Binaurale Sprachverständlichkeit

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1 Brand Thomas, Rainer Beutelmann Binaurale Sprachverständlichkeit Medizinische Physik, Carl-von-Ossietzky Universität Oldenburg Einleitung In Situationen mit einer räumlicher Trennung zwischen zu verstehender Sprache von dem (oder den) Störgeräusch(en) ist in der Regel die Sprachverständlichkeit gegenüber Situationen ohne eine solche Trennung erhöht. Dieser Gewinn in räumlichen Störschallsituationen kann zu einer Verbesserung der 50% Sprachverständlichkeitsschwelle von bis zu 12 db führen (siehe Überblick bei Bronkhorst, 2000). Die Ursachen für diesen Gewinn sind komplex und abhängig von einer Reihe von Parametern, wie z.b. der Richtung der Sprache und der Störgeräusche, der Art der Störgeräusche, der Raumakustik usw.. Schwerhörende zeigen üblicherweise einen reduzierten Verständlichkeits-Gewinn in räumlichen Situationen. Was in schwierigen akustischen Situationen ( Cocktail-Party-Situation ) zu einem großen Handicap führen kann. Ein tieferes Verständnis der zugrunde liegenden Prozesse ist wichtig für diagnostische Fragestellungen (z.b. Gibt es neben dem peripheren Hörverlust auch noch eine Störung der binauralen auditiven Verarbeitung? ) aber auch für Fragestellungen in der Rehabilitation (z.b. Was muss ein binaurales Hörgerät tun, um einen maximalen binauralen Gewinn zu erzielen? ). In beiden Fällen ist sowohl die präzise messtechnische Erfassung der Sprachverständlichkeit in räumlichen Störschall-Situationen als auch eine geeignete Bewertung der Ergebnisse erforderlich. Eine solche Bewertung erfolgt hier mit Hilfe eines Vorhersagemodells, das den peripheren Hörverlust berücksichtigt, eine mögliche Störung (z.b. durch Deprivation) höherer Verarbeitungsstufen (z.b. der binauralen Verarbeitung) jedoch außer Acht lässt. Eine Abweichung zwischen Messwert und Vorhersage kann dann als Hinweis für eine solche Störung oder auch eine ungünstige Signalverarbeitung durch Hörgeräte dienen. EC/SII Modell des binauralen Sprachverstehens Das in Abbildung 1 dargestellte EC/SII Modell (Beutelmann und Brand 2006) beruht auf einem Ansatz nach vom Hövel (1984) und kombiniert das "Equalization and Cancellation" (EC) Modell nach Durlach (1963) (siehe auch Verhey, 2008, in diesem Band) mit dem Speech-Intelligibility-Index (ANSI S ). Sprache und Störgeräusch (im Weiteren auch "externes Rauschen" genannt) müssen als separate binaurale Aufnahmen (z.b. Kunstkopfaufnahmen) vorliegen. Die erste Stufe des Modells filtert Sprache und externes Rauschen mit einer Gammaton-Filterbank (Hohmann, 2002) in 30 Frequenzkanäle. In der zweiten Stufe werden zwei zusätzliche unkorrelierte Maskierungsrauschen ("interne Rauschen"), die die Wirkung des Hörverlusts der beiden Ohren simulieren, zu dem externen Rauschen hinzuaddiert. In der dritten Stufe werden EC Prozesse unabhängig in den 30 Frequenzbändern durchgeführt. Dabei werden die Verzögerung und die Pegeldifferenz zwischen den beiden Ohrkanälen so variiert, dass die Differenz der Signale der beiden Ohren zu einen optimalen Signal-Rausch- Verhältnis führt. Entsprechend der Vorgaben von v. Hövel (1984) werden bei diesem EC-Prozess Verarbeitungsfehler des menschlichen Gehörs angenommen. In der vierten Stufe werden die so berechneten frequenzabhängigen Signal-Rausch-Verhältnisse verwendet, um mit Hilfe des Speech-Intelligibility-Index die 50%-Sprachverständlichkeitsschwelle vorherzusagen. Abbildung 1: Binaurale Verarbeitung mit dem modifizierten EC Modell nach v. Hövel (1984). In den verschiedenen Frequenzkanälen wird unabhängig der EC Prozess durchgeführt und das so erreichte Signal-Rauschverhältnis berechnet. Sprache und Störgeräusch werden auf dieselbe Weise verarbeitet. Die Hörschwelle der Versuchsperson wird mit Hilfe eines unkorrelierten Maskierungs-Rauschen auf den beiden Ohrkanälen simuliert (aus Beutelmann und Brand, 2006). Fußzeile TimesNewRoman 10

2 Die Vorhersagen des Modells im Vergleich mit den mit dem Oldenburger Satztest gemessenen 50% Sprachverständlichkeitsschwellen von Normalhörenden ergaben die in Abbildung 2 dargestellten Ergebnisse. Sowohl der Effekt der Richtung des Störgeräusches als auch der Raumakustik können sehr genau vorhergesagt werden, sofern die Verarbeitungsfehler berücksichtigt werden. Werden diese Verarbeitungsfehler nicht berücksichtigt, ergibt sich eine deutliche Überschätzung des binauralen Gewinns besonders im reflexionsarmen Raum. In Büroraum und Cafeteria ist die Überschätzung geringer. Abbildung 2: Sprachverständlichkeitsschwellen mit dem Oldenburger Satztest mit Störgeräusch aus verschiedenen Richtungen und Sprache von vorne (0 ) und drei verschiedenen Raumakustiken. Daten von acht Normalhörenden. Geschlossene Kreise: gemessene Daten und inter-individuelle Standardabweichungen. Offene Kreise: Vorhersagen mit Berücksichtigung der internen Verarbeitungsfehler. Kreuze: Vorhersagen ohne Berücksichtigung der internen Verarbeitungsfehler. Die Sprachverständlichkeitsschwellen für Störgeräusch aus 180 wurden auch bei 180 dargestellt, um die Symmetrie der Darstellung zu verdeutlichen. Linkes Bild: reflexionsarmer Raum; rechtes oberes Bild: Büroraum; rechtes unteres Bild: Cafeteria (aus Beutelmann und Brand, 2006). Die Anwendung des Modells auf 10 Schwerhörende ergab ebenfalls sehr gute Vorhersagen. Insgesamt war die Korrelation zwischen Vorhersagen und Messwerten besser als 0,9, was für Messungen dieser Art ein sehr guter Wert ist (Beutelmann und Brand, 2006). Anwendung auf diagnostische Daten In einer anderen Studie untersuchten Brand und Beutelmann (2006) die Anwendbarkeit des Modells anhand einer diagnostischen Datenbank des Hörzentrum Oldenburg, die binaurale Sprachverständlichkeitsdaten von 238 Schwerhörenden enthielt. Bei diesen Patienten wurde mit dem Göttinger Satztest (Kollmeier und Wesselkamp, 1996) die Sprachverständlichkeitsschwelle in drei verschiedenen räumlichen Störschall-Situationen gemessen. Die Korrelationen zwischen Vorhersagen und Messwerten lagen zwischen 0,73 und 0,77 und damit deutlich niedriger als bei den oben beschriebenen Labormessungen. Mögliche Begründungen hierfür liegen darin, dass einmal die Versuchspersonen dieser Studie lediglich drei Satztestmessungen durchgeführt haben und daher nicht so gut an diese Messsituation adaptiert waren wie die Versuchspersonen der oben beschriebenen Laborstudie, die jeweils 21 Situationen plus Trainingsmessungen durchgeführt haben. Außerdem führt die Auswahl der Messbedingungen der Diagnostik Messungen, die den Effekt des Kopfabschattungseffekts reduziert, zu einer deutlich kleineren Varianz der Ergebnisse was ebenfalls zu einer verringerten Korrelation zwischen Vorhersagen und Messwerten führte. Die statistische Auswertung der Studie legte außerdem den Schluss nahe, dass es neben einer peripheren Komponente des Sprachverstehens, die durch den Hörverlust des Probanden beschrieben Fußzeile TimesNewRoman 10

3 werden kann auch eine zentrale Komponente zu geben scheint, die sich allgemein auf das Sprachverstehen auswirkt und die auch nicht mit der binauralen Verarbeitung korreliert ist. Ausblick auf Anwendung auf Hörgeräte Wichtige Anwendungsbereiche des Modells sollen Hörgeräteforschung und Hörgeräteanpassung sein. Eine beidohrige Hörgeräteversorgung kann durch die Verbesserung der Hörbarkeit von Signalen auf beiden Ohren zu einer Unterstützung des binauralen Gehörs führen und so einen binauralen Gewinn in vielen Fällen erst ermöglichen. Auf der anderen Seite verändern Algorithmen zur Dynamikkompression die interauralen Pegeldifferenzen und können so das binaurale Gehör auch behindern. Das oben beschriebene EC/SII Modell ist prinzipiell auch dann in der Lage, die Sprachverständlichkeit in räumlichen Situationen vorherzusagen, wenn Hörgeräte eingesetzt werden. Hierzu ist es jedoch erforderlich die Wirkung der Hörgeräte separat auf die Sprache und die Störgeräusche zu ermitteln, was bei realen Hörgeräten wegen der nicht-linearen Signalverarbeitung nicht immer ganz einfach ist. Bei Laborgeräten, bei denen die interne Verarbeitung zugänglich ist, ist dies jedoch möglich. Zusammenfassung Das binaurale EC/SII Modell kann die individuelle Sprachverständlichkeitsschwelle in Abhängigkeit vom Hörverlust vorhersagen und berücksichtigt dabei die Auswirkung von frühen Reflexionen und Nachhall. Das Modell kann Labormessungen mit Normal- und Schwerhörenden zur binauralen Sprachverständlichkeit sehr gut vorhersagen. Diagnostische Daten ließen sich weniger gut vorhersagen als Labordaten. Mögliche Ursachen liegen in der Messsituation der diagnostischen Daten, die zu einer geringen Varianz der Messwerte führte und der geringen Gewöhnung der Patienten an räumliche Messungen als in dem Laborexperiment. Frühe Reflexionen (z.b. in kleinen Räumen) beeinträchtigen das binaurale Gehör stärker als diffuser Nachhall in großen Räumen. Dies stellt in der audiologischen Praxis ein Problem dar, da der binaurale Gewinn nur in Messräumen nachweisbar ist, die über schallabsorbierende Wände verfügen. Dieser Beitrag wurde unterstützt von der Audiologie-Initiative Niedersachsen (AIN) und dem EU Projekt HearCom. Literatur ANSI (1997) Methods for the Calculation of the Speech Intelligibility Index. American National Standard S , Standards Secretariat, Acoustical Society of America. Beutelmann R, Brand T (2006) Prediction of speech intelligibility in spatial noise and reverberation for normalhearing and hearing-impaired listeners. Journal of the Acoustical Society of America, 120(1), p Brand, T., and Beutelmann, R. (2006) Examination of an EC/SII based model predicting speech reception thresholds of hearing-impaired listeners in spatial noise situations, in Proceedings of the 21st Danavox Symposium Hearing Aid Fitting, edited by A. N. Rasmussen, T. Poulsen, T. Andersen, and C. B. Larsen, ISBN , Center Tryk, Denmark, pp Bronkhorst AW (2000) The cocktail party phenomenon: A review of research on speech intelligibility in multiple talker conditions. ACUSTICA - acta acoustica 86, Durlach NI (1963) Equalization and Cancellation theory of binaural masking-level Differences. Journal of the Acoustical Society of America 35(8) Hohmann V (2002) Frequency analysis and synthesis using a gammatone filterbank. Acta Acoustica united with Acustica 88. Kollmeier B, Wesselkamp M (1997) Development and Evaluation of a German Sentence Test for objective and subjective Speech Intelligibility Assessment. Journal of the Acoustical Society of America, 102(4), p Fußzeile TimesNewRoman 10

