针对突发的响亮声音提供保护的听觉辅助设备 |
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| 申请号 | CN202380013189.5 | 申请日 | 2023-02-17 | 公开(公告)号 | CN117813838A | 公开(公告)日 | 2024-04-02 |
| 申请人 | 索尼集团公司; | 发明人 | B·坎德洛尔; M·内贾特; | ||||
| 摘要 | 一种听觉辅助设备，包括麦克 风 和处理单元。所述麦克风被配置为接收入射在所述听觉辅助设备上的声音，并将对应的麦克风输出传递到所述处理单元。所述处理单元被配置为处理麦克风输出，以确定入射声音是否包括潜在有害的声音，并生成包括麦克风输出的处理后版本的处理器输出。一种保护听觉辅助设备佩戴者免受突发的响亮声音影响的方法，使用所述听觉辅助设备中的麦克风来接收入射声音，并将对应的麦克风输出传递到所述听觉辅助设备中的处理单元。所述处理单元处理麦克风输出，以生成通过入射声音是否包含潜在有害的脉冲声音来确定的第一处理器输出，以及包括麦克风输出的处理后版本的第二处理器输出。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种听觉辅助设备，包括： |
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| 说明书全文 | 针对突发的响亮声音提供保护的听觉辅助设备[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本申请要求于2022年3月11日提交的题为HEARING AIDS PROVIDING PROTECTION AGAINST SUDDEN LOUD SOUNDS的美国专利申请序列号17/693,152的优先权，该专利申请通过引用并入本文中，如同出于所有目的在本申请中完全阐述一样。 背景技术[0003] 响亮的声音会对人的听力造成很大的损害。偶尔或经常接触到此类声音的人们，例如在职业上，可以通过佩戴降噪或隔音耳塞或耳机来保护自己，但是这种保护通常也会阻断佩戴者理想情况下想要听到的其他较低音量的声音(如正常讲话或振铃电话)。在一些情况下，这些“安全”声音的失去是值得接受的，以避免由响亮的声音造成的严重甚至不可逆转的损害的风险。然而，在许多情况下，尤其是当响亮的噪声很少发生时，人们经常只在声音达到令人不舒服的大音量之后才选择使用保护，而不是作为预防措施，从而冒着受到损害的风险。如果响亮的声音是脉冲的，意味着声音持续时间短，通常不到一秒钟，同时突然开始，快速上升，并且在大多数情况下快速衰减，这就尤其成问题。这种声音可能会突然上升，以至于那些接触到它的人在它达到危险的高值之前没有时间采取适当的行动。 [0004] 此后，在整个本公开中，术语“脉冲”被定义为意味着持续时间小于1秒、在0.5s内从安全水平上升到接近(或超过)潜在有害水平的噪声。术语“安全”和“有害”应理解为包括响度和持续时间的组合。例如，持续“X”秒的响度为“A”dBA的噪声可能被认为是安全的，而持续“3X”秒的相同响度“A”dBA的噪声可能被认为是潜在有害的。 [0005] 现在考虑影响听力受损者的特殊情况，该听力受损者佩戴听觉辅助设备将接收的声波从该听力受损者难以听到的初始音量放大到他们能听到的水平。对于听力未受损的人来说，入射声音的响度可能刚好可以接受，于是对于接收通过听觉辅助设备传递到耳道中的该声音的放大版本的听力受损者来说，“自然地”接收该声音可能会有问题。幸运的是，听觉辅助设备对将被放大的声音的响度有限制。