Dynamický Integrátor

 

V poslední době se na celém světě hovoří o tzv. Dynamickém Integrátoru zvuku, který je využíván u nejlepších typů sluchadel- poskytovaných rovněž na našem pracovišti. Mnoho pacientů, kteří jsou technicky založeni, jsou zvědaví, o jakou novinku se jedná a o čem nyní „svět sluchadel“ mluví.

Integrovaný obvod sluchadel, jenž je osazen na čip o povrchové ploše 9 mm2, je komplexně hardwarovým řešením. Obsahuje přes čtyři miliony tranzistorů, ovládá tok informací milionem hradel a řídí nastavení čtyř tisíc parametrů. Tento složitý návrh obvodu umožňuje dosáhnout odpovídající úroveň složitosti ve zpracování signálu. Je to převratná strategie označovaná jako Integrované zpracování signálu.

Dřívější metody zpracování signálu:

Dříve používala sluchadla sekvenční nebo paralelní zpracování. Společným znakem těchto dvou metod je, že informační tok jej jednosměrný: od vstupu sluchadla k výstupu ze sluchadla.

Sekvenční zpracování
U sekvenčního zpracování má každá jednotka zpracovávající signál jednoúčelový úkol a předává signál do následující jednotky. Při sekvenčním zpracování nemá žádný proces informace o tom, co se dělo v předešlých obvodech, nebo jaký bude výsledek zpracování signálu následujícím obvodem.
Tato vlastnost sekvenčního zpracování může způsobit chyby, které mohou ohrozit přesné zpracování signálu

Paralelní zpracování
Při paralelním uspořádání jsou jednotky spojeny tak, že informace vstupující mikrofonem mohou být předávány do různých jednotek souběžně. Najednou může být aktivních i několik obvodů pro zpracování signálu, avšak tyto obvody mezi sebou nijak nespolupracují.
Tímto způsobem může paralelní řazení obvodů vnést do činnosti sluchadla nežádoucí stavy a způsobit chyby ve zpracování signálu.
Hlavním nedostatkem obou těchto systémů je, že jednotlivé obvody podílející se na zpracování signálu nevědí o tom, co dělají obvody jiné. ani sekvenční ani paralelní zpracování neumožňují komunikaci mezi procesy nebo sdílení a integraci informací.

Integrace systémů ve sluchadlech

Sluchadlo, používající technologii Integrovaného zpracování signálu „propojí“ všechny funkční součásti ve sluchadle. Abychom si byli schopni představit, jak tato integrace probíhá, lze zpracování signálu sluchadlem z funkčního hlediska rozdělit na čtyři hlavní moduly:

  1. Dynamický Integrátor (DI – Dynamic Integrator),
  2. Systém pro Analýzu zvuku s vysokým rozlišením (HDSA – High definition sound analysis
  3. Systém pro Zpracování zvuku s vysokým rozlišením (HDSP – High definition sound processing
  4. Obvody pro Optimalizaci systému s vysokým rozlišením (HDSO – High definition system Optimiser)

Tyto čtyři moduly jsou vysoce integrované, takže informace kteréhokoliv modulu mohou být sdíleny ostatními moduly.

ad 1)
Dynamický integrátor (Dynamic Integrator)

Dynamický integrátor je integrující a koordinující jádro sluchadla, kde se uchovávají a odkud se odesílají data a informace. Dynamický integrátor spojuje tři systémy, na nichž je sluchadlo postaveno.
Dynamický integrátor je tedy vysoce výkonný počítač, který plní funkci jakéhosi mozku jenž uchovává, koordinuje a předává informace podílející se na zpracování signálu.
Příklad komunikace mezi procesy umožněné Integrovaným zpracováním signálu lze vidět například ve spolupráci mezi vícekanálovým lokátorem (většinou 10 – 15 kanálů) (High definition Locator), obvodem pro párování mikrofonů (Multi-point microphone matching) a prostorovým omezovačem zpětné vazby (Multidirectional feedback cancelling system), které jsou propojeny Dynamickým integrátorem nepřetržitě monitoruje stav obou mikrofonů sluchadla a tyto informace posílá do obvodu párování mikrofonů v jednotce optimalizace systému. Tento postup zajistí, aby se mikrofony sluchadla vždy shodovaly ve fázi a amplitudě, takže zajistí optimální fungování směrového systému ve sluchadle. Ve stejnou dobu dostane Dynamický integrátor informace o akustickém prostředí od systému pro Analýzu zvuku, který se skládá ze Sledovače řeči a hluku (Speech and noise tracer), Sledovače poměru řeč/šum (S/N ratio tracer) a Prostorového sledovače zvuku (Spatial sound tracer). Tyto informace se potom použijí pro nastavení správné směrové charakteristiky v každém z 15-ti kanálů. Změny v těchto směrových charakteristikách mění přenosovou funkci sluchadla (frekvenční charakteristiku mezi vstupním a výstupním signálem) a tím zpětnovazební smyčku mezi mikrofonem a reproduktorem sluchadla. tyto informace jsou Dynamickým integrátorem předány do systému Prostorového omezovače zpětné vazby (Multi-directional active feedback cancelling). Tento systém potom znovu přesně stanoví cestu zpětné vazby a zajistí, aby nedošlo ke vzniku zpětné vazby.

ad 2)
Analýza zvuku s vysokým rozlišením (High definition sound analysis – HDSA)

Modul analýzy zvuku s vysokým rozlišením se skládá z řady jednotek, které zkoumají akustické prostředí, aby se určila povaha příchozích zvuků. Ve sluchadle jsou vstupní signály obou mikrofonů ve všech kanálech neustále vzorkovány, aby se určila hlasitost zvuku, směr ze kterého zvuk přichází a jejich typ (např. řeč, hluk, zpětná vazba, vítr atd.). Jakmile jsou prozkoumány výsledky vzorkování ve všech kanálech v průběhu času, je každé akustické prostředí převedeno do unikátní třírozměrné struktury, kterou je možno použít k jeho identifikaci.

