提高听障者听到声音正确性的方法及助听器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种提高听障者听到声音正确性的方法，包括以下步骤：接收输入声音，先针对高频声音区缩放能量，再将高频声音区进行降频，再将非高频声音区及高频降频放大声音区合成改造输入声音。
【专利说明】提高听障者听到声音正确性的方法及助听器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种提高听障者听到声音正确性的方法及助听器，特别是涉及一种对输入声音进行频率修正的提高听障者听到声音正确性的方法及助听器。
【背景技术】
[0002]助听器的发展由来已久，主要概念为将声音放大，以帮助听障者听见原本听不到的声音。如此一来，说话者不需刻意将声音放大，就能让听障者听见。但听障者听不见的声音有两种特性:频率太高及强度太低，具备这两种特性的声音很容易就被听障者忽略掉。例如注音中的“P”、“亏”及“人”等音就具有此种特性，因此听障者不易听见这些音节。然而目前已发展的助听器多着重在增强全体声音的能量，而无法识别出部分真正需要增强的音节，如此将使得放大后的声音失真。关于通过处理声音频率来改善声音的相关现有技术简要如下:
[0003]现有技术美国专利第7，305，100 号 “Dynamic compression in a hearing aid”主要是用来减少声音的延迟。
[0004]现有技术美国专利第4，454，609 号 “Speech intelligibility enhancement” 针对高频的子音声音做增强，当中高频声音的比例越高，则越多高频内容被增强。此发明针对高频的子音来做增强，然而对于何时有子音出现对于一般说话的场合是非常困难的，因此不适合用于助听器。
[0005]现有技术美国专利第4，759，071 号 “Automatic noise eliminator for hearingaids”主要是用来消除杂音，作法为将所有低于某默认值的声音移除，并对高于默认值的声音做压缩。此技术和本发明目的不同，且将所有低于某默认值的声音移除恐会造成声音失真。
[0006]现有技术美国专利第6，577，739 号 “Apparatus and methods for proportionalaudio compression and frequency shifting”将声音信号以某比例压缩后，提供给对某特定范围有听力损失的听障者，然而此技术是对全体声音做压缩，会使得声音失真严重。
[0007]现有技术美国专利第7，609，841 号 “Frequency shifter for use in adaptivefeedback cancellers for hearing aids”改进了现有技术的移频方法,仅针对信号中高频部分做移频(往上或往下)，且将移频比例限定在6%以内。第7，609，841号虽也是对高频信号部分作移频，但没有先针对高频信号的能量进行缩放处理。
[0008]现有技术美国专利第7，580，536 号 “Sound enhancement for hearing-1mpairedlisteners”提出一种增强听障者所能听到的声音的方法，做法是将声音中的高频部分且超过一设定的能量时会进行压频或移频到一较低的频率范围，对低频的部分(一般人说话的频率)则不做变更。第7，580，536号所处理的高频声音依照说明书的例子是指32kHz (第6栏第18行)，并非一般人说话的频率，而且说明书当中也未披露所谓超过“设定的能量”的数值。
[0009]有鉴于此，有必要提供一种可识别出真正需作增强的声音，并对其进行频率修正的方法及装置，以解决现有技术的缺点。 申请人:为解决上述问题，也曾申请美国申请专利第13/064，645号“提高听障者听到声音正确性的方法及助听器METHOD AND HEARING AID FORENHANCING THE ACCURACY OF SOUNDS HEARD BY A HEARING-1MPAIRED LISTENER”，而本发明则再提出一新的方式。
【发明内容】
[0010]本发明的主要目的在提供一种提高听障者听到声音正确性的方法。
[0011]本发明的另一主要目的在提供一种提高听障者听到声音正确性的助听器。
[0012]为达成上述的目的，本发明的提高听障者听到声音正确性的方法包括以下步骤:
[0013]接收输入声音，其中输入声音包括有高频声音区，以及非高频声音区。
[0014]将高频声音区缩放能量以形成高频声音处理区。