然而，声音可以通过辅助设备耳塞中的某些开式通气孔直接进入耳朵，或者可以通过耳塞的主体传导并进入耳道。 [0006] 由于声音是环境的，因此佩戴者是否关闭辅助设备的电源或将辅助设备的声音传递部分‑扬声器或音频导管‑从耳朵中拔出都无关紧要，这不会有任何效果。 [0007] 目前可用的听觉辅助设备通常具有信号处理电路，该信号处理电路被设计为适应佩戴者的音频配置文件，该音频配置文件实际上可以示出指示任何音频频带中的损伤的明显“下降”。归因于年龄的听力损伤通常涉及语音识别中涉及的较高频率。一般人在在40岁时，在3kHz以上的频率会经历20dB的听力损失，到70岁时，听力损失为50dB。对于这种类型的损失，听觉辅助设备试图解决在口语中区分辅音所需的这些较高频率。相对于通常与不太感兴趣的环境噪声关联的其他频率，听觉辅助设备选择性地放大这些频率，同时使其他频率保持不变或衰减。如前所述，该处理可以根据个人自身的听力损失情况量身定制，并且它还可以适应不同的周围声音环境(比如拥挤的房间、音乐厅或通勤时繁忙的街道的环境)。然而，目前的方法不足以解决环境声音非常响亮的情况‑因为它超过了响度阈值，听觉辅助设备不会放大声音，但佩戴者可能会遭受进一步的听力损失。可取的是具有能够针对响亮的声音‑尤其是突然且意外的破坏性声音提供一定保护的听觉辅助设备。 [0008] 许多密封耳道的听觉辅助设备，例如耳内或耳道内听觉辅助设备，通过阻断声音进入耳道的直接路径来进行被动类型的噪声消除。一些听觉辅助设备具有主动通气孔技术，该技术使听觉辅助设备的耳塞中的通气孔根据听力模式而打开或关闭。例如，打开的通气孔允许低频声音直接进入耳道，而关闭的通气孔则阻止低频声音进入耳道。当将音乐直接流式传输到听觉辅助设备时，通常优选封闭式通气，因为它可以将从听觉辅助设备发出的低频声音保持在耳道中，同时防止来自外部的低频声音混合，并且声音对佩戴者来说似乎更自然。在一些情况下，响应检测到的声音环境的类型‑例如正在播放音乐，该通气孔控制自动运行。然而，到目前为止，还没有结合脉冲噪声的检测使用或提议使用主动通气孔技术。 [0009] 主动噪声消除的基本思想‑本质上是在要消除的声音的相位上添加一个相反相位的声音‑至少可以追溯到20世纪30年代。它在耳机上的应用始于20世纪50年代，但在20世纪80年代末发展迅速，如今该技术已在许多现成的消费品中广泛使用。 [0010] 主动噪声消除(ANC)技术没有内置于听觉辅助设备中‑这是因为相对于其他频率有选择地放大和衰减某些音频频率，以便管理背景噪声。本发明的目的是消除可能由于突发的噪声而对听力有害的突发且非常响亮的声音，比如砰的一声关上门、有人在家里使用锤子，或者有人在附近大喊大叫。然而，如果有人有意去听一场扩音过度的音乐会，则需要耳塞(earplug)或耳罩。 [0011] 如上所述，脉冲噪声对包括听觉辅助设备佩戴者在内的所有人都是有害的。此外，听觉辅助设备没有充分解决对环境中发生的此类噪声的保护问题。 [0012] 于是，需要检测听觉辅助设备的直接环境中的脉冲声音的设备和方法，作为限制对听觉辅助设备佩戴者的潜在伤害的先决条件。此类设备和方法优选被优化以自动且非常快速地做出反应，从而防止其波形(就音量和作为时间的函数的音量而言)使其特别危险的那些声音穿过佩戴者的外耳，同时在没有脉冲噪声的情况下尽可能少地干扰“正常的”听觉辅助设备操作。理想地，任何必要的元件都可以添加到甚至并入听觉辅助设备中，而只需对设备的物理外壳和操作需求进行最少(如果需要的话)的更改，从而优化用户的舒适性和便利性。 发明内容[0013] 本发明包括用于减少潜在有害的脉冲噪声的音量的方法和系统或设备，所述潜在有害的脉冲噪声否则将以放大的形式或通过被动传输进入听觉辅助设备佩戴者的耳朵。 [0014] 在一个实施例中，听觉辅助设备包括麦克风和处理单元。所述麦克风被配置为接收入射在所述听觉辅助设备上的声音并将对应的麦克风输出传递到所述处理单元；并且所述处理单元被配置为处理麦克风输出，以生成第一处理器输出，第一处理器输出包括入射声音是否包含潜在有害的脉冲声音的确定，并生成第二处理器输出，第二处理器输出包括麦克风输出的处理后版本。 [0015] 在另一个实施例中，一种为听觉辅助设备佩戴者提供保护以免受突发的响亮声音影响的方法包括：使用所述听觉辅助设备中的麦克风来接收入射声音，并将对应的麦克风输出传递到所述听觉辅助设备中的处理单元；以及使用所述处理单元来处理麦克风输出，以生成通过入射声音是否包含潜在有害的脉冲声音来确定的第一处理器输出，并生成包括麦克风输出的处理后版本的第二处理器输出。 附图说明[0017] 图1图解说明按照本发明的一些实施例的听觉辅助设备。 [0018] 图2(现有技术)图解说明ANC电路的工作原理。 [0019] 图3(现有技术)示出了听觉辅助设备的各种构成的例子。 [0020] 图4图解说明按照本发明的一些实施例的方法。 具体实施方式[0021] 本文中描述了以下设备和方法的实施例：通过检测声音，然后使用主动噪声消除(ANC)技术来保护听力受损的听觉辅助设备佩戴者免于暴露在危险的响亮噪声下。 [0022] 图1图解说明按照本发明的一些实施例的听觉辅助设备100。听觉辅助设备100包括处理单元104中的音频信号处理电路，处理单元104接收来自麦克风102的输入信号并将输出信号传递到容纳在耳塞106中的扬声器107。为了清楚起见，只示出了单个麦克风(102)，但是取决于听觉辅助设备的类型，可以存在多个麦克风，这可以允许听觉辅助设备确定接收声音的方向。例如，它可以确定一个人正在佩戴者的正前方说话，并且更有利地放大该声音超过来自佩戴者侧面的声音。对于本公开的其余部分，我们将讨论单个麦克风；然而，系统操作的原理和相关考虑也适用于具有多个麦克风的实施例。 [0023] 麦克风102、耳塞106和扬声器107不一定与存在于当前广泛使用的听觉辅助设备中的麦克风和扬声器有任何不同，但是处理单元104包括配置为解决潜在有害的脉冲噪声的问题的电路。为了实现这一点，它具有足够精细的时间分辨率和足够高的动态范围来确定何时存在这种噪声，从而提供对应的或正或负的第一输出。单元104还提供第二输出，第二输出包括麦克风输出信号的处理后版本(通常是频率相关的放大版本)。 [0024] 在本发明中，对确定存在潜在有害的脉冲声音的一种类型的响应利用可调节(主动)声音通气孔。在一些实施例中，听觉辅助设备100具有至少一个主动声音通气孔。为了简单起见，在图1的实施例中只示出了一个这样的通气孔112。如在背景技术部分中所述，通气孔是听觉辅助设备耳塞中的开口，它允许环境声音直接传输到耳朵中，而无需经过电子信号处理。于是，在本发明的一些实施例中，如果来自处理单元104的第一输出指示存在潜在有害的脉冲噪声，则听觉辅助设备可以通过自动关闭存在的任何主动声音通气孔来进行响应。阻断任何被动进入和通过的声音的直接路径可以在“被动”声音到达耳道之前大大衰减其强度。 [0025] 在本发明中，对确定存在潜在有害的脉冲声音的另一种类型的响应利用ANC技术。能够实现该响应的实施例包括听觉辅助设备的处理单元内的ANC电路。 [0026] 考虑图1中所示的听觉辅助设备100，听觉辅助设备100接收以示例性波形108为特征的声音，波形108以振幅对时间的包络的形式示出。在没有噪声的情况下，波形的为正的上半部分和波形的为负的下半部分会接触，但在这种更现实的情况下，显然存在一些低振幅的背景噪声。