Устройство и технические характеристики цифровых слуховых аппаратов. Характеристики слухового ощущения и их связь с физическими характеристиками звука

С помощью звуковых сигналов человек получает до 10% информации.

Характерными особенностями слухового анализатора являются следующие способности:

- быть готовым к приему информации в любой момент времени;
- воспринимать звуки в широком диапазоне частот и выделять необходимые;
- устанавливать со значительной точностью месторасположение источника звука.

В связи с этим слуховое представление информации осуществляется в тех случаях, когда оказывается возможным использовать указанные свойства слухового анализатора. Наиболее часто слуховые сигналы применяются для сосредоточенного внимания человека-оператора (предупредительные сигналы и сигналы опасности), для передачи информации человеку-оператору, находящемуся в положении, не обеспечивающем ему достаточной для работы видимости объекта управления, приборной панели и т.п., а также для разгрузки зрительной системы.

Для эффективного использования слуховой формы представления информации необходимо знание характеристик слухового анализатора. Свойства слухового анализатора оператора проявляются в восприятии звуковых сигналов. С физической точки зрения звуки представляют собой распространяющиеся механические колебательные движения в слышимом диапазоне частот.

Механические колебания характеризуются амплитудой и частотой. Амплитуда - наибольшая величина измерения давления при сгущениях и разрежениях. Частота/- число полных колебаний в одну секунду. Единицей ее измерения является герц (Гц) - одно колебание в секунду. Амплитуда колебаний определяет величину звукового давления и интенсивность звука (или силу звучания). Звуковое давление принято измерять в паскалях (Па).

Основные параметры (характеристики) звуковых сигналов (колебаний):

- интенсивность (амплитуда);
- частота и форма, которые отражаются в таких звуковых ощущениях, как громкость, высота и тембр.

Воздействие звуковых сигналов па звуковой анализатор определяется уровнем звукового давления (Па). Интенсивность (сила) звука (Вт/м) определяется плотностью потока звуковой энергии (плотностью мощности).

Для характеристики величин, определяющих восприятие звука, существенными являются не столько абсолютные значения интенсивности звука и звукового давления, сколько их отношение к пороговым значениям (У0 = 10"12 Вт/м2 или Р0 = = 2 o 10~° Па). В качестве таких относительных единиц измерения используют децибелы (дБ):

где Ь - уровень интенсивности звука и звукового давления; ] и Р - соответственно интенсивность звука и звуковое давлением/о и Р0 - их пороговые значения.

Интенсивность звука уменьшается обратно пропорциональны квадрату расстояния; при удвоении расстояния она снижается на 6 дБ. Абсолютный порог слышимости звука составляет (принят) 2 o 10~5 Па (Ю-12 Вт/м2) и соответствует уровню 0 дБ.

Пользование шкалой децибел удобно, так как почти весь диапазон слышимых звуков укладывается менее чем в 140 дБ (рис. 2.11).

Громкость - характеристика слухового ощущения, наиболее тесно связанная с интенсивностью звука. Уровень громкости выражается в фонах. Фон численно равен уровню

Рис. 2.11.

звукового давления в дБ для чистого тона частотой 1000 Гц. Дифференциальная чувствительность к изменению громкости К= (Л///) наблюдается в диапазоне частот 500-1000 Гц. С характеристикой громкости тесно связана характеристика раздражающего действия звука. Ощущение неприятности звуков возрастает с увеличением их громкости и частоты.

Минимальный уровень определенного звука, который требуется для того, чтобы вызвать слуховое ощущение в отсутствие шума, называют абсолютным порогом слышимости. Значение его зависит от топа звука (частота, длительность, форма сигнала), метода его осуществления и субъективных особенностей слухового анализатора оператора. Абсолютный порог слышимости имеет тенденцию с возрастом уменьшаться (рис. 2.12).

Высота звука, как и его громкость, характеризует звуковое ощущение оператора. Частотный спектр слуховых ощущений простирается от 16-20 до 20 000^22 000 Гц. В реальных условиях человек воспринимает звуковые сигналы на определенном акустическом фоне. При этом фон может маскировать полезный сигнал. Эффект маскировки имеет двоякое значение. В ряде случаев фон может маскировать полезный (нужный) сигнал, а в некоторых случаях - улучшать аку

Рис. 2.12.

