Analog - Digital
    


Grundlegende Definitionen
Analoge Signalverarbeitung
Digitale Signalverarbeitung
Analoge Hörgeräte
Digital gesteuerte Hörgeräte
Digitale Hörgeräte

 

HINWEIS : siehe auch analoge und digitale Signalverarbeitung

 

 

Grundlegende Definition

Begriffsbestimmungen

Der Begriff „analog" wird in der Nachrichtentechnik definiert, dass bei einem Signal der Quotient du/dt gegen Null geht und damit die Anzahl der möglichen Tangenten gegen Unendlich geht, die Übertragung erfolgt somit zeit- und amplitudenkontinuierlich.
Der Begriff „digital" besagt, dass Du/Dt (D soll Delta werden, mein Formeleditor spinnt) immer eine endliche Größe darstellt, die Übertragung erfolgt zeit- und amplitudendiskret.

 

   

 

Analoge Signalverarbeitung

Begriffsbestimmungen

Der Übertragungsalgorithmus wird bei der analogen Signalverarbeitung durch elektronische Bauteile, wie Widerstände, Kondensatoren und Transistoren oder Integrierte analoge Schaltungen realisiert.

 

Die Realisierung des Übertragungsalgorithmus ist bestimmt durch die physikalischen Eigenschaften der verwendeten Bauelemente. Toleranzen, nichtlineare Eigenschaften und das Eigenrauschen der Bauelemente beeinflussen das Übertragungsverhalten.

 

Digitale Signalverarbeitung

Begriffsbestimmungen

Das zeitkontinuierliche analoge Eingangssignal wird in einem Analog/Digital- Umwandler in ein zeit- und amplitudendiskretes digital codiertes Signal gewandelt. Der Übertragungsalgorithmus wird durch ein Programm realisiert und es erfolgt eine Digital/Analog- Umwandlung.

 

 

Die Eigenschaften der Signalübertragung folgen nahezu ausschliesslich dem im Programm vorgegebenen Algorithmus. Lediglich der Quantisierungsfehler und das Quantisierungsrauschen gehen hier als Fehlergröße ein. Diese Fehler können jedoch durch geeignete Datenwortbreite definiert begrenzt werden.

Bei dem derzeitigen technologischen Stand der Hörgerätetechnik sind diese Fehler vernachlässigbar.

(Eine ausführlichere Beschreibung folgt, wenn ich etwas mehr Zeit habe)

 

 

Analoge Hörgeräte

 

Bei analogen Hörgeräten wird das Signal somit zeitkontinuierlich übertragen. Die Übertragungsalgorithmen werden bei analogen Hörgeräten durch die Schaltung realisiert. Dies bedeutet, dass die Übertragungsfunktionen ausschließlich durch die Schaltungselemente wie Transistoren (oder integrierte analoge Schaltungen), Widerstände und Kondensatoren erfolgen. Die Veränderungen der Übertragungsalgorithmen erfolgen durch mechanische Steller. Diese Steller arbeiten aufgrund ihres Aufbaues analog, denn es lassen sich grundsätzlich unendlich viele Winkeleinstellungen realisieren, die Einstellgenauigkeit ist jedoch aufgrund der Miniaturisierung stark eingeschränkt.

Bei dieser Technologie ergeben sich die Nachteile, dass die Übertragungskennlinien der verwendeten Bauelemente den gewünschten Übertragungsalgorithmus verändern und zusätzlich ein systembedingtes thermisches Eigenrauschen das Nutzsignal überlagert. Bei den Stellelementen ergibt sich eine niedrige Einstell- und Reproduktionsgenauigkeit.

 

 

Digital gesteuerte Hörgeräte

weitere Informationen

 

Bei digital gesteuerten Hörgeräten findet eine Aufteilung des analogen Signalweges und der digitalen Steuerung statt.
Der Übertragungsalgorithmus wird entweder in einem getrennten Chip (Integrierte Schaltung, meist bipolare Silizium Epitaxialtechnologie) oder einem analogen Teil (Integrierte Schaltung, unipolare CMOS-Technologie) realisiert. Dieser analoge Signalweg hat die gleichen Nachteile wie rein analoge Technologien.
Allerdings werden bei digital gesteuerten Hörgeräten auch bestimmte Teile des Signalweges teildigitalisiert realisiert. Der Frequenzgang wird durch SC Filter (switched capacitor filter, getaktete Filter, deren Taktfrequenz von der Quarzclock der CPU abgeleitet wird und daher Reproduktionsgenauigkeiten von 10-5 erreichen) realisiert. Die Verstärkung dieser Geräte wird durch R/nR Ladder (im Prinzip Eichteiler) gebildet und somit auch digital eingestellt. Der Hörer wird bei diesen Geräten grundsätzlich durch eine D-Endstufe angesteuert, bei der das Signal durch Impulsbreiten- oder Impulsfrequenzmodulation, somit ein teildigitalisiertes Signal, auf den Hörer übertragen wird.

