15 Август 2017

Восприятие речи на фоне шума с использованием технологии FM

Предоставлено Phonak

Резюме

Основная жалоба людей с сенсоневральной тугоухостью (СНТ) – затруднение общения, особенно в шумной обстановке. К счастью, доказано, что индивидуальные системы, использующие технологию частотной модуляции (FM), являются эффективным средством улучшения восприятия речи на фоне шума. Действительно, предшествующие исследования показали, что использование технологии FM может улучшить восприятие речи на фоне шума на 10-20 дБ по сравнению с ситуацией без слухового аппарата и на 12-18 дБ – по сравнению с использованием слухового аппарата без FM системы. Более того, оказалось, что лица с СНТ, пользующиеся технологией FM, воспринимают речь на фоне шума лучше, чем нормально слышащие индивидуумы, находящиеся в таких же условиях. В настоящей статье приводятся результаты ряда исследований, четко демонстрирующие улучшение восприятия речи на фоне шума лицами с СНТ, использующими технологию FM. Обсуждается практическое значение полученных результатов.
Используемые сокращения: ANOVA = дисперсионный (вариационный) анализ; СА = слуховой аппарат; М = микрофон слухового аппарата; FM =частотная модуляция; HINT = тест восприятия речи на фоне шума; RTS = порог 50% разборчивости фразовой речи (выражается в виде соотношения сигнал/шум); СНТ = сенсоневральная тугоухость; WRS = процентный показатель разборчивости слов.

Введение

FM-система обычно состоит из двух компонентов: FM-передатчика и FM-усилителя/приемника. FM-передатчик включает в себя беспроводный микрофон, предназначенный для улавливания голоса говорящего. В идеале этот микрофон располагают вблизи рта говорящего, где эффекты расстояния, шума и реверберации минимальны. Звуковой сигнал, поступающий в микрофон, преобразуется в электрические колебания и передается в виде FM-сигнала к приемнику, настроенному на ту же частоту, что и передатчик. Затем электрический сигнал усиливается, вновь преобразуется в звуковые колебания и передается слушателю с помощью системы акустической связи. При этом звук может подаваться в наушники или непосредственно в СА с помощью индукционной петли или прямого аудиовхода (DAI). Последние достижения в области FM-технологии позволяют непосредственно подключать миниатюрный FM-приемник к СА с помощью аудиоадаптера, превращая СА в персональную FM-ситему. В качестве примера можно привести FM-приемник Phonak MicroLink (рис. 1). Обычно такие системы позволяют пользователю выбрать один из трех вариантов:

1. Только FM: обычно для разговора с одним собеседником;
2. Только М (микрофон СА): разговор со всеми присутствующими и контролирование собственной речи;
3. FM+М: разговор с основным собеседником и звуковая информация об окружающей обстановке.

Подробнее с этой технологией можно ознакомиться в работе Crandell с соавт. (2002).

Общепризнано, что основной жалобой лиц с сенсоневральной тугоухостью (СНТ) является плохая разборчивость речи на фоне шума. В ряде работ было показано, что технология FM может существенно улучшить восприятие речи такими людьми (см. обзор в статье Crandell с соавт., 1995). А именно, недавние исследования продемонстрировали, что данная технология способна улучшить разборчивость речи в шуме на 10-20 дБ по сравнению с восприятием на «голое» ухо (Crandell, Smaldino, 2000, 2001; Fabry, 1994; Hawkins, 1984; Pittman с соавт., 1999) и на 12-18 дБ по сравнению с восприятием в СА без FM-системы (Hawkins, 1984; Lewis с соавт., 2004).

