Signalverbesserung

Moderne Hörgeräte sind viel mehr als einfache Schallverstärker. Sie können umfangreiche Signalverarbeitungs-Algorithmen beinhalten, die individuell auf die Anforderungen der schwerhörigen Person angepasst sind und die die akustischen Bedingungen der Umgebung berücksichtigen. Dieser Teil des HearCom-Projekts beschäftigt sich mit der Fragestellung, welche Algorithmen für individuelle Hörgerätenutzer am effektivsten sind.

Ungünstige Hörbedingungen

Abgesehen von Signalkompression und Frequenzabhängiger Verstärkung, die an das Hörprofil des Benutzers angepasst sind, bieten moderne Hörgeräte und Cochlea-Implantate heute standardmäßig mehrere Merkmale, um die Signalqualität und die Höranstrengung in ungünstigen Hörbedingungen zu verbessern. Während einfache Kompression und Verstärkung auf einfache Weise einen Schwerhörigen wieder in die Lage versetzen können, ein nahezu normales Gespräch in leisen Umgebungen zu führen, verringert sich die Sprachverständlichkeit rapide in herausfordernderen Situationen, wie zum Beispiel Umgebungen mit starken Störgeräuschen oder Raumreflexionen.

Techniken zur Signalverbesserung

In den vergangenen Jahrzehnten wurden unzählige Signalverarbeitungsstrategien vorgeschlagen, um die Sprachverständlichkeit unter solchen ungünstigen Bedingungen wieder herzustellen. Einige dieser Strategien hatten großen, andere weniger großen Erfolg. Im HearCom-Projekt werden fünf verschiedene repräsentative Klassen von Signalverbesserungstechniken berücksichtigt:

  • Einkanalige Rauschunterdrückung. Diese Algorithmen benötigen nur ein Mikrofon und versuchen, interessante von uninteressanten Geräuschen aufgrund ihrer statistischen Eigenschaften zu trennen.
  • Adaptives Beamforming. Durch die Kombination von zwei oder mehr Mikrofonen im Hörgerät oder in der Verarbeitungseinheit des Cochlea-Implantats wird Rauschen aus bestimmten Richtungen unterdrückt, selbst wenn sich die Richtung der Quelle ändert.
  • Blinde Quellentrennung (Blind Source Separation). Bei dieser Technik können Schallquellen ohne Kenntnis ihrer räumlichen Position getrennt werden. Sie wird hier mit Hilfe von Mikrofonsignalen aus zwei Hörgeräten auf beiden Seiten des Kopfes angewendet.
  • Kohärenzbasierte Nachhallunterdrückung (Coherence-based Dereverberation). Diese Herangehensweise unterdrückt diffuses Rauschen und Schallreflexionen von den Raumwänden, indem die Mikrofonsignale aus zwei Hörgeräten auf beiden Seiten des Kopfes benutzt werden.
  • Adaptive Feedback-Unterdrückung. Mit dieser Technik werden Rückkopplungen mittels eines adaptiven elektronischen Rückkopplungsschaltkreises unterdrückt.

Sowohl hochmoderne Lösungen, die zurzeit in den fortschrittlichsten Hörgeräten und Cochlea-Implantaten erhältlich sind als auch einige neue vielversprechende Techniken werden im HearCom-Projekt untersucht. Verschiedene Formen von Algorithmen, die zu den oben erwähnten Klassen gehören, sind umgesetzt und evaluiert worden. Diese Formen unterscheiden sich in ihrer theoretischen Herangehensweise und in den detaillierten Einstellungen der Signalverarbeitungsparameter, die ihr Verhalten bestimmen.

Soundbeispiele

Für jeden der untersuchten Algorithmen wurden Beispielsounds vorbereitet, abgesehen von der Feedback-Unterdrückung, die strenggenommen keine Signalverbesserungstechnik ist. Soundbeispiele sind für die folgenden Testbedingungen erhältlich.


Raum-Szenario Einkanalige Rauschunterdrückung Adaptives Beamforming Blind source separation Coherence-based dereverberation
Raum mit wenig Nachhall und stationärem, gerichtetem Hintergrundrauschen unverarbeitet.mp3 verarbeitet.mp3 weitere Informationen unverarbeitet.mp3 verarbeitet.mp3 weitere Informationen unverarbeitet.mp3 verarbeitet.mp3 weitere Informationen  
Wohnzimmer mit einem gerichteten Musiksignal als Hintergrundrauschen   unverarbeitet.mp3 verarbeitet.mp3 weitere Informationen unverarbeitet.mp3 verarbeitet.mp3 weitere Informationen  
Kantine mit diffusem Sprachstörlärm im Hintergrund unverarbeitet.mp3 verarbeitet.mp3 weitere Informationen unverarbeitet.mp3 verarbeitet.mp3 weitere Informationen   unverarbeitet.mp3 verarbeitet.mp3 weitere Informationen