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GMS Zeitschrift für Audiologie — Audiological Acoustics

Deutsche Gesellschaft für Audiologie (DGA)

ISSN 2628-9083

Audiovisuelle Realisierung des subjektiven Höranstrengungsmessverfahrens ACALES

Originalarbeit

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  • corresponding author Saskia Ibelings - Hörzentrum Oldenburg GmbH, Oldenburg, Deutschland; Institut für Hörtechnik und Audiologie, Jade Hochschule, Oldenburg, Deutschland
  • Michael Schulte - Hörzentrum Oldenburg GmbH, Oldenburg, Deutschland; Exzellenzcluster „Hearing4all“, Oldenburg, Deutschland
  • Melanie Krüger - Hörzentrum Oldenburg GmbH, Oldenburg, Deutschland; Exzellenzcluster „Hearing4all“, Oldenburg, Deutschland
  • Inga Holube - Institut für Hörtechnik und Audiologie, Jade Hochschule, Oldenburg, Deutschland; Exzellenzcluster „Hearing4all“, Oldenburg, Deutschland

GMS Z Audiol (Audiol Acoust) 2020;2:Doc04

doi: 10.3205/zaud000008, urn:nbn:de:0183-zaud0000083

Dieses ist die deutsche Version des Artikels.
Die englische Version finden Sie unter: http://www.egms.de/en/journals/zaud/2020-2/zaud000008.shtml

Veröffentlicht: 24. April 2020

© 2020 Ibelings et al.
Dieser Artikel ist ein Open-Access-Artikel und steht unter den Lizenzbedingungen der Creative Commons Attribution 4.0 License (Namensnennung). Lizenz-Angaben siehe http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.


Zusammenfassung

Das Sprachverstehen kann durch die Kombination von auditiven und visuellen Sprachmerkmalen positiv beeinflusst werden. Dabei profitieren nicht nur Personen mit einer Hörbeeinträchtigung von den zusätzlichen Informationen durch das Mundbild, sondern auch Normalhörende. Hinsichtlich der Höranstrengung ergaben sich bisher jedoch unterschiedliche Ergebnisse. So zeigt eine Studie eine Abnahme, eine andere hingegen eine Zunahme der Höranstrengung bei zusätzlicher Präsentation des Mundbildes. Ziel der vorliegenden Studie war die Messung der subjektiven Höranstrengung bei audiovisueller Darbietung im Vergleich zur rein akustischen Präsentation. Als Messverfahren wurde die adaptive Skalierungsmethode ACALES (Adaptive CAtegorical Listening Effort Scaling, siehe Krueger et al., J Acoust Soc Am. 2017 06;141(6):4680–93) verwendet. Da ACALES bisher nur für rein akustische Stimuli genutzt wurde, war vorab eine Erweiterung des Verfahrens um die Wiedergabe audiovisueller Stimuli notwendig. Sowohl in der akustischen als auch in der audiovisuellen Kondition wurden Sätze des Oldenburger Satztestes (OLSA) bei Anwesenheit verschiedener Hintergrundgeräusche dargeboten. Zusätzlich wurde in der audiovisuellen Kondition das entsprechende Mundbild der Sprecherin auf einem Bildschirm gezeigt. Die Messungen wurden mit 15 jungen Personen mit normalem Hörvermögen und zehn älteren Personen mit Hörbeeinträchtigung durchgeführt. Basierend auf den Messungen der Höranstrengung in der akustischen und audiovisuellen Kondition für verschiedene Maskierer wurden die intra- und interindividuelle Standardabweichung sowie die Test-Retest-Reliabilität bestimmt. Für beide Konditionen ergab sich eine Abhängigkeit vom Maskierer. Neben einem signifikanten Unterschied zwischen audiovisueller und akustischer Kondition wurde ein signifikanter Unterschied zwischen den Probandengruppen ermittelt. Das Messverfahren eignet sich zur Erfassung interindividueller Unterschiede in der Bewertung der Höranstrengung und weist eine gute Reliabilität auf.

Schlüsselwörter: Höranstrengung, ACALES, audiovisuell, Hörbeeinträchtigung, Sprache im Störgeräusch


Einleitung

Eine Beteiligung an Gesprächen ermöglicht die Teilhabe am sozialen Leben. Auch wenn das Gesprochene für den Zuhörer ausreichend laut und auch verständlich ist, kann die Situation dennoch als ermüdend und anstrengend empfunden werden. Dies zeigt sich sowohl bei Normalhörenden als auch bei Personen mit Hörbeeinträchtigung (im Folgenden als Schwerhörende bezeichnet) besonders in Umgebungen, welche von viel Hintergrundgeräusch oder Nachhall geprägt sind. Mit abnehmendem Signal-Rausch-Abstand (engl. signal-to-noise-ratio, SNR) sinkt das Sprachverstehen. Zeitgleich nehmen die Konzentration und der Aufwand, der zum Verstehen nötig ist, stetig zu [1]. Dieser zusätzliche Aufwand kann als Höranstrengung bezeichnet werden [2]. Neben dem Hintergrundgeräusch (Maskierer) und damit einhergehend mit dem SNR kann Höranstrengung auch durch Faktoren wie Schwerhörigkeit [1], [3], [4] und Alter [5], [6], [7] negativ beeinflusst werden. Eine Versorgung mit Hörgeräten kann sich hingegen positiv auf die Höranstrengung auswirken [1], [3], [8], [9]. Ein weiterer bedeutender Einflussfaktor ist die Nutzung des Mundbildes. Die durch das Mundbild zusätzlich erhaltenen Informationen können genutzt werden, um nicht Verstandenes zu ergänzen und falsch Verstandenes zu korrigieren [10], [11]. Studien zeigten, dass das Sprachverstehen dadurch nachweislich verbessert werden kann [9], [12], [13]. Hingegen ist der Einfluss auf die Höranstrengung nicht eindeutig. Neben einer Abnahme der Höranstrengung [14] kann die Nutzung des Mundbildes auch zu einer Zunahme der Höranstrengung führen [5] oder unverändert sein [9].