стическую обстановку. Так, известно, что имеется тенденция маскировки высокочастотного тона низкочастотным, который менее вреден для человека.

Слуховой анализатор способен фиксировать даже незначительные изменения частоты входного звукового сигнала, т.е. обладает избирательностью, которая зависит от уровня звукового давления, частоты и длительности звукового сигнала. Минимально заметные различения составляют 2-3 Гц и имеют место на частотах менее 10 Гц, для частот более 10 Гц минимально заметные различения составляют около 0,3% частоты звукового сигнала. Избирательность повышается при уровнях громкости 30 дБ и более и длительности звучания, превышающей 0,1 с. Минимально заметные различения частоты звукового сигнала существенно уменьшаются при его периодическом повторении. Оптимальными считаются сигналы, повторяющиеся с частотой 2-3 Гц. Слышимость, а следовательно, и обнаруживаемость звукового сигнала зависят от длительности его звучания. Так, для обнаружения звуковой сигнал должен длиться не менее 0,1 с.

Наряду с рассмотренными звуковыми сигналами в управлении используются речевые сигналы для передачи информации или команд управления от оператора к оператору. Важным условием восприятия речи является различение длительности и интенсивности отдельных звуков и их комбинаций. Среднее время длительности произнесения гласного звука равно примерно 0,36 с, согласного 0,02-0,03 с. Восприятие и понимание речевых сообщений существенно зависят от темпа их передачи, наличия интервалов между словами и фразами. Оптимальным считается темп 120 слов в мин, интенсивность речевых сигналов должна превышать интенсивность шумов на 6,5 дБ. При одновременном увеличении уровня речевых сигналов и шумов при постоянном их отношении разборчивость речи сохраняется и даже несколько увеличивается. При значительном увеличении уровня речи и шума до 120 и 115 дБ разборчивость речи ухудшается на 20%. Распознавание речевых сигналов зависит от длины слова. Так, односложные слова распознаются в 13% случаев, шестисложные - в 41%. Это объясняется наличием в сложных словах большого числа опознавательных признаков. Имеет место повышение до 10% точности распознавания слов, начинающихся с гласного звука. При переходе к фразам оператор воспринимает не отдельные слова или их сочетания, а смысловые грамматические конструкции, длина которых (до уровня 11 слов) не имеет особого значения.

Полезно знать, что используемые стереотипные словосочетания, фразеологизмы распознаются значительно хуже, чем это можно ожидать. Увеличение количества альтернативных слов, возможных словосочетаний, фраз повышает правильность распознавания. Однако включение фраз, допускающих неоднозначность толкования их смыслового содержания, приводит к замедлению процесса восприятия.

Таким образом, вопрос организации звукового и речевого взаимодействия "оператор - оператор", "техническое средство - оператор" является не тривиальным, и его оптимальное решение оказывает существенное воздействие на безопасность производственных процессов.

Технология изготовления современных слуховых аппаратов постоянно совершенствуется. Благодаря ученым-аудиологам и инженерам разрабатываются слуховые аппараты значительно меньшего размера, обладающие более качественным звуком.

Сегодня существуют типы слуховых аппаратов, которые различаются по таким характеристикам:

по способам проведения звука - воздушной и костной проводимости;
по усилению входящего сигнала - линейные и нелинейные;
по способам настройки (регулировки) - с ручной настройкой и цифровым программированием;
по месту расположения - заушные (открытые, RIC) , внутриушные (внутриканальные, невидимые), в очковой оправе, карманные;
по мощности (силе звука) - малой и средней мощности, мощные и сверхмощные;
по методу обработки сигнала - цифровые и аналоговые.

Все виды слуховых аппаратов обладают рядом собственных преимуществ, которые зависят от размера использующейся в аппарате технологии, а также дизайна и удобства пользования.

Все существующие на сегодняшний день слуховые аппараты можно разделить на две основные группы:

По месту расположения в ухе (внутриканальные, внутриушные, заушные)

	Заушный слуховой аппарат. Заушные слуховые аппараты - простые, надежные в использовании устройства. Размещаются за ухом человека и великолепно компенсируют все возможные нарушения слуха. Подходят для любой возрастной категории.

