Fa c h w i sse n Automatik oder Handschaltung? Untersuchung des Nutzens einer Programmwahlautomatik für Hörgeräteträger Erika Übelacker und Professor Dr. Jürgen Tchorz · Fachhochschule Lübeck I m Alltag bewegen wir uns in den unterschiedlichsten Hörumgebungen. Während gut Hörende auch unter akustisch schwierigen Bedingungen noch ausreichend gut verstehen können, ist dies für Schwerhörige oft sehr anstrengend oder unmöglich. Grund dafür ist eine Kom bination verschiedener Folgen einer Schwerhörigkeit: Neben der Verschiebung der Hörschwelle, die stattfindet, verschlechtert sich das Frequenzauflösungsvermögen, wodurch die Identifizierbarkeit einzelner Sprachanteile im Störschall beeinträchtigt wird. Auch das zeitliche Auf lösungsvermögen ist eingeschränkt, wodurch einerseits kurze Lücken im Störgeräusch nicht mehr so gut zum Sprachverstehen genutzt werden können und sich an dererseits die räumliche Trennung verschiedener Schall quellen durch eine Einschränkung auch des binauralen Hörvermögens verschlechtert. Diese Trennung ist aber von zentraler Bedeutung für den bekannten Cocktailparty-Effekt, also die Fähigkeit, einen Gesprächspartner trotz vieler verschiedener Störquellen aus anderen Rich tungen noch immer verstehen zu können. Situationsgerechte Programme Moderne Hörsysteme können zwar nicht alle diese Be einträchtigungen des Hörvermögens ausgleichen, sie kön nen aber durch eine situationsgerechte Verarbeitung das Verstehen und den Hörkomfort verbessern: In einer Si tuation mit einer räumlichen Trennung von Nutz- und Störschall beispielsweise kann eine Richtwirkung der Mikrofone ein deutlich besseres Sprachverstehen bewir ken – insbesondere wenn Algorithmen zum Einsatz kom men, die das beidohrige Hören unterstützen. In einer 8 Foto: SelectStock / istockphoto.com Ein Hörgerät muss seinen Träger in mög lichst vielen akustischen Situationen zufrieden stellen. Viele moderne Hörsysteme verfügen deshalb über Programme, die unterschiedliche Einstellungen für verschiedene Hörsituationen bereitstellen, zum Beispiel für eine Autofahrt. In der nachfolgend vorgestellten Studie wurden der Nutzen der Programmwahlautomatik so wie die Übereinstimmung zwischen automa tischer Programmwahl und einer manuellen Programmeinstellung durch den Hörgeräteträger untersucht. ruhigen Situation sollten die Mikrofone dagegen omni direktional eingestellt sein. Situationsspezifische Hörpro gramme mit unterschiedlichen Feature- und Verstärkungs einstellungen werden diesen Anforderungen gerecht. Der Hörgeräteträger kann die verschiedenen Programme je nach Bedarf manuell aktivieren. Da ein Großteil der Hör geräteträger im Alltag jedoch gar nicht dauernd das Hör programm umstellen möchte oder auch damit überfordert wäre, das für die jeweilige Situation optimale Hörpro gramm auszuwählen, können automatische Programm wahlverfahren diese Aufgabe übernehmen. Dies konnte bereits in mehreren Studien nachgewiesen werden (Büch ler 2001, Büchler 2004). Diese Algorithmen nutzen physi kalische Eigenschaften des Schalles aus, die typisch für bestimmte Hörumgebungen sind. Dazu gehören der Pe gel, spektrale Schwerpunkte, zeitliche Fluktuationen oder auch eine harmonische Struktur, um nur einige zu nennen (Kates 1995). Das erste Hörsystem mit einer automatischen Programmwahl kam bereits im Jahr 2000 auf den Markt. Bei diesem Gerät wurden „Ruhige Umgebung“ oder „Reines Störgeräusch“ und „Sprache im