sprzężenie zwrotne akustyczne występuje we wszystkich aparatach słuchowych, gdy dźwięki wyciekają z odpowietrznika lub uszczelki między wkładką uszną a kanałem słuchowym. W większości przypadków sprzężenie zwrotne nie jest słyszalne. Jednak gdy wzmocnienie in-situ aparatu słuchowego jest wystarczająco wysokie lub gdy stosuje się większy niż optymalny rozmiar odpowietrznika, moc wyjściowa aparatu słuchowego generowana w kanale słuchowym może przekraczać tłumienie oferowane przez nausznik/muszlę. Sygnał wyjściowy instrumentu słuchowego staje się niestabilny, a niesłyszalne sprzężenie zwrotne akustyczne staje się słyszalne. Uwaga autorów: w niniejszym artykule mówimy o słyszalnym dźwięku gwizdania jako o „sprzężeniu zwrotnym”, mimo że czytelnicy powinni mieć świadomość, że z technicznego punktu widzenia sprzężenie zwrotne występuje cały czas w aparacie słuchowym.
sprzężenie zwrotne ogranicza dostępne wzmocnienie dla użytkownika. Dla wielu użytkowników i ludzi wokół nich opinie są irytacją, a nawet zakłopotaniem. Ponadto Instrumenty słuchowe znajdujące się na granicy sprzężenia zwrotnego (tj. sprzężenie zwrotne sub oscylacyjne) mogą wpływać na charakterystykę częstotliwościową instrumentu słuchowego i prowadzić do przerywanego gwizdania.1 rzeczywiście, aż 24% osób noszących Instrumenty słuchowe zgłosiło niezadowolenie z powodu gwizdania w urządzeniu.2 nie jest zatem nieoczekiwane, że wielu naukowców, inżynierów i klinicystów w ciągu ostatnich kilku lat próbowało zapobiegać wystąpieniu sprzężenia zwrotnego i zarządzać nim. Czytelnicy są odsyłani do Agnew3, aby uzyskać doskonałe podsumowanie.
pomimo różnych podejść, w tym niektórych z wykorzystaniem technik cyfrowego przetwarzania sygnału (DSP), wszystkie prowadzą do pewnego stopnia niepożądanych skutków ubocznych, które mogą zagrozić komfortowi, jakości dźwięku i/lub zrozumiałości mowy. W artykule omówiono różne aspekty sprzężenia zwrotnego, w tym jego generowanie, zasady zarządzania, związane z tym skutki uboczne i sposoby rozwiązywania tych problemów w nowym cyfrowym aparacie słuchowym.
odkrywanie modeli Sprzężenia Zwrotnego
system dźwiękowy to każda jednostka, która pobiera dźwięk i produkuje wyjście. Zgodnie z tą definicją, aparat słuchowy to system fizyczny, który pobiera Dźwięki (tj. wejściowe), wzmacnia je w zależności od ubytku słuchu użytkownika (tj. przetwarzania), tak aby sygnały opuszczały aparat słuchowy (tj., wyjście) przy odpowiedniej głośności dla użytkownika.
w związku z tym można opisać zachowania instrumentu słuchowego za pomocą pojęć powszechnie stosowanych w teorii systemów sterowania inżynierskiego.4 Poniżej znajduje się uproszczony ilościowy opis dlaczego i co się dzieje, gdy pojawia się informacja zwrotna.
1 przedstawia prosty schemat blokowy aparatu słuchowego. Sygnał wejściowy (X) jest wzmacniany przez współczynnik wzmocnienia (G), który powoduje sygnał wyjściowy (Y). Jeśli aparat słuchowy/wkładka douszna zapewnia pełne uszczelnienie (tj., brak ścieżki sprzężenia zwrotnego), sygnał wyjściowy (Y) byłby po prostu określony przez wzmocnienie instrumentu słuchowego i poziom wejściowy (X). To jest,
równanie 1: Y = GX
Fig. 1. SCHEMAT BLOKOWY aparatu słuchowego.
gdy istnieje ścieżka sprzężenia zwrotnego, pewna część (ß) sygnału wyjściowego wycieka z powrotem do mikrofonu. Fig. 2 pokazuje prosty schemat blokowy instrumentu słuchowego, który pozwala niektórym wzmocnionym dźwiękom przedostawać się z powrotem do mikrofonu (tj. ma ścieżkę sprzężenia zwrotnego). Proces sprzężenia zwrotnego można uznać za zapętloną sekwencję zdarzeń. Najpierw sygnał wejściowy X utworzy wyjście GX. Podczas pierwszej pętli pewna część (ß) sygnału wyjściowego GX wycieka z powrotem do mikrofonu i przyczynia się do wejścia jako ßGX. Tak więc, połączone wejście przy mikrofonie będzie (X + ßGX). Następnie sygnał zostanie wzmocniony przez czynnik G i przyczyni się do sygnału wyjściowego. Oznacza to, że wyjście instrumentu słuchowego po jednej pętli staje się:
równanie 2: Y = GX + G (ßGX)
Fig. 2. SCHEMAT BLOKOWY instrumentu słuchowego, który pozwala części wzmocnionego dźwięku przedostać się z powrotem do mikrofonu.
