基于DSP的数字助听器多通道响度补偿方案

　　针对人耳听觉特征，尤其是老年性听损患者的高频听力损失，提出了一种新的利用正交镜像滤波器组( QMFB) 对语音信号进行子带划分的响度补偿方案. 利用低通滤波器模拟高频听损状态下的语音信号，设计了一个基于 QMFB的非等宽 4 通道滤波器组对模拟信号进行子带划分响度补偿，最后通过 Matlab仿真并利用 TMS320C5402 芯片实现了这一过程. 实验与仿真结果显示，该响度补偿方案很好地补偿了老年性听损患者在高频段的语音能量损失，使患者的听力得到显著改善.

　　0 引言

　　据世界听力研究机构的统计，中度以上听力损失患者约占世界总人口的 6%[1]. 在听损患者的听力矫正治疗中，佩带助听器是最简单有效的方法. 目前世界上先进的助听器都为全数字 DSP 助听器，且几乎所有的 DSP 数字助听器都实现了多通道响度补偿的功能[2]，但大多数的响度补偿方案集中在等宽的频率间隔之上. 文献[3]用插值半带滤波器实现了 8 通道等带宽滤波器组，且各通道都是线性相位实系数滤波器. 文献[4]在时域利用梳状滤波器和多个谐振子对信号分频，再将各路信号加权相加作为输出. 还有文献提出小波变换后的多通道响度补偿算法. 由于语音信号的大部分能量包含在较低的频率中，故等宽频率间隔的响度补偿方案并不符合人耳的听觉特性，因此王青云等[5]提出了一种在 Bark 域分割子带频率间隔非等宽多通道响度补偿方法.

　　针对模拟高频听损状态下的声音信号，以正交镜像滤波器( QMFB) 为结构原型，提出了一种在低频细分、高频粗分的语音信号频带分割方法，并构建 4 通道近似完美重构滤波器组，对信号进行分析、响度补偿与重建. 该方法符合人耳听觉特性，且利用了 QMFB 的镜像特性达到近似完美重构，提高了补偿后的语音质量和自然度.

　　1 老年性高频听损患者的听觉特性

　　由文献[5]可知，人耳对声音频率高低的感知与实际频率的高低近似为对数关系. 由于正常人耳对 800 Hz ～ 5 kHz 的声音频率最敏感，此频段又是语音能量较集中的频段，因此滤波器组子带应在该频域内进行细分，而在高于 5 kHz 的频段进行粗分. 听损患者对声音的敏感程度比正常人低，且不同的听损患者在不同频段听力下降的情况不同. 文献[6]对老年人听力损失进行了详细的研究，图 1 所示分别为组织病理学上老年人听力损失的几种情况: 1) 感音性老年性听力损失，纯音听力检查高频听阈下降明显; 2) 神经性老年性听力损失，表现为渐降型的曲线; 3) 代谢性或称血管纹性老年性听力损失，表现为平坦下降型听力曲线; 4) 耳蜗传导性老年性聋，表现为斜坡缓降型高频减退的听力曲线. 其中，血管纹性老年性听力损失的组织病理学和临床特征可以说代表了老年性听力损失的主要特点，即在 4 ～ 8 kHz 高频范围听力阈值下降明显.