Störgeräusch“ klassifiziert. Die Auswahl an Situationen, zwischen denen automatisch unterschieden werden kann, hat sich seither deutlich er höht und umfasst mittlerweile auch hallige Umgebungen und Gespräche im Auto, bei denen der Gesprächspartner neben dem Hörgeräteträger sitzt, sodass ein Richtmikro fon mit Fokus nach vorne nicht hilfreich wäre. Studien zur automatischen Programmwahl untersuch ten bisher in erster Linie die Zuverlässigkeit, mit der un terschiedliche Situationen vom Hörgerät erkannt werden (Hessefort 2008, Xiang et al. 2010). Durch verbesserte Klas Hörakustik 1/2015 Fa c h w issen sifikatoren soll die Zahl der Fehlentscheidungen und da mit unangebrachter Hörgeräteeinstellungen verringert werden. Bezüglich der manuellen Programmwahl wird im Allgemeinen davon ausgegangen, dass die Nutzer jenes Programm wählen, welches vom Hersteller für die jewei lige Situation vorgesehen ist. Die hier vorgestellte Studie untersuchte zum einen, ob dies tatsächlich der Fall ist. Sie wurde unter Laborbedingungen durchgeführt, da hier die Hörsituation besser kontrollierbar und besser repro duzierbar ist. Zum anderen wurde die Frage gestellt, ob sich bei unterschiedlicher automatischer und manueller Programmwahl auch Unterschiede im Sprachverstehen und der subjektiven Wahrnehmung ergeben, ob also das manuelle oder das automatische Programm einen höhe ren wahrgenommenen Nutzen bringt. Methode An der Studie nahmen 14 erfahrene Hörgeräteträger teil (sieben Frauen und sieben Männer). Das Durchschnitts alter lag bei 72 Jahren. Alle Probanden hatten einen sym metrischen Schallempfindungshörverlust (mittlerer Hör verlust von 250 Hz bis 4 kHz: 48 dB). Die Untersuchungen wurden mit dem Hörsystem Audéo V 90-312 des Herstel lers Phonak durchgeführt. Die Automatik dieses Hörsys tems kann insgesamt sieben Hörumgebungen unterschei den. Anhand der Klassifikation schaltet das Gerät in ein jeweils passendes Hörprogramm, wobei die Übergänge zwischen den Hörgeräteeinstellungen fließend sind – so wie auch die Übergänge zwischen den Situationen flie ßend sind. Ab welchem Störgeräuschpegel Sprache zu Sprache im Störschall wird, ist nicht eindeutig festlegbar. Vier der sieben Hörumgebungen wurden in klaren Aus prägungen im Labor simuliert (siehe Abbildung 1). Als Sprachsignal wurde dabei jeweils das Material des Göttinger Satztestes (Kollmeier und Wesselkamp 1997) verwendet. Zunächst wurde untersucht, welche manuelle Programmwahl die Probanden in der jeweiligen Situation auswählen. Bei der Wahl des manuellen Programmes konnten die Probanden beliebig lange zwischen den Hör programmen „Ruhige Umgebung“, „Komfort im Störge räusch“, „Verstehen im Störschall“, „Verstehen im lauten Störschall“ und „Verstehen bei Fahrgeräuschen“ hin- und herschalten, bis sie ihre endgültige Auswahl getroffen hat ten. Dabei bekamen die Probanden die Einweisung, das jenige Programm auszuwählen, welches sie nach eigenen Kriterien bevorzugten. Die automatische Programmwahl der Hörsysteme in den vier Situationen wurde an einem Kunstkopf in der Position der Probanden in der Mitte des Lautsprecherkreises ermittelt. Dazu wurde das von der Automatik gewählte Hörprogramm von einer Software aus den Hörgeräten ausgelesen. An einem zweiten Termin wurde mit den Probanden in denselben Hörumgebungen, in denen auch die Pro grammauswahl erfolgte (siehe Abbildung 1), der Göttinger Satztest durchgeführt, wobei jedoch der