.
Профессионализм специалистов является одной из составляющих успеха помощи людям с нарушенным слухом.
Взаимодействие с сурдологами, лор-врачами, сурдопедагогами - важнейшее направление нашей деятельности.
Это позволяет быть «на острие» проблем и своевременно предлагать специалистам необходимые решения.
Высокие частоты. Экскурсия в эволюцию и технику

Высокие частоты. Экскурсия в эволюцию и технику

Человеческий слух развит до такой степени, что люди могут слышать частоты примерно до 20 000 Гц, однако у современных слуховых аппаратов частотный диапазон до 10 000 Гц. В научном сообществе ведутся дискуссии о том, нужны ли вообще высокочастотные звуки и действительно ли слуховой аппарат обеспечивает диапазоны, обещанные в рекламных материалах различных фирм-производителей. Ответ на этот вопрос – в предлагаемой Вашему вниманию статье.

Развитие слухового органа и артикуляции

В ходе эволюции человека, как и большинства живых существ, неизменно наблюдался следующий процесс: звуки, которые могут слышать представители фауны, используются ими для артикуляции и коммуникации. Существуют разные виды летучих мышей, которые имеют верхнюю границу испускаемых ими звуков в диапазоне от 60 до 200 кГц. Эти частоты, с одной стороны, используются для эхолокации, а с другой – для коммуникации друг с другом. Интересный факт: установлено, что некоторые виды бабочек, являющиеся потенциальной добычей летучих мышей, могут распознавать звуковые волны охотников и тем самым избегать участи жертвы. Кролики пищат вплоть до частоты 50 кГц, свиньи хрюкают до 40 кГц, а человек, который в молодости слышит до 20 кГц, может издавать звуки как минимум до 12 кГц (некоторые называют даже 15 кГц).

Игнорирование высоких звуков

Человек в идеальном случае слышит до 20 000 Гц, но у большинства наших сородичей этот порог располагается значительно ниже. Поэтому нередко считается, что диапазон человеческого слуха ограничен величиной 15-16 кГц. Однако независимо от того, где проходит эта граница, она значительно выше, чем 10 000 Гц. Поэтому вызывает удивление дискуссия в некоторых научных кругах о том, нужны ли нам эти высокие частоты и нельзя ли вообще ограничиться слухом до 4,5 или 6 кГц? И достаточно ли для этого слуховых аппаратов, которые достигают только таких, относительно низких значений?

Например, большинство аудиометров работает в частотном диапазоне до 8 кГц. Даже хранитель основ аудиологии, Рабочее общество немецкоязычных аудиологов, нейроотологов и отологов ADANO, рекомендует проводить измерения лишь до 8 кГц. Аудиометр для скрининга, с помощью которого можно быстро проверить состояние слуха, вообще ограничивается 4 кГц. А врачи-оториноларингологи, которые охотно позиционируют себя как единственно подлинные эксперты в области слуха, используют в своей «15-й форме», предназначенной для врачебного предписания слуховых аппаратов, частоты от 500 до 3000 Гц.

Неужели Бог ошибается, и эволюция протекала зря, и нам не нужны высокие частоты? Или мы просто не в состоянии воспроизвести и/или измерить эту область слуха с помощью техники?

Нужны ли нам высокие частоты?

