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Das Studienprotokoll wurde vom Institutional Review Board des Hallym University Sacred Heart Hospital überprüft und genehmigt (Genehmigungsnummer: HALLYM 2023-07-015-001). Alle Teilnehmer gaben vor der Teilnahme eine schriftliche informierte Einwilligung ab.
1. Instrumente
HINWEIS: Während der Tests wurde das Hintergrundgeräuschpegel in der Kabine unter etwa 35 dBA gehalten, um sicherzustellen, dass externe Geräusche die Klanglokalisierung nicht beeinträchtigten.
Eine schalldichte Kabine (Innenmaße von etwa 3.800 × 2.200 × 2.100 mm) bot eine kontrollierte Freifeld-Hörumgebung mit minimalem Umgebungsgeräusch. Im Inneren des Kabinens wurde ein halbkreisförmiges Lautsprechergestell mit einem Radius von 3.000 mm installiert. Sieben Lautsprecher waren in 30° Abständen montiert, die von −90° bis +90° Azimut reichten, und alle Lautsprecher waren auf derselben Höhe (Kopfhöhe im Sitzen; etwa 1.050 mm) und in gleichem Abstand zum Kopf des Teilnehmers positioniert (Abbildung 1). Die Lautsprecher waren mit einem Mehrkanal-Audiointerface verbunden, mit ausgewogenen, abgeschirmten XLR-Audiokabeln.
HINWEIS: Beim Anschluss mehrerer Lautsprecher an einen Personal Computer außerhalb der schalldichten Kabine wurde ein wandmontiertes Kabelpanel oder ein Feedthrough an der Wand installiert. Dies ermöglichte eine stabile Kabelverlegung zwischen Innen- und Außenbereich der Kabine, während die akustische Isolation aufrechterhalten und Kabelunordnung minimiert wurde.
Stimuluspräsentation und Datenerfassung wurden mit einem Windows-basierten Personal Computer gesteuert, der speziell entwickelte Software ausführte (Abbildung 2; siehe Materialtabelle). Ein höhenverstellbarer Stuhl mit Kopfstütze wurde vorbereitet, um die Kopfposition des Teilnehmers während der Stimuluspräsentation zu stabilisieren. Ein maßgefertigter Stuhl mit verstellbarer Sitzhöhe und Kopfstützenposition wurde verwendet, um die individuelle Anthropometrie des Teilnehmers unterzubringen. Die Kopfstütze gab taktiles Feedback, um den Teilnehmern zu helfen, während der Stimuluspräsentation eine gleichmäßig nach vorne gerichtete Kopfausrichtung beizubehalten.
HINWEIS: Die maßgeschneiderte Software wurde intern entwickelt, um automatisierte Soundlokalisierungstests zu unterstützen. Sobald der Test gestartet war, steuerte die Software die Stimuluspräsentation und die Trial-Sequenzierung, sammelte die Antworten der Teilnehmer über eine Touchscreen-Oberfläche und berechnete automatisch Lokalisierungsmetriken, einschließlich Root Mean Square Error (RMSE), mittlerer absoluter Fehler (MAE) und Lokalisierungsbias am Abschluss des Tests.

Abbildung 1. Lautsprecherarray für den horizontalen Schalllokalisierungstest Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Abbildung 2. Schaltplan des experimentellen Systems. Das System bestand aus einem Personalcomputer, der an eine Audioschnittstelle, die Signale an einen Endverstärker und anschließend an das Lautsprecherarray weiterleitete. Zur Kalibrierung wurde ein Lautstärkemessgerät verwendet, um gleichmäßige Ausgangspegel über alle Lautsprecher zu gewährleisten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.
2. Setup01
Vor Beginn des Tests wurde ein Kalibrierungsverfahren durchgeführt, um eine einheitliche Tonpräsentation über alle Testlautsprecher zu gewährleisten. Ein breitbandiger Rauschreiz, der als Root Mean Square (RMS) mit den Testreizen übereinstimmt war, wurde sequentiell von jedem Lautsprecher präsentiert. Ein Präzisionspegelmesser der Klasse 1, ausgestattet mit einem Freifeldmikrofon, wurde auf einem Stativ auf Kopfhöhe (etwa 1.050 mm) an der Teilnehmerposition angebracht. Der äquivalente kontinuierliche Lautpegel (LZeq; Z-gewichtet, zeitlich gemittelter Schalldruckpegel von jedem Lautsprecher gemessen und die Ausgangspegel wurden so angepasst, dass der gemessene LZeq etwa 60 dB SPL (±0,5 dB) über alle Lautsprecher betrug.
