İşitme Cihazları

İşitme ve anlama, akustik sinyallerin algılanmasındaki iki farklı parametreyi oluşturur. Bir sinyalin anlaşılması, öncelikli olarak duyulabilmesine bağlıdır. Merkezi sinir sisteminde her hangi bir sorun yoksa duyulabilen akustik uyaranlar (örneğin; konuşma sinyalleri) anlaşılır. İşitme sisteminin anatomik ve fizyolojik yapısına baktığımız zaman ne kadar karmaşık olduğunu anlamaktayız. Özellikle iç kulak mekanizması, yapının karmaşıklığı konusunda fikir vermektedir. Bu karmaşık yapıda meydana gelen herhangi bir bozukluk sistemin çalışma dinamiklerini etkilemekte, akustik sinyallerin duyulabilmesini güçleştirmekte ve işitme kaybını ortaya çıkarmaktadır. İşitme kaybı, medikal ve/veya cerrahi olarak tedavi edilemeyecek durumda ise, ortaya çıkan sorun bireylerin günlük yaşamlarını olumsuz etkilemektedir. Olumsuz etkileri ortadan kaldırmak ve işitmenin tekrar sağlanabilmesi için kullanılacak en önemli araç; işitme cihazıdır.

Çağımıza damgasını vuran teknolojik devrim, hızlı bir şekilde işitme cihazlarını etkilemiş ve işitme cihazlarının çok daha gelişmiş bir şekilde üretilmesine neden olmuştur. Önceleri analog olarak üretilen işitme cihazları, manuel olarak kontrol edilirken; frekans (tone) kontrol, kazanç, limitleme devreleri ve maksimum çıkış gücü gibi bazı devrelerinin digital olarak kontrol edilmesine olanak tanıyan teknolojik gelişim gösterdi. Bu cihazların amplifikatör bölümleri analog işitme cihazları ile aynıdır. Tek fark işitme cihazının diğer bölümlerin kontrolünde gerçekleştirilmiştir. Bu tip işitme cihazlarına “digital olarak kontrol edilen işitme cihazları” adı verilmektedir.

Sinyal işleyici bölge olarak adlandırılan amplifikatörde oluşturulan bir farklılıkla, digital olarak çalıştırılması sağlandı. İşitme cihazları açısından son derece büyük bir değişiklik olan bu modifikasyonla, sesin çok farklı bir şekilde işlemlenmesine olanak tanınmaktadır. İşitme cihazının diğer bölümlerinin yanı sıra sesin işlemlenmesi aşamasının da digital bir hale gelmesi ile üretilen işitme cihazlarına “digital işitme cihazı” adı verilmektedir. Digital işitme cihazları teknolojik gelişmeye açık bir şekilde, çeşitli yazılımlar (software) aracılığı ile fonksiyonları geliştirilebilecek şekilde üretilmektedir.

Teknolojinin hızla ilerlediği birçok alanda olduğu gibi (Örneğin; bilgisayar sektörü), işitme cihazları alanında da, aynı anda çok farklı teknolojilere sahip işitme cihazlarının, birbirine çok yakın fiyatlarla satışa sunulduğu görülmektedir. Gelişmiş ülkelerde eski teknoloji olarak tanımlanan ve üretimi bırakılan bazı işitme cihazlarının, az gelişmiş veya gelişmekte olan ülkeler için üretimi devam etmektedir. Ülkemiz gibi gelişmekte olan ülkelerin kendi teknolojilerini yaratmadan bu durumdan kurtulmaları oldukça zordur. Bu zorluğun aşılması, işitme cihazı alanında çalışan disiplin sayısının artırılması ve işitme cihazı öneren durumunda bulunan sağlık elemanlarının bu konudaki donanımlarının artırılması ile gerçekleşecektir.

Ülkemiz, işitme cihazları konusunda yaşanan karmaşa ve denetimsizlik nedeni ile teknolojik bir çöplük olma riski taşımaktadır. Bu konu ile ilgili olarak çalışan herkesin gelişmeleri çok daha yakından izlemesi, işitme kaybının daha sağlıklı bir şekilde habilitasyonu ve/veya rehabilitasyonu için çok büyük bir önem taşımaktadır.

Digital Olarak Programlanabilen İşitme Cihazları

İşitme cihazı teknolojisinde oluşan gelişmeler sonucu üretilen bu cihazlar asıl işlemleyicisi nedeni ile analog cihazlardır. Analog cihazlarda akustik enerji, mikrofon aracılığı ile elektriksel enerjiye dönüştürülür. Bu dönüşüm sonrasında oluşan elektriksel enerji, amplifikatör devrede özellikleri bozulmadan yalnızca şiddet olarak arttırılır ve hoparlör aracılığı ile tekrar akustik enerjiye çevrilir. Hoparlöre gelen elektriksel enerji, mikrofondan çıkan elektriksel enerjiden daha güçlü olduğu için oluşan akustik enerji de daha güçlüdür (Şekil 1).

