CN107296613A - 一种基于bic的双耳相关性听力检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIC的双耳相关性听力检测方法及系统。本方法为：1)信号生成单元生成一段白噪声A；2)信号生成单元生成n段不同长度的与白噪声A独立不相关的噪声；然后分别用其中一段噪声替代白噪声A中的一段声音，得到n段不同的声音B；3)生成播放单元两通道均播放该白噪声A的第一阶段信号，以及播放单元一通道播放该白噪声A、另一通道播放n段不同声音B之一，得到一第二阶段信号；4)播放单元的两通道以设定延迟时长播放第一、二阶段信号，测试者判断哪段声音含有不相关的噪声片段，并将判断结果传递给人机交互平台；5)人机交互平台根据记录的判断结果计算该设定延迟播放时该测试者的BIC片段持续时长感知阈值。

Description

一种基于BIC的双耳相关性听力检测方法及系统

技术领域

本发明属于认知学领域，涉及听觉优先效应，具体涉及一种基于BIC的双耳相关性听力检测方法及系统，用于测量声音信号的精细结构在大脑中表达的精准程度。

背景技术

人类的听觉系统有很强的跨时间整合能力。听觉优先效应依赖于对落后声波特征的知觉“捕捉”来实现在有混响的声学环境下对回声的知觉加工。然而，这个知觉“捕捉”还需要另一个重要的加工过程，即对领先声波的声学精细结构信息的暂短保持。当落后声到达鼓膜时，领先声已成为了“历史”，而对领先声波精细结构信息的中枢保持是实现前后两个声波信号之间相关性计算以及“捕捉”加工的前提条件。这种对声波的精细结构信息的暂短保持被称为原始听觉记忆(primitive auditory memory)。研究者利用听觉系统对双耳相关性突然变化敏感的特点，成功地在行为水平上发现了原始听觉记忆的一些重要特征。例如，其最长保持时间仅在20-30ms以内，而个体差异很大；单位时间信息容量极大，可以对广谱高斯白噪声的随机性精细结构进行暂存；受声音频率的影响，对低频信号保持的时间要长于对高频信号保持的时间；呈现指数形式的时间衰减。需要指出的是，这里所讲的原始听觉记忆要早于传统意义上的保存时间可达几秒钟的暂短听觉储存，是一种对声学结构的前注意性的暂短保持。根据Cowan的听觉感觉记忆两阶段理论，听觉感觉记忆又可被分为保持时间在300ms以内的short auditory store和保持时间可达几秒钟的long auditorystore。由于20-30ms与300ms又差了一个数量级，原始听觉记忆不属于Cowan所提出的听觉感觉记忆中的short auditory store，但一定与感觉记忆有功能联系。

同时，研究发现原始听觉记忆与主观空间分离去掩蔽之间有密切的功能联系，即一个听者对低频精细结构信号的原始听觉记忆保持的时间越长，在混响条件下目标言语的直达声波与其落后的反射波之间的知觉整合就越好，进而主观空间分离的去掩蔽效果就越大。即在有回音的条件下，之所以目标声源与掩蔽声源的空间分离还有去掩蔽的作用，原始听觉记忆起了关键的作用。因为有了原始听觉记忆的作用，反射波信号与领先的直达声波信号之间的相关性计算得以实现，进而实现了反射波特征被“捕捉”以形成声像的知觉融合(优先效应)。知觉融合又导致了不相关声源的声像之间的主观空间分离，进而促进了听者对目标的选择性注意，最终实现对目标信号去掩蔽的心理效应。因此，这些从对声音精细结构的原始听觉记忆到知觉融合，再到言语去掩蔽的多个链性加工环节反映了大脑在复杂场景下的提高对目标言语识别的一个加工策略。

双耳中枢加工过程表现出对两个耳朵的输入信号的动态相关性有极强的敏感性。年轻和听力正常的听者可以感知到双耳的相关性出现了一个暂短的相关性中断(即双耳相关性从1暂短地变为0，随后再到1，即break in correlation,BIC)，而这种敏感性可以用BIC的觉察时间长度阈限来测量。而当双耳延迟被引入时，能觉察到BIC的双耳最大延迟时间可以当作对声音精细结构的原始听觉记忆保持时间的测量。

