汉语数字助听器高频听损增强方法的实验研究

提出采用正弦模型改善患者高频听觉的非线性降频方法。正弦模型语音分解得到的幅度、频率和相位是算法三个主要的处理参数。为了避免谱失真,将语音频谱按倍频程划分为6个部分。最接近并低于患者门限频率的部分,只做幅度放大处理。按照不同频段对于语音理解度的贡献程度,将患者门限频率以上的频率段压缩并转移到患者的可听频段,并将对应相位信息变为最接近的对应低频相位。在本研究中,10个受试者进行了语音理解度测试。测试结果显示,经过训练后,患者的平均理解率至少提高45%。下一步的研究应增加受试者数量,并增加对患者的听损情况的详细分析,从而设计出更合理,更细致的降频助听算法。      

仿人耳听觉的助听器双耳声源定位算法

为提高复杂场景下的听障患者的语言理解度,本文提出一种仿人耳听觉的助听器双耳声源定位算法。算法首先借鉴耳蜗分频特性和听觉掩蔽特性,将声音信号进行多通道分解,并提取人耳敏感频带的信号进行双耳时间差(Interaural Time Difference,ITD)估计;然后基于人耳哈斯效应,提取有效的ITD信息;最后采用头相关模型,将ITD转化为声源方向信息。同时,为了改善混响和多干扰声场景下的声源定位能力,本文提出一种多通道的加权联合策略。仿真和场景测试实验表明,算法的抗干扰性强,定位精度高。而且,在7名受试者的理解度测试中,同现有的助听器增强算法相比,结合定位算法的语音增强算法达到3~5 dB的性能改善。     

声纹的变压器放电与机械故障诊断研究*

变压器中的一些放电和机械故障会产生异常声音,可用于故障检测。据此,本文提出基于可听声的变压器放电和机械故障诊断方法。针对机械故障声音与变压器本体噪声特征相似易混淆的问题提出改进小波包-BP神经网络算法,与传统小波包-BP神经网络算法相比声音的识别率提高了5.7%。为提高声音识别系统的泛化性,提出基于梅尔对数频谱和卷积神经网络的声音识别算法。两种算法相互验证,提高了系统的可靠性。在真实变压器油箱中模拟了不同类型放电和机械故障。试验结果表明,本文提出的两种方法能成功识别放电和机械故障的声音,声音识别率分别为99.6％和97.57％。     

仿人耳听觉的助听器双耳声源定位算法

为提高复杂场景下的听障患者的语言理解度,本文提出一种仿人耳听觉的助听器双耳声源定位算法。算法首先借鉴耳蜗分频特性和听觉掩蔽特性,将声音信号进行多通道分解,并提取人耳敏感频带的信号进行双耳时间差(Interaural Time Difference,ITD)估计;然后基于人耳哈斯效应,提取有效的ITD信息;最后采用头相关模型,将ITD转化为声源方向信息。同时,为了改善混响和多干扰声场景下的声源定位能力,本文提出一种多通道的加权联合策略。仿真和场景测试实验表明,算法的抗干扰性强,定位精度高。而且,在7名受试者的理解度测试中,同现有的助听器增强算法相比,结合定位算法的语音增强算法达到3~5dB的性能改善。      

人耳辨识非语言声目标能力的实验研究

以主观听觉测试实验为手段,研究人耳听觉系统辨识能力与声音特性、评价主体训练程度及噪声干扰的关系.实验结果发现：人耳辨识声音能力主要由声信号的谱时结构决定,人耳对于谐音信号的辨识能力明显强于非谐音,对于稳态信号的辨识能力略强于瞬态信号;评价主体的训练可以提高辨识效果及准确性,但与声音特性密切相关;不同的噪声干扰对人耳目标辨识能力的影响主要取决于声音频谱结构;比对测听方式能提高非受训人员的辨识准确性,但不影响受训人员的辨识效果. 关键词： 听觉系统 主观听觉测试 目标辨识     

