Akustyka w ocenie słuchu: kiedy technologia spotyka się z otoczeniem

Według badania opublikowanego w PubMed, hałas otoczenia typowy dla pomieszczeń nieizolowanych akustycznie zwiększa margines błędu w progach oceny słuchu, szczególnie w zakresie niskich i wysokich częstotliwości. Takie zniekształcenia mogą prowadzić do błędnej diagnozy, niewłaściwego leczenia lub niepotrzebnych wizyt kontrolnych. Ryzyko wzrasta, gdy akustyka pomieszczenia jest pomijana.

Nawet najbardziej zaawansowane aparaty słuchowe czy systemy przetwarzania sygnałów oparte na uczeniu maszynowym nie są w stanie w pełni przywrócić klarowności dźwięku w słabym środowisku testowym. Technologia opiera się na czystych sygnałach wejściowych; gdy są one zakłócane przez szumy tła, odbicia lub maskowanie, wydajność systemu spada.

 

Zrozumienie zniekształceń percepcyjnych spowodowanych przez słabe warunki akustyczne

 

Zanim zajmiemy się konkretnymi zniekształceniami, warto uświadomić sobie, że pomieszczenia, w których przeprowadzane są badania słuchu, odgrywają kluczową rolę w kształtowaniu wyników. Jeśli hałas otoczenia jest zbyt wysoki, ściany i powierzchnie nadmiernie odbijają dźwięk lub sprzęt jest słabo izolowany, nawet najdokładniejsza technologia daje zaniżone wyniki. Wiele błędów percepcyjnych w audiologii wynika nie z wadliwego sprzętu, ale z otoczenia, które zniekształca oceniane sygnały.

Szum tła i maskowanie

Maskowanie występuje, gdy szum tła przesłania lub zakłóca sygnały testowe, utrudniając wykrycie cichych dźwięków. Na przykład, cichy szum z systemu HVAC może maskować subtelne spółgłoski podczas audiometrii tonowej.

Badania pokazują, że poziom hałasu otoczenia powyżej około 30 decybeli (#1-0#) znacząco podnosi progi słyszenia w przemysłowych warunkach badań przesiewowych i obniża dokładność testu. Gdy poziom hałasu przekracza ten poziom nawet o kilka decybeli, wyniki testu stają się niewiarygodne, ponieważ zgłaszane progi są wyższe niż rzeczywista wrażliwość słuchu badanego.

Pogłos, echo i odbicia

Pogłos i echo występują, gdy dźwięk odbija się od powierzchni i powraca do słuchacza po pierwotnym sygnale. Odbicia te mogą zakłócać odbiór i przetwarzanie tonów testowych lub sygnałów mowy. Skutkiem tego może być opóźnienie początku, rozmycie dźwięku lub maskowanie cichszych dźwięków, co zniekształca wyniki oceny słuchu. Zrozumienie, jak powstają te zniekształcenia, pomaga w projektowaniu lepszych środowisk testowych i zapewnieniu dokładności.

W badaniu „Czy akustyka pomieszczeń wpływa na amplitudę ustalonych odpowiedzi słuchowych pola dźwiękowego?”, autorstwa Valentiny Zapaty-Rodriguez, Sørena Laugesena, Cheol-Ho Jeonga, Jonasa Brunskoga i Jamesa Harte (2021), zbadano ustalone odpowiedzi słuchowe pola dźwiękowego (ASSR) w różnych warunkach akustycznych. Stwierdzono, że poziom ASSR znacząco spadł w pomieszczeniach o wyższym pogłosie w porównaniu z bezechowymi pomieszczeniami referencyjnymi.

Redukcja ta dotyczy przede wszystkim modulacji bodźca, co z kolei zmniejsza wyrazistość odpowiedzi i wymaga dłuższego czasu pomiaru, aby dokładnie wykryć próg.

Wskaźniki detekcji wyższych harmonicznych były również bardziej obniżone w pomieszczeniach pogłosowych. Wyniki te wskazują, że odbicia i pogłos obniżają stosunek sygnału do szumu w kluczowych testach słuchowych, co utrudnia dokładną ocenę progów słyszalności pacjentów.

