專利名稱：基于用戶當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)運(yùn)行聽力儀器的方法及助聽器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及助聽器尤其涉及針對(duì)用戶具體需要定制助聽器。本發(fā)明具體涉及運(yùn)行
聽力儀器處理輸入聲音及根據(jù)用戶特定需要提供輸出剌激的方法。 本發(fā)明還涉及用于處理輸入聲音及根據(jù)用戶特定需要提供輸出剌激的助聽器系 統(tǒng)。 此外，本發(fā)明涉及儲(chǔ)存計(jì)算機(jī)程序的有形計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
例如，本發(fā)明可用于聽力受損用戶當(dāng)前的智力資源受到挑戰(zhàn)的應(yīng)用中。
背景技術(shù)：
本發(fā)明的背景技術(shù)按兩部分描述
1、考察困難聽音情形下工作記憶和認(rèn)知負(fù)荷的效果
2、考察可改善/改進(jìn)認(rèn)知負(fù)荷的助聽器信號(hào)處理
1、困難聽音情形下工作記憶和認(rèn)知負(fù)荷的效果 在最佳聽音情形下，語(yǔ)音信號(hào)被容易且自動(dòng)地處理。這意味著，所涉及的認(rèn)知處理 很大程度上是無(wú)意識(shí)和內(nèi)隱處理。然而，聽音條件經(jīng)常欠佳，這意味著，內(nèi)隱認(rèn)知過(guò)程可能 不足以解鎖語(yǔ)音流中的含意。在對(duì)話中解決先前語(yǔ)音元素之間的歧義及構(gòu)建前瞻交換的預(yù) 期是可能出現(xiàn)的復(fù)雜過(guò)程的例子。這些過(guò)程是需要努力及有意識(shí)的過(guò)程，因而涉及外顯認(rèn) 知處理。 工作記憶(麗)容量相對(duì)恒定，但個(gè)體之間存在差異(Engle etal. ， 1999)。在執(zhí)行
使工作記憶負(fù)重?fù)?dān)的雙任務(wù)時(shí)，在對(duì)兩個(gè)任務(wù)分配認(rèn)知資源的能力方面有很大的個(gè)體差異
(Li et al. ，2001)。然而，必須研究具有HI的人對(duì)語(yǔ)言理解過(guò)程的不同方面怎樣分配其認(rèn)
知資源及保留多少認(rèn)知備用容量(CSC)以在已成功完成聽音時(shí)投入其它任務(wù)。ELU(R6nnberg, 2003 ;R6nnberg, Rudner，F(xiàn)oo&Lunner， 2008)依賴于長(zhǎng)期記憶中
的音位表示的質(zhì)量、詞匯訪問速度、及工作記憶中的外顯儲(chǔ)存和處理容量。當(dāng)從語(yǔ)音信號(hào)提
取的音位信息在工作記憶中可快速和平穩(wěn)匹配到長(zhǎng)期記憶中的音位表示時(shí)，認(rèn)知處理為內(nèi)
隱處理及ELU高。ELU框架預(yù)測(cè)在暢談情形下何時(shí)出現(xiàn)失配，這不僅引出可測(cè)量的生理反
應(yīng)，而且還導(dǎo)致外顯認(rèn)知過(guò)程的參與，如進(jìn)行比較、操縱和推斷。這些過(guò)程涉及工作記憶中
的外顯處理和短期儲(chǔ)存容量，其可稱為復(fù)合工作記憶容量。因此，個(gè)體的復(fù)合工作記憶容量
對(duì)補(bǔ)償失配至關(guān)重要。 具有各種背景噪聲或混響的聽音情形使(語(yǔ)音)信號(hào)欠佳并不同程度地影響正常 聽力人員和聽力受損人員的語(yǔ)音識(shí)別。 Lunner和Sundewall-Thor6n (2007)的結(jié)果表明，在伴隨慢速壓縮和未調(diào)制噪聲 的受助情況下，測(cè)試對(duì)象的認(rèn)知容量能起作用，但未超出大多數(shù)聽力受損個(gè)體聽者的容量 限制。因而，個(gè)體外圍聽力損失抑制性能及該性能可由可聽性說(shuō)明。擁有較大的認(rèn)知容量 賦予相對(duì)小的好處。然而，在伴隨快速壓縮和變化的背景噪聲的復(fù)雜情形下，為成功聽音需要多得多的認(rèn)知容量。因而，個(gè)體認(rèn)知容量抑制性能及噪聲下語(yǔ)音性能至少部分可從個(gè)體 工作記憶容量說(shuō)明。 此外，Sarampralis等(2008)已說(shuō)明，定向傳聲器(相較于全向傳聲器)的約4dB 的SNR改善(空間上分開的干擾源的衰減)意味著記憶(回憶)改善及較快的反應(yīng)時(shí)間。 Sarampralis等(2008)還說(shuō)明了關(guān)于降噪系統(tǒng)的記憶(回憶)和反應(yīng)時(shí)間的積極結(jié)果。
相較于正常聽力的人，由于耳蝸損傷的知覺后果如時(shí)間和頻率分辨力降低、利用 時(shí)域細(xì)微結(jié)構(gòu)困難、分組聲音流的能力更差及隔離聲音流的能力更差，聽力受損將限制傳 給大腦的信息量及信號(hào)信息質(zhì)量更差。因而，對(duì)于聽力受損人員，更多的情形將引起需要努 力的外顯處理。例如，相較正常聽力人員，聽力受損人員更易受混響、背景噪聲尤其是起伏 噪聲或其它講話者的影響，及具有更差的空間分離能力。
2、可改善/改進(jìn)認(rèn)知負(fù)荷的助聽器信號(hào)處理 助聽器具有幾個(gè)目的首先，它們通過(guò)使用(具有快或慢時(shí)間常量的)多通道壓 縮放大系統(tǒng)補(bǔ)償降低的弱音敏感性及響度的異常增大(快速壓縮在某些情況下實(shí)際上可 看作降噪系統(tǒng)，例如參見Naylor等(2006))。此外，有可減少認(rèn)知負(fù)荷的"幫助系統(tǒng)"，其在 某些情形下用于改善噪聲中的語(yǔ)音識(shí)別及在其它情形下當(dāng)不存在語(yǔ)音時(shí)用于增加舒適度。 Edwards等(2007)已說(shuō)明，定向傳聲器及降噪系統(tǒng)相比于未處理情形增加記憶并減少反應(yīng) 時(shí)間，即表明認(rèn)知負(fù)荷較小。這些幫助系統(tǒng)的主要組成為定向傳聲器和降噪系統(tǒng)。幫助系統(tǒng) 通常基于來(lái)自檢測(cè)器的信息自動(dòng)調(diào)用，前述檢測(cè)器如語(yǔ)音/無(wú)語(yǔ)音檢測(cè)器、信噪比檢測(cè)器、 前/后檢測(cè)器及能級(jí)檢測(cè)器。暗含的假設(shè)為檢測(cè)器可幫助區(qū)分"較容易的"聽音情形和更 "困難'V苛求的情形。該信息用于使幫助系統(tǒng)的接通和斷開自動(dòng)化以幫助用戶在不存在語(yǔ) 音時(shí)具有舒適的監(jiān)視聲音處理及在處于苛求的暢談情形時(shí)具有更強(qiáng)烈的定向傳聲器配置 和降噪系統(tǒng)。"幫助系統(tǒng)"僅在某些聽音情形下使用，因?yàn)樗鼈儍H在這些情形下具有好處；而在 其它情形下，它們實(shí)際上可能無(wú)益，例如，調(diào)用定向傳聲器將衰減來(lái)自不同于正面方向的其 它方向的聲音，在只有少許背景噪聲和/或來(lái)自后面的信息很重要的情形下，定向傳聲器 實(shí)際上可能惡化定位及可能相較全向傳聲器需要更多的努力。因而，定向系統(tǒng)可能負(fù)面影 響自然性、定向能力及目標(biāo)信息、定位能力。
降噪系統(tǒng)存在類似的缺陷。 US 6， 330， 339描述了助聽器，包括用于檢測(cè)佩戴者的條件(生物信息、運(yùn)動(dòng))的 裝置及用于基于預(yù)定算法確定助聽器的工作模式的裝置。條件檢測(cè)裝置分別使用脈沖傳感 器、腦波傳感器、傳導(dǎo)率傳感器和加速度傳感器的輸出。藉此可改變助聽器的特性從而適應(yīng) 佩戴者的條件。

發(fā)明內(nèi)容
調(diào)用這些幫助系統(tǒng)的決定可取決于助聽器用戶的認(rèn)知狀態(tài)。例如，用戶認(rèn)知狀 態(tài)或認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)可基于用戶工作記憶容量的估計(jì)。例如，如Lunner(2003)和Foo等
(2007)中所示，工作記憶(麗)性能和噪聲下語(yǔ)音識(shí)別閾(SRT)之間的相干性表明具有高 麗容量的人相較具有低麗容量的人對(duì)噪聲更耐受。這表明，當(dāng)定向傳聲器系統(tǒng)或降噪系統(tǒng) 在使用中時(shí)，具有高麗的人或許將不具有相同的(SNR)閾值。
此外，對(duì)一人為苛求的情形在對(duì)另一人時(shí)可能為"容易的"情形，取決于它們的工 作記憶容量。 及，這是這里的要點(diǎn)，當(dāng)該情形高度依賴于(個(gè)體)外顯處理時(shí)，可能需要切換到 幫助系統(tǒng)以能夠管理該情形。 此外，在將來(lái)，我們將看到甚至更強(qiáng)烈的降噪系統(tǒng)如時(shí)頻掩蔽(Wang et al.， 2008)或語(yǔ)音增強(qiáng)系統(tǒng)(如Hendriks et al. ，2005)及在某些情形下非常有幫助但在其它 情形下無(wú)益的強(qiáng)烈的定向系統(tǒng)。因此，將需要個(gè)別地確定何時(shí)及在哪些情形下轉(zhuǎn)換到幫助 系統(tǒng)。 本發(fā)明的目標(biāo)在于提供改進(jìn)的聽力儀器定制。 本發(fā)明的目標(biāo)由所附權(quán)利要求中限定的及下面描述的發(fā)明實(shí)現(xiàn)。 述 本發(fā)明的目標(biāo)由運(yùn)行聽力儀器處理輸入聲音并根據(jù)用戶的特定需要提供輸出剌
激的方法實(shí)現(xiàn)。該方法包括 a)估計(jì)用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷； b)根據(jù)用戶的特定需要處理源自輸入聲音的輸入信號(hào)； c)根據(jù)用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)調(diào)整所述處理。 這具有助聽器系統(tǒng)的功能性與用戶的當(dāng)前智力狀態(tài)相適應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。 本發(fā)明通過(guò)利用認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量或來(lái)自助聽器中的在線認(rèn)知模型的認(rèn)知負(fù)
荷估計(jì)解決上述問題，其中助聽器的參數(shù)已進(jìn)行調(diào)節(jié)以適配個(gè)體用戶。當(dāng)認(rèn)知負(fù)荷的直接
測(cè)量表明高負(fù)荷或認(rèn)知模型預(yù)測(cè)已超出當(dāng)前用戶的認(rèn)知極限時(shí)，激活幫助系統(tǒng)如定向傳聲
器、降噪方案、時(shí)頻掩蔽方案以降低認(rèn)知負(fù)荷。根據(jù)直接認(rèn)知測(cè)量或來(lái)自認(rèn)知模型的估計(jì)操
