作者：徐晨陽
相信很多小伙伴都有這樣的經(jīng)歷，線上開會(huì)的時(shí)候、上課的時(shí)候或者是在某個(gè)大會(huì)的時(shí)候，演講者將麥克風(fēng)打開了之后聽到一陣尖銳的聲音，與吹哨子的聲音一樣，但是更加尖銳更加刺耳，這樣的現(xiàn)象就叫做嘯叫，由揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)之間的聲耦合造成，屬于一種正反饋。在助聽器中嘯叫抑制是影響助聽器增益的關(guān)鍵因素。下圖就是一個(gè)嘯叫的例子：
第一張圖顯示了一段十秒鐘的音樂，第二張圖模擬了該語音在助聽器環(huán)路中嘯叫的情況，聽起來是什么樣的呢？讓如下兩個(gè)音頻告訴你：
可以聽到很多類似于口哨聲的雜音，并且比原聲音更響亮，這還只是比較輕微的嘯叫，如果助聽器增益再增大，會(huì)導(dǎo)致嘯叫聲充滿整個(gè)時(shí)間線，原始的聲音信息被完全淹沒，這種聲音是極其刺耳的。嘯叫會(huì)嚴(yán)重破壞語音質(zhì)量和語音可懂度。助聽器的嘯叫要從它的結(jié)構(gòu)分析，典型的助聽器結(jié)構(gòu)如下圖：
為了舒適性，助聽器一般會(huì)有一個(gè)通道[1]，但這會(huì)帶來聲反饋，外界聲音被麥克風(fēng)接收后經(jīng)揚(yáng)聲器放大，放大后的聲音不僅會(huì)傳到人們耳中，還會(huì)傳到麥克風(fēng)處，進(jìn)入下一輪放大，這樣就有可能產(chǎn)生嘯叫。這個(gè)傳遞的路徑被稱為反饋路徑，如下圖：
簡(jiǎn)單來說，反饋聲經(jīng)過一輪放大后，相比經(jīng)過反饋前的增益，叫做有效閉環(huán)增益，當(dāng)有效閉環(huán)增益(最大)大于1的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生嘯叫。
最簡(jiǎn)單的方法是在預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)反饋峰值的頻率區(qū)域降低增益，將在助聽器裝配期間調(diào)整陷波濾波器用于降低所選窄帶頻率區(qū)域中的增益。雖然降低了嘯叫的可能性，但增益的降低也可能降低清晰度。
數(shù)字助聽器中自適應(yīng)反饋消除技術(shù)AFC（Adaptive Feedback Cancellation）對(duì)反饋路徑響應(yīng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并從輸入到助聽器的信號(hào)中減去建模的響應(yīng)。完美匹配意味著麥克風(fēng)處的反饋信號(hào)將被建模信號(hào)完全抵消，并且系統(tǒng)對(duì)于任何數(shù)量的放大都將是完全穩(wěn)定的AFC的關(guān)鍵在于反饋路徑的辨識(shí)，如下圖：
一般使用NLMS算法進(jìn)行路徑辨識(shí)，在閉環(huán)系統(tǒng)中，揚(yáng)聲器信號(hào)和輸入信號(hào)之間具有非零相關(guān)性，自適應(yīng)濾波器估計(jì)值存在偏差，所以就有了很多去相關(guān)方法，比如探測(cè)噪聲方法，即將噪聲信號(hào)添加到揚(yáng)聲器信號(hào)中，理論上可以防止偏差，其不足之處：探頭噪聲水平與原始揚(yáng)聲器信號(hào)相比足夠大才能有很好的性能；其他方法例如利用預(yù)測(cè)誤差濾波器去相關(guān)也能得到較好的AFC效果。
隨著深度學(xué)習(xí)的興起，有學(xué)者將深度學(xué)習(xí)運(yùn)用到助聽器聲反饋消除中，Chengshi Zheng, Meihuang Wang在2022年提出了一種基于深度學(xué)習(xí)的助聽器AFC方法。文中分析了邊緣穩(wěn)定的系統(tǒng)。開發(fā)了一種稱為深度邊緣反饋消除（DeepMFC）的深度學(xué)習(xí)框架，以抑制嘯叫，減少色彩效應(yīng)，并限制某些頻率下的過度放大。文中還提出由于使用助聽器時(shí)語音質(zhì)量和可懂度是兩個(gè)主要問題，本文僅研究了源信號(hào)為語音的情況。研究DeepMFC是否對(duì)其他類型的聲音是否有效將是一件有趣的事情。
[1] Kates J M . Digital Hearing Aids[M]. Plural Pub. 2008.
[2]Chengshi Zheng, Meihuang Wang, Xiaodong Li, and Brian C. J. Moore , "A deep learning solution to the marginal stability problems of acoustic feedback systems for hearing aids", The Journal of the Acoustical Society of America 152, 3616-3634 (2022)
