Компоненты слухового аппарата и обработка сигнала

Современный слуховой аппарат представляет собой небольшую цифровую систему обработки звука: один или несколько микрофонов преобразуют звук в электрический сигнал, цифровой сигнальный процессор формирует и усиливает его в соответствии с потерей слуха пользователя, а ресивер (громкоговоритель) доставляет его в ухо. Цепочка обработки сигнала определяет, какое усиление применяется на каждой частоте и уровне, как громкие звуки остаются комфортными и как управляется фоновый шум.

Definition

Компоненты слухового аппарата и обработка сигнала относятся к преобразователям (микрофонам и ресиверу) и цифровым алгоритмам, которые захватывают, усиливают, сжимают и очищают акустический сигнал, чтобы он был слышимым и комфортным для человека с потерей слуха.

Scope

Эта тема охватывает основные компоненты слухового аппарата и выполняемую им базовую обработку: микрофоны и ресиверы, аналого-цифровой тракт, частотно-зависимое усиление, компрессию широкого динамического диапазона и цифровое шумоподавление. Она рассматривает их как инженерные и перцептивные концепции; она не определяет настройки для конкретного человека и не является руководством по подбору.

Core questions

• Какие аппаратные компоненты составляют слуховой аппарат и что делает каждый из них?
• Как компрессия преобразует уровни звука реального мира в уменьшенный динамический диапазон поврежденного уха?
• Как работает цифровое шумоподавление и чего оно на самом деле достигает для слушателя?

Key concepts

• Микрофонные и ресиверные преобразователи
• Аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование
• Частотно-специфическое формирование усиления
• Компрессия широкого динамического диапазона (WDRC)
• Коэффициент компрессии, порог и постоянные времени
• Цифровое шумоподавление
• Подавление обратной связи

Mechanisms

Звук поступает через микрофон и оцифровывается; цифровой сигнальный процессор разделяет его на частотные полосы и применяет усиление, которое зависит как от частоты, так и от входного уровня. Поскольку поврежденная улитка имеет уменьшенный динамический диапазон — тихие звуки становятся неслышимыми, в то время как громкие звуки остаются некомфортными — компрессия широкого динамического диапазона применяет большее усиление к тихим входным сигналам и меньшее к громким, восстанавливая слышимость без чрезмерного усиления громких звуков; поведение регулируется коэффициентом компрессии, порогом и постоянными времени атаки/восстановления (Jenstad, 2000; Dillon, 2012). Цифровое шумоподавление оценивает, какие частотно-временные области доминируют шумом, и уменьшает усиление в них; данные показывают, что это надежно снижает воспринимаемое раздражение от шума и слуховое напряжение, но само по себе не приводит к последовательному улучшению разборчивости речи (Brons, 2014; Alexander, 2021). Подавление обратной связи устраняет свист, вызванный утечкой усиленного звука обратно в микрофон.

Clinical relevance

Понимание цепочки обработки объясняет, почему два слуховых аппарата могут звучать по-разному, почему важны настройки компрессии и шумоподавления, и что можно и чего нельзя ожидать от функций. Это поддерживает критическую оценку заявлений о приборах и исследований результатов; оно описывает, как работает технология, и не является основой для программирования прибора для какого-либо конкретного человека.

History

Ранние слуховые аппараты использовали фиксированное линейное усиление, что требовало компромисса между обеспечением слышимости тихих звуков и сохранением переносимости громких звуков. Переход к программируемым, а затем полностью цифровым инструментам в 1990-х годах сделал многополосную компрессию широкого динамического диапазона практичной и позволил реализовать шумоподавление и подавление обратной связи, переместив область от простого усиления к адаптивной обработке сигнала.

Debates

Улучшает ли цифровое шумоподавление понимание речи?

Исследования последовательно показывают, что алгоритмы шумоподавления снижают раздражение и слуховое напряжение и часто предпочтительны, но они сами по себе не приводят к надежному увеличению разборчивости речи, поэтому польза определяется с точки зрения комфорта и усилий, а не чистых показателей распознавания.

Key figures

• Harvey Dillon
• Joshua Alexander
• Lorienne Jenstad

Seminal works

• dillon-2012
• jenstad-2000

Frequently asked questions

Что такое компрессия широкого динамического диапазона?

Это подход к обработке, который применяет большее усиление к тихим звукам и меньшее к громким звукам, так что широкий диапазон повседневных уровней звука сжимается в более узкий диапазон, который поврежденное ухо может слышать комфортно.

Позволит ли шумоподавление в слуховом аппарате лучше слышать речь в шумном ресторане?

Шумоподавление, как правило, делает прослушивание более комфортным и менее напряженным, а также снижает раздражение от фонового шума, но данные показывают, что само по себе оно не приводит к надежному улучшению количества понимаемых слов; для этого более эффективны направленные микрофоны.