Team 1

Binaurale Hörgeräte – räumliches Hören für alle

Beschreibung der Institute und Unternehmen zu ihren nominierten Projekten

Der Mensch hat nicht umsonst zwei Ohren
Das Hörvermögen ist die Grundlage der Kommunikationskultur. Dank der faszinierenden Vorgänge im Ohr ist der Mensch in der Lage, selbst in akustisch schwierigen Situationen (z.B. einem belebten Raum mit vielen Gesprächen, Nachhall und Störquellen) einer einzelnen Unterhaltung zu folgen. Dabei ist das Zusammenspiel zwischen beiden Ohren besonders wichtig: ähnlich wie das räumliche Sehen mit zwei Augen erlaubt erst das binaurale, zweiohrige Hören einen räumlichen Höreindruck und eine Trennung zwischen mehreren Hör-Objekten im Raum. Durch das Zusammenwirken beider Ohren können Normalhörende deshalb Störschall und Nachhall im Raum unterdrücken und so die Aufmerksamkeit auf den gewünschten Schall richten.

Durch eine Beeinträchtigung des Hörvermögens lässt diese Fähigkeit rapide nach. Der Betroffene kann Gesprächen in geräuschvollen Umgebungen deshalb kaum mehr folgen. Die täglichen Missverständnisse und die andauernde Höranstrengung schränken sein allgemeines Wohlbefinden und Selbstwertgefühl und schließlich die sozialen Kontakte ein. Nicht selten meiden die Betroffenen den Umgang mit vielen Menschen ganz. Hier setzt das binaurale Hörgerät der Zukunft an: Das interdisziplinäre Team aus dem Physiker und Arzt Birger Kollmeier, dem Ingenieur Torsten Niederdränk und dem Physiker Volker Hohmann hat wesentliche Beiträge dazu geleistet, dass Schwerhörige wieder besser räumlich hören und auch einzelnen Sprechern im Störschall besser folgen können.

Wer gut hört, ahnt meist nicht, was es heißt, schlecht oder gar nicht zu hören. In der Europäischen Union haben rund 55,5 Millionen Erwachsene zwischen 18 und 80 Jahren Hörminderungen von mehr als 25 dB.* Damit ist jeder sechste Erwachsene betroffen, die Hälfte davon im berufstätigen Alter. Moderne Hörgeräte können hier helfen und die Lebensqualität von Schwerhörigen deutlich verbessern. Doch insbesondere in akustisch anspruchsvollen Situationen konnten die Hörsysteme der Vergangenheit nicht die gewünschten Erfolge bringen. Erst das binaurale Hörsystem verspricht hier Abhilfe. Während die Hörgerätetechnik bis in die 90er Jahre des 20. Jahrhunderts primär auf die Versorgung jedes einzelnen Ohrs, also monaural ausgerichtet war, werden die zweiohrigen Effekte des natürlichen Hörens erst durch ein vollständig binaurales Hörsystem unterstützt, das einen regen Datenaustausch zwischen den Geräten an beiden Ohren voraussetzt.

Aufbauend auf den ersten Experimenten mit sperrigen Labor-Prototypen in den 90-er Jahren konnten Kollmeier, Hohmann und Kollegen das Konzept eines binauralen Hörgeräts so weit entwickeln, dass im Jahr 2001 erstmalig der deutliche Vorteil einer solchen binauralen Wechselwirkung nachgewiesen werden konnte. Entscheidend sind dafür Rechenverfahren (Algorithmen), die den Schall vom linken und rechten Ohr vergleichen und nur die Schallanteile an die Ohren des Betroffenen weiterleiten, die den „gewünschten“ Schall enthalten, der vom Nachhall und störenden Schallquellen befreit ist. Dabei wird die binaurale Verarbeitung von Normalhörigen als Vorbild genommen, so dass die genaue Kenntnis und Nachbildung des normalen Hörvorgangs eine wesentliche Voraussetzung ist. Im Rahmen des Kompetenzzentrums HörTech, einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekt, kamen die Universitäts-Forscher Kollmeier und Hohmann schließlich mit dem Industrie-Forscher Niederdränk zusammen, um im Team mit ihren Mitarbeitern die notwendige Systemtechnik für binaurale Hörgeräte wesentlich voranzubringen. Damit legten sie den Grundstein für den Siegeszug des binauralen Hörgeräte-Prinzips in der heutigen Hörgeräte-Technik.

