Музыка и слуховые аппараты. Специальная программа для повышения комфорта при прослушивании музыки
Издавна музыка является неотъемлемой частью нашей повседневной жизни, без нее не обходится ни одно значимое событие. И если для нормально слышащих людей звуки музыки являются чем-то приятным, то пользователям слуховых аппаратов они могут доставлять досадные неудобства. И, несмотря на применение большого количества алгоритмов обработки звука, слабослышащие люди по-прежнему недовольны тем, как она звучит в их аппаратах. Внимательное изучение этой проблемы помогает понять, что для ее решения необходимо приложить гораздо больше усилий, чем просто настроить дополнительную программу прослушивания.
Основные технологии, используемые в слуховых аппаратах, ориентированы на понимание речи. Их задача заключается в распознавании речевого или шумового сигнала, который попадает в аппараты. После этого, в зависимости от акустической ситуации, в аппаратах активируются функции, помогающие сделать речь понятной даже на фоне шума. Однако при передаче музыки такой алгоритм обработки звука может привести к тому, что она, особенно живая, будет звучать неестественно. Чтобы понять причины этого явления, более подробно рассмотрим свойства речи и музыки.

Характеристики речи, шумов и музыки

Важная основа для распознавания речи и шумов – разные характерные степени модуляции обоих сигналов. Модуляция – это изменение уровня громкости звука с течением времени. Речь, как правило, имеет сильную модуляцию, в отличие от большинства шумовых сигналов, которые ее не имеют вовсе. Покажем это на следующем примере. На левой части Рисунка 1 показана осциллограмма фразы, произнесенной вслух. На ней хорошо видны тихие и громкие компоненты речевого сигнала, а также характерные речевые паузы. В левой части Рисунка 2 изображен немодулированный равномерный шумовой сигнал (в данном случае – звук работающей электрической зубной щетки). На основе результатов разных графиков протекания автоматическая система слухового аппарата определяет – речь это или шум. Но именно то, что великолепно работает в отношении речи и шума, создает трудности при передаче музыки. Наглядно это показано на правых частях Рисунков 1 и 2. На Рисунке 1 справа показана осциллограмма отрывка из фортепианной Сонаты № 11 ля мажор В. А. Моцарта под названием «Турецкий марш». Она очень напоминает график речевого сигнала. На Рисунке 2 справа – осциллограмма отрывка скрипичного соло из Концерта для скрипки с оркестром ре мажор П. И. Чайковского. На всем протяжении этого отрезка мы видим равномерную модуляцию, характерную для шума. Если оба отрывка будет слушать пользователь слуховых аппаратов, перед ним возникнет дилемма, какую программу необходимо включить, потому что в этой ситуации он не может использовать ни настройку, ориентированную на речь, ни настройку, направленную на подавление шума.

Рисунок 1
Рисунок 1.

  Рисунок 2
Рисунок 2.

Динамические различия

В течение многих лет ученые детально изучают различные способы обработки сигнала для того, чтобы улучшить понимание речи с помощью слуховых аппаратов. Известно, что тихая речь имеет уровень громкости примерно 50 дБ, а речь нормальной громкости – от 60 до 65 дБ. Поэтому слуховые аппараты и алгоритмы настройки, как правило, ориентируются на обработку сигналов с уровнем 65 дБ ± 12 дБ. В отличие от этого, в музыке наблюдаются совершенно другие уровни громкости. Исследования показывают, что живая музыка с легкостью достигает уровня 105 дБ. А во время концерта симфонической музыки пиковые уровни звука в зале могут доходить до величин от 115 до 120 дБ.

Для слуховых аппаратов и их настройки это означает две важные вещи.

Во-первых, аппараты используют так называемую компрессию высокого уровня. Ее задача – препятствовать тому, чтобы очень громкие сигналы попадали в слуховой аппарат и перегружали его процессор. Так, например, у большинства моделей цифровых аппаратов пороги компрессии такой системы равны 95 дБ, что соответствует уровню громкости пневматического отбойного молотка на расстоянии 10 м или проезжающего мимо грузовика. То есть этого порога компрессии абсолютно достаточно для повседневной жизни, потому что даже очень громкая речь практически никогда не превышает уровня 82 дБ. Когда музыка звучит из динамика мобильного телефона или телевизора, она тоже редко превышает уровень 95 дБ. Но для живой музыки, громкость которой заметно превышает 100 дБ, компрессия высокого уровня превращается в препятствие, так как она сжимает входной сигнал, и музыка может звучать сдавленно и плоско. Разные производители используют различные алгоритмы компрессии высокого уровня. Поэтому специалисты рекомендуют обращать внимание на этот параметр, если речь идет о подборе слухового аппарата для меломана.
 
