CN105050014A - 一种基于智能手机的助听装置及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于智能手机的助听装置及实现方法，本发明的有益效果是：第一、本发明通过智能手机实现数字助听功能，避免使用昂贵的数字助听器专用DSP芯片，可以降低成本，而且使用和携带方便，使更多的听障患者可以得到听力矫正治疗。第二、本发明使用智能手机单通道麦克风就可以实现数字助听功能，无需使用麦克风阵列采集信号，降低成本和电路复杂性。第三、本发明将智能手机麦克风采集到的声音信号分成N个通道，在每个通道内调节听障患者的听力补偿参数，使智能手机助听装置的听力补偿效果更好，使用更舒适。第四、在每个听力补偿通道内，本发明使用声压级分段的压缩图线进行听力补偿，既可以保护听障患者的残余听力，又能保证补偿效果。

Description

一种基于智能手机的助听装置及实现方法

技术领域

本发明涉及一种基于智能手机的助听装置及实现方法。

背景技术

听力损失会严重影响听力障碍(简称听障)患者的身心健康，佩戴助听器是目前听障患者改善听力最有效的手段。在中国，庞大的老龄听障人口、落后的助听器技术、以及汉语与英语本身的差异性，都使得汉语数字助听器技术研究面临严峻的挑战。

由于拥有自主知识产权、能够生产数字助听器信号处理专用芯片的公司很少，所以市场上的数字助听器价格昂贵，同时又由于助听器验配需要专门的听力测试仪器，所以患者必须去具有验配能力的助听器专卖店购买助听器。高昂的价格和验配门槛导致很多听障患者得不到需要的治疗，现有技术的不足使得数字助听器普及率不高。

申请号为201010528865.7的专利公开了一种声音补偿参数计算方法和设备、声音补偿***，通过计算用户对指定强度下测试语音的感知响度来确定补偿参数中的频率点。该专利中，将听障归因于对语音的基频和共振峰频点信号的缺损，助听的方法是对基频和共振峰所在的关键频带进行补偿。但根据听力学文献，患者对纯音感知以及对语音感知的不同，主要是由于患者的时域解析度和频率解析度降低，即对时间邻近和频率相邻的信号不能区分。在这种情况下，对该频点对应的关键频带信号增强并不能提高时域解析度和频率解析度。因此该专利中采用的语音测试并不能起到很好的效果。其次，该专利中所述的声音补偿设备，对输入声音按照听力测试结果对应的补偿参数进行补偿，补偿参数不随输入声音的声压级大小调整。而对于听障患者，由于其听觉动态范围的缩小，虽然其所能听到的最小声压级抬高，但其所能忍受的最大声压级也降低了。如果补偿参数不随输入声音的声压级大小进行调整，则在大声压级信号输入时，补偿后的信号超过患者的动态范围，患者会感觉炸耳而难以忍受。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于智能手机的助听装置及实现方法，利用目前市场上已经普及的智能手机，设计实现一种具有听力补偿功能的智能手机数字助听装置及实现方法，成本低且听力补偿效果更好，使用更舒适。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于智能手机的助听装置，包括智能手机本体，所述智能手机本体内置有麦克风、扬声器和存储器，其特征在于，还包括分别与智能手机本体相连的听力损失测试模块、参数计算模块和听力补偿模块；

所述听力损失测试模块包括声音播放子模块、用户反馈子模块和参数存储子模块，其中，用户通过声音播放子模块依次收听不同强度的频率的纯音，并对听到的声音的感知情况通过用户反馈子模块反馈至听力损失测试模块，听力损失测试模块根据用户的反馈将用户每个频率的纯音听阈THR_ni(i＝1,2,…,N)，舒适阈MCL_ni(i＝1,2,…,N)和痛阈UCL_ni(i＝1,2,…,N)通过参数存储子模块进行存储，i＝1,2,…,N为每个听力测试频率对应的频点；

