سیستم های مدیریت نویز در سمعک های استارکی

كاربران سمعك، نيازمند برقراري ارتباط در تمام محيطهاي شنيداري از جمله محيطهاي پر سر و صدا هستند. مشكل مديريت نويز و جلب رضايت بيمار در محيطهاي پر سر و صدا همواره يكي از معضلات سمعك بوده است. سيستم هاي بسيار متنوعي جهت كنترل نويز محيط توسط كمپاني هاي مختلف سمعك معرفي شده اند. تمام اين سيستم ها يك هدف مشترك دارند. تلاش براي دستکاری سیگنال به طوری كه در آن با بیشترین میزان کاهش نویز كمترين ميزان تغییر در بهره گفتار فراهم شود. بنابراين سيستم كاهش نويز ايده آل، سيستمي است كه نويز نامطلوب محيط را بدون هيچ دستكاري در سيگنال مطلوب يعني گفتار كاهش دهد. به منظور دست يابي به چنين هدفي سمعك مي بايست بتواند سيگنال مطلوب را شناسايي و افزايش دهد و نويز نامطلوب را شناسايي و كاهش دهد.در همین راستا بسیاری از شرکتهای سازنده سمعک، قسمتی از تحقیقات خود را در زمینه بهبود کیفیت صدای سمعک پیش برده اند که در این بین حجم عمده این تحقیقات را شرکت استارکی به خود اختصاص داده است.

کمپانی استارکی، از چند دهه قبل، با شعار " ما نگران شنوایی شما هستیم"، سعی بر آن داشته است که بهترین فناوریهای روز دنیا را در محصولات خود بگنجاند و بنابر مطالعات صورت گرفته، با بیشترین و کاراترین سیستم های مدیریت نویز در سمعکهایش توانسته است رضایت کاربران سمعک را فراهم آورد.

•       سیستم های مدیریت نویز استارکی

استاركي با معرفي پلت فرم Synergy و سيستم عامل Acuity OS اين امكان را فراهم آورده تا در محيطهاي مختلف شنيداري بهترين بهره وري را به كاربر سمعك ارائه كند.انقلابی که تركيب پلت فرم سينرژي و سيستم عامل Acuity OS در زمینه پردازش سیگنال براي اولين بار در صنعت سمعك بوجود آورد، پردازش جداگانه موسيقي و گفتار است.

بنيان اين تكنولوژي   Acuity Lifescape Analyzer است. اين سيستم بگونه اي طراحي شده كه لذت شنيدن در هر شرايط شنيداري را براي بيمار به ارمغان بياورد. با استفاده از اين سيستم تمام صداهاي ورودي به سمعك طبقه بندي و مديريت شده و حاصل آن تجربه ي شنوايي طبيعي در تمام محيطهاي پيچيده ي شنيداري است.

براساس مطالعات مختلف ميزان رضايت بيمار از سمعك رابطه ي مستقيمي با قابليت استفاده از سمعك در محيطهاي مختلف دارد. بنابراين هرچقدر سمعك بتواند در محيطهاي بيشتر و متفاوتي عملكرد بهتري داشته باشد، ميزان رضايت بيمار از سمعك افزايش مي يابد.

در مطالعات سال 2008 گزارش شده است که بيماراني رضايت از سمعك خود دارند كه حداقل در 64٪ محيطهاي شنيداري اطراف خود شنوايي بهينه اي داشته باشند.

Acuity Lifescape Analyzer شامل 7 طبقه بندي محيطي است. در واقع اولين گام در جهت بهبود پردازش سيگنال و كيفيت صدا از طريق اين تكنولوژي، قابليت شناسايي دقيق محيطهاي شنيداري است. بنابراين قبل از رسيدن صدا به پلت فرم سينرژي، اصوات ورودي به سمعك به يكي از اين 6 طبقه تقسيم مي شوند.

اين 6 طبقه شامل محيط باد، سكوت ( آرام )، گفتاري، گفتار در حضور نويز، نويز صنعتي و نويزهاي ديگر است. در محصولات داراي پلت فرم سينرژي علاوه بر اين 6 طبقه، طبقه ي هفتم موسيقي نيز به اين طبقه بندي اضافه مي گردد. در این حالت، سیستم کنترل نویز باد بصورت موازی با طبقات دیگر فعالیت میکند.