	Аппарат "открытое ухо". В классификации заушных слуховых аппаратов выделяются новые аппараты, так называемого открытого типа (OpenFit - с английского "открытое протезирование"). Корпус слухового аппарата размещается позади уха, а звуководная трубочка, соединяющая слуховой аппарат с ухом, настолько тонкая, что практически не видна. Такая форма делает слуховой аппарат менее заметным даже по сравнению с аппаратами внутриушного типа. Кроме прочего слуховые аппараты открытого типа имеют современный дизайн, улучшающий визуальное восприятие прибора. Технологически такие слуховые аппараты уникальны, т.к. используются только самые современные электронные микросхемы.

	Внутриушные слуховые аппараты ITE - компактные, приборы, которые размещаются в ухе. Они более крупные, чем внутриканальные модели, предназначены для компенсации более глубоких нарушений слуха (в речевой зоне до 100 дБ). Изготовленный по индивидуальному слепку корпус, точно повторяет строение уха, что гарантирует максимальный комфорт владельцу.

	Внутриканальные слуховые аппараты CIC и невидимые IIC - располагаются внутри слухового прохода. Это наиболее миниатюрные и малозаметные модели, которые благодаря своему глубокому залеганию, обеспечивают превосходное качество звука, отличную разборчивость, четкость речи и наиболее естественное звучание. Корпус для такого прибора изготавливается всегда индивидуально и полностью повторяет все особенности строения ушного канала. Размещенный глубоко в ухе, такой аппарат практически незаметен окружающим и благодаря новым технологиям может компенсировать даже 4-ю степень тугоухости.

	Телефон в ушном канале RIC Телефон в ушном канале RIC - это самые миниатюрные заушные слуховые аппараты, новейшее достижение в области разработки и производства слуховых аппаратов. В таких приборах ресивер (телефон) расположен в специальном корпусе, и помещается непосредственно в ушной канал, чтобы стать максимально незаметным и удобным. Такие аппараты еще называют аппаратами-невидимками.

	Карманные слуховые аппараты ушли в прошлое, уступив место заушным моделям.

	Аппараты в очковой оправе имеют ограниченное применение по причине своего неудобства.

По способу обработки звукового сигнала (аналоговые и цифровые).

Современное слухопротезирование основано на использовании только цифровых технологий в производстве слуховых аппаратов, так как цифровые слуховые аппараты имеют ряд несомненных преимуществ в сравнении с аналоговыми технологиями.

Так, например:

многоканальность - это необходимая возможность получить максимальный результат от слухопротезирования в случае частотно-неравномерного снижения слуха (разного на разных частотах).
наличие двух или трех микрофонов, меняющих свою направленность - улучшает разборчивость речи в шуме.
многопрограммность - слуховой аппарат настраивается на работу в различных акустических ситуациях, как то шум, речь в шуме, речь в далеке и т.д.
шумоподавление - очень важно для улучшения разборчивости речи в шуме и также для общего комфорта.
устранение неприятного звучания собственного голоса.
подавление шумов низкого входного сигнала (шум от компьютера, шум улицы).
управление аппаратом с помощью пульта дистанционного управления.
устранение неприятного свиста (обратной связи), обязательно возникающего при работе слухового аппарата.

Профессиональные знания и опыт работы специалиста, современная аппаратура для диагностики слуха, высокое качество слуховых аппаратов дают возможность каждому пациенту улучшить звуковое восприятие мира, чтобы быть социально адаптированным.

Технические характеристики слуховых аппаратов отличают классы и модели аппаратов и являются основным показателем эффективности приборов. Благодаря направленной микрофонной системе и системе распознавания речи, человек со слуховым аппаратом может отличать речь собеседника от фоновых шумов. Системы аппарата автоматически определяют направление основного источника шума, настраивая чувствительность микрофона так, чтобы восприятие фоновых шумов было минимальным, а восприятие речи - максимальным.

Звук является объектом слухового ощущения. Он оценивается человеком субъективно. Все субъективные характеристики слухового ощущения связаны с объективными (физическими) характеристиками звуковой волны.

Воспринимаемые звуки человек различает их по тембру, высоте, громкости.