HINWEIS: Die Anpassung der Lautsprecherausgangspegel erfolgte auf dem Audiointerface-Pegel, um eine konsistente Kalibrierung über die Lautsprecher zu gewährleisten. Die maßgeschneiderte Software enthielt keine Level-Control-Funktionen und wurde ausschließlich für Stimuluspräsentation, Testkontrolle, Antworterfassung und Berechnung von Lokalisierungsmetriken verwendet.
3. Experimentieren
Der Teilnehmer saß auf dem maßgefertigten Stuhl, sodass der Kopf mit dem vorderen Lautsprecher (0° Azimut, der zentralen Position des halbkreisförmigen Arrays) ausgerichtet war und im Zentrum des halbkreisförmigen Lautsprecherarrays positioniert war. Die Kopfstütze wurde so eingestellt, dass sie fest gegen den Okzipitalvorsprung anpasste, und der Teilnehmer wurde angewiesen, während des gesamten Tests Kontakt mit der Kopfstütze zu halten. Ein Touchpad wurde direkt vor dem Teilnehmer platziert, um die Antworten aufzuzeichnen, und es wurden Anweisungen zur Nutzung bereitgestellt.
HINWEIS: Eine falsche Positionierung zu Beginn des Tests kann die effektiven Lautsprecherwinkel beeinflussen und die Messgenauigkeit beeinträchtigen. Die Kopfstütze gab taktiles Feedback, sodass die Teilnehmer überwachen konnten, ob der Kopf korrekt positioniert bleibt. Das Antwortgerät darf nicht als visuelle oder akustische Barriere dienen, und das Touchpad darf die direkte Sichtlinie zwischen dem Teilnehmer und dem zentralen Lautsprecher nicht behindern.
Der Teilnehmer-Identifikationscode und die Testnummer wurden eingegeben, und der Status des Hörgeräts (Cochlea-Implantat, Hörgerät oder kein Hörgerät) wurde über die grafische Benutzeroberfläche (GUI) ausgewählt. Die Eingewöhnungssequenz wurde gestartet. In der Benutzeroberfläche wurde der Vertrautheitsknopf ausgewählt, um die Vertrautheitssequenz einzuleiten. Der Teilnehmer wurde angewiesen, während der gesamten Sequenz den Blick auf den zentralen Lautsprecher zu halten. Während der Eingewöhnungssequenz präsentierte das System automatisch auditive Reize nacheinander von jedem Lautsprecher.
HINWEIS: Der Teilnehmer wurde angewiesen, den Kopf nach vorne zu halten und während dieses Schrittes nicht zur Schallquelle zu drehen. Der Schalllokalisierungstest verwendete breitbandige Rauschreize (20–20.000 Hz), die in zwei spektralen Formen erzeugt wurden und bei drei Intensitätsstufen (55, 60 und 65 dB HL) präsentiert wurden. Alle Reize hatten eine Dauer von 500 ms mit 5 ms Inset- und Offset-Ramps, was mit den etablierten Lokalisierungsprotokollen 1,2 übereinstimmt. Insgesamt wurden sechs einzigartige Reize einmal von jedem der sieben Lautsprecher in randomisierter Reihenfolge präsentiert, was zu 42 Studien pro Teilnehmer führte.

Abbildung 3. Lautsprecher-Map-Schnittstelle für Teilnehmerantworten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzusehen.
In der Benutzeroberfläche wurde der Pre-Test-Button gewählt, um den Pre-Test-Modus zu aktivieren. Der Teilnehmer wurde angewiesen, auf den vorderen Lautsprecher zu schauen und die Starttaste auf dem Touchpad zu drücken, wenn er bereit ist, während er den Kopf nach vorne ausrichtete. Beim Drücken der Starttaste zeigte das System den ersten Testton von einem der Lautsprecher an. Nach der Tonpräsentation wechselte das Touchpad-Display zu einer Lautsprecherkarte, auf der der Teilnehmer den wahrgenommenen Standort der Schallquelle auswählte (Abbildung 3).
Nach jeder Antwort gab das System sofortiges Feedback. Für korrekte Antworten wurde eine Bestätigungsmeldung angezeigt, bevor der Weitergang zum nächsten Versuch erlaubt wurde. Bei falschen Antworten wurde der korrekte Lautsprecherstandort auf der Karte hervorgehoben, und der Klang wurde dreimal von diesem Lautsprecher abgespielt. Der Vortest bestand aus drei Versuchen und wurde vom System nach Abschluss des dritten Versuchs automatisch beendet.
HINWEIS: Der Teilnehmer wurde überwacht, um sicherzustellen, dass der Kopf während der Rückkopplungssequenz auf den frontalen Lautsprecher gerichtet blieb, da das Drehen des Kopfes die genaue Wahrnehmung räumlicher Hinweise störte. Da einzelne Versuche innerhalb der automatisierten Sequenz nicht wiederholt werden konnten, führte jede Situation, in der der Teilnehmer die erforderliche Vorwärtskopfposition nicht einhielt, zu einem Neustart der Sitzung statt einer Wiederholung auf Versuchsniveau. Diese neu gestarteten Sitzungen wurden in der Endanalyse nicht berücksichtigt. Die Anzahl der Pre-Test-Versuche war im System vordefiniert (begrenzt auf drei Versuche) und konnte vom Prüfer nicht geändert werden: 8,9.
