Erfassung des Höralltags und Modellierung prototypischer Situationen

Ecological Momentary Assessment

Unbestreitbar ist es das Ziel jeder Hörrehabilitation, den von Schwerhörigkeit betroffenen Menschen in ihrem Lebensalltag zu unterstützen. Dabei lässt sich Alltag schlicht als zeitlicher Wechsel von Orten, Situationen und Aktivitäten beschreiben. Um abzuschätzen, welche Herausforderungen insbesondere für die sprachliche Kommunikation damit verbunden sind, müssen diese Orte, Situationen und Aktivitäten jedoch nach akustischen Merkmalen beschrieben und der subjektiven Hörwahrnehmung entlang verschiedener Dimensionen zuzuordnen sein. Methodisch erweiterte und übertrug HALLO damit einen Ansatz, der in der Psychologie entwickelt wurde und als Ecological Momentary Assessment (EMA) bezeichnet wird. Die anspruchsvolle Aufgabe, ein Messprotokoll in faktisch unkontrollierten Alltagsumgebungen so umzusetzen, dass belastbare Ergebnisse hinsichtlich der technischen Parameter und der subjektiven Bewertungen erzielt und gleichzeitig Anforderungen des Datenschutzes und einer einfachen Handhabung erfüllt werden konnten, wurde in HALLO in einem mehrstufigen Entwicklungsprozess für ein Smartphone-basiertes EMA-System gelöst.

In Pilotexperimenten wurde zunächst ein System der Firma Phonak bei normal- und schwerhörenden Erwachsenen eingesetzt, wobei dessen digitaler Fragebogen (MobEval) auf den HALLO-Kontext angepasst worden war. Dieses System stellte nur sehr einfache Parameter zur Beschreibung der Umgebungsakustik bereit. Darauf aufbauend wurde in der zweiten Stufe ein eigenes Smartphone-System entwickelt, das zwar noch die App MobEval für den digitalen Fragebogen nutzte, in seiner weiteren Hard- und Softwarekonfiguration jedoch vollständig neu aufgesetzt und deutlich verbessert worden war (Kissner et al., 2015; Bitzer et al., 2016). Mit diesem EMA-System konnte eine kontinuierliche und vor allem zweikanalige Aufzeichnung weiterer akustischer Parameter geleistet werden, die eine aussagekräftige akustische Bewertung des Höralltags erlaubte. Diese zweikanalige Verarbeitung ermöglichte nicht nur eine räumliche Bewertung der Schallsignale, sondern auch die Erkennung von Eigensprache. Die zuverlässige Detektion jener Zeitabschnitte, in denen der Träger des EMA-Systems selbst spricht, muss vor allem für eine zuverlässige Schätzung von Störschall gewährleistet sein (Willhaus, 2014q). Zu diesem Zweck wurde in HALLO ein innovatives Verfahren (Own-Voice-Algorithmus) entwickelt und in die Datenauswertung implementiert (Bitzer und Kissner, 2016; Bilert et al., 2018; Bilert, 2018q; Bitzer et al., 2018). Da die Mikrofone dieses Systems in Hörgeräte-Schalen verbaut sind, war es nicht für Hörgeräteträger zu nutzen. Diese Möglichkeit wurde in der dritten Entwicklungsstufe realisiert, die zusätzlich weitere Verbesserungen brachte. Die Signalübertragung via Bluetooth löste vorherige Kabelverbindungen ab (Franz et al., 2018; Groenewold et al., 2018), die App für den digitalen EMA-Fragebogen wurde völlig neu entwickelt und so gestaltet, dass der Fragebogen ohne weitere Programmierkenntnisse einfach abzuwandeln und zu ändern ist (Holube et al., 2017b; Kowalk et al., 2017a,b; Kowalk et al., 2018). Des Weiteren wurde eine anwendungsfreundliche Routine zur Datenvalidierung und Erstauswertung entworfen (von Gablenz et al, 2018b). Die „Bauanleitung“ und die Software-Tools für dieses dritte EMA-System werden auf einer OpenSource-Plattform im Sinne von Collaborative Research frei zur Verfügung gestellt.

