Современные слуховые аппараты используют новейшие цифровые технологии. По сути они стали мощными компьютерами, которые на входе и выходе совмещены с электроакустическими преобразователями — микрофонами и ресиверами. Микрофоны улавливают звуки из окружающей среды и преобразуют их в электрические сигналы. А ресиверы (миниатюрные громкоговорители) обеспечивают обратное преобразование электрических сигналов в звуки. Между ними находится цифровой сигнальный процессор. Сердце слухового аппарата. Тот самый компьютерный чип, который и занимается обработкой звука — его усилением, компрессией, очисткой от посторонних шумов. То есть делает все то, что нужно для хорошего понимания речи.
Как устроены слуховые аппараты?
Давайте посмотрим, как выглядит стандартный заушный слуховой аппарат. Он состоит из корпуса и соединённого с ним рожка, от которого отходит тонкая прозрачная трубочка — звукопровод. К концу звукопровода прикрепляется ушной вкладыш. Корпус аппарата помещают за ухом, а вкладыш вставляют в слуховой проход. Также на аппарате может иметься регулятор громкости в виде колесика, рычажка или клавиши и кнопка для переключения так называемых программ — различных вариантов настройки. Многие современные аппараты работают в полностью автоматическом режиме. При этом потребность в ручной регулировке исчезает и дополнительные органы управления на корпусе могут отсутствовать.
Как работают слуховые аппараты?
В слуховых аппаратах могут применяться два способа обработки звука — аналоговый и цифровой.
В аналоговых слуховых аппаратах звуковая информация имеет вид непрерывного электрического сигнала, который по форме является аналогом звуковой волны — отсюда и появилось их название. При этом микрофон преобразует звуковые колебания в электрический сигнал, который затем поступает на усилитель. Ресивер выполняет обратную трансформацию усиленного электрического сигнала в звук. В цифровых слуховых аппаратах непрерывный аналоговый электрический сигнал приобретает вид последовательности, состоящей из дискретных численных значений — цифр. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП), переводит поступающий с микрофона аналоговый сигнал в цифровой код. Далее оцифрованный звук обрабатывается микропроцессором. После чего в цифро-аналоговом преобразователе (ЦАП) вновь переводится в аналоговую форму, поступает на ресивер и подаётся в ухо. В результате пользователь аппарата опять начинает понимать речь и к нему возвращается способность нормально слышать.
Перевод звука в цифровую форму открыл практически безграничные возможности для его обработки. Современные слуховые аппараты не просто «делают звук громче». Дело в том, что для улучшения разборчивости речи обычного увеличения громкости часто бывает недостаточно. Звук необходимо преобразовать в форму, понятную для неправильно функционирующего уха. В полной мере этого можно достичь только с применением цифровых технологий. Перечислим самые важные из них:
В современных слуховых аппаратах имеются сложные алгоритмы, которые позволяют классифицировать окружающие звуки, относить их к определенной категории и в зависимости от этого автоматически изменять весь комплекс параметров настройки. Процессор плавно переключается между различными акустическими ситуациями, устанавливая те параметры прослушивания, которые максимально соответствуют окружающей обстановке.
Динамический диапазон — разница между порогом слышимости (еле слышимым звуком) и порогом дискомфорта (еле переносимым звуком). У людей с сенсоневральной тугоухостью он почти всегда сужен. Его нижняя граница повышена из-за повышения порога слышимости, а верхняя граница часто снижена из-за феномена рекруитмента. В такой ситуации обычное линейное усиление быстро приводит к звуковой перегрузке уха, причем происходит это уже при небольшой интенсивности входного сигнала. Чтобы вписать все звуки нормального динамического диапазона в узкий динамический диапазон человека с сенсоневральной потерей слуха, применяют компрессию или сжатие звукового сигнала. Для этого к поступающим в слуховые аппараты звукам применяют различные параметры усиления — при этом тихие звуки как правило усиливаются в большей степени, чем громкие. Такая технология позволяет обеспечить нормальную слышимость звуков тихой и средней громкости с одной стороны и не выйти за пределы порога дискомфорта с другой.
Снижение слуха происходит неравномерно для звуков разной частоты. Это хорошо видно на графике — аудиограмме. Задача слухового аппарата — адекватно усилить те звуки, восприятие которых нарушено и не трогать те, которые и так слышны хорошо. При настройке весь частотный диапазон слухового аппарата делится на отдельные участки, называемые каналами, в каждом из которых можно установить нужные нам параметры усиления и компресcии. Чем больше их количество, тем точнее настройка соответствует состоянию слуха пациента и тем точнее слуховой аппарат усиливает звук.
Часто слуховые аппараты имеют не один, а два микрофона. Это обеспечивает физическую возможность для работы «системы направленности», в которую, кроме микрофонов, входят соответствующие алгоритмы микропроцессора. Система позволяет выстроить диаграмму направленности, то есть сделать так, чтобы микрофоны улавливали звуки, поступающие с определенного направления. При этом остальные звуковые сигналы будут восприниматься ими в ослабленном виде. На сегодняшний день, по сути это единственный способ улучшить соотношение сигнал-шум и обеспечить оптимальную разборчивость речи в наиболее сложных акустических ситуациях. В классическом варианте слуховой аппарат фокусируется на голосах собеседников, находящихся спереди, подавляя при этом шум, приходящий сзади и сбоку. Если раньше это работало достаточно примитивно и требовало ручного переключения, то сейчас технология приобрела автоматический характер и адаптивные свойства. То есть диаграмма направленности перестала быть статичной — она непрерывно изменяется, в зависимости от свойств и расположения источника шума. Шум анализируется в нескольких частотных каналах, поэтому параметры работы системы направленности для каждого канала будут свои. Это благоприятно сказывается, в том числе, и на общем качестве звучания. Слуховые аппараты научились определять, где именно находится источник речи — спереди, сзади или сбоку. В результате происходит автоматическая активация нужного варианта работы системы направленных микрофонов и эффективно выделяется та зона, в которой присутствует речь.
