A Weighted Approach for Integrated Active Noise Control and Noise Reduction in Hearing Aids

International audienceThis paper presents a weighted approach for integrated active noise control and noise reduction in hearing aids. An integrated scheme has been introduced previously to tackle secondary path effects and effects of noise leakage through an open fitting. This scheme, however, does not allow to balance between the noise reduction and the active noise control. In some circumstances it will indeed be useful to emphasize one of the functional blocks. A scheme based on a weighted mean squared error criterion is presented here and compared experimentally with the original un-weighted scheme

Binaural Integrated Active Noise Control and Noise Reduction in Hearing Aids

International audienceThis paper presents a binaural approach to integrated active noise control and noise reduction in hearing aids and aims at demonstrating that a binaural setup indeed provides significant advantages in terms of the number of noise sources that can be compensated for and in terms of the causality margins

Output SNR analysis of integrated active noise control and noise reduction in hearing aids under a single speech source scenario

International audienceThis paper analyses the output signal-to-noise ratio for a standard noise reduction scheme and for an integrated active noise control and noise reduction scheme, both applied in the hearing aid framework including the effects of signal leakage through an open fitting and secondary path effects. In particular, a standard noise reduction scheme based on the multichannel Wiener filter and an integrated active noise control and noise reduction scheme based on the filtered-X multichannel Wiener filter are analysed and their signal-to-noise ratio are derived under a single speech source scenario

Combined Active Noise Control and noise reduction in Hearing Aids

International audienceThis paper presents a combined active noise control and noise reduction scheme for hearing aids to tackle secondary path effects and effects of signal leakage through the fitting. While such leakage contributions and the secondary accoustic path from the reciever to the tympanic membrane are usually not taken into account in standard noise reduction systems, they appear to have a non-negligible impact on the final signal quality. Integrating an active noise control system in the existing noise reduction algorithm helps to compensate for these effects. A Filtered-x Multichannel Wiener Filter is presented and compared experimentally with a classic Multichannel Wiener Filter in a noise reduction framework

Effective Binaural Multi-Channel Processing Algorithm for Improved Environmental Presence

Binaural noise-reduction algorithms based on multi-channel Wiener filter (MWF) are promising techniques to be used in binaural assistive listening devices. The real-time implementation of the existing binaural MWF methods, however, involves challenges to increase the amount of noise reduction without imposing speech distortion, and at the same time preserving the binaural cues of both speech and noise components. Although significant efforts have been made in the literature, most developed methods so far have focused only on either the former or latter problem. This paper proposes an alternative binaural MWF algorithm that incorporates the non-stationarity of the signal components into the framework. The main objective is to design an algorithm that would be able to select the sources that are present in the environment. To achieve this, a modified speech presence probability (SPP) and a single-channel speech enhancement algorithm are utilized in the formulation. The resulting optimal filter also avoids the poor estimation of the second-order clean speech statistics, which is normally done by simple subtraction. Theoretical analysis and performance evaluation using realistic recorded data shows the advantage of the proposed method over the reference MWF solution in terms of the binaural cues preservation, as well as the noise reduction and speech distortion

Evaluation of acoustic noise in magnetic resonance imaging

Magnetic resonance imaging (MRI) is a technique in which strong static and dynamic magnetic fields are used to create virtual slices of the human body. The process of MR imaging is associated with several health and safety issues which may negatively affect patient and radiological health workers. Potentially hazardous are biological effects of both the static and dynamic magnetic fields, the torques of the magnetic fields acting on ferromagnetic objects, thermal effects, and the negative effects of high acoustic sound pressures. The subject of this dissertation is the evaluation and modification of acoustic noise generated during MRI

Improving speech intelligibility in hearing aids. Part I: Signal processing algorithms

