Рэнди Вагнер готовит манекен стандартного образца к тестированию слухового аппарата в самой крупной безэховой камере из тех, что имеются в распоряжении команды.
Американские ученые будут активно работать с производителями подобной продукции и другими заинтересованными сторонами по вопросам разработки и стандартизации этих измерений. Специалисты NIST уже довольно давно занимаются разработкой стандартов в области измерения и фиксирования на разнообразных носителях показателей звукового давления в рамках системы единиц СИ. Они также разрабатывают стандарты для связанных с данным показателем акустических устройств и измерительных приборов.
Совместная работа VA и NIST в данном направлении началась еще в 50-х годах прошлого века. Недавно соглашение между двумя учреждениями было переработано после продолжительного перерыва. В прошлом в ходе измерений учитывались следующие факторы: вносимое усиление (т. е. разница между уровнем звукового давления в ухе при использовании слухового аппарата и без него), коэффициент направленности источника звука, уровень насыщенности звукового давления, эквивалентный уровень входного шума, когерентность (согласованность протекания волновых или колебательных процессов), скорость разряда батареи, а также суммарный коэффициент гармонических искажений . Несмотря на тот факт, что конкретные направления научных исследований в рамках нового соглашения пока еще только обсуждаются чиновниками, у нас есть все основания полагать, что акцент будет сделан на стандартизации механизмов оценки нейтрализации обратной связи и адаптивной направленности.
Работа NIST в потенциале может повлиять на качество жизни огромной части общества. По данным Национальных институтов здравоохранения США, 1 из 3 жителей североамериканской страны в возрасте от 65 до 74 и почти половина людей старше 75 лет страдают расстройствами слуха. Но с этой проблемой сталкиваются не только представители пожилой части населения. Ветераны, которые возвращаются в США с войны в Ираке и Афганистане, также зачастую нуждаются в новых слуховых аппаратах, при создании которых должны применяться самые эффективные стандарты в области метрологии.
"Департаменту по делам ветеранов США в настоящее время приходится работать с большим количеством людей", объясняет Вагнер. "Расстройства слуха занимают второе место по распространенности среди солдат, которые возвращаются домой из-за проблем со здоровьем. С учетом непрерывно возрастающего числа пациентов и большого объема сложностей, возникающих при совершенствовании технологии производства слуховых аппаратов, сейчас работа NIST актуальнее, чем когда-либо прежде".
В распоряжении NIST имеется уникальная техника и квалифицированный персонал, который в состоянии справиться с задачей стандартизации необходимых звуковых измерений. Специалисты могут проводить тесты внутри очень большой (450 м3) и тихой безэховой камеры, оборудованной по последнему слову техники. При измерении коэффициента направленности и уровня звукового давления ученые применяют манекен в натуральную величину, который установлен на вращающемся столе. Также используется механическая система для позиционирования источников звука под различными углами возвышения.
"В большинстве лабораторий нет таких камер, как эта," заявил Вагнер. "Если необходимо провести контролируемые измерения, нельзя допускать, чтобы звук отражался от стен. Именно с этой целью создавалась данная комната. Ее стены поглощают практически весь падающий на их поверхность звук ".
Минимальный диапазон частот, используемый для стандартизированного измерения направленности звука в этой камере, варьируется в пределах от 500 Гц до 5 000 Гц. Около 84% сигнала, который нами воспринимается как речь, совпадают с этим диапазоном. По словам Вагнера, уже сейчас имеется возможность проведения измерений в расширенном диапазоне (от 200 Гц до 8 000 Гц), который охватывает практически 99% воспринимаемого человеческим ухом звукового сигнала.
Размещение слухового аппарат в ухе манекена перед тестированием.
