助聽器中的兩種新降噪技術(shù)

張戌寶

近年來，心理聽力學研究指出[1]，無論是聽力正常者還是聽力受損者，在噪聲環(huán)境中理解語音時都會引起瞳孔擴大，嚴重時會造成他們放棄聽音的愿望。近二十多年來，數(shù)字助聽器的單麥克風降噪技術(shù)和雙麥克風波束形成技術(shù)使其輸出噪聲控制在可接受的范圍，給聽力損失患者帶來了預期的益處[2,3]。由于助聽器輸入信號的特殊性，即無論在頻域還是空域，目標信號和干擾噪聲常常是混迭在一起的，加之體積很小，使得在軍事通訊中行之有效的降噪技術(shù)難于直接用于助聽器中，給研發(fā)人員提出了挑戰(zhàn)。在空域信號處理中，峰力(Phonak)助聽器廠家提出的窄帶波束形成技術(shù)對助聽器雙側(cè)方向麥克風(directional microphone, DM)的輸出信號進行加權(quán)求和處理[4]，使每側(cè)DM的波束形成主瓣窄至約90°，能更多地降低與目標語音相鄰的空間干擾，提高輸出信噪比。Majia等[5]提出了用于助聽器的超級波束形成方案，測試表明，它形成的適當寬度的主瓣能保留目標信號的有用空間信息，同時最大限度地衰減了相鄰的干擾噪聲。在多種環(huán)境條件下，該波束器的降噪性能都優(yōu)于常規(guī)DM和全向麥克風(microphone, Mic)，不過該波束器在助聽器上實現(xiàn)的可行性還有待研究。

在助聽器產(chǎn)品的研發(fā)方面，降噪技術(shù)也有新的進展。其一是低聲級波束形成器(soft-level beamformer)，也稱之為前延時方向麥克風(front-delay DM)。西門子(Seimens)助聽器廠家研發(fā)了這種低聲級波束器[6]，在輕、低噪聲環(huán)境中它的語音識別性能優(yōu)于常規(guī)DM；當環(huán)境噪聲低于某聲級時，如50 dB SPL，這類助聽器就轉(zhuǎn)換到該低聲級DM模式上以獲得更佳的聽音效果。不過，沒有公開的文獻描述過這種低聲級DM的設(shè)計原理。其實它是常規(guī)DM的延時器和減法器改變構(gòu)成后的一種變型，語音增強和降噪性能都優(yōu)于全向麥克風。其二是開闊聲音領(lǐng)航器(open sound navigator, OSN)，由奧迪康(Oticon)助聽器廠家研發(fā)推出[7]。該技術(shù)使用全向Mic作主波束器，讓多目標信號和干擾噪聲都經(jīng)它輸出，再用該輸出減噪聲估計器的輸出而相消掉大部分噪聲；接著再用時段譜相減法在各頻道清除剩余噪聲。該OSN助聽器能有效地抑制競爭聲級的干擾噪聲，同時保護0°、90°等多方位的目標語音，讓聆聽者感覺是處于開闊的環(huán)境中。該技術(shù)起源于近年來出現(xiàn)的最小方差無失真響應(yīng)波束器[8，9]，即MVDR(minimum variance distortionless response)波束器。它將常規(guī)波束形成器與頻域處理相結(jié)合，能實現(xiàn)干擾噪聲輸出最小又無目標信號失真的期望，適用于具有寬譜特性的陣列接收信號。本文將介紹這些前延時DM和MVDR波束器在助聽器中應(yīng)用的設(shè)計理念，給出模擬試驗得到的一些數(shù)據(jù)、圖表和產(chǎn)品試用的評估；通過與全向Mic和常規(guī)DM的對比，闡述這兩種新的波束形成器在噪聲抑制、語音增強和頻譜保真等方面的優(yōu)越性和某些局限性。

