助听器声反馈的消除方法

5.5.4　助听器声反馈的消除方法

1.以反馈路径为切入点

清楚了解助听器声反馈的路径,那么，打破助听器反馈环路,破坏助听器的自激振荡条件,就是消除助听器反馈的关键因素。

(1)增加麦克风和受话器出声口间的距离

随着助听器体积的微型化,麦克风和受话器出声口的距离将更为靠近,反馈发生的可能性也随之增加。因此，为了避免受话器出声口的输出信号很容易就被麦克风拾取现象的发生,助听器在安装麦克风和受话器时会被尽可能地设置在相对较远的位置,以此来拉开麦克风和受话器出声口的距离,减少反馈。同样的,近年出现的受话器耳道内置技术正是通过增加麦克风和受话器出声口间距离的原理,降低了反馈发生。

(2)正确佩戴助听器或耳模

在助听器使用初期,佩戴问题是产生反馈的重要原因,因此，细心教导初次助听器佩戴者如何正确和熟练地佩戴助听器或耳模，将会有效降低反馈的发生。

(3)助听器外壳和耳模的密封度

助听器外壳和耳模的密封度不足会引起助听器反馈的发生,而修改或重做助听器外壳和耳模是解决该类反馈问题的唯一途径。判定助听器外壳和耳模是否需要修改或重做的常用标准是：用手指压紧助听器外壳和耳模,啸叫立即停止；而手指松开后,啸叫再次出现。

(4)更换助听器耳模传声管

助听器耳模的塑料传声管在经长时间使用后通常会出现老化破裂的现象,从而在声音的传递过程中造成漏声的现象，因此，经常检查和更换助听器传声管是减少反馈的重要一环。

(5)清洁外耳道

助听器佩戴者因长期佩戴耳模,耳道易形成耵聍聚积,产生反馈,因此，助听器佩戴者需注意保持外耳道的清洁。

(6)旋紧助听器及其配件的连接口

在耳背式助听器中,传声管与耳模的接口处、耳模与助听器耳钩的接口处、耳钩与助听器机身的接口处均会因密封得不完全而出现漏声,形成反馈。特别是耳钩与助听器机身的接口处,虽然通常是旋紧的,但经长时间的佩戴后仍易造成两者的松动,出现啸叫。

(7)正确设置助听器通气孔

助听器通气孔类似于助听器外壳或耳模同耳道壁间的空隙,因此不合适的通气孔也是造成助听器反馈的因素之一,尤其是在开有大通气孔的开放耳助听器中。

2.以反馈产生的原因为切入点

如同我们所知的一样,助听器结构和线路的调整仅是一类最为基础的反馈控制方法,其在助听器反馈消除中所起的作用相当有限。而增益和相位差则是助听器产生反馈的主要原因,因此,随着数字信号处理技术的发展,设置设计复杂的滤波器,通过消除或降低系统传递函数中的峰值进行助听器反馈抑制的方法已逐渐被助听器研发人员所灵活运用。

(1)降低助听器增益

降低助听器增益是解决助听器反馈问题的下策,但却是最为有效的一种方法。

在数字助听器中，各频率范围内的最大增益均有所限定(限定程度与助听器外壳或耳模的密闭程度相关),通常情况助听器将提供佩戴者全频率的响应,一旦反馈出现,频率范围内可能会引发反馈振动的增益则被降至安全范围。然而增益的降低往往将导致助听器的性能无法完全发挥,特别是对于极重度听力损失人士而言,增益的降低更无法满足他们的需要。因此,降低助听器增益通常是不被主张使用的,仅在保证助听效果不受太大影响的前提下才被考虑。

(2)前馈抑制技术

前馈抑制技术是一类通过改变助听器向前的放大路径,促使助听器反馈通路趋于稳定的反馈消除技术,其中以陷波技术最具代表性。

1)陷波技术

陷波技术是指利用陷波滤波器对可能引起反馈振动的特定频率处的声音作衰减,降低相应频率范围内的增益,以实现啸叫消除目的的反馈抑制技术,其中，反馈振动发生频率最有可能位于增益-频率响应曲线的峰值处或近峰值处。

基于陷波技术的原理,陷波滤波器的陷波频段中心频率的设置是要求同特定的声反馈频率相一致的,然而事实上由于助听器间个体的差异,每个助听器特定的声反馈频率不是完全一样的。因此,通过软件调整陷波滤波器的陷波频段中心频率和陷波深度,能够有效防止助听器声反馈的发生。其中，陷波深度可以设置成固定深度,也可以设置成自适应深度,而陷波频段中心频率则是在反馈振动发生时,通过对声反馈频率的检测加以确定的,出于避免高能量低频干扰信号的目的,通常陷波频段中心频率会被限定在1500Hz以上,并根据最大谱峰位置不断调整。同时,陷波频段的范围也是有所限制的,过窄的陷波频段往往无法及时追踪反馈路径的变化,而过宽的陷波频段则会破坏语音谱结构。另外,陷波滤波器本身的相位也可能造成某处频率发生振荡。因此,陷波技术提供给系统的最大稳定增益值仍是有限的,且或多或少地影响了助听器基本的频率响应。

2)改变时间参数

相位(时间)调制和移频(相)法是一类通过改变反馈信号进行的时域参数,将发生啸叫的频率转移或进行时间上的改变的反馈抑制方法。该类方法实现简单,但易损伤音质,对增益提高方面的帮助较小。

