使好耳效應最大化的方法和雙耳聽音系統的製作方法

2023-12-01 00:02:51 3

專利名稱：使好耳效應最大化的方法和雙耳聽音系統的製作方法
使好耳效應最大化的方法和雙耳聽音系統技術領域
本申請涉及聽音裝置，如包括第一和第二聽音裝置的聽音系統，尤其涉及動態聲環境中的聲音定位和使不同聲源彼此分離的用戶能力，例如目標在於提高語音可懂度。本發明尤其涉及包括適於分別佩戴在用戶左耳和右耳處的左和右聽音裝置的雙耳聽音系統的傳聲器系統從聲場拾取的音頻信號的處理方法，聲場包括來自一個或多個聲源的聲信號，聲信號從相對於用戶的一個或多個方向撞擊在用戶上，左和右聽音裝置包括用於在其間建立通信鏈路的收發器。本申請還涉及雙耳聽音系統。
本申請還涉及包括處理器和程序代碼的數據處理系統，程序代碼使處理器執行本發明方法的至少部分步驟，及涉及保存程序代碼的計算機可讀介質。
例如，本發明可用在如補償用戶聽力受損的助聽器系統的應用中。本發明尤其可用在包括聽力儀器、耳機、耳麥、有源耳朵保護系統或其組合的應用中。
背景技術：
本發明背景技術的相應描述可在EP 2026601A1中找到，下面的大部分內容均取自該申請。
患聽力損失的人大多數通常存在檢測聲信號中的高頻的問題。由於聲信號中的高頻已知在空間聽覺如確定所檢測聲音的位置或源的能力(「聲定位」)方面具有優點，因而這是主要問題。因此，空間聽覺對於人在其環境中感知聲音、交互作用及確定方向的能力非常重要。對於更複雜的聽音情形如雞尾酒會更是如此，其中空間聽覺使人能在知覺上使不同聲源彼此分離，從而導致更好的語音可懂度[Bronkhorst, 2000]。
從心理聲學文獻可以看出，除了耳間時間和電平差(分別縮寫為ITD和ILD) 之外，聲定位還由單耳頻譜暗示即在高於3kHz的頻率通常出現的峰值和谷值調解 [Middlebrooks and Green, 1991]、[Wightman and Kistler, 1997]。由於聽力受損人員通常在檢測高於3kHz頻率的能力方面受損，他們受降低的空間聽覺能力的折磨。
頻移已用於修改音頻信號的所選頻譜分量以提高用戶對音頻信號的感知能力。原則上，術語「頻移」或「移頻」指多種不同的、改變信號頻譜的方法。例如，「頻率壓縮」指將 (更寬的)源頻區壓縮為更窄的目標頻區，例如通過拋棄每第η個頻率分析頻帶並在頻域中將其餘頻帶「推」在一起。「頻率降低」指將高頻源區轉變為低頻目標區，但不拋棄所轉變的高頻帶中包含的任何頻譜信息。而是，已移頻的較高頻率完全代替較低頻率或它們與較低頻率混頻。原則上，兩種類型的方法均可對特定輸入頻譜的所有頻率執行或僅對部分頻率執行。在本說明書中，兩種方法均用於將較高的頻率向下移頻，或通過頻率壓縮，或通過頻率降低。然而，總的來說，可有向下移到一個或多個低頻目標頻帶的一個或多個高頻源頻帶，也可有其它保持不受移頻影響的愈加更低的頻帶。
專利申請ΕΡ1742509涉及通過合成聽力裝置的音頻輸入信號而消除聲反饋及噪聲。儘管該方法利用頻移，但在該現有技術方法中頻移的目的是消除助聽器中的聲反饋和噪聲，而不是提高空間聽覺能力。發明內容
因自適應頻移引起的好耳效應基於當前聲環境的估計、個人佩戴者聽力損失、可能及關於佩戴者的頭部和軀幹幾何形狀的信息的獨特組合。好耳效應通常指聽者試圖增強具有更好信噪比的那一側的語音信號的可聽度同時減低具有更差信噪比的那一側的噪聲的現象。
創造性的算法提供將聽力儀器觀察到的好耳效應(BEE)變換為佩戴者藉助於頻移可接近的BEE的方式。
在第一方面，例如由頭部相關傳遞函數(HRTF)表徵的耳朵、頭部和軀幹幾何形狀與當前聲源的頻譜分布和位置信息組合提供決定在特定時間哪些頻帶對聽者或聽力儀器見到的BEE最有作用的手段。這對應於圖I略示的系統。這方面是2011年8月23日申請的、題為 「A method, a listening device and alistening system for maximizing a better ear effect」的歐洲專利申請的主要論題,該申請通過引用組合於此。
在第二方面，耳朵、頭部和軀幹幾何形狀對BEE的影響在不知道個人HRTF的情形下通過比較跨耳朵估計的源信號進行估計。這對應於圖2中略示的系統。
原則上，對於顯現BEE，必須發生兩件事目前聲源的位置需要在聽者的頻率範圍引起ILD (耳間電平差)，及目前聲源必須在ILD足夠大的那些頻率展現能量。這些稱為潛在施主(donor)頻率範圍或頻帶。
用戶聽力損失的信息，尤其是聽力圖和隨頻率而變的頻率解析度，用於推導佩戴者感受BEE的頻區。這些稱為目標頻率範圍或頻帶。
根據本發明，算法持續改變移頻以使BEE最大化。另一方面，與靜態移頻方案如 [Carlile et al.，2006]、[Neher and Behrens, 2007]相反，本發明並不向用戶提供空間信息的一致表不。
