Акустика у процени слуха: Када се технологија сусреће са окружењем

Према студији објављеној у PubMed-у, амбијентална бука типична за просторије које нису третиране звучним резоновањем повећала је маргине грешке у праговима процене слуха, посебно на ниским и високим фреквенцијама. Таква изобличења могу довести до погрешне дијагнозе, неодговарајућег лечења или непотребних праћења. Ризик расте када се занемарује акустика просторије.

Чак ни најнапреднији слушни апарати или системи за обраду сигнала машинским учењем не могу у потпуности да врате јасноћу звука када је окружење за тестирање лоше. Технологија се ослања на чисте улазе; када су они угрожени позадинском буком, рефлексијама или маскирањем, перформансе система пате.

 

Разумевање перцептивних изобличења узрокованих лошим акустичним окружењем

 

Пре него што истражимо специфична изобличења, корисно је препознати да просторије у којима се спроводе тестови слуха играју кључну улогу у обликовању исхода. Ако је амбијентална бука прејака, ако зидови и површине прекомерно рефлектују звук или ако је опрема лоше изолована, онда чак и најпрецизнија технологија даје угрожене резултате. Велики део перцептивних грешака у аудиологији не настаје због неисправног хардвера већ због окружења која искривљују сигнале који се процењују.

Позадинска бука и маскирање

Маскирање се јавља када позадинска бука заклања или се такмичи са тест сигналима, што отежава детекцију тихих звукова. На пример, тихо зујање из система за грејање, вентилацију и климатизацију може маскирати суптилне сугласнике током аудиометрије чистих тонова.

Истраживања показују да нивои амбијенталне буке изнад приближно 30 dBА значајно повећавају прагове слуха у индустријским условима скрининга и смањују тачност теста. Када бука пређе тај ниво чак и за неколико децибела, резултати теста постају непоуздани јер су пријављени прагови виши од стварне осетљивости слуха испитаника.

Реверберација, одјек и рефлексије

Реверберација и ехо настају када се звук одбије од површина и врати слушаоцу након оригиналног сигнала. Ови одсјаји могу ометати начин на који се тест тонови или говорни сигнали чују и обрађују. Резултат може бити одложени почетак, размазивање звука или маскирање тиших звукова, што све искривљује резултате процене слуха. Разумевање како се ова изобличења јављају помаже у дизајнирању бољих тест окружења и обезбеђивању тачности.

Студија „Да ли акустика просторије утиче на амплитуду аудитивних стационарних одговора звучног поља?“ коју су спровели Валентина Запата-Родригез, Серен Лаугесен, Чеол-Хо Џонг, Јонас Брунског и Џејмс Харте (2021) испитала је аудитивне стационарне одговоре звучног поља (ASSR) у различитим условима просторије. Открили су да је ниво ASSR-а значајно смањен у просторијама са већом реверберацијом у поређењу са анехојним референтним просторијама.

Ово смањење посебно утиче на модулацију стимулуса, што заузврат смањује јасноћу одговора и захтева дуже време мерења да би се праг прецизно детектовао.

Стопе детекције виших хармоника су такође биле више погођене у реверберационим собама. Ови резултати указују на то да рефлексије и реверберација смањују однос сигнал-шум за кључне слушне тестове, што отежава прецизну процену прагова чујности пацијената.

 

 

Специфични перцептивни ефекти и клиничке импликације:

• Реверберација размажује тест тонове тако да оно што би требало да буде оштар, дискретан звук постаје издужено и преклапа се са сопственим рефлексијама, што пацијентима отежава да идентификују прецизан почетак или крај тона.
• У просторијама са дужим раним временом распада и израженом реверберацијом, виши фреквентни опсези (2 kHz, 4 kHz) су јаче погођени; тест тонови у тим фреквенцијама губе јасноћу, па лекари могу преценити губитак слуха у високом фреквентном опсегу.
• Прагови еха (кашњење при којем се одрази перципирају као одвојени одјеци) се повећавају код слушалаца са оштећеним слухом; потребна су им дужа кашњења да би се разликовали директни звук од одраза. То одлаже одговоре и повећава тежину теста.

Ови налази истичу важност контроле реверберације у просторима за аудиолошка испитивања. Правилно облагање, апсорпција рефлектованог звука, дизајн просторије који ограничава тврде површине и употреба кућишта помажу у смањењу ових изобличења. Када се рефлексије контролишу, процене постају поузданије, прагови прецизнији, а планови лечења прикладнији.

Фреквентно специфични ефекти

Дисторзије у тестовима слуха ретко су једнолике на свим фреквенцијама. Нискофреквентна бука , као што је тутњава машина, има тенденцију да најјаче маскира нискофреквентне тест тонове. Високофреквентни одсјаји са тврдих површина ометају говорне сигнале и енергију у вишим опсезима.