gdy wyjście „zapętla” z powrotem do mikrofonu, wyjście staje się stopniowo większe o współczynnik Gß. Po „n” liczbie pętli, wyjście aparatu słuchowego staje się:
równanie 3: Y = GX
równanie 3 jest przykładem szeregu mocy i można je zatem uprościć do:
równanie 4: y = GX/(1 – Gß)
alternatywnie, intuicyjny sposób rozumienia równania 4 polega na rozważeniu, że sygnał wyjściowy Y składa się z dwóch elementów. Pierwszy składnik to wzmocniony sygnał wejściowy, a drugi składnik to wzmocniony sygnał sprzężenia zwrotnego. Wzmocniony sygnał wejściowy jest równy sygnałowi wejściowemu pomnożonemu przez wzmocnienie wzmacniacza G (zgodnie z diagramem Podstawowego aparatu słuchowego na Fig. 1). Sygnał sprzężenia zwrotnego jest równy ułamkowi ß sygnału wyjściowego Y (patrz Rys. 2). Ten sygnał sprzężenia zwrotnego jest odbierany przez mikrofon i wzmacniany przez czynnik G i przyczynia się do sygnału wyjściowego jako GßY. Oznacza to, że wynik aparatu słuchowego wynosi:
równanie 5: Y = GX + GßY
przesuwając GßY na lewą stronę równania i upraszczając, mamy:
równanie 6: Y (1-Gß) = GX
które dzieląc obie strony przez (1-Gß), otrzymujemy taki sam wynik, jak pokazano w równaniu 4 lub: Y = GX / (1 – Gß)
okazuje się, że równanie 4 ma zasadnicze znaczenie dla zrozumienia czynników, które kontrolują sprzężenie zwrotne w aparacie słuchowym. Należy zauważyć, że bez mianownika (tj. części zapisanej pod linią dzielnika) równanie 4 jest identyczne z równaniem 1 dla instrumentu słuchowego bez ścieżki sprzężenia zwrotnego (jak na Rys. 1). Dlatego właśnie ten mianownik opisuje właściwości sprzężenia zwrotnego aparatu słuchowego. Elementy w mianowniku, G i ß, tworzą wzmocnienie pętli gß (lub wzmocnienie pętli otwartej), które jest głównym wyznacznikiem możliwych problemów ze sprzężeniem zwrotnym w systemie aparatu słuchowego.
wzmocnienie pętli jest oczywiście kontrolowane przez wzmocnienie (G) instrumentu słuchowego (tj. Z drugiej strony, na wielkość ß wpływa wiele czynników, które mogą lub nie mogą być kontrolowane. Na przykład, podczas gdy ilość wycieku z odpowietrznika może być kontrolowana, przerywany wyciek z ruchu szczęki, obecność powierzchni odblaskowych w pobliżu instrumentu słuchowego, pogłos w pomieszczeniu i zmiana położenia głowy mogą również zmienić ścieżkę sprzężenia zwrotnego i wpłynąć na wielkość ß. Oznacza to, że pasmo przenoszenia mocy i częstotliwości ścieżki sprzężenia zwrotnego może nie być nieruchome.
można zobaczyć, że jeśli ß jest równe zero (tzn. nie ma wycieku), wyrażenie Gß będzie równe zero (0). Mianownik będzie wynosił 1, a wartość Y jest określana wyłącznie przez wartości G i X. w tych przypadkach, gdy mianownik przyjmuje wartość dodatnią (> 0), mówi się, że system aparatu słuchowego jest stabilny i nie występuje słyszalne sprzężenie zwrotne (jest to znane jako kryterium stabilności Nyquista). Z drugiej strony, jeśli wartość ß wzrasta lub jeśli wzrasta wzmocnienie wzmacniacza (lub obu), wartość gß wzrasta. To z kolei zmniejsza wartość mianownika (1-Gß) i zwiększa wydajność układu. Jednakże, gdy wartość Gß dąży do 1, mianownik dąży do 0 i układ staje się niestabilny. W takim przypadku dochodzi do słyszalnego sprzężenia zwrotnego i sygnał wyjściowy y wzrasta, aż osiągnie maksymalną moc wyjściową instrumentu słuchowego lub gdy jego wzmocnienie zostanie zmniejszone poprzez aktywację systemu kompresji.
równanie 4 pokazuje również, że dla tego samego wycieku (ß) występowanie sprzężenia zwrotnego zależy przede wszystkim od wzmocnienia (G) instrumentu słuchowego. Wraz ze wzrostem G, ryzyko sprzężenia zwrotnego wzrasta, gdy Gß dąży do 1 (a mianownik do 0). Oczywiście, wraz ze wzrostem G, zwiększa się również wyjście GX. Trzeba jednak zdawać sobie sprawę, że wysoka wydajność nie zawsze wymaga dużego wzmocnienia. Wysokie wejście (X) z niskim wzmocnieniem może również skutkować wysoką mocą wyjściową.
metody kontroli sprzężenia zwrotnego
ponieważ słyszalne sprzężenie zwrotne jest oznaką niestabilności systemu aparatu słuchowego, równanie 4 sugeruje, że istnieją dwa możliwe rozwiązania pozwalające odzyskać stabilność. Jednym z rozwiązań jest kontrolowanie podawania sygnału z powrotem do mikrofonu poprzez kontrolowanie współczynnika wycieku ß. Drugim jest zmniejszenie wzmocnienia (G) aparatu słuchowego. Poniżej opisano sposoby realizacji redukcji sprzężenia zwrotnego.
Fig. 3. Wpływ na krzywą wejścia-wzmocnienia podczas zarządzania sprzężeniem zwrotnym (feedback management, Fb) na liniowym aparacie słuchowym. Zmniejszenie wzmocnienia w celu kontroli sprzężenia zwrotnego w liniowych aparatach słuchowych powoduje zmniejszenie wzmocnienia we wszystkich częstotliwościach i na wszystkich wejściach.
praktyka zapobiegawcza: środki zapobiegawcze zapewniające użytkownikowi najlepsze warunki do wykorzystania dostępnego wzmocnienia na instrumencie słuchowym, obejmują:
- zapewnienie dokładnego wycisku w uchu;
- zapewnienie właściwej orientacji odbiornika w przewodzie słuchowym;
- unikanie woskowiny w przewodzie słuchowym lub na otworze odbiornika;
praktyki te są dobrze znane i mają na celu kontrolowanie potencjalnej ścieżki sprzężenia zwrotnego. Należy je wykonywać niezależnie od dostępności jakichkolwiek algorytmów anty-sprzężenia zwrotnego lub anulowania sprzężenia zwrotnego w aparacie słuchowym.
