DE60005853T2

DE60005853T2 - Vorrichtung und verfahren zur rückkopplungsunterdrückung unter verwendung von einem adaptiven referenzfilter

Info

Publication number: DE60005853T2
Application number: DE60005853T
Authority: DE
Inventors: Mitchell James KATES; Laurence John MELANSON
Original assignee: GN Resound AS
Current assignee: GN Hearing AS
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2020-07-29
Also published as: US6434247B1; US20020064291A1; WO2001010170A3; DK1228665T3; ATE251834T1; WO2001010170A2; EP1228665B1; AU6499400A; EP1228665A2; DE60005853D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zur Rückkopplungsunterdrückung, welche für die Detektion von Änderungen in dem Feedback- bzw. Rückkopplungsweg in Audiosystemen, wie beispielsweise Hörhilfen, adaptiert sind.
Stand der Technik
Eine mechanische und akustische Rückkopplung limitiert die maximale Verstärkung, welche in den meisten Hörhilfen erzielt werden kann. Eine Systeminstabilität, welche durch eine Rückkopplung bzw. ein Feedback bewirkt wird, ist manchmal als ein kontinuierlicher Ton hoher Frequenz oder ein Pfeifen hörbar, welches von der Hörhilfe stammt. Mechanische Vibrationen von dem Empfänger in einer Hochleistungs-Hörhilfe können durch ein Kombinieren der Ausgaben von zwei Empfängern reduziert werden, welche Rückseite an Rückseite montiert bzw. angeordnet sind, um das mechanische Nettomoment aufzuheben bzw. zu löschen; bis zu einer zusätzlichen Verstärkung von 10 dB kann vor dem Einsetzen einer Oszillation (oder einem Pfeifen) erzielt werden, wenn dies durchgeführt wird. In den meisten Instrumenten baut jedoch ein Entlüften der BTE-Ohrmuschel oder ITE-Schale einen akustischen Feedback- bzw. Rückkopplungsweg auf, welcher die maximal mögliche Verstärkung auf weniger als 40 dB für eine geringe Entlüftung bzw. ein kleines Entlüftungs loch und noch weniger für ein großes Luftloch beschränkt. Der akustische Rückkopplungsweg beinhaltet die Effekte des Verstärkers, des Empfängers, des Mikrophons der Hörhilfe als auch der Entlüftungsakustik.
Das traditionelle Verfahren zum Erhöhen der Stabilität einer Hörhilfe ist es, die Verstärkung bei hohen Frequenzen zu reduzieren. Ein Regeln bzw. Steuern einer Rückkopplung durch ein Modifizieren der Frequenzantwort bzw. des Frequenzansprechens des Systems bedeutet jedoch, daß die gewünschte Antwort bzw. das Ansprechen bei hoher Frequenz des Instruments geopfert werden muß, um eine Stabilität aufrechtzuerhalten. Phasenschieber und Sperr- bzw. Bandsperrfilter wurden auch versucht, wobei sie sich jedoch nicht als sehr effektiv bzw. wirksam erwiesen haben.
Eine wirksamere Technik ist eine Rückkopplungsunterdrückung bzw. -löschung, in welcher das Rückkopplungssignal abgeschätzt und von dem Mikrophonsignal subtrahiert wird. Eine Rückkopplungsunterdrückung verwendet typischerweise ein adaptives Filter, welches den sich dynamisch ändernden Rückkopplungsweg innerhalb der Hörhilfe ändert. Insbesondere wirksame Rückkopplungsunterdrückungsschemata sind in der Patentanmeldung Serial Number 08/972.265 mit dem Titel "Feedback Cancellation Apparatus and Methods (Vorrichtung und Verfahren zur Rückkopplungsunterdrückung)", welche hier als Referenz aufgenommen wird, und der Patentanmeldung Serial Number 09/152.033 mit dem Titel "Feedback Cancellation Improvements (Rückkopplungsunterdrückungsverbesserung)" geoffenbart, welche hier als Bezug (durch die vorliegenden Erfinder) aufgenommen ist. Adaptive Rückkopplungsunterdrückungssysteme können jedoch ein großes Mißverhältnis bzw. eine große Fehlanpassung zwischen dem Rückkopplungsweg und dem adaptiven Filter generieren bzw. erzeugen, welcher den Rückkopplungsweg moduliert, wenn das Eingangssignal ein schmales Band bzw. ein Schmalband oder sinusförmig ist. Derart haben einige adaptive Rückkopplungsunterdrückungssysteme einen adaptiven Filter für eine Rückkopplungsunterdrückung mit einem Mechanismus zum Reduzieren der Hörhilfenverstärkung kombiniert, wenn ein periodisches Eingangssignal detektiert wird (Wyrsch, S., und Kaelin, A., "A DSP implementation of a digital hearing aid with recruitment of loudness compensation and acoustic echo cancellation (Eine DSP-Implementierung einer digitalen Hörhilfe unter Einsatz einer Lautstärkenkompensation und Akustikechounterdrückung)", Proc. 1997 IEEE Workshop on Applications of Signal Processing to Audio and Acoustics, New Paltz, NY, Okt. 19-22, 1997). Dieser Zugang kann jedoch die Hörhilfenverstärkung reduzieren, selbst wenn sich der adaptive Filter korrekt verhält, wodurch die Hörbarkeit von gewünschten Tönen reduziert wird.
Ein Rückkopplungsunterdrückungssystem sollte verschiedene Leistungsmerkmale erfüllen: das System sollte rasch auf ein sinusförmiges Eingangs- bzw. Eingabesignal antworten, so daß ein "Pfeifen" aufgrund einer Instabilität der Hörhilfe gestoppt wird, sobald es auftritt. Die Systemadaptierung soll darauf beschränkt sein, daß sinusförmige Eingaben in einem Dauerzustand nicht gelöscht bzw. unterdrückt werden und daß hörbare Be- bzw. Verarbeitungsartefakte und Färbungseffekte an einem Auftreten gehindert werden. Das System sollte fähig sein, sich an große Änderungen in dem Rückkopplungsweg anzupassen, welche beispielsweise auftreten, wenn ein Telefonhandgerät bzw. -handapparat nahe dem unterstützten Ohr angeordnet wird. Und das System sollte eine Anzahl zur Verfügung stellen, wenn signifikante Ände rungen in dem Rückkopplungsweg aufgetreten sind und nicht unmittelbar auf die Merkmale des Eingangssignals zurückgehen.
Das bevorzugte Rückkopplungsunterdrückungssystem erfüllt die obigen Ziele bzw. Merkmale. Das System verwendet eine beschränkte bzw. zwangsbedingte Adaptierung, um das Ausmaß einer Fehlanpassung zu beschränken, welche zwischen dem Hörhilfe-Rückkopplungsweg und dem adaptiven Filter auftreten kann, welches verwendet wird, um ihn zu modulieren. Die beschränkte Adaptierung erlaubt jedoch eine begrenzte Antwort auf ein sinusförmiges Signal, so daß das System ein "Pfeifen" eliminieren kann, wenn es in der Hörhilfe auftritt. Die Beschränkungen bzw. Randbedingungen reduzieren stark die Möglichkeit bzw. Wahrscheinlichkeit, daß der adaptive Filter ein sinusförmiges Eingangssignal oder ein Eingangssignal geringer Bandbreite löscht bzw. unterdrückt, wobei sie jedoch dem System unverändert erlauben, Rückkopplungswegänderungen zu verfolgen, welche in täglichem Gebrauch auftreten. Die beschränkte Adaptierung verwendet einen Satz von Bezugs- bzw. Referenzfilterkoeffizienten, welche das genaueste verfügbare Modell des Rückkopplungswegs beschreiben.
Zwei Verfahren bzw. Prozeduren wurden für eine LMS-Adaptierung mit einer Beschränkung betreffend die Norm des adaptiven Filters entwickelt, welches verwendet wird, um den Rückkopplungsweg bzw. -pfad zu modellieren. Beide Zugänge sind ausgebildet, um zu verhindern, daß Koeffizienten des adaptiven Filters zu weit von den Referenzkoeffizienten abweichen. In dem ersten Zugang wird der Abstand der Koeffizienten des adaptiven Filters von den Referenzkoeffizienten bestimmt und die Norm des Koeffizientenvektors des adapti ven Filters wird geklammert, um zu verhindern, daß der Abstand eine voreingestellte Schwelle überschreitet. In dem zweiten Zugang wird eine Kostenfunktion in der Adaptierung verwendet, um eine übermäßige Abweichung der Koeffizienten des adaptiven Filters von den Referenzkoeffizienten zu bestrafen.
