包括反馈控制系统的助听器的制作方法

1.本技术涉及例如助听器或耳机中的自适应滤波器控制，尤其是反馈和/或回声通路变化及检测。


背景技术：

2.用于反馈消除的传统自适应滤波器在收敛/追踪与稳态误差之间有所权衡。这意味着，自适应滤波器的收敛/追踪需要让步许多次以便获得合理的稳态误差。在反馈情形变化时，例如当佩戴助听器的用户太靠近硬表面时，这限制了自适应滤波器能够多快地抵消反馈。


技术实现要素：

3.本发明提出一种在反馈情形临界变化时加速自适应滤波器收敛/追踪而不牺牲获得合理的稳态误差的目标的方法。
4.本发明还描述了快速检测反馈/回声通路变化的简单方法，其将需要来自反馈/回声抵消系统的反应，例如这些系统中的自适应滤波器在前述变化时需要适应新的反馈/回声通路。这些快速检测可用于改变音频系统中的程序，例如不同的增益/方向性应用程序。
5.助听器
6.一般地，提供具有改进的反馈控制系统的助听器(例如参见图1a)。助听器包括用于处理音频信号的正向通路。正向通路例如可包括：a)配置成将用户环境中的声音转换为表示该声音的电输入信号的输入变换器；b)用于处理电输入信号或源自其的信号(例如反馈校正的信号)并提供处理后的信号的处理器；及c)用于将处理后的信号或源自其的信号转换为可由用户感知为声音的刺激的输出变换器。正向通路例如可提供正向通路传递函数(f，例如f(k,n)，其中k和n分别为频率和时间指数)。正向通路传递函数(f)例如可配置成补偿助听器用户的听力受损。助听器例如还可包括d)用于处理从输出变换器到输入变换器的外部反馈的反馈控制系统。反馈控制系统例如可包括e)包括自适应算法的自适应滤波器。自适应滤波器例如可配置成提供从输出变换器到输入变换器的反馈信号的当前估计量。反馈控制系统例如还可包括f)配置成将反馈信号的当前估计量从电输入信号或其处理后版本减去并提供反馈校正的信号(称为误差信号)的组合单元。处理器例如可配置成使其处理基于误差信号。反馈控制系统例如还可包括g)配置成根据正向通路传递函数及非必须地根据由自适应算法提供的反馈通路传递函数的当前估计量提供反馈通路传递函数(或其突然变化)的(瞬时或快速)估计量的反馈变化估计器。反馈控制系统例如还可包括h)用于根据反馈通路传递函数的(瞬时或快速)估计量提供自适应滤波器的更新传递函数估计量的自适应滤波器控制器。反馈通路传递函数的(瞬时或快速)估计量例如计划从一时间指数(n)到下一时间指数(n+1)提供(与由自适应滤波器(的自适应算法)提供的反馈通路传递函数的当前估计量相反)。反馈控制系统可包括反馈不稳定检测器，用于监测反馈通路不稳定判据的满足(例如指明反馈通路传递函数的突然变化或不稳定)。在满足反馈通路不稳定判据
类似地，代替术语“反馈通路传递函数的瞬时估计量”，可使用术语“反馈通路传递函数的快速估计量”。
22.类似地，代替术语“瞬时《参数》估计量”(或者“《参数》的瞬时估计量”)，可使用术语“第一《参数》估计量”(或者“《参数》的第一估计量”)，其中《参数》可以是“开环增益”或“反馈通路传递函数”。例如，代替术语“瞬时开环增益估计量”，可使用术语“第一开环增益估计量”类似地，代替术语“反馈通路传递函数的瞬时估计量”，可使用术语“反馈通路传递函数的第一估计量”。
23.更新传递函数估计量可用在自适应滤波器中来更新例如优先于反馈通路传递函数的当前估计量
24.更新传递函数估计量可等于反馈通路传递函数的瞬时估计量
25.反馈变化估计器(fce)配置成将更新传递函数估计量提供为所述瞬时开环增益估计量除以所述正向通路传递函数(f(k,n))(h1)与反馈通路传递函数(h2)的所述当前估计量的线性组合。换言之，其中α和β为权重。权重α和β例如可为在0到1之间的范围中的实数。权重α和β例如可遭受它们的和为1(即α+β＝1)的约束。权重α和β例如在突然变化之后的第一极端情形下可假定值α＝1和β＝0。权重α和β例如在反馈通路稳定情形下的第二极端情形下可假定值α＝0和β＝1。
26.开环增益估计器(olge)可配置成将所述瞬时开环增益估计量提供为其中e(k,n)为在时刻n的误差信号，e(k,n-d)为早一个环路延迟d的误差信号或其估计量，环路延迟d表示助听器的音频通路的往返延迟。助听器的往返延迟可包括助听器的正向(音频)通路(从输入变换器的声输入到输出变换器的声(或振动)输出)的延迟(d)以及从输出到输入变换器的声学(或机械)反馈延迟通路的延迟(d’)。环路延迟可近似于助听器的正向(音频)通路的延迟(d)。
27.自适应算法可包括lms或者nlms算法。(例如由自适应滤波器的算法部分提供的)反馈通路传递函数的当前估计量可基于自适应算法如lms或nlms算法。
28.自适应算法可包括nlms算法，残余反馈通路传递函数可通过nlms算法进行估计，残余反馈通路传递函数的估计量可定义为反馈通路传递函数在反馈通路突然变化之后的估计量与反馈通路传递函数在突然变化出现之前的估计量之间的差，后者由自适应算法提供的当前反馈通路估计量给出。简言之，
29.助听器可包括一个或多个分析滤波器组，从而使助听器的一个或多个信号能在时频域进行处理。时频域也可称为“频域”。其指明所涉及的信号被拆分为多个个别信号(子频带信号)，每一个别信号表示助听器的工作频率范围的单独(不同但可能重叠)部分。分析滤
波器组例如可实施为(时域)输入信号的傅里叶变换，例如离散傅里叶变换(dft)，如短时傅里叶变换(stft)。助听器可包括一个或多个合成滤波器组，每一合成滤波器组配置成将时频域信号转换为时域信号。
30.助听器可包括反馈不稳定检测器，用于监测反馈通路不稳定判据的满足。反馈不稳定检测器例如可配置成识别反馈通路传递函数的突然变化或不稳定并根据其提供反馈不稳定控制信号(例如指明是否或者以何种程度满足反馈通路不稳定判据)。反馈不稳定检测器例如可形成反馈变化估计器(fce)的一部分或者连接到反馈变化估计器。在满足反馈通路不稳定判据的情形下，反馈变化估计器(fce)配置成将反馈通路传递函数的瞬时估计量提供给自适应滤波器控制器(afc)。自适应滤波器控制器可配置成仅在满足反馈通路不稳定判据时将更新传递函数估计量提供给自适应滤波器。
31.早于自适应滤波器检测音频设备(如助听器或耳机)的反馈/回声通路的变化情形的、将能够适应新的声学情形的简单(一般)方法在下面提出。
32.针对反馈/回声抵消本身的自适应滤波器调整梯度揭示多个声学情形，远在自适应滤波器能够补偿声学反馈/回声通路变化之前。
33.提出基于梯度检测快速反馈/回声通路变化的简单方法。基本想法是将随时间的梯度值的平滑(滤波)和处理后版本与阈值比较。该想法的诱因如下。当没有反馈/回声通路变化时，(平滑的)梯度值将接近零。另一方面，当有反馈/回声通路变化时，梯度值将非常不同于零(其将遵循从当前估计量到新的反馈/回声通路的轨迹，例如参见图4)。
34.反馈/回声通路中的突然变化的检测方法可包括：
35.1、使用自适应算法估计反馈通路；
36.2、随时间平滑自适应算法的梯度；
37.3、对平滑后的梯度执行运算以提供修正的梯度；
38.4、确定梯度或者平滑后的或修正的梯度是否满足不稳定判据。
39.当满足不稳定判据时，可说明在反馈或回声通路中检测到突然变化。
40.本方法还可包括在不满足不稳定判据时，重复步骤1-4。
41.本方法还可包括在满足不稳定判据时，从梯度或者平滑后的或修正的梯度确定反馈通路变化。
42.在满足不稳定判据的情形下，本方法还可包括(例如根据确定的反馈通路变化)更新自适应算法的自适应反馈通路估计量和/或调整设备的其它处理(如方向性)。
43.本方法可使得在一个或多个梯度值(或者平滑后的或修正的梯度值)或者所述一个或多个梯度值(或者平滑后的或修正的梯度值)的加权组合大于阈值时满足不稳定判据。
44.根据本发明，听力装置的反馈通路中的突然变化的检测方法可包括：
45.1、随时间平滑自适应滤波器系数的梯度向量g(n)(其中n为时间指数)，例如通过使用具有系数a的一阶滤波器(其中a为小的正数)，
46.g
sm
(n)＝a*g(n)+(1-a)*g
sm
(n-1)
