05 Август 2017

О преимуществах бинаурального слухопротезирования

Tammara Stender, AuD – главный аудиолог GN ReSound Global Audiology в Гленвью (штат Иллинойс, США)

Обсуждаются результаты предыдущих исследований и современные технологические достижения в области обеспечения пользователям слуховых аппаратов наиболее естественного бинаурального звуковосприятия.

Преимущества двустороннего подбора слуховых аппаратов при наличии корригируемой двусторонней тугоухости, в целом, не вызывают сомнений. Если пациенты с двусторонней тугоухостью спрашивают: «Нужны ли мне два слуховых аппарата?», вы можете ответить: «Да, потому что у вас снижен слух в обоих ушах».

Но, как мы знаем, полный ответ на этот вопрос займет гораздо больше 5 секунд. Вот только часть преимуществ бинаурального звукоусиления:
  • Улучшение локализационных способностей, т.е. возможности определить местонахождение источника звука [1-3];
  • Повышение разборчивости речи в шуме [4-6], частично связанное с пространственным высвобождением из маскировки [7];
  • Предотвращение слуховой депривации непротезированного уха при наличии в нем корригируемой тугоухости [8-12]; депривация, как правило, ведет к нарушению разборчивости речи [11];
  • Возможное облегчение симптомов тиннитуса [13].

Несмотря на то, что большинство этих преимуществ известно уже давно, продолжают появляться результаты новых исследований бинаурального и монаурального слухопротезирования. В опубликованной в 2014 году работе установлено, что пациенты, сразу же получившие два аппарата, гораздо легче воспринимают необходимость использования двух аппаратов по сравнению с теми, кому вначале был подобран один аппарат, а лишь через месяц – второй [14]. Фактически, последовательный подбор (вначале один аппарат, затем второй) привел к меньшему использованию обоих аппаратов.
Результаты еще одного, относительно недавнего, исследования, выполненного с участием ветеранов, показали, что использование двух слуховых аппаратов способствует лучшему пониманию речи на фоне шума [15]
Конечно, как всегда, когда дело касается широких рекомендаций, имеются факторы, препятствующие успешному использованию двустороннего звукоусиления. Одним из таких препятствий может стать возникновение бинауральных помех, связанных с сочетанием тугоухости с одним из вариантов нарушения слуховой обработки (см. обзор Holmes, 2003 [16]). Но, как подчеркивает Holmes, преимущества двустороннего подбора слуховых аппаратов значительно перевешивают недостатки, особенно если дело касается пожилых пациентов с прогрессирующей тугоухостью.
Важно отметить, что простого подбора двух слуховых аппарата с компрессией в широком динамическом диапазоне (WDRC) недостаточно для получения всех перечисленных выше преимуществ. Ярким примером может служить известное отрицательное влияние компрессии на точность локализации. Суть компрессии состоит в том, что тихие звуки усиливаются в большей степени, чем громкие. Поэтому громкий высокочастотный звук, поступивший сбоку, будет усиливаться ближайшим к нему аппаратом в меньшей степени, чем противоположным аппаратом, где он ослабляется за счет эффекта тени головы. В результате межушное различие интенсивностей, используемое мозгом для локализации источника звука, существенно уменьшится. Таким образом, само по себе двустороннее слухопротезирование не способствует использованию мозгом своих возможностей бинауральной обработки.

Двусторонний подбор не всегда можно расценивать как «бинауральный»

