Акустика в оценките на слуха: Когато технологиите срещат околната среда

Според проучване, публикувано в PubMed, околният шум, типичен за помещения без озвучителна обработка, е увеличил допустимите граници на грешка в праговете за оценка на слуха, особено при ниски и високи честоти. Такива изкривявания могат да доведат до погрешна диагноза, неподходящо лечение или ненужни последващи прегледи. Рискът нараства, когато акустиката на помещението се пренебрегне.

Дори най-модерните слухови апарати или системи за обработка на сигнали с машинно обучение не могат да възстановят напълно яснотата на звука, когато тестовата среда е лоша. Технологията разчита на чисти входни сигнали; когато те са компрометирани от фонов шум, отражения или маскиране, производителността на системата страда.

 

Разбиране на перцептивните изкривявания, причинени от лоша акустична среда

 

Преди да разгледаме специфични изкривявания, е полезно да се отбележи, че помещенията, в които се провеждат тестовете за слух, играят решаваща роля за оформянето на резултатите. Ако околният шум е твърде силен, ако стените и повърхностите отразяват звука прекомерно или ако оборудването е лошо изолирано, тогава дори най-прецизната технология дава компрометирани резултати. Голяма част от перцептивните грешки в аудиологията не произтичат от дефектен хардуер, а от среда, която изкривява оценяваните сигнали.

Фонов шум и маскиране

Маскирането възниква, когато фоновият шум замъглява или се конкурира с тестовите сигнали, което затруднява откриването на тихи звуци. Например, ниско ниво на бръмчене от ОВК система може да маскира едва доловими съгласни по време на аудиометрия с чисти тонове.

Изследванията показват, че нивата на околния шум над приблизително 30 dBA значително повишават праговете на слуха в индустриални условия за скрининг и влошават точността на теста. Когато шумът надвишава това ниво дори с няколко децибела, резултатите от теста стават ненадеждни, защото отчетените прагове са по-високи от действителната чувствителност на слуха на изследваното лице.

Реверберация, ехо и отражения

Реверберация и ехо възникват, когато звукът се отразява от повърхности и се връща към слушателя след оригиналния сигнал. Тези отражения могат да попречат на начина, по който се чуват и обработват тестовите тонове или речевите сигнали. Резултатът може да бъде забавено начало, размазване на звука или маскиране на по-тихи звуци, като всички те изкривяват резултатите от оценката на слуха. Разбирането на това как възникват тези изкривявания помага при проектирането на по-добри тестови среди и осигуряването на точност.

Проучването „Влияе ли акустиката на помещението на амплитудата на слуховите стационарни реакции (ASSR) на звуковото поле?“ от Валентина Сапата-Родригес, Сьорен Лаугесен, Чол-Хо Джонг, Йонас Брунског и Джеймс Харте (2021) изследва слуховите стационарни реакции (ASSR) на звуковото поле при различни условия в помещението. Те установиха, че нивото на ASSR намалява значително в помещения с по-висока реверберация в сравнение с безехови референтни помещения.

Това намаление засяга особено модулацията на стимула, което от своя страна намалява яснотата на отговора и изисква по-дълго време за измерване, за да се открие точно прагът.

Процентът на откриване на по-високи хармоници също е бил по-засегнат в реверберационните помещения. Тези резултати показват, че отраженията и реверберацията намаляват съотношението сигнал/шум за ключови слухови тестове, което затруднява точната оценка на праговете на пациентите.

 

 

Специфични перцептивни ефекти и клинични последици:

• Реверберацията размазва тестовите тонове, така че това, което би трябвало да е остър, дискретен звук, се удължава и се припокрива със собствените си отражения, което затруднява пациентите да идентифицират точното начало или край на тона.
• В помещения с по-дълго време на ранен затихване и изразена реверберация, по-високочестотните ленти (2 kHz, 4 kHz) са по-силно засегнати; тестовите тонове в тези честоти губят яснота, така че клиницистите могат да надценят загубата на слух във високочестотния диапазон.
• Праговете на ехо (забавянето, при което отраженията се възприемат като отделни ехо) се увеличават за слушатели с увреден слух; те изискват по-дълги закъснения, за да различат директния звук от отраженията. Това забавя отговорите и увеличава трудността на теста.

Тези открития подчертават важността на контролирането на реверберацията в аудиологичните тестови пространства. Правилното облицоване, абсорбирането на отразения звук, дизайнът на помещението, който ограничава твърдите повърхности, и използването на заграждения спомагат за намаляване на тези изкривявания. Когато отраженията се управляват, оценките стават по-надеждни, праговете по-точни, а плановете за лечение по-подходящи.

Честотно-специфични ефекти

Изкривяванията при слуховите тестове рядко са еднакви по всички честоти. Нискочестотният шум , като например от тътен на машини, е склонен да маскира най-силно нискочестотните тестови тонове. Високочестотните отражения от твърди повърхности пречат на речевите сигнали и енергията в по-високите честотни ленти.