Die Ergebnisse der genannten Studien wurden mit objektiven Messverfahren (wie z.B. Dual-Task Paradigmen) erzielt. In dieser Studie wurde im Gegensatz dazu ein adaptives Messverfahren zur Ermittlung der subjektiven Höranstrengung (engl. Adaptive CAtegorical Listening Effort Scaling, ACALES, [15]) verwendet. Bei ACALES werden Sätze des Oldenburger Satztests [16] im Störgeräusch dargeboten. Die Aufgabe der Probanden besteht darin, die wahrgenommene Höranstrengung auf einer 13-stufigen Kategorien-Skala von „mühelos“ bis „extrem anstrengend“ und einer 14. zusätzlichen Kategorie „nur Störgeräusch“ zu bewerten. Jeder Kategorie wird dabei ein Zahlenwert von 1 ESCU („mühelos“, Einheit: effort scaling categorical unit) bis 13 ESCU („extrem anstrengend“) bzw. 14 ESCU („nur Störgeräusch“) zugeordnet. Während der Messung wird je nach Antwort der Probanden der SNR adaptiv verändert. Als Ergebnis ergibt sich eine Funktion, bei der jeder Höranstrengungskategorie einem SNR-Wert zugeordnet wird [15].

Um den Einfluss des Mundbildes auf die subjektive Höranstrengung zu untersuchen, war eine Erweiterung des Messverfahrens ACALES, welches bisher nur für rein akustische Stimuli genutzt wurde, auf die Wiedergabe audiovisueller Stimuli notwendig. Basierend auf den Erkenntnissen aus vorherigen Studien wurde ein Einfluss des Mundbildes auf die Höranstrengung [5], [14] und ein Unterschied der Höranstrengungsbewertungen zwischen normal- und schwerhörenden Probanden [1], [3], [4] vermutet. Des Weiteren wurde erwartet, dass zeitlich stationäre Maskierer die Höranstrengung mehr erhöhen als zeitlich fluktuierende [1], [15]. Bei fluktuierenden Maskierern ist es möglich, in die zeitlichen Lücken zu hören, wodurch die Sprachverständlichkeit verbessert [17] und daher vermutlich die Höranstrengung reduziert wird. Außerdem weisen Maskierer, welche das gleiche Geschlecht wie der OLSA-Sprecher haben, ein ähnliches Frequenzspektrum auf. Daher wurde vermutet, dass diese Maskierer zu einer höheren Höranstrengung führen als Maskierer mit dem Spektrum eines andersgeschlechtlichen Sprechers [18]. Um das erweiterte Messverfahren zu evaluieren, wurden die intra- und interindividuellen Standardabweichungen sowie die Test-Retest-Reliabilität bestimmt. Für die Studie ergaben sich somit folgende Ziele:

  • Ermittlung der subjektiven Höranstrengung
    • bei rein akustischen und audiovisuellen Stimuli
    • für verschiedene Maskierer
    • bei Normal- und Schwerhörenden
  • Bestimmung der intra- und interindividuellen Standardabweichung
  • Ermittlung der Test-Retest Reliabilität

Die Untersuchung beschränkt sich auf die Analyse der Höranstrengung. Obwohl auch der Zusammenhang zwischen Höranstrengung und Sprachverstehen in diesen Konditionen von Interesse gewesen wäre, wurde auf die gleichzeitige Bestimmung des Sprachverstehens aus Aufwandsgründen verzichtet. Da bekannt ist, dass visuelle Sprachmerkmale die Sprachverständlichkeit deutlich verbessern können, wodurch wiederum die Höranstrengung beeinflusst wird, wurde diesem Umstand durch entsprechende Verweise an mehreren Stellen dieser Arbeit Rechnung getragen.


Material und Methodik

Probanden

Insgesamt nahmen 25 Probanden an den Messungen teil. Die erste Probandengruppe umfasste 15 normalhörende (NH) Probanden im Alter von 19 bis 27 Jahren (22,7±2,3 Jahre). Davon waren sieben männlich und acht weiblich. Normalhörigkeit wurde in Anlehnung an Krueger et al. [15] durch einen PTA4 (gemittelte Luftleitungsschwellen bei 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz und 4000 Hz) kleiner als 20 dB HL definiert. Der gemittelte PTA4 betrug auf dem rechten Ohr 2,0±2,8 dB HL und auf dem linken Ohr 2,3±3,2 dB HL. Zwei Probanden hatten bereits Erfahrung mit dem Messverfahren ACALES. Ein Proband kannte die OLSA-Stimuli nicht.

Zehn Schwerhörende im Alter von 63 bis 76 Jahren (70,1±4,2 Jahre) bildeten die zweite Probandengruppe. Sechs der Probanden waren männlich, vier weiblich. Ihr gemittelter PTA4 betrug 43,1±5,3 dB HL auf dem rechten und 40,3±5,3 dB HL auf dem linken Ohr. Drei der Probanden waren mit Hörgeräten versorgt, alle Messungen wurden jedoch unversorgt durchgeführt. Den meisten Probanden war der OLSA bekannt, keiner der Probanden hatte Erfahrung mit der Ermittlung von Höranstrengung.

Stimuli

Als Stimuli wurden sowohl in der akustischen als auch in der audiovisuellen Kondition Sätze des OLSA mit einer weiblichen Sprecherin [19] genutzt. Bei den Sätzen des OLSA handelt es sich um Sätze mit der gleichbleibenden Reihenfolge von Wortkategorien Name-Verb-Zahl-Adjektiv-Objekt wie z.B. „Britta verleiht elf alte Bilder“. Jede Wortkategorie umfasst dabei zehn verschiedene Worte [16]. In der audiovisuellen Kondition wurden ergänzend die entsprechenden Mundbewegungen der Sprecherin auf einem Bildschirm gezeigt. Dazu wurde die Sprecherin, die auch den weiblichen OLSA eingesprochen hatte, nachträglich gefilmt [20]. Sie war ab dem Schulterbereich vor einem Greenscreen als Hintergrund sichtbar. In beiden Konditionen wurden zusätzlich verschiedene Maskierer wiedergegeben.

