登陆注册
13113100000021

第21章 助听器的声学处理技术(9)

对参考麦克风而言,其他麦克风的到达上的差异称为时延。为使波束形成器的输出达到最大的信噪比,保持各麦克风接收到的期望语音信号同步是很重要的问题。这是进行后续处理的一个前提条件,也是多数麦克风阵列语音增强算法中的一个基本问题。设计上对延迟的数据的获得,很大程度上影响到降噪的效果。由于实际环境中存在混响和噪声干扰问题,有时噪声是相干的,有时是不相干的,也会有散射场的情况,这都对时延估计的准确性和稳定性提出了很大的挑战。

由于时延估计的困难,信号子空间的计算方法正是为了避开这个难题而设计的,可以把信号自空间法看做是单通道谱减法在麦克风阵列中的应用。

尽管麦克风阵列的语音增强有诸多的优点,但是从理论上讲语音信号是宽带信号,而阵列多用窄带信号。噪声源可能与语音信号的频谱有相同特性,这将致使波束形成失去作用。混响会影响阵列中的时延估计和语音检测活动,较大的混响还会影响自适应阻塞矩阵的判断,不能有效地阻塞语音信号,造成输出中的语音信号被当作噪声衰减。实际环境中说话者提供的语音并不是在空间上固定不变的点声源,与多数设计的计算方法中的模型不同。

纵观上述各法,无论用何种方法,最终的目标是要最大限度地去除噪声,最低程度地影响语音,尤其是对清音的影响,同时要减少因各种计算方法引起的残留的噪音。事实上,助听器使用者所处的环境千变万化,自然界的噪声也各有各的特性。而且目前多数的单通道处理过程都是对信号中的前一段信号作出统计分析,再将结果应用于后一段信号中,也就是在对目前的信号进行处理的过程中,使用的对照参数是来自前一个样本的。处理结果的优劣很大程度上依赖于假设参数、模型、统计数据的精确性,而且仅单独地使用一种方法而想去除各种噪声是不现实的。

但同时也应看到,随着信息论、子带滤波等理论的发展,出现了盲源分离、子带分解、多分辨率分析等新的语音增强方法。语音增强的发展基本上是从语音分析工具和具体计算方法这两大方面来展开的。

5.7.4助听器中使用的降噪技术

研究显示,高品质的降噪效果是促使助听器的佩戴者更易接受及长时间地使用助听器的重要因素之一,因此助听器生产厂家在进行产品宣传时均热衷于标榜各自所研发的助听产品降噪系统的优越性,以期能使其产品更多地受到听障人士的青睐。

但事实是目前助听器因为处理能量的局限性,信号处理越精确复杂,要求的能耗就越大,这与助听器中有限空间中电池所能提供的能量是矛盾的。基于此,应用于现今助听器中的处理技术相对于理论的发展都是简单的。

降噪的方法用于单通道的助听器中虽然能提高佩戴者的舒适度,但并不能增加言语可懂度。

这里的单通道不是压缩特性中的通道数,是指单麦克风拾音的情况。可能是因为单通道降低增益不能有效地增加最相关频率段的信噪比,也可能是因为处理过程中非线性滤波引起的失真以及对噪声非精确的估计。因为在现实环境中,语音与噪声在频域和时域上往往是相互交叠的,这也使得仅使用单通道技术而要完全地分离噪声、不影响语音质量的可能性几乎为零。特别在信噪比低或者噪声呈现非稳态的情况下,单通道的处理更是不能解决问题。

单麦克风的降噪一般都是使用信号和噪声在频谱或者调制率上的差异来实现降噪的。最简单的是通过高通滤波器来实现的。假设一背景噪声是以低频为主,并掩蔽了语音信号中的低频部分,高频滤波器可以降低噪声的响度,而对言语可懂度的影响却不大。高级一点的助听器把拾取到的信号分到各频段后,根据各频段的调幅深度来降噪。一般认为语音声是高调制信号,噪声是低调制信号,信号处理的结果是含高调制频率的成分可以通过,而含低调制频率的成分不可以通过。Oticon Digifocus,GN Danavox2Danalogic,GN ReSound Canta 7,Phonak Claro,WidexSenso,Widex Senso Diva,Siemens Prisma在他们单通道信号拾取的产品中是使用调制技术的。这种对信号调制情况的判断可以理解为是语音检测中的一种。

