TWI844869B - 具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置、其自調式聽覺補償方法及電腦程式產品 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置，係包括：第一換能器，係接收來自一裝置的第一測試訊號，且將該第一測試訊號轉換成第一電性訊號；第一聽力補償模組，係連接至該第一換能器，且對該第一電性訊號進行增益補償；第二換能器，係連接至該第一聽力補償模組，並將增益補償後的該第一電性訊號轉換成聲音，且將該聲音傳送至耳道內；以及第三換能器，係同步將該耳道內傳送的該聲音轉換成第二電性訊號，以透過無線傳輸網路傳送該第二電性訊號至該裝置，其中，該裝置計算該第二電性訊號在各頻帶下的能量分佈，且透過第二聽力補償模組比較該能量分佈與目標增益及聽力閾值的誤差，若該誤差未符合誤差目標，則該裝置對該誤差進行量化，以藉由補償增益轉換模型產生經修正之濾波器參數後，透過該無線傳輸網路傳送該經修正之濾波器參數至該第一聽力補償模組，以進行聽力增益補償。另外，本發明亦提供一種具有真耳測量的自調式聽覺補償方法及電腦程式產品。
Description
本發明關於一種聽覺補償技術，尤其指一種具有真耳測量(real ear measurement,REM)分析的自調式(self-fitting)聽覺補償裝置及其自調式聽覺補償方法。
依據統計顯示，全台領有身心障礙證明的聽覺機能障礙者超過12多萬人，聽力問題將會導致語言溝通、職業適應、社會參與、學校學習、生命安全等各重要生活層面，產生隱形或顯著的障礙。
再者，台灣即將邁入超高齡社會，聽力損失更是高居老人慢性病中的前三位。目前，由於在市面上的現代助聽器及聽覺輔具科技的進步，因而可大幅改善聽覺障礙對個人、家庭、社區，乃至於整個社會的負面影響及負擔。
然而，現代助聽器及聽覺輔具科技仍需要真耳分析儀進行調整，習知的真耳分析儀設置有探管，分別具有第一麥克風和第二麥克風，第一麥克風負責採集耳道口附近的聲音，而第二麥克風負責採集近鼓膜處的聲音。在進行真耳測試分析時，先將探管插入耳道內，探管尖端距離鼓膜約5mm左右，分別測試未戴助聽器時和佩戴助聽器後耳道內的聲音改變情況，進而得到真耳插入響應REIR。具體而言，習知的真耳測試之操作步驟為：1)當耳道口沒有放置助聽器，即耳道口開放的時候，聲場發出聲音(包括所有頻率且聲壓級相同)，第一麥克風和第二麥克風記錄的聲壓級差值曲線稱為真耳未助聽響應REUR(也稱真耳未助聽增益REUG)；以及2)當耳道口放置助聽器的時候，聲場發出聲音，第一麥克風和第二麥克風記錄的聲壓級差值曲線稱為真耳有助響應REAR(也稱真耳有助聽增益REAG)，但是由於真耳測試必須在聽檢室內利用儀器檢測且需透過聽力專業人員的協助執行，如此較不具效率也不夠即時。
此外，測量到的真耳響應通常與驗配軟體預期的結果不一致，主要的原因是，聽損者之外耳與內耳的聲學特性(例如，共振、音量、阻抗等特性)可能與軟體預測中使用的「平均耳」資料不同，當進行真耳測試時，聽損者獨特的耳道特性則會體現，導致有所誤差。再者，聽損者之助聽器的聲學參數不同，例如，氣孔大小或耳膜深度。因此，真耳測試需要額外的增益調整來匹配所指定或預期的目標增益。
另外，插入增益測量是驗證助聽器性能特徵的常用方法。然而，正如上述，插入增益在助聽器調試時有許多限制，導致仍有誤差。
基於上述的原因，如何提供一種無須真耳分析儀、探管換能器(即，探管麥克風(probe microphone))、無須限定在專業的聽力空間(如聽檢室)內進行真耳測量分析、並無須透過聽力專業人員(如專業調音師)的協助，以有效地解決上述問題的聽覺補償裝置及聽覺補償方法，可在非聽檢室內之當前真實環境提供精準、即時、自動化且客製化使用者(特別是聽障患者)的聽力輔助器(如助聽器、聽覺輔具或具有助聽功能的耳機、眼鏡等聽力設備、ANC耳機或TWS耳機等)，遂成為業界亟待解決的課題。
為解決前述習知的技術問題或提供相關之功效，本發明提供一種具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置，係包括：第一換能器，係接收來自一裝置的第一測試訊號，且將該第一測試訊號轉換成第一電性訊號；聽力補償模組，係連接至該第一換能器，且對該第一電性訊號進行增益補償；第二換能器，係連接至該聽力補償模組，並將增益補償後的該第一電性訊號轉換成聲音，且將該聲音傳送至耳道內；以及第三換能器，係同步將該耳道內傳送的該聲音轉換成第二電性訊號，以透過無線傳輸網路傳送該第二電性訊號至該裝置，其中，該裝置計算該第二電性訊號在各頻帶下的能量分佈，且比較該能量分佈與目標增益及聽力閾值的誤差，若該誤差未符合誤差目標，則該裝置對該誤差進行量化，以藉由補償增益轉換模型產生經修正之濾波器參數後，透過該無線傳輸網路傳送該經修正之濾波器參數至該聽力補償模組以進行聽力增益補償。
本發明亦提供一種具有真耳測量的自調式聽覺補償方法，係包括下列步驟：藉由第一換能器，接收來自一裝置的第一測試訊號，且將該第一測試訊號轉換成第一電性訊號；藉由連接至該第一換能器的聽力補償模組，對該第一電性訊號進行增益補償；藉由連接至該聽力補償模組的第二換能器，將增益補償後的該第一電性訊號轉換成聲音，且將該聲音傳送至耳道內；藉由第三換能器同步將該耳道內傳送的該聲音轉換成第二電性訊號，以透過無線傳輸網路傳送該第二電性訊號至該裝置；藉由該裝置計算該第二電性訊號在各頻帶下的能量分佈，且比較該能量分佈與目標增益及聽力閾值的誤差；以及若該誤差未符合誤差目標，則該裝置對該誤差進行量化，以藉由補償增益轉換模型產生經修正之濾波器參數後，透過該無線傳輸網路傳送該經修正之濾波器參數至該聽力補償模組以進行聽力增益補償。
