VLIV BINAURÁLNÍHO SLYŠENÍ NA SROZUMITELNOST ŘEČI PŘI POUŢITÍ KOMPETITIVNÍHO ŠUMOVÉHO SIGNÁLU

KLINIKA OTORINOLARYNGOLOGIE A CHIRURGIE HLAVY A KRKU LÉKAŘSKÁ FAKULTA MASARYKOVY UNIVERZITY DISERTAČNÍ PRÁCE VLIV BINAURÁLNÍHO SLYŠENÍ NA SROZUMITELNOST ŘEČI PŘI POUŢITÍ KOMPETITIVNÍHO ŠUMOVÉHO SIGNÁLU Řešitel: Školitel: MUDr. Radan Havlík MUDr. Pavel Smilek, Ph.D. Doba studia: 2004-2010

Obsah Obsah... 2 Poděkování... 5 I. Úvod... 6 II. Teoretická část... 8 II.1. Obecné zásady slyšení... 8 II.1.1 ANATOMIE A FYZIOLOGIE SLUCHOVÉHO ORGÁNU Z HLEDISKA BINAURÁLNÍHO SLYŠENÍ... 8 II.1.2 PATOLOGICKO-ANATOMICKÉ ZMĚNY SLUCHOVÉHO ORGÁNU... 13 II.1.3 FYZIKÁLNÍ ASPEKTY VE VZTAHU K BINAURÁLNÍMU SLYŠENÍ... 15 II.1.4. SIGNAL-TO-NOISE RATIO (SNR)... 17 II.1.5. LIDSKÁ ŘEČ Z AKUSTICKÉHO POHLEDU... 19 II.1.6. PODMÍNKY SROZUMITELNOSTI ŘEČI NA POZADÍ HLUKU... 21 II.1.7. OBECNÉ PRINCIPY ZESÍLENÍ SLUCHADLEM... 24 II.2 Monaurální a binaurální slyšení... 27 II.2.1. VÝHODY BINAURÁLNÍHO SLYŠENÍ OPROTI MONAURÁLNÍMU... 27 II.2.2. PROBLEMATIKA MONAURÁLNÍHO POSLECHU... 31 II.2.2.1. PŘI NORMÁLNÍM SLUCHU... 31 II.2.2.2. PŘI PERCEPČNÍ SLUCHOVÉ VADĚ... 32 II.2.3. MONAURÁLNÍ A BINAURÁLNÍ KOREKCE SLUCHADLEM... 34 II.2.4. MOŢNÁ ÚSKALÍ BINAURÁLNÍ KOREKCE... 35 III. Výzkumné cíle a hypotézy... 37 III.1. Výzkumné cíle... 37 III.2. Hypotézy... 37 III.2.1. VÝCHODISKA... 37 III.2.2. VLASTNÍ HYPOTÉZY... 38 2

IV. Vlastní experimentální práce... 39 IV.1 Materiál a metodika... 39 IV.1.1. VÝZKUMNÝ SOUBOR... 39 IV.1.2. METODIKA... 40 IV.1.2.1. USPOŘÁDÁNÍ EXPERIMENTU... 40 IV.1.2.2. POUŢITÉ AKUSTICKÉ SIGNÁLY... 41 IV.1.2.3. ODSTUPY SIGNÁL-ŠUM... 41 IV.1.2.4. POUŢITÁ SLUCHADLA... 44 IV.1.2.5. ZPŮSOB STATISTICKÉHO HODNOCENÍ VÝSLEDKŮ... 44 IV. 2. Výsledky... 45 IV.2.1. HODNOCENÍ KVANTITATIVNÍHO PŘÍNOSU BINAURÁLNÍ KOREKCE STRANOVĚ SYMETRICKÉ PERCEPČNÍ SLUCHOVÉ VADY POMOCÍ SLUCHADEL VZHLEDEM K TÍŢI SLUCHOVÉHO POSTIŢENÍ... 45 IV.2.1.1. POPIS VÝSLEDKŮ SOUBORŮ... 45 IV.2.1.2. STATISTICKÉ HODNOCENÍ... 45 IV.2.1.2.1. Srovnání zlepšení průměrné srozumitelnosti řeči při binaurální korekci vzhledem ke korekci monaurální v jednotlivých skupinách probandů... 45 IV.2.1.2.2. Průměrné zlepšení rozumění řeči v jednotlivých SNR ve stejné skupině tíţe sluchového postiţení... 46 IV.2.1.2.3. Průměrné zlepšení srozumitelnosti v jednotlivých SNR... 47 IV.2.1.2.4. Porovnání věkového rozloţení probandů v jednotlivých kategoriích tíţe sluchového postiţení... 48 IV.2.1.3. INTERPRETACE VÝSLEDKŮ... 49 IV.2.2. VZTAH VELIKOSTI PŘÍNOSU BINAURÁLNÍ KOREKCE VZHLEDEM K PŘEDCHOZÍ ADAPTACI NA KOREKCI MONAURÁLNÍ... 51 IV.2.2.1. POPIS VÝSLEDKŮ SOUBORU... 51 IV.2.2.2. STATISTICKÉ HODNOCENÍ... 51 3

IV.2.2.2.1. Srovnání průměrného zlepšení srozumitelnosti řeči při korekci binaurální ve srovnání s monaurální u osob adaptovaných na monaurální korekci a prvouţivatelů... 51 IV.2.2.2.2. Statistické srovnání průměrného věku obou sledovaných skupin... 52 IV. 2.2.3. INTERPRETACE VÝSLEDKŮ... 52 IV.2.3. HODNOCENÍ PŘÍNOSU BINAURÁLNÍ KOREKCE STRANOVĚ SYMETRICKÉ PERCEPČNÍ SLUCHOVÉ VADY POMOCÍ SLUCHADEL VZHLEDEM K VĚKU... 53 IV.2.3.1. POPIS VÝSLEDKŮ SOUBORU... 53 IV.2.3.2. STATISTICKÉ HODNOCENÍ... 53 IV.2.3.2.1. Srovnání průměrného zlepšení srozumitelnosti řeči při korekci binaurální ve srovnání s monaurální u osob mladších a starších 75 let... 53 IV.2.3.2.2. Statistické srovnání průměrného věku obou sledovaných skupin... 54 IV. 2.3.3. INTERPRETACE VÝSLEDKŮ... 54 V. Diskuse... 55 VI. Souhrn... 60 VI.1. Odpovědi na stanovené cíle a hypotézy... 60 VII. Klinické vyuţití... 61 VIII. Závěry... 63 Seznam pouţité literatury... 64 Seznam vyobrazení... 80 Seznam pouţitých zkratek v textu... 84 Přílohy... 85 4

Poděkování Poděkování autora patří všem, kteří se na této práci podíleli, a to především: Školiteli MUDr. Pavlu Smilkovi, Ph.D. za vedení a pomoc po celou dobu studia. Přednostovi pracoviště AUDIO-Fon centr s.r.o. doc. MUDr.Mojmíru Lejskovi, CSc. za podnětné připomínky a rady. Paní RNDr. Heleně Koutkové za pomoc při statistickém zpracování souborů. Audiologickým sestrám Anně Ševelové, Janě Štrosové a Martině Hladké za vyšetření řečové audiometrie u probandů. Firmě Widex A/S za souhlas s uvedením výňatků ze software Compass, které názorně demonstrují principy nastavení parametrů zesílení sluchadel (písemný souhlas uloţen u autora). 5

