Введение
Сердцем любого слухового аппарата является его усиливающая система. Хотя слуховые аппараты часто рассматриваются как простые усилители звука, в усиливающей системе протекают весьма сложные процессы обработки сигнала, которые должны обеспечить бесперебойное и мгновенное поступление слышимого, комфортного и разборчивого сигнала к пользователю. Основная задача усиливающей системы заключается в том, чтобы реагировать на изменения интенсивности входного сигнала, максимально сохраняя целостность и верность передачи выходного сигнала. Достижение этой цели – непростая задача для разработчиков слуховых аппаратов: любая обработка сигнала для увеличения его слышимости неизбежно приводит к искажениям. Нет никаких сомнений, что слышимость является основополагающей характеристикой любого слухового аппарата. Но слышимые искажения сигнала могут повлиять на степень принятия конечными пользователями своих слуховых аппаратов и решение носить их на протяжении длительного времени. Опрос MarkeTrak убедительно показал: чтобы добиться принятия пациентом слухового аппарата, нужно сделать больше, чем просто обеспечить слышимость звуков. Уже то, насколько естественным или неискаженным является сигнал, поступающий из аппарата, может повлиять на удовлетворенность пациента. Кроме этого, пользу сохранения как можно более естественной динамики речи подтверждают и исследования. Они убедительно доказывают, что мозгу проще обрабатывать естественный неискаженный сигнал. Очевидно, что сохранение цельности входного сигнала – «ключ» к тому, чтобы пациент принял свои слуховые аппараты как можно раньше и носил их на протяжении длительного времени.Существует несколько параметров усиления, которые необходимо учитывать при разработке усиливающей системы. Во-первых, ключевым фактором зачастую является разное значение усиления, предписанное для входных сигналов во всем частотном диапазоне. Обычно для сенсоневральных потерь слуха усиления можно добиться при помощи компрессии широкого динамического диапазона (WDRC). WDRC в той или иной степени используется практически во всех слуховых аппаратах, чтобы «втиснуть» диапазон входных сигналов в динамический диапазон слуха пациента. Акустически более слабые части речи (согласные) усиливаются таким образом, что становятся слышимыми, в то время как акустически более громкие части речи (гласные) получают меньше усиления и приближаются к уровню комфортной громкости. Некоторые формы компрессии также применяются для поддержания усиленного сигнала ниже критического уровня допустимой громкости слухового аппарата, чтобы избежать искажений. Таким образом, при использовании WDRC тихие и громкие звуки сохраняются в пределах рабочего слухового пространства (динамического диапазона) пользователя и слухового аппарата. У WDRC есть обратная сторона: она всегда искажает сжимаемый сигнал. Зная это, разработчики усиливающих систем тем не менее почти полностью сосредоточены на достижении слышимости, не включая максимальную достоверность передачи речи в число приоритетов. Получается, пользователи слуховых аппаратов должны безропотно принимать искажения как неизбежный побочный эффект усиления. Альтернативой компрессии широкого динамического диапазона служит линейное усиление, при котором к разным входным сигналам применяется одна и та же степень усиления. Линейное усиление было предпочтительной стратегией до того, как в слуховых аппаратах появилась компрессия широкого динамического диапазона. Оно имеет неоспоримое преимущество: стремление сохранить все изменения амплитуды, присущие входному речевому сигналу, то есть линейное усиление приводит к минимальному искажению сигнала.
Другой ключевой параметр, часто упускаемый из виду, – скорость, с которой усиливающая система реагирует на изменения входного сигнала. В аудиологии она обычно рассматривается в виде временных констант. Быстро реагирующая система успевает сделать слышимыми тихие звуки, следующие вслед за интенсивным звуком, однако и она имеет тенденцию искажать речевой сигнал из-за частых изменений усиления. Медленно реагирующая система помогает сохранять амплитудно-временную структуру оригинального сигнала в долгосрочной перспективе, поддерживая усиление на постоянном уровне, и меньше искажает речевой сигнал. Лучшей достоверности передачи речи в итоге можно добиться при помощи медленно реагирующей системы.
Достижение необходимой слышимости с минимальным искажением звука является одной из наиболее трудно решаемых проблем с точки зрения обработки сигнала. Оно требует такой усиливающей системы, которая способна рассчитать нужную степень усиления и оптимальную скорость реакции для данного входного сигнала в заданный момент времени. Разработчикам системы Ponto компании Oticon Medical удалось решить эту задачу. Системы Ponto, Ponto Pro и Ponto Pro Power обладают инновационной усиливающей системой Speech Guard, которая предназначена для достижения необходимой слышимости, но без такого уровня искажения, который обычно ассоциируется с системами WDRC.
Структура и функции Speech Guard
Speech Guard разработана для максимальной «защиты» тех изменений интенсивности, которые от природы присущи речи. Ключ к достижению цели – временные константы, которые Speech Guard использует для реагирования на изменения входного сигнала. В ней есть две постоянно взаимодействующие друг с другом системы, которые реагируют на изменения входного сигнала в реальном времени. Это в высшей степени адаптивная система, способная реагировать как медленно, так и быстро, в зависимости от изменений входного уровня. По сути она содержит в себе систему медленного реагирования и систему быстрого реагирования. Вместе они приводят к тому, что усиление регулируется со скоростью, являющейся оптимальной для слышимости и правильности передачи сигнала (Рис. 1). Когда общий уровень сигнала изменяется незначительно, медленный анализатор поддерживает примерно одно и то же усиление. Speech Guard работает почти в линейном режиме, в пределах определенного диапазона входных уровней применяется одна и та же степень усиления. Преимущество медленно реагирующей системы, которое заключается в сохранении информации, содержащейся в изменениях амплитуды между звуками относительно оригинала, подробно описано на Рис. 1.