Neben einer externen, aus dem FSP personell betreuten EMA-Studie (Kerner, 2018q) wurden durch das Institut für Hörtechnik und Audiologie drei EMA-Feldstudien durchgeführt (Eckhardt et al., 2013; Eckhardt, 2013q; Haverkamp et al., 2015; Haverkamp, 2015q; von Gablenz et al., 2016a; Holube et al., 2018b), die Feldphase der vierten Studie wird innerhalb eines Anschlussprojektes abgeschlossen. Insgesamt 47 ältere Probanden mit einem durchschnittlichen Alter von 70 Jahren und alterstypischen sowie gering- und mittelgradigen Hörverlusten nutzten das leistungsstarke EMA-System der Stufe 2 für durchschnittlich vier Tage jeweils 6-8 Stunden (Holube et al., 2015b; Holube et al., 2016b,c; Holube et al., 2017a,c; Holube et al., 2018a; Holube et al., 2018c). In 2814 digitalen Fragebögen ist für eine Vielzahl von Alltagssituationen u.a. das Verstehen von Sprache und die damit verbundene Anstrengung, Lautheit und Angenehmheit der Schalle sowie die Wichtigkeit guten Verstehens aus der Perspektive der Probanden erfasst. Rund 70 % der Assessments wurden in häuslicher Umgebung durchgeführt, in der gutes und sehr gutes Sprachverstehen meist mühelos oder nur mit geringer Anstrengung erreicht wird. Im außerhäuslichen Bereich wird das Sprachverstehen tendenziell schlechter und insbesondere als anstrengender bewertet. Verkehrs- und Mobilitätssituationen hatten mit 17 % der Assessments einen vergleichsweise hohen Anteil. Eines der wichtigsten Ergebnisse der EMA-Feldstudien ist die Bewertungsdifferenz zwischen Sprachverstehen und Höranstrengung. Für akustisch komplexe, störgeräuschbehaftete Umgebungen stieg die Höranstrengung stärker an als das Sprachverstehen abnahm. Insgesamt zeigte sich, dass EMA komplementär zu klinischen Testverfahren für das individuelle Monitoring in der Hörrehabilitation geeignet ist.