I. Úvod Člověk jako ţivá bytost významně preferuje dva ze svých smyslů zrak a sluch. Sluchem získáváme aţ 60% informací o okolním světě (70). Sluchový orgán se fylogeneticky vyvinul jako primárně aferentní systém slouţící k monitorování zvukových vln zevního prostředí, ať jiţ z hlediska ochranného (identifikace blíţícího se nebezpečí), tak pátracího (hledání kořisti). Sekundárně začal slouţit jako jeden z komunikačních kanálů mezi jedinci stejného druhu (114). Nejvyšší a nejsloţitější formou komunikace, která se na planetě Zemi vyvinula, je lidská řeč. Kromě toho sluch přispívá k orientaci v prostoru pomocí směrového a prostorového slyšení (83). Tak jako naprostá většina ostatních funkcí v lidském organismu, i sluch doznává s postupujícím věkem fyziologické slábnutí (51). Sniţuje se jeho kmitočtový rozsah směrem od nejvyšších slyšitelných frekvencí, pozvolna se zhoršuje schopnost frekvenční analýzy a zvyšuje maskovací efekt rušivého šumu (3). Spolupůsobí-li nepříznivá genetická predispozice, expozice hluku, ototoxické látky, případně další negativní faktory, je zhoršování sluchové funkce urychleno a prohloubeno (89). Ve vyšším věku ještě přistupuje sníţená schopnost akustickou informaci zpracovat ve sluchových centrech (100). Výsledkem je zhoršování nejen slyšení obecných zvuků, ale především porucha rozumění řeči, která je sama o sobě velmi sloţitým akustickým signálem (18). Postiţená osoba musí vynakládat stále více úsilí, aby rozuměla, co bylo řečeno. Při zvýšení prahu sluchu nad určitou kritickou hranici (obvykle jde o práh 40 db HL na 2 khz) se začínají objevovat komunikační potíţe, přesáhne-li práh sluchu na všech frekvencích 60 db HL, přestává nedoslýchavý řeč o běţné komunikační intenzitě slyšet zcela. Redukovaný přísun zvukových podnětů má mnohé psychologické dopady, především sníţení zájmu o komunikaci jako takovou, mohou se objevit zvýšené rozpaky a nerozhodnost, únava, popudlivost, napětí, stres, zloba, omezení společenských aktivit a vztahů, deprese, negativismus, osamělost aţ sociální izolace, méně 6

ostraţitosti k okolí, zhoršení paměťových funkcí, menší přizpůsobivost, menší schopnost přijímat nové skutečnosti, paranoia, redukce obvyklých dovedností a sníţení celkového psychického zdraví (98). S technickým rozvojem doznala velkého zdokonalení i zařízení, která jsou do určité míry schopna sluchový hendikep kompenzovat. Jde především o sluchadla. Vývoj na tomto poli je v posledních desetiletích velmi rychlý (74). Původní analogové technologie byly jiţ prakticky opuštěny, jsou vyvíjeny stále sofistikovanější digitální čipy (první digitální sluchadlo bylo uvedeno na světový trh v roce 1996). Jednotlivé komponenty jsou postupně zmenšovány, coţ umoţňuje mimo jiné i kosmeticky příznivější vzhled. Provozní akustická flexibilita je zvyšována moţností pouţítí více poslechových programů, dálkového ovládání, směrové mikrofony a digitální filtrace vstupního signálu dokáţou zdůraznit řeč na pozadí rušivých zvuků, lze potlačit sklon ke zpětné vazbě atd. (44). Na druhé straně jsou kladeny stále větší nároky na sluchadlové specialisty, kteří se musí neustále seznamovat s novými a novými nastavovacími počítačovými programy, bez nichţ nelze tyto moderní digitální zesilovače adekvátně seřídit. Krom znalostí principů zesílení pro jednotlivé sluchové vady je nutno vţdy brát v potaz individuální sluchové vnímání. Osoby, u nichţ se nedoslýchavost vyvíjela řadu let, mnohdy dávno odvykly slyšet celou spoustu obecných zvuků, které je při poslechu se sluchadlem mohou zpočátku rušit aţ obtěţovat. Zcela zásadním je navození realistického náhledu začínajícího uţivatele sluchadla s vysvětlením limitů dané sluchové vady a pouţité elektroniky přístroje. Dostupnost technických informací a reklamní kampaně totiţ často vedou k neadekvátnímu očekávání sluchově postiţených stran poslechového, někdy i vzhledového efektu. Celkově lze však říci, ţe ačkoli sluchadla nikdy novým uchem nebudou a ani být nemohou, moderní technika nabízí naprosté většině nedoslýchavých pomocí zesíleného příjmu řečového signálu výrazné zlepšení jejich komunikačních schopností. 7

II. Teoretická část II.1. Obecné zásady slyšení II.1.1 ANATOMIE A FYZIOLOGIE SLUCHOVÉHO ORGÁNU Z HLEDISKA BINAURÁLNÍHO SLYŠENÍ Z hlediska binaurálního slyšení není bez zajímavosti zmínit některá anatomická a fyziologická fakta. Zvuk, z fyzikálního hlediska kmitání pruţného prostředí (za obvyklých podmínek kmitání částic vzduchu), je přiváděn zevním uchem (boltec, zvukovod) do ucha středního (bubínek, řetězec kůstek, dutina bubínková, středoušní svaly, Eustachova tuba) a dále do ucha vnitřního (kostěný a blanitý labyrint hlemýţdě), kde je přeměněn na bioelektrický impuls, který je sluchovou drahou veden do sluchového centra ve spánkovém laloku mozku (104). Toto centrum je propojeno s dalšími důleţitými centrálními oblastmi, které se podílejí na zpracování akustického signálu (91). Ucho je párový senzorický orgán, umístěný na hlavě a mající sloţitou anatomickou a histologickou stavbu (28). Zatímco růst vnitřního a do jisté míry i středního ucha je ukončen v době narození (128), růst zevního ucha pokračuje aţ do dospělosti (94) a boltec roste aţ do smrti (40). Zevní ucho Jeho základní funkcí je přivést zvukové vlny přicházející ze zevního prostředí k bubínku. Částečně se uplatňuje i na směrovém slyšení (55, 77). Boltce jsou připojeny k hlavě v úhlu 20-40 stupňů zhruba ve stejné horizontální rovině. Jejich horní okraj je příbliţně ve výši kořene nosu, dolní okraj ve výši špičky nosu a vchod do zvukovodu přibliţně uprostřed mezi těmito dvěma rovinami. Akustický efekt boltce 8

souvisí s fyzikálními vlastnostmi zvukového vlnění: odraz, akustické stínění, ohyb, interference a rezonance (5). Boltce díky svému tvaru mimo jiné nasměrovávají zvukové vlny vyšších frekvencí do zvukovodu. Podílejí se také částečně na směrovém slyšení, i kdyţ u člověka nemají v tomto ohledu tak velký význam jako u některých jiných savců (např. kůň, srnec, zajíc), kteří dokáţou pomocí svalů boltec natáčet (104). U člověka jsou svaly boltce rudimentární a bez praktického významu (7). Volní pohyb boltce je ve svých exkurzích minimální, mnozí jedinci jím nedokáţou hýbat vůbec. Po odstranění boltce se sluchový práh zásadněji nemění (77). Zevní zvukovod má obvykle tvar dvakrát zahnuté trubice oválného průřezu. U dospělého člověka je délka přední stěny (měřeno od volného okraje tragu k přednímu obvodu bubínku) přibliţně 35 mm, délka zadní stěny (měřeno od cavum conchae k zadnímu obvodu bubínku) je přibliţně 25 mm. Podélné osy zvukovodů se sbíhají směrem ventrálním v úhlu přibliţně 80 stupňů (7). Přímá interaurální vzdálenost mezi vchody do zvukovodu levého a pravého ucha je závislá na šířce lebky, u novorozence činí průměrně 9 cm, u dospělého člověka 15 cm. Zvukovod významně ovlivňuje akustický signál do něj přicházející. Vlivem rezonance (uplatňuje se typ rezonance čtvrtiny vlnové délky) dochází k zesílení určitých frekvenčních oblastí, a to v závislosti na velikosti a tvaru zvukovodu 90). Vzniká tak rezonanční vrchol, který zesiluje některé frekvence slyšeného zvuku aţ o 20dB SPL. Čím je objem zvukovodu větší (většina dospělých osob), tím je rezonanční vrchol více posunut do hlubokých frekvencí, naopak čím je objem zvukovodu menší (děti a lidé s úzkým zvukovodem), tím je vrchol rezonance posunut více do vysokých frekvencí (92). Výška rezonančního vrcholu (zesílení určité frekvenční oblasti zvuku) je mimo jiné ovlivněna i obsahem středouší a poddajností blanky bubínku (68, 69). Vytvoření trepanační dutiny při sanačním výkonu významně změní původní tvar a objem a tím i rezonanci zvukovodu. 9