Adaptierung mit Klammer: die Feedback- bzw. Rückkopplungsunterdrückung verwendet eine LMS-Adaptierung, um den FIR-Filter einzustellen, welcher den Rückkopplungsweg modelliert (3 und 7 illustrieren die LMS-Adaptierung). Die Ver- bzw. Bearbeitung wird am günstigsten in einer Blockzeit-Domänenform implementiert, wobei die adaptiven Koeffizienten einmal für jeden Datenblock aktualisiert werden. Eine konventionelle LMS-Adaptierung adaptiert die Filterkoeffizienten w_k(m) über den Datenblock, um das Fehlersignal zu minimieren, welches gegeben ist durch
worin s_n(m) das Mikrophon-Eingangssignal ist und v_n(m) der Ausgang bzw. die Ausgabe des FIR-Filters ist, welcher den Rückkopplungsweg für einen Datenblock m modelliert, und worin M Proben pro Block vorhanden sind. Die LMS-Koeffizienten-Aktualisierung wird gegeben durch
worin g_n-k(m) die Eingabe an den adaptiven Filter, verzögert um k Proben, für einen Block M ist.
Im allgemeinen möchte man die engste Beschränkung an die Koeffizienten des adaptiven Filters, welche dem System dennoch erlaubt, sich an erwartete Änderungen in dem Rückkopplungsweg anzupassen, wie beispielsweise diejenigen, welche durch die Nähe eines Telefonhandgeräts bewirkt werden. Die Beschränkung ist erforderlich, um Färbungsartefakte oder eine vorübergehende Instabilität in der Hörhilfe zu vermeiden, welche oft aus einem nicht beschränkten Ansteigen der Koeffizienten des adaptiven Filters bei dem Vorhandensein eines sinusförmigen Eingangssignals oder eines Eingangssignals geringer Bandbreite resultieren kann. Die Messungen des Rückkopplungswegs zeigen an, daß sich das Ansprechen des Wegs um etwa 10 dB in der Größe ändert, wenn ein Telefon-Handgerät nahe dem unterstützten Ohr angeordnet ist und daß diese relative Änderung unabhängig von der Art der verwendeten Ohrmuschel ist. Die Beschränkung betreffend die Norm der Koeffizienten des adaptiven Filters kann derart ausgedrückt werden als
worin w_k(m) die gegenwärtigen bzw. Stromfilterkoeffizienten sind, w_k(0) die Filterkoeffizienten sind, welche während einer Initialisierung in dem Vertriebsbüro der Hörhilfe bestimmt werden, der FIR-Filter aus K Anschlüssen besteht und g ≈ 2 ist, um den gewünschten Freiraum oberhalb der Referenzbedingung zu geben. Die durch Gleichung (3) gegebene Klammer bzw. Beschränkung erlaubt, daß sich die Koeffizienten des adaptiven Filters frei anpassen, wenn sie nahe den ursprünglichen bzw. Anfangswerten sind, wobei sie jedoch verhindert, daß die Filterkoeffizienten über die Grenze der Klammer bzw. Beschränkung anwachsen.
Adaptierung mit Kostenfunktion: Der Kostenfunktions-Algorithmus minimiert das Fehlersignal, welches mit einer Kostenfunktion kombiniert ist, basierend auf der Größe des Vektors des adaptiven Koeffizienten bzw. adaptiven Koeffizientenvektors:
worin β ein Gewichtungsfaktor ist. Die neue Beschränkung zielt darauf ab, dem Rückkopplungsunterdrückungsfilter zu erlauben, sich frei nahe den ursprünglichen bzw. Ausgangskoeffizienten anzupassen, jedoch Koeffizienten zu bestrafen, welche zu weit von den anfänglichen Werten abweichen.
Die LMS-Koeffizienten-Aktualisierung für den Kostenfunktions-Algorithmus ist gegeben durch
Die modifizierte LMS-Adaptierung verwendet denselben Kreuzkorrelationsvorgang wie der konventionelle bzw. bekannte Algorithmus, um die Koeffizienten zu aktualisieren, wobei sie jedoch die Aktualisierung mit einem exponentiellen Abfall der Koeffizienten zu den ursprünglichen Werten kombiniert. Bei niedrigen Eingangs- bzw. Eingabesignal- oder Kreuzkorrelationsniveaus werden die adaptiven Koeffizienten dazu tendieren, in der Nähe der ursprünglichen Werte zu verbleiben. Wenn die Größe der Kreuzkorrelation ansteigt, werden sich die Koeffizienten an neue Werte adaptieren bzw. anpassen, welcher den Fehler minimieren, solange die Größe der adaptiven Koeffizienten nahe bei denjenigen der ursprünglichen Werte verbleibt. Große Abweichungen der Koeffizienten des adaptiven Filters von den ursprünglichen Werten werden jedoch durch den exponentiellen Abfall verhindert, welcher konstant die adaptiven Koeffizienten zurück zu den ursprünglichen Werten drückt. Derart reduziert der exponentielle Abfall stark das Auftreten von Bearbeitungsartefakten, welche aus einem unbegrenzten Anwachsen in der Größe der Koeffizienten des adaptiven Filters bzw. der adaptiven Filterkoeffizienten resultieren können.
Zusätzliche Literaturstellen, welche für diese Anmeldung relevant sind, beinhalten:
PCT-Anmeldung Veröffentlichungs-Nr. 9.926.453, veröffentlicht im Mai 1999;
PCT-Anmeldung Veröffentlichungs-Nr. 9.960.822, veröffentlicht im November 1999;
PCT-Anmeldung Veröffentlichungs-Nr. 9.951.059, veröffentlicht im Oktober 1999;
Wyrsch, Sigisbert und August Kaelin. "A DSP Implementation of a Digital Hearing Aid with Recruitment of Loudness Compensation and Acoustic Echo Cancellation", Workshop on Applications of Signal Processing to Audio and Acoustics, 1997, 1-4;
Lindemann, Eric. "The Continuous Frequency Dynamic Range Compressor," IEEE Workshop on Applications of Signal Processing to Audio and Accoustics, New Paltz, NY, October 19-22, 1997; Czyzewski, A., R. Krolikowski, B. Kostek, H. Skarzynski, and A. Lorens, "A Method for Spectral Transposition of Speech Signal Applicable in Profound Hearing Loss," IEEE Workshop on Applications of Signal Processing to Audio and Accoustics, New Paltz, NY, Oktober 19-22, 1997;
Haykin, Simon. Adaptive Filter Theory, 3. Ausgabe, Prentice Hall, 1996, 170-171;
Kates, James M. "Feedback Cancellation in Hearing Aids: Results from a Computer Simulation," IEEE Transactions on Signal Processing 39(3), März 1991, 553-562.
Es verbleibt ein Erfordernis in der Technik für Vorrichtungen und Verfahren zum Eliminieren eines "Pfeifens" in instabilen Hörhilfen, während eine genaue Abschätzung des Rückkopplungswegs zur Verfügung gestellt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung umfaßt einen neuen Zugang zu einer verbesserten Rückkopplungsunterdrückung bzw. Rückkopplungslöschung in Hörhilfen. Der Zugang adaptiert einen ersten Filter, welcher den sich rasch ändernden Abschnitt bzw. Bereich des Hörhilfen-Rückkopplungsweg modelliert, und adaptiert bzw. nimmt einen zweiten Filter an, welcher entweder als ein Bezugs- bzw. Referenzfilter für eine beschränkte Adaptierung verwendet wird, oder um langsamer variierende Abschnitte des Rückkopplungswegs zu modellieren. Der erste Filter, welcher den sich rasch ändernden Abschnitt des Rückkopplungswegs modelliert, wird adaptierend bzw. anpassend auf einer kontinuierlichen Basis aktualisiert. Der zweite Filter wird nur aktualisiert, wenn die Hörhilfensignale anzeigen, daß eine genaue Abschätzung des Rückkopplungswegs erhalten werden kann. Änderungen in dem zweiten Filter werden dann überwacht, um Änderungen in den Hörhilfen-Rückkopplungsweg bzw. -pfad zu detektieren bzw. festzustellen.
