TW201815173A

TW201815173A - 助聽器及其自動分頻濾波增益控制方法

Info

Publication number: TW201815173A
Application number: TW105130983A
Authority: TW
Inventors: 杜博仁; 張嘉仁; 曾凱盟
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2018-04-16
Also published as: TWI623234B

Abstract

本發明係提供一種助聽器，包括：一音訊輸入級，用以接收一輸入音訊信號，並將該輸入音訊信號轉換為一輸入數位信號；一音訊處理電路，用以對該輸入電性信號執行一自動分頻濾波增益控制方法以產生一輸出數位信號；以及一音訊輸出級，用以將該輸出數位信號轉換為一輸出音訊信號並進行播放，其中該自動分頻濾波增益控制方法係包括：取得一使用者之一聽力衰減曲線；計算該聽力衰減曲線相應的複數個適配頻率增益；對一輸入音訊信號套用一分段帶通濾波器，其中該分段帶通濾波器包括用於不同頻帶之複數個帶通濾波器；計算該分段帶通濾波器所相應的一適配頻率關係矩陣；依據該複數個適配頻率增益及該適配頻率關係矩陣，計算各帶通濾波器之一增益。

Description

助聽器及其自動分頻濾波增益控制方法

本發明係有關於助聽器，特別是有關於一種助聽器及其自動分頻濾波增益控制方法。

寬動態範圍壓縮(WDRC)的技術廣泛在助聽器的範圍被使用。經過長時間研究發現，啟動時間大約5ms能符合使用者需求，但是恢復時間隨著環境不同而所改變。第1圖係繪示進行寬動態範圍壓縮以轉換輸入音訊信號之聽力補償曲線的示意圖。曲線110(虛線部份)是指未經處理的輸入音訊信號之轉換曲線，即輸入音訊信號等於輸出音訊信號。曲線120(實線部份)是指輸入音訊信號經過寬動態範圍壓縮之處理的轉換曲線，且可依據輸入音訊信號之強弱而分為四個區域131~134。音訊信號之強度通常可用dB SPL(sound pressure level，聲壓程度)來表示。區域131係指高線性(high linear)區(例如大於90dB SPL)，意即聽障人士的飽和聲壓與正常人一樣，不需放大。區域132係指壓縮(compression)區(例如介於55~90dB SPL)，用以調節使用者聽域的動態範圍。區域133係指低線性 (low linear)區(例如介於40~55db SPL)，用以幫助聽障人士將微弱的語音聲音放大。區域134係指擴充(expansion)區(例如小於40dB SPL)，在此區域中之音訊信號的強度相當弱，輸入音訊信號可能為比語音聲音信號還小的噪音，不需放大太多。此外，在助聽器之輸出端亦會有一個音量限制器，用以限制輸出音訊信號的最大音量，例如限制於110dB SPL以內。

一般而言，聽障人士在配戴助聽器時，均會針對聽障人士的聽力衰減曲線對各自不同頻率進行增益補償。因為輸入聲音信號之各頻率有不同的增益，若將輸入音訊信號之畫分為不同頻帶(band)的數量過多，則每個頻帶的範圍均相對較小，例如可經過傅立葉轉換將輸入音訊信號從時域(time domain)轉換至頻域(frequency domain)，此時可針對個別的頻率調整相應的增益，但相對地，傅立葉轉換的計算量非常大’也會造成助聽器中之音訊處理電路相當大的負擔。

因此，需要一種助聽器及其自動分頻濾波增益控制方法以解決上述問題。

本發明更提供一種自動分頻濾波增益控制方法，用於助聽器，其中該助聽器包括一音訊輸入級、一音訊處理電路、及一音訊輸出級，該方法包括：該用該音訊輸入級接收一輸入音訊信號，並將該輸入音訊信號轉換為一輸入數位信號；利用該音訊處理電路對該輸入電性信號執行一自動分頻濾波增益控制方法以產生一輸出數位信號；以及利用該音訊輸出級將該輸出數位信號轉換為一輸出音訊信號並進行播放，其中該自動分頻濾波增益控制方法係包括：取得一使用者之一聽力衰減曲線；計算該聽力衰減曲線相應的複數個適配頻率增益；對一輸入音訊信號套用一分段帶通濾波器，其中該分段帶通濾波器包括用於不同頻帶之複數個帶通濾波器；計算該分段帶通濾波器所相應的一適配頻率關係矩陣；依據該複數個適配頻率增益及該適配頻率關係矩陣，計算各帶通濾波器之一增益。

