麦克风的定位优化

摘要

在嘈杂环境中听懂谈话内容对于听力有损失的人来说是一个很头疼的事(科赫肯,1993&1994).适当的放大在多数场合都能带来很大的帮助,可是在需要定位和在人群中辨别出某个人的声音时却存在着缺陷.这个缺陷有时会涉及到助听器麦克风的定位问题.

本文描述了2种不同的耳背机和3种不同类型的定制机的麦克风位置的研究结果.

外耳的声学特性

为了研究助听器麦克风定位对佩戴者听力的影响,先来看看外耳在听觉过程中所扮演的角色.声波从耳廓,耳道,中耳传到鼓膜时,声音的频谱会发生改变.根据肖(1975)的研究,造成声音从外界传到鼓膜的变化的因素有:耳廓,颅骨和身体对声音的漫射,外耳和内耳形成的共鸣效应等等.因为耳廓,颅骨和身体对来自不同方向声音的漫射,所以引起声音从外界到鼓膜变化的主要因素是声音的入射角度.声音从外界传到鼓膜造成各个方向上的差异,为收听者辨别声音是从前还是从后,从上还是从下提供了重要的信息.然而,不仅仅只有外耳能够帮助收听者定位声源.声音到达两耳的时间差异和强度差异也可以帮助听者判断声源之所在(西曼和托夫曼,1985;狄龙,2001).

麦克风的定位

对于佩戴助听器的人来说,声音是从助听器的麦克风收集来的.很明显麦克风的位置决定了进入声音的范围,就和耳廓收集引导声音的原理一样.这样就可能会产生一些问题,例如定位和信噪比(SRN)等.把助听器的麦克风安放在耳朵后面是有证可查的.格拉芬和普里威斯(1976)讨论了利用外耳来提高信噪比和耳内机如何利用这个声学现象来确定麦克风的位置.另外,他们还猜测这个结果可能会提高语言的可懂度.

西曼和托夫曼(1985)用听力有损失的人和正常人分别佩戴耳背机和耳内机来作对比,证明了麦克风定位的重要性.他们要求试验者在相同的噪音环境下试验3种情况:戴耳背式助听器,戴耳内式助听器,不戴助听器.所有的受试验者都反应佩戴耳背机时的效果最差。听力正常的试验者觉得戴耳内式助听器和不戴助听器是一样的，当然给了他们一点时间来调整和适应助听器。听力有损失的试验者戴上耳内机时可以听得更多的声音，可能是因为习惯于佩戴助听器吧，在没有佩戴助听器的条件下，他们都没有听到声音。

这些结论证实了助听器的麦克风放置在耳朵内（例如外耳内和耳道内）能更有效地让佩戴者定位声音和增加信噪比的猜测。

整个的测试过程中，定制机在麦克风定位方面都比耳背机更有优势，同时人们却很少去留意耳背机的麦克风在不同部位时的差异。就算是这样，在市面上出售的耳背机的麦克风位置还是不尽相同的。巴乔尔和沃兰森(1995)指出助听器有效的方向特性不单是由麦克风的型号或是助听器的类型(例如耳背机或耳内机)来决定的,机壳的形状和大小,使用的导管,入声口和声源的相对位置等也有很大的关系.赫勒(1978)将耳背机的麦克风放置在机壳的4个不同位置,采用从前方传入声音的方法,分别用KEMAR来测量频率响应曲线.他的报告指出频率响应曲线最大的不同之处在于高频.从这些结论可以推论出耳背机麦克风的位置对于定位有影响的说法还是道理的.本次研究的目的是讨论耳背式助听器和耳内式助听器的麦克风不同位置对方向性的影响.

方法

这次研究是由丹麦奥尔堡大学声学实验室和瑞声达公司(GNRESOUND)共同进行的.研究的对象是15个男性和16个女性,年龄为22-70岁.

相同小型的全向麦克风装在两个不同的耳背式助听器的机壳上.A机壳用得是康特770-D,B机壳用得是一个传统的助听器.两个机壳上麦克风的安装位置如图1所示.

相同小型的全向麦克风同样的也装在3个耳内式助听器上.耳内式助听器中麦克风的位置如图2所示.

测试是在一个隔音室内进行的.每一个试验者要求佩戴五种不同的助听器,声音从受试验者周围以16度角度传入助听器的麦克风.

定向指数(DI)的计算是以声源位为45度角时作为参考的.之所以选择这个角度是考虑到双耳验配的效果.

定向指数(DI)是反应助听器麦克风定位特性的一个参数.定向指数还考虑到麦克风对于入声的灵敏度,不管是来自某个角度还是在任意角度声音的灵敏度.定向指数用dB来表示.它也为在漫射条件下提高信噪比(SNR)提供了一个参考依据.

结果和讨论

图3中是耳内助听器麦克风不同位置时的平均定向指数.从图中可以看出耳内式助听器的定向指数总是比耳道式助听器和深耳道助听器的要高,尤其是在8K和9KHz时.这点也与巴乔尔和沃兰森(1995)的研究报告相吻合.他们认为并不是所有的耳内式助听器在定向方面都比其他类型的有优势.

图4中是耳背助听器麦克风不同位置与耳内式助听器麦克风的平均定向指数.从图中可以看出耳内式助听器还是比耳背式的更有优势,值得注意的是同是耳背式助听器,在2K以上的高频段,A位置的麦克风总是比B位置的麦克风的定向指数高出2-3个dB来.在实际测试过程中,试验者认为康特770-D的麦克风定向能力比起传统的助听器要好.

这些结论也表明了把耳背式助听器的麦克风向前移,让它的入声口更靠近耳廓的前方是可以提高信噪比.

结论

并不是所有的耳内助听器在定向方面都比其他类型的更有优势.耳内式助听器麦克风的位置很明显比耳背式助听器更有方向性.把耳背式助听器的麦克风向前移让它的入声口更靠近耳廓前方会利于信噪比的提高.

参考资料

巴乔尔H和沃兰森A(1995):噪音环境下交流能力的提高.峰力论坛18狄龙H(2001):双耳验配在助听器验配中的运用.悉尼勃明朗出版社.370-403赫勒R(1978):用KEMAR测耳背式助听器的频率响应.人体模型测量方法讨论会议：用人体模型测量。格拉芬T和普里威斯D(1976):耳内式助听器-第1部分-助听器27,22-24科赫肯S(1994):为何2千万听力有损失的美国人不使用助听器.听力杂志46(1):20-27,46(2):26-31,46(4):36-37肖EAG(1975):外耳的新知识.参加了达那福第七次听力座谈会.北欧听力学期刊5(特刊),24-50西曼S和托夫曼J(1985):耳背式助听器和耳内式助听器在语言定位上的对比.听力设备期刊36,20-24