Střední ucho Úkolem středního ucha je přivést zvukové vlny, stále ještě v podobě mechanické energie, z bubínku do ucha vnitřního. Díky poměru plochy bubínku a oválného okénka a také pákovému mechanismu řetězce kůstek dochází v místě vstupu akustické energie do vnitřního ucha k výrazné koncentraci akustického tlaku. Pokud by zvuk dopadal přímo na tekutiny vnitřního ucha, velká část akustické energie by se odrazila na rozhraní vzduch-tekutina bez uţitku zpět (97). Bubínek má tvar oválné blanky trychtýřovitého tvaru, se kterým je z vnitřní strany srostlá rukojeť kladívka tvořícího součást řetězce kůstek. Při dopadu akustické energie na bubínek se část odrazí a část přenese na řetězec kůstek ve středouší, který se rozkmitá. Mnoţství energie, které se odrazí a které se naopak přenese na kůstky, závisí na poddajnosti bubínku a jeho integritě. Řetězec kůstek, tvořený kladívkem, kovadlinkou a třmínkem, je z velké části umístěn v dutině nadbubínkové. Vytváří pákový mechanismus, který přenáší mechanické kmitání z bubínku do oválného okénka a tím za normálních okolností do vestibula vnitřního ucha. Intaktnost řetězce a jeho volná pohyblivost jsou základními předpoklady minimální ztráty akustické energie ve středouší. Eustachova tuba zajišťuje mimo jiné vyrovnávání tlaku ve středouší s tlakem atmosférickým přes nosohltan. Impedance bubínku je nejmenší v tom případě, kdy tlak vzduchu je na obou jeho stranách shodný. V této situaci se odráţí nejméně akustické energie a naopak nejvíce energie je předáno řetězci kůstek (68). Středoušní svaly jsou tvořeny svalem třmínkovým a napínačem bubínku. Při jejich kontrakci dochází ke zvýšení tuhosti převodního systému a tím ke sníţení přenosu hlubokých frekvencí z bubínku do vnitřního ucha. Přenos frekvencí od 2 khz výše však není ovlivněn (108, 124). Aktivita ve svalových vláknech třmínkového svalu je zaznamenatelná jiţ při 10

stimulačních hladinách 35-50 db SPL (112), ve vláknech napínače bubínku na hladinách kolem 50 db SPL (50). Inervace třmínkového svalu je zajištěna cestou lícního nervu, který inervuje rovněţ svaly boltce. Tato skutečnost by mohla svědčit i pro eventuelní společnou funkci při směrovém slyšení. Primární funkce středoušních svalů, která se během dlouhé fylogeneze vyvinula, slouţí pravděpodobně k vyzdviţení určitých významných vysokofrekvenčních zvuků z akustického pozadí (v přírodě tyto zvuky často signalizují potenciální nebezpečí). Oboustranná kontrakce středoušních svalů můţe pak pozitivně ovlivnit koncentraci pozornosti na určitý zvuk. Příznivě je také ovlivněno vnímání okolních zvuků při vlastní hlasové produkci, při které se rovněţ tyto svaly kontrahují (59). Při normální hlasové produkci se třmínkový sval kontrahuje asi z 50% svého moţného maxima, kontrakce začíná často před zahájením fonace, coţ svědčí o aktivaci třmínkového reflexu z centrálního nervového systému (6). Vnitřní ucho Vnitřní ucho slouţí k transformaci mechanické akustické energie na energii bioelektrickou (104). Je uloţeno v labyrintu pyramidy kosti spánkové, která tvoří jeho ochranné pouzdro. Sluchová část vnitřního ucha je tvořena hlemýžděm (113). Kmitající řetězec kůstek přenáší akustickou energii přes ploténku třmínku do vestibula, ve kterém dochází k rozkmitání perilymfy. Kmitání perilymfy se přenáší na bazilární membránu vnitřního ucha, která se rozkmitá od bazálního závitu směrem k vrcholu hlemýţdě. Na bazilární membráně, tvořené z napříč napjatých vazivových vláken, je uloţeno Cortiho (sluchové) ústrojí mající sloţitou stavbu. Základními elementy jsou buňky smyslové, tzv. buňky vláskové, které jsou anatomicky i funkčně děleny na zevní a vnitřní. Zevní vláskové buňky jsou seřazeny převáţně ve třech řadách, zatímco vnitřní vláskové buňky pouze v řadě jedné (28). Vlásky zevních vláskových buněk (stereocilie) jsou v kontaktu s tektoriální 11

membránou. Pohybem Cortiho orgánu vzhledem k tektoriální membráně dochází k ohýbání vlásků, přičemţ se otvírají iontové kanály (118). Toky draslíkových iontů vedou ke vzniku elektrického potenciálu. Práh podráţdění zevních vláskových buněk je podstatně niţší neţ práh podráţdění buněk vnitřních. Zevní vláskové buňky tak fungují jako servomechanismus pro vnitřní vláskové buňky. Mají synapse jak s aferentními, tak především s eferentními nervovými vlákny. Aferentní vlákna slouţí k předání elektrického impulsu vnitřním vláskovým buňkám, eferentní vlákna jsou součástí významného zpětnovazebného systému, který díky mikrotubulům a mikrofilamentům umístěným uvnitř zevních vláskových buněk umoţňuje měnit jejich citlivost na podráţdění (29). Sluchová dráha Jejím úkolem je přivést nervové vzruchy z vnitřního ucha do sluchových center v mozku. Sestává z nervových vláken a jader v několika etáţích centrálního nervového systému, která slouţí jako přepojovací stanice fungující komplexně coby součást mnohých zpětnovazebných systémů (118). Nervová vlákna probíhají z větší části zkříţeně (cca 75%), z menší části nezkříţeně. Kochleu opouštějí v tonotopickém uspořádání, kdy impulzy vysokofrekvenční běţí vlákny uloţenými v povrchní části sluchového nervu, zatímco hlubokofrekvenční v části hluboké. V mozkovém kmeni existuje vysoká redundance nervových vláken směřujících ke sluchovým centrům. Centrum třmínkového reflexu je na úrovni sluchových jader. Zpracování signálu ve vztahu ke schopnosti směrového slyšení probíhá v horním olivárním komplexu (7, 92, 113 114). Sluchová centra Primární sluchové centrum je umístěno ve spánkovém laloku mozku a je párové. Pravděpodobně zachovává tonotopickou organizaci podobně jako kochlea a sluchový nerv. 12

