topics in amplification

Komentarze

Transkrypt

topics in amplification
Listopad 2012
TOPICS IN AMPLIFICATION
Program “Muzyka na żywo”
Muzyka towarzyszy nam od zawsze, jest naturalnym
tłem dźwiękowym do spotkań towarzyskich,
uroczystości oraz innych aktywności (Levitin, 2006).
W większości przypadków dopasowanie aparatu
słuchowego polega na takiej konfiguracji jego
ustawień, aby efektywnie skorygować niedosłuch
w zakresie zrozumiałości mowy oraz komfortu
użytkowania. Jednocześnie niewiele uwagi
poświęca się dopasowaniu aparatu w aspekcie
satysfakcjonującego odbioru dźwięków
muzycznych. Z uwagi na to, że struktura sygnału
mowy różni się znacząco od muzyki, “ustawienie”
zadowalającej zrozumiałości mowy w aparacie nie
gwarantuje satysfakcjonującego brzmienia
dźwięków muzycznych. Najczęściej przekonują się o
tym melomani oraz muzycy używający aparatów
słuchowych. W ich ocenie dźwięki muzyki brzmią
sztucznie oraz nienaturalnie. Jak wspomniano,
przyczyną tego stanu rzeczy jest fakt, że optymalizacja ustawień aparatu w aspekcie percepcji
określonych sygnałów (mowy) nie oznacza jednocześnie optymalnego dopasowania do obioru innych
dźwięków (muzyka) (Chasin & Russo, 2004).
Przebiegi czasowe muzyki i mowy są różne więc
poszczególne układy aparatu, zoptymalizowane do
przetwarzania mowy, nie potrafią (jednocześnie) w
sposób odpowiedni przetworzyć dźwięków
muzycznych.
Ponieważ coraz większa grupa Użytkowników
aparatów słuchowych zwraca uwagę na brzmienie
muzyki, Bernafon opracował specjalistyczny
program słuchowy: Muzyka na Żywo. Program
ten stanowi unikalne połączenie technologii
­ChannelFree™, szerokopasmowego przetwarzania
dźwięku oraz “poszerzenia” dynamiki sygnału.
W niniejszym wydaniu TiA przedstawiono główne
różnice pomiędzy sygnałem mowy oraz muzyki
oraz przedyskutowano je w kontekście działania
programu Muzyka na Żywo.
www.bernafon.com
Różnice pomiędzy mową i muzyką w
ujęciu akustycznym
W pracach Chasin (2006) oraz Chasin i Russo
(2004) wskazano na liczne różnice pomiędzy
sygnałem mowy oraz muzyki. Poniżej przedstawiamy najistotniejsze z nich.
1. Różnice widmowe
Ponieważ źródłem mowy jest m.in. kanał głosowy o
bardzo podobnej budowie u poszczególnych
mówców, widmo częstotliwościowe wypowiedzi
różnych osób jest bardzo podobne. Oczywiście
występują różnice międzyosobnicze, różnice
pomiędzy płciami oraz grupami wiekowymi, jednakże
średnie widma mocy różnych głosów nie różnią się
pomiędzy sobą w sposób zasadniczy (np. Byrne i in.,
1994; ANSI S3.5–1997). Średnie widma mowy
uwzględniane są przez niektóre metody dopasowania (np. DSL), dla których priorytetem jest dopasowanie aparatu w aspekcie najwyższej zrozumiałości
mowy. Muzyka generowana jest przez różne instrumenty (lub ich grupy), których brzmienie może różnić
się radykalnie, więc widmo dźwięków muzyki
charakteryzuje się o wiele większą zmiennością niż
widmo mowy (Chasin i Russo, 2004). Ponadto
muzyka “lokalnie” może być potraktowana jako
dźwięki impulsowe, szumowe oraz również zawierające głos ludzki. Dlatego nie istnieje średnie,
“typowe” widmo mocy muzyki, które mogłoby być
punktem wyjścia do metody dopasowania aparatu w
aspekcie percepcji dźwięków muzyki.
2. Różnice w poziomach ciśnienia
­akustycznego
Wartość poziomu ciśnienia akustycznego “cichej”,
“konwersacyjnej” oraz “głośnej” mowy wynoszą
odpowiednio 50, 65 oraz 80 dB SPL. Średni poziom
“krzyku” wynosi około 83 dB SPL (Chasin, 2006).
Dźwięki muzyki generowane np. podczas koncertu,
charakteryzują o wiele większe średnie poziomy
dźwięku wynoszące około 105 dB(A)1, natomiast ich
średnie wartości szczytowe osiągają nawet
120 dB(A). Pomiary przeprowadzone przez Killiona
(2009) wykazały wartości szczytowe wynoszące
nawet 114–116 dB(C) (hala koncertowa, orkiestra
symfoniczna).
