Eine Multimediazentrale als Hörunterstützung im häuslichen Umfeld

Multimediazentrale als Hörunterstützung im häuslichen Umfeld

Arne Schulz, Hannah Baumgartner, Frerk Müller, Andreas Hein Bereich Gesundheit

OFFIS – Institut für Informatik Escherweg 2

26121 Oldenburg arne.schulz@offis.de

Abstract:. Die Zahl der Schwerhörigen steigt, unter anderem begünstigt durch den demographischen Wandel. Die Anpassung von Hörgeräten, die einen Hörverlust in weiten Bereichen kompensieren können, ist ein langwieriger Prozess. Im Schnitt vergehen über acht Jahre, bevor die Entscheidung zur Nutzung eines Hörgerätes fällt. Durch den Hörverlust droht schnell soziale Isolation, da der Betroffene immer mehr von der Kommunikationsgesellschaft ausgeschlossen wird.

Gleichzeitig ist bekannt, dass das Wohnzimmer der zentrale Raum im Leben der älteren Bevölkerung ist. Aufgrund dieser Tatsache wurde durch die Verwendung einer Set-Top-Box in Kombination mit einem Fernseher die sogenannte „Home Information and Communication Platform“ entwickelt um insbesondere die Probleme der Schwierigkeiten im häuslichen Umfeld zu adressieren: Eine auf den individuellen Hörverlust vom Benutzer selbst angepasste Sprachsignalverarbeitung wird angewandt um die Sprachverständlichkeit beim Fernsehen oder Telefonieren zu verbessern, technische Haushaltsgeräte werden vernetzt und Kontrollsignale akustisch aufbereitet und zusätzlich visuell signalisiert. Erste Nutzerstudien belegen dabei die Vorteile des entwickelten Systems beim Rundfunkgebrauch – nur drei von 25 Probanden erfuhren durch das System keine Verbesserung der Sprachverständlichkeit.

1 Einleitung/Motivation

Probleme mit dem Hören sind stark an das Alter gekoppelt. Ab dem 40. Lebensjahr an beginnt das Hörvermögen graduell schlechter zu werden. Ungefähr 50 % aller Personen im Alter über 70 sind in verschiedenen Graden schwerhörig. Die Anzahl der Personen in der EU mit einem Hörverlust werden von 81 Millionen im Jahre 2005 auf 90 Millionen im Jahre 2015 ansteigen (ca. 14 % der Gesamtbevölkerung der EU, nach Institute of Hearing Research (IHR) in Großbritannien).

Zur Versorgung der Schwerhörenden werden am Körper getragene Hörgeräte benutzt.

Allerdings ist die Akzeptanz der Hörgeräte stark von psychologischen Faktoren und von der subjektiv wahrgenommenen Unterstützung durch das Hörgerät abhängig. Es wurde gezeigt [Me05], dass Schwerhörende im Mittel acht Jahre bis zu einer Versorgung mit einem Hörgerät warten und dass 75 % der Schwerhörenden, die von einer Hörgeräte-

versorgung profitieren könnten, keines tragen. Selbst von den 25 % der Schwerhörenden, die ein Hörgerät besitzen, tragen dies nicht alle regelmäßig. Gründe hierfür sind zum Einen die Stigmatisierung [Pe07] von Hörgeräten, zum Anderen etwaige technische Probleme bei der Handhabung der sehr kleinen Geräte. Auch die Qualität der individuellen Anpassung und Parametrisierung der Hörgerätealgorithmen ist nicht immer optimal. Für Hörgeräte wird diese Anpassung von Hörgeräteakustikern durchgeführt. Im Allgemeinen werden mehrere Sitzungen benötigt, um die Feinabstimmung durchzuführen und den Nutzer an die neuen Höreindrücke zu gewöhnen.

Dieser Beitrag beschreibt einen Ansatz, der die Funktionalität eines Hörgerätes in eine zentrale, heimische Multimediazentrale integriert. Durch diese Integration soll die Akzeptanz von Hörhilfen im Allgemein gesteigert und Probleme von Schwerhörigen im heimischen Umfeld minimiert werden. Typisch dafür ist das Verfolgen von Fernseh- und Radiosendungen, das für Schwerhörige nur mit erhöhter Lautstärke möglich ist. Das stört Ehepartner, Kinder und Nachbarn. Bei der alternativen Benutzung von Kopfhörern wird der Schwerhörende jedoch fast vollständig von der Umgebung abgekapselt.

Wichtige Signale (Türklingel, Telefon, Küchengeräte) aber auch Gespräche mit anderen Personen im Raum sind dann kaum möglich.

