Инновационные решения Phonak: Справочная информация 

 Инновационные решения Phonak: Справочная информация На протяжении более 60 лет компания Phonak лидирует в сфере разработки инновационных технологий коррекции нарушений слуха. Сочетание достижений акустики, аудиологии и производства слуховых аппаратов позволяет расширить прежние технологические границы. Это возможно только в тесном сотрудничестве с профессионалами‐сурдологами и аудиологами. Благодаря вам, мы узнаем об истинных потребностях людей, страдающих нарушениями слуха. Именно вы просили нас создать справочник по новым функциям наших слуховых аппаратов. Он перед вами! Speech in Wind – Речь на ветру
Аудиологические основы Использование цифровой обработки сигнала в слуховых аппаратах открыло массу новых возможностей уменьшения шумовых помех. Это, в свою очередь, привело к заметному повышению уровня удовлетворенности пользователей своими слуховыми аппаратами (Kochkin, 2010). Тем не менее, в ряде ситуаций слуховые аппараты недостаточно эффективны. Типичным примером может служить воздействие ветра, существенно снижающее отношение сигнал шум (ОСШ) (Chung, 2012a, Chung, 2012b) и приводящее к возникновению помех, даже при слабом ветре. Возникновение шума ветра может быть как пассивным (воздействие ветра на неподвижный слуховой аппарат), так и активным, связанным с перемещением слухового аппарата в пространстве, например во время занятий спортом. С 2004 по 2010 гг. было предложено несколько инновационных способов борьбы с шумом ветра, что привело к повышению уровня удовлетворенности пользователей на 7%. Чисто механические решения, сами по себе достаточно эффективные, зачастую связаны с нарушением акустической прозрачности при загрязнении фильтров, закрывающих микрофоны. Для улучшения дифференцирования шума ветра и полезного сигнала был предложен ряд алгоритмов шумоподавления, например с использованием адаптивных фильтров. Однако из‐за сложности разделения полезного сигнала и шумовой помехи, обусловленной турбулентностью, подобные алгоритмы способны лишь ослабить сигнал на отдельных частотах. В результате снижения уровня помех повышается комфортность, но одновременно ослабевает речевой сигнал, что существенно сужает область применения подобной технологии. Число пользователей слуховых аппаратов, ведущих активный образ жизни, неуклонно растет, поэтому сочетание комфортности и разборчивости речи становится все более актуальным. Кроме того, целевая группа постоянно молодеет, а это существенно сказывается на выбираемых слуховых аппаратах. Решению указанной проблемы могут способствовать алгоритмы истинной бинауральной обработки сигнала, основанные на принципах бинаурального слуха. Примером такой стратегии может служить эффект "лучшего уха". Обладая двумя ушами, человек, как и все млекопитающие, способен преимущественно обрабатывать сигнал, поступающий из уха с лучшим отношением сигнал‐шум. Например, в работе Hawley с соавт. (1999) доказано, что подсознательное использование эффекта "лучшего уха" приводит к повышению разборчивости речи в шуме, сопровождающемуся значительным уменьшением числа ошибок. Эта концепция лежит в основе алгоритма Speech in Wind (Речь на ветру). Если слуховые аппараты надеты на оба уха, сигналы их микрофонов складываются таким образом, что низкочастотные компоненты с высокой долей шума ветра замещаются низкочастотными компонентами с меньшей долей шума ветра, поступившими из микрофонов другого аппарата. Чтобы работа слуховых аппаратов максимально походила на подсознательные бинауральные процессы, при обнаружении асимметрии шума ветра система "Речь на ветру" включается автоматически, не требуя от пользователя никаких осознанных действий. При этом оба слуховых аппарата используют входной сигнал с наилучшим отношением сигнал‐шум. Преимущества для пользователей слуховых аппаратов Чем бы вы не занимались – неторопливо играя в гольф с деловым партнером, запуская воздушного змея с внуком или прогуливаясь по пляжу – вам необходима возможность свободного общения. "Речь на ветру" обеспечивает: •
•
•
