SoundRecover

SoundRecover
La importancia de la percepción de un mayor ancho de banda
Resumen
Para las personas con deficiencia auditiva es de suma
importancia el ser capaces de percibir y discriminar los
sonidos agudos con facilidad y precisión. Este tipo de
señales contiene información sobre el discurso necesaria
para mejorar la inteligibilidad, en especial cuando las
condiciones sonoras son ruidosas. Además, una buena
percepción de dichos sonidos puede aportar datos valiosos
para la localización de los sonidos, así como determinados
beneficios para la producción verbal. Desde hace poco, en el
mercado ya se pueden encontrar audífonos digitales
avanzados que, según afirman sus fabricantes, proporcionan
un ancho de banda ampliado y, por tanto, una mejor
amplificación de los sonidos agudos. Sin embargo, el ancho
de banda medido con técnicas electroacústicas no
representa necesariamente el ancho de banda percibido que
se obtiene con adaptaciones reales. Cuando se calcula el
ancho de banda de percepción a través de la configuración
del audiograma de cada oyente hipoacúsico, se puede
demostrar que en la práctica es difícil conseguir una mayor
amplificación de los agudos, tal y como se espera de los
dispositivos de banda ancha ampliada. Por el contrario, el
esquema de compresión de frecuencia no lineal, exclusivo de
Phonak, denominado SoundRecover, es capaz de ampliar, de
un modo eficaz, el ancho de banda de percepción mediante
la mejora de la audibilidad y de la discriminación de las
señales agudas.
En el campo de la audición se puede aplicar el mismo concepto.
Los valores aceptados y reconocidos del ancho de banda auditivo
humano normal se sitúan entre las frecuencias 20 Hz y 20 kHz.
Sin embargo, no hay que olvidar que la audibilidad de un sonido
como un tono puro no depende sólo de su frecuencia sino
también de su nivel.
Por ello, una definición práctica del ancho de banda que resulte
más útil debería especificar el rango de las frecuencias en el que
los tonos pueden ser intensos sin ser incómodos. Este concepto se
representa en la ilustración 1 (Robinson & Dadson, 1957), donde se
muestra el nivel de dB SPL (eje vertical) necesario para producir la
misma intensidad en los tonos oídos en un rango amplio de
frecuencias (curva continua).
Introducción
En todo sistema de comunicación existe un parámetro crítico
que es el ancho de banda, que se caracteriza por su capacidad
de transmisión de información. El acceso a Internet, por
ejemplo, es mucho más rápido a través de una banda ancha que
mediante una conexión telefónica normal, ya que la conexión
de banda ancha utiliza frecuencias más altas para transmitir los
datos digitales. En general, el ancho de banda se define en
relación al rango de frecuencias que un canal de comunicación
puede transportar. Una ampliación del ancho de banda significa
un aumento en el rango de frecuencias y, por tanto, una
capacidad de transmisión de información mayor a través de ese
canal.
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Ilustración 1 Contornos de intensidad iguales para oyentes jóvenes (curva
continua) y oyentes de más edad (curva discontinua) con audición normal. En
el eje vertical se muestra un nivel moderado que se percibe como una
intensidad igual en toda la frecuencia (eje horizontal).
En este gráfico, un tono a 1 kHz se muestra con un nivel de
60 dB SPL, lo que sería una intensidad confortable para un
normoyente medio. Para mantener la misma intensidad a
medida que cambia la
frecuencia, sería necesario
ajustar el nivel del tono en
menos
de
10 dB,
aproximadamente, en un
rango de frecuencia que va desde unos 80 Hz hasta casi los
20 kHz. En frecuencias por debajo de los 80 Hz, sería
necesario aumentar el nivel para obtener la misma intensidad
percibida. Por ejemplo, un tono emitido a 20 Hz debería
presentarse a 100 dB SPL, aproximadamente, para que se
pueda oír con una intensidad equiparable a la obtenida por un
tono a 1 kHz presentado a 60 dB SPL. Todo esto demuestra
que el ancho de banda audible depende en gran medida del
nivel sonoro, incluso para los normoyentes. En general, se
puede aumentar el ancho de banda de percepción efectiva si
se eleva el nivel de los sonidos.
