Акустическая обратная связь может возникать в любых системах звукоусиления, когда воспроизводимый сигнал поступает на вход системы. В слуховых аппаратах акустическая обратная связь возникает, когда сигнал, выдаваемый ресивером, поступает в микрофон (буквально — колебания мембраны ресивера каким-то образом передаются на мембрану микрофона) и повторно проходит этап усиления. Этот процесс повторяется многократно, что в итоге приводит к возникновению звука, близкого к чистому тону, обычно в диапазоне от 2 до 4 кГц. Субъективно это воспринимается как писк или свист (иногда как трель из-за работы систем компрессии и подавления обратной связи).
Следует заметить, что та или иная часть сигнала, воспроизводимого слуховым аппаратом, практически всегда возвращается в микрофон. Тем не менее, мы знаем, что при использовании слуховых аппаратов свист обычно не возникает. Чтобы разобраться, почему так происходит, рассмотрим обычный циклический путь сигнала при возникновении акустической обратной связи во внутриканальном аппарате. Его можно разделить на две составляющие: первая — от отверстия микрофона до отверстия выхода звука в ресивере (обозначена зеленой стрелкой на рис. 1), вторая (обратный путь) — от отверстия выхода звука в ресивере до микрофона (красная стрелка на рис. 1).
Рис. 1. Этапы цикла обратной связи
На первом этапе сигнал, проходя через компоненты слухового аппарата, усиливается. На втором этапе сигнал, возвращаясь обратно, ослабляется (этому способствует плотное прилегание корпуса слухового аппарата к стенкам слухового прохода).
Для простоты представим, что усиление линейное, а система подавления обратной связи отсутствует. Возьмем для анализа конкретную частоту, например, 2000 Гц. Пусть ситуация такова, что усиление для данной частоты составляет 30 дБ, а сигнал, возвращаясь обратно, ослабляется на 40 дБ (рисунок 2).
Рис. 2. Ситуация, в которой свист не возникнет
Если на вход поступит сигнал в 50 дБ, то после его усиления на выходе мы будем иметь 80 дБ. Обратно к микрофону сигнал, ослабившись на 40 дБ, вернется с уровнем 40 дБ. Повторно пройдя усиление, на выходе уровень сигнала будет составлять 70 дБ, вернувшись на вход — 30 дБ и т. д. Мы видим, что проходя полный цикл, сигнал суммарно ослабляется на 10 дБ, и после нескольких циклов угасает совсем. В таком случае обратная связь мгновенно прекратится (каждый цикл занимает несколько миллисекунд).
Рассмотрим ту же ситуацию, но при этом в корпусе аппарата сделаем вентиляционный канал. При этом часть сигнала будет выходить через вент наружу и попадать в микрофон. Таким образом, ослабление возвращающегося к микрофону сигнала уменьшится. К примеру, теперь ослабление составляет 20 дБ (рис. 3).
Рис. 3. Ситуация, в которой возникнет свист
Входящий сигнал в 50 дБ, усилившись на 30 дБ, на выходе будет составлять 80 дБ. К микрофону (ослабнув на 20 дБ) вернется сигнал в 60 дБ. Понятно, что при каждом следующем цикле уровень сигнала будет возрастать, в результате чего аппарат начнет свистеть.
Если мы уменьшим усиление этого слухового аппарата до 15 дБ (рис. 4), то очевидно, что в каждом цикле сигнал обратной связи будет убывать на 5 дБ и свист не возникнет.
Рис. 4. Ситуация, в которой свист не возникнет
Таким образом, свист возникает тогда, когда величина усиления слухового аппарата больше, чем величина, на которую ослабляется сигнал, возвращающийся к микрофону. Именно соотношение усиления сигнала аппаратом и ослабление возвращающегося сигнала определяет вероятность появления свиста. Этим и объясняется то, что при использовании открытого вкладыша аппарат может свистеть, даже если он дает небольшое усиление, в то время как аппарат, дающий значительное усиление, но с плотным вкладышем, свистеть не будет.
