助听器中使用的降噪技术

5.7.4　助听器中使用的降噪技术

研究显示，高品质的降噪效果是促使助听器的佩戴者更易接受及长时间地使用助听器的重要因素之一,因此助听器生产厂家在进行产品宣传时均热衷于标榜各自所研发的助听产品降噪系统的优越性,以期能使其产品更多地受到听障人士的青睐。

但事实是目前助听器因为处理能量的局限性,信号处理越精确复杂,要求的能耗就越大,这与助听器中有限空间中电池所能提供的能量是矛盾的。基于此,应用于现今助听器中的处理技术相对于理论的发展都是简单的。

降噪的方法用于单通道的助听器中虽然能提高佩戴者的舒适度,但并不能增加言语可懂度。这里的单通道不是压缩特性中的通道数,是指单麦克风拾音的情况。可能是因为单通道降低增益不能有效地增加最相关频率段的信噪比,也可能是因为处理过程中非线性滤波引起的失真以及对噪声非精确的估计。因为在现实环境中,语音与噪声在频域和时域上往往是相互交叠的,这也使得仅使用单通道技术而要完全地分离噪声、不影响语音质量的可能性几乎为零。特别在信噪比低或者噪声呈现非稳态的情况下,单通道的处理更是不能解决问题。

单麦克风的降噪一般都是使用信号和噪声在频谱或者调制率上的差异来实现降噪的。最简单的是通过高通滤波器来实现的。假设一背景噪声是以低频为主,并掩蔽了语音信号中的低频部分,高频滤波器可以降低噪声的响度,而对言语可懂度的影响却不大。高级一点的助听器把拾取到的信号分到各频段后,根据各频段的调幅深度来降噪。一般认为语音声是高调制信号,噪声是低调制信号,信号处理的结果是含高调制频率的成分可以通过,而含低调制频率的成分不可以通过。在他们单通道信号拾取的产品中是使用调制技术的。这种对信号调制情况的判断可以理解为是语音检测中的一种。

到了2001年,唯听的耳背式助听器中开始出现了双麦克风自适应降噪的技术。相对于固定方向性麦克风,在单一噪声的情况下,该麦克风能提供更好的言语可懂度。但在比较复杂的情况下,比如有多个噪声、存在混响的情况下,该类麦克风的工作类似于固定方向性麦克风。

国外有学者的论文中提到单通道中使用维纳滤波和谱减法,多通道中使用自适应维纳滤波来进行自适应噪声对消。也有学者提到可以使用子带自适应滤波、离散余弦变换-最小均方差准则。在Danavox163D的耳背机中,使用独立分量-最小均方差准则。GNReSoundCanta7的计算方法是GSC。

除了考虑到使用不同分析工具、计算方法外，麦克风的匹配问题一直是设计者比较棘手的问题。匹配问题是多麦克风可以正常工作的前提,虽然可以通过校准滤波系数或者把获得的极性数据与内在的正确数据进行比较完成，但由于目前使用于多麦克风系统的计算方法没有包括稳定性的参数,使得上述问题在实际使用中无法避免地存在着。而且助听器在外形设计上小型化的趋势,也使得降噪设计中麦克风的失匹配、安装位置、头影效应对性能的影响越来越严重。虽然许多厂家通过各种方法来减缓该类问题(比如防尘防水、简单的几点频响匹配)，但总是不能从技术的根本上解决问题，由此更加需要包含稳定性计算的计算方法来完善这个问题。