Analog işitme cihazının şematik görünümü

Şekil 1: Analog işitme cihazının şematik görünümü

Bu işlem sırasında enerjinin bazı özelliklerini değiştirmek amacıyla özel devreler kullanılmaktadır. Bu devrelerin en eskisi ve yaygın olarak kullanılanı frekans (tone) kontrol devresidir. Bu devrenin en önemli özelliği işitme cihazının verimini arttırmak için, bazı frekanslardaki kazanç miktarını etkileyerek işitme cihazının etkin olduğu frekans aralığını değiştirmektir (Şekil 2, Şekil 3).

İşitme cihazının yüksek frekans kazancını değiştiren frekans (tone) kontrol devresinin etkisi

Şekil 2: İşitme cihazının yüksek frekans kazancını değiştiren frekans (tone) kontrol devresinin etkisi

İşitme cihazının alçak frekans kazancını değiştiren frekans (tone) kontrol devresinin etkisi

Şekil 3: İşitme cihazının alçak frekans kazancını değiştiren frekans (tone) kontrol devresinin etkisi

Teknolojik gelişmeler sonucunda analog işitme cihazlarına, bu devrenin dışında bazı devreler eklenmiştir. Bu devrelerin başında çıkış gücünün limitlenmesini sağlayan güç kontrol devresi gelmektedir. Daha sonra yüksek frekans ve alçak frekansları ayrı ayrı etkileyebilen frekans kontrol devreleri eklenmiştir. Bu devrelerin kontrolü, daha önce trimerler (ayar vidası) aracılığı ile yapılmaktadır (Resim 1).

Analog işitme cihazlarında kullanılan bazı trimer örnekleri

Resim 1: Analog işitme cihazlarında kullanılan bazı trimer örnekleri

Özel tornavidalar ile ayarlanan trimerlerin, zaman içinde özellikleri bozulmakta ve iç dizaynında yer alan metal parçaların oksitlenmeleri gibi sorunlarla çok sık karşılaşılmaktadır. Oksitlenme, elektriksel akımın geçişini azaltması nedeni ile aşırı enerji tüketimine ve işitme cihazının elektro akustik özelliklerinin bozulmasına neden olarak, cihazların performansını olumsuz etkilemektedir.

Bu sorunların ortadan kaldırılması amacı ile yapılan çalışmalarla, bu devrelerin kontrol kısımları olan trimerler ortadan kaldırılmış, eklenen elektronik bir devre yardımıyla işitme cihazı dışarıdan kontrol edilebilir bir şekle dönüştürülmüştür (Resim 2).

Digital olarak kontrol edilebilen analog işitme cihazlarındaki kontrol kısmı

Resim 2: Digital olarak kontrol edilebilen analog işitme cihazlarındaki kontrol kısmı

 

 İşitme cihazının dışarıdan kontrolü genellikle bir bilgisayar yardımı ve işitme cihazı üreticisi tarafından geliştirilen bir modül tarafından gerçekleşmektedir. Bazı işitme cihazı üreticileri, kendi aralarında birleşerek aynı modülü kullanabilmektedir (örneğin Siemens tarafından geliştirilen ve Hansaton, Philips, Rexton ve Phonak tarafından da kullanılan PCM modülü gibi).

Klinik ortamlarda farklı işitme cihazı firmaları ile çalışan ve farklı işitme cihazı denemek durumunda kalanlar ise bilgisayar yardımı ile çalışmaktadır. Bilgisayarla işitme cihazı arasındaki ilişki Madsen tarafından geliştirilen Hİ-PRO cihazı aracılığı ile sağlanmaktadır (Resim 3).

HI-PRO cihazı

Resim 3: HI-PRO cihazı

HIMSA (Hearing İnstrument Manifacturer Software Association) tarafından geliştirilen ve NOAH adı verilen bir yazılım yardımı ile bütün işitme cihazı firmalarının cihazları ve birçok odyometri cihazı ile bağlantı kurmak mümkün olmaktadır (Tablo 1).

Noah yazılımı ile bağlantılı çalışan işitme cihazı firmaları, odyometre cihazları üreticileri ve ofis sistemlerinin bazıları

Tablo 1: Noah yazılımı ile bağlantılı çalışan işitme cihazı firmaları, odyometre cihazları üreticileri ve ofis sistemlerinin bazıları

HI-PRO kullanılarak işitme cihazı ile kurulan bağlantı, özel bir kablo aracılığı ile gerçekleşmektedir. İşitme cihazının teknik özelliklerine göre, kullanılan kablo değişmektedir. Genellikle her firmanın farklı bir bağlantı kablosu bulunmaktadır. Hatta aynı firmanın farklı işitme cihazı modellerinde bile bazen farklı kablolar kullanılmaktadır. Birden çok işitme cihazı firması ile çalışan odyoloji klinikleri açısından, ciddi bir sorun haline gelen kablo sayısının fazlalığı, firmaların ortak bir kablo geliştirmesi ile son bulacaktır (Resim 4).

