CN103596112B

CN103596112B - 用于确定助听器的放大系数的方法和装置

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Publication number: CN103596112B
Application number: CN201310357409.4A
Authority: CN
Inventors: E.费希尔
Original assignee: Siemens Medical Instruments Pte Ltd
Current assignee: Sivantos Pte Ltd
Priority date: 2012-08-17
Filing date: 2013-08-16
Publication date: 2018-02-27
Anticipated expiration: 2033-08-16
Also published as: DK2699020T3; DE102013201043B4; US20140050328A1; CN103596112A; DE102013201043A1; AU2013211469B2; AU2013211469A1; US9232330B2

Abstract

对于助听器借助如下步骤产生放大系数（Qi）：构成（142）分子（Zi），其中所述分子（Zi）包含如下和，该和具有借助将近似不被干扰的信号（Xi）的强度（Xpi）与第一权重（WXi）相乘而构成的第一和分量以及借助将被干扰的信号（Yi）的强度（Ypi）与第二权重（WYi）相乘而构成的第二和分量；构成（144）分母（Ni），该分母包含所述分子（Zi）作为第一加数并且包含干扰信号（SSi）的强度（SSpi）作为第二加数；借助由所述分子（Zi）除以所述分母（Ni）形成的商（Qi）来确定（146）放大系数（Qi）。此外，提供了一种装置（10），其用于执行按照本发明的方法（100）。

Description

用于确定助听器的放大系数的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于确定助听器的放大系数的方法和装置。该方法包括如下步骤：确定近似不被干扰的信号的强度，确定干扰信号的强度，确定被干扰的信号的强度和产生放大系数。近似不被干扰的信号和强度和/或干扰信号的强度和/或被干扰的信号的强度例如可以分别是瞬时功率的浮点式(gleitender)平均值、有效值的浮点式平均值或其它振幅值(例如声压、电压或电流信号)的时间变化的浮点式平均值。浮点式平均值例如可以借助电压信号的采样以及借助低通滤波器的随后滤波产生。电压信号可以是例如借助单向整流器或借助桥式整流器产生的电压信号。也可以将整流了的电压信号(无需采样)直接传送到低通滤波器。

此外，本发明还涉及一种相应的装置。

背景技术

助听器是用来给重听者提供听力帮助的便携式听力装置。为了满足数目众多的个体需求，提供了不同结构形式的助听器，如耳后助听器(HdO)、具有外部听筒(RIC：receiverin the canal(接收器在耳道内))的助听器以及耳内助听器(IdO)，例如，还有外耳助听器或耳道助听器(ITE，CIC)。这些示例性举出的助听器被戴在外耳上或在耳道中。但是，此外在市场上还提供骨传导助听器、可植入的或振动触觉助听器。在此，以机械方式或者以电方式对受损的听觉进行刺激。

助听器原则上具有输入转换器、放大器和输出转换器作为主要组件。输入转换器通常是声音接收器(如麦克风)和/或电磁接收器(如感应线圈)。输出转换器大多实现为电声转换器(如微型扬声器)或者电机转换器(如骨传导听筒)。放大器通常集成在信号处理单元中。该原理结构在图1中以耳后助听器为例示出。在用于佩带在耳后的助听器壳体1中，安装有一个或多个用于从环境中接收声音的麦克风2。同样集成在助听器壳体1中的信号处理单元3对麦克风信号进行处理并将其放大。信号处理单元3的输出信号被传送到输出声学信号的扬声器或听筒4。需要时通过用耳模固定在耳道中的声音导管将声音传导到助听器佩带者的鼓膜。助听器以及特别是信号处理单元3的能量供应通过同样集成在助听器壳体1中的电池5来实现。

在目前的助听器中应用的噪声降低算法大多基于用于维纳滤波器的如下公式。在此，通过近似不被干扰的信号Xi的确定的强度Xpi除以近似不被干扰的信号X的确定的强度Xpi与干扰信号SSi的确定的强度SSpi的和的商来计算放大系数Q1：Q1＝Xpi/(Xpi+SSpi)。