Рис. 1. FM-приемник Phonak MicroLink
Восприятие речи на фоне шума с использованием технологии FM

Материал и методика

Серия работ, выполненных авторами, хорошо иллюстрирует отмеченное выше улучшение восприятия речи на фоне шума, обусловленное использованием технологии FM. Например, задачей одного из исследований было сравнение двух технологий, способствующих улучшению разборчивости речи у пациентов с СНТ – направленных микрофонов и FM-систем (Lewis с соавт., 2004). В этом исследовании участвовало 46 взрослых испытуемых с различными степенями СНТ. Работа выполнялась в Университете Флориды (центр I) и в Университете Вашингтона (центрII). Средние значения порогов звуковосприятия правого и левого ушей по воздушному звукопроведению, полученные в центрах I и II, представлены соответственно на рис. 2 и 3. Разборчивость речи оценивалась с помощью теста HINT. При этом коррелированный рассеянный шум подавался из четырех громкоговорителей, расположенных на расстоянии 1 м от испытуемого по азимутам 45°, 135°, 225° и 315°. Тестовые фразы подавались из громкоговорителя, также расположенного в 1 м от испытуемого по азимуту 0°.
FM-передатчик располагался на расстоянии 7,5 см от этого громкоговорителя на высоте 0,5 м. Пороги 50% разборчивости фразовой речи (RTS) измерялись для пяти различных условий прослушивания:
  • без СА;
  • два заушных СА в ненаправленном режиме микрофонов;
  • два заушных СА в направленном (адаптивном) режиме микрофонов;
  • один заушный СА с FM-приемником в режиме «только FM» и второй заушный СА в ненаправленном режиме микрофонов;
  • два заушных СА с FM-приемниками в режиме «только FM».

Восприятие речи на фоне шума с использованием технологии FM

Результаты

Средние значения RTS, полученные для каждого из условий прослушивания, представлены на рис. 4. Анализ ANOVA обнаружил статистически значимые различия между условиями прослушивания как в центре I (F4,84 = 299,01; p < 0,001), так и в центре II (F4,88 = 293,13; p < 0,001).Анализ наименьшей значимой разности (при уровне альфа р = 0,05) дал следующие результаты:

1. В обоих центрах наихудшая разборчивость речи отмечалась при прослушивании без СА (р < 0,001). Средние значения RTS для этого условия составили 4,9±4,0 дБ в центре I и 7,4±5,9 дБ в центре II.
2. При использовании двух заушных СА в ненаправленном режиме микрофонов значения RTS были существенно лучше (центр I = 0,07±3,5 дБ; центр II = 2,9±2,3 дБ), чем без СА (p < 0,001). Иными словами, средние значения RTS при использовании двух заушных СА в ненаправленном режиме микрофонов были примерно на 5 дБ лучше, чем без СА.
3. Использование режима направленных микрофонов (центр I = -1,1±3,5 дБ; центр II = 0,5±1,8 дБ) привело к существенному улучшению разборчивости речи в шуме по сравнению с ненаправленным режимом микрофонов (р1 = 0,011; р2 = 0,001) и прослушиванием без СА (p < 0,001). Т.е. использование СА в направленном режиме микрофонов улучшило разборчивость речи на 1,2 дБ в центре I и на 3,4 дБ в центреII по сравнению с ненаправленным режимом микрофонов.
4. Применение двух СА с FM-приемником в режиме «только FM», подключенным к одному из них (центр I = -15,3±6,1 дБ; центр II = -17,2±4,9дБ), привело к значительному улучшению разборчивости речи в шуме по сравнению с обоими режимами прослушивания только в СА (p < 0,001). В среднем, использование FM-приемника привело к улучшению разборчивости речи на 14,2 дБ в центре I и на 16,7 дБ в центре II по сравнению с двумя СА в направленном режиме микрофонов. Следует, однако, отметить, что эти показатели существенно ниже, чем при использовании двух FM-приемников в режиме «только FM» (р1 < 0,001).
5. Наилучшие показатели разборчивости речи были получены при использовании двух СА с двумя FM-приемниками в режиме «только FM» (р1= 0,001). Средние значения RTS для этого условия составили -18,0±4,3 дБ в центре I и -19,8±4,7 дБ в центре II. Эти показатели в среднем на 2,7 и 2,5 дБ лучше, чем для условия с одним FM-приемником.
Восприятие речи на фоне шума с использованием технологии FM
Рис. 4. Средние значения RTS для каждого из условий прослушивания, полученные в Центрах I и II

