1. No category

Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Titel: Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt
på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
Student: David Harbo Jordell
Fag: Speciale
Studium: Kandidat i audiologi
Fakultet: Humanistisk fakultet
Semester og år: 4. semester, 2014/2015
Intern vejleder: Carsten Daugaard
Ekstern vejleder: Ellen Raben Pedersen
Universitet: Syddansk Universitet (SDU)
Type-enheder/tegn/anslag: 149873
Figurer: Specialet inkludere 24 figurer, hvor af 12 er udarbejdet selv
Tabeller: Specialet inkludere 5 tabeller hvor af alle er udarbejdet selv
Normalsider i alt: I alt svarende til 91,37 normalsider efter de gældende
regler for hjemmeopgaver
Resumé på et andet hovedsprog: Engelsk resumé/abstract er på 5844
type-enheder, svarende til 2,78 normalsider
Antal afleverede sider i denne PDF. Inklusiv abstact,
indholdsfortegnelse, litteraturliste, bilag o.a. består denne PDF af i alt af 93
hele sider
1
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Retningsmikrofoner og støjreducerende
algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved
simultan anvendelse
2
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
1. Engelsk resumé/abstract
Goal: The main goal of this thesis is to measure the simultaneous benefit of directional
microphones and noise reduction algorithms on speech intelligibility in noise, and thereby to
detect if they affect each other’s performance.
Motivation: Difficulty from understanding speech in noise is the most common complaint from
hearing aid users and has been for ten years, and the demand for effective signal-to-noise-ratio
(SNR) improving technology is as big as always. That is why directional microphones and noise
reduction algorithms in hearing aids are two still-evolving technologies, which seeks to improve the
signal to noise ratio (SNR).
Although a big amount of evidence exists on the benefit of the features working individually, not
many studies have researched the effect of them working simultaneously, even though hearing
impaired people often use them together. In the few studies on the subject, the results were mixed.
One indicated a combined additive benefit, others showed no combined effect, and one showed a
split results on whether test subjects performed better with both features or directional
microphones alone. Furthermore, hearing aid manufacturers have been advertising with a
combined additive effect. As such, the lack of studies and the mixed results are two reasons why
this study is relevant. Another reason is that both features, especially noise reduction algorithms,
are to some extent unique for every hearing aid model. That makes it relevant to gather data on
how they perform in different environments and with different speech intelligibility tests.
Theory: Research from recent years has shown that people with cochlear hearing loss have
reduced speech intelligibility in noise that is greater than expected. A damage that reaches beyond
loss of reduced audibility and perceived redundancy. Furthermore, studies show that the cause is a
number of deficits that reduce masking release. It is not possible to compensate for most of these
deficits with conventional hearing aid amplification alone, even if the amplification is distributed
among the frequencies of the specific hearing loss. The only way to improve speech intelligibility in
noise for hearing aid users is to improve SNR. Hearing aid manufactures and developers have tried
to come up with solutions to this problem for many years. The two main features seeking to
improve SNR are directional microphones and noise reduction algorithms.
Most studies show that directional microphones have the ability to improve SNR and speech
intelligibility in noise. Directional microphones only work if signal and noise are spatially separated
in relation to the activated polar pattern. Directional microphones are the first part of a hearing
aids signal processing and the alterations of input happens independently before amplification,
noise reduction, compression, etc.
3
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
In most studies, noise reduction algorithms do not show any improvement of speech intelligibility
in noise. The few studies that do show an improvement have often been using narrowband noise.
Noise reduction algorithms depend on the physical characteristics of sounds, and try to determine
which sounds are speech of interest and which are noise. The algorithms will have the best effect if
noise and signal have as different characteristics as possible, especially in frequency, so the hearing
aids can attenuate the frequency channels that consist of noise without attenuating the signal.
Therefore, the noise reduction usually does not change SNR, if the noise is broadband noise or
speech-noise. However, in most studies, the algorithms do increase the subjective comfort when
listening in noise.
Therefore, the question remains; how does the two features affect each other? Can the frequencyspecific attenuation of noise reduction algorithms affect the SNR improvements the directional
microphones are making?
Method design: This test is a quantitative study on 10 hearing impaired people with a cochlear
hearing loss. The test used the Danish version of the hearing in noise test (HINT) to measure the
sentence speech recognition threshold in noise (sSRTN). First, the test-retest variation was
measured on nine young normal-hearing people for comparison to the actual test.
The actual study measured sSRTN on ten hearing impaired people. All test subjects had a cochlear
hearing loss with air conduction threshold at maximum 65 dB HL. Everyone has been using
hearing aids for at least a year. In the experiment, the test subject used the same pair of hearing
aids fitted with NAL-NL1 due to their individual audiogram. Closed domes were chosen for the
fitting. With HINT the sSRTN were measured under four different conditions for comparison: 1)
omni directional 2) maximum directionality 3) maximum noise reduction 4) maximum
directionality and maximum noise reduction. The test was conducted in an anechoic chamber with
speech coming from 0° and noise from 90° and 270° azimuth. Before the four tests, one training
list was used to avoid learning effect, and the order of the four programs and the sentence list were
randomized. The test was one-way blinded and the participant did not know what features were
activated.
Results: Individually directional microphones showed a significant effect over omni directionality.
Noise reduction did not show any significant differences compared to omni directionality. There
was no significant difference between the simultaneous benefit and directional benefit. In fact, the
simultaneous benefit was almost equal to the individual directional benefit. Therefore, all the
results in this study suggests that the two features did not affect each other’s performance.
Conclusion: Noise reduction algorithms do not affect the performance of directional
microphones under the circumstances provided in this test.
4
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
2. Indholdsfortegnelse
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan
anvendelse
Indholdsfortegnelse
1. Engelsk resumé/abstract .................................................................................................................... 3
2. Indholdsfortegnelse ........................................................................................................................... 5
3. Problemformulering ........................................................................................................................... 7
4. Formål ............................................................................................................................................... 7
5. Hypotese............................................................................................................................................ 8
6. Begrebsafklaring ................................................................................................................................ 8
7. Indledning ........................................................................................................................................ 12
8. Introduktion ..................................................................................................................................... 12
9. Motivation og relevans ..................................................................................................................... 13
10. Afgrænsning ................................................................................................................................... 14
11. Teori .............................................................................................................................................. 15
11.A. Taleforståelse i støj.................................................................................................................. 15
11.A.2. Hvorfor er teori om taleforståelse i støj relevant for dette projekt? ........................................... 15
11.A.3. Støj og redundans........................................................................................................................ 16
10.A.3. Auditive filtre/kritiske bånd ......................................................................................................... 16
11.A.4. Upward spread of masking ......................................................................................................... 20
11.A.5. Spatial release from masking ...................................................................................................... 20
11.A.6. Temporal - og spektralopløsning................................................................................................. 22
11.A.7. Efterklang .................................................................................................................................... 23
11.A.8. Konklusion på taleforståelse i støj ............................................................................................... 24
11.B. Retningsmikrofoner ................................................................................................................. 25
11.B.1. Introduktion af retningsmikrofoner ............................................................................................. 25
11.B.2. Hvordan virker retningsmikrofoner? ........................................................................................... 26
11.B.3. Dynamiske/adaptive retningsmikrofoner.................................................................................... 30
11.B.4. Forhold som kan nedsætte retningsmikrofoners effekt .............................................................. 30
11.B.5. Retningsmikrofoners effekt på taleforståelse i støj..................................................................... 33
11.C. Støjreducerende algoritmer ..................................................................................................... 34
11.C.1. Introduktion af støjreducerende algoritmer ................................................................................ 34
11.C.2. Hvordan virker støjreducerende algoritmer? .............................................................................. 34
5
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
11.C.3. Støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen ............................................................... 38
11.D. Støjreducerende algoritmer og retningsmikrofoner anvendt simultant ..................................... 41
12. Metode ...................................................................................................................................................... 42
12.A. Introduktion til metode ........................................................................................................... 42
12.B. Testpersoner ........................................................................................................................... 42
12.C. Høreapparater ......................................................................................................................... 44
12.D. Forstærkningsrationale ............................................................................................................ 45
12.E. Propløsning.............................................................................................................................. 46
12.F. Testparametre ......................................................................................................................... 47
12.F.1. OMNI (1. testparameter/program 1)........................................................................................... 47
12.F.2. DIR (2. testparameter/program 2)............................................................................................... 48
12.F.3. NR (3. testparametre/ program 3) .............................................................................................. 49
12.F.4. DIR + NR (4. testparametre/ program 4) ..................................................................................... 50
12.G. Testopsætning ......................................................................................................................... 50
12.H. Testmiljø ................................................................................................................................. 52
12.I. Taleforståelsestesten ................................................................................................................ 52
12.I.1. Introduktion af den danske hearing in noise test (HINT) .............................................................. 52
12.I.2. Generelt om den danske hearing in noise test (HINT) .................................................................. 53
12.I.4. Kalibrering .................................................................................................................................... 54
12.I.3. HINT udførelse .............................................................................................................................. 55
12.J. Indlæringseffekt ....................................................................................................................... 56
12.J.1. Indlæringslister ............................................................................................................................. 56
12.J.2. Randomisering.............................................................................................................................. 56
12.K. Blinding ................................................................................................................................... 58
12.L. Testpersoninformering ............................................................................................................. 58
12.M. Etikske overvejelser ................................................................................................................ 59
12.N. Apparatur- og softwareliste ..................................................................................................... 60
13. Resultater og dataanalyse ........................................................................................................................ 61
13.A. Resultater for normalthørende ................................................................................................ 61
13.B. sSRTN-resultater ....................................................................................................................... 61
13.C. Middelværdier ......................................................................................................................... 62
13.D. ANOVA-testen og statistisk signifikante forskelle ..................................................................... 63
13.E. Gennemsnitlige forbedringer.................................................................................................... 65
13.F. Individuelle forbedringer og forværringer ................................................................................. 67
6
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
13.G.1. Analyse på baggrund af individuelle forbedringer ................................................................... 68
14. Diskussion ................................................................................................................................................. 70
14.B. Sidediskussioner ...................................................................................................................... 70
14.B.1. Sidediskussion 1 – støjreducerende algoritmers tilsyneladende manglende effekt .................... 70
14.B.2. Sidediskussion 2 – korrelation mellem OMNI og forbedringer .................................................... 72
14.A. Diskussion af metoden............................................................................................................. 73
14.C. Diskussion af hovedformålet .................................................................................................... 74
14.D. Afsluttende og opsummerende diskussion ............................................................................... 77
15. Konklusion................................................................................................................................................. 79
16. Litteraturliste/referenceliste .................................................................................................................... 80
17. Bilag ........................................................................................................................................................... 84
17.A Bilag 1 – Den Danske HINTs sætningslister................................................................................. 84
17.B. Bilag 2 – Samtykkeerklæring og skriftlig informering af testpersoner ......................................... 88
17.C. Bilag 3 – Udklip fra datablad om Oticon, alta pro mini RITE ....................................................... 90
Takkeliste ........................................................................................................................................................ 93
3. Problemformulering
Hovedspørgsmål:
-
Hvordan påvirker retningsmikrofoner og støjreducerende
algoritmer hinandens effekt på taleforståelsen i støj, når de
anvendes simultant?
Uddybende underspørgsmål:
-
Hvilke problemer har personer med hørenedsættelse i støjende omgivelser?
-
Hvordan virker og påvirker retningsmikrofoner taleforståelse i støj?
-
Hvordan virker og påvirker støjreducerende algoritmer taleforståelse i støj?
-
Hvordan virker retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmer sammen?
4. Formål
Formålet med dette projekt er at teste 1) retningsmikrofoner, 2) støjreducerende algoritmers effekt
på taleforståelsen i støj når de virker simultant, og dermed se om de påvirker hinanden.
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmer er to almindelige anvendte støjreducerende
7
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
høreapparatsfunktioners. Forsøget i dette speciale har til formål at påvise, om den simultane
aktivering giver en adderet kombineret forbedring, om de forværrer hinandens effekt, eller om de
ikke influerer hinanden. Der sker via en taleforståelsestest på hørehæmmede.
5. Hypotese
Dette afsnit opstiller en hypotese for udfaldet af det udførte forsøg. Hypotesen viser et muligt
udfald, som ud fra teorien ses værende det mest sandsynlige af forfatteren. Udfaldet bekræftes eller
afkræftes til sidst i diskussionen og konklusionen.
Hypotesen for forsøget er:
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmer vil ikke påvirke hinandens eventuelle effekt
på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse.
Hypotesen er basseret på eksisterende teori og evidenser om de to høreapparatsfunktioner, når de
anvendes hver for sig. Kort fortalt har retningsmikrofoner gennem tiden vist en forbedring af
taleforståelsen i støj i diverse taleforståelsestest. Derimod har støjreducerende algoritmer i de fleste
forsøg ikke vist nogen forbedringer. Dette forhold vil blive beskrevet nærmere i teoriafsnittet.
Ud fra denne viden virker hypotesen som det oplagte udfald. På trods af dette, er det ingen garanti
for at udfaldet bliver som forudsagt, da det ikke er umuligt at de to funktioner vil kunne påvirke
hinanden. Eksempelvis vil de støjreducerende algoritmers påvirkning på forstærkningen i
frekvensspektret kunne ændre retningsmikrofonernes effekter. For øvrigt er det set, at
høreapparatsfirmaer reklamere for at begge funktioner kan give en addereret kombinationseffekt.
Er dette tilfældet strider det mod min teoribaserede hypotese. Usikkerheden danner grundlag for at
be- eller afkræfte hypotesen, samtidig er det relevant at tilføje resultater til den ellers sparsomme
evidens, der eksisterer om simultan brug af de to funktioner.
6. Begrebsafklaring
Dette afsnit lister de vigtigste begreber og forkortelser for denne opgave. Disse begreber er centrale for
specialet og anvendes ofte. Begrebsafklaringerne herunder skal sikre at læseren undgår misforståelser.
Øvrige begreber end de her listede vil kort blive defineret ved første anvendelsesgang.
sSRTN: Sentence speech recognition threshold (noise).
SRT (Speech recognition threshold) betyder på dansk, taleforståelsestærskel. Udtrykket bruges til
at beskrive en persons diskriminationsevne under et testforhold. Det er defineret som den tærskel,
hvor 50% af talen kan forstås. SRT er blandt andet en del af et audiogram, men kan måles med
8
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
mange forskellige typer taleforståelsestest. SRT angiver tærsklen for, hvilken lydstyrke en person
kan forstå tale med. Det første lille s (sentence) betyder, at målingen er foretaget med sætninger i
modsætning til enkelte ord. Det sænkede N (noise) betyder, at der er målt i støj. Alle test i mit
forsøg vil være målt på denne måde, men i teoriafsnittet kan forkortelsen forekomme, uden s
og/eller N hvis der ikke er anvendt støj eller sætninger.
SRT er begrænset til de forhold testen måles under. Det vil sige bl.a. rummelige forhold, hørelsen
hos den pågældende, indholdet af den valgte test, sværhedsgraden af sætninger eller ord, og typen
af baggrundsstøj (Bees & Humes, 2008).
SRT ses ofte beskrevet via en psykometrisk funktion. Ved normalthørende henvises ofte til en
såkaldt s-kurve. Pga. af kurvens s-lignende form.
Figur nr. 1: Figuren viser en psykometrisk funktion (s-kurve), som et eksempel på SRT-målinger. Figuren
stammer fra Ozimek et al., 2009.
Figur nr. 1 viser et eksempel af en sådan psykometrisk funktion. Dermed kan man aflæse SRT ud
fra 50% på y-aksen, der hvor den rammer kurven set i forhold til x-aksen. Den fuldt optrukne linje
med cirkler er målt med sætninger, og den stiplede linje med firkanter er med enkelte ord. Sformen dannes, fordi det første knæk fra venstre viser punktet, hvor testpersoner begynder at
kunne forstå nogle sætninger, men ikke får alle svar rigtige. Det andet knæk på kurven viser, hvor
de begynder at have 100 % af svarende rigtige.
9
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Figur nr. 2: Figuren illustrerer sammenhængen mellem antal korrekte svar i en talforståelsestest og SRT.
Fluebenene repræsenterer et rigtigt svar, og de viser ved hvilket lydniveau talen er afspillet i. Modsat
repræsenterer et kryds forkerte svar. Den stiplede linje viser SRT på bagrund af de rigtige og forkerte svar.
Linjen er også er indtegnet på den psykometriske funktion i øverste højre hjørne. Figuren stammer fra Buus,
2002.
SNR: Signal-to-noise ratio.
Signal-to-noise ratio betyder på dansk signal-støj-forhold. SNR beskriver forholdet i lydstyrken
mellem flere lydkilder, herunder signalkilde(r) og støjkilde(r). Signalet defineres som en ønsket
lydkilde, dvs. noget personen gerne vil høre. Støjkilden er derfor en uønsket og generende lydkilde,
som maskerer signalet, og som personen ikke ønsker at høre. Hørbar støj vil altid påvirke evnen til
at opfatte signalet. I audiologisk sammenhæng vil signalkilden oftest være et talesignal, der
forsøges at forstås, og i denne opgave vil der udelukkende refereres til talesignaler. Støjkilder kan
være en hvilken som helst type lyd, som maskerer signalet. Støjen kan ligeledes være talestøj, som
er uønsket tale der forstyrrer hørbarheden af signalet. SNR måler forholdet mellem signal og støj i
dB. Eksempelvis vil SNR på 0 dB SPL betyde at støj og signal har samme lydstyrke, og ved SNR på 3 dB vil støjen være 3 dB SPL højere end signalet. Lavere (dårligere) SNR forværrer taleforståelsen,
og gør det mere krævende for lytteren at høre signalet.
10
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Normalthørende
Normalthørende referer til personer med rentonetærskler under 20 dB HL på alle målepunkter i et
almindeligt audiogram. Desuden er det personer med en fysiologisk funktion af det auditive
system, som svarer til gennemsnittet af befolkningen.
Hørehæmmede
Hørehæmmede referer til personer med nedsat høretærskel. Hvis andet ikke er beskrevet vil
hørehæmmede i denne opgaven referere til personer med cochleære skader, dvs. et sensorineuralt
(perceptivt) høretab. Mere specifikt er der tale om personer med formodet ydre hårcelleskader,
med forhøjet tærskler under 65 dB HL og tilsvarende skelnetab. Dette er basseret på gældende
teorier om, at høretab op til omkring 60-65 dB HL hovedsageligt skyldes ydre hårcelleskader (se
bl.a. Moore, 2007; Kates, 1993 og Van Tasell, 1993 for mere om denne teori).
HINT: Hearing in Noise Test.
Forkortelsen HINT vil i denne opgave referere til den danske hearing in noise test af Jens Bo
Nielsen. Det er denne taleforståelsestest, som anvendes i dette forsøg. En uddybende beskrivelse af
HINT forekommer i afsnit 12.G under metode.
OMNI: Omnidirektionalitet.
OMNI er, når der opfanges lyd, som er vægtet lige højt fra alle vinkler. I dette forsøg vil OMNI
referere til, at høreapparatsmikrofonerne er indstillet til omnidirektionalitet, uden at
støjreducerende algoritmer er slået til.
DIR: Direktionalitet.
I denne opgave referer DIR til, at retningsmikrofonerne i høreapparaterne er indstillet på fuld
(maksimum) direktionalitet med vægtning af lyde, der kommer til personen forfra.
NR: Noise reduction.
NR refererer til, at støjreducerende algoritmer i høreapparaterne er slået til så meget som muligt.
DIR + NR:
DIR + NR referer til, at både retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmer er slået til på
maksimum.
11
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
7. Indledning
Projektet er et kvantitativt empirisk studie, som via testning på hørehæmmede vil forsøge at
opfylde projektets formål, og be- eller afkræfte hypotesen. Kort fortalt vil der måles sentence
speech recognition threshold in noise (sSRTN) score via den danske HINT under fire forskellige
høreapparatsindstillinger: 1) Kun med forstærkning, 2) med retningsmikrofoner, 3) med
støjreducerende algoritmer, og 4) med både retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmer
slået til. Ud fra sSRTN-scorene fra testpersonerne vil der kunne laves en analyse af resultaterne,
som påvise effekten af retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmer anvendt samtidigt, samt
vise hvilken påvirkning de har på hinanden. For at kunne vise den samtidige effekt skal sSRTNscore måles af funktionerne, når de virker hver for sig.
Selve testen foregik i et lyddødt rum med tre højtalere, én centerhøjtaler foran testpersonen der
producerer talesignalet, samt en højtaler ved hver side som producerer støj. Forsøgets testpersoner
vil være personer med perceptive (sensorineuralt) høretab. Detaljer om design, metode og
testopsætning beskrives under metode i afsnit 12.
8. Introduktion
Personer med nedsat hørelse har svært ved at percipere taleinformationer i støj med ligeså
effektivt, som normalthørende er i stand til. Det er primært auditive cortex, som skal behandle de
lydlige input. Først i dette område af hjernen (sidst i det auditive system) bliver lyd opfattet og
bevidstgjort af den hørende. Nedsat taleforståelse kan således skyldes defekter i auditive cortex,
men kan ligeledes stamme fra defekter alle andre steder i det auditive system, som leder input op
til det auditive cortex. Hørehæmmede har en forhøjet høretærskel ved div. frekvenser i forhold til
gennemsnitsbefolkningen. De opfanger derfor mindre af de sproginformationer i talelydende, som
mennesker producerer. Foruden forhøjede rentonetærskler kan personer med cochleære skader
lide af andre problemer, der forringer taleforståelsen, som bl.a. stejl loudnesskurve (recruitment),
nedsat dynamikområde, nedsat frekvensdiskrimination, samt nedsat evne til faselåsning
(tidsopløsning), der vil påvirke frekvensanalyse og retningshørelse. Alle disse defekter forringer
muligheden for at forstå, hvad der bliver sagt (Moore, 2007; Pickles, 2012). I sådanne tilfælde kan
høreapparater forstærke lydende og give forbedrede rentonetærskler, og som hovedregel er det
svært at forbedre andre forhold. Ved høreapparater med ulineære forstærkningsrationaler kan
kompression dog også forbedre dynamikområdet, men samtidig kan kraftig kompression også
forringe kvaliteten af signalet. Yderligere forsøger ulineær forstærkning også at dæmpe for
12
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
potentielle støjkilder, ofte ved at lave et forstærkningsrationale, der dæmper og skærer lavfrekvente
lyde fra (Dillion, 2001).
Når høreapparatsbrugere (eller normalthørende) klager over, at de hører dårligt i støj, skyldes det
et dårligt signal-støj-forhold (SNR). Normalthørende har en bedre evne til at filtrere støjen fra end
hørehæmmede. Dårlig SNR forværrer taleforståelsen. Dette sker naturligvis pga. de før omtalte
defekter, men meget forskning tyder dog samtidig på, at årsagen ikke kun skyldes dæmpningen af
hørbarhed af vise frekvenser, men også en forværring af fysiologiske funktioner. Selv med
høreapparater på vil både støj og signal som udgangspunkt blive forstærket ens,1 og hørehæmmede
vil derfor typisk først forstå tale ved SNR på +5 dB SPL, dette svinger naturligvis med graden af
høretab (Moore, 2007; Preves, 2000).
Ud fra denne problemstilling er det tydeligt, at en forbedring af SNR og taleforståelsen i støj for vil
være til stor gavn hørehæmmede. Dette speciale og studie vil derfor fokusere på de to mest
anvendte funktioner, som høreapparatsindustrien tilbyder til at forbedre SNR, og validere disse to
funktioner. Både hver for sig og i simultant samspil med hinanden.
9. Motivation og relevans
Alle der arbejder i audiologiens verden hører ofte klager over, at det er svært at høre hvad folk
siger, når der er baggrundstøj. Det er det aspekt som høreapparatsbrugere synes er mest
generende, og det som brugere i hele verden klager mest over. Klagerne har været uændret i
undersøgelser i over 10 år og er stadig den største faktor til at flere ikke bruger deres høreapparater
(Kochkin, 2010; Kochkin, 2000; Dillon, 2001; Ricketts, 2001). Med andre ord opstår den største
udfordring for høreapparatsbrugere, når SNR er dårligt. Som en naturlig konsekvens deraf er
problemet også meget vigtigt for høreapparatsproducenter. Høreapparatsproducenterne har netop
derfor gennem tiden forsøgt flere løsninger for at forbedre forholdet mellem signal og støj. Det gør
forskning i dette emne både meget interessant og vigtigt, og har skabt både motivation og relevans
for dette speciale.
I dag anvender høreapparatsindustrien hovedsageligt fire funktioner, som forsøger at forbedre
SNR: (1 lukkede propløsninger, (2 FM-system,2 (3 retningsmikrofoner, (4 støjreducerende
algoritmer. Om der fittes med lukkede eller åbne løsninger afhænger af graden af høretab,
1
Forudsat at ingen høreapparatsfunktioner er slået til. Ved ulineære forstærkningsrationaler afhænger det dog også
af de forskellige lydkilders fysiske egenskaber (varighed, intensitet og frekvens).
