Akoestische terugkoppeling optreedt in alle hoortoestellen bij de geluiden van het lek van de vent of de afdichting tussen het oorstukje en de gehoorgang. In de meeste gevallen is akoestische feedback niet hoorbaar. Maar wanneer de in-situ-versterking van het hoortoestel voldoende hoog is of wanneer een ventilatieopening van groter dan optimaal formaat wordt gebruikt, kan de output van het hoortoestel die in de gehoorgang wordt gegenereerd, de demping overschrijden die door de oorschelp/schaal wordt geboden. De output van het hoortoestel wordt dan onstabiel en de eens onhoorbare akoestische feedback wordt hoorbaar. Opmerking van de auteurs: in dit artikel verwijzen we naar de hoorbare fluittoon als “feedback”, hoewel lezers zich ervan bewust moeten zijn dat, technisch gezien, feedback de hele tijd voorkomt in een hoortoestel.
Feedback beperkt de beschikbare winst voor de drager. Voor veel dragers en de mensen om hen heen, feedback is een ergernis en zelfs een verlegenheid. Bovendien kunnen hoortoestellen die aan de rand van feedback staan (d.w.z. suboscillatoire feedback) de frequentiekenmerken van het hoortoestel beïnvloeden en tot intermitterend gefluit leiden.1 inderdaad, maar liefst 24% van de dragers van hoortoestellen gemeld ontevredenheid met betrekking tot fluiten in het apparaat.2 Het is dus niet onverwacht dat veel onderzoekers, ingenieurs en clinici in de afgelopen jaren hebben geprobeerd om het optreden van feedback te voorkomen en te beheren. Lezers worden verwezen naar Agnew3 voor een uitstekende samenvatting.
ondanks de verschillende benaderingen, waaronder sommige met behulp van digitale signaalverwerking (DSP) technieken, leiden alle tot een zekere mate van ongewenste bijwerkingen die het comfort, de geluidskwaliteit en/of de spraakverstaanbaarheid in gevaar kunnen brengen. De verschillende aspecten van feedback worden in dit artikel besproken, waaronder het genereren ervan, de principes van het beheer ervan, de bijbehorende bijwerkingen en de manieren waarop deze problemen zijn ontworpen om te worden opgelost in een nieuw digitaal hoortoestel.
verkenning van Feedbackmodellen
een geluidssysteem is een entiteit die een geluid input neemt en een output produceert. Met behulp van die definitie is een hoortoestel een fysiek systeem dat geluiden neemt (d.w.z., input), versterkt ze volgens het gehoorverlies van de drager (d.w.z., verwerking), zodat de signalen het hoortoestel verlaten (d.w.z., output) op een geschikte luidheid voor de drager.
bijgevolg kan men het gedrag van een hoortoestel beschrijven aan de hand van concepten die vaak worden gebruikt in de theorie van technische regelsystemen.4 wat volgt is een vereenvoudigde kwantitatieve beschrijving van waarom en wat er gebeurt wanneer feedback plaatsvindt.
Fig. 1 toont een eenvoudig blokschema van een hoortoestel. Het ingangssignaal (X) wordt versterkt door een versterkingsfactor (G) die resulteert in een uitgangssignaal (Y). Als het hoortoestel / oorstukje een volledige afdichting biedt (d.w.z., geen terugkoppelingspad), zou het uitgangssignaal (Y) eenvoudig worden bepaald door de versterking van het hoortoestel en het ingangsniveau (X). Dat is,
vergelijking 1: Y = GX
Fig. 1. Blokschema van een hoortoestel.
wanneer een terugkoppelingspad aanwezig is, zal een bepaalde fractie (ß) van het uitgangssignaal naar de microfoon lekken. Fig. 2 toont een eenvoudig blokdiagram van een hoortoestel waarmee sommige van de versterkte geluiden naar de microfoon kunnen lekken (d.w.z. het heeft een feedbackpad). Men kan het feedbackproces beschouwen als een opeenvolging van gebeurtenissen. Eerst zal het ingangssignaal X een uitgang GX creëren. Tijdens de eerste lus zal een bepaalde fractie (ß) van het uitgangssignaal GX terug lekken naar de microfoon en bijdragen aan de ingang als ßGX. De gecombineerde ingang aan de microfoon zal dus (X + ßGX) zijn. Vervolgens wordt het signaal versterkt met een factor G en draagt het bij aan het uitgangssignaal. Dat wil zeggen, de output van het hoortoestel na één lus wordt:
vergelijking 2: Y = GX + G (ßGX)
Fig. 2. Blokdiagram van een hoortoestel waarmee een deel van het versterkte geluid naar de microfoon kan lekken.
