Der Bergriff „Sound-Design“ ist im industriellen Bereich schon seit Jahrzehnten etabliert. Man versteht darunter das Optimieren, Herstellen, Verändern – eben „Designen“ vom Klang eines Gerätes oder einer Maschine. Dabei ist das Ziel nicht unbedingt optimalen „Wohlklang“ zu erzeugen, sondern vielmehr einen für die betreffende Maschine „typischen“ Klang zu kreieren. Weit verbreitet ist das Klandesign in der Automobilindustrie und bei Haushaltsmaschinen. Inzwischen wird das Klangdesign aber auch schon in der Lebensmittelindustrie angewendet – also eigentlichen in allen Bereichen des täglichen Lebens. Nur bei Hörgeräten hat sich scheinbar noch niemand Gedanken um das Klangdesign gemacht.

Es ist unser Ziel mit den Ihnen mittels ACAM zur Verfügung gestellten Mitteln die Parameter des Klanges näher zu bringen und auf Hörgeräte anzuwenden. Dies natürlich um den Tragekomfort bei modernen Hörgeräten drastisch zu steigern, aber auch um feststellen zu können warum die Akzeptanz eines bestimmten Hörgeräte besonders gut – oder besonders schlecht ist. Die Wissenschaft bietet dazu eine Reihe Möglichkeiten psychoakustische Parameter zu messen.

Diese sind:

• Lautheit
• Signalrauhigkeit
• Schärfe
• Klanghaftigkeit
• Schwankungsstärke
• Impulshaltigkeit

Für diese Parameter liegen umfangreiche Untersuchungen vor. Zwicker / Feldtkeller haben dazu schon in den 50er Jahren die Grundlagen geschaffen.

ACAM baut auf diese Erkenntnisse auf und setzt sie für Hörgeräte ein. Inwieweit daraus Erkenntnisse für die praktische Arbeit am Kunden abgeleitet werden können ist zur Zeit nur zu erahnen. Aber es zeigt sich schon, dass die Ergebnisse mit den Aussagen des Kunden übereinstimmen.

Dieser Bereich der ACAM Software befindet sich noch im Aufbau.

Umfangreiche Messungen an Hörgeräten zeigten, dass die Regel- und Verarbeitungsstrategien der Hersteller „transparent“ also erkennbar und damit nachvollziehbar werden. Auch viele unerwünschte Aspekte der digitalen Signalverarbeitung können mithilfe unserer Tools visualisiert werden.

Während im Kapitel Sound Design die praktische Messung im Vordergrund steht – also die Programmbedienung, möchten wir im Folgenden näher auf die Auswertung der Ergebnisse eingehen.

Beginnen wir mit einer Messung von „Sprache“:

Abb.: Zwei Sekunden Sprache werden aufgezeichnet

Hier die Einstellung um 2 Sekunden Sprache mit einer Lautstärke von 70 dB aufzunehmen.

Dies ist das Ergebnis als „Pegelverlauf“…

Und als Zeitverlauf…

Gerade diese beiden Kurven, die Sie oben sehen, hängen unmittelbar zusammen!

Der Pegelverlauf nämlich zeigt den Verlauf des Schalldruckpegels über die Zeit, eigentlich genau wie der Zeitverlauf. Im oberen Bild wurde der Zeitverlauf lediglich gleichgerichtet. Diese Gleichrichtung findet nach dem RMS Verfahren statt (siehe auch Messverfahren und deren Besonderheiten). Bei diesem Verfahren spielt die Zeitkonstante eine wesentliche Rolle.

Deshalb ist es möglich die Gleichrichtung mit unterschiedlichen Zeitkonstanten zu rechnen. Je kleiner Sie die Zeitkonstante wählen, umso genauer wird die Pegelwiedergabe (die gleichgerichteten Zeitabschnitte sind dann klein), aber die Kurve wird recht zackig – also schwer interpretierbar.

Lange Zeitkonstanten wiederum machen die Pegelwiedergabe ungenauer (die gleichgerichteten Zeitabschnitte werden dann größer), die Pegelwiedergabe erscheint als weiche dünne Linie, die gut erkennbar ist.

Abb.: Pegelverlauf mit Auswahlmenü.

