Implementierung und Evaluation einer akustischen Raumsimulation für audiologische Testungen

Implementation and evaluation of acoustic room simulation for audiological testing

Anja Eichenauer, Uwe Baumann, Tobias Weißgerber
Audiologische Akustik, Klinik für HNO-Heilkunde, Universitätsklinikum Frankfurt am Main

Zusammenfassung: In alltäglichen Hörsituationen ist die akustische Kommunikation von verschiedenen, anspruchsvollen akustischen Umgebungen geprägt. In der Regel treten Nebengeräusche auf und zusätzlich wird der Schall in Räumen von Wänden und Gegenständen reflektiert. Reflexionen haben einen Einfluss auf die Diskrimination von Sprachinformationen, jedoch werden audiologische Routinemessungen weitgehend in Messkabinen mit geringer Nachhallzeit durchgeführt. Das Ziel dieser Arbeit war die Implementierung und Evaluation eines Raumsimulationssystems zur Untersuchung der Hörleistung in alltagsnahen Hörsituationen mit unterschiedlicher Raumakustik und Nachhall.

Mithilfe einer Raumsimulations-Software wurde die Schallausbreitung in Abhängigkeit der Raumgeometrie und der Raumakustik berechnet. Über ein Multikanal-Wiedergabesystem mit 128 Lautsprechern werden den Ergebnissen der Simulation folgend der Anteil des Direktschalls und der Raumreflexionen wiedergegeben. Somit können beliebige Räume unter realitätsnahen und kontrollierten akustischen Bedingungen im Labor rekonstruiert werden.

Das Verfahren wurde anhand eines Raummodells eines leeren Hörsaals für verschiedene Absorptionsgrade evaluiert. Technische Messungen der Nachhallzeit (RT) und des Deutlichkeitgrades (D50) zeigten gute Übereinstimmung mit den Modellvorgaben. Zusätzlich wurden interaurale Pegeldifferenzen (ILDs) aufgezeichnet und in Bezug zu Sprachverständlichkeitsschwellen gebracht. Es zeigte sich, dass die ILDs mit zunehmendem Nachhall um bis zu 10 dB abnehmen. Gleichzeitig ist im Vergleich zwischen Freifeld und Nachhallkondition eine Verschlechterung des spatial release from masking (SRM) um bis zu 5,5 dB SNR zu verzeichnen.

Die Untersuchung der Diskrimination von Sprache mittels des vorgestellten Raumsimulations-Systems erweist sich als sinnvolle Ergänzung zu etablierten audiologischen Messverfahren. Ein unter bestimmten raumakustischen Bedingungen erzieltes Sprachverstehen kann reproduzierbar und zuverlässig untersucht werden.

Stichwörter: Raumsimulation, Nachhall, Sprachverstehen, räumliche Entmaskierung, SRM, interaural level difference, ILD

Abstract: Communication in everyday life listening situations is characterized by a variety of challenging acoustic scenes. Usually, background noise sources are present and, additionally, direct sound in rooms is reflected from walls and surfaces. These reflections affect speech perception. However, audiological assessments are usually performed in audiometric booths with very short reverberation time. The present study aims at implementing and evaluating a room simulation system to examine hearing ability in everyday life listening situations with different acoustic properties and reverberation.

By means of a room simulation software sound propagation was calculated in relation to room geometry and acoustic room parameters. The direct sound and its reflections are presented according to their direction by using a multichannel playback system with 128 loudspeakers. The setup is able to simulate desired room characteristics in the laboratory under realistic and controllable acoustic conditions.

The room simulation procedure was evaluated using an empty auditorium with different degrees of absorption properties. Technical measurements of reverberation time (RT) and distinctness (D50) showed good agreement with the model data. Additionally, interaural level differences (ILDs) were recorded and correlated with speech reception thresholds. ILDs are reduced up to 10 dB with increasing reverberation. At the same time, spatial release from masking (SRM) compared to free field conditions decreased up to 5.5 dB SNR.

