Das akustische Erbe von Widex geht auf das Jahr 1956 zurück. Mit dem Anspruch, es besser zu machen als alles bisher Dagewesene, starten die Firmengründer Christian Tøpholm und Erik Westermann ihre Mission für besseres Hören mit Hörgeräten. 

Warum machen Widex Hörsysteme den Unterschied? 

Das natürliche Gehör ist das beste „Instrument“ für die Klangverarbeitung. Es sorgt dafür, dass wir Gespräche aufmerksam verfolgen können, Musik in allen Facetten erleben und Natur genießen können. Das Gehör verknüpft unser Gehirn mit den Schalleindrücken unseres Lebens und weckt Emotionen. Dem natürlichen Hören so nahe wie möglich zu kommen, ist der höchste Anspruch an die Hörsystem-Entwicklung. 

Audiologische Erkenntnisse bilden für die Entwicklungsingenieure das Fundament, neue und andere Wege zu gehen. Widex bietet bei der Signalverarbeitung einen authentischen Zugang zur kompletten Hörwelt, in dem wir das präziseste Abbild der realen Hörumgebung schaffen. Wertvolle Details und die lebendige Vielfalt der Klangwelten bleiben so erhalten. Um ein originalgetreues Panoramahören zu realisieren, verwendet Widex die branchenweit höchste Abtastrate von 33,1 kHz und die größte lineare Eingangsdynamik von 5 dB – 113 dB SPL. 

Zudem verfügt Widex mit PureSound über die schnellste Signalverarbeitung mit unter 0,5 ms für eine detailreiche und klare Übertragung in Echtzeit. Für ein natürliches Sprachverstehen ist das Hörbarmachen leiser Töne besonders wichtig. Deshalb übertragen Widex-Hörsysteme auch leise Sprachanteile, entfernte Sprache und Flüstersprache hörbar. Mit der Sound-Class-Technologie wird ein müheloses Hören für den Kunden in seiner jeweiligen Situation erreicht, indem eine nahtlose automatische Anpassung auf die jeweilige Hörsituation erfolgt. Zum Beispiel werden verschiedene Hörsituationen im Auto mit und ohne Sprache unterschieden und die in der Branche einzige Differenzierung zwischen klassischer und zeitgenössischer Musik ermöglicht. Widex SoundRelax sorgt für mehr Entspannung und bessere Konzentration für Hörsystemträger mit oder ohne Tinnitus. Die im Markt einzige Art, Natur- und Fraktalklänge direkt vom Hörsystem selbst kreieren zu lassen, bietet Entspannungsklänge ohne die gefürchteten Gewöhnungseffekte für das Gehirn. Eine mit dem CES INNOVATION AWARD 2023 ausgezeichnete anwenderfreundliche App ermöglicht individuelle Einstellungen, die auf KI-Lösungen basieren, die erstmals durch Widex in Hörsystemen zur Klangoptimierung nutzbar gemacht wurden. 

Hörsysteme und Zubehör für müheloses Hören und einen entspannten Alltag 

Widex Moment und Widex Magnify bieten mit ihrer großen Modellvielfalt von IdO- über RIC- bis hin zu HdO-Hörsystemen allen Menschen mit Hörverlust den Zugang zum natürlichen Hören. Hervorzuheben sind das weltkleinste, wiederaufladbare sRIC-Hörsystem sowie eine ultrakleine 10er-Batterie-Variante. Mehrere Studien und Umfragen unter Nutzern und Hörakustikern bestätigen den besonders natürlichen und „echten“ Klang der Widex-Hörsysteme. Zudem belegen sie, dass Widex-Hörsysteme im Vergleich zu anderen Marken deutlich weniger Versorgungsabbrüche bei Erstanpassungen und den geringsten Nachanpassungsaufwand aufweisen.* 

Kleiner Hörer mit großer Leistung – der neue Widex V.2 HP-Hörer 

Der neue Widex V.2 HP-Hörer mit fester Hörerzuleitung in einer Spezial-Custommade-Otoplastik erweitert das Widex-Easywear-Portfolio, damit noch mehr Menschen Zugang zum natürlichen Klang erhalten. Der V.2 HP-Hörer verfügt über eine Durchschnitts-Verstärkung (FOG) von 72 dB (gemessen am 2cc-Kuppler) und kann somit für WHO4-Versorgungen herangezogen werden. Diese Hörervariante ist für Widex Moment sRIC und Magnify mRIC verfügbar. Es stehen fünf Längen zur Auswahl (0, 1, 2, 3 und 4). 

Widex SoundConnect – direkte Audioübertragung von PC-Anwendungen in die Hörgeräte

Der Widex SoundConnect ist ein USB-Dongle, um Audiosignale hochqualitativ von PCs und Laptops via Bluetooth direkt in die Widex-Moment- und Widex-Magnify-Hörsysteme zu übertragen. Die Audio-Übertragung aus verschiedensten PC-Anwendungen wie MS Teams, Skype, Zoom, Musik-Playern, Streamingdiensten etc. wird unterstützt. Klein, diskret und wie gewohnt designorientiert, verfügt er über einen USB-A-Anschluss und ist einfach per Plug & Play einsatzfähig. Kompatibel ist er für alle Bluetooth-fähigen Hörsysteme der Produktlinien Widex Moment sowie Widex Magnify und kann selbstverständlich über die zugehörigen Apps gesteuert werden. Die Reichweite beträgt bis zu 8 m. Widex SoundConnect sorgt für entspannte Kommunikationsmomente in Beruf und Freizeit, egal ob der Businesskalender randvoll ist mit virtuellen Meetings oder ob mit geliebten Mitmenschen über Entfernungen hinweg Verbindung aufgebaut werden soll. 

Widex-Hörsysteme und die Zubehörlinie sind im Hörakustik-Fachgeschäft erhältlich. 

Quellen:

Helmink D & Sasaki-Miraglia J. (2023). Ask the Experts: How fitting Widex improves the Hearing Care Professional’s Clinical Experience. WidexPress, 50, 1–5, (7) 2023.

Korhonen P, Slugocki C, Ellis G. Low processing delay preserves natural cues and improves spatial perception in hearing aids. Hearing Review. 2022; 29 (6): 20–25.

Slugocki C, Kuk F, Korhonen P, Ruperto N. Neural encoding of the stimulus envelope facilitated by Widex ZeroDelay technology. Hearing Review. 2020; 27 (8): 28–31.

Innovationen in bester Tradition: der Widex-Sound

Gemäß der Philosophie des besseren Hörens ist es das Ziel, Menschen mit Hörminderung uneingeschränkten und unverfälschten Zugang zur Welt der Klänge zu eröffnen. Zentraler Faktor aller Innovationen in der langjährigen Widex-Historie ist die Signalverarbeitungsstrategie für die Natürlichkeit des Klangs. Die Entwicklungsabteilung von Widex setzt dabei den Fokus auf folgende Faktoren: Dem Gehirn sollen alle relevanten Signal-Informationen für einen natürlichen Höreindruck zur Verfügung gestellt und die akustische Charakteristik der Hörumgebung bewahrt werden. Gleichzeitig muss die bestmögliche Sprachverständlichkeit gewährleistet werden, ohne dass die Reinheit des Klangs und die Klangfülle verloren gehen.

Die technologische Umsetzung realisiert Widex seither mit einer detailgetreuen Digitalisierung und Erfassung des gesamten Klangspektrums mit einer linearen Eingangsdynamik von 5 dB bis 113 dB SPL. Die hohe Abtastrate von 33 kHz sorgt für eine originalgetreue Reproduktion des Eingangssignals, während die 15-Kanal-Filterbank mit Einsatz von Infinity-Impulse-Response-Filtern geringe Durchlaufzeiten ermöglicht. Zusätzlich wird das Signal anhand der realen Hörsituation adaptiv in SoundClasses kategorisiert, von unerwünschten Schalleindrücken bereinigt und die Sprachinhalte hervorgehoben. Ausschlaggebend für die natürliche Klangqualität ist zudem das Kompressionssystem mit schnellen und langsam wirkenden Kompressoren, das ein ausgewogenes Verhältnis aus Hörbarkeit, Sprachverständlichkeit sowie Störlärmreduktion gewährleistet.

Mit der neuen MOMENT-Chipplattform stehen erstmals zwei parallel arbeitende Signalverarbeitungswege in einem Hörsystem zur Verfügung. Denn für die bestmögliche Versorgung unterschiedlicher Hörminderungen ist nicht nur die benötigte Verstärkung relevant, sondern auch weitere Parameter, wie z. B. die Durchlaufzeit des Hörsystems.

Der klassische Verarbeitungspfad beinhaltet alle Signalverarbeitungen, die man von Widex-Hörsystemen kennt.

Zusätzlich bietet der neuentwickelte ZeroDelay-Pfad inklusive PureSound-Technologie eine beschleunigte Signalverarbeitung, um eine verbesserte Klangcharakteristik zu ermöglichen.

Neben der Signalverarbeitung ist für Widex die Anpassung des Hörsystems an das individuelle Ohr des Hörgeräte-Trägers von Beginn an ein Schlüsselfaktor für eine hohe Klangqualität. Widex entwickelte daher das In-situ-Sensogramm und bietet heute mit TruAcoustics die präziseste Methode, die individuellen biometrischen Eigenschaften des Gehörs in der Hörsystem-Anpassung zu berücksichtigen.

Wie verzögerungsbedingte Artefakte in digitalen Hörsystemen entstehen

Digitale Hörsysteme sind seit ihrer Erfindung – vor allem bei offenen und Vent-Anpassungen – durch die Wiedergabe einer typischen Klangcharakteristik gekennzeichnet. Diese unnatürliche Klangcharakteristik ist als sogenannter Kammfiltereffekt bekannt und entsteht durch das zeitverzögerte Eintreffen des im Hörsystem verarbeiteten Schalls gegenüber dem Direktschall. Die Verzögerung ergibt sich zwangsläufig durch die Durchlaufzeit, die ein Signal benötigt, um vom Mikrofon des Hörsystems über den Hörer in den Gehörgang zu gelangen. Bereits eine Verzögerung von nur wenigen Millisekunden bewirkt eine Phasenverschiebung zwischen beiden Signalen (Direktschall und verstärktem Schall) im Gehörgang und führt zu additiven und subtraktiven Interferenzen bereits vor dem Trommelfell. Die daraus resultierenden Summenpegel ähneln den Zähnen eines Kamms und manifestieren sich über alle Frequenzen hinweg (siehe Abbildung 1 und 2). Weisen beide Schallquellen eine nahezu gleiche Amplitude auf, ist der Kammfiltereffekt am stärksten. Typischerweise liegt dieser Bereich zwischen 0,5 und 2 kHz, ist jedoch abhängig von der akustischen Ankopplung, dem Gehörgang und der Hörsystem-Verstärkung. Der aus direktem und verstärktem Schall zusammengesetzte Klang entspricht in seiner Qualität nicht mehr dem Originalsignal. Die verzögerungsbedingten Artefakte wirken sich bei geringen und mittleren Hörverlusten bzw. bei offenen und Vent-Anpassungen negativ auf die Klangqualität aus. Abgesehen von komplett geschlossener Anpassung war dies bislang unvermeidbar.

PureSound: die schnellste Klangverarbeitung für ein neues Hörerlebnis

Die MOMENT-Chipplattform bietet mit PureSound einen neuen ZeroDelay-Signalverarbeitungsweg, der diese verzögerungsbedingten Artefakte eliminiert. Um den Kammfiltereffekt zu vermeiden, müssen der Direktschall und der vom Hörsystem verarbeitete Schall gleichzeitig am Trommelfell eintreffen. Herkömmliche Hörsysteme verfügen über Durchlaufzeiten von 5-8 ms, während Widex-Hörsysteme eine durchschnittliche Durchlaufzeit von 2,5 ms erzielen. Obwohl durchschnittliche Durchlaufzeiten herkömmlicher Hörsysteme der aktuellen Generation von 3, 5 oder 8 ms als kurz erscheinen, führen sie zu wahrnehmbaren Verzerrungsartefakten (Abbildung 2).

Die PureSound-Verarbeitung mit WIDEX MOMENT ermöglicht eine Durchlaufzeit zwischen Mikrofon und Hörer von weniger als 0,5 ms in allen Kanälen, wodurch der Summenpegel vor dem Trommelfell keinen Kammfiltereffekt aufweist (Abbildung 2, hellblaue Linie). Widex setzt seit Entwicklung des ersten digitalen Hörsystems auf die Verwendung von Infinity-Impulse-Response-Filtern (IIR-Filter). Nur durch die charakteristische Filterstruktur und deren direkte Verarbeitung innerhalb der zeitlichen Domäne sind sehr schnelle Durchlaufzeiten möglich (wie in Abbildung 2 dargestellt). Die PureSound-Verarbeitung basiert auf dem Einsatz von IIR-Filtern. Um eine weitere Beschleunigung der Durchlaufzeit – bei gleichzeitigem Erhalt der Kanalanzahl – zu erreichen, musste eine neue Verarbeitungsstruktur entwickelt werden. Diese umfasst ebenfalls die Integration und Neustrukturierung des Feature-Settings und bündelt alle Schlüsselkomponenten zur vorliegenden Hörumgebung. Dies beinhaltet z. B. Features zur SNR-Verbesserung, oder die SoundClass-Technologie.

Neben der Eliminierung des Kammfiltereffekts geben erste Untersuchungen Hinweise darauf, dass die Signalverarbeitung mit PureSound bei offenen Anpassungen mehr temporale Feinstrukturen des Originalsignals bewahrt als bei herkömmlichen Signalverarbeitungen. Temporale Feinstrukturen des akustischen Signals haben eine hohe Bedeutung für die natürliche Wahrnehmung. Nachgewiesen werden kann der Einfluss der Durchlaufzeit auf temporale Strukturen mittels KEMAR-Messungen. Durch die Abbildung eines Breitbandrauschens über den KEMAR-Ausgangspegeln und die Verwendung unterschiedlich langer Signalunterbrechungen (Gaps) von 3 ms, 9 ms und 24 ms wurde PureSound mit der Signalverarbeitung zweier Premium-Hörsysteme der aktuellen Generation verglichen. Während sich die Durchlaufzeit von MOMENT mit PureSound auf < 0,5 ms belief, wiesen Hersteller 1 und Hersteller 2 eine durchschnittliche Verzögerung von 8 ms und 6 ms auf (Kuk et al. 2020).

Die erste Reihe in Abbildung 3 zeigt das Originalsignal als Referenz. Die zweite Reihe stellt das Ergebnis für PureSound dar. Es zeigt sich, dass alle Unterbrechungen sowie die Form des Originalsignals zeitgenau von PureSound repräsentiert werden. Ein anderes Bild zeigt sich für Hersteller 1 (Reihe 3, dunkelgrau) und Hersteller 2 (Reihe 4, hellgrau). Die Unterbrechungen im Hörsystemsignal sind im Vergleich zum Originalsignal zeitversetzt. Zudem unterscheidet sich die Form der Amplitude innerhalb der Unterbrechungen vom Originalsignal. Dies ist besonders gut für eine Signalunterbrechung von 9 ms und 24 ms erkennbar (mittlere und rechte Spalte).

Auch vermeintlich kurze Durchlaufzeiten von 6 ms bzw. 8 ms beeinflussen die temporale Feinstruktur negativ. Die ultraschnelle Durchlaufzeit von PureSound schützt die maßgeblichen Feinheiten der temporalen Informationen aus dem Originalsignal und minimiert spektrale Verzerrungen. Moderat lauter Impulsschall klingt natürlicher und kann leichter toleriert werden. Ebenfalls ist eine Verbesserung der Verständlichkeit von bestimmten Sprachinhalten wie okklusive und frikative Konsonanten zu erwarten, da diese besonders auf den Erhalt der temporalen Feinstrukturen angewiesen sind (Ergebnisse aus Kuk et al., 2020).

Studie belegt Steigerung der Klangqualität mit PureSound

Widex PureSound bietet gerade für offene bzw. Vent-Anpassungen und damit einhergehende geringe bis mittelgradige Hörminderungen eine entscheidende Steigerung der Klangqualität.

In einer Feldstudie (Balling et al., 2020) bewerteten Studienteilnehmer Hörsystem-Eigenschaften, die ausschlaggebend für eine positive Trageerfahrung und maßgebliche Entscheidungskriterien für die Auswahl eines Hörsystems sind. Hierzu gehören die Bewertung der Klangqualität sowie die Bewertung audiologischer Merkmale, z. B. Sprachverständlichkeit und Orientierungsfähigkeit. Die Probanden der Feldstudie waren Hörsystem-Träger mit gering- bis mittelgradiger Hörminderung und unterschiedlich langen Hörsystem-Erfahrungen (n = 13) sowie Normalhörende (n = 8), die unter anderem als Referenz für die Klangqualität dienten. Die Probanden gaben in 20 verschiedenen Hörumgebungen aus dem Alltag ihre Präferenz für PureSound (Durchlaufzeit < 0,5 ms) oder für die Standardverarbeitung (durchschnittliche Durchlaufzeit = 2,5 ms) an.

Gesamtpräferenz: 85 Prozent der Probanden mit einer Hörminderung und 100 Prozent der normalhörenden Probanden, bevorzugten PureSound gegenüber der Standardsignalverarbeitung. Die Präferenz für PureSound ist hochgradig signifikant (Binominaltest, p < 0,001). Dass sich normalhörende Probanden zu 100 Prozent für PureSound entschieden haben, zeigt, dass Durchlaufzeiten einen starken Einfluss darauf haben, was als natürlicher Klang wahrgenommen wird.

Präferenz in unterschiedlichen Hörumgebungen: Studienteilnehmer mit einer Gesamtpräferenz für PureSound haben sich größtenteils auch in den unterschiedlichen Hörsituationen für PureSound entschieden. Ein Wilcoxon- Vorzeichen-Rang-Test zeigte für PureSound eine signifikant höhere Präferenz über alle Hörsituationen hinweg (W = 222, p = 0,0002). Gleichzeitig wurde PureSound dreimal mehr bevorzugt als die Standardverarbeitung. Über alle Teilnehmer hinweg erreichte PureSound in jeder Kategorie eine signifikante Präferenz (alle p-Werte < 0,02) (Balling et al., 2020).

Folgende Gründe wurden unter allen Teilnehmern für die PureSound-Präferenz am häufigsten genannt: weniger Störgeräusch, natürlicherer Klang, klarerer Klangeindruck und nuancierterer/detailreicherer Klang. Für individuell unterschiedliche Hörsituationen wurden bei offenen Fragen mit freier Nennung insgesamt 310 Gründe angegeben.

Die Hälfte entfiel entweder auf “weniger Störgeräusch” (76) oder auf “natürlicherer Klang“ (78). Andere wichtige Gründe beinhalteten “angenehmer Klang” (24), “klarer Klang” (23), “weniger Halleindrücke” (19) und “besseres Sprachverstehen” (10) (Balling et al., 2020).

Laut EuroTrak-Studie 2018 ist die Klangqualität eines der ausschlaggebenden Entscheidungskriterien für ein Hörsystem. Gleichzeitig ist bekannt, dass bislang geringe und mittlere Hörminderungen, im Vergleich zu höhergradigen, häufiger unversorgt blieben – unter anderem auch wegen eines unnatürlichen Höreindrucks trotz Hörsystems. Zentrale Erkenntnis der Untersuchung (Balling et al., 2020) ist, dass MOMENT mit der PureSound- Verarbeitung gerade bei diesen Hörminderungen das natürliche Hörerlebnis erheblich steigert und damit zu einer besseren Akzeptanz von Hörsystemen beiträgt.

TruAcoustics: präzise Verstärkungsberechnung für eine klare, natürliche Klangqualität

Die akustische Ankopplung und die Gehörgangsresonanz sind maßgebliche Faktoren, um dem Hörsystem-Träger seine individuell benötigte Verstärkung bereitzustellen und einen klaren, natürlichen Klang zu gewährleisten.

TruAcoustics steigert die umfassende, präzise Berücksichtigung der biometrischen Eigenschaften des individuellen Gehörs bei der Anpassung durch den Hörakustiker mit COMPASS GPS.

TruAcoustics ist eine Weiterentwicklung der Verstärkungs- und Parameterkalibrierung und basiert auf neuen Erkenntnissen aus der In-situ-Vermessung Hunderter realer Ohren mit unterschiedlichsten akustischen Ankopplungen von Otoplastiken und Schirmchen-Varianten. Diese konsequent ermittelte Datenreihe umfasst akustische Parameter, wie den persönlichen Vent-Effekt (VE) und die individuelle Einfügedämpfung (IL) (beispielhafte Veröffentlichung: Balling et al., 2019.). Die gewonnenen Erkenntnisse aus den Vermessungen sind als neue Berechnungsmodelle für jede akustische Ankopplung in COMPASS GPS hinterlegt und ermöglichen mit TruAcoustics für WIDEX MOMENT-Hörsysteme eine Bereitstellung der individuellen Verstärkungsparameter. Die Berechnungsmodelle werden über den Personal Gain Integrator in der Signalverarbeitung berücksichtigt und bereitgestellt, unabhängig von der Anpassformel (Widex, NAL-NL2 sowie DSL v5.0 für Erwachsene und Kinder) und dem aktiven Signalverarbeitungspfad (Widex PureSound oder der klassischen Widex Signalverarbeitung).

TruAcoustics ermöglicht in Verbindung mit den Informationen aus Sensogramm und Rückkopplungstest die individuelle Bereitstellung des jeweils besten Klangs für alle Hörminderungen und ist in allen Hörsystem-Modellen der MOMENT-Serie umsetzbar.

Die Präzision des persönlichen Klangbedarfs anhand der individuellen Verstärkungsfreigabe durch die TruAcoustics-Technologie kann eine mögliche Aufwärtsmaskierung verhindern und mehr Hochtonverstärkung bereitstellen. TruAcoustics verhilft gleichzeitig zu einer angenehmen Empfindung der eigenen Stimme sowie einer Reduktion von Halleffekten.

Neben der Steigerung der Klangqualität für den Hörgeräte-Träger dient TruAcoustics gleichzeitig dem Hörakustiker durch einen optimierten, intuitiven Anpassverlauf mittels Widex-Anpasssoftware COMPASS GPS 4.0.

Es werden abhängig vom Audiogramm intelligente Vorschläge zur akustischen Ankopplung angeboten. Zudem zeigt COMPASS GPS 4.0 dynamische MOMENT-Anpassbereiche in Anhängigkeit vom Hörer und der ausgewählten Ankopplung an. Eine intuitive Benutzeroberfläche mit 3-Schritt-Navigator sorgt für eine übersichtliche Bereitstellung wichtiger Daten.

Zusammenfassung:

Widex MOMENT ist das erste digitale Hörsystem, das dank der ultraschnellen PureSound-Signalverarbeitung Durchlaufzeiten von unter 0,5 ms in allen Frequenzen erreicht. Dies ermöglicht es, Klangartefakte, die durch den Kammfiltereffekt entstehen – und bislang den typischen Hörsystem-Klang gekennzeichnet haben –, zu eliminieren. Hörsystem-Träger mit einer offenen bzw. Vent-Versorgung profitieren durch PureSound von einem bislang unerreicht natürlichen Klangeindruck. Eine Feldstudie zeigt, dass Hörsystem-Träger mit geringen bis mittelgradigen Hörminderungen PureSound gegenüber der Standardsignalverarbeitung mit längeren Durchlaufzeiten bevorzugen. Als Gründe für die PureSound-Präferenz gaben die Probanden die schnelle Gewöhnungsphase, die Klangqualität sowie die geringere Störgeräuschbehaftung an. Auch ein besseres Sprachverstehen sowie eine verbesserte Wahrnehmung der eigenen Sprache und Impulsgeräusche wurden von den Teilnehmern als Präferenzgründe genannt.

