SU1765903A1 - Method of signal processing in hearing aid - Google Patents

Method of signal processing in hearing aid Download PDF

Info

Publication number
SU1765903A1
SU1765903A1 SU904818465A SU4818465A SU1765903A1 SU 1765903 A1 SU1765903 A1 SU 1765903A1 SU 904818465 A SU904818465 A SU 904818465A SU 4818465 A SU4818465 A SU 4818465A SU 1765903 A1 SU1765903 A1 SU 1765903A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
signal
frequency
hearing
signals
hearing aid
Prior art date
Application number
SU904818465A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Павлович Молчанов
Людмила Назаровна Бабкина
Original Assignee
Ленинградский научно-исследовательский институт "Вектор"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ленинградский научно-исследовательский институт "Вектор" filed Critical Ленинградский научно-исследовательский институт "Вектор"
Priority to SU904818465A priority Critical patent/SU1765903A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1765903A1 publication Critical patent/SU1765903A1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

Использование: медицинска  техника. Сущность изобретени : прин тый акустический сигнал раздел ют на частотные диапазоны и раздельно усиливают с последующим суммированием, при этом сигнал раздел ют на частотные диапазоны с выделением огибающих, которые усиливают и суммируют с исходным сигналом, а получившийс  суммарный сигнал после сложени  с раздельно усиленными составл ющими сигнала в частотных диапазонах подают в акустической форме на ухо человека. 1 ил.Use: medical equipment. SUMMARY OF THE INVENTION: The received acoustic signal is divided into frequency bands and separately amplified, followed by summation, the signal is divided into frequency bands with highlighting of the envelopes, which are amplified and summed with the original signal, and the resulting sum signal after adding with separately amplified components The signal in the frequency ranges is supplied in acoustic form to the human ear. 1 il.

Description

-Изобретение относитс  к медицинской технике и может быть использовано дл  реабилитации слуха людей с тугоухостью различного вида. The invention relates to medical technology and can be used to rehabilitate the hearing of people with hearing loss of various kinds.

Известен способ 1 регулировки слухового аппарата и его использовани , отличающийс  тем, что регулируема  усилительна  схема содержит по меньшей мере один регулирующий элемент, приводимый в действие потребителем, который может мен ть крутизну частотной характеристики на частотах, выше граничной частоты 500-2000 Гц. При этом возможно изменение подъема высоких частот.The known method 1 for adjusting the hearing aid and its use, characterized in that the adjustable amplifier circuit contains at least one regulating element operated by the consumer, which can change the slope of the frequency response at frequencies higher than the cut-off frequency 500-2000 Hz. In this case, it is possible to change the treble boost.

Недостатком такого способа  вл етс  то, что у людей с полной потерей чувствительности к звукам, частоты которых сосредоточены в определенном участке спектра, слуховые аппараты, построенные по описанному способу, не обеспечивают восстановлени  воспри ти  какой-либо информации о звуках, частоты которых лежат в пораженных участках спектра.The disadvantage of this method is that in people with a complete loss of sensitivity to sounds, whose frequencies are concentrated in a certain part of the spectrum, hearing aids, constructed according to the described method, do not ensure the recovery of the perception of any information about sounds, whose frequencies lie in the affected parts of the spectrum.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому  вл етс Of the known technical solutions, the closest to the proposed is

способ, описанный в патенте Схема и способ обработки звукового сигнала в слуховом аппарате (Патент США № 4680798, кл, Н 04 R 25/00, Н 03 С 3/20. ИСМ, 1988, вып. 137, № 4) 2.the method described in the patent Scheme and method of processing a sound signal in a hearing aid (US Patent No. 4680798, Cl, H 04 R 25/00, H 03 C 3/20. ICM, 1988, Issue 137, No. 4) 2.

В упом нутом способе обработки звукового сигнала осуществл етс  формирование электрического сигнала звуковой частоты, разделение сигнала на несколько частотных диапазонов, раздельное усиление сигнала в каждом диапазоне и суммиро- вание усиленных сигналов каждого диапазона дл  получени  преобразованного сигнала. При управлении раздельным усилением осуществл етс  стробирование звукового сигнала в диапазонах и определение по результатам стробировани  уровн  усилени  дл  каждого диапазона. При стро- бировании осуществл етс  аналого-цифровое преобразование и индивидуальное детектирование дл  получени  аналогового сигнала, соответствующего уровню звукового сигнала в каждом диапазоне.In the aforementioned audio signal processing method, an electrical audio signal is generated, the signal is divided into several frequency bands, a separate signal amplification in each band, and the sum of the amplified signals of each band to obtain a converted signal. When controlling the separate amplification, the audio signal is gated in the ranges and, based on the results of the gating, the gain level for each range is determined. The analog and digital conversion and individual detection is performed during the acquisition to obtain an analog signal corresponding to the level of the audio signal in each band.

Общим недостатком указанных способов построени  слуховых аппаратов  вл етСОA common disadvantage of these methods of building hearing aids is ISO

VJVj

OsOs

ел ю оate you oh

соwith

с  невысока  способность восстановлени  воспри ти  слуховой системы человека таких звуковых сигналов, механизм переработки которых в слуховой системе нарушен ,with a low ability to restore the perception of the human auditory system of such sound signals, the processing mechanism of which in the auditory system is violated,

Так, при утере Суховой системой способности воспринимать резидуальные звуки в том или ином участке речевого спектра частот существующие слуховые аппараты не в состо нии исправить указанный дефект , что ведет к утере существенной части информации, воспринимаемой человеком через звуковые сигналы при нормальном состо нии его слуховой системы.Thus, if the Sukhov system loses the ability to perceive residual sounds in one or another part of the speech frequency spectrum, the existing hearing aids are not able to correct this defect, which leads to the loss of a significant part of information perceived by a person through sound signals in the normal state of his auditory system.

В качестве примера можно привести воспри тие амплитудно-модулированного звукового сигнала, несуща  частота которого попадает в спектральный участок, чувствительность слуха к которому у данного человека нарушена.As an example, we can cite the perception of an amplitude-modulated sound signal, the carrier frequency of which falls into the spectral region, the sensitivity of hearing to which in a given person is impaired.