Используемые сегодня цифровые технологии позволяют слуховым аппаратам выполнять сложные расчеты и преобразования, устраняя обратную связь и подавляя окружающий шум. Но очень часто все это происходит как бы в вакууме, на уровне каждого слухового аппарата в отдельности.
Это значит, что слуховой аппарат не представляет, что происходит в этот момент с противоположной стороны. В ряде случаев это неплохо, потому что такие проблемы, как обратная связь или шум ветра, устраняются лучше, если слуховые аппараты работают независимо.
Однако, с точки зрения направленности и подавления акустического шума, такая автоматическая обработка может привести к нежелательным результатам. Например, один слуховой аппарат может переключиться в направленный режим, а второй – нет. Или же уровень шумоподавления в одном из аппаратов может оказаться слабее, чем в другом, за счет разной классификации аппаратами окружающей обстановки. В целом, такие функции могут даже свести на нет бинауральные преимущества и ухудшить естественность звучания, ожидаемую пациентом.
Для решения этой проблемы были предложены новые функции, использующие беспроводную связь слуховых аппаратов друг с другом. Эти функции призваны решить такие задачи, как выделение самого громкого речевого сигнала и/или улучшение отношения сигнал-шум (ОСШ) для этого приоритетного сигнала.
Например, в одном из вариантов слуховые аппараты выбирают двусторонний ненаправленный режим, обратную двустороннюю направленность или двустороннюю адаптивную направленность, в зависимости от классификации обстановки, выполняемой каждым аппаратом. При этом, независимо от принятого решения, оба аппарата участвуют в формировании окончательной характеристики. Вовлеченность в процесс обоих слуховых аппаратов приводит к использованию термина «бинауральный» в маркетинговых и рекламных материалах.
Фактически, как установлено недавними исследованиями когнитивных последствий слухопротезирования (например, Arehart и соавт., 2013 [17]), сам термин «бинауральный» становится маркетинговым синонимом современных слуховых аппаратов, способных связываться друг с другом беспроводным путем.
Однако термин «бинауральный» включает в себя гораздо больше, чем подбор пациенту двух аппаратов или даже чем совместное функционирование двух аппаратов для достижения общей цели. Зачастую результат такой совместной обработки полезен лишь в определенных ситуациях. Например, в случае совместной координированной направленности слуховые аппараты вместе находят сигнал, на котором следует сфокусироваться (как правило, самый громкий речевой сигнал), и заставляют пользователя слушать именно его, делая все остальные сигналы менее слышимыми. Самый громкий речевой сигнал действительно может представлять интерес для слушателя, но это справедливо далеко не во всех случаях. Пользователь может не услышать более тихий речевой сигнал, если его источник находится за пределами луча направленности. Между тем, именно этот сигнал может представлять для него наибольший интерес.
Кроме того, луч направленности не относится к числу естественных механизмов звуковосприятия, т.к. человек, не пользующийся слуховыми аппаратами, сам выбирает важные для него сигналы, подключая к этому процессу бинауральный слух. Поэтому важно, чтобы эти беспроводные функции, преподносимые как «бинауральные», действительно обладали заявляемыми бинауральными преимуществами.

Лучшее определение бинауральной слуховой поддержки

Основная задача ReSound – разработка технологий, поддерживающих естественные механизмы человеческого слуха. Начиная с запуска ReSound Verso и заканчивая новейшим предложением, ReSound LiNX, ReSound предлагает множество совершенных функций, использующих беспроводную связь аппаратов друг с другом и направленных на решение одной задачи – поддержка естественных процессов, протекающих в головном мозге.
Эти процессы способствуют естественному анализу акустической обстановки [18], включающему обнаружение новых звуков в окружающей среде (например, телевизионной рекламы) и возможность выбора звуков, представляющих интерес (например, голос внука, задающего вопрос). Мозг может справиться с такими задачами только в том случае, если он получает истинное представление об окружающей звуковой среде.
Бинауральная направленность

Бинауральная направленность – премиальная функция направленности, доступная при подборе пациенту двух слуховых аппаратов ReSound. Она управляет характеристиками микрофонов обоих аппаратов, способствуя осведомленности пациента о звуковом окружении и позволяя ему выбрать нужный источник звука в этом окружении.
О преимуществах бинаурального слухопротезирования
Рис. 1: 4 варианта направленности

Исходя из опубликованных результатов научных исследований о пользовательских предпочтениях направленности в различном звуковом окружении [19,20], а также на основании лабораторных исследований характеристик микрофонов, дающих максимальную разборчивость речи в шуме [21-26] и комфортность звуковосприятия [22] в сложной акустической обстановке, бинауральная направленность предлагает пациентам четыре варианта двусторонней характеристики микрофонов. Двусторонний ненаправленный режим выбирается в тишине и в ситуации «только речь»; двусторонний направленный режим включается, если в шумной обстановке источник речи находится непосредственно перед слушателем; два зеркальных варианта асимметричного режима (ненаправленный с одной стороны и направленный – с другой) предлагаются если в шумной обстановке источник речи не расположен непосредственно перед слушателем или если речь в шумной обстановке отсутствует (рис. 1).
Каждый из этих четырех возможных вариантов двусторонней характеристики микрофонов выбирается на основании классификации окружения с помощью алгоритма Environmental Classifier. Пользователи могут применить возможности бинауральной обработки сигнала, присущие их мозгу, т.к. ненаправленная характеристика одного из аппаратов помогает им слышать все звуки и самостоятельно решать, какой из них представляет наибольший интерес. Это достигается благодаря отсутствию «туннельного слуха», обусловленного направленностью. Данная функция полностью соответствует принципу предоставления мозгу полноценного слухового входа для возможности дальнейшей самостоятельной концентрации на наиболее важной информации.

