Come funzionano gli apparecchi acustici?

Orecchio umano
Orecchio umano

Gli apparecchi acustici non possono ripristinare l’udito normale, ma sono dotati di una tecnologia avanzata in grado di amplificare ed elaborare suoni selezionati per migliorare il riconoscimento vocale.

Ogni apparecchio acustico funziona allo stesso modo: un microfono cattura il suono, un amplificatore rende il suono più forte e un ricevitore simile a un altoparlante ed emette il suono amplificato nell’orecchio di chi lo indossa.

Come funziona l’udito umano?

La parte esterna visibile dell’orecchio, il padiglione auricolare, cattura e convoglia il suono nel condotto uditivo e nell’orecchio medio, infine raggiunge l’orecchio interno, seguito dal nervo uditivo e infine dalla corteccia uditiva, la regione del cervello in cui percepiamo il suono. Il suono è soggetto a elaborazione in ogni fase del processo.

L’orecchio esterno

Per provare come funziona la pinna, prova a tenere la mano destra dietro l’orecchio destro. Espandendo la portata fisica dell’orecchio, dovresti notare che alcuni suoni sembrano un po’ più forti.

La pinna non è solo un amplificatore naturale. Le sue creste e pieghe inoltre riflettono e assorbono i suoni, conferendo alle onde sonore caratteristiche spettrali uniche . Mentre il suono viaggia attraverso il condotto uditivo, è soggetto a ulteriori elaborazioni.

L’orecchio medio

Come il padiglione auricolare, il condotto uditivo attenua alcune frequenze, mentre ne enfatizza altre. Le uniche cose che possono passare attraverso un timpano sano (membrana timpanica) sono le onde sonore. Sul lato interno, la membrana si collega a una serie di piccole ossa; gli ossicini.

L’interazione della membrana con gli ossicini trasforma le onde sonore in energia meccanica. Ciò è necessario perché altrimenti le onde sonore a base d’aria rimbalzerebbero semplicemente sul liquido a densità più elevata nella coclea e si rifletterebbero nel condotto uditivo. Abbinando l’impedenza (resistenza) del liquido, il suono può passare nella coclea.

L’orecchio interno

Nella coclea, le cellule ciliate convertono l’energia acustica in impulsi nervosi elettrochimici, un processo noto come trasduzione. Le cellule ciliate esterne agiscono come amplificatori, il che aiuta con la percezione dei suoni deboli, mentre le cellule ciliate interne funzionano come trasduttori.

Quando l’impulso nervoso è abbastanza forte, le cellule ciliate interne innescano il rilascio di neurotrasmettitori, attivando il nervo uditivo, che a sua volta trasmette il segnale alla corteccia uditiva nel cervello.

Dove si verifica la perdita dell’udito?

Nei giovani, l’udito sano si estende su una gamma di frequenze da 20 a 20.000 Hz. Con l’ avanzare dell’età, perdiamo progressivamente la capacità di sentire i suoni ad alta frequenza.

La perdita dell’udito legata all’età e indotta dal rumore in genere deriva da un danno alle cellule ciliate; questo è anche noto come perdita dell’udito neurosensoriale. Quando le cellule ciliate smettono di funzionare, perdiamo la sensibilità a determinate frequenze, il che significa che alcuni suoni sembrano molto più silenziosi o diventano impercettibili.

Finché i suoni rimangono udibili, l’ipoacusia neurosensoriale risponde bene all’amplificazione

La perdita dell’udito può anche derivare da danni ad altre parti dell’orecchio, nel qual caso gli apparecchi acustici potrebbero essere di utilità limitata. Ad esempio, quando il timpano o gli ossicini non possono trasmettere il suono, la sola amplificazione potrebbe non essere in grado di bypassare l’orecchio medio danneggiato per raggiungere la coclea.

In che modo gli apparecchi acustici digitali elaborano il suono?

Gli apparecchi acustici fanno di più che amplificare i suoni. Per creare un profilo audio personalizzato che migliori il riconoscimento vocale, elaborano i suoni in diversi modi.

Microfoni

Come l’orecchio umano, gli apparecchi acustici digitali non elaborano direttamente le onde sonore. In prima fila ci sono i microfoni. Agiscono come trasduttori, catturando l’energia delle onde meccaniche e convertendola in energia elettrica.

Gli apparecchi acustici moderni sono dotati di due microfoni:
  1. Il microfono omnidirezionale capta i suoni da qualsiasi direzione;
  2. Il microfono direzionale mira ai suoni provenienti dalla parte anteriore di chi lo indossa: il suo obiettivo principale è catturare la parola.

Il microfono direzionale può essere fisso o adattivo. Un microfono direzionale adattivo può accendersi o spegnersi secondo necessità. Quando sono accesi, passano automaticamente tra diversi algoritmi di microfono direzionale, a seconda dell’ambiente di ascolto.

