Abschlussarbeiten

Hier finden Sie die Abschlussarbeiten der Studierenden unserer Abteilung.

Umsetzung und Evaluation des Höranstrengungsmessverfahren ACALES als MATLAB Web App
Timmy Kröger

Bachelorarbeit im Studiengang Hörtechnik und Audiologie
Betreut durch Prof. Dr. Inga Holube und Melanie Krüger M.Sc. (Hörtech gGmbH, Oldenburg)
Eingereicht am 8. Februar 2021

Zur Definition von Höranstrengung existieren bis heute unterschiedliche Meinungen. Oft wird sie als Aufwendung mentaler Ressourcen zur Bewältigung einer schwierigen Höraufgabe beschrieben. Die subjektive Wahrnehmung kann mithilfe eines adaptiven Messverfahrens (adaptive categorical listening effort scaling, ACALES) bestimmt werden, welches die individuelle Höranstrengungsfunktion erfasst. Die Programmierung und Bereitstellung einer webbasierten Version des ACALES mit Matlab-Web-Apps beinhaltete die Konfiguration einer Serverstruktur, über welche Messungen ermöglicht werden. Der Matlab-App-Designer wurde am Beispiel der graphischen Oberfläche des Messverfahrens beschrieben. Zusätzlich wurden Übertragungsfunktionen verschiedener Kopfhörer erfasst und ausgewertet. Die Messergebnisse wurden ausgewertet und statistische Unterschiede zwischen verschiedenen Maskierern dargestellt. Die Web-App zeigte sich als geeignet, die Höranstrengung zeit- und ortsunabhängig mit einer Vielzahl von Messergebnissen zu erfassen.

“Implementation and Evaluation of the ACALES measurement using Matlab Web Apps”: Different definitions regarding listening effort exist until today. However, listening effort can be described as the mental effort that is needed to overcome difficult listening situations. The adaptive categorical listening effort scaling (ACALES) measurement captures the subjective listening effort between individuals. A web based implementation of ACALES was created and deployed. For this several servers were created and configured to run Matlab Web Apps. The Matlab App Designer was explained with the example of the graphical user interface programmed for ACALES. Further frequency responses of different headphones were collected and evaluated. The results of the measurements showed statistical differences between two maskers. The Matlab Web App can be used to assess subjective listening effort ratings across a vast number of participants.

Generierung eines Messglieds zur Erweiterung existierender Steuerungsprozesse durch Methoden des maschinellen Lernens im Bereich der Computer Vision
Arno Schiller

Bachelorarbeit im Studiengang Assistive Technologien
Betreut durch Prof. Dr. Jörg Bitzer und Dr.-Ing. Marco Lewandowski
Eingereicht am 29. Januar 2021

Die Automatisierung hat durch die technische Entwicklung in zahlreichen Anwendungsgebieten Einzug genommen. Dennoch können viele Prozesse aufgrund mangelnder Parameter nicht vollständig automatisiert geregelt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wird untersucht, ob die fehlenden Regelungsparameter durch maschinelles Lernen abgeleitet werden können. Diesbezüglich wird ein Messglied generiert, welches Informationen aus Bilddaten extrahiert. Die Umsetzung dieses Messglieds wird anhand eines Anwendungsfalls aus dem Bereich der Aquakulturanlagen realisiert und dessen Ergebnisse ausgewertet. Der Betrieb einer Shrimp-Aquakulturanlage stellt sich als sehr komplex heraus. Es werden Informationen über die Population und die Größe der Tiere benötigt. Diese werden bisher manuell erfasst, was zu einer ungenauen und zeitverzögerten Regulierung führt. Verschiedene Modelle und Datensätze wurden für das Training verwendet und dessen Ergebnisse verglichen. Sowohl das Modell YOLOv5l als auch das Modell EfficientDet-D0 erzielten gute Ergebnisse in der Shrimp-Detektion auf Unterwasseraufnahmen. Aufgrund einer einfacheren Handhabung wird die YOLOv5-Modellreihe empfohlen. Das Training auf Graustufenbildern ergab, dass die Farbgebung keinen nennenswerten Einfluss auf das Detektionsergebnis hat. Die Einteilung der Shrimps hinsichtlich ihres sichtbaren Anteils hat sich als fehleranfällig und wenig informativ herausgestellt. Hingegen liefert die Unterteilung der Entfernung vielversprechende Ergebnisse und bedarf weiterer Analysen. Die Daten-Augmentation erwies sich als besonders hilfreich, die mAP konnte um etwa 12,7 % angehoben werden, wodurch das Modell mit einer mAP von 97,7 % die besten Ergebnisse erreicht. Durch die Objektdetektion können Indizien sowohl für die Population als auch für die Größe der Shrimps abgeleitet werden, diese Parameter sind die Grundlage einer zuverlässigen Regelung der Aquakulturanlage. Sämtliche Implementierungen, die im Rahmen dieser Arbeit entstanden, sind unter GitHub verfügbar.

Automation has made its way into numerous application areas because of technical evolution. Nevertheless, many processes cannot be fully controlled by automation due to the lack of reliable parameters. In the context of this work, it is investigated whether the missing control parameters can be derived by machine learning. In this regard, a measurement element is generated that extracts information from image data. The implementation of this measuring element is realized using a use case from the field of aquaculture systems and its results are analyzed. The operation of an indoor aquaculture plant turns out to be very complex. Information about the population and the size of the animals is needed. So far, these are manually acquired, which leads to inaccurate and time-delayed regulation. Different models and data sets are used for training and their results are compared. Both the YOLOv5l model and the EfficientDet-D0 model achieve good results in shrimp detection in underwater images. Due to easier handling, the YOLOv5 model series is recommended. Training on grayscale images showed that the color scheme has no significant effect on the detection result. The subdivision of shrimp in terms of their visible fraction has been found to be prone to error and not informative. In contrast, the subdivision of the distance provided promising results and requires further investigation. Data augmentation proved to be particularly useful, the mAP could be increased by about 12.7%, giving the model the best results with a mAP of 97.7%. Object detection can be used to generate indications of both population and shrimp size, these parameters are the foundation for a reliable control system of a shrimp aquaculture. All implementations created as part of this work are available on GitHub.

