ส่วนประกอบและการประมวลผลสัญญาณของเครื่องช่วยฟัง

เครื่องช่วยฟังที่ทันสมัยเป็นระบบประมวลผลเสียงดิจิทัลขนาดเล็ก โดยมีไมโครโฟนหนึ่งตัวหรือมากกว่าแปลงเสียงเป็นสัญญาณไฟฟ้า ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัลจะปรับแต่งและขยายสัญญาณตามระดับการสูญเสียการได้ยินของผู้ใช้ และตัวรับ (ลำโพง) จะส่งสัญญาณไปยังหู กระบวนการประมวลผลสัญญาณจะกำหนดว่ามีการขยายสัญญาณเท่าใดในแต่ละความถี่และระดับเสียง วิธีการรักษาระดับเสียงดังให้อยู่ในระดับที่สบาย และวิธีการจัดการกับเสียงรบกวนรอบข้าง

Definition

ส่วนประกอบและการประมวลผลสัญญาณของเครื่องช่วยฟังหมายถึงตัวแปลงสัญญาณ (ไมโครโฟนและตัวรับ) และอัลกอริทึมดิจิทัลที่ใช้ในการจับภาพ ขยาย บีบอัด และทำความสะอาดสัญญาณเสียง เพื่อให้ผู้ที่มีภาวะสูญเสียการได้ยินสามารถได้ยินและรู้สึกสบาย

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงส่วนประกอบพื้นฐานของเครื่องช่วยฟังและการประมวลผลหลักที่เครื่องช่วยฟังดำเนินการ: ไมโครโฟนและตัวรับ, เส้นทางการแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิทัล, การขยายสัญญาณที่ขึ้นกับความถี่, การบีบอัดช่วงไดนามิกกว้าง และการลดเสียงรบกวนแบบดิจิทัล โดยจะพิจารณาสิ่งเหล่านี้ในฐานะแนวคิดทางวิศวกรรมและการรับรู้ ไม่ได้ระบุการตั้งค่าสำหรับบุคคลใดบุคคลหนึ่ง และไม่ใช่แนวทางการปรับแต่งเครื่องช่วยฟัง

Core questions

• ส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ใดบ้างที่ประกอบเป็นเครื่องช่วยฟัง และแต่ละส่วนทำหน้าที่อะไร?
• การบีบอัดแปลงระดับเสียงในโลกจริงให้เข้ากับช่วงไดนามิกที่ลดลงของหูที่เสียหายได้อย่างไร?
• การลดเสียงรบกวนแบบดิจิทัลทำงานอย่างไร และได้ผลลัพธ์อะไรสำหรับผู้ฟังจริงๆ?

Key concepts

• ตัวแปลงสัญญาณไมโครโฟนและตัวรับ
• การแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัลและดิจิทัลเป็นอนาล็อก
• การปรับแต่งการขยายสัญญาณเฉพาะความถี่
• การบีบอัดช่วงไดนามิกกว้าง (WDRC)
• อัตราส่วนการบีบอัด เกณฑ์ และค่าคงที่เวลา
• การลดเสียงรบกวนแบบดิจิทัล
• การยกเลิกเสียงสะท้อน

Mechanisms

เสียงจะเข้าสู่เครื่องช่วยฟังผ่านไมโครโฟนและถูกแปลงเป็นดิจิทัล ตัวประมวลผลสัญญาณดิจิทัลจะแยกเสียงออกเป็นย่านความถี่และใช้การขยายสัญญาณที่ขึ้นอยู่กับทั้งความถี่และระดับเสียงที่เข้ามา เนื่องจากหูชั้นในที่เสียหายมีช่วงไดนามิกที่ลดลง — เสียงเบาจะไม่ได้ยินในขณะที่เสียงดังยังคงไม่สบาย — การบีบอัดช่วงไดนามิกกว้าง (wide dynamic range compression) จะใช้การขยายสัญญาณที่มากขึ้นสำหรับเสียงเบาและน้อยลงสำหรับเสียงดัง เพื่อคืนความสามารถในการได้ยินโดยไม่ขยายเสียงดังมากเกินไป พฤติกรรมนี้ถูกควบคุมโดยอัตราส่วนการบีบอัด เกณฑ์ และค่าคงที่เวลาของการโจมตี/ปล่อย (Jenstad, 2000; Dillon, 2012) การลดเสียงรบกวนแบบดิจิทัลจะประมาณว่าบริเวณเวลา-ความถี่ใดที่ถูกครอบงำด้วยเสียงรบกวนและลดการขยายสัญญาณในบริเวณนั้น หลักฐานแสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้ช่วยลดความรำคาญจากเสียงรบกวนและความพยายามในการฟังได้อย่างน่าเชื่อถือ แต่ไม่ได้ช่วยปรับปรุงความเข้าใจในการพูดด้วยตัวมันเองอย่างสม่ำเสมอ (Brons, 2014; Alexander, 2021) การยกเลิกเสียงสะท้อนจะช่วยยับยั้งเสียงหวีดที่เกิดจากเสียงที่ขยายแล้วรั่วกลับไปยังไมโครโฟน