Widex MOMENT erhöht die Zufriedenheit von Hörsystem-Trägern nicht allein mit der PureSound- Signalverarbeitung. Die innovative Hörsystem-Serie verfügt darüber hinaus über alle Features der Widex- Signalverarbeitung, inklusive der neuen TruAcoustics-Technologie. TruAcoustic steigert von Beginn an die Präzision über alle Hörminderungen hinweg durch eine effektivere Berücksichtigung der akustischen In-situ- Parameter in Abhängigkeit von der verwendeten Ankopplung. Die neu entwickelte MOMENT-Chipplattform eröffnet Möglichkeiten der Signalverarbeitung, die bis dato nicht umsetzbar waren und ermöglicht seinen Nutzern eine unvergleichlich natürliche Klangqualität von Hörsystemen.

Der Artikel erschien ursprünglich in der Ausgabe 08/2020 der "Hörakustik".

Autor:

Simon Müller ist seit 2017 audiologisch-wissenschaftlicher Leiter bei der Widex Hörgeräte GmbH in Stuttgart. Nach einem Bachelor in Augenoptik und Hörakustik an der Hochschule Aalen im Jahr 2011 erlangte er 2012 den Master of Science in Audiology an der University of Manchester. Praktische Erfahrung sammelte er als Betriebsleiter eines Hörakustikfachgeschäfts und als audiologischer Leiter an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen.

Quellen:

Balling LW, Jensen NS, Caporali S, Cubick J, Switalski W (2019). Challenges of instant-fit ear tips: What happens at the eardrum? Hearing Review. 2019; 26(12)[Dec]: 12–15.

Balling LW, Townend O, Stiefenhofer G, Switalski W (2020). Reducing hearing aid delay for optimal sound quality: a new paradigm in processing. Hearing Review. 2020; 27(4): 20–26.

EuroTrak 2018 Germany. https://www.bvhi.org/….
pdf (Zugriff am 30.06.2020).

Kuk F, Ruperto N, Slugocki C, Korhonen P (2020). Efficacy of directional microphones in open fittings under realistic signal-to-noise ratios using widex moment hearing aids. Hearing Review. 2020; 27(6): 20–23.

Viele Elemente sind für ein erfolgreiches Hörsystem wichtig – dazu gehören auch solche, die nicht direkt mit dem Hören zu tun haben, etwa leistungsfähige Akkus und Batterien, zuverlässige Konnektivitäts-Lösungen und ein benutzerfreundliches Design. Doch die Signalverarbeitung bleibt von allen Aspekten das Herzstück. Die Wahl der Signalverarbeitung eines Hörgeräts hat einen tiefgreifenden Einfluss auf die Versorgung des Hörverlusts, genauso wie sich der Klang des Hörgeräts auf seine Träger auswirkt. Obwohl einfache Hörgeräte mit Möglichkeiten zur Konnektivität und wiederaufladbaren Akkus in Teilen der Welt bereits über das Internet gekauft werden können, wird der beste, passendste Klang jedoch nur mit der richtigen Wahl der Signalverarbeitung und durch eine individuelle Anpassung der Hörsysteme durch sachkundige Hörakustiker erreicht.

Dieser Beitrag zeigt auf, wie Klangqualität und Signalverarbeitung zusammenhängen, wobei der Schwerpunkt auf die verwendeten Filterbänke und Abtastraten gelegt wird. Es werden die Vor- und Nachteile möglicher Optionen beschrieben und schließlich wird für die Wahl einer Filterbank und Abtastrate plädiert, die das Signal bewahren und mit dem menschlichen auditiven System so weit wie möglich übereinstimmen.

Ein grundlegender Verarbeitungspfad

Ein typischer Verarbeitungspfad in digitalen Hörsystemen beginnt mit dem Signal, das durch ein Mikrofon aufgenommen und dann von einem analogen in ein digitales Signal umgewandelt wird. Eine Analysefilterbank teilt das Signal in mehrere Frequenzbänder beziehungsweise -kanäle auf, die dann für weitere digitale Signalverarbeitungsprozesse wie die Kompression bzw. Verstärkungsberechnung und die Störgeräuschunterdrückung bereitstehen. Nach seiner Verarbeitung wird das Signal durch eine Synthesefilterbank wieder zusammengesetzt und über den Hörer des Hörsystems wiedergegeben. Dieser gängige Ansatz des Hörsystemdesigns verdeutlicht die wichtige Rolle von Filterbänken in der digitalen Signalverarbeitung.

Ein weiteres wichtiges Konzept ist das Abtasten (Sampling), also die Umwandlung des kontinuierlichen analogen Tonsignals in diskrete Teile, sogenannte Samples, die für die weitere Verarbeitung bereitstehen. Dies erfolgt mit unterschiedlichen Audio-Abtastraten, d. h. mit einer unterschiedlichen Anzahl von Samples pro Sekunde. CDs und viele Musik-Streamingdienste verwenden 44,1 kHz, das entspricht 44.100 Samples pro Sekunde. Bei Hörgeräten liegen die Abtastraten in der Regel zwischen 20 kHz und 33,1 kHz.

Die Abtastrate bezieht sich auf die Frequenz, die im Signal dargestellt werden kann, sodass die höchste darstellbare Frequenz die Hälfte der Abtastrate ist. Diese Frequenz wird als Nyquist-Frequenz bezeichnet. Das bedeutet, dass eine 20-kHz-Abtastrate eine Nyquist-Frequenz von 10 kHz hat und Frequenzen bis zu 10 kHz möglich sind, während eine 33-kHz-Abtastrate Frequenzen bis zu 16,5 kHz erlaubt. Bei diesen Zahlen handelt es sich um die Abtastraten in der Eingangsstufe der Signalverarbeitung. Im weiteren Verlauf des Verarbeitungspfades kann das Signal heruntergetaktet werden, um Verarbeitungskapazität zu sparen, bevor es wieder hochgetaktet wird. Auch wenn andere Faktoren, z. B. die Abschwächung des Hörer-Ausgangspegels, den Frequenzbereich des Ausgangssignals einschränken können, ist eine höhere Wiedergabetreue in den hohen Frequenzen für bestimmte Hörverluste weiterhin von Bedeutung. Eine hohe Abtastrate birgt für die Klangqualität noch weitere Vorteile, etwa eine geringere Verarbeitungsverzögerung und flach abfallende Filter.

Filterbänke im Zeit- und im Frequenzbereich Obwohl der grundlegende Verarbeitungspfad bei vielen Hörgeräten gleich ist, besteht bei der Wahl der Filterbank ein fundamentaler Unterschied: Die meisten Hörgerätehersteller verwenden sogenannte Frequenzbereichsfilterbänke beziehungsweise einheitliche Filterbänke. Hörgeräte von Widex greifen auf Zeitbereichsfilterbänke beziehungsweise nicht einheitliche Filterbänke (z. B. Infinite-Impulse-Response-Filter [IIR-Filter]) zurück – eine Entscheidung zugunsten eines natürlichen Klangs.

Der Unterschied zwischen diesen beiden Typen hat mit einem grundlegenden Kompromiss bei der Verarbeitung zwischen Zeit- und Frequenzauflösung zu tun. So ist in jeder Filterbank die zeitliche Auflösung jedes Frequenzbandes proportional zu dessen Breite. Grob gesagt bedeutet dies, dass eine fünfmal breitere Bandbreite eine fünfmal höhere zeitliche Auflösung hat. Umgekehrt führt eine geringere Bandbreite zu einer schlechteren zeitlichen Auflösung.

Filterbänke im Frequenzbereich begrenzen das System auf Frequenzbänder mit gleicher Breite über den gesamten Frequenzbereich. In der Praxis bedeutet das, dass alle Bänder relativ schmal sind, weil die Bandbreite anhand der für die niedrigsten Frequenzen benötigten Bandbreite festgelegt wird. Die Frequenzempfindlichkeit des Ohrs ist für niedrige Frequenzen am höchsten, daher müssen die Bänder schmal sein. Aufgrund des oben beschriebenen Kompromisses zwischen Zeit und Frequenz heißt das auch, dass alle Bänder, sowohl die Hoch- als auch die Niederfrequenzbänder, mit der gleichen, relativ schlechten Zeitauflösung arbeiten.

Im Gegensatz dazu bieten nicht einheitliche Filterbänke, einschließlich Filterbänken im Zeitbereich, die Flexibilität, mit Filtern zu arbeiten, die in ihrer Bandbreite variieren können. Das bedeutet, dass die Hörgeräte-Entwickler die Bandbreiten im Prinzip nach Belieben festlegen können. Während also bei einer Filterbank im Frequenzbereich alle Bänder die gleiche Breite und zeitliche Auflösung haben, variieren sie bei einer Filterbank im Zeitbereich in der Breite und damit auch in der zeitlichen Auflösung.

Warum mehr Bänder nicht unbedingt besser sind

Die hohe Anzahl von Bändern, die für eine Filterbank im Frequenzbereich erforderlich ist, mag verlockend klingen, jedoch besteht angesichts der Funktionsweise des Gehörs gar kein Bedarf an vielen Kanälen in hohen Frequenzbereichen. Genauso viele Bänder zwischen 4250 und 4500 Hz wie zwischen 250 und 500 Hz zur Verfügung zu haben, ist auch audiologisch nicht besonders sinnvoll, da die Oktave zwischen 250 und 500 Hz der Oktave zwischen 4000 und 8000 Hz entspricht. Zusätzlich haben die vielen Kanäle den Nachteil, dass sie zu einer längeren Verarbeitungszeit führen.

Die Zeitbereichsfilterbank von Widex ist mit schmaleren Bändern in den unteren Frequenzen und breiteren Bändern in den höheren Frequenzen ausgestattet. Dadurch wird derselbe Kompromiss zwischen Zeit und Frequenz in der Filterbank beibehalten, den der Mensch in seinem Gehör hat. Dieses Filterbank-Design ahmt die logarithmische Funktionsweise des Ohrs nach, mit höherer Frequenz-Auflösung bei niedrigen Frequenzen und einer geringeren Auflösung bei höheren Frequenzen. Im menschlichen Ohr manifestiert sich der Unterschied physiologisch dadurch, dass größere Bereiche der Cochlea für die Wahrnehmung niedriger Frequenzen und kleinere Bereiche für höhere Frequenzen zuständig sind. Man hört es auch daran, dass eine Verdoppelung der Frequenz immer einen Unterschied von einer Oktave ergibt, egal ob es sich um die Differenz zwischen 125 und 250 Hz oder zwischen 4 und 8 kHz handelt. Dies ist natürlich jedem vertraut, der sich mit der Reinton-Audiometrie beschäftigt. Auch hier werden die Abstände zwischen den Testfrequenzen immer größer.

Auch Filterbänke im Frequenzbereich können versuchen, die logarithmische Funktionsweise des Ohrs nachzuahmen, indem sie die Bänder bei den höheren Frequenzen zusammenziehen und diese beispielsweise von 64 Verarbeitungsbändern auf 16 Anpassbänder reduzieren. Jedoch bleibt hierbei die ursprünglich relativ schlechte Zeitauflösung ein Problem. Wie wichtig dies ist, lässt sich anhand eines Spektrogramms veranschaulichen (Abbildung 1).

Der hervorgehobene Konsonant ist kurz in seiner Dauer (horizontale Achse), aber hoch und breit in der Frequenz (vertikale Achse), während die für den Vokal hervorgehobene wichtige Information länger in ihrer Dauer, aber niedriger und schmaler in der Frequenz ist. Dies bedeutet, dass das Signal am besten durch Filter dargestellt wird, bei denen die hohen Frequenzen eine hohe Zeitauflösung haben, während die niedrigen Frequenzen eine bessere Frequenzauflösung benötigen, d. h. genau auf die Art und Weise, wie die Widex-Filterbänke im Zeitbereich aufgebaut sind.

Ein wichtiges Merkmal einer Filterbank im Frequenzbereich mit schmalen Filtern ist, dass sie ein einfaches Heruntertakten (Downsampling) des Signals ermöglicht. Diese erweiterte Downsampling-Möglichkeit ist ein wesentlicher Vorteil einer Filterbank im Frequenzbereich, da die Reduzierung der Samples auch eine Verringerung des Stromverbrauchs mit sich bringt. Für eine Filterbank im Zeitbereich sind die Vorteile des Heruntertaktens gering und wiegen die Risiken von Artefakten nicht auf, die mit nicht linearen Prozessen wie dem Down- und Upsampling einhergehen. Das bedeutet, dass bei der Wahl einer Filterbank im Zeitbereich noch andere komplizierte Mechanismen eine Rolle spielen, um den Stromverbrauch ausreichend gering zu halten. Die Vermeidung des Heruntertaktens und die Beibehaltung des ursprünglichen Eingangssignals bedeuten jedoch eine höhere Wiedergabetreue, eine geringere Gefahr von Artefakten im Signal und eine bessere Klangqualität. Zusätzlich wird die Verzögerung des Signaldurchlaufs in einem Hörsystem.

Heruntertakten (Downsampling)

Ein wichtiges Merkmal einer Filterbank im Frequenzbereich mit schmalen Filtern ist, dass sie ein einfaches Heruntertakten (Downsampling) des Signals ermöglicht. Diese erweiterte Downsampling-Möglichkeit ist ein wesentlicher Vorteil einer Filterbank im Frequenzbereich, da die Reduzierung der Samples auch eine Verringerung des Stromverbrauchs mit sich bringt. Für eine Filterbank im Zeitbereich sind die Vorteile des Heruntertaktens gering und wiegen die Risiken von Artefakten nicht auf, die mit nicht linearen Prozessen wie dem Down- und Upsampling einhergehen. Das bedeutet, dass bei der Wahl einer Filterbank im Zeitbereich noch andere komplizierte Mechanismen eine Rolle spielen, um den Stromverbrauch ausreichend gering zu halten. Die Vermeidung des Heruntertaktens und die Beibehaltung des ursprünglichen Eingangssignals bedeuten jedoch eine höhere Wiedergabetreue, eine geringere Gefahr von Artefakten im Signal und eine bessere Klangqualität. Zusätzlich wird die Verzögerung des Signaldurchlaufs in einem Hörsystem in einer Zeitbereichsfilterbank wesentlich eringer gehalten, was ebenfalls zu einer verbesserten Klangqualität beiträgt.

Durchlaufzeiten in Hörgeräten

Die Verzögerung des Hörgerätesignals bezieht sich auf die Zeit, die von der Aufnahme des Schalls durch das Mikrofon bis zu dem Zeitpunkt vergeht, an dem der verstärkte Schall das Trommelfell erreicht. Verschiedene Aspekte tragen zu der Verzögerung bei, darunter Hardware- und Signalverarbeitungsverzögerungen. Die Verzögerung ist in diesem Kontext von Bedeutung, da sie von der Wahl der Filterbank und der Abtastrate abhängt. Für Hörgerätetragende ist noch entscheidender, dass die Verzögerung ein hauptsächlicher Faktor für die Klangqualität ist (Balling et al., 2020, Schepker et al., 2019).

Eine Filterbank im Frequenzbereich zu wählen, bringt mit sich, dass alle Filter die gleiche relativ lange Verzögerung haben. Außerdem wird normalerweise eine Frequenzbereichsfilterbank gewählt, um das Signal heruntertakten zu können, was wiederum zur Gesamtverzögerung beiträgt, da das Heruntertakten und die anschließende Rekonstruktion des Signals Zeit brauchen. Das bedeutet, dass digitale Hörgeräte, die auf diese Weise arbeiten, in der Regel relativ lange Verzögerungen im Bereich von 5 bis 8 ms haben. Beispielhaft hierfür sind Hersteller 1 und 2 aus Abbildung 2. Diese Verzögerungsdauer mag vernachlässigbar klingen, führt aber bei offenen und Vent-Anpassungen zu hörbaren Artefakten, bei denen der durch die Belüftung kommende Direktschall mit dem verzögerten Hörgeräteschall interagiert und ein Artefakt erzeugt, das als Kammfiltereffekt bezeichnet wird.

Im Gegensatz dazu halten die Filterbank im Zeitbereich und die hohe Abtastrate in Widex-Hörsystemen die Verzögerung gering – im Durchschnitt etwa 2,5 ms im Universal-Programm – und dies aus zwei Gründen:

1. Die Verzögerung der breiteren Filter in den höheren Frequenzen ist viel geringer; dies ist auch der Grund für die abfallende Durchlaufzeit über die Frequenz, wie in Abbildung 2 für Widex Universal zu sehen ist.

2. Das Signal wird nicht heruntergetaktet, sodass dieser zur Verarbeitungsverzögerung beitragende Faktor vermieden wird.

Diese Überlegenheit im Bereich der Durchlaufgeschwindigkeit ist bei allen Widex-Hörsystemen zu sehen.

Durch den separaten Verarbeitungspfad der PureSound-Technologie in den Widex-Moment-Hörsystemen wird eine Verzögerung von nur 0,5 ms ermöglicht und somit wird die Technologie noch weiter verbessert.

Die PureSound-Signalverarbeitung findet ihre Anwendung bei leichten bis mittelgradigen Hörverlusten, bei denen offene und Vent-Anpassungen zum Einsatz kommen. Dies eliminiert praktisch die Klangartefakte des Kammfiltereffekts (Kuk & Slugocki, 2021, Balling et al., 2021).

Aus einer evolutionären Perspektive

Zusätzlich zu den Vorteilen bei der Signalerhaltung sowie durch die reduzierte Verzögerung spiegelt die unterschiedliche Bandbreite innerhalb der Widex-Filterbank auch das menschliche Ohr wider, wie in Abbildung 1 zu sehen ist. Somit wird die wahrscheinliche Evolution des Sprachsignals berücksichtigt. Die Weiterentwicklung von Sprache kann natürlich nicht direkt untersucht werden, es liegt jedoch nahe, dass sich das Sprachsignal so entwickelt hat, dass die darin enthaltenen Informationen in ihrer Übertragung maximiert werden. – Angesichts der Eigenschaften des menschlichen Ohrs gilt es, diese Informationsübertragung so robust wie möglich zu gestalten. Anders ausgedrückt, ist davon auszugehen, dass sich das Sprachsignal für das menschliche Gehör evolutionär optimiert hat.

Betrachtet man den Gehörgang, so erklärt diese oben beschriebene evolutionäre Perspektive, warum bei Erwachsenen durch die Gehörgangsresonanzen der Frequenzbereich typischerweise zwischen 2 und 4 kHz die größte Verstärkung erfährt. Dies ist ein entscheidender Frequenzbereich für das Sprachverständnis. In Anbetracht der Cochlea mit ihrer höheren Empfindlichkeit in tieferen Frequenzen entsprechen die Art und Weise, wie die verschiedenen Frequenzen verarbeitet werden, der Tatsache, dass sich die Sprachlaute am unteren Ende des hörbaren Frequenzbereichs konzentrieren. Sich so genau wie möglich auf das cochleäre System abzustimmen, ist die Schlüsselmotivation bei der Wahl für die Widex-Filterbank.

Schlussfolgerung

Es wurde aufgezeigt, dass es plausible Gründe dafür gibt, eine Filterbank entweder im Frequenzbereich oder im Zeitbereich zu wählen. Die Wahl einer Filterbank im Frequenzbereich ist einfacher für den Hersteller, aber nicht unbedingt besser für den Hörgeräteträger. Die besseren Optionen für das Heruntertakten mit Filterbänken im Frequenzbereich sorgen für eine höhere Energieeffizienz, gleichzeitig erhöht dies jedoch die Verzögerungsrate der Durchlaufzeit im Hörsystem und verringert die Klangqualität. Für einen Hörgerätehersteller wie Widex, der all seine Designentscheidungen so trifft, dass die beste, natürlichste Klangqualität erzielt wird, bedeutet dies, dass eine Filterbank im Zeitbereich mit der damit verbundenen hohen Abtastrate die einzige vernünftige Wahl ist.

Daraus ergibt sich zwar die Herausforderung, den Stromverbrauch zu optimieren, Widex arbeitet allerdings schon seit Generationen von Hörsystemen an dieser Aufgabe, denn wir sind davon überzeugt, dass der Schlüssel zu einem guten Leben mit Hörgerät in der besten und natürlichsten Klangqualität liegt. Dieses Schlüsselelement des Klangs wird über die Zusammenarbeit mit dem Hörakustiker erzielt. Die zugrunde liegende Philosophie lautet, dass es für Hörgerätetragende nichts Besseres geben kann als eine Verarbeitung, die sich dem Ohr so exakt wie möglich anpasst und das Signal so vollständig wie möglich bewahrt.

Dieser Artikel erschien ursprünglich in englischer Sprache in der Februar-Ausgabe 2022 von „The Hearing Review“ (www.HearingReview.com) unter dem Originaltitel „Signal Processing and Sound Quality“ und erscheint hier mit freundlicher Genehmigung des Herausgebers.

Quellen:

L. W. Balling, O. Townend, G. Stiefenhofer und W. Switalski (2020). Reducing hearing aid delay for optimal sound quality: a new paradigm in processing. Hear. Rev., Vol. 27, No. 4, S. 20–26, 2020.

F. Kuk und C. Slugocki (2021). Quantifying Acoustic Distortions from Hearing Aid Group Delays.

WidexPress, Vol. 44, 2021.

H. Schepker, F. Denk, B. Kollmeier und S. Doclo (2019). Subjective sound quality evaluation of an acoustically transparent hearing device. Proc. AES Int. Conf., Vol. 2019-August, S. 1–10, 2019.

L. W. Balling, O. Townend, D. Helmink (2021). Sound quality for all: The benefit of ultra-fast signal processing in hearing aids. Hearing Review. 2021; 28(9), S. 32–35.

Damit Menschen mit mittelgradiger Hörminderung zu überzeugten Hörgeräteträgern werden, müssen neben der Sprachverständlichkeit zusätzliche Faktoren berücksichtigt werden. Gerade in den ersten Wochen werden neue Höreindrücke wahrgenommen und es entstehen Momente, in denen der Umgang mit den bis dato unbekannten Hörsystemen ungewohnt ist. Es gilt also, diese Hürden so schnell wie möglich zu überwinden. Eine elementare Unterstützung hierbei ist es, den Klang der Hörgeräte so natürlich wie möglich zu präsentieren. Das menschliche Gehirn verlässt sich bei der Schallverarbeitung auf feinste Informationen über die Lautheit sowie deren Veränderung, die exakte Unterscheidung der beteiligten Frequenzen wie auch feinste zeitliche Strukturen. Werden diese wichtigen akustischen Eigenschaften vom Hörgerät berücksichtigt und ohne verzerrende Klangartefakte wiedergegeben, können nachstehende kognitive Prozesse, wie die Einordnung der akustischen Szene (Bregman, 1990) und die Produktion des Sprachverstehens, qualitativ hochwertiger durchgeführt werden (Rönnberg, 2003).

Um in den unterschiedlichsten Hörsituationen des Alltags eine natürliche Klangqualität anzubieten, setzen Widex Hörsysteme in ihrer Signalverarbeitung auf die exakte Berücksichtigung und Bewahrung der realen Schallcharakteristika. Gleichzeitig werden Störgeräusche adaptiv reduziert sowie Sprachanteile gezielt hervorgehoben. Die Erkenntnisse und Umsetzungen sind Ergebnisse langjähriger Forschung und Entwicklungsarbeit, aus denen die Bereitstellung einzelner Features resultiert. Deren Ziel ist es, ein Klangerlebnis zu schaffen, das seine Anwender vergessen lässt, ein Hörsystem zu tragen. Zusätzlich zur präzisen Anpassung an die Hörminderung durch die Hörakustiker bieten neueste Signalverarbeitungen Optionen, die eine Gewöhnung an das Hörsystem beschleunigen. Ein Hörgerät regelmäßig zu nutzen, bedeutet auch, die Bedienung zu verstehen und aktuelle Klangvorlieben berücksichtigen zu können. Daher unterstützen intuitive App-basierte Funktionen die Anwender.

Die in diesem Artikel angeführten zehn Features stehen beispielhaft für innovative Widex-Lösungen. Ihr Mehrwert für Hörakustiker und Hörsystemträger beschreibt, warum Widex Moment in der vergleichenden Ausprobe das ideale erste Hörsystem ist.

