История инноваций Сименс началась в 1878 году, когда Вернер фон Сименс, основатель компании Сименс, изобрел специальный телефонный ресивер для своей жены с потерей слуха. Фонофор был запущен в серийное производство, прокладывая путь другим инновациям, радикально изменившим подход к слухопротезированию. С тех пор инженеры и научные работники компании, используя все свои знания и накопленный опыт, продолжают непрерывно работать над инновационными решениями, чтобы помочь людям с нарушениями слуха. В результате более 130-ти лет успешной работы компания Сименс зарекомендовала себя как технологический лидер индустрии. Только за последние 2 года компанией Сименс было подано вдвое больше заявок на патент, чем каким-либо другим производителем.
BestSound Technology – новая планка возможностей на рынке слухопротезирования
Однако количество патентов – это не единственное, чем может гордиться компания Сименс. Гораздо более важным аспектом для нее является то, насколько эффективно все эти инновации отвечают требованиям пациентов с потерями слуха. Традиционно требованием номер один является лучшая разборчивость. При этом при улучшении разборчивости звук должен оставаться комфортным. Выполнение данного требования способствует регулярному ношению слухового аппарата и, как следствие, наиболее эффективному его использованию. К сожалению, во многих случаях не так-то просто найти оптимальный баланс между хорошей разборчивостью и комфортом. Для этого необходимо учитывать индивидуальные предпочтения и потребности каждого отдельного пациента в различных жизненных ситуациях. Новая платформа BestSound Technology – в дополнение к технологиям, уже доказавшим свою эффективность, – предлагает уникальный набор революционных алгоритмов: SpeechFocus, FeedbackStopper и SoundLearning™ 2.0.
SpeechFocus – инновация BST для лучшей разборчивости
Большинство микрофонных систем, в том числе адаптивных и многоканальных, как правило, выделяют речь только с фронтального направления, подавляя шумы с других сторон. Во многих случаях это наиболее эффективно, так как мы почти всегда интуитивно поворачиваемся лицом к собеседнику. Но если пациент не имеет возможности повернуть голову в сторону собеседника, традиционные направленные микрофоны могут даже существенно ухудшить разборчивость.
Таким образом, когда речь слышится спереди, используется адаптивный направленный микрофон, снижающий шум сбоку и сзади. Если источник речевого сигнала находится сзади, выбирается режим инвертированного направленного микрофона. И наконец, в случае, когда речь определяется непосредственно слева или справа, задействуется ненаправленный режим (Рис. 1).
BestSound Technology – новая планка возможностей на рынке слухопротезирования
Однако количество патентов – это не единственное, чем может гордиться компания Сименс. Гораздо более важным аспектом для нее является то, насколько эффективно все эти инновации отвечают требованиям пациентов с потерями слуха. Традиционно требованием номер один является лучшая разборчивость. При этом при улучшении разборчивости звук должен оставаться комфортным. Выполнение данного требования способствует регулярному ношению слухового аппарата и, как следствие, наиболее эффективному его использованию. К сожалению, во многих случаях не так-то просто найти оптимальный баланс между хорошей разборчивостью и комфортом. Для этого необходимо учитывать индивидуальные предпочтения и потребности каждого отдельного пациента в различных жизненных ситуациях. Новая платформа BestSound Technology – в дополнение к технологиям, уже доказавшим свою эффективность, – предлагает уникальный набор революционных алгоритмов: SpeechFocus, FeedbackStopper и SoundLearning™ 2.0.
SpeechFocus – инновация BST для лучшей разборчивости
Большинство микрофонных систем, в том числе адаптивных и многоканальных, как правило, выделяют речь только с фронтального направления, подавляя шумы с других сторон. Во многих случаях это наиболее эффективно, так как мы почти всегда интуитивно поворачиваемся лицом к собеседнику. Но если пациент не имеет возможности повернуть голову в сторону собеседника, традиционные направленные микрофоны могут даже существенно ухудшить разборчивость.
Рассмотрим специфическую, но часто имеющую место ситуацию, когда пациент находится за рулем автомобиля, и пассажир обращается к водителю сзади. Другой распространенный пример – пациент прогуливается под руку со своим собеседником, и источник речи – сбоку от слухового аппарата. В этих ситуациях обычный направленный микрофон усилит гул мотора и другие шумы, уменьшая при этом интенсивность голоса собеседника.
SpeechFocus преодолевает ограничения традиционных микрофонов. В случае необходимости в дополнение к 4-х канальному адаптивному направленному микрофону эта технология может фокусироваться на речи, источник которой находится не только во фронтальном направлении. SpeechFocus постоянно отслеживает окружающую акустическую обстановку с целью найти направление, в котором обеспечивается наиболее высокое отношение сигнала к шуму. А затем по результатам анализа автоматически выбирается наиболее оптимальная конфигурация микрофона, чтобы предложить пользователю наилучшую разборчивость речи вне зависимости от того, с какой стороны находится собеседник – спереди, сзади или сбоку.SpeechFocus одновременно оперирует 3-мя конфигурациями: ненаправленным, адаптивным направленным и инвертированным направленным режимами микрофона. В отличие от типичного направленного микрофона с диаграммой направленности «фронтальный кардиоид», инвертированный направленный микрофон действует как «обратное акустическое зеркало», т.е. фокусируется на речи, которая слышится сзади, подавляя при этом шум спереди.