İşitme cihazlarının programlanmasında kullanılan kablolar

Resim 4: İşitme cihazlarının programlanmasında kullanılan kabloların bir kısmı

Digital olarak programlanabilen işitme cihazlarının yararları

Digital olarak programlanabilen işitme cihazlarının klasik analog cihazlara kıyasla farklı avantajları bulunmaktadır. Bu avantajların başında yer alan ve daha çok parametreyi (Tablo 2) kontrol etmeye yarayan özel devrelerin varlığı, programlanabilir işitme cihazlarının önemini artırmaktadır. Digital olarak kontrol edilebilen işitme cihazlarının çeşitli avantajları bulunmaktadır;

  1. Daha kompleks olmasına karşın daha kolay kullanıma hazır hale gelmesi
  2. Daha esnek olması nedeni ile işitme kaybı eğrisine daha kolay cevap vermesi
  3. Farklı limitleme metotlarını içinde barındırması nedeni ile kişiye daha uygun bir hale getirilebilmesi
  4. Uzaktan kumanda edilebilmesi
  5. Kullanıcının  farklı işitme programlarını seçebilmesi
  6. Her iki kulağa (binaural) aynı anda takılarak programlanabilmesi nedeni ile farklı işitme kayıplarında en iyi sonucun alınabilmesi
  7. Mekanik kısımları daha az olduğu için servis gereksiniminin daha az ve daha geç ortaya çıkması
  8. Hasta verilerinin saklanmasının mümkün olması gibi avantajları sayılabilir.

Tablo 2: Digital olarak programlanabilen işitme cihazlarında dışarıdan kontrol edilebilen parametreler:

Amplifikasyon miktarı

Alçak frekans amplifikasyon miktarı

Yüksek frekans amplifikasyon miktarı

Maksimum çıkış gücü (SSPL 90)

Limitleme devreleri (PC, AGC)

AGC limitleme şiddeti (Kneepoint)

Limitleme oranı

Digital İşitme Cihazları

Genel olarak yaşam kalitesinin arttığı ülkelerde insanların yaşamdan beklentilerinin artması ve yaşam süresinin giderek uzaması, işitme kaybına yönelik yaklaşımları da değiştirmiştir. Önceleri insanlar daha yaşamsal sorunları ile uğraşırken, işitme kaybını  ikincil bir sorun olarak algılamaktaydı. Zamanla yaşamsal sorunların çözülmesi ve insanların kendilerine daha çok zaman ayırmaya başlaması ile yaşam kalitesinin arttırılması isteği ön plana çıkmaya başlamıştır. Ayrıca yaşam süresinin artması ile ortaya çıkan işitme kaybını sağlıklı bir şekilde ortadan kaldıracak olan, işitme cihazlarına daha çok para ayrılmaya başlanmış ve işitme cihazından beklentiler artmıştır. İşitme kayıplı bir kişi yalnızca sakin ortamlarda konuşulanları anlamak değil, aynı zamanda kalabalık bir ortamda da aynı kalitede konuşulanları anlamayı, bir konsere gittiğinde müziği tam olarak duyabilmeyi, hareket halindeki bir araç içinde de konuşulanları rahat bir şekilde duyabilmeyi ve anlamayı ister hale gelmiştir. Bireyler, bu olanağı sağlayacak olan işitme cihazını satın alabilecek ekonomik birikime sahiptirler.

Teknolojik gelişmeler bu olanağı zorlayacak bir gelişme göstermiş ve işitme kayıplı kişilerin daha önce kullandıkları klasik analog cihazların yerine önce digital olarak programlanabilir işitme cihazları üretilmiş, daha sonra ise sinyal işleyicisinin digital olduğu işitme cihazları üretilmeye başlanmıştır.

Digital işitme cihazları, analog işitme cihazlarına göre oldukça farklı bir çalışma yapısına sahiptir (Şekil 4).

Digital işitme cihazının şematik görünümü

Şekil 4: Digital işitme cihazının şematik görünümü

Pre-amplifikatörde güçlendirilen elektrik enerjisi Analog-Digital çeviriciye gelir. Burada yapılan en önemli görevlerin başında, analog sinyalin analizi gelmektedir. Analiz (örneklem) ne kadar hızlı yapılırsa, oluşabilecek hata o ölçüde azalacaktır. Genellikle önerilen analiz hızı, Analog sinyalin frekans özelliğinin iki katıdır. Örneğin bant aralığı 5 kHz olan bir sinyal analiz ediliyorsa, örneklem hızının 10 kHz olması hata olasılığını azaltacaktır.

Analog-Digital çeviricide yapılan analiz sonucunda analog sinyalin gücü de (şiddeti) digital olarak gösterilir. Gücün digital olarak gösterilmesi ondalık değere sahip analog sinyal değerinin ikilik (binary) değer sistemine çevrilmesi ile gerçekleşir ve ”bit” olarak tanımlanır (Şekil 5).

Analog sinyalin ikilik değer sistemine dönüştürülmesi

Şekil 5: Analog sinyalin ikilik değer sistemine dönüştürülmesi

Ondalık değerlerin ikilik değerlere dönüşümünde kullanılan “bit” dinamik güç aralığı açısından önem taşımaktadır. Her ondalık sayının ikilik gösterimi mevcuttur. Aşağıdaki tabloda 3 bitlik bir çevirim görülmektedir. 3 bit (2³) 2.2.2=8 farklı değeri gösterir. Buna karşın 16 bitlik bir değer 216 =64536 farklı değere sahiptir.

