使用MATLAB的残障人士助听器

简介

助听器是一种用来弥补听觉残障人士听力损失的电子设备。在过去，助听器往往是基于模拟电路设计的，但现在随着数字信号处理技术的发展，数字助听器成为了主流。本文将介绍如何使用MATLAB搭建一款数字助听器。

功能

我们的数字助听器将具备以下功能：

• 控制音量大小
• 监测预设范围内的环境声音
• 将环境声音增强后输出
• 根据不同的环境自动切换音宽

目标读者

本文面向所有具备MATLAB编程基础的读者。

设计步骤

1. 音量控制

首先，我们需要读取麦克风输入的音频信号并将其转换为数字信号。这可以通过以下代码实现：

Fs = 8000;
mic = audioinput('winmm', Fs, 16, 1);

其中Fs是采样率。然后我们通过audiorecorder对象录制音频：

recorder = audiorecorder(Fs, 16, 1);
recordblocking(recorder, 10);
y = getaudiodata(recorder);

我们可以调节音量的大小，这可以通过编写一个简单的音量控制函数实现，如下所示：

function y = set_volume(x, vol)
% x: 输入信号
% vol: 音量大小
y = x * 10 ^ (vol / 20);

2. 环境声音监测

我们需要用到一个叫做audiocapture的函数来获取环境噪音。该函数将捕捉环境声音，我们可以根据需要对噪音进行滤波或增强。这可以通过以下代码实现：

Fs2 = 44100;
env = audiocapture('winmm', Fs2, 16, 1);

3. 噪音滤波和增强

我们可以通过数字滤波器对噪声进行滤波，进而降低噪音的影响，然后将声音增强。这可以通过以下代码实现：

b = fir1(50, 0.1, 'low');
env_filtered = filter(b, 1, env);
k = 10;
env_amplified = k * env_filtered;

这里，我们使用了一个带通数字滤波器来抑制不需要的频率成分。然后将滤波后的信号放大。

4. 自动音宽

Matlab提供了一个叫做signal.spectrogram的函数，可以将信号变换到频域。我们可以利用这一函数，根据环境噪音的情况自动调整音宽。

[S, F, T] = spectrogram(y, 256, 120, [], Fs);
P = mean(abs(S), 2);
P = smoothdata(P, 'gaussian', 10); % 平滑数据
mean_power = mean(P(500:1000));

if mean_power > 1
    fprintf('宽音\n');
else
    fprintf('窄音\n');
end

这里，我们处理了10秒的音频数据，计算其功率谱密度。然后使用高斯滤波器平滑数据，并基于结果自动调整音宽。

总结

这篇文章介绍了如何使用MATLAB构建一款数字助听器。我们实现了功能强大的音量控制、环境噪音监测、自动噪声滤波和增强，以及自动音宽。这样，残障人士可以更好地感受周围的声音，提高生活质量。