Die in Hörsystemen entstehende Zeitverzögerung, auch beschrieben als Durchlaufzeit, steht in den letzten Jahren im Fokus der Hörsystemforschung und -entwicklung. Gerade bei offenen Versorgungen bringt eine sehr geringe Zeitverzögerung enorme Vorteile für die Klangqualität. Mit dem Ziel, die Natürlichkeit des Klangs für Hörgerättragende merklich zu verbessern, bietet die PureSound-Technologie seit dem Jahr 2020 die in Hörsystemen schnellste Durchlaufzeit. Dieser Artikel fasst die Studienlage der letzten drei Jahre zu dieser jungen Technologie zusammen, um neue Perspektiven für die Versorgung aufzuzeigen.

Als Durchlaufzeit wird die Zeit bezeichnet, die ein akustisches Signal benötigt, um ein Hörsystem von der Aufnahme über die Mikrofone bis zum Schallaustritt zu durchlaufen. In der Regel liegt die Durchlaufzeit für herkömmliche Hörsysteme bei 4–8 ms. Unter Verwendung einer Zeitbereichsfilterbank kann diese Zeit auf durchschnittlich 2,5 ms verkürzt werden. Obwohl die Dauer von nur wenigen Millisekunden als generell sehr schnell empfunden wird, berichtet (Stiefenhofer, 2023), dass bereits Zeitverzögerungen von >1 ms in Hörgeräten schnell empfunden wird, berichtet (Stiefenhofer, 2023), dass bereits Zeitverzögerungen von >1 ms in Hörgeräten über eine Klangveränderung wahrgenommen werden. Dies geschieht in Versorgungen mit Belüftungsöffnung, die hauptsächlich bei gering- bis mittelgradigen Hörminderungen Anwendung finden. Durch die Zeitverzögerung zwischen Hörsystemverstärkung und dem durch die Belüftungsöffnung gelangenden Direktschalls kommt es bei der Vermischung der akustischen Pfade am Trommelfell zu Interferenzen, wodurch Artefakte entstehen. Dieser als Kammfiltereffekt bezeichnete Klangeindruck wird häufig als blecherner oder mechanischer Klang beschrieben, als würde man durch eine Röhre hören. Auch auf die Wahrnehmung der eigenen Stimme kann sich dies bei betroffenen Hörsystemtragenden auswirken (Balling et al., 2020).

Für Menschen, die zum ersten Mal Erfahrungen mit Hörsystemen sammeln, sind diese Effekte überraschend und negativ besetzt. Teilweise kann die geminderte Klangqualität durch den Kammfiltereffekt sogar zur Ablehnung der Hörgeräte und damit zu einem vorzeitigen Abbruch der Hörsystemversorgung führen. Denn die Klangqualität ist nach wie vor eines der wichtigsten Argumente bei der Auswahl eines Hörsystems. Über die deutschen Daten der EuroTrak- Studie 2022 ist bekannt, dass 56 % der unversorgten Menschen mit Hörsystem-Indikation nach einem natürlicheren Hörerlebnis mit Hörgeräten suchen. Der Klang ist bei dieser Entscheidung sicherlich ein Faktor. Weiter gaben 59 % der befragten Hörgerätetragenden an, dass sie sich ihre Hörgeräte wegen der erhaltenen Vorteile früher hätten zulegen sollen. Für die Widex-Hörsystementwicklung ist dies das wichtigste Bedürfnis, das es zu bedienen gilt. Neue Wege für eine gesteigerte Klangqualität zu bieten, beeinflusst nicht nur die empfundene Natürlichkeit, sondern bietet auch die Chance, eine vorhandene Hörminderung zu einem früheren Zeitpunkt adäquat zu versorgen. So entwickelte Widex auf Basis der Zeitbereichsfilterbank die ultraschnelle PureSound-Technologie, um Kammfiltereffekte samt Klangartefakte zu eliminieren, was eine Steigerung der Klangqualität nach sich ziehen sollte. Im Vergleich zu herkömmlichen Hörsystemen verfügt PureSound mit einer Durchlaufzeit von weniger als 0,5 ms über eine etwa 10 Mal schnellere Schallabgabe (Abb. 1). Doch wie steht es um die Forschungslage der seit 2020 am Hörsystemmarkt einzigartigen Technologie?

