CN109831718B - 用于运行听力设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行听力设备的方法，其中，在听力设备(2)中根据环境的声音信号(22)产生第一方向相关信号(8f)和第二方向相关信号(8r)，其中，根据第一方向相关信号(8f)和第二方向相关信号(8r)确定表示声音信号(22)的稳定性的定量度量的参数(36)，并且其中，根据参数(36)根据第一方向相关信号(8f)和第二方向相关信号(8r)产生噪声优化的信号(32)。本发明还涉及一种听力设备(2)，具有第一麦克风(24a)和第二麦克风(24b)，用于产生第一方向相关信号(8f)和第二方向相关信号(8r)，听力设备被配置为用于执行相应的方法。

Description

用于运行听力设备的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行听力设备的方法，其中，在听力设备中根据环境的声音信号产生第一方向相关信号和第二方向相关信号，并且其中，根据第一方向相关信号和第二方向相关信号产生噪声优化的信号。

背景技术

在听力设备中，最常出现的问题之一是要针对特定的听力情况改善信噪比(SNR)。这经常借助方向相关的信号处理算法来实现。在此，经常假设在进入听力设备的环境的声音信号中例如以对谈者的谈话贡献的形式存在强定位的有用信号分量。现在，借助听力设备中的方向相关的信号相对于假定为噪声信号的背景划分该有用信号分量，然而其中，噪声信号也可能具有显著的方向相关性。通常，所提到的算法在此经常使用自优化，其中，适配方向相关的信号的方向特性，使得来自干扰信号的贡献最大的方向的干扰信号的影响最小。这通常通过最小化相应的定向信号的信号功率来实现。

在仅具有一个适配系数的一阶差分定向麦克风中，经常通过前向定向的心形线与后向定向的心形线的线性组合获得方向相关的输出信号。在此，可以通过确定后向定向的心形线的贡献的适配系数实现方向特性的改变。由此可以减小可能关于听力设备的前向方向处于宽的空间角度范围内的干扰噪声源的贡献。在此，经常进行适配，使得输出信号的能量最小，因为假设听力设备的佩戴者将其视线方向对准有用信号源，该有用信号源由在输出信号上具有恒定的信号分量的前向心形线表示，因此从其它方向到达的信号应当是干扰噪声，该干扰噪声通过后向心形线的相应的分量来抑制。

然而，如果有用信号没有从前向方向到达，例如位于佩戴者的侧面的谈话者的谈话贡献，则其相应地一起减弱。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是提供一种用于运行听力设备的方法，通过该方法能够以尽可能小的影响通过有用信号与有用信号的方向无关地抑制干扰噪声。

根据本发明，上述技术问题通过用于运行听力设备的方法来解决，其中，在听力设备中根据环境的声音信号产生第一方向相关信号和第二方向相关信号，其中，根据第一方向相关信号和第二方向相关信号确定表示声音信号的稳定性的定量度量的参数，其中，根据所述参数根据第一方向相关信号和第二方向相关信号产生噪声优化的信号，并且其中，在信号反馈回路中根据噪声优化的信号确定所述参数。部分本身视为具有创造性的有利设计方案是下面的描述的主题。

优选地，第一方向相关信号和第二方向相关信号分别根据来自至少两个输入声音转换器的对应的信号产生，输入声音转换器例如可以分别由麦克风给出。在此，方向相关信号相应地理解为具有非平凡(nicht-trivial)的方向特性的信号，即，对于具有恒定的声压以及与听力设备的距离恒定的相应的测试声源的测试声音，相对于相应的方向相关信号中的测试声音的灵敏度在佩戴者的横向平面中具有可测量的、优选显著的方向相关性以及尤其是角度相关性。

在此，稳定性的定量度量特别是理解为如下度量，该度量将信号与数值相关联，使得对于频率恒定的纯正弦波，取该度量的极值，并且在信号分量的频率的变化增大时，记录数值的相应的单调的变化。优选地，对于所提到的关联，可以考虑本领域技术人员常用的稳定性的定义。在此，所述参数可以是根据标准化的标度计量待检查的信号的稳定性的绝对定量度量，并且在此特别是可以具有固定的最大值和固定的最小值，或者可以是尤其是对于不稳定的信号没有固定的极值的相对度量。

噪声优化的信号特别是包括如下信号，如果声音信号中的有用信号分量与干扰噪声分量叠加，则该信号关于包含在声音信号中的有用信号分量具有相对于第一方向相关信号并且相对于第二方向相关信号优化的SNR。特别是，第一方向相关信号和第二方向相关信号在此可以线性地进入噪声优化的信号，即，噪声优化的信号关于在特定时间点在两个方向相关信号中的一个出现的变化在时频域中具有线性的响应。