2
Fm-systemer giver generelt den bedste SNR forbedring, men vil ikke blive diskuteret yderligere, da det ikke er målet
med dette projekt.
13
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
audiogrammets form, brugerens øregang, præferencer o.a. Propløsninger og dets konsekvenser for
dette forsøg vil blive diskuteret i afsnit 12.E.
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmer er de 2 funktioner, dette projekt tester. I
litteraturen ses funktionerne hovedsageligt testet hver for sig, dette er på trods af at
høreapparatsbrugere ofte anvender dem samtidigt. Den manglende forskning om simultan
anvendelse skaber automatisk relevans og motiverer, for at udføre dette projekt. Samtidigt udvikles
disse to funktioner hele tiden, og de fungerer forskelligt på tværs af høreapparatsproducenter og
prisklasser. Derfor er det uden tvivl relevant at teste effekten af disse funktioner løbende.
Yderligere er der heller ikke fuld konsensus i forskningsresultaterne på disse to funktioner.
Retningsmikrofoner viser generelt i en grad forbedring af SNR, og dermed taleforståelse i støj.
Støjreducerende algoritmer viser ikke entydige resultater. For det meste ses ingen signifikant
forbedring af SNR eller taleforståelse, men i flere tilfælde er der påvist øget komfort for
høreapparatsbrugeren. Undersøgelser af de to funktion anvendt simultant har ikke givet entydige
svar om, hvordan funktionerne påvirker hinanden. Ét studie tyder på en adderet forbedring, andre
viser at der ikke er nogen påvirkning, mens ét andet viser at der næsten er 50-50-fordeling om,
hvorvidt det er bedst med begge teknologier eller blot retningsmikrofoner. Denne uvished gør det
relevant at tilføje evidens til emnet.
10. Afgrænsning
Pga. af specialets sidebegrænsninger og behovet for store mængder relevant baggrundsviden er der
begrænsninger i afsnittet om teori. Specialet er skrevet med en formodning om, at læseren har
kendskab til grundlæggende anatomiske og fysiologiske funktioner i det auditive system, samt
lydes påvirkning heraf. Det forventes yderligere, at læseren har en basal viden om den
grundlæggende opbygning af høreapparater, samt almindelig høreapparatsforstærkning.
14
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
11. Teori
Teoriafsnittet er ment som en grundig gennemgang af den teori, der er relevant for udførelsen af dette
forsøg. Afsnittet er inddelt i fire store underafsnit: 1) 11.A. Taleforståelse i støj, 2) 11.B. Retningsmikrofoner,
3) 11.C. støjreducerende algoritmer og 4) 11.D. Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmer anvendt
simultant.
11.A. Taleforståelse i støj
Følgende underafsnit er en teoretisk baggrund for, hvordan taleforståelsen i støj ændres hos personer med
cochleære skader sammenlignet med normalthørende. Teorien danner grundlag for mit valg om at anvende
testpersoner med hørenedsættelse, frem for normalt hørende.
11.A.2. Hvorfor er teori om taleforståelse i støj relevant for dette projekt?
Vejen til at forbedre hørehæmmedes taleforståelse i støj findes måske i psykoakustiske
overvejelser. Det er vigtigt at forstå forskellen mellem det normale og det patologiske auditive
systems måder at signalprocessere i støj. Viden om de patologiske forhold kan være med til at
udvikle de metoder, som søger at forbedre den patologiske tilstand og SNR.
I denne opgave er alle testpersoner hørehæmmede med formodede ydre hårcelleskader.
Hovedargumentet for at anvende den gruppe hørehæmmede begrundes i teorien i dette afsnit. Det
viser sig at teorien peger på, at den patologiske cochlea skaber problemer i støj. Problemer som
ikke blot kan forklares med nedsatte tærskler. Normalthørende udnytter nemlig flere forskellige
funktioner i det auditive system for at kunne forbedre taleforståelsen i støj. Disse funktioner hører
under begrebet masking release.3 Masking release vil i stort omfang være svækket eller sat ude af
spil hos hørehæmmede (Bacon et al., 1998). Det vil reelt sige, at store dele af de problemer
hørehæmmede har i støj ikke skyldes tab af hørbarhed som eksempelvis kan ses på et audiogram.
Dermed kan der heller ikke kompenseres for den nedsatte forståelse med konventionel
høreapparatsforstærkning, og derfor er det også umuligt at simulere hvordan en personer med
cochleære skader hører i støj. På den baggrund vil testresultater fra normalthørende om SNR
forbedringer i støj ikke være muligt at bruge til som gældende for hørehæmmede.
Resten af dette underafsnit er evidenser for ovenstående påstand om forskellen mellem
hørehæmmede og normalthørendes evne til at forstå tale i støj. Evidensen består i en række
psykoakustiske forhold, hvor evnen til masking release bliver betydeligt forværret for
hørehæmmede. Først en lille introduktion til støj og redundans set i forhold til taleforståelse.
3
Masking release: Det auditive systems reducering af den maskerende effekt, som støj forsager.
15
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
11.A.3. Støj og redundans
Det er almindeligt kendt, at støj nedsætter taleforståelsen. Årsagen dertil er, at talen bliver
maskeret. Den simple forklaring er, at signalet bliver maskeret på grund af støjen. Jo højere støjen
er, desto mere bliver signalet overdøvet og maskeret. Dette forhold gør sig gældende for både
normalhørende og hørehæmmede. Dog spiller flere forhold ind, når det handler om at forstå tale i
støj. Det afhænger både af lytterens høreevne, lytterens koncentration, talesignalet fysiske
egenskaber, støjsignalets fysiske egenskaber og SNR.
Selv hvis store dele af talestrømmen er maskeret, kan mennesker godt forstå tale i begrænset
omfang, trods de støjende omgivelser. Dette skyldes bl.a. den redundans der ligger i talesignalet,
som normalthørende er enormt gode til at opfange. Især hvis støjsignalet ikke har høj redundans.
Hørehæmmede har meget sværere ved at opfatte og udnytte redundansen i talen sammenlignet
med normalthørende (Lewitt, 2001). Selv i de situationer hvor talen er hørbar, kan den være
uforståelig for hørehæmmede, da meningen stadig ikke forstås (George; Festen & Houtgast, 2006).
Hørehæmmedes mindskede evne til at opfatte redundans skaber et stort problem for deres evne til
at forstå tale i støj. I og med at der ikke er meget redundans tilbage at kompensere med, vil
maskering fra selv svag støj nedsætte taleforståelsen betydeligt (Lewitt, 2001).
Tidligere lød konklusioner på, at nedsat evne til at forstå tale i støj udelukkende skyldtes et
sensitivitetstab, som er forklaret med Speech Intelligibility Index (SII). Ifølge denne tidlige
konklusion ville der kunne kompenseres med den rette forstærkning på de rette frekvenser, og
denne støtter sig samtidig til en forklaring om den manglende evne til at opfatte redundans. Store
mængder ny forskning tyder imidlertid på, at dette ikke er en fyldestgørende forklaring. Faktisk
viser meget forskning inden for de seneste år, at hørehæmmedes patologi giver en dårlig evne til
masking release, som spænder over mere end hørbarhed og SII (Preves, 2001). En nedsat evne som
ikke blot kan genoprettes med konventionel høreapparats forstærkning.
I efterfølgende afsnit er en række omdrejningspunkter opstillet af forskningen om hørehæmmedes
forværret masking release sammenlignet med normalthørendes.
10.A.3. Auditive filtre/kritiske bånd
Auditive filtre for normalthørende
En af de centrale funktioner til masking release, som normalthørende anvender, er de auditive
filtre. De er også kendt som den kritiske båndbredde,4 og blev introduceret af Flecher, 1940. De
4
På engelsk: Critical band (width), også kaldet auditory filters eller psychological filters.
16
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
auditive filtre er psykoakustiske filtre med hver deres frekvensområde. Disse er i princippet en
række asymmetriske båndpasfiltre med overlappende pasbånd.
Figur nr. 3: Figuren illustrer nogle af de auditive filter omkringliggende et signal med en centerfrekvens på 1
kHz. Figuren stammer fra Moore 2007.
Som en konsekvens af denne psykoakustiske evne forbedres taleforståelse i støj, fordi det er muligt
at filtrere i støjen. Dette gør, at SNR er forbedret, og det kan endda ske, at de kritiske bånd ændrer
høretærsklerne. Denne forklaring er kendt som power spectrum modelen5.
De kritiske bånd kan give masking release på flere måder; hvis maskerens frekvens eksempelvis er
højere end signalfrekvensen, vil filteret som ligger lige under være anvendt. Herved vil signalet kun
blive dæmpet lidt, hvorimod støjen vil blive dæmpet betydeligt mere, afhængig af båndbredden på
signalerne.
5
Power spectrum modelen er simplificeret, men giver et godt overblik. Filter outputtet har vist sig at afhænge af en
længere række faktorer. Se Moore, 2012 kap 3 for uddybende information.
17
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Figur nr. 4: Figuren illustrer hvordan de auditive filtre laver masking release. Stregen er signalets
centerfrekvens. De skråskraverede områder viser, hvor støjen slipper ind i samme frekvensområde, som
filtret er centreret omkring. Modellen her er simplificeret for forståelsen skyld og tager kun højde for, at ét
filter er aktivt, og at signalet er smalbåndet. Figuren er fra Moore, 2007.
I stedet for frekvens angives filtrene ofte i equivalent rectangular bandwidth (ERB). ERB er
båndbredden af et rektangulært filter, der har samme maksimale forstærkning og samme
transmissions-effekt som filteret. På normalthørende er ERB 10-20% af stimulus frekvensen.
Filtrene er ikke lineære, men afhænger både af styrke og frekvens. Filtrene er bredere ved øgede
intensiteter, samt for lave frekvenser. Omvendt er de smallere ved lave intensiteter og høje
frekvenser. Derved afhænger masking release og filtrenes evne til at forbedre SNR også af disse
faktorer (Moore 2012).
Filtrene er generelt set formet meget lig de auditive nervefibres tuningskurver, basilarmembranens
eksitationsmønstre, og følger den tonotopiske opbygning af cochlea (Pickles, 2012). Forsøg om de
auditive filtres størrelse viser også, at de ligner de fysiske målte distancer på basilarmembranen og
psykoakustiske skalaer af just-noticeble difference6 (Seeber, 2008). Basilarmebranen danner
simpelthen basis for disse filtres eksistens. På trods af denne iagttagelse skal filtrende ikke ses som
et fysisk område på basilarmembranen, men nærmere som grupper af neuroner der analyserer
frekvensbånd i det centrale nervesystem (Moore, 2012).
Formen af de kritiske bånd og deres masking release-effekt afhænger dog af støj- og signaltype.
Eksempelvis ved komplekse lyde (såsom talesignaler) menes filtrene at lave integration over
båndbredderne. Det vil sige, at enkelte lyde under høretærsklen vil kunne høres, da
nervestimulation fra de enkelte filtre summeres. Denne summering finder sted med
6
Den mindste frekvensdifference en person kan skelne i mellem. Også kaldet Just-audible pitch.
18
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
frekvensopløsningen, så flere aktive filtre på en gang kan filtrere i signaler som krydser
båndbredden (Moore, 2012).
Auditive filtre for hørehæmmede
Hos hørehæmmede har de kritiske bånd vist sig at være meget bredere. Figur nr. 5 viser fem
personer med normal hørelse på det ene øre, og nedsat hørelse på det andet. Det ses, at de målte
filtre på ørene med forhøjede høretærskler er bredere.
Figur nr. 5: Figuren sammenligner auditive filtre på begge øre af fem personer med unilateralt høretab.
Figuren er fra Moore, 2007.
Korrelationen mellem forhøjede tærskler og bredere filtre har vist sig at være forholdsvist vag.
Årsagen hertil er sandsynligvis, at tærskler afhænger af både indre og ydre hårcelleskader, og evt.
af mange andre deficits, mens bredere filtre kun afhænger af skader på ydre hårceller. Selvom
korrelationen er vag, menes det stadig, at de kritiske bånd bliver bredere ved ydre hårcelleskader.
Brede auditive filtre vil mindske evnen til at filtrere støj fra. Det forringer ligeledes
frekvensselektivitet, og det reducerer masking release betydeligt. Ud over disse gener vil det
veldokumenterede fald af frekvensselektivitet give problemer ved analysering af komplekse lyde.
Frekvensselektivitet er afgørende for opfattelsen af klang. En nedsat klangopfattelse kan gøre det
sværere at skelne mellem vokaler, grundet manglende detektion af de spektrale komponenter.
19
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Høreapparatsforstærkning vil blot gøre vokalerne hørbare, men vil ikke forbedre de auditive filtre
eller frekvensselektiviteten (Moore, 2012).
11.A.4. Upward spread of masking
Upward spread of masking er et maskeringsfænomen, som sker både for normalthørende og
hørehæmmede. Fænomenet gør, at de lave frekvenser maskerer de høje frekvenser på grund af
basilamembranens påvirkning. Dette fungerer ved, at den karakteristiske frekvens7 aktiveres
kraftigst det tilsvarende sted på basilarmembranen. Ved højere intensiteter vil dette
udbredelsespunkt være bredere, og en større del af basilarmembranen vil blive aktiveret. Da de
lave frekvenser skal vandre længst af membranen, vil der forekomme mest aktivering af de
frekvenser, der ligger lidt højere end den karakteristiske frekvens (og som er placeret lige under på
basilarmembranen). Når de højere frekvenser udbredes på basilarmembranen vil andre lyde ikke
kunne aktiverer disse punkter, fordi de allerede er aktive.
Upward spread of masking menes at forringe taleforståelighed i støj for hørehæmmede mere end
for normalthørende. Maskeringsgraden af upwards spread of masking afhænger yderligere af de
kritiske bånds bredde (Moore, 1995), derfor er maskeringseffekten forværret yderligere for
hørehæmmede (Preves, 2000). Samtidigt bruger hørehæmmede også fænomenet off-frequency
listening8. Grundet dead regions betyder off-frequency listening at et andet punkt aktiveres, end
det der tonotopisk set ville være hensigtsmæssigt. Maskeringen af de endnu fungerende områder
vil dermed have større konsekvens, for personer hvor alle områder ikke fungere. Et talesignal vil
aktivere mange frekvenser, og dermed maskere en større del af det basilarmembranen og de
auditive neuroner, end det er gældende for normalthørende (Moore, 2007).
11.A.5. Spatial release from masking
Spatial release from masking for normalthørende
Spatial release from masking sker, fordi normalthørende udnytter det som kaldes inter-aural time
difference (ITD). På horisontalplanet vil lydkilder, som ikke er placeret ved 0° eller 180° ikke
ramme de to ører samtidigt, og derfor danne en tidsforskel (Litovsky, 2012). Informationer om
denne tidsforskel udnytter normalthørendes auditive system til masking release. ITD virker
hovedsagligt ved frekvenser under 1,5 kHz (Moore, 2012). Ved amplitude modulerede9 signaler
(som talesignaler) bruges også en anden binarual effekt, kaldet inter-aural level difference (ILD).
ILD er også relateret til horisontalplanet, hvor en skygge effekt fra hovedet10 afskærmer lyde. Øret
7
Characteristic frequency (CF), den frekvens som indeholder mest energi.
Off-frequency listening skal ikke ses som en dårlig ting, da tonerne ellers ikke ville være hørbare.
9
Modulation fortæller at signalet varierer i intensitet over tid.
10
Head-shadow effect: Akustisk skygge for lyde som bliver afskærmet af hovedet.
8
20
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
på samme side som lydkilden vil opfatte lydniveauet højere end øret på modsatte side (Litovsky,
2012). ILD virker hovedsageligt ved frekvenser over 1,5kHz (Moore, 2012). Ved binaural hørelse
kan både ITD og ILD udnyttes, og de danner evnen til at retningsbestemme. Ved separerede støjog signalkilder kan ITD og ILD hjælpe med at adskille støj og signal. Evnen til at adskille støj og
signal kan således forbedres, når ITD og ILD er muligt. Denne forbedring defineres som spatial
release from masking (Litovsky, 2012). Det skal siges at spatial release from masking også påvirkes
af efterklang. Efterklang kan give variationer i masking release på op til 10 dB for normalt hørende
personer, afhængig af lydkildernes lokalisation.
Spatial release from masking for hørehæmmede
Hørehæmmede udnytter ikke spatial release from masking særlig godt. Dette skyldes en beskadiget
cochlea, og evt. ulighed på de to ørers hørelse. Både ITD og ILD menes at være begrænset, men
specielt ILD menes at blive påvirket, grundet forhøjede tærskler af høje frekvenser. Samtidigt vil
fluktuering af styrke og frekvens være svær at detektere (Dawes, et al., 2013). Den forbedring
normalthørende får ved separerede lydkilder forringes meget (Preves, 2000). Selv milde høretab
vil opleve nedsat spatial release. Det er lettest for hørehæmmede at separere støj og signal, hvis
stemmerne eller lydkilderne er meget forskellige, og derfor også lettere at differentiere. Spatial
release from masking er meget bedre hos binaurale hørende, men ved ensidige eller uensartede
høretab vil størstedelen af effekten ikke opnås (Litovsky, 2012).
Spatial release from masking og høreapparater
Generelt kan spatial release from masking forbedres med høreapparater. Der forekommer dog ikke
forbedringer store nok til at gendanne den masking release normalthørende oplever. Det er flere
grunde til, at høreapparater ikke kan løse dette. Høreapparater skaber problemer, som påvirker
ITD og ILD. Ved bilateralt brug kan den individuelle processering af høreapparater give to typer
forsinkelse. Den ene forsinkelse forekommer mellem de to høreapparater på hvert øre, og den
anden forsinkelse er mellem input og output i de enkelte høreapparater. Begge forsinkelser
forringer den binaurale præstation og spatial release from masking. Retningsmikrofoner og
støjreducerende funktioner kan tilføje yderligere forsinkelser.
Mikrofonpositionen kan også påvirke spatial release, dog findes der nogle evidenser der tyder på,
at det er muligt at akklimatisere sig fra påvirkningen. Endvidere kan spatial release være påvirket
af dårlig temporal og spektral opløsning, og begge er svære at forbedre med høreapparater (Dawes,
et al., 2013).
21
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
11.A.6. Temporal - og spektralopløsning
Temporalopløsning
Normalthørende udnytter meget de temporale informationer i et talesignal, og for dem er
temporale envelope modulationer vigtige for at kunne til at adskille flere lydkilder og forbedre
SNR. Den temporale opløsning giver normalthørende evnen til at høre i temporale dips (dyk).11
Dvs. at normalthørende i høj grad udnytter den information som høres, når der er dyk i
intensiteten af moduleret støj over tid.
Figur Nr. 6: Figuren viser, hvad der menes med temporal- og spektralopløsning. Den temporale opløsning
henviser således til den længerevarende, samlede amplitude af alle lydkilder baseret på envelope. De
spektrale elementer er i princippet også ændringer over tid, men blot de meget hurtige enkelte svingerne af
lydbølgerne. Bemærk at eksempel i figuren ikke er et talesignal. Figuren er kreeret til dette speciale.
11
Også kaldet: Listening in valleys og Listening in gaps = lytte i dale/huller.
22
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Hørehæmmede har reduceret temporalopløsning og det har vist sig at være en stor begrænsning.
Hørehæmmede kan ikke udnytte de samme elementer ligeså effektivt. Ældre personer med
moderat til svært høretab kræver i gennemsnit 8 til 11 dB højere SNR end normalthørende. Ved at
lade én stemme være masker og lave en talevægtet støjmodulation, har et studie fået unge
normalthørende til at have samme resultater som ældre hørehæmmede. Resultatet tyder på, at
hørehæmmede i høj grad har mindsket egenskaben til at forstå tale i støj, da de mangler evnen til
lytte i temporale dyk på grund af deres forringet temporalopløsning (Preves, 2000).
Spektralopløsning
Det menes, at hørehæmmedes forværrede frekvensselektivitet gør det svært at udnytte de spektrale
dyk. Spektrale dyk er også tidsbestemte ligesom de temporale, men i stedet for at være langvarige
er det de meget hurtige variationer i de spektrale komponenter. De spektrale dyk har sandsynligvis
også en indflydelse på normalthørendes evne til at forstå tale i støj. Pga. af ændringer i
periodetiden giver de spektrale dyk små frekvensvariationer, som kan være med til at afkode
signalet (George; Festen & Houtgast, 2006; Preves, 2000). Dette vil ikke være muligt for
hørehæmmede, da den spektrale frekvensvariation er mindre end hørehæmmedes just-noticeable
difference (JND). Set i forhold til den temporale opløsning er det mere usikkert, hvilken rolle den
spektrale opløsning spiller for taleforståelsen i støj. Trods usikkerheden viser studier alligevel, at
spaktralopløsningen også har en indflydelse rolle på masking release, og at tab af spektralopløsning
forværrer denne (Preves, 2000). Et enkelt studie er dog ikke helt enig i denne konklusion. Studiet
konkluderede, at hørehæmmedes spektralopløsning var tilstrækkelig til at forstå de relevante
taleelementer, men at spektral smearing12 stadig påvirkede masking release (Keurs et al., 1993;
Baer & Moore, 1993).
Relateret til emnet om temporal - og spektralopløsning kan bl.a. nævnes de spektro-temporale
strukturer i taleinformationer. Hos hørehæmmede er dårlig rekonstruktion af disse strukturer
endnu en årsag til nedsat masking release. Via den høje redundans gennem fonetiske, fonologiske
og leksikalske elementer er det normal muligt at opfatte fonemer, som ikke er hørt. Ud over det
nedsættes evnen til at anvende comodulation masking release også,13 som kun menes at have en
lille indflydelse på taleforståelsen i støj (George; Festen & Houtgast, 2006).
11.A.7. Efterklang
Når efterklang er tilstede, vil taleforståelsen i støj blive dårligere (Preves, 2000), og det forværrer
spatial release from masking (Freyman et al., 1999). I hverdagen er det sjældent at folk befinder sig
12
En teknik hvor men udtværer båndbredden og udfylder de spektrale dips og ikke de temporale (Baer & Moore,
1993).
13
Evnen til at nedsætte den maskerede tærskel når maskeren er amplitudemoduleret
23
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
i optimale lytte omgivelser, og som følge deraf er en grad af efterklang altid forventelig. Efterklang
ødelægger evnen til lytte i temporale dyk, og disse mere stille områder af tale har derfor større
sandsynlighed for at blive fyldt ud af efterklangen. Dette gør sig gældende både for normalthørende
og hørehæmmede.
Flere studier viser at efterklang påvirker høreevnen. Bl.a. Harris & Swenson, 1990 viste, at
hørehæmmede får endnu større problemer med at forstå tale i støj, end normalthørende gør i
efterklang. Dette er blot ét studie af mange, som drager denne konklusion. Samtidigt viser det sig,
at nogle stemmer danner mere efterklang end andre (Harris & Swenson, 1990).
11.A.8. Konklusion på taleforståelse i støj
De omtalte grunde i afsnit 11.A. er alle årsager til, at hørehæmmedes evne til at forstå tale i støj er
enormt forringet. Selv i situationer, hvor både talen og støjen befinder sig over høretærsklen, er det
meget sværere for personer med hørenedsættelse at skelne, end det er for normalthørende
(George; Festen & Houtgast, 2006). Nogle studier viser, at selv personer med milde høretab, og et
lille tab af ydre hårceller, kræver 5 til 6 dB højere SNR end normalthørende, for at score samme
SRT. Dette er en meget betydelig forskel (Preves, 2000). For hørehæmmede kan små ændringer af
SNR have en stor betydning for taleforståelsen. En forbedring af SNR på +1 dB SPL har vist sig i
gennemsnit at give en forbedret sætningsforståelse på mellem 7-19 % (Moore, 2007).
Figur Nr. 7: Figuren illustrer, hvordan SNR påvirker taleforståelsen mellem hørehæmmede og
normalthørende. Figuren er hypotetisk og ikke basseret på nogle præcise normdata eller lignende. Mange
studier har i øvrigt indikeret, at hørehæmmedes og normalthørendes psykometriske funktioner ikke har ens
hældning og form. Figuren er fra undervisningen i audiologi på SDU.
24
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Teorien om taleforståelse i støj i dette afsnit påviser, at det ikke er muligt at få brugbare resultater
om støjreducerende høreapparatsfunktioner udført på normalthørende.14 Derfor har jeg valgt at
anvende testpersoner med formodede ydre hårcelleskader.
