ASP- Störgeräuschunterdrückung

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1 ASP- Störgeräuschunterdrückung DIGITALER FORTSCHRITT IN DER ASP-TECHNOLOGIE Unison 4 Einstellbares ASP Einstellungen für ASP-Steuerung Digitale Multi-Memory-Anwendungen mit mehreren Kanälen für die ASP-Verarbeitung. Einführung Die automatische Signalverarbeitung oder ASP (Automatic Signal Processing) kommt in analogen Hörhilfen seit über 20 Jahren zum Einsatz. Der primäre Zweck von ASP ist es, die Verständlichkeit und Klangqualität von Gesprochenem zu verbessern sowie Überlagerungseffekte zu unterdrücken. Die früheren Versionen von ASP waren von begrenzter Wirkung, da sie mit einem einzelnen Regelkreislauf für alle Hörsituationen arbeiteten und nur über beschränkte Einstellungsmöglichkeiten für die Tiefenanhebung in ruhigen Hörumgebungen verfügten. Kurz gesagt, eigneten sich die Geräte nur für bestimmte Personen und bestimmte Hörsituationen. Die zweite Generation der ASP-Hörgeräte erweiterte den Kreis der behandelbaren Hörverlusttypen erheblich. Es handelte sich dabei jedoch vornehmlich um analoge Single-Memory-Geräte, sodass das Problem des einheitlichen Regelkreislaufs fortbestand. Mit dem Aufkommen der digitalen Technologie wurde der Weg für eine neue ASP-Generation bereitet, die endlich die Grenzen der analogen Technik hinter sich lässt. Beim Modell Unison 4 von Unitron Hearing ist ASP als einer von vier Algorithmen verfügbar. ASP kann in Umgebungen mit starken Störgeräuschen verwendet werden, wo das System erhebliche Vorteile bietet. Anhand der 3 zusätzlichen Algorithmen kann die Leistung für weitere Hörumgebungen optimiert werden.

2 ASP-STÖRGERÄUSCHUNTERDRÜCKUNG Fortschritte in der ASP-Technologie für dig Frühe ASP-Hörgeräte ASP (Automatic Signal Processing) kommt in analogen Hörhilfen seit den frühen Achtziger Jahren zum Einsatz. 1 Das primäre Ziel von ASP ist eine Verbesserung der Verständlichkeit von leise Gesprochenem bei gleichzeitiger Reduzierung von Überlagerungseffekten. 2,3 Funktional wird ASP auch als BILL (Bass Increase at Low Levels, Tieftonanhebung in Ruhe) bezeichnet. Definitionsgemäß bedeutet BILL-Verarbeitung, dass die Verstärkung von tiefen Tönen durch die Hörhilfe in dem Maß zunimmt, in dem das Eingangssignal schwächer wird. In einem ruhigen Raum mit schwachen Signalpegeln werden folglich durch die Hörhilfe tiefe Töne verstärkt angehoben. Mit dem Ansteigen Signalpegel im Raum wird die Verstärkung der tieffrequenten Signale automatisch reduziert. 4 Abbildung 1 Basis-ASP-Kreislauf (frühes analoges ASP) Abbildung 1 zeigt die Verarbeitung eines tieffrequenten Störgeräuschs (Boeing 727 im Flug) bei drei verschiedenen Eingangspegeln (50, 60 und 70 dba) durch eine ASP-Hörhilfe der ersten Generation. Diese Hörhilfe wurde speziell auf die effiziente Verstärkung von tieffrequenten Tönen ausgerichtet. Der Signaltyp spielt dabei keine Rolle, sodass die Grafik auch für Sprache anwendbar ist. Es ist deutlich erkennbar, dass die Verstärkung der tiefen Frequenzen mit zunehmendem Eingangspegel nachlässt. Zu beachten ist dabei, dass der klar definierte ASP-Hochfrequenz-Übergangspunkt bei 1000 Hz den oberen Kniepunkt für die Verstärkungsreduzierung darstellt. Ziele von ASP Das primäre Ziel von ASP ist die Bereitstellung eines breitbandigen Frequenzgangs für leise und durchschnittlich laute Sprache in Ruhe. Die Theorie besagt, dass die Tieftonverstärkung in Ruhe (BILL) die Hörbarkeit und Klangqualität des Signals verbessern kann. Der Effekt wurde von Moore et al. 5 unter Verwendung eines Zweikanal-Geräts mit vollständiger Frequenzbereich-Kompression nachgewiesen. Das sekundäre Ziel von ASP ist die Verringerung des Energiepegels von Störgeräuschen bei der Verstärkung von Gesprochenem. 