1. No category

Audiogrammet er ikke nok!
Torben Poulsen
Institut for Elektroteknologi, Høresystemer
Danmarks Tekniske Universitet
2800 Lyngby
[email protected]
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
1
Indledning
• Tak for invitationen!
• Jeg vil fortælle lidt om





Hvem jeg er
Hvor jeg kommer fra
Noget om den normale hørelses funktion
Lydopfattelse hos personer med høretab
Lidt om forskningen på området
• I må gerne afbryde
• - der er sket meget
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
2
Torben Poulsen
• Undervisning og forskning




Psykoakustik, audiologi, audiometri
Akustisk kommunikation, taleforståelighed
Høreværn, støj og høreskader
Gene af støj
• Formand ISAAR (tidl. Danavox Symposium, GN ReSound)
 International Symposium on Auditory and
Audiological Research
• Medlem af ISO / TC43 / WG1
 Høretærskel, Audiometri, Kalibrering
• Formand ISO / TC43 / SC1 / WG17
 Målemetoder for høreværns dæmpning
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
3
Danmarks Tekniske Universitet, DTU
DTU Elektro
Akustisk Teknologi
og Høresystemer
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
4
Specielle målerum
Lyddødt rum
Lydhårdt rum
Lyttebokse
DTU Elektro – Hearing systems
Lytterum
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
5
DTU’s uddannelser
Bachelor 3 år
Master 2 år
Civilingeniør, 5 år
Andet
universitet
Akustikkurserner ligger i
Masterdelen
- Foregår på engelsk
Højttalere, hørelse, høreapparater,
lydoptagelse, lyd i rum og
bygninger, computersimulering, støj,
vibrationer, måleteknik
Bachelor of Engineering
Diplomingeniør, 3½ år
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
6
Noget om øret og lydopfattelse
• Om den normale hørelse
• Høretab og opfattelse af lyd
• Lidt om forskningen på området
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
7
Ørets anatomi
B
C
A
A. Ydre øre med pinna samt den bløde (brusk) og hårde (benet) øregang.
B. Mellemøret med trommehinden, hammeren, incus og stapes samt muskler.
C. Indre øre, med sneglen (cochlea) og balance-systemet (semicirkulærer kanaler) og
forbindelse til 8. kranienerve.
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
8
Hørecenter
Det indre øre, sneglen
Cochlea
Figur: C. Elberling
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
9
Øret
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
10
Det indre øre
Sneglen (Cochlea)
scala vestibuli
scala media
Cortiske organ
Basilar membran
scala tympani
stigbøjle
Tectorial membran
Indre hårcelle
Ydre hårceller
Basilar membran
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
11
Indre og ydre hårceller
 På basilarmembranen sidder ca. 3.000
indre hårceller (IHC) og ca. 12.000 ydre
hårceller (OHC).
 De indre hårceller sidder ordnet i én lang
række, mens de ydre hårceller er placeret i
trekantformationer, i tre rækker.
 På toppen af cellerne findes cilier
(fimrehår), hvoraf OHC’s cilier rager op i
tectorial membranen.
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
12
Vandrebølge på basilarmembranen
 Basilarmembranen er ca.
32 mm lang.
 I den basale ende (ved
vinduerne) er BM 0.1 mm bred,
mens den i den apikale ende
(toppen af sneglen) er 0.5 mm
bred.
 BM er smal og stiv i den
basale del, men den gradvis
bliver bredere og mere slap i den
apikale del.
 Denne struktur giver anledning
til bølgedannelse langs
membranen længde, som første
gang blev observeret af Georg
von Békésy i 1928.
