Evaluation of an adjustment method to determine the benefit of single microphone noise reduction algorithms
Evaluation eines Einregelungsverfahrens zur Bestimmung des Nutzens einkanaliger Algorithmen zur Störgeräuschreduktion
Anne Schlüter 1, Jacob Aderhold 1, Shiran Koifman 1, Melanie Krüger 1, Theresa Nüsse 1, Ulrike Lemke 2, Inga Holube 1
1 Institut für Hörtechnik und Audiologie, Jade Hochschule, Oldenburg, Deutschland
2 Phonak AG, Stäfa, Schweiz
Abstract | Noise reduction algorithms theoretically reduce noise mainly at positive signal-to-noise ratios (SNRs). This improvement is difficult to verify with sentence-in-noise tests because these are most sensitive at negative SNRs. Therefore, the applicability of another subjective adjustment method for the evaluation of noise reduction algorithms was examined. This adjustment method was proposed by Wittkop et al. (1997). For this method, the SNR of a test signal, mixed speech and noise, is adjusted to the same speech intelligibility as those of a reference signal. The reference signal is processed with a noise reduction algorithm. Therefore, the improvement of the SNR by the algorithm can be determined. The adjustment method was applied at three different SNRs – at the individual speech reception threshold (SRT), at a positive SNR of 5 dB and at the mean of both values. Additionally, the shadow-filtering method proposed by Kallinger et al. (2009) was used for comparison. For this method, the algorithms are applied at a SNR with maximum noise reduction and the speech and noise signals are filtered separately with the respective coefficients. This procedure allows for an adjustment at negative SNRs even if the noise reduction is applied at positive SNRs. Results for twelve normal hearing and twelve hearing impaired listeners (after exclusion of four listeners with problems during test execution) showed that the adjustment is easier to perform at SRT compared to a positive SNR of 5 dB. Significant improvements of the SNR due to the noise reduction algorithm were only observed for the shadow-filtering method. Unfortunately, this method requires a-priori knowledge about the parts of the signal and can therefore not be applied to real world hearing instruments.
Keywords: hearing aid evaluation, noise reduction, speech intelligibility, subjective assessment
Zusammenfassung | Algorithmen zur Störgeräuschreduktion in Hörgeräten führen theoretisch vor allem bei positiven Signal-Rausch-Verhältnissen (SNRs) zu einer Reduktion des Störgeräusches. Diese Reduktion ist schwierig mit Satztestverfahren nachzuweisen, da diese Tests vor allem bei negativen SNRs sensitiv sind. Deshalb wurde die Anwendbarkeit eines anderen subjektiven Testverfahrens zur Evaluation der Wirkung von Störgeräuschreduktionsalgorithmen untersucht. Bei dem von Wittkop et al. (1997) vorgeschlagenen Verfahren wird der SNR eines Testsignals, bestehend aus Sprache und Hintergrundgeräusch, so eingeregelt, dass die Sprachverständlichkeit derjenigen eines Referenzsignals entspricht. Das Referenzsignal wird dabei mit einem Störgeräuschreduktionsalgorithmus verarbeitet, sodass die Verbesserung des SNR durch den Algorithmus ermittelt werden kann. Das Einregelungsverfahren wurde für drei verschiedene SNRs durchgeführt – bei der individuellen Sprachverständlichkeitsschwelle (SRT), bei positivem SNR von 5 dB und beim Mittelwert aus diesen beiden Werten. Als Spezialfall wurde in dieser Studie außerdem das Shadow-Filtering-Verfahren (Kallinger et al. 2009) genutzt. Dafür arbeiten die Algorithmen bei einem SNR mit maximaler Störgeräuschreduktion und die dabei berechneten Koeffizienten werden auf die separat vorliegenden Signale (Sprache und Rauschen) angewendet. Dadurch ist es möglich, eine Einregelung bei einem negativen SNR durchzuführen, obwohl die Störgeräuschreduktion bei einem positiven SNR angewandt wurde. Die Ergebnisse von zwölf normalhörenden und zwölf schwerhörigen Probanden (nach Ausschluss von vier Probanden mit Problemen bei der Testdurchführung) zeigen, dass die Einregelung beim SRT besser gelingt als bei einem positiven SNR von 5 dB. Signifikante Verbesserungen des SNR durch die Störgeräuschreduktion konnten nur mit dem Shadow-Filtering-Verfahren nachgewiesen werden, das jedoch aufgrund des notwendigen a-priori-Wissens über die Signalanteile bei realen Hörgeräten nicht angewendet werden kann.
Schlüsselwörter: Hörgeräteevaluation, Störgeräuschreduktion, Sprachverständlichkeit, subjektive Bewertung