在听力设备中用于噪声抑制的常见方法是，首先设计第一方向相关信号，使其最大灵敏度的方向与佩戴者的正面方向一致。此时，设计第二方向相关信号，一方面使得其最大灵敏度的方向指向与佩戴者的正面方向不同的方向，并且取而代之最小灵敏度的方向与佩戴者的正面方向一致。优选地，在此，对于第二方向相关信号的方向特性，第一方向相关信号的方向特性在按规定佩戴的情况下在运行中关于佩戴者的冠状面镜面对称。

此时，为了抑制干扰噪声，将主要接收正面方向上的对谈者的语音信号分量的第一方向相关信号依据形成的信号的总能量与第二方向相关信号叠加。在此，可以通过第二方向相关信号抑制不是从正面方向到达佩戴者、由此被假设为干扰噪声的信号分量。在此，由于第一方向相关信号在正面方向上的贡献是恒定的，为了有效地抑制干扰噪声，仅需要所提到的通过叠加形成的信号的最小总能量的条件。

与此相对，现在提出，根据第一方向相关信号和第二方向相关信号通过相应的参数检查声音信号的稳定性。在此，在本发明中提出的方法基于以下考虑：虽然强定向的干扰噪声、例如可能通过发动机或者家用设备的总和给出的干扰噪声，在从侧面到达佩戴者时，通过迄今为止的方法可以得到令人满意的抑制，但是对于从侧面到达的信号是有用信号、即例如加入的另一个谈话者的语音信号的情况，同样进行抑制，此时这种抑制在这种情况下是不期望的。对此，现在在可能的有用信号和可能的干扰噪声之间进行区分，其中，考虑常见的有用信号、例如语音或者音乐通常比大部分定向的干扰噪声以及弥漫的背景噪声具有明显更低的稳定性，背景噪声例如可能当在室内多人谈话时出现，其中，还进行其它谈话。(即所谓的“鸡尾酒会”听力情形)

现在，这例如使得能够在稳定性低的情况下根据两个方向相关信号产生噪声优化的信号，使得对信号分量进行尽可能低的定向抑制，由此相应地不抑制从侧面到达佩戴者可能的语音信号，而是一起进行放大。相反，在确定稳定性提高的情况下，假设现在可能存在显著的干扰噪声，则可以进行定向抑制，使得噪声优化的信号优先仅包括对谈者的语音信号，优选第一方向相关信号的最大灵敏度的方向对准该对谈者。

在此，根据本发明，在信号反馈回路中根据噪声优化的信号确定参数。虽然单纯在技术上也可以根据第一方向相关信号和第二方向相关信号确定参数，即不进一步处理为噪声优化的信号本身，但是根据噪声优化的信号确定参数具有如下优点：该信号是在听力设备中设置为要进一步处理的信号，其可以用作目标参量。因此可以省去复杂的换算。

将自相关函数确定为参数被证明是有利的。优选地，自相关函数在此通过关于期望的有用信号和期望的干扰噪声适当确定的时间窗确定。使用自相关函数作为参数的优点在于，其经常还提供在后续信号处理中可能重要的其它有价值的信息。

有利地，噪声优化的信号通过第一方向相关信号和第二方向相关信号的叠加产生，其中，根据参数确定叠加的加权因数。这特别是意味着，噪声优化的信号具有F+α·B的形式，其中，F表示第一方向相关信号，B表示第二方向相关信号，并且α表示根据参数确定的加权因数。这种叠加一方面在技术上特别容易实现，另一方面在此可以对第一方向相关信号进行定向，使得最大灵敏度的方向对准佩戴者的对谈者，特别是对准正面方向，这进一步便于确定加权因数α。

优选地，在此，噪声优化的信号通过加权因数对于不稳定的声音信号具有基本上全向的方向特性，并且由于加权因数对于最大稳定的声音信号具有最大定向的方向特性。最大定向的方向特性在此特别是理解为在可用的定向信号的范围内定向作用的全局最大值。这考虑了如下情况：对于不稳定的声音信号，假设不存在要抑制的干扰噪声，然而相反，可能存在可能从侧面到达佩戴者的语音信号。在这种情况下，噪声优化的信号的基本上全向的方向特性是有利的，因为由此可以考虑来自所有空间方向的语音信号。相反，对于最大稳定的声音信号，假设存在显著的干扰噪声分量，相应地要通过噪声优化的信号的方向特性对其进行抑制，使得仅假设存在对谈者的空间方向、即通常为正面方向仍然向噪声优化的信号提供值得注意的信号贡献。基本上全向的方向特性在此特别是理解为如下方向特性，在该方向特性中，特别是在定向方向特性的情况下，相对于出现的定向作用，可以忽略与完美的全向性的偏差。