DTU Elektro – Hearing systems
Stigbøjle
Runde
vindue
Vandrebølge
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
13
Fra frekvens til sted på Basilarmembranen
Georg von Békésy: Nobelprisen (1960)
250 Hz
4 kHz
Slow motion factor: 360
Apex (35 mm)
Toppen af
sneglen
Base (0 mm)
Mellemøre
Stigbøjle
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
14
Aktivering af hårceller
Basilarmembran
Nerveforbindelser
til og fra hjernen
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
15
Det Cortiske Organ
med indre og ydre hårceller
Elektrisk stimulation af
ydre hårcelle
Basilarmembran
‘Cochlear amplifier’ forstærker basilarmenbranes
bevægelse ved svage lydpåvirkninger.
Det typiske høretab: ingen forstærkning.
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
16
Nerveforbindelser til hårcellerne
Ydre hårceller
Indre hårcelle
Indre hårcelle
Information fra
hjernen
Mange nervetråde til de indre celler
Mange ydre celler må dele én nervetråd
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Ydre hårcelle
Information til
hjernen
To systemer:
Information til hjernen
Information fra hjernen
Audiogrammet er ikke nok!
17
Lidt om opfattelse af lyde
Psykoakustik
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
18
Høretærskel, smertetærskel
140
140
Smertetærskel
SPL, dB
Lydtrykniveau
130
130
120
120
110
110
100
100
90
90
80
80
Ubehagstærskel
70
70
60
60
50
50
40
40
Høretærskel
30
30
20
20
10
10
0
0
-10
20
70
100
200
500
2000
1000
5000
-10
20000
10000
Frequency, Hz
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
19
SPL, dB
Høretab → audiogram
140
140
130
130
120
120
110
110
100
100
90
90
80
80
70
70
60
60
50
50
40
40
30
30
20
20
10
10
0
0
-10
20
70
100
200
500
2000
1000
5000
0 dB HL
Normal hørelse
20
40
60
-10
20000
Audiogram
80
10000
Frequency, Hz
dB SPL
Sound pressure level
DTU Elektro – Hearing systems
100
120
125
250
500
1000
2000
4000 8000Hz
dB HL
Hearing Level
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
22
Audiogram
Høretab hos mænd. Effekt af alder (Median, ISO 7029)
Frequency, Hz
125
250
500
1k
2k
4k
0
20 years
10
Hearin g lo ss, d B HL
Normal hørelse
8k
30 years
20
40 years
30
50 years
40
60 years
50
70 years
60
70
Høretab
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
23
Audiogram
Høretab som skyldes støj (ISO 1996)
Frequency, Hz
125
250
500
1k
2k
4k
8k
0
20 years
Hearing loss, dB HL
10
30 years
20
40 years
30
50 years
40
60 years
50
70 years
60
70
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
24
Tab af ydre hårceller = tab af høreevne
På dette billede er ydre hårceller ødelagte, mens
indre hårceller fremstår mere intakte.
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
25
Maskering
120
Upward
spread of
masking
100
SPL in dB
80
Absolutte
høretærskel
Maskeret
høretærskel
60
40
20
0
100
1000
Frequency in Hz
10000
En lyd kan maskere en anden lyd så den ikke kan høres
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
26
Pause?
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
27
Høretab
• Hvis de ydre hårceller ikke fungerer godt:
 høretab mellem ca. 25 og ca. 50 dB
• Hvis de indre hårceller ikke fungerer godt:
 høretabet er typisk større end 50 dB
• Høretabet kan være
 I det indre øre (hårceller, blodforsyning, nerveforbindelser
 I nerveforbindelserne til hørecenteret
 I hørecenteret (cortex)
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
28
Problem
• Audiogrammet er et symptom
 Det viser følsomheden for én ren tone ad gangen
 Det måles ved høretærsklen
 - ikke ved normale lytte-niveauer
• Audiogrammet viser ikke
 Hvad der er galt
 Hvor der er noget galt
 Hvorfor der er noget galt
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
29
Høretabets fem dimensioner
• Nedsat følsomhed (= forhøjet høretærskel)
 audiogram
• Unormal opfattelse af lydstyrke
 recruitment (begrænset dynamikområde)
• Nedsat evne til at skelne mellem forskellige
toneområder
 bredere filtre, mere frekvensmaskering
• Nedsat evne til at skelne tidsmæssige forløb
 dårlig gap-detection, mere tidsmaskering
• Nedsat evne til at lokalisere lydkilder
Nedsat evne til at forstå tale
Audiogrammet er ikke nok!