naarmate de uitgang “lussen” terug naar de microfoon, de uitgang wordt progressief groter met een factor Gß. Na” n ” aantal lussen wordt de output van het hoortoestel:
vergelijking 3: Y = GX
vergelijking 3 is een voorbeeld van een vermogensreeks en kan dus worden vereenvoudigd tot:
vergelijking 4: Y = GX/(1 – Gß)
een intuïtieve manier om Vergelijking 4 te begrijpen is om ervan uit te gaan dat het uitgangssignaal Y uit twee componenten bestaat. De eerste component is het versterkte ingangssignaal, en de tweede component is het versterkte feedback signaal. Het versterkte ingangssignaal is gelijk aan het ingangssignaal vermenigvuldigd met de versterking van de versterker G (volgens het basisdiagram van het hoortoestel in Fig. 1). Het terugkoppelingssignaal is gelijk aan de fractie β van het uitgangssignaal Y (zie Fig. 2). Dit feedback signaal zal worden opgepikt door de microfoon en worden versterkt door een factor G en bijdragen aan het uitgangssignaal als GßY. Dat wil zeggen, de output van het hoortoestel is:
vergelijking 5: Y = GX + GßY
door gßy naar de linkerkant van de vergelijking te verplaatsen en te vereenvoudigen, hebben we:
vergelijking 6: Y (1-Gß) = GX
die, door beide zijden te delen door (1-Gß), krijgen we hetzelfde resultaat als getoond in vergelijking 4 of: Y = GX / (1 – Gß)
het blijkt dat Vergelijking 4 fundamenteel is voor het begrijpen van de factoren die feedback in een hoortoestel regelen. Merk op dat, zonder de noemer (d.w.z. het onder de scheidingslijn geschreven deel), vergelijking 4 identiek is aan vergelijking 1 Voor het hoortoestel zonder terugkoppelingspad (volgens Fig. 1). Het is dus deze noemer die de feedbackeigenschappen van een hoortoestel beschrijft. De elementen in de noemer, G en ß, vormen de lusversterking Gß (of open lusversterking) die de belangrijkste determinant is van mogelijke feedbackproblemen in een hoortoestelsysteem.
lusversterking wordt uiteraard geregeld door de versterking (G) van het hoortoestel (dat is de reden waarom u soms feedback kunt elimineren door de versterking te verminderen). Aan de andere kant wordt de grootte van ß beïnvloed door vele factoren die al dan niet controleerbaar kunnen zijn. Terwijl bijvoorbeeld de hoeveelheid lekkage uit de ventilatieopening kan worden geregeld, kan intermitterende lekkage door kaakbeweging, aanwezigheid van reflecterende oppervlakken dicht bij het hoortoestel, galm in de kamer en verandering van de hoofdpositie ook het feedbackpad veranderen en de grootte van ß beïnvloeden. Dit betekent dat de grootte en de frequentierespons van het terugkoppelingstraject mogelijk niet stationair zijn.
men kan zien dat als ß nul is (d.w.z. geen lekkage), de term Gß nul (0) zal zijn. De noemer is 1 en de waarde van Y wordt uitsluitend bepaald door de waarden van G en X. In deze gevallen waarin de noemer een positieve waarde heeft (>0), wordt gezegd dat het hoortoestelsysteem stabiel is en er geen hoorbare feedback optreedt (Dit wordt het Nyquist-Stabiliteitscriterium genoemd). Aan de andere kant, als de waarde van ß toeneemt of als de versterking van de versterker toeneemt (of beide), neemt de waarde van Gß toe. Dit vermindert op zijn beurt de waarde van de noemer (1-Gß) en de output van het systeem neemt toe. Echter, als de waarde van Gß nadert 1, de noemer nadert 0 en het systeem onstabiel. In dit geval treedt hoorbare feedback op en neemt het uitgangssignaal Y toe totdat het de maximale output van het hoortoestel bereikt of wanneer de versterking wordt verminderd door activering van het compressiesysteem.
vergelijking 4 toont ook aan dat bij dezelfde lekkage (ß) het optreden van feedback voornamelijk wordt bepaald door de versterking (G) van het hoortoestel. Naarmate G toeneemt, neemt het risico op feedback toe naarmate Gß 1 nadert (en de noemer 0 nadert). Uiteraard, als G toeneemt, neemt de output GX ook toe. Men moet zich echter realiseren dat een hoge output niet altijd hoge winst vereist. Een hoge input (X) met een lage gain kan ook resulteren in een hoge output.
Feedbackcontrolemethoden
omdat hoorbare feedback een teken is van instabiliteit van het hoortoestelsysteem, suggereert vergelijking 4 dat er twee mogelijke oplossingen zijn om de stabiliteit te herstellen. Een oplossing is om het signaal terug te sturen naar de microfoon door de lekfactor ß te regelen. De andere is om de versterking (G) van het hoortoestel te verminderen. Hieronder worden de manieren beschreven waarop feedbackreductie is geïmplementeerd.
Fig. 3. Effect op de input-gain curve tijdens feedback management (Fb) op een lineair hoortoestel. Het verminderen van de gain om feedback in lineaire hoortoestellen te regelen, veroorzaakt een vermindering van de gain over alle frequenties en bij alle ingangen.
preventieve praktijk: preventieve maatregelen om ervoor te zorgen dat de drager de beste conditie krijgt om gebruik te maken van de op het hoortoestel beschikbare aanwinst, omvat::
- zorgen voor een nauwkeurige indruk van het oor;
- zorgen voor een goede oriëntatie van de ontvanger in de gehoorgang;
- vermijden van oorsmeer in de gehoorgang of op de opening van de ontvanger;
- om ervoor te zorgen dat er geen scheuren in de buis worden gevonden, en
- bij gebruik van een geschikte ontluchtingsgrootte, enz.