4 vom Hövel H (1984) Zur Bedeutung der Übertragungseigenschaften des Außenohrs sowie des binauralen Hörsystems bei gestörter Sprachübertragung. Dissertation, Fakultät für Elektrotechnik, RTWH Aachen. Verhey J (2008) Psychophysik, Physiologie und Modelle des binauralen Hörens. Wissenschaftliche Jahrestagung der DGMP (in diesem Band). Wagener K, Brand T, Kühnel V, Kollmeier B (1999c) Entwicklung und Evaluation eines Satztests für die deutsche Sprache III: Evaluation des Oldenburger Satztests. Zeitschrift für Audiologie 38(3), Fußzeile TimesNewRoman 10

5 Buschermöhle et al.: Richtungshörtests: Ergebnisse des HearCom-Projektes Richtungshörtests für die rehabilitative Audiologie Ergebnisse des HearCom-Projektes Buschermöhle, Michael 1 ; van Esch, Thamar 2 ; Lyzenga, Johannes 3 ; Wagener, Kirsten 4 ; Kollmeier, Birger 5 1 HörTech ggmbh Oldenburg; 2 Department of Clinical and Experimental Audiology, Academisch Medisch Centrum Amsterdam; 3 KNO/Audiologie, Vrije Universiteit Medisch Centrum Amsterdam; 4 Hörzentrum Oldenburg GmbH; 5 AG Medizinische Physik, Carl-von-Ossietzky Universität Oldenburg Einleitung Schalllokalisation ist eine alltagsrelevante Aufgabe des auditorischen Systems. Das Richtungshören wird nicht nur im Straßenverkehr, sondern auch zum Verfolgen von wechselnden Gesprächspartnern in Gruppen oder bei der Unterdrückung von Störlärm benötigt. Nicht zuletzt unterstützt das Richtungshören auch unser ästhetisches Empfinden, wenn es zum Beispiel um Stereo- oder Surroundklangeindrücke geht [Byrne und Noble 1998]. Im Rahmen des von der Europäischen Union geförderten Forschungsprojekts HearCom ( sollen Screening-Tests und diagnostische Tests etabliert werden, mit denen unter anderem auch das Richtungshörvermögen untersucht werden kann. Screening-Tests und Auditorisches Profil Als Screening-Test wird der so genannte MAA-Test (Minimum Audible Angle) per Internet zur Verfügung gestellt. Bei diesem Test wird mit entsprechend positionierten handelsüblichen PC-Lautsprechern und einem Crosstalk-Cancellation-Verfahren der kleinste Winkel ermittelt, für den die untersuchte Person gerade noch zwei Rauschpulse voneinander unterscheiden kann [Lyzenga und Berg 2007]. Bei Normalhörenden liegt der in diesem Test ermittelte minimale Winkel bei etwa 1,6. Falls das individuelle Testergebnis bei diesem Screening- Test von dem Wert für Normalhörende abweicht, wird das Aufsuchen einer HNO-Praxis oder eines Hörgeräteakustikerfachgeschäfts empfohlen. Für diese Anlaufstellen sollten daher diagnostische Testverfahren zur Verfügung stehen, mit denen das Richtungshörvermögen eingehender untersucht werden kann. Für den diagnostischen Bereich wurde im HearCom-Projekt das so genannte Auditorische Profil zusammengestellt [Dreschler et al., 2006]. Dabei handelt es sich um eine Batterie von diagnostischen Tests, die von den Projektpartnern als Best Practice angesehen werden und sich gegenseitig so ergänzen, dass jeder einzelne Test einen bestimmten Teilaspekt des Hörvermögens abdeckt, ohne dass die verschiedenen Untersuchungen redundante Ergebnisse liefern. Die gesamte Testbatterie soll so eine umfassende und letztlich europaweit standardisierte Diagnose des Hörvermögens ermöglichen. Die Testverfahren sind in zwei Stufen eingeteilt. Tests der Stufe I werden standardmäßig mit jedem Patienten durchgeführt. Tests der Stufe II sind detailliertere Tests, die im Bedarfsfall durchgeführt werden sollten. Für die Untersuchung des räumlichen Hörens sind im Auditorischen Profil drei Testverfahren vorgesehen: Die Messung der ILD (Stufe I) bestimmt die Intelligibility Level Difference und somit den Einfluss der räumlichen Trennung von Nutzschall und Störschall auf die Sprachverständlichkeit. Als speziellere Tests der Stufe II werden die Messung der BILD (Binaural Intelligibility Level Difference) und des MAA (Minimum Audible Angle) empfohlen. Der MAA-Test wird dabei nicht mit dem Setup für den Screening-Test durchgeführt, sondern in seiner audiologischen Variante, die mittels Kopfhörerdarbietung mit virtueller Akustik durchgeführt wird [Wagener et al., 2006]. Vorläufige Ergebnisse der Evaluation des MAA-Screening-Tests Der MAA-Screening-Test wird zurzeit evaluiert. Bei dem Test werden pro Darbietung zwei bandpassgefilterte Rauschpulse aus dem Frequenzbereich von 300 Hz bis 3400 Hz dargeboten. Mittels virtueller Akustik wird der erste der Rauschpulse in der Horizontalebene um einen bestimmten Winkel in eine Richtung verschoben zur Mittelposition dargeboten und der zweite Rauschpuls um den gleichen Winkel in die entgegengesetzte Richtung verschoben. Der Proband hat die Aufgabe, die daraus resultierende wahrgenommene Bewegung der Rauschpulse anzugeben (entweder von links nach rechts oder von rechts nach links). In diesem 2AFC-Verfahren wird nun adaptiv mittels einer two-down, one-up Prozedur derjenige Winkel bestimmt, bei dem in 70,7% der Fälle die Richtung korrekt angegeben wird. Die Audiodateien werden im MP3-Format übertragen. Der maximal dargebotene Winkelunterschied zwischen den Rauschpulsen beträgt 32, der minimale Winkelunterschied liegt bei 1. Zur Bestimmung des MAA wird über die letzten acht Umkehrpunkte des adaptiven Verfahrens gemittelt, bei denen die Schrittweite jeweils 1 beträgt. Der Aufbau der Lautsprecher und der Ablauf des Tests sind auf der HearCom-Internetseite detailliert beschrieben. Buschermöhle et al.: Richtungshörtests: Ergebnisse des HearCom-Projektes

6 Buschermöhle et al.: Richtungshörtests: Ergebnisse des HearCom-Projektes An den Evaluationsmessungen zu diesem Test nahmen bisher 12 normalhörende Personen teil. Der ermittelte MAA liegt bei 1,6 ± 0.8 (Mittelwert ± Standardabweichung). Falls der individuell ermittelte MAA im späteren Screening-Test mehr als zwei Standardabweichungen über dem Mittelwert für Normalhörende liegt, wird dies als ein Hinweis auf mögliche Schwierigkeiten beim Richtungshören gewertet und ein entsprechender Text als Testergebnis angezeigt. Anstelle der ermittelten MAA-Werte wird den Benutzern nur eine von drei möglichen Kategorien als Testergebnis angezeigt ( Bei diesem Test schneiden Sie genauso gut ab wie die meisten Menschen., Bei diesem Test schneiden die meisten Menschen etwas besser ab als Sie., Bei diesem Test schneiden die meisten Menschen deutlich besser ab als Sie. ). Ergebnisse einer Multi-Center-Studie zum Auditorischen Profil Zu den verschiedenen Testverfahren des Auditorischen Profils wurden in einer Multi-Center-Studie Evaluationsmessungen mit normalhörenden und schwerhörigen Versuchspersonen durchgeführt [Dreschler et al., 2007]. Die audiologische Variante des MAA-Tests wurde in den Zentren Academisch Medisch Centrum Amsterdam (NL), Hörzentrum Oldenburg (D), Institute of Sound and Vibration Research Southampton (UK), Universität Linköping (S) und Vrije Universiteit Medisch Centrum Amsterdam (NL) mit insgesamt 41 Normalhörenden und 62 Schwerhörigen durchgeführt. Als Stimuli wurden drei verschiedene Varianten von Rauschen verwendet: Tiefpassrauschen, Hochpassrauschen und Breitbandrauschen. Alle Versuchspersonen führten den Test mit Kopfhörern und ohne Hörsysteme durch. Die Ergebnisse dieser Studie sind in Abb. 1 dargestellt. Man kann erkennen, dass sich die Gruppen Normalhörende und Schwerhörige in den Testergebnissen unterscheiden. Kleinster hörbarer Winkel (MAA) [ ] a NH Tiefpass-Rauschen Gruppe SH b NH Hochpass-Rauschen Gruppe SH NH Breitband-Rauschen Abb. 1: MAA-Ergebnisse für normalhörende (NH) und schwerhörige (SH) Versuchspersonen für drei verschiedene Rausch- Stimuli: (a) Tiefpass, (b) Hochpass, (c) Breitband. Die vertikalen Achsen stellen den kleinsten hörbaren Winkel in Grad dar. Dargestellt sind der Median (schwarzer Balken), der Interquartilabstand (zweites und drittes Quartil im Kasten, erstes und viertes Quartil in den Whiskers), sowie Ausreißer (Kreise) und extreme Ausreißer (Sternchen). Aus [Dreschler et al., 2007]. Schlussfolgerungen Der HearCom-Screening-Test im Internet zum Richtungshören soll auf mögliche Beeinträchtigungen des Lokalisationsvermögens im auditorischen System aufmerksam machen. Falls das Richtungshörvermögen von Patienten oder Kunden in HNO-Praxen oder Hörgeräteakustikerfachgeschäften untersucht werden soll, bietet das von HearCom propagierte Auditorische Profil für diesen Zweck als Testverfahren unter anderem die Messung des MAA. Im Rahmen einer Multi-Center-Studie erhobene Daten demonstrieren, dass man ein eingeschränktes Richtungshörvermögen mit diesem audiologischen MAA-Test erkennen kann. Somit lässt sich gegebenenfalls bei der Rehabilitation besonderes Augenmerk auf das Lokalisationsvermögen richten. c Gruppe SH Byrne, D. und Noble, W. (1998) Optimizing Sound Localization with Hearing Aids, Trends in Amplification, Vol 3, No 2, pp Dreschler, W.A., van Esch, T., Lyzenga, J., Wagener, K., Larsby, B., Lutman, M. and Vliegen, J. (2006) Procedures for the tests included in the auditory profile in four languages, HearCom Public Report D-2-2 Dreschler, W.A., van Esch, T., Lyzenga, J., Vormann, M., Wagener, K., Larsby, B., Hällgren, M. und Athalye, S. (2007) Report about the results of the multi-centre evaluation of the Auditory Profile, HearCom Restricted Report D-2-3 Lyzenga, J. und Berg, D. (2007) First version of Internet screening tests for localisation discrimination (Demonstrator), HearCom Public Report D-1-5 Wagener, K., Vormann, M., Berg, D., van Esch, T., Vliegen, J., Dreschler, W. und Lyzenga, J. (2006) Demo version of the preliminary test set for auditory impairments, HearCom Public Report D-2-1b Buschermöhle et al.: Richtungshörtests: Ergebnisse des HearCom-Projektes