Дополнительные преимущества алгоритма Directional Mix

Бинауральная направленность, как и все варианты направленности, предлагаемые ReSound, включает почастотную обработку, называемую Directional Mix. Низкочастотные звуки обрабатываются ненаправленным способом, тогда как высокочастотные звуки участвуют в формировании направленной характеристики, если она была выбрана (например, в двустороннем направленном или асимметричном направленном режиме). Это означает, что даже в случае автоматического выбора двусторонней направленности пациент будет иметь представление об окружающей звуковой среде благодаря ненаправленной обработке низкочастотных звуков.
Это особенно важно при закрытом протезировании, когда низкочастотные звуки поступают в ухо усиленными. При открытом протезировании, когда значительная часть низкочастотных звуков минует тракт усиления слухового аппарат, эффект Directional Mix может быть неочевиден. Однако в этом случае низкочастотные звуки поступают в ухо естественным путем, неся информацию об окружающей звуковой среде.
Кроме того, ненаправленная обработка низких частот восстанавливает слышимость, ухудшающуюся из-за свойственного направленным микрофонам срезания низкочастотной составляющей сигнала. При этом не приходится прибегать к выравниванию низких частот за счет дополнительного усиления (например, «bass boost»), вызывающего искусственный шум. По этой же причине переход от ненаправленного режима к направленному становится менее заметным.
О преимуществах бинаурального слухопротезирования
Рис. 2: Различная диаграмма направленности для звуков разной частоты.

Почастотная обработка также способствует подавлению шума ветра, по сравнению с технологиями, подразумевающими формирование направленности во всем частотном диапазоне в сочетании с bass boost. Известно, что шум ветра более проблематичен при выравнивании полного спектра направленной характеристики, создаваемой двумя микрофонами [27,28]. Кроме того, низкочастотные длинноволновые звуки естественным образом формируют ненаправленную характеристику за счет огибания головы. Различная обработка низко- и высокочастотных звуков алгоритмом Directional Mix (рис. 2) приводит к улучшению переднезадней локализации, по сравнению с полночастотной характеристикой направленности [29].
Directional Mix можно предварительно установить на один из четырех уровней (от «очень слабо» до «сильно»), в зависимости от низкочастотных порогов слышимости пациента и модели подбираемого слухового аппарата. Эта настройка находится в обратной зависимости от граничной частоты между ненаправленной и направленной обработкой сигнала (например, «очень слабо» соответствует более высокой граничной частоте, чем «сильно»). Исследованиями установлено, что, независимо от выбранного уровня, данная технология выигрывает по сравнению с ненаправленным режимом, как при открытом, так и при закрытом протезировании [30].

Заключение

Двустороннее слухопротезирование может лишить мозг информации, необходимой для бинауральной обработки сигналов. Эта бинауральная обработка, включающая способность пациента обнаруживать звуки окружающей среды и выбирать наиболее важные из них, может пострадать из-за использования функций, автоматически ограничивающих слышимость узким сектором направленности. Преимущества, предоставляемые направленностью, в сочетании с осведомленностью о звуковом окружении, позволяют пользователям слуховых аппаратов обнаруживать и выбирать интересующие их сигналы. Почастотная направленность обеспечивает пользователей дополнительной поддержкой в реализации бинауральных функций.

