文/羅麗

DSP 數(shù)字助聽(tīng)器具有能耗低、體積小、集成化等特點(diǎn)，能夠結(jié)合患者需求進(jìn)行裝置參數(shù)的設(shè)定，使不同患者的聽(tīng)力補(bǔ)償需求得到滿足。而DSP 數(shù)字助聽(tīng)器之所以能夠獲得諸多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，與其采用的各種關(guān)鍵技術(shù)有關(guān)。因此，還要加強(qiáng)DSP 數(shù)字助聽(tīng)器關(guān)鍵技術(shù)研究，從而使該類(lèi)助聽(tīng)器得到較好推廣與應(yīng)用。

1 DSP數(shù)字助聽(tīng)器概述

從本質(zhì)上來(lái)講，DSP 數(shù)字助聽(tīng)器是利用數(shù)學(xué)運(yùn)算方法實(shí)現(xiàn)患者聽(tīng)力補(bǔ)償，因此可以保持良好性能。不同于模擬式助聽(tīng)器，DSP 數(shù)字助聽(tīng)器需要利用A/D 轉(zhuǎn)換模塊將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，利用數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理后，通過(guò)D/A 轉(zhuǎn)換模塊向患者發(fā)送能夠滿足聽(tīng)力需求的模擬信號(hào)。所以從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，DSP 數(shù)字助聽(tīng)器包含麥克風(fēng)、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、DSP 核心語(yǔ)音處理平臺(tái)、D/A 轉(zhuǎn)換模塊和耳機(jī)等結(jié)構(gòu)。通過(guò)濾波電路，能夠使由麥克風(fēng)傳入的噪聲信號(hào)得到處理。經(jīng)DSP 語(yǔ)音處理平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)響度補(bǔ)償和回聲抑制，從而使語(yǔ)音質(zhì)量和信噪比得到提高。現(xiàn)階段，采用DSP 數(shù)字助聽(tīng)器可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)相應(yīng)頻段單獨(dú)處理，結(jié)合實(shí)際聽(tīng)力需要實(shí)現(xiàn)增益補(bǔ)償，使過(guò)去助聽(tīng)器低音小、高音刺耳等問(wèn)題得到解決。

2 DSP數(shù)字助聽(tīng)器關(guān)鍵技術(shù)分析

DSP 數(shù)字助聽(tīng)器能夠保持較好性能，與其采用的響度補(bǔ)償、噪聲處理和回聲抑制等關(guān)鍵技術(shù)有關(guān)。經(jīng)過(guò)一系列的數(shù)字運(yùn)算處理，才能獲得優(yōu)質(zhì)的語(yǔ)音，從而滿足患者聽(tīng)力需求。

2.1 響度補(bǔ)償技術(shù)

從聽(tīng)閾范圍來(lái)看，聽(tīng)力損傷著聽(tīng)覺(jué)動(dòng)態(tài)范圍將明顯小于正常人，并且能將隨著頻率變化而變化。采用DSP 數(shù)字助聽(tīng)器，是為了使患者聽(tīng)到超出聽(tīng)閾范圍的聲音，所以還要采用響度補(bǔ)償技術(shù)對(duì)超出患者聽(tīng)閾范圍的聲音進(jìn)行壓縮處理，確?；颊吣軌蚋兄竭@部分聲音。在DSP 基礎(chǔ)上，響度補(bǔ)償主要采用基于寬動(dòng)態(tài)范圍壓縮的信號(hào)處理算法，能夠通過(guò)頻率分析加強(qiáng)信號(hào)變化速率、能量等特征的把握，從而完成增益計(jì)算。在算法應(yīng)用過(guò)程中，需要將語(yǔ)音頻域劃分為多個(gè)獨(dú)立區(qū)域，建立相應(yīng)的語(yǔ)音通道。結(jié)合聽(tīng)力損傷者聽(tīng)閾圖，可以通過(guò)對(duì)各通道聲音進(jìn)行處理使其動(dòng)態(tài)范圍在患者聽(tīng)力動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)映射，繼而得到通道增益。根據(jù)增益計(jì)算結(jié)果，在頻域中對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，然后進(jìn)行聲音合成輸出，能夠獲得理想聲音傳輸效果。通常情況下，可以將語(yǔ)音頻域劃分為靜音區(qū)、放大區(qū)、壓縮區(qū)和限制區(qū)，在輸入聲壓級(jí)為x，輸出為y 的情況下，滿足y=f（x），在log 域可以經(jīng)聲音動(dòng)態(tài)范圍壓縮處理，利用式（1）進(jìn)行增益計(jì)算，式中m 和n 分別為當(dāng)前幀標(biāo)號(hào)和通道標(biāo)號(hào)，k 則是通道內(nèi)子帶標(biāo)號(hào)，SPL（m）為聲壓級(jí)。在時(shí)域上，還應(yīng)對(duì)各通道能量均方根進(jìn)行確定，以便使真實(shí)語(yǔ)音變化速度得到反映，然后按照相對(duì)平緩速度進(jìn)行增益確認(rèn)，避免在響度補(bǔ)償過(guò)程中出現(xiàn)聲音畸變。

2.2 噪聲處理技術(shù)

