专利名称：一种听觉时间调制传递函数的测试方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及心理声学领域，提出了一种听觉时间调制传递函数的测试方法，用于对人耳听觉的时间幅度调制感知研究，适用对象为正常听力者和佩戴助听器、人工耳蜗等助听设备的使用者，具体涉及一种听觉时间调制传递函数的测试方法及系统。
背景技术：
所有声音都可以看作是随时间变化的一维信号，所以时间信息对于听觉系统是极其重要的。不管是语音还是音乐，所有带有有效信息的声音都是将信息通过信号的时域变化来体现的。虽然在听觉理论中包含时间理论、位置理论、行波理论等不同的理论和学说从各种角度解释外周听觉系统，但如果从心理声学的角度把人耳的听觉系统看作黑箱，那么黑箱的输入信号均可以看作是声压信号随时间变化的一维变化。在听觉的时间特性中，有两个重要的概念:一个是时域分辨(TemporalResolution),另一个是时域整合(Temporal Integration)。两者均为人耳的时域检测能力，但时间长度不同，时域分辨针对的刺激信号较短。另外，时域分辨通常针对的是时域包络的变化的分辨而不针对精细结构[I]，这一点在本发明中不会过分提及，因为若仅从幅度调制的角度考虑，调制频率的变化范围是很大的，不受包络或精细结构的频率限制。听觉时间调制传递函数(TemporalModulation Transfer Function, TMTF)是听觉的调制检测阈值和调制频率的关系函数[1]，TMTF是研究听觉时域分辨时常用的一种。TMTF研究常用的载波信号为宽带噪声信号、窄带噪声信号或正弦信号，其中噪声用的较多，实施例部分将以正弦信号载波作为例对本发明进行说明。听觉TMTF研究不仅仅适用于正常听力者，而且适用于听力受损者或佩戴助听设备的听力残障患者，用于测试人耳或人工耳的时域分辨特性。可以为探究人耳或人工耳的听觉系统提供实验支持。听觉TMTF的研究在国外已经有了一些研究，作为心理声学研究中常用的测试项目，对探索听觉时域特性有着重要的科学研究价值，对于认知科学、听觉神经科学和脑科学研究有着重要的参考价值。科学有效的心理物理测试流程和研究方法有助于为进一步的听神经和听觉中枢的研究提供可靠的心理物理实验数据。通常采用听觉滤波器对听觉TMTF进行解释，虽然TMTF测试的激励信号为正弦幅度调制信号，信号形式较为简单，但是载波的形式选择多种多样，载波的频率和幅度调制频率甚至幅度调制的波形形式也都是有无穷尽的选择，故TMTF的心理声学实验研究有着广泛的开展空间。通过不同的研究人员利用不同的参数组合开展TMTF的研究会有利的推动人们对人耳听觉系统的了解。据笔者所知国内尚无相关研究，本发明将参考国外相关研究文献，自主开发一套科学完整的听觉时间调制传递函数的测试系统，为该项研究的开展提供心理物理实验设计基础
发明内容
本发明的目的在于，提供一种听觉时间调制传递函数的测试方法及系统，用于测试人耳对听觉时间调制的检测能力，为人耳听觉的时间调制幅度感知研究提供一套完整的心理物理测试流程，即提供一种听觉时间调制传递函数的测试方法及系统。为了实现上述目的，本发明提供一种听觉时间调制传递函数的测试系统，该系统用于测试人耳对听觉时间调制的检测能力，所述系统包含外接声卡和专用音箱和耳机，其特征在于，所述系统还包含:听觉时间调制传递函数测试系统，该子系统进一步包含:用户管理模块，用于录入和存储被试者的基本信息，所述基本信息包括:ID号、姓名、性别、年龄、电话、邮箱等信息；参数配置模块，用于选择和配置测试参数，并可采取现场配置和直接导入已准备好的参数配置文件两种方式；响度调节模块，用于对参考信号进行调节，利用声级计对声场进行校准，保证其声压级达到校准标准；
正式测试模块，采用两选项强迫选择(2AFC)方法进行自适应测试，并计算出不同调制频率时被试者最小可分辨出的调制深度；和结果生成模块，用于收集所有测试信息和测试数据，生成最终的测试评估曲线和结果。上述技术方案中，所述的测试参数包含:测试通道、声刺激响度、调制频率和/或刺激时长。所述的正式测试模块包含:声刺激信号的选择方式和两选项强迫选择的测试方法，用于确定测试所采用的信号、表现形式和测试方法；其中，所述的声刺激信号包含:参考信号、调制信号和对比信号，所述参考信号为载波信号，所述调制信号为测试主信号，所述对比信号为混淆用信号；对比信号是将参考信号归一化到与调制信号能量相同得到的；所述的两选项强迫选择方法的为:被试者每次会听到3个声刺激信号，所述参考信号第2个播放，所述调制信号和对比信号分别在第I和3个播放位置随机出现，被试者从第I个和第3个声刺激信号中选择出跟参考信号相比差别更大的一个。