[发明专利]便携式可编程多通道心理声学测听仪

说明书

技术领域

本发明属于声学领域，具体涉及便携式可编程多通道心理声学测听仪。

背景技术

正常人群中的10％，65岁以上人群中的20％和75岁以上人群中的40％都存在着一定程度听力受损的情况，为了保证生活质量，都需要佩戴助听设备。为了选择一款合适的助听设备，需要使用测听仪对病人的听力受损程度进行准确评估。传统测听仪的测量功能一般都是固定的，无法根据病人的实际情况进行功能定制，因此通用性较差；另外，传统测听仪主要采用模拟器件组成，因此比较笨重，不方便携带；再者，传统测听仪一般只有两个通道，无法对病人的立体空间听觉能力进行测定。

随着电子技术的飞速发展，现在的测听仪可以采用集成电路进行设计，从而增加便携性；同时可以通过编程来定制测听仪的测量功能，从而可以根据病人实际情况制定相应的测量方案，大大提高测听仪的通用性；另外，通过增加测听仪的通道数，使其可以测量病人对立体空间声音的感知能力。本发明从这几个需求出发，基于FPGA（Field－Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列）技术设计了一款可编程的心理声学测听仪。

发明内容

本发明针对当前广泛采用的传统测听仪的缺点，提出了一种便携式可编程多通道心理声学测听仪软硬件平台的设计方案。本发明的目的是要提供一种可以根据不同的测试环境定制测试策略的测听仪，比传统的测听仪具有很高的可重用性。本发明具有设备便携性、可重用性以及功能多样性等优点，并用相应的PCB板进行了实际验证。

为实现以上的目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括单机版带有修改过的USB驱动的Windows应用软件、用于在主机PC与FPGA芯片之间进行通信的USB2.0微控制器、用于产生纯音和噪音数字信号并进行通道输出的FPGA芯片、数模转换器、滤波器、衰减器组以及用于输出音频的放大器。

Windows应用软件主要实现整个测试系统的用户界面，让用户选择测试信号和音频强度，显示系统状态。Windows应用软件用于向USB2.0微控制器传输音频数据和控制命令。音频数据在FPGA芯片控制下通过USB2.0微控制器传入数模转换器，而控制命令被FPGA芯片解析后用于设置通道衰减器、耳机静音。

USB2.0微控制器通过16根线与FPGA芯片连接，被设置为工作于从FIFO状态，用于将来自Windows应用软件的音频数据和控制命令传入可编程的FPGA芯片。

可编程的FPGA芯片一方面接收来自USB2.0微控制器的音频数据和控制命令，另一方面给数模转换器、衰减器和放大器提供控制信号、时序和时钟。可编程的FPGA芯片也产生工作所需要的纯音和白噪声的数字信号。

数模转换器用于将纯音和白噪声的数字信号转换成模拟信号。

滤波器用于除去噪音信号产生纯净的纯音信号。

衰减器组是由两个衰减器组成，每一个衰减器都采用3个通道以节省电路板空间和耗电量。耳机的衰减范围扩大至152dB，其中，0dB－92dB范围内的衰减步长为0.5dB，93dB－124dB范围内的衰减步长为1.0dB。

放大器主要是用于输出音频信号。

进一步说，可编程的FPGA芯片和数模转换器生成纯音生成器和白噪声生成器。

纯音生成器包括一个工作于50MHz的分频器、数字计算器和提供存储分频因子的寄存器。寄存器为分频器提供分频因子，分频器产生的低频信号用于数字计算器的输入，数字计算器通过查表法得到正弦波的10比特采样值。

白噪声生成器包括线性回馈平移寄存器组、带有两个输入的累加器ACC2、多路复用器和数位转换器。两个位于[0,1)的互相独立的平均分布随机数作为线性回馈平移寄存器组的输入，产生x₁和x₂；中间生成变量y₁和y₂作为累加器的输入，其输出的32位比特数作为多路复用器的输入；多路复用器的输出作为数位转换器的输入，数位转换器将32位比特数转换成24位比特数，24位比特数即为白噪声的数字信号。

纯音生成器和白噪声生成器共用数模转换器。