Очевидно, что результаты данного исследования указывают на существенное улучшение разборчивости речи в шуме у пациентов с СНТ, пользующихся технологией FM. Более того, указанное улучшение превосходит результаты, получаемые со слуховыми аппаратами, независимо от того, находятся ли они в ненаправленном или направленном режиме микрофонов. Следует также отметить, что разборчивость речи в шуме возрастает еще на 3 дБ при бинауральном использовании FM-приемников, подключенных к СА. Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что технология FM предоставляет гораздо большие возможности для общения в неблагоприятной акустической обстановке, чем любой из режимов работы микрофонов СА.

В аналогичной работе Lewis с соавт. изучили влияние различных сочетаний использовавшихся стратегий (только FM, FM + микрофон СА, монаурально, бинаурально) на разборчивость речи в шуме у взрослых испытуемых с тугоухостью. В Университете Флориды было обследовано 22 взрослых с различными степенями СНТ. Возраст испытуемых колебался от 24 до 84 лет (медиана – 73 года). Средние значения порогов слышимости по воздушному звукопроведению и показатели разборчивости речи (WRS) для правого и левого ушей представлены в Таблице 1. Разборчивость речи оценивалась по описанной выше методике. Пороги 50% разборчивости фразовой речи каждого испытуемого были измерены для четырех различных условий прослушивания: (1) без СА; (2) два СА с двумя FM-приемниками в режиме «только FM» (Bi-FM only); (3) два СА с двумя FM-приемниками в режиме FM+M (Bi-FM/M); (4) один СА с одним FM-приемником в режиме «только FM» на одном ухе и один СА в ненаправленном режиме микрофона – на втором ухе (Monaural-FM). Средние значения RTS, полученные для каждого из этих условий, представлены на рис. 5. Анализ ANOVA обнаружил статистически значимые различия между условиями прослушивания (F3,63 = 262,8; p < 0,001). Анализ наименьшей значимой разности (при уровне альфа р < 0,05) обнаружил несколько статистически значимых отличий. Во-первых, наихудшая разборчивость речи была получена при прослушивании без СА (p < 0,001). Во-вторых, наилучшая разборчивость речи отмечалась при использовании двух СА с двумя FM-приемниками в режиме «только FM» (p < 0,001). В среднем она была на 22,9 дБ лучше, чем без СА, и на 2,3 и 2,7 дБ лучше, чем при Bi-FM/M и Monaural-FM соответственно. Статистически значимых различий между показателями разборчивости речи в условиях Bi-FM/M и Monaural-FM не было (р = 0,589).
Восприятие речи на фоне шума с использованием технологии FM
Рис. 5. Средние значения RTS для каждого из условий прослушивания Сравнение с нормально слышащими испытуемыми

Улучшение разборчивости речи у людей с СНТ, пользующихся технологией FM, становится еще более поразительным при сравнении с показателями, полученными в тех же условиях у нормально слышащих лиц. Например, Lewis (2002) обследовал 25 взрослых с нормальным слухом по описанной выше методике. Возраст испытуемых составлял 19-47 лет (медиана – 23 года). Ни у одного из испытуемых пороги слышимости не превышали 25 дБ (см. рис. 6). Также отсутствовали признаки центральных слуховых нарушений. Разборчивость речи оценивалась у них только на «голое ухо». Среднее значение RTS составляло -10,8 дБ±3,0 дБ. Эти результаты сравнили с данными, полученными в Университете Флориды у 22 лиц с тугоухостью в трех различных условиях пролушивания (см. рис. 7). Очевидно, что показатели RTS у лиц с тугоухостью, пользующихсяFM-системами, были лучше, чем у нормально слышащих испытуемых, не использовавших никаких вспомогательных устройств. Анализ ANOVAобнаружил статистически значимые различия между условиями прослушивания (F1,21 = 487,7; p < 0,001). Анализ наименьшей значимой разности показал, что средние значения RTS у нормально слышащих лиц действительно отличались от средних значений RTS, полученных у испытуемых с тугоухостью при прослушивании с использованием FM-систем (p < 0,009).
Итак, результаты этих трех исследований показывают, что использование технологии FM может значительно повысить разборчивость речи у лиц с СНТ. Более того, указанное улучшение разборчивости речи в шуме превышает показатели, получаемые при использовании СА, работающих в режиме направленных микрофонов. В цитируемых выше исследованиях это различие составило от 14,4 до 22,7 дБ. Эти данные соответствуют результатам, полученным ранее Hawkins (1984). Он изучал влияние различных комбинаций слуховых аппаратов и FM-систем на разборчивость речи в шуме. Согласно его даным, прослушивание речевого материала с помощью FM-систем существенно улучшает разборчивость по сравнению с использованием только слуховых аппаратов. Прирост показателей разборчивости речи в шуме составил от 11,8 до 18,4 дБ. Это неудивительно, если учесть, что близость FM-передатчика к источнику сигналов уменьшает эффекты шума, расстояния и реверберации. Слуховые аппараты не в состоянии справиться с перечисленными проблемами в той же мере.
Восприятие речи на фоне шума с использованием технологии FM
Рис. 6. Средние значения прогов звуковосприятия испытуемых с нормальным слухом

