TWM610763U - 具智能音量調整的輔聽裝置 - Google Patents

Abstract

一種具智能音量調整的輔聽裝置包含一儲存有多個對應於多個頻帶的增益資料集的數位信號處理單元，其執行以下操作：對收集自環境聲音且經AD轉換後產生的數位輸入信號時頻分析，以從獲得的時頻譜計算出多個分別對應於該等頻帶的平均強度；根據該等平均強度從該等增益資料集決定出對應於每一頻帶的調整增益；並根據該等調整增益對該數位輸入信號進行等化處理以產生一數位輸出信號。一音頻再生模組根據經DA轉換該數位輸出信號而產生的類比輸出信號再生一與該環境聲音對應的音頻輸出。

Description

具智能音量調整的輔聽裝置

本新型是有關於一種輔聽裝置，特別是指一種具智能音量調整的輔聽裝置。

輔聽器或助聽器已成為聽力下降或聽力喪失的聽損者普遍使用的輔具。特別是，對於剛邁入聽力衰退，或者輕微、輕度聽損(如20~40分貝)的人較適合使用輔聽器。現有的輔聽器通常需視使用者所處環境情況(如室內、室外等)來手動操控音量，例如，對於相對安靜的室內環境，使用者可手動調整以放大環境聲音的音量，而對於相對吵雜的內外環境，使用者可手動調整以降低環境聲音的音量。然而，此輔聽器在使用時只要環境一轉變就必須手動操作調整輸出音量，如此操控方式顯得相當麻煩而不方便。此外，在吵雜環境下使用此輔聽器，當降低了整個環境聲音的音量時，亦會降低如環境聲音中所含之說話者聲音的音量，因而導致使用者聽不清楚說話者的聲音。

因此，如何發想出一種操作更為方便且能有效降低環境噪聲的輔聽裝置遂成為相關業者所欲解決的議題之一。

因此，本新型的目的，即在提供一種具智能音量調整的輔聽裝置，其能克服現有技術至少一個缺點。

於是，本新型所提供的一種具智能音量調整的輔聽裝置，包含一收音模組、一類比數位轉換模組、一數位信號處理單元、一數位類比轉換模組、及一音頻再生模組。

該收音模組用來收集該輔聽裝置所處環境的環境聲音以產生對應的一收音信號。

該類比數位轉換模組電連接該收音模組以接收該收音信號，並經由以一預定取樣率取樣該收音信號，以將該收音信號轉換成一數位輸入信號。

該數位信號處理單元電連接該類比數位轉換模組以接收該數位輸入信號，並包括一儲存模組、一時頻分析模組、一強度計算模組、一增益決定模組、及一等化器模組。該儲存模組儲存有多個分別對應於多個不同頻帶的增益資料集，其中每一增益資料集包含多個有關於該等頻帶其中一個對應的頻帶且分別與多個不同強度範圍對應的增益值。該時頻分析模組操作來利用短時距傅立葉轉換對該數位輸入信號進行時頻分析以獲得對應於該數位輸入信號的時頻譜。該強度計算模組連接該時頻分析模組，並根據來自該時頻分析模組的該時頻譜，計算出多個分別對應於該等頻帶的平均強度。該增益決定模組連接該強度計算模組及該儲存模組，並對於每一頻帶，根據來自該強度計算模組的該等平均強度其中的一對應平均強度，從該儲存模組儲存的該等增益資料集其中一個對應的增益資料集所含的該等增益值中決定出一個與含有該對應平均強度的一強度範圍對應的一增益值作為對應於該頻帶的調整增益，以獲得多個分別對應於該等頻帶的調整增益。該等化器模組連接該增益決定模組並操作來根據該增益決定模組決定出的該等調整增益對該數位輸入信號進行等化處理，以產生一數位輸出信號。

