Interaural differences in time and level of sounds can be used to localize sound sources and to segregate auditory streams. In mammals, the first stage of binaural processing is found in the brainstem, but also other structures are involved in binaural hearing. Pathological changes in these structures, such as the lesions caused by ischemic stroke, can lead to difficulties in binaural hearing tasks. This thesis consists of two projects investigating the individual impairments of binaural hearing in stroke patients and one project on the further development and application of a time-efficient measurement procedure. The thesis provides insights into the relationship between pathology and binaural perception and the underlying processes. It also provides an optimized time-efficient model-based experimental steering algorithm which is particularly useful in settings with limited measurement time, such as clinics.
Interaurale Zeit- und Pegelunterschiede von Schall können zur Lokalisierung von Schallquellen und zur auditorischen Objektbildung genutzt werden. Bei Säugetieren befindet sich die erste Stufe der binauralen Verarbeitung im Hirnstamm, aber auch andere Strukturen sind am binauralen Hören beteiligt. Pathologische Veränderungen in diesen Strukturen, wie die durch einen ischämischen Schlaganfall verursachten Läsionen, können zu Schwierigkeiten bei binauralen Höraufgaben führen. Diese Arbeit besteht aus zwei Projekten zur Untersuchung individueller Beeinträchtigungen des binauralen Hörens bei Schlaganfallpatient:innen und einem Projekt zur Weiterentwicklung und Anwendung eines zeiteffizienten Messverfahrens. Die Arbeit gibt Einblicke in die Beziehung zwischen Pathologie und binauraler Wahrnehmung und die zugrunde liegenden Prozesse. Sie liefert außerdem einen optimierten, zeiteffizienten, modellbasierten Algorithmus zur experimentellen Steuerung, der insbesondere in Umgebungen mit begrenzter Zeit, wie etwa in Kliniken, nützlich ist.
Acoustical Society of America The journal of the Acoustical Society of America Melville, NY : AIP Publ., 1929 154(2023), 3, Seite 1862-1870 Online-Ressource
The binaural cues, interaural time and level differences (ITD and ILD), are crucial for the localization of sound sources and speech intelligibility in noise. Physiologically plausible models of binaural hearing are necessary to understand possible causes of hearing difficulties and to develop concepts for hearing aid algorithms. Current models are based on internal cross-correlation, but show inconsistencies with mammalian physiology and psychoacoustics. A physiologically more plausible model is the opponent channel model. Such a model is developed in Chapter 3 and explains ILD and ITD perception and combines psychoacoustic phenomena with physiological findings. Chapter 4 analyzes the phase-locking decrease at the auditory nerve. Chapter 5 quantifies for the foirst time the much steeper decrease in ITD perception. Chapter 6 presents and discusses hypotheses for the steep reduction in ITD perception.
Die binauraler Cues, interaurale Zeit- und Pegel-Differenzen (ITD und ILD), sind entscheidend für die Ortung von Geräuschquellen und die Sprachverständlichkeit in Störgeräuschen. Um mögliche Ursachen von Hörschwierigkeiten zu verstehen um Konzepte für Hörgeräte-Algorithmen zu entwickeln, sind physiologisch plausible Modelle des binauralen Hörens nötig. Gängige Modelle basieren auf einer internen Kreuzkorrelation, zeigen jedoch Unstimmigkeiten mit Säugetierphysiologie und Psychoakustik. Ein physiologisch plausibleres Modell ist das Opponent-Channel-Modell. Ein solches wird in Kapitel 3 entwickelt und erklärt ILD und ITD Wahrnehmung und verbindet psychoakustische Phänomene mit physiologischen Erkenntnissen. Kapitel 4 analysiert die Phase-Locking-Abnahme am Hörnerv. In Kapitel 5 wird die viel steilere Abnahme der ITD-Wahrnemung erstmalig quantifiziert. In Kapitel 6 werden Hypothesen zur steilen Reduktion der ITD-Wahrnehmung präsentiert und diskutiert.
Binaural hearing, or the benefit from listening with two ears, contributes to spatial hearing, helping to perceptually segregate competing sound sources. This facilitates navigation, orientation, and communication in challenging acoustic situations. In both hearing aids and in hearables, binaural hearing may be distorted. Overcoming this requires a deep understanding of how binaural sound is perceived. This dissertation provides models that combine psychophysical validity, physiological plausibility, and computational efficiency at a new level by incorporating the complex correlation coefficient. It is shown that interference across frequency and time can account for observations suggesting lower binaural than monaural resolution. Furthermore, a computationally efficient model for sound quality assessment in hearing aids and hearables is presented. These models can improve the understanding of binaural hearing and therefore the assessment of the sound quality of hearing algorithms.
Das binaurale Hören, also der Vorteil des zweiohrigen Hörens, trägt zum räumlichen Hören bei und hilft dadurch, konkurrierende Schallquellen getrennt wahrzunehmen. Dies erleichtert die Navigation, Orientierung und Kommunikation in schwierigen akustischen Situationen. In Hörsystemen sind binaurale Reize häufig beeinträchtigt. Eine Verbesserung erfordert ein tiefgreifendes Verständnis der binauralen Schallwahrnehmung. In dieser Dissertation werden Modelle präsentiert, die ein neues Maß an gleichzeitiger psychophysischer und physiologischer Validität sowie Recheneffizienz erreichen. Es wird gezeigt, dass Interferenzen über Frequenz und Zeit die vermeintlich geringere binaurale als monaurale Auflösung erklären können. Darüber hinaus wird ein rechneeffizientes Modell für die Bewertung der Klangqualität in Hörsystemen vorgestellt. Diese Modelle können das Verständnis des binauralen Hörens und damit die Bewertung der Klangqualität von Hörsystemen verbessern.
