Одна из основных задач при сортировке речевых звуков в сложных акустических условиях, например, в шуме, определение положения звукового источника. Как только мозг определит положение источника звука, представляющего максимальный интерес, мозг сосредоточивает когнитивные ресурсы в этой конкретной точке, чтобы с точностью отслеживать этот источник звука во времени. Сразу же после идентификации источника звука, представляющего максимальный интерес, человек с большой долей вероятности сможет игнорировать и пропускать менее важную слуховую информацию.
Пространственный слух и усиление
Способность к пространственному слуху – относительно новая тема для многих слухопротезистов. Хотя за прошедшие годы технологии слуховых аппаратов удалось добиться множества существенных улучшений, очень мало было сделано для того, чтобы копировать и поддерживать естественные многомерные акустические символы и окружающие условия, в которых мы слышим. К счастью, сегодня многочисленные технические улучшения позволяют нам решить эту проблему. В частности, каждая из таких технологий, как бинауральная обработка сигнала, расширенная полоса пропускания, открытое протезирование и внутриушной телефон, влияет на пространственный слух и облегчает его.
Бинауральная обработка сигнала позволяет мозгу сравнивать и противопоставлять звуки из каждого уха с целью обнаружения и оценки акустической информации. Обычно, когда мы рассматриваем бинауральную обработку сигнала с точки зрения локализации, мы говорим о межушной разнице громкости и межушной разнице времени. Межушные разницы времени сильнее всего проявляются для звуков частотой ниже 1500 Гц, а межушные разницы уровня – для звуков частотой выше 1500 Гц. Межушные разницы громкости достигают больших значений для речевых звуков. В диапазоне от 4000 до 10000 Гц они могут составлять 20 – 25 дБ (Рис. 1). Прис отмечал, что человек лучше ориентируется в горизонтальной плоскости, чем в вертикальной, и что для звуков выше 1500 Гц межушные разницы уровня приобретают все большее значение, а межушные разницы времени становятся все более противоречивыми.
Расширенная полоса пропускания, как отмечали Бек и Олсен, обеспечивает лучшее качество звука и улучшает восприятие речи в тишине и в шуме. Использование расширенной полосы пропускания (до 10000 Гц) в СА является одним из способов поставлять важные символы межушной разницы уровня в мозг. Традиционные полосы пропускания обычно ограничивались частотой 4000 – 5000 Гц, а потому не могли передавать спектральную или пространственную информацию в диапазоне от 5000 до 10000 Гц. Таким образом, природная высокочастотная информация была недоступна, и бинауральная обработка этой информации не проводилась. Бек и Сокалингем заявили, что СА должен делать слышимыми все природные звуки и пространственную информацию, а также максимально улучшать понимание речи с помощью интеллектуальной обработки сигнала.
Открытое протезирование предлагает реальные и эффективные решения проблемы окклюзии. Наряду с этим открытое протезирование также позволяет сохранить важную пространственную информацию. И действительно, открытое протезирование позволяет низкочастотным акустическим символам попадать в слуховой проход без усиления, что обеспечивает присутствие в ухе естественного звука вместе с межушными разницами времени и громкости.
Внутриушные телефоны дают возможность избегать резонансных пиков, которые возникают при использовании звукопроводящей трубочки, в том числе тонкой. Кроме того, внутриушные телефоны позволяют поставлять в ухо более высокочастотный ответ.
Традиционная компрессия WDRC и пространственный слух
Слабослышащие люди обычно имеют сниженные способности к пространственному слуху. Компрессия расширенного динамического диапазона WDRC была хорошо принята слухопротезистами, владельцами СА и слуховой индустрией и стала основной технологией, обеспечивающей слышимость и одновременно защищающей пациентов от дискомфортно громких звуков.
Однако WDRC может отрицательно влиять на способности к пространственному слуху у слабослышащих людей, несмотря на общепринятые клинические протоколы. Причиной этого является установка независимых порогов компрессии для левого и правого СА на основе порогов слышимости, неестественные (т.е. искусственные) коэффициенты компрессии, а также время восстановления, которое может искажать отношения между звуками (этот вопрос подробно обсуждает Беренс).
Отрицательное влияние традиционной компрессии WDRC может возрастать, если бинауральные СА не синхронизированы, что ведет к снижению пространственного восприятия и способностей к локализации. Кроме того, искусственное восприятие громкости может негативно влиять на межушные разницы громкости и бинауральную обработку сигнала. Бинаурально синхронизированные функции цифровой обработки сигнала, такие, как компрессия, подавление шума и направленность, могут снизить до минимума большинство проблем, связанных с WDRC. И действительно, некоторые СА предлагают сбалансированный звуковой пейзаж, созданный с помощью беспроводной бинауральной синхронизации.
Жалобы, связанные с WDRC, могут относиться к таким ситуациям, как недовольство владельца работой СА в условиях шума в ресторане. В частности, владелец может слышать разговоры за соседним столиком громче, чем слова партнера, сидящего напротив. Причиной этого является то, что WDRC прикладывает наибольшее усиление к самым тихим сигналам, включая и разговоры за соседним столиком.