Digitalisierung der Hörumgebung – 18-bit-A/D-Wandler

Um bereits bei der Digitalisierung des Eingangssignals sehr leise bis sehr laute Pegel berücksichtigen zu können, verwenden Widex-Hörsysteme 18-bit-Analog/Digital-Wandler. Diese digitalisieren analoge Eingangssignale zwischen 5 und 113 dB SPL linear. Die Bewahrung der Linearität ist hierbei von großer Bedeutung, da das Signal somit keine Verfälschungen durch Verzerrungen aus Kompressionselementen erfährt. Weil Mikrofone in modernen Hörsystemen ein oberes physikalisches Übertragungslimit von ca. 115 dB SPL aufweisen, während das untere Limit bei 5–10 dB SPL liegt, ist es vorteilhaft, dass der Widex-A/D-Wandler den Arbeitsbereich der Mikrofone fast komplett nutzt (Kuk, 2017). Der nachfolgenden Signalverarbeitung steht dadurch eine lineare Dynamikbandbreite von 108 dB zur weiteren Analyse und Verarbeitung zur Verfügung.

Relevant ist ein hohes Übertragungslimit für eine bessere akustische Wahrnehmung, besonders in sehr lauten Hörumgebungen. So berichtet Chasin (2014), dass bei einer Anhebung der linearen Obergrenze auf 113 dB SPL die Bewertung der Klangqualität von Musik steigt und dementsprechend bevorzugt wird. Des Weiteren sind alltägliche Hörumgebungen oft laut. Bei einem Spaziergang in einer Großstadt kann der Geräuschpegel zwischen 90 und 100 dB SPL liegen. Besucht man ein lautes Restaurant ist es nicht unüblich, Pegel zwischen 90 und 105 dB SPL anzutreffen. Bei einer großen Sportveranstaltung liegen die Pegel sogar zeitweise zwischen 90 und 115 dB SPL Kuk et al., 2014). Gerade für ein genaues Abbild des Originalsignals von sehr leisen bis lauten Schallereignissen muss deren Dynamik durch die Digitalisierung des Hörsystems erhalten bleiben. Andernfalls könnten relevante akustische Informationen schon in den ersten Stufen ihrer Verarbeitung verloren gehen. Dieser Grundsatz gilt auch, um das Verstehen von Sprache in lauten Situationen zu erleichtern – für Menschen mit einer Hörminderung ein unerlässliches Merkmal. Die Forschungsgruppen um Kuk et al. (2015) sowie Oeding und Valente (2015) dokumentierten eine verbesserte Sprachverständlichkeit im Störgeräusch (Eingangspegel > 85 dB SPL), wenn das Signal bis 113 dB SPL, im Vergleich zu 103 dB SPL, digitalisiert wurde.

Die durch Moment-Hörsysteme angebotene lineare Digitalisierung stellt eine verzerrungsfreie Aufnahme und damit verbunden die Bewahrung der Klangqualität von Musikstücken oder wichtigen Sprachinhalten in einem lauten Restaurant bereit. Zusätzlich werden bereits sehr leise Eingänge wie das Rascheln von Blättern im Wind übertragen, um den vollen Zugriff auf die akustische Hörwelt zu ermöglichen.

Individuelle Verstärkungsberechnung – TruAcoustics

Zentraler Teil der Widex-Klangphilosophie ist es, eine natürliche Klangwiedergabe bereitzustellen. Nachdem die Digitalisierung und Erfassung der kompletten Hörumgebung erfolgt sind, liegt der Fokus in den nachfolgenden Schritten auf der akkuraten Bereitstellung der benötigten Verstärkung. Schließlich ist die Abgabe des Ausgangssignals eines Hörsystems die ausschlaggebende Basis für eine individuelle Bewertung der Klangqualität.

Widex setzt für die Verstärkungsberechnung, unter der Verwendung einer Enhanced-Dynamic-Range- Compression (EDRC), ebenfalls auf die Bewahrung von sehr leisen bis hin zu lauten Eingangssignalen – mit dem Hauptziel, die bestmögliche Sprachverständlichkeit für normallaute Sprache zu ermöglichen (Smeds et al., 2016).

Maßgebliche Grundlage für eine korrekte Verstärkungskalkulation ist der Pegel vor dem Trommelfell in Abhängigkeit zur individuell ermittelten Hörschwelle. Neben der abgerufenen Verstärkungsleistung in einem Frequenzkanal ist die tatsächlich im Ohr anliegende Verstärkung (REAG) von Bedeutung. Diese kann durch die persönliche Beschaffenheit des Gehörgangs, des Mittelohrs wie auch durch die Art der akustischen Ankopplung variieren. Um eine genaue Vorberechnung der Verstärkung durchzuführen, verwenden Widex-Hörsysteme den eigens entwickelten Algorithmus TruAcoustics (Townend & Balling, 2020). Dabei sind akustische Modelle unterschiedlicher Otoplastiken und Domes in Bezug auf deren Schallabfluss über die Belüftungsöffnung (Venteffekt) und Einfügedämpfung statistisch erfasst (Balling et al., 2019). Gleichzeitig zieht TruAcoustics die individuellen Ergebnisse aus dem Rückkopplungstest, aus der In-situ-Hörschwelle via Sensogramm und das persönliche Audiogramm heran, um die Verstärkung für alle verfügbaren Zielberechnungen (Widex Fitting Rational, NAL-NL2, sowie DSL v5.0 für Erwachsene und Kinder) durchzuführen (für eine Übersicht siehe Müller, 2021). Das Ergebnis ist die Einbindung der persönlichen Gehörgangscharakteristik in die Kalkulation des Verstärkungsbedarfs. Der TruAcoustics-Algorithmus unterstützt Hörakustiker bereits ab der ersten Anpasssitzung, individuelle Parameter in Moment-Hörsystemen genauer zu berücksichtigen. Das Ziel der Verstärkungsberechnung ist die Definition einer präzisen Schallabgabe für eine natürlichere Klangempfindung der Hörsystemträger.

Mehr Signalinformationen für alle – Variable-Speed-Compression

Abhängig von der Lautstärke eines Eingangspegels bestimmt das Kompressionssystem eines Hörsystems, wie viel Verstärkung in diesem Moment bereitgestellt wird. So erfahren leise Eingangssignale eine höhere Verstärkung als laute Signale, um die gewünschte Hörbarkeit und Hörweite konsequent aufrechtzuerhalten (Kuk, 1997). Da die Lautstärke sowie der Signal-Rausch-Abstand (SNR) realer Hörsituationen variabel ist, spielt nicht nur der Verstärkungsgrad eine Rolle, sondern auch, wie schnell dieser durch das Kompressionssystem des Hörgeräts angepasst wird.

Widex-Hörsysteme verwenden in ihrer Schallverarbeitung ein Kompressionssystem, das die Vorteile langsamer und schneller Kompressionsgeschwindigkeiten gleichzeitig miteinander vereint. So teilt die Variable- Speed-Compression jeden Frequenzkanal in zwei Kompressionspfade auf. Während das Signal in einem Kompressionspfad über langsame Ein- und Ausschwingzeiten verarbeitet wird, kommen im zweiten Pfad parallel schnelle Kompressionsgeschwindigkeiten zum Einsatz. Das Ergebnis ist ein Mischverhältnis aus beiden Pfaden. Wobei für die Berechnung strikt darauf geachtet wird, dass keine Klangartefakte in das Ausgangssignal eingeschleust werden. Ziel des von Widex entwickelten Kompressionsvorgangs ist es, allen Hörsystemträgern adaptiv und je nach Hörsituation mehr Detailinformationen über ein sauberes Signal, bei gleichzeitig mehr Hörbarkeit für leise Eingangssignale, zur Verfügung zu stellen (Kuk & Hau, 2017). Im Vergleich zu herkömmlichen Kompressionssystemen mit ausschließlich subsequenter Anpassung der Kompressionsgeschwindigkeit ermöglicht die parallel agierende Widex-Variable-Speed-Compression eine gesteigerte Hörbarkeit für leise Sprachanteile sowie eine natürlichere Repräsentation lauter Schallereignisse. In einer Doppelblindstudie zeigten Kuk und Hau (2017) eine klare Verbesserung der Sprachverständlichkeit von leisen Konsonanten.

Eine Entwicklung für unterschiedliche kognitive Voraussetzungen: Doch warum spielen für Hörsystemträger die Regelgeschwindigkeiten der Kompression eine Rolle und wie unterscheiden sich diese? Forschungsgruppen um Gatehouse et al. (2003) sowie Souza und Sirow (2014) fanden heraus, dass Menschen mit niedriger Arbeitsgedächtniskapazität oder höhergradigen Hörminderungen verstärkt auf temporale Feinstrukturen des akustischen Signals angewiesen sind. Diese Feinstrukturen werden durch die Verwendung von langsamen Kompressionsgeschwindigkeiten bewahrt und stehen so für eine qualitativ hochwertige Übertragung bereit.

So zeigen Studien, dass die temporale Einhüllende eines Schallsignals als relevant für die Klangqualität anerkannt wird (Hansen, 2002). Des Weiteren sind sie ein Faktor für die Sprachverständlichkeit, wenn Schlüsselinformationen aus dem Kontext fehlen (Cox & Xu, 2010). Während Menschen mit geringeren kognitiven Eigenschaften den Erhalt dieser Feinstrukturen und eine damit verbundene langsamere Kompressionsgeschwindigkeit bevorzugen, um z. B. Sprache zu verarbeiten, setzen Menschen mit großer Kapazität des Arbeitsgedächtnisses auf eine andere Strategie. Sie bevorzugen eine schnelle Anpassung der Verstärkung durch einen schnellen Kompressor. Dies erhöht die Hörbarkeit von leisen Signalanteilen, die auf ein lautes Signal folgen. Ein adäquates Beispiel hierfür ist in der Sprachbildung zu finden, wenn eine laute Silbe einer leisen Silbe vorausgeht. Agiert hier ein schnell wirkender Kompressor, wird die Hörbarkeit der nachfolgenden leiseren Silbe gesteigert. Gleichzeitig verringert sich jedoch die Klangqualität durch den Verlust temporaler Feinstrukturen. Menschen mit guten kognitiven Fähigkeiten sind in der Lage, qualitative Einbußen der Klangqualität kognitiv aufzubereiten und trotzdem einen Nutzen daraus zu ziehen.

Folglich profitieren Menschen mit guter Kognition von schnellen Kompressionsgeschwindigkeiten, da diese selbst bei schnell wechselnden Sprachpegeln mehr Hörbarkeit für leise Sprachanteile bieten (Davies-Venn et al., 2009).

Welche Kompressionsgeschwindigkeit ist demnach individuell richtig? Eine Frage, die im Hörakustik-Fachgeschäft nicht so schnell beantwortet werden kann, denn kognitive Testbatterien können zeitaufwendig und ermüdend sein. Die Widex-Variable-Speed-Compression schließt diese Lücke, indem sie ein Signal bereitstellt, dass beiden Ansprüchen gerecht wird. Eine klare Klangqualität (langsame Kompression) bei gleichzeitig gesteigerter Hörbarkeit (schnelle Kompression) ist ein weiterer Schritt zu anstrengungsfreiem Hören, unabhängig von kognitiven Fähigkeiten (Kuk, 2017).

Unterdrückung leiser Störgeräusche – Soft-Level-Noise-Reduction

Wie bereits im Kapitel zur Kompression erwähnt, erhalten leise Eingangssignale durch eine Hörsystemversorgung mehr Verstärkung. Auch leise Umgebungsgeräusche erfahren diese Anhebung. Handelt es sich dabei um leise monotone Geräusche, wie bei einem Lüfter oder Kühlschrank, kann dies ebenfalls zu einer Steigerung ihrer Wahrnehmung führen. Für unerfahrene Hörsystemträger kann ein solcher Höreindruck jedoch ungewohnt sein. Nicht zuletzt da häufig Erstversorgte bzw. Menschen mit gering- bis mittelgradigen Hörminderungen verhältnismäßig gute Hörschwellen in tieffrequenten Bereichen aufweisen. Um dieser Klangwahrnehmung entgegenzuwirken, wurde von Widex die Soft-Level-Noise-Reduction entwickelt. Dieses Feature reduziert leise unmodulierte Störgeräusche mit einem Eingangspegel niedriger als 62 dB SPL (Kuk, 2017). Die dabei erreichte Reduktion kann bis zu -11 dB betragen, ohne dabei leise Sprache zu benachteiligen. Das Resultat führt zu weniger Ablenkung und erhöht den Komfort beim Tragen von Hörsystemen. Die Hörweite und die dazugehörige Verständlichkeit leiser Sprache bleiben jedoch uneingeschränkt. Möglich ist diese Unterscheidung durch eine Analyse des Eingangssignals über eine Art Sprachdetektor für leise Eingangssignale. Da Sprache und Störgeräusche unterschiedliche temporale Charakteristiken aufweisen, entscheidet die Soft-Level-Noise-Reduction anhand des Modulationsgrades, ob leise unmodulierte Störgeräusche vorliegen und unterdrückt werden müssen.

Ist dies der Fall, so greift die Signalverarbeitung ein und verringert die Verstärkung für das zu reduzierende Signal gezielt. Ebenfalls wirksam ist diese Vorgehensweise, wenn ein Eigenrauschen des Hörsystems erkannt wird (Boissonneault, 2016).

Während Menschen mit geringgradigen Hörminderungen oder wenig Hörsystemerfahrung von der Unterdrückung leiser Störgeräusche profitieren und ein klareres Klangbild erhalten, können langjährige Hörsystemträger durch ihre Trageerfahrungen eine reduzierte oder sogar deaktivierte Regeltiefe bevorzugen. Dies kann ebenfalls der Fall sein, wenn leise monotone Störgeräusche gezielt gehört werden wollen, z. B. bei Handwerksarbeiten wie einer Sanitärinstallation. Hierzu steht es den Hörakustikern frei, die Unterdrückung leiser Störgeräusche über die Anpasssoftware auf -6 dB zu verringern bzw. abzuschalten. So erhalten Hörsystemträger eine Signalübertragung, die auf ihre Anforderungen an die Hörbarkeit von leisen monotonen Störgeräuschen maßgeschneidert ist.

Klangqualität und Sprachverstehen im Wind – SmartWind Manager

Ein weiteres akustisches Ereignis ist das Auftreten von Windgeräuschen. Diese können z. B. über Luftbewegungen im Freien oder durch die eigene Fortbewegung wie beim Joggen oder Fahrradfahren entstehen. Ungefähr 42 Prozent der Hörsystemträger berichteten 2010, dass sie mit der Wirkungsweise ihrer Hörgeräte im Wind nicht zufrieden sind (Kochkin, 2010). Um effektiv Maßnahmen gegen die Entstehung dieser Geräusche zu entwickeln, muss deren Ursache beleuchtet werden. Windgeräusche können an jedem Mikrofon eines Hörgeräts entstehen.

Denn die Mikrofonöffnungen am Gehäuse stören den Luftfluss und lenken diesen um. Die dadurch entstehenden Turbulenzen werden von den Mikrofonen aufgenommen und als Windgeräusche weitergeleitet (z. B. Korhonen, 2021). Anders als bei Geräuschen, die durch Wind aus der Umwelt verursacht und auch von Normalhörenden ohne Hörgerät wahrgenommen werden (wie das Flattern beim Autofahren, wenn ein Fenster auf der Rückbank geöffnet ist), entstehen Windgeräusche jeweils individuell und mit unterschiedlicher Charakteristik direkt an den Mikrofonen. Um eine zufriedenstellende Hörsystemversorgung auch in aktiven Lebenssituationen bereitzustellen und die Adaptionsrate von Hörgeräten zu bestärken, entwickelte Widex eine spezielle Windgeräuschunterdrückung – den SmartWind Manager.

Über die signalverarbeitungsbasierte Lösung wird das Eingangssignal auf unerwünschte Windartefakte untersucht, um diese von gewünschten Signalen zu trennen. Anhand der Informationen aus beiden Mikrofoneingängen kann bestimmt werden, ob ein Signal seinen Ursprung im Nah- oder Fernfeld hat. Da die Wellenlänge für im Fernfeld entstehende Geräusche größer ist als der Abstand zu beiden Mikrofonen (λ > 3,5 cm bei f < 10 kHz) kommt das Signal an beiden Mikrofonen in ähnlicher Phase an. Demnach korrelieren beide Eingangssignale stark miteinander (Korhonen, 2021). Im Gegensatz dazu verursachen die Turbulenzen der Windgeräusche an den Mikrofonen Signale, die nicht miteinander korrelieren. Folglich kann durch eine Korrelationsanalyse der Signale des vorderen und hinteren Mikrofons das Auftreten von Windgeräuschen erkannt werden (Korhonen et al., 2017). Zusätzliche Erkennungskriterien sind: der Pegel (> 40 dB SPL) und das Auftreten hauptsächlich in tiefen Frequenzbereichen (Korhonen, 2021). Der SmartWind Manager setzt zur Unterdrückung von Windgeräuschen auf adaptive Filter unter Verwendung von Least-Mean-Square (LMS)-Algorithmen. Diese wurden entwickelt, um Windgeräusche zu reduzieren, gleichzeitig die Sprachverständlichkeit und Klangqualität jedoch nicht einzuschränken (für eine ausführliche Beschreibung der Wirkungsweise – siehe Korhonen et al., 2021). Zur Windgeräuschminimierung verfolgen andere Hörsystemhersteller abweichende Strategien. So kann die Reduktion der Tiefton-Verstärkung (Bentler & Chiou, 2006) oder ein binauraler Ersatz (< 1,5 kHz) durch die vom Windgeräusch am wenigsten betroffene Seite (Latzel & Appelton, 2013) eingesetzt werden. Jedoch können diese Vorgehensweisen die Hörbarkeit des Nutzschalls in niedrigen Frequenzbereichen bzw. die Informationen zur Schalllokalisierung im jeweiligen Arbeitsbereich einschränken.

Untersuchungen ergaben, dass der von Widex entwickelte SmartWind Manager die subjektiv wahrgenommene Beeinträchtigung durch Windgeräusche reduziert (Lee, 2016 & Korhonen et al., 2017). Zusätzlich berichteten Korhonen et al. (2017) von einer signifikanten Verbesserung des Sprache-Windgeräusch-Verhältnisses (SWNR) um 8,4 dB für die Ermittlung der Phonem-Identifikation (bei 50 %). Die Sprachverständlichkeit sowie die Zufriedenheit über klangliche Eigenschaften im Wind sind für Widex von hoher Relevanz, um Hörsystemträgern ein unbeschwertes Genießen von Aktivitäten in der Natur bereits ab der ersten Anpassung zu ermöglichen.

Klangqualität durch Verkürzung der Durchlaufzeiten – PureSound

Werden bei zunehmenden Hörminderungen zum ersten Mal Hörsysteme angepasst, geschieht dies aufgrund des vorliegenden Hörverlusts meist durch eine offene Anpassung. Eine Eigenschaft dieser Versorgungsart ist es, dass neben der Verstärkung durch das Hörsystem der Direktschall ebenfalls an das Trommelfell gelangt. Obwohl dieser Zustand beabsichtigt ist, bringt er eine der größten Herausforderungen für die Klangqualität in Hörsystemversorgungen mit sich – den Kammfiltereffekt (Schepker et al., 2019). Die durch den Kammfiltereffekt entstehenden Klangartefakte bilden sich im Gehörgang, wenn der durch das Hörsystem verarbeitete Schall nicht zeitgleich mit dem Direktschall am Trommelfell eintrifft. Akustisch macht sich der Kammfiltereffekt durch Verzerrungen, dumpfen oder unnatürlichen Klang bzw. wie “durch eine Röhre klingend” bemerkbar.

Dies sind Rückmeldungen, die bisher gerade von Menschen getätigt wurden, die zum ersten Mal Hörsysteme tragen – auch in Bezug auf die Bewertung ihrer eigenen Stimme. Die akustische Umwelt wird demnach durch den Kammfiltereffekt nicht korrekt abgebildet geschweige denn wahrgenommen. Obwohl herkömmliche digitale Hörsysteme über Durchlaufzeiten von 5–8 ms verfügen, ist diese Verarbeitungszeit zu langsam, um den Kammfiltereffekt zu verhindern (Balling et al., 2020). Durch die Verwendung einer Infinite-Impulse-Response- Filterbank (IIR-Filter) gelingt es Widex, die durchschnittlichen Durchlaufzeiten von 2,5 ms auf unter 0,5 ms in jedem Frequenzkanal zu reduzieren. Die dabei umgesetzte PureSound-Signalverarbeitung erlaubt es, dass verarbeiteter und Direktschall quasi zeitgleich das Trommelfell erreichen. Klangartefakte des Kammfiltereffektes können nicht mehr entstehen, wodurch sich die Klangqualität weiter steigert (Balling et al., 2020).

Die um das Zehnfache schnellere PureSound-Schallverarbeitung und der damit verbundene Klang werden von Hörsystemträgern mit bis zu mittelgradigen Hörminderungen im Durchschnitt in einer Vielzahl alltäglicher Hörsituationen bevorzugt. Unter die Hörsituationen fallen: im Straßenverkehr, in ruhiger wie auch geräuschvoller Hörumgebung, beim Auftreten von Sprache und bei der Bewertung der eigenen Stimme. Auch breitbandige und Impulsgeräusche wurden von den Testpersonen präferiert durch PureSound wahrgenommen. Die Befragten gaben an, dass sie den PureSound-Klang als natürlicher oder als mit weniger Störgeräusch behaftet empfanden.

Andere wichtige Gründe waren “angenehmer Klang”, “klarer Klang”, “weniger Halleindrücke” und “besseres Sprachverstehen” (Balling et al., 2020). Eine weitere Umfrage ergab zusätzlich, dass 95 Prozent die Klangqualität von PureSound als natürlich empfinden (Balling et al., 2021a). Unterstützt werden die angeführten Erkenntnisse durch objektive Analysen der Forschungsarbeit um Slugocki et al. (2020). Die Forschungsgruppe untersuchte, wie Schallinformationen aus aktuellen Hörsystemen mit unterschiedlichen Durchlaufzeiten vom zentralen auditorischen System neuronal codiert werden. Verglichen wurde hierbei Widex PureSound (Durchlaufzeit: 0,5 ms) mit den Durchlaufzeiten zweier aktueller High-end-Hörsysteme anderer Hersteller (Durchlaufzeiten: 6 ms und 8 ms). Die Ergebnisse zeigen, dass PureSound die neuronale Antwort, die anhand der Envelope Frequency Response (EFR) bestimmt wurde, signifikant besser bewahrt. Da die neuronale Codierung der Grundfrequenz f(0) positiv mit dem Sprachverstehen auch im Störgeräusch in Verbindung gebracht wird (Song et al., 2011), ist dies eine wichtige Erkenntnis. Zentrale Erkenntnis der Untersuchung von Balling et al. (2020, 2021a) und Slugocki et al. (2020) ist, dass Moment mit der PureSound-Verarbeitung gerade bei diesen Hörminderungen das natürliche Hörerlebnis erheblich steigert und damit zu einer besseren Akzeptanz von Hörsystemen beitragen kann.

Automatische Anpassung an die Hörumgebung – Sound-Class-Technologie

Den “richtigen Ton” in jeder Hörumgebung automatisch zu treffen, ist die Aufgabe der adaptiven Situationserkennung der Widex-Universalautomatik. Sie analysiert die aktuelle Hörumgebung permanent anhand zwölf akustischer Attribute (z. B. der Modulation der Einhüllenden, der Amplitudenmodulation usw.) und ordnet diese mittels 700 realer Hörmuster einer Hörsituation zu, wobei der Hörsystem-Chip die Klassifizierung über ein statisches Training erlernt hat. Die Auswahl der präsenten Hörsituation wird über die Zuordnung zu einer der insgesamt elf Sound-Classes repräsentiert. So unterscheiden Widex-Moment-Hörsysteme zwischen den Situationen jeweils mit und ohne Sprache für Ruhe, Stadt, Fahrzeug und Gesellschaft. Hinzu kommen Gespräche in kleiner Runde (Social) sowie die Unterscheidung zwischen klassischer und zeitgenössischer Musik.

