CN107426660A - 包括定向传声器***的助听器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了包括定向传声器***的助听器，其中所述助听器包括适于位于用户耳后的工作位置的BTE部分，所述BTE部分包括：多个传声器，所述多个传声器当位于用户耳后时由表示从位于助听器周围处的声源S到相应传声器的声音传播的传递函数i＝1,…,M表征；包括复值、随频率而变的常数Wi(k)’的存储器单元；波束形成器滤波单元(BFU)，用于使用所述复值、随频率而变的常数Wi(k)’将波束成形信号Y提供为多个电输入信号的加权组合：Y(k)＝W1(k)’·IN1+…+WM(k)’·INM；及其中，确定所述随频率而变的常数Wi(k)’,i＝1,…,M以提供合成传递函数 使得合成传递函数和靠近耳道定位或位于耳道(ITE)中的传声器的传递函数之间的差满足预定判据。

Description

包括定向传声器***的助听器
技术领域
本发明涉及助听器，尤其涉及撞击在助听器传声器上的声音的空间滤波。
背景技术
目标在于拾取声音以呈现给听力受损用户的传声器的理想位置是处于用户耳道之中或之处以利用外耳(耳廓和耳道)的声学性质。佩戴听力仪器如耳后式(BTE)仪器将影响定位声音的能力，因为由听力仪器处理的声音的空间性质不同于撞击在耳膜处的声音的空间性质。空间差主要因传声器远离耳道置放引起，例如其放在耳后。
在声音信号由位于用户耳后的BTE部分中的传声器拾取的助听器中，传声器将具有(通常非计划的)相较来自前面方向的信号(过度)强调来自用户后面的信号的趋势(由于用户头部和耳朵的阴影效应)。
发明内容
本发明提供一种方案，其用于在包括非位于耳道之处或之中的理想位置处的传声器的助听器中补偿对来自不同于目标方向(如前面)的其它方向的信号的固有优先选择。
通常，听力仪器包含两个传声器。通过将不同的传声器与不同的滤波组合，可能修改传声器的定向响应。藉此，方向图可朝向更接近理想传声器位置处的定向响应的方向图进行优化。
传声器位置效应(MLE)通常描述试图考虑朝向目标方向的响应不必然对应于理想的传声器置放在耳膜附近的事实的尝试。尤其在波束形成器受限制时，具有朝向目标方向的无失真响应，目标响应的调节可能不可避免。此外，MLE可对应于视向，如果目标方向被允许随时间改变，其可被调整。在该情形下，MLE在两个仪器处应以类似的方式变化。MLE补偿提供频率整形以考虑从目标方向撞击的声音因错误的传声器置放而不正确。然而，MLE仅校正来自目标方向的频率响应。根据本发明的耳廓波束形成器目标在于校正来自所有其它方向的定向响应，及由于本实施中的目标声音可能受限就像其在前面传声器处记录一样，来自目标方向的MLE完美地与耳廓波束形成器互为补充。
助听器
在本申请的一方面，提供一种助听器，其包括适于位于用户耳后的工作位置的称为BTE部分(BTE)的部分。该BTE部分包括：
-用于将输入声音转换为相应电输入信号(INi,i＝1,…,M)的多个(M个)传声器(MBTEi,i＝1,…,M)，该BTE部分的所述多个传声器当位于用户耳后时由表示从位于助听器周围处的声源S到相应传声器(MBTEi,i＝1,…,M)的声音传播的传递函数i＝1,…,M表征，当BTE部分位于其工作位置时，表示空间坐标及k为频率指数；
-包括复值、随频率而变的常数Wi(k)’,i＝1,…,M的存储器单元；
-波束形成器滤波单元(BFU)，用于使用所述复值、随频率而变的常数Wi(k)’,i＝1,…,M和W2(k)’将波束成形信号Y提供为多个电输入信号的加权组合：Y(k)＝W1(k)’·IN1+…+WM(k)’·INM；
及其中，确定所述随频率而变的常数Wi(k)’,i＝1,…,M以提供合成传递函数
使得合成传递函数和靠近耳道定位或位于耳道(ITE)中的传声器的传递函数之间的差满足预定判据。
从而可提供改进的助听器。
在实施例中，BTE部分具有两个(第一和第二)传声器(M＝2)。该BTE部分包括
-用于将输入声音分别转换为第一和第二电输入信号(IN1,IN2)的第一和第二传声器，该BTE部分的第一和第二传声器当位于用户耳后时由表示从位于助听器周围处的声源S到第一和第二传声器的声音传播的传递函数 和表征，当BTE部分位于其工作位置时，表示空间坐标及k为频率指数；
-包括复值、随频率而变的常数W1(k)和W2(k)的存储器单元；
-波束形成器滤波单元，用于使用所述复值、随频率而变的常数W1(k)和W2(k)将波束成形信号Y提供为第一和第二电输入信号的加权组合：Y(k)＝W1(k)·IN1+W2(k)·IN2。
确定所述随频率而变的常数W1(k)和W2(k)以提供合成传递函数
使得合成传递函数和靠近耳道定位或位于耳道(ITE)中的传声器的传递函数之间的差满足预定判据。
上面的解决方案在时频域进行描述。作为备选，该解决方案可在时域进行描述。一方面，提供一种助听器，其包括适于位于用户耳后的称为BTE部分的部分。该BTE部分包括：
-用于将输入声音转换为相应电输入信号(INi,i＝1,…,M)的多个传声器(MBTEi,i＝1,…,M)，该BTE部分的所述多个传声器当位于用户耳后时由表示从位于助听器周围处的声源S到相应传声器(MBTEi,i＝1,…,M)的声音传播的脉冲响应i＝1,…,M表征，当BTE部分位于其工作位置时， 表示空间坐标；
-包括多组滤波器系数wi,i＝1,…,M的存储器单元；
-波束形成器滤波单元，用于使用所述滤波器系数wi,i＝1,…,M将波束成形信号Y提供为滤波后的电输入信号的和，表示相应滤波器应用于多个电输入信号(INi)：Y＝w1*IN1+…wM*INM，其中*指卷积算子。
确定滤波器系数wi,i＝1,…,M以提供合成脉冲响应
使得合成脉冲响应和靠近耳道定位或位于耳道(ITE)中的传声器的脉冲响应之间的差满足预定判据。
空间坐标表示球面坐标***的坐标，θ,r分别表示极角、方位角和径向距离(例如参见图1A)。
第一和第二传声器不需要位于BTE部分中，但通常可位于任何非理想位置(即不同于耳道之处或之中的位置)，只要助听器构造成使能将第一和第二传声器以可再现的方式安装在用户耳朵处的固定、预定位置即可(其在助听器佩戴期间实质上恒定不变)。此外，助听器可包括两个以上传声器，如三个或四个，或位于BTE部分中或位于助听器的其它部分中，优选在助听器安装成处于用户身上的工作条件时相对于彼此具有实质上固定的空间位置。
在实施例中，预定判据包括合成传递函数和靠近耳道定位或位于耳道中的传声器的传递函数之间(或者相当于脉冲响应和之间)的差或距离测度最小化。
在实施例中，助听器包括听力仪器、头戴式耳机、耳麦、耳朵保护装置或其组合。
在实施例中，助听器包括用于提供可由用户感知为声音的输出刺激的输出单元(如扬声器，或者耳蜗植入物的振动器或电极)。在振动器用作输出变换器的情形下，耳朵之间可能出现串扰。当优化波束图时，可考虑该串扰。在实施例中，助听器包括第一和第二传声器及输出单元之间的正向或信号通路。波束形成滤波单元位于该正向通路中。在实施例中，信号处理单元位于该正向通路中。在实施例中，信号处理单元适于根据用户的特定需要提供随电平和频率而变的增益。在实施例中，助听器包括具有用于分析电输入信号(如确定电平、调制、信号类型、声反馈估计量等)的功能件的分析通路。在实施例中，分析通路和/或正向通路的部分或所有信号处理在频域进行。在实施例中，分析通路和/或正向通路的部分或所有信号处理在时域进行。
在实施例中，表示声信号的模拟电信号在模数(AD)转换过程中转换为数字音频信号，其中模拟信号以预定采样频率或采样速率fs进行采样，fs例如在从8kHz到48kHz的范围中(适应应用的特定需要)以在离散的时间点tn(或n)提供数字样本xn(或x[n])，每一音频样本通过预定的Ns比特表示声信号在tn时的值，Ns例如在从1到16比特的范围中。数字样本x具有1/fs的时间长度，如50μs，对于fs＝20kHz。在实施例中，多个音频样本按时间帧安排。在实施例中，一时间帧包括64个或128个音频数据样本。根据实际应用可使用其它帧长度。
在实施例中，助听器包括模数(AD)转换器以按预定的采样速率如20kHz对模拟输入进行数字化。在实施例中，助听器包括数模(DA)转换器以将数字信号转换为模拟输出信号，例如用于经输出变换器呈现给用户。
