Herkömmliche Hörgeräte stossen in Situationen mit vielen, lauten Geräuschquellen an ihre Grenzen. Es wird sehr schwierig gesprochene Sprache aus dem Umgebungslärm herauszufiltern.

Hörhilfen verwenden typischerweise zwei nahe beisammen liegende Mikrofone. Diese filtern die Hintergrundgeräusche aus. Zugleich wird es möglich, sich auf ein Gespräch zu konzentrieren. Im Versuch wird ein drittes, "virtuelles" Mikrophon mittels KI in der Stirnmitte platziert. Damit wird es möglich eine "Cocktail-Party-Situation" besser zu meistern.

Besseres Sprachverstehen dank KI-Hörhilfe

Publiziert

In lauter Umgebung ist es mit einem Hörgerät oder Hörimplantat schwer, ein Gegenüber zu verstehen, weil derzeitige Audioprozessoren noch Schwierigkeiten haben, sich präzise genug auf bestimmte Schallquellen zu fokussieren. Dass Künstliche Intelligenz dieses Problem lösen könnte, zeigen Forschende des Hörforschungslabors der Universität Bern und des Inselspitals nun in einer Machbarkeitsstudie.

Hörgeräte oder Hörimplantate sind aktuell nicht sehr gut darin, für den Träger oder die Trägerin aus vielen Schallquellen gezielt Sprache herauszufiltern – eine natürliche Fähigkeit unseres Gehirns, die bei gesundem Hören funktioniert und in Fachkreisen als «Cocktail-Party-Effekt» bezeichnet wird. Entsprechend schwierig ist es für Personen mit Hörhilfen, in lauter Umgebung einer Unterhaltung zu folgen. Forschende des Hörforschungslabors des ARTORG Center, Universität Bern, und des Inselspitals haben nun einen ungewöhnlichen Ansatz erarbeitet, um Hörhilfen in dieser Hinsicht zu verbessern: virtuelle Zusatzmikrofone, deren Signale von einer Künstlichen Intelligenz errechnet werden.

Wie ein unsichtbares Mikrofon auf der Stirn

Je mehr Mikrofone ein Audioprozessor zur Verfügung hat und je breiter diese verteilt sind, desto besser kann eine Hörhilfe den Schall aus einer bestimmten Richtung fokussieren. Die meisten Hörgeräte besitzen aus Platzgründen zwei nahe beieinander liegende Mikrofone. Im ersten Teil der Studie hat das Hearing Research Laboratory (HRL) ermittelt, dass die optimale Mikrofon-Position (für eine bessere Fokussierung) mitten auf der Stirn liegt - allerdings eine sehr impraktikable Stelle. «Dieses Problem wollten wir umgehen, indem wir dem Audioprozessors mit künstlicher Intelligenz ein virtuelles Mikrofon hinzufügen,» erklärt Tim Fischer, Postdoktorand am HRL, den unkonventionellen Lösungsansatz.

Cocktail-Party-Daten, ein lernendes Neuronales Netzwerk, ein Probandentest

Für den Studienaufbau nutzten die Ingenieure des ARTORG Center den «Bern Cocktail-Party-Datensatz», eine Sammlung einer Vielzahl von Geräusch-Szenarien mit mehreren Schallquellen aus Multi-Mikrofon-Aufnahmen von Hörgerät- oder Cochlea-Implantat-Trägern. Anhand von 65 Stunden Audioaufnahmen (über 78‘000 Audiodateien) trainierten sie ein neuronales Netzwerk zur Verfeinerung eines häufig eingesetzten Richtwirkungs-Algorithmus (Beamforming). Für ein verbessertes Sprachverstehen errechnete der Deep-Learning-Ansatz zusätzliche virtuelle Mikrofon-Signale aus dem Audiodaten-Gemisch. 20 Probandinnen und Probanden testeten das KI-verstärkte Hören in einem subjektiven Hörtest, begleitet von objektiven Messungen. Insbesondere in Cocktail-Party-Settings verbesserten die virtuell abgetasteten Mikrofonsignale die Sprachqualität signifikant. Hörgeräte- und Cochlea-Implantat-Nutzer könnten daher besonders in lauten Umgebungen von dem vorgestellten Ansatz profitieren.

