專利名稱：具有反饋檢測(cè)裝置的音頻系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含麥克風(fēng)、音頻信號(hào)處理裝置和輸出換能器的音頻系統(tǒng)，其中信號(hào)處理裝置包括用于檢測(cè)音頻系統(tǒng)中輸出換能器與麥克風(fēng)之間反饋狀態(tài)的檢測(cè)器。
背景技術(shù)：
反饋通常在輸出換能器中產(chǎn)生大的嘯聲。使用可以檢測(cè)反饋出現(xiàn)的檢測(cè)器以控制反饋消除系統(tǒng)中反饋的發(fā)展，該檢測(cè)可以用于控制自適應(yīng)，例如在出現(xiàn)嘯聲時(shí)加快自適應(yīng)速度。其也可用于不具有反饋消除系統(tǒng)的助聽器作為“在線反饋管理器”。在檢測(cè)到嘯聲的頻率處降低增益。反饋通常是頻帶相當(dāng)窄和聲音相當(dāng)大的信號(hào)，在信號(hào)路徑中設(shè)置用于這類信號(hào)的檢測(cè)器并不困難，但是如果在周圍環(huán)境中出現(xiàn)類似的信號(hào)，探測(cè)器將對(duì)這類信號(hào)及真正的反饋信號(hào)做出響應(yīng)。本發(fā)明將要解決的問題是從外環(huán)境聲音中區(qū)分反饋引起的聲音，外環(huán)境聲音如長(zhǎng)笛或其他具有高純音量的聲音。
專利申請(qǐng)PCT/2004/000701描述了檢測(cè)嘯聲的方法，其包括頻域中信號(hào)相位的分析。輸入信號(hào)的連續(xù)窗口轉(zhuǎn)換為頻域中的頻帶。比較連續(xù)窗口相位的變化，如果保持不變，則假定為由嘯聲產(chǎn)生。本發(fā)明不同于申請(qǐng)PCT/2004/000701，因?yàn)楸景l(fā)明修改助聽器正向通路的相位并在嘯聲由反饋引起時(shí)查找可預(yù)期的嘯聲頻率的變化。
專利申請(qǐng)PCT/2004/000702描述了抑制反饋的方法，其包括修改正向通路的相位。與本發(fā)明使用預(yù)定的相位變化相反，其相位以任意方式修改。此外，本發(fā)明是檢測(cè)嘯聲的方法，不是如申請(qǐng)PCT/2004/000702的抑制反饋的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供音頻系統(tǒng)，其具有麥克風(fēng)、音頻信號(hào)處理裝置、輸出換能器、以及用于檢測(cè)音頻系統(tǒng)中輸出換能器與麥克風(fēng)之間可能的反饋音和相應(yīng)的反饋音頻率的裝置。還提供了用于抵消反饋的裝置。根據(jù)本發(fā)明提供了用于改變特定頻率音頻信號(hào)的相位的裝置。相位的這種變化允許音頻系統(tǒng)檢測(cè)所檢測(cè)的音是由反饋引起還是來自外環(huán)境。因此，更有效地控制反饋消除系統(tǒng)成為可能。優(yōu)選地，本發(fā)明音頻系統(tǒng)包括控制器，無論用于檢測(cè)音頻系統(tǒng)中的可能反饋的裝置在何時(shí)指示在某一頻率可能發(fā)生反饋，在該頻率的音頻信號(hào)的相位均被改變，且提供了比較單元，其中對(duì)所檢測(cè)的可能反饋音在音頻信號(hào)相位改變之前和之后的頻率進(jìn)行比較。如果所檢測(cè)的可能反饋的頻率不受相移的影響，則其不是反饋音，而是源自設(shè)備外。如果音頻信號(hào)相位的受控變化導(dǎo)致頻率變化，該變化可在比較單元中檢測(cè)，并將成為反饋在該頻率出現(xiàn)的指示。此后，打開或加快抗反饋測(cè)量以抵消反饋。