此外，在一實施例中，如圖6所示，本發明又提供一種具有真耳測量的自調式聽覺補償方法，係包括下列步驟：藉由第一換能器，接收來自一裝置的第一測試訊號，且將該第一測試訊號轉換成第一電性訊號；藉由連接至該第一換能器的聽力補償模組，對該第一電性訊號進行增益補償；藉由連接至該聽力補償模組的第二換能器，將增益補償後的該第一電性訊號轉換成聲音，且將該聲音傳送至耳道內；藉由第三換能器同步將該耳道內傳送的該聲音轉換成第二電性訊號，以透過無線傳輸網路傳送該第二電性訊號至該裝置；藉由該裝置計算該第二電性訊號在各頻帶下的能量分佈，且比較該能量分佈與目標增益及聽力閾值的誤差；依據該聽力閾值，利用補償處方計算出所需增益補償，且將該所需增益補償傳送至補償增益
轉換模型，並依據該聽力閾值，利用聽覺動態範圍應用優化計算出所需聽覺動態範圍應用優化參數，且將該所需聽覺動態範圍應用優化參數傳送至該補償增益轉換模型；以及若該誤差未符合誤差目標，則該裝置對該誤差進行量化，以藉由補償增益轉換模型產生經修正之濾波器參數後，透過該無線傳輸網路傳送該經修正之濾波器參數至該聽力補償模組以進行聽力增益補償。
於一實施例中，該聽力補償模組係設置在主動式降噪之晶片或數位訊號處理電路之晶片中。
於一實施例中，該經修正之濾波器參數為主動式降噪之增益補償的濾波器參數或數位訊號處理電路之增益補償參數。
於一實施例中，該主動式降噪之該增益補償的該濾波器參數為音訊增益補償濾波器單元參數。換言之，該主動式降噪技術之增益補償單元為該主動式降噪技術之音訊增益補償濾波器單元，例如SZ或APT濾波器，而該音訊增益補償濾波器單元之濾波器參數例如為SZ或APT濾波器參數。
於一實施例中，本發明復包括：儲存模組，其中，若該誤差符合誤差目標，則該裝置將該經修正之濾波器參數儲存至該儲存模組。
於一實施例中，該裝置係將原濾波器參數儲存至具有音源處理能力的設備，其中，該設備係具有聽力補償模組以進行聽力增益補償。
於一實施例中，該設備中之該聽力補償模組係由聽覺補償裝置依據使用者於當前真實環境中獲得的即時客製化聽力圖或聽力表，透過
降噪技術結合最佳化方法及損失函數自動地搜尋複數濾波器的複數組參數所產生之最佳濾波器參數值作為該原濾波器參數，但本發明不以此為限。
於一實施例中，本發明復包括：無線傳送接收模組，係透過該無線傳輸網路接收來自該裝置的第二測試訊號，以進行聽力增益補償。此外，第一測試訊號係於空氣中傳送，而第二測試訊號係經由無線通訊傳送。
於一實施例中，若該誤差仍未符合該誤差目標，則該裝置對該誤差再進行量化以及傳送量化後的該誤差及聽覺動態範圍應用優化參數至該補償增益轉換模型，以藉由該補償增益轉換模型產生另一修正後濾波器參數後，透過該無線傳輸網路傳送該另一修正後濾波器參數至該聽力補償模組以進行該聽力增益補償。
於一實施例中，該具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置及該具有真耳測量的自調式聽覺補償方法係於非聽檢室的環境下進行聽力測試(audiometry)。
於一實施例中，該具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置係設置於具有主動式降噪或數位訊號處理電路的聽力輔助器，而該具有真耳測量的自調式聽覺補償方法係應用於該自調式聽覺補償裝置，該自調式聽覺補償裝置非為在聽檢室中之聽檢室專用耳機且無須透過聽力專業人員的協助執行；在另一實施例中，該具有真耳測量的自調式聽覺補償方法係應用於具有主動式降噪或數位訊號處理電路的聽力輔助器。
於一實施例中，該具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置及該具有真耳測量的自調式聽覺補償方法係藉由該裝置的應用程式結合該補償增益轉換模型及無線通訊技術進行自動化、即時及/或同步處理。
據此，本發明提供了無須真耳分析儀、探管換能器(即，探管麥克風(probe microphone))、無須限定在專業的聽力空間內進行真耳測量分析、並無須透過聽力專業人員的協助，以有效地解決上述問題，且可在非聽檢室內之當前真實環境透過無線通訊技術使用聽力輔助器進行真耳測量，並提供精準、即時、自動化且客製化使用者的聽力輔助器。
1:具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置
11:第一換能器
12:第一聽力補償模組
13:第二換能器
14:無線傳送接收模組
15:第三換能器
16:儲存模組
10:裝置
102:第二聽力補償模組
110:設備或裝置
21:窗框
22:離散傅立葉轉換(DFT)
23:|．|2
24:對數(log(．))
31:聽力閾值A f
32:補償處方
33:補償增益轉換模型
34:耳機裝置
35:計算
與T f 之間的誤差
36:判斷是否符合誤差目標
37:聽覺動態範圍應用優化(
超過A f 的百分比)參數
S1-S6:步驟
S11-S17:步驟
S21-S27:步驟
圖1為本發明之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置之方塊示意圖。
圖2為本發明之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置結合智慧型裝置的實施例之示意圖。
圖3為本發明之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置的聽力補償模組透過補償增益轉換模型技術以及主動式降噪(active noise cancellation,ANC)技術之步驟流程圖。
圖4為依據本發明實施例，顯示補償增益轉換模型之模型訓練(model training)的示意圖。
圖5為依據本發明實施例，顯示對數功率頻譜(log-power spectrum,LPS)擷取方法。
