Desempenho sonoro incrível sai do Blu

segunda-feira, abril 26, 2021

Unitron

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Blu

group of people is gathered around a beautifully set table outdoors, enjoying a meal with a stunning mountain view in the background. The table is adorned with various dishes, including salads, fruits, and meats, along with glasses of wine.

Como melhorar ainda mais um ótimo produto como o Discover Next?

Simples, acrescente a funcionalidade que é mais solicitada — dê ao paciente a capacidade de modificar o desempenho do aparelho a qualquer momento. Uma exigência secundária, porém, igualmente importante, é disponibilizar as configurações preferidas do paciente (após os ajustes) para os fonoaudiólogos no software de adaptação, para que eles possam orientar os pacientes conforme trabalham para otimizar a adaptação. Finalmente, e talvez o mais importante, facilitar para que os profissionais consigam realizar ajustes significativos no desempenho sonoro, em um programa automático que funcione em um modo principalmente misto na maior parte do tempo. Tudo isso pode ser encontrado na plataforma de última geração da Unitron, Blu.

Embora, para criá-la, tenha sido necessário repensar a arquitetura do sistema, isso de forma alguma significou jogar fora tudo o que já havia sido criado durante anos pela Unitron. Nós aprendemos muito com o desenvolvimento, o uso e a evolução de recursos como: Equilíbrio Conforto/Nitidez, SmartFocus, LearnNow, Sound Conductor, SoundNav e seu classificador do ambiente, e SpeechPro.

Os aparelhos auditivos da Unitron, assim como os aparelhos de outros fabricantes, incluem uma infinidade de recursos de processamento de sinal adaptativo (veja a Figura 1), tais como:

compressão de faixa dinâmica ampla adaptativa e multicanal (WDRC)
cancelador de ruído de impulso (INC)
compressão de frequência (Freq. Comp.)
formação de feixe de microfone múltiplo para direcionalidade (Beamformer)
cancelador de ruído espacial (NC espacial)
aprimoramento de fala (SE)
redução de ruído (NC)
cancelador de fase de feedback (Feedback Canceller)
cancelador de ruído de vento (WNC)

Os recursos típicos de processamento de sinal em um aparelho auditivo são projetados para ajustar o sinal amplificado para alcançar uma variedade de objetivos, tais como:

compensar a perda de audibilidade e o conforto de sonoridade,
restaurando pistas acústicas que são interrompidas pela presença física do aparelho auditivo, e
melhorando a SNR ao aprimorar a fala e reduzir o ruído por meio de uma variedade de meios.

Figura 1

Graphics: adaptive signal processing components

Figura 1. Diagrama de blocos simples dos componentes de processamento de sinais adaptativo em aparelhos auditivos.

Por que ter um programa automático?

Cada uma das características adaptativas listadas acima pode ter um efeito variável no sinal amplificado dependendo da situação de escuta. Em um sistema de aparelho auditivo projetado para operar o dia todo, todos os dias, o desempenho desses recursos de processamento de sinal adaptativo precisa ser ajustado para a situação de escuta. Por isso, se faz necessário um programa automático que possa selecionar a combinação correta de recursos e modificar (orientar) tais recursos, com base na caracterização do ambiente, utilizando a classificação (como SoundNav) e a orientação sofisticada (por exemplo, Sound Conductor) para selecionar as configurações adequadas para cada recurso. A direção resultante, com base nas configurações padrão, representa as preferências médias dos ouvintes conforme determinado durante os ensaios clínicos.

E a personalização?

No entanto, sabemos que cada ouvinte e cada situação de escuta é única e, ocasionalmente, o desempenho médio padrão não é o que o ouvinte espera ou prefere.

Na Unitron, acreditamos que a maior satisfação com um sistema de amplificação pessoal é alcançada quando o desempenho sonoro entregue corresponde ao desempenho sonoro esperado ou desejado para o usuário do aparelho auditivo no momento (veja a Figura 2 e Cornelisse, 2017). Um ajuste ideal encontra a melhor correspondência entre o desempenho entregue e o desempenho esperado com mínima intervenção do cliente.

