數字助聽器信號處理關鍵技術 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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鄒采榮，梁瑞宇，王青雲 著

圖書標籤:

• 數字信號處理
• 助聽器
• 信號處理
• 音頻處理
• 自適應濾波
• 噪聲抑製
• 語音增強
• 算法
• 醫療器械
• 生物醫學工程

齣版社： 科學齣版社有限責任公司

ISBN：9787030487018

版次：01

商品編碼：11940215

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2016-06-01

頁數：177

字數：224000

正文語種：中文

內容簡介

《數字助聽器信號處理關鍵技術》詳細介紹瞭數字助聽器信號處理的相關理論和涉及的關鍵算法。主要內容包括：助聽器研究基礎、助聽器多通道響度補償算法、助聽器降噪算法、助聽器迴波抑製算法、助聽器降頻算法、助聽器方嚮性技術以及研究展望。

目錄

目錄
前言
第1章 緒論
1.1 數字助聽器研究的背景和意義 1
1.2 數字助聽器算法概述 2
1.2.1 多通道響度補償算法 2
1.2.2 自適應降噪算法 3
1.2.3 迴波抑製算法 3
1.2.4 降頻算法 3
1.2.5 助聽器方嚮性技術 3
1.2.6 其他算法 4
1.3 國內外研究現狀 4
1.4 目前存在的問題 5
1.5 本章小結 6
參考文獻 6
第2章 數字助聽器研究基礎 9
2.1 聽力損失疾病及其治療方法 9
2.1.1 聽力損失疾病 9
2.1.2 聽力損失與語言理解障礙 10
2.1.3 聽力損失治療方法 14
2.2 聽力檢測 15
2.2.1 測聽基礎 15
2.2.2 純音聽閾測試 16
2.3 言語測聽 18
2.3.1 言語測聽的設備與場地 19
2.3.2 言語信號的校準 20
2.3.3 言語識彆閾測聽 21
2.3.4 言語識彆率測聽 22
2.4 數字助聽器硬件結構 23
2.5 産品級全數字助聽器 24
2.6 漢語助聽器語言策略 26
2.6.1 漢語與英語的語言差異對比 26
2.6.2 助聽器漢語助聽策略及方法 28
2.7 本章小結 29
參考文獻 29
第3章 數字助聽器響度補償原理與算法 31
3.1 引言 31
3.2 助聽器壓縮原理與方法 31
3.2.1 助聽器壓縮背景與意義 31
3.2.2 助聽器壓縮基本原理 32
3.2.3 數字助聽器壓縮方法 43
3.2.4 助聽器處方公式 47
3.3 響度補償原理 51
3.3.1 增益傳遞函數 51
3.3.2 響度補償基本方法 52
3.3.3 聲壓級計算 54
3.3.4 多通道響度補償算法 55
3.4 符閤人耳聽覺特性的濾波器組設計 59
3.4.1 人耳聽覺特性 59
3.4.2 數字助聽器八通道響度補償模型 60
3.4.3 完美重構分析與綜閤濾波器組實現 61
3.5 實驗與仿真 62
3.5.1 八通道子帶濾波器分析與綜閤測試 62
3.5.2 多通道響度補償實驗 65
3.6 本章小結 72
參考文獻 73
第4章 助聽器降噪算法 76
4.1 引言 76
4.2 助聽器降噪算法概述 77
4.2.1 多通道自適應降噪算法 78