уменьшение слухового напряжения и улучшение разборчивости речи слуховой комфорт в ветреный день автоматическую активацию при асимметрии шума ветра Техническое описание Устранений шума ветра, как и любое устранение шума, можно разделить на два этапа: проверка наличия шума (обнаружение) и уменьшение уровня шума или даже повышение отношения сигнал‐шум (подавление). Для обнаружения шума ветра используется несколько параметров. Параметр 1: Помимо прочего, анализируется сигнал микрофона на частоте ниже 100 Гц. Если измеренный на этой частоте уровень сигнала превосходит некоторое предопределенное значение, система предполагает, что акустический сигнал имеет примесь шума ветра. Параметр 2: При наличии двухмикрофонной системы анализируются сигналы обоих микрофонов. Если в течение определенного времени и на определенных частотах не обнаруживается корреляция уровня и фазы обоих сигналов, предполагается наличие шума ветра. Кроме того, для определения силы ветра анализируется соотношение определенных частотных компонентов, а исходя из силы ветра применяется та или иная степень его подавления. При этом подавление включается приблизительно через 2 секунды после достижения анализируемыми параметрами предопределенных значений. Эта задержка зависит от чувствительности автоматической системы Soundflow. В слуховых аппаратах с одним микрофоном или при доступности только одного из двух аналого‐
цифровых преобразователей (АЦП) (если, например, второй АЦП используется для преобразования сигнала аудиоадаптера) обнаружение ветра основывается только на уровне низкочастотной энергии, что может привести к заметному снижению специфичности (ложно‐
положительному срабатыванию системы подавления шума ветра). Статическое подавление шума ветра зависит, среди прочего, от размеров вента. В результате шум ветра становится тише, что снижает вероятность восходящей маскировки. Повышение разборчивости речи достигается за счет дополнительного бинаурального алгоритма, основанного на беспроводной связи между аппаратами. Этот новый алгоритм, доступный в аппаратах платформы Phonak Quest, использует обмен и сравнение независимо полученных каждым аппаратом параметров. Если значения сравниваемых параметров примерно одинаковы, система остается неактивной. При этом подразумевается симметричность воздействия ветра на оба аппарата, и подавление шума ветра производится раздельно в каждом аппарате. Если же значения сравниваемых параметров различаются, система предполагает асимметричность воздействия ветра (рис. 1). Спустя долю секунды начинается передача сигнала со стороны с меньшим уровнем шума ветра (ипсилатеральная сторона) на противоположную (контралатеральную) сторону. Так имитируется эффект "лучшего уха". На контралатеральной стороне переданный сигнал фильтруется от высоких частот и складывается с высокочастотной составляющей контралатерального сигнала. Это гарантирует оптимальную сохранность компонентов сигнала, отвечающих за бинауральный слух и локализацию. Затем комбинированный сигнал обрабатывается контралатеральным слуховым аппаратом в соответствии с его настройками. Рис. 1: Схема беспроводного обмена звуковыми данными между ипсилатеральным слуховым аппаратом (слабый ветер) и контралатеральным слуховым аппаратом (сильный ветер) при асимметричной силе ветра с последующей обработкой звука контралатеральным аппаратом. Клинические данные Для проверки эффективности функции "Речь на ветру" был выполнен ряд технических измерений. Повышение разборчивости речи со стороны с худшим ОСШ в этом случае осуществляется только за счет частотного диапазона ниже 1,5 кГц. Это способствует сохранению различий уровня и фазы высокочастотных сигналов, что необходимо для получения пространственной информации. На рис. 2 представлены полярные диаграммы обоих аппаратов, полученные на манекене KEMAR в низко‐ (верхние диаграммы) и высокочастотной (нижние диаграммы) областях. Примечательно, что низкочастотные полярные диаграммы идентичны – это подтверждает передачу низкочастотного компонента из аппарата с лучшим ОСШ (правого, ипсилатерального) в аппарат с худшим ОСШ (левый, контралатеральный). Напротив, нижние полярные диаграммы свидетельствуют о различиях между аппаратами и подтверждают отсутствие перекрытия высокочастотных диапазонов. На рис. 3 изображена исходная частотная характеристика контралатерального аппарата (зеленая линия) и частотная характеристика после наложения сигнала ипсилатерального слухового аппарата. В области 1500 Гц частотные характеристики идентичны, за исключением нескольких резонансных пиков на частоте излома (рис. 3). Рис. 2: Сравнение полярных диаграмм ипсилатерального (правый – лучшее ОСШ) и контралатерального (левый – худшее ОСШ) слуховых аппаратов. Вверху: полярные диаграммы для частот 160, 320, 480, 640 и 800 Гц. Внизу: полярные