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Conversione da analogico a digitale

I segnali analogici provenienti dai microfoni vengono convertiti in segnale digitale (A/D). Il segnale binario è soggetto all’elaborazione del segnale digitale (DSP). Il segnale digitale elaborato viene quindi riconvertito in un segnale acustico (D/A), che entra nel condotto uditivo attraverso il ricevitore.

Molte cose possono andare storte durante queste conversioni. La revisione dell’audizione osserva:

Questo processo di conversione se non progettato con cura, può introdurre rumore e distorsione, che alla fine comprometteranno le prestazioni degli apparecchi acustici.

Un problema chiave della conversione A/D è la sua gamma dinamica limitata. L’udito umano medio copre una gamma dinamica di 140 dB, aiutandoci a sentire qualsiasi cosa, dal fruscio delle foglie (0 dB) ai fuochi d’artificio (140 dB).

L’ancora comune convertitore A/D a 16 bit è limitato a una gamma dinamica di 96dB, che, come un CD, potrebbe variare da 36-132dB. Mentre l’aumento del limite inferiore elimina i suoni deboli, ad esempio il sussurro a 30 dB, l’abbassamento del limite superiore produce una qualità del suono inferiore in ambienti rumorosi.

I suoni che non passano attraverso il convertitore non possono essere amplificati.

Amplificazione e compressione di frequenza

L’amplificazione è una funzione chiave degli apparecchi acustici ed è delicata

Generalmente, la perdita dell’udito riduce la gamma dinamica di un individuo, spesso fino a 50 dB. Ciò restringe la gamma in cui i suoni devono essere compressi per rimanere udibili e tuttavia suonare a proprio agio.

Mentre l’amplificazione lineare renderebbe i suoni deboli più forti, idealmente udibili, renderebbe anche i suoni forti scomodi o addirittura dolorosi. Pertanto, la maggior parte degli apparecchi acustici utilizza la compressione ad ampia gamma dinamica (WDRC).

Questo metodo di compressione amplifica fortemente i suoni deboli, applica solo una moderata quantità di amplificazione ai suoni medi e rende a malapena i suoni forti più forti.

Canali e bande

I moderni apparecchi acustici elaborano i suoni in base alla perdita uditiva di chi li indossa. Per fare ciò, suddividono le frequenze in un numero di canali, da tre a oltre 40. Ogni canale copre una gamma di frequenze diversa e viene analizzato ed elaborato separatamente.

Mentre i canali determinano l’elaborazione, le bande controllano il volume o il guadagno a frequenze diverse. La maggior parte degli apparecchi acustici moderni ha almeno una dozzina di bande di frequenza che possono amplificare.

È simile agli equalizzatori per cuffie o altoparlanti, in cui è possibile aumentare manualmente il livello di una gamma di frequenze specifica, ad esempio, per aumentare i bassi.

Il vantaggio di avere più canali e bande è l’ aumento della regolazione fine. L’apparecchio acustico può separare meglio il parlato dal rumore di fondo, annullare il feedback, ridurre il rumore e adattare il volume e la compressione a frequenze diverse alle esigenze specifiche di chi lo indossa.

Lo svantaggio di avere canali aggiuntivi sono i tempi di elaborazione più lunghi. Questo può essere un problema per le persone che possono ancora sentire i suoni ambientali senza un apparecchio acustico. Gli studi hanno dimostrato che un ritardo di elaborazione da tre a sei millisecondi viene notato come qualità del suono degradata o eco.

Quindi, che tipo di elaborazione avviene a livello di canale?

Programmi personalizzati e intelligenza artificiale per ambienti diversi

Nessuna singola impostazione dell’apparecchio acustico è perfetta per tutte le occasioni. Quando sei a casa ad ascoltare musica tranquilla, avrai bisogno di un’elaborazione diversa rispetto a quando sei fuori con gli amici in un ambiente rumoroso.

Per risolvere questo problema, la maggior parte degli apparecchi acustici è dotata di diversi programmi che consentono di passare da un programma predefinito a un’elaborazione compatibile con la musica o a un’eliminazione più aggressiva del rumore di fondo.

Sebbene il tuo audioprotesista possa personalizzare questi programmi in base al tuo udito, possono coprire solo un numero limitato di scenari. E poiché ti troverai in un ambiente tranquillo per l’adattamento dell’apparecchio acustico, devono indovinare le tue preferenze per diverse scene sonore.

È qui che entra in gioco l’intelligenza artificiale (AI)

Dotata di capacità di apprendimento automatico, l’intelligenza artificiale può conoscere diversi ambienti, attingere ai dati di altri utenti, prevedere le impostazioni che troverai più piacevoli e adattare automaticamente la sua elaborazione.

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Lo spostamento e l’abbassamento della frequenza migliorano il riconoscimento vocale

Abbiamo già stabilito che gli apparecchi acustici non possono ripristinare l’udito normale perché non possono riparare ciò che è rotto. Il loro compito principale è ripristinare il riconoscimento vocale lavorando con la capacità uditiva rimanente.

Ma cosa succede quando la perdita dell’udito colpisce le frequenze che coprono il parlato?