发明内容

尽管对双耳相关性加工已有研究，但如何测试双耳相关性手段是本发明首创，解决了测查对声音精细结构的表达精准性及其时间保持性能力的问题。本发明的目的在于提供一种基于BIC的双耳相关性听力检测方法及系统。

本发明的技术方案为：

一种基于BIC的双耳相关性听力检测方法，其步骤为：

1)信号生成单元生成一段白噪声A，其包括m毫秒逐渐上升和逐渐下降的时间；

2)信号生成单元生成n段不同长度的与该白噪声A独立不相关的噪声；然后分别用其中一段噪声替代该白噪声A中的一段声音，得到n段不同的声音B；

3)生成播放单元两通道均播放该白噪声A的第一阶段信号，以及播放单元一通道播放该白噪声A、另一通道播放步骤2)得到的n段不同声音B之一，得到一第二阶段信号；其中，共生成n个不同的第二阶段信号；

4)播放单元的两通道以设定延迟时长播放第一阶段信号和第二阶段信号，测试者根据听到的该播放单元播放的声音，判断哪段声音含有不相关的噪声片段，并将判断结果传递给人机交互平台；

5)人机交互平台记录不同播放信号时，该测试者的判断结果；然后根据记录的判断结果计算该设定延迟播放时该测试者的BIC片段持续时长感知阈值。

进一步的，所述白噪声A为高斯白噪声，频率范围是0—10kHz。

进一步的，所述设定延迟时长为0ms，2ms，4ms，6ms或8ms。

进一步的，播放单元采用两项迫选范式播放第一阶段信号和第二阶段信号；测试者通过反应键盒把判断结果传递给人机交互平台。

一种基于BIC的双耳相关性听力检测系统，其特征在于，信号生成单元、信号生成单元和人机交互平台；其中，

信号生成单元，用于生成一段白噪声A，其包括m毫秒逐渐上升和逐渐下降的时间；生成n段不同长度的与该白噪声A独立不相关的噪声；然后分别用其中一段噪声替代该白噪声A中的一段声音，得到n段不同的声音B；然后生成播放单元两通道均播放该白噪声A的第一阶段信号，以及播放单元一通道播放该白噪声A、另一通道播放得到的n段不同声音B之一，得到一第二阶段信号；其中，共生成n个不同的第二阶段信号；

所述播放单元，其两通道以设定延迟时长播放第一阶段信号和第二阶段信号，测试者根据听到的该播放单元播放的声音，判断哪段声音含有不相关的噪声片段，并将判断结果传递给人机交互平台；

所述人机交互平台，用于记录不同播放信号时，该测试者的判断结果；然后根据记录的判断结果计算该设定延迟播放时该测试者的BIC片段持续时长感知阈值。

一种基于BIC的双耳相关性听力检测方法，其步骤为：

1)信号生成单元生成一段白噪声A，其包括m毫秒逐渐上升和逐渐下降的时间；

2)信号生成单元生成n段与该白噪声A的相关系数分别为不同值的白噪声；然后分别用其中一段白噪声替代该白噪声A中的一段声音，得到n段不同的声音B；

3)生成播放单元一通道播放该白噪声A、另一通道播放与该白噪声A具有不同相关值的声音，即第一阶段信号；以及生成播放单元一通道播放该白噪声A、另一通道播放步骤2)得到的n段不同声音B之一，得到一第二阶段信号；其中，共生成n个不同的第二阶段信号；

4)播放单元播放第一阶段信号和第二阶段信号，测试者根据听到的该播放单元播放的声音，判断哪段声音含有不同相关系数的片段，并将判断结果传递给人机交互平台；

5)人机交互平台记录不同播放信号时，该测试者的判断结果；然后根据记录的判断结果计算该测试者的BIC片段持续时长感知阈值。

进一步的，所述高斯白噪声A为高斯白噪声，频率范围是0—10kHz。

进一步的，多段白噪声与该白噪声A的相关系数分别为1，0.85，0.7，0.55和0.4。

进一步的，播放单元采用两项迫选范式播放第一阶段信号和第二阶段信号；测试者通过反应键盒把判断结果传递给人机交互平台。

一种基于BIC的双耳相关性听力检测系统，其特征在于，信号生成单元、信号生成单元和人机交互平台；其中，

信号生成单元，用于生成一段白噪声A，其包括m毫秒逐渐上升和逐渐下降的时间；生成n段与该白噪声A的相关系数分别为不同值的白噪声；然后分别用其中一段白噪声替代该白噪声A中的一段声音，得到n段不同的声音B；以及生成播放单元一通道播放该白噪声A、另一通道播放与该白噪声A具有不同相关值的声音，即第一阶段信号；以及生成播放单元一通道播放该白噪声A、另一通道播放步骤2)得到的n段不同声音B之一，得到一第二阶段信号；其中，共生成n个不同的第二阶段信号；