所述参数计算模块根据测得的多频率纯音听阈THR_ni(i＝1,2,…,N)、舒适阈MCL_ni(i＝1,2,…,N)和痛阈UCL_ni(i＝1,2,…,N)计算各个测试频率对应的听力补偿通道的听力补偿参数；

所述听力补偿模块根据计算得到的听力补偿参数对各个测试频率对应的听力补偿通道的声音进行补偿。

一种基于智能手机的助听实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

S01：依次对N个声音频率进行听力损失测试，具体为：

01A)声音播放子模块依次播放不同强度的频率的纯音，用户通过耳机进行收听；

01B)用户对听到的声音的感知情况，通过用户反馈子模块进行反馈；

01C)根据用户的反馈得到每个频率的纯音听阈THR_ni(i＝1,2,…,N)，舒适阈MCL_ni(i＝1,2,…,N)和痛阈UCL_ni(i＝1,2,…,N)，i＝1,2,…,N为每个听力测试频率对应的频点；

S02：对每个听力测试频点i，参数计算模块根据该频点测试得到的用户的纯音听阈THR_ni，舒适阈MCL_ni，痛阈UCL_ni以及正常成年人在该频点的纯音听阈THR_ui、舒适阈MCL_ui和痛阈UCL_ui计算该频点对应的听力补偿通道的听力补偿参数，具体为：

对每个听力补偿通道，以用户测试得到的纯音听阈THR_ni、舒适阈MCL_ni和痛阈UCL_ni作为拐点，分四段计算听力补偿参数k_ij,i＝1,2,…,N；j＝1,2,3,4：

$k_{i1}=\frac{{\mathrm{THR}}_{\mathrm{ui}}-0}{{\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}-0}$ (式1)

$k_{i2}=\frac{{\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ui}}-{\mathrm{THR}}_{\mathrm{ui}}}{{\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}-{\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}}$ (式2)

$k_{i3}=\frac{{\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ui}}-{\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ui}}}{{\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ni}}-{\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}}$ (式3)

k_i4＝0(式4)；

S03：根据计算得到的听力补偿参数k_ij，听力补偿模块对各个测试频点对应的听力补偿通道的声音进行补偿，具体为：

03A)将智能手机麦克风采集的数字音频信号s(m),m＝1,2,…,M进行分帧；

03B)对每帧信号s(m)进行N通道滤波器组分解，得到N个通道分解信号s_i(m),i＝1,2,…,N，每个通道的分解滤波器组中心频率为步骤S01中的测试频点；

03C)依次对每个i,i＝1,2,…,N进行以下计算：

C-01)按(式5)计算i通道的分解信号s_i(m)的输入声压级SPLIN_i(单位为dB)：

${\mathrm{SPLIN}}_i=20\log \frac{{\left|\right|s_i\left(m\right)\left|\right|}^2}{R\×p_{\mathrm{ref}}}$ (式5)

其中，p_ref为参考声压值，在空气中一般取2×10^-5pa，R为校准系数，由智能手机麦克风增益决定，||·||为向量的2—范数；

C-02)根据计算得到的第i通道分解信号s_i(m)的输入声压级SPLIN_i，按式(6)计算得到第i通道听力补偿增益系数K_i；

$\left\{\begin{array}{cc}{K}_i=k_{i1},& {\mathrm{SPLIN}}_i<{\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}\\ K_i=k_{i2},& {\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}\&le;{\mathrm{SPLIN}}_i<{\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}\\ K_i=k_{i3},& {\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}\&le;{\mathrm{SPLIN}}_i<{\mathrm{ICL}}_{\mathrm{ni}}\\ K_i=k_{i4},& {\mathrm{SPLIN}}_i\&GreaterEqual;{\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ni}}\end{array}\right.$ (式6)