deze praktijken zijn algemeen bekend en zijn gericht op het beheersen van het potentiële terugkoppelingstraject β. Zij moeten worden uitgeoefend ongeacht de beschikbaarheid van anti-feedback-of feedbackannuleringsalgoritmen op het hoortoestel.
akoestische benaderingen: de meeste doseerprofessionals zijn vertrouwd met het regelen van feedback door het verminderen van het lekken van geluiden via het hoortoestel/oorstuksysteem. Pogingen, zoals het beperken van de ontluchtingsdiameter en/of het vergroten van de diameter/omtrek van het eerste buiggebied van de oorschelp/hoortoestelschaal, zijn de eerste stappen en vertegenwoordigen de meest gebruikte akoestische benaderingen.
deze benaderingen kunnen echter ook van invloed zijn op de beschikbare winst van het hoortoestel. Kuk5 heeft gegevens verstrekt over de maximale invoegsterkte van een enkelkanaals lineair vermogen AHO-hoortoestel, aangezien de diameter van een parallelle Select-a-Vent (SAV) werd aangepast van 0 tot 3 mm. Er werd maar liefst 25 dB aan versterkingsverandering bij 250 Hz en 10-15 dB boven 1000 Hz genoteerd. Dergelijke bevindingen kunnen worden gewijzigd als in plaats daarvan een meerkanaals hoortoestel wordt gebruikt.
akoestische benaderingen zijn ook gericht op het beheren van het potentiële feedback pad b. hoewel deze pogingen effectief kunnen zijn, kunnen ze ook tot andere bijwerkingen leiden. Het verlagen van de ventilatiediameter kan bijvoorbeeld leiden tot verminderde ventilatie van de afgesloten gehoorgang, wijziging van de frequentierespons van het hoortoestel, verminderde stroom van natuurlijke lage frequenties door de ventilatie, slechtere subjectieve geluidskwaliteit en verhoogde perceptie van occlusie tijdens vocalisatie.6 bovendien kan het verhogen van de kanaaldiameter van de oorschelp leiden tot fysiek ongemak. In zeldzame gevallen kan pijn en slijtage van de gehoorgang resulteren.
Versterkingsreductie bij lineaire instrumenten: de meeste hoortoestellen worden vervaardigd met een grotere versterking bij de hoge frequenties. Helaas, de typische feedback pad biedt ook minder demping bij hoge frequenties dan bij lage frequenties. Daarom is het risico van hoorbare feedback het grootst in het hogere frequentiebereik.
een veelgebruikte methode voor het regelen van feedback is het verlagen van de versterking van de hoge frequentie van het hoortoestel door het gebruik van Toonregeling of laagdoorlaatfiltering. Echter, winst in de hogere frequentie (en aangrenzende) regio ‘ s wordt ook gecompromitteerd met deze aanpak. Spraakverstaanbaarheid kan hierdoor lijden. Alternatieve benaderingen zoals het gebruik van een inkepingsfilter (bijv., Agnew7), demping van de resonantiefrequentie, faseverschuiving (bijv., Preves et al.8) en frequentieverschuiving (bijv. Bennett et al.9), of het verminderen van de winst in een of meer filters in een Filterbank (bijv., Lunner et al.10) preciezer zijn in het controleren van feedback met minder effect op nabijgelegen frequenties. Uiteraard is de mate waarin dit waar is afhankelijk van de bandbreedte van de filters.
er is een bijkomend probleem met het beheer van feedback in lineaire hoortoestellen. Omdat deze apparaten dezelfde versterking bieden op alle ingangsniveaus, zal de vermindering van de versterking die wordt toegepast op een frequentiegebied effectief zijn op alle ingangsniveaus. Dit betekent dat soft sounds, evenals medium-level geluiden, zal worden beïnvloed in dezelfde mate. De spraakverstaanbaarheid op alle ingangsniveaus kan worden beïnvloed (Fig. 3). Hoewel de feedbackfrequentie afkomstig kan zijn van beperkte frequentiegebieden, moet een drager met een lineair hoortoestel met één kanaal de totale winst over alle frequenties verlagen om feedback te minimaliseren.
Versterkingsreductie bij niet-lineaire instrumenten: een niet-lineaire (of compressieapparaat) levert minder versterkingseffecten op naarmate de input toeneemt. Omdat feedback management in deze instrumenten ook wordt bereikt door het verminderen van de winst in het frequentiegebied waar feedback optreedt, kunnen dezelfde bijwerkingen geassocieerd met feedback management in lineaire hoortoestellen optreden.
er is één uitzondering. Terwijl in een lineair hoortoestel de versterking op alle ingangsniveaus wordt beïnvloed, kan men een niet-lineair hoortoestel zo ontwerpen dat alleen de versterking voor het laagste ingangsniveau kan worden beïnvloed. Dit komt omdat de winst van een niet-lineaire hulp maximaal is op het laagste invoerniveau, en het afneemt naarmate de invoer toeneemt. Door deze maximale versterking via een verhoogde compressiedrempel te verlagen, wordt de feedback gecontroleerd zonder de versterking op hogere ingangsniveaus te beïnvloeden.11 Dit is een effectieve en praktische methode om feedback te controleren en is gebruikt in digitale hoortoestellen (bijvoorbeeld Senso).Hoewel de verstaanbaarheid van zachte spraak in het gedrang kan komen, blijft de verstaanbaarheid voor conversationele spraak behouden. Fig. 4 toont het effect van feedback management op de input-gain curves van een dergelijk niet-lineair hoortoestel. Merk op dat alleen winst voor de zachtere geluiden worden beïnvloed in de niet-lineaire hulp.