Alltagsszenarien im Labor

Autofahren, insbesondere als Beifahrer, war in den EMA-Daten nicht nur eine relativ häufig bewertete Situation, sie wurde auch als kommunikativ schwierig eingeschätzt. Deshalb wurden Multikanal-Tonaufnahmen, ergänzt teilweise um diverse Sprachquellen innerhalb eines im Stadt- und Autobahnverkehr fahrenden PKWs erstellt, um diese Situation im Wellenfeldsynthese-System (WFS) für verschiedene Hörexperimente variabel nachzubilden (Andreas, 2013q). Die Hörexperimente entfernten sich hinsichtlich des eingesetzten Störschalls und dessen Pegel sowie der Aufgabenstellung weit von „konventionellen“ Sprachtests. Anstelle der bloßen Wiedergabe von Worten und Sätzen wurden einfache, äquivalente Texte eingesetzt, die im Tonstudio der Abteilung eingesprochen worden waren. Messgrößen waren das mit Hilfe verschiedener Fragenkataloge ermittelte Hörverstehen und Rating-Skalen für die subjektive Bewertung u.a. der empfundenen Höranstrengung, die jeweils digitalisiert auf einem Tablet angeboten wurden. Des Weiteren wurden mit einem dynamischen 3-D-Kamerasystem auch kleineste Kopfbewegungen erfasst (Pilinski et al., 2014; Helle et al., 2015) und ebenso wie Herzrate und Hautleitwert, die als Belastungsmarker potentiell physiologische Korrelate von Höranstrengung diskutiert sind, synchronisiert im Testverlauf aufgezeichnet. Die Qualität der Messergebnisse erwies sich in Experimenten mit 13 normalhörenden Probanden insbesondere für die physiologischen Parameter aufgrund nicht zu kontrollierender Störeinflüsse als problematisch. Die weiteren Messungen wurden deshalb in das TASCAR-System verlegt, das als kleines WFS gleichfalls ein komplexes, realitätsnahes Schallfeld generiert. Auf den Entwicklungen aus dem WFS und weiteren Untersuchungen zur telemetrischen Datenübertragung aufbauend konnten im TASCAR-System eine Bluetooth-Datenübertragung für verschiedene Sensoren und das Monitoring der Kopfbewegungen mit einem selbstgebauten, ausgesprochen kostengünstigen Headtracker realisiert werden (Osterloh, 2017q). In dieser Testumgebung wurden Experimente zur Wahrnehmung bewegter Schallquellen bei Normal- und versorgter Schwerhörigkeit durchgeführt (Hartog, 2016q; Hartog et al., 2016) und um Messverfahren aus der neuropsychologischen Testbatterie der Jade Hochschule ergänzt (Nüsse, 2015q). Mehrere Versuchsreihen in unterschiedlichen Alltagsszenarien erbrachten differenzierten Aufschluss über die Beziehungen zwischen Sprachverstehen, Höranstrengung in subjektiver Bewertung und kognitiven Teilleistungen, die in alltagsnahen, räumlich verteilten Störgeräuschen anders zu bewerten sind als in den konventionell diagnostisch genutzten Störschallen (Nüsse et al., 2015a,b,c; Nüsse, 2016; Nüsse et al., 2016a,b; Nüsse et al., 2017; Nüsse et al., 2018a,b).

Standen in den vorhergehend beschriebenen Alltagsszenarien die Erkennungsleistungen bzw. -defizite von Menschen im Mittelpunkt, so wurde im begleitenden Graduierten-Stipendium die eigene Stimme als Sprachquelle für die Alltagskommunikation als Untersuchungsgegenstand in den Mittelpunkt gestellt. Ziel war, die räumliche Abstrahlung der Stimme vom Kopf und die Interaktion mit der Umgebung genauer zu untersuchen und aus dem resultierenden Signal abzuleiten, in welche Richtung gesprochen wird. Hierzu wurde für eine technische Anwendung zunächst eine Lampe entwickelt, die nur reagieren soll, wenn eine direkte Ansprache vorliegt und nicht wenn ein allgemeines Sprachkommando im Raum artikuliert wird. Diese spezielle Form der Aufmerksamkeitsschätzung könnte Anwendungen bei Hörgeräteträgern („Werde ich gerade außerhalb meines Gesichtsfeldes angesprochen“), wie auch bei der Home-Automation und der Mensch-Maschine Schnittstelle finden, da sprachliche Mehrdeutigkeiten (z. B. „Lampe an“) räumlich aufgelöst werden könnten. Erste Ergebnisse zeigen, dass durch Ausnutzung des geschätzten Verhältnis von Direkt- zu Raumschall eine Trennung zwischen „angesprochen“ und „nicht-angesprochen“ im Nahfeld möglich ist (Müller et al., 2016).

Veröffentlichungen

Kissner S, Holube I, Bitzer J (2015) A smartphone-based, privacy-aware recording system for the assessment of everyday listening situations. Proceedings edited by S. Santurette, T. Dau, J. C.-Dalsgaard, L. Tranebjærg, and T. Andersen. Nyborg Dänemark, S. 445-452, ISBN: 978-87-990013-5-4. (Poster; Beitrag im Tagungsband).

Bilert S, Bitzer J, Holube I (2018) Untersuchung eines Algorithmus zur Eigenspracherkennung über Signal-Kohärenz in Labor- und Alltagssituationen. 21. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Audiologie, Halle a. S. (Vortrag und Beitrag im Tagungsband).

