Il feedback acustico si verifica in tutti gli strumenti acustici quando i suoni perdono dallo sfiato o dalla guarnizione tra il paraorecchie e il condotto uditivo. Nella maggior parte dei casi, il feedback acustico non è udibile. Ma quando il guadagno in situ dell’apparecchio acustico è sufficientemente elevato o quando viene utilizzata una presa d’aria di dimensioni superiori a quelle ottimali, l’uscita dell’apparecchio acustico generata all’interno del condotto uditivo può superare l’attenuazione offerta dal paraorecchie/guscio. L’uscita dell’apparecchio acustico diventa quindi instabile e il feedback acustico, una volta non udibile, diventa udibile. Nota degli autori: In questo articolo, ci riferiamo al tono di fischio udibile come “feedback” anche se i lettori dovrebbero essere consapevoli che, tecnicamente, il feedback si verifica tutto il tempo in un apparecchio acustico.
Il feedback limita il guadagno disponibile per chi lo indossa. Per molti portatori e le persone intorno a loro, il feedback è un fastidio e persino un imbarazzo. Inoltre, gli apparecchi acustici che sono al limite del feedback (cioè il feedback sub-oscillatorio) possono influenzare le caratteristiche di frequenza dell’apparecchio acustico e portare a fischi intermittenti.1 In effetti, ben il 24% dei portatori di apparecchi acustici ha riferito insoddisfazione relativa al fischio nel dispositivo.2 Non è quindi inaspettato che molti ricercatori, ingegneri e medici negli ultimi anni abbiano tentato di prevenire e gestire il verificarsi di feedback. I lettori si riferiscono a Agnew3 per un eccellente riassunto.
Nonostante i vari approcci, tra cui alcuni che utilizzano tecniche di elaborazione del segnale digitale (DSP), tutti portano ad alcuni gradi di effetti collaterali indesiderati che possono compromettere il comfort, la qualità del suono e/o l’intelligibilità del parlato. I vari aspetti del feedback sono esaminati in questo articolo, tra cui la sua generazione, i principi della sua gestione, gli effetti collaterali associati e i modi in cui questi problemi sono progettati per essere risolti in un nuovo apparecchio acustico digitale.
Esplorazione di modelli di feedback
Un sistema audio è qualsiasi entità che prende un ingresso audio e produce un’uscita. Utilizzando questa definizione, un apparecchio acustico è un sistema fisico che prende suoni (cioè, input), li amplifica in base alla perdita dell’udito di chi lo indossa (cioè, elaborazione) in modo che i segnali lasciano l’apparecchio acustico (cioè, uscita) ad un volume appropriato per chi lo indossa.
Di conseguenza, si possono descrivere i comportamenti di un apparecchio acustico utilizzando concetti che sono comunemente usati nella teoria del sistema di controllo ingegneristico.4 Quello che segue è una descrizione quantitativa semplificata del perché e cosa succede quando si verifica un feedback.
Fig. 1 mostra un semplice diagramma a blocchi di un apparecchio acustico. Il segnale di ingresso (X) è amplificato da un fattore di guadagno (G) che si traduce in un segnale di uscita (Y). Se l’apparecchio acustico/paraorecchie fornisce una guarnizione completa (ad es., nessun percorso di feedback), il segnale di uscita (Y) sarebbe semplicemente determinato dal guadagno dell’apparecchio acustico e dal livello di ingresso (X). Cioè,
Equazione 1: Y = GX
Fig. 1. Schema a blocchi di un apparecchio acustico.
Quando è presente un percorso di retroazione, una certa frazione (ß) del segnale di uscita colerà di nuovo al microfono. Fico. 2 mostra un semplice diagramma a blocchi di un apparecchio acustico che consente ad alcuni dei suoni amplificati di fuoriuscire al suo microfono (cioè, ha un percorso di feedback). Si può considerare il processo di feedback come una sequenza di eventi in loop. Innanzitutto, il segnale di ingresso X creerà un output GX. Durante il primo ciclo, una certa frazione (ß) del segnale di uscita GX colerà di nuovo al microfono e contribuirà all’ingresso come ßGX. Pertanto, l’ingresso combinato al microfono sarà (X + ßGX). Successivamente, il segnale sarà amplificato da un fattore G e contribuirà al segnale di uscita. Che è, l’uscita dell’apparecchio acustico dopo un ciclo diventa:
Equazione 2: Y = GX + G (ßGX)
Fig. 2. Schema a blocchi di un apparecchio acustico che permette una parte del suono amplificato a fuoriuscire di nuovo al microfono.