En la ilustración 1 también se muestran datos de intensidad
equiparable para oyentes de más edad cuya audición se
suponía que era normal (curva discontinua). Aunque estos
oyentes no presentaran síntomas de enfermedades en los
oídos, su sensibilidad media a los tonos agudos fue mucho
peor que la de los oyentes más jóvenes (curva continua). Por
ejemplo, a 10 kHz la diferencia de nivel entre estos dos grupos
alcanzó casi los 20 dB para la misma intensidad. En
frecuencias más altas estas diferencias eran aún mayores. Por
el contrario, la edad del oyente no tuvo ningún efecto en los
datos de intensidad equiparable para frecuencias más bajas de
los 2 kHz, aproximadamente. Estas mediciones corroboran los
resultados obtenidos en muchos estudios de investigación, en
los que se ha demostrado que la sensibilidad auditiva en los
tonos agudos va decayendo a medida que la persona envejece,
incluso aunque la persona no sufra ninguna patología
específica. Por ello, cuando el ancho de banda de audición se
estrecha por la pérdida auditiva asociada a la edad, suele
deberse a un cambio en la sensibilidad a los tonos agudos y
no a los graves. Además, también existe un tipo parecido de
reducción del ancho de banda percibido como consecuencia
de muchas causas habituales de deficiencia auditiva, entre las
que se incluyen la exposición excesiva a ruidos, algunas
enfermedades, efectos secundarios de fármacos ototóxicos,
entre otras etiologías.
¿Cómo se aplican estas consideraciones a las personas que
utilizan audífonos? No hay una respuestas clara, ya que
existen dos factores que interactúan. En primer lugar, la
configuración de la deficiencia auditiva es muy concreta en
cada usuario de audífonos, tal y como representa en el
audiograma. El segundo factor es el ancho de banda eficaz del
audífono, que depende de dos parámetros, su ganancia y el
nivel máximo de presión de salida, que varían inevitablemente
como una función de la frecuencia. Además, algunas técnicas
de procesamiento de sonidos, como la disminución del nivel
de frecuencias, pueden afectar al ancho de banda de
percepción. Como ya se explica más adelante, la
determinación realista del ancho de banda de sonidos
disponible para un usuario de audífonos determina depende
fundamentalmente de que se tenga en cuenta el efecto
combinado de estos factores.
Importancia de los agudos en la percepción auditiva
Muchos de los sonidos que contribuyen a la inteligibilidad
verbal contienen componentes de agudos o están dominados
por éstos. Por poner un ejemplo sencillo, la existencia o la
ausencia del fonema /s/ al final de la mayoría de los sustantivos
en español indica si el orador está hablando de varios
elementos o sólo de uno. Según la edad y el sexo del orador, el
pico espectral de este fonema se suele situar entre los 4 y
los 6 kHz y, a menudo, contiene componentes intensos que
llegan a superar los 10 kHz. Hay muchos otros sonidos verbales
en todos los idiomas que se pueden discriminar con mayor
facilidad cuando las partes de la señal agudas son audibles con
claridad. Cuando un oyente intenta comprender lo que se habla
en un ambiente ruidoso, estas señales acústicas cobran una
relevancia importante, ya que son menos susceptibles al
enmascaramiento por los componentes graves relativamente
intensos de muchos tipos de ruido habituales. Además, los niños
pequeños con deficiencia auditiva que aprenden un idioma por
primera vez se benefician de poder oír los sonidos verbales
agudos que intentan producir (Stelmachowicz et al, 2002).
Aparte de estos beneficios reconocidos para la percepción
verbal (Simpson et al, 2005) y la producción, la audibilidad de
los sonidos agudos aporta otras ventajas. Por ejemplo, la
información valiosa sobre la procedencia de los sonidos, como
el canto de los pájaros y otros ruidos ambientales importantes
se transmite principalmente a través de los componentes
agudos. Si los agudos son demasiado suaves o inaudibles, se
suele valorar la calidad subjetiva de estos sonidos como
relativamente deficiente (Moore & Tan, 2003). La capacidad
de las personas con deficiencias auditivas para localizar
sonidos que contienen agudos también puede mejorarse con
un ancho de banda ampliado en los audífonos, ya que la
diferencia en el nivel de sonidos entre los oídos puede aportar
una clave esencial para localizar la procedencia de un sonido.
Para que esta clave sea fiable, la diferencia de nivel debe
percibirse como una diferencia de intensidad entre los oídos y,
por tanto, el audífono necesita disponer de un ancho de banda
adecuado que garantice que se oyen las señales agudas en los
niveles adecuados (Dubno et al, 2002).
