详细分析数字助听器原理及特点

详细分析数字助听器原理及特点

2017-11-26 19:35:59

我们都希望自己是一个健康的人，但是我们周围有一部分人身体上会由于各种原因出现一些缺陷，比如听力损失。在过去科技还不发达的年代，患者智能默默忍受。而今随着科学技术的快速发展，人们发明了各式各样的助听器，大部分听力有所损失的人可以使用助听器进入有声世界，与他人尽心交流。本文向大家简单介绍了数字助听器原理及其特点。

　　现在的助听器功能越来越强大，助听器技术的发展甚至可以和芯片、移动电话技术相比较。科技的发展使得过去全聋的孩子也有了听到声音的希望。助听器中的全数字助听器以一种崭新的方式来对声音信号进行处理，能够改善音质、降低噪音。麦克风收集完声音信号后，再通过模/数转化器将模拟信号转化为数字信号，对声音信号进行放大，最后数字信号再通过受话器转变成声音输出。

　　以下就是数字助听器原理介绍

　　1、助听器的声学途径

　　对于佩带助听器的人们来说，声音进入耳道的途径有三条：第一条途径：声音通过助听器或耳模的通气孔或耳道缝隙直接进入耳道，到达鼓膜。

　　选配的助听器开放程度越高、听力损失程度越轻，这条途径的就越占主导地位;第二条途径：当佩带者自己发声时，声音通过颅骨的振动传人耳道，在鼓膜处产生一定的声压级，这种途径只有在本人说话时才能够被感受到;第三条途径：声音进入助听器的麦克风转换为电能，经过运算后进行放大，最后通过受话器转换成声能送到佩带者的鼓膜处。

　　在佩带者感受到声音前，声音通过这几条路径到达鼓膜的时间不同。当佩带者发声时，声音通过前两条路径很快到达鼓膜，从而先被佩带者感受到，而声音通过第三条路径时要经过助听器的运算处理，会产生一定的延迟，当这种延迟达到一定程度时，佩带者会明显感到音质发生变化。

　　数字助听器要经过复杂的数字运算，如信号的模数/数模转换、滤波、量化等，所以产生的延迟时间就长。在过去的十年当中，数字助听器引起的延迟时间越来越受到人们的重视，因为其远比模拟助听器的延迟时间要长。

　　虽然数字助听器引起的延迟时间仅有几毫秒，但言语信号的音质仍然会受到影响。当延迟时间达到10 ms时，直接进入耳道的声音和经过放大后的声音就会相互干扰，这就使频谱出现了小的起伏变化，改变了音质。但这也是有条改变了音质。但这也是有条件的，只有当两种声音处在相似的强度下，才会引起声谱发生小变化。

　　也就是说，如果放大后的声音能量显著大于直接的声音能量的话，这种变化就不会发生了。延迟达到一定时间，佩带者会有种“回声感”，当延迟时间达到一定程度(40ms以上)，就会发生听觉与视觉不同步的现象，即“对不上口型”。

　　助听器延迟效应与听力损失的程度有很大关系：听力越差，患者得到的放大声音就越多，直接进入耳道的声音就越少，延迟就越不容易注意到;而且，听力损失越重，助听器与耳道的密封性就越强(如通气孔越小)，导致直接传人耳道的声音的更大衰减，从而使人不容易察觉到延迟的发生。数字助听器不可避免地会引发延迟，目前延迟是无法消除的，但关键是多久的延迟可以被大多数助听器佩带者所接受。

　　2、数字助听器的延迟时间

　　声学信号从进入放大系统到输出会产生的一定延迟时间，通常称为处理延迟时间( processing delay，PD)。延迟时间取决于系统的采样率和算法，大体上说，频率分辨率越高，延迟时间越长。

　　在过去的十年中，Stone等针对可接受的助听器延迟时间做了大量研究，其研究成果总结如下：延迟时间增加，干扰就会增加;20～30ms的延迟时间就可以让轻度至中度听力损失的患者感觉到声音“失真”;而对于正常人来说，如果延迟时间超过30ms，其言语理解力就会受到影响。另外，一些助听器研究人员认为延迟达到10 ms就会影响音质。

