CN102547543A - 增加听障者听到声音正确性的方法及助听器 - Google Patents
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Abstract
一种增加听障者听到声音正确性的方法，包括以下步骤：接收输入声音，判断是否需对输入声音进行频率修正，若要修正将其修正为改造输入声音。判断方式的重点主要在于判断输入声音的频率及声音能量，修正为改造输入声音会提升低频的声音能量。
Description
技术领域
本发明是涉及一种增加听障者听到声音正确性的方法及助听器，尤其涉及一种对输入声音进行频率修正的增加听障者听到声音正确性的方法及助听器。
背景技术
助听器的发展由来已久，主要概念为将声音放大，以帮助听障者听见原本听不到的声音。如此一来，说话者不需刻意将声音放大，就能让听障者听见。但听障者听不见的声音有两种特性：频率太高及强度太低，具备这两种特性的声音很容易就被听障者忽略掉。例如注音中的“ㄗ”、“ㄘ”及“ㄙ”等音就具有此种特性，因此听障者不易听见这些音节。然而目前已发展的助听器多着重在增强全体声音的能量，而无法辨认出部分真正需要增强的音节，如此将使得放大后的声音失真。关于通过处理声音频率来改善声音的相关先前技术简要如下：
先前技术美国专利第7,305,100号“Dynamic compression in a hearing aid”主要是用来减少声音的延迟。
先前技术美国专利第4,454,609号“Speech intelligibility enhancement”针对高频的子音声音做增强，当中高频声音的比例越高，则越多高频内容被增强。此发明针对高频的子音来做增强，然而对于何时有子音出现对于一般说话的场合是非常困难的，因此不适合用于助听器。
先前技术美国专利第4,759,071号“Automatic noise eliminator for hearingaids”主要是用来消除杂音，作法为将所有低于某预设值的声音移除，并对高于预设值的声音做压缩。此技术和本发明目的不同，且将所有低于某预设值的声音移除恐会造成声音失真。
先前技术美国专利第6,577,739号“Apparatus and methods for proportionalaudio compression and frequency shifting”将声音信号以某比例压缩后，提供给对某特定范围有听力损失的听障者，但是，此技术是对全体声音做压缩，会使得声音失真严重。
先前技术美国专利第7,609,841号“Frequency shifter for use in adaptivefeedback cancellers for hearing aids”改进了先前技术的移频方法，仅针对信号中高频部分做移频(往上或往下)，且将移频比例限定在6％以内。第7,609,841号虽也是对高频信号部分作移频，但移频大小及移频方向和本发明不同。
先前技术美国专利第7,580,536号“Sound enhancement for hearing-impairedlisteners”提出一种增强听障者所能听到的声音的方法，做法是将声音中的高频部分且超过一设定的能量时会进行压频或移频到一较低的频率范围，对低频的部分(一般人说话的频率)则不做变更。第7,580,536号所处理的高频声音依照说明书的例子是指32kHz(第6栏第18行)，并非一般人说话的频率，而且说明书当中也没有公开所谓超过“设定的能量”的数值。
因此，有必要提供一种可辨认出真正需作增强的声音，并对其进行频率修正的方法及装置，以解决先前技术的缺失。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种增加听障者听到声音正确性的方法。
为实现上述目的，本发明提供一种增加听障者听到声音正确性的方法，包括下列步骤：
A.接收一输入声音；
B.判断该输入声音是否需进行频率修正的处理，其中需进行频率修正的该输入声音具有以下特性：
该输入声音于1000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于该输入声音所有声音能量的比例值为0％～25％，且
该输入声音于6000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于该输入声音所有声音能量的比例值为A％，其中A值为0到80间的一数值；以及