Come l’uscita “loop” di nuovo al microfono, uscita diventa progressivamente più grande di un fattore di Gß. Dopo” n ” numero di loop, l’uscita dell’apparecchio acustico diventa:
Equazione 3: Y = GX
L’equazione 3 è un esempio di una serie di potenze e può quindi essere semplificata in:
Equazione 4: Y = GX / (1-Gß)
In alternativa, un modo intuitivo di comprendere l’equazione 4 è considerare che il segnale di uscita Y è costituito da due componenti. Il primo componente è il segnale di ingresso amplificato e il secondo componente è il segnale di feedback amplificato. Il segnale di ingresso amplificato è uguale al segnale di ingresso moltiplicato per il guadagno dell’amplificatore G (come da schema base dell’apparecchio acustico in Fig. 1). Il segnale di retroazione è uguale alla frazione ß del segnale di uscita Y (vedi Fig. 2). Questo segnale di retroazione viene captato dal microfono e amplificato di un fattore G e contribuisce al segnale di uscita come GßY. Che è, l’uscita dell’apparecchio acustico è:
Equazione 5: Y = GX + GßY
spostando GßY per il lato sinistro dell’equazione e la semplificazione, abbiamo:
Equazione 6: Y (1 – Gß)= GX
che, dividendo entrambi i lati per (1-Gß), si ottiene lo stesso risultato, come mostrato nell’Equazione 4 o: Y = GX / (1-Gß)
Si scopre che l’equazione 4 è fondamentale per comprendere i fattori che controllano il feedback in un apparecchio acustico. Si noti che, senza il denominatore (cioè la parte scritta sotto la linea divisoria), l’equazione 4 è identica all’equazione 1 per l’apparecchio acustico senza un percorso di retroazione (come da Fig. 1). Quindi, è questo denominatore che descrive le proprietà di feedback di un apparecchio acustico. Gli elementi del denominatore, G e ß, formano il guadagno ad anello Gß (o guadagno ad anello aperto) che è il principale determinante di possibili problemi di feedback in un sistema di apparecchi acustici.
Il guadagno del loop è ovviamente controllato dal guadagno (G) dell’apparecchio acustico (cioè, è per questo che a volte è possibile eliminare il feedback riducendo il guadagno). D’altra parte, la grandezza di ß è influenzata da molti fattori che possono o non possono essere controllabili. Ad esempio, mentre la quantità di perdite dallo sfiato può essere controllata, la perdita intermittente dal movimento della mascella, la presenza di superfici riflettenti vicino all’apparecchio acustico, il riverbero della stanza e il cambiamento della posizione della testa possono anche modificare il percorso di feedback e influenzare l’entità di ß. Ciò significa che la grandezza e la risposta in frequenza del percorso di feedback potrebbero non essere stazionarie.
Si può vedere che se ß è zero (cioè nessuna perdita), il termine Gß sarà zero (0). Il denominatore sarà 1 e il valore di Y è determinato esclusivamente dai valori di G e X. In questi casi in cui il denominatore assume un valore positivo (>0), il sistema acustico è detto stabile e non si verifica alcun feedback acustico (questo è noto come Criterio di stabilità di Nyquist). D’altra parte, se il valore di ß aumenta o se il guadagno dell’amplificatore aumenta (o entrambi), il valore di Gß aumenta. Questo, a sua volta, diminuisce il valore del denominatore (1-Gß) e l’output del sistema aumenta. Tuttavia, quando il valore di Gß si avvicina a 1, il denominatore si avvicina a 0 e il sistema diventa instabile. In questo caso, si verifica un feedback acustico e il segnale di uscita Y aumenta fino a raggiungere la massima uscita dell’apparecchio acustico o quando il suo guadagno viene ridotto attraverso l’attivazione del sistema di compressione.
L’equazione 4 mostra anche che, per la stessa perdita (ß), il verificarsi di feedback è determinato principalmente dal guadagno (G) dell’apparecchio acustico. Con l’aumentare di G, il rischio di feedback aumenta con l’avvicinarsi di Gß a 1 (e il denominatore si avvicina a 0). Ovviamente, man mano che G aumenta, aumenta anche l’output GX. Tuttavia, bisogna rendersi conto che un alto rendimento non richiede sempre un alto guadagno. Un alto ingresso (X) con un basso guadagno può anche risultare in un alto rendimento.
Metodi di controllo del feedback
Poiché il feedback acustico è un segno di instabilità del sistema uditivo, l’equazione 4 suggerisce che ci sono due possibili soluzioni per ripristinare la stabilità. Una soluzione consiste nel controllare l’alimentazione del segnale al microfono controllando il fattore di dispersione ß. L’altro è quello di ridurre il guadagno (G) dell’apparecchio acustico. Di seguito vengono descritti i modi in cui è stata implementata la riduzione del feedback.
Fig. 3. Effetto sulla curva input-gain durante la gestione del feedback (Fb) su un apparecchio acustico lineare. Ridurre il guadagno per controllare il feedback negli apparecchi acustici lineari provoca una riduzione del guadagno su tutte le frequenze e su tutti gli ingressi.
pratica Preventiva: misure Preventive per garantire che chi lo indossa è data la condizione migliore per utilizzare il guadagno ottenibile su apparecchio acustico, include:
- Garantire un’accurata calco dell’orecchio;
- Assicurare il corretto orientamento del ricevitore nel condotto uditivo;
- Evitando di cerume nel canale uditivo o del ricevitore di apertura;
- Garantire che non si trovino crepe nel tubo e
- Utilizzando una dimensione di sfiato appropriata, ecc.