На сегодняшний день опубликовано немало результатов исследований, которые доказывают, что частоты выше 5 кГц имеют очень большое значение. В научных изысканиях они используются потому, что в прошлом большинство слуховых аппаратов имели в качестве максимально используемой или граничной частоты именно эту величину. (Это обстоятельство является причиной того, что все старые правила настройки, такие как POGO, NAL или ранний DSL, ограничены 4 кГц. В то время попросту не существовало слуховых аппаратов, которые позволяли бы проводить настройку за пределами этого диапазона). В качестве иллюстрации приведем следующие результаты:
  • Томас Беренс (2008 год) и Дональд Шам (2007 год) пришли к выводу о том, что с помощью слуховых аппаратов, передающих до 10 кГц, значительно улучшается пространственный слух.
  • Эми Хорвиц (2008 год) показала, что для слуховых аппаратов до 10 кГц возрастает понимание речи в шуме.
  • Тодд Рикетс (2008 год) смог доказать, что принятие широкополосных аппаратов (до 9 кГц) повышается.
  • Дети быстрее учатся говорить с помощью широкополосных слуховых аппаратовАндреа Питман (2008 год) установила, что дети в фазе овладения речью быстрее изучают новые слова с помощью суховых аппаратов в диапазоне до 10 кГц.
  • Виржиния Бест (2005 год) обнаружила, что с помощью виртуального слухового аппарата, в котором через наушники подаются частоты до 16 кГц, значительно улучшается локализация, а вместе с ней и понимание речи, особенно в шуме. Это поддерживает «легкость слуха». Бест также предлагает использовать именно высокие частоты, чтобы заблаговременно распознавать потерю слуха. То есть брать во внимание прямо противоположное тому, что измеряют современные аудиометры для скрининга.
  • Брайан Мур (2003 год) с помощью наушников доказал, что широкополосный тембр звука до 16,5 кГц воспринимается как более приятный и естественный.
Перечень исследований можно было бы продолжать еще долго, но, в сущности, все исследования, проведенные на эту тему, доказывают пользу высоких частот (выше 5 кГц):
  • Звуки становятся естественнее и воспринимаются как более приятные. Это относится как к музыке, так и к речи, а также к окружающим звукам.
  • Направленный слух, а вместе с ним и акустическая ориентация, значительно улучшаются. Благодаря этому сильно изменяется качество избирательного слуха, т.е. концентрация на одном собеседнике, особенно в шуме и в гуле голосов.
  • Процесс слушания и понимания упрощается.
  • Благодаря легкости слуха экономится когнитивная энергия (способность думать); у человека появляется больше возможностей для активного участия в происходящих событиях.
  • Дети быстрее и легче изучают язык, их произношение становится более отчетливым.
Несмотря на столь убедительные свидетельства того, что высокие частоты важны, возникает вопрос: почему они не используются в слуховых аппаратах при каждом протезировании? Если в недалеком прошлом и существовали технические проблемы в области разработки и техники измерений, то сегодня они в большинстве случаев решены. Остановимся более подробно на основных составляющих современного слухового аппарата.

Микрофон

Простейшая блок-схема слухового аппарата состоит из микрофона, усилителя и телефона. Таким образом, микрофон является входным порталом для всех звуков. Если он не пропускает высокие частоты, остальная часть аппарата может быть сколь угодно хороша, но в звуке будут отсутствовать важные составные элементы. К счастью, этот портал широко открыт: современные микрофоны могут без проблем принимать звук до 20 кГц, а измерительные микрофоны способны с легкостью удваивать это число. В студии или на сцене применяются микрофоны, которые работают с удивительно гладкой полосой пропускания. Их можно сконструировать очень маленькими. Так, например, музыкальные исполнители работают с помощью совершенно незаметного для посторонних  приемника звука.

Маленький микрофон, который носится на голове, используется сегодня на любой музыкальной сцене, и чаще всего он почти не виден. Ниже приводится его полоса пропускания
Микрофон
Полоса пропускания микрофона

И все же эти микрофоны слишком велики, чтобы они могли поместиться в корпус обычного слухового аппарата. Технический прогресс продвинулся достаточно далеко для того, чтобы можно было бы создавать полосу пропускания до 20 кГц. Однако из практических соображений микрофоны слухового аппарата ограничиваются лишь частотой 10 кГц. Благодаря этому снижается объем сигнала, который должен обрабатывать цифровой процессор. С одной стороны, при этом экономится энергия, что для слухового аппарата всегда является важной конструктивной целью. А с другой стороны, микрофон не принимает помехи частотой свыше 10 кГц, которые могут провоцировать отрицательный эффект в слышимой области.