podejście akustyczne: większość specjalistów od dozowania zna kontrolę sprzężenia zwrotnego poprzez zmniejszenie wycieku dźwięków przez aparat słuchowy/wkładkę douszną. Próby, takie jak ograniczenie średnicy otworu wentylacyjnego i/lub zwiększenie średnicy/obwodu pierwszego obszaru zgięcia małżowiny usznej/obudowy aparatu słuchowego, są pierwszymi krokami i reprezentują najczęściej stosowane podejścia akustyczne.
jednak te podejścia mogą również wpływać na dostępne wzmocnienie aparatu słuchowego. Kuk5 dostarczył danych o maksymalnym wzmocnieniu wkładania jednokanałowego liniowego aparatu słuchowego power BTE, ponieważ średnica równoległego Select-a-Vent (SAV) została skorygowana w zakresie od 0 do 3 mm. odnotowano aż 25 dB zmiany wzmocnienia przy 250 Hz i 10-15 dB powyżej 1000 Hz. Takie ustalenia można by zmodyfikować, gdyby zamiast tego zastosowano wielokanałowy aparat słuchowy.
podejścia akustyczne mają również na celu zarządzanie potencjalną ścieżką sprzężenia zwrotnego b. chociaż te próby mogą być skuteczne, mogą również prowadzić do innych skutków ubocznych. Na przykład zmniejszenie średnicy otworu wentylacyjnego może prowadzić do zmniejszenia wentylacji zamkniętego przewodu słuchowego, zmiany odpowiedzi częstotliwościowej aparatu słuchowego, zmniejszenia przepływu naturalnych niskich częstotliwości przez otwór wentylacyjny, gorszej subiektywnej jakości dźwięku i zwiększonego postrzegania zgryzu podczas wokalizacji.6 Ponadto zwiększenie średnicy kanału małżowiny usznej może prowadzić do dyskomfortu fizycznego. W rzadkich przypadkach może dojść do bolesności i otarcia przewodu słuchowego.
redukcja wzmocnienia w instrumentach liniowych: większość aparatów słuchowych jest produkowana z większym wzmocnieniem w wysokich częstotliwościach. Niestety, typowa ścieżka sprzężenia zwrotnego zapewnia również mniejsze tłumienie przy wysokich częstotliwościach niż przy niskich częstotliwościach. Dlatego ryzyko słyszalnego sprzężenia zwrotnego jest największe w wyższym zakresie częstotliwości.
jedną z powszechnych metod kontroli sprzężenia zwrotnego jest obniżenie wzmocnienia wysokiej częstotliwości aparatu słuchowego poprzez zastosowanie regulacji tonu lub filtrowania dolnoprzepustowego. Jednak wzmocnienie w regionach o wyższej częstotliwości (i sąsiednich) jest również zagrożone dzięki temu podejściu. W konsekwencji może ucierpieć zrozumiałość mowy. Alternatywne podejścia, takie jak zastosowanie filtra wycięcia (np. Agnew7), tłumienie częstotliwości rezonansowej, przesunięcie fazowe (np.8) i przesunięcie częstotliwości (np.9), lub zmniejszenie wzmocnienia w jednym lub więcej filtrów w banku filtrów (np Lunner et al.10) są bardziej precyzyjne w kontrolowaniu sprzężenia zwrotnego z mniejszym wpływem na pobliskie częstotliwości. Oczywiście, stopień, w jakim jest to prawdą, zależy od przepustowości filtrów.
istnieje dodatkowy problem z zarządzaniem sprzężeniem zwrotnym w aparatach słuchowych liniowych. Ponieważ urządzenia te zapewniają takie samo wzmocnienie na wszystkich poziomach wejściowych, redukcja wzmocnienia stosowana w regionie częstotliwości będzie skuteczna na wszystkich poziomach wejściowych. Oznacza to, że dźwięki miękkie, jak również dźwięki średniego poziomu, będą miały wpływ w tym samym stopniu. Może to mieć wpływ na zrozumiałość mowy na wszystkich poziomach wejściowych (rys. 3). Chociaż częstotliwość sprzężenia zwrotnego może pochodzić z regionów o ograniczonej częstotliwości, użytkownik z jednokanałowym liniowym aparatem słuchowym będzie musiał obniżyć ogólny zysk we wszystkich częstotliwościach, aby zminimalizować sprzężenie zwrotne.
redukcja wzmocnienia w instrumentach nieliniowych: nieliniowe (lub kompresyjne) urządzenie zapewnia mniejsze wzmocnienie wraz ze wzrostem wejścia. Ponieważ zarządzanie sprzężeniem zwrotnym w tych instrumentach jest również realizowane poprzez zmniejszenie wzmocnienia w obszarze częstotliwości, w którym występuje sprzężenie zwrotne, mogą wystąpić te same skutki uboczne związane z zarządzaniem sprzężeniem zwrotnym w liniowych aparatach słuchowych.
jest jeden wyjątek. Podczas gdy w liniowym aparacie słuchowym ma to wpływ na wzmocnienie na wszystkich poziomach wejściowych, można zaprojektować nieliniowy aparat słuchowy tak, aby wpływ miało tylko wzmocnienie na najniższym poziomie wejściowym. Dzieje się tak, ponieważ wzmocnienie pomocy nieliniowej jest maksymalne na najniższym poziomie wejściowym i zmniejsza się wraz ze wzrostem wejściowym. Poprzez obniżenie tego maksymalnego wzmocnienia poprzez zwiększony próg kompresji, sprzężenie zwrotne jest kontrolowane bez wpływu na wzmocnienie przy wyższych poziomach wejściowych.11 jest to skuteczna i praktyczna metoda kontroli sprzężenia zwrotnego, która została zastosowana w cyfrowych aparatach słuchowych (np. Senso).12 chociaż zrozumiałość mowy miękkiej może być zagrożona, zrozumiałość mowy konwersacyjnej jest zachowana. Fig. 4 pokazuje wpływ zarządzania sprzężeniem zwrotnym na krzywe wejścia-wzmocnienia takiego nieliniowego instrumentu słuchowego. Zauważ, że tylko wzmocnienie dla łagodniejszych dźwięków ma wpływ na nieliniową pomoc.