Maskierer

Die Messungen wurden insgesamt für drei verschiedene Maskierer durchgeführt. Neben dem weiblichen Olnoise (Olnoise mit dem Spektrum einer weiblichen Sprecherin [16], [19]) wurden der International Female Fluctuation Masker (IFFM; [21]) und OLSA-Sätze (männlich) [16] als Störsprecher genutzt. Beim Olnoise handelt es sich um ein stationäres Störgeräusch, welches durch mehrmalige zufällige Überlagerungen der OLSA-Sätze generiert wurde [18]. Dadurch stimmt das gemittelte Langzeitspektrum des Olnoise mit dem der Stimuli überein. Beim IFFM handelt es sich um eine Variante des International Speech Test Signal (ISTS, [22]). Die Pausen wurden auf 250 ms gekürzt [21]. Für das ISTS bzw. den IFFM wurden Aufnahmen von sechs weiblichen Sprecherinnen unterschiedlicher Muttersprache (amerikanisches Englisch, Arabisch, Mandarin, Deutsch, Französisch und Spanisch) genutzt. Durch die Segmentierung und Mischung der Signale ist der Maskierer größtenteils unverständlich. Das gemittelte Langzeitspektrum entspricht weiblicher Sprache [22]. Für den Störsprecher wurden 15 Sätze des OLSA mit einem männlichen Sprecher [16] aneinandergereiht. Der Abstand zwischen den Sätzen betrug im Mittel ca. 500 ms. Es gab folglich eine zeitliche Lücke zwischen den Sätzen ohne Wortwiedergabe.

Apparatur

Die Messungen fanden in einem schallisolierten Raum statt. Die D/A-konvertierten Signale (Soundkarte ADI-8 PRO von RME; Haimhausen, München) wurden über einen Lautsprecher (Mackie HR 824; Bothell, Washington, USA), welcher in einem Abstand von ca. 1,3 m frontal zu den Probanden aufgestellt war, wiedergegeben. Des Weiteren befand sich vor den Probanden ein Touchscreen, auf dem die Skala zur Bewertung der Höranstrengung gezeigt wurde. Dieser Bildschirm wurde außerdem in der audiovisuellen Kondition zur Präsentation der Videos verwendet. Sowohl die akustischen als auch die audiovisuellen Stimuli wurden über den VLC-Mediaplayer (VideoLan, Version 3.0.3; Verden, Deutschland) dargeboten. Die Synchronisierung von Audio- und Videosignal wurde per Augenmaß durchgeführt. Die Höranstrengungsmessungen erfolgten mithilfe von ACALES [15], welches in MATLAB (Version 2007b; Natick, Massachusetts, USA) implementiert wurde.

Messverfahren

Zur Ermittlung der subjektiven Höranstrengung wurde ACALES [15] verwendet. Pro SNR wurden jeweils drei zufällige Sätze des OLSA wiedergegeben. Dabei wurde der Pegel der Zielsätze je nach Antwort der Probanden adaptiv verändert, der Pegel des Maskierers hingegen betrug konstant 65 dB SPL. Um zu laute bzw. zu leise Pegel zu verhindern, wurde der SNR-Bereich auf –35 bis 25 dB SPL beschränkt. Als Start-SNR wurden für die Normalhörenden 0 dB und für die Schwerhörenden 10 dB gewählt. Die Bewertung der subjektiven Höranstrengung erfolgte auf einer 14-stufigen Skala von „mühelos“ (1 ESCU) bis „nur Störgeräusch“ (14 ESCU). In der ersten Phase von ACALES wurden die SNR-Werte für die Grenzen „mühelos“ und „extrem anstrengend“ bestimmt. In der zweiten Phase wurden sieben verschiedene SNR für die benannten Kategorien in zufälliger Reihenfolge innerhalb des zuvor bestimmten SNR-Bereichs dargeboten. Nach einer Neuberechnung der Grenzen wurden in der dritten Phase SNR-Werte für die sechs unbenannten Zwischenkategorien zweimal zufällig präsentiert. Insgesamt ergaben sich min. 21 SNR-Darbietungen pro Messung. Abbildung 1 [Abb. 1] stellt die verwendeten Skalen dar.

Da in der audiovisuellen Messkondition nicht auszuschließen war, dass die Probanden der Sprecherin aufgrund des Mundbildes folgen konnten, obwohl das Signal akustisch nicht wahrnehmbar war, wurde die Kategorie „nur Störgeräusch“ in „nichts wahrnehmbar“ umbenannt. Diese Kategorie bedeutet, dass die Sätze oder einzelne Bestandteile weder auditiv noch visuell über das Mundbild erschlossen werden können. Die Bedeutungen der Kategorien „nur Störgeräusch“ und „nichts wahrnehmbar“ wurde den Probanden vor den Messungen genau erklärt.

Messablauf

Die Studie wurde durch die Ethik-Kommission entsprechend des Ethik-Antrags Drs. 47/2017 freigegeben. Der Messablauf ist schematisch in Abbildung 2 [Abb. 2] dargestellt. Nach Aufklärung und schriftlicher Einwilligung der Probanden wurde die Luftleitungshörschwelle bestimmt. Anschließend wurde mit der Ermittlung der subjektiven Höranstrengung fortgefahren. Die Messungen der Schwerhörenden erfolgten ohne Hörgeräte. An einem Termin wurde die Höranstrengung in beiden Konditionen (akustisch und audiovisuell) jeweils für alle Maskierer ermittelt. Neben der Reihenfolge der Konditionen wurde auch die Reihenfolge der Maskierer innerhalb einer Kondition randomisiert. Bei der ersten Messkondition wurde für jeden der Maskierer ein Training vor der eigentlichen Messung durchgeführt, um die Stimuli, Maskierer sowie das Messverfahren kennenzulernen. In der zweiten Kondition waren Maskierer, Messverfahren sowie OLSA-Sätze bereits bekannt und es wurde lediglich ein Training zum Start durchgeführt, um sich mit der neuen Kondition (audiovisuell/akustisch) vertraut zu machen. Bei dem Training handelte es sich um die erste Messphase von ACALES. Die Stimuli wurden sowohl während des Trainings als auch während der Messung in zufälliger Reihenfolge präsentiert. Für zehn der 15 normalhörenden Probanden wurde an einem zweiten Termin erneut die Höranstrengung in beiden Konditionen mit allen Maskierern ermittelt. An diesem Termin wurde pro Kondition nur ein Training durchgeführt, da Messverfahren, Stimuli und Maskierer als bekannt vorausgesetzt wurden. Am ersten Termin wurden folglich je Proband vier Trainingseinheiten und sechs Messungen durchgeführt. Beim zweiten Termin wurde die Anzahl der Trainingseinheiten auf zwei reduziert.

