Effects of amplitude compression on first- and second-order modulation detection thresholds in cochlear implant listeners

Abstract

The aim of this study was to examine the effects of instantaneous non-linear amplitude mapping on the detection of single-component and multicomponent temporal envelopes. To address this issue, first- and secondorder amplitude modulation detection thresholds were measured in four cochlear implant users with the intervention of the compression device of the implant processor. The compression device is set to produce either a strongly or a weakly logarithmic mapping of stimulus amplitude to electrical amplitude. ‘First-order’ modulation detection thresholds indicate the ability of listeners to detect sinusoidal amplitude modulation (SAM) applied to a white noise carrier; they are measured as a function of the rate of that modulation, f_m. ‘Second-order’ modulation detection thresholds indicate the ability to detect sinusoidal modulation applied to the depth of a sinusoidally amplitude-modulated signal (here, a 16-Hz sinusoidally amplitude-modulated white noise); they are measured as a function of the rate of the modulation applied to the modulation depth (referred to as f_m'). In each task, stimuli are transformed by the implant processor and are presented through one electrode at approximately the same level. The results show that, in cochlear implant listeners, both first- and second-order modulation detection thresholds measured at the lower rates (≤7 Hz) decrease slightly by about 3–6 dB when the stronger compression is used. No effect of compression is observed at higher rates. These results suggest that instantaneous logarithmic amplitude mapping has beneficial— but limited—effects on the detection of single-component and multicomponent temporal envelopes. These results are discussed in light of current models of temporal envelope processing.

Sumario

El objetivo de este estudio fue examinar los efectos del mapeo instantáneo y no linear de la amplitud sobre la detección de las envolturas temporales de componente único o múltiple. Para manejar este asunto, se midieron los umbrales de amplitud de detección y modulación, de primero y segundo orden, en cuatro usuarios de implante coclear, con la ayuda del dispositivo de compresión en el procesador del implante. El dispositivo de compresión está dispuesto para producir un mapeo logarítmico, débil o fuerte, de la amplitud del estímulo convertido en amplitud eléctrica. Los umbrales de detección y modulación de “primer orden” indican la competencia del sujeto para detectar modulaciones sinusoidales de amplitud (SAM) aplicadas a un portador de ruido blanco; se miden como una función de la tasa de esa modulación fm. Los umbrales de detección y modulación de “segundo orden” indican la competencia para detectar modulaciones sinusoidales aplicadas a la profundidad de una señal de amplitud sinusoidalmente modulada (aquí, un ruido blanco de amplitud sinusoidal modulada de 16 Hz); se miden como una función de la tasa de modulación aplicada a la profundidad de la modulación (referida como f_m'). En cada tarea, los estímulos son transformados por el procesador del implante y se presentan a través de un electrodo, aproximadamente al mismo nivel de intensidad. Los resultados muestran que, en sujetos con implante coclear, los umbrales de detección y modulación de “primero” y “segundo orden”, medidos a las tasas más bajas (≤ 7 Hz) disminuyen levemente en unos 3-6 dB cuando se utiliza la compresión más fuerte. No se observan efectos de la compresión a tasas mayores. Estos resultados sugieren que el mapeo logarítmico, instantáneo de la amplitud, tiene efectos beneficiosos ‐ aunque limitados ‐ sobre la detección de envolturas temporales de componente único o múltiple. Estos resultados se discuten a la luz de los modelos actuales de procesamiento temporal de envolturas.

• Cochlear implant
• Compression
• Temporal envelope
• Second-order modulation