波形108包括叠加在背景噪声上的“真实”信号(意味着包含听觉辅助设备佩戴者想要听到的声音的信号)的两个部分，以及在这两个信号部分之间的时间段内发生的一个脉冲噪声突发。处理单元104内的ANC电路进行操作以将信号传递到扬声器107，扬声器107进而生成输出声音，该输出声音的波形110具有基本上没有与脉冲噪声对应的中心峰值的包络。在整个本公开中，用语“基本上没有”用于意味着存在对应声音的音量的显著降低(至少50％)。该降低理想地为100％，意味着噪声峰值被完全抵消，但在实践中，50％或更多的降低将导致显著改善对听觉辅助设备佩戴者的潜在伤害，听觉辅助设备佩戴者可能听到非常微弱的声音(如果有的话)。可以实现这种降低的方式将在下面进一步讨论。 [0027] 图2示出了现有技术的ANC电路如何操作，以完全或者更现实地基本上“消除”不期望的声音。为了简单起见，考虑一种假设情况，其中麦克风接收纯的单一频率的声音，并生成表征该声音的对应电波形201。随后接收该电波形的ANC电路通过生成相位极性相反的“反向”或“抗噪声”电波形203来进行响应。这两个波形的组合被传递到扬声器，扬声器通过生成表示该组合的声音波形来进行响应，该声音波形在理想情况下是一条随时间不变的平坦的线，如205中所示，但更实际地，它可能是像207这样的低振幅波形，包括输入频率的分量，因为噪声消除可能并不完美。 [0028] 在本发明之前的音频设备中，例如，主动噪声消除是用户通过执行有意的动作，比如按下一套耳机上的按钮，来选择的特征。在这样的设备中，耳机外部的所有环境噪声都在一定程度上被抑制。 [0029] 现有技术的实现尚未解决脉冲噪声消除的特定问题。在本发明中，听觉辅助设备处理单元(图1中的104)内的电路被专门设计为与其他标准听觉辅助设备组件一起操作，自动检测对听觉辅助设备佩戴者具有特别危害的脉冲噪声并对该脉冲噪声做出响应，以足够快地抵消此类噪声(或使其被物理阻断)，从而使对听力造成损害的风险最小化。 [0030] 在许多实施例中，电路‑当然包括ANC电路，如果存在的话‑必须能够应对远远超过80dBA的极高噪声水平，80dBA是用于区分安全和危险响度水平的典型阈值。例如，烟花或枪支产生的脉冲声音可能达到140～150dBA的峰值响度值。这可能对处理单元电子器件提出高动态范围要求。 [0031] 在许多实施例中，处理单元电子电路必须能够跟踪在几分之一秒(通常为0.5s或更短)内、从正常、安全的响度水平上升到危险的高水平的信号。这对时间分辨率提出了对应严格的要求。满足此类要求使得可以成功地解决自动保护听觉辅助设备佩戴者的目标：通过电子地抵消潜在有害的脉冲噪声的噪声波形特征，或者通过机械地阻断潜在有害的脉冲噪声。 [0032] 在一些实施例中，处理单元内的电路用于确定接收到的噪声潜在有害的标准1是该单元是否接收到与麦克风检测到危险的响亮噪声水平对应的麦克风输出。换句话说，如果麦克风检测到包括以超过被认为危险地高的响度阈值的噪声波形为特征的部分的入射声音，则处理单元确定必须采取纠正措施，无论该响应是激活ANC电路还是关闭主动通气孔，或者两者兼而有之。响度阈值例如可以是120dBA。在一些情况下，取决于要在其中使用听觉辅助设备的环境，其他阈值可能是合适的。 [0033] 在一些实施例中，处理单元内的电路用于确定接收到的噪声潜在有害的标准是该单元是否接收到与麦克风检测到如下的脉冲声音对应的麦克风输出：该脉冲声音以如此高的速率从相对安全的水平上升，以至于它可以很快达到危险的高水平，即使它可能在很短的时间内保持在该高水平。如果例如从80dBA的初始电平起，增加速率为5dBA/秒，则该组合可能有必要激活ANC电路。