Optimierung der frequenzabhängigen Verstärkungseinstellung bei Musikwiedergabe für Menschen mit Hörbeeinträchtigung
Saskia Ibelings

Masterarbeit im Studiengang Hörtechnik und Audiologie
Betreut durch Prof. Dr. Inga Holube und Dr. Michael Schulte (Hörzentrum Oldenburg)
Eingereicht am 11. Januar 2021

Musik wird von vielen Personen als Genussmittel angesehen, denn mithilfe von Musik ist es möglich, dem Alltag zu entfliehen oder zu entspannen. Besonders bei hörbeeinträchtigten Personen kann dieser Genuss jedoch eingeschränkt sein. Eine Versorgung mit Hörgeräten kann nur bedingt Abhilfe schaffen, da der Fokus dieser auf einer Verbesserung des Sprachverstehens, nicht aber auf einer Optimierung des Musikgenusses liegt. Aus diesem Grund lag das Ziel dieser Arbeit darin, hörbeeinträchtigten Personen ein Werkzeug zu bieten, welches ihnen ermöglicht, den Klang verschiedener Musikstücke nach ihrem Belieben einzustellen. Als Vorbereitung wurden Diskriminationsschwellen, sog. JNDs (engl. just noticeable differences), für Pegelunterschiede für verschiedene Musikstücke (Pop, Klassik und Swing) und Frequenzbereiche (100 Hz - 500 Hz, 500 Hz – 1,5 kHz, 1,5 kHz - 4 kHz, 4 kHz – 13 kHz) bestimmt. An den Messungen nahmen nach eigener Angabe junge Normalhörende teil. Dabei zeigte sich sowohl ein signifikanter Effekt des Musikstückes als auch des Frequenzbereiches auf die bestimmten JNDs. Im Mittel lagen die JNDs zwischen 2,5 dB und 3 dB. Für die Optimierung des individuellen Musikgenusses wurde ein zweidimensionales Feld (sog. Kolorationsfeld) entwickelt. Während die x-Achse einer Klangwaage entsprach, mit der das Verhältnis von Höhen zu Tiefen verändert werden konnte, wurde auf der y-Achse eine Veränderung der Höhen und Tiefen relativ zu den Mitten realisiert. Für die Schrittweite wurden die Ergebnisse der JND-Studie gewählt. Die initiale Koloration wurde von einer Anpassung von Mimi Hearing Technologies (Berlin, Deutschland), welche eine Verstärkung im tief- sowie hochfrequenten Bereich entsprach, abgeleitet. Dieses Verfahren wurde für verschiedene Musikstücke (Pop, Klassik, Swing) mehrmals pro Probanden (15 hörbeeinträchtigte Probanden nach dem N2-Hörprofil von Bisgaard et al., 2010) getestet. Die Probanden bevorzugten unabhängig von Musikstück und Wiederholung einen flachen Frequenzgang. Zusätzlich wurden die Persönlichkeit, musikalische Erfahrenheit sowie Hörgewohnheiten abgefragt. Lediglich die Korrelation der musikalischen Erfahrenheit mit der präferierten Koloration erwies sich als signifikant. Ein signifikanter Einfluss des Geschlechtes war nicht nachweisbar. Die Test-Retest-Reliabilität des Verfahrens war moderat bis gut. Insgesamt ist zu folgern, dass dieses Kolorationsfeld zur Verbesserung des Musikgenusses von den Probanden gut angenommen wurde. Jedoch sollte die Ausgangseinstellung für Menschen mit den untersuchten Hörprofilen überarbeitet werden.

Music is seen by many people as a form of enjoyment, because with the help of music it is possible to escape from everyday life or relax. However, this enjoyment can be limited, especially for hearing-impaired people. Hearing aids can only provide limited improvement, as the focus is on improving speech understanding, but not on optimizing music enjoyment. For this reason, the objective of this work was to offer hearing-impaired people a tool that allows them to adjust the sound of different kinds of music to their personal preference. For this purpose, discrimination thresholds, so-called JNDs (just noticeable differences) for level differences of different pieces of music (pop, classic and swing) and frequency ranges (100 Hz - 500 Hz, 500 Hz - 1.5 kHz, 1.5 kHz - 4 kHz, 4 kHz – 13 kHz) were determined. According to their own statement, young people with normal hearing took part in the measurements. The measurements showed a significant effect of the music type as well as the frequency range on the thresholds. On average, the JNDs were between 2.5 dB and 3 dB. A two-dimensional field (so-called coloration field) was developed to optimize individual music enjoyment. While the x-axis corresponded to a tonal scale with which the ratio of high frequencies to low frequencies could be changed, a change of the high frequencies and low frequencies relative to the mid frequencies was realized on the y-axis. For the step size the results of the JND study were chosen. The initial coloration was derived from a Mimi Hearing Technologies (Berlin, Germany) fitting, corresponding to low and high frequency amplification. This procedure was tested a few times per participant (15 hearing-impaired participants according to the N2-hearing-profile by Bisgaard et al., 2010) for different types of music (pop, classic, swing). The participants preferred a flat frequency profile, independent of the piece of music and repetition. In addition, personality, musical experience and listening habits were assessed. Only the correlation of musical experience with the preferred coloration was found to be significant. A significant influence of gender was not detectable. The test-retest reliability of the method was moderate to good. Overall, it can be concluded that this coloration field was well accepted by the participants to improve their musical enjoyment. However, the initial setting should be revised for users with the investigated hearing profile.