диаграммы для частот 2160, 2480, 2880, 3360 и 3920 Гц. Рис. 3: Исходная частотная характеристика (зеленая линия) контралатерального слухового аппарата и частотная характеристика того же аппарата после наложения низкочастотной составляющей контралатерального слухового аппарата (серая линия). Работа функции "Речь на ветру" зависит от уровня шума ветра. На рис. 4 показан динамический диапазон подавления шума ветра в сравнении с системой, действовавшей в аппаратах платформы Spice+. С одной стороны, мы видим гораздо более широкий динамический диапазон скорости ветра (от 0 до 4,5 м/с), а с другой – более высокое разрешение, повышающее точность срабатывания алгоритма при различной скорости ветра. Следует отметить, что, помимо скорости воздушного потока, подавление шума ветра зависит от формы головы, густоты волос, прикрывающих микрофоны аппаратов, расположения слуховых аппаратов и т.п. Рис. 4: График степени подавления шума ветра в зависимости от скорости ветра. Сравните работу системы подавления шума ветра, действующую в платформах Quest (зеленая линия) и Spice+ (серая линия). Субъективная оценка функции "Речь на ветру" проводилась с привлечением 44 испытуемых с различными типами тугоухости. Измерение разборчивости речи с помощью Фрайбургского теста многосложных слов показало повышение разборчивости в среднем на 10%. Полученные результаты статистически значимы. Кроме того, испытуемые отметили значительное уменьшение слухового напряжения при использовании "Речи на ветру". На рис. 5 представлены результаты оценки слухового напряжения при использовании различных платформ. 27 из 44 испытуемых отметили снижение слухового напряжения при использовании платформы Quest, 17 не заметили каких‐либо различий и только 5 испытуемых предпочли платформу Spice+. Рис. 5: Абсолютное число испытуемых, предпочитающих различные варианты подавления шума ветра. Программное обеспечение "Речь на ветру" – премиальная функция, доступная только при бинауральном использовании слуховых аппаратов. "Речь на ветру" не входит в число программ SoundFlow, поэтому ее можно настроить только как ручную программу (рис. 6). В программе настройки можно выбрать нужную степень активации функции "Речь на ветру" (WindBlock) (рис. 7). По умолчанию она установлена на "Сильно", а функция NoiseBlock – на "Слабо". Кроме того, вы можете выбрать вариант направленности – ненаправленный, Real Ear Sound и фиксированная направленность. По умолчанию установлен вариант Real Ear Sound, обеспечивающий оптимальную переднезаднюю направленность. Рис. 6: Выбор "Речи на ветру" в качестве ручной программы. Рис. 7: В программе "Речь на ветру" можно настроить параметры WhistleBlock, NoiseBlock, WindBlock, EchoBlock, SoundRelax и режим микрофонов. В заушных слуховых аппаратах рекомендуется Real Ear Sound. По умолчанию степень активации "Речи на ветру" (WindBlock) установлена на "Сильно". Советы и рекомендации •
Система не дифференцирует входные сигналы с точки зрения наличия в них речи. Поэтому при асимметричном ветре, даже в отсутствии речи, сигнал будет передаваться из аппарата с лучшим ОСШ в аппарат с худшим ОСШ. Передаваемый неискаженный сигнал заменит искаженный сигнал, делая акустическую обстановку более комфортной. •
•
Как и программа StereoZoom, программа "Речь на ветру" сопряжена с высоким энергопотреблением. Поэтому в отсутствие ветра следует сразу же выходить из этой программы. Если этого не делать, срок службы батарейки сократится до 3‐5 дней (в зависимости от размера батарейки), как в случае CROS. Скорость, с которой "Речь на ветру" реагирует на изменение внешних условий, зависит от настройки чувствительности SoundFlow (рис. 8). Чем выше чувствительность SoundFlow, тем быстрее "Речь на ветру" реагирует на изменение ситуации. Рис. 8: Скорость, с которой "Речь на ветру" реагирует на изменение внешних условий, зависит от настройки чувствительности SoundFlow. Литература Chung, K. (2012a). Wind noise in hearing aids: I. Effect of wide dynamic range compression and modulation‐based noise reduction. Int J Audiol, 51:16‐28. Chung, K. (2012b). Wind noise in hearing aids: II. Effect of microphone directivity. Int J Audiol, 51:29‐42. Hawley, ML., Litovsky, RY., Colburn, HS. (1999). Speech intelligibility and localization in a multi‐source environment. J Acoust Soc Am, 105(6):3436‐48. Kochkin, S. (2010). MarkeTrak VIII. Customer satisfaction with hearing aids is slowly increasing. Hear J, 63(1):11‐19.