04 Август 2017

Значение отображения речи (Speech Mapping) в настройке слуховых аппаратов

Brian C.J. Moore Department of Experimental Psychology, University of Cambridge, Downing Street, Cambridge CB2 3EB, England

Значение отображения речи (Speech Mapping) в настройке слуховых аппаратов. Скачать PDF, 260 Кб
Перевод: Владимир Гауфман

Введение: Современные многоканальные слуховые аппараты имеют большое количество параметров настройки. Обычно изменяются пороги компрессии и усиление двух или более уровней независимо в каждом частотном канале или в группе каналов. Также возможно изменить частоту кроссовера между каналами (чаще всего для аппаратов с малым количеством каналов). Иногда возможно настраивать время срабатывания и восстановления компрессии или выбирать между двумя различными формами компрессии: двойной постояной (Moore and Glasberg, 1988; Stone et al., 1999) или быстрой (слоговой) (Villchur, 1973; Moore et al., 1992). К тому же доступны дополнительные функции, такие как: подавление низкоуровневых сигналов (expansion), подавление обратной связи или шумоподавление. Большое количество параметров настройки подразумевает необходимость наличия хорошо описанного пути настройки слухового аппарата для конкретного пользователя и верификации должного функционирования.
Настройка современных слуховых аппаратов происходит в два этапа. Первый этап — установка параметров слухового аппарата согласно «формуле», или компьютерная процедура, обычно используя данные аудиограммы, которые могут быть сочетаться с данными об уровне дискомфорта. Примеры такой процедуры: DSL(i/o) (Cornelisse et al., 1995), NAL-NL1 (Byrne et al., 2001), CAMEQ (Moore et al., 1999) и CAMREST (Moore, 2000).
Второй этап подразумевает тонкую настройку, учитывая акустические характеристики конкретного уха, а также индивидуальные потребности и пожелания. Неоднократно доказано, что уровни усиления, установленные в слуховом аппарате, не точно соответствуют уровням усиления, полученным в реальном ухе. (Swan and Gatehouse, 1995; Aarts and Caffee, 2005). Поэтому важно достичь требуемых уровней усиления в реальном ухе, приводя подстройку к целевым уровням. Чаще всего такой подход реализуется при использовании измерения «реального уха», основанного на измерительном внутриканальном микрофоне (probe microphone) (Mueller et al., 1992). Чаще всего измерения проводятся путем подачи искусственных тестовых сигналов, таких как: чистые тоны, узкополосные шумы, «речевые» шумы.

Проблемы традиционного подхода.

Несколько ограничений традиционного пути проведения измерений реального уха:
- Уровни усиления, реально достигаемые при использовании ежедневных сигналов (речь или музыка) могут значительно отличаться от уровней, измеренных при использовании постоянных сигналов (тоны или шум). Разница зависит от количества каналов слухового аппарата, временных характеристик и порогов компрессии. (Stone and Moore, 1992; Verschuure et al., 1996; Souza, 2002; Henning and Bentler, 2005; Jenstad and Souza, 2005). Отличия есть даже при отключении систем шумоподавления и подавления обратной связи.
- В случае использования системы подавления обратной связи чистый тон тестового сигнала может быть «интерпретирован» слуховым аппаратом как обратная связь. В таком случае тестовый сигнал будет полностью или частично подавлен и полученные уровни усиления не будут полностью соответствовать уровням повседневного ношения. В некоторых слуховых аппаратах возможно отключение системы подавления обратной связи во время тестирования, но подобный маневр может привести к изменению частотного ответа.
- Большинство слуховых аппаратов содержат один из видов систем шумоподавления. Если в каком-то отдельном частотном диапазоне преобладает шум или другой постоянный звук, усиление слухового аппарата уменьшается в этом частотном канале. Если тестовый сигнал представляет собой постоянный шум или тон, то усиление, полученное при измерении «реального уха», может быть значительно меньше, чем при повседневном использовании. В некоторых слуховых аппаратах возможно отключение системы шумоподавления во время тестирования, но это может приводить к изменению частотного ответа слухового аппарата.
- Звуки, используемые для измерений «реального уха», не соотносятся с теми звуками, что привык воспринимать пользователь слухового аппарата в реальной жизни, например, голос супруга или родителя.