在差的信噪比的情况下放大***极小并且由此在数值上难以操作(例如由于量化错误)。差的信噪比在此以及在下文中被理解为在近似不被干扰的信号Xi的确定的强度Xpi和被干扰的信号Yi的确定的强度Ypi之间的小的比例Xpi/Ypi。

出于这个原因在应用用于维纳滤波器的上述公式的情况下目前通常向下限制放大系数Q1，方法是将衰减限制到6dB或10dB。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种替换的方法，利用该方法在差的信噪比的情况下也可以执行放大系数的可靠确定。

按照本发明上述技术问题通过如下来解决，即放大系数的产生包括如下步骤：确定近似不被干扰的信号的强度，确定干扰信号的强度，确定被干扰的信号的强度和产生放大系数。放大系数的产生包括如下步骤：构成分子，其中分子包含如下和，该和具有借助将近似不被干扰的信号的强度与第一权重相乘而构成的第一和分量以及借助将被干扰的信号的强度与第二权重相乘而构成的第二和分量；构成分母，该分母包含分子作为第一加数并且包含干扰信号的强度作为第二加数；以及借助由分子除以分母形成的商来确定放大系数。

在装置方面，该技术问题如下解决，即该装置设置用于执行按照本发明的方法。

由于商的分母的特殊形式，(在附图描述中解释的边界条件下)放大系数的值域隐含地并且以可连续微分(stetig differenzierbarer)的方式来限制到在数值方面可良好操作的范围上(其例如在0.5与1之间)。以“可连续微分的方式”限制指的是避免了放大系数与被干扰的信号的强度和/或与干扰信号的信号的不可连续微分的关联性。

通过该方法还包括确定被干扰的信号的强度的步骤，以及分子的构成包括将第一和分量与借助将被干扰的信号的强度与第二权重相乘而构成的第二和分量相加，当存在良好的信噪比时，近似不被干扰的信号对信号汇(Signalsenke)的影响提高，并且当存在差的信噪比时，近似不被干扰的信号对信号汇的影响降低。信号汇例如可以是助听器佩戴者的耳朵，对于该助听器佩戴者在考虑被干扰的信号的条件下产生声学信号。

还可以具有优势的是，借助以恒定值减去第一权重来确定第二权重。由此，借助可以以最小开销快速并有效地执行的运算将两个信号中的一个的衰减与另一个信号的衰减匹配。

在一种改进方案中，可以借助手动操作来设置第一权重。替换地或附加地，可以借助自动的控制或调节来设置第一权重。自动的控制或调节例如可以依据近似不被干扰的信号和/或干扰信号和/或被干扰的信号的分析来设置第一权重。替换地或附加地可能的是，自动的控制或调节依据下面定义的第一信号和/或下面定义的第二信号和/或下面定义的第三信号的分析来设置第一权重。相应地，对于第一权重的可设置性描述的特征组合替换地或附加地也用于第二权重的可设置性。

在替换的或附加的改进方案中，近似不被干扰的信号是第一信号的受带宽限制的部分和/或干扰信号是第二信号的受带宽限制的部分和/或被干扰的信号是第三信号的受带宽限制的部分。借助方法的逐频段的应用可以有针对性地特别衰减被干扰的信号的具有差的信噪比的信号分量，而不衰减或不太强烈地衰减被干扰的信号的具有良好信噪比的信号分量。

对于在声学领域的应用会合适的是，根据从第二空间方向接收的第二信号确定干扰信号，该第二空间方向与第一空间方向不同，由从该第一空间方向接收的第一信号导出近似不被干扰的信号。由此，优选向信号汇传送从第一空间方向接收的信号，其中抑制从第二方向接收的信号。

特别优选地，第二空间方向与第一空间方向反向。由此能够最优地抑制不源于有用源的干扰信号。

在一种优选的实施方式中，由通过方向选择性接收的第三信号导出被干扰的信号，该方向选择性小于通过其接收第二信号的方向选择性。

在能够替换或附加的改进方案中，由通过方向选择性接收的第三信号导出被干扰的信号，该方向选择性小于通过其接收第一信号的方向选择性。两个前面提到的措施中的每个都促成如下情况，即也可以向信号汇传送来自与第一方向不同的方向的、不衰减的或以小的衰减来衰减的信号。