C.若于步骤B中该输入声音需进行频率修正的处理，则将该输入声音处理为一改造输入声音，其中该改造输入声音包括多个不同频率的声音，且该改造输入声音具有以下的特性：该改造输入声音于6000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于该改造输入声音所有声音能量的比例值为B％，其中B值为A值的1.15倍至10000倍。
进一步地，步骤B中，该输入声音于1000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于该输入声音所有声音能量的比例值为0％～20％。
进一步地，A值为0到70间的一数值。
进一步地，B值为A值的1.3倍至10000倍。
进一步地，步骤C中采用压频或移频的方式将该输入声音修正为该改造输入声音。
本发明的另一主要目的是提供一种增加听障者听到声音正确性的助听器。
为实现上述目的，本发明提供一种助听器，用以接收一输入声音，并可改造该输入声音以输出给一听障者，该助听器包括：
一收音器，用以接收该输入声音；
一声音处理模块，与该收音器电性连接，用以判断该输入声音是否需进行频率修正的处理，以提供一改造输入声音，其中：需进行频率修正的该输入声音具有以下特性：
该输入声音于1000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于该输入声音所有声音能量的比例值为0％～25％，且该输入声音于6000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于该输入声音所有声音能量的比例值为A％，其特征在于A值为0到80间的一数值；且该改造输入声音具有以下特性：该改造输入声音于6000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于该改造输入声音所有声音能量的比例值为B％，其特征在于B值为A值的1.15倍至10000倍；以及一扬声器，是与该声音处理模块电性连接。
进一步地，需进行频率修正的该输入声音具有以下特性：该输入声音于1000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于该输入声音所有声音能量的比例值为0％～20％。
进一步地，A值为0到70间的一数值。
进一步地，B值为A值的1.3倍至10000倍。
进一步地，采用压频或移频的方式将该输入声音修正为该改造输入声音。
由此可见，本发明提供的增加听障者听到声音正确性的方法包括以下步骤：首先，接收输入声音。第二，判断输入声音是否需进行频率修正的处理。其中需进行频率修正的输入声音需具有以下特性：输入声音于1000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于输入声音所有声音能量的比例值为0％～25％，且输入声音于6000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于输入声音所有声音能量的比例值为A％，其中A值为0到80间的一数值。最后，若于第二步骤中输入声音需进行频率修正的处理，则将输入声音修正为改造输入声音。其中改造输入声音包括多个不同频率的声音，且改造输入声音应具有以下的特性：改造输入声音于6000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于改造输入声音所有声音能量的比例值为B％，其中B值为A值的1.15倍至10000倍。
而本发明提供的增加听障者听到声音正确性的助听器包括收音器、声音处理模块及扬声器三个主要元件。收音器用以接收输入声音。声音处理模块用以判断输入声音是否需进行频率修正的处理，以提供改造输入声音。其中需进行频率修正的输入声音应具有以下特性：输入声音于1000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于输入声音所有声音能量的比例值为0％～25％，且输入声音于6000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于输入声音所有声音能量的比例值为A％，其中A值为0到80间的一数值。另外改造输入声音应具有以下特性：改造输入声音于6000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于改造输入声音所有声音能量的比例值为B％，其中B值为A值的1.15倍至10000倍。最后扬声器与声音处理模块连接，输出输入声音或改造输入声音。
附图说明
图1是本发明的助听器的整体示意图。
