专利名称：听觉测试和补偿方法
技术领域：
本发明涉及音频信号处理领域，尤其是，涉及到用于音频系统优化目的个人听觉补偿过滤。
背景技术：
听力测试通常适于遭受听觉困难的个人。听力测试典型地包括保健专业人士利用包括模拟耳机和模拟声音发生器的经校准的系统对个人执行听力测试，其中声音发生器适于以多个测试频率和不同音量生成纯音。当系统需要校准时，耳机和声音发生器也必须在一起校准。公开号为No. 2005792的欧洲专利对听力测试做了改进，其描述一种生成用户听力轮廓/分布(profile)的校准的数字听力测试系统。该系统优点是仅需要校准耳机，而不是整个系统。而且，其公开了针对听力轮廓的音频设备程序设计。这就存在为用户提供在校准和非校准测试环境下进行听觉测试的方法的需要，使得用户能够针对特定音频设备优化他们的聆听体验。
发明内容
本发明提供一种用于包含耦合到音频输出装置的音频设备以及音频设备倾听者的音频系统的听觉测试方法，该方法包括步骤通过音频输出装置发送系列音频刺激；捕捉倾听者对可听刺激的响应；以及基于捕捉数据生成音频系统的频率响应。该方法可进一步包括步骤a)生成预定义的频率和幅度的声音；b)重复减少生成声音的幅度直到捕捉的响应指示该幅度值不能被倾听者听到。c)储存相对幅度值作为倾听者在该频率的阈值幅度值。d)对预定义的频率范围内多个不同频率重复步骤a)到c);以及e)从储存的这些频率的阈值幅度值生成音频系统的频率响应。该方法可进一步包括步骤生成大于预定义频率范围的包括多个频率的带限噪声突发/猝发；根据捕捉响应为带限噪声突发确定倾听者的阈值频率值；以及基于储存的阈值幅度值和带限噪声突发阈值频率值生成音频系统的频率响应。优选地，预定义阈值频率范围在20HZ和15Khz之间，带限噪声突发包括15Khz和20Khz之间的频率。期望地，从标准IS0226中使用的最接近临界频带中心的测试频率获得频率。该方法可进一步包括步骤 生成包含所述频率阈值幅度值的第一线性调频信号；
根据捕捉响应确定倾听者是否听见第一线性调频信号；生成包含小于所述频率阈值幅度值的幅度值的第二线性调频信号；根据捕捉响应确定倾听者是否听见第二线性调频信号；以及如果第一线性调频信号的所有频率可以听得见且第二线性调频信号的所有频率听不见，表示音频系统生成的频率响应是正确的。该方法可进一步包括基于生成的频率响应值检测倾听者是否有听力障碍的步骤。音频输出装置可包括一个或多个扬声器和耳机。适当的，音频输出装置包括耳机，且方法进一步包括在不同的时间段内分别发送系列首频刺激到左耳机和右耳机。该方法可进一步包括将生成的频率响应加载到远端服务器。本发明也提供与之前通过在一个或更多系统组件执行的听觉测试生成的频率响应相关的音频系统的补偿方法执行，该系统包括耦合到音频输出装置的一个音频设备以及音频设备的倾听者；该方法包括a)从频率响应计算补偿打印；b)从通过与频率相关的频率响应计算的补偿打印得到滤波器；c)将该滤波器应用到音频系统的音频信号。计算补偿打印的步骤可包括执行将频率响应映射到理想系统响应的滤波器变换；以及标准化结果矢量。得到滤波器的步骤进一步包括映射与频率响应相关的频率点到离散傅里叶箱；以及关于傅里叶箱指数插值计算的补偿打印值，以便提供具有与每个音频帧的傅里叶转换长度相应的长度的补偿滤波器内核。将滤波器应用到音频信号的步骤包括滤波器内核乘以每个音频帧的瞬态短期傅里叶幅度谱。该方法可进一步提供应用到音频信号的滤波器(filter)量级(magnitude)的实时调整。本发明还为包括耦合到音频输出装置的一个音频设备以及音频设备的倾听者的音频系统提供听觉测试和补偿方法 生成音频系统的频率响应；以及为音频系统的频率响应补偿。本发明还提供音频系统，其包括音频设备；以及f禹合到首频设备的首频输出装直；以及捕捉倾听者对通过音频输出装置发送的系列音频刺激响应的捕捉装置；以及适于听觉测试和补偿方法的处理器。处理器可被提供在音频设备中。处理器可被提供在音频输出装置中。处理器可从远程源下载程序被编程。
本发明还提供 系统，其包括音频系统，其包括耦合到音频输出装置的音频设备；用于储存下载到音频设备的音频内容的远程源；其中音频设备适于执行听觉测试方法以及将生成的频率响应上传给远程源；远程源适于执行针对频率响应的补偿方法以及给音频设备下载滤波的音频信号。本发明还提供耳内设备，其根据听觉测试方法步骤生成的频率响应被编程并且适于根据补偿方法步骤补偿频率响应。该设备可以是助听器。