Ein Audio- bzw. Tonsystem, wie beispielsweise eine Hörhilfe, gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Mikrophon oder dgl., um ein Tonsignal bzw. Audiosignal zur Verfügung zu stellen, Rückkopplungs-Löschungsmittel bzw. Rückkopplungs-Unterdrückungsmittel, welche Mittel zum Abschätzen bzw. Bewerten eines physikalischen Rückkopplungs- bzw. Feedbacksignals des Tonsystems und Mittel zum Modellieren eines signalverarbeitenden Rückkopplungssignals umfassen, um das abgeschätzte physikalische Rückkopplungssignal zu kompensieren, eine Addiereinrichtung, welche mit dem Mikrophon und dem Ausgang der Rückkopplungsunterdrückung verbunden ist, um das signalverarbeitende Rückkopplungssignal von dem Audiosignal zu subtrahieren, um ein kompensiertes Autosignal zu erzeugen, Audiosystem-Verarbeitungsmittel, die mit der Ausgabe bzw. dem Ausgang der Subtraktionsmittel verbunden sind, um das kompensierte Tonsignal zu bearbeiten, und Mittel zum Abschätzen des Zustands des Tonsignals und zum Ausbilden bzw. Erzeugen eines Regel- bzw. Steuersignals, basierend auf der Zustandsabschätzung. Die Rückkopplungsunterdrückungsmittel bilden einen Rückkopplungsweg bzw. -pfad von der Ausgabe bzw. dem Ausgang der Tonsystem-Verarbeitungsmittel zu der Eingabe bzw. dem Eingang der Subtraktionsmittel und beinhalten einen Bezugs- bzw. Referenzfilter und einen gegenwärtigen bzw. Stromfilter, worin der Referenzfilter nur variiert bzw. sich ändert, wenn das Regel- bzw. Steuersignal anzeigt, daß das Audiosignal für ein Abschätzen einer physikalischen Rückkopplung geeignet ist, und worin der Stromfilter wenigstens dann variiert, wenn das Regel- bzw. Steuersignal anzeigt, daß das Signal nicht für ein Abschätzen einer physikalischen Rückkopplung geeignet ist.
In einigen Ausführungsformen variiert der Stromfilter häufiger als der Referenzfilter, üblicherweise kontinuierlich. Dies tritt in Ausführungsformen auf, worin das Rückkopplungssignal durch den Stromfilter gefiltert wird und der Stromfilter durch den Referenzfilter beschränkt bzw. zwangsbedingt ist.
Der Stromfilter kann nur adaptiert bzw. angepaßt werden, wenn das Regel- bzw. Steuersignal anzeigt, daß das Signal nicht für ein Abschätzen einer physikalischen Rückkopplung geeignet ist, in Ausführungsformen, worin das Rückkopplungssignal durch den Stromfilter und den Bezugsfilter gefiltert ist und der Stromfilter eine Abweichung repräsentiert, welche an den Referenzfilter angelegt ist.
Häufig umfassen die Mittel zum Abschätzen der Bedingung bzw. des Zustands des Tonsignals Mittel bzw. Einrichtungen zum Detektieren, ob das Signal ein Breitbandsignal bzw. ein Breitband ist, und der Referenzfilter ändert sich nur dann, wenn das Regel- bzw. Steuersignal anzeigt, daß das Signal ein Breitbandsignal ist. Beispielsweise berechnen die Tonsystem-Verarbeitungsmittel das Signalspektrum des Tonsignals, die Mittel zum Abschätzen berechnen das Verhältnis der minimalen zu der maximalen Eingangsleistungs-Spektraldichte und erzeugen bzw. generieren ein Regel- bzw. Steuersignal basierend auf dem Verhältnis, und das Regel- bzw. Steuersignal zeigt an, daß das Audio- bzw. Tonsignal geeignet ist, wenn das Verhältnis einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt. Als ein anderes Beispiel berechnen die Audiosystem-Verarbeitungsmittel die Korrelationsmatrix des Audio- bzw. Tonsignals, die Mittel zum Abschätzen berechnen die Bedingungsanzahl bzw. -zahl der Korrelationsmatrix und erzeugen ein Regel- bzw. Steuersignal basierend auf der Bedingungs- bzw. Beschaffenheitszahl, und das Regel- bzw. Steuersignal zeigt an, daß das Tonsignal geeignet ist, wenn die Bedingungszahl unter einen vorbestimmten Schwellwert fällt.
In der bevorzugten Ausführungsform wird der Referenzfilter überwacht, um signifikante Änderungen in dem Rückkopplungsweg des Tonsystems zu detektieren bzw. festzustellen. Weiters verhindern die Bedingungs- bzw. Beschränkungsmittel, daß der Stromfilter (oder der Referenzfilter, welcher mit dem Abweichungsfilter kombiniert ist) übermäßig von dem Referenzfilter abweicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, worin dem Referenz- bzw. Bezugskoeffizientenvektor erlaubt wird, sich unter gewissen Bedingungen anzupassen.
2 ist ein Flußdiagramm, welches den Prozeß zeigt, welcher durch die Ausführungsform von 1 implementiert ist bzw. wird.
3 ist ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (vereinfacht gegenüber der Ausführungsform von 1), worin der Referenzkoeffizientenvektor einfacher aktualisiert wird, indem er mit den Rückkopplungsweg-Modellkoeffizienten gemittelt wird.
4 ist ein Flußdiagramm, welches den Prozeß zeigt, welcher durch die Ausführungsform von 3 implementiert wird.
5 ist ein Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (ähnlich zu der Ausführungsform von 1, welche jedoch eine parallelere Struktur verwendet), worin dem Referenzkoeffizientenvektor erlaubt wird, sich unter gewissen Bedingungen anzupassen.
6 ist ein Flußdiagramm, welches den Prozeß zeigt, welcher durch die Ausführungsform von 5 implementiert wird.
7 ist ein Blockdiagramm einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (vereinfacht gegenüber der Ausführungsform von 5), worin der Referenzkoeffizientenvektor einfacher aktualisiert wird, indem er mit den Rückkopplungsweg-Modellkoeffizienten Bemittelt wird.
8 ist ein Flußdiagramm, welches den Prozeß zeigt, welcher durch die Ausführungsform von 7 implementiert wird.
9 ist ein Blockdiagramm einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (ähnlich der Ausführungsform von 1, welche jedoch ein Test- bzw. Probensignal verwendet), worin dem Referenzkoeffizientenvektor erlaubt wird, sich unter gewissen Bedingungen anzupassen.
10 ist ein Flußdiagramm, welches den Prozeß zeigt, welcher durch die Ausführungsform von 9 implementiert wird.
11 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, welches die Basiskonzepte der vorliegenden Erfindung illustriert.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
1, 3, 5, 7 und 9 illustrieren verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, während 2, 4, 6, 8 und 10 die Algorithmen illustrieren, welche durch die Ausführungsform durchgeführt werden. Ähnliche Bezugszeichen werden für ähnliche Elemente unter den 1, 3, 5, 7 und 9 und unter den 2, 4, 6, 8 und 10 verwendet.
11 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm, welches das Basiskonzept der vorliegenden Erfindung illustriert. Das System beinhaltet einen Signalverarbeitungs-Rückkopplungsunterdrückungsblock 1116, welcher ausgebildet ist, um die physikalische Rückkopplung auszulöschen bzw. aufzuheben bzw. zu unterdrücken, welche in dem System inhärent ist. Eine Addiereinrichtung 1104 subtrahiert ein Rückkopplungssignal 1118, welches die physikalische Rückkopplung des System repräsentiert, von einem Audioeingang 1102. Das Resultat wird durch einen Audioverarbeitungsblock 1106 (Kompression oder dgl.) be- bzw. verarbeitet und das Resultat ist ein Ausgangs- bzw. Ausgabesignal 1108. Das Audioausgangssignal 1108 wird auch rückgeführt und durch einen Block 1116 gefiltert.