(3)反馈抑制技术

反馈抑制技术是指助听器反馈系统产生一个由反馈信号计算获得的估计信号,并将其从麦克风的输入信号中减去,以期留下无干扰的输入信号的反馈消除技术。而估计的反馈路径与真实反馈路径的偏差决定了反馈消除的性能,偏差越小,所估计的反馈信号越接近于真实反馈信号,反馈消除的效果就越理想。但在现实生活中,麦克风与受话器间的反馈路径和反馈信号是随声学环境的改变而不断变化的,如咀嚼或是打电话,因此反馈的自适应处理显得尤为必要。

目前,助听器自适应反馈抑制技术被分为两类：持续自适应的计算方法和非持续自适应的计算方法,也称持续自适应反馈消除法和间断自适应反馈消除法。其中，自适应反馈消除法是指反馈抑制系统的权系数根据维纳滤波器准则保持持续的更新状态以适应实时的改变,而间断自适应反馈消除法是指反馈抑制系统的权系数仅在当不稳定的信号被探测到或输入信号强度很低时才相应的发生改变。研究显示,持续自适应反馈消除系统的性能和效果均优于间断自适应反馈消除法。

1)反馈抑制技术的原理

与降噪系统中自适应滤波器的原理相类似,助听器反馈抑制技术同样由滤波器和自适应计算方法两部分组成，主要是指助听器输入信号特性未知或发生变化时,自适应滤波器将通过对输入信号的监控,自动估计产生一个同真实反馈信号相类似的模拟信号,并将其从麦克风输入信号中减去,以达到特定的滤波方法的计算目标。其中最小均方误差法是最常用的助听器自适应反馈抑制计算方法,即维纳滤波法和递归最小二乘算法,维纳滤波法更趋于流行。而与降噪系统不同的是,相对于日常噪声千变万化的特性,在助听器反馈抑制计算的过程中需考虑的仅是反馈声的特性,处理过程就相对更为简单。因此，从理论上说，处理后的麦克风输入信号仅为所需的言语信号。

反馈抑制技术另外,如同我们所知的一样,在实际反馈处理过程中,系统输出信号和输入信号间势必存在一定程度的相关,而这种相关正是导致系统在辨识反馈路径时出现偏差的主要原因。因此,在对反馈路径进行了一定的基础研究后,较为新型的约束自适应反馈抑制和带限自适应反馈抑制被研究人员所提出。不同的是在约束自适应反馈抑制的算法中,自适应滤波器参数的更新范围被约束在参考滤波参数之内,而带限自适应反馈抑制的算法只在容易产生啸叫的频率范围内对自适应滤波器的参数进行更新。另外,也有自适应反馈抑制计算是通过在输出信号中增加噪声或延时来减少输入信号和输出信号的相关性,以达到减少计算偏差的目的。

2)自适应反馈抑制技术

Danavox Genius是第一代自适应反馈抑制助听器的重要代表。在第一代自适应反馈抑制技术中，反馈路径的确认是通过在受话器中添加探测信号得以实现的,其最终能提高大约10dB左右的增益。而随着助听技术的进步,尽管自适应反馈抑制技术仍继续被助听器所使用,但与第一代产品不同的是,目前的数字助听器为了保证语音信号的质量,外在探测信号的使用被得以限制,仅在有限的频率带或在选配初期出于激动滤波器的目的被使用。例如Widex的Senso Diva的低速率自适应反馈抑制仅在系统探测认为反馈路径存在突发改变时被激动,Oticon的Adapto则将自适应反馈抑制限制在高频部分,而GNRe Sound的Canta4和Canta7所使用的是约束的自适应反馈抑制。

3)反相位处理技术

反相位处理技术是目前最常提及的自适应反馈抑制技术,是自适应滤波方法的一种。其优于前期类似技术的关键是,反相位处理无需通过牺牲助听器增益即可消除反馈,这恰恰为完全耳道式助听器和开放耳助听器适配范围的增加以及理论增益的有效应用提供了可能。

反相位处理系统主要包括一个静态反馈抑制滤波器和一个自适应(动态)反馈抑制滤波器。其中静态滤波器被用于抑制佩戴助听器时可能出现的反馈啸叫,而动态滤波器则被用于抑制助听器因声学环境改变所导致的反馈。例如,在电话听筒靠近助听器而引发啸叫时,两个滤波器会产生一个同反馈信号波形相同但相位相反(相位差180°)的抑制信号,随后该抑制信号会被引入助听器所在的声学环境,将反馈信号从输入信号中减去,至此助听器的外部声反馈声即可在不降低高频增益的情况下得以控制。同时,临床实验结果显示，反相位处理技术可将发生反馈位置的增益提高10～15dB。

目前,尽管各著名助听器公司均宣称其产品可提供反相位反馈处理技术,然而不同公司不同时期的产品所使用的反相位技术仍存有细微的不同。例如在瑞声达(GNR esound)公司的官方市场资料中,反馈技术一直作为市场卖点而被反复宣传。以Canta系列为起点，GNRe sound公司就开始采用反相位技术进行反馈控制,发展到Metrix系列时,反馈技术已具备可同时监控两个麦克风及两条放大路径情况的能力,为更准确地判断和消除反馈提供了可能。然而与Resound公司不同的是,唯听(Widex)公司2006年在美国最新上市的Inteo系列助听器中反馈系统不仅具备同时监控两个麦克风和两条放大路径的能力,更突出的是Inteo系列还具备同时监控麦克风极性的能力。因为在自适应方向性麦克风系统中两个麦克风产生的极性可能不同,这种不同将相应地改变引起反馈产生的条件,而Inteo的反馈控制系统会在麦克风极性的两个极端(全向性和8字形)之间持续监控这种改变,以确保将助听器产生反馈的几率降低到最小。