Řečový signál, přicházející z pravého ucha, směřuje v důsledku kříţení nervových vláken především do centra levého, z ucha levého do centra pravého. Protoţe jsou obě sluchová centra propojena pomocí kalozního tělesa, informace z pravé primární sluchové kůry putuje dál do kůry levé. Maximum nervové aktivity je u praváků při zpracování řeči detekováno na straně levé v přední části dolního frontálního gyru, v precentrálním sulku, středním temporálním gyru, angulárním gyru a dolní části gyru parietálního (4, 25, 26, 101). U leváků je aktivita ve spánkových lalocích stranově více symetrická, jsou však přítomny výrazné interindividuální rozdíly (120). Zjednodušeně lze říci, ţe dominantní hemisféra se vyznačuje digitálním zpracováním = rozpoznání významu řeči, zatímco nedominantní hemisféra pracuje analogově = zpracovává suprasegmentální sloţku řeči. V dorsální části spánkového laloku s přechodem do laloku parietálního leţí Wernickeho centrum, které je zodpovědné za rozlišení lingvistických podnětů a rozumění řeči. Nervovými vlákny je tato oblast propojena s centrem Brocovým, které je oblastí motorické realizace řeči (91). II.1.2 PATOLOGICKO-ANATOMICKÉ ZMĚNY SLUCHOVÉHO ORGÁNU Patologicko-anatomické změny mohou nastat jak v části periferní, tak centrální. Periferní postiţení: Nejčastěji se na zhoršeném slyšení a rozumění řeči podílejí léze v oblasti vnitřního ucha a sluchového nervu.. Relativně méně často jsou příčinou trvalé nedoslýchavosti organické změny zevního a středního ucha - např. atrézie zvukovodu, lumen zvukovodu uzavírající exostózy, deformace a perforace bubínku, patologické změny ve středouší či onemocnění pouzdra labyrintu, jako je například otoskleróza. 13

Důsledkem periferního postižení jsou: 1. Posun prahu sluchu má sloţku frekvenční a intenzitní. Obě sloţky lze odečíst z prahového tónového audiogramu. Vztah prahu vzdušného a kostního vedení charakterizuje typ sluchové vady (percepční, převodní, smíšená) (1). Je-li posun prahu sluchu výrazný, dochází u získaných poruch po čase k sekundární degeneraci primárního neuronu sluchové dráhy (122). U vrozených a časně perinatálně vzniklých těţkých periferních sluchových vad nedochází k adekvátnímu vývoji funkce centrální části sluchového orgánu z důvodu jeho nedostatečné stimulace (2). 2. Fenomen vyrovnání hlasitosti vzniká poškozením servomechanismu zevních vláskových buněk při zachované funkci vnitřních vláskových buněk. Z důvodu odlišného chování zevních a vnitřních vláskových buněk na různých hladinách akustické stimulace proto dochází u nitroušní vady sluchu ke změně charakteru nárůstu hlasitosti v závislosti na intenzitě stimulace, který je nad prahem sluchu abnormálně rychlý. Recruitment fenomen tak vede k zúţení dynamického rozsahu sluchu, tedy vzdálenosti mezi prahem sluchu a prahem nepříjemného poslechu (1, 104). Díky tomuto jevu je hlasitost jednotlivých částí řeči výrazně odlišná od vjemu normálně slyšících osob a tak je změněna dynamika slyšené řeči. 3. Snížení schopnosti frekvenční analýzy kochley. Tento pojem zahrnuje schopnost kochley rozpoznat dva tóny různých frekvencí navzájem od sebe, slyšet daný tón na pozadí maskovacího zvuku a schopnost vnímat rychlé a krátkodobé změny frekvenčního spektra, které vznikají například v souvislosti se změnou nastavení mluvidel ze souhlásky na za ní stojící samohlásku. Postiţení schopnosti frekvenční analýzy vede ke zvýšení diference limen pro frekvenci a ke zhoršení schopnosti vnímat rychlé změny frekvenčního spektra řeči (3). 4. Větší maskovatelnost vyšších frekvencí niţšími a všech frekvencí širokopásmovým šumem souvisí s poklesem schopnosti frekvenční analýzy a postiţením servomechanismu kochley. Postiţení této funkce je podstatnou a obligátní součástí zhoršeného rozumění ve vyšším věku 14

a objevuje se dokonce i tehdy, kdyţ je audiogram téměř normální. Osoba takto postiţená potřebuje v porovnání s osobou zdravou o 5-15 db vyšší odstup signálu od šumu, aby rozuměla řeči (73). Centrální postiţení: Na postiţení v oblasti centrální sluchové funkce se podílí sluchová dráha a sluchová kůra Heschlových závitů včetně důleţitých spojů s dalšími centry mozku. Nastává především sníţení počtu neuronů a tím porucha přenosu nervového vzruchu (18, 78, 100) sluchovou dráhou. U centrálních lézí při postiţení sluchové kůry dochází také ke zpomalení zpracování akustického signálu. K odlišení dvou zvuků následujících po sobě potřebuje člověk s tímto postiţením více času neţ člověk normálně slyšící (80, 96). Dále je nutno jmenovat tzv. psychologické faktory, které bývají postiţeny zejména ve vyšším věku. Jsou to čilost a bdělost v okamţiku předávané informace, zájem o okolí a zvukový podnět jako takový, otázky vštípivosti a okamţité paměti atd. (3, 70, 98). II.1.3 FYZIKÁLNÍ ASPEKTY VE VZTAHU K BINAURÁLNÍMU SLYŠENÍ Zvukové vlny se od svého zdroje šíří ve sférických vlnách. Pokud nestojí v cestě ţádná překáţka, vzniká tzv. volné zvukové pole (91, 104). Po kontaktu zvukových vln s překáţkou dochází buď k jejich ohybu (difrakce), nebo odrazu (reflexe). Podstatný je vztah vlnové délky (úměrné kmitočtu) a velikosti předmětu, na který zvuk narazí. Pokud je velikost předmětu větší neţ vlnová délka, zvuk se odrazí (23). Hluboké frekvence mají delší vlnovou délku neţ frekvence vysoké a proto dochází snadněji k jejich ohybu. Vysoké frekvence mají naopak díky kratší vlnové délce větší tendenci k odrazu. Se zvětšující se vzdáleností od zdroje zvuku 15

dochází ke sniţování akustického tlaku. Ve volném poli platí, ţe zvětší-li se vzdálenost od zdroje zvuku dvojnásobně, akustický tlak klesne o 6 db (1). Hlavu si můţeme zjednodušeně představit jako kouli, po jejíchţ stranách jsou v horizontální rovině na opačných pólech umístěny uši. Tato koule se z fyzikálního hlediska uplatňuje ve dvou směrech: A) Odděluje obě uši od sebe navzájem, čímţ mezi nimi vzniká určitá vzdálenost. V závislosti na úhlu, ze kterého zvuk přichází, dorazí akustický signál k jednomu uchu dříve (bliţší ucho) neţ ke druhému (vzdálenější ucho), samozřejmě mimo situaci, kdy azimut činí 0 nebo 180 stupňů, tedy kdy zvuk přichází přesně zepředu nebo zezadu. Při známé rychlosti zvuku ve vzduchu přibliţně 344 m/s a znalosti velikosti hlavy lze snadno spočítat časový rozdíl dopadu zvuku na obě uši. Největší časový rozdíl nastává v situaci, kdy azimut je 90 nebo 270 stupňů, tedy kdyţ zvuk přichází k hlavě kolmo z boku. B) Staví se jako pevná překáţka do cesty zvukovým vlnám. Vzdálenější ucho se tak dostává do tzv. akustického stínu. V případě hlavy jako pevné překáţky zvukového vlnění platí princip ohybu a odrazu zvukových vln stejně jako u jiných pevných objektů. Vysoké frekvence se odráţejí, proto na straně odvrácené, t.j. na straně vzdálenějšího = akusticky stíněného ucha, mají niţší intenzitní hladinu neţ na straně přivrácené. Čím je frekvence vyšší, tím je interaurální decibelový rozdíl větší. Naopak u hlubokých frekvencí, majících dlouhou vlnovou délku, je interaurální decibelový rozdíl výrazně menší díky ohybu zvukových vln (106). Popsané jevy vytvářejí intenzitní rozdíl ve zvukovém signálu mezi oběma ušima. Je specifický pro jednotlivé frekvence a závislý na úhlu, ze kterého zvuk přichází. 16