3 bitlik digital çevirim

Tablo 3: 3 bitlik digital çevirim

Analog-digital çevirimde kullanılan “bit” değerinin artması, gücün daha rahat ve gerçek değerine daha yakın bir şekilde gösterilmesine olanak tanır (Şekil 6). Şekil 6-A’da, 2 bitlik bir çevirim görülmektedir. Dikkat edilirse bu çevirim işleminde sinyalin bazı bölümleri atlanmakta, dikkate alınmamaktadır. Oysa Şekil 6-B’de gösterilen 4 bitlik çevirimde, sinyalin çok daha iyi bir şekilde analiz edildiği görülmektedir. Digital dönüşümde kullanılan bit değeri ne kadar yüksek olursa analiz o kadar iyi ve gerçeğe yakın olarak gerçekleşir. Ayrıca var olan sinyalin gücü artıkça, analiz için yüksek bitlerde çalışan devrelere gereksinim duyulmuştur (Tablo 4).

Digital işitme cihazlarındaki bit değeri ile dinamik aralık arasındaki ilişki

Tablo 4: Digital işitme cihazlarındaki bit değeri ile dinamik aralık arasındaki ilişki

Analog bir sinyalin 2 bitlik ve 4 bitlik dönüşümü

Şekil 6: Analog bir sinyalin 2 bitlik (A) ve 4 bitlik (B) dönüşümü

Analog sinyalin digital hale getirilmesinde kullanılan çeviriciler, son yıllarda hızlı bir gelişme göstermiştir. Önceleri, analog sinyalin analizinde kullanılan çeviricilerde örneklem hızı ile ilgili bazı sorunlar yaşanmaktaydı. İyi bir analiz için, analog sinyalin frekans özelliğinin iki katı örneklem hızı gerekmektedir. Buna “Örneklem Teoremi”veya “Nyquist kuralı” denmektedir. Teknolojik olarak bu hıza ulaşmakta zorluk çekilmesi durumunda, gelen analog sinyal, çeviriciye girmeden “anti-aliasing” filtreden geçmek zorundaydı. Bu filtrede “aliasing” (yanılsama) etkisi ortadan kaldırılmaya çalışılmaktadır.” Aliasing”(yanılsama) etkinin ortaya çıkışı, özellikle sinyal frekansının artması ile ortaya çıkan bir durumdur. Sinyallerin analizi yapılırken, genellikle anlık 4 ayrı noktadan analiz yapılır. Yüksek frekanslı bir sinüs dalgasının analizinde, 4 ayrı noktadan elde edilen değerlerle, yeni bir sinüs dalgası oluşur. Bu alçak frekans karakterindedir ve ciddi bir yanılsama oluşturur (Şekil 7).

4 noktadan yapılan örneklem sonucu oluşan, yanıltıcı (alaising) alçak frekanslı sinüs dalgası

Şekil 7: 4 noktadan yapılan örneklem sonucu oluşan, yanıltıcı (alaising) alçak frekanslı sinüs dalgası

Sinüs dalgasında oluşan bu yanılsamayı daha basit olarak başka bir örnekte verilebilir; giderek hızlanan bir otomobil tekerine baktığımız zaman, önce doğru yönde döndüğünü görürüz. Belirli bir hızdan sonra tekerin daha yavaş olarak tersine döndüğünü görmeye başlarız. Tıpkı bu yanılsamada olduğu gibi, sinyallerde de benzer bir yanılsama (alaising) oluşur. Digital işitme cihazlarında önceleri anti-alaising filtrelerle bu sorun aşılmıştır. Günümüzdeki digital işitme cihazlarında, yüksek hızlı örneklem (oversampling) yapılmasına olanak tanıyan Sigma-Delta çeviriciler kullanılmaktadır. Bu tip analog-digital çeviricilerde anti-alaising filtreye gerek kalmamaktadır. Analog-digital çeviricilerde karşımıza çıkan bu sorun, benzer şekilde digital-analog çeviricilerde de oluşmaktadır. Bu sorun ise, D-sınıfı hoparlör (receiver) kullanılarak aşılmıştır.

Analog-digital çeviricide digital hale getirilen sinyal, sinyal işlemcisine gelir. Sinyal işlemcisi, karmaşık bilgisayar algoritmaları ile yüklüdür ve sinyal bu algoritmalara göre işlemlenir. Algoritmalar işlemcinin kapasitesi ölçüsünde karmaşık hale getirilebilir. Burada her digital işitme cihazının benzer olmadığını, sinyal işlemcilerinin farklı kapasitelere sahip olduğunu belirtmek gerekir. Tıpkı analog işitme cihazlarında olduğu gibi, digital işitme cihazlarında da ciddi bir kalite sorunu yaşanmaktadır. Kapasitesi çok düşük olmakla beraber, digital sinyal işlemcisi olan bir işitme cihazı da, digital işitme cihazı olarak tanımlanmakta, çok daha kompleks ve yüksek bir kapasiteye sahip olanlarda digital işitme cihazı sınıfına girmektedir. Bu nedenle işitme cihazlarının teknik özelliklerini bilerek işitme kayıplı kişilere önermek gerekmektedir. Çünkü eski teknolojiye sahip, düşük kapasiteli digital bir işitme cihazı, kimi zaman kaliteli bir analog işitme cihazından daha düşük performans gösterebilmektedir.