图2是本发明的声音处理模块的流程图。
图3是本发明的注音能量/频率分布图。
图4是本发明“ㄅㄚˊ”的声谱图。
图5是本发明“ㄅㄚˊ”的声音能量图。
图6是本发明“ㄙㄠ”的声谱图。
图7是本发明“ㄙㄠ”的声音能量图。
图8是本发明的改造输入声音“ㄙㄠ”的第一实施例，显示“ㄙㄠ”的声谱图。
图9是本发明的改造输入声音“ㄙㄠ”的第一实施例，显示“ㄙㄠ”的声音能量图。
图10是本发明的改造输入声音“ㄙㄠ”的第二实施例，显示“ㄙㄠ”的声谱图。
图11是本发明的改造输入声音“ㄙㄠ”的第二实施例，显示“ㄙㄠ”的声音能量图。
【主要元件符号说明】
助听器10 收音器11
声音处理模块12 扬声器13
输入声音20 改造输入声音21
声源80 听障者81
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
如图1所示是本发明的助听器的整体示意图。
本发明的助听器10包括收音器11、声音处理模块12及扬声器13。收音器11用于接收声源80发出的输入声音20，交由声音处理模块12处理后，由扬声器13播出。收音器11可为麦克风等任何可收音的器材，扬声器13可为耳机等任何可播音的器材，但本发明不以上述列举的装置为限。声音处理模块12一般为音效处理晶片搭配控制电路、放大电路所组成；也可为处理器、记忆体搭配控制电路、放大电路所组成的解决技术。声音处理模块12的重点为声音信号的放大处理、滤除噪音、改变声音频率组成以及为了达成本发明目的而需要的处理，由于声音处理模块12可用已知的硬件搭配新的韧件或软件，因此声音处理模块12的硬件架构不再赘述。本发明的助听器10基本上可以为将硬件特制化的专用机，也可为小型电脑如PDA、PDA手机，或智能型手机以及个人电脑。
如图2所示是关于本发明声音处理模块的步骤流程图。另请一并参考图3至图7，其为本发明的相关实施例。
步骤301：接收输入声音20。
此步骤由收音器11完成，接收自声源80发出的输入声音20。
步骤302：对输入声音20降噪。
收音器11接收输入声音20后，基本上声音处理模块12最好先进行降低噪音，由于降低噪音的处理是已知技术，在此不再赘述。
步骤303：判断输入声音20是否需进行频率修正的处理。
在本发明中声音处理模块12进行步骤303是一个重点。由声音处理模块12依事先设定的条件，判断是否需对该输入声音20作频率修正的处理。请先参考图3，是关于本发明的注音能量/频率分布表，图3是为进行本发明时的研究数据加以图形化所产生的，过去鲜少有针对发声能量与频率之间的关系进行深入研究。图3的横轴为37个注音符号，右纵轴为频率(赫兹Hz)，左侧纵轴为音量(分贝dB)。从图3中可发现，所有语音的发声是涵盖多种频率，包括低、中、高频，而大部分的中文注音声母的发声能量集中在20～1000Hz的低频范围但也有几个注音符号如“ㄗ”、“ㄘ”或“ㄙ”等，其低频所占的能量比例很低，能量几乎均集中于高频的部分。而一般的听障者对于高频声音的感受度非常低(譬如6000Hz以上)，也就是说，相较于低频声音，高频声音如“ㄗ”、“ㄘ”或“ㄙ”等需用较大的音量发出，听障者或许才能听得见，但若整体以较大的音量发出，则低频的部分对听障而言又太大声，因此整体放大声音无法解决问题。即使使用滤波技术只提升高频能量，仍然会发生声音已超出听障者的痛苦阀值却仍听不到。
有些已知技术譬如美国专利6,577,739号，将所有声音频率降低再放大声音能量给听障者，虽然可以帮助听障者听到原本是高频的声音，但是由于所有声音频率降低(包括原来可以听见的)因此声音严重变质，这对于听障者在学习发音带来障碍。
本发明的增加听障者听到声音正确性的方法，目的即在对于高频能量占较多的声音片段进行降低频率的处理，将之修正为改造输入声音21(步骤304)；否则就不对输入声音20作频率处理。
需进行频率处理的输入声音20具有以下特性：
于声音数位信号取样率为44100Hz的情况下，输入声音20于1000Hz以下频率的声音能量相对于输入声音20所有声音能量的比例值(以ρ0m做为代表符号)为0％～25％，且输入声音20于6000Hz以下频率的声音能量相对于该输入声音20所有声音能量的比例值(以ρ1m做为代表符号)为A％，其中A值为0到80间的一数值。若输入声音20符合这两个条件，表示其能量集中在高频部分，不容易被听障者听见，因此必须对其频率进行处理。