Queste pratiche sono ben note e mirano a controllare il potenziale percorso di feedback ß. Essi dovrebbero essere esercitati indipendentemente dalla disponibilità di eventuali algoritmi di annullamento anti-feedback o feedback sull’apparecchio acustico.
Approcci acustici: la maggior parte dei professionisti dell’erogazione ha familiarità con il controllo del feedback riducendo la perdita di suoni attraverso il sistema hearing instrument/earmold. I tentativi, come la limitazione del diametro di sfiato e/o l’aumento del diametro/circonferenza della prima area di curvatura del guscio auricolare / apparecchio acustico, sono i primi passi e rappresentano gli approcci acustici più frequentemente utilizzati.
Tuttavia, questi approcci possono anche influenzare il guadagno disponibile dall’apparecchio acustico. Kuk5 ha fornito dati sul guadagno massimo di inserzione di un apparecchio acustico BTE a potenza lineare a canale singolo, poiché il diametro di uno sfiato parallelo Select-A-Vent (SAV) è stato regolato da 0 a 3 mm. Sono stati rilevati fino a 25 dB di variazione del guadagno a 250 Hz e 10-15 dB sopra 1000 Hz. Tali risultati potrebbero essere modificati se si utilizzasse invece un apparecchio acustico multicanale.
Gli approcci acustici mirano anche a gestire il potenziale percorso di feedback b. Mentre questi tentativi possono essere efficaci, possono anche portare ad altri effetti collaterali. Ad esempio, la diminuzione del diametro dello sfiato può portare a una diminuzione della ventilazione del condotto uditivo occluso, all’alterazione della risposta in frequenza dell’apparecchio acustico, alla diminuzione del flusso di basse frequenze naturali attraverso lo sfiato, a una qualità del suono soggettiva inferiore e ad una maggiore percezione dell’occlusione durante la vocalizzazione.6 Inoltre, aumentando il diametro del canale del paraorecchie può portare a disagio fisico. In rari casi, possono verificarsi dolore e abrasione del condotto uditivo.
Riduzione del guadagno negli strumenti lineari: la maggior parte degli apparecchi acustici sono realizzati con un maggiore guadagno nelle alte frequenze. Sfortunatamente, il tipico percorso di feedback fornisce anche meno attenuazione alle alte frequenze rispetto alle basse frequenze. Pertanto, il rischio di feedback acustico è più alto nella gamma di frequenze più elevate.
Un metodo comune per controllare il feedback è quello di abbassare il guadagno ad alta frequenza dell’apparecchio acustico attraverso l’uso del controllo del tono o del filtro passa-basso. Tuttavia, anche il guadagno nelle regioni a frequenza più alta (e adiacenti) è compromesso con questo approccio. L’intelligibilità del linguaggio può soffrire di conseguenza. Approcci alternativi come l’uso di un filtro notch (ad esempio, Agnew7), smorzamento della frequenza di risonanza, sfasamento (ad esempio, Preves et al.8) e spostamento di frequenza (ad esempio, Bennett et al.9), o riducendo il guadagno in uno o più filtri in una banca di filtri (ad esempio, Lunner et al.10) sono più precisi nel controllo del feedback con meno effetto sulle frequenze vicine. Ovviamente, la misura in cui questo è vero dipende dalla larghezza di banda dei filtri.
C’è un ulteriore problema nella gestione del feedback negli apparecchi acustici lineari. Poiché questi dispositivi forniscono lo stesso guadagno a tutti i livelli di ingresso, la riduzione del guadagno applicata a una regione di frequenza sarà efficace a tutti i livelli di ingresso. Ciò significa che i suoni morbidi, così come i suoni di medio livello, saranno influenzati nella stessa misura. L’intelligibilità del parlato a tutti i livelli di input può essere influenzata (Fig. 3). Sebbene la frequenza di feedback possa provenire da regioni di frequenza limitate, un indossatore con un apparecchio acustico lineare a canale singolo dovrà abbassare il guadagno complessivo su tutte le frequenze per ridurre al minimo il feedback.
Riduzione del guadagno negli strumenti non lineari: un dispositivo non lineare (o di compressione) fornisce meno guadagno all’aumentare dell’input. Poiché la gestione del feedback in questi strumenti si ottiene anche riducendo il guadagno nella regione di frequenza in cui si verifica il feedback, possono verificarsi gli stessi effetti collaterali associati alla gestione del feedback negli apparecchi acustici lineari.
C’è un’eccezione. Mentre, in un apparecchio acustico lineare il guadagno a tutti i livelli di ingresso è influenzato, si può progettare un apparecchio acustico non lineare in modo che solo il guadagno per il livello di ingresso più basso possa essere influenzato. Questo perché il guadagno di un aiuto non lineare è massimo al livello di input più basso e diminuisce all’aumentare dell’input. Abbassando questo guadagno massimo tramite una soglia di compressione aumentata, il feedback viene controllato senza influire sul guadagno a livelli di ingresso più elevati.11 Questo è un metodo efficace e pratico per controllare il feedback ed è stato utilizzato negli strumenti acustici digitali (ad esempio, Senso).12 Sebbene l’intelligibilità del linguaggio morbido possa essere compromessa, l’intelligibilità per il discorso conversazionale è preservata. Fico. 4 mostra l’effetto della gestione del feedback sulle curve di guadagno in ingresso di un tale apparecchio acustico non lineare. Si noti che solo il guadagno per i suoni più morbidi sono interessati nell’aiuto non lineare.
