CN103598891A - 便携式可编程多通道心理声学测听仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一款便携式可编程多通道心理声学测听仪设备。本发明包括四个模块，分别为单机版带有定制USB驱动的Windows应用软件、用于在主机PC与FPGA之间进行通信的USB2.0控制器、用于产生纯音和噪音并进行通道输出的FPGA芯片和数模转换器、过滤器、衰减器以及用于输出音频的放大器等。本发明的核心模块是可编程FPGA模块，其核心设计是高分辨率纯音和白噪声数字信号的生成。本发明采用多通道机制，可以测试听力受损病人的对周围环境的听觉能力；与常见测听仪相比，本发明可以根据听觉障碍者的实际受损情况对测试仪的功能进行编程定制，能更加准确地测定和评估病人的听力受损情况，其灵活性更强，性价比更高。

Description

便携式可编程多通道心理声学测听仪

技术领域

本发明属于声学领域，具体涉及便携式可编程多通道心理声学测听仪。

背景技术

正常人群中的10％，65岁以上人群中的20％和75岁以上人群中的40％都存在着一定程度听力受损的情况，为了保证生活质量，都需要佩戴助听设备。为了选择一款合适的助听设备，需要使用测听仪对病人的听力受损程度进行准确评估。传统测听仪的测量功能一般都是固定的，无法根据病人的实际情况进行功能定制，因此通用性较差；另外，传统测听仪主要采用模拟器件组成，因此比较笨重，不方便携带；再者，传统测听仪一般只有两个通道，无法对病人的立体空间听觉能力进行测定。

随着电子技术的飞速发展，现在的测听仪可以采用集成电路进行设计，从而增加便携性；同时可以通过编程来定制测听仪的测量功能，从而可以根据病人实际情况制定相应的测量方案，大大提高测听仪的通用性；另外，通过增加测听仪的通道数，使其可以测量病人对立体空间声音的感知能力。本发明从这几个需求出发，基于FPGA（Field－Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列）技术设计了一款可编程的心理声学测听仪。

发明内容

本发明针对当前广泛采用的传统测听仪的缺点，提出了一种便携式可编程多通道心理声学测听仪软硬件平台的设计方案。本发明的目的是要提供一种可以根据不同的测试环境定制测试策略的测听仪，比传统的测听仪具有很高的可重用性。本发明具有设备便携性、可重用性以及功能多样性等优点，并用相应的PCB板进行了实际验证。

为实现以上的目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括单机版带有修改过的USB驱动的Windows应用软件、用于在主机PC与FPGA芯片之间进行通信的USB2.0微控制器、用于产生纯音和噪音数字信号并进行通道输出的FPGA芯片、数模转换器、滤波器、衰减器组以及用于输出音频的放大器。

Windows应用软件主要实现整个测试系统的用户界面，让用户选择测试信号和音频强度，显示系统状态。Windows应用软件用于向USB2.0微控制器传输音频数据和控制命令。音频数据在FPGA芯片控制下通过USB2.0微控制器传入数模转换器，而控制命令被FPGA芯片解析后用于设置通道衰减器、耳机静音。

USB2.0微控制器通过16根线与FPGA芯片连接，被设置为工作于从FIFO状态，用于将来自Windows应用软件的音频数据和控制命令传入可编程的FPGA芯片。

可编程的FPGA芯片一方面接收来自USB2.0微控制器的音频数据和控制命令，另一方面给数模转换器、衰减器和放大器提供控制信号、时序和时钟。可编程的FPGA芯片也产生工作所需要的纯音和白噪声的数字信号。

数模转换器用于将纯音和白噪声的数字信号转换成模拟信号。

滤波器用于除去噪音信号产生纯净的纯音信号。

衰减器组是由两个衰减器组成，每一个衰减器都采用3个通道以节省电路板空间和耗电量。耳机的衰减范围扩大至152dB，其中，0dB－92dB范围内的衰减步长为0.5dB，93dB－124dB范围内的衰减步长为1.0dB。