根據本發明，當前身體BEE的頻譜構造知識與怎樣使其可由聽力儀器的佩戴者接近的知識組合。
本申請的目標在於為雙耳聽音系統的用戶提供改善的聲音定位。
本申請的目標由所附權利要求限定的及下面描述的發明實現。
運行雙耳聽咅系統的方法
在本申請的一方面，本申請的目標由包括適於佩戴在用戶左耳和右耳處的左和右聽音裝置的雙耳聽音系統的傳聲器系統從聲場拾取的音頻信號的處理方法實現，聲場包括來自一個或多個聲源的聲信號，聲信號從相對於用戶的一個或多個方向撞擊用戶，左和右聽音裝置包括用於在其間建立通信鏈路的收發器。本發明方法包括
bl)根據聲信號的頻率提供關於用戶聽覺能力的信息；
b2)確定多個目標頻帶，在這些目標頻帶中用戶的聽覺能力滿足預定聽覺能力條件；及對分別位於用戶左耳和右耳處的左和右聽音裝置中的每一聽音裝置執行步驟 cl) _c3)
Cl)根據時間、頻率及聲信號相對於用戶的起始方向提供來自一個或多個聲源的聲信號的動態分離；
c2)在動態分離的聲信號之中選擇信號；
c3)根據時間、頻率和所選信號相對於用戶的起始方向及根據聲源的位置和相互強度確定所選信號的、表明所選信號相對於聲場的其它信號的強度的SNR度量 '及
在左和右聽音裝置中的至少一聽音裝置中執行步驟c4bin) _d)
c4bin)將左聽音裝置的好耳效應度量確定為所選信號分別對於左和右聽音裝置的SNR度量值之間的差；和/或將右聽音裝置的好耳效應度量確定為所選信號分別對於左和右聽音裝置的SNR度量值之間的差；
c5bin)在左和/或右聽音裝置中確定所選信號在特定時間的多個施主頻帶，所選信號的好耳效應度量在這些施主頻帶高於預定閾值；
d)如果滿足預定移頻條件，在左和/或右聽音裝置中將所選信號在特定時間的施主頻帶移到目標頻帶。
這具有對聽力受損用戶提供改善的語音可懂度的優點。
在實施例中，預定移頻條件包括所選信號的至少一施主頻帶與所選信號的潛在施主頻帶重疊或一樣。在實施例中，預定移頻條件包括在步驟c4bin)中在所選信號起始方向未識別到潛在施主頻帶。在實施例中，預定移頻條件包括施主頻帶包含語音。
在實施例中，在步驟c3)確定SNR度量時，術語「聲場信號」意為「聲場的所有信號」，或作為備選，「聲場信號的所選子集」(通常包括所選信號)，包括估計對用戶更重要的聲場，如包括更多信號能量或功率的那些聲場(如在特定時間點共同包括聲場聲源的總能量或功率的預定部分以上的聲源)。在實施例中，預定部分為50%，如80%或90%。
在實施例中，本發明方法包括a)提供關於將聲音傳給用戶左耳和右耳的傳遞函數的信息，所述傳遞函數隨聲信號的頻率、相對於用戶的聲音撞擊方向、及用戶頭部和身體的性質而定。在實施例中，將聲音傳給用戶左耳和右耳的傳遞函數包括左耳和右耳的頭部相關傳遞函數HRTF1和HRTF-在實施例中，左耳和右耳的頭部相關傳遞函數HRTF1和HRT匕在聽音系統正常運行之前確定並使其在正常運行期間可用於聽音系統。在實施例中，左耳和右耳的頭部相關傳遞函數HRTF1和HRT^在聽音系統正常運行期間確定。
在實施例中，對動態分離的聲信號中的兩個以上如所有信號執行步驟 c2) _c5bin),及其中在確定SNR度量時不同於所選信號的所有其它信號源視為噪聲。
在實施例中，在步驟c2)中，目標信號在動態分離的聲信號之中選擇，及其中對目標信號執行步驟d)，及其中不同於目標信號的所有其它檢測到的信號源視為噪聲。在實施例中，目標信號在滿足一個或多個條件的、分離的信號源之中選擇，前述條件包括a)具有最大能含量；b)離用戶最近；c)位於用戶前面；d)包括最大聲的語音信號成分。在實施例中，目標信號可由用戶選擇，如經使能在當前分離的聲源之間進行選擇或使能選擇來自相對於用戶的特定方向的聲源的用戶接口。在實施例中，不屬於動態分離的聲信號之一的信號分量視為噪聲。
在實施例中，步驟d)包括用施主頻帶的量值和/或相位取代目標頻帶的量值和/ 或相位。在實施例中，步驟d)包括使目標頻帶的量值和/或相位與施主頻帶的量值和/或相位混合。在實施例中，步驟d)包括用施主頻帶的量值取代目標頻帶的量值或使施主頻帶的量值與目標頻帶的量值混合，同時目標頻帶的相位保持不變。在實施例中，步驟d)包括用施主頻帶的相位取代目標頻帶的相位或使施主頻帶的相位與目標頻帶的相位混合，同時目標頻帶的量值保持不變。在實施例中，步驟d)包括用兩個以上施主頻帶的量值和/或相位取代目標頻帶的量值和/或相位或使兩個以上施主頻帶的量值和/或相位與目標頻帶的量值和/或相位混合。在實施例中，步驟d)包括用來自一施主頻帶的量值和來自另一施主頻帶的相位取代目標頻帶的量值和/或相位或使來自一施主頻帶的量值和來自另一施主頻帶的相位與目標頻帶的量值和/或相位混合。