特别优选地，第一、第二和/或第三信号是借助助听器采集的声学信号。由此该方法可以用于改善助听器的使用。

附图说明

结合所附的附图对本发明作进一步的说明，附图中：

图1以强烈简化的框图示出了按照现有技术的助听器，

图2示出了用于确定助听器的放大系数的装置的示意性框图，

图3示出了针对不考虑被干扰的信号的情况关于放大系数与在近似不被干扰的信号的水平和被干扰的信号的水平之间的第一水平差以及在干扰信号的水平和被干扰的信号的水平之间的第二水平差的关联性的三维图，

图4示出了针对不考虑近似不被干扰的信号的情况关于放大系数与在近似不被干扰的信号的水平和被干扰的信号的水平之间的第一水平差以及在干扰信号的水平和被干扰的信号的水平之间的第二水平差的关联性的三维图，

图5示出了针对近似不被干扰的信号和被干扰的信号各考虑一半的情况关于放大系数与在近似不被干扰的信号的水平和被干扰的信号的水平之间的第一水平差以及在干扰信号的水平和被干扰的信号的水平之间的第二水平差的关联性的三维图，

图6示出了用于确定助听器的放大系数的方法的示意性流程图。

下面详细描述的实施例示出了本发明的优选实施方式。

具体实施方式

图1以强烈简化的框图示出了按照现有技术的助听器的结构。助听器原则上具有一个或多个输入转换器、放大器和输出转换器作为主要部件。输入转换器通常是声音接收器(如麦克风)或者电磁接收器(如感应线圈)。输出转换器大多实现为电声转换器(如微型扬声器或听筒)或者电机转换器(如骨传导听筒)。放大器通常集成在信号处理单元中。该原理结构在图1中以耳后助听器1为例示出。在用于佩带在耳后的助听器壳体1中，安装有两个用于从环境中接收声音的麦克风2。同样集成在助听器壳体1中的信号处理单元3对麦克风信号进行处理并将其放大。信号处理单元3的输出信号被传送到输出声学信号的扬声器或听筒4。需要时通过用耳模固定在耳道中的声音导管将声音传导到助听器佩带者的鼓膜。助听器以及特别是信号处理单元3的能量供应通过同样集成在助听器壳体1中的电池5来实现。

图2中示出的用于确定助听器的放大系数的装置10具有分别用于麦克风信号Y′、SS′、X′的三个输入端EYi、ESSi、EXi。为受带通限制的麦克风信号Xi设置第一输入端EXi，从方向RX接收该麦克风信号，在该方向RX上存在有用声源QX，其声音信号X″应当以整理过的形式被输送到助听器佩戴者的耳朵20。为受带通限制的麦克风信号SSi设置第二输入端ESSi，从方向RSS接收该麦克风信号，在该方向RSS上存在干扰声源QSS，其声音信号SS″视为纯干扰信号。为受带通限制的麦克风信号Yi设置第三输入端EYi，通过全向特性(Rundumcharakteristik)、即从一个或多个声源QZ、QSS接收该麦克风信号，这些声源位于一个或多个任意的、不确定的、与方向RX不一致的方向上。

为清楚起见在图2中示出用于产生麦克风信号X′、Y′和SS′的不同的麦克风MX、MY、MSS。但典型地，借助单个的、其定向特性可以电子地变化的双麦克风产生所有三个麦克风信号X′、Y′和SS′。也就是，来自于不同声源QSS、QX、QZ的方向箭头RX、RY和RSS的尖端典型地在同一个位置上结束。

双麦克风优选包含第一和第二麦克风，其分别具有全向接收特性。典型地，两个麦克风以6至10mm的间隔在方向RX上先后布置。借助的两个麦克风中的一个的电输出信号的、与在RX方向上的声学传播时间差匹配的传播时间延迟，以及传播时间延迟的输出信号与另一个麦克风的输出信号的相减(或借助反过来的减法)，双麦克风按照其终端特性获得心型指向接收特性(Nieren-Empfangscharakteristik)。