1 前延時方向麥克風

1.1前延時方向麥克風的設(shè)計理念 常規(guī)DM是由兩個全向Mic、一個延時器和一個減法器構(gòu)成，該DM極性圖的180°上有零凹口(指某個方向上的增益下降至零)且與輸入信號的頻率無關(guān)，因而能有效抑制后方來的干擾噪聲；不過該DM的頻響曲線有6 dB/倍頻程的向上斜率，從而造成頻譜失真和語音增強性能不足[10]。頻響均衡的 (balanced) DM具有較為平坦的頻響而使頻譜失真得以明顯減少[11]。當今，實際的方向性助聽器中都采用了頻響均衡的DM。許多文獻仍然將該均衡DM歸類于常規(guī)DM，本文亦然。測試表明[11]，在低、輕噪聲(聲級<50 dB SPL)環(huán)境中，常規(guī)DM的性能并不優(yōu)于全向Mic，因為這兩種Mic模式的輸出信噪比 (SNR) 差不多，且常規(guī)DM多少有些頻譜失真。因此，大多數(shù)實用方向性助聽器都使用常規(guī)DM和全向Mic兩種模式進行互補。

在常規(guī)DM的結(jié)構(gòu)上，將后Mic電路上的延時器移至前Mic的輸出電路中，再將其減法器改成加法器，就得到前Mic延時的波束形成器，簡稱前延時DM，如圖1所示。圖中，實線箭頭代表0°(前方)聲音入射，虛線箭頭代表非0°的入射。這里兩個全向Mic的靈敏度都指定為1，且忽略A/D變換器。在純音的輸入下，假設(shè)前Mic的輸出是yF(t)=sin(2πft)，f是頻率，t是時間，則后Mic的輸出是yR(t)=sin{2πf[t-δ(θ)]}，δ(θ)是后Mic輸出的延遲時間，取決于兩麥克風的間距dp和入射角θ，即δ(θ)=Δcos(θ)，Δ是間距延遲時間。圖1中，延時器參數(shù)τ稱為內(nèi)部延時，加法器的輸出即前延時DM的輸出：

yFDM(t)=sin[2πf(t-τ)]+sin {2πf[t-δ(θ)]}

(1)

對于助聽器的DM，需要關(guān)心的是它的波束極性圖和頻響曲線，可以通過推導它的靈敏度(S)-增益計算公式繪出[10]。通常，選τ=Δ，將得到心臟型波束，且前延時DM的S-增益計算公式：

GFDM(θ,f)=2cos{πfΔ[cos(θ)-1]}

(2)

它是與純音頻率和入射角有關(guān)的函數(shù)。圖2顯示了前延時DM的極性圖，三條波束曲線分別來源于5.36、2和0.5 kHz的純音。該極性圖的條件是采樣頻率44.1 kHz，雙麥克風間距是16 mm?？梢钥闯?，這三條曲線在0°入射角上有相同的增益6 dB，且與頻率無關(guān)；在180°上增益減少，與頻率有關(guān)：5.36 kHz的曲線形成深的零點，即沒有增益，而500 Hz的曲線幾乎沒有凹口(當增益減小時曲線形成的下陷)，即增益幾乎沒下降。因此前延時DM不具有強的后方噪聲抑制能力，但它沒有目標語音的頻譜失真。

此外，還需要檢查常規(guī)DM和全向Mic的語音增強性能以便與前延時DM作對比。圖3顯示三種麥克風的頻率響應(yīng)曲線，分別是全向Mic、常規(guī)DM和前延時DM，可觀察到：①全向Mic的頻響是0 dB的水平直線(虛線)；②常規(guī)DM的頻響是帶齒狀的水平線(細線)，在6 dB上下起伏；③前延時DM的頻響是6 dB的水平直線(粗線)。注意：常規(guī)DM的齒狀曲線是理論計算的結(jié)果，它起伏的大小與多頻道數(shù)目有關(guān)，與硬件實現(xiàn)的字長有關(guān)。實測的助聽器DM頻響遠比圖中的平滑。因此，全向Mic的語音增強是0 dB，前延時DM的是6 dB，常規(guī)DM的語音增強均值有數(shù)dB。對圖2和圖3的曲線分析可知，前延時DM的語音增強比常規(guī)DM和全向Mic都高，這是采用兩個麥克風的結(jié)果；在噪聲抑制方面，前延時DM比全向Mic稍好，但比常規(guī)DM的差。