47.梯度向量g(n)的元素由梯度构成以从一次迭代到下一迭代(从一时段到下一时段)调整自适应滤波器的相应滤波器系数。
48.2、对平滑后的梯度向量g
sm
(n)的向量项执行运算(o)，例如
49.go(n)＝o(g
sm
(n))
50.其中，运算(o)可以是或包括求最小值、最大值、中间值、和、均值、绝对值等。
51.3、进行运算向量(可以是全向量或者单一值，取决于运算(o))与反馈判据如阈值(thv)的比较以确定反馈/回声通路变化，例如：
52.go(n)》thv？
53.阈值可以是单一值或者阈向量。在向量情形下，其对梯度向量go的所有元素可包含相同的阈值。然而，对于梯度向量的至少部分元素，可以不同，因此可表达为向量(thv)本身。逻辑判据可应用于梯度向量的值，例如要求一个以上如至少三个梯度向量元素需要超出共同的阈值或者(如果不同)它们相应的阈值。
54.4、如果在步骤3，go(n)》thv，因而满足反馈判据，则确定反馈/回声通路变化。
55.如果满足反馈判据，可采取第一行动。如果不满足反馈判据，可采取第二行动或者不采取行动。行动例如可包括开始反馈/回声通路估计量的变化，例如如图4中所示(或者改变自适应算法的自适应速率)，或者改变运行模式，例如与方向性有关的运行模式等。
56.反馈通路不稳定检测器可配置成确定梯度形式的当前梯度值以调整自适应滤波器的一个或多个当前滤波器系数并提供其平滑及可能进一步处理的版本，其中不稳定判据包括当前梯度值与一个或多个阈值的比较。
57.助听器可由空气传导型助听器、骨导型助听器或其组合构成或者包括空气传导型助听器、骨导型助听器或其组合。
58.助听器可适于提供随频率而变的增益和/或随电平而变的压缩和/或一个或多个频率范围到一个或多个其它频率范围的移频(具有或没有频率压缩)以补偿用户的听力受损。助听器可包括用于增强输入信号并提供处理后的输出信号的信号处理器。
59.助听器可包括输出级，用于基于处理后的电信号提供由用户感知为声学信号的刺激。输出级可包括输出变换器。输出变换器可包括用于将刺激作为声信号提供给用户的接收器(扬声器)(例如在声学(基于空气传导的)助听器中)。输出变换器可包括用于将刺激作为颅骨的机械振动提供给用户的振动器(例如在附着到骨头的或骨锚式助听器中)。
60.助听器可包括用于提供表示声音的电输入信号的输入级。输入级可包括用于将输入声音转换为电输入信号的输入变换器如传声器。输入级可包括无线接收器，用于接收包括或表示声音的无线信号并提供表示所述声音的电输入信号。无线接收器例如可配置成接收在无线电频率范围(3khz到300ghz)的电磁信号。无线接收器例如可配置成接收在光频率范围(例如红外光300ghz到430thz或者可见光如430thz到770thz)的电磁信号。
61.助听器可包括定向传声器系统，其适于对来自环境的声音进行空间滤波从而增强佩戴助听器的用户的局部环境中的多个声源之中的目标声源。定向系统可适于检测(如自适应检测)传声器信号的特定部分源自哪一方向。这可以例如现有技术中描述的多种不同方式实现。在助听器中，传声器阵列波束形成器通常用于空间上衰减背景噪声源。许多波束形成器变型可在文献中找到。最小方差无失真响应(mvdr)波束形成器广泛用在传声器阵列信号处理中。理想地，mvdr波束形成器保持来自目标方向(也称为视向)的信号不变，而最大程度地衰减来自其它方向的声音信号。广义旁瓣抵消器(gsc)结构是mvdr波束形成器的等同表示，其相较原始形式的直接实施提供计算和数字表示优点。
62.助听器可包括天线和收发器电路(如无线接收器)，用于从另一装置无线接收直接
电输入信号，另一装置如娱乐设备(例如电视机)、通信装置、无线传声器或另一助听器。直接电输入信号可表示或包括音频信号和/或控制信号和/或信息信号。助听器可包括用于对所接收的直接电输入信号进行解调的解调电路，从而提供表示音频信号和/或控制信号的直接电输入信号，例如用于设置助听器的运行参数(如音量)和/或处理参数。一般地，助听器的天线及收发器电路建立的无线链路可以是任何类型。无线链路可在两个装置之间建立，例如在娱乐装置(如tv)与助听器之间，或者在两个助听器之间，例如经第三中间装置(如处理装置，例如遥控装置、智能电话等)。无线链路可在功率限制条件下使用，例如因为助听器可能由便携式(通常电池驱动的)设备构成或者包括便携式(通常电池驱动的)设备。无线链路可以是基于近场通信的链路，例如基于发射器部分和接收器部分的天线线圈之间的感应耦合的感应链路。无线链路可基于远场电磁辐射。经无线链路的通信可根据特定调制方案进行安排，例如模拟调制方案或数字调制方案。
63.无线链路可基于蓝牙技术(如低功耗蓝牙技术)或者超宽带技术(uwb)。
64.助听器可以是或者形成便携式(即配置成可穿戴)设备的一部分，例如包括本地能源如电池例如可再充电电池的设备。
65.助听器可包括输入级(如输入变换器，例如传声器或传声器系统和/或直接电输入(如无线接收器))和输出级如输出变换器之间的正向或信号通路。信号处理器可位于该正向通路中。信号处理器可适于根据用户的特定需要提供随频率而变的增益。助听器可包括具有用于分析输入信号(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。分析通路和/或信号通路的部分或所有信号处理可在频域进行。分析通路和/或信号通路的部分或所有信号处理可在时域进行。
66.助听器可包括模数(ad)转换器以按预定的采样速率如20khz对模拟输入(例如来自输入变换器如传声器)进行数字化。助听器可包括数模(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。
67.助听器如输入级和/或天线及收发器电路包括用于提供输入信号的时频表示的时频(tf)转换单元。时频表示可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。tf转换单元可包括用于对(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。tf转换单元可包括用于将时变输入信号转换为(时-)频域中的(时变)信号的傅里叶变换单元。助听器考虑的、从最小频率f
min
到最大频率f
max
的频率范围可包括从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。通常，采样率fs大于或等于最大频率f
max
的两倍，即fs≥2f
max
。助听器的正向通路和/或分析通路的信号可拆分为ni个(例如均匀宽度的)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，至少其部分个别进行处理。助听器可适于在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。
68.助听器可配置成在不同模式下运行，如正常模式及一个或多个特定模式，例如可由用户选择或者可自动选择。运行模式可针对特定声学情形或环境进行优化。运行模式可包括低功率模式，其中助听器的功能被减少(例如以便节能)，例如禁用无线通信和/或禁用助听器的特定特征。
69.助听器可包括多个检测器，其配置成提供与助听器的当前网络环境(如当前声环
境)有关、和/或与佩戴助听器的用户的当前状态有关、和/或与助听器的当前状态或运行模式有关的状态信号。作为备选或另外，一个或多个检测器可形成与助听器(如无线)通信的外部装置的一部分。外部装置例如可包括另一助听器、遥控器、音频传输装置、电话(如智能电话)、外部传感器等。
70.多个检测器中的一个或多个可对全带信号起作用(时域)。多个检测器中的一个或多个可对频带拆分的信号起作用((时-)频域)，例如在有限的多个频带中。
71.多个检测器可包括用于估计正向通路的信号的当前电平的电平检测器。检测器可配置成确定正向通路的信号的当前电平是否高于或低于给定(l-)阈值。电平检测器作用于全频带信号(时域)。电平检测器作用于频带拆分信号((时-)频域)。