Алгоритм шумоподавления обеспечивает комфортное звучание слухового аппарата в шумном окружении. Он способен подавлять ненужный окружающий шум без ущерба для качества звучания и разборчивости речи. Имеются способы контроля внезапно возникающих громких звуков — так называемого импульсного шума. Появились эффективные системы, которые обнаруживают и устраняют крайне неприятный «шум ветра».
Если посмотреть на график потери слуха, станет понятно, что почти всегда сенсоневральная тугоухость начинается с нарушения восприятия звуков высокой частоты. Кроме того, степень потери слуха в высокочастной области, как правило, намного выше, чем в средне- и низкочастотной. Иногда она достигает таких больших значений, при которых усиление становится просто невозможным. Однако именно высокие частоты несут полезную речевую информацию. Дефицит их восприятия может негативно сказываться на разборчивости речи. Технологии частотного понижения решают проблему восстановления слышимости высоких частот путем их переноса в «нижерасположенные» частотные диапазоны, где сохранность слуха выше. К таким алгоритмам относят частотную компрессию, частотную транспозицию и частотную композицию.
Старая проблема возникновения акустической обратной связи — появления неприятного свиста при плохой герметизации наружного слухового прохода, в эру цифрового звука получила новое решение. Если раньше с ней боролись механическими способами, например, путем изготовления идеально сидящих в ухе индивидуальных ушных вкладышей, то сейчас для этого используют программные алгоритмы. Они настолько эффективны, что могут убирать обратную связь даже при «открытом протезировании», когда вкладыш имеет большое вентильное отверстие и окружающий звук свободно проникает в ухо. Важно, что параметры усиления звука при этом не ухудшаются.
Слуховые аппараты получили возможность для самосовершенствования. Благодаря новым алгоритмам, они стали запоминать, в каких акустических ситуациях и как именно человек самостоятельно изменял параметры их настройки. На основе анализа собранных данных в базовую настройку вносятся нужные изменения и аппараты начинает работать по-другому — так, как нравится пользователю.
Новое поколение слуховых аппаратов получило возможность обмена звуковой информацией с любыми устройствами, поддерживающими стандарт Bluetooth — смартфонами, сотовыми телефонами, компьютерами, телевизорами и пр. Встроенный модуль обеспечивает быстрое прохождение широкополосного звукового сигнала в обоих направлениях. При этом достигается отличное качество звука, а речь начинает восприниматься четко и без шумовых помех. В таком режиме слуховые аппараты используются по сути в качестве беспроводной Bluetooth-гарнитуры высокого уровня.
Подключение внешнего микрофона дает возможность уверенно слышать речь с расстояния до 20 метров, что в условиях шума может быть проблемой даже для человека с нормальным слухом.
Беспроводной обмен данными позволил объединить пару слуховых аппаратов в одну систему. При этом достигается синхронизация их работы. Например, при изменении уровня громкости или переключении программы на правом аппарате аналогичные изменения происходят и на левом. Кроме того, появляется возможность глубокой координации их работы, позволяющей улучшить соотношение сигнал-шум за счет выбора активного микрофона, а также благодаря усложнению алгоритма работы системы направленности и уменьшению ширины ее луча.
Недавно появились и стали быстро развиваться бесплатные приложения для смартфонов, которые позволили пользователям активно влиять на работу своих слуховых аппаратов — регулировать громкость, менять программы прослушивания, включать и отключать дополнительные функции и даже создавать собственные варианты настройки. Они способны показать заряд батарейки или аккумулятора, а также точное месторасположение слухового аппарата в случае его потери. С помощью приложений возможна дистанционная поддержка клиентов. Чтобы получить консультацию или настроить слуховой аппарат теперь совсем не обязательно приезжать в центр слуха — все можно сделать через интернет.
По способу настройки слуховые аппараты делятся на программируемые (компьютерная настройка) и триммерные (ручная настройка).
Программируемые слуховые аппараты настраивают по данным аудиограммы пациента. Компьютер рассчитывает оптимальные параметры усиления, учитывая при этом возраст и опыт ношения аппаратов. Настроечная программа позволяет регулировать сотни параметров, что обеспечивает высокую точность настройки. Триммерные аппараты настраивают вручную, вращая нужный регулятор (триммер) отверткой. Естественно, при таком способе настройки установить необходимое значение усиления бывает довольно сложно, поэтому точность регулировки существенно страдает. В триммерных моделях можно регулировать не более 4-х параметров, практически отсутствуют возможности автоматической обработки звука для выделения речи из шума. Они не могут адаптироваться под изменяющуюся акустическую обстановку и не имеют беспроводных функций.
К счастью, подавляющее большинство имеющихся сегодня в продаже слуховых аппаратов являются цифровыми и программируемыми.