Pegel des Sprach materials entsprechend der Prozedur eines adaptiven Tes tes variiert wurde, um den Signal-Rausch-Abstand zu er Hörakustik 1/2015 Abb. 1: Setup für die manuelle Programmauswahl und den subjektiven Vergleich. Der Proband sitzt in der Mitte des Lautsprecherkreises (Abstand circa 1 m, Richtung 0°). a. Sprache in ruhiger Umgebung: Das Sprachmaterial wird von vorne präsentiert (0°), mit einem Pegel von 60 dB; aus den anderen elf Lautsprechern wird kein Stör geräusch dargeboten. b. Sprache im Störgeräusch: Das Sprachmaterial wird von vorne präsentiert (0°), mit einem Pegel von 75 dB (A) und Störgeräusch (Cafeteria) von allen anderen elf Lautspre chern mit einem Gesamtpegel von 70 dB (A). c. Sprache im lauten Störgeräusch: Das Sprachmaterial wird von vorne präsentiert (0°), mit einem Pegel von 75 dB (A) und Störgeräusch (Cafeteria) aus den gekenn zeichneten Lautsprechern mit einem Pegel von 73 dB (A). d. Sprache im Auto: Das Sprachmaterial wird präsentiert aus 90° und 270° mit einem Pegel von 60 dB (A), das Stör geräusch (Auto: Motor-, Roll- und Windgeräusche) mit einem Pegel von 58 dB (A). Abbildungen: Erika Übelacker / FH Lübeck halten, bei dem ein Sprachverstehen von 50 Prozent er reicht wird. Der Störgeräuschpegel blieb dabei fest und entsprach den in Abbildung 1 beschriebenen Werten. Der Satztest wurde sowohl mit dem (fest eingestellten) auto matischen Programm als auch mit dem beim ersten Ter min festgestellten manuellen Programm in jeder Hör umgebung durchgeführt, wenn sich automatisches und manuelles Programm unterschieden. Im Anschluss an die Sprachtests wurden die Probanden mithilfe eines Fragebogens gefragt, wie sie die verschie denen Programme beurteilten und welches der Program me sie in den verschiedenen Hörumgebungen bevorzug ten. Dabei wussten weder der Proband noch die Versuchs leiterin, ob jeweils das automatische oder das manuelle Programm aktiviert war, da die Programmierung der Ge räte durch eine weitere Person erfolgte. Somit wurde der subjektive Vergleich in einem doppelt verblindeten Ver suchsdesign durchgeführt. Durch die abschließende Fra ge nach der Bevorzugung konnte festgestellt werden, ob die beim ersten Termin getroffene Wahl bestätigt wurde (Test-Retest-Verfahren). 9 Fa c h w i sse n Ergebnisse Automatische Programmwahl In Tabelle 1 sind die Hörprogramme aufgeführt, die von der Automatik eingestellt wurden. Hörumgebung Von der Automatik gewähltes Hörprogramm Sprache in ruhiger Umgebung „Ruhige Umgebung“ Sprache im Störgeräusch „Verstehen im Störgeräusch“ Sprache im lauten Störgeräusch „Verstehen im lauten Störgeräusch“ Sprache im Auto „Verstehen bei Fahrgeräuschen“ Tab. 1: Automatische Programmwahl in den vier unter suchten Hörumgebungen Manuelle Programmwahl Bei der Untersuchung der manuellen Programmwahl zeigt sich in den vier Hörumgebungen eine nur geringe Übereinstimmung mit der automatischen Programmwahl. Abbildung 2 zeigt für alle vier Umgebungen die Verteilung der manuellen Programmwahl. Störgeräuschunterdrückung verfügen. Bei der Ermittlung der manuellen Programmwahl wurden die Probanden auch gefragt, warum sie das jeweilige Hörprogramm be vorzugten. In der Hörumgebung Sprache in ruhiger Um gebung orientierten sich die Probanden an dem Klang beziehungsweise der Deutlichkeit des Sprachsignals. In den Hörumgebungen Sprache im Störgeräusch und Spra che im lauten Störgeräusch entschieden sich die Proban den