Восприятие речи на фоне шума с использованием технологии FM
Рис. 7. Средние значения RTS лиц с тугоухостью, пользующихся FM-системами, по сравнению с нормально слышащими испытуемыми

Эффект использования двух FM-приемников

В цитируемых выше исследованиях эффект от бинаурального использования FM-систем составил около 3 дБ. Иными словами, восприятие речи в шуме улучшилось примерно на 3 дБ при бинауральном использовании СА, снабженных FM-приемниками, по сравнению с использованием двух СА, но только одного FM-приемника. Это бинауральное преимущество вполне согласуется с результатми изучения эффекта бинаурального слуха и бинаурального слухопротезирования (Markides, 1977; Nabelek, Mason, 1981; Hawkins, Yacullo, 1982; Feuerstein, 1992; McCullouh, Abbas, 1992).Отмечавшийся эффект бинаурального прослушивания в шумной обстановке составлял 2-3 дБ (Markides, 1977; Nabelek, Mason, 1981; Feuerstein, 1992; McCullouh, Abbas, 1992). В частности, Nabelek, Mason (1981) изучали разборчивость речи в шуме у 21 испытуемого с двусторонней нисходящей СНТ I-II степени. Результаты показали. что при бинауральном прослушивании разборчивость речи на 5,9-7,2% выше по сравнению с монауральным. Учитывая, что прирост разборчивости речевого материала составляет около 3% на 1 дБ, можно прийти к выводу, что бинауральное прослушивание приводит к улучшению разборчивости на 2-3 дБ. Бинауральное преимущество сохраняется и при использовании СА.Hawkins, Yacullo (1984) изучали разборчивость речи в шуме у 11 лиц с двусторонней симметричной СНТ I-II степени при монауральном и бинауральном использовании СА. В этой работе показано значительное повышение разборчивости речи при двустороннем применении СА по сравнению с односторонним. Улучшение разборчивости речи составило около 2-3 дБ. Поэтому неудивительно, что бинауральное использование СА с FM-системами способствует лучшему восприятию речи, чем использование двух СА, но одной FM-системы.
Следует также отметить, что разборчивость речи была существенно выше при использовании двух FM-приемников в режиме «только FM» по сравнению с режимом FM+M. В среднем при использовании режима «только FM» разборчивость речи в шуме была на 2,3 дБ выше, чем в режимеFM+M. Этот результат также согласуется с данными предшествующих исследований. А именно, Hawkins (1984) сообщил о повышении разборчивости речи в шуме на 7,9-16,9 дБ при использовании «только FM» по сравнению с FM+M. Fabry (1994) также указывал, что наилучшая разборчивость достигается при применении режима «только FM». При этом он получил улучшение разборчивости на 3-7 дБ по сравнению с FM+M, что соответствовало значениям RTS от -15,9 до -16,1 дБ.