Усилитель

Современные усилители слуховых аппаратов (за редкими исключениями) проводят цифровую обработку сигнала. Согласно так называемой теореме Найквиста, в этом случае для чистой обработки сигнала необходимо осуществлять развертку как минимум удвоенной полосы пропускания. То есть тот, кто хочет передавать 20 кГц, вынужден проводить развертку как минимум до 40 кГц. С помощью существующей техники это можно сделать без всяких проблем. Но, как и в случае с микрофоном, такая форма обработки сигнала повышает расчетную мощность и снижает срок службы батарейки. Поэтому полезная полоса пропускания усилителя подгоняется к существующему телефону. Разные производители заявляют о том, что они могут осуществлять передачу до 12-16 кГц. Таким образом, уже сегодня существует частотный резерв, который можно будет использовать, как только появится соответствующий телефон.

Полоса пропускания микрофона Knowles EK
Полоса пропускания микрофона производства Knowles EK 23123-000, идеально сглаженная в диапазоне до 10 кГц, а затем обрезанная, чтобы сэкономить расчетную мощность обработки сигнала в слуховом аппарате.

Телефон

С технической точки зрения нет никаких проблем в том, чтобы сконструировать усилительную систему, которая передавала бы звук до 20 кГц и выше. В технических характеристиках одних наушников вообще приведена величина 50 кГц! Но при этом потребляемая мощность в триста раз больше, чем может себе позволить слуховой аппарат. Получается, что даже при самых наилучших звуковых характеристиках эту технику нельзя применять в слуховых аппаратах: она слишком большая по размеру и энергозатратная.

Как неоднократно устанавливалось в прошлые годы, телефон является самым слабым звеном в цепи передачи звука. Так как телефон слухового аппарата должен работать с как можно более высоким КПД, были разработаны специальные энергосберегающие системы. Например, часто используемый телефон FK фирмы Knowles передает примерно до 10 кГц. К сожалению, на сегодня это предел для высоких частот. Хотя в отделах разработки многих фирм уже испытываются широкополосные слуховые аппараты, до сих пор их массовый выпуск тормозит дорожный полицейский по имени «Срок службы батарейки». С практической точки зрения это означает, что из имеющихся на сегодняшний день компонентов можно создавать аппараты лишь с частотным диапазоном до 10 кГц.

Несмотря на технически документированные частотные характеристики, некоторые эксперты напоминают о том, что эти значения невозможно перепроверить с помощью существующей измерительной техники. Тем не менее, вкратце коснемся этого аспекта.

Измерительная техника

Наушники Т1 Bayer DynamicКак показали процитированные выше исследования, там, где это важно, а именно в области человеческого слуха, эффект широкополосности был доказан с огромным успехом. Но тогда возникают вопросы: действительно ли эти звуки достигают барабанной перепонки и может ли воспользоваться ими слабослышащий человек? Кроме того, слухопротезисты, занимающиеся настройкой, справедливо требуют наличия возможности проводить технические измерения используемого слухового аппарата. Разработчики сурдотехники в один голос утверждают, что все это доступно.

Так, например, микрофоны, применяемые в разных измерительных системах, имеют полосу пропускания, которая в любом случае охватывает характеристики воспроизведения всех слуховых аппаратов. Датская фирма Bruel&Kjaer предлагает полосу пропускания до 20 кГц. Однако при работе в измерительном боксе с камерой связи объемом 2 см3 или с «искусственным ухом» полезный и воспроизводимый диапазон становится ограниченным. В случае надежной, а потому применяемой повсеместно камеры связи объемом 2 см3, которая была разработана еще в те времена, когда слуховые аппараты передавали частоты до 2-3 кГц, граница проходит в области 6-7 кГц. После этого хотя и можно что-то измерить, но эти значения не имеют ничего общего с тем, какой по качеству звук поступает к барабанной перепонке пользователя.

