CN102008371A - 一种数字式耳鸣掩蔽器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字式耳鸣掩蔽器，该耳鸣掩蔽器包括：信号发生单元、信号处理单元和信号输出单元；所述的信号发生单元，包括信号发生器，所述的信号发生器，用于生成数字化的白噪声信号；所述的信号处理单元，包括带通滤波器，用于对所述的数字化的白噪声信号经过带通滤波器提取掩蔽声信号；所述的信号输出单元，包括换能器，用于将生成的掩蔽声信号经过D/A转换后通过电声换能器输出。本发明增大可发出的掩蔽声的频率范围以及声输出强度范围，结合心理声学和人耳听觉特性划分频带，可自由选择所需要的掩蔽声频带，满足更多耳鸣患者的差异性掩蔽需求，并提高控制精度。

Description

一种数字式耳鸣掩蔽器

技术领域

本发明涉及用于治疗耳鸣的设备，特别涉及一种数字式耳鸣掩蔽器。

背景技术

治疗耳鸣的方法主要包括药物治疗、掩蔽治疗、针灸、电/磁刺激、超声、高压氧、生物反馈等多种。在这多种耳鸣治疗方案中，掩蔽治疗是治疗耳鸣的常用方法，它是指通过外接给声来达到减轻或消除耳鸣的目的，其掩蔽效果可分为主动性减轻和被动型减轻，前者指在给声期间耳鸣被抑制，后者指掩蔽结束后耳鸣持续被抑制，也称为后效抑制(RI)。这种方法的好处在于它是一种生理的疗法，简便、安全、无明显副作用，且有效率较高，部分患者在接受掩蔽治疗后，其RI持续时间可达永久性。

目前耳鸣掩蔽器主要是耳鸣助听器，即把耳鸣掩蔽功能加入普通助听器中，既有助听器的功能，又能满足耳鸣掩蔽的需要。对于同时存在听障和耳鸣困扰的人群而言，这类耳鸣助听器比较适用，但是如果对于单纯存在耳鸣问题的患者而言，助听器的功能没有必要。从这些耳鸣助听器的耳鸣掩蔽功能上来看，很多采用的掩蔽声是音乐声，这种对于耳鸣症状不重的患者通常有效，对于耳鸣为单一音调或有明显主频的患者而言，这类掩蔽声的效果就不明显了。对于独立的耳鸣掩蔽器，耳鸣掩蔽效果和掩蔽的频率范围有很大关系。不同耳鸣患者适合的掩蔽声频率不同，如果可调频带过少，不能覆盖患者所需的频率部分，或者可调的声输出强度范围不够广，则无法达到良好的耳鸣掩蔽目的。另外，现有的耳鸣掩蔽器设计的从外部获取噪声作为信号源，而且国内的耳鸣掩蔽器由于采用模拟技术，控制精度不高。

发明内容

本发明的目的在于，为了增大可发出的掩蔽声的频率范围以及声输出强度范围，满足更多耳鸣患者的差异性掩蔽需求，并提高控制精度。

为实现上述发明目的，本发明提出一种数字式耳鸣掩蔽器。其特征在于，该耳鸣掩蔽器包括：信号发生单元、信号处理单元和信号输出单元；

所述的信号发生单元，包括信号发生器，所述的信号发生器，用于生成数字化的白噪声信号；

所述的信号处理单元，包括带通滤波器，用于对所述的数字化的白噪声信号经过带通滤波器提取掩蔽声信号；

所述的信号输出单元，包括换能器，用于将生成的掩蔽声信号经过D/A转换后通过电声换能器输出。

所述的耳鸣掩蔽器还包括信号控制单元，用于音量控制和频率选择。

所述的音量控制采用电位式或脉冲式控制输出掩蔽声的音量；频率选择采用脉冲式的方法选择输出掩蔽声的频带。

所述的信号发生单元生成数字化的白噪声信号是高斯白噪声。

所述的信号发生单元采用延时斐波那契方法生成均匀分布的随机数S(n)，如式(1)所示：

        S(n)＝S(n-j)·S(n-k)(mod m)            (1)

其中，n＞j，j＞k＞0，且n、j和k均取整数，且多项式x^j+x^k+1为二元域上的本原多项式；m＝2^M，M＞1，且M取整数；“·”表示一种运算，是异或、加法或乘法；