Като пример, тестовете на праговете за приемане на реч (SRT) показват, че в шумни реверберационни пространства стойностите се влошават повече при определени честоти; компресията на динамичния диапазон в слуховите апарати също се държи различно в зависимост от това дали ниските или високите честоти доминират в шумовия или отражателния профил.

 

Какво могат да правят обработката на сигнали и машинното обучение и техните граници

 

Съвременната оценка на слуха не разчита само на акустиката. Инструментите за обработка на сигнали и алгоритмите за машинно обучение (МО) се интегрират все по-често в слуховите апарати, аудиологичния софтуер и платформите за дистанционно тестване. Тези технологии подобряват работата в шумна среда и предлагат на клиницистите по-добри инструменти за интерпретация. Те също така имат ясни ограничения, особено когато акустичната среда е далеч от оптимална.

Ключови инструменти за обработка на сигнали

Няколко утвърдени инструмента поддържат оценката на слуха. Компресията на динамичния диапазон регулира силата на звука, така че тихите звуци да се чуват, докато силните звуци не стават прекалено силен, помагайки на пациентите да възприемат по-широк спектър от входни сигнали. Алгоритмите за намаляване на шума анализират звуковите вълни, за да идентифицират постоянен фонов шум, като например шум от вентилатор, и да го намалят спрямо речевите сигнали.

Насоченото микрофонно устройство подобрява съотношението сигнал/шум, като се фокусира върху звуци от една посока, обикновено пред слушателя, като същевременно намалява смущенията от други посоки.

Последните постижения в машинното обучение добавиха мощни нови възможности. Например, системите за филтриране на шума с дълбоко обучение могат да предават поточно безшумен звук от смартфони към слухови апарати. В едно проучване този подход подобри разбираемостта на речта с около 1,6 dB в тестовете за праг на възприемане на реч (SRT) и увеличи удовлетвореността на потребителите с 40%.

Тези резултати показват как изкуственият интелект може да подобри работата на слуховите апарати, особено в среди с постоянен фонов шум.

Ограничения на обработката в лоши акустични условия

Въпреки тези иновации, самата технология не може да преодолее всички акустични проблеми. Когато източниците на шум са много силни, внезапни или силно отразяващи, инструментите за обработка на сигнали се затрудняват. Алгоритмите за компресия, например, могат да въведат изкривяване, когато множество звукове променят нивото си бързо, което води до неестествено качество на звука.

По подобен начин, алгоритмите за намаляване на шума могат погрешно да потиснат частите на речта заедно с фоновите звуци, което подкопава точността на теста. Проучванията на компресията на динамичния диапазон потвърждават, че изкривяването се превръща в реален проблем, когато речта и шумът се припокриват, подчертавайки факта, че лошата акустика ограничава постиженията на технологиите.

Дистанционно тестване и мониторинг на околния шум

Дистанционната аудиометрия се разшири значително, позволявайки на пациентите да правят тестове от вкъщи, използвайки приложения и калибрирани слушалки. Проучванията показват, че тези системи могат да постигнат надеждност на повторния тест в рамките на около 5 dB, дори при наличие на известен околен шум. След като нивата на шум надвишат определени прагове обаче, точността започва да се колебае.

Това подчертава важността на мониторинга на акустичната среда по време на тестовете. Много платформи вече интегрират мониторинг на шума или автоматизирано калибриране, което спира или коригира теста, ако условията са неподходящи.

 

 

Как акустичната среда допълва технологията за точност

 

Когато обработката на сигнали и усъвършенстваните слухови технологии се използват в акустично контролирани условия, тяхната ефективност се подобрява драстично. Без контролиране на околния шум, ехото или течовете, дори най-добрите алгоритми се затрудняват. Акустичната среда действа като основа, върху която технологиите изграждат своята производителност.

Акустични кабини и заграждения

Акустичните кабини и заграждения намаляват околния шум и отраженията до нива, при които инструментите за обработка на сигнали и машинно обучение работят най-добре. Загражденията изолират тестовия източник от фоновия шум, поддържат стабилна акустика и намаляват реверберацията. Стандартите за аудиометрични кабини определят максимално допустимите нива на околния шум в различните честотни ленти.

Например, тестовете, провеждани със супрааурални слушалки, обикновено изискват околен шум на или под 21-37 dB SPL за честоти между 500 Hz и 8000 Hz, в зависимост от условията на тестване; кабините, които отговарят на тези прагове, дават по-надеждни и повторяеми измервания.

Проучвания, сравняващи условия в кабини с такива извън кабини, показват, че когато околният шум и отраженията се контролират, грешките в прага намаляват значително и резултатите от измерванията на пациентите съответстват по-точно на истинската чувствителност на слуха.

