專利名稱：一種聽覺時間調制傳遞函數的測試方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及心理聲學領域，提出了一種聽覺時間調制傳遞函數的測試方法，用于對人耳聽覺的時間幅度調制感知研究，適用對象為正常聽力者和佩戴助聽器、人工耳蝸等助聽設備的使用者，具體涉及一種聽覺時間調制傳遞函數的測試方法及系統。
背景技術：
所有聲音都可以看作是隨時間變化的一維信號，所以時間信息對于聽覺系統是極其重要的。不管是語音還是音樂，所有帶有有效信息的聲音都是將信息通過信號的時域變化來體現的。雖然在聽覺理論中包含時間理論、位置理論、行波理論等不同的理論和學說從各種角度解釋外周聽覺系統，但如果從心理聲學的角度把人耳的聽覺系統看作黑箱，那么黑箱的輸入信號均可以看作是聲壓信號隨時間變化的一維變化。在聽覺的時間特性中，有兩個重要的概念:一個是時域分辨(TemporalResolution),另一個是時域整合(Temporal Integration)。兩者均為人耳的時域檢測能力，但時間長度不同，時域分辨針對的刺激信號較短。另外，時域分辨通常針對的是時域包絡的變化的分辨而不針對精細結構[I]，這一點在本發明中不會過分提及，因為若僅從幅度調制的角度考慮，調制頻率的變化范圍是很大的，不受包絡或精細結構的頻率限制。聽覺時間調制傳遞函數(TemporalModulation Transfer Function, TMTF)是聽覺的調制檢測閾值和調制頻率的關系函數[1]，TMTF是研究聽覺時域分辨時常用的一種。TMTF研究常用的載波信號為寬帶噪聲信號、窄帶噪聲信號或正弦信號，其中噪聲用的較多，實施例部分將以正弦信號載波作為例對本發明進行說明。聽覺TMTF研究不僅僅適用于正常聽力者，而且適用于聽力受損者或佩戴助聽設備的聽力殘障患者，用于測試人耳或人工耳的時域分辨特性。可以為探究人耳或人工耳的聽覺系統提供實驗支持。聽覺TMTF的研究在國外已經有了一些研究，作為心理聲學研究中常用的測試項目，對探索聽覺時域特性有著重要的科學研究價值，對于認知科學、聽覺神經科學和腦科學研究有著重要的參考價值。科學有效的心理物理測試流程和研究方法有助于為進一步的聽神經和聽覺中樞的研究提供可靠的心理物理實驗數據。通常采用聽覺濾波器對聽覺TMTF進行解釋，雖然TMTF測試的激勵信號為正弦幅度調制信號，信號形式較為簡單，但是載波的形式選擇多種多樣，載波的頻率和幅度調制頻率甚至幅度調制的波形形式也都是有無窮盡的選擇，故TMTF的心理聲學實驗研究有著廣泛的開展空間。通過不同的研究人員利用不同的參數組合開展TMTF的研究會有利的推動人們對人耳聽覺系統的了解。據筆者所知國內尚無相關研究，本發明將參考國外相關研究文獻，自主開發一套科學完整的聽覺時間調制傳遞函數的測試系統，為該項研究的開展提供心理物理實驗設計基礎
發明內容
本發明的目的在于，提供一種聽覺時間調制傳遞函數的測試方法及系統，用于測試人耳對聽覺時間調制的檢測能力，為人耳聽覺的時間調制幅度感知研究提供一套完整的心理物理測試流程，即提供一種聽覺時間調制傳遞函數的測試方法及系統。為了實現上述目的，本發明提供一種聽覺時間調制傳遞函數的測試系統，該系統用于測試人耳對聽覺時間調制的檢測能力，所述系統包含外接聲卡和專用音箱和耳機，其特征在于，所述系統還包含:聽覺時間調制傳遞函數測試系統，該子系統進一步包含:用戶管理模塊，用于錄入和存儲被試者的基本信息，所述基本信息包括:ID號、姓名、性別、年齡、電話、郵箱等信息；參數配置模塊，用于選擇和配置測試參數，并可采取現場配置和直接導入已準備好的參數配置文件兩種方式；響度調節模塊，用于對參考信號進行調節，利用聲級計對聲場進行校準，保證其聲壓級達到校準標準；