圖2 前延時DM在三個頻率下的極性圖

圖3 兩種DM和全向Mic在入射角0°時的頻響

1.2三種麥克風在實際環(huán)境下的性能模擬 圖2、3的計算結(jié)果不能確定這三種Mic在真實聲音條件下的性能，但是借助實際環(huán)境的模擬試驗可以幫助弄清這個問題。目前，大樣本的真實語音和噪聲錄音容易從網(wǎng)上文獻的波文件中獲取，其時間序列有數(shù)秒或更長的持續(xù)時間。為了提高置信度，本文截取了一段英語讀音作為測試語音，由11個字音組成:“Hi, one of the available high quality texts to speech voices”，是一女性的發(fā)音[12]。該段語音持續(xù)3.8 s，含167 579個樣本，采樣頻率44.1 kHz，字長16 bits。本試驗中，用此60 dB SPL語音作為標準以校準其它需用聲音的聲級。該語音定位在0°(前方)。常見的噪聲環(huán)境有聚會、交通、餐館、電扇等；本文獲取了交通噪聲的波文件[13]和來源于電扇的設(shè)備噪聲[11]，有白噪聲特性。通過統(tǒng)計序列的均方根(root of mean sguare，RMS)來調(diào)整幅度，確保了這些序列具有50 dB SPL。選擇45°、90°、135°和180°入射角以代表實際環(huán)境的周邊噪聲。由于頭部的陰影作用，忽略了被阻擋的入射噪聲。波文件讀出、時間序列存儲、噪聲聲級校準的詳情和DM性能的SimuLink試驗方法見文獻[11]。表1列出了常規(guī)DM、前延時DM和全向Mic在低噪聲場中的輸出和SNR值，可得：①在交通噪聲中，常規(guī)DM輸出的RMS是0.012 3，前時延DM的是0.025 5，全向Mic的是0.013；當加入語音后，常規(guī)DM的SNR是13.3 dB，前延時DM的是11.4 dB，全向Mic的是11.2 dB。②在設(shè)備噪聲中，常規(guī)DM輸出的RMS值是0.011 6，前延時DM的是0.014 2，全向Mic的是0.008 6；當加入語音后，常規(guī)DM的SNR是13.8 dB，前延時DM的是16.5 dB，全向Mic的是14.8 dB。這些模擬試驗的數(shù)據(jù)說明，在周邊低噪聲的環(huán)境中，這三種麥克風都能獲得足夠高的SNR來理解測試語音。在所有測試條件下，前延時DM的SNR都優(yōu)于全向Mic，但是常規(guī)DM的SNR不一定都優(yōu)于全向Mic。綜合圖3和表1的數(shù)據(jù)，前延時DM的語音保真性與全向Mic相同，而前延時DM的SNR總是優(yōu)于全向Mic，因此它完全可以取代全向Mic。

表1 低噪聲場(50 dB SPL)中常規(guī)DM、前延時DM和全向Mic的輸出和SNR

2 前延時方向麥克風助聽器和效果評估

西門子助聽器廠家研發(fā)了一種低聲級DM產(chǎn)品，應(yīng)用了前延時DM技術(shù)。Chalupper等[6]給出了有低聲級DM的助聽器的試用效果，測試在美國Iowa大學進行，15例雙側(cè)感音神經(jīng)性聽力損失試聽者，下降型聽力曲線；所選助聽器品牌為Pure 700和Pure 701，前者有常規(guī)DM加全向Mic模式，后者有常規(guī)DM加低聲級DM模式，兩種模式按輸入聲級自動轉(zhuǎn)換；助聽器處方增益設(shè)置用語音型粉噪聲(pink-noise)作輸入，聲強55、65和75 dB SPL，由測試設(shè)備Audioscan Verifit產(chǎn)生；背景噪聲來自180°方位，強度50 dB SPL；語音來自0°方位，問卷選用HINT(hearing in noise test)中的句子；使用言語接收閾值規(guī)則RTS (reception threshold for speech)來記錄SNR，以測試全向Mic得到的SNR為基線(0 dB)，計算常規(guī)DM和低聲級DM的SNR獲益，結(jié)果常規(guī)DM的獲益為0.8 dB，而低聲級DM的獲益為6.2 dB。