产生均匀分布的随机数S(n)后，利用公式(2)生成高斯白噪声信号；

$x=\sqrt{\frac{12}{N}}(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{r}_i-\frac{N}{2})---\left(2\right)$

其中，x表示高斯白噪声，r_i表示为(0，1)上的N个相互独立的均匀分布随机数，可把S(n)归一化到(0，1)得到。

所述的信号处理单元包括带通滤波器，该信号处理单元结合心理声学与听觉特性，对带通滤波器20Hz～16000Hz范围内的频带进行频带划分，频带数在10～25之间；然后，数字化的高斯白噪声信号经过带通滤波器提取掩蔽声信号。

所述的频带划分方法采用

倍频程方法、Mel域划分方法、等效矩形带宽划分方法或Bark域划分方法。

所述的带通滤波器采用直接型IIR滤波器，其系统函数和差分方程分别如式(3)和式(4)所示：

$H\left(z\right)=\frac{\underset{r=0}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{b}_r{z}^{-r}}{1-\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{z}^{-k}}---\left(3\right)$

$y\left(n\right)=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{k}y(n-k)+\underset{r=0}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{b}_{r}x(n-r)---\left(4\right).$

所述的信号处理单元生成的掩蔽声信号为窄带噪声信号、宽带噪声信号或单频噪声信号。

所述的信号输出单元还包括放大器，用于放大掩蔽声信号后输出至换能器。

本发明的优点在于，本发明不同于以往设计中从外部获取噪声作为信号源，而是采用先进的数字信号处理技术主动直接生成数字化的白噪声信号；并且掩蔽声信号生成及处理利用数字信号处理技术，系统控制精度高，性能稳定。另外，可调频率范围20Hz～16000Hz覆盖完整人耳听觉范围，结合心理声学和人耳听觉特性划分频带，可自由选择所需要的掩蔽声频带，适应不同用户的需求。

附图说明

图1为本发明的数字式耳鸣掩蔽器信号处理系统框图；

图2为本发明的耳背式耳鸣掩蔽器的结构图。

附图标识

1、外壳      2、音量控制旋钮    3、频率选择按钮

4、电池仓    5、耳钩            6、导声管

7、耳塞座    8、耳塞            9、受话器

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

本发明的数字式耳鸣掩蔽器信号处理系统框图，如图1所示。该系统由信号发生单元、信号处理单元、信号控制单元和信号输出单元组成。

信号发生单元，主要由信号发生器组成，信号发生器作为信号源来生成数字化的白噪声信号；信号处理单元，用于对所述的信号发生单元生成的数字化的白噪声信号进行处理来提取掩蔽声信号；信号输出单元，主要由换能器组成，用于把所述的信号处理单元生成掩蔽声信号经过D/A转换后通过电声换能器输出。信号控制单元，主要由音量控制旋钮和频率选择按钮组成；音量控制旋钮采用电位式或脉冲式的方法控制输出掩蔽声的音量；频率选择按钮采用脉冲式的方法选择输出掩蔽声的频带。

采用DSP芯片作为数字信号处理的硬件，具体工作步骤如下：

步骤1)：生产数字化的高斯白噪声信号。首先采用延时斐波那契方法生成均匀分布的随机数S(n)，如式(1)所示：

        S(n)＝S(n-j)·S(n-k)(mod m)        (1)

其中，n＞j，j＞k＞0，且n、j和k均取整数；且多项式x^j+x^k+1为二元域上的本原多项式；m＝2^M，M＞1，且M取整数；“·”表示一种运算，是异或、加法或乘法；

产生均匀分布的随机数S(n)后，利用公式(2)生成高斯白噪声信号；

$x=\sqrt{\frac{12}{N}}(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{r}_i-\frac{N}{2})---\left(2\right)$

其中，x表示高斯白噪声，r_i表示为(0，1)上的N个相互独立的均匀分布随机数，可把S(n)归一化到(0，1)得到。

步骤2)：从数字化高斯白噪声中提取掩蔽声信号的方法。结合心理声学与人类听觉特性，采用Bark域划分方法来对直接型IIR滤波器20Hz～16000Hz范围的频带进行划分，划分为24个频带，然后数字化的高斯白噪声经过直接型IIR带通滤波器，提取所需频段的窄带信号作为掩蔽声信号。