Erfahren Sie mehr über Durchlaufzeiten in Hörsystemen und die Entstehung des Kammfiltereffekts in Hörakustik- Ausgabe 08/2020, Seite 6.
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Klare Präferenz für eine gesteigerte Klangqualität

Im Jahr 2020 stellte eine erste Feldstudie in 20 Hörsituationen eine überwiegende Präferenz der Befragten für PureSound (Durchlaufzeit: <0,5 ms) fest, wenn es mit einer Signalverarbeitung und deren durchschnittlicher Durchlaufzeit von 2,5 ms verglichen wurde (Balling et al., 2020). Unter den Testsituationen befanden sich auch komplizierte Hörumgebungen im Störgeräusch, beim Auftreten von Impulsgeräuschen sowie unter Aufkommen von Sprache und bei der Wahrnehmung der eigenen Stimme (Abb. 2). Verglichen wurden beide Signalverarbeitungsvarianten durch zwei Programme in Widex Moment-Hörsystemen, wobei 21 Probanden durch die unterschiedlichen Hörumgebungen geführt wurden. Die Gesamtpräferenz der Probanden mit gering- bis mittelgradiger Hörminderung (n = 13) betrug für PureSound 85 %, für Normalhörende (n = 8) lag sie bei 100 %. Die Rückmeldungen der Probanden ohne Hörminderung waren für diese Studie von Relevanz, da diese sehr robuste Rückschlüsse auf die empfundene Natürlichkeit ermöglichen.

Hohe Zustimmung im Alltag von Hörsystemtragenden

Um nach der Feldstudie tiefergehende Einblicke über PureSound in alltäglichen Umgebungen und über einen längeren Zeitraum zu erhalten, wurde 2021 eine Vergleichsstudie durchgeführt. Teilnehmende der Befragung waren 39 erfahrene Hörsystemtragende mit gering- bis mittelgradigen Hörminderungen (Balling et al., 2021). Es wurden Widex Moment-Hörsysteme inklusive PureSound über sieben Wochen hinweg im Wechsel mit den eigenen Hörgeräten unterschiedlicher Hersteller verglichen und über Fragebögen bewertet. Obwohl die erfahrenen Probanden die eigenen Hörsysteme über Jahre trugen und dementsprechend an deren akustische Eigenschaften inklusive Klang gewöhnt waren, wurde die Zufriedenheit zur allgemeinen Klangqualität im Durchschnitt zugunsten von PureSound bewertet. So war über alle Antworten hinweg die am häufigsten gewählte Kategorie „sehr zufrieden“. Auch im Störgeräusch konnte die beschleunigte Durchlaufzeit durch eine höhere Zufriedenheit überzeugen (Abb. 3).

Besonders herauszustellende Ergebnisse (Abb. 4) waren, dass PureSound häufiger als (1) natürlich und (2) klar klingend beschrieben wurde. Ebenso gaben mehr Teilnehmende an, ihre (3) eigene Stimme als natürlich zu empfinden. Dies ist keine Selbstverständlichkeit; schließlich waren die Probanden über Jahre hinweg an den Klang ihrer Stimme durch die eigenen Hörgeräte gewöhnt. Auch die (4) Lokalisierung und räumliche Wahrnehmung kann durch die Durchlaufzeit in Hörsystemen beeinflusst werden.

So gaben mehr Probanden bei einer Durchlaufzeit von <0,5 ms an, „die Schallquellen genau dort gehört zu haben, wo diese auch vermutet wurden“. Aspekte, die für eine positive Trageerfahrung als relevant angesehen werden und zu einer schnellen Eingewöhnung beitragen. Eine weitere wichtige Erkenntnis der Vergleichsstudie war die Bestätigung der Ergebnisse mit den vorangegangenen Untersuchungen des Vorjahres (Balling et al., 2020). Die Rückmeldung über die räumliche Wahrnehmung durch erheblich kürzere Verarbeitungszeiten führte zu weiteren Untersuchungen.

Eine detaillierte Beschreibung der Vergleichsstudie von Balling et al., 2021 finden Sie in der Hörakustik-Ausgabe 10/2021, Seite 8.
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Wie kommt es zu einer verbesserten räumlichen Wahrnehmung und Lokalisierung?