7 Binaurales Hören mit Hörgeräten und seine Evaluation Fröhlich, Matthias Siemens Audiologische Technik, GmbH Einleitung Der Ausspruch des griechischen Philosophen Epiktet Der Mensch hat einen Mund und zwei Ohren damit er doppelt so gut hören wie sprechen kann nennt keine Vorbedingung hinsichtlich Normalhörigkeit oder Schwerhörigkeit. So sollte das Resultat einer Hörgeräteversorgung, d.h. der Nutzen des technischen Hörsystems für den Schwerhörenden, bei einem bilateralen Hörverlust einen deutlich wahrnehmbaren Mehrwert gegenüber einer monauralen Versorgung darstellen. Die wichtigsten audiologischen Aspekte sind hierbei Sprachverständlichkeit, Lokalisation, sowie nachgelagert die Klangqualität. Weitere nicht-audiologische Aspekte wie Stigma, Bedienbarkeit usw. sind durchaus von vergleichbarer Bedeutung für den Schwerhörenden, sollen hier jedoch nicht weiter betrachtet werden. Der Mehrwert zum Thema Sprachverstehen in Ruhe liegt auf der Hand: Bei einem bilateralen Hörverlust resultiert eine bilaterale Versorgung idealerweise in der vollständigen Kompensation des Hörverlusts. Die damit verbundene Restauration der Lautheitsempfindung schlägt sich wiederum in verbesserten Sprachverständlichkeitskenngrößen nieder. Aber auch für Sprachverstehen in Störlärm kann die bilaterale Versorgung zu einer Verbesserung führen, vorausgesetzt, das Gehirn ist in der Lage z.b. über Verwendung von spektralen Richtungsinformationen eine virtuelle Quellentrennung vorzunehmen. Der Aspekt der Klangqualität ist insbesondere beim Hören von Musikaufnahmen zu nennen, wenn durch die Verwendung einer bilateralen Versorgung und entsprechenden Zubehörgeräten wie z.b. drahtlose Audiosignalübermittlungsanlagen dem Schwerhörenden auch der Genuss von Stereo-Tonträgern möglich ist. Insbesondere die Effekte der Sprachverständlichkeit sowie der Lokalisation sind hinlänglich bekannt. Eine angemessene Anpassung des Hörverlusts ist Voraussetzung, jedoch bedarf es keiner besonderen Technologie seitens der Hörsysteme. Bilaterale Synchronisation Während sich Sprachverständlichkeit und Lokalisation im Labor in entsprechenden räumlichen Versuchsanordnungen von Nutz- und Störschall konsistent darstellen lassen, stellt das echte Leben weitere, wichtige Anforderungen an eine erfolgreiche binaurale Versorgung. Das Gehirn benötigt zur Ausbildung stabiler virtueller akustischer Szenen stabile Eingangsgrößen. Üblicherweise sind Hörgeräte jedoch mit adaptiven Funktionalitäten ausgestattet, die z.b. zwischen verschiedenen Richtmikrofoneinstellungen in Abhängigkeit von der aktuell klassifizierten akustischen Situation umblenden. In den meisten Fällen erfolgt die Klassifizierung in bilateralen Hörgeräten deswegen gleich, weil die akustische Situation an beiden Ohren dieselbe ist. In diesem Fall liegt bilateral eine konsistente und (über den Zeitraum der Dauer der akustischen Situation) stabile Gerätekonfiguration vor. Jedoch existieren auch akustische Situationen, in denen die beiden unabhängigen Hörgeräte links und rechts in unterschiedlichen Klassifikationsergebnissen resultieren (siehe Abb. 1a). Hierdurch kann die Ausbildung einer korrekten virtuellen räumlichen Anordnung verhindert werden, was sich in Fehllokalisation äußern kann (siehe Abb. 1b) Abbildung 1: a) Beispiel einer akustisch asymetrischen Real-Life Situation mit den Anteilen der real detektierten Klassen. b). Häufigkeit asynchron erkannter Klassen ohne (rot, Mittelwert: 22,4%) und mit (blau, Mittelwert 2,2%) binauraler Synchronisation in verschiedenen Real-Life Situationen (indiziert auf der x-achse). Fußzeile TimesNewRoman 10

8 Ein Ansatz zur Lösung des Problems ist, keine klassifikationsabhängigen Direktionalcharakteristiken zu verwenden, sondern fest voreingestellte Richtwirkungen. Dem Hörgeräteträger bleibt es somit überlassen, manuell zwischen entsprechend konfigurierten Omnidirektional- oder Direktionalmikrofonmodi umzuschalten. In einer anderen Realisierungsform werden dem Gehirn asynchrone, aber zeitlich konstante Richtwirkungen auf dem linken und rechten Ohr angeboten, in der Hoffnung, dass das Gehirn diese asynchrone Einstellung lernt und von beiden Einstellungen den größten Nutzen zieht. Eine dritte, elegante Lösung stellt die drahtlose Synchronisation der beiden Hörgeräte dar, bei der die Hörgeräte in Abhängigkeit von den unabhängig detektierten monauralen Klassen eine synchronisierte, binaural optimierte Einstellung annehmen. Auf diese Weise kann sich das Gehirn auf die inhaltliche Verarbeitung der Eingangssignale konzentrieren, ohne Ressourcen für die optimale Auswahl der jeweils nützlicheren Informationsquelle aufwenden zu müssen. Die technischen Voraussetzungen für eine binaurale Versorgung sind je nach verfolgtem Ansatz unterschiedlich. Die manuelle Wahl der Direktionalität erfordert eine Möglichkeit, zwischen Programmen am Gerät oder per Fernbedienung umschalten zu können. Die asynchrone Einstellung benötigt keine besonderen technischen Voraussetzungen. Die binaurale Synchronisation erfordert jedoch auf technischer Seite einen (drahtlosen) Austausch von Zustands- und Steuergrößen zwischen den beiden Hörgeräten. Die Zustandsgrößen der beiden Hörgeräte dienen als Eingabe für eine Entscheidungslogik, die dann die binaurale Synchronisation herstellt. Hierbei müssen neben dem Lautheitsausgleich, der in den gängigen Anpassformeln (z.b. NAL-NL1 oder DSLm [i/o]) unabhängig von der detektierten Situation bereits mit der Voreinstellung erfolgt, ebenfalls die weiteren relevanten Parameter, wie z.b. Kompressionszeitkonstanten, Störgeräuschbefreiung, gegebenenfalls sinnvoll synchronisiert werden. Darüber hinaus sind individuelle Präferenzen oder Fähigkeiten, die sich nicht aus der Ruhehörschwelle ableiten lassen, idealerweise mit zu berücksichtigen und bereits bei der Voreinstellung mit einzubeziehen. Evaluation Die oben beschriebenen Anforderungen an die verschiedenen technischen und anpassungsbezogenen Komponenten erfordern den Einsatz verschiedener Methoden zur Validierung der finalen Einstellung. Die Überprüfung der Sprachverständlichkeit stellt hierbei insbesondere mit dem Ziel der Erfassung des differenziellen Gewinns, z.b. hinsichtlich der monauralen Versorgung eine verhältnismäßig leichte Aufgabe dar, da sich hier etablierte Verfahren zur Messung der Sprachverständlichkeit in Ruhe oder in Störgeräusch einsetzen lassen (z.b. Freiburger Einsilbertest, Reimtest, Göttinger Satztest, Oldenburger Satztest, u.a.m.). Ungleich schwieriger gestaltet sich die Erfassung des Mehrwerts eines binauralen Systems im Alltag. Hierbei stellen strukturierte Interviews und Fragebögen den Hauptteil der verwendeten Methoden. Einerseits weisen standardisierte Fragebogeninventare wie z.b. SSQ, Oldenburger Inventar, GHABP oder viele andere Vorteile vor dem Hintergrund der Generalisierbarkeit auf jedoch stellen sie sich häufig als nicht spezifisch genug dar, um die Vorteile insbesondere bei vergleichsweise kleinen Probandenkollektiven dezidiert aufzulösen. Daher werden häufig spezielle Fragebögen, die auf die spezifischen zu erwartenden Vorteile fokussieren, zusätzlich in der Evaluierung angewendet, mit dem Nachteil, dass sie häufig nicht normiert sind und daher Rückschlüsse nur innerhalb des gegebenen Kontextes zulassen. Ausblick Anstehende Herausforderungen bei der Weiterentwicklung binauraler Hörsysteme stellt die Realisierung binauraler Algorithmen mit echtem Nutzen für den Schwerhörenden dar. Zunächst unabhängig davon ist die Weiterentwicklung der akustischen Szenenanalyse, die die technische Realisierung der virtuellen auditorischen Szenenanalyse beschreibt. Allerdings schüfe eine universelle, robuste zweidimensionale akustische Szenenanalyse eine weitere Grundlage, binaural oder monaural arbeitende Algorithmen hinsichtlich des resultierenden audiologischen und/oder perzeptiven Nutzens für den Schwerhörenden zu optimieren. Darüber hinaus stellen die Versorgung asymmetrischer Hörverluste in einem binauralen System, sowie die besonderen Herausforderungen bei einer bimodalen Versorgung mit Hörgerät und Cochlear Implant, weitere spannende und für die Versorgung von Schwerhörigen nutzbringende Forschungsfelder. Fußzeile TimesNewRoman 10

