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基于DSP的數(shù)字助聽器設(shè)計(jì)方案

2017-10-26 | rar | 0.6 MB | 次下載 | 1積分

資料介紹

1、數(shù)字助聽器開拓是必然的技術(shù)支持
  助聽器的設(shè)計(jì)具有嚴(yán)格的技術(shù)要求。助聽器必須足夠小的體積(以便置于人耳之中或其后部)、極低的運(yùn)行功耗且不得引入噪聲或失真。為滿足這些要求,現(xiàn)有的助聽器件消耗的電流低于1mA,工作電壓為1V,并占用不到 的硅片面積(通常這意味著兩個(gè)或三個(gè)元件需要彼此堆疊放置)。
  典型的模擬助聽器由具有非線性輸入/輸出功能以及頻率相關(guān)增益的放大器所組成。但是,與數(shù)字處理相比,這種模擬處理的缺點(diǎn)在于其依賴定制電路、不具備可編程性且成本較高。相比于同類模擬器件,近來(lái)的數(shù)字器件已經(jīng)在器件成本和功耗方面有所改進(jìn)。數(shù)字器件具有的最大優(yōu)點(diǎn)是其處理功率和可編程性的改善,它使得設(shè)計(jì)能夠針對(duì)特定的聽力受損情況和環(huán)境對(duì)助聽器進(jìn)行客戶化設(shè)計(jì)。可以采用較為復(fù)雜的處理方法(而非簡(jiǎn)單的聲音放大和可調(diào)頻率補(bǔ)償)來(lái)使傳送到受損人耳的聲音質(zhì)量有所改善。但是,這種方案的實(shí)現(xiàn)需要仰仗DSP所具有的復(fù)雜處理能力。
  2、 聽力損失的分類與解決
  聽力損失通常可分為兩類:即傳導(dǎo)型聽力損失和感覺(jué)神經(jīng)型聽力損失(SNHL)。當(dāng)通過(guò)患者外耳或中耳的聲音傳送異常時(shí)會(huì)發(fā)生傳導(dǎo)型聽力損失,而SNHL則發(fā)生在耳蝸中的感覺(jué)細(xì)胞或聽覺(jué)系統(tǒng)中更高級(jí)的神經(jīng)機(jī)理出現(xiàn)故障的場(chǎng)合。
  2.1 傳導(dǎo)型聽力損失的解決-聲音進(jìn)行放大
  傳導(dǎo)型聽力損失當(dāng)發(fā)生傳導(dǎo)型聽力損失時(shí),聲音不能通過(guò)中耳或外耳的進(jìn)行正確的傳導(dǎo)。由于聲音衰減主要是因傳導(dǎo)損失所致,因此對(duì)聲音進(jìn)行放大是恢復(fù)接近正常聽力所必不可少的。傳統(tǒng)的模擬助聽器無(wú)需特殊的信號(hào)處理就能發(fā)揮很好的作用。但是,在那些具有某種程度的聽力障礙的患者中,只有5%是純粹由傳導(dǎo)型聽力損失所造成的。
  2.2 感覺(jué)神經(jīng)型聽力損失(SNHL) 的解決
  SNHL包括因器官老化而引起的聽力損失、噪聲引發(fā)的聽力損失以及由損害聽力系統(tǒng)的藥物所導(dǎo)致的聽力損失。多數(shù)類型的SNHL似乎是由耳蝸功能失效引起的。SNHL被認(rèn)為是由于內(nèi)耳絨毛細(xì)胞和/或外耳絨毛細(xì)胞受損引起的。但是潛在的生理學(xué)病因是復(fù)雜的,不同的人將表現(xiàn)出不同的病狀,這意味著聽力圖相同的患者其聽力損失情況未必相同。而且,在不同的頻率范圍內(nèi),患者聽力受損的情形甚至也有可能存在差異。
  SNHL的影響通常會(huì)導(dǎo)致某些頻率范圍內(nèi)的輸入信號(hào)缺損、靈敏度嚴(yán)重不足以及聽覺(jué)濾波器濾波范圍變大等問(wèn)題。這些影響反過(guò)來(lái)又會(huì)大大影響患者對(duì)聲音的感覺(jué)。與聽力正常的人相比,SNHL患者最有可能遇到的問(wèn)題就是需要加大音量(即患者的舒適聆聽電平范圍與正常值相比受到壓縮)以及頻率分辨率降低。聲音感覺(jué)方面的這些改變會(huì)顯著影響聽者對(duì)語(yǔ)音的理解能力。
  由于SNHL不僅僅是聲音傳輸?shù)膯?wèn)題,而實(shí)際上是聲音處理的問(wèn)題,因此這種損失不大可能通過(guò)簡(jiǎn)單的放大來(lái)彌補(bǔ)-把失真的聲音放大并不會(huì)使其變得更加清晰。所以,幫助SNHL患者的一種有效途徑或許是通過(guò)信號(hào)的預(yù)處理來(lái)對(duì)合成音調(diào)頻譜進(jìn)行改善的方法來(lái)補(bǔ)償聽力損失。
  不同表現(xiàn)形式的SNHL不大可能采用一種相同的最佳處理方法來(lái)補(bǔ)救。對(duì)聲音進(jìn)行處理能夠使語(yǔ)音變得更加清晰。但是,最佳處理算法會(huì)因人而異,而且,即使是同一個(gè)人,由于所處聆聽環(huán)境(比如既有安靜的房間也有噪雜的運(yùn)動(dòng)場(chǎng))的不同,處理算法甚至也有可能改變。要想適應(yīng)這些差異,關(guān)鍵在于助聽器的靈活性。
  2.3 傳統(tǒng)助聽器組成及功能 傳統(tǒng)助聽器一直采用的是裝在與最終用戶相配的定制耳模內(nèi)的放大器。助聽器系統(tǒng)包括傳聲器、放大器、鋅-空氣電池和接收器/揚(yáng)聲器。大多數(shù)此類放大器均采用了某種用于對(duì)增大的音量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膲嚎s函數(shù)(基本上是非線性輸入/輸出關(guān)系)。此外,不同頻段中的增益是可以調(diào)節(jié)的,且頻段的數(shù)量各不相同,但通常為兩個(gè)或三個(gè)。很多最新型的助聽器具有數(shù)字可編程性,這意味著盡管它們采用模擬信號(hào)處理,但其處理則受控于可由聽覺(jué)病矯治專家進(jìn)行調(diào)節(jié)的數(shù)字參數(shù)。此外,一些模擬助聽器具有幾套“程序”(即幾組參數(shù)),以適應(yīng)不同的聆聽環(huán)境。
  3、基于DSP的數(shù)字助聽器
  3.1 先述用ASIC(專用集成電路)制作的數(shù)字助聽器
  市面上的一些數(shù)字助聽器是具有可編程系數(shù)的ASIC。這些ASIC能夠提供典型模擬器件所無(wú)法提供的幾套算法和多個(gè)頻段。例如,數(shù)字助聽器具有以下功能組合:2-14個(gè)具有可調(diào)交叉頻率的頻段、傳聲器、用于定向聆聽的對(duì)偶傳聲器、背景噪聲抑制、自動(dòng)增益控制(AGC)、語(yǔ)音增強(qiáng)、反饋抑制和高響度保護(hù)。總之,數(shù)字助聽器能夠處理的數(shù)量是令人吃驚的,尤其在與模擬助聽器所采用的傳統(tǒng)處理相比較時(shí)更是如此。
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