Jaké typy sluchadel existují? Jak vybrat správné sluchadlo? Typy a vlastnosti sluchadel.

Pomocí zvukových signálů člověk přijímá až 10 % informací.

Charakteristické vlastnosti sluchového analyzátoru jsou následující schopnosti:

• - být připraven kdykoli přijímat informace;
• - vnímat zvuky v širokém rozsahu frekvencí a vybírat ty potřebné;
• - určit se značnou přesností umístění zdroje zvuku.

V tomto ohledu se sluchová prezentace informací provádí v případech, kdy je možné použít specifikované vlastnosti sluchového analyzátoru. Nejčastěji se sluchové signály používají k zaměření pozornosti lidské obsluhy (varovné signály a signály nebezpečí), k předání informací lidskému operátorovi, který je v pozici, která mu nezajišťuje dostatečnou viditelnost řídicího objektu, palubní desky, hlídače, hlídače, hlídače, hlídače, úkrytu, hlídače, hlídače, hlídače, návěsu. atd. pro práci, jakož i pro odlehčení zrakového ústrojí.

Pro efektivní využití sluchové formy prezentace informací je nezbytná znalost vlastností sluchového analyzátoru. Vlastnosti sluchového analyzátoru operátora se projevují ve vnímání zvukových signálů. Z fyzikálního hlediska se zvuky šíří mechanické oscilační pohyby ve slyšitelném frekvenčním rozsahu.

Mechanické vibrace jsou charakterizovány amplitudou a frekvencí. Amplituda je největší hodnota pro měření tlaku během kondenzací a řídnutí. Frekvence/ - počet úplných kmitů za sekundu. Jeho měrnou jednotkou je hertz (Hz) – jedna vibrace za sekundu. Amplituda vibrací určuje velikost akustického tlaku a intenzitu zvuku (neboli intenzitu zvuku). Akustický tlak se obvykle měří v pascalech (Pa).

Hlavní nastavení (charakteristiky) zvukové signály (oscilace):

• - intenzita (amplituda);
• - frekvence a tvar, které se odrážejí ve zvukových vjemech, jako je hlasitost, výška a zabarvení.

Dopad zvukových signálů na analyzátor zvuku je určen hladinou akustického tlaku (Pa). Intenzita (síla) zvuku (W/m) je určena hustotou toku zvukové energie (hustota výkonu).

Pro charakterizaci veličin, které určují vnímání zvuku, nejsou důležité ani tak absolutní hodnoty intenzity zvuku a akustického tlaku, ale spíše jejich vztah k prahovým hodnotám (V0 = 10-12 W/m2 nebo P0 = = 2 o 10~° Pa). Decibely (dB) se používají jako takové relativní jednotky měření:

Kde b - úroveň intenzity zvuku a akustického tlaku; ] A R - intenzita zvuku a akustický tlak/o a P0 - jejich prahové hodnoty.

Intenzita zvuku klesá nepřímo úměrně druhé mocnině vzdálenosti; když se vzdálenost zdvojnásobí, sníží se o 6 dB. Absolutní práh slyšitelnosti zvuku je (akceptován) 2 o 10~5 Pa (10-12 W/m2) a odpovídá úrovni 0 dB.

Použití decibelové stupnice je pohodlné, protože téměř celý rozsah slyšitelných zvuků spadá do méně než 140 dB (obr. 2.11).

Hlasitost - charakteristika sluchového vjemu, která nejblíže souvisí s intenzitou zvuku. Úroveň hlasitosti je vyjádřena v pozadí. Pozadí se číselně rovná úrovni

Rýže. 2.11.

akustický tlak v dB pro čistý tón o frekvenci 1000 Hz. Diferenciální citlivost na změny hlasitosti K= (L///) je pozorován ve frekvenčním rozsahu 500-1000 Hz. Charakteristika dráždivého účinku zvuku úzce souvisí s charakteristikou hlasitosti. Pocit nepříjemnosti zvuků se zvyšuje s jejich hlasitostí a frekvencí.

Minimální požadovaná úroveň konkrétního zvuku Pro vyvolat sluchový vjem v nepřítomnosti hluku se nazývá absolutní práh sluchu. Jeho hodnota závisí na typu zvuku (frekvence, trvání, tvar signálu), způsobu jeho provedení a subjektivních vlastnostech sluchového analyzátoru operátora. Absolutní práh sluchu má tendenci s věkem klesat (obr. 2.12).

Výška zvuku, stejně jako jeho hlasitost, charakterizuje zvukový vjem operátora. Frekvenční spektrum sluchových vjemů sahá od 16-20 do 20 000^22 000 Hz. V reálných podmínkách člověk vnímá zvukové signály na určitém akustickém pozadí. V tomto případě může pozadí maskovat užitečný signál. Účinek maskování je dvojí. V některých případech může pozadí maskovat užitečný (potřebný) signál a v některých případech může signál zlepšit

Rýže. 2.12.

statické prostředí. Je tedy známo, že existuje tendence maskovat vysokofrekvenční tón tónem nízkofrekvenčním, který je pro člověka méně škodlivý.

Sluchový analyzátor je schopen zaznamenat i drobné změny frekvence vstupního zvukového signálu, tzn. má selektivitu, která závisí na hladině akustického tlaku, frekvenci a trvání zvukového signálu. Minimální znatelné rozdíly jsou 2-3 Hz a vyskytují se při frekvencích nižších než 10 Hz, u frekvencí nad 10 Hz jsou minimální znatelné rozdíly cca 0,3 % frekvence zvukového signálu. Selektivita se zvyšuje při úrovni hlasitosti 30 dB nebo více a délce zvuku přesahující 0,1 s. Minimálně patrné rozdíly ve frekvenci zvukového signálu se při periodickém opakování výrazně snižují. Za optimální jsou považovány signály opakující se při frekvenci 2-3 Hz. Slyšitelnost, a tedy i detekovatelnost zvukového signálu závisí na délce jeho zvuku. Pro detekci tedy musí zvukový signál trvat alespoň 0,1 s.