Теперь рассмотрим, каким путем колебания мембраны ресивера возвращаются к мембране микрофона. То, что было схематично обозначено красной стрелкой на рисунках выше — это совокупность различных путей (так называемые пути обратной связи). Их можно разделить на две группы: внешние и внутренние. Внешние (внешняя обратная связь) — это пути звука от отверстия выхода звука в ушном вкладыше или корпусе (внутриушного/внутриканального слухового аппарата) до отверстия микрофона. Например, внешний путь является основным в случае, когда слуховой аппарат свистит, находясь не в ухе. Когда слуховой аппарат установлен в ухо, звук, поступающий в слуховой проход, может попадать к микрофону аппарата следующими путями:
- через щели между вкладышем/корпусом и стенками слухового прохода,
- через вентиляционный канал (рисунок 5).
Рис. 5. Синими стрелками показан путь внешней акустической обратной связи через вентиляционный канал в ушном вкладыше
Существуют факторы, влияющие на выраженность внешней обратной связи. Важную роль играет расстояние от отверстия выхода звука до микрофона. Чем оно больше, тем выраженность обратной связи меньше (возвращающийся сигнал ослабляется больше). По этой причине проблема обратной связи стоит острее для внутриушных и внутриканальных аппаратов по сравнению с заушными (кроме того, у заушных аппаратов на пути звука к микрофону находится верхний край ушной раковины).
Важно также состояние слухового прохода. Например, при наличии серной пробки в слуховом проходе вероятность возникновения свиста увеличивается. Это связано с тем, что когда на пути звука в слуховом проходе находится серная пробка, большая часть его отражается обратно, что приводит к увеличению уровня сигнала, возвращающегося к микрофону. В свободном слуховом проходе большая часть звуковых колебаний передается барабанной перепонке и по цепи слуховых косточек — жидкостям улитки.
Значение внешнего пути обратной связи также резко увеличивается при наличии отражающих звук поверхностей рядом со слуховым аппаратом. При приближении руки, телефона, подушки, надевании шапки, звук, выходящий наружу, отражается от этих предметов в микрофон, вызывая свист. В обычных условиях большая часть выходящего наружу звука уходит в окружающее пространство и не поступает к микрофону.
Механизм отражения также срабатывает, когда мы проверяем, работает ли аппарат (есть свист или нет), помещая его между ладонями.
В ряде случаев при использовании внутриушных и внутриканальных аппаратов отражение может происходить от элементов ушной раковины (противозавитка, козелка, противокозелка и т. д.), что доставляет немало хлопот и иногда требует переделки корпуса.
Внутренняя обратная связь распространяется следующими путями:
- механическая передача колебаний от телефона к микрофону через корпус и внутренние компоненты слухового аппарата,
- распространение звука внутри аппарата,
- через стенки рожка, звуковода, вкладыша.
Доля сигнала, возвращающегося вышеперечисленными путями, мала. Это достигается применением эластичных подвесок и уплотнителей из особых материалов и специального монтажа деталей. В обычных условиях эти пути не являются причиной свиста. Однако, при наличии дефектов в звукопроводящей системе (повреждение подвески ресивера, неплотное сочленение рожка с корпусом, неправильный монтаж элементов в индивидуальном корпусе слухового аппарата и т.д.) доля этого пути может стать основной.
Различать наружную и внутреннюю обратную связь очень важно, так как бороться с ними нужно разными способами. Например, если закрыть отверстие выхода звука во вкладыше, а аппарат продолжает пищать — это внутренняя обратная связь. В таком случае бесполезно корректировать вкладыш для лучшего прилегания, заделывать/уменьшать вентиляционный канал или более плотно устанавливать вкладыш в ухе. Здесь требуется ремонт аппарата или звукопроводящей системы.
В данной статье были рассмотрены причины и механизм обратной связи, в следующей статье рассмотрим методы борьбы с этим неприятным явлением.
|
Игорь Викторович Матвеев Сурдолог-оториноларинголог, аудиолог ООО «Исток Аудио Слух» |