آنچه در سيستم Acuity Lifescape رخ مي دهد به شرح زير است:

 سيگنالهاي ورودي به سمعك با توجه به ويژگي هاي خاص اكوستيكي آنها آناليز شده و بر اساس اين آناليز و تطبيق آن با مدل هاي طراحي شده، سيگنال در يكي از 7 طبقه ي محيطي قرار مي گيرد.

به اسپكتروگرام شکل شماره 1 توجه کنید، مشخص است كه ويژگي هاي طيفي گفتار و گفتار در حضور نويز تا حد خوبي با يكديگر متفاوتند. در صورتي كه ويژگي هاي طيفي گفتار در حضور نويز و موسيقي بسيار شبيه به يكديگر مي باشند. بنابراين به منظور تفكيك اين دو طيف از يكديگر نيازمند سيستم تشخيص و تفكيك بسيار دقيقي هستيم. تشخيص ويژگي هاي سيگنال بصورت اتوماتيك و براساس شاخصه هايي نظير تغييرات طيفي، مدولاسيون موج، ساختارهاي دقيق زماني، توزيع طيفي، سرعت تغييرات زماني و . . .  صورت مي گيرد. هنگام تشخيص و طبقه بندي موسيقي 3 شاخصه ي مهم موسيقي آناليز مي شوند.

 اين سه شاخصه شامل Rate of temporal changes، Temporal envelope peakiness، Periodicity Strength مي باشد.

بنابراين با استفاده از پلت فرم سينرژي 2 رخداد نوين در صنعت سمعك جهاني براي اولين بار رخ مي دهد. اولاْ موسيقي بصورت جداگانه از طبقه بندي هاي ديگر پردازش مي شود و ثانياْ نويز باد بصورت موازي با ديگر طبقه هاي صدايي آناليز مي شود كه حاصل آن راحتي بيشتر كاربر سمعك در محيطهاي شنيداري پيچيده است. با استفاده از Acuity Lifescape Analyzer، نه تنها طبقه بندي هاي محیطی افزايش يافته است، بلكه دقت تشخيص و طبقه بندي اصوات محيطي به بيش از 90٪ رسيده است كه انقلابي در زمينه ي سيستم هاي آناليز و طبقه بندي اصوات محيطي است.

بنابراين دقت در طبقه بندي اصوات محيطي به اين دليل اهميت دارد كه طبقه بندي اصوات منجر به

 (Signal Adaptation) شده كه به نوبه ي خود باعث ارائه ي كيفيت مطلوب صدا و نهايتاْ رضايت بيمار مي شود.

 Lifscape Analyzer در تمامی سمعکهایی که این تکنولوژی را دارند فعال است و از طریق منوی data log  در نرم افزار جدید تنظیم سمعکهای استارکی (inspire 1o) قابل مشاهده است.

پس از تشخیص دقیق اصوات محیطی، سیستمهای مدیریت نویز با هدف بهبود وضعیت شنوایی بیمار در محیطهای مختلف وارد عمل میشوند. کلیه این سیستم ها از طریق نرم افزار و منوی Environment Manager  قابل مشاهده و دسترسی است. این سیستم ها شامل سه طبقه Comfort،Music و Directionality می باشند.

در قسمت Comfort، چهار الگوريتم كاهش نويز قرار گرفته است. اين چهار الگوريتم با هدف بهبود وضعيت شنيداري در محيطهاي مختلف است.

اين چهار وضعيت(شکل 2)  بصورت زیر طبقه بندی می شوند:

1- Speech and Noise كه قبلاْ به نام Voice iQ ² مي شناختيم،

2- Quiet كه همان Expansion است.

3- Wind

4- نويز صنعتي

اين الگوريتم ها تركيب استراتژي fast و slow اكتينگ است كه بتوان از طريق آن به بهترين شكل ممكن شنوايي بهينه را براي بيمار فراهم آورد.

•  Speech and Noise: اين الگوريتم كه همان Voice iQ ² است با نام تجاري Acuity Voice شناخته مي شود. خود اين الگوريتم از تركيب دو الگوريتم Dynamic Voice Identification و Spectral Noise Control ساخته شده است. اين الگوريتم با استفاده از تركيب عنوان شده ميزان مناسب كاهش gain نويز زمينه در هر كانال را محاسبه مي كند و با استفاده از شناسايي نويز در فواصل سكوت بين گفتار بدون دستكاري گفتار اقدام به مديريت نويز مي كند. به عنوان مثال در سمعك 2400 استاركي، تا 20 دسی بل كاهش نويز زمينه رخ مي دهد که حاصل آن راحتی بیشتر شنیداری در محیطهای پر سر و صدا می باشد.