3 語音MVDR波束形成器

3.1MVDR波束形成器用于助聽器的理念 當陣列天線的輸出信號具有寬譜特性時，適宜于窄譜信號的常規(guī)波束形成器的性能就不能滿足要求。近年來，MVDR波束形成器的出現(xiàn)[8，9]，對空域干擾中多點源目標信號的檢測較為有效。在助聽器的聽音環(huán)境中，目標聲源有一個或多個，通常位于助聽器的前方和側(cè)面；干擾噪聲可以是點源或周邊源，通常位于助聽器的后方和側(cè)面。它們往往都有寬頻譜，不同的聲源可以有不同的的強度。這種條件下，在助聽器中利用MVDR波束器降噪是恰當?shù)?。為了引入開闊空間的聲音，主波束器就設(shè)計成簡單的全向Mic，利用前Mic來實現(xiàn)，可以包含360°內(nèi)的目標語音和干擾噪聲；堵塞矩陣(block matrix)設(shè)計為噪聲估計器，用一個倒心臟型(reverse cardioid)波束器來實現(xiàn)，也稱為倒方向麥克風(reverse DM，RDM)，其輸出僅包含環(huán)境噪聲的信號而堵塞目標信號。主波束器輸出與噪聲估計器輸出相減就實現(xiàn)了MVDR相消，即完成了MVDR波束器的前端處理，提取語音信號，如圖4所示。前端處理在多頻道中的各頻道獨立進行，該圖僅是中心頻率為2.5 kHz的頻道處理框圖。圖中的主波束器輸入信號來自其下的前Mic輸出，噪聲估計器由中部和下面兩通道構(gòu)成；外部延時即前、后Mic的間距時差，內(nèi)部延時與圖1中的延時器相同；相位調(diào)節(jié)Zt和堵塞系數(shù)α是可控的，取決于語音檢測器的當前判定，默認值是t=2，α=0.5。該語音檢測器判定“不存在”時，圖4中的堵塞系數(shù)α=0.5或更大。如噪聲估計器中仍然有語音信號，適當減少α也不會相消掉全向波束器中側(cè)面語音的輸出。該語音檢測器每數(shù) ms更新一次聲音估計，通常利用調(diào)制檢測器實現(xiàn)，效率高，詳情見文獻[2]。設(shè)計或驗配助聽器時，在各頻道獨立地設(shè)置Zt和α的范圍以滿足用戶個人喜好。語音檢測器估計前Mic輸出和噪聲估計器輸出的語音成分。MVDR波束器前端的輸出就是右側(cè)OSN減法器的輸出。

圖4的噪聲估計器原理結(jié)構(gòu)和圖1是一樣的，除用減法器替換圖中的加法器外，當該噪聲估計器選擇的參數(shù)與圖1中的相同時，可得到該估計器(RDM)的輸出：

yRDM(t)=sin[2πf(t-τ)]-sin {2πf[t-δ(θ)]}

(3)

圖4 一頻道中語音MVDR波束器前端的結(jié)構(gòu)

內(nèi)部延時參數(shù)Z2等價于τ=Δ，可以推導出倒心臟型波束器的S-增益：

GRDM(θ，f)=2sin{πfΔ[cos(θ)-1]}

(4)