На пример, тестови прагова пријема говора (SRT) показују да се у бучним реверберационим просторима вредности више деградирају на одређеним фреквенцијама; компресија динамичког опсега у слушним апаратима такође се понаша различито у зависности од тога да ли ниске или високе фреквенције доминирају профилом буке или рефлексије.

 

Шта обрада сигнала и машинско учење могу да ураде и њихова ограничења

 

Модерна процена слуха не ослања се само на акустику. Алати за обраду сигнала и алгоритми машинског учења (ML) се све више интегришу у слушне апарате, аудиолошки софтвер и платформе за даљинско тестирање. Ове технологије побољшавају перформансе у бучним окружењима и нуде клиничарима боље алате за интерпретацију. Такође имају јасна ограничења, посебно када је акустично окружење далеко од оптималног.

Кључни алати за обраду сигнала

Неколико добро успостављених алата подржава процену слуха. Компресија динамичког опсега подешава јачину звука тако да се тихи звуци чују док гласни звуци не постају прејаки, помажући пацијентима да перципирају шири спектар улазних сигнала. Алгоритми за смањење шума анализирају звучне таласе како би идентификовали сталну позадинску буку, као што је бука вентилатора, и смањили је у односу на говорне сигнале.

Усмерени микрофони побољшавају однос сигнал-шум фокусирајући се на звукове из једног правца, обично испред слушаоца, док смањују сметње из других праваца.

Недавни напредак у машинском учењу додао је моћне нове могућности. На пример, системи за филтрирање буке засновани на дубоком учењу могу да емитују звук без шума са паметних телефона на слушне апарате. У једној студији, овај приступ је побољшао разумљивост говора за око 1,6 dB у тестовима прага пријема говора (SRT) и повећао задовољство корисника за 40 процената.

Ови резултати показују како вештачка интелигенција може побољшати перформансе слушних апарата, посебно у окружењима са константном позадинском буком.

Ограничења обраде у лошим акустичним условима

Упркос овим иновацијама, сама технологија не може да превазиђе све акустичне проблеме. Када су извори буке веома гласни, изненадни или веома рефлектујући, алати за обраду сигнала имају потешкоћа. Алгоритми компресије, на пример, могу увести изобличење када више звукова брзо мења ниво, што доводи до неприродног квалитета звука.

Слично томе, алгоритми за смањење шума могу погрешно потиснути делове говора заједно са позадинским звуковима, што поткопава тачност теста. Студије компресије динамичког опсега потврђују да изобличење постаје прави проблем када се говор и шум преклапају, истичући чињеницу да лоша акустика ограничава оно што технологија може да постигне.

Даљинско тестирање и праћење амбијенталне буке

Даљинска аудиометрија се значајно проширила, омогућавајући пацијентима да обављају тестове од куће користећи апликације и калибриране слушалице. Студије показују да ови системи могу постићи поузданост поновног тестирања у року од око 5 dB, чак и у присуству извесне амбијенталне буке. Међутим, када нивои буке пређу одређене прагове, тачност почиње да опада.

Ово наглашава важност праћења акустичког окружења током тестова. Многе платформе сада интегришу праћење буке или аутоматизовану калибрацију која паузира или прилагођава тест ако услови нису одговарајући.

 

 

Како акустично окружење допуњује технологију за тачност

 

Када се обрада сигнала и напредне технологије за слух користе у акустично контролисаним окружењима, њихова ефикасност се драматично побољшава. Без контроле амбијенталне буке, одјека или цурења, чак се и најбољи алгоритми муче. Акустично окружење делује као темељ на којем технологија гради своје перформансе.

Акустичне кабине и кућишта

Акустичне кабине и кућишта смањују амбијенталну буку и рефлексије на нивое где алати за обраду сигнала и машинско учење раде најбоље могуће. Кућишта изолују извор тестирања од позадинске буке, одржавају стабилну акустику и смањују реверберацију. Стандарди за аудиометријске кабине одређују максимално дозвољене нивое амбијенталне буке у свим фреквентним опсезима.

На пример, тестирање које се спроводи са супраауралним слушалицама обично захтева амбијенталну буку на или испод 21-37 dB SPL за фреквенције између 500 Hz и 8000 Hz, у зависности од услова тестирања; кабине које испуњавају ове прагове дају поузданија, поновљивија мерења.

Студије које упоређују окружења у кабинама са окружењима ван кабина показују да када се контролише амбијентална бука и рефлексије, грешке прага значајно опадају, а резултати пацијената се више поклапају са стварном осетљивошћу слуха.