在实施例中，助听器如第一和第二传声器中的每一个包括用于提供输入信号的时频表示的(TF)转换单元。在实施例中，时频表示包括所涉及信号在特定时间和频率范围的相应复值或实值的阵列或映射。在实施例中，TF转换单元包括用于对(时变)输入信号进行滤波并提供多个(时变)输出信号的滤波器组，每一输出信号包括截然不同的输入信号频率范围。在实施例中，TF转换单元包括用于将时变输入信号转换为频域中的(时变)信号的傅里叶变换单元。在实施例中，助听器考虑的、从最小频率fmin到最大频率fmax的频率范围包括从20Hz到20kHz的典型人听频范围的一部分，例如从20Hz到12kHz的范围的一部分。在实施例中，助听器的正向通路和/或分析通路的信号拆分为NI个频带，其中NI例如大于5，如大于10，如大于50，如大于100，如大于500，至少部分频带个别地处理。在实施例中，助听器适于在NP个不同频道处理正向和/或分析通路的信号(NP≤NI)。频道可以宽度一致或不一致(如宽度随频率增加)、重叠或不重叠。每一频道包括一个或多个频带。
在实施例中，助听器包括听力仪器，例如适于位于耳朵处或者完全或部分位于用户耳道中或者完全或部分植入在用户头部中的听力仪器。
用途
此外，本发明提供上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求中限定的助听器的用途。在实施例中，提供在包括一个或多个听力仪器、头戴式耳机、耳麦、有源耳朵保护***等的***中的用途，例如免提电话***、远程会议***、广播***、卡拉OK***、教室放大***等。
方法
一方面，还提供确定给波束形成器滤波单元的多个(M个)复值、随频率而变的常数Wi(k)’,i＝1,…,M的方法，其表示固定的波束形成器滤波单元的优化的固定波束图，从而将波束成形信号提供为多个电输入信号INi,i＝1,…,M的加权组合，其中INi为由助听器的多个传声器(MBTEi,i＝1,…,M)提供的电输入信号。BTE部分适于位于用户耳朵处或耳后。该方法包括：
-确定从位于助听器周围空间坐标处的声源S到所述多个传声器(MBTEi,i＝1,…,M)及到靠近耳道定位或位于耳道中(ITE)的传声器的相应传递函数和表示空间坐标及k为频率指数；及
-确定所述随频率而变的常数Wi(k)’,i＝1,…,M以提供合成传递函数
使得合成传递函数和靠近耳道定位或位于耳道(ITE)中的传声器的传递函数之间的差满足预定判据。
当由对应的过程适当代替时，上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的或权利要求中限定的助听器的部分或所有结构特征可与本发明方法的实施结合，反之亦然。方法的实施具有与对应装置一样的优点。
上面的方法在时频域表达，但可类似地在时域执行。
在实施例中，空间坐标表示球面坐标***的坐标，θ,r分别表示极角、方位角和径向距离(例如参见图1A)。在实施例中，球面坐标***的起点(0,0,0)处于BTE部分的(BTE)传声器之一或者BTE部分的第一和第二BTE传声器之间的位置处。当然可选择其它定义，例如将头部中心定义为(处于两只耳朵之间的)中心，藉此可避免一只耳朵处形成的角度不同于另一只耳朵处形成的角度。在实施例中，传递函数或脉冲响应Hx,hx(x＝BTE1,BTE2,ITE)仅在极面(如或z＝0，例如参见图1A)中确定，从而提供函数Hx(θ,r),hx(θ,r)；及非必须地，仅在一径向距离或距离范围确定，例如r0＝3-5m，或者对应于声学远场的距离r∞，从而提供函数Hx(θ),hx(θ)。
在实施例中，传递函数或者脉冲响应通过测量确定。当BTE部分由用户(或用户模型)佩戴在耳朵之处或后面的工作位置时，从对应于助听器BTE部分的位置(例如参见图2A中的BTE传声器(MBTE1,MBTE2))的传声器位置处的(点)声源(时域信号)接收的声音信号在不同的空间位置处进行测量。在实施例中，测量所涉及的传声器位置处的声压级(例如通过声压级传感器如传声器)。使用位于耳道之处或之中的传声器(例如参见图2A中的ITE(测试)传声器)(如测试传声器)进行同样的测量。在实施例中，助听器包括位于用户耳道之处或之中的(ITE)传声器。在实施例中，助听器的传声器用于测量来自特定声源的跨空间坐标的声压级。例如对(MBTE1,MBTE2,MITE的)三个传声器位置进行测量，声源位于用户(或用户模型)周围的多个不同空间位置处，例如相对于用户的预期感兴趣的所有位置处。用户周围不同空间位置的数量和分布可根据所涉及的应用进行选择(例如取决于合成耳廓波束形成器(波束成形信号Y)的计划准确度、从用户到预期最相关的声源的方向/距离等)。测量优选可在声学实验室例如低反射如无回声房间中进行。在实施例中，测量在验配期间进行，其中助听器被针对特定用户进行调整。在实施例中，测量使用人头模型进行，同样的传递函数/脉冲响应用于多个人。在实施例中，测量在具有头和躯干模拟器(HATS，例如来自Brüel&Sound&Vibration Measurement A/S的Head and Torso Simulator 4128C)的录音室中进行。
在实施例中，仅提前测量hITE响应，而HBTE1和HBTE2在佩戴听力仪器的同时进行估计。
在实施例中，保存不同组的HBTE，并在使用期间基于具体用户的声学性质或者基于听力仪器在用户耳朵处的当前位置(传声器倾斜，例如从加速计确定)进行选择。
作为备选，传递函数或脉冲响应可使用展现真实人头的声学传播和反射/衰减性质的用户头部(或典型头部)的计算机模型通过数值计算进行确定。
在实施例中，预定判据包括合成传递函数和靠近耳道定位或位于耳道中的传声器的传递函数之间的差或距离测度最小化。
在实施例中，预定判据包括确定Wi(k),i＝1,…,M以使包括合成传递函数和靠近耳道定位或位于耳道中的传声器的传递函数的价值函数最小化。
在实施例中，预定判据包括根据下面的表达式之一确定Wi(k)’,i＝1,…,M：
其中为加权函数，及i＝1,…,M为传声器指数。
在实施例中，BTE部分的传声器数量M为2。如果助听器包含两个以上传声器(M≥2)，上面的表达式同样适用。加权函数可配置成补偿一些方向比其它方向更有意义的事实。在实施例中，加权函数配置成强调用户预期特别感兴趣的空间方向和/或频率范围，例如覆盖正面平面或表示其子集的多面角的方向。或者，作为备选或另外，可配置成补偿非均匀数据收集。例如，如果仅水平面中的脉冲响应可用，该数据可通过加权以加权数据，就像其分布在球体上而不是圆圈上一样。在实施例中，ρ独立于频率k。在实施例中，ρ等于1。在实施例中，加权函数自适应确定，例如根据声学环境(如基于一个或多个检测器；例如包括一个或多个电平检测器、话音活动检测器、到达方向检测器等)确定。在实施例中，加权函数配置成强调相对于(如车中、飞机或其它特定“平行座位配置”)用户来自特定侧或者来自用户后面的声音。在实施例中，加权函数配置成自适应确定当前到用户可能感兴趣的声源的方向。在实施例中，听力装置包括适于使用户能确认(如接受或拒绝)前述自适应确定的用户接口，例如参见结合图10描述的“声源加权APP”。
在实施例中，本发明方法涉及包括具有两个(第一和第二)传声器(M＝2)的BTE部分的助听器。该方法因而适于确定给波束形成器滤波单元的复值、随频率而变的常数W1(k)和W2(k)，其表示固定的波束形成器滤波单元的优化的固定波束图，从而将波束成形信号提供为第一和第二电输入信号IN1和IN2的加权组合。第一和第二电输入信号IN1和IN2分别由第一和第二传声器提供。BTE部分适于位于用户耳朵处或耳后。该方法包括：
-确定从位于助听器(当由用户或用户模型佩戴时)周围空间坐标处的声源S到第一和第二传声器及到靠近耳道定位或位于耳道中(ITE)的传声器的相应传递函数和 表示空间坐标及k为频率指数；及
-确定所述随频率而变的常数W1(k)和W2(k)以提供合成传递函数
使得合成传递函数和靠近耳道定位或位于耳道(ITE)中的传声器的传递函数之间的差满足预定判据。
在实施例中，该方法包括：
-将第一和第二固定的波束形成器BF1和BF2分别产生为第一和第二电输入信号IN1和IN2的不同加权组合，每一波束形成器分别由随频率而变的复值加权参数组(W11(k),W21(k))和(W12(k),W22(k))定义，使得
BF1(k)＝W11(k)·IN1+W21(k)·IN2,
BF2(k)＝W12(k)·IN1+W22(k)·IN2，及
-根据下面的表达式将波束成形信号Y产生为第一和第二固定的波束形成器BF1和BF2的组合
Y(k)＝BF1(k)-β(k)·BF2(k),
其中，β(k)为控制波束形成器滤波单元的定向波束图形状的随频率而变的参数。
应注意，如果权重的符号被适当调整，β(k)前面的符号也可以为+。
在本申请中，复值权重Wpq中的下标p和q的计划含义为，p指传声器(p＝1,2,…,M)，及q指波束形成器(如全向(o)、目标抵消(c)等)。
通过代入，出现下面的Y表达式：
Y(k)＝W11(k)·IN1+W21(k)·IN2-β(k)·(W12(k)·IN1+W22(k)·IN2)，
其可重新安排为：
Y(k)＝(W11(k)-β(k)·W12(k))·IN1+(W21(k)-β(k)·W22(k))·IN2。
