Acustica în evaluările auditive: Când tehnologia întâlnește mediul înconjurător

Conform unui studiu publicat în PubMed, zgomotul ambiental tipic încăperilor netratate fonic a crescut marjele de eroare în pragurile de evaluare a auzului, în special la frecvențe joase și înalte. Astfel de distorsiuni pot duce la diagnostice greșite, tratamente necorespunzătoare sau controale inutile. Riscul crește atunci când acustica încăperii este neglijată.

Chiar și cele mai avansate aparate auditive sau sisteme de procesare a semnalelor cu învățare automată nu pot restabili complet claritatea atunci când mediul de testare este slab. Tehnologia se bazează pe intrări curate; atunci când acestea sunt compromise de zgomotul de fundal, reflexii sau mascare, performanța sistemului are de suferit.

 

Înțelegerea distorsiunilor perceptive cauzate de mediile acustice slabe

 

Înainte de a explora distorsiunile specifice, este util să recunoaștem că încăperile în care se efectuează testele auditive joacă un rol esențial în modelarea rezultatelor. Dacă zgomotul ambiental este prea puternic, dacă pereții și suprafețele reflectă excesiv sunetul sau dacă echipamentul este izolat necorespunzător, atunci chiar și cea mai precisă tehnologie oferă rezultate compromise. O mare parte din erorile de percepție în audiologie nu provin din hardware defect, ci din medii care distorsionează semnalele evaluate.

Zgomot de fundal și mascare

Mascarea apare atunci când zgomotul de fundal ascunde sau concurează cu semnalele de testare, ceea ce face mai dificilă detectarea sunetelor slabe. De exemplu, un zumzet de nivel scăzut provenit de la un sistem HVAC poate masca consoanele subtile în timpul audiometriei în tonuri pure.

Cercetările arată că nivelurile de zgomot ambiental de peste aproximativ 30 dBA cresc semnificativ pragurile de auz în mediile industriale de screening și degradează acuratețea testelor. Atunci când zgomotul depășește acest nivel chiar și cu câțiva decibeli, rezultatele testelor devin nesigure, deoarece pragurile raportate sunt mai mari decât sensibilitatea auditivă reală a subiectului.

Reverberație, ecou și reflexii

Reverberația și ecoul apar atunci când sunetul ricoșează de pe suprafețe și se întoarce la ascultător după semnalul inițial. Aceste reflexii pot interfera cu modul în care tonurile de testare sau indiciile vocale sunt auzite și procesate. Rezultatul poate fi o întârziere a debutului, o estompare a sunetului sau mascarea sunetelor mai slabe, toate acestea distorsionând rezultatele evaluării auzului. Înțelegerea modului în care apar aceste distorsiuni ajută la proiectarea unor medii de testare mai bune și la asigurarea acurateței.

Studiul „Acustica încăperii afectează amplitudinea răspunsurilor auditive în stare staționară ale câmpului sonor?”, realizat de Valentina Zapata-Rodriguez, Søren Laugesen, Cheol-Ho Jeong, Jonas Brunskog și James Harte (2021), a examinat răspunsurile auditive în stare staționară ale câmpului sonor (ASSR) în diferite condiții de încăpere. Aceștia au constatat că nivelul ASSR a scăzut semnificativ în încăperile cu reverberație mai mare în comparație cu încăperile de referință anecoice.

Această reducere afectează în special modularea stimulului, ceea ce, la rândul său, reduce claritatea răspunsului și necesită timpi de măsurare mai lungi pentru a detecta cu precizie pragul.

Ratele de detectare pentru armonicele mai mari au fost, de asemenea, mai afectate în încăperile reverberante. Aceste rezultate indică faptul că reflexiile și reverberația reduc raportul semnal-zgomot pentru testele auditive cheie, ceea ce face mai dificilă evaluarea cu precizie a pragurilor pacienților.