Ein Feedback- bzw. Rückkopplungsunterdrückungsblock 1116 umfaßt zwei Filter, einen gegenwärtigen bzw. laufenden bzw. Stromfilter 1112 und einen Referenz- bzw. Bezugsfilter 1114. Der Bezugsfilter 1114 wird nur aktualisiert, wenn ein Signal 1110, welches die Bedingung bzw. den Zustand des Audiosignals anzeigt, anzeigt, daß der Signalzustand derart ist, daß eine genaue Abschätzung des Rückkopplungswegs bzw. -pfads durchgeführt werden kann. Der Stromfilter 1112 wird zumindest dann aktualisiert, wenn das Signal 1110 anzeigt, daß das Audiosignal nicht geeignet ist, um eine Abschätzung der Rückkopplung bzw. des Feedback durchzuführen. Dies ist der Fall, wenn der Referenzfilter 1114 die Rückkopplungsabschätzung repräsentiert, welche durchgeführt wird, wenn das Signal geeignet ist, und der Stromfilter 1112 die Abweichung von dem stabileren Referenzfilter 1114 repräsentiert, welche erforderlich sein kann, um eine plötzliche Änderung in dem Rückkopplungsweg (welche beispielsweise durch das Vorhandensein eines Tons bewirkt wird) zu kompensieren. Das Stromfilter-Rückkopplungssignal 1108 wird dadurch sowohl durch den Stromfilter oder Abweichungsfilter) 1112 als auch den sich langsamer ändernden Filter 1114 (siehe 5 und 7) gefiltert.
Eine Rückkopplungsunterdrückung bzw. -löschung, in welcher das Rückkopplungssignal abgeschätzt und dann von dem Mikrophonsignal subtrahiert wird, wird hier nicht im Detail diskutiert. Eine Rückkopplungsunterdrückung verwendet typischerweise einen adaptiven Filter, welcher den sich ändernden Rückkopplungsweg innerhalb der Hörhilfe moduliert. Insbesondere effektive bzw. wirksame Rückkopplungsunterdrückungsschemata sind in der Patentanmeldung Serial Number 08/972.265 mit dem Titel "Feedback Cancellation Apparatus and Methods", welche hier durch Bezugnahme aufgenommen wird, und der Patentanmeldung Serial Number 09/152.033 mit dem Titel "Feedback Cancellation Improvements", geoffenbart, welche hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
In anderen Ausführungsformen (siehe 1 und 3) repräsentiert der Referenzfilter 1114 unverändert die Rückkopplungswegabschätzung, welche durchgeführt wird, wenn das Signal geeignet ist, wobei jedoch der Stromfilter 1112 eine häufig oder kontinuierlich aktualisierte Kopplungswegabschätzung repräsentiert. Das Rückkopplungssignal 1108 wird nur durch den Stromfilter 1112 gefiltert, wobei jedoch der Stromfilter 1112 beschränkt ist, nicht zu drastisch bzw. übermäßig von dem Referenzfilter 1114 abzuweichen.
1 ist ein Blockdiagramm der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, worin dem Referenzkoeffizientenvektor erlaubt wird, sich unter gewissen Bedingungen bzw. Zuständen anzupassen. 2 ist ein Flußdiagramm, welches den Prozeß zeigt, welcher durch die Ausführungsform von 1 implementiert ist bzw. wird. Das verbesserte Rückkopplungsunterdrückungssystem, welches in 1 gezeigt ist, verwendet eine beschränkte Adaptierung bzw. Anpassung, um zu verhindern, daß die Koeffizienten 132 des adaptiven Filters zu weit von dem Referenz- bzw. Bezugskoeffizienten abweichen, welche bei einer Initialisierung eingestellt bzw. festgelegt wurden. Es wird jedoch dem Referenzkoeffizientenvektor 134 auch erlaubt, sich anzupassen; er kann sich derart von der ursprünglichen bzw. Ausgangseinstellung zu einem neuen Satz von Koeffizienten in Antwort auf Änderungen in dem Rückkopplungsweg bewegen. Koeffizienten 132, welche verwendet werden, um den Rückkopplungsweg zu modellieren, passen sich kontinuierlich an, wobei sie auf Änderungen in dem Rückkopplungsweg als auch auf ein Rückkopplungs-"Pfeifen" oder sinusförmige Eingangs- bzw. Eingabesignale reagieren. Die Referenzkoeffizienten 134 passen sich andererseits langsam oder intermittierend an, wenn Bedingungen detektiert bzw. festgestellt werden, welche für ein Modellieren des Rückkopplungswegs günstig sind, und passen sich nicht in Antwort auf ein "Pfeifen" oder auf Eingangs- bzw. Eingabesignale schmaler Bandbreite an. Die Referenzkoeffizienten 134 sind viel stabiler als die Stromrückkopplungsweg-Modellkoeffizienten 132; die Änderungen in den Referenzkoeffizienten 134 können daher überwacht werden, um signifikante Änderungen in dem Rückkopplungsweg zu detektieren, welche beispielsweise auftreten würden, wenn ein Telefon-Handgerät nahe zu dem unterstützten Ohr angeordnet bzw. positioniert ist.
1 zeigt die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche in einem konventionellen Hörhilfesystem verwendet wird, umfassend ein Eingabemikrophon 104, einen Block 112 einer schnellen Fourier-Transformation, einen Hörhilfe-Bearbeitungsblock 114, einen Block 116 einer inversen schnellen Fourier-Transformation, einen Verstärker 118 und einen Empfänger 120. Die tatsächliche Rückkopplung des Systems ist durch einen Block 124 angedeutet. Die Toneingabe an die Hörhilfe ist durch ein Signal 102 angedeutet, und der Ton, welcher an das Ohr des Trägers geliefert wird, ist durch ein Signal 122 angedeutet.
Das gegenwärtige bzw. laufende (kontinuierlich aktualisierte) Strom-Rückkopplungswegmodell besteht aus einem adaptiven FIR-Filter 132 in Serie mit einer Verzögerung 126 und einem nicht-adaptiven FIR- oder IIR-Filter 128, obwohl ein adaptives Filter 132 ohne zusätzliche Filterstufen 126, 128 verwendet werden kann oder ein adaptives IIR-Filter stattdessen verwendet werden könnte. Ein Fehlersignal 110, el(n) ist die Differenz zwischen einem einlangenden Signal 106, s(n), und einem Strom-Rückkopplungswegmodell-Ausgangssignal 138, vl (n).
Der (intermittierend aktualisierte) Referenzrückkopplungsweg besteht aus einem adaptiven Filter 134 (beispielsweise einem FIR-Filter) in Serie mit einer Verzögerung 126 und einem nicht-adaptiven Filter 128. Es gibt ein zweites Fehlersignal 144, e2(n), welches die Differenz zwischen einem einlangenden Signal 106 und der Ausgabe bzw. dem Ausgang 140 des Referenzfilters 134 ist, welche durch v2(n) gegeben ist. Ein Fehlersignal 110 wird für die LMS-Adaptierung 130 der Filterkoeffizienten 132 des adaptiven FIR-Rückkopp lungswegmodells verwendet, und ein Fehlersignal 144 wird für die LMS-Adaptierung 136 der Referenzfilterkoeffizienten 134 verwendet.
Der Fehler beim Modellieren des Rückkopplungswegs ist durch x(n) gegeben, der Differenz zwischen den wahren und den modellierten FIR-Filterkoeffizienten. Siqueira et al. (Siqueira, M.G., Alwan, A., und Speece, R., "Steadystate analysis of continuous adaptation systems in hearing aids", Proc. 1997 IEEE Workshop on Applications of Signal Processing to Audio and Acoustics, New Paltz, NY, Oct. 19-22, 1997) haben gezeigt, daß für einen Rückkopplungsweg, welcher durch einen adaptiven FIR-Filter modelliert ist, gilt
worin p=E[g(n)s(n)] und R=E[g(n)g^T(n)]. Der Filter beim Repräsentieren von Modellfilterkoeffizienten wird null sein, wenn die Systemeingabe 106, s(n) und die Eingabe 160 des adaptiven Filters, g(n) nicht korreliert sind. Wenn diese zwei Signale korreliert sind, wird jedoch eine Vorspannung bzw. ein systematischer Fehler. in dem Modell des Rückkopplungswegs vorhanden sein. Für eine sinusförmige Eingabe wird der systematische bzw. systembedingte Fehler extrem bzw. sehr groß sein, da die erwartete Kreuzkorrelation p groß sein wird, und die Korrelationsmatrix R wird singulär oder nahezu so sein. Derart wird das Inverse der Korrelationsmatrix sehr große Eigenwerte aufweisen, welche stark die von null verschiedene Kreuzkorrelation verstärkt werden.
