Phonak Insight
Roger Pen
De brug naar beter verstaan Deze universele, geavanceerde draadloze microfoon helpt mensen met gehoorverlies om meer spraak te verstaan in gezelschappen en over een afstand. De Roger Pen is ontworpen met het oog op discretie, en biedt adaptieve draadloze transmissie, volledig geautomatiseerde instellingen, breedbandaudio-Bluetooth voor gebruik met mobiele telefoons, tv-verbinding en een audio input om naar multimedia te luisteren. De Roger Pen werkt zowel met design-geïntegreerde Roger-ontvangers voor Phonak-hoortoestellen en bepaalde cochleaire-implantaatprocessors, als met universele Roger-ontvangers die via een audioschoen kunnen worden aangesloten op het hoortoestel of die met een neklus op het lichaam worden gedragen.
Roger – digitaal, adaptief en draadloos bij 2,4 GHz Roger is een technologische standaard, ontwikkeld door Phonak, die adaptieve, draadloze transmissie biedt en de 2,4 GHz-band gebruikt. Roger-audiosignalen worden gedigitaliseerd, verpakt in zeer korte (160 µs) digitale codesalvo’s (pakketjes) en diverse keren uitgezonden via verschillende kanalen tussen 2,4000 en 2,4835 GHz. Door frequentieverspringen tussen kanalen, in combinatie met deze herhaalde uitzendingen, worden interferentieproblemen voorkomen. De audiovertraging tussen een Roger-microfoon en de output van een Roger-ontvanger is slechts 17 ms, even klein als de vertraging van geluid dat zich door de lucht verplaatst over 5,8 m. Hierdoor worden problemen met lipsynchroniciteit of echo vermeden. Rogersystemen zijn eveneens beschermd tegen afluisteren, zodat de privacy van een gebruikerssignaal altijd is gewaarborgd. Roger maakt gebruik van adaptieve frequentieverspringing; dat betekent dat alleen vrije kanalen worden gebruikt. Roger-ontvangers ‘praten regelmatig terug’ tegen de Roger Pen om het systeem te informeren welke kanalen bezet zijn (door andere systemen in de buurt die de 2,4GHz-band gebruiken, zoals WiFi-netwerken) en welke kanalen vrij zijn. De Roger Pen springt vervolgens automatisch over de bezette kanalen heen (zie afbeelding 1). Dat betekent dat een onderbreking of verbreking van een Roger-verbinding zeer onwaarschijnlijk is, zelfs als er veel verkeer is op 2,4 GHz.
Ter vergelijking, bij Bluetooth-technologie wordt de pakketuitzendingen alleen op verzoek van de ontvanger herhaald, of wordt herhaling alleen toegepast bij gebruik van het SCO-protocol. Als de ontvangstbevestiging van een pakket niet bij de Bluetooth-zender aankomt, wordt het pakket nogmaals verzonden. Daardoor verzenden Bluetooth-ontvangers bijna voortdurend terug naar de zender, waardoor het stroomverbruik van de ontvanger aanzienlijk toeneemt. Met Bluetooth is het maximum aantal ontvangers beperkt tot drie. Dat betekent dat niet eens twee luisteraars met binaurale Bluetoothontvangers op het oor naar een en dezelfde Bluetooth-stream kunnen luisteren, laat staan grotere groepen. Bij het Bluetoothheadsetprotocol is de audiovertraging nog acceptabel (10 tot 15 ms), maar de audiobandbreedte is vaak beperkt (tot 4 kHz) tenzij de functie ‘breedbandspraak’ van het handsfree-profiel versie 1.6 wordt gebruikt; die kan gaan tot 7 kHz. In het Bluetooth-audio streamingprotocol, A2DP, neemt de bandbreedte toe tot 20 kHz, maar door de audiovertraging van meer dan 100 ms is dit niet geschikt voor live één-op-één communicatie.