Решение: отображение речи.
Решением всех проблем, описанных выше, является «отображение речи» (speech mapping), такой системой, как Aurical “Visible Speech” от GN Otometrics. Система отображения речи представляет собой визуализацию спектров звука в слуховом проходе пользователя слуховых аппаратов и напрямую указывает на слышимость важных звуков, таких, как речь родственника или друга.

Данная система речевого отображения включает беспроводной бинауральный воротник SpeechLink 100 и программное обеспечение Visible Speech:
  • Два модуля, каждый из которых содержит референтный и измерительный микрофон. Модуль одевается на ухо с помощью резиновой петли. Измерительный микрофон изначально калибруется относительно референтного микрофона и затем вводится в наружный слуховой проход пользователя до установки слухового аппарата. Спектр полученного от микрофонов сигнала обрабатывается в реальном времени. Данные передаются в компьютер посредством модуля беспроводной связи размещенного на резиновом воротнике.
  • Программное обеспечение представляет в реальном времени отображение спектра звука в слуховом проходе. Пиковые уровни могут быть зафиксированы при необходимости. Спектрограмма может быть представлена как в формате высокого разрешения, так и в более привычном виде 1/3 октавных полос. В любом случае уровни отражают слышимость сигналов в слуховом проходе на каждой из частот. Спектральные уровни могут быть представлены как в дБ УЗД, так и в дБ ПЧ. Экран включает график порогов слуха и уровней дискомфорта пациента (могут быть рассчитаны из аудиограммы, если не измерены реально), «речевой банан», отображающий частотный диапазон, и уровни речи при типичном разговоре. Экран может быть выведен поверх (On top) остальных программ.
  • При необходимости система может быть использована совместно с программатором NoahLink, что позволяет производить настройку слухового аппарата при одновременном использовании VisibleSpeech. NoahLink, он может быть подсоединен непосредственно к воротнику.
Значение отображения речи
Рис. 1. Современная измерительная система с беспроводным бинауральным воротником.

Основное преимущество системы отображения речи в том, что для усиления в слуховом аппарате используются реалистичные сигналы, такие, как речь или музыка, и слуховой аппарат находится в своем естественном функциональном состоянии (с включенными системами шумоподавления и подавления обратной связи). Такие факторы, как количество и ширина каналов, автоматически принимаются во внимание, и на самом деле «то, что вы вы видите, и есть то, что вы получаете». Неточности и ошибки, возникающие при использовании искусственных сигналов, полностью исключены.
Значение отображения речи
Рис. 2. Система отображенипя речи в режиме «On top».

Тестовые сигналы могут подаваться как «вживую» (к примеру, супруг или родитель разговаривает с пациентом), так и через компьютер в виде записанных звуковых файлов. Программное обеспечение содержит набор откалиброванных тестовых сигналов, включающих речь в тишине, речь в различных типах шума, уличный шум и различные типы музыки, что позволяет симулировать большинство различных ежедневных акустических ситуаций.
Так как экран содержит данные аудиограммы, легко понять, какая часть спектра сигнала, к примеру, речи, слышима пациенту. Если пики спектра разговорной речи достигают верхнего уровня речевого банана по всему частотному диапазону, то можно считать, что речь полностью слышима. Специалист может быть уверен, что разборчивость речи пациента не ухудшается ограниченной слышимостью. Если пики нормальной разговорной речи не достигают вершины речевого банана на некоторых частотах, значит, восприятие речи не оптимально на данных частотах и усиление слухового аппарата в этих частотных диапазонах должно быть увеличено. Если пики нормальной разговорной речи превышают вершину речевого банана на некоторых частотах, то это указывает на завышенное усиление на данных частотах, и слуховой аппарат должен быть перепрограммирован для уменьшения усиления.
Значение отображения речи
Рис. 3. «Живые» звуки и библиотека звуков.

