ES2258575T3 - Instrumento de audicion de multiples canales con comunicacion entre canales. - Google Patents
Instrumento de audicion de multiples canales con comunicacion entre canales.Info
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Abstract
Instrumento de audición digital de múltiples canales, que comprende: - un micrófono (24) que recibe una señal acústica y genera una señal de audio analógica; - un conversor (32A) analógico a digital (A/D) acoplado al micrófono (24), que convierte la señal de audio analógica en una señal de audio digital; - un detector (54) de banda ancha acoplado al conversor (32A) A/D que determina el nivel de energía de la señal de audio digital y genera una señal de salida del nivel de energía de banda ancha; - un filtro (56) de división de banda acoplado al conversor (32A) A/D que filtra la señal de audio digital en una pluralidad de señales de audio limitadas a la banda de frecuencia; - una pluralidad de detectores (100) de nivel de canal acoplados al filtro (56) de división de banda, determinando cada detector (100) de nivel de canal el nivel de energía de una de las señales de audio limitadas a la banda de frecuencia y generando una señal de salida del nivel de energía del canal; - una pluralidad demezcladores (102), estando cada mezclador (102) acoplado a al menos una señal de salida de nivel de energía de canal y a la señal de salida de nivel de energía de banda ancha, en la que cada mezclador (102) multiplica la señal de salida de nivel de energía de canal y la señal de salida de nivel de energía de banda ancha por coeficientes preseleccionados para generar señales multiplicadas y suma las señales multiplicadas para generar una señal de nivel de salida compuesta, en la que los coeficientes preseleccionados se seleccionan para compensar la pérdida auditiva de un usuario particular del audífono digital.
Description
Instrumento de audición de múltiples canales con
comunicación entre canales.
Esta solicitud reivindica prioridad de la
siguiente solicitud anterior y está relacionada con la misma:
"Inter-Channel Communication In a
Multi-Channel Digital Hearing Instrument",
solicitud provisional de los Estados Unidos nº 60/284, 459,
presentada el 18 de abril de 2001 (publicada como US 2003/0012392
A1). Esta solicitud también está relacionada con las siguientes
solicitudes en tramitación junto con la presente que son propiedad
conjunta del cesionario de la presente solicitud: "Digital Hearing
Aid System", Solicitud de patente de los Estados Unidos nº
[número de solicitud todavía no disponible] presentada el 12 de
abril de 2002 (véase el documento EP 1251714 A2); y "Digital
Quasi-RMS Detector", solicitud de patente de los
Estados Unidos nº [número de solicitud todavía no disponible]
presentada el 18 de abril de 2002 (véase el documento EP 1251355
A2).
Esta invención se refiere en general a audífonos
digitales. Más específicamente, la invención proporciona un sistema
de comunicación avanzado entre canales y un método para audífonos de
múltiples canales.
Los audífonos digitales se conocen en este campo.
Los audífonos digitales de múltiples canales dividen la señal de
entrada de audio de banda ancha en una pluralidad de bandas
secundarias de banda estrecha que entonces se procesan digitalmente
por un procesador digital integrado en el instrumento. En la primera
generación de audífonos digitales de múltiples canales, cada canal
de una banda secundaria se procesaba independientemente de los demás
canales. En consecuencia, algunos instrumentos de múltiples canales
proporcionaban un acoplamiento entre los procesadores de bandas
secundarias para refinar el procesamiento de múltiples canales para
eliminar el enmascaramiento desde canales de alta frecuencia bajando
hacia los canales de menor frecuencia.
Un tono de baja frecuencia puede enmascarar en
ocasiones la capacidad del usuario de oír un tono de alta de
frecuencia, en particular en personas con deficiencia auditiva. Al
acoplar información desde los canales de alta frecuencia bajando
hacia los canales de menor frecuencia, los canales de menor
frecuencia pueden suprimirse efectivamente en presencia de un
componente de alta frecuencia en la señal, desenmascarando así el
tono de alta frecuencia. Sin embargo, el acoplamiento entre las
bandas secundarias en estos instrumentos era uniforme de banda
secundaria a banda secundaria y no proporcionaba un acoplamiento
personalizado entre cualquier pareja de la pluralidad de bandas
secundarias. Además, el acoplamiento en estos instrumentos de
múltiples canales no tenía en cuenta el contenido global de la señal
de entrada.
La figura 1 es un diagrama de bloques de un
sistema de audífono digital a modo de ejemplo según la presente
invención.
La figura 2 es un diagrama de bloques ampliado
del sistema de circuitos de procesamiento de canales / detector
doble mostrado en la figura 1.
La figura 3 es un diagrama de bloques ampliado de
uno de los mezcladores mostrados en la figura 2.
La invención se define por las reivindicaciones
independientes. Las reivindicaciones dependientes se refieren a
realizaciones preferidas.