Frequentie [MHz]
Roger biedt een volledige audiofrequentiebandbreedte, van 200 Hz tot 7300 Hz. De interne signaal/ruis-verhouding van het systeem is ongeveer 55 dB, waardoor achtergrondlawaai verdwijnt. Met Roger kan niet alleen een audiosignaal worden verzonden, maar kunnen ook bedieningsgegevens worden verzonden en ontvangen, bijvoorbeeld bij het instellen en/of onderhouden van een MultiTalker Network. Elektromagnetische golven op 2,4 GHz hebben een golflengte van circa 12,5 cm. Hierdoor is het ontwerp mogelijk van nieuwe, kleine en draadloze microfoons met korte, ingebouwde antennes, zoals de Roger Pen. Bij 800 MHz is de golflengte 37,5 cm en bij 200 MHz (in het traditionele FM-frequentiebereik) is de golflengte 1,5 m. Daardoor moet de externe microfoonkabel dienst doen als radio antenne. Omdat 2,4 GHz wereldwijd een vrij toegankelijke frequentieband is (een zogenaamde ISM-band: Industry, Science, en Medical), is er geen vergunning nodig. Hierdoor kunnen gebruikers van de Roger Pen hun systemen over de hele wereld gebruiken. Doordat de standaard in elk land hetzelfde is, is het onderhoud van Roger-systemen tijdens de reis ook eenvoudiger geworden.
Tijd [ms] Afbeelding 1 Tijd- en frequentiediversiteit van Roger-codes (pakketten). Op de verticale as wordt de frequentie binnen de 2,4 GHz-band weergegeven; de horizontale as toont de tijd. Door tussen frequenties te verspringen en audiopakketten herhaaldelijk uit te zenden, blijven botsingen die wederzijdse interferentie veroorzaken, tot een minimum beperkt.
De Roger-chip Phonak heeft speciaal voor gebruik met de miniatuur ontvangers op oorniveau zelf een Roger-microchip ontwikkeld (zie afbeelding 2). Deze chip bevat 6,8 miljoen transistors (ter vergelijking: een Pentium Pro-processor bevat er 5,5 miljoen). Op de chip bevinden zich analoge en digitale blokken naast RAM-, ROM-, EEPROM- en Flash-geheugenblokken.
2
Phonak Insight | Roger Pen – De brug naar een beter verstaan
Afbeelding 2 De Roger-microchip.
De beste prestaties bij ruis
Recentere metingen door dezelfde onderzoekers hebben aangetoond dat gebruikers van hoortoestellen en ontvangers van CI (cochleaire implantaten) in feite een beter spraakverstaan hebben dan goedhorenden bij ruisniveaus van 65 dB(A) en hoger in dezelfde testop stelling (zie afbeelding 3). Het is belangrijk op te merken dat de eigen microfoons van de hoortoestellen en CI-processors tijdens deze metingen gewoon actief waren en dat de Roger-microfoon werd getest op transparantie met de microfoon op oorniveau bij 65 dB(A), zoals wordt aanbevolen door de American Academy of
Audiology. De Roger-microfoon stond 20 cm vóór de luidspreker via welke de HINT-zinnen werden afgespeeld; dit is een situatie die overeenkomt met wanneer een Roger Pen om de nek van de spreker hangt. De prestaties van de Roger Pen zijn het gevolg van de geavanceerde algoritmen en niet van de transmissiefrequentie.
Volwassenen met een normaal gehoor Percentage correcte woorden (HNT)
De Roger Pen analyseert voortdurend het niveau van het achtergrondlawaai. Parallel met het breedbandaudiosignaal worden controlebits naar de Roger-ontvangers verstuurd die de versterking adaptief aanpassen aan de akoestische omgeving. Het aanpassingsbereik is nog groter dan dat van de Phonak Dynamic FM-technologie. Dit geavanceerde dynamische gedrag leidt tot significante verbe teringen in het spraakverstaan bij ruis, voornamelijk bij hogere ruisniveaus tot 80 dB(A) (ruisniveaus die vrij vaak voorkomen in het dagelijks leven, vooral in openbare gelegenheden als restaurants en bars, op feesten en recepties en sommige werkplekken). Gerelateerde studieresultaten (door Professor Linda Thibodeau, PhD en Dr. Jace Wolfe, PhD) zijn te vinden in twee edities van Phonak Field Study News: ‘Roger and Hearing Instruments’ en ‘Roger and Cochlear Implants’.
