助听器
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谱减法基本原理框图
2、小波阈值法
小波阈值法去噪的基本思想是对小波去噪过程 中的分尺度下的小波系数进行阈值处理。因为小波 变换后有用信号的能量主要集中在少数绝对值较大
的小波系数上和特定的频率范围内，而噪声的能量
却分布于整个小波域中。因此，小波分解后的有用 信号的系数幅值会大于噪声的系数幅值，采用阈值 处理的方法将有用信号系数予以保留，将噪声信号 系数尽可能 减少到零，就可以实现最终的信号去
陷波滤波器法：陷波滤波器和均衡器是电声设 备常用的声反馈抑制技术。当系统出现明显的声反 馈时，用手工活系统自动寻找反馈峰在频谱的位置， 用一个作用于该频率的陷波器，来对信号进行滤波 并将其衰减掉，从而达到声反馈抑制的目的。
反馈的临界点时，不管输入声强如何变化，系
统输出声强不再增加，从而避免产生声反馈。
声反馈抑制的方法之自适应消除
该系统如图所示，自适应声反馈抑制是用滤波器H(z)来估计真实的回声路径H*（z），用滤波器输出的信号来逼近真
实的从扬声器反馈到麦克风的信号，然后再从麦克风的输入信号中把该反馈信号减去，从而达到消除反馈的目的。
自适应声反馈消除的算法： （1）LMS算法：计算量小，鲁棒性好。 （2）归一最小均方算法：分母被称作归一化因子，其复杂速度与LMS相当，收敛速度有较大的提高。 但是当输入信号为有色信号时，算法收敛速度将减慢。 以上算法均是随机梯度算法，其中高收敛速度与低稳态失调是一对矛盾需求，下面引入另一种算法可解决该矛盾。 （3）变步长自适应算法：其一运用Sigmoid函数进行运算，该算法由于参数配置过多无法获得最优值而通用性较差 无参数变步长NLMS算法：仅需要误差信号功率估计和背景噪声功率估计，经过尝试在能够得到背景噪声功率 估计后，该算法成为较常用的算法。
一、频响补偿及其方法
助听器算法中，频响补偿算法是一种重要的技术方法。
频响补偿算法将正常人听力动态范围内的声音映射至听力障碍
者的听域内，对声音进行一定程度的放大，并尽可能地保持听觉舒 适和提高声音的清晰度，让听力障碍者能在自己的听力动态范围里 能听到语音，回复其原有的语音交流能力。
方法： 1：线性放大算法 2：宽动态压缩算法 3：多通道动态压缩算法
1、线性放大算法
线性放大是直接对信号进 行线性放大。在此增益补偿方 法下听力障碍者对于一般声压 级（50——80dBSPL)的语音信号 能够听得到，但对与小声和大 声，会出现小声听不到，大声 太吵的现象。
2、宽动态压缩算法
将时域中的语音信号给予 预放大G1（线性放大），放大 后的语音信号变换到频域，整 个频域中的信号根据听力障碍 者的听力损失情况进行相对放 大G2，得到最终的增益。 宽动态压缩算法是将整个 言语动态范围按一定的比例均 匀地压缩到患者的残余听力中。
3、多通道动态压缩算法
多通道动态压缩算法是在宽动态压缩算 法的基础上，在频域中划分通道，在各个 通道内，根据患者听力损失的情况，对于 不同通道加以不同的放大处理（对不同频 率成分使用不同压缩策略即不同的I/O曲 线），最后将合成的声音再发放到患者的 耳道。 如图所示给出了双通道动态压缩的频响 补偿，双通道动态压缩算法是在宽动态压 缩的频响补偿的基础上，将频段组合成为 两通道，在各个通道内评估声音的大小， 然后根据声音大小再次给予增益G3,使得3 次声音的处理G1+G2+G3=G,其中G1、G2、 G3是三个相对独立的操作。
声反馈抑制的方法
消声器法：为避免助听器产生声反馈而产生 啸叫，有的助听器的通气孔采用改变通气孔的
形状构成扩张式或共振式消声器方法。这种方
法因制作工艺麻烦、消声频率固定且很难展宽 而较少采用。
限幅法：Baidu Nhomakorabea据输入信号的强弱自动调整输
出信号的增益，使系统的最大输出始终小于声 反馈发生的临界点。当输出增加到即将产生声
总结
数字助听器完全不同于模拟式组听器，它把语音信号转换成数字信号， 根据患者的听力需求，通过各种数字式信号处理方法，对数字语音信号进 行处理。数字式助听器具有 1、改善音质，提高信噪比 2、动态改变增益 3、自动适应环境 4、抗外界干扰能力强 5、减少和消除反馈 综上所述，从理论上讲，数字助听器的工作已经接近于”安静环境中具 有聆听舒适感，噪音环境中具有良好的语言清晰度，极度嘈杂环境下无不 适感“的理想助听效果。
