analogowo-cyfrowego, powszechnie stosowa-

ny miêdzy innymi w odtwarzaczach p³yt kom-

paktowych, nosi nazwê Sigma-Delta (rys. 3).

Cyfrowy procesor

dŸwiêku _ DAP

Kilka lat temu OTICON udostêpni³ audiolo-

gom i audioprotetykom w kilku najlepszych

oœrodkach badawczych na œwiecie niedostêp-

n¹ komercyjnie wersjê aparatu DigiFocus,

zwan¹ JUMP-1. Umo¿liwi³ on swobodne, tj.

niezale¿ne od programu Adaptacyjnego stro-

jenia mowy (ASA _ Adaptive Speech Align-

ment), manipulowanie wszystkimi regulatora-

mi. Stanowi³ wiêc doœwiadczaln¹ platformê

programow¹, umo¿liwiaj¹c dostêp do ponad

100 trymerów.

Jak zatem dzia³a obecnie stosowany specja-

lizowany procesor dŸwiêku? Po przetworzeniu

na impulsy cyfrowe informacja trafia do proce-

sora, w którym zostaje poddana filtrowaniu

(rys. 4). Sygna³ wejœciowy ulega podzia³owi na

siedem pasm za pomoc¹ filtrów o czêstotliwo-

œciach centralnych równych 250, 750, 1000,

2000, 3000, 4000 i 5000 Hz. Wzmocnienie

ka¿dego z pasm mo¿e byæ dziêki temu nieza-

le¿nie regulowane, co pozwala na bardzo pre-

cyzyjne dostosowanie charakterystyki apara-

tu do indywidualnego przebiegu ubytku s³uchu

pacjenta. Odpowiednio przetworzone sygna-

³y zostaj¹ nastêpnie zsumowane w dwa kana-

³y, jeden dolnoczêstotliwoœciowy z górn¹ czê-

stotliwoœci¹ graniczn¹ wynosz¹c¹ oko³o

1500 Hz, drugi górnoczêstotliwoœciowy. Dalsze

przetwarzanie danych prowadzone jest odrêb-

nie w ka¿dym z dwóch kana³ów.

Kana³ dolnoczêstotliwoœciowy _

kompresja sylabowa

Przetwarzanie danych zarówno w kanale dol-

no-, jak i górnoczêstotliwoœciowym oparte jest

na idei adaptacyjnego strojenia mowy (ASA _

Adaptive Speech Alignment) wykorzystuj¹cej

wieloletnie doœwiadczenia z prac nad nielinio-

wymi aparatami s³uchowymi z serii MultiFocus,

w których uzyskano bardzo dobry efekt rozu-

mienia mowy oraz wysoki komfort s³yszenia,

szczególnie u pacjentów z odbiorczymi ubyt-

kami s³uchu.

14

W ostatnich latach

prowadzono wiele prac

zmierzaj¹cych

do wykorzystania

techniki cyfrowej

w aparatach dla osób

niedos³ysz¹cych.

Rozmiary urz¹dzeñ

i zu¿ycie energii

stanowi³y podstawow¹

przeszkodê, dopiero

specjalne mikrouk³ady

o mo¿liwoœciach

obliczeniowych

standardowych

komputerów osobistych

pozwoli³y prze³amaæ

tê barierê.

D

igiFocus jest pierwszym aparatem

s³uchowym z cyfrowym proceso-

rem dŸwiêku (DAP _ Digital Audio

Processor). Jest urz¹dzeniem au-

tomatycznym nie wymagaj¹cym regulacji

wzmocnienia, potencjometrem si³y g³osu.

Dostosowanie aparatu do potrzeb pacjenta,

mo¿liwe dziêki adaptacyjnemu strojeniu mo-

cy (ASA _ Adaptive Speech Alignment) odby-

wa siê za pomoc¹ komputera przy u¿yciu pro-

gramu OtiSet.