110、120‧‧‧曲線

131-134‧‧‧區域

200‧‧‧助聽器

210‧‧‧音訊輸入級

211‧‧‧麥克風

212‧‧‧類比數位轉換器

220‧‧‧音訊處理電路

230‧‧‧音訊輸出級

231‧‧‧接收器

232‧‧‧數位類比轉換器

10‧‧‧輸入音訊信號

11‧‧‧輸入電性信號

12‧‧‧輸入數位信號

14‧‧‧輸出數位信號

15‧‧‧輸出電性信號

16‧‧‧輸出音訊信號

311-314、411-414‧‧‧曲線

510-550‧‧‧方塊

第1圖係繪示進行寬動態範圍壓縮以轉換輸入音訊信號之聽力補償曲線的示意圖。

第2圖係顯示依據本發明一實施例中之助聽器的方塊圖。

第3A及3B圖係顯示不同帶通濾波器之分布的示意圖。

第4A及4B圖係顯示依據本發明一實施例中之不同帶通濾波器之分布的示意圖。

第5圖係顯示依據本發明一實施例中之自動分頻濾波增益控制方法的流程圖。

第6圖係顯示依據本發明一實施例中之聽力衰減曲線及適配增益曲線之示意圖。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

第2圖係顯示依據本發明一實施例中之助聽器的方塊圖。在一實施例中，助聽器200包括一音訊輸入級210、一音訊處理電路220、以及一音訊輸出級230。音訊輸入級210係包括一麥克風211及一類比數位轉換器(analog-to-digital converter，ADC)212。麥克風211係用以接收一輸入音訊信號10(例如是一類比音訊信號)，並該將該輸入音訊信號10轉換為一輸入電性信號11，類比數位轉換器112係將該輸入電性信號11轉換為一輸入數位信號12做為音訊處理電路220之輸入。

音訊處理電路220係對該輸入數位信號12進行一自動分頻濾波增益控制方法及/或寬動態範圍壓縮處理以產生一輸出數位信號14。其中自動分頻濾波增益控制方法之細節將詳述於後。需了解的是上述寬動態範圍壓縮處理中包括了一預定寬動態範圍壓縮轉換曲線，其係針對各使用者之聽力特性之不同，預先進行各種聽量及頻率的聽力測量，進而獲得個別的寬動態範圍壓縮轉換曲線。此外，在輸入音訊信號之聲音強度產生變化時，音訊處理電路220亦會對助聽器200之恢復時間進行相應的調整，進而讓聽障人士有更佳的使用者體驗。在一些實施例中，音訊處理電路220可以是一微控制器(microcontroller)、一處理器、一數位信號處理器(DSP)、或是應用導向之積體電路(ASIC)，但本發明並不限於此。

更進一步而言，音訊處理電路220在進行寬動態範圍壓縮時，會參考該輸入音訊信號相關的恢復時間因子以調整輸出音訊信號的延遲(即恢復時間)。音訊輸出級230例如包括一接收器(receiver)231(或揚聲器)及一數位類比轉換器232。數位類比轉換器232係用以將音訊處理電路220所產生之輸出數位信號14轉換為輸出電性信號15。接收器231則可將輸出電性信號15轉換為輸出音訊信號16(例如是一類比音訊信號)並進行播放以供使用者聽取輸出音訊信號16。為了便於說明，在下面實施例中，均省略將音訊信號與電性信號之間的轉換，而僅使用輸入音訊信號及輸出音訊信號進行說明。