«Ich denke, dass Künstliche Intelligenz einen wichtigen Beitrag für die nächste Generation von Hörprothesen darstellt, da sie grosses Potential für eine Verbesserung des Sprachverstehens, insbesondere in schwierigen Hörsituationen hat,» sagt Marco Caversaccio, Chefarzt und HNO-Klinikdirektor. Da auditive Unterstützungs-Technologien und -Implantate zu einem Schwerpunkt der Forschungsarbeit am Inselspital gehören, werden hier wichtige datenbasierte Grundlagen für eine Weiterentwicklung geschaffen, die dem natürlichen Hörerlebnis näher kommen soll. Die neuartigen Ansätze kommen im Rahmen von Translationsstudien direkt den Patientinnen und Patienten zugute.

Ausblick

Obwohl die virtuell addierten Mikrofone die Qualität des Sprachverstehens mit Hörhilfe innerhalb dieser Studie deutlich verbesserten, müssen weitere Studien noch einige technische Hürden nehmen, bevor die Methodik in Hörgeräten oder Cochlea-Implantat-Audioprozessoren eingesetzt werden kann. Dazu gehört etwa ein stabil funktionierendes Richtungsverstehen auch in Umgebungen mit einem grossen Nachhall.

Experten:

  • PD Dr. Wilhelm Wimmer, Leiter Hearing Research Laboratory, ARTORG Center for Biomedical Engineering Research, Universität Bern
  • Prof. Dr. med. Marco Caversaccio, Chefarzt und Klinikdirektor Universitätsklinik für Hals-, Nasen- und Ohrenkrankheiten, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital, Universitätsspital Bern
  • Dr. Tim Fischer, Postdoktorand, Hearing Research Laboratory, ARTORG Center for Biomedical Engineering Research, Universität Bern

Links:

EVENTS

TUTTOFOOD

Internationale B2B-Messe für Food & Beverage

Datum: 05.-08. Mai 2025

Ort: Mailand (I)

Control

Internationale Fachmesse für Qualitätssicherung

Datum: 06.-09. Mai 2025

Ort: Stuttgart (D)

SBK Kongress

Kongress vom Berufsverband der diplomierten Pflegefachpersonen der Schweiz

Datum: 07.-08. Mai 2025

Ort: Bern (CH)

ICV Gesundheitstagung Schweiz

Controlling im Spannungsfeld von Innovation, Kostenmanagement und digitaler Transformation.

Datum: 13. Mai 2025

Ort: St. Gallen (CH)

LABVOLUTION

Europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows

Datum: 20.-22. Mai 2025

Ort: Hannover (D)

EPHJ-EPMT-SMT

Internationale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 03.-06. Juni 2025

Ort: Genf (CH)

Vorsorge-Symposium

Fachmesse 2. Säule sowie ein Vorsorge-Symposium

Datum: 04.-05. Juni 2025

Ort: Zürich (CH)

Swiss Medtech

Mastering Complexity

Datum: 25. Juni 2025

Ort: Bern (CH)

Blezinger Healthcare

10. Fachkonferenz - Das Pflegeheim der Zukunft

Datum: 26.-27. Juni 2025

Ort: Schwyz (CH)

Automatica

Die Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse und Kongressfür Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

AM Expo

Fachmesse und Symposium: Inspiration, Weiterbildung und Netzwerk

Datum: 09.-10. September 2025

Ort: Luzern (CH)

Swiss Medtech Expo

Fachmesse und Symposium: Inspiration, Weiterbildung und Netzwerk

Datum: 09.-10. September 2025

Ort: Luzern (CH)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 16.-18. September 2025

Ort: Basel (CH)

CMS Berlin

Internationale Leitmesse für Reinigung und Hygiene

Datum: 23.-26. September 2025

Ort: Berlin (D)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 23.-25. September 2025

Ort: Nürnberg (D)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 23.-25. September 2025

Ort: Nürnberg (D)

Rehacare

Die REHACARE ist die internationale Fachmesse für Rehabilitation, Prävention, Inklusion und Pflege.