Farklı algoritmalarla yüklü bulunan digital sinyal işlemcisi, o algoritmaların gerektirdiği şekilde sinyali işlemektedir. Yapılan sinyal işlemlenmesi çoğunlukla frekans özelliklerine göre yapılmaktadır. Geniş bir frekans aralığında gelen sinyalin özellikleri bozulmadan, işitme kaybının konfigurasyonuna göre, gerekli olan frekanslarda istenilen düzeyde şiddet artırımları yapılır. İşlemcinin kompleksliğine göre frekans aralığı değişmektedir. Basit işlemcilerde etkin frekans alanı yalnızca iki frekans bandında işlemlenirken, daha kompleks işlemcilerde 4, 8 veya 16 adet etkin frekans bandı bulunmaktadır. Yeni üretilen digital işitme cihazlarında, band sayısı daha da artırılmaya çalışılmaktadır. Etkin frekans band sayısının fazla olması özellikle atipik işitme kayıplarında ciddi uygulama kolaylıkları sağlamaktadır. (Şekil 8-A-B-C-D-E; Odyogram örnekleri ve kazanç örnekleri).

İşitme kaybının odyogramdaki görünüşü

Şekil 8-A: İşitme kaybının odyogramdaki görünüşü

2 kanallı bir işitme cihazında kazanç eğrisi

Şekil 8-B: 2 kanallı bir işitme cihazında kazanç eğrisi

8 kanallı bir işitme cihazında kazanç eğrisi

Şekil 8-C: 8 kanallı bir işitme cihazında kazanç eğrisi

4 kanallı bir işitme cihazında kazanç

Şekil 8-D:4 kanallı bir işitme cihazında kazanç

7 kanallı bir işitme cihazındaki kazanç

Şekil 8-E: 7 kanallı bir işitme cihazındaki kazanç

 

 Digital sinyal işlemcileri için hazırlanan en karmaşık algoritmalar limitleme (compression) ile ilgili olanlardır. Bu algoritmalarla çalışan işlemcilerin daha karmaşık bilgilerle yüklü olması gerekmektedir. İşitme ile ilgili farklı teorilerle geliştirilen bu algoritmaların hepsi, kullanıcıda daha iyi sonuç almayı hedeflemektedirler. Sensorineural işitme kaybında karşımıza çıkan en önemli sorun, işitmenin dinamik aralığında meydana gelen daralmadır. İyi bir işitmenin sağlanması için seslerin bu aralık içinde yer alması gerekmektedir. Yani işitme cihazı, düşük şiddetteki sesleri işitilebilir sınır içine çekerken, yüksek şiddetteki seslerin kullanıcıyı rahatsız etmeyecek seviyede tutması gerekmektedir. Bu amaçla işitme cihazı uygulaması yaparken analog işitme cihazları için geliştirilen uygulama metodlarından farklı bir metod izlemek gerekmektedir. Digital işitme cihazları için geliştirilen DSL 4.1 (Desired Sensetion Level) metodu veya digital işitme cihazı üreticilerinin geliştirdiği çeşitli metodlar bu amaç için kullanılmaktadır. İşlemcinin özelliklerine göre limitleme, bütün frekans bandını içerebileceği gibi, birden çok limitleme aralığı da seçilebilmektedir. Özellikle kompleks işlemcilerde sinyal, farklı frekans bölgelerine ayrılarak, her bir bölge için farklı bir limitleme oranı seçilebilmektedir. Örneğin alçak frekanslarda yüksek bir limitleme oranı seçilirken, orta ve yüksek frekanslarda daha düşük bir limitleme oranı seçilebilmekte veya tersi yapılabilmektedir.

Limitleme, gelen sinyalin şiddetine bağımlı olarak yapılabilmekte, düşük şiddetli seslerde çok düşük limitlemeler kullanılmakta ve sinyalin bu kısımlarında artırım (amplifikasyon) daha fazla gerçekleşmekte, sinyalin yüksek şiddetteki kısımlarında daha fazla limitleme oranları kullanılarak, bu kısımlardaki artırım daha düşük tutulabilmektedir. Özellikle kelimeler içinde yer alan sessiz fonemlerin (/f/, /s/ gibi) daha iyi anlaşılması için kullanılan bu yöntemde, limitleme devrelerinin aktif hale gelmesi ve limitlemeyi bırakma süreleri (attack-release time) çok kısa sürelerde gerçekleşmektedir. (5 mSn’in altında) “Syllabic Compression” olarak adlandırılan bu algoritmada amaç; temporal çözümlemeyi kolaylaştırmaktır. Benzer bir algoritmada, otomatik volum kontrol (AVC) algoritmasıdır. Burada da genel olarak konuşma sinyali olarak giren bir sinyalde, aşırı şiddet düşüş ve artışlarının önlenmektedir. Bu algoritmaların dışında da kullanılan değişik limitleme algoritmaları bulunmaktadır.

