CN111629313B - 包括环路增益限制器的听力装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了包括环路增益限制器的听力装置，所述听力装置包括：正向通路，其包括输入变换器、信号处理器、输出变换器；环路增益限制器，其包括用于连续估计当前环路增益ΔL(n)的环路增益估计器及用于根据所述当前环路增益的估计量ΔL(n)动态控制合成正向通路增益G’的环路增益控制器；及从输出变换器到输入变换器的声学反馈通路，该反馈通路展现反馈增益H；其中合成环路增益LG’当按对数表示给出时被确定为合成正向通路增益G’与反馈增益H的和，及其中环路增益控制器配置成使得合成环路增益受到限制以保持低于预定值。

Description

包括环路增益限制器的听力装置

技术领域

本申请涉及听力装置如助听器或耳机领域，尤其涉及使用环路增益限制器的反馈控制。

背景技术

环路增益在反馈积累和反馈控制期间扮演重要角色。非常高的环路增益(如+20dB)导致超快积累(每反馈环路20dB，通常在几ms内)，反馈啸声极快地出现，对于反馈控制系统减少反馈非自然信号，非常富有挑战性。

反馈系统通常针对最大环路增益(LGmax)进行设计(能够处理最大环路增益)，例如在LG<6dB的范围中。如果环路增益变得远大于最大环路增益，反馈系统则面临未针对其进行设计的情形。可能反馈控制失败。非常大的环路增益通常在突然的反馈通路变化期间(例如在将电话移向耳朵时)短时出现，其中自适应反馈控制系统太慢以至于不能作出反应。

发明内容

本发明提出环路增益限制器，用于即使在最极端情形下仍保持实际的环路增益低于预定值。为此，优选应极快地估计和减小当前环路增益，通常在与1-2个反馈环路对应的时间内(环路时延)。该速度要求排除了传统的基于相关的环路增益办法的可能性，因而提出一种新的办法，其可仅仅基于信号电平。环路增益限制器确保反馈控制系统在其设计的环路增益范围内运行。

听力装置

在本申请的一方面，提供一种听力装置如助听器，其配置成由用户佩戴在耳朵处或耳朵中(或者完全或部分植入在用户(如耳朵处)的头部中)。该听力装置包括：

-正向通路，包括

--输入变换器，用于提供表示听力装置环境中的声音的电输入信号，所述输入变换器提供输入增益G_I；

--信号处理器，用于处理所述电输入信号或基于所述电输入信号的信号并提供处理后的信号，所述信号处理器包括用于确定随频率和电平而变的、补偿用户的听力受损所需要的压缩器增益G_P并提供合成(所得的)压缩器增益G’_P的压缩器；

--输出变换器，用于基于所述处理后的信号提供可由用户感知为声音的输出刺激，所述输出变换器提供输出增益G_O。

合成正向通路增益G’按对数表示定义为G_I+G’_P+G_O。

听力装置还可包括环路增益限制器，其包括

--用于连续估计当前环路增益ΔL(n)的环路增益估计器，配置成在已开始反馈积累之后在预定的多个反馈环路内提供环路增益估计量，优选在少于三个的反馈环路(环路时延)内。环路增益估计量例如可被计算为正向通路的信号在时间n的当前电平减去同一信号在一个反馈环路(环路时延)之前的电平；及

--环路增益控制器，用于根据所述当前环路增益的估计量ΔL(n)动态控制合成正向通路增益G’。

声学反馈通路定义为从输出变换器到输入变换器的通路。该反馈通路展现反馈增益H。合成环路增益LG’当按对数表示给出时可被确定为合成正向通路增益G’与反馈增益H的和。环路增益控制器可配置成使得合成环路增益受到限制以保持低于预定值。

从而可提供改进的听力装置。

环路增益控制器提供控制信号，用于将信号处理器(SPU)的增益从预期处理器增益G_P修改为合成处理器增益G’_P从而对听力装置提供合成环路增益LG’。信号处理器(或环路增益控制器)可包括反馈估计单元。反馈估计单元可配置成估计从输出变换器到输入变换器的反馈通路(如反馈增益H_est)并提供代表这样的估计量的信号FBP_est。信号处理器可包括反馈控制系统，其包括反馈估计单元及用于将反馈的估计量从电输入信号减去从而提供反馈校正的输入信号的组合单元。反馈通路的估计量可由环路增益控制器和/或环路增益估计器得到。

在输入信号变得以声学反馈为主时，即当声学反馈信号变得比来自环境的声学信号大声时，反馈积累被假定已开始。在当前环路增益的估计量ΔL(n)大于或等于最大环路增益值LGmax时，反馈积累可被假定已开始。

由于未能精确地知道反馈积累的开始，环路增益估计器将持续提供可能导致正向通路中不必要的增益减小的值。然而，反馈积累一旦已开始，环路增益估计器将在少于几个(如三个)反馈环路(环路时延)的时间内提供有用的(足够精确的)环路增益估计量，导致有效的环路增益限制。

环路增益控制器可配置成在当前环路增益的估计量ΔL(n)大于或等于最大环路增益值LGmax的情形下减小合成正向通路增益G’。从而合成环路增益LG’相较于初始环路增益LG(没有环路增益限制器)减小。

听力装置可配置成在多个频带K中估计当前环路增益ΔL(n)，其中K大于1。K例如可大于或等于4，例如大于或等于16或24。

环路增益的最大值可小于或等于3dB，如小于或等于2dB，如小于或等于1dB，如小于或等于0dB。

环路增益估计器可配置成仅基于关于信号电平的信息估计当前环路增益ΔL(n)。换言之，仅信号电平用于估计当前环路增益ΔL(n)，信号相位不用于估计当前环路增益。

环路增益估计器可配置成将当前环路增益ΔL(n)估计为ΔL(n)＝L(n)-L(n-n_D)，其中L(n)为正向通路的信号在时间n的按dB计的信号电平，及L(n-n_D)为同一信号在一个反馈环路之前的信号电平，其中n_D由所述反馈环路的环路时延D确定。环路增益的估计量因而可仅仅基于电平估计。

