Направленные микрофоны и формирование луча

Направленные микрофоны и формирование луча являются основными способами улучшения слуха в условиях фонового шума с помощью слухового аппарата. Путем объединения выходных сигналов двух или более микрофонов устройство становится более чувствительным к звуку, поступающему спереди от слушателя, и менее чувствительным к звуку с боков и сзади, что улучшает отношение сигнал/шум, когда интересующий собеседник находится впереди.

Definition

Направленность и формирование луча — это методы обработки сигнала, которые объединяют несколько микрофонных сигналов таким образом, что слуховой аппарат усиливает звук из целевого направления сильнее, чем звук из других направлений, улучшая отношение сигнал/шум в шумной обстановке.

Scope

Эта тема охватывает конструкции фиксированных и адаптивных направленных микрофонов, многомикрофонное формирование луча, которое повышает направленность, и бинауральное формирование луча, которое обменивается сигналами между двумя устройствами. В ней объясняется акустический принцип и измеренная польза; она носит справочно-образовательный характер и не предоставляет рекомендаций по выбору устройства для отдельных лиц.

Core questions

• Как объединение двух или более микрофонов создает направленную чувствительность?
• Насколько направленность улучшает понимание речи в шуме и при каких условиях?
• Что добавляют адаптивное и бинауральное формирование луча помимо простой фиксированной направленной диаграммы?

Key concepts

• Полярные диаграммы направленных микрофонов
• Фиксированная против адаптивной направленности
• Улучшение отношения сигнал/шум (направленная польза)
• Многомикрофонное формирование луча
• Бинауральное формирование луча
• Реверберация и ограничения расстояния между микрофонами

Mechanisms

Одиночный всенаправленный микрофон одинаково реагирует на все направления. Объединение двух или более микрофонов с соответствующими временными задержками делает отклик зависимым от направления прихода звука, создавая полярную диаграмму, которая подавляет звук сзади и с боков. Результатом является реальное улучшение отношения сигнал/шум, часто на несколько децибел, когда желаемый собеседник находится впереди, а шум исходит из других направлений; польза зависит от стиля устройства, расстояния между микрофонами и акустической среды, и уменьшается в сильно реверберирующих помещениях, где отраженный звук поступает со многих направлений (Ricketts, 2001). Формирование луча обобщает эту идею на микрофонные решетки и на адаптивные схемы, которые направляют или формируют диаграмму в соответствии с расположением шума, а бинауральное формирование луча обменивается сигналами между двумя устройствами для формирования более острой, охватывающей голову диаграммы (Terry, 1994; Alexander, 2021).

Clinical relevance

Направленность и формирование луча являются функциями устройства с наиболее последовательными доказательствами улучшения понимания речи в шуме, и они формируют ожидания относительно реальной пользы слухового аппарата. Понимание их принципов и ограничений способствует критической оценке исследований результатов и маркетинговых заявлений. Эта запись описывает технологию и не является основанием для выбора или программирования устройства для какого-либо отдельного лица.

History

Направленные микрофоны появились в слуховых аппаратах в 1970-х годах, но стали широко полезными с появлением цифровых инструментов с двумя микрофонами около 2000 года, что позволило реализовать адаптивную направленность. Исследования многомикрофонных решеток с формированием луча 1980-х и 1990-х годов, включая прототипы бинауральных систем, заложили основу для бинаурального формирования луча, которое сейчас реализовано в слуховых аппаратах с беспроводной связью.

Debates

Насколько направленная польза переносится в повседневную жизнь?

Лабораторные исследования последовательно показывают преимущество отношения сигнал/шум, когда шум находится позади слушателя, но польза в реальном мире меньше и более изменчива, потому что собеседники и шум не всегда удобно расположены, а помещения реверберируют, поэтому размер повседневной пользы остается активным вопросом.

Key figures

• Todd Ricketts
• Harry Levitt
• Joshua Alexander

Seminal works

• ricketts-2001
• terry-1994

Frequently asked questions

Действительно ли направленные микрофоны помогают в шуме?

Да, когда человек, которого вы хотите слышать, находится впереди, а шум исходит с боков или сзади, направленная обработка улучшает отношение сигнал/шум и понимание речи; польза меньше в реверберирующих помещениях или когда шум также исходит спереди.

Что такое бинауральное формирование луча?

Это метод, при котором два беспроводно связанных слуховых аппарата обмениваются своими микрофонными сигналами для формирования комбинированной, более остронаправленной диаграммы по всей голове, что может дать большее улучшение в условиях сильного шума, чем любое устройство, действующее в одиночку.