到了2001年,唯听的Senso Diva,Phonak Claro,GN ReSound Canta 7耳背式助听器中开始出现了双麦克风自适应降噪的技术。相对于固定方向性麦克风,在单一噪声的情况下,该麦克风能提供更好的言语可懂度。但在比较复杂的情况下,比如有多个噪声、存在混响的情况下,该类麦克风的工作类似于固定方向性麦克风。为了应对复杂的噪声环境,在助听器中开始使用三个麦克风技术,比如BTE Siemens Triano 3。

国外有学者的论文中提到单通道中使用维纳滤波和谱减法,多通道中使用自适应维纳滤波来进行自适应噪声对消。也有学者提到可以使用子带自适应滤波、离散余弦变换-最小均方差准则(该论文中认为此法优于离散傅立叶变换-最小均方差准则和小波变换-最小均方差准则)。在Danavox‐163D的耳背机中,使用独立分量-最小均方差准则。GN ReSound Canta 7的计算方法是GSC。

除了考虑到使用不同分析工具、计算方法外,麦克风的匹配问题一直是设计者比较棘手的问题。匹配问题是多麦克风可以正常工作的前提,虽然可以通过校准滤波系数或者把获得的极性数据与内在的正确数据进行比较完成,但由于目前使用于多麦克风系统的计算方法没有包括稳定性的参数,使得上述问题在实际使用中无法避免地存在着。而且助听器在外形设计上小型化的趋势,也使得降噪设计中麦克风的失匹配、安装位置、头影效应对性能的影响越来越严重。虽然许多厂家通过各种方法来减缓该类问题(比如防尘防水、简单的几点频响匹配),但总是不能从技术的根本上解决问题,由此更加需要包含稳定性计算的计算方法来完善这个问题。

5.7.5降噪的量

降噪的程度问题也是语音在助听器中比较特殊的问题。由于助听器计算量、耗电等的局限性,使得能用于助听器中的语音增强的算法相对比较简单。无论助听器使用何种计算方法,在其设计过程中通常依靠减少助听器输出的方式,即通过减少助听器在噪声环境中的增益,来实现降噪。列举现今各助听器生产厂家所研发的助听器降噪系统,不难发现尽管不同厂家所生产的助听器在其降噪系统的设计上存在差别,但最后在助听器输出方面所得到的体现就是助听器增益的减少,并且在助听器的各个编程程序中,其增益所减少的数值是被固定的。既要保持语音信号的完整、可听,又要尽可能地降低噪声,是一对矛盾的对立面,有时候不得不以牺牲一项的利益来确保另一项目的的实现。

可是,此类被固定的增益减少量,对听力损失程度不同的助听器佩戴者所造成的效果往往大相径庭。

在很多情况下,相对于轻度听力损失的助听器佩戴者而言,固定的增益减少量在一定程度上仍没有达到其所需要的噪声控制量,他们仍会感觉环境相当的嘈杂;相反的,对于重度听力损失的助听器佩戴者而言,相同量的增益减少可能会过多地降低增益,在减小了噪声的同时也影响了助听器使用者对言语的拾取,从而影响了其言语可听度。因此,目前在这些传统降噪方法的基础上,出现了通过计算言语清晰度指数(speech intelligibility index,SII)来实现弥补本身计算方法的简单的新型计算方法。该降噪方法的设计厂家在其官方的宣传资料上,将其称之为言语增强降噪方法(speech enhancer)。

言语清晰度指数(SII)与清晰度指数(AI)相类似,是一种可间接推断言语可懂度的测量方法。通常而言,SII或AI的指数处于0和1之间,数值越大表示与其相关的言语可懂度越好,特别是SII指数,理论上可将其理解为AI的升级,这是由于SII指数在计算过程中不仅考虑了高强度给声时所产生的掩蔽效应,同时也顾及了不同频率的可听度对言语可懂度的影响。因此,SII的计算除了需要获得相应的言语频谱和噪声频谱外,还需输入用户的纯音听阈作为依据,方能针对相应的听力损失程度,分别计算出各频率处有多少可听的言语信号,并根据这些不同频率处可听言语信号对言语可懂度的有用性差异,计算不同频率处应提高多少增益用以实现言语可懂度的最大化。与此相对应的是助听器所具备的可调试通道越多,代表需要计算的频率也越多,数据随之也将更加的精确。