6,7 Hier wird vorausgesetzt, dass die Reduzierung der Tieftonanhebung bei höheren Signalpegeln Überlagerungseffekte durch laute, tieffrequente Störgeräusche verringert. 2,8 ASP im Vergleich zu WDRC ASP ist nicht mit WDRC (Wide Dynamic Range Compression, Breitband-Frequenzbereichs-Kompression) zu verwechseln, das auf einer anderen Anpassungsphilosophie basiert. Das primäre Ziel der WDRC-Verarbeitung entspricht zwar dem von ASP: beiden Systeme sind auf eine maximale Verständlichkeit von leiser Sprache in Ruhe ausgerichtet. 5 Das sekundäre Ziel von WDRC liegt jedoch in einer Wiederherstellung der normalen Lautstärkewahrnehmung von überschwelligen Signalen. 9 WDRC zielt bei Störgeräuschen daher eher auf Hörkomfort als auf eine Reduzierung von Überlagerungen ab. Abbildung 2 zeigt die Verarbeitung der bereits in Abbildung 1 dargestellten Fluggeräusche durch ein Breitband-WDRC-Gerät. Beim Vergleich beider Diagramme zeigt sich, dass die Ein- Abbildung 2 Breitband-WDRC /Ausgangsfunktion von ASP bei hohen Frequenzen im Vergleich zu der des WDRC wesentlich linearer verläuft. Beschränkungen der frühen ASP- Systeme ASP wurde zunächst als universeller, für alle Hörsituationen einheitlicher Regelkreislauf mit automatischer Frequenzganganpassung verwendet. Bei einigen Patienten 2

3 itales Hören funktionierte das Prinzip hervorragend. Verschiedene Forschungsergebnisse zeigten jedoch rasch, dass die ersten ASP-Hörhilfen für die meisten Patienten nur von begrenztem Nutzen waren Die Ursache dafür lag hauptsächlich darin, dass die frühen ASP-Kreisläufe bei der Tiefenanhebung in Ruhe nur beschränkte Anpassungsmöglichkeiten boten. Die Geräte arbeiteten außerdem mit einem statischen ASP- Frequenzübergangspunkt bei 1000 Hz (siehe Abbildung 1). In den Neunziger Jahren folgte die zweite Generation von ASP- Hörhilfen. Diese verfügen über eine deutlich verbesserte Tiefenanhebung in Ruhe, die Hörgeräte-Akustikern die Anpassung verschiedenster Hörverlustkonfigurationen ermöglicht. Die Geräte verwenden zusätzlich adaptive Hochfrequenz-Übergangspunkte, die sich automatisch an verschiedene Eingangspegel anpassen. Die neuen Hörhilfen wurden von der Fachwelt im Vergleich zu den früheren Modellen als wesentlich leistungsfähiger bewertet. Darüber hinaus lieferten Testergebnisse erste Hinweise, dass ASP dem linearen Verstärkungsprinzip in bestimmten Situationen überlegen ist, was insbesondere für Umgebungen mit tieffrequenten Hintergrundgeräuschen gilt. 2,3 Da es sich bei ASP-Hörhilfen in der Regel jedoch um analoge Single-Memory-Geräte handelte, musste für alle Hörumgebungen eine einheitliche Verarbeitungsstrategie verwendet werden. Der Einsatz von ASP in analogen Single-Memory-Geräten führte aufgrund des universellen Ansatzes stets zu Nachteilen bei der Flexibilität und Anpassbarkeit. Digitale ASP-Hörhilfen Eine neue ASP-Generation Das neue Unison 4 von Unitron Hearing lässt die Einschränkungen früherer ASP-Hörhilfen weit hinter sich. ASP ist dabei als einer von vier Algorithmen in eine flexible, digitale Multi-Memory-Hörhilfe integriert. Der ASP-Algorithmus kann daher ausschließlich zur Verbesserung der Leistung bei Störgeräuschen genutzt werden. Anstatt eines universellen Verarbeitungskreislaufs verfügt das Gerät über Vier-Kanal- Verstärkung, umschaltbare Richtmikrofone und drei Hörprogramme. Bei der Anpassung kann der ASP-Algorithmus exklusiv für eine bestimmte Hörumgebung optimiert werden. Die Vier-Kanal-Verarbeitung und die Richtmikrofone bieten bei der