Schwerpunkte

Prozessorkonzept für Hörgeräte

13. August 2007, 11:38 Uhr   |  Marc Niklaus und Richard McClurg


Fortsetzung des Artikels von Teil 3 .

Signalaufnahme mit mehreren Mikrofonen

Die Möglichkeiten des DSP sind eine Voraussetzung für die Entwicklung von Hörhilfen, die mit mehreren Mikrofonen arbeiten und so schwierige, geräuschbelastete Hörsituationen meistern. Die Signale der Mikrophone werden vom DSP in mehreren Frequenzbändern bearbeitet, abhängig von der räumlichen Position der Schallquellen. Damit kann der Träger des Hörgeräts zu gerichtetem Hören befähigt werden – gemäß der Devise: „Höre das, wohin du schaust.“ Diese richtungsorientierte Signalbearbeitung lässt sich auch zum gezielten Ausblenden einer Störschallquelle verwenden, wenn diese aus einer bestimmten Richtung einwirkt. Allerdings ist eine derartig ausgeprägte Richtungsabhängigkeit nicht immer erwünscht – etwa wenn der Geräuschpegel nur schwach ist oder wenn jemand Musik hören möchte. Deshalb gibt es DSP-Hörgeräte, deren Betriebsart sich umschalten lässt zwischen gerichtetem und ungerichtetem Hören.

Für die Rauschunterdrückung lässt sich etwa in Gesprächspausen das Hintergrundrauschen ermitteln und dann das Nutzsignal mit einer unter dem Begriff „Spektrale Subtraktion“ bekannten Technik vom zuvor erkannten Störsignal befreien. Wird diese Technik auf eine ausreichend großen Anzahl von Frequenzbändern angewendet (beispielsweise 64 oder 128) und zugleich eine psychoakustische Signalnachbearbeitung vorgenommen, um den Störeffekt des so genannten musikalischen Rauschens zu beseitigen, lässt sich eine wirkungsvolle Rauschunterdrückung schaffen, die das Hörerlebnis nicht wesentlich beeinträchtigt. In Zukunft werden Algorithmen etwa für eine spezielle Signalbearbeitung verfügbar sein, die dann erforderlich wird, wenn Hörhilfen z.B. zusammen mit Mobiltelefonen und MP3-Spielern benutzt werden sollen.

Kompromisse beim Schaltungsentwurf

Wie jeder Entwickler muss auch der Hörgeräte-Entwickler beim Entwurf seiner Geräte Kompromisse eingehen. Ein Kompromiss besteht in der Abwägung von Leistungsfähigkeit und Funktionsumfang eines Hörgeräts mit der Leistungsaufnahme. Je anspruchsvoller die Algorithmen zur Signalbearbeitung sind, desto leistungsfähiger muss auch die DSP-Stufe sein, die diese Berechnungen durchführt. Herkömmliche DSPs benötigen bei wachsender Rechenleistung auch mehr Energie. Andererseits sollten die Batterien der Hörgeräte so lange wie möglich halten.

Ein weiterer Kompromiss lässt sich ausmachen bei der Entscheidung zwischen einer Standard-DSP-Lösung und einem voll anwendungsspezifisch orientierten Entwurf mit ASICs. Standard- DSPs in Form anwendungsspezifischer Standardprodukte (ASSP – Application Specific Standard Product) bieten im Allgemeinen elementare Programmiermöglichkeiten – hierfür stehen frei verfügbare Tools bereit –, sie bergen für den Hersteller nur ein geringes Investitionsrisiko und erreichen schon nach kurzer Zeit Marktreife. Derartige Standardprodukte haben üblicherweise jedoch eine höhere Leistungsaufnahme und eine größere Chip- Fläche als rein anwendungsspezifische Lösungen, und dies steht ihrer uneingeschränkten Anwendung in Hörgeräten wiederum im Wege.

Eher geläufig sind daher Ansätze, bei denen anwendungsspezifische Chips Algorithmen abarbeiten, die für ein ganz bestimmtes Produkt entworfen wurden. Dieser Weg bietet freilich keine Freiheitsgrade, um im Nachhinein Modifikationen vorzunehmen oder neue Algorithmen einzupflegen. Andererseits haben derartige Ansätze gegenüber Standardprodukten den Vorteil der optimalen Integration eines gegebenen Satzes an Algorithmen, gepaart mit kleinerer Chip-Fläche und geringerer Leistungsaufnahme. Hinzu kommt, dass Hörgeräte-Hersteller bis heute von den technologischen Fortschritten der Halbleiterindustrie profitieren und so der Kompromiss zwischen Leistungsvermögen und Energieverbrauch nicht mehr den Spagat früherer Tage verlangt. Insbesondere Moores Gesetz hat den Herstellern zu hochentwickelten DSPs verholfen, die über ausreichend Rechenleistung zur Verwirklichung neuer Funktionen verfügen, ohne dass zugleich die Energiebilanz in Schieflage geraten ist.

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1. Prozessorkonzept für Hörgeräte
2. Prozessorkonzept für Hörgeräte
3. Vertrauen auf das Mooresche Gesetz
4. Signalaufnahme mit mehreren Mikrofonen

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