在本发明的另一个有利的设计方案中，确定参数，使得噪声优化的信号关于参数最小。这特别是可以通过关于参数最小化噪声优化的信号来进行。这种方法的优点在于，噪声优化的信号总是具有尽可能低的稳定性，并且因此总是具有尽可能低的干扰噪声分量。

适宜地，将噪声优化的信号关于其信号能量以及关于参数最小化。这特别是意味着，由第一方向相关信号和第二方向相关信号形成的噪声优化的信号，作为变量信号能量以及参数的函数具有局部的最小值。由此，特别是能够抑制在复杂的听力情形中从不同的方向到达佩戴者的干扰噪声，其中，还可能存在漫射的背景噪声，而干扰噪声本身仅部分可以假定为稳定的。

有利地，第一方向相关信号和/或第二方向相关信号在此根据第一麦克风信号与第二麦克风信号的时间延迟的叠加产生。优选地，在此，对于叠加中的时间延迟，使用第一麦克风和第二麦克风之间的声传播时间差。当作为基础的麦克风信号来自与方向无关的麦克风时，这对于产生方向相关信号是特别容易实现、但是仍然有效的方法。

特别优选地，第一方向相关信号在此具有对准第一方向的第一心形线形式的方向相关性，其对准第一方向，和/或第二方向相关信号具有第二心形线形式的方向相关性，其对准第二方向。心形线形式的信号的特征在于，最小灵敏度的方向与最大灵敏度的方向相反。例如对于方向特性形成超心形线(Superkardioid)或者超级心形线(Hyperkardioid)的信号，不是这种情况。此外，来自最小灵敏度的方向的声音信号在理想情况下在心形线形式的方向特性中被完全抑制。此外，因为从最小灵敏度的方向到最大灵敏度的方向灵敏度严格单调地增大，因此最大和最小灵敏度的方向之间的对称性由此允许特别简单地保持用于第一和第二叠加的计算，以抑制干扰噪声。特别优选地，在这种情况下，第一方向与第二方向相反。

在具有心形线形式的方向特性的定向信号中来自最小灵敏度的方向的声音信号在理想情况下被完全抑制的背景下，由此可以进一步简化两个方向相关信号在叠加中的具体的加权的计算，因为第一方向相关信号可以假定为指向第一有用信号源的参考，并且在这种情况下，当心形线形式的第二方向相关信号与第一方向相关信号相反地定向时，通过第二方向相关信号进行干扰噪声抑制对第一有用信号的贡献没有影响。

因此，为了确定在稳定的信号的情况下用于尽可能有效的干扰噪声抑制的加权，仅需要通过叠加形成的信号中的最小信号功率，而这对第一有用信号的贡献没有影响。优选地，对此，首先根据最小信号功率形成叠加，随后为形成的信号确定针对稳定性的定量参数，并且根据该参数特别是迭代地调整叠加中的加权，直到该参数最小，使得形成的信号具有关于该参数最小的稳定性为止。

本发明还涉及一种听力设备，具有第一麦克风和第二麦克风，用于产生第一方向相关信号和第二方向相关信号，该听力设备被配置为用于执行前面描述的方法。特别地，在此，第一方向相关信号和第二方向相关信号分别不仅借助第一麦克风、而且借助第二麦克风产生。优选地，在听力设备运行时借助控制单元执行所述方法，该控制单元特别优选地被构造为实现信号处理的所有其它功能的信号处理单元的一部分。针对所述方法和其扩展给出的优点同样可以转用于所述听力设备。

附图说明

下面，参考附图更详细地解释本发明的实施例。在此，分别示意性地：

图1以俯视图示出了在听力设备中借助两个定向信号的叠加对定向的干扰信号的衰减，以及

图2以框图示出了在同时存在来自不同的方向的有用信号时用于在听力设备中衰减干扰信号的方法的流程。

在所有附图中，对彼此相应的部分和参量分别设置相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中以俯视图示意性地示出了听力设备2的佩戴者1。在此，佩戴者1处于与对谈者4的谈话情形中，对谈者4关于佩戴者1位于佩戴者1的正面方向6上。以未详细示出的方式，现在，在听力设备2中形成第一方向相关信号8f(虚线)和第二方向相关信号8r(点线)，其方向特性分别通过心形线给出。第一方向相关信号8f的心形线形式的方向特性的结果是，对于来自正面方向6的声音信号存在最大灵敏度，因此来自该方向的声音信号最大地进入第一方向相关信号8f，同时来自与正面方向6相反的后向方向10的声音信号理想地在第一方向相关信号8f中被完全抑制。第二方向相关信号8r具有与第一方向相关信号8f相反的方向相关性，使得来自后向方向10的声音信号最大地进入第二方向相关信号8r，同时来自正面方向6的声音信号理想地被完全抑制。