Zunächst wird die Gesamtarchitektur der Multimediazentrale und deren Steuerungsstruktur (Abschnitt 2) beschrieben. Als eine der wesentlichen Anforderungen an ein solches System, wird im Abschnitt 3 die Anpassung der Audioübertragungsfunktion an den individuellen Hörverlust dargestellt. Im Unterschied zu Hörgeräten soll diese Anpassung direkt in der häuslichen Umgebung und ohne Unterstützung durch einen Hörgeräteakustiker erfolgen. Ergebnisse einer Studie zur Evaluation dieser individuellen Anpassung werden im 4. Abschnitt vorgestellt.

2 Architektur

2.1 Gesamtarchitektur

In Abb. 1 ist die Gesamtarchitektur der entwickelten Multimediazentrale dargestellt [AH07]. Sie kombiniert die Audiodatenverarbeitung im Rahmen des Jack-Frameworks [JA07] und der spezifischen Hörgerätealgorithmik, die im Master Hearing Aid (MHA, [Gr06]) implementiert ist, mit dem SynFace für die visuelle Unterstützung des Lippenlesens [BE04], einem Multimedia Framework (FFmpeg, [FF07]), einer Kontrollstruktur [MS09], die in einem OSGi Framework [OS07] läuft, und einem Residential Gateway.

Die übergeordnete Kontrollstruktur überwacht in der Multimediazentrale die Umgebung des Systems (Audio/Video-Kanäle, Fernbedienung, Signale von Haushaltsgeräten, die über das Residential Gateway übertragen werden) und leitet auf der Basis einer vordefinierten Ablaufstruktur die Kommandos an die einzelnen Submodule ab (siehe Abschnitt 2.2). Die Datenpunktabstraktionsschicht dient der Konvertierung der Sensordaten der verschiedenen Module in ein einheitliches Format und der

Rückkonvertierung der Steuerungskommandos in die gerätespezifischen Formate.

Abhängig von dem gewählten Eingabegerät und dem detektierten Szenario werden über den FFmpeg die Audio- und Audio-/Video-Signal priorisiert, ggf. getrennt und über das Jack-Framework dem Master Hearing Aid zur Verfügung gestellt. Die Audiosignale werden in diesem Framework für die Bedürfnisse Schwerhörenden aufbereitet. Dabei wird zwischen allgemeinen/globalen Methoden G-SASP¹ (Störgeräuschunterdrückung, Anhebung des Sprachsignals über Hintergrundgeräusche) und individualisierten Methoden I-SASP (frequenzspezifische Verstärkung und Kompression) unterschieden.

Störgeräuschbefreite Sprachsignale werden an das SynFace weitergeleitet. SynFace stellt ein animiertes künstliches Gesicht dar, dessen Lippen entsprechend des Sprachsignals bewegt werden. Dadurch wird auch bei reinen Audiosignalen (Telefon, Radio) das Lippenlesen ermöglicht.

Neben der Aufbereitung der Audiosignale im MHA können auch Signale von Haushaltsgeräten, die durch das Residential Gateway erfasst werden, akustisch verstärkt oder als visuelle Repräsentationen in das Fernsehbild eingeblendet werden.

Abb. 1: Softwarearchitektur der heimischen Multimediazentrale

2.2 Kontrollstruktur

Für die Anbindung von vielen, völlig unabhängigen Systemkomponenten und deren Steuerung wurde eine Kontrollstruktur entworfen, die eine schnelle Anpassung des Verhaltens des Gesamtsystems und eine leichte Wartbarkeit ermöglicht. Hierbei wird sowohl Software in Form von Algorithmen zur Echtzeit-Signalverarbeitung, als auch Hardware in Form von Weißer Ware oder Beleuchtung adressiert. Die diversen Geräte

1 G-SASP steht für global supportive audio signal processing / I-SASP für individual supportive audio signal processing

sind weitestgehend unabhängig voneinander und ihr Zusammenschluss sollen weitere assistive Funktionen ermöglichen. Diese Steuerungsebene wurde mit einer graphischen Benutzungsoberfläche gekoppelt, die die Konfiguration und Steuerung des Systems durch den Schwerhörenden ermöglicht. Um der Zielgruppe im Alter 50+ für diese Technologie gerecht zu werden, sind während des Entwicklungsprozesses kontinuierlich Prototypen der Benutzeroberfläche zu entwickeln und deren Akzeptanz durch Benutzungsstudien nachzuweisen. Dies führt zu der Notwendigkeit schnelle Anpassungen der Bedienphilosophie durchführen zu können, um die Ergebnisse möglichst zeitnah in die weitere Entwicklung einfließen zu lassen. Die Verwendung von Hochsprachen wie JAVA ist hierfür ungeeignet, so dass eine zusätzliche Werkzeug- Unterstützung notwendig ist.

