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辅听耳机的建议标准

​从 2020 年开始,随着 TWS 耳机的快速发展和市场竞争进入红海,作为 TWS 的创新趋势,辅听耳机也越来越受到关注。辅听耳机也从概念阶段进入到了方案实施阶段。在这里,我们对辅听耳机做个系列介绍。

这个系列文章分为3个部分:
  1. 辅听耳机的源起与定义。
  2. 辅听耳机的标准:技术标准,功能与性能标准。
  3. 辅听耳机方案商介绍:技术方案的要点和难点,国内外厂商及方案介绍。
在第 1 章“辅听耳机的源起和定义”里我们介绍了辅听耳机的发展历史和定义,以及与助听器的区别。在本章,我们先讨论辅听耳机的基本要求。在此之上,从技术角度来讨论其功能与性能。然后总结成为辅听耳机的技术标准。

一、辅听耳机的基本要求

1.1 辅听功能的前提:安全性

辅听实现的技术原理是声音的增益放大。安全性(safety)是指在声音放大同时,不损坏已有的听力。 声音是分布在不同的随听力频点(Hz)上的。从人的听力原理来看,人的听力下降在不同频点(Hz)往往表现为不同程度的损失(dB)。   图 1 中的下凹曲线就是一个中度听损的曲线。如果每个频点的放大,都是按照 1000HZ 的听损进行线性放大,那么对其它频点的声量就会过大,而导致其它频点进一步的听损。更重要的是,从听力医学上看,感音神经性的听力听损是不可逆的。现在市面上的耳机或声音放大器,就是如图 1 的音量等幅度放大。
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图 1 :耳机或声音放大器(PSAP)的等幅度音量放大

而医疗级的助听器,则需要根据不同频点的听损,做不同音量的放大,称为声音的分段增益放大。其效果如图 2 。

图 2 :助听器的分段增益放大

图 2 :助听器的分段增益放大

所以,从保护听力的角度看,用分段增益的算法来进行声音的增益 (sound loudness compensation) 是辅听耳机最基本的要求。而为了做分段增益处理,用户要进行一定的测听。

另外,由于助听器或辅听耳机的结构中,mic 和 speaker 是在一体的。因此声音增益后的播放是会重新进入到 mic , 产生声音的循环耦合,也就是啸叫(一般的 TWS 耳机的播放是在通话的远程的另一端),因此啸叫抑制也是必须要配备的。

总结一下,与听力安全性相关的有 3 个基本算法:准确测听,分段增益和啸叫抑制。

1.2 辅听的主要功能:听得清

在助听行业,听力的效果可以分为 2 个层次:听得见和听得清。这 2 个层次不同点在于,有的声音的音量放的很大,这样可以听得见,但是却听不清,也就是言语分辨率的问题。

提高言语分辨率有几个方面,包括对话降噪、多场景化、康复等。这里对降噪和场景进行讨论。

(1)对话降噪

对话降噪(conversation noise reduction)是指人和人在现场的面对面对话的场景中进行的降噪。

在这种对话场景中,对面的人的声音和环境噪音是混合在一起的。需要在混合音中把人声做提取,把噪音消除。这样才会使得声音放大的同时,噪音不被放大。否则会太吵(这是助听器质量衡量的重要指标之一)。

(2)多场景

在使用助听器的时候,声音的补偿不仅仅是在对话场景,同时,也是在打电话的时候(SCO模式, Synchronous Connection Oriented)和使用手机播放音视频(A2DP,Advanced Audio Distribution Profile)的时候。同样,辅听耳机在使用中,声音的增益也要支持这些场景。其它的技术还包括言语声增强、频宽扩展、小声增强等。

 

总结一下,听得清相关的算法包括分段增益、对话降噪,也同时要支持 SCO 和 A2DP 这 2 个协议所对应的场景使用。当然,准确测听算法是基础。

二、辅听耳机的功能和性能要求

辅听耳机需要具备以下功能,来满足轻度听损者的需求。

1) 测听功能:了解听力情况,个性化听力补偿
满足精确度的听力情况测试,生成听力报告
根据听力报告,自动调整辅听补偿参数。

2) 辅听功能:让轻度听损者听得更清晰
声音增益可达到 20dB
分段压缩补偿:听清的同时不伤耳
啸叫抑制:防止因增益产生的啸叫
对话降噪:环境人声提取,环境噪音消除
SCO,A2DP模式下的辅听放大。

3) 辅听耳机的性能要求
辅听耳机的性能体现在几个方面:
①声音处理的性能
②整机的性能

声音处理的性能主要体现在声音的延迟(latency)上。延迟不能高于 25 ms。如果高于这个值,声音就回出现回声效应,阻碍正常的对话。声音处理的性能与算法模型直接关联。在本系列文章的第三篇“辅听耳机方案商介绍”里算法的难点部分作更多的介绍。整机的性能包括耳机的续航能力等。

三、辅听耳机的标准

综合上述的技术原理,并参考了美国 FDA 对 OTC 助听器耳机的要求,和结合了业界的讨论,辅听耳机的标准(建议)如下:

 

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​表1 辅听耳机的标准(建议)

说明如下:

1) 具有助听器纯音测听功能,误差小于 ±5dB。

2) 增益值要求:<20 dB (参考 US FDA 对 OTC 助听器耳机的要求)。

3) 类似于助听器,支持听力验配处方,进行分频段非线性压缩放大。

4) 小声音最大增益约 20dB。

5) 监控声音超过 80 dB SPL 的声音(根据 ITU-T H.870 标准)。对 >80 dB的声音不进行放大,以保护听力。

6) OSPL 90:这是参考助听器的输出标准。它指的是助听器在没有失真的情况下所能产生的最大能量,类似我们在买汽车时,需要考虑汽车的马力一样。输出功率在没有失真的情况下能够达到多大分贝,常常用来描述最大输出。输出过去我们一般把它叫做SSPL90,现在我们把它叫做 OSPL90,就是说 90dB 给声,看助听器在什么情况下出现饱和,现在这是广为使用的一个标准,最大输出一般是在 115dB 到145dB 左右。辅听 OSPL 90 = 95 ~ 120 (普通耳机:~105),标称值和实测值差别 < 5 dB。

7) 声音实时处理,延迟<25ms,避免回声效应。

四、总结

 

在医疗助听器市场,2017 年美国通过了助听器的 OTC 法案。由此 OTC 助听器开始受到关注。美国 FDA 今年会完成相关的标准。


在消费级电子产品市场,辅听耳机被关注是从 2020 年开始,2021 年开始真正成型。本篇的辅听耳机标准(建议)是以听力健康保护的目标,参考医疗助听器标准、世界卫生组织 WHO 的 ITU-T H.870 标准和一些专家们的建议所提出的。本篇也是国内外首篇系统地讨论辅听耳机标准的文章。
目前辅听耳机的标准还在行业阶段,到成为国家标准还需要一定的时间。国家标准的最后建立和大众听力健康的保护,需要医学界、产品行业的更多人的讨论和努力。

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