72.助听器可包括话音活动检测器(vad)，用于估计输入信号(在特定时间点)是否(或者以何种概率)包括话音信号。在本说明书中，话音信号可包括来自人类的语音信号。其还可包括由人类语音系统产生的其它形式的发声(如唱歌)。话音活动检测器可适于将用户当前的声环境分类为“话音”或“无话音”环境。这具有下述优点：包括用户环境中的人发声(如语音)的电传声器信号的时间段可被识别，因而与仅(或主要)包括其它声源(如人工产生的噪声)的时间段分离。话音活动检测器可适于将用户自己的话音也检测为“话音”。作为备选，话音活动检测器可适于从“话音”的检测排除用户自己的话音。
73.多个检测器可包括运动检测器，例如加速度传感器。运动检测器可配置成检测用户的面部肌肉和/或骨头的例如因语音或咀嚼(如颌部运动)引起的运动并提供标示该运动的检测器信号。
74.助听器可包括分类器，配置成基于来自(至少部分)检测器的输入信号及可能其它输入对当前情形进行分类。分类器可基于或者包括神经网络，例如经训练的神经网络。
75.助听器可包括声(和/或机械)反馈控制(如抑制)或者回声消除系统。由于来自对传声器拾取的信号提供放大的音频系统的输出扬声器信号通过空气或其它媒介经声耦合部分返回到传声器，发生声反馈。返回到传声器的该扬声器信号部分之后在其重新出现在扬声器处之前被音频系统再次放大，及再次返回到传声器。随着该循环持续，当音频系统变得不稳定时，声反馈效应变得听得见，如非自然信号甚至更糟的啸声。该问题通常在传声器和扬声器靠近地放在一起时出现，例如在助听器或其它音频系统中。具有反馈问题的一些其它典型的情形包括电话学、广播系统、头戴式耳机、音频会议系统等。自适应反馈消除有能力跟踪随时间的反馈通路变化。其通常基于线性时不变滤波器估计反馈通路，但其滤波器权重随时间更新。滤波器更新可使用随机梯度算法进行计算，包括某些形式的最小均方(lms)或归一化lms(nlms)算法。它们均具有使误差信号的均方最小化的特性，nlms另外使滤波器更新相对于一些参考信号的欧几里得范数的平方归一化。
76.反馈控制系统可包括用于提供表示声反馈通路的估计量的反馈信号的反馈估计器及用于将反馈信号从正向通路的信号(如由助听器的输入变换器拾取)减去的组合器如求减器。反馈估计器可包括包含自适应算法的更新部分和用于根据所述自适应算法确定的可变滤波器系数对输入信号进行滤波的可变滤波器部分，其中更新部分配置成以可配置的更新频率fupd更新可变滤波器部分的滤波器系数，或者经事件驱动而更新，例如在反馈通路中出现突然(可观)的变化时。
77.自适应滤波器的更新部分可包括自适应算法，用于计算更新的滤波器系数传给自
适应滤波器的可变滤波器部分。更新的滤波器系数的计算和/或其从更新部分传到可变滤波器部分的定时可受启动控制器的控制。更新的定时(例如其具体时间点和/或其更新频率)优选可受正向通路的信号的多个不同特性影响，例如反馈通路的突然变化。更新控制方案优选由助听器的一个或多个检测器(例如环路增益检测器或者反馈检测器等)支持，优选包括在包含检测器信号的预定判据中。
78.助听器还可包括用于所涉及应用的其它适宜功能，如压缩、降噪等。
79.助听器可包括听力仪器，例如适于位于用户耳朵处或者完全或部分位于耳道中的听力仪器。
80.其它可能出现反馈或回声的类似设备(包括输出变换器附近的输入变换器)可受益于本发明的教导。这样的类似设备例如可包括耳机、耳麦、耳朵保护装置或其组合。同样，喇叭扩音器(包括多个输入变换器和多个输出变换器，例如用在音频会议情形)可受益于本发明的反馈控制方案，例如包括波束形成器滤波器，例如提供多个波束形成能力。
81.用途
82.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。可提供在包括音频分布的系统中的用途，例如包括彼此足够接近的输入变换器(如传声器)和输出变换器(如扬声器)的系统，其在用户操作期间导致从扬声器到传声器的反馈。可提供在包括一个或多个助听器(如听力仪器)、头戴式耳机、耳麦、有源耳朵保护系统等的系统中的用途，例如免提电话系统、远程会议系统(例如包括喇叭扩音器)、广播系统、卡拉ok系统、教室放大系统等。
83.方法
84.一方面，本技术进一步提供配置成由用户佩戴的助听器的运行方法。该方法包括：
[0085]-提供表示用户环境中的声音的电输入信号；
[0086]-将所述电输入信号的处理后版本转换为可由用户感知为声音的刺激；
[0087]-通过下述步骤控制从输出变换器到输入变换器的外部反馈
[0088]
s1，瞬时开环传递函数；
[0089]
s2，提供反馈通路传递函数的当前估计量；
[0090]
s3，计算反馈通路传递函数的瞬时估计量；
[0091]
s4，更新反馈通路传递函数的当前估计量。
[0092]
该方法还可包括根据正向通路传递函数f(k,n)、瞬时开环增益估计量及非必须地根据反馈通路传递函数的当前估计量确定反馈通路传递函数的瞬时估计量
[0093]
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装置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。
[0094]
该方法还可包括：
[0095]
s1.1，计算不稳定判据；
[0096]-如果不满足不稳定判据，去往步骤s1；
[0097]-如果满足不稳定判据，去往步骤s3。
[0098]
该方法可包括提供从助听器的输出变换器到输入变换器的反馈通路传递函数(h)的当前估计量反馈通路传递函数的当前估计量例如可基于自适应算法，如lms或nlms算法。
[0099]
不稳定判据可基于电输入信号或源自其的信号的幅度、相位或者幅度和相位的导数。反馈不稳定判据例如可基于环路幅度、环路相位、环路幅度差和环路相位差中的任何一个或其组合(例如参见ep3291581a2)。
[0100]
在时刻m的环路幅度(lpmag)可定义为
[0101]
lpmag(k,m)＝mag(k,m)-mag(k,md)
[0102]
其中mag(k,m)为在时间m的电输入信号的幅度值，而mag(k,md)指在一个反馈环路延迟d之前的电输入信号的幅度。
[0103]
在时刻m的环路相位lpphase(弧度)可定义为
[0104]
lpphase(k,m)＝wrap(phase(k,m)-phase(k,md))
[0105]
其中wrap(.)指相位环绕算子，环路相位因而具有[-π,π]的可能值范围，其中phase(k,m)和phase(k,md)分别为在时刻m和在一个反馈环路延迟d之前的电输入信号的相位值。
[0106]
在时刻m的环路幅度差lpmagdiff(k,m)可定义为
[0107]
lpmagdiff(k,m)＝lpmag(k,m)-lpmag(k,md)
[0108]
其中lpmag(k,m)和lpmag(k,md)分别为时刻m和时刻md(早一个反馈环路延迟d)的环路幅度lpmag的值。
[0109]
在时刻m的环路相位差lpphasediff(k,m)可定义为
[0110]
lpphasediff(k,m)＝wrap(lpphase(k,m)-lpphase(k,md))
[0111]
其中lpphase(k,m)和lpphase(k,md)分别为时刻m和时刻md(早一个反馈环路延迟d)的环路相位lpphase的值。
[0112]
不稳定判据例如可基于关于环路幅度(lpmag)的判据：
[0113]
lpmagdet(k,m)＝min(lpmag(k,m),
…
,lpmag(k,mn·d))》magthresh
[0114]
其中n为环路延迟的数量，mn·d为早n个反馈环路延迟d的时刻，及magthresh为环路幅度阈值。n的示例性的值可以是0,1,2,
…
。幅度阈值magthresh可等于-3db或-2db或-1db或0db或+1db或+2db或+3db。幅度反馈检测信号lpmagdet可以是二元信号(0或1)。
[0115]
不稳定判据例如可基于环路相位(lpphase)：
[0116]
lpphasedet(k,m)＝abs(lpphase(k,m))《phasethresh
[0117]