所述播放单元，用于播放第一阶段信号和第二阶段信号，测试者根据听到的该播放单元播放的声音，判断哪段声音含有不同相关系数的片段，并将判断结果传递给人机交互平台；

所述人机交互平台，用于记录不同播放信号时，该测试者的判断结果；然后根据记录的判断结果计算该测试者的BIC片段持续时长感知阈值。

双耳听到的声音的相关性测量主要计算双耳声音的相关系数。双耳相关性测量功能可帮助听觉系统在噪声环境下对听觉目标的定位及检测。当同时到达双耳的声音的相关性从1降至0时，听觉目标由融合分离成两个目标信号。双耳延迟也会对双耳相关性测量有影响。当双耳延迟由0增加到几个毫秒时，听觉目标就会从清晰变模糊。双耳相关性功能检测可以通过对双耳相关性信号的一段不相关的片段(BIC)的敏感性来测量。BIC片段是一段相关系数从1到0，又从0到1的双通道声音，BIC组成示意图如图2。

本发明的基于BIC的双耳相关性听力检测系统，包括信号生成单元、信号播放单元及人机交互平台；其中，所述信号生成单元，主要功能是生成一段1000ms的高斯白噪声，频率范围是0—10kHz，包括30ms逐渐上升和逐渐下降的时间；再生成多段白噪声，有五种情况，分别和上一段白噪声的相关系数为1，0.85，0.7，0.55和0.4。

进一步的，所述信号播放单元采用创新声霸声卡PCI128作为数模转换及功率放大单元，采用森海塞尔耳机HD265作为声音播放单元。播放声音的声压级设为60dB，左耳声音为领先声音。

进一步的，所述人机交互平台是一个包含两个按键的响应键盒，用于被试的“有”/“没有”，或“是”/“否”的反应，响应键盒通过串口和电脑通信。

本发明的测试流程如图1所示。

在本发明的BIC片段持续时长感知阈值测试流程中，双耳延迟条件有5个，分别为0，2，4，6，8ms，相关值条件有5个，分别为1，0.85，0.7，0.55，0.4。测试方法采用两项迫选范式(2AFC)。在第一阶段，时长为1000ms的同一段白噪声呈现给左右耳；第二阶段，其中一个通道声音保持不变，另一通道声音中间一段声音用另一段独立不相关噪声代替。这时，双耳声音如果单耳分别监听，感知不出任何差异，但如果双耳监听，当中间那段不相关噪音足够长时就会感知到它的存在。在测试过程中，两个阶段声音随机顺序播放，且含不相关噪声的声音也会随机地分配给左右耳。测试人员的主要任务是通过倾听两段声音，判断那段声音含有不相关片段，并通过反应键盒把判断结果传递给主机。不相关噪声的持续时间采用三上一下进行调整，即判断正确三次，持续时间减少一个步长，错误判断一次，持续时间增加一个步长。步长的初始值设为16ms，变化方向每反转一次，步长减半直至1ms，反转次数达到10次，测试结束。后六次反转点的不相关噪声的持续时长的算术平均值即为一次实验的结果，三次实验结果的算术平均值前为最终的测试结果。

与现有技术相比，本发明的积极效果：

此技术能够测量声音精细结构的中枢表达的精准性，并且可以和脑电测量相结合。

附图说明

图1为测试流程图。

图2为BIC组成示意图。

图3为不同延迟时间条件下双耳不相关片段持续时间阈值测试结果图。

图4为不同相关值条件下的双耳不相关片段持续时间阈值测试结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述。

1.不同延迟时间条件下双耳不相关片段持续时间阈值测试

(1)声音生成

生成一段长度为1000ms的高斯白噪声，频率范围是0—10kHz，包括30ms逐渐上升和逐渐下降的时间，再生成另一段独立不相关的高斯白噪声，从中分别截取16ms，8ms，4ms，2ms及1ms长度声音，将16ms的白噪声覆盖第一段白噪声的中间部分生成白噪声a，白噪声a与第一段白噪声构成一组；将8ms的白噪声覆盖第一段白噪声的中间部分生成白噪声b，白噪声b与第一段白噪声构成一组；依次类推，得到5组含有不同长度的不相关片段的高斯白噪声。