正式測試模塊，采用兩選項強迫選擇(2AFC)方法進行自適應測試，并計算出不同調制頻率時被試者最小可分辨出的調制深度；和結果生成模塊，用于收集所有測試信息和測試數據，生成最終的測試評估曲線和結果。上述技術方案中，所述的測試參數包含:測試通道、聲刺激響度、調制頻率和/或刺激時長。所述的正式測試模塊包含:聲刺激信號的選擇方式和兩選項強迫選擇的測試方法，用于確定測試所采用的信號、表現形式和測試方法；其中，所述的聲刺激信號包含:參考信號、調制信號和對比信號，所述參考信號為載波信號，所述調制信號為測試主信號，所述對比信號為混淆用信號；對比信號是將參考信號歸一化到與調制信號能量相同得到的；所述的兩選項強迫選擇方法的為:被試者每次會聽到3個聲刺激信號，所述參考信號第2個播放，所述調制信號和對比信號分別在第I和3個播放位置隨機出現，被試者從第I個和第3個聲刺激信號中選擇出跟參考信號相比差別更大的一個。所述的正式測試模塊還采用自適應測試算法進行測試，該算法具體為:步驟1，定義初始參數的步驟:步長定義為{6，2，2，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1} (dB)，初始步長為6 ;從“答對到答錯”或“答錯到答對”均定義為一個拐點，出現一個拐點，當前步長改變為下一步長值；初始調制深度可設置為50%到100%間的任意值。步驟2，采用“2down-lUp”的自適應方法，即連續答對2題則調制深度減小，減小所依據的計算公式為JOlg(BmdnewAimdtjld) = step,其中，amdnew為新的調制深度，amd。；^為當前的調制深度，step為當前的步長，答錯I題則調制深度增大，增大所依據的計算公式為:201 g (amdnew/amdold) = -step。步驟3，統計結果的步驟，每個調制頻率的題目都是統計最后8個拐點處的調制深度，并求取其并均值，得到該調制頻率時被試者最小可分辨出的調制深度。所述的結果生成模塊從用戶管理模塊、參數配置模塊和正式測試模塊分別獲取用戶信息、測試參數、測試過程和計算結果，并生成最終的測試結果和聽覺時間調制敏感度曲線。
基于上述系統，本發明還提供一種聽覺時間調制傳遞函數的測試方法，該方法用于測試人耳對聽覺時間調制的檢測能力，所述方法包含如下步驟:步驟1，用于選擇和配置測試參數，并可采取現場配置和直接導入已準備好的參數配置文件兩種方式。步驟2，用于對參考信號進行調節，利用聲級計對聲場進行校準，保證其聲壓級達到校準標準。步驟3，采用兩選項強迫選擇(2AFC)方法進行自適應測試，并計算出不同調制頻率時被試者最小可分辨出的調制深度。步驟4，用于收集所有測試信息和測試數據，生成最終的測試評估曲線和結果。上述的方法基于被試者錄入和存儲的基本信息。所述的測試參數包含:測試通道、聲刺激響度、調制頻率和/或刺激時長。所述的步驟3包含:聲刺激信號的選擇方式和兩選項強迫選擇的測試方法，用于確定測試所采用的信號、表現形式和測試方法；其中，所述的聲刺激信號包含:參考信號、調制信號和對比信號，所述參考信號為載波信號，所述調制信號為測試主信號，所述對比信號為混淆用信號；對比信號是將參考信號歸一化到與調制信號能量相同得到的；所述的兩選項強迫選擇方法的為:被試者每次會聽到3個聲刺激信號，所述參考信號第2個播放，所述調制信號和對比信號分別在第I和3個播放位置隨機出現，被試者從第I個和第3個聲刺激信號中選擇出跟參考信號相比差別更大的一個。