I det hele taget konkludere teorien, at der er mange grunde til, at hørehæmmedes evne til at forstå
tale i støj bliver nedsat betydeligt. Den store mængde evidens peger således på, at den sænkede
masking release ikke blot skyldes et rent tab af hørbarhed (Bacon et al., 1998). Derfor kan mange af
disse problemer ikke afhjælpes, hverken ved at forstærke rentonetærsklerne eller med ulineære
forstærkningsrationaler (Preves, 2000). Generelt set giver almindelig høreapparatsforstrækning
ikke nogen særlig SNR forbedring, ligegyldigt om de er analoge eller digitale. I nogle undersøgelser
har høreapparater endda vist sig at forværre SNR (Ricketts, 2001). Den letteste måde at forbedre
SNR er at påvirke de rummelige forhold. Eksempelvis ved at være tættere på signalkilden,
forstærke signalkilden, mindske efterklangstid, dæmpe støjkilde(n)(r). Dette er de mere åbenlyse,
men meget effektive metoder til at ændre SNR, og dermed forbedre taleforståelsen i støj både for
normalthørende og hørehæmmede. Desværre vil dette ikke være mulige løsninger i mange
situationer, og på den baggrund viser afsnittet det store behov for teknologier eller løsninger, som
kan forbedre hørehæmmedes SNR. Høreapparater kan desværre kun tilbyde et begrænsede antal
metoder, i forsøget på at forbedre taleforståelsen i støj. Nogle af de mest anvendte metoder er
retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmer, som dette forsøg netop har til formål at teste
hvordan påvirker hinanden. Dette teori afsnit forsøger dermed at påvise vigtigheden i at
dokumentere de eksisterende teknikker, hvis formål er at forbedrer taleforståelsen i støj.
11.B. Retningsmikrofoner
Følgende underafsnit vil beskrive den teori bag retningsmikrofoner i høreapparater, som har relevans for
dette studies forsøgsdesign. Der vil blive fokuseret på retningsmikrofoners anvendelse, opbygning,
funktionalitet, samt deres effekt på taleforståelsen sammenlignet med resultater fra eget studie.
11.B.1. Introduktion af retningsmikrofoner
Hørapparatsmikrofoner kan være indstillet til at være direktionelle (retningsbestemte)15, eller
omnidirektionelle (vægter lydkilder fra alle vinkler lige meget).16 Retningsmikrofoner er en
funktion, der bl.a. anvendes i høreapparater, hvor mikrofonerne forholder sig til den rummelige
lokalisering af lyd. Funktionen forsøger at opfange lydkilder fra en bestemt vinkel på
horisontalplanet (azimut). Oftest vil retningsmikrofonerne være indstillet til, at lydkilder foran
høreapparatsbrugeren vil blive behandlet og forstærket af høreapparaterne, mens lydkilder bagfra
14
Simulerede høretab (også med støj) tager kun højde for sænket høretærskel.
Der findes forskellige typer af direktionelle indstillinger.
16
I Princippet fungere alle mikrofoner retningsbestemt pga. hovedet og pinna skygger for lyde fra nogle retninger.
15
25
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
og fra siderne vil blive dæmpet (Nordrum et al., 2006). Med andre ord forbedrer
retningsmikrofoner rummelig separation af signaler, alt efter deres placering.
Statiske retningsmikrofoner forholder sig udelukkende til lokalisationen af lyd, og ikke til de
fysiske karakteristika et signal indeholder. Retningsmikrofoner forbedrer kun SNR, hvis støjkilden
og signalkilden er separeret og kommer fra forskellige azimut med minimum 45° separation.
Kommer signalerne fra samme azimut, vil de blive behandlet ens, i tale såvel som i støj. For at få en
god effekt af retningsmikrofoner kræves det, at man placerer sit hoved (dermed
høreapparatsmikrofonerne) i den korrekte vinkel (Nordrum et al., 2006).
Det er relevant at bemærke, at den direktionelle behandling er det første stadie af et høreapparats
signalprocessering. Det kommer før forstærkning, filtrering, kompression m.m. og direktionalitet
tilføres uafhængigt til de andre egenskaber, inden det bliver til høreapparatsoutput. SNR
forbedringer skabt af retningsmikrofonerne vil derfor være ens uanset indstillingen af
høreapparatets andre egenskaber (Ricketts, 2001).
11.B.2. Hvordan virker retningsmikrofoner?
Direktionalitet kan opnås på to måder: 1) Ved hjælp af to eller flere omnidirektionelle mikrofoners
kombinerede input 2) med 2 forskellige indgange (porte) til én mikrofon,17 separeret med 4-12 mm.
Når én mikrofon skaber direktionalitet
Figur nr. 8: Figuren viser princippet når én retningsmikrofon laver direktionalitet. Mikrofonen har to
indgange med hver deres mikrofonmembran, som til sidst vil skabe et samlet input til høreapparatet. Den
eksterne og interne forsinkelse bliver beskrevet nedenfor. Bemærk at højre side er fronten af personen og
venstre side er bagved. Figuren er kreeret til dette speciale.
17
Kaldet pressure gradient approach (Ricketts, 2001).
26
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
I figur nr. 8 ses princippet bag hvordan én mikrofon skaber direktionalitet. Kommer en lyd
eksempelvis bagfra, vil den ramme den bagerste mikrofons indgang før den forreste.
Høreapparaterne vil opfange dette som et bagfrakommende signal, og der vil være stor dæmpning
heraf. Tiden det tager mellem, at lyden rammer den ene indgang og til den anden rammes, kaldes
ekstern forsinkelse. Ekstern forsinkelse bygger på den tid det tager en lyd at påvirke
luftmolekylerne i atmosfæren for at nå frem til div. mikrofonindgange. Lydens hastighed er relativt
konstant, dog afhængig af atmosfærisk tryk, samtidig kendes afstanden mellem mikrofonindgange.
Med viden om lydens hastighed og om afstanden mellem indgangene, er det muligt at give en
relativ præcist udregning af ekstern forsinkelse.18 Den eksterne forsinkelse kan bruges til at give et
estimat af, hvor lydkildens oprindelsespunkt stammer fra, og dermed kan høreapparaterne
behandle signalet hensigtsmæssigt. En lyd kan enten blive behandlet som støj der dæmpes, eller
som et signal der bliver behandlet af hørapparatets forstærkningsrationale, samt af øvrige
signalbehandlingsindstillinger.
Retningsmikrofoner afhænger ligeledes af en faktor kaldet intern forsinkelse. Den interne
forsinkelse er behandlingstiden, det tager før signalet fra de to indgange danner et samlet input.
Dvs. fra membranerne påvirkes og indtil høreapparatet har forsøgt at detektere lokalisationen af
lydkilder (Ricketts, 2001). Ud fra modellen af retningsmikrofonen i figur nr. 8, vil en lyd som
kommer fra siden ramme begge indgange præcis samtidig (og dermed forekommer ingen ekstern
forsinkelse). Dette vil give en effektiv dæmpning, da signalet vil ramme hver sin mikrofonmembran
samtidigt, og de to ens signaler vil nu være i modfase med hinanden. Retningsbestemte mikrofoner
med 2 indgange som brugte modfaser blev allerede forsøgt udnyttet i et høreapparater i 1969
(Hersh & Johnson, 2003). Ofte vil det ikke være problematisk at lydende fra siden bliver udfaset,
men i nogle situationer vil der være behov for yderligere dæmpning, eller være relevant med
forstærkning herfra. I denne situation kan det være en fordel bevidst at ændre den interne
forsinkelse. Problemet kan løses ved at gøre rørlængden til mikrofonen asymmetrisk, eller ved at
bruge et mekanisk filter19 mellem indgang og membran i det ene rør. Dette vil give en uens
behandlingstid i de to indgange (ændrer internforsinkelse), og derved simulere en ekstern
forsinkelse, så lyde i stedet estimeres til at komme fra en anden azimut. Det kan eksempelvis være
forfra så de forstærkes eller bagfra, så de dæmpes maksimalt.
18
19
Eksempelvis en retningsmikrofoner med 12 mm afstand mellem indgange:
12 𝑚𝑚
344 𝑚/𝑠
= 0,35 𝑠 ≈ 35µ𝑠.
Mesh screen filter.
27
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Princippet, om forholdet mellem intern og ekstern forsinkelse samt bevidste ændringer af den
interne, kan bruges til at skabe flere forskellige direktionelle dæmpningsmønstre,20 også kaldet
polære mikrofonmønstre (Valente, 2002).
Figur nr. 9: Øverst illustreres sensitiviteten af nogle polære mikrofonmønstre som ofte anvendes i
høreapparater. Øverst er det er vist på et såkaldt direktivitetsindeks set på 360 graders azimut. Nedenunder
ses 3 af de samme mønstre ses i 3D, og derved ikke kun som azimut. Figuren er fra Chung, 2004.
Mikrofonens polære mønstre beskriver mikrofondæmpningen set på 360°. Polære
mikrofonmønstre vil altid være frekvensspecifikke. Målingerne vil udforme sig forskelligt på div.
målte frekvenser, og teoretisk set vil disse mønstre være forskellige for samtlige frekvenser
(Valente, 2002).
Stort set alle retningsmikrofoner kan i dag, som minimum, skifte mellem direktionalitet og
omnidirektionalitet, og andre kan ligeledes skifte mellem forskellige polære mønstre.
Høreapparater, som har én retningsmikrofon med to indgange, vil som regel have en anden
mikrofon til omnidirektionalitet. Disse høreapparater har således også to mikrofoner, men opnår
kun direktionalitet ved hjælp af én (Ricketts, 2001).
20
Eksempelvis: omnidirektionelle, bi-direktionelle, subkardioid, kardioid, hyperkardioid, eller superkardioid. (Ikke alle
er lige brugte i høreapparater).
28
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Når to mikrofoner skaber direktionalitet
Direktionalitet med to mikrofoner bygger meget på samme principper som med én. Der vil stadig
være to indgange i høreapparatet, men disse fører til hver sin omnidirektionelle mikrofon, hvor
inputtet kan sammenlignes imellem.21
Figur Nr. 10: Figuren viser princippet når to omnidirektionelle mikrofoner laver retningsbestemmelse. Intern
forsinkelse står her kun i den ene side for at illustrere, at det er en bevidst forsinkelse påført den ene
mikrofon. Figuren er fra Chung, 2004.
Princippet i denne retningsmikrofonteknik er meget lig den der findes for én mikrofon, og
afhænger stadig af forholdet mellem ekstern og intern forsinkelse, samt af afstanden mellem
indgange (til de to mikrofoner). Dog bygger dæmpningen ikke længere på en akustisk ophævelse af
signaler fra to mikrofonmembraner, men derimod på elektrisk ophævelse. Dette sker via
beamforming, hvor den forreste og bagerste mikrofons elektroniske output kombineres med
hinanden og skaber den elektriske ophævelse af signaler fra bestemte vinkler. Ved beamforming
skabes to elektriske signaler, hvor intern forsinkelse kan ændres via volt ændringer fra den
bagerste mikrofon for på den måde at skifte mellem forskellige polære mikrofonmønstre (Ricketts,
2001).
21
For at opnå omnidirektionalitet i disse høreapparater ignoreres eller slukkes den ene mikrofon.
29
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
11.B.3. Dynamiske/adaptive retningsmikrofoner
Når det polære mønster skal vælges afhænger det mest optimale valg af, hvor støjen er i forhold til
hoveretningen på høreapparatsbrugeren. Det betyder at det i nogle lyttesituationer kan være bedst
med et hyperkardioid mønster, og i andre tilfælde er bedre at bruge bi-direktionelle eller kardioide
mønstre. Det har ført til at nogle høreapparater anvender varierende polære mikrofonmønstre. I
disse varierende retningsmikrofoner kan man ændre den interne forsinkelse når to mikrofoner
laver direktionalitet, og på den måde kan der skiftes til et andet polært mikrofonmønster.
Efter udviklingen af varierende retningsmikrofoner blev de adaptive retningsmikrofoner opfundet,
der automatisk skifter det polære mikrofonmønster som en respons på lydmiljøet. Det sker ved at
de retningsbestemmende egenskaber estimerer, hvad der giver den største mulige dæmpning af
støjkilder. Den tid det tager at ændre retningsmikrofonens polære mønster afhænger af lydmiljøet
og høreapparatet, og den kan variere fra få millisekunder til over 5 sekunder. Denne adaptive
teknologi ekskluderer som regel de polære mikrofonmønstre, som giver stor dæmpning forfra med
antagelsen om, at talesignaler oftest stammer forfra. Lyd og støjkilder kan ydermere flytte sig
meget hurtigt, og det ville være problematisk, hvis der går flere sekunder før, det er muligt at forstå
en taler foran (Dilion, 2001; Ricketts, 2001).
De fleste studier har vist, at adaptive retningsmikrofoner giver nogle fordele for taleforståelsen
sammenlignet med et fast retningsmønstrer. Få studier har dog påvist, at der ingen forskel var på
taleforståelsen mellem adaptive og faste retningsmikrofoner. Således eksisterer der ikke
fuldstændig konsensus på dette område (Ricketts, 2001; Ricketts & Henry, 2002; Kuk et al., 2005).
Adaptive retningsmikrofoner kan også have praktiske fordele, fordi børn og ældre, samt personer
med finmotoriske eller kognitive problemer, kan have svært ved selv at skifte de polære
mikrofonmønstre. I den senere tid er der blevet introduceret adaptiv teknologi, som også
automatisk skifter mellem omni og direktionalitet.
Data om brugerpræferencer og tilfredshed med adaptive retningsmikrofoner findes der desværre
ikke meget af (Ricketts, 2001).
11.B.4. Forhold som kan nedsætte retningsmikrofoners effekt
Mismatch
Ved direktionalitet med to mikrofoner er det vigtigt, at begge mikrofoner matcher i output. Er der
mismatch, vil de eksterne og interne forsinkelser blive forkerte, og retningsbestemmelsen vil ikke
fungere optimalt. Ricketts, 2001 beskriver, at mismatch på 1 dB vil give 4 dBs reducering af
direktionalitet på 500 Hz, set på et direktivitetsindeks. Denne reducering vil yderligere blive
forværret, hvis afstanden mellem de to mikrofonindgange forkortes.
30
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Det er en generel ting, at kort afstand mellem indgange giver større usikkerhed hos alle typer
retningsmikrofoner. Nogle har også spekuleret i, at mikrofonsensitivitet kan ændres over tid, og
derved skabe mismatch, men det menes dog, at sådanne ændring sjældent forekommer.
Mismatch kan yderligere forekomme i både én- og to-retningsmikrofonsteknik, hvis der kommer
urenheder og fugt ned i den ene af indgangene, som vil forhindre input foran, bagved, eller som vil
påvirke det mekaniske filter ved brug af én mikrofon. Dette kan undgås ved at rengøre og lave
rutinetjek for, om retningsmikrofonerne virker ligeså godt, som de altid har gjort. Hvis mismatch
opstår, kan der i nogle høreapparater kompenseres herfor ved at skrue mere op for forstærkningen
i den ene mikrofon, hvis der anvendes to-mikrofonsteknologier (Valente, 2002).
Low frequency roll-off og mikrofoners egenstøj
Retningsmikrofoner er mindre sensitive overfor lave frekvenser og vil give et andet
frekvensrespons end omnimikrofoner. Dette skyldes at outputtet fra hver indgang har tilsvarende
faser. Det ændrer fasematchningen, hvorefter der skabes en dæmpning. Det er især udtalt for lave
frekvenser, grunden er de lange bølgelænger og periodetider, som er gældende for disse frekvenser.
Dermed opstår low frequency roll-off på omkring 6 dB pr. oktav. Jo tættere mikrofonindgange er
på hinanden, desto højere frekvenser blive påvirket af low frequency roll-off.
Under direktionalitet har retningsmikrofoner generelt en større egenstøj fra mikrofonen (intern
støj), end under omnidirektionalitet. I to-mikrofonsystemer bliver egenstøjen fra de to
omnimikrofoner adderet. Når retningsmikrofoner aktiveres, vil mikfonens egenstøj stige omkring 3
dB. Selvom egenstøjen ofte er lavfrekvent afhjælper low frequency roll-off dæmpningen desværre
ikke internstøj fra høreapparatet, så mikrofonstøj forbliver forøget, mens lavfrekventforstærkning
dæmpes. Derfor er det ikke så simpelt at kompensere for low frequency roll-off, da det vil resultere
i yderligere øget intern mikrofonstøj, sommetider til hørbare niveauer (Ricketts, 2001; Valente,
2002).
Testsituationer og hverdagsbrug
Retningsmikrofoner giver tydeligvis en forbedring af taleforståelsen i støj, og de hjælper mange
mennesker dagligt. I hverdagssituationer (i modsætning til testsituationer) vil forbedringen
sandsynligvis være lidt mindre. Det er vigtigt ikke at undervurdere mængden af støj i hverdagen fra
alle vinkler. Tale der har interesse kan også pludseligt opstå fra alle vinkler, og man vil ikke dreje
hovedet før det sagt er hørt; eksempelvis når folk kalder på dig bagfra (Gnewikow et al., 2009).
Diffuse lydfelter
Retningsmikrofonernes estimering af lydlokalisationen vil ikke være god i alle lydfelter. Diffuse
lydfelter med meget refleksion og lang efterklangklangstid vil ødelægge den rummelige separation
31
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
som høreapparaterne opfatter, og reducerede retningsmikrofonernes effekt. Refleksioner fra
omgivelserne medfører, at en lydkilde vil ramme mikrofonportene fra andre vinkler end den, der
kommer direkte fra lydkildens oprindelsespunkt (se evt. figur nr. 11). Eksempelvis kan støj fra
siden reflekteres, og dele af støjen vil kunne ramme personen forfra med forsinkelse. Dette øger
den eksterne forsinkelse. Forsinkelse og forlængelse af signalerne kan betyde, at store dele af en
støjkildens efterklang stadig vil blive opfatte som et signal forfra på trods af, at lydkilden reelt
befinder sig bag ved lytteren. Omvendt kan forsinkede dele af et signal forfra også defineres som
støj (Dillon, 2001, Moore, 2007).
Figur nr. 11: Figuren er set oppefra og viser et diffust lydfelt i horisontalplanet, hvor støj og signal
ankommer både direkte samt forsinket fra mange vinkler til lytteren. Figuren er kreeret til dette speciale.
32
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Figur nr. 12: Figuren illustrer samme pointer som figur 11. Denne er blot set fra siden og viser derfor i stedet
princippet bag et diffust lydfelt set fra vertikalplanet. Figuren er fra Ngo, 2011.
11.B.5. Retningsmikrofoners effekt på taleforståelse i støj
Når den forbedrende effekt af retningsmikrofoner skal måles, anvendes ofte udtrykket directional
benefit (direktionelle forbedring). Udtrykket beskriver en forbedring der måles, når
mikrofonen(erne) er indstillet til at være retningsbestemte, sammenlignet med omnidirektionelle.
Det er udelukkende en differencescore. Scoren måler oftest taleforståelsesforbedringer, men det
afhænger af de enkelte forsøg. Direktionelle forbedring afslører dermed noget om den effekt det
har at slå retningsmikrofoner til under de forhold, forsøget er lavet under.
Det er værd at bemærke, at direktionelle forbedringer intet fortæller om, hvor godt et
udgangspunkt de enkelte høreapparater har; eksempelvis kan nogle høreapparater være bedre i
støj end andre, eller de kan vurderes i forhold til normativ data. Skønt 2 høreapparater kan have
præcis samme direktionelle forbedring, kan der være stor forskel på, hvor godt de klarer sig i støj,
fordi det omnidirektionelle udgangspunkt kan være forskelligt. Yderligere er høreapparater der
viser den bedste direktionelle forbedring ikke nødvendigvis den bedste løsning til at forstå tale i
støj.
Gennem tiden er retningsmikrofoners effekt og direktionele forbedring blevet kvantificeret under
forskellige forsøgsforhold. Generelt viser retningsmikrofoner gode forbedringer på taleforståelsen i
støj og er en af de eneste sikre SNR forbedrende teknologier, der findes i høreapparatsindustrien. I
forskningsartikler ses direktionelle forbedringer målt mellem 2 og 11 dB SNR, afhængig af de
anvendte testparametre. Dette svarer til en forbedring på taleforståelse i støj på 40% til 70%
forbedret SRT (Nordrum et al., 2006; Valente, 2002).
33
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
11.C. Støjreducerende algoritmer
Følgende underafsnit vil omhandle teorien bag støjreducerende algoritmer, som er den anden
høreapparatsfunktion der er blevet testet i denne opgave. Teorien vil fokusere på emner, der er relevante
for dette speciales forsøgsdesign. Fokus vil være på støjreducerende algoritmers anvendelse, opbygning,
funktionalitet, fordele og ulemper samt effekten på taleforståelsen, for at kunne sammenligne med
resultater fra eget studie.
11.C.1. Introduktion af støjreducerende algoritmer
Støjreducerende algoritmer er, i modsætning til retningsmikrofoner, ikke afhængige af den rumlige
lokalisering af lyd, men af temporal adskillelse og spektrale forskelle af signaler. Funktioners mål
er at øge lyttekomfort og taleforståelse (Chung, 2004). Funktionen forsøger at skelne mellem
relevante talesignaler og uønskede signaler. Det er lettest for algoritmerne at filtrere støj fra, hvis
støjen adskiller sig så meget som muligt fra signalet (både i frekvens, intensitet og tid).
Eksempelvis vil det være svært for støjreducerende algoritmer at skelne uønsket tale (talestøj) fra
et talesignal, som ønskes at blive hørt. Da talesignaler er meget ens i deres opbygning, vil
funktionen ikke have nogen særlig god effekt i denne situation. Algoritmer kan (endnu) ikke
skelne, hvilke talesignaler en høreapparatsbruger ønsker, eller ikke ønsker at høre. (Nordrum et al.,
2006).
11.C.2. Hvordan virker støjreducerende algoritmer?
De fleste støjreducerende algoritmer er bygget op omkring en signalbehandling, som typisk består
af tre enheder: 1) signaldetektion og analyse, 2) et defineret regelsæt 3) en handlende enhed (som
aktiverer processerne på baggrund af reglerne). Alle algoritmer er stor set unikke for hver enkel
høreapparatsmodel. De har både forskellige detektionsmetoder, regler og tidskonstanter i
handlende enheder (Chung, 2004).
Signaldetektion og analyse
Signaldetektion og analyse foregår som regel ved hjælp af en modulationsdetektor. Denne detektor
vil via input fra mikrofonerne forsøge at estimere SNR og udlede, om der er et talesignal tilstede.
Der findes t0 forskellige slags modulationsdetektore, som anvendes i støjreducerende algoritmer:
1) Multikanal adaptive støjreducerende algoritmer, som detekterer langsomme modulationer i
tale 2) Synkron-detektion støjreducerende algoritmer, som detektere comodulation i talen
(Chung, 2004).
De fleste høreapparater bygger på multikanal adaptiv detektionen. Metoden er basseret på viden
om talesignaler. Tale har en konstant varierende envelope med en modulationsrate mellem 0,1 og
50 Hz, og med en centermodulationsrate på 4 til 6 Hz, som regel omkring 3 Hz. Denne
modulationsrate er forbundet med åbning og lukning af vokaltragten samt munden under tale.
34
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Statisk støj vil derimod typisk have en modulationsrate på 0,5 Hz, og den forekommer ret stabil
eller umoduleret.
Algoritmer i dag forholder sig ydermere til variationer i intensitet af input kaldet,
modulationsdybde (dB). Tale i stilhed fra en enkel taler har ofte modulationsdybder omkring 3050 dB, som udtrykker forskellen mellem bløde konsonanter og kraftige vokaler, hvorimod talestøj
fra mange talere har en modulationsdybde på 15-20 dB. Andet støj vil normalt også nedsætte
modulationsdybden. Informationer om modulationsdybder og rater kan derfor bruges til at både at
estimere SNR af omgivelserne og estimering af om der er talesignaler til stede. Ved talestøj vil
modulationsraten ikke være til at skelne fra signalet, men til gengæld falder modulationsdybden.
På trods af at høreapparaterne registrerer, at der er flere talere tilstede, kan modulationsdetektoren
have svært ved at skelne signalerne og er ikke i stand til at differentiere mellem, hvilke talesignaler
en person ønsker at høre (Bentler & Chiou, 2006). Ud fra denne type algoritme vil alle steady-state
signaler blive karakteriseret som støj (Nordrum et al., 2006).22
Figur nr. 13: Figuren viser hvordan SNR estimering kan forgå. Den tykke streg detektere maxima som er det
samlede envelope amplitudemodulation. Her detekteres styrken af talen. Den tynde streg er minima som er
envolpe af lavere lydstyrke med mere spektral energi. Her detekteres lydstyrken af støjen. Differencen
mellem maxima og minima giver en SNR-estimering af frekvenserne inden for den pågældende
høreapparatskanal. Figuren er fra Chung, 2004.
En anden nyere metode hvorpå støjreducerende algoritmer kan estimere SNR, kaldes synkron
morfologi. I stedet for at basere detektionen på modulationsrater og dybder er algoritmen baseret
på comodulation. Teknikken detekterer for harmoniske strukturer, og den blev introduceret af
22
Dette er den samme metode som adaptive og automatisk skiftende retningsmikrofoner anvender for at estimere
hvilket polære mikrofon mønster som er mest hensigtsmæssigt.
35
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Oticon23 (Bentler & Chiou, 2006). I stedet for envelope informationer, kan der analyseres for
talesignaler via meget hurtige analyser af signalkomponenter. Konkret kan algoritmen analysere
høje frekvenser for hurtig synkronenergi, som kan tyde på, at der er formanter tilstede. På et
frekvensspektrum ses, at tale er synkrone energi bursts. Ifølge Oticon kan teknikken detektere
synkron energi ned til SNR på -4 dB.