C-03)使用(式7)计算第i通道分解信号s_i(m)对应的输出声压级SPLOUT_i；

$\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{SPLOUT}}_i=K_i\&times;{\mathrm{SPLIN}}_i,& {\mathrm{SPLIN}}_i<{\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}\\ {\mathrm{SPLOUT}}_i={\mathrm{THR}}_{\mathrm{ui}}+K_i\&times;({\mathrm{SPLIN}}_i-{\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}),& {\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}\&le;{\mathrm{SPLIN}}_i<{\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}\\ {\mathrm{SPLOUT}}_i={\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ui}}+K_i\&times;({\mathrm{SPLIN}}_i-{\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}),& {\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}\&le;{\mathrm{SPLIN}}_i<{\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ni}}\\ {\mathrm{SPLOUT}}_i={\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ui}}+K_i\&times;({\mathrm{SPLIN}}_i-{\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ni}}),& {\mathrm{SPLIN}}_i\&GreaterEqual;{\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ni}}\end{array}\right.$ (式7)

C-04)使用(式8)计算第i通道分解信号s_i(m)需要补偿的声压级ΔSPL_i，单位为dB，

ΔSPL_i＝λ_i×(SPLOUT_i-SPLIN_i),i＝1,2,…,N(式8)

其中，λ_i为第i通道的补偿系数，取值在(0,1)之间；

C-05)使用(式9)将第i通道分解信号s_i(m)需要补偿的声压级ΔSPL_i换算成第i通道的增益A_i,i＝1,2,…,N；

$A_i={10}^{\frac{\mathrm{\&Delta;SP}{L}_i}{20}},i=\mathrm{1,2},..,N$ (式9)

03D)对每个通道输入分解信号进行增益为A_i,i＝1,2,…,N的补偿，补偿公式如(式10)，式中y_i(m)为补偿后的第i个通道输出信号，共得到N个通道补偿后的输出信号y_i(m),i＝1,2,…,N；

y_i(m)＝A_i*s_i(m),i＝1,2,…,N(式10)

03E)对N个通道输出信号y_i(m),i＝1,2,…,N进行滤波器组综合，综合得到总的输出y(m),m＝1,2,…,M，作为分帧的数字音频输入信号s(m),m＝1,2,…,M对应的分帧输出信号y(m)。

本发明的有益效果是：

第一、本发明通过智能手机实现数字助听功能，避免使用昂贵的数字助听器专用DSP芯片，可以降低成本，而且使用和携带方便，使更多的听障患者可以得到听力矫正治疗。

第二、本发明使用智能手机单通道麦克风就可以实现数字助听功能，无需使用麦克风阵列采集信号，降低成本和电路复杂性。

第三、本发明将智能手机麦克风采集到的声音信号分成N个通道，在每个通道内调节听障患者的听力补偿参数，使智能手机助听装置的听力补偿效果更好，使用更舒适。

第四、在每个听力补偿通道内，本发明使用声压级分段的压缩图线进行听力补偿，既可以保护听障患者的残余听力，又能保证补偿效果。

第五、补偿参数随输入声音的声压级大小进行调整，在输入小声压级信号时给予大的补偿，而在输入较大声压级时给予小的补偿，在输入超过患者听觉动态范围的声压级时不补偿。即本发明在测量得到患者的听阈、舒适阈和痛阈的情况下，将每个频带内的输入信号根据声压级分成四段，每段给予不同的补偿参数，使患者在听小信号时更清晰，听大信号时不炸耳，获得更舒适的听觉体验。

附图说明

图1是本发明一种基于智能手机的助听装置的结构框图；

图2是本发明第i通道的听力补偿压缩图线；

图3是本发明基于智能手机的数字助听装置听力补偿过程示意图；

图4是本发明听力验配模块测量得到的示例用纯音听力图；

图5是本发明助听装置输入输出语音信号波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

一种基于智能手机的助听装置，如图1所示，包括智能手机本体，所述智能手机本体内置有麦克风、扬声器和存储器，还包括分别与智能手机本体相连的听力损失测试模块、参数计算模块和听力补偿模块。听力损失测试模块用于测试患者的听力损失情况，参数计算模块用于将测试的患者听力损失情况转换为听力补偿参数，听力补偿模块基于听力补偿参数对声音进行改变，从而实现助听功能。