Ancho de banda de los audífonos
Antes, el límite del ancho de banda de agudos de los
audífonos analógicos solía estar provocado principalmente por
el rendimiento electroacústico. En concreto, con los audífonos
de alta potencia solía ser difícil obtener niveles de presión de
salida sonora adecuados en frecuencias por encima de unos
4 kHz. Sin embargo, en los últimos años la tecnología de los
auriculares ha mejorado enormemente hasta el punto en que
las limitaciones de ancho de banda están causadas por otros
factores.
En todos los audífonos digitales, hay un límite absoluto en el
ancho de banda que procede directamente del proceso de
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muestreo. El muestreo es necesario para convertir las señales
sonoras en la entrada del audífono en una corriente de
representaciones digitales diferentes. La velocidad de
muestreo debe ser lo suficientemente alta como para
garantizar que la señal sonora, en continua variación, se
representa en el procesador digital con una fidelidad
adecuada. La selección de la velocidad de muestreo se basa en
un principio fundamental del procesamiento de señales
digitales que indica que la frecuencia más alta que se puede
representar, de forma adecuada, tras el muestreo es
ligeramente inferior a la mitad de la velocidad de muestreo.
Para los normoyentes, se suele asumir un límite de frecuencia
más alta en los 20 kHz, de modo que la velocidad de muestreo
necesaria es de más de 40 kHz. De hecho, el sonido digital
grabado con el formato de disco compacto (CD) estándar
sigue un muestreo de frecuencia 44,1 kHz.
Por desgracia, el uso de velocidades de muestreo
relativamente altas puede tener efectos secundarios molestos.
El procesador digital de señales que contiene cualquier
audífono moderno está programado para modificar las señales
sonoras a una velocidad igual o proporcional a la velocidad de
muestreo. Un efecto práctico de esta relación es que a más
velocidad de muestreo, mayor consumo energético y menor
vida útil de las pilas. Los diseñadores de audífonos digitales
tienen ante ellos una tarea difícil de compensación: la
ampliación del ancho de banda acústico del dispositivo
implica una reducción de la vida útil de la pila. Por ello, es
bastante habitual que la velocidad de muestreo en los
audífonos sea aproximadamente de 20 kHz. Esta opción
significa que el límite superior del ancho de banda, en
términos de sonido producido por el audífono, debe estar en
10 kHz, aproximadamente. En algunos dispositivos, la
velocidad de muestreo puede estar establecida en 16 kHz, lo
que produce un ancho de banda acústico de menos de 8 kHz.
Existen varios métodos tradicionales para medir el ancho de
banda de los audífonos. Una de las técnicas más utilizadas es
la que especifica el Instituto Nacional Americano de
Normalización (ANSI, en sus siglas en inglés). Según la norma
ANSI S3.22, el audífono se ajusta para proporcionar
amplificación en una condición de referencia predeterminada
(ganancia de referencia) y la respuesta que se obtenga se
mide como una función de frecuencia. En la ilustración 2 se
muestra una medición típica en la que se utilizan como
ejemplo dos audífonos con un ancho de banda amplio. Para
una entrada a 60 dB, se calcula el promedio de la presión de
salida en tres frecuencias específicas (normalmente, 1.0, 1.6 y
2.5 kHz). Posteriormente, se identifican dos frecuencias en las
que la presión de salida es 20 dB por debajo del promedio
calculado. Estas dos frecuencias se utilizan para definir los
límites inferior y superior del ancho de banda. Para obtener la
curva de respuesta mostrada en la ilustración 2, el ancho de
banda del audífono A calculado según el método ANSI está
desde por debajo de 100 Hz hasta aproximadamente 7,5 kHz.
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Ilustración 2 Ejemplo del cálculo de ancho de banda según la norma ANSI
para dos audífonos corrientes. En cada curva se muestra la presión de salida
en comparación con la frecuencia de la condición de la ganancia de
referencia con una entrada de 60 dB. Se ha calculado el promedio de la
respuesta en tres frecuencias (líneas amarillas verticales) y, después, se ha
reducido en 20 dB (líneas horizontales discontinuas). El ancho de banda está
delimitado por las dos frecuencias en las que estas líneas cortan la curva. Por
ello, el audífono A tiene un límite de ancho de banda superior de
aproximadamente 7,5 kHz mientras que el audífono B tiene un límite superior
de 9,2 kHz.
