具有閉塞抑制和次聲能量控制的助聽器的製作方法

2023-12-10 09:04:52 2

專利名稱：具有閉塞抑制和次聲能量控制的助聽器的製作方法
技術領域：
本發明涉及助聽器，該助聽器包括閉塞抑制系統和授話器，該授話器具有擴展的低頻響應或靜壓能力和限定的次聲濾波，以減少由於主要由下頌運動產生的可能在對於 IOHz的頻率區域中存在的大量次聲能量導致的不期望的效應，並且改善在助聽器使用者的耳道中的閉塞信號的抑制。
背景技術：
助聽器的主要目的是通過放大和處理在助聽器的外置或環繞的麥克風接收的環境聲音而補償使用者的聽力損失。放大或處理的聲音，以實現使用者的特定聽力瞬時的至少部分補償的方式，通過適當的微型揚聲器或授話器被發射到使用者的完全或部分閉塞的耳道。然而，在使用者的耳道中安裝耳模或助聽器的外殼引入了新的缺點。這樣的缺點之一是閉塞，它是由使用者的耳道的全部或部分物理阻擋引起的現象。助聽器使用者體驗作為他的/她的自己的語音的低頻分量的不自然的誇大感知以及直接通過使用者的骨頭和組織傳導的下頌和嘴部聲音的過量感知的閉塞。閉塞感知通常在助聽器外殼或耳模越阻擋耳道的情況下則越大，並且可能在諸如耳內式(ITE)、完全耳道式(CIC)和耳背式(BTE) 的不同類型的助聽器和耳模的不同特性之間不同。下面在簡化的情況下簡述閉塞和閉塞抑制對於助聽器使用者的影響，在該簡化的情況下，所考慮的唯一聲源是授話器和身體傳導的聲音。在來自助聽器的聲音發射的這種簡化的情況下，使用者聽到的聲音將感知或過量的身體產生聲音( = B-B')和授話器發射的聲音(R)的組合，而在耳道中的麥克風觀察到E = R+B = R+B』 +Bp,即，包括未注意或參考的聲音B』。為了向助聽器使用者提供未閉塞的聽覺的體驗，在身體傳導的聲音和授話器產生或發射的聲音之間的比率必須對應於對於未閉塞的耳部而言的在身體傳導的聲音和耳道產生的聲音之間的比率。如果有可能隔離感知的身體傳導的聲音(BP)，則這種聲音將在使用者的耳道中以相反的相位發射，具有良好地抵消身體傳導的聲音的過大部分的效果，因此導致良好地消除閉塞感覺。然而，實際上，不可能隔離身體傳導的聲音，更不用說所感知的(即，「過量」的)身體傳導的聲音，但是，可以聲音耳道麥克風來記錄身體傳導的聲音和授話器發射的聲音的組合(E = R+B)。假定兩個授話器被置於助聽器使用者的耳道中，一個授話器可以發射具有適當的增益g的環境聲音(Ri = g*A)，另一個可以減去(即，以相反的相位發射)具有適當的增益 f 的記錄的耳道聲音(R2 = f*E = f* (R!+R2+B) = f*(g*A+R2+B)或 & = f(g*A+B)/(l-f))， 產生感知的耳部聲音(E =禮+B，+Bp-R2) = g*A+B-f(g*A+B)/(l-f) = (1_ (f/(l_f)) * (g*A)+B))閉塞抑制任務然後變為平衡f和g，使得由使用者聽到的聲音具有與對於未閉塞的耳部而言的在身體傳導的聲音和耳道產生的聲音之間的比率相同的身體傳導的聲音有授話器發射的聲音的比率。雖然這種抑制任務可能看起來簡單，但是實際上，它涉及相當複雜和計算密集的優化，這在實際中是不期望使用對於用於助聽器的數位訊號處理器的當前計算能力來執行的，特別是考度到在上面的說明中的簡化。閉塞抑制器的實際實現方式通常不涉及兩個授話器的使用，而是被實現在被配置來用於在輸出放大之前減去電信號的裝置中，這對於本領域內的技術人員是熟悉的。後一種實現方式需要被配置用於處理耳道聲音或聲壓的閉塞抑制器，以便在放大後來自聽力損失補償部件和閉塞抑制器的信號的和將抑制感知的身體傳導的聲音，使得當助聽器在正常的運行中時，使用者僅感知到聽力損失信號，而未感知到身體傳導的聲音。在現有技術中，助聽器閉塞主要被兩種方法對抗或抑制；被動聲音排放和最近的通過信號處理。排放可以被實現為包括延伸通過助聽器外殼或延伸通過耳模的聲道或管道的聲音出口。排放可以或者被實現為所謂的「開放選配」助聽器，其具有在使用者耳部的鬆散配合。兩種方法都可以在下述方面有效通過允許在耳道中的低頻聲音通過出口逃離到周圍的環境來減小使用者的閉塞感知。然而，達到在減小閉塞上有效所需程度的排放伴隨有兩個顯著的副作用1)由助聽器產生的低頻聲音的抑制或衰減；2)因為通過出口到助聽器的環繞麥克風(多個)的聲音洩漏，導致聲音反饋和助聽器不穩定的增大風險。相對於效應1)而言，所接收的聲音的低頻分量被減少與引起可獲得的低頻增益和在低頻下來自助聽器的最大不失真輸出的減少的、在閉塞水平上的減少相同的數量。因為最受閉塞影響的個體在低頻下對於正常的聽覺具有輕微的損失，並且因此不需要用於低頻的很多——如果有的話——增益，所以，這本身不必然是一個問題，但是因為所體驗的閉塞水平經常具有高幅度，甚至具有嚴重的低頻感覺神經損失的人都可能被閉塞效應煩擾， 但是同時需要顯著的低頻增益。相對於效應2)而言，排放經常導致需要反饋抵消或抑制系統來獲得指定的目標助聽器增益。反饋抵消系統伴有它們本身的一些限制和問題。而且，排放會給出不可預測的結果，有時產生比預期小得多的閉塞減少。其截止頻率位於使用者自己的聲音的基本頻率附近的出口將可能使得閉塞效應更差。最近，信號處理已經用於抑制在助聽器中的閉塞。在US 4，985，925中給出了一種這樣的現有技術公開。