聽力與語言是人類互相交流和認識世界的重要手段,，然而耳病和聽力障礙的陰霾卻困擾著人類。對于新生兒來說,，越早診斷出聽力損傷則治愈幾率越大,，因此用聽力篩查儀對他們進行聽力篩查尤為重要，聽力診斷設(shè)備能夠及早發(fā)現(xiàn)他們的聽力損傷程度并給予及時幫助,。而對于成年人及老年人來說，良好的聽力診斷設(shè)備不僅能夠幫助他們了解自己的聽覺系統(tǒng),，還能協(xié)助聽力障礙殘疾人士選配恰當?shù)闹犉?，幫助他們恢?fù)健康生活。

　　耳聲發(fā)射(Otoacoustic Emissions,，OAEs)是一種產(chǎn)生于耳蝸,，經(jīng)聽骨鏈及鼓膜傳導(dǎo)釋放入外耳道的音頻能量，它是目前臨床廣泛采用的客觀聽力測試的途徑之一,。在外耳道中,，由于耳聲發(fā)射信號強度非常低，一般不超過20dB SPL(其中,，SPL的含義是聲壓級,，這一參數(shù)是國家計量部門用來校準各種聽力儀器的基準值)，而刺激偽跡相對要強得多,，因此刺激偽跡的抑制一直是OAEs測量中很重要又很棘手的問題,。本文對OAEs檢測算法進行了研究，在嵌入式聽力診斷系統(tǒng)中綜合運用了目前的信號處理方法,，在偽跡消除方面取得很好的效果,。

　　2 耳聲發(fā)射信號的構(gòu)成

　　誘發(fā)耳聲發(fā)射信號在外耳道內(nèi)的構(gòu)成可以用圖1的模型來近似表示,。

　　圖1中，G1表示聲信號經(jīng)外耳和中耳的傳遞函數(shù),，其中包括外耳道,、鼓膜及聽骨鏈的響應(yīng)；G2表示聲能在聽覺傳導(dǎo)通路中的反射,；L(t)表示刺激聲經(jīng)過聽覺通路的傳播,、反射后在外耳道內(nèi)的響應(yīng)信號，即刺激偽跡,；NL與NL(t)表示刺激聲誘發(fā)的耳蝸響應(yīng),，即耳聲發(fā)射信號；N(t)表示外耳道內(nèi)的隨機噪聲,，R(t)表示耳道內(nèi)的信號,。R(t)可以表示為：

　　R(t)=L(t)+NL(t)+N(t)

　　由于耳聲發(fā)射信號強度非常低，一般不超過20dB SPL,，所以在誘發(fā)的耳聲發(fā)射信號中刺激偽跡占了很大比例,，在OAEs測量中，必須對刺激偽跡進行有效的抑制,。

　　3 偽跡消除的方案

　　在聽力正常的情況下,，TEOAEs(Transient-Evoked Otoacustic Emissions，瞬態(tài)誘發(fā)耳聲發(fā)射)相對于刺激信號的延遲時間為3～5ms,，持續(xù)時間為15 ms左右,。TEOAEs的頻率成分與刺激信號的構(gòu)成有很大關(guān)系。TEOAEs的潛伏期與頻率有關(guān),，在時間上高頻成分出現(xiàn)在先,，低頻成分出現(xiàn)在后。根據(jù)英國學(xué)者Kmep的報道：5 000Hz的TEOAEs的潛伏期為4ms,，而500 Hz的信號潛伏期則在12 ms左右,，這種現(xiàn)象主要是因為不同頻率的行波在基底膜上行走的距離不等。刺激聲強度對TEOAEs的波形和幅度也有一定的影響,，高刺激強度時可以得到OAEs更寬的頻率范圍,。隨著刺激強度的降低，OAEs的能量越來越窄地集中到幾個接近自發(fā)耳聲發(fā)射的頻率上,。用較高刺激強度可以得到耳蝸更全面的信息,，但也相應(yīng)增加了刺激偽跡(外耳道及中耳道對刺激聲的直接反射)的強度與持續(xù)時間。所以,，在TEOAEs檢測時需要對刺激偽跡進行消除,。其相關(guān)系數(shù)如圖2所示。