Von der erkannten Hörsituation ausgehend, kann das Hörsystem gezielt Einfluss auf die jeweils benötigten Signalverarbeitungen vornehmen und diese adaptiv an die akustische Umgebung anpassen. So wird der Schall nur von genau den Parametern der Signalverarbeitung bearbeitet, die tatsächlich in der Situation benötigt werden. Wechselt die Hörumgebung, so verändert sich dazu feinangepasst auch die Signalverarbeitung durch einen fließenden Übergang. Hörsystemträger sollen eine fortlaufende Anpassung an deren Höralltag erhalten, um idealerweise nicht an das Tragen eines Hörgeräts (durch das Schalten von Regelmechanismen) erinnert zu werden.

Die Schallwiedergabe über Hörsysteme mit einer Sound-Class-Klassifizierung ermöglicht eine differenziertere Schallabgabe, wobei die automatische Analyse das manuelle Wechseln der Programme ersetzt. Die Anwendung von Hörsystemen vereinfacht sich für seine Nutzer durch die automatische Anpassung an deren vielseitige alltägliche Hörsituationen.

Für eine zusätzliche Ebene der Individualisierung können alle Sound-Classes einzeln auf die Wünsche der Hörsystemträger feinabgestimmt werden. So kann der Hörakustiker die jeweiligen Einstellungen für jede der elf Sound-Class-Kategorien in Richtung mehr Hörbarkeit oder Hörkomfort vornehmen. Damit berücksichtigt die Sound-Class-Technologie, wie Hörsystemträger ihre akustische Umwelt wahrnehmen möchten, und definiert die Schallwiedergabe der PureSound- und Universal-Signalverarbeitung. Die automatische Anpassung eines Hörsystems in unterschiedlichen Hörumgebungen erleichtert dessen Handhabung und trägt zur schnelleren Gewöhnung bei.

Die vorgestellten Features wurden entwickelt, um die Hörwelt der Hörsystemträger so originalgetreu und dementsprechend natürlich wie möglich in das Hörsystem zu übertragen. Die nachstehende Signalverarbeitung setzt gezielt auf die Vermeidung von Klangartefakten. Folglich werden in der Hörakustik Strategien wie die Widex PureSound-Technologie umgesetzt, um Nutzern das Tragen von Hörsystemen angenehmer und letzten Endes natürlicher zu gestalten. Neben der großen Bedeutung der Klangeigenschaften eines Hörgeräts spielen seine Bedienbarkeit und die intuitive Beteiligung im Moment eine entscheidende Rolle. Die drei nachfolgenden Features zeigen, wie Hörsystemträger in ihrer Eingewöhnungsphase unterstützt werden.

Duale KI für individuelle Klangoptimierungen – My Sound

Die Art und Weise, wie eine akustische Situation wahrgenommen werden soll, wird auch von unserer aktuellen Hörintention geleitet. In ein und derselben akustischen Situation, z. B. in einem Café, kann eine unterschiedliche Intention, wie beim Lesen eines Buches oder dem Beobachten des Geschehens, zu einer differenzierten Wahrnehmung und folglich unterschiedlichen Klangvorlieben führen. Obwohl automatische Klassifikationen wie die Sound-Class-Technologie eine robuste Analyse der akustischen Situation durchführen, beruhen diese Mechanismen auf vortrainierten Annahmen und Verhaltensweisen. Die aktuelle Hörintention der Hörsystemträger kann hierbei nicht berücksichtigt werden. In wenigen Einzelfällen kann dies dazu führen, dass Hörsystemträger einen anderen Klangwunsch haben als den vom Hörsystem abgegebenen Klang. So entsteht der Wunsch nach einer Klangoptimierung in der jeweiligen Situation (Townend et al., 2018a).

Widex Moment ermöglicht Hörsystemträgern eine intuitive Echtzeitkommunikation zu den eigenen Hörsystemen über My Sound. My Sound ist ein Feature der Moment-App, das durch duale künstliche Intelligenz (KI) von den Klangvorlieben der Hörsystemträger lernt, um diese in einer gewünschten Hörsituation über einen Drei-Band- Equalizer zu berücksichtigen und anzubieten. Durch die Verwendung eines dynamischen Machine-Learning- Verfahrens, gekoppelt mit der sukzessiven Bewertung von Klangvorschlägen eines A/B-Vergleichs, erlernt das Hörsystem gezielt die Klangwünsche seiner Anwender innerhalb realer Hörumgebungen (Townend et al., 2018a & Balling et al., (2021b)). Darüber hinaus verbindet My Sound seine weltweiten Anwender miteinander. Denn die aus den A/B-Vergleichen entstandenen App-Lieblingsprogramme können von den Nutzern für eine Big-Data-Analyse in der Cloud freigegeben werden. Somit ist eine weitere KI in der Lage, direkt zwei eigene Klangvorschläge anzubieten, die bereits vielen anderen Nutzern in vergleichbaren Hörsituationen geholfen haben (Balling et al., (2021b).

My Sound wird durch seine direkte und individuelle Klangoptimierung zu einer hilfreichen Unterstützung in der Situation und Verbesserung der empfundenen Klangqualität und Komforts (Townend et al., 2018b), beispielsweise bei einem Konzertbesuch. Hörsystemträger werden befähigt, auf der unveränderbaren Grundlage der Hörakustiker-Einstellung die Klangwahrnehmung bei Bedarf zu verfeinern. Hörakustiker werden ebenso durch das KI-Feature in der Feinanpassung unterstützt. So ermöglicht My Sound via App oder eine Art erweiterten Dataloggings “Real-Life Insights” einen direkteren Austausch zwischen Hörakustiker und Hörsystemträger über die jeweilige Wahrnehmung des Klangs. Diese Möglichkeit unterstützt den Hörakustiker, bereits früh im Anpassprozess die Wünsche der Hörsystemträger zu ermitteln, um diese gezielt und schnell abdecken zu können.

Erfahren Sie mehr zur dualen künstlichen Intelligenz in der “Hörakustik” Ausgabe 05/2021 oder direkt hier.

Das eigene Hörsystem kennenlernen – My Guide

Die ersten Termine in einer Hörsystemanpassung beinhalten viele Informationen. Gerade bei einer Erstversorgung können etliche Fragen über die Handhabung beziehungsweise Bedienung des eigenen Hörsystems entstehen.

So ist es keine Seltenheit, dass zwischen mehreren Terminen Details wie das Einsetzen der Hörsysteme oder das Unterscheiden von rechtem und linkem Hörsystem vergessen werden. Um diesen ersten Unsicherheiten und Fragen entgegenzusteuern, hat Widex My Guide entwickelt. My Guide ist Teil der Moment-App und beinhaltet Informationen rund um die Handhabung von Hörgeräten. Natürlich betrifft dies auch Fragestellungen, die bereits in der Anpassphase auftreten. So sind in My Guide jederzeit unterstützende Informationen abrufbar, die zwar durch den Hörakustiker vermittelt wurden, jedoch aufgrund der Informationsfülle möglicherweise in Vergessenheit gerieten. Hörsystemträger und deren Angehörige oder Pflegekräfte haben somit die Option, Antworten auf ihre Fragen rund um das Thema Hörsysteme zu erhalten, wenn sie diese benötigen.

Als Unterstützung, z. B. für die Eingewöhnungsphase mit dem neuen Hörsystem, werden kurze Videosequenzen zur Inbetriebnahme, zum Einsetzen des Hörsystems sowie zur Reinigung und Pflege als visuelle Unterstützung gegeben. Außerdem sind Erläuterungen hinterlegt, die eine Hilfestellung zu häufigen technischen oder audiologischen Gegebenheiten anbieten. Darüber hinaus werden intuitive Artikel zur Handhabung der Hörsysteme in verschiedenen alltäglichen Situationen z. B. bei der Arbeit oder in der Freizeit angeboten. Zur Gewöhnung an das neue Hörempfinden und zu allgemeinen audiologischen Grundlagen erhalten Moment-App-Anwender Beiträge über den Schall, das Hören und verschiedene Arten einer Hörminderung. Um sich bestmöglich an die neuen Hörsysteme zu gewöhnen und Routine bei der Handhabung zu bekommen, ist es wichtig, die Hörsysteme über den Tag hinweg verlässlich zu tragen. My Guide bietet eine Funktion, durch die Hörsystemträger auf Wunsch eine tägliche Erinnerung an das Einsetzen der eigenen Hörsysteme aktivieren können.

Durch diese Unterstützungen ist es den Hörsystemträgern möglich, sich in gewissen Situationen schnell und einfach selbst zu helfen – auch unterwegs. Doch My Guide ist nicht nur ein idealer Alltagsbegleiter für Hörsystemträger. Durch die lösungsorientierte Wissensvermittlung in der Situation ist es Hörakustikern möglich, sich im Anpasstermin gezielter den audiologischen Anpassbedürfnissen seiner Kunden zu widmen. Der Termin im Fachgeschäft kann somit noch zielorientierter für alle Beteiligten gestaltet werden.

Klare Informationen über Sprachansagen – SmartSpeak

Hörgeräteträger profitieren von den zahlreichen Features und Zusatzprogrammen, z. B. für spezielle Hörsituationen bei Tinnitus-Versorgungen, feinabgestimmte Musikverarbeitung oder zur Aktivierung der Telefonspule. Mit SmartSpeak verfolgt Widex das Ziel, seinen Anwendern die Handhabung ihrer Hörsysteme zu erleichtern. Durch Sprachansagen im Hörsystem werden Informationen über das Hörsystem übermittelt. Diese können wahlweise durch eine weibliche oder männliche Stimme in einer der 46 Sprachen angesagt werden.

Darunter fallen z. B. Deutsch, Englisch, Türkisch, Italienisch, Russisch, Spanisch und Französisch. Hörsystemträger werden durch die Sprachansagen über die Seitenzugehörigkeit (rechts/links) bei Systemstart, das jeweils aktivierte Programm oder den Batteriestatus informiert. Dies bietet einen enormen Vorteil in der Handhabung.

Während andere Hörsystem-Hersteller ihre Programme durch unterschiedliche Abfolgen von Pieptönen oder eine einfache Sprachausgabe wie “eins, zwei oder drei” kennzeichnen, wird Widex-Hörsystemträgern direkt angesagt, welches Programm sie aktuell auswählen. So ertönt z. B. “Musik” für die Auswahl eines Musikprogramms. Auch über den Batteriestatus wird der Hörsystemträger durch die Sprachansage “Batterie fast leer” informiert.

Durch die direkte Rückmeldung fällt eine intuitive Bedienung des Hörsystems dementsprechend leicht. Die Hörsystemträger wissen somit genau über den Status ihrer Hörgeräte Bescheid. Die dabei gültigen Einstellungen können durch den Hörakustiker in der Anpasssoftware hinterlegt und modifiziert werden. Sollte z. B. einer der standardisierten Programmnamen die Situation namentlich nicht eindeutig beschreiben, kann unter 24 weiteren Namensvorschlägen ein passenderer ausgewählt werden. SmartSpeak ist gerade für die Eingewöhnungsphase eine nicht zu vernachlässigende Unterstützung. So erhalten Hörsystemträger zusätzlich die Sicherheit, ihr neues Hörsystem korrekt zu verwenden.

Schlussfolgerungen

Die Auswahl der vorgestellten Hörsystem-Funktionen verdeutlicht, welchen qualitativen Anspruch Widex an die Bereitstellung eines natürlichen Klangs hat. Beginnend mit der Digitalisierung des Eingangssignals über die akkurate Verstärkungsberechnung bis zur Verstärkungsfreigabe des Kompressors soll Hörsystemträgern die gesamte Hörumgebung zur Verfügung stehen. Die Bewahrung der darin enthaltenen Informationen ist relevant, um eine wertvolle Grundlage für die weitere Schallverarbeitung im Hörsystem, aber auch im menschlichen Gehirn zu schaffen.

Die Signalverarbeitung durch z. B. das duale Kompressionssystem der Variable-Speed-Compression sowie die Unterdrückung leiser Störgeräusche entfernt störende Artefakte oder Eingangssignale und bewirkt eine Optimierung durch eine verbesserte Sprachverständlichkeit. Ein besonders klares Signal unterstützt dieses Vorhaben, da so wichtige Informationen wie Sprache einfacher vom Gehirn entschlüsselt werden können.

Um Hörsystemträgern mehr Informationen zur Disposition zu stellen, verfügt Widex Moment über in der Hörakustik einzigartige Technologien wie die ultraschnelle Signalverarbeitung PureSound oder den SmartWind Manager. Technologien, die nicht nur für Musiker und Klangspezialisten von Bedeutung sind, sondern allen Hörsystemträgern zur Verfügung stehen sollten. Darüber hinaus ist es wichtig, Hörsystemträgern eine einfache Handhabung ihrer Systeme und direkte Lösungsfindungen in der Situation anzubieten. My Sound erlaubt die Klangoptimierung direkt in der akustischen Situation, My Guide und SmartSpeak reduzieren Hürden der Bedienung, um den einfachen Umgang mit den eigenen Hörsystemen zu steigern.

Generell profitieren alle Hörsystemträger von Steigerungen der Klangqualität und Bedienungsfreundlichkeit durch die beschriebenen Features. Gerade für Menschen, die zum ersten Mal oder erst seit kurzer Zeit mit einem Hörsystem in Berührung gekommen sind, können diese einen entscheidenden Unterschied ausmachen. Das Ziel der Features ist es, die Gewöhnung an Hörgeräte zu beschleunigen und die allgemeine Zufriedenheit zu erhöhen. So sollten sie bereits ab der ersten Anpassung berücksichtigt werden.

Fazit

Dieser Artikel befasst sich mit zehn sehr unterschiedlichen Widex-Funktionen, deren Gemeinsamkeit es ist, die Effektivität von Hörsystemen durch eine möglichst natürliche Klangwiedergabe zu erhöhen bzw. eine leichtere Bedienung zu ermöglichen. Beide Eigenschaften sind relevant für eine erfolgreiche Hörgeräte-Adaptation, vor allen Dingen, um die Eingewöhnungsphase so reibungslos und intuitiv wie möglich zu gestalten. Des Weiteren werden Vorteile sowohl für Hörsystemträger und Hörakustiker beleuchtet – zehn gute Gründe, um in der vergleichenden Hörsystemanpassung direkt durchzustarten.

Autor:

Simon Müller ist seit 2017 audiologisch-wissenschaftlicher Leiter bei der Widex Hörgeräte GmbH in Stuttgart. Nach einem Bachelor in Augenoptik und Hörakustik an der Hochschule Aalen im Jahr 2011 erlangte er 2012 den Master of Science in Audiology an der University of Manchester. Praktische Erfahrung sammelte er als Betriebsleiter eines Hörakustikfachgeschäfts und als audiologischer Leiter an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen.

Autorin:

Philippa Folgner studierte nach ihrer Ausbildung zur Hörakustikerin Augenoptik und Hörakustik an der Hochschule Aalen. Während des Studiums arbeitete sie weiterhin in ihrem Ausbildungsbetrieb, um ihre Berufserfahrung auszubauen. 2019 schloss sie erfolgreich mit dem Titel Bachelor of Science ab. Im selben Jahr begann sie ihre Tätigkeit für die Widex Hörgeräte GmbH. Im Audiologie-Team ist sie u. a. für Schulungen und Trainings zuständig. Seit 2021 ist sie zusätzlich im Bereich Qualitätsmanagement tätig.

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Der Unterschied zwischen statischem Training und dynamischem Lernen in Hörsystemen

Elementarer Bestandteil moderner Hörsysteme sind die Analyse und Klassifizierung der vorliegenden Hörumgebung, um die Signalverarbeitung des Hörsystems dementsprechend adaptiv anzupassen. Ziel der Klassifizierung ist es, den Hörverlust in jeder Hörsituation optimal auszugleichen, eine natürliche Klangwiedergabe bei bestmöglicher Sprachverständlichkeit zu gewährleisten sowie kognitive Ressourcen freizusetzen (Kuk, 2017).

Eine Vielzahl komplexer Hörsituationen kann so adaptiv durch die Signalverarbeitung berücksichtigt werden. Über die Zusammensetzung des Eingangssignals ist es möglich, die aktuelle Hörsituation einzuordnen. Zur Kategorisierung greifen Widex-Hörsysteme auf zwölf Attribute (z. B. die Modulation der Signaleinhüllenden, die Amplitudenmodulation usw.) zurück (Kuk, 2017). Das Signal wird in bis zu elf Hörwelt-Kategorien (z. B. Fahrzeug ohne Sprache, Gesellschaft mit Sprache, Musik usw.) adaptiv verarbeitet. Um eine solche Analyse zu bewerkstelligen, wird eine Art Training des Chipsets notwendig. Hierbei werden Hunderte bilateraler Aufzeichnungen, die realen Hörsituationen von Hörsystemträgern entsprechen, herangezogen. Durch das Training lernt das Hörsystem, akustische Attribute mit den jeweiligen Situationen des Alltags zu verknüpfen und die entsprechenden Parameter der Signalverarbeitung zu aktivieren (Kuk, 2017). Zusammen mit der individuellen Anpassung durch die Hörakustiker bildet die Klassifizierung ein essenzielles Element der Versorgung von Hörverlusten. Dennoch basieren die Entscheidungen der Klassifizierung auf den Annahmen, die der Hörsystem- Chip einmalig durch seine Programmierung erlernt hat. Dieses Trainingsverfahren lässt sich folglich als statisch beschreiben. Obwohl die akustische Einordnung der Automation in vielen Fällen zutrifft, kann sie nicht zu jeder Zeit für jeden Nutzer die gewünschten Erwartungen erfüllen (Balling et al., 2019).

Um der menschlichen Klangempfindung in den unterschiedlichsten Hörumgebungen besser Rechnung tragen zu können, bedarf es zusätzlich eines dynamischen Lernverfahrens. Denn unsere Klangempfindung ist häufig mit Intentionen verknüpft und daher wechselhaft (Townend et al., 2018a). So können Hörsystemträger, die grundsätzlich zufrieden mit ihrer Versorgung sind, in einzelnen Hörsituationen eine weitere Optimierung des Klangeindrucks wünschen. Diese individuellen Wahrnehmungswünsche können von einer automatischen Steuerung der Signalverarbeitung nicht berücksichtigt werden, da ihr die Intention der Hörsystemträger nicht bekannt ist. So kann es in ein und derselben Hörsituation zu unterschiedlichen Vorstellungen des Klangeindrucks kommen, obwohl die akustische Umgebung vom Hörsystem richtig identifiziert wurde.

Die Hörintention eines Hörsystemträgers kann aufgrund individueller Einflussfaktoren variieren, z. B. durch die persönliche Stimmungslage oder einen unterschiedlichen Kontext der jeweiligen Hörsituation. Ein Beispiel: Sitzt ein Hörsystem-Träger in einem Café, um ein Buch zu lesen, beabsichtigt er gegebenenfalls, eine andere akustische Wahrnehmung seines Umfelds als beim Treffen mit seinen Freunden in der identischen akustischen Hörumgebung (Müller, 2019).

Durch das von Widex entwickelte KI-Lernsystem SoundSense Learn entsteht eine Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine, die es ermöglicht, dem Hörsystem die eigenen Klangvorlieben unkompliziert und fortlaufend zu vermitteln. In Verbindung mit der externen Rechenleistung eines Smartphones (siehe Abbildung 1) verwendet das Hörsystem ein Machine-Learning-Verfahren. Dieses ist in der Lage, die Klangwiedergabe in Echtzeit an die individuellen Bedürfnisse seiner Anwender anzupassen (Townend et al., 2018a/b). Im Vergleich zu einer statisch trainierten Situationserkennung geht SoundSense Learn somit dynamisch auf Änderungswünsche in der jeweiligen Hörsituation ein. Diese Individualisierungen können als persönliches Programm gespeichert und – nur mit der Zustimmung der Nutzer – anonymisiert zur weiteren Analyse in eine sichere Widex-Cloud geladen werden.

Klangoptimierung durch Machine-Learning

Empfinden Hörsystemträger für die aktuelle Situation den Wunsch, ihren Klangeindruck zu optimieren, können sie den Machine-Learing-Algorithmus über die Hörsystem-App starten. Nachdem die Nutzer in der App die aktuelle Hörsituation und die vorliegende Hörintention ausgewählt haben, berechnet die KI über die Durchführung von A/B-Vergleichen kontinuierlich eine individuelle Lösung für die Klangintention (siehe Abb. 2). Hierzu werden in Echtzeit zwei unterschiedliche Klangeindrücke über das Hörsystem angeboten (Option A oder B). Anschließend entscheidet der Anwender, welche Auswahl er bevorzugt. Das Machine-Learning-Verfahren erlernt so schrittweise den angestrebten Klangeindruck und bindet die gelernten Informationen in die Berechnung der nächsten A/BVergleiche ein, bis das Ziel erreicht ist (Nielsen, 2014). Die unterschiedlichen Höreindrücke (A/B) erfolgen durch eine Veränderung der Verstärkung mittels 3-Band-Equalizer (Tiefen/Mitten/Höhen) (Balling et al., 2019). Das Verfahren ermöglicht seinen Anwendern, in unter 15 Vergleichen ihre individuelle Klangvorstellung abzudecken.

Besonders beeindruckend ist dieser Wert, da sich durch die 13 möglichen Einstellpositionen des 3-Band-Equalizers, 2.197 unterschiedliche Einstellmöglichkeiten ergeben. Um all diese Einstellungen miteinander zu vergleichen, würde ein Mensch 2,4 Millionen Direktvergleiche benötigen (Townend et al., 2018b). Natürlich wäre dies nicht praktikabel, da wir Menschen zu viel Zeit aufwenden müssten und nicht in der Lage sind, so viele Informationen zu verarbeiten und miteinander zu vergleichen.

Die zugrunde liegenden Anpassungen der Hörakustiker und die Einstellung der Klassifizierung der adaptiven Signalverarbeitung bleiben dabei unverändert. Das dynamische Machine-Learning-Verfahren bietet den Hörsystemträgern jedoch darüber hinaus eine zusätzliche Ebene der Individualisierung. Dieser Mehrwert wird durch eine gesteigerte Bewertung der Klangqualität und des Hörkomforts in einer Doppelblindstudie von Hörsystemträgern widergespiegelt (Jensen et al., 2019; Jensen & Townend, 2019). Zusätzlich erzielt das Machine- Learning-Feature SoundSense Learn eine überzeugend hohe Weiterempfehlungsrate von 80 Prozent (Balling et al., 2019). Die Ergebnisse deuten darauf hin, wie wichtig eine Teilhabe am Hören über die Hörsysteme für Menschen mit einer Hörminderung ist. Zudem stellen die Ergebnisse den willkommenen Nutzen für Hörgeräteträger heraus, in einzelnen Situationen unkompliziert eine komfortable Lösung auswählen zu können.

Die zugrunde liegenden Anpassungen der Hörakustiker und die Einstellung der Klassifizierung der adaptiven Signalverarbeitung bleiben dabei unverändert. Das dynamische Machine-Learning-Verfahren bietet den Hörsystemträgern jedoch darüber hinaus eine zusätzliche Ebene der Individualisierung. Dieser Mehrwert wird durch eine gesteigerte Bewertung der Klangqualität und des Hörkomforts in einer Doppelblindstudie von Hörsystemträgern widergespiegelt (Jensen et al., 2019; Jensen & Townend, 2019). Zusätzlich erzielt das Machine- Learning-Feature SoundSense Learn eine überzeugend hohe Weiterempfehlungsrate von 80 Prozent (Balling et al., 2019). Die Ergebnisse deuten darauf hin, wie wichtig eine Teilhabe am Hören über die Hörsysteme für Menschen mit einer Hörminderung ist. Zudem stellen die Ergebnisse den willkommenen Nutzen für Hörgeräteträger heraus, in einzelnen Situationen unkompliziert eine komfortable Lösung auswählen zu können.