 

 

Efecte perceptive specifice și implicații clinice:

• Reverberația întinde tonurile de testare, astfel încât ceea ce ar trebui să fie un sunet ascuțit și discret devine alungit și se suprapune cu propriile reflexii, ceea ce face dificilă identificarea precisă a începutului sau sfârșitului unui ton de către pacienți.
• În încăperile cu un timp de decădere timpurie mai lung și reverberație pronunțată, benzile de frecvență mai înalte (2 kHz, 4 kHz) sunt mai puternic afectate; tonurile de testare din aceste frecvențe pierd din claritate, astfel încât medicii pot supraestima pierderea auzului în intervalul de frecvențe înalte.
• Pragurile de ecou (întârzierea la care reflexiile sunt percepute ca ecouri separate) cresc pentru ascultătorii cu deficiențe de auz; aceștia necesită întârzieri mai lungi pentru a distinge sunetul direct de reflexii. Acest lucru întârzie răspunsurile și crește dificultatea testului.

Aceste constatări subliniază importanța controlului reverberației în spațiile de testare audiologică. Panourile adecvate, absorbția sunetului reflectat, designul camerei care limitează suprafețele dure și utilizarea carcaselor ajută la reducerea acestor distorsiuni. Atunci când reflexiile sunt gestionate, evaluările devin mai fiabile, pragurile mai precise, iar planurile de tratament mai adecvate.

Efecte specifice frecvenței

Distorsiunile din testele auditive sunt rareori uniforme pe toate frecvențele. Zgomotul de joasă frecvență, cum ar fi cel provenit de la zumzetul utilajelor, tinde să mascheze cel mai puternic tonurile de testare de joasă frecvență. Reflexiile de înaltă frecvență de pe suprafețele dure interferează cu indiciile vorbirii și cu energia din benzile superioare.

De exemplu, testele privind pragurile de recepție a vorbirii (SRT) arată că în spațiile reverberante zgomotoase, valorile se degradează mai mult la anumite frecvențe; compresia gamei dinamice în aparatele auditive se comportă, de asemenea, diferit în funcție de faptul dacă frecvențele joase sau înalte domină profilul de zgomot sau de reflexie.

 

Ce pot face procesarea semnalelor și învățarea automată (ML) și limitele lor

 

Evaluarea modernă a auzului nu se bazează doar pe acustică. Instrumentele de procesare a semnalelor și algoritmii de învățare automată (ML) sunt din ce în ce mai mult integrate în aparatele auditive, software-ul de audiologie și platformele de testare la distanță. Aceste tehnologii îmbunătățesc performanța în medii zgomotoase și oferă medicilor instrumente mai bune pentru interpretare. De asemenea, au limite clare, mai ales atunci când mediul acustic este departe de a fi optim.

Instrumente cheie de procesare a semnalelor

Mai multe instrumente consacrate susțin evaluările auzului. Compresia intervalului dinamic ajustează volumul astfel încât sunetele slabe să fie audibile, în timp ce sunetele puternice să nu devină copleșitoare, ajutând pacienții să perceapă un spectru mai larg de semnale de intrare. Algoritmii de reducere a zgomotului analizează undele sonore pentru a identifica zgomotul de fundal constant, cum ar fi zgomotul ventilatorului, și a-l reduce în raport cu semnalele vocale.

Microfoanele direcționale îmbunătățesc raportul semnal-zgomot prin concentrarea pe sunetele dintr-o singură direcție, de obicei din fața ascultătorului, reducând în același timp interferențele din alte direcții.

Progresele recente în domeniul învățării automate au adăugat noi capabilități puternice. De exemplu, sistemele de filtrare a zgomotului prin învățare profundă pot transmite în flux audio fără zgomot de la smartphone-uri la aparatele auditive. Într-un studiu, această abordare a îmbunătățit inteligibilitatea vorbirii cu aproximativ 1,6 dB în testele de prag de recepție a vorbirii (SRT) și a crescut satisfacția utilizatorilor cu 40%.

Aceste rezultate arată cum inteligența artificială poate îmbunătăți performanța dispozitivelor auditive, în special în medii cu zgomot de fundal constant.

Limitele procesării în medii acustice slabe

În ciuda acestor inovații, tehnologia singură nu poate depăși toate problemele acustice. Atunci când sursele de zgomot sunt foarte puternice, bruște sau cu reflexii ridicate, instrumentele de procesare a semnalului au dificultăți. Algoritmii de compresie, de exemplu, pot introduce distorsiuni atunci când mai multe sunete își schimbă rapid nivelul, ducând la o calitate audio nenaturală.