Diese Frage kann über ein Modell beantwortet werden: Das akustische Signal einer Schallquelle breitet sich im Raum über unterschiedliche Wege aus, wodurch eine Vielzahl an Reflexionspfaden entsteht, über die das Signal zum jeweiligen Empfänger, sprich Ohr, gelangt. Da die vom Signal zurückzulegenden Strecken der Pfade auch ungleich lang sind, trifft das Signal zeitversetzt am Ohr ein. Der direkte Pfad zwischen Sender und Empfänger bildet folglich den schnellsten Weg zum Ohr, gefolgt vom zweitschnellsten Pfad (1. Reflexionspfad), auf den der 2. Reflexionspfad folgt usw. Grafisch kann die zeitliche Verteilung durch die Raumimpulsantwort dargestellt werden (Abb. 5, unten). Diese Verteilung der Raumimpulsantwort definiert die Raumakustik und liefert Informationen über die Größe eines Raums bzw. die Positionierung in diesem. Maßgeblich ist hierbei der zeitliche Abstand zwischen Direktschall und 1. Reflexionspfad, auch Initial Time Delay Gap (ITDG) genannt (Abb. 5).

Unter Verwendung von Hörsystemen wird jeder Reflexionspfad zusätzlich mit jeweiliger Verstärkung und der dazugehörigen Durchlaufzeit abgebildet. Dadurch kann es in offenen Versorgungen in Abhängigkeit von der Hörgeräteverzögerung zu einem Versatz der unversorgten und versorgten Raumimpulsantworten kommen. Ist der Zeitversatz groß genug, „verwischt“ die akustische Repräsentation des Raums. Eine geminderte räumliche Wahrnehmung und reduzierte Orientierung im Raum sind mögliche Konsequenzen (Korhonen et al., 2022). Durch schnellere Durchlaufzeiten wäre die gesamte akustische Abbildung originalgetreuer. Dies beschrieben auch Probanden aus der Studie von Balling et al. (2021), indem sie angaben, unter PureSound den Schalleindruck genau dort lokalisiert zu haben, wo sie ihn (auch optisch) vermutet hätten.

Die akustische Herleitung wie auch die Probandenrückmeldungen veranlassten 2022 das Team um Korhonen et al., den Einfluss von Durchlaufzeiten in Hörsystemen auf die räumliche Wahrnehmung über eine Blindstudie zu untersuchen. Getestet wurden hierbei 15 Probanden mit gering- bis mittelgradiger Hörminderung, unter Verwendung von drei Hörsystemen. Testsysteme waren Widex Moment 440 mit PureSound-Technologie (Durchlaufzeit: <0,5 ms) sowie zwei weitere High-End-Systeme der Hersteller 1 (Durchlaufzeit: 8 ms) und Hersteller 2 (Durchlaufzeit: 6 ms). Die Hörsysteme wurden nach NAL-NL2 -Zielen auf unterschiedliche Standard- Hörminderungen (N1, N2, N3 und S1 (Bisgaard et., 2010)) angepasst. Die Aufzeichnung des Hörgeräteausgangs erfolgte über einen KEMAR-Kunstkopf mit offener Versorgung an drei unterschiedlichen Positionen in einem Klassenzimmer (in der Mitte, an der hinteren Wand und in der linken Ecke). Als Stimulus dienten Signale mit Sprachmerkmalen aus 1 m, 90° bei 65 dB SPL. Die Probanden hörten die aufgezeichneten Hörgeräte-Klang- Samples passend zu ihrer Hörminderung und sollten über eine Drei-Alternativen-Forced-Choice-Aufgabe die Positionierung des KEMARs im Raum identifizieren.

Im Vergleich zu Hörsystemen mit Durchlaufzeiten von 6 ms und 8 ms zeigen die Ergebnisse von Korhonen et al. (2022) eine signifikant bessere Unterscheidungsfähigkeit der Hörposition für ultraschnelle Durchlaufzeiten von <0,5 ms (Abb. 6). Das Forschungsteam um Korhonen konnte daraus rückschließen, dass die natürlichen Marker zur räumlichen Wahrnehmung durch PureSound besser bewahrt werden können und längere Durchlaufzeiten zu einer Verfälschung dieser Informationen führen. Der Vorteil sehr geringer Zeitverzögerungen für die räumliche Wahrnehmung über Hörsysteme konnte somit nicht nur akustisch erklärt, durch Probandenrückmeldungen beschrieben, sondern auch über einen Versuchsaufbau festgestellt werden. 