Специалисты в области акустической метрологии из Лаборатории физических измерений активно участвуют в работе двух основных комитетов по стандартизации измерений эффективности работы слуховых аппаратов. Речь идет о комитете S3 “Биоакустика” при Американском национальном институте стандартов (ANSI) и техническом комитете (ТК) 29 “Электроакустика” в составе Международной электротехнической комиссии (МЭК). Вагнер является членом рабочей группы 48 “Слуховые аппараты” в составе комитета S3 ANSI. Он также участвовал в создании стандартов в рамках рабочей группы 13 “Слуховые аппараты” при техническом комитете 29 МЭК. По словам исследователя, в течение минувшего десятилетия повышенное внимание уделялось гармонизации стандартов этих двух организаций.
Необходимость разработки механизмов нейтрализации обратной связи в рамках слуховых аппаратов становится все более актуальной в связи с распространением открытых устройств (см. рисунок выше). По словам специалистов, когда в ухе устанавливается аппарат-вкладыш, это вызывает неестественные звуковые искажения, известные как эффект окклюзии. Подобные ощущения могут раздражать пользователей слухового аппарата. Люди обычно считают, что удобнее оставлять уши открытыми и использовать внешние слуховые аппараты, избегая дискомфорта из-за эффекта окклюзии.
Тем не менее, при создании слуховых аппаратов с открытым дизайном очень часто возникают проблемы с нейтрализацией обратной связи. Физический механизм, который призван помогать, мешает в акустическом плане: создаются искажения при прохождении сигнала от микрофона слухового аппарата к динамику, усиливающему звук.
Еще одна проблема касается оценки так называемых артефактов вовлечения (подчинение колебаний жизненной активности одного организма каким-л. циклам его внешней среды; напр. формирование биологических ритмов организма в зависимости от смены светового и температурного режима). Подобные артефакты могут возникать при попытке подавить сигналы, по ошибке интерпретированные системой как обратная связь (например, сигналы тревоги).
Шаги по направлению к разработке Вагнером и его командой стандартизированных методов тестирования будут включать в себя измерение интенсивности усиления сигнала, осуществляемые последовательно на слуховых аппаратах с включенным и отключенным механизмом подавления обратной связи. Эффект обратной связи предлагается достигать посредством постепенного увеличения коэффициента усиления, изменения формы крепления устройства в ухе, а также путем размещения объектов, которые способны повлиять на механизм подавления обратной связи, в непосредственной близости от слухового аппарата.
Также будет вестись разработка объективных критериев для определения факторов, которые приводят к возникновению эффекта обратной связи. Ученые собираются оценить, в какой степени на этот процесс влияет тот или иной фактов. При работе в данном направлении специалисты хотят проанализировать результаты измерений в разрезе частотного спектра и иных характеристик рассматриваемых устройств. Кроме того, планируется организовать консультации с производителями слуховых аппаратов касательно применяемых ими подходов к подавлению обратной связи и проведению лабораторных измерений.
Теперь вернемся к механизму адаптивной направленности. Проще говоря, данная функция позволяет слуховому аппарату находить нужный сигнал, который, как правило, является человеческой речью. Устройство меняет свою диаграмму направленности антенны (ДНА), чтобы сфокусироваться на таком сигнале. Новые слуховые аппараты имеют адаптивные функции и обладают с направленными микрофонами (как правило, по два на одно устройство), откалиброванными на улавливание речи. Программа тестирования на объекте NIST должна быть доработана с учетом этих функций.
Отметим также, что в настоящее время ведется работа над применением новой беспроводной технологии калибровки сигнала, которая позволяет координировать работу бинауральных слуховых аппаратов, чтобы адаптировать выходной сигнал с учетом анализа данных с устройства обнаружения источника полезного звука.
Вагнер объяснил принцип работы технологии следующим образом: "У вас есть два слуховых аппарата по обе стороны головы, которые могут передавать друг другу полезную информацию. Если с правой стороны пользователя появится источник звука, аппараты могут скоординировать свою работу, и левый отключится, чтобы минимизировать искажения. Если источник сигнала будет находиться в центре (прямо перед пользователем), оба аппарата будут работать сообща".
