估算自適應(yīng)濾波器中的系數(shù)以及連續(xù)計(jì)算在不同頻率上自適應(yīng)濾波器的放大率完成的。
0012然而，不可能依靠反饋抑制濾波器直接測量或者監(jiān)控助聽器中的環(huán)路增益。反饋抑制濾波器可以僅僅用于聲音反饋增益的估計(jì)。在理想情況下，其中反饋抑制濾波器去除輸入信號(hào)中的100％的反饋分量，相應(yīng)的允許的處理器增益將是無限的。在非理想的情況下，總是將有一些殘余反饋。這個(gè)殘余反饋決定實(shí)際允許的處理器增益。例如在WO02/25996中，存在關(guān)于如何確定這個(gè)殘余反饋并由此確定允許的處理器增益的方案。然而，用于確定允許的處理器增益的這些方法在硬件上是昂貴的并且還必需使用反饋抑制濾波器的當(dāng)前系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
0013在這個(gè)背景下，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種自適應(yīng)系統(tǒng)，具體地是提供一種具有用于抑制聲音反饋的自適應(yīng)濾波器的助聽器和一種所限定類型的方法，其中改進(jìn)了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷；并且具體地是提供一種自適應(yīng)系統(tǒng)和所限定類型的方法，其允許防止反饋振鳴而無需監(jiān)控環(huán)路增益和自適應(yīng)反饋抑制濾波器中的濾波器系數(shù)的估算。
0014通過提供一種助聽器和一種調(diào)節(jié)助聽器的信號(hào)通道增益的方法，如獨(dú)立權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明克服了前述及其它問題。
0015符合本發(fā)明的方法、設(shè)備、系統(tǒng)以及如同計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品和電子電路的制造物件，確定自適應(yīng)反饋抑制濾波器中的增益(從現(xiàn)在起也被稱為“模型增益”)并使用這個(gè)模型增益來導(dǎo)出處理器或信號(hào)通道的增益上限。
0016優(yōu)選連續(xù)地確定模型增益，以便處理不同的波動(dòng)聲音環(huán)境，同時(shí)允許助聽器中的最大期望處理器增益，這樣所施加的時(shí)變處理器增益約束是安全的且沒有被過度限制。
0017根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，助聽器包括輸入換能器、處理器、輸出換能器、自適應(yīng)反饋抑制濾波器以及模型增益估計(jì)器。所述換能器用于將聲音輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成電輸入信號(hào)；所述處理器用于通過根據(jù)處理器增益放大電輸入信號(hào)來產(chǎn)生電輸出信號(hào)；所述輸出換能器用于將電輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲音輸出信號(hào)；所述自適應(yīng)反饋抑制濾波器通過利用從反饋抵消信號(hào)和電輸入信號(hào)之間的差別中所產(chǎn)生的誤差信號(hào)來從電輸出信號(hào)中產(chǎn)生反饋抵消信號(hào)；所述模型增益估計(jì)器通過確定在所述自適應(yīng)反饋抑制濾波器中的增益來產(chǎn)生處理器增益的上限。
0018根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，自適應(yīng)反饋抑制濾波器中的增益的確定(模型增益)通過將電輸出信號(hào)的電平與反饋抵消信號(hào)的電平進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)。例如，這些信號(hào)中的每個(gè)信號(hào)的電平被估計(jì)為在選定窗口中的范數(shù)或模(norm)。電輸出信號(hào)與反饋抵消信號(hào)之間的導(dǎo)出電平差異然后用作模型增益的估計(jì)。因此，處理器中的增益上限僅僅通過估計(jì)聲音反饋增益確定而不通過嘗試估計(jì)助聽器中的環(huán)路增益進(jìn)行確定。
0019然而，如果自適應(yīng)反饋抑制濾波器的步長和長度是已知的，則估計(jì)自適應(yīng)反饋抑制濾波器可以匹配聲音反饋的精度是可能的，即可以估計(jì)的是，聲音反饋補(bǔ)償留下一個(gè)相對(duì)于反饋抵消信號(hào)的殘余反饋。因此，可以估計(jì)環(huán)路增益大概將被減小多少。從這個(gè)估計(jì)中，可能導(dǎo)出一個(gè)偏移量，即安全余量，其被加到從聲音反饋增益中所導(dǎo)出的增益限制中，產(chǎn)生一個(gè)適當(dāng)?shù)奶幚砥髟鲆嫔舷蕖８鶕?jù)本發(fā)明的實(shí)施例，處理器增益上限因此可能由自適應(yīng)反饋抑制濾波器的精度、反饋抵消信號(hào)和安全余量進(jìn)行確定。