9 Phonemerkennung in Ruhe und im Störgeräusch Vergleich von Messung und Modellierung Tim Jürgens, Thomas Brand und Birger Kollmeier Medizinische Physik, Carl-von-Ossietzky-Universität Oldenburg Einleitung: Das Verständnis der Sprachperzeption bei Normalhörenden bildet eine Grundlage für die Analyse der Verringerung der Sprachverständlichkeit bei Schwerhörenden. In dieser Studie wird die Phonemerkennung von Normalhörenden verglichen mit einem Modellansatz, der viele grundlegende Signalverarbeitungsschritte des auditorischen Systems beinhaltet. Dieser Modellansatz erlaubt es in späteren Studien die pathologischen Veränderungen, die sich bei Hörschädigungen ergeben, sukzessive einzubauen und deren Effekt auf die modellierte Sprachverständlichkeit zu untersuchen. Methode: Das in dieser Studie verwendete Sprachmaterial wurde dem OLdenburger LOgatom-Sprachkorpus OLLO (Wesker et al., 2005) entnommen. Dabei handelt es sich um eine umfangreiche Nonsense-Sprachdatenbank, aufgebaut aus deutschen Phonemen, die sowohl Konsonant-Vokal-Konsonant-Äußerungen (CVCs) als auch Vokal-Konsonant-Vokal-Äußerungen (VCVs) enthält, wobei das Sprachmaterial von 50 SprecherInnen auf unterschiedliche Weise gesprochen wurde. Dabei wurde das Sprachmaterial beschränkt auf das eines männlichen Sprechers ohne Dialekt mit normaler Sprachartikulation. Die Phonemerkennungsmessungen wurden in einer schallgedämmten Hörkabine mit Kopfhörern durchgeführt, wobei der Sprachtest geschlossen, d.h. mit fest vorgegebenen Antwortalternativen, durchgeführt wurde. Als Antwortalternativen wurden nur solche zugelassen, die sich im jeweiligen Mittelphonem unterschieden (also z.b. Antwortalternativen iggi, issi, itti, zum akustisch dargebotenen issi ). Durch Wahl dieses speziellen Sprachmaterials wurde einerseits gewährleistet, dass Versuchspersonen kein Kontextwissen (das z.b. bei deutschen Wörtern immer vorhanden ist) ausnutzen können. Andererseits können mit dem geschlossenen Testverfahren Trefferquoten und charakteristische Verwechslungen von Phonemen untersucht werden. Für die Störgeräusch-Kondition wurde ein stationäres Störgeräusch mit einem Sprach-ähnlichen Langzeitspektrum verwendet (ICRA1, (Dreschler et al., 2001)). Als auditorisches Modell dient in dieser Studie das Perzeptionsmodell von Dau et al. (1997), das aus dem jeweiligen zeitlichen Sprachsignal eine interne Repräsentation berechnet, die näherungsweise dem auditorischen Perzept entsprechen soll. Nach einer modellierten Basilarmembranfilterung verarbeitet das Modell das jeweilige Sprachsignal in unterschiedlichen Frequenzkanälen, extrahiert in einem simplen Haarzellenmodell die zeitliche Einhüllende und nimmt eine Adaptation bzw. Dynamikkompression des Signals und eine Modulationsfilterung vor. Nach einem Vorschlag von Holube und Kollmeier (1996) wird diese interne Repräsentation dann einem Dynamic-Time-Warp-Spracherkenner zugeführt, der mit Hilfe anderer auf die gleiche Weise vorverarbeiteter Äußerungen und unter Berücksichtigung der möglichen Antwortalternativen dann ein Phonem erkennt oder verwechselt. Individuell wurde für jeden Probanden der Phonemerkennungsmessungen eine eigene Modellierung angefertigt, wobei die jeweilige absolute Hörschwelle als Parameter diente, um das auditorische Modell individuell anzupassen. Ergebnisse: Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl die Modellierung im Rauschen als auch in Ruhe die Sprachverständlichkeitsschwelle (Speech Reception Threshold, SRT) für Normalhörende mit einer Genauigkeit von etwa ein bis zwei db vorhersagen kann. Im Rauschen ergeben sich für die Konsonanten bei allen normalhörenden Probanden signifikante Reihenfolgen der Verständlichkeit von Konsonanten (s. Abb. 1 links). Diese Reihenfolgen konnten erfolgreich vom Modell vorhergesagt werden (siehe Abb. 1 rechts). Für Vokale ergeben sich für die Messungen mit Probanden ebenfalls charakteristische Reihenfolgen. So wurden z.b. /e:/ und /i:/ signifikant häufiger richtig erkannt als /o:/ und /u:/. Zwischen /o:/ und /u:/ gab es außerdem viele Verwechslungen. Dieses Ergebnis konnte jedoch nur teilweise in der Modellierung wiedergefunden werden. Die Reihenfolge ist zwar sehr ähnlich, allerdings liegen die Trefferquoten für alle Vokale sehr viel dichter beieinander als dies in den Messungen mit normalhörenden Probanden der Fall war. Die Unterscheidungsfähigkeit des Modells ist also für Vokale im Störgeräusch nicht so gut, wie die des Menschen.

10 Abbildung 1: Erkennungsraten der Konsonanten im sprachsimulierenden nicht-modulierten Störgeräusch bei -15 db SNR, links: Messung mit 10 normalhörenden Versuchspersonen, rechts: Modellierung mit dem Perzeptionsmodell von Dau et al. (1996). Für die Modellierung in Ruhe spielten die kleinen Unterschiede in der individuellen absolute Hörschwelle der normalhörenden Probanden eine größere Rolle als im Störgeräusch. Die Konsonanterkennungsraten weisen auch hier ein charakteristisches Muster auf, das sich aber stark von dem Muster im Störgeräusch unterscheidet. So wurden in Ruhe z.b. /l/ und /k/ sehr gut erkannt und /s/ relativ schlecht. Obwohl die Modellierung einen akzeptablen Wert für die Sprachverständlichkeitsschwelle in Ruhe liefert, zeigt sich dieses charakteristische Muster nicht in den Erkennungsraten des Modells. Dort werden mit leichten Unterschieden (kleiner 20%) alle Konsonanten gleich gut erkannt. Zusammenfassung und Ausblick: 1. Eine Sprachverständlichkeitsvorhersage für Normalhörende mit einem Perzeptionsmodell ist individuell in Ruhe und im Störgeräusch mit einer Genauigkeit von ca. 1-2 db möglich. 2. Es gibt eine sehr gute Übereinstimmung der Erkennung einzelner Phoneme von Messung und Modell im Störgeräusch aber eine weniger gute Übereinstimmung in Ruhe. 3. Bei dem in dieser Studie untersuchten Modell handelt es sich um ein sehr vielversprechendes Modell für die Analyse der Sprachverständlichkeit von Normal- und Schwerhörenden und deren zugrunde liegenden Mechanismen, da diese sukzessive in das Modell eingebaut werden können und deren Effekt auf die Erkennungsraten untersucht werden kann. Danksagungen: Wir bedanken uns bei der Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses des Landes Niedersachen und dem SFB/TR 31 Das aktive Gehör (URL: für die Finanzierung dieser Studie. Literatur: Dau, T., Kollmeier, B., and Kohlrausch, A. (1997). "Modeling auditory processing of amplitude modulation. I. Detection and masking with narrow-band carriers," J. Acoust. Soc. Am. 102, Dreschler, W. A., Verschuure, H., Ludvigsen, C., and Westermann, S. (2001). "ICRA noises: artificial noise signals with speech-like spectral and temporal properties for hearing instrument assessment," Audiology 40, Holube, I. and Kollmeier, B. (1996). "Speech intelligibility prediction in hearing-impaired listeners based on a psychoacoustically motivated perception model," J. Acoust. Soc. Am. 100, Wesker, T., Meyer, B., Wagener, K., Anemüller, J., Mertins, A., and Kollmeier, B. (2005). "Oldenburg logatome speech corpus (OLLO) for speech recognition experiments with humans and machines," in Interspeech 2005 (2005 ISCA, Bonn), pp

11 Verbesserung im Freiburger Sprachverständlichkeitstest durch Cochlear Implant Versorgung Morsnowski, Andre; Brademann, Goetz; Müller-Deile, Joachim Klinik für Hals-, Nasen-, Ohrenheilkunde, Kopf- und Halschirurgie, Christian-Albrechts-Universität Kiel A Hintergrund und Fragestellung Angelehnt an die Hilfsmittelrichtlinien für Hörhilfen wird die Indikation für die Cochlear Implant (CI) Versorgung mit Hilfe der Einsilberverständlichkeit im Freiburger Sprachverständlichkeitstest durchgeführt. Derzeit ist in Kiel eine solche Versorgung bei beidseitiger Taubheit oder Resthörigkeit mit maximal 40 % Sprachverständlichkeit im Einsilbertest bei einem Pegel von 65dB und bestangepaßten Hörgeräten indiziert. Ersatzweise werden z.b. bei Kindern alterskorrigierte Freifeldhörschwellen von Schmalbandrauschen mit Mittenfrequenzen von 2 und 4kHz bei Hörgerätversorgung von nicht besser als 50 db als Indikationsschwelle benutzt. Der Rehabilitationserfolg einer wachsenden Gruppe resthöriger Patienten, d.h. von Patienten mit einer präoperativen Sprachverständlichkeit von wenigstens 80 % im Freiburger Mehrsilbertest, legt nahe die Indikationsgrenzen zur CI-Versorgung zu prüfen. Hierzu wird das Kieler Patientengut an Hand des Kieler CI- Profils ausgewertet. B Patienten und Methode Es wurde der CI-Rehabilitationserfolg von 144 postlingual nicht durch Menigitis ertaubten und hochgradig schwerhörigen erwachsenen Patienten untersucht, davon waren 20 bilateral versorgt. Die Sprachverständlichkeit im Freiburger Einsilber Test wurden vor CI-Implantation bei 65 und 80 db mit bestangepassten Hörgeräten erhoben. Nach Sprachprozessoranpassung werden bei Routinekontrollterminen die Diskriminationsfunktion des Freiburger Mehrsilbertests und die Sprachverständlichkeit im Freiburger Einsilbertest bei 50, 60, 70 und 80 db bestimmt. Der Rehabilitationsverlauf wurde mit der so gemessenen Einsilbersprachverständlichkeit untersucht. Zum Vergleich der prä- und postoperativen Sprachverständlichkeit wurden die Ergebnisse des Freiburger Einsilbertest mit dem Hörgerät vor Implantation bei 65 und 80 db auf 70 db interpoliert und die Differenz dieser interpolierten Sprachverständlichkeit mit der maximalen Einsilberverständlichkeit bei 70dB mit dem CI im Rehabilitationsverlauf als Versorgungsgewinn definiert. Der Versorgungsgewinn wird in Abhängigkeit der präoperativen Einsilbersprachverständlichkeit bei 65 db dargestellt und der Einfluß einer Indikationsgrenzenänderung über den maximalen Versorgungsgewinn abgeschätzt. Weiter wurde die präoperative Einsilbersprachverständlichkeit mit Hörgerät mit dessen Freifeldhörschwellen von Schmalbandrauschen mit Mittenfrequenzen von 2 und 4 khz verglichen. C Ergebnisse Die Hälfte aller Patienten erreichte nach CI-Anpassung mindesten 85 % Einsilberverständlichkeit bei 70 db. 80 % der Patienten erreichten mindestens 60 % bei 70 db. Bei 14 (8,5 %) der untersuchten Ohren ergab sich eine Sprachverständlichkeit im Einsilbertest von höchstens 40 % mit dem CI. Bei dieser Gruppe profitierten alle um wenigstens 20 % (Mittelwert 31 %) durch das CI gegenüber dem Hörgerät vor Implantation. Mit dem Freiburger Mehrsilbertest war bei 70 Patienten mit Hörgerät vor Implantation kein Sprachverstehen messbar. Diese erreichten mit dem CI im Freiburger Einsilbertest bei 70 db ein Sprachverstehen im Median von 82,5 % und mindestens von 30 %. Bei den 26 untersuchten ipsilateral resthörigen Patienten, d.h. Patienten mit einem Sprachverstehen von wenigstens 80 % im Freiburger Mehrsilbertest mit Hörgerät vor der CI-Versorgung, hatten die Hälfte dieser Patienten wenigstens 85 % Einsilbersprachverständlichkeit bei 70 db mit dem CI. Der Versorgungsgewinn betrug dabei im Median 70 %, wenigstens jedoch 20 % gegenüber dem Hörgerät vor der Implantation. Bei den 29 ausschließlich contralateral resthörigen Patienten ergab sich bei 70 db ein Median von 85 % Einsilberverständlichkeit. Der Versorgungsgewinn betrug ipsilateral zum CI im Median 85 %, wenigstens 40 %. Der Versorgungsgewinn wird in Abhängigkeit der präoperativen Einsilber-Sprachverständlichkeit bei 65 db dargestellt (Abb. 1). Der Versorgungsgewinn ist grundsätzlich in seiner Höhe durch die Differenz (100% minus präop. Sprachverständlichkeit) begrenzt (rote Linie). Der maximale Versorgungsgewinn sinkt mit steigender präoperativer Einsilbersprachverständlichkeit. Die Freifeldhörschwellen der Hörgeräte bei Schmalbandrauschen mit Mittenfrequenzen von 2 bzw. 4 khz liegen im Minimum bei 46 bzw. 44 db HL und sind nicht mit der präoperativen Sprachverständlichkeit des Freiburger Einsilbertests korreliert (Abb. 2). Oberhalb des Indikationskriteriums liegen 6 (2kHz) bzw. 2 (4kHz) Schwellen mit 50 db HL bei 53 bzw. 46 untersuchten Freifeldhörschwellen (11 % bzw. 4 %). Fußzeile TimesNewRoman 10