Un’ipotesi alla base dell’approccio” gain reduction ” alla gestione del feedback è che esiste una sola frequenza di feedback fissa. In realtà, tale ipotesi è raramente vera. In genere, c’è più di una frequenza in cui si verifica l’instabilità. La soppressione di una frequenza può creare feedback ad un’altra frequenza.3 Inoltre, come indicato in precedenza, il percorso di feedback non è stazionario; è modificato dinamicamente dallo stato di chi lo indossa. Di conseguenza, il feedback può ancora verificarsi nella vita reale anche se è controllato nella clinica.
Strategie di feedback negli strumenti DSP
Le tecniche digitali offrono ulteriori possibilità per affrontare il problema del feedback. Tuttavia, a causa dei vigorosi requisiti computazionali di tali algoritmi di riduzione del feedback, molti apparecchi acustici DSP utilizzano i metodi descritti nei paragrafi precedenti. Nonostante tali vincoli, un certo numero di algoritmi di cancellazione del feedback basati su DSP sono stati tentati sugli strumenti acustici per controllare il feedback.
Principi di cancellazione del feedback: Fig. 2 mostra che il feedback si verifica perché l’amplificazione del segnale di feedback (GßX) provoca instabilità del sistema. Se le caratteristiche di questo segnale di feedback sono note, è possibile generare un filtro con una caratteristica di risposta simile a quella del percorso di feedback. Sottraendo il segnale di feedback stimato dall’ingresso, si può ottenere un sistema praticamente privo di feedback. Questo è il principio alla base della moderna teoria della cancellazione del feedback. Egolf & Larson13 ha descritto questo principio in dettaglio.
Sebbene teoricamente valido, il metodo di cancellazione del feedback iniziale descritto da Egolf & Larson13 era basato su filtri con una risposta fissa. Come discusso in precedenza, movimento dell’apparecchio acustico nel condotto uditivo durante i movimenti della mascella, cambiamenti nelle superfici riflettenti intorno alla testa (come un telefono posto sopra l’aiuto uditivo14), ecc., modificare le caratteristiche del percorso di feedback. Di conseguenza, il feedback può ancora verificarsi nella vita reale. È richiesto un sistema di filtro variabile che si adatta ai cambiamenti nelle caratteristiche del percorso di retroazione.
Cancellazione adaptive feedback: I primi sistemi di cancellazione adaptive feedback progettati per gli apparecchi acustici sono stati sviluppati intorno al 1990.15,16 Al posto di un filtro fisso, viene utilizzato un sistema di cancellazione del feedback che monitora costantemente il percorso di feedback per aggiornare le caratteristiche del filtro di cancellazione adattivo. Nei sistemi precedenti, l’apparecchio acustico generava un rumore di basso livello come segnale di ingresso all’amplificatore. Sono state eseguite analisi di correlazione continua tra il segnale di rumore originale che entra nel ricevitore e il microfono al fine di fornire una stima precisa del segnale di retroazione. I risultati delle analisi di correlazione sono stati quindi utilizzati per modificare continuamente la funzione di trasferimento del filtro adattivo verso la funzione di trasferimento del percorso di retroazione. Sottraendo il segnale di retroazione stimato dal segnale del microfono (che contiene il segnale di retroazione reale) ha portato ad una cancellazione del segnale di retroazione e quindi ha ridotto il fattore di retroazione effettivo (ß in Fig. 2).
Il vantaggio dell’algoritmo adattivo è che non vengono utilizzati filtri fissi e non vengono fatti compromessi nel guadagno utilizzabile. Questi algoritmi hanno riportato un miglioramento di 5-10 dB del guadagno di inserimento utilizzabile aggiuntivo prima del feedback.17 Inoltre, anche i cambiamenti lenti nelle caratteristiche del percorso di retroazione18 sono gestiti correttamente.
Fig. 4. Effetto sulla curva input-gain durante la gestione del feedback (Fb) su un apparecchio acustico non lineare. Notare la differenza di effetti tra i livelli di ingresso tra gli apparecchi acustici lineari e non lineari.
Nonostante la sua relativa efficacia, diversi problemi hanno impedito un’accettazione diffusa di questo sistema. Un problema era la vigorosa domanda computazionale dell’analisi della correlazione. Per stimare con precisione il percorso di feedback, le analisi di correlazione devono essere eseguite in modo continuo o a brevi intervalli regolari. Considerando il livello della tecnologia dei chip in quel momento, era difficile implementare un sistema commerciale che fosse sia esteticamente che funzionalmente accettabile.
Un altro svantaggio di questo approccio è che il rumore di basso livello utilizzato nella correlazione era udibile dalla maggior parte dei portatori di apparecchi acustici. Questo era fastidioso per alcuni portatori e, in pratica, limitava l’uso di questi strumenti acustici che annullavano il feedback a persone che avevano perdite da gravi a profonde. Recentemente, sono stati descritti sistemi di cancellazione del feedback che utilizzano i suoni nell’ambiente per stimare il percorso di feedback.19 Questi possono risolvere il problema con il rumore di misurazione udibile, poiché non è presente alcun rumore artificiale.