Spolu s uvažovanými zvukovými signály používá řízení řečové signály k přenosu informací nebo řídicích příkazů od operátora k operátorovi. Důležitou podmínkou pro vnímání řeči je rozlišení délky a intenzity jednotlivých zvuků a jejich kombinací. Průměrná doba trvání vyslovování samohlásky je přibližně 0,36 s, souhlásky 0,02-0,03 s. Vnímání a porozumění řečovým sdělením výrazně závisí na tempu jejich přenosu a přítomnosti intervalů mezi slovy a frázemi. Optimální rychlost je 120 slov za minutu, intenzita řečových signálů by měla převyšovat intenzitu hluku o 6,5 dB. Při současném zvýšení úrovně řečových signálů a šumu v konstantním poměru je zachována srozumitelnost řeči a dokonce se mírně zvyšuje. Při výrazném zvýšení úrovně řeči a hluku na 120 a 115 dB se srozumitelnost řeči zhoršuje o 20 %. Rozpoznávání řečových signálů závisí na délce slova. Jednoslabičná slova jsou tedy rozpoznána ve 13 % případů, šestislabičná slova - ve 41 %. To se vysvětluje přítomností velkého počtu identifikačních znaků ve složitých slovech. Dochází ke zvýšení přesnosti rozpoznávání slov začínajících na samohlásku až o 10 %. Při přechodu na fráze operátor nevnímá jednotlivá slova nebo jejich kombinace, ale sémantické gramatické struktury, na jejichž délce (do úrovně 11 slov) nezáleží.

Je užitečné vědět, že použité stereotypní fráze a frazeologické jednotky jsou rozpoznávány mnohem hůře, než by se dalo čekat. Zvýšení počtu alternativních slov, možných kombinací slov a frází zvyšuje přesnost rozpoznávání. Zařazení frází, které umožňují nejednoznačnost při interpretaci jejich sémantického obsahu, však vede ke zpomalení procesu vnímání.

Otázka organizace zvukové a řečové interakce „operátor – operátor“, „technické prostředky – operátor“ tedy není triviální a její optimální řešení má významný dopad na bezpečnost výrobních procesů.

Ve sluchovém vjemu existují výška, hlasitost a zabarvení zvuku . Tyto charakteristiky sluchového vjemu souvisí s frekvencí, intenzitou a harmonickým spektrem – objektivní charakteristikou zvukové vlny. Účelem systému měření zvuku je navázat toto spojení a umožnit tak při studiu sluchu u různých lidí jednotně porovnávat subjektivní hodnocení sluchového vjemu s objektivními daty měření.

Rozteč - subjektivní charakteristika určená frekvencí jeho základního tónu: čím vyšší frekvence, tím vyšší zvuk.

V mnohem menší míře závisí výška na intenzitě vlny: při stejné frekvenci je silnější zvuk vnímán jako nižší.

Zabarvení zvuku je téměř výhradně určeno jeho spektrálním složením. Například ucho rozlišuje stejnou notu hranou na různé hudební nástroje. Zvuky řeči, které jsou u různých lidí stejné v základních frekvencích, se také liší barvou. Zabarvení je tedy kvalitativní charakteristika sluchového vjemu, určovaná především harmonickým spektrem zvuku.

Hlasitost zvuku E - to je úroveň sluchového vjemu nad jeho prahem. Záleží především na intenzita zvuk. Přestože je hlasitost subjektivní, lze ji kvantifikovat porovnáním sluchového vjemu ze dvou zdrojů.

Úrovně intenzity zvuku a úrovně hlasitosti. Jednotky. Weber-Fechnerův zákon.

Zvuková vlna vytváří pocit zvuku, když intenzita zvuku překročí určitou minimální hodnotu nazývanou práh slyšitelnosti. Zvuk, jehož síla leží pod prahem slyšitelnosti, není sluchem vnímán: na to je příliš slabý. Práh sluchu je pro různé frekvence různý (obr. 3). Lidské ucho je nejcitlivější na vibrace s frekvencemi v oblasti 1000 - 3000 Hz; pro tuto oblast dosahuje práh sluchu hodnoty řádu já 0= 10 -12 W/m2. Ucho je mnohem méně citlivé na nižší a vyšší frekvence.

Velmi silné vibrace, řádově několik desítek W/m2, již nejsou vnímány jako zvuk: způsobují hmatový pocit tlaku v uchu, který pak přechází v bolestivý pocit. Maximální hodnota intenzity zvuku, nad kterou dochází k bolesti, se nazývá práh doteku resp práh bolesti (obr. 3). Při frekvenci 1 kHz se rovná I m = 10 W/m 2.

Práh bolesti je pro různé frekvence různý. Mezi prahem sluchu a prahem bolesti leží oblast slyšitelnosti znázorněná na obrázku 3.

Rýže. 3. Diagram slyšitelnosti.

Poměr intenzity zvuku pro tyto prahové hodnoty je 10 13 . Je vhodné použít logaritmickou stupnici a porovnávat nikoli hodnoty samotné, ale jejich logaritmy. Obdrželi jsme stupnici úrovní intenzity zvuku. Význam já 0 jako počáteční úroveň stupnice jakákoli jiná intenzita já vyjádřeno pomocí desetinného logaritmu jeho poměru k já 0 :

Logaritmus poměru dvou intenzit se měří v belah (B).

Bel (B)— jednotka stupnice úrovně intenzity zvuku, která odpovídá změně úrovně intenzity o faktor 10. Spolu s bílými jsou široce používány decibely (dB), v tomto případě by měl být vzorec (6) zapsán takto:

	0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 dB

Rýže. 4. Intenzity některých zvuků.

Vytvoření stupnice úrovně hlasitosti je založeno na důležitém psychofyzikálním zákonu Weber-Fechnera. Pokud podle tohoto zákona zvýšíme dráždění v geometrické progresi (tedy stejným počtemkrát), pak se vjem tohoto dráždění zvýší v aritmetické progresi (tedy o stejnou hodnotu).

Elementární přírůstek dE hlasitost zvuku je přímo úměrná poměru přírůstků dl intenzitu na intenzitu samotnou já zvuk:

Kde k- koeficient úměrnosti v závislosti na frekvenci a intenzitě.

Poté úroveň hlasitosti E daného zvuku se určí integrací výrazu 8 přes určitou nulovou úroveň já 0 na danou úroveň já intenzita.

Tím pádem, Weber-Fechnerův zákon je formulován následovně:

Úroveň hlasitosti daného zvuku (při určité frekvenci zvukových vibrací) je přímo úměrná logaritmu poměru jeho intenzity I ocenit já 0 , odpovídající prahu sluchu:

K charakterizaci hladin akustického tlaku se také používá srovnávací stupnice, stejně jako jednotka bel a decibel.