een aanname achter de” gain reduction ” benadering van feedback management is dat er slechts één vaste feedbackfrequentie is. In werkelijkheid is zo ‘ n aanname zelden waar. Doorgaans is er meer dan één frequentie waarbij instabiliteit optreedt. Het onderdrukken van een frequentie kan feedback geven op een andere frequentie.3 bovendien is, zoals eerder werd aangegeven, het feedbackpad niet stilstaand; het wordt dynamisch gewijzigd door de toestand van de gebruiker van het hoortoestel. Bijgevolg kan feedback nog steeds optreden in het echte leven, hoewel het wordt gecontroleerd in de kliniek.
Feedbackstrategieën in DSP-instrumenten
digitale technieken bieden extra mogelijkheden om het feedbackprobleem aan te pakken. Vanwege de krachtige computationele vereisten van dergelijke feedbackreductiealgoritmen maken veel DSP-hoortoestellen echter gebruik van de in de vorige alinea ‘ s beschreven methoden. Ondanks deze beperkingen is een aantal op DSP gebaseerde feedbackannuleringsalgoritmen geprobeerd op hoortoestellen om feedback te controleren.
beginselen van annulering van feedback: Fig. 2 toont aan dat feedback optreedt omdat versterking van het feedback signaal (GßX) resulteert in instabiliteit van het systeem. Als de kenmerken van dit feedbacksignaal bekend zijn, kan een filter worden gegenereerd dat een reactiekarakteristiek heeft die vergelijkbaar is met die van het feedbacktraject. Door het geschatte feedbacksignaal van de input af te trekken, kan men een vrijwel feedbackvrij systeem verkrijgen. Dit is het principe achter de moderne feedback annuleringstheorie. Egolf & Larson13 beschreef dit principe in detail.
hoewel theoretisch correct, was de vroege feedbackannuleringsmethode beschreven door Egolf & Larson13 gebaseerd op filters met één vaste respons. Zoals eerder besproken, beweging van het hoortoestel in de gehoorgang tijdens kaakbewegingen, veranderingen in de reflecterende oppervlakken rond het hoofd (zoals een telefoon boven het hoortoestel14), enz., verander de feedback Pad kenmerken. Daarom kan feedback nog steeds in het echte leven voorkomen. Een variabel filtersysteem dat zich aanpast aan de veranderingen in de kenmerken van het feedbackpad is vereist.
adaptieve feedback-annulering: de eerste adaptieve feedback-annuleringssystemen voor hoortoestellen werden rond 1990 ontwikkeld.15,16 in plaats van een vast filter wordt een feedbackannuleringssysteem gebruikt dat voortdurend het feedbackpad bewaakt om de kenmerken van het adaptieve annuleringsfilter bij te werken. In eerdere systemen genereerde het hoortoestel een laag geluidsniveau als het ingangssignaal naar de versterker. Er werden continue correlatieanalyses uitgevoerd tussen het oorspronkelijke ruissignaal dat de ontvanger binnendrong en de microfoon om een nauwkeurige schatting van het feedbacksignaal te geven. De resultaten van de correlatieanalyses werden vervolgens gebruikt om de transferfunctie van het adaptieve filter continu te wijzigen naar de transferfunctie van het terugkoppelingspad. Het aftrekken van het geschatte feedbacksignaal van het microfoonsignaal (dat het echte feedbacksignaal bevat) leidde tot een annulering van het feedbacksignaal en verminderde daardoor de effectieve feedbacksignaalfactor (ß in Fig. 2).
het voordeel van het adaptieve algoritme is dat er geen vaste filters worden gebruikt en dat er geen compromissen worden gesloten in bruikbare winst. Deze algoritmen rapporteerden een verbetering van 5-10 dB van extra bruikbare insertie winst voor feedback.17 verder worden trage veranderingen in de karakteristieken van het feedbackpad18 ook goed beheerd.
Fig. 4. Effect op de input-gain curve tijdens feedback management (Fb) op een niet-lineair hoortoestel. Let op het verschil in effect tussen invoerniveaus tussen de lineaire en niet-lineaire hoortoestellen.
ondanks de relatieve doeltreffendheid hebben verscheidene problemen een brede acceptatie van dit systeem verhinderd. Een probleem was de krachtige computationele vraag van de correlatieanalyse. Om het feedbacktraject nauwkeurig in te schatten, moeten correlatieanalyses continu of met korte regelmatige tussenpozen worden uitgevoerd. Gezien het niveau van de chip technologie op dat moment, was het moeilijk om een dergelijk commercieel systeem dat zowel cosmetisch als functioneel aanvaardbaar was implementeren.