用於具體地基於主動閉塞抑制來實現信號處理的最近的現有技術公布包括EP 1 129 600 ；W02006/037156 ；WO 2008/043792 ；US 6, 937, 738 ；US 2008/0063228 ；W02008/043793 ；EP 2 309 778 ；Mejia, Jorge et al.，「The occlusion effect and its reduction，，，Auditory signal processing in hearing-impaired listeners,IstInternational Symposium on Auditory and AudioIogical Research(ISAAR2007)，ISBN :87-990013-1-4 ；以及，Meija，Jorge et al. ,"Active cancellation of occlusion :An electronic vent for hearing aids and hearing protectors，，，J. Acoust. Soc. Am. 124 (1), 2008。對於這些手段共同的是，在環繞麥克風處接收的「環境聲音」被聽力損失處理器來處理以補償使用者的聽力損失以產生期望的聲音，與由在使用者的部分或完全閉塞的耳道體積中的麥克風捕獲的補償信號組合以使得這些信號的和抑制感知的過量身體傳導的聲曰°雖然這些手段可能是相對於先前手段的改進，但是它們也收到缺點的影響，該缺點例如是由於不穩定的反饋迴路或在反饋迴路中包含的輸出放大器或授話器的過載導致
的偽聲音。在現有技術中未處理的一種特別嚴重的問題被由於下頌運動導致的、在閉塞的耳道的剩餘容積中的高幅度次聲信號引起。下頌運動改變耳道的剩餘容積的形狀，並且因此改變其容積，產生會具有極高幅度的不期望的次聲壓力信號。這些信號可能當反饋迴路試圖消除它們時使得輸出發送器或授話器過載，產生可聽到的人為效應，並且浪費電池能量。 即使過載不發生，這些大信號浪費有效的閉塞消除所需的輸出放大器和授話器的動態範圍。本發明的目的是減少上述次聲信號的影響。在現有技術中，在WO 2006/037156和US 2008/00632 中還沒有以滿意的方式處
理這些極高幅度的次聲信號的存在，傳統的出口被示出為選用地用於將耳部減壓，因此減少了在耳部中的堵塞的感覺。Meija, Jorge et al. ，「Active cancellation of occlusion :An electronic vent for hearing aids and hearing protectors，，，J· Acoust· Soc· Am· 124 (1)，2008 提出了與閉環預測則的個性化的換能器響應，其在助聽器中實現起來麻煩、昂貴和/或困難。

發明內容
在現有技術中，用於閉塞抑制助聽器的授話器的選擇和設計已經基於與聽力損失補償相關的考慮。然而，本發明人已經通過實驗和電路仿真的組合證明在主動閉塞抑制助聽器中使用具有擴展的低頻響應或靜壓能力外加限定的次聲濾波的授話器導致在其減少由於主要由下頌運動產生的次聲能量導致的不期望的效應的能力上的顯著改善。本發明人第一個識別出閉塞效應延伸到諸如在200Hz和IOHz之間的放大的、通常對於與聽力損失補償相結合的放大所考慮的頻率範圍之外。本發明人第一個將特別是低於IOHz的次聲頻率範圍包括在主動閉塞抑制助聽器的設計中。根據本發明的第一方面，提供了一種助聽器，包括環繞麥克風，所述環繞麥克風被適配以接收環境聲音並且將環境聲音轉換為電輸入信號。聽力損失處理器被適配以根據使用者的聽力損失來補償電輸入信號，並且產生電輸出信號。授話器被適配以接收組合的信號並且將其轉換為聲音輸出信號，耳道麥克風被適配以將耳道聲壓轉換為耳道信號。閉塞抑制器被連接用於接收和處理所述耳道信號，並且用於向信號組合器發射閉塞抑制信號， 所述信號組合器組合所述閉塞抑制信號和所述電輸出信號。所述組合信號被發射到所述授話器。根據本發明，所述授話器的頻率響應的下限截止頻率在一個實施例中小於10Hz，在另一個實施例中小於1Hz，並且在另一個實施例中，所述授話器實質上能夠將靜壓保持到密封容積中，並且具有到大氣壓力的後腔壓力均衡路徑。在當前的上下文中，通過經由IOmm的直徑Imm的管道將所述授話器耦合到IEC 711耳部模擬器或耦合器來測量所述授話器的所述頻率響應的下限截止頻率。所述下限截止頻率是在小於IkHz的頻率範圍中的頻率，其中，聲壓級比在IkHz的聲壓級小3dB。所述授話器可以包括微型電動態或移動線圈揚聲器或微型平衡銜鐵授話器，諸如KnowlesFH 3375助聽器授話器。可以通過減小位於標準的平衡銜鐵授話器的膜片中的氣壓釋放孔的大小來製造適當的授話器，該適當的授話器具有擴展的低頻響應，以便符合下限截止頻率的上述範圍。替代地，可以從所述膜片去除氣壓釋放孔，以產生如上所述的「靜壓能力，，，並且將適當尺寸的孔、出口或聲道布置通過所述授話器的後腔殼體，並且具有以下被稱為「後腔均衡」的到氣壓的路徑。從這個點開始，假定，「靜壓能力」的聲音暗示並且包括「後腔均衡」的另外聲音，因為如果沒有它則運行起來不現實。由本發明人進行的實驗測試和電路仿真已經顯示，具有如上所述的擴展的低頻響應或靜壓能力並且與適當的限定的次聲濾波方案組合——例如被提供次聲濾波器——的授話器在改善在助聽器或儀器中的主動閉塞抑制系統的性能上高度有益。本發明人已經通過實驗識別了多個閉塞聲壓源，諸如使用者的下頌運動，它們以很低的頻率在完全或部分封閉的耳道內產生令人驚訝的大耳道聲壓(包括在小於IOHz的次聲頻率下的聲音)。