放大器主要是用于输出音频信号。

进一步说，可编程的FPGA芯片和数模转换器生成纯音生成器和白噪声生成器。

纯音生成器包括一个工作于50MHz的分频器、数字计算器和提供存储分频因子的寄存器。寄存器为分频器提供分频因子，分频器产生的低频信号用于数字计算器的输入，数字计算器通过查表法得到正弦波的10比特采样值。

白噪声生成器包括线性回馈平移寄存器组、带有两个输入的累加器ACC2、多路复用器和数位转换器。两个位于[0,1)的互相独立的平均分布随机数作为线性回馈平移寄存器组的输入，产生x₁和x₂；中间生成变量y₁和y₂作为累加器的输入，其输出的32位比特数作为多路复用器的输入；多路复用器的输出作为数位转换器的输入，数位转换器将32位比特数转换成24位比特数，24位比特数即为白噪声的数字信号。

纯音生成器和白噪声生成器共用数模转换器。

纯音生成器具体生成方法是：可编程的FPGA芯片基于DDS技术产生高质量的纯音数字信号，纯音数字信号频率基于公式1和公式2生成，f_ck为主时钟，PDF可编程分频因子，f_l为主时钟与适当的分频因子产生的低频信号，N_p为正弦波每个周期的采样数，M为重构滤波器所需要的附加因子，f_s为纯音频率。PDF为整数时纯音生成器的频率精度Δf如式3所示。

$f_l=\frac{f_{\mathrm{ck}}}{\mathrm{PDF}}$    （式1）

$f_s=\frac{f_l}{N_{p}M}$    （式2）

$\mathrm{\Δf}=\frac{f_{\mathrm{ck}}}{[N_{p}M\×\mathrm{PDF}(\mathrm{PDF}+1)]}=\frac{{f_s}^2{N}_{p}M}{f_{\mathrm{ck}}+f_s{N}_{p}M}$    （式3）

白噪声生成器具体生成方法是：基于伪随机数序列，采用Box-Muller方法来生成数字模拟白噪声，即用两个位于[0,1)的互相独立的平均分布随机数作为线性回馈平移寄存器组的输入，公式4－公式8用于计算生成白噪声过程中所需要的中间值。

$f\left(x_1\right)=\sqrt{-\ln \left(x_1\right)}$    （式4）

$q_1\left(x_2\right)=\sqrt{2}\sin \left(2\mathrm{\π}{x}_2\right)$    （式5）

$q_2\left(x_2\right)=\sqrt{2}\cos \left(2\mathrm{\π}{x}_2\right)$    （式6）

y₁＝f(x₁)q₁(x₂)   （式7）

y₂＝f(x₁)q₂(x₂)   （式8）

x₁为32比特位，x₂为18比特位，多路复用器输出的32比特数需要进行处理以适应数模转换器所需要的24比特位的输入需要，基于公式9可以产生平滑的白噪声频谱，其中yy[23:0]为24位比特数，yy[32:24]为8位比特数，yy_out[23:0]为24位比特数，z为变换因子,而z^-1表示单位延时算子。

y_out[23:0]＝yy[23:0]+yy[32:24](1-z^-1)   （式9）

进一步说，音频信号按需求的声音强度输出共八个通道，其中两个通道输入两个耳机中，其它六个通道输入周围的六个扬声器中。

进一步说，USB2.0微控制器，其固件代码:基于Keil c51，根据需要的USB描述表和代码，采用固件开发框架进行USB固件代码的开发。上电后，通过调用函数TD_Init()进行初始化和开中断，然后在端点0上间隔1秒查询是否收到启动包，如果收到启动包，则调用函数TD_Poll()对主机发送数据进行轮讯或判断设备请求是否即将到达、USB内核是否请求暂停。