Analyse und Statistik

Für alle Probanden wurden Höranstrengungskurven nach der in ACALES integrierten BX-Anpassungsmethode [23] erstellt. Krueger et al. [1], [15] konnten bereits zeigen, dass diese Anpassungsmethode i.d.R. zu einer validen Kurvenanpassung führt. Diese Kurven verlaufen jeweils von 1 ESCU bis 7 ESCU und von 7 ESCU bis 13 ESCU linear. Der Schnittpunkt der Geraden wurde zwischen 5 ESCU und 9 ESCU geglättet [15]. Die Höranstrengungskurven wurden über alle Probanden pro Kondition (d.h. Präsentationsmodus), Maskierer und Höranstrengungs-Kategorie gemittelt.

Die Ergebnisse wurden mit SPSS 25.0.0 ausgewertet. Nach dem Kolmogorov-Smirnov-Test sind alle Daten normal verteilt. Ein normalhörender Proband wurde als Ausreißer von der Auswertung ausgeschlossen, da die Daten um mehr als die dreifache Standardabweichung abwichen. Bei den Schwerhörenden musste ein Proband ausgeschlossen werden, da die Höranstrengung unabhängig von der Kondition und den Maskierern nie geringer als mit 4 ESCU bewertet wurde. Dadurch war keine valide Anpassung der Höranstrengungskurve möglich, denn die Höranstrengung dieses Probanden wurde folglich durch die mithilfe der Anpassungsmethode berechneten Werte nicht repräsentiert.

Als statistische Tests wurden Varianzanalysen (ANOVA) mit Messwiederholung und einem Signifikanzniveau von α=0,05 genutzt. Als Innersubjektfaktoren wurden stets die benannten Kategorien (1 ESCU, 3 ESCU, 5 ESCU, 7 ESCU, 9 ESCU, 11 ESCU und 13 ESCU) sowie die Maskierer (Olnoise, IFFM, Störsprecher) gewählt. Je nach Fragestellung gab es einen zusätzlichen Innersubjektfaktor Kondition (akustisch, audiovisuell) oder Zeit (1. Termin, 2. Termin) oder einen Zwischensubjektfaktor Probandengruppe (normalhörend, schwerhörend). Als Post-hoc Tests wurden t-Tests durchgeführt. Diese wurden aufgrund der linearen Verläufe der Höranstrengungsfunktionen für die Kategorien 1 ESCU, 7 ESCU und 13 ESCU durchgeführt. Pro Kondition wurden aufgrund der drei gewählten Kategorien und der drei verwendeten Maskierer jeweils neun t-Tests durchgeführt. Zum Vergleich der Konditionen und der Ergebnisse des ersten und zweiten Messtermins wurden aus diesem Grund ebenfalls je neun t-Tests durchgeführt. Daher betrug das nach Bonferroni korrigierte Signifikanzniveau in allen Fällen α=0,05/9=Inline_Fig1.


Ergebnisse

Höranstrengung in der akustischen Kondition

Bei den normalhörenden Probanden ist in der akustischen (a) Kondition eine Abhängigkeit der Höranstrengung vom Maskierer erkennbar (siehe Abbildung 3 [Abb. 3], oben). Eine Verschiebung der Kurven zu niedrigeren SNR-Werten bedeutet eine geringere Höranstrengung. Bei niedrigen SNR-Werten wurde das Olnoise als am anstrengendsten empfunden, während der Störsprecher als am wenigsten anstrengend wahrgenommen wurde. Eine ANOVA mit Messwiederholung bestätigte den Unterschied in der Bewertung der Maskierer [Greenhouse-Geisser ε=0,682, F(1,364, 17,735)=21,481, p<0,001]. Außerdem wurde ein signifikanter Unterschied zwischen den Kategorien [F(6, 78)=380,456, p<0,001] gefunden. Auch eine Interaktion zwischen Maskierer und Kategorien wurde ermittelt [F(12, 156)=77,175, p<0,001]. Unter Berücksichtigung der Bonferroni-Korrektur ergaben t-Tests für verbundene Stichproben zwischen Olnoise und IFFM einen signifikanten Unterschied für die Kategorie „extrem anstrengend“ (13 ESCU). Olnoise und Störsprecher weisen zusätzlich in der Kategorie „mittelgradig anstrengend“ (7 ESCU) einen signifikanten Unterschied auf. Bei 7 ESCU unterscheiden sich auch IFFM und Störsprecher signifikant (alle p<0,001). In der Kategorie „mühelos“ (1 ESCU) gibt es einen signifikanten Unterschied zwischen der Olnoise und IFFM (p=0,018).

Im Gegensatz dazu weisen die Höranstrengungskurven der Maskierer bei den Schwerhörenden in der akustischen Kondition kaum Unterschiede auf (siehe Abbildung 3 [Abb. 3], unten). Die ANOVA mit Messwiederholung ergab, dass sich zwar die Kategorien signifikant unterscheiden [F(2,6)=3,292, p<0,001], die Bewertungen der Maskierer weisen hingegen keine signifikanten Unterschiede auf [F(6,48)=143,908, p=0,063]. Eine signifikante Interaktion zwischen Maskierer und Kategorie ist nachweisbar [F(12,96)=2,710, p=0,003]. Dies verdeutlicht, dass die Unterschiede in der Bewertung der Maskierer abhängig von der Höranstrengungskategorie sind. Unterschiede zeigen sich bei niedrigen SNR, also hohen Höranstrengungskategorien. Je niedriger der SNR-Bereich, desto höhere SNR-Unterschiede ergaben sich zwischen den Maskierern, um die gleiche Höranstrengungsbewertung zu erzielen.

Höranstrengung in der audiovisuellen Kondition

Auch in der audiovisuellen (av) Kondition ist bei den Normalhörenden eine unterschiedliche Bewertung der Maskierer ersichtlich (siehe Abbildung 3 [Abb. 3], oben). Beim Störsprecher wurden insgesamt die geringsten SNR-Werte erzielt, sodass dieser folglich als am wenigsten anstrengend wahrgenommen wurde, während das Olnoise aufgrund der höchsten SNR-Werte als am anstrengendsten empfunden wurde. Die Unterschiede zwischen den Maskierern nehmen mit steigender Höranstrengung zu. Zwischen Olnoise und Störsprecher beträgt die Differenz im SNR bei 13 ESCU ca. 14 dB. Beim IFFM sind im Mittel 2,5 dB höhere SNR-Werte als beim Störsprecher nötig.