0020根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，處理器的頻譜信號(hào)通道增益依照各自時(shí)變?cè)鲆嫔舷捱M(jìn)行調(diào)節(jié)。這些頻譜增益上限是通過測量自適應(yīng)反饋抑制濾波器中的頻譜聲音反饋增益來獲得的。當(dāng)助聽器中的各個(gè)信號(hào)的信號(hào)通道被分割成兩個(gè)或多個(gè)頻帶時(shí)，頻譜增益是必要的。例如，電輸入信號(hào)在被輸入到處理器之前被分割成不同頻帶，這意味著處理器必須根據(jù)電輸入信號(hào)的頻帶來估計(jì)兩個(gè)或更多個(gè)頻譜增益。如果是那樣的話，也必需將模型增益估計(jì)區(qū)分成等數(shù)量的頻帶，以便導(dǎo)出每個(gè)頻帶的增益上限。通常，例如在處理器之前是FFT電路或者輸入信號(hào)濾波器組，其將電輸入信號(hào)分割成各個(gè)頻帶。因此，可能的是，由信號(hào)通道中的處理器通過利用同一濾波器組或者FFT電路從而減少估計(jì)的誤差來計(jì)算具有完全相同帶寬的頻譜聲音反饋增益。
0021根據(jù)本發(fā)明，增益上限源于模型增益確定，而模型增益確定是通過比較自適應(yīng)反饋抑制濾波器的輸入(電輸出信號(hào))和輸出(反饋抵消信號(hào))來實(shí)現(xiàn)的，而不是通過利用濾波器系數(shù)本身來實(shí)現(xiàn)的。因此，不依賴于自適應(yīng)反饋抑制濾波器的所選實(shí)施例來估計(jì)增益上限是可能的。
0022根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，其中在處理器之前是輸入信號(hào)濾波器組，其將電輸入信號(hào)分割成兩個(gè)或更多個(gè)頻帶，在這些頻帶中模型增益估計(jì)器執(zhí)行頻譜相當(dāng)?shù)哪Ｐ驮鲆婀烙?jì)。為了這個(gè)目的，反饋抵消信號(hào)和電輸出信號(hào)被饋送到模型增益估計(jì)器的各個(gè)濾波器組中。每個(gè)濾波器組的輸出是信號(hào)向量，通過該信號(hào)向量進(jìn)行電平測量。在模型增益估計(jì)器的濾波器增益估計(jì)器塊中，比率是在模型前后所進(jìn)行的這些電平測量之間確定的，并且獲得了每個(gè)頻帶中的增益估計(jì)。這些估計(jì)現(xiàn)在用作處理器中的頻譜增益上限。
0023根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，電平測量是通過計(jì)算在特定時(shí)間窗內(nèi)信號(hào)向量中的每個(gè)信號(hào)的絕對(duì)值的加權(quán)平均作為一個(gè)所謂的范數(shù)進(jìn)行的。
0024根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，電平測量是通過在特定時(shí)間內(nèi)計(jì)算信號(hào)向量中的每個(gè)信號(hào)的絕對(duì)值的簡單平均進(jìn)行的，即時(shí)間窗是矩形窗口。
0025根據(jù)另一實(shí)施例，信號(hào)的絕對(duì)值的平均是通過第一階低通濾波器計(jì)算的，即時(shí)間窗是指數(shù)的。
0026根據(jù)又一實(shí)施例，電平測量是通過計(jì)算能量測量進(jìn)行的，即計(jì)算在特定時(shí)間窗內(nèi)信號(hào)向量中的每個(gè)信號(hào)的平方值的平均，其中所述窗是矩形的或者是指數(shù)的。
0027依靠時(shí)變反饋模型增益估計(jì)來調(diào)節(jié)頻譜信號(hào)通道增益或多個(gè)增益的結(jié)果是要提高助聽器的穩(wěn)定性。如果自適應(yīng)反饋抑制濾波器(也被稱作模型)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于或者至少接近于聲音反饋信號(hào)的反饋抵消信號(hào)，則模型已正確收斂并且電輸入信號(hào)的反饋分量將被減少，從而提高所有頻帶的穩(wěn)定余量。結(jié)果，更大處理器增益是可能的。同時(shí)，模型增益估計(jì)將變得更加精確。這意指增益上限可以是更少受約束的，并且根據(jù)模型的精確性，一定量地提高這些增益上限是可能的。然而，可取的是，選擇比所需的稍微更低的增益上限以獲得穩(wěn)定性，因?yàn)榻咏舷薜脑鲆婵梢詫?dǎo)致不合意的可以聽見的效果。
0028根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，模型增益估計(jì)器包括模型評(píng)價(jià)塊以測量模型的精確性。測量模型的精確性是必需的，因?yàn)槿绻Ｐ褪д{(diào)，則所估計(jì)的模型增益將是不可靠的。如果模型失調(diào)，可以采取相應(yīng)的預(yù)防措施。模型評(píng)價(jià)塊通過將各個(gè)控制參數(shù)傳送給濾波器增益估計(jì)器來實(shí)現(xiàn)這種預(yù)防。從而，控制參數(shù)可以控制濾波器增益估計(jì)器，例如將增益估計(jì)凍結(jié)一特定時(shí)間周期或者使增益限制漏向它們?nèi)笔≈?，例如這些缺省值可能在裝配助聽器時(shí)已被測定。