Energi fra tale er comoduleret pga. åbningen af stemmebåndet, og svingninger i vokaler og stemte
konsonanter. Comudulationshastigheden for menneskestemmer ligger på 100 til 250 Hz, og op til
500 Hz hos børn. Støj som ikke er tale vil sjældent være comoduleret (Chung, 2004). En forskel (og
måske en fordel) ved denne type algoritmer er, at musik ikke vil blive set som støj og ikke blive
dæmpet. Det skyldes, at musik besidder harmoniske strukturer (ligesom tale), men har lavere
modulationsdybder end tale (Bentler & Chiou, 2006). Der er ikke så mange effektmålinger af
denne type algoritme endnu (Chung, 2004), og det er ikke til at vide om den ene detektionsmetode
er bedre end den anden, de er blot forskellige (Bentler & Chiou, 2006).
Regelsæt
Høreapparater af nyere tid har deres båndbredder opdelt i kanaler, bestående af frekvensvinduer,
der kan behandles individuelt (Dillon, 2001). Flere kanaler vil give flere muligheder for fintuning af
frekvensresponser, samt dæmpe smalle frekvensbånd til feedbackdæmpningsteknikker. Hvis
forstærkningen dæmpes ved smalle frekvensbånd burde det ikke påvirke taleforståelsen synderligt,
dog vil påvirkningen være præget af hvilke frekvenser som dæmpes. Høreapparater med mange
kanaler kan også have ulemper. Opdelingen i smalle frekvensbånd giver øget signalbehandling. Det
kan medføre gruppeforsinkelser som forlænger signalbehandlingstiden før, at kredsløbet leverer
signal fra mikrofonerne til receiveren. Det er individuelt, hvor meget gruppeforsinkelse
høreapparatsbrugere kan tolerere. Store gruppeforsinkelser vil resultere i, at signalperceptionen
opfattes som værende af ringere kvalitet, eksempelvis hul eller som ekko. Dette kan være
generende, og i nogle tilfælde forringe taleforståelsen (Nordrum et al., 2006).
Analyserer støjreducerende algoritmers signaldetektor at en høreapparatskanal overvejende består
af, hvad den selv karakteriserer som støj, vil forstærkningen i kanalen dæmpes proportionalt med
SNR estimeringen. Med andre ord aktiveres den indkodede gain-regel, som er tilsvarende med de
informationer signaldetektionen analyserer. Ved dårlig SNR forsøger funktionen at reducere den
maskering af talen, som støjen skaber fra denne kanal, samt spread of masking til omkringliggende
kanaler. Det er værd at bemærke at taleelementer, der ligger inden for de påvirkede kanaler, vil
blive dæmpet ligeså meget som støjen, og derfor vil intra-kanal SNR være uændret. Dog vil samlede
23
Dette speciales eget forsøg anvender Oticon høreapparater.
36
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
kanaloutput måske have forbedret SNR og taleforståelighed. Dette er i hvert fald den oprindelige
intention med støjreducerende algoritmer (Nordrum et al., 2006).
Detekteres modulation (eller comodulation) ikke vil algoritmen gå ud fra, at der ikke er tale tilstede
og se øvrige lyde som støj, og evt. dæmpe dette alt efter regelsættet. Hvis der er god SNR vil
algoritmen se det som tale i stilhed og ingen regler aktiveres. I noget litteratur bruges begrebet
modulationstærskel som værende punktet, hvor reglen aktiveres og foretager dæmpning.
Modulationstærsklen er forskellig alt efter regelsættet i algoritmerne, og efter om de er indstillet til
kraftig eller mild støjdæmpning (Chung, 2004).
Et andet element for regelsæt er frekvensvægtning, hvor algoritmerne vil vægte at dæmpe nogle
frekvenser mere eller mindre end andre. De tidlige støjreducerende algoritmer forholdt sig til, at
der især ligger meget støj ved lave frekvenser, og derfor blev disse især dæmpet (Nordrum et al.,
2006). I dag er de støjreducerende algoritmer også baseret på SII-indeks, hvor frekvensområder
med meget taleinformation dæmpes mindre end andre frekvensområder, selvom SNR estimeres til
at være ens. Omvendt vil områder med meget støj og lidt taleinformation dæmpes mere. I mange
tilfælde vil algoritmer som er udelukkende frekvensbaserede ikke være tilstrækkelige.
Mange støjreducerende algoritmers regelsæt kan desuden fungere i relation til lydstyrke. I dette
tilfælde vil dæmpning ikke alene være afhængig af SNR-estimering, men kun blive aktiveret ved
bestemte lydstyrker og giver større dæmpning ved større lydstyrke (Chung, 2004).
Tidskonstanter
Tidskonstanter beskriver, hvordan noget forandres som en funktion af tid. Den handlende enhed,
som aktiverer signalbehandlingen på baggrund af reglerne, kan have forskellige tidskonstanter.
Støjreducerende algoritmers tidskonstanter kan inddeles i fire forskellige tidkonstanter:
1) Tiden mellem at støj er detekteret, og indtil algoritmen begynder at dæmpe gain.24
2) Tiden mellem gain begynder at blive dæmpet, og indtil maksimum dæmpning.
3) Tiden mellem fravær af støj er detekteret, og indtil gain begynder at stige (forudsat det har
været dæmpning).25
4) Tiden mellem at gain begynder at genforøges, og indtil standardtilstand er opnået med 0
dBs dæmpning.
Nogle producenter tager også højde for udgangspunktet af intensiteter, og de vil have forskellige
tidskonstanter afhængig af lydstyrke. I en sådan algoritme vil kraftig lyd i stilhed, kraftig lyd i tale,
24
25
Også kaldet attack, adaption(s) og engaging time/tid.
Også kaldet release og disengaging time/tid.
37
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
lav lyd i tale osv. have forskellige tidskonstanter. (Bentler & Chiou, 2006). Tidskonstanterne er
yderligere alle forskellige diverse støjreducerende algoritmer i mellem.
Tidskonstanter er afgørende for brugeroplevelsen, samt for kvaliteten og effekten af algoritmerne.
Hurtigtreagerende algoritmer kan behandle signaler stort set ved samme hastighed, som
komponenterne fysisk forekommer i talesignalerne. Algoritmerne vil ofte reagere på de forskellige
lydinput, det kan være en fordel da de altid er forberedt på skiftende lydmiljøer. Helt generelt
bliver processoren nødt til at operere hurtigt nok til at kunne opfange støj de naturlige pauser, en
talestrøm har, før algoritmerne virker effektivt (Nordrum et al., 2006). Alt for hurtige algoritmer
kan også være til gene for brugeren.
De hurtige skift af gain kan forsage en pumpeeffekt, hvor lydbilledet markant og hørbart kan
ændres ofte og midt i samtaler (Chung, 2004). For hurtige tidkonstanter vil også forårsage spectral
smearing, gøre at stop og frikativer bliver behandlet som støj og derfor dæmpet, samt forringe
batterilevetiden (Nordrum et al., 2006).
Langsomreagerende algoritmer kan virke mere stabile, men kan også forekomme sløve. Det
risikeres, at uønskede signalbehandlinger finder sted i længere tid, eller slet ikke bliver reageret på.
Eksempelvis vil kortvarigt støj ikke blive dæmpet. Samtidigt kan for langsomme tidkonstanter
ødelægge effekten af algoritmen, idet stop og pauser i talen ikke bliver opfattet.
Nogle høreapparater anvender varierende tidskonstanter, som skifter basseret på lydomgivelsernes
fysiske karakteristikker, bruger data om livsstil og lydgener, audiogram og forstærkningsrationale
(Chung, 2004).
Nogle høreapparater anvender endda kunstig intelligens til at variere algoritmen både i
tidskonstanter og i gain regler. Variationerne vil være basseret på gemte data om lydmiljøer, som
brugeren tidligere har færdes i, for på den måde at forsøge at forudse lydmiljøet og optimere
algoritmerne herefter (Bentler og Chiou, 2006).
11.C.3. Støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen
På trods af det teoretiske grundlag og de øgede avancerede signalbehandlingsmetoder og
detektionsmetoder har det gennem tiden vist sig svært at påvise nogen kvantificerbar effekt af
støjreducerende algoritmer. Resultaterne om forbedringer af taleforståelse i støj har været
inkonsistente, og ofte ikke signifikante. Dette på trods af at målingerne sker under kontrollerede
testforhold, vel vidende at hverdagsomgivelser ville gøre det endnu sværere at påvise en signifikant
effekt.
Den gennerelle konklusion er at støjreducerende algoritmer ikke har nogen forbedring på SNR
eller SRT. Nogle forsøg har endda vist negative effekter på spektral subtraktion, spektral
38
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
forbedring, og adaptiv støj annullering. Få studier har vist en forbedring af taleforståelsen i støj,
men disse studier har som regel brugt noget smalbåndet støj, hvorimod tests med bredere støjbånd
har ikke vist nogen effekt. Grunden til dette er, at støj og tale dæmpes lige meget hvis de er på
samme kanaler. Dette er især problematisk hvis støjen ligger oven i de SII-baserede talefrekvenser.
Omvendt er der større chance for en effekt, hvis signalernes akustiske karakteristika er så
forskellige som muligt, og støjen ikke indeholder modulation. I hverdagssituationer vil støj dog ofte
være bredbåndet og talestøj er ligeledes bredbåndet. Så kun i få specifikke situationer vil der kunne
opleves forbedret taleforståelse grundet støjreducerende algoritmer (Chung, 2004).
Selvom der ikke er påvist entydige forbedringer af taleforståelsen i støj, er det ofte påvist at
høreapparatsbrugere finder det mere komfortabelt at lytte i støj med støjreducerende algoritmer
slået til. Forsøg om subjektiv lyttekomfort har vist, at de fleste fortrækker støjreducerende
algoritmer i kategorier som: Naturlighed af talen, lydkvalitet, lyttepræferencer i baggrundstøj, og
en signifikant korrelation mellem øgning af accepteret støjniveau og aktivering af støjreducerende
algoritmer. Ikke alle studier har fundet en sammenhæng mellem lyttekomfort og støjreducerende
algoritmer, men det er dog kun få som ikke har (Chung, 2004; Mueller, et al., 2006).
Nyere forskning foreslår, at der måske er andre forhold, hvor støjreducerende algoritmer faktisk
forbedrer taleforståelsen, men at den rette sammenhæng omkring, hvornår der er forbedringer blot
ikke er opdaget. I de tilfælde hvor signal- og støjkilden ikke er separeret, lyder forslag fra nogle
forskere at svarene måske skal findes i et isotropisk lydfelt, eller at resultater skal ses i forhold til
kompressionsgrad (Nordrum et al., 2006). Flere forskningsartikler påpeger det sandsynlige, i at
wide dynamic range kompression muligvis interferer og ødelægger de støjreducerende algoritmers
eventuelle effekt, i modsætning til en lineær kompression. Derfor er det måske muligt at påvise en
effekt på taleforståelsen med den rette kompression (Chung, 2004; Ngo, 2011).
39
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Figur nr. 14: Figuren viser en test fra Chung, 2004 om kompressions påvirkning af støjreducerende
algoritmer. A. er amplitude envelope af to sætninger efter hinanden, afspillet i speech spectrum noise
præsenteret ved SNR på + 3 dB B. er amplitude envelope af samme sætninger og støj med
retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmer i lineær kompression. C. er amplitude envelope af samme
forhold som B. blot i wide dynamic range kompression sat til 3:1.
Figur nr. 14 viser en test hvor wide dynamic range kompressionen ødelægger de støjreducerende
algoritmers effekt.
40
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
11.D. Støjreducerende algoritmer og retningsmikrofoner anvendt simultant
Dette underafsnit beskriver de studier det var muligt at finde, som omhandler støjreducerende algoritmer
og retningsmikrofoner når de anvendes samtidigt, og hvilken påvirkning de har på taleforståelsen.
De to teknologier (Støjreducerende algoritmer og retningsmikrofoner) ses almindeligvis testet hver
for sig, og kun få studier har testet for den simultane effekt af begge teknologier aktiveret samtidigt.
Dette på trods af, at høreapparatsbrugere under mange omstændigheder anvender funktionerne
samtidigt.
Tidligere blev det beskrevet, at retningsmikrofoner giver SNR-forbedrende signalændringer før den
øvrig signalbehandling. Derudover giver støjreducerende algoritmer som regel ikke nogen
efterfølgende forbedringer på taleforståelsen i støj eller SNR. På trods manglende effekt er det
muligt at støjreducerende algoritmer påvirker retningsmikrofonernes forbedringer af
taleforståelsen i støj, teoretisk kan det både være en forbedrende eller forværrende påvirkning. Det
motiverer til at teste begge teknologier i samspil med hinanden (som dette speciale også gør). Få
forsøg har gjort netop dette, og under min litteraturgennemgang til specialet fandt jeg kun 4 forsøg,
som testede den simultane effekt. I nogen grad har resultaterne af disse studier været
inkonsistente. Et kort overblik over resultater fra de 4 studier er listet nedfor:
-
Walden, 2000 målte en lille, men ikke signifikant, forskel på retningsmikrofoners effekt og
den simultane effekt af både retningsmikrofoner + støjreducerende algoritmer, når de var
anvendt samtidig. Der blev også foretaget en række subjektive test som viste, at
testpersonerne foretrak at støjreducerende algoritmer var slået til.
-
Nordrum et al., 2006 målte, at det nærmest var 50-50 om de fik bedste SRT med begge
funktioner, eller bedre med blot retningsmikrofoner alene. Alle testpersoner blev testet med
fire forskellige høreapparater. Den halvdel med bedst SRT, når de brugte begge funktioner,
havde det sådan med alle fire høreapparater. Omvendt fik den anden halvdelen den bedste
SRT kun med retningsmikrofoner, det gjaldt ligeledes med alle fire høreapparater. At
resultaterne er ens på tværs af algoritmer og høreapparater kunne tyde på, at der er en
gruppe personer som får gavn af støjreducerende algoritmer, og en som ikke gør. Dette på
trods af ikke-signifikante resultater af støjreducerende algoritmer alene for alle
testpersoner, og det skyldes sandsynligvis at de to grupper ikke er defineret eller opdelt.
-
Peeters et al., 2009 målte SRT via den originale HINT på Widex speech enhancer algoritme
(SII baseret støjreducerende algoritme). Overaskende nok viste algoritmen en signifikant
forbedring af taleforståelsen i støj. Med begge funktioner slået til viste der sig en
41
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
gennemsnitlig adderet forbedring af de to funktioners oprindelig forbedring lagt sammen.
Dog var der ikke signifikant forskel mellem algoritmen alene og begge funktioner slået til,
så den adderede forbedring var altså ikke signifikant. Den umiddelbare addering af
funktionerne er alligevel interessant, da den ikke viser sig i studier hvor støjreducerende
algoritmer heller ikke viser en effekt alene.
-
Magnussen et al., 2013 målt også SRT via den originale HINT. Hovedformålet med dette
studie var at teste forskellen på åbne og lukkede propper ved brugen af støjreducerende
algoritmer + retningsmikrofoner samtidigt. På trods af et andet hovedformål, konkludere
artiklen dog stadig, at støjreducerende algoritmer ikke påvirkede retningsmikrofonernes
forbedring af taleforståelsen i støj. Støjreducerende algoritmer blev desværre kun målt i
samspil med retningsmikrofoner og ikke alene. I øvrigt viser artiklen, at lukkede propper
forbedrer udbytte af både støjreducerende algoritmer og retningsmikrofoners.
Alt i alt tyder nogle studier på, at de to støjreducerende funktioner ikke påvirker hindanden. Ét
andet studie indikerer, at en specifik gruppe kan få gavn af støjreducerende algoritmer, mens en
anden gruppe ikke kan. Ét sidste studie indikerer, at en adderet forbedring af de to funktioner er
muligt, hvis de støjreducerende algoritmerne giver signifikante resultater alene. Dermed ikke helt
konsensus i resultaterne.
12. Metode
Dette afsnit vil beskrive hvordan specialets forsøg er designet og udført.
12.A. Introduktion til metode
Som beskrevet i formål (afsnit 4.) og hypotese (afsnit 5.) er forsøget et kvantitativt studie, der har
til formål at påvise den samtidige effekt af to støjreducerende høreapparatsfunktioner:
Støjreducerende algoritmer og retningsmikrofoner når de anvendes simultant. Forsøget vil hermed
undersøge, hvordan de to høreapparatsfunktioner spiller sammen, og hvorvidt de påvirker
hindandens effekt på taleforståelsen i støj. For at opfylde dette formål er det nødvigt også at teste
funktionerne enkeltvis for at på den måde at skabe et sammenligningsgrundlag. Forsøget tester
dette ved at måle sSRTN via den danske HINT på hørehæmmede med funktionerne: slået til
samtidigt, slået til hver for sig og slået fra. I resten af dette afsnit beskrives i detaljer, hvordan
forsøget er designet til bedst at kunne leve op til formålet og give brugbare resultater.
12.B. Testpersoner
10 testpersoner deltog i dette forsøg, 6 mænd og 4 kvinder. Forsøgets testpersoner er alle
hørehæmmede, fordi teorien om taleforståelse i støj beskriver, at personer med hørenedsættelse
42
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
har særlige udfordringer i støj, som ikke kan sammenlignes med normalthørende26. Yderligere er
det naturligt at have testpersoner, som samtidig er i målgruppen for anvendelse af støjreducerende
algoritmer og retningsmikrofoner.
Der var på forhånd en række inklusionskriterier testpersonerne skulle opfylde: Alle testpersoner
havde tidligere fået udleveret høreapparat fra det offentlige og været hørapparatsbrugere i
minimum et år. De er alle diagnosticeret med perceptivt (sensorineuralt) binauralt høretab med
nyeste høreprøve foretaget inden for et år. Dette mindsker risikoen for at der er sket store
ændringer i hørelsen, og at høreapparater ikke er justeres efter et uaktuelt audiogram.
Ingen af testpersonerne havde kendte retrocochleære problemer eller air-bone-gaps over 5 dB. Alle
har høretab med tærskler under 65 dB HL, og en DS på over 60 %. At der er valgt testpersoner med
denne type høretab er der flere grunde til:
1) Mange nuværende teorier antager, at folk med perceptive høretab, god skelneevne, samt
tærskler under 65 dB, formodes overvejende at have ydre hårcelleskader (se evt. Kates,
1993 og Van Tasell, 1993). Dette giver en mere homogen gruppe.
2) Det minimerer, at personer med store skelnetab skal sammenlignes med personer med god
skelneevne, da dette ville give store spredninger af sSRTN. Yderligere kan skelnetab
mindske den eventuelle effekt, som støjreducerende algoritmer og retningsmikrofoner
kunne have på taleforståelsen.
3) Forsøget anvendte RITE-høreapparater (receiver in the ear), som ikke kan give nok
forstærkning til personer med svære hørenedsættelser. Der risikeres yderligere både
forvrængninger og feedback, hvis forstærkningen er skruet for højt op.
4) Store høretab ville også være problematisk for HINT udførelsen. HINT er opbygget så
støjen afspilles ved et fast lydniveau, og derfor ville støjen skulle afspilles på et højt
lydniveau, før den er hørbar for personer med store høretab. Det høje lydniveau ville give
gener for testpersonerne med bedre hørelse. Desuden skulle talen skrues endnu mere op
end den i forvejen høje støj, for at mange ville kunne forstå sætningerne, og dette ville
endda kunne skabe risiko for støjskader. Yderligere giver HINT selv en melding om, at der
er risiko for forvrængninger af talerens stemme, når den afspilles ved høje lydstyrker. Alt
dette kan undgås ved at have personer med høretab under 65 dB HL.
5) En anden problematik for HINT udførelsen er vocal effort. Vocal effort og den hørebare
ændring der tilføjes talen, når nogen skal anstrenge sig for at tale højt. Det ville ikke kunne
høres ved at skrue op for en lavere indtalt indspilning, og derfor vil der være urealistisk lidt
vocal effort (Traunmüller & Eriksson, 2000).
26
Jf. teorien i afsnit 11.A.
43
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Figur Nr. 15: Figuren er et middelaudiogram, som viser gennemsnitskurven for alle 10 testpersoner.
Alle testpersoner havde dansk som modersmål, og ingen havde fået foretaget HINT før. Det gav
testpersonerne lige vilkår, og det giver større sikkerhed for, at sSRTN mellem testpersonerne er
relevante at sammenligne.
Yderligere blev testpersonerne subjektivt vurderet af mig til at være kognitivt i stand til at
gennemføre testen, før deres data blev anvendt i denne opgave.
Ingen af testpersonerne gav udtryk for, at de anvendte støjreducerende algoritmer eller
retningsmikrofoner ofte. Det har vist sig svært at kontrollere for variabler om, hvor ofte de brugte
høreapparater, samt hvor tit de brugte specifikke funktioner.
Yderligere viste det sig svært at få testpersoner inden for samme aldersdemografi. Alderen for
testpersonerne var mellem 40-70 år.
12.C. Høreapparater
Forsøgspersonerne blev testet med høreapparatsforstærkning i alle tests. Alle testpersoner er
blevet testet med det samme sæt høreapparater. Dermed bliver data mere sammenligneligt, fordi
forstærkningen er ens for alle, og det udelukker variationer grundet eventuelle produktionsfejl i et
sæt apparater.
Testpersonerne blev tilpasset med et sæt Oticon, Alta PRO, mini RITE CBE høreapparater på begge
ører. Testpersonerne anvendte alle minifit 2/85, som er en medium receiver til høreapparatet. Der
var fem kriterier for valg af høreapparatsmodel:
44
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
1) Det skulle være RITE-høreapparater. RITE er blevet valgt for at undgå variationer i
slangemonteringer og slangelængder. På den måde blev der anvendt samme ledning og
samme receiver til alle testpersoner, og derved var der ingen slanger til at påvirke
resultaterne.
2) Høreapparatsmodellen skulle have støjreducerende algoritmer og retningsmikrofoner, som
kunne slås til individuelt og sammen.
3) Det skulle være en nyere høreapparatsmodel og et topprodukt, så støjreducerende
algoritmer og retningsmikrofoner således var af nyeste teknologi.
4) Høreapparaterne skulle være almindelig anvendt af høreapparatsbrugere i Danmark, fordi
det er i min interesse at teste teknologier, som bruges i hverdagen.
5) Høreapparaterne skulle være helt ny og ubrugte, så det sikres at de var helt intakte.
Så længe de fem kriterier var overholdt kunne det specifikke høreapparatsmærke og model i
princippet være erstattet med andre, end det valgte. Testresultater fra andre modeller ville
ligeledes opfylde formålet og være ligeså relevante, selvom høreapparatsfunktionerne i nogen grad
er model- og mærkespecifikke.
Det kunne også være interessant at inkludere flere høreapparater i testen, for at afdække forskelle
af præstationer apparaterne i mellem. På den måde ville det vise sig om samme personer fik
samme resultater på tværs af høreapparater. Dette ville dog øge testtiden med mange flere
testgange, og det ville strække sig ud over tidsrammen og ressourcerne for dette speciale.
Relevante udklip fra datablad om Alta PRO, mini RITE kan ses i bilag 3 – afsnit 17.C.
12.D. Forstærkningsrationale
Alle testpersoner blev tilpasset med NAL-NL1 under alle tests. Dette forstærkningsrationale er
valgt, da alle gain-regler og data om NAL-NL1 udviklingen er offentligt tilgængeligt, hvorimod
detaljer om firmarationaler ofte er holdt som forretningshemmeligheder. NAL-NL1 er desuden
anvendeligt i de fleste høreapparater, og replikation af dette forsøg er derfor lettere.
Testpersonerne blev tilpasset efter det nyeste målte audiogram. Alle blev tilpasset med automatisk
tilpasning for at undgå min personlige og subjektive indflydelse derpå (bias). Tilpasningen blev
foretaget med Oticons fitting software Genie version 2014.1, som var den nyeste version på det
tidspunkt forsøget blev udført. Alle testpersoner blev spurgt, om de havde mistanke om store
ændringen i hørelsen siden sidste måling. Hvis dette var tilfældet, blev audiogrammet verificeret
med INSITU-audiometri. Dette var kun relevant for én testperson og ingen tærskler blev flyttet
mere end 5 dB HL.
45
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
12.E. Propløsning
I forsøget blev valgt en lukket propløsning til testpersonerne. En indledende feedbacktest blev også
foretaget før selve testen, for at afsløre eventuelle lækager i proppen, og for at vise om gain var tæt
på target. En lukket løsning giver både retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmer
mulighed for at fungere optimalt af følgende årsager:
1) Lukkede løsninger mindsker lækage af høreapparatsoutput ud af øregangen, og derved
modtages det fulde udbytte af gain. En sådan lækage ville også mindske effekten af
retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmer.
