听觉空间定位能力的参数化检测系统及最小可听角的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种听觉空间定位能力的参数化检测系统及最小可听角的方法，系统包括：上位机系统计算空间运动数据并与下位机进行通讯；空间运动系统通过周向运动、径向运动和垂直运动实现空间任意位置控制；实时三维显示系统内置于上位机系统；音频系统随机生成声源音频数据类型和等差值分贝声源；检测系统用于检测人的空间定位与声源空间数据进行匹配并给出客观评价。方法包括：将周向运动、径向运动和垂直运动的伺服电机驱动器的控制模式调为速度控制方式，使得每两个声源点之间的运动时间相同。声源点距离不断变化，直到被试者不能正确分辨出声源点空间位置时停止检测，此时两个声源点之间的空间角为被试者的最小可听角。本发明专利技术提高控制精度。

A Parametric Detection System of Auditory Spatial Location Ability and the Method of Minimum Auditory Angle

【技术实现步骤摘要】
听觉空间定位能力的参数化检测系统及最小可听角的方法
本专利技术涉及听觉空间定位领域，尤其涉及一种听觉空间定位能力的参数化检测系统，该系统涉及三维空间声源的人类听觉空间辨别能力。
技术介绍
听觉对声源方位的判断是人耳最重要的功能之一。人的单耳和双耳都具有定位能力。单耳定位是耳廓各部位对入射声波反射而引起的听觉效果，称为耳廓效应。双耳定位是依靠两条线索来定位声音：声音到达双耳的时间差别——耳时间差，和声音到达两只耳朵强度差。单耳定位主要表现在竖直方向，而双耳定位主要在水平方向。从声源发出的声波传入两耳，先通过两侧耳蜗的感受，分别产生两侧耳蜗神经上的输入信息，再由中枢系统进行分析综合，依靠两侧大脑听区的协同工作才能辨别出声源方向。只有当两耳听觉中存在差异，脑神经才能根据这些差异来判断声源空间方位。从声源发出的声波到达双耳时的声级差、时间差、相位差、音色差以及哈斯效应和德·波埃效应等，都为声源方位的判定提供依据。在低频(0.5-2kHz)声源定位时，人对时间差(相位差)敏感，人的时间差最大值为700ms，但在10-20ms就可以定位空间声源位置；在高频(4-16kHz)声源定位时，人对强度差敏感。听觉系统在人体发育过程中成熟较早，在出生前3个月已经开始，新生儿及婴儿已经具备一定的声源定位能力，可区分声音信息是来自左还是右。幼儿垂直声源定位能力随着月龄增长准确度提高，到5岁时就可以准确达到1°～2°，与成人相比没有明显差异。声源定位测试者分为两大类：第一类，新出生婴儿及正常体检患者；第二类，听力障碍患者。目前听力残障患者进行声源定位测试主要可分为三类：单侧耳蜗植入患者的声源定位测试、双侧耳蜗植入患者的声源定位测试和双模式(一侧人工耳蜗，对侧助听器)患者的声源定位测试。目前常用的声源定位测试仪器主要是音笼。音笼的主要技术指标：各固定声源与中心距离相等，即音笼半径500mm；声源固定方位：25个，分三个横剖面与四个纵剖面，每个横剖面上八个声源，每个纵剖面上有7个声源；声源音频分为高频(3500Hz)、中频(1000Hz)、低频(300Hz)；音量连续可调；可以设定10-100次(每档十次)的实验次数；自动判断对错，并实时显示正确或错误次数；被试判断应答键盘是由25个方位键与预备、正确、错误指示灯。该装置不仅能够提供与听轴中心等距离的二十五个方位上产生声音刺激的意识，还能实时数码显示听觉定位的准确率，是测定听觉定位能力的常用仪器。然而，常用的听觉定位能力的仪器采用固定25个声源位置进行随机声源测试，不能够提供较为精确的空间任意位置的声源测试，最为重要的一点是不能够提供被试者定位声源的最小可听角。综上所述，亟需一种能够精确定位三维空间球体上任意一点的生源测试，且能够参数化控制声源精确位置，提供精确的被试者听觉空间的最小可听角的听觉定位检测系统。而关于这种检测系统目前还没有相关研究。
技术实现思路
本专利技术针对现有系统的不足，提供了一种参数化的空间任意位置的听觉定位检测系统，且该系统提供一种精确的被试者的听觉空间的最小可听角的参数化，详见下文描述：一种听觉空间定位能力的参数化检测系统，所述系统包括：上位机系统按照基于非线性最小二乘算法的空间坐标转换算法计算空间运动数据并与下位机进行通讯；空间运动系统通过周向运动、径向运动和垂直运动实现空间任意位置的精确控制；实时三维显示系统内置于上位机系统中，基于虚拟现实技术，将三维模型通过系统图像进行实时重构，反馈系统的实时运动数据；音频系统随机生成声源音频数据类型和等差值分贝声源。患者客观评价系统用于检测人耳声源空间定位选择空间点数据、与真实声源空间数据进行匹配并给出客观评价。其中，所述上位机系统由工控机、144Hz刷新频率显示器、通讯电缆组成；工控机根据临床指标和被试者生理参数，根据空间转换算法随机生成空间声源检测点的时间序列和空间位置，并将数据缓存到数据区，通过通讯协议将数据结果发送到空间运动系统的驱动器。所述音频系统根据临床经验和被试者的生理学参数，随机生成与空间位置数量相同的最优声源音频数据，并将最优声源音频数据一一随机匹配到空间坐标数据，根据坐标点的时间顺序随机重复播放生成的音频信号。进一步地，所述患者客观评价系统是被试者在实时三维显示系统的界面上点选声源的空间位置，并将被试者选择的空间位置跟缓存列表中的空间位置进行匹配检验，客观给出患者的空间定位能力的评价结果。所述工控机将数据列表中的坐标按照被试者双耳的空间中心点为当前坐标原点，将坐标转换成周向运动脉冲数、径向运动脉冲数以及垂直运动脉冲数，并将这些数据按照时间标签暂存到数据栈中。具体实现时，被试者根据声源音频信息判断出空间位置，在被试者的显示屏上进行虚拟实体的空间位置选择，工控机根据被试者选择的空间位置坐标信息与对应顺次的空间位置缓存数据进行匹配，给出被试者是否正确判断出声源空间位置。一种听觉空间定位能力的参数化检测最小可听角的方法，所述方法包括以下步骤：根据被试者空间定位能力检测结果归类出最高正确率和最低正确率的空间位置；在最高正确率和最低正确率的空间位置内任选一个空间点作为声源的起始点；在区域的边缘点和起始点之间等比例缩小声源间空间距离；通过伺服电机驱动器的速度控制模块使每个声源点之间运动时间相等；实时匹配被试者点选的空间位置与声源空间位置数据，当匹配正确时继续缩小最小可听角，当大于等于阈值时，将当前可听角数值作为被试者的最小可听角。具体实现时，当匹配不正确时，按照当前的可听角数值在目前位置点附近随机更新五组空间位置点，继续进行匹配。所述声源间空间距离具体为：水平角度、垂直角度和球心距离变化。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：1、高度智能化、参数化声源空间定位检测系统。本专利技术采用工控机作为参数化检测系统的主控硬件设备，可以通过临床数据和被试者的生理学参数，依据一定算法随机生成空间球体上检测点的空间位置数据序列，将生成空间点坐标数据按照时间标签缓存到数据列表(数据栈)，通过通讯协议将数据传输给运动控制系统。2、检测系统的周向运动采用伺服电机与齿轮结构驱动，通过实时与工控机通讯反馈校准达到精确位置控制(脉冲数检验)，此外，在周向运动时采用凹槽状轨道降低摩擦等其他干扰之外还能起到保护作用，提高参数化检测系统的安全系数。3、检测系统的径向运动采用伺服电机与丝杠结构驱动，通过工控机计算得出空间径向控制电机的运动脉冲数发送到伺服电机驱动器，然后采用位置控制方式实现径向运动位置的精准控制。此外，结合丝杠驱动结构，提高参数化检测系统径向运动精确度，将伺服电机的圆周运动转变成直线运动。4、检测系统的垂直运动采用伺服电机与滚轮结构驱动，将工控机的垂直运动脉冲数据发送到垂直运动伺服电机驱动器，根据位置控制方式实现倒链长度精确控制。在经过滚轮结构，将倒链长度控制精度提高一倍，以达到垂直运动的精度要求。5、通过运动控制系统(轴向运动伺服电机与齿轮组，径向运动伺服电机与丝杠组，垂直伺服电机与辊筒滚轮结构三部分)的位置控制，可以实现在空间球体上的精确控制，空间位置控制精度达到0.05°。6、三维显示系统采用两块144Hz的显示器。一块作为操作者的显示屏幕，该屏幕实时显示声源的三维空间位置变化情况，以使操作者可以实时观察声源位置；另一块作为被试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种听觉空间定位能力的参数化检测系统，其特征在于，所述系统包括：上位机系统按照基于非线性最小二乘算法的空间坐标转换算法计算空间运动数据并与下位机进行通讯；空间运动系统通过周向运动、径向运动和垂直运动实现空间任意位置的精确控制；实时三维显示系统内置于上位机系统中，基于虚拟现实技术，将三维模型通过系统图像进行实时重构，反馈系统的实时运动数据；音频系统随机生成声源音频数据类型和等差值分贝声源；患者客观评价系统用于检测人耳声源空间定位选择空间点数据、与真实声源空间数据进行匹配并给出客观评价。

