Gestreamte Musik für Hörgeschädigte – eine Erkundung der Herausforderungen

Ursprünglich veröffentlicht in Accord, Oktober 2022

Von Ian O'Brien PhD MAudSA(CCP),
Forschungsaudiologe, Audeara
Solohornist, Queensland Symphony Orchestra

Musik und ihr Platz im Leben

Musik ist ein wichtiger Teil des Lebens vieler Menschen, egal ob sie musikalisch veranlagt sind oder nicht. Für manche ist es Ausdruck ihrer Identität oder Teil ihrer Kommunikation. Für andere ist es eine Verbesserung des Lebensstils, eine Möglichkeit, mit geliebten Menschen in Kontakt zu treten oder sich an sie zu erinnern, oder es kann einfach als Stimmungsaufheller oder zum Erinnern verwendet werden. Auch Musik ist für ein positives Altern von entscheidender Bedeutung, insbesondere im Hinblick auf das Selbstwertgefühl und die soziale Bindung ¹ .

Die Auswirkungen von Hörverlust auf den Musikgenuss sind gut dokumentiert. Einige Studien zeigen, dass etwa die Hälfte der Menschen mit Hörverlust Auswirkungen auf den Musikgenuss haben ² , und dies wird mit zunehmendem Alter von ^{3 Jahren} immer problematischer.

Ein wichtiger Teil unserer Rolle als Hör- und Kommunikationsspezialisten besteht darin, sicherzustellen, dass sich unsere Kunden weiterhin positiv mit Musik beschäftigen. Dieser Artikel befasst sich mit den aktuellen Designherausforderungen bei der Reproduktion verzeichnet (nicht Live-)Musik und Medien auf persönlichen Hörgeräten, Ansätze zur Personalisierung dieser Signale für Hörgeschädigte und vergleichen die Leistung der drei Hauptgerätetypen.

Musikqualität

Mit der Musikwiedergabe sind im Allgemeinen viele Herausforderungen verbunden. Wenn es um unsere Lieblingsmusik geht, wissen wir, was uns gefällt, und neigen dazu, wählerisch zu sein, was wir hören. Unsere Ohren – ob beeinträchtigt oder nicht, geschult oder nicht – sind gut auf Verzerrungen oder Artefakte im Signal eingestellt, die oft mit dem Begriff „Klangqualität“ beschrieben werden. Doch was versteht man in diesem Zusammenhang unter „Qualität“? Der Großteil der veröffentlichten Literatur konzentriert sich tendenziell auf den Dynamikbereich und die Spektralbalance.

Dynamikbereich

Im Vergleich zu Live-Sprach- und Musiksignalen weisen aufgezeichnete Medien typischerweise einen geringeren Dynamikbereich auf, insbesondere bei neueren Popmusikveröffentlichungen. Eine weitere Reduzierung oder Veränderung dieses Dynamikbereichs ist jedoch sowohl bei geschulten als auch bei ungeübten Zuhörern eng mit einem wahrgenommenen Verlust der Musikqualität verbunden ⁴ .

Spektrale Balance

Es gibt viele Diskussionen über die „ideale“ spektrale Empfindlichkeit von Kopf- und Ohrhörern. Obwohl es sich eindeutig um ein höchst subjektives Thema handelt, haben Untersuchungen von Harman International gezeigt, dass Alter, Geschlecht und Hörerfahrung allesamt wichtige Faktoren sind, insbesondere im Bass- und Hochfrequenzbereich. Die Harman-Zielreaktionskurven (basierend auf der Nachahmung der Lautsprecherreaktion in einem halbdiffusiven Raum) sind heute ein branchenweiter Ausgangspunkt für viele Hersteller von High-Fidelity-Kopfhörern und -Ohrhörern. Eine übermäßige Abweichung von diesen „Idealkurven“ wirkt sich nachweislich negativ auf die wahrgenommene „Audioqualität“ aus ⁵ .

Personalisierung von Musiksignalen

Hörgeschädigte Zuhörer haben eine ähnliche Unverträglichkeit gegenüber Veränderungen des Dynamikumfangs und der spektralen Balance von Musiksignalen wie Menschen mit nicht geschädigten Ohren. Die Anwendung sprachorientierter Algorithmen mit komprimiertem oder sogar halbkomprimiertem Dynamikbereich wirkt sich nachweislich auf die Wahrnehmung der Musikqualität aus und wird von hörgeschädigten Zuhörern der linearen Verarbeitung deutlich weniger vorgezogen ⁵ . Während bei einigen Hörverlusten offensichtlich eine nichtlineare Verarbeitung erforderlich ist, ist eine sorgfältige Anwendung erforderlich, um eine „Stauchung“ des Musiksignals zu vermeiden. In Wirklichkeit führt dies zu einem Verlust an Klarheit und Instrumentenbalance, insbesondere wenn man bedenkt, dass der Großteil der heutigen Popmusik fast vollständig in den oberen 15–20 dB des „dBFS“-Bereichs („Full-Scale“) angesiedelt ist.