单元FX、FY和FSS是滤波器组，其设置用于将各个麦克风信号X′、Y′或SS′转换为在频域内相邻的多个受带宽限制的输入信号Xi、Yi、SSi。通过附图标记中的字母i提醒多次执行在滤波器组FSS、FX、FY和频率多路复用器C之间的电路部分。

信号强度确定器PXi、PYi和PSSi设置用于根据受带宽限制的输入信号Xi、Yi、SSi分别确定信号强度Xpi、Ypi、SSpi。

替换地，单元FX、FY和FSS中的至少一个或单元FX、FY和FSS的每一个可以构造为，将传送给其的、时域中的麦克风信号X′、Y′或SS′借助傅里叶变换分别转换为关于频率的振幅分布密度函数并且按照(优选等距离的)频率间隔采样其信号强度。

装置10包括差分加法器DAi，其将两个信号强度Xpi和Ypi相加并且提供相加的信号强度值作为第一中间信号Zi(分子Zi)。在两个信号强度Xpi、Ypi相加之前，差分加法器DAi将第一权重WXi应用到近似不被干扰的信号Xi的信号强度Xpi上并且将第二权重WYi应用到被干扰的信号Yi的信号强度Ypi上。差分加法器DAi具有用于权重信号WXSi的输入端EWi，其值WXi可以手动设置和/或其值WXi借助(在附图中未示出的)自动的控制器或调节器来设置。第一权重WXi相应于权重信号WXSi的值。差分加法器DAi借助1减去第一权重WXi来确定第二权重WYi＝1－WXi。

装置10包括加法器Si，其将第一中间信号Zi(分子Zi)与干扰信号SSi的信号强度相加。结果为第二中间信号ZS2i。零点避免单元NVEi将第二中间信号ZS2i转换为无零点的第三中间信号Ni(分母Ni)。由此避免了随后除以零。此外，装置10包括商形成器QBi，其借助第一中间信号Zi(分子Zi)除以第三中间信号Ni(分母Ni)产生放大系数Qi(商Qi)。此外，装置10包括乘法器Mi，以便将放大系数Qi应用到近似不被干扰的信号Xi上并且形成特定于频带的输出信号Xai。此外，装置10包括频率多路复用器C，以便将不同频带的特定于频带的输出信号Xai综合为合成的输出信号Xa′。合成的输出信号Xa′被传送到声音发生器SG，其将合成的输出信号Xa′转换为相应的、被传送到助听器佩戴者耳朵20的声音信号Xa″。

图3、4、5以dB(即，以三重对数图示)对于权重信号WXi的不同值示出了放大系数Qi如何与在近似不被干扰的信号Xi的信号强度Xpi和被干扰的信号Yi的信号强度Ypi之间的第一水平差V1以及与在干扰信号SSi的信号强度SSpi和被干扰的信号Yi的信号强度Ypi之间的第二水平差V2相关。

在图3中这样设置第一权重WXi，使得在放大系数Qi中不考虑被干扰的信号Yi的信号强度Ypi。在图4中，这样设置第一权重WXi，使得在放大系数Qi中不考虑近似不被干扰的信号Xi的信号强度Xpi。在图5中这样设置第一权重WXi，使得在放大系数Qi中近似不被干扰的信号Xi或被干扰的信号Yi的信号强度Xpi、Ypi各考虑一半。