其中phasethresh为阈值。环路相位阈值phasethresh可小于或等于0.5、0.4、0.3、0.2、0.1、0.05或0.01
…
(弧度)。在实施例中，相位反馈检测信号lpphasedet为二元信号(0或1)。
[0118]
不稳定判据例如可基于环路幅度和环路相位反馈条件的判据的组合：
[0119]
fbdet(k,m)＝and(lpmagdet(k,m),lpphasedet(k,m))
[0120]
反馈检测信号fbdet例如可以是二元信号(0或1)。表达式and(crit1,crit2)意为对于该表达式要为真，必须满足判据1(crit1)和判据2(crit2)。
[0121]
反馈检测的不稳定判据可基于环路幅度(lpmag)和环路相位差(lpphasediff)反
馈条件的判据的组合确定：
[0122]
fbdet(k,m)＝and(lpmagdet(k,m),lpphasediffdet(k,m))
[0123]
其中，环路相位差反馈条件的判据定义为
[0124]
lpphasediffdet(k,m)＝abs(lpphasediff(k,m))《phasediffthresh
[0125]
环路幅度阈值magthresh可等于-1.5db，及环路相位差阈值phasediffthresh可等于0.3。
[0126]
不稳定判据可基于自适应算法的一个或多个梯度值的平滑版与一个或多个阈值的比较。
[0127]
当一个或多个梯度值或者所述一个或多个梯度值的加权组合大于一个或多个阈值时，可满足不稳定判据。
[0128]
如本技术中描述的基于梯度值的不稳定判据(例如如图5、6中例示的)例如可用于开启/启动根据本发明的反馈变化估计器(例如参见图4)。然而，其也可用作独立的方法，而不(必然)触发本发明中描述的(及图4中例示的)处理。其可直接触发其它行动/处理(例如对自适应算法的处理，例如适应速度和约束条件)。
[0129]
在另一方面，助听器的运行方法，其中助听器配置成由用户佩戴并包括正向通路，正向通路包括：
[0130]-配置成将用户环境中的声音转换为表示所述声音的电输入信号(x)的输入变换器(it)；
[0131]-用于处理电输入信号(x)或源自其的信号并提供处理后的信号(u)的处理器(pro)；
[0132]-用于将处理后的信号转换为可由用户感知为声音的刺激的输出变换器(ot)。
[0133]
所述方法包括：
[0134]-提供正向通路传递函数(f(k,n))，其中k和n分别为频率和时间指数；
[0135]-通过下述步骤处理从输出变换器到输入变换器的外部反馈(h)：
[0136]
‑‑
提供瞬时开环增益估计量
[0137]
‑‑
自适应提供反馈通路传递函数(h)的当前估计量
[0138]
‑‑
基于反馈通路传递函数的当前估计量和处理后的信号(u)自适应提供从输出变换器(ot)到输入变换器(it)的当前反馈信号的估计量
[0139]
‑‑
将反馈信号的当前估计量从电输入信号(x)或其处理后版本减去并提供反馈校正的信号，称为误差信号(e)；
[0140]
‑‑
根据正向通路传递函数f(k,n)、所述瞬时开环增益估计量及非必须地根据反馈通路传递函数的当前估计量提供反馈通路传递函数的瞬时估计量及
[0141]
‑‑
根据反馈通路传递函数的瞬时估计量自适应提供更新传递函数
估计量
[0142]
计算机可读介质或数据载体
[0143]
本发明进一步提供保存包括程序代码(指令)的计算机程序的有形计算机可读介质(或数据载体)，当计算机程序在数据处理系统(计算机)上运行时，使得数据处理系统(计算机)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。
[0144]
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。其它存储介质包括存储在dna中(例如合成dna链中)。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系统从而在不同于有形介质的位置处运行。
[0145]
计算机程序
[0146]
此外，本技术提供包括指令的计算机程序(产品)，当该程序由计算机运行时，导致计算机执行上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及权利要求中限定的方法(的步骤)。
[0147]
数据处理系统
[0148]
一方面，本发明进一步提供数据处理系统，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。
[0149]
听力系统
[0150]
另一方面，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一个或多个辅助装置的听力系统。
[0151]
听力系统可适于在助听器与辅助装置之间建立通信链路以使得信息(如控制和状态信号，可能音频信号)可进行交换或者从一装置转发给另一装置。
[0152]
辅助装置可包括遥控器、智能电话或者其它便携或可穿戴电子装置如智能手表、充电站、tv声音适配器等。
[0153]
辅助装置可由遥控器构成或者包括遥控器，其用于控制助听器的功能和运行。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(例如包括更新助听器的软件(如固件))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)。
[0154]
辅助装置可由音频网关设备构成或者包括音频网关设备，其适于(例如从娱乐装置如tv或音乐播放器、从电话设备如移动电话或者从计算机如pc)接收多个音频信号并适于选择和/或组合所接收的音频信号中的适当信号(或信号组合)以传给助听器。
[0155]
辅助装置可由另一助听器构成或者包括另一助听器。听力系统可包括适于实施双耳听力系统如双耳助听器系统的两个助听器。
[0156]
辅助装置可包括适于执行一个或多个学习算法如神经网络(例如深度神经网络)
的处理能力。辅助装置可配置成辅助助听器(或者在双耳助听器系统的情形下两助听器)的处理，例如基于在辅助装置上执行的一个或多个学习算法确定当前声学环境。辅助装置可配置成基于一个或多个学习算法(例如当前确定的用户周围的声学情形和/或前述声学情形涉及的适当的助听器设置)将前述处理的结果传给助听器。
[0157]
app
[0158]
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助听器或听力系统的用户接口。app可配置成在移动电话如智能电话或另一使能与所述助听器或听力系统通信的便携装置上运行。app可配置成辅助用户更新助听器的软件，例如实施助听器的另外的特征。
[0159]
定义
[0160]
在本说明书中，“助听器”如听力仪器指适于改善、增强和/或保护用户的听觉能力的装置，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。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的耳蜗神经的电信号。
[0161]
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输出变换器如扬声器)、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如振动器、或作为可连接的或者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(例如声学、电学或光学)通信的单元。扬声器可连同助听器的其它部件一起设置在壳体中，或者其本身可以是外部单元(可能与柔性引导元件如圆顶状元件组合)。
[0162]