Таким образом, когда речь слышится спереди, используется адаптивный направленный микрофон, снижающий шум сбоку и сзади. Если источник речевого сигнала находится сзади, выбирается режим инвертированного направленного микрофона. И наконец, в случае, когда речь определяется непосредственно слева или справа, задействуется ненаправленный режим (Рис. 1).
Рис. 1. Алгоритм работы системы SpeechFocus.
Эффективность SpeechFocus оценивалась в ходе исследования с участием 20 опытных пользователей слуховых аппаратов. Результаты показали преимущество SpeechFocus приблизительно в 10 дБ для соотношения сигнал-шум (p<0.001) над обычным направленным микрофоном и улучшение в 5 дБ по сравнению с всенаправленным микрофоном, когда речь слышалась сзади (Рис. 2). Этот результат также получил подтверждение в реальных условиях, когда предпочтение отдавалось SpeechFocus по сравнению с традиционными направленными микрофонами по результатам пробного ношения (Branda и Hernandez 2010).
Рис. 2. Эффективность SpeechFocus по сравнению
с различными микрофонными режимами.
с различными микрофонными режимами.
FeedbackStopper – инновация для комфортного звука
Акустическая обратная связь является одним из наиболее негативных аспектов, связанных со слуховыми аппаратами. Во многих случаях дискомфорт, вызванный обратной связью, может перевесить преимущества от усиления слухового аппарата. Это одна из причин, почему многие слуховые аппараты в итоге оказываются «в ящике стола». Обратная связь возникает, когда усиленный звук с телефона слухового аппарата через слуховой проход (например, через вент) возвращается на микрофон и снова проходит через усилитель. Главная задача любого Менеджера обратной связи – быстро разорвать эту петлю. Многие современные системы подавления обратной связи принимают во внимание индивидуальную акустику уха и учитывают особенности конкретной настройки, что позволяет препятствовать статической петле обратной связи. При этом самые большие сложности вызывает подавление обратной связи в динамически меняющихся условиях, например, когда пациент разговаривает, жует, подносит к слуховому аппарату трубку телефона, надевает шляпу. Для того чтобы нейтрализовать обратную связь в этих ситуациях до того, как она начнет мешать пользователю, важно, чтобы система срабатывала в течение миллисекунд, и при этом отсутствовали бы артефакты.
Новая уникальная быстродействующая система подавления обратной связи FeedbackStopper обеспечивает наиболее эффективное избавление от нежелательного «свиста» даже в самых критических ситуациях за счет совмещения проверенной технологии Акустического отпечатка пальца и новейшей технологии Кратковременного частотного сдвига.FeedbackStopper представляет собой адаптивную систему подавления обратной связи в противофазе с технологией Кратковременного частотного сдвига. Адаптивный противофазный фильтр непрерывно контролирует работу слухового аппарата и при возникновении петли обратной связи генерирует соответствующий противофазный сигнал. Процесс адаптации протекает практически мгновенно благодаря кратковременному частотному сдвигу всего выходного сигнала на 25 Гц. Этот сдвиг разрывает петлю и помогает подавить обратную связь. Не менее важно то, что частотный сдвиг способствует исключению артефактов. Дело в том, что адаптивный фильтр может генерировать артефакты, если внешний сигнал – это тональные стимулы, например, музыка. Сдвиг частоты выходного сигнала, в т.ч. обратной связи, делает его более непохожим на внешние звуки, поэтому адаптивный фильтр может реагировать очень быстро без риска возникновения артефактов.
Гарантировать отсутствие артефактов, и тем самым более комфортный звук, можно, только если адаптация остановлена и частотный сдвиг отключен вообще. Поэтому FeedbackStopper автоматически прекращает адаптацию и частотный сдвиг, когда нет риска появления акустической обратной связи. Чтобы отличать ситуации с риском обратной связи от «безопасных» ситуаций, Менеджер обратной связи FeedbackStopper
использует патентованную технологию Акустического отпечатка пальца. Усиленный сигнал, покидающий телефон слухового аппарата, имеет незначительную фазовую модуляцию, и этот «отпечаток пальца» позволяет системе определить, что на микрофон вернулся сигнал, который уже проходил через усилитель. Многочисленные психоакустические эксперименты показали, что такая фазовая модуляция не слышна для человеческого уха. Но для детектора модуляции несет чрезвычайно важную информацию. Обнаружив «отпечаток», он передает эту информацию FeedbackStopper, который, в свою очередь, включает частотный сдвиг и адаптацию (Рис. 3).
Рис. 3. Иллюстрация работы системы FeedbackStopper.
