具有声压级和频率依赖性增益的助听器.pdf

一种改良的用于补偿听力损失的开放式助听器，其包括：用于拾取入射声音并且将所述入射声音转换成电音频信号的扩音器11。提供了一种能够放入人耳道35内的耳塞37，所述耳塞响应于由所述扩音器拾取的入射声音而产生声音输出，所述声音输出在一个或多个频带范围内被放大。所述耳塞的扬声器29的已放大的声音输出的带内增益依赖于佩戴者的听力损失特性以及所述入射声音的声压级。所述耳塞的结构允许入射声音直接传送到耳膜39，所述入射声音和所述耳塞的所述已放大的声音输出在耳膜处叠加。于低入射声压级的声音输出是最大值，而当入射声音超出设定的截止声压级时所述声音输出是最小值。

1.  一种用于补偿人耳的听力损失的开放式助听器，所述开放式助听器包括：
输入装置，所述输入装置用于拾取人耳接收的入射声音，并且将所述入射声音转换成电音频信号，
输出装置，所述输出装置包括能够放入人耳道内的输出换能器，所述输出换能器响应于由所述输入装置拾取的入射声音而产生声音输出，所述输出装置的形式允许入射声音直接传送到耳膜，所述入射声音与所述输出换能器的声音输出在耳膜处结合，由所述入射声音和所述输出换能器的声音输出结合的结果使所述助听器的佩戴者感知声音，以及
信号处理装置，所述信号处理装置处理所述输入装置的电音频信号，其中，所述信号处理装置至少部分地确定所述输出换能器的声音输出的特征，所述信号处理装置使结合了入射声音的所述声音输出具有以下特征：
i)所述声音输出在根据佩戴者的听力损失特性而设定的频带范围内被放大；
ii)在所述频带范围内的已放大的声音输出的增益依赖于所述入射声音的声压级；以及
iii)当入射声压级超出设定的截止声压级时，所述输出换能器大体上不产生声音输出，佩戴者感知的声音几乎全部是直接到达耳膜的入射声音产生的结果。

2.  根据权利要求1所述的开放式助听器，其中，所述信号处理装置产生所述输出换能器的声音输出，所述声音输出的特征是：在设定的频带范围内的已放大的声音输出的增益从低入射声压级的最大增益降低至接近设定的入射声音的截止声压级的入射声压级的最小增益。

3.  根据权利要求1所述的开放式助听器，其特征在于，用于拾取人耳接收的入射声音的所述输入装置将所述入射声音转换成数字音频信号，其中，所述信号处理装置是数字信号处理器。

4.  根据权利要求1所述的开放式助听器，其特征在于，用于拾取人耳接收的入射声音并且将所述入射声音转换成电音频信号的所述输入装置包括扩音器，所述扩音器由使用者佩戴。

5.  根据权利要求1所述的开放式助听器，其特征在于，入射声压级低于设定的入射声音的截止声压级时，随着入射声压级的低入射声压级增大，在所述频带范围内的已放大的声音输出的增益大体上线性降低。

6.  根据权利要求1所述的开放式助听器，其特征在于，在所述频带范围内的已放大的声音输出的增益在接近入射声音的截止声压级时迅速降低。

7.  根据权利要求1所述的开放式助听器，其特征在于，在所述频带范围内的已放大的声音输出的增益在入射声音的截止声压级降低至低于0dB。

8.  根据权利要求1所述的开放式助听器，其特征在于，在所述频带范围内的已放大的声音输出的增益在接近入射声音的截止声压级时单调且非不连续性降低。

9.  根据权利要求1所述的开放式助听器，其特征在于，在所述频带范围内的已放大的声音输出的相位失真在接近入射声音的截止声压级时接近零，并且当入射声压级大体上超出截止声压级时变为零。

10.  根据权利要求1所述的开放式助听器，其特征在于，在所述频带范围内的已放大的声音输出的相位失真在接近入射声音的截止声压级时单调且非不连续性接近零。

11.  根据权利要求1所述的开放式助听器，其特征在于，所述信号处理装置在结合了入射声音的所述声音输出中产生以下附加特征：当在声音输出被放大的状态和在所述输出换能器大体上不产生声音输出的状态之间进行转换时，这种转换处于动态控制，产生所希望的起音时间和释音时间。

