Sprachprozessor (SP)

Ein Sprachprozessor, auch bekannt als Audioprozessor, Klangprozessor oder Soundprozessor, ist Teil eines Hörsystems mit Cochlea-Implantat (CI). Er wird entweder hinter dem Ohr oder seitlich am Kopf getragen und ist der äußere, sichtbare Teil des Hörsystems.

Ähnlich wie ein Hörgerät empfängt der Sprachprozessor Schallwellen mit seinen Mikrofonen und wandelt sie in elektrische Signale um. Diese werden dann jedoch nicht wieder in Schall gewandelt sondern an das Cochlea-Implantat übertragen.

Die Hersteller von Sprachprozessoren arbeiten ständig an neuen Entwicklungen, um die Leistung und den Komfort der Geräte zu verbessern.

Geschichte

siehe auch: Geschichte_des_CI

Forschungsbeginn

In der Anfangszeit der CI-Forschung waren die Sprachprozessoren noch sehr groß. Die ersten Sprachprozessoren aus dem Jahr 1979 waren in der Größe eines Mini-Koffers verfügbar. Die damaligen CI-Benutzer und -Benutzerinnen konnten eine Reihe von Sprachkodierungsstrategien und Stimulationsfeldkonfigurationen für die Grundlagenforschung zur Nervenstimulation ausprobieren. Später wurden die Sprachprozessoren deutlich kleiner und konnten direkt am Körper getragen werden. Das Mikrofon, das das Audiosignal in dem am Körper getragenen Sprachprozessor aufnahm, befand sich nicht an der Ohrmuschel. Die externe Sendespule war mit dem Hörhaken verbunden, der bereits viel näher am Implantat platziert wurde, um über eine induktive Verbindung mit dem Implantatstimulator zu kommunizieren. Dennoch handelte es sich um ein Forschungsgerät, und es fehlte ein Magnet in der externen Sendespule, um eine gezielte induktive Verbindung mit dem Implantatstimulator herzustellen.

Erste Anwendungen und Weiterentwicklung

Der erste kommerzielle Sprachprozessor, der auf den Markt kam, wurde am Körper getragen und enthielt den Akku und die Verarbeitungseinheit. Das Mikrofon war in Höhe der Ohrmuschel angebracht und die externe Sendespule wurde zusammen mit einem Magneten so konstruiert, dass sie eine gezielte induktive Verbindung mit dem Implantatstimulator herstellen konnte.

Es dauerte weitere zehn Jahre der Forschung und Entwicklung, bis ein Sprachprozessor entwickelt wurde, der praktischer zu verwenden war. Dieser Sprachprozessor verwendete eine AA-Batterie, da die Signalverarbeitungsstrategie einen hohen Stromverbrauch hatte. Dank dieser verbesserten Technologie wurde es CI-Tragenden ermöglicht, eine bessere Sprachwahrnehmung und Hörqualität zu erleben.

Die Signalverarbeitungsstrategien wurden kurz nach der Freigabe der kommerziellen Sprachprozessoren feinabgestimmt, um den Stromverbrauch zu reduzieren. Statt AA-Batterien wurden kleinere Zink-Luft-Batterien eingesetzt, was dazu führte, dass die Sprachprozessoren kleiner wurden und viel praktischer und komfortabler hinter dem Ohr (HdO) getragen wurden. 1991 entwickelte MED-EL den weltweit ersten HdO-Prozessor; dieser blieb in den folgenden 20 Jahren der neueste Stand der Technik. Eine Weiterentwicklung war das Doppelmikrofon, das es CI-Tragenden ermöglichte, die Schallquelle besser zu lokalisieren. Diese Technologie verbesserte die Klangqualität und half den CI-Tragenden, sich in geräuschvollen Umgebungen zurechtzufinden. Schließlich folgte die Entwicklung des direkten Audio-Streamings von externen Audiogeräten wie Mobiltelefonen und Mediaplayern, was den CI-Tragenden noch mehr Flexibilität und Komfort beim Hören ermöglichte.