换言之，W1＝W11(k)-β(k)·W12(k)and W2＝W21(k)-β(k)·W22(k)。
这具有单一参数(对于每一频带k)可用于优化预定判据的优点。
在实施例中，预定判据包括通过使波束成形信号和位于耳道之处或之中(ITE)的传声器的传递函数之间的距离测度关于参数β(k)的表示最小化而确定W1(k)和W2(k)。
在实施例中，预定判据包括根据下面的表达式之一确定参数β(k)(因而W1(k)和W2(k))：
其中为加权函数。
可使用不同于上面的其它距离测度。如上所述，可应用(如随方向和/或随频率而变的)加权函数例如以强调预期声音信号和/或几何设置的某些性质。在实施例中，同样，类似的判据可结合波束成形信号(Y)和理想定位的传声器(MITE)的脉冲响应进行表示。优选地，位于耳道之处或之中的传声器(MITE)的脉冲响应(hITE)/传递函数(HITE)关于目标方向归一化(如HITE(θtarget)＝1)，其匹配目标方向的Y(θtarget)＝1。目标在于对应于方向图的形状的整形。如果引入归一化，目标方向的传声器响应的补偿可在后来应用(传声器位置效应)。
与使耳内传递函数和听力仪器传递函数之间的差最小化相反，也可设想基于其它测度的价值函数，如相较于耳内记录之一朝向具有带有类似定向指数或类似前-后比的定向响应优化。
在实施例中，预定判据包括使波束成形信号的定向响应最小化以分别相较于位于耳道之处或之中(ITE)的传声器的定向指数或前-后比具有类似定向指数或类似前-后比。
在实施例中，预定判据包括根据下面的表达式之一确定W1(k)和W2(k)：
其中定向指数DI为目标方向θ0的响应和所有其它方向的响应之间的比，及前-后比FBR为前半平面的响应和后半平面的响应之间的比：
其中ρx(θ，k)为随方向而变的加权函数(x＝front(前)、back(后))，或补偿不一致的数据集，或者考虑一些方向比其它方向更重要。作为备选，也可使用其它不同于前-后比的其它比，例如目标方向的较小角度范围(<180°)中的量值响应(如功率密度)和非目标方向的较大角度范围(>180°，剩余)中的量值响应之间的比(反之亦然)。
在实施例中，传递函数和中的至少一个在少于三维的空间中确定，如在二维空间，例如在极面，和/或仅在一维，例如在极面，如在一径向距离如r0＝3-5m或者对应于声学远场的距离r∞。
在实施例中，预定判据包括根据下面的表达式确定W1(k)和W2(k)：
如上所述，其它判据(和/或加权函数)可等效地用于确定W1(k)和W2(k)。同样，该判据可结合时域脉冲响应进行表示。
在实施例中，β(k)被调整使得零向(或者高于某一阈值的衰减(例如身体同侧大于10dB的衰减，如大于5dB，如大于3dB))被避免以模拟自然耳廓的作用，其不会完全抵消来自任何方向的声音，例如参见本申请的申请人在2016年4月8日于欧洲专利局申请的、发明名称为“A hearing device comprising a beamformer filtering unit”的未决欧洲专利申请EP16164353.1，其通过引用组合于此。
计算机可读介质
本发明进一步提供保存包括程序代码的计算机程序的有形计算机可读介质，当计算机程序在数据处理***上运行时，使得数据处理***执行上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求中限定的方法的至少部分(如大部分或所有)步骤。
作为例子但非限制，前述有形计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储器、磁盘存储器或其他磁性存储装置，或者可用于执行或保存指令或数据结构形式的所需程序代码并可由计算机访问的任何其他介质。如在此使用的，盘包括压缩磁盘(CD)、激光盘、光盘、数字多用途盘(DVD)、软盘及蓝光盘，其中这些盘通常磁性地复制数据，同时这些盘可用激光光学地复制数据。上述盘的组合也应包括在计算机可读介质的范围内。除保存在有形介质上之外，计算机程序也可经传输介质如有线或无线链路或网络如因特网进行传输并载入数据处理***从而在不同于有形介质的位置处运行。
数据处理***
一方面，本发明进一步提供数据处理***，包括处理器和程序代码，程序代码使得处理器执行上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求中限定的方法的至少部分(如大部分或所有)步骤。
听力***
另一方面，本发明提供包括上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求中限定的助听器及包括辅助装置的听力***。
在实施例中，该听力***适于在助听器和辅助装置之间建立通信链路以使信息(如控制和状态信号，可能音频信号)能在其间进行交换或从一装置转发给另一装置。
在实施例中，辅助装置是或包括音频网关设备，其适于(如从娱乐装置例如TV或音乐播放器，从电话装置例如移动电话，或从计算机例如PC)接收多个音频信号，及适于选择和/或组合所接收音频信号(或信号组合)中的适当信号以传给助听器。在实施例中，辅助装置是或包括遥控器，用于控制助听器的功能和运行。在实施例中，遥控器的功能实施在智能电话中，该智能电话可能运行使能经智能电话控制音频处理装置的功能的APP(助听器包括适当的到智能电话的无线接口，例如基于蓝牙或一些其它标准化或专有方案)。
在实施例中，辅助装置为另一助听器。在实施例中，听力***包括适于实施双耳听力***如双耳助听器***的两个助听器。
APP
另一方面，本发明还提供称为APP的非短暂应用。APP包括可执行指令，其配置成在辅助装置上运行以实施用于上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求中限定的听力装置或听力***的用户接口。在实施例中，该APP配置成在移动电话如智能电话或另一使能与所述听力装置或听力***通信的便携装置上运行。
在实施例中，用户接口适于使用户能强调用户环境中感兴趣的当前声源S的方向和/或频率范围，从而确定或影响用户感兴趣的当前声源的加权函数，例如参见结合图10描述的“声源加权APP”。在实施例中，用户接口适于使用户能确认(如接受或拒绝或修改)自适应确定的加权函数以强调用户环境中感兴趣的当前声源的方向或频率范围。
定义
在本说明书中，“助听器”指适于改善、增强和/或保护用户的听觉能力的装置如听力仪器或有源耳朵保护装置或其它音频处理装置，其通过从用户环境接收声信号、产生对应的音频信号、可能修改该音频信号、及将可能已修改的音频信号作为可听见的信号提供给用户的至少一只耳朵而实现。“助听器”还指适于以电子方式接收音频信号、可能修改该音频信号、及将可能已修改的音频信号作为听得见的信号提供给用户的至少一只耳朵的装置如头戴式耳机或耳麦。听得见的信号例如可以下述形式提供：辐射到用户外耳内的声信号、作为机械振动通过用户头部的骨结构和/或通过中耳的部分传到用户内耳的声信号、及直接或间接传到用户耳蜗神经的电信号。
助听器可构造成以任何已知的方式进行佩戴，如作为佩戴在耳后的单元(具有将辐射的声信号导入耳道内的管或者具有安排成靠近耳道或位于耳道中的扬声器)、作为整个或部分安排在耳廓和/或耳道中的单元、作为连到植入在颅骨内的固定结构的单元、或作为整个或部分植入的单元等。助听器可包括单一单元或几个彼此电子通信的单元。
更一般地，助听器包括用于从用户环境接收声信号并提供对应的输入音频信号的输入变换器和/或以电子方式(即有线或无线)接收输入音频信号的接收器、用于处理输入音频信号的(通常可配置的)信号处理电路、及用于根据处理后的音频信号将听得见的信号提供给用户的输出装置。在一些助听器中，放大器可构成信号处理电路。信号处理电路通常包括一个或多个(集成或单独的)存储元件，用于执行程序和/或用于保存在处理中使用(或可能使用)的参数和/或用于保存适合助听器功能的信息和/或用于保存例如结合到用户的接口和/或到编程装置的接口使用的信息(如处理后的信息，例如由信号处理电路提供)。在一些助听器中，输出装置可包括输出变换器，例如用于提供空传声信号的扬声器或用于提供结构或液体传播的声信号的振动器。在一些助听器中，输出装置可包括一个或多个用于提供电信号的输出电极。
在一些助听器中，振动器可适于经皮或由皮将结构传播的声信号传给颅骨。在一些助听器中，振动器可植入在中耳和/或内耳中。在一些助听器中，振动器可适于将结构传播的声信号提供给中耳骨和/或耳蜗。在一些助听器中，振动器可适于例如通过卵圆窗将液体传播的声信号提供到耳蜗液体。在一些助听器中，输出电极可植入在耳蜗中或植入在颅骨内侧上，并可适于将电信号提供给耳蜗的毛细胞、一个或多个听觉神经、听觉皮层和/或大脑皮层的其它部分。
