Het standaardhandboek op dit gebied is ‘Hearing aids’ door Harvey Dillon (2012).

9.2.2.1(2). Inleiding – Basiseigenschappen van luchtgeleidingshoortoestellen

Om bij een bepaald gehoorverlies een geschikt luchtgeleidingshoortoestel te vinden is het noodzakelijk van elk toestel de – instelbare – basiseigenschappen te kennen. In de eerste plaats gaat het daarbij om de versterking die het toestel kan leveren. In de regel zal die afhankelijk zijn van de frequentie van het aangeboden geluid. Daarom wordt de versterking weergegeven in een ‘amplitude-frequentiekarakteristiek’, kortweg ‘frequentiekarakteristiek’ genoemd, gemeten met een continue toon waarvan de frequentie geleidelijk verandert en de sterkte gelijk blijft en die ‘sweep’ of ‘toonzwaai’ genoemd wordt.

Verder is het belangrijk dat vastgelegd is hoeveel geluidsenergie er maximaal door het toestel kan worden afgegeven: het ‘maximale uitgangsvermogen’ of de ‘maximale output’. Ook deze grootheid is afhankelijk van de frequentie.

Naast deze twee basiseigenschappen van een hoortoestel, n.l. de versterking en de maximale output, zijn er technische mogelijkheden (die veelal instelbaar zijn) om het maximale geluidsniveau te beperken. De technisch eenvoudigste is de aanwezigheid van een instelbaar ‘afsnijniveau’: het ‘Peak Clip niveau’ (PC-niveau). Het toestel kan dan geen sterker signaal kan afgeven dan het niveau dat ingesteld is. Meer subtiele mogelijkheden om de maximale output van een toestel te reduceren bieden ‘compressieregelingen’ en regelingen voor ruisonderdrukking.

De technische specificaties van de twee basiseigenschappen en van de regelingen voor de compressie worden in de volgende paragraaf behandeld. In de daaropvolgende paragraaf wordt besproken hoe deze basiseigenschappen door de aanpasser of gebruiker ingesteld kunnen worden. In de laatste paragraaf komen enkele extra – technische – voorzieningen in hoortoestellen aan de orde.

9.2.2.2(2). Technische specificaties van de basiseigenschappen

Versterking en maximaal uitgangsvermogen
In Fig.1 zijn de frequentiekarakteristieken van een hoortoestel weergegeven voor sweeps van een telkens 10 dB hoger ingangsniveau. Voor lage ingangsniveaus verschuiven de outputcurven ook telkens 10 dB. Zolang dit het geval is gedraagt het toestel zich lineair. Dat betekent dat de versterking voor alle frequenties en ingangsniveaus hetzelfde is. Als bij een groter ingangssignaal de curve van het versterkte signaal niet meer parallel gaat lopen aan de curve eronder neemt de versterking van desbetreffende frequenties af en treedt er vervorming op in de weergave van het versterkte ingangssignaal. In Fig.1 gaat dit optreden bij een ingangssignaal dat groter is dan 70 dB. Vanaf die waarde blijft versterking relatief achter voor een steeds groter deel van het frequentiegebied. Het zal dus duidelijk zijn dat de gegevens over de versterking van een hoortoestel slechts geldig zijn zolang het maximale uitgangsvermogen niet wordt bereikt.. Bij niet-lineaire toestellen met compressie is de afhankelijkheid van de versterking van het ingangsniveau nog sterker aanwezig.

Het zal duidelijk zijn dat voor de beschrijving van de akoestische eigenschappen van een hoortoestel en de invloed van de instelregelaars daarop, duidelijke afspraken nodig zijn. De specificaties van de basiseigenschappen van een hoortoestel zijn als volgt:

• Het maximale uitgangsvermogen wordt aangegeven met de frequentiekarakteristiek bij de maximale versterking van het hoortoestel, gemeten met een sweep van ingangsniveau 90 dB SPL. Men noemt dit de ‘OSPL-90 curve’ (Output Sound Pressure Level bij 90 dB SPL ingangsniveau). Zie Fig.2a.
• De maximale versterking van een hoortoestel met een bepaalde instelling wordt aangegeven met de frequentiekarakteristiek gemeten bij maximale stand van de volumeregelaar, maar voor een sweep van 60 dB SPL. Zie Fig.2b.
• De nominale frequentiekarakteristiek is de karakteristiek voor hetzelfde ingangssignaal van 60 dB of lager, maar voor een meer bij de praktijk aansluitende versterking (de ‘referentie testversterking’ ).
  