Um komplexe Kontrollstrukturen zu modellieren, werden oft graphische Werkzeuge eingesetzt, die eine Modellierung an Hand von Graph-basierten Strukturen ermöglichen.

Beispiele hierfür sind das Entwicklungswerkzeuge Statemate [St08] oder SCADE [SC08]. Diese Werkzeuge erlauben es mittels Code-Generatoren aus den von Entwicklern erzeugten Modellen Quellcode zu erzeugen, sowie die Simulationen und Verifikationen der erstellten Modelle. An diese graphische Design-Methodik knüpft die entwickelte Kontrollstruktur an. Der wesentliche Unterschied ist, dass aus dem Modell kein zu kompilierender Quellcode generiert wird, sondern ein Kontrollmodul mit diesem Modell initialisiert wird, das die angeschlossenen Komponenten verbindet und steuert.

Die Gesamtarchitektur zeigt, dass insbesondere die Nebenläufigkeit verschiedener Module von besonderer Bedeutung für die Multimediazentrale ist. Daher werden Petri- Netze als Grundlage zur Modellierung gewählt. Sie unterstützen insbesondere die Nebenläufigkeit und können in ihrem Funktionsumfang gut erweitert werden. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die partielle Austauschbarkeit von angeschlossenen Geräten.

Um dies zu erreichen wird als Basis ein OSGi-Framework [OS07] als Middleware eingesetzt. OSGi erweitert die Flexibilität der Java-Umgebung. Es ermöglicht das dynamische Starten und Stoppen von System-Bestandteilen zur Laufzeit. Ebenfalls erlaubt diese Architektur das partielle Austauschen von Systembestandteilen, so genannten Bundles, während des Betriebs. Das Einbinden von Geräten ohne Neustart des Systems wird dadurch ermöglicht und geschieht im Hintergrund, ohne dass der Benutzer des Systems dies bemerkt.

Abb. 2 zeigt einen schematischen Aufbau der Kontrollstruktur, wie sie in der Multi- mediazentrale eingesetzt wird. In der untersten Schicht werden physikalische Geräte wie Sensoren und Aktoren angelegt, die von Gebäudebus-Systemen wie KNX/EIB [KNX08]

oder LON [LON08] gesteuert werden. Ebenso sind hier Geräte wie Weiße Ware loka- lisiert. Diese physikalischen Geräte werden über externe Netzwerke an das System ge- koppelt. Des Weiteren findet sich Software, die über die Multimediazentrale gesteuert werden soll, in dieser Ebene. Dies trifft beispielsweise auf SynFace oder das Master Hearing Aid (MHA) zu.

Abb. 2: Überblick über die implementierte Kontrollstruktur

3 iSASP

3.1 Motivation

Die Problemstellungen, die sich für Menschen mit leichten bis mittleren Hörschwächen innerhalb des akustischen Alltages zu Hause ergeben, wurden in einer Voruntersuchung erfasst [AH07]. Die Auswertung dieser Voruntersuchung lässt auf einen Bedarf an einer speziellen, an die Bedürfnisse des Hörgeschädigten angelehnte Anpassung der Rundfunksignale schließen. Verständnisschwierigkeiten ergeben sich vor allem durch Hören im Störgeräusch, wobei dieses zum Einen an der akustischen Umgebung des Hörgeschädigten und zum Anderen an einem schlechten Signal-Rausch-Abstand des Rundfunksignals selbst liegen kann:

1. In vielen Fällen treten Probleme auf, wenn der Schwerhörende in Gesellschaft fernsieht, da sich dabei Hintergrundgeräusche zum eigentlichen Nutzsignal addieren. Die Erhöhung der Lautstärke des Rundfunksignals/Nutzsignals kommt dabei meist als Lösung nicht in Frage. Gerade bei sensorineural Schwerhörenden ist das Phänomen des Rekruitments, d.h. einer Verringerung der Hördynamik, häufig zu beobachten. So erweisen sich laute Signalanteile für den Hörgeschädigten schnell als zu laut, leise Signalanteile dagegen als zu leise bzw. unhörbar. In Hörgeräten werden deshalb Kompressoren verwendet, die eine frequenz- und pegelabhängige Verstärkung des Eingangssignals ermög- lichen und so die Dynamik des Eingangssignal an die Restdynamik des Schwerhörenden anpassen.

2. Aus dem gleichen Grund wurden starke Lautheitsschwankungen innerhalb einzelner Programme sowie zwischen den verschiedenen Sendern sehr negativ beurteilt. Insbesondere Werbesendungen, die durch hohe Kompression stark

von der mittleren Lautheit eines Programmes abweichen, werden diesbezüglich genannt. Ein Ausgleich dieser Lautheitsunterschiede ist im Übrigen nicht nur für Schwerhörende von Interesse. Auch von Normalhörenden werden diese als sehr störend wahrgenommen.