縱幫助系統(tǒng)中的參數(shù)以將認(rèn)知負(fù)荷降低到給定剩余認(rèn)知備用容量。 在實(shí)施例中，估計(jì)用戶的工作記憶容量。在實(shí)施例中，在聽力儀器的任何使用或正 常運(yùn)行之前估計(jì)用戶的工作記憶容量。在實(shí)施例中，用戶的工作記憶容量的估計(jì)用于估計(jì) 用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷。在實(shí)施例中，估計(jì)用戶在不同情形下的當(dāng)前工作記憶跨度，例如在聽 力儀器的任何使用或正常運(yùn)行之前。在實(shí)施例中，用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)與用戶的當(dāng) 前工作記憶跨度的估計(jì)有關(guān)。 術(shù)語(yǔ)用戶的"當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)"在本說(shuō)明書中意為用戶的當(dāng)前智力狀態(tài)的估 計(jì)，該估計(jì)至少能夠在兩個(gè)智力狀態(tài)之間區(qū)分智力資源使用程度(認(rèn)知負(fù)荷)高和低。低 認(rèn)知負(fù)荷意為用戶暴露于其中的當(dāng)前情形/信息的內(nèi)隱處理狀態(tài)(即例行情形，不需要有 意識(shí)的智力活動(dòng))。高認(rèn)知負(fù)荷意為用戶暴露于其中的當(dāng)前情形/信息由大腦外顯處理的 狀態(tài)(即需要智力活動(dòng)的非例行情形)。要求用戶外顯處理的聲情形可與不利信噪比(例 如由于嘈雜環(huán)境或"派對(duì)"情形)或混響有關(guān)。在實(shí)施例中，當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)包括多個(gè) 負(fù)荷水平，如3、4、5或5以上水平。在實(shí)施例中，當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)實(shí)時(shí)提供，即當(dāng)前認(rèn) 知負(fù)荷的估計(jì)適于在幾秒內(nèi)響應(yīng)于用戶的認(rèn)知負(fù)荷的變化，例如少于10秒，如少于5秒，如 少于1秒。在實(shí)施例中，當(dāng)前認(rèn)知水平的估計(jì)按一時(shí)間段的時(shí)間求平均過(guò)程的結(jié)果提供，所 述時(shí)間段小于5分鐘，如小于1分鐘，如小于20秒。 在實(shí)施例中，本發(fā)明方法包括提供人類聽覺系統(tǒng)的認(rèn)知模型，該模型基于來(lái)自可 定制參數(shù)的輸入提供用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的測(cè)量，及根據(jù)所述認(rèn)知模型提供用戶的所述當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)。 在實(shí)施例中，建議在助聽器中使用在線個(gè)別化認(rèn)知模型，其確定應(yīng)何時(shí)使用信號(hào) 處理以降低認(rèn)知負(fù)荷。 在實(shí)施例中，本發(fā)明方法包括針對(duì)特定用戶的狀態(tài)個(gè)別化認(rèn)知模型的至少一可定 制參數(shù)?？墒褂玫囊粋€(gè)認(rèn)知模型為語(yǔ)言理解容易模型(Romberg, 2003 ;R6nnberg et
al. ，2008)，其可預(yù)測(cè)認(rèn)知負(fù)荷何時(shí)從內(nèi)隱(容易)的情形切換到外顯(需要努力)的情形。 因而，在對(duì)于個(gè)體為外顯/需要努力的情形下，所提出的實(shí)時(shí)ELU模型的使用將操縱幫助系 統(tǒng)對(duì)個(gè)體的強(qiáng)烈性。然而，根據(jù)特定應(yīng)用的需要，也可使用其它認(rèn)知模型，例如TRACE模型 (McClelland&Elman， 1986) 、Cohort模型(Marslen-Wilson， 1987) 、NAM模型(Luce&Pisoni， 1998)、S0AR模型(Laird et al. ， 1987) 、CLARION模型(Sun，2002 ;Sun，2003 ;Sun et al.， 2001 ;Sun et al. ，2005 ;Sun et al. ，2006)、 CHREST模型(Gobet et al. ，2000 ;Gobet et al. ，2001 ;Jones et al. ，2007)禾口 ACT—R模型(Reder et al. ，2000 ;Stewart et al.，
2007) 、及根據(jù)Baddeley(Baddeley，2000)的工作記憶模型。 在實(shí)施例中，根據(jù)用戶的特定需要處理源自輸入聲音的輸入信號(hào)包括提供多個(gè)分 開的功能幫助選項(xiàng)，根據(jù)輸入信號(hào)和/或源自輸入信號(hào)的信號(hào)參數(shù)的值及根據(jù)用戶的當(dāng)前 認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)在根據(jù)個(gè)體化方案的處理中選擇和包括所述分開的功能選項(xiàng)中的一個(gè)或 多個(gè)。 在實(shí)施例中，分開的功能幫助選項(xiàng)選自下組(例如參見Dillon，2001 ;或Kates，
2008) :-定向信息方案
-壓縮方案
-語(yǔ)音檢測(cè)方案
-降噪方案
-語(yǔ)音增強(qiáng)方案
-時(shí)頻掩蔽方案
及其組合。 這具有個(gè)體幫助選項(xiàng)可根據(jù)用戶的認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)進(jìn)行使用或增強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，從而 增加用戶的舒適性和/或所處理聲音的可懂度。 是否調(diào)用定向傳聲器的選擇在全向和定向好處之間權(quán)衡。在特定實(shí)施例中，助聽 器自動(dòng)從全向轉(zhuǎn)換到定向傳聲器時(shí)的SNR(信噪比)閾值根據(jù)用戶的工作記憶容量針對(duì)特 定用戶進(jìn)行設(shè)定。 在特定實(shí)施例中，在特定聽音情形下對(duì)特定用戶的降噪度根據(jù)用戶的工作記憶容 量進(jìn)行設(shè)定。在給定聽音情形下，相較于具有相對(duì)低麗容量的人，具有相對(duì)高麗容量的人 預(yù)期能夠忍受更多的失真因而能夠忍受更強(qiáng)烈的降噪。 在特定實(shí)施例中，在特定聽音情形下對(duì)特定用戶的壓縮率根據(jù)用戶的工作記憶容 量進(jìn)行設(shè)定。有能力在負(fù)SNR的噪聲下(參見圖6)獲得語(yǔ)音識(shí)別閾(SRT)的、具有相對(duì)高 麗容量的人在該情形下將從相對(duì)快的壓縮受益，而其噪聲下SRT在正SNR的、具有相對(duì)低 麗容量的人將由于快速壓縮而不利。
在實(shí)施例中，從輸入信號(hào)提取的性質(zhì)或信號(hào)參數(shù)包括下述之一或多個(gè)-混響的量-背景聲音的起伏量-能量對(duì)信息掩蔽-聲源的空間信息-信噪比-環(huán)境變化的豐富性和/或聽覺生態(tài)測(cè)量(例如參見Gatehouse etal. 2006a，b)。
涉及"環(huán)境變化的豐富性"的較后性質(zhì)或信號(hào)參數(shù)包括如輸入信號(hào)的性質(zhì)或信號(hào) 參數(shù)的變化所反映的聲環(huán)境短時(shí)變化。在實(shí)施例中，輸入信號(hào)的性質(zhì)或信號(hào)參數(shù)用多個(gè)傳 感器測(cè)量或從該信號(hào)導(dǎo)出。在實(shí)施例中，聲劑量用劑量計(jì)在預(yù)定時(shí)間如幾秒內(nèi)測(cè)量，例如5 或10秒或更多(例如參見Gatehouse et al. ，2006a， b ;Gatehouse et al. ，2003)。
在實(shí)施例中，認(rèn)知模型的可定制參數(shù)與用戶的一個(gè)或多個(gè)下述性質(zhì)有關(guān)
-長(zhǎng)期記憶容量及訪問速度 _包括操縱詞、音節(jié)、押韻和音素的音位單元的外顯能力的音位意識(shí)
-音位工作記憶容量-執(zhí)行功能，包括三個(gè)主要活動(dòng)轉(zhuǎn)換、更新和抑制容量(例如參見Miyake&Shah， 1999)-注意性能(例如參見Awh， Vogel&0h， 2006)
-非言辭工作記憶性能-含意提取性能(例如參見Hannon&Daneman， 2001)
-包括音素辨別、音素分割和押韻性能的音位表示
-詞匯訪問速度-工作記憶中的外顯儲(chǔ)存和處理容量
-純音聽覺閾值對(duì)頻率-時(shí)域細(xì)微結(jié)構(gòu)分辨力(例如參見Hopkins&Moore，2007);及-助聽器用戶的個(gè)體外圍性質(zhì)，包括聽覺閾值和不舒適聽音的閾值、感覺神經(jīng)聽力 損失中的頻域_時(shí)域和掩蔽異常(例如參見Gatehouse, 2006 (a)和Gatehouse, 2006 (b))。
在實(shí)施例中，用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)由所涉及用戶的認(rèn)知負(fù)荷的至少一直接 測(cè)量確定或影響。在實(shí)施例中，用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)僅基于所涉及用戶的認(rèn)知負(fù)荷 的至少一直接測(cè)量進(jìn)行確定?；蛘撸脩舻漠?dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)由來(lái)自認(rèn)知模型的輸入和 來(lái)自用戶的認(rèn)知負(fù)荷的一個(gè)或多個(gè)直接測(cè)量的輸入的組合確定或影響。在實(shí)施例中，當(dāng)前 認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量用作認(rèn)知模型的輸入。 當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的任何直接測(cè)量可作為輸入用于估計(jì)當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷。然而，在特定 實(shí)施例中，認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量通過(guò)流動(dòng)的腦電圖(EEG)獲得。
在實(shí)施例中，認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量通過(guò)監(jiān)視體溫獲得。
在實(shí)施例中，認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量通過(guò)瞳孔測(cè)量獲得。 在實(shí)施例中，認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量通過(guò)按鈕獲得，當(dāng)認(rèn)知負(fù)荷高時(shí)助聽器用戶按 壓該按鈕。 在實(shí)施例中，認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量的獲得與計(jì)時(shí)信息有關(guān)，如與一天的時(shí)間有關(guān)。優(yōu)選地，計(jì)時(shí)信息與開始時(shí)間有關(guān)，如用戶從睡眠或休息醒來(lái)的時(shí)間或用戶開始工作有關(guān) 的任務(wù)的時(shí)間(如工作周期的開始時(shí)間)。在實(shí)施例中，本發(fā)明方法包括用戶設(shè)定開始時(shí)間 的可能性。 刪斤碰 此外，本發(fā)明提供用于處理輸入聲音及根據(jù)用戶的特定需要提供輸出剌激的助聽 器系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括-估計(jì)用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)單元；-用于根據(jù)用戶的特定需要處理源自輸入聲音的輸入信號(hào)的信號(hào)處理單元；