Eine Zeitkonstante im Bereich um 10ms ist die für Sprache optimale Wahl, da diese die Pegelschwankungen noch ausreichend gut wiedergibt und trotzdem nicht zu zackig wird.

ACAM zeigt im Sound Design immer zwei Kurven! Oben die Kurve, die vom Messmikrofon (oder auch Kupplermikrofon genannt) und unten die Kurve des Referenzmikrofons.

Abweichungen lassen sich schon gut ablesen, indem man die beiden Kurven vergleicht.

Der Vergleich wird erleichtert, indem Sie die Option „Differentielle Ausgabe“ anwählen. Dann nämlich wird oben die Differenz zwischen Messmikrofon und Referenzmikrofon ausgegeben, während im unteren Bildschirm weiterhin das Referenzmikrofon erscheint.

Abb.: Pegelverlauf als „differenzielle“ Ausgabe

In obigem Beispiel ist erkennbar, dass in bestimmten Bereichen eine Abweichung stattfindet. Diese beträgt fast 10dB.

Dies bedeutet, das die Pegeländerungen an Eingang des Hörgerätes (=Referenzmikrofon) nicht denen am Ausgang folgen. Das Hörgerät nimmt also Veränderungen des Ausgangssignals vor, wenn starke Schwankungen und wenn Sprechpausen vorliegen (immer dann sind die Abweichungen am stärksten).

Doch im vorliegenden Fall handelt es sich um ein lineares Hörgerät! Man sollte annehmen, dass keine Veränderungen in der Dynamik vorgenommen werden. Trotzdem sind diese Abweichungen vorhanden!

Die Antwort auf diese Diskrepanz liegt in der Übertragungsfunktion des Hörgerätes! Diese Übertragungsfunktion nimmt eine Gewichtung in Abhängigkeit der Frequenz vor. Da diese Gewichtung bei Hörgeräten meist im hohen Frequenzbereich stattfindet, wird immer dann, wenn das Eingangssignal (hier Sprache) viele hochfrequente Anteile hat, eine entsprechende Überbetonung stattfinden. Die Lösung dazu liegt im spektralen Ausgleich!

Beim spektralen Ausgleich wird aus dem Signal, das vom Messmikrofon aufgenommen wurde die Übertragungsfunktion wieder herausgerechnet! Das Ergebnis ist dann ein lineares Hörgerät, das den gleichen Frequenzgang besitzt wie das Eingangssignal. Somit sind diese beiden Signale erheblich besser vergleichbar.

Abb.: Differentielles Signal mit spektralem Ausgleich.

Dies noch einmal etwas ausführlicher: Das Hörgerät wird (in unserem Beispiel) mit Sprache beschallt. Es wird sich am Hörgerät bedingt durch die Beschallung ein bestimmter Frequenzgang einstellen! Außerdem werden unter Umständen Veränderungen durch Regelungen, sensitive Signalverarbeitung oder Störschallunterdrückungen vorgenommen. Eine Reihe von Fehlern können in der Verarbeitung des Signals im Hörgerät auftreten. Das Ziel der Sound-Analyse ist es aber nicht den Frequenzgang zu ermitteln, sondern es sollen Unregelmäßigkeiten in der Verarbeitung des Signals erkennbar gemacht werden! Diese Unregelmäßigkeiten kann man aber viel genauer erkennen, wenn man den Frequenzgang des Hörgerätes herausrechnet! Und genau das geschieht beim spektralen Ausgleich.

Im obigen Bild (ein lineares digitales Gerät) kann man nun gut erkennen, dass die Abweihungen erheblich geringer geworden sind – aber: Immer dann wenn starke Sprünge auftreten sind diese im differentiellen Signal ebenfalls erkennbar. Diese kleinen Spitzen kann man nun als einen Fehler in der Übertragung bezeichnen, Wenn die Übertragung tatsächlich optimal wäre, würde als differentielles Signal nur ein gerader Strich übrig bleiben. Im orliegenden Fall sind die Fehler aber nur gering, sodass eine Beeinträchtigung am Kundenohr nicht zu erwarten ist.

Ein weiteres, interessantes Analysetool ist das Sonogramm!

Das Sonogramm stellt eine Frequenzanalyse über die Zeit dar.