2) En lukket løsning gør, at så lidt støj som muligt slipper forbi hørapparatsproppen og direkte
ind til trommehinden. Det sikrer, at høreapparaterne får mulighed for at have indflydelse
på signalerne. Ved åbne løsninger ville dele af støjen og talen blive perciperet direkte af
forsøgspersonerne, uden hørapparatets indflydelse. Var dette tilfældet ville støjen stadig
maskere signalet meget, uden at retningsmikrofonerne og støjreducerende algoritmer ville
have mulighed for at dæmpe det, og dermed ville deres indflydelse på SNR mindskes.
3) Lukkede løsninger mindsker risiko for feedback, som kan forringe hørapparatets evne til at
forstærke. Feedback kan endda have negativ indflydelse på udbyttet af forstærkningen,
selvom det ikke er i form af et hørbart hyl. Fænomenet er kendt som positiv- og negativ
feedback (Dillon, 2001; Valente 2002). Desuden kan eventuelle feedbackhyl maskere
signalet for forsøgspersonen, samt forringe deres koncentrationsevne.
Lukkede løsninger kan dog skabe en potentiel risiko for okklusion. Okklusion er fænomenet hvor
høreapparatsbrugerens egen stemmen høres anderledes. Typisk hul eller som ekko (Dillon, 2001).
Okklusion kan forsage koncentrationsbesvær eller gener, som kan påvirke testen når sætningerne
skal gentages. Alle testpersoner blev informeret om, at deres egen stemme kunne komme til at lyde
anderledes og spurgt, om det medførte store gener. Ingen testpersoner gav udtryk for, at deres egen
stemme havde en problematiske ændring. De 3 ovenstående fordele ved lukkede løsninger opvejer
risikoen for okklusion, fordi fordelene er vigtige for validiteten af forsøget.
Optimalt skulle alle testpersoner have en fuldstændig lukket prop, som var støbt efter deres
øregang. Dette var desværre ikke muligt. Derfor blev der anvendt power tips, som er den mest
lukkede, ikke-støbt, proptype, der passer til det valgte høreapparat. Størrelsen blev omhyggeligt
valgt til at være den største, som kunne komme helt ind i øregangen, og alle propper blev placeret
med omhu.
46
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
12.F. Testparametre
Forsøgspersonerne fik testet sSRTN under fire testparametre. Testparametrene er fire programmer
installeret i høreapparaterne som repræsenterede de variabler, der blev testet for. De fire
programmer vil der blive refereret til under resultater og dataanalyse. De blev også kort beskrevet i
begrebsafklaringen i afsnit 6. Bemærk at alle testparametre i øvrigt er testet med NAL-NL 1 via
automatisk fitting efter nyeste audiogram. Testparametrene er som følger:
12.F.1. OMNI (1. testparameter/program 1)
OMNI vil referere til at der er målt med høreapparaterne indstillet til omnidirektionalitet. Derved
vægtes alle 360° azimut lige højt27. Støjreducerende algoritmer er slået fra, og det er kun
forstærkning som er i spil.
OMNI skal bruges som referenceværdi, så det kan fastslås hvor store forbedringer de andre
testparametre giver sammenlignet med kun forstærkning.
Figur nr. 16: Screenshot fra Genie 2014.1. Billedet viser indstillingerne af høreapparaterne, som der er testet
med i 1. testparameter (program 1 i høreapparaterne).
27
360° grader er teoretisk set, da head-shadow-effect gør at pinna og hovedet skærmer for nogle vinkler.
47
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
12.F.2. DIR (2. testparameter/program 2)
DIR (direktionalitet) refererer til, at retningsmikrofoner er på fuld direktionalitet, indstillet til at
opfange lydkilder fra en azimut, som kommer forfra til testpersonerne. Støjreducerende algoritmer
er slået fra, så retningsmikrofoner testes alene.
DIR skal bruges til at måle retningsmikrofonernes effekt på taleforståelsen, og for at vise om der er
signifikante forskelle mellem de andre testparametre. Mere specifikt skal DIR især sammenlignes
med resultaterne for, når begge funktioner er slået til samtidigt og på den måde belyse, hvilken
påvirkning retningsmikrofonen har.
Figur nr. 17: Screenshot fra Genie 2014.1. Billedet viser indstillingerne af høreapparaterne, som der er testet
med i 2. testparameter (program 2 i høreapparaterne).
48
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
12.F.3. NR (3. testparametre/ program 3)
NR (noise reduction) henviser til, at omnidirektionalitet og støjreducerende algoritmer er slået til
på maksimum. Derved har algoritmerne mulighed for at påvirke taleforståelsen alene.
På samme måde som DIR skal NR både bruges til at se, hvilken effekt de støjreducerende
algoritmer har på taleforståelsen i støj, og om der er forskelle til de andre testparametre.
Resultaterne for NR kan belyse hvilken rolle NR spiller, når de to funktioner er slået til samtidigt.
Figur nr. 18: Screenshot fra Genie 2014.1. Billedet viser indstillingerne af høreapparaterne, som der er testet
med i 3. testparameter (program 3 i høreapparaterne).
49
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
12.F.4. DIR + NR (4. testparametre/ program 4)
DIR + NR refererer til både fuld direktionalitet og støjreducerende algoritmer på maksimum, hvor
begge er slået til samtidigt.
DIR + NR kan derved vise resultater for, hvordan den simultane effekt påvirker taleforståelsen i
støj. Resultaterne kan analyseres videre ved at sammenligne med forbedringerne for DIR og NR
målt hver for sig, og set i forhold til OMNI. På den måde vil det kunne fortælle noget om, hvordan
de 2 funktioner påvirker hinanden.
Figur nr. 19: Screenshot fra Genie 2014.1. Billedet viser indstillingerne af høreapparaterne, som der er testet
med i 4. testparameter (program 4 i høreapparaterne).
12.G. Testopsætning
Forsøget anvendte ’3 Blue Sky sat 6,5’ højtalere i et lyddødt rum. Alle med en meters afstand til test
personen, dette er normal HINT-standard. Testpersonerne blev placeret på en stol i rummet, og
alle højtalere blev justeret så, de var på højde med testpersonens ørehøjde.
Signalet/talen blev afspillet af en højtaler i 0° azimut, og dermed lige foran testpersonen. Støj blev
afspillet ved henholdsvis 90° og 270° azimut, dvs. lige ud fra begge sider af testpersonen (se evt.
50
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
figur nr. 20). Denne opstilling giver mening, fordi retningsmikrofonerne kræver, at signal og
støjkilder er rummeligt separerede, før de virker.
En sådan opstilling giver den bedste sSRTN, da testpersonerne har mulighed for at anvende spatial
release from masking, hvis hørelsen rækker til det. De dårligste tærskler opnås, hvis signal og støj
kommer fra samme vinkel (samme højtaler), da dette gør talen sværest at skelne.
I hverdagssituationer vil de fleste lytte binauralt i situationer, hvor støjkilder er adskilt fra den
kilde, som ønskes hørt. Derfor simulerer opsætningen ikke en urealistisk situation ved at adskille
støj og signalkilder.
Testpersoner blev udstyret med et comfor audio streamer (FM system), hvor testpersonen havde
senderen, mens modtageren var sat til en foster personal monitor 6301B, center højtaler. Center
højtaleren stod tæt ved testoperatøren, så det var muligt at høre, hvad testpersonerne sagde i det
lyddøde rum.
HINT-testen blev afviklet på en computer (asus Notebook N53SV), der var koblet til højtaleren ved
0° azimut. HINT-støjen blev afspillet af en anden computer (IBM think pad), som var koblet til de
to støjhøjtalere ved henholdsvis 90° og 270° azimut.
Figur nr. 20: Figuren er en tegning over forsøgsopstillingen, som er beskrevet i dette afsnit.
51
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
12.H. Testmiljø
Det akustiske testmiljø kan have stor indflydelse på forsøget. Forsøget blev foretaget i et lyddødt
rum.28 HINT skal måle effekten af støjpåvirkning på taleforståelsen og ikke rumakustiske effekter,
derfor er det relevant at anvende et lyddødt rum (Soli & Wong, 2008). Rummet er beklædt med
lydabsorberende materialer på indersiden for at undgå lydrefleksion fra vægge, loft og gulve.
Lydrefleksion ville gøre, at især retningsmikrofoner, men også støjreducerende algoritmers
funktion nedsættes, og teknologierne vil ikke fungere som tiltænkt. Dette ville ikke være optimalt,
da specialets forsøget netop har til hensigt at undersøge, hvilke effekter disse to funktioner har i
samspil med hinanden.
Rumklang og efterklang fra vægge og loft kan mindske taleforståelsen. Efterklangstiden vil skabe
forsinkelser på dele af talen, som så vil blande sig med den del, der ankommer til testpersonen
uden efterklangsforsinkelse direkte fra højtalerne (ikke høreapparatets højtalere). Denne blanding
af forsinkede signal og direkte signal kan forværre den temporale envelope taleforståelighed. Ved
brugen af et lyddødt rum vil denne problematik ikke påvirke testen.
12.I. Taleforståelsestesten
12.I.1. Introduktion af den danske hearing in noise test (HINT)
Forsøget er udført ved hjælp af den danske HINT version 19 beta, som er den nyeste version i
skrivende stund. HINT måler sSRTN.29 HINT er et standardiseret testværktøj, baseret på den
originale HINT fra Nilsson et al., 1994 (Nielsen & Dau, 2009). Alt i alt har den danske HINT vist
sig at være valid og brugbar i evalueringerne. Den er udviklet til både at være anvendelig til forsøg
på normalthørende og til personer med hørenedsættelse. Nielsen & Dau, 2009 målte test-retest
variationen på 0,46 dB med en standardvariation på 0,75 dB hos normalthørende. For
hørehæmmede lå test-retest variation på 0,36 dB med en standardvariation på 1,86 dB (Nielsen &
Dau, 2011).
På grund af forskelle i sprogenes opbygning afviger div. landes udgave fra hinanden. Den danske
HINT har seks variationer i måden testpersoner må svare rigtigt på. Det tillades at: 1) svar må
ændres i verbets tid, 2) ændre i artiklen, 3) ændre mellem singularis (ental) og pluralis (flertal) i
substantiver (navneord), 4) reorganisere ord, 5) tilføje et ekstra ord eller fonem, 6) udelade et
fonem (Nielsen & Dau, 2011).
28
29
Også kaldet: anekoiskkammer eller refleksionsfrit rum
Se eventuelt begrebsafklaring for uddybning af sSRTN Jf. afsnit 6.
52
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
12.I.2. Generelt om den danske hearing in noise test (HINT)
Der er 13 sætningslisterne i den danske HINT, som er generaliseret i forhold til sætningernes
naturlighed, fonetisk balance, længde og sværhedsgrad. Det gælder intra-listebalancering, samt en
ekstern-listebalancering af alle 13 sætningslister. Testen er både valideret på hørehæmmede og
normalthørende. Disse tiltag er inspireret af den originale HINT. Deres formål er at undgå
variabler, som skaber uhomogenitet grundet hørehæmmedes ændrede fysiologi og auditiv
perception (Nilsson et al., 1994). At sætningerne er naturlige og kan forekomme i hvilken som helst
fonologisk opbygning, giver en fordel for generalisering af data. Mange af disse tiltag er ikke
unormale for en sådan test, men HINT har yderligere nogle relevante fordele i forhold til
støjanvendelsen i dette forsøg. De danske HINT-sætningslister kan ses i bilag 1 – afsnit 17.A.
Udviklingen af den danske udgave af HINT skete hovedsageligt i overensstemmelse med HINTstandarden, beskrevet i Soli & Wong, 2008 (Nielsen & Dau, 2011). Artiklen beskriver bl.a. en række
tiltag for støjen, når testen skal udvikles på andre sprog. HINT bruger talestøj som støjsignal, hvor
mange talespor er lagt oven i hinanden. Støjen i HINT vil altid være ens, hvorimod diverse
sætninger har forskellig fonemopbygning, og talerens stemme vil variere i både spektrale og
temporale komponenter. Den maskerende effekt som støjtypen har, kan udtrykkes i RMS-værdi
(root-mean-square). HINT-støjen er designet, så RMS-værdien af støjen er tilsvarende RMSværdien af sætningerne. Det at RMS-værdierne matcher mindsker uønskede variationer i, hvor
meget de forskellige sætninger maskeres.
Der kan dog stadig være spektrale og temporale variationer i talesignalet, som ikke opfanges
selvom RMS-værdierne matcher. En single speech spectrum noise (én taler laver talestøj) vil
risikere at give store variationer af maskeringsgraden. En sådan støj ville være uforudsigelig og
variere meget i intensitet, samt have stor modulationsdybde og høj modulationsrate. Pauser og
variationer i intensitet giver muligheder for at høre enkelte fonemer - eller dele af fonemer fra
signalet, uden at de er maskeret. Derfor ville maskringsgraden bl.a. afhænge af talen og talestøjen
set i tidsdomænet. HINT undgår en sådan uforudsigelighed ved at anvende en stationary speech
spectrum noise (stationær talemasker som ikke variere i tid).
HINT forsøger yderligere at mindske variationen ved at filtrere støjen til at matche long term
average speech spectrum (LTASS)30 af talerens stemme. HINT-støjen matcher LTASS af
talerindspilningen indenfor 1 dB på alle frekvenser (Nilsson et al., 1994; Soli & Wong, 2008).
30
I Soli og Wong, 2008 og Nielsson et al., 1994 defineret som long term average spectrum (LTAS), der er identisk med
LTASS.
53
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Det er vigtigt, at der testes med forskellige sætningslister ved alle 4 programmer, ellers ville det
give mulighed for at huske nogle af sætningerne. Derfor er det vigtigt at støjen - så vidt muligt,
maskerer alle talerens fonemer lige meget på tværs af sætningslister.
At støjen er ens giver de støjreducerende algoritmer lige stor mulighed for at skabe samme masking
release til alle testpersoner, og dermed gøre algoritmernes effekt sammenlignelig testpersonerne
imellem. Dette skyldes, at algoritmerne er afhængige af de fysiske karakteristika for både støj og
signal tilsammen.
Talestøjen som HINT anvender minder ikke meget om den talestøj, høreapparatbrugere vil opleve i
hverdagen. Det giver en lidt unaturlig situation, som testsituationer jo ofte er. Til gengæld giver det
både mulighed for at kontrollere for flere variabler og mulighed for at opnå større sikkerhed i, hvad
resultaterne afslører noget om. At støj og signal er meget forskellige burde samtidig give gode
forudsætninger for en effekt af de støjreducerende algoritmer. På den måde bliver det lettere at
teste, om det er overhovedet er muligt for denne funktion at vise en forbedring på taleforståelsen i
støj.
Når støj og naturlighed defineres i en taleforståelsestest skal det påpeges, at HINT ikke anvender
informationsholdig maskering. For høreapparatsbrugere vil talestøj normalt indeholde
sproginformationer, som gør det sværere at fokusere på det talesignal, der ønskes hørt. Igen ses
denne unaturlighed som en fordel for dette forsøgs formål, da det ville tilføje en ekstra variabel
som kunne have indflydelse på resultaterne.
Forsøget kunne i princippet udføres ved hjælp af andre taleforståelsestest, der er designet til at
måle sSRTN i støj. I Danmark ses DANTALE II ofte anvendt forsøg som skal måle
sætningsforståelse i støj. Forskellige taleforståelses tests vil uden tvivl give forskellige testresultater
da testen opstiller forskellige omstændigheder. Jeg finder det interessant at se data for denne med
den danske HINT, fordi det så vidt jeg er orienteret om ikke findes. I øvrigt ser jeg det som en
fordel for dette forsøg at der anvendes større variation af længder og grammatiske
sammensætninger af sætninger, da det skaber en mere naturlig situation. DANTLE IIs sætningerne
er derimod alle opstillet på samme måde og har samme antal ord. Bortset fra det adskiller de 2 test
sig på flere måder, bl.a.: antal ord i sætningslister (HINT - 20 og DANTALE II - 10) og normative
sSRTN data (HINT – 2,5 dB og DANTALE II – 8,4 dB) (Wagener et al., 2003; Nielsen & Dau, 2011).
Der kan argumenteres for både fordele og ulemper for mange aspekter af alle sprogforståelsestest.
12.I.4. Kalibrering
HINT har en indbygget kalibreringsfunktion, som kalibrere ved hjælp af HINT-støjen. Først skrues
støjniveauet op eller ned til et niveau der er passende. 65 dB SPL blev valgt som passende, fordi alle
testpersoner uden tvivl vil kunne høre dette lydniveau med høreapparatsforstærkning. Samtidigt
54
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
skabes der ikke unødvendige kraftige støjgener. Støjen blev målt af en lydtryksmåler til at være 62
dB SPL (A) ved hver af de 3 højtalere, og 65 dB SPL (A) eller 73 dB SPL (C) i samlet lydtryk ved
stolen, testpersonerne sidder på. Målingerne blev indtastet i kalibreringsfunktionen, og HINT vil
bruge det som reference-værdi, så målte lydtryk passer med taleren, og HINTs-sofware udregner
SRT rigtigt.
12.I.3. HINT udførelse
Den danske HINT afvikles i softwaren MATLAB. I dette speciales forsøg blev HINT afviklet på
MATLAB R2011b (7.13), som er fuldt kompatibel med den danske HINT beta 19.
HINT består af 10 testlister og 3 indlæringslister. Hver sætningsliste består af 20 sætninger som
afspilles i en tilfældig rækkefølge.
Støjen startede min. 5 sekunder før sætningerne, så selv langsomme tidskonstanter ville nå at
aktivere de støjreducerende funktioner. Støjen var konstant og blev ikke slukket under en hel liste.
Støjen afspilles altid ved det samme faste kalibrerede lydtryk, hvorefter talen justeres alt efter, om
der er svaret korrekt eller forkert. Der kan kun noteres, om sætningerne er korrekte eller forkerte,
og der er ingen forskel på ikke at høre det hele, eller at svare et enkelt ord forkert. Derved kræver
korrekte svar at hele sætningen er hørt og gentaget rigtigt, inden for de føromtalte 6 godkendte
svarvariationer.
Første sætning afspilles altid med en SNR på 0 dB (65 dB SPL (A) i dette forsøg). Hvis der svares
forkert afspilles samme sætningen igen, mens taleren bliver skruet 4 dB SPL op (69 dB SPL (A)), så
der nu er SNR på + 4 dB. Denne rutine fortsætter indtil første sætning bliver gentaget rigtigt. Det er
kun den første ud af de 20 sætninger i en sætningsliste, som gentages ved forkert svar. Dette gøres
for at starte sSRTN målingen i et i området, hvor sSRTN sandsynligvis ligger omkring. Var dette ikke
tilfældet ville en person med dårlig taleforståelse have de første mange sætninger forkerte, og der
ville være færre sætninger tilbage at vurdere sSRTN ud fra. Alle øvrige sætninger bliver kun afspillet
en gang.
Når der svares rigtigt første gang vil anden sætning blive afspillet 4 dB lavere end ved det korrekte
svar. Efterfølgende vil der ved forkert svar blive skruet 4 dB SPL op, og ved rigtigt svar blive skruet
4 dB ned. I femte sætning bliver disse 4 dBs SPL-trin formindsket, til 2 dBs SPL-trin. Trinene
formindskes, fordi der nu forventes at være kredset ind på området, hvor sSRTN befinder sig. Når
alle 20 sætninger er afspillet og forsøgt gentaget af testpersonen, vil sSRTN være målt, og én
testgang er afsluttet.
55
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
12.J. Indlæringseffekt
Indlæringseffekten er fænomenet, hvor en person forbedrer sine resultater i en given testsituation
efter flere forsøg. I dette forsøget foretages fire test på alle testpersoner. Det kan medføre en risiko
for, at indlæringseffekten påvirker testen, så testpersonerne forbedre sig for hver testgang. Tages
der ikke højde for indlæringseffekten, kan det påvirker resultaterne, så de ikke er
sammenlignelignelige div. testparametre imellem. Indlæringseffekten blev kontrolleret via
indlæringslister og randomisering, som beskrevet i de to følgende underafsnit.
12.J.1. Indlæringslister
HINT har tre indlæringslister at vælge i mellem. Indlæringslister kan bruges til træning og har til
hensigt at tilvænne testpersonen til materialet, testen og proceduren. Træningen gør, at de
forbedringer og tilvænninger, man normalt kan spore gennem flere tests, allerede har fundet sted
inden de egentlige målinger. Dermed mindskes indlæringseffekten, og samtidigt kan eventuelle
fejl, misforståelser og spørgsmål opklares inden den egentlige test. Indlæringslisterne er ikke
anerledes end testlisterne. De er blot adskilt, så man ikke genbruger indlæringslisterne til de
egentlige tests.
Alle testpersonen blev først præsenteret for én indlæringsliste, inden første måling.
Nielsen & Dau, 2011 har i deres udvikling af HINT gjort rede for, hvor omfattende
indlæringseffekten er for testmaterialet. De fandt ud af, at SRT faldt ca. omkring 0,5 dB ved første
test, set i forhold til en retest (gentestning) (Nielsen & Dau, 2011). I mit eget forsøg af test-retest fik
jeg en gennemsnitlig variation på 0,8 dB.
Ud fra resultaterne kunne der argumenteres for, at forsøget skulle have anvendt flere
indlæringsliter end én for at mindske indlæringseffekten yderligere. Én indlæringsliste blev brugt,
fordi det blev vurderet at mere end fem sætningslister (fire testparametre og én indlæringsliste)
ville gøre forsøgstiden for lang. Lange forsøgstider kan gøre testpersonen ukoncentreret, og derved
influere resultaterne af de sidste testgange. Selve de fem testgange tog i alt omkring 20 min. pr.
person. Inklusiv samtaler, spørgsmål, høreapparatstilpasning m.m. tog hele forløbet 35–50 min.
12.J.2. Randomisering
Randomisering inden for kvantitativ forskning udtrykker, at der er anvendt tilfældige
udvælgelsesmetoder. Den danske HINT randomiserer automatisk sætningerne i en liste. Det vil
sige, at hver listes 20 sætninger bliver afspillet i en tilfældig rækkefølge. Randomisering minimerer
bias, da det mindsker de testansvarliges indflydelse på forsøget.
56
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Randomisering kan også mindske indlæringseffektens indflydelse på resultaterne eksempelvis ved
at randomisere programrækkefølgen.
Randomisering af programrækkefølge
I dette forsøg vil en randomisering af programrækkefølgen gøre, at programmerne ikke er testet i
samme rækkefølge for alle testpersoner. Det betyder at en evt. indlæringseffekt vil være fordelt ud
over alle programmer og ikke have ligeså stor indflydelse på testens variabler.
Programrækkefølgen (testparametrene) var randomiseret for hver enkelt testperson.
Randomiseringen foregik ved, at alle de mulige udfald af programrækkefølger blev skrevet ned med
et nummer tilknyttet. Der er 24 mulige udfald af programrækkefølger for dette forsøg.
Ved hjælp er af en tilfældig nummergenerator31 blev ét tal mellem 1 og 24 udvalgt. Tallet
repræsenterede den rækkefølgemulighed testepersonen fik. Når én mulighed var opbrugt, kunne
andre testpersoner ikke længere få den samme. At programrækkefølger ikke kan genbruges er en
vigtig fordel for dette studie pga. de få testpersoner. Dette forsøg havde 10 testpersoner, og derfor
kunne alle få forskellige programrækkefølger. Hvis flere testpersoner fik de samme
programrækkefølger, ville de hurtigt kunne udgøre en storprocentdel af de medvirkende.
Herunder kan ses hvilken programrækkefølge de enkelte testpersoner fik ved randomiseringen.
Indlæringslisten blev altid foretaget med det samme program som første testprogram (Test 1).
Indlæring
Test 1
Test 2
Test 3
Test 4
Testperson 1
OMNI
OMNI
DIR + NR
NR
DIR
Testperson 2
DIR + NR
DIR + NR
NR
OMNI
DIR
Testperson 3
DIR
DIR
DIR + NR
NR
OMNI
Testperson 4
OMNI
OMNI
DIR
NR
DIR + NR
Testperson 5
DIR
DIR
NR
OMNI
DIR + NR
Testperson 6
DIR + NR
DIR + NR
NR
DIR
OMNI
Testperson 7
NR
NR
DIR + NR
OMNI
DIR
Testperson 8
OMNI
OMNI
DIR + NR
DIR
NR
Testperson 9
NR
NR
DIR + NR
OMNI
DIR
Testperson 10
OMNI
OMNI
NR
DIR
DIR + NR
Tabel Nr. 1: Tabel over den rækkefølge høreapparatsprogrammerne er testet i.
31
Random Number Generator af Muse Guy Production til android version 2.1
57
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Randomisering af sætningslister
Sætningslisterne i HINT blev ligeledes randomisret. HINT har tre indlæringslister. Først udvalgte
nummergeneratoren et tilfældigt tal mellem 1 og 3, som repræsenterede valget af indlæringsliste.
HINT har 10 testlister. Nummergeneratoren udvalgte derfor fire tal mellem 1 og 10, som ikke var
ens. Derved var fire testlister valgt i en bestemt rækkefølge. De fire testlister blev knyttet til den
programrækkefølgemulighed, som var blevet udvalgt tidligere.