 

 

Konkretne efekty percepcyjne i implikacje kliniczne:

• Pogłos rozmywa dźwięki testowe, przez co dźwięk, który powinien być ostry i wyraźny, wydłuża się i nakłada na własne odbicia. Utrudnia to pacjentom identyfikację dokładnego początku i końca dźwięku.
• W pomieszczeniach o dłuższym czasie wczesnego zanikania i wyraźniejszym pogłosie, wyższe pasma częstotliwości (2 kHz, 4 kHz) są bardziej podatne na zakłócenia; dźwięki testowe w tych częstotliwościach tracą na klarowności, więc lekarze mogą przeceniać utratę słuchu w zakresie wysokich częstotliwości.
• Progi echa (opóźnienie, z jakim odbicia są postrzegane jako oddzielne echa) wzrastają u osób z wadami słuchu; potrzebują oni dłuższych opóźnień, aby odróżnić dźwięk bezpośredni od odbić. To opóźnia reakcje i zwiększa trudność testu.

Odkrycia te podkreślają wagę kontroli pogłosu w pomieszczeniach do badań audiologicznych. Odpowiednie panele, pochłanianie odbitego dźwięku, projekt pomieszczenia ograniczający twarde powierzchnie oraz stosowanie obudów pomagają zredukować te zniekształcenia. Kontrola odbić sprawia, że oceny stają się bardziej wiarygodne, progi bardziej precyzyjne, a plany leczenia bardziej odpowiednie.

Efekty specyficzne dla częstotliwości

Zniekształcenia w testach słuchu rzadko są równomierne we wszystkich częstotliwościach. Hałas o niskiej częstotliwości, taki jak dudnienie maszyn, ma tendencję do najsilniejszego maskowania tonów testowych o niskiej częstotliwości. Odbicia dźwięków o wysokiej częstotliwości od twardych powierzchni zakłócają sygnały mowy i energię w wyższych pasmach.

Przykładowo testy progów odbioru mowy (SRT) pokazują, że w hałaśliwych, pogłosowych przestrzeniach wartości ulegają większemu pogorszeniu przy określonych częstotliwościach; kompresja zakresu dynamiki w aparatach słuchowych zachowuje się również inaczej w zależności od tego, czy w profilu szumu, czy odbicia dominują niskie, czy wysokie częstotliwości.

 

Co potrafią przetwarzanie sygnałów i uczenie maszynowe oraz jakie są ich ograniczenia

 

Współczesna ocena słuchu nie opiera się wyłącznie na akustyce. Narzędzia przetwarzania sygnałów i algorytmy uczenia maszynowego (ML) są coraz częściej integrowane z aparatami słuchowymi, oprogramowaniem audiologicznym i platformami do zdalnego testowania. Technologie te poprawiają jakość dźwięku w hałaśliwym otoczeniu i oferują lekarzom lepsze narzędzia do interpretacji. Mają one jednak wyraźne ograniczenia, zwłaszcza gdy środowisko akustyczne jest dalekie od optymalnego.

Kluczowe narzędzia przetwarzania sygnałów

Kilka powszechnie stosowanych narzędzi wspomaga ocenę słuchu. Kompresja zakresu dynamiki (DCR) dostosowuje głośność tak, aby ciche dźwięki były słyszalne, a głośne nie przytłaczały, pomagając pacjentom odbierać szersze spektrum bodźców. Algorytmy redukcji szumów analizują fale dźwiękowe w celu identyfikacji stałego szumu tła, takiego jak szum wentylatora, i redukują go w stosunku do sygnałów mowy.

Mikrofony kierunkowe poprawiają stosunek sygnału do szumu, skupiając się na dźwiękach z jednego kierunku, zwykle przed słuchaczem, i jednocześnie redukując zakłócenia z innych kierunków.

Najnowsze postępy w uczeniu maszynowym przyniosły nowe, potężne możliwości. Na przykład, systemy filtrowania szumów oparte na uczeniu głębokim mogą przesyłać strumieniowo odszumiony dźwięk ze smartfonów do aparatów słuchowych. W jednym z badań, takie podejście poprawiło zrozumiałość mowy o około 1,6 dB w testach progu odbioru mowy (SRT) i zwiększyło zadowolenie użytkowników o 40%.

Wyniki te pokazują, w jaki sposób sztuczna inteligencja może poprawić działanie aparatów słuchowych, szczególnie w środowiskach o stałym hałasie tła.

Ograniczenia przetwarzania w warunkach słabej akustyki

Pomimo tych innowacji, sama technologia nie jest w stanie rozwiązać wszystkich problemów akustycznych. Gdy źródła hałasu są bardzo głośne, nagłe lub silnie odbite, narzędzia do przetwarzania sygnałów mają trudności. Na przykład algorytmy kompresji mogą wprowadzać zniekształcenia, gdy wiele dźwięków szybko zmienia poziom, co prowadzi do nienaturalnej jakości dźwięku.