所述的步驟3還采用自適應測試算法進行測試，該算法具體為:步驟1，定義初始參數的步驟:步長定義為{6，2，2，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1} (dB)，初始步長為6 ;從“答對到答錯”或“答錯到答對 ”均定義為一個拐點，出現一個拐點，當前步長改變為下一步長值；初始調制深度可設置為50%到100%間的任意值；步驟2，采用“2down-lup”的自適應方法，即連續答對2題則調制深度減小,減小所依據的計算公式為dOlgfemd^/amU = step,其中，amdnOT為新的調制深度，amdold為當前的調制深度，step為當前的步長，答錯I題則調制深度增大，增大所依據的計算公式為dOlgfemd^/amU = -step ;步驟3,統計結果的步驟，每個調制頻率的題目都是統計最后8個拐點處的調制深度，并求取其并均值，得到該調制頻率時被試者最小可分辨出的調制深度。所述的步驟4從步驟1、步驟2和步驟3獲取用戶信息、測試參數、測試過程和計算結果，并生成最終的測試結果和聽覺時間調制敏感度曲線。與現有技術相比，本發明的技術優勢在于:I本發明中響度調節模塊考慮到了人耳對幅度相同的不同頻率信號的感知響度不同的情況，可以對信號進行有效校準。2本發明中正式測試模塊采用每個題目包括三聲音、兩選項和強迫選擇的方式，并將調制深度按照自適應調整步長的方法，保證了測量結果快速有效。3本發明中正式測試模塊的每個題目的三個刺激信號中的對比信號是將參考信號歸一化到與調制信號能量相同得到的，從而避免了被試者選擇題目時利用響度差異信息而不是調制信息獲取了調制與不調制的差異感。4本發明可開展完整的聽覺時間調制傳遞函數測試，不只適用于正常聽力者，也適用于聽力受損者或佩戴助聽設備者。


圖1為本發明的聽覺時間調制傳遞函數的測試方法流程圖；圖2為本發明的正式測試模塊的自適應測試算法框圖；圖3為本發明的聽覺時間調制傳遞函數的測試系統框圖；圖4為本發明的聽覺時間調制傳遞函數測試軟件功能框圖；圖5_a為本發明實施實例測試中的聲刺激信號例圖；圖5_b為本發明實施實例測試中的聲刺激信號例圖；圖5-c為本發明實施實例測試中的聲刺激信號例圖；圖6為本發明實施實例測試的聽覺時間調制敏感度曲線。
具體實施例方式為了驗證本發明方法的可行性和有效性，筆者依據本發明提出的方法流程，開發了一套軟件平臺。目前，采用該軟件平臺已完成正常聽力人測試22例，下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步說明。如圖2所示的為本發明的聽覺時間調制傳遞函數測試方法的正式測試模塊的自適應測試算法框圖，首先初始化所需的參數，如:步長、調制深度、題號、拐點數等，其次按照“2down-lUp”的自適應方法計算和處理調制深度的變化，最后當出現12個拐點時結束一組測試并統計出最后8個拐點處的調制深度的平均值。
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如圖3所示的為本發明的聽覺時間調制`傳遞函數的測試系統的框圖，主要包括:運行在PC上的聽覺時間傳遞函數測試軟件、專用外接聲卡、專用音箱或耳機和被試者。如圖4所示的為筆者開發的軟件平臺的功能框圖，整個軟件是以本發明的聽覺時間調制傳遞函數的測試方法為理論依據和指導思想而實現的，主要包括:用戶管理、參數配置、響度調節、正式測試四個功能模塊，其中的用戶管理功能模塊涉及到與聽覺時間調制傳遞函數實驗被試者基本信息數據庫的數據交互，正式測試功能模塊涉及到與聽覺時間調制傳遞函數實驗結果數據及過程記錄文件的數據交互。在開始本發明的聽覺時間調制傳遞函數測試實驗之前，每位被試者都必須首先進行純音聽力測試，并且需保證其左右耳聽閾均小于25dBHL，否則不能進行本發明的聽覺時間調制傳遞函數實驗。如圖1所示為本發明的聽覺時間調制傳遞函數測試方法流程圖，首先進入用戶管理模塊，被試者在測試人員的指導下完成基本信息的錄入，包括:姓名、性別、年齡、電話、郵箱等基本信息；之后進入參數配置模塊，測試人員導入事先已準備好的參數配置文件，配置好測試通道、聲刺激響度、調制頻率、刺激時長等信息，實例選擇的參數表如表I所示:表I聲刺激參數選擇