Un instrumento de audición digital de múltiples
canales incluye un micrófono, un conversor analógico/digital (A/D),
un procesador de sonido, un conversor digital/analógico (D/A) y un
altavoz. El micrófono recibe una señal acústica y genera una señal
de audio analógica. El conversor A/D convierte la señal de audio
analógica en una señal de audio digital. El procesador de sonido
incluye un sistema de circuitos de procesamiento de canales que
filtra la señal de audio digital en una pluralidad de señales de
audio de banda de frecuencia limitada y que proporciona una función
de control de la amplificación automático que permite que los
sonidos más bajos se amplifiquen a una amplificación superior que
los sonidos más altos y puede configurarse para el rango de audición
dinámica de un usuario particular del instrumento de audición. El
conversor D/A convierte la salida del procesador de sonido en una
señal de salida de audio analógica. El altavoz convierte la señal de
salida de audio analógica en una señal de salida acústica que se
dirige al canal auditivo del usuario del instrumento de
audición.
Dirigiéndonos ahora a las figuras del dibujo, la
figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema 12 de audífono
digital a modo de ejemplo. El sistema 12 de audífono digital incluye
varios componentes 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 externos y,
preferiblemente, un único circuito 12A integrado (CI). Los
componentes externos incluyen un par de micrófonos 24, 26, una
telebobina 28, un potenciómetro 24 de control del volumen, un
interruptor 16 de conmutación de selección de memoria, terminales
18, 22 de batería y un altavoz 20.
El sonido se recibe en el par de micrófonos 24,
26 y se convierte en señales eléctricas que se acoplan a las
entradas MFCI 12C y MPCI 12D en el IC 12A. MFCI se refiere a
"micrófono frontal" y MPCI se refiere a "micrófono
posterior". Los micrófonos 24, 26 están polarizados entre una
salida de voltaje regulado desde las clavijas 12B REGP y REGF, y los
nodos 12F, 12G básicos NDBF y NDBP. La salida de voltaje regulado en
REGF y REGP se genera internamente al CI 12A por el regulador
30.
La telebobina 28 es un dispositivo que se usa en
un audífono que se acopla magnéticamente a un microteléfono y
produce una corriente de entrada que es proporcional a la señal del
teléfono. La corriente de entrada desde la telebobina 28 se acopla
en el conversor 32B A/D del micrófono posterior en el CI 12A cuando
el interruptor 76 está conectado a la clavija 12E "T" de
entrada, indicando que el usuario del audífono está hablando por
teléfono. La telebobina 28 se usa para evitar la retroalimentación
acústica en el sistema cuando se habla por teléfono.
El potenciómetro 14 de control del volumen se
acopla a la entrada 12N de control del volumen del CI. Esta
resistencia variable se usa para ajustar la sensibilidad del volumen
del audífono digital.
El interruptor 16 de conmutación de selección de
memoria se acopla entre el suministro VB 18 de voltaje positivo y la
clavija 12L de entrada de selección de memoria. Este interruptor 16
se usa para conmutar el sistema 12 de audífono digital entre una
serie de configuraciones preestablecidas. Por ejemplo, el
dispositivo puede haberse programado con anterioridad para una
variedad de ajustes ambientales, tales como escucha tranquila,
escucha de música, ajuste ruidoso, etc. Para cada uno de estos
ajustes, los parámetros de sistema del CI 12A pueden haberse
configurado de forma óptima para el usuario particular. Presionando
repetidas veces el interruptor 16 de conmutación, el usuario puede
conmutar entonces por las diversas configuraciones almacenadas en la
memoria 44 de sólo lectura del CI 12A.
Los terminales 12K, 12H de batería del CI 12A
están acoplados preferiblemente a una única batería de
zinc-aire de 1,3 voltios. Esta batería proporciona
la fuente de energía principal para el sistema del audífono.
El último componente externo es el altavoz 20.
Este elemento se acopla a las diferentes salidas en las clavijas
12J, 12L del CI 12A, y convierte las señales de salida digitales
procesadas desde los dos micrófonos 24, 26 en una señal audible para
el usuario del sistema 12 del audífono.
Hay muchos bloques de circuito dentro del CI 12A.
El procesamiento de sonido primario dentro del sistema se lleva a
cabo por un procesador 38 de sonido y un procesador 50 direccional y
extensor del espacio libre. Un par de conversores 32A, 32B A/D se
acoplan entre los micrófonos 24, 26 frontal y posterior, y el
procesador 50 direccional y extensor del espacio libre, y convierten
las señales de entrada analógicas en el campo digital para el
procesamiento digital. Un único conversor 48 D/A convierte las
señales digitales procesadas de nuevo al campo analógico para la
salida por el altavoz 20. Otros elementos del sistema incluyen un
regulador 30, un control 40 A/D de volumen, un controlador 42 de la
interfaz o sistema, una memoria 44 EEP-ROM, un
circuito 46 de encendido y reinicio, un reloj 36 oscilador /
sistema, un sumador 71 y un circuito 70 interpolador y de recorte de
onda.
