1315159 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本創作提出一種新式的類比分頻橋正式助聽器信號處理方 法，其仏號處理完全在時域中進行，並可依使用者聽損狀況及所 處環境之不同，選用並調整助聽器至最佳助聽效果，即時地呈現 外界的聲音變化。 【先前技術】 早期的助聽器構造類似漏斗，寬口處朝外增加外耳的接收面 積’聲音®集後經由窄口處連接耳道，達到聲波振幅放大的效 果。其中中華民國專利公告號:第勘268號⑴以及第277通號⑺ 專利所設計之職n㈣此類方法找良，制賴音器(如麥克 風)將外界聲音轉換為1；子錢，再獄大器放大此電子信號後， 推動電聲賴n(如耳機細至耳道巾。哺狀聲音僅為外界 聲波之放大ϋ此無法滿足各式不同的聽損狀況，且將信號全頻 大除了放大木曰之外’對部份音頻聽損的使用者而言亦會造成 不適。 中華民國專利公告鮮46湖郎]專利為針對於不同使用 者之聽損狀況而發展出來的助聽器。將聽損之型式分成預定之類 別’對於各個朗使賴定之辭_格式，触其所對應之聽 損狀況。故應用·較傳統_式助聽狀，然而其主要的缺點 為受限於傾率類喊帶触波器的尺寸過大，缝電路中包含 1315159 全頻慮波如及高皮後之結果透過運算才能得到低 頻頻帶之響應’低鮮聲音輸出之品為不佳。 中華民國專利公告號第071783號[4]及第479435號⑸專利 屬於目前剌較多之触式助聽_，剌職音騎聲波轉
換為電子域，再將雜絲位化，經缝健賴理擊gitM signal proce謙)運算處理得到音頻範圍中各頻道之信號大小，依 需求將各賴信狀大龍整，最後轉換喃比電子信號，推動 ^機輸出。數減猶H的伽是依聽損及環絲細能調整的 祀圍不受限制，然啸位化的過程巾可能會產生失真，而且數位 信號處理器之運算時間造成外界聲音與耳機輸出的時間延遲是 無法完全消拜的。 【發明内容】 《所欲解決之問題》 矮正各種不同的聽力損失狀況，並兼顧使用上之彈性及方便 性。 縮小助聽器之尺寸大小。 減低因處理過程所造成之失真及延遲狀況。 《解決問題之技術手段》 由<第一圖>所示，從最初接收外界聲波信號s到最終送入 耳道的聲波信號So間，本助聽器將信號分成三個階段來處理： t號蓟置處理階段、濾波調整階段以及解調輸出階段。信號前置 1315159 處理階段的細部流程為< 第二圖〉，外界聲波信號§經由接收器(如 财器或麥歧)接轉換為電子倾Se，_送人低通濾波器 將L號頻率超出人耳聽力細的部份濾除濾通的健經由信號 放大器&強彳。雜在頻域中可以si⑴絲示之。將此信號送入混 波為中與振盈器產生之信號Sr(fr)進行混波調變，可得到2f、2fr、 f+fr、f-fr等不_率範圍以及直流的信號輸出，其中只需頻率範 圍為f+fr之信號’因此經由—個帶通濾波器將頻率為冊範圍以 外的信號渡除，即可得到頻率範圍為f+fr的錢sm(f+fr)。 第-階段的信號前置處理已完成，緊接著將處理過後之信號 Sm(f+fr)利用換此器(1〇)轉換為Sa(f+fr)的低波速物理信號，輸入 濾波調整裝置進行錢處理，如〈第三圖〉所示，域波調整裝置 的據通頻帶中心頻率為㈣且頻帶的上下截止頻率分別為_ 及fl+fr ’其中fl<fh又fp=(fh瑪Ο。依照聽損狀況以及所處環境 之不同調整增益為G的可調式放大器⑽放大信號沖你+句，得 到慮波㈤整階段的輸丨信號GSp(fp+fr)。