4.2.2 同步檢測降噪算法 81
4.2.3 兩種降噪算法的聯閤使用 82
4.2.4 存在的問題 82
4.3 改進的多通道降噪算法 83
4.3.1 多通道濾波器分解 83
4.3.2 譜減法原理 84
4.3.3 維納濾波算法原理 85
4.3.4 改進的降噪算法 86
4.4 實驗結果及分析 87
4.4.1 實驗設置 87
4.4.2 算法降噪性能比較 87
4.4.3 算法實時性分析 90
4.5 本章小結 90
參考文獻 91
第5章 助聽器迴波抑製算法 94
5.1 引言 94
5.2 助聽器迴波抑製算法概述 95
5.2.1 自適應增益衰減法 96
5.2.2 陷波濾波器法 97
5.2.3 自適應濾波器法 97
5.2.4 聯閤算法 98
5.2.5 挑戰和局限 99
5.3 迴波抵消算法及其改進 100
5.3.1 助聽器迴波抵消係統基本模型 100
5.3.2 自適應NLMS算法 102
5.3.3 自適應RLS算法 103
5.3.4 自適應次梯度投影算法 103
5.3.5 加權次梯度投影算法 106
5.4 實驗與仿真 108
5.4.1 預濾波單元A(z)對迴聲估計性能的影響 110
5.4.2 白噪聲輸入情況下三種算法的失調誤差比較 111
5.4.3 語音信號輸入時三種算法的失調誤差比較 113
5.4.4 白噪聲和語音信號輸入時的均方誤差比較 114
5.4.5 白噪聲和語音信號輸入時的迴聲返迴損耗增益值 115
5.4.6 次梯度投影算法中參數ρ取值對收斂性能的影響 117
5.4.7 算法復雜性分析 119
5.5 本章小結 120
參考文獻 120
第6章 助聽器降頻算法 124
6.1 引言 124
6.2 降頻助聽技術概述 125
6.2.1 多通道聲碼器 126
6.2.2 慢速播放 126
6.2.3 頻率轉移 127
6.2.4 頻率壓縮 128
6.2.5 目前存在的問題 128
6.3 自適應慢放移頻算法 129
6.3.1 慢放因子的評估 129
6.3.2 噪聲下的算法改進 131
6.3.3 算法實現原理 133
6.4 算法性能評估 134
6.4.1 實驗設置 134
6.4.2 測試量錶的信效度分析 136
6.4.3 漢語識彆性能分析 136
6.4.4 含噪聲音的識彆性能比較 137
6.5 本章小結 139
參考文獻 139
第7章 助聽器方嚮性技術 142
7.1 引言 142
7.2 定嚮麥剋風技術 143
7.2.1 一階定嚮麥剋風 144
7.2.2 自適應定嚮麥剋風 146
7.2.3 二階定嚮麥剋風 149
7.2.4 麥剋風陣列 150
7.3 人耳聽覺定位策略及綫索 151
7.3.1 人耳聽覺定位原理及方法 151
7.3.2 人耳聲源定位綫索 153
7.4 人耳聽覺定位模型 154
7.4.1 聽覺外周模型 154
7.4.2 定位特徵的計算與選擇 155
7.4.3 聲源估計方法 156
7.5 實驗與仿真 158
7.5.1 實驗設置 158
7.5.2 理想情況下的聲源方位估計 160
7.5.3 含乾擾源情況下的聲源方位估計 160
7.5.4 場景實驗統計分析 166
7.5.5 語音理解度實驗 168
7.6 本章小結 169
參考文獻 169
第8章 展望 174
參考文獻 176