  
  

  Fig.2. Basismetingen aan een hoortoestel: het maximale uitgangsvermogen (a) en de curve van de maximale versterking (b).

  Bij alle metingen dienen wel de standen van de instelregelaars te worden vermeld. Daarnaast is het belangrijk om de kwaliteit van het hoortoestelgeluid vast te leggen met behulp van metingen van de vervorming van het geluid en van de eigen ruis van het hoortoestel.

Compressieregelingen
Met een compressieregeling wordt het momentane signaal op een plaats in het elektronische circuit in het toestel vergeleken met een ingestelde maximale signaalwaarde. Als het momentane signaal die waarde overschrijdt wordt doormiddel van een terugkoppeling de versterking gereduceerd zodat de overschrijding wordt beëindigd. Als het momentane signaal dan na enige tijd wat afneemt wordt via die terugkoppeling de versterking weer wat groter gemaakt. De terugkoppeling vergt enige tijd en dus heeft dit automatisch werkende systeem een inregeltijd en een uitregeltijd. Een onplezierig gevolg daarvan is dat het effect van deze regelingen niet goed tot uiting komt in de weergave van de basiseigenschappen van een hoortoestel, n.l. de versterking en de maximale output. Deze karakteristieken worden gemeten met een sweep die te zwak is om op enig punt de compressieschakeling te activeren. De compressie zelf wordt meestal gedocumenteerd m.b.v. zogenaamde ingangs-uitgangs karakteristieken zoals afgebeeld in Fig.3.

De ingangs-uitgangs karakteristieken geven het verband tussen het in- en het uitgangsniveau voor continue zuivere tonen (meestal gemeten bij 1600 of 2000 Hz). Belangrijke parameters zijn de ‘compressieverhouding’ (‘Compression Ratio’ – CR) en het niveau, waarbij de compressor begint te werken: de ‘compressiedrempel’ of het ‘kniepunt’.

Het gedrag voor breedbandige signalen kan niet zonder meer worden afgeleid uit de – m.b.v. sweeps gemeten – ingangs-uitgangs karakteristieken. Nog ingewikkelder is het om te voorspellen hoe de compressieregeling zal omgaan met dynamische signalen, omdat dit sterk afhankelijk is van de snelheid waarmee de compressieregeling werkt.

Het voordeel van compressie is dat voor stationaire signalen de golfvorm behouden blijft. Immers, alleen de mate van versterking wordt aangepast. Het nadeel van compressie is dat voor dynamische veranderingen de schakeling even tijd nodig heeft om te reageren (in- en uitregeltijden) en er daardoor transiëntvervorming ontstaat. Fig.4 geeft twee voorbeelden.

In de bovenste rij in de figuur wordt aangegeven wat begrenzing betekent voor de golfvorm van een sinussignaal aan de ingang. In het linkerdeel van de figuur is het effect van Peak Clipping te zien en in het rechterdeel het effect van een compressieregeling. In het uitgangssignaal zou zonder begrenzing het dun getekende signaalniveau worden bereikt. Door begrenzing wordt het uitgangssignaal gereduceerd tot het dik getekende signaal, waarvan de golfvorm bij ‘Peak Clipping’ duidelijk is vervormd. De onderste rij geeft weer wat de begrenzing betekent voor de grootte van het versterkte signaal in het tijdsverloop, dus het verloop van de omhullende van het signaal: compressie verandert de vorm van de omhullende ten gevolge van in- en uitregeltijden. De technisch aspecten van compressie worden diepgaander besproken in Hfdst 9.2.4(2), Par.8.