圖6為依據本發明實施例，顯示補償增益轉換模型之模型訓練的方塊示意圖。
圖7A為本發明之應用程式端在接收電性訊號
後的步驟流程圖。
圖7B為本發明之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置的目標增益、聽力閾值及能量分佈之示意圖。
圖8為本發明之具有真耳測量的自調式聽覺補償方法之步驟流程圖。
以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。
須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。
圖1為本發明之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置之方塊示意圖。依據本發明實施例，如圖1所示，本發明之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置1包括第一換能器(Ref.Mic)11、第一聽力補償模組12、
第二換能器(即，揚聲器)13、無線傳送接收模組14、第三換能器(Err.Mic)15以及儲存模組16，其中，第一換能器(Ref.Mic)11係接收來自一裝置(如智慧型裝置或行動裝置)的測試訊號S，且將該測試訊號S轉換成電性訊號；第一聽力補償模組12係連接至第一換能器(Ref.Mic)11，且對該電性訊號進行增益補償；第二換能器13係連接至第一聽力補償模組12，並將增益補償後的電性訊號轉換成聲音，且將該聲音傳送至耳道內；無線傳送接收模組14係連接至第一聽力補償模組12；以及第三換能器(Err.Mic)15係同步將耳道內傳送的該聲音轉換成電性訊號
，且透過無線傳送接收模組14及無線傳輸網路(未顯示於圖式中)傳送電性訊號
至該裝置(未顯示於圖式中)，其中，該裝置係利用應用程式(app)、其韌體或雲端技術計算電性訊號在各頻帶下的能量分佈(energy distribution)，且透過第二聽力補償模組102比較能量分佈與目標增益及聽力閾值的誤差，其中，若該誤差未符合誤差目標，則該裝置利用應用程式、其韌體或雲端技術對該誤差進行量化，以藉由補償增益轉換模型產生一組經修正之濾波器參數後，透過無線傳輸網路傳送該組經修正之濾波器參數至第一聽力補償模組12、第二聽力補償模組或其他具有音源處理能力(或聽力補償模組)的設備或裝置，以進行聽力增益補償。
在本發明一實施例中，該第一聽力補償模組12係設置在主動式降噪之晶片或數位訊號處理電路之晶片中，而該第二聽力補償模組係設置在該裝置(如智慧型裝置或行動裝置)中，以應用程式、其韌體或雲端技術方式實現，其中，該第一聽力補償模組12係與該第二聽力補償模組同步。
在本發明一實施例中，該組經修正之濾波器參數為主動式降噪之增益補償的濾波器參數或數位訊號處理電路之增益補償參數，其中，主動式降噪之增益補償的濾波器參數為音訊增益補償濾波器單元(例如SZ或APT濾波器)參數。
依據圖1所示，本發明之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置1更包括儲存模組16，其中，若上述誤差符合誤差目標，則該裝置利用應用程式、其韌體或雲端技術將該組經修正之濾波器參數儲存至儲存模組16。進一步地，該裝置係將原濾波器參數儲存至具有音源處理能力的設備或裝置，其中，該設備或裝置係具有聽力補償模組以進行聽力增益補償。在一實施例中，該具有音源處理能力的設備或裝置係將該原濾波器參數儲存於具有主動式降噪之晶片或數位訊號處理電路之晶片，以進行聽力增益補償。
此外，在本發明一實施例中，若該誤差仍未符合誤差目標，則該裝置利用應用程式、其韌體或雲端技術對該誤差再進行量化，以藉由補償增益轉換模型產生另一組修正後濾波器參數後，透過無線傳輸網路傳送另一組修正後濾波器參數至第一聽力補償模組、第二聽力補償模組或其他具有音源處理能力(或聽力補償模組)的設備或裝置，以進行聽力增益補償，其中，補償增益轉換模型可設置於雲端、伺服器或智慧型裝置中，本發明不以此為限。
依據本發明之另一實施例，如圖1及圖2所示，本發明之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置1的無線傳送接收模組亦可以透過無線傳輸網路(未顯示於圖式中)接收來自一裝置(如智慧型裝置或行動裝置)10
的測試訊號S。類似於上述實施例，若具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置1的無線傳送接收模組透過無線傳輸網路(未顯示於圖式中)接收來自該裝置10的測試訊號S，則第一聽力補償模組12對該測試訊號S進行增益補償；第二換能器13係連接至第一聽力補償模組12，並將增益補償後的測試訊號轉換成聲音，且將該聲音傳送至耳道內；無線傳送接收模組14係連接至第一聽力補償模組12；第三換能器(Err.Mic)15係同步將耳道內傳送的該聲音轉換成電性訊號，且透過無線傳送接收模組14及無線傳輸網路傳送電性訊號至該裝置10，其中，該裝置10係利用應用程式(app)、其韌體或雲端技術計算電性訊號在各頻帶下的能量分佈(energy distribution)，且透過第二聽力補償模組102比較能量分佈與目標增益及聽力閾值的誤差，若該誤差未符合誤差目標，則該裝置10利用應用程式、其韌體或雲端技術對該誤差進行量化，以藉由補償增益轉換模型產生一組經修正之濾波器參數後，透過無線傳輸網路傳送該組經修正之濾波器參數至第一聽力補償模組12、第二聽力補償模組102或其他具有音源處理能力(或聽力補償模組)的設備或裝置，以進行聽力增益補償。
在本發明另一實施例中，該第一聽力補償模組12係設置在主動式降噪之晶片或數位訊號處理電路之晶片中，而該第二聽力補償模組102係設置在該裝置10(如智慧型裝置或行動裝置)中，以應用程式、其韌體或雲端技術方式實現，其中，該第一聽力補償模組12係與該第二聽力補償模組102同步。