[EN] The improvement of speech intelligibility in hearing aids is a traditional problem that still remains open and unsolved. Modern devices may include signal processing algorithms to improve intelligibility: automatic gain control, automatic environmental classification or speech enhancement. However, the design of such algorithms is strongly restricted by some engineering constraints caused by the reduced dimensions of hearing aid devices. In this paper, we discuss the application of state-of-theart signal processing algorithms to improve speech intelligibility in digital hearing aids, with particular emphasis on speech enhancement algorithms. Different alternatives for both monaural and binaural speech enhancement have been considered, arguing whether they are suitable to be implemented in a commercial hearing aid or not.This work has been funded by the Spanish Ministry of Science and Innovation, under project TEC2012-38142-C04-02.Ayllón, D.; Gil Pita, R.; Rosa Zurera, M.; Padilla, L.; Piñero Sipán, MG.; Diego Antón, MD.; Ferrer Contreras, M.... (2014). Improving speech intelligibility in hearing aids. Part I: Signal processing algorithms. Waves. 6:61-71. http://hdl.handle.net/10251/57901S6171

Summer Institute in Biomedical Engineering, 1973

Bioengineering of medical equipment is detailed. Equipment described includes: an environmental control system for a surgical suite; surface potential mapping for an electrode system; the use of speech-modulated-white-noise to differentiate hearers and feelers among the profoundly deaf; the design of an automatic weight scale for an isolette; and an internal tibial torsion correction study. Graphs and charts are included with design specifications of this equipment