在具有主動閉塞抑制的現有技術的助聽器中，在次聲頻率下的這些大聲壓級未被充分地處理， 並且經常伴有聲音人為效應，諸如爆音或咔噠聲。通過閉塞抑制器到所述信號組合器的反饋迴路對於所述授話器產生高幅度的驅動，以尋求消除在使用者的耳道中的上述大次聲聲壓級。通過使得輸出級放大器和/或授話器本身過載或飽和來產生上述的聲音人為效應。 最大大約15_20dB的大量迴路增益使得所述迴路產生對於所述授話器的高幅度驅動，以消除大信號。在試圖基本上消除信號期間，所述授話器需要輸出與要消除的信號基本上相同幅度(但是具有相反的相位)的信號。如果所述授話器被調用來消除比所述授話器能夠產生者大的信號，則所述授話器和/或輸出放大器將飽和，產生在用於完全消除信號上的失敗以及可能的嚴重失真，這是不可接受的。通過使用具有擴展的低頻響應或靜壓能量加的上述授話器，其中，上述的限定次聲濾波方案包括適當大小的聲音出口(被選擇來實現最大次聲衰減(最大低頻截止頻率)， 同時避免低語音頻率授話器最大輸出能力的過量減小，並且因此不具有比大約200-300HZ 的低頻截止)和在閉合聲音反饋迴路中的額外低頻衰減的組合(因為出口本身的次聲衰減是必要但不足的)，本助聽器能夠顯著地閉塞抑制，而沒有由在諸如下頌運動引發的次聲的次聲頻率下的大聲壓級引起的人為效應，並且不使得輸出級放大器和/或授話器本身的動態範圍過載或佔用，以便提供低頻閉塞聲壓級的有效消除，而沒有可聽到的聲音人為效應或浪費的電池能量。本助聽器可以被體現為耳內式(ITE)、耳道式(ITC)或完全耳道式(CIC)助聽器， 其具有被成形和選擇大小以配合使用者的耳道的外殼或外殼部分。該外殼在一個實施例中包圍在外殼的最佳地排放的定製硬或軟殼內的環繞麥克風、聽力損失處理器、閉塞抑制器、耳道麥克風和授話器。替代地，本助聽器可以被體現為在耳內授話器BTE或傳統耳背式 (BTE)助聽器，其包括用於插入使用者耳道內的最佳地排放的耳模。BTE助聽器可以包括柔性聲音管道，其被適配來用於向使用者的耳道發送由位於BTE的外殼內的授話器產生的聲壓。在這個實施例中，耳道麥克風可以被布置在耳模中，而環繞麥克風、聽力損失處理器、閉塞抑制期間和授話器位於BTE外殼內。耳道信號可以通過適當的電纜或另一個有線或無線通信通道被發送到閉塞抑制器。環繞麥克風可以位於助聽器外殼內例如接近ITE或CIC助聽器外殼的面板。所述麥克風可以或者物理地與助聽器外殼分離，並且通過有線或無線通信鏈路耦合到聽力損失處理器。耳道麥克風在一個實施例中具有位於ITE、ITC或CIC助聽器外殼的尖端部分或 BTE助聽器的耳模尖端處的聲音入口，以允許位於使用者鼓膜或耳鼓之前的完全或部分閉塞的耳道容積內的耳道聲壓的不被阻擋的感知。所述信號組合器可以包括減法電路或減法函數，所述減法電路或減法函數以模擬格式或數字地被實現，以從電輸出信號減去閉塞抑制信號，以在助聽器的授話器和輸出放大器周圍建立反饋路徑。閉塞抑制信號在一個實施例中得自閉塞抑制器的反饋路徑，結果是由身體傳導產生的閉塞聲壓和授話器的聲音輸出信號的、用於表示來自聽力損失處理器的預期信號的低頻分量都被衰減大致類似的量。聽力損失處理器可以包括可編程的低功率微處理器，諸如可編程數位訊號處理器，用於執行預定的一組程序指令以根據使用者的聽力損失來放大和處理電輸入信號，並且產生適當的電輸出信號。替代地，聽力損失處理器可以包括基於硬連線的算術和邏輯電路的處理器，所述硬連線的算術和邏輯電路被配置來執行電輸入信號的對應的放大和處理。在這些實施例中，所述電輸入信號被提供為由可以與聽力損失處理器集成或被布置在環繞麥克風的外殼中的模數轉換器提供的數位訊號。可以以諸如模擬、數字或其組合的各種技術或格式來實現閉塞抑制器。在一個完全數字的實施例中，所述閉塞抑制器包括在聽力損失處理器的上述可編程數位訊號處理器上執行的預定的一組程序指令。在這個實施例中，單個DSP可以用於實現聽力損失處理器和閉塞抑制器，導致節省了硬體。在另一個實施例中，閉塞抑制器包括硬連線的算術和邏輯電路塊，所述硬連線的算術和邏輯電路塊被配置來提供耳道信號的處理和向所述信號組合器的閉塞抑制信號的發送。所述閉塞抑制器可以與所述聽力損失處理器集成在公共的半導體襯底上或被提供為獨立的數字電路。所述耳道麥克風在一個實施例中具有位於助聽器外殼的尖端部分處或耳模的尖端處的聲音入口，以允許位於使用者的鼓膜或耳鼓之前的耳道內的聲壓的實質上不被阻擋的感知。根據本發明的一個實施例，所述授話器包括膜片孔和/或後腔出口，用於設置授話器的頻率響應的下限截止頻率。在一個實施例中，所述膜片缺少膜片孔或氣壓釋放孔，並且所述授話器實質上能夠將靜壓保持到密封的體積中，並且具有到大氣壓力的後腔壓力均衡路徑，以允許後腔遵循大氣壓力改變，使得膜片可以將其本身置於中心。後一個實施例的顯著優點是它允許在接近或對於預定頻率的低頻下提高授話器的頻率響應，所述預定頻率以下稱為「授話器架頻率」。在一個實施例中，所述授話器架頻率大於10Hz。在另一個實施例中，授話器架頻率在10和500Hz之間。在另一個實施例中，所述授話器架頻率在20和 200Hz之間。在另一個實施例中，授話器架頻率在50和IOOHz之間。可以通過後腔出口的特性和授話器的其他特性來確定所述授話器架頻率，實質上產生架類型響應，以下稱為「授話器架響應」特性，這與其中不出現提高的高頻作比較顯示最低頻率的提高。接近和低於授話器架頻率的頻率響應的提高可能提高授話器的低頻輸出能力，並且在授話器架頻率附近以授話器相位響應的下降或減小的形式提供了更有益的相位響應。