een ander nadeel bij deze benadering is dat het lage geluidsniveau dat in de correlatie werd gebruikt, voor de meeste gebruikers van hoortoestellen hoorbaar was. Dit was vervelend voor sommige dragers en, in de praktijk, beperkt het gebruik van deze feedback cancelling hoortoestellen aan mensen die ernstige tot diepe verliezen hadden. Onlangs zijn feedbackannuleringssystemen beschreven die geluiden in de omgeving gebruiken om het feedbacktraject in te schatten.19 Deze kunnen het probleem met hoorbaar meetgeluid oplossen, aangezien er geen kunstmatig geluid aanwezig is.
er kunnen echter nog problemen zijn met artefacten en de reactiesnelheid van de annuleringsmethode. Eerder werd vermeld dat correlatieanalyses worden uitgevoerd om het feedbacktraject in te schatten. Dit is gebaseerd op de veronderstelling dat een feedback signaal is een sterk gecorreleerde versie van het oorspronkelijke signaal. Als een hoge correlatie wordt waargenomen, maar de duur van de correlatieanalyse kort is, kan het systeem de aanwezigheid van feedback suggereren wanneer in het echte leven geen dergelijke feedback heeft plaatsgevonden. Dit is een Artefact van het analysealgoritme. In het echte leven zijn de meeste spraak – en muzieksignalen sterk gecorreleerd op korte termijn, maar niet op lange termijn. Dus, korte termijn correlatie analyse op spraak en muziek kan leiden tot annulering van sommige signalen, en kan zelfs leiden tot onaangename geluidskwaliteit en verlies van verstaanbaarheid. Dit suggereert dat lange termijn correlatie (dat wil zeggen, langzaam werkende feedback pad schatting) moet worden gebruikt om dergelijke artefacten te voorkomen.
aan de andere kant, als het feedbackannuleringsalgoritme veel tijd nodig heeft om het feedbacksignaal te annuleren, is het mogelijk niet in staat om de plotselinge veranderingen in de kenmerken van het feedbackpad aan te kunnen. Hoorbare feedback kan nog steeds resulteren totdat het feedbackannuleringsalgoritme het feedbacksignaal met succes heeft geschat en geannuleerd. Bijvoorbeeld, een telefoon handset naast het oor zal resulteren in gefluit dat enkele seconden kan duren voordat de feedback annuleringsalgoritme effectief is in het verminderen van het vervelende signaal. Dit is ongewenst en het succesvolle algoritme zou (idealiter) plotselinge veranderingen in het feedbackpad moeten verwerken.
om samen te vatten, de bestaande methoden om feedback te verminderen omvatten benaderingen om lekkage te minimaliseren en beschikbare winst te verminderen. Deze methoden kunnen feedback beperken, maar kunnen ook leiden tot ongemak en verlies van verstaanbaarheid/geluidskwaliteit. De huidige DSP-methoden voor het annuleren van adaptieve feedback zijn veelbelovend, maar kunnen ook ongewenste artefacten produceren.
Nieuwe DSP-Feedbackoplossingen
vooruitgang in miniaturisatietechnologie heeft het gebruik van een kleinere, krachtigere chip mogelijk gemaakt om een adaptief feedbackalgoritme in de Senso Diva te implementeren voor het beheersen van feedback in real-life situaties. Het huidige algoritme bevat verschillende gepatenteerde elementen, en Widex testresultaten geven meer dan 10 dB meer bruikbare winst met weinig of geen bijwerkingen als die eerder beschreven. Door het gebruik van het chipontwerp en de DSP-implementatie is het adaptieve feedbackalgoritme in het instrument te allen tijde actief met behoud van een lage stroomafvoer. Wat volgt is een beschrijving van de twee belangrijkste componenten van het algoritme—de feedback path simulator en de dynamic cancellation optimizer.
Feedbackpadsimulator (FPS): de feedbackpadsimulator is ontworpen om de kenmerken van het feedbacksignaal te schatten en zo een annuleringssignaal te genereren. In tegenstelling tot eerdere pogingen om een externe ruisbron te gebruiken, gebruikt de FPS het inkomende akoestische signaal om het correlatieproces aan te sturen. Er werd veel moeite gedaan om een tijdvenster van geschikte lengte vast te stellen waar correlatieanalyses worden uitgevoerd om schattingsfouten van het feedbacktraject (d.w.z. verkeerde interpretatie van spraak/muziek als feedback) te voorkomen. Dragers van hoortoestellen hoeven niet te luisteren naar het externe geluid dat in de vorige paragrafen is beschreven.
Fig. 5 laat zien hoe het systeem werkt. Het inkomende microfoonsignaal (A) wordt continu gecorreleerd met het versterkte signaal dat de ontvanger binnenkomt (B) met een bemonsteringssnelheid van 32 kHz om het signaal dat van de ontvanger naar de microfoon wordt teruggestuurd, te schatten. Er wordt een annuleringssignaal (C) gegenereerd dat naar de zomer (+) wordt gestuurd om het feedbacksignaal bij de microfoon te annuleren. Naarmate de kenmerken van het feedbackpad veranderen, veranderen ook de kenmerken van het annuleringssignaal. Om een stabiele analyse te verkrijgen, werd een analysevenster van ongeveer 5-10 seconden gekozen. Het resultaat van de analyse wordt bijgewerkt voor elke nieuwe steekproef (dat wil zeggen, 32.000 keer per seconde).