Такой человек не слышит ни несущую такого сигнала, ни модулирующий его тон, хот  частота последнего находитс  в области частот, воспри тие которых у данного пациента не нарушено. Особенно большое вли ние такой дефект оказывает на воспри тие сложных звуков (например, речевых ).Such a person hears neither the carrier of such a signal nor the modulating tone, although the frequency of the latter is in the range of frequencies whose perception in this patient is not disturbed. Such a defect has a particularly large effect on the perception of complex sounds (for example, speech).

Одной из причин указанного недостатка  вл етс  то, что существующие способы построени  слуховых аппаратов основываютс  на избирательном усилении тех компо- нент звукового сигнала, воспри тие которых у данного человека нарушено,One of the reasons for this drawback is that the existing methods of building hearing aids are based on the selective amplification of those components of the sound signal, the perception of which in a given person is disturbed,

Очевидно, что при нарушении в слуховой системе функционировани  какого-либо механизма переработки звукового сигнала само по себе усиление последнего не сможет компенсировать возникший дефект воспри ти .Obviously, in the event of a disturbance in the auditory system of the functioning of any mechanism for processing the sound signal, the amplification of the latter itself cannot compensate for the perceived defect.

Рассмотрим некоторые аналоги предлагаемого способа обработки сигналов в слуховых аппаратах.Consider some analogues of the proposed method of signal processing in hearing aids.

В наиболее распространенных слуховых аппаратах в насто щее врем  частотна  коррекци  усилени  осуществл етс  дл  всего канала в целом с помощью относительного подъема усилени  в области высоких частот, степень которого регулиретс  как плавно, так и ступенчато. Такими слуховыми аппаратами  вл ютс  отечественные аппараты типов К 10, К 13 и пр., а также и зарубежные, например, типа НА-41, HA27D Фирмы Rion Co LTD (Япони ), 37ILDC Фирмы Oticon (Дани ) и др.In the most common hearing aids, the frequency correction gain is currently performed for the entire channel with a relative gain boost in the high frequency range, the degree of which is adjusted both smoothly and in steps. Such hearing aids are domestic devices of types K 10, K 13, etc., as well as foreign ones, for example, type NA-41, HA27D from Rion Co LTD (Japan), 37ILDC from Oticon (Dani), etc.

При ухудшении чуствительности слуха в локальной частотной области, например в районе 2 кГц, повышение коэффициента усилени  в сторону высоких частот известными аппаратами не  вл етс  эффективным . В то же врем  локальна  потер  чувствительности на частоте в районе 2 кГц ведет к ухудшению разборчивости воспри ти  речи человека на 30-40%.When the hearing sensitivity deteriorates in the local frequency domain, for example, around 2 kHz, increasing the gain towards higher frequencies by known devices is not effective. At the same time, local loss of sensitivity at a frequency in the region of 2 kHz leads to a deterioration in the intelligibility of human speech perception by 30–40%.

При потере чувствительности слуха наWith loss of hearing sensitivity on

каком-либо участке спектра, занимаемого речевыми сигналами, одновременно нарушаетс  механизм формировани  резидуаль- ных тонов, существенно вли ющих наany part of the spectrum occupied by speech signals is simultaneously disturbed by the mechanism of the formation of residual tones, which significantly affect the

0 воспри тие звуковых сигналов человека (в частности, речевых),0 perception of human sound signals (in particular, speech signals),

Так как слуховые аппараты данного типа не содержат в своем составе схем форми- ровани  резидуальных тонов, то ихSince hearing aids of this type do not contain in their composition the formation of residual tones, they are

5 использование во многих случа х не обеспечивает нарушенной разборчивости воспри ти  речи.5 use in many cases does not provide impaired speech intelligibility.

В качестве аналога предлагаемому способу построени  слухового аппарата можноAs an analogue of the proposed method of building a hearing aid, you can

0 рассматривать слуховой аппарат с транспонированием частоты звуков, выпущенный фирмой Oticon (модель ТР72).0 consider a hearing aid with a transposition of the frequency of sounds, issued by Oticon (model TP72).

В слуховом аппарате такого типа производитс  преобразование звуков высшихIn this type of hearing aid, the sounds of higher

5 частот (в полосе 4000-8000 Гц) в низкочастотные звуки.5 frequencies (in the range of 4000-8000 Hz) in the low-frequency sounds.

Дл  этого используетс  специальный фильтр высоких частот с частотой среза 4000 Гц и большой крутизной характеристи0 ки на этой частоте (36 дБ/октава). Он служит дл  предотвращени  прохождени  и последующего преобразовани  высших формант гласных звуков. Отфильтрованное напр жение частот выше 4000 Гц подаетс  на нели5 нейную ступень усилени , после чего производитс  дальнейшее усиление и выделение фильтром низких частот напр жений всех разностных частот до 1500 Гц. Выделенные таким образом комбинацион0 ные тона из диапазона частот 4000-8000 Гц подаютс  в общий канал усилени  и на телефон .For this, a special high-pass filter with a cut-off frequency of 4000 Hz and a large slope at this frequency (36 dB / octave) is used. It serves to prevent the passage and subsequent transformation of higher formant vowel sounds. The filtered voltage above 4000 Hz is applied to the nonlinear gain stage, after which the low frequencies are further amplified and the voltage of all difference frequencies up to 1500 Hz is extracted. The combination tones thus allocated from the frequency range of 4000-8000 Hz are fed to the common gain channel and to the telephone.

Основными недостатками модели ТР72  вл ютс : 1. Транспонирование в низкоча5 стотную часть спектра осуществл етс  только дл  звуков, лежащих в диапазоне частот от 4000 Гц и выше (до 8000 Гц). Все эти звуки лежат вне полосы частот стандартного телефонного канала, в пределах которого распо0 лагаетс  основна  часть звуков речевых сигналов. Трансформаци  в низкочастотную область звуков из неречевого участка спектра частот приводит к проникновению в речевые участки спектра дополнительныхThe main disadvantages of the TP72 model are: 1. Transposition into low-frequency part of the spectrum is carried out only for sounds in the frequency range from 4000 Hz and above (up to 8000 Hz). All of these sounds lie outside the frequency band of a standard telephone channel, within which the main part of the voice signals are located. Transformation into the low-frequency region of sounds from a non-speech portion of the frequency spectrum leads to the penetration into the speech segments of the spectrum by additional

5 помех, что значительно ухудшает помехоустойчивость слуховых аппаратов такого типа .5 interference, which significantly impairs the noise immunity of hearing aids of this type.