12 Versorgungsgewinn [%] post- - präop Sprachverständlichkeit präop [% ] HG Freiburger Einsilbertest 65 db Abb. 1: Versorgungsgewinn in Abhängigkeit der präoperativen Einsilber-Sprachverständlichkei (blau: ipsilateraler Versorgungsgewinn N = 72, rote Dreiecke: contrallateraler Versorgungsgewinn N = 77) 20 präope rativ e Sprachv e rständlichke it [%] HG Freiburger Einsilbertest 65dB Freifeldhörschwelle [db HL] kHz 4kHz Abb. 2: Freifeldhörschwelle des Hörgeräts (bei 2 und 4kHz) in Abhängigkeit der präoperativen Sprachverständlichkeit im Freiburger Einsilbertest D Diskussion Das Patientenkollektiv zeigt einen signifikanten Gewinn im Sprachverstehen durch die CI-Versorgung. Dies gilt insbesondere auch für die Gruppe der resthörigen Patienten, also jenen Patienten mit einer Mehrsilberverständlichkeit von wenigstens 80 % und einer Einsilberverständlichkeit, die 40 % bei 65 db mit bestangepassten Hörgeräten vor Implantation nicht überstieg. Diese Patienten profitieren ganz wesentlich von einem CI, daher sollte die Indikationsstellung ausgeweitet werden. Eine Korrelation zwischen den Freifeldhörschwellen mit Hörgerät und den präoperativen Ergebnissen des Freiburger Einsilbertests mit dem Hörgerät wurde nicht gefunden. Das derzeit bei Kindern benutzte Indikationskriterium von 50dB bei 2 und 4 khz Freifeldhörschwelle mit Hörgerät steht nicht im Widerspruch zum vorgegebenen Kriterium der Einsilbersprachverständlichkeit. Fußzeile TimesNewRoman 10

13 Evaluation binauralen Hörens mit Cochlea Implantaten Müller-Deile, Joachim Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Einleitung Ziele der bilateralen Cochlear Implant (CI) Versorgung sind die Verbesserung des Sprachverstehens insbesondere im Störschall und des Richtungshörens gegenüber einer unilateralen Versorgung. Für das binaurale Hören mit Cochlea Implantaten liegen bereits einige Berichte vor, die einen teils hochsignifikanten Gewinn durch eine beidseitige CI-Versorgung bei Erwachsenen nachweisen (Van Hoesel und Clark 1999, Van Hoesel und Tyler 2003, Müller et al. 2002, Laszig et al. 2004, Dunn et al. 2008). Diese Patienten tragen stets beide CIs, auch wenn das besonders bei körpergetragenen Sprachprozessoren eine weitere Einbuße an Komfort bedeutet. Sie berichten auch von einem Zuwachs an Lebensqualität durch das zweite CI. Einzelne Untersuchungen weisen darauf hin, dass es auch bei Kindern einen signifikanten zusätzlichen Gewinn in den auditiven Leistungen bei bilateraler Implantation geben kann (Winkler et al. 2002, Mok et al. 2007, Litovsky 2005, Steffens et al. 2008). Es wird allgemein davon ausgegangen, dass beim binauralen Hören interaurale Pegel- (ILD) und Zeitunterschiede (ITD) neben anderem genutzt werden. Initiale Messungen mit wenigen Patienten wiesen daraufhin, dass CI- Patienten die ITD-Informationen nicht nutzen können und dass die Gewinne der bilateralen Cochlea Implantation sich auf solche binauralen Effekte stützen, die alleine die ILD nutzen. Neuere Untersuchungen zeigen einen weiten Bereich von ITD-Schwellen bei bilateral implantierten Patienten. Es gibt auch Hinweise darauf, dass es notwendig sein kann, in den Sprachprozessorprogrammen die cochleotopen Stimulationsorte bilateral abzugleichen, damit das Zeitunterscheidungsvermögen durch die Patienten optimal genutzt werden kann (Wilson et al. 2003, Long et al. 2003). Es darf also nicht davon ausgegangen werden, dass mit zwei unabhängig voneinander programmierten Sprachprozessoren, die auch noch unsynchronisiert arbeiten, die optimalen Voraussetzungen für binaurales Hören mit Cochlea Implantaten gegeben ist. Hinzu kommt, dass die Codierungsalgorithmen, die in den aktuellen Signalprozessoren eingesetzt werden, im Wesentlichen die Einhüllende des Signals verarbeiten und die Feinstruktur nicht übertragen wird. So erstaunt es auch nicht, dass keiner von 10 postlingual ertaubten erwachsenen bilateral versorgten CI-Patienten die Phasensprünge von 180 in einem 500Hz-Rauschen, das uns von der Oldenburger Arbeitsgruppe zur Verfügung gestellt wurde, detektieren konnte. Methoden der Sprachprozessor-Programmierung bei bilateraler Versorgung Absolute Tonhöhenskalierung Zur Bestimmung der Tonhöhenempfindung in Abhängigkeit von der Elektrodenposition wird zum einen die Methode der absoluten Tonhöhenskalierung eingesetzt. Dabei haben die Patienten, ähnlich wie bei der Hörfeldskalierung, eine Skala von vor sich liegen und skalieren ihre Tonhöhenempfindung bei randomisierter Elektrodenwahl und gleicher Lautheit aller Stimuli. Die Ergebnisse dieser absoluten Skalierung sind mit einer hohen Streuung behaftet. Tonhöhenvergleich Leichter für die Patienten und damit wohl auch genauer in der Aussage ist der direkte Paarvergleich mit einem 2AFC-Verfahren mit festen Elektrodenpaaren oder mit adaptiver Elektrodenwahl. Für das adaptive Verfahren zur Bestimmung des Ortes gleicher Tonhöhenempfindung wurde ein 2up-1down- Algorithmus (Kollmeier 1986) gewählt. Der Mittelwert einer geraden Anzahl der Wendepunkte im eingeschwungenen Abschnitt der Untersuchung gibt den gesuchten Messwert. Die Standardabweichung gibt dabei ein Maß für die ortsabhängige Tonhöhendiskriminationsfähigkeit des Patienten an. Lautheitsabgleich Im Rahmen der bilateralen Sprachprozessoranpassung bei Erwachsenen wird die Lautheit der beiden CI-Systeme Elektrode für Elektrode mit einer Art Fowler-Verfahren balanciert. Lautheitsskalierung Die kategoriale Lautheitsskalierung wird im Freifeld für jedes Ohr monaural mit der Erwartung eingesetzt, dass die Patienten gleiche Stimuli gleich skalieren. Am Ende der Feinanpassung sollte kein statistisch signifikanter Unterschied in den Ergebnissen der Lautheitsskalierung zwischen beiden Ohren beim Einsatz der CI-Systeme nachweisbar sein. Eine dritte derartige Hörflächenmessung, bei der der Patient beide Systeme gleichzeitig nutzt, kann Aufschluss darüber geben, in welchem Ausmaß das binaurale System die elektrische Stimulation beider Ohren integriert. Lateralisation Ein Verfahren zur Überprüfung des Lautheitsabgleichs der Sprachprozessoren bei bilateraler CI-Versorgung, das sich auch mit kleinen Kindern durchführen lässt, ist die Lateralisation von Schallquellen. Es wird bei der Verhaltensaudiometrie mit visueller Verstärkung in der klinischen Routine bei Kindern ab dem 4. bis 6. Lebensmonat eingesetzt (Ewing und Ewing 1936, Bamford 1988). Dieses Verfahren wird in modifizierter Form bei bilateral Müller-Deile: Evaluation binauralen Hörens mit Cochlea Implantaten