Der gesellige Aspekt des Fernsehens stellt an die Realisierung einer individuellen Audioverarbeitung einen weiteren Anspruch: Die naheliegende Benutzung von Kopf- hörern wird nur geduldet, wenn dieser keinerlei abschottende Wirkung in Richtung der Mitmenschen bewirkt. Das bedeutet, der Kopfhörer muss eine offene Bauweise auf- weisen, um nicht zu einer "`von der Umwelt abgeschlossenen Eigenwahrnehmung"' zu führen. Insbesondere die Ansprechmöglichkeit durch den Partner oder die Mitmenschen muss zu jedem Zeitpunkt gewährleistet sein.

Drahtlose TV-Hörsets helfen Menschen mit leichtem bis mittleren Hörverlust, Fernsehen und Musik in ausreichender Lautstärke genießen können, ohne andere damit zu stören.

Sie lindern die negativen Einflüsse des Freifeldes und die individuelle Abhörlautstärke ist direkt am Hörer einstellbar. Das Fernsehgerät kann dabei auf jede andere gewünschte Lautstärke eingestellt werden.

Um Nutzern von TV-Hörsets die Möglichkeit zu eröffnen, nicht nur die Lautstärke, sondern auch die Dynamik des Kopfhörersignals auf ihren individuellen Hörverlust ein- zustellen, wurden drei Varianten interaktiver Fittingsysteme entwickelt und mit Hilfe von schwerhörenden Probanden in Bezug auf eine Verbesserung der Sprachverständ- lichkeit und Akzeptanz der Klangqualität hin evaluiert.

Wesentliche Ziele bei der Entwicklung und Evaluation eines Anpasssystems waren:

1. Die Anpassung sollte zuhause durch den Nutzer selbst und ohne Vorkenntnisse zur Hörgeräteanpassung durchgeführt werden können.

2. Unabhängigkeit von einem Audiogramm, nur auf Basis realistischer Fernseh- signale.

3. Dauer des gesamten Fittings sollte zehn Minuten nicht überschreiten

4. Die Modulstruktur des Fittingprozesses sollte auch im Nachhinein kleinere Ver- änderungen oder Anpassungen ermöglichen, ohne das gesamte Fitting noch einmal zu durchlaufen.

5. Die Menuführung des interaktiven Systems sollte intuitiv und unkompliziert durch das Programm führen, längere Erklärungen zum Vorgang der Anpassung sollten nicht nötig sein. Ein Trainingseffekt sollte zu einer Verbesserung der erreichten Grundeinstellungen führen und den Fittingvorgang über die Zeit beschleunigen.

3.2 Kompressor und Equalizer

Der Kompressor sollte als oberstes Ziel die Sprachverständlichkeit des TV-Signals ver- bessern. Natürlich ist auch die Akzeptanz der Anpassung bezüglich des Klangbildes von Bedeutung, wenn auch nicht beherrschend, da das ungefittete Lautsprechersignal wegen der offenen Bauweise des TV-Hörsets einen nicht geringen Anteil des am Ohr ankommenden Gesamtsignals ausmacht. Die Lautstärkereglung ist in der Signalkette nach dem Kompressor gesetzt, der Nutzer soll weiterhin die Abhörlautstärke seines Fernsehgerätes selbst steuern können. Die Kompression soll ausschließlich die Dynamik zwischen leise und laut beschränken (siehe Abb. 3).

Abb. 3: Eingangssignalgesteuerte Kompression. Durch ein Verstärkungsglied nach dem Kompressor bleibt die eingestellte Dynamik über weite Pegelbereiche erhalten (aus [Di01]).

Um die Menge der Parameter überschaubar zu halten, wurde der Kompressor, den das Master Hearing Aid zur Verfügung stellt, möglichst einfach gehalten (siehe Abb. 4). Der Kompressor verfügt über drei Kompressionsbänder, deren Mittenfrequenzen 250 Hz, 1 kHz und 3 kHz sind und ist im Frequenzbereich implementiert. Die vom Kompressor vorgenommene Verstärkung ist bestimmt durch die lineare Verstärkung, die Kompres- sionsschwelle und das Kompressionsverhältnis. Ein Maximalpegel beschränkt das Aus- gangssignal.