În mod similar, algoritmii de reducere a zgomotului pot suprima în mod eronat părți ale vorbirii împreună cu sunetele de fundal, ceea ce subminează acuratețea testelor. Studiile privind compresia gamei dinamice confirmă faptul că distorsiunea devine o problemă reală atunci când vorbirea și zgomotul se suprapun, subliniind faptul că o acustică slabă limitează ceea ce poate realiza tehnologia.

Testare la distanță și monitorizare a zgomotului ambiental

Audiometria la distanță s-a extins semnificativ, permițând pacienților să efectueze teste de acasă folosind aplicații și căști calibrate. Studiile arată că aceste sisteme pot atinge o fiabilitate test-retest în aproximativ 5 dB, chiar și în prezența unui zgomot ambiental. Cu toate acestea, odată ce nivelurile de zgomot depășesc anumite praguri, precizia începe să scadă.

Acest lucru subliniază importanța monitorizării mediului acustic în timpul testelor. Multe platforme integrează acum monitorizarea zgomotului sau calibrarea automată care întrerupe sau ajustează testul dacă condițiile sunt nepotrivite.

 

 

Cum completează mediul acustic tehnologia pentru precizie

 

Atunci când procesarea semnalului și tehnologiile auditive avansate sunt utilizate în medii controlate acustic, eficacitatea lor se îmbunătățește dramatic. Fără a controla zgomotul ambiental, ecourile sau scurgerile, chiar și cei mai buni algoritmi au dificultăți. Mediul acustic acționează ca fundament pe care tehnologia își construiește performanța.

Cabine și incinte acustice

Cabinele și incintele acustice reduc zgomotul ambiental și reflexiile la niveluri la care instrumentele de procesare a semnalului și de învățare automată (ML) funcționează cel mai bine. Incintele izolează sursa de testare de zgomotul de fundal, mențin o acustică stabilă și reduc reverberația. Standardele pentru cabinele audiometrice specifică nivelurile maxime permise de zgomot ambiental în toate benzile de frecvență.

De exemplu, testele efectuate cu căști supraaurale necesită de obicei un zgomot ambiental la sau sub 21-37 dB SPL pentru frecvențe între 500 Hz și 8000 Hz, în funcție de condițiile de testare; cabinele care îndeplinesc aceste praguri oferă măsurători mai fiabile și mai repetabile.

Studiile care compară mediile cu cabină auditivă cu cele fără aceasta indică faptul că, atunci când zgomotul ambiental și reflexiile sunt gestionate, erorile de prag scad semnificativ, iar rezultatele obținute de pacienți se aliniază mai îndeaproape cu sensibilitatea auditivă reală.

Abordări hibride

Îmbunătățirile reale apar adesea atunci când un tratament acustic modest se combină cu tehnologii avansate de procesare. Micile ajustări ale încăperilor, cum ar fi adăugarea de panouri, etanșarea golurilor sau utilizarea covoarelor, completează procesarea semnalului și produc câștiguri eficiente din punct de vedere al costurilor în ceea ce privește precizia.

Iată câteva exemple de succes:

• Clinicile care au utilizat unități portabile în încăperi liniștite, plus introducerea de căști, au arătat o varianță test-retest de aproximativ 5 dB, chiar și fără cabine pline, cu condiția ca zgomotul ambiental să rămână sub standarde.
• Audiologii care au implementat panouri din spumă și au etanșat golurile ușilor au observat o îmbunătățire a pragurilor de recepție a vorbirii (SRT) atunci când au fost asociați cu aparate auditive alimentate de ML.

Aceste sisteme hibride se bazează atât pe mediu, cât și pe tehnologie, în loc să depindă doar de unul singur. Atunci când ambele sunt aliniate, evaluările devin mai consecvente, rezultatele mai valide, iar rezultatele pentru pacienți mai demne de încredere.