需说明的是，听力损失测试模块、参数计算模块和听力补偿模块可以作为智能手机本体的***配件，也可以内置到智能手机本体内。

下面对各个模块进行介绍：

听力损失测试模块包括声音播放子模块、用户反馈子模块和参数存储子模块：

用户通过声音播放子模块依次收听不同强度的频率的纯音，并对听到的声音的感知情况通过用户反馈子模块反馈至听力损失测试模块，听力损失测试模块根据用户的反馈将用户每个频率的纯音听阈THR_ni(i＝1,2,…,N)，舒适阈MCL_ni(i＝1,2,…,N)和痛阈UCL_ni(i＝1,2,…,N)通过参数存储子模块进行存储，i＝1,2,…,N为每个听力测试频率对应的频点。

一般可取125Hz、250Hz、500Hz、1KHz、2KHz、3KHz、4KHz、6KHz八个频点进行测试，在每个频点，声音播放子模块输出至耳机的音频信号声压级从低至高逐渐递增。其中，听障患者从听不到到刚刚听到的纯音信号声压级被标记为该频点的纯音听阈THR_ni,i＝1,2,…,N，N为频点数，这里取为8；听障患者感觉可以听清并最舒适的纯音信号声压级被标记为舒适阈MCL_ni,i＝1,2,…,N，听障患者感觉声音太大导致痛楚的纯音信号声压级被标记为痛阈UCL_ni,i＝1,2,…,N，为保护听障患者的听力，声压级至痛阈后就不再继续增大测量。测试完毕的听阈、舒适阈和痛阈由参数存储子模块进行存储。

参数计算模块根据测得的多频率纯音听阈THR_ni(i＝1,2,…,N)、舒适阈MCL_ni(i＝1,2,…,N)和痛阈UCL_ni(i＝1,2,…,N)计算各个测试频率对应的听力补偿通道的听力补偿参数。

听力补偿模块根据计算得到的听力补偿参数对各个测试频率对应的听力补偿通道的声音进行补偿。

一种基于智能手机的助听实现方法，包括如下步骤：

S01：依次对N个声音频率进行听力损失测试，具体为：

01A)声音播放子模块依次播放不同强度的频率的纯音，用户通过耳机进行收听；

01B)用户对听到的声音的感知情况，通过用户反馈子模块进行反馈；

一般可取125Hz、250Hz、500Hz、1KHz、2KHz、3KHz、4KHz、6KHz八个频点进行测试，在每个频点，声音播放子模块输出至耳机的音频信号声压级从低至高逐渐递增。其中，听障患者从听不到到刚刚听到的纯音信号声压级被标记为该频点的纯音听阈THR_ni,i＝1,2,…,N，N为频点数，这里取为8；听障患者感觉可以听清并最舒适的纯音信号声压级被标记为舒适阈MCL_ni,i＝1,2,…,N，听障患者感觉声音太大导致痛楚的纯音信号声压级被标记为痛阈UCL_ni,i＝1,2,…,N，为保护听障患者的听力，声压级至痛阈后就不再继续增大测量。

01C)根据用户的反馈得到每个频率的纯音听阈THR_ni(i＝1,2,…,N)，舒适阈MCL_ni(i＝1,2,…,N)和痛阈UCL_ni(i＝1,2,…,N)，i＝1,2,…,N为每个听力测试频率对应的频点；

优选，N＝8，频点i＝1,2,…,N对应的听力测试频率分别为125Hz、250Hz、500Hz、1KHz、2KHz、3KHz、4KHz、6KHz。

S02：对每个听力测试频点i，参数计算模块根据该频点测试得到的用户的纯音听阈THR_ni，舒适阈MCL_ni，痛阈UCL_ni以及正常成年人在该频点的纯音听阈THR_ui、舒适阈MCL_ui和痛阈UCL_ui计算该频点对应的听力补偿通道的听力补偿参数(其中，智能手机助听装置的听力补偿通道数为听力测试频点数(N＝8)，每个测试频点对应一个听力补偿通道，该频点对应的听力补偿通道是指以该频点为中心频率的声音通道，相邻声音通道的通频带相邻但不相交。另外，为了便于区分测试的各个阈值和正常的阈值，分别在对应的参数表示上加上了下标n和u)，具体为：