Tuttavia, potrebbero esserci problemi rimanenti associati agli artefatti e alla velocità di risposta del metodo di cancellazione. È stato menzionato in precedenza che le analisi di correlazione vengono eseguite per stimare il percorso di feedback. Questo si basa sul presupposto che un segnale di feedback è una versione altamente correlata del segnale originale. Se si osserva un’alta correlazione, ma la durata dell’analisi di correlazione è breve, il sistema può suggerire la presenza di feedback quando nella vita reale non si è verificato tale feedback. Questo è un artefatto dell’algoritmo di analisi. Nella vita reale, la maggior parte dei segnali vocali e musicali sono altamente correlati a breve termine ma non a lungo termine. Pertanto, l’analisi di correlazione a breve termine su discorso e musica potrebbe comportare la cancellazione di alcuni segnali e potrebbe persino portare a una spiacevole qualità del suono e alla perdita di intelligibilità. Ciò suggerisce che la correlazione a lungo termine (cioè la stima del percorso di feedback ad azione lenta) dovrebbe essere utilizzata per evitare tali artefatti.
D’altra parte, se l’algoritmo di cancellazione del feedback richiede molto tempo per annullare il segnale di feedback, potrebbe non essere in grado di gestire gli improvvisi cambiamenti nelle caratteristiche del percorso di feedback. Il feedback acustico può ancora risultare fino a quando l’algoritmo di cancellazione del feedback non ha stimato e annullato con successo il segnale di feedback. Ad esempio, un ricevitore telefonico posizionato accanto all’orecchio si tradurrà in fischi che possono durare diversi secondi prima che l’algoritmo di cancellazione del feedback sia efficace nel ridurre il segnale fastidioso. Questo è indesiderabile e l’algoritmo di successo dovrebbe (idealmente) gestire improvvisi cambiamenti nel percorso di feedback.
Per riassumere, i metodi esistenti per ridurre il feedback includono approcci per ridurre al minimo le perdite e ridurre il guadagno disponibile. Questi metodi possono limitare il feedback, ma possono anche portare a disagio e perdita di intelligibilità/qualità del suono. Gli attuali metodi DSP di cancellazione del feedback adattivo sono promettenti, ma possono anche produrre artefatti indesiderati.
Nuove soluzioni di feedback DSP
I progressi nella tecnologia di miniaturizzazione hanno permesso l’uso di un chip più piccolo e più potente per implementare un algoritmo di feedback adattivo nel Senso Diva per controllare il feedback in situazioni di vita reale. L’algoritmo attuale include diversi elementi proprietari in attesa di brevetto e i risultati dei test Widex indicano oltre 10 dB di guadagno più utilizzabile con pochi o nessun effetto collaterale come quelli descritti in precedenza. A causa dell’uso del design del chip e della sua implementazione DSP, l’algoritmo di feedback adattivo nello strumento è attivo in ogni momento mantenendo un basso consumo di corrente. Quella che segue è una descrizione dei due componenti principali dell’algoritmo: il simulatore di percorso di feedback e l’ottimizzatore di cancellazione dinamica.
Feedback path simulator (FPS): Il feedback path simulator è progettato per stimare le caratteristiche del segnale di feedback al fine di generare un segnale di cancellazione. In contrasto con i precedenti tentativi di utilizzare una sorgente di rumore esterna, l’FPS utilizza il segnale acustico in ingresso per guidare il processo di correlazione. Grande sforzo è stato fatto per stabilire una finestra temporale di lunghezza adeguata in cui vengono eseguite analisi di correlazione al fine di evitare errori di stima del percorso di feedback (cioè, errata interpretazione della parola/musica come feedback). I portatori di apparecchi acustici non devono ascoltare il rumore esterno descritto nei paragrafi precedenti.
Fig. 5 mostra come funziona il sistema. Il segnale del microfono in ingresso (A) è continuamente correlato al segnale amplificato che entra nel ricevitore (B) ad una frequenza di campionamento di 32 kHz per stimare il segnale che ritorna dal ricevitore al microfono. Viene generato un segnale di cancellazione (C) che viene inviato all’estate ( + ) per annullare il segnale di feedback al microfono. Man mano che cambiano le caratteristiche del percorso di feedback, cambiano anche le caratteristiche del segnale di cancellazione. Per ottenere un’analisi stabile, è stata scelta una finestra di analisi di circa 5-10 secondi. Il risultato dell’analisi viene aggiornato per ogni nuovo campione (cioè 32.000 volte al secondo).
Fig. 5. Schema a blocchi che mostra le due componenti principali dell’algoritmo di cancellazione del feedback Diva: il simulatore di percorso di feedback (FPS) e il dynamic Cancellation optimizer (DCO).