Die Übergabeparameter für den implementierten Pegelmesser sind die Ein- und Ausschwingzeit. Sie sind auf 5 ms bzw. 100 ms gesetzt und werden durch die Nutzerein- gaben nicht verändert. Durch die kurze Attackzeit von fünf Millisekunden soll eine phonemgenaue Komprimierung realisiert werden. Das Sprachsignal wird auf diesem Weg nicht nur in seinem Pegel angehoben, sondern zusätzlich in seiner Dynamik verringert, was zu einer Veränderung im Verhältnis von Pegel und Lautheit führt.

Ein Glättungsfilter ermöglicht ein "sanftes" Anspringen des Kompressors. Die Charakteristik des Filters wird in allen Frequenz und Kompressionsbändern angewandt.

Die Parameter für das Glättungsfilter sind ebenfalls festgesetzt.

Um steileren Hörverlusten innerhalb eines Kompressionsbandes gerecht zu werden, ermöglicht ein dem Kompressor vorgeschalteter Equalizer, der über neun Frequenzbänder verfügt, angesiedelt um die Mittenfrequenzen f = 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 750 Hz, 1 kHz, 1.5 kHz, 2 kHz, 3 kHz, 4 kHz. Dies bedeutet, jedes Kompres- sionsband ist zusätzlich in drei Equalizerbänder unterteilt, welche unabhängig linear ver-

stärkt werden können. Die Eckfrequenzen der Equalizerbänder sind 75, 178, 354, 612, 866, 1225, 1730, 2450, 3460 und 4700 Hz.

Abb. 4: Der zu fittende Kompressor bietet drei Kompressionsbänder, innerhalb derer jeweils drei Frequenzbänder einzeln eingestellt werden können. Die Parameter Kompressionsverhältnis, Kompressionsschwelle, lineare Verstärkung und maximaler Ausgangspegel (unter dem Vorbehalt eines oberen Limits) werden mit Hilfe des interaktiven Fittings angepasst.

3.3 Realisierung des Fittings

Das Fitting lässt sich grob in zwei Blöcke unterteilen: Während des ersten Blockes werden Laut- und Leise-Schwellen innerhalb der Kompressionsbänder bestimmt, die ge- meinsam mit Referenzwerten als Grundlage für die Berechnung der Kompressionsver- hältnisse dienen. Um asymmetrischen Hörverlusten gerecht werden zu können, finden sowohl die Messungen als auch die Verarbeitung des Signals für beide Ohrseiten getren- nt statt. Es wurden drei Varianten der Schwellenbestimmung getestet:

1. Mit Hilfe frequenzspezifischer Klänge aus einem Animationsfilm werden unab- hängig voneinander in den drei Kompressionsbändern die Leise- und Laut- Schwellen bestimmt. Die Regulierung der Lautstärkepegel erfolgt in 6dB Schritten.

2. Die Schwellenermittlung erfolgt mit Hilfe einer in den Kompressionsbändern gefilterten Nachrichtensendung. Die Probanden werden aufgefordert, Leise- und Laut-Schwellen für die im untersten Kompressionsband gefilterte Nach- richtensendung einzustellen. Anschließend werden die Pegel der im mittleren und oberen Kompressionsband gefilterten Nachrichtensendung auf die Lautheit der Leise- bzw. Laut-Schwellen des untersten Kompressionsbandes angepasst.

3. Die Leise-Schwellen werden wie in Variante 2 bestimmt, auf die Messung der Laut-Schwellen allerdings verzichtet. Stattdessen werden die Laut-Schwellen

als Maximalpegel festgesetzt. Die Regulierung der Lautstärkepegel für die zweite und dritte Variante erfolgt in 3dB Schritten.

Nach diesem ersten Block der Schwellenbestimmung ermöglicht ein zweiter Block dem Nutzer die Feinanpassung (Korrekturen der Panoramaeinstellung und des Klangbildes mit Hilfe einer Klangwaage). Innerhalb der Fittings wird ausschließlich Rundfunk- material (Nachrichtensendung und Atmogeräusche aus einem Film) verwendet.

4. Evaluation

4.1 Auditorische Evaluation: Sprachverständlichkeitsverbesserung

Referenzwerte: Zu Beginn der Versuchsreihen wurden Referenzdaten zur Berechnung der Kompressionsparameter mit 10 normalhörenden Probanden (2w, 8m) im Alter zwi- schen 21 und 56 Jahren erhoben. Die normalhörenden Probanden durchliefen das Fitting zweimal, um außerdem eine Aussage über Test- und Retest-Verhalten treffen zu können.

Diese Referenzschwellen wurden über alle Probanden und beide Ohrseiten gemittelt.