Die verbesserte Rückkopplungsunterdrückung ist ausgebildet, um die Referenzkoeffizienten zu aktualisieren, wenn von dem systematischen Fehler, welcher durch Gleichung (6) gegeben ist, erwartet wird, daß er klein ist, um ein Aktualisieren der Referenzkoeffizienten zu vermeiden, wenn von dem System bedingte Fehler erwartet wird, daß er groß ist. Aus Gleichung (6) wird für den systembedingten Fehler erwartet, daß er groß ist, wenn das Eingangs- bzw. Eingabesignal periodisch und schmalbandig ist, wobei dies Signalbedingungen bzw. -zustände sind, welche eine große Bedingungszahl (Verhältnis des größten zu dem kleinsten Eigenwert) für die Korrelationsmatrix R ergeben. Die Beschaffenheits- bzw. Bedingungszahl ist sehr zeitaufwendig zu berechnen, wobei jedoch Haykin (Haykin, S., "Adaptive Filter Theory: 3^rd Edition", Prentice Hall: Upper Saddle River, NJ, 1996, Seiten 170-171) gezeigt hat, daß die Bedingungszahl eine Korrelationsmatrix durch das Verhältnis des Maximums zu dem Minimum der zugrunde liegenden Leistungsspektraldichte begrenzt ist. Derart kann das Verhältnis des Maximums zum Minimum der Eingangsleistungsspektraldichte verwendet werden, um die Bedingungszahl direkt aus dem FFT des Eingangssignals abzuschätzen.
Der resultierende Rückkopplungsunterdrückungsalgorithmus ist in 2 präsentiert bzw. dargestellt. Nochmals unter Bezugnahme auf 1 werden die Koeffizienten 132 des adaptiven Filters für das Rückkopplungswegmodell für jeden Datenblock aktualisiert. Die Referenzfilterkoeffizienten 134 werden nur aktualisiert, wenn die Korrelationsmatrix-Bedingungszahl klein ist, wobei dies günstige Bedingungen für die Adaptierung bzw. Anpassung anzeigt. Die Bedingungszahl 162 wird aus FFT 112 des Eingangssignals 106 abgeschätzt, obwohl andere Signale verwendet werden könnten, als auch Techniken, welche nicht auf dem Signal FFT passieren. Wenn das Leistungsspektrum-Minimum/Maximum groß ist, ist die Bedingungszahl klein und die Referenzkoeffizienten werden aktualisiert. Wenn das Leistungsspektrum-Minimum/Maximum klein ist, ist die Bedingungszahl groß und die Referenzkoeffizienten werden nicht aktualisiert. Unter Rückkehr zu 2 wird das Fehlersignal 110 in Schritt 202 berechnet und in Kreuzkorrelation mit einer Modelleingabe 160 in Schritt 204 gesetzt (Block 130 von 1). Die Resultate dieser Kreuzkorrelation (Signal 150 in 1) werden verwendet, um die gegenwärtigen bzw. Strommodellkoeffizienten 132 zu aktualisieren, wobei jedoch die Größe, um welche sich die Koeffizienten ändern können, in Schritt 208 beschränkt ist, wie dies unten beschrieben ist.
In Schritt 220 wird das Signalspektrum des einlangenden Signals berechnet (beispielsweise in einem FFT-Block 112 von 1). Ein Schritt 222 berechnet das Minimum/Maximum-Verhältnis des Spektrums, um ein Regel- bzw. Steuersignal 162 zu generieren bzw. zu erzeugen. In Schritt 210 wird ein Fehlersignal 144 berechnet (Addiereinrichtung 142 subtrahiert ein Signal 140 von dem Eingangssignal 106). Ein Schritt 214 setzt einen Fehler 144 mit einer Referenzeingabe 162 (in Block 136) in Kreuzkorrelation. Ein Schritt 216 aktualisiert Referenzkoeffizienten 134 (über Signale 146), wenn (und nur wenn) die Ausgabe von Schritt 222 anzeigt, daß das Signal von ausreichender Qualität ist, um ein Aktualisieren von Koeffizienten 134 zu garantieren. Schritt 208 verwendet Referenzkoeffizienten 134, um die Änderungen an Modellkoeffizienten 132 (über Signale 148) zu beschränken. Schließlich testet Schritt 218 auch auf Änderungen in dem akustischen Weg bzw. Pfad (welche durch signifikante Änderungen in den Referenzkoeffizienten 134 angezeigt werden).
Eine monoton ansteigende Funktion des Leistungsspektrum-Minimums/Maximums kann (über ein Regel- bzw. Steuersignal 162) verwendet werden, um den Anteil der adaptiven LMS-Aktualisierung zu regeln bzw. zu steuern, welche tatsächlich für ein Aktualisieren der Referenzkoeffizienten 134 an jedem gegebenen Datenblock verwendet wird. Andere Funktionen des Eingangssignals, welche verwendet werden können, um günstige Bedingungen für ein Adaptieren bzw. Anpassen des Referenzkoeffizientenvektors abzuschätzen, beinhalten das Verhältnis des Maximums des Leistungsspektrums zu der Gesamtleistung in dem Spektrum, das Maximum des Leistungsspektrums, das Maximum der Eingangssignal-Zeitsequenz und die durchschnittliche Leistung in der Eingangszeitsequenz. Signale verschieden von dem Hörhilfeeingang 106 können auch zum Abschätzen von günstigen Bedingungen verwendet werden; derartige Signale beinhalten zwischenliegende Signale in der Be- bzw. Verarbeitung 114 für die Hörbeeinträchtigung, den Hörhilfeausgang bzw. die Hörhilfeausgabe 122 und die Eingabe an den adaptiven Abschnitt des Rückkopplungswegmodells 160.
Eine weitere Betrachtung ist das Niveau des Umgebungssignals bei dem Mikrophon relativ zu dem Niveau des Signals bei dem Mikrophon aufgrund der Rückkopplung bzw. des Feedbacks. Der vorliegende Erfinder (Kates, J.M., "Feedback cancellation in hearing aids: Results from a computer simulation", IEEE Trans. Signal Proc., Vol. 39, Seiten 553-562, 1991) hat gezeigt, daß das Verhältnis dieser Signalniveaus einen starken Effekt auf die Genauigkeit des adaptiven Rückkopplungswegmodells aufweist. In einer Kompressions-Hörhilfe gilt, daß, je niedriger das Umgebungssignalniveau ist, umso höher die Verstärkung ist, wobei dies in einem günstigeren Niveau der Rückkopplung relativ zu demjenigen des Umgebungssignals bei dem Mikrophon resultiert und somit eine bessere Konvergenz des adaptiven Filters und ein genaueres Rückkopplungswegmodell ergibt. Derart kann die Rate bzw. Geschwindigkeit einer Anpassung des Referenzkoeffizientenvektors in einer Kompressions-Hörhilfe bei geringen Eingangssignalniveaus oder in äquivalenter Weise für Hochkompressions-Verstärkungswerte erhöht werden. In einer Hörhilfe, welche Änderungen in der Hörhilfenverstärkung erlaubt, wird ein Erhören bzw. Vergrößern der Verstärkung auch zu Verbesserungen in dem Verhältnis des Rückkopplungswegsignals relativ zu dem Umgebungssignal führen, welches an dem Hörhilfe-Mikrophon gemessen wird, und wird somit eine raschere Anpassung des Referenzfilter erlauben. Diese Modifikation der Rate bzw. Geschwindigkeit einer Anpassung des Referenzkoeffizientenvektors an Änderungen in der Hörhilfeverstärkung wird zusätzlich zu dem in 2 gezeigten Algorithmus vorhanden sein.
Die Referenzkoeffizienten 134 werden eine genaue Darstellung der sich langsam ändernden Feedback- bzw. Rückkopplungsmerkmale bzw. -charakteristika sein. Die Referenzkoeffizienten 134 können daher verwendet werden, um Änderungen in dem Rückkopplungsweg zu detektieren bzw. festzustellen, welche wiederum verwendet werden können, um die Hörhilfe-Signalverarbeitung 114 zu regeln bzw. zu steuern. Beispiele würden sein, die Hörhilfe-Frequenzantwort oder Kompressionscharakteristika zu ändern, wenn ein Telefon-Handgerät detektiert wird, oder die Hochfrequenzverstärkung der Hörhilfe zu reduzieren, wenn ein starker Anstieg in der Größe des Rückkopplungswegansprechens detektiert wurde. Änderungen in der Norm, in einem oder mehreren Koeffizienten, oder in der Fourier-Transformierten des Referenzkoeffizienten vektors können verwendet werden, um sinnvolle Änderungen in dem Rückkopplungsweg zu identifizieren.
