Avaliação de técnicas de redução de ruído para implantes cocleares

Abstract

Implantes cocleares são dispositivos que permitem a compensação de parte das perdas auditivas severas e profundas. Para tanto, os sinais acústicos captados através de microfones são processados e apresentados por meio de um conjunto de eletrodos implantado a orelha interna do usuário. Apesar de grandes avanços nessa área, a dificuldade de inteligibilidade em cenários acústicos com contaminação por ruído aditivo ainda é um problema não solucionado. Nesse sentido, diversas técnicas para redução do ruído têm sido estudadas. Destacam-se os métodos de máscara de Wiener e máscara binária. Entretanto, esses métodos não foram originalmente desenvolvidos para implantes cocleares. Nesses sistemas, a informação de fase não é utilizada no processo de codificação e, portanto, toda a informação recebida pelo usuário está associada à magnitude do envelope do sinal de fala. A partir do exposto, neste trabalho é proposto o uso do método de mínimo erro quadrático médio (MMSE) para redução de ruído em implantes cocleares. O MMSE, pouco explorado até o momento em aplicações relacionadas a implantes cocleares, aproxima a magnitude do sinal de fala pela magnitude do sinal contaminado processado. Dessa forma, a informação de fase é relevada. Comparações de inteligibilidade para sinais de fala processados pelos métodos de Wiener, máscara binária e MMSE foram realizadas através de métricas objetivas e experimentos psicoacústicos em normo-ouvintes e usuários de implantes cocleares. A partir dos resultados obtidos, conclui-se que o desempenho do método MMSE é superior ao dos métodos de Wiener e máscara binária, sobretudo em condições de baixa relação sinal-ruído.

Abstract : Cochlear implants are devices designed to compensate severe and profound hearing losses. The acoustic signals acquired through microphones are processed and presented to the user by a set of electrodes implanted into the inner ear. Despite enormous advances in this area, intelligibility limitation is still an unsolved problem in acoustic scenarios characterized by additive noise contamination. In this sense, several noise reduction techniques have been applied in this context. The Wiener and binary mask stand out in the specific literature. However, these methods were not originally developed for cochlear implants. In these systems, phase information is disregarded during the codification process and, therefore, the information received by the user is associated only to the magnitude of the signal envelope. In this way, the Minimum Mean-Square-Error (MMSE) method is proposed as an appropriated noise reduction method for cochlear implant applications. The MMSE, which is still little explored in cochlear implant applications, approximates the original speech magnitude by the magnitude of the filtered contaminated speech. In this way, the phase information is disregarded. Intelligibility comparisons for speech processed by the Wiener mask, Binary mask and the MMSE were performed by objective metrics and psychoacoustic experiments in normal hearing volunteers and cochlear implant users. From the obtained results, it is concluded that MMSE processed signals present higher intelligibility performance as compared to the Wiener and Binary masks, mainly in low signal to noise ratio conditions.