Eine ANOVA mit Messwiederholung zeigt eine signifikant unterschiedliche Bewertung der Maskierer [F(2, 26)=15,774, p<0,001] sowie einen signifikanten Unterschied der Kategorien [F(6, 78)=334,995, p<0,001]. Die Interaktion zwischen Maskierer und Kategorien ist ebenfalls signifikant [F(12, 156)=25,674, p<0,001]. Die t-Tests für abhängige Stichproben ergaben unter Berücksichtigung der Bonferroni-Korrektur signifikante Unterschiede zwischen Olnoise und IFFM bei 7 ESCU (p=0,004) und 13 ESCU (p<0,001) sowie zwischen Olnoise und Störsprecher ebenfalls in den Kategorien 7 ESCU und 13 ESCU (jeweils p<0,001). Für IFFM und Störsprecher konnten hingegen keine signifikanten Unterschiede ermittelt werden (p>0,05). Auch bei den Schwerhörenden wurde der Störsprecher tendenziell als am wenigsten anstrengend bewertet (siehe Abbildung 3, unten). Beim Vergleich zwischen IFFM und Störsprecher beträgt die Differenz bis 7 ESCU ca. 2 dB, bis 13 ESCU steigt die Differenz auf ungefähr 4 dB an. Zwischen Olnoise und IFFM ist kein deutlicher Unterschied ersichtlich. Die ANOVA ergab, dass die Bewertungen der Maskierer [F(2,16)=6,393, p=0,009] und die Kategorien [F(6,48)=123,614, p<0,001] sich signifikant unterscheiden. Zudem wurde eine signifikante Interaktion zwischen Kategorie und Maskierer festgestellt [F(12,96)=8,640, p<0,001]. Post-hoc t-Tests mit einem nach Bonferroni korrigierten Signifikanzniveau zeigten, dass sich die SNR-Werte von Störsprecher und Olnoise bei 13 ESCU (p=0,002) sowie Störsprecher und IFFM bei 7 ESCU (p=0,004) signifikant unterscheiden.

Vergleich der Konditionen

Sowohl bei den Normalhörenden als auch bei den Schwerhörenden ist eine Verschiebung der Höranstrengungskurven der audiovisuellen Kondition relativ zur akustischen Kondition zu niedrigeren SNR-Werten ersichtlich (siehe Abbildung 3 [Abb. 3]). Die audiovisuelle Kondition wurde somit als weniger anstrengend als die akustische Kondition empfunden. Bei den Normalhörenden sind die Kurven der Konditionen beim IFFM und Störsprecher nahezu parallel zueinander. Für die akustische Kondition sind bei diesen Maskierern im Mittel ca. 4 dB höhere SNR-Werte nötig, um die gleiche Höranstrengungsbewertung zu erzielen. Beim Olnoise beträgt die Differenz bis 5 ESCU ca. 1 dB und steigt auf 4 dB bei 13 ESCU an. Die ANOVA mit Messwiederholung bestätigte einen signifikanten Unterschied in der Bewertung der Konditionen [F(1, 13)=14,656, p=0,002]. Zusätzlich wurden signifikante Interaktionen zwischen Kategorie und Maskierer [F(12, 156)=64,328, p<0,001] und Kondition und Kategorie [F(6,78)=3,630, p<0,003] ermittelt. Die Post-hoc t-Tests für abhängige Stichproben (siehe Tabelle 1 [Tab. 1], Korrektur nach Bonferroni) ergaben signifikante Unterschiede der Konditionen beim IFFM bei 7 ESCU (p=0,004) und beim Störsprecher bei 13 ESCU (p<0,001). Beim Olnoise konnte hingegen kein signifikanter Einfluss des Mundbildes ermittelt werden.

Bei den Schwerhörenden nimmt der Unterschied der Konditionen unabhängig vom Maskierer mit steigender Höranstrengung zu. Während die Differenz der Konditionen bei 13 ESCU beim Olnoise lediglich 2 dB beträgt, liegt diese beim IFFM bereits bei 4 dB und beim Störsprecher bei 6 dB. Eine ANOVA mit Messwiederholung konnte jedoch keinen signifikanten Einfluss der Konditionen auf die Höranstrengungsbewertung ermitteln [F(1,8)=4,760, p=0,061]. Jedoch ergaben sich nicht nur signifikante Interaktionen zwischen Kondition und Kategorie sowie Maskierer und Kategorie (jeweils p<0,001) sondern auch zwischen Kondition, Maskierer und Kategorie (p=0,012). Aufgrund der signifikanten Interaktionen mit dem Faktor Kondition wurden t-Tests für verbundene Stichproben durchgeführt. Für alle Maskierer konnte bei 13 ESCU ein signifikanter Effekt bei der zusätzlichen visuellen Darbietung des Mundbildes gefunden werden (jeweils p<0,01 unter Berücksichtigung der Bonferroni-Korrektur).

Vergleich der Probandengruppen

Abbildung 4 [Abb. 4] stellt den Vergleich der Probandengruppen dar. Es ist erkennbar, dass die Schwerhörenden unabhängig von Kondition und Maskierer tendenziell bei höheren SNR-Werten ähnliche Höranstrengungsbewertungen wie die Normalhörenden zeigen. Während beim Olnoise die Kurven in beiden Konditionen nahezu konstant um ca. 5 dB verschoben sind, nimmt die Differenz bei den anderen Maskierern und Konditionen mit steigender Höranstrengung auf bis zu jeweils ca. 17 dB bei 13 ESCU zu. Die ANOVA mit Messwiederholung und dem zusätzlichen Zwischensubjektfaktor Probandengruppe (normalhörend, schwerhörend) bestätigte einen signifikanten Unterschied zwischen den Probandengruppen. Des Weiteren ergaben sich signifikante Interaktionen zwischen Maskierer und Probandengruppe, Kategorie und Probandengruppe, Maskierer, Kategorie und Probandengruppe sowie Kondition, Maskierer, Kategorie und Probandengruppe (alle p<0,05). Die t-Tests für unabhängige Stichproben mit einem nach Bonferroni korrigiertem Signifikanzniveau belegten, dass sich die Bewertungen der Normal- und Schwerhörenden unabhängig von Kondition und Maskierer bei 7 ESCU und 13 ESCU signifikant unterscheiden. Für das Olnoise wurde in der akustischen Kondition bei 1 ESCU ebenfalls ein signifikanter Unterschied ermittelt (jeweils p<0,05 unter Berücksichtigung der Bonferroni-Korrektur).