該數位類比轉換模組電連接或通訊連接該數位信號處理單元，且操作來將該等化器模組產生的該數位輸出信號轉換成一類比輸出信號。

該音頻再生模組電連接該數位類比轉換模組，並根據該數位類比轉換模組轉換的該類比輸出信號再生一與該環境聲音對應的音頻輸出。

本新型的具智能音量調整的輔聽裝置中，等增益資料集是經由以下處理而獲得：收集多個不同環境情況的多個環境聲音信號；將收集到的該等環境聲音信號進行類比數位轉換，以獲得用於訓練模型的多個數位學習信號；利用短時距傅立葉轉換對該等數位學習信號進行時頻分析以獲得多個學習時頻譜；對於每一學習時頻譜，計算出多個與該等頻帶有關的學習平均強度；及對於每一頻帶，利用支援向量機演算法且以該等強度範圍作為分類依據，分析從該等學習時頻譜計算出對應於該頻帶的所有學習平均強度而獲得與該頻帶對應的該增益資料集中分別對應於該等強度範圍的該等增益值。

本新型的具智能音量調整的輔聽裝置中，在該音頻輸出被再生後，當該數位信號處理單元接收到一來自外部並指示出有關於該等頻帶其中一個特定頻帶且對應於該等強度範圍其中一個特定強度範圍的目標增益值的控制信號時，該數位信號處理單元回應於該控制信號將該儲存模組所儲存對應於該特定頻帶的該增益資料集所含對應於該特定強度範圍的增益值更新為該目標增益值。

本新型的具智能音量調整的輔聽裝置還包含一使用者介面單元，該使用者介面單元電連接或通訊連接該數位信號處理單元，並操作來產生該控制信號。

本新型的功效在於：由於該儲存模組儲存了經由機器學習而獲得對應於該等頻帶的增益資料集，該數位信號處理單元可在計算出對應於環境聲音的各個頻帶的平均強度後，從該等增益資料集自動且快速地決定出該等頻帶的調整增益，藉此達成智能音量調整並省去繁瑣的手動音量調整操作。

在本新型被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1至圖3，本新型實施例的一種具智能音量調整的輔聽裝置例如包含一收音模組1、一類比數位轉換模組(以下簡稱AD轉換模組)2、一數位信號處理單元3、一數位類比轉換模組(以下簡稱DA轉換模組)4、一音頻再生模組5、一使用者介面單元6。

該收音模組1用來收集該輔聽裝置100所處環境在例如15秒期間的環境聲音以產生一收音信號(其為一類比信號)。在本實施例中，該收音模組1可以例如一方向性麥克風來實施，但不以此例為限。

該AD轉換模組2電連接該收音模組1以接收該(類比)收音信號，並經由以一預定取樣率(例如，44.1kHz)取樣該收音信號，以將該收音信號轉換成一數位輸入信號。

該數位信號處理單元3電連接該AD轉換模組2。在本實施例中，該數位信號處理單元3例如包含一儲存模組31、一時頻分析模組32、一強度計算模組33、一增益決定模組34、及一等化器模組35。請注意，該時頻分析模組32、該強度計算模組33、該增益決定模組34和該等化器模組35可以被整合於一微處理器中。

該儲存模組31預先儲存有多個分別對應於多個不同頻帶(頻段)的增益資料集。每一增益資料集包含多個有關於一對應頻帶且分別與多個不同強度範圍對應的增益值。舉例來說，在本實施例中，該等頻帶例如包含但不限於如0Hz~145Hz的第一頻帶、如146Hz~465Hz的第二頻帶、如466Hz~1955Hz的第三頻帶、如1956Hz~8500Hz的第四頻帶、及如8501Hz~16000Hz的第五頻帶，而該等強度範圍例如包含但不限於如強度≤40db的第一強度範圍、如40db＜強度≤50db的第二強度範圍、如50db＜強度≤60db的第三強度範圍、如60db＜強度≤70db的第四強度範圍、如70db＜強度≤80db的第五強度範圍、及如80db＜強度的第六強度範圍。特別要說明的是，例如在該輔聽裝置出廠前，等增益資料集可經由以下人工智慧處理而獲得：收集多個不同環境情況的多個環境聲音信號(例如可將其儲存成如15秒的音訊檔以利後續處理)；將收集到的該等環境聲音信號進行AD轉換，以獲得用於訓練模型的多個數位學習信號；利用短時距傅立葉轉換(Short-Time Fourier Transform，以下簡稱STFT)對該等數位學習信號進行時頻分析以獲得多個學習時頻譜；對於每一學習時頻譜，計算出多個與該等頻帶有關的學習平均強度，更具體地，計算出與每一頻帶有關的學習平均強度例如可包含該頻帶的總平均強度(即15秒內的平均強度)、該頻帶的前7秒內的平均強度和該頻帶的後8秒內的平均強度；及對於每一頻帶，利用支援向量機(Support Vector Machine， 以下簡稱SVM)演算法且以該等強度範圍作為分類依據，分析從該等學習時頻譜計算出對應於該頻帶的所有學習平均強度而獲得與該頻帶對應的該增益資料集中分別對應於該等強度範圍的該等增益值。舉例來說，若沿用上例的情況，經由上述AI處理所獲得對應於該第一頻帶的增益資料集所含內容可表示成一查找表，如圖2所示。