进一步说，FPGA芯片的型号为Xilinx Spantan IIE，USB2.0微控制器的型号为CY7C68013。可编程的FPGA芯片的硬件描述语言代码：在系统上电后，FPGA芯片时序发生器启动，数模转换模块被初始化为16比特、I²S数据模式，耳机的数模转换器也被启动。FPGA芯片开始监控USB2.0微控制器的音频数据端口和控制命令端口，如果USB2.0微控制器的非空状态标志被检测到，则启动读操作。如果USB2.0微控制器的端点6有控制命令数据到达，则对命令进行解析，然后对衰减器进行设置，其中，命令字“18”用于对耳机衰减器进行设置，命令字“12，14”对其它扬声器的衰减器进行设置。如果USB2.0微控制器的信号线FLAG_A为“高”状态，则读取从主机发送过来的音频数据，并将其转换为标准I²S数据模式，然后送入数模转换器。

本发明具有设备便携性、可重用性以及功能多样性等优点，其具体如下：

1.本发明采用集成电路进行设计，从而增加设备的便携性。

2.本发明采用可编程的FPGA芯片，可以通过编程来定制测听仪的测量功能，从而可以根据病人实际情况制定相应的测量方案。

3.本发明通过对USB驱动的修改以达到传输大批量数据目的，克服了主机中自带的USB驱动无法传输大批量数据的缺点。

4.本发明通过增加测听仪的通道数（8个通道），使其可以测量病人对立体空间声音的感知能力。

5.本发明所用白噪声基于伪随机数序列采用数字模拟技术生成。通常用的白噪声都由采用高电阻的模拟器件生成，但是模拟器件易受温度和接口影响，因此精度不高，本发明克服了上述模拟器件的缺点。

6.用户可以从界面上设置纯音或语言测试模式。

7.所有的测试结果都可以通过主机端用户界面程序进行保存。

附图说明

图1测听仪系统结构图；

图2纯音生成器流程图；

图3白噪音生成器流程图；

图4衰减器衰减步长图；

图5USB控制器固件工作流程图；

图6FPGA工作流程图；

图7主机端用户界面图；

图8测试数据图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

1.本发明的主要部分描述如下。

(1)本发明包括单机版带有修改过的USB驱动的Windows应用软件、用于在主机PC与FPGA芯片之间进行通信的USB2.0微控制器、用于产生纯音和白噪音数字信号并进行通道输出的FPGA芯片、数模转换器、滤波器、衰减器组以及用于输出音频的放大器.

Windows应用软件主要实现整个测试系统的用户界面，让用户选择测试信号和音频强度，显示系统状态。Windows应用软件用于向USB2.0微控制器传输音频数据和控制命令。音频数据在FPGA芯片控制下通过USB2.0微控制器传入数模转换器，而控制命令被FPGA芯片解析后用于设置通道衰减器、耳机静音。

USB2.0微控制器通过16根线与FPGA芯片连接，被设置为工作于从FIFO状态，用于将来自Windows应用软件的音频数据和控制命令传入可编程的FPGA芯片。

可编程的FPGA芯片一方面接收来自USB2.0微控制器的音频数据和控制命令，另一方面给数模转换器、衰减器和放大器提供控制信号、时序和时钟。可编程的FPGA芯片也产生工作所需要的纯音和白噪声的数字信号。

数模转换器用于将纯音和白噪声的数字信号转换成模拟信号。

滤波器用于除去噪音信号产生纯净的纯音信号。

衰减器组是由两个衰减器组成，每一个衰减器都采用3个通道以节省电路板空间和耗电量。耳机的衰减范围扩大至152dB，其中，0dB－92dB范围内的衰减步长为0.5dB，93dB－124dB范围内的衰减步长为1.0dB。

放大器主要是用于输出音频信号。

(2)可编程的FPGA芯片和数模转换器生成纯音生成器和白噪声生成器。

纯音生成器包括一个工作于50MHz的分频器、数字计算器和提供存储分频因子的寄存器。寄存器为分频器提供分频因子，分频器产生的低频信号用于数字计算器的输入，数字计算器通过查表法得到正弦波的10比特采样值。