图I示出在其上执行本发明听觉测试和补偿方法的音频系统主要组件的框图；图2示出听觉测试和补偿方法的主要步骤；图3示出图2步骤I和2的子步骤；图4详细示出图3步骤I到3的子步骤；图5详细示出图2步骤3和4的过程的子步骤；图6详细示出在α = I时输入帧和输出帧之间的关系；以及图7详细示出使用75%重叠的实时输出缓冲方案。
具体实施例方式本发明公开了适用于个人的系统宽范围听觉测试方法。还公开了基于测试结果补偿系统的音频输出的方法，从而加强或优化倾听者的听觉体验。术语“系统”用于表示包括端到端的聆听链，其包含一个或多个音频可再生设备，声音变换器，例如耳机和扬声器，以及倾听者身体听觉系统。本发明依据附图中所示的实施例被描述。应该知道尽管用系统包括单一的音频设备的实施例描述本发明，但是它同样可以很好应用于包括多个音频设备的系统。图I示出在其上执行本发明执行的听觉测试和补偿方法的音频系统主要组件的框图。其包括音频设备，音频输出装置，例如耳机和/或扬声器，以及倾听者。为完成本发明，当执行时，执行听觉测试和补偿方法的测试和补偿程序必须首先安装在音频系统上。安装进程依赖于音频设备类型以及待执行的补偿在音频系统的什么组件上执行，进一步细节在后面讨论。给倾听者提供遥控按钮，然后指导倾听者按下按钮聆听通过耳机或扬声器发送的已知特征音频刺激。然后可以开始听觉测试。图2示出本发明听觉测试和补偿方法的主要步骤。在步骤1，系列音频刺激发送给音频输出装置，倾听者对音频刺激的响应被捕捉。在优选的实施例中，刺激包括纯声音，线性调频信号和带限噪声突发，但将理解可以根据补偿计算期望的精度水平选择刺激类型。在步骤2，捕捉的数据被处理以便生成整个系统的频率响应。这在这里被称作“系统打印”。在步骤3，系统打印被处理从而生成应用于音频系统的系统补偿滤波器或轮廓。补偿滤波器的目的是优化聆听者对从系统内音频设备发出的音频的听觉响应。因此系统补偿滤波器插入音频处理链，使得系统的所有音频内容受到补偿。将补偿滤波器应用到音频的实际过程可采用很多方式执行，比如在音频设备内，在耳机内或通过音频发送应用(步骤4)。这将在后面被进一步详细讨论。因此应理解该系统打印是倾听者特有的且通过特定系统获得的系统打印仅对该特定系统有效。图3示出执行图2所示方法的步骤I和2的各种子步骤。这包括发送系列已知频率和已知相对幅度的纯声音给倾听者，并对倾听者进行听觉测试。在步骤1，以已知相对幅度在特定频率点将生成的声音输出给倾听者的一个耳朵。然后通过倾听者按住遥控响应按钮捕捉倾听者的响应以便指示该声音的听觉感应。这个声音的幅度连续降低直到达到通过倾听者放弃按下响应按钮指示对声音没有感觉的阈值。在步骤2，储存这个输出声音的相对幅度值。在步骤3，多于下限20Hz和上限20KHz之间的许多单一频 率重复步骤I和2。由于这些频率大体上与人类听觉能够感应的带宽相关，所以选择这些频率以便适应增强的高保真聆听。在步骤4，对另一只耳朵重复步骤I到3。在步骤5，然后根据捕捉数据生成系统打印。最后，在步骤6，确定生成的系统打印的精度。图3的步骤I到3包括两个子步骤，即多个预定义优化频率连续测试(步骤3a)，其后是带限噪声测试(步骤3b)，如图4所示并在下面更详细地描述。关于步骤3a，应意识到测试人类听觉频谱中的大量频率点实际上是不可行的，因为处理数据需要的时间太长。另外，倾听者疲劳会破坏响应。不使用任意间隔或倍频间隔的测试点，而选择这些频率点的优化子集使得刚好足以插值平滑频率响应。用于连续测试的特定频率点从最接近IS0226标准中使用的那些频率点的听觉临界频带的中心频率获得，其对正常的倾听者代表统计的理想听觉灵敏度阈值。对人类听觉感知的前期研究已获得人类听觉系统的24个临界频带，这是指特定的本地组在耳蜗基底膜上的敏感区。这是因为在任何给定的临界频带，声刺激存在最小可听阈值变动(这种现象被称为临界频带遮蔽)是已被证明的事实。正因为如此，以下频率成分及其幅值的阈值变动将是潜移默化的。利用这个信息，为每个频率点提供真实的离散阈值，然后在补偿过程中作为参考。在本发明的优选实施例中，基于效率目的考虑使用了这些频带中的一个子集。下面的表I用斜体字显示选定的特定测试频率点。
权利要求
1.一种用于包含耦合到音频输出装置的音频设备以及音频设备倾听者的音频系统的听觉测试方法，该方法包括步骤 通过所述音频输出装置发送系列音频刺激； 捕捉倾听者对可听刺激的响应；以及 基于捕捉的数据生成所述音频系统的频率响应。
2.根据权利要求I所述的方法，其中该方法进一步包括步骤 a)生成预定义的频率和幅度的声音； b)重复减少生成声音的幅度直到捕捉的响应指示不能被倾听者听到的幅度值。