Zoals gezegd past een compressieregeling automatisch de versterking aan op het binnenkomend of uitgaand signaalniveau. De snelheid waarmee dit in het hoortoestel gebeurt (de ‘regeltijd’) wordt gekozen afhankelijk van het doel waarvoor men compressie wil gebruiken:

• Trage compressieregelingen met regeltijden boven de 50 ms worden toegepast om het gemiddeld geluidsniveau over langere tijd constant te houden: de zogenaamde ‘AVC-regelingen’ (‘Automatic Volume Control’).
• Snelle compressieregelingen met regeltijden van 10 tot 50 ms worden toegepast om de niveauverschillen van opeenvolgende spraakelementen te beïnvloeden, ter verbetering van het spraakverstaan: de zogenaamde syllabische compressie.
• Zeer snelle compressieregelingen met regeltijden kleiner dan 10 ms worden toegepast om het oor te beschermen tegen hoge piekniveaus. Dit zijn de zogenaamde compressie-’limiters’. Hierbij wordt in de regel gebruik gemaakt van een hoge compressieverhouding (CR>5).

9.2.2.3(2). Instelmogelijkheden

Ondanks het grote aanbod aan merken en typen hoortoestellen bieden de meeste toestellen nog verschillende mogelijkheden om parameters in te stellen en bij te regelen. Daarbij moeten we ons realiseren dat het meestal niet mogelijk is de verschillende parameters onafhankelijk van elkaar in te stellen. Achtereenvolgens worden besproken de instelling van:

1. Het maximale uitgangsvermogen
2. De maximale versterking
3. De frequentiekarakteristiek (toonregeling)
4. De compressie
5. De ruisonderdrukking

1. Maximaal uitgangsvermogen
   De regeling van het maximale uitgangsvermogen (de ‘begrenzing’) van het hoortoestel beperkt de maximale output. In eenvoudige toestellen kan dit alleen onafhankelijk van de frequentie gebeuren, zodat de curve van het maximale uitgangsvermogen in zijn geheel daalt, zoals afgebeeld in Fig.5a.
   
   
   

   Fig.5. Invloed van de begrenzingsregeling op het maximale uitgangsvermogen (a) en het effect van de toonregeling op de frequentiekarakteristiek (b).

   Een moderne manier om de begrenzing te regelen is een uitgangsafhankelijke regeling van de compressie (zie verder bij de bespreking van de compressieregeling). In meer geavanceerde toestellen kan de regeling vaak in onderscheiden frequentie gebieden (frequentiebanden of frequentiekanalen) verschillend ingesteld worden. Zie daarvoor Hfdst.9.2.5(2), Par 4

2. Maximale versterking
   In een aantal toestellen wordt automatisch de maximale versterking gereduceerd als de begrenzing wordt ingesteld. Bij andere toestellen werkt de regeling van de maximale versterking onafhankelijk van de begrenzing. Dit biedt voordelen in gevallen waarin de benodigde versterking en de maximaal toelaatbare geluidsdruk geen gelijke tred houden. Ook voor het tegengaan van akoestische terugkoppeling (‘rondzingen’) kan een aparte versterkingsregeling van nut zijn.
   
   
3. Frequentiekarakteristiek.
   Met toonregelingen of filteringen kan men de vorm van de frequentiekarakteristiek zodanig beïnvloeden dat hetzij de versterking van de lage frequenties, hetzij die van de hoge frequenties wordt verminderd. In de oudere niet digitale hoortoestellen kon deze vermindering meestal worden ingesteld tussen 0 en 6 dB/octaaf vanaf een vast knikpunt. Indien het bereik groter was sprak men van een actieve toonregeling. Soms was ook de plaats van het knikpunt instelbaar. In de huidige digitale toestellen zijn veel sterkere beïnvloedingen mogelijk .
   
   In sommige toestellen kan een de frequentiekarakteristiek beïnvloed worden (zie Fig.5b) met een door de gebruiker om te zetten schakelaartje voor keuze H (Hoog, maar in feite laag af), N (normaal), geen filter ingeschakeld), of L (Laag, maar in feite hoog af). In andere toestellen kan dit soort beïnvloeding van de geluidsweergave meer geleidelijk worden ingesteld met een schroefje dat door de aanpasser wordt ingesteld.
   