Bitzer J, Kissner S (2016) Two-channel Coherence-Based Own Voice Detection for Privacy-aware Longterm Acoustic Measurements. Speech Communication, 12. ITG Symposium (Vortrag und Beitrag im Tagungsband).

Bitzer J, Kissner S (2016) Two-channel Coherence-Based Own Voice Detection for Privacy-aware Longterm Acoustic Measurements. Speech Communication, 12. ITG Symposium (Vortrag und Beitrag im Tagungsband).

Bitzer J, Bilert S, Holube I (2018) Evaluation of Own Voice Detection (OVD) algorithms. 13. ITG Fachtagung Sprachkommunikation, 10.-12. Oktober, Oldenburg (zur Präsentation angenommen)

Eckardt F, Holube I, Fichtl E, Müller F (2013) Auditory Ecology: Charakterisierung typischer Alltagssituationen mit objektiven und subjektiven Größen. 16. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Audiologie, Rostock (Vortrag und Beitrag im Tagungsband).

Franz S, Groenewold H, Holube I, Bitzer J (2018) Open Hardware Mobile Wireless Serial Audio Transmission Unit for Acoustical Ecological Momentary Assessment using Bluetooth RFCOMM. 144th Convention of the Audio Engineering Society, 23–26 May, Milano, Italy (Poster und Beitrag im Tagungsband).

Groenewold H, Franz S, Holube I, Bitzer J (2018) Wearable mobile Bluetooth device for stereo audio transmission to a modified Android smartphone. 144th Convention of the Audio Engineering Society, 23–26 May, Milano, Italy (Poster und Beitrag im Tagungsband).

Hartog L, Lundbeck M, Grimm G, Holube I, Neher T (2016) Einfluss von binauraler Störgeräuschreduktion auf die Bewegungswahrnehmung von Normal- und Schwerhörenden in komplexen Hörumgebungen. 19. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Audiologie, Hannover (Poster und Beitrag im Tagungsband).

Haverkamp L, von Gablenz P, Kissner S, Bitzer I, Holube I (2015) Erfassung von Alltagssituationen mithilfe von Echtzeitaufnahmen und subjektiven Bewertungen. 18. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Audiologie, Bochum (Vortrag und Beitrag im Tagungsband).

Helle AM, Pilinski J, Luhmann T (2015) Precise Head Tracking in Hearing Applications. ISPRS Archives, Volume XL-5/W6, Photogrammetric techniques for video surveillance, biometrics and biomedicine, 25–27 May 2015, Moscow, Russia (Vortrag und Beitrag im Tagungsband).

Holube I, Kissner S, Kowalk U, von Gablenz P, Bitzer J (2017b) An open-source mobile device for outside-lab sound field research. Hearing Aid Developers Forum, Oldenburg, Germany (Vortrag).

Holube I, von Gablenz P, Kowalk U, Meis M, Bitzer J (2018b) What’s going on? Individualized evaluation in the real world. International Hearing Aid Conference (IHCON), Lake Tahoe, USA (Vortrag).

Holube I, Haverkamp L, von Gablenz P, Kissner S, Bitzer J (2015b) Alltägliche Hörumgebungen: Eigenschaften, Häufigkeit und Relevanz. 46. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Medizinische Physik DGMP, Marburg (Vortrag).

Holube I, von Gablenz P, Kissner S, Bitzer J (2016b) Subjective and objective ecological observations in everyday life using a smartphone-based system. 33rd World Congress of Audiology, Vancouver, Canada (eingeladener Vortrag).

Holube I, Kissner S, Haverkamp L, von Gablenz P, Bitzer J (2016c) Zeitnahe Erfassung und Auswertung subjektiver und objektiver Parameter des akustischen Alltags mit einem Smartphone-basierten System. 42. Jahrestagung der Deutschen Arbeitsgemeinschaft für Akustik, Aachen (Vortrag und Beitrag in Tagungsband).