測試通道聲刺激響度刺激時長調制頻率(Hz)
權利要求
1.一種聽覺時間調制傳遞函數的測試系統，該系統用于測試人耳對聽覺時間調制的檢測能力，所述系統包含外接聲卡和專用音箱或耳機，其特征在于，所述系統還包含:聽覺時間調制傳遞函數測試系統，該子系統進一步包含: 用戶管理模塊，用于錄入和存儲被試者的基本信息； 參數配置模塊，用于選擇和配置測試參數，并可采取現場配置和直接導入已準備好的參數配置文件兩種方式實現參數配置； 響度調節模塊，用于對參考信號進行調節，利用聲級計對聲場進行校準，保證其聲壓級達到校準標準； 正式測試模塊，采用基于兩選項的強迫選擇方法進行自適應測試，并計算出不同調制頻率時被試者最小可 分辨出的調制深度；和 結果生成模塊，用于收集所有測試信息和測試數據，生成最終的測試評估曲線和結果。
2.根據權利要求1所述的聽覺時間調制傳遞函數的測試系統，其特征在于，所述的測試參數包含:測試通道、聲刺激響度、調制頻率和/或刺激時長。
3.根據權利要求1所述的聽覺時間調制傳遞函數的測試系統，其特征在于，所述的正式測試模塊包含:聲刺激信號的選擇方式和兩選項強迫選擇的測試方法，用于確定測試所采用的信號、表現形式和測試方法； 其中，所述的聲刺激信號包含:參考信號、調制信號和對比信號，所述參考信號為載波信號，所述調制信號為測試主信號，所述對比信號為混淆用信號，對比信號是將參考信號歸一化到與調制信號能量相同得到的； 所述的兩選項強迫選擇方法為:被試者每次會聽到3個聲刺激信號，所述參考信號第2個播放，所述調制信號和對比信號分別在第I和3個播放位置隨機出現，被試者從第I個和第3個聲刺激信號中選擇出跟參考信號相比差別更大的一個。
4.根據權利要求1所述的聽覺時間調制傳遞函數的測試系統，其特征在于，所述的正式測試模塊還采用自適應測試算法進行測試，將調制深度按照自適應調整步長的方式進行改變，該算法具體為: 步驟1，定義初始參數的步驟:步長定義為{6，2，2，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1} (dB)，初始步長為6 ;從“答對到答錯”或“答錯到答對”均定義為一個拐點，出現一個拐點，當前步長改變為下一步長值；初始調制深度可設置為50%到100%間的任意值； 步驟2，采用“2down-lUp”的自適應方法，即連續答對2題則調制深度減小，減小所依據的計算公式為JOlg(BmdnewAimdtjld) = step,其中，amdnew為新的調制深度，amd。；^為當前的調制深度，step為當前的步長，答錯I題則調制深度增大，增大所依據的計算公式為:201g(amdnew/amdold) = -step ； 步驟3，統計結果的步驟，每個調制頻率的題目都是統計最后8個拐點處的調制深度，并求取其并均值，得到該調制頻率時被試者最小可分辨出的調制深度。
5.根據權利要求1所述的聽覺時間調制傳遞函數的測試系統，其特征在于，所述的結果生成模塊從用戶管理模塊、參數配置模塊和正式測試模塊分別獲取用戶信息、測試參數、測試過程和計算結果，并生成最終的測試結果和聽覺時間調制敏感度曲線。