在實施例中，施主頻帶選擇為高於預定最小施主頻率，及其中目標頻帶選擇為低於預定最大目標頻率。在實施例中，最小施主頻率和/或最大目標頻率適應用戶聽覺能力。
在實施例中，在步驟b2)中，目標頻帶基於聽力圖確定。在實施例中，在步驟b2) 中，目標頻帶基於用戶聽覺能力的頻率解析度確定。在實施例中，在步驟b2)中，當不同電平的聲音同時播放給用戶左耳和右耳時，目標頻帶確定為用戶有能力正確決定哪一耳朵上的電平更大的那一頻帶。換言之，聽覺能力條件可與下述一個或多個有關a)用戶聽覺能力與用戶聽力圖有關，例如用戶聽覺能力在多個頻率下高於預定聽力閾值(如聽力圖所確定的); b)用戶的頻率解析度能力；c)當不同電平的聲音同時播放給用戶左耳和右耳時，用戶正確決定哪一耳朵上的電平更大的能力。
在實施例中，確定對佩戴者當前的空間感知和語音可懂度沒有多大作用的目標頻帶，使得它們的信息可用來自施主頻帶的信息取代。在實施例中，對佩戴者當前的空間感知沒有多大作用的目標頻帶為好耳效應函數BEE低於預定閾值的目標頻帶。在實施例中，對佩戴者的語音可懂度沒有多大作用的目標頻帶為所選信號的、表明所選信號相對於聲場信號的強度的SNR度量低於預定閾值的目標頻帶。
在實施例中，步驟d)在左和右聽音裝置中獨立(異步)運行。
在實施例中，步驟d)在左和右聽音裝置中同步運行。在實施例中，在步驟d)中， 左和右聽力儀器共享同一施主和目標頻帶配置。在實施例中，同步通過在左和右聽音裝置之間通信實現。在實施例中，同步經雙側逼近雙耳BEE估計實現，其中特定聽音裝置適於能夠估計另一聽音裝置將做什麼，而不需要在其間通信。
在實施例中，特定聽音裝置從另一聽音裝置接收已移頻信號及非必須地根據所需 ILD按比例調節該信號。在實施例中，確定來自施主頻帶的ILD並應用於同一聽音裝置的目標頻帶。在實施例中，在聽音裝置之一中確定ILD並傳給另一聽音裝置並在另一聽音裝置中應用。
在實施例中，本發明方法包括基於所保存的HRTF值資料庫將方向信息應用於信號。在實施例中，資料庫的HRTF值通過學習進行修改(改進)。
在優選實施例中，根據本發明的算法分離輸入信號以獲得具有對應定位參數(如水平角、垂直角和距離，或等價參數，或其子集)的、分離的源信號。分離例如可基於定向傳聲器系統、周期匹配、統計獨立性，組合或備選。在雙耳助聽器系統中，提供聽音裝置內通信從而使能在系統的兩個聽音裝置之間交換分離的信號及對應的定位參數。在實施例中，本發明方法提供分離的源信號的比較以估計一個、多個或所有分離的源信號的頭部相關傳遞函數(HRTF)並將結果保存在HRTF資料庫中，例如保存在一個或兩個聽音裝置中(或保存在與聽音裝置通信的裝置中)。在實施例中，本發明方法使能在聽音系統正常運行期間根據學習規則更新HRTF資料庫，例如
HRTFdb(0s, (ps, r, f)= I -α) HRTFcib(0s, cps, ι f) - α HRTFcst (0S, cps，r, f),7
Θ s, 9s, r為極坐標系統中的坐標，f為頻率,及α為確定HRTF的資料庫(db)值隨HRTF當前估計的(est)值的變化的變化率的參數(O和I之間)。
在實施例中，本發明方法包括將相應HRTF值應用於電信號以將聲源的真實相對位置或虛擬位置的感知傳達給用戶。
在實施例中，本發明方法包括將HRTF值應用於立體聲信號以操縱聲源位置。
在實施例中，本發明方法包括，沒有信號中固有的方向信息但具有估計的、接收的或虛擬的定位參數的聲音通過查找和插值根據HRTF資料庫進行置放(將非固有定位參數用作輸入參數)。
在實施例中，本發明方法包括，包括方向信息的聲信號通過HRTF資料庫進行修改使得其被感知為源自不同於固有方向信息指示的另一位置。該特徵例如可與博弈或虛擬實境應用結合使用。
雙耳聽音系統
在另一方面，提供包括適於分別佩戴在用戶左耳和右耳處的左和右聽音裝置的雙耳聽音系統，每一聽音裝置包括用於從包括來自一個或多個聲源的聲信號的聲場拾取聲音的傳聲器系統，聲信號從相對於用戶的一個或多個方向撞擊佩戴聽音裝置的用戶，左和右聽音裝置包括用於在其間建立通信鏈路的收發器，及前述聽音系統適於根據如上所述的、 「具體實施方式
」中詳細描述的及權利要求限定的方法處理左和右聽音裝置的傳聲器系統拾取的音頻信號。
當用對應的結構件適當代替時，如上所述的、「具體實施方式
」中詳細描述的及權利要求限定的方法的過程特徵可與本發明系統組合，反之亦然。系統的實施例具有與對應方法一樣的優點。
在實施例中，聽音系統包括輔助裝置。在實施例中，該系統適於在聽音裝置和輔助裝置之間建立通信鏈路以實現信息(如控制和狀態信號，可能音頻信號)可交換或從一裝置轉發給另一裝置。在實施例中，輔助裝置為適於接收多個音頻信號(如來自娛樂裝置如電視機或音樂播放器、電話裝置如行動電話、或計算機如PC)並適於選擇和/或組合所接收的音頻信號中的特定信號(或信號組合)以傳給聽音裝置的音頻網關設備。