1、谱减法
基于短时谱估计的谱相减法是 一种发展较早且应用较为成熟的语 音去噪算法，该算法利用加性噪声 与语音不想关的特点，在假设噪声 是统计平稳的前提下，用无语音间 隙测算得到的噪声频谱估计值取代 有语音期间噪声的频谱，与含噪语 音频谱相减，从而获得语音品牌的 估计值，谱减法具有算法简单，运 算量小的特点。
信号的真值与估计值，而用表示它们之间的误差，即
显然，e(n)可能是正的，也可能是负的，并且它是一个随机变量。因此，用它的均方值 来表达误差是合理的，所谓均分误差最小即它的平方的统计平均值最小：
三、声反馈
原因：助听器由于外形和体积较小，麦克风和扬声器位置通常 很近，常易产生声反馈而产生啸叫。这是因为声音被助听器麦克风 接受，通过系统放大，再由扬声器输出。声音会从通气孔或者耳模 与外耳道的缝隙泄露出去，又重新被麦克风拾取，经放大器再次放 大再从扬声器输出，形成声反馈。 危害：反复放大会引起放大电路的自己震荡而引发啸叫。一般 增益越大啸叫可能性越大。声反馈的存在会造成声音的失真，必须 抑制、克服声反馈。
助听器的分类
A、模拟助听器：将信号通过传声器转换成连续变 化的电信号（模拟信号）经滤波、放大后传到耳机 输出。
B、数字助听器：信号处理部分采用数字信号的方 式 ，即将接受的声音信号（模拟信号）转换成数 字信号，再进行一系列处理后，最终转换成模拟声 信号输出。
数字助听器的优点
1、自动适应环境，有效降低噪声，提高言 语的清晰度； 2、模仿人类正常耳蜗功能，使患者提高了 对不同声音的适应性，不论声音大小都能 听到，患者却没有不适感。 3、再现自然声音，优化患者对自己声音的 感受，提高声音的自然性，真实性和舒适 性。 4、自动消除反馈声，应用数字反馈抑制技 术，使助听器不会出现令人烦恼的啸叫。
信号处理技术在助听器中 的应用
组员：孙涛 杨志 苏呈祥 王泽辉
目录：
一、助听器简介 二、助听器的原理 三、数字信号处理方法 1、频响补偿 a、线性放大算法 b、宽动态压缩算法 c、多通道动态压缩算法 2、语音增强 a、谱减法 b、小波阈值法 c、维纳滤波器 3、反馈抑制 四、总结
助听器简介
助听器是一种最常用、最有 效的补偿听力损失的医疗设备， 通过它将声音放大，最大限度地 利用听力障碍者的残余听力，使 之听到原来听不到或听不清的声 音，提高了患者的听力水平。 助听器主要模拟人耳的外耳 和中耳的功能，即对声音放大， 不同频率下给予不同的增益等。
数字助听器原理
数字助听器由麦克风、扬声器和数字 信号处理器三个部分组成。 工作原理：麦克风负责将输入的声音 信号转变为模拟电信号；经过A/D转换成 数字信号后，数字信号处理器负责对数字 信号进行各种算法处理；D/A转换器将处 理后的数字信号转化为模拟电信号；扬声 器负责将电信号还原为声信号。 数字助听器的核心部件是数字信号处 理器，数字信号处理器中应用的数字信号 方法有频响补偿、语音增强、反馈抑制、 声源定位、定向性麦克风、环境分类等
二、语音增强
在语音通信中，强大的背景噪声干扰使得很多语音处理系统的 性能急剧下降，例如在 飞机的不同机舱内以及机舱与地面通话过程 中的噪声污染都是十分严重的。为了消除这些噪声的影响，对语音 信号进行信号处理，消除背景噪声、提高语音质量的过程就是语音 的增强。 语音增强的方法有： 1：谱减法 2：小波阈值法 3：维纳滤波器
噪目的。
3、维纳滤波器
维纳滤波是用来解决从噪声中提取信息问题的一种过滤（或滤波）的方法。实际上这种 线性滤波问题，可以看成是一种估计问题或一种线性估计问题。 一个线性系统，如果它的单位样本响应为 h(n)，当输入一个随机信号 x(n)，且 其中 s(n)表示信号，v(n)表示噪声，则输出 y(n)为 我们希望 x(n)通过线性系统 h(n)后得到的 y(n)尽量接近于 s(n)，因此称 y(n)为 s(n) 的估计值， 用表示，即 维纳滤波器的输入-输出关系为： 如上图所示。这个线性系统 h(n)称为对于 s(n)的一种估计器。如果我们以 S 与表示