Alleen CI
CI + Roger
100 80 60 40 20 0
Quiet
50
55
60
65
70
75
80
Niveau van achtergrondlawaai dB(A) Afbeelding 3 De luisterafstand was 5,5 meter. Gegevens worden weergegeven voor 13 ontvangers van Advanced Bionics Harmony (zonder [donkergrijze balken] en met [groene balken] Roger) en voor 20 volwassenen met een normaal gehoor (lichtgrijze balken). Bij ruisniveaus van 65 dB(A) en hoger konden de CI-ontvangers met een Rogersysteem spraak beter verstaan dan de deelnemers met een normaal gehoor. (Dr. Jace Wolfe, 2013)
Contextafhankelijke signaalverwerking Eén van de bezwaren tot op heden voor het gebruik van draadloze hoortechnologie is dat men denkt dat deze zo ingewikkeld is. Voor draadloze microfoons met meerdere instellingen moesten audiciens niet alleen in staat zijn om deze instellingen te begrijpen, maar ze moesten deze opties ook kunnen uitleggen aan hun patiënten. De mogelijkheid om bijvoorbeeld tussen microfoonmodi te schakelen, zoals omnidirectionele en adaptieve beamformers, bood extra voordelen, maar maakte het toestel ook complexer. Daardoor werd de advisering van patiënten en hun acceptatie van dergelijke technologieën soms erg lastig. Roger Pen verschilt in dat opzicht omdat de instellingen volledig zijn geautomatiseerd. Om deze automatisering in te schakelen, hanteert het apparaat twee verschillende soorten input: geluid en accelleratie. De aanwezigheid van een akoestisch spraaksignaal, het niveau van dat spraaksignaal en het niveau van de omgevingsruis, helpen bij de sturing van versterking, diverse algoritmen voor ruisonderdrukking en beamforming.
De Roger Pen beschikt ook over een accelerometer; deze informeert het toestel over diens richting ten opzichte van de zwaartekracht. Een accelerometer is een klein mechanisch en elektronisch onderdeel dat bij hoge snelheid en zeer nauwkeurig versnellingen meet in drie dimensies (X, Y en Z) (zie afbeelding 4). Smartphones bijvoorbeeld, gebruiken accelerometers om ervoor te zorgen dat een schermafbeelding met de telefoon meedraait.
Z X
Y
1
Afbeelding 4 Bovenaanzicht van een accelerometer en richtingen van detecteerbare versnellingen. Accelerometers kunnen afstanden van enkele millimeters meten.
Phonak Insight | Roger Pen – De brug naar beter verstaan
3
De Roger Pen kan detecteren of deze horizontaal ligt (dus op een tafel tijdens het eten of een vergadering), in de hand wordt gehouden als door een verslaggever of rond de nek van de spreker hangt. Met deze informatie en met de eerder genoemde akoestische classificatie wordt rekening gehouden bij de optimalisatie van de instellingen van de Roger Pen. Dit gebeurt allemaal automatisch. En wanneer de Roger Pen op een plat oppervlak ligt, bijvoorbeeld een tafel, zorgt een zorgvuldig geplaatst extra gewicht in het apparaat er voor dat de microfoons altijd naar boven zijn gericht, voor een optimale toegang tot geluid en om te vermijden dat de microfoonopeningen worden bedekt. Zachte stemmen horen en horen over afstand Voor volwassenen en tieners is het niet altijd mogelijk om een draadloze microfoon te overhandigen aan de persoon die spreekt, bijvoorbeeld als de spreker zich op enkele meters afstand bevindt. De Roger Pen lost dit afstandsprobleem op met een nieuwe algoritme die de ‘waargenomen afstand’ in stille rustige kan verkorten tot wel 75%. Deze close-upfunctie gebruikt een innovatieve manier waarop een adaptief versterkingsmodel wordt gecombineerd met een geavanceerde beamformer. Deze wordt automatisch geactiveerd wanneer de gebruiker de Roger Pen in de richting wijst van de persoon die hij of zij wil horen. Conferentie modus Iemand met gehoorverlies vindt het vaak heel lastig om te luisteren naar een groep mensen die rond een tafel zitten, wat dikwijls gebeurt op het werk of tijdens het eten. De Roger Pen pakt deze cruciale toepassing aan met de auto matische conferentie modus. Deze modus wordt geactiveerd door de microfoon op een vlak oppervlak te plaatsen, bijvoorbeeld een tafel. De microfoonmodus, ruisonderdrukking, versterking en het oppikken van stemmen worden automatisch geregeld. De Roger Pen hoeft alleen op tafel in het midden van de groep te worden gelegd en worden ingeschakeld.