El procesador 38 de sonido incluye
preferiblemente un filtro 52 previo, un detector 54 doble de ancho
de banda, un filtro 56 de división de banda, una pluralidad de
detectores 58A-58D dobles y de procesamiento de
canales de banda estrecha, un bloque 60 de suma, un filtro 62
posterior, un filtro 64 de muesca, un circuito 66 de control del
volumen, un circuito 68 de salida de control de la amplificación
automático, un circuito 70 interpolador y de recorte de onda, un
circuito 72 de supresión de ruido, un bloque 71 de suma y un
generador 74 de tonos.
Opcionalmente, el sistema 12 de audífono digital
procesa sonido digital como sigue. Las señales de audio analógicas
recogidas por los micrófonos 24, 26 frontal y posterior se acoplan a
los conversores 32A, 32B A/D frontal y posterior, que
preferiblemente son moduladores Sigma-Delta seguidos
de filtros de decimación que convierten las entradas de audio
analógicas de los dos micrófonos en señales de audio digitales
equivalentes. Ha de observarse que cuando un usuario del sistema de
audífono digital está hablando por teléfono, el conversor 32B A/D
posterior se acopla a la entrada 12E "T" de la telebobina a
través del interruptor 76. Los dos conversores 32A, 32B A/D frontal
y posterior están sincronizados con la señal de reloj de salida del
reloj 36 oscilador / sistema (comentado más detalladamente más
adelante). Esta misma señal de reloj de salida se acopla también al
procesador 38 de sonido y al conversor 48 D/A.
Las señales de sonido digital frontal y posterior
desde los dos convertidores 32A, 32B A/D se acoplan al procesador 50
digital y extensor del espacio libre del procesador 38 de sonido. El
conversor 32B A/D posterior se acopla al procesador 50 a través del
interruptor 75. En una primera posición, el interruptor 75 acopla la
salida digital del conversor 32B A/D posterior al procesador 50, y
en una segunda posición, el interruptor 75 acopla la salida digital
del conversor 32B A/D posterior al bloque 71 de suma con el fin de
compensar la oclusión.
La oclusión es la amplificación de la propia voz
del usuario dentro del canal auditivo. El micrófono posterior puede
moverse dentro del canal auditivo para recibir esta señal no deseada
creada por el efecto de oclusión. El efecto de oclusión se reduce
normalmente poniendo una abertura mecánica en el audífono. Esta
abertura, sin embargo, puede provocar un problema de oscilación dado
que la señal del altavoz se retroalimenta de nuevo al(a los)
micrófono(s) a través de la abertura. Otro problema asociado
con la abertura tradicional es una respuesta de baja de frecuencia
reducida (que lleva a una calidad del sonido reducida). Otra
limitación más sucede cuando el acoplamiento directo de sonidos
ambiente tiene como resultado un rendimiento direccional pobre, en
particular en las frecuencias bajas. El sistema mostrado en la
figura 1 resuelve estos problemas al cancelar la señal no deseada
recibida por el micrófono 26 posterior retroalimentando la señal
posterior desde el conversor 32B A/D al circuito 71 de suma. El
circuito 71 de suma sustrae entonces la señal no deseada de la señal
compuesta procesada para así compensar el efecto de oclusión.
El procesador 50 direccional y extensor del
espacio libre incluye una combinación de elementos de filtrado y
retardo que, cuando se aplican a las dos señales de entrada
digitales, forman una única respuesta sensible direccionalmente.
Esta respuesta sensible direccionalmente se genera de tal forma que
la amplificación del procesador 50 direccional tendrá un valor
máximo para sonidos que vengan del micrófono 24 frontal y tendrá un
valor mínimo para sonidos que vengan del micrófono 26 posterior.
La parte del extensor del espacio libre del
procesador 50 extiende de forma significativa el rango dinámico de
la conversión A/D, lo que es muy importante para el procesamiento de
señales de audio de alta fidelidad. Lo hace ajustando dinámicamente
los puntos operativos de los conversores 32A/32B A/D. El extensor 50
del espacio libre ajusta la amplificación antes y después de la
conversión A/D de manera que la amplificación total permanece
inalterada, pero el rango dinámico intrínseco del bloque 32A/32B
conversor A/D se optimiza para el nivel de la señal que está siendo
procesada.