Klarere neuronale Verarbeitung und Präferenz im Störgeräusch

Die natürliche Repräsentation des Klangs ist ein elementarer Vorteil der beschleunigten Durchlaufzeit von <0,5 ms. Eine Eliminierung des Kammfiltereffekts und die daraus resultierende Verbesserung des Klangs in offenen Versorgungen sind nicht nur durch die Präferenzen der Probanden aus den Studien von Balling et al. (2020 & 2021) dokumentiert. 2020 stellten Slugocki und Kollegen über ein EEG-Verfahren eine bessere Bewahrung der Signaleinhüllenden auf der Hörbahn fest, wenn die Durchlaufzeit des Hörsystems unter 0,5 ms lag. Zusätzlich wurde die neuronale Antwort der Grundfrequenz im Durchschnitt signifikant robuster weitergeleitet als durch die beiden High-End-Vergleichs-Hörsysteme mit langsameren Durchlaufzeiten (Hersteller 1: 8 ms, Hersteller 2: 6 ms) (Abb. 7). Analysiert wurden die neuronalen Antworten von 15 Probanden auf eine synthetisch erzeugte /da/-Silbe. Die Hörminderungen der Teilnehmenden reichten von gering- bis mittelgradig (Slugocki et al., 2020).

Besonders die signifikant robustere Bewahrung der Grundfrequenz spielt für die Anwendung von PureSound eine entscheidende Rolle. Denn die Aufschlüsselung der Grundfrequenz wird bei Normalhörenden mit der Fähigkeit, Sprechende zu unterscheiden (Oxenham, 2012), sowie der Sprachverständlichkeit im Störgeräusch (Song et al., 2011) verknüpft. Eine bedeutsam bessere Bewahrung der Grundfrequenz könnte sich demnach auch für Hörsystemtragende in herausfordernden Situationen positiv auswirken. Es ist also davon auszugehen, dass PureSound durch die Bewahrung natürlicher Informationen dem Gehirn zur Weiterverarbeitung einen größeren Mehrwert bietet, als es herkömmliche Hörsysteme mit langsameren Durchlaufzeiten (wie 6–8 ms) können. Weitere Indizien hierfür sind die Bewertung der Zufriedenheit über die Klangqualität und im Störgeräusch (Abb. 3) sowie die überwiegende Präferenz für PureSound in den 20 getesteten Hörsituationen (Abb. 2).

Erfahren Sie mehr über die Relevanz der Grundfrequenz in der Hörakustik-Ausgabe 06/2022, Seite 6.
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Zusammenfassung

Forschungsarbeiten der letzten drei Jahre demonstrieren, dass eine beschleunigte Durchlaufzeit in Hörsystemen auf rund 0,5 ms einen bedeutsamen Anteil zur Steigerung der Anpassqualität beiträgt. Vor allem kommt dies bei offenen Versorgungen von gering- bis mittelgradigen Hörminderungen zum Tragen, da durch Zeitverzögerungen von mehr als 1 ms hörbare Klangartefakte (Kammfiltereffekt) entstehen können.

Von unterschiedlichen Methodiken der technischen Messungen über subjektive Beschreibungen des Hörerlebnisses bis hin zu objektiven EEG-Messungen – es konnten in vielzähligen Hör- inklusive Störschallsituationen Verbesserungen der Klangqualität, eine natürlichere Empfindung der eigenen Sprache, verbesserte Lokalisierungsfähigkeiten und klarere neuronale Informationen mit Relevanz für das Sprachverstehen dokumentiert werden. Die einzelnen Studienerkenntnisse sind besonders wichtig, da sie sich in ihrer Aussage gegenseitig untermauern.

PureSound unterstützt nicht nur unerfahrene Hörsystemtragende, die sich mittels natürlicheren Klangs schneller an das „neue Hören“ mit Hörgeräten gewöhnen können, sondern bietet durch die verbesserte Klangqualität und Steigerung der Zufriedenheit selbst Menschen mit langjähriger Hörgeräteerfahrung einen bedeutsamen Mehrwert.

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