Что касается времени восстановления, то медленнодействующая компрессия обычно сохраняет кратковременные изменения уровня и может быть лучше в отношении комфорта и качества звука. Быстродействующая компрессия может улучшать разборчивость речи, но может разрушать или искажать акустические символы, в частности, при наличии фонового шума.
Новые разработки в области компрессии для облегчения пространственного слуха
Для улучшения понимания речи и обеспечения максимального слухового комфорта и отличного качества звука была разработана новая система компрессии Speech Guard (Защита речи). Она применяется в СА Agil фирмы Oticon и базируется на плавающей системе настройки линейного усиления, которая сочетает преимущества линейной компрессии и WDRC. Speech Guard действует быстро в тех случаях, когда необходимо обеспечить защиту от внезапных и сильных изменений громкости, и медленно, когда входной сигнал относительно стабилен. Эту систему подробно описывают Симонсен и Беренс.
На Рис. 2 показаны межушные разницы уровня, наблюдаемые на выходе СА Agil с компрессией Speech Guard, и СА с традиционным компрессором WDRC (в виде стимула выступал непрерывно говорящий мужской голос, прерываемый громким паровозным свистом). Входной сигнал посылался через громкоговоритель, установленный справа от манекена HATS в безэховой комнате. Для обоих компрессоров (Speech Guard и WDRC) использовалось билатеральное протезирование двумя одинаковыми СА. Все автоматические функции были выключены, синхронизация между двумя СА не проводилась. По результатам измерений СА Agil с компрессией Speech Guard имели среднюю межушную разницу уровня на высоких частотах (свыше 1,5 кГц) на 3,4 дБ больше, чем СА, использовавшие традиционный компрессор WDRC.
Изучение эффектов пространственного звука и систем компрессии
Как писалось ранее, система пространственного звука Spatial Sound фирмы Oticon использует бинауральную обработку сигнала, чтобы сохранять межушные разницы уровня, которые естественным образом присутствуют в ушах. Другие компоненты системы Spatial Sound – расширенная полоса пропускания, технология внутриушного телефона и открытое протезирование.
Хансен опросил 58 владельцев СА в возрасте от 28 до 84 лет (средний возраст 72 года). Все участники до этого прошли бинауральное протезирование с помощью самых современных СА. Испытуемые сравнивали свои передовые СА с СА Epoq с функцией Spatial Sound. 91% опрошенных заявили, что они привыкли к звучанию Epoq с функцией Spatial Sound в течение всего одной недели. Оценка пространственных характеристик, проведенная с помощью анкеты SSQ (Речь, пространственные характеристики, качество), показала, что группа испытуемых оценила СА Epoq в сложных слуховых ситуациях значительно выше, чем собственные передовые СА.
Сокалингем обследовал группу из 30 испытуемых (средний возраст 66 лет) со слабой и средней сенсоневральной потерей слуха. 14 человек из них были новыми пользователями, а 16 – опытными владельцами СА. Все они были бинаурально протезированы СА Dual XW фирмы Oticon. Способности к локализации и качество звука в шуме сравнивались для двух тестовых ситуаций: для включенной и выключенной бинауральной беспроводной связи. При включенной бинауральной беспроводной связи работали бинаурально координируемые компрессия, подавление шума и направленность. В этой тестовой ситуации испытуемые делали значительно меньше (p<0,05) ошибок локализации в шуме, чем при выключенной функции Spatial Sound. Более того, испытуемые сообщили о значительно более «естественном» качестве звука в сложных акустических ситуациях, таких, как ситуация в кафетерии, при включенной бинауральной беспроводной связи.
Недавние полевые исследования, проведенные в двух местах при участии 39 опытных владельцев СА, показали, что СА Agil с функциями Speech Guard и Spatial Sound продемонстрировали значительно лучшие направленные характеристики по сравнению с передовыми традиционными СА. Для сравнения двух СА использовалась шкала сравнения SSQ-C. Для всех исследуемых элементов пространственной подгруппы СА Agil получил гораздо лучшую оценку (p<0,01), чем традиционный СА.
Заключение
Способность идентифицировать происхождение звука (его местонахождение в пространстве) – основополагающая функция и неотъемлемая характеристика пространственного слуха. Как только источник конкретного звука идентифицирован, слушатель может сосредоточить внимание на звуковом сигнале, представляющем для него наибольший интерес, игнорируя в то же время или пропуская конкурирующую речь или фоновый шум.
Высокие частоты (свыше 1500 Гц) содержат значительные естественные бинауральные разницы уровня громкости, которые в идеале должны быть сохранены с помощью современных СА. Эти передовые СА с функциями, предназначенными для улучшения речевой и пространственной информации (такими, как Spatial Sound и Speech Guard в СА Agil фирмы Oticon) играют важную роль в облегчении пространственного слуха и улучшении слуха в сложных ситуациях.