“听力***”可指包括一个或两个助听器或者包括一个或两个助听器和辅助装置的***。“双耳听力***”指包括两个助听器并适于协同地向用户的两只耳朵提供听得见的信号的***。听力***或双耳听力***还可包括一个或多个“辅助装置”，其与助听器通信并影响和/或受益于助听器的功能。辅助装置例如可以是遥控器、音频网关设备、移动电话(如智能电话)、广播***、汽车音频***或音乐播放器。助听器、听力***或双耳听力***例如可用于补偿听力受损人员的听觉能力损失、增强或保护正常听力人员的听觉能力和/或将电子音频信号传给人。
本发明的实施例如可用在下述应用中：听力仪器、头戴式耳机、耳麦、耳朵保护***或其组合。
附图说明
本发明的各个方面将从下面结合附图进行的详细描述得以最佳地理解。为清晰起见，这些附图均为示意性及简化的图，它们只给出了对于理解本发明所必要的细节，而省略其他细节。在整个说明书中，同样的附图标记用于同样或对应的部分。每一方面的各个特征可与其他方面的任何或所有特征组合。这些及其他方面、特征和/或技术效果将从下面的图示明显看出并结合其阐明，其中：
图1A示出了听音情形的几何设置，其示出了助听器的传声器位于球面坐标***的中心(0,0,0)处，声源位于处。
图1B示出了佩戴左和右助听器的助听器用户处于包括相对于用户位于不同空间点的不同声源的听音情形。
图2A示出了包括BTE部分的助听器，该BTE部分具有在工作时安装在用户耳后的两个传声器。
图2B示出了包括BTE部分的助听器，该BTE部分具有在工作时安装在用户耳后的三个传声器。
图3示出了对于BTE传声器(粗实线)、最佳定位的(耳道)传声器(细实线)及根据本发明的优化的BTE传声器(粗虚线)，给定频带k的方向极坐标响应。
图4示出了对于全向波束形成器(两个BTE传声器的和)、最佳定位的(耳道、CIC)传声器及根据本发明的优化的BTE传声器，在具有从150Hz(左上曲线)到8kHz(右下曲线)的中心频率的不同频带的方向极坐标响应。
图5A示出了用在根据本发明的助听器中的第一示例性双传声器波束形成器配置的框图。
图5B示出了用在根据本发明的助听器中的第二示例性双传声器波束形成器配置的框图。
图6A示出了用在根据本发明的助听器中的第三示例性双传声器波束形成器配置的框图。
图6B示出了用在根据本发明的助听器中的第三示例性双传声器波束形成器配置的等效框图。
图7A示出了根据本发明的助听器的第一实施例的框图。
图7B示出了根据本发明的助听器的第二实施例的框图。
图8A示出了根据本发明的助听器的第一实施例，其包括位于用户耳后的BTE部分和位于用户耳道中的ITE部分。
图8B示出了根据本发明的助听器的第二实施例，其包括位于用户耳后的BTE部分和位于用户耳道中的ITE部分。
图9示出了确定固定的波束形成器滤波单元的优化的第一和第二组滤波器系数w1和w2和/或第一和第二复值、随频率而变的常数W1(k)和W2(k)的方法的实施例的流程图。
图10示出了根据本发明的包括实施在辅助装置中的用户接口的助听器。
通过下面给出的详细描述，本发明进一步的适用范围将显而易见。然而，应当理解，在详细描述和具体例子表明本发明优选实施例的同时，它们仅为说明目的给出。对于本领域技术人员来说，基于下面的详细描述，本发明的其它实施方式将显而易见。
具体实施方式
下面结合附图提出的具体描述用作多种不同配置的描述。具体描述包括用于提供多个不同概念的彻底理解的具体细节。然而，对本领域技术人员显而易见的是，这些概念可在没有这些具体细节的情形下实施。装置和方法的几个方面通过多个不同的块、功能单元、模块、元件、电路、步骤、处理、算法等(统称为“元素”)进行描述。根据特定应用、设计限制或其他原因，这些元素可使用电子硬件、计算机程序或其任何组合实施。
电子硬件可包括微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、选通逻辑、分立硬件电路、及配置成执行本说明书中描述的多个不同功能的其它适当硬件。计算机程序应广义地解释为指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用、软件应用、软件包、例程、子例程、对象、可执行、执行线程、程序、函数等，无论是称为软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言还是其他名称。
本申请涉及助听器领域，例如配置成增强用户的听觉知觉以补偿听力受损的听力仪器。本申请涉及使用位于用户身体上如位于耳朵处例如位于用户耳后的传声器捕获用户周围的声音信号。具体地，在声音信号由位于用户耳后的BTE部分中的传声器拾取时，传声器将具有相较来自前面方向的信号(过度)强调来自用户后面的信号的趋势(例如参见图3中的HBTE)。本发明提供一种方案，其用于在包括位于远离耳道的非理想位置处的传声器的助听器中补偿对来自不同于目标方向(如前面)的其它方向的信号的固有优先选择。
图1A示出了听音情形的几何设置，其示出了助听器的传声器M位于球面坐标***(x,y,z)或的中心(0,0,0)处，声源Ss位于(xs,ys,zs)或处。图1A在正交坐标***(x,y,z)中定义球面坐标***的坐标。三维空间中的特定点，在此由声源Ss的位置图示，由正交坐标***中从该坐标***的中心(0,0,0)到声源Ss的位置(xs,ys,zs)的向量rs表示。同一点由球面坐标表示，其中rs为距声源Ss的径向距离，为从正交坐标***(x,y,z)的z轴到向量rs的(极)角度，及θs为从x轴到向量rs在正交坐标***的xy平面(z＝0)中的投影的(方位)角度。
图1B示出了佩戴左和右助听器HDL,HDR的助听器用户U处于包括相对于用户位于不同空间点(θs,rs,s＝1,2,3)的不同声源S1,S2,S3(或者同一声源S位于不同位置1,2,3处)的听音情形。左和右助听器HDL,HDR中的每一个包括称为BTE部分(BTE)的部分。每一BTE部分BTEL,BTER适于位于用户U的耳朵(左耳、右耳)后面。BTE部分包括第一(前)传声器和第二(后)传声器MBTE1,L,MBTE2,L；MBTE1,R,MBTE2,R，用于将输入声音分别转换为第一电输入信号IN1和第二电输入信号IN2(例如参见图5A、5B)。当给定BTE部分位于用户U的相应耳朵后面时，其第一和第二传声器MBTE1,MBTE2由表示从位于BTE部分附近处的声源S到所涉及助听器HDL,HDR的第一和第二传声器的声音传播的传递函数和表征，其中k为频率指数。在图1B的设置中，目标信号假定相对于用户U处于前面方向(例如参见图1B中的LOOK-DIR(前))，即(大约)在用户鼻子的方向和BTE部分的传声器轴的方向(例如参见图1B中左和右BTE部分BTEL,BTER的参考方向REF-DIRL,REF-DIRR)。声源S1,S2,S3位于用户附近并通过空间坐标确定，在此为相对于左助听器HDL的参考方向REF-DIRL(及对应地相对于右助听器HDR的REF-DIRR)确定的球面坐标s＝1,2,3。
声源S1,S2,S3用于示意性地说明来自用户U周围所有有关方向(由方位角θs确定)和距离rs的声音的传递函数的测度。左助听器HDL到声源Ss的方向在图1B中由DIRSs,L,s＝1,2,3指明。给定BTE部分的第一和第二传声器间隔开预定距离ΔLM(通常称为传声器距离d)定位。两个BTE部分BTEL,BTER因而左和右BTE部分的相应传声器当在工作模式安装在用户头上时隔开距离a定位。图1B为通过第一和第二助听器的传声器的水平面的平面图(垂直于纵向，在图1B中由出平面箭头VERT-DIR指明)，其对应于图1A中的平面z＝0在简化模型中，假定声源Si位于水平面中(例如如图1B中所示)。
图2A示出了根据本发明的助听器HD的示例性使用情形。助听器HD包括BTE部分(BTE)，该BTE部分包括安装在工作位置时处于用户耳后的两个传声器M1,M2(记为BTE传声器，在图2A中记为MBTE1,MBTE2)。除包含两个传声器的BTE部分之外，助听器可包括另外的部分，如适于位于耳道之处或之中的ITE部分。ITE部分例如可包括用于将声音呈现给用户的扬声器(例如参见图8)。作为备选或另外，助听器可包括用于电刺激耳蜗神经的完全或部分植入的部分或者用于将表示声音的振动传到颅骨的振动器。由于包括BTE传声器的BTE部分放在耳朵(耳廓，图2A中的耳朵)处及通常放在耳后，即使位于BTE部分的上部(如图2A中所示)，声音方向的空间感知被干扰(由于耳廓朝向来自前面(及前半平面的其它方向，及来自后半平面的某些角度)的声音的阴影效应)。最自然的空间感知可通过使传声器靠近耳膜置放获得，例如放在耳道之处或之中(参见图2A中的理想传声器位置、(ITE(测试)传声器)指示)。当BTE部分适当地安装在用户耳朵处时，BTE传声器MBTE1,MBTE2优选水平地设置，使得通过两个传声器的线形成相对于用户的前和后方向(参见图2A中记为前和后的虚线箭头)。在实施例中，助听器的每一传声器均为BTE传声器，例如图2A中所示的两个BTE传声器。在实施例中，助听器包括两个以上传声器，例如三个以上。在实施例中，助听器非必须地包括位于理想传声器位置附近的传声器(称为ITE传声器)，例如位于耳道之处或之中(例如参见图8)。在实施例中，ITE传声器用于在第一工作模式从环境拾取声音，而BTE传声器用于在第二工作模式从环境拾取声音(例如如果关注从输出变换器(如扬声器)到ITE传声器的反馈)。在另一工作模式下，BTE传声器和ITE传声器的组合用于产生波束成形信号(例如如果针对大方向性)。