Адрес для переписки с д-ром Stender: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Литература
  • Punch J, Jenison RL, Durrant JD. Evaluation of three strategies for fitting hearing aids binaurally. Ear Hear. 1991;12:205-15.
  • Byrne D, Noble W, LePage B. Effects of long-term binaural and unilateral fitting of different hearing aid types on the ability to locate sounds. J Am Acad Audiol. 1992;3:369-82.
  • Byrne D, Noble W. Optimizing sound localization with hearing aids. Trends Amplif. 1998;3(2):51-73.
  • Kaplan H, Picket JM. Effects of dichotic/diotic versus monotic presentation on speech understanding in noise in elderly hearing-impaired listeners. Ear Hear. 1981;2:202-7.
  • Stach BA. Hearing aid amplification and central processing disorders. In: Sandlin RE, ed. Handbook of Hearing Aid Amplification: Vol 11 Clinical Considerations and Fitting Practices. Austin, Tex: Pro-Ed; 1990:87-111.
  • Dillon H. Hearing Aids. New York: Thieme; 2000:370-403.
  • Dawes P, Munro KJ, Kalluri S, Edwards B. Unilateral and bilateral hearing aids, spatial release from masking and auditory acclimatization. J Acoust Soc Am. 2013;134(1):596-606.
  • Silman S, Gelfand SA, Silverman CA. Effects of monaural versus binaural hearing aids. J Acoust Soc Am. 1984;76:1357-62.
  • Silman S, Silverman CA, Emmer MB, Gelfand SA. Adult-onset auditory deprivation. J Am Acad Audiol. 1992;3:390-6.
  • Hurley RM. Monaural hearing aid effect: case presentation. J Am Acad Audiol. 1993;4:285-95.
  • Moore DR. Plasticity of binaural hearing and some possible mechanisms following late-onset deprivation. J Am Acad Audiol. 1993;4:277-83.
  • Silman S. Auditory deprivation: are two aided ears better than one? Hearing Instruments. 1994;45(1):28-9.
  • Brooks DN, Bulmer D. Survey of binaural hearing aid users. Ear Hear. 1981;2:220-4.
  • Lavie L, Banai K, Attias J, Karni A. Better together: reduced compliance after sequential versus simultaneous bilateral hearing aids fitting. Am J Audiol. 2014;23:93-98.
  • McArdle RA, Killion M, Mennite MA, Chisolm TH. Are two ears not better than one? J Am Acad Audiol. 2012;23:171-181.
  • Holmes A. Bilateral amplification for the elderly: are two aids better than one? Int J Audiol. 2003;42(suppl 2):2S63-67.
  • Arehart KH, Souza P, Baca R, Kates JM. Working memory, age, and hearing loss: susceptibility to hearing aid distortion. Ear Hear. 2013;34(3):251-260.
  • Bregman AS. Auditory Scene Analysis. Cambridge, Mass: MIT Press; 1990.
  • Walden B, Surr R, Cord M, Dyrlund O. Predicting hearing aid microphone preference in everyday listening. J Am Acad Audiol. 2004;15:365-396.
  • Walden B, Surr R, Cord M, Grant K, Summers V, Dittberner A. The robustness of hearing aid microphone preferences in everyday environments. J Am Acad Audiol. 2007;18:358-379.
  • Hornsby B. Effects of noise configuration and noise type on binaural benefit with asymmetric directional fittings. Seminar presented at: 155th Meeting of the Acoustical Society of America; June 30-July 4, 2008; Paris.
  • Cord MT, Walden BE, Surr RK, Dittberner AB. Field evaluation of an asymmetric directional microphone fitting. J Am Acad Audiol. 2007;18:245-256.
  • Bentler RA, Egge JLM, Tubbs JL, Dittberner AB, Flamme GA. Quantification of directional benefit across different polar response patterns. J Am Acad Audiol. 2004;15:649-659.
  • Kim JS, Bryan MF. The effects of asymmetric directional microphone fittings on acceptance of background noise. Int J Audiol. 2011;50:290-296.
  • Hornsby B, Ricketts T. Effects of noise source configuration on directional benefit using symmetric and asymmetric directional hearing aid fittings. Ear Hear. 2007;28:177-186.
  • Coughlin M, Hallenbeck S, Whitmer W, Dittberner A, Bondy J. Directional benefit and signal-of-interest location. Seminar presented at: American Academy of Audiology 20th Annual Convention; April 2-5, 2008; Charlotte, NC.
  • Thompson SC. Directional microphone patterns: they also have disadvantages. AudiologyOnline; 2000.
  • Kates J. Digital Hearing Aids. San Diego: Plural Publishing; 2008.
  • Keidser G, O’Brien A, Hain JU, McLelland M, Yeend I. The effect of frequency-dependent microphone directionality on horizontal localization performance in hearing-aid users. Int J Audiol. 2009;48:789-803.
  • Moeller K, Jespersen C. The Effect of Bandsplit Directionality on Speech Recognition and Noise Perception. Hearing Review Products. June 2013:8-10. Available at: http://www.hearingreview.com/2013/05/the-effect-of-bandsplit-directionality-on-speech-recognition-and-noise-perception