Clinical relevance

การทำความเข้าใจกระบวนการประมวลผลจะอธิบายว่าเหตุใดเครื่องช่วยฟังสองเครื่องจึงให้เสียงที่แตกต่างกัน เหตุใดการตั้งค่าการบีบอัดและการลดเสียงรบกวนจึงมีความสำคัญ และคุณสมบัติใดที่คาดหวังได้และคาดหวังไม่ได้ สิ่งนี้สนับสนุนการประเมินเชิงวิพากษ์ของข้อเรียกร้องของอุปกรณ์และการศึกษาผลลัพธ์ โดยจะอธิบายว่าเทคโนโลยีทำงานอย่างไรและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตั้งโปรแกรมอุปกรณ์สำหรับบุคคลใดบุคคลหนึ่ง

History

เครื่องช่วยฟังยุคแรกใช้การขยายสัญญาณเชิงเส้นแบบคงที่ ซึ่งทำให้ต้องแลกเปลี่ยนระหว่างการทำให้เสียงเบาได้ยินกับการรักษาระดับเสียงดังให้อยู่ในระดับที่ทนได้ การเปลี่ยนไปใช้เครื่องมือที่ตั้งโปรแกรมได้และจากนั้นเป็นดิจิทัลเต็มรูปแบบในทศวรรษ 1990 ทำให้การบีบอัดช่วงไดนามิกกว้างแบบหลายย่านความถี่เป็นไปได้จริง และช่วยให้สามารถลดเสียงรบกวนและยกเลิกเสียงสะท้อนได้ ซึ่งเป็นการเปลี่ยนสาขาจากเพียงการขยายสัญญาณไปสู่การประมวลผลสัญญาณแบบปรับตัว

Debates

การลดเสียงรบกวนแบบดิจิทัลช่วยปรับปรุงความเข้าใจในการพูดหรือไม่?

การศึกษาแสดงให้เห็นอย่างสม่ำเสมอว่าอัลกอริทึมการลดเสียงรบกวนช่วยลดความรำคาญและความพยายามในการฟัง และมักเป็นที่นิยม แต่ไม่ได้ช่วยเพิ่มความเข้าใจในการพูดด้วยตัวมันเองอย่างน่าเชื่อถือ ดังนั้นประโยชน์จึงถูกกำหนดในแง่ของความสบายและความพยายามมากกว่าคะแนนการจดจำดิบ

Key figures

• Harvey Dillon
• Joshua Alexander
• Lorienne Jenstad

Seminal works

• dillon-2012
• jenstad-2000

Frequently asked questions

การบีบอัดช่วงไดนามิกกว้างคืออะไร?

เป็นวิธีการประมวลผลที่ใช้การขยายสัญญาณที่มากขึ้นสำหรับเสียงเบาและน้อยลงสำหรับเสียงดัง เพื่อให้ช่วงระดับเสียงในชีวิตประจำวันที่กว้างถูกบีบอัดให้อยู่ในช่วงที่แคบลงซึ่งหูที่เสียหายสามารถได้ยินได้อย่างสบาย

การลดเสียงรบกวนในเครื่องช่วยฟังจะช่วยให้ฉันได้ยินเสียงพูดได้ดีขึ้นในร้านอาหารที่มีเสียงดังหรือไม่?

การลดเสียงรบกวนโดยทั่วไปทำให้การฟังสบายขึ้นและใช้ความพยายามน้อยลง และลดความรำคาญของเสียงรบกวนรอบข้าง แต่หลักฐานบ่งชี้ว่าไม่ได้ช่วยปรับปรุงจำนวนคำที่เข้าใจได้อย่างน่าเชื่อถือด้วยตัวมันเอง ไมโครโฟนแบบมีทิศทางมักจะมีประสิทธิภาพมากกว่าสำหรับเรื่องนั้น