图2B示出了包括BTE部分的助听器，该BTE部分具有在工作时安装在用户耳后的三个(而不是图2A中的两个)传声器。图2B的实施例与图2A的实施例类似，但BTE部分包括三个传声器。在该实施例中，BTE传声器MBTE1,MBTE2,MBTE3不位于同一水平面中(第一和第二传声器MBTE1和MBTE2位于水平面中，而第三传声器MBTE3不位于该水平面中)。优选地，成三角形，其中两个传声器位于水平面中。这具有增大形成方向图的机会的优点，例如该方向图不仅可针对水平面中的定向ITE响应进行调整，而且朝向其它仰角处测得的定向ITE响应的方向图也可进行优化。
图3示出了对于BTE传声器(粗实线)、最佳定位的(耳道)传声器(细实线)及根据本发明的优化的BTE传声器(粗虚线)，给定频带k的方向极坐标响应。BTE传声器例如可以是如图1B或2A中所示的BTE传声器MBTE1,MBTE2之一。最佳定位的(耳道)传声器例如可以是如图2A中所示的ITE传声器(ITE(测试)传声器)或者图8的ITE传声器MITE。优化的BTE传声器的极坐标响应例如可表示图5A、5B或图6A、6B或图7A、7B中的波束成形信号Y的极坐标响应。
图3示出了对于如图1B中左助听器HDL所示的情形，给定频带如高于1.5kHz的频带的方向极坐标响应。该定向响应仅针对水平面示出(如图1A、1B中的z＝0)，但很容易设想，同样包括来自其它仰角的响应(球面响应)。由于头部位置及头部的阴影效应(例如参见图1B中从声源S2到左助听器HDL的(前)BTE传声器MBTE1,L的通路r2的虚线部分)，(左耳的)该响应具有非对称的左-右响应(例如参见图3中对于声源S2的位置的点HBTE(2π-θ2,k))。由于耳后位置(例如参见图1B)，BTE传声器的定向响应相较于较靠近耳膜的最佳传声器位置(参见图3中记为最佳传声器位置的细线极坐标图)朝向后面具有明显更大的增益(例如参见图3中对于声源S3的位置的点HBTE(π-θ3,k))。来自用户前面的信号被耳朵(耳廓)衰减，包括BTE传声器的BTE部分位于其“后面”(例如参见图3中对于声源S1的位置的点HBTE(θ1,k))。(未修改的)定向BTE响应(参见图3中记为BTE传声器的极坐标图)因而可能引入前-后定位混淆。(位于左耳处的)BTE传声器的传递函数的“数据点”(三个带阴影的圆圈)，对应于由角度θ1,θ2,θ3确定的方向，示出了来自后面(S3)的响应HBTE(π-θ3,k)大于来自前面(S1)的响应HBTE(θ1,k)，其也大于来自右边(S2)的响应HBTE(2π-θ2,k)(参见其中心在左耳传声器处的虚线圆圈上的指示1、2、3、4)。假定声源S1,S2,S3位于距用户左耳实质上一样距离r处(r1＝r2＝r3)。
通过组合两个(或以上)BTE传声器的定向响应(提供图3中记为优化的BTE响应的极坐标图)，可能获得BTE听力仪器的定向响应，其较接近耳道处的响应(参见图3中记为最佳传声器位置的极坐标图)。
可能获得由从不同位置记录、测量(或模仿或者二者)的助听器传声器响应组成的数据集。和为在时域构想的向量，但也可由在频域构想的(复)数和组成，其中k为频率(频带)指数。另外，可获得靠近耳道或位于耳道中(ITE)类似记录(或模仿或者二者)的传声器响应或(包含正确的耳廓反射)。θ指方位角，为仰角，及r为声源距所涉及传声器的距离。通过组合记录的BTE传声器信号(1和2)，可能获得不同的方向传递函数，其更好地模拟耳廓(在此，在时域构想)，即
其中，w1和w2分别为应用于第一和第二传声器信号的滤波器，及*指卷积算子。因而，我们的目标是找到w1和w2(滤波器系数的优化的组w1’和w2’)使得BTE耳廓响应和理想定向响应之间的差测度如(量值)响应差最小化，即满足下面的表达式
其中为加权函数。
也可设想其它价值函数或距离测度：
价值函数可容易地扩展到包括两个以上传声器。
作为备选，判据可在时频域进行表示以基于传递函数提供优化的复值、随频率而变的参数W1(k)’和W2(k)’(其中x＝耳廓、ITE，及k为频率指数)。
加权函数可用于补偿，例如如果数据未被均匀地记录(如转换为球面坐标)，或者补偿在优化时强调感知重要方向，或者引入目标(或占优)信号的当前方向的相干性。
图3示出了所提出方案的原理。在该情形下，我们仅考虑水平面(参见图1A)中的定向响应，例如对于声源Ss(图3中s＝1,2,3)和助听器传声器(图1A中的M)之间的预定距离或距离范围r，如在声学远场中。在该情形下，对于给定频带k，我们已找到实现与耳内传声器响应类似的响应的BTE传声器最佳组合，即
其中k指频带指数。
通常，BTE传声器的响应被限制，使得在某一方向(和/或频率)的响应具有与同一方向理想传声器位置处的响应类似的响应。这例如可通过组合传声器使得组合响应Y(k)由下式给出而实现：
Y(k)＝O(k)-β(k)C(k)，
其中，O(k)为在目标方向θ0具有所希望的响应的全向延迟和求和波束形成器，及C(k)为朝向目标方向具有零响应的目标抵消波束形成器，例如参见EP2701145A1。β(k)为控制定向波束图的形状的可能为复数的参数。随着β应用于目标抵消波束形成器，朝向目标方向的响应独立于β。因而，我们仅具有单一参数要优化，即
上面表示的最小化例如可通过跨β值的范围穷尽搜索找到。也可使用其它方法如最小化算法。
与使耳内传递函数和听力仪器传递函数之间的差最小化相反，也可设想基于其它测度的价值函数，如朝向相较于耳内记录具有类似方向性指数(DI)或类似前-后比(FBR)的定向响应优化，即
其中，DI为目标方向θ0的响应和所有其它方向的响应之间的比，及FBR为前半平面的响应和后半平面的响应之间的比：
其中，ρ(θ)为随方向而变的加权函数，或补偿非均匀数据集或考虑一些方向比其它方向更重要。作为备选，上面表达式中依赖于前-后比(FBR)可由任何两个适当选择的方向范围之间的比代替。
图4示出了对于全向波束形成器(两个BTE传声器的和，在图4中记为全向响应EO)、最佳定位的传声器(在图4中记为CIC响应(ITE))及根据本发明的优化的BTE传声器响应(在图4中记为优化的耳廓响应OPT)，在从150Hz(左上曲线)到8kHz(右下曲线)的不同频率的方向极坐标响应的例子。图4用于(示意性)图示传声器的极坐标响应的频率相干性(其至少部分因人体的不同传播和反射性质及耳朵(耳廓)在不同频率的不同谐振性质引起)。其还示出了两个BTE传声器的优化响应与最佳定位的传声器的响应的相似在不同频率下不同。优化响应通常取决于用于确定固定优化波束形成器的滤波器常数组w1’,w2’(或相当地，复值随频率而变的参数W1(k)’,W2(k)’)的预定判据。在相对低的频率下观察到接近完美契合(反映BTE传声器和最佳定位的传声器的响应在低于1.5kHz的频率下几乎相等)。通常不可能跨所有频率获得两个响应的“完美契合”，这在图4的例子中通过约8.3kHz下的响应(右下曲线)和3.7kHz下的响应(左下曲线)的比较清楚地反映。在3.7kHz时，优化响应(OPT)接近最佳定位的传声器的响应(ITE)。在8.3kHz，所有三个响应均不同，及优化响应(OPT)相对远离最佳定位的传声器的响应(ITE)。加权函数可用于管理前述差异的出现，例如强调某些频率(例如其中语音含量为主的频率，例如低于4kHz)的重要性。在8.3kHz测得的传递函数HITE实际上在向后方向展现更高增益(前面方向由图4中记为“前”的箭头指明)。为避免该偏差，可修改相对高频率(如最高频带)下的传递函数HITE(在其用在确定复值权重Wi(k)’或者滤波器系数wi或者自适应参数β(k)的优化程序中之前进行修改)。