在本發明一實施例中，該組經修正之濾波器參數為主動式降噪之增益補償的濾波器參數或數位訊號處理電路之增益補償參數，其中，
主動式降噪之增益補償的濾波器參數為音訊增益補償濾波器單元(例如SZ或APT濾波器)參數。
然而，在本發明另一實施例中，若該誤差仍未符合誤差目標，則該裝置利用應用程式、其韌體或雲端技術對該誤差再進行量化，以藉由補償增益轉換模型產生另一組修正後濾波器參數後，透過無線傳輸網路傳送另一組修正後濾波器參數至第一聽力補償模組、第二聽力補償模組或其他具有音源處理能力(或聽力補償模組)的設備或裝置，以進行聽力增益補償，其中，補償增益轉換模型可設置於雲端、伺服器或智慧型裝置中，本發明不以此為限。
在本發明之實施例中，本發明之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置係設置於具有主動式降噪或數位訊號處理電路的聽力輔助器。
此外，上述模組均可為硬體或韌體；若為硬體，則可分別實現聽力增益補償、無線傳送接收以及儲存之各種電路或具有相似技術之硬體單元；若為韌體，則可分別為執行聽力增益補償、無線傳送接收以及儲存之各種韌體單元。在一實施例中，聽力補償模組可為聽力補償電路或聽力補償硬/韌體單元，無線傳送接收模組可為無線傳送接收電路或無線傳送接收硬/韌體單元，而儲存模組可為儲存電路或儲存硬/韌體單元，其中，本發明之自調式聽覺補償裝置包含但不限於ANC。
本發明之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置係設置於聽力輔助器，無需使用額外的探管換能器(即，探管麥克風(probe microphone))，以在非聽檢室內之當前真實環境透過無線通訊技術提供精準、即時、自動化且客製化的聽力輔助器。
具體而言，本發明主要透過降噪(例如，ANC)技術結合應用程式技術及補償增益轉換模型技術，在使用者的當前真實環境中，無需使用額外的探管換能器，本發明之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置已包括有無線傳送接收模組、聽力補償模組、換能器(即，揚聲器)、換能器(Err.Mic)、換能器(Ref.Mic)以及儲存模組，其中，換能器(Ref.Mic)係接收來自一裝置的測試訊號S，且將測試訊號S轉換成電性訊號；聽力補償模組係連接至換能器(Ref.Mic)，且對該電性訊號進行增益補償；換能器係連接至聽力補償模組，並將增益補償後的電性訊號轉換成聲音，且將該聲音傳送至耳道內；以及換能器(Err.Mic)係同步將耳道內傳送的該聲音轉換成電性訊號
，且透過無線傳送接收模組及無線傳輸網路(未顯示於圖式中)傳送電性訊號
至該裝置(未顯示於圖式中)，其中，該裝置計算電性訊號在各頻帶下的能量分佈(energy distribution)，且透過該裝置中之聽力補償模組比較能量分佈與目標增益及聽力閾值的誤差，若該誤差未符合誤差目標，則該裝置對該誤差進行量化，以藉由補償增益轉換模型產生一組經修正之濾波器參數後，透過無線傳輸網路傳送該組經修正之濾波器參數至聽力補償模組或其他具有音源處理能力(或聽力補償模組)的設備或裝置，以進行再一次聽力增益補償。
圖3為本發明之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置的聽力補償模組透過補償增益轉換模型技術以及主動式降噪(active noise cancellation,ANC)技術之步驟流程圖。
首先，在步驟S1，應用程式(app)端透過智慧型裝置的揚聲器(或透過無線傳輸網路)將測試訊號S傳送出去，隨後透過ANC耳機之換能器(Ref.Mic)(或無線傳送接收模組)接收該測試訊號S。
接著，在步驟S2，ANC耳機的濾波器電路(或數位訊號處理(digital signal processing,DSP)電路)透過聽力補償模組進行聽力增益補償，且由ANC耳機中的換能器(即，揚聲器)進行播音。
之後，在步驟S3，ANC耳機端同步由換能器(Err.Mic)將耳道內的聲音訊號轉換成電性訊號
，且透過無線傳輸網路將該電性訊號
傳回智慧型裝置之應用程式端。
在步驟S4，應用程式端將同步考量經計算後之電性訊號
在各頻帶下的能量分佈(energy distribution)、目標增益及聽力閾值之特性，也就是，透過聽力補償模組比較該電性訊號
之能量分佈與目標增益及聽力閾值的誤差。
在步驟S5，補償增益轉換模型會自動地產生經修正之濾波器參數。
最後，在步驟S6，若誤差未符合誤差目標，則應用程式端自動地對該誤差進行量化，以藉由補償增益轉換模型產生經修正之濾波器參數後，透過無線傳輸網路傳送該經修正之濾波器參數至聽力補償模組以再一次進行聽力增益補償；若該誤差符合誤差目標，則應用程式將該經修正之濾波器參數自動地儲存至ANC耳機中的儲存模組及/或該智慧型裝置中。進一步地，在另一實施例中，應用程式同步將原濾波器參數自動地儲存至具有音源處理能力的設備或裝置(如圖2所示之110，例如智慧型裝置、
行動裝置、喇叭或音箱)，其中，該設備或裝置係具有聽力補償模組以進行聽力增益補償。
值得一提的是，若上述誤差仍未符合誤差目標，則應用程式對該誤差再進行量化，以藉由補償增益轉換模型產生另一組修正後濾波器參數後，透過無線傳輸網路傳送另一組修正後濾波器參數至聽力補償模組以進行另一次聽力增益補償。
在本發明一實施例中，圖4顯示補償增益轉換模型之模型訓練的示意圖。依據電性訊號
的能量分佈特性、目標增益、聽力閾值及聽覺動態範圍應用優化，補償增益轉換模型會自動地透過模型訓練產生複數組(或n組)ANC濾波器參數，可以提供ANC耳機進行聽力增益補償。
以下分別對於電性訊號