白噪声生成器包括线性回馈平移寄存器组、带有两个输入的累加器ACC2、多路复用器和数位转换器。两个位于[0,1)的互相独立的平均分布随机数作为线性回馈平移寄存器组的输入，产生x₁和x₂；中间生成变量y₁和y₂作为累加器的输入，其输出的32位比特数作为多路复用器的输入；多路复用器的输出作为数位转换器的输入，数位转换器将32位比特数转换成24位比特数，24位比特数即为白噪声的数字信号。

纯音生成器和白噪声生成器共用数模转换器。

(3)纯音生成器具体生成方法是：可编程的FPGA芯片基于DDS技术产生高质量的纯音数字信号，纯音数字信号频率基于公式1和公式2生成，f_ck为主时钟，PDF可编程分频因子，f_l为主时钟与适当的分频因子产生的低频信号，N_p为正弦波每个周期的采样数，M为重构滤波器所需要的附加因子，f_s为纯音频率。PDF为整数时纯音生成器的频率精度Δf如式3所示。

$f_l=\frac{f_{\mathrm{ck}}}{\mathrm{PDF}}$    （式1）

$f_s=\frac{f_l}{N_{p}M}$    （式2）

$\mathrm{\Δf}=\frac{f_{\mathrm{ck}}}{[N_{p}M\×\mathrm{PDF}(\mathrm{PDF}+1)]}=\frac{{f_s}^2{N}_{p}M}{f_{\mathrm{ck}}+f_s{N}_{p}M}$    （式3）

白噪声生成器具体生成方法是：基于伪随机数序列，采用Box-Muller方法来生成数字模拟白噪声，即用两个位于[0,1)的互相独立的平均分布随机数作为线性回馈平移寄存器组的输入，公式4－公式8用于计算生成白噪声过程中所需要的中间值。

$f\left(x_1\right)=\sqrt{-\ln \left(x_1\right)}$    （式4）

$q_1\left(x_2\right)=\sqrt{2}\sin \left(2\mathrm{\π}{x}_2\right)$    （式5）

$q_2\left(x_2\right)=\sqrt{2}\cos \left(2\mathrm{\π}{x}_2\right)$    （式6）

y₁＝f(x₁)q₁(x₂)   （式7）

y₂＝f(x₁)q₂(x₂)   （式8）

x₁为32比特位，x₂为18比特位，多路复用器输出的32比特数需要进行处理以适应数模转换器所需要的24比特位的输入需要，基于公式9可以产生平滑的白噪声频谱，其中yy[23:0]为24位比特数，yy[32:24]为8位比特数，yy_out[23:0]为24位比特数，z为变换因子,而z^-1表示单位延时算子。

y_out[23:0]＝yy[23:0]+yy[32:24](1-z^-1)   （式9）

(4)音频信号按需求的声音强度输出共八个通道，其中两个通道输入两个耳机中，其它六个通道输入周围的六个扬声器中。

(5)USB2.0微控制器，其固件代码:基于Keil c51，根据需要的USB描述表和代码，采用固件开发框架进行USB固件代码的开发。上电后，通过调用函数TD_Init()进行初始化和开中断，然后在端点0上间隔1秒查询是否收到启动包，如果收到启动包，则调用函数TD_Poll()对主机发送数据进行轮讯或判断设备请求是否即将到达、USB内核是否请求暂停。

(6)本发明中FPGA芯片的型号为Xilinx Spantan IIE，USB2.0微控制器的型号为CY7C68013。可编程的FPGA芯片的硬件描述语言代码：在系统上电后，FPGA芯片时序发生器启动，数模转换模块被初始化为16比特、I2S数据模式，耳机的数模转换器也被启动。FPGA芯片开始监控USB2.0微控制器的音频数据端口和控制命令端口，如果USB2.0微控制器的非空状态标志被检测到，则启动读操作。如果USB2.0微控制器的端点6有控制命令数据到达，则对命令进行解析，然后对衰减器进行设置，其中，命令字“18”用于对耳机衰减器进行设置，命令字“12，14”对其它扬声器的衰减器进行设置。如果USB2.0微控制器的信号线FLAG_A为“高”状态，则读取从主机发送过来的音频数据，并将其转换为标准I²S数据模式，然后送入数模转换器。