Nach Zustimmung der Hörgeräte-Träger können die erstellten Programme auf zwei Wegen weiter untersucht werden:

(1) Sie stehen dem betreuenden Hörakustiker über das Real-Life-Insights-Feature der Anpasssoftware zur Verfügung. Dies dient zur Etablierung eines ganzheitlichen Optimierungs-Systems. Es setzt dabei voraus, dass die Hörsysteme vor Ort über die Anpassoftware Compass GPS verbunden werden. Die Hörakustiker werden in einer Art Data-Logging-Verfahren über die Verwendung und Einstellung der individuellen Lieblingsprogramme informiert. Diese Erkenntnisse erlauben mehr Einblicke in die individuellen Bedürfnisse der Hörsystemträger und dienen als Beratungsgrundlage bzw. Zusatzinformationen für eine Feinanpassung.

(2) Die von den Anwendern über das Machine-Learning-Verfahren in der Widex-Cloud zur Verfügung gestellten Daten dokumentieren zusätzlich Verhaltensmuster auf Gruppenebene und helfen Widex, zukünftige Lösungen für Hörsystemträger zu entwickeln.

Machine-Learning-Daten: Eine Übersicht

Die in der Cloud gespeicherten anonymen Datensätze enthalten Informationen über die von den Anwendern ausgewählten Hörsituationen und -intentionen. Hinzu kommt die resultierende Einstellung des Equalizers, die dem Lieblingsprogramm zugrunde liegt. Zugleich verschaffen die Daten einen Überblick, in welchen Hörumgebungen Anwender eine KI-Unterstützung genutzt haben. Ein Beispiel hierfür zeigt Abbildung 3. Zu sehen ist das Verhältnis der gespeicherten SoundSense-Learn-Programme für den Zeitraum des ersten Halbjahres 2020. Erstellte KIProgramme wurden für eine bessere Übersicht in sechs Kategorien aufgeteilt.

Datenanalyse für weitere Entwicklungen

Neben der Auswertung über die Hörsituationen sind die Ergebnisse der individuellen KI-Programme von höchstem Interesse. Seit 2018 wurden Hunderttausende persönliche KI-Programme erstellt und abgespeichert, wobei deren Anzahl permanent weiterwächst. Abbildung 4 zeigt eine randomisierte Auswahl der gespeicherten und regelmäßig verwendeten Programme für den Zeitraum zwischen März und Oktober 2020. Um eine grafische Darstellung dieser Daten zu ermöglichen, wurde die Auswahl für Abbildung 4 auf 20.000 Lieblingsprogramme begrenzt.

Jeder Punkt stellt ein Programm dar; teilen sich mehrere Programme dieselben Einstellungen des 3-Band- Equalizers (Tiefen/Mitten/Höhen), werden sie mit einer Schattierung dargestellt. Begrenzt ist die KI-Lernweite über die Regeltiefe des Equalizers. Das Verhältnis aller erfassten SSL-Programme erstreckt sich gleichmäßig über den dreidimensionalen Raum. Grundsätzlich lassen sich hieraus zwei Schlüsse ziehen:

(1) Die individuell unterschiedlichen Bedürfnisse der Hörsystemträger könnten nicht über eine einzelne Veränderung der zugrunde liegenden Anpassformel abgedeckt werden. Dies wäre notwendig, wenn sich ein Großteil der Programme in einem Bereich des Würfels sammelt.

(2) Auf den ersten Blick ist es nicht möglich, tiefere Zusammenhänge zwischen den persönlichen Programmen herzustellen. Es bedarf des Einsatzes weiterer Untersuchungen, um mehr Einblicke in die KI-erzeugten Daten zu erhalten. Eine Möglichkeit, die Daten detaillierter zu interpretieren, ist die Analyse aller A/B-Vergleiche, die zu einer präferierten Einstellung führten. Somit betrachtet dieses Verfahren nicht nur das Endergebnis, sondern auch den Weg, den ein Anwender bis zum Ziel zurückgelegt hat. Der Machine-Learning-Vorgang kann demnach auch als Präferenz-Sensor verstanden werden, der die Präferenz-Optimierung für eine personalisierte Einstellung abbildet (Nielsen et al., 2019).

Zusätzliche Analyse-Funktion durch eine duale KI

Durch die Komplexität der Daten reicht es nicht aus, diese für weitere Erkenntnisse nur abzubilden. Die Machine- Learning-Ergebnisse müssen verknüpft mit der persönlichen Hörsituation und -intention durch eine zweite KI auf einen Zusammenhang untersucht werden. Für weltweit erstellte persönliche Programme erforscht eine Big- Data-Analyse die Verläufe der A/B-Vergleiche, die zu den jeweiligen finalen Einstellungen des Equalizers führten.

Anhand der Verknüpfung und Analyse dieser Informationen ist es möglich, aus allen bekannten Programmen Vorschläge zu entwickeln, die den Anwendern in einer vergleichbaren Hörsituation direkt zur Verfügung stehen.

Für die Berechnung der Vorschläge einer Hörsituation greift die Big-Data-Analyse aus Berechnungsgründen auf maximal 32.000 A/B-Vergleiche zurück. Um den KI-Nutzern die positiven Erfahrungen aller Anwender zur Verfügung zu stellen, bedarf es folgender drei Analyseschritte:

Schritt 1: Konstruktion eines Wahrscheinlichkeitsmodells (Gauß-Prozess-Modell) (Nielsen et al., 2015): Errechnet in der jeweiligen Hörsituation die Wahrscheinlichkeiten aller möglichen Kombinationen über die drei Equalizer- Parameter, die durch SoundSense Learn gesteuert werden.

Schritt 2: Das Gauß-Prozess-Modell errechnet 10.000 Muster, die als vorausgesagte oder ideale Programme verstanden werden können. Diese „virtuellen Programme“ spiegeln die Präferenz über die A/B-Vergleiche aller Anwender in einer bestimmten Hörsituation wider.

Schritt 3: Über den Meanshift Clustering Algorithm (Comaniciu & Meer, 2002) wird das Muster der 10.000 vorausgesagten Programme einer Situation präzise in Clustern zusammengefasst. Die beiden stärksten Cluster erhalten Anwender der KI über die App als vorberechnete Klangvorschläge für die Hörsituation, in der eine Unterstützung angefragt wurde.

Wichtig zu wissen ist, dass jedes der von der KI vorausgesagten 10.000 Programme (Schritt 2) ein guter Vorschlag für einen spezifischen Anwender in der jeweiligen Situation wäre. Die Zusammenfassung in sogenannten Clustern (Gruppen) ermöglicht jedoch ein klareres Verständnis über das Muster der errechneten Programme (Balling et al., 2021). Aus den Berechnungen der Big-Data-Analyse zeigt sich, dass es für jede Situation eine Reihe systematischer Gruppen gibt, die einen großen Anteil der situativen Programme vertreten. Dabei ist deren Repräsentationsgrad hoch. Die zwei stärksten Gruppen decken für die unterschiedlichsten Hörsituationen durchschnittlich drei Viertel aller individuellen Programme ab (Repräsentationsgrad: M = 79 %; Min. = 49 %, Max. = 100 %). Wie genau zwei Gruppen die Bedürfnisse aller Anwender abdecken werden, wird von der Komplexität der Hörumgebung beeinflusst. Die Ergebnisse der Analyse zeigen, dass für die Situation „Transport“ bereits die stärkste Gruppe 100 Prozent des Bedarfs abdeckt. Komplexere Situationen wie in Unterhaltungen in verschiedenen Räumlichkeiten und mit unterschiedlicher Personenanzahl werden durch die beiden stärksten Gruppen zu 49 Prozent abgedeckt (Balling et al., 2021).

Eine Veranschaulichung der Gruppenbildung findet sich für die Situation „Abendessen“ in Abbildung 5. Die in Blau abgebildete Gruppe deckt mit 64 Prozent den Großteil aller Fälle ab. Mitten und Höhen des Equalizers wurden für diese Einstellung reduziert, während der Tiefton-Bereich unverändert blieb. Dies könnte auf Anwender zurückzuführen sein, die das Besteckklappern reduzieren wollten. Die zweithäufigste Gruppe (orange) spiegelt zwölf Prozent aller Programme wider. Diese Einstellung erhöht Equalizer-Bänder für Tiefen und Mitten, wobei die Höhen annähernd unangetastet bleiben. Ein möglicher Hintergrund könnte eine weitere Steigerung der Sprachverständlichkeit sein. Wichtig zu verstehen ist, dass es sich bei dieser Analyse der einzelnen Cluster um Vermutungen handelt. Sie beschreiben mögliche Anforderungen vieler Anwender, beziehen sich jedoch nicht auf das individuelle Bedürfnis einzelner (Balling et al., 2021).

Umsetzung der dualen KI: Widex MY SOUND

Nutzer von Widex Moment Bluetooth-Hörsystemen können über die Moment App 1.2 auf das Widex Feature My Sound zurückgreifen. My Sound vereint beide hier vorgestellten KI-Anwendungen: (1) SoundSense Learn zur individuellen Klangoptimierung via Machine Learning sowie (2) den Vorschlag der beiden besten Cluster der Big- Data-Analyse. Die beiden errechneten Vorschläge aus den weltweiten Erfahrungen können in der aktuellen Situation angehört und miteinander verglichen werden. Sollte keiner der zwei Vorschläge den gewünschten individuellen Wunsch abdecken, ist es den Anwendern weiterhin möglich, über SoundSense Learn eine persönliche Klangfindung durchzuführen. Da die Ergebnisse dieses Vorgangs wiederum in die Analyse der Clouddaten fließen, lernt My Sound stetig von den dynamischen Bedürfnissen seiner Anwender. Dies ermöglicht eine fortlaufende Weiterentwicklung der KI-Vorschläge – trainiert über die tägliche Anwendung echter Nutzer in realen Hörsituationen.

My Sound erlaubt einen noch schnelleren Zugang zum bevorzugten Klangeindruck für die jeweilige Hörsituation, verbunden mit der persönlichen Hörintention. Hörsystemträger profitieren von der Echtzeit-KI-Technologie, indem ihnen ein starkes Werkzeug zur Verfügung steht, mit dem sie ihren Klang in der aktuellen Umgebung weiter verfeinern können. So lassen sich z. B. Klangqualität und Hörkomfort bei Bedarf steigern. Dies ist für den alltäglichen Umgang mit Hörsystemen von hoher Relevanz, da My Sound den Hörsystemträgern eine höhere Teilhabe an der Wahrnehmung ihrer Hörwelt erlaubt. Zugleich bietet es Hörsystemträgern die Sicherheit, dass eine sofortige Lösung zur Verfügung steht. Dabei verwendet My Sound immer die optimale Einstellung der Hörakustiker und die adaptive Klassifizierung der Signalverarbeitung als essenzielles Fundament für die zusätzliche persönliche Optimierung.

Die KI-Optimierung bietet Hörakustikern eine zusätzliche Option für eine effiziente Versorgungsstrategie. So ermöglicht My Sound, den weiteren Einblick in unterschiedliche Hörsituationen und Bedürfnisse der Hörsystemträger zu erhalten. Dies kann für die Entwicklung neuer Strategien in der Feinanpassung, z. B. für die Verfeinerung eines Musikprogramms, genutzt werden. Darüber hinaus reduziert die KI-Lösung My Sound die Komplexität der Nachanpassung, denn spezielle Höransprüche können durch die Hörsystemträger direkt vor Ort bearbeitet werden. Dies führt zu einer zielgerichteten Feinanpassung im Fachgeschäft und führt zu weniger Nachstellterminen für gegebenenfalls selten auftretende akustische Situationen.

Zusammenfassung

Im Vergleich zu einem einmalig hinterlegten Training des Hörsystem-Chips, das von adaptiven Signalverarbeitungen zur Hörsituationserkennung genutzt wird, entspricht die künstliche Intelligenz von My Sound einem fortlaufenden Lernverfahren. Neben der Kombination aus Feinanpassung der Hörakustiker und einer adaptiven Situationserkennung lässt sich über die Verwendung zweier dynamisch lernender KIs zusätzlich die individuelle Hörintention der Hörsystemträger für die Schallwiedergabe berücksichtigen. Das Echtzeit-Lernverfahren kann vor Ort durch den Hörsystemträger ausgelöst werden. Dies erlaubt es der KI, von den jeweiligen Hörintentionen der Anwender zu lernen, um den Klang weiter anzupassen.

Widex My Sound verfügt über zwei KI-Ansätze, die über die Moment-App 1.2 zur Verfügung stehen. Durch eine Big- Data-Analyse bereits abgespeicherter persönlicher KI-Programme erhalten Anwender zwei Klangvorschläge für ihre jeweilige Hörsituation. Die Vorschläge beruhen auf den individuellen Programmen weltweiter Nutzer, die diese in vergleichbaren Situationen erstellt und verwendet haben. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, über die Machine- Learning-Anwendung SoundSense Learn den individuellen Hörsystemklang für spezielle Situationen in unter 15 A/B-Vergleichen zu entwickeln. Die KI erlernt hierbei anhand der vorliegenden Hörintention den gewünschten Klangeindruck der Hörsystemträger. Sobald diese Einstellungen als persönliches Programm gespeichert werden, fließen diese Informationen anonymisiert in weitere Analysen ein. So entwickelt sich My Sound über seine duale KI stetig nach den Bedürfnissen der Hörsystemträger weiter und ermöglicht einen bedeutenden Fortschritt für die Klangoptimierung.

Dieser Artikel erschien ursprünglich in der Ausgabe 05/2021 der "Hörakustik".

Autor:

Simon Müller ist seit 2017 audiologisch-wissenschaftlicher Leiter bei der Widex Hörgeräte GmbH in Stuttgart. Nach einem Bachelor in Augenoptik und Hörakustik an der Hochschule Aalen im Jahr 2011 erlangte er 2012 den Master of Science in Audiology an der University of Manchester. Praktische Erfahrung sammelte er als Betriebsleiter eines Hörakustikfachgeschäfts und als audiologischer Leiter an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen.

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Townend O, Nielsen J B, Ramsgaard J. (2018b). Real-life applications of machine learning in hearing aids. Hearing Review. 2018; 25(4): 34–37.

Seit 2018 ermöglicht künstliche Intelligenz in Form eines Machine-Learning-Verfahrens bislang noch nie dagewesene Individualisierungsprozesse im Hörsystem. Die Kombination aus der Anpassung des Hörakustikers, der Automation des Hörsystems und der flexiblen Individualisierung des Klangeindrucks, ermöglichen ein komfortables Hörerlebnis in den unterschiedlichen Hörsituationen des Alltags seiner Anwender. Denn obwohl moderne Situationsautomatiken die vorliegenden akustischen Umgebungen zuverlässig erkennen und sie dementsprechend verarbeiten, bleibt die individuelle Hörintention des Einzelnen zum Teil unberücksichtigt.

Mit einem Machine-Learning-Verfahren in Echtzeit können Hörsystem-Träger den Klang des Hörsystems in der aktuellen Situation verfeinern und auf ihre individuellen Bedürfnisse einstellen. Wie Machine Learning in Echtzeit in Widex Evoke funktioniert und welche Chancen die Weiterentwicklung künstlicher Intelligenz in Hörsystemen bietet, erfahren Sie in diesem Beitrag.

Künstliche Intelligenz oder Machine Learning?

Das Konzept der künstlichen Intelligenz ist keine Erfindung des 21. Jahrhunderts. Bereits 1950 entwickelte der Naturwissenschaftler Alan Turing den sogenannten Turing-Test, der herausfinden soll, ob die Intelligenz eines Computers bzw. einer Maschine der des Menschen entspricht (Turing, 1950). Im Zusammenhang mit künstlicher Intelligenz entstanden bereits damals der Turing-Test oder dessen Abwandlungen zur Überprüfung und Einschätzung von entwickelten Systemen.

Der Begriff künstliche Intelligenz wurde erstmals 1956 durch John McCarthy geprägt, wodurch gleichzeitig ein neues Arbeitsfeld der Computerwissenschaften entstand (Mueller & Massaron, 2018). Als künstliche Intelligenz lässt sich das Vermögen eines Computers oder einer Maschine beschreiben, die in der Lage ist, intelligentes Verhalten eines Menschen zu imitieren (Merriam-Webster, 2018). Dennoch ist der Begriff „künstliche Intelligenz“ kein Merkmal für die Aufgaben, die diese Technologie übernehmen kann. Hierzu wird definiert, welches Verfahren verwendet wird beziehungsweise worin der spezifische Anwendungsbereich liegt. Denn künstliche Intelligenz kann durch verschiedene Methoden erreicht werden, z. B. mit Elementen aus der Sensorik, neuronalen Netzwerken, Big-Data-Analysen und Machine-Learning-Anwendungen. Oft kommt es zu einer Kombination aus den unterschiedlichen Bereichen.

Bei Machine-Learning-Anwendungen analysiert ein System Daten und erkennt mit Hilfe selbstlernender Algorithmen in den gesammelten Daten bestimmte Muster und Gesetzmäßigkeiten. Das Ziel von Machine Learning ist es, Daten intelligent miteinander zu verknüpfen, Zusammenhänge zu erkennen, Rückschlüsse zu ziehen und valide Vorhersagen zu treffen. Dabei greift diese Art der algorithmischen Berechnung von Wahrscheinlichkeiten immer auf Daten zurück, die der Mensch selbst bereitstellt. Machine-Learning- Anwendungen arbeiten entweder im Bereich des menschenmöglichen oder sogar darüber hinaus und decken Aufgaben ab, die der Mensch nur schwer lösen kann (siehe Abbildung 1).

Mit dem Einsatz von Machine Learning schafft Widex eine Symbiose aus der Anpassung des Hörakustikers und der Individualisierungsmöglichkeit über künstliche Intelligenz – gesteuert über die individuellen Rückmeldungen des Hörsystemträgers.

Mit künstlicher Intelligenz zum gewünschten Klang

Die Erforschung akustischer Szenarien ist ein wesentlicher Gegenstand der Forschung und Entwicklung von Hörsystemen. Dadurch werden Erkenntnisse erlangt, wie reale Hörsituationen für Hörsystem-Träger definiert werden können und wie relevant sie für deren Alltag sind (Smeds et al., 2015; Wolters et al., 2016). Diese Erkenntnisse werden beispielsweise herangezogen, um die digitale Signalverarbeitung in Hörsystemen zu optimieren. Moderne Hörsysteme – wie das 2018 vorgestellte Widex Evoke – verfügen über adaptive Situationserkennungen, die es dem Hörsystem ermöglichen, seine Signalverarbeitungs-Strategie automatisch auf die jeweilige erkannte akustische Szene anzupassen. Die Situationsautomatik von Widex Evoke verfügt dafür über bis zu elf Hörwelt-Kategorien, welche die wesentlichen Hörsituationen des Alltags widerspiegeln. Die Funktionsweise der Situationsautomatik basiert auf dem Prinzip, den Hörverlust des Hörgeräteträgers in jeder Hörsituation bestmöglich auszugleichen und ein natürliches, müheloses Hören durch eine originalgetreue, klare Klangwiedergabe zu gewährleisten. Die Grundeinstellung der Automatik in den jeweiligen Hörwelt- Kategorien beruht auf dem Wissen, welche Feature-Konfiguration in der Regel hierfür am besten geeignet ist (Townend et al., 2018). Die Einstellungen der Automatik entsprechen zum Großteil den Erwartungen des Hörgeräte-Trägers. Die automatische Steuerung von Hörsystemen stellt die Hörsystem-Entwicklung jedoch auch vor Herausforderungen: Die individuelle Hörintention des Hörsystem-Trägers in seiner aktuellen, realen Hörumgebung bleibt unberücksichtigt, beziehungsweise basiert auf allgemeingültigen Annahmen.

Die Hörintention eines Hörsystemträgers kann aufgrund individueller Einflussfaktoren variieren, z. B. durch die persönliche Stimmungslage oder einen unterschiedlichen Kontext der jeweiligen Hörsituation. Ein Beispiel: Sitzt ein Hörsystem-Träger in einem Cafe, um ein Buch zu lesen, beabsichtigt er gegebenenfalls, eine andere akustische Wahrnehmung seines Umfelds als beim Treffen mit seinen Freunden in der identischen akustischen Hörumgebung. Künstliche Intelligenz im Hörsystem erlaubt es Hörsystemträgern, schnell und einfach das Hörsystem auf den situativ bevorzugten Klang einzustellen.

Das Hörsystem erhält keine Information darüber, ob der Hörsystemträger ein Buch lesen oder sich in derselben akustischen Situation unterhalten möchte. Um den Klang – je nach Hörintention – zu optimieren, benötigt das Hörsystem über die akustische Hörsituation hinausgehende Informationen des Anwenders. Dies ermöglicht das Hörsystem Evoke durch künstliche Intelligenz mit der Machine-Learning-Funktion SoundSense Learn.

Das KI-System – SoundSense Learn

Die Funktion SoundSense Learn basiert auf intelligenten, patentierten Machine-Learning-Algorithmen und erfordert eine hohe Rechenleistung für die intelligente Verarbeitung großer und komplexer Datenmengen. Evoke nutzt hierfür die externe hohe Rechenkapazität eines Smartphones in Form einer intuitiven App-Funktion und verknüpft diese via 2,4-GHz-Low-Energy-Bluetooth mit der Chipplattform im Hörsystem. (Abbildung 2).

Resultat ist eine innovative Klangoptimierung, die auf der tatsächlichen Hörintention des Hörsystem-Träger in seiner momentanen, realen Hörsituation basiert.

Um den Machine Learning Algorithmus in zukünftigen App-Versionen weiter zu optimieren und ein noch besseres Hörerlebnis für alle Evoke-Träger zu realisieren, werden die Resultate der KI-Funktion zur weiteren Analyse anonymisiert an die Widex-Cloud gesendet. Bei den übertragenen Daten handelt es sich nicht um personenbezogene Informationen, sondern lediglich um Lernergebnisse aus dem Machine-Learning- Verfahren.

Die Verwendung von SoundSense Learn

Die Funktion SoundSense Learn wird vom Hörgeräte-Träger über die Widex Evoke-App bedient. Über einen A/B-Vergleich werden Daten über die Klangvorlieben des Nutzers gewonnen. Dazu werden ihm in Echtzeit zwei unterschiedliche Klangeindrücke (A/B) für seine aktuelle Hörsituation vorgeschlagen. Der Anwender wählt die Klangvariante aus, die seiner Hörintention mehr entspricht, und wird so schrittweise zu der für ihn idealen Klangeinstellung geführt. Der Unterschied der beiden Höreindrücke (A/B) ergibt sich durch eine Veränderung der Verstärkungswerte eines 3-Band-Equalizers (Tiefen/Mitten/Höhen), der der künstlichen Intelligenz zugrunde liegt. SoundSense Learn lernt, welchen Klangeindruck der Anwender erwartet, und bietet darauf basierend neue Hörbeispiele an (Nielsen et al., 2013). Die Antworten tragen dazu bei, den gewünschten Klang über den Equalizer sehr schnell zu identifizieren (Nielsen, 2014; Townend et al., 2018). Beeindruckend ist die Geschwindigkeit, in der das System zum Ziel findet: Der im Hintergrund wirkende 3-Band-Equalizer erlaubt jeweils 13 Einstellpositionen pro Band. Die daraus resultierenden 2.197 Einstellmöglichkeiten würden theoretisch zu über 2,4 Millionen Direktvergleichen führen. Durch das intelligente Erforschen der persönlichen Hörintention des Hörsystem-Trägers gelangt der Machine-Learning-Algorithmus bereits in maximal 15 A/B-Vergleichen zum Ziel. Die Optimierung kann in der Evoke-App als Lieblingsprogramm gespeichert oder nur für diesen Moment verwendet werden. In Kombination mit der zugrunde liegenden Einstellung des Hörakustikers sowie der adaptiven Situationsautomatik und Signalverarbeitung in Widex Evoke führt die Symbiose aus Mensch und Maschine zu einer gesteigerten Nutzerzufriedenheit. Die Einstellungen des Hörakustikers im Hörsystem werden durch SoundSense Learn nicht verändert und auch die Einstellungen der Signalverarbeitungs-Parameter bleiben unberührt.