Вторая трудность связана с динамическими различиями между музыкой и речью, такими как коэффициент амплитуды, он же пик-фактор (crest factor), который обозначает разницу в дБ между пиковым значением и средней громкостью сигнала. Эта акустическая характеристика имеет колоссальную важность для тембров разных музыкальных инструментов и их динамического диапазона, и колеблется она в диапазоне от 18 до 20 дБ. Человеческая речь имеет практически постоянный пик-фактор величиной 12 дБ. Он же влияет на то, насколько объемно для нас звучит музыкальное произведение. Понимание этого нюанса помогает найти ответ на вопрос: почему некоторые записи звучат тускло и безжизненно? Причина заключается в том, что во время записи музыки в студии звукоинженеры искусственно приподнимают вверх среднее значение громкости, повышая и тихие уровни. Это необходимо для достижения качественного звучания в бюджетных моделях плееров или мобильных телефонов. Динамический диапазон при этом подменяется громкостью. К слову сказать, многие люди, привыкшие к звучанию музыкальных произведений в записи, удивляются, что на концерте они воспринимаются совершенно по-другому.
 
Применительно к программе прослушивания музыки в слуховом аппарате, все эти аспекты означают, что сохранять динамический диапазон музыки необходимо, и ни в коем случае ее нельзя подвергать излишней компрессии.

Музыка и слуховые аппараты

Требования к программе прослушивания музыки

Те технологи, которые в слуховых аппаратах хорошо работают в отношении речи и шума, создают трудности при передаче музыки. Поэтому к специальной программе прослушивания предъявляются дополнительные требования.
 
Наиболее логичным выходом может показаться отключение тех функций, которые помогают слышать речь в повседневной жизни. Действительно, для слухового аппарата органный концерт в церкви является не чем иным, как акустической ситуацией в помещении с сильной реверберацией. Поэтому функция подавления реверберации, имеющаяся в слуховом аппарате, однозначно повлияет на восприятие музыки. То же самое справедливо и в отношении функции подавления импульсных шумов, которая способно значительно ухудшить звучание барабана или тарелки.
 
Более сложная ситуация возникает в случае с системой подавления обратной связи, которая опирается на путь сигнала. Нужно помнить о том, что инструменты с высоким тембром, например флейта, могут непроизвольно активировать систему подавления обратной связи, что приведет к возникновению нежелательных артефактов. Как правило, систему подавления обратной связи без уважительной причины не активируют. Например, если слабослышащий зритель во время концерта переключится на программу прослушивания музыки, а его слуховой аппарат неожиданно отреагирует на ту же самую флейту, может возникнуть свист, который будет нервировать окружающих. Поэтому слуховые аппараты рекомендуется настраивать таким образом, чтобы в них не возникала обратная связь, а систему ее подавления включать только в определенных ситуациях, например во время разговора по телефону.

Еще одна функция, требующая внимания при настройке программы прослушивания музыки – направленность (выбранное направление, с которого будет приниматься звук). Всенаправленный режим (прием звука со всех направлений) имеет большой недостаток: во время концерта пользователь аппарата будет прекрасно слышать каждый шорох и даже самый тихий шепот. Многие модели заушных слуховых аппаратов не имеют функции направленности и поэтому не могут обеспечить естественного звукового ощущения. В этом случае может помочь активация частично направленного действия. Разумеется, нужно проследить за тем, чтобы оно охватывало все находящиеся на сцене музыкальные инструменты. Еще один нюанс, о котором нельзя забывать – снижение качества передачи низких частот при включенном режиме направленности. Таким образом, в данном случае универсального рецепта настройки не существует. Каждый пользователь выбирает самостоятельно, нужна ли ему на концерте активная функция направленности в его слуховых аппаратах или нет.
 