Come accennato in precedenza, il vantaggio di questo approccio è che nessun filtro fisso viene utilizzato per influenzare il guadagno utilizzabile a qualsiasi frequenza o a qualsiasi livello di ingresso. Le larghezze di banda del filtro o il numero di canali all’interno dell’apparecchio acustico non hanno alcun effetto sulla precisione del processo di cancellazione perché un segnale di cancellazione viene generato e aggiunto al segnale del microfono prima dei filtri divisi in banda. Inoltre, poiché si tratta di una replica inversa del percorso di feedback, è possibile annullare più di una frequenza di feedback. Poiché il simulatore di percorso di feedback è di natura adattiva, incorpora automaticamente eventuali modifiche delle caratteristiche del percorso di feedback che possono verificarsi nel tempo.
È necessaria una nota cautelativa. Il processo FPS è appositamente progettato per avere un tempo di adattamento di 5-10 s al fine di evitare potenziali artefatti quando la parola e la musica sono i segnali in arrivo. Quando le caratteristiche del segnale di feedback non variano troppo nel tempo, il processo adattivo ha abbastanza tempo per convergere e creare un “segnale di cancellazione del feedback” esatto con un alto grado di precisione. Ciò eliminerebbe completamente il segnale di feedback. Tuttavia, se le caratteristiche del percorso del segnale di feedback variano considerevolmente nel tempo, il processo adattivo potrebbe non avere abbastanza tempo per convergere completamente per produrre un segnale di cancellazione del feedback esatto. In effetti, questa stima media può discostarsi sostanzialmente dalle caratteristiche del segnale di feedback momentaneo per provocare la cancellazione incompleta del feedback.
Fig. 6. Guadagno massimo prima del feedback acustico senza l’unità di cancellazione del feedback e con entrambi i componenti dell’unità di cancellazione del feedback. Si noti che 10-12 dB di guadagno più utilizzabile è disponibile con l’unità di cancellazione del feedback attivo.
Dynamic Cancellation Optimizer (DCO): Le limitazioni dell’FPS hanno portato allo sviluppo dell’algoritmo Dynamic Cancellation optimizer (DCO). Quando chi lo indossa sta masticando o sbadigliando, si verificano ulteriori perdite sonore quando la forma del condotto uditivo viene alterata. Quando un telefono viene tenuto vicino all’apparecchio acustico, la superficie riflettente vicino all’orecchio viene cambiata. Queste situazioni rappresentano alcune delle situazioni durante le quali il percorso di feedback e, di conseguenza, il segnale di feedback viene modificato rapidamente. A causa della natura lenta del FPS, potrebbe non essere in grado di generare il “segnale di cancellazione del feedback” abbastanza velocemente. Di conseguenza, il feedback può verificarsi in questi casi fino a quando l’FPS ha stimato un segnale di feedback accurato e lo ha annullato. E, se le caratteristiche del segnale di feedback non si stabilizzano (come in chi lo indossa che muove costantemente la mascella), il feedback non può mai essere annullato. Ovviamente, questo può essere fastidioso per chi lo indossa.
Un algoritmo di cancellazione del feedback efficace dovrebbe anche essere in grado di accogliere rapidi cambiamenti nel percorso di feedback. Il DCO è un meccanismo ad azione rapida in attesa di brevetto progettato per stimare continuamente le caratteristiche di attenuazione del percorso di feedback in ciascuno dei canali di frequenza. Da ciò, viene calcolata una stima del guadagno massimo in ciascun canale di frequenza. Poiché non produce segnali che vengono inseriti nel percorso del segnale, la sua azione può essere molto veloce senza produrre gli artefatti menzionati in precedenza. Se il percorso di feedback cambia rapidamente (ad es., un telefono portato all’orecchio), il DCO è progettato per limitare rapidamente e temporaneamente il guadagno a basso ingresso nei canali che producono il feedback acustico. Ciò consente al tempo FPS di ricalcolare il nuovo percorso di feedback e annulla il segnale di feedback senza riduzione del guadagno. Poiché il DCO opera su canali specifici, le larghezze di banda dei canali potrebbero influenzare la specificità della sua azione; tuttavia, questo non dovrebbe essere un problema in questo strumento, poiché utilizza 15 canali larghi 1/3 di ottava.
Sia FPS che DCO sono attivi in ogni momento. Tuttavia, a seconda della natura delle condizioni di stimolo e dei requisiti per il meccanismo di feedback, l’azione di un componente può essere più dominante sull’altro in qualsiasi momento. Fico. 6 mostra che gli effetti combinati di FPS e DCO consentono fino a 10-12 dB di guadagno più utilizzabile prima che si verifichi il feedback.
Conclusione
Il feedback acustico può essere ridotto al minimo attraverso adeguate misure preventive e acustiche. L’elaborazione del segnale digitale offre ulteriori possibilità che superano di gran lunga la capacità degli approcci tradizionali.
Uso di un algoritmo di cancellazione del feedback durante i raccordi
Un test di feedback è parte integrante della procedura di montaggio per l’apparecchio acustico Diva DSP. Poiché l’esperienza con l’algoritmo di cancellazione del feedback è stata positiva con artefatti minimi nella maggior parte delle situazioni, è consigliabile che l’algoritmo rimanga attivo in ogni momento. A seconda delle caratteristiche individuali e dell’ambiente di test, un’unità di cancellazione di feedback attiva consente oltre 10 dB di guadagno utilizzabile in più rispetto a un’unità di cancellazione inattiva. D’altra parte, la disattivazione dell’algoritmo di feedback può impedire il verificarsi di artefatti rari e imprevisti derivanti da determinati tipi di musica.