za podejściem do zarządzania sprzężeniem zwrotnym kryje się założenie, że istnieje tylko jedna stała częstotliwość sprzężenia zwrotnego. W rzeczywistości takie założenie rzadko jest prawdziwe. Zazwyczaj występuje więcej niż jedna częstotliwość niestabilności. Tłumienie jednej częstotliwości może tworzyć sprzężenie zwrotne na innej częstotliwości.3 ponadto, jak wspomniano wcześniej, ścieżka sprzężenia zwrotnego nie jest stacjonarna; jest dynamicznie modyfikowana przez stan użytkownika instrumentu słuchowego. W związku z tym sprzężenie zwrotne może nadal występować w prawdziwym życiu, nawet jeśli jest kontrolowane w klinice.
strategie sprzężenia zwrotnego w instrumentach DSP
techniki cyfrowe zapewniają dodatkowe możliwości rozwiązania problemu sprzężenia zwrotnego. Jednak ze względu na energiczne wymagania obliczeniowe takich algorytmów redukcji sprzężenia zwrotnego, wiele aparatów słuchowych DSP wykorzystuje metody opisane w poprzednich akapitach. Pomimo takich ograniczeń, w aparatach słuchowych próbowano kontrolować sprzężenie zwrotne za pomocą algorytmów DSP.
Zasady anulowania informacji zwrotnej: rys. 2 pokazuje, że sprzężenie zwrotne występuje, ponieważ wzmocnienie sygnału sprzężenia zwrotnego (gßx) powoduje niestabilność układu. Jeśli znane są właściwości tego sygnału sprzężenia zwrotnego, można wygenerować filtr o charakterystyce odpowiedzi podobnej do charakterystyki ścieżki sprzężenia zwrotnego. Odejmując szacowany sygnał sprzężenia zwrotnego z wejścia, można uzyskać praktycznie bez sprzężenia zwrotnego system. Jest to zasada stojąca za nowoczesną teorią anulowania sprzężenia zwrotnego. Egolf & Larson13 szczegółowo opisał tę zasadę.
chociaż teoretycznie brzmi to dobrze, metoda wczesnego usuwania sprzężenia zwrotnego opisana przez Egolfa & Larson13 opierała się na filtrach z jedną stałą odpowiedzią. Jak wspomniano wcześniej, ruch aparatu słuchowego w kanale słuchowym podczas ruchów szczęki, zmiany powierzchni odbijających wokół głowy (np. telefon umieszczony nad aparatem słuchowym14) itp., zmienić charakterystykę ścieżki sprzężenia zwrotnego. W związku z tym sprzężenie zwrotne może nadal występować w prawdziwym życiu. Wymagany jest zmienny system filtrów, który dostosowuje się do zmian w charakterystyce ścieżki sprzężenia zwrotnego.
Adaptacyjne anulowanie sprzężenia zwrotnego: pierwsze adaptacyjne systemy anulowania sprzężenia zwrotnego zaprojektowane dla aparatów słuchowych zostały opracowane około 1990 roku.15,16 zamiast filtra stałego stosuje się system eliminacji sprzężenia zwrotnego, który stale monitoruje ścieżkę sprzężenia zwrotnego w celu aktualizacji charakterystyki filtra adaptacyjnego. We wcześniejszych systemach aparat słuchowy generował niski poziom szumów jako sygnał wejściowy do wzmacniacza. W celu dokładnego oszacowania sygnału sprzężenia zwrotnego przeprowadzono ciągłe analizy korelacji między oryginalnym sygnałem szumu wprowadzanym do odbiornika A mikrofonem. Wyniki analiz korelacji zostały następnie wykorzystane do ciągłej modyfikacji funkcji transferu filtra adaptacyjnego w kierunku funkcji transferu ścieżki sprzężenia zwrotnego. Odjęcie szacowanego sygnału sprzężenia zwrotnego od sygnału mikrofonu (który zawiera rzeczywisty sygnał sprzężenia zwrotnego) doprowadziło do anulowania sygnału sprzężenia zwrotnego i tym samym zmniejszyło efektywny współczynnik sprzężenia zwrotnego (ß na Rys. 2).
zaletą algorytmu adaptacyjnego jest to, że nie stosuje się stałych filtrów i nie dokonuje się kompromisów w zakresie użytecznego wzmocnienia. Algorytmy te odnotowały poprawę o 5-10 dB dodatkowego użytecznego wzmocnienia wstawiania przed sprzężeniem zwrotnym.Ponadto odpowiednio zarządzane są powolne zmiany w charakterystyce ścieżki zwrotnej18.
Fig. 4. Wpływ na krzywą wejścia-wzmocnienia podczas zarządzania sprzężeniem zwrotnym (feedback management, Fb) w nieliniowym aparacie słuchowym. Zwróć uwagę na różnicę w działaniu między poziomami wejściowymi między liniowymi i nieliniowymi aparatami słuchowymi.
pomimo względnej skuteczności, kilka problemów uniemożliwiło powszechną akceptację tego systemu. Jednym z problemów było energiczne zapotrzebowanie obliczeniowe analizy korelacji. Aby dokładnie oszacować ścieżkę sprzężenia zwrotnego, analizy korelacji muszą być wykonywane w sposób ciągły lub w krótkich regularnych odstępach czasu. Biorąc pod uwagę poziom technologii chipowej w tamtym czasie, trudno było wdrożyć taki komercyjny system, który był zarówno estetycznie, jak i funkcjonalnie akceptowalny.