12.  一种用于补偿人耳的听力损失的开放式助听器，所述开放式助听器包括：
输入装置，所述输入装置用于拾取人耳接收的入射声音，并且将所述入射声音转换成电音频信号，其中，所述用于拾取人耳接收的入射声音的输入装置将所述入射声音转换成数字音频信号，
输出装置，所述输出装置包括能够放入人耳道内的数字处理器和输出换能器，所述输出换能器响应于由所述输入装置拾取的入射声音而产生声音输出，所述输出装置的形式允许入射声音直接传送到耳膜，所述入射声音与所述输出换能器的声音输出在耳膜处结合，由所述入射声音和所述输出换能器的声音输出结合的结果使所述助听器的佩戴者感知声音，以及
信号处理装置，所述信号处理装置处理所述输入装置的电音频信号，其中，所述信号处理装置至少部分地确定所述输出换能器的声音输出的特征，其中所述信号处理装置产生所述输出换能器的声音输出，其特征在于，在设定的频带范围内的已放大的声音输出的增益从低入射声压级的最大增益降低至接近设定的入射声音的截止声压级的入射声压级的最小增益，
所述信号处理装置使结合了入射声音的所述声音输出具有以下特征：
i)所述声音输出在根据佩戴者的听力损失特性而设定的频带范围内被放大；
ii)在所述频带范围内的已放大的声音输出的增益依赖于所述入射声音的声压级，并且随着低入射声压级增大而大体上线性降低；
iii)当入射声压级超出设定的截止声压级时，所述输出换能器大体上不产生声音输出，佩戴者感知的声音几乎全部是直接到达耳膜的入射声音产生的结果；以及
iv)当在声音输出被放大的状态和在所述输出换能器大体上不产生声音输出的状态之间进行转换时，这种转换处于动态控制，产生所希望的起音时间和释音时间。

13.  根据权利要求12所述的开放式助听器，其特征在于，随着入射声压级的低入射声压级增大，所述入射声压级低于设定的入射声音的截止声压级，在所述频带范围内的已放大的声音输出的增益大体上线性降低。

14.  根据权利要求13所述的开放式助听器，其特征在于，在所述频带范围内的已放大的声音输出的增益在接近入射声音的截止声压级时单调且非不连续性降低。

15.  根据权利要求14所述的开放式助听器，其特征在于，在所述频带范围内的已放大的声音输出的相位失真在接近入射声音的截止声压级时接近零，并且当入射声压级大体上超出截止声压级时变为零。

16.  根据权利要求15所述的开放式助听器，其特征在于，在所述频带范围内的已放大的声音输出的相位失真在接近入射声音的截止声压级时单调且非不连续性接近零。

17.  一种用于补偿人耳的听力损失的开放式助听器，所述开放式助听器包括：
扩音器，所述扩音器用于拾取人耳接收的入射声音，并且将所述入射声音转换成电音频信号，
耳塞，所述耳塞包括能够放入人耳道内的扬声器，所述扬声器响应于由所述扩音器拾取的入射声音而产生声音输出，所述耳塞的开放式构造允许入射声音直接传送到耳膜，所述入射声音与所述扬声器的声音输出在耳膜处结合，由所述入射声音和所述耳塞的所述扬声器的声音输出结合的结果使所述助听器的佩戴者感知声音，以及
相干门，所述相干门处理所述扩音器的电音频信号，其中，所述相干门具有滤波器和用于所述滤波器的增益控制函数，其中，所述相干门至少部分地确定所述耳塞的扬声器的声音输出的特征，所述相干门使结合了入射声音的所述声音输出具有以下特征：
i)所述声音输出在根据佩戴者的听力损失特性而设定的频带范围内被放大；
ii)在所述频带范围内的已放大的声音输出的增益依赖于入射声音的声压级；以及
iii)当所述入射声压级超出设定的截止声压级时，所述耳塞的扬声器大体上不产生声音输出，佩戴者感知的声音几乎全部是直接到达耳膜的入射声音产生的结果。

18.  根据权利要求16所述的开放式助听器，其特征在于，所述相干门在结合了入射声音的所述声音输出中产生以下附加特征：在声音输出被放大的状态和在所述输出换能器大体上不产生声音输出的状态之间进行转换时，这种转换处于动态控制，产生所希望的起音时间和释音时间。