2、小波阈值法
小波阈值法去噪的基本思想是对小波去噪过程 中的分尺度下的小波系数进行阈值处理。因为小波 变换后有用信号的能量主要集中在少数绝对值较大
的小波系数上和特定的频率范围内，而噪声的能量
却分布于整个小波域中。因此，小波分解后的有用 信号的系数幅值会大于噪声的系数幅值，采用阈值 处理的方法将有用信号系数予以保留，将噪声信号 系数尽可能 减少到零，就可以实现最终的信号去
陷波滤波器法：陷波滤波器和均衡器是电声设 备常用的声反馈抑制技术。当系统出现明显的声反 馈时，用手工活系统自动寻找反馈峰在频谱的位置， 用一个作用于该频率的陷波器，来对信号进行滤波 并将其衰减掉，从而达到声反馈抑制的目的。
反馈的临界点时，不管输入声强如何变化，系
统输出声强不再增加，从而避免产生声反馈。
声反馈抑制的方法之自适应消除
该系统如图所示，自适应声反馈抑制是用滤波器H(z)来估计真实的回声路径H*（z），用滤波器输出的信号来逼近真
实的从扬声器反馈到麦克风的信号，然后再从麦克风的输入信号中把该反馈信号减去，从而达到消除反馈的目的。
自适应声反馈消除的算法： （1）LMS算法：计算量小，鲁棒性好。 （2）归一最小均方算法：分母被称作归一化因子，其复杂速度与LMS相当，收敛速度有较大的提高。 但是当输入信号为有色信号时，算法收敛速度将减慢。 以上算法均是随机梯度算法，其中高收敛速度与低稳态失调是一对矛盾需求，下面引入另一种算法可解决该矛盾。 （3）变步长自适应算法：其一运用Sigmoid函数进行运算，该算法由于参数配置过多无法获得最优值而通用性较差 无参数变步长NLMS算法：仅需要误差信号功率估计和背景噪声功率估计，经过尝试在能够得到背景噪声功率 估计后，该算法成为较常用的算法。
一、频响补偿及其方法
助听器算法中，频响补偿算法是一种重要的技术方法。
频响补偿算法将正常人听力动态范围内的声音映射至听力障碍
者的听域内，对声音进行一定程度的放大，并尽可能地保持听觉舒 适和提高声音的清晰度，让听力障碍者能在自己的听力动态范围里 能听到语音，回复其原有的语音交流能力。
方法： 1：线性放大算法 2：宽动态压缩算法 3：多通道动态压缩算法
1、线性放大算法
线性放大是直接对信号进 行线性放大。在此增益补偿方 法下听力障碍者对于一般声压 级（50——80dBSPL)的语音信号 能够听得到，但对与小声和大 声，会出现小声听不到，大声 太吵的现象。
2、宽动态压缩算法
将时域中的语音信号给予 预放大G1（线性放大），放大 后的语音信号变换到频域，整 个频域中的信号根据听力障碍 者的听力损失情况进行相对放 大G2，得到最终的增益。 宽动态压缩算法是将整个 言语动态范围按一定的比例均 匀地压缩到患者的残余听力中。
3、多通道动态压缩算法
多通道动态压缩算法是在宽动态压缩算 法的基础上，在频域中划分通道，在各个 通道内，根据患者听力损失的情况，对于 不同通道加以不同的放大处理（对不同频 率成分使用不同压缩策略即不同的I/O曲 线），最后将合成的声音再发放到患者的 耳道。 如图所示给出了双通道动态压缩的频响 补偿，双通道动态压缩算法是在宽动态压 缩的频响补偿的基础上，将频段组合成为 两通道，在各个通道内评估声音的大小， 然后根据声音大小再次给予增益G3,使得3 次声音的处理G1+G2+G3=G,其中G1、G2、 G3是三个相对独立的操作。
声反馈抑制的方法
消声器法：为避免助听器产生声反馈而产生 啸叫，有的助听器的通气孔采用改变通气孔的
形状构成扩张式或共振式消声器方法。这种方
法因制作工艺麻烦、消声频率固定且很难展宽 而较少采用。
限幅法：Baidu Nhomakorabea据输入信号的强弱自动调整输
出信号的增益，使系统的最大输出始终小于声 反馈发生的临界点。当输出增加到即将产生声
总结
数字助听器完全不同于模拟式组听器，它把语音信号转换成数字信号， 根据患者的听力需求，通过各种数字式信号处理方法，对数字语音信号进 行处理。数字式助听器具有 1、改善音质，提高信噪比 2、动态改变增益 3、自动适应环境 4、抗外界干扰能力强 5、减少和消除反馈 综上所述，从理论上讲，数字助听器的工作已经接近于”安静环境中具 有聆听舒适感，噪音环境中具有良好的语言清晰度，极度嘈杂环境下无不 适感“的理想助听效果。