FeedbackStopper был протестирован во время исследования, которое воспроизводило реальные условия (Branda и Herbig, 2010 год). Двенадцать человек с умеренно нисходящей аудиограммой слушали речь на фоне шума интенсивностью 50 дБ SPL, при этом двигали головами, жевали и разговаривали. Было измерено дополнительное стабильное усиление, которое обеспечивал FeedbackStopper с частотным смещением и без него. Полученные результаты показали значительное улучшение на 7 дБ для FeedbackStopper с технологией частотного сдвига (настройка «fast» в Connexx) по сравнению с адаптивным фильтром в противофазе, но без технологии частотного сдвига (настройка в Connexx «slow»). Вообще говоря, Менеджер обратной связи FeedbackStopper с Кратковременным частотным сдвигом обеспечивает примерно 25 дБ дополнительного стабильного усиления в динамических ситуациях по сравнению с настройками, когда он отключен (Рис. 4).
Рис. 4. Дополнительное стабильное усиление при различных
настройках системы FeedbackStopper.
настройках системы FeedbackStopper.
Подавление обратной связи фундаментально важно для слуховых аппаратов, поэтому FeedbackStopper используется для всех ценовых категорий слуховых аппаратов на основе чипа BestSound Technology.
SoundLearning 2.0 – инновация для индивидуальности
Современные алгоритмы расчета целевого усиления проверены временем и хорошо подходят для первого шага настройки слуховых аппаратов. Однако за основу для настроек берется «среднестатистический» пациент. Тем не менее пациенты с одинаковыми потерями слуха (по порогам слышимости чистого тона) могут испытывать совершенно различные потребности и иметь разные предпочтения в отношении усиления.
Наиболее рациональным решением проблемы является использование слухового аппарата, способного запоминать нужные настройки в результате повседневных манипуляций пользователя (для более подробной информации см. Диллон и соавторы, 2006 год).
В 2006 году Сименс выпустил на рынок первый самообучающийся слуховой аппарат Centra, учитывающий индивидуальные предпочтения по усилению. Алгоритм второго поколения SoundLearning стал доступен в 2008 году и позволил запоминать в дополнение к желаемому усилению настройки компрессии и частотную характеристику, выбранные самим пациентом, а затем применять их автоматически. Теперь с SoundLearning 2.0 все эти параметры запоминаются отдельно для трех различных акустических ситуаций.
SoundLearning 2.0 – самый совершенный обучающийся алгоритм на сегодняшний день, который лучше всего адаптирует слуховой аппарат к индивидуальности пользователя. Автоматически управляемый интеллектуальным детектором акустических ситуаций, SoundLearning 2.0 позволяет пользователю настроить предпочтительное усиление, компрессию и частотную характеристику независимо для различных акустических ситуаций: музыки, речи и шума.В зависимости от окружающей акустической обстановки пациенты имеют различные предпочтения по качеству звука. В ситуациях, когда звучит речь (неважно, в тишине или в шумной обстановке), наиболее важным является понимание речи. В шумной обстановке посторонние звуки должны быть слышны, но на комфортном уровне. Для музыки очевидным приоритетом является качество звучания. Отсюда следует, что в зависимости от того, какой является акустическая обстановка – речь, шум или музыка – пациент выберет различные настройки. Тип акустической обстановки определяется на основании данных классификатора ситуации высокой точности.
Каждый раз, когда пациент регулирует громкость и SoundBalance (регулировку тембра с помощью пульта дистанционного управления Tek Connect) своего слухового аппарата с функцией SoundLearning 2.0, эти изменения регистрируются наряду с уровнем входного сигнала и типом акустической ситуации. В результате формируются частотные ответы и настройки компрессии независимо для музыки, шума и речи. Соответствующая настройка будет вызываться, когда классификатор определит одну из вышеперечисленных ситуаций. То есть настройки для музыки, шума и речи переключаются в рамках одной Универсальной программы автоматически.
Рис. 5. Алгоритм работы технологии SoundLearning 2.0.
Основываясь на данных исследований, проведенных Национальной Акустической Лабораторией, можно оценить процентный показатель ситуаций с комфортным уровнем громкости. В то время как алгоритмы самообучения DataLearning и SoundLearning были уже довольно успешными в повышении процентного показателя ситуаций с комфортным уровнем громкости (Mueller и др., 2008 г.), SoundLearning 2.0 явно превосходит их и обладает потенциалом достижения оптимальной громкости практически во всех акустических обстановках (Рис. 6).
Рис. 6. Процентный показатель ситуаций с комфортным уровнем громкости
для различных алгоритмов самообучения.
для различных алгоритмов самообучения.
В новой версии программного обеспечения Connexx 6.4 усовершенствовано приложение RealTime Display для графической демонстрации функционирования подключенного слухового аппарата в реальном времени. Это функция стала доступна для ценовых категорий 301, 501 и 701 (Рис. 7).
Рис. 7. Окно приложения RealTime Display.
BestSound Technology воплощает в себе самые востребованные технологические решения и является основой для последнего поколения слуховых аппаратов Сименс Pure Х01, Motion Х01 и Aquaris, которые уже доступны российским пациентам.
Материал предоставлен компанией Siemens