步骤303的判断方式在实际工程上有许多方式可以达成，为了要快速(譬如在0.01秒完成)预估是否要进行步骤304，譬如每1024Hz抽检频率的能量，再以Fuzzy Logic判断是否合乎以上两个条件，此种判断在数学的运算有相当多种方式，也非本发明要改良的数学运算模式，因此在此不再赘述。需注意的是步骤303的判断方式也可设定不同的门槛，以上两个条件是经过实验运算后的保守门槛，若要设定较严格的门槛以上两个条件建议为：
输入声音20于1000Hz以下频率的声音能量相对于输入声音20所有声音能量的比例值(ρ0m)为0％～20％，且输入声音20于6000Hz以下频率的声音能量相对于该输入声音20所有声音能量的比例值(ρ1m)为A％，其中A值为0到70间的一数值。
接下来请参考图4及图5。图4为“ㄅㄚˊ”的声谱图(横轴为时间，纵轴为波幅)，图5为“ㄅㄚˊ”的声音能量图(横轴为时间，纵轴为频率，声音能量由上至下递减并依灰阶表示，越深表示能量越大，越浅表示能量越小)，由图5中可发现能量集中在1000～2000Hz的范围内，经计算后可得ρ0m为12.2％小于25％，但ρ1m即A值近似为100，不在0～80之间，故不会对“ㄅㄚˊ”作频率修正。
请参考图6及图7，图6则是“ㄙㄠ”的声谱图，图7为“ㄙㄠ”的声音能量图。由图7中发现可将此音分为三个音节，其中第一音节为“ㄙ”，ρ0m为0.2％小于25％，且ρ1m即A值为0.4％，表示能量几乎均集中在6000Hz以上，因此“ㄙ”这个音对听障者来说是很难听见的，必须对其频率作处理。反之，第二音节ρ0m为16.3％小于25％，但ρ1m近似为100％；第三音节ρ0m为99.9％大于25％，故不需对第二音节及第三音节作频率修正。
步骤304：将输入声音20处理为改造输入声音21。
若在步骤303时，判断需对输入声音20做频率修正，则在步骤304中会将输入声音20修正为改造输入声音21，且此改造输入声音21具有以下特性：改造输入声音21于6000Hz以下频率的声音能量相对于该改造输入声音21所有声音能量的比例为B％，其中B值为A值的1.15倍至10000倍，为求更好的效果，B值为A值的1.3倍至10000倍更好。如此一来，改造输入声音21中高频部分所占能量降低，相较于原来的输入声音20，较容易让听障者听见。
对声音做频率处理的方法有很多种，一般为压频或移频。压频的作法为将某一频率范围的声音，等比例压缩至另一较小的频率范围。例如将原本频率为0～6000Hz的声音，压缩至0～3000Hz，则原本频率为3000Hz的声音会变更为1500Hz。移频则是将某一频率范围的声音移至另一频率范围，例如将原本频率为3000～9000Hz的声音，往下移动3000Hz以成为0～6000Hz。压频或移频均为已知的方法，因此不在此赘述，需注意的是，本发明的频率修正方法并不以此为限，只要能达成类似效果，也可采用其他方法。
假设声源80发出“ㄙㄠ”作为输入声音20，则在步骤303中，声音处理模块12会判断需对其做频率修正，故于步骤304中，对其进行“压频”或“移频”的处理以修正为改造输入声音21。请参考图8及图9，此图显示对“ㄙㄠ”进行压频处理后(0～22050Hz→0～11025Hz)，原本高频的第一音节“ㄙ”被压缩至较低的频率范围，且处理后B值为96.1％，大于A值(0.04％)的1.15倍，而第二及第三音节则没有任何变动，图9可以看出5000HZ的能量增高。
另外请参考图10及图11，此图显示对“ㄙㄠ”进行移频处理后(将7000Hz以上的频率往下移7000Hz)，原本高频的第一音节“ㄙ”被移动至较低的频率范围，且处理后B值为98.3％，大于A值(0.4％)的1.15倍，而第二及第三音节则没有任何变动，图11可以看出1000Hz的能量增高。
步骤305：对输入声音20或改造输入声音21进行声音放大处理。
基本上给听障者81是需要经过声音放大处理，但通常且不是按照等比例放大，而是对于特别小声的声音放大比例较高，而原本声音较大的声音放大比例较低，因此声音处理模块12通常需包括声波增幅模块或放大器。由于步骤305为已知技术，因此不在此赘述。
步骤306：扬声器13播放声音。
扬声器13播放声音处理模块12处理后的声音。
需注意的是，助听器10应该要能快速处理声音，使得听障者81能以几近同步的方式听到声音，输入声音20的声音长度应该尽量缩短，这样延迟的时间即可缩短，譬如每0.01秒进行以上的流程，所以实际上每一输入声音20的长度为0.01秒，譬如“ㄙㄠ”的时间为1秒，则实际上是进行100次的判断(每次抓0.01秒的声音来判断是否要处理，先收到的声音先判断先处理)，假设第一音节“ㄙ”占了0.1秒，其余占了0.9秒，则前10次的输入声音20会被处理为改造输入声音21，后面90次的输入声音20不会被处理为改造输入声音21。