环路增益估计器可配置成在反馈积累已开始之后在预定时间内估计当前环路增益ΔL(n)，例如在小于或等于5个或者小于或等于3个反馈环路的时间内，如在两个反馈环路的时间内，如在1个反馈环路的时间内。

环路增益估计器可包括电平估计器，用于估计听力装置的正向通路的电输入信号或另一信号的当前电平。电平估计器可配置成在多个频带K中工作，其中K大于1，如大于或等于4，如大于或等于16。

环路增益控制器可配置成根据下面的表达式确定合成增益G’：

G’(n)＝G(n)-ΔG(n)

其中ΔG(n)为在给定时间点n的增益减小量，其中该增益减小量大于或等于0dB。

环路增益控制器可配置成根据下面的表达式确定合成增益G’：

其中参数a用于控制环路增益限制的程度，及LGmax为在开始增益减小之前可接受的最大环路增益值。可接受的最大环路增益值可预先确定(如等于0dB)或者在听力装置使用期间动态确定，例如根据反馈通路的估计量如在多个频率(或频带)的估计量确定。

听力装置可配置成随时间平滑合成正向通路增益G’以提供平滑的合成增益G*。听力装置可包括平滑单元，用于根据下面的表达式随时间平滑合成正向通路增益G’：

G^*(n)＝β·G′(n)+(1-β)·G^*(n-1)

其中β为正参数。平滑单元可被实施为平滑滤波器，例如实施为一阶IIR滤波器，其中β为滤波器系数，及β为正并接近于0，如等于0.1或更小。

环路增益估计器可配置成提供校正的当前环路增益估计量ΔL’(n)＝ΔL(n)+ΔG(n-1)，其中ΔG(n-1)＝G(n-1)–G’(n-1)为在当前时间n之前一个环路时延的增益减小量，及其中环路增益控制器配置成基于校正的当前环路增益估计量ΔL’(n)确定合成增益G’(n)。从而增益减小量G’可被改善以避免增益(和环路增益)跳变。

环路增益估计器可配置成使在当前时间n之前一个环路时延的增益减小量乘以泄露因子γ，其中γ小于1。从而在特殊信号条件下可避免恒定不变的增益减小(确保环路增益控制器不被“锁定”到恒定的增益减小)。

信号处理器可包括组合单元，配置成将合成处理器增益G’_P应用于所述电输入信号或源自其的信号。从而可提供处理后的信号。

用于动态控制合成正向通路增益G’的环路增益控制器可配置成仅在估计的环路增益在给定范围内如6-20dB时应用增益减小量ΔG。

压缩器例如可配置成从用户的听力曲线例如基于听力图和给定助听器类型的验配依据针对当前输入信号建议请求的增益。压缩器例如可配置成根据所涉及的输入信号的频率和电平将电输入信号的电平转换为适当的增益(如放大或衰减)。压缩器配置成补偿用户的听力受损。

听力装置可由助听器构成或者包括助听器。

听力装置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。听力装置可包括用于处理输入信号并提供处理后的输出信号的信号处理器。

听力装置可包括输出单元，用于基于处理后的电信号提供由用户感知为声信号的刺激。输出单元可包括输出变换器。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)听力装置中)。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听力装置中)。只要对于应用适当，输出单元例如输出变换器可包括数模(DA)转换器，及可能包括合成滤波器组。

听力装置可包括用于提供表示声音的电输入信号的输入单元。输入单元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。输入单元可包括用于接收包括声音的无线信号并提供表示所述声音的电输入信号的无线接收器。只要对于应用适当，输入单元如输入变换器可包括适当的模数(AD)转换器，及可能包括分析滤波器组。

听力装置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听力装置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。在听力装置中，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。

听力装置可以是便携装置或形成便携装置的一部分，例如包括本机能源如电池例例如可再充电电池的装置。

听力装置可包括输入单元(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))和输出单元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。听力装置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。听力装置可包括一个或多个滤波器组，从而使分析通路和/或信号通路的部分或所有信号处理可在频域进行。作为备选，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。

表示声信号的模拟电信号可在模数(AD)转换过程中转换为数字音频信号，其中模拟信号以预定采样频率或采样速率f_s进行采样，f_s例如在从8kHz到48kHz的范围中(适应应用的特定需要)以在离散的时间点t_n(或n)提供数字样本x_n(或x[n])，每一音频样本通过预定的N_b比特表示声信号在t_n时的值，N_b例如在从1到48比特的范围中如24比特。每一音频样本因此使用N_b比特量化(导致音频样本的2^Nb个不同的可能的值)。数字样本x具有1/f_s的时间长度，如50μs，对于f_s＝20kHz。多个音频样本可按时间帧安排。一时间帧可包括64个或128个音频数据样本。根据实际应用可使用其它帧长度。

听力装置可包括模数(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。听力装置可包括数模(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。

听力装置如输入单元和/或天线及收发器电路可包括用于提供输入信号的时频表示的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。听力装置考虑的频率范围可从最小频率f_min到最大频率f_max并可包括从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f_s大于或等于最大频率f_max的两倍，即f_s≥2f_max。听力装置的正向通路和/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。

听力装置可包括多个检测器，其配置成提供与听力装置的当前网络环境(如当前声环境)有关、和/或与佩戴听力装置的用户的当前状态有关、和/或与听力装置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听力装置(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听力装置、遥控器、音频传输装置、电话(如智能电话)、外部传感器等。

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。

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(＝电平估计器)。预定判据可包括正向通路的信号的当前电平是否高于或低于给定(L-)阈值。电平检测器可作用于全频带信号(时域)。电平检测器可作用于频带拆分信号((时-)频域)。

听力装置可包括话音检测器(VD)，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)。话音检测器单元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，话音检测器可适于从“话音”的检测排除用户自己的话音。

听力装置可包括自我话音检测器，用于估计特定输入声音(如话音，如语音)是否(或以何种概率)源自听力系统用户的话音。听力装置的传声器系统可适于能够进行用户自己的话音与另一人的话音及可能与无话音声音的区分。

多个检测器可包括运动检测器，例如加速度传感器。在实施例中，运动检测器配置成检测用户面部肌肉和/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。