該時頻分析模組32操作來利用STFT對該數位輸入信號進行時頻分析以獲得對應於該數位輸入信號的時頻譜。

該強度計算模組33連接該時頻分析模組32，並根據來自該時頻分析模組32的該時頻譜，計算出多個分別對應於該等頻帶的平均強度。舉例來說，若沿用前例的情況，該強度計算模組33將計算出該第一頻帶的第一平均強度、該第二頻帶的第二平均強度、該第三頻帶的第三平均強度、該第四頻帶的第四平均強度和該第五頻帶的第五平均強度。

該增益決定模組34連接該強度計算模組33及該儲存模組31，並對於每一頻帶，根據來自該強度計算模組33的該等平均強度其中的一對應平均強度，從該儲存模組31儲存的該等增益資料集其中一個對應的增益資料集所含的該等增益值中決定出一個與含有該對應平均強度的一強度範圍對應的一增益值作為對應於該頻帶的調整增益，以獲得多個分別對應於該等頻帶的調整增益。舉例來說，沿用前例的情況，對於該第一頻帶(即，0Hz~145Hz)，若該該強度計算模組33計算出的第一平均強度大於80db，此代表該第一平均強度歸屬於該第六強度範圍，於是該增益決定模組34根據儲存於該儲存模組31且對應於該第一頻帶的該增益資料集(如圖2所示)將與含有該第一平均強度的該第六強度範圍對應的增益值(即，-15db)決定為對應於該第一頻帶的第一調整增益；同樣地，該增益決定模組34可以根據該第二平均強度查找對應於該第二頻帶的該增益資料集以決定出對應於該第二頻帶的第二調整增益、根據該第三平均強度查找對應於該第三帶的該增益資料集以決定出對應於該第三帶的第三調整增益、根據該第四平均強度查找對應於該第四頻帶的該增益資料集以決定出對應於該第四頻帶的第四調整增益、及根據該第五平均強度查找對應於該第五頻帶的該增益資料集以決定出對應於該第五頻帶的第五調整增益。

該等化器模組35連接該增益決定模組34並操作來根據該增益決定模組34決定出的該等調整增益(例如，該第一至第五調整增益)對該數位輸入信號進行等化處理，以產生一數位輸出信號。

在本實施例中，該DA轉換模組4電連接該數位信號處理單元3，且操作來將該等化器模組35產生的該數位輸出信號轉換成一類比輸出信號。舉例來說，該等化器模組35可以支援分別對應於該第一至第五頻帶的五個頻段的等化處理，該等頻段的中心頻率例如分別為60Hz、230Hz、910Hz、3KH、及14KHz，但不以此例為限。

該音頻再生模組5電連接該DA轉換模組4，並根據該DA轉換模組轉換的該類比輸出信號再生一與該環境聲音對應的音頻輸出。在本實施例中，該音頻再生模組5例如可以一含有喇叭的耳機模組來實施。換言之，該輔聽裝置可被規劃成包含一至少由該收音模組1、該AD轉換模組2、該數位信號處理單元3和該DA轉換模組4組成的主機單元、及一由該音頻再生模組5組成的有線耳機模組。