Digital işitme cihazlarının en önemli bölümünü oluşturan sinyal işlemcisi, geçmiş yıllara göre fonksiyonları açısından oldukça gelişmiş ve boyutları açısından oldukça küçülmüştür. Sinyal işlemcisi olarak kullanılan “chip”ler 1990’larda 3µm iken boyutları 10 yılda 0,25 µm’ye düşmüş, fonksiyonları ise, 128 kat artmıştır. Eklenen özel modüller yardımı ile saf ses üretme kapasitesine sahip olmuş ve bu modül ile özellikle kompleks odyolojik test bataryalarına gerek kalmadan, işitme cihazı uygulaması kolaylaştırılmıştır. Bazı digital işitme cihazlarında bulunan bu özellikten faydalanılarak, işitme kayıplı kişinin işitme kaybı düzeyi tespit edilebilmekte ve kişideki “loudness” (gürlük algısı) bozukluğu gösterilebilmekte ve digital işitme cihazının hangi frekanslar aralığında, ne tür limitleme oranlarının kullanılması gerekliğine karar verilebilmektedir. Bu tespitler her ne kadar çok hassas olmasa da, uygulayıcı olan odyoloğun işini kolaylaştırmaktadır.

Digital İşitme Cihazlarında Kullanılan Algoritmalar

Dijital işitme cihazları da analog cihazlar ile benzer amaçlar için geliştirilmiştir. “Dijital” kelimesi sadece işitme sinyallerinin analiz ve işleme metodunu anlatmaktadır. Dijital işitme cihazları, üzerinde çeşitli yazılımlar yüklü bir bilgisayar olarak düşünülebilir. Yukarıda anlatıldığı gibi önce işitme cihazına ulaşan ses sinyalleri, işlemesi daha kolay olduğu için, sayı dizisi haline  dönüştürülür. Bu dönüşümden sonra sinyaller artık bir sayı dizisi olarak ifade edilir ve üzerinde matematiksel işlemler yapılabilir. Sinyalleri analiz ve işlemede kullanılan bu matematiksel işlem dizileri “algoritma” olarak adlandırılmaktadır. Değişik algoritmalar kullanılarak analog cihazlarda bulunun ses sinyallerini yükseltme, çıkış seviyesini kırpma, frekansa bağlı yükseltme seviyesi ayarlama gibi bir çok özellik dijital işitme cihazlarında çok daha kolay ve etkili bir şekilde gerçekleştirilmektedir. Bu nedenle dijital cihazlardan elde edilen fayda gelişmiş işleme özelliklerine yani cihazda bulunan algoritmaların sayısı ve kalitesine bağlıdır.

Sinyal işlemek için kullanılan algoritmalar çok basit bir matematiksel işlemden oluşabileceği gibi, çok karmaşık işlemler de içerebilir. İşitme cihazında kullanılan işlemcinin kapasitesine göre hangi algoritmaların cihaza yükleneceği belirlenir. Örneğin basit bir lineer kazanç algoritması giriş sayı dizisinin bir sayı ile çarpımı olarak gösterilebilir (Şekil 9).

3 kazançlı bir lineer kazanç algoritması

Şekil 9: 3 kazançlı bir lineer kazanç algoritması

Fakat çok basit bir kompresyon algoritması düşünülünce karşılaştırma ve birden fazla çarpma işlemi içermektedir (Şekil 10).

Basit bir kompresyon algoritması

Şekil 10: Basit bir kompresyon algoritması

İşitme cihazlarında kullanılan algoritmaları iki grupta inceleyebiliriz.

  1. İşitmenin rehabilitasyonu için gerekli algoritmalar.
  2. Kullanıcıların konforu için gerekli olan algoritmalar.

Teknolojik gelişmelere bağlı olarak giderek daha fazla dijital işitme cihazı piyasada bulunabilmektedir. Şekil 11′de dijital işitme cihazlarında kullanılan algoritmalar gösterilmektedir. Günümüzde piyasada bulunabilecek gelişmiş işitme cihazlarının bir çoğunda bu algoritmaların tamamı veya bir kısmı bulunabilmektedir. Hangi algoritmaların kullanılacağı işitme cihazında kullanılan işlemcinin kapasitesine göre belirlenmektedir. Dijital işitme cihazı olarak satılmasına rağmen çok basit birkaç algoritma içeren cihazlarda piyasada bulunabilmektedir. Bu nedenle her dijital işitme cihazı analog cihazlardan daha iyidir demek yanlış olur. İşitme cihazı önerirken, cihazda kullanılan algoritmaların kullanıcının ihtiyaçlarına uygun olup olmadığı iyi değerlendirilmelidir. İşitme cihazından fayda sağlayabilmek için özellikle işitmenin rehabilitasyonu amacıyla kullanılan algoritmaların bir çoğunun önerilecek işitme cihazında bulunmasına dikkat edilmelidir.

Günümüzde, bireyler gün içerisinde çok değişik ortamlarda bulunabilmekte ve bu ortamların hepsinde işitme cihazları ile rahat etmek istemektedirler. Kullanıcıların konforu için geliştirilmiş algoritmalar değişik ortamlara işitme cihazının uyumunu sağlayarak cihazın kullanımını basitleştirmeyi amaçlamaktadır. Bu nedenle bazı kişiler için bu algoritmaların cihazda bulunması da bir ihtiyaç haline gelmektedir. İşitme cihazını kullanacak kişinin sosyal yaşantısı dikkate alınarak öneride bulunulursa bu kişinin cihazdan elde edeceği fayda da artacaktır.