Jednotky pro měření úrovně hlasitosti mají stejné názvy: bel a decibel, ale pro odlišení od stupnice úrovně intenzity zvuku se decibely na stupnici úrovně hlasitosti nazývají decibely. pozadí (F).

Zvonek - změna úrovně hlasitosti tónu o frekvenci 1000 Hz, když se úroveň intenzity zvuku změní 10krát. Pro tón 1000 Hz jsou číselné hodnoty úrovně hlasitosti a úrovně intenzity v belech stejné.

Pokud sestavíte křivky pro různé úrovně hlasitosti, např. v krocích po 10 pozadích, získáte systém grafů (obr. 1.5), který umožňuje zjistit závislost úrovně intenzity zvuku na frekvenci při libovolné úrovni hlasitosti .

Obecně platí, že systém křivek stejné hlasitosti odráží vztah mezi frekvencí, úrovní intenzity a úrovní hlasitosti zvuku a umožňuje použít dvě známé z těchto veličin k nalezení třetí - neznámé.

Studium sluchové ostrosti, tedy citlivosti sluchového orgánu na zvuky různých výšek, se nazývá audiometrie. Studie obvykle nachází body na křivce prahu sluchu na frekvencích hraničících s oktávami. Oktáva je interval výšek, ve kterém je poměr krajních frekvencí roven dvěma. Existují tři hlavní metody audiometrie: testování sluchu pomocí řeči, ladičky a audiometr.

Nazývá se graf prahu sluchu versus frekvence zvuku audiogram. Ztráta sluchu se stanoví porovnáním audiogramu pacienta s normální křivkou. V tomto případě použité zařízení - audiometr - je zvukový generátor s nezávislým a jemným nastavením frekvence a intenzity zvuku. Přístroj je vybaven telefony pro vedení vzduchu a kostí a signálním tlačítkem, kterým subjekt zaznamená přítomnost sluchového vjemu.

Pokud koeficient k byl stálý, pak od L B A E Z toho by vyplývalo, že logaritmická stupnice intenzit zvuku odpovídá stupnici hlasitosti. V tomto případě by se hlasitost zvuku, stejně jako intenzita, měřila v belech nebo decibelech. Nicméně silná závislost k z frekvence a intenzity zvuku neumožňuje redukovat měření hlasitosti na jednoduché použití vzorce 16.

Obvykle se předpokládá, že při frekvenci 1 kHz se stupnice hlasitosti a intenzity zvuku zcela shodují, tzn. k = 1 A

Hlasitost na jiných frekvencích lze měřit porovnáním zvuku, který nás zajímá, se zvukem o frekvenci 1 kHz. K tomu je pomocí generátoru zvuku vytvořen zvuk o frekvenci 1 kHz. Intenzita tohoto zvuku se mění, dokud nevznikne sluchový vjem, podobný vjemu hlasitosti studovaného zvuku. Intenzita zvuku o frekvenci 1 kHz v decibelech, měřená zařízením, se bude rovnat hlasitosti tohoto zvuku na pozadí.

Spodní křivka odpovídá intenzitám nejslabších slyšitelných zvuků – prahu slyšitelnosti; pro všechny frekvence Ef = 0 F, pro intenzitu zvuku 1 kHz I 0 = 10 - 12W/m2(Obr..5.). Z výše uvedených křivek je vidět, že průměrné lidské ucho je nejcitlivější na frekvence 2500 - 3000 Hz. Horní křivka odpovídá prahu bolesti; pro všechny frekvence E f » 130 F, pro 1 kHz Já = 10 W/m2 .

Každá mezikřivka odpovídá stejné hlasitosti, ale různé intenzitě zvuku pro různé frekvence. Jak bylo uvedeno, pouze pro frekvenci 1 kHz se hlasitost zvuku v pozadí rovná intenzitě zvuku v decibelech.

Pomocí křivky stejné hlasitosti můžete najít intenzity, které při určitých frekvencích způsobují pocit této hlasitosti.

Intenzita zvuku o frekvenci 200 Hz nechť je například 80 dB.

Jaká je hlasitost tohoto zvuku? Na obrázku najdeme bod se souřadnicemi: 200 Hz, 80 dB. Leží na křivce odpovídající úrovni hlasitosti 60 F, což je odpověď.

Energie odpovídající běžným zvukům jsou velmi malé.

Pro ilustraci lze uvést následující zajímavý příklad.

Kdyby 2 000 lidí nepřetržitě mluvilo po dobu 1,5 hodiny, energie jejich hlasu by stačila k uvaření jedné sklenice vody.

Rýže. 5. Úrovně hlasitosti pro zvuky různé intenzity.

V řídicích systémech přichází podstatná část informací k člověku ve formě zvukových signálů. Pocity odrážející tyto signály jsou způsobeny působením zvukové energie na sluchový analyzátor. Skládá se z ucha, sluchového nervu a složitého systému nervových spojení a mozkových center. Přístroj označovaný termínem „ucho“ zahrnuje: vnější (zařízení pro sběr zvuku), střední (zařízení pro přenos zvuku) a vnitřní (zařízení pro příjem zvuku) ucho. Ucho vnímá určité frekvence zvuků díky funkční schopnosti vláken jeho membrány rezonovat. Fyziologický význam vnějšího a středního ucha spočívá ve vedení a zesilování zvuků. Lidský sluchový analyzátor zachycuje tvar vlny, frekvenční spektrum čistých tónů a šumů, provádí analýzu a syntézu v určitých mezích frekvenčních složek zvukové stimulace, detekuje a identifikuje zvuky v širokém rozsahu intenzit a frekvencí. Sluchový analyzátor umožňuje rozlišit zvukové podněty a určit směr zvuku a také vzdálenost jeho zdroje. Zdrojem zvukových vln může být jakýkoli proces, který způsobí lokální změnu tlaku nebo mechanického namáhání v médiu. Lidské sluchadlo vnímá vibrace o frekvenci 16 Hz - 20 kHz jako slyšitelný zvuk; ucho je nejcitlivější na vibrace v oblasti středních frekvencí – od 1000 do 4000 Hz. Zvuky o frekvencích pod 16 Hz se nazývají infrazvuky a zvuky nad 20 kHz se nazývají ultrazvuk. Infrazvuky a ultrazvuky mohou mít také vliv na tělo, ale není doprovázeno sluchovým vjemem.