此遽》皮調整裝置及可調 式放大器有三種不同的設計方式，齡述如下： 方法一： <第四圖>為頻道濾波器及可調式放大器設計示意圖，運用打 個τ通m ’稱之錢道濾波器，以涵蓋濾波裝置的遽通頻 ▼，右第1個頻道濾波器的中心頻率以fi來表示，其中i=l，2,3... 11且頻率大小順序為fl+fr$fl<i2<".<fnSfh +fr，各頻道與相鄰 1315159 頻道之濾、通辦麵於交界處兩兩相互交錯，叫蓋調變後聲頻 中的所有錢。依此方式將魏赌生的信號Sa(f+fr)分成多頻 道獨域dux师)表示’每個紐配置—騎益為Gi的可調式 放大器’根敏时的S要’ 雕各_的料大小得到輸 出信號GiAi(fi) ’而各頻道輪出信號之合成即為<第三圖〉中渡波 調整階段的輸出信號GSp (fp +fr)。 方法二： 如<第五圖>所不’此設計方法之濾波調整裝置係由瓜個渡 波模組串接而成，其愤照聽損的複減可娜串接的數目爪為 们或2個或更夕。<第六圖>為第丨個濾波模組的頻率響應示意 圖’其上下截止鮮分麟及fl+fr，且舰鮮的頻率響 應增益在第H_輸其他_道高，且此增益的差值則根據程 度不一的聽損狀況加以設計。依此設計出多種不同頻率響應增益 的濾波模組’低頻頻道響應增益較其他頻道響應增益為高的模組 適用於低頻道聽聽正;同理’中頻及高觸道響應增益較其他頻 道響應增益為高的模組分別顧於中頻及高頻頻道聽損橋正。若 是針對兩個頻道的聽力損失狀況，中心頻率分別為fa及fb，則 設計頻率響應如<第七圖>所示之滤波裝置，其中此二個頻道之響 應増益高於其倾道；依此齡至設計針_^麵道聽力橋正 的據波裝置。根據使用者聽微況料同_ -錄觸波模組 串接慮波並4_變後之聲波信號，再經由増益為G的可調式放 1315159 大器依需求放大後輸出信號GSp (φ +fr)。 方法三： 此方法結合河述兩種方法所採用之頻道濾波器及滤波模組 為慮波調整裝置’由 <第八圖〉的連接方式，係將頻道渡波器及濾 波模組並聯滤波’得到如〈第九圖〉所示之頻率響應圖，此绩正方 式針對中心、頻率為fa的第a頻道有嚴重聽損又中心頻率為的 第b v員道亦有輕度聽損的使用者，在不影響其餘頻道之響應的情 況下’大幅度地提昇第a頻道與其餘頻道的增益差值，且又能補籲 足第b頻道的聽力損失;其後，串接一個可調式放大器依需求調整 後輸出。 由〈第十圖>之調整輪出階段流程，將信號GSp(㈣)送入混 波器(13)中與振盈器(M)產生的信?虎_)進行混波解調，其中只 需頻率低於fh之信號，因此經由一個低通據波器(i 5)將鮮高於 fli的信號濾除’即可得到聲頻的電子信號s〇_，最後以揚聲器 (16)(如耳機)將電子信號S〇(fy)轉換為聲波輸出。 _ 《相較於先前技術之功效》 依此助聽器之設計’可依照使用者個別的聽損狀況，彈性選 用調整輸Λ健之魏。混波n的設計，在高鋪_理信號可 有效縮小濾、波裝置之尺寸’並讓濾波裝置單位長度中所能佈下的 換能感測器數目增多，以得到較佳之濾波效果，使之適合利用微 加工技術製作。 10 1315159 【實施方式】 針對不同調變頻率範圍的應用場合，選擇適當的換能器將調 變過後之電子信號轉換為適當之物理量形式傳遞：在分頻矯正助 聽器之應用中’利用指叉換能器(Interdigital Transducer)將處理過 後之電子信號轉換為固體的表面聲波信號，依據各頻道不同之信 號中心頻率及頻帶寬，搭配以對應信號波長所設計之濾波裝置分 別將k號濾出，可得到效能和尺寸最佳化之設計。以下介紹三種 較佳之實施範例，所採用之濾波調整裝置，於濾通頻帶中相位均 為線性或是似線性。 