已知的助听器对于“早安”两字，听障者容易将声音的输出听为“拗安”，这说明了为何听障者在说“早安”两字时几乎都说成“拗安”，然而经过本发明处理方式模拟实验后，听障者所听到的“早安”两字的输出声相当接近“早安”而无变质。
以上的技术也可用于其他语言，当然经过实验结果，对于短音节的字特别有用，如中文、日文、韩文的字大都是短音节，以中文为例，所有中文的每一字最多只有三个音节。对于多音节的语言如英语的效果则较低，但由于所有语言都有短音节，譬如英文“Say”，听障者常会说成“A”，但经过本发明处理方式模拟实验后，“Say”的输出声相当接近“Say”而无变质。
以上所述内容，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡根据本发明的精神及根据本发明所公开的技术手段，而做出相应的改变和变形，均属本发明所保护的范围。
Claims (10)
1.一种增加听障者听到声音正确性的方法，包括下列步骤：
A.接收一输入声音；
B.判断该输入声音是否需进行频率修正的处理，其中需进行频率修正的该输入声音具有以下特性：
该输入声音于1000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于该输入声音所有声音能量的比例值为0％～25％，且
该输入声音于6000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于该输入声音所有声音能量的比例值为A％，其中A值为0到80间的一数值；以及
C.若于步骤B中该输入声音需进行频率修正的处理，则将该输入声音处理为一改造输入声音，其中该改造输入声音包括多个不同频率的声音，且该改造输入声音具有以下的特性：
该改造输入声音于6000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于该改造输入声音所有声音能量的比例值为B％，其中B值为A值的1.15倍至10000倍。
2.如权利要求1所述的增加听障者听到声音正确性的方法，其特征在于，步骤B中，该输入声音于1000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于该输入声音所有声音能量的比例值为0％～20％。
3.如权利要求2所述的增加听障者听到声音正确性的方法，其特征在于，A值为0到70间的一数值。
4.如权利要求1或2或3所述的增加听障者听到声音正确性的方法，其特征在于，B值为A值的1.3倍至10000倍。
5.如权利要求1或2或3所述的增加听障者听到声音正确性的方法，其特征在于，步骤C中采用压频或移频的方式将该输入声音修正为该改造输入声音。
6.一种助听器，用以接收一输入声音，并可改造该输入声音以输出给一听障者，该助听器包括：
一收音器，用以接收该输入声音；
一声音处理模块，与该收音器电性连接，用以判断该输入声音是否需进行频率修正的处理，以提供一改造输入声音，其中：
需进行频率修正的该输入声音具有以下特性：
该输入声音于1000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于该输入声音所有声音能量的比例值为0％～25％，且
该输入声音于6000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于该输入声音所有声音能量的比例值为A％，其特征在于A值为0到80间的一数值；
且该改造输入声音具有以下特性：
该改造输入声音于6000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于该改造输入声音所有声音能量的比例值为B％，其特征在于B值为A值的1.15倍至10000倍；以及
一扬声器，是与该声音处理模块电性连接。
7.如权利要求6所述的助听器，其特征在于，需进行频率修正的该输入声音具有以下特性：
该输入声音于1000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于该输入声音所有声音能量的比例值为0％～20％。
8.如权利要求7所述的助听器，其特征在于，A值为0到70间的一数值。
9.如权利要求6或7或8所述的助听器，其特征在于，B值为A值的1.3倍至10000倍。
10.如权利要求6或7或8所述的助听器，其特征在于，是采用压频或移频的方式将该输入声音修正为该改造输入声音。
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