前言/序言

《耳畔新聲：從聲學到仿生，深度解析人耳聽覺機製與助聽器設計原理》 內容簡介： 本書是一部關於人類聽覺係統奧秘以及如何藉由科技重塑聽力體驗的深度探索。我們以宏大的視角，從聲學學的基本原理齣發，逐層深入到人耳的精妙結構與復雜的信號傳導過程。全書旨在揭示“聽見”這一看似理所當然的生理現象背後所蘊含的深刻科學道理，並在此基礎上，係統闡述現代助聽器技術如何巧妙地模擬、補償甚至優化這一自然過程。 第一部分：聆聽的藝術——聲學原理與人耳的奧秘 本部分將首先帶讀者走進宏觀的聲學世界。我們將詳細介紹聲音的産生、傳播方式，包括波的振動、頻率、振幅、聲壓級等基本概念。我們會深入探討聲音在空氣、介質中的不同錶現，以及聲波的反射、衍射、乾涉等現象，這些都是理解聲音如何被我們感知的基礎。 隨後，我們將聚焦於人耳這個極其復雜的“生物傳感器”。本書將詳細解剖外耳、中耳、內耳的每一個精細結構： 外耳：耳廓的形態如何收集和引導聲波？外耳道又扮演著怎樣的聲學過濾和聚焦角色？我們將探討耳廓的復雜褶皺和腔體如何在不同頻率上産生增益，以及外耳道的共振特性如何影響我們對聲音方嚮的感知。 中耳：鼓膜的彈性振動如何傳遞？聽小骨（錘骨、砧骨、鐙骨）的杠杆作用和麵積比效應如何有效地將空氣介質的聲能轉換為骨傳導的機械能？我們將詳細分析中耳的阻抗匹配功能，解釋它如何在空氣與液體介質之間實現能量的高效傳遞，避免能量的大量損失。 內耳：耳蝸的螺鏇結構究竟有何玄妙？基底膜上不同位置對不同頻率聲音的響應（頻率地形圖）是如何形成的？我們將深入闡述內耳液體的波動、毛細胞的機械電轉換過程，以及聽神經縴維如何編碼聲音的頻率、強度和時間信息。特彆地，我們會詳細解析耳蝸在頻率分析（音調分離）和強度編碼（動態範圍壓縮）方麵的強大能力。 此外，本部分還將觸及聽覺神經通路，從聽神經到聽覺皮層，聲音信息是如何被大腦進一步處理、識彆和理解的。我們將介紹聽覺的生理機製，包括神經遞質的作用、突觸傳遞的特性，以及大腦在聲音場景分析、言語理解、空間定位等方麵的高級功能。 第二部分：重塑聽力——助聽器設計與信號處理的邏輯 在深刻理解瞭人類正常聽覺的原理之後，本部分將開始聚焦於現代助聽器技術。我們將摒棄任何預設的“數字助聽器”的標簽，而是從其最本質的功能——“助聽”齣發，係統梳理實現這一目標所需的核心技術與設計理念。 助聽器的基本組成與信號鏈：我們會從最基礎的麥剋風開始，講解不同類型麥剋風（全嚮、指嚮性）在收集環境聲音上的作用與區彆。隨後，我們將深入研究助聽器內部的核心部件——信號處理器。這裏的“信號處理”並非特指數字技術，而是涵蓋瞭所有對聲信號進行增強、修改、補償的手段，無論其實現方式是模擬還是數字。我們將分析放大器、濾波器、壓縮器等基本電路的功能。 聲音的量化與補償：我們將詳細探討在聽力損失情況下，聲音的哪些特性受到瞭影響，例如： 聽閾升高：聲音需要更大的強度纔能被聽到。這涉及到如何進行“聽力補償”，即提高聲音的響度。我們會討論不同補償策略的優劣，例如綫性放大、非綫性壓縮。 頻率選擇性聽力損失：不同頻率的聲音受到的損失程度不同。這就需要“頻率重塑”或“頻率轉移”技術，將失損嚴重的頻率區域的聲音信息轉移到聽力較好的頻率區域。 動態範圍壓縮：聽損者對大聲和微弱聲音的感知能力差異增大。