РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА АДАПТИВНОГО ШУМОПОДАВЛЕНИЯ ДЛЯ СЛУХОВЫХ АППАРАТОВ ВОЗДУШНОЙ ПРОВОДИМОСТИ

На сегодняшний день одной из актуальных проблем для населения является снижение слуха. По данным Министерства здравоохранения РФ число людей с нарушениями слуха составляет около 13 000 000 человек.

Многие нарушения слуха могут быть компенсированы при помощи технических устройств - слуховых аппаратов.

Прогресс технологий, используемых в современных слуховых аппаратах, позволяет обеспечить высокую точность настройки параметров усиления в соответствии с порогами слуха и порогами дискомфорта, а современные системы микрофонов и системы шумоподавления способны в определенной степени повышать соотношение сигнал/шум.

Одним из возможных направлений совершенствования слуховых аппаратов является разработка для них алгоритмов адаптивного шумоподавления.

На рисунке 1 представлен алгоритм адаптивного шумоподавления для слуховых аппаратов воздушной проводимости, включающий в себя цифровую фильтрацию в частотной и во временной областях. Для формирования начального приближения к значениям весовых коэффициентов перед верхними и нижними частотами среза адаптивных цифровых фильтров использованы данные об атмосферном давлении, причем для варьирования значений весовых коэффициентов использован метод сопряженных градиентов (многомерная оптимизация), в качестве критерия остановки итерационного процесса использован метод наименьших средних квадратов.

Рисунок 1. Алгоритм адаптивного шумоподавления для слухового аппарата

Работа алгоритма осуществляется следующим образом: в первом блоке происходит ввод различных настроек, необходимых для нормальной работы алгоритма. Значения могут быть заданы либо изначально по умолчанию, либо самим пользователем.

Во втором блоке открывается цикл обработки массивов звукового сигнала. Пост — обработка звукового сигнала и обработка каждого отсчета отдельно не целесообразна, так как слуховой аппарат должен выдавать пользователю звук с минимальной временной задержкой. Оптимальным вариантом является формирование и обработка небольших массивов звука с последующим их выведением. В процессе выполнения этого цикла с микрофона слухового аппарата поступает звуковой сигнал и последовательно обрабатывается в частотной и временной областях.

В четвертом блоке происходит обработка звукового сигнала в частотной области, включающий оконное преобразование Фурье (переход в частотную область), поиск участков соответствующих шумам, удаление этих шумов и восстановление сигнала с помощью обратного Фурье преобразования. Такой подход позволяет улучшить отношение сигнал/шум, удалить многие виды шумов (аддитивные шумы, фоновые шумы и т.п.), но не избавиться от них полностью. Это связано с тем, что коэффициенты оконного преобразования Фурье статистически случайны для шумовых сигналов, подавление шумов неравномерно на всех частотах. Обработанный сигнал будет иметь ограниченные по времени и частоте всплески энергии, которые нужно удалить, для чего целесообразно производить фильтрацию во временной области адаптивными фильтрами, которые представлены в пятом блоке. Адаптивный фильтр - это фильтр с корректируемыми в процессе работы параметрами. Для изменения этих параметров используются специальные весовые коэффициенты перед нижней и верхней частотами среза. Эти коэффициенты, подбираются в процессе получения данных с датчика давления. В зависимости от давления формируются начальные приближения к коэффициентам. Если критерий (средняя квадратичная ошибка с ограничением на число итераций) выполнен, то начальное приближение к значениям весовых коэффициентов можно использовать для фильтрации звукового сигнала непосредственно (ветвь «да» условия). Если критерий не выполнен (ветвь «нет» условия), то значения весовых коэффициентов варьируются с использованием какого-либо метода оптимизации.

В результате происходит процедура фильтрации во временной области с помощью адаптивного фильтра с заданными настройками, рассчитанными с учетом весовых коэффициентов, который фильтрует оставшиеся шумы. Это представлено в десятом блоке.

В одиннадцатом блоке отфильтрованный звуковой сигнал выводится пользователю с помощью динамика слухового аппарата.

Слуховой аппарат с адаптивным шумоподавлением устроен таким образом, что цикл обработки массивов звукового сигнала работает до тех пор, пока работает слуховой аппарат.

Разработан и исследован алгоритм адаптивного шумоподавления для слуховых аппаратов воздушной проводимости, позволяющий увеличить отношение сигнал/шум и значительно снизить потери полезного сигнала.

Список литературы:

1. Аудиология и слухопротезирование: Учеб.пособие для студ. высш. пед. учеб, заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 208 с.
2. Бобошко М.Ю., Эффективность слухопротезирования при использовании разных формул настройки слухового аппарата // М. Ю. Бобошко, Н. В. Мальцева И. П. Бердникова А. Х.// Российская оториноларингология. – 2014. – № 3. – 70 с.
3. Павлов В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: Учеб. для студ. вузов / В.Н. Павлов, В.Н. Ногин. - М.: Радио и связь, 1997. - 320с.
4. Фонлантен, А. Хорст А. Слуховые аппараты/ А.Фонлантен, А. Хорст – Ростов н/Д.: Феникс, 2009. – 304 с.