Hörgeräte

Written on 21 July 2022.

Ein digitales Gerät besteht aus einem Mikrofon, einem Analog/Digital-Wandler, einem Kontrollgerät. einem Digital/Analog-Wandler, einem Verstärker und einem Ohrhörer.

Das analoge Gerät ist dem digitalen in der Klangqualität prinzipiell überlegen. weil es einfacher ist (auch wenn die Hörgeräteindustrie gerne das Gegenteil behauptet). Hier eine Benutzererfahrung:

Grössere analoge Geräte verfügen über Bass- und Hochtonregler, deren Flankensteilheit nicht schlechter als die der digitalen Geräte ist.  Natürlich ist auch das analoge Gerät weit vom Ideal des geraden Drahtes mit Verstärkung entfernt. Erstes Problem: das Mikrofon.

Alle Hörgeräte - analog und digital - verwenden winzige Mikrofone mit meist stecknadelkopfgroßen Schallöffnungen. Dabei handelt es sich um Elektret-, Piezo-Elektret- oder MEMS*)-Mikrofone. Die Tatsache, dass diese winzigen Wandler überhaupt ein realitätsnahes Signal liefern können (und das zu einem niedrigen Preis), ist erstaunlich, spottet aber jedem High-Fidelity-Standard von höchstens 1 Prozent Klirr-Toleranz.

Beim Verstärker der analogen Geräte kann sich der Hersteller qualifizieren. Meistens wird aber gespart (an Geld und Platz): Von manchen Geräten wird nur bei maximaler Verstärkung ein akzeptabler Schalldruck geliefert.

Bei der Wiedergabe hat der Nutzer meist freie Hand. Er kann zwischen kabelgebundener und Bluetooth-Wiedergabe wählen. In Bezug auf die Klangqualität und den Stromverbrauch ist die kabelgebundene Wiedergabe der Bluetooth-Wiedergabe überlegen. Daher erleben kabelgebundene Kopfhörer derzeit eine Renaissance. Zunächst einmal kann der Nutzer durch den Kauf eines hochwertigen Kopfhörers die Hörqualität und Lautstärke im Vergleich zu Beipack-Kopfhörern deutlich verbessern.

Die meisten heute noch erhältlichen analogen Geräte sind jedoch integriert: Mikrofon, Verstärker und Hörer befinden sich in einem einzigen Bauteil: einem Ohrstöpsel oder in einem Hinterohrgerät mit schlauchgekoppeltem Ohrhörer. In diesem Fall muss man wahrscheinlich auf Spitzenqualität bei der Ohrkapsel verzichten und sich mit der Kunst des Verstärkerherstellers zufrieden geben.

So weit ist die Lage klar: Wenn Sie die beste Audioqualität suchen, sollten Sie zu analogen Geräten greifen. Das Problem: Es gibt keine qualifizierte Beratung. Die digitale Industrie hat analoge Geräte weitgehend vom Markt verdrängt. Die Masse der Akustiker verkauft nur noch digitale Geräte, an deren Lieferung, physischer und digitaler Anpassung sie verdienen.  Dass das Ergebnis für die Nutzer nicht immer zufriedenstellend ist, bestätigt ein deutscher HNO-Arzt, der sagt:

"Die meisten Hörgeräte liegen in der Schublade, weil die Patienten sie nicht mehr benutzen."

Warum gibt es Probleme mit digitalen Geräten? Zusätzlich zu den Problemen der analogen Geräte gibt es noch andere, die spezifisch sind:

Digitale Hörgeräte haben nicht unbegrenzt Strom zur Verfügung, um die A/D-Wandler zu betreiben. Hörgeräte müssen mit 1 bis 1,3 Volt betrieben werden und müssen den Stromverbrauch in Grenzen halten, um dem Träger des Geräts eine angemessene Batterielebensdauer zu ermöglichen. Da nur eine begrenzte Leistung zur Verfügung steht, ist auch der Betriebsbereich des A/D-Wandlers des Hörgeräts begrenzt.

Der Analog-Digital-Wandler des Eingangs arbeitet fast immer auf 16-Bit-Niveau, was bedeutet, dass er höhere Lautstärken nicht umsetzen kann und verzerrt. 