Funktionsweise

Der Sprachprozessor besteht aus mehreren Komponenten, die zusammenarbeiten, um den Schall aufzunehmen, zu verarbeiten und an das Implantat zu senden. Er wird entweder hinter dem Ohr getragen oder als Single Unit "frei vom Ohr" am Hinterkopf. Einige Modelle enthalten Steuerelemente, mit denen die CI-Tragenden Einstellungen wie Lautstärke oder Klangprogramme anpassen können. Die Sprachprozessoren der verschiedenen Hersteller unterscheiden sich im Aufbau, Design und technischen Details. Sie sind in der Regel mit mehreren älteren Implantaten desselben Herstellers kompatibel. Sie können jedoch nicht mit Implantaten eines anderen Herstellers verwendet werden.

Mikrofon

Das Mikrofon im Sprachprozessor erfasst Schallsignale aus der Umgebung. Die Audioverarbeitungseinheit wendet daraufhin einen Klangverarbeitungsalgorithmus an, um das Signal in digitale Signale zu zerlegen. Diese Signale werden dann über eine induktive Verbindung an den Empfängerstimulator übertragen. Die induktive Verbindung funktioniert durch eine Wechselwirkung zwischen der Außen- und der Empfangsantenne, wenn der externe Sender über dem Implantatmagneten platziert wird. Die Implantatelektronik wandelt diese Signale schließlich in elektrische Impulse um und überträgt sie über die intracochleäre Elektrodenanordnung an das Innenohr.

Analog-Digital-Wandler

Die analogen Signale aus den Mikrofonen werden in digitale Signale umgewandelt, damit sie vom Sprachprozessor weiterverarbeitet werden können.

Signalverarbeitung

Die Signalverarbeitung im Zusammenhang mit CI ist ein Prozess, der das gesamte System steuert. Im Wesentlichen analysiert die Signalverarbeitung das akustische Schallsignal und teilt es in kleinere frequenzspezifische Komponenten auf. Diese Komponenten werden dann in elektrische Signale umgewandelt und mithilfe der Elektrodenkontakte des Implantats in der Cochlea in einem tonotopischen Muster abgegeben.

Sprachcodierung

Der Sprachprozessor wandelt die analysierten Signale in spezifische Codierungsformate um, die vom Implantat verstanden werden können. Diese Codierung kann beispielsweise die Information über die Frequenzbereiche und die Stärke der Stimulation enthalten.

Headpiece

Das Headpiece (Kopfstück, Überträger) ist ein Teil des Sprachprozessors und wird am Kopf getragen. Es enthält entweder die Sendespule oder ist damit verbunden und wird in der Nähe des Implantats platziert. Das Headpiece ermöglicht die drahtlose Kommunikation zwischen dem Sprachprozessor und dem Implantat.

Single Unit Prozessoren

Bei einem Single-Unit-Sprachprozessor (Einzelgerätprozessor) bilden der Akku, die Signalverarbeitungseinheit und die externe Sendespule eine Einheit. Wird der Sprachprozessor unter dem Haar platziert, ist er weitgehend unsichtbar. Im Jahr 2013 stellte MED-EL den weltweit ersten "frei vom Ohr" getragenen Single-Unit-Prozessor vor, dem kurz darauf die Cochlear Corporation folgte. Zu den technologischen Fortschritten des Einzelgerät-Sprachprozessors gehören kabelloses Aufladen von Batterien, Bluetooth®-Konnektivität und ein wasserdichtes Gehäuse. Die Position des Mikrofons wurde vom Ohr auf den hinteren Teil des Ohres verlagert.

Literatur

• Sandra DeSaSouza: Cochlear Implants. Springer Singapore 2022, ISBN 978-981-19-0451-6.
• Wiebke Rötz, Bodo Bertram: Cochlea Implantat bei Erwachsenen. Versorgung und Rehabilitation in der Logopädie und Sprachtherapie. Springer-Verlag 2022, ISBN 978-3-662-65201-5.