The determination of speech discrimination using the presented room simulation system is a useful complement to established audiological measurements. Hearing performance can be determined reproducibly and reliably under defined acoustic properties.

Keywords: Room simulation, reverberation, speech perception, spatial release from masking, SRM, interaural level difference, ILD

Perspective: Real ear verification of hearing aid gain and output

Blickwinkel: Insitu-Verifikation von Hörgeräteverstärkung und -ausgangsleistung

H. Gustav Mueller ^1
1 Vanderbilt University School of Medicine, Nashville, United States

Abstract: It is the role of the audiologist to ensure that hearing aids are programmed and fitted to optimize benefit. Research has shown that haphazard fittings lead to reduced performance for the hearing aid user. This paper reviews the evidence supporting the use of validated prescriptive methods such as the NAL-NL2. The use of prescriptive methods includes ensuring that the fitting targets are met relative to ear canal SPL. This verification only can be made using probe-microphone measures; current techniques and procedures for this verification are discussed.

Keywords: probe microphone measures, real ear measures, hearing aid verification, prescriptive hearing aid fittings, NAL-NL2

Zusammenfassung: Aufgabe des Audiologen ist die Programmierung und Anpassung von Hörgeräten, sodass der größtmögliche Gewinn gewährleistet werden kann. Untersuchungen haben gezeigt, dass zufällige Anpassungen zu einer reduzierten Leistung für den Hörgerätenutzer führen. Dieser Artikel überprüft die Belege, die die Nutzung von validierten Berechnungsmethoden wie NAL-NL2 unterstützen. Die Nutzung von Berechnungsmethoden umfasst die Gewährleistung, dass die Anpassziele in Bezug auf die Schalldruckpegel im Gehörgang erreicht werden. Diese Verifikation kann nur mit Sondenmikrofonmessungen durchgeführt werden; aktuelle Techniken und Verfahren für diese Verifikation werden diskutiert.

Stichwörter: Sondenmikrofonmessungen, Messungen am menschlichen Ohr, Überprüfung von Hörsystemen, vorberechnete Hörsystemanpassungen, NAL-NL2

Radiologische Bestimmung der Position von Cochlea-Implantat-Elektroden und deren Frequenzzuordnung nach unterschiedlichen Modellen

Radiological determination of the position of cochlear implant electrodes and their frequency assignment according to different models

Hannah-Lina Neumayer, Youssef Adel, Uwe Baumann
Audiologische Akustik, Klinik für HNO-Heilkunde, Universitätsklinikum Frankfurt, Frankfurt am Main

Zusammenfassung: Cochlea-Implantate (CI) sind heute das Mittel der Wahl, um bei ertaubten oder hochgradig schwerhörigen Patienten die Hörfunktion in Teilen wiederherzustellen. Durch den in die Cochlea eingebrachten Elektrodenträger können Spiralganglienneurone elektrisch stimuliert werden. Der von den Reizelektroden überspannte Stimulationsbereich hängt stark von der Elektrodenlänge, der Elektrodenbauform und den individuellen anatomischen Verhältnissen der Cochlea ab. Die Verteilung der den einzelnen Elektroden zugeordneten Bandpassfilterfrequenzen zeigt im Vergleich zur regulären Verteilung der Elektrodenposition-Frequenzzuordnung (Ep-Fz) auf der Basilarmembran einen Frequenzversatz (FV), der von der erreichten Insertionstiefe des Elektrodenträgers abhängt.