0029根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，模型的精確性通過比較沒有反饋補(bǔ)償?shù)碾娸斎胄盘?hào)的范數(shù)和反饋受控的電輸入信號(hào)的范數(shù)進(jìn)行測量。反饋受控的電輸入信號(hào)是從中減去反饋抵消信號(hào)的電輸入信號(hào)。如果沒有反饋補(bǔ)償?shù)碾娸斎胄盘?hào)的范數(shù)小于反饋受控的電輸入信號(hào)的范數(shù)，這意味著該減法實(shí)際上提高了輸入信號(hào)的范數(shù)，則模型很可能失調(diào)，導(dǎo)致的結(jié)果是增益估計(jì)塊被凍結(jié)、阻止，或者采取其它的預(yù)防措施。在2003年8月21日提交的共同待決的專利申請(qǐng)PCT/EP03/09301中公開了一種模型評(píng)價(jià)裝置，其對(duì)電輸入信號(hào)的范數(shù)和反饋受控的電輸入信號(hào)的范數(shù)進(jìn)行比較。
0030本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種依靠時(shí)變反饋模型增益估計(jì)來調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)頻譜信號(hào)通道增益的方法。
0031本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種測量自適應(yīng)反饋抑制濾波器中的一個(gè)或多個(gè)頻譜增益的方法。
0032還有一方面，本發(fā)明提供了如權(quán)利要求28所述的計(jì)算機(jī)程序。
0033又一方面，本發(fā)明提供了如權(quán)利要求29所述的用于助聽器的電子電路。
0034本發(fā)明的其他方面和變化由從屬權(quán)利要求限定。


0035通過下面本發(fā)明具體實(shí)施例的詳細(xì)描述，并參照附圖，本發(fā)明及其進(jìn)一步特征和優(yōu)點(diǎn)將更加明顯，其中0036圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的助聽器的方塊圖；0037圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的助聽器的方塊圖；0038圖3描繪了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的模型增益估計(jì)器的方塊圖；0039圖4描繪了對(duì)助聽器的聲音反饋通道進(jìn)行說明的方塊圖；0040圖5描繪了顯示現(xiàn)有技術(shù)助聽器的方塊圖；0041圖6描繪了對(duì)根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的方法進(jìn)行說明的流程圖；以及0042圖7描繪了對(duì)根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的方法進(jìn)行說明的流程圖；具體實(shí)施方式
0043圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的助聽器的第一實(shí)施例的方塊圖。
0044助聽器100的信號(hào)通道包括輸入換能器或麥克風(fēng)10、A/D轉(zhuǎn)換器(未示出)以及輸入信號(hào)濾波器組。所述換能器或麥克風(fēng)10通過例如將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)而把聲音輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成電輸入信號(hào)15；所述A/D轉(zhuǎn)換器用于對(duì)模擬電信號(hào)進(jìn)行采樣并數(shù)字化為數(shù)字電信號(hào)；所述輸入信號(hào)濾波器組用于將輸入信號(hào)分割成多個(gè)頻帶。信號(hào)通道進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生放大的電輸出信號(hào)35的處理器20以及將電輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲音輸出信號(hào)的輸出換能器(揚(yáng)聲器、接收器)30。處理器20的放大特性可能是非線性的，例如其可能表現(xiàn)出如本領(lǐng)域所熟知的壓縮特性，在低信號(hào)電平上提供更多增益。
0045在圖2中，示出了根據(jù)本發(fā)明的助聽器的第二實(shí)施例的方塊圖。助聽器200與圖1所示的幾乎相同，但在信號(hào)通道中進(jìn)一步包括輸出塊32。由處理器20所產(chǎn)生的電輸出信號(hào)35被饋送到輸出塊32，然后從輸出塊饋送到輸出換能器30。輸出塊32將延遲引入到電輸出信號(hào)因此也引入延遲到聲音輸出信號(hào)中，這使自適應(yīng)反饋抑制濾波器更容易區(qū)分助聽器的輸入信號(hào)、輸出信號(hào)和反饋信號(hào)，以及利用它來估計(jì)聲音反饋信號(hào)FBA。
