助听器组件和信号处理

现代助听器是一个小型数字声音处理系统：一个或多个麦克风将声音转换为电信号，数字信号处理器根据用户的听力损失对信号进行整形和放大，接收器（扬声器）将其传递到耳朵。信号处理链决定了在每个频率和声级上施加多少增益，如何使响亮的声音保持舒适，以及如何管理背景噪音。

Definition

助听器组件和信号处理是指传感器（麦克风和接收器）以及捕获、放大、压缩和净化声学信号的数字算法，以使其对听力损失者来说是可听且舒适的。

Scope

本主题涵盖助听器的基本组成部分及其执行的核心处理：麦克风和接收器、模数转换路径、频率依赖性增益、宽动态范围压缩和数字降噪。它将这些视为工程和感知概念；它不针对任何个人指定设置，也不是验配指导。

Core questions

• 助听器由哪些硬件组件构成，每个组件的作用是什么？
• 压缩如何将真实世界的声级映射到受损耳朵减小的动态范围中？
• 数字降噪如何工作，它对听者实际实现了什么？

Key concepts

• 麦克风和接收器传感器
• 模数和数模转换
• 频率特定增益整形
• 宽动态范围压缩（WDRC）
• 压缩比、阈值和时间常数
• 数字降噪
• 反馈消除

Mechanisms

声音通过麦克风进入并被数字化；数字信号处理器将其分成频带，并施加取决于频率和输入电平的增益。由于受损的耳蜗动态范围减小——轻柔的声音变得听不见，而响亮的声音仍然不适——宽动态范围压缩对轻柔的输入施加更大的增益，对响亮的输入施加较小的增益，从而在不过度放大响亮声音的情况下恢复可听度；其行为受压缩比、阈值和起止时间常数（Jenstad, 2000; Dillon, 2012）控制。数字降噪估计哪些时频区域主要由噪声主导，并降低该区域的增益；有证据表明，这能可靠地降低感知的噪声烦恼和听力努力，但其本身并不能持续改善言语可懂度（Brons, 2014; Alexander, 2021）。反馈消除可抑制因放大声音泄漏回麦克风而引起的啸叫。

Clinical relevance

理解处理链可以解释为什么两个助听器听起来可能不同，为什么压缩和降噪设置很重要，以及可以期望哪些功能实现什么，不能期望哪些功能实现什么。这支持对设备声明和结果研究进行批判性评估；它描述了技术的工作原理，而不是为任何个人编程设备的基础。

History

早期的助听器采用固定的线性放大，这使得在使轻柔声音可听和保持响亮声音可耐受之间进行权衡。20世纪90年代向可编程再到全数字仪器的转变，使得多频带宽动态范围压缩变得实用，并实现了降噪和反馈消除，将该领域从简单的放大转向自适应信号处理。

Debates

数字降噪是否能改善言语理解？

研究一致表明，降噪算法能减少烦恼和听力努力，并且通常更受青睐，但它们本身并不能可靠地提高言语可懂度，因此其益处被定义为舒适度和努力，而非原始识别分数。

Key figures

• Harvey Dillon
• Joshua Alexander
• Lorienne Jenstad

Seminal works

• dillon-2012
• jenstad-2000

Frequently asked questions

什么是宽动态范围压缩？

这是一种处理方法，对轻柔的声音施加更大的放大，对响亮的声音施加较小的放大，从而将日常声级的宽范围压缩到受损耳朵能舒适听到的较窄范围中。

助听器中的降噪功能能否让我在嘈杂的餐厅里更好地听到言语？

降噪通常能使听力更舒适，减少听力努力，并降低背景噪音的烦恼，但证据表明它本身并不能可靠地改善理解的词语数量；定向麦克风在这方面往往更有效。