Herzlich Willkommen. zum Fachvortrag. von Harald Bonsel. ACOUSTICON Hörsysteme GmbH Ihr Spezialist für audiologische Messtechnik

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1 Herzlich Willkommen zum Fachvortrag Mess-Signale und Mess-Strategien von Harald Bonsel ACOUSTICON Hörsysteme GmbH Ihr Spezialist für audiologische Messtechnik Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien

2 Signale und Verfahren Signale: Sinuston Rauschen Weißes Rauschen Gewichtetes Rauschen (z. B. rosa, sprachsimulierend) CHIRP Natürliche Schalle Sprache Geräusche Auswertung: RMS Berechnung Messlänge und Glättung FFT Analyse Einmalmessung und Mittelwertbildung Statistische Auswertung Perzentilanalyse Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 2

3 Urgestein der Messtechnik der Sinuston Eindeutig und klar durch mathematische Funktion. Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 3

4 Berechnung eines RMS Wertes 0,04 0,03 0,02 0,01 0-0,01-0,02-0,03-0,04 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,05 Schritt 1: Das Signal wird digitalisiert in einzelne Abtastwerte (Zahlen) umgewandelt. Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 4

5 Berechnung eines RMS Wertes Mittelwert Schritt 2: Vorzeichen entfernen (in der Grafik bereits geschehen) Mittelwert bilden (roter Strich) Logarithmieren Ergebnis -33,3 db Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 5

6 Berechnung eines RMS Wertes Aus den Einzelwerten des A-D Wandlers wurde ein quadratisches Mittel (= RMS = root mean square) gebildet. Beispiel: Für die Zahlen 10,12,14,20,, ergibt sich: Das quadratische Mittel beträgt 14,49. Logarithmiert ergibt das den Wert 23,2 db. Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 6

7 RMS Wert über die Zeit Ein RMS Wert pro 100 ms (= Zeitfenster). Es werden 100ms lange Blöcke verwendet, um je einen Wert zu bilden. Dieser wird dann logarithmiert Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 7

8 Der RMS Wert Das Ergebnis des RMS Wertes hängt von der Größe des Zeitfensters ab! Kurze Zeitfenster Lange Zeitfenster 125ms Zeitfenster Summenpegel Zeigen Fluktuationen gut an Zeigen den Gesamteindruck Entspricht dem Zeitverhalten der Cochlear Der Gesamtwert über die Messzeit KEINE Aussage über die Zusammensetzung der Frequenzanteile. Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 8

9 FFT Berechnung FFT ist die Abkürzung für Fast Fourier Transformation. Die Fourier Transformation (FT) ist eine Rechenregel, die von dem französischen Mathematiker Jean Babtiste Fourier entwickelt wurde. Die FFT ist eine spezielle (schnelle) Berechnung der FT. Diese Rechenregel berechnet aus dem Zeitbereich den Frequenzbereich oder umgekehrt. Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 9

10 FFT Berechnung Der Zeitbereich Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 10

11 FFT Berechnung Ergebnis der Berechnung: Frequenz, Betrag und Phase des analysierten Zeitbereichs, aber unscharf Der Frequenzbereich Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 11

12 Das Unschärfe-Prinzip Langes Zeitfenster: Scharfes Ergebnis Kurzes Zeitfenster: Unscharfes Ergebnis Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 12

13 FFT Berechnung Das Signal wird in seine Sinustonbestandteile zerlegt. Verzerrungen Aus dem Hörgerät kommen neben der Anregungsfrequenz weitere Töne heraus. Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 13

14 LE-LA Messung mit 1kHz Summenpegel, RMS Wert, Berechnung gemäß Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 14

15 LE-LA Messung mit 1kHz Summenpegel und 1. Harmonische (über die FFT-Berechnung) Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 15

16 LE-LA Messung mit 1kHz Summenpegel und 1. harmonische und Summe Oberwellen und Klirrfaktor Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 16

17 Rauschen Die Verteilung der Frequenzen und Pegel ist zufällig, RMS Wert konstant; Pegel schwanken stark. Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 17

18 Rauschen Lösung: Mittelung über mehrere Messungen. Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 18

19 ICRA Rauschen Zusätzliche Modulation noch stärkere Schwankung. Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 19

20 ICRA Rauschen Lösung: Mittelung über mehrere Messungen (»30). Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 20

21 Rauschen Rauschen Die verschiedenen Rauschsorten haben unterschiedliche Spektren (Pegelverteilungen)! Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 21