Fyzikálně je zvuk charakterizován amplitudou (intenzitou), frekvencí a tvarem zvukové vlny. Za intenzitu zvukového signálu se obvykle považuje síla zvuku ve W/m2. Vzhledem k tomu, že síla zvuku je úměrná druhé mocnině akustického tlaku, v praxi psychofyziologické akustiky se nejčastěji používá samotný akustický tlak, vyjádřený v decibelech od počáteční hladiny rovné 2x10-5 Pa. Síla zvuku v decibelech je určena výrazem

kde J je síla zvuku daného signálu; J 0 - počáteční úroveň síly zvuku referenčního signálu.

Od té doby

kde a je koeficient proporcionality; P zvuk - akustický tlak; - počáteční úroveň tlaku.

Tlak 210 -5 Pa při frekvenci 2000 Hz odpovídá intenzitě zvuku 10 ~ 12 W/m2 a je považován za absolutní práh analyzátoru zvuku.

V reálných provozních podmínkách musí člověk vnímat zvukové signály na tom či onom pozadí. V tomto případě může pozadí maskovat užitečný signál, což přirozeně komplikuje jeho detekci. Při vývoji a konstrukci akustických indikátorů je jedním z nejdůležitějších úkol potírání maskovacího efektu a hledání optimálního poměru intenzity užitečného signálu k intenzitě hluku (pozadí).

Hlavními kvantitativními charakteristikami sluchového analyzátoru jsou absolutní a diferenciální prahové hodnoty. Spodní absolutní práh odpovídá intenzitě zvuku v decibelech detekované subjektem s pravděpodobností 0,5; horní práh je intenzita, při které se objevují různé pocity bolesti (lechtání, brnění, závratě atd.). Mezi nimi je oblast vnímání řeči (obr. 11.7).

Rýže. 11.7. Čáry stejného objemu.

Rýže. 11.8. Diferenciální prahy sluchového analyzátoru:

a - podle intenzity (D 13); b- podle frekvence (DF).

Zvuky, které mají různou intenzitu, člověk hodnotí jako stejně hlasité, pokud se liší i jejich frekvence. Například tón s intenzitou 120 dB a frekvencí 10 Hz je posuzován jako hlasitostně shodný s tónem o intenzitě 100 dB a frekvenci 1000 Hz. Pokles intenzity je tedy jakoby kompenzován zvýšením frekvence. Subjektivní vjem intenzity zvuku se nazývá hlasitost a měří se ve fonech. Úroveň hlasitosti v pozadí se číselně rovná intenzitě zvuku v decibelech pro čistý tón o frekvenci 1000 Hz, vnímaný stejně hlasitě jako daný zvuk.

Velikost jemného přídavku k původnímu zvukovému podnětu závisí nejen na jeho intenzitě, ale také na frekvenci. Ve střední části rozsahu změn frekvence a intenzity zvuku je hodnota prahu diferenciální energie přibližně konstantní a činí 0,1 počáteční intenzity podnětu (obr. 11.8, a).

Diferenciální frekvenční práh závisí jak na frekvenci původního zvuku, tak na jeho intenzitě. V rozsahu od 60 do 2000 Hz při intenzitě zvuku nad 30 dB je absolutní hodnota jemného nárůstu přibližně 2 - 3 Hz. U zvuků nad 2000 Hz se tato hodnota prudce zvyšuje a mění se úměrně se zvyšováním frekvence (obr. 11.8, b). Relativní hodnota rozdílového prahu pro zvuky v zóně 200-16000 Hz je téměř konstantní a rovná se přibližně 0,002. Když intenzita zvuku klesne pod 30 dB, práh rozdílu se prudce zvýší.

Časový práh citlivosti akustického analyzátoru, tj. doba trvání zvukového podnětu nutná pro vznik vjemu, stejně jako prahové hodnoty pro hlasitost a výšku, není konstantní hodnotou. Snižuje se s rostoucí intenzitou i frekvencí. Při dostatečně vysoké intenzitě (30 dB a více) a frekvenci (1000 Hz nebo více) nastává sluchový vjem již při trvání zvukového podnětu pouze 1 ms. Když se však intenzivní zvuk stejné frekvence sníží na 10 dB, časový práh dosáhne 50 ms. Snížení frekvence má podobný účinek.

Posouzení hlasitosti a výšky velmi krátkých zvuků je obtížné. Při trvání sinusového tónu 2 - 3 ms člověk pouze zaznamená jeho přítomnost, ale nemůže určit jeho kvality. Jakýkoli zvuk je hodnocen pouze jako „cvaknutí“. Jak se délka zvuku prodlužuje, sluchový vjem se postupně stává jasnějším: člověk začíná rozlišovat mezi výškou a hlasitostí. Minimální čas potřebný pro zřetelný vjem výšky je přibližně 50 ms.

Rozlišení dvou zvuků frekvencí a intenzitou závisí také na jejich poměru trvání a na intervalu mezi nimi. Zvuky stejné délky jsou zpravidla rozlišovány přesněji než nestejné.

Akustický analyzátor také poskytuje odraz a polohu zdroje zvuku v prostoru: jeho vzdálenost a směr vzhledem k předmětu.

Prahové hodnoty závisí na době prezentace signálu, poloze hlavy subjektu, adaptaci a změně v čase pro stejný subjekt. Tyto změny mohou být až 5 dB za 0,5 min, přičemž za některých podmínek nemusí být výrazná tendence ke zvýšení nebo snížení prahové hodnoty ani po dobu jedné hodiny. Porovnání denních změn prahů získaných za určité časové období s průměrnými daty těchto změn ukazuje, že kolísání změn je 3-4krát vyšší než průměr. Někdy se práh může změnit i během několika sekund. Pokud se podnět skládá z pěti signálů stejného tónu o délce 0,4 s, které následují za sebou v intervalu 0,6 s, pak všechny budou vnímány pouze v intenzitě 6 dB nad absolutním prahem, kdy žádný z nich není slyšet. signály. Trvání signálu má významný vliv na prahovou hodnotu. Pro sinusové signály středních a vysokých frekvencí v rozsahu trvání od 10 do 100 - 200 ms tedy zdvojnásobení doby trvání vede ke snížení prahu o 3 dB.