SoundSense Learn – erste Ergebnisse

Die Relevanz von SoundSense Learn wurde durch Widex bereits in zwei Studien untersucht. Der Fokus lag vor allem auf den unterschiedlichen Anwendungsbereichen (Studie 1) und auf der Nutzerzufriedenheit (Studie 2). Durch eine erste Analyse der anonymen Cloud-Daten, kurze Zeit nach der Markteinführung von Evoke, konnten die Entwickler bei Widex erkennen, wie und in welchen Hörsituationen SoundSense Learn hauptsächlich genutzt wird (Studie 1). Die Datenauswertung setzt den Fokus auf regelmäßig genutzte Programme, die über künstliche Intelligenz erstellt wurden. Eine regelmäßige Nutzung bedeutet, dass ein gespeichertes Programm in der Woche nach seiner Erstellung mindestens einmal verwendet wurde. Zusätzlich muss diesem Programm über die App ein Verwendungsbereich zugeordnet sein, zum Beispiel „Restaurant“ oder „Arbeitsplatz“.

In diese Statistik fließen keine Daten von SoundSense Learn ein, die nicht gespeichert oder nur einmal genutzt wurden. Eine einmalige Nutzung deutet darauf hin, dass es sich hierbei um eine klangliche Optimierung handelt, die anhand der Hörsituation oder der Intention einmalig war und daher nicht für einen regelmäßigen Gebrauch erstellt wurde. Dies lässt auch darauf schließen, dass die automatische Einstellung der Signalverarbeitungs- Parameter in Evoke einen Großteil der Hörsituationen zu einer hohen Zufriedenheit der Hörsystem-Träger abdeckt. Es zeigt jedoch auch, dass SoundSense Learn als ein nützliches Werkzeug in speziellen Hörsituationen gesehen wird und deswegen nicht immer als Zusatzprogramm für spätere Nutzungen hinterlegt werden muss (Balling et al., 2019; Martin & Townend, 2018). Die in der Widex-Auswertung erhobenen Daten lassen eine gute Schlussfolgerung auf den Gebrauch in unterschiedlichen Hörsituationen zu. Betrachtet man die nach Evoke- Einführung erhaltenen Daten in einer ersten Analyse, kann man den rund 1.800 regelmäßig verwendeten Programmen einen Anwendungsbereich zuordnen (Abbildung 3). Hervorzuheben sind die Anwendungsbereiche „TV“ (21 Prozent) und „Arbeitsplatz“ (8 Prozent). Die Hörsituation am Arbeitsplatz wird in Umfragen (Abrams & Kihm, MarkeTrak, 2015) oft mit „zufriedenstellend“ (83 Prozent) bewertet. Gleichzeitig bedeutet dies jedoch auch, dass ungefähr jeder fünfte Hörsystem-Träger mit seiner Hörsituation am Arbeitsplatz unzufrieden ist (Martin & Townend, 2018).

Betrachtet man die individuell erstellten Arbeitsplatz-Programme isoliert (Abbildung 4), lässt sich erkennen, wie divers die einzelnen Parameter des 3-Band-Equalizers (Tiefen/Mitten/Höhen) über SoundSense Learn eingestellt sind. Die individuellen Einstellungen lassen sich somit nur schwer über eine einzelne für jeden Arbeitsplatz vorgefertigte Arbeitsplatz-Voreinstellung, wie sie in einer Situationsautomatik verwendet werden könnte, abdecken. Eine einfache Individualisierungsmöglichkeit durch den Hörsystem-Träger mit SoundSense Learn ist daher von Vorteil.

In einer zweiten umfangreichen Studie (Balling et al., 2019) mit 118 Studienteilnehmern (w = 38, m = 79) zwischen 18 und 89 Jahren (Durchschnittsalter = 63 Jahre, Standardabweichung = 15 Jahre) aus insgesamt neun Ländern (Kanada, China, Tschechien, Ungarn, Italien, Japan, Portugal, Großbritannien und den USA) wurden den Studienteilnehmern jeweils Evoke 440 Fusion2-Hörsysteme angepasst. Die Hörminderung aller Teilnehmer befand sich beidseitig im Anpassbereich des Widex M-Hörers. Die Studie ermittelte unter anderem die Zufriedenheit der Nutzer mit SoundSense Learn. 72 Prozent (38 aus 53) der Studienteilnehmer gaben an, dass sie durch SoundSense Learn eine Verbesserung in ihrer Hörsituation erfahren haben. 80 Prozent (42 aus 53) der Befragten würden SoundSense Learn anderen Hörsystem-Trägern empfehlen.

Die Ergebnisse zeigen, dass nicht jeder Studienteilnehmer SoundSense Learn in der Erprobungszeit genutzt hat. Dies war zu erwarten, da die automatische Systemsteuerung der digitalen Signalverarbeitung in Evoke in den meisten Hörsituationen eine adaptive Anpassung an die Hörumgebung in den Bereichen Hörbarkeit, Sprachverständlichkeit und Klangqualität erzielt. Sind die Hörsystem-Träger in diesen Situationen bereits zufrieden, ist eine weitere Einstellung über SoundSense Learn nicht notwendig.

Die zweite Generation SoundSense Learn

Dank weltweit Tausender SoundSense Learn-Anwendungen von Evoke-Nutzern und den gespeicherten Lieblingsprogrammen ist es Widex gelungen, die Funktion SoundSense Learn maßgeblich weiterzuentwickeln.

Der Machine-Learning-Algorithmus in der zweiten Generation SoundSense Learn lässt Anwender 25 Prozent schneller zum gewünschten Klang finden. Es werden nur noch rund 15 A/B-Vergleiche (zuvor 20) für ein perfekt individualisiertes Klangerlebnis benötigt. SoundSense Learn kann die Konvergenz des Lernfortschritts selbst errechnen und weiß, wann das Ziel erreicht wurde. Die neu entwickelte Benutzeroberfläche mit Fortschrittsanzeige gibt dem Nutzer in Echtzeit eine intelligente Rückmeldung, wie schnell er sein personalisiertes Klangerlebnis erzielt. Diese Informationen, das schnellere Lernverfahren sowie die Möglichkeit, schon zu Beginn auszuwählen, für welche Hörsituation man eine klangliche Optimierung erlangen möchte, schaffen eine neue Stufe der Anwenderfreundlichkeit von SoundSense Learn.

Zusammenfassung

Unser Hörempfinden ist so individuell wie die Hörsituationen des Alltags. Hinzu kommt eine unterschiedliche Klangwahrnehmung, bedingt durch individuelle Hörintentionen, die wir in diesen Hörsituationen anstreben. Dies verlangt nach einem Hörsystem, das sich auf jedes akustische Szenario anpassen kann und das gleichzeitig individuelle Hörwünsche des Hörgeräte-Trägers in bestimmten Situationen ad hoc berücksichtigt. Widex erfüllt diesen Anspruch mit dem Hörsystem Evoke. Dieses Hörsystem kombiniert eine fortschrittliche Situationsautomatik mit maximaler Individualisierung. Die Machine-Learning-Funktion SoundSense Learn erlaubt dem Hörsystem-Träger erstmals, das Klangbild seines Hörsystems in Echtzeit auf seine individuelle Hörintention in einer bestimmten Hörsituation einzustellen.

Die vorgestellten Studienergebnisse verdeutlichen die Vielseitigkeit und die hohe Bedeutung von SoundSense Learn im Alltag des Hörsystem-Trägers. Die Nutzer erstellen Klangoptimierungen für die unterschiedlichen Hörsituationen und speichern sie als Zusatzprogramm (Abbildung 3 und 4) oder optimieren den Klang nur für den Moment. Die erhobenen Daten zeigen, dass die Einstellungen über SoundSense Learn so vielschichtig sind, dass sie nicht über eine allgemeingültige Veränderung der Einstellung oder Anpassformel abgedeckt werden können (Abbildung 4). Dank der Kombination aus Automation und Personalisierung steigert Widex Evoke die Zufriedenheit der Hörsystem-Träger. Gleichzeitig lernt Widex aus der Analyse anonymer Benutzerdaten, sodass Evoke-Nutzer auf der ganzen Welt von einem noch präziseren und besseren Klangerlebnis profitieren können.

Der Artikel erschien ursprünglich in der Ausgabe 05/2019 der „Hörakustik“.

Autor:

Simon Müller ist seit 2017 audiologisch-wissenschaftlicher Leiter bei der Widex Hörgeräte GmbH in Stuttgart. Nach einem Bachelor in Augenoptik und Hörakustik an der Hochschule Aalen im Jahr 2011 erlangte er 2012 den Master of Science in Audiology an der University of Manchester. Praktische Erfahrung sammelte er als Betriebsleiter eines Hörakustikfachgeschäfts und als audiologischer Leiter an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen.

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Gänzlich neue Möglichkeiten erhalten Widex-Hörsystem-Nutzer durch die Plattformerweiterung Moment Sheer. Dabei sind die Umsetzungen vielseitig und umfassen die Widex-Hardware in Form von multifunktionalem Konnektivitäts-Zubehör und dem neuen Hörgerät Moment Sheer sRIC. Doch auch im Softwarebereich gibt es entscheidende Neuerungen. Das Upgrade ermöglicht eine flexiblere Bereitstellung des gewünschten Klangs in allen HdO- und RIC-Hörsystemen durch die Präzisierung des TruAcoustic-Algorithmus und vergrößerte Anwendungsbereiche von PureSound. Die KI-Klangoptimierung Widex My Sound 2.0 erhält einen zusätzlichen Parameter, um vor allem in komplexen Hörsituationen wie im Störgeräusch den gewünschten Klangeindruck noch zielgerichteter bereitzustellen. Auch der Einsatz von ausgereifteren Fraktalklängen spielt 2022 eine wichtige Rolle für die Hörsystemlösungen von Widex. Bereits seit 2008 werden Fraktalklänge im Zen-Tinnitus-Management verwendet. Die Erfahrung aus über 14 Jahren nutzte die Produktentwicklung nun, um allen Hörsystem-Tragenden eine leicht zugängliche Klangwelt für ein Mehr an Entspannung und Konzentration anbieten zu können. Gerade in einer schnelllebigen Welt erzielen die von der Natur inspirierten Klangwelten eine sehr positive Rückmeldung durch ihre Anwender (Balling et al., 2022). Zusätzlich kommen auch bestehende Nutzer der Moment-Plattform in den Genuss der neuen Vorteile. Eine Entscheidung, die nicht selbstverständlich ist und gerade deswegen für die große Bedeutung von Moment Sheer steht.

Moment Sheer – die Produkte

Kommunikation, so flexibel wie noch nie – dafür steht das Kommunikationszubehör SoundAssist. Das Besondere: Es kann auf unterschiedlichste Weise verwendet werden und deckt so gleich sechs Anwendungsbereiche in einem Gerät ab. Sie reichen vom klassischen Ansteckmikrofon an der Kleidung, z. B. als Partnermikrofon, oder für die eigene freihändige (hands-free) Telefonie bis hin zur Verwendung als diskretes Tischmikrofon im privaten oder geschäftlichen Umfeld. Dabei werden vom SoundAssist drei Mikrofone (adaptiv zur Sprachhervorhebung durch Beamforming oder fix direktional) verwendet, um eine klare Sprachqualität und verbesserte Sprachverständlichkeit in schwierigen Hörsituationen zu ermöglichen. Das Kommunikationszubehör lässt sich über eine stabile Bluetooth-Verbindung mit allen bluetoothfähigen Moment- und Magnify-Hörsystemen verbinden und streamt Audio-Inhalte von jeder Bluetooth-Quelle oder Smartphones. Zusammen mit seiner im eleganten und zugleich kompakten Gehäuse verbauten Telefon-Spule ist der SoundAssist ein zuverlässiger Begleiter für unterschiedlichste Kommunikationsbedürfnisse – ob zur Verbesserung des SNR, als Schnittstelle zu Audio-Streaming- Geräten bzw. Smartphones inklusive Sprachassistenten oder für den Einsatz in öffentlichen Gebäuden. Darüber hinaus dient das Zubehör über seine Bedienelemente als Direktfernbedienung der verbundenen Hörsysteme.

Das neue Fernseh-Zubehör TV Play ermöglicht eine direkte Übertragung des Fernsehtons in die Hörsysteme der Plattformen Moment und Magnify. Ausgestattet mit einem hochwertigen Stoffüberzug des dänischen Unternehmens Kvadrat, das für seine nachhaltige Produktion und designorientierten Kooperationen bekannt ist, fügt sich der TV-Streamer optimal in die neue Widex-Designsprache ein. So ist die TV-Streaming-Lösung fast zu elegant, um sie zu verstecken. Trotzdem könnte sie auch an der Rückseite des Fernsehgerätes angebracht werden, um zusätzlich Platz zu sparen. Durch die Broadcast-Streaming-Funktion der dualen Antennen bleibt die Streaming- Verbindung stabil, auch wenn zeitlich beliebig viele Bluetooth-Hörsysteme der Moment- und Magnify-Plattformen verbunden werden. Neben den Funktionstasten der Hörsysteme bzw. einer Fernbedienung/RC-DEX kann die TV Play via Hörgeräte-App gesteuert und ihre Klangwiedergabe dem eigenen Geschmack angepasst werden. Darüber hinaus wird in Moment-Hörgeräten die KI-Klangoptimierung durch My Sound 2.0 für ein personalisiertes Klangerlebnis unterstützt.

Das Herzstück der neuen Produktpalette ist das akkubetriebene Bluetooth-Hörsystem Moment Sheer sRIC R D. Erhältlich ist das weltweit kleinste akkubetriebene RIC-Hörsystem für Moment Sheer in den Technologiestufen 440, 330, 220 und 110. Die Akkulaufzeit fällt dabei alles andere als klein aus – sie beträgt 20 Stunden (16 Stunden inklusive acht Stunden BT-Streaming). Die Ladedauer für eine komplette Aufladung liegt bei vier Stunden, über die Schnelllade-Funktion werden nach 30 Minuten bereits vier Stunden zusätzliche Laufzeit erreicht.

Für Widex leitet das sRIC inklusive Ladestation WPT 103 eine neue Ära ein. Die elegante Moment Sheer-Designsprache erstreckt sich über farblich aufeinander abgestimmte Ober- und Unterschalen der sRIC R D-Hörgeräte zuzüglich neuer Mikrofonabdeckungen, eine Überarbeitung des Tasters sowie Metallic-Applikationen der Ladestation, stabilen Stand und Ladeschächte für ein einfaches Einsetzen der sRIC-Hörgeräte. Klanglich bleibt sich Widex mit den eigenen Entwicklungsfortschritten für Moment Sheer treu. Das sRIC R D verfügt über Hard- und Software-Optimierungen für eine noch klarere Klangqualität.

Die neuen Mikrofonabdeckungen fügen sich optisch unauffällig in das Produkt ein. Ihr Design verfolgt das Ziel, eine Reduktion von Anstoßgeräuschen, wie beispielsweise Haarrascheln, zu bewirken, um ein ansprechenderes Tragegefühl zu ermöglichen. Für Moment Sheer- Anpassungen stehen mit dem offenen Ballon-Schirmchen, dem Sleeve mit Vent wie auch in geschlossener Variante drei weitere Domes zur Verfügung. Für eine präzise Anpassung und zur exakten akustischen Integration in den Anpass-Algorithmus TruAcoustics wurden der Vent-Effekt sowie die Einfügedämpfung der Domes an realen Ohren vermessen. Diese Erkenntnisse werden verwendet, um die Verstärkungsfreigabe sowie Anpass-Empfehlungen des einzelnen Domes genauer zu berechnen und dementsprechend die Klangqualität zu gewährleisten (Balling et al., 2019). Beide neuen Sleeve-Varianten bieten neben langem Tragekomfort einen verbesserten Sitz und infolgedessen eine erhöhte akustische Stabilität. Gerade bei komplexen Gehörgängen kann dies Rückkopplungsneigungen reduzieren. So gestaltet sich über die flexiblere Dome-Auswahl der Moment Sheer-Erweiterung eine Abdeckung unterschiedlichster Vent-Konfigurationen, sollte eine maßangefertigte Otoplastik nicht möglich sein. Demnach ist das Moment Sheer sRIC R D durch die optischen und akustischen Neuerungen ein würdiger Nachfolger des mRIC R D.

Klangqualität und verbesserte Wahrnehmung der Raumakustik

Die Untersuchung der neuen Domes auf deren akustische Eigenschaften zur Einbindung in den TruAcoustics- Anpass-Algorithmus via Compass GPS dient zur Definition der gewünschten Klangqualität am Ohr. Die erworbenen Daten tragen dazu bei, dass der Anspruch an Hörbarkeit und Sprachverständlichkeit gewährleistet bleibt.

TruAcoustics bleibt unabhängig von der Hörminderung das Herzstück der Verstärkungskalkulation für alle Moment Sheer-Anpassungen. Menschen, die eine bis zu mittelgradige Hörminderung aufweisen, profitieren zusätzlich von einer noch natürlicheren Klangabgabe durch PureSound (Balling et al., 2020 & 2021). Denn Pure- Sound verringert die Durchlaufzeit in Hörsystemen um das Zehnfache. Als Durchlaufzeit wird die Zeit bezeichnet, die ein Signal im Hörsystem benötigt, um vom Mikrofon-Eingang zum Hörer-Ausgang zu gelangen. In der Vergangenheit zeigten Studien eine Bevorzugung der ultraschnellen Signaldurchlaufzeit von PureSound, welche bei unter 0,5 ms liegt. Im Jahr 2020 stellten Slugocki et al. eine signifikant bessere neuronale Bewahrung der Grundfrequenz durch PureSound im Vergleich zu langsameren Durchlaufzeiten anderer Hörsystem-Hersteller (Durchlaufzeiten von 6 ms und 8 ms) fest. Die durch PureSound verbesserte neuronale Bewahrung der Grundfrequenz wird mit einer besseren Sprecheridentifikation und dementsprechend verbesserten Sprachverständlichkeit im Störgeräusch in Verbindung gebracht (siehe Müller, 2022, als Übersicht).

Eine aktuelle Studie von Korhonen et al. (2022) zeigt weiter, dass PureSound durch die Vermeidung zusätzlicher Verzögerungselemente der Raumakustik zu einer signifikanten Verbesserung der räumlichen Wahrnehmung führt. Im Durchschnitt konnten die Studienteilnehmer die Position im Raum besser identifizieren. Als Vergleichsgeräte dienten erneut zwei High-End-Hörsysteme anderer Hersteller mit Durchlaufzeiten von 6 ms bzw. 8 ms.

Dieses Ergebnis deckt sich mit den Erkenntnissen einer Kundenumfrage (Balling et al., 2021). Hier stimmten die Teilnehmer zu, über die PureSound-Verarbeitung Schallquellen im Raum dort wahrzunehmen, wo sie diese erwartet hätten. Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass die Raumakustik und sich darin befindende Schallquellen durch PureSound natürlicher bewahrt werden – und noch wichtiger, dass der Unterschied hörbar ist. PureSound ist ein elementarer Bestandteil der Widex-Klangqualität und kommt darüber hinaus in der Plattformerweiterung Moment Sheer durch das neue Feature Widex SoundRelax bei noch mehr Hörsystem-Trägern zum Einsatz.

Widex SoundRelax – entwickelt für mehr Konzentration und Entspannung

Bereits seit 2008 sammelt Widex Erfahrungen im Bereich des Tinnitus-Managements mittels Fraktalklängen, um Menschen mit einem Tinnitus-Leiden unterstützen zu können. Dies erfolgt über die Verwendung von Musik im Zusammenhang mit einem von Widex eigens patentierten Verfahren zur Generierung von Fraktalklängen. Um Menschen sowohl mit als auch ohne Tinnitus einen Mehrwert für ihr Wohlbefinden zu bieten, verwendet Widex SoundRelax, eine Weiterentwicklung der Fraktalklänge in Zen-Programmen. Besonders eine Entspannungs- und Konzentrationssteigerung steht hierbei für Moment Sheer-Hörsysteme im Fokus; denn Stress kann sich negativ auf die allgemeine Lebensqualität durch Gefäß- (Batty et al., 2014) sowie Magen-Darm-Erkrankungen (Mayer, 2000) und Diabetes (Surwit et al., 1992) auswirken. Gerade Hörgeräte-Tragende könnten von einem System zur Stressreduktion profitieren, da eine Hörminderung ebenfalls eine Quelle erhöhter psychischer Belastung darstellen könnte (Molander et al., 2018, Bigelow et al., 2020). Aus der Forschung (Balslev, 2017, als Übersicht) ist bekannt, dass Musik eine entspannende Wirkung entfalten kann. Um einen größtmöglichen Entspannungseffekt über musikalische Harmonien zu erreichen, ist es wichtig, dass die Musik hierzu ein geringes Tempo, niedrige Tonhöhe und keine Liedtexte aufweist. Auch die Wahl des Musikstils ist entscheidend, da der individuelle Wirkungsgrad mit dem persönlichen Geschmack zusammenhängt (Chanda & Levitin, 2013). Ebenfalls sollte von Wiederholungselementen innerhalb der Musik abgesehen werden. Aus diesem Grund verwendet Widex ein mathematisches Verfahren, das die Zusammensetzung der Fraktalklänge im Hörsystem eigenständig und fortlaufend berechnet, um diese anschließend wiederzugeben.

In Moment Sheer dient die PureSound-Signalverarbeitung als Basis für die personalisierbaren SoundRelax-einer besseren Synchronisation zwischen den Ohren und einer größeren Personalisierbarkeit. Das SoundRelax- Highlight liegt in der gleichzeitigen Verwendung der Fraktaltechnologie zur Berechnung von modulierten Naturklängen in Form von Wellenrauschen. In SoundRelax kann aus acht Grund-Klangwelten gewählt und sie können über Geschwindigkeit, Tonhöhe, Lautstärke, Naturgeräusch (an/aus) und Hörgerätemikrofon (an/aus) in der Anpass-Software weiter auf die jeweiligen Bedürfnisse feinanpasst werden. In einer ersten Studie (Balling et al., 2022) bewerteten die Teilnehmer (n = 22) die neuen Widex SoundRelax-Klangwelten anhand von vier Kategorien (Gefallen, Entspannung, Konzentration und Wohlbefinden). Im Mittel erzielten die jeweiligen Lieblingsklänge sehr positive Bewertungen über alle Kategorien hinweg (von 8,5 für Konzentration bis 9,2 für Entspannung). Bemerkenswert ist, dass die neuen SoundRelax-Klangwelten von den Teilnehmern signifikant mehr gemocht wurden als der bisherige Standard-Zen-Stil „Aqua“ (p = 0,01) (Balling et al., 2022), obwohl dieser in der Vergangenheit bereits gute Ergebnisse im Bereich des Tinnitus-Managements erzielt hatte (Balslev, 2017).

Die Ergebnisse von Balling et al. (2022) sprechen für SoundRelax, da sie bestätigen, dass die größere Klangauswahl die Vorlieben von mehr Individuen über wichtige Eigenschaften wie Entspannung und Konzentration erfüllen. Somit stellt Widex SoundRelax ein wichtiges Element der Moment Sheer-Erweiterung für das allgemeine Wohlbefinden und Stressminderung von Hörsystem-Tragenden dar.

Erweiterung der künstlichen Intelligenz – My Sound 2.0

Die KI zur Klanganpassung in Echtzeit „My Sound“ erfährt ebenfalls ein umfangreiches Upgrade. So steht dem System in Moment Sheer neben den drei Bändern des Equalizers ein vierter Parameter zur Individualisierung des Klangs anhand persönlicher Präferenzen zur Verfügung. Es handelt sich hierbei um den Einfluss des schnellen Kompressors innerhalb des von Widex entwickelten dualen Kompressor-Systems Variable-Speed-Compression.