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(如信号处理器，例如包括可配置(可编程)的处理器，例如数字信号处理器)、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级。信号处理器可适于在时域或者在多个频带处理输入信号。在一些助听器中，放大器和/或压缩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，输出级可包括输出变换器，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。
[0163]
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。
[0164]
助听器可适应特定用户的需要如听力受损。助听器的可配置的信号处理电路可适
于施加输入信号的随频率和电平而变的压缩放大。定制的随频率和电平而变的增益(放大或压缩)可在验配过程中通过验配系统基于用户的听力数据如听力图使用验配基本原理(例如适应语音)确定。随频率和电平而变的增益例如可体现在处理参数中，例如经到编程装置(验配系统)的接口上传到助听器，并由助听器的可配置的信号处理电路执行的处理算法使用。
[0165]“听力系统”指包括一个或两个助听器的系统。“双耳听力系统”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系统。听力系统或双耳听力系统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。前述辅助装置可包括至少下述之一：遥控器、远程传声器、音频网关设备、娱乐设备如音乐播放器、无线通信装置如移动电话(例如智能电话)或平板电脑或另一装置，例如包括图形界面。助听器、听力系统或双耳听力系统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。助听器或听力系统例如可形成广播系统、主动耳朵保护系统、免提电话系统、汽车音频系统、娱乐(如tv、音乐播放或卡拉ok)系统、远程会议系统、教室放大系统等的一部分或者与其交互。
[0166]
本发明的实施例如可用在其中声学系统的输入变换器和输出变换器彼此靠近的应用中。
附图说明
[0167]
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：
[0168]
图1a示出了根据本发明的包括反馈控制系统的助听器的第一实施例；
[0169]
图1b示出了根据本发明的包括反馈控制系统的助听器的第二实施例；
[0170]
图2示出了描述根据本发明的用于更新反馈控制系统的反馈估计量的方案的流程图；
[0171]
图3示出了助听器的反馈环路，包括从输入到输出变换器的电正向通路以及从输出到输入变换器的声学(和/或机械)反馈环路；
[0172]
图4示意性地示出了真实反馈通路和根据本发明的估计的反馈通路的示例性时间相依性；
[0173]
图5示出了用于检测助听器或耳机的反馈/回声通路的突然变化的方法的流程图；
[0174]
图6示出了信号的示例性波形，从这些信号可根据本发明的方法识别反馈/回声通路的突然变化；
[0175]
图7示意性地示出了根据本发明的助听器位于耳道中并靠近用户的耳膜；
[0176]
图8示出了助听器的示例性反馈消除系统的示意图。
[0177]
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
[0178]
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。
[0179]
电子硬件可包括微机电系统(mems)、(例如专用)集成电路、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、印刷电路板(pcb)(如柔性pcb)、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，例如用于感测和/或记录环境、装置、用户等的物理性质的传感器。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。
[0180]
本技术涉及助听器领域，尤其涉及反馈控制。反馈估计可通过包括可变滤波器的自适应滤波器提供，其传递函数(例如受控于滤波器系数)可动态更新以估计从输出变换器到输入变换器的反馈通路。传递函数的动态确定和更新可一般通过自适应算法进行处理，例如本领域已知的lms或nlms算法。然而，由于反馈通路的突然变化，可能需要更立刻地(事件驱动的)确定和更新传递函数(例如以增强自适应算法的收敛)。
[0181]
我们提出改进自适应滤波器的收敛/追踪能力的一般方法，其通过使用在频率k和时间n的真实开环传递函数l(k,n)进行，该传递函数由下式给出：
[0182]
l(k,n)＝h
res
(k,n)
·
f(k,n)(1)
[0183]
其中及其中h(k,n)指未知反馈通路的传递函数，指估计的反馈通路的传递函数，f(k,n)为助听器中已知的正向通路传递函数。
[0184]
在传统的反馈消除系统中，自适应滤波器(基于反馈通路传递函数的估计量提供反馈通路估计量。然而，其在动态反馈情形下具有有限的收敛/追踪能力。
[0185]
图1a和1b示出了根据本发明的包括反馈控制系统fbc(例如如图1a中所示)的助听器。
[0186]
图1a和1b的助听器ha的实施例均包括用于处理音频声音信号(“声输入”)的正向通路。音频声音信号可包括助听器外部来源的声音s
x
(如语音和噪声)与从助听器的输出变换器ot到输入变换器it的反馈声音v的混合。从输出变换器到输入变换器的反馈通路fbp具有(频率)传递函数h。正向通路包括输入变换器it，其配置成将用户环境中的声音转换为表示音频声音信号的电输入信号x(其中x＝s
x
+v，s
x
和v为声音信号s
x
和v的电(可能数字化的、可能频域)等同信号)。输入变换器it可包括用于将声音转换为电信号的传声器m。输入变换器还可包括模数转换器ad，用于将来自传声器m的模拟电信号转换为包括数字化样本流的数字化信号x(参见图1b)。输入变换器it还可包括用于处理输入信号的电路，例如分析滤波器组，以看情况按时频表示(k,n)提供电输入信号(k、n分别为频率和时间帧指数)。正向通
路还包括处理器pro，用于处理电输入信号x或源自其的信号(例如反馈校正的信号e)并提供处理后的信号u。正向通路还包括输出变换器ot，用于将处理后的信号u或源自其的信号转换为可由用户感知为声音的刺激(“声输出”)。正向通路配置成提供正向通路传递函数f。正向通路传递函数f例如可配置成补偿助听器用户的听力受损。助听器ha还包括反馈控制系统fbc，用于处理从输出变换器ot到输入变换器it的外部反馈，参见反馈声音信号v。反馈控制系统包括自适应滤波器af，其包括算法部分alg和可变滤波器部分(“滤波器”)。算法部分alg包括配置成将更新的滤波器系数提供给可变滤波器fil的自适应算法。更新的滤波器系数表示反馈通路fbp的当前传递函数h的估计量自适应滤波器af配置成根据误差信号和参考信号(处理后的信号u)提供从输出变换器ot到输入变换器it的当前反馈信号v(v)的估计量以及(在反馈通路快速变化的情形下)提供瞬时反馈估计量的另一信号反馈控制系统还包括位于正向通路中的组合单元cu，其配置成将反馈信号v(v)的当前估计量从电输入信号x减去并提供反馈校正的信号称为误差信号。处理器pro配置成使其处理基于误差信号e。
[0187]