Gelişmiş bir işitme cihazında bulunan algoritmalar

Şekil 11: Gelişmiş bir işitme cihazında bulunan algoritmalar

1. İşitmenin Rehabilitasyonu İçin Kullanılan Algoritmalar: İşitmenin rehabilitasyonu için kullanılan algoritmalar, anlaşılabilirliği ön planda tutarak işitme kaybını kompanse etmek için, gerekli kazancı sağlamayı amaçlar. Frekansa bağlı olarak kazanç artırımı ve kompresyon algoritmaları bu algoritmalara örnek olarak verilebilir. Tek kanal gürültü azaltma ve yönlü mikrofon algoritmaları da anlaşılabilirliği arttırdığı için son zamanlarda ihtiyaç olarak görülmekte ve rehabilitasyon amaçlı algoritmalardan sayılabilmektedir.

Kompresyon algoritmaları “Otomatik Kazanç Kontrolu (AGC)” olarak da adlandırılmaktadır. Bu algoritmaların amacı özellikle sensörinöral işitme kayıplarında gözlenen rekrutment fenomenini önlemektir. Sensörinöral işitme kayıplarında şiddeti az olan sesler  ileri derece işitme kaybı nedeniyle anlaşılmaz, şiddeti çok olan  sesler ise artan hassasiyet nedeniyle rahatsızlık yaratırlar. Bu nedenle doğrusal kazanç bu tip işitme kayıpları için çözüm olmamaktadır. Bunun yerine dinamik aralığı azaltan bir kompresyon algoritması uygulanması gerekir. Wide Dynamic Range Compression (WDRC) bu algoritmalardan birisidir. Rekrutment fenomeni frekansa bağlı olarak değişim gösterdiği için bu kompresyon algoritmasının her frekans kanalı için ayrı ayrı uygulanması daha başarılı sonuçlar sağlayabilir.

AGC algoritmalarının temel öğesi, seviye ölçme algoritmasıdır. Seviye ölçme algoritmasının doğru çalışabilmesi için, başlama(attack) ve bırakma (release) sürelerinin farklı değerlere ayarlanabilmesi gerekir. Bu süreler saniye seviyesinde ise AGC algoritmaları Otomatik Seviye Kontrolu (AVC) olarak da adlandırılmaktadır. Bu şekilde bir ayarlama işitme cihazının çıkışındaki ses seviyesini (Saturation Sound Pressure Level-SSPL90) sınırladığı için, ortam değişimlerinde kullanıcıların rahatsız olmasını önler. Eğer süreler milisaniye seviyesinde ise kazanç devresi seslerin kelime içindeki temporal değişimlerini takip edebilir. Bu şekilde bir ayarlama ile kelime içindeki sessiz harflere daha fazla kazanç verilerek sessiz harflerin anlaşılabilirliği arttırılır. Bu tür kompresyon “Syllabic Compression” olarak adlandırılır. Her iki ayarlamayı da birlikte barındıran algoritmalar “Dual Compression AGC” olarak bilinmektedir.

Tek kanal gürültü azaltma algoritmaları sadece bir giriş kaynağı kullanırlar, örneğin mikrofonlardan birinin kullanımı gibi. İşlenen sinyalin gürültüden ayrılması bazı ön görülere göre yapılmaktadır. Örneğin bir çok ortam gürültüsü ses sinyaline göre daha durağandır. Bu nedenle uzun zamanlı veya kısa zamanlı ortalama almaya dayalı algoritmalar kullanılarak gürültü ve konuşma işaretleri ayırt edilebilmektedir.

Gürültü bastırma birden fazla mikrofon kullanılarak da yapılabilir.  Bu tip algoritmalar, gürültü ve konuşma sinyallerinin uzaydaki dağılımına göre çalışırlar. Genelde ön taraftan gelen sinyallerin istenen sinyaller olduğu kabul edilir, belli bir açının dışından gelen diğer sinyaller ise gürültü olarak kabul edilerek bastırılmaya çalışılır.  Bu algoritmalar istenen sinyalin gürültüden ayrıştırılması ve gürültünün bastırılması için yönlü mikrofon algoritmalarıyla birlikte çalışırlar.

2. Konfor Amacıyla Geliştirilmiş Algoritmalar: Bu tip algoritmalar daha çok kullanıcının konforu düşünülerek geliştirilmişlerdir.  Feed-back önleme algoritmaları bu gruba giren algoritmalardan sayılır. İşitme cihazlarında hoparlörden mikrofonlara her zaman bir geri besleme (feed-back) yolu bulunur.  Mikrofondan hoparlöre doğru olan ileri hat yükseltme kazancı ile geri besleme hattı birleşince bir kapalı döngü oluşur.  Bu döngüdeki kazanç belirli bir değeri aşınca da sistem kararsız bir hale gelir ve işitme cihazında ötme (feed-back) sesi oluşur. Bu olayı engellemek için kullanılan en basit algoritma döngü kazancının belirli frekanslarda azaltılmasıdır.  Fakat bu durum işitme cihazının kazancında bozulmalara yol açacağı için pek tercih edilmez. Diğer bir algoritma da ise, feed-back yolunun özellikleri mikrofona gelen sinyallere bakılarak kestirilmeye çalışılır. Elde edilen bu bilgilere göre işitme cihazı içerisinde bu yola benzetilerek hayali bir sinyal oluşturulur ve asıl geri besleme sinyali ile toplanarak geri besleme sinyali yok edilmeye çalışılır.