在此，佩戴者1与对谈者4的谈话情形现在与不同的干扰噪声12a，12b叠加，其中，12a和12b是强定向的干扰噪声，即这些干扰噪声分别由可定位的源、例如发动机或者家用电气设备确定。

为了从对谈者4的语音信号13中清除干扰噪声12a，12b，现在在听力设备2中通过F+α·B形式的第一方向相关信号8f与第二方向相关信号8r的叠加进行衰减，其中，F和B是第一和第二方向相关信号8f，8r，并且α是相应地要选择的加权因数。在此，利用假定有用信号源、即这里为对谈者4在正面方向6上，因此其在第二方向相关信号8r中的贡献被完全抑制，因此仅第一方向相关信号8f进入通过叠加形成的信号F+α·B。因此，在形成的信号中通过加权因数α调整第二方向相关信号8r的贡献，使得形成的信号具有最小信号水平，因为由于在α变化时来自正面方向的有用信号的贡献不变(参见上面的描述)，确保不是来自正面方向6的信号部分的衰减最大。

如果现在另一个谈话者14加入，其语音信号16不是从正面方向6，而是从佩戴者1的侧面方向到达，则上面描述的方法首先负责像干扰噪声12a，12b一样处理语音信号16并且相应地进行抑制。为了避免这种情况，识别从侧面到达的噪声12a，12b，16是干扰噪声、还是潜在的有用信号，并且仅抑制干扰噪声12a，12b。这参考图2来描述。

在图2中借助框图示出了在听力设备2中用于定向的噪声抑制的方法20。在听力设备2中，根据环境的声音信号22借助第一麦克风24a产生第一麦克风信号26a，并且借助第二麦克风24b产生第二麦克风信号26b。在此，一方面将第二麦克风信号26b延迟时间间隔T，从而由此形成时间延迟的第二麦克风信号28b，将其从第一麦克风信号26a中减去，从而由此形成第一方向相关信号8f。以相同的方式，附加地将第一麦克风信号26a延迟时间间隔T，由此形成时间延迟的第一麦克风信号28a，将其从第二麦克风信号26b中减去，由此形成第二方向相关信号8r。在此，第一方向相关信号8f和第二方向相关信号8r分别具有根据图1的心形线形式的方向特性。

现在，在F+α·B形式的叠加30中，确定加权因数α，使得通过叠加30形成的信号32具有最小的稳定性。对此，向信号反馈回路34提供形成的信号32，并且在那里确定针对信号分量的稳定性的参数36。参数36例如可以由自相关函数给出，自相关函数可以在适当选择的时间窗上计算。

如果现在确定针对加权因数α形成的信号32具有关于参数36的最小的稳定性，即参数36对于当前的叠加30取局部最小值，则在信号反馈回路34中，不进一步改变叠加30。然而，如果在信号反馈回路34中确定形成的信号32具有不是最小的稳定性参数36(例如借助在围绕当前的值小幅改变α时观察参数36的单调性)，则相应地调整叠加30中的加权因数α，使得参数36最小。这特别是可以迭代地进行。也可以想到为稳定性提供绝对度量并且在此特别是被适当地标准化的参数36，从而根据用于具有加权因数α的当前叠加的参数36的值，并且根据相应的参数36的值与最小值的距离，也可以实现关于所需要的对加权因数α的调整的定量说明。

如果例如在根据图1的谈话情形中仅存在对谈者4的语音信号13以及两个干扰噪声12a，12b，则该语音信号在此是不稳定的，而两个干扰噪声12a，12b是高度稳定的。对于叠加30，确定加权因数α，使得在F+α·B中通过第二方向相关信号B尽可能地消除干扰噪声12a，12b的信号分量。这通过量值<1的负的加权因数α来进行。在这种情况下，形成的信号32基本上对应于通过最小化信号能量也将获得的信号，因为通过F进入形成的信号32的语音信号13是不稳定的，并且其信号分量不会由于借助信号B校正稳定的信号分量而受到影响。