Самая сложная задача при настройке программы прослушивания музыки – настройка динамического диапазона. При типичной сенсоневральной потере слуха тихие звуки нужно усиливать более интенсивно, чем громкие. Однако, начиная с определенного уровня громкости, слабослышащие люди воспринимают сигналы одинаково громкими. Для нивелирования этого явления слуховые аппараты используют динамическую компрессию. Она позволяет совсем не усиливать или лишь незначительно усиливать громкий звук, например звук проезжающего мимо грузовика. Пользователю при этом не требуется регулировать громкость вручную. Но при передаче живой музыки имеющийся широкий динамический диапазон может привести к чрезмерному компрессионному действию, отчего звуки будут слышны неестественно. Кроме того, большинство людей имеет более высокие пороги терпимости к музыке, чем к повседневным звукам. По этой причине программа прослушивания музыки имеет лишь небольшую компрессию. Однако это становится преимуществом до тех пор, пока она звучит. Когда же по окончании музыкального произведения раздаются оглушительные аплодисменты, то этот громкий звук может стать чрезвычайно неприятным. В данном случае функцию ручного переключения программы прослушивания музыки применять неудобно, потому что пользователю придется срочно искать пульт дистанционного управления или кнопку переключения программ на своем слуховом аппарате, чтобы сделать уровень звука более комфортным.

Музыка и слуховые аппараты

Настройка. Автоматически или вручную

Автоматические системы управления громкостью несомненно приносят большую пользу владельцам слуховых аппаратов. Современные алгоритмы позволяют в режиме реального времени распознавать и подавлять шумы, не требуя от человека никаких дополнительных действий. Однако в ситуации с музыкой не все так однозначно. Целесообразно ли всегда использовать автоматическую систему активации программы прослушивания музыки? Однозначного ответа на этот вопрос не существует.
 
У большинства людей с нарушенным слухом музыка ассоциируется с шумом. Покажем это на следующих примерах. Если человек хочет пообщаться в баре, где кто-то играет на фортепиано, то, при всем уважении к пианисту, эту акустическую ситуацию можно описать как речь в шуме. Именно в такой обстановке активация функции направленного действия или подавления импульсного шума может принести большую пользу по сравнению со всенаправленным режимом. Аналогичная ситуация возникает, когда человек находится в лифте, где звучит фоновая музыка. Обработка полного динамического диапазона слуховым аппаратом здесь тоже будет неуместна.

Современные алгоритмы автоматического переключения программ срабатывают все быстрее и быстрее. Но, несмотря на это, использование их при прослушивании живой музыки в большинстве случаев неудобно. Если система реагирует слишком медленно – можно пропустить начало музыкального произведения. Если наоборот, слишком быстро, то при смене громкости или скорости музыки автоматика будет переключаться в «нормальный» режим, и целостный слуховой образ навряд ли успеет сложиться в голове слушателя. Особенно обидно будет попасть в такую ситуацию на живом концерте, когда нет никакой возможности остановить музыку и перемотать запись назад для того, чтобы послушать пропущенный фрагмент еще раз.
 
Большой популярностью сегодня пользуется технология открытого протезирования. Однако для слушания музыки это техническое решение подходит не всегда. Когда звуки передаются в слуховой аппарат напрямую из другого звуковоспроизводящего устройства, например смартфона, почувствовать разницу сможет даже хорошо слышащий человек. Для этого ему достаточно закрыть уши ладонями. Если слабослышащий меломан все же использует слуховые аппараты с открытым протезированием, ему имеет смысл заказать индивидуальный ушной вкладыш с вентом меняющегося размера или же просто пользоваться разными ушными вкладышами.

Заключение

Появление в слуховых аппаратах индивидуальной программы прослушивания музыки – явление вполне логичное, ведь она помогает даже тем людям, которые посещают массовые мероприятия всего лишь пару раз в год. Настроенная оптимальным образом, она становится дополнительным стимулом для того, чтобы встретиться с друзьями на вечеринке и просто провести досуг с пользой.
 
Безусловно, настройка такой программы прослушивания требует определенного опыта и терпения. Однако разве может это сравниться с тем удовольствием, которое можно получить от прослушивания шедевров мирового музыкального искусства. И даже то обстоятельство, что эта программа пока не всегда справляется со своими задачами на 100 %, не снижает ее важности. Тем более, что современные технологии развиваются семимильными шагами. И кто знает, возможно, уже в самом ближайшем будущем пользователи слуховых аппаратов смогут получать такое же удовольствие от прослушивания музыки, как и люди с идеальным слухом.

Статьи для специалистов