　　3．1 時域加窗法

　　從刺激開始算起約經(jīng)過5ms的時間偽跡就可以基本消失，而TEOAEs有3～5ms的潛伏期,。由于從刺激開始算起0～2．5ms主要是偽跡成分,，常常把這段時域內(nèi)的信號設(shè)為0；而2．5～5．1ms時域內(nèi)為TEOAEs與偽跡共存區(qū)域,，隨著時間的增加,，偽跡成分逐漸減少而TEOAEs的成分逐漸增多。在5．1～20ms時段主要是TEOAEs,，因為此時域窗選擇為余弦上升或下降的矩形窗,，余弦上升或下降時間一般為2．5ms或2．6ms。該方法的主要優(yōu)點是能將刺激偽跡很干凈地去除,，且方法簡單,，但TEOAEs中部分短潛伏期的成分(一般為高頻成分)也同時被去掉了。

　　3．2 非線性差分平均法

　　非線性差分平均(DNRL)又稱之為“導(dǎo)出的分線性響應(yīng)”,。其基本原理是把采集波x(t)表示成反射波R(t)和耳聲發(fā)射波OAEs(t)的疊加：

　　x(t)=R(t)+OAEs(t)

　　假設(shè)反射波R(t)主要是線性成分,，它與刺激聲強度成正比增加；而OAEs(t)在適當?shù)拇碳姸确秶鷥?nèi)呈飽和特性,，它基本不隨刺激強度增大而增加,，即具有非線性特點。因此,，把相鄰4次刺激記錄作為一組,，其中后3次刺激強度和極性相同，第1次刺激強度是后3次的3倍且極性相反,，最后取4次記錄累加平均,，則有：  

　　把所得結(jié)果加大一倍便是所要的OAEs(t)波形。DNLR方法的突出優(yōu)點是當刺激聲強度較大時,，即TEOAEs表現(xiàn)為較強的飽和非線性時,，可以有效地去除偽跡。但是,，它也存在以下2個缺點：

　?、賹嶋H的TEOAEs不僅有非線性成分,，還有線性成分,。當刺激強度較高使得TEOAEs接近飽和區(qū)時，非線性成分是占主要的,，此時該方法效果較好,；但當刺激強度較低使得TEOAEs處于非飽和區(qū)時，線性成分是主要的,，在此情況下DNLR方法是不可行的,。

　　②與采用相同刺激的相干平均法相比，DNRL方法會使信噪比降低,，且經(jīng)其處理后得到的TEOAEs的幅度會減少,。

　　4 實驗結(jié)果

　　測試條件：在本實驗室自行設(shè)計的嵌入式聽力診斷系統(tǒng)平臺上進行測試；背景噪聲小于50dB SPL,；刺激信號強度為80dB SPL,。

　　在處理信號方案的設(shè)計中，綜合運用了時域加窗法和非線性差分平均方法：先用余弦上升為2．5ms余弦矩形窗,，以濾去潛伏期的偽跡,；然后用非線性差分平均方法，濾去潛伏期后的偽跡,。這樣綜合了上述兩種去偽跡的方法的優(yōu)點,，彌補了各自的不足，取得了很好的信噪比,，達到了消除偽跡的目的,。

　　對10個年輕人的單側(cè)耳進行瞬態(tài)誘發(fā)而進行測試，并估算出的信噪比,，其結(jié)果如表1所列,。

　　表1中，第一行的數(shù)據(jù)是采用單純的時域加窗的方法所得到的信噪比,；第二行采用綜合的方法,，即先后使用了時域加窗法和非線性差分平均法。從表1可以看出,，信噪比得到了顯著的改善,。