之能量分佈的計算以及透過補償增益轉換模型架構進行補償參數計算詳細說明。
電性訊號
之能量分佈的計算
圖5顯示對數功率頻譜(log-power spectrum,LPS)擷取方法。於本發明的實施例中，換能器(Err.Mic)將所接收到的電性訊號
先傳送到APP端進行聲學特徵提取，且透過對數功率頻譜(log-power spectrum,LPS)方法來計算在一段時間下電性訊號
中的能量分佈情況。當特徵進行擷取時，通過計算各重疊窗框(window frame)21的離散傅立葉轉換(discrete Fourier transform,DFT)22，對輸入訊號進行短時傅立葉轉換(short-time Fourier transform,STFT)，亦即透過公式(1)將語音訊號從時域轉為頻域，公式(1)如下所示：
k=0,1,...,L-1
其中，Y t (l)代表輸入訊號(即，電性訊號
)在時域中第l個樣本，Y f (k)代表輸入訊號的頻譜，k是頻率索引(frequency index)，h(l)表示漢明窗函數，對數功率譜定義如公式(2)所示：
Y l (k)=log|Y f (k)|2 (2)
k=0,1,...,K-1
其中，Y l (k)代表輸入訊號對數功率頻譜，如公式(2)所示，對輸入訊號的頻譜Y f (k)進行|．|2 23，且取對數(log(．))24，以獲得電性訊號
的對數功率頻譜Y l (k)。
此時，再將n個重疊窗框下的對數功率頻譜進行累加，以獲取電性訊號
的能量分佈特性。
透過補償增益轉換模型架構進行補償增益參數
圖6顯示補償增益轉換模型之模型訓練的方塊示意圖。當使用者經聽力篩檢得到的聽力閾值A f 31後，先透過補償處方32(例如，NAL-R、NAL-RP、DSL、NAL-NL1,NAL-NL2,Aescu HRL-1…等)計算出使用者所需之聽力增益補償G f 。隨後，透過補償增益轉換模型33(例如，深度學習方法、機器學習方法、數學統計法…等方法)將補償增益轉換為電路所需之濾波器參數增益G' N ，且將其傳送至ANC耳機裝置34，將上述流程可透過補償增益轉換模型架構予以模型訓練，且透過目標損失函數(cost function)予以實現，如公式(3)所示：
其中，N表示模型會生成複數組(獲得N組)濾波器參數，M表示訓練模型之樣本數，i代表訓練中的第幾筆增益資料。
當補償增益轉換模型進行模型訓練時，將誤差反向傳播來進行模型參數更新，且進行參數權重調整，從而尋找最佳補償增益，如公式(4)所示：
接著，透過ANC裝置的換能器將耳道中的電性訊號
錄製後與目標語音訊號T f 分佈進行計算35，以獲得兩者訊號之間的誤差
，其中，計算誤差的方法包含以下方法：minimum mean-square error、客觀性評估指標(例如，HASQI,HASPI,STOI,NCM,PESQ,...等)，本發明不以此為限。之後，透過判別來確定當前的誤差是否在可以接受之範圍內36。若誤差
是在可以接受的範圍內時，則表示選配完成；反之，將此誤差
及聽覺動態範圍應用優化參數
37再次傳送至補償增益轉換模型來重新產生另一組修正後補償增益
。值得注意的是，聽覺動態範圍應用優化參數
為
超過A f 的百分比之參數。經過上述流程，可以重複以上流程使誤差
持續收斂至符合設定之需求，從而完成自動化的選配流程。
值得一提的是，DSP電路亦可透過上述的流程，進行電性訊號
之能量分佈的計算，且透過補償增益轉換模型架構進行增益補償參數。
圖7A為本發明之應用程式端在接收電性訊號
後的步驟流程圖，且圖7B為本發明之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置的目標增益、聽力閾值及能量分佈之示意圖。
如圖7A所示，在步驟S11，ANC耳機端透過換能器(Err.Mic)將電性訊號
傳送至智慧型裝置之應用程式端。
接著，在步驟S12，應用程式端接收電性訊號
(例如，約10秒鐘的測試語句)。
之後，在步驟S13，取n個音框，對各音框進行傅立葉轉換(Fourier transform)，且累積n個音框下的能量來獲得電性訊號
的能量分佈。
在步驟S14，計算且比較當前電性訊號
的能量分佈與聽力閾值及目標增益...等之間的誤差，若該誤差未符合該誤差目標，則對該誤差再進行量化以及傳送量化後的誤差及聽覺動態範圍應用優化參數至補償增益轉換模型，並藉由補償增益轉換模型產生另一組修正後濾波器參數。
在步驟S15，調整在各頻帶下之增益量。
在步驟S16，透過模型訓練後之補償增益轉換模型產生修正後的ANC濾波器參數(或DSP電路之增益補償參數)。
最後，在步驟S17，若上述誤差符合誤差目標，則將ANC濾波器參數寫入ANC耳機的晶片中(即，儲存至ANC耳機的儲存模組中)及/或該智慧型裝置中；或者，將DSP電路之增益補償參數寫入具有DSP電路之耳機的晶片中。
值得一提的是，本發明之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置係採用主動式降噪(active noise cancellation,ANC)技術，但在不同實施例中，具有相同或相似降噪技術均可適用，本發明不以此為限。在此實施例中，濾波器(例如，FF,FB、SZ、APT...等)參數可以透過「機構聲學特