在本發(fā)明實(shí)施例中，提供了用于改變音頻信號(hào)相位的全通濾波器，優(yōu)選為二階全通濾波器。全通濾波器將總是具有平的振幅響應(yīng)，同時(shí)能夠改變相位。這使其成為移相器的理想選擇。全通濾波器位于信號(hào)通路并可是振蕩回路的一部分。嘯聲頻率將由奈奎斯特(Nyquist)判據(jù)給出，因此振蕩將在回路相位是360度的整數(shù)倍的頻率發(fā)生。如果回路中的相位發(fā)生變化，嘯聲的頻率也將變化，且具有可變相位的全通濾波器允許以快速和簡(jiǎn)單的方法改變相位而不另外影響該信號(hào)。如果聲音來自外部，頻率將獨(dú)立于相位。也就是說當(dāng)相位被改變時(shí)頻率不出現(xiàn)變化。如果當(dāng)相位被改變時(shí)，如果被檢測(cè)為嘯聲的信號(hào)改變頻率，則排除該信號(hào)來自外部聲源，并打開抵消反饋的裝置。
在本發(fā)明的實(shí)施例中，全通濾波器具有如下通式的傳遞函數(shù)H(z)=a2+a1z-1+z-21+a1z-1+a2z-2]]>該濾波器易于實(shí)現(xiàn)，且參數(shù)的最小值需要改變以在一個(gè)寬頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信號(hào)相位的變化。
優(yōu)選地，提供用于漸變系數(shù)a1和a2的裝置。漸變將引起相位的變化，而不會(huì)引起嚴(yán)重的可聽見的人工痕跡。
本發(fā)明還包括檢測(cè)音頻系統(tǒng)中的聲學(xué)反饋的方法。


圖1表示具有嘯聲檢測(cè)器的助聽器，檢測(cè)器使用可調(diào)相位的全通濾波器以將嘯聲和其他聲音區(qū)分開。
圖2是二階全通濾波器的三種可選設(shè)置的相位響應(yīng)的三個(gè)實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
圖1表示了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的實(shí)例。雖然在實(shí)例中顯示的是助聽器，但是任何具有麥克風(fēng)1、信號(hào)處理裝置和輸出換能器或揚(yáng)聲器2的音頻設(shè)備，只要其中提供了聲音反饋路徑3，均可以從本發(fā)明受益。圖1中的助聽器4進(jìn)一步包括AD轉(zhuǎn)換器5、信號(hào)整形模塊6、全通濾波器模塊7和DA轉(zhuǎn)換器8。在包含助聽器中的元件1、5、6、7、8、2的回路和聲學(xué)反饋路徑3中的延遲因而相位很大程度上取決于助聽器4中的信號(hào)處理。在助聽器中回路內(nèi)100個(gè)采樣級(jí)(約6毫秒)的采樣延遲不是不常見。因此有潛在嘯聲的頻率由約170Hz分割。在嘯聲頻率改變相位180度將引起可能發(fā)生嘯聲處的頻率移動(dòng)約85Hz。移動(dòng)相位180度將在嘯聲頻率中產(chǎn)生最大的移動(dòng)。如果移動(dòng)相位大于180度，頻率的移動(dòng)會(huì)變小。
如果音頻處理器中的處理允許確定小于85Hz的頻移，則疑為反饋音的相位變化可以選擇不同于180度的值。設(shè)置相移為小于180度的值可提供其他的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楫?dāng)對(duì)已處理的聲音使用全通濾波器時(shí)，在低頻區(qū)域，輸出的相位變化對(duì)助聽器用戶具有副作用。一個(gè)副作用是感知到的聲音的方向性會(huì)變化，這對(duì)用戶來講是不舒服的。
可用下列傳遞函數(shù)產(chǎn)生數(shù)字全通濾波器