SilentLanding Als de Roger Pen per ongeluk valt, wordt dit onmiddellijk door de accelerometer gedetecteerd. Binnen slechts enkele centimeters van de vrije val, worden de microfoons van het apparaat automatisch gedempt voordat het apparaat de vloer raakt. De luisteraars die op de Roger Pen zijn aangesloten, horen dus geen vervelend geluid wanneer het apparaat neerkomt. Direct na deze ‘stille landing’ wordt de normale werking van de Roger Pen hervat. Luisteren naar tv en muziek De Roger Pen (en Roger Clip-On Mic) worden beide geleverd met een docking station. Het dient niet alleen als batterijoplader, maar wanneer het docking station is aangesloten op een tv (of ander multimedia-apparaat) werkt het ook als audiostreamer; dat wil zeggen dat het geluid van de tv via de Roger-ontvangers wordt doorgestuurd naar de hoortoestellen of CI-processors van de luisteraar. Een andere functie van de Roger Pen is de automatische aanpassing van het versterkingsmodel van het systeem wanneer een audiosignaal wordt ingevoerd in de audio input van de Roger Pen (of Roger Clip-On Mic). Door het kniepunt voor compressie van de draadloze microfoon te verschuiven naar hogere geluidsdrukniveaus en de versterking in de ontvanger aan te passen, wordt het dynamisch bereik vergroot, terwijl de gemiddelde luidheid niet verandert. Deze uitbreiding van het dynamisch bereik heeft een zeer positief effect op de klankvorming en diepte van de muziek die de luisteraars horen, omdat het verschil in luidheid tussen zachte en luidere passages groter wordt.
Phonak Insight | Roger Pen – De brug naar een beter verstaan
4
Meerdere microfoons in een draadloos netwerk Een van de moeilijkste situaties voor luisteraars met gehoorverlies (misschien wel de allermoeilijkste) is een gesprek met meerdere gesprekspartners bij veel ruis, bijvoorbeeld in een rumoerig restaurant en op feestjes. In deze moeilijke situaties kunnen de Roger Pen en de Roger Clip-On Mic worden gecombineerd tot een draadloos netwerk met meerdere microfoons. De Roger-luisteraar heeft dan beter toegang tot de spraak van vrienden en familie om hem heen. In dit geval draagt elke gesprekspartner zijn eigen draadloze microfoon, waarbij één hoofdmicrofoon in het netwerk bepaalt welke microfoon op een bepaald moment open staat (Er kan maar één microfoon tegelijk actief zijn; alle andere microfoons worden gedempt.) Er wordt snel en automatisch tussen micro-
foons geschakeld op basis van ‘wie het eerst komt wie het eerst maalt’. Met andere woorden, deze schakeling tussen microfoons wordt gestuurd door stemactiviteit. Waarom wordt maar één microfoon tegelijk ingeschakeld? Gewoonlijk kan een persoon niet naar twee audiostreams tegelijk luisteren. En gemiddeld is de signaal-/ruis-verhouding (SNR) in de meeste gunstige situatie 0 dB als meerdere audiostreams (spraak) hoorbaar zijn, wat een te lage SNR is voor luisteraars met gehoorverlies. Het heeft dus geen zin om meerdere microfoons tegelijk actief te laten zijn. Er kunnen altijd Roger Pens of Clip-On Mics worden toegevoegd. Het is ook mogelijk om gemengde netwerken samen te stellen met een of meer Roger Pens en een of meer Roger Clip-On Mics in het netwerk.
