Добавьте распознавание речи к восприятию звука.
SoundRecover стал основой нового подхода к усилению высокочастотных звуков, независимо от степени потери слуха. Благодаря технологии частотной компрессии он делает слышимыми ранее недоступные звуки. SoundRecover расширяет диапазон воспринимаемых частот и разборчивость речи, при этом звучание остается комфортным и естественным.
Свободное восприятие и точное различение высокочастотных звуков, содержащих речевую информацию, крайне важно для людей с нарушенным слухом. Эти сигналы, в частности, способствуют повышению разборчивости речи на фоне шума. Кроме того, четкое восприятие данных звуков способствует локализации и повышает качество собственной речи.
В последнее время на рынке появились цифровые слуховые аппараты, обладающие, по утверждению производителей, расширенным частотным диапазоном и, следовательно, обеспечивающие дополнительное усиление высокочастотных звуков. Однако частотный диапазон, измеренный с использованием электроакустических методов, не обязательно отражает диапазон воспринимаемых в реальных условиях частот.
Оценка диапазона воспринимаемых частот с учетом конфигурации конкретных аудиограмм показывает, что на практике далеко не всегда удается достичь ожидаемого дополнительного усиления высоких частот. В то же время, используемая в слуховых аппаратах Phonak эксклюзивная технология нелинейной частотной компрессии – SoundRecover – эффективно расширяет диапазон воспринимаемых частот за счет улучшения слышимости и разборчивости высокочастотных сигналов.
Введение
Критическим параметром любой коммуникационной системы является ширина полосы пропускания, определяющая скорость передачи информации и ее объем. Например, широкополосный доступ в Интернет работает гораздо быстрее, чем коммутируемый по телефонной линии. Это связано с тем, что широкополосное подключение использует более высокие скорости передачи цифровых данных. Полосу пропускания можно представить как диапазон частот, пропускаемый каналом связи. Чем шире полоса пропускания, тем шире диапазон пропускаемых частот и, как следствие, больше объем передаваемой по данному каналу информации.
Эту же концепцию можно применить к слуху. Принято считать, что диапазон воспринимаемых человеком частот в норме составляет от 20 Гц до 20 кГц. Однако восприятие звуков, например чистых тонов, зависит не только от частоты, но и от уровня сигнала.
Следовательно, с практической точки зрения ширину диапазона слышимых частот лучше представить в виде частотной области, в пределах которой тоны воспринимаются комфортно громкими. На рис. 1 (Robinson, Dadson, 1957) показан уровень звукового давления (в дБ УЗД), обеспечивающий одинаковую громкость восприятия тонов различной частоты.
Рис. 1. Кривые равной громкости молодых (сплошная линия) и пожилых (пунктирная линия) людей с нормальным слухом. По вертикали отложены уровни звукового давления, необходимые для создания равного ощущения громкости тонов разных частот (горизонтальная ось).
Согласно представленному графику, тон частотой 1 кГц вызывает комфортное ощущение громкости у среднестатистического человека с нормальным слухом при уровне 60 дБ УЗД. Для поддержания такого же ощущения громкости в диапазоне частот от 80 Гц до 20 кГц требуется изменение уровня тона в пределах 10 дБ. Однако на частотах ниже 80 Гц требуется существенное повышение уровня сигнала. Например, для того, чтобы тон частотой 20 Гц воспринимался с такой же громкостью, как тон частотой 1 кГц, необходимо повысить его уровень с 60 до 100 дБ УЗД. Таким образом, диапазон воспринимаемых частот существенно зависит от уровня звука, даже у нормально слышащих людей. В целом, эффективный диапазон слышимых звуков можно расширить путем повышения уровня звуков.
На рис. 1 представлена также кривая равной громкости пожилых людей с нормальным слухом (пунктирная линия). Несмотря на отсутствие патологии уха, чувствительность к высокочастотным тонам в этой возрастной группе была намного хуже, чем у молодых людей (сплошная линия). Например, на частоте 10 кГц разница в уровне звуков, вызывающих одинаковое ощущение громкости, достигала 20 дБ. С дальнейшим повышением частоты различия увеличиваются. Напротив, на частотах ниже 2 кГц ощущение громкости не зависело от возраста. Эти данные подтверждают результаты многих исследований, свидетельствующих об ухудшении высокочастотной чувствительности с возрастом, даже при отсутствии специфической патологии. Таким образом, возрастное сужение частотного диапазона слуха обусловлено уменьшением чувствительности к высоким, а не к низким частотам. К такому же сужению частотного диапазона может привести воздействие интенсивного шума, применение ототоксических препаратов и др.