Grey-Box Modelling of Loudspeaker Nonlinearities to Improve Acoustic Echo Cancellation Algorithms
Robert Liebchen

Masterarbeit im Studiengang Hörtechnik und Audiologie
Betreut durch Prof. Dr. Jörg Bitzer und Prof. Dr. Simon Doclo
Eingereicht am 25. November 2020

Einsatzbereiche akustischer Echounterdrückung sind vielseitig und AEC Algorithmen werden von vielen Geräten, wie Smart Speakern, Mobiltelefonen, Freisprechanlagen in Fahrzeugen oder Videokonferenzsystemen eingesetzt. Durch den Einsatz kleiner und kostengunstiger Lautsprecher können nichtlineare Verzerrungen des Eingangsignals entstehen, welche von linearen AEC Algorithmen nicht geschätzt werden können. Zur Verbesserung der AEC Performanz wird nichtlineares Verhalten von Lautsprechern modelliert, um das AEC-Eingangssignal im Voraus zu Verzerren. In dieser Arbeit wird mittels eines kaskadierten Hammerstein-Modells, basierend auf diagonalen Volterra Kerneln, welche mittels exponentieller Sweeps identifiziert werden, das AEC-Eingangssignal fur eine Verbesserung der Perfomanz vorverzerrt. Die Performanz des Modells wird anhand des nomierten Root Mean Squares Fehlers zwischen gemessenen und modellierten Übertragungsfunktionen, der Mean Cepstral Distance sowie des Echo Return Loss Enhancements beurteilt. Basierend auf den Eigenschaften des Systemidentifikationssignals zeigt sich, dass das Modell nicht zur Vorverzerrung von AEC Referenzsignalen geeignet ist.

Applications of Acoustic Echo Cancellation are diverse and AEC algorithms are used by many technical devices such as smart speakers, mobile phones, apps for video conference purposes or hands-free car kits. The use of small and inexpensive loudspeakers can result in nonlinear distortion of the input signal, which linear AEC algorithms cannot estimate. To improve AEC performance, the nonlinear behavior of loudspeakers is modeled in order to distort the AEC input signal in advance. In this thesis the AEC input signal is predistorted using a cascaded Hammerstein model based on diagonal Volterra kernels, which are identified by means of exponential sweeps. The performance of the model is assessed on the basis of the normalized Root Mean Square error between measured and modeled transfer functions, the Mean Cepstral Distance and the Echo Return Loss Enhancement. Based on the properties of the system identification signal, it is established that the model is not suitable for predistortion.

Modell für die Volumenkorrektur von Lebensmittelaufnahmen basierend auf 3D-Punktwolken
Niklas F. H. Bartner

Bachelorarbeit im Studiengang Assistive Technologien
Betreut durch Prof. Dr. Frank Wallhoff und Patrick Elfert M. Sc.
Eingereicht am 19. November 2020

Die vorliegende Bachelorarbeit präsentiert die Entwicklung eines Modells zur Volumenkorrektur von 3D-Aufnahmen, um Fehlberechnungen aufgrund evtl. auftretender Hohlräume und anderweitig nicht einsehbarer Bereiche zu minimieren. In der Nahrungsmitteldokumentation könnten bspw. aus Lebensmittelaufnahmen präzisierte Werte zur weiteren Auswertung gewonnen werden. Auch wenn es aktuell keine einheitlichen Standards zur Protokollierung von Verzehrmengen gibt, arbeiten doch viele Methoden mit dem rein optischen Erfassen - sei es durch Smartphonekameras oder die menschlichen Augen. Eine Volumenkorrektur findet so allerdings nicht statt. Aufgrund des innerhalb dieser Arbeit vorgesehenen, statischen Blickwinkels auf die Objekte von oben herab und die dadurch vorhandenen Sichtlinien entstehen nicht erfasste Bereiche, welche im 3D-Modell nicht realitätsgetreu dargestellt werden können. Diese führen schlussendlich zu einem nach oben verfälschten Volumen des Modells. Da primär die Unterhälften von Objekten durch Sichtschatten manipuliert werden, basiert der Ansatz dieser Arbeit auf der Verwendung des Volumens der oberen Hälfte. Nach dem Modellieren der aus zwei Oberhälften bestehenden Objekte lassen sich die Werte für das originale, das durch Sichtschatten verfälschte und das modellierte, angenäherte Volumen gegenüberstellen. Ebenfalls können so die prozentualen Differenzen und die jeweilige Veränderung als Funktion berechnet werden. Zur Evaluation dieses Modells wurde eine der berechneten Funktionen auf Ansammlungen von 3D-Objekten angewendet und deren Volumina approximativ berechnet. Abschließend konnten diese Werte mit den Originalvolumina verglichen werden, um eine Aussage über die Genauigkeit des Ansatzes dieser Arbeit treffen zu können. Durch die prototypische Umsetzung konnte bereits eine Verringerung der Verfälschungen auf unter 5% erreicht werden, welche anhand von Automatisation, größeren Testsets und tiefergehenden Evaluationen noch verringert werden könnte.

This bachelor thesis presents the development of a model for volume correction of 3D images to minimize miscalculations due to possible cavities and other non-visible areas. In food documentation, for example, more precise values could be obtained from food images for further evaluation. Even though there are currently no uniform standards for recording consumption quantities, many methods work purely with optical recording - whether by smartphone cameras or the human eye. However, volume correction does not take place in this way. Due to the static viewing angle of the objects from above and the lines of sight that are provided within this work, undetected areas are created which cannot be realistically represented in the 3D model. These finally lead to an upwardly distorted volume of the model. Since primarily the lower halves of objects are manipulated by the line of sight, the approach of this work is based on using the upper half’s volume. After modelling the objects consisting of two upper halves, the values for the original volume, the volume distorted by visual shadows and the modelled volume can be compared. The percentage differences and the respective change as a function can also be calculated. To evaluate this model, one of the calculated functions was applied to accumulations of 3D objects and their volumes were calculated approximately. Finally, these values could be compared with the original volumes in order to make a statement about the accuracy of the approach of this thesis. This prototypical implementation has already achieved a reduction of falsifications to less than 5 %, which could be further reduced by automation, larger test sets and in-depth evaluations.