Тембр – « окраска» звука и определяется его гармоническим спектром. Различные акустические спектры соответствуют разному тембру, даже в том случае, когда основной тон у них одинаков. Тембр – это качественная характеристика звука.

Высотатона – субъективная оценка звукового сигнала, зависящая от частоты звука и его интенсивности. Чем больше частота, главным образом, основного тона, тем больше высота воспринимаемого звука. Чем больше интенсивность, тем ниже высота воспринимаемого звука.

Громкость – также субъективная оценка, характеризующая уровень интенсивности.

Громкость главным образом зависит от интенсивности звука. Однако восприятие интенсивности зависит от частоты звука. Звук большей интенсивности одной частоты может восприниматься как менее громкий, чем звук меньшей интенсивности другой частоты.

Опыт показывает, что для каждой частоты в области слышимых звуков

(16 – 20 . 10 3 Гц) имеется так называемый порог слышимости. Это минимальная интенсивность, при которой ухо еще реагирует на звук. Кроме того, для каждой частоты имеется так называемый порог болевых ощущений, т.е. то значение интенсивности звука, которое вызывает боль в ушах. Совокупности точек, отвечающих порогу слышимости, и точек, соответствующих порогу болевых ощущений, образуют на диаграмме (L,ν) две кривые (рис.1), которые пунктиром экстраполированы до пересечения.

Кривая порога слышимости (а), кривая порога боли (б).

Область, ограниченная этими кривыми, называется областью слышимости. Из приведенной диаграммы, в частности, видно, что менее интенсивный звук, соответствующий точке А, будет восприниматься более громким, чем звук более интенсивный, соответствующий точке В, так как точка А более удалена от порога слышимости, чем точка В.

4. Закон Вебера-Фехнера .

Громкость может быть оценена количественно путем сравнения слуховых ощущений от двух источников.

В основе создания шкалы уровней громкости лежит психофизический закон Вебера-Фехнера. Если увеличивать раздражение в геометрической прогрессии (т.е. в одинаковое число раз), то ощущение этого раздражения возрастает в арифметической прогрессии (т.е. на одинаковое значение).

Применительно к звуку это формулируется так: если интенсивность звука принимает ряд последовательных значений, например, а I 0 , а 2 I 0,

а 3 I 0 ,….(а - некоторый коэффициент, а > 1) и т.д., то им соответствуют ощущения громкости звука Е 0 , 2 Е 0 , 3 Е 0 ….. Математически это означает, что уровень громкости звука пропорционален десятичному логарифму интенсивности звука. Если действуют два звуковых раздражителя с интенсивностями I и I 0, причем I 0 – порог слышимости, то согласно закону Вебера-Фехнера уровень громкости Е и интенсивность I 0 связаны следующим образом:

Е= k lg (I / I 0),

где k – коэффициент пропорциональности.

Если бы коэффициент k был постоянным, то следовало бы, что логарифмическая шкала интенсивностей звука соответствует шкале уровней громкостей. В этом случае уровень громкости звука так же, как и интенсивность, выражалась бы в белах или децибелах. Однако сильная зависимость k от частоты и интенсивности звука не позволяет измерение громкости свести к простому использованию формулы: Е= k lg(I / I 0).

Условно считают, что на частоте 1 кГц шкалы уровней громкости и интенсивности звука полностью совпадают, т.е. k = 1 и Е Б = lg (I / I 0). Чтобы различить шкалы громкости и интенсивности звука, децибелы шкалы уровней громкости называют фонами (фон).

Е ф = 10 k lg(I / I 0)

Громкость на других частотах можно измерить, сравнивая исследуемый звук

со звуком частотой 1 кГц.

Кривые равной громкости. Зависимость громкости от частоты колебаний в системе звуковых измерений определяется на основании экспериментальных данных при помощи графиков (рис. 2), которые называются кривыми равной громкости. Эти кривые характеризуют зависимость уровня интенсивности L от частоты ν звука при постоянном уровне громкости. Кривые равной громкости называют изофонамим.

Нижняя изофона соответствует порогу слышимости (Е = 0 фон). Верхняя кривая показывает верхний предел чувствительности уха, когда слуховое ощущение переходит в ощущение боли (Е = 120 фон).

Каждая кривая соответствует одинаковой громкости, но разной интенсивности, которые при определенных частотах вызывают ощущение этой громкости.