2. Так как в слуховых аппаратах типа ТР72 участок спектра, сигналы из которого транспонируютс , отдел етс  от остального2. Since, in TP72-type hearing aids, a portion of the spectrum from which signals are transposed is separated from the rest.

участка спектра полосовым фильтром (4000-8000 Гц) с достаточно крутыми скатами амплитудно-частотной характеристики, то при этом не происходит подчеркивани  или выделени  основных резидуальных тонов , в значительной мере определ ющих воспри тие слуховой системой образов сложных акустических сигналов (речевых). Как известно (4), резидуальные тона возникают при условии, что частоты спектральных компонент, порождающих эти тона, не превышают 4-5 кГц.a section of the spectrum with a bandpass filter (4000-8000 Hz) with sufficiently steep slopes of the amplitude-frequency characteristic does not underline or emphasize the main residual tones, which largely determine the perception of the auditory system of images of complex acoustic signals (speech). As is known (4), residual tones occur under the condition that the frequencies of the spectral components generating these tones do not exceed 4–5 kHz.

Цель изобретени  - повышение качества выходных сигналов слуховых аппаратов за счет получени  в выходном сигнале резидуальных тонов.The purpose of the invention is to improve the quality of the output signals of hearing aids by obtaining residual tones in the output signal.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что при обработке сигнала способом, включающим прием акустического сигнала, преобразование его в исходный электрический сигнал, разделение сигнала на частотные диапазоны, раздельное регулируемое усиление сигналов в каждом частотном диапазоне , суммирование усиленных сигналов всех частотных диапазонов и преобразование суммарного электрического сигнала, после разделени  его на частотные диапазоны выдел ют огибающие, осуществл ют их раздельное регулируемое усиление и суммируют с исходным сигналом , а полученный суммарный сигнал прибавл ют к суммарному усиленному сигналу всех частотных диапазонов. Новизна предлагаемого способа обработки сигналов в слуховых аппаратах состоит в том, что огибающие усиленных частотных составл ющих электрического эквивалента акустического сигнала складываютс  с сигналом и получившийс  в результате в кольце нелинейной обратной св зи сложный сигнал после электроакустического преобразовани  подаетс  на ухо человека.The goal is achieved by processing a signal in a manner that includes receiving an acoustic signal, converting it into an original electrical signal, dividing the signal into frequency bands, separately adjustable amplification of signals in each frequency band, summing the amplified signals of all frequency bands, and converting the total electrical signal, after dividing it into frequency ranges, the envelopes are separated, they are controlled separately and added to the original signal. ohm, and the resulting sum signal is added to the total amplified signal of all frequency ranges. The novelty of the proposed signal processing method in hearing aids is that the envelopes of the amplified frequency components of the electrical equivalent of the acoustic signal are added to the signal and the resulting signal in the non-linear feedback ring is fed to the human ear after electro-acoustic conversion.

Новым свойством предлагаемого способа обработки сигналов в слуховых аппаратах  вл етс  выделение суммарной огибающей сигнала в виде самосто тельного сигнала, подаваемого на ухо человека, и как следствие этого, расширение числа типов сигналов, воспринимаемых человеком, страдающим дефектом слуховой системы, в частности обеспечение воспри ти  резидуальных тонов сложных звуков.A new feature of the proposed method of signal processing in hearing aids is the selection of the total signal envelope in the form of an independent signal fed to a person’s ear, and as a result, the expansion of the number of types of signals perceived by a person suffering from a defect in the auditory system, in particular ensuring the perception of residual tones of complex sounds.

Предлагаемым способом обеспечиваетс  возможность воспри ти  человеком модулирующего сигнала модулированного звука, расположенного в области частот, не воспринимаемых человеком вследствие нарушени  слуховой функции.The proposed method makes it possible for humans to perceive a modulating signal of a modulated sound located in the frequency range that is not perceived by a person due to impaired auditory function.

Существенным отличием предлагаемого способа обработки сигналов в слуховыхThe essential difference of the proposed method of signal processing in auditory

аппаратах от существующих методов компенсации нарушени  слуховой функции человека  вл етс  введение в структуру слуховых аппаратов блоков, осуществл ющих функциональные преобразовани  сигналов, близкие к нем, которые осуществл ютс  в нормально функционирующей слуховой системе человека, но которые оказались по каким-то причинам нарушенны0 ми. Преобразованный сигнал при подаче на вход слуховой системы человека воспринимаетс  последним более полным и естественным , так как содержит составл ющие, которые существующими слуховыми аппа5 ратами не формируютс .Aids from existing methods of compensating for human hearing impairment are the introduction into the structure of hearing aids of blocks that carry out functional transformations of signals close to it, which are carried out in a normally functioning human hearing system, but which have been for some reason impaired. The converted signal, when applied to the input of the human auditory system, is perceived by the latter as more complete and natural, since it contains components that are not formed by existing hearing aids.

На чертеже изображена блок-схема устройства , реализующего предлагаемый способ . По предлагаемому способу звуковой сигнал преобразуетс  в его электрическийThe drawing shows a block diagram of a device that implements the proposed method. In the proposed method, the audio signal is converted into its electric

0 эквивалент, раздел етс  на несколько частотных диапазонов, в каждом из которых производитс  усиление составл ющих сигнала, выделение их огибающих с последующим сложением как усиленных состав5 л ющих сигнала, так и их огибающих с электрическим эквивалентом исходного акустического сигнала. При этом коэффициент усилени  составл ющих сигнала в разных диапазонах различен и определ етс 0 equivalent, is divided into several frequency ranges, each of which amplifies the signal components, extracts their envelopes, and then adds both the amplified signal components and their envelopes with the electric equivalent of the original acoustic signal. In this case, the gain of the signal components in different ranges is different and is determined by