Рис. 1. Компоненты усиливающей системы Speech Guard.
Показаны две системы, входящие в Speech Guard. Они работают совместно, чтобы реагировать с соответствующей скоростью на изменения входного сигнала. Конечная цель – добиться того, чтобы динамические характеристики выходного речевого сигнала как можно точнее совпадали с динамикой входного сигнала.
Что произойдет, если интенсивность входного сигнала неожиданно изменится? При внезапном возрастании уровня сигнала Speech Guard отреагирует быстрым изменением усиления таким образом, что выходной уровень останется в пределах динамического диапазона слухового аппарата. Сохраняя уровень внутри этого диапазона, она уменьшит искажения, которые могут возникнуть при достижении точки самовозбуждения аппарата. Когда внезапный громкий посторонний звук исчезнет, Speech Guard быстро вернется в режим медленного реагирования и система сможет продолжит линейную обработку речи. Целостность текущего речевого сигнала после громкого звука сохраняется.
Решение Speech Guard в звуковых процессорах Ponto
В серии звуковых процессоров Ponto фирмы Oticon Medical медленно действующая система Speech Guard обеспечивает работу всей усиливающей системы в линейном режиме на максимально длинном временном отрезке. Известно, что линейное усиление подходит для кондуктивной потери слуха, которая не требует компрессии, так как костно-воздушный интервал без проблем преодолевается путем прямой стимуляции здоровой улитки при помощи преобразователя, внедренного в кость. Линейное усиление в полной мере компенсирует небольшую потерю энергии за счет транскраниально го* ослабления. При односторонней глубокой сенсоневральной потере слуха линейное усиление также применяется для компенсации транскраниального ослабления, когда сигнал передается через кости черепа в улитку на противоположной стороне. Для смешанной кондуктивной и сенсоневральной потери слуха в некоторых процессорах слуховых аппаратов костной проводимости использовалась WDRC, чтобы увеличить слышимость в условиях ограниченного динамического диапазона пациента. Крайне важно, чтобы усиливающая система, работающая в этих процессорах, могла обрабатывать внезапные резкие возрастания входного уровня без искажений и дискомфорта. Сочетание быстро реагирующей и медленно реагирующей системы в Speech Guard позволяет избегать отрицательного побочного эффекта компрессии – искажения речевого сигнала.Опираясь на преимущественно линейную стратегию усиления, Speech Guard в звуковых процессорах Ponto нацелена на сохранение естественной амплитудно-временной характеристики речи. Даже если во время передачи речи вдруг возникает шум, искажение речевого сигнала, которое обычно ассоциируется с традиционными системами компрессии, едва заметно благодаря Speech Guard (см. Рис. 2). Изменения интенсивности при переходе от одной фонемы** к другой, а также промежутки между фонемами в речи сохраняются, поддерживая тем самым выходной речевой сигнал как можно ближе к оригинальному речевому сигналу. Преимущества использования Speech Guard в слуховых аппаратах компании Oticon уже доказаны как в условиях лаборатории, так и в реальной жизни.
Рис. 2. Воздействие Speech Guard на речевую огибающую «речевой конверт».
Огибающая оригинального речевого сигнала (синий цвет), речь, обработанная усиливающей системой Speech Guard (зеленый цвет), и речь, обработанная современной усиливающей системой без Speech Guard (оранжевый цвет). Вертикальная пунктирная линия означает возникновение высокочастотного шума на 3-й секунде обработки речевого сигнала с помощью Speech Guard (зеленый цвет) и без Speech Guard (оранжевый цвет). Уровень обоих сигналов, как речи, так и шума, составлял 70 дБ УЗД. Обратите внимание на то, что речь, обработанная с помощью Speech Guard, гораздо лучше соответствует амплитуде оригинального речевого сигнала, чем речь, обработанная системой без Speech Guard. Система Speech Guard имеет уникальную способность лучше сохранять целостность сигнала даже при наличии шума.
Заключение
Инновационная усиливающая схема Speech Guard уже подробно описана в различных научных исследованиях, а ее аудиологические преимущества в сложных слуховых условиях неоднократно отмечались в материалах специалистов компании Oticon. Секрет Speech Guard заключается в ее способности реагировать на изменения сигнала. В относительно стабильных слуховых условиях система как можно дольше находится в режиме медленного реагирования, а при внезапном возрастании уровня сигнала оперативно переходит в режим быстрого реагирования. Таким образом, система Speech Guard слуховх аппаратов Ponto производства Oticon Medical сохраняет целостность и правильность передачи речевого сигнала даже тогда, когда речь внезапно прерывается посторонним шумом.
Д-р Рави Сокалингем,
директор по клиническим исследованиям и профессиональным отношениям,
Oticon Medical
Оригинал статьи: Speech Guard Clinical Paper
__________
*Транскраниальное – через костную ткань черепа.
** Фонема – минимальная смыслоразличительная единица языка.