19.  根据权利要求16所述的开放式助听器，其特征在于，所述相干门的等待时间小于1毫秒。

20.  一种为有听力损失的个体补偿听力损失的方法，所述方法包括：
确定个体的频率依赖性听力损失特征，包括可听响度阈值，高于所述可听响度阈值，所述个体具有大体上正常听力能力，
提供两条路径，将入射声音传到患有听力损失的个体的耳朵的耳膜，包括直接开放的耳朵受话路径和处理信号的路径，
所述处理信号的路径在个体的耳膜处送出声音输出，所述声音输出结合了通过所述直接开放的耳朵受话路径到达耳膜的入射声音，并且送出的声音输出具有以下特征：
i)所述声音输出在根据佩戴者的听力损失特性而设定的频带范围内被放大；
ii)在所述频带范围内的已放大的声音输出的增益依赖于所述入射声音的声压级；以及
iii)当所述入射声压级大约超过所述个体的可听阈值时，所述输出换能器大体上不产生声音输出，所述个体感知的声音几乎全部是通过所述直接开放的耳朵受话路径到达耳膜的入射声音产生的结果。

21.  根据权利要求20所述的方法，其特征在于，当在所述声音输出被放大的状态和在所述输出换能器大体上不产生声音输出的状态之间进行转换时，这种转换处于动态控制，产生所希望的起音时间和释音时间。

22.  根据权利要求20所述的方法，其特征在于，在设定的频带范围内的已放大的声音输出的增益从低入射声压级的最大增益降低至接近所述个体的可听阈值的入射声压级的最小增益。

23.  根据权利要求20所述的方法，其特征在于，随着低入射声压级的入射声压级增大，所述低入射声压级低于所述个体的可听阈值，在所述频带范围内的已放大的声音输出的增益大体上线性降低。

24.  根据权利要求20所述的方法，其特征在于，在所述频带范围内的已放大的声音输出的增益在接近所述个体的可听阈值时迅速降低。

25.  根据权利要求20所述的方法，其特征在于，在所述频带范围内的已放大的声音输出的增益在接近所述个体的可听阈值时单调且非不连续性降低。

26.  根据权利要求20所述的方法，其特征在于，在所述频带范围内的已放大的声音输出的相位失真在接近所述个体的可听阈值时接近零，并且当入射声压级大体上超出所述个体的可听阈值时变为零。