En fuld tabel over HINT-sætningslister udvalgt for de enkelte testpersoner kan ses herunder:
Indlæring
OMNI
DIR
NR
DIR + NR
Testperson 1
Indlæringsliste 3
Testliste 2
Testliste 8
Testliste 6
Testliste 4
Testperson 2
Indlæringsliste 2
Testliste 7
Testliste 5
Testliste 10
Testliste 4
Testperson 3
Indlæringsliste 2
Testliste 6
Testliste 1
Testliste 8
Testliste 2
Testperson 4
Indlæringsliste 3
Testliste 5
Testliste 4
Testliste 10
Testliste 7
Testperson 5
Indlæringsliste 2
Testliste 5
Testliste 3
Testliste 2
Testliste 1
Testperson 6
Indlæringsliste 1
Testliste 2
Testliste 9
Testliste 5
Testliste 10
Testperson 7
Indlæringsliste 2
Testliste 3
Testliste 7
Testliste 5
Testliste 10
Testperson 8
Indlæringsliste 3
Testliste 8
Testliste 1
Testliste 7
Testliste 4
Testperson 9
Indlæringsliste 1
Testliste 3
Testliste 1
Testliste 6
Testliste 2
Testperson 10
Indlæringsliste 1
Testliste 9
Testliste 2
Testliste 7
Testliste 6
Tabel Nr. 2: Tabel over hvilke indlærings- og testlister, der er anvendt for de enkelte programmer for alle
testpersoner (N=10).
12.K. Blinding
Forsøget var en-vejs blindet i den forstand, at testpersonerne ikke blev informeret om, hvilke
funktioner eller indstillinger der var slået til eller fra. Dette gøres både for at minimere bias fra
forsøgspersonens side samt placeboeffekter. Forsøgssansvarlige for udførelse af forsøget
(undertegnede) vidste godt, hvilke programmer der var slået til og fra. Derfor er der mulighed for,
at jeg ubevidst kunne lade bias have indflydelse på min testudførsel. Jeg har dog bestræbt mig på
kun at forholde mig til HINT-reglerne for rigtige og forkerte svar og intet andet.
12.L. Testpersoninformering
Forsøget blev udført af mig alene. Det at testen blev udført af samme person minimerer risiko for
variationer i den måde testpersonerne informeres på, samt den måde forsøget udføres på. Jeg har
58
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
ved grundige forberedelser forsøgt at give et så ensartet forløb som muligt for alle testperson, for at
opnå så sammenlignelige data som muligt.
Testpersonerne fik at vide, at jeg ville måle deres taleforståelse i støj med forskellige
høreapparatsindstillinger, og at jeg skulle teste dem 5 gange. Efter høreapparatet var justeret blev
de alle informeret om, at det nok lød noget anderledes end de var vant til. De blev spurgt om alt var
i orden, og om de kunne holde til at høre på den nye lyd. Ingen testpersoner havde nogle
indvindinger.
Derefter blev de placeret i det lyddøde rum. Her blev testpersonerne forklaret, at den forreste
højtaler ville afspille sætninger, og de to ved hver side ville afspille støj. De fik at vide, at de så vidt
muligt skulle forsøge at gentage sætningerne, og at støjen ville starte lidt før første sætning. De blev
informeret om, at der ville blive afspillet 20 sætninger af gangen over fem gange. De blev fortalt at
jeg forsøgte at finde en tærskel, og derfor ville støjen blive skruet op og ned lige omkring grænsen,
hvor de kunne forstå sætningerne. Derfor var ingen grund til at blive frustreret, hvis der var mange
sætninger de ikke forstod, for sådan ville det være for alle uanset høreevne. Samtidigt blev de
instrueret i at sidde stille med hovedet og kigge ind i den forreste højtaler. De fik besked på ikke at
læne sig fremad, selvom sætningerne var svære at forstå. Til sidst blev alle spurgt, om der var
yderligere spørgsmål, og om de var okay med situationen.
12.M. Etikske overvejelser
Etisk set var der ikke de store bekymringer for dette forsøg. Dog blev en række overvejelser gjort og
taget hensyn til:
- Først og fremmest blev det udelukket at lydstyrken var så høj, at det kunne give støjskader på
testpersonerne, selv med høreapparatsforstærkning.
- Alle testpersoner blev spurgt, om de havde klaustrofobi og blev informeret om, at de skulle
placeres i et lukket, lyddødt rum.
- Alle testpersoner blev spurgt, om de havde gangbesvær og informeret om, at de skulle op af nogle
trappetrin for at kunne deltage.
- Alle testpersoner er blevet lovet anonymitet og informeret om, at det videnskabsetiske
komitésystems beskrevne forhold om ’forsøgspersoners rettigheder i et sundhedsvidenskabeligt
forskningsprojekt’ var gældende. Derved blev alle informeret om, at de har ret til aktindsigt og var
velkommen til at medbringe en ven eller et familiemedlem, og at det når som helst var muligt at
trække sig fra forsøget. Alle blev informeret skriftligt såvel som mundtligt.
59
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
- Alle testpersoner underskrev en samtykkeerklæring, som gav tilladelse til at resultaterne fra
forsøget måtte anvendes i dette speciale, samt at jeg måtte få adgang til deres audiogrammer og
patientjournaler af audiologisk betydning. Samtykkeerklæringen beskrev også testpersonernes
rettigheder og forsøgets overordnede formål. Se evt. samtykkeerklæringen og skriftlig informering
af testpersoner i bilag 2 – afsnit 17.B.
12.N. Apparatur- og softwareliste
Samlede apparatur- og softwareliste baseret på dette metodeafsnit:
Apparatur:
-
Deltas lyddøde rum på OUH (Odense Universitets Hospital)
-
Asus Notebook N53SV
-
IBM Think pad
-
Hi pro USB.
-
Oticon, Alta PRO, mini RITE CBE
-
Minifit 2-/-85 (medium RITE højtaler + ledning)
-
Power tips 6-8-10 og 12 mm
-
Programmeringskabler
-
Flexconnector
-
3 Blue Sky sat 6,5 højtalere
-
Comfor Audio streamer
-
Foster personal monitor 6301B
-
Lydtryksmåler
Software:
-
MATLB version 2011B (7.13)
-
Genie version 2014.1
-
Den danske HINT version 19 BETA
-
Random Number Generator. Muse Guy Production. Version 2.1, til android
-
IBM SPSS Statistics 22.0
60
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
13. Resultater og dataanalyse
Dette afsnit vil fremføre resultater for forsøget og statistiske behandlinger heraf, samt analyser og
overvejelser omkring resultaterne.
13.A. Resultater for normalthørende
Nielsen og Dau, 2011 målte under udviklingen af den danske HINT en test-restest variation på 0,42
i forbedring. Disse data er dog indsamlet med en lidt anderledes testopsætning, end den der blev
brugt i dette forsøg. Jeg målte derfor først stabiliteten af HINT på en række normalthørende. På
den måde sikres, at varierende resultater fra hørehæmmede ikke blot skyldtes den valgte
testopsætningen og test-retest variation af HINT.
9 normalthørende blev testet med samme metode som tidligere beskrevet i metodeafsnittet, bortset
fra at de ikke havde høreapparater på. Alle 9 personer blev testet fem gange med fem forskellige
sætningslister i træk. De 5 gange skal simulere alle testgange i det egentlige forsøg (1 testparametre
+ 1 indlæringsliste). Den første testgang ignoreres, da den skal simulere indlæringsgangen for de
hørehæmmede, hvor den heller ikke tæller med som forbedring. På den måde kan det kortlægges,
hvor meget den samme persons sSRTN varierer under de samme forudsætninger. I en hypotetisk
perfekt test burde forskellen fra gang til gang være 0 dB. Der findes dog ingen tests, der er perfekte.
Derfor er det relevant at definere den almindelige variation for at afgøre om sSRTN-resultater
skyldes denne variation eller funktionerne, som er slået til i høreapparaterne.
Resultaterne viste, at sSRTN gennemsnitligt havde en test-retest variation på 0,8 dB. Den største
variation hos de normalthørende var på 2,1 dB. Derfor er det værd at have i mente i løbet af dette
afsnit, at resultater forventes at variere 0,8 dB fra en testgang til den næste, og at variation på op til
2,1 dB kan forekomme.
13.B. sSRTN-resultater
Efter resultater af testvariationerne, vil resten af resultatafsnittet omhandle resultater fra de 10
hørehæmmede testpersoner i forsøget, som blev beskrevet under metode (afsnit 12.B).
Nedenfor ses en tabel over hver enkel testpersons sSRTN-score i HINT testen under de fire
testparametre, samt resultater for indlæringslisten. Bemærk at laveste sSRTN er de personer, som
har klaret sig bedst, og dermed viser negativ sSRTN at talen er forstået på trods af negativ SNR (støj
er højere end tale). Bemærk også at testning af høreapparatsfunktioner ikke er fortaget i denne
rækkefølge, da den er randomiseret. Indlæringslisten er samtidigt foretaget med forskellige
funktioner for forskellige forsøgspersoner. Derfor kan indlæring og OMNI eksempelvis ikke
sammenlignes i tabellen og vil ikke sige noget om indlæringseffekten i forsøget.
Programrækkefølger blev tidligere beskrevet i metodeafsnittet.
61
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Indlæring
OMNI
DIR
NR
DIR + NR
Testperson 1
3,9
2,0
1,3
3,0
-0,2
Testperson 2
-1,5
1,4
-2,1
-0,3
-1,3
Testperson 3
7,6
10,8
3,3
9.6
4,4
Testperson 4
4,2
4,8
-3,4
1,5
-3,2
Testperson 5
-1,3
1,5
-1,1
4,2
-1,6
Testperson 6
2,4
5,2
2,5
4,3
0,7
Testperson 7
1,3
1,5
-1,0
0,6
-2,8
Testperson 8
1,1
-0,7
-1,4
-1,0
-1,7
Testperson 9
0,8
-3,7
-9,5
-2,5
-7,9
Testperson 10
-2,3
-0,6
-0,9
1,4
-2,4
Middelværdier
1,3
2,2
-1,3
2
-1,6
Standardafvigelser
3,0
3,9
3,6
3,4
3,1
Tabel nr. 3: Forsøgsresulter af HINT sSRTN for indlæringslister og de 4 indstillinger for alle testpersoner
(N=10). Enheden for resultater er dB SPL.
Tabel nr. 3 vidner om store forskelle i sSRTN, hvis man sammenligner testpersoners resultaterne
inden for samme kategorier. Standardafvigelsen kan også vidne om stor spredning. Spredningen
skyldes, at der er brugt testpersoner med et bredt spænd af høreevner, idet alle testpersoner er
hørehæmmede. Dette på trods af inklusionskriterierne for testpersonerne, som skulle øge
homogeniteten. Yderligere skyldes variationerne bl.a., at jeg har målt HINTs gennemsnitligt testretest variation til 0,8 med individuelle variation på op til 2,1 dB.
Med hensyn til indlæringseffekten er den gennemsnitlig forbedring af sSRTN på 1,18 dB fra
indlæringslisten til den første testgang, som begge har samme høreapparatsindstilling. 1,18 dB er
en lille forbedring, men en relevant testvariable at mindske.
13.C. Middelværdier
Nedenfor i, figur nr. 21, ses middelværdien af sSRTN for testpersonerne. Bemærk igen: Lavest er
bedste sSRTN, da der er tale om tærskler.
62
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Figur nr. 21: Middelværdier af sSRTN for alle medvirkende testpersoner (N=10) i forsøget. Figuren viser, at
testpersonerne under forsøgsomstændighederne i gennemsnit skal bruge dette SNR for at kunne forstå 50
% af, hvad der bliver sagt med den valgte indstilling.
Ved kig på figur nr. 21 ses det, at de bedste tærskler er målt med retningsmikrofoner +
støjreducerende algoritmer (DIR + NR) efterfulgt af retningsmikrofoner (DIR) og (med
middelværdier på -1,6 og -1,3). Tærsklerne på kun forstærkning (OMNI) og støjreducerende
algoritmer (NR) er stort set ens (2,2 og 2,0). Dermed tyder det ikke på, at støjreducerende
algoritmer giver nogen ændring i forhold til udgangspunktet (OMNI). Dermed lægger resultater
om støjreducerende algoritmer sig op af resultaterne fra teorien (afsnit 11.C.3). Konklusioner om
den simultane effekt er svære at drage ud fra disse middelværdier, og der må databehandles
yderligere.
13.D. ANOVA-testen og statistisk signifikante forskelle
For at kunne antage, at der reelt findes en forskel mellem resultaterne, kræver det en relevant
analyse af signifikante forskelle.
I litteraturen anbefales ANOVA-testen ofte til at teste for signifikans, når der skal testes mellem
flere grupper. Princippet i ANOVA (analysis of variance) er at sammenligne den gennemsnitlige
varians i flere end 2 kategorier med den samlede varians. ANOVA tester for varianshomogenitet,
hermed for om den gennemsnitlige varians inden for grupperne er væsentligt mindre end den
gennemsnitlige varians for hele stikprøven. Varianshomogenitet er en ensartethed, og ANOVAtesten laver antagelser om, hvorvidt der reelt eksisterer en forskel mellem de populationer, som
63
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
stikprøverne repræsenterer. Med andre ord, om de forskelle vi finder mellem stikprøverne ikke blot
er et resultat af tilfældigheder, som kun er gældende for de udvalgte stikprøver (Dytham, 2011;
Altman, 1990).
Grunden til at ANOVA-tesen anbefales er, at sammenligninger af flere t-tests giver større risiko for
fejlkonklusioner end ANOVA-testen gør. Enhver signifikanstest mellem to par giver en 5%s
(konfidensinterval på 95%) mulighed for falsk-positive resultater - type I fejl. Dette forsøg skal
sammenligne 4 kategorier, dvs. der kan laves seks parvisse t-testninger. Seks t-test ville øge
risikoen for type I fejl for hver test, så den ville være betydeligt større end 5 %. ANOVA forsøger at
tage højde for denne fejltype og anbefales derfor til signifikanstestning af flere grupper (Altman,
1990).
Før ANOVA-testen kan laves, skal data være normalfordelte. Data fra forsøget er både testet med
Kolmogorov–Smirnov testen og Shapiro–Wilk testen. Begge siger, at alle data i forsøget er
normalfordelte.
Med normalfordelte data har jeg kunnet lave ANOVA-testen for alle sSRTN resultater i mit forsøg
for alle 4 grupper:
- Ved testning af varianshomogenitet viser testen, at variansen i grupperne ikke afviger signifikant
fra hinanden: 𝑆𝑖𝑔 = 0,892 > 0,05. Dermed kan testning fortsætte.
- Ved testning for signifikante forskelle mellem grupperne får jeg det resultat, at der er signifikante
forskelle i middelværdierne: 𝑆𝑖𝑔 = 0,027 < 0,05 *.
- ANOVA-testen viser umiddelbart ikke hvilke grupper, der er signifikante forskelle mellem. For at
få denne information kræver ANOVA en post-hoc analyse. Denne analyse tager højde for
massesignifikansen.
Ved testning via scheffe post-hoc analyse er der blevet redegjort for, hvor de signifikante (og evt.
ikke-signifikante) forskelle befinder sig grupperne imellem (Dytham, 2011). Resultaterne ses i tabel
nr. 4 nedenfor.
Sheffe post-hoc analyse
Signifikans (p-værdier)
OMNI - DIR
0,033 < 0,05 *
OMNI - NR
0,919 > 0,05
DIR - NR
0,021 < 0,05 *
OMNI - DIR + NR
0,042 < 0,05 *
NR - DIR + NR
0,027 < 0,05 *
DIR - DIR + NR
0,847 >0,05
Tabel nr. 4: Signifikans sammenligninger af de fire programmer. * angiver signifikant forskel.
64
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
I tabel nr. 4 ses det, at ANOVA-testen bekræfter de tidligere antagelser ud fra middelværdier og ud
fra tidligere studier i litteraturen. Antagelsen er, at retningsmikrofoner (DIR) giver en signifikant
forbedring af taleforståelsen (0,033), hvorimod støjreducerende algoritmer (NR) ikke gør (0,919).
Som bekræftelse heraf fandt jeg signifikant forskel mellem DIR og NR (0,021).
Hovedformålet med dette forsøg er at påvise, hvilken effekt retningsmikrofoner + støjreducerende
algoritmer (DIR + NR) har på hinanden ved simultan brug. OMNI - DIR + NR viser, at der med
DIR + NR kan opnås en signifikant forbedring af taleforståelsen ved at aktivere de 2 funktioner
(0,042). Da NR ikke giver signifikant forbedring fra OMNI (0,919), men DIR (0,033) og DIR + NR
(0,042) begge giver en forskel, må vi gå ud fra, at det udelukkende er DIR som skaber
forbedringen, når DIR + NR aktiveres. Derved kan det konkluderes, at under DIR + NR giver DIR
stadig en forbedring af taleforståelse, og derved påvirker NR umiddelbart ikke DIRs oprindelige
forbedring (0,033). Det ses samtidigt, at der er signifikant forskel mellem NR og DIR + NR, og det
er en forventelig bekræftelse af de første 4 resultater i tabellen.
DIR - DIR + NR viser et interessant resultat for forsøgets hovedformål. Her konkluderer ANOVAtesten, at der ikke er signifikant forskel mellem den forbedring, som DIR og DIR + NR giver.
Dermed kan der ud fra analysen konkluderes, at alle resultaterne i tabel nr. 4 peger på, at
støjreducerende algoritmer (i dette forsøg) ikke viser nogen indflydelse på taleforståelsen.
Yderligere påvirker de ikke retningsmikrofonernes effekt, hverken negativt eller positivt. Dermed
forekommer ingen adderet eller subtraheret effekt, og det er kun retningsmikrofonerne som
påvirker taleforståelsen i støj. Med andre ord viser ANOVA-testen, at når retningsmikrofoner og
støjreducerende algoritmer er slået til samtidigt, er forbedringen ens med retningsmikrofoner
alene.
13.E. Gennemsnitlige forbedringer
Efter de signifikante forskelle er fastslået er det relevant at se nærmere på størrelsen af
forbedringerne. Forskellen mellem middelværdierne og OMNIs middelværdi udregnes ved at tage
de gennemsnitlige forbedringer set i forhold til OMNI.
65
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Gennemsnitlige forbedringer af sSRTN set i forhold
til omni (ΔsSRTN)
4
3,8
←ΔsSRTN dB→
3,5
3
3,5
2,5
2
1,5
1
0,5
0,2
0
DIR
NR
DIR + NR
Figur nr. 22: Gennemsnitlige forbedringer af sSRTN for de 3 indstillinger med funktioner slået til (DIR, NR, og
DIR + NR), set i sammenligning med ren høreapparatsforstærkning uden funktioner slået til (OMNI).
Bemærk at OMNI derfor svarer til 0 dB.
Ved kig på figur nr. 22 illustreres, at DIR og DIR + NR viser tydelige forbedringer, og at NR næsten
ingen forbedring viser. Ved nærmere undersøgelse afdækkes disse observationer:
- Fra OMNI til retningsmikrofoner (DIR) er en betydelig forbedring på 3,5 dB af sSRTN af
taleforståelsen i støj. En forbedring på 3,5 dB gør, at tale kan forstås selvom SNR bliver forringet.
- Fra OMNI til støjreducerende algoritmer (NR) ses en lille forbedring af sSRTN på 0,2 dB. Denne
forskel er en meget lille tilfældighed, og kan ikke tilskrives en effekt forårsaget af de
støjreducerende algoritmer. Denne konklusion bekræftede ANOVA testen også.
Ved sammenligning vil det sige, at retningsmikrofoner gav en forbedring af taleforståelsen i støj,
som er 3,3 dB højere end støjreducerende algoritmer. En ret betydelig forskel.
- Fra OMNI til retningsmikrofoner + støjreducerende algoritmer (DIR + NR) ses en forbedring af
sSRTN på 3,8 dB.
Det betyder, at retningsmikrofoner + støjreducerende algoritmer forbedrer 3,6 dB mere end
støjreducerende algoritmer.
Yderligere viser dette, at retningsmikrofoner + støjreducerende algoritmer gav den største
forbedring, dog med en lille forskel på blot 0,3 dB til retningsmikrofoner. Aktiveret sammen er
forskellen mellem simultan aktivering og retningsmikrofoner alene derfor meget lille.
66
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Observationer om gennemsnitlige forbedringer passer godt med de signifikante forskelle fra
ANOVA-testen. Ved simultan aktivering har støjreducerende algoritmer umiddelbart ingen
indvirkning (hverken positiv eller negativ) på den effekt, retningsmikrofonerne skaber på
taleforståelsen.
13.F. Individuelle forbedringer og forværringer
Ved forsøg som dette, med få testpersoner, kan enkelte store afvigelser have meget stor indflydelse
på middelværdier. Derfor kan afvigelser afsløre en vis ustabilitet i resultaternes evne til at
generaliseres. Yderligere kan der observeres markante, individuelle forbedring eller forværringer,
som ikke vil fremgå af middelværdierne. Store afvigelser er værd at diskutere, for ellers ville disse
resultater ikke blive tydeliggjorte, selvom de kan have stor indvirkning på de enkelte personers
livskvalitet. Netop derfor kan sådanne data ligge op til interessante diskussioner om testen og
brugen af testens resultater.
I tabel nr. 5 nedenfor vises forbedringerne (eller forværringerne) af sSRTN for de enkelte
testpersoner sammenlignet med OMNI. Bemærk at positive tal er et udtryk for, hvor store
forbedring der er fundet sted, tale kan hermed forstås ved dårligere SNR end OMNI. Negative tal er
udtryk for en forværring, så her kræves bedre SNR for at forstå talen, end det gjorde ved OMNI.
DIR
NR
DIR + NR
Testperson 1
0,8
-0,9 (forværring)
2,2
Testperson 2
3,5
1,6
2,6
Testperson 3
7,5
1,2
6,4
Testperson 4
8,2
3,3
8
Testperson 5
2,6
-2,7 (forværring)
3,1
Testperson 6
2,7
0,9
4,5
Testperson 7
2,5
0,9
4,3
Testperson 8
0,7
0,4
1,1
Testperson 9
5,7
-1,1 (forværring)
4,1
Testperson 10
0,3
-2,0 (forværring)
1,8
Tabel nr. 5: Oversigt over forbedringer for de enkelte testpersoner set i forhold til OMNI. Alle forbedringer
og forværringer er i enheden dB.
67
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Forbedringer set i forhold til OMNI
10
8
←ΔsSRTN i dB→
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
-2
-4
←Testperson nr.→
DIR
NR
DIR + NR
Figur nr. 23: Figur der illustrerer samme forbedringer som tabel nr. 5. ΔsSRTN defineres som sSRTN-forskellen
mellem OMNI og de 3 andre programmer enkeltvis.
13.G.1. Analyse på baggrund af individuelle forbedringer
Retningsmikrofoner
Med retningsmikrofoner (DIR) viste alle testpersoner en forbedring af sSRTN og ingen
forværringer. Det højest målte udbytte er en sSRTN, forbedret med 8,2 dB, hvilket er en stor og
betydelig forbedring. Det lavest målte udbytte var på 0,3 dB, hvilket er så lavt at testen ikke er
sensitiv nok til, at det giver en sikker forbedring. På trods af signifikant forbedring på baggrund af
middelværdier tyder det på, at det ikke er alle individer som får stor gavn af retningsmikrofoner.
Der er en individuel variation fra største til mindste forbedring af sSRTN på 7,8 dB. Det er en stor
variation, men forventeligt for denne slags taleforståelsestests, specielt med testpersoner med
varierende høreevner.
Testperson 1, 8 og 10 viser små forbedringer på under 1 dB sSRTN, som svarer til test-retest
variationen, men generelt ses tydelige forbedringer med retningsmikrofoner, både signifikant,
gennemsnitligt of individuelt. Dermed er forsøget også i overensstemmelse med tidligere studiers
resultater (jf. afsnit 11.B.5).
68
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Støjreducerende algoritmer
Støjreducerende algoritmer (NR) viser meget varierende resultater. Det højeste udbytte er en
forbedring af sSRTN på 3,3 dB, og det dårligste resultat er en forværring af sSRTN på -2,7 dB. Det vil
sige, at den bedste forbedring er næsten ligeså stor som den værste forværring. Kun med en forskel
på 0,6 dB. -2,7 dB ΔsSRTN er en betydelig forværring, og hvis resultater kan generaliseres uden for
testsituationen, kan denne persons taleforståelse i støj blive betydeligt reduceret ved aktivering af
støjreducerende algoritmer.
Støjreducerende algoritmer viser en spredning af ΔsSRTN på 6 dB fra bedste forbedring til værste
forværring, dette er mindre end de 7,8 dB som retningsmikrofoner gav. Det skyldes også, at
retningsmikrofoners bedste forbedring er 4,9 dB højere end støjreducerende algoritmers bedste.32
Disse resultater stemmer overens med tidligere forskning (jf. afsnit 11.C.3).