Звуковые измерения . Для субъективной оценки слуха применяется метод пороговой аудиометрии.

Аудиометрия – метод измерения пороговой интенсивности восприятия звука для разных частот. На специальном приборе (аудиометре) определяется порог слухового ощущения на разных частотах:

L п = 10 lg (I п /I 0),

где I п – пороговая интенсивность звука, которая приводит к возникновению слухового ощущения у испытуемого. Получают кривые – аудиограммы, которые отражают зависимость порога восприятия от частоты тона, т.е. это спектральная характеристика уха на пороге слышимости.

Сравнивая аудиограмму пациента (рис. 3, 2) с нормальной кривой порога слухового ощущения (рис. 3, 1), определяют разность уровней интенсивности ∆L=L 1 –L 2 . L 1 – уровень интенсивности на пороге слышимости нормального уха. L 2 - уровень интенсивности на пороге слышимости исследуемого уха. Кривая для ∆L (рис3, 3) называется потерей слуха.

Аудиограмма в зависимости от характера заболевания имеет вид, отличный от аудиограммы здорового уха.

Шумомеры – приборы для измерения уровня громкости. Шумомер снабжен микрофоном, который превращает акустический сигнал в электрический. Уровень громкости регистрируется стрелочным или цифровым измерительным прибором.

В зависимости от функций слуховых аппаратов существует несколько вариантов их классификации:

По месту ношения слуховые аппараты разделяются на четыре вида:

заушные
внутриушные
карманные
очковые

Заушный СА помещается за ушной раковиной. К нему с помощью звукопроводящей трубочки присоединен ушной вкладыш, который вставляется в слуховой проход. Он проводит звук в ухо и обеспечивает фиксацию аппарата. Заушный СА обеспечивает большее усиление и предоставляет дополнительные технические возможности по сравнению с внутриушным СА.

Внутриушной СА полностью размещается в слуховом проходе. Все электронные комплектующие находятся в корпусе аппарата, который изготавливается индивидуально, в соответствии с анатомическим строением уха владельца. Основное достоинство аппарата заключается в его малозаметности и в том, что отверстие приема звука располагается внутри ушной раковины, то есть, там, где это предусмотрено природой.

Внутриканальный СА располагается глубоко в слуховом проходе. Самый маленький аппарат CIC (с английского – "полностью внутри канала") размещается у барабанной перепонки и снаружи практически не виден.

Карманный СА состоит из прямоугольного корпуса, в котором расположены микрофон, усилитель и источник питания. Телефон карманного аппарата при помощи шнура соединяется с корпусом и помещается в ухо вместе с вкладышем. Карманный СА, в отличие от других конструкций, может иметь максимальную мощность, так как микрофон и телефон находятся на значительном расстоянии, что предотвращает возникновение акустической обратной связи.

По способу звукопроведения СА разделяются на два вида:

костной проводимости.
воздушной проводимости.

СА костной проводимости применяется для протезирования только кондуктивных потерь слуха. Его телефон выполнен в виде костного вибратора, который помещается за ухом и плотно прилегает к сосцевидному отростку. Усиленный звуковой сигнал в таком аппарате преобразуется в вибрационный.

СА воздушной проводимости используется для протезирования всех видов потерь слуха. Звук с телефона передается через ушной вкладыш, который помещается в слуховом проходе.

По способу обработки сигнала слуховые аппараты делятся на два типа:

аналоговые
цифровые

Аналоговый СА состоит из трех основных частей: микрофона, электронного усилителя и телефона. Микрофон воспринимает механические звуковые колебания и преобразует их в аналоговые электрические сигналы, направляемые в усилитель. Там они усиливаются и передаются на телефон, превращающий электрические сигналы вновь в звуковые колебания.

Цифровой СА дополнительно преобразует аналоговые сигналы в цифровые, после чего обрабатывает их с помощью компьютерной технологии.

Аналоговый сигнал переводится в двоичный код, как это происходит при записи на компакт-диск. В новейших моделях СА уже появились цифровые микрофоны, исключающие эту операцию. Цифровой процессор обрабатывает сигналы, то есть усиливает и изменяет их характеристики в зависимости от индивидуальной потери слуха. После этого цифровой сигнал вновь превращается в аналоговый и посылается на телефон.