Verfahren zur Schätzung der Trueloudness-Verstärkungswerte mit schmalbandig vorverstärkten breitbandigen Signalen
Annika Meyer-Hilberg

Bachelorarbeit im Studiengang Hörtechnik und Audiologie
Betreut durch Prof. Dr. Martin Hansen und Dr. Dirk Oetting
Eingereicht am 31. August 2020

vertraulich

Entwicklung eines dynamischen Tastaturlayouts beim Scanningverfahren für eine effiziente Kommunikation
Rebecca Heuermann

Bachelorarbeit im Studiengang Assistive Technologien
Betreut durch Prof. Dr. Frank Wallhoff und Dipl.-Päd. Birgit Hennig
Eingereicht am 21. Mai 2020

Diese Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Software für das effiziente Kommunizieren mit Hilfe des Scanningverfahrens. Um dieses Ziel zu erreichen, werden bestehende Kommunikationsoberflächen in Hinblick auf den Aufbau, die wichtigsten Elemente und das verwendete Tastaturlayout analysiert. Zudem wird für die Beurteilung der Effizienz die benötigten Scanschritte für jeden Buchstaben und einige Satzzeichen ermittelt. Mit den gewonnenen Kenntnissen wird ein Mockup zur Visualisierung der Ideen erstellt. Mit diesem als Vorlage wird die Kommunikationssoftware in Python implementiert. Die Software beinhaltet eine Wortvorhersage und ein dynamisches Tastaturlayout. Das bedeutet, die Buchstaben ordnen sich entsprechend der Wortvorhersage so an, dass die wahrscheinlichsten Buchstaben mit den wenigsten Scanschritten zu erreichen sind. Die abschließende Effizienzanalyse zeigt, dass die entwickelte Kommunikationssoftware unter den getesteten Oberflächen das effizienteste Scanningverfahren darstellt.

This bachelor thesis deals with the development of a communication software for an efficient communication with the scanning process. In order to achieve this goal existing communication devices were analysed in regard to their structure, the most important elements and the keyboard layout used. In addition, the required scan steps for each letter and some punctuation marks were determined for the evaluation of efficiency. A mockup was created to visualize these specific ideas. Using this as a template, the communication software was implemented in Python. The software includes a word prediction and a dynamic keyboard layout. To archieve the lowest scan step the most probable letters are arranged according to the word prediction. The final efficiency analysis shows the developed communication software is the most efficient of the tested interfaces for communication including scanning processes.

Quellortung in virtuellen akustischen Umgebungen
Sven Hilbig

Bachelorarbeit im Studiengang Hörtechnik und Audiologie
Betreut durch Prof. Dr. Matthias Blau und Prof. Dr. Steven van de Par
Eingereicht am 29. April 2020

Ziel dieser Arbeit ist es, ein besseres Verständnis für das als Präzedenzeffekt bekannte auditive Phänomen zu erlangen. Dieser Effekt wurde in der Vergangenheit ausgiebig untersucht und es können viele Studien gefunden werden, die den Präzedenzeffekt mit einfachen Stimuli belegen. Die bisherige Erkenntnis ist, dass die Richtung des Direktschalls die wahrgenommene Richtung der Schallquelle dominiert, wenn eine Direktschallquelle und eine Frühe Reflexion jeweils aus einer anderen azimutalen Position relativ zum Hörer präsentiert werden. Dies ist der Fall, sofern der reflektierte Schall ca. 2 ms später als der Direktschall eintrifft. Wenn beide Töne jedoch innerhalb des Intervalls < 0 − 2 ms ankommen, wird eine gewisse räumliche Mittelung für beide Positionen empfunden, ein Effekt, der als Summenlokalisierung bezeichnet wird. In der Literatur wurde dies bisher mit einfachen Klicks, Rauschsignalen und komplexeren Stimuli untersucht. Über die Wirkungsweise des Präzedenzeffekt in natürlichen, hallenden Umgebungen mit Mehrfachreflexionen und diffusem Nachhall ist bisher allerdings nicht viel bekannt.In diesem Projekt werden daher zwei primäre Forschungsfragen sowie eine methodische Frage behandelt: Forschungsfrage 1: Inwieweit können Hörer Schallquellen in virtuellen Umgebungen genau lokalisieren? Forschungsfrage 2: Inwieweit kann eine Summierungslokalisierung für Reflexionen beobachtet werden, die sehr früh nach dem Direktschall eintreffen? Ein Szenario, für das dies eintreten könnte, ist, wenn die Schallquelle sehr nahe an einer Wand platziert wird? Methodische Frage: Wie genau kann die wahrgenommene Richtung einer Schallquelle von Probanden mithilfe einer grafischen Benutzeroberfläche bewertet werden? Um diese Fragen zu beantworten, wurde ein Versuchsaufbau erstellt, in dessen Konfiguration die Wahrnehmung der Lokalisierung von Probanden mit zwei Ansätzen überprüft wird: 1. Ein akustischer Zeiger mit einem Drehknopf und einigen Schaltern, steuert die azimutale Position eines Teststimulus ohne Nachhallfahne. Der Zuhörer wird gebeten die empfundenen Position eines Teststimulus ohne Nachhallfahne mithilfe des akustischen Zeigers auf die empfundene Position einer ihm dargebotenen Referenzschallquelle mit Nachhallfahne so gut wie möglich anzugleichen. Beide Signale werden hierbei mit denselben HRTFs gerendert. Die Annahme ist, dass diese akustische Zeigermethode eine sehr genaue Bewertung des wahrgenommenen Winkels erzeugt, da der Bewertungsprozess von einem direkten Vergleich der Reize innerhalb des Hörbereichs abhängt. 2. Eine grafische Benutzeroberfläche, in der die Zuhörer den Azimutwinkel angeben, unter dem die Schallquelle wahrgenommen wird. Diese Methode hat den Vorteil, dass sich die Winkel auf den physischen Raum beziehen (und nicht nur im Hörraum bleiben). Damit die Zuhörer diese Aufgabe ausführen können, müssen sie den Hörraum in die Darstellung des physischen Raums auf einer grafischen Benutzeroberfläche übersetzen. Inwieweit den Probanden dieses möglich ist, ist unklar. Zu diesem Zweck wurden in der raumakustischen Simulationssoftware RAZR eine Reihe von Versuchskonditionen erzeugt, die sich im Azimutwinkel, in der Quelldistanz und in der Nähe zu einer angrenzenden Wand unterschieden (Summationslokalisierung)

