Die digitale Signalverarbeitung erfolgt mit Hilfe eines IBM-kompatiblen Personalcomputers (XV) mit 486er Prozessor, 4 MB Hauptspeicher und MS-Dos Betriebssystem. Das Anwender­programm wurde von T. Nolte unter Nutzung eines Programmes der Firma Esmed entwickelt.

Das analoge Mikrofonsignal wird über einen AD-Wandler mit einer Amplitudenauflösung von 16 bit und einer Abtastfrequenz von 24 kHz digitalisiert. Der registrierte Zeitbereich hat somit eine Größe von 85,3 ms (2048 Punkten) und umfaßt etwa 2½ Tieftonperioden.

Das in der Sonde (X) registrierte Mikrofonsignal läßt zunächst nur die beiden Primärtöne und den tieffrequenten Maskerton erkennen. Die DPOAE sind einige Größenordnungen kleiner als die anregenden Töne und in der zeitlichen Registrierung nicht erkennbar. Abbildung 8a zeigt die Überlagerung der drei Reize für die Dauer von zwei Tieftonperioden. Die Primärtöne stellen sich mit der charakteristischen Schwebung dar.

Abb. 8: a) Sondenmikrofonsignal: akustische Überlagerung der beiden Primärtöne mit dem Tief­ton, b) Hochpaßgefiltertes Signal, c) Frequenzspektrum als Ergebnis einer Frequenz­analyse (FFT) innerhalb eines gleitenden Zeitfensters einstellbarer Breite mit Hamming­funktion, d) DPOAE-Pegel als Zeitfunktion ohne Masker, e) Mit Masker zeigt der DPOAE-Pegel im Zeit­verlauf eine phasenabhängige Modulation.

Um eine Übersteuerung der Verstärker durch den Maskerton zu vermeiden, wird das Signal hochpaßgefiltert (Abb. 8b).

Das Körper‑ und Verstärkerrauschen wird durch die Mittelung im Zeitbereich (Averaging) reduziert, pro Messung werden 200 Signalabschnitte gemittelt. Durch eine Frequenzanalyse (Fast Fourier Transformation, FFT) innerhalb eines Zeitfensters einstellbarer Breite wird das Signal aus dem Zeit‑ in den Frequenzbereich überführt. Dadurch werden die Spektrallinien der Primärtonfrequenzen f1 und f2 und der DPOAE mit der Frequenz 2f1-f2 getrennt auswertbar (Abb. 8c).

Um die DPOAE-Pegel in Abhängigkeit vom Phasenverlauf des Tieftons darzustellen, läßt man das Zeitfenster mit einer Schrittweite (increment) von 1 ms über den registrierten Zeitbereich laufen. In Abbildung 8c wird dieses “gleitende Fenster” mit Hammingfunktionen gezeigt. Bei jedem Schritt liefert die Frequenzanalyse einen DPOAE-Pegelwert.

Der ausgewertete Zeitbereich beginnt 5 ms nach dem Einschalten der Reiztöne und endet nach 69 ms, d.h. es werden etwas über zwei Tieftonperioden erfaßt. Wegen des erforderlichen Zeitaufwandes wird die Vielzahl von Frequenzanalysen nicht während, sondern nach Beendigung der Messung vorgenommen.

Die DPOAE-Pegelwerte werden als Zeitfunktion dargestellt. Ohne den Einfluß des Maskers ergibt die Analyse einen zeitlich konstanten Verlauf des DPOAE-Pegels (Abb. 8d); bei Tiefton­maskierung läßt sich mit geeigneten Reizparametern am gesunden Ohr eine phasen­abhängige Modulation beobachten (Abb. 8e).