Holube I, von Gablenz P, Kissner S, Bitzer J (2017a) Speech intelligibility and listening effort in every-day listening situations. 173rd Meeting of the Acoustical Society of America and the 8th Forum Acusticum (ASA), Boston, USA. (Vortrag und Abstract: Journal of the Acoustical Society of America 141:5, 4023.)

Holube I, von Gablenz P, Kissner S, Bitzer J (2017c) Assessment of listening effort and speech intelligibility in every-day life. 4th International Conference on Cognitive Hearing Science for Communication, 18-21 June, Linköping, Sweden (eingeladener Vortrag).

Holube I, Meis M, von Gablenz P, Gebhard M, Kowalk U, Kissner S, Bilert S, Bitzer J (2018a) Auditory Ecology and is contribution to Quality of Life: How to assess individual listening perceptions and conditions in real life? 45th Erlanger Kolloquium for audiological research and development (eingeladener Vortrag).

Holube I, von Gablenz P, Kissner S, Bitzer J (2018c) Subjektive assessment of everyday life using ecological momentary assessment. (Manuskript in Vorbereitung)

Kowalk U, Kissner S, von Gablenz P, Holube I, Bitzer J (2017a) An improved privacy-aware system for objective and subjective ecological momentary assessment. 6th International Symposium on Auditory and Audiological Research (ISAAR), 23-25 August, 2017. Proceedings edited by S. Santurette, T. Dau, J. C.-Dalsgaard, L. Tranebjærg, T. Andersen, and T. Poulsen. Nyborg Dänemark, Vol. 6, ISBN: 978-87-990013-6-1, S. 271-278 (Poster; Beitrag im Tagungsband).

Kowalk U, Kissner S, von Gablenz P, Holube I, Bitzer J (2017b) An improved privacy-aware system for objective and subjective ecological momentary assessment. Conference OverHear: Real-world assessment of hearing aids and listening behaviour, 6–7 Oktober, London, Great Britain (Poster).

Müller M, Van de Par S, Bitzer J (2016) Head-orientation-based device selection: Are you talking to me? Speech Communication, 12. ITG Symposium (Vortrag und Beitrag im Tagungsband).

Nuesse T, Schlueter A, Heindorf R, Neher T, Holube I (2015a) Linking cognitive abilities to speech recognition in complex listening situations. Third International Conference on Cognitive Hearing Science for Communication, Linköping, Schweden (Poster).

Nüsse T, Schlüter A, Heindorf R, Neher T, Holube I (2015b) Zusammenhang zwischen Sprachverstehen in verschiedenen Störgeräuschen und kognitiven Funktionen von älteren Probanden mit und ohne Hörverlust. 18. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Audiologie, Bochum.

Nüsse T, Steenken R, Holube I (2015c) Die Bedeutung der Kognition für die auditorische Funktion: Ein Einblick in das Hören „zwischen den Ohren“. Zeitschrift für Audiologie 54:4, 148-156.

Nuesse T (2016) Die Bedeutung der Kognition für die auditorische Funktion: Ein Einblick in das Hören „zwischen den Ohren“. Schweizer Kongress der Hörgeräteakustiker, Oberentfelden, Schweiz (Vortrag).

Nuesse T, Steenken R, Neher T, Holube I (2016a) Linking cognitive abilities to speech recognition in complex listening situations. International Hearing Aid Conference (IHCON), Lake Tahoe, USA (Poster).

Nüsse T, Steenken R, Neher T, Holube I (2016b) Untersuchung der Zusammenhänge zwischen verbalen und non-verbalen kognitiven Messverfahren. 19. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Audiologie, Hannover (Vortrag und Beitrag im Tagungsband).