0046輸出換能器30(在圖1中)或者輸出塊32(在圖2中)的未被延遲的電輸出信號(hào)35也被饋送到自適應(yīng)反饋抑制濾波器(模型)40和模型增益估計(jì)器60。前者監(jiān)控輸出信號(hào)并且包括對(duì)自適應(yīng)數(shù)字濾波器進(jìn)行調(diào)節(jié)的適應(yīng)算法，以便其模擬聲音反饋通道并由此產(chǎn)生一種衰減和延遲形式的輸出信號(hào)。濾波器輸出FBc構(gòu)成聲音反饋信號(hào)FBA的估計(jì)。濾波器輸出FBc可以用作反饋抵消信號(hào)45，以其被傳遞到求和電路50的倒相輸入上。求和電路50產(chǎn)生反饋受控的電輸入信號(hào)25，作為電輸入信號(hào)15與倒相反饋抵消信號(hào)45之和。反饋受控的電輸入信號(hào)25然后作為輸入信號(hào)被傳遞到處理器20。
0047根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，提供了模型增益估計(jì)器60，向其傳遞電輸出信號(hào)35和反饋抵消信號(hào)45?；谶@些信號(hào)，模型增益估計(jì)器60確定模型中的增益，該增益然后用來導(dǎo)出被傳遞到處理器20的增益上限55。
0048根據(jù)一實(shí)施例，自適應(yīng)反饋抑制濾波器40是具有特定長度和步長的自適應(yīng)數(shù)字濾波器。初始濾波器系數(shù)優(yōu)選被保存在助聽器的存儲(chǔ)器(未示出)中并且每當(dāng)打開助聽器就被載入到自適應(yīng)反饋抑制濾波器中。利用這些濾波器系數(shù)，自適應(yīng)數(shù)字濾波器能夠產(chǎn)生初始濾波器輸出FBc，其可以用作缺省反饋抵消信號(hào)45。根據(jù)自適應(yīng)數(shù)字濾波可以匹配聲音反饋信號(hào)FBA的精度，如所謂的安全或反饋余量的偏移量被引入到模型增益中作為聲音反饋增益的估計(jì)。這個(gè)反饋余量表示低于出現(xiàn)可以聽見的反饋所在電平的增益。例如，選擇6dB的反饋余量，這意味著處理器增益上限被設(shè)為低于出現(xiàn)可以聽見的反饋的增益6dB。助聽器被打開之后，自適應(yīng)反饋抑制濾波器通過估算濾波器系數(shù)開始其自適應(yīng)建模以匹配聲音反饋，從而產(chǎn)生適應(yīng)的反饋抵消信號(hào)。
0049參照如圖6所述的流程圖，現(xiàn)在進(jìn)一步解釋自適應(yīng)反饋抑制濾波器的功能。首先，反饋抵消信號(hào)45在操作610中產(chǎn)生，以便通過將反饋抵消信號(hào)用作誤差信號(hào)以減小反饋受控的電輸入信號(hào)25來減少助聽器的聲音反饋。作為其自適應(yīng)建模的一部分，當(dāng)調(diào)節(jié)其濾波器系數(shù)以估算反饋抵消信號(hào)時(shí)自適應(yīng)反饋抑制濾波器40產(chǎn)生一特定增益。在操作620中，這個(gè)增益被確定為模型增益估計(jì)，并且通過將模型增益估計(jì)作為助聽器中的聲音反饋電平的測量，然后在操作630中產(chǎn)生處理器或信號(hào)通道增益的上限。
0050模型增益估計(jì)通過不斷估算自適應(yīng)反饋抑制濾波器中的增益加以確定。模型增益估計(jì)通過將自適應(yīng)反饋抑制濾波器的輸入信號(hào)35(其是電輸出信號(hào)35)與自適應(yīng)反饋抑制濾波器的輸出(其是反饋抵消信號(hào)45)進(jìn)行比較來完成。這個(gè)比較是由模型增益估計(jì)器60完成的。使用模型增益以及如果必要加上反饋余量來導(dǎo)出處理器增益上限。自適應(yīng)反饋抑制濾波器40還能夠選擇和引入對(duì)信號(hào)(例如作為其自適應(yīng)建模的一部分的所輸入的電輸出信號(hào)35)的適當(dāng)延遲。
0051由于到達(dá)麥克風(fēng)的反饋信號(hào)一般是衰減形式的輸出信號(hào)，自適應(yīng)反饋抑制濾波器中的模型增益通常是負(fù)的，其可以表示為對(duì)數(shù)表達(dá)式。這個(gè)增益的數(shù)值(等于FBA)有效表示了在缺少反饋補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)下處理器中的最大允許增益。
0052從這個(gè)所估計(jì)的增益限制，不得不進(jìn)行減除。因?yàn)榧词弓h(huán)路增益稍微低于1時(shí)信號(hào)失真還將是可聽得見的，必須進(jìn)行減除以確保最大允許處理器增益保持在穩(wěn)定限度之下一余量。這個(gè)安全或反饋余量將根據(jù)測試進(jìn)行設(shè)定。在一個(gè)測試設(shè)置中，已發(fā)現(xiàn)6dB的余量設(shè)定對(duì)于避免任何可聽得見的信號(hào)失真是適合的。因此，在該實(shí)例中，沒有反饋補(bǔ)償時(shí)的最大允許增益變?yōu)镕BA-6dB。
0053如果自適應(yīng)反饋抑制濾波器產(chǎn)生反饋轉(zhuǎn)移函數(shù)的理想仿真，則所有反饋將被抵消，反饋將不對(duì)允許的處理器增益進(jìn)行任何限制，并且模型提供有關(guān)當(dāng)前反饋通道轉(zhuǎn)移函數(shù)的信息。然而，在實(shí)際情況中，自適應(yīng)反饋抑制濾波器產(chǎn)生反饋轉(zhuǎn)移函數(shù)的次于理想的仿真；將存在一個(gè)殘余反饋FBR＝FBA-FBC其到達(dá)麥克風(fēng)，并被處理器獲得和放大，并且存在一個(gè)對(duì)處理器增益的上限以避免不穩(wěn)定性，即避免環(huán)路增益超過1。具體而言，自適應(yīng)反饋抑制濾波器的步長和長度對(duì)反饋抵消信號(hào)可以匹配聲音反饋的精度有影響。
