[发明专利]数字式助听器增益控制优化方法

说明书

技术领域

本发明属于数字信号处理方法用于数字式助听器增益的优化方法，特别针对连续实时言语声信号进行连续动态的放大处理，而同时又避免由于大量数据处理产生的时间延迟而造成的失真。本发明的方法可广泛应用于高保真型连续的实时言语数字信号处理器，如助听器。

背景技术

数字式助听器增益控制优化方法的意义：助听器的最基本功能是把原声放大：即根据听力患者在不同频率的损失状况来设置可控的增益，使具有残余听力的配戴者能够听到并听清原声信号。自1996年第一款商业化数字式助听器进入市场以来，由于其强大的运算与处理功能，持续下降的尺寸与功耗，软件化的通用性开放平台与持续可控的编程特性，目前95%以上的助听器都是数字式。数字式助听器的核心组成部分是芯片与控制其功能的嵌入式软件，各种主要性能都由数字式信号处理算法转化成嵌入式软件来实现。在所有性能中，声源输入信号的增益控制是一切其它助听器性能的基础性能。当前通用的增益控制方法为在频域内的“多通道宽动态压缩”算法，即在独立的频段内根据实时输入信号的功率大小来及时改变增益大小。

据统计在人口10%都有不同程度的听力损失，而这其中有超过80%为不可逆的感音神经性听力损失(Sensori-Neural Hearing Loss)。其特点是在不同频域内不同程度的听力动态范围缩小。听力动态范围指的是包括从可感知的最小的听阈到最大可忍受的声压级。而听力损失主要指的是患者的听阈声压级的不同程度升高：即正常的小声听不到，直到正常的轻，中，甚至到大声时才到达其听阈；可当正常的很大声时，患者也会像正常人一样感知为很大声，所以患者的听力动态范围被缩小了。而控制增益的“宽动态压缩”算法就是为了能够在设置增益时能很好的补偿缩小的动态范围：在正常的小声时把声音放大到患者的“小声”感知水平，而当声压级信号进一步增强时能及时改变增益使正常的“大声/很大声”让患者也感知为“大声/很大声”而不会因为过分的放大成为“太大声”。同时助听器的首要目的是让患者能够进行正常言语交流，所以助听器的增益控制也以言语声信号为首要处理目标。

目前数字式助听器增益控制的算法，使用基本的对连续实时数字信号的处理方法，进行以下处理：对输入的言语信号进行分析并计算出功率，然后根据计算出的功率大小计算出应使用的增益，接着把增益施加到输入信号上计算出输出信号。

而对于一个数字式助听器的整体放大性能的实施，除了以上增益算法，还包括在应用算法前的以下数字信号处理器前端步骤：麦克风把声信号转换成模拟电信号，模拟电信号转换成数字式电信号；到算法应用后的数字信号处理器后端步骤：把输出数字式信号转换成模拟电信号，由放大器把输出模拟电信号放大并把它转换成声信号输出到助听器的扬声器上。

所以整个数字式助听器的功能由3大组成部分来实现：电声转换，模拟信号处理，数字信号处理。而助听器的功能就是在我们日常生活中这无时无处不在的声的世界中连续实时的收集声信号，然后处理，接着放大，并送到听力患者的耳膜前使之成为患者能感知的声音。这整个“收集，处理，放大”的过程需要时间，特别是这个“处理”过程取决于其复杂程度，可能需要很大的延迟才能完成所有步骤。

好在我们人类对于我们周围的声的环境世界有着自己独特的感知系统与处理功能，而助听器的使用前提也是配戴者主要是他/她的最前端的声音感知器官系统部分受损，而其他听力系统，如听神经传导与中枢听力是完整正常的。在这个前提下，我们就可以假设助听器配戴者可以接受某种程度的信号处理延迟，同时能重新感知并接受放大处理过的声信号，并能提高并恢复患者的正常言语交流。那么给出延迟的界限就变得至关重要了。

现代化的数字式助听器在其“处理”步骤过程中，可以进行非常多的各种算法运算。但除了“延迟”这个制约条件外，算法复杂性也是一个制约条件，因为复杂的算法就意味高功耗。而耗电量大就需要经常换电池，这也是助听器使用中不能容忍的。所以各种已知的算法的优化，如增益控制，也至关重要。   

发明内容

本发明的目的是提供一种数字式助听器增益处理的优化方法。该方法根据人类听力感知的特性来限制整个运算的最高延迟时间，同时在最大的时间延迟范围内充分优化增益控制算法，使数字式助听器的应用软件能够有效的完成大量运算而不产生可感知的失真及其它由延迟引起的影响言语识别的副作用。

本发明提出的优化方法包括：

1）建立延迟模型用于量化延迟，延迟模型的延迟由3大部分组成：

（1）前端：声/电信号转换，模拟信号数字信号转换；

（2）数字信号处理；