22 Rauschen Rauschen Unterschiedliche Rauschsorten ergeben verschiedene Spektren, auch am Hörgerät! Gewichtung ist gewollt. Meist wird versucht Sprachähnlichkeit zu erzeugen. Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 22

23 CHIRP 1,5 1 0, ,5-1 -1,5 Der CHIRP ist ein schneller Frequenzdurchlauf. Wegen seiner konstanten Amplitude genügt ein Durchlauf um den Frequenzgang zu ermitteln. Sehr gut geeignet zum Voreinstellen von Hörgeräte. Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 23

24 Was wir bis jetzt wissen Sinus: RMS und oder FFT möglich. Viel Information, aber langsam und kritisch bei komplexen Algorithmen. Vorgeschrieben bei Normmessungen (RMS Verfahren) Rauschen: Sinnvoll nur in Verbindung mit FFT, Gewichtung möglich. Damit Annäherung an Sprache. CHIRP: Schnellstmögliche Messung. Optimal geeignet zum Voreinstellen von Hörgeräten, weil Änderungen im Fittingmodul sofort sichtbar werden. Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 24

25 Die Eigendynamik eines Signals Bisherige Messmethoden haben die Eigendynamik des Signals nicht erfasst. Wie kann die Eigendynamik oder die Schwankungsstärke eines Signals erfasst werden? Wir nähern uns der Antwort über ein simples Experiment: Der aus der Audiometrie bekannten Amplitudenmodulation Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 25

26 Die Eigendynamik eines Signals Schwankungsstärke am Eingang = 0dB (untere Kurve) Schwankungsstärke am Ausgang = 0dB (obere Kurve) Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 26

27 Die Eigendynamik eines Signals Schwankungsstärke am Eingang = 20dB (untere Kurve) Schwankungsstärke am Ausgang = 20dB (obere Kurve) Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 27

28 Die Eigendynamik eines Signals Schwankungsstärke am Eingang = 20dB (untere Kurve) Schwankungsstärke am Ausgang = 10dB (obere Kurve) Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 28

29 Die Eigendynamik eines Signals Aus dem Verhältnis der Schwankungsstärken von Eingang zu Ausgang kann das Dynamische y Kompressionsverhältnis gebildet werden. Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 29

30 Ein neuer Parameter Eine AGC wird beschrieben durch: Kompressionsverhältnis Regelschwelle ll Ein- /Ausschwingzeit Was fehlt ist: Was macht das Regelsystem aus schwankenden (fluktuierenden) Signalen? Dies wird bestimmt durch den neuen Parameter: Dynamisches Kompressionsverhältnis Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 30

31 Die Eigendynamik eines Signals Bei diffusen Schwankungen (hier Sprache) klappt das Verfahren nicht mehr. Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 31

32 Häufigkeitsverteilung Pegelverlauf für einen Sinuston. Pegelverteilung für einen Sinuston. Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 32

33 Häufigkeitsverteilung Pegelverlauf und Häufigkeitsverteilung für einen AM Sinus. Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 33

34 Perzentilanalyse 30%, 65% und 99% Perzentile sowie Langzeitspektrum (LTAS). Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 34

35 Perzentilanalyse Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 35

36 Perzentilanalyse Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 36

37 Perzentilanalyse LTAS Eingang links, LTAS Ausgang rechts LE = 30dB; LA = 8dB CV~4 Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 37

38 Perzentilanalyse LTAS Eingang links, LTAS Ausgang rechts LE = 30 db LA = 8dB CV 3,75 Statischer Wert! Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 38

39 Perzentilanalyse Länge Balken links zu Länge Balken rechts Dynamischer Wert! Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 39

40 Perzentilanalyse Dynamischer Wert anders Regelzeit anders Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 40

41 Perzentilanalyse Umfangreiche Analysen an Hörgeräten möglich Auf jedes beliebige Signal anwendbar In der Standardisierung di i befindliches Verfahren Exzellent zum Voreinstellen von Hörgeräten geeignet Messungen unter realen Tragebedingungen g g möglich Einzelne Funktionselemente von Hörgeräten können erfasst werden In der Messbox und INSITU anwendbar Herstellerübergreifende Messungen möglich Gibt dem Akustiker (wieder) die Möglichkeit Frequenz- und Dynamikanpassung durchzuführen Löst den Akustiker aus der Abhängigkeit der Hersteller Macht eigene Anpasstrategien und Anpassprozesse möglich Ist für jedermann frei verfügbar (kein Patent) t) Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 41

42 Für Kenner, Könner, Pioniere Messtechnik mit Weitblick Harald Bonsel Fachvortrag: Messsignale und Messstrategien 42