对每个听力补偿通道，计算声压级分段的听力补偿压缩图线各段斜率，其中，THR_ui、MCL_ui、UCL_ui可以查阅标准等响度曲线得到，如图2所示，横坐标为第i通道的输入声压级SPLIN_i，纵坐标为第i通道听力补偿后的输出声压级SPLOUT_i，以用户测试得到的纯音听阈THR_ni、舒适阈MCL_ni和痛阈UCL_ni作为拐点，在每个通道内将声压级分四段计算听力补偿参数k_ij,i＝1,2,…,N；j＝1,2,3,4：

$k_{i1}=\frac{{\mathrm{THR}}_{\mathrm{ui}}-0}{{\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}-0}$ (式1)

$k_{i2}=\frac{{\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ui}}-{\mathrm{THR}}_{\mathrm{ui}}}{{\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}-{\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}}$ (式2)

$k_{i3}=\frac{{\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ui}}-{\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ui}}}{{\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ni}}-{\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}}$ (式3)

k_i4＝0(式4)；

更多声压级分段的情况可以类推。

S03：根据计算得到的听力补偿参数k_ij，听力补偿模块对各个测试频点对应的听力补偿通道的声音进行补偿，具体如图3所示：

03A)智能手机微处理器对麦克风输入信号s(t)(t为时间)进行AD转换，得到离散数字音频信号s(m)，这里m为离散的样点数，采样频率f_s可以设为16KHz；将智能手机麦克风采集的数字音频信号s(m),m＝1,2,…,M进行分帧，一般的，帧长M可设为256；

03B)对每帧信号s(m)进行N通道滤波器组分解，得到N个通道分解信号s_i(m),i＝1,2,…,N，每个通道的分解滤波器组中心频率为步骤S01中的测试频点；

03C)依次对每个i,i＝1,2,…,N进行以下计算：

C-01)按(式5)计算i通道的分解信号s_i(m)的输入声压级SPLIN_i(单位为dB)：

${\mathrm{SPLIN}}_i=20\log \frac{{\left|\right|s_i\left(m\right)\left|\right|}^2}{R\&times;p_{\mathrm{ref}}}$ (式5)

其中，p_ref为参考声压值，在空气中一般取2×10^-5pa，R为校准系数，由智能手机麦克风增益决定，||·||为向量的2—范数；

C-02)根据计算得到的第i通道分解信号s_i(m)的输入声压级SPLIN_i，按式(6)计算得到第i通道听力补偿增益系数K_i；

$\left\{\begin{array}{cc}{K}_i=k_{i1},& {\mathrm{SPLIN}}_i<{\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}\\ K_i=k_{i2},& {\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}\&le;{\mathrm{SPLIN}}_i<{\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}\\ K_i=k_{i3},& {\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}\&le;{\mathrm{SPLIN}}_i<{\mathrm{ICL}}_{\mathrm{ni}}\\ K_i=k_{i4},& {\mathrm{SPLIN}}_i\&GreaterEqual;{\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ni}}\end{array}\right.$ (式6)

C-03)使用(式7)计算第i通道分解信号s_i(m)对应的输出声压级SPLOUT_i；

$\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{SPLOUT}}_i=K_i\&times;{\mathrm{SPLIN}}_i,& {\mathrm{SPLIN}}_i<{\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}\\ {\mathrm{SPLOUT}}_i={\mathrm{THR}}_{\mathrm{ui}}+K_i\&times;({\mathrm{SPLIN}}_i-{\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}),& {\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}\&le;{\mathrm{SPLIN}}_i<{\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}\\ {\mathrm{SPLOUT}}_i={\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ui}}+K_i\&times;({\mathrm{SPLIN}}_i-{\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}),& {\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}\&le;{\mathrm{SPLIN}}_i<{\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ni}}\\ {\mathrm{SPLOUT}}_i={\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ui}}+K_i\&times;({\mathrm{SPLIN}}_i-{\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ni}}),& {\mathrm{SPLIN}}_i\&GreaterEqual;{\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ni}}\end{array}\right.$ (式7)

