TWI504282B - 增加聽障者聽到聲音正確性之方法及助聽器 - Google Patents

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Description

增加聽障者聽到聲音正確性之方法及助聽器
本發明係關於一種增加聽障者聽到聲音正確性之方法及助聽器，特別是一種對輸入聲音進行頻率修正之增加聽障者聽到聲音正確性之方法及助聽器。
助聽器之發展由來已久，主要概念為將聲音放大，以幫助聽障者聽見原本聽不到的聲音。如此一來，說話者不需刻意將聲音放大，就能讓聽障者聽見。但聽障者聽不見的聲音有兩種特性：頻率太高及強度太低，具備這兩種特性的聲音很容易就被聽障者忽略掉。例如注音中的『ㄗ』、『ㄘ』及『ㄙ』等音就具有此種特性，因此聽障者不易聽見這些音節。然而目前已發展之助聽器多著重在增強全體聲音之能量，而無法辨認出部分真正需要增強之音節，如此將使得放大後的聲音失真。關於透過處理聲音頻率來改善聲音之相關先前技術簡要如下：先前技術美國專利第7,305,100號”Dynamic compression in a hearing aid”主要是用來減少聲音的延遲。
先前技術美國專利第4,454,609號”Speech intelligibility enhancement”針對高頻的子音聲音做增強，當中高頻聲音之比例越高，則越多高頻內容被增強。此發明針對高頻之子音來做增強，然而對於何時有子音出現對於一般說話的場合是非常困難的，因此不適合用於助聽器。
先前技術美國專利第4,759,071號”Automatic noise eliminator for hearing aids”主要是用來消除雜音，作法為將所有低於某預設值之聲音移除，並對高於預設值之聲音做壓縮。此技術和本發明目的不同，且將所有低於某預設值之聲音移除恐會造成聲音失真。
先前技術美國專利第6,577,739號”Apparatus and methods for proportional audio compression and frequency shifting”將聲音訊號以某比例壓縮後，提供給對某特定範圍有聽力損失的聽障者，然此技術是對全體聲音做壓縮，會使得聲音失真嚴重。
先前技術美國專利第7,609,841號”Frequency shifter for use in adaptive feedback cancellers for hearing aids”改進了先前技術的移頻方法，僅針對信號中高頻部分做移頻(往上或往下)，且將移頻比例限定在6%以內。第7,609,841號雖也是對高頻信號部分作移頻，但沒有先針對高頻信號的能量進行縮放處理。
先前技術美國專利第7,580,536號”Sound enhancement for hearing-impaired listeners”提出一種增強聽障者所能聽到之聲音的方法，做法是將聲音中的高頻部分且超過一設定的能量時會進行壓頻或移頻到一較低之頻率範圍，對低頻之部分(一般人說話之頻率)則不做變更。第7,580,536號所處理之高頻聲音依照說明書之例子係指32kHz(第6欄第18行)，並非一般人說話之頻率，而且說明書當中亦無揭露所謂超過『設定的能量』的數值。
有鑑於此，有必要提供一種可辨認出真正需作增強之聲音，並對其進行頻率修正之方法及裝置，以解決先前技術之缺失。申請人為解決上述問題，亦曾申請美國申請案 第13/064,645號『增加聽障者聽到聲音正確性之方法及助聽器』METHOD AND HEARING AID FOR ENHANCING THE ACCURACY OF SOUNDS HEARD BY A HEARING-IMPAIRED LISTENER，而本發明則再提出一新的方式。
本發明之主要目的係在提供一種增加聽障者聽到聲音正確性之方法。
本發明之另一主要目的係在提供一種增加聽障者聽到聲音正確性之助聽器。
為達成上述之目的，本發明之增加聽障者聽到聲音正確性之方法包括以下步驟：接收一輸入聲音，其中該輸入聲音包括有一高頻聲音區，以及一非高頻聲音區。
將高頻聲音區縮放能量以形成一高頻聲音處理區。