The aim of this work is to gain a better understanding of the auditory phenomenon known as the precedent effect. This effect has been extensively studied in the past and many studies can be found that support the precedent effect with simple stimuli. The previous knowledge is that the direction of the direct sound dominates the perceived direction of the sound source when a direct sound source and an early reflection are each presented from a different azimuthal position relative to the listener. This is the case if the reflected sound arrives approximately 2 ms later than the direct sound. However, if both tones arrive within the 2 ms interval, some spatial averaging is felt for both positions, an effect called summation localization. In the literature, this has been investigated with simple clicks, noise signals and more complex stimuli. Not much is known about the effects of the precedent effect in natural, reverberant environments with multiple reflections and diffuse reverberation, so two primary research questions and one methodological question are dealt with in this project: Research question 1: To what extent can listeners pinpoint sound sources in virtual environments? Research question 2: To what extent can a summation localization be observed for reflections that arrive very early after the direct sound? One scenario where this could happen is when the sound source is placed very close to a wall? Methodical question: How exactly can subjects perceive the perceived direction of a sound source using a graphical user interface? In order to answer these questions, an experimental setup was created, in the configuration of which the perception of the localization of subjects is checked using two approaches: 1. An acoustic pointer with a rotary knob and some switches controls the azimuthal position of a test stimulus without a reverberation flag. The listener is asked to use the acoustic pointer to adjust the perceived position of a test stimulus without reverberation vane as closely as possible to the perceived position of a reference sound source with reverberation vane presented to him. Both signals are rendered with the same HRTFs. The assumption is that this acoustic pointer method produces a very precise evaluation of the perceived angle, since the evaluation process depends on a direct comparison of the stimuli within the listening area. 2. A graphical user interface in which listeners specify the azimuth angle at which the sound source is perceived. This method has the advantage that the angles relate to the physical space (and not just stay in the listening room).

Untersuchung des Einflusses der Störgeräuschrichtung auf das Sprachverstehen mit Richtmikrofonsystem
Maximilian Peter-Wilhelm Kerner

Masterarbeit im Studiengang Hörtechnik und Audiologie
Betreut durch Prof. Dr. Inga Holube und Prof. Dr. Volker Hohmann (Carl von Ossietzky Universität, Oldenburg)
Eingereicht am 18. April 2020

Die Hilfsmittel-Richtlinie legt die Validierung einer Hörgeräteversorgung durch den Hörakustiker fest. Sie bestimmt den Schalldruckpegel der Sprache und des Störgeräusches der dafür verwendbaren Sprachverständlichkeitstests. Die räumlichen Messanordnungen der Sprach- und Störgeräuschsignale sind jedoch in der Hilfsmittel-Richtlinie nicht explizit vorgegeben. Um den Einfluss abschätzen zu können, wurde die Abhängigkeit des Sprachverstehens von den Störgeräuschrichtungen und die jeweilige Verbesserung des Signal-Rausch-Abstands (SNR) durch ein typischerweise in Hörgeräten verwendetes Richtmikrofon untersucht. Hierfür wurde eine virtuelle akustische Umgebung mit der „Toolbox for Acoustic Scene Creation and Rendering“ (TASCAR) erstellt. In der Kombination mit Außenohr-Übertragungsfunktionen (HRTFs) und dem Master Hearing Aid (MHA) wurde eine möglichst realitätsnahe Hörsituation über Kopfhörer simuliert. Die Messungen wurden mit jungen Probanden ohne Hörbeeinträchtigung durchgeführt. Das MHA beinhaltete für die Messungen nur eine Richtmikrofonimplementierung (Adaptive Differential Microphone, ADM). Das Störgeräusch wurde aus in der Praxis häufig verwendeten Richtungen 0°, 90°, 180°, der in der DIN EN ISO 8253-3 spezifizierten Richtung +/-45°, aus +/-135° und aus allen Richtungen gleichzeitig (diffus) präsentiert. Das Sprachsignal befand sich immer bei 0°. Als Sprachtests wurden der Freiburger Einsilbertest (FBE) und der Oldenburger Satztest (OLSA) verwendet. Für den OLSA wurde für jede Kondition (sechs Störgeräuschrichtungen jeweils mit und ohne MHA) die Sprachverständlichkeitsschwelle ermittelt, bei der die Probanden ein Sprachverstehen von 50 % erreichten (SRT50). Beim FBE dagegen wurde für jede Kondition das prozentuale Sprachverstehen bei einem festen SNR ermittelt. Für beide Tests wurde außerdem die SNR-Verbesserung durch das MHA berechnet. Die Ergebnisse zeigten, dass unabhängig von der Verwendung des MHA die Störgeräuschrichtung einen Einfluss auf das Sprachverstehen hat. Ein Grund hierfür sind die richtungsabhängigen HRTFs. Die SRT50-Werte verbesserten sich bei der Verwendung des MHA um maximal 15 dB für die Störgeräuschrichtung 180°. Die größten Verbesserungen für die SRT50-Werte und den gemessenen SNRs wurden für die Störgeräuschrichtungen aus der hinteren Hemisphäre ermittelt. Die perzeptiven Verbesserungen im Sprachverstehen stimmten mit den richtungsabhängigen gemessenen SNR-Verbesserungen durch das Richtmikrofonsystem überein. Aufgrund dieser Ergebnisse wäre eine einheitliche Angabe der Sprach- und Störgeräuschrichtung in der Hilfsmittel-Richtlinie zu empfehlen. Stichwörter: Hilfsmittel-Richtlinie, Störgeräuschrichtungen, Oldenburger Satztest, Freiburger Einsilbertest, Toolbox for Acoustic Scene Creation and Rendering, Master Hearing Aid, Adaptive Differential Microphone