Насколько вышесказанное применимо к человеку, пользующемуся слуховыми аппаратами (СА)? Ответ осложняется наличием двух взаимодействующих факторов. Во-первых, это специфическая конфигурация тугоухости, отражаемая аудиограммой. Во-вторых, это эффективная ширина полосы пропускания слухового аппарата, зависящая от его усиления и максимального выходного уровня – параметров, тесно связанных с частотой. Кроме того, некоторые алгоритмы обработки звука, например понижение частоты, могут повлиять на диапазон воспринимаемых частот. Ниже показано, что для реалистичного определения частотного диапазона, доступного пользователю СА, необходимо учитывать комбинированное влияние указанных факторов.
Значение восприятия высоких частот
Многие важные для разборчивости речи звуки преимущественно состоят из высокочастотных компонентов. Например, очень важный для понимания речи звук [c] характеризуется частотным пиком в области 4-6 кГц (в зависимости от возраста и пола), а некоторые его компоненты выходят за пределы 10 кГц. Практически во всех языках существуют звуки, разборчивость которых напрямую зависит от возможности высокочастотного восприятия. Особое значение высокочастотные речевые компоненты приобретают в условиях окружающего шума. т.к. они меньше маскируются и слушатель опирается преимущественно на них. Кроме того, возможность слышать высокочастотные звуки очень важна для маленьких детей, осваивающих речь и начинающих говорить (Stelmachowicz с соавт., 2002).
Возможность полноценного восприятия высокочастотных звуков имеет и другие преимущества (Simpson et al, 2005). Важная информация об окружающем мире, например птичье пение и другие внешние звуки, передается преимущественно с помощью высоких частот. В случае их отсутствия или недостаточной слышимости субъективное качество таких звуков оценивается как низкое (Moore, Tan, 2003). Способность людей со сниженным слухом локализовать высокочастотные звуки также повышается при использовании слухового аппарата с расширенным частотным диапазоном, потому что межушная разность интенсивности звуков позволяет судить о местоположении их источника. Для этого уровень слышимости высокочастотного сигнала должен быть достаточно высоким (Dubno с соавт., 2002).
Частотный диапазон слухового аппарата
В прошлом верхняя граница частотного диапазона аналоговых слуховых аппаратов определялась, в основном, электроакустическими характеристиками. В частности, мощные слуховые аппараты редко обладали достаточными уровнями звукового давления на частотах выше 4 кГц. Однако в последние годы развитие технологии производства ресиверов привело к тому, что ограничение частотного диапазона стало зависеть от других факторов.
У всех цифровых слуховых аппаратов есть абсолютный предел частотного диапазона, обусловленный самим процессом дискретизации, представляющим собой преобразование звуковых сигналов, поступающих в слуховой аппарат, в поток цифровой информации. Для того, чтобы непрерывно меняющийся звуковой сигнал с максимальной точностью воспроизводился цифровым процессором, необходима достаточно высокая частота дискретизации. Выбор частоты дискретизации основан на фундаментальном принципе цифровой обработки сигнала, гласящем, что максимальная частота, адекватно воспроизводимая процессором, должна быть несколько меньше половины частоты дискретизации. Для нормально слышащих людей, воспринимающих звуки частотой до 20 кГц, необходима частота дискретизации, превышающая 40 кГц. Действительно, звук, записываемый в стандартном цифровом формате компакт-диска (CD), подвергается дискретизации с частотой 44,1 кГц.
К сожалению, использование высокой частоты дискретизации может привести к нежелательным побочным эффектам. Цифровые процессоры всех современных слуховых аппаратов обрабатывают звуковые сигналы с частотой, равной или пропорциональной частоте дискретизации. Одним из последствий такой взаимосвязи является увеличение потребляемой мощности и, как следствие, сокращение срока службы батарейки. Создатели цифровых слуховых аппаратов сталкиваются с непростой дилеммой: расширять акустическую полосу пропускания аппаратов или сохранять приемлемый срок службы элемента питания. В результате частота дискретизации слухового аппарата обычно составляет около 20 кГц. Это приводит к тому, что верхняя граница полосы пропускания СА не превышает 10 кГц. В некоторых аппаратах частота дискретизации составляет 16 кГц, а верхняя граница акустической полосы пропускания – менее 8 кГц.