Fig. 5. Blokdiagram met de twee belangrijkste componenten van het Diva feedback-annuleringsalgoritme: de feedback path simulator (FPS) en de dynamic cancellation optimizer (DCO).
zoals eerder vermeld, is het voordeel van deze aanpak dat er geen vast filter wordt gebruikt om de bruikbare winst te beïnvloeden bij welke frequentie of op welke ingangsniveaus dan ook. De bandbreedte van het filter of het aantal kanalen binnen het hoortoestel hebben geen invloed op de precisie van het annuleringsproces omdat er een annuleringssignaal wordt gegenereerd en toegevoegd aan het microfoonsignaal voordat de bandgesplitste filters worden gebruikt. Bovendien, omdat het een inverse replicatie van de feedback pad, meer dan één feedback frequentie kan worden geannuleerd. Omdat de feedbackpadsimulator adaptief van aard is, bevat deze automatisch alle veranderingen van de kenmerken van het feedbackpad die zich in de loop van de tijd kunnen voordoen.
een waarschuwing is noodzakelijk. Het FPS-proces is doelbewust ontworpen om een aanpassingstijd van 5-10 s te hebben om potentiële artefacten te vermijden wanneer spraak en muziek de inkomende signalen zijn. Wanneer de kenmerken van het feedbacksignaal niet te veel in de tijd variëren, heeft het adaptieve proces genoeg tijd om samen te komen en met een hoge mate van precisie een exact “feedbacksignaal” te creëren. Dit zou het feedbacksignaal volledig elimineren. Echter, als de kenmerken van het feedbacksignaalpad aanzienlijk in de tijd variëren, heeft het adaptieve proces mogelijk niet genoeg tijd om volledig samen te komen om een exact feedback-annuleringssignaal op te leveren. Deze gemiddelde schatting kan namelijk aanzienlijk afwijken van de kenmerken van het kortstondige feedbacksignaal om te leiden tot onvolledige annulering van feedback.
Fig. 6. Maximale winst voor hoorbare feedback zonder de feedback-annuleringseenheid en met beide componenten van de feedback-annuleringseenheid. Merk op dat 10-12 dB meer bruikbare versterking beschikbaar is met de actieve feedback-annuleringseenheid.
Dynamic Cancellation Optimizer (DCO): de beperkingen van de FPS hebben geleid tot de ontwikkeling van het dynamic cancellation optimizer (DCO) algoritme. Wanneer de drager is kauwen of geeuwen, extra geluid lekkage optreedt als de vorm van de gehoorgang wordt veranderd. Wanneer een telefoon dicht bij het hoortoestel wordt gehouden, wordt het reflecterende oppervlak dicht bij het oor veranderd. Deze situaties vertegenwoordigen enkele van de situaties waarin het feedbackpad en dus het feedbacksignaal snel worden gewijzigd. Vanwege de trage aard van de FPS, het kan niet in staat zijn om het genereren van de “feedback annulering signaal” snel genoeg. Als gevolg hiervan kan feedback plaatsvinden in die gevallen totdat de FOD een accuraat feedbacksignaal heeft geschat en geannuleerd. En als de kenmerken van het feedbacksignaal niet stabiliseren (zoals bij de drager die constant zijn/haar kaak beweegt), kan feedback nooit worden geannuleerd. Uiteraard kan dit vervelend zijn voor de drager.
een effectief feedbackannuleringsalgoritme moet ook in staat zijn om snelle veranderingen in het feedbackpad te verwerken. De DCO is een patent aangevraagd, snelwerkend mechanisme dat is ontworpen om continu de demping kenmerken van de feedback pad in elk van de frequentiekanalen te schatten. Daaruit wordt een schatting van de maximale winst in elk frequentiekanaal berekend. Omdat het geen signalen produceert die in het signaalpad worden ingebracht, kan zijn actie zeer snel zijn zonder de eerder genoemde artefacten te produceren. Als het feedbackpad snel verandert (bijv., een telefoon die naar het oor wordt gebracht), is de DCO ontworpen om snel en Tijdelijk de lage ingangswinst in de kanalen die de hoorbare feedback produceren te beperken. Hierdoor kan de FPS tijd om de nieuwe feedback pad herberekenen en annuleert het feedback signaal zonder winst reductie. Aangezien de DCO op specifieke kanalen opereert, kan de bandbreedte van het kanaal de specificiteit van zijn actie beïnvloeden; dit zou echter geen punt van zorg moeten zijn in dit instrument, aangezien het gebruik maakt van 15 kanalen met een breedte van 1/3 octaaf.
zowel FPS als DCO zijn te allen tijde actief. Afhankelijk van de aard van de stimulusomstandigheden en de vereisten voor het feedbackmechanisme kan de werking van één component op elk moment dominanter zijn dan die van de andere. Fig. 6 toont aan dat de gecombineerde effecten van de FPS en DCO toestaan zo veel als 10-12 dB meer bruikbare winst voordat feedback optreedt.
conclusie
akoestische feedback kan worden geminimaliseerd door passende preventieve en akoestische maatregelen. Digitale signaalverwerking biedt extra mogelijkheden die de mogelijkheden van traditionele benaderingen ver overstijgen.