實施例一 以一般人耳較易察覺之頻率100伦至8〇〇〇历為助聽器工作 頻率範圍’在此取七個頻道，其中心頻率分別為3〇〇扭、泌份、 _份、1130份、2000历、3_份以及5_历。助聽器信號 處理步驟第一階段的信號前置處理由<第二圖>所示，s為環境 中之聲波，運用麥克風將環境下的聲波信號轉為電子信號&，以 頻率響應圖為<第十一圖>所示之低通濾波器對&進行低通濾 波’將頻率高於麵//Z之信號濾除，賊過一個低雜訊信號放 大器增強健，可制錢Si(f)，此時信義率f的範圍]、於誦 仿。選擇振盪頻率fr =100000伦的高頻振盪器，輪出信號&汰) 與Si(f)在混波器中進行混波調變，可得到汀、找、、f f等不 同頻率範圍以及直流的信號輸出，藉由頻率響應圖為<第十二圖> 所示之帶通濾波器將將頻率為f+1〇〇〇〇〇极範圍之外的作號璩除 11 1315159 即可得到信號Sm_，其巾觸刚雜如_〇扭。 緊接著進入 <第三圖> 之驗調整階段，其中第丨頻道遽波器 找構圖如〈第十三圖>所示，在此調變頻率範圍下，利用指又換 月匕益將電子信號sm(f+ q轉換為波速遠較電磁波速為低的表面聲 波信號Sa(f+ Q ’以|電材料基板為傳播媒介，送入頻道渡波器 中的表面聲波濾波^，祕贿道之錢触Ai⑹。在此共取七 個頻道，連接模式如 <第四圖〉，各頻道之中心頻率分別為聰⑻ 历、娜65份、臓⑻极、贿贿z、_〇〇极刪〇〇历 以及1〇5_ 7/Z。每侧道各有如〈第衫圖巧所权表面聲波 應波器’各頻道與相鄰頻道之濾通醉細於交界處兩兩相互交 錯，以維持信號之完整性。若表面聲波在壓電㈣基板中之波速 為每秒V公尺，可求得各騎之中心、解所龍之信號波長 Wr·V/fi公尺’其中1=1，2,3?。表面聲波遽波器的電極設計係根 據第i頻道的h鮮錢波長Wi及魏義寬細，於壓電材 料基板上佈下兩組極性減的指又電極，並將所雜性相同之電 極相接’域兩組並獅電極結構。表面聲波濾波器對通過其中 的表面聲波錄Sa(f+ f换行料，透雜電材料_電特性轉 換為電子信號，兩組並聯電極輪出的電位差，即為第丨頻道的信 號輸出他)。雜使騎之聽損需求，財献放A||調整各頻 道之增益Gi後得到GiAi⑹，分別為^(誦⑻成^嶋5)、 〇3Α3(100800). G4A4(101130)，G5A5(102000) 、G6A6(103000)以及 12 1315159 G7A7(l〇5〇〇〇) ’其中括號中的數字表示各頻道之中心頻率。 最後以<第十圖>所示之調整輸出階段，將各頻道信號之合成 GSP (fp)匯入混波器中與振盪器產生頻率fr=1〇〇〇〇〇伦之信號進 订混波解調’藉由頻率響應圖同為< 第十一圖 >所示之低通濾波器 將將頻率高於8000//z的信號濾除後，得到由giAi(300)、 G2A2(565)、G3A3(800)、G4A4(1130)、G5A5(2000)、G6A6(3000)以 及〇7八7(5〇〇〇)合成的信號s。，推動耳機產生聲波送入使用者之 耳道中。 實施例二 此设計之濾波模組的濾通頻率範圍為100100份〜108000 伦’亦採用前述如<第十三圖>所示之表面聲波滤波器架構。然 而，將k號前置處理階段輸出之調變信號Sm(f+100000)，依照不 同的聽損需求設計濾波模組的頻率響應：若中心頻率為5000极 之高頻頻道聲音的聽力損失狀況，設計濾波模組(表面聲波濾波器） 的電極結構及空間分佈，使濾通頻帶中該高頻頻道(中心頻率為鲁 5000/¾)響應增益大於濾通頻帶中其餘頻道響應增益，其頻率響 應如<第十四圖>所示；同理，若中心頻率為3〇〇份之低頻頻道聲 曰的聽力損失狀況，則設計濾波模組(表面聲波濾波器)的電極結 構及空間分佈’使濾通頻帶的該低頻頻道(中心頻率為3〇〇历)響 應增益大於濾通頻帶中其餘頻道響應増益，其頻率響應如<第十 五圖>所不；於濾通頻帶範圍100100历〜108000//Z依此方式可 13 1315159 設計出七種不_模組，其魏頻帶中各對應—個頻道之頻 率θ應㈣间於其他頻道，且此增益的差值可依需求變化，各頻 道之中心_分職麵⑻份、祕65历、⑽㈣极、1〇113〇