第3A及3B圖係顯示不同帶通濾波器之分布的示意圖。舉例來說，傳統在使用時域的帶通濾波器時，會針對不同的頻帶範圍設置相應的帶通濾波器，如第3A圖中之用於低頻帶的帶通濾波器310及用於高頻帶的帶通濾波器311，以及第3B圖中用於低頻帶的帶通濾波器312及用於高頻帶的帶通濾波器 313所示。然而，每個頻帶的中間頻率都必需維持相同的增益。然而，在高頻有增益時，其在不同頻帶之間的交界地帶的不連續性較為嚴重。

第4A及4B圖係顯示依據本發明一實施例中之不同帶通濾波器之分布的示意圖。在一實施例中，本發明係將過濾頻帶較大的帶通濾波器組合起來，可在不同的頻率有不同的增益，且在不同頻帶的交界區域的變化比較連續，如第4A圖中之用於低頻帶的帶通濾波器410及用於高頻帶的帶通濾波器411，以及第4B圖中用於低頻帶的帶通濾波器412及用於高頻帶的帶通濾波器413所示。需注意的是，為了便於說明，在第4A及4B圖中係以兩個頻帶為例，在後述的實施例中，係以四個頻帶為例進行說明。相較於第3A及3B圖中之帶通濾波器，在第4A及4B圖中之帶通濾波器在頻帶兩側之斜率較為平緩。

第5圖係顯示依據本發明一實施例中之自動分頻濾波增益控制方法的流程圖。在方塊510，取得使用者之一聽力衰減曲線。舉例來說，本發明係針對使用者(即聽障人士)之聽力檢測使用適配的四組頻率f ₁~f ₄進行測量，例如f ₁=500Hz、f ₂=1000Hz、f ₃=2000Hz、f ₄=4000Hz，藉以確認聽障人士之聽力衰減曲線。

在方塊520，進行一適配頻率增益處理。舉例來說，可針對不同的聽力衰退曲線搭配各種不同的適配增益法(半數增益法、1/3增益法、POGOII法、Berger法、NAL-R法...等等)，藉以取得相對於測試頻率的增益值G ₅₀₀、G ₁₀₀₀、G ₂₀₀₀、G ₄₀₀₀。聽力衰減曲線及適配增益曲線之比較係可參考第6圖，其中聽力衰減曲線為曲線610，適配增益曲線為曲線620。需注意的是，聽力衰減曲線及適配增益曲線會隨著使用的聽障人士的不同而有所變化。在一實施例中，本發明中係採用NAL-R法以計算聽力衰退曲線在不同測試頻率的增益值，但本發明並不以此為限。

在方塊530，套用一分段帶通濾波器。舉例來說，本發明係可使用傳統的有限脈衝響應(finite impulse response，FIR)帶通濾波器b _c (k)。此有限脈衝響應帶通濾波器b _c (k)的第k個係數搭配適合的視窗w(k)。分段帶通濾波器即包括了不同頻帶的帶通濾波器，例如各頻帶的帶通濾波器B _c (k)=b _c (k)．w(k)，其中第一頻帶B1為0~1000Hz，第二頻帶B2為1000~2000Hz，第三頻帶B3為2000~4000Hz，第四頻帶B4為4000~6000Hz。

在方塊540，計算帶通濾波器B _c (k)所相應的適配頻率關係矩陣。舉例來說，本發明係利用一取樣頻率f _s設計適配頻率的一弦波訊號S _fj(k)，弦波訊號S _fj(k)可表示如下：

弦波訊號S _fj(k)係通過各頻帶的帶通濾波器，並計算其適配頻率關係矩陣，例如在上述步驟採用了4個頻帶的帶通濾波器及4個適配頻率增益，故適配頻率關係矩陣在此實施例中為一4x4矩陣。舉例來說，適配頻率關係矩陣可表示如下：

簡單來說，雖然各頻帶的帶通濾波器B _c (k)是經過視窗w(k)計算而得，但實際上各個帶通濾波器兩側均會與其他的帶通濾波器有交界區，故需計算其相互影響，即上述的適配頻率關係矩陣。