La salida del procesador 50 direccional y
extensor del espacio libre se acopla al filtro 52 previo en el
procesador de sonido, que es un filtro de uso general para tratar
previamente la señal de sonido antes de cualquier etapa de
procesamiento de señal posterior. Este "tratamiento previo"
puede tener lugar de varias formas y, en combinación con un
"tratamiento posterior" en el filtro 62 posterior, puede usarse
para generar efectos especiales que pueden ser adecuados sólo para
una clase particular de usuarios. Por ejemplo, el filtro 52 previo
podría configurarse para imitar la función de transferencia del
oído intermedio del usuario, poniendo de forma efectiva la señal de
sonido en el "campo de la cóclea". El procesador 38 de sonido
podría aplicar algoritmos de procesamiento de señales para corregir
una deficiencia auditiva basándose en, por ejemplo, pérdida de
células ciliadas internas y pérdida de células ciliadas externas.
Posteriormente, el filtro 62 posterior podría configurarse con la
respuesta inversa del filtro 52 previo para convertir la señal de
sonido de nuevo en el "campo acústico" desde el "campo de la
cóclea". Por supuesto, pueden emplearse otras configuraciones de
tratamiento previo / tratamiento posterior y algoritmos de
procesamiento de señales correspondientes.
La señal de sonido digital tratada previamente se
acopla entonces al filtro 56 de división de banda, que
preferiblemente incluye un conjunto de filtros con frecuencias
angulares variables y amplificaciones de paso de banda. Estos
filtros se usan para dividir la señal de entrada sencilla en cuatro
bandas de frecuencia distinta. Las cuatro señales de salida desde el
filtro 56 de división de banda están preferiblemente en fase, de
modo que cuando se suman en el bloque 60 de suma, tras el
procesamiento de los canales, se minimizan los ceros o picos en la
señal compuesta (desde el bloque de suma).
El procesamiento de canales de las cuatro bandas
de frecuencia distinta desde el filtro 56 de división de banda se
lleva a cabo por una pluralidad de bloques 58A-58D
de detector doble / de procesamiento de canales. Aunque se muestran
los cuatro bloques en la figura 1, debe quedar claro que podrían
generarse más de cuatro (o menos de cuatro) bandas de frecuencia en
el filtro 56 de división de banda, y por tanto pueden utilizarse más
o menos de cuatro bloques 58 de procesamiento de canales / detector
doble en el sistema.
Cada uno de los detectores
58A-58D dobles / de procesamiento de canales
proporciona una función de control de la amplificación automático
(CAA) que proporciona una compresión y amplificación en la banda de
frecuencia particular (canal) que se está procesando. La compresión
de las señales del canal permite que los sonidos más bajos se
amplifiquen con una amplificación mayor que los sonidos más altos,
para los que se comprime la amplificación. De esta manera, el
usuario del sistema puede oír toda la gama de sonidos ya que los
circuitos 58A-58D comprimen toda la gama de escucha
normal en una gama dinámica reducida del usuario individual en
función de la pérdida auditiva del usuario en la banda de frecuencia
particular del canal.
Los bloques 58A-58D de
procesamiento de canales pueden configurarse para emplear un esquema
de detección de promedios del detector doble al tiempo que comprimen
las señales de entrada. Este esquema de detección doble incluye los
dos módulos de seguimiento ataque / liberación lentos y rápidos que
permiten una repuesta rápida a los transitorios (en el módulo de
seguimiento rápido), al tiempo que impiden un bombeo molesto de la
señal de entrada (en el módulo de seguimiento lento) que sólo
produciría una constante de tiempo rápida. Las salidas de los
módulos de seguimiento rápido y lento se comparan, y los parámetros
de compresión se ajustan de forma correspondiente. Por ejemplo, si
el nivel de salida del módulo de seguimiento rápido supera el nivel
de salida del módulo de seguimiento lento en algún nivel
preseleccionado, por ejemplo 6 db, entonces la salida del módulo de
seguimiento rápido puede acoplarse temporalmente como la entrada a
un bloque de cálculo de la amplificación (véase figura 3). La razón
de compresión, la amplificación de canal, los umbrales inferior y
superior (regreso al punto lineal), y las constantes de tiempo
rápida y lenta (de los módulos de seguimiento rápido y lento) pueden
programarse independientemente y guardarse en una memoria 44 para
cada uno de la pluralidad de bloques 58A-58D de
procesamiento de canales.
La figura 1 también muestra un bus 59 de
comunicación que puede incluir una o más conexiones para acoplar la
pluralidad de bloques 58A-58D de procesamiento de
canales. Este bus 59 de comunicación entre canales puede usarse para
comunicar información entre la pluralidad de bloques
58A-58D de procesamiento de canales de forma que
cada canal (banda de frecuencia) puede tener en cuenta el nivel de
"energía" (o alguna otra medición) desde los otros bloques de
procesamiento de canales. Preferiblemente, cada bloque
58A-58D de procesamiento de canales tendría en
cuenta el nivel de "energía" desde los canales de mayor
frecuencia. Además, el nivel de "energía" desde el detector 54
de banda ancha podría usarse por cada uno de los bloques
58A-58D de procesamiento de canales de banda
relativamente estrecha al procesar sus señales de entrada
individuales.