Существует несколько общепринятых способов измерения полосы пропускания слуховых аппаратов. Одна из таких методик разработана Американским национальным институтом стандартов (ANSI). Согласно ANSI S3.22, СА настраивают на заданное усиление (референтное тестовое усиление) и измеряют его амплитудно-частотную характеристику. На рис. 2 представлены типичные результаты тестирования двух слуховых аппаратов с широким частотным диапазоном. Вначале вычисляется среднее значение выхода слухового аппарата по трем частотам (обычно 1,0; 1,6 и 2,5 кГц) при входном уровне сигнала 60 дБ. Затем находят две частоты, на которых уровень выходного сигнала меньше этого среднего значения на 20 дБ. Эти две частоты определяют нижнюю и верхнюю границы частотного диапазона. Согласно амплитудно-частотным кривым, представленным на рис. 2, полоса пропускания Аппарата А, измеренная по методу ANSI, составляет от 100 Гц до 7,5 кГц.
Рис. 2. Пример измерения полосы пропускания двух современных слуховых аппаратов (в стандарте ANSI). Каждая кривая отображает амплитудно-частотную характеристику аппарата при уровне входного сигнала 60 дБ. Уровень выходного сигнала усредняется по трем частотам (желтые вертикальные линии); из полученного значения вычитают 20 дБ (горизонтальные пунктирные линии). Полоса пропускания ограничена двумя частотами, на которых пунктирная линия пересекает амплитудно-частотную кривую. Таким образом, верхняя граница полосы пропускания Аппарата А составляет около 7,5 кГц, а верхняя граница полосы пропускания Аппарата Б – 9,2 кГц.
На рис. 2 также представлены результаты аналогичных измерений для аппарата Б. В этом случае верхняя граница полосы пропускания, измеренная в стандарте ANSI, составляет около 9,2 кГц. Очевидно, однако, что среднее значение выходного уровня Аппарата А выше, чем у Аппарата Б. Фактически, если для измерения полосы пропускания использовать абсолютные, а не референтные, значения выходного уровня, окажется, что оба слуховых аппарата обладают одинаковыми верхними границами полосы пропускания. Это свидетельствует о том, что измерения полосы пропускания, выполненные в соответствии с техническими стандартами, не обязательно отражают эффективный частотный диапазон СА при его использовании в реальных условиях. Напротив, гораздо более информативным является определение диапазона воспринимаемых частот, учитывающее не только электроакустические характеристики слуховых аппаратов, но и индивидуальные особенности конфигурации аудиограммы пациента.
Диапазон воспринимаемых частот
Обычная аудиограмма отражает пороги слышимости человека на определенных частотах – как правило, от 125 (250) Гц до 8 кГц. По ряду причин технического и практического характера затруднительно получить достоверные пороги слышимости для частот свыше 8 кГц. Кроме того, расчетные формулы, используемые для вычисления параметров усиления и компрессии, обычно не предназначены для высокочастотного диапазона. Однако высокочастотные пороги помогают оценить полный диапазон звуков, доступный слабослышащему человеку, пользующемуся тем или иным слуховым аппаратом.
Рис. 3. Нисходящая аудиограмма, типичная для умеренного снижения слуха.
На рис. 3 представлен типичный пример умеренной тугоухости с порогами слышимости 50 дБ ПС на частоте 4 кГц и выше. Красная кривая на рис. 4 представляет собой эту же аудиограмму, преобразованную в эквивалентный уровень звукового давления у барабанной перепонки. Зеленая линия соответствует кривой настройки широкополосного слухового аппарата Phonak с отключенной функцией SoundRecover. Настройка СА максимально приближена к расчетным значениям, рекомендуемым формулой DSL v5 (для взрослых).
Рис. 4. Результаты настройки двух СА в соответствии с формулой DSL v5.0a (зеленые крестики) для аудиограммы (красная кривая), представленной на рис. 3. В слуховом аппарате Phonak (зеленая кривая) функция SoundRecover отключена. Желтая кривая соответствует другому СА, обладающему, согласно утверждению производителя, расширенным частотным диапазоном.