V prostředí, ve kterém dochází k odrazu a interferenci zvukových vln, však můţe být úbytek hladiny intenzity na vzdálenějším uchu podstatně menší, nemusí být také ţádný a dokonce můţeme za určitých okolností zaznamenat i nárůst hladiny intenzity. Odraz zvukových vln a následná interference jsou závislé na velikosti uzavřeného prostoru, ve kterém k uvedeným jevům dochází, na charakteru povrchu a členitosti stěn a stropu a také samozřejmě na rozmístění předmětů v něm (42). Zvuk, přicházející z určitého zdroje, je díky anatomickému uspořádání uší na hlavě odlišný v uchu pravém a levém, a to ve své frekvenčně specifické intenzitě a čase. Tato skutečnost platí jak pro děti, tak dospělé, ale také pro osoby normálně slyšící i nedoslýchavé. Schopnost vyuţít tento rozdíl je závislá na stavu a schopnostech periferního i centrálního sluchového orgánu (89). II.1.4. SIGNAL-TO-NOISE RATIO (SNR) Z obecného hlediska je poměr signál-šum (Signal-to-Noise Ratio) odstup ţádoucího signálu od rušivého signálu pozadí. Udává se jako rozdíl intenzit v decibelech (125). Jeho rozměr je nulový, pokud je intenzita řeči a rušivého šumu stejná. Nabývá hodnot kladných, pokud je intenzita řeči vyšší neţ intenzita šumu, a hodnot záporných, pokud je šum intenzivnější neţ řečový signál. Čím je kladný rozdíl vyšší, tím má rušivý šum menší vliv. Zdravý lidský sluchový orgán je schopen zajistit srozumitelnost řeči i v situacích, kdy je více akustické energie v signálu neřečovém, tedy v negativních hodnotách SNR. S narůstající negativní hodnotou SNR se však schopnost rozumění sniţuje (34). U ucha nedoslýchavého se významně sniţuje schopnost rozumět řeči za přítomnosti rušení. Pro dostatečnou srozumitelnost je potřeba tedy zajistit určitý minimální odstup signál-šum. Lze toho dosáhnout čtyřmi základními cestami: 17

1. Změna poslechové situace Odstranění rušivého zvuku přicházejícího ze zevního prostředí dává nejlepší předpoklady pro srozumitelnost řeči. Ve většině poslechových situací jde však o poţadavek těţko realizovatelný. 2. Potlačení šumu v centrálním sluchovém orgánu Jde o jednu z nejdůleţitějších výhod binaurálního slyšení, o níţ bude podrobněji pojednáno v kapitole II.2.1. Uplatňuje se především v situacích, kdy řeč přichází z jiného úhlu neţ rušivý šum. 3. Filtrace akustického signálu Některá elektronická zařízení, mezi něţ patří i řada moderních digitálních sluchadel, jsou schopna do určité míry separovat signál řečový od neřečového a zvýšit tak odstup signál-šum. Detekce řeči v komplexním akustickém signálu je prováděna analýzou zvuku v digitálním čipu a s výhodou vyuţívá vícekanálového zpracování. Vstupní signál je rozloţen do více frekvenčních pásem, v nichţ je prováděno vyhodnocení spektrální a časové (74). 4. Pouţití směrového mikrofonu Směrové mikrofony jsou ve sluchadlové protetice pouţívány jiţ od 70.let 20.století. Mohou být buď fixně nebo adaptivně směrové, kdy v tiché poslechové situaci se chovají jako všesměrové, zatímco v přítomnosti rušivého neřečového signálu se automaticky mění na směrové. Technicky jsou tvořeny 2 nebo 3 mikrofony, z nichţ je signál separátně přiváděn do čipu, kde je zpracován (75). Pouţití vícemikrofonního systému umoţňuje zvýšení SNR aţ o 6 db (47, 63, 64, 65, 67). 18

II.1.5. LIDSKÁ ŘEČ Z AKUSTICKÉHO POHLEDU Lidská řeč jsou z fyzikálního hlediska velmi sloţité a v čase rychle se měnící a střídající akustické signály. Pomocí rychlé Fourierovy analýzy je moţno řeč akusticky definovat. Samohlásky jsou sloţené tóny, sestávající z jednotlivých tónů harmonických (celistvých násobků základní frekvence), a mají formantovou strukturu. V řeči jsou nositeli dominantní části akustické energie, mají však relativně nízkou hodnotu informace. Délka samohlásek je odlišná u samohlásek krátkých a dlouhých, značně závislá na rychlosti mluvy konkrétní osoby. Obvykle se pohybuje přibliţně v rozmezí 100-300 ms. Frekvenční rozloţení akustické energie samohlásek má těţiště přibliţně do 1 khz, alikvotní tóny sahají aţ ke 4 khz (42, 46, 72). Neznělé souhlásky jsou šumy, znělé souhlásky kombinace šumu se základním hrtanových tónem. Souhlásky obsahují relativně málo akustické energie (zejména souhlásky neznělé), vyznačují se však vysokou informační hodnotou. Délka souhlásek se pohybuje přibliţně mezi 60-200ms, závisí na postavení souhlásky ve slově a jejím konkrétním charakteru. Nejdelší trvání mají sykavky, u nichţ je frekvenční rozloţení akustické energie uloţeno nejvýše. S je šum přibliţně mezi 4-11 khz, Š šum mezi 2-8 khz. Nejkratší trvání mají explozivy (54, 61, 93). Transienty (= koartikulační efekty) jsou akustické jevy vznikající změnou nastavení mluvidel při přechodu souhlásky do za ní stojící samohlásky. Akusticky při nich dochází k rychlé změně frekvenčního spektra a mají velmi krátké trvání, přibliţně 10ms. Schopnost identifikovat koartikulační efekty je jedním ze základních předpokladů srozumitelnosti řeči (114). Při zpracování lidské řeči ve sluchovém orgánu se významně uplatňuje velké mnoţství redundance (nadbytečné informace). Tato redundance je jednak vnitřní, jednak vnější. Vnitřní vyplývá z anatomické struktury a funkce korové části sluchového orgánu., která je nejen 19

vysoce komplexní, ale i naddimenzovaná. Znamená to, ţe zpracování řečového signálu probíhá simultánně na několika úrovních současně a můţe se uplatnit i multisenzorické zpracování. Vnější redundance je zajištěna nadbytečným mnoţstvím informace obsaţené ve vlastní řeči, to jest v jejím fonetickém, fonemickém, syntaktickém a semantickém obsahu (114). Díky tomu existuje moţnost rozumět i slovům, z nichţ je slyšena jen jejich část. Z koartikulačních efektů samohlásek lze s vysokou pravděpodobností odhadnout a tím de facto "slyšet" i souhlásku, jejíţ akustické spektrum leţí mimo sluchové pole konkrétního člověka. Ze semantického kontextu je moţno doplnit ve větě slova, která nebyla primárně srozumitelná. Čím je struktura sdělení akusticky bohatší, tím je řeč srozumitelnější a rezistentnější na rušivý efekt kompetitivního neřečového šumu. Naopak schopnost rozumění jednoslabičným slovům, která mají velmi nízkou vnější redundanci, je na rušivý signál vysoce citlivá. obrázek č.1: Sonagram "Vliv binaurálního slyšení na srozumitelnost řeči při použití kompetitivního šumového signálu", řečový signál 60dB na pozadí ticha, hlas autora osa x - čas, osa y - frekvence.. Barevný odstín odpovídá množství akustické energie v dané frekvenci ležící. Červeně nejvíc, žlutě méně, zeleně málo, bíle žádná. obrázek č.2: Amplitudový záznam "Vliv binaurálního slyšení na srozumitelnost řeči při použití kompetitivního šumového signálu", řečový signál 60dB na pozadí ticha, hlas autora osa x - čas, osa y - amplituda signálu. Čím má akustický signál větší intenzitu, tím má v záznamu vyšší amplitudu 20