0054基于與由模型所提供的反饋轉(zhuǎn)移函數(shù)有關(guān)的當(dāng)前信息，處理器最大允許增益將通過評(píng)估殘余反饋的電平進(jìn)行估計(jì)。
0055當(dāng)濾波器例如處理信號(hào)的有限時(shí)間窗時(shí)，其不考慮整個(gè)信號(hào)。在一個(gè)示例性測試設(shè)置中，發(fā)現(xiàn)基于1毫秒(ms)的時(shí)間窗的電平估計(jì)將包括反饋信號(hào)的80％能量。當(dāng)將反饋補(bǔ)償基于這種時(shí)間窗時(shí)，可以期望的是，該補(bǔ)償剩下反饋抵消信號(hào)的25％的量的殘余反饋。
0056當(dāng)FBR＝FBA-FBC時(shí)并根據(jù)這個(gè)示例性測試設(shè)置FBC＝0.8FBA，濾波器輸出信號(hào)具有聲音反饋信號(hào)電平的80％的電平時(shí)，則殘余反饋是FBR＝FBA-0.8FBA＝0.2FBA。
當(dāng)FBA＝FBR+FBC時(shí)，殘余反饋是FBR＝0.2(FBR+FBC)，并因此FBR＝0.25×FBC。
0057在這個(gè)實(shí)例中，自適應(yīng)反饋抑制濾波器然后將對(duì)最大允許增益的限度提高了FBC/FBC＝4倍，等同于12dB。因此最大允許的處理器或信號(hào)通道增益變?yōu)?20log(FBC)-6dB+12dB＝-20log(FBC)+6dB。
0058當(dāng)濾波器是數(shù)字式的并且設(shè)置遞增時(shí)，對(duì)于步長(即自適應(yīng)濾波器的有限分辨率)必須考慮容差(allowance)。說明遞增設(shè)置和評(píng)估所得到的潛在誤差被視為是處于相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)。
0059根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，因此處理器增益上限可能由自適應(yīng)反饋抑制濾波器的精度、反饋抵消信號(hào)和安全余量來確定。本領(lǐng)域的技術(shù)人員然后將從反饋抵消信號(hào)和濾波器精度估算殘余反饋FBR。然后殘余反饋和安全余量的水平用以導(dǎo)出處理器增益上限。
0060圖3具體示出了模型增益估計(jì)器60的一實(shí)施例，現(xiàn)在將進(jìn)行描述。假設(shè)輸入信號(hào)濾波器組是在處理器前面，其將反饋受控的電輸入信號(hào)25分割成多個(gè)頻率帶。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，這個(gè)輸入信號(hào)濾波器組(未示于圖1和2)是FFT電路或者已知的濾波器組，其將電輸入信號(hào)分割成各個(gè)頻帶。同樣的FFT電路或者濾波器組可以用作輸入信號(hào)濾波器組270，其將電輸入信號(hào)15分割成各自頻帶，這個(gè)信號(hào)然后被送到模型增益估計(jì)器60。因此，處理器和模型增益估計(jì)器的輸入信號(hào)通過利用同樣的濾波器組或者FFT電路被分割成各個(gè)頻帶，以便可以進(jìn)一步減小估計(jì)誤差。
0061輸出信號(hào)濾波器組210和補(bǔ)償信號(hào)濾波器組220在各自的頻帶中分別產(chǎn)生電輸出信號(hào)35的信號(hào)向量215和反饋抵消信號(hào)45的信號(hào)向量225。信號(hào)向量215、225每個(gè)都被送到模型增益估計(jì)器，在該模型增益估計(jì)器中這些信號(hào)向量分別被傳送到輸出電平測量電路230和補(bǔ)償電平測量電路240，用來產(chǎn)生各個(gè)向量的電平測量235、245。電平測量通過在整個(gè)預(yù)定時(shí)間窗上計(jì)算信號(hào)向量235、245的范數(shù)而產(chǎn)生。電平測量235、245被傳送到濾波器增益估計(jì)器塊250，用來計(jì)算這些電平測量之間的比率的向量。比率的向量然后被假定代表每個(gè)頻帶中的增益估計(jì)。模型增益估計(jì)器利用這些估計(jì)來導(dǎo)出增益上限55，255，其由增益估計(jì)塊250傳送到處理器20(參照?qǐng)D1)。
0062模型增益估計(jì)器60進(jìn)一步包括用來測量模型精確性的模型評(píng)價(jià)塊260。模型評(píng)價(jià)塊260接收來自輸入信號(hào)濾波器組270的電輸入信號(hào)275的向量以及來自補(bǔ)償信號(hào)濾波器組220的反饋抵消信號(hào)的向量，并產(chǎn)生控制參數(shù)265以控制濾波器增益估計(jì)器塊250。為了產(chǎn)生控制參數(shù)265，模型評(píng)價(jià)塊260產(chǎn)生沒有反饋補(bǔ)償?shù)碾娸斎胄盘?hào)的范數(shù)并將其與反饋受控的電輸入信號(hào)的范數(shù)進(jìn)行比較。如果反饋受控的電輸入信號(hào)的范數(shù)超過了沒有反饋補(bǔ)償?shù)碾娸斎胄盘?hào)的范數(shù)，則模型很可能失調(diào)并且控制參數(shù)265表明要采取其他動(dòng)作?？刂茀?shù)265也可能是用于每個(gè)頻帶的控制參數(shù)的向量。其他動(dòng)作可以是將增益估計(jì)停止或凍結(jié)特定時(shí)間量，或者其可以是讓從模型增益估計(jì)器導(dǎo)出的增益限制漏向一組缺省值。例如，適當(dāng)?shù)娜笔≈悼赡茉谘b配助聽器時(shí)測定。