kolejną wadą tego podejścia jest to, że niski poziom hałasu używany w korelacji był słyszalny dla większości użytkowników instrumentów słuchowych. Było to irytujące dla niektórych użytkowników i w praktyce ograniczało korzystanie z tych aparatów słuchowych do osób, które poniosły poważne lub głębokie straty. Niedawno opisano systemy anulowania sprzężenia zwrotnego, które wykorzystują dźwięki w środowisku do oszacowania ścieżki sprzężenia zwrotnego.19 mogą one rozwiązać problem z dźwiękowym hałasem pomiarowym, ponieważ nie występuje sztuczny hałas.
jednak mogą wystąpić pozostałe problemy związane z artefaktami i szybkością reakcji metody anulowania. Wcześniej wspomniano, że analizy korelacji są wykonywane w celu oszacowania ścieżki sprzężenia zwrotnego. Opiera się to na założeniu, że sygnał sprzężenia zwrotnego jest wysoce skorelowaną wersją oryginalnego sygnału. Jeśli obserwuje się wysoką korelację, ale czas trwania analizy korelacji jest krótki, system może sugerować obecność sprzężenia zwrotnego, gdy w rzeczywistości takie sprzężenie zwrotne nie miało miejsca. To artefakt algorytmu analizy. W rzeczywistości większość sygnałów mowy i muzyki jest silnie skorelowana w perspektywie krótkoterminowej, ale nie długoterminowej. Tak więc krótkoterminowa analiza korelacji mowy i muzyki może skutkować anulowaniem niektórych sygnałów, a nawet prowadzić do nieprzyjemnej jakości dźwięku i utraty zrozumiałości. Sugeruje to, że w celu uniknięcia takich artefaktów należy stosować długoterminową korelację (tj. powolne szacowanie ścieżki sprzężenia zwrotnego).
z drugiej strony, jeśli algorytm anulowania sprzężenia zwrotnego zajmuje dużo czasu, aby anulować sygnał sprzężenia zwrotnego, może nie być w stanie poradzić sobie z nagłymi zmianami charakterystyki ścieżki sprzężenia zwrotnego. Słyszalne sprzężenie zwrotne może nadal wynikać, dopóki algorytm anulowania sprzężenia zwrotnego nie oszacował i nie anulował sygnału sprzężenia zwrotnego. Na przykład słuchawka telefoniczna umieszczona obok ucha spowoduje gwizdanie, które może trwać kilka sekund, zanim algorytm anulowania sprzężenia zwrotnego skutecznie zmniejszy irytujący sygnał. Jest to niepożądane i pomyślny algorytm powinien (najlepiej) radzić sobie z nagłymi zmianami ścieżki sprzężenia zwrotnego.
podsumowując, istniejące metody zmniejszania sprzężenia zwrotnego obejmują podejścia minimalizujące wycieki i zmniejszające dostępne wzmocnienie. Metody te mogą ograniczać sprzężenie zwrotne, ale mogą również prowadzić do dyskomfortu i utraty zrozumiałości / jakości dźwięku. Obecne metody DSP adaptacyjnego anulowania sprzężenia zwrotnego są obiecujące, ale mogą również powodować niepożądane artefakty.
nowe rozwiązania sprzężenia zwrotnego DSP
postępy w technologii miniaturyzacji pozwoliły na zastosowanie mniejszego, mocniejszego układu do implementacji adaptacyjnego algorytmu sprzężenia zwrotnego w Senso Diva do sterowania sprzężeniem zwrotnym w rzeczywistych sytuacjach. Obecny algorytm zawiera kilka zastrzeżonych elementów oczekujących na patent, a wyniki testów Widex wskazują na ponad 10 dB bardziej użytecznego wzmocnienia z niewielkimi lub żadnymi skutkami ubocznymi, jak te opisane wcześniej. Ze względu na zastosowanie konstrukcji chipa i jego implementację DSP, algorytm adaptacyjnego sprzężenia zwrotnego w instrumencie jest aktywny przez cały czas przy zachowaniu niskiego odpływu prądu. Poniżej znajduje się opis dwóch głównych elementów algorytmu—symulatora ścieżki sprzężenia zwrotnego i optymalizatora dynamicznego anulowania.
symulator ścieżki Sprzężenia Zwrotnego (FPS): symulator ścieżki sprzężenia zwrotnego ma na celu oszacowanie charakterystyki sygnału sprzężenia zwrotnego w celu wygenerowania sygnału anulowania. W przeciwieństwie do wcześniejszych prób wykorzystania zewnętrznego źródła szumu, FPS wykorzystuje przychodzący sygnał akustyczny do napędzania procesu korelacji. Dołożono wszelkich starań, aby ustalić okno czasowe o odpowiedniej długości, w którym przeprowadzane są analizy korelacji w celu uniknięcia błędów estymacji ścieżki sprzężenia zwrotnego (tj. błędnej interpretacji mowy/muzyki jako sprzężenia zwrotnego). Użytkownicy aparatów słuchowych nie muszą słuchać zewnętrznego hałasu opisanego w poprzednich akapitach.
5 pokazuje jak działa system. Przychodzący sygnał mikrofonu (a) jest w sposób ciągły skorelowany z wzmocnionym sygnałem wprowadzanym do odbiornika (B) z częstotliwością próbkowania 32 kHz w celu oszacowania sygnału przekazywanego z odbiornika do mikrofonu. Generowany jest sygnał anulowania (C), który jest wysyłany do lata ( + ) w celu anulowania sygnału sprzężenia zwrotnego przy mikrofonie. Wraz ze zmianą charakterystyki ścieżki sprzężenia zwrotnego zmienia się również charakterystyka sygnału anulowania. W celu uzyskania stabilnej analizy wybrano okno analizy trwające około 5-10 sekund. Wynik analizy jest aktualizowany dla każdej nowej próbki (tj. 32 000 razy na sekundę).