_該系統(tǒng)適于根據(jù)用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)影響所述處理。 在實(shí)施例中，助聽器系統(tǒng)包括適于由用戶佩戴在耳朵處或耳內(nèi)的聽力儀器。在實(shí) 施例中，聽力儀器包括至少一特別適于從用戶拾取與認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量有關(guān)的電信號(hào)的 電端子。在實(shí)施例中，聽力儀器包括適于位于用戶耳朵后面的耳后(BTE)部件，其中至少一 電端子位于BTE部件中。在實(shí)施例中，聽力儀器包括適于完全或部分位于用戶耳道中的耳 內(nèi)(ITE)部件，其中至少一電端子位于ITE部件中。在實(shí)施例中，作為備選或另外，本發(fā)明 系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)不位于聽力儀器中但對(duì)當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量起作用的電端子或 傳感器。在實(shí)施例中，這些另外的傳感器或電端子適于通過(guò)有線或無(wú)線連接方式連接到聽 力儀器。 在實(shí)施例中，聽力儀器包括用于將輸入聲音轉(zhuǎn)換為電輸入信號(hào)的輸入變換器(如 傳聲器)、用于根據(jù)用戶的需要處理輸入信號(hào)并提供處理后輸出信號(hào)的信號(hào)處理單元、及用 于將處理后輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出聲音的輸出變換器(如接收器)。在實(shí)施例中，估計(jì)用戶 的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的功能由信號(hào)處理單元執(zhí)行。在實(shí)施例中，認(rèn)知模型的功能和/或與認(rèn)知 負(fù)荷的直接測(cè)量有關(guān)的處理由信號(hào)處理單元執(zhí)行。在實(shí)施例中，聽力儀器包括可根據(jù)認(rèn)知 負(fù)荷的估計(jì)進(jìn)行控制的定向傳聲器系統(tǒng)。在實(shí)施例中，聽力儀器包括可根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷的估 計(jì)進(jìn)行控制的降噪系統(tǒng)。在實(shí)施例中，聽力儀器包括可根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)進(jìn)行控制的壓 縮系統(tǒng)。聽力儀器為包括其自己的能源(通常為電池)的低功率便攜裝置。在優(yōu)選實(shí)施例 中，聽力儀器可包括無(wú)線接口 ，該無(wú)線接口適于使能建立到另一設(shè)備的無(wú)線鏈路，另一設(shè)備 如拾取與用戶的認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量有關(guān)的數(shù)據(jù)的設(shè)備，前述數(shù)據(jù)如身體神經(jīng)元組織上測(cè) 量的電壓。在實(shí)施例中，用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)完全或部分在物理上分開(與聽力儀 器分開，優(yōu)選在另一體戴設(shè)備中)的設(shè)備中進(jìn)行，及結(jié)果經(jīng)有線或無(wú)線連接傳給聽力儀器。 在實(shí)施例中，助聽器系統(tǒng)包括雙耳驗(yàn)配的兩個(gè)聽力儀器。在實(shí)施例中，兩個(gè)聽力儀器能夠交 換數(shù)據(jù)，如經(jīng)無(wú)線連接，如經(jīng)第三中間設(shè)備。這具有下述優(yōu)點(diǎn)信號(hào)有關(guān)的數(shù)據(jù)可更好地提 取(由于兩個(gè)助聽器拾取的輸入信號(hào)的空間差異)，及給認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量的輸入可更 好地拾取(通過(guò)空間上分布的傳感器和/或電端子)。 在實(shí)施例中，助聽器系統(tǒng)包括關(guān)于用戶的工作記憶容量的信息保存于其中的儲(chǔ)存
器。在實(shí)施例中，估計(jì)單元適于基于用戶的工作記憶容量估計(jì)用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷。 在實(shí)施例中，助聽器系統(tǒng)適于估計(jì)用戶的當(dāng)前工作記憶跨度。在實(shí)施例中，估計(jì)單
元適于基于用戶的當(dāng)前工作記憶跨度的估計(jì)實(shí)現(xiàn)用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)。 可以預(yù)計(jì)，上面描述的、"具體實(shí)施方式
"中詳細(xì)描述的、及權(quán)利要求限定的方法的
過(guò)程特征當(dāng)由相應(yīng)的結(jié)構(gòu)特征適當(dāng)代替時(shí)可與助聽器系統(tǒng)結(jié)合，反之亦然。助聽器系統(tǒng)的實(shí)施例具有與相應(yīng)方法一樣的優(yōu)點(diǎn)。
i十纖胃i賣德 此外，本發(fā)明提供儲(chǔ)存計(jì)算機(jī)程序的有形計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，計(jì)算機(jī)程序包括程序 代碼，當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)上運(yùn)行時(shí)，其使數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)執(zhí)行如上所述的、 "具體實(shí)施方式
"中詳細(xì)描述的及權(quán)利要求書限定的方法。 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 此外，本發(fā)明提供數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括處理器及使處理器執(zhí)行如
上所述的、"具體實(shí)施方式
"中詳細(xì)描述的及權(quán)利要求書限定的方法的程序代碼。 本發(fā)明的進(jìn)一步的目標(biāo)通過(guò)從屬權(quán)利要求和本發(fā)明的詳細(xì)描述中限定的實(shí)施方
式實(shí)現(xiàn)。 除非明確指出，在此所用的單數(shù)形式的含義均包括復(fù)數(shù)形式(即具有"至少一"的 意思)。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解，在說(shuō)明書中使用的術(shù)語(yǔ)"包括"和/或"包含"表明存在所述的特 征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件，但不排除存在或增加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步 驟、操作、元件、部件和/或其組合。應(yīng)當(dāng)理解，除非明確指出，當(dāng)元件被稱為"連接到"另一 元件時(shí)，可以是直接連接或耦合到其他元件，也可以存在介于中間的元件。此外，如在此使 用的"連接"或"耦合"可包括無(wú)線連接或耦合。如在此所用的術(shù)語(yǔ)"和/或"包括一個(gè)或多 個(gè)列舉的相關(guān)項(xiàng)目的任何及所有組合。除非明確指出，在此公開的任何方法的步驟不必須 精確按所公開的順序執(zhí)行。


下面將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更充分地說(shuō)明，其中
圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的助聽器系統(tǒng)。
圖2為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的助聽器系統(tǒng)，其中使用認(rèn)知模型估計(jì)認(rèn)知負(fù)荷。
圖3為與聽覺感知有關(guān)的人類認(rèn)知系統(tǒng)的簡(jiǎn)化略圖。
圖4為根據(jù)本發(fā)明的助聽器系統(tǒng)的各種實(shí)施例。 圖5a示意性地示出了兩個(gè)個(gè)體A和B之間的工作記憶容量的個(gè)體間差異；及圖5b 示意性地示出了個(gè)體A在三個(gè)不同的聽音環(huán)境中的工作記憶跨度(麗S)的個(gè)體內(nèi)差異，其 中Q =安靜，N =噪聲，N+ =更大噪聲。 圖6示意性地示出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中具有類似純音聽力圖的臨床聽力受損受試驗(yàn)
者被幫助以確保目標(biāo)信號(hào)的可聽性，及測(cè)試噪聲下語(yǔ)音識(shí)別閾(SRT) (Lu皿er，2003)。 圖7示出了散落圖和回歸線，其表明在快_慢壓縮的調(diào)制噪聲中認(rèn)知性能得分和
語(yǔ)音識(shí)別差量效益之間的Pearson相關(guān)性(Lunner&Sundewall-Thor6n， 2007)。 為清晰起見，這些附圖均為示意性及簡(jiǎn)化的圖，它們只給出了對(duì)于理解本發(fā)明所
必要的細(xì)節(jié)，而省略其他細(xì)節(jié)。 通過(guò)下面給出的詳細(xì)描述，本發(fā)明進(jìn)一步的適用范圍將顯而易見。然而，應(yīng)當(dāng)理 解，在詳細(xì)描述和具體例子表明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的同時(shí)，它們僅為說(shuō)明目的給出，因?yàn)椋?對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，通過(guò)這些詳細(xì)說(shuō)明在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)做出各種變化和修 改是顯而易見的。
具體實(shí)施例方式
最近的數(shù)據(jù)已公布，這些數(shù)據(jù)暗示個(gè)體認(rèn)知能力與不同的聽音條件有關(guān)(Craik， 2007 ;Gatehouse et al. ， 2003， 2006b ;Lunner， 2003 ;H聽s et al.，2003，F(xiàn)oo et al.， 2007 ;Zekveld et al. ，2007)。
工作記憶(麗)和個(gè)體差異 相較于輸入信號(hào)清晰和未失真的情形，當(dāng)聽音由于許多聲源干擾目標(biāo)信號(hào)或由于 因聽力受損欠佳確定的輸入信號(hào)而變得困難時(shí)，聽音必須更多地依賴于知識(shí)和語(yǔ)境。隨著 聽音更需要努力，出現(xiàn)從主要自底向上(基于信號(hào))處理到主要自頂向下(基于知識(shí))處 理的轉(zhuǎn)換。 在容易的自底向上處理和需要努力的自頂向下處理之間的權(quán)衡及在需要努 力的聽音期間向感知分配認(rèn)知資源可依照工作記憶概念化(Jarro 1 d&Towse ， 2006 ; Baddeley&Hitch， 1974 ;Baddeley， 2000 ;Daneman&Carpenter， 1980)。麗的模型假定只有有 限的資源容量，其限制可處理和保存的信息量(Just&Carpenter， 1992)。
然而，麗容量的概念定義并不直接了當(dāng)。根據(jù)Feldman Barrett等(2004)，沒有 經(jīng)過(guò)普遍協(xié)議的麗容量定義。麗有幾個(gè)方面或組成，及麗功能的個(gè)體差異可源自這些 方面或組成中的每一方面或組成。實(shí)際上，研究人員已研究了多個(gè)對(duì)麗個(gè)體差異起作用 的性質(zhì)(例如resource allocation, Just&Carpenter， 1992 ;buffer size, Cowan，2001 ; processing c即acity， Halford et al. ， 1998)。 然而，在下面假定，在容量約束內(nèi)，資源可分配給處理或儲(chǔ)存或同時(shí)分配給二者。
當(dāng)用于激活的儲(chǔ)存需求或處理需求超出時(shí)，可導(dǎo)致特定任務(wù)所需要的總激活容量不足。結(jié)
果可以是任務(wù)差錯(cuò)、暫時(shí)儲(chǔ)存的信息損失(暫時(shí)記憶衰退、遺忘)或處理更慢。 對(duì)于大多數(shù)復(fù)雜任務(wù)包括語(yǔ)言理解的性能，麗的儲(chǔ)存和處理功能均必要。例如，
在嘈雜背景中會(huì)話時(shí)，信息必須儲(chǔ)存在麗中以搞清隨后的信息的意思。同時(shí)，作為聽力損
失和干擾噪聲的結(jié)果，可能錯(cuò)過(guò)一些詞或片斷，因而，有限的認(rèn)知處理資源中的部分需要分
