TWI609365B - 助聽器及其寬動態範圍壓縮的恢復時間動態調整方法 - Google Patents

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Description

助聽器及其寬動態範圍壓縮的恢復時間動態調整方法
本發明係有關於助聽器，特別是有關於一種助聽 器及其寬動態範圍壓縮(wide dynamic range compression，WDRC)的恢復時間(recovery time)動態調整方法。
寬動態範圍壓縮(WDRC)的技術廣泛在助聽器的範圍被使用。經過長時間研究發現，啟動時間大約5ms能符合使用者需求，但是恢復時間隨著環境不同而所改變。第3圖係繪示進行寬動態範圍壓縮以轉換輸入音訊信號之聽力補償曲線的示意圖。曲線310(虛線部份)是指未經處理的輸入音訊信號之轉換曲線，即輸入音訊信號等於輸出音訊信號。曲線320(實線部份)是指輸入音訊信號經過寬動態範圍壓縮之處理的轉換曲線，且可依據輸入音訊信號之強弱而分為四個區域331~334。音訊信號之強度通常可用dB SPL(sound pressure level，聲壓程度)來表示。區域331係指高線性(high linear)區(例如大於90dB SPL)，意即聽障人士的飽和聲壓與正常人一樣，不需放大。區域332係指壓縮(compression)區(例如介於55~90dB SPL)，用以調節使用者聽域的動態範圍。區域333係指低線性(low linear)區(例如介於40~55db SPL)，用以幫助聽障人士將微弱的語音聲音放大。區域334係指擴充(expansion)區(例如小於40dB SPL)，在此區域中之音訊信號的強度相當弱，輸入音訊信號可能為比語音聲音信號還小的噪音，不需放大太多。此外，在助聽器之輸出端亦會有一個音量限制器，用以限制輸出音訊信號的最大音量，例如限制於110dB SPL以內。
當輸入音訊信號突然增加到所規定之分貝值的瞬 間至助聽器之輸出音訊信號穩定在已提高的聲壓級所需的時間係稱為「啟動時間」。一般而言，固定的啟動時間約5ms即可符合使用者之需求。然而，當輸入音訊信號從一較高的分貝數突然降低到一較低的分貝數的瞬間至助聽器的輸出音訊信號已穩定地處於已降低的聲壓級所需的時間係稱為「恢復時間」。
傳統的助聽器均是將啟動時間及恢復時間設為一 固定數值。若恢復時間之固定數值較小(例如50ms)，若說話者所發出之聲音信號的母音及子音之間的時間間隔較長時，則母音及子音之間的雜訊亦會被放大，而導致聽障人士在聽到此種聲音信號時會不舒服。若是恢復時間之固定數值較大(例如150ms)，若說話者所發出之聲音信號的母音及子音之間的時間間隔較短時，則預期被放大的子音會來不及放大，進而導致聽障人士的語音辨識率下降。
因此，需要一種助聽器及其寬範圍動態壓縮之恢 復時間控制方法以解決上述問題。
本發明係提供一種助聽器，包括：一麥克風，用以接收一輸入音訊信號；一揚聲器；以及一音訊處理電路，用以對該輸入音訊信號套用一帶通濾波器以計算一高頻能量比值，並計算相應於該輸入音訊信號之一過零率比值，並依據該高頻能量比值及該過零率比值計算該輸入音訊信號中之一子音發生機率，其中，該音訊處理電路更對該輸入音訊信號套用一子音判斷機制，並依據該子音判斷機制之結果以調整該子音發生機率，其中，該音訊處理電路更依據調整後之該子音發生機率以計算相應於該輸入音訊信號之一恢復時間因子，並依據該恢復時間因子對該輸入音訊信號進行一寬動態範圍壓縮處理以產生一輸出音訊信號於該揚聲器播放。
本發明更提供一種用於助聽器之寬動態範圍壓縮方法，包括：接收一輸入音訊信號；對該輸入音訊信號套用一帶通濾波器以計算一高頻能量比值；計算相應於該輸入音訊信號之一過零率比值；依據該高頻能量比值及該過零率比值計算該輸入音訊信號中之一子音發生機率；對該輸入音訊信號套用一子音判斷機制，並依據該子音判斷機制之結果以調整該子音發生機率；以及依據調整後之該子音發生機率以計算相應於該輸入音訊信號之一恢復時間因子，並依據該恢復時間因子對該輸入音訊信號進行一寬動態範圍壓縮處理以產生一輸出音訊信號。
100‧‧‧助聽器
110‧‧‧音訊輸入級
111‧‧‧麥克風
120‧‧‧音訊處理電路
130‧‧‧音訊輸出級
131‧‧‧接收器
10‧‧‧輸入音訊信號
11‧‧‧輸入電性信號
14‧‧‧輸出電性信號
15‧‧‧輸出音訊信號
210-260‧‧‧方塊
310-320‧‧‧曲線
331-334‧‧‧區域
第1圖係顯示依據本發明一實施例中之助聽器的方塊圖。
第2圖係顯示依據本發明一實施例中之寬動態範圍壓縮方 法的流程圖。
第3圖係繪示進行寬動態範圍壓縮以轉換輸入音訊信號之 聽力補償曲線的示意圖。
為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易 懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