图5A示出了用在根据本发明的助听器中的第一示例性双传声器波束形成器配置的框图。助听器包括第一和第二传声器MBTE1,MBTE2，用于将输入声音分别转换为第一电输入信号IN1和第二电输入信号IN2。前向和从目标信号到助听器的方向例如通过传声器轴确定及在图5A(和5B)中分别由记为“前”和“目标声音”的箭头指明(参见图1B中的REF-DIR)。第一和第二传声器(当位于用户耳后时)由表示从位于助听器附近处的声源S到第一和第二传声器MBTE1,MBTE2的声音传播的时域脉冲响应和(或者时频域的传递函数和)表征。助听器包括存储器单元MEM，其包括滤波器系数w1’(w10,w11,w12,….)和w2’(w20,w21,w22,…)。助听器还包括波束形成器滤波单元BFU，用于使用所述滤波器系数w1和w2将波束成形信号Y(记为耳廓BF)提供为第一和第二电输入信号的加权组合：Y＝w1’*IN1+w2’*IN2，其中*指卷积算子。在图5A中，卷积算子*由滤波器(如FIR滤波器，分别应用滤波器系数w1’和w2’)表示，而+表示求和单元。确定滤波器系数w1’和w2’(在使用助听器之前确定并保存在存储器单元MEM中)以提供合成脉冲响应
使得合成脉冲响应和靠近耳道定位或位于耳道中(ITE)的传声器的脉冲响应之间的差满足预定判据。
图5B示出了用在根据本发明的助听器中的第二示例性双传声器波束形成器配置的框图。除了图5B的波束形成器配置配置成在时频域工作之外，图5B的波束形成器配置与图5A的一样。图5B的波束形成器配置包括第一和第二传声器MBTE1,MBTE2，用于将输入声音分别转换为第一电输入信号IN1和第二电输入信号IN2。第一和第二分析滤波器组单元FBA1和FBA2将第一和第二时域信号IN1和IN2转换为时频域信号INi(k)，i＝1,2和k＝1,2,…,K，其中K为频带数。存储器单元MEM包含第一和第二复数常数W1(k)’,W2(k)’(对于每一频带i＝1,2,…,K)。
波束形成器滤波单元BFU配置成使用存储器单元MEM中保存的复值、随频率而变的常数W1(k)’和W2(k)’将波束成形信号Y提供为第一和第二电输入信号的加权组合：Y(k)＝W1(k)’·IN1+W2(k)’·IN2,k＝1,2,…,K(记为耳廓BF)。在图5B中，单元x表示乘法单元，用于将复数常数W1(k)’和W2(k)’分别乘到相应频带信号IN1(k)和IN2(k)上，k＝1,2,…,K，而+表示求和单元。确定(优化)复数常数W1(k)’和W2(k)’(在使用助听器之前确定并保存在存储器单元MEM中)以提供合成传递函数：
使得合成传递函数和靠近耳道定位或位于耳道中(ITE)的传声器的传递函数之间的差满足预定判据。
图6A示出了用在根据本发明的助听器中的第三示例性双传声器波束形成器配置的框图。图6A的波束形成器配置包括第一和第二传声器MBTE1,MBTE2，用于将输入声音分别转换为第一电输入信号IN1和第二电输入信号IN2。从目标信号到助听器的方向例如通过传声器轴确定及在图6A(和6B)中由记为“目标声音”的箭头指明。波束形成器单元BFU包括分别为第一和第二电输入信号IN1和IN2的不同加权组合形式的第一和第二固定波束形成器BF1和BF2。第一波束形成器BF1可表示延迟和求和波束形成器，提供(增强的)全向信号O。第二波束形成器BF2可表示延迟和求减波束形成器，提供目标抵消信号C。每一波束形成器BF1、BF2可分别由随频率而变的复值加权参数集W11(k)＝W1o(k),W21(k)＝W2o(k)和W12(k)＝W1c(k),W22(k)＝W2c(k)定义，使得固定波束形成器由下式给出
O＝BF1(k)＝W1o(k)·IN1+W2o(k)·IN2,
C＝BF2(k)＝W1c(k)·IN1+W2c(k)·IN2。
在图6A的实施例中，第一和第二波束形成器BF1,BF2中的每一个通过两个乘法单元x和求和单元+在时频域实施(暗含适当的滤波器组)。波束形成器单元BFU包括另一波束形成器(通过另外的乘法单元x和求和单元+实施)，用于根据下面的表达式将波束成形信号Y产生为第一和第二固定波束形成器BF1和BF2(或波束成形信号)的组合
Y(k)＝BF1(k)-β(k)·BF2(k),
Y＝O-βC
其中，β(k)为控制波束形成器滤波单元BFU(的信号Y)的定向波束图的最终形状的随频率而变的参数。在实施例中，β表示基于使第二(目标抵消)波束形成器的极坐标响应和位于耳道之处或之中的理想位置的传声器的极坐标响应之间的差最小化的预定判据优化的波束形成器。由于β(k)仅乘到目标抵消波束形成器C，当β(k)变化时，朝向目标方向的响应将(理想地)不受影响。复值加权参数集(W1o(k),W2o(k)),(W1c(k),W2c(k))和β(k)优选保存在波束形成器单元BFU的存储器单元MEM中或者助听器中的别处(如实施在硬件的固件中)。
图6B示出了图6A的示例性双传声器波束形成器配置的等效框图。通过将复数常数代入图6A的逻辑图中并重新安排元件，出现下面的Y表达式：
Y(k)＝(W1o(k)-β(k)·W1c(k))·IN1+(W2o(k)-β(k)·W2c(k))·IN2。
因此，图6A的波束形成器单元BFU可实施为图6B的波束形成器单元BFU，其中优化的复数常数W1＝W1o(k)-β(k)·W1c(k)和W2＝W2o(k)-β(k)·W2c(k)保存在存储器单元MEM中。优化的常数W1(k)’和W2(k)’通过使波束成形信号和位于耳道之处或之中(ITE)的传声器的传递函数之间的距离测度(对于每一频带k)的表示关于参数β(k)最小化而确定。该配置的优点在于单一参数β(对于每一频带k)可用于优化预定判据。其代价在于需要来自目标方向的信号原则上不被改变(不能被衰减)。
图7A示出了根据本发明的助听器的第一实施例的框图。图7A的助听器包括图5A中所示的双传声器波束形成器配置及用于(进一步)处理波束成形信号Y并提供处理后的信号OUT的信号处理单元SPU。从目标信号到助听器的方向例如通过传声器轴确定及在图7A(和7B)中由记为“目标声音”的箭头指明。信号处理单元可配置成应用随电平和频率而变的波束成形信号整形，例如以补偿用户的听力受损，和/或补偿传声器位置效应(MLE)，和/或补偿耳道被耳模阻塞。处理后的信号OUT馈给输出单元以作为可感知为声音的信号呈现给用户。在图7A的实施例中，输出单元包括扬声器SPK，用于将处理后的信号OUT作为声音呈现给用户。助听器的从传声器到扬声器的正向通路可在时域工作。
图7B示出了根据本发明的助听器的第二实施例的框图。图7B的助听器包括图5B中所示的双传声器波束形成器配置及用于(进一步)处理多个(K个)频带中的波束成形信号Y(k)并提供处理后的信号OU(k),k＝1,2,…,K的信号处理单元SPU。该信号处理单元可配置成应用随电平和频率而变的波束成形信号整形，例如以补偿用户的听力受损。处理后的频带信号OU(k)馈给合成滤波器组FBS以将频带信号OU(k)转换为单一时域处理后的(输出)信号OUT，其馈给输出单元以作为可感知为声音的信号呈现给用户。在图7B的实施例中，输出单元包括扬声器SPK，用于将处理后的信号OUT作为声音呈现给用户。助听器的从传声器MBTE1,MBTE2到扬声器SPK的正向通路(主要)在时频域(在K个频带)工作。
图8A示出了形成为耳内接收器式(RITE)助听器的示例性助听器HD，其包括位于耳廓后面的BTE部分(BTE)和适于位于用户耳道中并包括输出变换器OT(如扬声器/接收器)的部分(ITE)(例如将助听器HD例示为如图7A、7B中所示)。BTE部分和ITE部分通过连接元件IC连接(如电连接)。在图8A的助听器实施例中，BTE部分包括两个输入变换器(在此为传声器，M＝2)MBTE1,MBTE2，每一输入变换器用于提供表示来自环境(在图8A的情形下，来自声源S)的输入声音信号SBTE的电输入音频信号。图8A的听力装置还包括两个无线接收器WLR1,WLR2，用于提供相应的直接接收的辅助音频和/或信息信号。助听器HD还包括衬底SUB，其上安装多个电子元件，功能上根据所涉及应用进行划分(模拟、数字、无源元件等)，但包括可配置的信号处理单元SPU、波束形成器滤波单元BFU和存储器单元MEM，这些元件彼此连接并经电导体Wx连接到输入和输出单元。可配置的信号处理单元SPU提供增强的音频信号(参见图7A、7B中的信号OUT)，其用于呈现给用户。在图8A的助听器装置实施例中，ITE部分包括扬声器(接收器)SPK形式的输出单元，用于将电信号OUT转换为声学信号(提供或贡献于耳膜处的声学信号SED)。在实施例中，助听器包括两个以上传声器。在实施例中，BTE部分包括两个以上传声器(M>2，例如参见图8B，M＝3)。在实施例中，ITE部分还包括输入单元，其包括用于提供表示耳道之处或之中来自环境的输入声音信号SITE的电输入音频信号的输入变换器(如传声器)MITE。在另一实施例中，助听器可仅包括BTE传声器，如两个传声器MBTE1,MBTE2或者三个传声器MBTE1,MBTE2,MBTE3(参见图8B)。在又一实施例中，助听器可包括位于不同于耳道处的别处的输入单元IT3，其与位于BTE部分中的一个或多个输入单元结合。ITE部分还包括引导元件如圆顶DO，用于引导并将ITE部分定位在用户耳道中。
