Abschlussarbeiten

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Vorhersage des Schalldrucks am Trommelfell für Hörgeräte-Anwendungen
Tobias Sankowsky

Masterarbeit im Studiengang Hörtechnik und Audiologie
Betreut durch Prof. Dr. Matthias Blau und Prof. Dr. Dr. Birger Kollmeier (Universität Oldenburg)
Eingereicht am 4. Dezember 2009

In dieser Masterarbeit wird die Vorhersage des Schalldrucks am Trommelfell für die Hörgeräteanpassung mit geschlossenen Otoplastiken untersucht. Die Vorhersage des Schalldrucks erfolgt durch eine unabhängige Modellierung von Hörgerät und individuellem Gehörgang. Da es mit sogenannten Zwei-Kammer-Receivern für Hörgeräte möglich ist, Frequenzen bis 10 kHz zu übertragen, wird eine Vorhersage im Frequenzbereich zwischen 100 Hz und 10 kHz untersucht. Das Schallfeld im Gehörgang wird eindimensional modelliert. Das Modell des individuellen Gehörgangs wird aus einer Impedanzmessung bestimmt. Dabei wird einerseits eine Länge und ein Querschnittsverlauf für den Gehörgang geschätzt und andererseits eine Impedanz für das Zusammenwirken des Trommelfells und akustischen Lecks, die auf der Seite der Otoplastik entstehen können. Aus Messungen an 31 Ohren von 19 Probanden werden Vorhersagen des Schalldrucks am Trommelfell mit Sondenmikrofonmessungen verglichen. Des Weiteren werden diese Vorhersagen mit Vorhersagen durch ein Modell eines mittleren Gehörgangs und eine alternative Modellierung auf Basis einer Schalldruckmessung im Gehörgang verglichen.

This master thesis examines the prediction of sound pressure at the ear drum for hearing aid fitting with closed ear moulds. The prediction is realized with independent models for the hearing aid and the individual ear canal. Dual balanced armature receiver for hearing aids are able to transmit frequencies up to 10 kHz so predictions take place in a frequency range from 100 Hz to 10 kHz. A one dimensional modeling of the sound field is used. The modeling of the individual ear canal is based on impedance measures. From the measured impedance a length and cross sections of the ear canal are estimated. Furthermore an impedance is estimated for the combined acting of the ear drum and leaks which occure at the ear mould. Measures were done on 31 ears from 19 subjects. The predicted sound pressure will be compared to probe tube measurements. in addition comparisons are accomplished with a model of a mean ear canal and an alternative modeling based on sound pressure measurements in the ear canal.

Konzeptionierung, prototypische Implementierung und Evaluation eines Hörgeräte-Anpassungs-Systems für Endnutzer
Hannah Baumgartner

Masterarbeit im Studiengang Hörtechnik und Audiologie
Betreut durch Prof. Dr. Inga Holube und Prof. Dr. Andreas Hein
Eingereicht am 14. Juli 2008

Diese Arbeit untersucht die Möglichkeiten eines interaktiven Fittingsystems zur eigenständigen Anpassung einer Signalverarbeitung auf die individuellen Bedürfnisse des Nutzers. Die Signalverarbeitung beruht auf dem "'Master Hearing Aid"', einer Software-Implementierung diverser Hörgerätealgorithmen. Die Oberfläche des Anpasssystems soll dabei eine intuitive und für Laien einfache Bedienbarkeit aufweisen. Die Dauer der Anpassung sollte 15-20 Minuten nicht überschreiten und beschränkt daher die Anzahl der verwendbaren Variablen bzw. abfragbaren Daten. Innerhalb der Arbeit wurden zwei Varianten von Anpassungssystemen für Hörhilfen zur Nutzung am heimischen Fernseher entwickelt. Die Anpasssysteme kommen ohne die Audiogrammdaten des Schwerhörenden aus. Als Testsignale wurden ausschließlich Signale aus Film- und Fernsehen verwendet. Über Eingabeoberflächen werden diverse Schwellen ermittelt und innerhalb des Systems verwertet um geeignete Kompressionsparametersätze zur Verfügung zu stellen. Die Referenzwerte wurden über Messungen mit zehn normalhörenden Versuchspersonen gewonnen. In der anschließenden Evaluation mit Schwerhörenden wurden drei unterschiedliche Berechnungen der Kompressionsparameter miteinander verglichen. Der Nutzen für den Schwerhörigen wurde mit Hilfe von Sprachverständlichkeitstests, Paarvergleichen, einem Lautheitstest und Fragebogeninventaren mit Hilfe von elf schwerhörenden Probanden überprüft. Die Ergebnisse zeigen einen Erfolg. Die Mehrheit der Probanden bevorzugt im Paarvergleich sowohl die Sprachverständlichkeit, als auch die Klangqualität betreffend, die im Fitting eingestellten Signalverarbeitungen gegenüber dem Original. Der Lautheitsvergleichstest zeigt bei der Mehrheit der Probanden eine Erhöhung der Akzeptanz gegenüber größeren Eingangsdynamiken durch die Komprimierung des Signals. In einem anschließenden Oldenburger Satztest zeigen die komprimierten Signale keine verschlechterte Performance gegenüber dem Original. Die Auswertung des Fragebogens ergibt eine insgesamt gute Bewertung der Durchführbarkeit. Es ist vorstellbar, dass bei geringgradigen Hörverlusten der Nutzer die Einstellungen selbständig vornimmt, bei höhergradigen Schwerhörigkeiten jedoch bei Bedarf die Einstellungen mit professioneller Unterstützung durchgeführt wird.