Nelle lingue non tonali occidentali, le frequenze chiave per l’ intelligibilità del parlato vanno da 125 a 8.000 Hz. Questa è l’esatta larghezza di banda coperta dai test dell’udito standard e dagli apparecchi acustici. Ricorda, l’udito umano può raggiungere fino a 20.000 Hz, in genere 17.000 Hz in un adulto di mezza età.

Quando la perdita dell’udito è così grave da interessare le frequenze inferiori a 8.000 Hz, gli apparecchi acustici possono spostare quei suoni a frequenza più alta in una banda di frequenza più bassa. Sfortunatamente, trasporre i suoni in questo modo crea artefatti.

La revisione dell’udito spiega:

Alcuni hanno riferito che i suoni trasposti sono “innaturali”, “vuoti o echi” e “più difficili da capire”. Un altro artefatto comunemente riportato è la percezione dei “clic” che molti ascoltatori trovano fastidiosa.

Anche gli studi più recenti che sondano nuovi algoritmi non mostrano benefici significativi dell’abbassamento della frequenza. Tuttavia, con l’avanzare della tecnologia, questa potrebbe essere una caratteristica a cui prestare attenzione in futuro.

In che modo differiscono i vari tipi di apparecchi acustici?

Non tutti gli apparecchi acustici dispongono della stessa tecnologia. Esistono diversi tipi di apparecchi acustici perché affrontano diversi tipi di perdita dell’udito. La perdita dell’udito più grave richiede più elaborazione.

Una panoramica dei tipi più comuni di apparecchi acustici

I tipi più comuni di apparecchi acustici e come si posizionano nell’orecchio.

Le unità più piccole e meno visibili si concentrano sull’amplificazione e sulla semplice elaborazione.

Le unità più grandi, come il retroauricolare (BTE) o il ricevitore nel canale (RIC) possono includere un microfono aggiuntivo, un secondo processore, una batteria più grande e applicare algoritmi più complessi.

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Quali sono i vantaggi degli apparecchi acustici?

A livello fisiologico, gli apparecchi acustici fanno molto di più che ripristinare il riconoscimento vocale.

Diversi studi collegano la perdita dell’udito legata all’età alla demenza, al morbo di Alzheimer, alla depressione e ad altre forme di declino cognitivo. Una delle ragioni proposte è l’isolamento sociale; le persone con problemi di udito evitano di socializzare.

Anche con una perdita dell’udito da lieve a moderata, il cervello deve lavorare di più per elaborare il discorso, il che può essere estenuante e frustrante. Supponendo che il cervello abbia risorse limitate, questo aumento dell’elaborazione uditiva può anche compromettere la memoria.

La teoria del carico cognitivo è convincente e ben studiata, ma non è l’unica spiegazione possibile

Altre potenziali ragioni per la correlazione tra declino cognitivo e perdita dell’udito sono molto più semplici. La perdita dell’udito e il declino mentale potrebbero avere una causa comune, come l’infiammazione.

La mancanza di input sensoriali potrebbe anche portare a cambiamenti strutturali nel cervello (ipotesi a cascata). Infine, la sovra-diagnosi (ipotesi precursore) può essere un problema, sebbene studi recenti confermino chiaramente la teoria del carico cognitivo e l’ipotesi a cascata e suggeriscano che una combinazione di cause non è rara.

È qui che entrano in gioco gli apparecchi acustici. Affrontando la perdita dell’udito, possono rallentare il declino cognitivo, ridurre il rischio di depressione in tarda età e quindi migliorare la qualità della vita; indipendentemente dalle cause.

Sebbene gli apparecchi acustici siano una componente chiave, un trattamento olistico dovrebbe mirare ad affrontare tutte le cause sottostanti. Gli apparecchi acustici possono rallentare il declino cognitivo, ridurre il rischio di depressione in tarda età e quindi migliorare la qualità della vita.

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Una cosa da tenere a mente è che la ricerca sulla perdita dell’udito si concentra prevalentemente sugli adulti di età superiore ai 60 anni. Tuttavia, non sembra inverosimile aspettarsi risultati positivi anche per i più giovani.

Per lo meno, la vita di un adulto di mezza età con un lavoro a tempo pieno, una famiglia e una cerchia di amici è troppo impegnativa per essere frenata da un udito scadente.

Hai bisogno di un apparecchio acustico?

Se non sei sicuro di poter beneficiare di un apparecchio acustico, fai un test dell’udito. Questo rivelerà il tuo livello di perdita dell’udito e se è il momento di prendere un apparecchio acustico. Se ne hai bisogno, ti consigliamo di consultare un audiologo per un audiogramma e un adattamento personalizzato del tuo apparecchio acustico.

Tieni presente che gli apparecchi acustici possono affrontare solo la perdita dell’udito nella gamma di frequenza inferiore a 8.000 Hz. Sono i migliori per amplificare il volume all’interno di quell’intervallo, ma solo finché puoi effettivamente sentire quelle frequenze.