Se os usuários não estão satisfeitos com o desempenho sonoro, então, deveriam ter a capacidade de fazer ajustes. Tradicionalmente, isso tem sido uma tarefa árdua que envolvia voltar ao HCP, que precisaria interpretar a descrição do problema (situação) do cliente e o que estava errado (desempenho desejado) e, em seguida, fazer ajustes em uma ou mais características adaptativas em um ou mais ambientes no programa automático. Este processo pode ser impreciso e pode exigir várias visitas. Também corre o risco de piorar o desempenho em outras situações. A alternativa para o usuário do aparelho auditivo é não fazer ajustes e se virar com um desempenho menos que ideal em alguns cenários.

Figura 2

Faces shown on a scale from sad to smiling, representing users' satisfaction

A satisfação está relacionada ao fato do desempenho sonoro que aparelho auditivo fornece ser tão bom quanto o desempenho esperado.

Existe uma maneira melhor?

Quando os clientes falam sobre fazer ajustes no desempenho sonoro, geralmente há três dimensões de ajuste que eles descrevem: foco, clareza da fala e minimização do ruído. Deve-se notar que os clientes realmente não sabem especificamente quais recursos ajustar, mas sim, o usuário está descrevendo efeitos de desempenho sonoro que desejam alcançar. A Unitron poderia ter fornecido ao cliente controles que modificam o desempenho de cada recurso adaptativo individual diretamente, no entanto, essa não foi a direção escolhida. Ter controle não é sobre controlar tudo, é sobre controlar o que realmente importa ou faz a diferença – ajustes que se alinham com essas dimensões perceptuais relevantes são fornecidos.

Como criar o sistema?

Para continuar, precisamos entender o que temos atualmente.

Recentemente coletamos mais de 55 horas de dados de classificação de instrumentos auditivos (em intervalos de 1 segundo), além de outras métricas, incluindo localização GPS e respostas EMA. Uma descrição mais completa da investigação piloto pode ser encontrada em (Glista et al., 2020).

De interesse, foi o desempenho do classificador ambiental Unitron. O classificador pega tipos de som prototípicos, como fala em ruído ou música, e os mapeia usando o tipo de som, além do nível geral e SNR, para criar uma estrutura de ambiente de escuta mista de seis ambientes (mais música como um sétimo ambiente exclusivo). Os dados registrados do aparelho auditivo nos permitem comparar o nível geral do sinal e a SNR por ambiente em cada ponto no tempo (~200.000 pontos de dados).

Os resultados são mostrados na Figura 3 e na Tabela 1, que mostra a distribuição de SPL/SNR para cada ambiente quando a proporção era maior que 75%. Conforme esperado, a distribuição de NPS/SNR varia de acordo com cada ambiente auditivo e está agrupada em torno da média esperada de NPS/SNR para cada ambiente.

Ou seja, o conjunto de dados para a conversa em um pequeno grupo está em SNRs favoráveis e níveis de sinal gerais moderados. Por outro lado, os dados de ruído sem conversa estão agrupados em torno de SNRs ruins e níveis de sinal geral mais altos.Deve-se notar que o valor de proporção de um ambiente individual excedeu apenas 75% em aproximadamente 46% do tempo. Isso significa que, nos outros 54% do tempo, as proporções eram mais mistas na natureza, sem um único ambiente dominante.

Tabela 1

Tabela 1. A porcentagem de tempo que cada proporção de ambiente individual excede 75% e o SPL e SNR médios correspondentes. Observe que o tempo total em que as proporções de categoria excederam 75% foi de 46,4%. Os 53,6% restantes representaram um cenário misto em que nenhuma proporção de categoria excedeu 75%.

Figura 3

Figura 3. Gráfico de dispersão do nível geral por SNR do sinal estimado. Cada gráfico mostra a distribuição para todos os dados (azul) e a distribuição para o ambiente classificado indicado (vermelho). Os pontos de dados para o ambiente selecionado se restringem aos momentos em que a proporção de categoria ficou acima de 75%.