[0015]将高频声音处理区进行降频以形成高频降频放大声音区。
[0016]组合非高频声音区及高频降频放大声音区以形成改造输入声音。
[0017]输出改造输入声音。
[0018]上述的提高听障者听到声音正确性的方法，其中，于步骤C中采用压频或移频的方式进行降频。
[0019]上述的提高听障者听到声音正确性的方法，其中，高频声音区的频率位于1000赫兹(Hz)与96000赫兹(Hz)之间，非高频声音区的频率位于O赫兹(Hz)与6000赫兹(Hz)之间。
[0020]上述的提高听障者听到声音正确性的方法，其中，于步骤E中，输出改造输入声音是经过再一次放大能量才输出。
[0021]上述的提高听障者听到声音正确性的方法，其中，于步骤A的前还包括步骤F:
[0022]判断输入声音是否需进行步骤A?步骤E，当输入声音具有以下特性时则不进行步骤A?步骤E，而直接将输入声音输出，或将输入声音放大能量后输出:
[0023]输入声音于1000赫兹(Hz)以上频率的声音能量相对于输入声音所有声音能量的比例值大于70%，且
[0024]输入声音于2000赫兹(Hz)以下频率的声音能量相对于输入声音所有声音能量的比例值小于20%。
[0025]上述的提高听障者听到声音正确性的方法，其中，于步骤E中，输出改造输入声音是经过再一次放大能量才输出。
[0026]本发明的重点在于先针对高频声音区缩放能量，再将高频声音区进行降频，再将非高频声音区及高频降频放大声音区合成改造输入声音。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明的助听器的整体架构图；
[0028]图2为本发明的声音处理模块的步骤流程图；
[0029]图3为声源切为多个输入声音的不意图；
[0030]图4为输入声首区分为闻频声首区及非闻频声首区的不意图；
[0031]图5为闻频声首区处理为闻频声首处理区的不意图；[0032]图6为高频声音处理区进行降频(以移频为例)以形成一高频降频放大声音区，以形成改造输入声音的示意图；
[0033]图7为高频声音处理区进行降频(以压频为例)以形成一高频降频放大声音区，以形成改造输入声音的示意图。
[0034]附图标记
[0035]10:助听器11:收音器
[0036]12:声音处理模块13:扬声器
[0037]20:输入声音21:高频声音区
[0038]22:非高频声音区21a:高频声音处理区
[0039]21d:高频降频放大声音区30:改造输入声音 [0040]80:声源81:听障者
【具体实施方式】
[0041]为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，以下特举出本发明的具体实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
[0042]以下请先参考图1本发明的助听器的整体架构图。
[0043]本发明的助听器10包括收音器11、声音处理模块12及扬声器13。收音器11用于接收声源80发出的输入声音20,通过声音处理模块12处理后，由扬声器13播出。收音器11可为麦克风等任何可收音的器材，扬声器13可为耳机等任何可播音的器材，但本发明不以上述列举的装置为限。声音处理模块12 —般为音效处理芯片搭配控制电路、放大电路所组成；也可为处理器、内存搭配控制电路、放大电路所组成的解决技术。声音处理模块12的重点为声音信号的放大处理、滤除噪音、改变声音频率组成以及为了达成本发明目的而需要的处理，由于声音处理模块12可用以往的硬件搭配新的固件或软件，因此声音处理模块12的硬件架构不再赘述。本发明的助听器10基本上可以为将硬件特制化的专用机，也可为小型计算机如PDA、PDA手机，或智能手机以及个人计算机。
[0044]接着请参考图2，是关于本发明声音处理模块的步骤流程图。另请一并参考图3至图6的不意图。
[0045]步骤201:接收输入声音20。
[0046]此步骤由收音器11完成，接收自声源80发出的输入声音20。
[0047]步骤202:对输入声音20降噪。
[0048]收音器11接收输入声音20后，基本上声音处理模块12最好先进行降低噪音，由于降低噪音的处理是以往技术，在此不再赘述。
[0049]步骤203:判断输入声音20是否需进行频率修正的处理。