Zasada dzia³ania aparatu

Schemat blokowy aparatu przedstawiono na

rys. 1. Docieraj¹cy do mikrofonu lub cewki te-

lefonicznej sygna³ wejœciowy, po ograniczeniu

zakresu czêstotliwoœci do 6 kHz zostaje prze-

tworzony na sygna³ cyfrowy _ ci¹g zer i jedy-

nek. Proces ten prowadzi do odwzorowania sy-

gna³u wejœciowego z dok³adnoœci¹ zale¿n¹

od czêstotliwoœci próbkowania. Ten cyfrowy ju¿

sygna³ po podzieleniu na 7 pasm _ co umo¿-

liwia niezale¿ne regulowanie wzmocnienia

w ka¿dym pasmie, w zale¿noœci od potrzeb pa-

cjenta _ jest poddawany obróbce a nastêpnie

przetwarzaniu na sygna³ analogowy.

Przetwarzanie analogowo-

cyfrowe

W opisanym rozwi¹zaniu analiza sygna³u do-

tyczy jedynie istotnej dla pacjenta dolnej czê-

œci widma. Dlatego na wejœciu zastosowano filtr

dolnoprzepustowy, który dopuszcza do prób-

kowania jedynie czêœæ widma poni¿ej 6 kHz

(rys. 2). Unika siê w ten sposób nak³adania siê

DigiFocus

APARAT S£UCHOWY Z PRZYSZ£OŒCI¥

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 5/2001

r

ELEKTRON

IKA w RÓ¯NYCH ZASTOSOWANIACH

zbêdnych informacji niesionych w pasmie gór-

nych czêstotliwoœci na sygna³ docieraj¹cy do

przetwornika analogowo-cyfrowego. Próbko-

wanie w przetworniku a/c odbywa siê czêsto-

tliwoœci¹ 16 kHz, zapewniaj¹c du¿¹ dok³ad-

noœæ odwzorowywania sygna³u.

Zamiana sygna³u analogowego na cyfrowy

odbywa siê nie tylko w dziedzinie czasu (co

odzwierciedla wspomniana wczeœniej czêstotli-

woœæ próbkowania równa 16 kHz), ale równie¿

w dziedzinie amplitudy. Tê ostatni¹ opisuje wy-

ra¿any w bitach parametr rozdzielczoœci za-

stosowanego procesora. W aparacie DigiFocus

zastosowano procesor 16-bitowy, co pozwala

uzyskaæ zakres dynamiki dŸwiêku równy 72 dB.

Sam proces przetwarzania analogowo-cyfrowe-

go odbywa siê dwuetapowo. W pierwszej fazie

informacja kodowana jest jednobitowo z czêsto-

tliwoœci¹ 504 kHz, po czym przekszta³cana jest

w zapis 16-bitowy z czêstotliwoœci¹ próbkowa-

nia 16 kHz. Taki sposób pracy przetwornika

Rys. 1. Schemat blokowy cyfrowego aparatu s³uchowego

Rys. 2. Charakterystyka s³uchu cz³owieka zdrowego

Rys. 3. Zasada dzia³ania przetwornika analogowo-

cyfrowego Sigma Delta

Przetwornik

a/c

Przetwornik

c/c

DAP

Uk³ad

wyjœciowy

15

Jak odbywa siê obróbka informacji w kanale

dolnych czêstotliwoœci? Jej celem jest uzy-

skanie wzmocnienia odpowiadaj¹cego potrze-

bom dobrze s³ysz¹cego cz³owieka, gdy s³ucha

mowy wypowiadanej normalnym g³osem. Uzy-

skanie tego efektu jest mo¿liwe dziêki temu, ¿e:

q

wzmocnienie sygna³u do progu dzia³ania

kompresji jest sta³e,

q

wartoœæ kompresji miêdzy progiem dzia³a-

nia oraz nasycenia jest sta³a,

q

kompresja dzia³a do stanu, przy którym

wzmocnienie wynosi 0 dB; dla wy¿szych po-

ziomów sygna³u wejœciowego wzmocnienie

pozostaje równe 0 dB.