 

Planificarea interacțiunii dintre tehnologie și acustică: Ce ar trebui să facă managerii

 

Pentru a se asigura că evaluările auditive sunt precise și că tehnologiile de procesare a semnalelor își îndeplinesc potențialul, mediul acustic trebuie evaluat și gestionat sistematic . Acest proces de planificare îi ajută pe managerii de instalații și pe șefii de operațiuni să ia decizii informate cu privire la echipamente, teste și modificări ale încăperii.

Mai întâi, începeți cu o evaluare a zgomotului ambiental și un profil acustic. Utilizați sonometre calibrate cu filtre de bandă de octavă sau treime de octavă pentru a măsura zgomotul ambiental în camera de testare în condiții tipice de funcționare. Comparați nivelurile măsurate cu nivelurile maxime admise de zgomot ambiental (MPANL) stabilite de standarde precum ANSI S3.1-1999(R2018) și ISO 8253-1:2010 pentru a verifica dacă mediul îndeplinește limitele necesare pentru diferite frecvențe. Dacă citirile depășesc MPANL, identificați sursele dominante de zgomot și benzile de frecvență, astfel încât tratamentul să poată fi direcționat.

 

 

Alegeți o tehnologie care se aliniază cu mediul camerei în ceea ce privește capacitățile și limitele sale. Dacă încăperea are un zgomot ambiental mai mare în anumite benzi de joasă frecvență, optați pentru sisteme de aparate auditive sau audiometre care permit procesarea reglabilă a semnalului, cum ar fi reducerea frecvenței, microfoane direcționale sau reducerea avansată a zgomotului, mai degrabă decât sisteme fixe cu capacități de procesare mai slabe. Asigurați-vă că echipamentul acceptă monitorizarea zgomotului ambiental sau are funcții adaptive încorporate pentru a răspunde atunci când condițiile se înrăutățesc.

Implementați un tratament acustic bazat pe spectru sau specific frecvenței odată ce frecvențele problematice sunt cunoscute. De exemplu, instalarea de panouri absorbante direcționate către frecvențele medii și înalte va ajuta la claritatea vorbirii, ceea ce este adesea scopul în cadrul evaluărilor auditive.

Dacă se identifică o mascare de joasă frecvență, includeți capcane de bas sau bariere grele și dense în acele benzi de frecvență. Etanșați golurile sau îmbinările și adăugați o căptușeală acustică pentru a limita căile de vibrații acolo unde este necesar. Aceste intervenții bazate pe frecvență ajută la asigurarea faptului că mascarea sau distorsiunea sunt controlate în benzile corecte, în loc să se aplice tratamente generice care ar putea irosi costuri fără a rezolva cele mai grave erori.

 

Asigurarea unei precizii ridicate în evaluările auditive

 

Mediile acustice și procesarea semnalelor trasează împreună calea către precizia audiologică. Chiar și cele mai avansate tehnologii auditive au cele mai bune performanțe atunci când zgomotul ambiental este controlat, iar reflexiile sunt reduse la minimum.

De exemplu, cabinele audiometrice premium oferă în mod curent o atenuare de 50-60+ dB la frecvențe medii și înalte, făcând sunetul extern practic inaudibil și permițând evaluărilor să respecte praguri stricte de zgomot extern. Acest grad de performanță protejează împotriva rezultatelor fals pozitive, permite praguri fiabile și consolidează încrederea medicilor în rezultatele testelor.

DECIBEL se află la intersecția dintre această știință și aplicațiile practice. Cabinele noastre de audiologie oferă izolare fonică superioară, confort pentru utilizator, ventilație și iluminare configurabile și un design special conceput, astfel încât practicienii să nu fie nevoiți să aleagă între capacitatea tehnologică și calitatea acustică. Oferim soluții care se integrează cu aparate auditive, sisteme de testare și procesare bazată pe ML pentru a îmbunătăți acuratețea clinică și îngrijirea pacienților.  

Oferim evaluări acustice, modernizarea spațiilor existente, design personalizat al cabinei și consultanță privind combinarea tehnologiei de procesare a semnalului cu medii adecvate din punct de vedere acustic.

Dacă clinica sau unitatea dumneavoastră își propune să îmbunătățească fiabilitatea evaluărilor auditive, să reducă variabilitatea și să susțină rezultate mai bune ale tratamentului, contactați-ne .