H(z)=aN+aN-1z-1+K+a1z-N-1+z-N1+a1z-1+a2z-2+K+aNz-N]]>二階全通濾波器可設(shè)計(jì)如下H1(z)=a2+a1z-1+z-21+a1z-1+a2z-2]]>圖2表示了具有三個(gè)可選設(shè)置的二階全通濾波器的振幅和相位響應(yīng)。假設(shè)使用極點(diǎn)在z＝-0.7±i0的設(shè)置為默認(rèn)設(shè)置。如果疑為嘯聲的聲音以0.55的歸一化頻率發(fā)生，則其對(duì)將極點(diǎn)移動(dòng)到z＝0±i0.7是有用的，因?yàn)槠浣o出了在該頻率約180度的相位響應(yīng)變化。如果疑為嘯聲的聲音具有0.29的歸一化頻率，則需要極點(diǎn)移到z＝0.5±i0.5，因?yàn)檫@給出了在該頻率約180度的相移。使用通用濾波器設(shè)計(jì)工具很容易確定在感興趣頻率給出所需相位的系數(shù)。極點(diǎn)和系數(shù)a1，a2通過函數(shù)H1(z)明確地聯(lián)系起來。在感興趣的頻率可以有多個(gè)給出相同相位的極點(diǎn)位置。
設(shè)計(jì)濾波器H1相當(dāng)于確定兩個(gè)系數(shù)a1和a2的值，在此可實(shí)現(xiàn)相位頻率關(guān)系的寬范圍變化，并且還可提供全通濾波器，其中在低于1kHz的頻率區(qū)域的相位變化非常小，因此避免了前述的可感知的方向性變化問題。
其它用于給出某一頻率信號(hào)的相移的手段也可用，如更通用的數(shù)字濾波器、反轉(zhuǎn)信號(hào)或通過改變頻域中的相位。全通濾波器在大多數(shù)情況下是好的選擇，因?yàn)槠淇稍诓桓淖冋穹憫?yīng)的情況下改變相位。
在相位響應(yīng)被改變時(shí)也給出某種振幅響應(yīng)變化的其他濾波器也能使用，但是通常不需要振幅響應(yīng)變化。
全通濾波器7可與正向通路中通常用于整形助聽器頻率響應(yīng)的濾波器6相結(jié)合。這兩個(gè)濾波器能夠結(jié)合為非平坦濾波器，其能夠改變相位響應(yīng)而不改變振幅響應(yīng)。
反轉(zhuǎn)信號(hào)可以通過應(yīng)用在+1到-1之間逐漸變化的增益實(shí)現(xiàn)。其通常將產(chǎn)生比全通濾波器更明顯的可聽到的人工痕跡。
在頻域中的實(shí)施可設(shè)計(jì)如下時(shí)域輸入信號(hào)通過變換如快速傅立葉變換轉(zhuǎn)換到頻域。對(duì)應(yīng)于疑為反饋嘯聲的特定頻帶的相位能夠通過應(yīng)用具有固定幅值和漸變相位的復(fù)值頻帶增益被逐漸地改變。直到受懷疑的頻率處的相位已產(chǎn)生足夠變化，相位才被改變，使得如果嘯聲是由反饋引起的，預(yù)計(jì)將發(fā)生的頻率變化能被檢測(cè)到。在感興趣的頻率將相位改變180度是有用的，因?yàn)轭A(yù)計(jì)其將在嘯聲頻率給出最大相移。當(dāng)相位已經(jīng)被修改到所希望的值時(shí)，其被固定同時(shí)對(duì)嘯聲的發(fā)生和/或頻率進(jìn)行分析，之后其再被變化回原值。信號(hào)處理可與頻域中其他類型的處理相結(jié)合，如頻率整形和動(dòng)態(tài)壓縮。反變換用于將頻域信號(hào)轉(zhuǎn)換回時(shí)域。在頻域的執(zhí)行步驟允許同時(shí)測(cè)試受懷疑嘯聲的多個(gè)頻率。
可行的系統(tǒng)能夠使用全通濾波器，以所顯示的響應(yīng)為默認(rèn)值。只要沒有懷疑出現(xiàn)嘯聲就維持響應(yīng)。當(dāng)可能是嘯聲的聲音出現(xiàn)并被聲音檢測(cè)器10檢測(cè)到，系數(shù)逐漸變?yōu)樵谒鶓岩傻念l率給出180度相移的系數(shù)。在相移之前和之后受懷疑的聲音的頻率被相互比較，如果頻率沒有改變，則聲音極有可能來自助聽器之外的聲源，如果頻率已經(jīng)偏移，則聲音極有可能由反饋引起。在這種情況下，向音頻設(shè)備中用于抵消反饋的裝置9傳送消息以啟動(dòng)或改進(jìn)抗反饋措施。
權(quán)利要求