在图1a的实施例中，反馈控制系统fbc还包括反馈变化估计器fce，配置成至少在反馈通路快速变化的某些情形下(例如在满足反馈不稳定判据时)根据正向通路传递函数f及非必须地根据反馈通路传递函数的来自自适应算法的当前估计量提供反馈通路传递函数的瞬时估计量反馈控制系统还包括自适应滤波器控制器afc，用于根据反馈通路传递函数的瞬时估计量提供自适应滤波器af的更新传递函数估计量反馈通路传递函数的瞬时估计量计划从一时间指数n到下一时间指数n+1提供(与通过自适应滤波器af(的自适应算法alg)提供的反馈通路传递函数的当前估计量相比)。这在反馈通路中突然变化的情形下特别适合，其中自适应估计量将花一些时间朝向变化后的反馈通路收敛(取决于算法和自适应速率，例如取决于每次迭代的时间步长)。反馈通路传递函数的瞬时估计量计划优先于由自适应滤波器af提供的反馈通路传递函数的当前估计量从而提供自适应算法alg的更快收敛。反馈控制系统可包括反馈不稳定检测器，用于监测反馈通路不稳定判据的满足(例如指明反馈通路传递函数的突然变化或不稳定)。反馈不稳定检测器例如可形成反馈变化估计器fce的一部分或者连接到反馈变化估计器。计划自适应算法使用反馈通路传递函数的瞬时估计量继续其反馈通路估计并使自适应算法从那里继续其调整(例如参见图4)。在该情形下(在反馈通路突然变化之后，例如在满足反馈不稳定判据时)，所得的由反馈控制系统提供的反馈通路传递函数的估计量等于或者而在“稳定”(或慢速变化)的反馈通路条件下，所得的由反馈控制系统提供的反馈通路传递函数的估计量等于由自适应算法提供的反馈通路传递函数的当前估计量
[0188]
图1b示出了根据本发明的包括反馈控制系统fbc的助听器ha的第二实施例。图1b的实施例与图1a的实施例类似。在图1b的实施例中，输入变换器it被示为包括用于将声音转换为电信号的传声器m以及用于将来自传声器m的模拟电信号转换为包括数字化样本流的数字化信号x的模数转换器ad。如图1a中一样，输入变换器it可包括另外的用于处理输入信号的电路，例如分析滤波器组，以按时频表示(k,n)提供电输入信号。此外，在图1b的实施例中，输出变换器ot被示为包括数模转换器da，用于将数字化样本流转换为模拟信号，该模拟信号被馈给用于将模拟信号转换为声音(声输出)的扬声器spk。作为备选，输出变换器ot可包括骨导助听器的振动器。输出变换器ot还可包括合成滤波器组，用于将输出信号的子频带表示转换为时域信号。相较于图1a的实施例，图1b的实施例还包括开环增益估计器olge，用于提供助听器的正向通路的瞬时开环增益估计量在图1b的实施例中，反馈变化估计器fce配置成根据从处理器pro接收的正向通路传递函数f以及从开环增益估计器olge接收的瞬时开环增益估计量以及非必须地根据由自适应算法提供的反馈通路传递函数的当前估计量提供反馈通路传递函数的瞬时估计量开环增益估计器的瞬时开环增益估计量(称为)例如可按下面的描述提供。
[0189]
在下面，提出瞬间估计助听器的开环传递函数l(k,n)的方法。对应的快速估计量则用于检测不稳定并在反馈情形的临界变化时改进反馈通路传递函数的自适应滤波器估计量这在下面图2的流程图中图解。
[0190]
图2示出了描述根据本发明的用于更新反馈控制系统的反馈估计量的方案的流程图。
[0191]
瞬时开环传递函数估计量。计算不稳定度量(例如幅度、相位、导数等)
[0192]
首先，为决定是稳定还是不稳定，我们估计快速(或瞬时)开环传递函数，记为快速/瞬时开环传递函数可以几种方式进行计算，例如：
[0193][0194]
其中，e(k,n)表示典型的自适应滤波器配置中所谓的误差信号(参见图1a、1b中的信号e)，d表示助听器的音频通路的环路延迟(例如参见图3)，使得e(k,n-d)表示比e(k,n)早一个环路延迟的误差信号。如果反馈通路有从h
pre
(k,n)到h
post
(k,n)的瞬时和临界变化(例如参见图4)，我们预期/假定的估计非常准确。反馈通路的这样的临界变化可导致系统不稳定。在该情形下可假定瞬时开环传递函数的估计量十分准确的原因在于反馈与信号的比(例如图1a、1b中的|v|/|s
x
|)高，因为在前述从h
pre
(k,n)到h
post
(k,n)的变化之后有可观的反馈信号部分v。。
[0195]
如果不稳定，计算瞬时反馈传递函数
[0196]
之后，如果已检测到反馈通路的临界变化，估计量和已知的正向通路传递函数f(k,n)用于按照下面的步骤进一步逼近反馈通路估计量
[0197]
基于等式(1)，我们使用在瞬时反馈通路变化之后的真实反馈通路传递函数h
post
(k,n)以及刚好在瞬时通路变化之前的当前反馈通路估计量将真实瞬时开环传递函数l
post
(k,n)定义为：
[0198][0199]
在重新排列之后，我们获得：
[0200][0201]
现在，用估计量代替真实l
post
(k,n)，我们则可得到未知的h
post
(k,n)的逼近值即
[0202][0203]
更新自适应滤波器估计量
[0204]
最后，可引入控制参数α,β＝[0
…
1]。控制参数用于基于来自等式(4)的瞬时反馈通路的估计量控制自适应滤波器估计量的更新：
[0205][0206]
在极端的示例性情形下，其中的幅度大，例如≥10db，假定其因h
post
(k,n)的瞬时变化以及引起，即来自自适应滤波器的贡献相较于刚刚在反馈情形临界变化之后的瞬时反馈通路变化h
post
(k,n)可忽略，我们将通过设定等式(5)中的参数α＝1和β＝0，使用更新反馈通路估计量，
[0207][0208]
在其它不太极端的情形下，我们将使用等式(5)中的完整等式以及α和β的适当值。参数α和β可基于环路增益估计量的幅度进行选择，例如，如果高(例如≥6db)，α＝1和β＝0；如果中等，α＝0.5和β＝0.5。
[0209]
这种方法是可能的，因为的估计在开环传递函数的真实幅度确实高之后发生临界反馈通路变化时能非常快速且可靠地进行，因此，等式(4)中的估计是可能的，其远远快于传统的反馈消除系统达到其远远快于传统的反馈消除系统达到
[0210]
因此，使用等式(5)进行自适应滤波器估计量的瞬时更新有意义。这样做的优点在于增加收敛/追踪能力而不牺牲稳态误差。
[0211]
图4示意性地示出了自适应算法的例子，其在时间n*的给定值使用值临时更新(在反馈通路突然变化之后)，以及示出了算法在突然变化之后如何继续其收敛。(物理)反馈变化可从一时间n*到下一时间n*+1发生。或者，反馈变化可跨多个随后的时间
指数发生(即跨一个或多个单位时间)。一个单位时间例如可等于一时间帧的持续时间(例如，如果一时间帧包含以20khz的采样速率产生的64个时间样本，其等于3.2ms)。反馈通路的突然变化例如可跨高达1s级的时间发生。
[0212]
图3示出了助听器的反馈环路，包括从输入到输出变换器的电正向通路以及从输出到输入变换器的声学(和/或机械)反馈环路。
[0213]
一个环路延迟的长度的知识(如估计量或测量结果)假定可得到(提前，或者在使用期间估计)。
[0214]
环路延迟d定义为信号(一旦)传播通过如图3中所示的声学环路所需要的时间。声学环路由(助听器的)正向通路和(声学)反馈通路组成。环路延迟d包括助听器的从输入变换器it到输出变换器ot的(电)正向通路(正向通路f)的处理延迟d及从助听器的输出变换器到输入变换器的声反馈通路(反馈通路h)的延迟d’，即环路延迟d＝d+d’。
[0215]
通常，环路延迟的声学部分d’远小于环路延迟的电学(处理)部分d，d’《《d(尤其在正向通路包括子频带信号的处理时)。环路延迟d可由助听器的正向通路的处理延迟d逼近(d≈d)。环路延迟的电(处理)部分d例如可在2ms和10ms之间的范围中，例如在5ms和8ms之间的范围中，例如约为7ms。环路延迟可随时间相对恒定(例如在助听器运行之前确定)或者在不同的时间点不同，例如取决于信号处理单元中当前应用的算法(d例如可在使用期间动态确定(估计))。助听器ha例如可包括存储器单元，其中可存储助听器的不同运行模式下的典型环路延迟。在实施例中，助听器配置成测量包括正向通路的延迟d与反馈通路的延迟d’的和的环路延迟。预定(要不然确定的)测试信号例如可插入在正向通路中，其往返行进时间被测量(或估计)，例如通过在环路的单一传播(或已知数量的传播)之后其到达正向通路时识别测试信号。测试信号可配置成包括在反馈可能出现的频率(例如在1到5khz之间的范围中)有意义的内容。
[0216]