將高頻聲音處理區進行降頻以形成一高頻降頻放大聲音區。
組合非高頻聲音區及高頻降頻放大聲音區以形成一改造輸入聲音
輸出改造輸入聲音。
本發明之重點在於先針對高頻聲音區縮放能量，再將高頻聲音區進行降頻，再將非高頻聲音區及高頻降頻放大聲音區合成改造輸入聲音。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
以下請先參考圖1係本發明之助聽器之整體架構圖。
本發明之助聽器10包括收音器11、聲音處理模組12及揚聲器13。收音器11用於接收聲源80發出之輸入聲音20，交由聲音處理模組12處理後，由揚聲器13播出。收音器11可為麥克風等任何可收音之器材，揚聲器13可為耳機等任何可播音之器材，但本發明不以上述列舉之裝置為限。聲音處理模組12一般為音效處理晶片搭配控制電路、放大電路所組成；亦可為處理器、記憶體搭配控制電路、放大電路所組成之解決技術。聲音處理模組12之重點為聲音訊號之放大處理、濾除噪音、改變聲音頻率組成以及為了達成本發明目的而需要之處理，由於聲音處理模組12可用習知之硬體搭配新的韌體或軟體，因此聲音處理模組12之硬體架構不再贅述。本發明之助聽器10基本上可以為將硬體特製化之專用機，亦可為小型電腦如PDA、PDA手機，或智慧型手機以及個人電腦。
接著請參考圖2，係關於本發明聲音處理模組之步驟流程圖。另請一併參考圖3至圖6之示意圖。
步驟201：接收輸入聲音20。
此步驟由收音器11完成，接收自聲源80發出之輸入聲音20。
步驟202：對輸入聲音20降噪。
收音器11接收輸入聲音20後，基本上聲音處理模組12最好先進行降低噪音，由於降低噪音之處理是習知技術，在此不再贅述。
步驟203：判斷輸入聲音20是否需進行頻率修正之處理。
由聲音處理模組12依事先設定之條件，判斷是否需對該輸入聲音20作頻率修正之處理。以中文語音為例，發聲是涵蓋多種頻率，包括低、中、高頻，而大部分的中文注音聲母之發聲能量集中在20~1000Hz之低頻範圍但亦有幾個注音符號如『ㄗ』、『ㄘ』或『ㄙ』等，其低頻所佔之能量比例甚低，能量幾乎皆集中於高頻之部分。而一般的聽障者對於高頻聲音的感受度非常低(譬如6000Hz以上),也就是說，相較於低頻聲音，高頻聲音如『ㄗ』、『ㄘ』或『ㄙ』等需用較大之音量發出，聽障者或許才能聽得見，但若整體以較大之音量發出，則低頻之部分對聽障而言又太大聲，因此整體放大聲音無法解決問題。即使使用濾波技術只提升高頻能量，仍然會發生聲音已超出聽障者的痛苦閥值卻仍聽不到。
有些習知技術譬如美國專利6,577,739號，將所有聲音頻率降低再放大聲音能量給聽障者，雖然可以幫助聽障者聽到原本是高頻的聲音，但是由於所有聲音頻率降低(包括原來可以聽見的)因此聲音嚴重變質，這對於聽障者在學習發音帶來障礙。
本發明之增加聽障者聽到聲音正確性之方法，目的即在對於高頻能量佔較多的聲音片段進行降低頻率的處理。需進行頻率處理之輸入聲音20具有以下特性： 於聲音數位訊號取樣率為44100Hz的情況下，輸入聲音20於1000Hz以上頻率之聲音能量相對於輸入聲音20所有聲音能量之比例值(以ρ0m 做為代表符號)大於70%，且輸入聲音20於2000Hz以下頻率之聲音能量相對於該輸入聲音20所有聲音能量之比例值(以ρ1m 做為代表符號)小於20%，若輸入聲音20符合上述兩個條件，表示其能量集中在高頻部分，不容易被聽障者聽見，因此必須對其頻率進行處理。
步驟203之判斷方式在實際工程上有許多方式可以達成，為了要快速(譬如在0.01秒完成)預估是否要進行步驟204，譬如每1024個數值(Frame)抽檢頻率之能量，再以Fuzzy Logic判斷是否合乎以上兩個條件。圖3即是聲源80切為複數輸入聲音20之示意圖，每一輸入聲音20建議都要經過步驟203之判斷。此種判斷在數學之運算有相當多種方式，亦非本發明要改良之數學運算模式，因此在此不再贅述。需注意的是步驟203之判斷方式也可設定不同之門檻，以上兩個條件係經過實驗運算後之保守門檻，若要設定較嚴格之門檻以上兩個條件建議為：以中文『ㄅㄚˊ』的聲音為例，『ㄅㄚˊ』的聲音能量集中在1000~2000Hz的範圍內，經計算後可得ρ1m 約為95%，故不會對『ㄅㄚˊ』作頻率修正。