在不同的情况下，或者对于不同的用户，或者不同的听觉辅助设备设定，初始水平值和增加速率值的不同组合可能是ANC操作的更合适的阈值触发。 [0034] 在另一些实施例中，所使用的标准可以是响度水平和响度增加速率的组合，其中超过两者中任一阈值都可能导致对潜在危害的肯定确定。 [0035] 图3示出了常用听觉辅助设备的各种构成的例子。一些构成将麦克风、处理单元和扬声器放在单个外壳内，大部分位于耳廓后面，音频导管挂在前面，准备放置在耳道内。一些其他构成将包含麦克风、处理单元和扬声器的部分塞进耳廓的褶皱中，同样用于通向耳道的音频导管。还有一些构成将麦克风和处理单元设置在一个位置，例如挂在耳朵后面，但是扬声器单独位于耳道的入口处，或者甚至在耳道内。本质上取决于在处理单元中包含为感兴趣的脉冲噪声消除应用而设计的ANC电路的本发明可以在这些各种设备构成任意之一中实现。 [0036] 应注意的是，按照听觉辅助设备的设定，只有某些频率的声音可以被特别放大。其他频率可以以标称音量、不放大或衰减的方式传输。取决于设备，一些声音可能会被动地通过听觉辅助设备进入耳道。虽然本发明的一个目的是试图消除由通过听觉辅助设备以电子方式处理的潜在有害噪声，但是本发明的另一个目的则是试图消除否则会被动进入耳道的潜在有害噪声。 [0037] 图4图解说明按照本发明的一些实施例的方法400。在步骤402，听觉辅助设备中的麦克风接收环境声音，并将其输出传递到听觉辅助设备中的处理单元。在步骤403，处理单元处理麦克风输出。在步骤404，处理单元基于一个或多个预定标准，确定麦克风接收的声音是否包括潜在有害的噪声。如果结果是否定的，则处理单元将通常涉及频率相关放大的麦克风输出的处理后版本传递到听觉辅助设备的耳塞中的扬声器，使得在步骤405，扬声器生成并输出没有任何有害噪声的声音(因为环境声音中不存在任何有害噪声)。然而，如果在步骤404的确定结果是肯定的，则遵循两条路径中的至少一条。在其中听觉辅助设备配备有一个或多个可控通气孔的某些实施例中，该方法进行到步骤406，在步骤406，这些通气孔被自动关闭，使得部分地或完全地防止听觉辅助设备中被动存在的任何潜在有害的噪声从耳塞中出现。尽管为了简单起见，该图将步骤407表示为在步骤406之后发生，但是应当理解的是其中扬声器输出麦克风输出的处理后版本的步骤407可以和步骤406同时发生或在步骤406之前发生。 [0038] 如果从步骤404到步骤406/407的路径是唯一遵循的路径，这将是在没有ANC功能的情况下的情况，则在步骤407的扬声器输出将包括一些潜在有害的声音。在其他实施例中，存在ANC功能，使得该方法可以有利地与406/407路径同时遵循到步骤408、409和410的路径。现在将描述该“ANC”路径。 [0039] 在步骤408，ANC电路被激活，以生成抗噪声波形，如上参考图2所述。然后，在步骤409，到听觉辅助设备扬声器的处理单元输出是集合体，包括抗噪声波形的处理后版本以及噪声波形的处理后版本，前者有望抵消或至少大幅度降低后者的幅度。在步骤410，扬声器然后提供可听输出，该可听输出基本上没有与入射声音的以噪声波形为特征的部分对应的声音。 [0040] 当然，在不存在主动通气孔的实施例中，只能遵循从404到步骤408～410的路径。在优选实施例中，主动通气孔和ANC功能两者都存在，因此可以执行噪声消除和通气孔关闭，以更全面地解决潜在有害的噪声的问题。 [0041] 应意识到的是，方法400或其变型可以应用于许多不同类型的常用听觉辅助设备，如图3中所示和上面所述。上面还讨论了以下预定标准例子：该预定标准可以应用于在步骤404确定波形轮廓是否是潜在危害的，并因此应该触发使用ANC电路的噪声消除或通气孔关闭(或两者)。 [0042] 本发明的实施例在不依赖于听觉辅助设备佩戴者的任何主动参与的情况下，在解决脉冲噪声方面，并且在可靠且方便地解决脉冲噪声方面，提供了优于本领域现有技术的主要优点。改造目前可用的听觉辅助设备以实现本文中描述的发明概念应该是相当可行的。 [0043] 尽管已经关于其特定实施例进行了描述，但是这些特定实施例仅仅是说明性的，而不是限制性的。 [0044] 任何合适的编程语言都可以用于实现特定实施例的例程，包括C、C++、Java、汇编语言等。可以采用不同的编程技术，比如过程的或面向对象的。例程可以在单个处理设备或多个处理器上执行。尽管步骤、操作或计算可以以特定的顺序呈现，但是该顺序在不同的特定实施例中可以改变。在一些特定实施例中，在本说明书中表示为相继步骤的多个步骤可以同时进行。 [0045] 特定实施例可以在计算机可读存储介质中实现，以供指令执行系统、装置、系统或设备使用，或者与指令执行系统、装置、系统或设备结合使用。特定实施例可以以采用软件或硬件或者两者的组合的控制逻辑的形式来实现。控制逻辑在由一个或多个处理器执行时可操作，以进行在特定实施例中描述的操作。 [0046] 特定实施例可以通过使用编程的通用数字计算机，通过使用可以使用的专用集成电路、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、光学、化学、生物、量子或纳米工程系统、组件和机构来实现。通常，特定实施例的功能可以通过本领域已知的任何手段来实现。可以使用分布式网络化的系统、组件和/或电路。数据的通信或传送可以是有线的、无线的或通过任何其他手段。 [0047] 还要意识到的是，附图/图中描绘的元件中的一个或多个也可以以更分离或更集成的方式来实现，或者甚至在某些情况下被移除或呈现为不可操作，这按照特定应用是有益的。实现可以存储在机器可读介质中以允许计算机进行上述任何方法的程序或代码也在本公开的精神和范围之内。 [0048] “处理器”包括处理数据、信号或其他信息的任何合适的硬件和/或软件系统、机构或组件。处理器可以包括具有通用中央处理单元、多个处理单元、用于实现功能的专用电路或其他系统的系统。处理不需要局限于地理位置，或者具有时间限制。例如，处理器可以“实时”、“离线”、以“批处理模式”等进行其功能。处理的各个部分可以由不同(或相同)的处理系统在不同的时间和不同的位置进行。处理系统的例子可以包括服务器、客户端、最终用户设备、路由器、交换机、网络存储装置等。计算机可以是与存储器通信的任何处理器。存储器可以是任何合适的处理器可读存储介质，比如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、磁盘或光盘，或者适合于存储由处理器执行的指令的其他非临时性介质。 [0049] 如在本说明书和随后的整个权利要求书中所使用的，“一”、“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确指示。此外，如在本说明书和随后的整个权利要求书中所使用的，“在…中”的含义包括“在…中”和“在…上”，除非上下文另有明确指示。 [0050] 因此，虽然本文中描述了特定实施例，但是在上述公开之内预期修改的余地、各种变更和替换，并且要意识到的是，在一些情况下，特定实施例的一些特征将在不对应使用其他特征的情况下被采用，而不脱离所阐述的范围和精神。于是，可以进行许多修改，以使特定的情况或材料适应基本的范围和精神。 |
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