Podobnie, algorytmy redukcji szumów mogą błędnie tłumić części mowy wraz z dźwiękami tła, co obniża dokładność testu. Badania kompresji zakresu dynamiki potwierdzają, że zniekształcenia stają się realnym problemem, gdy mowa i hałas nakładają się na siebie, co podkreśla fakt, że słaba akustyka ogranicza możliwości technologii.

Zdalne testowanie i monitorowanie hałasu otoczenia

Audiometria zdalna znacznie się rozwinęła, umożliwiając pacjentom wykonywanie badań w domu za pomocą aplikacji i skalibrowanych zestawów słuchawkowych. Badania pokazują, że systemy te zapewniają wiarygodność badania i ponownego badania w ciągu około 5 dB, nawet w obecności pewnego poziomu hałasu otoczenia. Jednak gdy poziom hałasu przekroczy określone progi, dokładność zaczyna spadać.

Podkreśla to wagę monitorowania środowiska akustycznego podczas testów. Wiele platform integruje obecnie monitorowanie hałasu lub automatyczną kalibrację, która wstrzymuje lub koryguje test, jeśli warunki są nieodpowiednie.

 

 

Jak środowisko akustyczne uzupełnia technologię w celu zwiększenia dokładności

 

Zastosowanie przetwarzania sygnału i zaawansowanych technologii słuchowych w środowiskach kontrolowanych akustycznie znacząco zwiększa ich skuteczność. Bez kontroli nad hałasem otoczenia, echem i przeciekami, nawet najlepsze algorytmy mają problemy. Środowisko akustyczne stanowi fundament, na którym technologia buduje swoją wydajność.

Kabiny i obudowy akustyczne

Kabiny i obudowy akustyczne redukują hałas otoczenia i odbicia do poziomów, przy których przetwarzanie sygnału i narzędzia uczenia maszynowego działają optymalnie. Obudowy izolują źródło dźwięku od hałasu tła, utrzymują stabilną akustykę i redukują pogłos. Normy dotyczące kabin audiometrycznych określają maksymalne dopuszczalne poziomy hałasu otoczenia w różnych pasmach częstotliwości.

Przykładowo, testy przeprowadzane z użyciem słuchawek nausznych zazwyczaj wymagają hałasu otoczenia wynoszącego 21–37 dB SPL lub mniej dla częstotliwości od 500 Hz do 8000 Hz, w zależności od warunków testowych; kabiny spełniające te progi zapewniają bardziej wiarygodne i powtarzalne pomiary.

Badania porównujące warunki panujące w kabinach słuchowych i poza nimi wskazują, że w przypadku zarządzania hałasem otoczenia i odbiciami błędy progowe znacznie się zmniejszają, a wyniki uzyskiwane przez pacjentów są bardziej zgodne z rzeczywistą wrażliwością słuchu.

Podejścia hybrydowe

Prawdziwa poprawa często pojawia się, gdy skromne udoskonalenie akustyczne łączy się z zaawansowanymi technologiami przetwarzania. Drobne modyfikacje w pomieszczeniach, takie jak dodanie paneli, uszczelnienie szczelin czy zastosowanie wykładzin, uzupełniają przetwarzanie sygnału i przynoszą opłacalny wzrost dokładności.

Oto przykłady sukcesu:

• Kliniki, w których stosowano przenośne jednostki w cichych pomieszczeniach, a także słuchawki, wykazały rozbieżność między wynikami testów i powtórnych testów wynoszącą około 5 dB, nawet przy braku pełnych kabin, pod warunkiem, że poziom hałasu otoczenia mieścił się w normach.
• Audiolodzy stosujący panele piankowe i uszczelniający szczeliny w drzwiach zaobserwowali poprawę progów odbioru mowy (SRT) po połączeniu ich z aparatami słuchowymi opartymi na technologii ML.

Te hybrydowe systemy opierają się zarówno na środowisku, jak i technologii, a nie tylko na jednym. Gdy oba elementy są ze sobą zsynchronizowane, oceny stają się bardziej spójne, wyniki bardziej trafne, a rezultaty leczenia pacjentów bardziej wiarygodne.

 

Planowanie interakcji między technologią a akustyką: co powinni zrobić menedżerowie

 

Aby zapewnić dokładność oceny słuchu i pełne wykorzystanie potencjału technologii przetwarzania sygnałów, należy systematycznie oceniać i zarządzać środowiskiem akustycznym. Ten proces planowania pomaga kierownikom obiektów i kierownikom operacyjnym podejmować świadome decyzje dotyczące sprzętu, testów i modyfikacji pomieszczeń.