This Master thesis investigates the opportunities of an interactive fitting-system which is supposed to fit itself with respect to the individual user. This system is within the scope of a software based hearing aid, called Master Hearing Aid (MHA). The graphical user interface (GUI) of the fitting-system is designed to be easily operated. The duration of the fitting should not take more than 15-20 minutes. This restricts the number of variables and the query of data, respectively. This thesis develops two versions of fitting-systems for hearing aids. Both are designed for the use of a usual television at home. They are not in the need of audiogram data of the hearing impaired. Test signals are taken out of television and movies. Various thresholds are determined by the use of the interactive GUI. Those thresholds are applied within the system to provide appropriate compression parameters. References were gained through measurements with ten normal hearing subjects. Three different calculations of the compression parameters were compared in the following measurements with eleven hearing impaired subjects. To account the benefit for the hearing impaired a speech intelligibility test, pair comparison, loudness measurements and questionnaire were applied. The results show a profit. The pair comparison evidence that the signal processing of the fitting-system is preferred by most of the subjects compared to the original in the matter of speech intelligibility and sound quality. The loudness measurements demonstrate that most of the subjects appear to have a higher degree of acceptance to a higher input dynamic because of compression of the signal. The subsequent Oldenburger sentence test (OLSA) underlines that the compressed signals do not have a degraded performance compared to the uncompressed original. The evaluation of the questionnaire shows a reasonable validation of the practicability of the fitting-system.

Perzeptive Beurteilung von Sprache im Störgeräusch
Anne Schlüter

Masterarbeit im Studiengang Hörtechnik und Audiologie
Betreut durch Prof. Dr. Inga Holube und Dr. Thomas Brand (Universität Oldenburg)
Eingereicht am 21. Dezember 2007

Ziel dieser Arbeit war es, die Methode des Acceptable Noise Level Tests (ANLT) zu analysieren und seine Eignung für die Nutzendokumentation von Störgeräuschreduktionen zu untersuchen. Der ANLT ermittelt einen akzeptierbaren SNR für Sprache im Hintergrundgeräusch, den Acceptable Noise Level (ANL). Dieser ist definiert als Differenz zwischen dem angenehmen Pegel der Sprache (MCL) und dem maximalen Pegel des Hintergrundgeräusches (BNL), den Versuchspersonen über längere Zeit beim Hören von Sprache akzeptieren würden. In ersten Studien dieser Arbeit wurde die Methode des ANLT geprüft und gezeigt, dass Schrittgröße, Startpegel und Instruktion, die häufig in der Literatur ohne Untersuchung genutzt wurden, verwendet werden können. Die Test-Retest-Reliabilität kann erhöht werden, indem MCL- und BNL-Bestimmungen getrennt und mit drei Messwiederholungen durchgeführt werden. Außerdem zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass ANL-Werte abhängig sind vom verwendeten Hintergrundgeräusch. Im zweiten Teil der Arbeit wurden neben dem ANLT, der Oldenburger Satztest (OLSA), der Just Follow Conversation Test (JFCT) und Paarvergleiche zur Untersuchung von drei einkanalige Störgeräuschreduktionen verwendet. Die Ergebnisse zeigten für normal- und schwerhörige Versuchspersonen, dass die interindividuelle Streuung des ANL problematisch ist, da verschiedene SNR-Werte am Eingang der Störgeräuschreduktion erreicht werden, die mit unterschiedlichen SNR-Verbesserungen reagieren. OLSA und JFCT sind nicht geeignet, da im Test bei SNR-Werten gemessen wird, bei denen die Störgeräuschreduktion keine Verbesserung erzielt. Der Paarvergleich zeigt, dass er z. B. zur Untersuchung der durch Störgeräuschreduktionen veränderten Klangqualität genutzt werden kann. Im dritten Teil der Arbeit wurden zur technischen Untersuchung von Störgeräuschreduktionen Maße, die die SNR-Veränderung untersuchen, verwendet. Dazu kann z. B. der Delta-SNR nach Hagerman und Olofsson oder die Modulationstransferfunktion verwendet werden. Beide Maße zeigen, dass sie z.B. keine Artefakte der Störgeräuschreduktionen berücksichtigen.