gebruik van een Feedbackonderdrukkingsalgoritme tijdens fittingen
een feedbacktest vormt een integraal onderdeel van de montageprocedure voor het Diva DSP-hoortoestel. Omdat de ervaring met het feedbackannuleringsalgoritme positief is geweest met minimale artefacten in een meerderheid van de situaties, is het raadzaam dat het algoritme te allen tijde actief blijft. Afhankelijk van de individuele kenmerken en de testomgeving biedt een actieve feedback-annuleringseenheid meer dan 10 dB meer bruikbare winst dan een inactieve annuleringseenheid. Aan de andere kant kan deactivering van het feedbackalgoritme voorkomen dat zeldzame en onvoorziene artefacten ontstaan uit bepaalde soorten muziek.
een actieve feedbackannuleringsstatus is met name noodzakelijk voor dragers die een grote hoeveelheid bruikbare winst van het hoortoestel nodig hebben. In minder kritieke situaties kan een actief feedbackannuleringsalgoritme voordelig zijn voor mensen die meer ventilatie/lekkage van hun gehoorapparaat/oorstukje wensen voor een betere subjectieve voorkeur, inclusief het occlusie-effect. Dit kan ook gunstig zijn voor mensen met een zachte gehoorgang huid en/of rechte gehoorgang geometrie en ervaren problemen met hun aangepaste hoortoestel “werkt zijn weg naar buiten” als gevolg van kaakbewegingen. Bovendien kan deze functie nuttig zijn voor pediatrische fittingen voor mensen jonger dan 10 jaar. Snelle groei van hun oorkanalen 20, 21 en pinna/concha grootte als het kind ouder wordt leidt tot een verhoogd risico op feedback met dezelfde oorschelp.
de doseerprofessional kan de automatische feedbacktest uitvoeren van de draagbare programmeur (SP3) of de Compass-software (v. 3.1). Het testen moet in een rustige omgeving worden gedaan om te voorkomen dat vreemde geluiden de testresultaten verstoren. De signalen worden gebruikt om het adaptieve filter te initialiseren en om de verzwakking van het terugkoppelingspad in elk frequentiekanaal te schatten. De Output van de ontvanger die via het akoestische feedbacktraject naar de microfoon lekt, wordt gebruikt om de overdrachtseigenschappen van het feedbacktraject te berekenen. De feedbacktest levert twee belangrijke informatie op: het beoordeelt de geschiktheid van de shell/earmold fit en het initialiseert het systeem.
beoordeling van de pasvorm van de schelp / oorschelp: de resultaten van de feedbacktest geven aan of de huidige oorschelp/oorschelp voldoende afdichting biedt om de noodzakelijke versterking van de normale spraak op het comfortabele luisterniveau van de drager te behouden. Deze informatie kan een grotere opening mogelijk maken dan traditioneel wordt gebruikt, waardoor het occlusie-effect wordt verminderd en de subjectieve kwaliteit van het hoortoestel wordt verbeterd. Een grotere ventilatieopening kan echter de effectiviteit van de ruisonderdrukkende en directionele microfoonsystemen verminderen. Het voordeel van de feedbacktest is dat de resultaten de doseerprofessional in staat stellen om een weloverwogen keuze te maken over de benodigde ontluchtingsdiameter volgens individuele voorkeuren en eigenschappen van de gehoorgang en oorschelp.
de resultaten van de feedbacktest geven ook het bereik van de bruikbare versterking weer voordat hoorbare feedback optreedt. Het is echter belangrijk om te beseffen dat de resultaten Alleen van toepassing zijn op de toestand van de testsituatie tijdens de feedbacktest. In een andere situatie (bijv., wanneer de mond van een persoon open is of wanneer een telefoon over het oor wordt geplaatst), kan het akoestische pad van het hoortoestel onstabiel worden en resulteren in hoorbare feedback. Als men de bovengrens van de versterkingslimiet waar feedback plaatsvindt instelt op de waarde die tijdens de feedbacktest is bepaald, kan het hoortoestel voortdurend aan de rand van akoestische oscillaties staan (suboscillatoire feedback). Dit kan de frequentierespons van het hoortoestel wijzigen.1 bovendien kan elke beweging van de kaak het hoortoestel in hoorbare feedback sturen.
om dit te voorkomen werd de praktijk van het opnemen van een “feedbackmarge” toegepast bij Senso Plus en Diva hoortoestellen. De feedback marge vertegenwoordigt de dB winst onder het niveau waar hoorbare feedback optreedt. Bijvoorbeeld, een feedback marge van 6 dB betekent dat de maximale winst is ingesteld 6 dB onder waar hoorbare feedback optreedt.
initialiseren van het systeem: het resultaat van de feedbacktest dient ook om de feedbackpadsimulator te initialiseren. Dat wil zeggen, het stelt de initiële parametrische instellingen van het digitale filter, zodat het het annuleringssignaal kan genereren. De parameterwaarden worden opgeslagen in het geheugen van het hoortoestel en worden telkens geactiveerd wanneer het hoortoestel wordt ingeschakeld. Het proces voor het annuleren van adaptieve feedback begint met die schatting als de eerste schatting van het feedbacktraject.