Uno stato di cancellazione del feedback attivo è particolarmente necessario per i portatori che richiedono un’elevata quantità di guadagno utilizzabile dall’apparecchio acustico. In situazioni meno critiche, un algoritmo di cancellazione del feedback attivo potrebbe essere vantaggioso per le persone che desiderano più sfiato/perdita dal proprio apparecchio acustico/paraorecchie per una migliore preferenza soggettiva, incluso l’effetto di occlusione. Questo potrebbe anche essere utile per coloro che hanno la pelle morbida del canale uditivo e/o la geometria del canale uditivo dritto e hanno problemi con il loro apparecchio acustico personalizzato “che funziona” a causa dei movimenti della mascella. Inoltre, questa funzione potrebbe essere utile per i raccordi pediatrici per quelli più giovani di età 10. La rapida crescita dei loro canali dell’orecchio20, 21 e pinna/concha dimensioni come il bambino cresce porta ad un aumento del rischio di feedback con lo stesso earmold.
Il dispensing professional può eseguire il test di feedback automatico dal programmatore portatile (SP3) o dal software Compass (v. 3.1). Il test deve essere eseguito in un ambiente silenzioso per evitare che suoni estranei confondano i risultati del test. I segnali vengono utilizzati per inizializzare il filtro adattivo e per stimare l’attenuazione del percorso di retroazione in ciascun canale di frequenza. Uscita dal ricevitore che perde di nuovo al microfono attraverso il percorso di feedback acustico viene utilizzato per calcolare le proprietà di trasferimento del percorso di feedback. Il test di feedback fornisce due importanti informazioni: valuta l’idoneità della vestibilità shell/earmold e inizializza il sistema.
Valutazione della vestibilità shell / earmold: i risultati del test di feedback indicano se l’attuale earmold/shell fornisce una tenuta sufficiente a mantenere il guadagno necessario per l’amplificazione del normale discorso al livello di ascolto confortevole di chi lo indossa. Queste informazioni possono consentire uno sfiato più grande di quello tradizionalmente utilizzato, riducendo così l’effetto di occlusione e migliorando la qualità soggettiva dell’apparecchio acustico. Tuttavia, uno sfiato più grande può ridurre l’efficacia della riduzione del rumore e dei sistemi di microfoni direzionali. Il vantaggio del test di feedback è che i suoi risultati consentono al professionista dispensatore di fare una scelta informata sul diametro di sfiato necessario in base alle preferenze individuali e alle proprietà del condotto uditivo e del padiglione auricolare.
I risultati del test di feedback riflettono anche l’intervallo di guadagno utilizzabile prima che si verifichi un feedback acustico. Tuttavia, è importante rendersi conto che i risultati si applicano solo alle condizioni della situazione del test durante il test di feedback. In una situazione diversa (ad es., quando la bocca di una persona è aperta o quando un telefono è disposto sopra l’orecchio), il percorso acustico dell’apparecchio acustico può diventare instabile e provocare feedback udibile. Se si dovesse impostare il limite di guadagno superiore in cui si verifica il feedback al valore determinato durante il test di feedback, l’apparecchio acustico potrebbe essere sempre al limite delle oscillazioni acustiche (feedback sub-oscillatorio). Ciò potrebbe alterare la risposta in frequenza dell’apparecchio acustico.1 Inoltre, qualsiasi movimento della mascella potrebbe inviare l’apparecchio acustico in feedback acustico.
Per evitare ciò, è stata adottata la pratica di includere un “margine di feedback” negli apparecchi acustici Senso Plus e Diva. Il margine di feedback rappresenta il guadagno dB al di sotto del livello in cui si verifica il feedback acustico. Ad esempio, un margine di feedback di 6 dB significa che il guadagno massimo è impostato 6 dB sotto dove si verifica un feedback acustico.
Inizializzazione del sistema: il risultato del test di feedback serve anche per inizializzare il simulatore di percorso di feedback. Cioè, imposta le impostazioni parametriche iniziali del filtro digitale in modo che possa generare il segnale di cancellazione. I valori dei parametri vengono memorizzati nella memoria dell’apparecchio acustico e vengono attivati ogni volta che l’apparecchio viene acceso. Il processo di cancellazione del feedback adattivo inizia con quella stima come prima stima del percorso di feedback.
