數(shù)字助聽器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、聽力損失會嚴(yán)重影響老齡患者的身心健康，佩戴助聽器是目前老齡患者改善聽力最有效的手段。然而即使在歐美等發(fā)達國家，老齡患者佩戴數(shù)字助聽器的比例也只達到1/3左右，這說明目前助聽器技術(shù)仍然存在一些亟待解決的問題，如多聲源場景下語音理解困難、語訓(xùn)效果差等。在中國，龐大的老齡聽損人口、落后的助聽器技術(shù)、以及漢語與英語本身的差異性，都使得漢語數(shù)字助聽器技術(shù)研究面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，研究面向漢語，面向老齡患者的助聽器算法具有急迫的現(xiàn)實意義。
　

2、　 在國家自然基金的資助下，本文以老年康復(fù)的重點領(lǐng)域和主題為研究內(nèi)容，以我國老年康復(fù)面臨的挑戰(zhàn)對科技提出重大戰(zhàn)略需求為重點，對面向老齡患者的助聽器設(shè)計理論及方法進行了深入研究。研究以輕-重度老齡聽損患者為對象，以助聽器設(shè)計中存在的關(guān)鍵問題為方向，在方向性語音增強和降頻助聽算法方面取得了一些研究成果:
　　 1、提出一種基于麥克風(fēng)陣列的聲源定位算法。算法基于聲源位置在定位空間中的稀疏性的假設(shè)，利用差分麥克風(fēng)陣列提取振幅差異構(gòu)建信

3、號模型。在此基礎(chǔ)上，算法采用自適應(yīng)次梯度投影算法來重構(gòu)聲源位置信號，然后通過評估重構(gòu)信號的能量峰值位置，獲得多聲源位置。仿真實驗證明，同基于高分辨率譜估計的定位算法相比，該算法的魯棒性和精度都得到了提高。在聲源定位算法獲得目標(biāo)聲源的空問位置的情況下，算法可結(jié)合零陷線性約束最小方差波束形成器將波束方向指向目標(biāo)聲源，從而抑制干擾聲源。仿真實驗證明在無共振和有共振環(huán)境下，該方案都取得了信干比的提升。
　　 2、基于人耳聽覺特性，提出一

4、種雙耳聲源定位算法。該算法基于雙耳時間差，并結(jié)合頭相關(guān)函數(shù)模型估計聲源位置。為提高算法可靠性和精度，算法首先模擬耳蝸基底膜的頻率選擇性，將語音信號進行多頻段分解。然后，通過模擬人耳的優(yōu)先效應(yīng)，算法設(shè)置相關(guān)值門限，提取語音信號中的優(yōu)先信號來評估雙耳時間差。最后，算法利用參數(shù)化的聲源定位模型進行聲源位置估計。實驗結(jié)果顯示，算法對于聲源位置和聲源個數(shù)的估計較準(zhǔn)確，并有一定的抗干擾性能。此外，由于該算法可以結(jié)合助聽器的多通道響度補償算法，所以其

5、計算量較小，比較適合應(yīng)用于助聽器中。
　　 3、提出基于人耳聽覺感知特性的非線性頻率壓縮算法。非線性頻率壓縮算法是一種較先進的降頻助聽算法，但是如何選擇頻率壓縮因子，一直是一個研究重點。本文在前人研究的基礎(chǔ)之上，提出了一種結(jié)合人耳聽覺特性的非線性頻率壓縮算法。算法基于正弦模型獲取信號特征，并根據(jù)人耳對不同頻段的語音理解度調(diào)整頻率壓縮比例。此外，為改善移頻后的信號包絡(luò)，本研究還引入相位補償方法。在漢語語音理解度實驗中，10個受試者

6、的平均理解率提高20％-35％。
　　 4、通過分析現(xiàn)有算法在漢語識別中的不足，并結(jié)合生活實際，提出一種自適應(yīng)慢放頻移算法。算法根據(jù)信號頻譜分布決定慢放因子，然后將慢放后的信號進行頻移。該算法只對小部分語音做慢放處理，提高了識別率，對大部分語音保持不變，保持了時域同步性。而對于其它高頻能量較高的非語音，算法也能以合適的慢放因子進行降頻，提高聲音的可聽性和理解率。此外，通過分析噪聲和含噪信號間的頻譜關(guān)系，本文提出一種噪聲情況下的慢

7、放因子估計方法，增強算法的魯棒性。實驗結(jié)果顯示，受試者的聲音理解率提高15％到20％。
　　 綜上所述，本文針對老齡聽損患者的聽力缺失特點，研究了以提高言語理解度為目的的數(shù)字助聽器語音處理算法。由于應(yīng)用的特殊性，目前國內(nèi)外對該領(lǐng)域的研究都還處于起步階段，存在一些需要進一步深入研究的問題，例如助聽器仿生技術(shù)、漢語或其他語言特征對聽損患者理解語言的影響、自適配技術(shù)和認(rèn)知補償技術(shù)等。針對這些問題的進一步研究，將提高數(shù)字助聽器語音處理算