步骤3)：选择所需的掩蔽声信号的频带和幅度。音量控制旋钮采用脉冲式的方法控制输出掩蔽声的音量；频率选择按钮采用脉冲式的方法选择输出掩蔽声的频带。

步骤4)：掩蔽声输出。选择的掩蔽声信号经过D/A转换将掩蔽声信号通过受话器输出。

本发明的耳背式耳鸣掩蔽器的结构图，如图2所示。该本发明的耳背式耳鸣掩蔽器结构包括外壳1、音量控制旋钮2、频率选择按钮3、电池仓4、受话器9、耳钩5、导声管6、耳塞8和耳塞座7。其中，所述外壳1可根据用户需要呈耳背式或耳内式或耳道式外壳；音量控制旋钮2、频率选择按钮3均位于外壳背板或面板上，所述音量控制旋钮2分为1、2、3、4共四档，音量逐渐增大；所述频率选择按钮3可从高斯白噪声信号中选择所需频率的窄带信号作为掩蔽声；所述电池仓4位于外壳下部，用于放置专用锌空电池；耳钩5用于连接机身和导声管；导声管6上方连接耳钩5，下方连接耳塞座7；耳塞8位于耳塞座7之上。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种数字式耳鸣掩蔽器，其特征在于，该耳鸣掩蔽器包括：信号发生单元、信号处理单元和信号输出单元；

所述的信号发生单元，包括信号发生器，所述的信号发生器，用于生成数字化的白噪声信号；

所述的信号处理单元，包括带通滤波器，用于对所述的数字化的白噪声信号经过带通滤波器提取掩蔽声信号；

所述的信号输出单元，包括换能器，用于将生成的掩蔽声信号经过D/A转换后通过电声换能器输出。

2.根据权利要求1所述的数字式耳鸣掩蔽器，其特征在于，所述的耳鸣掩蔽器还包括信号控制单元，用于音量控制和频率选择。

3.根据权利要求2所述的数字式耳鸣掩蔽器，其特征在于，所述的音量控制采用电位式或脉冲式控制输出掩蔽声的音量；所述的频率选择采用脉冲式的方法选择输出掩蔽声的频带。

4.根据权利要求1所述的数字式耳鸣掩蔽器，其特征在于，所述的信号发生单元生成数字化的白噪声信号是高斯白噪声。

5.根据权利要求4所述的数字式耳鸣掩蔽器，其特征在于，所述的信号发生单元采用延时斐波那契方法生成均匀分布的随机数S(n)，如式(1)所示：

        S(n)＝S(n-j)·S(n-k)(mod m)        (1)

其中，n＞j，j＞k＞0，且n、j和k均取整数，且多项式x^j+x^k+1为二元域上的本原多项式；m＝2^M，M＞1，且M取整数；“·”表示一种运算，是异或、加法或乘法；

产生均匀分布的随机数S(n)后，利用公式(2)生成高斯白噪声信号；

$x=\sqrt{\frac{12}{N}}(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{r}_i-\frac{N}{2})---\left(2\right)$

其中，x表示高斯白噪声，r_i表示为(0，1)上的N个相互独立的均匀分布随机数，可把S(n)归一化到(0，1)得到。

6.根据权利要求1所述的数字式耳鸣掩蔽器，其特征在于，所述的信号处理单元包括带通滤波器，该信号处理单元结合心理声学与听觉特性，对带通滤波器20Hz～16000Hz范围内的频带进行频带划分，频带数在10～25之间；然后，数字化的高斯白噪声信号经过带通滤波器提取掩蔽声信号。

7.根据权利要求6所述的数字式耳鸣掩蔽器，其特征在于，所述的频带划分方法采用倍频程方法、Mel域划分方法、等效矩形带宽划分方法或Bark域划分方法。

8.根据权利要求1或6所述的数字式耳鸣掩蔽器，其特征在于，所述的带通滤波器采用直接型IIR滤波器，其系统函数和差分方程分别如式(3)和式(4)所示：

$H\left(z\right)=\frac{\underset{r=0}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{b}_r{z}^{-r}}{1-\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{z}^{-k}}---\left(3\right)$

$y\left(n\right)=\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{k}y(n-k)+\underset{r=0}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{b}_{r}x(n-r)---\left(4\right).$

9.根据权利要求1所述的数字式耳鸣掩蔽器，其特征在于，所述的信号处理单元生成的掩蔽声信号为窄带噪声信号、宽带噪声信号或单频噪声信号。

10.根据权利要求1所述的数字式耳鸣掩蔽器，其特征在于，所述的信号输出单元还包括放大器，用于放大掩蔽声信号后输出至换能器。

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