Intra- und interindividuelle Standardabweichung

Die intra- und interindividuellen Standardabweichungen wurden für die Messergebnisse von zehn Normalhörenden bestimmt. Dazu wurden die SNR-Werte der benannten Kategorien für jede Messkondition und jeden Maskierer genutzt. Die intraindividuelle Standardabweichung wurde aus den SNR-Werten der beiden Messtermine für jeden Probanden berechnet. Die Ergebnisse für eine Höranstrengungskategorie, einen Maskierer und einer Darbietungskondition wurden durch Mittelung der intraindividuellen Standardabweichungen aller Probanden bestimmt. Bei der interindividuellen Standardabweichung wurde die Standardabweichung der SNR-Werte aller Probanden pro Messtermin für jede Kondition, jeden Maskierer und jede benannte Kategorie bestimmt und anschließend über die zwei Messtermine gemittelt. Tabelle 2 [Tab. 2] beinhaltet die berechneten Werte. Für die intraindividuelle Standardabweichung ergaben sich Werte zwischen 1,8 bis 2,6 dB und die interindividuelle Standardabweichung umfasst Werte von 4,3 bis 8,7 dB. Die Werte in der audiovisuellen Kondition sind bei beiden Standardabweichungen tendenziell höher als in der akustischen Kondition.

Test-Retest Reliabilität

In Abbildung 5 [Abb. 5] sind die Höranstrengungskurven der beiden Messtermine pro Kondition und Maskierer aufgetragen. Am zweiten Termin wurden im Mittel nahezu identische Ergebnisse erreicht. Zur Untersuchung der Test-Retest Reliabilität wurde eine ANOVA mit Messwiederholung und dem zusätzlichen Faktor Zeit (1. Termin, 2. Termin) durchgeführt. Dabei ergab sich kein signifikanter Unterschied zwischen den Ergebnissen der beiden Messtermine [F(1,9)=0,205, p=0,662]. Weiter konnten keine signifikanten Interaktionen mit dem Faktor Zeit nachgewiesen werden (alle p>0,05).

Zusätzlich wurde für jede Kondition und jeden Maskierer für die benannten Kategorien der Intraklassen-Korrelationskoeffizient (IKK) bestimmt (siehe Tabelle 3 [Tab. 3]). Der gemittelte IKK der akustischen Kondition ist mit 0,856 etwas geringer als in der audiovisuellen Kondition (0,915). Die geringsten Werte werden beim Olnoise sowohl in der akustischen (0,699) als auch in der audiovisuellen Kondition (0,717) jeweils bei 1 ESCU erreicht. Der höchste IKK ergibt sich für die audiovisuellen Kondition beim Olnoise bei 13 ESCU (0,983).


Diskussion

Vergleich der Maskierer

Die Ergebnisse zeigen, dass die Bewertung der Höranstrengung sowohl in der akustischen als auch in der audiovisuellen Kondition eine Abhängigkeit vom Maskierer aufweist. Signifikante Unterschiede waren jedoch erst bei zunehmender Höranstrengung nachweisbar. Dabei wurde das Olnoise als am anstrengendsten empfunden, während der Störsprecher als am geringsten anstrengend wahrgenommen wurde. Eine Erklärung der unterschiedlichen Wahrnehmung liegt in der zeitlichen und spektralen Struktur der Maskierer. Das Langzeitspektrum des Olnoise entspricht dem der Stimuli, sodass der Maskierungsgrad maximal ist [16]. Maskierer, welche das gleiche Geschlecht wie das Nutzsignal aufweisen, haben zudem eine höhere Maskierungswirkung [18]. Das IFFM entspricht im Langzeitspektrum ebenfalls weiblicher Sprache, ist jedoch fluktuierend [21], sodass es möglich ist, in die zeitlichen Lücken des Maskierers zu hören [17]. Der Störsprecher hingegen ist männlich, sodass die Maskierungswirkung dadurch bereits reduziert wird. Des Weiteren sind die Sprechpausen dieses Maskierers länger als die Lücken im IFFM. Infolgedessen sind Stimuli und Maskierer beim Störsprecher besser separierbar, sodass die subjektive Höranstrengung am geringsten ist. Insgesamt können alle genannten Faktoren einen Einfluss auf die Sprachverständlichkeit haben. Infolgedessen ist dadurch auch eine Beeinflussung der Höranstrengung möglich.

Eine Ausnahme davon bilden die Schwerhörenden in der akustischen Kondition, denn dort war kein Unterschied in der Bewertung der Höranstrengung zwischen den Maskierern feststellbar. Eine mögliche Erklärung liegt darin, dass die zeitliche und spektrale Auflösung aufgrund des Hörverlustes nur eingeschränkt oder gar nicht möglich ist [17].

Auch Krueger et al. [1], [15] stellten fest, dass stationäre Maskierer (Olnoise) als anstrengender empfunden werden als fluktuierende (IFFM und ISTS). Selbst bei vergleichbarer Sprachverständlichkeit waren die Unterschiede in der Höranstrengungsbewertung der Maskierer nachweisbar [1]. In einer anderen Studie ergab sich eine höhere Höranstrengung bei Nutzung eines Störsprechers als bei fluktuierendem oder stationärem Rauschen [24]. In dieser Studie von Koelewijn et al. [24] wurde kein subjektives Verfahren verwendet, sondern die Pupillometrie zur Ermittlung der objektiven Höranstrengung genutzt. Außerdem wurde der Störsprecher spektral verändert, sodass dieser Maskierer das gleiche Langzeitspektrum wie der Nutzsprecher aufwies. Da neben der energetischen Maskierung bei einem Störsprecher die informationelle Maskierung hinzukommt, wird die Maskierungswirkung erhöht und der Störsprecher als anstrengender bewertet. Fluktuierende und stationäre Störgeräusche erwiesen sich daher in dieser Studie als weniger anstrengend.