0063模型增益估計(jì)器的功能現(xiàn)在參照?qǐng)D7進(jìn)行進(jìn)一步解釋。首先，在操作710中，反饋抵消信號(hào)45和電輸出信號(hào)35的信號(hào)向量215、225通過優(yōu)選利用在處理器的信號(hào)通道中所用的同樣的濾波器組來產(chǎn)生。在操作720中，電平測量從這些信號(hào)向量中產(chǎn)生。
0064根據(jù)一實(shí)施例，在特定時(shí)間框架內(nèi)的每個(gè)信號(hào)的絕對(duì)值的簡單平均被當(dāng)作是電平測量，并且時(shí)間窗是矩形的。在計(jì)算少的實(shí)施例中，平均值是由第一階低通濾波器進(jìn)行計(jì)算的，即時(shí)間窗是指數(shù)的。
0065根據(jù)另一實(shí)施例，直接能量計(jì)算用來產(chǎn)生電平測量。電平測量通過計(jì)算能量測量來進(jìn)行，而能量測量是通過計(jì)算信號(hào)向量215、225中每個(gè)信號(hào)在一個(gè)特定時(shí)間窗上的平方值的平均而獲得的，其中時(shí)間窗又可以是矩形的或者通過第一階低通濾波器進(jìn)行建模。
0066然后在操作730中，模型增益估計(jì)通過確定在所述電輸出信號(hào)的電平測量235和反饋抵消信號(hào)的電平測量245之間的比率而產(chǎn)生。由于對(duì)每個(gè)頻帶確定此比率，因此獲得了各個(gè)頻帶中的增益估計(jì)的向量。然后這些估計(jì)被用來導(dǎo)出信號(hào)通道中的頻譜處理器增益上限。
0067根據(jù)一實(shí)施例，范數(shù)信號(hào)根據(jù)以下通式進(jìn)行計(jì)算N=(Σk=1LFk|xk|p)p=1]]>其中xk是要計(jì)算其范數(shù)的信號(hào)的第k次采樣(k＝1，...L)，F(xiàn)k代表窗口或?yàn)V波器函數(shù)以及自然數(shù)p是該范數(shù)的冪。根據(jù)該公式的具體實(shí)施例，p＝1并且濾波器函數(shù)Fk由以下遞歸公式進(jìn)行定義N(k)＝λ|xk|+(1-λ)N(k-1)其中λ是0＜λ≤1的常數(shù)。
0068這里應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到的是，根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，本發(fā)明也可以被實(shí)施為計(jì)算機(jī)程序或電子電路。那么計(jì)算機(jī)程序包括計(jì)算機(jī)程序代碼，其在數(shù)字信號(hào)處理器或任何其它合適的可編程助聽器系統(tǒng)上被執(zhí)行時(shí)，根據(jù)這里所述的任何一個(gè)實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)一種調(diào)節(jié)助聽器設(shè)備的信號(hào)通道增益的方法。電子電路可以被實(shí)現(xiàn)為專用集成電路，其然后可以被實(shí)施在助聽器系統(tǒng)中，以便使用根據(jù)本文所述的實(shí)施例中的任何一個(gè)的助聽器。
權(quán)利要求
1.一種助聽器，其包括輸入換能器(10)，其將聲音輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成電輸入信號(hào)(15)；處理器(20)，其通過根據(jù)處理器增益來放大所述電輸入信號(hào)以產(chǎn)生電輸出信號(hào)(35)；輸出換能器(30)，其將所述電輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲音輸出信號(hào)；自適應(yīng)反饋抑制濾波器(40)，其產(chǎn)生反饋抵消信號(hào)(45)；模型增益估計(jì)器(60)，其確定所述自適應(yīng)反饋抑制濾波器的模型增益估計(jì)并且產(chǎn)生所述處理器增益的上限。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的助聽器，進(jìn)一步包括輸出塊(32)，該輸出塊對(duì)饋送給所述輸出換能器的所述電輸出信號(hào)進(jìn)行延遲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的助聽器，進(jìn)一步包括輸入信號(hào)濾波器組(270)，該輸入信號(hào)濾波器組將所述電輸入信號(hào)分割成頻帶，其中所述模型增益估計(jì)器為所述頻帶中的每個(gè)頻帶確定所述模型增益估計(jì)，并產(chǎn)生在所述頻帶中所述處理器增益的頻譜增益上限(255)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的一項(xiàng)權(quán)利要求所述的助聽器，進(jìn)一步包括輸出信號(hào)濾波器組(210)和壓縮信號(hào)濾波器組(220)，所述輸出信號(hào)濾波器組產(chǎn)生所述電輸出信號(hào)的頻譜信號(hào)向量(215