1、谱减法
基于短时谱估计的谱相减法是 一种发展较早且应用较为成熟的语 音去噪算法，该算法利用加性噪声 与语音不想关的特点，在假设噪声 是统计平稳的前提下，用无语音间 隙测算得到的噪声频谱估计值取代 有语音期间噪声的频谱，与含噪语 音频谱相减，从而获得语音品牌的 估计值，谱减法具有算法简单，运 算量小的特点。
信号的真值与估计值，而用表示它们之间的误差，即
显然，e(n)可能是正的，也可能是负的，并且它是一个随机变量。因此，用它的均方值 来表达误差是合理的，所谓均分误差最小即它的平方的统计平均值最小：
三、声反馈
原因：助听器由于外形和体积较小，麦克风和扬声器位置通常 很近，常易产生声反馈而产生啸叫。这是因为声音被助听器麦克风 接受，通过系统放大，再由扬声器输出。声音会从通气孔或者耳模 与外耳道的缝隙泄露出去，又重新被麦克风拾取，经放大器再次放 大再从扬声器输出，形成声反馈。 危害：反复放大会引起放大电路的自己震荡而引发啸叫。一般 增益越大啸叫可能性越大。声反馈的存在会造成声音的失真，必须 抑制、克服声反馈。
助听器的分类
A、模拟助听器：将信号通过传声器转换成连续变 化的电信号（模拟信号）经滤波、放大后传到耳机 输出。
B、数字助听器：信号处理部分采用数字信号的方 式 ，即将接受的声音信号（模拟信号）转换成数 字信号，再进行一系列处理后，最终转换成模拟声 信号输出。
数字助听器的优点
1、自动适应环境，有效降低噪声，提高言 语的清晰度； 2、模仿人类正常耳蜗功能，使患者提高了 对不同声音的适应性，不论声音大小都能 听到，患者却没有不适感。 3、再现自然声音，优化患者对自己声音的 感受，提高声音的自然性，真实性和舒适 性。 4、自动消除反馈声，应用数字反馈抑制技 术，使助听器不会出现令人烦恼的啸叫。
信号处理技术在助听器中 的应用
组员：孙涛 杨志 苏呈祥 王泽辉
目录：
一、助听器简介 二、助听器的原理 三、数字信号处理方法 1、频响补偿 a、线性放大算法 b、宽动态压缩算法 c、多通道动态压缩算法 2、语音增强 a、谱减法 b、小波阈值法 c、维纳滤波器 3、反馈抑制 四、总结
助听器简介
助听器是一种最常用、最有 效的补偿听力损失的医疗设备， 通过它将声音放大，最大限度地 利用听力障碍者的残余听力，使 之听到原来听不到或听不清的声 音，提高了患者的听力水平。 助听器主要模拟人耳的外耳 和中耳的功能，即对声音放大， 不同频率下给予不同的增益等。
数字助听器原理
数字助听器由麦克风、扬声器和数字 信号处理器三个部分组成。 工作原理：麦克风负责将输入的声音 信号转变为模拟电信号；经过A/D转换成 数字信号后，数字信号处理器负责对数字 信号进行各种算法处理；D/A转换器将处 理后的数字信号转化为模拟电信号；扬声 器负责将电信号还原为声信号。 数字助听器的核心部件是数字信号处 理器，数字信号处理器中应用的数字信号 方法有频响补偿、语音增强、反馈抑制、 声源定位、定向性麦克风、环境分类等
二、语音增强
在语音通信中，强大的背景噪声干扰使得很多语音处理系统的 性能急剧下降，例如在 飞机的不同机舱内以及机舱与地面通话过程 中的噪声污染都是十分严重的。为了消除这些噪声的影响，对语音 信号进行信号处理，消除背景噪声、提高语音质量的过程就是语音 的增强。 语音增强的方法有： 1：谱减法 2：小波阈值法 3：维纳滤波器
噪目的。
3、维纳滤波器
维纳滤波是用来解决从噪声中提取信息问题的一种过滤（或滤波）的方法。实际上这种 线性滤波问题，可以看成是一种估计问题或一种线性估计问题。 一个线性系统，如果它的单位样本响应为 h(n)，当输入一个随机信号 x(n)，且 其中 s(n)表示信号，v(n)表示噪声，则输出 y(n)为 我们希望 x(n)通过线性系统 h(n)后得到的 y(n)尽量接近于 s(n)，因此称 y(n)为 s(n) 的估计值， 用表示，即 维纳滤波器的输入-输出关系为： 如上图所示。这个线性系统 h(n)称为对于 s(n)的一种估计器。如果我们以 S 与表示