Хибридни приступи

Права побољшања често настају када се скромна акустична обрада комбинује са напредним технологијама обраде. Мала прилагођавања просторијама, као што су додавање панела, заптивање празнина или коришћење тепиха, допуњују обраду сигнала и доносе исплативе добитке у тачности.

Ево примера успеха:

• Клинике које су користиле преносиве уређаје у тихим просторијама, уз стављање слушалица, показале су варијансу између поновљених тестова унутар око 5 dB, чак и без пуних кабина, под условом да је амбијентална бука остала испод стандарда.
• Аудиолози који су примењивали пенасте панеле и заптили отворе на вратима видели су побољшање прага пријема говора (SRT) када су упарени са слушним апаратима са ML напајањем.

Ови хибридни системи се ослањају и на окружење и на технологију, уместо да зависе само од једног. Када су оба усклађена, процене постају доследније, резултати валиднији, а исходи лечења пацијената поузданији.

 

Планирање интеракције између технологије и акустике: Шта менаџери треба да ураде

 

Да би се осигурало да су процене слуха тачне и да технологије обраде сигнала испуне свој потенцијал, акустично окружење мора бити систематски процењено и управљано . Овај процес планирања помаже менаџерима објеката и руководиоцима операција да доносе информисане одлуке о опреми, тестовима и модификацијама просторија.

Прво, почните са проценом амбијенталне буке и акустичним профилом. Користите калибриране мераче нивоа звука са филтерима за октаву или трећину октаве да бисте измерили амбијенталну буку у просторији за тестирање под типичним радним условима. Упоредите измерене нивое са максимално дозвољеним нивоима амбијенталне буке (MPANL) које постављају стандарди као што су ANSI S3.1-1999(R2018) и ISO 8253-1:2010 да бисте проверили да ли окружење испуњава потребна ограничења за различите фреквенције. Ако очитавања прелазе MPANL, идентификујте доминантне изворе буке и фреквентне опсеге како би се третман могао циљано усмерити.

 

 

Изаберите технологију која је усклађена са окружењем у просторији у погледу својих могућности и ограничења. Ако просторија има вишу амбијенталну буку у одређеним нискофреквентним опсезима, одлучите се за системе слушних апарата или аудиометара који омогућавају подесиву обраду сигнала, као што су снижавање фреквенције, усмерени микрофони или напредно смањење буке, уместо система са слабијим могућностима обраде. Уверите се да опрема подржава праћење амбијенталне буке или има уграђене адаптивне функције за реаговање када се услови погоршају.

Примените акустички третман заснован на спектру или фреквенцији када се упознају проблематичне фреквенције. На пример, инсталирање апсорпционих панела усмерених на средње и високе фреквенције помоћи ће у јасноћи говора, што је често циљ у условима процене слуха.

Ако се идентификује маскирање ниских фреквенција, укључите бас замке или тешке, густе баријере у тим фреквентним опсезима. Запечатите празнине или спојеве и додајте акустичну облогу да бисте ограничили путање вибрација где је потребно. Ове интервенције засноване на фреквенцијама помажу да се осигура да се маскирање или изобличење контролише у исправним опсезима, уместо да се примењују генерички третмани који могу довести до расипања трошкова без решавања најгорих грешака.

 

Обезбеђивање високе тачности у процени слуха

 

Акустична окружења и обрада сигнала заједно трасирају пут ка аудиолошкој прецизности. Чак и најнапредније технологије за слух најбоље функционишу када се контролише амбијентална бука и минимизирају рефлексије.

На пример, премиум аудиометријске кабине рутински пружају слабљење од 50-60+ dB на средњим до високим фреквенцијама, чинећи спољашњи звук практично нечујним и омогућавајући проценама да се придржавају строгих прагова спољашње буке. Овај степен перформанси штити од лажно позитивних резултата, омогућава поуздане прагове и јача поверење лекара у резултате теста.

DECIBEL се налази на пресеку науке и практичне примене. Наше аудиолошке кабине нуде врхунску звучну изолацију, удобност за кориснике, подесиву вентилацију и осветљење, као и дизајн прилагођен намени, тако да лекари не морају да бирају између технолошких могућности и акустичког квалитета. Нудимо решења која се интегришу са слушним апаратима, системима за тестирање и машинском учењем заснованом на обради како бисмо побољшали клиничку тачност и негу пацијената.  

Нудимо акустичке процене, реконструкцију постојећих простора, дизајн кабина по мери и савете о упаривању технологије обраде сигнала са акустички одговарајућим окружењима.

Ако ваша клиника или установа има за циљ да побољша поузданост процена слуха, смањи варијабилност и подржи боље исходе лечења, контактирајте нас .