c)储存相对幅度值作为倾听者在该频率的阈值幅度值。
d)对预定义的频率范围内多个不同频率重复步骤a)到c);以及 e)根据储存的所述频率的阈值幅度值生成音频系统的频率响应。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括步骤 生成大于所述预定义频率范围的包括多个频率的带限噪声突发； 根据捕捉响应为所述带限噪声突发确定所述倾听者的阈值频率值；以及 基于储存的所述阈值幅度值和所述带限噪声突发阈值频率值生成音频系统的频率响应。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述预定义阈值频率范围在20HZ和15Khz之间，所述带限噪声突发包括在15Khz和20Khz之间的频率。
5.根据权利要求2到4中的任一个所述的方法，其中从标准IS0226中使用的最接近临界频带中心的测试频率获得频率。
6.根据权利要求2到5中的任一个所述的方法，进一步包括步骤 生成包含所述频率阈值幅度值的第一线性调频信号； 根据所述捕捉响应确定倾听者是否听见所述第一线性调频信号； 生成包含小于所述频率阈值幅度值的幅度值的第二线性调频信号； 根据所述捕捉响应确定倾听者是否听见所述第二线性调频信号；以及如果所述第一线性调频信号的所有频率可以听得见且所述第二线性调频信号的所有频率听不见，表示所述音频系统生成的频率响应是正确的。
7.—种与之前通过在一个或更多系统组件执行的听觉测试生成的频率响应相关的音频系统的补偿方法，执行该系统包括耦合到音频输出装置的一个音频设备以及所述音频设备的倾听者；该方法包括 d)根据频率响应计算补偿打印； e)根据关于与所述频率响应相关的频率计算的补偿打印得到滤波器； f)将所述滤波器应用到所述音频系统的音频信号。
8.根据权利要求7所述的方法，其中计算所述补偿打印的步骤包括 执行将所述频率响应映射到理想系统响应的滤波器变换；以及 标准化结果矢量。
9.根据权利要求7所述的方法，其中得到所述滤波器的步骤进一步包括 映射与所述频率响应相关的频率点到离散傅里叶箱；以及 关于傅里叶箱指数插值计算的所述补偿打印值以便提供具有与每个音频帧的傅里叶转换长度相应的长度的补偿滤波器内核。
10.根据权利要求7所述的方法，其中将所述滤波器应用到所述音频信号的步骤包括 所述滤波器内核乘以每个音频帧的瞬态短期傅里叶幅度谱。
11.一种用于包含耦合到音频输出装置的音频设备以及音频设备倾听者的音频系统的听觉测试方法，其包括 根据权利要求I到6中的任一个所述的听觉测试方法步骤生成所述音频系统的频率响应；以及 根据权利要求7到10中的任一个所述的补偿方法步骤补偿所述音频系统的频率响应。
12.—种音频系统，其包括 音频设备；以及 耦合到所述音频设备的音频输出装置；以及 捕捉倾听者对通过所述音频输出装置发送的系列音频刺激的响应的捕捉装置；以及 适于执行权利要求11的所述听觉测试和补偿方法的处理器。
13.根据权利要求12的音频系统，其中所述处理器被提供在所述音频设备或所述音频输出装置内。
14.一种系统,其包括 音频系统，其包括耦合到音频输出装置的音频设备； 用于储存下载到所述音频设备的音频内容的远程源； 其中所述音频设备适于执行权利要求I到6中的任一个所述的听觉测试方法以及将生成的频率响应上传给所述远程源；所述远程源适于执行权利要求7到10中的任一个所述的频率响应补偿方法以及下载被滤波的音频信号到所述音频设备上。
15.一种耳内设备，其根据权利要求I到6中的任一个所述的听觉测试方法步骤生成的频率响应被编程并且和适于根据权利要求7到10中的任一个所述的补偿方法步骤补偿所述频率响应。
全文摘要
本发明提供一种包含耦合到音频输出装置的音频设备以及音频设备倾听者的音频系统的听觉测试和补偿方法。该方法步骤包括通过音频输出装置发送系列音频刺激；捕捉倾听者对音频刺激的响应；根据频率响应计算补偿打印；根据通过与频率相关的频率响应计算的补偿打印得到滤波器并将该滤波器应用于音频系统的音频信号。
文档编号H01R25/00GK102625671SQ201080049886
公开日2012年8月1日 申请日期2010年9月2日 优先权日2009年9月3日
发明者D·B·甘特尔, D·巴里, D·科兹洛夫, F·J·格拉汉姆, K·詹宁斯, M·C·甘特尔, S·里卡德 申请人:克莱通技术公司, 国家数据研究中心, 都柏林大学