更有益的相位響應可以有助於降低所選擇的聲音反饋迴路的低頻峰化(low frequency peaking)，以下將其簡稱為「低頻峰化」，其可能出現在10至IOOHz的區域中。這種低頻峰化是在授話器終端處實現充分的次聲信號減小所需的、至少一個實施例的反饋迴路中的低頻衰減的選擇的自然結果。雖然這個峰化不是期望的特性，但是它是與次聲下頌運動問題的必要折中，下頌運動問題已經通過實驗被確定為更嚴重的問題。替代地，如果使用不具有授話器架頻率的傳統的授話器，則一個替代實施例可以包括具有架頻率的架響應，其被包含到聲音反饋迴路的迴路濾波器內，以在低頻峰化上實現類似的效果。然而，未獲得提高低頻授話器輸出能力的益處，並且，通過所使用的架響應的幅度來提高次聲授話器驅動，因此這不是期望的實施例，因為它加重了次聲能量問題。在其他實施例中，授話器不具有後腔出口，並且相反，主要通過可以具有比在標準授話器中的膜片孔小的尺寸的膜片孔的尺寸來確定下限截止頻率。根據本發明的一個實施例，聲音出口延伸通過或圍繞助聽器的外殼或耳膜。聲音出口可以具有高通截止頻率，所述高通截止頻率在一個實施例中在IOOHz和500Hz之間，並且在另一個實施例中在200Hz和300Hz之間。聲音出口可以包括一個或多個聲音通道或管道，用於在位於使用者的耳鼓之前的耳道容積和周圍的環境之間建立聲音連接。所述聲音出口允許低頻聲音從耳道容積向周圍環境傳播，並且反之亦然。聲音出口因此作為高通濾波器有助於助聽器的頻率響應。這個高通濾波器的高通截止頻率依賴於聲音出口的形狀和大小。在本說明書中，術語「聲音出口」涵蓋一個或多個特定的物理通道和產生聲音洩漏路徑的在使用者的耳道和助聽器外殼或耳模之間的開放或鬆散配合。雖然包括聲音出口的聲音反饋迴路的最佳頻率響應特性可以以各種方式分布在諸如耳道麥克風、授話器、閉塞抑制器和組合信號等的獨立部件和功能之間，但是將聲音出口的高通截止頻率設置為聲音反饋迴路的主要低頻截止有顯著的優點。試圖使用標準授話器的截止頻率來降低次聲迴路增益而不是出口不是有益的，因為它不減低閉塞抑制的幅度，並且，閉塞壓力與授話器的最大輸出能力的比率變差。聲音出口的高通截止頻率經常是被動地減小耳道聲壓的次聲下頌運動相關或產生的分量的幅度的唯一功能。如果被選擇得足夠高，則聲音出口的高通截止頻率可以理想地將耳道聲壓的次聲下頌運動產生的分量減少為不必被閉塞抑制系統消除的水平。然而，如果不將出口截止頻率設置為不期望地高的頻率(可能在400至500Hz或更高的頻率範圍中)，則不能方便地滿足這個目標，使得期望的語音或其他期望的低頻音頻帶信號可以具有較低的最大輸出水平和伴隨的低頻響應變差。所需要的是在限定的次聲濾波中的額外低頻衰減，以實現期望的總體次聲衰減，並且這是下述的實施例的關鍵構成部分。已經發現，當試圖找到用於提供在1)在IOHz之下的次聲衰減(出口需要比大約 400至500Hz大的低頻截止)和2、避免低語音頻率最大輸出能力的過量減小(不大於大約200-300HZ)之間的可接受的折中的出口大小時，不能同時滿足目標。已經發現，對於在這個200至300Hz範圍中的出口截止頻率，期望在5Hz區域中的大約20dB的附加衰減以達到我們的次聲衰減目標。我們的解決方案的目標被更精確地限定如下當聲音反饋迴路增益被設置來提供用於低語音頻率區域的大約20dB的閉塞消除時，主要由於下頌運動導致的次聲能量應當使得通常的授話器驅動低頻相對於全標度不超過大約_20dB，並且在更差的情況下不超過-10dB，以將系統動態範圍保留用於語音閉塞減小的預期功能。下面的部分描述如何提供必要的額外次聲衰減以滿足這個目標。至少一個實施例將閉塞抑制系統解除了處理在耳道麥克風上施加的很高的次聲聲壓的負擔，並且將向授話器應用的組合信號的次聲部分減少到可接受的水平。結果，防止很高的次聲聲壓損害用於語音頻率閉塞消除的閉塞抑制系統的動態範圍。而且，通過抑制向授話器應用的組合信號的次聲部分，保留了助聽器電池的電池功率或能量。源自試圖抵消下頌運動的大授話器驅動電平引起高的電池電流損耗(使得更差，因為在次聲頻率，授話器阻抗實質上等於授話器DC電阻——其最小值)，甚至無視可能的授話器/輸出級飽和以及伴隨的人為效應。除了授話器架頻率的前述使用之外，進一步可以使用與出口阻尼和從第二向一階頻率(零位置或過渡頻率)響應的過渡相關的聲音出口特性的知識來改善包括聲音出口的聲音反饋迴路的行為，並且減小先前命名的低頻峰化，即，在諸如小於IOOHz的小於語音頻率的低頻區域中的助聽器的頻率響應的峰化。根據本發明的另一個實施例，聲音出口的頻率響應的高通特性包括位於聲音出口的高通截止頻率之下的頻率範圍中的過渡頻率。過渡頻率(零位置)分離在小於過渡頻率的頻率處衰減的一階頻率響應和在大於過渡頻率的頻率處衰減的二階頻率響應。過渡頻率位於耳道麥克風的頻率響應的下限截止頻率的附近，諸如在耳道麥克風的頻率響應的下限截止頻率之下3個倍頻程(octave)和之上3個倍頻程之間或之下1個倍頻程和之上1個倍頻程之間。這個實施例有益於最小化在聲音出口的高通截止頻率之下的頻率區域中的相移，以便最小化在那個頻率區域中的助聽器的閉環頻率響應的低頻峰化。耳道麥克風的下限截止頻率可以理想地形成一階高通函數，並且可以被用作在限定的次聲濾波中的前述額外低頻衰減以實現期望的總的次聲衰減，並且這是至少一個實施例的關鍵構成部分。額外低頻衰減的替代實施例可以採取模擬電子或甚至一階高通函數的形式。