配給所說(shuō)的推斷。 對(duì)于特定個(gè)體，使工作記憶的處理功能負(fù)重?fù)?dān)的許多因素將導(dǎo)致較少的資源分配 給其儲(chǔ)存功能。Pichora-Fuller(2007)考察了增加處理需求因而儲(chǔ)存可能隨之減少的情 況的例子。它們包括增加輔助機(jī)動(dòng)任務(wù)如手指輕敲(如Kemper et al. ，2003)或在障礙 上行走(如Li et al. ，2001)，及使信號(hào)失真或降低信噪比(SNR)或支持性上下文提示的 可用性(如Pichora-Fuller et al. ， 1995)。相較更富挑戰(zhàn)性的背景，即從安靜發(fā)展為單 一講話人、兩個(gè)講話人、多個(gè)講話人喋喋不休，當(dāng)目標(biāo)語(yǔ)音存在于不太富挑戰(zhàn)性的背景中 時(shí)言詞或句子的回憶更好(Rabbitt， 1968 ;Tun&Wingfield 1999 ;Wingfield&Tun 2001; Pichora-Fuller et al. ，1995)。
個(gè)體間及個(gè)體內(nèi)差異 Pichora-Ful ler (2007)在工作記憶容量的個(gè)體間差異和個(gè)體內(nèi)差異之間 進(jìn)行了非常有用的區(qū)別。當(dāng)年齡調(diào)整時(shí)，在個(gè)體麗容量之間仍然有明顯的差異(如 Daneman&Carpenter， 1980 ;Engle et al. ， 1992)，即工作記憶容量存在個(gè)體間差異。假定容
量有限，個(gè)體的麗容量花在處理信息上越多，則留給儲(chǔ)存的越少，使得回憶方面的個(gè)體內(nèi) 差異可用于推斷在變化情況下的處理需求的個(gè)體差異(Pichora-Fuller, 2003， 2007)。因而，如果儲(chǔ)存需求超出(剩余的)儲(chǔ)存容量，對(duì)于需要大的處理需求的情況如差SNR，回憶任 務(wù)方面的個(gè)體內(nèi)性能將受影響。 復(fù)雜的工作記憶任務(wù)同時(shí)具有儲(chǔ)存(保持信息處于有效狀態(tài)以供隨后回憶)和處 理(操縱信息用于當(dāng)前計(jì)算)成分(Daneman&Carpenter， 1980)。在使用句子的典型麗跨 度任務(wù)中，測(cè)試對(duì)象讀或聽句子并完成需要嘗試?yán)斫庹麄€(gè)句子的任務(wù)(通過(guò)大聲朗讀、重 復(fù)、或判斷一些性質(zhì)如句子是否有意義)。在表達(dá)一組句子之后，測(cè)試對(duì)象被要求回憶一組 句子中的每一句子的目標(biāo)字(通常為句子的結(jié)束字或句子的起始字)。遞增回憶句組中的 句子數(shù)量，跨度得分通常反映正確回憶的目標(biāo)字的最大數(shù)量。具有較大跨度的個(gè)體被認(rèn)為 (Daneman&Carpenter， 1980)相較具有較小跨度的個(gè)體具有更好的語(yǔ)言處理能力。圖5a示 意性地示出了兩個(gè)個(gè)人A和B的工作記憶容量，A具有相對(duì)較小的工作記憶容量，及B具有 相對(duì)較大的工作記憶容量。于是這代表"個(gè)體間差異"。對(duì)于特定個(gè)體，相較在其中測(cè)得較 小跨度的情形，在其中測(cè)得較大跨度的情形被認(rèn)為需求較少的處理。圖5b示意性地示出了 同一個(gè)體A在三種不同聽音環(huán)境中的工作記憶跨度(麗S)的個(gè)體內(nèi)差異，其中Q =安靜，N =噪聲，N+ 二更大噪聲，這表明越困難的聽音情形導(dǎo)致越小的麗S的關(guān)系。圖5中所示的 概念取自Pichora-Fuller，2007。 個(gè)體內(nèi)差異可用于評(píng)估助聽器干預(yù)后工作記憶跨度增加所引起的結(jié)果，其表明 前述干預(yù)已導(dǎo)致較少的處理資源分配給聽音，因?yàn)槁犚粢炎兊酶菀?Pichora-Fuller， 2007)。換言之，助聽器干預(yù)后麗跨度的增加(即麗儲(chǔ)存的個(gè)體內(nèi)改善)表明干預(yù)已導(dǎo)致 聽音變得更容易，因而所需要分配的麗處理資源更少。 在給定情形下，個(gè)體間差異可用于指導(dǎo)誰(shuí)將受益于特定助聽器信號(hào)處理方案，使 得信號(hào)處理的好處和不利對(duì)照可用個(gè)體麗容量進(jìn)行權(quán)衡。也就是說(shuō)，在給定聽音情形下， 個(gè)體工作記憶容量可確定使用某一信號(hào)處理方案何時(shí)有利或何時(shí)不利。
因此，當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)有利于確定具體聽音情形下(對(duì)于特定個(gè)體)適當(dāng)?shù)?助聽器處理方案。參考圖5，個(gè)體的總麗容量可在助聽器使用之前(如在驗(yàn)配情形下)進(jìn) 行估計(jì)。個(gè)體在不同聽音情形下的麗S(當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的指示)可通過(guò)人類聽覺系統(tǒng)的模 型和/或通過(guò)直接測(cè)量如EEG測(cè)量和/或從當(dāng)前聽覺環(huán)境的檢測(cè)器進(jìn)行估計(jì)，參見下面的 描述。 工作記憶和聽力損失 對(duì)于具有聽力損失的人，在富挑戰(zhàn)性的信噪比(SNR)下聽音變得需要努力，及對(duì) 于聽力受損人員，即使在相對(duì)有利的SNR情形下語(yǔ)音識(shí)別性能也會(huì)受影響(如Plomp， 1988， McCoy et al. ， 2005 ;vanBoxtel et al. ， 2000 ;Larsby et al.，2005)。由于增加的聽音 努力對(duì)應(yīng)于有限的麗資源不相稱地分配給感知處理，從而給儲(chǔ)存留下較少的資源，可以預(yù) 見，耳背的聽者對(duì)復(fù)雜聽覺任務(wù)相較正常聽力聽者更差。實(shí)際上，Rabbitt(1990)的結(jié)果表 明，對(duì)于耳背的聽者，信息處理容量資源更大程度上分配給初始感知語(yǔ)音輸入的任務(wù)，對(duì)隨
后的回憶留下較少的資源。 包括聽力損失的個(gè)體內(nèi)差異的例子。噪聲中的受助語(yǔ)音識(shí)別L皿ner(2003)報(bào)告 了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，其中具有相似純音聽力圖的72位臨床聽力受損受試驗(yàn)者被幫助以確保目標(biāo) 信號(hào)的可聽性及對(duì)噪聲中的語(yǔ)音識(shí)別閾進(jìn)行測(cè)試。純音聽覺閾值不說(shuō)明語(yǔ)音識(shí)別閾的(高 達(dá)10dB SNR)的跨受試驗(yàn)者變化。然而，如通過(guò)讀跨度測(cè)試所測(cè)量的(Daneman&Carpenter，1980 ;R6rmberg, 1990)，個(gè)體工作記憶容量說(shuō)明個(gè)體間變化的約40%，表明更大的工作記 憶容量與更大的抗干擾噪聲相關(guān)聯(lián)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的該趨勢(shì)在圖6中示意性地示出。因而，假 定工作記憶容量在語(yǔ)音識(shí)別閾處受到挑戰(zhàn)是合理的。 助聽器信號(hào)處理和個(gè)體麗差異 助聽器處理本身可向聽音挑戰(zhàn)，使得認(rèn)知處理資源的個(gè)體差異與使用特殊類型的 技術(shù)成功聽音有關(guān)。 目前，有幾種可用在助聽器中的"幫助"系統(tǒng)，這些系統(tǒng)用于幫助聽力受損人員挑 戰(zhàn)聽音情形。通常，目標(biāo)在于通過(guò)一些手段除去被認(rèn)為不太重要的信號(hào)和/或強(qiáng)調(diào)或增強(qiáng) 被認(rèn)為更重要的信號(hào)。在商用助聽器中很普遍的這類系統(tǒng)包括定向傳聲器、降噪方案、及快 速寬動(dòng)態(tài)范圍壓縮方案。所有這些系統(tǒng)在不同情形下的適用性方面均具有其益處和不利。 在下面，這些系統(tǒng)及將來(lái)可能的系統(tǒng)的幾個(gè)例子按照個(gè)體麗差異進(jìn)行考察。爭(zhēng)論點(diǎn)在于改 善語(yǔ)音識(shí)別的信號(hào)處理同時(shí)具有肯定和否定結(jié)果，但針對(duì)個(gè)體的這些結(jié)果可取決于個(gè)體麗 容量。因而，在給定情形下使用信號(hào)處理系統(tǒng)的明智行為可取決于助聽器用戶的個(gè)體麗容 量。這些系統(tǒng)分開進(jìn)行討論，盡管在具有更多結(jié)果的這些系統(tǒng)之間可能有交互。
在不太富挑戰(zhàn)性的聽音情形下的助聽器信號(hào)處理 幾個(gè)研究表明，純音聽覺閾值提高是安靜背景條件下語(yǔ)音識(shí)別性能的主要決定因 子，前述安靜背景如與一人會(huì)話或在未受到干擾的條件下聽電視(例如參見Dubno et al， 1984;Schum et al， 1991 ;Mag皿ssonet al， 2001)。因而，在不太富挑戰(zhàn)性的情形下，工作記 憶的個(gè)體差異可能是第二重要的方面；個(gè)體外圍聽力損失限制性能，及該性能很大程度上 可由可聽性說(shuō)明。擁有較大的工作記憶容量換得相對(duì)小的益處。在這些情形下，調(diào)用額外 的"幫助"系統(tǒng)可能多余甚或反而不利。
在富挑,戰(zhàn)件的聽音情形下的定向傳聲器
定向傳聲器的功能 現(xiàn)代助聽器通常具有在全向和定向傳聲器之間切換的選項(xiàng)。定向傳聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 成利用語(yǔ)音和噪聲之間的空間差別。相較來(lái)自后面和兩側(cè)的聲音，定向傳聲器對(duì)來(lái)自正面 的聲音更敏感。假設(shè)正面信號(hào)最重要，而來(lái)自其它方向的聲音不太重要。已開發(fā)幾個(gè)算法 來(lái)最大地衰減來(lái)自后半球的移動(dòng)或固定噪聲源(例如參見van den Bogaert et al. 2008)。
通常有在估計(jì)對(duì)特定類型的傳聲器有利的情形下在定向傳聲器和全向傳聲器之 間自動(dòng)切換的算法。調(diào)用定向傳聲器的決定通?；谒烙?jì)的SNR低于給定閾值，及通過(guò) 估計(jì)目標(biāo)信號(hào)是否來(lái)自正面位置進(jìn)行。
定向傳聲器的益處 在Ricketts(2005)的考察中，在某些與現(xiàn)實(shí)世界中所遭受相類似的嘈雜環(huán)境中， 定向傳聲器相比于全向傳聲器的益處即SNR改善高達(dá)6-7dB，通常為3-4dB ;也就是說(shuō)，如果 (a)只是出現(xiàn)適度混響，(b)聽者面向感興趣的聲源，及(c)距該聲源的距離相當(dāng)短。噪聲 下SRT表明與SNR改善一致的改善(Ricketts，2005)。因而，在某些給定情形下，定向傳聲 器具有清晰且備有證明文件的益處。
定向傳聲器的缺點(diǎn) 如果目標(biāo)不在正面或如果有多個(gè)目標(biāo)，定向傳聲器對(duì)來(lái)自其它方向的聲源相較正 面聲源進(jìn)行衰減可能干涉聽覺場(chǎng)景(Shinn-Cunningham，2008a，b)。在自然通信中，為監(jiān)視目的，關(guān)注切換到不同的位置。因此，在需要轉(zhuǎn)換關(guān)注的情形下，首選全向傳聲器。 Van den Bogaert等(2008)已表明，定向傳聲器算法對(duì)目標(biāo)和噪聲源的定位具有
很大影響。 定向和全向傳聲器之間的意外或動(dòng)機(jī)不明的自動(dòng)切換可能干擾認(rèn)知，如果該切換 干涉聽音情形的話(Shinn-Cunningham， 2008b)。