27.  根据权利要求20所述的方法，其特征在于，在所述频带范围内的已放大的声音输出的相位失真在接近所述个体的可听阈值时单调且非不连续性接近零。

具有声压级和频率依赖性增益的助听器
技术领域
本发明大体涉及一种助听器，更具体地说，涉及一种允许入射声音直接到达耳膜的开放式装置。
背景技术
助听器通常包括扩音器、信号处理器、以及输出换能器(有时称为“接收器”)。输出换能器被放入耳道内并且能够作为外壳的一部分，其使耳道部分地扛开(即透声)或者将耳道完全密封。开放式装置一般比封闭式装置较受使用者欢迎，并且尽可能向患有轻度或中度听力损失的人推荐(开放式助听器在它们可提供的增益量方面具有固有的局限性，因此不适合用于那些患有严重听力损失的人)。
开放式装置的一个优点是舒适，开放式设计的柔软尖端的刺激较硬壳的封闭式耳塞的小并且较易适应。被耵聍(耳垢)感染或阻塞的风险也较小。不需要定制耳模，这可大大减小安装时间，仅需对这种现成的助听器稍作修改便可使用。还可避免闭塞影响，其中，封闭的耳道形成共振腔，将由使用者产生的低频率声音(例如说话或咀嚼声)放大，导致使用者的嗓音听起来不自然并且有嗡嗡声。闭塞影响是使用者拒绝使用封闭式助听器的主要原因之一。
开放式设计还允许在复杂的声环境中有更好的处理，因为开放式设计允许听到在没有被助听器放大的频率的入射声音。例如，适用于高频率听力损失(高于1kHz)的助听器不需要放大低频率。值得尽可能维持入射声音，因为入射声音具有确定声源位置和消除背景噪音所需的感知提示。这种感知提示包括耳间计时差、耳间响度差，以及相位效应。
尽管开放式助听器有多个优点，但是它们也有显著的缺点。一种缺点是入射声音和已放大的声音的结合会在耳膜处产生人为噪音和失真，所述已放大的声音的频率是被助听器放大的频率。这些人为噪音和失真通常会被使用者注意到并且引起不满意而导致许多使用者在短时间后停用他们的助听器。
一种人为噪音是由助听器的等待时间而引起，即当扩音器感应到声音时和当 该声音在助听器的输出换能器被转换成声波时之间的时间延迟。新式的数字助听器的等待时间为3-7毫秒；较旧式的模拟助听器的等待时间为1-2毫秒。当入射声音的声压级和已放大声音的声压级是差不多时，非零的等待时间导致梳状滤波，其是一种频谱失真形式。梳状滤波的特征在于在耳膜处的声压出现一系列规则地间隔开的谱峰和谱谷。对于较长的等待时间，第一谱谷处于较低频率，并因此会影响频谱的较大部分。较短的等待时间产生的梳状滤波范围较小。人耳对这种人为噪音非常敏感，等待时间少于8毫秒被感知为音调配置(tone coloration)，而较长的等待时间被感知为回声、敲打声、或是音调配置，这取决于延迟的声音的相对响度。
另一种重组人为噪音产生于已放大的声音的相位失真。这种相位失真也产生了谱谷和谱峰的结构；每当频率相差180度相位时，它们合并进行相消性干涉，并产生谱谷，那些同相的频率会相长地叠加而产生谱峰。由于相位失真通常不均匀地散布在频谱上，这种人为噪音可能较由等待时间引起的人为噪音更不规律。相位失真的来源可以是信号路径中的任何部件：扩音器、信号处理部件或输出换能器(扬声器)。
上述人为噪音的结果使未经训练的收听者也易于感知已感知声音的频谱失真。除了这些频谱失真，当已放大的信号比入射信号响得多时，助听器还使相位信息失真。人们相信这种相位失真本身是可以被察觉到的。近期有证据提出相位用途广泛，包括用于声源定位、语音编码和检测调相。
本发明解决了与传统开放式助听器相关的缺点。本发明基本上减轻了在开放式助听器存在的人为噪音和失真的问题，并且基本上消除了使用者对于这种助听器设计的不满。本发明允许使用者可以享受开放式设计众所周知的优点，而不必忍受通常由这种设计带来的感知干扰。
发明内容
本发明涉及一种开放式助听器，所述开放式助听器包括诸如扩音器的输入装置，所述输入装置用于拾取人耳接收的入射声音，并且将该入射声音转换成电音频信号；以及输出装置，所述输出装置具有能够放入人耳道内的输出换能器，所述输出换能器响应于由所述输入装置拾取的入射声音而产生声音输出。所述输出装置(可以是具有扬声器的听筒或耳塞的形式)是透声的，允许入射声音直接传 送到耳膜，所述入射声音与输出换能器的声音输出在耳膜处结合。由所述入射声音与位于耳内的输出装置的声音输出结合的结果使助听器的佩戴者听到感知声音。