Очевидно, что слуховой аппарат Phonak без SoundRecover обеспечивает достаточную слышимость тестового сигнала (речь на уровне 65 дБ УЗД), по крайней мере, до частоты 6 кГц. Для сравнения на этом же рисунке приведены результаты тестирования другого высококачественного слухового аппарата (желтая кривая), обладающего, согласно утверждению производителя, расширенным частотным диапазоном (до 10 кГц). Представленные данные свидетельствуют о том, что оба аппарата обеспечивают одинаковый диапазон воспринимаемых частот применительно к использовавшейся аудиограмме. Однако ни один из них не позволяет добиться достаточной слышимости звуков частотой свыше 6 кГц, несмотря на то что в приведенном примере использовалось максимальное усиление аппаратов в высокочастотном диапазоне. Примечательно, что потеря слуха на этих частотах не превышала 50 дБ. Такая ограниченность диапазона воспринимаемых частот обусловлена техническими параметрами слуховых аппаратов.
Как решить данную проблему? В настоящее время единственный выход заключается в использовании сложного алгоритма смещения частот, позволяющего улучшить слышимость высокочастотных сигналов без ущерба для более низких частот. Уникальная технология Phonak SoundRecover расширяет доступный пользователю диапазон воспринимаемых частот путем сжатия и перемещения высокочастотной части входного сигнала. На рис. 5 показано, как неслышимые высокие частоты сжимаются для того, чтобы вместиться в диапазон воспринимаемых пациентом частот. При этом сжатию подвергаются только те звуки, частота которых превышает некоторое граничное значение. Благодаря тому, что более низкочастотные сигналы не подвергаются компрессии, удается сохранить качество звука, усиливаемого слуховым аппаратом.
Рис. 5. Расширение воспринимаемого диапазона частот с помощью SoundRecover. Верхняя цветная полоса соответствует полному частотному спектру звуков на входе слухового аппарата. Сигналы, частота которых превышает границу слышимого диапазона (сплошная вертикальная линия), не слышны пользователю СА. Однако при включении SoundRecover частота сигналов, расположенных выше граничной частоты (пунктирная вертикальная линия), подвергается компрессии, в результате чего они попадают в слышимый диапазон (нижняя цветная полоса).
Доказано, что использование SoundRecover повышает разборчивость речи в тишине и на фоне шума, а качество звучания удовлетворяет пользователей (Glista et al., 2009, Wolfe et al., 2009). Эти преимущества не связаны с возрастом, степенью тугоухости или конфигурацией аудиограммы.
На рис. 6 представлен ожидаемый эффект использования SoundRecover в слуховом аппарате Phonak. В отличие от рис. 4, здесь изображен выход СА для тестового сигнала, представляющего собой узкополосный шум с центральной частотой 6,3 кГц. Этот синтетический сигнал, по своим характеристикам подобный фонеме /с/, с недавних пор используется в системе Verifit.
Рис. 6. В отличие от рис. 4, входной сигнал представляет собой узкополосный шум с центральной частотой 6,3 кГц. Синяя кривая соответствует СА Phonak с включенной функцией SoundRecover.
Без SoundRecover (зеленая кривая) удается добиться лишь минимальной слышимости тестового сигнала, тогда как аппарат конкурента (желтая кривая) вовсе не позволяет его услышать. Учтите, что усиление высоких частот при этом максимально. При включении SoundRecover слуховой аппарат Phonak усиливает звук до четко слышимого уровня (синяя кривая). Подробное описание методики тестирования слуховых аппаратов, обладающих функцией SoundRecover, с помощью системы Verifit можно найти на сайте www.phonakpro.com/soundrecover
Итак, достижения в области обработки сигналов и конструирования телефонов позволили создать слуховые аппараты с диапазоном воспроизводимых частот до 10 кГц (в куплере). Однако в реальных условиях такие аппараты часто не справляются с усилением звуков, частота которых превышает 6 кГц, потому что сам по себе широкий частотный диапазон недостаточен для расширения диапазона воспринимаемых частот. Исследованиями доказана важность восприятия высокочастотных сигналов. SoundRecover обеспечивает их слышимость за счет расширения диапазона воспринимаемых частот, в дополнение к электроакустическим характеристикам слухового аппарата. Преимущества этой технологии доказаны в ряде научных работ, опубликованных в специальных периодических изданиях.
