Componentes y procesamiento de señales de los audífonos

Un audífono moderno es un pequeño sistema digital de procesamiento de sonido: uno o más micrófonos convierten el sonido en una señal eléctrica, un procesador digital de señales la moldea y amplifica según la pérdida auditiva del usuario, y un receptor (altavoz) la entrega al oído. La cadena de procesamiento de señales determina cuánta ganancia se aplica en cada frecuencia y nivel, cómo se mantienen cómodos los sonidos fuertes y cómo se gestiona el ruido de fondo.

Definition

Los componentes y el procesamiento de señales de los audífonos se refieren a los transductores (micrófonos y receptor) y a los algoritmos digitales que capturan, amplifican, comprimen y limpian una señal acústica para que sea audible y cómoda para una persona con pérdida auditiva.

Scope

Este tema abarca los componentes fundamentales de un audífono y el procesamiento central que realiza: micrófonos y receptores, la ruta analógica-digital, la ganancia dependiente de la frecuencia, la compresión de amplio rango dinámico y la reducción digital de ruido. Se tratan estos como conceptos de ingeniería y perceptuales; no se especifican ajustes para ningún individuo ni se proporciona orientación sobre la adaptación.

Core questions

• ¿Qué componentes de hardware constituyen un audífono y qué función cumple cada uno?
• ¿Cómo la compresión mapea los niveles de sonido del mundo real en el rango dinámico reducido de un oído dañado?
• ¿Cómo funciona la reducción digital de ruido y qué logra realmente para el oyente?

Key concepts

• Transductores de micrófono y receptor
• Conversión analógica-digital y digital-analógica
• Modelado de ganancia específico de la frecuencia
• Compresión de amplio rango dinámico (WDRC)
• Relación de compresión, umbral y constantes de tiempo
• Reducción digital de ruido
• Cancelación de retroalimentación

Mechanisms

El sonido entra a través de un micrófono y se digitaliza; un procesador digital de señales lo divide en bandas de frecuencia y aplica una ganancia que depende tanto de la frecuencia como del nivel de entrada. Dado que una cóclea dañada tiene un rango dinámico reducido —los sonidos suaves se vuelven inaudibles mientras que los sonidos fuertes permanecen incómodos—, la compresión de amplio rango dinámico aplica más ganancia a las entradas suaves y menos a las entradas fuertes, restaurando la audibilidad sin sobreamplificar los sonidos fuertes; el comportamiento se rige por la relación de compresión, el umbral y las constantes de tiempo de ataque/liberación (Jenstad, 2000; Dillon, 2012). La reducción digital de ruido estima qué regiones de tiempo-frecuencia están dominadas por el ruido y reduce la ganancia allí; la evidencia muestra que esto reduce de manera fiable la molestia percibida por el ruido y el esfuerzo de escucha, pero no mejora consistentemente la inteligibilidad del habla por sí sola (Brons, 2014; Alexander, 2021). La cancelación de retroalimentación suprime el silbido causado por el sonido amplificado que se filtra de nuevo al micrófono.

Clinical relevance

Comprender la cadena de procesamiento explica por qué dos audífonos pueden sonar diferente, por qué son importantes los ajustes de compresión y reducción de ruido, y qué características se puede esperar que hagan y cuáles no. Esto apoya la evaluación crítica de las afirmaciones de los dispositivos y los estudios de resultados; describe cómo funciona la tecnología y no es una base para programar un dispositivo para ningún individuo.

History

Los primeros audífonos utilizaban una amplificación lineal fija, lo que obligaba a un compromiso entre hacer audibles los sonidos suaves y mantener tolerables los sonidos fuertes. El cambio a instrumentos programables y luego totalmente digitales en la década de 1990 hizo práctica la compresión de amplio rango dinámico multibanda y permitió la reducción de ruido y la cancelación de retroalimentación, moviendo el campo de la amplificación simple hacia el procesamiento adaptativo de señales.

Debates

¿Mejora la reducción digital de ruido la comprensión del habla?

Los estudios muestran consistentemente que los algoritmos de reducción de ruido disminuyen la molestia y el esfuerzo de escucha y a menudo son preferidos, pero no aumentan de manera fiable la inteligibilidad del habla por sí solos, por lo que el beneficio se enmarca en términos de comodidad y esfuerzo en lugar de puntuaciones de reconocimiento brutas.

Key figures

• Harvey Dillon
• Joshua Alexander
• Lorienne Jenstad

Seminal works

• dillon-2012
• jenstad-2000

Frequently asked questions

¿Qué es la compresión de amplio rango dinámico?

Es un enfoque de procesamiento que aplica mayor amplificación a los sonidos suaves y menor a los sonidos fuertes, de modo que el amplio rango de niveles de sonido cotidianos se comprime en el rango más estrecho que un oído dañado puede escuchar cómodamente.

¿La reducción de ruido en un audífono me permitirá escuchar mejor el habla en un restaurante ruidoso?

La reducción de ruido generalmente hace que la escucha sea más cómoda y requiera menos esfuerzo, y reduce la molestia del ruido de fondo, pero la evidencia indica que por sí sola no mejora de manera fiable la cantidad de palabras que se entienden; los micrófonos direccionales tienden a ser más efectivos para ello.