   De toonregeling heeft in principe geen invloed op de curve van het maximale uitgangsvermogen. Wanneer echter de toonregeling wordt toegepast neemt in het betreffende gebied de versterking af en wordt het maximale uitgangsvermogen pas bereikt voor hogere ingangsniveaus. Bij de keuze van een hoortoestel dient daarmee rekening gehouden te worden. Om voldoende versterking in de hoge frequenties te krijgen moet de resonantiepiek bij 1 kHz (Fig.5b ) onderdrukt worden omdat bij deze frequentie het eerste de uitgangsbegrenzing zal gaan functioneren. Afhankelijk van deze werking kan de versterking van het toestel worden beperkt (bij een compressieregeling) of gaat er vervorming optreden (bij peak-clipping). Om die onderdrukking te bereiken werden in de analoge toestellen veelal de z.g. ‘etymotische’ toonbochtjes gebruikt (‘E-knie’, of ‘gouden bocht’). Toepassing hiervan beïnvloedt vaak ongewild de sterkte van de totale geluidsweergave. Indien etymotische bochtjes gebruikt worden, dient men de gebruiker er op te wijzen dat dit filtertje verstopt kan raken. In de huidige digitale toestellen is de onderdrukking van resonantiepieken in de frequentiekarakteristiek langs elektronische weg te realiseren.
   
   
4. Compressie
   De huidige hoortoestellen hebben in het algemeen een korte inregeltijd en een uitregeltijd tussen de 10 en 50 ms met uitzondering van de antilawaaischakelingen, die een langere uitregeltijd hebben omdat zij als AVC-regeling worden toegepast (zie boven). In veel digitale hoortoestellen kunnen de in- en uitregeltijden van de compressor m.b.v. een PC worden ingesteld. Ook de compressieverhouding (CR) is op die wijze veelal instelbaar. De meest voorkomende instelparameter van de compressie is de compressiedrempel (het kniepunt). Hierbij moet onderscheid worden gemaakt tussen uitgangs- en ingangsafhankelijke compressie:
   
   
   • Bij uitgangsafhankelijke compressie of AGC-o wordt de instelling van de compressieregeling bepaald door het uitgangsniveau. De compressiedrempel wordt ingesteld op een vast uitgangsniveau in verband met het gemeten niveau van onaangename luidheid van het te ondersteunen oor.
     
     
   • Bij ingangsafhankelijke compressie of AGC-i wordt de instelling van de compressieregeling bepaald door het ingangsniveau. De compressiedrempel wordt ingesteld op een vast ingangsniveau dat gekozen wordt in verband met het gemeten dynamisch bereik van het te ondersteunen oor.
     
     

   Het belangrijkste audiologische verschil tussen deze twee vormen van compressie is de interactie met de volumeregelaar. Bij AGC-o ligt de compressiedrempel ongeacht de stand van de volumeregelaar bij een vast uitgangsniveau. Dit lijkt een ideale situatie voor een compressieschakeling die gebruikt wordt als compressielimiter. Bij AGC-i bevindt de compressiedrempel zich, ongeacht de stand van de volumeregelaar, bij een vast ingangsniveau. Dit lijkt een ideale situatie voor een compressieschakeling die gebruikt wordt als AVC-regeling of als syllabische compressie.

5. Ruisonderdrukking
   Storend (achtergrond)lawaai kan worden onderdrukt door toepassing van een compressieschakeling op het laagfrequente deel van het spectrum afzonderlijk. te laten werken, zoals geïllustreerd in Fig.6. Het resultaat is een adaptief filter, dat zich automatisch aanpast aan de aard en het niveau van het ingangssignaal. Bij een dergelijk hoortoestel is dikwijls de scheidingsfrequentie (f) tussen de twee frequentiebanden instelbaar, evenals de compressiedrempel (A) en de versterking (G) van het laagfrequente kanaal. Bij hoortoestellen met 3-kanaals compressie kan de compressiedrempel per frequentieband worden ingesteld. Zie daarvoor Hfdst.9.2.4(2), Par.7.
   
   
   

   Fig.6. Een tweekanaalstoestel met compressie regeling (A) tegen lawaai. Scheidingsfrequentie (f) en laagfrequent versterking (G) kunnen vaak apart worden ingesteld.

   Met de digitale technieken zijn er veel ruimere mogelijkheden en zijn er toestellen met vele frequentie banden die elk of gegroepeerd te begrenzen zijn (frequentie kanalen). Zie hiervoor Hfdst 9.2.5(2), Par.4.

