De eerste (ook digitale) hoortoestellen richten zich met name op het hoorbaar maken van spraak en omgevingsgeluiden. Door de toenemende rekenkracht in de steeds geavanceerder chips zijn hoortoestellen zich ook op andere facetten van het horen gaan richten en is het mogelijk ook de geluidsbeleving van hoortoestellen steeds natuurlijker te maken. Omdat het kunnen bepalen van waar een geluid komt en een natuurlijk geluidsbeeld belangrijk zijn voor het verstaan van spraak, en ook voor ons gevoel van aanwezigheid in een ruimte en veiligheid, is dit vandaag de dag een belangrijk aandachtspunt bij de ontwikkeling van hoortoestellen. Hierbij worden zowel bestaande technieken en eigenschappen van de hoortoestellen benut als ook speciaal ontwikkelde technieken ingezet. In dit stuk belichten we de visie en aanpak van het Amerikaanse bedrijf Starkey aan de hand van twee zogeheten ‘whitepapers’ van deze fabrikant.
Starkey laat zien dat de natuurlijke werking van de oorschelp bijdraagt aan ruimtelijk horen en het best behouden blijft bij kleine in-het-oor toestellen en kanaal hoortoestellen (CIC). Een breedbandig signaal is daarbij van belang voor een goed gevoel van ruimtelijke beleving. Veelal zijn de frequenties boven de 7000 Hz minder goed hoorbaar voor slechthorenden. Daarom pakt de fabrikant signalen die boven deze hele hoge frequenties liggen en die wél belangrijk zijn voor het ruimtelijk horen, bijeen en verplaatst deze naar lager gelegen hoorbare frequentiegebied (frequentiecompressie). Hierdoor worden de zogeheten spectrale signalen die bijdragen aan het ruimtelijk horen, voor de slechthorende in het voor hen hoorbare gebied geplaatst, zodat er een betere ruimtelijke beleving ontstaat. Deze aanpak is geschikt voor kleine en middelmatige gehoorverliezen.
Bij achter-het-oor hoortoestellen die ook geschikt zijn voor grotere gehoorverliezen, bevindt de microfoon zich achter het oor, waarmee de functie van de oorschelp verloren gaat. Hierbij past de fabrikant een andere aanpak toe: afhankelijk van de situatie waarin de slechthorende zich bevindt wordt de meerbands directionaliteit ingezet om het oorschelp-effect zo goed als mogelijk te simuleren. Starkey geeft daarbij wel aan dat 100% simulatie van de oorschelp bij achter-het-oor toestellen niet mogelijk is.
Lokalisatie: tijd en niveau verschillen tussen de oren
Het belang van twee oren bij het kunnen lokaliseren van geluiden is al heel lang bekend. De afzonderlijke registratie van geluid in onze twee oren, het vroegtijdig delen van de sensaties van beide oren in ons zenuwstelsel en de uiteindelijke verwerking in de hersenen, zorgen ervoor dat er een ruimtelijk beeld van onze omgeving ontstaat.
Wat helpt ons nu bij het lokaliseren van geluiden? Allereerst maken we gebruik van verschillen in aankomsttijd van een geluid tussen het linker en rechter oor. Soms komen geluiden even snel aan bij het ene oor als bij het andere oor. Dat zal gelden voor bijvoorbeeld geluiden die van recht-voor en recht-achter komen. In veel andere situaties, zal geluid eerder het ene oor bereiken dan het andere. Wanneer het geluid pal gericht is op ons linker of rechter oor, dan zal het bij een volwassene zo’n 650 microseconde later bij het tegenoverliggende oor aankomen (zie figuur: Geluidsbron B). Ons gehoor is overigens verbazingwekkend goed in staat zeer kleine veranderingen in tijdverschillen tussen de oren waar te nemen. Zelfs veranderingen van 10 microseconde zijn waarneembaar. Daarnaast maken we bij het richting bepalen gebruik van intensiteitsverschillen. Geluiden botsen tegen ons hoofd aan en ketsen erop af, waardoor ze het andere oor in zijn geheel niet meer of met een lagere intensiteit bereiken. Er ontstaat zo een geluidsschaduw door ons hoofd waardoor de intensiteit bij het oor dat in de schaduw ligt kleiner is. De hoofdschaduw is voor geluiden vanaf 3000 Hz voldoende om ons te helpen bij het richting horen.
Een geluid dat komt van geluidsbron A zal met dezelfde intensiteit en even snel aankomen bij het linker als rechter oor. Een geluid dat van geluidsbron B komt zal luider en sneller bij het rechter oor aankomen. (afbeelding afkomstig van Starkey)
Rol oorschelp bij lokalisatie
Ook onze oorschelpen helpen bij het bepalen van waaruit een geluid komt. Zo verzwakt de schaduw van onze oorschelp van achter komend hoog frequente geluiden vanaf ongeveer 2000 Hz. Vooral voor geluid afkomstig van locaties waar de tijd en intensiteitsverschillen voor onze oren gelijk zijn, is het de oorschelp die uitsluitsel kan geven. De complexe structuur van onze oorschelp zorgt ervoor dat geluiden op een lokatie afhankelijke manier gefilterd worden. De verschillen tussen diverse frequenties kunnen oplopen tot zo’n 10 dB en het filterpatroon verandert met de lokatie van het geluid. De grootste intensiteitseffecten treden op tussen de 4 en 16 kHz. De combinatie van informatie-verschillen tussen de oren en de oorschelp zelf, zorgen voor ons uiteindelijke lokalisatie-vermogen.