【技术特征摘要】
1.一种听觉空间定位能力的参数化检测系统，其特征在于，所述系统包括：上位机系统按照基于非线性最小二乘算法的空间坐标转换算法计算空间运动数据并与下位机进行通讯；空间运动系统通过周向运动、径向运动和垂直运动实现空间任意位置的精确控制；实时三维显示系统内置于上位机系统中，基于虚拟现实技术，将三维模型通过系统图像进行实时重构，反馈系统的实时运动数据；音频系统随机生成声源音频数据类型和等差值分贝声源；患者客观评价系统用于检测人耳声源空间定位选择空间点数据、与真实声源空间数据进行匹配并给出客观评价。2.根据权利要求1所述的一种听觉空间定位能力的参数化检测系统，其特征在于，所述上位机系统由工控机、144Hz刷新频率显示器、通讯电缆组成；工控机根据临床指标和被试者生理参数，根据空间转换算法随机生成空间声源检测点的时间序列和空间位置，并将数据缓存到数据区，通过通讯协议将数据结果发送到空间运动系统的驱动器。3.根据权利要求1所述的一种听觉空间定位能力的参数化检测系统，其特征在于，所述音频系统根据临床经验和被试者的生理学参数，随机生成与空间位置数量相同的最优声源音频数据，并将最优声源音频数据一一随机匹配到空间坐标数据，根据坐标点的时间顺序随机重复播放生成的音频信号。4.根据权利要求1所述的一种听觉空间定位能力的参数化检测系统，其特征在于，所述患者客观评价系统是被试者在实时三维显示系统的界面上点选声源的空间位置，并将被试者选择的空间位置跟缓存列表中的空间位置进行匹配检验，客观给出患者的空间定位能力的评价结果。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪广健，许淄豪，明东，刘宝禄，张海裕，郑琪，庞嘉，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12