國立陽明大學的華語助聽器訊號處理感受平台之設計與 DSP 晶片實現

Author(s):
林 俊宏 - 國立陽明大學 醫學工程研究所
林 士豪 - 國立陽明大學 醫學工程研究所
楊 順聰 - 國立陽明大學 醫學工程研究所
余 依依 - 國立陽明大學 醫學工程研究所
黃 俊斌 - 國立陽明大學 醫學工程研究所
林 柏言 - 國立陽明大學 醫學工程研究所

Industry:
Medical/ Medical Instrumentation

Products:
LabVIEW, PXI/CompactPCI

The Challenge:
目前的助聽器調適軟體以英語系語言為設計，不能符合華語的設計。且國外原廠提供給臨床聽力師的選配軟體在功能參數調整上不夠彈性，加上目前助聽器仍屬於高價位，對於身心障礙的人來說，是一個困擾之問題，因此，如何突破專業與技術之門檻，讓未來適用於華語的助聽器能夠普及化。

The Solution:
為了幫助聽障者解決以上各項問題，國立陽明大學醫工所的聽語工程實驗室，近年來積極地研究相關助聽器訊號處理的策略，與提升華語語音理解度的方法，並設計一個符合專業的助聽器訊號處理感受平台。為了方便建構此一模組化和本土化的平台，系統主機將建構在一般家用電腦且大眾適用的微軟系統上，軟體設計以人性化介面使受測者操作順利、能隨著系統更新、容易與週邊硬體搭配，並有效收集實驗結果作為優先考量，因此我們選擇 NI LabVIEW 7.1 搭配 Sound and Vibration Toolkit、Database Connectivity Toolkit 來撰寫。同時，為了要使聲音在處理前後均能收集到最佳品質，我們使用了 NI 的數位類比轉換輸出擷取卡 PXI-4461。為了讓助聽器可以普及化，華語助聽器訊號處理等模組技轉至 DSP 晶片是本專案既定的目標，為考量快速地嵌入式程式開發、模組技轉方便與程式驗證，我們選擇使用 NI 的 LabVIEW DSP Module、LabVIEW DSP Test Toolkit 撰寫，並搭配 TI TMS320C6713 DSK board。

聽力損失患者的人數約佔全部人口的 10%，聽力損失因日常溝通上的障礙，而影響個體在學習與社會化等各方面的表現。藉由配戴助聽器可有效補償聽障者受損之聽力，使其能提升日常溝通的能力，並改善其生活品質。

以下為考量現況台灣的聽障者面臨的一些問題，

1. 目前的助聽器調適軟體以英語系語言為設計，不能符合華語的設計。
2. 目前國外原廠提供給臨床聽力師的選配軟體在功能參數調整上不夠彈性，同時在經過參數調整後無法即時提供一套完整的本土語料評估與分析，甚至於選配時未根據本地環境來加入考量，因此助聽器選配完後需要不斷地到助聽器公司接受調整，常常讓人覺得不適用而停止使用，造成聽障者在金錢與時間上的浪費。
3. 建構一套專業的助聽器選配設備，需花費上百萬元，同時，若國內欲自行建立此一助聽器選配軟體之訊號處理方法，在軟體介面上因為專業認知不夠，導致設計較困難。
4. 目前助聽器仍屬於高價位，對於身心障礙的人來說，是一個困擾之問題，因此，如何突破專業與技術之門檻，讓未來適用於華語的助聽器能夠普及化。

1.        華語助聽器訊號處理感受平台之設計

1.1. 助聽器訊號處理

助聽器訊號處理方式，主要以分頻、放大、壓縮、噪音消除、回饋音消除…等等，本系統對於噪音與回饋音等外部硬體因素所導致的訊號處理方式暫不加以考慮，僅採用分頻、放大、壓縮再結合的處理方式，其訊號流程圖如圖所示。

1.2. 系統平台架構

本感受平台之系統架構，主要分為六大模組，除了個人資料管理模 組(Personal profile module) 與錄音模組 (Recorder module)，中間的四個模組為訊號處理的主要途徑，這四個模組相互之間皆有重要的參數傳遞，環環相扣，整體來說，須輸入受測者之聽力損失，有了聽力圖資料，進入補償增益模組計算出符合使用者在不同噪音環境下的助聽器增益，有了補償增益資料，進入到壓縮模組以建議之補償增益，加以進行聲音訊號處理，最後，再根據使用者調適的參數，與本系統給予的標準參數值做雙字詞語料的訊號處理評估，評估完後的結果可以提供給助聽器晶片設計者與配戴助聽器的人日後在選配上考量。

而本平台提供的最佳補償增益計算方法有別於臨床之經驗法則並且已經過幾位專業聽語界老師確認評估過，此方法是助聽器的補償增益將不是由人為來輸入，而是讓每一頻率增益由電腦自由窮舉，並計算所有窮舉組合下受測者所有可能的 SII 值，以尋找最大的語音理解度指標，此時的助聽器增益將記錄為理想之增益建議值。

2.        DSP 晶片的實現

近年來通用性 DSP 晶片發展迅速，不僅在計算效能與開發效能上保持原有的優勢之外，在耗能方面也大幅降低，具有取代 ASIC 作為助聽器處理核心的潛力。因此，為了評估助聽器補償策略移植至 DSP 之可行性，我們將這些演算方法植入在浮點運算的 Texas Instrument TMS320C6713 上面，提供受測者能夠在真實生活中使用此平台，除了可以驗證我們華語助聽器補償策略的正確與否之外也能評估整個系統在即時信號處理的表現。而開發的軟體我們選擇目前 NI LabVIEW 7.1 Embedded Edition 來進行演算法之開發與圖控式語言對於 DSP 晶片之效能評估。

3.        結論

就現階段而言每個助聽器品牌都有其搭配的助聽器選配軟體，但為數不少的助聽器使用者，在購買助聽器後，就束之高閣。究竟他們是基於何種因素而不再戴助聽器？而使用者對助聽器之各種抱怨是一個值得重視的議題，因為這些因素可能導致他們不願意戴助聽器之因素，所以一旦有所改善，將會提高使用者滿意度。我們以 NI LabVIEW 建立此一完整的助聽器訊號處理感受平台，除了快速以提升介面整合效率，達到助聽器訊號處理的功能需求，並且提供臨床人員和以往不同且更加詳細的助聽器調整參數，藉由這樣的平台使聽障者能夠模擬更多的聲學感受，以提昇聽障者對於助聽器的滿意度。而未來使用者將可以把調適後認為適合的助聽器參數，透過一套由 DSP 建構的可攜式性助聽器平台，實際應用在日常生活中，同時也相信未來普及化的華語助聽器將會來臨。

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林 俊宏
國立陽明大學 醫學工程研究所

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