C-04)使用(式8)计算第i通道分解信号s_i(m)需要补偿的声压级ΔSPL_i，单位为dB，

ΔSPL_i＝λ_i×(SPLOUT_i-SPLIN_i),i＝1,2,…,N(式8)

其中，λ_i为第i通道的补偿系数，由非线性处方公式得到，一般取值在(0,1)之间；

C-05)使用(式9)将第i通道分解信号s_i(m)需要补偿的声压级ΔSPL_i换算成第i通道的增益A_i,i＝1,2,…,N；

$A_i={10}^{\frac{\mathrm{\&Delta;SP}{L}_i}{20}},i=\mathrm{1,2},..,N$ (式9)

03D)对每个通道输入分解信号进行增益为A_i,i＝1,2,…,N的补偿，补偿公式如(式10)，式中y_i(m)为补偿后的第i个通道输出信号，共得到N个通道补偿后的输出信号y_i(m),i＝1,2,…,N；

y_i(m)＝A_i*s_i(m),i＝1,2,…,N(式10)

03E)对N个通道输出信号y_i(m),i＝1,2,…,N进行滤波器组综合，综合得到总的输出y(m),m＝1,2,…,M，作为分帧的数字音频输入信号s(m),m＝1,2,…,M对应的分帧输出信号y(m)。

优选，步骤03E)中，将分帧输出信号y(m)输出至用户使用的耳机。

在步骤03E)结束后，继续对下一时刻数字音频输入信号进行补偿并输出，在用户使用的耳机中可以得到实时的补偿后的声音，实现数字助听功能。

本发明提出的智能手机数字助听装置及实现方法能够利用智能手机内单通道麦克风采集声音信号，并能根据听障患者听力测试得到的听力补偿参数并利用智能手机内的微处理器芯片实现听力补偿功能。

附图4为一位典型听障患者利用本发明测量得到的纯音听力图，包括八个频点的纯音听阈THR_ni(i＝1,2,…,8)、舒适阈MCL_ni(i＝1,2,…,8)和痛阈UCL_ni(i＝1,2,…,8)的参数图线。将这些参数转换成八个通道的听力补偿参数，其中每个通道的中心频率为上述测量的八个频点。

在上述听力补偿参数确定后，附图5是一段智能手机助听装置输入输出语音信号波形图，其中图(a)是麦克风输入语音信号波形图，图(b)是与其对应的输出语音信号波形图。从图5中可以看到输出语音信号波形包络保留了输入语音信号包络，保证了语音信号的可懂性，同时输出语音信号幅度放大，声音能量得到补偿。

本发明的有益效果是：

第一、本发明通过智能手机实现数字助听功能，避免使用昂贵的数字助听器专用DSP芯片，可以降低成本，而且使用和携带方便，使更多的听障患者可以得到听力矫正治疗。

第二、本发明使用智能手机单通道麦克风就可以实现数字助听功能，无需使用麦克风阵列采集信号，降低成本和电路复杂性。

第三、本发明将智能手机麦克风采集到的声音信号分成N个通道，在每个通道内调节听障患者的听力补偿参数，使智能手机助听装置的听力补偿效果更好，使用更舒适。

第四、在每个听力补偿通道内，本发明使用声压级分段的压缩图线进行听力补偿，既可以保护听障患者的残余听力，又能保证补偿效果。

第五、补偿参数随输入声音的声压级大小进行调整，在输入小声压级信号时给予大的补偿，而在输入较大声压级时给予小的补偿，在输入超过患者听觉动态范围的声压级时不补偿。即本发明在测量得到患者的听阈、舒适阈和痛阈的情况下，将每个频带内的输入信号根据声压级分成四段，每段给予不同的补偿参数，使患者在听小信号时更清晰，听大信号时不炸耳，获得更舒适的听觉体验。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于智能手机的助听装置，包括智能手机本体，所述智能手机本体内置有麦克风、扬声器和存储器，其特征在于，还包括分别与智能手机本体相连的听力损失测试模块、参数计算模块和听力补偿模块；