(2)流程

被测试者坐在安静的环境中，设置有5个延迟条件分别为0ms，2ms，4ms，6ms，8ms。测试方法采用两项迫选范式(2AFC)。在第一阶段，时长为1000ms的同一段白噪声呈现给左右耳；第二阶段，其中一个通道声音保持不变，另一通道声音中间一段声音用另一段独立不相关噪声代替。测试人员的主要任务是通过倾听两段声音，判断那段声音含有不相关片段，并通过反应键盒把判断结果传递给主机。不相关噪声的持续时间采用三上一下进行调整，即判断正确三次，持续时间减少一个步长，错误判断一次，持续时间增加一个步长。步长的初始值设为16ms，持续时间变化方向每反转一次，步长减半直至1ms；当反转次数达到10次时，测试结束。后六次反转点的不相关噪声的持续时长的算术平均值即为一次实验的结果，同一测试人员在同一延迟条件进行三次2AFC测试，将三次实验结果的算术平均值前为最终的测试结果。在5个延迟条件下，分别测试，得到各自的测试结果。

(3)测试结果

共有六个被试参加了全部5个延迟条件下的双耳不相关片段持续时间阈值测试实验，实验结果如图3所示，从图中可以看出，随着延迟时间的增加，双耳不相关片段持续时间的阈值的均值和方差也在不断增加。

2.不同相关值条件下的双耳不相关片段持续时间阈值测试

(1)声音生成

生成两段长度为1000ms的独立不相关高斯白噪声，频率范围是0—10kHz，包括30ms逐渐上升和逐渐下降的时间(此处理可以防止频谱泄露，如不加此逐渐上升和下降时间会听到“啪”的瞬态声音)，基于这两段声音可生成具有不同相关值的双通道声音。具体方法为：假设两段不相关的白噪声分别为n₁和n₂，则生成左耳信号及与其相关的声音片段，

从式中可以看出，相关声音的相关系数为ρ，可令ρ＝1.0，0.85，0.70，0.55和0.40，生成5对具有不同相关系数的声音对。

针对每对相关值不同的声音，左耳信号不变，右耳信号按测试1中的方法生成不同长度的不相关声音片段，对右耳声音中间部分进行覆盖。双耳延迟固定在0ms。

(2)流程

被试坐在安静的环境中，测试方法采用两项迫选范式(2AFC)。在第一阶段，时长为1000ms的具有不同相关值的白噪声呈现给左右耳；第二阶段，其中一个通道声音保持不变，另一通道声音中间一段声音用另一段不相关的白噪声代替。在测试过程中，两个阶段声音随机顺序播放。测试人员的主要任务是通过倾听两段声音，判断那段声音含有不同相关系数的片段，并通过反应键盒把判断结果传递给主机。不同相关系数噪声的持续时间采用三上一下进行调整，即判断正确三次，持续时间减少一个步长，错误判断一次，持续时间增加一个步长。步长的初始值设为16ms，变化方向每反转一次，步长减半直至1ms，反转次数达到10次，测试结束。后六次反转点的不相关噪声的持续时长的算术平均值即为一次实验的结果，三次实验结果的算术平均值前为最终的测试结果。对5个不同的相关系数，分别测试，得到各自的测试结果。

(4)测试结果

共有六个被试参加了全部5个不同相关系数的双耳不相关片段持续时间阈值测试实验，实验结果如图4所示，从图中可以看出，随着相关系数的的降低，双耳不相关片段持续时间的阈值的均值和方差也在不断增加。

Claims (10)

1.一种基于BIC的双耳相关性听力检测方法，其步骤为：

1)信号生成单元生成一段白噪声A，其包括m毫秒逐渐上升和逐渐下降的时间；

2)信号生成单元生成n段不同长度的与该白噪声A独立不相关的噪声；然后分别用其中一段噪声替代该白噪声A中的一段声音，得到n段不同的声音B；

3)生成播放单元两通道均播放该白噪声A的第一阶段信号，以及播放单元一通道播放该白噪声A、另一通道播放步骤2)得到的n段不同声音B之一，得到一第二阶段信号；其中，共生成n个不同的第二阶段信号；