基于自适应随机共振理论的太赫兹雷达信号检测方法

太赫兹雷达系统在差频信号频谱分析过程中,干扰噪声影响其测距能力.针对上述问题,提出基于自适应随机共振理论的太赫兹雷达信号检测方法,通过对含噪差频信号进行二次采样,利用自适应随机共振系统提取信号,进行尺度恢复完成测距计算.实验数据显示,不同测量距离时,相较于快速傅里叶变换法,输出信噪比的平均增益为9.684 d B,其中测量距离为1000 mm处,差频信号初始频谱值提高了64.1倍,系统信噪比增益为11.761 d B;相较于滤波法,在测量距离为1000 mm处信噪比增益最大,提高了70.56%;输入噪声强度为1—5 V之间时,输出信噪比曲线的曲率相对于滤波法降低了86.5%,其中噪声强度为5 V时信噪比增益最大,为14.018 d B.实验表明太赫兹雷达系统的测距能力大幅提高.     

多尺度变步长最小均方自适应算法在光纤陀螺数据处理中的应用

为有效抑制光纤陀螺(FOG)随机噪声,提出将一种多尺度变步长最小均方(MVSLMS)自适应算法应用于FOG数据处理中。根据FOG输出数据的特点,构建了MVSLMS自适应滤波器,提出了FOG信号滤波算法的实现步骤。对FOG实测静态数据、振动数据和速率测试数据进行了滤波实验,结果表明所提算法对FOG随机噪声的抑制效果明显,相比LMS滤波,MVSLMS自适应滤波后的静态数据零偏稳定性数值减小了72.0%,振动数据在振前、振中、振后零偏稳定性数值分别减小91.5%,77.4%和96.5%,速率测试数据标准差减小了54.4%。摇摆测试滤波实验结果表明所用算法对FOG真值信号具有较好的跟踪能力。     

一种自适应变阶谱减降噪算法在电子耳蜗中的应用

由于传统谱减语音增强存在残留的"音乐噪声",因此基于传统谱减法降噪的电子耳蜗(CI)感知的声音品质也会受到影响.为提高CI的抗噪性,本文提出了一种自适应变阶谱减算法,并将该方法应用于电子耳蜗的语音增强中.根据CI电极对应的频带关系,该算法先对采集的带噪声音信号功率谱进行Bark子带划分,并在每个Bark子带中根据信噪比的变化进行谱减阶数和系数的自适应调节,使各子带噪声更均衡地去除,基本消除了传统方法存在的"音乐噪声".基于该算法的电子耳蜗ACE仿真实验及测听结果表明,与传统谱减法相比,改进的算法能更好地抑制背景噪声和残留噪声,仿真得到的CI合成音感知更好和更清晰.     

一种自适应前向均衡与判决均衡组合结构及变步长改进算法

信号在超长线缆传输中, 线缆的线间串扰及温度梯度变化造成噪声干扰, 特别是线缆介电损耗和肌肤效应的影响, 导致接收端信号频率色散失真严重, 难以恢复原始信号, 限制了传输速度. 另外, 在页岩气、煤层气等资源勘探领域, 在用长缆传输数据时, 还要求传输高精度同步脉冲信号, 用于采集数据相位的标定. 线缆的传输效应及噪声干扰严重影响了接收端的信号同步, 造成采集数据相位失真. 本文针对信号在长缆传输中的非线性失真及衰减问题, 提出了一种新型均衡结构, 并针对新模型给出了最优系数组合. 在此基础上针对改进的结构提出了一种基于反正切函数的变步长算法, 该算法配合三误差因子, 形成收敛函数, 该函数具有收敛速度快, 稳态误差小的优点. 改进后的自适应组合均衡器计算复杂度低, 收敛快, 信道跟踪能力强, 加快了数据处理速度, 同时能较好地应对信道的时变性. 仿真结果表明, 基于新变步长算法的自适应组合均衡器, 性能上提高了50%, 并且消除了噪声干扰和码间干扰, 测试实验表明, 在无中继超长缆(7 km以上)传输中, 信号速度提高了一倍.     