14 versorgten Kindern und Erwachsenen eingesetzt, um den Lautheitsabgleich zwischen beiden Implantaten abschätzen zu können. Sicher in der Richtungszuordnung sind die Probanden nur dann, wenn die Lautheitsempfindung bei einer frontalen Schallquelle auf beiden Ohren gleich ist. Methoden der Evaluation des Versorgungserfolgs Richtungshören Zur Bestimmung der Lokalisationsleistungen wurden in einem reflexionsarmen Raum zwölf Lautsprecher mit gleichen Abständen auf einem horizontalen Kreis installiert. In randomisierter Folge werden über jeden Lautsprecher fünfmal Sprachstimuli präsentiert und der Patient gibt die Richtung seines Hörereignisses an Hand des Ziffernblattes einer Uhr an. Der 30 -Abstand zwischen den Lautsprechern gestattet Normalhörenden bei dem beschriebenen Versuchsaufbau eine fehlerlose Quellenidentifikation (n=10). Die unterschiedlichen in der Literatur angegeben Maße für diesen Test sind hoch korreliert, so dass wir alleinig die RMS-Abweichung des Winkels zwischen Hör- und Schallereignis nutzen. Für Untersuchungen mit Kindern wurde der Versuch modifiziert. Es wird nur die Lokalisation in der frontalen Halbebene gemessen. Auf den sieben Lautsprechern sitzen hier Stofftiere und die Kinder geben an, welches Tier mit ihnen gesprochen hat. Sprachverständlichkeit Als Testmaterial bietet sich der Oldenburger Satztest (Wagener et al. 1999) an, der mit einer geringen Vorhersagbarkeit der Sätze, nach einer Trainingsphase auch mit CI-Patienten eine gute Test-Retest-Stabilität aufweist und eine große Anzahl wiederholbarer Testlisten zur Verfügung stellt. Um Sättigungseffekte zu vermeiden, wird die Verständlichkeitsschwelle im Störgeräusch, das Signal-Rauschverhältnis für 50% Verständlichkeit, mit dem von Brandt und Kollmeier 2002 vorgestellten adaptiven Verfahren bestimmt. Die Einflüsse des Kopfschattens und der binauralen Verarbeitung lassen sich durch getrennte Messungen mit Störschall von rechts (N re ), vorn (N o ) und links (N li ) bestimmen. Da bei den CI-Patienten nicht von einer seitengleichen Sprachverständlichkeit ausgegangen werden kann, muss jeweils mit dem CI rechts, links und bilateral gemessen werden. Ergebnisse Lokalisation Die Verbesserung der Lokalisation von Schallquellen durch die bilaterale CI-Versorgung gegenüber unilateraler CI-Nutzung ist für postlingual ertaubte Erwachsene hochsignifikant (p < 0,0001). Einfluss des Zeitraumes zwischen den Implantationen auf das Lokalisationsvermögen Von den 43 in Kiel bilateral versorgten Kindern, die bei der Implantation des ersten CIs jünger als 4 Jahre waren, liegen von 13 bereits Ergebnisse des Richtungshörtests vor (Abb.1). Diese weisen eine signifikante Korrelation mit dem Zeitraum zwischen den Implantationen auf (R Spearman = 0,80; p < 0,002). Kopfschatten Auch wenn Dillon in seinem Lehrbuch über Hörgeräte (Dillon 2001) schreibt, es mache keinen Sinn in der Routine den bilateralen Gewinn nachzuweisen, der durch den Kopfschatteneffekt entsteht, denn this advantage will occure, in some real life situations, for everyone who has a head!, werden CI-Patienten doch nur bei bilateraler Versorgung von diesem rein physikalischen Effekt profitieren können. Die Differenz der Sprachverständlichkeiten HS n = S m N n (CI n ) S m N n (CI bi ), bei der von dem Ergebnis des der Nutzschallquelle abgewandten Ohres das Resultat bei bilateraler Versorgung abgezogen wird, ist bei einem Kollektiv von 26 postlingual ertaubten Erwachsenen mit im Mittel 10,0 ± 6,0 db S/N zwar hochsignifikant (Wilcoxon p < 0,0001), weist aber keine binauralen Fähigkeiten des Patienten nach (Abb2). mittlere quadratische Abweichung [Grad] R Spearman = 0,62 p < 0,02 y = 5,84x + 29 R 2 = 0,3783 Einfluss der Zeit zwischen Zeit zwischen den Implantationen den Implantationen auf das Richtungshören. [Jahre] Abb.1: RMS-Fehler der Richtungshörmessungen von 13 Kindern die bei der Implantation des ersten Implantates jünger als vier Jahre waren. Der mit dem Kreis gekennzeichnete Messwert stammt von einem postmeningitisch ertaubten Mädchen, das zusätzliche Entwicklungsdefizite hat. Binaural Intelligibility Difference Um den Kopfschatteneffekt von dem durch die binauralen Verarbeitung hervorgerufenen Effekt zu trennen, wird die Binaural Intelligibility Level Difference bestimmt. Diese BILD ist bei räumlich getrennten Nutz- und Müller-Deile: Evaluation binauralen Hörens mit Cochlea Implantaten 8

15 Störschallquellen die Differenz der Sprachverständlichkeitsschwellen, die in der monauralen Situation gemessen werden können, bei der das aktive Ohr der Nutzschallquelle zugewendet ist, mit der bilateral versorgten Hörsituation der gleichen Konfiguration. BILD n = S n N m (CI n ) S n N m (CI bi ) In dem untersuchten Kollektiv beträgt die BILD im Mittel 1,8 ± 4,6 db S/N. Die bilateral versorgten CI-Patienten zeigen damit einen Gewinn, denn obwohl das der Störschallquelle zugewandte Ohr in der bilateralen Konfiguration hinzukommt, verbessert sich die Schwelle im Mittel (p < 0,10). Diese Schwellenverschiebung ist jedoch deutlich geringer als der in gleichen Anordnung gemessene Normwert (BILD = 3,5 ± 0,8 db S/N ). Weitere Untersuchungen sind notwendig um den Eindruck der binauralen Verarbeitung der bilateralen Elektrostimulation zu festigen. Intelligibility Level Difference Die Intelligibility Level Difference (ILD) gibt den Gewinn an, der durch die Trennung von Nutz- und Störsignal bewirkt werden kann. Sie lässt sich aus den Messdaten berechnen, wenn man von der in der S o N o -Situation, bei der Stör- und Nutzsignal von vorne kommen, bei bilateralem CI bestimmten Sprachverständlichkeitsschwelle die Schwelle subtrahiert, die gemessen wurde, wenn bei bilateraler Versorgung Nutz- und Störschallquelle um 90 von einander getrennt sind. ILD n = S o N o (CI bi ) S n N m (CI bi ) Diese ILD beträgt bei Normalhörenden gemäß dem Handbuch des Oldenburger Satztests 6-12 db, wiederum in Abhängigkeit von der Raumakustik. Unter den beschriebenen Messbedingungen ergab sich für das Normkollektiv die mittlere ILD = 12,5 ± 1,0 db S/N. Bei dem untersuchten Patientenkollektiv weicht die ILD in beiden Fällen, also sowohl wenn das Störsignal auf das erst-, wie wenn es auf das zweitversorgte Ohr trifft, auf dem 1%-Niveau signifikant von Null ab (Vorzeichentest). Im Mittel beträgt die ILD 5,4 ± 2,0 db S/N. Dieser auf einer Kombination des Kopfschattens und der binauralen Verarbeitung beruhende Effekt lässt sich also auch bei bilateral versorgten CI-Patienten sicher nachweisen, er ist jedoch signifikant geringer als bei normal Hörenden. Für die drei beschriebenen Effekte, HS, BILD und ILD, zeigt sich auch für die CI-Patienten kein signifikanter Unterschied, ob die Ergebnisse bei unilateraler Versorgung mit dem erst- oder zweitimplantierten Ohr erhoben wurden. Abb.2: Gewinn durch bilaterale CI-Versorgung 20 Oldenburger Satztest im Störgeräusch binauraler Gewinn [ db S/N ] postlingual Ertaubte 1 Jahr nach dem zweiten CI. RE n = S o N o (CI n ) S o N o (CI bi ) HS n = S m N n (CI n ) S m N n (CI bi ) BILD n = S n N m (CI n ) S n N m (CI bi ) ILD n = S o N o (CI bi ) S n N m (CI bi ) mit S Signal, N Störsignal, bi bilateral n = 1 erstimplantiertes CI n = 2 zweites CI m contralateral zu n o frontal -10 *** *** *** *** ** ** HS1 HS2 BILD1 BILD2 ILD1 ILD2 RE1 RE2 Median und Interquartilsbereiche ** p < 0,002, *** p < = 0,0001 Binaurale Redundanz Binaurale Redundanz beschreibt den geringen Vorteil, der durch das Hören mit zwei Ohren auch dann entsteht, wenn beide Ohren mit identischen Informationen versorgt werden. Er lässt sich messen, wenn Nutz- und Störschall von vorne kommen. RE n = SoNo (CI n ) SoNo(CI bi ) Bei Normalhörenden bewirkt die binaurale Redundanz eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses von 1 bis 2 db (Bronkorst,Plomp 1988). Unter den beschriebenen Messbedingungen konnte die binaurale Redundanz mit den Normalhörenden bei einem Mittelwert von RE = 0,2 ± 0,7 db S/N nicht nachgewiesen werden (p = 0,20). Müller-Deile: Evaluation binauralen Hörens mit Cochlea Implantaten