然而，至少一個實施例使用麥克風膜片的氣壓釋放孔來執行聲音一階高通函數。如果相關聯的截止頻率比額外低頻衰減的截止頻率低，則可以在系統中存在其他高通函數， 而不對於系統性能具有較大的影響，因此在低頻峰化的頻率處增加小的額外相移。使用耳道麥克風的聲音一階高通函數的優點在於在耳道麥克風可以承受的最大聲音輸入水平上的大大增加，這將大大地減小如果耳道麥克風在閉塞的耳道中可能的很好信號水平處顯示較大的非線性則會出現的在次聲耳道信號和語音或其他期望的音頻信號之間的互調失真。在一個實施例中，閉塞抑制器包括反饋路徑，用於接收和使用預定的反饋傳遞函數來濾波耳道信號，以產生閉塞抑制信號。通過針對助聽器的頻率響應的特定特徵調整或定製反饋路徑的傳遞函數，可以減少或避免在反饋傳遞函數中的一個或多個頻率處的不期望的增益的提供。這有益於抑制在助聽器的頻率響應中的突出峰，諸如由授話器和/或助聽器的其他聲音部件的頻率諧振引起的頻率響應峰，該頻率響應峰處於或大於1kHz，諸如在IkHz和12kHz之間的頻率範圍之間。因此，可以避免或減小在I-UkHz頻率範圍內的耳道麥克風噪聲的不期望的放大，在該頻率範圍中，相當大的部分對於語音的理解很重要。在一個實施例中，預定反饋傳遞函數包括具有預定傳遞函數特性的頻率選擇濾波器。所述頻率選擇濾波器的預定傳遞函數特性可以被龐雜來補償助聽器的頻率響應的頻率響應峰。在一個這樣的實施例中，所述頻率選擇濾波器可以包括具有預定中心頻率和預定帶寬的陷波濾波器。所述陷波濾波器的預定中心頻率和帶寬可以有益地被定製以補償由所述授話器和/或聲音系統在l_12kHz的頻率響應範圍中的高頻諧振引起的上述頻率響應峰。通過將陷波濾波器的預定中心頻率設置得等於頻率響應峰的峰頻率來標稱地進行補償。另外，可以將陷波濾波器的預定帶寬設置得實質上等於所涉及的頻率響應峰的帶寬。進行對於標稱濾波器設置的調整，以相對於開環條件最小化閉合聲音反饋迴路的正增益峰。自然地，預定反饋傳遞函數可以包括相同類型或不同類型的多個頻率選擇濾波器，諸如高通濾波器、低通濾波器、帶通濾波器、架濾波器和陷波濾波器的任何組合。在一個實施例中，預定反饋傳遞函數包括2、3或更多的獨立陷波濾波器，其具有各自的預定中心頻率和帶寬，該各自的預定中心頻率和帶寬被布置來補償助聽器的頻率響應的多個不同的頻率響應峰的相應的一些。在一個實施例中，閉塞處理器被適配來接收和存儲與頻率選擇濾波器的預定傳遞函數特性相關聯的濾波器參數或與多個頻率選擇濾波器的傳遞函數特性相關聯的相應濾波器參數。根據一個實施例，其中，閉塞抑制器包括上述的硬連線或可編程甚至信號處理器，可以將濾波器參數在數位訊號處理器可訪問的非易失性存儲器的預定地址範圍中存儲為二進位係數或數字。閉塞處理器可以被適配來在助聽器的驗配過程期間接收和存儲與頻率選擇濾波器的預定傳遞函數特性相關聯的濾波器參數。在該驗配過程期間，閉塞抑制器可以通過有線或無線通信信道直接地或間接地耦合到適配計算機。閉塞處理器可以包括或連接到符合有線或無線通信信道的數據傳輸協議的數據接口，允許閉塞處理器接收濾波器參數。閉塞處理器或聽力損失處理器可以被配置來向非易失性存儲器的預定地址空間或範圍寫入這些濾波器參數。替代地，適配計算機可以被適配來直接地連接到、訪問和將濾波器參數寫入在非易失性存儲器中的預定地址空間或範圍，以隨後被閉塞處理器或聽力損失處理器讀出。當在被安裝在使用者耳部內時，適配系統或計算機通過助聽器的傳遞函數的開環和/或閉環測量來確定適當的濾波器參數。這個傳遞函數通常較為複雜，並且涉及來自在環繞麥克風、聽力損失處理器、閉塞抑制器、輸出放大器、授話器、出口、耳道和使用者的鼓膜之間的電和聲音耦合的影響。這個傳遞函數的聲音分析通常顯示多個諧振頻率，並且它們的頻譜位置限定聲音系統穩定性和系統性能。在一個實施例中，可以將次聲濾波方案包含在聲音反饋迴路中。在另一個實施例中，聲音反饋迴路可以包括授話器110、耳道麥克風109、閉塞抑制器106、耳模出口 112和信號組合器108。在另一個實施例中，可以將次聲濾波方案包含在授話器110、耳道麥克風 109、閉塞抑制器106、耳模出口 112和信號組合器108的一個或多個中。在一個實施例中， 次聲濾波方案可以是聲音反饋迴路的獨立函數。


將結合附圖更詳細地描述本發明的實施例，在附圖中圖1示出根據本發明的第一實施例的具有閉塞抑制的實驗助聽器的簡化示意圖，圖2描述了在標準授話器上的頻率響應測量和在圖1上所述的實驗助聽器中使用的、具有在密封的無出口腔體內的靜壓能力和到大氣壓力的後腔壓力均衡路徑的授話器； 以及圖3示出在圖1上描述的實驗助聽器的測量的閉塞抑制值對頻率，該實驗助聽器具有在圖2上測試的兩個不同的授話器，並且圖3圖示低頻峰化。
圖4示出用於演示可用於在一個實施例中使用的不同參數出口的出口過渡頻率和次聲衰減的出口仿真結果。圖5示出對於無排放條件以及使用具有標稱的200至300Hz低頻截止的出口的排放條件而言的、由下頌運動在閉塞的耳道中產生的測量的聲壓級。圖6示出測量的出口的低頻響應，次聲區域在從理論上在6dB/倍頻程下推斷的 20Hz 下。圖7描述了被覆蓋單極高通函數的耳道麥克風的測量的低頻響應。圖8示出具有和不具有後壓均衡路徑並且顯示「授話器架頻率」的有靜壓能力的授話器的測量的低頻響應。圖9示出具有和不具有後壓均衡路徑並且顯示「授話器架頻率」的標準授話器和有靜壓能力的授話器的仿真幅度響應。圖10示出具有和不具有後壓均衡路徑的標準授話器和有靜壓能力的授話器的仿真相位響應。圖11示出具有和不具有後壓均衡路徑並且顯示「授話器架(相位)響應」和「授話器架頻率」的有靜壓能力的授話器相對於標準授話器的仿真相對相位響應差。圖12示出授話器架頻率相對於「低頻峰化」的頻率的而特徵點效果。