Durchführung: Die drei Fittingvarianten wurden in drei Versuchsreihen mit insgesamt 36 Probanden mit leichtem bis mittlerem Hörverlust (zwischen 16 und 73 Jahre alt, Median 64 Jahre, Mean 61,4 Jahre) durchgeführt. Abb. 5 zeigt die gemittelten Kompres- sionsverhältnisse als Ergebnis der unterschiedlichen Fittings. Die Datensätze, die aus den unterschiedlichen Varianten resultieren, unterscheiden sich deutlich [BH09a], [BH09b].

Variante 1 der Fittingverfahren, die mit Klängen und Geräuschen aus einem Animations- film arbeitet, führt mit steigenden Frequenzen zu steigenden Kompressionsverhältnissen.

Variante 2, die Nachrichtenmaterial verwendet, zeigt das höchste Kompressionsver- hältnis bei mittleren Frequenzen und Variante 3, die auf die Messung einer oberen Laut- Schwelle verzichtet, zeigt für alle Kompressionsbänder ein nur geringes Kompressions- verhältnis von im Mittel etwa 1,4.

Abb. 5: Verteilung der Kompressionsverhältnisse als Ergebnis der unterschiedlichen Fittingvarianten: Version1 führt mit steigender Frequenz zu höheren Kompressionsverhältnissen,

Version 2 zeigt für mittlere Frequenzen das stärkste Kompressionsverhältnis und Version 3 komprimiert in allen Bändern nur leicht.

Sprachverständlichkeit: Mit Hilfe des Oldenburger Satztestes (OLSA) soll der Nutzen für die Schwerhörenden nachgewiesen werden. Der OLSA misst den L50, einen Signal- Rausch-Abstand, welcher noch 50 %-iges Sprachverstehen zulässt [Wa99].

Eine erste Evaluation wurde mit 11 Schwerhörenden im Alter zwischen 54 und 73 Jahren (median 64 Jahre, mean 63,6 Jahre) durchgeführt und der L50 im OLSA-noise gemessen, einem Sprachrauschen von stark maskierendem Charakter. Dabei wurde die Verständlichkeit von nicht komprimierten und mit den unterschiedlichen Parameter- sätzen komprimierten Signalen verglichen. Den Gewinn für die Probanden zeigt Abb. 6:

sieben von 11 Probanden verbesserten ihren L50 mit Hilfe der Kompressionsparameter aus Fittingvariante 1, fünf von 11 Probanden mit den Kompressionsparametern aus Fittingvariante 2 und acht von 11 Probanden verbesserten ihren L50 mit Hilfe der Parameter aus Variante 3. Vier der Probanden verbesserten sich unabhängig von der gewählten Fittingvariante [Ba].

Abb. 6: Signal-Rausch-Verhältnisse bei 50%igem Sprachverstehen (L50, je kleiner die L50 Werte, desto besser) und unterschiedlichen Siganlverarbeitungen für elf Probanden mit leichtem

bis mittlerem Hörverlust gemessen mit OLSA-Sprachrauschen.

In einem zweiten Versuchsaufbau wurde an Stelle des OLSA-Sprachrauschens „multi- talker babble-noise“ verwendet, ein Störgeräusch, welches einer Unterhaltung zwischen mehreren Personen im Hintergrund ähnelt. Im Vergleich zum OLSA-Sprachrauschen, sind hier einzelne Quellen erkennbar und das Rauschen nicht stationär. Mit diesem Rauschen wurde der L50 von 25 weiteren Probanden im Alter zwischen 16 und 73 Jahren (median 64 Jahre, mean 60,5 Jahre) evaluiert. Abb. 7 zeigt die Ergebnisse, auch hier der Vergleich von unterschiedlich gefitteten Kompressionen und deren Parameter mit dem nicht komprimierten Signal. 12 der 25 Probanden zeigen unabhängig von der Fittingvariante eine Verbesserung ihres Sprachverstehens. Von den Parametern, die mit Hilfe der Fittinvariante 1 angepasst wurden, profitieren 17 Probanden, von den mit Variante 2 und Variante 3 gefitteten Parametern profitieren 18 von 25 Probanden. Nur drei Probanden können mit keiner der drei Fittingvarianten ihren L50 verbessern.

Abb. 7: Signal-Rausch-Verhältnisse bei 50%igem Sprachverstehen (L50, je kleiner die L50 Werte, desto besser) und unterschiedlichen Signalverarbeitungen für 25 Probanden mit leichtem

bis mittlerem Hörverlust gemessen mit Babble-Noise.