如所有三个线图的放大系数曲线QiV的右上边缘32所示的那样，如果第二水平差V2是低的，则放大系数Qi与权重WXi无关地在各情况下都是高的。

如所有三个线图的放大系数曲线QiV的下角34所示的那样，放大系数Qi与权重WXi无关地在各情况下都是高的，其中第一水平差V1是低的并且同时第二水平差V2是高的。

也就是，仅当第二水平差V2不小时，权重WXi才对放大系数Qi具有极大的影响。在该情况下，第一水平差V1越大，则对放大系数Qi的影响越大。

图6中示出的用于确定助听器的放大系数的方法100，包括下如步骤：在第一步骤110中确定近似不被干扰的信号Xi的信号强度Xpi。在第二步骤120中确定干扰信号SSi的信号强度SSpi。在第三步骤130中确定被干扰的信号Yi的信号强度Ypi。在第四步骤140中产生放大系数Qi。放大系数Qi的产生140包括如下子步骤。在第一子步骤142中构成分子Zi。分子Zi包含如下和，该和具有借助将近似不被干扰的信号Xi的信号强度Xpi与第一权重WXi相乘而构成的第一和分量以及借助将被干扰的信号Yi的信号强度Ypi与第二权重WYi相乘而构成的第二和分量。在第二子步骤144中构成分母Ni，该分母包含分子Zi作为第一加数并且包含干扰信号SSi的信号强度SSpi作为第二加数。在第三子步骤146中借助由分子Zi除以分母Ni形成的商Qi来确定放大系数Qi。

特别优选地，借助以恒定值减去第一权重WXi来确定第二权重WYi。

还合适的是，可以借助手动操作来设置第一权重WXi和/或可以借助自动的控制或调节来设置第一权重WXi，和/或，可以借助手动操作来设置第二权重WYi和/或可以借助自动的控制或调节来设置第二权重WYi。

在声学应用中可以具有优势的是，近似不被干扰的信号Xi是第一麦克风信号X′的受带宽限制的部分和/或干扰信号SSi是第二麦克风信号SS′的受带宽限制的部分和/或被干扰的信号Yi是第三麦克风信号Y′的受带宽限制的部分。

对于干扰信号的特定方向的抑制合适的是，根据从第二空间方向RSS接收的第二信号SS′确定干扰信号SSi，该第二空间方向与第一空间方向RX不同，由从该第一空间方向接收的第一信号X′导出近似不被干扰的信号Xi。

优选地，第一空间方向RX与第二空间方向RSS反向。

在一种改进方案中，由通过方向选择性接收的第三信号Y′导出被干扰的信号Yi，该方向选择性小于通过其接收第二信号SS′的方向选择性。

在能够替换或附加的改进方案中，由通过方向选择性接收的第三信号Y′导出被干扰的信号Yi，该方向选择性小于通过其接收第一信号X′的方向选择性。

在助听器应用中，第一信号X′、第二信号SS′和/或第三信号Y′典型地是借助助听器10采集的声学信号。

按照本发明建议，根据下式(1)确定放大系数Qi：

Qi＝(Xpi·WXi+Ypi·WYi)/(Xpi·WXi+Ypi·WYi+SSpi)。

对于Xpi·WXi+Ypi·WYi>0，其等价于式子(2)：

Qi＝1/(1+SSpi/(Xpi·WXi+Ypi·WYi))。

假定成立Ypi＝SSpi+Xpi和WXi+WYi＝1，则由此得出式子(3)：

Qi＝1/(1+SSpi/(Xpi+SSpi·WYi))。

如果被干扰的信号的强度Xpi与干扰信号的强度SSpi的比例(信噪比)以v:＝Xpi/SSpi来定义，则这引起式子(4)：

Qi＝1/(1+1/(v+WYi))。

在第一极端情况中，干扰信号具有可忽略的强度，从而v是极大的值并且由此(与WXi和WYi之间的比例无关)近似如下地计算放大系数Qi：

Qi＝1。

在第二极端情况中，被干扰的信号的强度Ypi与干扰信号的强度SSpi近似同样大小，从而不被干扰的信号的强度Xpi可以忽略，v近似为零并且由此近似如下地计算放大系数Qi：Qi＝1/(1+1/WYi)。如果第二权重WYi位于0和1之间，则由此根据第二权重WYi的数值针对第二极端情况得出位于0和0.5之间的放大系数Qi。

在其之间的情况中，干扰信号的强度SSpi仅与不被干扰的信号的强度Xpi稍有不同，从而v＝1并且近似如下地计算放大系数Qi：Qi＝1/(1+1/(1+WYi))。当第二权重WYi位于0和1之间时，由此根据第二权重WYi的数值针对在其之间的情况得出位于1/2和2/3之间的放大系数Qi。