水声JANUS信号的分数低阶时频谱迁移学习识别方法

非合作第三方水下标准协议信号识别在水声通信信号识别中具有重要研究意义。针对浅海水声JANUS信号的特征提取因易受脉冲噪声和多径效应等复杂水声环境影响而导致识别率低下的问题,提出一种分数低阶时频谱和ResNet18 （Residual Network 18）相结合的迁移学习识别方法。首先,选取JANUS固定前导作为识别对象,设计分数低阶傅里叶同步压缩变换（FLOFSST）,以分数低阶操作抑制脉冲噪声,以时频重排特性增强时频集中性。其次,将基于ImageNet的ResNet18预训练模型微调,迁移至JANUS信号和常见水声信号时频图集。仿真表明所提算法在信噪比为-10 dB时JANUS信号的识别率为96.15%,能够有效抑制脉冲噪声并减小多径效应影响,比传统算法识别性能好。海试中JANUS信号识别率达90.00%,证明算法识别准确率和网络的泛化性较高。      

时频结合自适应阈值小波包消噪算法

在充分考虑人耳听觉特性和噪声统计特性的基础上,提出一种时频结合Bark尺度自适应阈值的语音消噪算法,在Bark频域上自适应调整增强系数可以较准确地进行阈值判定。仿真实验验证,时频结合算法在低信噪比输入情况下较传统语音降噪方法具有明显优势,其在消除高斯白噪声的同时有效降低了语音损失,可获得最大信噪比,谱失真测度最小,增强语音的MOS(Mean Opinion Score)评分明显提高,具有较好的听觉效果。     

频谱分析型激光多普勒测速仪信号处理技术

为了提高激光多普勒测速仪的测量精度,提出对激光多普勒信号先进行跟踪滤波,再进行频谱细化和频谱校正的信号处理方法,并利用信号处理系统对实测的多普勒信号进行了实验研究。实验结果表明:跟踪滤波器在滤除基底信号及系统的部分噪声的基础上,实时跟踪多普勒信号的频率,信噪比明显提高,所得结果与多普勒频率的真实值相一致;频谱细化技术大大提高了频谱分辨力,频谱校正技术使校正后的频率更接近真实值。     

Effects of spectral smearing on the identification of speech in noise filtered into low- and mid-frequency regions

Le?ger et al. [J. Acoust. Soc. Am. 131, 1502-1514 (2012)] reported deficits in the identification of consonants in noise by hearing-impaired listeners using stimuli filtered into low- or mid-frequency regions in which audiometric thresholds were normal or near-normal. The deficits could not be fully explained in terms of reduced audibility or temporal-envelope processing. However, previous studies indicate that the listeners may have had reduced frequency selectivity, with auditory filters broadened by a factor of about 1.3, despite having normal or near-normal audiometric thresholds in the tested regions. The present study aimed to determine whether the speech-perception deficits could be explained by such a small reduction of frequency selectivity. Consonant identification was measured for normal-hearing listeners in quiet and in unmodulated and modulated noises using the same method as Le?ger et al. The signal-to-noise ratio was set to -3 dB for the masked conditions. Various amounts of reduced frequency selectivity were simulated using a spectral-smearing algorithm. Performance was reduced only for spectral-smearing factors greater than 1.7. For all conditions, identification scores for hearing-impaired listeners could not be explained by a mild reduction of frequency selectivity.     

小型化光纤光栅解调系统设计及寻峰算法的模拟评测

为实现光纤布拉格光栅（FBG）反射光谱信号的实时监测，基于全固态光谱模块设计了用于解调FBG信号的硬件系统和软件架构，编写了上位机软件，嵌入了不同的寻峰算法，可适用于不同噪声环境下中心波长的计算，以减少由算法带来的波长误差。软件还包括数据采集、存储及回放等功能。以高斯拟合寻峰算法为例，提出了一种不依赖硬件设备对寻峰算法进行模拟评测的方法，提高了这类光谱解调系统的开发效率。采用叠加了不同噪声水平的理想FBG反射谱进行模拟评测实验，结果表明，阈值取为噪声平均幅值的2倍时可获得最佳的寻峰结果，且寻峰误差与采集数据的信噪比（SNR）和光谱峰宽成反比。运用高斯拟合寻峰算法对硬件系统实际采集的FBG反射谱数据进行寻峰计算，所得系统精度为5.89 pm，与模拟评测结果的误差小于1.7 pm，验证了模拟评测的可行性。     