另一方面，如果在根据图1的谈话情形中仅存在对谈者4的语音信号13以及对谈者14的语音信号16，则基于形成的信号32的能量最小化的叠加30将显著地抑制对谈者14的语音信号16，而这是不期望的。然而，由于加权因数α的确定不基于形成的信号32的能量最小化，而是基于(通过参数36测量的)其稳定性的最小化，所以信号在很大程度上以F+α·B相加，由此产生形成的信号32的在很大程度上全向的方向特性。

由于语音信号14在信号B中的附加贡献，在形成的信号32中，语音信号13的本来已经很低的稳定性由于不同的对谈者4，14进一步降低，因此不同的谱贡献进一步减小。加权因数α现在是正的，因此被设计为，其通过第一方向相关信号8f的方向特性的侧向衰减尽可能地补偿语音信号16的衰减。

如果在根据图1的谈话情形中存在两个语音信号13，16和两个干扰噪声12a，12b，则形成的信号32的稳定性的最小化一方面使得稳定的干扰噪声12a，12b对形成的信号32提供尽可能小的贡献，另一方面使得尽可能小地抑制不稳定的语音信号16。由于仅提供一个自由度，即加权因数α，所以这仅能够实现限制，形成的信号32关于信号能量在α中不再是最小，然而这鉴于复杂的谈话情形是可以忍受的，从而不以不期望的方式抑制语音信号16。

通过所描述的方法，一方面抑制12a，12b形式的干扰噪声，而不抑制语音信号16的信号分量，使得通过叠加形成的信号32是噪声优化的信号。

尽管已经通过优选实施例详细说明和描述了本发明，但是本发明不限于这些实施例。本领域技术人员可以从中导出其它变化方案，而不脱离本发明的保护范围。

附图标记列表

1 佩戴者

2 听力设备

4 对谈者

6 正面方向

8f 第一方向相关信号

8r 第二方向相关信号

10 后向方向

12a，b 干扰噪声

13 语音信号

14 对谈者

16 语音信号

20 方法

22 声音信号

24a/b 第一/第二麦克风

26a/b 第一/第二麦克风信号

28a/b 第一/第二时间延迟的麦克风信号

30 叠加

32 形成的/噪声优化的信号

34 信号反馈回路

36 参数

T 时间间隔

Claims (7)

1.一种用于运行听力设备(2)的方法，其特征在于，

-在听力设备(2)中根据环境的声音信号(22)产生第一方向相关信号(8f)和第二方向相关信号(8r)，

-根据第一方向相关信号(8f)和第二方向相关信号(8r)确定表示声音信号(22)的稳定性的定量度量的参数(36)，

-根据所述参数(36)根据第一方向相关信号(8f)和第二方向相关信号(8r)产生噪声优化的信号(32)，以及

-在信号反馈回路(34)中根据噪声优化的信号(32)确定所述参数(36)，

其中，噪声优化的信号(32)通过第一方向相关信号(8f)和第二方向相关信号(8r)的叠加产生，

其中，根据所述参数(36)确定用于叠加的加权因数，

其中，在听力设备(2)中，根据声音信号(22)通过第一麦克风(24a)产生第一麦克风信号(26a)，并且通过第二麦克风(24b)产生第二麦克风信号(26b)，

其中，第一方向相关信号(8f)和/或第二方向相关信号(8r)根据第一麦克风信号(26a)和第二麦克风信号(26b)产生，以及

其中，第一方向相关信号(8f)和/或第二方向相关信号(8r)借助第一麦克风信号(26a)与第二麦克风信号(26b)的时间延迟的叠加产生，

其中，对于不稳定的声音信号(13，16)，噪声优化的信号(32)通过所述加权因数具有基本上全向的方向特性，以及

其中，对于最大稳定的声音信号(12a，12b)，噪声优化的信号(32)通过所述加权因数具有最大定向的方向特性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，将自相关函数确定为所述参数(36)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，确定所述参数(36)使得噪声优化的信号(32)关于所述参数(36)最小。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，使噪声优化的信号(32)关于其信号能量以及关于所述参数(36)最小化。

5.根据权利要求1所述的方法，

其中，第一方向相关信号(8f)具有在第一方向(6)上定向的第一心形线形式的方向相关性，和/或

其中，第二方向相关信号(8r)具有在第二方向(10)上定向的第二心形线形式的方向相关性。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，第一方向(6)与第二方向(10)相反。

7.一种听力设备(2)，其特征在于，所述听力设备具有第一麦克风(24a)和第二麦克风(24b)，用于产生第一方向相关信号(8f)和第二方向相关信号(8r)，所述听力设备被配置为用于执行根据权利要求1至6中任一项所述的方法。

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