具體實施例方式在圖1上描述的實驗助聽器100包括助聽器外殼105，該助聽器外殼105可以包括被定大小和成形來適配使用者的耳道的定製硬亞克力殼體。環繞麥克風102可以位於助聽器外殼105與在外殼105的向外定位的表面或面板中布置的聲音入口(未示出)接近的部分中。聲音入口從圍繞使用者的環境向環繞麥克風102傳送聲壓或聲音，以便產生用於表示所數據的聲音的電輸入或麥克風信號。該電麥克風信號被發送到可操作地耦合到環繞麥克風102的聽力損失處理器104。在本實施例中，聽力損失處理器104包括可編程低功率數位訊號處理器(DSP)。位於環繞麥克風102的外殼內或者作為聽力損失處理器104的構成部分的過採樣的模數轉換器以例如數字格式提供電麥克風信號。聽力損失處理器104被適配來根據使用者的預定聽力損失來補償電輸入信號，並且產生向信號組合器108提供的對應的電輸出信號。在本實施例中，信號組合器108被體現為信號減法器，該信號減法器被適配來用於將電輸出信號和由閉塞抑制器106提供的閉塞抑制信號相減。閉塞抑制信號得自由耳道麥克風109響應於在使用者的鼓膜之前的完全或部分閉塞的耳道容積V 111內檢測的耳道聲壓而產生的耳道信號。耳道麥克風109可以被布置在助聽器外殼105的遠處部分中，並且聲音入口延伸通過助聽器外殼105的尖端部分，以感測在耳道容積111內的耳道聲壓。如上所述，在助聽器100的正常使用期間，由耳道麥克風109檢測的耳道聲壓將是身體傳導的聲音和授話器發射/產生的聲音的疊加。可以根據需要將包括延伸通過助聽器外殼或延伸通過耳模的一個或多個聲道的被動聲音出口 112阻擋以解釋特定問題，或如在實施例中使用的那樣打開。諸如微型平衡銜鐵式授話器的授話器110被適配來接收和將在減法器108的輸出處提供的組合信號轉換為聲音輸出信號。授話器110具有擴展的低頻響應或靜壓能力，以改善在完全或部分閉塞的耳道容積111內的閉塞聲壓的抑制。在本實施例中，授話器的頻率響應的下限截止頻率被設置為大約2Hz或更低。然而，在本發明的其他有益實施例中，下限截止頻率可以被設置為小於IOHz的值，諸如小於5Hz或在另一個實施例中小於1Hz，或在另一個實施例中，授話器可以實質上能夠向密封容積內保持靜壓，並且具有到大氣壓力的後腔壓力均衡路徑。圖2描述了在圖1上描述的實驗助聽器中使用的兩個不同授話器上的頻率響應測量，其中有意地阻擋出口 112。從具有通過將所記錄的IkHz的聲壓級與在50Hz的聲壓級作比較顯然的大約50Hz的下限截止頻率的標準授話器獲得頻率響應曲線OOl幅度，203相位)。另一方面，在特殊修改的平衡銜鐵授話器上測量頻率響應曲線O02幅度，204相位)， 該授話器能夠向密封容積中保持靜壓，並且具有到大氣壓力的後腔壓力均衡路徑。由於測量系統限制，如所示可看到大約2Hz的下限截止頻率。以下述三種不同的配置通過實驗來評估與圖1的簡化示意圖對應的實驗助聽器 100，並且，在聲音耦合器上有意阻擋出口 112:1)第一示例性配置，授話器具有如在圖2的頻率響應曲線201上圖示的正常下限截止頻率。2)第二示例性配置，授話器具有如在圖2的頻率響應曲線201上圖示的正常下限截止頻率，並且在閉塞抑制器106的反饋路徑上插入陷波濾波器。3)第三示例性配置，授話器具有如在圖2的頻率響應曲線202上圖示的靜壓能力， 並且在閉塞抑制器106的反饋路徑上插入陷波濾波器。在上面的配置2)和3)中，反饋路徑可操作用於接收和濾波由耳道麥克風提供的耳道信號，並且至少部分地通過陷波濾波器來確定反饋傳遞函數。陷波濾波器具有預定的中心閉塞抑制和預定帶寬，其被設置或配置來補償助聽器的頻率響應的顯著頻率響應峰 205。在當前情況下，這個頻率響應峰205主要由授話器(圖1的110)在大約3kHz的機械 /聲音諧振確定，但是在其他實施例中，可以通過助聽器的電子或聲音信號傳輸路徑的各種聲音、機械或電子電路來引起頻率響應峰。在圖3中匯總了評估的結果，圖3示出如上所述的三種不同配置的每一個的以dB 計的測量的閉塞抑制對頻率。OdB線指示由閉塞抑制系統的行為未引起在使用者的耳道內閉塞聲壓的測量水平的改變。正或負讀數分別反映較高或較低的閉塞聲壓。具有對應於上面的配置1)的標準授話器的助聽器獲得如曲線302所示的在IOOHz 和300Hz之間的頻率範圍中的大約9-lldB的消除。然而，閉塞抑制的不期望的缺少在諸如小於25Hz和大約IkHz的較低和較高頻率下出現，特別是在響應峰205附近，其中，閉塞聲壓增大到比無輔助的情況高的水平。具有與上面的配置2)對應的標準授話器和在反饋路徑中的陷波濾波器的助聽器獲得如曲線304所示的在IOOHz和300Hz之間的頻率範圍中的大約13_15dB的消除。而且，在響應峰205附近的閉塞抑制已經被顯著地改善大約6-8dB。然而，閉塞抑制的不期望的缺少「低頻峰化」在諸如小於25Hz的較低頻率下仍然存在，如虛曲線304所示。包括具有擴展的低頻響應或靜壓能力的、即與上面的配置幻對應的授話器的助聽器配置在本實驗助聽器的整個低頻響應範圍中獲得很大改善的閉塞抑制或衰減。