Una vez completado el procesamiento de canales,
las cuatro señales de los canales se suman por el bloque 60 de suma
para formar una señal compuesta. Esta señal compuesta se acopla
entonces al filtro 62 posterior, que puede aplicar una función de
filtro posterior al procesamiento, tal como se ha comentado
anteriormente. Tras el procesamiento posterior, la señal compuesta
se aplica entonces a un filtro 64 de muesca, que atenúa una banda
estrecha de frecuencias que puede ajustarse en la gama de
frecuencias en la que tienden a oscilar los audífonos. Este filtro
64 de muesca se usa para reducir la retroalimentación y evitar un
"silbido" no deseado del dispositivo. Preferiblemente, el
filtro 64 de muesca puede incluir una función de transferencia
dinámica que cambia la profundidad de la muesca basándose en la
magnitud de la señal de entrada.
Tras el filtro 64 de muesca, la señal compuesta
se acopla a un circuito 66 de control del volumen. El circuito 66 de
control del volumen recibe un valor digital desde el control 40 A/D
de volumen, que indica el nivel de volumen deseado establecido por
el usuario a través del potenciómetro 14, y utiliza este valor
digital almacenado para establecer la amplificación de un circuito
de amplificador integrado.
Desde el circuito de control del volumen, la
señal compuesta se acopla al bloque 68 de salida CAA. El circuito de
salida CAA es un limitador con una razón de compresión elevada y
distorsión reducida que se usa para evitar que señales patológicas
provoquen señales de salida distorsionadas a gran escala del altavoz
20 que podrían ser dolorosas y molestas para el usuario del
dispositivo. La señal compuesta se acopla desde el circuito 68 de
salida CAA a un circuito 72 de supresión de ruido que realiza una
expansión en señales de bajo nivel por debajo de un umbral
ajustable. El circuito 72 de supresión de ruido utiliza una señal de
salida del detector 54 de banda ancha para este propósito. La
expansión de las señales de nivel bajo atenúa el ruido de los
micrófonos y otros circuitos cuando la razón S/N de entrada es
pequeña, produciendo así una señal de ruido más baja durante
situaciones de silencio. También se observa acoplado al circuito 72
de supresión de ruido un bloque 74 de generador de tonos que se
incluye para la calibración y la comprobación del sistema.
La salida del circuito 72 de supresión de ruidos
se acopla a una entrada del bloque 71 de suma. La otra entrada del
bloque 71 de suma procede de la salida del conversor 32B A/D
posterior, cuando el interruptor 75 está en la segunda posición.
Estas dos señales se suman en el bloque 71 de suma y pasan a través
de un circuito 70 interpolador y de recorte de onda. Este circuito
70 también funciona sobre señales patológicas, pero funciona casi de
forma instantánea para señales de onda elevada y limita en gran
medida la distorsión. El interpolador desplaza la frecuencia de la
señal hacia arriba como parte del proceso D/A y entonces la señal se
recorta de tal manera que los productos de la distorsión no regresan
como señal falsa al rango de frecuencias de la banda base.
La salida del circuito 70 interpolador y de
recorte de onda se acopla desde el segundo procesador 38 de sonido
al puente 48 H D/A. Este circuito 48 convierte la representación
digital de las señales de sonido de entrada en una representación
modulada de densidad de pulsos con salidas complementarias. Estas
salidas se acoplan fuera del chip a través de las salidas 12J, 121
al altavoz 20 que filtra en paso bajo las salidas y produce una
acústica analógica de las señales de salida. El puente 48 H D/A
incluye un interpolador, un modulador digital
Delta-Sigma y un soporte de salida para el puente H.
El puente 48 H D/A también está acoplado y recibe la señal del reloj
del reloj 36 del oscilador /
sistema (descrito más adelante).
sistema (descrito más adelante).
El controlador 42 de la interfaz / sistema está
acoplado entre una serie de clavijas 12M de interfaz de datos en el
CI 12, y el procesador 38 de sonido. Esta interfaz se usa para
comunicarse con un controlador externo con el fin de establecer los
parámetros del sistema. Estos parámetros pueden almacenarse dentro
del chip en la EEPROM 44. Si produce una condición de "bloqueo"
u "oscurecimiento parcial", el circuito 46 de encendido y
reinicio puede usarse para enviar una señal al controlador 42 de
interfaz / sistema para configurar el sistema en un estado conocido.
Una condición de este tipo puede producirse, por ejemplo, si falla
la batería.
