Desempenho de máscaras tempo-frequência para redução de ruído em aparelhos auditivos

Abstract

A deficiência auditiva é um fator limitante no desenvolvimento pessoal e profissional de um grande número de pessoas. O uso de aparelhos auditivos possibilita uma compensação adequada dessa limitação em um grande número de situações. A maior permissão dos usuários de aparelhos auditivos refere-se a dificuldades de compreensão e baixa qualidade da fala na presença de ruído acústico do ambiente. Uma estratégia muito utilizada para redução de ruído é o uso da técnica de máscaras tempo-frequência, caracterizada por curvas de atenuação definidas em função da razão sinal-ruído do sinal captado. O objetivo deste estudo é investigar o limite de desempenho dessa estratégia de redução de ruído em diversos efeitos acústicos, caracterizados por diferentes tipos de ruído e níveis de contaminação. Para tanto, são utilizados critérios objetivos de inteligibilidade e qualidade sonora perceptual. Extensas simulações foram realizadas para diferentes sinais de fala na língua portuguesa e inglesa, com locutores masculinos e femininos. Tipos de ruído foram utilizados para diferentes contaminações da fala, com razões de ruído entre -10 e 20 dB. Foram avaliadas as máscaras de Wiener e Paramétrica Conformáveis, além de uma máscara conformável especialmente projetada para possibilitar curvas de atenuação simétricas e assimétricas. O teste ANOVA (? < 0,05) foi utilizado para diferenciar as distribuições dos resultados com base nas análises W-PESQ e NCM. Os resultados indicaram que o desempenho pela máscara Paramétrica Conformável com parâmetros fixos é próximo ao limite de desempenho possível da técnica de máscaras tempo-frequência, independentemente dos diversos cenários acústicos aplicados.

Abstract: Hearing impairment is a limiting factor in the personal and professional development of a significant number of individuals. The use of hearing aids allows for proper compensation of this limitation in a wide range of situations. The most common complaint from hearing aid users relates to difficulties in comprehension and low speech quality in the presence of environmental acoustic noise. A frequently employed strategy for noise reduction is the use of time-frequency masking techniques, characterized by attenuation curves based on the signal-to-noise ratio of the captured signal. The aim of this study is to investigate the performance limit of this noise reduction strategy in various acoustic scenarios, characterized by different types of noise and contamination levels. To achieve this, objective intelligibility and perceptual sound quality criteria are utilized. Extensive simulations were conducted for different speech signals in both Portuguese and English languages, with male and female speakers. Different types of noise were employed to contaminate the speech signals using signal-to-noise ratios ranging from -10 to 20 dB. The Wiener and Conformable Parametric masks were evaluated, along with a custom-designed conformable mask that enables symmetric and asymmetric attenuation curves. The ANOVA test (? < 0.05) was utilized to differentiate the result distributions based on theW-PESQ and NCM metrics. The results indicated that the performance achieved by the Conformable Parametric mask with fixed parameters is close to the potential performance limit of the time-frequency masking technique, regardless of the various analyzed acoustic scenarios.