1. Live Music Dynamics
Jak wspomniano, dźwięki muzyki charakteryzują
większe wartości poziomów oraz CF. Fakt ten
powinien być uwzględniony w algorytmie przetwarzania muzyki w aparacie słuchowym. Warto
zauważyć, że większość aparatów przed konwersją
sygnału analogowego na postać cyfrową ogranicza
wartości szczytowe przekraczające 95 dB.
Ogranicz­enie maksymalnego poziomu nie zniekształca mowy, nawet głośnej, niemniej jednak
deformuje przebieg czasowy muzyki, w przypadku
którego wartości szczytowe są znacznie wyższe. W
konsekwencji muzyka brzmi nienaturalnie, a jej
dynamika jest zniekształcona. Co więcej, efekt ten
jest szczególnie dotkliwy w przypadku muzyków
użytkujących aparaty słuchowe; w tych warunkach
Użytkownicy narzekają na niezadawalającą “słyszalność” innych muzyków udzielających się w
zespole. W przypadku Live Music Dynamics maksymalna wartość poziomu wejściowego wynosi aż
110 dB, tak więc dynamika muzyki nie jest wstępnie
zniekształcana.
Powyższa analiza różnic pomiędzy sygnałem mowy
oraz muzyki wykazuje, że oba rodzaje dźwięków
powinny być przetwarzane w aparacie słuchowym
w zupełnie inny sposób. Dzięki możliwościom
programu Muzyka na Żywo, aparaty słuchowe
Bernafon uwzględniają specyficzne właściwości
muzyki oraz przetwarzają ją zachowując naturalność
dźwięku.
Czas
Rys.1. Sygnał muzyki wzmocniony w tradycyjnym
­p rogramie muzycznym.
Wartość chwilowa
3. Współczynnik szczytu
W ogólnym przypadku współczynnik szczytu (ang.
crest factor, CF) definiuje się jako różnicę pomiędzy
maksymalnym poziomem szczytowym oraz średnim
poziomem sygnału. Można powiedzieć, że im
większa dynamika sygnału, tym większy CF.
Wartość CF dla mowy jest w przybliżeniu stała i
wynosi około 12 dB. W przypadku muzyki CF jest
zmienny i w zależności od instrumentu zawiera się
w przedziale 12–20 dB (Chasin, 2006). Sygnał
muzyki charakteryzuje się po prostu większą
dynamiką niż sygnał mowy.
Wartość chwilowa
Ponadto dla dźwięków mowy wykazano korelację
pomiędzy percypowaną głośnością oraz poziomem
ciśnienia akustycznego. W przypadku muzyki o
wiele trudniej jest określić tę relację (co więcej jest
ona różna dla różnych instrumentów) (Chasin, 2006).
Specalistyczny program muzyczny
Program Muzyka na Żywo wykorzystuje trzy
właściwości/układy przetwarzania dźwięku:
1. Live Music Dynamics
2. ChannelFree™
3. Szerokie pasmo przenoszenia
Przeanalizujemy teraz działanie tych systemów oraz
ich wpływ na dźwięki muzyczne.
1
oziom dźwięku wyrażony w dB A lepiej odwzorowuje
P
głośność percypowanego dźwięku niż poziom ciśnienia
akustycznego (dB SPL). Poziom ciśnienia akustycznego
ważony krzywą korekcyjną C, wyrażony w dB C, używany
jest do pomiaru poziomów szczytowych. Pomiar poziomów wyrażonych w dB A lub dB C jest możliwy za
pomocą większości sonometrów.
BERNAFON
Czas
Rys.2. Sygnał muzyki wzmocniony z zastosowaniem Live
Music Dynamics
Rys.1 oraz Rys. 2 przestawiają przebieg czasowy
przykładowej muzyki wzmocnionej bez zastosowania Live Music Dynamics (Rys.1) oraz z
wykorzystaniem tej technologii (Rys.2). W przypadku sygnału przedstawionego na Rys.1 obserwuje
się znaczne ograniczenie dynamiki (linia czerwona
oznacza limit wartości szczytowych sygnału przed
konwersją do postaci cyfrowej). Dla Live Music
Dynamics (Rys.2) przebieg czasowy nie jest
zniekształcony a struktura dynamiczna jest zachowana. Dzięki rozszerzeniu zakresu dynamicznego
naturalna postać sygnału jest konwertowana do
dziedziny cyfrowej oraz odpowiednio przetwarzana.