听力装置可包括分类单元，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。在本说明书中，“当前情形”由下面的一个或多个定义：

a)物理环境(如包括当前电磁环境，例如出现计划或未计划由听力装置接收的电磁信号(包括音频和/或控制信号)，或者当前环境不同于声学的其它性质)；

b)当前声学情形(输入电平、反馈等)；

c)用户的当前模式或状态(运动、温度、认知负荷等)；

d)听力装置和/或与听力装置通信的另一装置的当前模式或状态(所选程序、自上次用户交互之后消逝的时间等)。

听力装置可包括声(和/或机械)反馈抑制系统。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。自适应反馈抵消有能力跟踪随时间的反馈通路变化。其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。

反馈抑制系统可包括用于提供表示声学反馈通路估计量的反馈信号的反馈估计单元及用于将反馈信号从正向通路的信号(如由听力装置的输入变换器拾取)减去的组合单元如求减单元。反馈估计单元可包括包含自适应算法的更新部分及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。

自适应滤波器的更新部分包括自适应算法，用于计算更新的滤波器系数以传给自适应滤波器的可变滤波器部分。更新的定时(例如其具体时间点，和/或其更新频率)可优选受正向通路的信号的多种不同性质影响。更新控制方案优选通过听力装置的一个或多个检测器支持，优选包括在包含检测器信号的预定判据中。

听力装置还可包括用于所涉及应用的其它适宜功能，如压缩、降噪等。

听力装置可包括听音装置如助听器、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，例如头戴式耳机、耳麦、耳朵保护装置或其组合。在实施例中，助听系统包括喇叭扩音器(包含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)，例如包括波束形成器滤波单元，例如提供多个波束形成能力。

应用

一方面，提供如上所述的、“具体实施方式”部分中详细描述的和权利要求中限定的听力装置的应用。在实施例中，提供在包括音频分布的系统中的应用，例如包括彼此足够接近的传声器和扬声器从而在用户操作期间导致从扬声器到传声器的反馈的系统。在实施例中，提供在包括一个或多个助听器(如听力仪器)的系统、头戴式耳机、耳麦、主动耳朵保护系统等中的应用，例如在免提电话系统、远程会议系统(例如包括喇叭扩音器)、广播系统、卡拉OK系统、教室放大系统等中的用途。

方法

一方面，进一步提供听力装置如助听器的运行方法，听力装置配置成由用户佩戴在耳朵处或耳朵中(或者完全或部分植入在用户(如耳朵处)的头部中)。所述方法包括：

-提供表示听力装置环境中的声音的电输入信号，从而提供输入增益G_I；

-处理所述电输入信号或基于所述电输入信号的信号并提供处理后的信号，从而确定随频率和电平而变的、补偿用户的听力受损所需要的压缩器增益G_P及合成压缩器增益G’_P；

-基于所述处理后的信号提供可由用户感知为声音的输出刺激，从而提供输出增益G_O；

-合成正向通路增益G’按对数表示定义为G_I+G’_P+G_O；

-连续估计当前环路增益ΔL(n)，配置成在已开始反馈积累之后在预定的多个反馈环路时延内提供环路增益估计量，其中环路增益估计量被计算为正向通路的信号在时间n的当前电平减去同一信号在一个反馈环路之前的电平；及

-根据所述当前环路增益的估计量ΔL(n)动态控制合成正向通路增益G’；

-限制合成环路增益LG’，其在按对数表示给出时定义为合成正向通路增益G’与反馈增益H的和，其中H为由从听力装置的输出变换器到输入变换器的反馈通路展现的反馈增益。

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。

计算机可读介质

本发明进一步提供保存包括程序代码的计算机程序的有形计算机可读介质，当计算机程序在数据处理系统上运行时，使得数据处理系统执行上面描述的、“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。

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。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。

计算机程序

此外，本申请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)。

数据处理系统

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。

听力系统

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听力装置及辅助装置的听力系统。

在实施例中，听力系统适于在听力装置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。

在实施例中，听力系统包括辅助装置，例如遥控器、智能电话、或者其它便携或可穿戴电子设备如智能手表等。

在实施例中，辅助装置是或包括遥控器，用于控制听力装置的功能和运行。在实施例中，遥控器的功能被实施在智能电话中，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的APP(听力装置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)。

在实施例中，辅助装置是或包括音频网关设备，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)以传给听力装置。

在实施例中，辅助装置是或包括另一听力装置。在实施例中，听力系统包括适于实施双耳听力系统如双耳助听器系统的两个听力装置。

APP

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听力装置或听力系统的用户接口。在实施例中，该APP配置成在移动电话如智能电话或另一使能与所述听力装置或听力系统通信的便携装置上运行。

定义

在本说明书中，“听力装置”指适于改善、增强和/或保护用户的听觉能力的装置如助听器例如听力仪器或有源耳朵保护装置或其它音频处理装置，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。“听力装置”还指适于以电子方式接收音频信号、可能修改该音频信号、及将可能已修改的音频信号作为听得见的信号提供给用户的至少一只耳朵的装置如头戴式耳机或耳麦。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耳蜗神经的电信号。

听力装置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。听力装置可包括单一单元或几个彼此电子通信的单元。扬声器可连同听力装置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)。

更一般地，听力装置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单元。信号处理器可适于在时域或者在多个频带处理输入信号。在一些听力装置中，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/或用于保存适合听力装置功能的信息和/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)。在一些听力装置中，输出单元可包括输出变换器，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。在一些听力装置中，输出单元可包括一个或多个用于提供电信号的输出电极(例如用于电刺激耳蜗神经的多电极阵列)。在实施例中，听力装置包括喇叭扩音器(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)。

在一些听力装置中，振动器可适于经皮或由皮将结构传播的声信号传给颅骨。在一些听力装置中，振动器可植入在中耳和/或内耳中。在一些听力装置中，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。在一些听力装置中，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。在一些听力装置中，输出电极可植入在耳蜗中或植入在颅骨内侧上，并可适于将电信号提供给耳蜗的毛细胞、一个或多个听觉神经、听觉脑干、听觉中脑、听觉皮层和/或大脑皮层的其它部分。

听力装置如助听器可适应特定用户的需要如听力受损。听力装置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)的接口上传到听力装置，并由听力装置的可配置的信号处理电路执行的处理算法使用。