Následující jednotky analýzy zvuku:

Sledovač řeči a hluku (Speech and noise tracer)
Sledováním percentil vstupního signálu distribuční funkce v každém frekvenčním pásmu sluchadla je možné určit, jestli je vstupní signál spíš „řeč“ nebo spíš „hluk“. Díky tomu, že sledujeme informace napříč všemi kanály, můžeme navíc určit jak úroveň vstupního signálu, tak i jeho kmitočtovou charakteristiku.

Sledovač odstupu signál/šum (S/N ratio tracer)
Akustická analýza také umožňuje odděleným sledováním úrovní řečového signálu a signálu hluku v každém z kanálů sluchadla získat informace o odstupu mezi signálem a šumem akustického prostředí. Tato informace je nezbytná pro stanovení, jak má být sníženo zesílení v systémech omezení hluku, nebo jak má směrový mikrofon snížit citlivost z různých směrů.

Prostorový sledovač zvuku (Spatial sound tracer)
Vyhodnocováním zvuků přicházejících z obou mikrofonů je sluchadlo schopno určit původ zdroje zvuku a poskytnout příslušné informace pro adaptivní systém směrového mikrofonu pro stanovení nejvhodnější směrové charakteristiky v každém kanále sluchadla.

Prostorový sledovač zpětné vazby (Spatial feedback tracer)
Úkolem prostorového sledovače zpětné vazby je sledování akustických vlastností zpětné vazby. Cesta zpětné vazby je modelována a sledována od reproduktoru sluchadla, přes dva mikrofony sluchadla až po typy směrových charakteristiky směrového mikrofonu ve sluchadle.

ad 3)
Zpracování zvuku s vysokým rozlišením (High definition sound processing, HDSP)

Integrované zpracování signálu v každém kanálu sluchadla umožňuje použít mnoho nových a ojedinělých prvků. Například vícekanálový lokátor (High definition Locator), Více-směrový aktivní omezovač zpětné vazby (multi-directional active feedback cancelling), Zvýrazňovač řeči (Speech enhancer) a Rozšiřovač slyšitelnosti (Audibility Extender).

Zvýrazňovač řeči (Speech Enhancer)
Zvýrazňovač řeči zvyšuje srozumitelnost řeči pomocí adaptivní optimalizace Indexu srozumitelnosti řeči. Jakmile je aktivován, bude nastavení zesílení v každém kanálu adaptivně upraveno tak, aby z řečového spektra bylo slyšitelné co nejvíce, aniž by byla překročena míra nepříjemnosti hluku pro uživatele sluchadla. To znamená, že individuální nedoslýchavost uživatele sluchadla se stane nedílnou součástí algoritmu pro zpracování signálu.

Vícekanálový Lokátor
Kanálový lokátor sluchadla je plně adaptivní systém směrového mikrofonu, ve kterém se dva mikrofony vždy naprosto shodují v citlivosti a fázových charakteristikách. Použití Integrovaného zpracování signálu umožňuje Lokátoru využívat informace o typu signálu a o směru, ze kterého signál přichází k optimalizaci všech nezávislých směrových charakteristik. V důsledku toho Lokátor sluchadla neutlumí zřetelnou řeč ze stran nebo zezadu. Je to snaha zachovat slyšitelnosti řeči přicházející v tichém prostředí z různých směrů.

Více-směrový aktivní omezovač zpětné vazby (Multi-directional acitve feedback cancelling)
Algoritmus Více-směrového aktivního omezovače zpětné vazby využívá informace o současném stavu akustické zpětné vazby z Prostorového sledovače zpětné vazby (Spatial feedback tracer) a informace o okamžitém stavu směrových charakteristik, aby zajistil maximální dosažitelné zesílení bez zpětné vazby, tedy pískání sluchadla. Matematickým modelováním účinku různých směrových charakteristik na zpětnovazební smyčku je nyní možné zvýšit účinek algoritmu omezení zpětné vazby. Sluchadlo tak může dosáhnout vyššího použitelného zesílení dříve, než se objeví zpětná vazba.

Rozšíření slyšitelnosti (Audibility Extender)
Systém, který umožňuje lidem s neovlivnitelnou vysokofrekvenční nedoslýchavostí slyšet chybějící vysoké frekvence v pásmu nižších tónů, aniž by docházelo ke změně tonální povahy a přenosových charakteristik transponovaných vysokofrekvenčních tónů.
Člověk tedy slyší vysoké tony v oblasti hlubokých tónů. Sluchadlo umí transponovat zvuky ve frekvenčním spektru.

ad 4)
Optimalizace systému s vysokým rozlišením (High definition system optimiser, HDSO)

Modul Optimalizace systému zvyšuje a optimalizuje výkon každého prvku v dalších systémech sluchadla. Tento blok ve sluchadle obsahuje:

Obvod pro párování mikrofonů (Multi-point microphone matching)
Neustálým párováním se oba mikrofony perfektně shodují v citlivosti a fázových charakteristikách. Shoduje se až 7 bodů na křivce frekvenční charakteristiky.

Monitor baterie
Díky této ostražitosti může sluchadlo vyslat varovný signál o vybití baterie daleko dříve, takže uživatel bude mít čas připravit se na výměnu baterie.

EcoTech II
EcoTech II slouží k minimalizaci odběru proudu z baterie a maximalizace racionalizace činnosti.