與上面的配置2)作比較，容易如虛曲線306所示能夠觀察到在IOHz和25Hz之間的頻率範圍上的大約8-15dB和在高達50Hz時的3dB的在閉塞抑制上的較大改善，「低頻峰化」在諸如由虛曲線306所示的從1至5Hz的次聲區域中的較低的頻率處仍然很低。雖然這看起來是可接受的性能，如在本發明的背景技術中所述，但是在出口 112 被阻擋的情況下測試的圖1中的系統仍然受到主要由下頌運動引起的次聲過載的影響。迴路仍然試圖形成這些很低的頻率，因為迴路增益在這些頻率上現在很高。因此， 必須將在其中下頌運動在封閉的耳道中產生大幅度的很低的次聲頻率下將迴路增益減小到不出現消除下頌運動次聲信號的任何明顯嘗試的點。如在一個實施例中那樣當打開時的出口 112執行所需要的次聲衰減的大部分，並且具有如在用於圖4中的各種出口尺寸的仿真結果中所示的頻率響應。響應曲線具有2個斜率區域區域401是6dB/倍頻程斜率區域，並且區域402是12dB/倍頻程斜率區域。「過渡頻率」403是在這兩個區域之間的劃分點。出口 404的截止頻率對應於在12dB/倍頻程斜率區域的高頻端處的低頻峰化。對於不排放條件(曲線503——在峰化時，曲線504——在安靜的下頌運動進行期間)以及使用具有標稱的200至300Hz低頻截止的出口的排放條件(曲線505——在峰化時，曲線506——在安靜的下頌運動進行期間)，在圖5中示出在由下頌運動在閉塞的耳道中產生的測量聲壓級，結果是當排放時(區域50 ，聲壓級在l-2Hz區域中能夠達到140dB 的SPL標度，並且在2-5Hz區域中能夠達到接近IOOdB SPL0在圖6中描述了出口的測量的低頻響應(主曲線602至611)，從理論上講的在 6dB/倍頻程下推斷的20Hz下的次聲區域(區域601)清除在測量環境中存在的次聲噪聲。 注意，對於所使用的標稱的Imm出口大小(其產生200至300Hz的截止頻率)，過渡頻率比 20Hz充分地大，以允許這是合理地精確的。圖7描述了在仿真單極高通函數(虛曲線70 上疊加的耳道麥克風的測量的低頻響應(實曲線701)，用於演示耳道麥克風的高度精確的一階聲音高通函數。耳道麥克風的下限截止頻率可以被設計為接近理想的一階高通函數，並且可以用作在限定的次聲濾波中的前述額外低頻衰減，以實現期望的總的次聲衰減，並且這是我們的優選實施例的關鍵構成部分。額外低頻衰減的替代實施例可以採取模擬電子或數字一階高通函數的形式。然而，該優選實施例使用麥克風膜片的氣壓釋放孔來執行聲音一階高通函數。如果相關聯的截止頻率比附加的低頻衰減的截止頻率小得多，則其他高通函數可以存在於系統中，而不對於系統性能有顯著影響，因此在低頻峰化的頻率處增加了很少的附加相移。使用耳道麥克風的聲音一階高通函數的優點在於大大地提高了耳道麥克風可以承受的最大聲音輸入水平，這將大大地減小如果耳道麥克風在閉塞(但是如所提出的那樣被排放)耳道中可能的很高的信號水平處顯示顯著的非線性則會出現的在次聲耳道信號和語音或其他期望的音頻信號之間的互調失真的可能。圖8示出在下述情況下有靜壓能力的授話器的測量的低頻響應不具有後壓均衡路徑，其中，所述後壓均衡路徑允許後腔遵循大氣壓力改變(阻擋壓力均衡路徑不是實際的操作條件，而是作為測試條件允許我們演示這個授話器配置的另一個特性。)(曲線801——幅度，曲線802——相位)；以及，具有後壓均衡路徑(正常的操作條件)(曲線 803——幅度，曲線804——相位)，並且，圖8演示了「授話器架響應」(曲線805——幅度， 曲線806——相位)，它是相對於不具有後壓均衡路徑的有靜壓能力的授話器的授話器響應而言的具有後壓均衡路徑的有靜壓能力的授話器的授話器響應。注意在兩個條件之間的幅度(曲線805)和相位(曲線806)的差。架響應特性與其中不出現提高的高頻作比較具有最低頻率的提高。也在與架提高的中間幅度點對應的頻率處存在在相差上的降低或最小值。這個頻率被稱為授話器「架頻率」807。最後示出的是在大約2Hz處的測量的系統低頻截止808，其防止看到有靜壓能力的授話器的真實的次聲響應曲線，但是它並不實質上影響 「授話器架響應」。圖9示出標準授話器(曲線901)和具有(曲線903)和不具有(曲線902)後壓均衡路徑的有靜壓能力的授話器的仿真幅度響應，其中，所述後壓均衡路徑允許後腔遵循大氣壓力改變，並且圖9演示了「授話器架響應」(曲線904)和「授話器架頻率」905。不像圖8的測量響應那樣，該模擬不被諸如測量系統低頻截止808的低頻截止限制，因此顯示了在理論上良好的、有靜壓能力的授話器的平坦次聲響應曲線(理論上的響應對DC)。圖10示出標準授話器(曲線1001)和具有(曲線1003)和不具有(曲線1002) 後壓均衡路徑的有靜壓能力的授話器的仿真相位響應。圖11示出有靜壓能力的授話器相對於具有(曲線1101)和不具有(曲線1102) 後壓均衡路徑的標準授話器(曲線1101)的仿真相對相位響應差，並且圖11演示了 「授話器架(相位)響應」(曲線1103)和「授話器架頻率」——1104，演示了可以用於減小「低頻峰化」的幅度的在相對相位響應中的有益的下降。圖12示出在具有主動閉塞消除的閉環響應上的相對於「低頻峰化」的頻率調整授話器架頻率的效果。所選擇的架頻率是1Ηζ、40Ηζ和300Hz。如所示，低頻峰化的頻率在一定程度上被影響，這並沒什麼後果，但是「低頻峰化」的幅度被不是很強地影響，但是最小條件是有益的。IHz架頻率(曲線1201)有效地對應於幾乎關閉到大氣壓力的後腔壓力均衡路徑或不具有架頻率。40Hz架頻率(曲線120 在該情況下給出了大體的低頻峰化的最小幅度。可以例如使用300Hz架頻率(曲線120 來用於最低語音頻率的略微的授話器提高和授話器的可能的最大輸出能力，這將是有益的，但是其代價是提高了低頻峰化的幅度。
