Wzmacnianie Sygnału Użytecznego

Nowoczesne cyfrowe aparaty słuchowe wykraczają daleko poza „proste” wzmocnienie sygnału. Mogą używać skomplikowanych algorytmów przetwarzania sygnałów dostosowanych do indywidualnych potrzeb danego użytkownika, a także do przezwyciężenia trudnych warunków akustycznych. Ta część projektu HearCom analizuje efektywność różnych algorytmów „odszumiania” mowy, zwłaszcza w aspekcie ich implementacji w aparatach słuchowych.

Niesprzyjające warunki akustyczne

Oprócz kompresji dynamiki sygnału i wzmocnienia w pasmach częstotliwości, dobranych w taki sposób, by kompensować odpowiednio niedosłuch, nowoczesne aparaty słuchowe i implanty ślimakowe standardowo zawierają kilka układów służących do polepszenie jakości sygnału i zrozumiałości mowy w niekorzystnych warunkach akustycznych. Podczas gdy zwykła kompresja i wzmocnienie mogą przywrócić możliwość konwersacji w relatywnie cichym środowisku, zrozumiałość mowy drastycznie maleje w niekorzystnych „akustycznie” sytuacjach, np. w środowisku z wysokim poziomem szumu tła lub w pomieszczeniach o długim czasie pogłosu.

Techniki Ekstrahowania Sygnału Użytecznego

W ciągu ostatnich dekad zaproponowano wiele procedur przetwarzania sygnałów, które mają na celu poprawę zrozumiałości mowy w niekorzystnych warunkach akustycznych. Niektóre z nich odniosły wielki sukces, natomiast zastosowanie innych jest bardzo ograniczone. W projekcie HearCom analizujemy pięć różnych, reprezentatywnych klas technik polepszania sygnału użytecznego:

  • Jednokanałowa redukcja szumu Te algorytmy wymagają tylko jednego mikrofonu i ich zadaniem jest rozseparować pożądany dźwięk od zakłóceń w oparciu się o ich własności statystyczne różnych sygnałów

  • Adaptacyjna filtracja przestrzenna Poprzez połączenie sygnałów z dwóch lub więcej mikrofonów w aparacie słuchowym lub implancie ślimakowym, zakłócenie z konkretnego kierunku jest tłumione, nawet jeśli położenie źródła się zmienia.

  • Ślepa Separacja Sygnałów To technika separacji sygnałów źródłowych, bez jakiejkolwiek informacji na temat ich przestrzennego usytuowania. W badaniach wykorzystano sygnały z mikrofonów zainstalowanych w dwóch aparatach słuchowych po obu stronach głowy.

  • Usuwanie pogłosu oparte o funkcje koherencji Algorytm ten tłumi rozproszony szum i odbicia dźwięku od ścian pomieszczenia poprzez odpowiednie połączenie sygnałów z mikrofonów zainstalowanych w dwóch aparatach słuchowych.

  • Adaptacyjne usuwanie sprzężenia zwrotnego Są to techniki redukujące sprzężenie zwrotne w oparciu o elektroniczną ścieżkę sprzężenia zwrotnego zaimplementowaną w danym urządzeniu

    Kilka wariantów algorytmów należących do wymienionych wyżej klas zostało zaimplementowanych a następnie – zweryfikowano ich zakres stosowalności i efektywność. Algorytmy te różnią się podejściem teoretycznym, jak i konkretnymi ustawieniami parametrów przetwarzania sygnałów kontrolujących ich zachowanie.

Demonstracje dźwiękowe

Materiał demonstracji dźwiękowych został przygotowany dla każdego z rozważanych algorytmów, poza systemem redukcji sprzężenia zwrotnego, który nie jest sam w sobie klasycznym układem poprawy stosunku sygnału do szumu. Pliki dźwiękowe są dostępne dla następujących podzbiorów warunków testowych :

 
Algorytm
Rodzaj pomieszczenia

Jednokanałowe

Tłumienie zakłóceń

Adaptacyjna filtracja przestrzenna Ślepa Separacja Sygnałów Usuwanie pogłosu oparte o koherencję
Niskopogłosowe pomieszczenie ze stacjonarnym kierunkowym szumem tła

nieprzetworzony.mp3 przetworzony.mp3
więcej informacji

nieprzetworzony.mp3 przetworzony.mp3
więcej informacji
nieprzetworzony.mp3 przetworzony.mp3
więcej informacji
 
Pokój dzienny z kierunkowym sygnałem muzycznym jako szum tła   nieprzetworzony.mp3 przetworzony.mp3
więcej informacji
nieprzetworzony.mp3 przetorzony.mp3
więcej informacji
 
Kawiarnia z rozproszonym zakłóceniem pochodzącym od wielu mówców (tzw. babble noise) jako szum tła nieprzetworzony.mp3 przetworzony.mp3
więcej informacji
nieprzetworzony.mp3 przetworzony.mp3
więcej informacji
  nieprzetworzone.mp3 przetworzone.mp3
więcej informacji