TOPICS IN AMPLIFICATION
2. Przetwarzanie ChannelFree™
ChannelFree™, unikalna technologia przetwarzania
dźwięku bez podziału na kanały częstotliwościowe,
jest szczególnie istotna w kontekście przetwarzania
muzyki. Ze względu na dużą rozdzielczość czasową
oraz brak zniekształceń struktury widmowej
sygnału, podczas przetwarzania zachowane są
proporcje pomiędzy poszczególnym składowymi
harmonicznymi dźwięku2. Jest to szczególnie
istotne, gdyż relacje energetyczne pomiędzy
poziomami wpływają na percypowaną – tak ważną
dla muzyki – barwę dźwięku. Ponadto, odpowiednie
proporcje pomiędzy składowymi mają wpływ na
naturalność słuchanej muzyki. Brak zniekształceń
widmowych to nie jedyna zaleta ChannelFree™.
W związku z bardzo dużą rozdzielczością czasową,
ChannelFree™ bardzo szybko reaguje oraz odpowiednio przetwarza nawet raptowne zmiany
poziomu sygnału. Oznacza to, że zarówno niskopoziomowe, jak i wysokopoziomowe segmenty
dźwięku są bardzo szybko identyfikowane oraz
precyzyjnie wzmacniane do poziomu, który jest
komfortowy dla Użytkownika.
Wysoką jakość dźwięku przetworzonego za
pomocą ChannelFree™ potwierdziły niezależne
badania naukowe. Dillion i in. (2003) wykazali, że w
przypadku Symbio, pierwszego na świecie aparatu
słuchowego z ChannelFree™, słuchacze oceniali
jakość dźwięku pianina znacznie wyżej niż w
przypadku kiedy zastosowano aparaty słuchowe
innych producentów.
3. Przetwarzanie szerokopasmowe
Wykazano niejednokrotnie, że jakość percypowanego dźwięku, w tym muzyki, jest tym większa,
im większe pasmo przenoszenia układu transmitującego (np. Moore i Tan, 2003; Killion, 2009).
Aparaty słuchowe z programem specjalistycznym
Muzyka na Żywo charakteryzują się bardzo szerokim, wynoszącym 10.000 Hz, pasmem częstotliwościowym. Oznacza to, że zarówno
niskoczęstotliwościowe, jak i wysokoczęstotliwościowe komponenty muzyki są bez zniekształceń
transmitowane przez aparat. W związku z
powyższym, nieważne czy na pianinie jest
odgrywane “wysokie C” (4186 Hz), czy na
skrzypcach (2093 Hz) (Levitin, 2006), każdy dźwięk
jest odpowiednio i precyzyjnie wzmocniony.
2
zczegółową analizę właściwości oraz działania
S
­C hannelFree™ przedstawiono w dedykowanym temu
zagadnieniu Topics in Amplification
( http://www.bernafon.pl/Professionals/Services/
NavigationAbstraction/~/media/PDF/Polish/Global/
Bernafon/ TiA/ TiA _ChannelFree_Technology_PL.pdf );
Schaub (2008) oraz Schaub (2009).
BERNAFON
“Muzyka na żywo” w ocenie muzyków
W doświadczeniu przeprowadzonym przez Hockleya
i in. (2010) analizowano subiektywne oceny
muzyków korzystających z programu Muzyka na
Żywo. W eksperymentach uczestniczyło 9 profesjonalnych muzyków, grających na różnych instrumentach oraz reprezentujących różne gatunki
muzyczne. Wszystkie testowane osoby kwalifikowały się do korekcji niedosłuchu, przy czym
żadna z nich – ze względu na niezadowalającą
jakość dźwięku obieranego przez aparaty słuchowe
- nie używała ich podczas gry na instrumencie.
Podczas testów percepcyjnych związanych z
działaniem Muzyka na Żywo, wszyscy muzycy
odsłuchiwali dźwięk za pomocą aparatu Veras 9,
przy włączeniu standardowego programu wielośrodowiskowego Zróżnicowane otoczenie oraz przy
aktywacji Muzyki na Żywo. Wykazano statystycznie
istotne różnice pomiędzy średnią oceną programu
muzycznego (która okazała się wyższa) oraz programu głównego. Doświadczenie to ostatecznie
potwierdziło korzyści wynikające ze stosowania
programu Muzyka na Żywo podczas odbioru
dźwięków muzyki.
Podsumowanie
Jak wykazano w niniejszym wydaniu TiA, muzyka
zasadniczo różni się od sygnału mowy. Oznacza to,
że oba rodzaje sygnałów akustycznych powinny być
przetwarzane w aparacie słuchowym w odmienny
sposób. Zaprojektowany przez specjalistów firmy
Bernafon program Muzyka na Żywo jest zaawansowanym algorytmem dedykowanym dźwiękom
muzyki. Live Music Dynamics gwarantuje, że
naturalna dynamika muzyki nie jest zniekształcana.
