Direktionale Mikrofone und Beamforming

Direktionale Mikrofone und Beamforming sind die primären Methoden, mit denen ein Hörgerät das Hören in Hintergrundgeräuschen verbessert. Durch die Kombination der Ausgänge von zwei oder mehr Mikrofonen wird das Gerät empfindlicher für Schall, der von vorne auf den Zuhörer trifft, und weniger empfindlich für Schall von den Seiten und von hinten, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert wird, wenn der gewünschte Sprecher vor dem Zuhörer ist.

Definition

Direktionalität und Beamforming sind Signalverarbeitungstechniken, die mehrere Mikrofonsignale so kombinieren, dass ein Hörgerät Schall aus einer Zielrichtung stärker verstärkt als Schall aus anderen Richtungen, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis in lauten Umgebungen verbessert wird.

Scope

Dieses Thema behandelt feste und adaptive Richtmikrofon-Designs, das Multi-Mikrofon-Beamforming, das die Richtwirkung schärft, und das binaurale Beamforming, das Signale zwischen zwei Geräten austauscht. Es erklärt das akustische Prinzip und den gemessenen Nutzen; es ist referenz-pädagogisch und bietet keine Anleitung zur Geräteauswahl für Einzelpersonen.

Core questions

• Wie erzeugt die Kombination von zwei oder mehr Mikrofonen eine gerichtete Empfindlichkeit?
• Wie stark verbessert die Direktionalität das Sprachverständnis bei Lärm und unter welchen Bedingungen?
• Was leisten adaptives und binaurales Beamforming über ein einfaches festes Richtmuster hinaus?

Key concepts

• Polardiagramme von Richtmikrofonen
• Feste versus adaptive Direktionalität
• Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses (gerichteter Nutzen)
• Multi-Mikrofon-Beamforming
• Binaurales Beamforming
• Nachhall und Grenzen des Mikrofonabstands

Mechanisms

Ein einzelnes omnidirektionales Mikrofon reagiert gleichmäßig auf alle Richtungen. Die Kombination von zwei oder mehr Mikrofonen mit entsprechenden Zeitverzögerungen macht die Reaktion abhängig von der Einfallsrichtung, wodurch ein Polardiagramm entsteht, das Schall von hinten und von den Seiten unterdrückt. Das Ergebnis ist eine reale Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses, oft um mehrere Dezibel, wenn sich der gewünschte Sprecher vorne befindet und Geräusche aus anderen Richtungen kommen; der Nutzen hängt vom Gerätetyp, dem Mikrofonabstand und der akustischen Umgebung ab und nimmt in stark halligen Räumen ab, wo reflektierter Schall aus vielen Richtungen eintrifft (Ricketts, 2001). Beamforming verallgemeinert diese Idee auf Mikrofon-Arrays und auf adaptive Schemata, die das Muster entsprechend der Geräuschquelle steuern oder formen, und binaurales Beamforming tauscht Signale zwischen den beiden Geräten aus, um ein schärferes, kopfumspannendes Muster zu bilden (Terry, 1994; Alexander, 2021).

Clinical relevance

Direktionalität und Beamforming sind die Gerätefunktionen mit den konsistentesten Nachweisen für die Verbesserung des Sprachverständnisses bei Lärm, und sie prägen die Erwartungen an den Nutzen von Hörgeräten in der realen Welt. Das Verständnis ihrer Prinzipien und Grenzen unterstützt die kritische Bewertung von Ergebnisstudien und Marketingaussagen. Dieser Eintrag beschreibt die Technologie und ist keine Grundlage für die Auswahl oder Programmierung eines Geräts für eine Einzelperson.

History

Direktionale Mikrofone erschienen in den 1970er Jahren in Hörgeräten, wurden aber um das Jahr 2000 mit digitalen Instrumenten mit zwei Mikrofonen weit verbreitet, was eine adaptive Direktionalität ermöglichte. Die Forschung an Multi-Mikrofon-Beamforming-Arrays aus den 1980er und 1990er Jahren, einschließlich prototypischer binauraler Systeme, legte den Grundstein für das binaurale Beamforming, das heute in drahtlos verbundenen Hörgeräten implementiert ist.

Debates

Wie stark überträgt sich der gerichtete Nutzen auf den Alltag?

Laborstudien zeigen konsistent einen Signal-Rausch-Vorteil, wenn sich der Lärm hinter dem Zuhörer befindet, aber der Nutzen in der realen Welt ist geringer und variabler, da Sprecher und Lärm nicht immer günstig positioniert sind und Räume hallig sind, so dass die Größe des Alltagsnutzens eine aktive Frage bleibt.

Key figures

• Todd Ricketts
• Harry Levitt
• Joshua Alexander

Seminal works

• ricketts-2001
• terry-1994

Frequently asked questions

Helfen Richtmikrofone wirklich bei Lärm?

Ja, wenn die Person, die Sie hören möchten, vorne ist und der Lärm von den Seiten oder von hinten kommt, verbessert die gerichtete Verarbeitung das Signal-Rausch-Verhältnis und das Sprachverständnis; der Nutzen ist in halligen Räumen oder wenn der Lärm auch von vorne kommt, geringer.

Was ist binaurales Beamforming?

Es ist eine Technik, bei der zwei drahtlos verbundene Hörgeräte ihre Mikrofonsignale teilen, um ein kombiniertes, schärfer gerichtetes Muster über den Kopf hinweg zu bilden, was eine größere Verbesserung bei schwierigem Lärm bewirken kann als jedes Gerät allein.