Spektral gesehen müssen aufgrund des nichtlinearen Lautstärkeanstiegs geschädigter Ohren Entscheidungen über die voraussichtlichen Hörpegel und das Gewicht der Verstärkung in verschiedenen Teilen des Spektrums getroffen werden. Darüber hinaus deckt ein typisches Audiogramm (250-8000 Hz) einen Bereich von fünf Oktaven ab, beginnend bei einem (leicht hohen) „mittleren c“ auf dem Klavier, was zu einer Extrapolation über drei Oktaven hörbarer Bässe und etwa die Oktave über 8 führt kHz mit Brillanz, Klarheit und „Luft“ verbunden ⁶ . Zwar gibt es einige Hörer, die in den sehr hohen Frequenzen kaum noch funktionsfähig sind, doch es gibt auch viele Menschen mit Hörverlust, die von einer Verstärkung über 8 kHz stark profitieren. Ebenso können falsche Annahmen über die Hörfähigkeit bei niedrigen Frequenzen zu einer Über- oder Unterverstärkung in diesem Bereich führen, was entweder zu „trüben“ bzw. „dünnen“ Signalen führt.

Auswahl an Hörgeräten

Gängige persönliche Geräte für aufgezeichnete Musik und Medien sind Kopfhörer, Ohrhörer und zunehmend auch Hörgeräte mit Streaming-Funktion. Die funktionale Abgrenzung zwischen Hörgeräten und drahtlosen Ohrhörern ist verschwommen, da beide stark in den Bereich des anderen eindringen, sei es beim Hören von Sprache in lauten Situationen, bei der Tinnitus-Behandlung, beim Musik-Streaming oder bei der Telefonnutzung. Auch Kopfhörer erweitern ihre Möglichkeiten, wobei die neuesten Modelle mit Geräuschunterdrückung standardmäßig über „Pass-Through“ verfügen.

Ohrhörer

Heutige Ohrhörer bieten eine hervorragende Klangwiedergabe, Geräuschunterdrückung, Telefonfunktionalität und sogar eine „personalisierte“ Durchleitung, ähnlich einem Hörgerät ⁷ . Obwohl sie praktisch sind, liegt ihr größter Nachteil möglicherweise im Komfort und im Formfaktor. Die Notwendigkeit, den Gehörgang einzuführen und zu verschließen, um eine effektive Basswiedergabe zu gewährleisten, führt dazu, dass Benutzer mit kleinen oder ungewöhnlich geformten Gehörgängen oder denen, die etwas im Gehörgang längere Zeit nicht mögen, Schwierigkeiten haben, eine brauchbare Lösung zu finden.

Kopfhörer

Viele Benutzer bevorzugen die Audiowiedergabe über Over- oder On-Ear-Kopfhörer, sei es aus Bequemlichkeit, Komfort oder beidem. Ein gut gestalteter Kopfhörer sitzt mit wenig Klemmkraft bequem auf den Ohren und eignet sich daher auch für längeres Hören. Fortschritte bei der aktiven Geräuschunterdrückung können eine hohe Isolation bei sehr geringer Verdeckung ermöglichen, und die großen „dynamischen“ Treiber in diesen Geräten sorgen selbst bei Modellen mit „offener Rückseite“ für viel Basskraft und Klarheit.

Hörgeräte

Die meisten heutigen Hörgerätehersteller bieten Geräte mit Musik- und Medienstreaming an. Obwohl dies für Menschen mit Hörverlust sehr praktisch ist, können Einschränkungen und Einschränkungen im grundlegenden Design von Hörgeräten zu Problemen beim Hören dieser Signale führen. Dazu gehören eine schlechte Basswiedergabe bei offenen und belüfteten Geräten sowie eine ausgeprägte nichtlineare Dynamikbereichsverarbeitung. Darüber hinaus kann die notwendige Fokussierung von Hörgeräten auf Live-Sprachsignale dazu führen, dass sowohl der Bass- als auch der Hochfrequenzinhalt vernachlässigt wird. Während verschiedene Hersteller versucht haben, diese Probleme entweder durch mechanische Innovationen anzugehen ⁸ oder durch Algorithmendesign ⁹ scheinen endgültige Lösungen bislang schwer zu finden.

