Mathematik fürs Ohr

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Nummer 111 - Bochum, 08.04.2011

Mathematik fürs Ohr

Leichter Hören bei Nebengeräuschen

RUBIN: Bochumer Ingenieure verbessern Signalverarbeitung in Hörgeräten

Bochumer Forscher entwickeln neue Algorithmen für die Signalverarbeitung in Hörgeräten, die hörgeschädigten Personen die Kommunikation bei Nebengeräuschen oder Raumhall in Zukunft erheblich erleichtern können. Darüber berichten sie in RUBIN, dem Wissenschaftsmagazin der Ruhr-Universität. Das Team von Prof. Dr. Rainer Martin vom RUB-Lehrstuhl für Allgemeine Informationstechnik und Kommunikationsakustik trennt Sprachsignale und Hintergrundgeräusche auf der Grundlage der sogenannten hochauflösenden Kurzzeitspektralanalyse. Über spezielle Berechnungen wird dann der Nutzschall verstärkt und das Rauschen gedämpft. „Die Qualität und die Verständlichkeit der Sprache können durch diese Maßnahmen deutlich verbessert werden“, so Prof. Martin. „Wir forschen jetzt an weiteren Methoden, um in Zukunft das Hören mit Hilfe eines Hörgeräts in akustisch schwierigen Situationen zu erleichtern.“

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http://www.ruhr-uni-bochum.de/rubin/rubin-fruehjahr-11/index.html

Mehr Sprache, weniger Rauschen

Viele Hörgeräte dämpfen Nebengeräusche, wie etwa Fahrgeräusche, indem sie Schall aus einer bestimmten Richtung herausfiltern, da Störsignale meist von hinten oder von der Seite kommen. Es bleiben jedoch unerwünschte Geräusche aus anderen Richtungen erhalten, die über zusätzliche Signalverarbeitungsprozesse gedämpft werden müssen. Um das akustische Signal weiter zu verbessern, geht der Algorithmus von Prof. Martin und Dr. Timo Gerkmann (Sound and Image Processing Lab, KTH Stockholm) noch einen Schritt weiter. Die Forscher ermitteln sowohl die Geräusch- als auch die Sprachanteile im akustischen Signal. Über eine spezielle Gewichtungsfunktion, das Wiener Filter, können sie dann die Nebengeräusche dämpfen und so das Sprachsignal hervorheben.

Sprache finden im Signalchaos

Da bei jeder Kommunikation zwischen den gesprochenen Silben und Worten immer wieder kurze Sprechpausen entstehen, gibt es Stellen im Signal, an denen nur die Nebengeräusche zu hören sind. Der Algorithmus von Prof. Martins Team führt eine Spektralanalyse durch, d. h. das akustische Signal wird in kurze Zeitabschnitte eingeteilt, in denen jeweils alle enthaltenen Frequenzen bestimmt werden. Anschließend werden jene Signalstücke ausfindig gemacht, die nur die Nebengeräusche enthalten. Aus diesen Informationen kann das Geräuschspektrum fortlaufend im akustischen Signal ermittelt und auch der Sprachanteil geschätzt werden. Für jeden Datenpunkt berechnet der Algorithmus dann eine Gewichtungsfunktion für Sprach- und Rauschsignal. Dabei findet er einen Kompromiss, um Nebengeräusche möglichst stark zu reduzieren ohne das Sprachsignal zu verzerren.

Der Algorithmus kann noch mehr

Das gewichtete Signal, das über Lautsprecher im Hörgerät wiedergegeben wird, wird durch den Bochumer Algorithmus noch weiter modifiziert. Artefakte, die bei der Schätzung des Sprachsignals entstehen, können zu einzelnen Tönen führen („musical noise“), die von Hörgerätnutzern als störend empfunden werden. Prof. Martins Team hat den Algorithmus daher so konzipiert, dass diese Artefakte unterdrückt werden, ohne dass die Qualität des Sprachsignals leidet.

Themen in RUBIN

In der aktuellen Ausgabe von RUBIN finden Sie darüber hinaus folgende Themen: Antibiotika aus der anorganischen Molekülküche; Mit Druckluft Wind zwischenspeichern; Die Gedanken der Anderen; Kleine Strategen; Auf Augenhöhe mit Familie Aksoy; Scharfe Sicht auf Probe; Virus-Exporteur mit besonderen Aufgaben; Der Boom der wilden Walnuss; Rein ins Nervensystem und von innen aufmischen; Leben hinter der Leitplanke. Rubin ist in der Pressestelle der Ruhr-Universität erhältlich (Tel. 0234/32-22830, rubin@presse.rub.de) und steht im Internet unter

http://www.rub.de/rubin

Redaktion

Julia Weiler
Pressestelle RUB

Weitere Informationen

Prof. Dr. Rainer Martin, Lehrstuhl für Allgemeine Informationstechnik und Kommunikationsakustik, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der RUB, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-22495
Rainer.Martin@rub.de

 

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