0 характером дефекта слуха у человека.0 the nature of the hearing defect in humans.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит источник 1 исходного сигнала, сумматор 2, набор фильтров 3, выделители огибающих 4, усилители-преоб5 разователи 5 дл  огибающих, усилители- преобразователи 6 дл  составл ющих сигнала, второй сумматор 7, преобразователь электроакустический 8, блок управлени  9 преобразовател ми 5. При этомThe device implementing the proposed method contains the source 1 of the original signal, the adder 2, the filter set 3, the selector envelopes 4, the amplifier converters 5 for the envelopes, the amplifier converters 6 for the signal components, the second adder 7, the electroacoustic converter 8, the control unit 9 converters 5. At the same time

0 источник 1 исходного сигнала соединен с первым сумматором 2, выход которого соединен со входом второго сумматора 7 и со входами фильтров 3, выходы которых соединены с усилител ми-преобразовател ми 6 и0 source signal source 1 is connected to the first adder 2, the output of which is connected to the input of the second adder 7 and to the inputs of filters 3, the outputs of which are connected to the amplifier converters 6 and

5 с выделител ми огибающих 4, выходы которых соединены со входами преобразователей 5, выходы которых соединены со входами первого сумматора 2, а выходы усилителей-преобразователей 6 соединены со5 with envelope selectors 4, the outputs of which are connected to the inputs of the converters 5, the outputs of which are connected to the inputs of the first adder 2, and the outputs of the amplifiers-converters 6 are connected to

0 входами второго сумматора 7, выход которого соединен с электроакустическим преобразователем 8, причем управл ющие входы преобразователей 5 и усилителей- преобразователей 6 соединены с выходами0 inputs of the second adder 7, the output of which is connected to the electro-acoustic transducer 8, and the control inputs of the transducers 5 and transducer amplifiers 6 are connected to the outputs

5 выделителей огибающей,5 envelope highlighters,

Практическа  реализаци  предлагаемого способа обработки сигналов в слуховых аппаратах осуществл етс  с помощью серийно выпускаемых микросхем, Так, усилители и сумматоры могут быть изготовленыThe practical implementation of the proposed method of signal processing in hearing aids is carried out using commercially available circuits. Thus, amplifiers and adders can be made

на микросхемах типа КР140УД20А, выделители огибающих- - на микросхемах КР544УД2В, К140УД6, КД513А. Фильтры, вход щие в блоки 3, выполн ют по схеме активных RC-фильтров, построенных с помощью микросхем КР140УД20А по типовым схемам дл  фильтров 4-го пор дка. Реализацию блока управлени  осуществл ют с учетом выполнени  основных функций, выполн емых им: оценка уровней частотных составл ющих сигнала и их огибающих и выработка управл ющих сигналов дл  установки коэффициентов усилени  (ослаблени  в блоках 5 и 6) как частотных составл ющих, так и их огибающих. В соответствии со сказанным в блок управлени  9 вход т узлы интеграторов (усреднителей), пиковых детекторов, схем выработки управл ющих напр жений. Оценку уровней частотных составл ющих производ т по среднему напр жению на выходах выделителей огибающих 4 с помощью усреднителей (интеграторов), выполн емых на операционных усилител х любого типа в соответствии с типовыми схемами (например, операционные усилители типа 140УД6, КР140УД20А и т.п.). Оценку уровней огибающих составл ющих сигнала в выделенных полосах осуществл ют с помощью напр жений на выходах пиковых детекторов, определ ющих амплитуды переменных составл ющих огибающих в каналах. Пиковые детекторы выполн ют по типовым схемам дл  операционных усилителей на микросхемах типов КР140УД20А, 140УД6 (или других того же класса). Регулирующие напр жени  с выходов блока управлени  поступают на управл ющие входы усилителей-преобразователей 5 и 6. Последние выполн ют по типовым схемам операционных усилителей на микросхемах типа .КР140УД20А, 140УД6 и т.п., причем в качестве элемента, регулирующего коэффициент усилени , может быть использован оптрон (например, типа ЗОТЮ2Е), включенный в состав цепи обратной св зи операционного усилител  или в плечо двигател . В этом случае управл ющие напр жени  с выходов блока управлени  поступают на управл ющие входы оптронов в блоках 5 и 6 и тем самым осуществл етс  регулировка усилени  (ослаблени ) составл ющих сигнала (в усилител х-преобразовател х 5) и огибающих (в усилител х-преобразовател х 6) перед их поступлением на сумматоры 2 и 7. В простейшем случае функциональна  св зь между величиной управл ющего напр жени  и уровнем соответствующей составл ющей сигнала задаетс  в процессе регулировки схем выработки управл ющихon KR140UD20A type microcircuits, envelope selectors - on KR544UDD2V, K140UD6, and KD513A microcircuits. The filters included in blocks 3 are made according to the scheme of active RC filters built with KR140UD20A microcircuits according to standard schemes for 4th order filters. The implementation of the control unit is carried out taking into account the performance of the main functions performed by it: estimating the levels of the frequency components of the signal and their envelopes and developing control signals for setting the gain factors (attenuation in blocks 5 and 6) of both the frequency components and their envelopes . In accordance with what has been said, control unit 9 consists of integrator nodes (averagers), peak detectors, control voltage generation circuits. Frequency component levels are estimated at the average voltage at the outputs of the envelope highlighters 4 using averagers (integrators) performed on any type of operational amplifiers in accordance with typical schemes (for example, 140UD6, KR140UD20A operational amplifiers, etc. ). The envelope levels of the components of the signal in the selected bands are estimated using voltages at the outputs of the peak detectors, which determine the amplitudes of the variable components of the envelopes in the channels. Peak detectors are made according to standard schemes for operational amplifiers on IC types KP140UD20A, 140UD6 (or others of the same class). The control voltages from the outputs of the control unit are fed to the control inputs of the amplifiers-converters 5 and 6. The latter are performed according to the typical schemes of operational amplifiers on ICC type IC140UD20A, 140UD6, etc., and as an element regulating the gain factor, an optocoupler (e.g., type ZOTU2E) included in the feedback circuit of an operational amplifier or in an engine arm. In this case, the control voltages from the outputs of the control unit are supplied to the control inputs of the optocouplers in blocks 5 and 6, and thereby the gain (attenuation) of the signal components (in the amplifiers 5) and the envelopes (in the amplifiers) is adjusted. -converters 6) before they arrive at adders 2 and 7. In the simplest case, the functional relationship between the magnitude of the control voltage and the level of the corresponding component of the signal is set in the process of adjusting the output control circuits

напр жений в услови х клиники под характеристики слуховой системы данного пациента .stress in the clinic under the characteristics of the auditory system of the patient.