目前助听技术日新月异,更为科学化、人性化的助听器也在不断地被研发和应用之中,但是直至今日如何使助听器完美地进行降噪处理对于助听器研究工作者而言仍是一个难以解决的问题。这是因为将言语信号与用户所不需要的噪声信号进行完全而清楚的区分是极其困难的,特别是面对不同的使用者和使用环境,助听器在降噪过程中,降噪系统对增益进行何种程度的调整,才能既减少环境噪声,又不影响有用的言语信号的拾取,更是极难控制。若对不同程度听力损失的使用者均采用相同的增益减少量,无疑会在很大程度上影响一部分助听器使用者的言语可听度,从而进一步影响其言语的可懂度。因此,SII降噪技术应运而生,弥补了对噪声强度无自适应的计算方法。

同类推荐
  • 泌尿系统疾病诊治绝招

    泌尿系统疾病诊治绝招

    本书旨在总结临证有效方剂,而不以学术探讨为目的,因此,药物组成、用量或比例均严格忠实于原方创制者,不做任何调整或补充。凡药涉巨毒,方涉峻烈者,或有其他注意事项者,均在【说明】项下对其详加说明。这些方剂屡试屡效,有较高的实用价值。本书集众家之所长,聚新方于一鉴,可供医务工作者、科研工作者、医学院校师生研究、学习、使用。
  • 中医治病的奥秘:辨证论治

    中医治病的奥秘:辨证论治

    中国医学有数千年的历史,是中国光辉灿烂的古文化的一个重要组成部分,为人民群众解除了疾病和痛苦、为中华民族的发展作出了巨大贡献。中医的核心内容即是辨证论治和整体观念。辨证论治是中医学的特点与精华,是中医学对疾病的一种特殊的研究和处理方法。辨证论治是我国特有的,根据病理变化进行治疗的一种临床诊疗原则,它的形成与发展经过了两千多年的漫长过程。《中国文化知识读本·中医治病的奥秘:辨证论治》介绍了中医辨证论治的起源、阴阳五行学说、中医外科守护、心理疗法、针灸辨治等内容。
  • 针灸与养生

    针灸与养生

    “寄蜉蝣于天地,渺沧海之一粟,哀吾生之须臾,羡长江之无穷”,这是苏轼《赤壁赋》里的名句。养生实际是人们长生梦想破灭后的一种现实补偿。看看时下大街小巷各式各样的美容院,令人眼花缭乱的保健品店铺,听听周围日渐平常的减肥健身话题,你就不难发现,追求健康、健美已成为都市人的生活时尚。
  • (便携式)针刺手法图解手册

    (便携式)针刺手法图解手册

    本书共分九章,详尽介绍了毫针基本知识、基础针刺方法、基本针刺手法、单式针刺手法、复式针刺手法、单式补泻手法、复式补泻手法、配穴补泻手法、《内经》刺法等内容。附篇中收录了近代12位医家刺法,以供读者学习之用。在“单式针刺手法”一章的编写中,采用当代针刺手法大师张缙教授所提出的“二十四式单式手法”进行编排论述,其中部分内容由张缙教授及高滨昌博士提供。另外,附篇中的“张缙二十四式单式手法”一文由张缙教授亲授,给拙作大增光辉。值此,对张缙教授的大力支持和热情指导深表谢意!新中国成立以后,对针刺手法的研究颇为重视。
  • 中风临床检查与最佳保健方案

    中风临床检查与最佳保健方案

    本书从中风病因、临床表现、用药、运动与康复、生活起居、心理、护理、婚育、性生活等方面提供了保健基本知识。
热门推荐
  • 锦时行之郡主威武

    锦时行之郡主威武

    国降当日,她被封为摄政郡主,一力挑起故国脊梁。奈何年少蒙欺,南疆主力几遭灭族之苦。可几经颠簸罹难,马蹄围陷,单薄少女终长成烈焰女皇,看谁还敢欺她子民,夺她江山!他是大渝最尊贵的血脉,燕祁山脉骁勇善战的冷面邪王,凡经他手的战役无不大获全胜,乃是北狄族无法战胜的神话,更是帝都少女心中的最佳夫婿,可是,燕王殿下您能不能给个解释,为啥战神连个南疆女人都打不过?……少年时奇妙际遇,将诸方帝星将星云集,看天下洪潮四落,观各方英才怎样将乱世踏成盛世年华…………作者不会写简介,亲们进坑再说。第一本书,不会弃坑,尽量日更,就是这样。
  • EXO之最遥远的距离