aufgrund des verringerten Störgeräusches oder auf grund der Kombination aus verringertem Störgeräusch und der Deutlichkeit des Sprachsignals für ein Hörpro gramm, welches dieses Kriterium erfüllte. In der Hör umgebung Sprache im Auto gab es kein eindeutiges Aus wahlkriterium. In allen drei Störgeräuschsituationen ist der Anteil der Probanden, die das Hörprogramm „Komfort im Störschall“ wählten, besonders hoch, weil offensichtlich eine Redu zierung des Störgeräusches als wichtiger empfunden wur de als ein verbessertes Sprachverstehen. Die Automatik ist dagegen so abgestimmt, dass hier ein möglichst hohes Sprachverstehen erreicht werden kann. Erst bei noch un günstigeren Signal-Rausch-Abständen würde die Automa tik in das Programm „Komfort im Störschall“ wechseln. Satztest In Abbildung 3 ist für alle vier Hörumgebungen die Dif ferenz zwischen dem Sprachverstehen im Automatik programm und im manuell gewählten Programm dar gestellt. Abb. 2: Ergebnis der manuellen Programmwahl in den vier Hörumgebungen. Gewählte Hörprogramme: Orange: „Verstehen im Stör geräusch“; Blau: „Ruhige Umgebung“; Grün: „Komfort im Störgeräusch“; Dunkelrot: „Verstehen bei Fahrgeräuschen“; Gelb: „Verstehen im lauten Störgeräusch“ Maximal vier von 14 Probanden wählten das gleiche Hörprogramm wie die Automatik. In den Hörumgebungen Sprache in ruhiger Umgebung und Sprache im Auto gab es keine eindeutige Präferenz eines Hörprogrammes. In den Hörumgebungen Sprache im Störgeräusch und Sprache im lauten Störgeräusch entschieden sich die Pro banden für Hörprogramme, die eine direktionale Richt charakteristik aufweisen oder über eine stärker aktivierte 10 Abb. 3: Differenz zwischen dem Sprachverstehen im Auto matikprogramm und im manuell gewählten Programm. Ein positiver Wert bedeutet besseres Sprachverstehen im Automatikprogramm. Bei der Darstellung mit Boxplots liegen die Hälfte aller Messwerte innerhalb der Box. Der dicke waagerechte Strich innerhalb einer Box kennzeich net den Median der Messwerte. Ein positiver Wert bedeutet, dass mit der Automatik ein besseres Sprachverstehen erzielt wird als mit dem manu ell gewählten Programm. In den Hörumgebungen Sprache im Störgeräusch und Sprache im lauten Störgeräusch so wie in der Auto-Umgebung erzielten die Probanden ein Hörakustik 1/2015 Fa c h w issen Nach den Sprachtests wurden die Probanden in allen Situationen gefragt, ob sie das Automatikprogramm oder das manuell gewählte Programm bevorzugten (ohne zu wissen, um welches Programm es sich handelt). Abbildung 4 zeigt die Verteilung der Antworten. Automatik w/n manuell Automatik w/n manuell Automatik w/n manuell Automatik w/n manuell Abb. 4: „Welches Hörprogramm bevorzugen Sie in dieser Situation?“ In vielen Fällen wurde nicht mehr das manu elle Programm bevorzugt, welches beim ersten Termin in derselben Situation ausgewählt worden war. Die Abkür zung w/n steht für weder/noch. Beim subjektiven Vergleich des vom System und des vom Probanden gewählten Programmes zeigt sich, dass, obwohl durch das automatische Programm ein besseres Sprachverstehen gewährleistet werden kann, das indivi duelle Programm teilweise trotzdem bevorzugt wird, da bei der Auswahl des Programmes auch noch andere Kri terien wie zum Beispiel der Hörkomfort eine Rolle spielen und nicht nur das reine Sprachverstehen. Wünschenswert für die Zukunft wäre es deshalb, das automatische Klas sifikationssystem bei der Anpassung