16 Mit dem beschriebenen bilateral mit Cochlea Implantaten versorgten Kollektiv ließ sich dieser Effekt hochsignifikant nachweisen (p < 0,002). Wenn die monaurale Situation auf das erstimplantierte Ohr bezogen wird, beträgt die mittlere binaurale Redundanz 1,0 ± 1,4 db S/N. Wird die monaurale Situation mit der später implantierten Seite gemessen sind es nur 1,5 ± 2,3 db S/N. Insgesamt beträgt die Mediandifferenz 1,0 db S/N. Auch hier sind bei den erheblichen Streuungen weitere Untersuchungen mit größerem Kollektiv notwendig um Einflussfaktoren analysieren zu können. Zusammenfassung Die bilaterale Cochlea Implantation bietet den Patienten, die optimalen Voraussetzungen für eine erfolgreiche Rehabilitation. Nach den bisher vorliegenden Ergebnissen brachte die bilaterale Implantation einen nachweisbaren binauralen Hörgewinn, sowohl im Richtungshören als auch im Sprachverstehen im Störschall. Darüber hinaus berichten die erwachsenen Patienten über eine wesentliche Erleichterung des Zuhörens im Sinne einer geringeren notwendigen Höranstrengung. Dadurch wird die sprachliche Kommunikationsfähigkeit in den meist störschallbehafteten Hörsituationen des täglichen Lebens deutlich verbessert. Gleichzeitig entsteht ein subjektives Raumgefühl, das nachweislich eine bessere akustische Orientierung ermöglicht und dadurch eine Erhöhung der Sicherheit in Gefahrensituationen, z.b. im Straßenverkehr, bewirkt. Die Daten weisen darauf hin, dass es bei kleinen Kindern sinnvoll ist, den Eltern ein möglichst kurzes Intervall zwischen den Implantationen zu empfehlen. Ebenso wie die frühe Implantation vor Vollendung des zweiten Lebensjahres gute Voraussetzungen für die Entwicklung der auditiven und expressiven Fähigkeiten bietet, scheint eine frühe bilaterale Implantation die Ausbildung der binauraler Signalverarbeitung zu ermöglichen, die zu Verbesserungen der Sprachverständlichkeit im Störschall und zur auditiven Raumorientierung notwendig ist. Postlingual ertaubte Patienten, deren binaurales System aufgrund Normalhörigkeit in der Kindheit ausgebildet ist, können selbst bei nicht synchronisierter Stimulation durch unabhängig arbeitende Sprachprozessoren und mangelhafte Übertragung der zeitlichen Feinstruktur des Signals durch die bilaterale CI-Versorgung erheblich profitieren. Jedoch ist die binaurale Störsignalbefreiung mit den heute genutzten Sprachprozessoren noch eingeschränkt. Eine effektive Übertragung der Feinstruktur des Signals und eine Unterstützung der Verarbeitung von interauralen Zeitdifferenzen durch bilateral synchronisierte Verarbeitung könnten hier zu Verbesserungen beitragen. Literatur Bamford J (1988): Visual Reinforcment Audiometry. In McCormick B.[ed.]:Paediatric Audiology 0-5years. TaylorFrancus, London, New York Brand T, Kollmeier B (2002): Efficient adaptive procedures for threshold and concurrent slope estimates for psychophysics and speech intelligibility tests. Journal of the Acoustical Society of America, 111(6), pp Bronkhorst AW, Plomp R (1988): The effect of head induced interaural time and level differences on speech intelligibility in noise. JASA, 83, Dillon H (2001):Hearing Aids. Thieme, New York: Dunn CC, Tyler RS Oakley S, Gantz BJ, Noble W (2008): Comparison of Speech Recognition and Localization Performance in Bilateral and Unilateral Cochlear Implant Users Matched on Duration of Deafness and Age at Implantation. Ear & Hearing, 29; Ewing IR, Ewing AW (1936): The use of hearing aids in the treatment of defects of hearing in children. J.Laryng.Otol. 51, 213 zitiert nach Lehnhardt E in Lehnhardt E, Laszig R [Hrsg.]: Praxis der Audiometrie. Thieme, Stuttgart, 8.Aufl. 2001, 20 Laszig R, Aschendorff A, Stecker M, Müller-Deile J, Maune S, Dillier N, Weber B, Hey M, Begall K, Lenarz T, Battmer RD, Böhm M, Steffens T, Strutz J, Linder T, Probst R, Allum J, Westhofen M, Döring W (2004): Benefits of Bilateral Electric Stimulation with the Nucleus Cochlear Implant in Adults. J Otol Neurotol, 25; Litovsky RY (2005): Speech intelligibility and spatial release from masking in young children. JASA; 117; Long CJ, Eddington DK, Colburn HS, Rabinowitz WM (2003): Binaural sensitivity as a function of interaural electrode position with a bilateral cochlear implant user. JASA, 114: Mok M, Galvin KL, Dowell RC, McKay CM (2007): Spatial Unmasking and Binaural Advantage for Children with Normal Hearing, a Cochlear Implant and a Hearing Aid, and Bilateral implants. Audiol Neurootol; 12; Müller J, Schön F, Helms J (2002): Speech understanding in quiet and in noise in bilateral users of the Med-El combi 40/40+ cochlear implant system. Ear & Hear: 23: Steffens T, Lesinski-Schiedat A, Strutz J, Aschendorff A, Klenzner T, Rühl S, Voss B, Wesarg T, Laszig R, Lenarz T: The benefits of sequential bilateral cochlear implantation for hearing-impaired children. Acta Otolaryngol. 2008; 128(2): Van Hoesel RJ, Clark G (1999): Speech results with a bilateral multichannel cochlear implant subject for spatially separated signal and noise. Austral. J. Audiol;21: Van Hoesel RJ, Tyler RS (2003): Speech perception, localisation and lateralisation with bilateral cochlear implants. JASA: 113 (3): Wagener K, Brand T, Kollmeier B (1999): Entwicklung und Evaluation eines Satztests in deutscher Sprache III: Evaluation des Oldenburger Satztests. Zeitschrift für Audiologie; 38; Wilson BS, Lawson DT, et al. (2003): Cochlear implants: some likely next steps. Ann Rev Biomed Engin 5: Winkler F, Schön F, Peklo L, Müller J, Feinen C, Helms J (2002): Würzburger Fragebogen zur Hörqualität bei CI-Kindern (WH-CIK) Laryngo-Rhino-Otol; 81: Müller-Deile: Evaluation binauralen Hörens mit Cochlea Implantaten

17 Verbesserung der Sprachverständlichkeit in Hörgeräten Schlesinger, Anton; Pesman, Susan und Boone, Marinus M. Acoustical Imaging and Sound Control Department of Imaging, Science & Technology Faculty of Applied Sciences Delft University of Technology, P.O. Box 5046, 2600 GA, Delft, The Netherlands Verbesserung der Sprachverständlichkeit in Hörgeräten basierend auf einer Kombination aus Arraytechnologie und physiologischen inspirierten Modellen zur Signalverarbeitung Einleitung Ziel der Hörgeräteentwicklung ist die Rehabilitation des Hörverlustes in einem breiten Spektrum von unterschiedlichen akustischen Situationen. Im Besonderen die Verbesserung Sprachverständlichkeit in geräuschvollen Umgebungen erweist sich dabei als Herausforderung. Denn nicht allein das Zielsignal (z.b. ein Sprecher) ist von störenden Signalen zu trennen, d.h. der Signal-Rausch-Abstand (SNR) zu erhöhen, ebenso ist es notwendig die Sprachqualität zu erhalten. Die Signalverarbeitung darf also nicht zu Verarbeitungsartefakten führen, welche der Sprachverständlichkeit abträglich sind. Die Forschung zur Überwindung dieses Problems brachte zahlreiche Lösungsansätze hervor [11]. In der Mehrzahl der Fälle führten die Ansätze jedoch nicht zur vollständigen Lösung des Problems und erbrachten meist in einem begrenzten Anwendungsgebiet Erfolg. Ausnahmen stellen u.a. die auf Arraytechnik basierende Richtmikrophonierung, sowie physiologisch inspirierte Modelle zur Signalverarbeitung (im Folgenden CASA-Algorithmen 1 genannt) dar. Die vorliegende Arbeit gibt einen Überblick über den Arbeitsstand auf diesem Gebiet an unserem Institut. Übergeordnete Absicht ist, die auditive Verarbeitung im Hirnstamm in ihrer Fähigkeit, der Interpretation und Trennung einer akustischen Szene algorithmisch nachzuempfinden und daran in eine effiziente Implementierung in Verbindung mit Arraytechnologie zu überführen, um späterhin eine Realisierung in Hörgeräten zu ermöglichen. Während die Arraytechnologie nach langer Forschungsarbeit in kommerziellen Hörgeräten Anwendung findet [2, 8], ist unsere Arbeit mit physiologischen Modellen der Signalverarbeitung relativ jung. Erste Kombinationen beider Verfahren zeigen jedoch bereits eine Verbesserung der Sprachverständlichkeit in unterschiedlichen akustischen Situationen [9, 10]. Erläuterung des Ansatzes Der hier vorgestellte Ansatz einer Kombination aus Richtmikrophonie basierend auf Arraytechnologie und CASA-Algorithmen folgt dem Wunsch nach einer robusten und effizienten Verbesserung der Sprachverständlichkeit in unterschiedlichen akustischen Situationen. Beide Verfahren haben ihre Leistungsfähigkeit jeweils zeigen können. CASA-Algorithmen bilden die Grundlage erfolgreicher Prototypen von Hörgeräten [1, 5, 6, 12]. Die Richtmikrophonie basierend auf Arraytechnologie kann auf eine signifikante Verbesserung der Sprachverständlichkeit verweisen und erfüllt in unserer Implementierung mit einem gewichteten Verstärkungsfaktor von 8 db bereits die Forderungen nach einer Verbesserung des SNR s am Eingang des geschädigten auditorischen Systems um 5 db [3, 2]. Die Kombination beider Ansätze wurde bereits früh als aussichtsreich vorweggenommen [6]. In Übereinstimmung erwies sich nach der erfolgreichen Integration von Mikrophonarrays in den Bügeln einer Brille [8], CASA als erfolgversprechende Möglichkeit, weitere Verbesserungen der Sprachverständlichkeit zu erreichen. Die hier vorgeschlagene Kombination ist dabei in mehrfacher Hinsicht interessant und sollte sich als wechselseitig vorteilhaft erweisen. Als Träger eines CASA-Algorithmus empfiehlt sich die Hörbrille zunächst, da ein binaural arbeitender CASA-Prozessor gegenüber im Ohr oder hinter dem Ohr befindlichen Hörgeräten vergleichsweise einfach zu integrieren ist. Bezogen auf die Verbesserung des Signal-Rausch-Abstandes, erreicht das Mikrophonarray eine vergleichsweise hohe Richtwirkung, unabhängig von der Textur der Schallquelle. Ein binauraler CASA-Prozessor realisiert allg. eine geringere Richtwirkung, er ermöglicht dies wiederum durch eine Klassifizierung von Merkmalen, die unterschiedliche Quellen entsprechend ihres Wesens und ihrer Anordnung in einer akustischen Szene aufweisen. Die Literatur [5, 6, 12] berichtet zudem, 1 Allg. wird bei funktionalen Modellen, welche sich am physiologischen Vorbild der auditiven Signalverarbeitung orientieren der englische Name Computational Auditory Scene Analysis (CASA) verwendet [11].