Цифровые технологии, бурно развивающиеся в последнее время, позволили достигнуть невиданных ранее возможностей электроакустической коррекции слуха. Крошечный микрочип обладает быстродействием самых современных компьютерных процессоров, что позволяет реализовать очень сложные и высокоэффективные алгоритмы обработки звука. Фактически цифровой СА можно назвать "разумной слуховой системой" и даже "слуховым компьютером".

Он "умеет" отличать речь от шума, выделяя и усиливая ее при одновременном подавлении шумового сигнала, что значительно облегчает понимание речи в сложной акустической обстановке. Его частотный диапазон разделен на несколько каналов, в каждом из которых проводится независимая настройка параметров. Цифровой аппарат имеет комфортное звучание, приближенное к естественному, благодаря практически полному отсутствию искажений и собственных шумов.

Наконец, он устойчив к воздействию электромагнитных полей, что позволяет в условиях активной современной жизни без помех пользоваться мобильным телефоном и компьютером.

По способу настройки слуховые аппараты также делятся на два типа:

Непрограммируемый СА настраивается вручную, а громкость звучания по мере необходимости изменяет сам владелец посредством регулятора.

Параметры программируемого СА настраиваются при помощи компьютера, что обеспечивает более точное соответствие индивидуальным особенностям слуха пользователя.

Аппарат может сохранять и изменять запрограммированную настройку. Большинство программируемых СА имеют две и более программы с разными настройками: для прослушивания речи в шумной обстановке и музыки, программу комфортного звучания и пр.

Существует еще одна вспомогательная классификация слуховых аппаратов: по способу усиления они делятся на линейные и нелинейные.

Линейный СА усиливает входные сигналы независимо от их громкости на одну и ту же величину, зафиксированную при помощи регулятора усиления. В линейных аппаратах с выходным уровнем звукового давления, превышающим 130 дБ, предусматривается его ограничение (пик-клиппирование), которое вводится в действие при ощущении пациентом дискомфорта, вызванного громкими звуками.

Коэффициент усиления нелинейных СА, имеющих функцию автоматической регулировки усиления (АРУ) зависит от интенсивности входного сигнала. До тех пор, пока уровень входного сигнала не достигнет определенной величины, называемой порогом срабатывания АРУ, коэффициент усиления остается постоянным, как у линейного аппарата. При превышении входным сигналом порога срабатывания АРУ, который устанавливается слухопротезистом в соответствии с индивидуальной потерей слуха, коэффициент усиления аппарата снижается, что очень важно для протезирования сенсоневральной тугоухости с ФУНГом.

Технические характеристики слуховых аппаратов.

Цифровые алгоритмы подавления обратной связи. Обратной связью в слухопротезировании называется тот самый неприятный "свист" слухового аппарата, который возникает иногда при ношении слухового аппарата и очень мешает как самому пациенту, так и окружающим людям. Чаще всего это происходит при неправильно изготовленной отопластике или настройке аппарата, но иногда - вследствие чрезмерной подвижности нижней челюсти, особенностей строения слухового прохода, т.е. по независящим от человека причинам. Цифровые слуховые аппараты имеют специальные алгоритмы для выявления обратной связи еще до того момента, когда пациент или окружающие могут услышать "свист". При настройке такого аппарата специалист включает режим тестирования, и аппарат сам находит и запоминает ту частоту звука, которая вызывает обратную связь. В дальнейшем, при появлении малейших признаков обратной связи, аппарат самостоятельно отфильтровывает ту частоту, на которой происходит обратная связь. Современные алгоритмы подавления обратной связи адаптивные. Это значит что вышеописаные фильтры автоматически применяются только в тех случаях, когда они действительно нужны. В случаях, когда обратной связи более не наблюдается, фильтр, после повторной проверки, автоматически снимается.