II.1.6. PODMÍNKY SROZUMITELNOSTI ŘEČI NA POZADÍ HLUKU A) Vztah prahu sluchu posluchače a frekvenčně-intenzitního sloţení řečového signálu Aby mohl být řečový signál detekován, je třeba, aby jeho akustická struktura leţela nad prahem sluchu konkrétní osoby, za ideálních okolností v oblasti příjemného poslechu. Je-li tato podmínka zajištěna zcela, je slyšitelná jeho celá stavba a jsou tak vytvořeny optimální vstupní podmínky pro rozumění. Pokud část signálu leţí pod prahem sluchu, záleţí na informační významnosti chybějící informace. Leţí-li řečový signál celý pod prahem sluchu, je neslyšitelný a osoba můţe slyšet pouze signál neřečový, případně jeho část. B) Schopnost frekvenční analýzy sluchového orgánu Sníţení funkce frekvenční analýzy sniţuje ostrost poslechu, který se stává méně či více rozmazaným. Tento typ postiţení je typický pro nitroušní vady s postiţením vláskových buněk, např. presbyakuze (3). Maskovací efekt neřečového signálu se zpravidla uplatňuje tím více, čím je schopnost frekvenční analýzy niţší (73). C) Rychlost řeči Schopnost rozumění je značně závislá nejen na rychlosti sledu jednotlivých slov ve větě, ale i na celkové rychlosti řeči jako takové. Narůstající tempo má za následek zkracování samohláskových elementů v jednotlivých slovech. Sluchový aparát tak má kratší čas na zpracování signálu. Kompetitivní neřečový signál můţe nepříznivě interferovat s koartikulačními jevy, které jsou pro srozumitelnost velmi důleţité. Vyšší tempo řeči tak dává horší předpoklady pro rozumění v hluku neţ tempo niţší (15). 21

D) Odstup signál-šum Čím je rozdíl mezi řečovým a neřečovým signálem ve prospěch řeči větší, tím lepší předpoklady pro srozumitelnost dává (114). E) Binaurální poslech Při binaurálním poslechu se mohou uplatnit velmi důleţité efekty vyplývající z centrálního zpracování komplexního vstupního signálu (viz kapitola II.2.1.). Vyřazení funkce jednoho ucha má obvykle za následek významné zhoršení rozumění. F) Vnitřní a vnější redundance Nedotčená funkce centrální části sluchového orgánu při poškození části periferní můţe značně kompenzovat chybějící část vstupní informace. Míra redundance (nadbytečné informace) obsaţené v řečovém signálu je vzhledem k signálu neřečovému zásadní - i při nepříznivých poslechových podmínkách (negativní hodnoty SNR) můţe vysoká vnější redundance srozumitelnost zajistit, zatímco redundance nízká nikoli (114). G) Psychologické faktory Na prvním místě je třeba jmenovat zájem o přijímanou informaci a snahu separovat řečový a neřečový signál. Někteří sluchově postiţení jiţ na počátku méně příznivé akustické situace veškeré pokusy o rozumění vzdávají, i kdyţ by byli schopni při zvýšeném úsilí rozumět. Jiní zpočátku snahu mají, ale vynaloţené úsilí je natolik vyčerpává, ţe se rychle unaví a separace řeči od hlukového pozadí se pro ně stává nedostupnou (70, 98). 22

obrázek č.3: Sonagram "Vliv binaurálního slyšení na srozumitelnost řeči při použití kompetitivního šumového signálu" na pozadí instrumentální skladby (cimbál, housle, viola, kontrabas), řeč 60dB, hudba 50dB, hlas autora, pro zdravé ucho výborná srozumitelnost (SNR +10 db). osa x - čas, osa y - frekvence. Barevný odstín odpovídá množství akustické energie v dané frekvenci ležící. Červeně nejvíc, žlutě méně, zeleně málo, bíle žádná. Řečový signál je signálem neřečovým jen málo rušen. obrázek č.4: Amplitudový záznam "Vliv binaurálního slyšení na srozumitelnost řeči při použití kompetitivního šumového signálu" na pozadí instrumentální skladby (cimbál, housle, viola, kontrabas), řeč 60dB, hudba 50dB, hlas autora, pro zdravé ucho výborná srozumitelnost (SNR +10 db). osa x - čas, osa y - amplituda signálu. Řečový signál je neřečovým jen málo rušen... obrázek č.5: Sonagram "Vliv binaurálního slyšení na srozumitelnost řeči při použití kompetitivního šumového signálu" na pozadí instrumentální skladby (cimbál, housle, viola, kontrabas), řeč 60dB, hudba 60dB, hlas autora, pro zdravé ucho dobrá srozumitelnosti (SNR 0 db). osa x - čas, osa y - frekvence. Barevný odstín odpovídá množství akustické energie v dané frekvenci ležící. Červeně nejvíc, žlutě méně, zeleně málo, bíle žádná.řečový signál je signálem neřečovým již poměrně značně rušen, avšak stále je dobře identifikovatelný.. obrázek č.6: Amplitudový záznam "Vliv binaurálního slyšení na srozumitelnost řeči při použití kompetitivního šumového signálu" na pozadí instrumentální skladby (cimbál, housle, viola, kontrabas), řeč 60dB, hudba 60dB, hlas autora, pro zdravé ucho dobrá srozumitelnost (SNR 0 db). osa x - čas, osa y - amplituda signálu. Řečový signál je signálem neřečovým již poměrně značně rušen, avšak stále je dobře identifikovatelný. 23

obrázek č.7: Sonagram "Vliv binaurálního slyšení na srozumitelnost řeči při použití kompetitivního šumového signálu" na pozadí instrumentální skladby (cimbál, housle, viola, kontrabas), řeč 60dB, hudba 70dB, hlas autora, pro zdravé ucho na samé hranici srozumitelnosti (SNR -10dB.) osa x - čas, osa y - frekvence.. Barevný odstín odpovídá množství akustické energie v dané frekvenci ležící. Červeně nejvíc, žlutě méně, zeleně málo, bíle žádná. Řečový signál je v signálu neřečovém již jen obtížně identifikovatelný obrázek č.8: Amplitudový záznam "Vliv binaurálního slyšení na srozumitelnost řeči při použití kompetitivního šumového signálu" na pozadí instrumentální skladby (cimbál, housle, viola, kontrabas), řeč 60dB, hudba 70dB, hlas autora, pro zdravé ucho na samé hranici srozumitelnosti (SNR -10dB). osa x - čas, osa y - amplituda signálu. Řečový signál je v signálu neřečovém již jen obtížně identifikovatelný II.1.7. OBECNÉ PRINCIPY ZESÍLENÍ SLUCHADLEM Aby mohlo být pro nedoslýchavého člověka dosaţeno co nejpříznivějšího zesílení zvuku, musí být dodrţována určitá pravidla. Je třeba se co nejvíce přiblíţit optimálnímu stavu, kdy kompletní výstupní signál sluchadla (zahrnující sloţku řečovou a relevantní zvuky neřečového pozadí) bude leţet nad prahem sluchu, ale pod prahem nepříjemného poslechu (44). Existuje celá řada pravidel přizpůsobení (je pouţíván téţ výraz nastavení a postupně zdomácněl i anglický pojem fitting), která zcela logicky vycházejí z těchto dvou významných křivek. Protoţe kaţdá frekvence má pro rozumění řeči odlišný význam a naprostá většina sluchových ztrát je frekvenčně nevyrovnaná, byla vytvořena celá spousta algoritmů, jak cílové zesílení vypočítat (79). Historicky šlo především o pravidla tzv. třetinového a polovičního zisku. Obnášela základní myšlenku, ţe velikost 24