Как правило, така  св зь включает в се- б  нелинейные операции типа ограничени , которые выполн ют с помощью диодов (например , типа КД513А) или логарифмических усилителей (например, типа 1112ПП1). Схемы выработки управл ющих напр женийTypically, such a connection includes non-linear constraint-type operations that are performed using diodes (for example, type KD513A) or logarithmic amplifiers (for example, type 1112P1). Control voltage generation schemes

0 также могут быть выполнены по типовым схемам дл  операционных усилителей, работающих в режиме усилени  с ограничением или в режиме логарифмировани .0 can also be performed according to standard circuits for operational amplifiers operating in amplified mode with limiting or in logarithmic mode.

Усилители-преобразователи  вл ютс Amplifier converters are

5 по существу масштабными преобразовател ми с управл емыми коэффициентами преобразовани  (усилени ). Их выполнение также широко известно из литературы (3). Все указанные схемные решени  были вы0 полнены в виде действующего макета.5 substantially scale converters with controllable transform (gain) coefficients. Their implementation is also widely known from the literature (3). All the indicated circuit solutions were made in the form of a valid layout.

Реализаци  слухового аппарата в соответствии с предлагаемым способом с помощью средств микроэлектроники позвол ет выполнить его в объеме около 125The implementation of the hearing aid in accordance with the proposed method using microelectronics allows it to be performed in a volume of about 125

5 куб. см при весе не более 100 г, что дает возможность его использовани  в виде слухового аппарата карманного типа, способность которого к восстановлению слуховой функции человека значительно выше, чем у5 cu. cm with a weight not exceeding 100 g, which makes it possible to use it in the form of a pocket-type hearing aid, whose ability to restore the human auditory function is significantly higher than that of

0 существующих аппаратов того же класса. Предлагаемый способ обработки сигналов в слуховых аппаратах позвол ет производить с помощью блока управлени  и более сложные регулирующие функции (например,0 existing devices of the same class. The proposed method of signal processing in hearing aids allows for more complex control functions (e.g.

5 нормировку уровней составл ющих сигнала по отношению к максимальному, подчеркивание отдельных составл ющих по какому- либо критерию и т.п.). Такие операции требуют в общем случае применени  в каче0 стве блока управлени  микропроцессора, как это сделано в прототипе предлагаемого способа (т.е. в патенте США № 4680798, кл, Н 04 R 25/00).5 normalization of signal component levels with respect to the maximum, underlining individual components according to some criterion, etc.). Such operations generally require use as a microprocessor control unit, as was done in the prototype of the proposed method (i.e., in US patent No. 4,680,798, Cl, H 04 R 25/00).

Слуховой аппарат с функциональнойHearing Aid with Functional

5 схемой, изображенной на фиг.1, реализованный в соответствии с предлагаемым способом , работает следующим образом. Акустический сигнал преобразуетс  в электрический эквивалент с помощью акустоэлек0 трического преобразовател  1. Выходной сигнал акустоэлектрического преобразовател  1 поступает на один из входов первого многоканального сумматора 2, на другие входы которого поступают сигналы от уси5 лителей-преобразователей 5. С выхода первого сумматор суммарный . сигнал поступает одновременно на второй многоканальный сумматор и на входы полосовых фильтров 3. Каждый из выходных сигналов полосовых фильтров 3 поступает одновременно как на вход выделител  огибающей 4, так и на вход соответствующего усилител - преобразовател  «1,0:2«п 6, выходы5 by the scheme shown in figure 1, implemented in accordance with the proposed method, works as follows. The acoustic signal is converted into an electrical equivalent using an acoustoelectric transducer 1. The output signal of an acoustoelectric transducer 1 is fed to one of the inputs of the first multi-channel adder 2, the other inputs of which receive signals from the transducer amplifiers 5. The output of the first adder is total. the signal simultaneously arrives at the second multi-channel adder and at the inputs of the band-pass filters 3. Each of the output signals of the band-pass filters 3 is fed simultaneously to the input of the envelope selector 4 and to the input of the corresponding amplifier - converter "1.0: 2" p 6, outputs

которых соединены со входами второго сумматора 7. Выходные напр жени  выделителей огибающих после преобразовани  в усилител х-преобразовател х 5 поступают на входы первого многоканального сумматора 2, де складываютс  с выходным напр жением акустоэлектриче- ского преобразовател  1. Сигналы с выходов блоков выделени  огибающих 4 поступают в блок управлени  9, в котором производитс  оценка уровней энергии в соответствующих частотных каналах и уровней энергии переменных составл ющих огибающих в тех же частотных каналах. На основе полученных оценок и данных, вводимых от человека с помощью блока управлени , устанавливаютс  коэффициенты усилени  усилителей-преобразователей 5 и 6. Тем самым, как и в прототипе, обеспечивает возможность раздельного усилени  частотных составл ющих сигнала в соответствии с характером дефекта слуховой систе- мы данного человека. Обеспечение выполнени  функций блока управлени  9 в наиболее полной форме может быть сущест- влено с помощью микропроцессора, работающего в том же режиме, как это изложено в описании патента США № 4680798, кл. Н 04 R 25/00.which are connected to the inputs of the second adder 7. The output voltages of the envelope highlighters, after being converted into amplifiers 5, are fed to the inputs of the first multi-channel adder 2, they add up to the output voltage of the acoustoelectric converter 1. Signals from the outputs of the envelope selection blocks 4 are received control unit 9, which estimates the energy levels in the respective frequency channels and the energy levels of the variable components of the envelopes in the same frequency channels. Based on the estimates obtained and the data entered from a person using the control unit, the gain factors of the transducer amplifiers 5 and 6 are set. Thus, as in the prototype, it is possible to separately amplify the frequency components of the signal in accordance with the nature of the defect in the auditory system. this person. Ensuring that the functions of the control unit 9 are performed in the most complete form can be realized with the help of a microprocessor operating in the same mode as described in US patent specification No. 4,680,798, cl. H 04 R 25/00.