Направленные микрофонные системы. Современный слуховой аппарат обладает направленной микрофонной системой, состоящей из 2-х или даже 3-х микрофонов. Направленная система позволяет выделять собеседника из шума или из числа других собеседников одним поворотом головы. Все дело в том, что такие системы более чувствительны к звукам, поступающим с фронтального направления (спереди). Звуки с других направлений звучат для пациента более приглушенно. Кроме того, это более физиологично для человека, т.к. нормальная ушная раковина, вследствие своей анатомической формы, обладает небольшой направленностью. Поворачивая голову в сторону собеседника, человек еще и концентрирует на нем свое внимание, что также является нормальным физиологическим рефлексом. Современные микрофонные системы обладают адаптивной направленностью. Система автоматически вычисляет направление основного источника шума и настраивает чувствительность микрофонной системы таким образом, чтобы восприятие шума было минимальным, а речи - максимальным.

Система Распознавания Речи. Работа Системы Распознавания Речи основана на различиях в структуре звуков речи и шума. Большинство источников шума представляют собой звуковой сигнал определенной частоты (например, шум холодильника, вентилятора - низкочастотный), не меняющий громкость с течением времени. Во время разговора же громкость речи постоянно изменяется: гласные звуки громче согласных, человек делает короткие паузы между словами и отдельными слогами и т. д. Таким образом, по колебаниям громкости (амплитуды звука) с течением времени можно отличить речь от шума. Это и делает процессор слухового аппарата.
Все аппараты, имеющие Систему Распознавания Речи, многоканальные, то есть весь спектр воспринимаемых ими звуков разделяется на несколько частотных диапазонов - каналов. Канал – это тот частотный диапазон, в котором СА производит свою независимую (независимую от другого канала) обработку звука (шумоподавление, выделение речи и т.д.). В каждом из каналов находится "датчик" - устройство, отличающее речь от шума по вышеупомянутым признакам.

Значительная часть информации поступает к оператору в форме звуковых сигналов. Особенно широко звуковые сигналы используются при передаче речевых сообщений. С помощью звуковых сигналов оператор получает до 10% всей поступающей информации.

Основными параметрами звуковых колебаний являются интенсивность, частота и форма, которые отражаются в слуховых ощущениях как громкость, высота, тембр. Интенсивность звука оценивается по звуковому давлению, которое измеряется в динах на квадратный сантиметр.

Так как диапазон давлений, ощущаемых ухом, чрезвычайно широк (от 2·10 -4 до 2·10 2 дин/см 2), интенсивность звука выражается в логарифмических единицах по отношению к уровню I 0 =2·10 -4 дин/см 2 . Такой единицей является децибелл

где I - величина измеряемого звукового давления.

Частота звуковых колебаний измеряется в герцах. Один герц есть частота такого звукового колебания, период которого равен одной секунде. Диапазон частот, воспринимаемых ухом, лежит в пределах от 16 до 20000 гц. Особое значение в этом диапазоне имеют частоты от 200 до 3500 гц, соответствующие спектру человеческой речи.

Все звуки могут быть разделены на простые и сложные. Колебания, происходящие с одной частотой, называются простыми звуками или чистыми тонами. Все остальные звуки рассматриваются как сложные. Нерегулярные звуковые колебания называются шумом. Особо выделяется белый шум - звук, содержащий все слышимые частоты.

Интенсивность, частота и форма являются физическими (объективными) характеристиками звуковых волн, однако ими не могут быть еще количественно оценены вызываемые звуком ощущения. Поэтому для описания слухового ощущения необходимо ввести специальные параметры и единицы их измерения. Субъективными аналогами рассмотренных физических характеристик являются громкость, высота и тембр звука. Хотя эти субъективные параметры не могут быть столь же измерены, как физические, они необходимы для иллюстрации связей между звуком и слуховым ощущением.

Громкость - характеристика слухового ощущения, наиболее тесно связанная с интенсивностью звука. Уровень громкости выражается в фонах, фон численно равен уровню звукового давления в децибелах для чистого тона частотой 1000 гц, воспринимаемого как равногромкий с данным звуком. На рис. 26 приведены кривые равной громкости от нуля до 120 фонов (через каждые 20 фонов) в диапазоне частот от 20 до 20000 гц. Из рисунка видно, что за пределами звукового диапазона для получения той же громкости требуется большая интенсивность звука. Это значит, что звуковой диапазон обладает наибольшей чувствительностью. Абсолютные пороги слухового анализатора зависят во многом от частоты звукового сигнала. Значение нижнего и верхнего порогов, а также область речи показаны на рис. 26. Верхний абсолютный порог составляет 120-130 дб, область восприятия речи - 60 ¾ 100 дб,

Дифференциальный порог по интенсивности зависит от исходной интенсивности сигнала и частоты. В звуковом диапазоне он составляет примерно 0,1 от исходной интенсивности сигнала и увеличивается за пределами этого диапазона.

