Componentes e Processamento de Sinal de Aparelhos Auditivos

Um aparelho auditivo moderno é um pequeno sistema digital de processamento de som: um ou mais microfones convertem o som em um sinal elétrico, um processador de sinal digital o modela e amplifica de acordo com a perda auditiva do usuário, e um receptor (alto-falante) o entrega ao ouvido. A cadeia de processamento de sinal decide quanto ganho é aplicado em cada frequência e nível, como os sons altos são mantidos confortáveis e como o ruído de fundo é gerenciado.

Definition

Componentes e processamento de sinal de aparelhos auditivos referem-se aos transdutores (microfones e receptor) e aos algoritmos digitais que capturam, amplificam, comprimem e limpam um sinal acústico para que seja audível e confortável para uma pessoa com perda auditiva.

Scope

Este tópico aborda os blocos de construção de um aparelho auditivo e o processamento central que ele realiza: microfones e receptores, o caminho analógico-digital, ganho dependente da frequência, compressão de ampla faixa dinâmica e redução de ruído digital. Ele os trata como conceitos de engenharia e perceptuais; não especifica configurações para nenhum indivíduo e não é uma orientação de adaptação.

Core questions

• Quais componentes de hardware compõem um aparelho auditivo e o que cada um faz?
• Como a compressão mapeia os níveis de som do mundo real para a faixa dinâmica reduzida de um ouvido danificado?
• Como funciona a redução de ruído digital e o que ela realmente alcança para o ouvinte?

Key concepts

• Transdutores de microfone e receptor
• Conversão analógico-digital e digital-analógica
• Modelagem de ganho específico por frequência
• Compressão de ampla faixa dinâmica (WDRC)
• Razão de compressão, limiar e constantes de tempo
• Redução de ruído digital
• Cancelamento de feedback

Mechanisms

O som entra através de um microfone e é digitalizado; um processador de sinal digital o divide em bandas de frequência e aplica ganho que depende tanto da frequência quanto do nível de entrada. Como uma cóclea danificada tem uma faixa dinâmica reduzida — sons suaves tornam-se inaudíveis enquanto sons altos permanecem desconfortáveis — a compressão de ampla faixa dinâmica aplica mais ganho a entradas suaves e menos a entradas altas, restaurando a audibilidade sem superamplificar sons altos; o comportamento é governado pela razão de compressão, limiar e constantes de tempo de ataque/liberação (Jenstad, 2000; Dillon, 2012). A redução de ruído digital estima quais regiões de tempo-frequência são dominadas por ruído e reduz o ganho nessas regiões; evidências mostram que isso diminui de forma confiável o incômodo percebido do ruído e o esforço de escuta, mas não, por si só, melhora consistentemente a inteligibilidade da fala (Brons, 2014; Alexander, 2021). O cancelamento de feedback suprime o assobio causado pelo vazamento de som amplificado de volta ao microfone.

Clinical relevance

Compreender a cadeia de processamento explica por que dois aparelhos auditivos podem soar diferentes, por que as configurações de compressão e redução de ruído são importantes e o que os recursos podem e não podem fazer. Isso apoia a avaliação crítica das alegações de dispositivos e estudos de resultados; descreve como a tecnologia funciona e não é uma base para programar um dispositivo para qualquer indivíduo.

History

Os primeiros aparelhos auditivos usavam amplificação linear fixa, o que forçava uma compensação entre tornar os sons suaves audíveis e manter os sons altos toleráveis. A mudança para instrumentos programáveis e depois totalmente digitais na década de 1990 tornou a compressão de ampla faixa dinâmica multibanda prática e possibilitou a redução de ruído e o cancelamento de feedback, movendo o campo da amplificação simples para o processamento adaptativo de sinais.

Debates

A redução de ruído digital melhora a compreensão da fala?

Estudos mostram consistentemente que os algoritmos de redução de ruído diminuem o incômodo e o esforço de escuta e são frequentemente preferidos, mas não aumentam de forma confiável a inteligibilidade da fala por si só, então o benefício é enquadrado em termos de conforto e esforço, em vez de pontuações brutas de reconhecimento.

Key figures

• Harvey Dillon
• Joshua Alexander
• Lorienne Jenstad

Seminal works

• dillon-2012
• jenstad-2000

Frequently asked questions

O que é compressão de ampla faixa dinâmica?

É uma abordagem de processamento que aplica mais amplificação a sons suaves e menos a sons altos, de modo que a ampla gama de níveis de som cotidianos seja comprimida na faixa mais estreita que um ouvido danificado pode ouvir confortavelmente.

A redução de ruído em um aparelho auditivo me permitirá ouvir melhor a fala em um restaurante barulhento?

A redução de ruído geralmente torna a escuta mais confortável e menos trabalhosa e reduz o incômodo do ruído de fundo, mas as evidências indicam que ela, por si só, não melhora de forma confiável quantas palavras são compreendidas; microfones direcionais tendem a ser mais eficazes para isso.