所述的正式测试模块还采用自适应测试算法进行测试，该算法具体为:步骤1，定义初始参数的步骤:步长定义为{6，2，2，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1} (dB)，初始步长为6 ;从“答对到答错”或“答错到答对”均定义为一个拐点，出现一个拐点，当前步长改变为下一步长值；初始调制深度可设置为50%到100%间的任意值。步骤2，采用“2down-lUp”的自适应方法，即连续答对2题则调制深度减小，减小所依据的计算公式为JOlg(BmdnewAimdtjld) = step,其中，amdnew为新的调制深度，amd。；^为当前的调制深度，step为当前的步长，答错I题则调制深度增大，增大所依据的计算公式为:201 g (amdnew/amdold) = -step。步骤3，统计结果的步骤，每个调制频率的题目都是统计最后8个拐点处的调制深度，并求取其并均值，得到该调制频率时被试者最小可分辨出的调制深度。所述的结果生成模块从用户管理模块、参数配置模块和正式测试模块分别获取用户信息、测试参数、测试过程和计算结果，并生成最终的测试结果和听觉时间调制敏感度曲线。
基于上述系统，本发明还提供一种听觉时间调制传递函数的测试方法，该方法用于测试人耳对听觉时间调制的检测能力，所述方法包含如下步骤:步骤1，用于选择和配置测试参数，并可采取现场配置和直接导入已准备好的参数配置文件两种方式。步骤2，用于对参考信号进行调节，利用声级计对声场进行校准，保证其声压级达到校准标准。步骤3，采用两选项强迫选择(2AFC)方法进行自适应测试，并计算出不同调制频率时被试者最小可分辨出的调制深度。步骤4，用于收集所有测试信息和测试数据，生成最终的测试评估曲线和结果。上述的方法基于被试者录入和存储的基本信息。所述的测试参数包含:测试通道、声刺激响度、调制频率和/或刺激时长。所述的步骤3包含:声刺激信号的选择方式和两选项强迫选择的测试方法，用于确定测试所采用的信号、表现形式和测试方法；其中，所述的声刺激信号包含:参考信号、调制信号和对比信号，所述参考信号为载波信号，所述调制信号为测试主信号，所述对比信号为混淆用信号；对比信号是将参考信号归一化到与调制信号能量相同得到的；所述的两选项强迫选择方法的为:被试者每次会听到3个声刺激信号，所述参考信号第2个播放，所述调制信号和对比信号分别在第I和3个播放位置随机出现，被试者从第I个和第3个声刺激信号中选择出跟参考信号相比差别更大的一个。所述的步骤3还采用自适应测试算法进行测试，该算法具体为:步骤1，定义初始参数的步骤:步长定义为{6，2，2，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1} (dB)，初始步长为6 ;从“答对到答错”或“答错到答对 ”均定义为一个拐点，出现一个拐点，当前步长改变为下一步长值；初始调制深度可设置为50%到100%间的任意值；步骤2，采用“2down-lup”的自适应方法，即连续答对2题则调制深度减小,减小所依据的计算公式为dOlgfemd^/amU = step,其中，amdnOT为新的调制深度，amdold为当前的调制深度，step为当前的步长，答错I题则调制深度增大，增大所依据的计算公式为dOlgfemd^/amU = -step ;步骤3,统计结果的步骤，每个调制频率的题目都是统计最后8个拐点处的调制深度，并求取其并均值，得到该调制频率时被试者最小可分辨出的调制深度。所述的步骤4从步骤1、步骤2和步骤3获取用户信息、测试参数、测试过程和计算结果，并生成最终的测试结果和听觉时间调制敏感度曲线。与现有技术相比，本发明的技术优势在于:I本发明中响度调节模块考虑到了人耳对幅度相同的不同频率信号的感知响度不同的情况，可以对信号进行有效校准。2本发明中正式测试模块采用每个题目包括三声音、两选项和强迫选择的方式，并将调制深度按照自适应调整步长的方法，保证了测量结果快速有效。3本发明中正式测试模块的每个题目的三个刺激信号中的对比信号是将参考信号归一化到与调制信号能量相同得到的，从而避免了被试者选择题目时利用响度差异信息而不是调制信息获取了调制与不调制的差异感。4本发明可开展完整的听觉时间调制传递函数测试，不只适用于正常听力者，也适用于听力受损者或佩戴助听设备者。