Das wesentliche Problem dieser Auswertung besteht darin, daß ein enges Zeitfenster notwendig ist, um im Ergebnis eine ausreichende Phasenauflösung (DPOAE-Pegel in Abhängigkeit von der Tieftonphase) zu erhalten, aber eine ausreichende Spektralauflösung nur mit einem ausreichend breiten Zeitfenster erreicht wird. Mit enger werdendem Analyse­fenster verbreitern sich die spektralen Peaks der Frequenzfunktion (Unschärferelation). Bei 10,7 ms Fensterbreite sind die Peaks nicht mehr linien‑ sondern keulenförmig.

Ein Hamming-Zeitfenster mit 10,7 ms Breite ist bei ca. 30,5 ms Periodendauer des Tieftons noch geeignet, um eine ausreichende Phasenauflösung zu erreichen.

Bei dieser Fensterbreite wird die Spektralfunktion der DPOAE von der Flanke der Spektralfunktion des tieffrequenteren Primärtones nahezu verdeckt. Durch eine steile Tiefpaßfilterung (mit 96 dB/Okt., Grenzfrequenz: 2f1-f2) können die Primärtöne so weit unterdrückt werden, daß die DPOAE-Spektrallinie wieder erkennbar wird. Die Abbildung 9a‑c zeigt die Spektral­analysen eines Probanden (PJ rechts) mit 21,3 ms Fensterbreite (9a) ohne Tiefpaßfilterung und mit 10,7 ms Fensterbreite, ohne (9b) und mit (9c) Tiefpaßfilterung.

Abb. 9a: Spektralanalyse des Mikrofonsignals innerhalb eines Zeitfensters mit 21,3 ms Breite, Messung ohne Tiefpaßfilter. Die Primär­töne haben die Frequenzen f1 = 2,5 und f2 = 3 kHz und die Pegel L1 = 50 dB HL und L2 = 25 dB HL.

Abb. 9b (links): Dieselbe Registrierung wie in Abb. 9a (ohne Tiefpaß­filter), Fensterbreite 10,7 ms. Abb. 9c (rechts): Messung mit Tiefpaßfilter (Filterung mit 96 dB/Okt., Grenzfrequenz 2 kHz, schematisch als gestrichelte Linie dargestellt), Fensterbreite 10,7 ms; Primärtöne und Sondensitz wie in der Messung in Abb. 9a und 9b.

Für Primärtöne mit den Frequenzen 2,5 und 3 kHz, 3,2 und 4 kHz und 5 und 6 kHz ist diese Fensterbreite zur Darstellung der Spektralfunktion des Verzerrungsproduktes mit der Frequenz 2f1-f2 (nach Tiefpaßfilterung des Signals) ausreichend. Für Primärtöne mit 1,25 und 1,5 kHz gelingt die Abtrennung der DPOAE-Spektrallinie wegen des geringen Abstandes (0,25 kHz) von der Flanke des unteren Primärtones nicht mehr, so daß auf diese Messungen verzichtet werden muß.

Das in dieser Arbeit verwendete Auswertungsprogramm bietet keine weiteren Möglichkeiten zur Unterdrückung der Primärtöne. Es sind aber Programmversionen in Vorbereitung, die eine digitale Filterung bzw. ein rechnerische Kompensation vorsehen und damit eine höhere Phasen­auflösung erreichen und Messungen im unteren Frequenzbereich gestatten werden.

In den meisten Messungen zeigt sich unabhängig von der Maskierung durch den Tiefton eine periodische Schwankung des DPOAE-Pegelverlaufs bei 2 kHz um wenige dB. Diese Schwankung hat - wie die Schwebung der Primärtöne - die Frequenz 500 Hz, d.h. jede Milli­sekunde folgen alternierend Pegelminimum und -maximum aufeinander. Durch das Auswerte­raster (1 ms) wird sie genau erfaßt. Besonders deutlich zeigt sie sich bei niedrigen DPOAE-Pegeln, z.B. bei Tieftonmaskierung kurz nach der 270°-Phase. Wahrscheinlich moduliert auch die Primärton­schwebung die DPOAE, so daß jeweils im Schwebungsmaximum ein DPOAE-Pegelanstieg, im Knotenpunkt eine Pegelverminderung entsteht. Abbildung 10 zeigt die Original­registrierungen eines unmaskierten und eines maskierten DPOAE-Pegelverlaufs, bei denen diese Pegelschwankung zu erkennen ist.