Die Einstellung des Übertragungsalgorithmus erfolgt jedoch über ein System (Embedded Controler), dass durch einen Mikroprozessor gesteuert wird. Diese Controler sind eigenständige Prozessoren, die exakt wie ein PC, nach dem v.Neumann Prinzip arbeiten. Sie bestehen aus einer CPU, einem Programmspeicher, einem Arbeitsspeicher und den zur Steuerung des analogen Systems notwendigen Interfaces und verfügen über ein Bussystem bestehend aus Databus, Adressbus und Controlbus. Dieser Teil arbeitet daher digital, d.h. die Anzahl der Einstellungen ist diskret oder endlich. Die Anzahl der möglichen Einstellungen ist jedoch aufgrund der Auflösung ungleich höher als bei einem analogen Geräte, da die Reproduktionsgenauigkeit mechanischer Steller deutlich geringer ist als die Wortbreite der Steuerung durch den Mikroprozessor. Auch ist die Anzahl der zu variierenden Parameter ungleich höher als bei analogen Hörgeräten, da bei diesen Geräten die Anzahl der zu variierenden Parameter durch den zur Verfügung stehenden Raum für mechanische Stellelemente beschränkt ist. In der Praxis haben derzeit analoge Hörgeräte maximal 4 Stellelemente, während bei digital gesteuerten Hörgeräten selten weniger als 6 Parameter variierbar sind.

Der Vorteil dieser digital gesteuerten Geräte liegt in der hohen Anzahl der einstellbaren Parameter, dem großen Diskretionsgrad der Variation der Parameter, der hohen Reproduktionsgenauigkeit der Einstellungen und der hohen absoluten Genauigkeit der Übertragungsalgorithmen. Jedoch wird dem Nutzsignal ein zusätzliches thermisches Eigenrauschen hinzugefügt.

Die Programmierung erfolgt in der Regel über einen PC unter der Standard- Plattform NOAH. Der Vorteil dieser Programierung unter NOAH liegt darin, dass eine Vernetzung mit den zur Anpassung notwendigen Geräten möglich ist.

 

Digitale Hörgeräte

 

 

Bei rein digitalen Hörgeräten erfolgen Signalverarbeitung und Steuerung digital. Sowohl die Signalverarbeitung und die Steuerung werden durch einen DSP (Digital Signal Processor) realisiert. Diese DSPs arbeiten nicht mehr wie ein normaler PC nach dem v.Neumann Prinzip sondern verfügen über mehrere Verknüpfungsregister, so dass hier z.T eine parallele Datenverarbeitung erfolgt. Daher auch die Möglichkeit ein Signal online durch einen gewünschten Übertragungsalgorithmus zu verändern. Die Übertragungsalgorithmen werden nur durch ein Programm gebildet, Interfaces wie bei den digital gesteuerten Geräten sind somit nicht mehr notwendig. Die Anzahl der Übertragungsparameter und deren Variationen wird nur durch die Grösse des Programmspeichers begrenzt. Somit ist eine komplexe Signalverarbeitung möglich, deren Grenzen im Wesentlichen von der Leistungsfähigkeit der Entwickler dieser Geräte abhängig ist. Ein Eigenrauschen gibt es nicht mehr. Quantisierungsrauschen und Quantisierungsfehler sind nur durch die Datenwortbreite bestimmt. Da digitale Hörgeräte heute alle über Datenwortbreiten mit mehr als 20bit arbeiten liegt das Quantisierungsrauschen deutlich unter dem äquivalenten Eingangsschalldruck des Eigenrauschens des Mikrophons. Der Quantisierungsfehler ist vernachlässigbar, zumal der quadratisch wirkende elektromagnetische Hörer deutlich höhere nichtlineare Verzerrungsprodukte erzeugt.

Bei diesen Geräten ergibt sich somit der Vorteil hoher absoluter Einstellgenauigkeiten, hoher Reproduktionsgenauigkeiten und einer Anzahl der Übertragungsparameter sowie deren Variation, die nur durch das Speichersystem begrenzt wird.

Diese Geräte zeichnen sich durch niedriges Eigenrauschen und hohe Verzerrungsfreiheit aus. Damit bieten diese Geräte gerade beim Hören im Störgeräusch erhebliche Vorteile.

Die Programmierung erfolgt ,wie bei den digital gesteuerten Hörgeräten, in der Regel über einen PC unter der Standard- Plattform NOAH. Der Vorteil dieser Programierung unter NOAH liegt darin, dass eine Vernetzung mit den zur Anpassung notwendigen Geräten möglich ist.Gerade bei den digitalen Hörgeräten ist diese Vernetzung von erheblichem Vorteil, da hier die Anzahl der einstellbaren Übertragungsparameter sehr hoch ist. Aufgrund der grossen Anzahl der einstellbaren Parameter ist eine erhebliche Vorbildung zur Anpassung dieser Geräte unerlässliche Voraussetzung.