En la ilustración 2 también se muestra la misma medición
para el audífono B. En este caso, el ancho de banda
determinado con el método ANSI tiene un límite superior de
unos 9,2 kHz. Sin embargo, también queda patente que el
promedio calculado de la presión de salida del audífono A es
más alto que el del audífono B en todas las frecuencias. En
realidad, si se utiliza el nivel de presión de salida absoluto en
lugar de la presión de salida relativa a la condición de
referencia para calcular el ancho de banda, estos dos
audífonos tendrán límites de frecuencia superiores casi
idénticos. Estas observaciones demuestran que las mediciones
del ancho de banda llevadas a cabo según una norma técnica
no proporcionan necesariamente información útil sobre el
ancho de banda eficaz de un audífono cuando se adapta a un
usuario. Por el contrario, el establecimiento de un ancho de
banda de percepción, que tenga en cuenta no sólo las
características electroacústicas del audífono sino también la
configuración del usuario y el grado de deficiencia auditiva de
éste, aporta mucha más información.
Ancho de banda de percepción
En un audiograma tradicional se registra el umbral auditivo de
una persona en varias frecuencias diferenciadas. La frecuencia
más baja suele ser 125 o 250 Hz, mientras que la más alta
puede llegar a los 8 kHz. Por varios motivos técnicos y
prácticos, puede ser complicado obtener umbrales fiables para
frecuencias muy elevadas (por ejemplo, por encima de 8 kHz).
Aunque estén disponibles niveles de umbral por encima de las
frecuencias habituales que se miden en la práctica clínica
normal, las normas de adaptación preceptivas que especifican
características adecuadas de ganancia y de compresión de
amplitudes para audífonos no suelen proporcionar objetivos
en estas frecuencias. No obstante, sería necesario conocer los
umbrales de agudos para evaluar el rango completo de
frecuencias que un audífono concreto es capaz de hacer
audibles cuando se adapta a cada persona.
Ilustración 3 Audiograma para una pérdida auditiva típica de leve a
moderada pronunciada.
En la ilustración 3 se muestra un ejemplo de una pérdida
auditiva con pendiente típica de gravedad leve a moderada,
con umbrales situados en 4 kHz de 50 dB HL y por encima de
estos valores. Tras la conversión a niveles equivalentes en el
tímpano, este audiograma se muestra como la curva roja en la
ilustración 4. En esta última ilustración, también se muestra
una adaptación de un audífono de Phonak con ancho de
banda amplio. El algoritmo de cambio de frecuencias,
exclusivo de Phonak, SoundRecover está desactivado (curva
verde). El audífono se ajustó para acercarse lo máximo posible
al objetivo que recomienda la fórmula DSL v5.0a para adultos.
Ilustración 4 Los resultados de adaptar dos audífonos según la fórmula DSL
v5.0a (cruces verdes) para el audiograma (curva roja) mostrado en la
ilustración 3. El audífono de Phonak (curva verde) tenía SoundRecover
desactivado. La curva amarilla representa los resultados comparables de un
audífono de otro fabricante que, según afirman, proporcionan un ancho de
banda ampliado.
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Es evidente que el audífono de Phonak sin SoundRecover fue
capaz de proporcionar audibilidad útil de la señal de prueba
(producción verbal a un nivel medio de 65 dB SPL) hasta al
menos 6 kHz. La curva amarilla muestra en la misma
ilustración, para establecer comparaciones, los resultados de
un producto de la competencia de primer nivel que, según
afirma su fabricante, proporciona un ancho de banda
ampliado hasta 10 kHz. Las mediciones representadas en la
ilustración 4 demuestran, con claridad, que estos 2 audífonos
proporcionan anchos de banda de percepción casi idénticos
cuando se adaptan para acomodar una configuración de
audiograma común. Sin embargo, ninguno de los dos
audífonos proporcionó una audibilidad útil para frecuencias
mayores de 6 kHz, aproximadamente, a pesar de que en cada
uno de ellos se seleccionó la ganancia máxima disponible para
esas frecuencias. Hay que destacar que esta restricción en la
audibilidad por encima de 6 kHz está presente incluso en
pérdidas auditivas de leve a moderada con umbrales en esta
zona de sólo 50 dB HL. Esta limitación en el ancho de banda
de percepción es una consecuencia de las características
concretas del audiograma y del rendimiento técnico de los
audífonos cuando se adaptan para ese audiograma.
¿Qué se puede hacer para solucionar esta limitación?