助聽器需要對聲音的動態範圍進行壓縮，以便在保證舒適度的前提下，讓聽損者能夠聽到更多的聲音細節。我們將深入分析各種壓縮算法（如 AGC-I, AGC-O, Multi-band Compression）的原理和應用。 信噪比改善：在嘈雜環境中，聽損者尤其難以分辨言語聲。助聽器需要具備“降噪”功能，抑製背景噪聲，提升目標聲音（如言語聲）的清晰度。我們會探討各種降噪技術，包括時域、頻域的噪聲抑製方法。 方嚮性聚焦：利用多個麥剋風陣列，助聽器可以實現聲音的指嚮性拾取，優先捕捉來自特定方嚮的聲音（如前方說話者），並抑製來自其他方嚮的噪聲。我們將分析不同指嚮性模式的工作原理。 仿生學設計理念：本書將強調助聽器設計應遵循仿生學原則。它不是簡單地“放大聲音”，而是要盡最大可能地模擬人耳自然捕捉、處理聲音的過程。例如，我們會討論如何通過多通道處理技術，模擬耳蝸對不同頻率的精細分析能力；如何通過智能算法，模擬大腦對聲音場景的識彆和適應能力。 聲學反饋的抑製：在助聽器放大聲音時，聲音可能會通過其他途徑（如耦閤器縫隙）迴傳到麥剋風，形成刺耳的嘯叫聲。本書將詳細分析聲學反饋的産生機製，並介紹各種先進的反饋抑製技術，如陷波器、相移補償、自適應陷波等。 個性化調配與驗配：我們將強調助聽器不是“一刀切”的設備，而是需要根據每個用戶的具體聽力損失情況、生活環境和主觀需求進行個性化調配（或稱“驗配”）。我們會介紹聽力圖的解讀，以及如何根據聽力圖和聲學測試結果，對助聽器的各項參數進行精準設置。 第三部分：未來展望與挑戰 在深入剖析瞭現有技術後，本書還將對聽力學和助聽技術領域的未來發展趨勢進行展望。我們將探討諸如： 更精細的信號分析與閤成：如何更準確地理解和重建聲音的微妙細節，例如聲音的情感、音色等。 更智能的自適應係統：如何讓助聽器能夠更主動地學習和適應用戶的聽覺環境，實現無縫的聽力體驗。 人機交互的革新：如何通過更直觀、更便捷的方式與助聽器進行互動。 與前沿技術的融閤：例如，腦機接口、人工智能在聽力補償中的潛在應用。 本書並非一本純粹的技術手冊，而是試圖建立一個從基礎科學到應用技術的完整認知鏈條。我們希望通過對聲學原理、人耳生理以及助聽技術原理的深入解讀，幫助讀者建立對“聽見”和“失聰”更深刻的理解，並認識到科技在重塑聽力體驗方麵所扮演的關鍵角色。無論您是相關領域的從業者、研究者，還是對人類聽覺係統和科技改善生活充滿好奇的讀者，都能從中獲得寶貴的知識和啓發。我們將一起探索，如何在耳畔奏響最清晰、最動人的新聲。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度都令人稱道。在某些章節，作者似乎將自己數十年的研究心得毫無保留地傾注其中。我尤其欣賞作者在討論一些前沿技術時，能夠將理論與實踐緊密結閤。例如，在講解模型構建與辨識時，作者不僅闡述瞭不同模型的數學形式，還結閤瞭實際案例，比如如何利用這些模型來預測和控製信號的行為。書中對參數估計方法的詳細論述，包括最大似然估計、最小二乘估計等，讓我對如何從觀測數據中提取有用信息有瞭全新的認識。即使是對於一些我之前從未接觸過的領域，例如盲信號分離，作者也通過清晰的闡述和圖示，讓我得以窺見其奧秘。這本書的參考文獻列錶也十分詳盡，為我提供瞭進一步深入研究的寶貴綫索，讓我感到受益匪淺。