在實施例中，雙耳聽音系統包括雙耳助聽器系統。
在實施例中，至少一聽音裝置適於提供隨頻率而變的增益以補償用戶的聽力損失。在實施例中，聽音裝置包括用於增強輸入信號並提供處理後的輸出信號的信號處理單元。數字助聽器的各個方面在[Schaub; 2008]中描述。
在實施例中，至少一聽音裝置包括用於將電信號轉換為由用戶感知為聲信號的刺激的輸出變換器。在實施例中，輸出變換器包括多個耳蝸植入電極或骨導聽力裝置的振動器。在實施例中，輸出變換器包括用於將刺激作為聲信號提供給用戶的接收器(揚聲器)。
在實施例中，每一聽音裝置包括用於將輸入聲音轉換為電輸入信號的輸入變換器。在實施例中，每一聽音裝置包括適於分離佩戴聽音裝置的用戶的局部環境中的兩個以上聲源的定向傳聲器系統。在實施例中，定向系統適於檢測(如自適應檢測)傳聲器信號的特定部分源自哪一方向。這可以多種不同的方式實現，例如us 5,473, 70UW0 99/09786A1 或EP 2 088 802A1中描述的方式。
在實施例中，每一聽音裝置包括用於從另一裝置如通信裝置或另一聽音裝置無線接收直接電輸入信號的天線和收發器電路。在實施例中，聽音裝置包括用於從另一裝置如通信裝置或另一聽音裝置接收有線直接電輸入信號的(可能標準化的)電接口(例如連接器的形式)。在實施例中，直接電輸入信號表示或包括音頻信號和/或控制信號和/或信息信號。在實施例中，聽音裝置包括用於對所接收的直接電輸入進行解調的解調電路，以提供表示音頻信號和/或控制信號的直接電輸入信號，例如用於設置聽音裝置的運行參數(如音量)和/或處理參數。總的來說，聽音裝置的發射器和天線及收發器電路建立的無線鏈路可以是任何類型。在實施例中，無線鏈路在功率約束條件下使用，例如由於聽音裝置包括可攜式(通常電池驅動的)裝置。在實施例中，無線鏈路為基於近場通信的鏈路，例如基於發射器和接收器部分的天線線圈之間的感應耦合的感應鏈路。在另一實施例中，無線鏈路基於遠場電磁輻射。在實施例中，經無線鏈路的通信根據特定調製方案進行安排，例如模擬調製方案，如FM (調頻)或AM (調幅)或PM (調相)，或數字調製方案，如ASK (幅移鍵控)如開-關鍵控、FSK (頻移鍵控)、PSK (相移鍵控)或QAM (正交調幅)。
在實施例中，聽音裝置和可能的其它裝置之間的通信處於基帶(音頻頻率範圍，如 O和20kHz之間)中。優選地，聽音裝置和另一裝置之間的通信基於高於IOOkHz頻率下的某種調製。優選地，用於在聽音裝置和另一裝置之間建立通信的頻率低於50GHz，例如位於從50MHz到50GHz的範圍中，例如高於300MHz，例如在高於300MHz的ISM範圍中，例如在 900MHz範圍中或在2. 4GHz範圍中。
在實施例中，每一聽音裝置包括輸入變換器(傳聲器系統和/或直接電輸入(如無線接收器))和輸出變換器之間的正向或信號通路。在實施例中，信號處理單元位於正向通路中。在實施例中，信號處理單元適於根據用戶的特定需要提供隨頻率而變的增益。在實施例中，每一聽音裝置包括具有用於分析輸入信號(如確定電平、調製、信號類型、聲反饋估計量等)的功能件的分析通路。在實施例中，分析通路和/或信號通路的部分或所有信號處理在頻域進行。在實施例中，分析通路和/或信號通路的部分或所有信號處理在時域進行。
在實施例中，聽音裝置如傳聲器單元和/或收發器單元包括用於提供輸入信號的時頻表示的TF轉換單元。在實施例中，時頻表示包括所涉及信號在特定時間和頻率範圍的相應復值或實值的陣列或映射。在實施例中，TF轉換單元包括用於對(時變)輸入信號進行濾波並提供多個(時變)輸出信號的濾波器組，每一輸出信號包括截然不同的輸入信號頻率範圍。在實施例中，TF轉換單元包括用於將時變輸入信號轉換為頻域中的(時變)信號的傅立葉變換單元。在實施例中，聽音裝置考慮的、從最小頻率fmin到最大頻率fmax的頻率範圍包括典型的、人聽得見的、從20Hz到20kHz的頻率範圍的一部分，例如從20Hz到12kHz的範圍的一部分。在實施例中，聽音裝置考慮的頻率範圍fmin，fmax拆分為P個頻帶，其中P如大於5，如大於10，如大於50，如大於100，其中至少部分個別進行處理。在實施例中，聽音裝置適於在多個不同的頻率範圍或頻帶處理其輸入信號。頻帶可以寬度一致或不一致(如寬度隨頻率增加)、重疊或不重疊。
在實施例中，聽音裝置包括用於確定輸入信號(如頻帶電平上的和/或全(寬帶)信號的)的電平的電平檢測器(LD)。從用戶聲環境拾取的電傳聲器信號的輸入電平適於根據多個不同的(如平均)信號電平將用戶當前的聲環境分類為高電平或低電平環境。助聽器中的電平檢測例如在W003/081947A1或US5，144，675中描述。