La figura 2 es un diagrama de bloques ampliado
que muestra el sistema de circuitos 58A-58D del
detector
doble / de procesamiento de canales mostrado en la figura 1. Esta figura también muestra el detector 54 doble de banda ancha, el filtro 56 de división de bandas, que está configurado en esta realización para proporcionar cuatro canales de ancho de banda estrecho (CH 1 a CH 4), y el bloque 60 de suma. En esta figura se supone que CH 1 es el canal de frecuencia más baja y CH 4 es el canal de frecuencia más alta. En este circuito, tal como se describe con más detalle más adelante, la información de nivel de los canales de mayor frecuencia se proporcionan bajando hacia los canales de menor frecuencia para compensar el efecto de enmascaramiento.
doble / de procesamiento de canales mostrado en la figura 1. Esta figura también muestra el detector 54 doble de banda ancha, el filtro 56 de división de bandas, que está configurado en esta realización para proporcionar cuatro canales de ancho de banda estrecho (CH 1 a CH 4), y el bloque 60 de suma. En esta figura se supone que CH 1 es el canal de frecuencia más baja y CH 4 es el canal de frecuencia más alta. En este circuito, tal como se describe con más detalle más adelante, la información de nivel de los canales de mayor frecuencia se proporcionan bajando hacia los canales de menor frecuencia para compensar el efecto de enmascaramiento.
Cada uno de los bloques 58A-58D
de detector doble / de procesamiento de canales incluye un detector
100 de nivel de canal, que preferiblemente es un detector doble tal
como se ha descrito anteriormente, un circuito 102 mezclador,
descrito con más detalle más adelante en referencia a la figura 3,
un bloque 14 de cálculo de amplificación y un multiplicador 106.
Cada canal (CH 1 - CH 4) se procesa por un
detector (58A-58D) doble / de procesamiento de
canales, aunque la información del detector 54 de banda ancha y,
dependiendo del canal, de un canal de mayor frecuencia, se usa para
determinar el ajuste de amplificación correcto para cada canal. El
canal (CH 4) de mayor frecuencia se procesa preferiblemente sin
información desde otro canal de banda estrecha, aunque en algunas
implementaciones podría hacerse.
Considérese por ejemplo el canal CH 1 de menor
frecuencia. La señal de salida del CH 1 desde el conjunto 56 de
filtros se acopla al detector 100 de nivel de canal, y se acopla
también al multiplicador 106. El detector 100 de nivel del canal
emite un valor positivo representativo del nivel de energía RMS de
la señal de audio en el canal. El nivel de energía RMS se acopla a
una entrada del mezclador 102. El mezclador 102 también recibe
entradas de nivel de energía RMS desde un canal de mayor frecuencia,
en este caso de CH 2, y del detector 54 de banda ancha. El detector
54 de banda ancha proporciona un nivel de energía RMS de la señal de
audio completa, en contraposición al nivel de CH 2, que representa
el nivel de energía RMS para el ancho de banda secundario asociado
a este canal.
Tal como se describe con más detalle más adelante
con referencia a la figura 3, el mezclador 102 multiplica cada una
de estas tres entradas de nivel de energía RMS ("root mean
square", media cuadrática) mediante una constante programable y
luego combina estos valores multiplicados en una señal de nivel
compuesta que incluye información de: (1) el canal que esta
procesándose; (2) un canal de mayor frecuencia; y (3) el detector de
nivel de banda ancha. Aunque la figura 2 muestra cada mezclador
acoplado a un canal de frecuencia superior, es posible que el
mezclador esté acoplado a una pluralidad de canales de mayor o de
menor frecuencia para proporcionar un esquema contra el
enmascaramiento más sofisticado.
La señal de nivel compuesta del mezclador se
suministra al bloque 104 de cálculo de amplificación. La finalidad
del bloque 104 de cálculo de amplificación es calcular un nivel de
amplificación (o volumen) para el canal que está procesándose. Este
nivel de amplificación se acopla al multiplicador 106, el cual
funciona como un botón de control del volumen en un equipo
estereofónico para subir o bajar la amplitud de la salida de la
señal del canal desde el conjunto 56 de filtros. Las salidas desde
los cuatro multiplicadores 106 de canal se suman entonces en el
bloque 60 de suma para formar una señal de salida de audio
compuesta.
Preferiblemente, el bloque 104 de cálculo de
amplificación aplica un algoritmo a la salida del mezclador 102 que
comprime la señal de salida del mezclador por encima de un nivel
umbral particular. En el bloque 104 de cálculo de amplificación, el
nivel umbral se resta de la señal de salida del mezclador para
formar un resto. El resto se comprime entonces usando una operación
de logaritmo / antilogaritmo y un multiplicador de compresión. Este
resto comprimido se suma entonces de nuevo al nivel umbral para
formar la salida del bloque 104 de procesamiento de
amplificación.