麗的個(gè)體內(nèi)差異與定向傳聲器 Sarampalis等(2009)已通過(guò)在_2dB和+2dB之間變化SNR研究個(gè)體內(nèi)差異，通過(guò) 定向傳聲器與全向傳聲器比較模擬SNR改善。麗測(cè)試為雙任務(wù)，其中(a)所涉及的聽音任 務(wù)重復(fù)耳機(jī)上呈現(xiàn)的句子的最后單詞，及(b)第二任務(wù)基于Pichora-Fuller等(1995)使 用的記憶任務(wù)，其中，在每8句之后，參與者被要求回憶其已報(bào)告的最后8個(gè)單詞。結(jié)論是， 在+2dB SNR下，第二記憶回憶任務(wù)的性能明顯增加。 這表明，在某些嘈雜情形下，定向傳聲器干預(yù)具有釋放工作記憶資源以保留儲(chǔ)存 容量的益處。 個(gè)體麗差異與定向傳聲器 如上面所注意的，在非正面位置具有沖突/多個(gè)目標(biāo)的情形下，首選全向傳聲器。 另一方面，定向傳聲器干預(yù)可釋放工作記憶資源。因此，使用定向傳聲器的決定可取決于個(gè) 體麗容量。例如，考慮圖6及假定具有0dB SNR(虛線)的情形。麗容量的個(gè)體間和個(gè)體 內(nèi)差異在給定情形下確定定向傳聲器對(duì)給定個(gè)體的益處方面也可扮演重要角色。例如，考 慮圖6及假定具有OdB SNR(虛線)的情形。如果假定噪聲下個(gè)體SRT反映麗容量受到嚴(yán) 重挑戰(zhàn)時(shí)的SNR，圖6表明，對(duì)于高麗容量的人，麗容量極限在約_5dB時(shí)受到挑戰(zhàn)。在OdB SNR，具有高麗容量的人可能擁有使用全向傳聲器的麗容量，而在_5dB時(shí)，該人需要犧牲 全向益處并使用定向傳聲器以釋放麗資源。然而，對(duì)于具有低麗容量的人，即使0dB情形 也可能挑戰(zhàn)麗容量極限。因此，該人可通過(guò)在0dB時(shí)選擇定向傳聲器以釋放麗資源而得 到最好的幫助，從而犧牲全向益處。因而，在其時(shí)調(diào)用定向傳聲器的SNR選擇應(yīng)在全向和定 向益處與個(gè)體麗容量之間權(quán)衡，及麗性能的個(gè)體間差異可用于個(gè)別地設(shè)定在其時(shí)助聽器 自動(dòng)從全向轉(zhuǎn)換到定向傳聲器的SNR閾值。 因而，調(diào)用定向傳聲器的選擇在全向和定向益處之間權(quán)衡并取決于個(gè)體麗容量。 這暗示麗性能的個(gè)體間差異可用于個(gè)別地設(shè)定在其時(shí)助聽器自動(dòng)從全向轉(zhuǎn)換到定向傳聲 器的SNR閾值。
0145] 在富挑戰(zhàn)性的聽音情形下的降噪系統(tǒng) 降噪系統(tǒng)，或更具體地，單傳聲器降噪系統(tǒng)試圖通過(guò)一些僅對(duì)一個(gè)傳聲器輸入起 作用的分離算法使目標(biāo)語(yǔ)音與干擾噪聲分離，其中對(duì)分離的語(yǔ)音和噪聲估計(jì)應(yīng)用不同的放 大，從而增強(qiáng)語(yǔ)音和/或衰減噪聲。
商用助聽器中的降噪系統(tǒng) 有幾種方法可獲得分離的語(yǔ)音和噪聲信號(hào)估計(jì)。目前助聽器中的一種方法是使 用調(diào)制指數(shù)作為估計(jì)的基礎(chǔ)?；驹硎钦Z(yǔ)音相較噪聲包括更大程度的調(diào)制(例如參見 Plomp， 1994)。計(jì)算調(diào)制指數(shù)的算法通常對(duì)幾個(gè)頻帶起作用，及如果頻帶包括高調(diào)制指數(shù)， 則該頻帶被分類為包括語(yǔ)音因而給予更大的放大，而具有較小調(diào)制的頻帶則分類為噪聲因 而被衰減(例如參見Holube et al. ， 1999)。其它降噪方法包括使用針對(duì)語(yǔ)音的水平分布功能(EP 0 732 036)或通過(guò)同步檢測(cè)進(jìn)行的話音活動(dòng)檢測(cè)(Schum， 2003)。然而，短時(shí)基礎(chǔ) (毫秒)上的語(yǔ)音和噪聲成分的估計(jì)非常困難，及可能出現(xiàn)誤分類。因此，助聽器中的商用 降噪系統(tǒng)通常在語(yǔ)音和噪聲成分的估計(jì)方面非常保守，因而僅進(jìn)行相當(dāng)長(zhǎng)期的噪聲或語(yǔ)音 估計(jì)。這樣的系統(tǒng)在噪聲中的語(yǔ)音識(shí)別方面尚未表現(xiàn)出改善(Bentler&Chiou，2006)。然而， 典型商用降噪系統(tǒng)確實(shí)降低了噪聲的總響度，這因而被認(rèn)為相較沒有該系統(tǒng)的情形更舒適 (Schum，2003)，因而與使用助聽器相關(guān)聯(lián)的煩惱和疲勞減少。
短時(shí)降噪方法 更強(qiáng)烈形式的降噪系統(tǒng)在包括"頻譜減法"或加權(quán)算法的文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)，其中按目 標(biāo)信號(hào)的簡(jiǎn)短暫?；蛲ㄟ^(guò)對(duì)語(yǔ)音和噪聲的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)建模而估計(jì)噪聲(如Ephraim&Malah， 1984 ;Martin，2001 ;Martin&Breithaupt，2003丄otter&Vary 2003 ;for a review see Hamacher et al. ，2005)。語(yǔ)音和噪聲的估計(jì)在多個(gè)頻帶中在短時(shí)基礎(chǔ)上相減或加權(quán)，這 給出較少嘈雜信號(hào)的印象。然而，其代價(jià)是出現(xiàn)通常稱為"音樂噪聲"的新類型的失真。該 "外來(lái)"人為信號(hào)可能增加認(rèn)知負(fù)荷，其可耗用工作記憶資源。因此，在優(yōu)化這些算法時(shí)，要 在降噪量和失真量之間進(jìn)行權(quán)衡。
麗的個(gè)體內(nèi)差異與短時(shí)降噪 Sarampalis等(2006， 2008， 2009)基于Ephraim&Malah (1984)算法研究了正常聽
力聽者和具有輕微到中度感覺神經(jīng)聽力損失的聽者在有降噪方案和沒有降噪方案時(shí)的表
現(xiàn)。測(cè)試為雙任務(wù)范例，主要任務(wù)為立即重復(fù)所聽到的句子，次要任務(wù)是隨后在8個(gè)句子之
后回憶。句子材料為具有高和低語(yǔ)境的句子(Pichora-Fuller et al. ， 1995)。對(duì)于正常聽
力受試驗(yàn)者，在無(wú)語(yǔ)境句子時(shí)降噪對(duì)回憶有一些改善。因而，該算法通過(guò)減少認(rèn)知努力及改
善回憶任務(wù)的性能而減輕了噪聲的一些有害影響。此外，聽音努力使用雙任務(wù)方法進(jìn)行評(píng)
估，聽者同時(shí)執(zhí)行可視反應(yīng)時(shí)間(RT)任務(wù)。結(jié)果表明，RT任務(wù)的性能因存在噪聲而受到負(fù)
面影響。然而，對(duì)聽力受損受試驗(yàn)者的性能的作用很大程度上未受降噪處理開或關(guān)的影響。
因此，Sarampalis等(2008)辯論說(shuō)，對(duì)于聽力損失的情況，當(dāng)在噪聲中聽語(yǔ)音時(shí)更大程度
地依賴于自頂向下處理。 用于降噪的二進(jìn)制掩模方法 從語(yǔ)音-噪聲混合聲分離語(yǔ)音的另一新近方法是使用二進(jìn)制時(shí)頻掩模(如Wang， 2005 ;Wang，2008 ;Wang et al. ，2009)。該方法的目標(biāo)在于從語(yǔ)音/噪聲混合聲產(chǎn)生二進(jìn) 制時(shí)頻式樣。每一局部時(shí)頻單元根據(jù)局部SNR被賦值1或0。如果局部SNR有利于語(yǔ)音信 號(hào)，則該單元被賦值1，否則被賦值0。之后，該二進(jìn)制掩模被直接應(yīng)用于原始語(yǔ)音/噪聲混 合聲，從而衰減噪聲片斷。該方法的難題在于找到局部SNR的正確估計(jì)量。
然而，理想的二進(jìn)制掩模(IBM)已用于研究該技術(shù)用于聽力受損受試驗(yàn)者的可能 性(Anzalone et al. ， 2006 ;Wang， 2008 ;Wang et a1.，2009)。在IBM處理中，局部SNR預(yù) 先已知，其不處于具有非理想語(yǔ)音和噪聲信號(hào)檢測(cè)器的現(xiàn)實(shí)情形。因而，IBM不可直接用于 助聽器。Wang等(2009)通過(guò)評(píng)估噪聲下SRT估計(jì)了 IBM處理對(duì)聽力受損聽者的語(yǔ)音可懂 度的影響。對(duì)于自助餐廳背景，Wang等(2009)觀察到聽力受損聽者有15. 6dB的SRT降低 (改善)。 然而，IBM可能對(duì)目標(biāo)語(yǔ)音信號(hào)產(chǎn)生認(rèn)知負(fù)荷畸變，在語(yǔ)音和噪聲不可分開利用但 必須進(jìn)行估計(jì)的現(xiàn)實(shí)二進(jìn)制掩模應(yīng)用中甚至更甚。因而，在現(xiàn)實(shí)降噪系統(tǒng)中必須在降噪和失真之間進(jìn)行權(quán)衡。 麗的個(gè)體內(nèi)差異與理想的二進(jìn)制掩模在Wang等(2009)中，在自助餐廳噪聲下平均SRT用IBM從_3. 8dB改善 到-19. 4dB。如果假定個(gè)體SRT反映麗容量受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)的情形，這表明在困難聽音情形 下應(yīng)用IBM處理將釋放工作記憶資源以保留儲(chǔ)存容量及恢復(fù)信息處理速度。
個(gè)體間麗差異與現(xiàn)實(shí)降噪方案 在聽者的認(rèn)知系統(tǒng)未受挑戰(zhàn)的情形下，使用降噪系統(tǒng)可能多余甚或反而不利。因
此，降噪系統(tǒng)的任何益處將僅可能在工作記憶系統(tǒng)受到挑戰(zhàn)的情形下才明顯。 然而，由于現(xiàn)實(shí)短時(shí)降噪方案(包括現(xiàn)實(shí)二進(jìn)制掩模處理)將依賴于降噪量和處
理失真最小化之間的權(quán)衡，調(diào)用這樣的系統(tǒng)可能取決于個(gè)體麗差異，暗示在給定聽音情形
下具有高麗容量的人相較具有低麗容量的人可能容忍更大的失真因而容忍更強(qiáng)烈的降噪。 在富挑戰(zhàn)性的聽音情形下的快速寬動(dòng)態(tài)范圍壓縮 快速寬動(dòng)態(tài)范圍壓縮(WDRC)系統(tǒng)通常稱為快速壓縮或音節(jié)壓縮，如果其足夠快
地適于對(duì)具有不同短時(shí)頻譜的相鄰語(yǔ)聲提供不同的增益_頻率響應(yīng)的話。 慢速WDRC系統(tǒng)通常稱為慢速壓縮或自動(dòng)增益控制。這些系統(tǒng)在給定語(yǔ)音/噪聲
聽音情形下保持其增益-頻率響應(yīng)接近常數(shù)，因而保持語(yǔ)音信號(hào)中的短時(shí)頻譜之間的差。
助聽器壓縮器通常具有隨頻率變化的壓縮比，因?yàn)槁犃p失隨頻率變化。增益_頻率響應(yīng)
的壓縮變化通常由幾個(gè)頻帶中的輸入信號(hào)水平控制。然而，信號(hào)處理的實(shí)施細(xì)節(jié)趨于在兩
個(gè)研究之間不同，及WDRC可以許多方式按不同目的進(jìn)行配置(Dillon, 1996 ;Moore， 1998)。
總的來(lái)說(shuō)，可因至少三個(gè)不同的目標(biāo)在助聽器中應(yīng)用壓縮(如Lei jon&Stadler， 2008): 1、以舒適響度水平呈現(xiàn)語(yǔ)音，補(bǔ)償話音特征和講話者距離的變化。 2、如果用對(duì)話語(yǔ)音所需要的增益-頻率響應(yīng)放大，保護(hù)聽者免遭不舒適高聲的瞬
時(shí)聲音。 3、通過(guò)使非常弱的語(yǔ)音片斷也聽得見而改善語(yǔ)音理解，同時(shí)依然以舒適的水平呈 現(xiàn)更大聲的語(yǔ)音片斷。 快速壓縮器一定程度上可滿足所有三個(gè)目的，而慢速壓縮器獨(dú)自僅可實(shí)現(xiàn)第一 目 標(biāo)。 快速壓縮在語(yǔ)音識(shí)別方面可能具有兩個(gè)相反的效果(a)其對(duì)弱語(yǔ)音成分提供另 外的放大，否則該成分可能聽不見；及(b)其降低語(yǔ)聲之間的頻譜對(duì)比。
