REGGIO EMILIA
29 Novembre – 3 Dicembre
1999
Corso teorico-pratico
impiantabili nel trattamento
della sordità
(a cura di Domenico Cuda)
GUADAGNO ED USCITA MASSIMA
Giovanni Bianchin
U.O. di Otorinolaringoiatria
Azienda Ospedaliera S.Maria Nuova Reggio Emilia
Le principali caratteristiche elettroacustiche di
una protesi sono guadagno, risposta in frequenza ed uscita massima. Il guadagno
è definito dalla differenza in dB SPL fra segnale in ingresso all’apparecchio e
segnale in uscita. Per esempio una protesi possiede un guadagno di 30 dB se un
segnale di ingresso di 40 dB esce a 70dB. Determina la “potenza”di una protesi
( deboli guadagno compreso tra 20 – 35 dB, medie 40 – 50, potenti superiori a
50)
Ed è direttamente legato al circuito di
amplificazione utilizzato. Convenzionalmente il guadagno di una protesi è
indicato per un ingresso di 60 dB SPL. Il guadagno è diverso da frequenza a
frequenza e determina la curva di uscita caratteristica dell’apparecchio (
risposta in frequenza).
L’amplificatore più comunemente utilizzato è quello
lineare. Si parla di amplificazione lineare quando l’aumento dell’uscita è
sempre dello stesso valore rispetto alla intensità di ingresso, fino a che
l’amplificatore raggiunge la saturazione.
Il guadagno può essere regolato sia in modo manuale
(controllo del volume) che automatico (AGC: automatic gain control) in modo da
collocare in maniera ottimale lo spettro verbale all’interno del campo dinamico
uditivo residuo del paziente.
Con il termine di campo dinamico si intende la
distanza, valutata in dB, tra la soglia audiometrica e la soglia fastidio di un
soggetto. Per il fenomeno del recruitment nei pazienti ipoacusici il campo
dinamico è ridotto, di minore ampiezza, conseguente all’innalzamento della
soglia uditiva ed abbassamento della soglia fastidio.
Il controllo del volume consente di
modificare manualmente il guadagno globale della protesi a valori intermedi. E’
costituito da una resistenza variabile interposta fra gli stadi dell’amplificatore.
Un altro sistema di limitazione dell’uscita è il peak
clipping. Quando l’ampiezza del segnale audio è portata ai limiti
dell’amplificatore o del ricevitore si innesca il peak clipping che ha
l’effetto di tagliare i picchi (può convertire un’onda sinusoidale in un’onda
quadrata). Questo sistema crea distorsione.
Il controllo del guadagno può essere regolato con
sistemi di compressione sonora che possono agire sul segnale di
ingresso, come nella maggior parte dei casi, osul segnale di uscita. Il sistema
riduce il guadagno quando l’ingresso raggiunge un livello predeterminato
(chiamato soglia di compressione o kneepoint) e di conseguenza l’uscita
viene limitata. Con un meccanismo a retroazione ilsegnale di livello elevato
viene “compresso” ad un livello di amplificazione ridotto, secondo un “rapporto
di compressione” prestabilito. Il sistema AGC non limita i picchi massimi di
uscita ma riduce uniformemente il messaggio sonoro a valori accettabili e
predeterminati. Ad esempio con un rapporto di compressione 3:1 ogni incremento
del segnale in ingresso di 3dB determinerà un incremento del segnale in uscita
di 1dB. In questo modo l’uscita è caratterizzata da un segnale che riproduce
l’ingresso ma a valori più bassi. E’ possibile determinare il livello sonoro di
innesco, e in alcuni casi, il rapporto di compressione. Esiste inoltre un tempo
di innesco dell’AGC (tempo che intercorre tra l’arrivo del segnale e
l’attivazione della compressione) e un tempo di rilascio. Mediamente intorno ai
3-5 ms. E’ preferibile che il tempo di attacco sia molto breve
(<5millisecondi) di modo che il portatore di apparecchio acustico venga
esposto a livelli di ingresso alti per tempi minimi. Il secondo elemento di
tempo è il rilascio. Quando si estingue lo stimolo innescante l’AGC, trascorre
un certo tempo prima che la funzione di compressione si disattivi e il guadagno
ritorni ai valori normali. Questo evita improvvisi aumenti di sonorità, ma
comporta una quota di perdita del messaggio sonoro. Recentemente si sono
elaborati dei sistemi di compressione che controllano il tempo di rilascio
dell’AGC in funzione della durata del segnale di ingresso. Un suono breve
comporta un tempo di disinnesco breve mentre un segnale persistente causa un
tempo di rilascio più lungo per evitare cambiamenti troppo bruschi.