Complexidade reduzida na caracterização do cenário de escuta

Um desafio com a classificação dessa forma é que existem seis ambientes mistos (também conhecidos como dimensões), o que adiciona um elemento de incerteza ao fazer ajustes. No entanto, estes podem ser colapsados em um espaço misto com duas dimensões: comunicação e complexidade. A dimensão da comunicação representa a probabilidade de que uma conversa esteja ocorrendo. A dimensão de complexidade é uma combinação de elementos que representam a situação de escuta. Esses elementos podem incluir: a) o número e a variedade nos tipos de objetos sonoros, b) número e localização de fontes sonoras concorrentes, c) constância ou variabilidade no ruído de fundo (os objetos sonoros aparecem e desaparecem ou são mais persistentes), e d) desafio/dificuldade de escuta, (ex. relação sinal/ruído).

Os ambientes de classificadores podem ser mapeados neste espaço bidimensional e misto de comunicação/complexidade (veja a Figura 4). Por exemplo, conversas em ambiente silencioso e conversas em pequenos grupos são mapeadas como baixa complexidade/alto nível de conversa (parte superior esquerda), enquanto um ambiente com ruído (sem fala) é mapeado como alta complexidade/baixa comunicação (parte inferior direita). Curiosamente, há uma alta correlação entre a localização dos ambientes do classificador no espaço de comunicação/complexidade e no espaço de nível geral/SNR. No entanto, essas duas representações não são exatamente as mesmas, já que a comunicação/complexidade tem o benefício adicional de ser construída sobre os tipos de som prototípicos. Desde o mapeamento para o espaço de comunicação/complexidade, em cada ponto no tempo, inclui os tipos de som prototípicos, há um maior grau de confiança na classificação da situação. Por exemplo, pode haver um grau maior de certeza de que uma conversa está ocorrendo quando o tipo de som é fala em ruído, do que se apenas SPL e SNR fossem usados para classificar o sinal. A adição dos tipos de som permite que o mapeamento vá de um espaço que cobre o nível geral/SNR para um espaço com as dimensões perceptuais de comunicação e complexidade.

Figura 4

Infographics: Sound performance listening zones

Figure 4. O classificador de ambientes SoundNav mostrado em duas dimensões no espaço Comunicação/Complexidade.

Uma vantagem extra do espaço de comunicação/complexidade é que ele pode ser dividido em “zonas de escuta”, fazendo com que o processamento adequado dos sinais em cada zona se torne rapidamente aparente. O espaço de comunicação/complexidade pode ser subdividido em quatro quadrantes (ver a Figura 5):

Conversas fáceis
Escuta fácil
Conversas desafiadoras
Escuta desafiadora

Figura 5

Infographics: Subdivided quadrants of communication complexity

Figura 5. Espaço Comunicação / complexidade subdividido em quadrantes de zonas de escuta.

Aplicação variável do processamento de sinais no espaço de comunicação/complexidade.

As necessidades de escuta para cada quadrante podem ser descritas com base nas dimensões de comunicação/complexidade. Por exemplo, o lado esquerdo do espaço tem baixa complexidade e é provável que o ouvinte exija pouco processamento de sinal adicional, além do que é necessário para compensação da perda auditiva. Por outro lado, se o ouvinte estiver no quadrante de conversação desafiadora – uma situação de escuta (como uma conversa em uma multidão) com alta probabilidade de comunicação e alta complexidade, então é provável que seja necessário processamento de sinal adicional para facilitar a comunicação em sinais concorrentes (por exemplo, ruído). Finalmente, se o ouvinte estiver no quadrante de baixa comunicação/alta complexidade (também conhecido como ruído de fundo), então sua preferência por processamento de sinal provavelmente será voltada para o conforto auditivo em meio ao ruído.