當選擇與圖2相同的繪圖條件時，借助公式(4)可以得到該倒心臟型波束器的三條極性曲線，如圖5所示，它們分別來源于三個頻率的純音：5.36、2和0.5 kHz。顯然，圖5是常規(guī)心臟型極性圖的180°翻轉(zhuǎn)。分析曲線可知，該噪聲估計器能將后方180°來的干擾最靈敏地估出，還要靠調(diào)節(jié)各頻道中的Zt值來完成，而將側(cè)面其它角度(如90°)來的噪聲欠靈敏地估出；同時該估計器對前方0°來的語音有“堵塞”作用。因此它作為MVDR波束器的噪聲估計器是最恰當?shù)?。MVDR波束器的前端處理完成后，接著需要在多頻道的各頻道中清除剩余噪聲并將全部頻道的輸出求和以得到完整的語音輸出。這樣的設(shè)計具有以下特點：①倒心臟型噪聲估計器不僅能將后方和側(cè)面的噪聲估出，而且能阻擋前方目標語音的通過；②在主波束器通道中，它的輸出與噪聲估計器的輸出相減，各頻道的延時參數(shù)t是可控的，以完成最佳降噪；③在噪聲估計器的輸出端有堵塞系數(shù)α是可調(diào)的，以確保輸出的語音原本特性被保護和噪聲相消凹口盡可能地深；④當僅語音存在時，無論它在前方或側(cè)面，讓α值下降至0，不影響主波束器輸出多方位的干凈語音。

圖5 倒心臟型DM在三個頻率上的極性波束圖

圖6為純音0°入射時常規(guī)DM(細線)、MVDR波束器(粗線)和全向Mic(虛線)的頻響曲線。事實上，粗線與虛線是重疊的，圖中將二線拉開一點，避免虛線消失。可見，MVDR波束器和全向Mic的頻響曲線是相同的0 dB水平線，說明該設(shè)計確保了語音無失真的特性；常規(guī)DM的曲線均值高出全向Mic數(shù)dB，有較高的語音增強，這是兩個麥克風作用的結(jié)果，并不保證它的SNR也高。必須指出，當入射語音來自90°或>90°時，常規(guī)DM的語音增強性能會明顯下降，這是它的心臟型極性圖特性決定的；但MVDR 波束器可以保證語音增強基本不下降，這是全向Mic和倒心臟型DM相減的結(jié)果。

圖6 常規(guī)DM、MVDR波束器和全向Mic的頻響(入射角:0°)

表2為在交通噪聲中對全向Mic、常規(guī)DM和MVDR波束器測試的輸出和SNR。測試條件：11字語音，同1.2節(jié)，一次測試沿0°入射，另一次沿90°入射；周邊交通噪聲強度60 dB SPL，兩次都沿45°、90°、135°和180°入射，并忽略被頭部阻擋的入射。試驗中，Zt的調(diào)節(jié)范圍在2～8個采樣周期，α在0～1的范圍?？傻茫孩賰H語音存在時，全向Mic的語音增強為0.71 dB，大于0 dB是麥克風輸出端低通濾波器的作用；常規(guī)DM的語音增強為2.33 dB(語音在0°)或-2.86 dB(90°)，MVDR波束器的為0.71 dB(語音在0°，90°)。②在交通噪聲存在時，全向Mic的輸出SNR為1.22 dB；常規(guī)DM的SNR為6.47 dB(語音在0°)或1.28 dB(90°)；MVDR波束器的SNR為3.23 dB(語音在0°)或3.15 dB(90°)。表2數(shù)據(jù)說明，MVDR波束器的語音增強與語音的方位基本沒有關(guān)系，語音的保真度性能優(yōu)良。此時，它的SNR仍然不高，因為對非180°入射的噪聲相消不完全，輸出中還有不少剩余噪聲。