als er geen verandering optreedt in de toestand waarin het hoortoestel in het echt wordt gedragen, zal de FPS minimaal tijd nodig hebben om het feedbacksignaal te annuleren. Als er een verandering is in de kenmerken van het feedbacktraject ten opzichte van het geschatte, zal de adaptieve aard van de FPS de parametrische instellingen verfijnen om het feedbacksignaal te annuleren. De werkelijke aanpassingstijd hangt af van de nabijheid van het geschatte feedbacktraject en het werkelijke feedbacktraject. Hoe groter het verschil, hoe langer het duurt het adaptieve proces om “nul in” op een nauwkeurige schatting. Hoewel het adaptieve karakter van het annuleringsproces alle feedback-signalen zou annuleren, wordt verwacht dat feedbacktests die onder real-life omstandigheden worden uitgevoerd, betere initiële schattingen van het feedbackpad opleveren en de effectiviteit van het feedbackannuleringsproces verbeteren. Om dezelfde reden is het belangrijk om de feedbacktest opnieuw uit te voeren wanneer de oorschelp of schaal zodanig wordt gewijzigd dat een nieuwe set initiële waarden wordt opgeslagen.
dit artikel is aan HR voorgelegd door Francis Kuk, PhD, director of audiology bij Widex Hearing Aid Co, Long Island City, NY, en Carl Ludvigsen, ms, director of audiology, en Thomas Kaulberg, PhD, research engineer bij Widex ApS, Vaerloese, Denemarken. Correspondentie kan worden gericht aan HR of Francis Kuk, Widex Hearing Aid Co, 35-53 24th St, Long Island City, NY 11106-4116; e – mail:.
1. Cox RM. Gecombineerde effecten van earmold openingen en suboscillatoire feedback op gehoorapparaat frequentierespons. Oor Hoor. 1982;3:12-17.
2. Kochkin S. Subjectieve maatstaven van tevredenheid en voordeel: vaststelling van normen. Seminars in hoorzitting. 1997; 18(1):37-48.
3. Agnew J. akoestische feedback en andere hoorbare artefacten in hoortoestellen. Trends in versterking. 1996;1(2):45-82.
4. Egolf D. overzicht van de akoestische feedbackliteratuur vanuit het oogpunt van het regelsysteem. In G Studebaker & F Bess’ (eds) Vanderbilt Hearing Aid Report: State-of-the-Art Research Needs. Upper Darby, Pa: Monographs in Contemporary Audiology, 1982: 94-103.
5. Kuk F. maximale bruikbare real-ear insertion gain met tien earmold ontwerpen. J Am Acad Audiol. 1994;5:44-51.
6. Kuk F. perceptuele gevolgen van ventilatie in gehoorapparaten. Brit J Audiol. 1991; 25:163-169.
7. Agnew J. toepassing van een inkeping filter om akoestische feedback te verminderen. Hoor Jour. 1993; 46, 37-40.
8. Preves D, Sigelman J, LeMay P. een feedback stabiliserend circuit voor hoortoestellen. Hoor Instrum. 1986; 37(4):34, 36-41, 51.
9. Bennett M, Srikandan s, Browne L. Een gecontroleerd feedback gehoorapparaat. Hoor Hulp Jour. 1980; 33(7):12, 42.
10. Lunner T, Hellgren J, Arlinger S, Elberling C. Een digitaal filter bank hoortoestel: Drie digitale signaalverwerkingsalgoritmen-gebruikersvoorkeur en prestaties. Oor Hoor. 1997;18:373-387.
11. Kuk F. recente benaderingen voor het aanbrengen van niet-lineaire hoortoestellen. In RJ Roeser, M Valente & H Hosford-Dunn ‘ s (eds) Audiology: Diagnosis, Treatment, and Practice Management. Vol. II. New York: Thieme Publisher. 2000:261-290.
12. Sandlin R. introductie van een volledig digitaal hoortoestel. Hoor Jour. 1996;49 (4):45-49.
13. Egolf D, Larson V. akoestische feedback onderdrukking in gehoorapparaten. Revalidatie R & D Voortgangsverslagen. Washington, DC: Dept. van Veteranenzaken, 1984: 163-164.
14. Kates J. Het probleem van feedback in gehoorapparaten. J Comm Stoornissen. 1991; 24:223-235.
15. Bustamante D, Worrall T, Williamson M. meting en adaptieve onderdrukking van akoestische feedback in hoortoestellen. Proc. ICASSP. 1989: 2017-2020.
16. Dyrlund O, Bisgaard N. verbeteringen in de akoestische feedback marge in hoortoestellen met behulp van een prototype DFS (Digital Feedback Suppression) systeem. Scand Audiol. 1991; 20:49-53.
17. Henningsen L, Dyrlund O, Bisgaard N, Brink B. Digital Feedback Suppression (DFS). Scand Audiol. 1994; 23:117-122.
18. Engebretson A, Frans-St. George M, O’ Connell M. adaptieve feedback stabilisatie van hoortoestellen. Scand Audiol. 1993; 22:56-64.
19. Hellgren J, Lunner T, Arlinger S. systeem identificatie van feedback in hoortoestellen. J Acoust Soc Amer. 1999; 105:3481-3496.
20. Kruger B. Een update over de externe oorresonantie bij zuigelingen en jonge kinderen. Oor Hoor. 1987; 8: 333-336.
21. Feigin J, Kopun J, Stelmachowicz P, Gorga M. Probe-tube microphone measures of ear canal sound pressure levels in infants and children. Oor Hoor. 1989; 10: 254-258.