性」及「聽覺補償處方」之資訊進行設定，也就是，將透過均平方誤差(mean-square error,MSE)方法進行ANC技術中的濾波器參數設定，進而使ANC技術對換能器所傳送的聲源進行不同頻率之增益補償能力。在一實施例中，上述濾波器可分別為前饋(FF)濾波器、反饋(FB)濾波器、音訊增益補償濾波器單元(例如SZ濾波器、APT濾波器)，其中，前饋(FF)濾波器可接收換能器(Ref.Mic)的電性訊號，以消除外部噪音；反饋(FB)濾波器可接收換能器(Err.Mic)的電性訊號(即，換能器(Err.Mic)將耳道內噪音轉換成電性訊號)，以消除耳道內噪音；而音訊增益補償濾波器單元(例如SZ濾波器及APT濾波器)則接收適當的目標曲線(target curve)，以放大電性訊號中各頻帶的訊號。此外，在DSP電路中，即可以調處理架構中的時域(或頻域)增益放大單元，例如EQ，濾波器、寬廣動態範圍壓縮(wide dynamic range compression)、自適性動態範圍最佳化(adaptive dynamic range optimization)等。
由於本發明係適用於各種智慧型設備，以使自調式聽覺補償裝置可於非聽檢室(例如，居住房舍、室外、車內、公園等)的環境且無須透過聽力專業人員的協助下進行聽力測試(audiometry)，也就是說，本發明的自調式聽覺補償裝置不必限定在聽檢室內結合真耳測量儀器進行聽力測試及真耳測量分析，以在非聽檢室內之當前真實環境提供自動化、即時、客製化使用者的助聽器、聽覺輔具或具有助聽功能的設備。
在一實施例中，本發明之具有真耳測量的聽覺補償裝置係設置於聽力輔助器，例如，耳機(包括但不限於動圈式、動鐵式、壓電式、氣動式、靜電式、有線傳輸、無線傳輸之耳機)、助聽器、抗噪耳機、監聽耳
機、智慧眼鏡、穿戴式裝置或其組合。在另一實施例中，本發明之具有真耳測量的聽力輔助器亦為聽力設備，具有上述之聽覺補償裝置，其中，聽覺補償裝置係設置並連接於聽力設備。
此外，本發明之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置係藉由智慧型裝置的應用程式(app)結合補償增益轉換模型技術以及無線通訊技術(例如，藍牙(Bluetooth)、Wi-Fi、近場通訊(near-field communication,NFC)、超寬帶(ultra-wideband,UWB)、IEEE 802.15.4等無線通訊技術)，直接將使用者(特別是聽損者)的即時客製化之聽力圖或聽力表同步於設置在相同或單一晶片中之降噪模組及/或聽力補償模組進行運作，進而提供使用者(特別是聽障患者)能即時地具有舒適聆聽感受。另外，依據本發明的上述實施例，由於聽損者使用自身的聽覺設備或裝置(例如，各種智慧型設備或裝置配合ANC耳機或TWS耳機)能在各種當前真實環境或真實應用環境(即，安靜或帶噪環境)而非在聽檢室進行聽力測試，因而聽損者可依據自身需求，在進行本發明之自調式聽覺補償時選擇開啟或關閉降噪模組。
值得注意的是，本發明之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置除了不必限定在聽檢室內進行聽力測試及/或聽力增益補償且無須透過聽力專業人員的協助之外，本發明也無需使用額外的探管換能器，僅透過自身的裝置(例如，助聽器、聽覺輔具、耳機等)且藉由智慧型裝置結合補償增益轉換模型技術及無線通訊技術，便可自動地、即時且客製化聽障患者的助聽器、聽覺輔具或具有助聽功能的耳機等聽力設備。
圖8為本發明之具有真耳測量的自調式聽覺補償方法的步驟流程圖，一併配合上述實施例的說明，其中，該方法流程至少包含下列步驟S21至S27。
於步驟S21中，藉由第一換能器，接收來自一裝置(如智慧型裝置或行動裝置)的第一測試訊號，且將該第一測試訊號轉換成第一電性訊號。
於步驟S22中，藉由連接至該第一換能器的第一聽力補償模組，對該第一電性訊號進行增益補償。
於步驟S23中，藉由連接至該第一聽力補償模組的第二換能器，將增益補償後的該第一電性訊號轉換成聲音，且將該聲音傳送至耳道內。
於步驟S24中，藉由第三換能器同步將耳道內傳送的該聲音轉換成第二電性訊號，以透過無線傳送接收模組及無線傳輸網路傳送該第二電性訊號至該裝置。
於步驟S25中，該裝置係利用應用程式、其韌體或雲端技術計算該第二電性訊號在各頻帶下的能量分佈，且透過第二聽力補償模組比較該能量分佈與目標增益及聽力閾值的誤差。
於步驟S26中，若該誤差未符合誤差目標，則該裝置利用應用程式、其韌體或雲端技術對該誤差進行量化，以藉由補償增益轉換模型產生一組經修正之濾波器參數後，透過該無線傳輸網路傳送該組經修正之濾波器參數至該第一聽力補償模組、該第二聽力補償模組，以進行聽力增益補償。
於步驟S27中，若該誤差符合誤差目標，則該裝置利用應用程式、其韌體或雲端技術將該組經修正之濾波器參數儲存至儲存模組。
在另一實施例中，除了將該組經修正之濾波器參數儲存至儲存模組之外，該裝置也可利用應用程式、其韌體或雲端技術將原濾波器參數儲存至具有音源處理能力的設備或裝置，其中，該設備或裝置係具有聽力補償模組以進行聽力增益補償。
另外，除了第一換能器可接收來自一裝置(如智慧型裝置或行動裝置)的第一測試訊號之外，無線傳送接收模組亦可透過無線傳輸網路接收來自該裝置的第二測試訊號，以進行如上述之聽力增益補償。此外，第一測試訊號係於空氣中傳送，而第二測試訊號係經由無線通訊傳送。
在上述的方法流程中，若該誤差仍未符合該誤差目標，則該裝置利用應用程式、其韌體或雲端技術對該誤差再進行量化以及傳送量化後的該誤差及該聽覺動態範圍應用優化參數至該補償增益轉換模型，以藉由該補償增益轉換模型產生另一組修正後濾波器參數後，透過該無線傳輸網路傳送該另一組修正後濾波器參數至該第一聽力補償模組、該第二聽力補償模組，以進行該聽力增益補償。
在上述的方法流程中，該第一聽力補償模組係設置在主動式降噪之晶片或數位訊號處理電路之晶片中，而該第二聽力補償模組係設置在該裝置(如智慧型裝置或行動裝置)中，以應用程式、其韌體或雲端技術方式實現，其中，該第一聽力補償模組係與該第二聽力補償模組同步。
在一實施例中，該組經修正之濾波器參數為主動式降噪之增益補償的濾波器參數或數位訊號處理電路之增益補償參數，其中，主動式
降噪之增益補償的濾波器參數為音訊增益補償濾波器單元(例如SZ或APT濾波器)參數。