Specifickým typem sluchové percepce je percepce řečových sdělení. Řeč je jedním z nejúčinnějších historických prostředků přenosu informací k člověku. Otázka vlastností řečových signálů vyvstává především při vývoji zařízení určeného k přenosu informací od člověka k člověku. Jeho význam se však neomezuje pouze na toto. V souvislosti s rozvojem syntetické telefonie se otevírá možnost využití řečových signálů také při výměně informací mezi člověkem a strojem.

Problém řeči má v psychologii zásadní význam. Objevuje se v té či oné podobě při studiu smyslových procesů, paměti, duševního jednání, motoriky, osobnostních rysů atd. Data nashromážděná v experimentální psychologii umožnila odhalit řadu významných aspektů mechanismů vnímání řeči a produkce řeči. Sloužily jako základ pro nastolení problému řečové komunikace z hlediska inženýrské psychologie.

Úkoly sdělovací techniky vyžadovaly studium závislosti vnímání řečových signálů na jejich akustických vlastnostech, zjišťování srozumitelnosti řeči v hlukových podmínkách, hledání cest ke zvýšení srozumitelnosti atd.

Průběh je funkce, která spojuje okamžitý tlak řeči s časem. Tlak řeči je síla, kterou řečová vlna tlačí na jednotkovou plochu, obvykle kolmou na rty mluvčího a umístěnou v libovolné, ale specifické oblasti ve vztahu k mluvčímu, ve vzdálenosti 1 m od něj.

Zvuk řeči je složitý. Zahrnuje řadu alikvotů, které jsou v harmonickém vztahu k základnímu tónu (harmonikám). Pro zlepšení srozumitelnosti řeči zvyšte její intenzitu.

Důležitou podmínkou pro vnímání řeči je rozlišení délky výslovnosti jednotlivých hlásek a jejich kombinací. Průměrná doba trvání samohláskové výslovnosti je přibližně 0,35 s. Doba trvání souhlásek se pohybuje od 0,02 do 0,3 s. Při vnímání toku řeči je zvláště důležité rozlišovat intervaly mezi slovy nebo skupinami slov. Vyloučení pomlk nebo jejich nesprávné umístění může vést ke zkreslení významu vnímané řeči.

Řeč má nejen akustické, ale i některé další specifické vlastnosti. Slovo má určité fonetické, fonemické, slabičné, morfologické složení, je určitým slovním druhem a nese určitou sémantickou zátěž. Důležitým faktorem ovlivňujícím rozpoznávání slov je jejich frekvenční charakteristika. Čím častěji se slovo vyskytuje, tím nižší je poměr řeči k šumu, který je rozpoznán.

Při vnímání jednotlivých slabik a slov hraje významnou roli jejich fonetická charakteristika; Při vnímání frází vstupují do hry syntaktické závislosti a fonetické závislosti ustupují do pozadí.

Posluchač vnímá syntaktické spojení mezi slovy, což mu pomáhá rekonstruovat sdělení zničené hlukem. Abstrahujeme-li od lexikálně-sémantických charakteristik slovních spojení a uvedeme pouze spojovací model, ukáže se, že posluchač nejsnáze uchopí shodu, pak kontrolu a nakonec sousedství. Je zajímavé, že stereotypní slovní spojení a frazeologické jednotky jsou rozpoznávány výrazně hůře, než by se dalo očekávat na základě pravděpodobnostního modelu vnímání. Přílišné zúžení kombinačních možností slova omezuje možnost vyhledávání. Zvýšením počtu možných odpovědí se jakoby rozšíří „vyhledávací zóna“ a tím se zvýší pravděpodobnost správné identifikace. To opět potvrzuje postoj, že naslouchání je aktivní proces.

Při přechodu k frázím se posluchač začne soustředit nikoli na jednotlivé prvky věty, ale na celý její složitý gramatický rámec.

Bylo také studováno vnímání řečových zpráv, které obsahovaly fráze, které jsou náchylné k nejednoznačné interpretaci (způsobující „sémantický šum“). Ukázalo se, že za těchto podmínek se proces vnímání zpomaluje a vzniká potřeba znovu vnímat ty části textu, které předcházejí kritické frázi. Během vnímání člověk, překonávající nejednoznačnost, transformuje fráze.

Prezentovaná data ukazují, že naslouchání je víceúrovňový proces, který kombinuje fonetickou, syntaktickou a sémantickou úroveň. V tomto případě hrají prim vyšší úrovně určující průběh celého poslechového procesu, na který je třeba pamatovat při organizaci řečových sdělení.

Kvalitu vnímání a porozumění řečovým sdělením operátorem ovlivňují dva hlavní integrální faktory: správná konstrukce zvukového textu a organizace řečového sdělení.

Audiotext je text určený k sémantickému vnímání sluchem. Zvuková řečová komunikace v činnosti operátora má velmi často právě tuto formu logického a sémantického spojování jednotlivých slov a vět do sémantických bloků - superfázových jednotek (SFU). Porozumění zvukovému sdělení je do značné míry dáno působením dvou faktorů: logicko-sémantické struktury zvukového textu a jeho paralingvistické realizace (rychlost řeči, distribuce frází, intonace).

Logická a sémantická struktura zvukového textu je určena způsobem, jakým jsou myšlenky vyjádřeny. Za nejoptimálnější je považován deduktivní způsob jejich prezentace (od obecného ke konkrétnímu), ve kterém první věta směřuje auditora k vnímání určitého tématu, poté následuje řada konkrétních ustanovení, která dokládají správnost předpoklady závěrů. V psycholingvistickém výzkumu při analýze textů vycházejí z následujících ustanovení:

■ rozdělení celého textu do sémantických bloků - SFU;

■ prezentace schématu celého textu ve formě logického řetězce, což je rámeček, na kterém je celý text jakoby navlečen;

■ výpočet informací ve vybraných SFU pomocí některých formalizovaných postupů.

Informační hodnotu zvukového textu lze zvýšit úplným nebo částečným opakováním, zejména klíčových slov v SFU. To zajišťuje redundanci zpráv a odolnost proti šumu. Při organizaci audiotextu má velký význam také volba slov pro uspořádání textů a volba gramatických struktur. Textový slovník by měl být co nejvíce omezen provozními podmínkami: čím menší je, tím vyšší je odolnost zvukového textu proti šumu. Všechna slova musí být jasná a známá, frekvence jejich výskytu musí být vysoká. Gramatické struktury a spojení mezi slovy by měly být jasné a jednoduché. Jakákoli komplikace vede ke zhoršení porozumění a srozumitelnosti. Určitý význam má délka audiotextových vět (ne více než 9-11 slov) a uspořádání sémantických bloků (ne více než 7). V opačném případě bude RAM přetížena.

