數(shù)字助聽器設(shè)計(jì),dsp,單片機(jī)

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1、數(shù)字助聽器設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)及注意事項(xiàng)最新的助聽器是數(shù)字可編程的，這意味著雖然它們有模擬信號處理功能，但由聽力學(xué)家可調(diào)節(jié)的數(shù)字參數(shù)來控制處理。在設(shè)計(jì)數(shù)字助聽器時，工程師將會遇到哪些挑戰(zhàn)？他們應(yīng)該如何應(yīng)對？本文將為你一一解讀。設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)助聽器的設(shè)計(jì)人員有著嚴(yán)格的技術(shù)要求。助聽器必須足夠小以便放入人體的耳內(nèi)或耳后，運(yùn)行功率必須超低，并且沒有噪聲或失真。為滿足這些要求，現(xiàn)有的助聽設(shè)備消耗的功率要低于1mA，工作電壓為1V，利用的芯片面積少于10mm2，這通常意味著兩個或三個設(shè)備相互疊放。典型的模擬助聽器由具有非線性輸入/輸出功能和頻率相關(guān)增益的放大器組成。但此模擬處理依賴于

2、自定義電路，與數(shù)字處理相比，缺乏可編程性且成本更高。最新的數(shù)字設(shè)備與其對應(yīng)的模擬設(shè)備相比，降低了設(shè)備成本，減少了功率消耗。數(shù)字設(shè)備最大的優(yōu)勢在于其提高的處理能力和可編程性，允許定制助聽器以適用于特定的聽力損傷和環(huán)境。代之以簡單的聲音放大和可調(diào)節(jié)的頻率補(bǔ)償，可獲得更復(fù)雜的處理策略來提高提供給受損耳朵的聲音質(zhì)量。但此類策略需要DSP可提供的極度復(fù)雜的處理功能。一般而言，聽力損失分為兩類：傳導(dǎo)性聽力損失和神經(jīng)性聽力損失(SNHL)。當(dāng)通過病人的外耳或中耳的聲音傳導(dǎo)異常時會發(fā)生傳導(dǎo)性聽力損失，而當(dāng)耳蝸中的感覺細(xì)胞或聽覺系統(tǒng)中較高的神經(jīng)機(jī)制出現(xiàn)問題時會發(fā)生神經(jīng)性聽力

3、損失。如果是傳導(dǎo)性聽力損失，則無法正常地通過中耳或外耳傳輸聲音。由于聲音主要由傳導(dǎo)性損失衰減，因此只需放大聲音就可恢復(fù)接近正常的聽力。不需要任何特殊的信號處理，傳統(tǒng)的模擬助聽器即可良好地工作。但是，只有5%遭受某些聽力損失的人歸因于傳導(dǎo)性損失。另一種聽力損失是SNHL。它包括與年紀(jì)變老有關(guān)的聽力損失，以及噪聲引起的聽力損失和服用了對聽覺系統(tǒng)有害的藥物導(dǎo)致的聽力損失。大多數(shù)SNHL是由耳蝸故障所導(dǎo)致。SNHL被認(rèn)為是由對內(nèi)毛細(xì)胞和外毛細(xì)胞或二者的損害所導(dǎo)致。但是，底層的生理學(xué)極其復(fù)雜。不同的人有不同的病理，這意味著聽力圖相同的病人不一定有相同類型的聽力損失。

4、而且，病人甚至在不同的頻率范圍內(nèi)損傷程度不一。SNHL的結(jié)果通常導(dǎo)致：1)在某些頻率通道沒有輸入，2)缺乏敏感度，以及3)聽覺濾波器擴(kuò)大。反過來這些結(jié)果在很大程度上損傷了聽眾的聲覺。與聽力正常的聽眾相比，患SNHL的聽眾除了其它困難之外，最常遇到響度重振(與正常的相比，舒適的聽力水平范圍被壓縮)和頻率分辨率損失。聲覺中的這些變化顯著地影響了聽眾理解語音的能力。由于SNHL不僅僅是聲音傳輸?shù)膯栴}這么簡單，而實(shí)際上是聲音處理的問題，通過簡單的放大不能治療這種損失-使模糊不清的聲音更大不能使它們更清晰。因此，幫助SNHL病人的一個可能有效的方式是通過預(yù)處理信號來

5、增強(qiáng)復(fù)雜的聲調(diào)模式，以補(bǔ)償聽力損失。通過相同的最佳治療不可能治愈SNHL的各種表現(xiàn)。處理聲音可使語音更容易理解。但是，最佳處理算法因個體而異，甚至在不同的聽力條件下(如安靜的房間與喧鬧的體育場)為個別人而有所改變。適應(yīng)這些差異的關(guān)鍵在于助聽器的靈活性。傳統(tǒng)上，助聽器一直是裝在適合最終用戶的定制耳模中的放大器。助聽系統(tǒng)包含一個麥克風(fēng)、一個放大器、一節(jié)鋅空氣電池和一個接收器/揚(yáng)聲器。大多數(shù)放大器都采用了某種壓縮功能，實(shí)際上是非線性輸入/輸出關(guān)系，用于補(bǔ)償響度重振。還可以調(diào)節(jié)不同頻帶中的增益，頻帶的數(shù)量也有所不同，但通常是兩個或三個頻帶。許多最新的助聽器是數(shù)字可

6、編程的，這意味著雖然它們有模擬信號處理功能，但由聽力學(xué)家可調(diào)節(jié)的數(shù)字參數(shù)來控制處理。此外，一些模擬助聽器對于不同的聽力環(huán)境具有多個“程序”，或參數(shù)集。市場上一些數(shù)字助聽器是帶有可編程系數(shù)的ASIC。這些ASIC提供一些算法集和多個頻帶，這是典型模擬設(shè)備不可能具有的。例如，數(shù)字助聽器具有以下功能組合：2到14個具有可調(diào)節(jié)交叉頻率的頻帶、一個麥克風(fēng)、定向測聽的雙麥克風(fēng)、背景噪音降低、自動增益控制(AGC)、語音增強(qiáng)、反饋消減和噪聲保護(hù)?？傊?，可完成的處理量令人驚嘆，特別是與模擬助聽器中的傳統(tǒng)處理功能相比，更是如此。最新的助聽器是數(shù)字可編程的，這意味著雖然它們有

7、模擬信號處理功能，但由聽力學(xué)家可調(diào)節(jié)的數(shù)字參數(shù)來控制處理。在設(shè)計(jì)數(shù)字助聽器時，工程師將會遇到哪些挑戰(zhàn)？他們應(yīng)該如何應(yīng)對？本文將為你一一解讀。設(shè)計(jì)示例基于DSP的助聽器可擴(kuò)展軟件控制的功能，以包括頻率成形、反饋消減、噪聲降低、雙耳處理、耳殼與耳道過濾、混響消除以及提供從數(shù)字電話、電視或其它音頻設(shè)備的直接數(shù)字輸入?？删幊藾SP還意味著助聽算法/功能可定制或在不改變硬件的情況下改變。助聽專業(yè)人員幾乎可在實(shí)時的前提下經(jīng)濟(jì)地采用可用的算法。甚至還可以將用戶可選擇的程序用于切換到聽力難的情況下經(jīng)過高度處理的聲音，或返回安靜環(huán)境中的傳統(tǒng)、失真較少的聲音。圖1：基于DSP

8、的助聽器方框圖。上面的方框圖顯示了基于DSP的數(shù)字助聽器的主要元素