Nach Abschluss des Vortests wurde der Haupttest-Button gedrückt, um die Haupttestsequenz zu starten. Der Teilnehmer drückte die Starttaste auf dem Touchpad, um die Präsentation eines Tons aus einem der Lautsprecher auszulösen. Nach der Tonpräsentation wechselte das Touchpad-Display zu einer Lautsprecherkarte, auf der der Teilnehmer den wahrgenommenen Tonstandort auswählte. Nach jeder Antwort zeigte das System den Nächsten Button an. Der Teilnehmer durfte sich zusätzliche Zeit nehmen, bevor er die Next-Taste drückte, um sich auszuruhen und die korrekte Kopfausrichtung vor Beginn des folgenden Versuchs zu überprüfen. Das System durchlief automatisch die vordefinierte Anzahl von Versuchen, wiederholte die Prüfungssequenz und setzte sich fort, bis der Haupttest abgeschlossen war.
HINWEIS: Es wurde betont, dass der Kopf während des gesamten Tests auf den Frontlautsprecher gerichtet blieb. Diese Position gewährleistete eine konsistente Wahrnehmung räumlicher Hinweise und verhinderte Verzerrungen durch unbeabsichtigte Kopfbewegungen. Nachdem der Reiz beendet war, durften die Teilnehmer den Kopf drehen, um den wahrgenommenen Lautsprecher visuell zu identifizieren und auszuwählen. Bevor die nächste Studie begann, kehrten sie jedoch in die anfängliche frontale Position zurück, um sicherzustellen, dass alle nachfolgenden Reize unter derselben standardisierten Bedingung wahrgenommen wurden. Obwohl das System keine integrierte Kopfverfolgung enthielt, überwachte der Prüfer die Kopforientierung während des gesamten Tests visuell, um sicherzustellen, dass die Teilnehmer vor jedem Reiz die erforderliche Vorwärtsposition beibehalten.
Am Ende des Tests beendete das System automatisch die Sitzung und erstellte eine Logdatei. Das Protokoll enthielt Aufzeichnungen jeder Studie, einschließlich des präsentierten Reizes, der Richtung der Schallquelle und der Antwort des Teilnehmers. Auf Basis dieser Antworten berechnete das System die RMSE-, MAE- und Antwortverzerrung, die zusammen mit dem Studienprotokoll für die spätere Analyse gespeichert wurden.
HINWEIS: Die Logdatei wurde nach der Sitzung ordnungsgemäß gespeichert, da sie sowohl die Rohantwortdaten als auch die berechneten Leistungskennzahlen enthielt, die für eine weitere Analyse erforderlich sind.
4. Datenverarbeitung und -analyse
Nach Abschluss des Schalllokalisierungstests berechnete das System automatisch die RMSE-, MAE- und Antwortverzerrung für jeden Teilnehmer basierend auf den aufgezeichneten Probenantworten. Zur Visualisierung und Figurenerstellung wurden die exportierten Daten anschließend mit individuell entwickelten Skripten verarbeitet.
Um eine klinisch sinnvolle Interpretation der Sound-Lokalisierungsleistung zu ermöglichen, wurden Lokalisierungsfehlermetriken zusätzlich nach einem auf der International Classification of Functioning, Disability and Health (ICF) basierenden Rahmen kategorisiert. Dieser Ansatz basierte auf einem zuvor vorgeschlagenen Konsensklassifikationssystem für horizontale Soundlokalisierung, das quantitative Lokalisierungsfehler auf graduierte Stufen funktioneller Beeinträchtigung1 abbildete. In diesem Rahmen wurde die Lokalisationsleistung in fünf Kategorien eingeteilt – nein, leicht, moderat, schwer und vollständig – basierend auf der Verteilung des Lokalisierungsfehlers in einer Referenzgruppe für normales Hören (NH) und dem mit dem spezifischen Testaufbau verbundenen Chancenniveau. Wichtig ist, dass diese Klassifikation konventionelle Fehlermetriken (z. B. RMSE oder MAE) nicht ersetzte, sondern als interpretative Schicht diente, die numerische Leistungskennzahlen in funktional relevante Kategorien übersetzte. Die ICF-basierte Klassifikation wurde nachträglich auf die in der vorliegenden Studie gewonnenen Lokalisierungsergebnisse angewandt, um eine standardisierte Interpretation zu unterstützen und den Vergleich zwischen Teilnehmern und Hörergruppen zu erleichtern.