SoundRecover стал основой нового подхода к усилению высокочастотных звуков, независимо от степени потери слуха. Благодаря технологии частотной компрессии он делает слышимыми ранее недоступные звуки. SoundRecover расширяет диапазон воспринимаемых частот и разборчивость речи, при этом звучание остается комфортным и естественным.
Свободное восприятие и точное различение высокочастотных звуков, содержащих речевую информацию, крайне важно для людей с нарушенным слухом. Эти сигналы, в частности, способствуют повышению разборчивости речи на фоне шума. Кроме того, четкое восприятие данных звуков способствует локализации и повышает качество собственной речи.
В последнее время на рынке появились цифровые слуховые аппараты, обладающие, по утверждению производителей, расширенным частотным диапазоном и, следовательно, обеспечивающие дополнительное усиление высокочастотных звуков. Однако частотный диапазон, измеренный с использованием электроакустических методов, не обязательно отражает диапазон воспринимаемых в реальных условиях частот.
Оценка диапазона воспринимаемых частот с учетом конфигурации конкретных аудиограмм показывает, что на практике далеко не всегда удается достичь ожидаемого дополнительного усиления высоких частот. В то же время, используемая в слуховых аппаратах Phonak эксклюзивная технология нелинейной частотной компрессии – SoundRecover – эффективно расширяет диапазон воспринимаемых частот за счет улучшения слышимости и разборчивости высокочастотных сигналов.
Введение
Критическим параметром любой коммуникационной системы является ширина полосы пропускания, определяющая скорость передачи информации и ее объем. Например, широкополосный доступ в Интернет работает гораздо быстрее, чем коммутируемый по телефонной линии. Это связано с тем, что широкополосное подключение использует более высокие скорости передачи цифровых данных. Полосу пропускания можно представить как диапазон частот, пропускаемый каналом связи. Чем шире полоса пропускания, тем шире диапазон пропускаемых частот и, как следствие, больше объем передаваемой по данному каналу информации.
Эту же концепцию можно применить к слуху. Принято считать, что диапазон воспринимаемых человеком частот в норме составляет от 20 Гц до 20 кГц. Однако восприятие звуков, например чистых тонов, зависит не только от частоты, но и от уровня сигнала.
Следовательно, с практической точки зрения ширину диапазона слышимых частот лучше представить в виде частотной области, в пределах которой тоны воспринимаются комфортно громкими. На рис. 1 (Robinson, Dadson, 1957) показан уровень звукового давления (в дБ УЗД), обеспечивающий одинаковую громкость восприятия тонов различной частоты.
Рис. 1. Кривые равной громкости молодых (сплошная линия) и пожилых (пунктирная линия) людей с нормальным слухом. По вертикали отложены уровни звукового давления, необходимые для создания равного ощущения громкости тонов разных частот (горизонтальная ось).
Согласно представленному графику, тон частотой 1 кГц вызывает комфортное ощущение громкости у среднестатистического человека с нормальным слухом при уровне 60 дБ УЗД. Для поддержания такого же ощущения громкости в диапазоне частот от 80 Гц до 20 кГц требуется изменение уровня тона в пределах 10 дБ. Однако на частотах ниже 80 Гц требуется существенное повышение уровня сигнала. Например, для того, чтобы тон частотой 20 Гц воспринимался с такой же громкостью, как тон частотой 1 кГц, необходимо повысить его уровень с 60 до 100 дБ УЗД. Таким образом, диапазон воспринимаемых частот существенно зависит от уровня звука, даже у нормально слышащих людей. В целом, эффективный диапазон слышимых звуков можно расширить путем повышения уровня звуков.
На рис. 1 представлена также кривая равной громкости пожилых людей с нормальным слухом (пунктирная линия). Несмотря на отсутствие патологии уха, чувствительность к высокочастотным тонам в этой возрастной группе была намного хуже, чем у молодых людей (сплошная линия). Например, на частоте 10 кГц разница в уровне звуков, вызывающих одинаковое ощущение громкости, достигала 20 дБ. С дальнейшим повышением частоты различия увеличиваются. Напротив, на частотах ниже 2 кГц ощущение громкости не зависело от возраста. Эти данные подтверждают результаты многих исследований, свидетельствующих об ухудшении высокочастотной чувствительности с возрастом, даже при отсутствии специфической патологии. Таким образом, возрастное сужение частотного диапазона слуха обусловлено уменьшением чувствительности к высоким, а не к низким частотам. К такому же сужению частотного диапазона может привести воздействие интенсивного шума, применение ототоксических препаратов и др.