Хибридни подходи

Истинските подобрения често идват, когато скромната акустична обработка се комбинира с усъвършенствани технологии за обработка. Малки корекции в помещенията, като добавяне на панели, запечатване на фуги или използване на килими, допълват обработката на сигнала и водят до рентабилни подобрения в точността.

Ето примери за успех:

• Клиники, използващи преносими устройства в тихи помещения, плюс поставяне на слушалки, показаха вариация между тестовете и повторните тестове в рамките на около 5 dB, дори без пълни кабини, при условие че околният шум остана в рамките на стандартите.
• Аудиолози, внедряващи пянови панели и запечатващи пролуки на вратите, наблюдават подобрение в праговете за възприемане на реч (SRT), когато са комбинирани със слухови апарати, захранвани от машинно-модулен апарат.

Тези хибридни системи разчитат както на средата, така и на технологиите, вместо да зависят само от едното. Когато и двете са съгласувани, оценките стават по-последователни, резултатите по-валидни, а резултатите от лечението на пациентите по-надеждни.

 

Планиране на взаимодействието между технологиите и акустиката: Какво трябва да правят мениджърите

 

За да се гарантира, че оценките на слуха са точни и че технологиите за обработка на сигнали реализират пълния си потенциал, акустичната среда трябва да бъде оценявана и управлявана систематично . Този процес на планиране помага на мениджърите на съоръжения и оперативните ръководители да вземат информирани решения относно оборудването, тестовете и модификациите на помещенията.

Първо, започнете с оценка на околния шум и акустичен профил. Използвайте калибрирани шумомери с октавни или третооктавни лентови филтри, за да измерите околния шум в тестовата стая при типични работни условия. Сравнете измерените нива с максимално допустимите нива на околния шум (MPANL), определени от стандарти като ANSI S3.1-1999(R2018) и ISO 8253-1:2010, за да проверите дали средата отговаря на изискваните ограничения за различните честоти. Ако показанията надвишават MPANL, идентифицирайте доминиращите източници на шум и честотни ленти, така че да може да се насочи лечението.

 

 

Изберете технология, която е съобразена с околната среда в помещението по отношение на своите възможности и ограничения. Ако в помещението има по-висок околен шум в специфични нискочестотни ленти, изберете слухови апарати или аудиометрични системи, които позволяват регулируема обработка на сигнала, като например понижаване на честотата, насочени микрофони или усъвършенствано намаляване на шума, вместо системи с по-слаби възможности за обработка. Уверете се, че оборудването поддържа наблюдение на околния шум или има вградени адаптивни функции за реагиране, когато условията се влошат.

Приложете акустична обработка, базирана на спектъра или честота, след като проблемните честоти са известни. Например, инсталирането на абсорбиращи панели, насочени към средни и високи честоти, ще помогне за яснотата на речта, което често е целта при оценка на слуха.

Ако се установи маскиране на ниски честоти, включете басови капани или тежки, плътни бариери в тези честотни ленти. Запечатайте пролуки или фуги и добавете акустична облицовка, за да ограничите пътищата на вибрациите, където е необходимо. Тези интервенции, базирани на честотата, помагат да се гарантира, че маскирането или изкривяването се контролират в правилните ленти, вместо да се прилагат генерични лечения, които могат да доведат до загуба на разходи, без да се отстранят най-лошите грешки.

 

Осигуряване на висока точност при оценките на слуха

 

Акустичната среда и обработката на сигнала заедно очертават пътя към аудиологична прецизност. Дори най-модерните слухови технологии се представят най-добре, когато околният шум е контролиран и отраженията са сведени до минимум.

Например, първокласните аудиометрични кабини рутинно осигуряват затихване от 50-60+ dB при средни до високи честоти, което прави външния звук практически нечут и позволява оценките да се придържат към строги прагове за външен шум. Тази степен на производителност предпазва от фалшиви положителни резултати, позволява надеждни прагове и засилва увереността на клиницистите в резултатите от теста.

DECIBEL е на пресечната точка на тази наука и практическо приложение. Нашите аудиологични кабини предлагат превъзходна звукоизолация, комфорт за потребителя, конфигурируема вентилация и осветление, както и специално разработен дизайн, така че практикуващите не е нужно да избират между технологични възможности и акустично качество. Ние предлагаме решения, които се интегрират със слухови апарати, тестови системи и обработка, базирана на машинно обучение, за да подобрят клиничната точност и грижите за пациентите.  

Предлагаме акустични оценки, обновяване на съществуващи пространства, проектиране на кабини по поръчка и съвети за съчетаване на технология за обработка на сигнали с акустично подходящи среди.

Ако вашата клиника или лечебно заведение има за цел да подобри надеждността на оценките на слуха, да намали вариабилността и да подпомогне по-добри резултати от лечението, свържете се с нас .