2.针对附图对本发明做进一步的说明。

图1为本发明的总体结构图。本发明中各个模块之间的关系如下：Windows应用软件提供的用户界面程序用于向USB(Universal Serial BUS,通用串行总线)控制器传输音频数据和控制命令；USB2.0微控制器用于在主机PC与可编程的FPGA之间进行通信；可编程的FPGA芯片一方面控制音频数据传入D/A转换器，另一方面解析控制命令用于设置通道衰减器、耳机静音等，同时，也产生纯音和白噪声数字信号。

图2为纯音生成器流程图。纯音生成器的主时钟由M_clk提供，生成器所需要的可编程分频因子（Programable Diver Factor，PDF）由主机应用程序提供。图2所示的具体工作流程描述如下：

步骤1初始化PDF；

步骤2分频器经过PDF对主时钟频率进行分频以产生纯音采样频率Clk(f_l)；

步骤3Clk(f_l)作为数字计算器的输入，数字计算器通过查表（正弦ROM）法得到正弦波的10比特采样值10_bits；

步骤410_bits数字信号传入DAC进行数模转换输出纯音模拟信号。

图3为白噪音生成器流程图，其具体生成流程如下：

步骤1两个位于[0,1)的互相独立的平均分布随机数作为50比特的LFSRs的输入，生成18比特的x₂、32比特的x₁；

步骤2q₁(x₂)即式5与f(x₁)即式4相乘得到y₁，公式q₂(x₂)即式6与f(x₁)相乘得到y₂；

步骤3y₁与y₂作为双输入累加器ACC2的输入，其输出为32位数据yy[31:0]作为多路复用器MUX的输入；

步骤4多路复用器MUX产生32为比特位作为转换器（Transfer）的输入以对此32比特数进行处理，产生y_out[23:0]，并将此24位数据输入到DAC。

图4为衰减器衰减步长图。图4(a)为单个衰减器衰减步长图，每一个衰减器都有3个通道，每个通道在0dB－15.5dB范围内的衰减步长为0.5dB，在16dB－47dB范围内的衰减步长为1.0dB，在48dB－76dB范围内的衰减步长为2.0dB。图4(b)为衰减器组的衰减步长图，两个衰减器链接后，0dB－92dB范围内的衰减步长为0.5dB，93dB－124dB范围内的衰减步长为1.0dB，从而将耳机的衰减范围扩大至152dB，这样就满足了耳机的衰减范围0dB－140dB。

图5USB控制器固件工作流程图，具体描述如下：

步骤1统启动后，首先调用函数TD_Init()进行初始化（寄存器配置）和开中断；

步骤2在端点0（EP0）上间隔1秒查询是否收到启动包（setup packet）；

步骤3如果收到启动包，则以确定顺序执行下面几个任务：①调用函数TD_Poll()，对主机发送数据进行轮讯；②判断设备请求是否即将到达；③判断USB内核是否请求暂停。

图6FPGA工作流程图，具体描述如下：

步骤1若系统上电后，时序发生器启动；

步骤2状态初始化即DAC转换模块被初始化为16比特、I²S数据模式，耳机的数模转换部分被启动。

步骤3FPGA芯片主电路开始监控音频数据端口（EP2）和控制命令端口（EP6），如果非空状态标志（FLAG_A和FLAG_C）被检测到，则启动读操作。

步骤4如果USB2.0微控制器端点6（EP6）有控制命令数据到达，则对命令进行解析，跳转到步骤5，之后执行步骤5、步骤6；如果USB2.0微控制器端口6（EP6）为空，则跳转到步骤7，之后执行步骤7、步骤8；

步骤5读取USB2.0微控制器端口6（EP6）并解码；

步骤6衰减器设置即命令字“18”用于对耳机衰减器进行设置，命令字“12，14”对扬声器的衰减器进行设置，其设置顺序如下：①解码得cw=0，耳机状态更新；②若cw<0,更新Channel_123；③若cw>0，更新Channel_456。