快速壓縮的相反效果中的哪一效果對(duì)個(gè)體在噪聲中的語(yǔ)音識(shí)別最重要尚未進(jìn)行 大量研究，包括個(gè)體WM容量可怎樣影響結(jié)果。通過(guò)改變壓縮速度系統(tǒng)研究個(gè)體差異的第一 研究是Gatehouse等(2003， 2006a， 2006b)。這些研究表明，認(rèn)知容量和聽覺生態(tài)學(xué)領(lǐng)域?qū)?解釋噪聲中的語(yǔ)音識(shí)別和主觀評(píng)估的聽音舒適度的個(gè)體結(jié)果很重要。在重復(fù)Gatehouse等 的研究的認(rèn)知發(fā)現(xiàn)的研究中(Lunner&Sundewall-Thor6n， 2007)，在調(diào)制噪聲的情況下，聽 者的認(rèn)知測(cè)試得分與快速壓縮對(duì)慢速壓縮的特異優(yōu)點(diǎn)明顯相關(guān)(參見圖7)。圖7提供了散 落圖和回歸線，其表明在快-慢壓縮的調(diào)制噪聲中認(rèn)知性能得分和語(yǔ)音識(shí)別差量效益之間 的Pearson相關(guān)性。在快減慢效益(dB)軸上的正值意味著快速壓縮相較慢速壓縮獲得更 好的噪聲下SRT (Lunner&Sundewall-Thor6n， 2007)。然而，有其它研究展現(xiàn)稍微不同圖案的、關(guān)于認(rèn)知性能和快及慢壓縮的結(jié)果(Foo et al. ，2007， Rudner et al. ，2008)。
個(gè)體麗差異與快速壓縮 Naylor&Johannesson(2009)已表明，根據(jù)實(shí)際長(zhǎng)期輸入SNR、混合的信號(hào)和噪聲 的調(diào)制特征、及所測(cè)試系統(tǒng)的振幅壓縮特征之間的交互作用，在包括振幅壓縮的放大系統(tǒng) 的輸出處的長(zhǎng)期SNR可高于或低于輸入處的長(zhǎng)期SNR。具體地，在某些情形下，調(diào)制噪聲 的快速壓縮在負(fù)SNR時(shí)可增加輸出SNR及在正SNR時(shí)可降低輸出SNR。這樣的SNR變化 可能影響壓縮助聽器用戶的感知性能。源自快速壓縮的SNR變化還以與SNR變化一樣的 方向影響感知性會(huì)g (G. Naylor， R. B. Johannessen&F. M. R0nne, personal communication, December2008)，即在低(負(fù))SNR表演的人在某些情形下可從快速壓縮獲得益處，而在高 (正)SNR表演的人可能獲得不利。因而，是發(fā)生聽音時(shí)的SNR確定快速壓縮是否有利。因 此，在負(fù)SNR時(shí)有能力獲得噪聲下語(yǔ)音識(shí)別閾(SRT)的、具有高麗容量的人(例如參見圖 6)在該情形下可受益于快速壓縮，而其噪聲下SRT在正SNR的具有低麗容量的人則因快速 壓縮而不利。
認(rèn)知助聽器 從上面的例子可以看出，當(dāng)開發(fā)助聽器信號(hào)處理算法時(shí)及當(dāng)針對(duì)個(gè)體助聽器用戶 進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，應(yīng)慮及個(gè)體間和個(gè)體內(nèi)麗差異。調(diào)用定向傳聲器的選擇可能是全向和定向益 處之間的權(quán)衡及依賴于個(gè)體麗容量?，F(xiàn)實(shí)短時(shí)降噪方案將依賴于降噪量和處理失真最小 化之間的權(quán)衡及可能依賴于個(gè)體麗容量?？焖賶嚎s益處和不利之間的權(quán)衡可能取決于個(gè) 體麗容量。 上面的信號(hào)處理系統(tǒng)描述為"用于困難情形的幫助系統(tǒng)"。它們僅應(yīng)在有利于釋放 認(rèn)知資源時(shí)使用；在不太富挑戰(zhàn)性的情形下，留給大腦解決這些情形可能是聰明的做法，僅 以慢速壓縮實(shí)現(xiàn)聲音的可聽性。 需要實(shí)時(shí)監(jiān)視個(gè)體認(rèn)知負(fù)荷以能夠確定聽音情形何時(shí)那樣困難以致于工作記憶 資源受到挑戰(zhàn)。因此，需要開發(fā)用于估計(jì)認(rèn)知負(fù)荷的監(jiān)視方法。兩條不同的路線出現(xiàn)間接 估計(jì)認(rèn)知負(fù)荷及直接估計(jì)認(rèn)知負(fù)荷。 間接估計(jì)認(rèn)知負(fù)荷將使用某些形式的認(rèn)知模型，其用監(jiān)視聽音環(huán)境的環(huán)境檢測(cè)器 (如水平檢測(cè)器、SNR檢測(cè)器、語(yǔ)音活動(dòng)檢測(cè)器、混響檢測(cè)器)持續(xù)更新。認(rèn)知模型還需要用 個(gè)體認(rèn)知容量(如工作記憶容量、口頭信息處理速度)進(jìn)行校準(zhǔn)，及在聽音環(huán)境監(jiān)視器、助
聽器處理系統(tǒng)和認(rèn)知容量之間必須建立連接。靈感可能從R6nnberg等(2008)的語(yǔ)言理解
容易(ELU)模型找到，其具有暗示聽者的工作記憶系統(tǒng)何時(shí)從容易的內(nèi)隱處理切換到需要
努力的外顯處理的框架(尚未發(fā)展)。 使用認(rèn)知負(fù)荷的直接估計(jì)可用作認(rèn)知模型的備選或逾期結(jié)合。環(huán)境特征、信號(hào)處
理特征和/或認(rèn)知減緩之間的關(guān)系優(yōu)選包括在認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)中。直接了當(dāng)?shù)夹g(shù)上富有
挑戰(zhàn)性的直接估計(jì)認(rèn)知負(fù)荷可通過(guò)監(jiān)視流動(dòng)的腦電圖(EEG， Gevins et al. ， 1997)獲得。 這樣的系統(tǒng)已由Lan等(2007)提出，其基于EEG測(cè)量按照非固定的認(rèn)知狀態(tài)分類系統(tǒng)評(píng)估 受試驗(yàn)者的智力負(fù)荷。 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的助聽器系統(tǒng)。 圖la實(shí)施例中的聽力儀器包括用于將輸入聲音(聲音入)轉(zhuǎn)換為電輸入信號(hào)的 輸入變換器(在此為傳聲器)、用于根據(jù)用戶需要處理輸入信號(hào)并提供處理后輸出信號(hào)的信號(hào)處理單元(DSP)、及用于將處理后輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出聲音(聲音出)的輸出變換器 (在此為接收器)。在圖l(和圖2)的實(shí)施例中，輸入信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元(AD)從模 擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，及處理后輸出通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DA)從數(shù)字轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。因此，信 號(hào)處理單元(DSP)為數(shù)字信號(hào)處理單元。在實(shí)施例中，數(shù)字信號(hào)處理單元(DSP)適于在多 個(gè)子頻率范圍或頻帶中(如2和64頻帶或更多頻帶之間，如128個(gè)頻帶)獨(dú)立處理聽力儀 器考慮的輸入信號(hào)的頻率范圍(如在20Hz和20kHz之間)。聽力儀器還包括估計(jì)單元(CL 估計(jì)器)，用于估計(jì)用戶的認(rèn)知負(fù)荷及提供用戶當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的輸出指示。丄，該輸出指示 饋送給信號(hào)處理單元(DSP)并在選擇適當(dāng)?shù)奶幚泶胧r(shí)使用。估計(jì)單元接收與認(rèn)知負(fù)荷有 關(guān)的一個(gè)或多個(gè)輸入(CL輸入)并基于其進(jìn)行估計(jì)(在估計(jì)信號(hào)( Z中體現(xiàn))。給估計(jì)單元 的輸入(CL輸入)可源自認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量(參見圖lb)和/或源自人類聽覺系統(tǒng)的認(rèn) 知模型(參見圖2)。 來(lái)自估計(jì)單元的估計(jì)信號(hào)(^丄用于根據(jù)^丄(即當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì))調(diào)整信號(hào)處 理。 圖lb示出了根據(jù)本發(fā)明的助聽器的實(shí)施例，其與圖la實(shí)施例的不同之處在于其 包括用于向用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量提供輸入的單元。在圖lb的實(shí)施例中，測(cè)量單 元提供當(dāng)前EEG(單元EEG)、當(dāng)前體溫(單元T)和計(jì)時(shí)信息(單元t)的直接測(cè)量。聽力儀 器的實(shí)施例可包含這些測(cè)量單元中的一個(gè)或多個(gè)或指示用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的其它測(cè)量 單元。測(cè)量單元可位于不同于聽力儀器部件的分開的物理體內(nèi)，兩個(gè)或兩個(gè)以上物理上分 開的部分通過(guò)有線或無(wú)線彼此接觸。給測(cè)量單元的輸入可通過(guò)用于拾取用戶身體的電壓變 化的測(cè)量電極產(chǎn)生，這些電極位于聽力儀器中和/或位于物理上分開的裝置中，參見圖4及 相應(yīng)的描述。 認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量可以不同的方式獲得。 在一實(shí)施例中，認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量通過(guò)Lan等(2007)提出的流動(dòng)的腦電圖 (EEG)獲得，其中流動(dòng)的認(rèn)知狀態(tài)分類系統(tǒng)用于基于EEG測(cè)量(圖lb中的單元EEG)評(píng)估受 試驗(yàn)者的智力負(fù)荷。例如參見Wolpaw et al. (2002)。 這樣的流動(dòng)的EEG可通過(guò)在助聽器殼的表面中制造兩個(gè)或兩個(gè)以上用于該目的 的適當(dāng)電極而在助聽器中獲得，其中助聽器殼接觸耳道內(nèi)或耳道外的皮膚。電極之一為參 考電極。此外，另外的EEG通道可通過(guò)使用第二助聽器(另一只耳朵)并通過(guò)EEG信號(hào)的 無(wú)線傳輸或通過(guò)一些其它傳輸線路(例如通過(guò)另一可佩戴處理單元或通過(guò)局域網(wǎng)的無(wú)線 方式，或通過(guò)有線)使EEG信號(hào)傳給另一只耳朵(e2e)而獲得。 作為備選，EEG信號(hào)也可輸入給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以用作具有聲參數(shù)的培訓(xùn)數(shù)據(jù)從而基于 聲輸入和認(rèn)知負(fù)荷的直接認(rèn)知測(cè)量獲得培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)。 EEG信號(hào)屬于低電壓信號(hào)，約5-100 y V。該信號(hào)需要高放大以在典型AD轉(zhuǎn)換的范 圍內(nèi)( 2—16V到IV， 16位轉(zhuǎn)換器)。高放大可通過(guò)使用同一 AD轉(zhuǎn)換器上的模擬放大器實(shí) 現(xiàn)，因?yàn)檗D(zhuǎn)換中的二進(jìn)制切換利用高增益使盡可能快的從"0"躍遷到"1"。在實(shí)施例中，聽 力儀器(如EEG單元)包括特別適于衰減或去除來(lái)自EEG信號(hào)的(如與用戶運(yùn)動(dòng)有關(guān)的， 與環(huán)境噪聲有關(guān)的，與不相關(guān)神經(jīng)活動(dòng)有關(guān)的)偽跡的校正單元。 在另一實(shí)施例中，認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量可通過(guò)監(jiān)視體溫(圖lb中的單元T)獲得， 體溫的增加/改變表明認(rèn)知負(fù)荷增加。例如，體溫可使用一個(gè)或多個(gè)熱元件進(jìn)行測(cè)量，如位于助聽器接觸皮膚表面處的熱元件。認(rèn)知負(fù)荷和體溫之間的關(guān)系在Wright等(2002)中討 論。 