4.2 Benutzungsevaluation: Systemnutzung

Die Evaluation der Heimautomatisierung und der Benutzungsschnittstellen fokussiert die Benutzung der graphischen Oberflächen und damit der Systeminteraktion. Dies bezieht sich sowohl auf das Bedienungskonzept, die visuelle Gestaltung, als auch auf die Anordnung der Einträge innerhalb der Menüstruktur. Zusätzlich zu der Verwendung von Menüs wird ein Benachrichtigungskonzept evaluiert. Es informiert den Benutzer über alltägliche Ereignisse wie das Beenden der Mikrowelle, das Klingeln an der Haustür, aber auch technische Alarme wie einen Wasserschaden oder einen Feueralarm. In der Evaluation soll unter anderem ermittelt werden, ob die Benutzer den Wasserschaden erkennen und mittels des Systems einen Fachmann kontaktieren können. Sowohl das Menü als auch das Benachrichtigungssystem folgen einem intuitiven Bedienkonzept mit vielen Hilfestellungen, die dem Benutzer eine einfache Handhabung des Systems ermöglichen sollen. Informationen werden von den Haushaltsgeräten via KNX/EIB

[KNX08] oder KNX/EHS [KNX08] kommuniziert. So kann mit Hilfe des Menüs sowohl die Lichtszenerie im Haushalt eingestellt, als auch die Temperatur des Kühlschranks ermittelt werden.

Benutzerbefragungen zu Beginn des Projektes [AH07] haben gezeigt, dass Benutzer zum einen ein sehr einfach zu benutzendes System benötigen, aber zum anderen einen möglichst großen Funktionsumfang wünschen. Dies steht in der Gestaltung der Oberflächen konträr zueinander. Die Evaluation des Prototypens soll zeigen, ob das entwickelte System den Anforderungen entspricht. Hierfür sollen sowohl objektive als auch subjektive Mess-Verfahren eingesetzt werden. Das Objektive Mess-Verfahren besteht aus einem (OSGi-) Service der auf dem Testsystem installiert ist und alle System- und Benutzeraktionen innerhalb des Prototypen protokolliert. Die subjektive Evaluation besteht aus einem Fragebogen, der es dem Benutzer ermöglicht generelle Aussagen über die Behaglichkeit während der Benutzung zu tätigen, als auch Verbesserungen vorzuschlagen.

4.2.1 Testsystem für objektive Messungen

Das Evaluations-System für die Heimautomatisierung und die Benutzungsoberflächen erlaubt das Protokollieren des Benutzer-Verhaltens und somit beispielsweise das Ermitteln von Fehlerraten und Reaktionszeiten während der Benutzung. Dies soll Schwächen des Bedienkonzeptes oder der Menüstruktur aufdecken.

Während des Tests wird der Proband durch eine Übungssequenz geführt, die ihm/ihr die nötigen Hintergrundinformationen vermittelt. Diese Übung setzt das graphische Framework des Gesamtsystems ein, so dass bereits in der Einführungsphase in das zu testende System Daten über die Benutzerführung erhoben werden. Dies ist insbesondere wichtig weil Daten über die intuitive Benutzbarkeit des Systems erhoben werden sollen, bevor sich der Benutzer an das System gewöhnt hat. Die hier gesammelten Daten sollen damit nach der Auswertung die intuitive Vorgehensweise der Benutzer konstatieren.

Der Test besteht aus zwei Teilen: Der erste Abschnitt soll Aufschluss über die Behandlung von Ereignissen geben, die mittels eines begleitenden Textes und den in Abbildung 8 dargestellten Piktogrammen auf dem Bildschirm präsentiert werden. Der zweite Abschnitt beinhaltet kleine Aufgaben, die dabei zunehmend komplexer werden.

Die objektiven Daten werden personenbezogen in einer XML-Datei protokolliert und mit Zeitstempeln versehen. Dies ermöglicht ein späteres Abspielen der Benutzungssequenzen wie in einem Video.

Abbildung 8 Piktogramme

Durch die Verwendung des MBCS [MS09] wird es ermöglicht, die Funktionalität in verschiedene Sub-Devices zu unterteilen. So kann die Fernbedienung beispielsweise durch eine Simulation ersetzt werden, die die protokollierten Test-Daten zur Widergabe der Tastendrücke nutzt. Ebenfalls werden die XML-Dateien zu Erhebung statistischer Daten wie der Reaktionszeit der Probanden eingesetzt.

4.2.2 Subjektive Evaluation: Fragebogen

Nachdem die Testpersonen Teilschritte des in 4.2.1 beschriebenen Versuchsaufbaus durchschritten haben, werden subjektive Fragen in Form eines Fragebogens gestellt. Die Fragen basieren unter Anderem auf dem IBM Standard After-Scenario Questionnaire (ASQ1164) [Le93] und zielen darauf ab, vom Benutzer eine subjektive Einschätzung der Einfachheit der Benutzung zu erhalten. Dabei werden sowohl spezielle als auch allgemeine Fragen und Einschätzungen eingefordert.