The aim of this master’s thesis was to evaluate the method of the acceptable noise level test (ANLT) and its applicability for the benefit documentation of noise reduction algorithms. The ANLT detects an acceptable SNR for speech in background noise, the Acceptable Noise Level (ANL). It is defined as difference between the comfortable level of speech (MCL) and the maximum level of background noise (BNL), which could be accepted by a subject while listening to speech. In the first studies the ANLT method was analyzed. The studies show that the step size, start level and instruction, used in earlier studies without verification, are usable. Furthermore, the test-retest reliability increases by separating the MCL- and BNL-adjustment and conducting three measurement repetitions. Further results display dependence between the ANL and the used background noise. In the second part of this work three single microphone noise reductions were analyzed with the ANLT, the Oldenburg sentence test (OLSA), the Just Follow Conversation Test (JFCT) and paired comparisons. The results of subjects with normal and impaired hearing show difficulties produced by the interindividual variances of the ANL. The variances lead to different SNR values at the input of the noise reduction and the algorithms processed different SNR advancements. OLSA and JFCT are no usable tools for the investigation of noise reductions because they achieve SNR values, where the algorithms show no benefit. The quality of signals processed by noise reductions could be tested with paired comparisons. In the third part of the master’s thesis noise reductions were evaluated with technical values like the Delta SNR by Hagerman and Olofsson and the modulations transfer function. The results show, that these technical values do not account for artefacts produced by the noise reductions.

Optimierung eines Klassifikators zur Einordnung einzelner Spuren eines Gesamtmixes in musikrelevante Kategorien
Sven Fischer

Masterarbeit im Studiengang Hörtechnik und Audiologie
Betreut durch Prof. Dr. Jörg Bitzer und Prof. Dr. Alfred Mertins
Eingereicht am 1. Februar 2007

Diese Arbeit untersucht verschiedene Klassifikationsstrategien, um einzelne Spuren eines Gesamtmixes in musikrelevante Kategorien einzuordnen. Insbesondere wird versucht eine Aufteilung in Schlagzeug / Gesang / Anderes zu erreichen. Als Klassifikatoren wurden Vektorquantisierer und GMM (Gaussian Mixtur Models) verwendet. Als Feature wurden unter anderem MFCCs und ihre zeitliche Ableitungen, sowie dieverse andere Verfahren implementiert. Es zeigt sich, dass eine Unterteilung mit einer Genauigkeit von 90% möglich ist.

Untersuchung der perzeptiven Relevanz der Modulationstransferfunktion von Hörgerätealgorithmen
Stefan Fredelake

Masterarbeit im Studiengang Hörtechnik und Audiologie
Betreut durch Prof. Dr. Inga Holube und Prof. Dr. Dr. Birger Kollmeier (Universität Oldenburg)
Eingereicht am 25. Juli 2006

Ziel dieser Masterarbeit ist die Entwicklung eines perzeptiv relevanten Messverfahrens für mehrere Hörgerätealgorithmen. Verschiedene Hörgerätealgorithmen wie die Mehrkanaldynamikkompression und die Störgeräuschreduktion nach Ephraim-Malah wurden sowohl mit objektiven Messgrößen als auch mit subjektiven Verfahren mit normalhörenden und schwerhörigen Versuchspersonen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Modulationstransferfunktion als objektives Maß geeignet ist, sowohl die Dynamikkompression als auch die Störgeräuschreduktion messtechnisch zu erfassen, so dass diese zwei andere Messverfahren - das effektive Kompressionsverhältnis zur Beschreibung der Dynamikkompression und ein Maß nach Hagerman und Olofsson zur Beschreibung der Störgeräuschreduktion - ersetzen kann. Aus den subjektiven Qualitätsurteilen der Versuchspersonen wurden mit verschiedenen Modellen jeweils eine intervallskalierte Präferenzrangskala berechnet und mit den objektiven Maßen verglichen. Beim Dynamikkompressor konnte eine hohe Korrelation zwischen dem objektiven Maß und der Präferenzrangskala beobachtet werden. Bei der Störgeräuschreduktion ist die Korrelation stark vom Eingangs-S/N und vom Hörvermögen abhängig. Darüber hinaus wurden die Präferenzrangskalen mit dem Oldenburger Perzeptionsmodell für Qualitätsbeurteilungen verglichen. Eine hohe Korrelation war bei bestimmten Einstellungen des Modells gegeben.

The aim of this Master thesis is the developement of a measuring system with perceptual relevance for several hearing aid algorithms. Several hearing aid algorithms like multichannel-dynamic compression and noise reduction according to Ephraim and Malah were analyzed as well with objective measures as with subjective procedures with normal hearing and hearing impaired subjects. It was found that the modulation transfer function is suitable for an objective measure to describe the dynamic compression system and the noise reduction algortihm. Consequently, it can replace two alternative measures - the effective compression ratio decribing dynamic compression systems and the measure according to Hagerman and Olofsson to describe noise reduction algorithms. The subjective quality evaluations from the subjects were transformed into an interval scale with different mathematical models. Compared to each other, the scales and the objective measures of the dynamic compression system showed a high correlation. The correlation is dependent on the S/N at the input of the noise reduction scheme and on the hearing disability. In addition, the scales were compared with the "Oldenburger Perzeptionsmodell" (model of perception developed at Oldenburg University) for predicting the objective quality. A high correlation was found for some setups of the "Oldenburger Perzeptionsmodel".