•  Quiet: در اين قسمت Adaptive multi-channel Expansion رخ مي دهد. همانطور كه مي دانيد Expansion منجر مي شود كه اصوات آرام ( Soft ) كه پايين تر از نقطه ي تراكم دايناميك قرار گرفته اند تقويت نشده و نهايتاْ موجب آزار و اذيت بيمار نشوند. به عنوان مثال با استفاده از اين الگوريتم صداي موتور يخچال براي بيمار آزار دهنده نخواهد بود. وظيفه ي اصلي الگوريتم Quiet اين است كه سمعك را در شرايط ساكت محيطي ساكت نگه دارد.

•  Wind: اين الگوريتم براي كنترل نويز محيط بسيار حائز اهميت است. هنگام فعاليت اين الگوريتم، gain در سه كانال اول سمعك يعني جايي كه انرژي باد غالب است كاهش مي یابد. با اين حال Acuity Voice در كانال هاي بالاتر فعال باقي مي ماند و نهايتاْ حاصل اين پروسه كيفيت صداي مناسب سمعك براي بيماران و رضايت آن ها از سمعك در محيطهاي شنيداري مختلف است. در سمعکهای 2400 کاهش نویز با استفاده از این الگوریتم تا 30 دسی بل انجام می گیرد.

•   Machine Noise: در نويزهاي بلندی كه طيف نسبتاْ ثابتي دارند مثل صداي جاروبرقي، اين الگوريتم منجر به بهبود رضايت بيمار هنگام استفاده از سمعك مي شود.

• الگوریتم منحصر بفرد پردازش موسيقي استارکی:

الگوريتم پردازش موسيقي به گونه اي طراحي شده است كه كيفيت صداي موسيقي زمينه را مخصوصاً در مواقعي كه گفتار همزمان با آن در محيط وجود دارد افزايش دهد. اين رخداد از طريق دو جزء پردازشي "تغييرات خودکار تنظیمات" و "تنظيم اتوماتيك gain" انجام میپذیرد. تغييرات خودکار تنظیمات از طريق 3 مرحله ی كاهش حساسيت Feedback، تغيير دايركشناليتي به حالت Dynamic و خاموش كردن الگوريتم پردازش نويز صنعتي صورت میپذیرد. با خاموش شدن الگوريتم پردازش نويز صنعتي كاهش gain در فركانسهاي پايين كه مي تواند موسيقي را تحت تأثير قرار دهد از مدار خارج مي شود.

تغييرات gain به هنگام پردازش موسيقي بگونه اي رخ مي دهد كه حاصل آن كاهش gain در فركانسهاي مياني و افزايش  gain در فركانسهاي پايين و بالا است(شکل شماره 3). جالب تر اينكه رخدادهای تغییرات خودکار تنطیمات و gain بر اساس حافظه شنيداري محيطي سمعك انجام مي شود. در نرم افزار استارکی چهار رده براي پردازش موسيقي در نظر گرفته شده است. در حالت 1 فقط تغييرات خودکار تنطیمات رخ مي دهد. پردازشهايي كه در اين حالت اتفاق مي افتد شامل الگوريتم هاي حذف فيدبك، دايركشناليتي و نويز صنعتي است. در حالت 2، علاوه بر تغييرات خ.دکار تنطیمات، 33٪ از gain تجويزي موسيقي اعمال مي شود. در حالت 3، اين مقدار به 66٪ مي رسد و در حالت 4، 100٪ gain  تجويزي موسيقي بر سيگنالهاي موسيقي ورودي اعمال مي شود. اين تغييرات بصورت اتوماتيك و در صورت شناسايي موسيقي در محيط توسط سمعك اتفاق مي افتد. (جهت کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه به خبرنامه شماره 12 و 13 مراجعه فرمایید)

  Acuity Directionality

 يكي ديگر از روشهاي مديريت نويز استاركي، استفاده از دايركشناليتي منحصر به فرد سمعك هاي استاركي است. دایرکشنالیتی که امروزه یکی از بهترین راهکارهای حل معضل شنوایی در حضور نویز به حساب می آید در سمعکهای استارکی تکنولوژی نوین و بسیار جالبی دارد. تکنولوژی جديد سيستم دايركشنال استاركي به طور مداوم محيط كاربر را رصدکرده و الگوي قطبي ميكروفون دايركشنال را انتخاب و بخش null نقشه قطبي را در سمت نويز قرار مي دهد. با تغيير شرايط محيط و تغییر زاويه گوينده، جهت كاهش حداکثری نويز و حفظ سيگنال مطلوب، نقشه قطبي نياز به  تغيير دارد كه Acuity Directionality آن را فراهم ميكند. به عبارت دیگر، سمعکهای استارکی با پایش مستمر محیط شنیداری، سیگنالهای موجود در محیط را شناسایی و پس از طبقه بندی آنها گفتار را در اولویت قرار میدهد. وجه تمايز اين روش استفاده از تكنولوژي MEMS در ميكروفن سمعك است.
خبرنامه ي بعدي به طور مفصل به سیستم دايركشناليتي منحصر به فرد استاركي اختصاص يافته است.