Se non vi è alcun cambiamento nella condizione in cui l’apparecchio acustico è indossato nella vita reale, l’FPS impiegherà un tempo minimo per annullare il segnale di feedback. Se c’è un cambiamento nelle caratteristiche del percorso di feedback da quello stimato, la natura adattiva dell’FPS perfezionerà le sue impostazioni parametriche per annullare il segnale di feedback. Il tempo di riaggiustamento effettivo dipende dalla vicinanza del percorso di feedback stimato e del percorso di feedback effettivo. Maggiore è la differenza, più tempo impiega il processo adattivo a “zero in” su una stima accurata. Pertanto, mentre la natura adattativa del processo di cancellazione annullerebbe qualsiasi segnale di feedback, i test di feedback condotti in condizioni più reali dovrebbero produrre stime iniziali migliori del percorso di feedback e migliorare l’efficacia del processo di cancellazione del feedback. Per lo stesso motivo, è importante rifare il test di feedback quando il paraorecchie o il guscio viene modificato in modo da memorizzare un nuovo set di valori iniziali.
Questo articolo è stato presentato alle risorse Umane da Francis Kuk, PhD, direttore di audiologia presso Widex Hearing Aid Co, Long Island City, NY, e Carl Ludvigsen, MS, direttore di audiologia, e Thomas Kaulberg, PhD, ingegnere di ricerca presso Widex ApS, Vaerloese, Danimarca. La corrispondenza può essere indirizzata a HR o Francis Kuk, Widex Hearing Aid Co, 35-53 24th St, Long Island City, NY 11106-4116; e-mail: .
1. Cox RM. Effetti combinati delle prese d’aria earmold e feedback suboscillatorio sulla risposta in frequenza degli apparecchi acustici. Orecchio Sentire. 1982;3:12-17.
2. Kochkin S. Misure soggettive di soddisfazione e beneficio: stabilire norme. Seminari in udienza. 1997; 18(1):37-48.
3. Agnew J. Feedback acustico e altri artefatti udibili negli apparecchi acustici. Tendenze nell’amplificazione. 1996;1(2):45-82.
4. Egolf D. Revisione della letteratura sul feedback acustico dal punto di vista del sistema di controllo. In G Studebaker & F Bess ‘ (eds) Vanderbilt Hearing Aid Report: State-of-the Art Esigenze di ricerca. Upper Darby, Pa: Monographs in Contemporary Audiology, 1982: 94-103.
5. Kuk F. Guadagno massimo di inserimento dell’orecchio reale utilizzabile con dieci disegni earmold. J Am Acad Audiol. 1994;5:44-51.
6. Kuk F. Conseguenze percettive dello sfiato negli apparecchi acustici. Brit J Audiol. 1991; 25:163-169.
7. Agnew J. Applicazione di un filtro notch per ridurre il feedback acustico. Ascolta Jour. 1993; 46, 37-40.
8. Preves D, Sigelman J, LeMay P. A circuito stabilizzante di feedback per apparecchi acustici. Sentire Instrum. 1986; 37(4):34, 36-41, 51.
9. Bennett M, Srikandan S, Browne L. Un apparecchio acustico a feedback controllato. Ascoltate Aid Jour. 1980; 33(7):12, 42.
10. Lunner T, Hellgren J, Arlinger S, Elberling C. A digital filter bank hearing aid: Tre algoritmi di elaborazione del segnale digitale: preferenze e prestazioni dell’utente. Orecchio Sentire. 1997;18:373-387.
11. Kuk F. Approcci recenti al montaggio di apparecchi acustici non lineari. In RJ Roeser, M Valente & H Hosford-Dunn’s (eds) Audiologia: diagnosi, trattamento e gestione della pratica. Vol. II. New York: Thieme Editore. 2000:261-290.
12. Sandlin R. Introduzione di un apparecchio acustico completamente digitale. Ascolta Jour. 1996;49 (4):45-49.
13. Egolf D, Larson V. Soppressione del feedback acustico negli apparecchi acustici. Rehab R & D Relazioni sullo stato di avanzamento. A. C.: Dipartimento. di Veteran Affairs, 1984: 163-164.
14. Kates J. Il problema del feedback negli apparecchi acustici. Disturbi della comunicazione. 1991; 24:223-235.
15. Bustamante D, Worrall T, Williamson M. Misurazione e soppressione adattiva del feedback acustico negli apparecchi acustici. Proc. ICASP. 1989: 2017-2020.
16. Dyrlund O, Bisgaard N. Miglioramenti del margine di feedback acustico negli apparecchi acustici utilizzando un prototipo di sistema DFS (Digital Feedback Suppression). Scand Audiol. 1991; 20:49-53.
17. Henningsen L, Dyrlund O, Bisgaard N, Brink B. Soppressione del feedback digitale (DFS). Scand Audiol. 1994; 23:117-122.
18. Engebretson A, Francese-St. George M, O’Connell M. Stabilizzazione adattiva del feedback degli apparecchi acustici. Scand Audiol. 1993; 22:56-64.
19. Hellgren J, Lunner T, Arlinger S. Identificazione del sistema di feedback negli apparecchi acustici. J Acoust Soc Amer. 1999; 105:3481-3496.
20. Kruger B. Un aggiornamento sulla risonanza dell’orecchio esterno nei neonati e nei bambini piccoli. Orecchio Sentire. 1987; 8: 333-336.
21. Feigin J, Kopun J, Stelmachowicz P, Gorga M. Microfono a tubo sonda misure dei livelli di pressione sonora del canale uditivo nei neonati e nei bambini. Orecchio Sentire. 1989; 10: 254-258.