图8B示出了根据本发明的助听器的第二实施例，其包括位于用户耳后的BTE部分和位于用户耳道中的ITE部分。图8B的实施例类似于图8A的实施例，但在ITE部分中没有传声器。此外，BTE部分包括三个传声器(M＝3)。在该实施例中，BTE传声器MBTE1,MBTE2,MBTE3不位于水平面中。优选地，成三角形，其中两个传声器位于水平面中。其优点在于方向图不仅可针对水平面中的定向ITE响应进行调整，而且还可优化朝向在其它仰角测得的定向ITE响应的方向图。
图8A、8B中例示的助听器HD为便携装置，及还包括用于对BTE部分和ITE部分的电子元件供电的电池BAT。
助听器HD包括定向传声器***(波束形成器滤波单元BFU)，其适于增强佩戴助听器装置的用户的局部环境中的多个声源之中的目标声源。在实施例中，定向***适于检测(如自适应检测)传声器信号的特定部分(如目标部分和/或噪声部分)源自哪一方向。存储器单元MEM包括根据本发明的定义优化的(固定)波束形成器的预定复值、随频率而变的常数W1(k)’,W2(k)’(图8A)或W1(k)’,W2(k)’,W3(k)’(图8B)，一起定义波束成形信号Y。
图8A、8B的助听器可构成或形成根据本发明的助听器和/或双耳助听器***的一部分。
图9示出了确定固定的波束形成器滤波单元的优化的第一和第二组滤波器系数w1’和w2’和/或优化的第一和第二复值、随频率而变的常数W1(k)’和W2(k)’的方法的实施例的流程图。
该方法目标在于(例如在离线程序中，在助听器进入用户正常使用之前)确定固定的波束形成器滤波单元BFU(例如参见图5A、5B、6A、6B)的优化的第一和第二组滤波器系数w1’和w2’和/或优化的第一和第二复值、随频率而变的常数W1(k)’和W2(k)’从而提供波束成形信号。该波束成形信号Y反映波束形成器滤波单元BFU的合成波束图并被a)使用第一和第二组滤波器系数w1’和w2’提供为第一和第二电输入信号IN1和IN2(时域)的滤波后版本的组合(如和)；或者b)使用第一和第二复值、随频率而变的常数W1(k)’和W2(k)’提供为第一和第二电输入信号IN1和IN2(频域)的加权组合(如和)。IN1和IN2为分别由第一和第二传声器MBTE1,MBTE2提供给波束形成器滤波单元BFU的电输入信号。第一和第二传声器例如可形成助听器的BTE部分的一部分，该BTE部分适于位于用户耳朵之处或后面。
在实施例中，该方法提供自适应确定的波束图和根据本发明的耳廓全向图(优化的固定波束图)之间的渐变，前述渐变例如在上面提及的、本发明申请人的发明名称为“Ahearing device comprising a beamformer filtering unit”的未决欧洲专利申请中描述。
该方法例如可在制造助听器期间或者在针对特定用户的需要验配助听器期间执行。
该方法包括：
S1，确定从用户附近的声源到用户(或用户模型)佩戴的助听器的第一和第二传声器M1,M2的脉冲响应hM1,hM2和/或传递函数HM1,HM2，或者使用声学仿真模型确定所述脉冲响应hM1,hM2和/或传递函数HM1,HM2；
S2，确定从用户附近的声源到位于用户(或用户模型)的耳道之处或之中的传声器MITE的脉冲响应hITE和/或传递函数HITE，或者使用声学仿真模型确定所述脉冲响应hITE和/或传递函数HITE；
S3，基于脉冲响应hM1,hM2和/或传递函数HM1,HM2，通过分别与相应的第一和第二组滤波器系数w1,w2卷积和/或乘以相应的第一和第二随频率而变的常数W1(k),W2(k)而确定合成脉冲响应h12和/或合成传递函数H12；
S4，确定脉冲响应h12和hITE之间或者传递函数H12和HITE之间满足预定判据的优化的滤波器系数组w1’,w2’或者优化的随频率而变的常数W1(k)’,W2(k)’；
S5，将优化的滤波器系数组w1’,w2’或者优化的随频率而变的常数W1(k)’,W2(k)’保存在助听器的存储器单元中。
指声源S的空间坐标。
合成脉冲响应h12可由下面的表达式定义
其中*指卷积算子。
合成传递函数H12可由下面的表达式定义
其中·指相乘。
在实施例中，预定判据包括合成传递函数和靠近耳道定位或位于耳道中的传声器的传递函数之间的差或距离测度最小化。对应地，预定判据包括合成脉冲响应和靠近耳道定位或位于耳道中的传声器的脉冲响应之间的差或距离测度最小化。
具体的预定判据例如可包括本发明前面部分中提及的一个或多个判据。
当由对应的过程适当代替时，上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的和/或权利要求中限定的装置的结构特征可与本发明方法的步骤结合。
本发明的概念通过助听器的传声器位于BTE部分中的例子及用于修改BTE传声器的定向响应以更接近地反映位于耳道之处或之中的传声器的响应的方案说明。传声器的不同于耳后的其它(非理想)位置也可预见(如在耳廓的向前部分中，如在外耳中)。该方法还可用于朝向方向图优化，其相较于耳廓的自然方向性更多地朝向前面方向听。在该情形下，应包括不同于hITE(θ，k)的另一目标方向图，或者所需方向性指数或所需前后比应相较于天然耳廓的方向性增加。这例如可适合已失去大部分高频能听度的人。在该情形下，可在较低频率引入方向线索。该方法还可包括在一个或多个频带修改位于用户耳道之处或之中的传声器MITE的脉冲响应hITE和/或传递函数HITE，例如去除朝向后向(跨前向)的可能偏差，即在ITE传声器响应的增益在后向大于前向时。作为备选，可进行该修改以使ITE传声器响应的增益进一步偏向前向(目标信号)。
图10示出了根据本发明的包括实施在辅助装置AD中的用户接口UI的如图8A中所示的助听器HD。
根据本发明的助听器HD(例如如图8A或8B中所示)可包括实施在辅助装置AUX如遥控器中的用户接口UI，例如实施为智能电话或其它便携(或固定不动)电子装置中的APP。在图10的实施例中，用户接口UI的屏幕示出了声源加权APP。用户接口UI适于使用户(如屏幕中央部分中所示，在此佩戴左和右助听器HDl,HDr)能强调用户环境中感兴趣的当前声源S的方向和/或频率范围，从而确定或影响用户感兴趣的当前声源的加权函数感兴趣的目前声源的方向可从用户接口进行选择，例如通过将声源符号拖到相对于用户的当前相应方向。当前选择的目标方向为用户的右边，如到声源S的粗箭头所示。屏幕的下部使用户能强调当前特别感兴趣的频率范围(强调频带)。向用户提供“所有频率”(如0-10kHz)、“低于4kHz”和“高于4kHz”之间的选择，用户通过对每一选项左边的相应框进行标记而选择(根据实际应用，可选择其它有关范围)。在所示例子中，低于4kHz的频率范围已被选择(如填充黑色的标记框及文本“低于4kHz”的粗体高亮显示指明的)。在某些情形下低频率范围可被强调，例如在电话工作模式下或在车中运输期间等。“所有频率”的选择可实施为默认值。在实施例中，用户接口适于使用户能确认(如接受或拒绝或修改)自适应确定的加权函数以强调用户环境中当前感兴趣的声源的方向或频率范围和/或感兴趣的特定频率范围。
辅助装置和助听器适于使表示当前选择的方向(如果偏离预定方向(已经保存在助听器中))的数据经例如无线通信链路(参见图10中的虚线箭头WL2)传给助听器。该通信链路WL2例如可基于远场通信如蓝牙或蓝牙低功率(或类似技术)，由助听器HD中的适当的天线和收发器电路及辅助装置AUX实施，由助听器中的收发器单元WLR2指明。
除非明确指出，在此所用的单数形式“一”、“该”的含义均包括复数形式(即具有“至少一”的意思)。应当进一步理解，说明书中使用的术语“具有”、“包括”和/或“包含”表明存在所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。应当理解，除非明确指出，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，可以是直接连接或耦合到其他元件，也可以存在中间***元件。如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个列举的相关项目的任何及所有组合。除非另行指明，在此公开的任何方法的步骤不精确限于相应说明的顺序。
应意识到，本说明书中提及“一实施例”或“实施例”或“方面”或者“可”包括的特征意为结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一实施方式中。此外，特定特征、结构或特性可在本发明的一个或多个实施方式中适当组合。提供前面的描述是为了使本领域技术人员能够实施在此描述的各个方面。各种修改对本领域技术人员将显而易见，及在此定义的一般原理可应用于其他方面。