Abb. 10: Original­registrierungen der DPOAE-Pegelverläufe (Proband NT rechts) unmaskiert (obere Spur) und mit Tieftonmasker (untere Spur). Die Primärtöne haben die Frequenzen f1 = 2,5 und f2 = 3 kHz und die Pegel L1 = 50 und L2 = 25 dB HL, der Masker hat die Frequenz 32,8 Hz und den Pegel 115 dB SPL.

Der Tiefton hat die Frequenz 32,8 Hz. Maskerfrequenzen im 30 Hz-Bereich haben sich in Tieftonexperimenten sowohl beim Menschen als auch im Tierversuch als geeignet erwiesen (Zwicker, 1977; Zwicker et al., 1987; Patuzzi et al., 1984c; Klis und Smoorenburg, 1988). In der HNO-Forschungsabteilung des Rudolf-Virchow-Klinikums wurden 30 Hz-Töne zur Tiefton­modulation der Hirnstammwelle V (Gerull et al., 1991), von TEOAE (Nubel et al., 1995) und zur Maskierung der subjektiven MHS (Mrowinski et al., 1995 und 1996; Kabudwand et al., 1998) verwendet.

So ermöglicht die Verwendung eines 30 Hz-Maskers zur Modulation von DPOAE einen Vergleich mit anderen Meß­methoden. In dieser Arbeit werden die Ergebnisse der Modulation von DPOAE denen der Phasenaudiometrie bei denselben Probanden gegenübergestellt.

In vorangegangenen Tieftonexperimenten hat sich gezeigt, daß die Modulation mit steigendem Maskerpegel stärker wird (z.B. Zwicker, 1976 und 1977; Zwicker et al., 1987; Gerull et al., 1991; Mrowinski et al., 1995; Nubel et al., 1995), und daß laute Maskertöne notwendig sind, um OAE erkennbar zu modulieren (Zwicker et al. 1987; Nubel et al., 1995, Frank und Kössl, 1996 und 1997). Daher wird die Untersuchung des Tieftonpegeleinflusses auf die Modulation der DPOAE mit 115 dB SPL Maskerpegel begonnen, der Pegel wird dann in 5 dB-Schritten bis auf 95 dB SPL vermindert. Wegen der tiefen Frequenz (32,8 Hz) werden diese Schalldruckpegel noch nicht als unangenehm empfunden (s. Abb 12).

Abb. 12: Hörschwelle und Kurven gleicher Lautstärkepegel für Sinustöne im freien Schallfeld bei zweiohrigem Hören (“Isophone” [DIN 45630], nach Zenner, 1994, S. 3): Gegenüberstellung von Schalldruck­pegel (in dB SPL) und Lautstärkepegel (in Phon). Bei 1000 Hz entsprechen die Werte der Dezibel­skala denen der Phonskala. Die mittlere Hörschwelle gesunder, junger Versuchs­personen liegt bei 4 Phon. Ein Tiefton mit der Frequenz 32,8 Hz und dem Schalldruckpegel 115 dB SPL (Pfeil) wird mit einer Lautstärke von ca. 98 Phon wahrgenommen.

Mit 115 dB SPL beträgt die Lautstärke des Tieftons ca. 98 Phon (Zwicker und Feldkeller, 1967, S. 121-122; Zenner, 1994, S. 3).

Der Stapedius­reflex wird durch diesen Ton nicht ausgelöst (Nubel et al., 1995). Bei 117 dB SPL wird die Linearitätsgrenze des Meßmikrofons überschritten, daher werden keine Messungen mit Maskerpegeln über 115 dB SPL durchgeführt.