第1圖係顯示依據本發明一實施例中之助聽器的 方塊圖。在一實施例中，助聽器100包括一音訊輸入級110、一音訊處理電路120、以及一音訊輸出級130。音訊輸入級110係包括一麥克風111，用以接收一輸入音訊信號10(例如是一類比音訊信號)，並將該輸入音訊信號10轉換為一輸入電性信號11做為音訊處理電路120之輸入(例如經由一類比數位轉換器(ADC)，未繪示)。
音訊處理電路120係將該輸入電性信號11一進行 寬動態範圍壓縮處理以產生一輸出電性信號14。需了解的是上述寬動態範圍壓縮處理中包括了一預定寬動態範圍壓縮轉換曲線，其係針對各使用者之聽力特性之不同，預先進行各種聽量及頻率的聽力測量，進而獲得個別的寬動態範圍壓縮轉換曲線。此外，在輸入音訊信號之聲音強度產生變化時，音訊處理 電路120亦會對助聽器100之恢復時間進行相應的調整，進而讓聽障人士有更佳的使用者體驗。在一些實施例中，音訊處理電路120可以是一微控制器(microcontroller)、一處理器、一數位信號處理器(DSP)、或是應用導向之積體電路(ASIC)，但本發明並不限於此。
更進一步而言，音訊處理電路120在進行寬動態範 圍壓縮時，會參考該輸入音訊信號相關的恢復時間因子以調整輸出音訊信號的延遲(即恢復時間)，其細節將在第2圖之實施例中詳述。音訊輸出級130例如包括一接收器(receiver)131或揚聲器，用以將音訊處理電路120所產生之輸出電性信號14轉換為輸出音訊信號15(例如經由一數位類比轉換器(DAC)，未繪示)。為了便於說明，在下面實施例中，均省略將音訊信號與電性信號之間的轉換，而僅使用輸入音訊信號及輸出音訊信號進行說明。
第2圖係顯示依據本發明一實施例中之寬動態範 圍壓縮的恢復時間動態調整方法的流程圖。
在方塊210，麥克風111係接收一輸入音訊信號。
在方塊220，音訊處理電路120係先對輸入音訊信 號套用一帶通濾波器(band pass filter)以計算輸入音訊信號之高頻能量Ehigh及整體能量Etotal、以及一過零率比值，並計算該輸入音訊信號之一量測過零率ZR。
更進一步而言，輸入音訊信號可能為一弦波，其 振幅及相位會隨著時間變化，音訊處理電路120會計算在一預定時間內(例如)該輸入音訊信號從負值變為正值之次數，藉以 計算該量測過零率ZR。
音訊處理電路120係計算一高頻能量比值Ep，其中 高頻能量比值Ep=Ehigh/Etotal。此外，音訊處理電路120更設定一標準過零率Zs。舉例來說，標準過零率Zs係可依據經驗及實際情況設定為一固定數值。接著，音訊處理電路120係計算一過零率比值Zp，其中過零率比值Zp可表示為：
在方塊230，音訊處理電路120係依據該過零率比 值及高頻能量比值以計算輸入音訊信號之一子音發生機率。更進一步而言，在該子音判斷處理中，音訊處理電路120係計算該輸入音訊信號中之子音發生機率PEZ=EP．ZP，其中0PEZ 1。 接著，在方塊240，音訊處理電路120係依據一子音判斷機制來調整子音發生機率PEZ。例如：
在方塊250，音訊處理電路120係依據該子音判斷 機制之結果以計算相應於該輸入音訊信號之一恢復時間因子(例如為βx)。其中，上述子音判斷機制可利用習知在時域(time domain)之子音判斷技術來判斷輸入音訊信號是否包含子音或是雜訊。
舉例來說，恢復時間因子β可定義為β=a+PEZ．b， 其中a及b可為正數或負數。一般而言，子音之聲音頻率係屬於 較高頻之部份，母音的聲音頻率係屬於較低頻之部份，但雜訊亦有可能屬於高頻信號。當子音發生機率PEZ=0，即表示音訊處理電路120判斷輸入聲音信號為雜訊。此時，恢復時間因子β=a，且相應的恢復時間為150ms，此恢復時間因子亦可定義為β150。當子音發生機率PEZ=1時，即表示輸入聲音信號即為子音，而非雜訊。此時，恢復時間因子β=a+b，且相應的恢復時間為50ms，此恢復時間因子亦可定義為β50。
需了解的是，恢復時間因子β150及β50所相應的恢復 時間即代表恢復時間的上限(150ms)及下限(50ms)。隨著子音發生機率PEZ的變化以及子音判斷之結果，音訊處理電路120計算出的恢復時間因子βx也會在β150及β50之間的範圍內變化。
在方塊260，音訊處理電路120係依據該恢復時間 因子及一預定聽力補償曲線對該輸入音訊信號進行一寬動態範圍壓縮處理以產生一輸出音訊信號。
更進一步而言，該輸出音訊信號的恢復時間係與 該輸入音訊信號之恢復時間因子有關。本發明之寬動態範圍壓縮方法可依據說話者所發出之聲音的特性以調整助聽器的恢復時間。當說話者所發出的聲音中之母音與子音之間的時間間隔較大時，恢復時間也會隨著調整變長，且雜訊的增益也會降低。當說話者所發出的聲音中之母音與子音之間的時間間隔較短時，恢復時間也會隨著調整變短，藉以增加子音的增益需求，以利聽障人士辨識語音。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在 不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧助聽器