Eine erhebliche Herausforderung lag zunächst darin, die Draht-Verbindung zwischen dem linken und dem rechten Hörgerät durch eine schnelle, drahtlose Datenverbindung zu ersetzen. Für eine echte binaurale Verarbeitung von Signalen ist eine hohe Datenrate zwischen beiden Ohren bei gleichzeitiger Datensicherheit notwendig. Diese Anforderung ist mit dem limitierenden Faktor der Energieversorgung einer Hörgerätebatterie in Einklang zu bringen. Ebenso darf die binaurale Verarbeitung zu keiner oder allenfalls zu einer minimalen Verzögerung der Darbietung führen. Damit sind die aktuellen Standard-Lösungen aus dem Telekommunikations-Sektor (z. B. Bluetooth oder DECT) nicht einsetzbar. Erst durch die von Torsten Niederdränk bei der Firma Siemens Audiologische Technik geleisteten Arbeiten und die hierfür erteilten Patente konnte diese Aufgabe gelöst werden.

Das erste kommerzielle binaurale Hörgerät Acuris wurde 2004 von der Firma Siemens Audiologische Technik auf den Markt gebracht. Inzwischen laufen weltweit bei allen Hörsystemherstellern Entwicklungen, die sich den Leistungen der drahtgebundenen Labor-Prototypen Schritt für Schritt annähern.

Das Ziel der von Kollmeier und Kollegen angestoßenen umfassenden technologischen Nachbildung der binauralen Verarbeitung der Schallsignale, wie es der gesunde Hörsinn leisten kann, liegt zwar noch in der Ferne. Doch schon jetzt ist es möglich, durch die auf beiden Seiten abgestimmten Einstellungen der Hörgeräte den zwischen den Ohren auftretenden Laufzeitunterschied und Kopfabschattungseffekte zu nutzen, so dass störender seitlich einfallender Schall wesentlich wirksamer unterdrückt werden kann als früher. Aber auch gegen Nachhall und das störende Rückkopplungs-Pfeifen erweist sich die binaurale Signalverarbeitung als vorteilhaft.
Inzwischen konnten Hohmann und Kollegen auch die Leistungsfähigkeit der Labor-Prototypen binauraler Hörgeräte deutlich verbessern, indem die Verarbeitungs-Strategie im Hörgerät optimal an die jeweilige akustische Situation angepasst wird.
Dank der fortschreitenden technischen Entwicklung, insbesondere durch den vermehrten Einsatz binauraler Signalverarbeitung in aktuellen Hörsystemen, gelingt es, der Idealvorstellung des binauralen Modell-Hörsystems immer näher zu kommen.

Dabei ist die Anwendung der binauralen Hörsysteme nicht nur auf Menschen mit einem eingeschränkten Hörvermögen begrenzt. Auch Nutzer von Unterhaltungs-Elektronik oder Smartphones sollen dereinst von einer besonderen Unterstützung des binauralen Höreindrucks profitieren – was sicherlich nicht nur in akustisch schwierigen Hörsituationen interessant sein kann.

Damit ließe sich eines der Ziele des Forschungsnetzwerks Auditory Valley verwirklichen: Besseres Hören für alle Menschen, in allen Situationen.