Anpassung des ASP-Algorithmus an die jeweilige Hörsituation eine bisher unerreichte Flexibilität. Die beiden weiteren Speicher können mit verschiedenen Algorithmen für weitere Hörsituationen angepasst werden. Mit bis zu drei zusätzlichen Algorithmen für verschiedene Hörsituationen bietet das Unison 4 alle Vorteile der ASP-Verarbeitung ohne die Einschränkungen analoger Lösungen mit einem einzelnen Speicher. Unison 4 ASP- Störgeräuschunterdrückung Zur Belegung der drei Programmspeicher des Unison 4 sind vier unterschiedliche Verarbeitungsstrategien verfügbar: WDRC, Linear Limiting (lineare Begrenzung), Adaptive Compression (Adaptive Kompression) und ASP Noise Suppression (ASP- Störgeräuschunterdrückung). ASP muss daher nicht zwingend zur Verbesserung der Sprachverständlichkeit in Ruhe eingesetzt werden. Die vier Kompressionskanäle von Unison ermöglichen eine dichte Frequenzgangformung, wodurch sich der Hörkomfort und die Verständlichkeit in Ruhe für die meisten Hörschwellen-Konfigurationen optimieren lässt. Der ASP- Algorithmus kann exklusiv für Umgebungen mit starken Störgeräuschen verwendet werden, in denen die Tieftondämpfung deutliche Vorteile bringt. In Feldversuchen bevorzugten Patienten mit verschiedenen Hörverlusttypen in Ruhe jeweils verschiedene Signalverarbeitungs-Algorithmen (WDRC, Linear Limiting oder Adaptive Compression), bei Sprache vor Hintergrundgeräuschen jedoch mehrheitlich ASP Noise Suppression. Abbildung 3 zeigt ein Beispiel für den Unison-ASP-Algorithmus (Messung im omnidirektionalen Modus). Zu beachten ist dabei, dass das Unison 4 im Gegensatz zu herkömmlichen ASP-Geräten über einen adaptiven, flexiblen Abbildung 3 Unison 4 Omni/ASP Kniepunkt für die Tieftondämpfung verfügt. Wie in Abbildung 3 dargestellt, ändert sich der Kniepunkt von 1500 Hz zu 3000 Hz, wenn die Intensität des Störgeräuschs von 50 db auf 70 db 3

4 steigt. Das Gerät passt also bei Veränderungen des Geräuschpegels nicht nur die Intensität der Verstärkungsreduzierung, sondern auch die Frequenzbandbreite an. Einstellbares ASP Die Intensität der ASP-Verstärkungsreduzierung bei Störgeräuschen kann beim Unison 4 auch über die ASP- Steuerung in der Unifit-Anpass-Software eingestellt werden. Die Steuerung kann in einem Bereich von 30 db angepasst werden. Drehen Sie die ASP-Steuerung nach oben, um die automatische Abbildung 4 Unison 4 Einstellbares ASP Verstärkungsreduzierung zu steigern, bzw. nach unten, um sie zu verringern. Der Effekt ist in Abbildung 4 dargestellt. Bisherige Träger von linearen Hörhilfen und Patienten mit erheblichem Hörverlust bei tiefen Frequenzen bevorzugen möglicherweise einen geringeren ASP-Effekt als Erstträger oder WDRC-Geräteträger und Patienten mit lediglich leichtem Hörverlust bei tiefen Frequenzen. Mehrkanal-ASP Einstellungen für ASP-Steuerung Da es sich beim Modell Unison 4 um eine Vier-Kanal-Hörhilfe mit einstellbaren Übergängen handelt, können die Frequenzen für die ASP-Hochfrequenz-Übergangspunkte angepasst werden. Die ASP-Algorithmus ist primär auf den beiden Tieffrequenz- Kanälen aktiv. Der dritte Kanal spielt bei der ASP-Verarbeitung lediglich eine untergeordnete Rolle. Wenn die Übergangsfrequenzen zwischen den Kanälen angepasst werden, ändert sich die Bandbreite der Kanäle ebenfalls. Gleichzeitig werden dabei die Frequenzen für die ASP- Frequenzübergangspunkte angepasst. Wenn in Unifit die Steuerungen für die Übergangskanäle F1 und F2 auf tiefere Frequenzen gesetzt werden, werden die ASP-Übergangspunkte Abbildung 5 Unison 4 ASP QuickFit-Frequenzübergang Abbildung 6 Unison 4 ASP Herabgesetzer Übergang entsprechend herabgesetzt (und