Organizace řečové zprávy zahrnuje její konstrukci ve formě nejvhodnější pro vnímání operátorem. Správná organizace řečové zprávy umožňuje zajistit požadovanou úroveň srozumitelnosti řeči. Odhaduje se procentuálním poměrem počtu prvků přenosu řeči správně přijatých posluchačem k počtu přenášených prvků. Prvky řeči jsou: formanty (oblasti koncentrace energie ve spektru daného zvuku), jednotlivé hlásky (fonémy), slabiky, slova, fráze (fráze).

Srozumitelnost řeči lze určit experimentálně pomocí artikulačních tabulek a výpočtem, na základě srozumitelnosti formantů a známých funkčních závislostí. Standardy srozumitelnosti řeči jsou uvedeny v tabulce. 11.5.

Tabulka 11.5

Standardy srozumitelnosti řeči

Srozumitelnost řeči je nejdůležitější vlastností, která určuje kvalitu jejího vnímání. V tichých podmínkách je hlavním faktorem ovlivňujícím srozumitelnost intenzita. Frekvence hlasu nemá významný vliv na srozumitelnost řeči: vysoké a nízké hlasy jsou srozumitelné stejně dobře. Optimální rozsah intenzity řeči je 40 až 60 dB. Hlavní faktor ovlivňující čitelnost

Rýže. 11.9. Vliv hladiny hluku na srozumitelnost řeči.

řeč v šumových podmínkách je poměr výkonu řeči k výkonu šumu (obr. 11.9). Řeč je obvykle srozumitelná, pokud intenzita řeči překročí intenzitu hluku o 6 dB.

Výběr správných slov má velký vliv na čitelnost. V podmínkách hluku jsou dvouslabičná slova rozpoznána o 30 % lépe než jednoslabičná a tříslabičná o 50 % lépe. Slova s ​​přízvukem na poslední slabice jsou rozpoznána lépe než slova s ​​přízvukem na první slabice. Důležitým faktorem je také pravděpodobnostní charakteristika slov: čím častěji se vyskytuje, tím lépe je rozpoznána. Největší šumovou odolnost vůči bílému šumu mají hlásky R, L, M, N, nejhorší - S, F, C, T, G. Rozpoznávání slov se zvyšuje, pokud začínají samohláskami. Optimální rychlost řeči je od 60 do 80 slov za minutu, přijatelná - až 120 slov za minutu.

Délka fráze by neměla přesáhnout 7±2 slova, což je určeno velikostí paměti RAM. Nejdůležitější slova by měla být umístěna v první třetině fráze. V permisivních frázích a příkazech by mělo být povolení umístěno na konci fráze za obsahem akce, v zakazujících frázích naopak.

Vizuální kontrola (schopnost vidět mluvčího) pomáhá zlepšit srozumitelnost řeči. Když je intenzita řeči vyšší než 85 dB, je efektivní použití tlumičů hluku. Při hladinách nad 95 dB však nemusí být použití tlumičů hluku účinné. Je velmi důležité splnit speciální požadavky na mluvčího: dostatečná intenzita a optimální rychlost řeči; dlouhé trvání slabik; zvýšená variabilita výšek zvuku; převaha (v čase) hlásek řeči spíše než pauzy; opakování přenosu musí mít stejnou strukturu a stejná slova jako v původním případě.

Pomocí řeči se tvoří zvláštní typ signálů nazývaných řečové signály. Jakýkoli signál je nositelem informace (viz kapitola I). Řečový signál a informace, které představuje, se používají při činnosti operátora, a proto jsou předmětem studia inženýrské psychologie v následujících případech:

■ při organizování komunikace mezi operátory (hlasová komunikace);

■ při organizování interakce mezi osobou a počítačem (řečový vstup a výstup informací);

■ při sledování funkčního stavu operátora: analýzou spektrálně-časových charakteristik řeči lze posoudit stav člověka v procesu jeho práce;

■ při organizování výzev pro operátora o nezbytných akcích.

Technologie výroby moderních sluchadel se neustále zlepšuje. Díky audiologům a inženýrům se vyvíjejí sluchadla, která jsou mnohem menší a mají kvalitnější zvuk.

Dnes existují typy sluchadel, které se liší v následujících vlastnostech:

• metodami zvukového vedení - vzduchovým a kostním vedením;
• zesílením příchozího signálu - lineární a nelineární;
• metodami ladění (nastavování) - s ručním laděním a digitálním programováním;
• podle umístění - za uchem (otevřené, RIC), do ucha (intrakanálové, neviditelné), v brýlové obrubě, kapse;
• podle výkonu (intenzita zvuku) - nízký a střední výkon, silný a supervýkonný;
• metodou zpracování signálu - digitální a analogové.

Všechny typy sluchadel mají svůj vlastní soubor výhod, které závisí na velikosti technologie použité v zařízení, stejně jako na designu a snadném použití.

Všechna sluchadla, která dnes existují, lze rozdělit do dvou hlavních skupin:

Podle umístění v uchu (intrakanální, intraaurální, za uchem)

