Hörgerätekomponenten und Signalverarbeitung

Ein modernes Hörgerät ist ein kleines digitales Schallverarbeitungssystem: Ein oder mehrere Mikrofone wandeln Schall in ein elektrisches Signal um, ein digitaler Signalprozessor formt und verstärkt es entsprechend dem Hörverlust des Benutzers, und ein Hörer (Lautsprecher) leitet es an das Ohr weiter. Die Signalverarbeitungskette entscheidet, wie viel Verstärkung bei jeder Frequenz und jedem Pegel angewendet wird, wie laute Geräusche angenehm gehalten werden und wie Hintergrundgeräusche gehandhabt werden.

Definition

Hörgerätekomponenten und Signalverarbeitung beziehen sich auf die Wandler (Mikrofone und Hörer) und die digitalen Algorithmen, die ein akustisches Signal erfassen, verstärken, komprimieren und bereinigen, damit es für eine Person mit Hörverlust hörbar und angenehm ist.

Scope

Dieses Thema behandelt die Bausteine eines Hörgeräts und die von ihm durchgeführte Kernverarbeitung: Mikrofone und Hörer, den Analog-Digital-Pfad, frequenzabhängige Verstärkung, Kompression mit weitem Dynamikbereich und digitale Rauschunterdrückung. Es behandelt diese als technische und perzeptive Konzepte; es spezifiziert keine Einstellungen für einzelne Personen und ist keine Anpassungsanleitung.

Core questions

• Welche Hardwarekomponenten bilden ein Hörgerät und was leistet jede einzelne?
• Wie bildet die Kompression reale Schallpegel in den reduzierten Dynamikbereich eines geschädigten Ohrs ab?
• Wie funktioniert die digitale Rauschunterdrückung und was bewirkt sie tatsächlich für den Hörer?

Key concepts

• Mikrofon- und Hörerwandler
• Analog-Digital- und Digital-Analog-Wandlung
• Frequenzspezifische Verstärkungsformung
• Kompression mit weitem Dynamikbereich (WDRC)
• Kompressionsverhältnis, Schwelle und Zeitkonstanten
• Digitale Rauschunterdrückung
• Rückkopplungsunterdrückung

Mechanisms

Schall tritt durch ein Mikrofon ein und wird digitalisiert; ein digitaler Signalprozessor teilt ihn in Frequenzbänder auf und wendet eine Verstärkung an, die sowohl von der Frequenz als auch vom Eingangslevel abhängt. Da eine geschädigte Cochlea einen reduzierten Dynamikbereich aufweist – leise Geräusche werden unhörbar, während laute Geräusche unangenehm bleiben – wendet die Kompression mit weitem Dynamikbereich (WDRC) bei leisen Eingängen mehr Verstärkung und bei lauten Eingängen weniger Verstärkung an, wodurch die Hörbarkeit wiederhergestellt wird, ohne laute Geräusche zu überverstärken; das Verhalten wird durch Kompressionsverhältnis, Schwelle und Angriffs-/Abfallzeitkonstanten bestimmt (Jenstad, 2000; Dillon, 2012). Die digitale Rauschunterdrückung schätzt, welche Zeit-Frequenz-Bereiche von Rauschen dominiert werden, und reduziert dort die Verstärkung; Studien zeigen, dass dies die wahrgenommene Lärmbelästigung und den Höranstrengung zuverlässig senkt, aber die Sprachverständlichkeit allein nicht konsistent verbessert (Brons, 2014; Alexander, 2021). Die Rückkopplungsunterdrückung unterdrückt das Pfeifen, das durch verstärkten Schall entsteht, der zum Mikrofon zurückleckt.

Clinical relevance

Das Verständnis der Verarbeitungskette erklärt, warum zwei Hörgeräte unterschiedlich klingen können, warum Kompressions- und Rauschunterdrückungseinstellungen wichtig sind und welche Funktionen erwartet werden können und welche nicht. Dies unterstützt die kritische Bewertung von Geräteansprüchen und Ergebnisstudien; es beschreibt, wie die Technologie funktioniert, und ist keine Grundlage für die Programmierung eines Geräts für eine einzelne Person.

History

Frühe Hörgeräte verwendeten eine feste lineare Verstärkung, was einen Kompromiss zwischen dem Hörbarmachen leiser Geräusche und dem Tolerierbarmachen lauter Geräusche erforderte. Die Umstellung auf programmierbare und dann vollständig digitale Instrumente in den 1990er Jahren machte die Mehrband-Kompression mit weitem Dynamikbereich praktisch und ermöglichte Rauschunterdrückung und Rückkopplungsunterdrückung, wodurch sich das Feld von der einfachen Verstärkung hin zur adaptiven Signalverarbeitung entwickelte.

Debates

Verbessert die digitale Rauschunterdrückung das Sprachverständnis?

Studien zeigen konsistent, dass Rauschunterdrückungsalgorithmen die Belästigung und den Höranstrengung reduzieren und oft bevorzugt werden, aber sie erhöhen die Sprachverständlichkeit allein nicht zuverlässig, sodass der Nutzen eher in Bezug auf Komfort und Anstrengung als auf reine Erkennungsergebnisse formuliert wird.

Key figures

• Harvey Dillon
• Joshua Alexander
• Lorienne Jenstad

Seminal works

• dillon-2012
• jenstad-2000

Frequently asked questions

Was ist die Kompression mit weitem Dynamikbereich?

Es ist ein Verarbeitungsansatz, der leisen Geräuschen mehr und lauten Geräuschen weniger Verstärkung zukommen lässt, sodass der weite Bereich alltäglicher Schallpegel in den engeren Bereich komprimiert wird, den ein geschädigtes Ohr bequem hören kann.

Wird die Rauschunterdrückung in einem Hörgerät mir helfen, Sprache in einem lauten Restaurant besser zu hören?

Die Rauschunterdrückung macht das Hören im Allgemeinen angenehmer und weniger anstrengend und reduziert die Belästigung durch Hintergrundgeräusche, aber die Evidenz deutet darauf hin, dass sie allein nicht zuverlässig verbessert, wie viele Wörter verstanden werden; direktionale Mikrofone sind dafür tendenziell effektiver.