Automatyczna regulacja wzmocnienia w kana-

le dolnych czêstotliwoœci nosi nazwê kompre-

sji sylabowej (syllabic compression). Ma ona

ustawiony próg dzia³ania (50 dB SPL) co ozna-

cza, ¿e jest aktywna w du¿ym zakresie pozio-

mów sygna³u docieraj¹cego do aparatu. Pro-

gram OtiSet oblicza stopieñ kompresji sto-

sownie do œredniej wielkoœci ubytku s³uchu

dla ma³ych czêstotliwoœci u danego pacjenta

oraz uœrednionego wyniku testu skalowania

g³oœnoœci uzyskanego w badaniach du¿ej licz-

by osób z odbiorczymi ubytkami s³uchu. Czas

ataku (attack time) oraz powrotu (release time)

kompresji sylabowej jest stosunkowo krótki.

Pozwala to zredukowaæ zag³uszanie wa¿nych

dla rozumienia mowy informacji zawartych

w pasmie górnych czêstotliwoœci. G³oœne niskie

dŸwiêki (na przyk³ad samog³oski lub ha³asy

otoczenia) nie zag³uszaj¹ wówczas cichych

dŸwiêków o wiêkszych czêstotliwoœciach (np.

spó³g³osek).

Kana³ górnoczêstotliwoœciowy

_ wzmocnienie adaptacyjne

Zasada przetwarzania danych w kanale gór-

nych czêstotliwoœci jest zbli¿ona do regu³ opi-

wy³¹cznie w tym pasmie. Pozosta³e zakresy

czêstotliwoœci nie ulegaj¹ zmianie, zapewnia-

j¹c pacjentowi dobre rozumienie mowy w trud-

nych warunkach akustycznych, w których od-

powiednio du¿e wzmocnienie górnych czê-

stotliwoœci jest szczególnie istotne.

Z programu tego mo¿na korzystaæ po wcze-

œniejszym upewnieniu siê co do w³aœciwego

dopasowania indywidualnej wk³adki usznej.

Po przetworzeniu w kanale dolnych i górnych

czêstotliwoœci informacja o dŸwiêku zostaje na-

stêpnie zsumowana i dalszej obróbce podle-

ga jako jeden wspólny sygna³.

Koñcowa obróbka sygna³u

Po wyjœciu z procesora sygna³ cyfrowy ulega

kolejnemu elektronicznemu przetworzeniu

(rys. 5), w tzw. przetworniku cyfrowo-cyfro-

wym (digital to digital converter). Proces ten

zwany jest nadpróbkowaniem (digital over-

sampling), po którym, zgodnie ze wspomnia-

n¹ wczeœniej technik¹ Sigma-Delta, sygna³

zostaje przekszta³cony w zapis jednobitowy

o bardzo du¿ej czêstotliwoœci próbkowania

1008 kHz.

W koñcowym etapie informacja o dŸwiêku

trafia bezpoœrednio do s³uchawki. Spe³nia ona

funkcjê filtru dolnoprzepustowego eliminuj¹c

impulsy o du¿ej czêstotliwoœci (o krótkim cza-

sie trwania), co zapewnia ”wyg³adzenie” sygna-

³u pobudzaj¹cego membranê s³uchawki.

Rodzaje aparatów DigiFocus

Obecnie dostêpne s¹ cztery wersje cyfrowych

aparatów s³uchowych z rodziny DigiFocus:

trzy wewn¹trzuszne Canal, Half-Shell oraz

Low Profile, a tak¿e zauszny Compact. Kolej-

na zauszna wersja Power jest przeznaczona

dla pacjentów o wiêkszych ubytkach s³uchu.

