Microfones Direcionais e Formação de Feixe (Beamforming)

Microfones direcionais e formação de feixe (beamforming) são as principais formas pelas quais um aparelho auditivo melhora a escuta em ambientes com ruído de fundo. Ao combinar as saídas de dois ou mais microfones, o dispositivo torna-se mais sensível ao som que chega da frente do ouvinte e menos sensível ao som vindo dos lados e de trás, melhorando a relação sinal-ruído quando o interlocutor de interesse está à frente.

Definition

Direcionalidade e formação de feixe são técnicas de processamento de sinal que combinam múltiplos sinais de microfone para que um aparelho auditivo amplifique o som de uma direção alvo mais do que o som de outras direções, melhorando a relação sinal-ruído em ambientes ruidosos.

Scope

Este tópico abrange designs de microfones direcionais fixos e adaptativos, a formação de feixe multi-microfone que aprimora a direcionalidade, e a formação de feixe binaural que compartilha sinais entre dois dispositivos. Ele explica o princípio acústico e o benefício medido; é de caráter educacional-referencial e não fornece orientação para seleção de dispositivos para indivíduos.

Core questions

• Como a combinação de dois ou mais microfones cria sensibilidade direcional?
• Quanto a direcionalidade melhora a compreensão da fala no ruído e em que condições?
• O que a formação de feixe adaptativa e binaural adiciona além de um padrão direcional fixo simples?

Key concepts

• Padrões polares de microfone direcional
• Direcionalidade fixa versus adaptativa
• Melhora da relação sinal-ruído (benefício direcional)
• Formação de feixe multi-microfone
• Formação de feixe binaural
• Limites de reverberação e espaçamento de microfones

Mechanisms

Um único microfone omnidirecional responde igualmente a todas as direções. A combinação de dois ou mais microfones com atrasos de tempo apropriados faz com que a resposta dependa da direção de chegada, criando um padrão polar que suprime o som da parte traseira e lateral. O resultado é uma melhoria real na relação sinal-ruído, frequentemente de vários decibéis, quando o interlocutor desejado está à frente e o ruído vem de outras direções; o benefício depende do estilo do dispositivo, do espaçamento dos microfones e do ambiente acústico, e diminui em salas altamente reverberantes onde o som refletido chega de muitas direções (Ricketts, 2001). A formação de feixe generaliza essa ideia para arranjos de microfones e para esquemas adaptativos que direcionam ou moldam o padrão de acordo com a localização do ruído, e a formação de feixe binaural troca sinais entre os dois dispositivos para formar um padrão mais nítido e abrangente da cabeça (Terry, 1994; Alexander, 2021).

Clinical relevance

Direcionalidade e formação de feixe são as características do dispositivo com a evidência mais consistente para melhorar a compreensão da fala no ruído, e elas moldam as expectativas para o benefício do aparelho auditivo no mundo real. A compreensão de seus princípios e limites apoia a avaliação crítica de estudos de resultados e alegações de marketing. Esta entrada descreve a tecnologia e não serve como base para selecionar ou programar um dispositivo para qualquer indivíduo.

History

Microfones direcionais apareceram em aparelhos auditivos na década de 1970, mas tornaram-se amplamente úteis com instrumentos digitais de microfone duplo por volta de 2000, o que possibilitou a direcionalidade adaptativa. Pesquisas sobre arranjos de formação de feixe multi-microfone das décadas de 1980 e 1990, incluindo protótipos de sistemas binaurais, lançaram as bases para a formação de feixe binaural agora implementada em aparelhos auditivos conectados sem fio.

Debates

Quanto o benefício direcional se transfere para a vida cotidiana?

Estudos de laboratório mostram consistentemente uma vantagem de sinal-ruído quando o ruído está atrás do ouvinte, mas o benefício no mundo real é menor e mais variável porque os interlocutores e o ruído nem sempre estão convenientemente posicionados e as salas são reverberantes, então o tamanho do benefício cotidiano permanece uma questão ativa.

Key figures

• Todd Ricketts
• Harry Levitt
• Joshua Alexander

Seminal works

• ricketts-2001
• terry-1994

Frequently asked questions

Os microfones direcionais realmente ajudam no ruído?

Sim, quando a pessoa que você deseja ouvir está à frente e o ruído vem dos lados ou de trás, o processamento direcional melhora a relação sinal-ruído e a compreensão da fala; o benefício é menor em salas reverberantes ou quando o ruído também vem da frente.

O que é formação de feixe binaural?

É uma técnica na qual dois aparelhos auditivos conectados sem fio compartilham seus sinais de microfone para formar um padrão combinado, mais nitidamente direcional, através da cabeça, o que pode proporcionar uma melhoria maior em ruídos difíceis do que qualquer dispositivo agindo sozinho.