Некоторые другие преимущества отображения речи и Visible Speech.
  • Система может отображать такие функциональные эффекты слухового аппарата, которые не будут выявлены обычными измерениями. Например, эффекты подавления низкоуровневых сигналов (экспансия, софт-сквелч), часто используемые в слуховых аппаратах для подавления низкоамплитудного шума, генерируемого самими слуховыми аппаратами (чаще всего микрофоном и аналогово-цифровым преобразователем). Традиционные системы измерения реального уха обычно используют тестовые сигналы интенсивностью от 50 дБ УЗД до 85 дБ УЗД. Но подобные измерения никак не учитывают работу систем подавления низкоуровневых сигналов. В большинстве слуховых аппаратов порог срабатывания подавления низкоуровневых сигналов лежит в диапазоне 35-45 дБ УЗД. Часто не принимается в расчет, что для тихой речи с общим уровнем в 55 дБ УЗД, высокочастотный компонент может иметь уровень всего 30-40 дБ УЗД (Moore et al., 1999). И если порог подавления низкоуровневых сигналов установлен достаточно высоко в высокочастотных каналах слухового аппарата, то это может приводить к ухудшению слышимости и разборчивости речи (Moore et al., 2004). Отображение речи укажет на возникновение такого эффекта при его наличии. И если пациенту требуется лучшая разборчивость тихой речи, то порог подавления низкоуровневых сигналов может быть понижен или подавление может быть вовсе отключено.
  • Пациент и его родственники принимают большее участие в процедуре настройки. Если восприятие речи в слуховом аппарате ограничено, то такое ограничение будет хорошо продемонстрировано и интуитивно понятно. Этот эффект особено полезен при настройке слуховых аппаратов для детей. В случае невозможности полноценной компенсации потери слуха, к примеру, в связи с тяжелым снижением слуха на высоких частотах, пациент и родственники могут легко понять причину ограниченного восприятия речи пациентом.
    В случае появления больших возможностей протезирования в такой ситуации, пациент и родственники могут сразу увидеть положительные изменения на экране.
  • Система отображения речи может дать представление о том, какие проблемы с дискомфортной громкостью будут происходить в повседневной жизни. Для выявления подобных ситуаций подаются предварительно записанные тестовые сигналы, а на экране отображается возможное превышение уровня дискомфорта на конкретных частотах. И в случае необходимости уровни компрессии или ограничение максимального выхода могут быть сразу отрегулированы для исключения ощущения дискомфортной громкости, что снижает потребность пациента в повторной настройке. (Cunningham et al., 2002).
  • Система Aurical Visible Speech полностью беспроводная, что позволяет пациенту перемещаться по кабинету. Это дает возможность проводить исследование восприятия речи при прослушивании из другого конца кабинета или даже из другого кабинета.
  • Симулятор потери слуха, позволяющий родственникам понять, что представляет собой снижение слуха данного пацинета.
  • Симулятор слуховых аппаратов, позволяющий сымитировать эффект многоканального слухового аппарата и показать улучшения слуха для первичных пациентов. Также этот инструмент совместно с симулятором потери слуха может быть полезен для демонстрации работы слуховых аппаратов для родственников пациента.

Заключение

Visible Speech - ценный инструмент для специалистов в области слухопротезирования, позволяющий заметно улучшить точность настройки и верификации слуховых аппаратов, непосредственно отображающий восприятие ежедневных звуков, таких, как речь, позволяющий настраивать параметры слуховых аппаратов для оптимизации восприятия речи и с целью избежания появления дискомфортной громкости, вовлекающий пациента и родственников в процесс настройки, что приводит к лучшей разборчивости и удовлетворению пациента и снижает потребность в повторных визитах, сохраняя время и деньги.