Das Auditory Valley hat seine Basis im Kompetenzzentrum HörTech und verbindet führende Forschungsinstitutionen der Region mit Unternehmen aus dem audiologischen Umfeld. Zusammen mit dem von der Exzellenzinitiative des Bundes geförderten Exzellenzcluster „Hearing4all“ wird Forschung und Entwicklung zum Wohle Schwerhöriger auf breiter Basis und im Verbund von universitären und außeruniversitären Partnern in einer Vielzahl von Projekten fortgesetzt. Die Technologien werden dabei nicht nur schwer hörenden Menschen zu Gute kommen, sondern auch normal hörenden Menschen in akustisch anspruchsvollen Situationen.

*Nach Definition der WHO gilt dies als Hörbehinderung.

Auditory Valley
Das weltweit einzigartige Forschungs- und Entwicklungscluster Auditory Valley führt seit Jahren umfassende Expertisen rund um das Thema Hören zusammen und entwickelt in Kooperation mit den führenden Industrieunternehmen der Branche innovative Lösungen für besseres Hören. Zu den Clusterpartnern gehören u.a. die HörTech gGmbH, das Hörzentrum Oldenburg, die Universität Oldenburg, das Akustikbüro Oldenburg, die Medizinische Hochschule Hannover, das Deutsche Hörzentrum Hannover, die Leibniz Universität Hannover, die Jade Hochschule Oldenburg, das ITAP sowie die Fraunhofer-Projektgruppe „Hör-, Sprach- und Audiotechnologien“. www.auditory-valley.com

Siemens Audiologische Technik GmbH
Schon Werner von Siemens war es ein Anliegen, schwerhörigen Menschen die Kommunikation zu erleichtern. 1878 erfand er ein Telefon für Schwerhörige und legte damit den Grundstein für eine inzwischen über 130-jährige Erfolgsgeschichte. Hörgeräte von Siemens werden heute im Sektor Healthcare von der Business Unit Audiology Solutions mit über 4.000 Mitarbeitern entwickelt und weltweit vertrieben. Weitere Informationen finden Interessierte im Internet unter www.siemens.de/hoergeraete

Universität Oldenburg
Die Universität Oldenburg, nach dem Publizisten und Friedensnobelpreisträger Carl von Ossietzky (1889-1938) benannt, gehört zu den jungen Hochschulen Deutschlands. International anerkannte Spitzenforschung und hervorragende forschungsorientierte Lehre – seit fast 40 Jahren steht die Universität Oldenburg für eine Wissenschaft, die Brücken schlägt zwischen Disziplinen, Kulturen und Gesellschaft. Ob Energie-, Bildungs- oder Meeresforschung, Informatik oder Umweltwissenschaften – sie forscht auf vielen zukunftsträchtigen Feldern. Jüngster Erfolg: Die Oldenburger Hörforschung, deren Wurzeln in die 1970er Jahre zurückreichen, siegte mit dem Exzellenzcluster „Hearing4all“ bei der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder. Mit der European Medical School Oldenburg-Groningen wird die Universität zudem ihren international renommierten Forschungsbereich Neurosensorik stärken, einen neuen Akzent in der medizinischen Versorgungsforschung setzen und ab 2012 einen humanmedizinischen Studiengang anbieten. Offen für neue Wege – dieses Motto der Universität Oldenburg gilt auch für das Lehren und Lernen. Die knapp 11.500 Studierenden werden früh in wissenschaftliche Prozesse eingebunden und an die Berufspraxis herangeführt. Ob in der Lehrerbildung oder der Wissenschaftlichen Weiterbildung, die Universität Oldenburg geht auch hier zukunftsweisende Wege. Seit 2011 gehört sie zudem zu den drei offiziellen „EXIST-Gründerhochschulen“ Deutschlands. www.uni-oldenburg.de

Das Vorschlagsrecht zum Deutschen Zukunftspreis obliegt den führenden deutschen Einrichtungen aus Wissenschaft und Wirtschaft sowie Stiftungen.

Das Projekt „Binaurale Hörgeräte – räumliches Hören für alle“ wurde von der DFG – Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V. vorgeschlagen.