步骤7如果端点2（EP2）不为空，读取语音数据；

步骤8将语音数据并/串转换，标准I²S数据模式，并送入D/A转换器。

图7主机端用户界面图。此图描述的是整个测试系统主机用户界面图，也是测试系统的硬件布置情况。

3.本发明便携式可编程心理声学测听仪的硬件平台的具体实现如下。

（1）硬件设备

两个PC机、六个扬声器、USB控制器、集成放大器、FPGA芯片、衰减器组及D/A转换器等的PCB板。

（2）测试仪的搭建

将主机端GUI软件和USB驱动安装到一台PC机上，频谱分析软件安装到另一台PC机上，将硬件描述语言代码（VHDL）嵌入到FPGA芯片上，修改能大批量数据USB驱动等。

具体使用情况如下：首先选择一个静音室，将装有GUI软件的PC机与USB2.0微控制器连接，USB2.0微控制器与集成有FPGA芯片、衰减器组及D/A转换器的电路板连接，将另一台装有频谱分析软件的PC机与集成电路板的放大器相连接。再次，以被测试者为中心，均匀放置六个扬声器，被测试者带上助听器就可以对他进行测试了。测试结果通过PC机上频谱分析软件查看，以确定被测测试者的听力问题即确定哪些频率波不能被识别（听到）。通过本发明测听仪与现有医院价格昂贵的测听仪测试对比结果如图8所示，其中“测听仪”代表现有的昂贵测听仪的测试结果，“便携式测听仪”代表本发明测听仪的测试结果。

Claims (6)

1.便携式可编程多通道心理声学测听仪，其特征在于：包括单机版带有修改过的USB驱动的Windows应用软件、用于在主机PC与FPGA芯片之间进行通信的USB2.0微控制器、用于产生纯音和白噪音数字信号并进行通道输出的FPGA芯片、数模转换器、滤波器、衰减器组以及用于输出音频的放大器；

Windows应用软件主要实现整个测试系统的用户界面，让用户选择测试信号和音频强度，显示系统状态；Windows应用软件用于向USB2.0微控制器传输音频数据和控制命令；音频数据在FPGA芯片控制下通过USB2.0微控制器传入数模转换器，而控制命令被FPGA芯片解析后用于设置通道衰减器、耳机静音；

USB2.0微控制器通过16根线与FPGA芯片连接，被设置为工作于从FIFO状态，用于将来自Windows应用软件的音频数据和控制命令传入可编程的FPGA芯片；

可编程的FPGA芯片一方面接收来自USB2.0微控制器的音频数据和控制命令，另一方面给数模转换器、衰减器和放大器提供控制信号、时序和时钟；可编程的FPGA芯片也产生工作所需要的纯音和白噪声的数字信号；

数模转换器用于将纯音和白噪声的数字信号转换成模拟信号；

滤波器用于除去噪音信号产生纯净的纯音信号；

衰减器组是由两个衰减器组成，每一个衰减器都采用3个通道以节省电路板空间和耗电量；耳机的衰减范围扩大至152dB，其中，0dB－92dB范围内的衰减步长为0.5dB，93dB－124dB范围内的衰减步长为1.0dB；

放大器主要是用于输出音频信号。

2.根据权利要求1所述的测听仪，其特征在于：可编程的FPGA芯片和数模转换器生成纯音生成器和白噪声生成器；

所述纯音生成器包括一个工作于50MHz的分频器、数字计算器和提供存储分频因子的寄存器；寄存器为分频器提供分频因子，分频器产生的低频信号用于数字计算器的输入，数字计算器通过查表法得到正弦波的10比特采样值；

所述白噪声生成器包括线性回馈平移寄存器组、带有两个输入的累加器ACC2、多路复用器和数位转换器；两个位于[0,1)的互相独立的平均分布随机数作为线性回馈平移寄存器组的输入，产生x₁和x₂；中间生成变量y₁和y₂作为累加器的输入，其输出的32位比特数作为多路复用器的输入；多路复用器的输出作为数位转换器的输入，数位转换器将32位比特数转换成24位比特数，24位比特数即为白噪声的数字信号；