Najpierw należy rozpocząć od oceny hałasu otoczenia i sporządzenia profilu akustycznego. Do pomiaru hałasu otoczenia w pomieszczeniu testowym w typowych warunkach pracy należy użyć skalibrowanych mierników poziomu dźwięku z filtrami oktawowymi lub tercjowymi. Należy porównać zmierzone poziomy z maksymalnymi dopuszczalnymi poziomami hałasu otoczenia (MPANL) określonymi w normach takich jak ANSI S3.1-1999(R2018) i ISO 8253-1:2010, aby sprawdzić, czy środowisko spełnia wymagane limity dla różnych częstotliwości. Jeśli odczyty przekraczają MPANL, należy zidentyfikować dominujące źródła hałasu i pasma częstotliwości, aby można było odpowiednio ukierunkować działania.

 

 

Wybierz technologię, która jest dostosowana do warunków otoczenia w pomieszczeniu pod względem jej możliwości i ograniczeń. Jeśli w pomieszczeniu występuje wyższy poziom hałasu otoczenia w określonych pasmach niskich częstotliwości, wybierz aparaty słuchowe lub systemy audiometryczne, które umożliwiają regulację przetwarzania sygnału, takie jak obniżanie częstotliwości, mikrofony kierunkowe lub zaawansowana redukcja szumów, zamiast systemów o stałej, słabszej mocy przetwarzania. Upewnij się, że sprzęt obsługuje monitorowanie hałasu otoczenia lub posiada wbudowane funkcje adaptacyjne, które reagują na pogorszenie warunków.

Wdrożenie adaptacji akustycznej opartej na spektrum lub częstotliwości, gdy częstotliwości problemowe będą już znane, należy wdrożyć. Na przykład, zainstalowanie paneli pochłaniających dźwięki o średnich i wysokich częstotliwościach pomoże poprawić zrozumiałość mowy, co jest często celem w badaniach słuchu.

W przypadku zidentyfikowania maskowania niskich częstotliwości, należy zastosować pułapki basowe lub ciężkie, gęste bariery w tych pasmach częstotliwości. Uszczelnij szczeliny lub połączenia i dodaj wykładzinę akustyczną, aby ograniczyć ścieżki drgań tam, gdzie to konieczne. Takie interwencje oparte na częstotliwościach pomagają zapewnić kontrolę maskowania lub zniekształceń w odpowiednich pasmach, zamiast stosować ogólne rozwiązania, które mogą powodować straty finansowe, nie rozwiązując najpoważniejszych problemów.

 

Zapewnienie wysokiej dokładności w ocenie słuchu

 

Środowiska akustyczne i przetwarzanie sygnału wspólnie wyznaczają drogę do precyzji audiologicznej. Nawet najbardziej zaawansowane technologie słuchowe działają najlepiej, gdy hałas otoczenia jest kontrolowany, a odbicia minimalizowane.

Na przykład, wysokiej klasy kabiny audiometryczne standardowo zapewniają tłumienie 50-60+ dB w zakresie średnich i wysokich częstotliwości, dzięki czemu dźwięki zewnętrzne są praktycznie niesłyszalne i pozwalają na przeprowadzanie badań z zachowaniem rygorystycznych progów hałasu zewnętrznego. Taki poziom wydajności chroni przed wynikami fałszywie dodatnimi, umożliwia ustalenie wiarygodnych progów i wzmacnia zaufanie klinicystów do wyników badań.

DECIBEL łączy w sobie naukę i praktyczne zastosowania. Nasze kabiny audiologiczne oferują doskonałą izolację dźwięku, komfort użytkowania, konfigurowalną wentylację i oświetlenie oraz konstrukcję dostosowaną do konkretnych potrzeb, dzięki czemu lekarze nie muszą wybierać między możliwościami technologicznymi a jakością akustyczną. Dostarczamy rozwiązania, które integrują się z aparatami słuchowymi, systemami testowymi i przetwarzaniem opartym na uczeniu maszynowym (ML), aby zwiększyć dokładność kliniczną i jakość opieki nad pacjentem.  

Oferujemy ocenę akustyki, modernizację istniejących pomieszczeń, projektowanie stoisk na zamówienie oraz doradztwo w zakresie doboru technologii przetwarzania sygnałów do akustycznie odpowiednich środowisk.

Jeśli Twoja klinika lub placówka chce poprawić wiarygodność oceny słuchu, zmniejszyć jego zmienność i wspierać lepsze wyniki leczenia, skontaktuj się z nami .