    EXO之最遥远的距离

    世界上最遥远的距离,不是生与死的距离,而是,我就站在你的面前,你却不知道我爱你。世界上最遥远的距离,不是我站在你面前,你却不知道我爱你,而是,爱你已经爱到痴迷,却不能说我爱你。现在的张小文就是这样,她曾经以为吴世勋是上天的缘分,可没想到确实上天在糊弄自己。他爱世勋爱到痴迷,可她却怎么都不能把爱说出口,因为吴世勋爱的是她闺蜜杨倩儿。张小文多想对吴世勋说啊,可是她不能永远不能说,她只能祝福,流着眼泪地将手放开……她谎称自己喜欢逗比渣男灿烈,她知道她和吴世勋不可能了……当他知道自己已经爱上小文时,他是她闺蜜的男友,她是他队友的女人……
  • 凌天战神

    凌天战神

    岑毅天,一个地位地下,贱如蝼蚁的侯府小奴,适逢上古天人洞府开启,意外获得天人遗宝武神金丹,接受武神传承,开启天人血脉,淬洗肉身,成就一代天才。他粉碎真空,飞升天人,面对一尊尊天神、主宰的挑衅,绝不退却,胸怀永不屈服的凌天战意……
  • 独异

    独异

    不一样的视角不一样的世界,在一个截然不同的环境里,现代人的努力。
  • 急诊科女超人

    急诊科女超人

    急诊科女超人于莺,学名于莺,协和医院急诊科主治医生,因微博@急诊科女超人于莺红遍网络。她给自己的标签是“为所欲为”“天马行空”“无组织”“无纪律”。既是医生的典范,又是医生的反面教材。作为一名战斗在急诊第一线的主治大夫,她上班能战斗,下班能吐槽,镇得住医闹,扛得起领导,特别能逗贫,特别敢说话,你敢问她就敢答,你还来不及问的,她也不小心告诉你了。颠覆传统医生形象的女医生,不古板,不服软,敢说敢做,让群众知道医生还有重口味的一面儿。群众对此表示:头回见到这样的医生,喜闻乐见。
  • 李嘉诚经营策略:人情特色的独门生意经

    李嘉诚经营策略:人情特色的独门生意经

    本书全方位透视了李嘉诚作为一名大商人,开创大事业所遵循的大法则;揭示了李嘉诚高人一筹的商业智慧和他独一无二的生意经。
  • 最强武皇

    最强武皇

    小混混白羽巧遇神棍老和尚,偶然习得神界流传的上古奇功,专修灵魂的《大愿心经》,似乎冥冥中自有安排,白羽穿越到了以修炼为主流的神州大陆,成为了一名不折不扣的废物少爷,然而在白羽得知了神州大陆上还存在着一种叫做“战魂”的另类灵魂之后,身怀专修灵魂的绝世奇功的白羽,开始了一段彪悍……
  • 天赋神通之时代

    天赋神通之时代

    小JJ可以当做丹田吗?普通的小狗也可以修炼吗?草药可以当做内力用吗?器官可以单独活动吗?草根也可成神吗?混迹于武林不得志的凌辰因练功走火入魔,穿越到神元大陆,这儿的人没有丹田,只有天赋神通,天赋神通是被上天赐福的一个器官,拥有神奇的力量,凌辰如何能有原来的功法在这个世界扬威,一个光怪陆离的异世界,请看天赋神通之时代。……………………本书是我的第一本书,还有诸多不足,但一直一边学习,一边码字,相信一定会逐步提高水平,请各位支持,收藏,推荐,多谢了!Ps本人是业余写手,每天更新不多,但一定会按时按量更新,请大家支持!
  • 二战史·亡命暴徒

    二战史·亡命暴徒

    本书介绍了第二次世界大战中法西斯阵营中的臭名昭著的战犯。包括:德国的戈林;日本的冈村宁茨 ,坂垣征四郎等。讲述了他们罪行累累的一生。
  • 我们不是道士

    我们不是道士

    我叫白丁。老了,没用了。那些老兄弟们,死了,都死了。。。活了好些年,捉过鬼,探过墓,杀过人,救过妖。。。从民国活到了解放,同时代的那一撮人埋的埋没的没,连魂都拘不来喽。我还活着,可没有了那撮人,这酒都喝不出往年味道喽。写点什么吧,有人记住就记住了,有人信了就信了。告诉你们,真的想告诉你们,我们这些人存在过。