Com base nas zonas de escuta, é possível prever que tipo de processamento de sinal será preferido em cada quadrante (veja a Figura 6). Por exemplo:

Mais direcionalidade (também conhecido como direcional fixo amplo) deve ser aplicada no lado desafiador em comparação com o lado fácil (consciência espacial). Ou, no caso do SpeechPro, a direcionalidade dependente do alvo deve ser aplicada no lado desafiador.
O aprimoramento da fala deve ser aplicado apenas quando o valor da dimensão de comunicação for alto e mais aprimoramento deve ser aplicado para cenários de comunicação mais desafiadores.
Da mesma forma, o aumento da redução de ruído deve ser aplicado para cenários de comunicação mais desafiadores. Neste caso, é vantajoso aplicar um pouco mais de NC para cenários de não comunicação do que para cenários de comunicação.

Essas descrições da força do processamento de sinal correspondem ao desempenho que foi entregue com a combinação de SoundNav e Sound Conductor nas configurações padrão. O que não é mostrado na Figura 6, é um deslocamento adicional da resposta de frequência que também poderia contribuir para o objetivo de melhorar a fala ou reduzir o ruído ou outras técnicas de processamento de sinal mais avançadas.

Figura 6

Infographics: Conceptual application of signal processing

Figura 6. Aplicação conceitual do processamento de sinal para zonas de escuta.

Ajuste e controles do cliente em Blu

Do ponto de vista da implementação técnica, é importante que os ajustes do cliente aplicados no campo, e o ajuste tradicional, em um escritório ou ambiente clínico, sejam tratados da mesma forma. O objetivo desses procedimentos de adaptação é modificar o desempenho sonoro do aparelho para uma determinada situação. Ajustar o desempenho sonoro de um aparelho auditivo é relativamente simples, desde que o aparelho tenha um ambiente auditivo único tradicional/programa manual. No entanto, isso se torna substancialmente mais complexo se o aparelho auditivo tiver um programa automático de ambiente misto. A Figura 7 mostra um mapa conceitual dos elementos a serem considerados. O programa automático do aparelho auditivo será composto por: a) um sistema de classificação para caracterizar o cenário de escuta, b) um mecanismo de direcionamento para ajustar as características adaptativas e c) as características individuais de processamento de sinal adaptativo. Nosso novo sistema automático, encontrado em produtos na plataforma Blu, Integra OS, reúne esses aspectos que contribuem para o desempenho sonoro alcançado. Além disso, o HCP ou cliente desejará fazer ajustes no desempenho, e o cenário de escuta e a intenção do ouvinte influenciarão onde e quando os ajustes devem ser aplicados no aparelho auditivo. Esses dois últimos pontos (onde e quando) são desafiadores.

Deve um ajuste ser aplicado a uma situação específica (local), a todas as situações semelhantes (local genérico) ou a todas as situações (global)?
Por quanto tempo o ajuste deve ser aplicado? Esta é uma mudança momentânea que será removida após um período de tempo (volátil) ou a mudança deve ser aplicada para sempre (persistente). Um terceiro mecanismo poderia ser lembrar quando um ajuste foi aplicado à mesma situação várias vezes e então aprender a aplicar o ajuste automaticamente.

Figura 7

Figura 7. Modelo mental para programa automático de “adaptação”.

Na Unitron, decidimos adotar uma abordagem de duas frentes para oferecer ajustabilidade ao usuário. Esperamos que o desempenho no programa automático esteja bem alinhado com as expectativas do cliente. Há duas opções caso o usuário queira alterar o desempenho sonoro:

Permanecer no programa automático e aplicar macromodificadores voláteis globais. Esses ajustes são aplicados ao programa automático, são aplicados no momento e são temporários.
Mude para um programa manual apropriado (ou programa de aplicativo opcional) e faça ajustes persistentes "genéricos locais" adicionais. Ajustes no programa manual são permanentes, ou seja, da próxima vez que o cliente selecionar o mesmo programa manual, as configurações previamente modificadas serão aplicadas. A suposição é que o cliente selecionará o mesmo programa manual para situações semelhantes nas quais o mesmo desempenho sonoro é desejado. Nesse sentido, os programas manuais são considerados "genéricos locais", porque o usuário pode selecionar o mesmo programa para várias situações semelhantes.