Fig. 5. Diagram blokowy przedstawiający dwa główne elementy algorytmu anulowania sprzężenia zwrotnego Diva: symulator ścieżki sprzężenia zwrotnego (FPS) i optymalizator dynamicznego anulowania (DCO).
jak wcześniej wspomniano, zaletą tego podejścia jest to, że żaden stały filtr nie jest używany do wpływania na użyteczny zysk przy dowolnej częstotliwości lub na dowolnym poziomie wejściowym. Szerokość pasma filtra lub liczba kanałów w aparacie słuchowym nie mają wpływu na precyzję procesu anulowania, ponieważ sygnał anulowania jest generowany i dodawany do sygnału mikrofonu przed filtrami podzielonymi na pasma. Ponadto, ponieważ jest to odwrotna replika ścieżki sprzężenia zwrotnego, można anulować więcej niż jedną częstotliwość sprzężenia zwrotnego. Ponieważ symulator ścieżki sprzężenia zwrotnego ma charakter adaptacyjny, automatycznie uwzględnia wszelkie zmiany charakterystyki ścieżki sprzężenia zwrotnego, które mogą wystąpić w czasie.
Proces FPS jest celowo zaprojektowany tak, aby miał czas adaptacji 5-10 s, aby uniknąć potencjalnych artefaktów, gdy sygnały przychodzące są mową i muzyką. Gdy charakterystyka sygnału sprzężenia zwrotnego nie zmienia się zbytnio w czasie, proces adaptacyjny ma wystarczająco dużo czasu, aby zbiegać się i stworzyć dokładny „sygnał anulowania sprzężenia zwrotnego” z wysokim stopniem precyzji. To całkowicie wyeliminowałoby sygnał sprzężenia zwrotnego. Jeśli jednak charakterystyka ścieżki sygnału sprzężenia zwrotnego różni się znacznie w czasie, proces adaptacyjny może nie mieć wystarczająco dużo czasu, aby całkowicie się zbiegł, aby uzyskać dokładny sygnał anulowania sprzężenia zwrotnego. W rzeczywistości ta średnia Szacunkowa może znacznie odbiegać od charakterystyki chwilowego sygnału sprzężenia zwrotnego, powodując niekompletne anulowanie sprzężenia zwrotnego.
Fig. 6. Maksymalne wzmocnienie przed słyszalnym sprzężeniem zwrotnym bez modułu anulowania sprzężenia zwrotnego i z obydwoma komponentami modułu anulowania sprzężenia zwrotnego. Zauważ, że 10-12 dB więcej użytecznego wzmocnienia jest dostępne z aktywnym modułem anulowania sprzężenia zwrotnego.
Dynamic Cancellation Optimizer (DCO): ograniczenia FPS doprowadziły do opracowania algorytmu dynamic cancellation optimizer (DCO). Gdy użytkownik żuje lub ziewa, dodatkowy wyciek dźwięku występuje wraz ze zmianą kształtu kanału słuchowego. Gdy telefon jest trzymany blisko aparatu słuchowego, zmienia się powierzchnia odbijająca w pobliżu ucha. Sytuacje te reprezentują niektóre sytuacje, w których ścieżka sprzężenia zwrotnego, a co za tym idzie, sygnał sprzężenia zwrotnego jest szybko zmieniany. Ze względu na powolny charakter FPS, może nie być w stanie wygenerować wystarczająco szybko „sygnału anulowania sprzężenia zwrotnego”. W konsekwencji w takich przypadkach może wystąpić sprzężenie zwrotne, dopóki FPS Nie oszacował dokładnego sygnału sprzężenia zwrotnego i go nie anulował. A jeśli charakterystyka sygnału sprzężenia zwrotnego nie ustabilizuje się (jak u użytkownika, który stale porusza szczęką), sprzężenie zwrotne może nigdy nie zostać anulowane. Oczywiście może to być irytujące dla użytkownika.
skuteczny algorytm anulowania sprzężenia zwrotnego powinien również być w stanie uwzględnić szybkie zmiany ścieżki sprzężenia zwrotnego. DCO jest opatentowanym, szybko działającym mechanizmem, który został zaprojektowany do ciągłego szacowania charakterystyki tłumienia ścieżki sprzężenia zwrotnego w każdym z kanałów częstotliwości. Na tej podstawie obliczane jest oszacowanie maksymalnego wzmocnienia w każdym kanale częstotliwości. Ponieważ nie wytwarza sygnałów, które są wstawiane do ścieżki sygnału, jego działanie może być bardzo szybkie bez wytwarzania wspomnianych wcześniej artefaktów. Jeśli ścieżka sprzężenia zwrotnego zmienia się szybko (np., telefon przyniesiony do ucha), DCO ma na celu szybkie i tymczasowe ograniczenie wzmocnienia niskiego wejścia w kanałach wytwarzających słyszalne sprzężenie zwrotne. Pozwala to na przeliczanie czasu FPS na nową ścieżkę sprzężenia zwrotnego i anuluje sygnał sprzężenia zwrotnego bez redukcji wzmocnienia. Ponieważ DCO działa na określonych kanałach, przepustowość kanałów może wpływać na specyfikę jego działania; jednak nie powinno to być problemem w tym instrumencie, ponieważ wykorzystuje 15 kanałów o szerokości 1/3 oktawy.
zarówno FPS, jak i DCO są aktywne przez cały czas. Jednakże, w zależności od charakteru warunków bodźca i wymagań dla mechanizmu sprzężenia zwrotnego, działanie jednego składnika może być w dowolnym momencie bardziej dominujące nad drugim. Fig. 6 pokazuje, że połączone efekty FPS i DCO pozwalają nawet na 10-12 dB więcej użytecznego wzmocnienia przed wystąpieniem sprzężenia zwrotnego.
podsumowanie
sprzężenie zwrotne akustyczne można zminimalizować poprzez odpowiednie środki zapobiegawcze i akustyczne. Cyfrowe przetwarzanie sygnałów daje dodatkowe możliwości, które znacznie przekraczają możliwości tradycyjnych metod.