評分☆☆☆☆☆

這是一本內容極其詳實的著作，作者在細節上的打磨堪稱極緻。我發現，幾乎每一個技術點，作者都進行瞭詳盡的解釋和分析，從理論推導到算法實現，再到實際應用中的注意事項，無一不包。例如，在關於噪聲抑製的章節，作者不僅探討瞭各種噪聲的來源和特性，還詳細介紹瞭多種降噪算法，如維納濾波、卡爾曼濾波以及一些基於模型的方法。作者在對比這些算法時，不僅指齣瞭它們在性能上的差異，還深入分析瞭計算復雜度、對信號特性的敏感度等方麵的考量。這對於我理解如何在不同場景下選擇最閤適的噪聲抑製技術提供瞭極大的幫助。即使是對於某些相對基礎的概念，作者也總是能從更深的層次去挖掘其精髓，並將其與更高級的技術聯係起來。這本書給我帶來的不僅僅是知識的積纍，更是一種嚴謹的治學態度和解決問題的思路。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程中，我最深的感受是作者在內容組織上的邏輯性與嚴謹性。每一章節都像是精心搭建的積木，環環相扣，沒有絲毫的跳躍或遺漏。比如，在介紹完基本的傅裏葉變換後，作者立即引齣瞭離散傅裏葉變換（DFT）和快速傅裏葉變換（FFT），並詳細闡述瞭它們在數字信號處理中的關鍵作用，以及如何通過FFT算法來大幅度提高計算效率。這讓我這個初學者也能相對輕鬆地理解復雜的變換過程。此外，書中對各種算法的分析也十分到位，作者不僅給齣瞭算法的步驟，還對其復雜度、穩定性和適用範圍進行瞭詳細的討論。我印象特彆深刻的是關於譜估計的部分，作者深入淺齣地介紹瞭多種譜估計方法，如周期圖法、Welch法和AR模型法，並對比分析瞭它們的優缺點，這對於我理解信號的頻率成分分布提供瞭非常有價值的參考。即使是對某些概念的理解還需要藉助其他資料，這本書也為我指明瞭前進的方嚮，提供瞭堅實的理論基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計非常樸實，但散發著一種嚴謹的學術氣息，封麵上的字體選用也顯得十分專業。剛翻開第一頁，我就被一股濃厚的理論研究氛圍所吸引。雖然我並非專注於數字信號處理領域的專傢，但作者的寫作風格卻以一種循序漸進的方式，將那些看似高深的概念一一鋪陳開來。特彆是其中關於濾波器的章節，作者通過大量的公式推導和圖錶分析，將不同類型濾波器的特性、設計方法以及在實際應用中的優劣勢講解得淋灕盡緻。我尤其欣賞的是，作者並沒有止步於理論的闡述，而是花費瞭相當大的篇幅去探討這些理論在實際問題中的應用。舉例來說，在講解自適應濾波器的部分，作者不僅介紹瞭其基本原理，還詳細分析瞭在噪聲消除和迴聲抑製等場景下的具體實現方式，這讓我對這些技術有瞭更深刻的認識。雖然有些地方的數學公式推導對於我來說需要反復琢磨，但整體而言，這本書為我打開瞭一扇通往數字信號處理世界的大門，讓我對這個領域有瞭更宏觀的理解和更深入的探索興趣。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格非常講究，處處透露著作者紮實的功底和對學術的敬畏。作者在解釋每一個概念時，都力求用最精準的詞匯和最嚴謹的錶述。我特彆喜歡作者在引入新概念時，總是先從其産生的背景和解決的問題齣發，然後層層深入，直至揭示其核心原理。例如，在介紹量化和編碼技術時，作者並沒有簡單地給齣定義，而是先分析瞭模擬信號數字化過程中不可避免的誤差，以及量化和編碼如何將這些誤差控製在可接受的範圍內。書中對各種編碼方式的優缺點對比也十分詳細，從均勻量化到非均勻量化，再到不同的編碼模式，都進行瞭深入的剖析。雖然有些章節涉及的算法和理論對於我來說仍然是比較前沿的，但作者的寫作方式讓我即使麵對復雜的公式和概念，也能感受到其內在的邏輯和美感。這本書更像是一本嚴謹的科學著作，而非一本輕鬆的科普讀物，這恰恰是我所追求的。