Литература
  • Aarts, N. L., and Caffee, C. S. (2005). “Manufacturer predicted and measured REUR
  • values in adult hearing aid fitting: Accuracy and clinical usefulness,” Int. J.Audiol. 44, 293-301.
  • Byrne, D., Dillon, H., Ching, T., Katsch, R., and Keidser, G. (2001). “NAL-NL1 procedure for fitting nonlinear hearing aids: characteristics and comparisons with other procedures,” J. Am. Acad. Audiol. 12, 37-51.
  • Cornelisse, L. E., Seewald, R. C., and Jamieson, D. G. (1995). “The input/output formula: A theoretical approach to the fitting of personal amplification devices,” J. Acoust. Soc. Am. 97, 1854-1864.
  • Cunningham, D. R., Laó-Dávila, R. G., Eisenmenger, B. A., and Lazich, R. W. (2002). «Study finds use of Live Speech Mapping reduces follow-up visits and saves money,» Hear. J. 55, 43-46.
  • Henning, R. W., and Bentler, R. (2005). «Compression-dependent differences in hearing aid gain between speech and nonspeech input signals,» Ear Hear. 26, 409-422.
  • Jenstad, L. M., and Souza, P. E. (2005). “Quantifying the effect of compression hearing aid release time on speech acoustics and intelligibility,” J. Speech. Lang. Hear. Res. 48, 651-667.
  • Moore, B. C. J. (2000). “Use of a loudness model for hearing aid fitting. IV. Fitting hearing aids with multi-channel compression so as to restore “normal” loudness for speech at different levels,” Br. J. Audiol. 34, 165-177.
  • Moore, B. C. J., and Glasberg, B. R. (1988). “A comparison of four methods of implementing automatic gain control (AGC) in hearing aids,” Br. J. Audiol. 22, 93-104.
  • Moore, B. C. J., Glasberg, B. R., and Stone, M. A. (1999). “Use of a loudness model for hearing aid fitting. III. A general method for deriving initial fittings for hearing aids with multi-channel compression,” Br. J. Audiol. 33, 241-258.
  • Moore, B. C. J., Johnson, J. S., Clark, T. M., and Pluvinage, V. (1992). “Evaluation of a dual-channel full dynamic range compression system for people with sensorineural hearing loss,” Ear Hear. 13, 349-370.
  • Moore, B. C. J., Stainsby, T. H., Alcántara, J. I., and Kühnel, V. (2004). “The effect on speech intelligibility of varying compression time constants in a digital hearing aid,” Int. J. Audiol. 43, 399-409.
  • Mueller, H. G., Hawkins, D. B., and Northern, J. L. (1992). Probe Microphone Measurements: Hearing Aid Selection and Assessment (Singular, San Diego, CA).
  • Souza, P. E. (2002). “Effects of compression on speech acoustics, intelligibility, and sound quality,” Trends Amplif. 6, 131-165.
  • Stone, M. A., and Moore, B. C. J. (1992). “Syllabic compression: Effective compression ratios for signals modulated at different rates,” Br. J. Audiol. 26, 351-361.
  • Stone, M. A., Moore, B. C. J., Alcántara, J. I., and Glasberg, B. R. (1999). “Comparison of different forms of compression using wearable digital hearing aids,” J. Acoust. Soc. Am. 106, 3603-3619.
  • Swan, I. R., and Gatehouse, S. (1995). “The value of routine in-the-ear measurement of hearing aid gain,” Br. J. Audiol. 29, 271-277.
  • Verschuure, J., Maas, A. J. J., Stikvoort, E., de Jong, R. M., Goedegebure, A., and Dreschler, W. A. (1996). “Compression and its effect on the speech signal,” Ear Hear. 17, 162-175.
  • Villchur, E. (1973). “Signal processing to improve speech intelligibility in perceptive deafness,” J. Acoust. Soc. Am. 53, 1646-1657