Дифференциальный порог по частоте также зависит от частоты и интенсивности сигнала. В звуковом диапазоне он составляет 3-5 гц при интенсивности не менее 10 дб. По мере увеличения частоты величина порога увеличивается и составляет в среднем 0,3% от частоты звуковых колебаний, т. е. различение звуков по частоте у человека более совершенно, чем по интенсивности.

Существенное влияние на пороги оказывает длительность сигнала. В особенности это проявляется при длительностях т, не превышающих 150-200 мсек. При таких длительностях значения порогов определяются энергией сигнала, т. е. произведением l·τ. Таким образом, уменьшение длительности в некоторое число раз приводит к такому же увеличению величин дифференциальных порогов и уменьшению абсолютных порогов.

Минимальная длительность звука, при которой оценивается его качество, равна 20-50 мсек. Оценка качества сигналов меньшей длительности крайне затруднена: звук воспринимается как «щелчок».

Пороги обнаружения зависят также от уровня шума. Эти зависимости для полной тишины (ПТ) и уровней шума от 10 до 60 дб приведены на рис. 27.

Слуховой анализатор обеспечивает отражение не только интенсивности, частоты и длительности звуковых колебаний, но и положения источника звука в пространстве: его расстояние и направление относительно субъекта.

Точность определения направления зависит от частоты. Для низких частот порог различения направления в горизонтальной плоскости равен 10-11°, с увеличением частоты он возрастает. Расстояние наиболее точно определяется для движущихся объектов.

Специфическим видом слухового восприятия есть восприятие речевых сообщений. Речь является наиболее эффективным средством передачи ин формации человеку.

Знание характеристик восприятия речевых сообщений необходимо для решения двух видов задач: для определения принципов разработки аппаратуры, предназначенной для передачи речевых сообщений, и для определения принципов организации речевых сообщений. Первая задача специфична для техники связи, вторая - для инженерной психологии и научной организации труда.

Речь является комбинацией сложных звуков, меняющихся по частоте и интенсивности. Наиболее высокой интенсивностью характеризуются гласные звуки, согласные-менее интенсивны. Интенсивность звука при переходе от наиболее громкой гласной к самой тихой согласной меняется на 30-40 дб. Общий диапазон изменения интенсивности речи составляет 60-100 дб, что соответствует средней мощности речевого сигнала в 10-20 мквт.

Важнейшей характеристикой восприятия речи является ее разборчивость. В условиях тишины основной характеристикой, влияющей на разборчивость речи, является интенсивность. Частота голоса не оказывает существенного влияния на разборчивость: высокий и низкий голос понимаются одинаково хорошо. При интенсивностях менее 40 дб некоторый процент слов не воспринимается, при интенсивностях менее 10-15 дб речь вообще не воспринимается. При N > 40 дб воспринимаются практически все слова. Наиболее оптимальный диапазон 60 ¾ 100 дб.

Основным фактором, влияющим на разборчивость речи в условиях шума, является отношение мощности речи к мощности шума. На рис. 28 показана зависимость процента понятых слов от соотношения мощности речи и шума. Обычно речь бывает понятной, если интенсивность речи превышает интенсивность шума на 6 дб.

Большое значение для разборчивости речи имеет организация речевого сообщения. В условиях шума двухсложные слова опознаются на 30% лучше, чем односложные, а трехсложные - на 50%. Слова с ударением на последнем слоге опознаются лучше, чем с ударением на первом. Важным фактором, влияющим на разборчивость слов, является также их вероятностная характеристика: чем чаще встречается слово, тем лучше оно опознается. Понимание речевых сообщений зависит от темпа их передачи. Оптимальным темпом считается 120 слов в минуту. Длина фразы не влияет на восприятие и понимание речи, если не превышает 10-11 слов. При большей длине существенно снижается эффективность приема, что объясняется ограниченностью объема оперативной памяти (7-9 слов в фразе).