Moderne digitale Hörgeräte verfügen in der Regel über einen 16-Bit-A/D-Wandler, der im besten Fall einen Dynamikbereich von etwa 96 dB anstrebt (in der Regel liegt er jedoch etwas unter 96 dB, eher bei 85 dB)

Während ein "weniger als voller" Dynamikbereich für die meisten Sprachsignale ausreichend ist, kann Instrumentalmusik leicht 105 dB SPL überschreiten und somit ein Signal darstellen, das jenseits der oberen Grenzen des dynamischen Betriebsbereichs des A/D-Wandlers des Hörgeräts liegt. Instrumentalmusik, die sowohl eine insgesamt höhere Intensität als auch einen größeren Crest-Faktor aufweist, neigt dazu,  den Eingangsbereich des Hörgeräts zu übersteuern, da der verfügbare Dynamikbereich der vorhandenen A/D-Wandler begrenzt ist.

Daher ist der Umstieg auf 18bit-Wandlung fachlich zu empfehlen. Aber welcher Gerätehersteller verwendet denn 18bit-Wandlung?  Informationen sind schwer zu erhalten. Stattdessen ergehen sich die Hersteller in blumigen Beschreibungen der angeblichen Spitzenleistung ihrer Geräte. Die Möglichkeiten, das jeweilige Gerät am Computer durch den Akustiker einstellen zu lassen, mögen für den Laien beeindruckend sein, für den Techniker sind sie eher begrenzt und rechtfertigen nicht die hohen Preise der digitalen Geräte.

Ein weiteres Problem bei digitalen Geräten ist die Zeitverzögerung (Latenz). Da das Signal im Steuergerät digital verarbeitet wird, vergeht Zeit, und das Signal kommt im Vergleich zum Originalton mit einer kleinen Verzögerung im Kopfhörer an. Diese Verzögerung bedeutet, dass zwei identische Signale (Direktschall und Kopfhörerschall) zeitlich versetzt das Ohr erreichen. Wenn der Zeitunterschied sehr kurz ist, kann er wie ein zusätzlicher "Raum" klingen, der die Klangquelle umgibt. Ist der Unterschied größer, klingt der digitale Klang wie ein Echo oder ein Nachhall des ursprünglichen Klangs. 

"Jeder, der dies liest, kennt Kammfilter, Zeit- und Phasenkohärenz und die schädlichen Auswirkungen der Zeitverzögerung auf die Klangqualität. Kammfiltereffekte führen unter anderem zu einem hellen, blechernen Klang und im schlimmsten Fall zu räumlichen Verzerrungen und/oder einem "Gefühl" von Unbehagen",

sagt Michael Fremer, alterfahrener Technik-Redakteur von Stereophile in einer Hörgeräte-Kritik.

"Der Kammfiltereffekt ist besonders bei Nutzern mit leichtem bis mittlerem Hörverlust hörbar, die wiederum wahrscheinlich die offenen und belüfteten Anpassungen tragen, bei denen das Problem am stärksten auftritt. Der Effekt ist am stärksten ausgeprägt, wenn die beiden Schallbeiträge ungefähr die gleiche Amplitude haben, typischerweise zwischen 0,5 und 2 kHz, je nach Ohrstück, Gehörgang und Hörgeräteverstärkung....Dieser physikalische Effekt der Verzögerung war bisher ein unvermeidlicher Preis für die Vorteile der digitalen Signalverarbeitung."...."je mehr Funktionen zu einem Hörgerät hinzugefügt werden, desto größer kann die Gesamtgruppenverzögerung werden (Herbig und Chalupper, 2010). Zum Beispiel kann die Gruppenverzögerung mit einer größeren Anzahl von Kanälen, fortschrittlicheren digitalen Störgeräuschunterdrückungs- und Rückkopplungssystemen usw. zunehmen."" In Einzelfällen kann eine noch kürzere Verzögerung .... erforderlich sein, um eine optimale Klangqualität zu erreichen. In solchen Fällen empfehlen wir, einige der adaptiven Signalverarbeitungsfunktionen zu deaktivieren, die die Verzögerung des Hörgeräts erhöhen. Der Wechsel zu einem Gerät mit weniger Kanälen und damit weniger Filtern wäre ebenfalls eine sinnvolle Lösung."