“听力系统”指包括一个或两个听力装置的系统。“双耳听力系统”指包括两个听力装置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”，其与听力装置通信并影响和/或受益于听力装置的功能。辅助装置例如可以是遥控器、音频网关设备、移动电话(如智能电话)或音乐播放器。听力装置、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。听力装置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。

本发明的实施例如可用在如助听器的应用中。

附图说明

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：

图1A示出了根据本发明第一实施例的包括环路增益限制器的听力装置；

图1B示出了根据本发明第二实施例的包括环路增益限制器的听力装置；

图1C示出了根据本发明第三实施例的包括环路增益限制器的听力装置；

图2示出了包括从输入到输出变换器的电正向通路的听力装置的反馈环路，及从输出到输入变换器的声学(和/或机械)反馈环路；

图3示出了随时间具有动态电平的信号的信号电平限制的示意性例子；

图4A示出了具有环路增益限制的平均信号电平增加[dB]，其中环路增益LG＝10dB，最大环路增益LGmax＝0dB，及限制参数a＝1；

图4B示出了具有环路增益限制的平均信号电平增加[dB]，其中环路增益LG＝20dB，最大环路增益LGmax＝5dB，及限制参数a＝1；

图4C示出了具有环路增益限制的平均信号电平增加[dB]，其中环路增益LG＝10dB，最大环路增益LGmax＝0dB，及限制参数a＝2；

图5示意性地示出了增益限制的启动范围，其中上升的信号电平可被限制，而下降的信号电平保持不被影响；

图6示出了在图4A的例子中应用的增益限制；

图7示出了仅在某一范围内应用增益限制的策略；及

图8示出了根据本发明的听力装置(HD)的实施例。

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

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。

电子硬件可包括微处理器、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、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。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。

环路增益限制器用于在反馈正积累即环路增益≥0dB时限制每一反馈环路的最大环路增益。

该限制可帮助使用自适应滤波器的反馈控制系统例如反馈抵消系统，以更好地处理增长的反馈/啸声。

当环路增益并非临界时，其对反馈控制系统没有(负面)影响。

当环路增益为正时，对于每一环路，信号电平增长。环路增益限制器例如可限制该增长的(平均)斜率。

图1A示出了根据本发明第一实施例的包括环路增益限制器(参见记为“LGL”的虚线框)的听力装置。环路增益限制器LGL包括环路增益估计器LGE和环路增益控制器LGC。听力装置HD如助听器例如可配置成由用户佩戴在耳朵处或耳朵中或者部分植入在用户头部中。听力装置包括正向通路，其包括用于提供表示听力装置环境中的声音ExtAcIn的电输入信号IN的输入变换器IT。该正向通路还包括信号处理器SPU，用于处理电输入信号IN或基于其的信号(如其处理后版本)并提供处理后的信号OUT。信号处理器SPU包括压缩器，用于确定随频率和电平而变的、补偿用户的听力受损所需要的压缩器增益(考虑输入和输出变换器提供的可能的增益(放大或衰减))。信号处理器配置成提供合成压缩器增益G’_P。合成压缩器增益G’_P可大于或等于或者小于预期压缩器增益G_P。正向通路还包括输出变换器OT，用于基于处理后的信号OUT提供可由用户感知为声音的输出刺激AcOut。输出变换器OT的声学输出AcOut的一小部分可泄漏到输入变换器IT并被输入变换器IT拾取(参见图1中的反馈信号AcFB)、被正向通路放大、经输出变换器OT输出等，及在特定条件下(包括环路增益大于1)，导致振荡的积累(其可导致反馈啸声)。如果输入变换器IT提供输入增益G_I，及输出变换器提供输出增益G_O，总预期正向通路增益G可被定义为G_I+G_P+G_O(按对数表示；或者按线性表示，G_I·G_P·G_O)。

听力装置HD，在此为环路增益限制器LGL，还包括用于估计当前环路增益ΔL(n)的环路增益估计器LGE，其中该环路增益估计量被计算为正向通路的信号在时间n的当前电平减去同一信号在早先一个反馈环路的电平。反馈环路由听力装置的从输入变换器IT到输出变换器OT的电正向通路及从输出变换器OT到输入变换器IT的声学反馈通路表示。反馈通路展现反馈增益H。因此，未修正的环路增益LG应被确定为期望的正向通路增益G与反馈增益H的和(按对数表示)，例如参见图2。

环路增益可针对正向通路的任何信号(如电输入信号IN、处理后的输出信号OUT、或分接在其间的任何信号IN’)进行确定。

听力装置HD，在此为环路增益限制器LGL，还包括用于根据当前环路增益的估计量ΔL(n)动态控制(如减小)合成正向通路增益G’_FP的环路增益控制器LGC。环路增益控制器向信号处理器PRO提供控制信号ΔG(n)，用于将信号处理器的增益从预期处理器增益G_P修改为合成处理器增益G’_P，从而对听力装置提供合成环路增益LG’。环路增益控制器LGC可配置成在当前环路增益的估计量ΔL(n)大于或等于最大环路增益值LGmax时(例如设定为所涉及助听器的预定判据，例如由给定助听器类型(开放或封闭验配)确定)减小合成正向通路增益G’。从而，合成环路增益LG’相较于初始环路增益LG(没有环路增益限制器)减小。

图1B示出了根据本发明第二实施例的包括环路增益限制器LGL的听力装置。图1B的实施例与图1A的实施例类似，但信号处理器SPU(在图1B中被包围在虚线矩形框中)的实施在下面进一步详细描述。来自输入变换器IT如传声器的电输入信号IN被馈给信号处理器SPU，其提供处理后的信号OUT，该信号被馈给输出变换器OT如扬声器。图1B的信号处理器SPU包括电平检测器LD，用于估计当前电输入信号IN(或源自其的信号，例如反馈校正的输入信号)的电平L。信号处理器SPU还包括压缩器CG，用于从电输入信号IN(或源自其的信号)的估计的电平L确定预期处理器增益G_P。环路增益估计器LGE配置成基于电平检测器LD的电平估计量L(n)和L(n-1)估计当前环路增益ΔL(n)，其中该环路增益ΔL(n)通过正向通路的信号(在此为电输入信号IN)的电平L从早先一个环路时延D的时间n-1到当前时间n的变化确定，其中n为时间指数。