Vergleich der akustischen und der audiovisuellen Kondition

Wie erwartet, unterschieden sich die Höranstrengungsbewertungen der akustischen und der audiovisuellen Kondition bei beiden Probandengruppen signifikant. Die Nutzung des Mundbildes reduzierte die subjektive Höranstrengung. Der Vorteil durch das Mundbild zeigte sich jedoch erst bei negativen SNR-Werten, also bei höherer Höranstrengung. Bei höheren SNR-Werten ist die Sprachverständlichkeit hoch [1], sodass davon auszugehen ist, dass das Mundbild dort wenig Zusatzinformationen zur Verbesserung der Sprachverständlichkeit und Reduzierung der Höranstrengung liefert. Bei niedrigeren SNR-Werten bietet das Mundbild zusätzliche visuelle Informationen, sodass Nichtverstandenes ergänzt und Falschverstandenes korrigiert werden kann [11]. Des Weiteren können visuelle Sprachmerkmale zu einer besseren Separierung von Nutz- und Störsignal führen [12]. Durch beide Faktoren war vermutlich eine Zunahme der Sprachverständlichkeit möglich. Letztgenannter Faktor scheint gemäß den hier erzielten Ergebnissen für den Störsprecher einen größeren Effekt als beim IFFM zu haben.

Llorach et al. [20], welche dieselben Stimuli wie in dieser Studie verwenden, stellten bei Darbietung des Mundbildes eine Verbesserung der Schwelle für ein Sprachverstehen von 80% um ca. 4,5 dB SNR fest. Es ist insgesamt davon auszugehen, dass durch das verbesserte Sprachverstehen die Höranstrengung reduziert wurde [1]. Des Weiteren deutet der deutlich steilere Verlauf der Höranstrengungskurven für das Olnoise im Vergleich zum IFFM und zum Störsprecher auf einen Zusammenhang zwischen Sprachverstehen und Höranstrengung hin. Denn auch beim Testen der Sprachverständlichkeit ergibt sich für das Olnoise die steilste Funktion [1]. Auch Studien, welche den Einfluss von Störgeräusch und Nachhall bei Normal- und Schwerhörenden auf die Sprachverständlichkeit und die subjektive Höranstrengung untersucht haben, wiesen eine Abnahme der Höranstrengungen bei steigender Sprachverständlichkeit [25], [26] nach.

Neben der subjektiven Bewertung der Höranstrengung können auch objektive Verfahren verwendet werden. Sommers und Phelps [14] untersuchten die Gedächtnisleistung bei jungen und älteren normalhörenden Probanden. Dabei wurden unterschiedlich lange Wortlisten in Ruhe verwendet, wobei die letzten drei Worte wiederholt werden sollten. Der Sprachpegel ist nicht bekannt. Es ist zu vermuten, dass dieser wie bei der von Sommers und Phelps [14] durchgeführten Sprachverständlichkeitsmessung 60 dB SPL betrug. Eine Zunahme der richtig wiederholten Worte in der audiovisuellen Kondition deutete dabei auf eine Abnahme der Höranstrengung. Im Gegensatz zu den jungen Probanden konnten bei den älteren Probanden, welche eine signifikant schlechtere Hörschwelle aufwiesen, keine Reduzierung der Höranstrengung nachgewiesen werden. Picou et al. [9] führten ein Dual-Task Paradigma mit Schwerhörenden, jeweils versorgt und unversorgt, durch. Die Primäraufgabe lag im Verstehen von Einsilbern, als Sekundäraufgabe wurde die Reaktionszeit auf einen visuellen Reiz gemessen. Der SNR der akustischen Kondition wurde so gewählt, dass 60% der Wörter richtig verstanden wurden. Eine Erhöhung der Reaktionszeit wurde in dieser Studie als Indiz für eine erhöhte Höranstrengung interpretiert. Unabhängig vom Versorgungsstatus konnte jedoch keine Abnahme der Höranstrengung bei audiovisueller Darbietung beobachtet werden. Auch Gosselin und Gagné [5] nutzten ein Dual-Task Paradigma zur Ermittlung der Höranstrengung, jedoch wurden ausschließlich Normalhörende getestet. Als Primäraufgabe wurde Wortverstehen und als Sekundäraufgabe das Erkennen taktiler Muster getestet. Der SNR wurde so gewählt, dass innerhalb der jeweiligen Kondition im Mittel ein Sprachverstehen von 80% erreicht wurde. Zur Auswertung wurden für die akustische sowie für die audiovisuelle Kondition jeweils die Kosten für die gleichzeitige Ausführung von zwei Aufgaben im Vergleich zur Ausführung einer der beiden Aufgaben einzeln berechnet. Aufgrund der erhöhten Kosten bei der audiovisuellen Kondition wurde diese Kondition als anstrengender gedeutet. Bei beiden Probandengruppen resultierte die Verwendung des Mundbildes in einer Zunahme der Höranstrengung, wobei die Zunahme bei den Älteren signifikant höher war. Aus diesen Studien ist zu schließen, dass besonders ältere Probanden, welche mitunter eine Schwerhörigkeit aufweisen, nicht immer von der audiovisuellen Darbietung profitieren. Dies ist in Einklang mit dieser Studie. In Kapitel „Vergleich der Konditionen“ und „Vergleich der Probandengruppen“ zeigte sich, dass die schwerhörenden Probanden, welche älter waren als die Normalhörenden, einen geringeren Vorteil durch die visuelle Information aufwiesen. Für die Schwerhörenden wären höhere SNR-Werte nötig, um im gleichen Ausmaß wie die Normalhörenden von der visuellen Darbietung zu profitieren.