Das System von 1 und der zugehörige Algorithmus von 2 verdoppeln nahezu die Anzahl von Rechenvorgängen, welche für die Rückkopplungsunterdrückung erforderlich sind, im Vergleich mit einem System, welches nicht die Referenzfilterkoeffizienten annimmt bzw, adaptiert. Ein einfacheres System (welches in 3 gezeigt ist) und ein Al-gorithmus (welcher in 4 gezeigt ist) können verwendet werden, wenn nicht genug Bearbeitungskapazität für das gesamte System vorhanden ist. In dem einfacheren System werden Referenzkoeffizienten 334 aktualisiert, indem sie mit Rückkopplungswegmodellkoeffizienten 332 anstelle einer Verwendung einer LMS-Anpassung Bemittelt werden.
Es soll r(m) das Spektrum-Minimum/Maximum für einen Datenblock m sein. Eine Spur r(m) mit einem Spitzendetektor, welcher eine geringe Anstiegs- und ein schnelle Abfalls-Zeitkonstante aufweist, um einen Tal- bzw. Einsattelungsdetektor zu ergeben, und es soll d(m) den Taldetektorausgang mit 0 ≤ d(m) ≤ 1 bezeichnen. Der Wert von d(m) wird zu 1 konvergieren, wenn eine Folge von Datenblöcken vorhanden war, welche alle ein Breitband-Leistungsspektrum aufweisen; unter diesen Bedingungen wird das Rückkopplungswegmodell dazu tendieren, sich dem aktuellen bzw. tatsächlichen Rückkopplungsweg anzunähern. Andererseits wird sich d(m) 0 annähern, wenn ein schmalbandiges oder sinusförmiges Eingangssignal gegeben ist, und wird auf einen kleinen Wert abfallen, wann immer es scheint, daß das Eingangssignal zu einem großen Mißverhältnis bzw. einer großen Fehlanpassung zwischen dem Rückkopplungswegmodell und dem tatsächlichen Rückkopplungsweg führen könnte. Der Wert von d(m) oder eine monoton ansteigende Funktion von d(m) kann daher verwendet werden, um das Ausmaß bzw. die Größe der Rückkopplungswegmodellkoeffizienten zu regeln bzw. zu steuern, welche mit Referenzkoeffizienten Bemittelt werden, um den neuen Satz von Referenzkoeffizienten zu erzeugen.
Das resultierende System ist in 3 gezeigt und das Al-gorithmus-Flußdiagramm ist in 4 präsentiert. 3 ist sehr ähnlich zu dem in 1 gezeigten System, mit der Ausnahme, daß die Referenzkoeffizienten 134 nicht LMS-adaptiert sind, wobei dies bedeutet, daß die Addiereinrichtung 142 und der LMS-Adaptierblock 136 entfernt werden können. Ein gegenwärtiges bzw. Strom-Rückkopplungswegmodell 132 wird für jeden Datenblock aktualisiert und spricht somit auf die Änderungen in dem Rückkopplungsweg als auch auf ein sinusförmiges Eingangssignal an. Für ein breitbandiges Eingangssignal 106 werden die Referenzkoeffizienten 334 langsam mit den Rückkopplungswegmodellkoeffizienten (über ein Signal 352) Bemittelt, um die aktualisierten Referenzkoeffizienten zu erzeugen, und das Mitteln wird verlangsamt oder gestoppt bzw. unterbrochen, wenn die Eingangssignal-Bandbreite reduziert wird (wobei dies durch ein Signal 362 geregelt bzw. gesteuert wird). In einer Kompressions-Hörhilfe kann die Rate- bzw. Geschwindigkeit eines Mittelns auch in Antwort auf Abfälle in dem Eingangssignalniveau 106 oder Anstiege in der Kompressionsverstärkung erhöht bzw. vergrößert werden. In einer Hörhilfe, welche eine Volumensteuerung bzw. -regelung aufweist oder Änderungen in der Verstärkung erlaubt, kann die Rate eines Mittelns erhöht werden, wenn bzw. da die Verstärkung erhöht wird.
4 ist sehr ähnlich zu 2 mit der Ausnahme, daß die Schritte 210 (Berechnen des zweiten Fehlersignals) und 214 (Kreuzkorrelieren des zweiten Fehlersignals mit der Referenzeingabe) entfernt wurden und daß Block 216 (adaptive LMS-Referenzaktualisierung) durch einen Block 416 (Mitteln des Referenz- und des Strommodells) ersetzt wurde. Ein Block 424 wurde hinzugefügt, um das Minimum/Maximum-Verhältnis des Spektrums tiefpaßzufiltern. Die Ausgabe bzw. der Ausgang von Schritt 424 regelt bzw. steuert, ob die Referenzkoeffizienten mit den Modellkoeffizienten Bemittelt werden.
In dem in 1 gezeigten System ist der erste Filter das gegenwärtige Rückkopplungswegmodell und repräsentiert den gesamten Feedback- bzw. Rückkopplungsweg. Der zweite Filter ist die Referenz für die beschränkte Anpassung, und die zweiten Filterkoeffizienten werden unabhängig aktualisiert, wenn die Daten günstig sind. Ein alternativer Zugang ist es, den Rückkopplungsweg mit zwei adaptiven Filtern 532, 134 parallel zu modellieren, wie dies in 5 gezeigt ist. Der Referenzfilter 134 in diesem System ist durch die Referenzkoeffizienten (wie in 1) gegeben, und ein Strom- (oder Abweichungs-)Filter 532 repräsentiert die Abweichung des modellierten Feedbackwegs von der Referenz. Es soll festgehalten werden, daß in 5 und 7 der Stromfilter (Filter 1112 von 11) ein Abweichungsfilter genannt wird, um klarer die Funktion des Stromfilters in diesen Ausführungsformen zu identifizieren. Der Abweichungsfilter 532 wird unverändert unter Verwendung einer beschränkten LMS-Adaptierung bzw. -Anpassung adaptiert bzw. angepaßt; die Beschränkung bzw. Klammer verwendet den Abstand von dem Nullvektor anstelle des Abstandes von dem Referenzkoeffizientenvektor, und der Kostenfunktionszugang verringert den Abweichungskoeffizientenvektor gegen null anstelle in Richtung zu dem Referenzkoeffizientenvektor. Unter idealen Be dingungen werden die Referenzkoeffizienten 134 den gesamten Rückkopplungsweg ergeben und das Abweichungssignal 538 aus dem Filter 532 wird null sein. Der Abweichungsfilter 532 wird für jeden Datenblock adaptiert und die Referenzfilterkoeffizienten 134 werden anpassend aktualisiert, wann immer die Eingabe- bzw. Eingangsdaten günstig sind. In einer Kompressions-Hörhilfe kann die Rate einer Anpassung der Referenzfilterkoeffizienten auch in Antwort auf Abfälle bzw. Verringerungen in dem Eingangssignalniveau oder Anstiege in der Kompressionsverstärkung erhöht werden. In einer Hörhilfe, welche Änderungen in der Hörhilfenverstärkung erlaubt, würde eine raschere Anpassung des Referenzfilters auftreten, wenn die Verstärkung erhöht wird.
Eine etwas unterschiedliche Interpretation der Abweichungsund Referenz-Null-Filter ist, daß der Referenzfilter 134 die beste Abschätzung des Rückkopplungswegs repräsentiert und der Abweichungsfilter 532 die Abweichung repräsentiert, welche erforderlich ist, um eine Oszillation zu unterdrücken, sollte die Hörhilfe vorübergehend bzw. temporär instabil werden. Bei dieser Interpretation sollten die Referenzfilterkoeffizienten 134 aktualisiert werden, wann immer das einlangende Spektrum flach ist, und die Abweichungsfilterkoeffizienten 532 sollten aktualisiert werden, wann immer das einlangende Spektrum ein großes Spitzen/Tal-Verhältnis aufweist. Das Spektrum-Minimum/Maximum-Verhältnis kann daher verwendet werden, um den Anteil der adaptiven Koeffizientenaktualisierungsvektoren zu regeln bzw. zu steuern, welche verwendet werden, um die Abweichungs- und Referenzkoeffizienten für jeden Datenblock zu aktualisieren. Eine Alternative würde sein, das Spektrum-Minimum/Maximum-Verhältnis zu verwenden, um einen Schalter zu regeln bzw. zu steuern, welcher auswählt, welcher Satz von Koeffizienten für jeden Datenblock aktualisiert wird.