以中文『ㄙㄠ』的聲音為例，『ㄙㄠ』，其中第一音節為『ㄙ』，ρ0m 為99.8%大於70%，且ρ1m 為5%小於20%，因此『ㄙ』這個音對聽障者來說是很難聽見的，必須對其頻率作處理。
基本上高頻聲音區之頻率根據大部分之聽障者之實驗是位於1000赫茲(Hz)與20000赫茲 (Hz)之間，該非高頻聲音區之頻率位於0赫茲(Hz)與6000赫茲(Hz)之間。
於步驟203中若判斷輸入聲音20需進行頻率修正之處理，則進行步驟204，否則進行步驟207。
步驟204：將高頻聲音區21縮放能量以形成一高頻聲音處理區21a。
需要步驟203處理之輸入聲音20包括有一高頻聲音區21，以及一非高頻聲音區22。譬如經步驟203判斷後需處理之輸入聲音20在8000Hz~14000Hz之區段(14000Hz以上為無意義之區段)為高頻聲音區21，而在8000Hz以下為非高頻聲音區22。由於計算或規定高頻聲音區21之方式非常多種，也可以根據不同聽障者進行調整(譬如有些聽障者需定6000Hz~14000Hz之區段高頻聲音區21,6000Hz以下為非高頻聲音區22)，以上僅舉一例子。本發明之重點在於將高頻聲音區21縮放能量以形成一高頻聲音處理區21a，譬如將高頻聲音區21放大五倍以形成一高頻聲音處理區21a，如圖5之示意圖。
需注意的是，高頻聲音區21不一定都是放大能量以形成高頻聲音處理區21a，有時會根據頻率不同甚至會縮小能量，但基本上至少在高頻聲音區21的某些能量會被放大。以8000~14000Hz之高頻聲音區21為例，如果在步驟205打算移到0~6000Hz(往下移8000Hz)，但如果聽障者只能聽到3000Hz以下，則原來的11000~14000Hz就可被濾掉(所以11000~14000Hz的能量是縮減了)，因此於步驟204中所述『縮放』能量之意義在此。
步驟205：將該高頻聲音處理區21a進行降頻以形成一高頻降頻放大聲音區21d。
一般而言，進行降頻之方式主要是移頻及壓頻，或是兩者混用，本步驟最主要功能是讓高頻聲音處理區21a降頻，使得聽障者能聽到。圖6顯示將高頻降頻放大聲音區21d移頻之示意圖，而圖7顯示將高頻降頻放大聲音區21d壓頻之示意圖，由於降頻之技術為已知技術，因此在此不再贅述。
步驟206：組合非高頻聲音區22及高頻降頻放大聲音區21d以形成(合成)一改造輸入聲音30，如圖6及圖7之示意圖。需注意的是，非高頻聲音區22基本上可以不再更改頻率(譬如降頻)，但為了音質處理更為完善，亦可更改頻率，在本說明書及申請專利範圍中所述的非高頻聲音區22可以為經過或不經頻率之處理的聲音區。
步驟207：對輸入聲音20或改造輸入聲音30進行聲音放大處理。
於步驟203，若判斷輸入聲音20不需進行頻率修正之處理，則進行步驟207關於對輸入聲音20進行聲音放大處理。若是步驟206進入步驟207，則是對改造輸入聲音30進行聲音放大處理。
基本上給聽障者81是需要經過聲音放大處理，即便針對非高頻聲音區22也是一樣要經過聲音放大處理。本發明之重點在於先針對高頻聲音區21縮放能量(步驟204)，再將高頻聲音區21進行降頻(步驟205)，再將非高頻聲音區22及高頻降頻放大聲音區21d合成改造輸入聲音30。一般而言改造輸入聲音30還是要進行聲音放大處理。但依照聽障者之狀況，步驟207也有可能不需要。
步驟208：揚聲器13播放聲音。
揚聲器13播放聲音處理模組12處理後(步驟207)之聲音。
需注意的是，助聽器10應該要能快速處理聲音，使得聽障者81能以幾近同步之方式聽到聲音，輸入聲音20的聲音長度應該盡量縮短，這樣延遲的時間即可縮短，譬如每0.01秒進行以上之流程，所以實際上每一輸入聲音20之長度為0.01秒，譬如『ㄙㄠ』之時間為1秒，則實際上是進行100次的判斷(每次抓0.01秒的聲音來判斷是否要處理，先收到的聲音先判斷先處理)，假設第一音節『ㄙ』佔了0.1秒，其餘佔了0.9秒，則前10次之輸入聲音20會被處理為改造輸入聲音30，後面90次之輸入聲音20不會被處理為改造輸入聲音21。