Особенностью предлагаемого способа обработки сигналов в слуховых аппаратах  вл етс  введение в их структуру схем фор- мироровани  в звуковом сигнале так называемых резидуальных (дополнительных) тонов. Как показано в целом р де физиологических и психоакустических исследований , при воспри тии человеком сложных звуков (речь, музыка, модулирование тона и т.п.) существенную роль играют резидуаль- ные тона, не содержащиес  в самом исходном сигнале, но возникающие за счет нелинейных преобразований сигналов на различных уровн х слуховой системы (4, 5).A feature of the proposed method of signal processing in hearing aids is the introduction of so-called residual (additional) tones into the sound-shaping scheme in their structure. As shown in general, a number of physiological and psychoacoustic studies, when a person perceives complex sounds (speech, music, tone modulation, etc.), residual tones that are not contained in the original signal itself, but are generated by nonlinear signals, play a significant role. signal conversion at different levels of the auditory system (4, 5).

При нарушении механизма формировани  резидуальных тонов характер воспри ти  сложных звуков резко мен етс .When the mechanism of formation of residual tones is disturbed, the nature of the perception of complex sounds changes dramatically.

Так как сами по себе резидуальные звуки в исходном акустическом сигнале не содержатс , то и их воспри тие при указанном выше дефекте слуха исчезает. В наибольшей степени этот дефект про вл етс  в ухудшении разборчивости речи, воспри тии музыки и т.п.Since by themselves the residual sounds in the original acoustic signal are not contained, their perception at the aforementioned hearing defect disappears. To the greatest extent, this defect manifests itself in impaired speech intelligibility, music perception, etc.

Дл  ликвидации последствий нарушени  механизмов формировани  резидуальных сигналов в слуховой системе человекаTo eliminate the consequences of disturbing the formation of residual signals in the human auditory system

предлагаетс  ввести в слуховые аппараты схемы, выполн ющие аналогичные функции , и добавл ть сформированные таким образом резидуальные сигналы к исходномуIt is proposed to introduce into the hearing instruments a circuit that performs similar functions, and add residual signals thus generated to the original

звуку. После резидуальные сигналы окажутс  введенными в звуковой сигнал, поступающий на ухо человека, последний будет их воспринимать, даже если механизм их формировани  в его слуховой системе не работает.sound. After the residual signals appear to be inputted into a sound signal arriving at the ear of the person, the latter will perceive them, even if the mechanism of their formation in his auditory system does not work.

Схемна  реализаци  механизма формировани  резидуальных сигналов, в частности , должна обеспечивать формирование интенсивных комбинационных тонов видаSchematic implementation of the mechanism for the formation of residual signals, in particular, should ensure the formation of intense combination tones of the form

f 2fi-f2,f 2fi-f2,

причем относительный уровень комбинационных частот типа не должен зависеть от уровн  сигнал.the relative level of the combination frequencies of the type should not depend on the level of the signal.

Выполнение таких требований достигаетс  с помощью преобразовани  сигнала по схеме обратной св зи по огибающей.The fulfillment of such requirements is achieved by converting the signal according to the feedback scheme along an envelope.

Рассмотрим процессы в такой схеме подробнее. Введем следующие обозначени  на схеме, изображенной на фиг. 1: Uc электрический эквивалент звукового сигнала на выходе блока (1); Y(t) - сигнал на выходе блока 2; Vi - сигналы на выходах фильтров 3; Wi(t) - напр жение на выходах выделителей огибающей; Ф (т.) - напр жение на выходах преобразователей.Consider the processes in this scheme in more detail. We introduce the following notation in the diagram shown in FIG. 1: Uc is the electrical equivalent of the sound signal at the output of the block (1); Y (t) is the signal at the output of block 2; Vi - signals at the outputs of filters 3; Wi (t) is the voltage at the outputs of the envelope highlighters; Ф (т.) - voltage at the outputs of the converters.

При анализе процессов в схеме, изображенной на фиг.1, сделаем вначале следующие упрощени :When analyzing the processes in the scheme shown in Fig. 1, we first make the following simplifications:

1.Фильтры 3 имеют пр моугольные частот- ные и линейные фазовые характеристики.1. Filters 3 have rectangular frequency and linear phase characteristics.

Ширина полосы пропускани  фильтров больше разноса частот смежных гармонических составл ющих, вход щих в амплитуд- но-модулированный сигнал, или в двухтоновый сигнал,The bandwidth of the filters is greater than the frequency spacing of the adjacent harmonic components included in the amplitude-modulated signal, or in the two-tone signal,

2.Полосы пропускани  фильтров, выдел ющих огибающие в блоках 4, много меньше значений резонансных частот соответствующих каналов,2. The passbands of the filters separating the envelopes in blocks 4 are much smaller than the values of the resonant frequencies of the respective channels,

3. Функции передачи блоков выделени  огибающих 4 равны 0 дл  высокочастотного заполнени  сигнала и 1 дл  модулирующего сигнала. 4, Преобразователи а имеют функцию передачи вида3. The transfer functions of the envelope selection blocks 4 are 0 for high-frequency filling of the signal and 1 for the modulating signal. 4, Transducers a have transfer function

«i (t)+ 1,"I (t) + 1,

где A(t) - модулирующий сигнал (огибающа  сигнала).where A (t) is the modulating signal (envelope signal).

С учетом сделанных упрощений можно вывести следующее выражение дл  напр жени  на выходе 1-го сумматора.In view of the simplifications made, the following expression can be derived for the voltage at the output of the 1st adder.

ПустьLet be

Uc(t) A(t)f(t),Uc (t) A (t) f (t),

где f(t) - высокочастотное заполнение сигнала . Тогдаwhere f (t) is the high-frequency filling of the signal. Then

y(t) «A(t)f(t) + «о (t) + 1. Рассмотрим частные случаи: 1. Пустьy (t) A A (t) f (t) + (o (t) + 1. Consider special cases: 1. Let

A(t) Umo(1 + mcos Q t) « 1;A (t) Umo (1 + mcos Q t) “1;

f(t) sin(wt + p).f (t) sin (wt + p).