Dieses Kompressionssystem wurde entwickelt, um die Vorzüge der Klangqualität eines langsamen Kompressors mit der besseren Hörbarkeit eines schnellen Kompressors zu verbinden. Das allgemeine Kompressionsverhalten eines Hörsystems wird von der Kompressionskennlinie des langsamen Kompressors bestimmt, welcher als Funktionsanzeige in der Anpass-Software zu finden ist (Kuk 2017, als Übersicht).

Nutzern von My Sound 2.0 ermöglicht die Erweiterung, mit einfachen A/B-Vergleichen eine Veränderung in Echtzeit, jetzt auch in Bezug auf den Raumklang und Hintergrundgeräusche, vorzunehmen. Liegt der persönliche Fokus eher auf nahen, sprich lauten Schallquellen, lernt die KI, den schnellen Kompressor durch My Sound 2.0 kompressiv arbeiten zu lassen. Stehen weiter entferntere, also leisere Schallquellen im Fokus, so wird im schnellen Kompressor eine Expansion umgesetzt. My Sound 2.0 ermöglicht durch den neu dazugewonnenen Parameter mehr Einfluss auf den Klang in störgeräuschbehafteten Situationen, etwa einem Restaurant. Das Ergebnis ist eine Steigerung der Präzision bei der Klangoptimierung, sollte diese benötigt werden.

Mehr Parameter bedürfen auch einer Leistungssteigerung. Mit der Moment-App werden die Rechenschritte des Machine-Learning-Prozesses nicht mehr im eigenen Smartphone, sondern in der Cloud durchgeführt. My Sound 2.0-Nutzern kommt dies zugute, da nun die Rechenleistung des eigenen Smartphones keine Rolle mehr spielt. Ein in die Jahre gekommenes Gerät errechnet neue Klangvorschläge genauso schnell wie das neueste Modell. Beeindruckend ist auch, wie viele Vergleiche ein Mensch theoretisch anstellen müsste, um alle Klangoptionen miteinander zu vergleichen. Bei Einführung von My Sound im Jahr 2018 waren es noch 2,41 Millionen. Durch die Hinzugewinnung des neuen Parameters sind es inzwischen über 58 Millionen. Die My Sound-KI hingegen ist in der Lage, in wenigen Vergleichen zum Ziel zu führen.

Dank Erfahrungen in den Gebieten KI und Machine Learning ist es Hörsystem-Tragenden nun möglich, den Klang in komplexen Hörumgebungen weiter zu optimieren, als es ihnen bisher möglich war. So kann My Sound 2.0 zur wichtigen Steigerung der Zufriedenheit, Teilhabe und schließlich Hörsystem-Adaption beitragen.

Eine Plattformerweiterung für alle Moment-Hörsysteme

Wer bereits Moment-Hörsysteme trägt, profitiert ebenfalls von den Inhalten der Moment Sheer-Erweiterung. Nach Aktualisierung der Hörgeräte-Firmware können Widex SoundRelax, My Sound 2.0, SoundAssist, TruAcoustics-Klangoptimierungen und die neue TV Play genutzt werden. Eine wichtige Entscheidung für bestehende Widex-Kunden. So erhalten so viele Menschen wie möglich über alle Bauformen hinweg die Vorteile durch die aktuelle Hörsystem-Serie Moment Sheer.

Zusammenfassung

Über die neue Plattform-Erweiterung stellt Widex neben dem neuen Hörsystem Moment Sheer sRIC mit stärkerer künstlicher Intelligenz via My Sound 2.0 und Widex SoundRelax-Klangwelten für eine Steigerung des Wohl-befindens auch zwei Ergänzungen des Zubehörportfolios vor. Der SoundAssist bietet gleich sechs Funktionen für eine Unterstützung in unterschiedlichsten Anwendungssituationen. Für eine direkte Übertragung des Fernsehtons sorgt die neue TV Play. Sie integriert sich in die elegante Designsprache und bietet mit ihrer Broadcast- Streaming-Funktion eine Verbindungsmöglichkeit zu gleichzeitig unbegrenzt vielen Moment Sheer- und Magnify-Hörsystemen mit Bluetooth-Konnektivität. Durch eine Aktualisierung der Firmware stehen auch allen Moment-Hörsystemen die wichtigen Inhalte der Sheer-Erweiterung zur Verfügung. 

Quellen:

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Durch eine ultraschnelle Signalverarbeitung in digitalen Hörsystemen ermöglicht PureSound ein nahezu gleichzeitiges Eintreffen von verarbeitetem und Direktschall vor dem Trommelfell. Die Technologie verhindert somit das Entstehen von Klangartefakten, ausgelöst durch den sogenannten Kammfiltereffekt. Der Effekt beschreibt das Entstehen von Interferenzen und daraus resultierenden Klangartefakten bereits im Gehörgang. Dies geschieht, sobald es zu einem Zeitversatz zwischen Direktschall und Durchlaufzeit des verstärkten Hörsystemsignals kommt. Hierbei genügt ein Zeitversatz von nur wenigen Millisekunden, wie er in herkömmlichen Hörsystemen üblich ist (Balling et al., 2021a). Wahrnehmbar ist der Kammfiltereffekt durch einen manchmal als metallisch beschriebenen Klangeindruck (Townend & Balling, 2020). Die Artefakte des Kammfiltereffekts sind hauptsächliche Ursachen für mangelhafte Klangqualität, wobei ihre Auslöschung gleichzeitig eine der größeren Herausforderungen für das Klangmanagement in offenen oder mit einer Belüftung angepassten Hörsystemen darstellt (Schepker et al., 2019). Besonders an der von Widex entwickelten PureSound-Signalverarbeitung ist die im Vergleich zu herkömmlichen Hörsystemen um das Zehnfache schnellere Durchlaufzeit, die den Schall in unter 0,5 ms durch das Hörsystem leitet. Die durch PureSound bereitgestellte Verbesserung des Hörsystemklangs konnte bislang für seine Nutzer in unterschiedlichen Hörumgebungen nachgewiesen werden. So zeigte eine erste Feldstudie (Balling et al., 2020), dass die Probanden im Durchschnitt eine signifikante Präferenz für PureSound in allen getesteten Kategorien hatten. Diese waren: Straßenverkehr, ruhige Hörumgebungen, Sprache, eigene Stimme, Situationen mit Störgeräuschen, breitbandige Signale, Impulsgeräusche.

Um die Trageerfahrungen versierter Hörsystemträger im Vergleich ihrer eigenen Hörsysteme mit Widex Moment-Hörsystemen detaillierter zu untersuchen, wurde eine weitere internationale Kundenumfrage durchgeführt. Teilgenommen haben 101 Hörsystemnutzer in den sieben Ländern Deutschland, USA, Kanada, China, Frankreich, Portugal und Vereinigtes Königreich (Balling et al., 2021a), die über sieben Wochen hinweg unterschiedliche Aspekte der Hörsystemversorgung in ihren realen Hörumgebungen und -situationen bewerteten. Ein Bereich dieser Umfrage betraf die empfundene Klangqualität – im Speziellen die Widex PureSound-Signalverarbeitung. Dieser Artikel beschreibt und diskutiert die Antworten der Kundenumfrage, die über die 39 Teilnehmer im PureSound-Anpassbereich von Balling et al. (2021b) erlangt wurden.

Die Methode

Zu den Umfrageteilnehmern

An der Umfrage nahmen 39 Hörsystemnutzer mit einer Hörminderung im für PureSound empfohlenen Anpassbereich teil (siehe Abbildung 1). Der PureSound-Anpassbereich schließt gering- bis mittelgradige Hörminderungen ein, wobei der Kammfiltereffekt für diese Hörminderungen besonders wahrnehmbar ist.

Zum einen liegt dies an den meist offenen Versorgungen für gering- bis mittelgradige Hörminderungen, zum anderen auch an der damit einhergehenden Resthörigkeit. Unter den Probanden befanden sich 17 Frauen und 22 Männer im Alter von 20 bis 88 Jahren (Mittel = 66 Jahre). Alle Teilnehmer waren erfahrene Hörsystemträger, die aus einem Probandenpool mit insgesamt 101 Teilnehmern einer größeren Umfrage zu Widex Moment (Balling et al., 2020) extrahiert wurden.

Zur Hörsystemanpassung

Die Einstellung der eigenen Hörsysteme über die Parametersteuerung und Verstärkungsberechnung blieb unangetastet. Die akustische Ankopplung für PureSound-Hörsysteme wurde in der ersten Anpasssitzung anhand der Vorschläge aus Compass GPS ausgewählt. Zur Verstärkungsberechnung diente nach Abschluss des Rückkopplungstests und des Sensogramms die Widex-Anpassformel (WFR). Die an der Umfrage teilnehmenden Hörakustiker wurden angehalten, keine weitere Feinanpassung durchzuführen.

Zur Bewertung

Die Umfrage wurde in einem Cross-Over-Design durchgeführt, wobei die Teilnehmer im Wechsel ihre eigenen Hörsysteme anderer Hersteller und die über PureSound angepassten Widex Moment mRIC R D-Hörsysteme bewerteten. Zu Beginn des Umfragezeitraums (Woche 0) bewerteten die Teilnehmer die Zufriedenheit mit ihren eigenen Hörsystemen. Anschließend wechselten sie für eine Tragezeit von drei Wochen auf die über PureSound angepassten Moment-Hörgeräte und bewerteten wiederum ihre Zufriedenheit mit den Testhörsystemen innerhalb der vergangenen drei Wochen (Woche 3). Es folgten jeweils zwei weitere Tragewochen mit nachfolgender Bewertung der eigenen Hörsysteme (Woche 5) und der Moment-Hörsysteme mit PureSound-Signalverarbeitung (Woche 7). Der in der Umfrage verwendete Fragebogen beschäftigte sich mit Themengebieten der Klangqualität und im Speziellen mit den Effekten der Durchlaufzeit. Der schematische Ablauf des Cross-Over-Designs ist in Abbildung 2 grafisch nachvollziehbar.

Zur Auswertung

Die gewonnenen Antworten liefern in jedem der vier Befragungszeiträume relevante Ergebnisse. Dieser Artikel gibt die Analyse von Balling et al. (2021b) wieder, wobei die Publikation inhaltlich den Vergleich der Ergebnisse aus Woche 5 und 7 diskutiert. Es wurden die Probandenantworten aus den beiden letzten Segmenten herangezogen, da die Teilnehmer zu den jeweiligen Zeitpunkten bereits mit PureSound vertraut waren.

Auswirkungen von Durchlaufzeiten in alltäglichen Situationen

Klangparameter, die von der Durchlaufzeit beeinflusst werden können, sind die Natürlichkeit, die Klarheit, das Empfinden der eigenen Stimme sowie die Lokalisierung unterschiedlicher akustischer Geräusche. Um eine Bewertung dieser Parameter in alltäglichen Situationen von Hörsystemträgern zu erhalten, befasste sich ein Abschnitt des Fragebogens mit den Auswirkungen von Durchlaufzeiten auf die oben beschriebenen Punkte. Hierbei wurden die Teilnehmer gebeten anzugeben, inwieweit sie den Aussagen zustimmen beziehungsweise widersprechen. In Abbildung 3 sind die Antworten zu den Erfahrungen mit den PureSound-Hörsystemen in Blau und für die eigenen Hörgeräte anderer Hersteller in Grau abgebildet. Somit wurde eine bessere Basis für den Vergleich zwischen beiden Hörsystemen geschaffen.

Der Klang ist natürlich: Eine herausragende Anzahl an Teilnehmern stimmte zu, dass der Klang durch PureSound natürlich ist. Dies entsprach 95 Prozent der Teilnehmer, die der Aussage eher bzw. vollständig zustimmten. Zurückführen kann man das Ergebnis darauf, dass der Kammfiltereffekt und die damit verbundenen Klangartefakte durch die ultraschnelle PureSound-Verarbeitung von unter 0,5 ms nicht mehr entstehen können. Durch die Befreiung von Klangartefakten wird, anders als bei den eigenen Hörsystemen der Teilnehmer, ein unverzerrter und natürlicher Klangeindruck erreicht. Möglich ist diese geringe Durchlaufzeit durch die Verwendung einer IIR-Filterbank und eines eigens umstrukturierten Signalpfads der in Widex Moment- Hörsystemen verwendeten ZeroDelay-Technologie. Die schnellere Durchlaufzeit der IIR-Filterbanktechnologie wird durch die vorrangige Verarbeitung des Eingangssignals in der Zeitebene ermöglicht, bevor dieses in die Frequenzebene übergeht. Herkömmliche Hörsysteme anderer Hersteller verwenden Filterbankstrukturen, die ein Eingangssignal zuerst in der Frequenzebene verarbeiten und deshalb durch langsamere Durchlaufzeiten limitiert sind, die in der Regel durchschnittlich zwischen 5 und 8 ms liegen (Balling et al., 2020).

Der Klang ist klar: Die Bewertungsergebnisse für die Klarheit des Klangs sind vergleichbar zu den Resultaten der Natürlichkeit. Erneut stimmten 95 Prozent der Teilnehmer zu, dass die Klangqualität durch PureSound klar ist. Zusätzlich zeigen die Ergebnisse, dass für PureSound ein viel größerer Anteil der Probanden der Aussage vollständig zustimmt. Diese Ergebnisse sind plausibel, denn die Klarheit eines übertragenen Signals wird ebenfalls mit der Durchlaufzeit eines Hörsystems in Verbindung gebracht.

Meine eigene Stimme klingt natürlich: Bereits in einer früheren Feldstudie (Balling et al., 2020) zeigten die Ergebnisse bei der Bewertung der eigenen Stimme eine signifikante Präferenz für die ultraschnelle PureSound-Signalverarbeitung. Für eine natürliche Wahrnehmung des eigenen gesprochenen Wortes haben Verzerrungsartefakte des Kammfiltereffekts einen maßgeblichen negativen Einfluss. So sind verzögerungsbedingte Klangartefakte in offenen und Vent-Versorgungen unter Umständen einfacher von den Hörsystemträgern feststellbar.

In der Vergangenheit war die nicht zufriedenstellende Empfindung der eigenen Stimme, bedingt durch herkömmliche Durchlaufzeiten in Hörsystemen, eine Rückmeldung von angehenden Hörsystemträgern. Der zweithäufigste Grund, ein Hörsystem nicht zu tragen, ist für Hörgeschädigte in Deutschland, dass ihr Gehör nicht in den „Normalzustand“ wiederhergestellt wird. Das gaben 67 Prozent der in einer EuroTrak-Studie befragten Menschen mit Hörminderung an (EuroTrak Germany, 2018). Die Kriterien für eine als normal empfundene Hörfähigkeit setzen sich aus unterschiedlichen physiologisch-akustischen Gegebenheiten zusammen. Sicherlich sind hierbei generell bekannte Faktoren wie die Hörbarkeit, das Lautheitsempfinden und die Frequenzselektivität bei vorhandenen Schallempfindungsschwerhörigkeiten ausschlaggebend, die Bewertung der eigenen Stimme ist dennoch ein weiterer möglicher Faktor. Gerade weil die eigene Stimme als bekannte Referenz für Hörsystemträger dient. Eine Verbesserung der natürlichen Wahrnehmung der eigenen Stimme ist demnach ein wichtiger Faktor für die Hörsystemadaption. Tatsächlich zeigt auch die aktuell vorgestellte Umfrage von Balling et al. (2021b) eine hohe Zustimmung, dass die eigene Stimme über die schnelle Durchlaufzeit der PureSound- Verarbeitung von 90 Prozent der Teilnehmer als natürlich wahrgenommen wird. Im Vergleich dazu lag die Zustimmung für die eigenen Hörsysteme anderer Hersteller niedriger mit nur 77 Prozent. Die höhere Zustimmung für PureSound ist besonders bemerkenswert, da es sich um erfahrene Hörsystemträger handelte, die sich bereits über längere Zeit an den Klang ihrer Stimme bei der Verwendung ihrer eigenen Hörsysteme gewöhnt hatten.

Der Schalleindruck ist exakt dort, wo ich ihn erwartet habe: Abschließend ist zu erwähnen, dass durch die Abwesenheit des Kammfiltereffekts im PureSound-Signal die Schalllokalisation verbessert werden kann. Dies reflektieren die Umfrageergebnisse ebenfalls (Abbildung 3, rechts unten). Die Häufung der Zustimmungen für PureSound im Vergleich zu den eigenen Hörsystemen zeigt deutlich, wie sich die wahrgenommene Lokalisationsfähigkeit durch PureSound verbessert. So stimmten für PureSound 95 Prozent der Hörsystemträger zu, den Schalleindruck dort wahrgenommen zu haben, wo dieser erwartet wurde. Für die eigenen Hörsysteme anderer Hersteller beträgt die Zustimmungsrate nur 67 Prozent.

Alle vier abgefragten Parameter (Abbildung 3) können mit der Durchlaufgeschwindigkeit eines Hörsystems in Verbindung gebracht werden. Dabei sticht eine höhere Zustimmungsrate für PureSound in allen Kategorien heraus – generell stimmen mehr Hörsystemträger den positiven Eigenschaften von PureSound zu. Zusätzlich wird für die Bewertung von PureSound die Antwortmöglichkeit „stimme vollständig zu“ häufiger gewählt. Für die Praxis besonders relevant ist, dass ein Vorteil durch PureSound erzielt wurde, obwohl die Teilnehmer mit ihren eigenen Hörsystemen erfahren waren. So könnte man erwarten, dass sie sich in Bezug auf die oben abgefragten Parameter tendenziell eher für den Klang und die Lokalisierung der eigenen Hörgeräte entscheiden würden.

Da dies nicht der Fall war, zeigen die Umfrageergebnisse, dass sich eine drastische Reduzierung der Durchlaufzeit positiv auf die Klangwahrnehmung erfahrener Hörsystemträger auswirkt (Balling et al., 2021b).

Hören im Störgeräusch

Durch die alltäglichen und unterschiedlichen Hörumgebungen kommt es selbstverständlich auch regelmäßig zu störgeräuschbehafteten Hörsituationen. Ein für Hörsystemträger ebenfalls wichtiger Parameter der Hörgerätezufriedenheit ist, wie in diesen Situationen das Störgeräusch wahrgenommen wird. So beinhaltete der in der Umfrage verwendete Fragebogen auch Segmente zur Bewertung der Zufriedenheit über die verwendeten Hörsysteme im Störgeräusch. Diese Abfrage ist relevant, da durch die für PureSound verwendete ZeroDelay- Technologie die Signalverarbeitung im Störgeräusch zu herkömmlichen Hörsystemen abweicht. Um für geringbis mittelgradige Hörminderungen eine möglichst natürliche Klangqualität bereitzustellen, verfolgt PureSound die Philosophie, die gesamte vorliegende Geräuschkulisse zu übertragen. Dies geschieht durch die Verwendung ultraschneller Durchlaufgeschwindigkeiten (&lt; 0,5 ms). Da der Einsatz von adaptiven Richtcharakteristiken in Hörsystemen zeitaufwendig ist und die Durchlaufgeschwindigkeit verlangsamt, arbeitet PureSound im omnidirektionalen Modus (Kuk et al., 2020). Dies könnte die Erfahrungen im Störgeräusch beeinflussen. Allerdings zeigten die Untersuchungen von Kuk et al. (2020) auch, dass die Sprachverständlichkeit von PureSound in störgeräuschbehafteten Hörsituationen vergleichbar war zu den Ergebnissen zweier High-End- Hörsysteme, die über eine Richtmikrofonierung, aber langsamere Durchlaufzeiten (6 ms und 8 ms) verfügten.

Auch die hier vorliegenden Umfrageergebnisse von Balling et al. (2021b) ergaben, dass die Teilnehmer mit PureSound eine hohe Zufriedenheitsrate im Störgeräusch erlangten (siehe Abbildung 4). Die Verteilung der Bewertungen für PureSound verschob sich im Vergleich zu den eigenen Systemen in Richtung „zufrieden“ und „sehr zufrieden“. Dabei waren die meisten Beteiligten mit PureSound „zufrieden“, während die häufigste Antwort für die eigenen Hörsysteme „eher zufrieden“ war. Werden die drei Kategorien „eher zufrieden“, „zufrieden“ und „sehr zufrieden“ zusammengefasst, zeigt sich, dass 82 Prozent der Teilnehmer mit PureSound im Störgeräusch zufrieden waren. Dieser Wert sinkt für die eigenen Hörsysteme anderer Hersteller hingegen auf 54 Prozent. Eine mögliche Erklärung für die erhöhte Zufriedenheit zugunsten der schnelleren PureSound- Verarbeitung kann die Lokalisationsfähigkeit (siehe Abbildung 3, rechts unten) in Verbindung zur Erhaltung einer natürlichen Klangwiedergabe sein. Zusätzlich bestärkt werden die hier vorgestellten Resultate durch die Ergebnisse von Slugocki et al., 2020. Das Forschungsteam konnte für PureSound (Durchlaufzeit: &lt; 0,5 ms) im Vergleich zu zwei anderen High-End-Hörsystemen (Durchlaufzeit: 6 ms bzw. 8 ms) durch objektive EEGMessungen eine stabilere Bewahrung der neuronalen Signaleinhüllenden feststellen. Insbesondere wurde durch PureSound die Grundfrequenz (f0) signifikant besser erhalten. Forschungsarbeiten an Normalhörenden (Song et al., 2011; Summers & Leek, 1998) bringen eine robuste neuronale Repräsentation der Grundfrequenz eines Sprechers in Verbindung mit der Fähigkeit, diesen Zielsprecher aus konkurrierenden Schalleindrücken herauszuhören. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für das Verstehen im Störgeräusch und Indiz für die positive Wirkungsweise von PureSound in störschallbehafteten Situationen.

Die gesamte Klangqualität

Als abschließender Parameter wurden die Teilnehmer der Umfrage nach ihrer Bewertung für die allumfassende Klangqualität befragt. Die Bewahrung der natürlichen Klangeigenschaften wird durch PureSound besonders antizipiert, denn die grundlegende Widex-Philosophie der Schallverarbeitung setzt für eine besser wahrgenommene Klangqualität die natürliche Übertragung in der gegebenen Hörsituation voraus. Für Hörsystemträger soll dies zu einem komfortableren Tragen ihrer Hörsysteme in alltäglichen Hörumgebungen führen und somit die Tragedauer und Zufriedenheit steigern. Die Ergebnisse aus Abbildung 5 zeigen, dass gefragt nach der Zufriedenheit für die gesamte Klangqualität die am häufigsten genannte Antwort für PureSound-Hörsysteme „sehr zufrieden“ war. Gleichzeitig befanden sich fast alle Antworten zu PureSound in den drei besten Kategorien. Verglichen mit den Antworten zu den eigenen Hörsystemen anderer Hersteller wird für PureSound eine deutliche Verschiebung in Richtung der Antwortkategorie „sehr zufrieden“ bezogen auf die allgemeine Klangqualität festgestellt.

Zusammenfassung

Die hier vorgestellten Ergebnisse der Umfrage durch Balling et al. (2021b) demonstrieren eine große Zustimmung, dass die PureSound-Klangqualität als natürlich und sehr zufriedenstellend wahrgenommen wird.

Dies kann neben der allgemeinen Klangqualität auch für die einzelnen Kategorien zu Natürlichkeit, Klarheit, Wahrnehmung der eigenen Stimme, Lokalisierung sowie die Bewertung im Störgeräusch festgestellt werden.

Diese Ergebnisse sind von großer Bedeutung, da sie durch die Trageerfahrungen in persönlichen alltäglichen Situationen zustande kamen. Gleichzeitig bestätigt die hohe Rate an Zustimmungen von 95 Prozent aller Teilnehmer, den PureSound-Klang als natürlich und klar zu empfinden. Dies sind wichtige Parameter für eine Präferenz in Richtung PureSound, die bereits innerhalb einer früheren Feldstudie in unterschiedlichen Hörsituationen erzielt wurde (Balling et al., 2020). Eine klare und natürliche Schallübertragung ohne Kammfiltereffekt hat zudem Auswirkungen auf die Bewahrung des neuronalen Codes der Signaleinhüllenden auf der Hörbahn. Diese liefert relevante Informationen für das Sprachverstehen (Swaminathan & Heinz, 2012).