[0050]由声音处理模块12依事先设定的条件，判断是否需对该输入声音20作频率修正的处理。以中文语音为例，发声是涵盖多种频率，包括低、中、高频，而大部分的中文注音声母的发声能量集中在20-?000Ηζ的低频范围但也有几个注音符号如“Ρ”、“亏”或“人”等，其低频所占的能量比例甚低，能量几乎皆集中于高频的部分。而一般的听障者对于高频声音的感受度非常低(譬如6000Hz以上)，也就是说，相较于低频声音，高频声音如“ P ”、“亏”或“人”等需用较大的音量发出，听障者或许才能听得见，但若整体以较大的音量发出，则低频的部分对听障而言又太大声，因此整体放大声音无法解决问题。即使使用滤波技术只提高高频能量，仍然会发生声音已超出听障者的痛苦限值却仍听不到。
[0051]有些以往技术譬如美国专利6，577，739号，将所有声音频率降低再放大声音能量给听障者，虽然可以帮助听障者听到原本是高频的声音，但是由于所有声音频率降低(包括原来可以听见的)因此声音严重变质，这对于听障者在学习发音带来障碍。
[0052]本发明的提高听障者听到声音正确性的方法，目的即在对于高频能量占较多的声音片段进行降低频率的处理。需进行频率处理的输入声音20具有以下特性:
[0053]于声音数字信号取样率为44100Hz的情况下，输入声音20于1000Hz以上频率的声音能量相对于输入声音20所有声音能量的比例值(以P Qm作为代表符号)大于70%,且输入声音20于2000Hz以下频率的声音能量相对于该输入声音20所有声音能量的比例值(以P im做为代表符号)小于20%,若输入声音20符合上述两个条件,表不其能量集中在高频部分，不容易被听障者听见，因此必须对其频率进行处理。
[0054]步骤203的判断方式在实际工程上有许多方式可以达成，为了要快速(譬如在
0.01秒完成)预估是否要进行步骤204，譬如每1024个数值(Frame)抽检频率的能量，再以Fuzzy Logic (模糊逻辑)判断是否合乎以上两个条件。图3即是声源80切为多个输入声音20的示意图，每一输入声音20建议都要经过步骤203的判断。此种判断在数学的运算有相当多种方式，也非本发明要改进的数学运算模式，因此在此不再赘述。需注意的是步骤203的判断方式也可设定不同的门坎，以上两个条件为经过实验运算后的保守门坎，若要设定较严格的门坎以上两个条件建议为:
[0055]以中文“勹丫' ”的声音为例，“勹丫 ' ”的声音能量集中在1000~2000Ηζ的范围
内，经计算后可得P lm约为95%，故不会对“勺丫 ' ”作频率修正。
[0056]以中文“厶幺”的声音为例，“厶幺”，其中第一音节为“厶”，PtlmS 99.8%大于70%，且P lm为5%小于20%，因此“人”这个音对听障者来说是很难听见的，必须对其频率作处理。
[0057]基本上高频声音区的频率根据大部分的听障者的实验是位于1000赫兹(Hz)与96000赫兹(Hz)之间，该非高频声音区的频率位于O赫兹(Hz)与6000赫兹(Hz)之间。
[0058]于步骤203中若判断输入声音20需进行频率修正的处理，则进行步骤204，否则进行步骤207。
[0059]步骤204:将高频声音区21缩放能量以形成一高频声音处理区21a。
[0060]需要步骤203处理的输入声音20包括有一高频声音区21，以及一非高频声音区
22。譬如经步骤203判断后需处理的输入声音20在8000Hz~14000Hz的区段(14000Hz以上为无意义的区段)为高频声音区21，而在8000Hz以下为非高频声音区22。由于计算或规定高频声音区21的方式非常多种，也可以根据不同听障者进行调整(譬如有些听障者需定6000Hz~14000Hz的区段为高频声音区21，6000Hz以下为非高频声音区22)，以上仅举一例子。本发明的重点在于将高频声音区21缩放能量以形成一高频声音处理区21a，譬如将高频声音区21放大五倍以形成一高频声音处理区21a，如图5的示意图。
[0061]需注意的是，高频声音区21不一定都是放大能量以形成高频声音处理区21a，有时会根据频率不同甚至会缩小能量，但基本上至少在高频声音区21的某些能量会被放大。以800(Tl4000Hz的高频声音区21为例，如果在步骤205打算移到0-6000Ηζ (往下移8000Hz)，但如果听障者只能听到3000Hz以下，则原来的1100(Tl4000Hz就可被滤掉(所以11000^14000Ηζ的能量是缩减了)，因此于步骤204中所述“缩放”能量的意义在此。
[0062]步骤205:将该高频声音处理区21a进行降频以形成一高频降频放大声音区21d。
[0063]一般而言，进行降频的方式主要是移频及压频，或是两者混用，本步骤最主要功能是让高频声音处理区21a降频，使得听障者能听到。图6显示将高频降频放大声音区21d移频的示意图，而图7显示将高频降频放大声音区21d压频的示意图，由于降频的技术为已知技术，因此在此不再赘述。