Bu algoritmalara diğer bir örnek de bulunulan ortamın tahmin edilmesi ve işitme cihazının parametrelerinin tespit edilen ortama uygun olacak şekilde ayarlanmasıdır. İşitme cihazlarından yeterli verim alabilmek için cihaz parametrelerinin değişik ortamlarda değişik değerlere ayarlanması gerekir. Bu işlemi kolaylaştırmak için dijital kontrol edilebilen bazı işitme cihazlarına program hafızaları eklenmiştir. Odyolog işitme cihazında birden fazla ortam için birden fazla program ayarlayıp bunları cihazın hafızasına kaydeder. Kullanıcı bulunduğu ortama göre bu programlardan birisini seçer. Günümüz modern işitme cihazlarında ise bulunulan ortamın otomatik olarak tanınması ve uygun cihaz parametrelerinin otomatik olarak kullanıma alınması mümkün olmaktadır.

Digital İşitme Cihazlarının Yararları

Digital işitme cihazları çok karmaşık bir yapıya sahiptir. Bu karmaşık yapı, gelişmiş fonksiyonları daha rahat bir şekilde yapmasına olanak sağlamaktadır. Performans kapasitesi oldukça yüksektir. İşlemci boyutları çok küçüldüğü için daha küçük boyutlarda daha güçlü ve fonksiyonları gelişmiş işitme cihazları üretilebilmektedir.

Digital işitme cihazlarının boyutları daha küçük olduğu için pil tüketimleri daha azdır. Analog işitme cihazları 100 µA gerektirirken, digital işitme cihazları 5 µA ile çalışabilmektedir. Bu durum gelecekte daha küçük boyutlarda ve daha estetik işitme cihazlarının üretilmesini kolaylaştıracaktır.

Digital işitme cihazlarının içinde bulunan bazı bölümler internal gürültüyü ve feed-back’i azaltmak amacı ile kullanılmaktadır. İnternal gürültü seviyesinin azalması, ses kalitesini yükseltmektedir. Sinyal işlemci yüklenmiş algoritmalara göre çalıştığı için, aynı sinyaller karşısında her zaman aynı tepkiyi gösterir, yani sistem stabildir. Dış etkilerden daha az etkilenmektedir. Sinyal işleyicide bulunan algoritmalar istenildiği zaman değiştirilebildiği için, farklı şekillerde kullanılabilmektedir. Özelikle fluktuan veya progresif işitme kayıplarında çok daha rahat ve esnek bir şekilde kullanılabilmektedir. Ayrıca yazılımda bazı değişiklikler yapılarak fonksiyonları arttırılabilmektedir.

Kullanıcının maksimum performansı sağlaması için farklı ortamlar için programlama seçeneği vardır. Birden çok program bulundurması, farklı ortamlara göre (müzik, araba içi, kokteyl vs.) programlanmasını kolaylaştırmaktadır. İşlemciye yüklenen özel bir algoritma ile sistem kendi kendini ve ortamdan gelen uyaranı daha ayrıntılı bir şekilde analiz edebilmekte, ses tanıma metodları ile konuşma sesi ile diğer sesler birbirinden ayırt edilebilmekte ve şiddet artırımlarını (amplifikasyon) buna göre yapabilmektedir.

Digital bir işitme cihazının bağlantı kısmı ve kablosu

Resim 5: Digital bir işitme cihazının bağlantı kısmı ve kablosu

İşitme cihazı uygulaması çok fazla şey içermektedir. Pek çok faktörü anlamalı ve kontrol etmeliyiz. Her bir hastada başarı sağlamanın anahtarı, gelen hastanın bireysel motivasyonunu tanımlamaktır.

Aşağıda cihazı yerleştirme, açma, sesini ayarlama, cihazı çıkarma, batarya değiştirme ve cihazı koruma hakkında bilgi verilecektir. Bu faaliyetler sürecin küçük bir bölümü olmasına rağmen cihazlandırma sonrası için önemlidir. İkinci olarak ise; cihaz kullanıcılarının pozitif davranışlar geliştirmesine yardımcı olabilmek için gerekli ipuçları ve fikirler üzerinde durulacaktır.

İlk Ayar

Uygun, kullanılabilir, anlaşılır bilgi sağlama işitme cihazı kullanımında başarıya götüren ilk basamaktır. Açıklamalar anlaşılır, net ve doğru olmalıdır. Hasta ile teknik terimler kullanmaktan kaçınmak gereklidir. Hasta işitme cihazı ile günlük yaşamındaki konforu bozmadan nasıl bir yardım sağlayabileceğini bilmek istemektedir. Yazılı materyallerin oluşturulması da, cihazın nasıl kullanılacağını anlama ve kabullenme yönünden kolaylık sağlayacaktır.

Fiziksel ve akustik olarak iyi bir ayar yaptıktan sonra, hastanın aşağıdaki prosedürü anlamış, pratik etmiş ve öğrenmiş olması gerekmektedir.