此外，上述的方法流程係應用於自調式聽覺補償裝置，亦可應用於具有主動式降噪或數位訊號處理電路的聽力輔助器。
值得注意的是，若上述誤差仍未符合該誤差目標，則該裝置利用應用程式、其韌體或雲端技術對該誤差再進行量化，以藉由該補償增益轉換模型產生另一組修正後濾波器參數後，透過該無線傳輸網路傳送該另一組修正後濾波器參數至該聽力補償模組以進行另一次聽力增益補償。
綜上所述，本發明之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置及具有真耳測量的自調式聽覺補償方法係透過主動式降噪(ANC)技術結合數位網路技術及無線傳輸技術，不僅能使耳機能發出與當前噪音能量相同的反向波(或正向波)來消除耳道中的環境噪音，並且在進行真耳測量(REM)時也可以藉由聽力補償模組直接對使用者(特別是聽障患者)即時客製化之聽力圖或聽力表進行聽力增益補償(進而使各頻帶的訊號(如正向訊號及/或反向訊號)放大)，具有自動化、即時且客製化聽障患者的助聽器、聽覺輔具或具有助聽功能的耳機之功效。
另外，本發明之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置及具有真耳測量的自調式聽覺補償方法係透過補償增益轉換模型技術考量聽損者的聽損特性，以提供聽損者代表性測試語句，進而執行真耳測量，且達到自動化、即時且客製化聽損者的助聽器、聽覺輔具或具有助聽功能的耳機之功效。
此外，在本發明的實施例中，補償增益轉換模型亦可自動化修正自調式聽覺補償裝置的補償參數(例如，SII(speech intelligibility index),HASQI,HASPI等補償參數)，其中，補償增益轉換模型可設置於雲端、伺服器或智慧型裝置中，本發明不以此為限。
最後，在本發明的實施例中，一電腦程式產品係利用所述裝置之應用程式、其韌體或雲端技術執行上述內容，並可將原濾波器參數自動地儲存至具有音源處理能力的設備或裝置(如圖2所示之110，例如智慧型裝置、行動裝置、喇叭或音箱)，其中，該設備或裝置係具有聽力補償模組以進行聽力增益補償。因此，該電腦程式產品可選擇將經修正之濾波器參數同步至該自調式聽覺補償裝置或將原濾波器參數同步至該具有音源處理能力的設備或裝置以進行音源處理與播放。
上述實施形態僅例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍應如申請專利範圍所列。
1:具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置
11:第一換能器
12:第一聽力補償模組
13:第二換能器
14:無線傳送接收模組
15:第三換能器
16:儲存模組
Claims (20)
- 一種具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置，係包括：第一換能器，係接收來自一裝置的第一測試訊號，且將該第一測試訊號轉換成第一電性訊號；第一聽力補償模組，係連接至該第一換能器，且對該第一電性訊號進行增益補償；第二換能器，係連接至該第一聽力補償模組，並將增益補償後的該第一電性訊號轉換成聲音，且將該聲音傳送至耳道內；以及第三換能器，係同步將該耳道內傳送的該聲音轉換成第二電性訊號，以透過無線傳輸網路傳送該第二電性訊號至該裝置，其中，該裝置計算該第二電性訊號在各頻帶下的能量分佈，且透過第二聽力補償模組比較該能量分佈與目標增益及聽力閾值的誤差，若該誤差未符合誤差目標，則該裝置對該誤差進行量化，以藉由補償增益轉換模型產生經修正之濾波器參數後，透過該無線傳輸網路傳送該經修正之濾波器參數至該第一聽力補償模組以進行聽力增益補償。
- 如請求項1所述之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置，其中，該第一聽力補償模組係設置在主動式降噪之晶片或數位訊號處理電路之晶片中，該第二聽力補償模組係設置在該裝置中。
- 如請求項1所述之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置，其中，該經修正之濾波器參數為主動式降噪之增益補償的濾波器參數或數位訊號處理電路之增益補償參數。
- 如請求項3所述之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置，其中，該主動式降噪之該增益補償的該濾波器參數為音訊增益補償濾波器單元參數。
- 如請求項1所述之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置，復包括：儲存模組，其中，若該誤差符合誤差目標，則該裝置將該經修正之濾波器參數儲存至該儲存模組。
- 如請求項1所述之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置，其中，該裝置係將原濾波器參數儲存至具有音源處理能力的設備，其中，該設備係具有第三聽力補償模組以進行聽力增益補償。
- 如請求項1所述之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置，復包括：無線傳送接收模組，其中，該無線傳送接收模組係連接至該第一聽力補償模組及該第三換能器，而該第三換能器同步將該耳道內傳送的該聲音轉換成該第二電性訊號，以經由該無線傳送接收模組並透過該無線傳輸網路傳送該第二電性訊號至該裝置，且該無線傳送接收模組透過該無線傳輸網路接收來自該裝置的第二測試訊號，以進行聽力增益補償。