The guideline for hearing aid treatment in Germany specifies the validation of a hearing aid supply through the hearing aid acoustician. It determines the sound pressure level of speech and background noise of the speech intelligibility tests used for this purpose. However, the spatial measuring specifications of speech and noise signal sources are not explicitly defined in the guideline. In order to estimate the influence of the spatial measuring specifications, the speech intelligibility depending on the noise directions and the respective improvement of the signal-to-noise ratio (SNR) by using a typically directional microphone in hearing aids was examined. Therefore, a virtual acoustic environment was created using the "Toolbox for Acoustic Scene Creation and Rendering" (TASCAR). In combination with Head-Related Transfer Functions (HRTFs) and the Master Hearing Aid (MHA), a listening situation, as close to reality as possible, was simulated via headphones. The measurements were performed with young persons with normal hearing. The MHA included only a directional microphone implementation (Adaptive Differential Microphone, ADM) for the measurements. The noise was presented from the directions 0°, 90°, 180°, the direction +/-45° as specified in the DIN EN ISO 8253-3, +/-135° and from all directions simultaneously (diffuse). The speech signal was always presented at 0°. The Freiburg monosyllabic speech test (FBE) and the Oldenburg sentence test (OLSA) were used. For the OLSA the speech intelligibility threshold for 50 % (SRT50) was determined for each condition (six noise directions, each with and without MHA). For the FBE the speech intelligibility was determined as a percentage score at different fixed SNR for each condition. For both tests, the SNR improvement due to the directional microphone was also calculated. The results showed that, regardless of the use of the MHA, the noise direction has an influence on speech intelligibility as expected. One reason for this are the directional HRTFs. The SRT50 values improved by a maximum of 15 dB for the noise directions 180°, when the MHA was used. The greatest improvements for the SRT50 values and the measured SNRs were found for the noise directions from the rear hemisphere. The perceptual improvements in speech intelligibility are consistent with the SNR improvements measured by the directional microphone system. Based on these results, uniform spatial measuring specifications for speech and background noise in the guideline for hearing aid treatment in Germany would be recommended. Keywords: German aids guideline, Noise direction, Oldenburg sentence test, Freiburg monosyllabic speech test, Toolbox for Acoustic Scene Creation and Rendering, Master Hearing Aid, Adaptive Differential Microphone

Analyse und Bewertung der Rumpf- und Oberkörperbewegung während einer simulierten Hippotherapie mittels 3D-Messtechnik
Saskia Oeljeschläger

Bachelorarbeit im Studiengang Assistive Technologien
Betreut durch Prof. Dr. Frank Wallhoff und Björn Strehl
Eingereicht am 6. März 2020

In dieser Arbeit wird die Bewegung der simulierten Hippotherapie analysiert und bewertet. Es wird die Rumpf- und Oberkörperbewegung untersucht. Ziel ist es eine Aufrichtung des Oberkörpers während der simulierten Hippotherapie festzustellen. Des Weiteren wird ein Vergleich zu den Bewegungen, welche während des Reitens auf einen Reiter übertragen werden, gezogen. Für die Bewegungserfassung wurde das Qualisys-System verwendet. Der Vergleich der Bewegung erfolgt mittels Dynamic Time Warping. Bei der Analyse konnten Ähnlichkeiten zwischen den Bewegungsmustern festgestellt werden. Dabei ist zu beachten, dass Bewegungsdaten von gesunden Personen aufgenommen wurden. Um das Ergebnis auf Patienten übertragen zu können, bedarf es weiterer Untersuchungen.

In this thesis the movement of simulated hippotherapy is analyzed and evaluated. The trunk and upper body motions are examined. The aim is to determine an erection during simulated hippotherapy. Furthermore, a comparison is made with the movements that are transferred to the rider during riding a horse. For motion capture the Qualisys-system was used. The comparison of the movement is done by Dynamic Time Warping. The analysis showed similarities between the movement patterns. It should be noted that the motion data were recorded from healthy persons. In order to transfer the results to patients, further investigations are necessary.

Lokalisation von Anlagengeräuschen mittels Richtmikrofon und Vergleich mit den Immissionswerten der Schallausbreitungsberechnung
Matthias Jäger

Bachelorarbeit im Studiengang Hörtechnik und Audiologie
Betreut durch Prof. Dr. Matthias Blau und Dr. Markus Hammermann
Eingereicht am 28. Februar 2020

Untersuchung der temporären Anpassung von Knochenleitungshörsystemen bei Kindern mit minimaler Schallleitungsschwerhörigkeit
Stephan Meier

Bachelorarbeit im Studiengang Hörtechnik und Audiologie
Betreut durch Prof. Dr. Karsten Plotz und Prof. Dr. Inga Holube
Eingereicht am 26. Februar 2020

In dieser Bachelorarbeit wird die Anpassung von Knochenleitungshörgeräten bei Kindern mit Schallleitungsschwerhörigkeiten im Grundschulalter untersucht. Diese haben meist nach Bewertungskriterien der WHO und anderen etablierten Richtlinien ein so geringes Ausmaß, dass in der Regel keine Indikation für eine Hörgeräte-Versorgung besteht. Durch die temporäre Versorgung mit Knochenleitungshörgeräten soll untersucht werden, ob diese Kinder durch die Überbrückung des Schallleitungsanteils einen nachweisbaren Vorteil in ihrem persönlichen Alltag, aber auch in klinischen Messsituationen haben. Insbesondere wurde hier das binaurale Hören mit Knochenleitungsgeräten betrachtet, welches durch die Überprüfung mit dem Oldenburger Kinder-Satztest und Lokalisationsmessungen dokumentiert wurde. Dabei zeigten sich trotz geringer Probandenzahlen Tendenzen, die auf einen positiven Effekt der Anpassung hindeuten. Eine des Richtungshörens konnte nicht nachgewiesen werden.

This bachelor’s thesis examines the possibility of fitting bone conducted hearing aids in children with minimal conductive hearing loss. According to WHO guidelines, hearing aids are not typically indicated for this condition, however affected children show several limitations in common audiometric tests. The objective of this paper is to examine whether children receive a measurable benefit in clinical audiometric settings as well as in their personal daily lives (e.g. social behavior, education) by temporarily outfitting subjects with bone conducted hearing aids. A particular focus is placed on binaural hearing capacity which is tested and documented using the Oldenburger Sentence Test for Children and specialized localisation measurements. Despite the small number of participants, the results indicate that the binaural fitting of bone conducted hearing aids has a positive effect on recognition of speech. There was no evidence of improved sound localisation capabilities.