Kommentar:

Digitale Hörgeräte bieten eine Mischung von Vor- und Nachteilen. Potenzielle Kunden sind sich fast immer der Probleme und Fallstricke der digitalen Technologie nicht bewusst, wenn sie ein Hörgerät kaufen.  Daher sind sie eine leichte Beute für den Akustiker von nebenan, der vielleicht selbst nicht mit dem sich entwickelnden Stand der digitalen Technik vertraut ist.  Auch die massive Werbung mit lächelnden Gesichtern älterer Menschen ist nicht hilfreich. Daher sind viele, wenn nicht sogar die meisten ersten Begegnungen mit der Digitaltechnik eher enttäuschend. Wie Joshua Alexander herausgefunden hat, liegen die Latenzzeiten bei den Spitzenmodellen der Topmarken zwischen einem Minimum von 2 Millisekunden und einem Maximum von 7-8 msec, über das sich die Ingenieure wegen der Konsequenzen nicht hinaus trauen.

Im Allgemeinen besteht Einigkeit darüber, dass Verzögerungen unter 10 ms wahrscheinlich akzeptabel sind, obwohl Stone et al darauf hinwiesen, dass nur Verzögerungen unter 5 oder 6 ms akzeptabel sein können, und Dillon et al zeigten eine Beziehung zwischen Verzögerung und Präferenzwerten auf. 

Bei Alexander handelt es sich jedoch um einige der besten und teuersten digitalen Hörgeräte. Wie verhalten sich all die anderen?

Wie sieht denn ein gutes analoges Gerät aus? Neben den In-Ohr und Hinter-Ohr-Geräten gibt es ein Heer von sogenannten Hörverstärkern, die ein Mikrofon (im Gehäuse oder im Hörerkabel) enthalten, und an die ein kabelgebundener Ohr- oder Kopfhörer angeschlossen wird.  Ein  Unternehmen (Axon) stellt mehrere Typen solcher Geräte her, die zu Preisen unter hundert Euro und in Größen von 5 bis 10 Zentimetern Länge angeboten werden. In Bezug auf die Klangqualität ähneln sich diese Geräte, da sie wahrscheinlich ähnliche Mini-Mikrofone verwenden.

Wenn man eine bessere Tonqualität wünscht, benötigt man einen Hörverstärker mit Mikrofoneingang, an den ein externes Mikrofon angeschlossen werden kann, da die mit dem Verstärker gelieferten Mikrofone zwar manchmal hohe Empfindlichkeit, aber nur eine begrenzte Tonqualität bieten. Für externe Mikrofone werden gerne abknickbare Modelle verwendet, die auf einen Gesprächspartner gerichtet werden können und so Umgebungs- und Hintergrundgeräusche vermindern.  Die externen Mikrofone sind in der Regel viel grösser als die winzigen Schallwandler in den Hörgeräten oder im Ohrhörerkabel.  Mit der Grösse wächst auch der nutzbare Frequenzbereich nach unten; der Klang wird voller, natürlicher. 

An Verstärkern mit Mikrofoneingang gibt es auf dem Markt nur etwa drei oder vier Modelle und einen Bausatz, zu unterschiedlichen (aber im Vergleich zu digitalen Geräten sehr moderaten) Preisen. Der Mikrofoneingang sollte dem 3,5-Millimeter-TRS-Standard entsprechen. Der bei Smartphones und Kameras beliebte TRRS-Standard ist fast immer nicht geeignet.

Diese Verstärker sind nicht miniaturisiert und dementsprechend klobig (ca. 10 cm Seitenlänge) und schwer. Aber sie bieten dem Nutzer einen Masstab, welche Klangqualität mit einem Hörgerät erreichbar ist.  Idealerweise sollte jeder Interessent einen solchen analogen Verstärker (inklusive Top-Kopfhörer und Qualitäts-Mikrofon für zusammen unter 400 Euro) kaufen (oder ausleihen?), um damit ein digitales Gerät zu testen, bevor er es kauft. Ob der Akustiker da mitspielen würde??

*) MEMS- oder Silikonmikrofone werden gerne auch als Digitalmikrofone bezeichnet. Ein integrierter A/D-Wandler liefert das Signal in PDM mode. 