反馈环路时延D(或环路时延)在本说明书中意为信号传播通过由听力装置的(电)正向通路和从听力装置的输出变换器到输入变换器的(声学)反馈通路组成的环路所需的时间(如图2中所示)。环路时延包括听力装置的从输入到输出的(电)正向通路的处理时延d及从听力装置的输出变换器到输入变换器的声学反馈通路的时延d’，换言之，环路时延D＝d+d’。至少反馈环路时延的估计量假定已知，例如在听力装置使用之前测量或估计，及例如存储在存储器中或者内置在系统中。在实施例中，听力装置配置成在使用期间(如自动地，例如在加电期间，或者由用户经用户接口开始)测量或估计环路时延。在实施例中，听力装置配置成对每一时间指数m或者对与当前反馈环路时延D对应的每一时间段即在时间m’＝p·D，提供环路量值(可能及环路相位)的一个值，其中p＝0,1,2,……。其它周期性或非周期性方案或算法也可用于提供环路增益的值。

听力装置HD，在此为环路增益限制器LGL，还包括环路增益控制器LGC，用于根据当前环路增益的估计量ΔL(n)动态控制(如减小)合成正向通路增益G’。在图1B的实施例中，环路增益控制器LGC还从一个或多个检测器如SNR估计器、相关检测器、反馈检测器、瞬态检测器等接收一个或多个输入。检测器输入DET的目标在于使增益控制更鲁棒(以避免不必要的增益变化)。合成(处理器)增益G’_P由增益修改单元CG’基于预期(处理器)增益G_P(符合用户的听力受损)及环路增益控制信号ΔG(n)而提供。如果估计的当前环路增益ΔL(n)大于预期的最大阈值LGmax，合成(处理器)增益G’_P可小于预期增益G_P；或者，如果估计的当前环路增益ΔL(n)小于或等于预期的最大阈值LGmax，合成(处理器)增益G’_P等于预期增益G_P。用于根据当前环路增益ΔL(n)确定合成增益G’的算法在下面描述(例如参见等式(1))。听力装置HD还包括平滑单元SM，用于随时间平滑合成增益G’_P并提供平滑的合成增益<G’_P>。用于提供前述平滑的算法在下面描述。听力装置HD的正向通路还包括组合单元X，用于将合成增益G’_P(或者对应的平滑的处理器增益<G’_P>)应用于电输入信号IN，从而提供处理后的输出信号OUT，其被馈给输出变换器OT从而呈现给用户。

图1C示出了根据本发明第三实施例的包括环路增益限制器LGL的听力装置。图1C的实施例与图1A的实施例类似，但输入变换器IT和输出变换器OT(在图1C中被包围在点线矩形框中)的实施在下面进一步详述。图1C的实施例还包括反馈控制系统，其包括反馈估计单元FBE和组合单元+。输入变换器IT包括用于从环境拾取声音ExtAcIn(及AcFB)并提供模拟电输入信号的传声器MIC及包括用于将模拟电输入信号转换为(数字)电输入信号IN的模数转换器AD，电输入信号IN被馈给处理器SPU尤其是反馈控制系统的组合单元+(在此为求减单元)。输出变换器OT包括数模转换器DA，用于将来自处理器SPU(在此来自信号处理器PRO)的信号OUT转换为模拟信号，其被馈给扬声器SPK而转换为声学信号AcOut。图1C的听力装置HD实施例的反馈控制系统的反馈估计单元FBE配置成估计从输出变换器OT到输入变换器IT的反馈通路FBP并提供代表这样的估计量的信号FBP_est。反馈通路估计量在求减单元中被从(数字化的)输入信号IN减去，从而提供反馈校正的输入信号IN’。反馈校正的输入信号IN’被馈给结合图1A和1B所述的信号处理器PRO及环路增益估计器LGE。反馈校正的输入信号IN’可进一步馈给反馈估计单元FBE，例如在反馈估计量FBP_est由自适应滤波器提供的情形下。在该情形下，反馈校正的输入信号IN’被馈给用于确定可变滤波器的更新的滤波器系数的自适应算法，该自适应算法和可变滤波器一起构成自适应滤波器。在图1C的实施例中，环路增益估计器LGE因而基于反馈校正的输入信号(其仍可包含未被补偿的反馈分量)工作。

图1A-1C中所示的听力装置HD实施例可包括一个或多个滤波器组，从而使正向通路的部分或所有信号处理可在频域进行。作为备选，正向通路的部分或所有信号处理可在时域进行。

图2示出了包括从输入到输出变换器的电正向通路的听力装置的反馈环路，及从输出到输入变换器的声学(和/或机械)反馈环路。

一个环路时延的长度的知识(如估计量或测量结果)假定可获得。

环路时延D定义为信号传播通过声学环路(一次)所需要的时间，如图2中所示。声学环路由(听力装置的)正向通路和(声学)反馈通路组成。环路时延D包括听力装置的从输入变换器到输出变换器的(电)正向通路的处理时延d及从听力装置的输出变换器到输入变换器的声学反馈通路的时延d’，环路时延D＝d+d’。

通常，环路时延的声学部分d’远小于环路时延的电学(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)。环路时延D可由听力装置的正向通路的处理时延d逼近(D≈d)。环路时延的电学(处理)部分d例如可在2ms到10ms之间的范围中，例如在5ms到8ms之间的范围中，例如约为7ms。环路时延可随时间相当恒定(及例如在听力装置工作之前确定)或者可在不同时间点不同，例如取决于信号处理单元中当前应用的算法(例如在使用期间动态确定(估计))。听力装置HD例如可包括存储单元，听力装置的不同运行模式下的典型环路时延存储于其中。在实施例中，听力装置配置成测量环路时延，其包括正向通路的时延d与反馈通路的时延d’的和。预定(或确定)的测试信号例如可插入到正向通路中，及其往返传播时间被测量(或估计)，例如通过在环路的单一传播(或已知的多次传播)之后在测试信号到达正向通路时识别该测试信号。测试信号可配置成包括可能出现反馈的频率的可观含量(例如在1到4kHz之间的范围中)。