Speech enhancement algorithms for audiological applications

Texto en inglés y resumen en inglés y españolPremio Extraordinario de Doctorado de la UAH en el año académico 2013-2014La mejora de la calidad de la voz es un problema que, aunque ha sido abordado durante muchos años, aún sigue abierto. El creciente auge de aplicaciones tales como los sistemas manos libres o de reconocimiento de voz automático y las cada vez mayores exigencias de las personas con pérdidas auditivas han dado un impulso definitivo a este área de investigación. Esta tesis doctoral se centra en la mejora de la calidad de la voz en aplicaciones audiológicas. La mayoría del trabajo de investigación desarrollado en esta tesis está dirigido a la mejora de la inteligibilidad de la voz en audífonos digitales, teniendo en cuenta las limitaciones de este tipo de dispositivos. La combinación de técnicas de separación de fuentes y filtrado espacial con técnicas de aprendizaje automático y computación evolutiva ha originado novedosos e interesantes algoritmos que son incluidos en esta tesis. La tesis esta dividida en dos grandes bloques. El primer bloque contiene un estudio preliminar del problema y una exhaustiva revisión del estudio del arte sobre algoritmos de mejora de la calidad de la voz, que sirve para definir los objetivos de esta tesis. El segundo bloque contiene la descripción del trabajo de investigación realizado para cumplir los objetivos de la tesis, así como los experimentos y resultados obtenidos. En primer lugar, el problema de mejora de la calidad de la voz es descrito formalmente en el dominio tiempo-frecuencia. Los principales requerimientos y restricciones de los audífonos digitales son definidas. Tras describir el problema, una amplia revisión del estudio del arte ha sido elaborada. La revisión incluye algoritmos de mejora de la calidad de la voz mono-canal y multi-canal, considerando técnicas de reducción de ruido y técnicas de separación de fuentes. Además, la aplicación de estos algoritmos en audífonos digitales es evaluada. El primer problema abordado en la tesis es la separación de fuentes sonoras en mezclas infra-determinadas en el dominio tiempo-frecuencia, sin considerar ningún tipo de restricción computacional. El rendimiento del famoso algoritmo DUET, que consigue separar fuentes de voz con solo dos mezclas, ha sido evaluado en diversos escenarios, incluyendo mezclas lineales y binaurales no reverberantes, mezclas reverberantes, y mezclas de voz con otro tipo de fuentes tales como ruido y música. El estudio revela la falta de robustez del algoritmo DUET, cuyo rendimiento se ve seriamente disminuido en mezclas reverberantes, mezclas binaurales, y mezclas de voz con música y ruido. Con el objetivo de mejorar el rendimiento en estos casos, se presenta un novedoso algoritmo de separación de fuentes que combina la técnica de clustering mean shift con la base del algoritmo DUET. La etapa de clustering del algoritmo DUET, que esta basada en un histograma ponderado, es reemplazada por una modificación del algoritmo mean shift, introduciendo el uso de un kernel Gaussiano ponderado. El análisis de los resultados obtenidos muestran una clara mejora obtenida por el algoritmo propuesto en relación con el algoritmo DUET original y una modificación que usa k-means. Además, el algoritmo propuesto ha sido extendido para usar un array de micrófonos de cualquier tamaño y geometría. A continuación se ha abordado el problema de la enumeración de fuentes de voz, que esta relacionado con el problema de separación de fuentes. Se ha propuesto un novedoso algoritmo basado en un criterio de teoría de la información y en la estimación de los retardos relativos causados por las fuentes entre un par de micrófonos. El algoritmo ha obtenido excelente resultados y muestra robustez en la enumeración de mezclas no reverberantes de hasta 5 fuentes de voz. Además se demuestra la potencia del algoritmo para la enumeración de fuentes en mezclas reverberantes. El resto de la tesis esta centrada en audífonos digitales. El primer problema tratado es el de la mejora de la inteligibilidad de la voz en audífonos monoaurales. En primer lugar, se realiza un estudio de los recursos computacionales disponibles en audífonos digitales de ultima generación. Los resultados de este estudio se han utilizado para limitar el coste computacional de los algoritmos de mejora de la calidad de la voz para audífonos propuestos en esta tesis. Para resolver este primer problema se propone un algoritmo mono-canal de mejora de la calidad de la voz de bajo coste computacional. El objetivo es la estimación de una mascara tiempo-frecuencia continua para obtener el mayor parámetro PESQ de salida. El algoritmo combina una versión generalizada del estimador de mínimos cuadrados con un algoritmo de selección de características a medida, utilizando un novedoso conjunto de características. El algoritmo ha obtenido resultados excelentes incluso con baja relación señal a ruido. El siguiente problema abordado es el diseño de algoritmos de mejora de la calidad de la voz para audífonos binaurales comunicados de forma inalámbrica. Estos sistemas tienen un problema adicional, y es que la conexión inalámbrica aumenta el consumo de potencia. El objetivo en esta tesis es diseñar algoritmos de mejora de la calidad de la voz de bajo coste computacional que incrementen la eficiencia energética en audífonos binaurales comunicados de forma inalámbrica. Se han propuesto dos soluciones. La primera es un algoritmo de extremado bajo coste computacional que maximiza el parámetro WDO y esta basado en la estimación de una mascara binaria mediante un discriminante cuadrático que utiliza los valores ILD e ITD de cada punto tiempo-frecuencia para clasificarlo entre voz o ruido. El segundo algoritmo propuesto, también de bajo coste, utiliza además la información de puntos tiempo-frecuencia vecinos para estimar la IBM mediante una versión generalizada del LS-LDA. Además, se propone utilizar un MSE ponderado para estimar la IBM y maximizar el parámetro WDO al mismo tiempo. En ambos algoritmos se propone un esquema de transmisión eficiente energéticamente, que se basa en cuantificar los valores de amplitud y fase de cada banda de frecuencia con un numero distinto de bits. La distribución de bits entre frecuencias se optimiza mediante técnicas de computación evolutivas. El ultimo trabajo incluido en esta tesis trata del diseño de filtros espaciales para audífonos personalizados a una persona determinada. Los coeficientes del filtro pueden adaptarse a una persona siempre que se conozca su HRTF. Desafortunadamente, esta información no esta disponible cuando un paciente visita el audiólogo, lo que causa perdidas de ganancia y distorsiones. Con este problema en mente, se han propuesto tres métodos para diseñar filtros espaciales que maximicen la ganancia y minimicen las distorsiones medias para un conjunto de HRTFs de diseño