- 如請求項1所述之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置，其中，若該誤差仍未符合該誤差目標，則該裝置對該誤差再進行量化以及傳送量化後的該誤差及聽覺動態範圍應用優化參數至該補償增益轉換模型，以藉由該補償增益轉換模型產生另一修正後濾波器參數後，透過該無線傳輸網路傳送該另一修正後濾波器參數至該第一聽力補償模組以進行該聽力增益補償。
- 如請求項1所述之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置，其中，該自調式聽覺補償裝置係設置於具有主動式降噪或數位訊號處理電路的聽力輔助器。
- 一種具有真耳測量的自調式聽覺補償方法，係包括：藉由第一換能器，接收來自裝置的第一測試訊號，且將該第一測試訊號轉換成第一電性訊號；藉由連接至該第一換能器的第一聽力補償模組，對該第一電性訊號進行增益補償；藉由連接至該第一聽力補償模組的第二換能器，將增益補償後的該第一電性訊號轉換成聲音，且將該聲音傳送至耳道內；藉由第三換能器同步將該耳道內傳送的該聲音轉換成第二電性訊號，以透過無線傳輸網路傳送該第二電性訊號至該裝置；藉由該裝置計算該第二電性訊號在各頻帶下的能量分佈，且透過第二聽力補償模組比較該能量分佈與目標增益及聽力閾值的誤差；以及若該誤差未符合誤差目標，則該裝置對該誤差進行量化，以藉由補償增益轉換模型產生經修正之濾波器參數後，透過該無線傳輸網路傳送該經修正之濾波器參數至該第一聽力補償模組以進行聽力增益補償。
- 如請求項10所述之具有真耳測量的自調式聽覺補償方法，其中，該第一聽力補償模組係設置在主動式降噪之晶片或數位訊號處理電路之晶片中，該第二聽力補償模組係設置在該裝置中。
- 如請求項10所述之具有真耳測量的自調式聽覺補償方法，其中，該經修正之濾波器參數為主動式降噪之增益補償的濾波器參數或數位訊號處理電路之增益補償參數。
- 如請求項12所述之具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置，其中，該主動式降噪之該增益補償的該濾波器參數為音訊增益補償濾波器單元參數。
- 如請求項10所述之具有真耳測量的自調式聽覺補償方法，復包括：若該誤差符合誤差目標，則該裝置將該經修正之濾波器參數儲存至儲存模組。
- 如請求項10所述之具有真耳測量的自調式聽覺補償方法，其中，該裝置係將原濾波器參數儲存至具有音源處理能力的設備，其中，該設備係具有第三聽力補償模組以進行聽力增益補償。
- 如請求項10所述之具有真耳測量的自調式聽覺補償方法，其中，若該誤差仍未符合該誤差目標，則該裝置對該誤差再進行量化以及傳送量化後的該誤差及聽覺動態範圍應用優化參數至該補償增益轉換模型，以藉由該補償增益轉換模型產生另一組修正後濾波器參數後，透過該無線傳輸網路傳送該另一組修正後濾波器參數至該第一聽力補償模組以進行該聽力增益補償。
- 如請求項10所述之具有真耳測量的自調式聽覺補償方法，其中，該自調式聽覺補償方法係應用於自調式聽覺補償裝置。
- 如請求項10所述之具有真耳測量的自調式聽覺補償方法，其中，該自調式聽覺補償方法係應用於具有主動式降噪或數位訊號處理電路的聽力輔助器。
- 如請求項10所述之具有真耳測量的自調式聽覺補償方法，其中，在藉由該裝置計算該第二電性訊號在各頻帶下的能量分佈，且透過第二聽力補償模組比較該能量分佈與目標增益及聽力閾值的誤差後，復包括：依據該聽力閾值，利用補償處方計算出所需增益補償，且將該所需增益補償傳送至補償增益轉換模型，並依據該聽力閾值，利用聽覺動態範圍應用優化計算出所需聽覺動態範圍應用優化參數，且將該所需聽覺動態範圍應用優化參數傳送至該補償增益轉換模型；以及若該誤差未符合誤差目標，則該裝置對該誤差進行量化，且將該誤差傳送至該補償增益轉換模型，以藉由該補償增益轉換模型產生經修正之濾波器參數後，透過該無線傳輸網路傳送該經修正之濾波器參數至該第一聽力補償模組以進行聽力增益補償。
- 一種電腦程式產品，係執行如請求項10至19中任一項所述之具有真耳測量的自調式聽覺補償方法。
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| US17/952,678 US20230403522A1 (en) | 2022-06-14 | 2022-09-26 | Self-fitting hearing compensation device with real-ear measurement, self-fitting hearing compensation method thereof and computer program product |
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| TW111122067A TWI844869B (zh) | 2022-06-14 | 具有真耳測量的自調式聽覺補償裝置、其自調式聽覺補償方法及電腦程式產品 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020111745A1 (en) | 1998-01-09 | 2002-08-15 | Micro Ear Technology, Inc., D/B/A Micro-Tech. | Portable hearing-related analysis system |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020111745A1 (en) | 1998-01-09 | 2002-08-15 | Micro Ear Technology, Inc., D/B/A Micro-Tech. | Portable hearing-related analysis system |
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