Sono diversi i tipi di circuiti a compressione
utilizzabili negli apparecchi acustici.
Con il termine di compressione lineare si
intendono dei sistemi di limitazione dell’uscita massima della protesi senza
innescare distorsione come succede con il peak clipping. Sono solitamente dei
sistemi con alto rapporto di compressione > 10:1 e che pertanto riducono
drasticamente l’uscita della protesi.
Per compressione dinamica si intende un sistema che in modo graduale
cerca di fare rientrare l’uscita della protesi nel campo dinamico del paziente
praticamente innescandosi a quasi tutti i livelli di ingresso ma con rapporto
di compressione basso. Questi sono i due sistemi di compressione più
utilizzati. Contrariamente alla compressione mono-canale, dove l’intero segnale
in ingresso è processato come un tutt’uno dall’amplificatore, nella
compressione multicanale, il segnale è diviso in parti separate, elaborate
indipendentemente. Il ginocchio di innesco, il rapporto di compressione e il
tempo di attacco-rilascio può essere regolato indipendentemente per ciascun
canale. E’ possibile così adattare al meglio la curva di uscita della protesi
al campo dinamico del paziente.
Nelle protesi digitali, che suddividono il campo
tonale in diversi canali, ognuno corrisponde ad un intervallo di frequenze, è
possibile regolare per ciascun canale un valore di innesco dell’AGC.
Ogni protesi può erogare solo una limitata quantità
di pressione acustica. Aumentando il segnale di ingresso ad una protesi si
arriva ad un valore oltre il quale non aumenta il segnale di uscita, la protesi
lavora a saturazione, ha raggiunto l’uscita massima. Pertanto il
processo di amplificazione si interrompe quando segnali molto intensi saturano
i circuiti elettronici. Per convenzione l’uscita massima viene rilevata con un
input di 90 dB SPL. Il valore di uscita massima è importante per constatare se
l’apparecchio sia in grado di erogare pressioni sonore che superino
adeguatamente la soglia di udibilità del soggetto. L’uscita massima può essere
fissata per mezzo di circuiti di limitazione quali il PC (peak clipping) o lo
stesso AGC. In tal modo si evita che suoni amplificati oltrepassino il limite
superiore del campo dinamico o “soglia del disagio” provocando fastidio,
distorsioni e possibili traumatismi acustici. Alcune protesi lavorano con
livelli in uscita prossimi alla saturazione e diventa allora critico il
problema delle distorsioni legate al PC. Il continuo innesco del PC può infatti
deteriorare la qualità del suono amplificato.
La curva di risposta in frequenza esprime la
funzione fra guadagno e frequenza in condizioni simili a quelle d’uso. La
risposta in frequenza di una protesi rappresenta in pratica la risultante delle
caratteristiche frequenziali di ogni sua principale componente (microfono,
corvetta, amplificatore,ricevitore). Nella curva di risposta sono presenti dei
picchi (se numerosi sono indici di distorsione), due sono i principali, uno
nella regione dei 1000Hz (picco primario) legato essenzialmente alla risonanza
dei tubi del sistema di accoppiamento ed uno nella regione dei 2000 –3000 Hz
(picco secondario) legato alla risonanza del ricevitore. Si cerca di ottenere
sempre delle curve di risposta “appiattite” per migliorare la fedeltà del
suono.
Il guadagno può essere selettivamente indirizzato
verso una parte del campo tonale per rispondere alle esigenze dell’ipoacusico.