在特定實施例中，聽音裝置包括話音檢測器(VD)，用於確定輸入信號是否包括話音信號(在特定時間點)。在本說明書中，話音信號包括來自人類的語音信號。其還可包括由人類語音系統產生的其它形式的發聲(如唱歌)。在實施例中，話音檢測器單元適於將用戶當前的聲環境分類為話音或無話音環境。這具有下述優點包括用戶環境中的人類發聲 (如語音)的電傳聲器信號的時間段可被識別，因而與僅包括其它聲源(如人工產生的噪聲) 的時間段分離。在實施例中，話音檢測器適於將用戶自己的話音也檢測為話音。作為備選， 話音檢測器適於在檢測話音時排除用戶自己的話音。語音檢測器例如在WO 91/03042A1中描述。
在實施例中，聽音裝置包括自我話音檢測器，用於檢測特定輸入聲音(如話音)是否源自系統用戶的話音。自我話音檢測例如在US 2007/009122和W02004/077090中涉及。 在實施例中，聽音裝置的傳聲器系統適於能夠在用戶自己的話音和另一人的話音及可能來自非話音聲音之間區分。
在實施例中，聽音裝置包括聲(和/或機械)反饋抑制系統。在實施例中，聽音裝置還包括用於所涉及應用的其它相應功能，如壓縮、降噪等。
在實施例中，聽音裝置包括助聽器，如聽力儀器，如適於位於用戶耳朵處或完全或部分位於用戶耳道中的聽力儀器，例如耳機、耳麥、耳朵保護裝置或其組合。
裡途
此外，本發明提供上面描述的、「具體實施方式
」中詳細描述的及權利要求中限定的聽音裝置的用途。在實施例中，提供在包括一個或多個聽力儀器、耳機、耳麥、有源耳朵保護系統等的系統中的用途。
計算機可讀介質
本發明進一步提供保存包括程序代碼的電腦程式的有形計算機可讀介質，當電腦程式在數據處理系統上運行時，使得數據處理系統執行上面描述的、「具體實施方式
」 中詳細描述的及權利要求中限定的方法的至少部分(如大部分或所有)步驟。除了保存在有形介質如磁碟、⑶-ROM、DVD、硬碟、或任何其它機器可讀的介質上，電腦程式也可經傳輸介質如有線或無線鏈路或網絡如網際網路進行傳輸並載入數據處理系統從而在不同於有形介質的位置處運行。
數據處理系統
本發明進一步提供數據處理系統，包括處理器和程序代碼，程序代碼使得處理器執行上面描述的、「具體實施方式
」中詳細描述的及權利要求中限定的方法的至少部分(如大部分或所有)步驟。
本發明的進一步的目標由從屬權利要求和本發明的詳細描述中限定的實施方式實現。
除非明確指出，在此所用的單數形式的含義均包括複數形式(即具有「至少一」的意思)。應當進一步理解，說明書中使用的術語「具有」、「包括」和/或「包含」表明存在所述的特徵、整數、步驟、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一個或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、部件和/或其組合。應當理解，除非明確指出，當元件被稱為「連接」或 「耦合」到另一元件時，可以是直接連接或耦合到其他元件，也可以存在中間插入元件。如在此所用的術語「和/或」包括一個或多個列舉的相關項目的任何及所有組合。除非明確指出，在此公開的任何方法的步驟不必須精確按所公開的順序執行。CN 102984638 A書明說8/21 頁


本發明將在下面參考附圖、結合優選實施方式進行更完全地說明。
圖I示出了包括BEE最大化算法的聽音裝置實施例的框圖，在分別位於用戶左耳和右耳處的聽音裝置(雙側系統)之間不交換信息。
圖2示出了包括BEE最大化算法的聽音系統實施例的框圖，在分別位於用戶左耳和右耳處的系統聽音裝置(雙耳系統)之間交換信息。
圖3示出了聲源結構的四個簡單例子及左和右聽音裝置的相應功率密度譜，圖示了本申請中討論的好耳效應。
圖4示意性地示出了時域信號到時頻域的轉換，圖4a示出了隨時間而變的聲信號 (振幅-時間)及其在模數轉換器中的採樣，圖4b示出了在採樣的信號傅立葉變換之後得到的時頻單元「映射」。
圖5示出了根據本發明的移頻引擎結構的 幾個簡單例子。
圖6示出了根據本發明的移頻引擎結構的兩個例子，圖6a示出了異步移頻，及圖 6b示出了同步移頻。
圖7示出了根據本發明的移頻引擎結構的另一例子，其中右儀器從左儀器接收已移頻信號及(非必須地)根據所需ILD按比例調節該信號。
圖8示出了根據本發明的移頻引擎結構的另一例子，其中儀器在施主範圍中估計 ILD並將類似的增益應用於目標範圍。
圖9示出了根據本發明的移頻引擎結構的另一例子，其中儀器僅對一個源提供 BEE (另一源未被移頻)。
圖10示出了根據本發明的移頻引擎結構的另一例子，稱為掃描BEE模式，其中儀器拆分目標範圍並對兩個源提供(一些)BEE。
圖11示意性地示出了用於實施本發明方法和想法的聽音裝置的實施例。
圖12示出了包括第一和第二聽音裝置LDl、LD2的雙耳或雙側聽音系統的例子，每一聽音裝置例如為圖Ila或圖Ilb中所示的聽音裝置。