--ed

Klinischer Vergleich eines digitalen und eines analogen Hörgeräts 

"Die digitale Signalverarbeitung in Hörgeräten hat neue Perspektiven für die Kompensation von Hörminderungen eröffnet und kann dazu führen, dass die negativen Auswirkungen von Hörproblemen gemildert werden. Diese Studie vergleicht ein handelsübliches digitales signalverarbeitendes Hörgerät (HA) (Senso) mit einem modernen analogen HA mit programmierbarer Anpassung (Logo). Die getesteten Hörgeräte sind äußerlich identisch, und trotz der unterschiedlichen Funktionsweise stellte das Studiendesign die Verblindung der Testpersonen sicher. 

Ergebnisparameter waren: Verbesserung der Spracherkennungsleistung im Störgeräusch (deltaSRSN) mit den Hörsystemen, allgemeine Präferenz für die Hörsysteme, Gesamtzufriedenheit und verschiedene Messungen der Hörsystemleistung, die anhand eines Fragebogens zur Selbsteinschätzung bewertet wurden. Insgesamt wurden 28 erfahrene Hörgeräteträger mit Schallempfindungsschwerhörigkeit eingeschlossen, von denen 25 die Studie abschlossen.

Es wurden keine signifikanten Unterschiede in deltaSRSN zwischen den beiden Hörsystemen festgestellt. Elf Probanden gaben an, das digitale Hörsystem zu bevorzugen, 10 bevorzugten das analoge Hörsystem und 4 hatten keine Präferenz. Was die Gesamtzufriedenheit betrifft, so bewerteten 8 Probanden die digitale HA besser als die analoge, während 7 die analoge HA besser bewerteten und 10 die HAs gleich bewerteten. Die Akzeptanz von Verkehrslärm war der einzige Ergebnisparameter, bei dem sich ein signifikanter Unterschied zwischen den HAs zugunsten der digitalen HA ergab.

Daraus lässt sich schließen, dass es keine signifikanten Unterschiede zwischen den von diesen erfahrenen HA-Nutzern getesteten digitalen und analogen Signalverarbeitungs-HAs gibt."

Kommentar:

Es kann davon ausgegangen werden, dass bei dieser Studie strenge technische Vergleichbarkeit gegeben war: gleiche Mikrofone, gleiche Kopfhörer, da es sich ja um unterschiedliche Produkte desselben Herstellers handelte. Was schwer wiegt, ist die Tatsache, dass dieser klinische Vergleich mit dem Prestige der US-Regierung veröffentlicht wurde. Damit steht diese Studie in Gegensatz zu anderen Untersuchungen mit unklarem Hintergrund, die den digitalen Geräten deutliche Vorteile gegenüber analogen bescheinigen.  Meist werden die analogen Geräte dabei aufs historische Abstellgleis geschoben.

Es ist klar: Hier kämpft eine Industrie um ihren Markt. Analoge Hörgeräte sind im Internet - ohne einen Akustiker zu bemühen - ab etwa 18 Euro zu haben. Sie sollten gar nicht Hörgeräte heißen, sondern nur Hörhilfen, um den weitgehend versicherungsfinanzierten Hörgerätemarkt zu schützen, der durch notwendige Facharztrezepte von der freien Wildbahn abgeschottet ist.

Die meisten Menschen, die eine Hörhilfe suchen, haben heutzutage nur noch die Wahl zwischen digitalen Technologien.

Dem Kunden, der das Hörgerät fast vollständig von der Versicherung erstattet bekommt, ist es im Grunde egal, wie viel der Spaß kostet.  Die Industrie verschafft ihm das Prestige, ein nahezu kostenloses Hightech-Gerät zu besitzen. Ob die Spitzentechnologie besser funktioniert als ein 18+-Euro-Gerät von AliExpress (oder Ebay) auf das man zwei Monate warten muss, wird sie oder er wahrscheinlich nicht testen wollen.  Beim Kauf von Billiggeräten sollte man sich jedoch an analoge Modelle halten, da digitale Geräte in der Regel hohe Latenzzeiten aufweisen.

Sichtbar oder unsichtbar?

Eine italienische Website erklärt dies:

""Unsichtbare" Hörgeräte sind solche, die so tief in den Gehörgang eingeführt werden, dass man sie kaum bemerkt, abgesehen von einem sehr kleinen durchsichtigen Griff von der Größe eines Stecknadelkopfes, mit dem man das Gerät herauszieht.