W aparatach tych nie ma mo¿liwoœci usta-

wiania parametrów przez u¿ytkownika. W zde-

cydowanej wiêkszoœci przypadków sugero-

wane przez program OtiSet ustawienie try-

merów aparatu jest dla danego pacjenta naj-

w³aœciwsze. Oparte jest ono bowiem na boga-

tym doœwiadczeniu firmy OTICON, wynikaj¹-

cym z wieloletnich prac nad protezowaniem

ró¿nych ubytków s³uchu.

Istotnym elementem doboru pozostaje jed-

nak zmiana regulacji aparatu zwi¹zana z po-

cz¹tkowym okresem przyzwyczajania siê pa-

cjenta do œwiata dŸwiêków. Zawarta w progra-

mie OtiSet opcja, zwana uk³adem adaptacji

(adaptation manager) pozwala na uwzglê-

dnianie w procesie doboru w³asnych doœwiad-

czeñ u¿ytkownika. Osoby, które wczeœniej nie

korzysta³y z aparatów maj¹ mo¿liwoœæ nosiæ

je w czasie pierwszego tygodnia, a nastêpnie

pierwszego miesi¹ca, ze wzmocnieniem stop-

niowo zwiêkszanym w zakresie górnych czê-

stotliwoœci. U³atwia to przyzwyczajenie siê do

nowej sytuacji, a tak¿e stopniowo zwiêksza

mo¿liwoœci dobrego rozumienia mowy.

Opcja uk³adu adaptacji sprawia, ¿e dobór apa-

ratu u osób, które zak³adaj¹ go po raz pierwszy

sta³ siê bardziej precyzyjny ni¿ dawniej.

n

Ryszard Miko³ajewski

sanych w metodzie POGO II. Jej celem jest

u³atwienie rozumienia mowy przez odpowie-

dnie, tzw. adaptacyjne wzmocnienie cichych

g³osek o wiêkszych czêstotliwoœciach.

Podobnie jak w przypadku kana³u dolnoczêsto-

tliwoœciowego próg dzia³ania kompresji w ka-

nale górnych czêstotliwoœci przyjmuje ma³¹

wartoœæ (50 dB SPL). Stopieñ kompresji zaœ

jest obliczany dla czêstotliwoœci, w której wiel-

koœæ ubytku s³uchu jest najmniejsza (pacjent

s³yszy najlepiej) oraz zgodnie z uœrednionym

wynikiem testu skalowania g³oœnoœci. Czas

ataku tak regulowanej kompresji pozostaje

krótki, natomiast czas powrotu jest stosunko-

wo d³ugi. Pozwala to zachowaæ dobr¹ s³yszal-

noœæ i komfort s³yszenia zarówno cichych, jak

i g³oœnych dŸwiêków wielkoczêstotliwoœcio-

wych w zmiennych warunkach akustycznych

bez t³umienia wa¿nych dla rozumienia mowy

krótkotrwa³ych zmian amplitudy odbieranego

sygna³u. Zapewnia to równie¿ ochronê przed

dyskomfortem wywo³anym nag³ym g³oœnym

dŸwiêkiem.

Niezale¿na regulacja ka¿dego z czterech pasm

górnych czêstotliwoœci pomaga wyeliminowaæ

wystêpuj¹cy niekiedy problem sprzê¿enia aku-

stycznego. Specjalny program do eliminacji

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 5/2001

Rys. 5. Zasada przekszta³cania sygna³u

16-bitowego w jednobitowy

Rys. 6. Rodzina aparatów DigiFocus

Rys. 4. Zasada dzia³ania cyfrowego
procesora dŸwiêku

sprzê¿enia (Feedback Ma-

nagement Program), umo¿-

liwia niezale¿ne wzmocnie-

nie ka¿dego z czterech

pasm górnych czêstotliwo-

œci, u³atwiaj¹c odnalezienie

tego przedzia³u czêstotliwo-

œci, w którym sprzê¿enie wy-

stêpuje i wyeliminowaæ je,

ograniczaj¹c wzmocnienie