图4示出了真实反馈通路h和根据本发明的估计的反馈通路的示例性时间相依性。这些曲线可表示反馈通路在给定频带的值(通过频带指数k表示(频域))，或者它们可表示全频带值(时域)。反馈(的幅度)的值例如可在-200db到+10db之间的范围中，强烈取决于助听器周围例如助听器的几米内(例如在助听器佩戴者当前所处的房间内)的局部声学环境。每一时间单位，例如时间帧长度或者在重叠时间帧的情形下其一部分，可以在1ms级。对于给定采样频率fs(例如20khz)和给定的每时间帧样本数ns(例如64)，时间帧长度为ns/fs(例如3.2ms)。
[0217]
图4用实线示出了示例性的真实反馈通路传递函数h幅度mag(h)[db]与时间(时间，n[帧#])之间的关系。幅度在要不然相当稳定的期间展现两个突然变化。真实反馈通路传递函数的突然变化在时刻n1和n2出现。这样的突然变化例如可反映电话或其它反射表面被保持靠近用户耳朵(如图4中小的插图示意性所示，其示出了电话在时刻n1被移动到用户的耳朵及在时刻n2被移动远离用户的耳朵)。如图中时间轴上及实线曲线中(通过两条交叉的曲线∫∫)所示，在未在图中示出的两个反馈通路发生(突然变化)之间可能有一时间段(在n1和n2之间可能有较短(如几毫秒)或较长(如几分钟)的时间段，例如对应于电话通话的持续时间)。
[0218]
图4还通过离散的实心圆点示出了由现有技术自适应算法(例如最小均方(least mean square，lms)或归一化lms(nlms)算法)以及现有技术算法与本发明提出的改进的组
合提供的反馈通路传递函数的估计量
[0219]
虚线的左下部(在时间n1之前，实心圆点)通过实线示出了根据现有技术的自适应反馈估计算法(如lms或nlms算法)提供的真实反馈通路传递函数的估计量在该时间段(n《n1)，真实反馈通路相当稳定，并未比自适应算法可合理地(以算法的给定自适应速率或步长)跟随其更快地变化。在时刻n1，由于用户将电话设备移到耳朵，真实反馈通路突然变化。这引起反馈通路传递函数的变化(增大)，自适应算法不能立即跟随，如图4中对于时刻n1+1等的灰色圆点所标示的估计量慢速递增所示。由自适应算法在反馈通路突然变化之前(或突然变化时)的时刻n1提供的反馈通路传递函数的值记为为改善由自适应算法提供的(错误的)反馈估计量，由自适应算法提供的反馈通路传递函数的“下一”估计量(被迫使)基于校正的(估计的)真实反馈通路(在突然变化之后)。根据本发明在反馈通路突然变化之后在时刻n1提供的反馈通路传递函数的值记为在图4中通过交叉影线圆点标示。值例如可按如上所述进行估计。
[0220]
虚线的中上部(在时间n1之后但在时间n2之前，实心圆点)通过实线示出了由根据现有技术的自适应反馈估计算法提供的真实反馈通路传递函数的估计量(从根据本发明估计的反馈通路的值开始)。在该时间段(n2》n》n1)(再次说明)，真实反馈通路相当稳定，并未比自适应算法可合理地(以算法的给定自适应速率或步长)跟随其更快地变化。在时刻n2，由于用户将电话设备移离耳朵，真实反馈通路突然变化。这引起反馈通路传递函数的变化(减小)，自适应算法不能立即跟随，如图4中对于时刻n2+1等的灰色圆点所标示的估计量慢速递减所示。由自适应算法在反馈通路突然变化之前(或突然变化时)的时刻n2提供的反馈通路传递函数的值记为为改善由自适应算法提供的反馈传递函数的(错误的)估计量，由自适应算法提供的反馈通路的“下一”估计量(被迫使)基于校正的(估计的)真实反馈通路传递函数(在突然变化之后)。根据本发明在反馈通路突然变化之后在时刻n2提供的反馈通路的值记为在图4中通过交叉影线圆点标示。值例如可按如上所述进行估计。
[0221]
虚线的右下部(在时间n2之后，实心圆点)通过实线示出了由根据现有技术的自适应反馈估计算法提供的真实反馈通路传递函数的估计量(从根据本发明估计的反馈通路的值开始)。在该时间段(n》n2)，真实反馈通路再次相当稳定，并未比自适应算法可合理地(以算法的给定自适应速率或步长)跟随其更快地变化。
[0222]
从而可提供改进的自适应算法。
[0223]
根据本发明的反馈估计单元的输出(在反馈通路传递函数的突然变化大于预先确定的阈值之后)可以是根据本发明估计的值，要不然为由现有技术自适应算法(例如具有固定或自适应控制的步长/自适应速率的lms或nlms算法)提供的值。现有技术自适应算法可配置成使其在反馈通路的突然变化高于预先确定的阈值之后的估计基于根据本发明估计
的值。
[0224]
反馈/回声通路中的突然变化的检测方法
[0225]
图5示出了用于检测助听器或耳机的反馈/回声通路的突然变化的方法的流程图。
[0226]
该方法可包括至少部分下述步骤：
[0227]
1、例如使用自适应算法估计反馈通路；
[0228]
2、随时间平滑自适应算法的梯度；
[0229]
3、对梯度执行运算例如逻辑运算以提供修正(平滑)的梯度；
[0230]
4、检查修正的梯度是否满足不稳定判据，例如阈判据。如果不满足不稳定判据，重复步骤1-4；否则，进行到步骤5；
[0231]
5、从梯度确定反馈通路变化；
[0232]
6、更新自适应算法的自适应反馈通路估计量和/或调整听力装置的其它处理例如方向性。
[0233]
当一个或多个梯度值或者一个或多个梯度值的组合(如平均)例如加权组合(如加权平均)大于阈值时，可满足不稳定判据。
[0234]
图6示出了信号的示例性波形，从这些信号可根据本发明的方法识别反馈/回声通路的突然变化。图6的三个(相互关联的)波形示出了在从t＝0.4s到t＝0.6s的0.2s的时间段期间三个不同参数的时间相依性，参见图6下部记为时间[s]的水平轴。基于反馈/回声通路的自适应滤波器估计的标准反馈消除系统假定活跃。
[0235]
记为“反馈通路变化”的第一(上面)曲线图示出了在t＝0.5s有突然或可观的(在此，理想地，瞬时)反馈通路变化。反馈通路变化的大小沿记为“变化”的纵轴、按0到1之间的相对刻度标示。
[0236]
记为“开环幅度”的第二(中间)曲线图根据上面的曲线图的反馈通路变化示出了开环幅度与时间的关系。开环幅度的大小沿记为“幅度[db]”的纵轴在-20db到+20db之间的对数刻度标示。在t＝0.5的突然的反馈变化导致开环幅度在t＝0.5s的突然变化(》20db)。从中间曲线图可以看出，在变化之后，在开环幅度再次低于0db的临界环路幅度之前，自适应滤波器花费300ms以上(从t＝0.5s到t≈0.53s)(参见曲线与表示在出现0db的(粗)水平线的交叉)。
[0237]
记为“梯度度量”的第三(下面)曲线图根据上面曲线图的反馈通路变化示出了梯度与时间的关系。梯度度量的大小沿记为“幅度[]”的纵轴在0到0.002之间的线性刻度标示。下面曲线图示出了使用具有简单阈值的梯度方法，在此例如th≈0.03(参见图5的方法中的步骤1-3)。相较于几百毫秒的正常收敛时间，在短时间后已经可能检测明显的反馈/回声通路变化(在此在～5ms之后)。
[0238]
从而，相应地可采取快速行动，例如改变反馈消除系统的自适应算法的反馈估计量的当前值(参见图4中在时间n1从到的(突然)变化)和/或影响波束形成器的设置或者对电输入信号的处理执行其它行动。
[0239]
包括耳内传声器的助听器
[0240]
用于听力损失补偿的听力仪器目前基于客户数据(听力损失、年龄、性别等)以及验配依据(例如nal-nl2)编程到某一增益。然而，基于声学变换器(如传声器和接收器(扬声
器))、用户外耳解剖学以及听力仪器在耳朵上的置放的偏差，在鼓膜处的有效放大可能变化很大。在4khz，该变化可能容易地就达到10-20db，在更高频率，甚至更多。给定可能的变化，调节验配依据几个db将可能对所有潜在用户并不具有期望的可听效应。当然，该偏差的部分可通过使用探针传声器设备进行真耳测量(rem)而进行补偿，但这些测量并未针对所有验配进行，且未补偿在取下及重新插入听力仪器之后已经改变的声学环境。
[0241]
减小该偏差的一种方法是在耳道内放置监测传声器以测量在耳膜处出现的有效声压级。放大则可进行测量并相应地控制以达到定义的目标放大。先前向ite仪器添加监测传声器的尝试被发现存在许多技术难题。此外，其需要另外的传声器，这增加了听力仪器的大小、功耗和复杂性。本发明提出一种听力仪器设置，其可解决这些问题中的至少部分。
[0242]