Retningmikrofoner + støjreducerende algoritmer
Retningsmikrofoner + støjreducerende algoritmer (DIR + NR) gav forbedringer for alle
testpersoner og dermed ingen forværringer. Den højeste forbedring var en sSRTN løftet med 8 dB.
Forbedringen er fra den samme testperson, som vidste den højeste retningsmikrofonsforbedring
på 8,2 dB (testperson 8). Dermed var der kun en forskel på 0,2 dB på de to bedste forbedringer.
Det lavest målte udbytte var en forbedring på 1,1 dB. Dette giver en spredning på 6,9 dB, lidt
mindre end retningsmikrofoner, og lidt højere end støjreducerende algoritmer.
6 ud af 10 testpersoner fik størst udbytte af retningsmikrofoner + støjreducerende algoritmer,
imens 4 fik størst udbytte af retningsmikrofoner alene. Dette er kun én person fra en ligelig 50-50
fordeling. Dette er især interessant, fordi der i forvejen er meget små forskelle i udbyttet mellem de
t0 indstillinger. Generelt viser DIR + NR resultaterne at være meget lig dem fra DIR alene.
Forskellen er: et gennemsnit på kun 0,2 dBs forskel i forbedring af sSRTN, og en individuel
variation på 1,8 dB fra bedste til lavest forbedring, samt ingen signifikante forskelle.
Ser på hovedformålet for dette projekt på baggrund af individuelle forbedringer, er der derfor
stadig intet der tyder på at støjreducerende algoritmer påvirker retningsmikrofonerne ved simultan
brug. Det samme gælder hvis der fokuseres på de testpersoner, som fik de største individuelle
forbedringer eller forværringer af støjreducerende algoritmer slået til for sig selv. Eksempelvis fik
testperson 3 en ΔsSRTN på 3,3 dB med NR alene. På trods af forbedringen afspejler den sig ikke
som en adderet forbedringer ved DIR + NR, i og med at forskellen mellem DIR og DIR + NR stort
set giver samme forbedring. Ud fra disse resultater tyder NR ikke på at have indflydelse på den
direktionelle forbedring, dette på trods af at NR gav en forbedring. Med andre ord betyder DIR +
32
8,2 − 3,3 = 4,9 dB.
69
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
NR ikke at det direktionelle udbytte er det samme som summen af de to høreapparatsfunktioner.
Hvis det var tilfældet burde testperson 4 have en forbedring på 3,3 + 8,2 = 11,5 dB. Dette er ikke
tilfældet, fordi testperson 4 score reelt 8,0 dB med DIR + NR. Det samme gør sig gældende for de
øvrige testpersoner som viser udsving af støjreducerende algoritmer.
14. Diskussion
Dette afsnit vil først diskutere 2 sidediskussioner, der udspringer som interessante emner relateret til dette
forsøgs hovedformål og resultater. Løbende vil der blive lagt op til forslag til fremtidig forskning baseret på
disse diskussioner. Efterfølgende vil metoden diskuteres og til sidst følger en diskussion af hovedformålet på
baggrund af forsøgsresultaterne sammenlignet med andres tidligere resulter.
14.B. Sidediskussioner
Begge sidediskussionerne bygger på de individuelle resultater fra tabel nr. 5.
14.B.1. Sidediskussion 1 – støjreducerende algoritmers tilsyneladende manglende effekt
I teoriafsnit 11.C blev det beskrevet, at støjreducerende algoritmer er blevet påvist at give en bedre
subjektiv komfortoplevelse for høreapparatsbrugerne. Ud fra resultaterne i forsøget om, at disse
ikke påvirker taleforståelsen i støj negativt, kunne man fristes til at argumentere for, at de altid skal
være slået til. Derved giver de bedre komfort og de giver alligevel ingen påvirkning af
taleforståelsen i støj. En sådan konklusion er farlig at drage. En løsning basseret på middelværdier
og signifikante forbedringer, er nødvendigvis ikke er den bedste for alle individer. Ved kig på
individuelle forbedringer, ses det at funktionen muligvis kan have en dårlig effekt på nogle
individers taleforståelse i støj. Teoretisk set ville det heller ikke være underligt, fordi
støjreducerende algoritmer giver dæmpning, potentielt også taleelementer.
Der er fire testpersoner ud af de ti i forsøget, som viste en forværring af sSRTN med
støjreducerende algoritmer slået til – altså tæt på halvdelen. Kun støjreducerende algoritmer har
vist forværringer. Det er denne variation, der afspejler sig i den lave gennemsnitlige forbedring på
0,2 dB. Interessant nok viser tre af testpersonerne med forværringer de bedste forbedringer ved
støjreducerende algoritmer + retningsmikrofoner, sammenlignet med retningsmikrofoner alene.
Hos dem viser den negative effekt for de støjreducerende algoritmer sig ikke, når
retningsmikrofoner også er slået til. Dette kunne igen tyde på, at støjreducerende algoritmer ikke
påvirkede retningsmikrofonerne, så DIR udvisker evt. NR effekter.
En anden mulighed er forværring for de støjreducerende algoritmer er en tilfældighed variation, og
ovenstående observation er ikke relevant. Det er svært med sikkerhed at konkludere, om
forbedringerne og forværringerne egentligt er en påvirkning som de støjreducerende algoritmer
skaber, eller blot skyldes tilfældigheder på grund af test re-test variationer som blev målt på 0,8 dB
og helt op til 2.1 dB. Ifølge ANOVA er der statistisk set ingen påvirkning, men det udelukker ikke at
70
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
funktionen påvirker nogle individer. Hvis støjreducerende algoritmer ikke påvirker taleforståelse i
støj, er det forventeligt at se ΔsSRTN svinge omkring 0 dB, og dermed give både små forbedringer
og små forværringer som ikke er signifikante. Men med store forværringer og forbedringer på
ΔsSRTN -2,7 og -2,2 (testperson 5 og 10) og 3,3 (testperson 4) kunne resultaterne tyde på, at nogle
individers taleforståelse påvirkes af støjreducerende algoritmer. Disse resultater er alligevel lidt
over test-retest variationen, hvor den største variation var på 2,1 dB.
Nogen kunne måske tænke at det var indlæringseffekten, som gav udsvinget i de støjreducerende
algoritmer, også på trods af at forsøget anvendte én indlæringsliste og randomisering. Det ser dog
umiddelbart ikke umiddelbart ud til at være tilfældet. Eksempelvis får testperson 1 en forværring af
sSRTN på -0,9 dB ved aktivering af støjreducerende algoritmer, mens testperson 2 får en forbedring
af sSRTN på 1,6 dB. Testperson 1 havde støjreducerende algoritmer, som tredje program der blev
testet,33 og derfor spiller indlæringseffekten sandsynligvis ikke ind, da OMNI var som første test.
Samtidigt havde testeperson 2 støjreducerende algoritmer som andet program, og dermed før
OMNI, men alligevel opnåede et positivt udbytte af støjreducerende algoritmer. Ved
sammenligning af forsøget med normalthørende tyder resultaterne også på at én indlæringsliste er
tilstrækkeligt. Ved sammenligning fra anden til femte testgang ses blot en gennemsnitlig
forbedring i sSRTN på 0,52 dB for normalthørende. Dette er ikke en stor forbedring og overskrider
ikke den normale variation i HINT.
Diskussionen om forværringer kan sagtens vendes om til en diskussion om forbedringer. Det er
præcis samme forhold, som gør sig gældende. På trods af ikke-signifikante forskelle ses en
forbedring 3,3, som gør en betydelig for taleforståelsen, og er relevant hvis den skyldes denne
høreapparatsfunktion.
Nordrum et al., 2006 studiet tyder også på, at det er nogle bestemte individer som får disse
forværringer eller forbedringer. Studiet har nemlig testet på tværs af fire høreapparaters
algoritmer, og alle fire høreapparater gav samme forbedringer eller forværringer for de specifikker
personer. Det minimerer at der er tale om tilfældigheder, og sandsynliggør at der et tale om en reel
effekt af de støjreducerende algoritmer, blot for en bestemt demografi.
Generelt ses der ikke store påvirkninger af taleforståelsen i støj for støjreducerende algoritmer.
Det er ikke til at se et mønster på, hvorfor nogen viser en forbedring og andre ikke gør. Måske er
der noget, som adskiller disse personer fra hinanden, eller måske er der usikkerhed i testen. Med
ikke-signifikante resultater er dette svært at afgøre. Under alle omstændigheder ligger specialets
forsøgsresultater op til en diskussion og tvivl omkring årsagen til, at testpersonerne opnår disse
33
Inklusiv indlæringsgang.
71
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
forskellige forbedringer og forværringer. Dermed ligges op til yderligere studier som kunne opdele
testpersoner i kategorier og afsløre, om der kan findes en årsagssammenhæng. En sammenhæng
ville være meget gavnlig for høreapparatsudviklingen34 og for hørehæmmede, da man på forhånd
ville vide hvilke individer som ville have gavn af de støjreducerende algoritmer.
14.B.2. Sidediskussion 2 – korrelation mellem OMNI og forbedringer
Resultaterne i dette forsøg tegner et mønster, hvor de personer med det dårligste udgangspunkt,
(højst sSRTN i OMNI), giver de største forbedringer. Det gælder retningsmikrofoner (DIR), både
med og uden støjreducerende algoritmer (DIR + NR). Dette kan skyldes at, der er plads til de
største forbedringer for personer med dårligst taleforståelse i støj. Hvis testpersonen med det
bedste udgangspunkt viste ligeså store forbedringer, som dem med de største forbedringer, ville de
overgå normalthørende i at forstå tale i støj. Med baggrund i den beskrevne teori i afsnit 11.A vil det
med stor sandsynlighed ikke være muligt at genskabe så god SRT for personer med cochleære
skader, heller ikke med høreapparater.
Eksempelvis viste testperson 3 og 4 en meget stort forbedring, både ved DIR (8,7 dB og 8,2 dB) og
DIR + NR (6,4 dB og 8 dB) set i forhold til de andre testpersoner. Testperson 3 og 4 er samtidig de
to, som havde nogle af de dårlige udgangspunkter af sSRTN-OMNI (10,8 og 4,8 dB SPL). Disse
testpersoner har med deres store udbytte haft en stor indflydelse på gennemsnitlige forbedringer
for DIR og DIR + NR.
Omvendt viste testperson 7 og 10 den laveste forbedring ved DIR + NR og DIR, sammenlignet med
de andre testpersoner. De havde samtidigt nogle af de bedste udgangspunkter (sSRTN i OMNI på
0,7 og 0,6 dB).
Dermed tyder mine resultater på at der kan være en sammenhæng mellem udgangspunktet for at
forstå tale i støj og hvilket udbytte man får af retningsmikrofoner.35 Det er dog svært at vurdere, om
der er en tydelig årsagssammenhæng. Det er ikke alle testpersoner som følger tendensen, men de
fleste. Det ville være interessant at undersøge en sådan korrelation yderligere. Jeg har endnu ikke
støt på nogle undersøgelser af sammenhængen mellem evne til at forstå tale i støj og gavn af
støjreducerende høreapparatsfunktioner. Korrelationen mellem OMNI og retningsmikrofoner i
dette forsøg er illustreret i figur nr. 24.
34
35
Diskussionen er kort berørt i afsnit 11.C.3 ud fra litteraturen.
Også selv om støjreducerende algoritmer er slået til samtidigt.
72
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Korrelation mellem OMNI og DIR
←sSRTN -forbedringer→
12
7
2
-12
-7
-2
3
8
13
-3
-8
-13
←Omni→
DIR
DIR + NR
Lineær (DIR)
Lineær (DIR + NR)
Figur nr. 24: Illustrerer korrelationen mellem sSRTN for OMNI og retningsmikrofoner. Stregerne er lineære
tendenslinjer.
Figuren illustrerer i nogen grad at jo længere på x-aksen (OMNI), desto højre på y-aksen (sSRTN
forbedring).
14.A. Diskussion af metoden
Metoden i dette speciales forsøg vurderes til at være validt, og forsøgsdesignet var vellykket.
Formålet var at undersøge, hvordan retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmer påvirkede
taleforståelsen og hinandens eventuelle effekt ved samtidig aktivering. Forsøget og resultater
opfylder formålet. På trods af det er der naturligvis ting som er diskussionsværdigt. Det ville være
interessant af have flere testpersoner med, og det ville være spændende at teste nogle endnu mere
snævre og homogene demografier. De kunne være udvalgt på bagrund af alder, tidligere
høreapparatsvalg eller meget specifikke diagnoser.
Som beskrevet under metoden ville det have været fordelagtigt med støbte lukkede akrylpropper,
samt to-vejs blinding. Hvor mange indlæringslister der anvendes er også et relevant dilemma som
nogen måske ville have valgt anderledes. Yderligere er der ting som også ville være interessante at
teste eller have testet.
På trods af disse antagelser tilføjer resultaterne relevant evidens, som opfylder formålet. Det er
altid svært at vurdere, hvorvidt forskningsresultater kan generaliseres til naturlige
hverdagssituationer. Det er hensigten at disse resultater og konklusioner skal kunne have god
73
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
generaliserbarhed. De præcise sSRTN-data for effektmålingerne kan muligvis ikke direkte overføres
til hverdagsbrug i ratio 1:1. Sandsynligvis vil forbedringer være lidt lavere, men under alle
omstændigheder har funktionerne givet de målte effekter under forsøget omstændigheder. Selv
hvis præcise resultater skulle variere er konklusionerne ud fra resultaterne gældende, relevante og
kan give informationer, som er nyttige for høreapparatsudviklere og videre forskning. Forsøget har
vist, hvordan de to høreapparatsfunktioners samspil med hinanden fungere ved minimering af så
mange andre variabler, som det var muligt under omstændighederne.
14.C. Diskussion af hovedformålet
Formålet med dette forsøg er at undersøge om støjreducerende algoritmer + retningsmikrofoner
påvirker hinanden når de er anvendt samtidigt, og om det kan måles som en effekt på
taleforståelsen i støj. Formålet anses som opfyldt.
Hypotesen (i afsnit 5.) var, at retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmer ikke ville påvirke
hinandens effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse. Ud fra forsøget udført i dette
speciale er hypotesen bekræftet. Der er intet i dette forsøg der indikerer, at funktionerne påvirker
hinandens effekt på taleforståelsen. Retningsmikrofoner viste sig at give den samme effekt,
ligegyldigt om støjreducerende algoritmer var slået til eller ej. Dette er gældende for de
omstændigheder forsøger er foretaget under. Herunder vil der følge en diskussion af denne
konklusion sammenlignet med konklusioner fra tidligere forsøg, som naturligvis er testet under
andre forhold.
Retningsmikrofonerne har i dette forsøg, og i litteraturen, vist sig at give tydelige fordele på
taleforståelsen. Teorien fortæller os, at retningsmikrofonerne først ændrer høreapparatsinputtet.
Dernæst vil de støjreducerende algoritmer dæmpe forstærkningen i de frekvenskanaller, som
vurderes til at besidde meget støj. Denne viden tyder på, at hvis der findes en simultan påvirkning
skal svaret findes hos de støjreducerende algoritmer - dermed hvorvidt disse påvirker den
forbedring retningsmikrofonerne har foretaget.
Ud fra teorien og store mængder data har støjreducerende algoritmer ikke givet signifikante
resultater. Ligeledes har støjreducerende algoritmers resultaterne i dette forsøg ikke vist nogle
forbedringer på taleforståelsen. Samtidigt giver retningsmikrofoner en tydelig signifikant
forbedring som også er i overensstemmelse med tidligere fund. Denne viden giver tre mulige
udfald for hvordan funktionerne kan påvirke hinanden ved simultan brug:
1. Simultan brug af støjreducerende algoritmer og retningsmikrofoner giver en signifikant
forbedring af taleforståelsen i støj, sammenlignet med retningsmikrofoner alene.
74
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
2. Simultan brug af støjreducerende algoritmer og retningsmikrofoner giver en signifikant
forværring af taleforståelsen i støj, sammenlignet med retningsmikrofoner alene.
3. Simultan brug af støjreducerende algoritmer og retningsmikrofoner påvirker ikke
taleforståelsen i støj, sammenlignet med retningsmikrofoner alene.
Mulighed 1) virker usandsynlig, fordi støjreducerende funktioner ikke giver signifikante
forbedringer alene, derfor er det heller ikke forventeligt, at de gør det i samspil med en anden
funktioner. Især fordi retningsmikrofonerne skaber ændringer i SNR, inden de støjreducerende
algoritmer vil påvirke forstærkningen. Dermed ikke sagt at dette er en umulighed. Støjreducerende
algoritmer kunne påvirke outputtet, og måske er denne påvirkning først signifikant efter
signalbehandling fra retningsmikrofoner.
Mulighed 2) Virker også usandsynlig af de samme årsgager som mulighed 1, da støjreducerende
algoritmer ikke giver forværringerne alene, er det usandsynligt at de skulle gøre det sammen med
retningsmikrofoner. Igen er det ikke umuligt. Det skyldes at retningsmikrofonerne først skaber
bedre SNR, derefter er der en potentiel risiko for, at algoritmerne vil påvirke den SNR-forbedring
negativt ved at skrue ned for nogle kanaler. Virker algoritmerne som tiltænkt vil dette dog ikke ske.
Mulighed 3) Virker mest sandsynligt og er af følgende grunde også valgt som forsøget hypotese. Da
støjreducerende algoritmer ikke forventes at give signifikante forbedringer alene, virker det mest
sandsynligt at funktionen ikke vil have nogen signifikant indflydelse på retningsmikrofonernes
forbedring. Dette er også den konklusion resultaterne i dette forsøg med tydelighed viser.
Overaskende nok er det ikke alle tidligere studier, der har fundet frem til dette resultat.
I afsnit 11.D. blev der beskrevet resultater fra fire studier, der også har testet det simultane forhold.
To (og i delvist tre)36 af disse studier fik i nogen grad lignende resultater som dette forsøg. I hvert
fald var der ikke signifikante forskelle på DIR + NR og DIR. Fælles for mit og to af disse studier var
også, at støjreducerende algoritmer ikke gav nogen effekt på taleforståelsen. Tredje studie har
desværre ikke lavet data for støjreducerende algoritmer slået til alene.
Et fjerde studie (Peeters et al., 2009) indikerer at der ses en adderet forbedring under DIR + NR.
Dvs. at støjreducerende algoritmer umiddelbart tilføjede en yderligere forbedring af
taleforståelsen. Altså mulighed 1 var gældende. Dette studie adskiller sig også fra mit og de andre,
fordi de støjreducerende algoritmer gav en forbedring på taleforståelsen, når de var aktiveret alene.
Derfor tyder, det på at denne allerede definerede forbedring blev lagt oven i retningsmikrofonernes
36
Ikke signifikante forskelle mellem DIR + NR og DIR, men store individuelle forskelle, som indikerer en påvirkning for
nogle individer.
75
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
forbedring. Denne forskel i gør også pludselig mulighed 1 en mere sandsynlig hypotese for deres
forsøg. Den adderede forbedring var dog ikke signifikant i dette studie, men forfatterne
argumenterer stadig for dens tilstedeværelse, og resultatet er stadig interessant på to måder:
1) Fordi de støjreducerende algoritmer gav forbedret taleforståelse i dette forsøg, ikke en stor men
signifikant forbedring. Dette er stort set aldrig blevet målt før, udover med smalbåndet støj. Men
dette forsøg var udført med den origine HINT som bruger bredbåndet talestøj. Det er ikke til at
sige, hvad der gav udfaldet i forsøget.
2) Det er sparsomme resultater, der findes i litteraturen, dog åbner resultatet for en personlig
hypotese omkring, hvordan støjreducerende algoritmer påvirker retningsmikrofoner. En hypotese
som gør at alle tre mulige hypoteser er gældende alt efter funktionernes individuelle resultater:
- Hvis testforholdene gør at de støjreducerendes algoritmer viser taleforståelsesforbedringer, tyder resultaterne på, at den samme forbedring vil ligges til retningsmikrofonernes forbedring og
give adderet forbedring ved samtidig brug. Dette er gældende i Peeters et al., 2009.
- Hvis støjreducerende algoritmer ikke giver taleforståelsesforbedringer (som i de fleste forsøg), vil
retningsmikrofonernes forbedring stå alene og algoritmerne vil ikke påvirke taleforståelsen. Dette
forhold gælder i mit forsøg, Magnussen et al. 2013, og Walden, 2000.
- Dette ligger op til en tredje, men hypotetisk observation som ikke er gjort i nogen studier. Hvis
algoritmerne forværrer taleforståelsen - ses samme forværring trukket fra retningsmikrofonernes
forbedring.
Hypotesen kunne være gældende og åbner måske en risiko for, at funktionerne kan påvirke
hinanden under de rette omstændigheder. Måske er disse effekter allerede i spil for enkelte
individer.
Hvis der ses på mine resultater er de ikke i konflikt med denne hypotese, da støjreducerende
algoritmer hverken gav nogen effekt enkeltvist eller i sammenspil med retningsmikrofoner.
Vurderes resultaterne for enkelte testpersoner, er der dog intet som direkte støtter teorien. Få
testpersoner viste mindre forbedringer af støjreducerende algoritmer, men hos dem ses ingen
adderet forbedringer af retningsmikrofoner. Samtidigt er der få med forværringer, hos dem ses
heller ingen negativ påvirkning af retningsmikrofonerne. Som nævnt tidligere er det ikke
signifikante forskelle og de kan skyldes almindelig variation omkring en forbedring på 0 dB
Observationen er kun baseret på data tæt på test re-test variationen for fire testpersoner, så det er
nogen afvisning af ovenstående hypotese.
Det kunne være interessant at lave et studie lignende mit forsøg, men hvor omstændighederne gør
støjreducerende algoritmer giver tydelige taleforståelses forbedringer eller forværringer. Herefter
76
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
kunne man se på hvordan støjreducerende algoritmer så ville påvirke retningsmikrofonernes
forbedringer. Et sådan scenarier ville yderligere kunne belyse funktionernes forhold til hinanden
når begge er aktiveret.
14.D. Afsluttende og opsummerende diskussion
Teorien om hørehæmmedes evne til at forstå tale i støj vidner om et stor behov for teknologier, som
kan forbedre SNR. Både retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmer er
høreapparatsfunktioner som potentielt forsøger at forbedre hørehæmmedes taleforståelse i støj.
Mængden af evidens og resultater er meget sparsomt, hvad angår simultan anvendelse af både
retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmer. Ydermere er resultaterne ikke særlig tydelig, og
dermed motivationen og hovedformålet med dette forsøg. Dette speciales forsøgsresultater pegede,
entydigt på at støjreducerende algoritmer ikke har nogen indflydelse på taleforståelse i støj, og ved
simultan brug er forbedringen ens med retningsmikrofoner alene. Dvs. at støjreducerende
algoritmer ikke giver nogle signifikante ændringer på taleforståelsen, selvom de er slået til sammen
med retningsmikrofoner.
Resultater i litteraturen og i dette forsøg kan stille fagfolk, som skal justere høreapparater, i en
gråzone. Der kan herske om, hvorvidt støjreducerende algoritmer skal slås til sammen med
retningsmikrofoner eller ej, hos personer som lider af taleforståelses problemer i støj. Dette
speciales forsøgsresultater pegede, entydigt på at støjreducerende algoritmer ikke har nogen
indflydelse på taleforståelse i støj, og ved simultan brug er forbedringen ens med
retningsmikrofoner alene. Dvs. at støjreducerende algoritmer ikke giver nogle signifikante
ændringer på taleforståelsen, selvom de er slået til sammen med retningsmikrofoner. I tidligere
studier giver algoritmerne giver god komfort til de fleste, dog ikke alle. Yderligere kan nogen måske
opleve en lille, men vigtig forbedring. På den anden side tyder det på, at nogle individer ligefrem
mister for mange taleelementer når de er slået til, og ligefrem risikerer at får en forværring af
taleforståelsen i støj. Det er endda tænkes at én person kan opleve alle muligheder afhængig af, de
forskellige lydmiljøer de befinder sig i. Resultater herom er uvisse og stadig spekulative og der er
desværre ingen entydig svar på om hvad der er en bedste løsning.
Det ville være interessant at undersøge komfort og brugerpræferencer med begge
høreapparatsfunktioner, i det der mangler studier som definerer om støjreducerende algoritmers
øgede komfort også er tilstede når retningsmikrofoner er slået til. Det ville ydermere være
interessant med studier som testede den simultane effekt af DIR + NR for forskellige skarpt
defineret demografier, eller på tværs af forskellige slags støjsignal. Gerne med et stort antal
hørehæmmede testpersoner. Det kunne samtidigt være interessant at lave de forskellige
undersøgelser på tværs af flere høreapparatsmodeller og firmaer.
77
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
78
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
15. Konklusion
Resultaterne i dette forsøg vurderes til at være valide. Metoden og designet var vellykket, og selvom
det ville være spændene med resultater fra et større antal testpersoner. Forsøget havde til hensigt
at vise, hvilken indflydelse simultan brug af retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmer
havde på taleforståelsen. Resultaterne og dataanalysen i dette projekt var meget entydige. Under
forsøgsforholdene opstillet i dette forsøg viste resultaterne, at simultan brug af begge funktioner
var tilsvarende med retningsmikrofonernes forbedring. Med andre ord viste støjreducerende
algoritmer sig ikke at påvirke taleforståelsen signifikant, hverken alene eller i simultan brug.