1.音頻系統(tǒng)包括麥克風(fēng)、音頻信號(hào)處理器、輸出換能器、以及檢測(cè)音頻系統(tǒng)中輸出換能器與麥克風(fēng)之間可能的反饋音和相應(yīng)的反饋音頻率的反饋音檢測(cè)器，且提供用于抵消反饋的裝置，其中還提供用于改變給定頻率的音頻信號(hào)的相位的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音頻系統(tǒng)，其中還提供控制器，無論反饋檢測(cè)器于何時(shí)在音頻系統(tǒng)中檢測(cè)某頻率的可能反饋，控制器改變?cè)擃l率音頻信號(hào)的相位，其中還提供對(duì)所檢測(cè)的可能反饋音在音頻信號(hào)相位改變之前和之后的頻率進(jìn)行比較的裝置。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的音頻系統(tǒng)，其中用于改變音頻信號(hào)相位的裝置包括全通濾波器，其優(yōu)選為二階全通濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的音頻系統(tǒng)，其中全通濾波器具有如下通式的傳遞函數(shù)H(z)=a2+a1z-1+z-21+a1z-1+a2z-2.]]>
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的音頻系統(tǒng)，其中還提供用于逐漸變化系數(shù)a1和a2的裝置。
6.用于檢測(cè)音頻系統(tǒng)中聲學(xué)反饋的方法，其中音頻信號(hào)由麥克風(fēng)俘獲，信號(hào)在音頻處理器中處理并在輸出換能器中使用，其中在音頻系統(tǒng)中輸出換能器與麥克風(fēng)之間檢測(cè)可能的反饋音及相應(yīng)的反饋音頻率，其中根據(jù)檢測(cè)到的可能反饋音改變?cè)谳敵鰮Q能器中使用的音頻信號(hào)的相位。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于檢測(cè)聲學(xué)反饋的方法，其中某頻率音頻信號(hào)相位的變化被控制，以使無論何時(shí)在音頻系統(tǒng)中檢測(cè)到該頻率的可能反饋，均可改變?cè)擃l率的相位，其中還對(duì)所檢測(cè)到的可能反饋音在產(chǎn)生音頻信號(hào)相位變化之前和之后的頻率進(jìn)行比較。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中音頻信號(hào)通過全通濾波器，其優(yōu)選為在信號(hào)通路中麥克風(fēng)與輸出換能器之間的二階全通濾波器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中全通濾波器具有如下通式的傳遞函數(shù)H(z)=a2+a1z-1+z-21+a1z-1+a2z-2.]]>
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中系數(shù)a1和a2被逐漸改變。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括麥克風(fēng)、音頻信號(hào)處理裝置、輸出換能器、以及用于檢測(cè)可能的反饋音和相應(yīng)的反饋音頻率的裝置的音頻系統(tǒng)，反饋音在音頻系統(tǒng)中輸出換能器與麥克風(fēng)之間進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)本發(fā)明提供了用于抵消反饋的裝置，還提供了用于改變給定頻率音頻信號(hào)相位的裝置。
文檔編號(hào)H04R3/02GK1867204SQ20061007607
公開日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2006年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月27日
發(fā)明者托馬斯·伯·埃爾梅迪布, 約翰·赫爾格倫 申請(qǐng)人:奧迪康有限公司