环路增益估计

根据本发明的概念的第一部分包括每一反馈环路的实际环路增益ΔL(按dB计)的估计(一个反馈环路＝>信号绕包括(助听器的)正向通路及声学反馈通路的声学环路传播一次，参见图2)。反馈通路的增益贡献未知，但总环路增益的影响可在反馈积累期间观察到。当听力仪器变得不稳定时，即反馈正积累时，信号电平在每一环路之后增加与环路增益对应的电平量。因此，通过假定反馈当前正积累及通过假定某一环路时延D，我们可基于从一环路到下一环路的信号电平差估计环路增益。这可通过确定ΔL(n)＝L(n)-L(n-n_D)进行，其中L(n)为在时间n的电输入(如传声器)信号电平(dB)，及L(n-n_D)为同一信号在一个反馈环路之前(换言之，在一个环路时延D之前)的信号电平，其中n_D由环路时延D确定。电平可以1/D的频率或者任何其它采样频率f_s进行采样，优选配置成使得环路时延D可通过p个采样时间单元1/f_s表示，例如D＝p/f_s(或者n_D＝p)，其中p为整数。作为备选，环路增益可基于输入信号电平L的平滑或滤波后的版本确定。

所提出的环路增益估计器的主要特征为其速度，因为其可仅仅基于来自正向通路的电平信息及关于当前环路时延的假设。环路时延可预定或者在佩戴时间期间估计。通过明确排除来自例如相关检测器的更先进的信息，合成环路增益估计量可能质量较差，但其可在最短可能的时间内计算。实际上，在突然猛烈反馈积累的情形下，所提出的估计器能够在对应于1个反馈环路的时间内提供环路增益估计量。

潜在的环路增益LG由下式给出：

LG＝G+H

其中G为预期的正向通路增益，而H为反馈通路增益，均按对数表示，其中电平相对于公共参考电平给出。按线性表示，LG＝G·H。通常，按线性表示时0<H<1(衰减)，即对应于按对数表示时的H<0。

基本的环路增益限制处理

该环路增益估计量ΔL的值(dB)之后用于控制针对反馈环路应用的正向通路增益G’(dB)：

其中G’(n)为合成增益，及G(n)为在时刻n的预期压缩器增益。参数a用于控制环路增益限制的程度，默认值为a＝1。a的值越大，提供的环路增益限制越小。等式(1)为在目前时间n的合成增益的表达式的例子，其取决于在时间n的环路增益估计量ΔL(n)。也可预见其它表达式，例如不仅取决于ΔL(n)而且取决于ΔL(n-1),ΔL(n-2),ΔL(n-3),…。

等式(1)暗示，如果每反馈环路的环路增益ΔL低于或等于最大允许的环路增益值LGmax，G’＝G，即没有正向增益减小。

另一方面，如果环路增益估计量ΔL大于最大允许的环路增益值LGmax，减小应用于预期正向增益G以形成应用的正向通路增益G’。例如，如果ΔL＝20dB及LGmax＝6dB，我们获得G’＝G-14dB(对于a＝1)，即减小14dB。

G限制到G’暗示下一反馈环路的实际环路增益ΔL将精确地等于最大允许的环路增益值，即ΔL＝LGmax＝6dB，藉此，在第二环路中，我们使G’＝G，即没有任何减小。

如果潜在的环路增益LG保持一样，即G和H保持恒定，及参数a＝1，对于G’的增益模式将为G’＝G-max(ΔL(n)-LGmax,0),G,G’＝G-max(ΔL(n)-LGmax,0),G,…，如图3中所示。

图3示出了随时间具有动态电平的信号的信号电平限制的示意性例子。图3示出了每一环路之后的信号电平L(x轴为环路数(环路#)，y轴为按[dB]计的信号电平L)。LG＝6dB、LGmax＝0dB及限制参数a＝1。通过空心方形符号标示的直线表示没有增益限制器的情形下信号电平的发展。通过空心圆符号标示的梯状曲线表示由根据本发明的增益限制器实施例提供的信号电平的发展。

此外，有限制的环路增益提供稳态平均信号电平增加ΔL_avg，其可被计算为

其在下面针对LG≥LGmax进行推导：

现在考虑n→∞(稳态)，

平均信号电平增加ΔL_avg的几个例子在图4A、4B、4C中示出。

图4A示出了具有环路增益限制的平均信号电平增加[dB]，其中环路增益LG＝10dB，最大环路增益LGmax＝0dB，及限制参数a＝1。图4B示出了具有环路增益限制的平均信号电平增加[dB]，其中LG＝20dB，LGmax＝5dB，及限制参数a＝1。图4C示出了具有环路增益限制的平均信号电平增加[dB]，其中LG＝10dB，LGmax＝0dB，及限制参数a＝2。图4A-4C中使用的图例与图3中使用的一样。通过空心方形符号标示的直线表示没有增益限制器的情形下信号电平的发展。通过空心圆符号标示的梯状曲线表示由根据本发明的增益限制器实施例提供的信号电平的发展。此外，直虚线指明每环路的平均电平增加(dB)。(未修改的)信号电平跨10个环路在0dB到100dB之间变化(反映啸声能非常快地积累，在此跨50-100ms)。

我们从图4A、4B、4C观察到，具有根据本发明的环路增益限制器，对于每一反馈环路，允许更小的(平均)增加。因此，其将限制反馈积累的严重程度。通过改变参数LGmax和a，与合成增益G’的线性的偏差(因而及其平滑的可能需要，参见图1C)可被影响。

信号电平限制效果

图5示意性地示出了增益限制的启动范围，其中上升的信号电平可被限制，而下降的信号电平保持不被影响。升高的信号电平可被限制(参见“具有限制的区域”的标示)，而下降的信号电平不受影响。与图3中使用的记法同样的记法应用于相应曲线，那些符号标示相应曲线的计算点。

增益平滑

基于(1)确定的应用的增益G’(n)的值可跳跃。在图4A中所示的例子中，每一反馈环路所应用的增益在图6中示出。

图6示出了在图4A的例子中应用的增益限制为环路数(环路#)的函数。参数x可表示预期处理器增益G_P(或总预期压缩器增益G)。在图6的例子中，每环路的增益减小量ΔG设定为10dB(例如由上面的等式(1)的第二项表示)：