Das Algorithmus-Flußdiagramm für das Parallelfiltersystem von 5 ist in 6 präsentiert. Dieses Flußdiagramm ist nahezu identisch mit dem Flußdiagramm von 2. Der einzige Unterschied zwischen den zwei Algorithmen liegt darin, daß für das parallele bzw. Parallelsystem in Schritt 602 eine Ausgabe 538 des Abweichungsfilters 532 von 110 durch eine Addiereinrichtung 508 subtrahiert wird, um das Fehlersignal 510 zu ergeben. Eine LMS-Aktualisierung 530 kreuzkorreliert das Fehlersignal 510 und ein Signal 160 in Schritt 604. Abweichungsfilterkoeffizienten 532 werden dann in Schritt 606 (über Signale 550) aktualisiert. Abweichungskoeffizientenaktualisierungen sind in Schritt 608 beschränkt. Derart werden die Rechenanforderungen für das Parallelsystem für 5 nahezu identisch mit denjenigen für das System von 1 sein.
In 7 wurde das alternative System von 5 in im wesentlichen derselben Weise vereinfacht, wie das System von 1 vereinfacht wurde, um das System von 3 zu ergeben. Ein Abschnitt bzw. Bereich von Abweichungsfilterkoeffizienten 732 wird zu Referenzfilterkoeffizienten 734 addiert, wann immer die Bedingungen günstig sind. Wie in dem Fall des früheren, vereinfachten Systems von 3, basieren günstige Bedingungen auf der Ausgabe 562 des Tals, welches durch das Spektrum-Minimum/Maximum-Verhältnis detektiert bzw. festgestellt wird. Der Wert von 562 oder eine monoton ansteigende Funktion von 562 kann daher verwendet werden, um die Größe von Abweichungskoeffizienten 732 zu regeln bzw. zu steuern, welche zu Bezugskoeffizienten 734 addiert werden, um den neuen Satz von Referenzkoeffizienten 734 zu erzeugen. Das vereinfachte, parallele System ist in 7 gezeigt und das Algorithmus-Flußdiagramm ist in 8 präsentiert.
In Schritt 802 von 8 bilden die kombinierten Ausgaben bzw. Ausgänge des Abweichungsfilters 732 und des Referenzfilters 734 ein Signal 738, welches von der Eingabe 106 durch eine Addiereinrichtung 708 subtrahiert wird, um ein Fehlersignal 710 zu bilden. In Schritt 804 kreuzkorreliert ein LMS-Anpassungsblock 730 das Fehlersignal 710 mit der Modelleingabe 160. In Schritt 806 werden Abweichungskoeffizienten 732 über Signale 750 aktualisiert. Das Ausmaß einer Anpassung wird im Filter von Schritt 208 beschränkt bzw. begrenzt, wie dies oben beschrieben ist. Schritt 220 berechnet das Signalspektrum, Schritt 222 berechnet das Minimum/Maximum-Verhältnis und Schritt 424 tiefpaßfiltert das Verhältnis, wie dies vorher beschrieben wurde. In Schritt 816 wird, wenn es die Bedingungen erfordern, der Referenzfilter 734 durch eine gemittelte Version der Referenz plus der Abweichung ersetzt.
In einer Kompressions-Hörhilfe kann die Rate eines Mittelns auch in Antwort auf Abfälle in dem Eingangssignalniveau 106 oder Anstiege in der Kompressionsverstärkung erhöht werden. In einer Hörhilfe, welche eine Volumenregelung bzw. -steuerung aufweist oder Änderungen in der Verstärkung erlaubt, kann die Rate eines Mittelns erhöht werden, wenn die Verstärkung erhöht wird. Die Rechneranforderungen für dieses vereinfachte System sind ähnlich denjenigen für das System von 3, da die Referenz- und Abweichungsfilterkoeffizienten für jeden Datenblock vor dem FIR-Filtervorgang kombiniert werden können.
Die Adaptierung des Referenzkoeffizienten kann durch ein Hinzufügen eines Rauschtestsignal in die Hörhilfenausgabe verbessert werden. 9 zeigt das System von 1 mit dem Zusatz eines Probe- bzw. Testsignals 954. Die Adaption bzw. Anpassung von Referenzkoeffizienten 934 verwendet die Kreuzkorrelation des Fehlersignals 144, e2(n) mit dem verzögerten 956 und gefilterten 958 Testsignal, g2(n). Diese Kreuzkorrelation gibt eine genauere Abschätzung des Rückkopplungswegs als sie typischerweise durch ein Kreuzkorrelieren des Fehlersignals mit der Eingabe gl(n) des adaptiven Filters erhältlich ist, wie dies in 1 gezeigt ist. Ein Testsignal mit konstanter Amplitude kann verwendet werden, und die Anpassung der Referenzfilterkoeffizienten kann auf einer kontinuierlichen Basis durchgeführt werden. Es wird jedoch ein System mit einer besseren Genauigkeit erhalten werden, wenn das Niveau. des Testsignals 954 und die Rate einer Anpassung von Referenzfilterkoeffizienten 934 durch die Eingangssignalcharakteristika bzw. -eigenschaften, beispielsweise durch ein Signal 162 geregelt bzw. gesteuert werden. Das bevorzugte Testsignal ist zufälliges oder pseudo-zufälliges bzw. -statistisches weißes Rauschen, obwohl andere Signale auch verwendet werden können.
Die Test- bzw. Probensignalamplitude und die Rate einer Anpassung werden beide erhöht, wenn das Eingangssignal eine günstige Spektralform aufweist und/oder das Eingangssignalniveau niedrig ist. Unter diesen Bedingungen wird der Kreuzkorrelationsvorgang bzw. die Kreuzkorrelationsoperation 936 die maximale Menge an Information über den Rückkopplungsweg extrahieren, da das Verhältnis der Rückkopplungsweg-Signalleistung zu der Hörhilfe-Eingangssignalleistung an dem Mikrophon bei einem Maximum liegen wird. Eine Anpassung bzw. Adaptierung (über ein Signal 946) der Refe renzfilterkoeffizienten wird verlangsamt oder unterbrochen bzw. gestoppt und die Testsignalamplitude wird reduziert, wenn das Eingangssignalniveau hoch ist; unter diesen Bedingungen ist die Kreuzkorrelation viel weniger effektiv bei einem Erzeugen von genauen Aktualisierungen des adaptiven Filters und es ist besser, die Referenzfilterkoeffizienten bei oder nahe ihren vorhergehenden Werten zu halten. Andere Statistiken von der Eingabe oder andere Hörhilfesignale, wie dies beispielsweise für das System von 1 beschrieben wurde, könnten auch verwendet werden, um die Testsignalamplitude und die Rate einer Anpassung zu regeln bzw. zu steuern.
Das Flußdiagramm des adaptiven Algorithmus ist in 10 gezeigt. Dieser Algorithmus ist sehr ähnlich zu demjenigen von 1 mit Ausnahme des folgenden Punkts. Ein Kreuzkorrelationsschritt 1014 kreuzkorreliert das Signal 946, welches von dem Testsignal 954 abgeleitet ist, mit dem Fehlersignal 144 in dem LMS-Anpassungsblock 936. In Schritt 1016 wird der Filter 934 über Signale 946 aktualisiert. In Schritt 1020 wird das Testsignalniveau 954 in Antwort auf das Niveau des einlangenden Signals und das Minimum/Maximum-Verhältnis eingestellt.

Claims

Audiosystem bzw. Tonsystem, umfassend: Mittel, um ein Tonsignal (1102) zur Verfügung zu stellen; Rückkopplungs-Löschungsmittel bzw. Rückkopplungs-Unterdrückungsmittel (1116), umfassend Mittel zum Abschätzen bzw. Bewerten eines physikalischen Rückkopplungssignals des Tonsystems und Mittel zum Modellieren eines signalverarbeitenden Rückkopplungssignals, um das abgeschätzte, physikalische Rückkopplungssignal zu kompensieren; Subtraktionsmittel (1104), die mit den Tonsignal-Bereitstellungsmitteln und der Ausgabe der Rückkopplungs-Löschungsmittel verbunden sind, um das signalverarbeitende Rückkopplungssignal von dem Tonsignal zu subtrahieren, um ein kompensiertes Tonsignal auszubilden; Audiosystem-Verarbeitungsmittel (1106), die mit der Ausgabe des Subtraktionsmittels verbunden sind, um das kompensierte Tonsignal zu verarbeiten; Mittel zum Abschätzen des Zustands des Tonsignals (1110) und zum Ausbilden eines Steuer- bzw. Regelsignals basierend auf der Zustandsabschätzung; worin die Rückkopplungs-Löschungsmittel einen Rückkopplungspfad bzw. -weg von der Ausgabe (1108) der Audiosystem-Verarbeitungsmittel zu der Eingabe der Subtraktionsmittel ausbilden und umfassen einen Referenzfilter (1114), und einen Stromfilter (1112), worin der Referenzfilter nur variiert bzw. unterscheidet, wenn das Steuer- bzw. Regelsignal anzeigt, daß das Tonsignal zum Abschätzen bzw. Bewerten einer physikalischen Rückkopplung geeignet ist und worin der Stromfilter wenigstens dann variiert oder abändert, wenn das Steuer- bzw. Regelsignal anzeigt, daß das Signal nicht für das Abschätzen einer physikalischen Rückkopplung geeignet ist.
