人口老龄化成为日益严重的社会现象,随之而来的健康问题也越来越受到人们的重视,其中,听力损失问题广泛存在于老年群体中,严重影响患者与外界的沟通能力和生活质量,助听器作为听力损失治疗的首选方案应运而生。助听器的关键技术众多,更符合人耳的听觉感知特性以及更舒适的佩戴体验始终是设计助听器的首要考虑因素。本文从人类听觉感知机理和听力障碍的产生机制开始研究,并基于听力损失患者的听力曲线,提出宽动态压缩算法的设计思路。选择声压级作为判断基准,在实现算法之前,使用分贝仪作为测量标准值,通过计算分贝仪与数字助听器收集到的语音信号声压级之间的统计差异,对助听器接受的数字信号幅度进行修正。本文提出了一种改进的基于宽动态压缩的多通道响度补偿算法。算法使用修正后的声压级和患者的听力曲线作为压缩依据,对从数字助听器收集的输入语音进行响度补偿以使处理后的语音信号更适合患者收听。典型的感音性听损患者的听阈较正常人更高,且随频率上升而逐渐升高;痛域较正常人更低,且随频率上升逐渐降低。首先,依据人耳对频率的敏感特性,将0～8 k Hz频谱分成17个通道,其中,对频谱中人类语音的主要坐落区间250 Hz～3 k Hz进行细致划分。随后根据患者与正常人的听力曲线的映射关系分别独立计算各通道增益,由增益对各通道包含的原始语音分量进行放缩。最后将动态压缩后的17个分量合成输出,最终得到响度补偿后的语音。本文采用分段式拉格朗日插值多项式拟合的办法将原始语音的动态范围映射到目标区间。传统的三段式响度补偿模型按照听阈、最适域和痛域将患者的听力曲线分成三段,分别通过直线拟合独立匹配,缺乏连贯性,匹配精确度较低。相比于传统模型,本文提出的拟合方法更加贴近患者的真实听力曲线。该方法将患者的听力范围分成三个部分,第一部分是听阈以上的低声压级段,采用三阶插值拟合;第二部分是最适域周围的中声压级段,采用五阶插值拟合;第三部分是痛域以下的高声压级段,采用二阶插值拟合。改进的响度补偿模型能够使修正后的听力曲线更加贴近真实水平,提升语音质量。多通道响度补偿算法在计算各通道的增益值的时候,由于各通道的独立性,有时会导致通道之间增益值差异过大,产生阶跃跳变的问题,严重影响补偿效果。针对这个问题,本文设计了一种平滑台阶效应的算法。算法思路是通过取加权平均的方法处理通道宽度较窄且增益差值较小的边界,进一步使用最小二乘法拟合的方法处理通道宽度较宽且增益差值较大的边界,设计仿真实验对比响度补偿前后的语音波形和频谱图。实验结果证明了本文提出的响度补偿算法可以针对不同患者的听力特性曲线进行个性化压缩,提升语音的可懂度,具有良好的应用参考价值。