[0064]步骤206:组合非高频声音区22及高频降频放大声音区21d以形成(合成)一改造输入声音30，如图6及图7的示意图。需注意的是,非高频声音区22基本上可以不再更改频率(譬如降频)，但为了音质处理更为完善，也可更改频率，在本说明书及申请专利范围中所述的非高频声音区22可以为经过或不经频率的处理的声音区。
[0065]步骤207:对输入声音20或改造输入声音30进行声音放大处理。
[0066]于步骤203，若判断输入声音20不需进行频率修正的处理，则进行步骤207关于对输入声音20进行声音放大处理。若是步骤206进入步骤207，则是对改造输入声音30进行声音放大处理。
[0067]基本上给听障者81是需要经过声音放大处理，即便针对非高频声音区22也是一样要经过声音放大处理。本发明的重点在于先针对高频声音区21缩放能量(步骤204)，再将高频声音区21进行降频(步骤205)，再将非高频声音区22及高频降频放大声音区21d合成改造输入声音30。一般而言改造输入声音30还是要进行声音放大处理。但依照听障者的状况，步骤207也有可能不需要。
[0068]步骤208:扬声器13播放声音。
[0069]扬声器13播放声音处理模块12处理后(步骤207 )的声音。
[0070]需注意的是，助听器10应该要能快速处理声音，使得听障者81能以几近同步的方式听到声音，输入声音20的声音长度应该尽量缩短，这样延迟的时间即可缩短，譬如每
0.01秒进行以上的流程，所以实际上每一输入声音20的长度为0.01秒，譬如“人么”的时间为I秒，则实际上是进行100次的判断(每次抓0.01秒的声音来判断是否要处理，先收到的声音先判断先处理)，假设第一音节“厶”占了 0.1秒，其余占了 0.9秒，则前10次的输入声音20会被处理为改造输入声音30，后面90次的输入声音20不会被处理为改造输入声音21。
[0071]以往的助听器对于“早安”两字，听障者容易将声音的输出听为“拗安”，这说明了为何听障者在说“早安”两字时几乎都说成“拗安”，然而经过本发明处理方式模拟实验后，听障者所听到的“早安”两字的输出声相当接近“早安”而无变质。
[0072]以上的技术也可用于其它语言，当然经过实验结果，对于短音节的字特别有用，如中文、日文、韩文的字大都是短音节，以中文为例，所有中文的每一字最多只有三个音节。对于多音节的语言如英语的效果则较低，但由于所有语言都有短音节，譬如英文“Say”，听障者常会说成“A”，但经过本发明处理方式模拟实验后，“Say”的输出声相当接近” Say”而无变质。
[0073]应当注意的是，上述诸多实施例仅是为了便于说明而举例而已，本发明所主张的权利范围应当以权利要求书所述为准，而非仅限于上述实施例。
【权利要求】
1.一种提高听障者听到声音正确性的方法，包括下列步骤: A.接收一输入声音，其中该输入声音包括有一高频声音区，以及一非高频声音区； B.将该高频声音区缩放能量以形成一高频声音处理区； C.将该高频声音处理区进行降频以形成一高频降频放大声音区； D.组合该非高频声音区及该高频降频放大声音区以形成一改造输入声音；以及 E.输出该改造输入声音。
2.根据权利要求1所述的提高听障者听到声音正确性的方法，其特征在于，于步骤C中采用压频或移频的方式进行降频。
3.根据权利要求2所述的提高听障者听到声音正确性的方法，其特征在于，该高频声音区的频率位于1000赫兹与96000赫兹之间，该非高频声音区的频率位于O赫兹与6000赫兹之间。
4.根据权利要求3所述的提高听障者听到声音正确性的方法，其特征在于，于步骤E中，输出该改造输入声音是经过再一次放大能量才输出。
5.根据权利要求4所述的提高听障者听到声音正确性的方法，其特征在于，于步骤A之前还包括步骤F: 判断该输入声音是否需进行步骤A?步骤E，当该输入声音具有以下特性时则不进行步骤A?步骤E，而直接将该输入声音输出，或将该输入声音放大能量后输出: 该输入声音于1000赫兹以上频率的声音能量相对于该输入声音所有声音能量的比例值大于70%，且 该输入声音于2000赫兹以下频率的声音能量相对于该输入声音所有声音能量的比例值小于20%。
6.根据权利要求1至权利要求5中任何一项所述的提高听障者听到声音正确性的方法，其特征在于，于步骤E中，输出该改造输入声音是经过再一次放大能量才输出。
【文档编号】H04R25/00GK103581815SQ201210280875
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年8月8日 优先权日:2012年8月8日
【发明者】赵冠力, 杨治勇, 杨国屏 申请人:杨国屏