9.2.2.4(2). Extra voorzieningen

Richtinggevoelige microfoon
Een aantal hoortoestellen kan worden uitgerust met een richtinggevoelige microfoon. Soms kan de richtinggevoeligheid door de slechthorende zelf in- en uitgeschakeld worden. Door gebruik te maken van twee ingangen voor het geluid kan een zekere scheiding gemaakt worden voor geluiden afkomstig van vóór en van achter het toestel. De effecten hiervan zijn groot in een normale ruimte op korte afstand van de geluidsbron (binnen de galmstraal) en in een reflectievrije ruimte. Dit is zo omdat het gewenste effect alléén optreedt voor het directe geluid vanaf de bron en niet voor reflecties. In de dagelijkse praktijk is het effect van de richtinggevoeligheid ten gevolge van reflecties dus geringer dan onder ideale omstandigheden. Het technisch mogelijk gebleken de richtinggevoeligheid op te voeren door gebruik te maken van meerdere microfoons. De eigenschappen van richtinggevoelige microfoons worden in Hfdst.9.2.1, Par2. Voor de meer technische aspecten wordt verwezen naar Hfdst 9.2.6(2). Par.7.

Luisterspoel
Veel hoortoestellen hebben een schakelaar (‘MT-schakelaar’) waarmee het mogelijk is van de normale geluidsopvang door de microfoon (stand op ‘M’) om te schakelen naar ontvangst van het geluid via een magnetisch veld, afkomstig van een ringleiding (stand T). Als er een combinatiestand is, de ‘MT-stand’, wordt de ontvangst via de luisterspoel en de microfoon gecombineerd. In het laatste geval wordt de gevoeligheid van de microfoon meestal verkleind. De overdrachtskarakteristiek van de luisterspoel behoort volgens IEC 118-1 te worden gemeten bij een constante veldsterkte van 10mA/m. Indien de specificaties zijn gebaseerd op 1mA/m zijn deze waarden 20 dB lager.

Audio-input
Lang niet alle hoortoestellen hebben een audio-input. Als het toestel die input wel heeft kan de microfoon worden uitgeschakeld ten gunste van ontvangst via die zogenaamde audio-input. Dit is een elektrische ingang waarop uitgangssignalen van radio of TV eenvoudig kunnen worden aangesloten. Deze aansluiting kan ook worden benut voor het gebruik van afzonderlijke – externe – microfoons en voor de koppeling met soloapparatuur of audio-apparatuur. In dit laatste geval is bij een tweezijdig hoortoestelgebruik de mogelijkheid aanwezig een extern stereo geluidsaanbod als zodanig met de twee hoortoestellen te beluisteren. Immers elk van de hoortoestellen kan dan separaat met een van de stereo kanalen verbonden worden wat met een inductielus niet mogelijk is. Meer informatie is te vinden in http://www.centrumsound.com/audiology/soundcouplings.html

De audio-input wordt in de regel gebruikt om een CROS- of Bi-CROS aanpassing te realiseren. Zie hiervoor Hfdst 9.2.1(2), Par.3.

Externe volumeregelaar
Niet iedere slechthorende blijkt even goed in staat te zijn de volumeregelaar van het hoortoestel te bedienen. Als de behoefte aan versterking over langere tijd als constant mag worden verondersteld kan de volumeregelaar worden gefixeerd. Indien de slechthorende zelf de mate van versterking moet kunnen regelen kan gebruik worden gemaakt van een externe volumeregelaar. Door toepassing van de mogelijkheden van de digitale signaalbewerking kan het uitgangssignaal van het toestel vaak automatisch het gewenste niveau behouden onafhankelijk van de geluidssterkte van het binnenkomend signaal. Bij wisselende gehoorverliezen kan een door de gebruiker instelbare versterking met en volume regelaar gewenst zijn. De miniaturisering van de toestellen maakt de bedienbaarheid daarvan niet eenvoudiger.

Literatuur

1. Dillon H. ‘Hearing aids’ Thieme, New York Stuttgart, 2012.

Auteurs

Dreschler, Kapteyn

Revisie

april 2015