现代助听器的降噪技术(单麦克风类)和性能(2)

张戌宝

4 其它降噪技术

4.1风噪声降低技术 风沿着人头吹时，可在耳朵附近产生风湍流，这是一种近场风流，会在助听器麦克风入口处产生较大噪声；如果是方向性麦克风，则噪声输出增加20～25 dB[9]。风噪声的频域能量主要分布在甚低频，因而最简单的降噪技术就是降低低频道的增益，如1 kHz以下。风噪声大小与麦克风入口的形状有关，巧妙地设计麦克风入口过滤器也可以降低风噪声；一些助听器利用外壳自身的装配间隙做声音入口就能使风噪声降低。在方向性麦克风模式中，增益频响在低频道SNR差，而风的低频能量大，因此，可以采用分裂式方向性麦克风处理，即在低频道采用全向性麦克风处理，而在中、高频道采用方向性麦克风处理。在中度风噪声的条件下，这种分裂式方向性麦克风处理既能降低风噪声的低频能量，又能获得中、高频方向性麦克风的益处[5]。

4.2低声压降噪技术 低声压噪声指低于语音声压许多的噪声，通常小于40 dB SPL[9]，包括器件的热(固有)噪声和环境中的弱噪声。这种噪声在模拟助听器中十分突出，在安静情况下会引起助听器用户的烦恼。在数字助听器中，宽动态范围压缩最左拐点之左的处理称之为低声压增益扩展(low level extension)[1]，该段压缩曲线的压缩比小于1，其倒数称之为扩展比，大于1。该段压缩降低低声压噪声的效果明显，是模拟助听器无法实现的，有时也称之为噪声静音(squelch)技术。设置了低声压增益扩展的助听器，在安静的环境中用户因感觉不到像模拟助听器发出的那种咝咝声而满意。

4.3双侧无线连通技术 当听音环境的噪声不对称时，双侧助听器输入的噪声，无论是风、聚会或设备引起的，在时域和频域上的特性都可能是不同的；此外，由于头影效应、电话的单侧使用又使得双侧输入语音的声级不同。这些因素会导致双侧助听器的输出SNR差别较大。Phonak[6]的双侧语声数流(binaural Voice Stream)技术能在全频道的范围分析、交换和控制双侧助听器的输入声音信号。对于SNR差的一侧，降低输入声级，再用SNR好的另一侧输入信号去覆盖，这样，能使得SNR差的一侧助听器的输出得到数dB的改善。

5 降噪性能评估

评估降噪技术在助听器的实际应用效果是检验其性能的重要途径，也是助听器适配过程的必要步骤。降噪处理的获益表现在多方面，如语音感知/理解度、声音质量、听音舒适和可听音源定位等。多数降噪性能评价都是主观测试的方法，即在给定的听音条件下，受试者听完测听句子后，为测听材料中的若干听音理解效果评分或者调节测听句子的SNR直到试听者理解为止，这样的评分或者SNR值与助听器输出的语音理解度相关联。郗昕[12]介绍了国内外使用的一些评估助听器性能的测听材料详情。

Ricketts等[7]对一个应用了组合DNR助听器的性能进行了调查，14例听力损失患者参加；有两种常见的听音环境，71 dB A的低噪声加6 dB SNR的语音和75 dB A的高噪声加1 dB SNR的语音，噪声类型是多人谈话声；助听器设置有全向性麦克风和方向性麦克风两种模式，这样形成了四种组合。当DNR开启和关闭时，让受试者分别为他们的喜好度评分，结果，全向性麦克风和DNR开启时评分最高，约87%；在四种组合下DNR开启有8例受试者喜好，仅一人不喜好，而其他人对这些组合不完全喜好。Fransics[4]使用含SE技术的助听器，针对几种不同听音环境和听力损失情况，得到了SE的频率增益测试效果图。这些情况是：语音加汽车噪声和中度到重度平坦型听力损失、语音加吸尘器噪声和中度到重度平坦型听力损失、语音加汽车噪声和轻度到重度斜坡型听力损失。得到的图形说明，该语音增强器的增益控制完全符合其设计的SE规则，得到接近最佳的SII。Lise[13]评估了含三态噪声管理技术的三种型号高档助听器在噪声环境中的性能，58例有轻度到中度感音神经性听力损失的成人参加了评估；使用丹麦语的测试语句Dantale II和两种问题答卷：Epoq问卷和语音、空间和质量问卷。语音声源来自前方，非相干会聚噪声来自两侧，声极75 dB SPL。先使用SNR50的评分准则和Epoq问卷测试，结果说明，这三种助听器都有很好的性能，其SNR为-7.5～-8.9 dB，比同厂家未采用三态噪声管理技术的助听器的SNR -7 dB优0.5～1.8 dB，意味着这类新助听器的语音理解度有约5%～18%的改善。用语音、空间和质量问卷对复杂听音环境中的性能进行了评估，得到了类似的结论。