本发明还包括处理输入装置的电音频信号的信号处理装置，以便能够以期望的方式来驱动输出装置的输出换能器。信号处理装置具有可变增益滤波器(本文有时也称之为“相干门(coherent gate)”)，所述可变增益滤波器使输出换能器的已放大的声音输出具有以下特征：
i)声音输出在根据佩戴者的听力损失特性而设定的频带范围内被放大；
ii)在所述频带范围内的已放大的声音输出的增益依赖于入射声音的响度，即声压级；以及
iii)当入射声压级超出预设的声压级时，输出换能器不产生可感知的声音输出，佩戴者感知的声音几乎全部是入射声音产生的结果。
在本发明的另一方面，信号处理装置产生输出换能器的声音输出，所述声音输出的特征是：在设定的频带范围内的已放大的声音输出的增益从低入射声压级的最大增益降低至接近设定的入射声音的截止声压级的入射声压级的最小增益。
在本发明的又一方面，用于拾取人耳接收的入射声音的输入装置将该入射声音转换成数字音频信号，而信号处理装置包括数字信号处理器。
在本发明的再一方面，随着入射声压级的低入射声压级增大，所述入射声压级低于设定的入射声音的截止声压级，在所述频带范围内的已放大的声音输出的增益大体上线性降低。
在本发明的进一方面，在所述频带范围内的已放大的声音输出的增益在接近入射声音的截止声压级时迅速降低，并且在入射声音的截止声压级降低至低于0dB。
仍然在本发明的另一方面，在所述频带范围内的已放大的声音输出的增益在接近入射声音的截止声压级时单调且非不连续性降低。
仍然在本发明的又一方面，在所述频带范围内的已放大的声音输出的相位失真在接近入射声音的截止声压级时接近零，当入射声压级大体上超出截止声压级时变为零，并且在接近入射声音的截止声压级时单调且非不连续性接近零。
在本发明的再一方面，信号处理装置在结合了入射声音的声音输出中产生以下附加特征：当在声音输出被放大的状态和在输出换能器大体上不产生声音输出 的状态之间进行转换时，这种转换处于动态控制，产生所希望的起音时间和释音时间。
本发明还涉及一种为有听力损失的个体补偿听力损失的方法。所述方法一般首先包括确定个体的频率依赖性听力损失的特征，包括可听响度阈值，高于所述可听响度阈值，所述个体具有大体上正常听力能力。还提供两条路径，将入射声音传到患有听力损失的个体的耳朵的耳膜，包括直接开放的耳朵受话路径和处理信号的路径。所述处理信号的路径在个体的耳膜处送出声音输出，该声音输出结合了通过所述直接开放的耳朵受话路径到达耳膜的入射声音，更具体地说，在耳膜处送出的声音输出具有以下特征：
i)声音输出在根据佩戴者的听力损失特性而设定的频带范围内被放大；
ii)在所述频带范围内的已放大的声音输出的增益依赖于入射声音的声压级；以及
iii)当所述入射声压级大约超过个体的可听阈值时，所述输出换能器大体上不产生声音输出，所述个体感知的声音几乎全部是通过所述直接开放的耳朵受话路径到达耳膜的入射声音产生的结果。
本发明提供了许多益处。通过递减使用者的可听阈值内的已放大的声音，助听器的输出换能器不需要提供高的输出声压级，并因此能够在没有削波或限幅器的风险下使用。限幅器和削波都会在已放大信号中产生谐波失真，而限幅器设计成避免由削波引起的更多极端的人为噪音，削波由隔膜的非线性模式的激励产生。
此外，本发明增加使用者的听觉空间提示(spatial cues)的数量和质量。这种提示是由完整的头相关变换函数(head-related transfer function)引起的，该头相关变换函数由外耳解剖(耳廓和耳壳)、耳道、和由头引起的双取效应(binaural effects)(例如两耳响度差、时差、和相位差)形成。每当频率被放大，必然于该频率引起等待时间和相位失真，自然提示会被干扰。根据本发明，具体地说本发明的相干门，通过入射声音的明智的放大来维持自然提示。
更广义地说，本发明在改善由使用者感知的声音的质量的同时保留了自然提示，使用者使用本发明的助听器最轻松。在复杂的听觉环境中，大脑可以使用多个提示来将声源分开并指引听觉注意力。在许多情况下，这种提示的损失会导致理解力或可懂度减小。然而，近期研究已经表明，失去某些提示还可能增加保持相同表现所需的认知努力。最简便是通过给受试者完成除基本听觉任务以外的第 二个非听觉任务来说明。由于听力损失、被降级的输入质量、或者提高认知负荷的其它因素，第二个任务的表现会大幅降低，并且患者会较正常情况更快感到疲劳。
通过以下叙述和权利要求书，本发明的其它方面和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是具有根据本发明的相干门的助听器的功能方块图。