zastosowanie algorytmu anulowania sprzężenia zwrotnego podczas okuć
test sprzężenia zwrotnego jest integralną częścią procedury dopasowania aparatu słuchowego Diva DSP. Ponieważ doświadczenia z algorytmem anulowania sprzężenia zwrotnego były pozytywne przy minimalnych artefaktach w większości sytuacji, zaleca się, aby algorytm pozostawał aktywny przez cały czas. W zależności od indywidualnych cech i środowiska testowego, aktywna Jednostka anulująca sprzężenie zwrotne zapewnia ponad 10 dB więcej użytecznego wzmocnienia niż nieaktywna Jednostka anulująca. Z drugiej strony, dezaktywacja algorytmu sprzężenia zwrotnego może zapobiec wystąpieniu rzadkich i nieprzewidzianych artefaktów wynikających z niektórych rodzajów muzyki.
aktywny stan anulowania sprzężenia zwrotnego jest szczególnie niezbędny dla osób noszących urządzenie słuchowe, które wymagają dużego wzmocnienia. W mniej krytycznych sytuacjach aktywny algorytm anulowania sprzężenia zwrotnego może być korzystny dla osób, które pragną większego odpowietrzenia/wycieku z aparatu słuchowego / małżowiny usznej w celu poprawy subiektywnych preferencji, w tym efektu okluzji. Może to być również korzystne dla osób z miękką skórą kanału słuchowego i / lub prostą geometrią kanału słuchowego i doświadczających problemów z ich niestandardowym aparatem słuchowym „wypracowującym drogę” z powodu ruchów szczęki. Dodatkowo funkcja ta może być przydatna w przypadku wyposażenia pediatrycznego dla osób poniżej 10 roku życia. Szybki wzrost ich kanałów uszu20, 21 i pinna/concha wielkości wraz z wiekiem dziecka prowadzi do zwiększonego ryzyka sprzężenia zwrotnego z tym samym małżowiny usznej.
profesjonalista dozujący może wykonać automatyczny test sprzężenia zwrotnego za pomocą przenośnego programatora (SP3) lub oprogramowania Compass (V.3.1). Testowanie powinno odbywać się w cichym otoczeniu, aby uniknąć obcych dźwięków zakłócających wyniki testu. Sygnały są używane do inicjalizacji filtra adaptacyjnego i oszacowania tłumienia ścieżki sprzężenia zwrotnego w każdym kanale częstotliwości. Wyjście z odbiornika, które wycieka z powrotem do mikrofonu przez ścieżkę akustycznego sprzężenia zwrotnego, jest używane do obliczania właściwości transferu ścieżki sprzężenia zwrotnego. Test sprzężenia zwrotnego dostarcza dwóch ważnych informacji: ocenia przydatność dopasowania powłoki / wkładki dousznej i inicjalizuje system.
ocena dopasowania wkładki / wkładki: wyniki testu sprzężenia zwrotnego wskazują, czy obecna wkładka/wkładka zapewnia wystarczające uszczelnienie, aby zachować niezbędne wzmocnienie dla wzmocnienia normalnej mowy do poziomu komfortowego słuchania użytkownika. Informacje te mogą pozwolić na większy otwór wentylacyjny niż jest tradycyjnie stosowany, zmniejszając w ten sposób efekt okluzji i poprawiając subiektywną jakość aparatu słuchowego. Jednak większy odpowietrznik może zmniejszyć skuteczność systemów redukcji szumów i mikrofonów kierunkowych. Zaletą testu sprzężenia zwrotnego jest to, że jego wyniki pozwalają profesjonalistom dozującym dokonać świadomego wyboru niezbędnej średnicy odpowietrznika zgodnie z indywidualnymi preferencjami i właściwościami kanału słuchowego i małżowiny usznej.
wyniki testu sprzężenia zwrotnego odzwierciedlają również zakres użytecznego wzmocnienia przed wystąpieniem słyszalnego sprzężenia zwrotnego. Ważne jest jednak, aby zdać sobie sprawę, że wyniki odnoszą się tylko do stanu sytuacji testowej podczas testu sprzężenia zwrotnego. W innej sytuacji (np., gdy usta danej osoby są otwarte lub gdy telefon jest umieszczony nad uchem), ścieżka akustyczna instrumentu słuchowego może stać się niestabilna i spowodować słyszalne sprzężenie zwrotne. Gdyby ustawić górną granicę wzmocnienia, w której występuje sprzężenie zwrotne, do wartości określonej podczas badania sprzężenia zwrotnego, aparat słuchowy może znajdować się cały czas na granicy oscylacji akustycznych (sprzężenie zwrotne subscylacyjne). Może to zmienić Pasmo przenoszenia aparatu słuchowego.1 ponadto każdy ruch szczęki może wysłać instrument słuchowy do słyszalnego sprzężenia zwrotnego.
aby tego uniknąć, w aparatach słuchowych Senso Plus i Diva przyjęto praktykę włączania „marginesu sprzężenia zwrotnego”. Margines sprzężenia zwrotnego oznacza wzmocnienie dB poniżej poziomu, w którym występuje słyszalne sprzężenie zwrotne. Na przykład margines sprzężenia zwrotnego wynoszący 6 dB oznacza, że maksymalne wzmocnienie jest ustawione o 6 dB poniżej miejsca, w którym występuje słyszalne sprzężenie zwrotne.