umgekehrt). Eine Darstellung des Effektes finden Sie in den Abbildungen 5 und 6. Anpassfunktionen Wie in Abbildung 3 dargestellt, passt sich der Übergangspunkt an die Intensität des Eingangspegels an. Es ist daher nicht einfach, den ASP-Übergangspunkt für eine bestimmte Hörsituation präzise vorauszusagen. Hörgeräte-Akustiker können sich im Hinblick auf diese Wechselwirkungen jedoch auf zwei Faustregeln stützen: 1. Wenn Sie die ASP-Steuerung in Unifit auf einen höheren Wert setzen, wird die ASP-Verstärkungsreduzierung für die betroffenen Signaltypen gesteigert. Wenn Sie den Wert für die ASP-Steuerung herabsetzen, erzielen Sie den gegenteiligen Effekt. 2. Wenn Sie in Unifit die Frequenzwerte für die Übergangssteuerungen F1 und F2 heraufsetzen, erfolgt der ASP-Übergang bei einer höheren Frequenz. Dadurch erweitert sich der Frequenzbereich, in dem die ASP- 4

5 Verstärkungsreduzierung erfolgt. In Fällen, in denen die vom ASP-Algorithmus ausgehende Reduzierung der Verstärkungsleistung für tiefe Frequenzen in Umgebungen mit Störgeräuschen nicht ausreicht, können Sie die ASP-Steuerung auf einen höheren Wert setzen. Wenn Sie die ASP-Funktion für höhere Frequenzen nutzen möchten, können Sie die Werte für die Übergangssteuerungen (insbesondere F1 und F2) ebenfalls heraufsetzen. Wenn der ASP-Algorithmus hingegen die Verstärkungsreduzierung bei tieffrequenten Signalen zu stark herabsetzt, müssen Sie für die ASP-Steuerung einen geringeren Wert wählen. In Fällen, in denen ASP die Hörbarkeit von höherfrequenten Sprachsignalen beeinträchtigt, setzen Sie den Wert für die Übergangssteuerungen F1 und F2 (d.h. den Frequenz-Grenzwert für die Verstärkungsreduzierung) herab. Durch die Kombination von ASP-Störgeräuschunterdrückung und Vektor-Richtmikrofontechnologie können beim Unison 4 Störgeräusche unabhängig von der Ausgangsrichtung (d.h. vom Standort der Signalquelle) unterdrückt werden. Störgeräusche, die von Signalquellen hinter dem Hörer ausgehen, werden durch das Richtmikrofon unterdrückt. In Situationen mit diffusen Störgeräuschen aus frontaler Richtung bzw. mehreren Richtungen wird der Geräuschpegel hingegen vom ASP- Kreislauf gesteuert. Die Wechselwirkungen zwischen ASP- Algorithmus und Richtmikrofon werden von den Signalpegeln, Frequenzen, den Standorten der Geräuschquellen und den ASP-Einstellungen beeinflusst. Die Interaktion der beiden Systeme bietet dem Träger in zahlreichen Hörsituationen mit Störgeräuschen ein optimales Hörerlebnis. ASP-Geräuschunterdrückung und Richtmikrofone Wie wirkt sich die Kombination von ASP- Störgeräuschunterdrückung und Richtmikrofontechnologie in einem einzelnen Hörgerät auf Störgeräusche aus? Die Leistung von Richtmikrofonen in Hörsituationen mit Störgeräuschen ist gut dokumentiert. Der Nutzen der gemeinsamen Verwendung von Richtmikrofonen und der ASP-Störgeräuschunterdrückung ist jedoch zunächst nicht offensichtlich. Beachten Sie dazu das nachstehende Beispiel: Die Hörhilfe erfasst gleichzeitig ein Sprachsignal und ein tieffrequentes Störgeräusch (Automotor). Die Sprachsignale treffen aus der Richtung des 0 -Azimuth ein, d.h. direkt von vorn. Das Fahrgeräusch trifft in einem Winkel von 0 (vorne) bzw. 180 (hinten) auf das Gerät, d.h. die Geräuschquellen befinden sich vor und hinter dem Patienten. Wenn das Sprachsignal und das Störgeräusch aus derselben Richtung empfangen werden (0 ), verringert der ASP- Algorithmus die Verstärkungsreduzierung wie erwartet. Wenn das Sprachsignal und das Störgeräusch aus diametral entgegengesetzten Richtungen empfangen werden, wird die Ausgabe vornehmlich vom Richtmikrofon gesteuert. (Das Richtmikrofon reduziert - im Gegensatz zum omnidirektionalen Mikrofon - die Intensität des aus dem Azimuth empfangenen Signals, bevor es vom ASP- Algorithmus verarbeitet wird.) Anmerkung: Die Verstärkung der tieffrequenten Signale wird vom ASP-Algorithmus nicht weiter reduziert. 5

