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soundsmoothing降噪新技术

时间:2014-04-01 02:47   来源:网络整理   复制分享 共有评论()条

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SoundSmoothing:一种新的处理方法来减少瞬间噪声带来的烦躁不适。

作者:Tom Powers 博士 西门子(美国)听力 首席研究官

编译:戴瑞邦

SoundSmoothing是西门子“言语和噪声处理系统”新的组成部分之一。这也是第一个能够减小由于瞬间噪声所引起的不适感的运算系统。

SoundSmoothing通过三个独立的研究进行评估: 其中两个实验在实验室进行、另一个在日常生活中进行。这些结果都充分证明了SoundSmoothing为弱听者带来很多利益。 SoundSmoothing有效的将佩戴者对瞬间噪声的不适感降低到最小,并且提供了配套的指导方针和软件的精细调节。CENTRA产品是第一个应用SoundSmoothing技术的助听器系列。

背景介绍

长久以来,背景噪声对于助听器佩戴者而言是最需要解决的问题。这些噪声不仅影响对言语的理解,还在许多情况下给佩戴者带来烦躁等不适感,使佩戴助听器成为一件很厌烦的事情。

确定减小噪声引起烦躁的最好方法,是考虑佩戴者日常生活环境中噪声的类别。比如, 噪声的改变是剧烈的还是缓慢的?一些助听器佩戴者强烈的烦躁来自持续的大声噪声,例如摩托车,而其它烦躁是由于短暂的持续微弱的声音,例如电脑键盘的敲击。

由五名听力学专家组成讨论小组,对所有不同的噪音进行噪音测量评价。每种噪声的评价都基于专家公认的最统一的强度(轻微、平均和大声)和持续时间典型的噪声(瞬间、中等和连续的)。划分不同环境噪声等级如图1所示。显示33%的环境声音属于瞬间的声音,所以我们主要投入瞬态噪声的研究中。

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解决烦躁的问题

应用数字降噪(DNR)可能是解决噪声引起烦躁的一种方法。DNR应用在数字助听器上已经有10多年。

历史上,DNR处理规则是以调制为基础,这些系统都有效的把言语信号从宽带稳态噪声中提取出来。当原始信号确定为噪声,通道精细增益将减小。这种方法非常成功的减少了任意一种连续噪声所引起的烦躁。在过去的几年中,西门子采用一种DNR处理技术,这个技术是基于维纳滤波器。这个快速启动的降噪滤波器提供更近一步的降低宽带稳态噪声,有效的减少了言语的缝隙期间不必要的噪音。

如果我们回过来看图1,发现有33%的背景噪声是瞬间的噪声,而这种类型的噪声引起的烦躁几乎与持续噪声相同。到底什么才是最好的方法,可以降低信号中引起烦躁的噪声部分?考虑到用传统的降噪系统,瞬间的噪声信号将不会被识别为噪声。虽然在表面上,快启动AGCi可以解决这些问题,但是这种方法也会降低对言语信号的调制,而且需要更短的压缩时间,我们期待的是最好的音质。因此需要设计一种新型的降噪系统特别针对瞬态噪声。

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一种新的方法:SoundSmoothing

如图2所示,SoundSmoothing处理方法的结构图。首先,输入信号进入到频谱和时间分析器,经过频谱和时间分析,频谱信息允许SoundSmoothing削弱不含人耳容易感知频率的瞬态声音。而时间分析进行非常高速和异常延迟计算(<1ms)。为缩短SoundSmoothing的反应时间,使瞬态噪声降到最小并被包络滤波器提炼出来,用以判断是否为言语。因此包络滤波被用于分析言语模式,只要判断为非言语声,则降低所有瞬间增益。 (瞬态越多,增益衰减越多).对瞬态峰值的衰减是随着察觉阈调整的。察觉阈降低,耳病治疗,瞬态声音将不再被SoundSmoothing衰减。最后输出信号被送到“合成处理”这部分中。

如图3所示,在连续发声器中SoundSmoothing的效果。这些声音包含很多瞬态噪声,而且是上文提到的使人烦躁的生活噪声。如果SoundSmoothing有效,这些顶峰被削弱保持在40dB输出的声音(图3下)将极少的带来烦躁。常规噪声衰减系统(基于DNR的调制或者维纳滤波器)和慢启动AGC对这样的信号都无任何作用。