Untersuchung und Optimierung der Parameterkonfiguration eines Algorithmus zur Rückkopplungsunterdrückung in Hörgeräten
Esther Bens

Bachelorarbeit im Studiengang Hörtechnik und Audiologie
Betreut durch Prof. Dr. Inga Holube und Dr. Marei Typlt (audifon GmbH & Co. KG, Kölleda)
Eingereicht am 24. Februar 2020

Vertraulich

Rekonfigurierbare Funk-Sensornetzwerke zum Monitoring physiologischer Daten
Malte Voß

Bachelorarbeit im Studiengang Assistive Technologien
Betreut durch Prof. Dr. Frank Wallhoff und Ronald Brandes
Eingereicht am 21. Februar 2020

Die vorliegende Bachelorarbeit befasst sich mit der funkbasierten Datenübertragung physiologischer Vitalparameter. Dabei steht die Programmierung eines Sensornetzwerks, in dem die Vitalparameter von an Mikrocontrollern angeschlossenen Sensoren mittels des nRF24L01+ Chip von Nordic Semiconductor im Netzwerk transferiert werden. Zu Beginn wird in der Arbeit auf die Hintergründe eines Schlaflabors und technischen Grundlagen zur Datenübertragung eingegangen. Dabei werden grundlegende Begriffe eingeführt und der Transceiver nRF24L01+ vorgestellt. Es folgt der Laboraufbau, in dem die verwendete Hardware vorgestellt wird und die Anschlüsse der Sensoren dargestellt werden. Die Sensoren und deren Funktionsweisen werden anschließend in einem eigenen Kapitel näher erläutert. Der Hauptteil der Arbeit beschäftigt sich mit der Programmierung eines Sensornetzwerks unter Verwendung der Software-Bibliothek RF24 weshalb die wichtigsten Funktionen und deren Wirkung vorgestellt und beschrieben werden, um diese mit einem Raspberry Pi und Arduino Unos und Nanos nutzen zu können. Bei der Entwicklung wurden verschiedene Strategien verfolgt, die im darauffolgenden Kapitel beschrieben werden. Abschließend werden die Ergebnisse vorgestellt, diskutiert und zusammengefasst, wobei ein Ausblick zur Verbesserung des Systems gegeben wird

This bachelor thesis is about physiological data transfer via radio frequency. This work mainly deals with programming a sensor network that is capable of transfering physiological data via the nRF24L01+ SoC (System-on-a-chip) by Nordic Semiconductors. In the beginning the background of a sleep-laboratory and technical basics in data communication via radio frequency will be presented. To understand the mechanism in data communication with the nRF24L0+ the chip will also be introduced and the main functionality oft he packet structure will be presented. In the following chapter the prototype based on a Raspberry Pi and multiple Arduino Unos and Nanos and its functionality is described. The sensors that are capable of measuring physiological data will also be mentioned. The main part of this work deals with programming a sensor network. Therefore the software library that is used to communicate with the nRF24L0+ will be presented. Also there is a description of the concept transfering the data between Raspberry Pi and Arduino. Various stretegies were persued during developing the sensor network which are described in the following chapters. Finally the results are presented, discussed and summerized, giving an outlook on how to improve the system

Untersuchung der Schalllokalisation von Normalhörenden sowie des Einflusses der Mikrofon-Richtcharakteristik auf die Schalllo-kalisation von bilateral versorgten CI-Nutzern und SSD CI-Nutzern
Kristin Sprenger

Bachelorarbeit im Studiengang Hörtechnik und Audiologie
Betreut durch Prof. Dr. Karsten Plotz und Dr.-Ing. T. Wesarg
Eingereicht am 20. Februar 2020