習知之助聽器對於『早安』兩字，聽障者容易將聲音之輸出聽為『拗安』，這說明了為何聽障者在說『早安』兩字時幾乎都說成『拗安』，然而經過本發明處理方式模擬實驗後，聽障者所聽到的『早安』兩字之輸出聲相當接近『早安』而無變質。
以上之技術亦可用於其他語言，當然經過實驗結果，對於短音節的字特別有用，如中文、日文、韓文的字大都是短音節，以中文為例，所有中文的每一字最多只有三個音節。對於多音節的語言如英語之效果則較低，但由於所有語言都有短音節，譬如英文『Say』，聽障者常會說成『A』，但經過本發明處理方式模擬實驗後，『Say』之輸出聲相當接近『Say』而無變質。
綜上所陳，本發明無論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異於習知技術之特徵，懇請 貴審查委員明察，早日賜准專利，俾嘉惠社會，實感德便。惟應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
10‧‧‧助聽器
11‧‧‧收音器
12‧‧‧聲音處理模組
13‧‧‧揚聲器
20‧‧‧輸入聲音
21‧‧‧高頻聲音區
22‧‧‧非高頻聲音區
21a‧‧‧高頻聲音處理區
21d‧‧‧高頻降頻放大聲音區
30‧‧‧改造輸入聲音
80‧‧‧聲源
81‧‧‧聽障者
圖1係本發明之助聽器之整體架構圖。
圖2係本發明之聲音處理模組之步驟流程圖。
圖3係聲源切為複數輸入聲音之示意圖。
圖4係輸入聲音區分為高頻聲音區及非高頻聲音區之示意圖。
圖5係高頻聲音區處理為高頻聲音處理區之示意圖。
圖6係高頻聲音處理區進行降頻(以移頻為例)以形成一高頻降頻放大聲音區，以形成改造輸入聲音之示意圖。
圖7係高頻聲音處理區進行降頻(以壓頻為例)以形成一高頻降頻放大聲音區，以形成改造輸入聲音之示意圖。
201‧‧‧步驟
202‧‧‧步驟
203‧‧‧步驟
204‧‧‧步驟
205‧‧‧步驟
206‧‧‧步驟
207‧‧‧步驟
208‧‧‧步驟

Claims (6)

  1. 一種增加聽障者聽到聲音正確性之方法，包括下列步驟：A.接收一輸入聲音，其中該輸入聲音包括有一高頻聲音區，以及一非高頻聲音區；B.將該高頻聲音區縮放能量以形成一高頻聲音處理區；C.將該高頻聲音處理區進行降頻以形成一高頻降頻放大聲音區；D.組合該非高頻聲音區及該高頻降頻放大聲音區以形成一改造輸入聲音；以及E.輸出該改造輸入聲音。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之增加聽障者聽到聲音正確性之方法，其中於步驟C中係採用壓頻或移頻之方式進行降頻。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之增加聽障者聽到聲音正確性之方法，其中該高頻聲音區之頻率位於1000赫茲(Hz)與20000赫茲(Hz)之間，該非高頻聲音區之頻率位於0赫茲(Hz)與6000赫茲(Hz)之間。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之增加聽障者聽到聲音正確性之方法，其中於步驟E中，輸出該改造輸入聲音是經過再一次放大能量才輸出。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之增加聽障者聽到聲音正確性之方法，其中於步驟A之前更包括步驟F： 判斷該輸入聲音是否需進行步驟A~步驟E，當該輸入聲音具有以下特性時則不進行步驟A~步驟E，而直接將該輸入聲音輸出，或將該輸入聲音放大能量後輸出：該輸入聲音於1000赫茲(Hz)以上頻率之聲音能量相對於該輸入聲音所有聲音能量之比例值大於70%，且該輸入聲音於2000赫茲(Hz)以下頻率之聲音能量相對於該輸入聲音所有聲音能量之比例值小於20%。
  6. 如申請專利範圍第1至5項所述任一項之增加聽障者聽到聲音正確性之方法，其中於步驟E中，輸出該改造輸入聲音是經過再一次放大能量才輸出。
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