在方塊550，計算各帶通濾波器B _c (k)之增益。舉例來說，轉換適配頻率增益可由下列矩陣表示：

簡單來說，分段帶通濾波器係以B _c (k)表示，適配頻率關係矩陣係以表示，適配頻率增益係以表示，各帶通濾波器所需之增益為，且上述參數之關係式為：

此時，各個帶通濾波器B _c (k)所需的增益可用下式表示：

在方塊520及540中已分別計算出適配頻率增益及適配頻率關係矩陣，故各個帶通濾波器B _c (k)所需的增益可依據已知的適配頻率增益及適配頻率關係矩陣計算而得，例如將適配頻率關係矩陣之反矩陣乘以適配頻率增益以得到各帶通濾波器B _c (k)所需的增益。

本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種助聽器，包括：一音訊輸入級，用以接收一輸入音訊信號，並將該輸入音訊信號轉換為一輸入數位信號；一音訊處理電路，用以對該輸入電性信號執行一自動分頻濾波增益控制方法以產生一輸出數位信號；以及一音訊輸出級，用以將該輸出數位信號轉換為一輸出音訊信號並進行播放，其中該自動分頻濾波增益控制方法係包括：取得一使用者之一聽力衰減曲線；計算該聽力衰減曲線相應的複數個適配頻率增益；對一輸入音訊信號套用一分段帶通濾波器，其中該分段帶通濾波器包括用於不同頻帶之複數個帶通濾波器；計算該分段帶通濾波器所相應的一適配頻率關係矩陣；依據該複數個適配頻率增益及該適配頻率關係矩陣，計算各帶通濾波器之一增益。
如申請專利範圍第1項所述之助聽器，其中該複數個適配頻率增益係分別相應於500Hz、1000Hz、2000Hz及4000Hz。
如申請專利範圍第1項所述之助聽器，其中該分段帶通濾波器為一有限脈衝響應帶通濾波器。
如申請專利範圍第1項所述之助聽器，其中該音訊處理電路係利用具有一預定取樣頻率之弦波信號通過該分段帶通濾波器之該複數個帶通濾波器，藉以計算該分段帶通濾波器所相應的該適配頻率關係矩陣。
如申請專利範圍第1項所述之助聽器，其中該音訊處理電路係將該適配頻率關係矩陣之一反矩陣乘以該適配頻率增益以得到各帶通濾波器所需之該增益。
一種自動分頻濾波增益控制方法，用於助聽器，其中該助聽器包括一音訊輸入級、一音訊處理電路、及一音訊輸出級，該方法包括：該用該音訊輸入級接收一輸入音訊信號，並將該輸入音訊信號轉換為一輸入數位信號；利用該音訊處理電路對該輸入電性信號執行一自動分頻濾波增益控制方法以產生一輸出數位信號；以及利用該音訊輸出級將該輸出數位信號轉換為一輸出音訊信號並進行播放，其中該自動分頻濾波增益控制方法係包括：取得一使用者之一聽力衰減曲線；計算該聽力衰減曲線相應的複數個適配頻率增益；對一輸入音訊信號套用一分段帶通濾波器，其中該分段帶通濾波器包括用於不同頻帶之複數個帶通濾波器；計算該分段帶通濾波器所相應的一適配頻率關係矩陣；依據該複數個適配頻率增益及該適配頻率關係矩陣，計算各帶通濾波器之一增益。
如申請專利範圍第6項所述之自動分頻濾波增益控制方法，其中該複數個適配頻率增益係分別相應於500Hz、 1000Hz、2000Hz及4000Hz。
如申請專利範圍第6項所述之自動分頻濾波增益控制方法，其中該分段帶通濾波器為一有限脈衝響應帶通濾波器。
如申請專利範圍第6項所述之自動分頻濾波增益控制方法，更包括：利用具有一預定取樣頻率之弦波信號通過該分段帶通濾波器之該複數個帶通濾波器，藉以計算該分段帶通濾波器所相應的該適配頻率關係矩陣。
如申請專利範圍第6項所述之自動分頻濾波增益控制方法，更包括：將該適配頻率關係矩陣之一反矩陣乘以該適配頻率增益以得到各帶通濾波器所需之該增益。