نقش ارتباطات بی سیم در مدیریت نویز سمعک

اگر به سيستم كاهش نويز و دايركشناليتي پيشرفته استاركي، ارتباط بي سيم بين دو سمعك را اضافه كنيم، نتيجه شگفت آور خواهد بود. استاركي تنها شركتي است كه دو پروتکل استفاده از سيستم هاي وايرلس را در اختيار بيماران قرار مي دهد. به عنوان مثال، ممكن است يك بيمار فقط به ريموت كنترل نياز داشته باشد، بيمار ديگر فقط مي خواهد صداي تلويزيون را بهتر بشنود، بيمار ديگري نيز ممكن است بخواهد سمعكش همواره با iPhone اش متصل باشد. نيازهاي بيماران با يكديگر متفاوت است، به همین علت است که استارکی امکانات مختلف وایرلس را در اختیار بیماران قرار میدهد تا به بیشترین بهره وری از سمعک دست یابند.

Binaural imaging بزرگترین مزيتی است كه به واسطه ي ارتباط Wireless دو سمعك فراهم مي شود.

با استفاده از این ویژگی جدید و فوق العاده، همزمان با حفظ شنود پذیری گفتار، بهترین نسبت سیگنال به نویز (SNR) برای بیمار در همه محیطهای شنیداری فراهم شده و نهایتاً منجر به راحتی شنیداری کاربر سمعک بویژه در محیطهای نویزی می شود.

Binaural imaging بگونه ای فعالیت میکند که در صورت شناسایی سیگنال گفتار در محیط، شنودپذیری آن را حفظ کرده و در صورتی که گفتار شناسایی نشود و نویز با شدت بالا وجود داشته باشد راحتی شنیداری را فراهم کند.

این برنامه به واسطه الگوریتم های پردازشی خود به صورت پیوسته هر6 میلی ثانیه آنالیز صدا را انجام می دهد که به واسطه ارتباط دوگوشی حاصله از سیستم وایرلس یک نوع تقویت مرکزی در حد 5 دسی بل فراهم می کند. همچنین به کمک این الگوریتم یک نقشه آکوستیکی سه بعدی اطراف سر به وجود می آورد که نهایتا به کمک این نقشه، دو فرایند پردازشی Directionality و AudioScapes   شکل می گیرند. در    Directionality بسته به میزان گفتار و نویز ورودی از دو جهت ، میکروفون Omnidirectional یا Directional فعال می شود و ازاینرو بهترین SNR ممکن را برای فرد کم شنوا فراهم می کند. در AudioScapes  با ردیابی نوع محرک ورودی و شناسایی ماهیت آن می تواند نویز ماشین و باد را کاهش دهد و برای فرد کم شنوا علاوه بر قابلیت درک  بالا، راحتی شنیداری و بلندی صدای مناسب را در محیط های نویزی فراهم کند.

مزیت دیگری که به واسطه الگوریتم پردازش دوگوشی در Binaural imaging فراهم می شود کاهش تاخیر حاصل از پردازشات جداگانه در سمعک هایی است که مستقل عمل می کنند، که با این الگوریتم پردازشی آشفتگی‌های  شنیداری به حداقل می رسند.

نتيجه گيري: تركيب پلت فرم سينرژي و سيستم عامل Acuity OS، منحصر بفردترین سيستم مديريت نويز براي كاربران سمعك را فراهم می آورد. با بكارگيري اين الگوريتم ها آناليز، شناسایی و تغييرات مورد نياز در 7 طبقه ي مختلف محيطي اعمال شده و راحتي شنيداري و رضايت بيمار فراهم میشود. با استفاده از سمعك هاي Muse، Halo 2 و SoundLens Synergy مي توانيد به راحتي رضايت بيمار را از راحتي شنيداري در محيطهاي مختلف جلب كنيد.

تهیه و تنظیم :گروه علمی و آموزشی صبا