In der vorliegenden Arbeit wurden zur Untersuchung des FV postoperative digitale Volumentomographie-Aufnahmen (DVT) genutzt, welche zur Lagekontrolle des Elektrodenträgers (MED-EL FLEX28, Innsbruck, Österreich) bei N = 32 Ohren angefertigt wurden. Des Weiteren wurden die individuellen Einstellungen der CI-Prozessoren (MED-EL Sonnet) bezüglich der Zuordnung der Bandpassfilterfrequenzen herangezogen. Zur Bestimmung der individuellen Länge des ductus cochlearis (cochlear duct length, CDL) wurden mehrere Schichtbilder übereinandergelegt. Nach der Bestimmung der Referenzpunkte nach Escudé.et.al. (2006) [2] wurde individuell der CDL berechnet. Die in dieser Arbeit ermittelten CDL-Daten sind in Bezug auf die Verteilung mit den Ergebnissen von Escudé et al. vergleichbar. Ebenfalls konnten aus den DVT-Schnittbildern die Insertionswinkel der einzelnen Elektrodenkontakte bestimmt werden. Über die Insertionswinkel wurde die Ep-Fz mithilfe der Greenwood-Modellfunktion [4] der einzelnen Kontakte unter Zuhilfenahme der Modelle von Escudé et al. [2] sowie Stakhovskaya et.al. (2007) [3] berechnet. Der Vergleich der auf diese Weise ermittelten Ep-Fz mit der Frequenzbandzuordnung der individuell angepassten CI-Prozessoren zeigte einen FV zwischen 175,8 Hz und 5,48 kHz, der im apikalen stärker als im basalen Bereich ausfiel.

Insgesamt zeigte sich, dass mit der Berechnung nach Stakhovskaya et al. [3] mit Bezugspunkt Corti-Organ der Interquartilabstand der Ep-Fz-Differenz am geringsten ausfiel, was einer geringeren Streuung im Vergleich zum individualisierten Modell nach Escudé entspricht. Hieraus lässt sich schließen, dass für die untersuchte Elektrodenbauform (Elektrodenkontakte in Nähe der lateralen Wand) mit dem Bezugspunkt Corti-Organ eine individuellere Bestimmung der Ep-Fz möglich ist.

Stichwörter: Cochlea-Implantate, Cochlea-Implantat-Elektroden, Frequenzzuordnung

Abstract: Cochlear implants (CIs) are currently the therapy of choice to regain hearing sensation in patients with severe or complete hearing loss. The electrode carrier inserted into the cochlea can electrically stimulate auditory nerve fibers at different locations. The stimulated population depends on the length and design of the electrode, as well as the individual anatomical variations of the cochlea. The frequency mismatch between the bandpass filter frequency assigned to each electrode and the normal tonotopic distribution of characteristic frequencies along the basilar membrane depends mainly on the insertion depth of the electrode array.

In this study, cone-beam CT was collected from 32 ears after cochlear implantation (MED-EL FLEX28, Innsbruck, Austria) to assess electrode placement. CT images were analyzed to determine electrode positions and to calculate individual frequency mismatch. An overlay of selected slices was used to estimate individual cochlear duct length (CDL). CDL was calculated after setting reference points according to Escudé et al. (2006) [2]. CDL results were generally comparable with the data presented by Escudé et al. [2]. Furthermore, insertion angles of all electrodes were measured. Using the insertion angles, the tonotopic assignment according to Greenwood [4] (electrode position to frequency map, Ep-Fm) of the individual electrode contacts was determined using the models of Escudé et al. [2] as well as Stakhovskaya et al. (2007) [3]. The comparison of these results with the frequency band assignment of the individual CI processor fitting (MED-EL SONNET) showed a frequency mismatch between 175.8 Hz and 5.48 kHz, which was higher in the apical than in the basal region.

The results of this study showed that the calculation proposed by Stakhovskaya et al. [3] with the organ of Corti as the reference point yielded the minimal interquartile range of the Ep-Fm difference from the individualized model according to Escudé. Thus it can be concluded that for electrode locations close to the lateral wall this method allows a more accurate determination of characteristic frequency allocations.

Keywords: cochlear implants, cochlear implant electrodes, frequency assignment

^{*  Online Erstveröffentlichung im GMS Z Audiol (Audiol Acoust). doi: 10.3205/zaud000006}