3.2剩余噪聲的清除 當環(huán)境噪聲是周邊的且與目標語音處于競爭強度時，MVDR波束器前端輸出信號的SNR不能令人滿意，如表2中的數(shù)據(jù)，該波束器的降噪還須從頻域進一步清除剩余噪聲[7]。通常，噪聲的幅度特性是雜亂無章的，波形樣本有相當?shù)莫毩⑿?。語音的幅度特性看起來也無規(guī)則可循，事實上，它是由多種基波和諧波組成，因而波形樣本有一定的相關(guān)性。當噪聲和語音混在一起時，仔細對比，噪聲波形無時不在，而語音波形總是有一些時段不存在或有聽不見的極低波形。這一差別在經(jīng)多頻道分裂后，在單個頻道中的波形中更為明顯，特別是高頻道，因此在各頻道中設(shè)法作獨立的清噪處理總是有效。顯然，傳統(tǒng)的譜相減(spectrum subtract)調(diào)節(jié)單個頻道的增益無濟于事。利用語音波形和噪聲波形在時段上的差別，新近提出的譜相減僅對某些時段的增益進行衰減，達到清除剩余噪聲的目的，稱為時段譜相減。為了使某一頻道的噪聲合理地衰減到足夠小，需要按照SNR的大小來控制該頻道各時段的增益。為了保護重要的語音成分和讓聽覺感到自然，不能將增益衰減至0，通常最多衰減10 dB，且增益衰減需分層進行。經(jīng)前端波束器處理后，輸出聲音信號的SNR較高，故SNR估計結(jié)果是精準的。SNR估值器通常利用諧波同步檢測的原理[2]。在心理聽力學中，當聲音信號的SNR達10 dB以上時，聽者就能輕松地理解語音；盡可能小的增益調(diào)節(jié)可保護目標語音和干擾噪聲的自然性。

表2 競爭噪聲場(60 dB)中常規(guī)DM、MVDR波束器和全向Mic的輸出和SNR

圖7的上圖顯示某一頻道的MVDR波束器前端輸出的波形，語音為藍色，噪聲為綠色，兩者的混迭區(qū)為灰藍色，下圖顯示經(jīng)時段譜相減處理后的輸出波形。圖中的語音波形是1.2節(jié)中使用的英語后面5個字音，約1.8 s，0°入射；輸入噪聲是交通噪聲，60 dB SPL，180°入射；圖中頻道中心為2.5 kHz，頻寬1 kHz。在不同的聽音環(huán)境，可驗配用戶個人喜好的、不同的增益衰減規(guī)則助聽器。例如，降噪增益分三層完成：無語音存在時，增益降9 dB；SNR低于-12 dB時，降6 dB；SNR低于-7 dB時，降3 dB。顯然，這樣的時段譜相減規(guī)則對語音波形沒有什么損壞。對不同的頻道，噪聲聲強差別可能較大，因此各頻道的增益衰減規(guī)則也會不同。從上下兩圖的對比可以看出，經(jīng)該降噪規(guī)則處理后，剩余噪聲清除了許多，特別是在無語音的時段，效果明顯。不過，在噪聲與較強語音共存的時段，噪聲仍然在一定程度上保留，這是為了保護語音而不得不付出的代價。經(jīng)監(jiān)聽測試，其輸出的噪聲明顯降低，能聽清每個字音，完全可以識別語音。試驗和監(jiān)聽借助SimuLink和SoundBooth測試軟件完成[11]。

圖7 頻道2.5 kHz中時段譜相減法抑制剩余噪聲

4 MVDR波束形成助聽器和效果評估

丹麥奧迪康(Oticon)廠家率先將MVDR波束器應(yīng)用于它的助聽器品牌Opn中，取得了良好的效果[7]。該Opn使用的算法是OSN，意指開闊聲音領(lǐng)航而不是傳統(tǒng)的與單人孤立談話的理念。在OSN的多頻道中，每個頻道的分析塊(analyze)都利用主波束器和干擾噪聲估計器，估值每2 ms更新一次。由于助聽器沒有安置兩個以上麥克風的空間，它的主波束器就利用全向Mic，噪聲估計器則利用雙Mic的倒心臟型波束器。它的平衡塊(balance)利用語音檢測器，也稱語音活動檢測器(voice activity detector)，傳送的信息去操作RDM減法器，以滿足相消多方位的干擾噪聲和平衡多方位的語音，無需用自適應(yīng)的波束器聚焦不同方位的語音。它的噪聲清除塊(noise removal)在各頻道用時段譜相減進一步清除剩余噪聲，SNR估計用10 ms滑窗式的測試，增益衰減2 ms更新一次。它還有一個信息管理鏈，稱為YouMatic LX，存儲和傳遞來自分析器、平衡器和噪聲清除器給出的信息以及用戶個人喜好的助聽器驗配參數(shù)。各頻道獨立處理后的輸出求和，可實現(xiàn)多目標語音聆聽和輸出盡可能小的噪聲，使得聽音費力(listening effort)最小。