Насколько вышесказанное применимо к человеку, пользующемуся слуховыми аппаратами (СА)? Ответ осложняется наличием двух взаимодействующих факторов. Во-первых, это специфическая конфигурация тугоухости, отражаемая аудиограммой. Во-вторых, это эффективная ширина полосы пропускания слухового аппарата, зависящая от его усиления и максимального выходного уровня – параметров, тесно связанных с частотой. Кроме того, некоторые алгоритмы обработки звука, например понижение частоты, могут повлиять на диапазон воспринимаемых частот. Ниже показано, что для реалистичного определения частотного диапазона, доступного пользователю СА, необходимо учитывать комбинированное влияние указанных факторов.
Значение восприятия высоких частот
Многие важные для разборчивости речи звуки преимущественно состоят из высокочастотных компонентов. Например, очень важный для понимания речи звук [c] характеризуется частотным пиком в области 4-6 кГц (в зависимости от возраста и пола), а некоторые его компоненты выходят за пределы 10 кГц. Практически во всех языках существуют звуки, разборчивость которых напрямую зависит от возможности высокочастотного восприятия. Особое значение высокочастотные речевые компоненты приобретают в условиях окружающего шума. т.к. они меньше маскируются и слушатель опирается преимущественно на них. Кроме того, возможность слышать высокочастотные звуки очень важна для маленьких детей, осваивающих речь и начинающих говорить (Stelmachowicz с соавт., 2002).
Возможность полноценного восприятия высокочастотных звуков имеет и другие преимущества (Simpson et al, 2005). Важная информация об окружающем мире, например птичье пение и другие внешние звуки, передается преимущественно с помощью высоких частот. В случае их отсутствия или недостаточной слышимости субъективное качество таких звуков оценивается как низкое (Moore, Tan, 2003). Способность людей со сниженным слухом локализовать высокочастотные звуки также повышается при использовании слухового аппарата с расширенным частотным диапазоном, потому что межушная разность интенсивности звуков позволяет судить о местоположении их источника. Для этого уровень слышимости высокочастотного сигнала должен быть достаточно высоким (Dubno с соавт., 2002).
Частотный диапазон слухового аппарата
В прошлом верхняя граница частотного диапазона аналоговых слуховых аппаратов определялась, в основном, электроакустическими характеристиками. В частности, мощные слуховые аппараты редко обладали достаточными уровнями звукового давления на частотах выше 4 кГц. Однако в последние годы развитие технологии производства ресиверов привело к тому, что ограничение частотного диапазона стало зависеть от других факторов.
У всех цифровых слуховых аппаратов есть абсолютный предел частотного диапазона, обусловленный самим процессом дискретизации, представляющим собой преобразование звуковых сигналов, поступающих в слуховой аппарат, в поток цифровой информации. Для того, чтобы непрерывно меняющийся звуковой сигнал с максимальной точностью воспроизводился цифровым процессором, необходима достаточно высокая частота дискретизации. Выбор частоты дискретизации основан на фундаментальном принципе цифровой обработки сигнала, гласящем, что максимальная частота, адекватно воспроизводимая процессором, должна быть несколько меньше половины частоты дискретизации. Для нормально слышащих людей, воспринимающих звуки частотой до 20 кГц, необходима частота дискретизации, превышающая 40 кГц. Действительно, звук, записываемый в стандартном цифровом формате компакт-диска (CD), подвергается дискретизации с частотой 44,1 кГц.
К сожалению, использование высокой частоты дискретизации может привести к нежелательным побочным эффектам. Цифровые процессоры всех современных слуховых аппаратов обрабатывают звуковые сигналы с частотой, равной или пропорциональной частоте дискретизации. Одним из последствий такой взаимосвязи является увеличение потребляемой мощности и, как следствие, сокращение срока службы батарейки. Создатели цифровых слуховых аппаратов сталкиваются с непростой дилеммой: расширять акустическую полосу пропускания аппаратов или сохранять приемлемый срок службы элемента питания. В результате частота дискретизации слухового аппарата обычно составляет около 20 кГц. Это приводит к тому, что верхняя граница полосы пропускания СА не превышает 10 кГц. В некоторых аппаратах частота дискретизации составляет 16 кГц, а верхняя граница акустической полосы пропускания – менее 8 кГц.