La figura 3 es un diagrama de bloques ampliado de
uno de los mezcladores 102 mostrados en la figura 2. El mezclador
102 incluye tres multiplicadores 110, 120, 114 y un bloque 116 de
suma. El mezclador 102 recibe tres niveles de entrada desde el
detector 54 de banda ancha, el nivel de canal superior y el canal
que está procesándose por el mezclador 102 en cuestión. Los tres
multiplicadores 110, 112, 114 aplican tres coeficientes C 1, C 2, y
C 3, programables de forma diferente, a los tres niveles de entrada.
Las salidas de estos multiplicadores se suman entonces en el bloque
116 de suma para formar una señal de nivel compuesta. Esta señal de
nivel de salida compuesta incluye información del canal que está
procesándose, del canal de nivel superior, y del detector 54 de
banda ancha. Por tanto, la señal de salida compuesta se da con la
siguiente ecuación: Nivel compuesto = (Nivel de banda ancha *C 3 +
Nivel superior *C 2 + Nivel del canal *C 1).
La tecnología descrita en el presente documento
puede proporcionar varias ventajas sobre los instrumentos de
audición digitales de múltiples canales conocidos. En primer lugar,
el procesamiento entre canales tiene en cuenta información de un
detector de banda ancha. Esta información generalmente de la
intensidad de sonido puede usarse para compensar mejor el efecto de
enmascaramiento. En segundo lugar, cada uno de los mezcladores de
canal incluye coeficientes programables independientemente para
aplicarlos a los niveles de canal. Esto proporciona una flexibilidad
mucho mayor a la hora de personalizar el instrumento de audición
digital para el usuario particular, y a la hora de desarrollar una
estrategia de acoplamiento de canales personalizada. Por ejemplo,
con un dispositivo de cuatro canales como el mostrado en la figura
1, la invención proporciona 4.194.304 ajustes diferentes usando los
tres coeficientes programables en cada uno de los cuatro
canales.
Esta descripción escrita emplea ejemplos para
divulgar la invención, incluyendo el mejor modo, y también permite
que cualquier experto en la técnica realice y utilice la invención.
El alcance patentable de la invención se define en las
reivindicaciones, y puede incluir otros ejemplos que puedan
ocurrírseles a los expertos en la técnica.
Claims (11)
1. Instrumento de audición digital de múltiples
canales, que comprende:
- un micrófono (24) que recibe una señal acústica
y genera una señal de audio analógica;
- un conversor (32A) analógico a digital (A/D)
acoplado al micrófono (24), que convierte la señal de audio
analógica en una señal de audio digital;
- un detector (54) de banda ancha acoplado al
conversor (32A) A/D que determina el nivel de energía de la señal de
audio digital y genera una señal de salida del nivel de energía de
banda ancha;
- un filtro (56) de división de banda acoplado al
conversor (32A) A/D que filtra la señal de audio digital en una
pluralidad de señales de audio limitadas a la banda de
frecuencia;
- una pluralidad de detectores (100) de nivel de
canal acoplados al filtro (56) de división de banda, determinando
cada detector (100) de nivel de canal el nivel de energía de una de
las señales de audio limitadas a la banda de frecuencia y generando
una señal de salida del nivel de energía del canal;
- una pluralidad de mezcladores (102), estando
cada mezclador (102) acoplado a al menos una señal de salida de
nivel de energía de canal y a la señal de salida de nivel de energía
de banda ancha, en la que cada mezclador (102) multiplica la señal
de salida de nivel de energía de canal y la señal de salida de nivel
de energía de banda ancha por coeficientes preseleccionados para
generar señales multiplicadas y suma las señales multiplicadas para
generar una señal de nivel de salida compuesta, en la que los
coeficientes preseleccionados se seleccionan para compensar la
pérdida auditiva de un usuario particular del audífono digital;
- una pluralidad de circuitos (104) de cálculo de
amplificación, estando cada circuito (104) de cálculo de
amplificación acoplado a uno de los mezcladores (102), en la que
cada uno de los circuitos (104) de cálculo de amplificación compensa
la señal de nivel de salida compuesta por encima de un nivel umbral
predeterminado para generar una señal compuesta comprimida;
- un circuito (60) de suma acoplado a la
pluralidad de circuitos (104) de cálculo de amplificación, que suma
las señales compuestas comprimidas para generar una señal de salida
de audio digital;
- un conversor (48) digital a analógico (D/A)
acoplado al circuito (60) de suma que convierte la señal de salida
de audio digital en una señal de salida de audio analógica; y
- un altavoz (20) acoplado al conversor (48) D/A
que convierte la señal de salida de audio analógica en una señal de
salida acústica.