图1为本发明的听觉时间调制传递函数的测试方法流程图；图2为本发明的正式测试模块的自适应测试算法框图；图3为本发明的听觉时间调制传递函数的测试系统框图；图4为本发明的听觉时间调制传递函数测试软件功能框图；图5_a为本发明实施实例测试中的声刺激信号例图；图5_b为本发明实施实例测试中的声刺激信号例图；图5-c为本发明实施实例测试中的声刺激信号例图；图6为本发明实施实例测试的听觉时间调制敏感度曲线。
具体实施例方式为了验证本发明方法的可行性和有效性，笔者依据本发明提出的方法流程，开发了一套软件平台。目前，采用该软件平台已完成正常听力人测试22例，下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。如图2所示的为本发明的听觉时间调制传递函数测试方法的正式测试模块的自适应测试算法框图，首先初始化所需的参数，如:步长、调制深度、题号、拐点数等，其次按照“2down-lUp”的自适应方法计算和处理调制深度的变化，最后当出现12个拐点时结束一组测试并统计出最后8个拐点处的调制深度的平均值。
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如图3所示的为本发明的听觉时间调制`传递函数的测试系统的框图，主要包括:运行在PC上的听觉时间传递函数测试软件、专用外接声卡、专用音箱或耳机和被试者。如图4所示的为笔者开发的软件平台的功能框图，整个软件是以本发明的听觉时间调制传递函数的测试方法为理论依据和指导思想而实现的，主要包括:用户管理、参数配置、响度调节、正式测试四个功能模块，其中的用户管理功能模块涉及到与听觉时间调制传递函数实验被试者基本信息数据库的数据交互，正式测试功能模块涉及到与听觉时间调制传递函数实验结果数据及过程记录文件的数据交互。在开始本发明的听觉时间调制传递函数测试实验之前，每位被试者都必须首先进行纯音听力测试，并且需保证其左右耳听阈均小于25dBHL，否则不能进行本发明的听觉时间调制传递函数实验。如图1所示为本发明的听觉时间调制传递函数测试方法流程图，首先进入用户管理模块，被试者在测试人员的指导下完成基本信息的录入，包括:姓名、性别、年龄、电话、邮箱等基本信息；之后进入参数配置模块，测试人员导入事先已准备好的参数配置文件，配置好测试通道、声刺激响度、调制频率、刺激时长等信息，实例选择的参数表如表I所示:表I声刺激参数选择
测试通道声刺激响度刺激时长调制频率(Hz)
权利要求
1.一种听觉时间调制传递函数的测试系统，该系统用于测试人耳对听觉时间调制的检测能力，所述系统包含外接声卡和专用音箱或耳机，其特征在于，所述系统还包含:听觉时间调制传递函数测试系统，该子系统进一步包含: 用户管理模块，用于录入和存储被试者的基本信息； 参数配置模块，用于选择和配置测试参数，并可采取现场配置和直接导入已准备好的参数配置文件两种方式实现参数配置； 响度调节模块，用于对参考信号进行调节，利用声级计对声场进行校准，保证其声压级达到校准标准； 正式测试模块，采用基于两选项的强迫选择方法进行自适应测试，并计算出不同调制频率时被试者最小可 分辨出的调制深度；和 结果生成模块，用于收集所有测试信息和测试数据，生成最终的测试评估曲线和结果。
2.根据权利要求1所述的听觉时间调制传递函数的测试系统，其特征在于，所述的测试参数包含:测试通道、声刺激响度、调制频率和/或刺激时长。
3.根据权利要求1所述的听觉时间调制传递函数的测试系统，其特征在于，所述的正式测试模块包含:声刺激信号的选择方式和两选项强迫选择的测试方法，用于确定测试所采用的信号、表现形式和测试方法； 其中，所述的声刺激信号包含:参考信号、调制信号和对比信号，所述参考信号为载波信号，所述调制信号为测试主信号，所述对比信号为混淆用信号，对比信号是将参考信号归一化到与调制信号能量相同得到的； 所述的两选项强迫选择方法为:被试者每次会听到3个声刺激信号，所述参考信号第2个播放，所述调制信号和对比信号分别在第I和3个播放位置随机出现，被试者从第I个和第3个声刺激信号中选择出跟参考信号相比差别更大的一个。
4.根据权利要求1所述的听觉时间调制传递函数的测试系统，其特征在于，所述的正式测试模块还采用自适应测试算法进行测试，将调制深度按照自适应调整步长的方式进行改变，该算法具体为: 步骤1，定义初始参数的步骤:步长定义为{6，2，2，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1} (dB)，初始步长为6 ;从“答对到答错”或“答错到答对”均定义为一个拐点，出现一个拐点，当前步长改变为下一步长值；初始调制深度可设置为50%到100%间的任意值； 步骤2，采用“2down-lUp”的自适应方法，即连续答对2题则调制深度减小，减小所依据的计算公式为JOlg(BmdnewAimdtjld) = step,其中，amdnew为新的调制深度，amd。；^为当前的调制深度，step为当前的步长，答错I题则调制深度增大，增大所依据的计算公式为:201g(amdnew/amdold) = -step ； 步骤3，统计结果的步骤，每个调制频率的题目都是统计最后8个拐点处的调制深度，并求取其并均值，得到该调制频率时被试者最小可分辨出的调制深度。