这可在ΔL(n)＝10dB、LGmax＝0dB和a＝1的情形下提供。

在该情形下，所应用的增益为平方函数，也可出现所应用的增益的其它形状，它们的值均可具有大的跳变。这种跃变的增益值通常对声音质量不好，我们想要避免它。这可使用平滑滤波器如一阶IIR滤波器实现，使得平滑的增益G*(n)被计算为：

G^*(n)＝β·G′(n)+(1-β)·G^*(n-1)

其中β为滤波器系数，及β为正且接近于0，例如≤0.2。

激活范围(对瞬态降噪)

图7示出了仅在某一范围内应用增益限制的策略。优选地，增益限制应仅在某一范围内触发。对于非常低的环路增益(在此例示为≤+6dB)，不需要减小正向增益，因为反馈控制系统能处理该反馈情形。对于非常高的环路增益(预期因瞬态输入信号而引起)，为减少反馈，不需要增益减小。对于非常高的环路增益(ΔL，在此≥+24dB)，例如当其超出给定系统物理上可能的值时，估计的环路增益不表示反馈情形，但其可因输入信号的瞬态/起始引起。在该情形下，除非希望瞬态保护，不应应用增益限制。超出物理上可能的值的环路增益例如可超出+20dB，当助听器增益被验配成使得环路增益为0dB，没有障碍物靠近助听器，我们知道，例如当电话靠近助听器放置时，反馈通路的变化可将环路增益增加到最大值+20dB。

在瞬态降噪的有关领域，信号电平差同样被计算，并基于其应用增益限制以抑制瞬态。然而，与本环路增益限制器概念的主要差别为两点。

首先，环路增益限制器概念中的电平差估计量必须为环路增益估计，对于瞬态降噪情形并非如此。换言之，对于瞬态降噪，用于计算电平差的时间帧可更自由地选择，而对于环路增益限制器，时间帧必须根据环路时延(等于从输出变换器到输入变换器的声学反馈时延与听力装置的从输入变换器到输出变换器的电正向(处理)通路时延的和)进行选择。

其次，图7可用于环路增益限制概念，而其不应用于瞬态降噪。对于瞬态降噪，电平差可以是50-80dB大，而对于环路增益限制器，这非常可能是错误检测。

通过等式(1)确定的所应用的增益G’仅考虑当前环路增益估计量ΔL(n)和环路增益阈值LGmax。环路增益限制器的概念还可通过考虑已经应用的增益减小进行改进。

更具体地，如果估计量ΔL(n)等于LGmax，根据等式(1)，G’＝G，即不应应用增益减小。然而，如果ΔL(n)＝LGmax，因为G’已被从G减小，使G’＝G将导致在下一环路中ΔL(n)>LGmax，如先前所述。结果，所应用的增益G’和环路增益ΔL(n)将来回跳跃。通过考虑最近的增益减小ΔG(n-1)＝G–G’(n-1)，可改善增益减小G’以避免增益(和环路增益)跃变。最近的增益减小环路增益估计量ΔG(n-1)可被加到环路增益估计量ΔL(n)以获得校正的环路增益估计量，之后我们在其基础上计算增益减小G’。在先前的例子中，第二环路估计将实际上展现校正的环路增益仍然临界，再次地，所应用的增益G’应被减小。这可避免增益和环路增益跃变。

然而，当使用ΔG(n-1)改善G’(n)时，我们应考虑使用ΔG(n-1)的泄漏因子以避免恒定的增益减小甚至避免振荡。如果我们用ΔG(n-1)补偿ΔL(n)，梯状输入信号例如可导致恒定的衰减，这可通过使用ΔG(n-1)的泄漏因子避免。

图8示出了根据本发明的听力装置HD的实施例。听力装置HD如助听器属于特定类型(有时称为耳内接收器式或RITE型)，包括适于位于用户耳朵处或耳后的BTE部分(BTE)和适于位于用户耳道中或耳道处并包括接收器(扬声器)的ITE部分(ITE)。BTE部分和ITE部分通过连接元件IC和ITE及BTE部分中的内部接线(例如参见BTE部分中接线Wx)进行连接(如电连接)。作为备选，连接元件可完全或部分由BTE部分与ITE部分之间的无线链路构成。

在图8的听力装置实施例中，BTE部分包括两个输入单元，其包括相应的输入变换器(如传声器)(M_BTE1,M_BTE2)，每一输入变换器用于提供表示输入声音信号(S_BTE)(源自听力装置周围的声场S)的电输入音频信号。输入单元还包括两个无线接收器(WLR₁,WLR₂)，用于提供相应的直接接收的辅助音频和/或控制输入信号(和/或使能将音频和/或控制信号传给其它装置如遥控器或处理装置，或电话)。听力装置HD包括其上安装有多个电子元件的衬底SUB，包括存储器MEM，其例如保存不同的助听器程序(如限定前述程序的参数设置，或者算法的参数，例如神经网络的优化的参数)和/或助听器配置如输入源组合(FM,RM,IM,WLR₁,WLR₂)，例如针对多个不同听音情形进行优化。在特定运行模式下，两个以上(例如来自传声器的)电输入信号被组合以提供通过将适当的复数权重应用于(至少部分)相应信号而提供的波束成形信号。存储器MEM例如可包括用于根据本发明的环路增益限制器的不同的参数集。

根据本发明(例如结合图1A-1C所述)，衬底SUB还包括可配置的信号处理器DSP(如数字信号处理器)，例如包括用于应用随频率和电平而变的增益的处理器，例如提供波束形成、降噪、滤波器组功能及其它数字功能，例如实施环路增益估计器和反馈控制单元。可配置的信号处理器DSP适于访问存储器MEM。可配置的信号处理器DSP还配置成基于当前选择(启动)的助听器程序/参数设置(例如自动选择，如基于一个或多个传感器，或者基于来自用户接口的输入进行选择)处理一个或多个电输入音频信号和/或一个或多个直接接收的辅助音频输入信号。所提及的功能单元(及其它元件)可根据所涉及的应用按电路和元件进行划分(例如为了尺寸、功耗、模拟-数字处理、可接受的潜伏时间等)，例如集成在一个或多个集成电路中，或者作为一个或多个集成电路与一个或多个单独的电子元件(如电感器、电容器等)的组合。可配置的信号处理器DSP提供处理后的音频信号，其计划呈现给用户。衬底还包括前端IC(FE)，用于使可配置的信号处理器DSP与输入和输出变换器等接口连接及通常包括模拟与数字信号之间的接口(例如到传声器和/或扬声器的接口)。输入和输出变换器可以是个别分开的元件，或者与其它电子电路集成(例如基于MEMS)。