2. Instrumento de audición digital de múltiples
canales según la reivindicación 1, que comprende además:
- un micrófono (26) posterior que recibe una
segunda señal acústica y genera una segunda señal de audio
analógica;
- un segundo conversor (32B) analógico a digital
(A/D) acoplado al micrófono (26) posterior que convierte la segunda
señal de audio analógica en una segunda señal de audio digital;
y
- un procesador (50) direccional que procesa la
señal de audio digital y la segunda señal de audio digital para
generar una señal de audio sensible direccionalmente.
3. Instrumento de audición digital según una de
las reivindicaciones anteriores, que comprende además:
- un filtro (52) previo que puede funcionar para
aplicar una función de transferencia a la señal de audio digital
para convertir la señal de audio digital del campo acústico al campo
de la cóclea.
4. Instrumento de audición digital según una de
las reivindicaciones anteriores, que comprende además:
- un filtro (62) posterior que puede funcionar
para aplicar una función de transferencia a la señal de salida de
audio digital para convertir la señal de audio digital del campo de
la cóclea al campo acústico.
5. Instrumento de audición digital según una de
las reivindicaciones anteriores, que comprende además:
- un filtro (64) de muesca que puede funcionar
para atenuar una banda estrecha de frecuencias en la señal de salida
de audio digital.
6. Instrumento de audición digital según la
reivindicación 5, en el que la banda estrecha de frecuencias es
ajustable.
7. Instrumento de audición digital según una de
las reivindicaciones anteriores, que comprende además:
- un circuito (66) de control del volumen que
puede funcionar para recibir un valor digital desde un control A/D
de volumen que indica el nivel de volumen establecido por el
usuario;
- dicho circuito (66) de control del volumen que
puede funcionar para usar este valor digital almacenado para ajustar
la amplificación de un circuito de amplificador integrado.
8. Instrumento de audición digital según una de
las reivindicaciones anteriores, que comprende además:
- un circuito (68) de salida de control de
amplificación automático (CAA) que puede funcionar para reducir la
distorsión filtrando señales patológicas de la señal de salida de
audio digital.
9. Instrumento de audición digital según una de
las reivindicaciones anteriores, que comprende además:
- un circuito (72) de supresión de ruido que
puede funcionar para expandir señales de nivel bajo inferiores a un
umbral ajustable.
10. Instrumento de audición digital según la
reivindicación 9, pudiendo funcionar el circuito (72) de supresión
de ruido para usar una señal de salida del detector de banda
ancha.
11. Método para procesar una señal acústica en un
instrumento de audición digital de múltiples canales que comprende
las siguientes etapas:
- recibir la señal acústica mediante un micrófono
(24) y generar una señal de audio analógica;
- convertir la señal de audio analógica en una
señal de audio digital mediante un conversor (32A) analógico a
digital (A/D) acoplado al micrófono (24);
- determinar el nivel de energía de la señal de
audio digital y generar una señal de salida del nivel de energía de
banda ancha mediante un detector (54) de banda ancha acoplado al
conversor (32A) A/D;
- filtrar la señal de audio digital en una
pluralidad de señales de audio limitadas a la banda de frecuencia
mediante un filtro (56) de división de banda acoplado al conversor
(32A) A/D;
- determinar el nivel de energía de la pluralidad
de señales de audio limitadas a la banda de frecuencia y generar una
señal de salida del nivel de energía del canal para cada una de las
señales de audio limitadas a la banda de frecuencia mediante una
pluralidad de detectores (100) de nivel de canal acoplados al filtro
(56) de división de banda;
- multiplicar la señal de salida de energía de
canal y la señal de salida de nivel de energía de banda ancha por
coeficientes preseleccionados para generar señales multiplicadas y
sumar las señales multiplicadas para generar una señal de nivel de
salida compuesta mediante una pluralidad de mezcladores (102),
estando acoplado cada mezclador (102) a al menos una señal de salida
de nivel de energía de canal y a la señal de salida del nivel de
energía de banda ancha, en el que los coeficientes preseleccionados
se seleccionan para compensar la pérdida auditiva de un usuario
particular del audífono digital;
- comprimir la señal de nivel de salida compuesta
por encima de un nivel umbral predeterminado para generar una señal
compuesta comprimida mediante una pluralidad de circuitos (104) de
cálculo de amplificación, estando cada circuito (104) de cálculo de
amplificación acoplado a uno de los mezcladores (102);
- sumar las señales compuestas comprimidas para
generar una señal de salida de audio digital mediante un circuito
(60) de suma acoplado a la pluralidad de circuitos (104) de cálculo
de amplificación;
- convertir la señal de salida de audio digital
en una señal de salida de audio analógica mediante un conversor (48)
digital a analógico (D/A) acoplado al circuito (60) de suma; y
- convertir la señal de salida de audio analógica
en una señal de salida acústica mediante un altavoz (20) acoplado al
conversor (48) D/A.
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