ChannelFree™ zapewnia odpowiednie wzmocnienie
sygnału (bez zniekształceń struktury harmonicznej
dźwięku) do poziomu pożądanego przez Użytkownika. Dzięki szerokiemu pasmu przenoszenia
układu wszystkie składowe sygnału są odpowiednio
przetwarzane z zachowaniem, bardzo ważnych dla
barwy dźwięku, proporcji pomiędzy poziomami
poszczególnych składowych. Program Muzyka na
Żywo oferuje technologię przetwarzania muzyki w
aparacie słuchowym, która gwarantuje jej najwyższą jakość i naturalność, tak istotną dla melomanów, muzyków, jak i pozostałych Użytkowników
aparatów słuchowych.
TOPICS IN AMPLIFICATION
54_PL - 12.06.2012
Od 1946 roku z wielką pasją projektujemy, ulepszamy oraz wprowadzamy na rynek nowoczesne systemy
wspomagające słyszenie, które umożliwiają osobom z uszkodzonym słuchem powrót do świata
dźwięków. Szwajcarska technologia, precyzja oraz otwartość na nowe wyzwania sprawiają, iż nasze
Literatura
Dillon, H.,
Keidser,nadrzędnym
G., O’Brien, A.,
and Silberstein,
produkty doceniło wielu Protetyków Słuchu oraz Pacjentów.
Naszym
celem
jest ciągły H.
(2003).
Sound
quality
comparisons
of
advanced
ANSI
S3.5
(1997). American
National Standard
rozwój,
nieustanne
udoskonalanie
naszych produktów oraz usług. Nasi pracownicy oraz przedstawiciele
hearing
aids.
The
Hearing
Journal,
56(4),
30 – 40.
­Methods
forponad
the Calculation
of the Speech
Intelligiobecni
są w
70 państwach.
To właśnie
dzięki nim osoby dotknięte niedosłuchem mogą swobodnie
bility Index. New York: American National Standards
Hockley, N. S., Bahlmann, F. & Chasin, M. (2010).
komunikować
się oraz cieszyć się pełnią życia.
Institute.
Bernafon A.G. (2009). ChannelFree™, proprietary
Bernafon technology. Topics in Amplification,
July 2009, www.bernafon.com.
Byrne, D., Dillon, H., Tran, K., Arlinger, S., Wilbraham,
K., Cox, R., Hagerman, B., Heto, R., Kei, J., Lui, C.,
Kiessling, J., Kotby, M. N., Nasser, N.H.A., El Kholy,
W.A.H., Nakanishi, Y., Oyer, H., Powell, R.,
­Stephens, D., Meredith, R., Sirimanna, T., Tavartkiladze, G., Frolenkov, G. I., Westermann, S., &
Ludvigsen, C. (1994). An international comparison
of long-term average speech spectra. The Journal
of the Acoustical Society of America, 96(4),
2108 – 2120.
Chasin, M. (2006). Hearing aids for Musicians. Hearing
Review, 13(3), 11 – 16.
Chasin, M. and Russo, F. A. (2004). Hearing aids and
music. Trends in Amplification, 8(2), 35 – 47.
Programming hearing instruments to make live
music more enjoyable. The Hearing Journal, 63(9),
30 – 38.
Killion, M. C. (2009). What special hearing aid properties do performing musicians require? The
Hearing Review, 16(2), 20 – 31.
Levitin, D. J. (2006). This Is Your Brain on Music: The
Science of a Human Obsession. New York: Dutton/
Penguin.
Moore, B. C. J. and Tan, C-T (2003). Perceived naturalness of spectrally distorted speech and music.
The Journal of the Acoustical Society of America,
114(1), 408 – 418.
Schaub, A. (2008). Digital Hearing Aids. New York:
Thieme.
Schaub, A. (2009). Enhancing Temporal Resolution and
Sound Quality: A Novel Approach to Compression.
Hearing Review, 16(8), 28 – 33.
Światowa Siedziba
Polska
Acustica Sp. z o.o.
ul. Hynka 73A
80-465 Gdańsk
Tel. +48 58 511 08 03
Faks +48 58 511 17 81
Bernafon Companies
Australia ∙ Canada ∙ China ∙ Denmark ∙ Finland ∙ France ∙ Germany ∙ Italy ∙ Japan ∙ Korea ∙ Netherlands ∙ New Zealand ∙ Poland ∙ Spain ∙ Sweden ∙
Switzerland ∙ UK ∙ USA
www.bernafon.com
11.12/BAG/PL/subject to change
Szwajcaria
Bernafon AG
Morgenstrasse 131
3018 Bern
Phone +41 31 998 15 15
Fax +41 31 998 15 90

Podobne dokumenty