Существует несколько общепринятых способов измерения полосы пропускания слуховых аппаратов. Одна из таких методик разработана Американским национальным институтом стандартов (ANSI). Согласно ANSI S3.22, СА настраивают на заданное усиление (референтное тестовое усиление) и измеряют его амплитудно-частотную характеристику. На рис. 2 представлены типичные результаты тестирования двух слуховых аппаратов с широким частотным диапазоном. Вначале вычисляется среднее значение выхода слухового аппарата по трем частотам (обычно 1,0; 1,6 и 2,5 кГц) при входном уровне сигнала 60 дБ. Затем находят две частоты, на которых уровень выходного сигнала меньше этого среднего значения на 20 дБ. Эти две частоты определяют нижнюю и верхнюю границы частотного диапазона. Согласно амплитудно-частотным кривым, представленным на рис. 2, полоса пропускания Аппарата А, измеренная по методу ANSI, составляет от 100 Гц до 7,5 кГц.
Рис. 2. Пример измерения полосы пропускания двух современных слуховых аппаратов (в стандарте ANSI). Каждая кривая отображает амплитудно-частотную характеристику аппарата при уровне входного сигнала 60 дБ. Уровень выходного сигнала усредняется по трем частотам (желтые вертикальные линии); из полученного значения вычитают 20 дБ (горизонтальные пунктирные линии). Полоса пропускания ограничена двумя частотами, на которых пунктирная линия пересекает амплитудно-частотную кривую. Таким образом, верхняя граница полосы пропускания Аппарата А составляет около 7,5 кГц, а верхняя граница полосы пропускания Аппарата Б – 9,2 кГц.
На рис. 2 также представлены результаты аналогичных измерений для аппарата Б. В этом случае верхняя граница полосы пропускания, измеренная в стандарте ANSI, составляет около 9,2 кГц. Очевидно, однако, что среднее значение выходного уровня Аппарата А выше, чем у Аппарата Б. Фактически, если для измерения полосы пропускания использовать абсолютные, а не референтные, значения выходного уровня, окажется, что оба слуховых аппарата обладают одинаковыми верхними границами полосы пропускания. Это свидетельствует о том, что измерения полосы пропускания, выполненные в соответствии с техническими стандартами, не обязательно отражают эффективный частотный диапазон СА при его использовании в реальных условиях. Напротив, гораздо более информативным является определение диапазона воспринимаемых частот, учитывающее не только электроакустические характеристики слуховых аппаратов, но и индивидуальные особенности конфигурации аудиограммы пациента.
Диапазон воспринимаемых частот
Обычная аудиограмма отражает пороги слышимости человека на определенных частотах – как правило, от 125 (250) Гц до 8 кГц. По ряду причин технического и практического характера затруднительно получить достоверные пороги слышимости для частот свыше 8 кГц. Кроме того, расчетные формулы, используемые для вычисления параметров усиления и компрессии, обычно не предназначены для высокочастотного диапазона. Однако высокочастотные пороги помогают оценить полный диапазон звуков, доступный слабослышащему человеку, пользующемуся тем или иным слуховым аппаратом.
Рис. 3. Нисходящая аудиограмма, типичная для умеренного снижения слуха.
На рис. 3 представлен типичный пример умеренной тугоухости с порогами слышимости 50 дБ ПС на частоте 4 кГц и выше. Красная кривая на рис. 4 представляет собой эту же аудиограмму, преобразованную в эквивалентный уровень звукового давления у барабанной перепонки. Зеленая линия соответствует кривой настройки широкополосного слухового аппарата Phonak с отключенной функцией SoundRecover. Настройка СА максимально приближена к расчетным значениям, рекомендуемым формулой DSL v5 (для взрослых).
Рис. 4. Результаты настройки двух СА в соответствии с формулой DSL v5.0a (зеленые крестики) для аудиограммы (красная кривая), представленной на рис. 3. В слуховом аппарате Phonak (зеленая кривая) функция SoundRecover отключена. Желтая кривая соответствует другому СА, обладающему, согласно утверждению производителя, расширенным частотным диапазоном.