Resultaterne bekræfter dermed hypotesen som blev opstillet tidligere i dette specialet. Forsøget har
opfyldt formålet og hensigten og besvaret problem formulering. Diskussionen og dele af
dataanalysen ligger op til relevante forslag for videre studier relateret til dette emne. Yderligere
viser teoriafsnittet og resultaterne, at der er et stort behov for effektive teknologier og tiltag, som
forbedrer SNR samt hørehæmmedes taleforståelse i støj. Dette er en af de største udfordringer,
audiologiens verden står overfor.
79
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
16. Litteraturliste/referenceliste
Litteraturen er listet alfabetisk efter efternavn på forfatter (første nævnte hvis flere forfattere). Parentesen
med fed viser, hvordan de er refereret i løbet af opgaven. Hvis der henvises til en bog er det noteret, hvis
intet er noteret er referencen en artikel.
- (Altman, 1990) (Bog): Altman, D (1990). Practical Statistics for Medical Research. Chapman & Hall/CRC.
ISBN: 0-412-27630-5.
- (Bacon et al., 1998): Bacon, S; Opie, J. & Montoya, D. (1998). The effects of hearing loss and noise masking
on the masking release for speech in temporally complex backgrounds. Journal of Speech, Language,
and Hearing Research, 41(3), 549-563.
- (Baer & Moore, 1993): Baer, T. og Moore, C. (1993). Effects og spectral smearing on the intelligibility of
sentences in the presence of interfering speech. The Journal of the Acoustical Society of America,
95(4).
- (Bees & Humes, 2008) (Bog): Bees, F & Humes, L. (2008). Audiology: The Fundamentals (4. Udgave).
Lippincott Williams & Wilkins, a Wolters Kluwer business. ISBN: 978-0-7817-6643-2
- (Bentler & Chiou, 2006): Bentler, R. & Chiou, L. (2006). Digital Noise Reduction an Overview. Trends in
Amplification, 10(2) 67-82. doi: 10.1177/1084713806289514.
- (Buus, 2002): Buus, S (2002). Psychophysical methods and other factors that affect the outcome of
psychoacoustic measurements. Holmens trykkeri.
- (Chung, 2004): Chung, K. (2004). Challenges and Recent Developments in Hearing Aids: Part I. Speech
Understanding in Noise, Microphone Technologies and Noise Reduction Algorithms. Trends in
Amplification, 8(3), 83–124. doi: 10.1177/108471380400800302.
- (Dawes, et al., 2013): Dawes, P.; Munro, K.; Kalluri, S. & Edwards, B. (2013). Unilateral and bilateral
hearing aids, spatial release from masking and auditory acclimatization. The Journal of the Acoustical
Society of America, 134(1), 596. doi: 10.1121/1.4807783.
- (Dillon, 2001) (Bog): Dillon, H. (2001). Hearing Aids (1. Udgave). Boomerang press. ISBN: 1-58890-052-5.
- (Dytham, 2011) (Bog): Dytham, C (2011). Choosing and Using Statistics: A Biologist’s Guide (Third Edition).
Wiley-Blackwell. ISBN: 978-1-4051-9839-4.
- (Fletcher, 1940): Fletcher, H. (1940). Auditory Patterns. Reviews of Modern Physics, 12, 47-65.
- (Freyman et al., 1999): Freyman, R.; Helfer, K.; McCall, D. & Clifton, R. (1999). The role of perceived spatial
separation in the unmasking of speech. The Journal of the Acoustical Society of America, 106(6), 3578–
3588.
- (George; Festen & Houtgast): George, E.; Festen, J., & Houtgast, T. (2006). Factors affecting masking
release for speech in modulated noise for normal-hearing and hearing-impaired listeners. The Journal
of the Acoustical Society of America, 120(4), 2295. doi: 10.1121/1.2266530.
80
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
- (Gnewikow et al., 2009) Real-world benefit from directional microphone hearing aids. (2009) Gnewikow,
D; Ricketts, T; Bratt, G.; Mutchler, L. Journal of Rehabilitation Research and Development 46(5), 603618.
- (Harris & Swenson, 1990): Harris, R. & Swenson, D. (1990). Effects of reverberation and noise on speech
recognition by adults with various amounts of sensorineural hearing impairment. International Journal
of Audiology, 29(6), 314-321. doi: 10.3109/00206099009072862.
- (Hersh & Johnson, 2003) (Bog): Hersh, M & Johnson, M (2003). Assistive Technology for the Hearingimpaired, Deaf and Deafblind. ISBN: 1-85233-382-0.
- (Kates, 1993): Kates, J. (1993). Hearing aid design criteria. Journal of Speech-Language Pathology and
Audiology/Revue d'Orthophonie Et d'Audiologie, 1, 15-23.
- (Kochkin, 2010): Kochkin, S., (2010). MarkeTrak VIII: Consumer satisfaction with hearing aids is slowly
increasing. Hearing Journal 63(1), 19-32 doi: 10.1097/01.HJ.0000366912.40173.76.
- (Kuk, 2005): Kuk, F.; Keenan D.; Lau C. & Ludvigsen C. (2005) Journal of the American Academy of
Audiology 16(6): 333–347.
- (Kurs et al., 1993): Keurs, M.; Festen, J. M. & Plomp, R. (1993). Effect of spectral envelope smearing on
speech reception. II. Journal of Acoustical Society of America 93(3), 1547–1552.
- (Lewitt, 2001): Levitt, H. (2001). Noise reduction in hearing aids: a review. Journal of Rehabilitation
Research and Development, 38(1), 111–21.
- (Litovsky, 2012): Litovsky, R. (2012). Spatial release from masking. Acoustics Today, 8(2), 18. doi:
10.1121/1.4729575.
- (Magnusson et al., 2013): Magnusson, L.; Claesson, A.; Persson, M. & Tengstrand, T. (2013). Speech
recognition in noise using bilateral open-fit hearing aids: the limited benefit of directional
microphones and noise reduction. International Journal of Audiology, 52(1), 29–36. doi:
10.3109/14992027.2012.707335.
- (Moore, 1995) (Bog): Moore, B. (1995). Hearing: Handbook of Perception and Cognition, (2. Udgave).
Academic Press. ISBN: 0-12-505626-5.
- (Moore, 2007) (Bog): Moore, B. (2007). Cochlear hearing loss: Physiological, psychological and technical
Issues (second edition). John Wiley & Sons Ltd. ISBN 978-0-470-51633-1.
- (Moore, 2012) (Bog): Moore, B. (2012). An Introduction to the Psycology of Hearing (6. Udgave). Emerald
group Publishing Limited. ISBN: 978-1-78052-038-4.
- (Mueler et al., 2006): Mueler H.; Weber J. & Hornsby, B. (2006). The Effects of Digital Noise Reduction on
Acceptance of Background Noise. Trends in Amplification 10(2) 83-94. doi:
10.1177/1084713806389553.
81
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
- (Ngo, 2011) (Bog): Ngo, K. (2011). Digital signal processing algorithms for noise reduction, dynamic range
compression, and feedback cancellation in hearing aids. Katholieke Universiteit Leuven – Faculty of
Engineering. ISBN: 978-94-6018-389-8
- (Nielsen & Dau, 2009): Nielsen, J. & Dau, T. (2009). Development of a Danish speech intelligibility test.
International Journal of Audiology, 48(10), 729–41. doi: 10.1080/14992020903019312.
- (Nielsen & Dau, 2011): Nielsen, J. & Dau, T. (2011). The Danish hearing in noise test. International Journal
of Audiology, 50(3), 202–8. doi: 10.3109/14992027.2010.524254.
- (Nilsson et al., 1994): Nilsson, M.; Soli, S. & Sullivan, J. (1994). Development of the Hearing in Noise Test
for the measurement of speech reception thresholds in quiet and in noise. Journal of Acoustical
Society of America, 95(2), 1085–1099.
- (Nordrum et al., 2006): Nordrum, S.; Erler, S.; Garstecki, D. & Dhar, S. (2006). Comparison of performance
on the hearing in noise test using directional microphones and digital noise reduction algorithms.
American Journal of Audiology, 15(1), 81–91. doi: 10.1044/1059-0889(2006/010).
- (Ozimek et al., 2009): Ozimek, E; Kutzner, D; Sᶒk, A; Wicher A. (2009). Polish sentence tests for measuring
the intelligibility of speech in interfering noise. International Journal of Audiology, 48:433-443
- (Peeters et al., 2009): Peeters, H.; Kuk, F.; Lau, C. & Keenan, D. (2009). Subjective and Objective Evaluation
of Noise Management Algorithms. Journal of the American Academy of Audiology, 20(2), 89–98. doi:
10.3766/.20.2.2.
- (Pickles, 2012) (Bog): Pickles, J. O. Physiology of Hearing. Fourth Edition. Emerald Group Publishin Limited.
ISBN: 978-1-78052-166-4.
- (Preves, 2000): Preves, D. (2000). Hearing Aids and Listening in Noise. Seminars in Hearing, 21(2), 0103–
0122. doi: 10.1055/s-2000-7310.
- (Ricketts, 2001): Ricketts, T. (2001). Directional Hearing Aids. Trends in Amplification, 5(4), 139–176. doi:
10.1177/108471380100500401.
- (Ricketts & Henry, 2002): Ricketts T. & Henry P (2002). Evaluation of an adaptive, directional-microphone
hearing aid. International Journal of Audiology, Mar; 41(2): 100-12.
- (Seeber, 2008): Seeber, B. (2008). Masking and critical bands. New York, NY: Springer New York 229-240.
doi: 10.1007/978-0-387-30441-0_16.
- (Soli & Wong, 2008): Soli, S. & Wong, L. (2008). Assessment of speech intelligibility in noise with the
Hearing in Noise Test. International Journal of Audiology, 47(6), 356–61. doi:
10.1080/14992020801895136.
- (Traunmüller & Eriksson, 2000). Traunmüller, H. & Eriksson A. (2000). Acoustic effects of variation in vocal
effort by men, women, and children. Journal of Acoustical Society of America, 107(6), 3438-3451
82
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
- (Valente 2002) (Bog): Valente, M. (2002), Hearing Aids: Standards, Options, And Limitations. Theime
Medical Publishers, Inc. ISBN: 1-58890-103-3.
- (Van Tasell, 1993): Tasell, D. (1993). Hearing loss, speech, and hearing aids. Second edition. Journal of
Speech and Hearing Research, 36(2), 228-244.
- (Valente, 2002) (Bog): Valente, M. (2002). Hearing Aids: Standards, Options And Limitations (2. Udgave).
Thieme. ISBN: 1-58890-103-3.
- (Wagener et al. 2003): Wagener K.; Josvassen L. & Ardenkjaer R. (2003). Design, optimization, and
evaluation of a Danish sentence test in noise. International Journal of Audiology, 42, 10 – 17.
- (Walden, 2000): Walden, B (2000). Comparison of benefits provided by different hearing aid technologies.
Journal of the American Academy of Audiology, 11(10) 81-91. doi: 1059-0889/06/1501-0081.
83
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
17. Bilag
17.A Bilag 1 – Den Danske HINTs sætningslister
I dette bilag ses en komplet liste over sætningerne i den danske HINT version 19 beta. Bemærk at
tallene 1-20 ikke bør ses som en specifik rækkefølge, da sætningerne afspilles i en tilfældig
rækkefølge inden for en udvalgt liste
Testliste 1
1. Det var en god fastelavnsfest
2. Kampen skal spilles på onsdag
3. Filmen er rigtig godt lavet
4. Derhjemme spiser vi ikke kød
5. Børnene løber rundt og leger
6. Hun kommer meget i teatret
7. Familien går tur i parken
8. Statuen har ikke noget hoved
9. Hun tog en hurtig beslutning
10. Vi snakkede med vores venner
11. Billetterne bliver sendt til os
12. Bussen kan ikke komme frem
13. Posen her er til grøntsager
14. Han sluttede som nummer fire
15. Chokoladen var dyr og god
16. Byen ser fantastisk dejlig ud
17. Jeg skulle ringe til formanden
18. Vi sagde farvel til gæsterne
19. Bakken er halvtreds meter høj
20. Arbejdet er hårdt og krævende
Testliste 3
1. Om morgenen lagde stormen sig
2. Lyden kommer oppe fra loftet
3. Hun har købt en vinterfrakke
4. Grisene løber frit på marken
5. Han talte til en kollega
6. Bagefter skal vi have jordbær
7. Musik giver en god stemning
8. Spillerne troede på sig selv
9. Tapetet var faldet af væggen
10. Hun havde de smukkeste øjne
11. Hver aften spiser de salat
12. Mandag vågnede vi meget sent
13. Hendes far var ikke hjemme
14. Han er tilfreds med artiklen
15. Klokken var blevet over midnat
16. Båndet blev revet i stykker
17. Butikken holder et stort udsalg
18. Hun lavede en kop kaffe
19. Nu venter landmændene på regn
20. De kommer sejlende til byen
Testliste 2
1. Reden er bygget af smågrene
2. Jeg ønsker mig et kæledyr
3. Han var verdensmester i svømning
4. De cykler eller tager bilen
5. Huset lå omme bag torvet
6. Jeg spurgte ikke til prisen
7. De ankom sidst på formiddagen
8. Hun rider på venindens hest
9. Insekter kan flyve meget langt
10. De har altid boet hjemme
11. Mødet skal holdes på skolen
12. Udenfor er det fuldstændig mørkt
13. Hun var omgivet af mennesker
14. Børnene kom hjem ved middagstid
15. Snakken ved bordet var livlig
16. Alle foredrag er på engelsk
17. Af og til larmer naboerne
18. De blev hurtigt gode venner
19. Han afviste det nye forslag
20. Koden til låsen passer ikke
Testliste 4
1. Pigen strikker en rød trøje
2. Vi ventede længe i køen
3. Om aftenen var der lejrbål
4. Det kilder lidt i fingeren
5. Hun gik hen til telefonen
6. Vi skal bare blive siddende
7. Kunden er tilfreds med svaret
8. Huset her er hans barndomshjem
9. Redskaber skal sættes på plads
10. Vejrudsigten lover regn og slud
11. Godt håndværk holder i årevis
12. Min kuglepen skriver med rødt
13. Mødet sluttede efter tre timer
14. Han ønskede sig en jakke
15. Jeg er ikke længere sulten
16. Han købte ikke mange blomster
17. Villaen er ikke blevet solgt
18. Hjælpen nåede frem for sent
19. Hendes bror vil være brandmand
20. Han lagde tasken på bordet
84
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Testliste 5
1. Børnene sidder i en rundkreds
2. Gæsterne nyder den gode vin
3. Manden ville løbe en tur
4. De talte lidt om fremtiden
5. Pladsen var spærret af affald
6. Festen varede til over midnat
7. Manden kløede sig på armen
8. Hun havde ingen frakke på
9. De ønsker sig et sommerhus
10. Begge hold scorede otte mål
11. Stuen skal nok blive hyggelig
12. Døren er næsten aldrig åben
13. Han blev en god skolelærer
14. De engelske bøffer var møre
15. Han kunne køre meget stærkt
16. Sofaen står bagerst i rummet
17. Torsdag var han ikke hjemme
18. Begge fodboldhold klarer sig fint
19. Maden blev serveret til tiden
20. Han havde let ved hovedregning
Testliste 7
1. Lakken skal fjernes fra gulvet
2. Han kan lugte hendes parfume
3. Værelset lå ud til baggården
4. Naboerne var med til middagen
5. Lyskrydset skifter snart til rødt
6. Han er en flittig musiker
7. Vi havde en dejlig weekend
8. Udsigten er bedst om sommeren
9. Hendes øjne så trætte ud
10. Vi får boller og chokolade
11. Skuret er bygget af brædder
12. Hans mor var heldigvis hjemme
13. De to mænd kender hinanden
14. Holdet er klar til kampen
15. De skal bo på efterskolen
16. Hendes penge var gået tabt
17. Alle skal betale samme pris
18. Blomster og gaver strømmede ind
19. Hun var i strålende humør
20. Vi er en fredelig familie
Testliste 6
1. Nu skal maskinerne skiftes ud
2. Renten var kun fire procent
3. Jeg tager fat i dørhåndtaget
4. Tøjet var gået af mode
5. Her går alle med solbriller
6. Kassedamen så venligt på ham
7. Han ligger stadig i sengen
8. Eleven skriver en lang rapport
9. Hele byen kom til brylluppet
10. Vi så lidt af vejrudsigten
11. Toget er meget sjældent fuldt
12. Jeg var også utrolig glad
13. Hans datter vil på højskole
14. I går havde filmen premiere
15. Fabrikkens port var ikke lukket
16. Hendes tøj var helt gennemblødt
17. Bilen er ikke længere ny
18. Nu begynder en ny sæson
19. Flyrejsen varer mindst fem timer
20. Jeg sætter mig nede bagved
Testliste 8
1. Skuffen kunne ikke lukkes helt
2. Vi byggede husene af træ
3. I morgen bliver vejret bedre
4. Han hoppede op på cyklen
5. Han har aldrig lavet middagsmad
6. Udsigten til skoven var god
7. Motorløb kan være ret farligt
8. Vi rister pølser over bålet
9. Manden kom til en benzintank
10. Han kender alle byens gader
11. Pigen var køn og velbegavet
12. Vi sad ude i køkkenet
13. Flasken var fyldt med æblesaft
14. Rejsen varer mindst en uge
15. De danser på et diskotek
16. Bageren havde tre slags rugbrød
17. Han kommer mandag med pakken
18. Tårnet er ikke særlig højt
19. Hun var en lille solstråle
20. De kom kørende i hestevogn
85
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Testliste 9
1. Strømperne var gået i stykker
2. Høsten var allerede i hus
3. Vi havde en festlig aften
4. Man skal holde korte pauser
5. Han taler om sit arbejde
6. Hendes kontor ligger langt væk
7. Din bror er meget utålmodig
8. Bogen er fuld af eksempler
9. Manden skal ringe til hende
10. Jeg går ud på dansegulvet
11. Vinderen fik en flot pokal
12. Hunden svømmede væk fra kysten
13. Hans søster var blevet klippet
14. Han læser med stærke briller
15. Pludselig kom der en lastbil
16. Der var altid åbent tirsdag
17. Mine venner går i gymnasiet
18. Bogen er skrevet på engelsk
19. Der bor mange mennesker her
20. Hun var taget på arbejde
Testliste 10
1. Kurven var fyldt med vasketøj
2. Første stop er ved svømmehallen
3. Han lagde brænde på bålet
4. Folk sidder og taler sammen
5. Hun var bedst til matematik
6. Stemningen i klassen er god
7. Hendes mand havde et værksted
8. De unge gik i biografen
9. Han trækker gardinet til side
10. Vi ligner hinanden ret meget
11. Vinduet vendte ud mod gaden
12. De sejlede med en husbåd
13. Kagen skal bages i ovnen
14. Båden sejler lidt over elleve
15. De vil hellere male selv
16. Kampen gik godt i begyndelsen
17. Han har passet sin træning
18. Forbruget af papir er stort
19. Det ringer ud til frikvarter
20. Hans bukser var meget korte
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Indlæringslisteliste 1
1. Pigerne går rundt i haven
2. Hendes ansigt er stadig solbrændt
3. Filmen blev straks en succes
4. Jeg kan godt lide jazzmusik
5. Vi siger tillykke og skåler
6. Chaufføren ser ind i spejlet
7. Drys retten med hakket persille
8. De mørke pletter skyldes maling
9. Drengen stikker hånden langt frem
10. Han stiller mange svære spørgsmål
11. De fik jordbærkage til dessert
12. Hatten passer til min tøjstil
13. Natten bliver klar og kølig
14. Jeg glemmer aldrig den musik
15. Lad os bare køre igen
16. Jeg tager solbad på stranden
17. Gymnastik gør mig meget stærk
18. Du skal børste alle tænder
19. Nu blomstrer roserne på marken
20. Jeg var glad for bryllupsfesten
Indlæringsliste 2
1. Drengen blev medlem af klubben
2. Ikke langt væk ligger rådhuset
3. Flyttemænd har tit ømme muskler
4. Nu mangler vi blot tallerkner
5. Bogen var billig på udsalg
6. Cykler kan lejes mange steder
7. I spisestuen var lyset tændt
8. I går kom svalerne hertil
9. Jeg havde cyklet i solskin
10. Skoledrengen drikker et glas mælk
11. Suppen smagte godt af tomat
12. Vi spadserede en tur sammen
13. En ung pige kommer gående
14. Snart fylder rapporten ti sider
15. Børnene og de voksne sover
16. En taxa kørte langsomt forbi
17. Kaninen sprang ud gennem hullet
18. Næste deltager var smedens søn
19. Lågen bag dem smækkede i
20. Under bogen ligger en tegning
86
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Indlæringsliste 3
1. Han rensede skærmen for støv
2. Katten kom listende helt stille
3. Katten spinder i hendes arme
4. Trøjen er syet af bomuld
5. Blomsterne vokser i små skåle
6. De to venner deler arbejdet
7. De sidder længe i tavshed
8. Store bølger slog mod stranden
9. Den gamle mand smilede stort
10. I regnbuen ses alle farver
11. De kørte direkte til skolen
12. Maden var rig på vitaminer
13. Konen er ældre end manden
14. Penge skal sættes i banken
15. Fødselsdagen er først på tirsdag
16. Postbudet har to små børnebørn
17. Det blev en pragtfuld ferie
18. Filmen var aldrig rigtig sjov
19. Jeg samler på gamle møbler
20. Om mandagen holder jeg fri
87
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
17.B. Bilag 2 – Samtykkeerklæring og skriftlig informering af testpersoner
Bilag 1 viser samtykkeerklæringen som testpersonerne underskrev samt den skriftlige informering
de fik om forsøget. Begge dele ses herunder:
Vil du deltage i et forsøg?
Jeg er en studerende fra Syddansk Universitet. Jeg håber at finde personer med hørenedsættelse til
et forsøg, hvori jeg tester nogle støjreducerende funktioner i høreapparater.
Forsøgsdetaljer og information:
Forsøget vil bestå af en sprogforståelsestest, hvor taleforståelse i støj måles. Forsøgspersonen skal
forsøge at gentage en række sætninger afspillet af en højtaler. Testen foregår med høreapparater i
som jeg giver dig på under testen. Det kommer i alt til at vare maksimum én time. Forsøget foregår
på høreklinikken (audiologisk afdeling) på Odense Universitetshospital (OUH).
Selve testen foregår i et lyddødt rum så personer, der lider af alvorlig klaustrofobi bør ikke deltage.
Det videnskabsetiske komitésystems beskrevne forhold om forsøgspersoners rettigheder i et
sundhedsvidenskabeligt forskningsprojekt er gældende. Det vil bl.a. sige, at man deltager frivilligt
og kan afbryde når som helst, også under forsøget. Det er muligt at få aktindsigt i dokumenter og
resultater, hvis det ønskes. Forsøgspersoner vil være anonyme og tavshedspligt om personlige
forhold og helbred gælder. Man har ret til at medbringe en ven eller et familiemedlem. Håber du vil
hjælpe.
88
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Samtykkeerklæring
Jeg giver tilladelse til at jeg vil deltage som forsøgsperson i den danske HINT test under forskellige
høreapparatsindstillinger. Jeg giver tilladelse til, at David Harbo Jordell må anvende resultaterne
fra forsøget i sit kandidat speciale og får adgang til mine audiogrammer (hørekurver) og
patientjournal som har audiologisk sammenhæng under hans specialeforløb. Til orientering gælder
rettighederne beskrevet i det videnskabsetiske komitésystem om forsøgspersoners rettigheder i et
sundhedsvidenskabeligt forskningsprojekt.
Navn:
CPR-Nr.:
Telefon nr.:
Dato og underskrift:
_______________________________________________________________________________________
89
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
17.C. Bilag 3 – Udklip fra datablad om Oticon, alta pro mini RITE
Informationerne og billederne er fra datablad som er fundet i sofwaren Genie version 2014.1.
90
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
91
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
92
Retningsmikrofoner og støjreducerende algoritmers effekt på taleforståelsen i støj ved simultan anvendelse
David Harbo Jordell
Kandidat speciale i audiologi, 2015
Kandidat, 4. semester 2015
Syddansk universitet
Takkeliste
Carsten Daugaard – Vejledning, lån af udstyr og faciliteter
Ellen Raban Pedersen – Vejledning
Delta – Lån af udstyr og faciliteter
Oticon – Lån af høreapparater, receiver og propper
Jens Bo Nielsen – Lån af den danske HINT
Karen Javanna Jordell – Korrekturlæsning
Julia Maria Kolb Jensen – Støtte samt tidlig korrekturlæsning
Anne Sofie Schiøler Skaaring – Hjælp til udarbejdning af figurer
David Lenchler Rasmussen – Korrekturlæsning af engelsk resumé/abstract
93