18 dass binaurale CASA-Prozessoren in akustisch günstigen Situationen eine höhere Leistungsfähigkeit aufweisen. Eine Verbesserung des SNR durch ein Mikrophonarray, welches in der Hörbrille arbeitet, sollte somit die resultierende Trennwirkung signifikant erhöhen und kann als eine lineare Vorverarbeitungsstufe betrachtet werden. Weiteren Zuspruch für eine Kombination ergibt sich aus der Richtungsunabhängigkeit der meisten binauralen CASA-Prozessoren gegenüber der Medianebene [6, 12]. Die hier vorgeschlagene Kombination ist in der Lage, den Richtfokus allein auf die Sichtachse zu beschränken. Einer Integration erfolgreicher CASA-Algorithmen in Hörgeräten steht gegenwärtig ihr relativ hoher Rechenaufwand entgegen. Heutige Ansätze sind in der Mehrzahl funktionale Modelle der neuronalen Mechanismen. Hoffnung besteht jedoch, dass neuronale Modelle, die sich an der tatsächlichen Physiologie des Hörens orientieren, Potential zu wesentlich höherer Effizienz aufweisen und damit eine Anwendung in Hörgeräten ermöglichen [11]. Resultate und Arbeitsstand Zur grundlegenden Analyse der hier vorgeschlagenen Kombination aus dem Richtungsfiltern mit Arraytechnologie und CASA-Algorithmen, implementierten wir die erfolgreichen CASA-Prozessoren nach Peissig [5, 12] und Kollmeier und Koch [6] zur lateralen Unterdrückung von Schallquellen. Während Peissig [5, 12] das von Jeffress [11] entwickelte Modell binauraler Interaktion implementierte, basiert das von Kollmeier und Koch [6] vorgeschlagene Model zusätzlich auf physiologischen Modellen der Modulationswahrnehmung. Unsere Ergebnisse bestätigen qualitativ die aus der Literatur bekannten Resultate [9]. Wurden die jeweiligen CASA-Implementierungen mit dem binauralen Ausgang der Hörbrille gespeist, so addierten sich in Näherung die jeweils erreichten SNR-Werte für den Kollmeier und Koch-Algorithmus. Im Falle des Algorithmus von Peissig war analog zu [12] eine Steigerung der Effizienz in Abhängigkeit zum verbesserten SNR am Eingang zu beobachten. Eine Kombination von Arraytechnologie und CASA-Algorithmen ergänzt sich danach konstruktiv und bestätigt die gemachten Prognosen [6]. Gegenwärtig folgt die Untersuchung der Verknüpfung des bisherigen Ansatzes mit Möglichkeiten zur wahrnehmungsbezogenen Echounterdrückung entsprechend dem Präzedenzeffekt. Wir implementierten Modelle nach Martin [7], Faller [4] und Peissig [5, 12] im Hinblick auf eine Verbesserung der Sprachverständlichkeit und testeten diese in unterschiedlichen virtuellen Umgebungen. Erste Ergebnisse zeigen, dass das Unterdrücken früher Reflexionen trotz des Vermeidens spektraler Färbung die Sprachverständlichkeit allg. nicht verbessert. Das Dämpfen später Reflexionen, welches einem aktiven Phänomen des Präzedenzeffekts zugeschrieben wird, kann wiederum zu einer Verbesserung der Sprachverständlichkeit in geräuschvollen Umgebungen führen. Detaillierte Ergebnisse aus den laufenden Untersuchungen werden in Form eines Posters auf der 39. DGMP Tagung 2008 in Oldenburg gezeigt. 1. M. Bodden. Modeling human sound-source localization and the cocktail-party-effect. ACTA ACUSTICA united with ACUSTICA, M. Boone: Directivity measurement of a highly directive hearing aid: The hearing glasses. AES 120 th Convention Paper, A. J. Duquesnoy and R. Plomp. The effect of hearing impairment on the speech-reception threshold of hearing of hearing-impaired listeners in quiet and noise. J. Acoust. Soc. Am., C. Faller and J. Merimaa. Sound localization in complex listening situations: Selection of binaural cues based on interaural coherence. J. Acoust. Soc. Am., B. Kollmeier et al.. Real-time multiband dynamic compression and noise reduction for binaural hearing aids. J. of Rehabilitation Research and Development, B. Kollmeier and R. Koch. Speech enhancement based on physiological and psychoacoustical models of modulation perception and binaural interaction. J. Acoust. Soc. Am., K. D. Marin. Echo suppression in a computational model of the precedence effect. IEEE ASSP Workshop on Applications of Signal Processes to Audio and Acoustics, I. L. D. M. Merks. Binaural application of microphone arrays for improved speech intelligibility in a noise environment. PhD Thesis TU Delft, A. Schlesinger and M. M. Boone. Speech intelligibility enhancement in hearing aids based on optimized spatial beam-forming and computational auditory scene analysis. DAGA 34. Jahrestagung fuer Akustik, A. Schlesinger and M. M. Boone. Dual noise suppression in hearing aids., AES 124 th Convention Paper, D. Wang and G. J. Brown., Computational Auditory Scene Analysis. A John Wiley & Sohns, Inc., Publication, T. Wittkop et al., Speech processing for hearing aids: Noise reduction motivated by models of binaural interaction. ACTA ACUSTICA united with ACUSTICA, 1997

19 Wahl der oberen Grenzfrequenz bei CI-Trägern: 5,5 khz vs. 8,5 khz Schulte Michael (1), Volpert Simone (2), Plotz Karsten (1,2) (1) Hörzentrum Oldenburg GmbH (2) Cochlear Implant Centrum CIC-Oldenburg, Ev. Krankenhaus Einleitung In einer prospektiven Langzeitstudie sollte der Einfluss der oberen Grenzfrequenz (GF) auf die Sprachverständlichkeit und die subjektive Beurteilung des Klangbildes untersucht werden. Hierzu wurde, bei gleich bleibender unterer GF, die obere GF einmal auf 5,5 khz (GF-5,5) und einmal auf 8,5 khz (GF-8,5) eingestellt. Der Vorteil einer oberen GF von 5,5 khz ist, dass die wesentlichen sprachrelevanten Informationen in dem Eingangsignal enthalten sind. Des Weiteren sind die Frequenzbänder für die einzelnen Elektroden schmaler und man erhält damit eine verbesserte Frequenzauflösung, dies könnte Vorteile bei der Sprachwahrnehmung bieten. Alternativ werden bei einer oberen GF von 8,5 khz die Informationen der höheren Frequenzen in die Stimulation einbezogen. Methoden In einem Cross-over Design bekamen die Teilnehmer beim ersten Anpassen nach der CI-Operation randomisiert die Einstellung GF-5,5 oder GF-8,5. Mit dieser Einstellung wurden die Messungen zweimal vorgenommen (jeweils mit 4-6 Wochen Abstand). Anschließend wurde die Einstellung gewechselt (von GF-5,5 auf GF-8,5 und viceversa). Mit der neuen Einstellung erfolgten 2 weitere Kontrollemessungen im Abstand von jeweils 4-6 Wochen. Insgesamt nahmen 13 Cochlear-Implant-Träger teil. Das Durchschnittsalter der 9 Frauen und 4 Männer betrug 53,6 Jahre (STD 14,6). 10 der Probanden hatten das Implantat C40+ und 3 das neuere Implantat Pulsar CI 100 von der Firma MED-EL, bei denen das Signal in 12 Frequenzbändern analysiert und an die 12 Elektroden übertragen wird. Als Sprachprozessor wurde der TEMPO+ eingesetzt und die Sprachkodierungsstrategie war bei allen Teilnehmern CIS+. Vergleich des Klangs in verschiedenen Situationen Vergleich des Lautstärke in verschiedenen Situationen sehr angenehm angenehm 6 5 5,5 khz 8,5 khz p < 0,05 viel zu laut 5 etwas zu laut 4 5,5 khz 8,5 khz eher angenehm 4 angemessen 3 eher unangenehm 3 unangenehm 2 etwas zu leise 2 sehr unangenehm 1 Klang in Ruhe Klang in Lärm Klang der eigenen Stimme viel zu leise 1 Lautstärke in ruhigen Situationen Lautstärke in Lärm- Situationen alles sehr viel viel mittel wenig Vergleich des Sprachverstehens in verschiedenen Situationen 7 6 5,5 khz 8,5 khz Abbildung 1: Gemittelte Ergebnisse der Befragung nach dem Klang (oben links), der Lautstärke (oben rechts) und dem Sprachverstehen (unten links) in verschiedenen Hörsituationen. Gezeigt sind die Mittelwerte und die Standardabweichungen für die Beurteilung der Einstellung GF-5,5 (blau) und GF-8,5 (rot). Die Ergebnisse für den Klang der eigenen Stimme sind signifikant unterschiedlich (t-test). sehr wenig 2 nichts 1 Verstehen in Ruhe Verstehen in Lärm Verstehen am Telefon Zur Beurteilung des Hörkomforts wurden ein Fragebogen-Inventar für die subjektive Beurteilung des Klangbildes und der Sprachverständlichkeit im Alltag verwendet. Für die Beurteilung des Sprachvertstehens wurden mehrere Sprachtests eingesetzt, um sowohl die Sprachverständlichkeit in Ruhe als auch im Störgeräusch zu untersuchen. Folgende Sprachverständlichkeitstests kamen zum Einsatz: Freiburger Wörter (Einsilber): Der

20 Pegel betrug 65 db SPL und 80 db SPL; Oldenburger Satztest: Einstellung S0N90 mit Rauschen auf dem Ohr, welches nicht mit dem CI versorgt war und Einstellung S0N0 bei der Sprache und Rauschen von vorne präsentiert wurden. Die Ergebnisse wurden statistisch mit einem t-test (zweiseitig, gepaart) ausgewertet, indem die Mittelwerte aus den ersten beiden Terminen mit den Mittelwerten aus den letzten beiden Terminen verglichen wurden. Ergebnisse und Diskussion Die subjektive Beurteilung zeigt, dass die Einstellung mit GF-8,5 von den CI-Trägern vom Klang her deutlich bevorzugt wurde (siehe Abbildung 1). Auch die Sprachverständlichkeit in Ruhe und in Störgeräusch wurde mit GF-8,5 besser beurteilt als mit GF-5,5. Diese Unterschiede waren jedoch nicht signifikant. Die subjektiv empfundene bessere Verständlichkeit ist dabei wahrscheinlich nicht auf eine geänderte Lautstärkeeinstellung zurückzuführen, da diese in beiden Einstellungen als gleich angemessen bewertet wurde (siehe Abbildung 1, oben rechts). Abbildung 2 zeigt die Ergebnisse der Sprachverständlichkeitstest. Dabei zeigt sich, dass in Ruhe (Freiburger mit 65 db) die Verständlichkeit mit GF-8,5 signifikant besser ist als mit GF-5,5 war. Im Störgeräusch fallen die Ergebnisse für GF-8,5 nur in der Bedingung S0N90 signifikant besser aus. In der Situation S0N0 zeigen sich keine Unterschiede. Dies zeigt zumindest, dass keine nachteiligen Effekte für Störgeräuschsituationen zu erwarten sind. Der Unterschied zwischen den OLSA Bedingungen ist eventuell darauf zurückzuführen, dass die Situation S0N90 eher der Ruhesituation gleicht, da das Störgeräusch auf dem nicht versorgten vertäubten Ohr präsentiert wurde. Negative Effekte bei GF-8,5 durch Hinzunahme hochfrequenter Signalanteile vor allem im Störgeräusch traten nicht auf. Ebenso konnten positive Effekte der niedrigeren Grenzfrequenz (GF-5,5) wegen der besseren Frequenzauflösung innerhalb des schmaleren Eingangssignals nicht gezeigt werden. Insgesamt zeigten sich in dieser Studie, signifikante positive Effekte für GF-8,5 beim Hörkomfort (Klang der eigenen Stimme) und für Sprachverstehen in Ruhe und im Störgeräusch (Freiburger Worte in Ruhe bei 65dB und Oldenburger Satztest S0N90). Sprachverständlichkeit Freiburger Wörter (65dB SPL) Sprachverständlichkeit Freiburger Wörter (80 db SPL) Verständlichkeit [%] % Min Median Max 75% Verständlichkeit [%] % Min Median Max 75% p < 0,05 5,5 khz 8,5 khz p < 0,06 5,5 khz 8,5 khz Sprachverständlichkeit OLSA (S0N90) Sprachverständlichkeit OLSA (S0N0) S/N [db] % Min Median Max 75% S/N [db] % Min Median Max 75% p < 0,02 5,5 khz 8,5 khz ,5 khz 8,5 khz Abbildung 2: Oben: Ergebnisse der Sprachaudiometrie mit dem Freiburger Wörter Test bei 65 db SPL und 80 db SPL. Unten: Ergebnisse für den Oldenburger Satztest (OLSA) in der Konfiguration S0N90 (links) und S0N0 (rechts). Gezeigt sind jeweils Mediane, sowie die 25% und 75% Quartile und die Maximum- und Minimumwerte. Die hier gezeigten Daten wurden im Rahmen einer von der Firma MED-EL Deutschland GmbH finanzierten Studie am Hörzentrum Oldenburg GmbH aufgenommen.