4)播放单元的两通道以设定延迟时长播放第一阶段信号和第二阶段信号，测试者根据听到的该播放单元播放的声音，判断哪段声音含有不相关的噪声片段，并将判断结果传递给人机交互平台；

5)人机交互平台记录不同播放信号时，该测试者的判断结果；然后根据记录的判断结果计算该设定延迟播放时该测试者的BIC片段持续时长感知阈值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述白噪声A为高斯白噪声，频率范围是0—10kHz。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定延迟时长为0ms，2ms，4ms，6ms或8ms。

4.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，播放单元采用两项迫选范式播放第一阶段信号和第二阶段信号；测试者通过反应键盒把判断结果传递给人机交互平台。

5.一种基于BIC的双耳相关性听力检测系统，其特征在于，信号生成单元、信号生成单元和人机交互平台；其中，

信号生成单元，用于生成一段白噪声A，其包括m毫秒逐渐上升和逐渐下降的时间；生成n段不同长度的与该白噪声A独立不相关的噪声；然后分别用其中一段噪声替代该白噪声A中的一段声音，得到n段不同的声音B；然后生成播放单元两通道均播放该白噪声A的第一阶段信号，以及播放单元一通道播放该白噪声A、另一通道播放得到的n段不同声音B之一，得到一第二阶段信号；其中，共生成n个不同的第二阶段信号；

所述播放单元，其两通道以设定延迟时长播放第一阶段信号和第二阶段信号，测试者根据听到的该播放单元播放的声音，判断哪段声音含有不相关的噪声片段，并将判断结果传递给人机交互平台；

所述人机交互平台，用于记录不同播放信号时，该测试者的判断结果；然后根据记录的判断结果计算该设定延迟播放时该测试者的BIC片段持续时长感知阈值。

6.一种基于BIC的双耳相关性听力检测方法，其步骤为：

1)信号生成单元生成一段白噪声A，其包括m毫秒逐渐上升和逐渐下降的时间；

2)信号生成单元生成n段与该白噪声A的相关系数分别为不同值的白噪声；然后分别用其中一段白噪声替代该白噪声A中的一段声音，得到n段不同的声音B；

3)生成播放单元一通道播放该白噪声A、另一通道播放与该白噪声A具有不同相关值的声音，即第一阶段信号；以及生成播放单元一通道播放该白噪声A、另一通道播放步骤2)得到的n段不同声音B之一，得到一第二阶段信号；其中，共生成n个不同的第二阶段信号；

4)播放单元播放第一阶段信号和第二阶段信号，测试者根据听到的该播放单元播放的声音，判断哪段声音含有不同相关系数的片段，并将判断结果传递给人机交互平台；

5)人机交互平台记录不同播放信号时，该测试者的判断结果；然后根据记录的判断结果计算该测试者的BIC片段持续时长感知阈值。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述高斯白噪声A为高斯白噪声，频率范围是0—10kHz。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，多段白噪声与该白噪声A的相关系数分别为1，0.85，0.7，0.55和0.4。

9.如权利要求6或7或8所述的方法，其特征在于，播放单元采用两项迫选范式播放第一阶段信号和第二阶段信号；测试者通过反应键盒把判断结果传递给人机交互平台。

10.一种基于BIC的双耳相关性听力检测系统，其特征在于，信号生成单元、信号生成单元和人机交互平台；其中，

信号生成单元，用于生成一段白噪声A，其包括m毫秒逐渐上升和逐渐下降的时间；生成n段与该白噪声A的相关系数分别为不同值的白噪声；然后分别用其中一段白噪声替代该白噪声A中的一段声音，得到n段不同的声音B；以及生成播放单元一通道播放该白噪声A、另一通道播放与该白噪声A具有不同相关值的声音，即第一阶段信号；以及生成播放单元一通道播放该白噪声A、另一通道播放步骤2)得到的n段不同声音B之一，得到一第二阶段信号；其中，共生成n个不同的第二阶段信号；

所述播放单元，用于播放第一阶段信号和第二阶段信号，测试者根据听到的该播放单元播放的声音，判断哪段声音含有不同相关系数的片段，并将判断结果传递给人机交互平台；

所述人机交互平台，用于记录不同播放信号时，该测试者的判断结果；然后根据记录的判断结果计算该测试者的BIC片段持续时长感知阈值。