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. 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 V1.00/Marzo de 2010/Phonak AG reservados todos los derechos 1/6
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 V1.00/Marzo de 2010/Phonak AG reservados todos los derechos 2/6
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. 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 V1.00/Marzo de 2010/Phonak AG reservados todos los derechos 3/6
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. 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 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. 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). V1.00/Marzo de 2010/Phonak AG reservados todos los derechos 4/6
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 Dubno JR, Ahistrom JB, Horwitz AR (2002) Spectral contributions to the benefit from spatial separation of speech and noise. J Speech Lang Hear Res 45:1297-1310. Glista D, Scollie S, Bagatto M, Seewald R, and Johnson A (2009) Evaluation of nonlinear frequency compression: Clinical outcomes. Int J Audiol, 48(9): 632-44. 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 Moore BC, Tan CT, (2003) Perceived naturalness of spectrally distorted speech and music. J Acous Soc Am 114: 408-419. Robinson DW, Dadson RS (1957) Threshold of hearing and equalloudness relations for pure tones, and the loudness function. J Acous Soc Am 29:1284-1288. Simpson A, McDermott HJ, Dowell RC (2005) Benefits of audibility for listeners with severe high-frequency hearing loss. Hear Res 210:42-52. Stelmachowicz PG, Pittman AL, Hoover BM, Lewis DE (2002) Aided perception of /s/ and /z/ by hearing-impaired children. Ear Hear 23:316-324. Wolfe J, Caraway T, John A, Schafer E, & Nyffeler M (2009) Initial experiences with nonlinear frequency compression for children with mild to moderately severe hearing loss. Hear J 62(9): 32-35. Autor: Prof. Hugh McDermott Vicedirector (investigación) The Bionic Ear Institute 384-388 Albert Street East Melbourne VIC 3002 Australia V1.00/Marzo de 2010/Phonak AG reservados todos los derechos 5/6
Otras publicaciones sobre SoundRecover Bagatto M, Scollie S, Glista D, Pasa V, Seewald R (2008) Case study outcomes of hearing impaired listeners using nonlinear frequency compression technology. Audiology Online, March. Boretzki M, Kegel A (2009) The benefits of nonlinear frequency compression for people with mild hearing loss. Audiology Online, November. Dewald N (2009) Experiences with a wide application of SoundRecover, non-linear frequency compression. Audiology Online, October. Glista D, Scollie S, Polonenko M, Sulkers J (2009) A comparison of performance in children with non-linear frequency compression systems. Hearing Review, November, 20-24. Kegel A, Boretzki M (2009) Nutzen von SoundRecover für Menschen mit einer milden Hörminderung. Hörakustik August. McDermott HJ, Glista D (2007) SoundRecover: A breakthrough in enhancing intelligibility. Background Story, Phonak AG. McDermott HJ (2010). The benefits of nonlinear frequency compression for a wide range of hearing losses. Audiology Online, January. Nyffeler M (2008) The Naída power hearing instrument family field test results demonstrate better speech clarity unparalleled in its class. Audiology Online, September. Nyffeler M (2008) Study finds that non-linear frequency compression boosts speech intelligibility. Hear J 61(12): 22-26. Simpson A, Hersbach AA, McDermott HJ (2005) Improvements in speech perception with an experimental nonlinear frequency compression hearing device. Int J Audiol 44(5):281-292. Simpson A, Hersbach AA, McDermott HJ (2006) Frequencycompression outcomes in listeners with steeply sloping audiograms. Int J Audiol 45(11): 619-29. Wolfe J, Caraway T, John A, Schafer E, & Nyffeler M (2009) Verbesserung beim Erkennen und Erlernen hochfrequenter Signale. Hörakustik Oktober. V1.00/Marzo de 2010/Phonak AG reservados todos los derechos 6/6