)，所述壓縮信號(hào)濾波器組產(chǎn)生所述反饋抵消信號(hào)的頻譜信號(hào)向量(225)，并且其中所述模型增益估計(jì)器產(chǎn)生所述信號(hào)向量的電平測量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的助聽器，其中所述模型增益估計(jì)器包括濾波器增益估計(jì)器(250)，該濾波器增益估計(jì)器通過確定在所述電輸出信號(hào)的所述電平測量和所述反饋抵消信號(hào)的所述電平測量之間的比率來產(chǎn)生所述模型增益估計(jì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的助聽器，其中所述模型增益估計(jì)器包括輸出電平測量塊(230)和補(bǔ)償器電平測量塊(240)，它們通過在預(yù)定時(shí)間窗上計(jì)算信號(hào)向量(215，225)的范數(shù)分別產(chǎn)生所述電輸出信號(hào)和所述反饋抵消信號(hào)的所述電平測量(235，245)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的助聽器，其中所述范數(shù)是信號(hào)的絕對(duì)值，并且所述時(shí)間窗是矩形的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的助聽器，其中所述范數(shù)是信號(hào)的絕對(duì)值，并且所述時(shí)間窗是由第一階低通濾波器建模的。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的助聽器，其中所述范數(shù)是信號(hào)的平方值，并且所述時(shí)間窗是矩形的。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的助聽器，其中所述范數(shù)是信號(hào)的平方值，并且所述時(shí)間窗是由第一階低通濾波器建模的。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)權(quán)利要求所述的助聽器，其中所述模型增益估計(jì)器包括提供控制參數(shù)(265)的模型評(píng)價(jià)塊(260)，該控制參數(shù)指示模型的可能失調(diào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的助聽器，其中所述模型評(píng)價(jià)塊(260)適于比較沒有反饋補(bǔ)償?shù)乃鲭娸斎胄盘?hào)的范數(shù)和所述反饋受控的電輸入信號(hào)的范數(shù)來確定模型的可能失調(diào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的助聽器，其中如果所述控制參數(shù)表明模型失調(diào)，則所述模型增益估計(jì)器凍結(jié)所述模型增益估計(jì)或者停止產(chǎn)生所述處理器增益的所述上限。
14.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的助聽器，其中如果所述控制參數(shù)表明模型失調(diào)，則從所述模型增益估計(jì)器中確定的增益限制漏向一組缺省值。
15.一種調(diào)節(jié)助聽器(100)的信號(hào)通道增益的方法，該助聽器包括輸入換能器(10)，其將聲音輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成電輸入信號(hào)(15)；處理器(20)，其通過以所述信號(hào)通道增益放大所述電輸入信號(hào)來產(chǎn)生電輸出信號(hào)(35)；輸出換能器(30)，其將所述電輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲音輸出信號(hào)；所述方法包含步驟產(chǎn)生(710)反饋抵消信號(hào)(45)；通過評(píng)價(jià)所述反饋抵消信號(hào)來確定(720)模型增益估計(jì)；產(chǎn)生(730)所述信號(hào)通道增益的上限。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述模型增益是通過連續(xù)估計(jì)在產(chǎn)生所述反饋抵消信號(hào)的自適應(yīng)反饋抑制濾波器(40)中的增益而確定的。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16中的一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括步驟將所述電輸入信號(hào)分割成頻帶；為所述頻帶中的每個(gè)頻帶確定所述模型增益估計(jì)；以及產(chǎn)生在所述頻帶中所述信號(hào)通道增益的頻譜增益上限(255)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15到17中的一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括步驟產(chǎn)生(710)所述電輸出信號(hào)和所述反饋抵消信號(hào)的頻譜信號(hào)向量(215，225)；以及產(chǎn)生(720)所述信號(hào)向量的電平測量。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述模型增益估計(jì)是通過確定(730)在所述電輸出信號(hào)的所述電平測量和所述反饋抵消信號(hào)的所述電平測量之間的比率來產(chǎn)生的。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19中的一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述電平測量(235，245)是通過將絕對(duì)值計(jì)算的平均應(yīng)用到頻譜信號(hào)向量(215，225)而產(chǎn)生的。