110‧‧‧音訊輸入級
111‧‧‧麥克風
120‧‧‧音訊處理電路
130‧‧‧音訊輸出級
131‧‧‧接收器
10‧‧‧輸入音訊信號
11‧‧‧輸入電性信號
14‧‧‧輸出電性信號
15‧‧‧輸出音訊信號

Claims (10)

  1. 一種助聽器，包括：一麥克風，用以接收一輸入音訊信號；一揚聲器；以及一音訊處理電路，用以對該輸入音訊信號套用一帶通濾波器以計算一高頻能量比值，並計算相應於該輸入音訊信號之一過零率比值，並依據該高頻能量比值及該過零率比值計算該輸入音訊信號之一子音發生機率，其中，該音訊處理電路更對該輸入音訊信號套用一子音判斷機制，並依據該子音判斷機制之結果以調整該子音發生機率，其中，該音訊處理電路更依據調整後之該子音發生機率以計算相應於該輸入音訊信號之一恢復時間因子，並依據該恢復時間因子對該輸入音訊信號進行一寬動態範圍壓縮處理以產生一輸出音訊信號於該揚聲器播放。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之助聽器，其中該音訊處理電路係利用該帶通濾波器以計算該輸入音訊信號之一高頻能量及一整體能量，並將該高頻能量除以該整體能量以得到該高頻能量比值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之助聽器，其中該音訊處理電路係計算該輸入音訊信號之一量測過零率，並設定一標準過零率，且當該量測過零率小於該標準過零率時，該音訊處理電路係將該過零率比值設定為該量測過零率除以該標準過零率，當該量測過零率大於或等於該標準過零率時，該音訊處理 電路係將該過零率比值設定為1。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之助聽器，其中該音訊處理電路更將該高頻能量比值乘以該過零率比值以得到該子音發生機率，當該子音判斷機制之結果為該輸入音訊信號為子音時，該音訊處理電路係將調整後之該子音發生機率設定為該子音發生機率，當該子音判斷機制之結果為該輸入音訊信號為子音時，該音訊處理電路係將調整後之該子音發生機率設定為該子音發生機率。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之助聽器，其中該音訊處理電路係依據調整後之該子音發生機率計算該恢復時間因子，並依據該恢復時間因子對該輸入音訊信號進行該寬動態範圍壓縮處理以調整該輸入音訊信號之一恢復時間以輸出該輸出音訊信號。
  6. 一種用於助聽器之寬動態範圍壓縮的恢復時間動態調整方法，包括：接收一輸入音訊信號；對該輸入音訊信號套用一帶通濾波器以計算一高頻能量比值；計算相應於該輸入音訊信號之一過零率比值；依據該高頻能量比值及該過零率比值計算該輸入音訊信號之一子音發生機率；對該輸入音訊信號套用一子音判斷機制，並依據該子音判 斷機制之結果以調整該子音發生機率；依據調整後之該子音發生機率以計算相應於該輸入音訊信號之一恢復時間因子；以及依據該恢復時間因子對該輸入音訊信號進行一寬動態範圍壓縮處理以產生一輸出音訊信號。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，更包括：利用該帶通濾波器以計算該輸入音訊信號之一高頻能量及一整體能量，並將該高頻能量除以該整體能量以得到該高頻能量比值。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之方法，更包括：計算該輸入音訊信號之一量測過零率，並設定一標準過零率；當該量測過零率小於該標準過零率時，該過零率比值設定為該量測過零率除以該標準過零率；以及當該量測過零率大於或等於該標準過零率時，該音訊處理電路係將該過零率比值設定為1。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之方法，更包括：將該高頻能量比值乘以該過零率比值以得到該子音發生機率；當該子音判斷機制之結果為該輸入音訊信號為子音時，該音訊處理電路係將調整後之該子音發生機率設定為該子音發生機率；以及當該子音判斷機制之結果為該輸入音訊信號為子音時，該音訊處理電路係將調整後之該子音發生機率設定為該子音發 生機率。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之方法，更包括：依據調整後之該子音發生機率計算該恢復時間因子，並依據該恢復時間因子對該輸入音訊信號進行該寬動態範圍壓縮處理以調整該輸入音訊信號之一恢復時間以輸出該輸出音訊信號。
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