Die Erwartung an diese Tests sind wie folgt: Einerseits unterstützen die Ergebnisse die objektiven Messungen. Wenn eine Testperson völlig selbstverständlich durch die Aufgaben navigiert (was durch wenige falsche Tastendrücke und eine schnelle Abarbeitung der Aufgaben detektierbar ist), sollte sich dies auch in den Fragebögen widerspiegeln. Andererseits ergänzen die Angaben, die in den Fragebögen gemacht werden, den Gesamtüberblick um Informationen, die aus den reinen Messdaten nicht extrahiert werden können. Dies können Hinweise bezüglich der Nützlichkeit von Benachrichtigungen, die Verständlichkeit von Piktogrammen, Schriftgrößen und ähnliche sein.

6. Zusammenfassung und Ausblick

Die hier vorgestellten Arbeiten konzentrieren sich auf zwei Bereiche im häuslichen Umfeld, die gerade für Schwerhörige ohne technische Unterstützung zu großen Problemen führen können. Ein Bereich ist die Sprachverständlichkeitsverbesserung, die erzielt wird, indem auf den jeweiligen speziellen Hörverlust optimierte Algorithmen auf den Audiostrom (aus dem Fernsehen oder dem Telefon) angewandt werden. Die Anpassung dieser Parameter kann der Endverbraucher selber vornehmen, indem ihn das System durch eine Folge von Anpassungsschritten leitet. Der zweite Bereich ist die Wahrnehmung von Umgebungsnachrichten, beispielsweise der Türklingel oder dem Signal der Mikrowelle. Diese werden auf dem zentralen Fernseher im Wohnzimmer angezeigt und auch akustisch verstärkt dem Nutzer als Auditory Icons [Ga86]

präsentiert. Die zugrunde liegende Architektur basiert dabei auf einer neuen Kontrollstruktur, die mit erweiterten Petri-Netzen arbeitet und komfortabel wartbar beziehungsweise erweiterbar ist.

Um die bisher guten Ergebnisse weiter zu festigen und auch zu erweitern sind weitere Arbeiten geplant:

Eine Langzeit Studie soll Fragen in Bezug auf die Akzeptanz des Fittings beantworten, aber auch inwiefern die Probanden die Benutzung des Kopfhörers langfristig als

angenehm empfinden und sich ihr Höreindruck verbessert. Dabei ist nicht nur die Akzeptanz der Bedienung und der Dauer von Interesse, auch die Veränderung, Anpassung oder Verbesserung der Parametersätze über die Zeit steht unter Beobachtung.

Nach Durchführung des interaktiven Fittings sollen die Probanden zunächst die erhaltenen Kompressionseinstellungen verwenden und damit eine Zeit fernsehen, um sich an die eingestellte Kompression zu gewöhnen. Nach dieser Gewöhnungszeit wird das Fitting erneut durchgeführt. Damit kann nicht nur ein Einblick in das Test-Retest- Verhalten der Schwerhörigen gewonnen werden, auch eine mögliche Optimierung der Parametersätze steht im Focus. Eine eventuelle Verbesserung der Parametersätze soll mittels eines Sprachverständlichkeits-Tests dokumentiert werden.

Zusätzlich ergibt sich in den Gewöhnungsphasen ein Beobachtungszeitraum, der genutzt werden kann, um Kenntnisse über das Nutzerverhalten in Bezug auf Lautstärkeeinstellung und deren Anpassung an das laufende Programm (Sender/

Formate) oder Hintergrundgeräusche zu gewinnen. Dabei sollen auch erste Erkenntnisse bezüglich der Unterschiede zwischen Normalhörenden und Schwerhörenden in der Wahrnehmung von Lautheit und Lautheitssprüngen gewonnen werden.

Die Ergebnisse der Nutzerstudien in der Benutzung des Systems werden Aufschluss geben darüber, ob die Annahmen, abgeleitet aus den am Projektbeginn durchgeführten Befragungen, haltbar und richtig waren. Das Design gerade für Ältere und die intuitive Bedienung des gesamten Systems stehen dabei im Vordergrund des Interesses.

Die hier vorgestellten Arbeiten zeigen, dass es sehr wohl möglich ist, mit einem nicht- professionellen Anpassen von Parametern eine Verbesserung der Sprachverständlichkeit zu erzielen. Weiterhin ist die technologische Basis geschaffen, um die Forschungsergebnisse jetzt in häuslicher Umgebung intensiv zu testen und damit für die Zukunft wichtige Erkenntnisse und Verbesserungen zu erzielen.

Danksagung

Die Autoren bedanken sich bei der Europäischen Kommission, dem Projekt „Hearing at Home“ (IST-2-045089-STP) und den Projekt-Partnern für die Unterstützung.

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