图2是根据本发明的助听器的物理组件、以及置于耳道内和外的组件的图示。
图3是已放大的声音和入射声音通过佩戴了根据本发明的助听器的佩戴者的耳道传到该佩戴者的耳膜所沿的路径的示意图/图示；图中示出了入射声音和已放大的声音是如何叠加以及当它们到达耳膜时如何产生感知声音。
图4是由根据本发明的助听器在使用者的耳膜处产生的声音声压级作为频率的函数以及处于不同的指示扁平(白噪音)输入声压级的曲线图。图中示出了随着扁平输入声压级上升，在与使用者相配的自定义的频带范围内的助听器的增益会降低。
图5A是图4所示的例子处于4kHz的峰值频率时的输入/输出曲线，图中示出了在耳膜处以dB声压级测量的感知的声音、已放大的声音和入射声音。
图5B是图4所示的例子处于4kHz的峰值频率时的增益函数。
图6是示出输入声音的入射声音和由根据本发明的助听器放大的声音，以及它们在耳膜处的叠加的曲线图，其中输入声音的声压级略低于交叉点。
图7是相位作为处于图5所示的增益声压级的频率的函数的曲线图。
图8是示出根据本发明的总体方法的流程图。
具体实施方式
参照附图，图1示出了形成根据本发明的助听器的实施例的方块图，助听器整体以数字10表示，其中输入(入射)声音由扩音器11换能、并且由模拟-数字转换器13数字化以进行数字处理(应当理解的是本发明并不限于数字处理，也可以改为用模拟部件执行)。所述信号然后通过具有相干门15的信号处理电路，所述相干门15由滤波器17、提供可变增益的增益控制函数19、以及优选地由方块18表示的动态控制函数组成，所述动态控制函数18将在稍后进行叙述。滤波器的 参数(形状、带宽、增益结构等)通过所述相干门内的设定函数来设定，所述设定函数由设定方块20表示。当在设定模式或编程模式时，可以根据使用者具体的听力损失来设定所述相干门的参数(包括频率和增益等等)。这些设定函数可以由计算机控制。
如增益控制方块19所表示，由助听器提供的增益可以反馈配置的方式从处于门输出21的所述相干门的输出信号确定，并且可以用于修改由反馈箭头23表示的滤波器的振幅。然后可以通过数字-模拟转换器25将所述输出信号转换成模拟信号、所述输出信号由放大器27放大，并且被传到输出换能器(扬声器)29。应当意识到的是，也可以用上述方法以外的其它方法来执行增益控制，例如，可以采用前馈信号。
最合适地，输入换能器(扩音器)和输出换能器(扬声器)在不产生增加频谱或相位失真的情况下精确地重现音频信号。这需要线性换能器具有平相响应并且在高至所需增益的最高声压级时都没有谐波失真。由于本发明适用于轻度至中度听力损失，本发明的助听器很少需要提供超过80dB声压级的声压级。
图2示出了根据本发明的助听器的物理实现。扩音器11通过电线31连接到包含相干门15和输出换能器29的电子软件包。处理电子器件(包括相干门)和扩音器以独立的部件示出，可以预期的是它们能够一起容纳在单个可配戴单元内。诸如电池33的电源可以同样地与处理电子器件容纳在一起、或者可以分开放置并由电线连接至电路。耳塞式声输出装置包括输出换能器29和透声耳塞37。该换能器适当地嵌入在耳塞内。耳塞容纳在耳道35的外部分中，这意味着入射声音非略微递减并仍能够到达耳膜39。这种耳塞被称为“开放式”设计，这与完全封闭耳道并递减入射声音的硬耳塞不同(按上下文需要，本文的术语“耳塞”应当被理解为包括换能器29)。
如图3中示意性地示出了这种开放式耳塞允许入射声音到达耳膜。当装置已耗损或处于不活动的状态时，在耳膜39处感知的声音(由输出箭头41表示)即是入射声音(由输入箭头43表示)。当装置处于活动状态时会产生声音，在本文有时称为“已放大的声音”。所述已放大的声音(由箭头45表示)和入射声音43均刺激耳膜；因此由大脑感知的声音是入射声音和已放大的声音的叠加。
如上所述，已放大的声音的频谱由相干门15的滤波器17的参数确定，能够通过计算机经由相干门的设定函数20控制相干门15(可以提供计算机界面以通过编 程来确定相干门的滤波器形状)。可将滤波器视作为均衡曲线，分别向频率的窄带提供增益。滤波器的形状可以高度自定义，并能够适应于各种轻度或中度的听力损失，尽管最终滤波器的形状是由相干门算法的设计限制。例如，滤波器在横跨所有频率时可以是扁平的、在特定频率(高通、低通、或带通)升压、或双模态(在两个频率出现峰值)。