值得注意的是，在其他實施例中，該DA轉換模組4亦可與該數位信號處理單元3通訊連接，而該DA轉換模組4和該音頻再生模組5可被整合於例如一藍芽耳機模組。在此情況下，該輔聽裝置還須包含例如支援藍芽協定的通訊單元(圖未示)，其包含一電連接該數位信號處理單元3且用於發射該數位輸出信號的(藍芽)發射器(圖未示)、及一配置於該藍芽耳機模組、電連接該DA轉換模組4且用於接收發射自該發射器得該數位輸出信號的(藍芽)接收器(圖未示)。換言之，該輔聽裝置亦可被規劃成包含一至少由該收音模組1、該AD轉換模組2、該數位信號處理單元3和該發射器組成的主機單元、及一由該接收器、該DA轉換模組4和該音頻再生模組5組成的無線藍芽耳機模組。

此外，本新型輔聽裝置亦提供了人為操控的機制，藉由此機制可達成符合於使用者需求的客製化音量調整。具體而言，在本實施例中，該使用者介面單元6可用作一控制器且例如電連接該數位信號處理單元3，但不以此例為限。在該音頻輸出被再生後，配戴該輔聽裝置的使用者可經由手動操作該使用者介面單元6來進一步調整任一頻帶的調整增益。換言之，若該使用者感覺該音頻輸出的聲音仍有必要調整時，該使用者可手動操作由該使用者介面單元6提供的一調整介面(例如，可供按壓控制的調整鍵組，圖未示)，以使該使用者介面單元6產生一指示出有關於該等頻帶其中一個特定頻帶且對應於該等強度範圍其中一個特定強度範圍的目標增益值的控制信號，其中該特定頻帶代表有必要調整的頻帶，而該特定強度範圍代表有必要調整的強度範圍。於是，當該數位信號處理單元3接收到來自該使用者介面單元6的該控制信號時，該數位信號處理單元3回應於該控制信號將該儲存模組31所儲存對應於該特定頻帶的該增益資料集所含對應於該特定強度範圍的增益值更新為該目標增益值。舉例來說，參閱圖2和圖3，若該使用者介面單元6經由該使用者的手動操作產生的控制信號指示出有關於該第一頻帶且對應於該的二強度範圍的目標增益值為0db(即，不需音量調整)，該數位信號處理單元3將如圖2所示對應於該第一頻帶的該增益資料集更新為如圖3所示的增益資料集，特別是其中對應於的二強度範圍的增益值已從-3db(見圖2)更新為0db(見圖3)。

請注意，在其他實施例中，該使用者介面單元6亦可與該數位信號處理單元3通訊連接。在此情況下，該使用者介面單元6可實施於一由該使用者所持有的一行動裝置(圖未示，例如智慧型手機)且該調整介面可經由該行動裝置執行一應用程式來產生，同時，該輔聽裝置必須支援短距無線通訊功能，例如近場通訊或藍芽通訊。換言之，該輔聽裝置可規劃成包含一主機單元和一耳機模組並結合該行動裝置來使用。

綜上所述，由於該儲存模組31預存了經由機器學習而獲得對應於該等頻帶的該等增益資料集，該數位信號處理單元3可在計算出對應於環境聲音的各個頻帶的平均強度後，從該等增益資料集自動且快速地決定出該等頻帶的調整增益，藉此達成智能音量調整並確實能省去繁瑣的手動音量調整操作。此外，使用者仍可依據自身的感覺或需求進一步調整有關任一頻帶及對應於任一強度範圍的增益值，進而更新該儲存模組31儲存的該等增益資料集以供後續使用時的查找依據，藉此達成符合於使用者需求的客製化音量調整。故，本新型的輔聽裝置確實能達成本新型的目的。

惟以上所述者，僅為本新型的實施例而已，當不能以此限定本新型實施的範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋的範圍內。