Ruimtelijk horen meer dan lokalisatie alleen
Joyce Rosenthal en Simon Carlile werkzaam bij Starkey geven in een whitepaper aan dat er sterk bewijs is dat onze oorschelp zeer belangrijk is bij het ontstaan van de ervaring dat geluiden van buiten ons lichaam komen. Dit wordt ook wel het gevoel van externalisatie genoemd. Hierbij wijzen de auteurs op het sterke verschil in ervaring bij het naar muziek luisteren via oortelefoontjes en via luidsprekers in een kamer. In de laatste situatie wordt de muziek duidelijk als afkomstig van een bron van buiten ons lichaam ervaren, terwijl via oortjes het geluid in en vlak rondom ons hoofd wordt ervaren. Het verschil is volgens de auteurs de filtering door de oorschelp. Waar de auteurs niet op wijzen en wat ook een rol kan spelen is dat bij luidsprekers het geluid van de linker luidspreker ook bij het rechter oor kan komen en vice versa. Hoe het ook zij het gevoel van externalisatie draagt bij aan het onderdeel uitmaken van de wereld om ons heen. Bij virtual reality wordt gepoogd ons een zo’n reëel mogelijke ervaring van de werkelijkheid voor te spiegelen. Om ons gevoel van het “erbij te zijn” zo werkelijk mogelijk te maken, wordt flink wat onderzoek gedaan. Een van de meest sterke bijdragen daarbij is het aanbieden van 3D geluid en wel op zo’n manier dat de interactie met bewegingen van de luisteraar zelf zo natuurlijk mogelijk is. Dat betekent dat wanneer de luisteraar met een hoofdtelefoon op zijn hoofd beweegt, terwijl de geluidsbron zich niet verplaatst, deze op zijn plek moet blijven. Dit gebeurt normaliter niet: de geluidsbron zal meebewegen met ons hoofd en zal niet als stationair in de wereld worden ervaren.
Onderzoek naar virtual reality laat ook zien dat een lagere geluidskwaliteit en een beperktere bandbreedte ook het gevoel van externalisatie negatief beïnvloedt.
Terugkerend naar het luisteren naar muziek via een versterker en luidsprekers: dezelfde muziek zal ook anders worden ervaren door de ruimte waarin deze wordt afgespeeld. De unieke akoestiek van elke plek, klein of groot, galmend of absorberend, geeft een gevoel van ruimtelijkheid. Het gevoel van ruimtelijkheid geeft informatie over onze omgeving maar draagt ook bij aan de emotionele impact van de geluiden die we horen.
Ruimtelijk horen en slechthorendheid
Met de kennis die voorhanden is over ruimtelijk horen is het redelijk te veronderstellen dat slechthorendheid dit flink kan aantasten. Er is in ieder geval veel onderzoek dat laat zien dat het lokaliseren achteruit gaat. Hoogtonig gehoorverlies zal door de beperkte bandbreedte het aantal beschikbare spectrale cues verminderen. Hierdoor zijn de hersenen minder goed in staat tot het correct plaatsen van geluiden. Slechthorenden maken in laboratoriumexperimenten dan ook meer voor-achter verwisselingen. Ook de eerder genoemde ervaringen bij virtual reality wijzen erop dat de externalisatie van geluiden en ruimtelijke horen verslechterd met een verminderde geluidskwaliteit en verkleinde bandbreedte. Uit onderzoek is gebleken dat slechthorenden de externalisatie van en afstand tot geluiden behoorlijk anders beoordelen dan normaalhorenden dit doen.
Herstellen ruimtelijk horen: Starkey’s aanpak
Iedere fabrikant heeft zo zijn eigen aanpak om het ruimtelijk horen te verbeteren. In dit artikel wordt gekeken naar de aanpak van Starkey. De fabrikant geeft aan dat bij kleine in-het-oor hoortoestellen en kanaal hoortoestellen die compleet in de gehoorgang verdwijnen de natuurlijke functie van de oorschelp het beste behouden blijft. Omdat er sprake is van slechthorendheid past de fabrikant frequentiecompressie toe om het ruimtelijk horen te optimaliseren. Hierbij pikt het hoortoestel spectrale cues uit het hoge tonengebied tussen de 4 en 10 kHz op en plaatst deze door middel van frequentiecompressie in het gebied tussen de 4 en 7 kHz. Hierdoor kan de slechthorende ook deze belangrijke ruimtelijke cues weer benutten.
Bij grotere verliezen is een in-het-oor hoortoestel of kanaaltoestel (CIC) geen optie meer. Dan komt een achter-het-oor hoortoestel om de hoek kijken. Daarbij bevindt de microfoon zich echter boven op het oor en daarmee verdwijnen de voordelen van de oorschelpen voor het ruimtelijk horen. Het is met een achter-het-oor hoortoestel volgens Starkey vrijwel onmogelijk om de volledige functie van de oorschelp te simuleren. Toch kan er zeker wel wat gecompenseerd worden. Het schaduweffect van onze oorschelp voor de van achter komende hoogfrequente geluiden vanaf ongeveer 2000 Hz is namelijk wel goed te simuleren. Dit doet Starkey door gebruik te maken van de in het hoortoestel aanwezige meerbands directionaliteit in te zetten. In situaties waar ruimtelijk horen van belang is zal het hoortoestel rond de 2000 Hz directioneel gaan, terwijl in de lage frequenties het hoortoestel omni-directioneel zal blijven. Dit wordt ook wel split-directionaliteit genoemd. Wanneer er veel achtergrondlawaai is zoals bij een verjaardag of in een kroeg, zal het hoortoestel overal directioneel gaan om zo spraak zo goed als mogelijk te benadrukken.
Bronnen:
Acuity Immersion with e-STAT AI, Joyce Rosenthal and Simon Carlile, Ph.D.
Development and Implementation of Acuity Immersion Directionality, Adriana Goyette, Au.D., Ben Waite and Eric McCabe, Au.D.