可以首先通过设置频率依赖性增益(均衡)曲线建立信号处理电路的相干门15的特性，因此“滤波器”根据使用者的具体测得的听力损失进行调整。因此，已建立的滤波器优选地是最小相位滤波器，即仅于那些已放大的频率改变该滤波器的相位。随着一个频带的输入声压级(入射声音)增大，滤波器增益被逐渐递减直到入射声音占优势。可以以这种方式递减增益，以致于相位响应也逐渐降低至零。补偿特定个体的听力损失所需的这种精确的滤波器特性可被称为“拟合算法”。
可以通过测试使用者的听力来确定使用者具体的听力损失的拟合算法。拟合算法能够为相干门(滤波器)电路提供自定义的增益控制：该拟合算法仅当频率低于使用者的可听阈值时放大给定的频率。当放大柔和的声音时，滤波器的相位延迟是可被使用者接受的，并且大大改善低声压级的讲话和音乐的可听度。然而，一旦输入信号到达使用者的阈值，滤波器的作用被移除，优选地迅速被移除，这也移除了失真(如果滤波器在上述可听阈值之上保持有效，所产生的声音在使用者听起来是失真的且令人不愉快的：依赖于听力损失的类别，感知可以是响亮的或是有嗡嗡声的)。
相干门的其它特性是每一个滤波器的动态属性。这些动态属性包括起音时间和释音时间，是当入射声音的响度上升到高于使用者的可听阈值以上滤波器完全启动所需的时间，以及是当入射声音的响度下降到低于该阈值滤波器完全失效所需的时间。通过采用动态控制(图1中的方块18表示)可以适当地设定起音时间和释音时间，以致于突然响亮的事件不会被放大，这需要快的起音时间，并使得在响亮的事件之后的柔和声音仍然能被听到，这需要适度地快的释音时间。如何任一个参数太长或太短，会出现音调配置和明显的声压级波动；如果释音时间太短，将会注意到跳动的人为噪音。动态的值可能依赖于使用者具体的听力损失以及在拟合过程中使用者的主观反馈。通常，滤波器的起音时间适当地设定在大约15微秒至大约10毫秒之间，并且优选地小于大约1毫秒。滤波器释音时间优选地在大约200微秒至30毫秒的范围内。这些动态由制造商或受训练的专业人士 设定最为适宜。
尽管上述助听器是用于一只耳朵的单通道装置，应当理解的是，可以通过将两个这样的装置适当组合来用于双耳。在这种情况下，该组合装置可以共用装有电子器件和电池的物理附件，但是每只耳朵需要有属于自己的耳塞，并且优选地每只耳朵都具有属于自己的专用扩音器和相干门。建议采用分开的扩音器以维持双耳声音差异，双耳声音差异在每只耳朵是不同的。优选地独立设定每只耳朵的相干门，因为每只耳朵的听力损失通常都是不同的(称为非对称听力损失)。优选地，越靠近耳朵佩戴扩音器越好。
现参照图4所示的示例性滤波器形状，其是峰值频率(F_peak)为4kHz的带通滤波器。这种滤波器对应于处于4kHz的20dB的典型噪音型听力损失。根据本发明，相干门可以实现任何滤波器形状。首先，必须考虑到达耳膜的声音以及在耳膜处叠加的声音。图3示出通过耳塞直接到达耳膜的入射声音和已放大的声音的组合或叠加。在图4所示的滤波器例子中，助听器仅增强大约4kHz的频率。对于0dB声压级的扁平输入信号，在耳膜处将在4kHz的叠加声音增强到20dB声压级，使这些频率现能够被使用者听到(已经可以被听到频谱的其它部分没有被放大)。如图所示，当在10dB和20dB的较高输入声压级时，可以看到增强的程度在逐渐减小。一旦输入声压级到达23dB，即假设佩戴者所选定的截止声压级或可听阈值，助听器基本上在4kHz时不提供已放大的声音(增益小于-20dB)。在这个阈值之上，在听力损失频率范围内的入射声音将被佩戴者感知而不需要补偿。在这个例子中，产生用于处理的输入信号的入射声音首先被认为是静态的，该入射声音的响度音量和波峰因数不随时间而变化。
图5A示出了入射声音的声压级(由虚线49表示)、已放大的声音(由虚线51表示)、以及由这两种声音在耳膜处叠加所产生的声音的声压级(由实线47表示)作为输入(入射)声音声压级的函数；图5B示出了滤波器增益(由虚线50表示)随着输入声音声压级的变化如何改变。随着输入声音声压级改变，滤波器的增益参数也被改变，导致在耳膜处的声音声压级也改变。在低输入声音声压级(大约低于10dB)，可以看到到达耳膜的声音和最终被感知的声音由已放大的声音主导。在该低输入区域，可以看到滤波器的增益几乎线性降低。在该低输入区域上面是“交叉区域”(在图5B中由数字55表示)，其中已放大的声音51和入射声音49之间的差小于8dB。在这个交叉区域内的声压级中，入射声音和已放大的声音都显 著地对到达耳膜处的声音和被感知的声音作出贡献。因此，从该交叉区域内可以按所需偏离增益函数的线性(交叉区域内的偏离可在图5B看到)。尽管如此，为了防止在交叉区域中感知人为噪音，必须逐步改变增益函数；即它必须单调且非不连续性降低，并且是平滑的(在数学的意义上，具有连续的导数)。有效地，这种定义明确的增益函数将类似的输入声压级映射到类似的输出声压级；输入声压级的细小变化会引起输出声压级的细小变化。如图5B所示，虽然最佳的增益函数是非线性的，应当注意的是，也可以使用有效且易于实现的线性增益函数。
