Medizinische Physik

Auditorische Signalverarbeitung

Von aktiven, nichtlinearen Prozessen im Ohr über numerische Hörmodelle bis hin zur Musikübertragung im Internet mit MP3 oder objektiver Beurteilung der Sprachgüte von Handys - die Hör-Akustik hat unmittelbare Auswirkungen auf unser tägliches Leben, nicht nur wenn eine Hörstörung auftritt oder wenn man auf einer lebhaften Party nichts mehr versteht. Für die Physik ist die Analyse der effektiven Funktion des Gehörs als komplexes Gesamtsystem interessant. Die Umsetzung dieser Analyse in ein Hörmodell ermöglicht eine Vielzahl technischer Anwendungen.

Auditorische Szenenanalyse:
Wie machen wir uns ein akustisches Bild der Umgebung?

Hören funktioniert unbewusst - kaum jemand macht sich die komplexen Prozesse im Ohr und Gehirn bewußt, die aus Schallwellen "gehörte" Informationen machen. Zu den größten Rätseln zählt dabei, wie wir aus einer Vielzahl von Schallquellen - sprechende Menschen, bellende Hunde, lärmende Autos - die Stimme desjenigen herausfiltern, der etwas erzählt. Bei Gesunden läuft das perfekt ab, bei Schwerhörigen sieht das ganz anders aus: Kommunikation gelingt ihnen nur noch, wenn die Hintergrundgeräusche weitgehend eliminiert sind. Hörgeräte helfen nur teilweise, weil es noch nicht gelungen ist, die komplizierten Vorgänge im Gehör zur Objektbildung technisch nachzubilden.

Eine Cocktailparty: Stimmen, Gläserklirren, dezente Musik. Alle reden miteinander, teilweise zu zweit, teilweise in kleinen Gruppen - aber nicht jeder versteht, was sein Gegenüber sagt. Krampfhaft versucht mancher aus den Lippenbewegungen das Gesprochene abzulesen - umsonst, Gehör und Gehirn sind in dieser akustischen Umgebung überfordert. 15 Prozent aller Deutschen leiden unter einer Innenohr-Schwerhörigkeit; die Tendenz ist steigend, schon deshalb, weil unsere Gesellschaft immer älter wird und Schwerhörigkeit ein klassisches Altersproblem ist. Bei jungen und gesunden Menschen arbeitet das Gehör perfekt und vor allem im Dauerbetrieb.

Digitale Hörgeräte

Das erste Hörgerät mit digitaler Verarbeitung der akustischen Signale wurde 1996 vorgestellt. Obwohl die digitale Technik zu diesem Zeitpunkt bereits mit der CD in jedem Wohnzimmer Einzug gehalten hatte, war es eine Überraschung in der Hörgerätebranche, dass es möglich war, diese Technik und diese Prozessorleistung auf kleinstem Raum im Hörgerät unterzubringen und mit geringstem Energiebedarf zu betreiben. Nicht einmal Mobiltelefone, die gemeinhin als Innovationswunder galten, erreichten diese Effizienz. Man kann also die Einführung des digitalen Hörgerätes ohne weiteres als Quantensprung bezeichnen. Seitdem ist die Entwicklung schnell vorangeschritten und alle großen Hörgerätehersteller bieten mittlerweile volldigitale Geräte an, die eine komplexe digitale Verarbeitung der akustischen Signale erlauben. Die verfügbare Prozessorleistung im Hörgerät steigt dabei etwa genauso schnell wie diejenige der Heim-PCs, was im Wesentlichen an der Packungsdichte der Bauteile auf den Prozessor-Bausteinen liegt.

Computer (z.B. Hörgeräte) können die Fähigkeiten des menschlichen Gehörs noch nicht nachbilden. Ein Hörgerät, das alle akustischen Signale gleichermaßen verstärkt, nutzt in Cocktailparty-Situationen nichts. Vielmehr muss es die Trennung der Sound-Objekte durchführen und selektiv verstärken. Es zeigt sich, dass neben der hohen Selektivität des Gehörs für verschiedene Frequenzen/Tonhöhen die Wahrnehmung von Amplitudenmodulationen (schnellen Lautstärkeschwankungen) sowie das Richtungshören eine wesentliche Rolle für diese Objekttrennung und –erkennung spielt. Das Richtungshören wiederum ist eng verknüpft mit dem zweiohrigen (binauralen) Hören, das eine Verrechnung der an beiden Ohren ankommenden Schallwellen ermöglicht.

 

KONTAKT

Prof. Dr. Volker Hohmann
Medizinische Physik
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