Modelagem dos efeitos da restrição da taxa de comunicação sobre métodos de redução de ruído em aparelhos auditivos biauriculares

Abstract

Aparelhos auditivos consistem em um par de aparelhos que captam e reproduzem os sinais sonoros recebidos em seus microfones. Considerando a presença de fontes desejadas e indesejadas no ambiente, integra-se aos aparelhos processos de forma a processar e melhorar os sinais sonoros captados, como algoritmos de redução de ruído, com o objetivo de melhorar a qualidade de vida do usuário. É percebido que a comunicação entre os aparelhos possui um papel importante nessa melhoria, possibilitando a utilização de mais informações nos processos aplicados e com isso alcançando resultados melhores. Portanto, entenda como que essa comunicação (e, com ela, como que a quantização e a saturação) afeta os resultados do processamento é vital. A técnica mais comum para modelar a quantização foi desenvolvida pelo Widrow e consiste na utilização de um ruído aditivo porém esse modelo não é o mais adequado para técnicas de redução de ruído, além de não considerar a existência de saturação. Este trabalho propõe duas técnicas novas para modelar os efeitos da quantização e da saturação sobre técnicas de redução de ruído, focando no filtro de Wiener multicanal: uma delas com uma abordagem inovadora e mais abordada para o problema em questão; e outra com uma abordagem híbrida entre a técnica de Widrow e a abordagem anterior desse trabalho, com o objetivo de simplificar o modelo. Em todos os cenários acústicos avaliados, houve uma melhoria corrigida em razão-sinal-ruído, qualidade e inteligibilidade, na questão dos modelos desenvolvidos serem capazes de aproximar o resultado que seria esperado ao aplicar a quantização e saturação de fato aos sinais captados, em relação ao uso do modelo Widrow.

Abstract: Hearing aids consist of a pair of devices that pick up and reproduce signals received by their microphones. Considering the presence of desired and undesired sources in the environment, algorithms are integrated into the devices, such as noise reduction algorithms, in order to process and enhance the captured sound signals with the aim of improving the user?s quality of life. It is noticed that the communication between the devices plays an important role in this improvement, enabling the use of more information in the applied processes and thus achieving better results. Therefore, understanding how this communication (and, with it, how quantization and saturation) affects processes? results is vital. The most common technique to model quantization was developed by Widrow and consists of using an additive noise, but this model is not the most suitable for noise reduction techniques, in addition to not considering the existence of saturation. This work proposes two new techniques to model the effects of quantization and saturation on noise reduction techniques, focusing on the multichannel Wiener filter: one of them with an innovative and more appropriate approach for the problem in question; and another with a hybrid approach between Widrow?s technique and the previous approach of this work, with the objective of simplifying the model. In all evaluated acoustic scenarios, there was a noticeable improvement in signal-to-noise ratio, quality and intelligibility, in terms of the developed models being able to approximate the result that would be expected when actually applying quantization and saturation to the captured signals, in relation to using the Widrow model.