6.一種聽覺時間調制傳遞函數的測試方法，該方法用于測試人耳對聽覺時間調制的檢測能力，所述方法包含如下步驟:步驟1，用于選擇和配置測試參數，并可采取現場配置和直接導入已準備好的參數配置文件兩種方式實現參數配置； 步驟2，用于對參考信號進行調節，利用聲級計對聲場進行校準，保證其聲壓級達到校準標準； 步驟3，采用兩選項強迫選擇方法進行自適應測試，并計算出不同調制頻率時被試者最小可分辨出的調制深度； 步驟4，用于收集所有測試信息和測試數據，生成最終的測試評估曲線和結果； 其中，所述方法還基于用于錄入和存儲的被試者的基本信息。
7.根據權利要求6所述的聽覺時間調制傳遞函數的測試方法，其特征在于，所述的測試參數包含:測試通道、聲刺激響度、調制頻率和/或刺激時長。
8.根據權利要求6所述的聽覺時間調制傳遞函數的測試方法，其特征在于，所述的步驟3包含:聲刺激信號的選擇方式和兩選項強迫選擇的測試方法，用于確定測試所采用的信號、表現形式和測試方法； 其中，所述的聲刺激信號包含:參考信號、調制信號和對比信號，所述參考信號為載波信號，所述調制信號為測試主信號，所述對比信號為混淆用信號；對比信號是將參考信號歸一化到與調制信號能量相同得到的； 所述的兩選項強迫選擇方法的為:被試者每次會聽到3個聲刺激信號，所述參考信號第2個播放，所述調制信號和對比信號分別在第I和3個播放位置隨機出現，被試者從第I個和第3個聲刺激信號中選擇出跟參考信號相比差別更大的一個。
9.根據權利要求6或8所述的`聽覺時間調制傳遞函數的測試方法，其特征在于，所述的步驟3還采用自適應測試算法進行測試，將調制深度按照自適應調整步長的方式進行改變，該算法具體為: 步驟1，定義初始參數的步驟:步長定義為{6，2，2，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1} (dB)，初始步長為6 ;從“答對到答錯”或“答錯到答對”均定義為一個拐點，出現一個拐點，當前步長改變為下一步長值；初始調制深度可設置為50%到100%間的任意值； 步驟2，采用“2down-lUp”的自適應方法，即連續答對2題則調制深度減小，減小所依據的計算公式為JOlg(BmdnewAimdtjld) = step,其中，amdnew為新的調制深度，amd。；^為當前的調制深度，step為當前的步長，答錯I題則調制深度增大，增大所依據的計算公式為:201g(amdnew/amdold) = -step ； 步驟3，統計結果的步驟，每個調制頻率的題目都是統計最后8個拐點處的調制深度，并求取其并均值，得到該調制頻率時被試者最小可分辨出的調制深度。
10.根據權利要求6所述的聽覺時間調制傳遞函數的測試方法，其特征在于，步驟4所述的所有測試信息和測試數據包含:被試者的基本信息、測試參數、測試過程和計算結果，并生成最終的測試結果和聽覺時間調制敏感度曲線。
全文摘要
本發明提出了一種聽覺時間調制傳遞函數的測試方法及系統，該系統用于測試人耳對聽覺時間調制的檢測能力，所述系統包含聽覺時間調制傳遞函數測試系統，該子系統進一步包含用戶管理模塊，用于錄入和存儲被試者的基本信息；參數配置模塊，用于選擇和配置測試參數，并可采取現場配置和直接導入已準備好的參數配置文件兩種方式實現參數配置；響度調節模塊，用于對參考信號進行調節，利用聲級計對聲場進行校準，保證其聲壓級達到校準標準；正式測試模塊，采用基于兩選項的強迫選擇方法進行自適應測試，并計算出不同調制頻率時被試者最小可分辨出的調制深度；和結果生成模塊，用于收集測試信息和數據，生成測試評估曲線結果。
文檔編號A61B5/12GK103099625SQ20111035550
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月10日 優先權日2011年11月10日
發明者馮海泓, 孟慶林, 牟宏宇, 原猛, 胡海洋, 孫楊 申請人:中國科學院聲學研究所