在另一實(shí)施例中，認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量可通過(guò)使用眼睛-攝像機(jī)的瞳孔測(cè)量學(xué)獲 得。相較較小收縮的瞳孔，更多收縮的瞳孔意味著相對(duì)更高的認(rèn)知負(fù)荷。認(rèn)知(記憶)負(fù) 荷和瞳孔反應(yīng)之間的關(guān)系在Pascal等(2003)中討論。 在另一實(shí)施例中，認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量可通過(guò)按鈕獲得，當(dāng)認(rèn)知負(fù)荷高時(shí)助聽器 用戶按壓該按鈕。 在另一實(shí)施例中，認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量可通過(guò)測(cè)量一天的時(shí)間獲得，確認(rèn)在一天 結(jié)束時(shí)認(rèn)知疲勞更似是而非(參見圖lb中的單元t) 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的聽力儀器，其中在估計(jì)認(rèn)知負(fù)荷時(shí)使用認(rèn)知 模型。 圖2中所示聽力儀器的實(shí)施例包括與圖la中所示及結(jié)合其描述的元件一樣的元 件。圖2的聽力儀器還包括人類聽覺系統(tǒng)的認(rèn)知模型(圖2中的CM)。例如，認(rèn)知模型(CM) 實(shí)施為具有經(jīng)指示用戶的相應(yīng)智力技能的輸入信號(hào)(圖2中的CM輸入)接收的輸入?yún)?shù)的 算法，通常針對(duì)所涉及用戶進(jìn)行定制，及電輸入信號(hào)(圖2中的SP輸入)的相應(yīng)性質(zhì)的輸 入指示?；谳斎爰澳Ｐ退惴?，所涉及人的認(rèn)知負(fù)荷的一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)(圖2中的CL 輸入)指示由認(rèn)知模型(CM單元)產(chǎn)生。這些輸出饋給估計(jì)單元(CL估計(jì)器)用于估計(jì)用 戶的認(rèn)知負(fù)荷及提供用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的輸出指示C丄，該輸出饋給信號(hào)處理單元(DSP) 并在選擇適當(dāng)?shù)奶幚泶胧r(shí)使用。用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的輸出指示( 丄使能至少在兩個(gè)智 力狀態(tài)之間區(qū)分智力資源使用(認(rèn)知負(fù)荷)高和低。優(yōu)選地，實(shí)施兩個(gè)以上的估計(jì)認(rèn)知負(fù) 荷水平，如3個(gè)水平(低、中和高)。例如，認(rèn)知模型實(shí)施為數(shù)字信號(hào)處理單元的一部分(如 集成在圖2的信號(hào)處理單元DSP中)。 基于估計(jì)單元的信號(hào)輸出e丄，信號(hào)處理單元(DSP)調(diào)整其處理。電輸入的處理隨 認(rèn)知負(fù)荷及輸入信號(hào)的特征而變。 給認(rèn)知模型的用戶專有輸入(用戶的相應(yīng)智力技能的指示)包括一個(gè)或多個(gè)參數(shù) 如用戶年齡、用戶長(zhǎng)期記憶、用戶詞匯訪問速度、工作記憶中的用戶外顯儲(chǔ)存及處理容量、 用戶聽力損失對(duì)頻率等。用戶專有輸入通常在"離線"過(guò)程中提前確定，例如在給用戶驗(yàn)配 聽力儀器期間確定。 給認(rèn)知模型的信號(hào)專有輸入包括一個(gè)或多個(gè)參數(shù)如時(shí)間常數(shù)、混響量、背景聲音 中的起伏量、能量對(duì)信息掩蔽、聲源的空間信息、信噪比等。 根據(jù)與用戶的認(rèn)知負(fù)荷有關(guān)的輸入采取的適當(dāng)處理措施在下述功能幫助選項(xiàng)之 間選擇定向信息方案、壓縮方案、語(yǔ)音檢測(cè)方案、降噪方案、時(shí)頻掩蔽方案、及其組合。
認(rèn)知模型(CM)將在聽力儀器中基于下述內(nèi)容實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)此刻從個(gè)體需要何種程度 的外顯/需要努力的處理(a)可從聲輸入提取的參數(shù)(SP輸入，如混響量、背景聲音中的 起伏量、能量對(duì)信息掩蔽、聲源的空間信息)；及(b)個(gè)體的認(rèn)知狀態(tài)的先驗(yàn)知識(shí)(CM輸入， 如麗容量、備用資源、長(zhǎng)期記憶模板的質(zhì)量、處理速度)。在實(shí)施例中，聽力儀器適于為人的 認(rèn)知狀態(tài)的在線測(cè)試提供基礎(chǔ)。在實(shí)施例中，認(rèn)知模型基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。 圖3示出了與聽覺感知有關(guān)的人類認(rèn)知系統(tǒng)的簡(jiǎn)化略圖。包括語(yǔ)音的輸入聲音 (輸入聲音)由人類聽覺系統(tǒng)(認(rèn)知系統(tǒng)、感知)處理。在最佳聽音情形下，語(yǔ)音信號(hào)容易且自動(dòng)地進(jìn)行處理(內(nèi)隱？是=>內(nèi)隱處理)。這意味著，所涉及的認(rèn)知處理很大程度上為 無(wú)意識(shí)及內(nèi)隱處理。然而，聽音條件經(jīng)常欠佳，這意味著內(nèi)隱認(rèn)知處理不足以解鎖語(yǔ)音流中 的含意(內(nèi)隱？否= >外顯處理)。在對(duì)話中解決先前語(yǔ)音元素之間的歧義及構(gòu)建前瞻交 換的預(yù)期是可能出現(xiàn)的復(fù)雜過(guò)程的例子。這些過(guò)程是需要努力及有意識(shí)的過(guò)程，因而涉及 外顯認(rèn)知處理(外顯)。兩種情形均傳送一些種類的輸入聲音感知(感知)。本發(fā)明的目 的在于在關(guān)于當(dāng)前最佳信號(hào)處理的決定中包括當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)(如輸入聲音的內(nèi)隱 和外顯處理之間的區(qū)別)以改善用戶對(duì)輸入聲音的感知(相較于僅基于輸入聲音信號(hào)的特 征及聽力儀器的如驗(yàn)配期間的預(yù)定設(shè)置進(jìn)行這樣的決定的情形)。 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的助聽器系統(tǒng)的各個(gè)實(shí)施例。圖4的助聽器系統(tǒng)包括適于 由用戶1佩戴在耳朵處或耳朵中的聽力儀器。圖4a示出了聽力儀器的"耳內(nèi)"(ITE)部件 2。 ITE部件適于完全或部分位于用戶1的耳道中。ITE部件2包括位于ITE部件表面上 (或從其伸出)的兩個(gè)電端子21。 ITE部件包括適合特定用戶的耳道的塑模。塑模通常由 形態(tài)穩(wěn)定的塑料材料通過(guò)注模工藝制成或通過(guò)快速原型制作工藝如數(shù)控激光切割工藝形 成(參見EP 1 295 509及其中的文獻(xiàn))。ITE部件的主要問題在于其與耳道緊配合。因而， 接觸耳道壁的塑模的表面上(或從表面伸出)的電接點(diǎn)很適于形成對(duì)身體的電接點(diǎn)。圖4b 示出了根據(jù)本發(fā)明的聽力儀器的(一部分的)另一實(shí)施例。圖4b示出了"耳后式"聽力儀 器的BTE部件20，其中BTE部件適于位于用戶1的耳朵(外耳，圖4c和4d中的12)后面。 BTE部件包括4個(gè)電端子21，其中兩個(gè)位于BTE部件的面上，其適于由耳朵(外耳)附著到 顱骨處的脊支撐，及其中兩個(gè)位于BTE部件的面上并適于由顱骨支撐。電端子特別適于從
用戶拾取與用戶的認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量有關(guān)的電信號(hào)。電端子可全部服務(wù)于同一目的(如 測(cè)量EEG)或服務(wù)于不同目的(如三個(gè)用于測(cè)量EEG及一個(gè)用于測(cè)量體溫)。用于與人體形 成良好電接觸的電端子(電極)在關(guān)于EEG測(cè)量的文獻(xiàn)中描述(例如參見US 2002/028991 或US 6， 574， 513)。 圖4c示出了根據(jù)本發(fā)明的助聽器系統(tǒng)的實(shí)施例，其另外包括用于當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷 的直接測(cè)量但不位于聽力儀器21中的電端子3或傳感器。在圖4c的實(shí)施例中，另外的電 端子3適于通過(guò)電端子3和一個(gè)或兩個(gè)ITE部件之間的有線連接與聽力儀器連接。電端子 優(yōu)選包括用于(從身體)拾取相對(duì)低的電壓及用于將該電壓的值表示傳給聽力儀器的信號(hào) 處理器(在此位于ITE部件中)的電子電路。有線連接可沿柔軟的支撐件31行進(jìn)(或形 成其部分)，支撐件適于將電端子保持在用戶頭部上的適當(dāng)位置。另外的電端子中的至少一 個(gè)(在此為電端子3)優(yōu)選位于用戶頭部的對(duì)稱平面中(由用戶鼻子的線11定義，耳朵關(guān) 于該平面對(duì)稱地定位)并構(gòu)成參考端子。 圖4d示出了根據(jù)本發(fā)明的助聽器系統(tǒng)的實(shí)施例，其另外包括用于當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷 的直接測(cè)量的多個(gè)電端子或傳感器，這些電端子或傳感器均不位于(在此為BTE)聽力儀器 2中。圖4d的實(shí)施例與圖4c的實(shí)施例幾乎一樣，但另外包括體裝式裝置4，該裝置具有2 個(gè)安裝成與身體組織良好電接觸的電端子21。在實(shí)施例中，裝置4包括放大和處理電路以 使能處理由電端子拾取的信號(hào)。在該情形下，裝置4可用作傳感器并提供處理后輸入給用 戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)(如估計(jì)本身)。裝置4及聽力儀器2中的至少一個(gè)中的每一個(gè) 包括無(wú)線接口 (包括相應(yīng)的收發(fā)器和天線)，用于在裝置之間建立無(wú)線鏈路5從而用于在 體裝式裝置4和聽力儀器2之間交換數(shù)據(jù)。無(wú)線鏈路可基于近場(chǎng)(電容電感耦合)或遠(yuǎn)場(chǎng)(輻射場(chǎng))電磁場(chǎng)。 本發(fā)明由獨(dú)立權(quán)利要求的特征限定。從屬權(quán)利要求限定優(yōu)選實(shí)施例。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記并非意于限定其范圍。 —些優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)在上述內(nèi)容中進(jìn)行了說(shuō)明，但是應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是本發(fā)明不受這