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
30
Hvad kan høreapparater gøre?
• Nedsat følsomhed (= forhøjet høretærskel)
 audiogram
• Unormal opfattelse af lydstyrke
 recruitment (begrænset dynamikområde)
• Nedsat evne til at skelne mellem forskellige
toneområder
 bredere filtre, mere frekvensmaskering
• Nedsat evne til at skelne tidsmæssige forløb
 dårlig gap-detection, mere tidsmaskering
• Nedsat evne til at lokalisere lydkilder
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
OK
Ikke
endnu
31
Styrkefornemmelse, normal hørelse
Ændring på 20
dB svarer til
4 gange
kraftigere
10
Loudness, son
Styrkefornemmelse
100
Stevens
power law
1
0.1
20 dB
Lydtrykniveau, dB
0.01
-20
0
20
40
60
Loudness Level, phon
Normal høretærskel
DTU Elektro – Hearing systems
80
100
(= SPL in dB at 1 kHz)
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
32
Styrkefornemmelse, høretab
Normal hørelse:
Ændring på
20 dB svarer
til 4 gange
kraftigere
10
Loudness, son
Styrkefornemmelse
100
Stevens
power law
Høretab:
Ændring på
20 dB svarer
til 20 gange
kraftigere
1
0.1
20 dB
Lydtrykniveau, dB
0.01
-20
0
20
40
60
Loudness Level, phon
Normal høretærskel
80
100
(= SPL in dB at 1 kHz)
Forhøjet høretærskel
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
33
At forstå tale i støj
Talen er 10 dB svagere
end støjen
SNR = -10 dB
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Tale og støj har
samme styrke
SNR = 0 dB
Audiogrammet er ikke nok!
34
Audiogrammet er ikke nok
7 personer
JND in frequency (Hz)
‘Samme’ audiogram
JND in frequency (%)
Måling af taleforståelse i støj
Måling af frekvens-skelne-evne
Normal hørelse
Nedsat hørelse
Et høretab er ikke bare et høretab!
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
35
Syn og hørelse
Man får ikke normal hørelse af at bruge høreapparat
Syn
Korrektion med briller
Hørelse
Korrektion med høreapp.
Normalt sanseapparat
Defekt sanseapparat.
Stave og tappe på nethinden
fejler ikke noget!
Ydre hårceller i det indre øre er
defekte!
Udelukkende optisk
korrektion.
Virker fint.
Sender (mere) lyd ind til
det defekte system.
Virker det?
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
36
“Høre giner”
• Giner til en skrædder
• Giner til høreapparater
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
37
Bedre høreapparater
Bedre tilpasning af høreapparat
• Vi har behov for at kende (i det mindste)




Audiogram
Funktion af ydre hårceller (Sneglens forstærker)
Frekvens-skelne-evne (tuning kurver)
Hvert øre for sig!
• Det kan vi i laboratoriet (mange timer)
• Vi prøver at udvikle kliniske metoder
• Nyt problem:
 Hvilken lydbehandling er optimal for den hørehæmmede?
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
38
Widex Senso, 1996
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
39
Center for anvendt høreforskning
CAHR
Inspirerende, internationalt, aktivt og
tværfagligt forskningsmiljø.
Professor
Torsten Dau
Støttet af GN ReSound, Oticon, Widex, DTU, Fonde, …
Start: oktober 2003
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
42
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
43
Forskningsområder
Fysiologiske korrelater,
Brain imaging
Audio-visuel tale,
Neurale modeller
James Harte
Hans Heinrich
Bothe
Signalbehandlingen i
normalthørende og
hørehæmmedes ører
Psykoakustik,
Perceptionsmodeller
Taleforståelighedsmål,
Taleperception
Anvendelser:
Jörg
Buchholz
Torben
Poulsen
Høreapparater, CI,
nye audiologiske metoder
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Thomas
Peter
Søndergaard Christiansen
Audiogrammet er ikke nok!