典型地，将WYi设置到大于0.1的值，优选大于0.2，特别优选大于0.4。替换地或附加地，将WYi设置到小于0.9的值，优选小于0.8，特别优选小于0.6。

在典型的情况下，近似地v＝0.8并且近似如下地计算放大系数Qi：Qi＝1/(1+1/(0.8+WYi))。由此，当WYi＝0.2时，得出衰减了6dB＝0.5。在WYi＝0.8时衰减为大约0.6。当WYi小于0.2时，在该情况下得出小于0.5的衰减值。

通过公式(4)可以计算，(v+WYi)必须为多大，放大系数Qi才不低于确定的最小值Qmin(Qi>＝Qmin)。由Qmin<＝1/(1+1/(v+WYi))得出针对(v+WYi)的正值的公式(5)：v+WYi>＝Qmin/(1－Qmin)。

如果放大系数Qi应当为至少0.5(即衰减系数为最大6dB)，则v+WYi必须为至少1(WYi>＝1－v)。为此必须成立：WYi>＝1－Xpi/SSpi。通过WYi＝1－WXi由此也成立WXi<＝v，即：WXi<＝Xpi/SSpi。

因此适合的是，改进在实施例中限定的和/或前面描述的实施方式，方法是借助自动的控制或调节将第一权重WXi向上限制或设置到值v＝Xpi/SSpi，和/或借助自动的控制或调节将第二权重WYi向下限制或调节到值(1－Xpi/SSpi)＝(1－v)。

Claims

1.一种用于确定助听器的放大系数(Qi)的方法(100)，其中，所述方法(100)包括如下步骤：

-确定(110)近似不被干扰的信号(Xi)的强度(Xpi)，

-确定(120)干扰信号(SSi)的强度(SSpi)，

-确定(130)被干扰的信号(Yi)的强度(Ypi)，

-产生(140)放大系数(Qi)，

其特征在于，所述放大系数(Qi)的产生(140)包括如下步骤：

-构成(142)分子(Zi)，其中所述分子(Zi)包含如下和，该和具有借助将所述近似不被干扰的信号(Xi)的强度(Xpi)与第一权重(WXi)相乘而构成的第一和分量以及借助将所述被干扰的信号(Yi)的强度(Ypi)与第二权重(WYi)相乘而构成的第二和分量；

-构成(144)分母(Ni)，该分母包含所述分子(Zi)作为第一加数并且包含所述干扰信号(SSi)的强度(SSpi)作为第二加数；

-借助由所述分子(Zi)除以所述分母(Ni)形成的商(Qi)来确定(146)所述放大系数(Qi)。

2.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，借助以恒定值减去所述第一权重(WXi)来确定所述第二权重(WYi)。

3.根据权利要求1或2所述的方法(100)，其特征在于，借助手动操作来设置所述第一权重(WXi)和/或借助自动的控制或调节来设置所述第一权重(WXi)，和/或，借助手动操作来设置所述第二权重(WYi)和/或借助自动的控制或调节来设置所述第二权重(WYi)。

4.根据权利要求1或2所述的方法(100)，其特征在于，所述近似不被干扰的信号(Xi)是第一信号(X′)的受带宽限制的部分，和/或所述干扰信号(SSi)是第二信号(SS′)的受带宽限制的部分，和/或所述被干扰的信号(Yi)是第三信号(Y′)的受带宽限制的部分。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据从第二空间方向(RSS)接收的第二信号(SS′)确定所述干扰信号(SSi)，所述第二空间方向与第一空间方向(RX)不同，从该第一空间方向接收第一信号(X′)，从该第一信号导出所述近似不被干扰的信号(Xi)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二空间方向(RSS)与所述第一空间方向(RX)反向。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，由通过方向选择性接收的第三信号(Y′)导出所述被干扰的信号(Yi)，该方向选择性小于通过其接收所述第二信号(SS′)的方向选择性。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，由通过方向选择性接收的第三信号(Y′)导出所述被干扰的信号(Yi)，该方向选择性小于通过其接收所述第一信号(X′)的方向选择性。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一信号(X′)、第二信号(SS′)和/或第三信号(Y′)是借助助听器(10)采集的声学信号。

10.一种用于确定助听器的放大系数的装置，其特征在于，所述装置(10)设置用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法(100)。