為清晰起見，這些附圖均為示意性及簡化的圖，它們只給出了對於理解本發明所必要的細節，而省略其他細節。在所有附圖中，同樣的附圖標記用於同樣或對應的部分。
通過下面給出的詳細描述，本發明進一步的適用範圍將顯而易見。然而，應當理解，在詳細描述和具體例子表明本發明優選實施例的同時，它們僅為說明目的給出。對於本領域的技術人員來說，從下面的詳細描述可顯而易見地得出其它實施方式。
具體實施方式
本發明涉及好耳效應，尤其涉及使其通過自適應頻移可為聽力受損人員利用。算法基於當前聲環境的估計(包括聲源分離)、個人佩戴者聽力損失、可能及關於用戶頭部和軀幹幾何形狀的信息的獨特組合。
在第一方面，例如由頭部相關傳遞函數(HRTF)表徵的耳朵、頭部和軀幹幾何形狀與當前聲源的頻譜分布和位置信息組合提供決定在特定時間哪些頻帶對聽者或聽力儀器見到的BEE最有作用的手段。這對應於圖I略示的系統。11
圖I示出了包括BEE最大化算法的聽音裝置實施例的框圖，其中在分別位於用戶左耳和右耳處的聽音裝置(雙側系統)之間不交換信息。聽音裝置包括從輸入變換器(傳聲器)到輸出變換器(接收器)的正向通路，該正向通路包括處理單元(在此為模塊(從左到右) 定位、源提取、源增強、另外的HI處理、及移頻引擎、BEE提供者和另外的HI處理)，用於處理(如提取源信號、提供所得的方向信號、應用隨頻率而變的增益等)輸入變換器(在此為傳聲器系統「傳聲器」)拾取的輸入信號或源自其的信號、及將增強信號提供給輸出變換器(在此為接收器)。正向通路的信號的增強包括動態應用本申請中描述的BEE算法。聽音裝置包括用於分析正向通路的信號並影響信號通路的處理的分析通路，包括提供動態利用BEE 效應的基礎。在圖I中所示的聽音裝置實施例中，分析通路包括模塊BEE定位器和BEE分配器。模塊BEE定位器適於提供施主範圍的估計量，即BEE的頻譜位置，與存在的聲源相關聯，尤其適於對特定聲源s提供一組潛在施主頻帶DONORs (η)，與源s相關聯的BEE在這些頻帶有用。BEE定位器使用保存在聽音裝置存儲器中的(參見來自中間的「頭部和軀幹幾何形狀」的信號HTG)、關於聽音裝置用戶的頭部和軀幹幾何形狀的輸入(與將聲音傳給用戶左耳和右耳有關)，例如保存在聽音裝置存儲器中的頭部相關傳遞函數的形式。估計以對所涉及聽音裝置見到的好耳效應有貢獻的(分類的)頻帶列表告終，參見用作BEE分配器模塊的輸入的信號Η)Β。模塊BEE分配器實現將具有大多數空間信息(如所涉及聽音裝置見到的) 的施主頻帶動態分配給具有最佳空間接收(如聽音裝置的佩戴者(用戶)見到的)的目標頻帶，參見饋給移頻引擎、BEE提供者模塊的信號DB-BEE。BEE分配器模塊識別用戶具有可接受的聽覺能力且對佩戴者當前的空間感知和語音可懂度沒有多大作用的頻帶，稱為目標頻帶，使得它們的信息可用具有好BEE的信息(來自適當的施主頻帶)有利地取代。所識別的目標頻帶的分配在BEE分配器模塊中基於來自BEE定位器模塊的輸入DB-BEE和保存在聽音裝置存儲器(在此為「聽力損失」)中的關於用戶(隨頻率而變的)聽覺能力的輸入HLI進行。關於用戶聽覺能力的信息包括頻帶怎樣好地處理空間信息的分類列表，優選包括必要的、空間暗示的頻譜寬度(對於能夠區分不同空間起點的兩個聲音的用戶)。如圖I中的框 BEE-MAX所示，模塊BEE定位器、BEE分配器和移頻引擎、BEE提供者及另外的HI處理一起形成BEE最大化算法的一部分或構成BEE最大化算法。其它功能單元可另外存在，(完全或部分位於)根據本發明的聽音裝置的分析通路中，例如反饋估計和/或抵消、降噪、壓縮等。 移頻引擎、BEE提供者模塊將正向通路的輸入信號SL和來自BEE分配器模塊的DB-BEE信號接收為輸入並提供輸出信號TB-BEE，包括具有來自適當施主頻帶的自適應分配的BEE信息的目標頻帶。增強信號TB-BEE饋給另外的HI處理模塊，以可能在經輸出變換器(在此為接收器模塊)呈現給用戶之前進一步處理信號(如壓縮、降噪、反饋減少等)。作為備選或另外，正向通路的信號的處理可在BEE最大化算法應用於正向通路信號之前在定位、源提取、 源增強、另外的HI處理模塊中進行。