Breedbandaudio met Bluetooth De Roger Pen beschikt over breedbandaudio (ook wel HD voice) Bluetooth. Hierdoor kan de pen worden gekoppeld aan een Bluetooth-apparaat, bijvoorbeeld mobiele telefoons, smartphones, tablets enzovoort. Als het Bluetooth-apparaat en de provider breedbandaudio aanbieden, kan de luisteraar via beide oren gebruikmaken van een mobiele telefoon, over een audiobandbreedte van circa 7 kHz (zie afbeelding 5). Het klinkt net als wanneer u naast iemand in een vrij rustige ruimte staat. Breedbandaudio is in opkomst en zal naar verwachting veel verbetering bij het bellen opleveren voor luisteraars met gehoorverlies. De Roger Pen is daarom volledig voorbereid op deze grote ontwikkeling op het gebied van de technologie van digitale telefonie.
Breedband 0 dB
Traditionele smalband
50 Hz
200 Hz
3.4 KHz
7 KHz
Frequentie Afbeelding 5 Bandbreedtevergelijking van standaard traditionele smalbandtelefoon en breedbandaudio-Bluetooth of HD voice. De grijze band bevat duidelijk veel meer spraakinformatie dan de groene band, wat de spraakhelderheid aan de telefoon aanzienlijk verbetert.
Phonak Insight | Roger Pen – De brug naar beter verstaan
5
Onopvallend ontwerp Door het discrete ontwerp van de Roger Pen zal het apparaat naar verwachting sneller door gebruikers worden geaccepteerd (zie afbeelding 6). Het ontwerp van een pen is al in geen tientallen jaren gewijzigd. Het is een alledaags object waar niemand meer van opkijkt; als iemand met een gehoorprobleem echter een ouderwets of medisch uitziend apparaat op de tafel in het midden van een groep neerlegt zal dit daarentegen misschien ongewenste vragen oproepen. Een uiterst bekend en alledaags ontwerp zal dergelijke barrières voor acceptatie helpen overwinnen. Het mechanisch ontwerp van de Roger Pen heeft echter niet alleen te maken met nabootsing. Het is eveneens ontworpen met het oog op prestaties, betrouwbaarheid en gevoelsmatige gebruikerservaring. Door een speciale behandeling van het oppervlak wordt de ruis die wordt veroorzaakt door wrijving over andere oppervlakken, zoals kleding, tot een absoluut minimum beperkt.
Afbeelding 6 De Roger Pen is verkrijgbaar in drie kleuren. Petrol, Silver en Ruby.
Samenvatting De Roger Pen is een ultramoderne draadloze microfoon, waarmee cliënten meer spraak kunnen horen en begrijpen in gezelschappen en over afstand. De instellingen passen zich automatisch aan de omgeving aan op basis van de analyse van de akoestische omgeving en oriëntatie. Breedbandaudio-Bluetooth voor bellen met een mobiele telefoon maakt deze lange lijst van mogelijkheden compleet, dit alles verpakt in een onopvallend ontwerp.
Referenties Zie www.phonakpro.com/evidence
6
Phonak Insight | Roger Pen – De brug naar beter verstaan
028-0933-07/V1.00/2013-09/8G/Printed in XXX © Phonak AG All rights reserved
Phonak Field Study News: Roger and hearing instruments Phonak Field Study News: Roger and cochlear implants Wolfe, J. et al. (2013) Better speech recognition with digital RF system in study of cochlear implants. The Hearing Journal, vol 66, No. 7, pp. 24-26. Thibodeau, L. (2013) Comparison of speech recognition with adaptive digital and FM wireless technology by listeners who use hearing aids. International Journal of Audiology.