ТогдаThen

y(t) Umo(1 + mcos Q t)sin(ut ) +y (t) Umo (1 + mcos Q t) sin (ut) +

+ Umo(1 + mcos Q t).+ Umo (1 + mcos Q t).

Таким образом, при предъ влении на вход предлагаемого слухового аппарата амплитудно-модулированного колебани  модулирующее напр жение выдел етс  в виде отдельного низкочастотного сигнала. Последний после электроакустического преобразовани  поступает на ухо человека и воспринимаетс  его слуховой системой как самосто тельный сигнал, даже если в области высокочастотного заполнени  (т.е. на частоте (о) чувствительность слуховой системы полностью нарушена.Thus, when an amplitude-modulated oscillation is presented to the input of the proposed hearing aid, the modulating voltage is released as a separate low-frequency signal. The latter, after electro-acoustic conversion, enters the human ear and is perceived by the auditory system as a self-contained signal, even if in the high-frequency filling area (i.e., at the frequency (o), the sensitivity of the auditory system is completely impaired.

2. Дл  описани  процесса формировани  так называемых резидуальных тонов, т.е. комбинационных тонов с частотами 2fi- Т2,положим, что функци  передачи выделени  огибающей обеспечивает на его выходе напр жение вида2. To describe the process of forming the so-called residual tones, i.e. combination tones with frequencies of 2fi-T2, we assume that the transfer function of the selection of the envelope provides at its output a voltage of the form

Wi(t) УоWi (t) Wo

У1 Vi(t) + уа Vi2(t) + узУ|3(х).Y1 Vi (t) + ya Vi2 (t) + uz | 3 (x).

Тогда огибающа  АВых напр жени  Uc дл  случа , когда состоит из двух тонов, т.е.Then the envelope AVyh voltage Uc for the case when it consists of two tones, i.e.

Uc U-jCOS йЛ t + UL COS UJ2 tUc U-jCOS ІL t + UL COS UJ2 t

1М21M2

будет иметь вид (без учета составл ющих, имеющих частоты ил и выше)will have the form (without components, having frequencies sludge and higher)

АвыхМ + + У2 U«CiU%COS(Ul - Wfl } 4+ 3 уз иЈ« (2 W1 в)гПровед  соответствующие выкладки, можно получить следующее приближенное выражение дл  сигнала, формирующегос  на выходе первого сумматора 2AvichM + + Y2 U "CiU% COS (Ul - Wfl} 4+ 3 nodes and Ј" (2 W1 в) gProved corresponding calculations, you can get the following approximate expression for the signal formed at the output of the first adder 2

y(t) 1Цсоз ал t + 1Цсоз 0)21 + + (г) + 1,y (t) 1 Cs al t + 1 Cs 0) 21 + + (g) + 1,

Таким образом, в рассмотренном случае на вход слуховой системы поступает колебание с частотой од 2 сел - йЈ, т.е. так называемый кубический тон, четко воспринимаемый человеком при прослушивании сложных звуков. Зависимость амплитудыThus, in the considered case, the input of the auditory system is oscillated at a frequency of 2 villages per second, i.e. the so-called cubic tone, clearly perceived by a person when listening to complex sounds. Amplitude dependence

сформированного комбинационного тона с частотой 2 йЛ - йЈ от амплитуд составл ющих исходного стимула U о и U Шг оказываетс  близкой к таковой, наблюдаемой в психоакустических экспериментах на здоровых испытуемых (6).the generated combination tone with a frequency of 2 yL - y from the amplitudes of the components of the original stimulus U o and U yr turns out to be close to that observed in psychoacoustic experiments on healthy subjects (6).

В более общем случае, когда упом нутые упрощени  не выполн ютс  в блок-схеме , изображенной на фиг.1, по вление входного сигнала вызывает более сложный отклик, формируемый за счет взаимодействи  сигнала с суммой его огибающих в различных частотных каналах, происход щего в цепи нелинейной обратной св зи. Более подробный теоретический и экспериментальный анализ формируемых при этом сигналов показал, что и в этом случае возникают самосто тельные низкочастотные тона, воспринимаемые человеком как резидуальные звуки,In a more general case, when the above simplifications are not performed in the flowchart shown in Fig. 1, the appearance of the input signal causes a more complex response generated by the interaction of the signal with the sum of its envelopes in different frequency channels occurring in the circuit. non-linear feedback. A more detailed theoretical and experimental analysis of the signals generated at the same time showed that in this case independent low-frequency tones appear, perceived by a person as residual sounds,

В процессе реализации предлагаемогоIn the process of implementing the proposed

способа построени  слуховых аппаратовmethod of building hearing aids

был сделан лабораторный макет аппарата,a laboratory model of the apparatus was made,

включавший в себ  все элементы, вход щиеincluded all items included

в блок-схему, изображенную на фиг.1.in the block diagram shown in figure 1.

Проверка эффективности слухового аппарата , построенного по предлагаемому способу, производилась на люд х со значительной потерей слуха в тех или иных участ- ках звуковых частот.Testing the effectiveness of a hearing aid built using the proposed method was performed on people with significant hearing loss in one or another area of sound frequencies.

Вначале на ухо человека подавалс  ам- плитудно-модулированный звуковой сигнал , весь спектр которого лежит в области частот, чувствительность к которым у данно- го человека отсутствует.Initially, an amplitude-modulated sound signal was applied to a person's ear, the whole spectrum of which lies in the frequency range, to which this person is not sensitive.

Отсутствие воспри ти  человеком такого сигнала фиксировалось по его неспособности обнаружить модулирующий сигнал или правильно оценить его частоту. Ампли- туда сигнала при этом устанавливалась на уровне 80 дБ УЗД,The lack of human perception of such a signal was recorded by its inability to detect a modulating signal or correctly estimate its frequency. The signal amplitude was set at 80 dB ultrasound,

После этого тот же акустический сигнал того же уровн  подавалс  на вход макета слухового аппарата, с выхода которого акустический сигнал поступал на ухо человека .After that, the same acoustic signal of the same level was fed to the input of the layout of the hearing aid, from the output of which the acoustic signal came to the human ear.

Показано, что дл  нормально слышащего человека сигнал с выхода предлагаемого слухового аппарата мало отличаетс  от ис- ходного звукового сигнала.It is shown that for a normally hearing person, the signal from the output of the proposed hearing aid differs little from the original audio signal.