權利要求
1.一種助聽器，包括-環繞麥克風，其被適配以接收環境聲音並且將環境聲音轉換為電輸入信號，-聽力損失處理器，其被適配以根據使用者的聽力損失來補償所述電輸入信號，並且產生電輸出信號，-授話器，其被適配以接收至所述授話器的組合的信號並且將組合的信號轉換為聲音輸出信號，-耳道麥克風，其被適配用於將包括次聲能量的耳道聲壓轉換為耳道信號，-閉塞抑制器，其被連接用於接收和處理所述耳道信號，並且用於發射閉塞抑制信號，-信號組合器，其組合所述閉塞抑制信號和所述電輸出信號。所述組合信號被發射到所述授話器，其中-所述授話器選自由下述部分構成的組a)具有小於IOHz的下限截止頻率的低頻率響應的授話器，以及，b)能夠保持在密封容積中的靜壓並且具有到大氣壓力的後腔壓力均衡路徑的授話器，-所述助聽器進一步包括次聲濾波器，用於濾波次聲能量。
2.根據權利要求1所述的助聽器，其中，所述授話器包括具有膜片孔的膜片，所述膜片孔用於設置所述授話器的所述頻率響應的下限截止頻率。
3.根據權利要求1所述的助聽器，其中，所述授話器包括不具有膜片孔的膜片，並且包括後腔出口，並且實質上能夠向密封容積內保持靜壓。
4.根據權利要求1所述的助聽器，進一步包括聲音出口，所述聲音出口延伸通過或圍繞所述助聽器的外殼或耳模，-所述聲音出口具有選自由在IOOHz和500Hz之間和在200Hz和300Hz之間構成的組的高通截止頻率。
5.根據權利要求4所述的助聽器，其中，所述聲音出口的頻率響應的高通特性包括位於所述聲音出口的所述高通截止頻率之下的頻率範圍中的過渡頻率，-過渡頻率分離在小於所述過渡頻率的頻率處衰減的一階頻率響應和在大於所述過渡頻率的頻率處衰減的二階頻率響應，-其中，所述過渡頻率位於額外低頻衰減的頻率響應的下限截止頻率的附近，諸如在額外低頻衰減函數的所述頻率響應的所述下限截止頻率之下3個倍頻程和之上3個倍頻程之間或之下1個倍頻程和之上1個倍頻程之間。
6.根據權利要求5所述的助聽器，其中，所述額外低頻衰減函數採用實質上具有一階特性的、模擬電子或數字高通函數的形式。
7.根據權利要求5所述的助聽器，其中，所述額外低頻衰減函數採用在所述耳道麥克風中包括的聲音或電子高通函數的形式，所述函數實質上具有一階特性。
8.根據權利要求1所述的助聽器，其中，所述閉塞抑制器包括反饋路徑，用於接收所述耳道信號並使用預定的反饋傳遞函數來濾波所述耳道信號，以產生所述閉塞抑制信號。
9.根據權利要求8所述的助聽器，其中，所述預定反饋傳遞函數包括具有預定的傳遞函數特性的頻率選擇濾波器。
10.根據權利要求9所述的助聽器，其中，所述頻率選擇濾波器包括具有預定中心頻率和預定寬帶的陷波濾波器。
11.根據權利要求9所述的助聽器，其中，所述閉塞處理器被適配以接收和存儲與所述頻率選擇濾波器的所述預定傳遞函數特性相關聯的濾波器參數。
12.根據權利要求11所述的助聽器，其中，所述閉塞處理器被適配以在驗配過程期間接收和存儲與所述頻率選擇濾波器的所述預定傳遞函數特性相關聯的濾波器參數。
13.根據權利要求12所述的助聽器，其中，通過在驗配過程期間的測量過程來確定所述頻率選擇濾波器的所述預定傳遞函數特性。
14.根據權利要求9所述助聽器，其中，所述頻率選擇濾波器的所述預定傳遞函數特性被配置來補償所述助聽器的頻率響應的頻率響應峰。
15.根據權利要求1所述的助聽器，其中，助聽器包括使能通過所述助聽器的流體交流的出口，並且其中，所述次聲濾波器包括所述出口和在聲音反饋迴路的所述頻率響應的額外低頻衰減的組合。
16.根據權利要求15所述的助聽器，其中，所述額外低頻衰減包括一階高通函數。
17.根據權利要求8所述的助聽器，其中，所述反饋路徑的測量的性能在小於IOOHz的頻率區域中呈現低頻峰，並且，其中，所述低頻峰的幅度被最小化。
18.根據權利要求17所述的助聽器，其中，所述反饋路徑是閉環聲音反饋路徑。
19.根據權利要求18所述的助聽器，進一步包括在所述閉環聲音反饋路徑中的架濾波器，其呈現低頻架響應特性並且呈現對應的架頻率，其中，相對於所述低頻峰的頻率來調整所述架頻率，以最小化所述低頻峰的幅度。
20.根據權利要求19所述的助聽器，其中，提供低頻架響應特性的所述架濾波器包括授話器，所述授話器實質上能夠向密封容積內保持靜壓，並且具有到大氣壓力的後腔壓力均衡路徑，所述授話器呈現對應的架頻率。
21.根據權利要求1所述的助聽器，其中，具有小於IOHz的下限截止頻率的所述授話器具有到大氣壓力的後腔壓力均衡路徑。
22.根據權利要求2所述的助聽器，其中，所述授話器包括到大氣壓力的後腔壓力均衡路徑。
全文摘要
本發明涉及具有閉塞抑制和次聲能量控制的助聽器，本發明涉及助聽器，該助聽器包括閉塞抑制系統和授話器，該授話器具有擴展的低頻響應或靜壓能力和限定的次聲濾波，以減少由於主要由下頜運動產生的可能在對於10Hz的頻率區域中存在的大量次聲能量導致的不期望的效應，並且改善在助聽器使用者的耳道中的閉塞信號的抑制。
文檔編號H04R27/02GK102413412SQ20111029706
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月22日 優先權日2010年9月22日
發明者詹姆斯·羅伯特·安德森 申請人:Gn瑞聲達A/S