Abb.: Sonogramm

Der Pegel wird beim Sonogramm als Farbe dargestellt. So ist es möglich charakteristische Merkmale der Sprache zu erkennen und zu überprüfen, ob diese Merkmale durch das Hörgerät verändert wurden. Im obigen Beispiel zeigt sich , dass die Veränderungen die das Hörgerät vorgenommen hat, nur sehr gering sind. Auch hier handelt es sich um ein lineares Gerät.

Abb.: Sonogramm ohne spektralem Ausgleich.

Wird der spektrale Ausgleich abgeschaltet, ist die Vergleichbarkeit weniger gut gegeben. Es ist erkennbar, dass in bestimmten Frequenzbereichen eine Betonung vorgenommen wird (zwischen 1kHz und 3kHz).

Abb.: Pegelverlauf eines nichtlinearen Gerätes

Ganz anders verhält sich ein Hörgerät mit Regelsystem und sprachsensitiver Verarbeitung. Die Differenzen sind erheblich größer. Gut erkennbar ist, dass das Gerät in den Sprachpausen die Verstärkung erhöht!

Abb.: Sonogramm (links als differentielle Ausgabe)

Dies ist in obiger Darstellung noch besser erkennbar! Die differentielle Ausgabe zeigt die Veränderungen, die durch das Gerät vorgenommen wurden.

Die Pegelhäufigkeit:

Abb.: Pegelhäufigkeit

Die Pegelhäufigkeit zeigt mit welchem prozentualen Anteil welcher Pegel im Signal (hier wieder Sprache) enthalten war.

Im linken Bild ist ein lineares, im rechten Bild eine AGC Gerät abgebildet. Es ist erkennbar, dass das AGC Gerät im Vergleich zum linearen die Pegel auf einen kleineren Bereich komprimiert.

Die Amplitudenstatistik:

Abb.: Amplitudenstatistik

Die Amplitudenstatistik bewertet den Abstand eines Pegels zu seinem Nachbarn. Für Sprache ergibt sich das oben dargestellte typische Bild. Während links die Sprache praktisch unverändert vom Hörgerät wiedergegeben wird, verläuft die Kurve bei einem AGC Gerät erheblich flacher und breiter.

Rauhigkeit nach Aures:

Die Rauhigkeit nach Aures ist ein Parameter der Psychoakustik. Sie beschreibt die Pegelveränderungen, die, wenn Sie mit einer bestimmten Geschwindigkeit stattfinden, ein Signal als rauh empfinden lassen. Eine geringe Rauhigkeit würde somit ein Signal (oder Hörgerät) angenehmer klingen lassen.

Abb.: Rauhigkeit nach Aures

Während sich beim linearen Hörgerät die Rauhigkeit praktisch nicht ändert, kann man bei einem Gerät mit Regelung erkennen, dass die Rauhigkeit abnimmt wenn Sprache vorhanden ist, aber zunimmt, wenn Sprachpausen vorhanden sind.

Pegelverlauf für einen amplitudenmodulierten Sinuston

Es ist erkennbar, dass die Amplitudenänderung, die am Eingang stattfindet nicht in gleichem Maß am Ausgang folgt.

Daraus ist zu schließen, dass das Gerät eine AGC besitzt. In diese Messung gehen das Kompressionsverhältnis, der Eingangspegel, aber und vor allen Dingen die Regelzeit in das Ergebnis ein! Eine genauere Abhandlung zum Thema dynamisches Kompressionsverhältnis können Sie im Kapitel dynamisches Kompressionsverhältnis nachlesen.

Interessant in diesem Zusammenhang ist das Enveloppenspektrum, das sich ergibt, wenn auf den Pegelverlauf (Bild weiter oben) eine FFT gerechnet wird. Aus der Differenz dieser beiden Kurven zueinander kann nämlich das dynamische CV abgeleitet werden.

Auch andere Verfahren, wie hier das Verfahren der Amplitudenpaare und Amplitudenstatistik zeigen einen typischen Verlauf für amplitudenmodulierten Sinuston (Vergleiche auch mit den Kurven für Sprache weiter oben).

Aber auch Ein- und Ausschwingvorgänge lassen sich exakt darstellen. In diesem Beispiel kann die Einschwingzeit abgelesen werden.

Mit dem Wasserfalldiagramm lasst sich erkennen, welches Spektrum während des Einschwingens vorgelegen hat.