权利要求不限于在此所示的各个方面，而是包含与权利要求语言一致的全部范围，其中除非明确指出，以单数形式提及的元件不意指“一个及只有一个”，而是指“一个或多个”。除非明确指出，术语“一些”指一个或多个。
因而，本发明的范围应依据权利要求进行判断。

Claims (15)

1.一种助听器，其包括适于位于用户耳后的工作位置的称为BTE部分的部分(BTE)，所述BTE部分包括：
-用于将输入声音转换为相应电输入信号(INi,i＝1,…,M)的多个(M个)传声器(MBTEi,i＝1,…,M)，该BTE部分的所述多个传声器当位于用户耳后时由表示从位于助听器周围处的声源S到相应传声器(MBTEi,i＝1,…,M)的声音传播的传递函数i＝1,…,M表征，当BTE部分位于其工作位置时，表示空间坐标及k为频率指数；
-包括复值、随频率而变的常数Wi(k)’,i＝1,…,M的存储器单元；
-波束形成器滤波单元(BFU)，用于使用所述复值、随频率而变的常数Wi(k)’,i＝1,…,M将波束成形信号Y提供为多个电输入信号的加权组合：Y(k)＝W1(k)’·IN1+…+WM(k)’·INM；
及其中，确定所述随频率而变的常数Wi(k)’,i＝1,…,M以提供合成传递函数
使得合成传递函数和靠近耳道定位或位于耳道(ITE)中的传声器的传递函数之间的差满足预定判据。
2.根据权利要求1所述的助听器，其中所述预定判据包括合成传递函数和靠近耳道定位或位于耳道中的传声器的传递函数之间的差或距离测度最小化。
3.根据权利要求1所述的助听器，包括听力仪器、头戴式耳机、耳麦、耳朵保护装置或其组合。
4.确定给波束形成器滤波单元的M个复值、随频率而变的常数Wi(k)’,i＝1,…,M的方法，其表示固定的波束形成器滤波单元的优化的固定波束图，从而将波束成形信号提供为多个电输入信号INi,i＝1,…,M的加权组合，其中INi为由助听器的多个传声器(MBTEi,i＝1,…,M)提供的电输入信号，BTE部分适于位于用户耳朵处或耳后，所述方法包括：
-确定从位于助听器周围空间坐标处的声源S到所述多个传声器(MBTEi,i＝1,…,M)及到靠近耳道定位或位于耳道中(ITE)的传声器的相应传递函数和表示空间坐标及k为频率指数；及
-确定所述随频率而变的常数Wi(k)’,i＝1,…,M以提供合成传递函数
使得合成传递函数和靠近耳道定位或位于耳道(ITE)中的传声器的传递函数之间的差满足预定判据。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述预定判据包括合成传递函数和靠近耳道定位或位于耳道中的传声器的传递函数之间的差或距离测度最小化。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述预定判据包括确定Wi(k),i＝1,…,M以使包括合成传递函数和靠近耳道定位或位于耳道中的传声器的传递函数的价值函数最小化。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述预定判据包括根据下面的表达式之一确定Wi(k)’,i＝1,…,M：
其中为加权函数，及i＝1,…,M为传声器指数。
8.根据权利要求4所述的方法，其中M＝2还包括
-将第一和第二固定的波束形成器BF1和BF2分别产生为第一和第二电输入信号IN1和IN2的不同加权组合，每一波束形成器分别由随频率而变的复值加权参数组(W11(k),W21(k))和(W12(k),W22(k))定义，使得
BF1(k)＝W11(k)·IN1+W21(k)·IN2,
BF2(k)＝W12(k)·IN1+W22(k)·IN2，及
-根据下面的表达式将波束成形信号Y产生为第一和第二固定的波束形成器BF1和BF2的组合
Y(k)＝BF1(k)-β(k)·BF2(k),
其中，β(k)为控制波束形成器滤波单元的定向波束图形状的随频率而变的参数。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一和第二固定的波束形成器BF1和BF2分别为延迟和求和波束形成器O及延迟和求减波束形成器C。
10.根据权利要求4所述的方法，其中所述预定判据包括通过使波束成形信号和位于耳道之处或之中(ITE)的传声器的传递函数 之间的距离测度关于参数β(k)的表示最小化而确定W1(k)’和W2(k)’。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述预定判据包括根据下面的表达式之一确定W1(k)’和W2(k)’：
其中为加权函数。
12.根据权利要求7所述的方法，其中所述加权函数配置成补偿一些方向和/或频率范围比其它方向更重要的事实和/或补偿非一致的数据收集。
13.根据权利要求7所述的方法，其中所述加权函数自适应确定。
14.根据权利要求4所述的方法，其中所述预定判据包括使波束成形信号的定向响应最小化以分别相较于位于耳道之处或之中(ITE)的传声器的定向指数或前-后比具有类似定向指数或类似前-后比。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述预定判据包括根据下面的表达式之一确定W1(k)和W2(k)：
<mrow> <munder> <mi>argmin</mi> <mrow> <mi>&amp;beta;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </munder> <mrow> <mo>(</mo> <mo>|</mo> <msub> <mi>DI</mi> <mrow> <mi>p</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>n</mi> <mi>a</mi> </mrow> </msub> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> <mo>-</mo> <msub> <mi>DI</mi> <mrow> <mi>I</mi> <mi>T</mi> <mi>E</mi> </mrow> </msub> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> <mo>|</mo> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow>
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其中定向指数DI为目标方向θ0的响应和所有其它方向的响应之间的比，及前-后比FBR为前半平面的响应和后半平面的响应之间的比：
<mrow> <mi>D</mi> <mi>I</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msub> <mi>log</mi> <mn>10</mn> </msub> <mfrac> <mrow> <mo>|</mo> <mi>R</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>,</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mo>|</mo> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mrow> <mo>&amp;Integral;</mo> <mo>|</mo> <mi>R</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mo>|</mo> <mn>2</mn> </msup> <mi>&amp;rho;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>,</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>d</mi> <mi>&amp;theta;</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>
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其中ρx(θ，k)为随方向而变的加权函数(x＝front、back)，或补偿不一致的数据集，或者考虑一些方向比其它方向更重要。
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