Die Forschungsgruppe um Slugocki konnte 2020 mithilfe eines EEG-Verfahrens zeigen, dass PureSound durch seine beschleunigte Verarbeitung den neuronalen Code besser bewahrt als zwei vergleichbare High- End-Hörsysteme mit langsameren Durchlaufzeiten (Slugocki et al., 2020). Des Weiteren bestätigt die hohe Zufriedenheit in Störgeräuschsituationen innerhalb der vorgestellten Umfrage die Wirksamkeit von PureSound, trotz der Verwendung einer omnidirektionalen Mikrofonierung. Dies stimmt mit Ergebnissen von Kuk et al. (2020) überein, die eine vergleichbare Sprachverständlichkeit im Störgeräusch für die ultraschnelle PureSound- Verarbeitung und Hörsysteme mit direktionaler Mikrofonierung beschrieben.

Die PureSound-Signalverarbeitung von Widex stellt für die Natürlichkeit der Klangwiedergabe durch ihre Beschleunigung der Durchlaufzeit einen in digitalen Hörsystemen bis dato nicht umsetzbaren Mehrwert für offene und Vent-Versorgungen dar. Besonders die Lokalisierung, die Zufriedenheit im Störgeräusch, die Empfindung der eigenen Stimme und der gesamten Klangqualität sind maßgebliche Entscheidungskriterien für ein Hörsystem. Gleichzeitig erleichtern die damit verbundenen positiven Erfahrungen der Hörsystemträger eine Gewöhnung an eine Hörsystemversorgung. Besonders Menschen mit geringen und mittelgradigen Hörminderungen profitieren von den gesteigerten Klangeigenschaften, die durch die Ergebnisse der Umfrage von Balling et al. (2021b) untermauert wurden. Das Ziel der Widex-Signalverarbeitung ist es, die Hörumgebung so originalgetreu wie möglich zur Verfügung zu stellen. Die Signalverarbeitungsstrategie PureSound steht in allen Widex Moment RIC- und HdO-Hörsystemen zur Verfügung.

Die Veröffentlichungen zur Wirkungsweise von PureSound im Störgeräusch (Kuk et al., 2020) sowie der neuronalen Antwort im EEG (Slugocki et al., 2020) finden Sie in deutscher Übersetzung in den Hörakustik- Ausgaben 12/2020 und 01/2021.

Danksagung: Widex bedankt sich bei allen Hörsystemträgern und Hörakustikern für ihre Teilnahme. Folgende Fachgeschäfte und Einrichtungen nahmen an der Umfrage teil. In Deutschland: Hesselbach Hörakustik; Hörakustik Tielesch; Hörgeräte Seifert GmbH; Schaaf & Maier Hörgeräte GmbH. In Portugal: Widex Braga; Widex Coimbra; Widex Funchal; Widex Guimarães; Widex Lisboa. In den USA: Amazing Hearing, Laguna Hills, CA; Associated Audiologists, Shawnee Mission, KS; Bergen Audiology, Hackensack, NJ; ENT Specialist of Abilene, Abilene, TX; Pacific Hearing Service, San Francisco, CA; San Francisco Audiology, San Francisco, CA. In Kanada: Audiology Clinic of Northern Alberta, Edmonton, Alberta; Davidson Hearing Aid Centres, Ottawa, Ontario; Harp Hearing, Calgary, Alberta; Lakeside Hearing, Kelowna, British Columbia; North Bay Audiology Clinic, North Bay, Ontario; Owen Sound Audiology, Owen Sound, Ontario; Sackville Hearing Centre, Lower Sackville, Nova Scotia; Sound id-EARS, Vancouver, British Columbia. In China: Blue Hearing, Kunming, Yunnan; Conhearing, Zhengzhou, Henan; Conhearing, Haerbin, Heilongjiang; Earhearing, Chengdu, Sichuan; Huier, Hangzhou, Zhejiang; Intelligent Sound, Shanghai; Li Sound, Wuhan, Hubei; Logic Sound, Chongqing; Nordic Sound, Shanghai; Sound of Nature, Shanghai; Sound of Xin, Guangzhou, Guangdong.

Dieser Fachartikel erschien ursprünglich in der Ausgabe 10/2021 in der „Hörakustik“.

Autor:

Simon Müller ist seit 2017 audiologisch-wissenschaftlicher Leiter bei der Widex Hörgeräte GmbH in Stuttgart. Nach einem Bachelor in Augenoptik und Hörakustik an der Hochschule Aalen im Jahr 2011 erlangte er 2012 den Master of Science in Audiology an der University of Manchester. Praktische Erfahrung sammelte er als Betriebsleiter eines Hörakustikfachgeschäfts und als audiologischer Leiter an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen.

Quellen:

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Balling L W, Townend O, Helmink D. (2021b). Sound Quality For All – The Benefits of Ultra-Fast Signal Processing. Hear. Rev. – zur Veröffentlichung für September 2021 eingereicht.

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Widex hat Hörsysteme schon immer so konzipiert, dass sie ihren Trägern den natürlichsten Klang bieten. Dazu gehören die Gewährleistung eines unverzerrten Eingangssignals selbst bei hohen Pegeln (Oeding & Valente, 2015), die Bereitstellung einer ausreichenden Verstärkung über einen erweiterten Frequenzbereich (Peeters et al., 2011) und die Bewahrung der natürlichen zeitlichen Eigenschaften des Schalls durch die Verwendung einer langsam wirkenden Kompression (Kuk, 1998). Die Signalverarbeitung PureSound der Widex MOMENTPlattform nutzt die ZeroDelay-Technologie, um die Vollständigkeit der Eingangssignale bei Anpassungen mit Zusatzbelüftung (insbesondere offenen Versorgungen) weiter zu bewahren. Dies wird erreicht, indem die Durchlaufverzögerung des Hörsystems auf weniger als 0,5 ms über alle Frequenzen hinweg verkürzt wird.

Die ultraschnelle Signalverarbeitung von PureSound fördert die Synchronität zwischen dem vom Hörsystem verstärkten Schall und dem unverstärkten Direktschall, der den Gehörgang über das Vent der akustischen Ankopplung erreicht. Das Ergebnis ist ein Signal, das praktisch frei von Kammfiltereffekten ist (Balling et al., 2020). Diese Artefakte des Kammfiltereffektes würden dem Schall “metallische” oder “dumpfe” Klangcharakteristiken verleihen (Bramslow, 2010). In der Tat haben bisherige Studien gezeigt, dass die PureSound-Verarbeitung die Klangqualität und die Wahrnehmung der eigenen Stimme bei Hörsystem-Trägern mit offener Anpassung verbessert (Balling et al., 2020), ohne dabei die Sprachverständlichkeit bei realistischen SNRs zu beeinträchtigen (Kuk et al., 2020, siehe auch Teil 1 der Reihe, Hörakustik 12/2020).

Das Verwirklichen einer besseren Synchronität zwischen verstärktem und Direktschall bewahrt auch die natürliche Einhüllende eines Klangs. Dies ist wichtig, da Studien darauf hindeuten, dass sich Menschen für ein robustes Sprachverstehen sowohl unter ruhigen als auch unter störgeräuschbehafteten Bedingungen auf die Informationen der Signal-Einhüllenden verlassen (Swaminathan, 2012). Im Gehirn wird die Information der Einhüllenden durch eine Informationsrate repräsentiert, bei dem die Neuronenpopulation synchrone Aktionspotenziale auf periodische Modulationen der Einhüllenden produziert. Die vom Hörnerv ausgehende Informationsrate wird die Hörbahn hinaufgeleitet, wo sie durch komplexere Hörprozesse verarbeitet und transformiert wird. Die synchrone Aktivität der auditiven Neuronen kann bei den jeweiligen Hörern mittels Elektroenzephalografie (EEG) aufgezeichnet werden. Solche EEG-Signale werden allgemein als Frequency- Following-Responses (FFRs, für eine Übersicht siehe Skoe und Kraus, 2010) oder Envelope-Following-Responses (EFRs) bezeichnet, wenn die neuronale Aktivität in Abhängigkeit der temporalen Einhüllenden betrachtet wird (Aiken & Picton, 2008).

Üblicherweise wird in EFR-Experimenten gemessen, wie gut auditorische Neuronen die Grundfrequenz (f0) von Sprachlauten (z. B. Vokalen) codieren. Da die Obertöne eines Vokals alle durch die Glottal-Frequenz (f0) amplitudenmoduliert werden, bietet die Verwendung synthetischer Sprache eine Betrachtungsmöglichkeit dafür, wie gut die Einhüllende der Amplitude über die Frequenzen hinweg nachverfolgt wird. Die Literatur deutet darauf hin, dass robustere EFRs mit besseren Sprache-im-Störgeräusch-Fähigkeiten (Song et al., 2011) und Unterschieden auf Gruppenebene bei den auditiven Verarbeitungsfähigkeiten in Verbindung gebracht werden. Dies hat sich bei Untersuchungen der Musikalität (Musacchia et al., 2008) oder der tonalen Spracherfahrung (Krishnan et al., 2005) abgezeichnet. Umgekehrt zeigte sich, dass durch Sprachsignale evozierte EFRs in Gegenwart von Hintergrundgeräuschen eine Verschlechterung aufweisen (Li & Jeng, 2011).

In der aktuellen Studie wird untersucht, wie sich die ZeroDelay-Technologie auf die Fähigkeit des zentralen auditorischen Systems auswirkt. Präzise gesagt auf die Codierung temporaler Einhüllender des Eingangssignals. Diese Ergebnisse könnten wichtige Informationen darüber liefern, wie die Verarbeitungsverzögerung in Hörsystemen diese Hüllkurve auf neuronaler Ebene möglicherweise verzerrt. Das ist wichtig, da die Informationen aus der temporalen Einhüllenden in höheren Ebenen der auditiven Verarbeitung benötigt werden.

Wir vermuten, dass die Interaktion zwischen Direktschall und verstärktem Schall bei einer offenen Anpassung Interferenzen erzeugt, die die Einhüllende (d. h. f0) der synthetisch produzierten Silbe /da/ auf Ebene der EFRs verzerrt. Darüber hinaus sollte die Verzerrung der zeitlichen Einhüllenden bei offen angepassten Hörsystemen mit längeren Durchlaufverzögerungen größer sein. Aus diesem Grund haben wir die mit dem Widex PureSound gemessenen EFRs mit den Premium-Hörsystemen zweier namhafter Hersteller mit längeren Verzögerungszeiten verglichen (Balling et al., 2020). Wir erwarten, dass die Hörsysteme, deren Durchlaufzeiten im Vergleich zur PureSound-Signalverarbeitung länger sind, weniger robuste EFRs hervorbringen werden.

Methoden der Studie:

Teilnehmer: Insgesamt nahmen 16 ältere Probanden mit vorliegenden Hörminderungen an der Studie teil. Die Studienteilnehmer waren zwischen 58 und 81 Jahren alt. Ihr Durchschnittsalter betrug 69,8 Jahre. Zehn Probanden waren zum Zeitpunkt der Studie bereits erfahrene Hörgeräte-Träger mit Trageerfahrungen von 1 bis 15 Jahren. Ein Proband hat bereits früher an Hörgeräte-Studien teilgenommen, war aber zum Zeitpunkt der Studie kein Hörgeräte-Träger. Fünf weitere Teilnehmer hatten noch nie Hörgeräte getragen. Alle Probanden hatten einen beidseitig symmetrischen (innerhalb von 10 dB) geringen bis mittelgradigen sensorineuralen Hörverlust (siehe Abbildung 1). Zusätzlich bestanden alle Probanden ein kognitives Screening unter Verwendung des Montreal Cognitive Assessment (MoCA Durchschnittspunktzahl = 26,2). Das Testverfahren wurde von einem Ethikkomitee eines externen Gremiums genehmigt. Zusätzlich wurde von allen Teilnehmern eine Einverständniserklärung eingeholt.

Hörgeräte: Das Widex MOMENT-Hörsystem wurde unter der Verwendung der PureSound-Signalverarbeitung mit den Premium-Produkten zweier anderer Hersteller verglichen. Die Systeme wurden nach NAL-NL2- Vorberechnungen und mittels Standardeinstellungen des Feature-Settings bei Verwendung offener Schirmchen angepasst. Alle drei Hörgeräte verfügten über erstklassige Feature-Ausstattungen, die von Premium-Produkten erwartet werden. Dies beinhaltet z. B. adaptive Richtmikrofone, eine Störgeräuschunterdrückung sowie ein Rückkopplungsmanagement mit der Ausnahme, dass die PureSound-Signalverarbeitung ein omnidirektionales Mikrofon verwendet. Akustische Messungen ergaben für PureSound eine Durchlaufverzögerung von 0,5 ms über alle Frequenzen hinweg, während eine Verzögerung von 6 ms bzw. 8 ms für Hersteller 1 und Hersteller 2 festgestellt wurde.

Elektroenzephalografie (EEG): Die Tests fanden in einer schallisolierten Kabine statt. Eine Klatt-synthetisierte / da/-Silbe (Dauer = 50 ms) wurde bei 70 dB SPL in alternierenden Polaritäten über 8.000 Darbietungen (4.000 pro Polarität) hinweg präsentiert. Die Stimuli wurden im Freifeld über einen Aktivlautsprecher abgespielt. Der Lautsprecher befand sich in einem Meter Entfernung direkt vor den Studienteilnehmern.

Die EEG-Aufzeichnung der Probanden wurde anhand einer vertikalen Ableitung durchgeführt, wobei eine aktive Elektrode am Vertex (Cz) und am Ohrläppchen verwendet wurde. Als Masse diente eine Elektrode oben an der Stirn. Die Elektrodenimpedanz blieb unter 35 kΩs, während die Elektrodenaktivität mit einem g.tec g.USBamp (Guger Technologies, GmbH) Biosignalverstärker mit einer Abtastrate von 19,2 kHz erfasst wurde.

Analyse: Fortlaufende EEG-Daten wurden zunächst zwischen 80 Hz und 2.000 Hz gefiltert und dann von –10 bis 80 ms relativ zum Reizbeginn “epochiert” (geschnitten). Epochen wurden verworfen, wenn sie Aktivitäten von ±35 μV überschritten. Etwa 7.400 Untersuchungen (3.700 pro Polarität) überstanden dieses Verfahren und wurden dann im Zeitbereich für jede Kombination aus Probanden und Testbedingung (Hörsystem) gemittelt.

Ergebnisse

Abbildung 2 vergleicht die über Hörsystemen gemessenen EFRs im Zeitbereich mit dem synthetisch generierten Sprachsignal – der Silbe /da/. Die zeitliche Einhüllende der Amplitude der /da/-Silbe (Originalsignal) wird durch die rote Linie im oberen Feld gekennzeichnet. Man kann erkennen, dass die durchschnittlichen EFRs (dargestellt durch die farbigen Linien in den unteren Feldern) der Einhüllenden des /da/-Stimulus am ähnlichsten waren, wenn das Widex MOMENT-Hörsystem mit PureSound getragen wurde (blaue Linie). Umgekehrt waren EFRs unter Verwendung der Premium-Hörsysteme der beiden anderen Hersteller verzerrt.

Der Vorteil der PureSound-Verarbeitung ist, wie in Abbildung 3 dargestellt, auch im Zeit-Frequenz-Bereich sichtbar. Hierbei wurden gemittelte Daten des Zeitbereichs durch kontinuierliche Wavelet-Transformationen unter Verwendung analytischer (komplexer) Morse-Wavelets zerlegt. Die resultierenden Abbildungen zeigen die Stärke der EFRs bei jeder Frequenz über die Dauer des /da/-Stimulus. Hellere Farben spiegeln eine robustere Codierung der zeitlichen Einhüllenden wider. Der Vergleich der drei Hörgeräte zeigt, dass die Bedingung unter der Verwendung von PureSound die höchste Konzentration von “Gelb” und “Hellblau” um 100 Hz aufweist. Dies deutet darauf hin, dass PureSound die größte anhaltende Energie entsprechend der Grundfrequenz der /da/- Silbe (f0) aufrechterhalten hat, gefolgt von Hersteller 2 und dann Hersteller 1.

Zusammengefasst deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die bei manchen Premium-Hörgeräten längeren Verarbeitungszeiten die neuronale Verfolgung der zeitlichen Signal-Einhüllenden verzerren, wenn deren Anpassung mit einem offenen Schirmchen erfolgt.

Diskussion

In offenen Anpassungen stellten wir fest, dass die ZeroDelay-Technologie, die in der PureSound- Signalverarbeitung des Widex MOMENT-Hörsystems enthalten ist, eine robuste neuronale Verfolgung der Spracheinhüllenden begünstigt. Umgekehrt stellte sich heraus, dass hochwertige Geräte der aktuellen Generation von zwei anderen Herstellern, die über längere Durchlaufzeiten verfügen, die neuronale Verfolgung der Einhüllenden stark verzerren. Dieses Ergebnis baut auf den von Balling et al. (2020) vorgestellten Klangqualitätspräferenzen für die PureSound-Verarbeitung auf. Außerdem legen unsere Ergebnisse den Bedarf nahe, die akzeptierbaren Kriterien für tolerierbare Verzögerungen in offen angepassten Hörsystemen zu überdenken (siehe z. B. Stone et al., 2008).

Die langfristigen Auswirkungen einer verzerrten zeitlichen Codierung der Einhüllenden, insbesondere unter schwierigeren Hörbedingungen, sind derzeit unbekannt. Gemäß dem von Pichora-Fuller et al. (2016) vorgeschlagenen “Framework for Understanding Effortful Listening” (FUEL) kann erfolgreiches Sprachverstehen eine größere kognitive Leistung (d. h. Anstrengung) erfordern, wenn die Qualität des zur Verfügung stehenden Signals für den Zuhörer suboptimal ist. Es wird angenommen, dass die Grundfrequenz (f0) eines Zielsprechers einen wichtigen Anhaltspunkt liefert für die Extraktion der Zielstimme aus konkurrierenden irrelevanten auditorischen Informationen, wie z. B. anderen Sprechern (Summers & Leek, 1998) oder Umgebungsgeräuschen.

Insbesondere f0-Hüllkurven erleichtern wahrscheinlich Prozesse im Zusammenhang mit der Analyse auditiver Szenen (Bregman, 1990), indem sie Sprachenergie über Frequenzen und die Zeit hinweg miteinander verknüpfen. Dies unterstützt die Stimmlagen- (Oxenham, 2012) und Sprecheridentifikation (Baumann & Bein, 2010). Die neuronale Codierung von f0 (d. h. die EFR) scheint zumindest bei Normalhörenden die Wahrnehmung der Tonhöhe zuverlässig widerzuspiegeln (Coffey et al., 2016) und die Sprache-im-Störgeräusch-Fähigkeiten vorherzusagen (Song et al., 2011). Wenn diese Informationen ständig verzerrt sind, kann es sein, dass alltägliche Höraktivitäten mehr Mühe erfordern, als die Zuhörer aufwenden können oder wollen. Im Laufe der Zeit kann dies zu chronischem Stress, Müdigkeit und sozialem Rückzug führen. All diese Aspekte haben eine negative Auswirkung auf die Kognition und die Lebensqualität (Pichora-Fuller, 2015).

Swaminathan und Heinz (2012) stellen fest, dass Sprache-im-Störgeräusch-Defizite bei Menschen mit sensorineuraler Hörminderung teilweise auf die Informationsverluste der zeitlichen Einhüllenden zurückzuführen sind, diese Inhalte werden normalerweise über die zeitliche Feinstruktur gewonnen. Vergleichbar ist dies mit der EFR-Codierung der Amplitudenmodulation, die über die Oberwellen entlang des Sprachsignals erlangt wird.

In der Tat wäre zu erwarten, dass durch die umfassend dokumentierte Verbreiterung des cochleären Tunings solche Ergebnisse den Eigenschaften eines sensorineuralen Hörverlusts folgen (Liberman & Dodds, 1984).

Sowohl perzeptuelle als auch neurophysiologische Studien legen jedoch nahe, dass die neuronale Codierung der temporalen Einhüllenden von Sprache nach einer sensorineuralen Hörminderung nicht beeinträchtigt ist, zumindest nicht unter ruhigen Hörbedingungen (Lorenzi et al., 2006; Kale & Heinz, 2010). Bestrebungen, um diese Erkenntnisse zu erklären, zeigten eine Form der kompensatorischen Plastizität auf Ebene des Hirnstamms oder des Mittelhirns, die die Codierung der Einhüllenden in ruhigen Situationen wiederherstellt, jedoch bei komplexen Hörbedingungen oder bei reduzierten Informationen durch die Einhüllende scheitert (für eine Übersicht siehe Parthasarathy et al., 2019). Sollte dies zutreffen, ist es für Hörsystem-Strategien vielversprechend, wenn sie die neuronale Verfolgung der Einhüllenden fördern, indem sie die Hüllkurve des Eingangssignals durch Technologien wie langsamere Kompressionsgeschwindigkeiten und, wie hier gezeigt, ultraschnelle Verarbeitungsverzögerungen bei offenen Anpassungen besser erhalten.

Es sollte auch bedacht werden, dass der in dieser Studie berichtete Effekt zum Teil den starken Präferenzen der Hörer für die PureSound-Signalverarbeitung aufgrund der Klangqualität und der Beurteilung der eigenen Stimme zugrunde liegen könnte (Balling et al., 2020). Dies sind wichtige Beobachtungen, die dazu beitragen können, einen reibungslosen Übergang zu einer auditiven Wahrnehmung mittels Hörsystemen sicherzustellen.

Dementsprechend wäre mit PureSound eine häufigere Verwendung von Hörgeräten und eine höhere Zufriedenheit von Erstanwendern gewährleistet. Die Förderung der frühzeitigen Hörgeräte-Akzeptanz bei Menschen mit leichtem bis mittelgradigem Hörverlust ist für Hörakustiker eine Herausforderung. Viele der angehenden Hörsystem-Träger empfinden durch ihre Hörminderung anfänglich nur eine begrenzte Belastung, sodass Okklusion und Komfort der Hörsysteme oft den Vorteil der verbesserten Hörbarkeit überwiegen (Kochkin, 2012). Offene Anpassungen ermöglichen ihren Trägern eine größere akustische Transparenz, indem sie Okklusions-Effekte reduzieren und zu einer größeren Geräte-Zufriedenheit führen (Gnewikow, 2006).

Die ZeroDelay-Technologie trägt zu diesem Vorteil bei und gestaltet die Erstanpassung noch transparenter.

Es gibt nun mehrere Indizien dafür, dass die ZeroDelay-Technologie der PureSound-Signalverarbeitung die Transparenz offen angepasster Hörsysteme weiter verbessert. Dies geschieht, indem durch PureSound spektrale und zeitliche Verzerrungen entfernt werden, die in bisherigen digitalen Hörsystemen mit einer verlängerten Durchlaufzeit in Verbindung gebracht werden. Obwohl diese Studie auf Basis offener Anpassungen durchgeführt wurde, gelten die Beobachtungen voraussichtlich auch für weitere Vent-Anpassungen. Denn in allen Anpassungen, die eine akustische Leckage zulassen, kann der Kammfiltereffekt durch Verzögerungen der Verarbeitungsgeschwindigkeit auftreten. Dies bedeutet, dass die PureSound-Signalverarbeitung potenziell einer Mehrheit an Hörsystem-Trägern zugutekommen kann – und nicht nur denjenigen mit einer leichten Hörminderung. Diese Eigenschaften können die Akzeptanz von Hörsystemen sowie die dazugehörige Zufriedenheit fördern, denn sie unterstützen die Betroffenen, zu einer natürlichen Klangwelt zurückzukehren.

Dieser Artikel erschien ursprünglich in englischer Sprache in der August-Ausgabe2020 von “The Hearing Review” (www.Hearing Review.com): https://www.hearingreview.com/… facilitated-by-widex-zerodelay-technology

Die deutsche Version des Artikels erschien ursprünglich in der Ausgabe 1/2021 in der “Hörakustik”.

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