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结合不同的降噪技术

当然, 连续噪声也会引起烦躁不适,或者当连续噪声夹杂在言语声中一起出现时,会增加识别言语的困难。因此,一个理想的噪声管理系统是联合多方面的DNR处理方法:基于降噪的调制、维纳滤波器和SoundSmoothing。见图4所示。然而,当只有固定噪声的时候,基于DNR的调制(“降噪”)是非常有效的。而维纳滤波器( “言语信号增加” )同时接受了言语信号和噪声信号。 最后,SoundSmoothing解决不固定的瞬态噪声,无论是否言语同时出现。注:所有这些降噪技术都有效的减少了大量的噪声,但是不降低言语信号的质量。

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新的SoundSmoothing处理方法被西门子应用在CENTRA上并有能力去降低类似敲打这样的瞬态环境噪声信号,听力设备和校正,因此提供了更舒适的听觉效果, 这非常重要。因此,如果在实验室条件下,聋校德育,助听器佩戴者认为有所改善,那么应用SoundSmoothing来抑制瞬间噪声就是成功的。

SoundSmoothing在不同的环境声音下

澳大利亚国家声学试验室引入一个新的项目,研究SoundSmoothing处理方法对瞬态噪音的作用。在这个研究中21个听力损失者为一组参与对照测试。听取6种不同的噪声和言语信号,参与者分SoundSmoothing处理信号和没有经过处理两组。这是一个选择性试验,试听者为了能听到正确的言语必须选择一到两个设置。在这种情况下选择SoundSmoothing比例远高于其他选择,如图5所示。

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通过图5可以看到,聚会噪声和言语声情况下,参与者的两种选择相当,这可能是由于他们没有听出任何区别,但必须做出选择。这是我们早已预料到的,SoundSmoothing在没有发现合适的噪声信号时,不会对言语信号有任何影响(无瞬态噪声情况下)。事实上因此可以确定SoundSmoothing不会因为消除噪声而影响言语信号。研究中值得注意的是,瞬态噪声下参与者对SoundSmoothing的偏爱更多。

在真实世界中SoundSmoothing的益处

针对CENTRA的另一项研究在德国吉森大学附属医院开展,11名受试者在日常生活中佩戴助听器。通过每天的佩戴,他们记录各种噪声引起的烦躁水平,并评价出噪声引发的烦躁程度。用0-10评价烦躁程度(0代表毫无烦躁;10代表非常烦躁)。一组受试者开启SoundSmoothing,另一组关闭SoundSmoothing,两组的其它设置都是相同的,受试者都从未接触编程设置。当他们听到任何环境声音的时候切换两种模式,然后记录两组分别引起烦躁的比例。

如图6所示,研究中4种声音引起烦躁的平均比率。当瞬态噪声出现时,SoundSmoothing降低了引起烦躁的程度。“交通噪声”没有优势存在,表明这些不是瞬态噪声。这些发现更正了原先国家声学实验室的结果报告,并增加了更进一步的真实生活体验。

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和竞争对手产品的比较

在研究的最后,展示出具有SoundSmoothing的CENTRA助听器与其他厂商高端产品的比较结果。双方的产品应用各自最好的验配方案,对比处理活动噪声的降噪能力。对比产品应用的是传统的基于调制基础的降噪方法,而西门子CENTRA除传统的降噪方法外,还加入了快反应DNR滤波器(“言语信号增加”)和最新的SoundSmoothing处理方法。

事实上,CENTRA对烦躁的比例远低于其他产品。正如图7所示,25%的CENTRA性能相当于75%对方产品的性能,而更值得关注的是75%的CENTRA能达到最佳的降噪效果——毫无烦躁。

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合适的选配

如前讨论,SoundSmoothing有效DNR处理方式与佩戴者有密切关系。关于SoundSmoothing的一些基本的指导方针和针对患者咨询的建议如下:

1、SoundSmoothing可以和其他处理方式联合使用,也可独立使用。这种增进而非替代传统DNR技术都是为患者的利益考虑。

2、SoundSmoothing不是特别的听力技术。如果瞬态噪声存在,事实上几乎所有的助听器佩戴者都能听到,只是SoundSmoothing可以减少这些噪声带来的烦躁。

3、研究显示,总体上首次配戴者或有配戴经验的患者都可从SoundSmoothing中得到利益。临床,查结果表示,首次配戴患者获得的利益甚至超过了有配戴经历的患者。

4、SoundSmoothing没有负面作用,因此所有佩戴者可以放心使用。

5、SoundSmoothing的设计是对瞬态信号非常敏感,配戴者只会注意到。当这种噪声出现时SoundSmoothing产生的效果。因此建议验配师为助听器佩戴者演示SoundSmoothing对瞬间噪声的作用(鼓掌声)时,可以做SoundSmoothing开启和关闭对比实验,来演示SoundSmoothing的作用。

(责任编辑:中国听觉网)
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