所述听力损失测试模块包括声音播放子模块、用户反馈子模块和参数存储子模块，其中，用户通过声音播放子模块依次收听不同强度的频率的纯音，并对听到的声音的感知情况通过用户反馈子模块反馈至听力损失测试模块，听力损失测试模块根据用户的反馈将用户每个频率的纯音听阈THR_ni(i＝1,2,…,N)，舒适阈MCL_ni(i＝1,2,…，N)和痛阈UCL_ni(i＝1,2,…,N)通过参数存储子模块进行存储，i＝1,2,…,N为每个听力测试频率对应的频点；

所述参数计算模块根据测得的多频率纯音听阈THR_ni(i＝1,2,…,N)、舒适阈MCL_ni(i＝1,2,…,N)和痛阈UCL_ni(i＝1,2,…,N)计算各个测试频率对应的听力补偿通道的听力补偿参数；

所述听力补偿模块根据计算得到的听力补偿参数对各个测试频率对应的听力补偿通道的声音进行补偿。

2.一种基于智能手机的助听实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

S01：依次对N个声音频率进行听力损失测试，具体为：

01A)声音播放子模块依次播放不同强度的频率的纯音，用户通过耳机进行收听；

01B)用户对听到的声音的感知情况，通过用户反馈子模块进行反馈；

01C)根据用户的反馈得到每个频率的纯音听阈THR_ni(i＝1,2,…,N)，舒适阈MCL_ni(i＝1,2,…,N)和痛阈UCL_ni(i＝1,2,…,N)，i＝1,2,…,N为每个听力测试频率对应的频点；

S02：对每个听力测试频点i，参数计算模块根据该频点测试得到的用户的纯音听阈THR_ni，舒适阈MCL_ni，痛阈UCL_ni以及正常成年人在该频点的纯音听阈THR_ui、舒适阈MCL_ui和痛阈UCL_ui计算该频点对应的听力补偿通道的听力补偿参数，具体为：

对每个听力补偿通道，以用户测试得到的纯音听阈THR_ni、舒适阈MCL_ni和痛阈UCL_ni作为拐点，分四段计算听力补偿参数k_ij,i＝1,2,…,N；j＝1,2,3,4：

$k_{i1}=\frac{{\mathrm{THR}}_{\mathrm{ui}}-0}{{\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}-0}$ (式1)

$k_{i2}=\frac{{{\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ui}}-\mathrm{THR}}_{\mathrm{ui}}}{{{\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}-\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}}$ (式2)

$k_{i3}=\frac{{{\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ui}}-\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ui}}}{{{\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ni}}-\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}}$ (式3)

k_i4＝0(式4)；

S03：根据计算得到的听力补偿参数k_ij，听力补偿模块对各个测试频点对应的听力补偿通道的声音进行补偿，具体为：

03A)将智能手机麦克风采集的数字音频信号s(m),m＝1,2,…,M进行分帧；

03B)对每帧信号s(m)进行N通道滤波器组分解，得到N个通道分解信号s_i(m),i＝1,2,…,N，每个通道的分解滤波器组中心频率为步骤S01中的测试频点；

03C)依次对每个i,i＝1,2,…,N进行以下计算：

C-01)按(式5)计算i通道的分解信号s_i(m)的输入声压级SPLIN_i(单位为dB)：

${\mathrm{SPLIN}}_i=20\lg \frac{{\left|\right|s_i\left(m\right)\left|\right|}^2}{R\&times;p_{\mathrm{ref}}}$ (式5)