图6示出了入射声音(由线57表示)和已放大的声音(由线59表示)以及它们在耳膜处的叠加(由线61表示)，其中，入射声音的声压级在交叉区域内(输入声压级在16dB)。在交叉区域中，已放大的声音的相位特征和延迟特征尤其重要。随着滤波器增益降低(正如增益函数的变化)，频率依赖性相位必须逐步接近零。因为具有已放大的声压级，如果输入声压级细微变化而相位急剧地变化，这将会被装置的佩戴者注意到。
图7示出了一种避免在输入声压级的细小变化出现不可接受的大且可感知的相位变化的方法，图中示出了随着输入声压级升高和系统增益降低，相位扰动缓慢降低到零。图7示出了相位作为处于图5B所示的增益声压级的频率的函数。当增益降低至低于零时相位扰动也会降低。例如，处于+20dB增益的相位扰动(由线61表示)比处于0dB的相位扰动(由线63表示)大。在-10dB时实际上没有相位扰动。尽管提供频率依赖性增益的滤波器必定引起相移，可以通过选择合适的滤波器装置(即最小相位滤波器)使这种相移最小化。
助听器的其它重要参数是等待时间，即入射声音到达扩音器和已放大的声音在扩音器处输出之间的时间。这种延迟需要尽可能小，理想是小于1毫秒。延迟超过大约5毫秒产生配置的人为噪音，而延迟超过1毫秒影响声音定位提示。因此，优选地，由图1所示的信号处理电路的相干门15引起的等待时间小于1毫秒。
为了实现上述处理方案的优点，输入换能器(扩音器)和输出换能器(扬声器)必须能够以最大的逼真度再现音频信号。除非输入和输出换能器是线性的，否则不会实现相干门的等相响应；即是，除非它们在最响亮的预期输出声压级处具有扁平相位响应以及低谐波失真(优选地小于1％)。
图8示出本发明的上述实施例的总体方法，其中由方块101表示的入射声音能够通过两条路径到达佩戴者的耳膜，分别由箭头A和箭头B表示，其中入射声音 在方块103进行叠加。如图8所示，第一路径(路径A)是由助听器的耳塞的开放式构造实现的传到耳膜的直接开放的耳朵受话路径。入射声音总是通过这条路径到达耳膜。另一条路径(路径B)是处理信号的路径，所述处理信号的路径将依赖于频率和入射声音声压级的已放大的声音提供到耳膜。通过这个路径，被转换成电音频信号的入射声音由可变增益选通功能器件处理(如图1所示的相干门15)，其中通过路径A到达耳膜处的入射声音由通过路径B到达的已放大的声音增强。从路径B到达的声音的声压级不仅依赖于补偿听力损失的频带，还依赖于在任何时间点的入射声音的声压级。用于放大由该路径处理的音频信号的可变增益功能器件的特征根据测得的佩戴者的听力损失而定制，包括佩戴者的可听阈值。
更具体地说，在处理信号的路径B中，入射声音经由扩音器105进入该路径，扩音器将声音转换成能够由模拟电路或更优选地由数字信号处理的电音频信号。处理步骤包括首先确定在频带或感兴趣的频带范围内(方块107)的入射声音的响度。如果扩音器拾取的入射声音的响度低于测得的佩戴者的可听阈值(方块109)，增益必须补偿测得的佩戴者的听力损失，即将低于阈值的声音提升到佩戴者的可听声压级，该增益由例如增益计算(方块111)确定。基于这已确定的增益，启动相干门的滤波器(方块113)以允许通过路径B的音频信号被放大至由增益确定的声压级。如较早前所述，滤波器的启动可以处于动态控制，使起音时间可设定成所希望的声压级。所产生的已放大声音被用作驱动耳塞的扬声器115。扬声器的输出产生已放大的声音，该已放大的声音在耳膜处与入射声音叠加。
另一方面，如果由扩音器拾取的入射声音的响度在上述测得的佩戴者的可听阈值以上(返回方块109)时，相干门的过滤器失效(方块117)，从而将可驱动扬声器115的任何音频信号移除。与滤波器的启动一样，滤波器的失效可以处于动态控制，其中释音时间能够以上述的方式设定。在释音过程中，已放大的声音会在非常短的时间内继续驱动扬声器115。
虽然本发明在上述说明书中已详细地叙述，但是说明书的细节并不旨在限制本发明，本发明仅受以下权利要求书的限制。