Значительно более дорогое и гораздо более чувствительное «искусственное ухо» (по IEC 60 711) начинает показывать относительно большое отклонение примерно с 10 кГц. Раймер Роведер из Немецкого института слуховых аппаратов в Любеке при сравнении четырех «искусственных ушей» обнаружил отклонения величиной + 1,5 дБ. На практике этим можно пренебречь, но при получении допуска для слухового аппарата этот факт может иметь значение. Впрочем, для сегодняшней слуховой техники этого вполне достаточно.

Частотная полоса

Частотная полоса современного слухового аппарата
дает едва ли 10 000 Гц.


При измерениях в реальном ухе – часто используемом рабочем средстве слухопротезистов – ранее действовало эмпирическое правило: начиная с 4 кГц воспроизведение измерений становится невозможным. Харальд Бонзель, который сконструировал очень популярную в Германии измерительную систему АСАМ, сегодня дает величину примерно 7 кГц. Этого достаточно как минимум для большей части полосы пропускания. Но широко применяемый сегодня Klangfinder, манекен, позволяющий одновременно сравнивать до трех пар слуховых аппаратов, согласно техническим условиям работает до 18 кГц.

Высокие частоты – высокая удовлетворенность

Резюмируя все вышеизложенное,  можно сказать следующее:
  • В ходе эволюции человек научился слышать звуки с высотным диапазоном примерно до 20 кГц. Сегодня мы используем слух для общения и акустической ориентации. Однако при его нарушении способность эффективно осуществлять коммуникации теряется, и здесь могут помочь слуховые аппараты.
  • Микрофоны могут передавать звуки до 20 кГц.
  • Цифровые усилители могли бы передавать звуки до 20 кГц, однако на практике они достигают 16 кГц.
  • Телефоны слуховых аппаратов сегодня работают уже на высоте до 10 кГц, т.е. являются гораздо более широкополосными, чем большинство слуховых аппаратов, которые носят потребители.  
  • Техника измерения, в зависимости от области применения, позволяет проверять используемую сегодня слуховую технику.
  • Слуховые аппараты в настоящее время могут настраиваться и передавать частоты до 10 кГц.
  • Высокие частоты необходимы. Чем широкополоснее информация, которую пользователь получает через слуховые аппараты, тем больше слуховой комфорт. Это подтверждают многочисленные исследования. Реальное качество звука улучшается практически во всех акустических ситуациях: он воспринимается как более приятный и комфортный. Акустическая ориентация (пространственный слух) становится более качественной. Это помогает понимать речь отчетливее и легче, особенно в шуме. Благодаря этому высвобождается когнитивная энергия, которая позволяет человеку с нарушенным слухом более активно принимать участие в происходящем. Речь и музыка воспринимаются гораздо естественнее.
  • Дети быстрее учатся говорить, их произношение становится более отчетливым.
Отклонение от контрольной "камеры связи", дБ

При наличии такого числа положительных свидетельств вполне целесообразно проводить слухопротезирование во всех случаях настолько широкополосным, насколько это позволяет техника. В идеале – до 10 кГц.


Хорст Варнке – инженер,  состоит  в  Совете Немецкого Общества
аудиологии и Комитете по стандартизации слуховых аппаратов,
 техническом комитете немецкого Объединения производителей
 слуховых аппаратов, имеет диплом по медицинской технике.


Журнал «Horakustik», № 8, 2012 год

ВКонтакт Facebook Одноклассники Twitter Яндекс Livejournal Liveinternet Mail.Ru



<-Назад в раздел




Слуховые аппараты. Каталог
Юбилей Компании - 20 лет!

Контактная информация

141195 , г. Фрязино, МО
Заводской проезд, д.3а

+7 (495) 792-02-10