在第二方面，耳朵、頭部和軀幹幾何形狀對BEE的影響在不知道個人HRTF的情形下通過比較跨用戶耳朵估計的源信號進行估計。這對應於圖2中略示的系統。圖2示出了包括BEE最大化算法的聽音系統實施例的框圖，其中在分別位於用戶左耳和右耳處的系統聽音裝置(雙耳系統)之間交換信息。圖2的系統包括結合圖I所示和所述的左和右聽音裝置。除了圖I中所示聽音裝置實施例的元件之外，圖2的系統的左和右聽音裝置LD-I (上部裝置)、LD-2 (下部裝置)包括用於在其間建立無線通信鏈路WL的收發器。從而關於特定聲源s的、與源s相關聯的BEE有用的施主頻帶DONORs (η)的信息可在左和右聽音裝置之間(如圖2中所示的相應BEE定位器模塊之間)進行交換。另外或作為備選，使能在左和右聽音裝置中直接比較BEE和SNR值以用於將可用施主頻帶動態分配給適當的目標頻帶的信息可在左和右聽音裝置之間(如圖2中所示的相應BEE分配器模塊之間)進行交換。另外或作為備選，可在左和右聽音裝置之間(如圖2中所示的相應定位、源提取、源增強、另外的HI 處理模塊之間)交換使能直接比較其它信息的信息，如關於聲源定位，如關於或包括傳聲器信號或來自分別位於左和右聽音裝置之中或之處本地的傳感器的信號，如關於局部聲環境如嘯聲、調製、噪聲等的傳感器。儘管圖2中示出了三個不同的無線鏈路WL，但WL指示僅用於表明數據交換，物理交換可以也可不經同一鏈路執行。在實施例中，在左和/或右聽音裝置中省略與聽音裝置用戶的頭部和軀幹幾何形狀有關的信息。作為備選，前述信息實際上保存在一個或兩個儀器中，或使可從聽音裝置可訪問的資料庫獲得，例如經無線鏈路(參見圖2中的「頭部和軀幹幾何形狀」)。
在下面進一步論述聽音裝置及基於圖I中所示的左和右聽音裝置的雙側聽音系統的另外的實施例和修改。同樣地，在下面進一步論述圖2中所示的雙耳聽音系統的另外的實施例和修改。
本申請中所述的好耳效應在圖3中通過聲源結構的一些簡單例子圖示。
四個例子提供簡化的計算可視化，其導致對特定源提供BEE的那些頻區的估計。 可視化基於選自 Gardner and Martin 的 KEMAR HRTF 資料庫[Gardner and Martin, 1994] 的三組HRTF。為保持例子簡單，源頻譜平(脈衝源)，因此可視化忽略源幅度譜的影響，其在實踐中另外存在。
例1，圖3a例2，圖3b例3，圖3c例4』圖3d冃標源偏左20度偏右50度前面目U面噪聲源前面偏左20度偏右50度偏左20度偏右50度
每一例子(I, 2，3，4)包含在單一圖(分別為圖3a, 3b, 3c, 3d)中，存在的源及其相對於彼此的位置如上表中所述。圖3a_3d中的每一個的中上片示出對應於上表的源和噪聲信號的空間結構。圖3a_3d中的每一個的兩外(左和右)上片示出當源信號和噪聲信號到達彼此時它們的功率譜密度(PSD)(左邊為左耳PSD，右邊為右耳PSD)。圖3a-3d中的每一個的外(左和右)下片(緊接相應的PSD下面)示出相應耳朵的SNR。最後，圖3a-3d中的每一個的中下片按頻率的函數指示好耳效應(BEE，即具有更好SNR的耳朵)的位置(左/右)(例如，如果在特定頻率下SNR (右)>SNR(左)，則BEE被指示在中下片的右部，反之亦然)。顯然，每一不同聲源結構的BEE大小(左和右耳的SNR曲線之間的dB差)隨頻率變化。在圖 3a、3b和3c中，假定在用戶附近存在兩個聲源，一個包括噪聲，另一個包括目標聲音。在圖 3d中，假定在用戶附近存在三個聲源，兩個包括噪聲，另一個包括目標聲音。在圖3a的聲源結構中，噪聲源位於用戶的前面，及目標聲源位於用戶正面方向偏左20度，BEE恆定地在左耳上。在圖3b的聲源結構中，噪聲源位於用戶正面方向偏左20度，及目標聲源位於用戶正面方向偏右50度，BEE主要在右耳上。在圖3c的聲源結構中，噪聲源位於用戶正面方向偏右50度，及目標聲源位於用戶正面，BEE主要在左耳上。在圖3d的聲源結構中，兩個噪聲源分別位於用戶正面方向偏左20度和偏右50度,及目標聲源位於用戶正面,BEE在相對較低頻率下(低於5kHz)主要在左耳上及在相對較高頻率下(高於5kHz)主要在右耳上，分別在窄頻率範圍4. 5kHz和8kHz附近具有偏離。
這些例子使用脈衝源，因而基本上這些例子僅比較所測得的HRTF的幅度譜(及不包括譜著色的影響，當使用普通聲源時，但簡化的例子仍然說明本發明實施例中利用的BEE 原理)。功率譜密度與短時傅立葉變換(STFT)比較用於使幅度譜平滑以易於閱讀和理解。 在有兩個噪聲源的例子中，兩個噪聲源被衰減12dB。
圖4中示意性地示出了時域信號轉換到時頻域。圖4a示出了隨時間而變的聲信號(振幅-時間)、其在模數轉換器中的米樣及時間樣本按巾貞分組，每一個包括Ns個樣本。圖 4b示出了在圖4a的輸入信號傅立葉變換(如DFT)之後得到的時頻單元「映射」，其中特定時頻單元m, k對應於一個DFT-bin並包括信號(量值和相位)在特定時間巾貞m和頻帶k的復值。在下面，特定頻帶假定包含信號在每一時間幀的一個值(通常為復值)。作為備選，可包括一個以上的值。術語「頻率範圍」和「頻帶」在本說明書中可互換地使用。頻率範圍可包括一個或多個頻帶。
I、處理步驟
I. I前提條件
I. I. I短時傅立葉變換(STFT)
給定採樣信號x[n]，短時傅立葉變換(STFT)用周期性離散傅立葉變換(DFT)逼近。用窗口函數w[m]獲得的STFT經其形狀和長度在時間解析度和頻率解析度之間平衡。 DFT K的大小表示以FS/K速率的頻率軸採樣，其中FS為系統採樣率