1:收音模組

2:AD轉換模組

3:數位信號處理單元

31:儲存模組

32:時頻分析模組

33:強度計算模組

34:增益決定模組

35:等化器模組

4:DA轉換模組

5:音頻再生模組

6:使用者介面單元

本新型的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一方塊圖，示例地繪示出本新型實施例具智能音量調整的輔聽器的架構； 圖2是一示意圖，示例地說明該實施例中一儲存模組中儲存的對應於一特定頻帶的增益資料集之內容；及 圖3是一示意圖，示例地說明圖2的增益資料集更新後的內容。

1:收音模組

2:AD轉換模組

3:數位信號處理單元

31:儲存模組

32:時頻分析模組

33:強度計算模組

34:增益決定模組

35:等化器模組

4:DA轉換模組

5:音頻再生模組

6:使用者介面單元

Claims (4)

1. 一種具智能音量調整的輔聽裝置，包含：一收音模組，用來收集該輔聽裝置所處環境的環境聲音以產生對應的一收音信號；一類比數位轉換模組，電連接該收音模組以接收該收音信號，並經由以一預定取樣率取樣該收音信號，以將該收音信號轉換成一數位輸入信號；一數位信號處理單元，電連接該類比數位轉換模組以接收該數位輸入信號，並包括一儲存模組，儲存有多個分別對應於多個不同頻帶的增益資料集，每一增益資料集包含多個有關於該等頻帶其中一個對應的頻帶且分別與多個不同強度範圍對應的增益值，一時頻分析模組，操作來利用短時距傅立葉轉換對該數位輸入信號進行時頻分析以獲得對應於該數位輸入信號的時頻譜，一強度計算模組，連接該時頻分析模組，並根據來自該時頻分析模組的該時頻譜，計算出多個分別對應於該等頻帶的平均強度，一增益決定模組，連接該強度計算模組及該儲存模組，並對於每一頻帶，根據來自該強度計算模組的該等平均強度其中的一對應平均強度，從該儲存模組儲存的該等增益資料集其中一個對應的增益資料集所含的該等增益值中決定出一個與含有該對應平均強度的一強 度範圍對應的一增益值作為對應於該頻帶的調整增益，以獲得多個分別對應於該等頻帶的調整增益，及一等化器模組，連接該增益決定模組並操作來根據該增益決定模組決定出的該等調整增益對該數位輸入信號進行等化處理，以產生一數位輸出信號；一數位類比轉換模組，電連接或通訊連接該數位信號處理單元，且操作來將該等化器模組產生的該數位輸出信號轉換成一類比輸出信號；及一音頻再生模組，電連接該數位類比轉換模組，並根據該數位類比轉換模組轉換的該類比輸出信號再生一與該環境聲音對應的音頻輸出。
2. 如請求項1所述的具智能音量調整的輔聽裝置，其中，該等增益資料集是經由以下處理而獲得：收集多個不同環境情況的多個環境聲音信號；將收集到的該等環境聲音信號進行類比數位轉換，以獲得用於訓練模型的多個數位學習信號；利用短時距傅立葉轉換對該等數位學習信號進行時頻分析以獲得多個學習時頻譜；對於每一學習時頻譜，計算出多個與該等頻帶有關的學習平均強度；及對於每一頻帶，利用支援向量機演算法且以該等強度範圍作為分類依據，分析從該等學習時頻譜計算出對應於該頻帶的所有學習平均強度而獲得與該頻帶對應的該增益資料集中分別對應於該等強度範圍的該等增益 值。
3. 如請求項1所述的具智能音量調整的輔聽裝置，其中，在該音頻輸出被再生後，當該數位信號處理單元接收到一來自外部並指示出有關於該等頻帶其中一個特定頻帶且對應於該等強度範圍其中一個特定強度範圍的目標增益值的控制信號時，該數位信號處理單元回應於該控制信號將該儲存模組所儲存對應於該特定頻帶的該增益資料集所含對應於該特定強度範圍的增益值更新為該目標增益值。
4. 如請求項3所述的具智能音量調整的輔聽裝置，還包含：一使用者介面單元，電連接或通訊連接該數位信號處理單元，並操作來產生該控制信號。

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