该听力装置HD还包括输出单元(如输出变换器)，用于基于来自处理器的处理后的音频信号或源自其的信号提供可由用户感知为声音的刺激。在图8的听力装置实施例中，ITE部分包括扬声器(也称为接收器)SPK形式的输出单元，用于将电信号转换为声学(空气传播)信号，其(在听力装置安装在用户耳朵处时)被导向耳膜从而在那里提供声音信号(S_ED)。ITE部分还包括引导元件如圆顶件DO，用于引导并将ITE部分定位在用户的耳道中。ITE部分还包括另一输入变换器如传声器(M_ITE)，用于提供代表耳道处的输入声音信号(S_ITE)的电输入音频信号。在其它实施例中，输出变换器可包括骨导助听器的振动器。

(来自输入变换器M_BTE1,M_BTE2,M_ITE的)电输入信号可在时域或(时-)频域(或部分在时域及部分在频域，如果被认为对于所涉及应用有利)进行处理。

图1A-1C和8中例示的听力装置HD的实施例为便携装置，其包括电池BAT如可再充电电池，其例如基于锂离子电池技术，例如用于对BTE部分可能及ITE部分的电子元件供电。在实施例中，听力装置如助听器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)，例如以补偿用户的听力受损。BTE部分例如可包括连接器(如DAI或USB连接器)，用于将具有附加的功能的“靴”(如FM靴或备用电池等)或者编程装置或者充电器等连接到听力装置HD。

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。

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。除非明确指出，在此公开的任何方法的步骤不必须精确按所公开的顺序执行。

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。

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。

因而，本发明的范围应依据权利要求进行判断。

Claims (15)

1.一种助听器，配置成由用户佩戴在耳朵处或耳朵中，所述助听器包括：

-正向通路，包括

--输入变换器，用于提供表示助听器环境中的声音的电输入信号，所述输入变换器提供输入增益G_I；

--信号处理器，用于处理所述电输入信号或基于所述电输入信号的信号并提供处理后的信号，所述信号处理器包括用于确定随频率和电平而变的、补偿用户的听力受损所需要的压缩器增益G_P并提供合成压缩器增益G’_P的压缩器；

--输出变换器，用于基于所述处理后的信号提供可由用户感知为声音的输出刺激，所述输出变换器提供输出增益G_O；合成正向通路增益按对数表示定义为G_I+G’_P+G_O；

-环路增益限制器，包括

--用于连续估计当前环路增益的环路增益估计器，配置成在已开始反馈积累之后在预定的多个反馈环路时延内提供环路增益估计量，其中环路增益估计量被计算为正向通路的信号在时间n的当前电平减去同一信号在一个反馈环路之前的电平；

--环路增益控制器，用于根据所述当前环路增益的估计量ΔL(n)动态控制合成正向通路增益；

-从输出变换器到输入变换器的声学反馈通路，该反馈通路具有反馈增益H；

其中合成环路增益LG’当按对数表示给出时被确定为合成正向通路增益与反馈增益H的和，及

其中环路增益控制器配置成使得合成环路增益受到限制以保持低于预定值。

2.根据权利要求1所述的助听器，其中环路增益控制器配置成在当前环路增益的估计量ΔL(n)大于或等于最大环路增益值LGmax的情形下减小合成正向通路增益。

3.根据权利要求1或2所述的助听器，配置成在K个频带中估计当前环路增益，其中K大于1。

4.根据权利要求2所述的助听器，其中所述最大环路增益值LGmax小于或等于3dB。

5.根据权利要求1所述的助听器，其中环路增益估计器配置成仅基于关于信号电平的信息估计当前环路增益。

6.根据权利要求1所述的助听器，其中环路增益估计器包括电平估计器，用于估计助听器的正向通路的电输入信号或另一信号的当前电平。

7.根据权利要求6所述的助听器，其中电平估计器配置成在K个频带中工作，其中K大于1。

8.根据权利要求1所述的助听器，其中环路增益控制器配置成根据下面的表达式确定合成正向通路增益G’(n)：

G’(n)＝G(n)-ΔG(n)

其中ΔG(n)为在给定时间点n的增益减小量，其中该增益减小量大于或等于0dB。

9.根据权利要求8所述的助听器，其中环路增益控制器配置成根据下面的表达式确定合成正向通路增益G’(n)：

其中参数a用于控制环路增益限制的程度，及LGmax为在开始增益减小之前可接受的最大环路增益值。

10.根据权利要求1所述的助听器，配置成随时间平滑合成正向通路增益以提供平滑的合成正向通路增益。

11.根据权利要求1所述的助听器，其中环路增益估计器配置成提供校正的当前环路增益估计量ΔL’(n)＝ΔL(n)+ΔG(n-1)，其中ΔG(n-1)＝G(n-1)–G’(n-1)为在当前时间n之前一个环路时延的增益减小量，及其中环路增益控制器配置成基于校正的当前环路增益估计量ΔL’(n)确定合成正向通路增益G’(n)。

12.根据权利要求11所述的助听器，其中环路增益估计器配置成使在当前时间n之前一个环路时延的增益减小量乘以泄露因子γ，其中γ小于1。

13.根据权利要求1所述的助听器，其中信号处理器包括组合单元，配置成将合成压缩器增益G’_P应用于所述电输入信号或源自其的信号。

14.根据权利要求1所述的助听器，其中用于动态控制合成正向通路增益的环路增益控制器配置成仅在估计的环路增益在给定范围内时应用增益减小量。

15.根据权利要求1所述的助听器，其中环路增益估计器配置成在少于三个反馈环路时延的时间内提供环路增益估计量。