Richtmikrofone sind für das Sprachverstehen in störgeräuschhaften Umgebungen von Vorteil, beeinflussen jedoch potenziell Lokalisationsmerkmale. Im Rahmen einer Probandenstudie wur-de die Lokalisationsfähigkeit von normalhörenden Probanden sowie die Lokalisationsfähigkeit von bilateralen CI-Trägern und SSD CI-Trägern im Vollkreis für drei verschiedene Mikrofon-charakteristiken („Omni“, „Natural“ und „Adaptive“) mit dem MED-EL CI-Soundprozessor SONNET 2 jeweils im Vollkreis untersucht. Ziel der Arbeit ist die Überprüfung der Hypothese, dass die Mikrofonrichtcharakteristik „Natural“ für die Lokalisationsgenauigkeit der CI-Träger vorteilhafter als „Omni“ oder „Adaptive“ ist sowie die Quantifizierung der Unterschiede der Mikrofoncharakteristiken in Bezug auf die Lokalisationsfähigkeit. Außerdem soll der binaurale Vorteil gegenüber dem monauralen Hören für die Lokalisation überprüft werden. Die Lokalisa-tionsfähigkeit von drei erfahrenen bilateralen CI- und drei erfahrenen SSD CI-Trägern (mindestens 6 Monate nach Aktivierung des (zweiten) Soundprozessors) sowie von 12 Normalhörenden wurde in einem Vollkreis mit 12 Lautsprechern in einem Winkelabstand von je 30° untersucht. Die Lautsprecher waren mit einem optisch intransparenten und schalltransparenten Vorhang verdeckt und für die Probanden nicht sichtbar. Als Lokalisationsstimuli kamen zwei verschie-dene Sprachstimuli, die bei zwei verschiedenen Schallintensitäten, 65 und 75 dB SPL, und mit den HRTF vom rechten und linken Ohr gefiltert pseudorandomisiert in einem alltagsrelevanten virtuellen Umgebungsgeräusch von 55 dB SPL dargeboten wurden, zum Einsatz. In allen drei Gruppen wurde die Schalllokalisationsfähigkeit als root-mean-square (RMS)-Lokalisationsfehler erfasst. Bei den Normalhörenden wurde die binaurale Lokalisationsfähigkeit und bei den Probanden beider CI-Gruppen die binaurale Lokalisationsfähigkeit für jede der Mikrofoncharakteristiken „Omni“, „Natural“ und „Adaptive“ bestimmt. Darüber hinaus wurde die monaurale Lokalisationsfähigkeit bei den normalhörenden Probanden für beide Ohren, bei den bilateralen CI-Trägern für beide CI bei Verwendung von „Natural“ und bei den SSD CI-Trägern mit dem normalhörenden Ohr erfasst. Zur Bestimmung der Darbietungspegel der in der Hauptstudie zu lokalisierenden Stimuli wurde eine Pilotstudie mit zwei bilateralen CI-Trägern durchgeführt, in der die monaurale Lokalisationsfähigkeit mit der Mikrofoncharakteristik „Na-tural“ für Reizpegel von 60, 65, 70 und 75 dB SPL erfasst wurde. Ziel war hierbei, die für die Lokalisation am besten geeigneten Pegel im Abstand von 10 dB für die Hauptstudie zu finden. Stimuli mit einem Reizpegel von 60 dB SPL konnten von den Probanden nicht zuverlässig im Störgeräusch detektiert und somit kaum lokalisiert werden. Pegel bei 65 dB SPL konnten hin-gegen gut detektiert werden. Deshalb wurden für die Hauptstudie die beiden Pegel von 65 und 75 dB SPL gewählt. Die drei bilateralen CI-Träger wiesen einen mittleren RMS-Lokalisationsfehler von 56,9° mit „Natural“, 62,7° mit „Omni“ und 57,2° mit „Adaptive“ auf. Die drei SSD CI-Träger wiesen einen mittleren RMS-Lokalisationsfehler von 66,5° mit „Natu-ral“, 74,0° mit „Omni“, 66,4° mit „Adaptive“ auf. Die normalhörenden Probanden zeigten einen mittleren RMS-Lokalisationsfehler von 44,8°. Diese ersten Ergebnisse zeigen für die Mikrofon-richtcharakteristik „Natural“ geringere Lokalisationsfehler als für „Omni“ auf und bestärken die Hypothese, dass „Natural“ im Vergleich zu „Omni“ eine bessere Lokalisationsfähigkeit ermög-licht. Die mit der Mikrofonrichtcharakteristik „Adaptive“ erzielte Lokalisationsgenauigkeit liegt im Bereich derer von „Natural“ und deutet entgegen der Hypothese darauf hin, dass sich die Mikrofonrichtcharakteristiken „Natural“ und „Adaptive“ ähnlich gut zur Schalllokalisation eig-nen. Das binaurale Hören ist im Vergleich zum monauralen Hören bei der Lokalisation der normalhörenden Probanden signifikant besser (mit p=0,002). Somit kann den Normalhörenden ein binauraler Vorteil nachgewiesen werden. Auch bei den bilateralen CI-Trägern sind die RMS-Lokalisationsfehler bei den binauralen Messungen im Mittel 43,0° und bei den SSD CI-Trägern im Mittel 33,0° geringer. Als Tendenz ist auch hier zu sehen, dass ein binauraler Vor-teil besteht. Weitere Messungen sind erforderlich und in der laufenden Studie vorgesehen, um Seite III den Unterschied in der Lokalisierungsgenauigkeit zwischen den Mikrofonrichtcharakteristiken quantitativ genauer zu erfassen und die Hypothesen statistisch zu überprüfen.

Directional microphones are beneficial for speech comprehension in noisy environments. How-ever, the application of directional microphones might affect interaural cues underlying sound localization and thus, localization ability. In this bachelor thesis sound localization in the hori-zontal plane of bilateral CI and SSD CI users as well as a control group of normal-hearing lis-teners is assessed, as a part of a study, for application of the MED-EL sound processor SON-NET 2 with each of the three microphone characteristics ‘Natural’, ‘Omni’ and ‘Adaptive’. The hypothesis is that CI users will gain best localization accuracy with the microphone setting ‘Natural’. The binaural benefit should also be determined. Localization ability is to be assessed at least 6 months after sound processor activation. So far, three bilateral CI users, three SSD CI users and 12 normal-hearing listeners have been included in the study. Sound localization is assessed using 12 loudspeakers arranged in a full circle with an angular distance of 30° each for presentation of three OLSA names with two different sound levels of 65 dB SPL and 75 dB SPL and two different spectral shapes in an everyday ambient virtual noise of 55 dB SPL. The loud-speakers were covered with a curtain which was sound transparent. To determine the stimulus pressure level to apply in the localization tests, a pilot study has been conducted in two bilateral CI users assessing localization ability for the stimulus pressure level of 60 dB SPL, 65 dB SPL, 70 dB SPL and 75 dB SPL. The best two sound pressure level with a distance of 10 dB should be determined. The sound pressure level of 60 dB SPL could not be reliably detected in the background noise and thus could hardly be localized. Levels of 65 dB SPL could be detected well. Therefore, the two levels of 65 dB SPL and 75 dB SPL were chosen for the main study. The three bilateral CI users showed RMS localization errors of 56.9° for the ‘Natural’, 62.7° for the ‘Omni’ and 57.2° for the ‘Adaptive’ microphone characteristics. The three SSD CI users showed RMS localization errors of 66.5° for the ‘Natural’, 74.0° for the ‘Omni’ and 66.4° for the ‘Adaptive’ microphone characteristics and the normal-hearing subjects yielded an RMS error of 44.8°. The preliminary results are consistent with the hypothesis that ‘Natural’ is the most favorable microphone characteristic for sound localization in the horizontal plane. The localization accuracy with ‘Adaptive’ is in the range of that of ‘Natural’ and is also favorable for sound localization in the horizontal plane. Binaural hearing is significantly better compared to monaural hearing for localization in normal hearing test subjects (p = 0.002). The RMS local-ization errors for the binaural measurements are also 43.0° lower for the bilateral CI users and 33.0° lower for the SSD CI carriers than for the monaural measurements. A binaural benefit can also be measured here. Measurements in further CI recipients will have to be performed to allow for a sufficient proof of this hypothesis and to examine the level of difference in localization accuracy between the three microphone settings.