Prozessorkonzept für Hörgeräte

Rekonfigurierbare anwendungsspezifische Signalprozessoren (RASSP) verbinden die hochentwickelten Eigenschaften der gegenwärtigen Hörgeräte wie Signalbearbeitung, Tonqualität und extrem niedrigen Energiebedarf mit den Vorteilen einer flexiblen Programmierung. Die Hörgeräte- Industrie kann auf diese Weise kundenspezifisch optimierte Hörgeräte mit einem Standard-Chip realisieren.

Rekonfigurierbare anwendungsspezifische Signalprozessoren (RASSP) verbinden die hochentwickelten Eigenschaften der gegenwärtigen Hörgeräte wie Signalbearbeitung, Tonqualität und extrem niedrigen Energiebedarf mit den Vorteilen einer flexiblen Programmierung. Die Hörgeräte- Industrie kann auf diese Weise kundenspezifisch optimierte Hörgeräte mit einem Standard-Chip realisieren.

INHALT:
Signalaufnahme mit mehreren Mikrofonen
Kompromisse beim Schaltungsentwurf
Vertrauen auf das Mooresche Gesetz
Rekonfigurierbarer ASSP
Peripherie mit auf dem Chip
Autoren

Die Entwicklung der Hörgeräte blickt auf eine lange Tradition zurück (siehe Kasten). Der neueste Entwicklungsschritt in diesem Feld ist der Einsatz des „Reconfigurable Application Specific Signal Processor“ (RASSP). Bild 1 veranschaulicht das Prinzip einer digital arbeitenden Hörhilfe. Am Eingang wandelt ein Analog/Digital-Umsetzer das vom Mikrofon kommende elektrische Analogsignal in ein Digitalsignal. Im Digitalen Signalprozessor (DSP) wird diese digitale Impulsfolge frequenzselektiv mathematischen Operationen unterzogen. Nach der digitalen Bearbeitung macht ein Digital/ Analog-Umsetzer aus dem Digitalsignal wieder ein elektrisches Analogsignal, das am Ende der Kette einen Schallwandler ansteuert.

Mit Hilfe des DSP lassen sich die eintreffenden akustischen Informationen in viele Einzelkomponenten aufspalten, etwa abhängig von der Frequenz, vom zeitlichen Auftreten und von der Intensität des ankommenden Signals. Diese Komponenten können durch die Signalbearbeitung gezielt so verändert werden, dass das Summensignal die Hörschwäche des Hörgeräteträgers bestmöglich korrigiert. Die Algorithmen filtern unerwünschtes Rauschen aus dem Signal heraus und unterdrücken automatische Rückkopplungsschwingungen, bieten eine bessere Sprachwiedergabe sowie die richtungsabhängige Signalverarbeitung (Schallquellenortung) und eine Echo- Kompensation. Weiterentwickelte Algorithmen erkennen darüber hinaus bestimmte Muster: Eine Hörhilfe kann damit die Signalbearbeitung situationsabhängig an die Umgebungsgeräusche anpassen und automatisch richtig reagieren, sobald beispielsweise jemand ein ruhiges Zimmer verlässt und auf eine belebte Straße tritt.

Die Evolution der Hörgeräte

Die Wurzeln elektronischer Hörhilfen lassen sich bis in die Wende zum 20. Jahrhundert zurückverfolgen. Seinerzeit wurden die ersten Tischgeräte konstruiert. Die Mikrofone dieser Modelle entstammten damaligen Telefonen, was zur Folge hatte, dass die Signalverstärkung abhängig war vom Verhältnis der geometrischen Abmessungen zwischen Mikrofon und Hörmuschel. Den Benutzern erster tragbarer Geräte machten noch schwere und sperrige Batterien zu schaffen, während die Erfindung der Vakuumröhren zwar einen beachtlichen Anstieg der Verstärkung mit sich brachte, was sich jedoch nicht umwälzend auf die Verbreitung tragbarer Hörhilfen auswirkte. Diese schafften erst ab 1947 den Durchbruch, als mit dem Aufkommen der Transistortechnik die Hersteller erstmals das Bauvolumen und die Batterieabmessungen soweit reduzieren konnten, dass Hörgeräte hinter dem Ohr getragen oder in Brillenbügel eingebaut werden konnten. Ab 1959 förderte die in der Elektronik einsetzende Miniaturisierung in Verbindung mit leistungsstärkeren Batterien die Entwicklung der ersten In-Ohr-Geräte. Die 1960er- und 1970er-Jahre waren die Epoche der Hörhilfen mit analogen ICs. Zur weiteren Verringerung von Leistungsaufnahme, Baugröße und Gewicht gelang bei diesen ICs erstmals eine Signalverarbeitung, die über die bloße Verstärkung hinausging. Aber es dauerte noch bis 1986, bevor die erste Hörhilfe mit Analogtechnik die individuelle personenbezogene Anpassung in einigen Niederfrequenzbändern zuließ. Das darauf folgende Jahrzehnt mit vielen Neuerungen im Detail gipfelte in der ersten kommerziell verfügbaren volldigitalen Hörhilfe mit digitaler Signalbearbeitung (DSP). Diese Innovation wurde immer weiter verfeinert zu den komfortablen DSP-Hörgeräten unserer Tage.