Очевидно, что слуховой аппарат Phonak без SoundRecover обеспечивает достаточную слышимость тестового сигнала (речь на уровне 65 дБ УЗД), по крайней мере, до частоты 6 кГц. Для сравнения на этом же рисунке приведены результаты тестирования другого высококачественного слухового аппарата (желтая кривая), обладающего, согласно утверждению производителя, расширенным частотным диапазоном (до 10 кГц). Представленные данные свидетельствуют о том, что оба аппарата обеспечивают одинаковый диапазон воспринимаемых частот применительно к использовавшейся аудиограмме. Однако ни один из них не позволяет добиться достаточной слышимости звуков частотой свыше 6 кГц, несмотря на то что в приведенном примере использовалось максимальное усиление аппаратов в высокочастотном диапазоне. Примечательно, что потеря слуха на этих частотах не превышала 50 дБ. Такая ограниченность диапазона воспринимаемых частот обусловлена техническими параметрами слуховых аппаратов.
Как решить данную проблему? В настоящее время единственный выход заключается в использовании сложного алгоритма смещения частот, позволяющего улучшить слышимость высокочастотных сигналов без ущерба для более низких частот. Уникальная технология Phonak SoundRecover расширяет доступный пользователю диапазон воспринимаемых частот путем сжатия и перемещения высокочастотной части входного сигнала. На рис. 5 показано, как неслышимые высокие частоты сжимаются для того, чтобы вместиться в диапазон воспринимаемых пациентом частот. При этом сжатию подвергаются только те звуки, частота которых превышает некоторое граничное значение. Благодаря тому, что более низкочастотные сигналы не подвергаются компрессии, удается сохранить качество звука, усиливаемого слуховым аппаратом.
Рис. 5. Расширение воспринимаемого диапазона частот с помощью SoundRecover. Верхняя цветная полоса соответствует полному частотному спектру звуков на входе слухового аппарата. Сигналы, частота которых превышает границу слышимого диапазона (сплошная вертикальная линия), не слышны пользователю СА. Однако при включении SoundRecover частота сигналов, расположенных выше граничной частоты (пунктирная вертикальная линия), подвергается компрессии, в результате чего они попадают в слышимый диапазон (нижняя цветная полоса).
Доказано, что использование SoundRecover повышает разборчивость речи в тишине и на фоне шума, а качество звучания удовлетворяет пользователей (Glista et al., 2009, Wolfe et al., 2009). Эти преимущества не связаны с возрастом, степенью тугоухости или конфигурацией аудиограммы.
На рис. 6 представлен ожидаемый эффект использования SoundRecover в слуховом аппарате Phonak. В отличие от рис. 4, здесь изображен выход СА для тестового сигнала, представляющего собой узкополосный шум с центральной частотой 6,3 кГц. Этот синтетический сигнал, по своим характеристикам подобный фонеме /с/, с недавних пор используется в системе Verifit.
Рис. 6. В отличие от рис. 4, входной сигнал представляет собой узкополосный шум с центральной частотой 6,3 кГц. Синяя кривая соответствует СА Phonak с включенной функцией SoundRecover.
Без SoundRecover (зеленая кривая) удается добиться лишь минимальной слышимости тестового сигнала, тогда как аппарат конкурента (желтая кривая) вовсе не позволяет его услышать. Учтите, что усиление высоких частот при этом максимально. При включении SoundRecover слуховой аппарат Phonak усиливает звук до четко слышимого уровня (синяя кривая). Подробное описание методики тестирования слуховых аппаратов, обладающих функцией SoundRecover, с помощью системы Verifit можно найти на сайте www.phonakpro.com/soundrecover
Итак, достижения в области обработки сигналов и конструирования телефонов позволили создать слуховые аппараты с диапазоном воспроизводимых частот до 10 кГц (в куплере). Однако в реальных условиях такие аппараты часто не справляются с усилением звуков, частота которых превышает 6 кГц, потому что сам по себе широкий частотный диапазон недостаточен для расширения диапазона воспринимаемых частот. Исследованиями доказана важность восприятия высокочастотных сигналов. SoundRecover обеспечивает их слышимость за счет расширения диапазона воспринимаемых частот, в дополнение к электроакустическим характеристикам слухового аппарата. Преимущества этой технологии доказаны в ряде научных работ, опубликованных в специальных периодических изданиях.