Inicjalizacja systemu: wynik testu sprzężenia zwrotnego służy również do inicjalizacji symulatora ścieżki sprzężenia zwrotnego. Oznacza to, że ustawia początkowe ustawienia parametryczne filtra cyfrowego, aby mógł wygenerować sygnał anulowania. Wartości parametrów są zapisywane w pamięci aparatu słuchowego i są aktywowane za każdym razem, gdy aparat słuchowy jest włączony. Proces adaptacyjnego anulowania sprzężenia zwrotnego rozpoczyna się od tego oszacowania jako pierwszego oszacowania ścieżki sprzężenia zwrotnego.
jeśli nie ma zmiany w stanie, w którym instrument jest noszony w rzeczywistości, FPS zajmie minimalny czas, aby anulować sygnał sprzężenia zwrotnego. W przypadku zmiany charakterystyki ścieżki sprzężenia zwrotnego w stosunku do szacowanej, adaptacyjny charakter FPS precyzyjnie dostroi swoje ustawienia parametryczne, aby anulować sygnał sprzężenia zwrotnego. Rzeczywisty czas dostosowania zależy od bliskości szacowanej ścieżki sprzężenia zwrotnego i rzeczywistej ścieżki sprzężenia zwrotnego. Im większa różnica, tym dłużej trwa proces adaptacyjny do” zera ” przy dokładnym oszacowaniu. Tak więc, podczas gdy adaptacyjny charakter procesu anulowania anulowałby wszelkie sygnały zwrotne, oczekuje się, że testy sprzężenia zwrotnego przeprowadzone w bardziej rzeczywistych warunkach przyniosłyby lepsze wstępne szacunki ścieżki sprzężenia zwrotnego i poprawiłyby skuteczność procesu anulowania sprzężenia zwrotnego. Z tego samego powodu ważne jest, aby powtórzyć test sprzężenia zwrotnego, gdy wkładka lub powłoka są modyfikowane tak, że nowy zestaw wartości początkowych są przechowywane.
ten artykuł został przesłany do działu HR przez dr Francisa Kuka, dyrektora audiologii w Widex Hearing Aid Co, Long Island City, NY, i Carla Ludvigsena, MS, dyrektora audiologii, i Thomasa Kaulberga, PhD, inżyniera badawczego w Widex ApS, Vaerloese, Dania. Korespondencję można kierować do HR lub Francis Kuk, Widex Hearing Aid Co, 35-53 24th St, Long Island City, NY 11106-4116; e-mail: .
1. Cox RM. Połączony wpływ otworów kominowych i sprzężenia zwrotnego suboscylacyjnego na odpowiedź częstotliwościową aparatu słuchowego. Ucho. 1982;3:12-17.
2. Koczkin W. Subiektywne miary satysfakcji i korzyści: ustanawianie norm. Seminaria ze słuchu. 1997; 18(1):37-48.
3. Agnew J. sprzężenie akustyczne i inne dźwiękowe artefakty w aparatach słuchowych. Trendy w amplifikacji. 1996;1(2):45-82.
4. Egolf D. Przegląd literatury akustycznego sprzężenia zwrotnego z punktu widzenia systemu sterowania. 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. maksymalny użyteczny zysk wkładania ucha rzeczywistego z dziesięcioma wzorami wkładek dousznych. J Am Acad Audiol. 1994;5:44-51.
6. Kuk F. percepcyjne konsekwencje odpowietrzania w aparatach słuchowych. Brit J Audiol. 1991; 25:163-169.
7. Agnew J. zastosowanie filtra wycięcia w celu zmniejszenia sprzężenia akustycznego. Słuchajcie Jour. 1993; 46, 37-40.
8. Preves D, Sigelman J, LeMay p. a układ stabilizujący sprzężenie zwrotne do aparatów słuchowych. Usłysz Intruza. 1986; 37(4):34, 36-41, 51.
9. Bennett M, Srikandan s, Browne L. a controlled feedback hearing aid. Usłysz Aid Jour. 1980; 33(7):12, 42.
10. Lunner T, Hellgren J, Arlinger S, Elberling C. a aparat słuchowy z filtrem cyfrowym: Trzy algorytmy cyfrowego przetwarzania sygnałów-preferencje użytkownika i wydajność. Ucho. 1997;18:373-387.
11. Kuk F. najnowsze podejścia do montażu nieliniowych aparatów słuchowych. 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. przedstawiamy całkowicie cyfrowy aparat słuchowy. Słuchajcie Jour. 1996;49 (4):45-49.
13. Egolf D, Larson V. tłumienie sprzężenia zwrotnego w aparatach słuchowych. Rehab R & D Sprawozdania Z Postępów. Departament Stanu Waszyngton of Veteran Affairs, 1984: 163-164.
14. Kates J. problem sprzężenia zwrotnego w aparatach słuchowych. Zaburzenia Łączności J. 1991; 24:223-235.
15. Bustamante D, Worrall T, Williamson M. Pomiar i adaptacyjne tłumienie akustycznego sprzężenia zwrotnego w aparatach słuchowych. Proc. ICASSP. 1989: 2017-2020.
16. Dyrlund O, Bisgaard N. ulepszenia marginesu akustycznego sprzężenia zwrotnego w aparatach słuchowych z wykorzystaniem prototypowego systemu DFS (Digital Feedback Suppression). Scand Audiol. 1991; 20:49-53.
17. Henningsen L, Dyrlund O, Bisgaard N, Brink B. Cyfrowe tłumienie Sprzężenia Zwrotnego (DFS). Scand Audiol. 1994; 23:117-122.
18. Engebretson a, French-St. George M, O ’ Connell M. adaptacyjna stabilizacja sprzężenia zwrotnego aparatów słuchowych. Scand Audiol. 1993; 22:56-64.
19. Hellgren J, Lunner T, Arlinger S. system identyfikacji sprzężenia zwrotnego w aparatach słuchowych. J Acoust Soc Amer. 1999; 105:3481-3496.
20. Kruger B. aktualizacja rezonansu ucha zewnętrznego u niemowląt i małych dzieci. Ucho. 1987; 8: 333-336.
21. Feigin J, Kopun J, Stelmachowicz P, Gorga M. Sonda-pomiar poziomu ciśnienia akustycznego w kanale słuchowym u niemowląt i dzieci. Ucho. 1989; 10: 254-258.