基于统计特征和显著度的光谱信号提取算法

各类光谱信号都会受到噪声和基线畸变的影响,在提取光谱信号过程中若不考虑基线畸变和噪声的影响,将会严重影响信号提取的精度和准确性,所以需要在信号提取前消除噪声和基线畸变的影响。大多数信号提取算法的步骤是先提取整体基线,再提取信号,这样难以保证基线的提取精度。为了降低信号提取过程中背景噪声、基线畸变等不利因素的影响,根据信号的存在总是会导致该区域的统计特征不同于背景的特点,提出了一种基于显著度和统计特征的光谱信号检测与提取算法（SSD算法）。首先,在待测数据的不同尺度空间中计算出信号在各尺度下的显著度,将检测出的显著信号点作为候选信号点;其次,利用信号特征去除候选信号点中的伪信号点;最后,对候选信号点所在区域采用二次多项式进行基线拟合以剔除伪信号区域并实现最终的信号提取。为验证SSD算法的综合性能,首先,通过仿真的方法对高斯信号和矩形信号在不同基线类型、不同信噪比下进行实验;然后将该算法与AirPLS算法、Wavelet算法以及DoG算法对两种信号在不同信噪比,不同基线类型下的提取结果进行比较。仿真实验结果表明：与其他算法相比,SSD算法信号提取结果基本不受信号类型和基线畸变类型的影响,且当信噪比大于40时基本不受信噪比的影响;在不同基线畸变类型下,SSD算法对两种信号提取结果的准确度、稳定性、离散度均较好,其他算法则只适用于某种基线畸变类型。从总体提取结果上看,SSD算法提取结果的绝对误差的均值仅为AirPLS算法的8.71%、Wavelet算法的3.52%、DoG算法的2.01%;绝对误差的均方根也仅为AirPLS算法的13.08%、Wavelet算法的5.45%、DoG算法的3.11%。因此,所提出的SSD算法在提取信号时具有良好的综合性能,能够在不同的信噪比及基线畸变情况下准确的提取出信号。     

Auditory filter shapes at low center frequencies in young and elderly hearing-impaired subjects.

Auditory filter shapes were measured for two groups of hearing-impaired subjects, young and elderly, matched for audiometric loss, for center frequencies (fc) of 100, 200, 400, and 800 Hz using a modified notched-noise method [B. R. Glasberg and B. C. J. Moore, Hear. Res. 47, 103-138 (1990)]. Two noise bands, each 0.4fc wide, were used; they were placed both symmetrically and asymmetrically about the signal frequency to allow the measurement of filter asymmetry. The overall noise level was either 77 or 87 dB SPL. Stimuli were delivered monaurally using Sennheiser HD424 earphones. Although auditory filters for the hearing-impaired subjects were generally broader than for normally hearing subjects [Moore et al., J. Acoust. Soc. Am. 87, 132-140 (1990)], some hearing-impaired subjects with mild losses had normal filters. The filters tended to broaden with increasing hearing loss. There were not any clear differences in filter characteristics between young and elderly hearing-impaired subjects. The signal-to-noise ratios at the outputs of the auditory filters required for threshold (K) tended to be lower than normal for the young hearing-impaired subjects, but were not significantly different from normal for the elderly hearing-impaired subjects. The lower K values for the young hearing-impaired subjects may occur because broadened auditory filters reduce the deleterious effects on signal detection of fluctuations in the noise.     