其中，p_ref为参考声压值，在空气中一般取2×10^-5pa，R为校准系数，由智能手机麦克风增益决定，||·||为向量的2—范数；

C-02)根据计算得到的第i通道分解信号s_i(m)的输入声压级SPLIN_i，按式(6)计算得到第i通道听力补偿增益系数K_i；

$\left\{\begin{array}{cc}{K}_i=k_{i1},& {\mathrm{SPLIN}}_i<{\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}\\ K_i=k_{i2},& {\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}\&le;{\mathrm{SPLIN}}_i<{\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}\\ K_i=k_{i3},& {\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}\&le;{\mathrm{SPLIN}}_i<{\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ni}}\\ K_i=k_{i4},& {\mathrm{SPLIN}}_i\&GreaterEqual;{\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ni}}\end{array}\right.$ (式6)

C-03)使用(式7)计算第i通道分解信号s_i(m)对应的输出声压级SPLOUT_i；

$\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{SPLOUT}}_i=K_i\&times;{\mathrm{SPLIN}}_i,& {\mathrm{SPLIN}}_i<{\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}\\ {\mathrm{SPLOUT}}_i={\mathrm{THR}}_{\mathrm{ui}}+K_i\&times;({\mathrm{SPLIN}}_i-{\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}),& {\mathrm{THR}}_{\mathrm{ni}}\&le;{\mathrm{SPLIN}}_i<{\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}\\ {\mathrm{SPLOUT}}_i={\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ui}}+K_i\&times;({\mathrm{SPLIN}}_i-{\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}),& {\mathrm{MCL}}_{\mathrm{ni}}\&le;{\mathrm{SPLIN}}_i<{\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ni}}\\ {\mathrm{SPLOUT}}_i={\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ui}}+K_i\&times;({\mathrm{SPLIN}}_i-{\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ni}}),& {\mathrm{SPLIN}}_i\&GreaterEqual;{\mathrm{UCL}}_{\mathrm{ni}}\end{array}\right.$ (式7)

C-04)使用(式8)计算第i通道分解信号s_i(m)需要补偿的声压级ΔSPL_i，单位为dB，

ΔSPL_i＝λ_i×(SPLOUT_i-SPLIN_i),i＝1,2,…,N(式8)

其中，λ_i为第i通道的补偿系数，取值在(0,1)之间；

C-05)使用(式9)将第i通道分解信号s_i(m)需要补偿的声压级ΔSPL_i换算成第i通道的增益A_i,i＝1,2,…,N；

$A_i={10}^{\frac{\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{SPL}}_i}{20}},i=\mathrm{1,2},...,N$ (式9)

03D)对每个通道输入分解信号进行增益为A_i,i＝1,2,…,N的补偿，补偿公式如(式10)，式中y_i(m)为补偿后的第i个通道输出信号，共得到N个通道补偿后的输出信号y_i(m),i＝1,2,…,N；

y_i(m)＝A_i·s_i(m),i＝1,2,…,N(式10)

03E)对N个通道输出信号y_i(m),i＝1,2,…,N进行滤波器组综合，综合得到总的输出y(m),m＝1,2,…,M，作为分帧的数字音频输入信号s(m),m＝1,2,…,M对应的分帧输出信号y(m)。

3.根据权利要求2所述的一种基于智能手机的助听实现方法，其特征在于，所述N＝8，频点i＝1,2,…,N对应的听力测试频率分别为125Hz、250Hz、500Hz、1KHz、2KHz、3KHz、4KHz、6KHz。

4.根据权利要求2所述的一种基于智能手机的助听实现方法，其特征在于，所述M＝256。

5.根据权利要求2所述的一种基于智能手机的助听实现方法，其特征在于，步骤03E)中，将分帧输出信号y(m)输出至用户使用的耳机。

6.根据权利要求5所述的一种基于智能手机的助听实现方法，其特征在于，在步骤03E)结束后，继续对下一时刻数字音频输入信号进行补偿并输出。