5.根据权利要求1所述的听觉时间调制传递函数的测试系统，其特征在于，所述的结果生成模块从用户管理模块、参数配置模块和正式测试模块分别获取用户信息、测试参数、测试过程和计算结果，并生成最终的测试结果和听觉时间调制敏感度曲线。
6.一种听觉时间调制传递函数的测试方法，该方法用于测试人耳对听觉时间调制的检测能力，所述方法包含如下步骤:步骤1，用于选择和配置测试参数，并可采取现场配置和直接导入已准备好的参数配置文件两种方式实现参数配置； 步骤2，用于对参考信号进行调节，利用声级计对声场进行校准，保证其声压级达到校准标准； 步骤3，采用两选项强迫选择方法进行自适应测试，并计算出不同调制频率时被试者最小可分辨出的调制深度； 步骤4，用于收集所有测试信息和测试数据，生成最终的测试评估曲线和结果； 其中，所述方法还基于用于录入和存储的被试者的基本信息。
7.根据权利要求6所述的听觉时间调制传递函数的测试方法，其特征在于，所述的测试参数包含:测试通道、声刺激响度、调制频率和/或刺激时长。
8.根据权利要求6所述的听觉时间调制传递函数的测试方法，其特征在于，所述的步骤3包含:声刺激信号的选择方式和两选项强迫选择的测试方法，用于确定测试所采用的信号、表现形式和测试方法； 其中，所述的声刺激信号包含:参考信号、调制信号和对比信号，所述参考信号为载波信号，所述调制信号为测试主信号，所述对比信号为混淆用信号；对比信号是将参考信号归一化到与调制信号能量相同得到的； 所述的两选项强迫选择方法的为:被试者每次会听到3个声刺激信号，所述参考信号第2个播放，所述调制信号和对比信号分别在第I和3个播放位置随机出现，被试者从第I个和第3个声刺激信号中选择出跟参考信号相比差别更大的一个。
9.根据权利要求6或8所述的`听觉时间调制传递函数的测试方法，其特征在于，所述的步骤3还采用自适应测试算法进行测试，将调制深度按照自适应调整步长的方式进行改变，该算法具体为: 步骤1，定义初始参数的步骤:步长定义为{6，2，2，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1} (dB)，初始步长为6 ;从“答对到答错”或“答错到答对”均定义为一个拐点，出现一个拐点，当前步长改变为下一步长值；初始调制深度可设置为50%到100%间的任意值； 步骤2，采用“2down-lUp”的自适应方法，即连续答对2题则调制深度减小，减小所依据的计算公式为JOlg(BmdnewAimdtjld) = step,其中，amdnew为新的调制深度，amd。；^为当前的调制深度，step为当前的步长，答错I题则调制深度增大，增大所依据的计算公式为:201g(amdnew/amdold) = -step ； 步骤3，统计结果的步骤，每个调制频率的题目都是统计最后8个拐点处的调制深度，并求取其并均值，得到该调制频率时被试者最小可分辨出的调制深度。
10.根据权利要求6所述的听觉时间调制传递函数的测试方法，其特征在于，步骤4所述的所有测试信息和测试数据包含:被试者的基本信息、测试参数、测试过程和计算结果，并生成最终的测试结果和听觉时间调制敏感度曲线。
全文摘要
本发明提出了一种听觉时间调制传递函数的测试方法及系统，该系统用于测试人耳对听觉时间调制的检测能力，所述系统包含听觉时间调制传递函数测试系统，该子系统进一步包含用户管理模块，用于录入和存储被试者的基本信息；参数配置模块，用于选择和配置测试参数，并可采取现场配置和直接导入已准备好的参数配置文件两种方式实现参数配置；响度调节模块，用于对参考信号进行调节，利用声级计对声场进行校准，保证其声压级达到校准标准；正式测试模块，采用基于两选项的强迫选择方法进行自适应测试，并计算出不同调制频率时被试者最小可分辨出的调制深度；和结果生成模块，用于收集测试信息和数据，生成测试评估曲线结果。
文档编号A61B5/12GK103099625SQ20111035550
公开日2013年5月15日 申请日期2011年11月10日 优先权日2011年11月10日
发明者冯海泓, 孟庆林, 牟宏宇, 原猛, 胡海洋, 孙杨 申请人:中国科学院声学研究所