zesílení v decibelech by měla být pro danou frekvenci přibliţně jednou třetinou, resp. jednou polovinou jejího sluchového prahu. V praxi to znamená, ţe pro práh 60dB HL je při pouţítí pravidla 1/3 zapotřebí zvuk zesílit o 20dB, při pravidle 1/2 o 30dB. Pro jednotlivé frekvence platily konkrétní korekční faktory, které byly buď negativní (zesílení ubíraly), nebo pozitivní (zesílení přidávaly). Pro analogová sluchadla byla nejčastěji pouţívána pravidla Bergerovo, POGO (Prescription Of Gain/Output) a NAL (National Acoustic Laboratories). Pravděpodobně nejpouţívanějším bylo posledně jmenované (90), jehoţ algoritmus zdůrazňoval jednotlivé frekvence dle jejich významnosti v dlouhodobém spektru řeči (Long Time Average Spectrum = LTAS). Stalo se východiskem pro dnes nejpouţívanější pravidlo NAL-NL1 (non-linear) pouţívané k nastavování většiny digitálních sluchadel. Jeho určitou modifikací je pravidlo Loudness mapping, které předepisuje ve srovnání s NAL-NL1 především o něco větší zesílení hlubokých frekvencí. Obě aplikují společný přístup: slabé zvuky jsou zesíleny více neţ středně silné a ty opět více neţ zvuky silné. To je umoţněno pouţitím komprese v širokém dynamickém pásmu (Wide Dynamic Range Compression = WDRC). V závislosti na konstrukci zesilovače sluchadla je pak moţno ještě nastavit maximální povolený výstupní tlak, aby v ţádné situaci nedošlo k přetíţení sluchového orgánu a jeho případnému poškození příliš vysokou akustickou energií. 25

obrázek č.9: Stranově symetrická percepční sluchová vada kochleárního typu s výrazně zúženým dynamickým rozsahem sluchu Horní křivka - práh sluchu (HTL) Dolní křivka - práh nepříjemného poslechu (UCL) obrázek č.10: Vypočtené parametry zesílení dle algoritmu Loudness mapping pro sluchovou vadu z obrázku č.9 Pod prahem sluchu (oranžově a šedě) je vyznačena oblast zvuků pro pacienta neslyšitelná, nad prahem nepříjemného poslechu (červeně a modře) oblast nepříjemně hlasitá. Křivky (černě) znázorňují výstupní signál správně seřízených sluchadel na jednotlivých frekvencích pro jednotlivé vstupní hladiny signálu: 40dB (dolní křivka), 60 db (střední křivka) a 90 db (horní křivka). Software Compass fy Widex. Barevný symbol boltce označuje stranu - červený vpravo, modrý vlevo. obrázek č.11: Kompresní křivky zesílení sluchadel seřízených pro korekci sluchové vady z obrázku č.9 Křivky zobrazují závislost velikosti výstupního signálu (osa y) na signálu vstupním (osa x) u použitého 2-kanálového digitálního sluchadla. Zesílení není lineární, ale na obou křivkách jsou přítomna 3 ohbí: první 2 (zleva) představují kolénka vstupní komprese, třetí (nad nímž k žádnému zesílení již nedochází) pak limitaci maximálního povoleného výstupního signálu. Modře křivka zesílení pro horní kanál, červeně křivka zesílení pro dolní kanál. Software Compass fy Widex. Barevný symbol boltce označuje stranu - červený vpravo, modrý vlevo. obrázek č.12: Oblast nezesílené řeči (světle zelená oblast) a řeči zesílené sluchadlem (tmavě zelená oblast) vzhledem k prahu sluchu z obrázku č.9 Světle zelenou barvou je znázorněna oblast nezesílené řeči běžné komunikační intenzity, tmavě zeleně pak oblast řeči adekvátním způsobem zesílené. Audiometrické křivky jsou zobrazeny v mezinárodně platných barvách (vpravo červeně, vlevo modře). Bez použití sluchadel leží celá oblast řeči pod prahem sluchu, je proto neslyšitelná. Se sluchadly se převážná část řečového spektra dostává do oblasti nad prahem sluchu, tedy do oblasti slyšitelné. Software Compass fy Widex. Barevný symbol boltce označuje stranu - červený vpravo, modrý vlevo. 26

Díky přiměřenému zesílení (velikostí proměnnému vzhledem k intenzitě vstupního signálu) na jednotlivých frekvencích a kompresní limitaci maximálního výkonu sluchadla se spektrum zesílené řeči dostává do zachovaného dynamického rozsahu sluchu, t.j. nad jeho práh, ale pod hranici nepříjemného poslechu. Jsou tak vytvořeny příznivé poslechové podmínky a záleţí pak jen na kvalitě zpracování zvuku na úrovni periferního i centrálního sluchového orgánu, zda se řeč stane srozumitelnou či nikoli. II.2 Monaurální a binaurální slyšení II.2.1. VÝHODY BINAURÁLNÍHO SLYŠENÍ OPROTI MONAURÁLNÍMU Poslech oběma ušima současně přináší oproti poslechu monaurálnímu mnohé výhody. Jsou jimi především binaurální sumace, schopnost lokalizovat zdroj zvuku v prostoru, eliminace vlivu akustického stínu hlavy a centrální potlačení šumu v akustickém signálu (23). Člověk si za normálních okolností neuvědomuje, ţe pravým a levým uchem slyší zvuky odlišně, neboť dochází ke spojení signálu z obou uší v centrálním nervovém systému v jeden smyslový vjem. Tento jev nazýváme binaurální integrace, téţ binaurální syntéza či binaurální fúze (89). Ačkoli vlastní sluchový orgán není přímou funkční součástí rovnováţného systému, přesto přináší významnou informaci pro orientaci v prostoru. (83). Ztráta sluchu na jednom uchu nebo monaurální korekce sluchadlem sniţují kvalitu sluchového vjemu. Binaurální sumace Při poslechu oběma ušima dochází k centrálnímu zesílení slyšeného zvuku, jehoţ hlasitost je takto vyšší. Mají-li obě uši stejný práh sluchu, binaurální práh pro čisté tóny je v důsledku binaurální sumace přibliţně o 3dB lepší neţ při poslechu monaurálním. Na hladině 27