　　近年来，开放耳道助听器的受欢迎度与日俱增，重又引发了对助听器延迟时间的关注。从命名来看，“开放”使耳模/耳塞与耳道的密封性大大降低，这与传统的耳模或定制机有很大差别。因此，在开放耳道助听器验配中，有更多的声音直接传人耳道，佩戴者很容易感受到这部分声音。而且，往往选配开放耳道助听器的人群都为轻度到中度听力损失，他们更能感受到助听器的延迟时间。

　　最近的一项研究表明，如果听力损失最先发生于2kHz和1 kHz，开放耳道选配中的延迟时间分别不能超过5ms和6ms，否则会使音质受损。但研究者同时也指出，其试验中所使用的模拟方法混有很多其他因素，实际情况下佩戴者可以忍受更长的延迟时间。
　　3、助听器的信号处理

　　数字信号处理中，助听器的每个“特性”都会使线路总的群延迟(group delay，GD)时问增加。助听器的通道数越多.数字噪声抑制功能越先进，反馈处理系统越复杂，其产生的延迟时间越长。信号处理的种类是另一个需要考虑的因素。

　　助听器制造商通常采用两种不同的方法对信号进行处理和频率分析：一种是通过滤波器把声音信号按照频率的不同分别进行处理，另一种是使用快速傅立叶变换( fast fourier transformation，FFT)同时处理所有输入信号。两种方法都遵循声学不确定性原理或测不准原理，即频域与时域都可以变化，但频域与时域的乘积是不变的。

　　这表明系统的时域分辨能力与频域分辨能力相互制约，这就是说，如果频域分辨率增加，时域分辨率就会降低，反之也如此。所以，通道越窄，群延迟时间越长(不论是滤波法还是快速傅立叶变换法)。两种方法的根本区别是：快速傅立叶变换的各个通道的带宽是相同的，而滤波方法各个通道的带宽可以是不同的。

　　滤波方法模拟了入耳耳蜗基底膜(“临界带宽”)的对数结构，其低频感受区基底膜的分辨率要高于高频感受区基底膜。按照声学不确定性原理，低频所需的窄带滤波器相对于高频引发了更长的延迟时间。

　　研究已经证实，如果助听器的频率依赖性延迟太久的话，当原始语言信号中辅音出现在元音之后(即“元音十辅音”)时产生延迟后，听者在元音之前就感觉到辅音的存在，即“辅音十元音”，或者两者同时出现。

　　而利用傅立叶变换的方法，信号包络被统一分析，各等带宽的频谱进行相同处理，因此，与滤波法不同，傅立叶变换引起的延迟时间在各个频段内是相同的，不会出现以上元音和辅音先后颠倒的情况。无论助听器生产厂家采用哪种方法进行信号处理，助听器的延迟时间都会延长，因为声音信号所经过的处理器和算法都在增加。

　　全数字助听器的特点

　　全数字助听器有这个或多个微小芯片整理器，能将模拟信号转换为0和1的计算机语言。这种格式的声波比模拟声波可以更快、更有效地开展整理。数字运算法能快速分析声强和声频，并通过调节声强和声频，使助听器切合不同的听力损失。

　　数字运算法能够继续地顾问噪声，尽管演讲的响声的强度在毫秒之内都可快速变化，但噪声在这个相对较长的时刻内保持稳定。经过一段使用时刻后，数字技术能够精确减小诸如车流声及家用电器等连续性的噪声。当短促的响声如说话声被助听器监测到今后，阿拉伯数字技术能立即调整助听器，把响声回答到放大的水平。

　　数字技术能连续地把声音分成不同的频道。例如，这个听力损失者听不清低音，但如果放大某些频段的声音，甚至是一点儿，就会让他受不了。具有全数字压缩路线的助听器能够将接收的响声分层，探测并着重放大那些需求放大的响声。

　　数字技术精密调节的性能还体如今宁静的环境中。助听器通过使用一种叫扩展技术的听力技术，数字运算法能够把细微的环境响声从家用电器的噪音中区别出来。阿拉伯数字运算法还能够减小或消除声反映。声反映是助听器消耗中的一大困难。数字运算法能够在声反映可以听到之前即开展监测，然后减小声反映所属频段的响声，老人助听器而不会对可觉察的响声水平产生显著影响。

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