Intra- und interindividuelle Standardabweichung

Die interindividuelle Standardabweichung war in der akustischen Kondition ca. dreimal höher als die intraindividuelle Standardabweichung der gleichen Kondition. Bei der audiovisuellen Kondition unterschieden sich die Abweichungen etwa um den Faktor 4. Die interindividuelle Standardabweichung in der akustischen Kondition stimmt mit den Werten von Krueger et al. [15] überein. Obwohl die Probanden die gleiche Instruktion erhielten, ergaben sich zwischen den Probanden erkennbar unterschiedliche SNR-Werte für die Höranstrengungskategorien. Als Ursache kann davon ausgegangen werden, dass sowohl die Aufgabenstellung als auch die Skala mit den Worten „mühelos“ und „extrem anstrengend“ von den Probanden unterschiedlich interpretiert wurden. Außerdem wurde zur Bewertung der Höranstrengung die Frage „wie anstrengend es [...] war, der Sprecherin zu folgen“ gestellt. Durch die Abfrage der subjektiven Höranstrengung ist nicht auszuschließen, dass Wahrnehmungen wie Lautheit oder Sprachverstehen indirekt mit in die Bewertung eingeflossen sind. Ein weiterer Einflussfaktor könnte sein, dass nicht jeder Proband den OLSA kannte. Aufgrund des Trainingseffektes des OLSA [27] kann vermutet werden, dass die Probanden, welche mit dem OLSA vertraut sind, anders bewerten als Probanden, denen der OLSA unbekannt ist. Möglicherweise reichte das durchgeführte Training in diesem Fall nicht aus. Außerdem waren die Standardabweichungen der akustischen Kondition tendenziell niedriger als in der audiovisuellen Kondition. Ein Proband berichtete, dass die audiovisuelle Kondition nicht sehr realistisch sei, da normalerweise der Pegel des Sprechers abnimmt, wenn der Abstand zum Zuhörer zunimmt. Der Pegel der Sprecherin wurde zwar verändert, der Abstand zum Zuhörer war jedoch stets derselbe. Es ist nicht auszuschließen, dass andere Probanden dies auch als störend empfunden haben.

Die intraindividuelle Standardabweichung lag in der akustischen Kondition zwischen 0,8 dB und 2,8 dB sowie in der audiovisuellen Kondition zwischen 1,7 dB und 3,4 dB und ist somit etwas geringer als bei Krueger et al. [15], welche in der akustischen Kondition Werte zwischen 1,0 dB und 3,8 dB erzielten.

Test-Retest Reliabilität

Unabhängig von der Kondition und den Maskierern wurde kein signifikanter Unterschied zwischen den Ergebnissen der beiden Messtermine ermittelt. Hingegen wurde bei Krueger et al. [15] ein signifikanter Unterschied in der Bewertung des IFFM zwischen dem ersten und zweiten Termin, nicht jedoch zwischen zweitem und drittem Termin, bestimmt. Der gemittelte IKK dieser Studie betrug 0,89 und ist damit mit Krueger et al. [15], welche einen Wert von 0,9 erzielten, vergleichbar. Werte zwischen 0,75 und 0,90 deuten auf eine gute Test-Retest Reliabilität hin [28].

Vergleich der Probandengruppen

Für die Schwerhörenden waren für die Kategorien 7 ESCU und 13 ESCU signifikant höhere SNR-Werte als bei den Normalhörenden nötig, um die gleiche Höranstrengungsbewertung zu erzielen. Bei der Kategorie 1 ESCU waren keine signifikanten Unterschiede nachweisbar. Ein Vergleich mit den Ergebnissen der akustischen Kondition von Krueger et al. [1] liefert beim Olnoise und IFFM bei 1 ESCU ebenfalls einen Unterschied von ca. 3 dB. Bei 13 ESCU weichen die Ergebnisse von Krueger et al. [1] ab. Die Differenz der Probandengruppe betrug dort beim IFFM 5 dB, während in dieser Untersuchung eine Differenz von fast 17 dB erreicht wurde. Während hier nur drei der neun Probanden mit Hörgeräten versorgt waren, handelte es sich bei Krueger et al. [1] ausnahmslos um erfahrene Hörgeräte-Träger. Es ist zu vermuten, dass der gewohnte Versorgungsstatus Einfluss auf die Messungen ohne Hörhilfen gehabt hat. Da Krueger et al. [1] einen Zusammenhang zwischen PTA4 und den Höranstrengungskategorien ermittelten, ist davon auszugehen, dass auch in dieser Untersuchung der Hörverlust Einfluss auf die Höranstrengungsbewertung hatte. Auch andere Studien belegten eine Abhängigkeit der Höranstrengung von einer Schwerhörigkeit [3], [4], [29]. Bernstein und Auer [30] zeigten, dass Schwerhörende, bei denen die Hörbeeinträchtigung bereits früh eingesetzt hatte, signifikant bessere Ergebnisse beim Sprachverstehen bei rein visueller Präsentation als Normalhörende erzielten. Aufgrund des Zusammenhangs von Sprachverstehen und Höranstrengung liegt die Vermutung nahe, dass diese Personen auch eine geringere Höranstrengung aufweisen. Da sowohl in den genannten Studien sowie in dieser Arbeit Schwerhörende weniger Nutzen durch das Absehen in Bezug auf die Höranstrengung aufwiesen, ist davon auszugehen, dass neben dem Hörvermögen auch Faktoren wie das Alter und kognitive Prozesse einen Einfluss auf die Höranstrengung haben.

Messverfahren ACALES

Das Messverfahren ACALES war für die Probanden leicht verständlich und einfach durchführbar. Die Probanden haben das Verfahren gut angenommen, sodass die Messungen ohne Auffälligkeiten durchgeführt werden konnten. Die Ermittlung einer Höranstrengungskurve in einer Kondition dauerte jedoch ca. zwischen zehn und zwölf Minuten, sodass ein Termin mit sechs Messungen bei einigen Probanden zur Ermüdung führte. Dennoch kann gesagt werden, dass ACALES aufgrund der guten Test-Retest-Reliabilität sowie der Möglichkeit zur Erfassung von individuellen Unterschieden sowohl in der akustischen als auch in der audiovisuellen Kondition für die Ermittlung subjektiver Höranstrengung eingesetzt werden kann. Vergleichende Messungen, z.B. über verschiedene Bedingungen, Versorgungen, oder verschiedene Tage hinweg, sind somit mit diesem Verfahren sehr gut möglich.


Anmerkungen

Interessenkonflikte

Die Autoren erklären, dass sie keine Interessenkonflikte in Zusammenhang mit diesem Artikel haben.

Danksagung

Die Untersuchung wurde im Rahmen des Projektes VIBHear durchgeführt, welches mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und Mitteln des Landes Niedersachsen gefördert wird. Besonderer Dank gilt der Arbeitsgruppe von Volker Hohmann für die Bereitstellung des Video- und Audiomaterials.

Hinweis

Inhalte dieses Beitrags wurden bei der 22. DGA-Jahrestagung vom 6.–9. März 2019 in Heidelberg präsentiert.


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