Практическое значение результатов

Результаты данного исследования имеют огромное значение для клинической практики. Хотя в предыдущих работах показано. что использование СА с направленными микрофонами позволяет повысить разборчивость речи в шуме на 3-8 дБ по сравнению с ненаправленным микрофоном, этого может быть недостаточно для лиц с СНТ (Valente с соавт., 1995; Gravel с соавт., 1999; Kuk с соавт., 1999; Preves с соавт., 1999; Ricketts, Dhar, 1999; Pumford с соавт., 2000; Rickets, 2000; Valente с соавт., 2000; Lindey, Henry, 2001). Кроме того, прирост разборчивости за счет использования технологии направленных микрофонов отличается значительной межиндивидуальной вариабельностью (Killion с соавт., 1998; Ricketts, Mueller, 2000; Cord с соавт., 2002). В настоящее время не существует методики, способной достоверно спрогнозировать результаты использования направленных микрофонов у того или иного пациента.
Все участники исследования, в обоих научных центрах, отметили значительное улучшение разборчивости речи при пользовании FM-системами. Несмотря на то, что FM-системы уже давно хорошо зарекомендовали себя при использовании в шумной обстановке, лишь относительно небольшое количество пациентов пользуется этой технологией. Фактически, недавние исследования показали, что менее 5% взрослых людей, пользующихся СА, используют также и FM-системы (Crandell, Smaldino, 2000). Имея документальное подтверждение улучшения разборчивости речи в шуме, клинические аудиологи просто обязаны предложить своим пациентам технологию FM при обсуждении подходов к реабилитации. Аудиолог должен описать технологию FM, способы ее практического применения, рассказать о документированных преимуществах этого способа передачи сигналов.
Кроме того, описываемые в данной статье исследования позволяют судить о степени улучшения разборчивости речи при различных вариантах сочетания FM со слуховыми аппаратами. Эта информация очень важна для аудиолога, рассказывающего пациентам об использовании FM-систем в повседневной жизни. Например, участники исследования продемонстрировали лучшую разборчивость речи в шуме при бинауральном использовании FM-приемников по сравнению с монауральным. Разница составила в среднем 2,7 дБ, что соответствует улучшению разборчивости словесного материала примерно на 8%. Для фразовой речи этот показатель еще выше – около 27%. Следовательно, подобно тому, как бинауральное слухопротезирование существенно повышает показатели восприятия речи, так же и бинауральное использование FM-приемников способствует значительному повышению разборчивости по сравнению с бинауральным ношением слуховых аппаратов, но лишь с однимFM-приемником. Далее, у большинства участников исследования были лучшие показатели разборчивости речи при бинауральном использованииFM-систем в режиме «только FM» по сравнению с режимом FM+M. Различие составило 2,3 дБ, что соответствует улучшению разборчивости слов на 7% и фраз – на 23%. Поэтому в сложной акустической обстановке следует рекомендовать пациентам переключать FM-приемники в режим «только FM», если они не должны контролировать собственный голос или не хотят общаться с окружающими, чьи голоса не поступают в FM-передатчик.

Литература
  • Cord, M, Surr, R, Walden, B, Olson, L. (2002). Performance of directional microphone hearing aids in everyday life. J Am Acad Audiol 13(6): 295- 307.

  • Crandell, C, Smaldino, J. (2001). Improving classroom acoustics: Utilizing hearing-assistive technology and communication strategies in the educational setting. Volta Review 101(5): 47-62.

  • Crandell, C, Smaldino, J. (2000). Room acoustics and amplification. In Valente, M., Roeser, R., and Hosford-Dunn, H. (Eds.), Audiology: TreatmentStrategies, New York: Thieme.

  • Crandell, C, Smaldino, J, Flexer, C. (1995). Sound field amplification. Theory and practical application. San Diego: Singular Publishing Company.

  • Crandell, C, Smaldino, J, Lewis, M.S., Kreisman, B. (2002). Auditory rehabilitation technology: Improving communication for individuals with hearing loss. In Valente M. (ed.), Hearing Aids: Standards, Options, and Limitations, New York: Theime.