Hz ' 102000 Hz 103000份以及105_伤;若是中心頻率為 100565历及103000历此二頻道的聽力損失狀況，可設計<第十
六圖>所狄頻率響應的濾舰組，加以矯正，依此方式設 計出針對多頻道聽_正的濾波模組，矯正各種不同的聽力損失 狀況。使用者職·損狀況，選取—至多赠賴組以〈第五 圖>所不的方式轉並雜輕可賊放大紅增益G，係以重 塑頻率響應補償聽力損失的方絲達成助麟正的絲。最後將 信號經由混波解觀低通舰後，_耳機產生聲觀入使用者 之耳道中。 實施例三 若某使用者有中心頻率為100800历及1〇3〇〇〇历兩個頻道之 聽力損失，且中心頻率100800历頻道的聽損狀況較為嚴重，則# 選用-個中心解為1G()8(赚的頻道濾波器以及—個雙頻道矮 正之濾波模組以<第八圖>的方式並接，其鮮響顏可以〈第十 圖表示將如置處理階段輸出的調變信號進行濾波及頻率響 應重』再Φ接上—個可調式放大II調整增益;同理亦可推廣至多 個頻道濾波器及多個慮波模組並接，或是步賊渡波器及多頻道濾 波模組並接使用。最後將信號經由混波解調及低通渡波後，推動 is] 14 1315159 耳機產生聲波送入使用者之耳道中。 以上所述者僅為用以解釋本創作之較佳實施範例，並非企圖 具以對本創作作任何形式上之限制，是以，凡有在相同之創作精 神下所作有關本創作之任何修飾或變更，皆仍應包括在本創作意 圖保護之範疇。 【圖式簡單說明】 <第一圖 >為助聽器信號處理階段圖 <第二圖 >為信號前置處理階段流程圖 <第三圖 > 為濾波調整階段流程圖 <第四圖 >為頻道濾波器及可調式放大器設計示意圖 <第五圖 > 為濾波模組串接示意圖 <第六圖 > 為第i個濾波模組的頻率響應示意圖 <第七圖 >為雙頻道矯正濾波裝置頻率響應示意圖 <第八圖 >為頻道濾波器及濾波模組並接示意圖 <第九圖 > 為頻道濾波器及濾波模組並接頻率響應示意圖 <第十圖 >為調整輸出階段流程圖 <第十一圖> 為低通濾波器之頻率響應示意圖 <第十二圖> 為帶通濾波器之頻率響應示意圖 <第十二圖> 為第i頻道指叉換能器及表面聲波濾、波器示意圖 <第十四圖 > 為矯正高頻聽損之濾波模組頻率響應示意圖 <第十五圖> 為矯正低頻聽損之濾波模組頻率響應示意圖 15 1315159 <第十六圖> 為矯正雙頻道聽損之頻道濾波器頻率響應示意圖 <第十七圖>為矯正100800 Hz及103000 Hz雙頻道聽損之濾波裝 置頻率響應示意圖 【主要元件符號說明】
(1) 外界聲波S (2) 聲波輸出S。 ⑶第i頻道 (4) 中心頻率為fa之頻道 (5) 中心頻率為fb之頻道 (6) 頻道濾波器的頻率響應 (7) 濾波模組之頻率響應 (8) 頻道濾波器與濾波模組並聯之頻率響應 (9) 指叉換能器 (10) 表面聲波濾波器 (11) 壓電材料基板 (12) 中心頻率為105000份之頻道 (13) 中心頻率為100300/¾之頻道 (14) 中心頻率為100565伦之頻道 (15) 中心頻率為103000伦之頻道 16