權利要求
1.包括適於分別佩戴在用戶左耳和右耳處的左和右聽音裝置的雙耳聽音系統的傳聲器系統從聲場拾取的音頻信號的處理方法，所述聲場包括來自ー個或多個聲源的聲信號，所述聲信號從相對於用戶的ー個或多個方向撞擊用戶，左和右聽音裝置包括用於在其間建立通信鏈路的收發器，所述方法包括 bl)根據聲信號的頻率提供關於用戶聽覺能力的信息； b2)確定多個目標頻帶，在所述目標頻帶中用戶的聽覺能力滿足預定聽覺能力條件；及對分別位於用戶左耳和右耳處的左和右聽音裝置中的每ー聽音裝置執行步驟cl) _c3)Cl)根據時間、頻率及聲信號相對於用戶的起始方向提供來自ー個或多個聲源的聲信號的動態分離； c2)在動態分離的聲信號之中選擇信號； c3)根據時間、頻率和所選信號相對於用戶的起始方向及根據聲源的位置和相互強度確定所選信號的、表明所選信號相對於聲場的其它信號的強度的SNR度量 '及在左和右聽音裝置中的至少ー聽音裝置中執行步驟c4bin) -d)c4bin)將左聽音裝置的好耳效應度量確定為所選信號分別對於左和右聽音裝置的SNR度量值之間的差；和/或將右聽音裝置的好耳效應度量確定為所選信號分別對於左和右聽音裝置的SNR度量值之間的差； c5bin)在左和/或右聽音裝置中確定所選信號在特定時間的多個施主頻帶，所選信號的好耳效應度量在所述施主頻帶高於預定閾值； d)如果滿足預定移頻條件，在左和/或右聽音裝置中將所選信號在特定時間的施主頻帶移到目標頻帯。
2.根據權利要求I的方法，其中所述預定移頻條件包括所述施主頻帶包含語音。
3.根據權利要求I的方法，其中對動態分離的聲信號中的兩個以上信號執行步驟c2)-c5bin)，及其中在確定SNR度量時不同於所選信號的所有其它檢測到的信號源均視為噪聲。
4.根據權利要求I的方法，其中在步驟c2)中，目標信號在動態分離的聲信號之中選擇，及其中對目標信號執行步驟d)，及其中不同於目標信號的所有其它檢測到的信號源視為噪聲。
5.根據權利要求4的方法，其中目標信號在滿足ー個或多個條件的、分離的信號源之中選擇，所述ー個或多個條件包括a)具有最大能含量；b)離用戶最近；c)位於用戶前面；d)包括最大聲的語音信號成分。
6.根據權利要求4的方法，其中目標信號可由用戶經用戶接ロ選擇，從而使能在當前分離的聲源之間進行選擇或使能選擇來自相對於用戶的特定方向的聲源。
7.根據權利要求I的方法，其中不屬於動態分離的聲信號之一的信號成分視為噪聲。
8.根據權利要求I的方法，其中步驟d)包括用施主頻帶的量值和/或相位取代目標頻帶的量值和/或相位。
9.根據權利要求I的方法,其中施主頻帶選擇為高於預定最小施主頻率,及其中目標頻帶選擇為低於預定最大目標頻率。
10.根據權利要求9的方法，其中最小施主頻率和/或最大目標頻率適應用戶聽覺能力。
11.根據權利要求I的方法，其中在步驟b2)中，當不同電平的聲音同時播放給用戶左耳和右耳時，目標頻帶確定為用戶有能力正確決定哪一耳朵上的電平更大的那一頻帶。
12.根據權利要求I的方法，其中確定對佩戴者當前的空間感知和語音可懂度沒有多大作用的目標頻帶，使得它們的信息可用來自施主頻帶的信息取代。
13.根據權利要求I的方法，其中步驟d)在左和右聽音裝置中同步運行。
14.包括適於分別佩戴在用戶左耳和右耳處的左和右聽音裝置的雙耳聽音系統，每一聽音裝置包括用於從包括來自一個或多個聲源的聲信號的聲場拾取聲音的傳聲器系統，所述聲信號從相對於用戶的一個或多個方向撞擊用戶，左和右聽音裝置包括用於在其間建立通信鏈路的收發器，及所述聽音系統適於根據權利要求I的方法處理左和右聽音裝置的傳聲器系統拾取的音頻信號。
全文摘要
本申請公開了使好耳效應最大化的方法和雙耳聽音系統。本申請的目標在於為雙耳聽音系統的用戶提供改善的聲音定位。本發明方法包括提供關於用戶聽覺能力的信息；確定多個目標頻帶，在所述目標頻帶中用戶的聽覺能力滿足預定聽覺能力條件；提供來自一個或多個聲源的聲信號的動態分離；在動態分離的聲信號之中選擇信號；確定所選信號的、表明所選信號相對於聲場的其它信號的強度的SNR度量；及將左和/或右聽音裝置的好耳效應度量確定為所選信號分別對於左和右聽音裝置的SNR度量值之間的差；在左和/或右聽音裝置中確定所選信號在特定時間的多個施主頻帶，所選信號的好耳效應度量在所述施主頻帶高於預定閾值；如果滿足預定移頻條件，在左和/或右聽音裝置中將所選信號在特定時間的施主頻帶移到目標頻帶。本申請具有為聽力受損用戶提供改善的語音可懂度的優點。本發明可用於補償用戶聽力受損的助聽器。
文檔編號H04R25/00GK102984638SQ20121030375
公開日2013年3月20日 申請日期2012年8月23日 優先權日2011年8月23日
發明者N·H·旁託皮丹 申請人:奧迪康有限公司