Datum: 17.-20. September 2025

Ort: Düsseldorf (D)

Anuga

Weltweite Ernährungsmesse für Handel und Gastronomie/Ausser-Haus-Markt

Datum: 04.-08. Oktober 2025

Ort: Köln (D)

IN.STAND

Die Messe für Instandhaltung und Services

Datum: 21.-22. Oktober 2025

Ort: Stuttgart (D)

Blezinger Healthcare

15. Fachkonferenz – Das Spital der Zukunft

Datum: 23.-25. Oktober 2025

Ort: St. Gallen (CH)

A + A

Messe und Kongress für Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit

Datum: 04.-07. November 2025

Ort: Düsseldorf (D)

St. Galler Demenz-Kongress

«Dementia Care im Wandel der Zeit – Weiterdenken erwünscht?»

Datum: 12. November 2025

Ort: St.Gallen (CH)

igeho

Internationale Branchenplattform für Hotellerie, Gastronomie, Take-away und Care

Datum: 15.-19. November 2025

Ort: Basel (CH)

Medica

Fachmesse für Medizintechnik & Gesundheitswesen

Datum: 17.-20. November 2025

Ort: Düsseldorf (D)

SVG-Symposium

Impulse und Gespräche

Datum: 17. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Compamed

Schmelztiegel für High-Tech-Lösungen in der Medizintechnik

Datum: 17.-20. November 2025

Ort: Düsseldorf (D)

AUTOMA+

Pharmaceutical Automation and Digitalisation Congress 2024

Datum: 24.-25. November 2025

Ort: Vösendorf (A)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Die Fachmesse für industrielle Pumpen, Armaturen & Prozesse

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Swissbau

Führende Plattform der Bau- und Immobilienwirtschaft

Datum: 20.-23. Januar 2026

Ort: Basel (CH)

Empack Schweiz

The Future of Packaging Technology

Datum: 28.-29. Januar 2026

Ort: Bern (CH)

aqua pro

B2B-Plattform in der Schweiz für Fachkräfte des globalen Wasserkreislaufs

Datum: 04.-06. Februar 2026

Ort: Bulle (CH)

analytica

Weltleitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 24.-27. März 2026

Ort: München (D)

Techtextil

Internationale Leitmesse für technische Textilien und Vliesstoffe

Datum: 21.-24. April 2026

Ort: Frankfurt am Main (D)

IFAT

Weltleitmesse für Wasser-, Abwasser-, Abfall- und Rohstoffwirtschaft

Datum: 04.-08. Mai 2026

Ort: München (D)

PFLEGE PLUS

Die Fachmesse PFLEGE PLUS bringt Fachbesucher mit ausstellenden Unternehmen, Branchenverbände sowie Experten des Pflegemarkts zusammen.

Datum: 05.-07. Mai 2026

Ort: Stuttgart (D)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 07.-13. Mai 2026

Ort: Düsseldorf (D)

INDEX

Weltweit führende Ausstellung für Vliesstoffe.

Datum: 19.-22. Mai 2026

Ort: Genf (CH)

ArbeitsSicherheit Schweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz und Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 20.-21. Mai 2026

Ort: Zürich (CH)

MedtecLIVE with T4M

Fachmesse für die gesamte Wertschöpfungskette der Medizintechnik

Datum: 05.-07. Juni 2026

Ort: Stuttgart (D)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 26.-27. August 2026

Ort: Zürich (CH)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 23.-24. September 2026

Ort: Lausanne (CH)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 23.-24. September 2026

Ort: Frankfurt am Main (D)

Chillventa

Weltleitmesse der Kältetechnik

Datum: 13.-15. Oktober 2026

Ort: Nürnberg (D)

ZAGG

DER BRANCHENTREFFPUNKT MIT RELEVANTEN GASTRO-TRENDS

Datum: 18.-21. Oktober 2026

Ort: Luzern (CH)

SIAL

Fachmesse für Nahrungsmittel-Innovationen

Datum: 17.-21. Oktober 2026

Ort: Paris (F)

ALL4PACK EMBALLAGE

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 23.-26. November 2026

Ort: Paris (F)

Anuga FoodTec

Internationale Zuliefermesse für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie

Datum: 23.-26. März 2027

Ort: Köln (D)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 14.-18. Juni 2027

Ort: Frankfurt am Main (D)

drupa

Weltweit führende Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 09.-17. Mai 2028

Ort: Düsseldorf (D)

Bezugsquellenverzeichnis