individualisieren zu können, sodass von Fall zu Fall das System eher in Rich tung Sprachverstehen oder eher in Richtung Komfort aus gelegt ist. Literatur Büchler M (2001) How good are automatic program selection features? A look at the usefulness and acceptance of an automatic program selection mode. In: Hear Rev, 9, S. 50–54, 84 Büchler M (2004) Usefulness and acceptance of automatic program selection in hearing instruments. Phonak Focus 27 Hessefort K (2008) SoundFlow – Seamless adaptation to every sound scape. Phonak Field Study News (FSN) Kates JM (1995) Classification of background noises for hearing-aid applications. In: J Acoust Soc Am, 97(1), S. 461–470 Kollmeier B, Wesselkamp M (1997) Development and evaluation of a German sentence test for objective and subjective speech intelligibi lity assessment. In: J Acoust Soc Am, 102(4), S. 2 412–2 421 Xiang JJ, McKinney MF, Fitz K, Zhang T (2010) Evaluation of sound classification algorithms for hearing aid applications. In: Proc. IEEE International Conference on Acoustics Speech and Signal Processing (ICASSP), S. 185–188 Die Autoren Foto: privat Bevorzugung eines Hörprogrammes seits auch noch das Programm auswählt, das in der jewei ligen Situation das beste Sprachverstehen liefert. Erika Übelacker machte von 2008 bis 2011 die Ausbildung zur Hörgeräteakustikerin bei der Hörgeräte Seifert GmbH in Nürnberg. Von 2011 bis 2014 studierte sie Hörakustik an der Fachhochschule (FH) Lübeck. Foto: FH Lübeck signifikant besseres Sprachverstehen mit dem automati schen Programm (p < 0.05). Im Median liegt hier die Ver besserung bei jeweils circa 1 dB. Der Göttinger Satztest hat an der Schwelle eine Steigung von circa 20 Prozent/dB. Der gemessene mittlere Effekt entspricht also einer Ver besserung des Sprachverstehens um etwa 20 Prozentpunk te. In der ruhigen Umgebung liegt kein signifikanter Un terschied vor, was verdeutlicht, dass die Algorithmen, die bei Auswahl eines abweichenden Programmes aktiviert wurden, keinen negativen Effekt auf das Sprachverstehen haben. Professor Dr. Jürgen Tchorz studierte Physik an der Uni Oldenburg. Nach seiner Pro motion im Jahr 2000 arbeitete er in der Hörgeräteindustrie. Seit 2005 betreut er als Pro fessor an der FH Lübeck den Bachelorstudiengang Hör akustik. Lediglich in der Hörumgebung Sprache im lauten Stör geräusch bevorzugte die Mehrheit der Probanden noch das Programm, welches beim ersten Termin für diese Situation ausgewählt wurde. In den anderen Situationen wurde mindestens genauso oft das Automatikprogramm bevorzugt – oder keine der beiden Möglichkeiten. Zusammenfassung Ein Hörgerät muss den Hörgeräteträger in möglichst vielen akustischen Situationen zufriedenstellen. Da dies mit nur einer Einstellung praktisch unmöglich ist, verfü gen Hörgeräte über Programme, die verschiedene Einstel lungen in verschiedenen Situationen bereitstellen. Da die richtige Auswahl dieser Programme für den Hörgeräteträ ger oft sehr schwierig ist, übernimmt eine Automatik die an die jeweilige Situation angepasste Auswahl des entspre chenden Programmes. Die vorgestellte Studie zeigt, dass das automatische System dem Hörgeräteträger das Leben erleichtert, indem es einerseits die Auswahl des situations gerechten Programmes für ihn übernimmt und anderer Hörakustik 1/2015 Die Autoren danken der Firma Phonak in Stäfa für die Unterstützung der Studie. 11
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