Nelle protesi sia analogiche che digitali sono a disposizione dei filtri
che possono limitare l’uscita per le frequenze gravi o per le frequenze acute.
Il filtro passa - alto (H) riduce
l’amplificazione dei gravi mantenendo relativamente invariata l’amplificazione
sulle alte frequenze, il contrario avviene con il filtro passa –basso (L). I
tagli dei filtri sono diversi da protesi a protesi. Anche in questo caso gli
apparecchi digitali consentono di modificare molto accuratamente la pendenza
dei tagli. Soprattutto con le protesi a tecnologia digitale è possibile
ottenere un guadagno su una zona predeterminata e con una elevata precisione
nell’entità.
I filtri elettronici consentono di modificare la
risposta dell’apparecchio acustico in modo da realizzare un’amplificazione
selettiva in relazione al profilo audiometrico del paziente.
Sono a disposizione dei circuiti elettronici che
consentono una elaborazione automatica del suono. Uno dei più utilizzati è
l’ASP ( Automatic Signal Processing) che a sua volta è composto da sistemi di
trattamento del suono a frequenza fissa e altri a frequenza dipendenti (sistema
BILL – TILL – PILL). Questo sistema ha numerose proprietà, semplificando al
massimo si può dire che è in grado di enfatizzare o coprire i gravi e gli acuti
rispettivamente a basse o ad alte intensità.
Per la determinazione del guadagno protesico
esistono diverse formule di prescrizione ( POGO, NAL, BERGER, KELLER,
LIBBY, etc) il cui risultato va adattato accuratamente per il singolo paziente.
Un breve accenno alle misure in situ del
guadagno protesico. Il vantaggio più rilevante di questi sistemi consiste nella
capacità di descrivere con precisione il comportamento della protesi acustica
quando questa è indossata direttamente dal paziente.
E’ infatti noto che le misure delle caratteristiche
della protesi effettuate nell’accoppiatore da 2cc (usato per simulare
l’orecchio) non sono confrontabili con quelle rilevate nel CUE del paziente.
Mentre i test con cavità da 2cc conservano
integralmente la loro validità per la caratterizzazione della funzionalità
della protesi intesa come sistema elettroacustico, la verifica della efficacia
di un adattamento protesico non può prescindere dalla operatività “ in situ”
della protesi stessa ed è quindi legata alle misure eseguite nel CUE del
paziente.
Ogni protesi acustica indossata da un paziente
produce 2 effetti di segno opposto ed il beneficio protesico è il risultato
della loro interazione. Se da un lato la protesi acustica fornisce
un’amplificazione del suono, dall’altro la sua presenza o la presenza del
raccordo protesi – orecchio (cioè della chiocciola) occludendo il CUE , elimina
o attenua notevolmente l’effetto di amplificazione naturale del padiglione e
del CUE. Il guadagno di inserzione è il risultato globale dell’effetto di
amplificazione della protesi e dell’effetto di attenuazione dovuto
all’occlusione del CUE. In altre parole il guadagno di inserzione è la misura quantitativa
individuale del beneficio protesico in termini di amplificazione. E’ importante
sottolineare il concetto di individualità perché le differenze interpersonali e
di accoppiamento protesi – orecchio rendono impossibile conoscere a priori
l’amplificazione di cui beneficierà il paziente. Questo significa che la stessa
protesi con le stesse regolazioni indossata da pazienti diversi fornirà in
genere amplificazioni diverse.
Bibliografia
Matticari
G., Cotrona U.: Il guadagno di inserzione. Oticon Inform, 1987.
De
Benedetto M., Cuda D.: La terapia protesica nell’anziano in La patologia
dell’orecchio nell’anziano. Relazione Ufficiale LXXXIII Congresso nazionale
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Stach B.A., Gulya A.J.: Hearing Aids Arch.
Otolaryngol. Head Neck Surg., 122, 227- 231, 1996.
Del Bo M., Giaccai F., Grisanti G.: Manuale di Audilogia. Masson 1995.