	BTE sluchadlo. BTE sluchadla jsou jednoduchá a spolehlivá zařízení k použití. Jsou umístěny za lidským uchem a dokonale kompenzují všechny možné sluchové vady. Vhodné pro jakoukoli věkovou kategorii.
	Zařízení s otevřeným uchem. V klasifikaci zaušních sluchadel se rozlišují nová zařízení, tzv. otevřený typ (OpenFit - z anglického „open protetika“). Tělo sluchadla je umístěno za uchem a zvuková trubice, která spojuje sluchadlo s uchem, je tak tenká, že je prakticky neviditelná. Díky tomuto tvaru je sluchadlo méně nápadné i ve srovnání s in-ear zařízeními. Sluchadla otevřeného typu mají mimo jiné moderní design, který zlepšuje zrakové vnímání přístroje. Technologicky jsou taková sluchadla jedinečná, protože... Používají se pouze nejmodernější elektronické mikroobvody.
	Sluchadla do uší ITE jsou kompaktní zařízení, která se umísťují do ucha. Jsou větší než in-ear modely a jsou navrženy tak, aby kompenzovaly hlubší poruchy sluchu (v řečové zóně až 100 dB). Tělo vyrobené podle individuálního dojmu přesně kopíruje strukturu ucha, což majiteli zaručuje maximální pohodlí.
	In-canal sluchadla CIC a invisible IIC jsou umístěny uvnitř zvukovodu. Jedná se o nejminiaturnější a nenápadnější modely, které díky svému hlubokému umístění poskytují vynikající kvalitu zvuku, výbornou srozumitelnost, čistotu řeči a nejpřirozenější zvuk. Pouzdro pro takové zařízení je vždy vyrobeno individuálně a zcela kopíruje všechny strukturální vlastnosti zvukovodu. Umístěný hluboko v uchu je takový přístroj pro ostatní prakticky neviditelný a díky novým technologiím dokáže kompenzovat i 4. stupeň ztráty sluchu.
	Telefon ve zvukovodu RIC RIC Telephone in the Ear je nejmenší dostupné BTE sluchadlo, nejnovější pokrok v designu a výrobě sluchadel. V takových zařízeních je přijímač (telefon) umístěn ve speciálním pouzdře a je umístěn přímo ve zvukovodu, aby se stal co nejnenápadnějším a nejpohodlnějším. Taková zařízení se také nazývají stealth zařízení.
	Kapesní sluchadla jsou minulostí a ustupují modelům za uši.
	Zařízení v brýlových obrubách mají kvůli své nepohodlnosti omezené použití.

Podle způsobu zpracování audio signálu (analogový a digitální).

Moderní sluchadla jsou založena na použití pouze digitálních technologií při výrobě sluchadel, protože digitální sluchadla mají oproti analogovým technologiím řadu nepochybných výhod.

Například:

1. vícekanálový je nezbytnou příležitostí k dosažení maximálního výsledku ze sluchadel v případě frekvenčně nerovnoměrné ztráty sluchu (různé na různých frekvencích).
2. přítomnost dvou nebo tří mikrofonů, které mění svůj směr, zlepšuje srozumitelnost řeči v hluku.
3. multiprogramování - sluchadlo je nakonfigurováno pro práci v různých akustických situacích, jako je hluk, řeč v hluku, řeč na dálku atd.
4. Redukce šumu je velmi důležitá pro zlepšení srozumitelnosti řeči v hluku a také pro celkový komfort.
5. odstranění nepříjemného zvuku vlastního hlasu.
6. potlačení šumu nízkého vstupního signálu (šum počítače, hluk z ulice).
7. ovládat zařízení pomocí dálkového ovladače.
8. odstranění nepříjemného pískání (zpětné vazby), které se nevyhnutelně objevuje při provozu sluchadla.

Odborné znalosti a zkušenosti odborníka, moderní vybavení pro diagnostiku sluchu, kvalitní sluchadla umožňují každému pacientovi zlepšit jeho zvukové vnímání světa, aby se společensky adaptoval.

Technické vlastnosti sluchadel rozlišují třídy a modely sluchadel a jsou hlavním ukazatelem účinnosti zařízení. Díky systému směrového mikrofonu a systému rozpoznávání řeči může osoba se sluchadlem rozlišit řeč účastníka hovoru od hluku v pozadí. Systémy zařízení automaticky určí směr hlavního zdroje hluku, upraví citlivost mikrofonu tak, aby bylo vnímání hluku na pozadí minimální a vnímání řeči maximální.

V závislosti na funkcích sluchadel existuje několik možností pro jejich klasifikaci:

V závislosti na tom, kde se nosí, jsou sluchadla rozdělena do čtyř typů:

• za uchem
• nitroušní
• Kapsa
• brýle

BTE SA je umístěn za uchem. K němu se pomocí zvukovodu trubičky připevní ušní tvarovka, která se zavede do zvukovodu. Vede zvuk do ucha a zajišťuje fixaci zařízení. BTE poskytuje větší zisk a poskytuje další technické možnosti ve srovnání s in-the-ear SA.

In-ear SA zcela umístěn ve zvukovodu. Všechny elektronické komponenty jsou umístěny v těle zařízení, které je vyrobeno individuálně, v souladu s anatomickou stavbou ucha majitele. Hlavní předností přístroje je jeho nenápadnost a skutečnost, že otvor pro příjem zvuku je umístěn uvnitř boltce, tedy tam, kde jej poskytuje příroda.

SA v kanálu umístěné hluboko ve zvukovodu. Nejmenší CIC zařízení (z angličtiny - „completely inside the canal“) je umístěno u ušního bubínku a zvenčí je prakticky neviditelné.

Pocket SA sestává z obdélníkového pouzdra, ve kterém je umístěn mikrofon, zesilovač a napájecí zdroj. Kapesní telefon je připojen k tělu pomocí kabelu a umístěn do ucha spolu se sluchátkem. Kapesní reproduktor, na rozdíl od jiných konstrukcí, může mít maximální výkon, protože mikrofon a telefon jsou umístěny ve značné vzdálenosti, což zabraňuje vzniku akustické zpětné vazby.

Podle způsobu přenosu zvuku se SA dělí na dva typy:

• kostní vedení.
• vedení vzduchu.

Kostní sluchadla se používají pouze pro protetiku převodní ztráty sluchu. Jeho telefon je vyroben ve formě kostního vibrátoru, který je umístěn za uchem a těsně přiléhá k mastoidnímu výběžku. Zesílený zvukový signál v takovém zařízení je převeden na vibrační signál.

Vzduchová sluchadla se používají pro protetiku všech typů nedoslýchavosti. Zvuk z telefonu se přenáší přes ušní tvarovku, která je umístěna ve zvukovodu.

Podle způsobu zpracování signálu se sluchadla dělí na dva typy:

• analogový
• digitální

Analogový reproduktor se skládá ze tří hlavních částí: mikrofonu, elektronického zesilovače a telefonu. Mikrofon vnímá mechanické zvukové vibrace a převádí je na analogové elektrické signály odeslané do zesilovače. Tam jsou zesíleny a přenášeny do telefonu, který převádí elektrické signály zpět na zvukové vibrace.

Digital CA navíc převádí analogové signály na digitální a následně je zpracovává pomocí výpočetní techniky.