Le Goff等[1]給出了OSN算法在助聽器中應(yīng)用的效果，包括感音費力(cognitive effort)、記憶復述(memory recall)和語音識別 (speech recognition)項目。后者的測試是評估助聽器性能最普遍的方法。Le Goff[1]挑選了26例有助聽經(jīng)驗的試聽者，平均年齡63.5歲，聽力損失在37～66 dB HL之間，樣品品牌是Opn和Alta2 Pro(無OSN算法)，正確語音識別率采用50%和80%兩種，使用了Hangerman問卷的語句，每組10句共兩組問表。聽音場地選用無回音測試室，背景噪聲是語音型噪聲，6個揚聲器放在圓周上，半徑為1米，方位分別是45°，90°，…315°，激勵語音放置在0°方位，輸出為65 dB SPL，試聽者位于圓心，測試數(shù)據(jù)的分析借助方差分析法(ANOVA)。測試結(jié)果見圖8，淺色塊是正確識別率50%的閾值，深色塊是正確識別率80%的閾值?？梢?，無論是50%還是80%的識別率，Opn需要的SNR比Alta2 Pro需要的總是低約2 dB，即語音理解能力提高20%。

圖8 Opn與Alta2 Pro助聽器的語言識別性能

5 結(jié)論

助聽器降噪技術(shù)的研發(fā)遇到不少挑戰(zhàn)，即無論是頻域還是空域，目標語音和干擾噪聲常常是混迭在一起的，非點源且頻譜寬?；谇把訒r波束器和寬帶MVDR波束器，新近出現(xiàn)的兩種方向麥克風降噪技術(shù)達到了一個新的高度。①前延時DM具有較大的語音增強，其高保真能力與全向Mic相當；降噪能力比全向Mic要強些，比常規(guī)DM要差，因此它適宜于低噪聲環(huán)境下使用。前延時DM的結(jié)構(gòu)簡單，用雙Mic加上加法器和延時器即可實現(xiàn)；它與常規(guī)DM結(jié)合只需更改信號處理算法和微程序，實現(xiàn)降噪性能更優(yōu)越、保真性良好的助聽器，可取代助聽器中的全向Mic。②語音 MVDR波束器技術(shù)是當今空域和時域降噪技術(shù)的結(jié)合。它用全向Mic作主波束器，將多方位的目標語音和干擾噪聲引入。倒心臟型波束器估計干擾噪聲，將其輸出與主波束器的輸出相減而抑制主波束引入的干擾噪聲。對于相減后輸出的剩余噪聲，在各頻道根據(jù)波形的短期SNR大小用時段譜相減法作進一步清除：SNR越小，輸出字音間隙上的增益衰減越多，反之亦反。對競爭強度的干擾所產(chǎn)生的剩余噪聲都有足夠的抑制，同時保護聲音的自然性。MVDR波束器還具有聆聽多方位目標語音的能力，而不需要轉(zhuǎn)動頭部去對準某處發(fā)聲的目標語音。③與常規(guī)DM相比，MVDR波束器對強干擾噪聲(大于語音10 dB)的抑制能力可能還顯弱勢；其算法十分復雜，需要超高速的、甚寬動態(tài)范圍字長的芯片，如500 MIPS(million instructions per second)和24 bits。目前，奧迪康的Velox平臺芯片能滿足這樣的要求[14]。