Diese Hörgeräte sind am beliebtesten bei Menschen mit Hörverlust, die nicht wollen, dass ihr Defizit auffällt, bieten aber weitaus weniger Funktionen als die technologisch fortschrittlicheren Hinter-dem-Ohr-Hörgeräte.

"Unsichtbare" Hörgeräte verfügen über alle grundlegenden Funktionen, die ein klares Hören in jeder Situation ermöglichen, aber aufgrund ihrer sehr geringen Größe können sie nicht die Vorteile fortschrittlicher Funktionen nutzen, wie z. B. die drahtlose Verbindung mit verschiedenen Geräten, und sie sind nicht im wiederaufladbaren Modus erhältlich, sondern nur mit Einwegbatterien. Und je kleiner die Geräte sind, desto häufiger müssen die Batterien ausgetauscht werden."

Kommentar:

Das Auswechseln von Batterien ist lästig und ökologisch bedenklich. Aber auch die wiederaufladbaren Akkumulatoren größerer Geräte halten nicht ewig. In der Regel können sie 1000 Mal aufgeladen werden. Wenn sie über Nacht aufgeladen werden, halten sie also etwa drei Jahre. Danach ist das teure Gerät tot und kann entsorgt oder als Souvenir behalten werden. Bei einigen Marken kann der Akku ausgetauscht werden, aber das kann "ein paar hundert Dollar" kosten. 

Exkurs:  Tiefe Töne und billige Digitalgeräte

Aus Fernost kommen billige digitale Abspielgeräte (mit und ohne Bluetooth), die für ein paar Dutzend Dollar satte Hörerlebnisse versprechen. Solange die Musik per Kabel eingespeist wird, funktionieren sie fabelhaft. Sobald aber das akustische Signal über ein Mikrofon kommt, verdirbt die Latenz den Hörgenuss. Denn die Methode funktioniert nur, wenn der Schall des Abhörgeräts und der Originalton (Musik, Stimme) strikt getrennt sind.

Ein Fall, der eigentlich nur dann eintritt, wenn der über den Kopfhörer empfangene Schall völlig isoliert ist - d.h. wenn der Kopfhörer 100 Prozent des Umgebungsschalls blockiert.
In der Wirklichkeit verhält sich der Kopf- oder Ohrhörer meist halbtransparent, d. h. er lässt einen Teil des Umgebungsschalls durch - hauptsächlich die tiefen Töne. Der Kunde erhält also die hohen und mittleren Frequenzen vom Kopfhörer, aber die tiefen Frequenzen von der Umgebung. Diese akustische Mischung funktioniert natürlich nur, wenn die Latenzzeit gegen Null geht. Aber sie bietet drei enorme Vorteile
- Sie korrigiert den typischen Hörverlust von Schwerhörigen, die ihre Empfindlichkeit für mittlere und hohe Frequenzen verloren, aber ihre Empfindlichkeit für tiefe Frequenzen behalten haben. Durch die halbtransparente Anordnung werden die tiefen Töne aus der Umgebung und die hohen Töne aus dem Hörer bezogen.
- Da der Kunde keine Verstärkung der tiefen Frequenzen benötigt, muss der kleine Kopfhörer diese nicht wiedergeben (was ihm ohnehin schwerfiele). Vor allem aber wird das Hörgerät entlastet, da der Tiefton aus dem Signal herausgefiltert werden kann.  Die tiefen Töne würden nur die schwache Elektronik überlasten und unnötig Strom verbrauchen .
- Wenn man dann ein Mikrofon mit einem Frequenzgang verwendet, der zu den hohen Frequenzen hin ansteigt - typisch für Elektretmikrofone -, erhält man einen natürlichen Klangmix bei minimalem elektronischem und finanziellem Aufwand

Das gilt für analoge Hörgeräte.

Wegen des lästigen Latenzproblems sind digitale Geräte in der Regel teuer. Da die USA vor kurzem angekündigt haben, die Rezeptpflicht abzuschaffen und den Verkauf von Hörgeräten über den Ladentisch zu erlauben, sind neue Anstrengungen zu erwarten, um die Kosten für digitale Geräte zu senken. So hat Sony bereits angekündigt, dass es in Zusammenarbeit mit einem dänischen Konzern ein kostengünstigeres Hörgerät auf den Markt bringen will.   

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--ed

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