Audiosystem nach Anspruch 1, worin der Stromfilter häufiger als der Referenzfilter variiert.
Audiosystem nach Anspruch 2, worin das Rückkopplungssignal (160) durch den Stromfilter (132) gefiltert ist; und der Stromfilter durch den Referenzfilter (134) zwangsbedingt ist.
Audiosystem nach Anspruch 2, worin der Stromfilter kontinuierlich variiert.
Audiosystem nach Anspruch 1, worin das Rückkopplungssignal (160) durch den Stromfilter (532) und den Referenzfilter (134) gefiltert ist; und der Stromfilter eine Abweichung (538) eine Ablenkung bzw. Abweichung, die auf den Referenzfilter angelegt ist, darstellt.
Audiosystem nach Anspruch 1, worin Mittel zum Abschätzen des Zustands des Tonsignals Mittel (112) zum Detektieren, ob das Signal ein Breitbandsignal bzw. ein Breitband ist, umfassen und der Referenzfilter nur variiert, wenn das Steuer- bzw. Regelsignal (162, 362, 562) anzeigt, daß das Signal ein Breitband ist.
Audiosystem nach Anspruch 6, worin die Tonsignal-Verarbeitungsmittel Mittel (112, 220) zum Berechnen des Signalspektrums des Tonsignals umfassen; worin die Mittel zum Abschätzen (222) das Verhältnis des Minimums zu dem Maximum der Eingabeleistungs-Spektraldichte berechnen und ein Steuer- bzw. Regelsignal (162) basierend auf dem Verhältnis generieren; und worin das Steuer- bzw. Regelsignal ein Tonsignal anzeigt, welches geeignet ist, wenn das Verhältnis einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt.
Audiosystem nach Anspruch 6, worin die Audiosystem-Verarbeitungsmittel Mittel zum Berechnen der Korrelationsmatrix des Tonsignals umfassen; worin die Mittel zum Abschätzen (112, 222) die Bedingungszahl bzw. Beschaffenheitszahl (162) der Korrelationsmatrix berechnen und ein Steuer- bzw. Regelsignal basierend auf der Beschaffenheitszahl generieren; und worin das Steuer- bzw. Regelsignal das Tonsignal anzeigt, welches geeignet ist, wenn die Beschaffenheitszahl unter einem vorbestimmten Schwellwert fällt.
Audiosystem nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Überwachungsmittel (218) zum Überwachen des Referenzfilters (134), um signifikante Änderungen in dem Rückkopplungspfad des Audiosystems zu detektieren.
Audiosystem nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Bedingungs- bzw. Zwangsmittel (208), um zu verhindern, daß der Stromfilter übermäßig von dem Referenzfilter abweicht.
Hörhilfe, umfassend: ein Mikrophon (104) zum Umwandeln von Klang in ein Tonsignal (106); Rückkopplungs-Löschungsmittel (1116), umfassend Mittel zum Abschätzen eines physikalischen Rückkopplungssignals der Hörhilfe und Mittel zum Modellieren eines signalverarbeitenden Rückkopplungssignals, um das abgeschätzte, physikalische Rückkopplungssignal zu kompensieren; Subtraktionsmittel (1104), die mit der Ausgabe des Mikrophons und der Ausgabe der Rückkopplungs-Löschungsmittel verbunden sind, um das signalverarbeitende Rückkopplungssignal von dem Tonsignal zu subtrahieren, um ein kompensiertes Tonsignal auszubilden; Hörhilfe-Verarbeitungsmittel (1106), die mit der Ausgabe der Subtraktionsmittel verbunden sind, um das kompensierte Tonsignal zu verarbeiten; Mittel (112) zum Abschätzen bzw. Bewerten des Zustands des Tonsignals und zum Ausbilden eines Steuer- bzw. Regelsignals (1110) basierend auf der Zustandsabschätzung; und Lautsprechermittel (120), die mit der Ausgabe der Hörhilfe-Verarbeitungsmittel verbunden sind, um das verarbeitete, kompensierte Tonsignal in ein Klangsignal umzuwandeln; worin die Rückkopplungs-Löschungsmittel einen Rückkopplungspfad von der Ausgabe der Hörhilfe-Verarbeitungsmittel zu der Eingabe der Subtraktionsmittel ausbilden und umfassen einen Referenzfilter (1114) und einen Stromfilter (1112), worin der Referenzfilter nur variiert, wenn das Steuer- bzw. Regelsignal anzeigt, daß das Tonsignal für das Abschätzen bzw. Bewerten einer physikalischen Rückkopplung geeignet ist, und worin der Stromfilter wenigstens dann variiert, wenn das Steuer- bzw. Regelsignal anzeigt, daß das Signal nicht für das Abschätzen einer physikalischen Rückkopplung geeignet ist.
Hörhilfe nach Anspruch 11, worin der Stromfilter häufiger als der Referenzfilter variiert.
Hörhilfe nach Anspruch 12, worin der Stromfilter (132) den Strom darstellt, der am besten für eine physikalische Rückkopplung bewertet bzw. beurteilt wurde; worin das Rückkopplungssignal (160) durch den Stromfilter gefiltert wird; und worin der Stromfilter durch den Referenzfilter (134) zwangsbedingt ist.
Hörhilfe nach Anspruch 12, worin der Stromfilter kontinuierlich variiert.
Hörhilfe nach Anspruch 11, worin der Stromfilter (532) eine Abweichung bzw. Ablenkung darstellt, die auf den Referenzfilter angelegt ist; und worin das Rückkopplungssignal durch den Stromfilter und den Referenzfilter filtriert ist.
Hörhilfe nach Anspruch 11, worin die Mittel zum Abschätzen des Zustands des Tonsignals Mittel zum Detektieren, ob das Signalbreitband bzw. ein Breitbandsignal verbreitert ist, umfassen und der Referenzfilter nur variiert, wenn das Steuer- bzw. Regelsignal anzeigt, daß das Signal ein Breitbandsignal ist.
Hörhilfe nach Anspruch 16, worin die Hörhilfe-Verarbeitungsmittel Mittel zum Berechnen des Signalspektrums des Tonsignals umfassen; worin die Mittel zum Abschätzen das Verhältnis der maximalen zu der minimalen Eingabeleistungs-Spektraldichte berechnen (220), und ein Steuer- bzw. Regelsignal basierend auf dem Verhältnis generieren; und worin das Steuer- bzw. Regelsignal anzeigt, daß das Tonsignal geeignet ist, wenn das Verhältnis einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt.
Hörhilfe nach Anspruch 16, worin die Hörhilfe-Verarbeitungsmittel Mittel zum Berechnen der Korrelationsmatrix des Tonsignals umfassen; worin die Mittel zum Abschätzen die Beschaffenheitszahl bzw. Bedingungszahl der Korrelationsmatrix berechnen und ein Steuer- bzw. Regelsignal basierend auf der Beschaffenheitszahl generieren; und worin das Steuer- bzw. Regelsignal anzeigt, daß das Tonsignal geeignet ist, wenn die Beschaffenheitszahl unter einen vorbestimmten Schwellwert fällt.
Hörhilfe nach Anspruch 11, weiterhin umfassend: Überwachungsmittel (218) zum Überwachen des Referenzfilters, um signifikante Änderungen in dem Rückkopplungspfad des Tonsignals zu detektieren.
Hörhilfe nach Anspruch 11, weiterhin umfassend: Bedingungs- bzw. Zwangsmittel (208) zum Verhindern, daß der Stromfilter übermäßig von dem Referenzfilter abweicht.