6 Zusammenfassung Der primäre Zweck von ASP ist es, die Verständlichkeit und Klangqualität von Gesprochenem zu verbessern sowie Überlagerungseffekte zu verringern. Die früheren Versionen von ASP waren von begrenzter Wirkung, da sie nur über beschränkte Einstellungsmöglichkeiten für die Tiefenanhebung in Ruhe sowie einen fixen Frequenzübergangspunkt verfügten. Die zweite Generation von ASP-Kreisläufen bot bereits mehr Flexibilität, verwendete jedoch weiterhin ein Single-Memory- Verarbeitungsschema. Mit dem Aufkommen der digitalen Technologie wurde der Weg für eine neue ASP-Generation bereitet, die endlich die Grenzen der analogen Technik hinter sich lässt. Beim Modell Unison 4 von Unitron Hearing ist ASP als einer von vier Algorithmen verfügbar. ASP kann daher exklusiv für Umgebungen mit starken Störgeräuschen verwendet werden, während anhand der 3 zusätzlichen Algorithmen die Leistung für weitere Hörumgebungen optimiert werden kann. Das Gerät kann so nahezu beliebig angepasst werden: in den meisten Hörsituationen mit Störgeräuschen liefert die ASP-Verarbeitung in Verbindung mit dem Vektor-Richtmikrofon optimale Ergebnisse. Bibliographie 1 Ono, H. et al. (1983) Clinical results of hearing aid with noise-levelcontrolled selective amplification. Audiology 22 (5), Fabry, D.A. et al. (1993) Do adaptive frequency response (AFR) hearing aids reduce upward spread of masking? JRehabil Res Dev 30 (3), Cook, J.A. et al. (1997) Effect of lowfrequency gain reduction on speech recognition and its relation to upward spread of masking. JSpeech Lang Hear Res 40 (2), Sammeth, C.A. and Ochs, M.T. (1991) A review of current noise reduction hearing aids: rationale, assumptions, and efficacy. Ear Hear 12 (6 Suppl), 116S-124S. 5 Moore, B. et al. (1992) Effects of the fitting parameters of a two-channel compression system on the intelligibility of speech in quiet and in noise. British Journal of Audiology 26 (Dec), Dempsey, J.J. (1987) Effect of automatic signal-processing amplification on speech recognition in noise for persons with sensorineural hearing loss. Ann Otol Rhinol Laryngol 96 (3 Pt 1), Stein, L. et al. (1989) Speech recognition measures with noise suppression hearing aids using a single-subject experimental design. Ear Hear 10 (6), van Tasell, D.J. et al. (1988) Effects of an adaptive filter hearing aid on speech recognition in noise by hearing-impaired subjects. Ear Hear 9 (1), Vonlanthen, A. (2000) Basic Signal Processing Strategies. In hearing instrument technology for the Hearing Healthcare Professional (Danhauer, J., ed.), pp , Singular. 10 Tyler, R. and Kuk, F. (1989) The effects of noise suppression hearing aids on consonant recognition in speechbabble and low-frequency noise. Ear and Hearing 10 (Aug), Kuk, F.K. et al. (1990) Subjective ratings of noise-reduction hearing aids. Scandinavian Audiology 19, Tyler, R.S. and Kuk, F.K. (1990) Consonant recognition and quality judgments of noise-reduction hearing aids. Acta Otolaryngol Suppl 469, Horwitz, A. et al. (1991) Effects of different frequency response strategies upon recognition and preference for audible speech stimuli. Journal of Speech and Hearing Research 34 (Oct), Autoren Don Hayes, PhD, Manager of Audiology, Research and Training Nancy Tellier, M.Sc., Audiologist Bill Christman, M.A., CCC-A, Manager of Audiology Research 1/