Como, no uso diário, o aparelho auditivo está no programa automático, o cliente provavelmente fará primeiro um ajuste no programa automático. Nesse caso, oferecemos um botão simples para fornecer “mais”:

com a dimensão Nitidez — para melhorar a ênfase de fala em uma conversa ou
ao longo da dimensão do Conforto – para reduzir o ruído de fundo.

Os botões de impulso no aplicativo Remote Plus para o programa automático são controles macro que ajustam uma variedade de recursos de processamento de sinal adaptativo e permitem que o usuário faça um ajuste rápido sem precisar pensar em quais configurações individuais ajustar. Esses controles são temporários e destinam-se à aplicação no momento, sem abandonar o programa automático. As configurações originais são restauradas quando o cliente reinicia os instrumentos.

Se os controles macro no programa automático não fornecerem um desempenho sonoro satisfatório, o cliente pode selecionar um programa opcional (ou programa manual) através do aplicativo que seja adequado para a situação. A Unitron oferece uma gama de programas pré-definidos para cobrir situações comuns que podem representar um desafio para o ouvinte. Cada programa oferece uma configuração predefinida adequada para o cenário de audição e esses programas podem ser personalizados ainda mais. O usuário pode ajustar o programa com base em suas preferências individuais para as três dimensões de foco, aprimorando a fala e reduzindo o ruído, usando os controles deslizantes no aplicativo. Nesse caso, as alterações são persistentes e consideradas como locais genéricos, ou seja, adequadas para situações de escuta semelhantes (ex. restaurante).

Resumo

Um dos principais objetivos no desenvolvimento do Blu foi facilitar o processo de personalização tanto para o profissional de cuidados auditivos quanto para o cliente. Nossas metas eram:

facilitar para o fonoaudiólogo realizar ajustes significativos no desempenho sonoro, em um programa automático que funcione em um modo misto, em grande parte do tempo.
disponibilizar para o fonoaudiólogo as configurações preferidas do paciente (após o ajuste), em um software de adaptação, para que possa orientar e auxiliar o cliente, conforme eles trabalham juntos para melhorar a adaptação.
fornecer para o paciente a capacidade de modificar o desempenho do aparelho, no momento, utilizando um aplicativo.

Três componentes principais que contribuem para tornar a plataforma Blu uma solução completa oferecendo um alto grau de personalização, são:

O que: Reconhece de que a capacidade de ajuste deve oferecer mudanças nas dimensões significativas: foco, ênfase de fala e redução de ruído.

Como: Reduz a classificação de um modelo de ambiente misto, com seis destinos, para um espaço bidimensional de comunicação/complexidade, simplificando, assim, o modelo conceitual para a aplicação de ajustes.

Onde e quando: Utilize um modelo mental simples de aplicabilidade de ajustes do usuário. As alterações temporárias são aplicadas ao programa automático. Além disso, o cliente possui uma variedade de programas de aplicativos opcionais que mantêm alterações para permitir que o cliente ajuste ainda mais o desempenho em situações específicas quando não estiver totalmente satisfeito com o desempenho sonoro do programa automático.

Todos os dias navegamos por um mundo de caminhos improvisados e desvios não planejados. Com a família de dispositivos Moxi Blu e a última geração de otimização automática de som, além de capacidades de personalização aprimoradas agora disponíveis no aplicativo Remote Plus, seus clientes estarão preparados para onde quer que a vida os leve.

Referências

Danielle Glista, PhD, Robin O’Hagan, CDA, Leonard Cornelisse, MSc, Tayyab Shah, PhD, Donald Hayes, PhD, Sean Doherty, PhD, Jason Gilliland, PhD, and Susan Scollie, PhD, 2020, Combining passive and interactive techniques in tracking auditory ecology in hearing aid use, May 2020, Hearing Review online, https://www.hearingreview.com/inside-hearing/research/techniques-in-tracking-auditory-ecology-in-hearing-aid-use

Leonard Cornelisse, 2017, A conceptual framework to align sound performance with the listener’s needs and preferences to achieve the highest level of satisfaction with amplification, Unitron Technical Paper (2017-09 027-6249-02)

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