21.根據(jù)權(quán)利要求18或19中的一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述電平測量(235，245)是通過所述頻譜信號(hào)向量的第一階低通濾波來計(jì)算的。
22.根據(jù)權(quán)利要求18或19中的一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述電平測量(235，245)是通過將直接能量計(jì)算應(yīng)用到頻譜信號(hào)向量(215，225)而產(chǎn)生的。
23.根據(jù)權(quán)利要求15到22中的一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括步驟提供指示模型的可能失調(diào)的控制參數(shù)(265)。
24.根據(jù)權(quán)利要求15到23中的一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括步驟比較沒有反饋補(bǔ)償?shù)乃鲭娸斎胄盘?hào)的范數(shù)和所述反饋受控的電輸入信號(hào)的范數(shù)以確定模型的可能失調(diào)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或24中的一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，進(jìn)一步包括步驟如果所述控制參數(shù)表明模型失調(diào)，則凍結(jié)所述模型增益估計(jì)的產(chǎn)生和/或停止所述信號(hào)通道增益的所述上限的產(chǎn)生。
26.根據(jù)權(quán)利要求23或24中的一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中如果所述控制參數(shù)表明模型失調(diào)，則從所述模型增益估計(jì)器中導(dǎo)出的增益限制漏向一組缺省值。
27.根據(jù)權(quán)利要求14到25中的一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中所述信號(hào)通道的增益上限是由反饋抵消信號(hào)的數(shù)值、模型增益估計(jì)的精度以及安全余量來確定的。
28.一種計(jì)算機(jī)程序，其包括程序代碼，用以執(zhí)行如權(quán)利要求15到27中的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法。
29.一種用于助聽器(100)的電子電路(400)，其包括處理器電路(20)，其通過以處理器增益放大由所述助聽器的輸入換能器(10)所提供的電輸入信號(hào)來產(chǎn)生電輸出信號(hào)(35)；自適應(yīng)反饋抑制濾波器電路(40)，其產(chǎn)生一個(gè)反饋抵消信號(hào)(45)，在所述電輸入信號(hào)被提供給所述處理器電路之前從所述電輸入信號(hào)中減去該反饋抵消信號(hào)；模型增益估計(jì)電路(60)，其確定所述自適應(yīng)反饋抑制濾波器的模型增益估計(jì)并產(chǎn)生所述處理器增益的上限。
全文摘要
助聽器100包括輸入換能器10、處理器20、輸出換能器30、自適應(yīng)反饋抑制濾波器40以及模型增益估計(jì)器60。所述輸入換能器10用于將聲音輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成電輸入信號(hào)15；所述處理器20用于用處理器增益放大所述電輸入信號(hào)來產(chǎn)生電輸出信號(hào)；所述輸出換能器30用于將所述電輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲音輸出信號(hào)；所述自適應(yīng)反饋抑制濾波器40通過利用從反饋抵消信號(hào)和所述電輸入信號(hào)之間的差別中所產(chǎn)生的誤差信號(hào)來產(chǎn)生反饋抵消信號(hào)；所述模型增益估計(jì)器60通過確定在所述自適應(yīng)反饋抑制濾波器中的增益來產(chǎn)生處理器增益的上限。
文檔編號(hào)H04R25/00GK101084697SQ200480044645
公開日2007年12月5日 申請(qǐng)日期2004年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月16日
發(fā)明者K·T·克林克貝, H·P·弗爾, T·V·蒂德 申請(qǐng)人:唯聽助聽器公司