在數(shù)字助聽(tīng)器使用過(guò)程中，與語(yǔ)音一同存在的噪聲可能存續(xù)相似頻譜或頻譜重疊等問(wèn)題，造成助聽(tīng)器難以實(shí)現(xiàn)噪聲有效濾除，給患者理解語(yǔ)音帶來(lái)困難。因此采用DSP 數(shù)字助聽(tīng)器需要加強(qiáng)噪聲處理關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)周期性噪聲、沖擊噪聲和寬帶噪聲等不同類(lèi)型噪聲進(jìn)行處理。對(duì)于人耳來(lái)講，有用語(yǔ)音信息基本在200-3500Hz 范圍內(nèi)，1kHz 屬于關(guān)系到語(yǔ)音識(shí)別的重要第二共振峰所處的位置。針對(duì)50-60Hz 交流聲引起的周期噪聲，可以利用帶通濾波器進(jìn)行噪聲消除。針對(duì)在時(shí)域突然出現(xiàn)的沖擊噪聲，可以根據(jù)帶噪語(yǔ)音信號(hào)幅度平均值進(jìn)行閾值確定，然后利用數(shù)字濾波器機(jī)械能噪聲處理。而寬帶噪聲多為白噪聲和高斯噪聲，頻帶較寬，將對(duì)整個(gè)語(yǔ)音頻段進(jìn)行覆蓋，可能與語(yǔ)音信號(hào)在時(shí)域和頻域上發(fā)生重疊，因此處理難度較大。在噪聲處理時(shí)，還要采用減譜算法，利用兩個(gè)聲道分別進(jìn)行帶噪語(yǔ)音和噪聲采集，然后對(duì)得到的序列進(jìn)行傅里葉變換。根據(jù)得到的帶噪語(yǔ)音頻譜分量和噪聲分量，可以進(jìn)行相減。結(jié)合語(yǔ)音相位完成傅里葉變換，可以使時(shí)域信號(hào)恢復(fù)，達(dá)到消除噪聲的目標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用該技術(shù)時(shí)，可以采用自適應(yīng)濾波器，利用DSP 進(jìn)行濾波器調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)帶寬噪聲和語(yǔ)音信號(hào)的非線性處理。在單話筒錄音過(guò)程中，由于噪聲保持局部平穩(wěn)，因此可以認(rèn)為不同強(qiáng)度語(yǔ)音擁有相同噪聲功率譜，借助寂靜幀進(jìn)行噪聲采集，最終實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的減噪處理。

2.3 回聲抑制技術(shù)

作為特殊聲學(xué)共振腔，耳道在傳遞聲音信號(hào)過(guò)程中會(huì)對(duì)部分頻率信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)，導(dǎo)致系統(tǒng)頻譜特性發(fā)生改變。同時(shí)，在數(shù)字助聽(tīng)器存在通氣孔的情況下，將導(dǎo)致回聲反饋的產(chǎn)生。為避免語(yǔ)音質(zhì)量受到影響，還要采用回聲抑制技術(shù)對(duì)回聲反饋進(jìn)行處理，達(dá)到反饋?zhàn)钚』酥林苯拥窒哪繕?biāo)。針對(duì)DSP 數(shù)字助聽(tīng)器，主要采用自適應(yīng)反饋消除算法完成陷波濾波器設(shè)計(jì)，能夠通過(guò)控制反饋補(bǔ)償信號(hào)實(shí)現(xiàn)回聲消除。采用陷波濾波器，可以對(duì)反饋信道轉(zhuǎn)移函數(shù)進(jìn)行估計(jì)，得到與麥克風(fēng)輸出相減的信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)回聲消除。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于DSP 芯片大小有限，在1.3-1.5V 電壓下時(shí)助聽(tīng)器持續(xù)工作30-50h，利用回聲消除算法將造成信號(hào)處理復(fù)雜度增加，繼而導(dǎo)致芯片運(yùn)算速度降低。實(shí)際應(yīng)用該技術(shù)，還要適當(dāng)提高數(shù)字濾波器的抽頭系數(shù)和零極點(diǎn)數(shù)量，以便使信號(hào)轉(zhuǎn)移函數(shù)產(chǎn)生更多陡峭波峰和波谷，繼而增強(qiáng)助聽(tīng)器的回聲消除性能。針對(duì)慢自適應(yīng)無(wú)法對(duì)信道轉(zhuǎn)移函數(shù)進(jìn)行有效估計(jì)的情況，可以通過(guò)最小均方誤差計(jì)算使算法的復(fù)雜度得到降低，將反饋路徑幅度響應(yīng)峰值看成是窄帶共振，繼而實(shí)現(xiàn)回聲有效抑制。

3 結(jié)論

綜上所述，在DSP 數(shù)字助聽(tīng)器工作的過(guò)程中，將通過(guò)運(yùn)用響度補(bǔ)償、噪聲處理、回聲抑制等關(guān)鍵技術(shù)完成一系列的數(shù)字運(yùn)算，在濾除噪聲和實(shí)現(xiàn)聽(tīng)力補(bǔ)償基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)回聲抑制，使助聽(tīng)器保持良好語(yǔ)音傳遞性能，滿足裝置使用要求。