所述的纯音生成器和白噪声生成器共用数模转换器。

3.根据权利要求2所述的测听仪，其特征在于：

纯音生成器具体生成方法是：可编程的FPGA芯片基于DDS技术产生高质量的纯音数字信号，纯音数字信号频率基于公式1和公式2生成，f_ck为主时钟，PDF可编程分频因子，f_l为主时钟与适当的分频因子产生的低频信号，N_p为正弦波每个周期的采样数，M为重构滤波器所需要的附加因子，f_s为纯音频率；PDF为整数时纯音生成器的频率精度Δf如式3所示；

$f_l=\frac{f_{\mathrm{ck}}}{\mathrm{PDF}}$    （式1）

$f_s=\frac{f_l}{N_{p}M}$    （式2）

$\mathrm{\&Delta;f}=\frac{f_{\mathrm{ck}}}{[N_{p}M\&times;\mathrm{PDF}(\mathrm{PDF}+1)]}=\frac{{f_s}^2{N}_{p}M}{f_{\mathrm{ck}}+f_s{N}_{p}M}$    （式3）

白噪声生成器具体生成方法是：基于伪随机数序列，采用Box-Muller方法来生成数字模拟白噪声，即用两个位于[0,1)的互相独立的平均分布随机数作为线性回馈平移寄存器组的输入，公式4－公式8用于计算生成白噪声过程中所需要的中间值；

$f\left(x_1\right)=\sqrt{-\ln \left(x_1\right)}$    （式4）

$q_1\left(x_2\right)=\sqrt{2}\sin \left(2\mathrm{\&pi;}{x}_2\right)$    （式5）

$q_2\left(x_2\right)=\sqrt{2}\cos \left(2\mathrm{\&pi;}{x}_2\right)$    （式6）

y₁＝f(x₁)q₁(x₂)   （式7）

y₂＝f(x₁)q₂(x₂)   （式8）

x₁为32比特位，x₂为18比特位，多路复用器输出的32比特数需要进行处理以适应数模转换器所需要的24比特位的输入需要，基于公式9可以产生平滑的白噪声频谱，其中yy[23:0]为24位比特数，yy[32:24]为8位比特数，yy_out[23:0]为24位比特数，z为变换因子,而z^-1表示单位延时算子；

y_out[23:0]＝yy[23:0]+yy[32:24](1-z^-1)   （式9）。

4.根据权利要求1所述的测听仪，其特征在于：音频信号按需求的声音强度输出共八个通道，其中两个通道输入两个耳机中，其它六个通道输入周围的六个扬声器中。

5.根据权利要求1所述的测听仪，其特征在于：所述的USB2.0微控制器，其固件代码:基于Keil c51，根据需要的USB描述表和代码，采用固件开发框架进行USB固件代码的开发；上电后，通过调用函数TD_Init()进行初始化和开中断，然后在端点0上间隔1秒查询是否收到启动包，如果收到启动包，则调用函数TD_Poll()对主机发送数据进行轮讯或判断设备请求是否即将到达、USB内核是否请求暂停。

6.根据权利要求1所述的测听仪，其特征在于：FPGA芯片的型号为XilinxSpantan IIE，USB2.0微控制器的型号为CY7C68013，可编程的FPGA芯片的硬件描述语言代码：在系统上电后，FPGA芯片时序发生器启动，数模转换模块被初始化为16比特、I²S数据模式，耳机的数模转换器也被启动；FPGA芯片开始监控USB2.0微控制器的音频数据端口和控制命令端口，如果USB2.0微控制器的非空状态标志被检测到，则启动读操作；如果USB2.0微控制器的端点6有控制命令数据到达，则对命令进行解析，然后对衰减器进行设置，其中，命令字“18”用于对耳机衰减器进行设置，命令字“12，14”对其它扬声器的衰减器进行设置；如果USB2.0微控制器的信号线FLAG_A为“高”状态，则读取从主机发送过来的音频数据，并将其转换为标准I²S数据模式，然后送入数模转换器。

Images