Artykuły pogłębiające wiedzę

Kompresja częstotliwościowa a transpozycja liniowa sygnału akustycznego w aparatach słuchowych

Kompresja częstotliwościowa a transpozycja liniowa — rozwiązania pozwalające przywrócić pełne spektrum dźwięków osobom z wysokoczęstotliwościowymi ubytkami słuchu.

 

Przywrócenie odbioru pełnego spektrum dźwięków osobom z wysokoczęstotliwościowymi ubytkami słuchu nie zawsze jest możliwe mimo zastosowania wielokanałowego aparatu słuchowego. W wielu przypadkach aparaty nie są w stanie zapewnić wystarczająco dużego wzmocnienia w tak wąskim zakresie częstotliwości, które jednocześnie nie będzie znacząco zwiększało ryzyka powstania sprzężenia zwrotnego. Oczywiście istnieje zawsze możliwość zastosowania bardzo efektywnego systemu antysprzężeniowego lub – idąc w kierunku mniejszych kosztów – szczelnej wkładki usznej. W pierwszym przypadku pojawiają się jednakże ograniczenia związane z dużym poborem prądu z baterii, natomiast w drugim – efekt okluzji.

 

W tym momencie pojawia się jeszcze jedna istotna kwestia do rozważenia — czy zawsze wzmacnianie zakresów wysokich częstotliwości przyniesie korzyść? Pytanie, na które nie uzyskamy jednoznacznej odpowiedzi o ile nie zagłębimy się w etiologię wysokoczęstotliwościowych ubytków słuchu. Do najczęstszych przyczyn zaburzenia percepcji dźwięków wysokich zaliczamy: presbyacusis, czyli uszkodzenie słuchu związane z wiekiem, urazy akustyczne, w tym powodowane przebywaniem w hałasie, szkodliwe działanie leków ototoksycznych, zaburzenia w obrębie nerwu słuchowego i inne. W niektórych przypadkach dochodzi do nieodwracalnego uszkodzenia komórek słuchowych w narządzie Cortiego odpowiedzialnych za transformację energii mechanicznej drgań błony podstawnej na impulsy nerwowe – tworzą się tzw. martwe obszary (dead regions). Logicznym wydaje się, że pobudzanie ślimaka tymi zakresami częstotliwości, w których zdiagnozowano uszkodzenie komórek słuchowych wewnętrznych nie przyniesie pozytywnego efektu. Niedawne badania (Moore, 2004) udowadniają, że rzeczywiście akustyczna stymulacja martwych obszarów nie tylko nie przynosi korzyści, ale nawet może pogorszyć zrozumienie mowy! Zatem, czy istnieje jeszcze jakaś szansa dla osób z wysokoczęstotliwościowymi niedosłuchami na przywrócenie słyszalności dźwięków wysokich? Odpowiedź na to pytanie przynoszą najnowsze rozwiązania technologiczne w stosowane w niektórych aparatach słuchowych: kompresja częstotliwościowa i transpozycja liniowa sygnału akustycznego.
Kompresja częstotliwościowa opiera się na dopasowaniu widma sygnału wejściowego do tych zakresów częstotliwości, w których aparat słuchowy zapewnia wymagane wzmocnienie kompensujące ubytek słuchu. Osoby z upośledzoną percepcją wysokich tonów nie są w stanie usłyszeć m. in. bezdźwięcznych elementów sygnału mowy, dlatego zrozumienie poszczególnych słów odbywa się w oparciu o fonemy dźwięczne i kontekst wypowiedzi. Przywrócenie pełnej słyszalności sygnału mowy jest więc możliwe poprzez przeniesienie w zakres słyszalny fonemów bezdźwięcznych, co odbywa się poprzez ich kompresję. W rezultacie żadna część sygnału nie jest tracona, ale mimo wszystko ulega on w jakimś stopniu zniekształceniu. Algorytm kompresji częstotliwościowej został zaimplementowany w aparatach amerykańskiej firmy SONOVATION. Niestety aparaty te są praktycznie niedostępne na polskim rynku.
Liniowa transpozycja sygnału nie wprowadza zniekształceń związanych ze zmianą wzajemnych stosunków składowych harmonicznych sygnału, ale dzieje się to kosztem utraty jego części. Na podstawie szczegółowej analizy widma sygnału wejściowego wybierana jest częstotliwość środkowa pasma oktawowego przeznaczonego do transpozycji w zakres niższych częstotliwości, gdzie po odpowiednim wzmocnieniu stanie się on słyszalny dla pacjenta. Układ bazujący na liniowym transponowaniu dźwięków w przeciwieństwie do algorytmu kompresji częstotliwościowej nie ogranicza swego działania do bezdźwięcznych komponentów mowy. Jedynym aparatem z transpozycją liniową sygnału jest aparat duńskiej firmy WIDEX – model INTEO.
Każda z wspomnianych strategii przywracania słyszalności dźwięków wysokoczęstotliwościowych posiada swoje zalety i wady. W tym momencie podejmujemy dyskusje, na temat efektu końcowego zastosowania w aparatach słuchowych algorytmów bazujących na kompresji częstotliwościowej lub transpozycji liniowej sygnału akustycznego. Na dzień dzisiejszy nie ma wiarygodnych porównań tych implementacji.