nejpříjemnější hlasitosti (MCL) se rozdíl oproti poslechu monaurálnímu zvětšuje na přibliţně 6 db a na hladině 90dB SL aţ na 10dB (35, 37). Hodnoty jsou uváděny pro osoby s normálním sluchem. Směrové slyšení Jelikoţ uši jsou na hlavě umístěny na opačných stranách a vzdálenost mezi nimi je dána velikostí hlavy, akustický signál, který k nim přichází, je v kaţdém uchu trochu jiný. Vzniká tak interaurální rozdíl časový, fázový a intenzitní (91, 104). Časový rozdíl vzniká tím, ţe k bliţšímu uchu dorazí zvukový podnět o několik desítek aţ set mikrosekund dříve neţ k uchu vzdálenějšímu. Mezistranový časový rozdíl je závislý na úhlu přicházejícího zvuku. Vzhledem k rychlosti zvuku ve vzduchu činí maximální časový interaurální rozdíl u dospělého člověka s normálně vyvinutou hlavou přibliţně 0,44 ms, u novorozence přibliţně 0,26 ms, obojí při azimutu 90 a 270 stupňů, nulový časový rozdíl je při azimutu 0 a 180 stupňů. Vliv na časový posun má samozřejmě velikost hlavy a její případná tvarová asymetrie, definující vzdálenost uší od sebe a také jejich polohu. Fázový rozdíl se objevuje v situaci, kdy zvukové vlnění přichází v azimutu odlišném od 0 a 180 stupňů a jeho vznik a fázová změna jsou závislé na vlnové délce. Do vzdálenějšího ucha takto můţe zvuk dorazit v odlišné fázi neţ do ucha bliţšího. Intenzitní rozdíl vzniká v důsledku akustického stínu hlavy a odlišné vzdálenosti uší od zdroje zvuku. U hlubších frekvencí je menší, u vyšších frekvencí větší jako důsledek difrakce a reflexe zvukových vln v závislosti na jejich vlnové délce. Uvádí se, ţe pro lokalizaci zdroje zvuku hlubokých frekvencí je primární interaurální rozdíl časový, naopak pro lokalizaci zdroje zvuku vysokých frekvencí je primární rozdíl intenzitní (36). 28

Na schopnosti směrového slyšení se pravděpodobně do jisté míry podílí i funkce středoušních svalů. Jejich kontrakcí dochází ke zhoršení přenosu hlubokých frekvencí řetězcem kůstek. Z experimentů vyplývá, ţe kontrakce napínače bubínku vede ke změně rezonačních vlastností řetězce kůstek, zatímco kontrakce třmínkového svalu vede ke změně vibrační charakteristiky.. Z těchto faktů lze vyvozovat, ţe kontrakce tensoru způsobuje posun fáze, zatímco kontrakce stapediu intenzitní změnu (124). Při naprosto symetrické kontrakci by efekt na směrové slyšení nebyl samozřejmě ţádný, ale některé studie ukazují, ţe kontrakce středoušních svalů není stranově symetrická (66). Moller (84) měřil impedanci středouší a její změnu způsobenou kontrakcí středoušních svalů oboustranně při akustické stimulaci jednoho ucha. Zjistil mezistranový rozdíl 2-14 db k dosaţení stejné změny impedance. Kontralaterální ucho vykazovalo menší impedanční změny neţ ucho stimulované. Asymetrická kontrakce vede k asymetrickému přenosu zvuku středoušním systémem. Ačkoli hladiny stimulace byly voleny od 80dB SPL výše (na niţších stimulačních hladinách nebyly změny impedance zaznamenatelné), mezistranový rozdíl změny impedance byl zjištěn na všech testovaných hladinách. Je pravděpodobné, ţe tato asymetrie existuje i na niţších hladinách intenzity. Lidé se symetrickým sluchem, ale nefunkčním systémem středoušních svalů (například v důsledku pooperačních změn), nemají poruchu směrového slyšení. Lze se tedy domnívat, ţe středoušní svaly schopnosti směrového slyšení napomáhají pravděpodobně ve smyslu přenesení pozornosti z jednoho zdroje zvuku na jiný. Předpokládá se, ţe existuje centrální řízení středoušních svalů, které umoţňuje tento jev (66). Schopnost směrového slyšení je ve většině případů vázána na binaurální poslech. U normálně slyšícího a neurologicky zdravého kojence je směrové slyšení poměrně dobře vyvinuto jiţ od 3-7 měsíců věku (85). Nejmenší detekovatelný úhel posunu zdroje zvuku v prostoru v horizontální rovině (v anglosaské literatuře označovaný jako MAA = minimum audible angle nebo také jako 29

difference limen pro azimut) činí u zdravých osob 1-2 úhlové stupně (83) a je funkcí frekvence a směru přicházejícího zvuku (82). Eliminace akustického stínu hlavy Přichází-li zvuk pouze z jednoho zdroje, při poslechu oběma ušima současně se nemůţe nikdy stát, ţe by obě uši zároveň leţely v akustickém stínu hlavy. Jedno ucho je vţdy mimo něj a vnímá tak plnohodnotný, akusticky neochuzený a nezkreslený signál. Při monaurálním poslechu tomu tak pochopitelně není a akustický stín hlavy můţe mít významný vliv na akustický signál přicházející ke vzdálenějšímu uchu (106). Přichází-li zvuk současně z více zdrojů, situace je samozřejmě daleko komplikovanější (42). Potlačení informačního šumu v centrálním nervovém systému Komunikujeme-li řečí, obsahuje prostředí, ve kterém se nacházíme, téměř vţdy kromě řečové informace i řadu jiných zvuků, které řečový signál maskují a tím sniţují jeho srozumitelnost. Interaurální rozdíl zvuku můţe být v centrálním nervovém systému vyuţit k vylepšení poměru signál-šum v hodnotách 2-8 db (21, 33, 81). Řeč se tak stává srozumitelnější na hlukovém pozadí. Na potlačení šumu se uplatňují jak interhemisferální spoje, tak velmi pravděpodobně i eferentní sluchová dráha v olivokochleárním svazku, mající inhibiční vliv na zevní vláskové buňky. Změna jejich citlivosti v určitých oblastech bazilární membrány (v závislosti na poslechové situaci) ovlivňuje spektrum vznikající aferentní informace (88). 30

II.2.2. PROBLEMATIKA MONAURÁLNÍHO POSLECHU II.2.2.1. PŘI NORMÁLNÍM SLUCHU Rozumění řeči je vzhledem k absenci fenomenu binaurální sumace při monaurálním poslechu horší neţ při poslechu binaurálním, v nadprahových hladinách aţ o 30% (8, 35, 58). Dirks a Wilson (24) se zabývali měřením prahu sluchu na vzdálenějším uchu při monaurálním poslechu ve srovnání s poslechem binaurálním. Jejich výsledky korelují s výsledky Shawa (106), který měřil prahy pro jednotlivé frekvence zvlášť. I při nulovém azimutu je práh sluchu při monaurálním poslechu přibliţně o 3dB vyšší neţ při binaurálním jako důsledek chybění binaurální sumace. V závislosti na frekvenci zvuku a azimutu jsou prahy sluchu na vzdálenějším uchu vyšší aţ o 20 db (49, 76) vlivem akustického stínu hlavy, v řečovém frekvenčním spektru je práh sluchu vyšší průměrně o 6,4 db (119). Vzhledem ke skutečnosti, ţe hluboké frekvence se kolem hlavy ohýbají, čímţ dochází k jejich malému zeslabení, je vnímaný řečový signál na vzdálenějším uchu dostatečně hlasitý, ale v důsledku relativně velkého úbytku vysokých frekvencí jako následek jejich odrazu je hůře srozumitelný. Valente (121) shrnul studie zabývající se hodnocením rozumění řeči u monaurálního poslechu, kdy bylo srovnáváno rozumění řeči přicházející ze směru bliţšího a ze směru vzdálenějšího ucha. Rozdíl ve srozumitelnosti řeči činil 20-50% v závislosti na typu signálu, pouţitého maskovacího šumu, azimutu a poměru signál-šum. Další nevýhoda monaurálního poslechu oproti poslechu binaurálnímu je zhoršení srozumitelnosti řeči na pozadí hluku, a to zejména za situace, kdy řeč a hluk přicházejí z různých směrů. Kdyţ řeč a hluk přicházejí ze stejného směru při azimutu 0 stupňů, srozumitelnost řeči je prakticky stejná při monaurálním poslechu jako při poslechu binaurálním (24). Binaurální poslech v této situaci vykazuje velmi malé zlepšení v poměru 31