在多人聚会的场合，听力损失患者听某人谈话时往往感到理解语音相当困难，称之“鸡尾酒会”问题。Nicole等[10]对此环境条件下的助听器性能进行了评估，40例受试者参加，他们使用了多个厂家的助听器，设置为全向性麦克风模式，目的是评估一般助听器在聚会噪声中的性能。测听材料为协调响应测听(coordinate response measure)，测听句子中含有呼叫、颜色和数字的用词，要求受试者在一显示板上输入测听句子中用的颜色和数字；用平均目标掩蔽声级比(T/M)来评估助听器的性能。当目标谈话者与掩蔽谈话者在相同位置时，最差的测试条件(年长者、无助听、高混响)下，T/M是6.3 dB；最佳的测试条件(年轻者、双侧助听、低混响)下，T/M是4.8 dB。当目标谈话者与掩蔽谈话者相隔900时，同样的两种测试条件下得到的T/M分别是4.9 dB和0.4 dB。这些说明双侧助听在聚会噪声中对语音理解有帮助，得益的大小取决于目标谈话者与掩蔽谈话者的间隔。Anastasios等[11]使用了另一种评估法：①要求受试者复述所听见的句子或词，测试者统计复述的正确率，结果在40%～ 100%之间；②要求受试者听一个视频操作的指令并完成某些屏幕上的任务，测试者统计完成任务的反应时间，结果在0.62～0.74秒之间。这两个调查用的测听材料为噪声中的语音感知-修改版(SPIN-R)和国际电气电子工程测听语(IEEE Sentences)，其结论是DNR技术本身并不增加用户对语音的理解力，因为它没增加语音的提示量。但是对25例受试者测得的两组数据说明，适当地降低噪声并未破坏语音的提示成分却使受试者听音舒适、轻松，因此也就增加了对语音的理解力。

6 总结

上述几种现代助听器的降噪技术，组合的DNR、 SE和三态噪声管理，它们通常与低声压增益扩展和风噪声降低技术一起应用。组合的DNR技术应用三种降噪技术并行运作，在常见的不同听音环境中最佳地发挥各自的优势，具有互补的完善效果；该技术对瞬态噪声的抑制满意，维纳滤波的效果对环境噪声特性有强的依赖性，基于调制检测的DNR对平稳噪声的抑制有效。SE技术在特定的环境噪声谱下，基于助听器用户个人的听力损失，以最大SII为目标优化得到各频道的增益设置，从语音理解度最佳的角度降低了噪声；该技术优化助听器降噪性能的同时兼顾了听力损失个性，其整体结构较为简化，对环境特性的依赖性较强，瞬态噪声抑制性能不佳。三态噪声管理技术同时采用调制检测器和同步检测器，准确而有效地检测出语音、噪声的存在性。针对常见三种环境状态，以语音理解度优先和听音舒适为目标，各频道的增益控制严格地取决于两检测器对语言、噪声的判断而构成助听器的噪声管理策略。该技术对语音提示的保护较为理想，VNR、降噪性能的优化对环境特性的依赖性弱，对瞬态噪声的抑制欠考虑。这三类降噪技术都属于前沿的现代助听器噪声管理系统，均达到了原设计的目标，即语音理解度有所提高和听音舒适感增强。其它一般助听器降噪技术也达到了设计的基本目标，即听音舒适感提高和语音理解度不降低。

7 参考文献

1 Theodore HV,著. 张戌宝, 田岚，译. 实用助听器原理和技术[M].第二版. 北京:人民军医出版社, 2013.18～19,200～201.

2 Hamacher V, Chalupper J, Eggers E,et al. Signal processing in high-end hearing aids: state of the art, challenges, and future trends[J]. EURASIP Journal on ASP, 2005,18:2915.

3 Josef C, Thomas AP. New algorithm is designed to take the annoyance out of transient noise[J]. Hearing Journal, 2007, 60:42.

4 Francis KK, Carsten PM. Noise-management algorithm may improve speech intelligibility in noise[J]. Hearing Journal, 2006, 59:62.

5 Mark CF. Maximizing the voice-to-noise ratio (VNR) via voice priority processing[J]. Hearing Review, 2004, 11:54.

6 Phonak Insight. Binaural voice stream technology[M].Stäfa:Phonak published,2012.2.

7 Ricketts TA,Hornsby BW.Sound quality measures for speech in noise through a commercial hearing aid implementing digital noise reduction[J]. J Am Acad Audiol,2005, 16:270.

8 Elberling C. News from oticon-audiological research documentation[M].Smørum:Phonic Ear published,2002.4～5.

9 Ruth B, Li-Kuei C. Digital noise reduction:an overview[J]. Trends in Amplification, 2006, 10:67.

10 Nicole M, Christine RM,Gerald K. Evaluating the benefit of hearing aids in solving the cocktail party problem[J]. Trends Amplif,2008, 12 :300.

11 Anastasios S, Sridhar K, Brent E,et al. Objective measures of listening:effects of background noise and noise reduction[J]. J of Speech Language and Hearing Research, 2009, 52:1230.

12 郗昕.噪声下的语音测听-评价助听器效果的重要手段[J]. 中国听力语言康复科学杂志,2008(6):27.

13 Lise BH. Epoq study measures user benefits[J]. Hearing Journal, 2008, 61:47.