Analogový signál je převeden na binární kód, jako je tomu v případě záznamu na CD. V nejnovějších modelech CA se již objevily digitální mikrofony, které tuto operaci eliminují. Digitální procesor signály zpracovává, to znamená, že zesiluje a mění jejich charakteristiky v závislosti na individuální ztrátě sluchu. Poté je digitální signál převeden zpět na analogový a odeslán do telefonu.

Digitální technologie, které se v posledních letech rychle rozvíjejí, umožnily dosáhnout dříve nebývalých možností elektroakustické korekce sluchu. Malý mikročip má rychlost nejmodernějších počítačových procesorů, což umožňuje implementaci velmi složitých a vysoce účinných algoritmů zpracování zvuku. Ve skutečnosti lze digitální naslouchátko nazvat „inteligentní sluchový systém“ a dokonce „naslouchací počítač“.

„Umí“ rozlišit řeč od hluku, zvýrazňovat a zesilovat ji při současném potlačení šumového signálu, což výrazně usnadňuje porozumění řeči v náročném akustickém prostředí. Jeho frekvenční rozsah je rozdělen do několika kanálů, z nichž každý má nezávislé nastavení parametrů. Digitální zařízení má pohodlný zvuk, blízký přirozenému, díky téměř úplné absenci zkreslení a vlastního šumu.

Konečně je odolný vůči elektromagnetickým polím, což vám umožňuje používat mobilní telefon a počítač bez rušení v aktivním moderním životě.

Podle způsobu úpravy se sluchadla také dělí na dva typy:

Neprogramovatelné SA se nastavuje ručně a hlasitost zvuku si majitel podle potřeby mění sám pomocí regulátoru.

Programovatelné parametry SA se nastavují pomocí počítače, což poskytuje přesnější přizpůsobení individuálním sluchovým vlastnostem uživatele.

Stroj může uložit a změnit naprogramované nastavení. Většina programovatelných reproduktorů má dva nebo více programů s různým nastavením: pro poslech řeči v hlučném prostředí a hudbu, program pro pohodlný zvuk atd.

Existuje další pomocná klasifikace sluchadel: Podle způsobu zesílení se dělí na lineární a nelineární.

Lineární SA zesiluje vstupní signály bez ohledu na jejich hlasitost o stejnou hodnotu, pevně nastavenou pomocí ovladače zisku. U lineárních zařízení s výstupní hladinou akustického tlaku přesahující 130 dB je zajištěno jeho omezení (peak clipping), které se aktivuje, když pacient pocítí nepohodlí způsobené hlasitými zvuky.

Faktor zisku nelineárního SA, mající funkci automatického řízení zisku (AGC) závisí na intenzitě vstupního signálu. Dokud úroveň vstupního signálu nedosáhne určité hodnoty, nazývané práh odezvy AGC, zůstává zisk konstantní, jako u lineárního zařízení. Když vstupní signál překročí práh odezvy AGC, který je nastaven sluchovým protetikem v souladu s individuální nedoslýchavostí, sníží se zisk přístroje, což je velmi důležité pro protetiku senzorineurální nedoslýchavosti s FUNG.

Technické vlastnosti sluchadel.

Algoritmy potlačení digitální zpětné vazby. Zpětná vazba ve sluchadlech je tím stejným nepříjemným „pískáním“ sluchadla, které se někdy objevuje při nošení sluchadla a je velmi rušivé jak pro pacienta, tak pro jeho okolí. Nejčastěji se to stane, když otoplastika nebo nastavení zařízení, ale někdy - v důsledku nadměrné pohyblivosti dolní čelisti, strukturálních rysů zvukovodu, tzn. z důvodů, které osoba nemůže ovlivnit. Digitální sluchadla mají speciální algoritmy, které detekují zpětnou vazbu ještě dříve, než pacient nebo ostatní uslyší „pískání“. Při nastavování takového zařízení odborník zapne testovací režim a zařízení samo najde a zapamatuje si frekvenci zvuku, která způsobuje zpětnou vazbu. Následně, když se objeví sebemenší známky zpětné vazby, zařízení samostatně odfiltruje frekvenci, na které zpětná vazba nastává. Moderní algoritmy pro potlačení zpětné vazby jsou adaptivní. To znamená, že výše uvedené filtry se automaticky aplikují pouze v případech, kdy jsou skutečně potřeba. V případech, kdy již není zpětná vazba pozorována, je filtr po opětovné kontrole automaticky odstraněn.

Systémy směrových mikrofonů.Moderní sluchadlo má směrový mikrofonní systém sestávající ze 2 nebo dokonce 3 mikrofonů. Směrový systém vám umožňuje rozlišit vašeho partnera od hluku nebo od ostatních účastníků rozhovoru jedním otočením hlavy. Jde o to, že takové systémy jsou citlivější na zvuky přicházející zepředu (zepředu). Zvuky z jiných směrů znějí pacientovi tlumeněji. Navíc je pro člověka fyziologickější, protože Normální boltec má díky svému anatomickému tvaru malou směrovost. Otočením hlavy k partnerovi se na něj také soustředí pozornost, což je také normální fyziologický reflex. Moderní mikrofonní systémy mají adaptivní směrovost. Systém automaticky vypočítá směr hlavního zdroje hluku a nastaví citlivost mikrofonního systému tak, aby bylo vnímání hluku minimální a řeč maximální.

Systém rozpoznávání řeči. Činnost systému rozpoznávání řeči je založena na rozdílech ve struktuře zvuků řeči a hluku. Většina zdrojů hluku je zvukový signál o určité frekvenci (například hluk ledničky, ventilátoru - nízká frekvence), který se v průběhu času nemění na hlasitosti. Během hovoru se hlasitost řeči neustále mění: zvuky samohlásek jsou hlasitější než souhlásky, člověk dělá krátké pauzy mezi slovy a jednotlivými slabikami atd. Kolísáním hlasitosti (amplitudy zvuku) v čase lze tedy odlišit řeč od hluku. . To je to, co dělá procesor sluchadla.
Všechna zařízení, která mají systém rozpoznávání řeči, jsou vícekanálová, to znamená, že celé spektrum zvuků, které vnímají, je rozděleno do několika frekvenčních rozsahů – kanálů. Kanál je frekvenční rozsah, ve kterém SA provádí své nezávislé (nezávislé na jiném kanálu) zpracování zvuku (redukce šumu, extrakce řeči atd.). V každém z kanálů je „senzor“ - zařízení, které rozlišuje řeč od šumu podle výše uvedených charakteristik.