反馈管理的最近发展预示提供无反馈听力仪器的目标可能不太遥远。消除反馈限制打开了新机会的大门，例如“反向开口的耳道内不可见(iic)”助听器。根据本发明的反向开口iic型助听器例如可一个或多个下述特征(参见图7)：
[0243]-传声器m放置在壳体中并在朝向(并靠近)鼓膜(耳膜)的方向在接收器spk后面；
[0244]-听力仪器hd不密封耳道，使得尽可能多的直接声音s
env
到达鼓膜和传声器m；
[0245]-接收器spk和传声器m均放在耳道的骨性部分中因此受到保护免遭耳垢；
[0246]-该设置也可用作耳内接收器式(rite)助听器的外部变换器单元(其中，传声器m可用作rite助听器的传声器或者传声器之一)。
[0247]
本技术的另一方面涉及包括由ite部分构成的助听器，ite部分适于位于用户耳道的骨性部分中(靠近耳膜)。图7示出了根据本发明的该另一方面的助听器位于用户耳道中并靠近耳膜。
[0248]
本发明还提供包括配置成位于用户耳道的骨性部分中的狭长壳体的助听器hd。助听器包括用于处理音频信号的正向通路。正向通路包括：a)用于拾取耳道中的声音并适于提供表示所述声音的电输入信号的输入变换器；b)用于处理电输入信号或源自其的信号并提供处理后的信号的信号处理器；及c)配置成根据电输入信号将处理后的信号转换为输出声音的输出变换器。助听器还可包括反馈控制系统，用于估计和消除或者减少电输入信号中源自从输出变换器到输入变换器的反馈通路的信号分量并提供反馈校正的输入信号。当助听器按计划进行安装时，所述壳体的截面积可小于耳道的骨性部分的截面积。输入变换器和输出变换器可相对于彼此安装在壳体中，使得输入变换器比输出变换器更靠近耳膜。
[0249]
当助听器按计划进行安装时，壳体可具有朝向耳膜方向的纵向。沿壳体的纵向，壳体的截面积可小于耳道的骨性部分的截面积。从而，当助听器按计划安装在用户耳道中时，在助听器的壳体周围或者沿该壳体，声音能相对自由地从环境传到耳膜。
[0250]
当助听器按计划安装在用户耳道中时，壳体可包括在朝向耳膜的方向来自输出变换器的声音出口。从而，来自输出变换器的声音振动被导向用户耳膜。输出变换器可由扬声器构成或者可包括扬声器。
[0251]
当助听器按计划安装在用户耳道中时，壳体可包括在朝向环境的方向到输入变换器的声音入口。从而，来自环境(及可能来自输出变换器)的声音振动被导向用户耳膜。输入变换器可由传声器和/或振动传感器构成或者可包括传声器和/或振动传感器，例如加速计或者骨导传声器。
[0252]
助听器可包括使能遥控助听器的用户接口，例如开/关、音量和程序切换。壳体可
包括形成用户接口的一部分的无线接收器。
[0253]
助听器可包括电池(如可再充电电池)或其它供能装置，用于对包围在壳体中的元件供电。电池(或其它供能装置)可位于壳体中。
[0254]
如图7中所示，根据本发明的助听器hd(或者助听器的ite部分)包括用于处理音频信号的正向通路。正向通路可包括：a)用于拾取耳道中的声音(s
env
+s
hd
)并提供表示所述声音的电输入信号的输入变换器m(如传声器)；b)用于处理(例如放大或衰减)电输入信号(或源自其的信号)并提供处理后的信号的信号处理器(放大器)；及c)配置成根据电输入信号将处理后的信号转换为输出声音s
hd
的输出变换器spk(如扬声器)。助听器(或者助听器的ite部分)还包括反馈控制系统，用于估计和消除(或者减少)正向通路的信号中源自从输出变换器到输入变换器的反馈通路的信号分量(参见图8)。
[0255]
当然，听力仪器的机械设置非常易受反馈的影响，因而本发明依赖于反馈消除器(参见图7、8)：
[0256]
1、传声器信号y(n)表示用户在鼓膜(耳膜)处感受到的声音。该信号非常有用，因为其表示用户可能直接听见什么，包括存在什么样的梳齿滤波器效应、鼓膜处的最终声压级如何等等。这是为什么该传声器也被称为监测传声器的原因。
[0257]
2、传声器信号y(n)为两个分开的分量的和，即由图8中的x(n)表示的直接声音s
env
和由来自图8中的接收器v(n)的信号表示的反馈声音s
hd
。反馈消除器(包括反馈估计器fb
est
和求和单元+)将反馈估计量v
est
(n)从电输入信号(传声器信号y(n))减去，使得仅留下直接声音x(n)(在v
est
(n)＝v(n)的理想情形下)，其用作用于将一个或多个处理算法应用于反馈校正的输入信号e(n)(求和单元+的输出)的信号处理器pro的输入。一个或多个算法例如可包括降噪、听力损失补偿等。该直接声音信号x(n)与传声器信号y(n)之间的电平差可表示用户接收的有效放大。
[0258]
3、反馈消除器通过应用估计的反馈通路h
est
(n)(脉冲响应或传递函数)而从听力仪器输出信号u(n)得出反馈信号v
est
(n)。在理想情形下，该估计的反馈通路等于反馈通路h(n)，其具有两个分量：
[0259]
a、接收器spk的传递函数：h(n)的某些变化例如可指明接收器故障；
[0260]
b、从接收器spk到传声器m的耳内传递函数，其通过耳道的声学进行定义：h(n)的某些变化例如可指明用户用手指堵住耳道。这可用作与听力仪器交互的手段(关闭、改变程序等)。
[0261]
如上面第2点描述的，用户耳朵处的有效放大可通过计算信号x(n)与y(n)之间的电平差进行估计。由于直接声音x(n)和放大的声音y(n)均用同一传声器进行测量，在计算有效放大时，传声器的任何硬件偏差被减掉。
[0262]
之后，可确定有效放大与给定的目标放大之间的差以相应调节听力仪器放大f(n)并最终收敛到目标放大。
[0263]
听力装置因而能准确测量提供给用户的有效放大。该信息可以两种不同的方式进行使用：1)在佩戴时间期间调节仪器增益以收敛到期望的目标放大；或者2)随时间记录有效放大与期望的目标放大之间的差并向听力护理专家(hcp)或者直接向用户提供建议的增益调节。
[0264]
此外，鼓膜信号可用作hi的输入信号。鼓膜信号可通过如上所述的监测传声器捕
获，但也可使用其它技术。这样的其它技术的例子为：激光振动计、电容性传感器、直接连接到鼓膜或中耳小骨的测量装置。放大的声音之后还借助于传统的接收器(经空气)或通过任何其它装置如直接安装在鼓膜或小骨上的致动器而施加到鼓膜。
[0265]
该想法与先前的解决方案的差别在于其需要强的声学反馈才能工作。直接声音和放大的声音必须在传声器处相加，使得我们能估计有效放大。换言之，相较于其它其中耳道实质上密封的iic解决方案，耳道必须尽可能开放。
[0266]
此外，监测仅使用单一传声器工作。之前已提出其它监测传声器解决方案，但监测传声器通常仅用于监测，而不用作助听器的主要输入源。
[0267]
具有上述硬件特征的听力仪器具有多个其它可能的优点：
[0268]-真正不可见，即不能从外部看见；
[0269]-没有风噪；
[0270]-保留来自耳廓以及外耳道谐振的自然线索；
[0271]-在关闭时，就像您没有佩戴助听器一样，即其不堵塞耳道。
[0272]
当由对应的过程适当代替时，上面描述的、“具体实施方式”中详细描述的及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。
[0273]
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，也可以存在中间插入元件。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。
[0274]
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。
[0275]
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。
[0276]
因而，本发明的范围应依据权利要求进行判断。
[0277]
参考文献
[0278]
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ep3291581a2(oticon)07.03.2018.