些實(shí)施例的限制，而是可以權(quán)利要求限定的主題內(nèi)的其它方式實(shí)現(xiàn)。 參考文獻(xiàn) A證lone， M. C. ， Caland潔cio， L ， Doherty， K. A. &Carney， L H. (2006).Determination of the potential benefit of time—frequency gainmanipulation. Earand Hearing, Vol. 27,2006， pp.480—492. Awh E. ， Vogel E. K. &0h S. H. (2006)， Interactions betweenattention andworking memory, Neuroscience， Vol. 139,2006， pp. 201-208. Baddeley， A. D. &Hitch， G. J. (1974). Working memory. In G. H. Bower (ed.)，The psychology of learning and motivation,Vol. 8，pp. 47—89. New York, NY :AcademicPress,1974. Baddeley A. D. (2000). The episodic buffer :a new component ofworkingmemory Trends Cogn. Science, Vol. 4，2000， pp.417-423. Cowan， N. (2001). The magical number 4in short-term memory :Areconsideration of mental storage capacity. Behavioral and BrainSciences，Vol. 24,2001， pp. 87-185. Craik， F. I. M. (2007). Commentary :The role of cognition inage-relatedhearing loss.Journal of the American Academy of Audiology， Vol. 18，2007，卯.539-547. Daneman， M. &Carpenter， P. A. (1980) . Individual differencesinintegrating information between and within sentences. Journal ofExperimentalPsychology丄earning， Memory and Cognition, Vol. 9，1980， pp.561—584.
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29
權(quán)利要求
運(yùn)行聽力儀器處理輸入聲音并根據(jù)用戶的特定需要提供輸出刺激的方法，包括i)估計(jì)用戶的工作記憶容量；a)基于用戶的工作記憶容量估計(jì)用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷；b)根據(jù)用戶的特定需要處理源自輸入聲音的輸入信號(hào)；c)根據(jù)用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)調(diào)整所述處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，包括估計(jì)用戶的當(dāng)前工作記憶跨度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，包括使用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)與用戶的當(dāng)前工作記憶跨度的估計(jì)關(guān)聯(lián)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l-3任一所述的方法，包括al)提供人類聽覺系統(tǒng)的認(rèn)知模型，該模型基于來(lái)自可定制參數(shù)的輸入提供用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的測(cè)量；及a2)根據(jù)所述認(rèn)知模型提供用戶的所述當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的方法，包括al. 1)針對(duì)特定用戶的狀態(tài)個(gè)別化認(rèn)知模型的至少一可定制參數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l-5任一所述的方法，其中所述根據(jù)用戶的特定需要處理源自輸入聲音的輸入信號(hào)包括bl)提供多個(gè)分開的功能幫助選項(xiàng)，根據(jù)輸入信號(hào)和/或源自輸入信號(hào)的信號(hào)參數(shù)的值及根據(jù)用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)在根據(jù)個(gè)體化方案的處理中選擇和包括所述分開的功能選項(xiàng)中的一個(gè)或多個(gè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述分開的功能幫助選項(xiàng)選自下組-定向信息方案；-壓縮方案；_語(yǔ)音檢測(cè)方案；-語(yǔ)音增強(qiáng)方案；_降噪方案；_時(shí)頻掩蔽方案；及其組合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中助聽器自動(dòng)從全向轉(zhuǎn)換到定向傳聲器時(shí)的信噪比閾值根據(jù)用戶的工作記憶容量針對(duì)特定用戶進(jìn)行設(shè)定。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8的方法，其中在特定聽音情形下對(duì)特定用戶的降噪度根據(jù)用戶的工作記憶容量進(jìn)行設(shè)定。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7-9任一所述的方法，其中在特定聽音情形下對(duì)特定用戶的壓縮率根據(jù)用戶的工作記憶容量進(jìn)行設(shè)定。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6-10任一所述的方法，其中從輸入信號(hào)提取的信號(hào)參數(shù)包括下述之一或多個(gè)-混響的量；-背景聲音的起伏量；_能量對(duì)信息掩蔽；-聲源的空間信息；-信噪比；-環(huán)境變化的豐富性。
12. 根據(jù)權(quán)利要求4-11任一所述的方法，其中認(rèn)知模型的可定制參數(shù)與用戶的一個(gè)或多個(gè)下述性質(zhì)有關(guān)_長(zhǎng)期記憶容量及訪問速度；_包括操縱詞、音節(jié)、押韻和音素的音位單元的外顯能力的音位意識(shí)；_音位工作記憶容量；-執(zhí)行功能，包括三個(gè)主要活動(dòng)轉(zhuǎn)換、更新和抑制容量；_注意性能；_非言辭工作記憶性能；_含意提取性能；_包括音素辨別、音素分割和押韻性能的音位表示；-詞匯訪問速度；_工作記憶中的外顯儲(chǔ)存和處理容量；-純音聽覺閾值對(duì)頻率；_時(shí)域細(xì)微結(jié)構(gòu)分辨力；及_助聽器用戶的個(gè)體外圍性質(zhì)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l-12任一所述的方法，其中用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)由所涉及用戶的認(rèn)知負(fù)荷的至少一直接測(cè)量確定或影響。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量通過(guò)流動(dòng)的腦電圖獲得。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14的方法，其中認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量通過(guò)監(jiān)視體溫獲得。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13-15任一所述的方法，其中認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量通過(guò)瞳孔測(cè)量獲得。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13-16任一所述的方法，其中認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量通過(guò)按鈕獲得，當(dāng)認(rèn)知負(fù)荷高時(shí)助聽器用戶按壓該按鈕。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13-17任一所述的方法，其中認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量的獲得與計(jì)時(shí)信息有關(guān)。
19. 用于處理輸入聲音及根據(jù)用戶的特定需要提供輸出剌激的助聽器系統(tǒng)，該助聽器系統(tǒng)包括-估計(jì)單元，用于估計(jì)用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷；-信號(hào)處理單元，用于根據(jù)用戶的特定需要處理源自輸入聲音的輸入信號(hào)；該助聽器系統(tǒng)適于根據(jù)用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)影響所述處理。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的助聽器系統(tǒng)，包括適于由用戶佩戴在耳朵處或耳內(nèi)的聽力儀器，該聽力儀器包括至少一特別適于從用戶拾取與認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量有關(guān)的電信號(hào)的電端子。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19或20的助聽器系統(tǒng)，包括一個(gè)或多個(gè)不位于聽力儀器中但用于當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量的電端子或傳感器。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19-21任一所述的助聽器系統(tǒng)，包括儲(chǔ)存器，關(guān)于用戶的工作記憶容量的信息保存在該儲(chǔ)存器中。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22的助聽器系統(tǒng)，其中估計(jì)單元適于基于用戶的工作記憶容量估計(jì)用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷。
24. 根據(jù)權(quán)利要求19-23任一所述的助聽器系統(tǒng)，適于估計(jì)用戶的當(dāng)前工作記憶跨度。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24的助聽器系統(tǒng)，其中估計(jì)單元適于基于用戶的當(dāng)前工作記憶跨度的估計(jì)實(shí)現(xiàn)用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于用戶當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)運(yùn)行聽力儀器的方法及助聽器系統(tǒng)。本發(fā)明方法包括a)估計(jì)用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷；b)根據(jù)用戶的特定需要處理源自輸入聲音的輸入信號(hào)；及c)根據(jù)用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)調(diào)整所述處理。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于助聽器系統(tǒng)的功能適應(yīng)用戶的當(dāng)前智力狀態(tài)。用戶的當(dāng)前認(rèn)知負(fù)荷的亀°計(jì)由認(rèn)知負(fù)荷的直接測(cè)量或通過(guò)助聽器系統(tǒng)中的在線認(rèn)知模型產(chǎn)生。用戶的認(rèn)知狀態(tài)或認(rèn)知負(fù)荷的估計(jì)可基于用戶的工作記憶容量的估計(jì)。本發(fā)明可用于聽力受損用戶的當(dāng)前智力資源受到挑戰(zhàn)的應(yīng)用中。
文檔編號(hào)H04R25/00GK101783998SQ200910261360
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
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