Actualmente, la única solución práctica es el uso de un
algoritmo sofisticado de cambio de frecuencias, que puede
mejorar la audibilidad de las señales sonoras agudas sin que
ello afecte a las señales de frecuencias más bajas. La
tecnología exclusiva de Phonak SoundRecover amplía el ancho
de banda de percepción disponible a los usuarios de audífonos
mediante la compresión y el cambio de una banda de entrada
seleccionada restringida a agudos. El efecto de SoundRecover
en el ancho de banda aparece representado en la ilustración 5,
donde se muestra cómo se reduce la frecuencia máxima de
entrada hasta encontrarse dentro del ancho de banda útil del
audífono cuando se adapta de forma adecuada a una persona
con deficiencia auditiva. Sólo las frecuencias que están por
encima de una frecuencia de corte especificada se comprimen
de este modo. Como las señales de frecuencias más bajas no
pasan por el proceso de compresión de frecuencias, se
conserva la calidad de sonidos que recibe el usuario de los
audífonos.
Ilustración 5 Cómo SoundRecover amplía el ancho de banda de percepción.
En la barra superior se muestra el espectro completo de frecuencias de los
sonidos en la entrada de un audífono. Las señales con frecuencias por encima
del límite de ancho de banda, que se muestran a la derecha de la línea
vertical continua, no son audibles para el usuario de audífonos. Sin embargo,
con SoundRecover activado, las frecuencias de las señales que están por
encima de la frecuencia de corte (línea vertical discontinua) se comprimen
para que se encuentren dentro del ancho de banda disponible (barra inferior).
En varios estudios de investigación se ha confirmado que el
uso de SoundRecover mejora a menudo la inteligibilidad
verbal, tanto en ambientes tranquilos como en ambientes con
ruido, y que se acepta la calidad de sonido del procesamiento
(Glista et al, 2009, Wolfe et al, 2009). No se ha descrito
ninguna limitación de estos beneficios a ningún grupo de
edad, grado de pérdida auditiva o gama de configuraciones
audiométricas.
En la ilustración 6 se muestran los efectos de percepción
esperados de SoundRecover cuando está activado en el
audífono de Phonak. Al contrario que en la ilustración 4, aquí
se muestra la presión de salida de cada audífono para una
señal de prueba que consiste en una banda de ruido centrada
en 6,3 kHz. (Se trata de una señal sintética, disponible desde
hace poco para uso clínico en el sistema de verificación Verifit,
con características similares a las del fonema /s/).
con una respuesta de frecuencia electroacústica hasta 10 kHz,
aproximadamente, cuando la medición se realiza en un
acoplador. Sin embargo, en la práctica no se suele conseguir
la ganancia útil del “mundo real” establecida por encima de
6 kHz aunque estos dispositivos se adapten para pérdidas
auditivas de leves a moderadas. En muchas adaptaciones
reales, el ancho de banda amplio del propio audífono no es
suficiente para ampliar el ancho de banda de percepción y, así,
hacer audibles las señales de agudos. En los estudios de
investigación se ha demostrado que la percepción de estas
señales es muy importante. SoundRecover puede proporcionar,
por el contrario, una audibilidad de agudos inalcanzable; para
ello, amplía el ancho de banda de percepción de los audífonos
de Phonak además de utilizar el ancho de banda bastante
amplio que ya proporciona su propio diseño electroacústico.
Los beneficios de esta tecnología están científicamente
comprobados, tal y como se explica en varios estudios
expuestos en publicaciones revisadas por expertos y por no
expertos (consulte otras publicaciones sobre SoundRecover al
final de este documento).
Referencias
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Ilustración 6 Igual que para la ilustración 4 aunque, en este caso, para una
señal de entrada que consta de un ruido de banda estrecha centrado en
6.3 kHz. La curva azul representa el efecto de activar SoundRecover en el
audífono de Phonak.
Sin SoundRecover (curva verde), sólo se puede alcanzar una
audibilidad marginal para esta señal mientras que el pico del
dispositivo de la competencia (curva amarilla) se sitúa por
debajo del umbral de audición, por lo que éste no proporciona
ninguna audibilidad. Tenga en cuenta que los parámetros de
adaptación de cada audífono siguen siendo los mismos que
los utilizados en la ilustración 5, ajustados con precisión con
una ganancia máxima de agudos. Con SoundRecover activado,
el audífono de Phonak amplifica la señal de prueba hasta
niveles bien audibles (curva azul). Para obtener más
información sobre cómo realizar e interpretar este
procedimiento de Verifit, diseñado para verificar el
rendimiento de audífonos con tecnología de cambio de
frecuencias, consulte el documento “Guidelines for fitting
hearing instruments with SoundRecover” (Directrices para
adaptar audífonos con SoundRecover) que encontrará en
www.phonakpro.es
En resumen, las innovaciones en el diseño de auriculares y de
procesamiento de señales han permitido diseñar audífonos
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