  • Fabry, D. (1994). Noise reduction with FM systems in FM/EM mode. Ear Hear 15: 82-86.

  • Feuerstein, J. (1992). Monaural versus binaural hearing: Ease of listening, word recognition, and attentional effort. Ear Hear 13(2): 80-86.

  • Gravel, J, Fausel, N, Liskow, C, Chobot, J. (1999). Children’s speech recognition in noise using omni-directional and dual-microphone hearing aid technology. Ear Hear 20: 1-11.

  • Hawkins, D. (1984). Comparisons of speech recognition in noise by mildly-to-moderately hearingimpaired children using hearing aids and FM systems. J Speech Hear Disord 49: 409-418.

  • Hawkins, D, Yacullo, W. (1984). Signal-tonoise advantage of binaural hearing aids and directional microphones under different levels of reverberation. J Speech Hear Disord 49: 278-285.

  • Killion, M, Schulein, R, Christensen, L, Fabry, D, Revit, L, Niquette, P, Chung, K. (1998). Real world performance of an ITE directional microphone. Hear J 51(4): 24-26, 30, 32-36, 38.

  • Kuk, F, Kollofski, C, Brown, S, Melum, A, Rosenthal, A. (1999). Use of a digital hearing aid with directional microphones in schoolaged children. J Amer Acad Audiol 10: 535-548.

  • Lewis, MS (2002). Speech perception in noise: Directional microphones versus frequency modulation (FM) systems. Unpublished doctoral dissertation, University of Florida, Gainesville.

  • Lewis, MS, Crandell, C, Kreisman, N. (In Review). Frequency modulation technology and speech perception in noise: Effects of microphone and fitting configuration.

  • Lewis, MS, Crandell, C, Valente, M, Enrietto, J. 2004). Speech perception in noise: Directional microphones versus frequency modulation (FM) systems. J Am Acad Audiol 15 (6): 424-437

  • Markides, A. (1977). Binaural Hearing Aids. New York: Academic Press.

  • McCullough, J, Abbas, P. (1992). Effects of interaural speech-recognition differences on binaural advantage for speech in noise. J Am Acad Audiol 3: 255-261.

  • Nabelek, A, Mason, D. (1981). Effect of noise and reverberation on binaural and monaural

  • word identification by subjects with various audiograms. J Speech Hea Res 24: 375-383.

  • Pittman, A, Lewis, D, Hoover, B, Stelmachowicz, P. (1999). Recognition performance for four combinations of FM system and hearing aid microphone signals in adverse listening conditions. Ear Hear 20: 279-289.

  • Preves, D, Sammeth, C, Wynne, M. (1999). Field trial evaluations of a switched directional/omnidirectional in-the-ear hearing instrument. J Amer Acad Audiol 10: 273-284.

  • Pumford, J, Seewald, R, Scollie, S, Jenstad, L. (2000). Speech recognition with in-the-ear and behind-the-ear dual-microphone hearing instruments. J Amer Acad Audiol 11: 23-35.

  • Ricketts, T. (2000). Impact of noise source configuration on directional hearing aid benefit and performance. Ear Hear 21: 194-205.

  • Ricketts, T, Dhar, S. (1999). Comparison of performance across three directional hearing aids. J Amer Acad Audiol 10: 180-189.

  • Ricketts, T, Mueller, G. (2000). Predicting directional hearing aid benefit for individual listeners. J Amer Acad Audiol 11: 561-569.

  • Ricketts, T, Lindey, G, Henry, P. (2001). Impact of compression and hearing aid style on directional hearing aid benefit and performance. Ear Hear 22: 348-361

  • Valente, M, Fabry, D, Potts, L. (1995). Recognition of speech in noise with hearing aids using dual microphones. J Amer Acad Audiol 6(6): 440-450.

  • Valente, M, Schuchman, G, Potts, L, Beck, L. (2000). Performance of dual-microphone inthe-ear hearing aids. J Amer Acad Audiol 11: 181-189.