Aktuelle Hörgeräte sind auch aufgrund des einzelnen Balanced-Armature-Treibers, der in den meisten gängigen Empfängern verwendet wird, eingeschränkt. Obwohl einzelne Treiber eine vollständige spektrale Wiedergabe ermöglichen, kann es schwierig sein, das gesamte hörbare Spektrum gleichzeitig originalgetreu wiederzugeben. Aus diesem Grund verwenden die meisten Hersteller von In-Ear-Monitoren mehrere Treiber und behaupten oft, dass „unverfälschte“ Bässe und klare Hochfrequenzwiedergabe spezielle Treiber erfordern, die auf verschiedene Teile des Spektrums abgestimmt sind ¹⁰ .

Gerätevergleich

Um diese Punkte zu veranschaulichen, vergleichen die Abbildungen 2 und 3 die Spektral- und Dynamikbereichsreaktionen auf Bluetooth-gestreamte Testsignale eines beliebten aktuellen Kopfhörer-, Ohrhörer- und Hörgerätemodells von drei bekannten Marken. Diese Tests wurden an einem KEMAR-Kopf- und Rumpfsimulator durchgeführt, der mit anthropomorphen GRAS-Ohrmuscheln ausgestattet war und an einen Akustikanalysator von Acoustic Precision gekoppelt war.

Abbildung 2 zeigt die spektrale Reaktion der drei Geräte. Die Kopfhörer hielten sich weitgehend an die Harman-Reaktionskurven unter 6 kHz mit ausgeprägtem Subbass (unter 60 Hz), verstärkten jedoch sehr hohe Frequenzen, die einem typischen „Freifeld“-Reaktionsverhalten ¹³ sehr nahe kamen Dies führt im Vergleich zu den anderen Geräten zu einem klaren, räumlichen Klang. Der Ohrhörer zeigte einen weniger ausgeprägten Bass und einen starken Abfall über 8 kHz, es mangelte an Kraft und Fülle. Oberhalb von 6 kHz fiel die Frequenz des Hörgeräts stark ab, was die Klarheit und Brillanz beeinträchtigte, während ein Bias zwischen 60 und 250 Hz in Kombination mit einem Abfall zwischen 500 und 1500 Hz zu einer Trübung und mangelnder Präsenz führte.

Abbildung 2. Spektrale Reaktionen verschiedener Geräte auf das über Bluetooth gestreamte Sinus-Sweep-Testsignal (normalisiert bei 500 Hz)

Aus Ein-/Ausgabe-Perspektive (Abbildung 3) waren Kopfhörer und Ohrhörer zwar linear (Eingabe = Ausgabe), das Hörgerät wendete jedoch eine starke Eingangskomprimierung bei etwa -10 dBFS an (unabhängig von der vom Benutzer gewählten Hörlautstärke). Dies führt zu einem Verlust der Trennung und Balance zwischen den Instrumenten in einem sehr wichtigen Teil des Dynamikbereichs aufgenommener Musik.

Abbildung 3. Ein-/Ausgabereaktionen verschiedener Geräte auf das über Bluetooth gestreamte Stufensinus-Testsignal

Es gibt viele Hörgeräte, Ohrhörer und Kopfhörer auf dem Markt und eine breite Palette an Ansätzen zur Spektral- und Dynamikbereichsverarbeitung. Die oben genannten Ergebnisse stellen eine sehr begrenzte Stichprobe dar und dienen nur zur Veranschaulichung.

Abschluss

Obwohl bei der Übertragung von Musik und Medien über Hörgeräte große Fortschritte erzielt wurden, müssen immer noch Herausforderungen gemeistert werden, um allen Benutzern ein echtes High-Fidelity-Erlebnis zu bieten. Ohrhörer entwickeln sich rasant weiter, unterliegen aber immer noch physischen und mechanischen Designbeschränkungen. Derzeit bieten Kopfhörer immer noch ein qualitativ hochwertiges und komfortables persönliches Hörerlebnis. Hörgeschädigte Zuhörer profitieren stark von einem tieferen Verständnis des Algorithmusdesigns zur Musikverbesserung in Kombination mit neuer Technologie zur Anpassung von Kopfhörern an Hörprofile.

Bei Audeara können unsere Bluetooth-Kopfhörer über unsere AudAssist Desktop-Software (nur für Ärzte verfügbar) oder über unsere mobile Verbraucher-App an das audiometrische Profil des Benutzers angepasst werden. Wir betreiben kontinuierlich Forschung und Entwicklung, um unsere innovativen Personalisierungsalgorithmen und Anpassungsparameter zu verbessern, um sicherzustellen, dass alle Hörer unabhängig von ihrem Hörprofil die höchste Klangqualität für ihre gestreamten Musik- und Mediendateien erhalten.

Dies ist ein zunehmend wettbewerbsintensiver Markt – was für den Verbraucher eine gute Nachricht ist – und Ärzte sollten diesen schnelllebigen Markt im Namen ihrer Kunden genau im Auge behalten.

Verweise

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