基于FFT奇异值分解的光谱信号去噪算法

微型光谱仪在采集光谱信号过程中,光谱数据经常受到来自仪器光学系统和电子电路中的干扰出现噪声和光源特征峰,严重干扰了真实光谱信号的图谱特征,因此需要使用合理的预处理方法保留光谱信号中有用信号并尽可能过滤噪声信号同时将光源特征峰滤除,从而提高光谱信息定量分析的稳健性和准确性。并且在线检测系统要求尽可能减少人为参数选择对去噪效果的影响,奇异值分解经常应用于由系统电路引起的噪声去噪,奇异值降噪阶次的选取对提高信号信噪比十分关键,但是往往参数选取主要依赖经验调试和实验验证。因此,提出了一种基于奇异值重构信号分量频率的光谱信号去噪算法。该算法首先重构原始光谱信号单个奇异值分量信号,然后对每个奇异值分量信号作快速傅里叶变换,得到每个奇异值分量信号快速傅里叶变换结果中振幅最大所对应的频率值,最后按照奇异值递减方式对相应分量信号频率值进行一阶滞后差分,得到频率差分谱,研究表明,差分谱第一个谱峰值在大于设定阈值处所对应的奇异值即为奇异值分解降噪的有效阶次。结果表明：对包含多种重金属离子的溶液在线测量的紫外可见光谱信号,添加不同强度的随机噪声,并进行去噪处理,使用信噪比和均方根误差两个性能指标进行对比。所提算法相较于SG滤波算法和小波变换去噪算法信噪比分别提高了22.05%,10.88%,均方根误差分别降低了74.28%,41.29%。所提算法完全基于数据驱动,在处理真实紫外可见光谱信号中不仅抑制了噪声影响,而且将微型光谱仪的光源特征峰有效滤除,在紫外可见光谱信号的定量分析中具有较好的应用前景。     

基于匹配追踪的拉曼光谱信号重构算法

拉曼光谱技术是一种高灵敏度、无损伤、振动分子光谱技术,在医药、生物、分析化学等诸多领域有着重要的作用。然而,由于拉曼散射强度低,实际测得的拉曼信号容易被噪声所污染。特别是在较短的曝光时间,收集到的拉曼光谱的信噪比很低。因此,提出了一种基于匹配追踪算法的信号重构方法,用于提取低信噪比的拉曼信号。该方法首先通过阈值循环迭代的方法在平均谱上找出特征峰的位置、估计峰的区间。根据峰的位置区间等信息,用高斯密度函数生成字典。在噪声谱上,根据特征峰位置和区间,将其区分为有信号区间和无信号区间,在有信号区间上利用匹配追踪算法重构被噪声所掩盖的拉曼信号。该算法不仅能够很好的逼近掩盖在噪声中的拉曼信号,且在重构信号的过程中也会对基线进行扣除,无须作基线校正处理。在仿真和实验中对该算法与常规算法进行了比较,结果证明,该算法在低信噪比条件下能够较好的恢复拉曼信号。该算法不同于传统光谱去噪算法,能同时对拉曼光谱进行了基线扣除以及噪声的处理,且能取得较为理想的结果,不需要使用不同的算法对基线和噪声分别处理。其次,在算法上我们创造性地将匹配追踪算法用于拉曼光谱信号的稀疏逼近求解。     

Temporal integration, frequency resolution, and off-frequency listening in normal-hearing and cochlear-impaired listeners

Temporal integration for a 1000-Hz signal was determined for normal-hearing and cochlear hearing-impaired listeners in quiet and in masking noise of variable bandwidth. Critical ratio and 3-dB critical band measures of frequency resolution were derived from the masking data. Temporal integration for the normal-hearing listeners was markedly reduced in narrow-band noise, when contrasted with temporal integration in quiet or in wideband noise. The effect of noise bandwidth on temporal integration was smaller for the hearing-impaired group. Hearing-impaired subjects showed both reduced temporal integration and reduced frequency resolution for the 200-ms signal. However, a direct relation between temporal integration and frequency resolution was not indicated. Frequency resolution for the normal-hearing listeners did not differ from that of the hearing-impaired listeners for the 20-ms signal. It was suggested that some of the frequency resolution and temporal integration differences between normal-hearing and hearing-impaired listeners could be accounted for by off-frequency listening.