Nüsse T, Steenken R, Wiltfang A, Lemke U, Holube I (2017) Zusammenhang zwischen Störgeräuschen und kognitiven Funktionen von älteren Probanden mit und ohne Hörverlust. 20. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Audiologie, Aalen (Vortrag und Beitrag im Tagungsband).

Nuesse T, Steenken R, Neher T, Holube I (2018a) Exploring the link between cognitive abilities and speech recognition in the elderly under different listening conditions. Frontiers in Psychology 9 (678).

Nüsse T, Schlüter A, Baltus A, Wiltfang A, Lemke U, Urry E, Holube I (2018b) Das Frailty-Konzept in der Hörforschung: Ein neuer Ansatz zur Charakterisierung von gerontologischen Probandengruppen. 21. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Audiologie, Aalen (Vortrag und Beitrag im Tagungsband).

Pilinski J, Luhmann T, Schmidt K, Kissner S (2014) Entwicklung eines echtzeitfähigen Low-Cost-Systems für medizinische und audiologische Fragestellungen. In: Luhmann, T. und Müller, C. (Hrsg.) Photogrammetrie, Laserscanning, Optische 3D-Messtechnik. Wichmann Verlag, Berlin, S. 87-96.

Von Gablenz P, Kissner S, Bitzer J, Holube I (2016a) Ecological Momentary Assessment: Subjective ratings and objective acoustic parameters in daily listening situations. International Hearing Aid Conference (IHCON), Lake Tahoe, USA (Poster).

Von Gablenz P, Holube I, Kowalk U, Bilert S, Meis M, Bitzer J (2018b) Data analysis from real-world hearing assessment. International Hearing Aid Conference (IHCON), Lake Tahoe, USA (Poster).

Qualifizierungsarbeiten (q)

Andreas F (2013q) Wiedergabe und Beurteilung von Mehrkanal-Aufnahmeverfahren im Wellenfeldsynthese-System. Bachelorarbeit eingereicht an der Jade Hochschule.

Bilert, S (2018q) Evaluation von akustischen Smartphone-Messsystemen mit Betrachtung der Eigenspracherkennung durch zweikanalige Signal-Kohärenz. Bachelorarbeit eingereicht an der Jade Hochschule.

Eckardt F (2013q) Charakterisierung typischer Alltags­situationen anhand von objektiven und subjektiven Größen. Masterarbeit eingereicht an der Universität Oldenburg. Förderpreis der Europäischen Union der Hörgeräteakustiker e.V. (EUHA) und veröffentlicht durch die EUHA unter: http://www.euha.org/assets/Uploads/Foerderpreis/2013/EUHA-Foerderpreis-2013-Eckardt-Final.pdf.

Hartog L (2016q) Einfluss der binauralen Störgeräuschreduktion auf die Bewergungswahrnehmung von Normal- und Schwerhörenden in komplexen Hörumgebungen. Bachelorarbeit eingereicht an der Jade Hochschule.

Haverkamp L (2015q) Erfassung von Alltagssituationen mithilfe von Echtzeitaufnahmen und subjektiven Bewertungen. Bachelorarbeit eingereicht an der Jade Hochschule.

Kerner Maximilian Peter-Wilhelm (2018q) Vergleich von TruEar und direktionalem Mikrofon im Alltag mit einer Methode des Ecological Momentary Assessment. Bachelorarbeit eingereicht an der Jade Hochschule.

Nüsse T (2015q) Zusammenhang zwischen Sprachverstehen und kognitiven Fähigkeiten bei älteren Probanden mit und ohne Hörstörungen. Masterarbeit eingereicht bei der Universität Oldenburg.

Osterloh M (2017q) Telemetrische Übertragung und Auswertung von Vitalparametern. Bachelorarbeit eingereicht an der Jade Hochschule.

Willhaus, J (2014q), Entwicklung eines Signal-Rauschabstandsschätzers zur qualitativen Bewertung der Notwendigkeit einer Störgeräuschreduktion. Bachelorarbeit eingereicht an der Jade Hochschule.