44
Primær udfordring:
At løse “cocktail party problemet”
Nøgleproblemet:
Hørehæmmede personer har ofte
problemer med at forstå tale
når der er baggrundsstøj eller efterklang
I ”cocktail-party” situationer adskiller normalthørende
personer ubesværet forskellige lydkilder.
Intet teknisk system er tæt på præstere lige så godt.
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
45
Hvad vil vi gerne vide
• Hvilke egenskaber i det intakte høresystem er afgørende?
• Hvad gør det intakte høresystem så robust in vanskelige situationer?
• Hvad går tabt i det beskadigede høresystem (udover hørbarheden)?
• Hvordan kan vi implementere denne viden i applikationer?
(høreapparater, cochleare implantater, talegenkendere, klinisk
diagnosticering)
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
46
Øret fra en
ingeniørmæssig synsvinkel
Lytteeksperimenter
Periferisk
processering
Central
processering
 Modellering af hørelsens opfattelse
Inspireret af hørelsens fysiologi
Beslutning
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
47
Opfattelsen af tale
i komplekse omgivelser
Baggrundsstøj
“Hallo” ?
“Hallo”
Taler
Rum
påvirkning
Tilhører
• Fokus på taleforståelighed i komplekse omgivelser
• Påvirket af:
 Rum, baggrundsstøj, testpersonens høre-evne
 Visuel information (mundaflæsning)
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
48
SpaceLab
Vores virtuelle auditive miljø
•
•
Forskningsplatform med fuld kontrol over de akustiske omgivelser
 Simulering af hvilket som helst rum
Højttaler-baseret system
 Praktisk løsning til at håndtere:
• Rotationer af hovedet
• Personer med høreapparater
Opfattelses-baseret system
P1
2
1
P2
•
 Leverer en auditiv opfattelse tæt
på opfattelsen i det virkelige miljø.
 Undersøgelse af taleopfattelse og
grundlæggende auditiv lydbehandling.
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
49
Neural aktivitet i hørebanen
Kun den
ene side
er vist
Hørecenter
Auditory
Cortex
Inferior Colliculus
First stage of binaural interaction
Sneglen
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
50
Auditory evoked potentials
• Spændinger målt på overfladen af
hovedet.
• Overfladespændingens tidsrækker
kan knyttes til anatomiske områder.
• Vigtigt for klinisk diagnose.
• Effektivt forsknings-værktøj med
meget høj tidsopløsning
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
51
Projekter, CAHR
• Building blocks of spoken Danish – acoustically and perceptually
• Modelling the effective signal processing in the normal and impaired human auditory system
• Hvordan virker hørelsen?
• Behavioral measures of the phase response in the human auditory system
• Bedre diagnose. Audiogrammet er ikke nok!
• Comodulation masking release: Spectro-temporal pattern analysis in hearing
• Optimal
i høreapparater
• Envelope
processing inlydbehandling
the auditory system: Spectral
decomposition or temporal periodicity
analysis?
• Væsentlige elementer for forståelse af tale
• The effects of nonlinearities in auditory processing on the perception of modulated sounds
• Hvilke lyde er væsentlige for hørehæmmede?
• External and internal limitations in amplitude-modulation processing
• Interaction between pitch and modulation perception
Bedre
for personer med
• Development of optimized
stimuliforhold
eliciting acoustically-evoked
brainhøretab
potentials
• Modelling auditory-evoked responses
• Common principles of across-channel processing in monaural versus binaural hearing
- men
det
er enfilters
udfordring …
• Deriving the complex transfer function of the
human
auditory
• Development and evaluation of a Danish hearing in noise test
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
52
Tak for opmærksomheden!
Spørgsmål?
DTU Elektro – Hearing systems
Castbjerggård,
5. nov 2010
Audiogrammet er ikke nok!
53