В то же врем  люди с сильно выраженной тугоухостью в области несущей частоты исходного звукового сигнала без слухового аппарата ничего не слышали или слышали слабый неразборчивый звук (в зависимости от степени потери чувствительности в соответствующей области частот).At the same time, people with a pronounced hearing loss in the carrier frequency of the original sound signal without a hearing aid did not hear or heard a weak illegible sound (depending on the degree of loss of sensitivity in the corresponding frequency range).

При подаче таким люд м сигнала после его преобразовани  в предлагаемом слуховом аппарате все испытуемые четко слышали сигнал модулирующей частоты.When such people fed the signal after it was converted in the proposed hearing aid, all the subjects clearly heard the modulating frequency signal.

Наиболее важным эффектом, обеспечивающим повышение качества выходного сигнала макета за счет формировани  в нем резидуальных тонов,  вл етс  значительное увеличение амплитуд компонент спектра гласных звуков речевых сигналов.The most important effect for improving the quality of the output signal of the layout due to the formation of residual tones in it is a significant increase in the amplitudes of the components of the spectrum of vowel sounds of speech signals.

Так, в спектре звука а на выходе макета при включенной цепи обратной св зи по огибающей компоненты спектра оказались в 2-5 раз выше по амплитуде (в зависимости от их частотного местоположени ), чем компоненты спектра того же звука а при выключенной обратной св зи по огибаю- щей. Интенсивность звука в обоих случа х выравнивалась. Аналогичный эффект наблюдалс  и дл  всех других гласных речевых звуков. Увеличение амплитуд компонент спектров гласных звуков  вл етс  результа- том формировани  и добавлени  к исходному сигналу всего комплекса резидуальных тонов речевых сигналов, что и обуславливает улучшение качества выходного речевого сигнала на выходе макета.Thus, in the spectrum of sound a, at the output of the layout, with the feedback circuit on, the spectral envelope components were 2–5 times higher in amplitude (depending on their frequency location) than the spectrum components of the same sound, while the feedback on envelope. The intensity of the sound was equalized in both cases. A similar effect was observed for all other vowel speech sounds. An increase in the amplitudes of the components of the vowel sound spectra is the result of the formation and addition of the residual tones of speech signals to the initial signal, which causes an improvement in the quality of the output speech signal at the layout output.

Тем самым предлагаемый способ построени  слухового аппарата обеспечивает качественно новый эффект.Thus, the proposed method for constructing a hearing aid provides a qualitatively new effect.

Claims (1)

Формула изобретени  Способ обработки сигнала в слуховом аппарате, включающий прием акустического сигнала, преобразование его в исходный электрический сигнал, разделение сигнала на частотные диапазоны, раздельное регулируемое усиление сигнала в каждом частотном диапазоне, суммирование усиленных сигналов всех частотных диапазонов и преобразование суммарного электрического сигнала в акустический сигнал , отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества выходного сигнала за счет получени  в выходном сигнале резидуальных тонов, из сигнала после разделени  его на частотные диапазоны выдел ют огибающие , осуществл ют их раздельное регулируемое усиление и суммируют с исходным сигналом, а полученный суммарный сигнал прибавл ют к суммарному усиленному сигналу всех частотных диапазонов.A method for processing a signal in a hearing aid, including receiving an acoustic signal, converting it into an original electrical signal, dividing the signal into frequency bands, separately adjustable amplification of the signal in each frequency band, summing the amplified signals of all frequency bands, and converting the total electrical signal into an acoustic signal , characterized in that, in order to improve the quality of the output signal by obtaining residual tones in the output signal, from After dividing the signal into frequency ranges, the envelopes are separated, their separate adjustable gain is made and summed with the original signal, and the resulting sum signal is added to the total amplified signal of all frequency ranges. ОABOUT
SU904818465A 1990-04-23 1990-04-23 Method of signal processing in hearing aid SU1765903A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904818465A SU1765903A1 (en) 1990-04-23 1990-04-23 Method of signal processing in hearing aid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904818465A SU1765903A1 (en) 1990-04-23 1990-04-23 Method of signal processing in hearing aid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1765903A1 true SU1765903A1 (en) 1992-09-30

Family

ID=21510572

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904818465A SU1765903A1 (en) 1990-04-23 1990-04-23 Method of signal processing in hearing aid

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1765903A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент US № 4680798, кл. Н 04 R 25/00, 1988. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4637402A (en) Method for quantitatively measuring a hearing defect
CN101208991B (en) Hearing aid with enhanced high-frequency rendition function and method for processing audio signal
US4366349A (en) Generalized signal processing hearing aid
US4419544A (en) Signal processing apparatus
US7343022B2 (en) Spectral enhancement using digital frequency warping
Levitt Noise reduction in hearing aids: a review.
EP1121834B1 (en) Hearing aids based on models of cochlear compression
EP0770316B1 (en) Hearing aid device incorporating signal processing techniques
US8098859B2 (en) Methods, devices and systems using signal processing algorithms to improve speech intelligibility and listening comfort
Kates et al. Speech intelligibility enhancement
US7483831B2 (en) Methods and apparatus for maximizing speech intelligibility in quiet or noisy backgrounds
US9369102B2 (en) Methods and apparatus for processing audio signals
US20100040249A1 (en) Ultrasonic and multimodality assisted hearing
US4289935A (en) Method for generating acoustical voice signals for persons extremely hard of hearing and a device for implementing this method
US4403118A (en) Method for generating acoustical speech signals which can be understood by persons extremely hard of hearing and a device for the implementation of said method
JP2003520469A (en) Noise reduction apparatus and method
US8670582B2 (en) N band FM demodulation to aid cochlear hearing impaired persons
JPS6364960B2 (en)
JPH0968997A (en) Method and device for processing voice
SU1765903A1 (en) Method of signal processing in hearing aid
JPH06289898A (en) Speech signal processor
JP2001100774A (en) Voice processor
JPH07146700A (en) Pitch emphasizing method and device and hearing acuity compensating device
RU2111732C1 (en) Method of adaptive filtration of speech signals in hearing apparatus
EP2184929B1 (en) N band FM demodulation to aid cochlear hearing impaired persons